KR101196598B1

KR101196598B1 - 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법

Info

Publication number: KR101196598B1
Application number: KR20120040790A
Authority: KR
Inventors: 이중호
Original assignee: 이중호
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2012-11-05

Abstract

본 발명은 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법에 관한 것으로, 고주파 발생장치 내에 불량 고무성형품을 투입한 후, 350 ~ 400℃의 온도로 승온하고 3 내지 20분간 가열에 의해 성형고무를 열분해하여 내부 균열을 발생시키는 제1공정; 상기 열분해된 불량 성형품을 프레스장치를 이용하여 고무소재와 금속소재로 각각 분리하는 제2공정; 상기 금속소재 및 메틸렌디클로라이드(Methylene Dichloride, MC) 70 ~ 80중량부, 도데실벤젠설폰산(Dodecyl Benzene Sulfonic Acid, DBA) 5 ~ 10중량부, 사이클로헥산(Cyclohexane, CH), 10 ~ 20중량부, 증류수 10 ~ 15중량부의 비율로 균일하게 혼합한 1차 용제조성물을 1차 반응조에 투입하고 1 ~ 5시간 동안 침적시켜 성형고무를 팽윤시키고 금속소재 표면의 접착제를 분해하는 제3공정; 상기 성형고무가 팽윤되고 표면의 접착제가 분해된 금속소재 및 증류수 80 ~ 90중량부, 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol, IPA) 5 ~ 10중량부, 50% 가성소다 용액 1 ~ 2중량부, 라우릴알코올에 에틸렌옥사이드가 7몰 부가된 비이온 계면활성제(LA-7) 1 ~ 2중량부의 비율로 균일하게 혼합한 2차 세정조성물을 2차 세정조에 침적시키고 내온을 50 ~ 70℃로 유지하여 2 ~ 6시간 동안 세정하는 제4공정; 상기 2차 세정조성물로 세정된 금속소재 및 증류수 50 ~ 60중량부, 글리콜산(Glycolic Acid, GA) 20 ~30중량부, 구연산(Citric Acid) 5 ~ 10중량부, 부틸셀로솔브(Butyl Cellosolve, BC) 20 ~ 30중량부의 비율로 균일하게 혼합한 3차 세정조성물을 3차 세정조에 침적시키고 내온을 50 ~ 70℃으로 유지하여 2 ~ 6시간 동안 세정하는 제5공정; 상기 3차 세정조성물로 세정된 금속소재의 표면을 숏블라스트(shot-blast) 방식으로 연마하는 제6공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법은 고주파 열처리기를 사용하여 열분해가 발생된 성형고무와 금속소재의 각 부분품으로 재활용할 수 있으며, 특히 금속소재는 주물형태의 가공제품으로 제조단가가 고무소재에 비해 상당히 높기 때문에 기존에 불량 성형품이 폐기물로 처리하거나 소각 처리하고 금속소재만을 분리하여 고철로 처리하는 경우에 비해 처리비용이 절감되어 제품의 제조원가 상승을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법은 1차로 고주파 열처리를 행하여 고무의 열분해를 유도하고 기계부품의 형태에 맞는 프레스장치를 이용하여 각 부분품으로의 분리가 용이하며, 그리고 금속부품의 표면에 일부 부착되어 있는 잔류고무 및 접착제 성분을 화학적 공정으로 쉽게 처리할 수 있는 용제 및 세정조성물을 사용함으로써 금속에 손상을 전혀 주지 않으면서 고무 및 기타 접착제를 완전히 제거하게 됨은 물론, 금속소재의 표면에 쇼팅(shoting)으로 처리하여 광택과 재성형에 우수한 효과를 발휘하게 된다.

Description

고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법{The reuse method for rejected goods in rubber molding process}

본 발명은 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 가지 기계부품 또는 내충격을 요구하는 기계장치에 적용되는 충격완화용 부품 등에 적용되는 금속소재와 고무의 이성분(異成分) 접합 성형공정에서 발생되는 불량 고무성형품을 재사용하거나 재성형하기 위해 물리적 처리와 더불어 박리용 용제조성물과 세정조성물을 단계적으로 적용함으로써, 금속 부품소재로부터 성형 불량된 고무를 효과적으로 분리하고 이물질을 제거할 수 있는 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법에 관한 것이다.

산업화된 사회구조에서는 제조 및 생산이 분업화 되고 모든 부품들은 규격화된 품질관리를 하고 있으며, 각종 첨단장비의 등장으로 인해 제품이나 부품의 품질관리가 더욱 엄격화 되고 있다. 그 중에서도 자동차를 비롯한 수많은 운송장비와 기계부품은 그 특성상 제조공정이나 운행 중에 많은 진동에 노출되어 있고 이러한 진동에 대한 내충격성과 소음방지 등을 목적으로 하는 부품에는 천연고무 혹은 특수합성고무 재질에 의한 이성분 접합성형을 행하여 충격을 흡수하거나 소음과 진동을 최소화 하려는 연구와 함께 많은 제품들이 그러한 개념을 바탕으로 제조되고 있다.

