KR20030019771A - 드라이 아이스를 이용한 신발용 소재의 세척방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신발용 각종 소재, 즉 아웃솔이나 미드솔의 세척방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신발용 아웃솔에 사용되는 천연고무, 합성고무, EVA 및 수지소재, 미드솔에 사용되는 EVA, 폴리우레탄 및 수지소재 그리고, 갑피에 사용되는 피혁이나 섬유 등을 드라이 아이스를 사용하여 표면을 세척하고 오염제거 및 엠보싱 효과를 부여하여 접착성을 향상시킬 수 있는 드라이 아이스를 이용한 신발용 소재의 세척방법에 관한 것이다.

Description

드라이 아이스를 이용한 신발용 소재의 세척방법{METHOD FOR FOOTWEAR MATERIAL WASHING OF USEING DRY ICE}

본 발명은 신발용 각종 소재, 즉 아웃솔이나 미드솔의 세척방법에 관한 것으로서, 특히 신발용 아웃솔에 사용되는 천연고무, 합성고무, EVA 및 수지소재, 미드솔에 사용되는 EVA, 폴리우레탄 및 수지소재 그리고, 갑피에 사용되는 피혁이나 섬유 등을 드라이 아이스를 사용하여 표면을 세척하고 오염제거 및 엠보싱 효과를 부여하여 접착성을 향상시킬 수 있는 드라이 아이스를 이용한 신발용 소재의 세척방법에 관한 것이다.

현재 널리 이용되고 있는 신발용 소재의 세척방법 및 전처리 공정은 다음과 같다.

1. 천연고무 또는 합성고무 소재를 세척하는 방법.

초음파 세척 →1차 린스(물) →2차 린스(물, 옥산살 첨가) →건조 →유기 프라이머 →접착제 →건조 순으로 세척을 한다.

2. 폴리우레탄(Poly Urethane) 소재를 세척하는 방법은,

세척(MEK) → 유기 프라이머 → 건조 → 접착제 → 건조 → 접착제 순으로 이루어진다.

3. 파이론(EVA 발포 스폰지) 소재를 세척하는 방법은 다음과 같다.

세척(물) →건조 →예열 →유기 프라이머 →건조 →냉각 →자외선 처리 →수용성 프라이머 →접착제 →건조 순으로 세척을 한다.

4. 사출 파이론(lnjection Phylon) 소재를 세척하는 방법은,

세척(물) →건조 →세척(유기세척제 사용) →건조 →유기 프라이머 →건조 →자외선 처리 →접착제 →건조 순으로 이루어진다.

5. 페박스(폴리에틸렌계 플라스틱 수지)를 세척하는 방법은,

침적(MEK) →자연건조 →세척(MEK) →예열 →유기 프라이머 →건조 →유기 프라이머 →건조 →접착제 →건조 순으로 이루어진다.

6. 퍽(폴리우레탄계)을 세척하는 방법은 다음과 같다.

세척(MEK) →유기 프라이머 →건조 →접착제 →건조 순으로 세척을 한다.

그러나, 전술한 바와 같은 세척방법은 유기 용제 및 물을 사용하므로서 제2의 오염원을 제공하고 있는 실정이며, 특히 솔(sole) 소재의 종류에 따라 접착 전처리 공정이 복잡하기 때문에 생산원가를 가중시키고, 환경오염을 유발시키는 문제점이 있다.

또한, 현재 사용중인 솔 소재 세척용 용제는 인체는 물론 환경적으로도 독성이 있어 해로울 뿐만 아니라 이중 메틸 에틸 케톤(MEK)은 대표적인 유기용제로서 가연성이고, 흄을 발생시키므로 건강에 매우 유해한 단점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이산화 탄소(CO2)로서 환경 친화적이며, 가격이 저렴할 뿐만 아니라 비가연성이며 부식이 없고 무독성인 드라이 아이스를 이용하여 신발용 소재를 세척하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 신발용 소재의 세척을 드라이 아이스를 이용하여 신발용 소재에 함유된 유기질 이물질을 제거함과 동시에 표면에 충격효과로 내부 활성화 에너지를 부여하여 세척 및 접착력을 향상 시킬 수 있는 드라이 아이스를 이용한 신발용 소재의 세척방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 제1 견지에 따른 본 발명은 아웃솔 소재 또는 미드솔 소재 또는 갑피 소재를 드라이 아이스, 바람직하게는 액체 이산화탄소 펠렛을 이용하여 노즐로 세척하는 방법을 구현한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

우선 본 발명에서 제안하고자 하는 드라이 아이스에 의한 세척방법은 유기용제를 사용하지 않음으로써 유기용제를 사용할 때의 문제점이었던 작업자에 대한 위험요소가 제거되어 무독성이고 무해한 환경을 조성하며, 세척제의 미사용으로 인한생산원가의 절감과 자동화를 통한 생산성은 높여준다. 또한 드라이 아이스 펠렛을 사용하여 충격효과, 열역학적 효과 및 드라이 아이스의 승화를 이용하여 신발용 소재, 바람직하게는 아웃솔에 사용되는 천연고무, 합성고무, EVA 수지소재, 미드솔에 사용되는 EVA, 폴리우레탄 및 수지소재 그리고, 갑피에 사용되는 피혁, 섬유등을 세척 함으로써 표면세척과 오염제거 및 표면 엠보싱을 만들어 줌으로 보다 더 효과적이고 환경 친화적임과 동시에 접착력을 향상시키는 세척방법이다.

