KR100926346B1 - 폐타이어 탈황방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업현장에서 발생하는 폐타이어를 칩 형태로 분쇄하고 완전 탈황시켜 재생하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 천연고무나 합성고무로 만들어진 폐타이어을 재활용하기 위하여 분쇄시킨 고무칩에 공기를 공급하면서 고압으로 분쇄 압출하는 기계식 방식을 통해 탈황시키는 새로운 형태의 탈황방법을 구현함으로써, 품질이 우수한 고무칩을 제조할 수 있으며, 이에 따라 고무칩 재활용시 환경오염원을 근본적으로 제거할 수 있는 폐타이어 탈황방법을 제공한다.

폐타이어, 재생, 고무칩, 분쇄, 탈황

Description

폐타이어 탈황방법{devulcanization Method for Wasted Tire}

본 발명은 폐타이어 탈황방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산업현장에서 발생하는 폐타이어를 칩 형태로 분쇄하고 탈황시켜 재생하는 방법에 관한 것이다.

고무라는 것은, 상온(常溫)에서 고무상(狀) 탄성을 나타내는 사슬 모양의 고분자물질이나 그 원료가 되는 고분자물질을 가리킨다. 고무에는 고무나무액에서 얻는 천연고무와 석유화학에서 합성되는 합성고무가 있다.

천연고무는 주로 파라고무나무(Hevea brasiliensis )의 수액(樹液)에서 얻으며,

고무는 황과 반응하여 뛰어난 탄성(彈性)을 보이며, 내약품성 · 내열성이 있는 제품이 될 수 있다는 사실을 발견하여 이용범위가 넓어졌고 공기 타이어가 발명되어 오늘날과 같은 고무공업이 확립되기 시작하였다.

최근 자동차의 급증과 함께 폐타이어 역시 급증하게 되고, 이 폐타이어를 그 대로 방치 및 폐기시에는 자연환경의 오염원이 되는 폐단이 있다.

폐타이어는 고무를 주 재료로 하여 만들어진 고무 타이어가 제 기능을 다하여 폐기되는 것인데, 고무 타이어는 천연고무에 황을 가하고 가열하여 신장성(伸張性) · 탄성(彈性) · 내노화성(耐老化性) 등을 증가시키는 가황(加黃) 공정을 필요로 한다. 즉, 고무분자가 황을 다리걸침하여 그물 모양으로 결합하게 함으로써 상술한 기능들을 발휘하도록 하고 있는데, 이 황은 인체에 유해한 원소이다.

따라서 폐타이어를 재활용하기 위해서는, 인체에 무해하도록 가황(加黃) 고무의 가소화(可塑化)라고 하는 탈황(devulcanization)공정이 필수적이다.

또한, 소각처리 시에는 고가의 소각처리 설비를 구비해야 하고 유해물질이 다량 발생되는 것은 피할 수 없는 구조적 문제를 안고 있다.

즉, 고분자 폐기물 중 폐타이어는 교통의 발달과 함께 단일 품목으로는 가장 많이 발생하고 날로 늘어나고 있어 이를 위한 처리 기술이 시급한 실정이다.

폐타이어의 처리 기술로는 매립, 재생타이어 생산, 소각처리, 열분해, 재생 고무 이용 등으로 나눌 수 있으며, 직접 매립의 경우 토양 내에서 분해가 일어나지 않기 때문에 2차 환경 오염을 초래하게 된다.

재생타이어 생산은 주로 대상이 버스, 트럭 등 대형 차량의 타이어에 국한되어 있는데, 상당부분 스틸 레디얼 타이어로 교체됨에 따라 그 경제성이 떨어진다.

소각처리 방법은 산화하여 황 등 무기 첨가물의 문제와 소각시 카본 블랙의 비산 등 대기오염 발생 요인이 많아 이에 대한 철저한 대비가 필요하다.

열분해 방법은 오일이나 가스를 생성시켜 연료로 사용하고, 그 잔류물을 활 성탄이나 카본블랙으로 재사용할 수 있는데, 이 또한 석유와의 가격 경쟁에서 뒤처지고, 열분해 단계에서 생기는 코킹현상으로 효율이 저하되며, 생성오일을 정제해야 하는 부담이 따른다.

