KR100837699B1

KR100837699B1 - 표면 개질된 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법

Info

Publication number: KR100837699B1
Application number: KR20070037450A
Authority: KR
Inventors: 김진국; 신민철
Original assignee: 경상대학교산학협력단; 주식회사 한국티알
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2008-06-13

Abstract

본 발명은 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐고무 분말의 표면을 개질하여 활성화시킨 다음, 열가소성 수지와 반응시켜 제조함으로써, 기존 고무소재의 물성을 확보하면서 수회에 걸쳐 재활용이 가능한 열가소성 가황체의 제조방법을 제공한다. 폐고무는 (a) 폐고무 분말에 초음파(Ultra-sonic)를 조사하는 공정; (b) 폐고무 분말에 마이크로파(Micro-wave)를 조사하는 공정; (c) 폐고무 분말에 방사선(Radiation)을 조사하는 공정; (b) 폐고무 분말을 코로나 방전(Corona discharge) 처리하는 공정; (e) 폐고무 분말에 이온 빔(Ion beam)을 조사하는 공정; 및 (f) 폐고무 분말에 아민기(Amine group)를 도입시키는 공정으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 공정을 통해 개질된다. 본 발명에 따르면, 표면 개질된 폐고무는 열가소성 수지와의 반응성이 향상되어 수회에 걸쳐 재활용할 수 있는 열가소성 고무소재로 전환되며, 우수한 기계적 물성을 가져 기존 고무소재를 대체할 수 있는 효과를 갖는다.

열가소성 가황체, TPV, 표면, 개질, 초음파

Description

표면 개질된 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING THERMOPLASTIC VULCANIZATION USING WASTE RUBBER REFORMED SURFACE THEREOF}

도 1은 본 발명에 사용되는 압출기 및 초음파 발생장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 사용되는 이축압출기의 절단 사시도이다.

도 3은 본 발명에 사용되는 이축압출기의 단면 구성도이다.

도 4는 본 발명에 사용되는 이축압출기의 요부 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 표면 개질된 폐타이어 분말을 이용하여 제조된 열가소성 가황체의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

도 6은 표면 개질되지 않은 폐타이어 분말을 이용하여 제조된 열가소성 가황체의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 제1축 20 : 제2축

12,22 : 정방향 스크류부 14,24 : 니딩 스크류부

16,26 : 역방향 스크류부 30 : 호퍼

40 : 벤트 50 : 다이

본 발명은 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐고무의 표면을 개질하여 활성화시킨 다음, 열가소성 수지와 반응시킴으로써, 열가소성 수지와의 반응성이 향상되어 수회에 걸쳐 재활용이 가능하고, 기계적 물성이 확보되어 기존 고무소재를 대체할 수 있는 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법에 관한 것이다.

대량 폐기형의 현대 산업사회에서 가장 큰 환경문제로 대두되고 있는 것이 폐타이어와 같은 폐고무의 처리라 할 수 있다. 폐고무는 일반적으로 소각 또는 매립의 방법으로 처리되어 왔다. 그러나 소각ㆍ매립에 의한 처리는 다이옥신 등과 같은 각종 유해물질과 함께 악취를 배출한다. 이에 따라, 일부에서는 폐타이어와 같은 폐고무를 분쇄하여 이를 수지 결합제와 혼합하여 도로의 포장 등에 재활용하는 기술이 시도되었다. 그러나 이는 단순한 충전제의 개념으로 활용한 것으로서, 재활용 효율이 현저히 떨어지며 제2차, 제3차에 걸친 수회의 재활용은 불가능하다.

일반적으로, 자동차 타이어(tire)와 같은 고무제품은 천연고무(Natural rubber)나 합성고무(synthetic rubber)에 강도 보강재로서 카본블랙을 첨가한 후 가황에 의해 제조되며, 이는 열경화성의 특성을 갖는다. 이에 따라 열을 가하면 탄화되어 또 다른 고무제품으로의 재활용은 불가능하다. 즉, 용융이 되지 않아 제2, 제3의 또 다른 고무제품으로 재차 성형하는 것이 불가능하다.

