KR20010066184A

KR20010066184A - 자동차용 폐 카페트의 재생방법

Info

Publication number: KR20010066184A
Application number: KR1019990067772A
Authority: KR
Inventors: 유태욱
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 1999-12-31
Filing date: 1999-12-31
Publication date: 2001-07-11

Abstract

본 발명은 자동차용 폐 카페트의 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐 카페트를 일정한 크기로 분쇄한 후, 이를 적정량의 과산화물과 함께 저온에서 열화없이 부분용융시켜 미립자(granule) 형태의 입자로 가공한 다음에 다시 충격 보강제 등의 첨가제를 적정량 첨가하여 2축 압출기에서 반응 압출시킴으로써, 기존의 자동차용 폐 카페트의 재생방법에 비하여 그 생산원가가 현격히 절감되고, 전량 소각하던 카페트의 재이용으로 자원을 유효하게 이용할 수 있게 되어 환경오염을 줄일 수 있는 자동차용 폐 카페트의 재생방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 폐 카페트의 재생방법{A recycling method of waste-carpet for automobile}

자동차용 또는 다른 용도의 카페트는 대부분 이종재료로 구성되어 있으며 적층된 형태로 사용된다. 특히, 자동차용 카페트는 파일, 기포지, 백킹(BACKING)으로 구성되어 있고, 각각 폴리아마이드 6(이하 PA 6이라 한다), 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 PET라 한다) 및 저밀도 폴리에틸렌(이하 LDPE라 한다)로 구성되어 있다. 따라서, 차량의 수명이 다해 폐차가 되어 폐부품 발생시 또는 제품공정상 불량품 또는 스크랩이 발생할 경우에는 이종재료간의 상용성 결여로 인하여 전량 소각 또는 매립되고 있는 실정이다.

최근 들어서, 전세계적으로 플라스틱 등 비금속재료에 대한 리싸이클 기술이 많이 연구되고 있지만, 카페트의 이중 복합재료의 특이성으로 인해 일부 회사에서만 기술개발이 진행 또는 개발되고 있다.

종래의 기술중에서 가장 우수하다고 평가되는 기술로는 두 번의 압출과 첨가제를 이용한 혼련방법이 있다. 이 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. 우선, 폐 카페트를 분쇄기로 일정한 크기로 분쇄한 후, 250 ∼ 265 ℃의 1차 압출(1축 압출기를 이용)하여 용융시키고 다시 분쇄한다. 그런 다음, 240 ∼ 265 ℃의 조건으로 2차 압출(2축 압출기를 이용)하여 재활용하는 방법이다. 이 밖에도 유용한 기술로는 본 발명자가 특허출원한 이축 압출기를 이용한 반응압출 방법이 있다.

그러나, 상기한 종래기술은 다음과 같은 문제점이 있는 바, 이를 상세히 하기로 한다.

우선, 카페트가 서로 다른 형태와 재료로 구성되어 있기 때문에 기존의 통상적인 용융방법으로는 재활용이 불가능하고, 구성재료 중 PET가 약간의 수분에도 매우 민감하게 가수분해가 일어나기 때문에 물성이 취약해진다. 또한, LDPE는 PA 6, PET보다 융점이 많이 낮아 용융시 고분자 사슬이 끊어져 왁스(WAX)화 현상이 발생하는 문제가 발생한다. 이러한 이유들로 인하여 1, 2차 압출시 두 번의 열화로 인해 물성이 취약해지는 단점이 있어 바람직하지 않다.

또한, 본 발명자가 특허출원한 이축 압출기를 이용한 반응압출 방법은 한 번의 압출로도 재생이 가능하지만 카페트의 파일에 의한 브리지 효과로 인해 원료 투입이 용이하지 않아 바람직하지 않다.

위와같이 본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여, 폐 카페트를 일정한 크기로 분쇄한 후, 이를 적정량의 과산화물과 함께 저온에서 열화없이 부분용융시켜 미립자(granule) 형태의 입자로 가공한 다음에 다시 충격 보강제 등의 첨가제를 적정량 첨가하여 2축 압출기에서 반응압출시킴으로써, 기존의 자동차용 폐 카페트의 재생방법에 비하여 그 생산원가가 현격히 절감되고, 전량 소각하던 카페트의 재이용으로 자원을 유효하게 이용할 수 있어 환경오염을 줄일 수 있는 자동차용 폐 카페트의 재생방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 고속 분쇄기를 이용하여 폐 카페트를 5 ∼ 10 ㎜ 크기로 분쇄하는 과정과,

상기 분쇄된 페 카페트 100 중량부와 과산화물 0.1 ∼ 0.5 중량부를 플라스트컴팩터(plastcompactor)에 유입시켜 부분용융시켜 균일한 미립자(granule) 형태의 마스터 뱃치(master batch)된 입자로 얻는 과정 그리고,

상기 마스터 뱃치(master batch)된 입자에 에틸렌계 충격 보강제 5 ∼ 20 중량부를 첨가한 후, 2축 압출기를 사용하여 245 ∼ 260 ℃의 온도로 반응압출시키는 과정을 포함하는 자동차용 폐 카페트의 재생방법을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폐 카페트를 적정 크기로 분쇄한 후, 이를 적정량의 과산화물과 함께 저온에서 열화없이 부분용융이 가능한 플라스트컴팩터(plastcompactor)에 첨가하여 미립자(granule) 형태의 입자로 가공한 다음에 다시 충격 보강제 등의 첨가제를 적정량 첨가하여 2축 압출기에서 반응압출시키는 자동차용 폐 카페트의 재생방법에 관한 것이다.

