KR100729749B1 - 폐고무재를 이용한 탄성 포장재용 고무칩과 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐고무재를 이용한 탄성 포장재용 고무칩과 이의 제조방법에 관한 것으로, 폐고무 칩 80∼85 중량%, 합성수지 바인더 5∼8 중량%, 등유 5∼10 중량%, 착색 안료 1∼5 중량% 및 경화촉매 0.01∼0.1 중량%를 포함하여 이루어지는 탄성 포장재용 고무칩과 폐고무 칩 80∼85 중량%, 합성수지 바인더 5∼8 중량%, 등유 5∼10 중량%, 착색 안료 1∼5 중량% 및 경화촉매 0.01∼0.1 중량%를 상온에서 균일하게 혼합하는 단계;(b) 상기 혼합물을 60∼90℃의 온도에서 열풍 건조하는 단계; 및 (c) 상기 건조물을 교반하여 응집된 칩을 분리하는 단계를 포함하여 이루어지는 탄성 포장재용 고무칩의 제조방법을 제공함으로써, 품질은 우수하면서 가격은 저렴한 탄성 포장재용 고무칩을 제공할 수 있는 것이다.

폐고무재, 탄성 포장재, 고무칩, 등유, 착색 안료, 바인더, 경화촉매

Description

폐고무재를 이용한 탄성 포장재용 고무칩과 이의 제조방법{A rubber chip for elastic paving material using waste rubber and method for preparing the same}

도 1은 통상적으로 탄성 포장재를 시공하는 방법을 나타낸 시공도

본 발명은 폐고무재를 이용한 탄성 포장재용 고무칩과 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐고무 칩, 합성수지 바인더, 등유, 착색 안료 및 경화촉매를 사용하여 폐고무칩에 착색 코팅한 탄성 포장재용 고무칩과 이의 제조방법에 관한 것이다.

현대사회는 산업이 고도로 발달하고 인구가 증가하면서 수많은 폐기물을 배출하게 되어 환경 오염은 물론이고, 이를 폐기하는 비용이 상당히 많이 소요되어 심각한 사회 문제로 대두되고 있는 실정이다.

특히, 폐타이어, 폐합성수지, 폐폴리우레탄 수지, 폐 EPDM 수지, 석재 등과 같은 산업 폐기물은 재활용하는 것보다 땅속에 폐기하는 것이 저렴하여 대부분이 상기와 같은 방식으로 폐기처분되고 있는 실정이다.

이중, 폐타이어는 열량이 풍부한 합성 고무로 구성되어 있고, 다른 폐수지재와는 달리 수집 및 선별과정이 까다롭지 않아 재활용하기에는 가치가 매우 높은 편이나, 현재 우리나라에서는 땅속에 폐기처분하는 것이 재활용하여 사용하는 것보다 경제성이 높기 때문에 재활용되는 실적은 그리 많지 않은 실정이다.

그리고, 폴리우레탄은 탄력성, 내마모성, 내산화성, 내유성 , 내노화성 및 기계적 강도 등이 매우 우수하여 플라스틱 및 고무 대체품목으로서 산업 전 분야에 널리 사용되고 있지만, 많이 사용되는 만큼, 폐폴리우레탄의 산업 폐기물의 양도 해마다 발생량이 증가하여 문제점이 심각해 지고 있는 실정이다.

또한, 에틸렌 프로필렌 디엔 테르폴리머(ethylene propylene diene terpolymer rubber; 이하 EPDM이라 함)도 자동차부품, 전기/전선 졀연피복소재, 건축용 지붕 시트, 타이어튜브, 일반산업용 고무 부품 소재 등 산업 전 분야에서 널리 사용되어, 해마다 폐기되는 폐EPDM 수지재도 해마다 증가하고 있는 추세이다.

이의 문제를 해결하기 위하여, 한국 등록 특허 제478291호에서는 규사 40-60 중량부에 폐타이어 고무칩 및/또는 폐플라스틱 분말 30-80 중량부 및 폴리우레탄 결합제 5-10 중량부를 혼합한 하부 지지층 재료를 준비하여 몰드에 넣고 그 위에, 2-3mm 길이로 절단한 고무 칩 100 중량부에 폴리우레탄 결합제 5-10 중량부 및 안료 0.5-5 중량부를 혼합한 상부 탄성층 재료를 적층하여 열프레스 200-1,000톤의 고압 및 200-250의 고열로 5-15분간 성형하여 탄성 포장재를 시공하는 방법이 공지되어 있다.

