KR101134379B1 - 에어백 기포지의 재활용을 위한 첨가제 및 에어백 기포지를 재활용한 수지조성물과, 에어백 기포지의 재활용 방법 - Google Patents

에어백 기포지의 재활용을 위한 첨가제 및 에어백 기포지를 재활용한 수지조성물과, 에어백 기포지의 재활용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상용화제를 이용하여 나일론 원단과 실리콘 고무 간에 상용성을 부여함으로써, 기존의 폐 에어백 기포지를 재활용할 수 있는 에어백 기포지의 재활용을 위한 첨가제 및 에어백 기포지를 재활용한 수지조성물과, 에어백 기포지의 재활용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 실리콘 고무로 표면처리된 폐 에어백 기포지와, 실리콘 고무로 표면처리되지 않은 폐 에어백 기포지를 별개로 압출하여 각각의 재활용 칩을 만들고, 상기 각각의 재활용 칩을 혼합한 다음, 혼합된 재활용 칩에 상용화제를 용융 및 컴파운딩 하여 에어백 기포지인 나일론 원단과 실리콘 고무간의 상용성을 부여하여 재활용 나일론66을 제조하는 에어백 기포지의 재활용 방법을 제공한다.
따라서, 상기 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지를 재활용한 나일론66이 상대적으로 우수한 수준의 물성을 보유함으로써, 폐 에어백 기포지의 재활용으로 인한 원가절감과 고부가 가치의 용도로 재활용하여 환경성을 향상시킬 수 있다.
에어백, 기포지, 실리콘, 고무, 나일론66, 상용화제, 재활용

Description

에어백 기포지의 재활용을 위한 첨가제 및 에어백 기포지를 재활용한 수지조성물과, 에어백 기포지의 재활용 방법{Additive for recycling of air bag fabrics and Resin composition using the air bag fabrics and Recycling method for air bag farics}
본 발명은 에어백 기포지의 재활용을 위한 첨가제 및 에어백 기포지를 재활용한 수지조성물과, 에어백 기포지의 재활용 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리콘 고무로 표면 처리된 폐 에어백 기포지를 재활용 할 수 있는 에어백 기포지의 재활용을 위한 첨가제 및 에어백 기포지를 재활용한 수지조성물과, 에어백 기포지의 재활용 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 에어백은 차량 충돌시 충격으로부터 승객을 보호하기 위해 설치되는 부품으로서, 자동차 사고시 부풀어 올라 승객에게 미치는 충격량을 감소시킨다.
에어백 기포지는 에어백 모듈내에 장착되는 섬유로서 차량사고 등의 긴급한 상황에서 전개되기 때문에, 급격한 팽창에 의한 고압 및 고온을 견디는 내부 품질요건을 만족해야 한다.
에어백 기포지는 기본적으로 고가의 엔지니어링 플라스틱인 나일론66으로 이루어져 있다.
첨부한 도 1은 자동차 내부에 종류별로 설치된 에어백 기포지를 나타낸 개략도로서, 에어백 기포지는 자동차 장착 부위에 따라 통상 운전석 에어백 기포지(10)와 조수석 에어백 기포지(11), 측면 에어백 기포지(12), 커튼 에어백 기포지(12) 등 네 가지 종류로 구성된다.
상기 운전석 에어백 기포지(10)는 열특성, 기밀성 등의 품질확보를 위해 실리콘 고무로 표면 처리되어 있으며, 250～350g의 중량을 가진다.
상기 조수석 에어백 기포지(11)는 운전석 대비 전개간격이 넓은 관계로 대체로 복잡한 형태이며, 실리콘 고무로 표면 처리 되지 않은 기포지가 적용되며 400～500g의 중량을 가진다.
상기 측면 에어백 기포지(12)는 실리콘 고무로 표면 처리 되지 않은 기포지가 적용되며, 100～200g의 중량을 가진다.
상기 커튼 에어백 기포지(13)는 운전석과 같이 실리콘 고무로 표면 처리된 기포지이며, 600～800g의 무게를 가진다.
상기 에어백은 국내 법규인 자원순환법에 의해 기본 분리품으로 반드시 폐차하기 전에 사전 처리해야 하는 부품이다.
