KR101280871B1

KR101280871B1 - 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법

Info

Publication number: KR101280871B1
Application number: KR20130040775A
Authority: KR
Inventors: 김성진
Original assignee: (주)렉스이엔씨
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2013-07-01

Abstract

본 발명은 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 폐타이어를 용융시켜 얻은 고무 용융물과 폐타이어의 강철 철심을 가공하여 얻어진 강철 파편을 활용하여 폐타이어를 이용한 구조물을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 단순한 분말 가루를 혼합물 성분으로 섞는 것이 아니라 폐타이어로부터 고무 용융물 형태를 제조한 후 여기에 강화제로서 강철 철심을 포함시켜 주형에 붓고 성형하여 제조함으로써 높은 강도가 요구되지 않는 구조물, 예를 들어 배수구나 맨홀 등과 같은 경량 구조물로 활용할 수 있다.

Description

폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법{Manufacturing method of structures using waste tire}

본 발명은 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법에 관한 것으로서, 폐타이어를 재활용하여 압축 강도가 비교적 낮은 배수로 등의 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 타이어는 자동차 등에 부착되어 사용되고 사용기간이 경과되면 안전 등의 문제로 교체를 하게 된다. 이때, 교체된 폐타이어는 폐기물로서 방치시 환경오염 문제가 발생하게 되는데 환경 오염을 줄이고 자원을 재활용하는 차원에서 폐타이어에 대한 처리 및 활용에 관한 방안이 다각적으로 연구되고 있다. 지금까지의 폐타이어 처리 방법으로는 폐타이어를 가능한 한 미세하게 분쇄하여 고무나 아스팔트 등의 충전재로 사용하거나 열처리 또는 화학 처리하여 재가공할 수 있게 만드는 재생 방법, 그리고 소각하여 열원으로 사용하는 방법 등이다. 그러나 이와 같은 종래의 방법 중 충전재로 사용하는 방법은 폐타이어를 부가 가치 있게 활용하는 방법이 될 수 없고, 재생 방법의 경우는 효율이 매우 낮아 활용성이 떨어지며, 소각 방법의 경우는 환경 오염의 문제가 해결되지 않는다.

최근에는 폐타이어를 다각적으로 이용하여 고부가가치의 재료로서 활용하기 위한 기술들이 제안되고 있다.

그 중에서 대한민국 등록특허 제0212040호는 폐타이어를 녹일 수 있는 용매를 이용하여 용해시켜 얻어진 고무 용액에 자갈과 모래 등을 섞어 기계적 물성과 소음 및 진동 억제 특성이 개선된 고무 콘크리트를 제조하는 방법을 제안한다. 이 기술은 기존 시멘트 콘크리트의 단점인 깨지기 쉬움, 늦은 경화시간, 낮은 인장강도, 큰 건조수축, 낮은 내약품성 등을 개선하여 도로 포장, 중앙분리대, 철도침목, 해양 구조물 등에 활용할 수 있는 것을 특징으로 한다. 그러나, 이 기술은 용매의 비점 이상에서는 처리가 불가하므로 온도를 비점 이하로 유지할 수 밖에 없어 용해 처리 시간이 지나치게 길다는 문제가 있고, 용매의 후처리 기술과 용매로 인한 2차적 환경 오염 등에 관해서는 해결 방안을 제시하고 있지 못하다.

