KR101552401B1

KR101552401B1 - 농업용 덮개 고무시트의 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR101552401B1
Application number: KR1020130131937A
Authority: KR
Inventors: 김진국
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-09-10
Also published as: KR20150050821A

Abstract

본 발명은 폐타이어 또는 폐EDPM 등의 폐고무를 이용하여 장기간 반복 사용이 가능하고, 또한 그 제조비용을 절감할 수 있는 농업용 덮개 고무시트를 제조할 수 있는 농업용 덮개 고무시트의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 농업용 덮개 고무시트의 제조장치는, 폐고무를 포함하는 혼합물을 혼합 및 분산하여 압출 성형하는 압출기와, 상기 압출기에 의해 압출 성형된 압출물을, 1쌍의 가열 롤로 되고 연속하여 구성된 복수의 캘린더링 롤에 의한 캘린더링에 의하여 점차 얇은 고무시트로 압연하는 캘린더링부와, 상기 캘린더링부에서 압연된 고무시트를 냉각하는 냉각 롤로 이루어진 냉각부를 포함하되, 상기 압출기는 공급부와, 혼합부와, 반응부 및 배출부를 순차로 구성하는 축부를 포함하는 이축 압출기이고, 상기 캘린더링부의 복수의 캘린더링 롤은 각각 다른 온도로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

농업용 덮개 고무시트의 제조장치 및 제조방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING AGRICULTURAL COVER SHEET}

본 발명은 무, 배추, 고추, 가지, 옥수수 등 전작물 재배에 이용되는 농업용 덮개 고무시트의 제조장치 및 제조방법로서, 특히 폐고무를 이용하여 장기간 반복하여 사용 가능한 농업용 덮개 고무시트의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

밭이랑의 두둑을 덮어 멀칭(mulching)하는 농업용 비닐은, 지표면의 침식을 방지하고, 병충해 및 잡초를 방지하며, 또한 수분 증발을 방지하여 농작물이 잘 성장할 수 있도록 하는데, 영농에 사용되는 농업용 비닐은 연간 33만톤정도 사용되고 있다.

따라서 영농에 사용되는 농업용 비닐은 두께가 얇고, 폭, 길이 및 중량이 일정하고 면이 균질 하여야 하는데, 이러한 종래의 농업용 비닐은 연질 폴리에칠렌비닐, 초산비닐 또는 염화비닐로 제조되고 있다.

그러나 종래의 농업용 비닐은, 그 특성상 찢어지기 쉽기 때문에 재사용이 불가능하여 일회성 사용에 그치고 있어, 해마다 영농에 사용되고 있는 농업용 비닐의 양만큼 폐비닐이 발생되고 있다.

이러한 폐비닐은 한국환경자원공사 등을 통해 수거하고 있는데, 농촌인구의 고령화와 일손 부족 등으로 인하여, 해마다 수거되는 페비닐의 양은 18만톤 정도에도 불과하고 15만톤정도의 페비닐은 농경지 주변에 그대로 방치 또는 매립되거나 또는 불법으로 소각되고 있다. 이와 같이 농경지 주변에 그대로 방치 또는 매립되거나 또는 불법으로 소각되고 있는 폐비닐은 토양오염이나 대기오염 등 심각한 환경문제를 야기하고 있는데, 이는 다음해 농작물의 생육에도 매우 나쁜 영향을 미치고 있다.

또한, 한국환경자원공사 등을 통해 수거되고 있는 농업용 폐비닐의 경우에도 대부분은 흙이나 돌, 잡초 등의 이물질이 80% 이상 포함된 상태로 배출되고 있어 폐비닐의 재활용이 어려울 뿐만 아니라 폐비닐을 수거하여 처리하는데 막대한 비용이 소요되고 있는 실정이다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여는 농업용 폐비닐의 발생을 최소화하는 것이 가장 바람직한 방안으로 고려되고 있는바, 현재의 농업용 비닐과 비교하여 높은 인장 강도와 신장율로 10년 이상의 장기간 재사용이 가능하면서 저비용으로 생산할 수 있는 농업용 덮개 시트의 개발이 절실한 상황이다.

이와 같이, 장기간 재사용하여도 쉽게 찢어지지 않으면서 저비용으로 생산할 수 있는 농업용 덮개 시트의 재료로서 폐타이어 또는 폐EDPM 등의 폐고무를 재활용하는 방법이 고려될 수 있다.

