KR20060015068A - 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식표면개질장치와 이를 이용한 표면개질방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치와 이를 이용한 표면개질방법에 관한 것으로서, 마이크로웨이브를 이용하면서 폐고무분말의 연속적인 표면개질처리가 이루어질 수 있도록 구성하여, 재활용을 위한 더욱 효율적인 폐고무분말의 표면처리가 가능하도록 하고, 더 나아가 표면거칠기 및 성형성이 우수한 재활용 고무재를 제공할 수 있음은 물론, 이를 소재로 하는 창틀 고무, 고무판 등 표면거칠기 및 성형성이 우수한 고무제품을 제조할 수 있도록 하는 폐고무분말의 연속식 표면개질장치와 이를 이용한 표면개질방법에 관한 것이다.
마이크로웨이브, 연속식, 표면개질, 고무, EPDM,
Description
도 1은 본 발명에 따른 표면개질장치의 구성도,
도 2a ~ 도 2c는 본 발명에서 통과높이조절 가이드부의 설치상태를 보인 정면도, 측면도 및 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 표면개질장치에서 냉각장치부의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 원료공급부 111 : 호퍼
112 : 교반기 113 : 피더
120 : 표면처리부 121 : 챔버
122 : 컨베이어 124 : 마이크로웨이브 발생기
130 : 냉각장치부 131 : 교반기
132 : 냉각재킷 140 : 폐가스 배출장치부
141 : 덕트 142 : 흡착필터
144 : 팬
본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치와 이를 이용한 표면개질방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로웨이브를 이용하면서 폐고무분말의 연속적인 표면개질처리가 이루어질 수 있도록 구성하여, 재활용을 위한 더욱 효율적인 폐고무분말의 표면처리가 가능하도록 하고, 더 나아가 표면거칠기 및 성형성이 우수한 재활용 고무재를 제공할 수 있음은 물론, 이를 소재로 하는 창틀 고무, 고무판 등 표면거칠기 및 성형성이 우수한 고무제품을 제조할 수 있도록 하는 폐고무분말의 연속식 표면개질장치와 이를 이용한 표면개질방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고무는 가류라는 특이한 메커니즘에 의해 탄성을 발휘하는 고분자 재료로서, 성능을 발현하기 위해 플라스틱의 열경화성과 동일한 특성을 지니고 있기 때문에 용융에 의한 재료의 재활용은 불가능하다.
따라서, 고무를 재활용하기 위해서는 가류된 고무를 열, 압력 등을 이용해 화학적 결합을 파괴하여 다시 원료로 사용하는 방법과, 적당한 크기로 분쇄하여 바닥재에 사용되는 저급 용도용 재료나 신재고무의 배합시 충진재와 같은 첨가제로 사용하는 경우가 대부분이다.
특히, 분쇄하여 사용하는 경우에는 고무가 가진 탄성으로 인하여 일반적인 충격식 분쇄기로는 분쇄가 매우 곤란하며, 설사 분쇄되었다 하더라도 황 등의 가류제에 의해 결합된 안정된 구조로 말미암아 접착제 또는 신고무와의 계면 접착력이 매우 낮다.
따라서, 분쇄된 고무의 표면을 활성화 또는 탈류시켜야만 효과적인 이용이 가능하며, 현재 고무의 표면을 활성화시키는 방법으로는 Devulcanizer를 첨가하는 방법, 가수분해법, 코로나 방전법, 마이크로웨이브법, RF(Radio Frequency)법 등 다양한 방법이 소개되고 있다.
하지만, 대부분의 기술이 비연속식인 관계로 생산성이 매우 낮고 생산 로트마다 표면활성화 정도가 일정하지 않아 일부 저급한 제품에만 적용이 가능한 형편이다.