최근, 위와 같은 열경화성 고무소재와 대별되는 열가소성 고무소재로서, 열가소성 가황체(TPV ; Thermoplastic Vulcanization, 이하 "TPV"라 함)가 상업화되고 있다. TPV는 고무적 성질과 함께 열가소성의 특성을 갖는다. TPV는 열에 의한 용융이 가능하여 또 다른 고무제품으로 재차 재활용이 가능하고, 기존 고무를 거의 다 대체할 수 있다는 장점이 있어 열경화성 고무소재를 대체하여 가는 차세대 소재로서 각광받고 있다. 이러한 TPV의 대표적인 것으로서 미국 AES사의 산토프렌(santoprene)이라는 상품이 있으며, 이는 에틸렌프로필렌디엔모노머(EPDM)와 폴리프로필렌(PP)을 동적가황(dynamic vulcanization)시켜 제조한 제품이다. TPV는 가열된 고무가 열가소성 수지에 분산되어 있는 형태의 분자구조를 갖는다.

위와 같은 TPV를 제조함에 있어서, TPV에 대한 시장점유율이 높은 AES사, Shell Chem.사, Dupont사, JSR사 등은 기본적으로 내부혼합기를 사용한 배치(batch)식으로 제조하고 있다. 각 사별로 가공조건이나 원료의 배합비는 공개되고 있지 않지만, 배치(batch)식을 통해 고무와 열가소성 수지를 혼합하는 일차 블렌드(blend) 공정과, 제품화하기 위한 펠렛(pellet)화 공정인 이차 압출공정 단계를 채택하여 제조하고 있다.

TPV는 고무적 성질을 나타내게 하는 원재료가 폐고무(waste rubber)가 아닌 순수 고무(virgin rubber)이기 때문에 기존의 열경화성 고무소재와 동등의 고무적 성질을 가질 수 있다. 그러나 TPV를 제조함에 있어 고무적 성질을 나타내게 하는 원재료를 순수 고무(virgin rubber)가 아닌 폐고무(waste rubber)로 대체하면 열가소성 수지와 반응성이 현저히 떨어져 기존 고무소재를 대체할 수 있는 물성을 갖지 못하는 문제점이 있다.

따라서 종래 기술에 따르면, 일반적인 열경화성의 고무소재는 열에 의해 탄화되어 또 다른 고무제품으로의 재활용이 불가능하다. 그리고 이와 대별되는 TPV(열가소성 가황체)는 고무적 성질을 가지면서 열가소성임에 따라 용융에 의해 재활용은 가능하나, 그 주된 고무원료를 폐고무로 대체하는 경우 종래 기술에 따른 TPV의 제조는 열가소성 수지와 반응성을 갖게 하는 특별한 기술적 수단이 강구되지 않아 기존 고무소재로 대체할 수 있는 물성을 갖지 못하여 폐고무는 사용할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 폐고무의 재활용과 관련하여 종래에는 단순한 충전제의 개념으로 사용되어 그 재활용 효율이 떨어지는 문제점이 지적된다.

따라서 폐고무를 단순한 충전제의 개념이 아닌 수회에 걸쳐 재활용할 수 있는 열가소성 고무소재로 전환시켜 기존의 열경화성 고무소재나 열가소성 가황체(TPV)를 대체할 수 있는 폐고무 재활용 기술개발이 요구된다. 이때, 폐고무를 열가소성 고무소재로 전환시킴에 있어서, 열가소성 수지와의 반응성을 갖게 하여 기존 고무소재를 대체할 수 있는 물성을 갖도록 해야 하는 기술적 과제가 해결되어야 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점 및 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 폐고무 분말과 열가소성 수지를 반응시키되, 열가소성 수지와의 반응성이 향상되도록 폐고무 분말의 표면을 개질하여 활성화시킨 다음, 열가소성 수지와 반응시킴으로써, 폐고무를 수회에 걸쳐 재활용이 가능한 열가소성 고무소재로 전환시켜 폐고무의 재활용 효율을 높이고, 기존 고무소재를 대체할 수 있는 열가소성 가황체의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하기 (a) 내지 (f) 공정 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 공정으로 폐고무 분말의 표면을 개질시키는 단계와;

상기 표면 개질된 폐고무 분말과 열가소성 수지가 포함된 혼합물을 반응시키는 단계;를 포함하는 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법을 제공한다.