이에 대해, 본 발명자는 한국등록특허 제711,838호(이하, "특허문헌 1"이라 함)에서 폐고무 분말과, 올레핀계 열가소성 수지와, 스티렌계 화합물로부터 선택된 상용화제로 이루어진 혼합물을 압출기에 투입하여 혼련 반응시켜 성형한 폐고무를 이용한 열가소성 탄성체 및 이로부터 성형된 고무제품에 대한 발명을 개시한 바가 있다.

그러나, 상기 특허문헌 1에서는 상기 열가소성 탄성체(TPE)를 펠릿(pellet)화 한 다음, 금형에 투입하여 사출성형 또는 압축성형에 의해 브레이크 페달, 자동차 범퍼 등을 제조하기 위한 것으로, 이와 같은 방법으로는 상기한 바와 같은 농업용 비닐의 특성에 적합한, 즉 두께가 얇고, 두께, 길이 및 폭 등이 균일한 농업용 덮개시트를 제조하는 것이 곤란하였다.

특허문헌 1 한국등록특허 제711,838호 공보

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐타이어 또는 폐EDPM 등의 폐고무를 이용하여 장기간 반복 사용이 가능하고, 또한 그 제조비용을 절감할 수 있는 농업용 덮개 고무시트를 제조할 수 있는 농업용 덮개 고무시트의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 농업용 덮개 고무시트의 제조장치에 관한 것으로, 폐고무를 포함하는 혼합물을 혼합 및 분산하여 압출 성형하는 압출기와, 상기 압출기에 의해 압출 성형된 압출물을, 1쌍의 가열 롤로 되고 연속하여 구성된 복수의 캘린더링 롤에 의한 캘린더링에 의하여 점차 얇은 고무시트로 압연하는 캘린더링부와, 상기 캘린더링부에서 압연된 고무시트를 냉각하는 냉각 롤로 이루어진 냉각부를 포함하되, 상기 압출기는 공급부와, 혼합부와, 반응부 및 배출부를 순차로 구성하는 축부를 포함하는 이축 압출기이고, 상기 캘린더링부의 복수의 캘린더링 롤은 각각 다른 온도로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 농업용 덮개 고무시트의 제조장치는, 상기 냉각부에서 냉각된 고무시트의 면에 농작물을 재식하기 위한 재식 구멍을 천공하기 위한 시트 천공부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 공급부는 리드 스크류로 되어 있으며, 상기 혼합부는 정방향 스크류와 니딩 디스크를 포함하며, 상기 반응부는 역방향 스크류와 니딩 디스크를 포함하며, 상기 배출부는 리드 스크류 또는 정방향 스크류로 된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 캘린더링부는 4쌍의 캘린더링 롤이 연속하여 구성되고, 상기 4쌍의 캘린더링 롤은 각각 순차적으로 135℃, 140℃, 135℃, 130℃로 가열되어 있으며, 상기 고무시트가 연속하는 상기 4쌍의 캘린더링 롤에 의해 순차로 얇게 압연되어 0.2~0.3mm의 고무시트로 성형되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 냉각부는 1~4쌍의 냉각 롤로 이루어지며, 상기 냉각 롤은 크롬으로 도금되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 농업용 덮개 고무시트의 제조방법에 관한 것으로, 폐고무 분말 65~74중량%와, 열가소성 플라스틱 25~34중량%와, 왁스(wax) 0.1~6중량%로 된 혼합물을 압출기 내로 공급하는 제1단계와, 상기 압출기 내에서 상기 혼합물을 혼합 및 분산에 의한 동적가교에 의하여 열가소성 가황체로 된 압출물로 성형하는 제2단계와, 상기 압출물을 연속하여 구성된 복수의 캘린더링 롤에서 순차로 압연하여 0.2~0.3mm의 얇은 고무시트로 성형하는 제3단계와, 상기 얇은 고무시트를 4~10℃로 냉각하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 농업용 덮개 고무시트의 제조방법은, 상기 제4단계에서 냉각된 얇은 고무시트 면에 농작물을 재식하기 위한 재식 구멍을 천공하는 제5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 제2단계에서, 상기 압출기는 정방향 스크류, 니딩 디스크 및 역방향 스크류가 순차로 구성되는 축부를 포함하는 이축 압출기이며, 상기 혼합물은, 상기 정방향 스크류에 의해 정방향으로 펌핑되고, 상기 니딩 디스크에 의하여 혼합 및 분산이 이루어지며, 상기 역방향 스크류에 의해 상기 혼합물의 흐름이 역방향으로 바뀌게 되어 혼합물의 압출기 내 체류시간이 연장되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 열가소성 플라스틱은, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 또는 폴리올레핀 엘라스토머(POE)로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 농업용 덮개 고무시트의 제조장치 및 제조방법에 의하면, 폐타이어 또는 폐EDPM 등의 폐고무를 이용하여 제조비용을 절감되고, 높은 인장강도와 신장율로 10년이상 장기간 재사용할 수 있어 종래의 농업용 폐비닐에 의한 처리비용 및 환경문제를 해결할 수 있는 농업용 덮개 고무시트를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트는, 제조과정에서 미리 농촌진흥청 표준경작 기법에 의거하여 농작물 재식(栽植)구멍이 천공되어 있기 때문에, 규격화된 재식거리를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 영농인의 작업공수를 줄일 수 있고, 또한 종래의 농업용 비닐에서 천공된 부분이 찢어져 그 부분에서 잡초가 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 농업용 덮개 고무시트의 제조장치의 개략 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 압출기를 설명하기 위한 개략 절단 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 농업용 덮개 고무시트의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도
도 4는 압출기 내에서의 동적가교를 설명하기 위한 모식도
도 5는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트의 적용예를 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트 조각의 사진
도 7의 (a)는 종래의 농업용 비닐에 농작물 식재 구멍을 천공한 사진이고, (b)는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트에 농작물 식재 구멍을 천공한 사진
도 8은 본 발명에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트를 보관하기 위한 권취장치의 개략 사시도