그러나 현재 폐차의 에어백 장착비율이 낮아, 에어백 기포지의 회수 시스템 이 구축되어 있지 않고, 에어백 자체를 전량 소각 및 매립하고 있는 실정이다.
나일론66은 플라스틱 소재 중 고가의 소재로 2009년 기준으로 3400원/㎏ 이상의 가격으로 거래되고 있으며, 이러한 고가의 소재를 이용하여 제조되는 에어백 기포지를 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
도 2는 나일론 원단에 실리콘 고무로 코팅 처리를 하기 전(좌)과 후(우)의 표면 구조를 비교한 도면으로서, 에어백 기포지는 나일론 원단에 실리콘 고무로 표면 처리한 것과 실리콘 고무로 처리하지 않은 것으로 구분할 수 있다.
실리콘 고무로 표면 처리하는 경우, 나일론 원단(PA66) 위에 실리콘 고무를 적층한 다음 160℃에서 약 3분 동안 가열시키면 실리콘 고무의 Si와 나일론 원단의 O가 결합하여 Si-O 경화층이 형성되는데, 이 Si-O의 결합은 나일론 원단(기포지 원단)과 실리콘 고무와의 반응을 높여 표면 간에 부착력을 증대시킨다.
그러나, 이는 실리콘 고무와 나일론 원단의 접착 구조를 물리적 및 화학적으로 분리시키는 것을 매우 어렵게 하여 에어백 기포지를 재활용하는데 있어서 걸림돌이 되고 있다.
또한, 실리콘 고무 코팅 처리된 기포지를 재활용시 경화된 실리콘 고무가 재료의 1.5%를 차지하는데, 이는 나일론 원단과의 비상용성(non-compatibility)으로 인해 재활용 재료의 물성저하를 초래하게 된다.
도 3은 실리콘 고무로 표면 처리한 기포지(우)와 무처리한 기포지(좌)를 확대 도시한 도면으로서, 실리콘 고무로 코팅되지 않은 나일론 원단은 단일상으로 되어 있고, 실리콘 고무로 코팅된 나일론 원단은 표면에 실리콘 고무가 불균일하게 분포되어 있으며, 실리콘 고무 드롭플릿(droplet)의 크기는 약 5~26㎛ 정도이다.
상기 실리콘 고무로 코팅된 기포지의 경우 나일론66과 실리콘 고무가 블렌딩되지 않고 상분리된 상태로 존재하는데, 이는 기계적 물성을 저하시키는 원인이 되어, 아래 표 1과 같이 무코팅 기포지에 비해 코팅 기포지의 물성이 상대적으로 저하되었음을 알 수 있다.
Figure 112009059490202-pat00001
상기 표 1은 에어백 기포지의 표면 처리 유무에 따른 기계적 물성을 비교하여 나타낸 것이다.
또한, 실리콘 고무가 코팅된 기포지를 압출할 경우 불균일한 실리콘 고무와 나일론과의 비상용성으로 인해 수지의 흐름이 저하되어 압출시 수지가 절단되며 이로 인해 연속적인 압출이 어려운 문제가 발생한다.
그리고, 실리콘 고무의 가교 결합을 파괴하지 않고 사출할 경우 제품 표면에 실리콘 노출로 인해 표면이 고르지 못하여 성형성이 떨어지고 상품 가치가 저하되는 문제도 발생하게 된다.
이와 같이 코팅 기포지의 재활용시 발생되는 문제를 극복하기 위해 기포지를 PH10 이상의 알칼리 액에 침지한 후 탈수하여 코팅층을 박리 제거하는 기술이 제안된 바 있다.
그러나, 이는 유기용제 사용에 따른 추가설비 및 인건비로 인해 비용이 증대되는 문제가 있으며, 유기용제에 침지시 나일론 원단도 반응하여 나일론 원단의 표면이 개질되어 화학적인 변화가 일어나는 문제가 발생한다.
이러한 반응은 화학적인 물성 저하를 일으키게 되고 기계적 물성 저하에 비해 물성 극복이 더욱 어려워진다.
또한, 유기용제의 사용은 인체에 유해하며 환경 문제를 초래하기도 한다.
