KR101076387B1

KR101076387B1 - 열경화성 폐 폴리우레탄의 재생을 통한 친환경 황토성형품의 제조방법

Info

Publication number: KR101076387B1
Application number: KR20110037253A
Authority: KR
Inventors: 장기운
Original assignee: 장기운; (주)영진산업
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2011-10-25

Abstract

본 발명은 재생 열경화성의 폐 폴리우레탄을 결합재로 활용하면서 황토블록 내지 황토벽돌 등의 황토성형품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 황토성형품의 제조방법은, 회전식 교반기에 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물과 디메틸아세트아미드(DMAC)를 투입하여 용융시키는 용융단계; 상기 용융단계가 진행되는 회전식 교반기에, 황토분말을 투입하여 교반하는 혼합단계; 혼합물을 성형하는 성형단계;로 이루어지되, 황토분말 100중량부에 폐 폴리우레탄 분쇄물 10~40중량부, 디메틸아세트아미드(DMAC) 0.1~0.5중량부를 이용하면서 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 성형단계를 성형틀을 이용하여 블록이나 벽돌로 성형하면 황토블록 내지 황토벽돌로 제조된다.

Description

열경화성 폐 폴리우레탄의 재생을 통한 친환경 황토성형품의 제조방법{Process of Yellow Soil Product through Recycling Polyurethane}

본 발명은 재생 열경화성의 폐 폴리우레탄을 결합재로 활용하면서 황토블록 내지 황토벽돌 등의 황토성형품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

폴리우레탄은 경량, 고강도, 고탄력을 비롯하여 내수, 내식, 내충격, 내알칼리, 내산, 절연성 등의 장점이 있어 건축재료를 비롯하여 넓은 분야에 많이 사용되고 있다. 따라서 많은 량의 폐 폴리우레탄 또한 해마다 증가하고 있는 추세이다.

폴리우레탄은 분자구조가 가교결합을 통한 3차원 그물구조를 형성하는 열경화성 수지이기 때문에 열 또는 에너지를 가하여도 용융되지 않아 재활용에 어려움이 있다. 폐 폴리우레탄은 보통 소각법, 매립법, 재활용법에 의해 처리되는데, 소각법은 소각과정에서 각종 유해 물질의 발생하여 대기오염을 초래하고 매립법은 토질오염이라는 2차적인 환경오염을 가져오므로 친환경적인 재활용법에 의한 처리가 바람직하다.

폐 폴리우레탄을 재활용하기 위한 방법으로 다양한 방법들이 개발된 바 있으나, 대부분 열가소성 폐 폴리우레탄을 단독 재생하거나 열경화성 폐 폴리우레탄과 함께 재생하는데 머물러 열경화성 폐 폴리우레탄을 단독으로 효과적으로 재생하기 위한 연구가 필요한 실정이다. 이와 같은 필요에 따라 본 발명자는 열경화성 폐 폴리우레탄을 단독으로 개발하여 특허출원 제10-2010-0118940호로 출원한 바 있다.

한편 황토는 일반적으로 누르고 거무스름한 흙 황양을 말하는데, 바람에 의해 운반되어 퇴적된 담항색의 미세한 모래와 점토가 실트 크기의 입자들로 구성되어 있다. 황토는 공극이 커서 산소가 잘 통하는 것은 물론 흡착성을 가지는 특성이 있으며, 원적외선 발산과 열과 습기를 보존하는 특성도 가지므로, 이와 같은 고유 특성에 기해 황토는 최근 친환경 건축재료로 각광받고 있다. 황토는 황토몰탈 내지 황토벽돌이나 황토블록 등의 건축재료로 이용되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 폐 폴리우레탄의 재활용방법에 대한 문제를 개선하는 한편 황토를 이용한 건축재료의 수요 증대에 부응하고자 개발된 것으로서, 고가의 첨가제를 적게 사용하면서 열경화성 폐 폴리우레탄을 재생하는 한편 재생 열경화성의 폐 폴리우레탄을 이용하면서 황토성형품을 제조하는 방법을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 회전식 교반기에 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물과 디메틸아세트아미드(DMAC)를 투입하여 용융시키는 용융단계; 상기 용융단계가 진행되는 회전식 교반기에, 황토분말을 투입하여 교반하는 혼합단계; 혼합물을 성형하는 성형단계;로 이루어지되, 황토분말 100중량부에 폐 폴리우레탄 분쇄물 10~40중량부, 디메틸아세트아미드(DMAC) 0.1~0.5중량부를 이용하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열경화성 폐 폴리우레탄의 재생을 통한 친환경 황토성형품의 제조방법을 제공한다. 여기서 상기 성형단계를 성형틀을 이용하여 블록이나 벽돌로 성형하면 황토블록 내지 황토벽돌로 제조된다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 열경화성 폐 폴리우레탄을 간편하게 재생하여 사용할 수 있으며, 이에 따라 산업 폐기물을 줄이고 환경 보호를 이끌 수 있다. 고가의 첨가제의 사용량을 줄이고 아울러 열가소성 폐 폴리우레탄을 사용하지 않으면서도 열경화성 폐 폴리우레탄을 재생할 수 있기 때문에, 경제적으로 열경화성 폐 폴리우레탄을 재생할 수 있다.