본 발명의 구체적인 실시예에 대해, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 이하에서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 농업용 덮개 고무시트의 제조장치의 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 압출기를 설명하기 위한 개략 절단 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 농업용 덮개 고무시트의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 압출기 내에서의 동적가교를 설명하기 위한 모식도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트의 적용예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트 조각의 사진이고, 도 7의 (a)는 종래의 농업용 비닐에 농작물 식재 구멍을 천공한 사진이고, (b)는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트에 농작물 식재 구멍을 천공한 사진이고, 도 8은 본 발명에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트를 보관하기 위한 권취장치의 개략 사시도이다.

먼저, 농업용 덮개 고무시트의 제조장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 압출기(10)와, 캘린더링부(20)와, 냉각부(30)와, 시트 천공부(60)와, 시트 권취부(50)를 포함한다.

상기 압출기(10)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 혼합물(원료)이 투입되는 호퍼(11)와, 상기 호퍼(11)에 의해 투입된 혼합물을 공급하는 공급부(12)와, 상기 공급된 혼합물을 정방향으로 펌핑하여 혼합 및 분산하는 혼합부(13)와, 상기 혼합 및 분산된 혼합물의 흐름을 역방향으로 바꾸어 혼합물의 체류를 증가시켜 반응 및 혼련을 극대화시키는 반응부(14)와, 상기 반응 및 혼련이 극대화된 혼합물을 외측으로 이송하는 배출부(15) 및 상기 이송된 혼합물을 판상으로 압출 성형하여 배출하는 헤드(16)를 포함하고, 상기 공급부(12), 혼합부(13)와, 반응부(14) 및 배출부(15)는 상기 압출기(10) 내의 축부(A)에 순차로 구성된다.

상기 공급부(12)는, 리드 스크류(lead screw)로 되어 있으며, 상기 호퍼(11)에 의해 투입된 혼합물을 혼합부(13)로 일정한 양으로 공급한다.

상기 혼합부(13)는, 정방향 스크류(13a, forward screw)와 니딩 디스크(13b, kneading disc)을 포함하며, 상기 정방향 스크류(13a)는 상기 공급부(12)로부터 공급된 혼합물을 정방향으로 펌핑하며, 상기 니딩 디스크(13b)는 상기 혼합물을 혼합 및 분산한다.