금속소재를 골격으로 하는 많은 고분자소재가 상기와 같은 목적으로 적용되지만 천연고무와 이를 모체로 하는 합성고무가 내충격 및 소음 진동에 가장 강한 특성을 보이고 있어 기계부품 및 소재산업에 고무/금속 이성분 접합성형품이 대량으로 사용되고 있는데, 이를 성형하는 과정에서 공정상의 문제 또는 작업자의 실수, 그리고 원료문제 등으로 인하여 성형품의 불량이 다량 발생되고 있다. 하지만 고무의 특성이 물리화학적으로 안정할 뿐만 아니라 비용과 효율성 면에서 많은 어려움이 있어서 일반적인 방법으로는 금속소재로부터 성형 불량인 고무를 제거하는 방법이 특별하게 개발되지 못하고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 일부 업체에서는 이러한 불량 성형품을 재활용하는 방법으로 소각로 혹은 고온의 열원을 이용하여 불량 가공된 고무 및 합성수지를 연소에 의한 처리로 제거하고 금속소재를 재사용하고 있는 정도이다. 그러나 이러한 고온 열처리로 불량 성형된 고무를 제거할 수 있으나 금속표면에 탄화된 재나 무기물 등의 불순물이 다량으로 부착되어 재사용에 문제가 있고, 흔한 경우로서 금속소재가 강한 열에 의해 변형을 받아 금속소재 본래의 강도나 기계적 특성의 저하로 인하여 재사용이 불가능한 경우가 많이 발생되어 대부분의 업체에서는 불량 가공된 성형품을 폐기물로 처리하는 경우가 많다.

더구나 화학공업 및 고분자 성형기술의 발전으로 최근에는 고무와 금속의 이성분 성형공정도 이성분(異成分)의 접합부분에 좀 더 강한 접착력을 부여하기 위한 기술이 많이 개발되고 있어 불량 성형부분에 대한 재활용을 더욱 어렵게 하고 있다. 이러한 접합강도 향상 기술에는 무기물인 금속과 유기물인 고무의 접착력을 높이는 접착제로 가교형 고분자수지를 용제에 희석하고 처리하여 1차로 가공처리한 후에 고무와 금속으로 이루어지는 이성분 접합성형품을 제조하고 있기 때문에 이들 제품은 고무와 금속간의 접착력을 향상시켜 금속소재로부터 고무의 제거나 분리를 더욱 힘들게 하고 있다.

위와 같은 현실적인 어려움 때문에 현재까지 불량 성형품에 대한 성형물의 제거방법 혹은 분리기술에 대한 효과적인 기술이 개발되지 않고 있으며, 성형불량 발생으로 인해 고가의 가공된 금속소재들이 일반폐기물로 처리되어 자원의 손실과 더불어 비용증가의 원인으로 작용하고 있는바, 본 발명은 이러한 폐기 처리되는 불량 성형품을 수거하여 효과적으로 고무와 금속으로 각각 분리 및 세정하여 고가의 가공비용이 소요되는 금속은 재사용하고 고무는 내구성과 탄성을 요구하는 각종 토목공사용 자재로 재활용하고자 하는 것이다.

현실적으로 고무가 성형된 금속제품은 우수한 내충격성을 가지는 소재로 많은 충격완화용 기계장치에 사용되고 있고, 기타 실링 및 패킹용 소재로도 많이 응용되고 있다. 상기 고무성형제품은 충격에 강한 특징 외에 가황공정을 거치면서 내구성 또한 향상되어 여타의 화학적인 처리로 고무를 쉽게 용해하기가 어렵고, 이러한 이유로 가공 혹은 성형된 고무제품의 폐기는 소각하거나 분쇄하여 처리함으로써 대기와 수질환경을 심각하게 훼손하고 있다. 그러나 현재까지 고무 및 금속소재를 서로 접합하거나 성형하는 공정 과정에서 문제가 발생되거나 물리화학적인 영향으로 인해 접합 불량 혹은 성형 불량제품이 다량 발생되고 있고, 이런 성형 불량제품으로부터 금속소재를 분리하는 기술이 효과적으로 개발되지 않아 많은 경제적인 손실이 발생되는바, 본 발명은 종래의 소각로에 의한 고무의 분해방법을 고주파 열처리를 통해 분해를 유도한 후, 고무의 팽윤 및 일부 용해가 가능한 기능성 용제를 사용하여 고무 및 금속의 계면을 분리하고 이물질 및 기타 접착제의 제거를 효과적으로 실시하여 금속의 변형뿐만 아니라 부식을 방지하고, 금속과 고무의 계면에서 박리작용을 하는 계면활성제와 유기산을 사용하여 금속소재의 표면을 세정 처리하고자 하는 것이다.