더욱이 비연속식 생산방식으로 인해 처리되는 고무의 투입방법, 적재방법에 따라 처리효율의 산포가 매우 크기 때문에 효율적인 고무 표면처리기술의 개발이 절실한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 마이크로웨이브를 이용하면서 폐고무분말의 연속적인 표면개질처리가 이루어질 수 있도록 구성하여, 재활용을 위한 더욱 효율적인 폐고무분말의 표면처리가 가능하도록 하고, 더 나아가 표면거칠기 및 성형성이 우수한 재활용 고무재를 제공할 수 있음은 물 론, 이를 소재로 하는 창틀 고무, 고무판 등 표면거칠기 및 성형성이 우수한 고무제품을 제조할 수 있도록 하는 폐고무분말의 연속식 표면개질장치와 이를 이용한 표면개질방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치는,
폐고무분말이 투입되는 호퍼(111) 및 이 호퍼(111)로 투입된 폐고무분말을 연속적이고 정량적으로 이송 및 공급하는 피더(113)를 포함하여 이루어진 원료공급부(110)와; 상기 피더(113)를 통해 공급된 폐고무분말을 이송시키면서 마이크로웨이브를 조사하여 표면개질을 수행하는 표면처리부(120)와; 상기 표면처리부(120)에서 표면개질 후 토출되는 폐고무분말을 냉각시키는 냉각장치부(130);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 폐고무분말의 연속식 표면개질장치를 이용한 표면개질방법은,
원료공급부(110)의 호퍼(111)를 통해 폐고무분말을 투입하는 단계와; 이 호퍼(111)로 투입된 폐고무분말을 스크류 방식의 피더(113)를 통해 정량적으로 이송 및 공급하는 단계와; 상기 피더(113)로부터 투입된 폐고무분말을 표면처리부(120)의 컨베이어(122)를 통해 챔버(121) 내에서 이송시키면서 마이크로웨이브 발생기 (123)로부터 발생된 마이크로웨이브를 조사하여 표면개질을 수행하는 단계와; 상기 표면처리부(120)에서 표면개질 후 토출된 폐고무분말을 냉각장치부(130)의 냉각재킷(132)을 통과시켜 냉각시키는 단계;를 연속적으로 수행하여 폐고무분말의 입자 표면을 활성화하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질 장치와 이를 이용한 표면개질 방법에 관한 것으로서, 화학적으로 안정하고 내후성이 우수한 에틸렌 프로필렌 디엔고무(EPDM:Ethylene-Propylene-Diene Terpolymers)를 포함하는 여러 폐고무분말을 보다 효과적으로 재활용하기 위한 연속식 표면개질장치 및 이를 이용한 표면개질방법에 관한 것이며, 특히 분쇄 처리된 가류 EPDM 가황체 분말 혹은 입자를 마이크로웨이브를 이용해 연속적으로 처리하여 균질한 품질의 표면개질된 고형 EPDM 가황체 분말 혹은 입자를 얻도록 한 것에 주안점이 있는 것이다.
종래 마이크로웨이브를 이용한 고형 EPDM 가황체 분말 혹은 입자의 표면개질은 비연속식으로 처리됨에 의해 경제성과 표면개질된 고무분말의 품질 균질성에서 문제시 되어온 측면이 있다.
일반적으로, 고형 EPDM 가황체 분말은 가황된 3차원 망상의 열경화성 탄성체로서, 기계적 방법으로는 분말화 혹은 탈황하는 것에 한계가 있으며, 다른 폐고무분말에 비해 활성화가 어려운 것으로 알려져 있다.
따라서, 열을 가하거나 다른 에너지를 가하여 완전히 탈황하는 방법보다는 표면을 개질하여 재활용하는 기술이 최근 많이 연구되고 있는 실정이다.
본 발명은 고형 EPDM 가황체 분말 혹은 입자를 마이크로웨이브를 이용하여 연속적으로 표면개질하는 장치와, 이 장치를 이용한 표면개질방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명에 따르면, 폐EPDM 분말의 표면개질이 가능하고, 표면거칠기 및 성형성이 우수한 재활용 고무재를 제공할 수 있음은 물론, 이를 소재로 하는 창틀 고무, 고무판 등 표면거칠기 및 성형성이 우수한 고무제품을 제조할 수 있게 된다.