상기 반응부(14)는, 역방향 스크류(14a, backward screw)와 니딩 디스크(14b)을 포함하며, 상기 역방향 스크류(14a)는 상기 혼합물의 흐름을 역방향으로 바꾸어 주어 혼합물이 충분한 시간동안 체류하게 한다. 즉, 상기 혼합부(13)의 니딩 디스크(13b)를 통과한 혼합물을 다시 상기 혼합부(13)의 니딩 디스크(13b)로 되돌려 충분하게 혼합 및 분산이 이루어지게 하고, 상기 역방향 스크류(14a)를 통과한 혼합물은 상기 반응부(14)의 니딩 디스크(14b)에서 재차 혼합 및 분산을 통해 반응 및 혼련을 극대화시키게 된다.

상기 배출부(15)는, 리드 스크류(lead screw) 또는 정방향 스크류(13a, forward screw)로 되어 있으며, 상기 반응부(14)에서 반응 및 혼련을 극대화된 혼합물을 상기 헤드(16) 쪽으로 밀어 배출한다.

상기 헤드(16)는 압출기(10)의 외측으로 판형상의 개구가 형성되어 있어, 상기 배출부(15)로 부터 이송되어 온 혼합물을 판형상으로 압출 성형하여 배출한다.

또한, 상기 압출기(10)는 나란히 배열된 2개의 축을 갖는 이축 압출기로서, 정방향 스크류 만이 착설된 한 개의 축으로 되어 한 방향으로의 펌핑만 가능한 단축압출기인 것에 비해, 정방향 스크류와 역방향 스크류에 의해 투입된 혼합물의 체류시간을 충분하게 하여 혼련 및 분산시켜 충분히 반응시킬 수 있다는 점에서 바람직하다.

이와 같이, 상기 압출기(10)에 압출 성형된 성형물은 상기 캘린더링부(20)에 의해 캘린더링(calendering) 공정을 거쳐 얇은 고무시트로 압연되는데, 상기 캘린더링부(20)는 제 1 캘린더링 롤(21)과, 제 2 캘린더링 롤(22)과, 제 3 캘린더링 롤(23) 및 제 4 캘린더링 롤(24)을 포함한다.

상기 각각의 캘린더링 롤(21, 22, 23, 24)은, 각각 예열장치(미도시)에 의하여 일정한 온도로 가열된 1쌍의 가열 롤로 형성되며, 상기 가열 롤과 가열 롤 사이에 일정한 간극이 형성되어 있다. 예를 들어 본 실시예에 있어서는, 상기 제 1 캘린더링 롤(21)은 135℃로 가열되어 있고 상기 가열 롤과 가열 롤 사이는 고무시트의 두께가 3mm로 압연되도록 설정되어 있으며, 상기 제 2 캘린더링 롤(22)은 140℃로 가열되어 있고 상기 가열 롤과 가열 롤 사이는 고무시트의 두께가 2mm로 압연되도록 설정되어 있으며, 상기 제 3 캘린더링 롤(23)은 135℃로 가열되어 있고 상기 가열 롤과 가열 롤 사이는 고무시트의 두께가 1mm로 되도록 설정되어 있으며, 상기 제 4 캘린더링 롤(24)은 130℃로 가열되어 있고 상기 가열 롤과 가열 롤 사이는 고무시트의 두께가 0.2~0.3mm로 되도록 설정되어 있다. 이와 같이 온도를 변화시킴으로써 상기 캘린더링 롤(21, 22, 23, 24)에 의한 캘린더링 공정 중에서 고무시트가 불균일하게 변형되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 상기 캘린더링부(20)의 구성에 의하여, 상기 압축기(10)에서 판상으로 압출 성형된 성형물을 순차적으로 얇게 하여 두께가 0.2~0.3mm정도의 얇은 고무시트를 제조할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서는, 압출 성형된 성형물을 순차적으로 얇게 하여 캘린더링(calendering) 공정을 수행하고 있는바, 이에 대응하여 상기 각각의 캘린더링 롤(21, 22, 23, 24)의 회전속도를 제어할 필요가 있다. 예를 들어, 본발명의 실시예에 있어서는 1분당 8m의 고무시트가 제조될 수 있도록 상기 각각의 캘린더링 롤(21, 22, 23, 24)의 속도가 제어된다.