둘째, 재생 열경화성 폐 폴리우레탄을 결합재로 이용하면서 황토블록 내지 황토벽돌 등의 황토성형품을 제조하여 제공할 수 있다. 나아가 기능성 첨가제의 적절한 사용으로 친환경성을 강화하거나 색상조절을 할 수 있기 때문에 황토성형품의 품질 향상이 가능해진다.

본 발명은 용융시켜 재생한 후에 열경화성 폐 폴리우레탄을 결합재로 이용하면서 황토성형품을 제조하는데 특징이 있다. 구체적으로 본 발명에 따른 황토성형품 제조방법은, 회전식 교반기에 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물과 디메틸아세트아미드(DMAC)를 투입하여 용융시키는 용융단계; 상기 용융단계가 진행되는 회전식 교반기에, 황토분말을 투입하여 교반하는 혼합단계; 혼합물을 성형하는 성형단계;로 이루어지되, 황토분말 100중량부에 폐 폴리우레탄 분쇄물 10~40중량부, 디메틸아세트아미드(DMAC) 0.1~0.5중량부를 이용하면서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

용융단계는 내부온도가 140~210℃로 유지되는 고온 고압의 회전식 교반기에 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물(20mm 이하 정도)을 디메틸아세트아미드(DMAC)와 함께 투입하여 10~30분간 진행하며, 이때 디메틸아세트아미드는 열경화성 폐 폴리우레탄의 용해제가 되는데 용융단계에서 용융시키는 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물의 0.1~1중량% 정도이면 적당하다.

특히 본 발명에서는 용융단계를, 물성이 다른 폴리에스테르 계열과 폴리에테르 계열을 구분하여 단계적으로 진행할 것을 제안한다. 다시 말해 용융단계를, 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물을 폴리에스테르 계열과 폴리에테르 계열을 구분하는 재료선별단계; 폴리에스테르 계열의 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물과 메틸아세트아미드(DMAC)를 투입하여 용융시키는 1차 용융단계; 상기 1차 용융단계가 진행되는 회전식 교반기에, 폴리에테르 계열의 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물을 투입하는 2차 용융단계;로 세분하여 진행하는 것이다. 보통 폴리에테르 계열이 폴리에스테르 계열보다 밀도가 작으면서 탄성이 우수한데, 두 계열을 혼합 재생하여 서로의 장점을 강화하면서 단점을 보완하고 아울러 밀도가 큰 폴리에스테르 계열을 먼저 용융시키고 밀도가 작은 폴리에테르 계열을 나중에 용융시켜 효율적으로 재생할 수 있도록 한 것이다. 폴리에스테르 계열과 폴리에테르 계열은 각각 10~90중량% 범위 내에서 적절한 양으로 혼합하면 된다.

1차 용융단계와 2차 용융단계는 내부온도가 140~210℃로 유지되는 고온 고압의 회전식 교반기에서 각각 10~15분간 진행한다. 교반기에서 폴리에스테르 계열의 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물의 용융이 이미 진행되기 때문에 폴리에테르 계열의 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물이 투입되면 서로 용융되면서 교반된다(융합). 2차 용융단계에서 용융시키는 폴리에스테르 계열의 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물이 1차 용융단계에서 용융시키는 폴리에스테르 계열의 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물보다 상대적으로 많은 경우에는 폴리에스테르 계열의 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물을 적절한 양으로 나누어 투입 용융하도록 한다.

혼합단계는 용융이 진행되는 교반기에 황토분말을 투입하여 교반한다. 황토분말 100중량부에 폐 폴리우레탄 분쇄물 10~40중량부로 혼합하도록 한다. 폐 폴리우레탄 분쇄물이 이보다 많으면 황토 질감이 떨어지고, 적으면 결합력이 떨어질 우려가 있다.

또한 혼합단계는 닥나무, 닥풀, 볏짚, 왕겨, 톱밥, 게르마늄, 숯, 안료, 야광, 형광 중에서 하나 이상 선택된 기능성 첨가제를 추가 투입하면서 진행할 수도 있으며, 이때 기능성 첨가제는 황토분말의 1~30중량%가 적당하다. 닥나무, 닥풀, 볏짚, 왕겨, 톱밥, 게르마늄, 숯, 한방재료는 보강하여 강도 강화에 기여하는 한편 친환경성을 부여하기 위한 기능성 첨가제가 되며, 황토분말의 0.5~30중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 특히 섬유질 상태의 재료들(닥나무, 닥풀, 볏짚, 왕겨, 톱밥, 한방재료)은 투입되어 3~5분 정도 혼합과정을 거치더라도 섬유질 상태가 남아있기 때문에 혼합물을 보강하는 재료가 된다. 안료, 야광, 형광은 색상 조절을 위한 기능성 첨가제가 되는데, 황토분말의 0.5~10중량%로 사용한다.