본 발명의 주요 구성요소로 작용하고 있는 드라이 아이스는 기체인 이산화탄소(carbon dioxide)를 압축하여 고체 이산화탄소로 만든 냉각제로서 고체 탄산이라고도 한다. 이산화탄소 속에 함유되어 있는 수분, 기름등을 분리시킨 다음, 저온에서 가압하여 급격히 팽창시키면 줄-톰슨효과(Joule-Thomson effect)에 의해서 냉각되어 액체인 이산화탄소가 되고, 그 일부분을 증발시키면 잠열에 의해서 나머지는 눈송이 모양의 드라이 아이스가 된다. 시판품은 큰 덩어리로 되어 있는데, 이것은 제조한 드라이아이스에 액체 이산화탄소를 가한 다음 가압하여 만든 것이다. 상압에서는 액화하지 않고 즉시 승화하며, 승화점 78.5℃의 물 100g에 대하여 171cc가 녹는다. 식료품을 비롯하여 여러 가지 물건을 냉각시키는데 쓰일 뿐만 아니라, 탄산나트륨, 요소 등의 제조에도 대량으로 사용된다.

그리고, 드라이 아이스의 냉각제로서의 장점은 얼음처럼 녹아서 액체가 되는 일이 없이 바로 기체가 되기 때문에 취급하기가 편리하다는 점이다. 또 액체산소처럼 연소할 위험도 없다. 보통은 시판품을 그대로 사용하나, 잘게 분쇄하여 알코올, 에테르, 아세톤을 넣어 사용하면 80℃정도까지 냉각시킬 수 있다. 드라이아이스를취급할 때는 동상을 입을 염려가 있으므로 장갑 등을 끼고 다룬다.

또한, 이산화탄소는 일정 온도와 압력(5.1 atm., -56.7℃)에서 고체, 액체 및 기체 세가지 형태로 동시에 존재할 수 있는데 이 열역학적인 균형점을 삼중점(Triple Point)이라고 하며, 일정한계 압력과 온도를 넘으면, 드라이 아이스 고체는 많은 잠열(Enthalpy)를 가지고 있고, 액체 상태를 거치지 않고 곧 바로 기체로 급팽창하는데, 이를 승화(Sublimation)라고 한다.

액체 이산화탄소는 특수 구조로 이루어진 노즐을 통하여 분사되면서 일부는 드라이 아이스 스노우로 일부는 탄산가스로 변한다. 이렇게 고체 및 기체로 혼합되어 분사되는 이산화탄소는 최고 0.01 미크론 정도의 미세한 무기질 먼지 입자와 유기질 탄소화합물(Fingerprints, Silicon Grease 및 Glue Residues)등의 표면에 붙어있는 각종 이물질을 효과적으로 세척 제거한다.

고압으로 냉각되어 액체 상태로 저장되어 있는 이산화탄소는 특수 구조의 오리피스를 가지고 있는 노즐을 통하여 대기속으로 분사되면 압력과 온도의 변화에 의하여 약 45%는 스노우(드라이 아이스)상태의 결정으로, 나머지는 대부분 기체 상태로, 소량은 액체 상태로 고속으로 분사된다. 이때 열역학적인 에너지와 이동(모멘텀) 에너지에 의하여 물체의 표면에 붙어 있는 무기질 미세 먼지나 유기질 이물질을 세척하여 제거한다. 무기질 먼지의 세척 과정에는 고속으로 분사되는 고압 가스의 물리적 힘과 드라이 아이스 스노우 분자와 물체 표면의 이물질 사이에 일어나는 모멘텀 에너지의 이전에 따르는 힘 이 두가지 다른 에너지가 함께 작용한다. 반면에 유기질 이물질의 세척에는 액체 이산화탄소의 용해력과 위의 물리적 힘이 동시에 필요하다.