또한, 대한민국 등록특허 제0621209호는 폐타이어 칩을 윤활유와 함께 용해시켜 각종 산업 및 건설 제품으로 사용될 수 있는 용융액상고무 혼합물을 제조하는 방법에 관하여 제안한다. 이 기술은 폐타이어 칩을 윤활유와 함께 고온에서 융해시켜 혼합물을 제조한 후 여기에 다양한 종류의 첨가제를 포함시켜 실링제, 점착방수제, 유화 에멀젼 등으로 활용하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 이 기술은 윤활유가 가열될 때 발생하는 다량의 가스를 처리하는 위한 가스 배출장치, 가스 집진 장치 등 추가 설비가 과다하게 필요하게 된다는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제0549564호는 폐타이어 칩을 윤활유와 함게 용해시켜 용융액상고무를 제조하고 여기에 용융 아스팔트와 벤토나이트, 고분자 수지를 혼합하여 아스팔트 방수제를 제조하는 기술에 관하여 제안하고 있다. 이 기술은 젤리상의 폐타이어 용융을 통해 추출된 스티렌부타디엔고무(SBR)에 벤토나이트와 아스팔트를 결합시켜 고무의 가교 구조에 의해 벤토나이트의 유실을 방지하고 벤토나이트의 수화 특성에 의해 방수 능력을 극대화시킬 수 있음을 특징으로 설명하고 있다. 그러나, 이 기술은 폐타이어 용융물로부터 스티렌부타디엔고무를 추출하는 방법에 관하여 구체적 언급이 없고 아스팔트의 방수제로서 활용하기 위한 기술에 불과하다.

또한, 대한민국 등록실용신안 제0413607호는 절토 지역의 도로 포장시 설치되는 옹벽식 측구에 타이어 재생품을 측구 블록으로 설치하여 차량 충돌시 충격 흡수가 가능하도록 하는 기술을 제안한다. 그러나 이 기술은 타이어 재생품을 측구 블록 형태로 기계적으로 성형한 것으로서 폐타이어를 분말 가루 형태로 제조한 후 이를 성형하여 이용하는 기술이다.

이와 같이 종래 기술들은 주로 폐타이어 분말 가루를 혼합하여 제품화하는 기술로서 고도의 압축강도가 요구되는 철도 침목과 같은 구조물에 활용하는 방법이나 측구 블록 등에 활용하는 방법에 국한되어 있었다.

한편, 배수로나 맨홀과 같은 구조물은 압축력이 크게 작용하지 않으므로 반드시 콘크리트로 제조될 필요가 없어 최근에는 플라스틱 재질의 제품도 많이 생산되어 활용되고 있다. 이와 같은 구조물은 철도 침목과 같은 고도의 압축 강도를 가질 필요가 없기 때문에 비교적 작은 강도를 나타내는 용도로서 폐타이어를 활용할 수 있는 기술에 대한 개발 필요성이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 감안하여 새로이 개발된 것으로서, 폐타이어를 재활용하는 기술로서 단순한 분말 가루를 혼합물 성분으로 섞는 것이 아니라 이를 용융물 형태로 만든 후 주형에 붓고 성형하여 제조함으로써 압축강도가 비교적 작은 구조물, 예를 들어 배수구나 맨홀 등과 같은 경량 구조물로 활용할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

(1) 폐타이어를 예비절단기를 이용하여 1차 절단하고 영하 120~ 150℃로 유지되는 냉동 터널에서 10~60분간 체류시킨 후 충격분쇄기를 이용하여 폐고무를 0.1~10㎛로 분쇄하는 단계;

(2) 상기 (1)에서 얻어진 폐고무 분쇄물로부터 강철을 분리하고 섬유 쇄설물을 제거한 다음, 분리된 강철을 절단기를 이용하여 1.0 ~ 500mm 길이로 절단하는 단계;

(3) 상기 (2)에서 얻어진 폐고무 분쇄물을 용융시켜 고무 용융물을 얻는 단계;

(4) 상기 (3)에서 얻어진 고무 용융물에 상기 (2)에서 얻어진 강철 파편을 혼합하고 주형에 부은 다음 압축 성형하고 냉각시키는 단계

를 포함하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 방법을 사용하면 폐타이어를 용매나 윤활유와 같은 용융 보조제를 사용하지 않고도 용융이 가능하므로 용융 보조제의 처리를 위한 추가 설비가 필요하지 않고 용융 보조제로 인한 2차적 환경 오염의 문제가 발생하지 않으며, 폐타이어 용융물에 폐타이어에서 분리된 강철 파편을 재투입하여 사용하므로 강철 철심까지도 재활용이 가능하여 자원의 재활용성이 기존 기술에 비하여 더 높고, 강철 파편이 강도를 증대시키는 강화제로서 작용하므로 강도 강화를 위한 추가 성분의 투입 없이도 배수로나 맨홀과 같은 비교적 강도가 높지 않은 경량 구조물에 적용되기에 충분할 정도의 물성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법을 순서대로 나타낸 공정도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 설명하는 것일 뿐이고 본 발명의 범위가 하기 실시예의 범위로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명에 따른 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법을 순서대로 나타낸 공정도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법은