(a) 폐고무 분말에 초음파(Ultra-sonic)를 조사하는 공정

(b) 폐고무 분말에 마이크로파(Micro-wave)를 조사하는 공정

(c) 폐고무 분말에 방사선(Radiation)을 조사하는 공정

(b) 폐고무 분말을 코로나 방전(Corona discharge) 처리하는 공정

(e) 폐고무 분말에 이온 빔(Ion beam)을 조사하는 공정

(f) 폐고무 분말에 아민기(Amine group)를 도입시키는 공정

이때, 상기 혼합물은 폐고무 분말과 열가소성 수지의 보다 더 향상된 반응성을 위해 스티렌계 화합물로부터 선택된 상용화제를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열가소성 수지는 올레핀계 열가소성 수지로부터 선택되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 무수 말레익(Maleic Anhydride)기가 도입된 올레핀계 열가소성 수지로부터 선택되는 것이 좋다.

아울러, 상기 반응시키는 단계는 정방향 스크류부(forward screw zone), 니딩 디스크부(kneading disc zone) 및 역방향 스크류부(backward screw zone)를 가지는 압출기에서 진행되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 적어도 2곳의 정방향 스크류부(forward screw zone)와, 적어도 1곳의 니딩 디스크부(kneading disc zone)와, 적어도 1곳의 역방향 스크류부(backward screw zone)를 가지는 두개의 축이 나란히 배열된 이축압출기에서 진행되는 것이 좋다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 열가소성 가황체(TPV)의 제조방법은, 폐고무 분말의 표면을 개질시키는 표면개질단계와; 상기 표면개질단계를 통해 얻어진 폐고무 분말에 적어도 열가소성 수지를 혼합하여 반응시키는 반응단계;를 적어도 포함한다. 보다 구체적으로, 열가소성 가황체(TPV)의 제조에 사용되는 원료는 폐고무 분말과, 상기 폐고무 분말 상호간을 결합시키는 열가소성 수지를 적어도 포함하는 혼합물로 이루어지며, 이때 상기 폐고무 분말은 열가소성 수지와의 반응성을 위해 표면 개질되어 활성화된 다음, 열가소성 수지와 혼합된다.

상기 폐고무 분말은 가정이나 산업 상에서 폐기되는 각종 고무류, 우레탄 신발창, 자동차의 타이어, 자동차의 우레탄 범퍼 등의 폐고무 제품을 미분쇄한 분말로서, 특별히 한정하는 것은 아니지만 10㎛ ~ 500㎛의 크기로 미분쇄되고, 이물질의 함량이 8중량% 이하인 것이 좋다. 폐고무 분말은 예를 들어 에틸렌프로필렌디엔모노머(EPDM ; Ethylene Propylene Diene Monomer) 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR ; Stylene-Butadiene Rubber), 니트릴 고무(NR ; Nitril Rubber), 부틸고무(IIR ; Isobutylene-Isoprene rubber), 니트릴-부타디엔 고무(Nitril-Butadiene Rubber) 등의 고무원료에 카본블랙을 가하여 가황, 제조되었던 폐고무류이면 사용 가능하며, 자동차 바퀴로부터 나오는 폐타이어 고무분말이나 자동차 웨더스트립으로부터 나오는 폐EPDM 분말(웨더스트립 고무분말) 등이 유용하게 사용된다.

상기 열가소성 수지는, 바람직하게는 올레핀계 수지(olefin resin)로부터 선택된다. 보다 바람직하게는 올레핀계 수지 중에서도 무수 말레익(MA ; Maleic Anhydride)기가 중합되어 도입된 무수 말레익(MA) 올레핀계 수지가 좋다. 이때, 무수 말레익(MA)기가 도입된 경우, 상기 무수 말레익(MA)기가 반응성기로 작용하여, 폐고무에 활성화된 카본블랙의 -OH기와의 반응성이 향상되어 물성이 보다 더 향상된다. 예를 들어, 상기 열가소성 수지는 올레핀계로서 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 이들의 혼합을 유용하게 사용할 수 있다. 이때, 폴리프로필렌(PP) 중에서 이소타틱 폴리프로필렌(isotatic PP)이나 랜덤 공중합 폴리프로필렌(random coPP)을 바람직하게 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 무수 말레 익(MA)기가 그라프트(graft) 중합되어 도입된 무수 말레익 폴리프로필렌(PP-g-MA ; Maleic Anhydride-grafted PP)이 좋다.