그리고, 한국 등록 특허 제86575호에서는 고무 칩 100 중량부와 폴리우레탄 결합제 3-10 중량부, 안료 0.5-5 중량부로 구성된 상부 탄성층과 모래 100중량부, 고무 5-20 중량부 및 폴리우레탄 결합제 10-15 중량부로 구성된 하부 지지층으로 이루어진 블록과, 모래 100 중량부에 입경 1-3mm로 절단한 고무 펠렛 5-20 중량부 및 폴리우레탄 결합제 10-15 중량부를 혼합한 하부 지지층 재료를 준비하여 몰드에 넣고, 그 위에 2-3 mm 길이로 절단한 고무 칩 100 중량부에 폴리우레탄 결합제 구성된 상부 탄성층과 모래, 폐수지 및 폴리우레탄 결합제3-10 중량부 및 안료 0.5-5 중량부를 혼합한 상부 탄성층 재료를 적층하여 성형하는 탄성 포장재의 제조방법을 개시하고 있다. 이외에도 폐고무재를 사용한 탄성 포장재 시공 방법이 공지되어 있다.

이외에도, 많은 기술들이 폐타이어, 폐폴리우레탄 수지재 등을 재활용하여 사용하는 기술이 공지되어 있다.

그러나, 상기 폐타이어, 폐우레탄 수지재, 폐EPDM수지재는 재활용 시, 경제성, 시장성, 품질 등의 제한조건으로 인해 상용화 단계에 있는 기술은 극소수에 지나지 않는다.

한편, 상기 탄성 포장재의 시공은 보행로, 자전거용 도로, 인라인 스케이트장 및 어린이 놀이터 등에 안정성 및 시공비 절감 등의 측면에서 날로 증가하고 있으나, 증가 추세에 따라 탄성 포장재로서의 수명을 다한 폐기물 또한 증가하고 있는 실정이다. 특히, 수명이 다한 탄성 포장재에서 배출되는 폐폴리우레탄, 폐EPDM, 폐타이어 및 기타 고무 등은, 품질이 나쁘고 다양하게 착색된 폐고무를 분류 및 보관해야 하는 등, 인건비, 임대료, 설치비 및 개량기술 미비에 따른 경제성 및 시장 성 문제로 재활용되지 못하고 거의 전량이 토양에 폐기되고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자는 대부분이 폐기되고 있는 폐고무재, 특히 보행로, 자전거용 도로, 인라인 스케이트장 및 어린이 놀이터 등에 탄성 포장재로 사용된 다음 그 수명을 다하여 폐기하여야 할 폐고무재를 회수하여 재활용할 수 있는 기술을 개발하고자 하였으며, 상기 폐고무재를 균일한 크기로 절단하고 이를 착색 코팅하여 탄성 포장재에 품질이 우수한 고무칩으로 재사용할 수 있게 함으로써, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 폐고무 칩, 합성수지 바인더, 등유, 착색 안료 및 경화촉매를 포함하여 이루어지는 탄성 포장재용 고무칩과 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐고무 칩 80∼85 중량%, 합성수지 바인더 5∼8 중량%, 등유 5∼10 중량%, 착색 안료 1∼5 중량% 및 경화촉매 0.01∼0.1 중량%를 포함하여 이루어지는 탄성 포장재용 고무칩을 제공한다.

또한, 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 폐고무 칩 80∼85 중량%, 합성수지 바인더 5∼8 중량%, 등유 5∼10 중량%, 착색 안료 1∼5 중량% 및 경화촉매 0.01∼0.1 중량%을 상온에서 균일하게 혼합하는 단계;

(b) 상기 혼합물을 60∼90℃의 온도에서 열풍 건조하는 단계; 및

(c) 상기 건조물을 교반하여 응집된 칩을 분리하는 단계를 포함하여 이루어 지는 탄성 포장재용 고무칩의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

이때, 여기서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.

또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 본 발명에서 기재하는 폐고무재는 통상적으로 재활용되고 있는 폐타이어, 폐폴리우레탄 수지, 폐EPDM 수지 및 기타 고무 수지뿐만 아니라 보행로, 자전거용 도로, 인라인 스케이트장 및 어린이 놀이터 등에 탄성 포장재로 사용된 다음 그 수명을 다하여 전량 폐기되고 있는 폐폴리우레탄 수지재 , 폐 EPDM 수지재, 폐타이어재, 기타 고무재 등을 의미한다.

