KR101733629B1 - 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법에 관한 것으로, 자동차 폐카페트를 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 단계; 상기 분쇄물을 교반 용융하여 용융물을 제조하는 단계; 상기 용융물에 폴리프로필렌 및 죽분(竹粉)을 첨가하고 교반 용융하여 혼합 용융물을 제조하는 단계; 상기 혼합 용융물을 압출기에 투입하고 압출하는 단계를 포함하며, 상기 분쇄물, 용융물 및 혼합 용융물은 단일 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법{Manufacturing Method of A Car Plastic Replacement from Waste Carpet of Vehicle}

본 발명은 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 공정을 통해 자동차의 폐카페트를 분쇄 및 용융함으로써 자동차용 플라스틱 대체품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 자동차에서 발생하는 다양한 종류의 폐기물을 처리하는 기술에 대한 관심과 수요가 높아지고 있으며, 특히, 폐차에서 발생하는 폐기물을 줄이기 위한 재활용 법규가 강화되고 있는 추세이다.

따라서 자동차 업계에서는 폐차에서 발생하는 폐기물과 더불어 자동차 제작시 발생하는 폐기물을 줄이는데 많은 노력을 기울이고 있는데, 특히, 카페트 등 비금속 재료는 재활용이 어렵고 매립시 장기간 환경에 악영향을 끼치기 때문에 폐기물 감소를 위해 1차적으로 관심을 기울이고 있다. 이러한 비금속 재료 폐기물 중 자동차 카페트는 제작 중 발생하는 폐기물의 양이 최종제품 대비 35~50 중량%로서 매우 높은 편이며 다양한 성분이 복합되어 구성되어 있기 때문에 재사용이 어려워 전량 매립 또는 소각하고 있는 실정이다. 현재 카페트의 매립에 막대한 비용이 소요되고 있으며, 매립보다는 주로 소각에 의존하고 있으므로 소각 시 발생되는 유독 가스가 대기오염을 유발시켜 2차 공해를 발생시키는 등 많은 환경적인 문제가 있다.

이러한 문제로 인하여 자동차 업계에서는 다양한 재활용 기술을 개발해오고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-0153321호에서는 폐카페트를 분쇄하여 압출물을 제조하고 상기 압출물을 분쇄한 후 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 및 목분을 첨가하여 혼합한 후 다시 2차 압출하는 공정을 거쳐 자동차 부품의 재료인 재생 보드를 제조하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 10-0245751호에서는 폐카페트를 햄머-밀 타입의 분쇄기를 사용하여 분쇄하고, 상기 분쇄물에 개질제로서 스티렌-에틸렌과 부틸렌-스티렌 블록 공중합체 고무 및 무수말레인산을 첨가한 후 압출함으로써 재생 재료를 제조하는 기술이 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허공보 10-2002-0087197호에서는 폐카페트를 고속분쇄기로 1차 분쇄한 후 용융, 압출하고 분쇄하여 2차 분쇄물을 제조하고 상기 2차 분쇄물과 고무 분말, 유리섬유 및 플라스틱 고형물 등을 혼합하여 컴파운딩한 후 압출하여 재생 재료를 얻는 기술이 개시되어 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 10-1998-0060266호에서는 폐카페트를 분쇄하여 분쇄물을 제조한 후 개질제로서 말레산 무수물 또는 과산화물을 첨가한 후 이를 혼합하고 압출하여 재생 재료를 제조하는 기술이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 10-2002-0081960호에서는 폐카페트를 분쇄하여 스크랩을 제조한 후 상기 스크랩과 과산화물을 함께 용융하고 압출하는 기술이 개시되어 있다.