폐타이어를 예비절단기를 이용하여 1차 절단하고 영하 120~ 150℃로 유지되는 냉동 터널에서 10~60분간 체류시킨 후 충격분쇄기를 이용하여 폐고무를 0.1~10㎛로 분쇄하는 제1단계;

상기 제1단계에서 얻어진 폐고무 분쇄물로부터 강철을 분리하고 섬유 쇄설물을 제거한 다음, 분리된 강철을 절단기를 이용하여 1.0 ~ 500mm 길이로 절단하는 제2단계;

상기 제2단계에서 얻어진 폐고무 분쇄물을 용융시켜 고무 용융물을 얻는 제3단계;

상기 제3단계에서 얻어진 고무 용융물에 상기 제2단계에서 얻어진 강철 파편을 혼합하고 주형에 부은 다음 압축 성형하고 냉각시키는 제4단계를 포함하여 구성된다.

이하에서는 위 방법에 관하여 각 단계별로 나누어 구체적으로 설명한다.

1. 제1단계

제1단계는 폐타이어를 분쇄하여 분쇄물을 얻는 단계이다. 우선 폐타이어를 예비 절단기를 이용하여 적당한 크기, 예를 들어 1.0~1,000mm 크기로 1차 절단하고 이를 급냉시켜 영하 120~150℃로 유지되는 냉동 터널에서 10~60분간 체류시킨 후 충격분쇄기를 이용하여 분쇄한다. 이와 같이 분쇄하여 미세한 가루 형태의 분쇄물을 얻고 체로 분리하여 0.1~10㎛ 크기의 입경을 갖는 분쇄물만을 걸러내고 이보다 큰 크기의 분쇄물은 냉동 터널에 재투입한다.

2. 제2단계

제2단계를 폐고무 분쇄물로부터 타이어 코드인 강철과 섬유 쇄설물 등을 분리해 내는 단계이다. 이 때 강철을 분리하는 것은 자석 분리기를 통과시켜 분리하고 섬유 쇄설물을 분리하는 것은 150~200 메쉬의 스크린을 이용하여 제거한다. 이 때 분리된 강철은 절단기를 사용하여 적당한 크기, 예를 들어 1.0~500mm의 길이로 절단하여 보관한다.

3. 제3단계

제3단계는 폐고무 분쇄물을 용융시켜 고무 용융물을 얻는 단계이다. 이때, 폐고무 분쇄물을 용융시키는 것은 상기 제2단계에서 얻어진 폐고무 미세 분쇄물을 250 ~ 400℃로 유지되며 상호 맞물림 2축 스크류를 구비한 고무 혼련기를 5~60분간 통과시키며 가열 및 혼련시킴에 의해 수행한다. 이 때 상기 고무 혼련기는 내부의 폐고무 분쇄물이 충분한 용융이 이루어질 수 있도록 적당한 길이를 갖는 것이 바람직하며 고온에 의해 폐고무 분쇄물이 열분해되지 않도록 하는 것이 중요하다.

이와 같이 해서 얻어지는 고무 용융물은 2.16kgf 조건에서 10분간 측정한 용융흐름지수(MFR)가 1~10인 것이 이후 성형 가공을 위해 바람직하다.

4. 제4단계

제4단계는 상기 제3단계에서 얻어지는 고무 용융물에 상기 제2단계에서 얻어진 강철 파편을 혼합하고 이를 경량 구조물로 성형하는 과정이다.

이 때 혼합되는 상기 고무 용융물과 상기 강철 파편은 100:1~20의 중량비인 것이 바람직하다. 일반적인 폐타이어를 재활용하는 종래 기술의 경우 강철 철심은 재활용하기 어려운 관계로 분리하여 폐기되거나 타용도로 사용되었는데, 본 발명에서는 이와 같은 강철 철심을 파편으로 절단하여 이를 강도 강화제로 재활용할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 강철 파편은 섬유 강화 플라스틱(FRP) 등에서 강화제로 사용되는 섬유와 같은 역할을 한다.