또한, 상기 캘린더링부(20)에 의한 캘린더링(calendering) 공정을 마친 0.2~0.3mm정도의 얇은 고무시트가 균질의 평활한 면을 지니도록 연마하기 위해서는 상기 각각의 캘린더링 롤(21, 22, 23, 24)의 재질에 있어서는 연질의 롤보다는 금속과 같은 경질 롤이 바람직하다.

또한, 상기와 같이, 상기 캘린더링부(20)에 의한 캘린더링 공정을 마친 얇은 고무시트는 냉각부(30)에서 냉각되어 경화된다.

상기 냉각부(30)는 4~10℃정도로 설정된 1~4쌍의 냉각 롤로서 이루어져 있다. 따라서 상기 캘린더링부(20)에 의한 캘린더링 공정에 의해 고온으로 가열된 상기 얇은 고무시트는 상기 냉각부(30)의 냉각 롤들을 거치면서 냉각되어 경화되게 된다.

또한, 상기 고무시트의 표면을 부드럽게 하기 위하여, 상기 냉각 롤은 그 표면을 크롬으로 도금된 롤을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 시트 천공부(60)는 상기 냉각부(30)에서 냉각되어 경화된 상기 얇은 고무시트의 면에 농촌진흥청의 표준경작 기법에 의한 재식 거리에 의거하여 일정한 간격으로 농작물 재식 구멍을 천공한다. 다만, 상기 시트 천공부(60)는 고무시트의 면에 재식 구멍이 필요한 경우에만 작동할 수 있도록 탈부착이 가능한 구성으로 할 수도 있고, 부착된 상태에서 상기 시트 천공부(60)의 작동만 제어할 수 있다.

상기 시트 권취부(50)는 상기 냉각부(30) 또는 상기 시트 천공부(60)를 거친 고무시트를 보관이나 운송이 용이하도록 권취하기 위한 수단으로, 상기 고무시트를 권취할 수 있는 수단이면 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 냉각부(30)를 거친 얇은 고무시트가 처지지 않고 팽팽하게 당겨진 상태에서 천공이나 권취가 행하여질 수 있도록 상기 냉각부(30)와 상기 시트 천공부(60), 상기 시트 천공부(60)와 상기 시트 권취부(50)사이에는 가이드 롤로 이루어진 시트 가이드부(40)를 마련하는 것이 바람직하다.

다음은, 도 3 내지 8을 참조하여, 상기 농업용 덮개 고무시트 제조장치를 이용하여 농업용 덮개 고무시트를 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.

(1) 압출기의 호퍼에 원료를 공급하는 단계(S10)

먼저, 주원료로 되는 폐고무 분말 65~74중량%와, 열가소성 플라스틱 25~34중량%와, 왁스(wax) 0.1~6중량%로 된 혼합물을 상기 압출기(10)의 호퍼(11)를 통해 상기 압출기(10) 내로 공급한다.

상기 폐고무 분말은, 고무원료에 카본블랙을 가하여 가황, 제조되었던 폐고무류의 분말로서, 자동차 바퀴로부터 나오는 폐타이어 고무 분말이나 자동차 웨더스트립으로부터 나오는 폐EPDM 분말(웨더스트립 고무 분말)이 사용되며, 상기 폐고무 분말의 크기는 10㎛ ~ 300㎛의 크기로 미분쇄된 것이 바람직하다. 폐고무 분말이 10㎛미만으로 너무 작으면 고무적 탄성력이 떨어지고, 300㎛를 초과하여 너무 크면 열가소성 수지와의 반응성이 떨어진다.

한편, 본 발명에 있어 주원료로 이용되는 폐타이어 또는 폐EDPM 등의 폐고무는, 천연고무에 강도 보강재로서 카본블랙을 첨가한 후 가황에 의해 제조되어 있기 때문에 열경화성의 특성을 갖고 있어, 폐타이어 등의 폐고무을 그대로 이용하여 다른 고무제품으로 재차 성형하는 것이 불가능하다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 주원료인 상기 폐고무 분말에 열가소성 플라스틱과 왁스(wax)를 혼합한 혼합물을 상기 압출기(10) 내에서 동적가교(Dynamic vulcanization)를 통해 열가소성 가황체( Thermoplastic Vulcanization, 이하 "TPV"라 함.)로 제작할 필요가 있다.