이에 따라, 본 발명에서는 고무 및 합성고분자는 열에 취약하여 350 ~ 400℃ 정도의 간단한 열처리로 열분해가 쉽게 되는 반면, 금속의 열변형은 전혀 발생되지 않는 점을 발견하고, 불량 성형된 고무 및 금속소재에서 접촉부위의 온도를 균일하게 조절할 수 있는 고주파 열처리기를 사용하여 불량 성형품의 열처리로 고무의 열분해를 1차로 실시하고, 상기 열분해에 의해 고무의 분열 및 노화가 발생된 부품을 성형품에 맞게 제작된 프레스장치를 사용하여 각각의 부분품으로 분리시킨다. 이렇게 분리된 각각의 금속부품들은 표면에 고무 및 접착제 찌꺼기가 붙어있는데, 이러한 고무 및 접착제 잔류물을 팽윤시킬 수 있고 일부 용해가 가능한 용제조성물을 개발하여 일정 시간동안 용제에 침적시켜 잔류하는 고무와 접착제 성분들이 금속의 계면에서 쉽게 탈락됨과 동시에 세정조성물의 작용으로 금속 표면이 균일한 상태로의 원상 복구가 가능하게 하기 위한 것이다.

본 발명에서는 고주파 열분해공정, 프레스 분리공정, 용제 및 계면활성제에 의한 용해 및 세정공정, 그리고 최종적으로 스테인레스 스틸볼을 이용한 쇼팅(shoting, shot blast)공정을 단계적으로 거쳐 고무와 금속소재를 재사용이 가능한 상태로 환원시키는 방법과 이에 사용되는 용제 및 세정제의 조성을 발명한 것이다.

본 발명의 목적은, 기존에 전량 폐기되는 고무 및 금속의 이성분(異成分) 성형 불량품을 효과적으로 분리시켜 재사용하기 위해 고주파 열처리기를 사용하여 350 ~ 400℃의 온도로 열처리하고, 열분해가 발생된 성형고무를 기계부품의 형태에 맞는 프레스장치를 설치하여 각각의 부분품으로 분리시켜 성형고무를 제거한 다음, 일부 성형고무가 잔류하거나 부착되어 있는 금속부품을 용제조성물에 침적시켜 탄화된 고무와 접착제를 용해시키며, 이를 다시 세정조성물로 세정 및 중화시킨 후, 쇼팅(shoting)으로 처리하여 금속 표면에 광택과 재성형을 실시하여 재사용이 가능한 금속소재로 가공하는 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 화학적으로 안정한 고무를 금속의 표면으로부터 균일하고 깨끗하게 제거하기 위해 1차로 고주파 열처리를 실시하여 고무의 열분해를 유도하고, 일부 미분리된 불량 성형고무를 화학적 공정으로 쉽게 처리할 수 있는 용제 및 세정조성물을 사용함으로써 금속에 손상을 전혀 주지 않으면서 고무 및 기타 접착제를 완전히 제거하게 되는 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법은, 고주파 발생장치 내에 불량 고무성형품을 투입한 후, 350 ~ 400℃의 온도로 승온하고 3 내지 20분간 가열에 의해 성형고무를 열분해하여 내부 균열을 발생시키는 제1공정; 상기 열분해된 불량 성형품을 프레스장치를 이용하여 고무소재와 금속소재로 각각 분리하는 제2공정; 상기 금속소재 및 메틸렌디클로라이드(Methylene Dichloride, MC) 70 ~ 80중량부, 도데실벤젠설폰산(Dodecyl Benzene Sulfonic Acid, DBA) 5 ~ 10중량부, 사이클로헥산(Cyclohexane, CH), 10 ~ 20중량부, 증류수 10 ~ 15중량부의 비율로 균일하게 혼합한 1차 용제조성물을 1차 반응조에 투입하고 1 ~ 5시간 동안 침적시켜 성형고무를 팽윤시키고 금속소재 표면의 접착제를 분해하는 제3공정; 상기 성형고무가 팽윤되고 표면의 접착제가 분해된 금속소재 및 증류수 80 ~ 90중량부, 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol, IPA) 5 ~ 10중량부, 50% 가성소다 용액 1 ~ 2중량부, 라우릴알코올에 에틸렌옥사이드가 7몰 부가된 비이온 계면활성제(LA-7) 1 ~ 2중량부의 비율로 균일하게 혼합한 2차 세정조성물을 2차 세정조에 침적시키고 내온을 50 ~ 70℃로 유지하여 2 ~ 6시간 동안 세정하는 제4공정; 상기 2차 세정조성물로 세정된 금속소재 및 증류수 50 ~ 60중량부, 글리콜산(Glycolic Acid, GA) 20 ~30중량부, 구연산(Citric Acid) 5 ~ 10중량부, 부틸셀로솔브(Butyl Cellosolve, BC) 20 ~ 30중량부의 비율로 균일하게 혼합한 3차 세정조성물을 3차 세정조에 침적시키고 내온을 50 ~ 70℃으로 유지하여 2 ~ 6시간 동안 세정하는 제5공정; 상기 3차 세정조성물로 세정된 금속소재의 표면을 숏블라스트(shot-blast) 방식으로 연마하는 제6공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 제1공정에서의 고주파 발생장치는 전원공급장치, 온도조절장치, 냉각장치를 구비한 고주파 유도가열기로 구성되며, 상기 제6공정에서의 숏블라스트(shot-blast) 방식의 연마는 스테인레스강 재질로 된 지름 5 ~ 8mm의 입도를 갖는 다수의 볼로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법은 고주파 열처리기를 사용하여 열분해가 발생된 성형고무와 금속소재의 각 부분품으로 재활용할 수 있으며, 특히 금속소재는 주물형태의 가공제품으로 제조단가가 고무소재에 비해 상당히 높기 때문에 기존에 불량 성형품이 폐기물로 처리하거나 소각 처리하고 금속소재만을 분리하여 고철로 처리하는 경우에 비해 처리비용이 절감되어 제품의 제조원가 상승을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법은 1차로 고주파 열처리를 행하여 고무의 열분해를 유도하고 기계부품의 형태에 맞는 프레스장치를 이용하여 각 부분품으로의 분리가 용이하며, 그리고 금속부품의 표면에 일부 부착되어 있는 잔류고무 및 접착제 성분을 화학적 공정으로 쉽게 처리할 수 있는 용제 및 세정조성물을 사용함으로써 금속에 손상을 전혀 주지 않으면서 고무 및 기타 접착제를 완전히 제거하게 됨은 물론, 금속소재의 표면에 쇼팅(shoting)으로 처리하여 광택과 재성형에 우수한 효과를 발휘하게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 성형 불량품의 재활용 방법에 사용되는 각각의 설비를 배열한 전개도이다.
도 2는 본 발명에 의한 방법으로 처리하기 전의 불량 고무성형품을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명에 의한 방법으로 처리한 후의 금속소재를 나타내는 사진이다.