성형단계는 겔상태로 혼합된 혼합물을 일정한 모양으로 만드는 과정이 되며, 성형단계는 통상의 플라스틱 성형방법으로 수행하면 된다. 즉, 사용 목적이나 용도에 따라 성형틀, 성형로울러 등을 이용하여 일정한 형태의 플라스틱 제품으로 성형하는 것이다. 특히 본 발명에서는 성형틀에 의한 블록 내지 벽돌 형태의 황토성형품으로 제조할 것을 바람직한 실시예로 제안한다. 나아가 황토성형품을 다시 분쇄하면 황토칩으로 생산할 수 있다. 이렇게 생산된 황토성형품들은 건축자재로 다양하게 이용할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예1] 황토블록 제조

(1)재료준비

재생할 열경화성 폐 폴리우레탄을 수거 분쇄하여 20㎜ 이하의 분쇄물로 준비하는 한편 디메틸아세트아미드, 황토분말, 숯, 게르마늄을 준비하는데, 황토분말 100중량부에 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물 20중량부, 디메틸아세트아미드 0.2중량부, 볏짚 5중량부, 게르마늄 5중량부, 안료 1중량부 준비하였다.

(2)용융

내부온도가 140~210℃로 유지되는 회전식 교반기에 열경화성 폐 폴리우레탄을 디메틸아세트아미드와 함께 투입하여 10~15분간 용융시킨다.

(3)혼합

황토분말을 투입하여 5~15분간 교반하고, 마지막으로 볏짚, 게르마늄, 안료를 투입하여 3~5분간 교반한다.

(4)성형 및 분쇄

겔상태로 혼합된 혼합물을 블록으로 성형하면 황토블록이 완성되고, 벽돌로 성형하면 황토벽돌이 완성된다. 나아가 황토블록과 황토벽돌을 15㎜ 크기 이하로 분쇄하면 황토칩이 완성된다.

[실시예2] 황토블록 시편의 물성 비교

상기 [실시예1]에 따라 완성된 황토블록과 종래 일반적으로 사용하는 황토블록에 대하여 물성을 비교 조사하였다. 조사 결과는 하기 [표 1]과 같으며, 보는 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 황토블록은 우수한 물성을 나타내고 있다. 이에 따라 본 발명에 따라 제조된 황토성형품은 친환경 건설자재로 바람직하게 사용할 수 있다.

황토블록의 물성

시험항목	본 발명에 따른 황토블록	일반황토블록	시험방법
압축강도(MPA)	30±2	25±2	KS F 2405
흡수율(%)	4.5±0.5	5.5±0.5	KS F 4419

Claims

회전식 교반기에 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물과 디메틸아세트아미드(DMAC)를 투입하여 용융시키는 용융단계;
상기 용융단계가 진행되는 회전식 교반기에, 황토분말을 투입하여 교반하는 혼합단계;
혼합물을 성형하는 성형단계;로 이루어지되,
황토분말 100중량부에 폐 폴리우레탄 분쇄물 10~40중량부, 디메틸아세트아미드(DMAC) 0.1~0.5중량부를 이용하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열경화성 폐 폴리우레탄의 재생을 통한 친환경 황토성형품의 제조방법.
제1항에서,
상기 용융단계는,
열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물을 폴리에스테르 계열과 폴리에테르 계열을 구분하는 재료선별단계;
폴리에스테르 계열의 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물과 메틸아세트아미드(DMAC)를 투입하여 용융시키는 1차 용융단계;
상기 1차 용융단계가 진행되는 회전식 교반기에, 폴리에테르 계열의 열경화성 폐 폴리우레탄 분쇄물을 투입하는 2차 용융단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열경화성 폐 폴리우레탄의 재생을 통한 친환경 황토성형품의 제조방법.
제1항 또는 제2항에서,
상기 혼합단계는, 닥나무, 닥풀, 볏짚, 왕겨, 톱밥, 게르마늄, 숯, 안료, 야광, 형광 중에서 하나 이상 선택된 기능성 첨가제를 추가 투입하면서 이루어지되,
기능성 첨가제는 황토분말 100중량부에 대하여 1~30중량부로 이용하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열경화성 폐 폴리우레탄의 재생을 통한 친환경 황토성형품의 제조방법.
제1항 또는 제2항에서,
상기 성형단계는, 블록이나 벽돌로 성형하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열경화성 폐 폴리우레탄의 재생을 통한 친환경 황토성형품의 제조방법.
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