이때, 상기 열가소성 플라스틱 재료로는 폴리올레핀(polyolefin)계로서 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, 이하 "LDPE"라 함), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, 이하 "HDPE"라 함), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, 이하 "LLDPE"라 함) 또는 폴리올레핀 엘라스토머(Poly olefin elatomer, 이하 "POE"라 함)등이 사용된다.

또한, 상기 왁스는 고무 가공시의 마찰계수를 줄이기 위한 것으로, 가공시 고무로 인한 마찰계수 상승(마찰력의 상승)으로 인하여 생산성이 감소하는 것을 방지할 수 있고, 또한 더 얇은 시트 생산이 가능하게 한다. 다만 상기 왁스의 비율이 6중량%를 초과하는 경우 고무의 물리적 특성을 감소시키게 되므로, 6중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

(2) 압출기에서 압출 성형하는 단계(S20)

상기 혼합물은 압출기에 의해 연속 압출방식에 의하여 압출되는데, 먼저 상기 압출기의 호퍼(11)로 투입된 폐고무 분말, 열가소성 플라스틱 및 왁스의 혼합물은, 상기 공급부(12)의 리드 스크류에 의하여 일정한 양으로 상기 혼합부(13)에 공급된다.

상기 혼합부(13)에 공급된 혼합물은 상기 혼합부(13)의 정방향 스크류(13a)에 의하여 정방향으로 펌핑되고, 상기 니딩 디스크(13b)에 의하여 상기 혼합물은 혼합 및 분산이 이루어진다. 또한, 상기 반응부(14)의 역방향 스크류(14a)에 의해 상기 혼합물의 흐름이 역방향으로 바뀌게 되어 혼합물이 충분한 시간동안 체류한 상태에서 동적가교가 이루어지게 된다.

동적가교란, 도 4에 도시된 바와 같이, 압출기(10) 내에서 폐고무 분말과 열가소성 플라스틱 재료가 혼합되는 과정에서 재료 간에 수평방향으로 전단응력(shear stress)를 받게 되는 과정에서 가교가 일어나게 되고, 가교된 고무입자들이 열가소성 플라스틱 연속상에 미세하게 분산되어 하나의 재료 TPV로 혼합되는 것으로, 이때 분산상의 가교된 고무입자는 고무탄성을 부여하며, 연속상인 열가소성의 플라스틱 수지로 인해 용융가공과 재활용이 가능하게 된다.

이때 상기 압출기(10) 내의 온도는 130~180℃로, 상기 호퍼(11)에서 상기 헤드(16) 쪽으로 갈수록 점차 온도가 높아지는데, 이는 상기 호퍼(11)에 투입되는 원료가 높은 온도에 의해 상기 리드 스크류 등에 부착되지 않도록 초기 온도를 130℃ 정도로 낮게 설정한 것이고, 또한 상기 압출기(10) 내에서의 혼합 및 분산 과정에서 마찰열에 의해 온도가 상승하는데, 상기 헤드(16) 쪽에서의 온도가 180℃를 넘지 않도록 할 필요가 있다. 또한 압출기의 회전속도는 150rpm 정도로 설정한다.

이와 같이 상기 압출기(10) 내에서 동적가교에 의하여 제작된 TPV는 상기 배출부(15)의 리드 스크류(lead screw) 또는 정방향 스크류(13a, forward screw)에 의하여 헤드(16) 쪽으로 밀어 압출시키는데, 이때 압출된 압출물은 상기 헤드(16)의 개구된 형상, 즉 판형상으로 압출 성형된다.

(3) 캘린더링 공정 단계(S30)

상기 압출기(10)에 압출 성형된 성형물은 상기 캘린더링부(20)에 의해 캘린더링(calendering) 공정을 거쳐 얇은 고무시트로 압연되는데, 연속하여 순차로 구성된 복수의 캘린더링 롤을 거치면서 점차 얇은 고무시트로 성형된다.

예를 들어, 제 1 캘린더링 롤에서 135℃로 가열된 1쌍의 가열 롤에 의해 3mm의 고무시트로 성형되고, 제 2 캘린더링 롤에서는 140℃로 가열된 1쌍의 가열 롤에 의해 2mm의 더 얇은 고무시트로, 제 3 캘린더링 롤에서는 135℃로 가열된 1쌍의 가열 롤에 의해 1mm의 더 얇은 고무시트로, 제 4 캘린더링 롤에서는 130℃로 가열된 1쌍의 가열 롤에 의해 0.2~0.3mm의 더 얇은 고무시트로 성형되어, 종래의 농업용 비닐을 대체할 수 있는 0.2~0.3mm정도의 얇은 농업용 덮개 고무시트로 성형된다.