고속으로 분사되는 가스의 밀어내는 힘은 대체로 상대적으로 큰 먼지를 제거하는데 효과적이다. 먼지는 Van der Walls 점성, 모세관 현상 또는 전자극간의 견인 작용(Dipole Attraction)등으로 표면에 접착되어 있는데, 이때의 접착 강도는 먼지의 면적에 비례한다. 가스의 밀어내는 힘이 이 접착력을 초월하면 먼지는 표면에서 떨어져서 제거된다. 크기와 면적이 작은 먼지의 경우에 가스의 밀어내는 힘은 훨씬 큰 폭으로 약화된다. 즉, 먼지의 지름이 작아지면 가스의 힘이 훨씬 더 적게 먼지에 가해지므로, 작은 먼지는 가스의 유체 역학적(Aerodynamic)인 힘만으로는 표면에서 잘 떨어지지 않게 된다. 이 문제를 해결하는 것이 드라이 아이스의 열역학적(Thermodynamic)인 힘이다. 즉, 물체 표면에 붙어 있는 먼지에 충돌하는 드라이 아이스 입자의 -50℃내외의 내열이 먼지에 가해지면서 열역학적 모멘텀이 이전되어 먼지의 접착력을 극복할 수 있게 된다. 일단 표면에서 떨어진 먼지 입자는 고속 가스의 분사력에 의하여 쉽게 제거된다. 즉, 단순한 유체 역학적인 힘과는 달리, 열역학적 에너지는 아주 작은 먼지 입자도 효과적으로 표면에서 제거할 수 있다.

유기질 이물질은 무기질 먼지와는 다른 성질이 있어 다른 작용이 필요하다. 액체 상태의 이산화탄소는 탄소화합물 및 비전극 물질을 잘 녹이는 강력한 용해력을 가지고 있어서 표면에 붙어 있는 대부분의 유기질 이물질을 쉽게 녹여서 제거한다.

액체 상태의 이산화탄소는 대기압과 실온에서는 열역학적으로 불안정하지만드라이 아이스 분사 과정에서 상당량 표면에 존재한다. 표면에 충돌하는 즉시 압력이 대폭 증가하면서 드라이 아이스는 자체 복원력(Yield Stress)을 상실하고 쉽게 삼중점(Triple Point Pressure)을 넘게 된다. 이때 드라이 아이스는 액화되면서 표면의 이물질을 녹이는 용해제로 작용한다. 용해된 이물질은 접착력이 감소되어 표면에서 분리되며, 액상 이산화탄소는 다시 고체로 변하면서 이물질을 밀어낸다.

이와 같이 상당량의 드라이 아이스(스노우)가 표면에서 액화되므로 스노우 분사 세척은 비교적 부드러운 작용으로 표면의 이물질을 제거하므로 다른 물리적 세척 방법에 비하여 훨씬 더 안전하고 표면에 상처를 입히지 않는다. 즉, 이러한 부분적인 액화 현상은 표면에 가해지는 스노우의 압력을 상당 수준 감소시켜 준다.

액상 이산화탄소에 잘 녹지 않은 유기질 이물질(예: Polymeric Deposits, Epoxies, Fluxes, Silicones or Fluorinated Compounds)들은 기계적 마찰력과 급속 냉각 작용으로 인하여 분쇄되어 표면에서 떨어져 나온다. 또한 드라이 아이스 입자는 기체로 승화하면서 부피가 거의 800배나 커지므로 이물질과 물체의 표면 사이에 스며들어가서 이물질층을 위로 들어올리는 작용을 하므로 세척작용을 더욱 강화시켜 준다.

드라이 아이스 결정들은 표면에 충돌하면서 탄산가스 기체로 대기 속으로 승화하므로 표면에 아무것도 남지 않는다. 즉, 다른 세척 방법에서는 다량의 물이나 유기용제가 발생하지만, 이산화탄소 세척의 경우에는 일체의 2차 오염물이 발생되지 않는다. 또한 이 방법은 환경이나 인체에 해독이 없고 광화학적 반응이 없고 또 지구의 오존층을 파괴하는 후레온가스 등을 전혀 사용하지 않으므로 대기 및 토질오염을 일으키지 않는다. 표면에서 떨어지는 먼지나 기타 이물질은 진공청소 등으로 쉽게 손으로 모아서 버리거나 또는 흡입 배출등으로 제거할 수 있다. 또한, 드라이 아이스 분사 세척은 환경과 인체에 해로운 맹독성 유기용제, 모래, 그리트, 물 등을 사용하지 않고, 대상체의 표면을 마모 손상시키지 않고, 또 2차 오염물을 발생시키지 않으며 세척 작업에 소요되는 과도한 인건비를 절감시켜 주고, 기계 부품을 완전 분해하지 않고도 구석구석 세척할 수 있으므로 기계의 가동 중단 시간을 단축시켜주므로 공장의 전반적인 생산성을 높여주는 이상적인 세척 방법이다.