그리고, 재생 고무는 타이어의 분말을 고압 스팀으로 숙성시켜 각종 충진제를 제거한 후, 오일 등 용매를 이용하여 황 성분을 유리시켜 회수될 수 있지만 이를 회수하기 위한 공정이 매우 까다롭고 복잡하여 경제성이 떨어진다.

아울러 고압 스팀을 이용하기 때문에 어쩔 수 없이 폐수가 발생하여 환경오염을 야기하는 문제가 있다.

이와 같은 실정을 감안하여 폐타이어를 재활용하는 다양한 방안이 제시되고 있는데, 예를 들면 적절히 파쇄시켜 활용할 경우 각종 차음재, 진동방지재 등의 건축자재로 재활용될 수 있다.

그러나, 폐타이어에는 황 등과 같은 유해 원소가 함유되어 있어 이를 분쇄시켜 재활용하더라도 유해물질의 영향을 근본적으로 차단할 수 없어, 폐타이어로부터 황 등의 유해물질을 탈황시키는 것이 무엇보다 중요하다.

보통 열가소성 중합체와 탄성 중합체의 재생은 환경 분야에서 오랫동안 연구하고 있는 분야로서, 열가소성 중합체는 재료를 작게 분쇄하여 고온으로 녹여서 압출하는 방식으로 재생되고 있다.

그러나, 상기 탄성 중합체인 고분자재료는 고무의 교차결합 때문에 고온으로 녹여서 재생하지 못하므로, 우선 크기를 줄이는 탈황과정을 거치게 되는데, 이러한 탈황과정은 상온 또는 저온에서 진행된다.

이때, 상온에서의 탈황과정은 홈이 있는 휠 분쇄로 0.5∼1.5mm 지름의 작은 입자를 생산하기 위해 실온에서 고무 스크랩의 크기를 줄이는 방식을 사용하며, 저온에서의 탈황과정은 고분자재료가 부서지기 쉽게 저온으로 냉동하여 분쇄하는 방식을 사용하게 된다. 즉, 높은 변형비에 의해 고분자재료를 파쇄시키게 된다.

그러나, 상기 저온에서 탈황과정을 진행하려면 고가의 저온도 시설을 이용해야하므로, 상온에서 좋은 고무 분쇄입자를 생산하기 위한 방법들이 연구 개발 중이다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 폐타이어의 재생을 위하여 분쇄시킨 고무칩에 공기를 공급하면서 고압으로 분쇄 압출하는 기계식 방식을 통해 탈황시키는 새로운 형태의 탈황방법을 구현함으로써, 품질이 우수한 고무칩을 제조할 수 있으며, 이에 따라 고무칩 재활용시 환경오염원을 근본적으로 제거할 수 있는 폐타이어 탈황방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 폐타이어 탈황방법은 폐타이어를 분쇄한 후 금속성분을 제거한 고무칩을 준비하는 단계, 상기 준비한 고무칩을 회전하는 스크류 강철날이 구비되어 있는 분쇄/압축기 내에 투입한 후 한쪽으로 밀면서 공기 주입과 함께 고온 및 고압의 조건에서 분쇄 및 압축하여 종전의 수 증기 방식과는 달리 기계식으로 분쇄하면서 압출하는 방식으로 탈황시키는 단계, 상기 황이 제거된 고무칩을 분쇄기로부터 배출시켜 회수하는 단계 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 황이 제거된 고무칩을 배출시키는 단계의 경우, 분쇄/압축기로부터 배출되는 고무칩을 상하 2개의 롤러 사이로 통과시키면서 가압하여 일정두께의 시트 형태로 성형함으로써, 고온의 고무칩 온도를 낮추어 화재 등의 위험을 배제하는 과정을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 폐타이어 탈황방법은 고온 및 고압의 조건에서 기계적으로 분쇄 및 압축하여 압출하는 방식으로 고무 소재에 포함되어 있는 황 성분을 탈황시키는 방법을 채용함으로써, 환경 오염이 없는 허용치 이하의 칩 형태의 재생고무 소재를 제조할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 탈황이 완료된 고무칩 제품을 분쇄/압축기로부터 배출과 동시에 롤러 수단으로 가압하여 온도를 낮추어 줌으로써, 화재 위험을 배제할 수 있고, 또 제품의 품질을 높이는 잇점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐타이어 탈황방법을 나타내는 개략도와 블럭도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 폐타이어 탈황방법은 고온 및 고압의 조건하에 있는 고무칩을 기계식으로 밀면서 분쇄 및 압축하여 탈황시키는 방법으로서, 수증기 방식 등 기존의 탈황방법에 비해 우수한 탈황이 가능하여 재활용시 환경 오염물질을 배출하지 않는 우수한 품질의 제품을 얻을 수 있다.