본 발명은 폐고무칩을 소정의 크기로 균일하게 준비하고 , 이를 합성수지 바인더, 등유, 착색 안료 및 경화촉매를 사용하여 코팅함으로써, 지금까지 재활용되지 못하고 폐기처분하던 폐고무칩을 탄성 포장재에 재활용할 수 있는 고무 칩으로 재생한 것이다. 특히, 착색된 폐고무칩을 재활용하여 사용할 경우, 종래에는 이를 색상별로 일정량을 선별하여 보관하고, 이를 적절한 크기로 절단한 다음, 탄성 포장재의 소재로 사용하기 때문에, 인력 비용과 보관 비용이 추가되어 재활용하여 사용하기보다는 폐기처분하는 경향이 있었으나, 본 발명에서는 착색된 폐고무인 경우라도 착색된 합성수지 바인더로 코팅함으로써, 색상별로 선별하여 제조하는 문제점 을 해결하여 제조단가를 낮출 수 있도록 한 것이다.

이때, 본 발명에 따른 고무칩에 사용하는 폐고무칩은 폐타이어재, 폐폴리우레탄 수지재 및 폐EPDM재로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 폐고무칩을 사용할 수 있으며, 환경 문제를 고려하여 탄성 포장재로 사용된 후 폐기되어 배출되는 상기 재질의 폐고무재를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 본 발명의 폐고무재는 완성된 고무칩 전체 중량 기준으로 80∼85 중량%를 사용하는 데, 이는 80 중량% 미만을 사용하면 본 발명의 목적에 부합되지 않고, 85 중량%를 초과하여 사용하면 폐고무칩 이외의 필수 성분들의 필요 사용량을 사용하지 못하기 때문이다.

그리고, 상기 폐고무재로부터 생산한 폐고무칩은 평균 입경이 2∼4mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 2mm 미만인 경우에는 절단비용이 상승하며, 분진으로 인하여 작업성이 저하되고, 4 mm를 초과하여 절단하는 경우에는 완성된 탄성 포장재의 외관이 미려하지 못하는 문제점이 있기 때문이다.

그리고, 본 발명에서 사용하는 합성수지 바인더는 완성된 고무칩 전체 중량 기준으로 5∼8 중량%를 절단된 고무칩에 착색안료와 함께 코팅을 함으로써, 원하는 색상의 고무칩을 제조할 수 있게 하는 데, 이는 5 중량% 미만을 사용하면 폐고무칩과 착색안료와 골고루 혼합되지 못해 균일한 코팅이 이루어지지 못하고, 8 중량%를 초과하여 사용하면 바인더 이외의 필수 성분들의 필요 사용량을 충분하게 사용하지 못하기 때문이다. 이때, 본 발명에서 사용하는 합성수지 바인더는 통상적으로 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지 계통의 바인더를 사용하는 것이 바람직 하고, 특히, 폴리우레탄 수지인 경우에는 폴리에스테르 또는 폴리에테르형 폴리우레탄 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 상기 바인더가 폐타이어, 폐폴리우레탄 수지 및 폐EPDM 수지로 이루어지는 폐고무칩과 결합력이 우수하여, 착색안료와 코팅 시 안정적이기 때문이다.

또한, 본 발명에서 사용하는 등유는 합성수지 바인더로 코팅된 칩끼리 응집되는 것을 억제하고, 응집된 칩들을 분리하기 용이하도록 하기 위하여, 완성된 고무칩 전체 중량 기준으로 5∼10 중량%를 사용하는 데, 이는 5 중량% 미만을 사용하면 상기 효과가 저감되고, 10 중량%를 초과하면 다른 필수성분들을 충분한 양으로 사용할 수 없기 때문이다. 이때, 등유는 작업성을 편리하게 하고 위험성을 줄이면서 반응 효과는 그대로 유지할 수 있도록 10%로 희석한 등유를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서 사용하는 착색 안료는 제조하고자 하는 고무칩에 원하는 색상을 제공하기 위해 1∼5 중량%를 사용하는 것이 바람직한 데, 이는 0.5 중량% 미만을 사용하면 원하는 색이 고무칩에 균일하게 착색되지 않고, 2 중량%를 초과하면 다른 필수 성분을 충분히 사용할 수 없어 물성이 저하되기 때문이다. 이때, 본 발명에서는 통상적으로 사용되는 무기질 또는 유기질 착색안료를 사용할 수 있으며, 구체적으로 황색을 표현하기 위해서는 황연을, 백색을 나타내는 경우에는 티탄, 흑색은 산화철계 등을 사용할 수 있다.