현재 국내의 경우, 에어백 기포지를 제조하는 과정에서 발생하는 기포지 스크랩은 플라스틱 성형업체에서 약 10~20% 정도 신재와 혼합하여 재활용하고 있으며, 폐차에서 수거된 기포지는 전량 소각되고 있다.
이러한 소각 또는 매립에 의한 처리방법은 환경 문제를 발생시켜 심각한 문제를 초래할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 실리콘 고무가 표면에 코팅된 폐 에어백 기포지 및 실리콘 고무가 표면에 코팅되지 않은 폐 에어백 기포지를 최적 비율로 혼합하고, 상용화제를 용융 컴파운딩하여 나일론 원단과 실리콘 고무 간에 상용성을 부여하는 에어백 기포지의 재활용을 위한 첨가제 및 에어백 기포지를 재활용한 수지조성물과, 에어백 기포지의 재활용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일측면은 스티렌-말레산무수물 공중합체, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)가 그라프트된 말레산무수물, 무정형 에틸렌 공중합체가 그라프트된 말레산 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 상용화제가 사용되는 에어백 기포지의 재활용을 위한 첨가제를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 실리콘 고무로 표면 처리된 나일론 원단 및 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 나일론 원단이 혼합된 재활용 칩 95~99.7%; 및
상기 스티렌-말레산무수물 공중합체, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)가 그라프트된 말레산무수물, 무정형 에틸렌 공중합체가 그라프트된 말레산 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 상용화제 0.3~5중량%로 조성된 에어백 기포지의 재활용을 위한 수지조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면은 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지 및 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 에어백 기포지를 압출하여 각각의 재활용 칩으로 만드는 단계; 상기 각각의 재활용 칩을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 재활용 칩에 스티렌-말레산무수물 공중합체, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)가 그라프트된 말레산무수물, 무정형 에틸렌 공중합체가 그라프트된 말레산 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 상용화제를 용융 컴파운딩하여 재활용 펠렛으로 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 에어백 기포지의 재활용을 위한 첨가제 및 에어백 기포지를 재활용한 수지조성물과, 에어백 기포지의 재활용 방법은 다음과 같은 장점 및 효과가 있다.
1. 추가 공정 없이 상용화제만를 이용하여 코팅 성분인 실리콘 고무와 에어백 기포지의 나일론 원단에 상용성을 부여하여, 저하된 물성을 향상시킴으로써 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지를 재생할 수 있으며, 이로 인해 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.
2. 폐 에어백 기포지를 이용하여 고부가 가치를 창출함으로써, 효율적으로 에어백을 재활용할 수 있고, 고부가가치 용도로 적용할 수 있는 부가적인 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 4은 본 발명에 따른 재활용 나일론66의 제조방법을 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 에어백 기포지의 재활용 방법은, 실리콘 고무로 표면 처리된 폐 에어백 기포지 및 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 폐 에어백 기포지를 재활용하기 위해 각각 따로 선별 및 분리하여 각각의 재활용 칩으로 만드는 단계; 상기 각각의 재활용 칩을 혼합하는 단계; 상기 혼합된 재활용 칩에 상용화제를 용융 및 컴파운딩 하여 최종적으로 펠릿 상태의 재활용 나일론66을 제조하는 단계로 이루어진다.
상기 상용화제는 코팅성분인 실리콘 고무와 나일론 원단간에 상용성을 부여하여 물성을 개선하는 역할을 하고, 본 발명에서는 스티렌-말레산무수물 공중합체, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)가 그라프트된 말레산무수물, 무정형 에틸렌 공중합체가 그라프트된 말레산 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 상용화제가 사용될 수 있다.
바람직하게는 스티렌-말레산무수물 공중합체, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)가 그라프트된 말레산무수물을 사용할 수 있다.
그리고, 가장 바람직하게는 스티렌-말레산무수물 공중합체를 사용하는 것이 좋다.
상기 스티렌-말레산무수물 공중합체는 스티렌과 말레산무수물이 2:1의 비율 이며, 무게평균분자량은 7,500, 수평균분자량은 2,700이다. 유리전이온도는 110℃, 산도는 200~240 mg KOH/g이다.
상기 에틸렌 프로필렌 고무가 그라프트된 말레산무수물은 밀도가 0.87 g/㎤, 용융온도는 30℃, 유리전이온도는 -44℃이다.