이하에서는, 본 발명에 의한 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 의한 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법은 제1공정 내지 제6공정을 포함하여 이루어지며, 각 단계별 처리공정은 불량 성형고무를 효과적으로 제거하여 부품을 원래 상태로 유지하는데 있어 아주 중요한 요소로 작용하는데, 고주파 발생장치는 고주파 유도가열에 의해 짧은 시간에 고무를 열분해 시킬 수 있어 금속소재의 손상을 방지해 주고, 프레스공정에서 각각의 부분품으로 쉽게 분리될 수 있도록 하며, 그리고 1차 용해조의 용제조성물은 열분해 및 프레스장치로 금속소재로부터 고무를 분리한 이후 일부 잔류하는 고무를 팽윤시키고 접착제 성분을 용해시켜 고무소재가 박리 및 제거되는 과정의 고유한 기능을 나타내며, 2차 및 3차 세정조의 세정조성물은 팽윤된 고무와 금속 계면에 균일한 침투를 유도하고 침투력을 증가시켜 금속소재 표면에 완전히 제거되지 않은 이물질과 접착제 성분이 용해 및 세정되는 것을 용이하게 함으로써 재부착을 방지하여 금속소재의 손상을 방지하게 된다. 그리고 건조된 금속소재는 쇼팅(shoting)으로 처리하여 표면에 광택을 부여하고 재사용을 가능하게 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 설비는 전원공급장치, 온도조절장치, 냉각장치를 구비한 고주파 유도가열기를 구비한 고주파 발생장치, 프레스장치, 1차 용해조, 2차 세정조, 3차 세정조, 숏블라스트(shot-blast)장치의 순으로 배열되어 있다.

제1공정은 1차 열분해 단계에서 고무의 열분해를 유도하기 위해 고주파 유도가열원리를 응용하였으며, 상기 고주파 유도가열은 전자제품 혹은 부품의 열처리에 많이 적용되고 있어 짧은 시간에 요구하는 수준으로 온도를 상승시키고 냉각시킬 수 있는 원리로서 각종 열처리 분야에서 많이 적용하고 있다. 본 발명에서는 1차로 고주파 유도전류를 발생시킬 수 있는 장치와 냉각 및 가열을 시킬 수 있는 탱크로 구성된 고주파 유도가열장치에 고무성형이 제대로 되지 않은 일정량의 불량제품(1회 약 200 ~ 500kg)을 투입하고 350 ~ 400℃의 온도로 승온하여 성형품의 종류에 따라 약 3 ~ 20분간 가열을 실시함으로써 고무의 열분해를 유도하여 고무 내부에 미세한 균열과 분자의 절단(저분자화)을 유도하게 된다.