즉, 동일한 크기와 모양의 부품을 다량 처리해야 되는 경우에는 클린룸 속에서 X, Y, Z 방향으로 노즐의 각도를 자동 변환하는 로봇화된 형태와 소량 다품종을 처리하는 경우에는 수동식 시스템을 사용한다.

한편, 드라이 아이스 분사 세척 방법을 위한 시스템으로는 기본적으로 자체 증발장치(Vaporizer)를 가지고 있는 액체 CO2 저장용기(Liquid CO2 Cylinder or Tank), 특수 구조의 오리피스(8 to 39.5 mils Diameter or lfice)가 내부에 있는 분사 노즐 핸드 건(Nozzle and Gun), 저장용기와 분사 노즐을 연결하는 CGA320 Cylinder Fitting, 굴절되는 스텐레스 호스(Flexible Stainless Steel Hose), 압력계기(0∼2000 Psipressure Gauge), 이산화탄소 속의 이물질을 여과하는 세라믹 필터(0.01 micron Filter) 및 차단 밸브 등 조절 장치로 구성된다. 물론, 자동화 시스템의 경우에는 분사 총을 마이크로 프로세서 프로그램으로 상하 좌우로 자동 조직하는 로봇 시스템을 클린룸 형태의 캐비닛 속에서 사용하고, 자동 연속 작업의 경우에는 분사 총 대신에 솔레노이드 밸브(240VDC or 120 VAC Solenoid Valve)를사용한다. 특히 공기 속의 습기가 드라이 아이스의 세척에 지장을 주는 것을 방지하기 위해서 실온으로 온도를 높인 질소 가스를 이중 구조의 노즐로 드라이 아이스와 함께 분사하는 경우에는 이에 필요한 장치(질소 가스 용기 및 배관, 특수 이중 노즐 및 압력 조절 및 차단 밸브등)들이 필요하다. 세척 대상물 드라이 아이스 분사 세척은 다양한 대상물의 세척에 성공적으로 활용되고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

{실시예 1}

합성고무 또는 천연고무의 소재를 드라이 아이스로 세척을 한 다음, 프라이머 작업 수행 후, 접착 공정을 수행하였다.

{실시예 2}

폴리우레탄 소재를 드라이 아이스로 세척을 한 다음, 프라이머 작업 수행 후, 접착 공정을 수행하였다.

{실시예 3}

파이론 소재 또는 사출 파이론 소재를 드라이 아이스로 세척을 한 다음, 프라이머 작업 수행 후, 이를 건조시킨 다음, 접착 공정을 수행하였다.

{실시예 4}

페박스(플라스틱 수지)를 드라이 아이스로 세척을 한 다음, 프라이머 작업 수행 후, 접착 공정을 수행하였다.

{실시예 5}

퍽(폴리우레탄계) 소재를 드라이 아이스로 세척을 한 다음, 프라이머 작업 수행 후, 이를 건조시킨 다음, 접착 공정을 수행하였다.

한편, 전술한 실시예 1 내지 5에서 나타낸 드라이 아이스를 이용한 세척작업은 액체 이산화탄소(Liquid CO₂) 펠렛을 이용하여 노즐을 통한 세척방법이며, 이때 분사압력은 1kg∼7kg의 범위내이다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 드라이 아이스 펠렛을 사용하여 충격효과, 열역학적 효과 및 드라이 아이스의 승화를 이용하여 신발용 소재 즉, 아웃솔에 사용되는 천연고무, 합성고무, EVA 및 수지소재, 미드솔에 사용되는 EVA, 폴리우레탄 및 수지소재 그리고, 갑피에 사용되는 피혁, 섬유등을 세척 함으로써 표면세척, 오염제거 및 표면 엠보싱을 만들어 줌으로 보다 더 효과적이고 환경 친화적임과 동시에 접착력 향상 효과가 있다.

또한, 종래의 공정에서 사용되고 있는 인체에 유해하며 세척 후 제2의 오염원을 발생시켜 환경에 악영향을 미치는 유기용제를 사용하지 않음으로써 유기용제를 사용할 때의 문제점이었던 작업자에 대한 위험요소가 제거되어 무독성이며, 무해한 환경을 조성하고 세척제의 미사용으로 인한 생산원가의 절감과 자동화를 통한 생산성을 높여주는 상승적인 효과가 있다.

Claims (3)

1. 신발용 소재의 세척 방법에 있어서,

   상기 소재를 드라이 아이스로 세척함을 특징으로 하는 신발용 소재의 세척방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 세척방법은 액체 이산화탄소 펠렛을 이용하여 노즐로 세척함을 특직으로 하는 드라이 아이스를 이용한 신발용 소재의 세척방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 신발용 소재는 아웃솔 소재 또는 미드솔 소재 또는 갑피 소재임을 특징으로 하는 드라이 아이스를 이용한 신발용 소재의 세척방법.