이외에, 본 발명에서는 고무칩에 코팅되는 바인더의 경화 시기를 촉진하여 접착력을 강화하고, 코팅 두께에 따라 외면은 경화되지만 내면이 경화되지 않아 코 팅이 박탈되기 쉽게 되는 것을 방지하기 위해, 경화촉매를 완성된 고무칩 전체 중량 기준으로 0.01∼0.1 중량%의 극소량을 사용하는 데, 이는 0.01 중량% 미만을 사용하면 경화 촉진 효과가 미미하고 1 중량%를 초과하면 지나치게 경화가 촉진되어 작업성이 저하되기 때문이다. 그리고, 본 발명에 사용되는 경화촉매는 주석계 또는 아민계 경화촉매를 사용할 수 있는데, 주석계의 경우 통상적으로 알려진 유기산의 유기주석 또는 주석계 촉매, 예를 들어 주석디헥사노에이트, 디부틸주석디헥사노에이트, 디부틸주석디아세테이트, 디부틸주석디라우레이트, 아연옥토에이트 등 사용할 수 있으며, 아민계는 디에틸렌테트라민, 이소프론디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐술폰, 폴리아미드류, 디시안디아미드, 헥사히드로무수프탈산, 무수메틸나딕산, 노보락형페놀수지, 3급 아민류, 이미다졸류, 3플루오르화붕소 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 주석계는 합성수지 바인더가 폴리우레탄 수지인 경우에 사용하고, 아민계는 에폭시 수지인 경우에 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 탄성 포장재용 고무칩의 제조방법은 다음과 같다.

(1) 폐고무재의 칩 제조 단계

산업 폐기물 중에서 폐타이어재, 폐우레탄 수지재 및 폐 EPDM 수지재로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 폐고무재, 바람직하게는 탄성포장재로 사용된 후 그 수명을 다해 폐기되는 폐고무재를 수거하고, 폐고무재에 부착된 오물이나 이물질을 제거하기 위해, 소정 크기의 용기에 폐고무재와 물을 넣고 교반하여 세척한 다음, 폐고무재로부터 탈락한 오물이나 이물질 중 비중이 무거워서 침전된 오물이나 이물질은 용기 저부에 설치된 배출구를 통해 제거하고, 비중이 가벼운 오 물이나 이물질은 부유시키고 이를 용기 상부에 설치된 배출구를 통해 제거한 다음, 용기에 남은 세척된 폐고무재를 건조한다.

그런 다음, 상기 건조된 폐고무재를 평균 입경이 2.0∼4.0 mm 인 칩(Chip)으로 제조한다.

(2) 폐고무칩의 코팅 단계

상기 단계에서 제조된 폐고무 칩 80∼85 중량%에 합성수지 바인더 5∼8 중량%, 등유 5∼10 중량%, 착색 안료 1∼5 중량% 및 경화촉매 0.01∼0.1 중량%를 첨가하고, 균일하게 교반하여 혼합한 다음, 상기 혼합물을 60∼90℃ 온도의 열풍 건조실에서 건조하여 코팅을 수행한다.

(3) 분리 단계

상기 단계에서 완성된 고무칩을 교반하여 코팅 건조 시, 응집된 고무칩을 분리하여 탄성 포장재용 고무칩을 제조한다. 이때, 바람직하게 코팅층에 손상이 가지않도록 100∼200rpm의 속도로 교반하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 보다 더 상세히 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 여러가지 변형 또는 수정할 수 있음은 이 분야에서 당업자에게 명백한 것이다.

[실시예]

1. 폐폴리우레탄 칩

평균입경이 3mm 전후인 폐폴리우레탄 칩 80kg에 폴리에스테르형 폴리우레탄 수지(평세 1010E, 평세, 한국) 6kg, 10% 등유 10kg, 백색 안료(티탄백) 3.95kg 및디부틸주석디아세테이트 0.05kg을 첨가하여 균일하게 혼합한 다음, 상기 혼합물을 80℃의 온도로 유지되는 열풍 터널을 통과시켜 건조하였다.

그리고, 상기 건조물을 교반기에 넣고 200rpm의 속도로 교반하여 응집된 고무칩들을 분리하여 본 발명의 탄성 포장재용 고무칩을 완성하였다.

2. 폐타이어칩

상기 (1)의 방법과 동일한 방법으로 평균 입경이 2mm 인 폐타이어 칩을 사용하여 본 발명의 탄성 포장재용 고무칩을 제조하였다.

3. 폐EPDM 칩

상기 (1)의 방법과 동일한 방법으로, 평균 입경이 3mm인 폐EPDM 칩과 에폭시 수지(상품명, 평세, 한국)와 디아미노디페닐메탄의 경화촉매를 동량으로 사용하여 본 발명의 탄성 포장재용 고무칩을 제조하였다.