또한, 폐고무의 표면 개질은, (a) 폐고무 분말에 초음파(Ultra-sonic)를 조사하는 공정; (b) 폐고무 분말에 마이크로파(Micro-wave)를 조사하는 공정; (c) 폐고무 분말에 방사선(Radiation)을 조사하는 공정; (b) 폐고무 분말을 코로나 방전(Corona discharge) 처리하는 공정; (e) 폐고무 분말에 이온 빔(Ion beam)을 조사하는 공정; 및 (f) 폐고무 분말에 아민기(Amine group)를 도입시키는 공정;으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 공정을 통해 진행된다. 폐고무의 표면 개질은, 바람직하게는 상기 (a)공정 내지 (f)공정 중에서, 초음파 조사에 의해 수행되는 (a)공정을 적어도 포함하는 공정으로 진행되는 것이 좋다. 구체적으로, 표면 개질은 상기 (a)공정 단독으로 진행하거나, 상기 (a)공정에 후속하여 (b)~(f)공정 중에서 선택된 하나 이상의 공정을 연속하여 진행하는 것이 좋다.

또한, 상기 표면 개질을 실시할 수 있어서, 상기 (a)~(e)공정은 현재 시판되고 있는 각종 기기(초음파 발생장치, 마이크로파 발생장치기 등)를 압출기의 후단에 장착하여 압출하는 과정에서 실시할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하여 설명하면, 압출기(1)의 후단에 초음파 발생장치(2)를 창작하여, 스크류(1a)에 의해 토출되는 폐고무 분말에 초음파를 조사하여 실시할 수 있다. 아울러, 상기 (f)공정, 즉 아민기 도입 공정은 아민계 화합물(예, 아릴아민 등)이 용해된 용액에 폐고무 분말을 혼합한 다음, 건조시킨 후, 약 20분 ~ 50분 동안 UV를 조사하는 방법을 예로 들 수 있다. 이와 같이, 폐고무 분말에 아민기가 도입되는 경우, 상기 아민 기가 반응성 관능기로 작용하여 열가소성 수지와의 반응성이 좋아진다.

또한, 본 발명의 보다 바람직한 형태에 따라서, 상기 열가소성 가황체의 제조용 혼합물에는 폐고무 분말과 열가소성 수지에 더하여 상용화제가 더 포함되어 있는 것이 좋다. 상기 상용화제는 폐고무 분말 및 열가소성 수지와 각각 반응할 수 있는 것으로서, 이는 스티렌 단위를 갖는 스티렌계 화합물로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 상용화제는 스티렌계 열가소성 엘라스토머(elastomer)로서, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS ; Styrene-Ethylene-butadiene-Styrene), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)에 무수 말레익(MA)기가 그라프트(graft) 중합된 무수 말레익 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS-g-MA) 또는 이들의 혼합을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 스티렌계 상용화제는 폐고무 분말과 열가소성 수지(올레핀계)와 각각 반응하여 네트워크 구조를 형성시켜 높은 기계적 물성을 갖게 한다. 또한, 상기 혼합물에는 분산성을 위한 용제나 경화 강도를 위한 퍼옥사이드계 화합물 등이 더 혼합될 수 있다.

본 발명에 따르면, 폐고무 분말은 표면 개질에 의해 표면 관능기가 활성화되어 동적 반응으로 열가소성 수지와 반응하면서 혼합된다. 구체적으로, 폐고무 분말에 함유된 카본블랙의 하이드록실 그룹(hydorxyl group ; -OH기)이 표면 개질에 의해 활성화되어 상호 가교 반응함과 동시에 열가소성 수지의 작용기와 반응하게 된다. 이에 따라, 폐고무 분말 상호간, 그리고 폐고문 분말과 열가소성 수지가 가교되어 열가소성 고무소재로 전환되어 고무적 성질과 함께 열가소성 성질을 갖는다. 그리고 인장강도, 신율 등의 기계적 물성이 향상되어 기존 고무소재를 대체할 수 있다. 또한, 폐고무 분말과 열가소성 수지에 더하여 SEBS-g-MA 등의 스티렌계 상용화제가 더 혼합되는 경우 가교 반응성이 더 좋아져 높은 기계적 물성을 갖게 한다. 아래의 [화학식 1]에는 폐고무 분말(폐타이어)과 열가소성 수지(PP-g-MA)의 반응 메카니즘을 예시하였으며, 아래의 [화학식 2]에는 폐고무 분말(폐타이어)과 상용화제(SEBS-g-MA)의 반응 메카니즘을 예시하였다.