이러한 상기 선행기술들은 폐카페트를 용융, 압출하여 1차 분쇄물을 제조한 후 다시 용융, 압출하여 2차 분쇄물을 제조하는 복잡한 공정을 거치기 때문에, 생산성이 낮고 실제 공정을 통해 제조한 재생품을 제품으로 적용하기에는 물성이나 공정 재현성이 낮은 경우가 많아 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 10-0153321호 대한민국 등록특허공보 10-0245751호 대한민국 공개특허공보 10-2002-0087197호 대한민국 공개특허공보 10-1998-0060266호 대한민국 공개특허공보 10-2002-0081960호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 자동차 카페트를 재생할 때 종래의 제조방법인 1차 분쇄, 용융, 압출, 냉각, 2차 분쇄, 용융, 압출의 공정을 단순화하여 단일 공정에 의해 분쇄, 혼합, 용융 공정을 수행하고 자동화 시스템을 통해 용융물을 압출기에 투입하여 압출 공정을 수행함으로써 공정을 단순화하고 생산 효율을 높일 수 있는 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법은 자동차 폐카페트를 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 단계; 상기 분쇄물을 교반 용융하여 용융물을 제조하는 단계; 상기 용융물에 폴리프로필렌 및 죽분(竹粉)을 첨가하고 교반 용융하여 혼합 용융물을 제조하는 단계; 상기 혼합 용융물을 압출기에 투입하고 압출하는 단계를 포함하며, 상기 분쇄물, 용융물 및 혼합 용융물은 단일 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 교반 용융은 260 내지 265℃에서 수행하되, 폴리프로필렌은 폐카페트 스크랩 100 중량부에 대하여 75 내지 85 중량부의 범위로 혼합되며, 죽분은 상기 폐카페트 스크랩 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부의 범위로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분쇄물을 제조하는 단계는 칼날이 장착된 자동 프레스 장치를 이용하여 100㎜×100㎜ 정도의 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합 용융물은 자동 공급 장치에 의해 압출기에 투입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법은 종래의 자동차 카페트 재생 방법과는 달리 단일 공정에 의해 분쇄, 혼합, 용융 공정을 수행하고 자동화 시스템을 통해 용융물을 압출기에 투입하여 압출 공정을 수행함으로써 공정을 단순화하고 생산 효율을 높일 수 있는 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품을 제공할 수 있다.

도 1은 실험으로 용융물을 제조하는 과정을 나타낸 것으로서, (a) 용융기 내부상태, (b) 상기 용융기에 폐카페트 조각을 채운 상태 및 (C) 용융되어 혼합되고 있는 상태를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 폐카페트를 분쇄하는 과정을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 분쇄물에 첨가물을 혼합하고 교반압출하는 장치를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 혼합 용융물을 성형하는 장치를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명에 의해 제조된 자동차용 플라스틱 대체품의 사진이다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에서 사용하는 용어인 단일 공정은 종래의 자동차 카페트 재생공정과 비교를 위하여 사용하는 용어로서, 종래의 제조방법에서는 1차 분쇄, 용융, 압출, 냉각을 통해 분쇄물을 제조하고 다시 상기 분쇄물을 2차 분쇄, 용융한 후 압출기에 투입하여 압출의 공정으로 수행되는 것에 비하여, 상기 단일 공정은 하나의 공정에 의해 분쇄, 혼합, 용융을 수행함으로써 중간 생성물의 회수, 이송이 없이 단일한 배치에서 공정이 수행되는 것을 의미하는 용어이다.

즉, 본 발명의 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법은 자동차 폐카페트를 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 단계; 상기 분쇄물을 교반 용융하여 용융물을 제조하는 단계; 상기 용융물에 폴리프로필렌 및 죽분(竹粉)을 첨가하고 교반 용융하여 혼합 용융물을 제조하는 단계; 상기 혼합 용융물을 압출기에 투입하고 압출하는 단계를 포함하는데, 상기 분쇄물, 용융물 및 혼합 용융물은 단일 공정에 의해 제조되며, 제조된 혼합 용융물은 컨베이어와 같은 자동 공급 장치에 의해 압출기에 투입되고 이를 압출하여 자동차용 플라스틱 대체품을 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자동 프레스 장치는 내부에 칼날이 장착되어 분쇄를 할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 분쇄는 일반적인 분쇄방식이 아닌 자동 프레스를 이용한 방식으로 600㎜×1,500㎜의 원판(폐카페트 스크랩)을 자동 프레스에 장착하고, 외부의 조건없이 자동 프레스에 장착된 칼날을 이용하여 100㎜×100㎜ 정도의 크기로 분쇄한다.