[실험예]

상기 실시 예에서 제조한 고무칩을 사용한 탄성 포장재를 통상의 방법으로 시공하고, 이에 대한 물리적인 특성을 측정하여 본 발명에 대한 효과를 확인하고자 하였다. 이때, 상기 물리적인 특성은 내열성, 내수성, 내한성에 대한 육안 측정하였다.

그리고, 통상의 탄성 포장재 시공방법은 다음과 같이 수행하였다.

1. 시공방법

(1) 실험예 1

먼저, 시공장소를 평탄화시켜 다진 후, 프라이머를 도포하여 시공한 다음, 상기 프라이머 상부에, 평균 입경이 4∼6 mm 정도의 규사 70∼80 중량부 및 상기 실시예-2의 폐타이어칩 10∼30 중량부를 혼합하고, 상기 혼합물에 전체 중량 기준으로 10∼20 중량%의 폴리우레탄 수지(평세 1010E, 평세, 한국)를 배합하여 준비된 하부 지지층 재료를 기층포설하고 다짐과 양생을 거친다.

그리고, 기층이 완전히 경화되기 전에, 상기 기층 상부에, 평균 입경이 4∼6 mm 정도의 규사 70∼80 중량부 및 상기 실시예-1의 폐 폴리우레탄칩 10∼30 중량부를 혼합하고, 상기 혼합물에 전체 중량 기준으로 15∼25 중량%의 폴리우레탄 수지(평세 1010E, 평세, 한국)를 배합하여 준비된 상부 지지층 재료를 표층 포설하고 열로라로 다짐과 표면처리를 한 다음, 양생을 거쳐 시공을 수행하였다.

(2) 실험예 2

상기 실험예 1과 동일한 방법으로 상부 지지층 재료에 실시예-3의 폐EPDM 칩을 사용하여 시공을 수행하였다.

이의 결과, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 환경 변화에 큰 변형이 없이 안정적이며, 탄성이 매우 우수하고 미관이 매우 미려함을 알 수 있었다.

항목	실험예 1			실험예 2
	초기	1주후	4주후	초기	1주후	4주후
내열성(80℃)	-	변화없음	변화없음	-	변화없음	변화없음
내수성(30℃)	-	변화없음	변화없음	-	변화없음	변화없음
내한성(-20℃)	-	변화없음	변화없음	-	변화없음	변화없음
내습성(30℃,95RH)	-	변화없음	변화없음	-	변화없음	변화없음

따라서, 본 발명에 따른 탄성 포장재는, 사계절이 뚜렷한 우리나라의 실정에서 보도, 자전거 전용도로, 산책로, 공원, 체육 시설용 트랙에 매우 저렴한 비용으로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

이상과 같이, 본 발명은 폐고무 칩, 합성수지 바인더, 등유, 착색 안료 및 경화촉매를 사용하여 폐고무칩에 착색 코팅을 함으로써, 품질은 우수하면서 가격은 저렴한 탄성 포장재용 고무칩을 제공할 수 있게 되었다.

특히, 전량 폐기되던 폐고무재를 재활용함으로써, 환경오염을 예방할 수 있는 장점을 가지고 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 구체적인 예들에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체적인 예들을 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

1. 폐우레탄 수지재 및 폐 EPDM 수지재로 이루어지는 군에서 선택되고 평균 직경이 2∼4mm인 폐고무 칩 80∼85 중량%, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지로 이루어지는 군에서 선택된 합성수지 바인더 5∼8 중량%, 등유 5∼10 중량%, 착색 안료 1∼5 중량% 및 주석계 또는 아민계 경화촉매 0.01∼0.1 중량%로 이루어지는 탄성 포장재용 고무칩.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. (a) 폐우레탄 수지재 및 폐 EPDM 수지재로 이루어지는 군에서 선택되고 평균 직경이 2∼4mm인 폐고무 칩 80∼85 중량%, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지로 이루어지는 군에서 선택된 합성수지 바인더 5∼8 중량%, 등유 5∼10 중량%, 착색 안료 1∼5 중량% 및 주석계 또는 아민계 경화촉매 0.01∼0.1 중량%를 상온에서 균일하게 혼합하는 단계;

   (b) 상기 혼합물을 60∼90℃의 온도에서 열풍 건조하는 단계; 및

   (c) 상기 건조물을 교반하여 응집된 칩을 분리하는 단계를 포함하여 이루어지는 탄성 포장재용 고무칩의 제조방법.

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