본 발명을 자동차용 폐 카페트의 재생방법을 들어 더욱 상세히 하기로 한다.

먼저, 본 발명은 고속 분쇄기를 이용하여 폐 카페트를 5 ∼ 10 ㎜ 크기로 분쇄하는 과정을 거치게 된다. 또한, 고속 분쇄기의 커터 회전속도는 500 ∼ 1000 rpm로 하는 것이 바람직한데, 만일 고속 분쇄기 커터의 회전수가 상기 범위 미만이면 벡킹(BACKING) LDPE의 표면 용융으로 인하여 카터 표면에 고착되어 원활한 분쇄가 곤란해지는 문제가 있고, 반면에 상기 범위를 초과하면 기포지와 파일의 분리로 인하여 분진이 과다 발생하여 작업이 곤란해지는 문제가 있다.

그 다음 과정으로, 상기 분쇄된 페 카페트 100 중량부와 함께 과산화물 0.1 ∼ 0.5 중량부를 플라스트컴팩터(plastcompactor)에 유입시켜 부분용융시켜 균일한 미립자(granule) 형태의 마스터 뱃치(master batch)된 입자로 얻는 과정을 거친다. 본 발명에서 이러한 공정을 실시하는 이유는 재생을 위한 압출공정시 분쇄단계에서 분리된 PA 6 파일에 의해 원료 투입구에 브릿지 현상을 일으켜 원료투입이 원활히되지 않기 때문이다. 이때, 상기 플라스트컴팩터(plastcompactor)를 사용할 수 없는 경우, 적절한 날개가 장착된 고속재료 혼합기를 이용하여 회전력을 이용한 부분용융법을 이용하는 것도 무방하다. 또한, 본 발명에서는 상기 과산화물로서 통상적으로 사용하는 벤조일 퍼옥사이드 등을 사용할 수도 있지만, PET, PA 6, LDPE간의 충분한 가교반응을 얻기 위해서 반감기 온도가 200 ℃ 이상이고, 반응기 2개가 발생하는 1,3-비스(t-부틸-퍼옥시-이소프로필)벤젠(1,3-bis(t-butyl-peroxy-isopropyl)benzene)을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 본 발명에서는 폐 카페트와 함께 첨가되는 상기 과산화물의 첨가량을 0.1 ∼ 0.5 중량부로 하는 것이 바람직한데, 만일 그 첨가량이 상기 범위 미만이면 카페트 구성재료간의 반응가교를 형성하는데 필요한 반응성을 기대하기 힘들고, 반면에 상기 범위를 초과할 경우에는 가교반응 후, 역반응이 일어나 오히려 물성이 취약해지는 단점이 있다.

또한, 본 발명은 통상적인 과산화물이 반응성이 민감한 특성을 가지고 있어 150℃ 이상의 온도에서는 자가반응으로 인해 활성을 잃어버리기 때문에 반드시 150℃보다 낮은 온도범위에서 부분용융에 의한 마스터 배치(master batch)를 실시해야 한다.

그 다음 과정으로서, 상기 과정을 거쳐 부분 용융 후, 균일한 입자로 얻어진 상기 마스터 뱃치(master batch)된 입자에 추가적으로 에틸렌계 충격 보강제를 첨가한 후, 2축 압출기를 사용하여 반응압출시키는 과정을 거친다. 이때, 상기 마스터 배치(master batch)된 입자는 과산화물의 종류에 따라서 2축 압출기에서의 가공온도가 달라질 수 있는데, 통상적으로 245 ∼ 265 ℃의 조건으로 반응압출을실시한다. 또한, 본 발명에서 L/D가 32 ∼ 42으로, 압출기 내에서의 체류시간을 10초 ∼ 2분으로 조정된 2촉 압출기를 사용하는 바, 그 이유는 전단력에 의한 가교반응을 기대할 수 있기 때문이다. 상기 첨가되는 에틸렌계 충격 보강제로는 통상적인 것으로, 그 첨가량은 5 ∼ 20 중량부로 하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

폐 나일론 카페트를 고속 분쇄기를 이용하여 5 ∼ 10 ㎜ 정도로 분쇄한 다음, 플라스트컴팩터(plastcompactor)에 폐 카페트 100 중량부에 대하여 과산화물(1,3-비스(t-부틸-퍼옥시-이소프로필)벤젠)를 0.5 중량부 첨가하여 미립자(granule) 형태의 입자로 가공하였다. 그런 다음, 충격강도를 보강하기 위하여 에틸렌계 상용화제(EXXELOR 1803, EXXON 社)를 5 중량부 첨가하여 2촉 압출기(L/D = 32)에서 260 ℃, 300 rpm의 조건으로 반응 압출공정을 수행하여 시편을 제조하였다.