종래에는 1차 분쇄후 압출물을 제조하고, 상기 압출물을 재차 분쇄하고 용융·압출기에 넣어야 하기에 분쇄물의 크기가 10㎜×10㎜ 정도의 크기로 작아야 하며, 이는 분쇄하는데 시간이 상당히 소모되고 또 분쇄된 분쇄물을 수거하는데 소모되는 시간도 상당하다.

그러나, 본 발명의 자동 프레스 장치는 외부의 조건없이 자동 프레스에 장착된 칼날을 이용하여 100㎜×100㎜ 정도의 큰 크기로 분쇄할 수 있으며, 또 이로 인하여 분쇄물을 직접 용융·압출기로 이동함으로써 공정상 많은 시간을 절약할 수 있다.

또한, 본 발명의 용융기에는 히터가 장착되어 내부를 가열할 수 있다. 따라서 상기 분쇄된 폐카페트 스크랩을 용융기에 채운 후 히터를 작동시켜 내부 온도를 260 내지 265℃가 되도록 함으로써 상기 폐카페트 분쇄물을 교반 용융할 수 있게 된다.

상기 교반 용융된 폐카페트 분쇄물은 도 1(c)에 도시된 바와 같이 점성이 높은 페이스트 상태가 된다. 상기 교반 용융은 반드시 260 내지 265℃에서 수행해야 하는데, 온도가 260℃보다 낮으면 폐카페트 스크랩에 함유된 나일론과 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유가 용융되지 않고, 온도가 265℃보다 높으면 탄화가 발생할 수 있으므로 상기 온도 범위를 유지해야 한다. 따라서, 상기 온도 범위에서 상기 나일론 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 산화되기 때문에 카페트를 구성하는 주성분인 라텍스, 폴리에틸렌 및 에틸렌초산비닐 중합체 성분만이 유지되게 된다. 또한, 상기 교반 용융은 20 내지 30분간 수행함으로써 본 발명의 용융물을 얻을 수 있다.

상기 교반 용융을 마친 후 상기 용융기의 상부를 개방하고 교반하면서 폴리프로필렌 및 죽분을 첨가한다. 이후 다시 용융기의 상부를 밀폐하고 15 내지 20분간 용융 교반을 함으로써 혼합 용융물을 얻게 된다. 이때 용융 교반 온도는 여전히 260 내지 265℃를 유지해야 한다.

상기 폴리프로필렌은 성형물의 강도를 우수하게 하기 위해 첨가되는 것이며, 죽분은 성형물이 방향성(芳香性)을 가지도록 하는 기능을 부여하기 위한 것이다.

상기 폴리프로필렌은 상기 폐카페트 스크랩 100 중량부에 대하여 75 내지 85 중량부의 범위로 혼합되며, 상기 죽분은 상기 폐카페트 스크랩 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부의 범위로 혼합된다. 또한, 폐카페트 스크랩을 일단 용융한 후 폴리프로필렌을 투입해야 하는데, 이는 두 성분의 용융점이 다르기 때문에 먼저 폐카페트 스크랩을 용융하고 여기에 폴리프로필렌을 투입하는 것이다. 따라서 투입 시간 및 함량 비율이 달라지면 최종 성형물의 강도에 큰 영향을 미치게 되므로 상기 용융 시간, 폴리프로필렌 투입량에 대한 최적화는 매우 중요한 공정 변수에 해당한다.

상기 폐카페트 스크랩의 용융물과 폴리프로필렌, 죽분을 혼합하여 용융함으로써 혼합 용융물이 얻어지게 되는데, 상기 혼합 용융물은 컨베이어 벨트 등을 통하여 자동으로 이송되어 압출기에 투입된다. 이때 상기 혼합 용융물은 상기 컨베이어 벨트를 통해 이송되어 상기 압출기에 투입함으로써 연속 공정으로 성형물을 제조할 수 있게 된다.