[화학식 1]

[화학식 2]

또한, 상기 혼합물을 조성함에 있어서, 폐고무 분말의 함량이 너무 많으면 기계적 물성이 저하될 수 있고, 너무 작으면 상대적으로 열가소성 수지의 함량이 많아져 고무적 성질이 감소될 수 있으므로, 적절히 조성하는 것이 중요하다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 폐고무 분말과 열가소성 수지는 60 ~ 75 : 25 ~ 40 중량비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 중량비로 폐고무 분말 : 열가소성 수지 = 60 ~ 75 : 25 ~ 40이 좋다. 아울러, 혼합물에 상용화제가 더 포함되는 경우, 상기 상용화제는 폐고무 분말과 열가소성 수지의 혼합물 100중량부에 대하여 15중량부 이하, 바람직하게는 10중량부 이하로서 0.2 ~ 10중량부로 포함되는 것이 좋다.

한편, 상기 혼합물(표면 개질된 폐고무 분말과 열가소성 수지의 혼합물, 바람직하게는 상용화제가 더 포함된 혼합물)을 반응시킴에 있어서는 압출기에 투입하여 혼련, 반응시키는 것이 좋으며, 바람직하게는 혼합물이 충분히 혼련, 반응될 수 있도록 하나의 축에 정방향 스크류부(forward screw zone), 니딩 디스크부(kneading disc zone) 및 역방향 스크류부(backward screw zone)가 착설된 단축압출기에서 진행되는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 두개의 축이 나란히 배열된 것으로서, 이하에서 설명되는 이축압출기에서 진행되는 것이 좋다.

도 2는 본 발명에 유용하게 사용될 수 있는 이축압출기의 절단 사시도이고, 도 3은 이축압출기의 단면 구성도이며, 도 4는 이축압출기의 요부 사시도이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 이축압출기는 제1축(10)과 제2축(20)으로 구성된 2개의 축(10)(20)을 가지되, 각 축(10)(20)에는 정방향 스크류부(forward screw zone)(12)(22), 니딩 디스크부(kneading disc zone)(14)(24) 및 역방향 스크류부(backward screw zone)(16)(26)를 갖는 것으로서, 이는 본 발명에 바람직하게 사용된다. 이때, 상기 정방향 스크류부(12)(22)는 여기에 착설된 스크류(12a)(22a) 의 회전력으로 투입된 혼합물을 정방향으로 펌핑하며, 상기 니딩 디스크부(14)(24)는 여기에 착설된 디스크(14a)(24a)의 회전력으로 투입된 혼합물을 분산, 혼합한다. 그리고 상기 역방향 스크류부(16)(26)는 여기에 착설된 스크류(16a)(26a)의 회전력으로 혼합물의 흐름을 역방향으로 바꾸어 주어 혼합물이 충분한 시간동안 체류되게 한다. 즉, 니딩 디스크부(14)(24)를 통과한 혼합물은 다시 니딩 디스크부(14)(24) 쪽으로 이송되어 충분히 분산 및 혼합된다. 이때, 니딩 디스크부(14)(24)의 디스크(14a)(24a) 각도를 다르게 조립함으로써 분산 및 혼합의 효과를 조절할 수 있다.

도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 이축압출기는 혼합물(원료)이 투입되는 호퍼(hopper, 30)와, 압출기 내에서 발생되는 가스를 배출하면서 압출기 내의 압력을 조절하는 벤트(vent, 40)와, 압출물이 나오는 다이(50)를 가지되, 그 내부에 상기와 같은 제1축(10) 및 제2축(20)이 나란히 배열된 구조를 갖는다. 이때, 이축압출기의 내부 구조는 상기 제1축(10) 및 제2축(20)이 각각 적어도 2곳, 즉 2곳 이상의 정방향 스크류부(12)(22)와; 적어도 1곳, 즉 1곳 이상의 니딩 디스크부(14)(24))와; 적어도 1곳, 즉 1곳 이상의 역방향 스크류부(16)(26);를 갖는 좋다.

