KR101144035B1 - 폐 에어백 기포지의 재활용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐 에어백 기포지의 재활용 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학용제인 붕불산과 1,2-프로판디올을 이용하여 나일론66 원단에 코팅되어 있는 실리콘 고무를 제거한 후 용융 및 압출성형함으로써, 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지로부터 펠릿화된 나일론66을 제조하는 재활용 방법에 관한 것이다. 본 발명의 폐 에어백 기포지의 재활용 방법에 의하면 폐 에어백 기포지로부터 실리콘 고무를 간단하면서도 효과적인 방법으로 제거하여 나일론66 고유의 기계적 물성과 동등한 수준의 물성을 갖는 펠릿화된 나일론66을 제조할 수 있으므로, 소각 또는 매립되던 폐 에어백 기포지로부터 고부가가치의 나일론66 소재를 회수함과 동시에 환경오염 문제에도 대처할 수 있다.

Description

폐 에어백 기포지의 재활용 방법{Recycling method of Wasted air bag fabrics}
본 발명은 폐 에어백 기포지에서 실리콘 고무를 제거함으로써 에어백 기포지를 재활용 하는 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. 이에 따라 에어백 기포지는 기본적으로 고가의 엔지니어링 플라스틱인 나일론66(nylon66, polyamide66)으로 이루어져 있다. 그러나, 나일론66은 플라스틱 소재 중 고가의 소재로 2010년 기준으로 3400원/㎏ 이상의 가격으로 거래되고 있으며, 이러한 고가의 소재를 이용하여 제조되는 에어백 기포지를 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
자동차 내부에 설치되는 에어백 기포지의 종류는 장착 부위에 따라 통상 운전적 에어백 기포지, 조수석 에어백 기포지, 측면 에어백 기포지, 커튼 에어백 기포지 등 네 가지 종류로 구분된다. 이 중 운전석 에어백 기포지와 커튼 에어백 기포지는 열특성, 기밀성 등의 품질확보를 위해 실리콘 고무로 표면 처리되어 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 표면간의 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.
도 1은 실리콘 고무로 표면 처리한 기포지(우)와 무처리한 기포지(좌)를 확대한 도면으로서, 실리콘 고무로 코팅되지 않은 나일론 원단은 단일상으로 되어 있으나, 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 하기 표 1에서 보이는 바와 같이 기계적 물성을 저하시키는 원인이 되고 있다.
구분 비중 인장강도[kgf/cm2]
※내열노화조건:
140℃,1000hr		 신율
(%)		 굴곡
강도
[kgf/cm2]		 굴곡
탄성율
[kgf/cm2]		 아이조드
충격강도
[kgf?cm/cm]
상온 -40℃
내열노화
前		 내열노화
後		 변화율
(%)
코팅
사출물		 1.02 520 417 19.8 10 671 19411 4.3 2.7
無 코팅
사출물		 1.08 857 744 13.2 18 1090 30022 6.1 4.2
기준값 1.12 ~
1.16		 750
이상		 - 25
이하		 20
이상		 1050
이상		 24000
이상		 4
이상		 2
이상
실리콘 고무 코팅 처리된 기포지를 실리콘 제거 없이 재활용시, 경화된 실리콘 고무가 재료의 1.5%를 차지하는데, 이는 나일론 원단과의 비상용성(non-compatibility)으로 인해 재활용 재료의 물성저하를 초래하게 된다. 또한, 실리콘 고무가 코팅된 기포지를 압출할 경우 불균일한 실리콘 고무와 나일론과의 비상용성으로 인해 수지의 흐름이 저하되어 압출시 수지가 절단되어 이로 인해 연속적인 압출이 어려운 문제가 발생하며, 실리콘 고무의 가교 결합을 파괴하지 않고 사출할 경우 제품 표면에 실리콘 노출로 인해 표면이 고르지 못하여 성형성이 떨어지고 상품 가치가 저하되는 문제도 발생하게 된다.
