KR102368700B1 - 폐고무 재생방법 및 그에 의해 재생된 고무 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐고무 재생방법 및 그에 의해 재생된 고무에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 (S1) 폐고무를 분쇄하는 단계; (S2) 일측에 분쇄된 폐고무가 유입된 후 배출되도록 투입구 및 배출구가 형성되어 있는 실린더의 상기 투입구를 통해 상기 (S1) 단계의 결과물이 투입되고, 황과 고무간의 가교결합을 끊어주어 상기 폐고무의 탈황이 이루어지는 단계; 및 (S3) 상기 실린더의 상기 배출구를 통해 배출된 재생고무를 수득하는 단계를 포함하고, 상기 (S1) 단계 또는 상기 (S2) 단계에서, 제올라이트 탈취제가 상기 폐고무와 균일하게 혼합되는 것을 특징으로 하는 폐고무 재생방법 및 그에 의해 재생된 고무에 관한 것이다.

Description

폐고무 재생방법 및 그에 의해 재생된 고무{METHOD FOR RECYCLING WASTE RUBBER AND RECYCLED RUBBER THEREFROM}
본 발명은 폐고무 재생방법 및 그에 의해 재생된 고무에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고무 폐기물을 재활용할때 폐고무를 분쇄하고, 탈황 처리한 후, 보관하는 과정에 있어서, 원료고무 자체 또는 폐고무에 첨가되어 있던 첨가제들로 인해 발생하는 악취를 제거할 수 있는 폐고무 재생방법 및 그에 의해 재생된 고무에 관한 것이다.
일반적으로 고무제품은, 황을 가교시켜 이루어진 열경화성 탄성고무 형태로 사용되고 있는데, 이러한 고무제품은 황으로 인하여 분자구조가 그물구조를 가지는 등 화학적으로 매우 안정적인 상태를 유지한다. 이에 따라 고무제품의 탈황이 곤란하여 재사용되기보다는 그동안 많은 폐고무가 소각처리되어 왔다.
이처럼, 종래 열경화성 고분자 재료인 폐고무를 재활용하는 기술은 단순 소각 처리하여 열 에너지로 사용하는 것이 대부분이었으나, 최근 폐고무를 분쇄한 후 탈황 처리하여 분말 형태로 재생산할 수 있도록 하는 등, 폐고무의 재사용 방법에 관한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
일반적으로 고전압 전선, 호스, 웨더 스트립(weather strip)과 같은 자동차 부품 등에 널리 사용되는 비결정성 고분자 물질인 EPDM은 Ethylene-Propylene Diene의 3원 공중합체를 의미하는 것으로, 화학적으로 매우 안정한 특성을 갖는다. 특히, EPDM에 가황을 할 경우, 화학적으로 매우 안정한 특성을 갖는 EPDM은 탈황이 어려운 단점으로 인해 재생이 어렵다.
따라서, EPDM의 탈황에 의한 재생은 파쇄된 EPDM에 고온 및 고압을 가하여 수행되는데, 이때 발생하는 악취로 인해, 설비 운영에 어려움이 따를 수 있고, 작업자들이 불쾌감을 느낄 수 있어 문제가 되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 제올라이트 탈취제를 폐고무와 혼합하여, 폐고무를 재생하는 과정 및 보관시에 발생하는 악취를 제거할 수 있는 폐고무 재생방법을 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 전술한 폐고무 재생방법에 의해 재생되고, 악취가 제거된 고무를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 폐고무 재생방법은, (S1) 폐고무를 분쇄하는 단계; (S2) 일측에 분쇄된 폐고무가 유입된 후 배출되도록 투입구 및 배출구가 형성되어 있는 실린더의 상기 투입구를 통해 상기 (S1) 단계의 결과물이 투입되고, 황과 고무간의 가교결합을 끊어주어 상기 폐고무의 탈황이 이루어지는 단계; 및 (S3) 상기 실린더의 상기 배출구를 통해 배출된 재생고무를 수득하는 단계를 포함하고, 상기 (S1) 단계 또는 상기 (S2) 단계에서, 제올라이트 탈취제가 상기 폐고무와 균일하게 혼합되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제올라이트 탈취제의 함량은 상기 폐고무 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 1.5 중량부일 수 있다.
그리고, 상기 제올라이트 탈취제는 SiO2, Al2O3, K2O, Fe2O3, Na2O, MgO 및 CaO로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 분쇄된 폐고무는 40 메쉬(mesh) 이하의 입자크기를 갖는 것일 수 있다.