먼저, 산업현장에서 발생하는 폐타이어를 수거한 후(S100), 수거한 폐타이어를 일정한 크기로 두차례에 걸쳐 분쇄시킨다(S110).

이때의 폐타이어 분쇄시 일반 분쇄기를 이용할 수 있으며, 이렇게 분쇄한 고무칩의 크기는 약 2mm 이하가 적당하다.

위와 같이 분쇄한 고무칩 속에는 폐타이어를 구성하는 철심 등의 금속물질이 포함되어 있으므로, 이 금속물질을 선별하여 제거한다.

예를 들면, 자석 등을 이용하여 고무칩 속에 포함된 금속물질을 용이하게 선별 제거할 수 있다.

약 2mm 이하로 분쇄된 고무칩은 탈황을 위하여 후술하는 분쇄/압축기(10)로 이송된 후 투입된다(S120).

이때, 고무칩의 투입은 컨베이어를 통해 이송시켜 호퍼에 투입하는 방식이나, 또는 소정 압력의 송풍기로 흡입하여 관을 통해 이송시켜 호퍼에 투입하는 방식 등을 채택할 수 있다.

상기 분쇄/압축기(10)에는 모터에 의해 회전하는 스크류 강철날(11)과 케이스(12)가 갖추어져 있으며, 투입되는 고무칩을 한쪽으로 진행시키면서 고온 및 고압의 조건하에서 분쇄하고 압축한 후 압출하는 역할을 수행한다.

즉, 분쇄/압축기(10) 내의 고무칩은 스크류 강철날(11)과 케이스(12) 사이에 끼여 진행되면서 초기 2mm 정도보다 더 잘게 분쇄될 수 있고, 케이스(12)의 배출구(13) 쪽으로 갈수록 적체되면서 압축되는 동시에 고온의 조건에 노출된 상태로 일정시간 머물게 되므로, 이때 열분해 화학반응이 일어나면서 고무칩 속에 포함되어 있는 황 성분이 탈황될 수 있게 된다(S130).

예를 들면, 분쇄 및 압축 과정에서, 약 10분 동안 압축되고 그 후 5초마다 탈황된 제품이 배출될 수 있다(S140).

여기서, 상기 고무칩 속에 포함되어 있는 황을 탈황시키는 단계에서의 온도 조건은 60∼300℃의 범위이며, 이때 온도상승으로 인한 발화를 막기 위해 분쇄/압축기(10)에 상온의 냉각수를 공급하는 것이 바람직하다. 이 때 냉각수의 투입량을 적절하게 조절함으로써 분쇄/압축기(10) 내의 온도를 공정에서 요구하는 온도로 유지할 수가 있다.

그리고, 고온 및 고압의 조건에 놓여 있는 고무칩에 공기(산소)를 공급함으로써, 탈황 공정을 보다 효과적으로 수행할 수 있게 된다. 즉, 고무로부터 황이 빠져 나올 때에 공급된 산소가 상기 분쇄/압축기(10)를 통과하면서 황을 밀어내어 외부로 자연스럽게 배출시킨다.