본 발명에서 사용되는 고주파 유도가열장치는 시간적으로 변하는 자장이 폐회로에 전류를 흐르게 할 수 있는 전압을 유도하는 전자유도법칙이 고주파 가열되는 원리로서, 가열물에 자장을 공급하는 1차측 탱크코일에서 히스테리시스 손실(Hystersis loss), 와류전류손실(Eddy current loss), 자연손실, 절연물 중의 유전체 손실 등이 있는데, 유도가열은 이렇게 생성된 전류로 자력선을 차단하는 물체에 직접 전기가 발생, 소모되면서 그 열로 가열되는 방식인데, 이 자력선은 물체의 내부에 고르게 흐르는 것이 아니라 주로 표면으로 집중되어 불량 성형품의 금속과 고무 계면에서 열적 작용을 발휘한다.

이렇게 열분해가 진행된 고무성형품은 제2공정에 의한 프레스장치를 통해 쉽게 각각의 소재부품으로 분리가 이루어지지만, 위와 같은 열분해공정을 거치지 않은 성형품은 간단한 프레스공정에 의해 각각의 부분품으로 분리하는 것이 불가능하다.

상기와 같이 성형고무가 분리된 금속소재의 표면에는 고무 및 접착제 성분들이 일부 부착된 상태를 유지한다. 본 발명에서는 이러한 이물질들을 효과적으로 제거할 수 있는 용제의 조성을 개발하였으며, 먼저 지름 1m, 높이 1.2m인 원통형 용해탱크인 1차 반응조를 제작하여 준비하고, 메틸렌디클로라이드(Methylene Dichloride, MC) 70 ~ 80중량부, 도데실벤젠설폰산(Dodecyl Benzene Sulfonic Acid, DBA) 5 ~ 10중량부, 사이클로헥산(Cyclohexane, CH), 10 ~ 20중량부, 증류수 10 ~ 15중량부의 비율로 약 10분간 균일하게 배합하여 1차 용제조성물을 제조하며, 제3공정은 상기 금속소재와 1차 용제조성물을 1차 반응조에 투입하고 1 ~ 5시간 동안 침적시켜 금속소재의 표면에 잔류하는 불량 성형고무를 팽윤시킴과 동시에 금속소재 표면의 접착제를 분해하는 것이다.

상기 1차 용해조의 용제조성물의 조성은 고무에 침투성이 우수하고 쉽게 팽윤시킬 수 있는 용제인 70 ~ 80중량부의 MC와 계면활성제인 5 ~ 10중량부의 DBA를 침투제로 균일하게 혼합하였으며, 여기에 10 ~ 20중량부의 CH를 투입하여 균일한 액을 제조하였다. 상기 용제로 사용한 MC는 휘발이 아주 빠르게 진행되어 공기 중에 쉽게 증발되어 공정 중에 손실이 많이 발생되기 때문에 10 ~ 15중량부의 증류수와 배합하여 약 10분간 혼합하고 방치하면 비중이 가벼운 물층이 상층부의 피막을 형성하여 용제의 비산을 방지함으로써 장시간 사용해도 용제의 손실이 발생되지 않는다.

다음으로, 동일한 크기의 세정용 탱크(2차 세정조)에 증류수 80 ~ 90중량부, 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol, IPA) 5 ~ 10중량부, 50% 가성소다 용액 1 ~ 2중량부, 라우릴알코올에 에틸렌옥사이드가 7몰 부가된 비이온 계면활성제(LA-7) 1 ~ 2중량부의 비율로 균일하게 혼합한 2차 세정조성물을 제조하여 준비한 후, 상기 성형고무가 팽윤되고 표면의 접착제가 분해된 금속소재를 투입하고 2차 세정조의 내온을 50 ~ 70℃로 유지하여 2 ~ 6시간 동안 세정하는 제4공정; 그리고 증류수 50 ~ 60중량부, 글리콜산(Glycolic Acid, GA) 20 ~30중량부, 구연산(Citric Acid) 5 ~ 10중량부, 부틸셀로솔브(Butyl Cellosolve, BC) 20 ~ 30중량부의 비율로 균일하게 혼합한 3차 세정조성물과 상기 2차 세정조성물로 세정된 금속소재를 3차 세정조에 침적시키고 내온을 50 ~ 70℃으로 유지하여 2 ~ 6시간 동안 세정하는 제5공정을 거침으로써 완전히 팽윤 및 분리된 고무와 금속 계면에 일부 잔류하는 이물질의 세정 및 용해를 실시하게 되는 것이다.