이와 같이 온도를 변화시킴으로써, 캘린더링 공정 과정에서 고무시트가 불균일하게 변형되는 것을 방지할 수 있다.

(4) 냉각 공정 단계(S40)

상기 캘린더링 공정 단계를 거치면서 높은 온도로 가열되어 있는 고무시트는 복수의 냉각 롤로 상기 냉각부(30)를 거치면서 냉각되어 경화되는데, 이때 냉각 롤의 온도는 4~10℃정도로 설정되어 있는 것이 바람직하다.

(5) 고무시트의 재식 구멍 천공단계(S50)

상기 냉각부(30)에서 냉각되어 경화된 상기 얇은 고무시트는, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 시트 천공부(60)에서 일정한 간격으로 농작물을 재식하기 위한 구멍이 천공된다. 이때 상기 재식 구멍 사이의 간격은 농촌진흥청 표준경작 기법에 의거하여 정하는 것이 바람직하다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 농업용 비닐에 있어서는 특성상 찢어지기 쉽기 때문에, 미리 농작물을 재식할 수 있는 구멍을 미리 천공할 수 없었고, 또한 사용중 천공된 재식 구멍이 찢어지는 경우 그 찢어진 부분에서 잡초가 성장하게 되는 문제가 있었지만, 본 발명에 의해 제조된 고무시트의 경우에는 인장강도 및 신장율이 크기 때문에, 장기간 재사용이 가능할 뿐만 아니라 농작물을 재식하기 위한 재식 구멍을 미리 천공할 수 있기 때문에 영농 준비과정에서 영농인의 일손을 덜어 줄 수 있고, 사용중 천공된 재식 구멍이 찢어지는 것을 방지할 수 있다.

(6) 고무 시트 권취 단계(S60)

상기 냉각부(30)에서 냉각되어 경화된 상기 얇은 고무시트 또는 상기 고무시트의 면에 농작물을 재식하기 위해 재식구멍을 천공한 고무시트는 보관 및 운송이편리하도록 가이드 롤로 된 시트 가이드부(40)를 거쳐 시트 권취부(50)에 권취된다.

이상과 같이, 본 발명에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트는, 도 5에 도시된 바와 같이, 밭이랑의 두둑을 덮어 멀칭(mulching)하기 위한 것으로, 연속 압출방식에 의해 두께가 0.2~0.3mm, 폭이 80~150cm, 길이가 10~50m인 고무시트로 제조된다. 이는 실제 밭이랑의 두둑을 덮는 조건, 장기간 재사용하기 위한 조건 및 운반이나 보관을 고려한 것으로 그 규격은 조건에 따라 적절하게 조정할 수 있다. 다만 두께가 0.2mm 이하의 경우 찢어지기가 쉬우며, 0.3mm 이상인 경우 무게가 크게 증가하여 재사용을 위한 보관이나 관리가 불편하다. 또한 길이가 10m 이하이거나 50m 이상인 경우 말아서 보관하기 불편하다는 문제가 있다.

또한, 도 6은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트 시편으로서, 상기 고무시트의 시편으로 시험한 인장강도 및 신장율은 다음의 [표 1]과 같다.

	인장강도(MPa)	신장율(%)
폐타이어+ POE	5.0	330
폐EPDM+POE	4.25	427
폐EPDM+LDPE	3.87	244

상기 [표 1]에서 볼 수 있는 바와 같이, 폐타이어 또는 폐EPDM에 POE나 LDPE을 혼합하여 동적가교에 의하여 제조된 농업용 덮개 고무시트는 인장강도 및 신장율이 우수하여 종래의 농업용 비닐과는 달리 매년 재사용이 가능하기 때문에, 종래의 농업용 비닐을 대체함으로써 해마다 발생하는 폐비닐을 감소시키게 되고, 따라서 그동안 고질적인 문제로 지적되어 왔던 폐비닐의 처리비용 및 토양오염이나 대기오염 등의 환경문제를 해결할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 농업용 덮개 고무시트를 매년 재사용하기 위하여, 사용이 끝난 후에는 도 7에 도시한 바와 같은 권취장치를 이용하여 간편하게 보관할 수 있다.