구체적으로, 상기 정방향 스크류부(12)(22)는 각 축(10)(20)의 적어도 양쪽 말단에 위치되어야 하고, 그 사이에 니딩 디스크부(14)(24)와 역방향 스크류부(16)(26)가 1곳 이상씩 위치된다. 이때, 상기 니딩 디스크부(14)(24)와 역방향 스크류부(16)(26)의 수가 많을수록 분산성, 혼련성 및 체류시간이 증가되어 혼합물 의 반응성이 좋아지기는 하나 너무 많으면 생산성이 떨어질 수 있다.

도 3은 이축압축기의 바람직한 형태를 도시한 것으로서, 4곳의 정방향 스크류부(12)(22)와, 3곳의 니딩 디스크부(14)(24)와, 2곳의 역방향 스크류부(16)(26)를 가지는 이축압출기를 예시한 것이다. 구체적으로, 도 3은 호퍼(30)에서부터 정방향 스크류부(12)(22), 니딩 디스크부(14)(24), 역방향 스크류부(16)(26), 정방향 스크류부(12)(22), 니딩 디스크부(14)(24), 정방향 스크류부(12)(22), 니딩 디스크부(14)(24), 역방향 스크류부(16)(26), 정방향 스크류부(12)(22)가 순차적으로 위치된 이축압출기를 보여준다. 이때, 이축압출기의 작동조건은 80 ~ 150 rpm의 속도, 190 ~ 240 ℃의 온도로 가동되는 것이 바람직하다.

또한, 이축압출기는 제1축(10)과 제2축(20)이 정방향 스크류부(12)(22)는 정방향 스크류부(12)(22)끼리, 역방향 스크류부(16)(26)는 역방향 스크류부(16)(26)끼리 서로 맞물린 회전에 의해 투입된 혼합물의 분산 및 혼합성이 향상되도록 치합형(intermeshing)이 바람직하다. 즉, 도 4에 보인 바와 같이, 각 축(10)(20)에 착설된 스크류(12a)(22a)가 서로 맞물리도록 제1축(10)과 제2축(20)은 근접하여 배열된 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 제조된 열가소성 가황체는 고무적 성질과 함께 열에 용융되는 열가소성 성질을 갖는다. 이에 따라, 각종 고무제품으로 성형된 후, 그 사용을 다하고, 다시 용융시켜 수회에 걸쳐 재활용할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 열가소성 가황체는, 예를 들어 적절한 크기로 펠릿(pellet)화된 다음, 금형(mold)에 투입되어 사출성형 또는 압축성형에 의해 브레이크 페달, 자동차 범퍼, 쓰레기 수 거통 바퀴 등의 고무제품으로 성형될 수 있으며, 재차 재활용이 가능하다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따라 열가소성 탄성체는 펠릿화된 다음, 225 ~ 235 ℃ 온도, 1000 ~ 1500 psi 압력에서 사출되고, 20 ~ 30 ℃에서 금형되어 다양한 고무제품으로 제조될 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 시험 실시예 및 비교예를 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

먼저, 평균 입경이 400㎛인 폐타이어 분말을 도 1에 보인 바와 같은 초음파 장치를 부착한 단축압출기를 사용하여 초음파 처리하여 표면 개질시켰다. 다음으로, 도 3에 보인 바와 같은 이축압출기에 상기 표면 개질된 분말과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 그리고 퍼옥사이드계 화합물로서 dicumyl peroxide(DCP)를 투입하여 150℃에서 8분간 체류되도록 혼련, 반응시켰다. 이때, 이축압출기에는 폐타이어 분말과 폴리에틸렌(LDPE)을 65 : 35의 중량비로 투입하였으며, DCP는 폴리에틸렌(LDPE) 100중량부에 1중량부에 투입하였다. 이와 같이 혼련, 반응된 압출물(TPV)의 형태학적 표면 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 5에 나타내었다. 또한, 상기 압출물을 이용하여 230℃ 온도, 1250 psi 압력에서 사출하고, 30 ℃의 금형온도로 성형하여 시험용 시편을 제조하였다. 이때 사출 사이클 시간은 30초로 하였 다. 그리고 상기 제조된 시편에 대해 만능시험기(UTM)를 이용하여 물성(인장강도 및 신율)을 측정하여 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