마지막으로 상기 3차 세정조성물로 세정된 후, 상온에서 건조된 금속소재로 된 각각의 부분품은 약 5 ~ 8mm 입도를 갖는 스테인레스강으로 된 다수의 볼로 이루어지는 표면 연마장치에서 약 10분 동안 숏블라스트(shot-blast)에 의해 처리하는 제6공정으로 구성되어 재활용되는 금속소재의 표면에 광택을 부여할 수 있을 뿐만 아니라 금속소재에 대한 고무의 재성형을 용이하게 한다. 아울러, 본 발명 중의 제2공정에서 회수되는 고무는 일정한 입도로 분쇄하거나 재가공하여 산업용 충진재 또는 내구성과 탄성을 요구하는 각종 토목공사용 자재 등으로 재활용이 가능함은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

1. 고주파 유도가열장치

본 발명에 의하면, 유도전류의 특성을 응용한 고주파 가열장치는 전원공급장치, 온도조절장치, 고주파 발생기를 구비한 가열로, 냉각장치로 구성된 상업화된 고주파 유도가열장치를 사용하였으며(애니테크 사), 가열로의 전원은 220V, 60Hz로서 냉각기가 부착된 200 ~ 500kg 용량의 가열로 운전온도는 350 ~ 400℃ 정도이고, 최대 1,000℃까지 순간가열이 가능한 장치를 제작하였다.

2. 프레스장치

국내 업체에서 생산되는 고무성형품들은 대부분 규격화되어 있어 각각의 부품에 맞게 프레스 토출부분을 제작하여 프레스장치를 설치하였으며, 프레스기는 상업화된 일반적인 장치를 사용하였다.

3. 1차 용해조 및 1차 용제조성물 제조

1차 용해조는 지름 1m, 높이 1.2m인 스테인레스강 재질의 탱크를 제작하고 여기에 350kg의 MC와 25kg의 DBA, 50kg의 CH를 투입하여 균일한 액을 제조하였다. 상기 용제로 사용한 MC는 휘발이 아주 빠르게 진행되어 공기 중에 쉽게 증발되어 공정 중에 손실이 많이 발생되므로 50kg의 증류수를 배합하여 혼합하고 10분간 방치하였다. 이렇게 배합 후 방치하면 비중이 가벼운 물층이 상층부의 피막을 형성하여 용제의 비산을 방지하여 장시간 사용해도 용제의 손실이 발생되지 않는다. 또한 용제의 침투력을 증가시키기 위해 사용되는 계면활성제인 DBA는 용제인 MC 및 CH에는 용해가 되지만 물에는 용해되지 않는 특징이 있다. 그래서 용제의 비산을 방지하기 위해 사용된 물층으로 계면활성제의 확산이 발생되지 않고 물층이 효과적인 표면의 피막을 형성하여 용제의 비산을 막아주고 장시간 공정을 진행할 수 있도록 한다.

4. 2차 세정조 및 2차 세정조성물 제조

1차 용해조와 동일한 크기의 탱크에 70℃까지 가열할 수 있는 장치를 설치하고 2차 세정조성물을 제조하여 준비하는데, 상기 세정액은 고무와 금속 계면에 일부 잔류하는 계면활성제인 DBA를 친수화 시키고 세정작업을 통해 쉽게 고무성분을 제거할 수 있도록 하기 위한 것으로, 400kg의 증류수, 25kg의 IPA, 5kg의 50% 가성소다 용액, 5kg의 LA-7을 균일하게 혼합하여 제조하였다.

5. 3차 세정조 및 3차 세정조성물 제조

1차 용해조 또는 2차 세정조와 동일한 크기의 탱크에 70℃까지 가열할 수 있는 장치를 설치하고, 250kg의 증류수, 100kg의 GA, 25kg의 구연산, 100kg의 BC를 균일하게 혼합하여 3차 세정조성물을 제조하는데, 이는 1차로 팽윤된 고무는 금속소재로부터 일부 박리가 진행되지만 완전히 제거가 되지 않고 이물질 및 접착제 성분들이 금속 표면에 잔류한다. 특히 고무 및 금속의 접착력을 향상시키기 위해서 사용된 접착제는 용제에 의해 쉽게 박리가 일어나지 않는다. 이런 접착제 및 기타 불순물은 산(acid)에 의해 분해되거나 제거될 수 있지만, 황산, 질산 등의 무기산(inorganic acid)은 금속을 부식시키는 등의 부작용이 있어 본 발명에서는 금속에 영향이 없이 세정작용을 하는 GA, 구연산을 사용하였다. 또한 유기산(organic acid)의 침투성과 재부착을 방지할 목적으로 용제인 BC를 사용하여 3차 세정액의 조성을 개발하였다.

6. 숏블라스트(shot-blast)장치

스테인레스강 재질로 된 지름 5 ~ 8mm의 입도를 갖는 다수의 볼로 구성된 상업화된 쇼팅(shoting)기를 설치하였다.