상기 재활용 나일론66의 수지조성물의 함량을 설명하면 다음과 같다.
상기 실리콘 고무로 표면 처리된 폐 에어백 기포지의 함량은 40 ~ 80 중량%이고, 왜냐하면 표면 코팅된 폐 에어백 기포지의 함량이 40 중량% 미만인 경우에는 상용화제에 의한 상용성 부여 효과가 미미하고, 80 중량%를 초과하는 경우에는 실리콘 고무의 영향으로 압출 가공시 스트랜드가 형성되지 않아 칩 형태로 제조할 수 없기 때문에 상기 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
상기 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 폐 에어백 기포지의 함량은 20 ~ 60중량%이고, 왜냐하면 미코팅된 폐 에어백 기포지의 함량이 20 중량% 미만인 경우에는 표면 코팅된 폐 에어백 기포지의 실리콘 고무의 영향으로 압출 가공시 스트랜드가 형성되지 않아 칩 형태로 제조할 수 없고, 60 중량%를 초과하는 경우에는 상용화제의 의한 상용성 부여 효과가 미미하기 때문에 상기 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 실리콘 고무로 표면 처리된 폐 에어백 기포지와 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 폐 에어백 기포지의 최적 혼합비율 60 : 40이다.
또한 상기 실리콘 고무로 표면 처리된 폐 에어백 기포지와 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 폐 에어백 기포지를 혼합하여 만든 재활용 칩의 함량은 95 ~ 99.7 중량%이고, 이때 재활용 칩의 함량이 95중량% 미만인 경우에는 상용화제 첨가 비율이 늘어나 원가가 상승되고, 99.7 중량%를 초과하는 경우에는 상용화제에 의한 상용성 부여 효과가 미미하기 때문에 상기 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 상용화제의 함량은 0.3 ~ 5 중량%이고, 이때 상용화제의 함량이 0.3 중량% 미만이면 상용화제로서의 역할이 부족하여 물성이 감소되며, 5 중량%를 초과할 경우 비용 상승 대비 특성 향상이 미미하므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 재활용 나일론66의 제조방법을 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.
1. 폐 에어백 기포지를 재활용 칩으로 만드는 단계
회수된 상기 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지 및 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 에어백 기포지의 혼입 이물질을 제거한다.
그 다음, 선별이 끝난 에어백 기포지는 300~350℃ 온도의 압출기 호퍼에 투입한다.
이때, 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지와 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 에어백 기포지를 분리하여 각각의 재활용 칩을 제조한다.
단, 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지의 압출 시에는, 수지 흐름성을 향상시켜 스트랜드를 형성시켜야 하므로 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 에어백 기포지 20~30 중량%를 혼합하여야 한다.
이때, 상기 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 에어백 기포지 함량이 20 중량% 미만이면, 실리콘 고무가 수지의 흐름성을 방해하여 스트랜드가 제대로 형성되 지 않아 칩 형태로 제조할 수 없고, 30 중량%를 초과하면 미코팅된 에어백 기포지 비율이 늘어남에 따라 원가가 상승하기 때문에 상기 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
호퍼에서 용융된 에어백 기포지는 압출기 투입구로 흘려내려 250~260℃의 온도가 유지되며 압출기 내부에 구비된 스크류가 모터에 의해 회전되어 기포지가 용융 상태로 전진하면서 배출되고 커팅되어 최종적으로 펠렛 상태의 재활용 칩을 얻을 수 있다.
2. 각각의 재활용 칩을 혼합하는 단계
제1단계에서 얻은 에어백 기포지 재활용 칩을 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지 40~80 중량%, 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 에어백 기포지 20~60 중량%의 비율로 헨셀믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분산시킨다.
3. 혼합된 재활용 칩과 상용화제를 용융 및 컴파운딩 하는 단계
상기 혼합된 재활용 칩과 상용화제를, L/D=40, Φ=60(mm)의 이축압출기의 1차 투입구에 투입하여 압출온도 280℃ ~ 300℃에서, 스크류 회전속도는 250 ~ 300 rpm으로 압출 가공을 통해 에어백 기포지를 재활용한 나일론66 소재를 제조한다.