그리고, 상기 실린더는 내부에 길이방향을 따라 형성된 회전축을 중심으로 회전하고, 상기 폐고무를 상기 배출구로 이송시키도록 나선형태의 압출회전날개가 형성된 압출스크류를 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 실린더는 그 외부면에 히팅코일이 형성되어 있고, 상기 히팅코일에 의해 상기 실린더 내부의 폐고무로 열이 전달되는 것일 수 있다.
이때, 상기 히팅코일의 온도는 370 내지 400 ℃로 유지되고, 상기 실린더 내부의 온도는 200 내지 240 ℃로 유지되는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 고무는, 전술한 본 발명의 폐고무 재생방법에 의해 재생된다.
본 발명에 따른 폐고무 재생방법에 의하면, 제올라이트 탈취제를 폐고무와 혼합함으로써, 폐고무를 재생하는 과정이나 재생 고무의 보관시에 발생하는 악취를 대부분 제거할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 폐고무 재생방법은 (S1) 폐고무를 분쇄하는 단계; (S2) 일측에 분쇄된 폐고무가 유입된 후 배출되도록 투입구 및 배출구가 형성되어 있는 실린더의 상기 투입구를 통해 상기 (S1) 단계의 결과물이 투입되고, 황과 고무간의 가교결합을 끊어주어 상기 폐고무의 탈황이 이루어지는 단계; 및 (S3) 상기 실린더의 상기 배출구를 통해 배출된 재생고무를 수득하는 단계를 포함하고, 상기 (S1) 단계 또는 상기 (S2) 단계에서, 제올라이트 탈취제가 상기 폐고무와 균일하게 혼합되는 것을 특징으로 한다.
폐고무를 분쇄하는 단계(S1 단계)에서 제올라이트 탈취제가 투입되거나, 탈황이 이루어지는 단계(S2 단계)에서 제올라이트 탈취제가 투입되거나, 또는 상기 각각의 모든 단계에서 특정 함량으로 나뉘어 제올라이트 탈취제가 투입될 수 있다. 특히, 폐고무의 탈황이 이루어지는 단계에서 폐고무가 배합이 되고, 가열이 이루어지면서 악취가 발생하기 시작하는데, 상기 (S2) 단계에서 제올라이트 탈취제를 폐고무와 골고루 혼합되도록 투입하는 것이 악취 제거 효과면에서 더욱 바람직하다.
이처럼, 제올라이트 탈취제가 투입되어, 상기 폐고무와 균일하게 혼합되면, 폐고무를 재생하는 과정이나 재생된 고무의 보관시에 발생할 수 있는 악취가 대부분 제거될 수 있다.
이때, 투입되는 상기 제올라이트 탈취제의 총 함량은 상기 폐고무 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 1.5 중량부로, 폐고무 함량대비 투입되는 함량이 상대적으로 매우 적기 때문에, 재생된 고무의 품질 저하는 발생하지 않는다.
상기 제올라이트 탈취제의 함량이 상기 수치범위 미만이면, 그 첨가에 따른 탈취효과가 거의 발생하지 않고, 상기 수치범위를 초과하면, 초과된 함량에 따라 추가적인 탈취효과의 증가가 적고, 재생된 고무 내에서 상기 제올라이트 탈취제가 불순물로 작용하여, 고무의 품질 저하가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
또한, 상기 제올라이트 탈취제는 300 메쉬(mesh) 이하인 것이 바람직하며, 이러한 크기를 만족하게 되면, 분쇄된 폐고무와 균일하게 혼합될 수 있고, 그 결과 재생된 고무 내에 균일하게 분산되어 있어, 효율적인 악취제거가 가능하다.
그리고, 균일하게 혼합된 제올라이트 탈취제는 재생된 고무 내에 존재하면서, 계속 악취를 제거해주기 때문에, 재생고무의 보관중에도 시간이 지날수록 악취는 점점 더 사라지게 되고, 추후 재생고무를 이용한 성형작업시에 악취는 거의 남아있지 않게 된다.