이상과 같이 본 발명에서는 각각의 공정단계별로 효율을 극대화하기 위해 연속 및 비연속식 공정으로 실험하였으며, 이하에서는 물리적인 처리 후에 화학적인 처리를 목적으로 하는 공정의 효율성 등을 확인하기 위해 각각의 용해조 및 세정조의 조성성분과 열처리 조건에 따른 불량 고무성형품의 박리 및 세정성을 비교하였다.

<실시예 1>

1차 용해조는 지름 1m, 높이 1.2m인 스테인레스 재질의 탱크를 제작하고, 여기에 350kg의 MC, 25kg의 DBA, 50kg의 CH를 투입하여 균일한 액을 제조한 후, 50kg의 증류수를 혼합하고 10분간 배합하여 1차 용제조성물을 제조하였다.

<실시예 2>

2차 세정조는 상기 1차 용해조와 동일하게 제작되며, 여기에 400kg의 증류수, 25kg의 IPA, 5kg의 50% 가성소다 용액, 5kg의 LA-7을 혼합하여 2차 세정조성물을 제조하였다.

<실시예 3>

3차 세정조는 상기 2차 세정조와 동일하게 제작되며, 여기에 250kg의 증류수, 100kg의 GA, 25kg의 구연산, 100kg의 BC를 균일하게 혼합하여 3차 세정조성물을 제조하였다.

<실험예 1-1 내지 실험예 1-4]

고주파 열처리를 실시하고 프레스 공정을 거친 고무/금속 불량 성형품 10kg 중의 금속소재를 상기 실시예 1의 제조방법으로 준비한 용제 탱크(1차 용해조)에 투입하고 시간의 경과에 따른 박리정도를 살펴보았다. 실시예 1로 제조된 실험예 1-1과 비교되는 각각의 용제조성물의 조성은 아래 표 1과 같다.

실험예 1-1의 경우, 처음 투입하고 1시간 경과 후에 어느 정도의 팽윤이 발생되었으며, 4시간 정도 경과시 고무부분이 완전 팽윤되어 약간의 물리적인 충격으로 박리가 쉽게 진행되었다. 그러나 5시간 이상 계속해서 투입하여도 더 이상 팽윤이 추가적으로 진행되지는 않았으므로 용제의 팽윤시간은 1 ~ 5시간 정도 실시하는 것이 효과적인 것으로 확인되었다. 그리고 팽윤조의 조성에서 계면활성제인 DBA를 투입하지 않은 실험예 1-2의 경우, 고무의 팽윤은 잘되었으나 고무와 금속의 계면에 박리가 진행되지는 않고, 단지 고무의 팽윤은 진행되었으나 물리력을 가하여도 쉽게 박리가 되지 않았다. 또한, 용제 중에 CH를 투입하지 않은 실험예 1-3의 경우는 상대적으로 실험예 1-1보다 고무의 팽윤도와 박리 정도가 약간 미흡한 것을 확인되었으며, 증류수를 투입하지 않은 실험예 1-4의 경우, 4시간 정도 경과시 MC의 증발로 인해 용액의 손실이 10% 정도 발생되어 장시간 사용이 곤란한 문제를 안고 있다.

상기 결과로 미루어 보건대, 1차 용제조성물은 성분의 비율이 중요하고 계면활성제의 투입도 박리와 침투에 상당히 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 그리고 용제의 증발로 인한 손실을 줄이기 위해 표면에 막을 형성할 수 있는 증류수의 투입도 지속성 측면에서 중요한 인자임을 확인하였다.

<실험예 2-1 내지 실험예 2-3>

상기 실시예 2의 제조공정에서 준비한 2차 세정조성물의 조성은 실험예 2-1과 같으며, 이를 실험예 2-2 및 2-3과 같이 그 조성을 변경하고 반응시간을 각각 4시간으로 고정하여 고무의 박리와 표면의 세정특성을 확인해 보았다.

실험예 2-1의 경우, 가성소다와 고무/금속 표면에 잔류하는 계면활성제 DBA는 아래 반응식 1과 같이 화학반응이 진행되어 수용화 되면서 각각의 계면에서 좀더 균일한 박리효과를 나타냄을 확인하였다. 그러나 가성소다 용액을 투입하지 않은 실험예 2-2의 경우, 1차 용해조에서 잔류하는 계면활성제인 DBA의 분리 및 제거가 원활하지 않았으며 용제로 사용된 MC 및 CH가 세정 후에 표면에 잔류하는 것이 관찰되었다. 그리고 비이온 계면활성제의 투입이 없이 세정제 조성을 준비한 실험예 2-3의 경우, 세정력 측면에서 실험예 2-1의 경우보다 부족한 것으로 관찰되었다. 이는 가성소다가 세정조에서 잔류 DBA과 반응하지만 일부 용제성분들이 충분히 유화 분산되기에는 계면활성제 성분의 작용이 미흡한 결과로 세정공정에서 효과적으로 유화 분산기능을 부여하기 위해서는 비이온 계면활성제가 필수적으로 사용되어야 함을 나타낸다고 볼 수 있다.