본 발명의 방법에 의하면 고무 용융물과 강철 파편만을 이용할 경우에도 경량 구조물의 요구 강도를 만족시킬 수 있을 정도의 물성을 확보할 수 있으나, 용도에 따라 더 강화된 강도가 필요한 경우에는 자갈이나 모래 등 추가 성분을 포함시켜 혼합할 수 있다. 이 때 자갈이나 모래 등은 고무 용융물과의 접합성을 높이기 위하여 커플링제 등으로 표면 처리된 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 혼합물을 최종 제품을 생산하기 위한 주형(몰드)에 붓고 바이브레이터 등을 이용하여 잘 다진 다음 고온 고압 조건으로 압축 성형한다. 이 때 압력 조건은 평방미터당 0.1~10 톤의 압력을 가하는 것이 바람직하고, 온도 조건은 100~200℃의 조건이 바람직하며, 처리 시간은 30~120분간 처리하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조되는 성형품은 압축강도 100 ~ 300 kgf/cm²을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 인장강도는 50~100 kgf/cm²를 나타내고, 휨강도는 100~200 kgf/cm²를 나타내며, 탄성계수는 10 ~ 30 GPa을 나타내는 것이 바람직하다. 따라서 이와 같이 성형된 제품은 비교적 낮은 강도로도 충분한 비탈도수로, 소단측구, 배수로 또는 맨홀 등의 경량 구조물로 사용되기 적합하다.

상기 경량 구조물은 현장에서 제조되는 것보다는 공장에서 제조되는 것이 유리하며, 공장 제조시 대량 생산이 가능한 장점이 있고, 폐타이어를 효과적으로 재활용하여 부가가치 높은 제품을 제조할 수 있는 기술이므로 향후 활용 가능성이 높다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나 해당 기술 분야의 통상의 기술자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

(1) 폐타이어를 예비절단기를 이용하여 1차 절단하고 영하 120~ 150℃로 유지되는 냉동 터널에서 10~60분간 체류시킨 후 충격분쇄기를 이용하여 폐고무를 0.1~10㎛로 분쇄하는 단계;
(2) 상기 (1)에서 얻어진 폐고무 분쇄물로부터 강철을 분리하고 섬유 쇄설물을 제거한 다음, 분리된 강철을 절단기를 이용하여 1.0 ~ 500mm 길이로 절단하는 단계;
(3) 상기 (2)에서 얻어진 폐고무 분쇄물을 용융시켜 고무 용융물을 얻는 단계;
(4) 상기 (3)에서 얻어진 고무 용융물에 상기 (2)에서 얻어진 강철 파편을 혼합하고 주형에 부은 다음 압축 성형하고 냉각시키는 단계
를 포함하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (2)에서 폐고무 분쇄물로부터 강철을 분리하는 것은 자석 분리기를 이용하고, 섬유 쇄설물을 제거하는 것은 150~200 메쉬의 스크린을 이용하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (3)에서 폐고무 분쇄물을 용융시키는 것은 250 ~ 400℃로 유지되며 상호 맞물림 2축 스크류를 구비한 고무 혼련기를 5~60분간 통과시키며 가열 및 혼련시킴에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (3)에서 얻어지는 고무 용융물은 2.16kgf 조건에서 10분간 측정한 용융흐름지수(MFR)가 1~10인 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (4)에서 혼합되는 고무 용융물과 강철 파편은 100:1~20 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (4)에서 고무 용융물에 강철 파편을 혼합함에 있어 자갈과 모래를 추가로 포함시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (4)에서 압축 성형은 주형에 부은 후 평방미터당 0.1~10 톤의 압력을 가하고 100~200℃의 온도에서 30~120분간 처리함에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 구조물은 압축강도가 100 ~ 300 kgf/cm²인 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 구조물은 비탈도수로, 소단측구, 배수로 또는 맨홀인 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 구조물의 제조 방법.