상기 성형물은 냉각 공정을 거쳐 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 특히 자동차용 휠가드, 범퍼 및 언더커버 등 자동차용 플라스틱 대체품으로 이용됨으로써 기존의 신재료를 사용한 제품에 비해 월등한 강도를 나타내고 또 방향(芳香)을 가지는 제품을 얻을 수 있다.

한편, 상기 혼합 용융물은 상기 컨베이어 벨트 등을 통하지 않고 직접 상기 압출기에 이송됨으로써 공정을 한 단계 줄일 수 있음을 밝혀둔다.

아울러, 본 발명의 단일공정을 통해 제조된 자동차용 플라스틱 대체품의 특성을 확인하기 위하여 상태 인장강도 및 상태 굴곡강도를 측정하였다. 모든 측정은 FITI 시험연구원에 의뢰하여 수행하였으며 요구기준은 자동차 회사에서 요구되는 제품 사양이다.

상기 상태 인장강도는 MS 220-90에 의하여 시험하였는데, 상기 시험 조건은 ASTM D 638에 규정한 방법에 따라 시험편은 TYPE 1을 사용하였으며 시험속도는 50㎜/min로 시험하였다.

상기 재생보드의 상태 인장강도 시험결과는 표 1과 같다.

회수	시험결과				요구기준 (Type A)
	두께(㎜)	폭(㎜)	최대하중(kgf)	인장강도(MPa)
1	3.25	15.54	67.7	13	12 MPa 이상
2	3.24	15.67	72.8	14
3	3.27	15.80	71.2	14
4	3.26	15.59	66.5	13
5	3.26	15.80	72.1	14
평균				13

표 1의 결과를 살펴보면, 본 발명의 자동차용 플라스틱 대체품은 요구기준을 모두 만족시키고 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 상태 굴곡강도도 MS 220-90에 의하여 시험하였는데, 상기 시험 조건은 ASTM D 790에 규정한 방법에 따라 시험편의 크기는 127㎜×12.7㎜×6.4㎜이며, 시험속도는 10㎜/min로 시험하였다.

상기 재생보드의 상태 굴곡강도 시험결과는 표 2와 같다.

회수	시험결과				요구기준 (Type A)
	두께(㎜)	폭(㎜)	최대하중(kgf)	굴곡강도(MPa)
1	3.51	12.18	3.31	18	15 MPa 이상
2	3.47	12.93	3.45	18
3	3.38	12.71	3.25	18
4	3.46	11.71	3.03	18
5	3.38	12.12	3.50	21
평균				19

표 2의 결과도 살펴보면, 본 발명의 자동차용 플라스틱 대체품은 요구기준을 모두 만족시키고 있음을 알 수 있다.

따라서 상기 시험 결과를 살펴보면, 본 발명의 자동차용 플라스틱 대체품은 기존의 신재료를 사용한 자동차용 플라스틱 제품과 대비하여 물성이 월등히 우수하여 자동차용 플라스틱 제품에 활용 가능한 것임을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (4)

1. 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법으로서,
   자동차 폐카페트를 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 단계;
   상기 분쇄물을 교반 용융하여 용융물을 제조하는 단계;
   상기 용융물에 폴리프로필렌 및 죽분(竹粉)을 첨가하고 교반 용융하여 혼합 용융물을 제조하는 단계;
   상기 혼합 용융물을 압출기에 투입하고 압출하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 용융물을 제조하는 단계에서 교반 용융은 260 내지 265℃에서 20 내지 30분간 수행하며,
   상기 혼합 용융물을 제조하는 단계에서 교반 용융은 260 내지 265℃에서 15 내지 20분간 수행하며,
   상기 폴리프로필렌은 상기 폐카페트 100 중량부에 대하여 75 내지 85 중량부가 혼합되고, 상기 죽분은 상기 폐카페트 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부가 혼합되며,
   상기 분쇄물, 용융물 및 혼합 용융물은 단일 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 분쇄물을 제조하는 단계는 칼날이 장착된 자동 프레스 장치를 이용하여 100㎜×100㎜ 정도의 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 자동차 폐카페트를 이용한 자동차용 플라스틱 대체품의 제조방법.
4. 삭제

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