[실시예 2 내지 5]

상기 실시예 1과 비교하여, 폐타이어 분말을 표면 개질함에 있어서 마이크로파 조사(실시예 2), 방사선 조사(실시예 3), 코로나 방전처리(실시예 4), 이온 빔 조사(실시예 5)를 한 것으로 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그리고 상기 실시예 1과 동일하게 사출 성형된 시편을 제조하고, 이에 대해 물성을 측정하여 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

[비교예 1]

상기 실시예 1과 비교하여, 폐타이어 분말을 초음파 처리하지 않는 것과 퍼옥사이드계 화합물 DCP를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 압출물의 SEM 사진을 도 6에 나타내었다. 그리고 상기 실시예 1과 동일하게 사출 성형된 시편을 제조하고, 이에 대해 물성을 측정하여 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

< 표면 개질 처리방법에 따른 물성 평가 결과 >

비 고	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
표면 개질 처리방법	-	Ultra-sonic (초음파)	Micro-wave (마이크로파)	Radiation (방사선)	Corona discharge (코로나방전)	Ion beam (이온 빔)
인장강도 (Kg/㎠)	20	35	32	29	30	24
신율 (%)	80	143	117	119	115	110

먼저, 도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이, 표면 처리된 폐타이어 분말이 사용된 경우(도 5, 실시예 1), 표면 처리되지 않은 폐타이어 분말이 사용된 경우(도 6, 비교예 1)와 대비하여 경계면이 없고 조직이 견고함을 알 수 있었다.

또한, 상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 표면 처리된 경우 처리되지 않은 경우보다 인장강도와 신율이 매우 우수한 것으로 평가되었으며, 표면 처리 중에서도 초음파 처리된 경우(실시예 1)가 가장 향상된 결과를 보임을 알 수 있었다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 폐고무를 열가소성 고무소재(열가소성 가황체)로 전환시켜 폐고무를 효율적으로 재활용할 수 있고, 주원료가 폐고무임에도 불구하고 우수한 기계적 물성을 가져 기존의 고무제품을 대체시킬 수 있는 효과를 갖는다. 구체적으로, 폐고무를 재활용함에 있어, 단순한 충전제의 개념으로서의 재활용이 아닌 수회에 걸쳐 재활용할 수 있는 자원화를 이룩하였다는 데에 큰 효과가 있다.

Claims

하기 (a) 내지 (f) 공정 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 공정으로 폐고무 분말의 표면을 개질시키는 단계와;

상기 표면 개질된 폐고무 분말과 열가소성 수지가 포함된 혼합물을 정방향 스크류부, 니딩 디스크부 및 역방향 스크류부를 가지는 압출기에 투입하여 혼련시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법.

(a) 폐고무 분말에 초음파(Ultra-sonic)를 조사하는 공정

(b) 폐고무 분말에 마이크로파(Micro-wave)를 조사하는 공정

(c) 폐고무 분말에 방사선(Radiation)을 조사하는 공정

(b) 폐고무 분말을 코로나 방전(Corona discharge) 처리하는 공정

(e) 폐고무 분말에 이온 빔(Ion beam)을 조사하는 공정

(f) 폐고무 분말에 아민기(Amine group)를 도입시키는 공정
제1항에 있어서,

상기 열가소성 수지는 무수 말레익(Maleic anhydride)기가 도입된 올레핀계 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 열가소성 수지는 무수 말레익 폴리프로필렌(PP-g-MA)인 것을 특징으로 하는 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 혼합물은 스티렌계 화합물을 더 포함하고,

상기 스티렌계 화합물은 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS) 및 무수 말레익 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS-g-MA) 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법.
삭제
제4항에 있어서,

상기 혼합물은 폐고무 분말과 열가소성 수지의 혼합물 100중량부에 대하여 0.2 ~ 10중량부의 스티렌계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 압출기는 적어도 2곳의 정방향 스크류부와, 적어도 1곳의 니딩 디스크부와, 적어도 1곳의 역방향 스크류부를 가지는 두개의 축이 나란히 배열된 이축압출기인 것을 특징으로 하는 폐고무를 이용한 열가소성 가황체의 제조방법.