[반응식 1]

<실험예 3-1 내지 실험예 3-4>

상기 실시예 3의 제조공정에서 준비한 3차 세정조성물의 조성은 실험예 3-1과 같으며, 이를 실험예 3-2 및 3-3과 같이 그 조성을 변경하고 반응시간을 각각 4시간으로 고정하여 고무의 박리와 표면의 세정특성을 확인해 보았다.

상기 실험예 1 및 실험예 2에서 1차 용해조 및 2차 세정조의 조건이 금속소재의 세정에 상당한 영향을 미치는 것을 확인함으로써 1, 2차 용해 및 세정 후에 고무와 금속의 분리는 쉽게 진행되었지만, 그 후에도 금속소재의 표면에 접착제 성분이 어느 정도 잔류하는 것이 관찰되었다. 이러한 이유로 3차 세정조성물로서 산을 투입한 실험예 3-1에 의한 조건에서는 금속소재에 부착된 이물질이 완벽하게 제거되어 세정성이 우수하였지만 실험예 3-2와 실험예 3-3의 경우에는 금속소재 표면에 어느 정도 이물질이 잔류하는 것이 관찰되었다.

<실험예 4>

본 발명의 방법에 의해 고주파 열처리를 350 ~ 400℃의 온도에서 약 10분간 실시하고, 실시예 1의 조성으로 1 ~ 5시간동안 침적 팽윤시킨 후, 다시 50 ~ 70℃의 온도 하에서 각각 실시예 2와 실시예 3의 조성으로 2 ~ 6시간 동안 2차, 3차 세정을 실시하여 처리한 결과, 도면 3에 첨부된 실물사진에서 나타난 바와 같이 불량 고무성형품은 금속소재의 표면에 잔류하는 고무와 이물질이 완전히 제거된 것을 확인할 수 있다.

따라서 본 발명의 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법 및 그에 사용된 각 조성물은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 고무 및 금속의 계면을 분리하고 금속소재 표면에 부착된 이물질 및 기타 접착제의 제거를 효과적으로 실시하기 위한 환경 친화적인 소재로서 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.

Claims

고주파 발생장치 내에 불량 고무성형품을 투입한 후, 350 ~ 400℃의 온도로 승온하고 3 내지 20분간 가열에 의해 성형고무를 열분해하여 내부 균열을 발생시키는 제1공정;
상기 열분해된 불량 성형품을 프레스장치를 이용하여 고무소재와 금속소재로 각각 분리하는 제2공정;
상기 금속소재 및 메틸렌디클로라이드(Methylene Dichloride, MC) 70 ~ 80중량부, 도데실벤젠설폰산(Dodecyl Benzene Sulfonic Acid, DBA) 5 ~ 10중량부, 사이클로헥산(Cyclohexane, CH), 10 ~ 20중량부, 증류수 10 ~ 15중량부의 비율로 균일하게 혼합한 1차 용제조성물을 1차 반응조에 투입하고 1 ~ 5시간 동안 침적시켜 성형고무를 팽윤시키고 금속소재 표면의 접착제를 분해하는 제3공정;
상기 성형고무가 팽윤되고 표면의 접착제가 분해된 금속소재 및 증류수 80 ~ 90중량부, 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol, IPA) 5 ~ 10중량부, 50% 가성소다 용액 1 ~ 2중량부, 라우릴알코올에 에틸렌옥사이드가 7몰 부가된 비이온 계면활성제(LA-7) 1 ~ 2중량부의 비율로 균일하게 혼합한 2차 세정조성물을 2차 세정조에 침적시키고 내온을 50 ~ 70℃로 유지하여 2 ~ 6시간 동안 세정하는 제4공정;
상기 2차 세정조성물로 세정된 금속소재 및 증류수 50 ~ 60중량부, 글리콜산(Glycolic Acid, GA) 20 ~30중량부, 구연산(Citric Acid) 5 ~ 10중량부, 부틸셀로솔브(Butyl Cellosolve, BC) 20 ~ 30중량부의 비율로 균일하게 혼합한 3차 세정조성물을 3차 세정조에 침적시키고 내온을 50 ~ 70℃으로 유지하여 2 ~ 6시간 동안 세정하는 제5공정;
상기 3차 세정조성물로 세정된 금속소재의 표면을 숏블라스트(shot-blast) 방식으로 연마하는 제6공정;
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1공정에서의 고주파 발생장치는 전원공급장치, 온도조절장치, 냉각장치를 구비한 고주파 유도가열기로 구성됨을 특징으로 하는 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법.
제1항에 있어서,
상기 제6공정에서의 숏블라스트(shot-blast) 방식의 연마는 스테인레스강 재질로 된 지름 5 ~ 8mm의 입도를 갖는 다수의 볼로 이루어짐을 특징으로 하는 고무성형공정에서 발생되는 불량품의 재활용 방법.