10 압출기 11 호퍼
12 공급부 13 혼합부
13a 정방향 스크류 13b 니딩 디스크
14 반응부 14a 역방향 스크류
14b 니딩 디스크 15 배출부
16 헤드 20 캘린더링부
21 제 1 캘린더링 롤 22 제 2 캘린더링 롤
23 제 3 캘린더링 롤 24 제 4 캘린더링 롤
30 냉각부(냉각 롤) 40 시트 가이드부
50 시트 권취부 60 시트 천공부

Claims

폐고무를 포함하는 혼합물을 혼합 및 분산하여 압출 성형하는 압출기와,
상기 압출기에 의해 압출 성형된 압출물을, 1쌍의 가열 롤로 되고 연속하여 구성된 복수의 캘린더링 롤에 의한 캘린더링에 의하여 점차 얇은 고무시트로 압연하는 캘린더링부와,
상기 캘린더링부에서 압연된 고무시트를 냉각하는 냉각 롤로 이루어진 냉각부와,
상기 냉각부에서 냉각된 고무시트의 면에 농작물을 재식하기 위한 재식 구멍을 천공하기 위한 시트 천공부를 포함하되,
상기 압출기는 공급부와, 혼합부와, 반응부 및 배출부를 순차로 구성하는 축부를 포함하는 이축 압출기이고,
상기 캘린더링부의 복수의 캘린더링 롤은 각각 다른 온도로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 농업용 덮개 고무시트의 제조장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 공급부는 리드 스크류로 되어 있으며, 상기 혼합부는 정방향 스크류와 니딩 디스크를 포함하며, 상기 반응부는 역방향 스크류와 니딩 디스크를 포함하며, 상기 배출부는 리드 스크류 또는 정방향 스크류로 된 것을 특징으로 하는 농업용 덮개 고무시트의 제조장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 캘린더링부는 4쌍의 캘린더링 롤이 연속하여 구성되고, 상기 4쌍의 캘린더링 롤은 각각 순차적으로 135℃, 140℃, 135℃, 130℃로 가열되어 있으며,
상기 고무시트가 연속하는 상기 4쌍의 캘린더링 롤에 의해 순차로 얇게 압연되어 0.2~0.3mm의 고무시트로 성형되는 것을 특징으로 하는 농업용 덮개 고무시트의 제조장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 냉각부는 1~4쌍의 냉각 롤로 이루어지며, 상기 냉각 롤은 크롬으로 도금되어 있는 것을 특징으로 하는 농업용 덮개 고무시트의 제조장치.
폐고무 분말 65~74중량%와, 열가소성 플라스틱 25~34중량%와, 왁스(wax) 0.1~6중량%로 된 혼합물을 압출기 내로 공급하는 제1단계와,
상기 압출기 내에서 상기 혼합물을 혼합 및 분산에 의한 동적가교에 의하여 열가소성 가황체로 된 압출물로 성형하는 제2단계와,
상기 압출물을 연속하여 구성된 복수의 캘린더링 롤에서 순차로 압연하여 0.2~0.3mm의 얇은 고무시트로 성형하는 제3단계와,
상기 얇은 고무시트를 4~10℃로 냉각하는 제4단계와,
상기 제4단계에서 냉각된 얇은 고무시트 면에 농작물을 재식하기 위한 재식 구멍을 천공하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 덮개 고무시트의 제조방법.
삭제
제6항에 있어서,
상기 제2단계에서, 상기 압출기는 정방향 스크류, 니딩 디스크 및 역방향 스크류가 순차로 구성되는 축부를 포함하는 이축 압출기이며,
상기 혼합물은, 상기 정방향 스크류에 의해 정방향으로 펌핑되고, 상기 니딩 디스크에 의하여 혼합 및 분산이 이루어지며, 상기 역방향 스크류에 의해 상기 혼합물의 흐름이 역방향으로 바뀌게 되어 혼합물의 압출기 내 체류시간이 연장되는 것을 특징으로 하는 농업용 덮개 고무시트의 제조방법.
제6항 또는 제8항에 있어서,
상기 열가소성 플라스틱은, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 또는 폴리올레핀 엘라스토머(POE)로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 농업용 덮개 고무시트의 제조방법.