여기서, 상기 제올라이트 탈취제는 SiO2, Al2O3, K2O, Fe2O3, Na2O, MgO 및 CaO로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 제올라이트 탈취제의 전체 함량 중, 상기 SiO2는 50 내지 70 중량%, 상기 Al2O3는 10 내지 20 중량%, 상기 K2O는 1 내지 5 중량%, 상기 Fe2O3는 1 내지 5 중량%, 상기 Na2O는 1 내지 10 중량%, 상기 MgO는 0.1 내지 2.0 중량%, 상기 CaO는 0.1 내지 5.0 중량%로 포함될 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 폐고무는, 천연고무, 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 상기 합성고무로는, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 폴리이소프렌 고무, 부틸 고무(BR), 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS) 고무, 올레핀 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔(EPDM) 등이 사용될 수 있고, 상기 고무들로 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 폐고무는, 종래에는 소각처리해 왔던 자동차의 창문 틀에 사용되는 웨더 스트립(weather strip)일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
그리고, 폐고무의 분쇄를 위하여는 통상의 분쇄기가 사용될 수 있다. 본 발명에서 분쇄기를 통해 분쇄된 폐고무는 폐고무의 분산성 확보를 위해 40 메쉬(mesh) 이하의 고운입자인 것이 바람직하다.
이때, 전술한 바와 같이, 상기 제올라이트 탈취제는 300 메쉬(mesh) 이하의 크기인 것이 바람직한데, 상기 폐고무의 크기와 상기 제올라이트 탈취제의 크기를 동시에 만족하게 되면, 상기 두 성분들간 더욱 균일하게 혼합되어, 미량의 탈취제가 사용되더라도, 재생된 고무 내에서 효율적인 탈취효과가 발생된다. 나아가, 미량의 탈취제가 사용되어, 재생된 고무의 물성 저하는 발생하지 않게 된다.
한편, 본 발명에 따른 실린더는 한쪽에 폐고무의 투입구가 형성되고 다른 한쪽에 배출구가 형성되며, 투입구 쪽에서 배출구 쪽으로 긴 배관 형태로 이루어진다.
상기 실린더가 수평방향으로 뉘어진 상태에서, 투입구는 실린더의 어느 한쪽 끝부분에서 위쪽 면에 형성될 수 있고, 배출구는 실린더의 다른 쪽 끝에 형성되어 연속적인 케이크 형태의 탈황된 고무가 배출되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 실린더는 내부에 길이방향을 따라 형성된 회전축을 중심으로 회전하고, 상기 폐고무를 상기 배출구로 이송시키도록 나선형태의 압출회전날개가 형성된 압출스크류를 포함할 수 있다.
상기 실린더의 투입구를 통하여 유입되는 분쇄된 폐고무는 실린더 내부에서 압출스크류의 작용으로 배출구 쪽으로 이동하게 된다.
상기 압출스크류는 실린더 내부에서 실린더의 길이방향을 따라 형성된 회전축을 중심으로 회전하도록 이루어지고, 압출스크류에서는 회전축을 중심으로 나선형태의 압출회전날개가 형성되며, 압출회전날개가 회전하면서 분쇄된 폐고무를 가압하여 강한 전단력을 발생시키며 탈황이 이루어지도록 한다. 압출스크류의 외경은 실린더의 내경보다 작게 이루어져 압출스크류와 실린더 사이에 약간의 간격이 형성되는 것이 바람직하며, 이를 통하여 압출스크류와 실린더의 불필요한 마찰을 방지하며 분쇄된 폐고무의 이동이 보다 원활히 이루어지게 된다.
이러한 압출스크류는 단일의 스크류 형태로 이루어질 수도 있고, 2 이상의 압출스크류로 구분되어 이루어질 수도 있다. 일 예로, 제1 압출스크류와 제2 압출스크류로 구분되어 이루어진 경우, 서로 평행하게 이루어지며, 실린더 전체 구간을 따라 길게 형성될 수 있다.
상기 실린더는 그 외부면에 히팅코일이 형성되어 있다. 상기 히팅코일은 실린더의 외부면을 감싸는 형태로 실린더의 길이방향을 따라 설치될 수 있고, 상기 히팅코일에 의해 상기 실린더 내부를 간접적으로 가열하여 고온의 분위기가 형성될 수 있도록 하며, 실린더 내부의 폐고무로 열이 전달되도록 한다.