현재 국내의 경우, 에어백 기포지를 제조하는 과정에서 발생하는 기포지 스크랩은 플라스틱 성형업체에서 약 10 ~ 20% 정도 신재와 혼합하여 재활용하고 있으나, 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지는 재활용되지 못하고 전량 소각, 매립 또는 중국에 수출되고 있다. 이러한 소각 또는 매립에 의한 처리방법은 환경 문제를 발생시켜 심각한 문제를 초래할 수 있다. 이에, 기포지를 pH 10 이상의 알칼리 용액에 침지한 후 탈수하여 코팅층을 박리하는 기술이 제안된 바 있으나 나일론 원단 표면에서 화학변화가 발생하는 문제가 있었으며, 대한민국 공개특허 제 10-2009-0130948 호에서는 실리콘 고무가 코팅된 에어백 기포지에 마이크로파를 조사한 후, 상용화제를 첨가하고 용융블렌드시켜 압출하는 에어백 기포지의 재활용 방법을 제안하고 있으나, 실리콘 고무를 근본적으로 제거하지 못하여 압출성형된 소재가 나일론66 소재와 동등 수준의 기계적 물성을 갖기 어려운 문제가 있었다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 실리콘 고무가 표면에 코팅된 폐 에어백 기포지를 붕불산(fluoroboric acid, HBF4) 수용액에 침지시킨 다음 1,2-프로판디올 용액에 침지시키면 표면의 실리콘 고무를 효과적으로 제거할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다. 따라서, 본 발명은 실리콘 고무가 코팅된 폐 에어백 기포지에서 실리콘 고무를 제거함으로써 에어백 기포지를 재활용 하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다
본 발명은 실리콘 고무로 코팅된 에어백 기포지를 붕불산 수용액에 침지시켜　실리콘　고무를　팽윤시키는　단계; 상기 실리콘　고무를　녹인　에어백　기포지를　1,2-프로판디올에 침지시켜 에어백 기포지에서 실리콘 고무를 분리시키는 단계; 및 상기 실리콘 고무가 분리된 에어백 기포지를 건조 후 용융 및 압출성형하여 펠릿화된 나일론66을 제조하는 단계;를 포함하는 폐 에어백 기포지의 재활용 방법을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따른 폐 에어백 기포지의 재활용 방법에 의하면 실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지의 코팅을 간단하고 효과적인 방법으로 제거하여 물성저하 없는 고부가가치의 나일론66 펠릿을 제조할 수 있으며, 제조된 나일론66 펠릿은 다시 에어백　기포지는　물론　의류, 로프, 타이어코드 등으로 유용하게 적용할 수 있다.
도 1은 실리콘 고무로 표면 처리한 기포지(우)와 무처리한 기포지(좌)를 확대 도시한 이미지이다.
도 2는 실리콘 고무로 표면 처리된 폐 에어백 기포지의 재활용 과정을 도식화 것이다.
이하에서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.
본 발명은 실리콘 고무로 표면 처리된 폐 에어백 기포지를 붕불산 수용액에 침지시켜 실리콘 고무를 팽윤시킨 후, 에어백 기포지를 1,2-프로판디올에 침지시켜 에어백 기포지에서 실리콘 고무를 분리시키고, 이후 에어백 기포지를 용융 및 압출성형하여 펠릿화된 나일론66을 제조하는 하는, 에어백 기포지의 재활용 방법에 관한 것이다.
상기 실리콘 고무로 코팅된 에어백 기포지를 붕불산 수용액에 침지시켜　실리콘　고무를　팽윤시키는　단계를 설명하겠다. 일반적으로 실리콘 고무는 강산 또는 강염기하에서 분해되는 경향이 있지만, 붕불산의 경우 실리콘 고무와 유사한 분자구조를 가지기 때문에 실리콘 고무의 특성을 최대한 보존하면서 실리콘 고무를 분해시킬 수 있는 장점이 있다. 이때 실리콘 고무는 붕불산의 영향으로 팽윤된다. 붕불산 수용액은 붕불산과 물의 혼합 비율이 10 : 90 ~ 30 : 70 의 중량비인 것이 바람직하다. 붕불산의 함량이 너무 적으면 실리콘 고무를 충분히 팽윤시키기 어려우며, 반대로 너무 많이 사용하면 재활용된 나일론66 펠릿에서 심한 냄새가 발생하는 문제가 있을 수 있다.
붕불산 수용액에 의해 에어백 기포지에서 실리콘 고무를 팽윤시킨 다음, 에어백　기포지를　1,2-프로판디올에 침지시켜 에어백 기포지에서 실리콘 고무를 분리시키는 단계를 수행한다. 1,2-프로판디올은 화장품의 습윤제, 가습제로서 사용되는 물질로 실리콘 고무와 나일론 고분자간에 가장 우수한 계면활성 작용을 하는 용제이다. 따라서 팽윤된 실리콘 고무와 나일론 기재간의 계면 장력을 현저히 감소시키게 되는데, 이때 실리콘 고무는 때가 벗겨진 것처럼 피막이 떨어지게 되어 나일론 기재로부터 분리되게 된다. 필요에 따라서는 1,2-프로판디올에 침지시키기 전에 붕불산 수용액에 침지된 에어백 기포지를 물로 세척하는 과정을 거칠 수 있다.