이때, 상기와 같은 온도 범위를 벗어나는 경우 특히 280℃ 미만이면 재활용 나일론66의 용융점도가 낮아 전단력에 의한 마찰열 발생으로 수지 조성물의 분해가 발생할 수 있으며, 상용화제의 분산이 잘 이뤄지지 않을 수 있고, 300℃를 초과할 경우에는 나일론 66의 열분해가 발생하여 기계적 물성을 비롯한 제반 물성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다
이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 8
실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지 재활용 칩과 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 에어백 기포지 재활용 칩을 이용하여 하기 표 2의 조성으로 혼합하여 제조하였다.
상기 성분을 60:40 중량% 비율로 헨셀믹서로 균일하게 혼합하여 분산시킨 다음, L/D=40, Φ=60(mm)의 이축압출기의 1차 투입구에 혼합된 재활용 칩과 상용화제를 투입하고, 압출 온도 280℃ ~ 300℃, 스크류 회전속도 250 ~ 300 rpm으로 압출하여 펠렛화하여 본 발명의 재활용 나일론66 소재를 제조하였다.
비교예 1 ~ 6
실시예 1과 동일한 방법으로 재활용 나일론66 소재를 제조하되, 하기 표 1의 조성을 같도록 비교예 1 ~ 6을 실시하였다.
비교예 7
실시예 1과 동일한 방법으로 재활용 나일론66 소재를 제조하되, 일반적인 상용화제인 SEBS-g-MAH를 사용하여 재활용 나일론66 소재를 제조하였다.
비교예 8
실시예 1과 동일한 방법으로 재활용 나일론66 소재를 제조하되, 실리콘 코팅으로 표면 처리된 에어백 기포지만을 이용하여 재활용 나일론66 소재를 제조하였다.
Figure 112009059490202-pat00002
실험예
물성측정실험
실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 8 에서 제조한 펠럿화된 재활용 나일론66 소재를 실린더 온도 260℃ ~ 280℃, 금형 온도 80℃로 고정한 후, 시편을 사출 성형하였고, 성형된 시편 각각의 물성을 아래와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
- 비중: ASTM D792 (상온)
- 열변형온도: ASTM D648 (하중: 4.6 kgf/㎠)
- 인장강도 및 신율: ASTM D638 (cross head: 50mm/min)
- 굴곡강도 및 탄성율: ASTM D790 (cross head: 50mm/min)
- 충격강도: ASTM D256 [1/8인치, 노치 아이조드 (상온)]
Figure 112009059490202-pat00003
표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 ~ 8에 따라 제조된 본 발명의 시편의 물성은 비교예 1 ~ 8에 따라 제조된 시편의 물성에 비해 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 충격강도 등이 상대적으로 우수하였다.
따라서, 본 발명인 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지를 재활용한 나일론66 소재가 상대적으로 우수한 수준의 물성을 보유함으로써, 폐 에어백 기포지의 재활용으로 인한 원가절감과 더불어 고부가가치 용도로 재활용되어 환경성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
도 1은 자동차 내부에 종류별로 설치된 에어백 기포지를 나타낸 개략도
도 2는 나일론 원단에 실리콘 고무로 코팅 처리를 하기 전(좌)과 후(우)의 표면 구조를 비교한 개략도
도 3은 실리콘 고무로 표면 처리한 기포지(우)와 무처리한 기포지(좌)를 확대 도시한 이미지
도 4은 본 발명에 따른 재활용 나일론66의 제조방법을 나타내는 블럭도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 운전석 에어백 기포지 11 : 조수석 에어백 기포지
12 : 측면 에어백 기포지 13 : 커튼 에어백 기포지

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 실리콘 고무로 표면 처리된 나일론 원단 및 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 나일론 원단이 혼합된 재활용 칩 95~99.7%; 및
    스티렌-말레산무수물 공중합체, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)가 그라프트된 말레산무수물, 무정형 에틸렌 공중합체가 그라프트된 말레산 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 상용화제 0.3~5중량%로 조성되고,
    상기 재활용 칩은 실리콘 고무로 표면 처리된 나일론 원단 40~80중량%와, 실리콘 고무로 표면 처리되지 않은 나일론 원단 20~60중량%를 혼합한 것을 특징으로 하는 에이백 기포지의 재활용을 위한 수지조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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