이와 같이, 분쇄/압축기(10)의 고무칩은 스크류 강철날(11)의 회전에 의해 분쇄됨과 동시에 한쪽으로 계속 가압되면서 압축되고, 또 공기공급과 함께 고온 및 고압의 환경에서 일정시간 머물게 되므로, 고무칩 속의 황 성분이 탈황될 수 있고, 최종적으로 배출구(13)를 통해 빠져나온 고무칩은 황이 제거된 탈황 고무로 제조될 수 있는 것이다(S150).

한편, 분쇄/압축기(10)의 배출구(13)를 빠져나온 고무칩은 고온의 상태 및 고압 조건에 있다가 갑자기 압력이 낮은 외부와 조우하고 공기와 갑작스럽게 만나게 되는 대기압 조건에 노출될 때에 화재가 일어날 우려가 있고, 제품의 품질에도 영향을 미치게 된다.

이를 방지하기 위하여 배출되는 고무칩의 온도를 낮추어주는 과정이 필요한데, 본 발명에서는 롤러 수단을 이용하여 이에 적절히 대처할 수 있는 방법을 제공한다.

예를 들면, 황이 제거된 고무칩 배출시 배출과 동시에 고무칩을 상하 2개의 롤러(14a),(14b) 사이로 통과시키면서 가압하여 일정두께의 시트 형태로 성형함으로써 고온의 고무칩 온도를 낮추어줄 수 있다.

즉, 배출과 동시에 부풀어 오르려는 고무칩을 롤러로 눌러줌으로써, 고무칩의 온도를 떨어뜨릴 수 있고 고무칩의 안정화도 도모할 수 있다.

이때, 롤러를 이용하여 고무칩을 시트 형태로 성형할 때, 오일과 경탄을 첨가하여 함께 성형함으로써 시트의 표면을 곱게 유지할 수 있게 되어 결국 제품의 품질을 높일 수 있다.

또한, 고무칩을 시트 형태로 성형할 때 롤러의 규격을 10인치, 12인치, 18인치, 24인치 등 요구되는 제품의 특성에 맞게 변경하여 성형함으로써, 고무칩의 입자 크기를 여러가지로 조절할 수 있고, 결국 다양한 특성의 고무칩 제품을 제조할 수 있는 이점이 있다.

이와 같이, 약 2mm 정도로 선(先) 분쇄한 고무칩을 분쇄/압축기 내에 투입하여 공기를 주입함과 더불어 고온 고압으로 파쇄 및 압축하여 압출하는 기계식으로 탈황시키는 방법을 제공함으로써, 고무 속에 포함되어 있는 황 성분을 보다 효율적으로 탈황시킬 수 있고, 따라서 환경오염물질이 거의 완전히 제거된 우수한 품질의 고무칩 제품을 제조할 수 있는 것이다(S160).

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐타이어 탈황방법을 나타내는 개략도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐타이어 탈황방법을 나타내는 공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 분쇄/압축기 11 : 스크류 강철날

12 : 케이스 13 : 배출구

14a,14b : 롤러

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 폐타이어 탈황방법에 있어서,

   폐타이어를 분쇄한 후 금속성분을 제거한 고무칩을 준비하는 단계와, 상기 준비한 고무칩을 회전하는 스크류 강철날이 구비되어 있는 분쇄기 내에 투입한 후 한쪽으로 밀면서 공기 주입과 함께 고온 및 고압의 조건에서 분쇄 및 압축하여 탈황시키는 단계와, 상기 황기 제거된 고무칩을 분쇄기로부터 배출시켜 회수하는 단계를 포함하며,

   상기 황이 제거된 고무칩을 배출시키는 단계는 배출과 동시에 고무칩을 상하 2개의 롤러 사이로 통과시키면서 배출과 동시에 부풀어 오르려는 고무칩을 눌러서 일정두께의 시트 형태로 성형함으로써 고온의 고무칩 온도를 낮추어주는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 탈황방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 시트 형태로 성형하는 과정은 시트의 표면을 곱게 하여 품질을 향상시키기 위해 고무칩에 오일과 경탄을 첨가하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 탈황방법.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 시트 형태로 성형하는 과정은 롤러의 규격을 달리하여 고무칩의 입자 크기를 조절하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 탈황방법.
6. 삭제

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