종래에는 폐고무 재생시, 스크류를 이용하는 압출기를 이용하여 약 300 ℃의 온도 및 전단력을 가하는 직접적인 가열 방식을 사용하였는데, 이때, 압출기와 직접 접촉되는 폐고무 부분의 온도와 폐고무 내부의 온도가 서로 다르게 된다. 이처럼 폐고무가 부분적으로 서로 다른 온도를 갖게 되면, 탈황 불균일 현상이 발생할 수 있고, 약 300 ℃의 고온에 의하여 폐고무의 표면이 부분적으로 산화될 수도 있으며, 더 심한 악취가 발생할 수 있다.
하지만, 전술한 바와 같이, 실린더 내부를 히팅코일을 통해 간접적으로 가열하게 되면, 실린더 내부의 온도가 균일하게 유지될 수 있고, 폐고무 전체적으로 균일하게 열이 가해져 탈황 불균일 현상이 발생할 가능성이 낮아진다.
이때, 상기 히팅코일의 온도는 370 내지 400 ℃로 유지되고, 상기 히팅코일로부터 전달된 열로 인해, 상기 실린더 내부의 온도는 200 내지 240 ℃로 유지될 수 있다.
상기 실린더 내부의 온도가 200 ℃ 이하일 경우, 폐고무의 탈황이 제대로 일어나지 않을 수 있고, 실린더 내부의 온도가 240 ℃를 초과하는 경우, 폐고무가 발화, 열화 또는 분해될 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 상기 실린더의 배출구를 통해 탈황이 이루어진 재생고무가 배출되는데, 실린더 내부의 온도가 상온에 비해 상당히 높기 때문에, 고온의 재생고무가 대기와 직접 접촉되면서 냉각될 경우, 대기에 포함된 산소와 재생고무가 반응하여 발화, 열화 및 탄화될 수 있다. 따라서, 고온의 재생고무가 대기로 배출되기 전, 적절한 냉각장치에 의해 재생고무를 적정 온도로 냉각시킨 후에 배출할 수 있다.
냉각 장치로부터 성형 가능 온도로 압출된 재생고무는 성형 장치로 제공될 수 있고, 이렇게 압출된 재생고무는 성형 장치에 의해 사용자가 원하는 형상으로 가공될 수 있고, 바(bar) 형상, 시트(sheet) 형상 등 다양한 형상으로 제조될 수 있다. 이때, 시트 형상으로 가공되는 경우에는 권취장치를 통해 롤 형태로 보관되도록 할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
1. 폐고무를 이용한 재생고무 제조
(1) 실시예 1
폐고무의 재료로서 자동차의 창문 틀에 사용되는 웨더 스트립(weather strip)용 EPDM 고무 스크랩을 분쇄기를 통해 40 메쉬 정도의 크기가 되도록 분쇄하였다.
실린더의 투입구를 통해 폐고무를 4,000 g/min의 속도로 투입함과 동시에, 상기 폐고무와 균일하게 혼합되도록 300 메쉬 정도 크기의 제올라이트 탈취제를 4 g/min(폐고무 100 중량부 대비 0.1 중량부)의 속도로 투입하였다.
실린더 내부의 압출스크류의 회전속도는 40 rpm으로 설정하였고, 실린더 외부면에 형성된 히팅코일의 온도는 380 ℃로, 실린더 내부의 온도는 220 ℃가 유지될 수 있도록 설정하여, 탈황 공정을 진행하였다.
상기 실린더의 배출구를 통해 배출된 재생고무를 대형 롤(젱세롤) 3단계를 거친 후 최종적으로 시트형의 재생고무를 얻었다.
(2) 실시예 2
제올라이트 탈취제를 20 g/min(폐고무 100 중량부 대비 0.5 중량부)의 속도로 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 시트형의 재생고무를 얻었다.
(3) 실시예 3
제올라이트 탈취제를 40 g/min(폐고무 100 중량부 대비 1.0 중량부)의 속도로 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 시트형의 재생고무를 얻었다.
(4) 실시예 4
제올라이트 탈취제를 60 g/min(폐고무 100 중량부 대비 1.5 중량부)의 속도로 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 시트형의 재생고무를 얻었다.
(5) 실시예 5
제올라이트 탈취제를 2 g/min(폐고무 100 중량부 대비 0.05 중량부)의 속도로 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 시트형의 재생고무를 얻었다.
(6) 비교예 1
제올라이트 탈취제를 투입하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 시트형의 재생고무를 얻었다.