1,2-프로판디올에 의해 에어백 기포지에서 실리콘 고무가 분리되면 건조 후 용융 및 압출성형하여 펠릿화된 나일론66을 제조하게 된다. 필요에 따라서 건조하기 전에 1,2-프로판디올에 침지된 에어백 기포지를 물로 세척하는 과정을 거칠 수 있다. 건조된 에어백 기포지는 이축압출기에 투입하여 280 ~ 300℃로 용융시키고 스크류 회전속도 250 ~ 300 rpm으로 압출성형함으로써 펠릿화된 나일론66 소재를 제조한다. 이때, 용융온도가 280℃ 미만이면 나일론66의 용융점도가 낮아 압출성형시 전단력에 의한 마찰열 발생으로 수지 조성물의 분해가 발생할 수 있으며, 300℃를 초과할 경우에는 나일론66의 열분해가 발생하여 기계적 물성을 비롯한 제반 물성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 또한 스크류 회전속도가 너무 낮으면 압출기 배출구에서 스트랜드(strand)가 형성되지 않는 문제가 있을 수 있으며, 너무 크면 나일론 분자가 파괴되어 분자량이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 폐 에어백 기포지 재활용 방법에 의하면, 에어백 기포지에 코팅된 실리콘 고무를 간단하면서도 효과적인 방법으로 제거할 수 있으며, 실리콘 고무가 제거된 에어백 기포지로부터 펠릿화된 나일론66으로 제조할 수 있어 폐 자원에서 고부가가치의 소재를 회수할 수 효과를 거둘 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시에에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 ~ 3
실리콘 고무로 표면 처리된 에어백 기포지를 각각 농도가 10 중량%(실시예 1), 20 중량%(실시예 2), 30 중량%(실시예 3)인 붕불산 수용액에 침지시켰다. 이후 에어백 기포지를 1,2-프로판디올에 침지시켜 에어백 기포지에서 실리콘 고무를 분리시킨 후, 실리콘 고무가 분리된 에어백 기포지를 길이와 직경의 비(L/D)가 40, 직경이 60 mm인 이축압출기의 1차 투입구에 투입하고, 280℃로 용융시킨 후, 스크류 회전속도 250 rpm으로 압출하여 펠릿화된 재활용 나일론66 소재를 회수하였다.
비교예 1 ~ 2
실시예 1 ~ 3 에서 얻어진 재활용 나일론66와의 물성 비교를 위하여 실리콘 코팅으로 표면 처리된 에어백 기포지(비교예 1)와 실리콘 코팅으로 표면 처리되지 않은 에어백 기포지(비교예 2)를 붕불산 수용액 및 1,2-프로판디올에 침지시키지 않고 곧바로 이축압출기의 1차 투입구에 투입하고, 용융온도 280℃, 스크류 회전속도 250 rpm으로 압출하여 펠릿화된 재활용 나일론66 소재를 회수하였다.
실험예 : 물성측정실험
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 펠럿화된 재활용 나일론66 소재를 실린더 온도 280℃, 금형 온도 80℃로 고정한 후, 시편을 사출성형하였고, 성형된 시편 각각의 물성을 아래와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 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)]
구분 비중 열변형온도
(℃)		 인장강도
(kgf/cm2)		 인장신율
(%)		 굴곡강도
(kgf/cm2)		 굴곡
탄성율 (kgf/cm2)		 충격강도
(상온)
(kgf?cm/cm)
실
시
예		 1 1.08 215 706 18 901 27,641 5.8
2 1.08 222 806 20 966 29,534 6.0
3 1.08 223 813 22 987 29,710 6.0
비
교
예		 1 1.02 203 520 10 671 19,411 4.3
2 1.08 220 857 18 1,090 30,022 6.1
상기 표 2에서 보이듯이, 본 발명의 폐 에어백 기포지 재활용 방법에 의해 실시예 1 ~ 3에서 제조된 나일론66 소재로 성형된 시편은 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 충격강도 등의 기계적 물성이 비교예 2의 실리콘 고무로 코팅하지 않은 에어백 기포지로 성형한 시편과 동등한 수준을 보임을 알 수 있다. 이는 폐 에어백 기포지로부터 실리콘 고무를 효과적으로 제거하였음을 나타내는 결과이다. 실리콘 고무로 코팅된 에어백 기포지로 제조한 비교예 1의 나일론66 소재는 압출성형시 수지가 절단되어 연속적인 압출이 되지 아니하였으며, 사출성형시 시편의 기계적 물성이 좋지 못하였으며 또한 시편의 표면도 매끄럽지 않았다.
결국, 본 발명의 폐 에어백 기포지로부터 실리콘 고무를 제거함으로써 기포지를 재활용 하는 방법에 의하면, 실리콘 고무를 간편한 공정만으로도 효과적으로 제거할 수 있으므로, 소각 또는 매립되던 폐 에어백 기포지로부터 고부가가치의 나일론66 소재를 회수함과 동시에 환경오염 문제에도 대처할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (3)

  1. 실리콘 고무로 코팅된 에어백 기포지를 붕불산 수용액에 침지시켜　실리콘　고무를　팽윤시키는　단계;
    상기 실리콘　고무를　팽윤시킨　에어백　기포지를　1,2-프로판디올에 침지시켜 에어백 기포지에서 실리콘 고무를 분리시키는 단계; 및
    상기 실리콘 고무가 분리된 에어백 기포지를 건조 후 용융 및 압출성형하여 펠릿화된 나일론66을 제조하는 단계;
    를 포함하는 폐 에어백 기포지의 재활용 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 붕불산 수용액은 붕불산과 물의 혼합 비율이 10 : 90 ~ 30 : 70 의 중량비인 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 용융 및 압출성형은 에어백 기포지를 280 ~ 300℃로 용융시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법.
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KR20090130948A (ko) * 2008-06-17 2009-12-28 현대자동차주식회사 에어백 기포지의 재활용 방법

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