비교예 1 ∼ 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 단지 2촉 압출기(L/D = 32)에서의 운전조건중에서 가공온도를 각각 220 ℃와 225 ℃로 달리하여 수행하였다.

비교예 3

기존에 널리 사용되어 온 재료인 PP 재료(HCJ 350)를 사용하였다.

실험예 1 : 최적 가공온도 결정 시험

상기 실시예 1 및 비교예 1 ∼ 3에서 얻은 시편을 사용하여 비중, 인장강도, 신율, 아이조드 강도 및 록웰 경도를 통상적인 방법으로 측정하였다. 그리고, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

구분	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
비중	1.01	1.011	1.014	-
인장강도 (㎏f/㎠)	121	134	135	255
신율(%)	12	15	12	350
IZOD 강도	23 ℃	3.2	5.6	3.4	4.5
IZOD 강도	-40 ℃	2.4	4.6	3.2	2.0
록웰(Rockwell) 경도	28.7	30.4	30.1	90

상기 결과를 보았을 때, 가공온도를 365℃로 설정하는 것이 가장 좋음을 알수 있었다.

비교예 4 ∼ 8

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 단지 과산화물(1,3-비스(t-부틸-퍼옥시-이소프로필)벤젠)과 에틸렌계 상용화제(EXXELOR 1803, EXXON 社)의 첨가량을 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 달리하여 수행하였다.

실험예 2 : 물성 시험

상기 실시예 1 및 비교예 4 ∼ 8에서 얻은 시편을 사용하여 비중, 인장강도, 신율, 아이조드 강도 및 록웰 경도를 통상적인 방법으로 측정하였다. 그리고, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

구분	실시예 1	비교예
구분	실시예 1	4	5	6	7	8
조성비(중량부)	폐 카페트	100	100	100	100	100	100
	과산화물	0.5	0.5	0.15	0.3	0.5	0.7
	에틸렌계 상용화제	5	1	-	-	-	-
비중	1.015	1.020	1.020	1.021	1.004	1.018
인장강도 (㎏f/㎠)	178	201	133	197	215	189
신율(%)	20	11	4	6	6	7
굴곡강도 (㎏f/㎠)	170.1	220.2	154.2	213.3	225.1	212.5
굴곡탄성율 (㎏f/㎠)	4854	6129	5365	6189	6356	6084
IZOD 강도	23 ℃	10.77	10.39	1.31	3.61	4.45	7.35
IZOD 강도	-40 ℃	2.2	1.3	0.60	0.7	0.9	1.1
록웰(Rockwell) 경도(R-scale)	38	53	41	51	43	53
HDT (℃)	64.8	67.7	66.1	67.4	72.0	68.2

상술한 바와 같이, 본 발명은 폐 카페트를 적정 크기로 분쇄한 후, 이를 적정량의 과산화물과 함께 저온에서 열화없이 부분용융시켜 미립자(granule) 형태의 입자로 가공한 다음에 다시 충격 보강제 등의 첨가제를 적정량 첨가하여 2축 압출기에서 반응압출시킴으로써, 기존의 자동차용 폐 카페트의 재생방법에 비하여 그 생산원가가 절감되고, 전량 소각하던 카페트의 재이용으로 자원을 유효하게 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

고속 분쇄기를 이용하여 폐 카페트를 5 ∼ 10 ㎜ 크기로 분쇄하는 과정과,

상기 분쇄된 페 카페트 100 중량부와 과산화물 0.1 ∼ 0.5 중량부를 플라스트컴팩터(plastcompactor)에 유입시켜 부분용융시켜 균일한 미립자(granule) 형태의 마스터 뱃치(master batch)된 입자로 얻는 과정 그리고,

상기 마스터 뱃치(master batch)된 입자에 에틸렌계 충격 보강제 5 ∼ 20 중량부를 첨가한 후, 2축 압출기를 사용하여 245 ∼ 260 ℃의 온도로 반응압출시키는 과정을 포함하는 매스터 배치법을 이용한 자동차용 폐 카페트의 재생방법.
제 1 항에 있어서, 상기 과산화물은 벤조일 퍼옥사이드와 1,3-비스(t-부틸-퍼옥시-이소프로필)벤젠 중에서 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 매스터 배치법을 이용한 자동차용 폐 카페트의 재생방법.
제 1 항에 있어서, 상기 2축 압출기는 L/D가 32 ∼ 42으로, 압출기 내에서의 체류시간을 10초 ∼ 2분으로 조정된 것임을 특징으로 하는 매스터 배치법을 이용한 자동차용 폐 카페트의 재생방법.