2. 재생고무 및 제조공정 중에 대한 냄새 표본조사
작업자 20명을 선정하여, 상기 실시예들 및 비교예의 재생고무 및 그를 얻는 공정 중 발생하는 냄새의 정도를 측정하도록 하였다. 냄새가 나지 않는 것일수록 0점에 가깝도록, 냄새가 많이 나는 것일수록 10점에 가깝도록 정하였으며, 각 실시예들 및 비교예의 냄새 정도를 작업자들에게 0점에서 10점 중에서 선택하도록 하여 하기 표 1에 나타내었다.
구분
(탈취제 함량)		 비교예 1
(무첨가)		 실시예 5
(0.05 중량부)		 실시예 1
(0.10 중량부)		 실시예 2
(0.50 중량부)		 실시예 3
(1.0 중량부)		 실시예 4
(1.5 중량부)
작업자 1 9 9 6 4 2 1
작업자 2 10 9 7 4 2 1
작업자 3 10 9 6 3 2 1
작업자 4 9 8 5 3 4 1
작업자 5 8 7 4 3 3 2
작업자 6 10 9 6 3 1 0
작업자 7 10 9 5 4 2 1
작업자 8 9 9 6 4 1 1
작업자 9 10 9 7 5 3 0
작업자 10 8 8 4 3 2 1
작업자 11 9 9 5 2 4 1
작업자 12 10 8 6 3 1 0
작업자 13 9 9 5 3 1 0
작업자 14 9 8 5 2 3 0
작업자 15 9 9 6 4 2 0
작업자 16 10 9 6 3 2 2
작업자 17 10 9 5 3 1 0
작업자 18 9 8 5 2 1 0
작업자 19 10 10 6 4 3 1
작업자 20 10 9 7 5 1 0
합계 188 174 112 67 41 13
평균값 9.4 8.7 5.6 3.35 2.05 0.65
상기 표 1을 참조하면, 제올라이트를 투입하지 아니한 비교예 1의 경우, 작업자들이 평가한 냄새의 척도가 평균 9.4에 해당하여, 작업자들이 악취를 매우 많이 느낀 것으로 확인되었다.
제올라이트 탈취제가 0.05 중량부로 투입된 실시예 5의 경우, 8.7 정도의 수준으로, 비교예 1보다는 악취가 다소 줄은 것으로 평가되었다.
제올라이트 탈취제가 0.1 중량부로 투입된 실시예 1에서는 냄새의 척도가 급격하게 감소하여, 평균 5.6 수준으로 평가되었고, 탈취제의 함량이 증가할수록 냄새의 척도도 그에 따라 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며, 1.5 중량부로 투입된 실시예 4의 경우는 0.65 수준으로 악취가 거의 나지 않았던 것으로 평가되었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (8)

  1. (S1) 폐고무를 40 메쉬(mesh) 이하의 입자크기를 갖도록 분쇄하는 단계;
    (S2) 일측에 분쇄된 폐고무가 유입된 후 배출되도록 투입구 및 배출구가 형성되어 있는 실린더의 상기 투입구를 통해 상기 (S1) 단계의 결과물이 투입되고, 황과 고무간의 가교결합을 끊어주어 상기 폐고무의 탈황이 이루어지는 단계; 및
    (S3) 상기 실린더의 상기 배출구를 통해 배출된 재생고무를 수득하는 단계를 포함하고,
    상기 (S1) 단계 또는 상기 (S2) 단계에서, 300 메쉬 이하 크기의 제올라이트 탈취제가 상기 폐고무와 균일하게 혼합되며,
    상기 제올라이트 탈취제의 함량은 상기 폐고무 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 1.5 중량부인 것을 특징으로 하는 폐고무 재생방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제올라이트 탈취제는 SiO2, Al2O3, K2O, Fe2O3, Na2O, MgO 및 CaO로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐고무 재생방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실린더는 내부에 길이방향을 따라 형성된 회전축을 중심으로 회전하고, 상기 폐고무를 상기 배출구로 이송시키도록 나선형태의 압출회전날개가 형성된 압출스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐고무 재생방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실린더는 그 외부면에 히팅코일이 형성되어 있고,
    상기 히팅코일에 의해 상기 실린더 내부의 폐고무로 열이 전달되는 것을 특징으로 하는 폐고무 재생방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 히팅코일의 온도는 370 내지 400 ℃로 유지되고,
    상기 실린더 내부의 온도는 200 내지 240 ℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 폐고무 재생방법.
  8. 제1항, 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 폐고무 재생방법에 의해 재생된 고무.
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