이러한 본 발명에 대하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 연속식 표면개질장치를 개시하는 바, 일반적으로 마이크로웨이브는 에너지가 높고 직진성이 우수하기 때문에 EPDM처럼 열적 안정성이 우수한 고무에도 효과적으로 활성화기를 부여할 수 있지만, 높은 에너지로 인하여 밀폐된 공간에서 사용해야 한다.
본 발명에서는 이러한 마이크로웨이브의 특성을 충분히 이용하면서 연속적으로 처리할 수 있고, 또한 생산성이 높고 물성 재현성이 우수한 표면처리를 제공하는 연속설비를 개시한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연속식 표면개질장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 연속식 표면개질장치는, 연속적이고 정량적으로 고무분말을 공급, 투입할 수 있는 원료공급부(110)와, 이 원료공급부(110)로부터 투입된 후 챔버(121) 내를 통과하는 고무분말에 마이크로웨이브를 조사하여 고무입자의 표면개질을 수행하는 표면처리부(120)와, 표면처리된 고무입자 내부에 잔류하는 열을 제거 하기 위한 냉각장치부(130)와, 마이크로웨이브 처리시 발생한 유해가스(fume)를 흡입, 제거하는 폐가스 배출장치부(140)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 본 발명의 연속식 표면개질장치는 고무분말을 일정한 속도와 양으로 표면처리부(120)에 공급하는 원료공급부(110)를 포함한다.
이 원료공급부(110)는 연속적이고 정량적으로 고무분말을 표면처리부(120)에 투입할 수 있도록 되어 있으며, 원료인 폐고무분말(폐EPDM 분말 등)이 투입되는 호퍼(111)와, 이 호퍼(111)로 투입된 폐고무분말을 피더(113)에 투입되기 전 교반하는 교반기(112)와, 이 교반기(112)를 통과한 폐고무분말을 균일하게 정량적으로 이송 및 공급하는 피더(feeder;113)를 포함한다.
여기서, 호퍼(111)를 통해 투입된 고무입자의 중력에 의한 뭉침현상을 없애기 위하여 투입된 고무입자를 피더(113) 투입 전 교반기(112)를 통해서 교반시키게 되며, 이 교반기(112)로는 블레이드가 회전하여 교반을 수행하는 애지테이터(agitator) 방식이 적당하지만, 벽면 진동에 의해 교반이 이루어지는 플렉시블 월(flexible wall) 방식의 교반기를 사용하여도 무방하다.
또한, 상기 피더(113)로는 일정한 양의 고무입자를 원활히 공급하기 위하여 스크류 방식의 피더(113)가 사용된다.
물론, 피더(113) 내의 원료를 이송하기 위한 형태는 여러 가지가 있지만, 본 발명에서는 고무입자 사이즈 및 재료 특성에 따른 뭉침현상 등을 효과적으로 제어할 수 있는 스크류 방식을 사용하는 것이 바람직하며, 만약 바이브레이션 방식과 같은 피더(113)를 사용하였을 경우에는 고무입자 사이즈에 따른 원료 이송은 원활 하지만 부피에 의한 재료량 제어를 할 수 밖에 없고, 또한 뭉쳐진 입자를 효과적으로 분산시킬 수 없어서 균일한 재료의 공급이 힘들게 된다.
그리고, 상기 피더(113)는 스크류(113a)의 구동에 의해 80 ~ 1000㎛ 사이의 고무입자를 모두 이송할 수 있어야 하며, 스크류(113a)에 의한 이송량은 처리량에 따라 5 ~ 20kg/hr(정밀도:±2.5%)의 범위 내에서 조정할 수 있어야 한다.
여기서, 15 ~ 20kg/hr로 이송시키는 것이 더욱 바람직하며, 만약 이송속도가 5kg/hr 미만인 경우, 공급되는 고무의 양이 너무 적어 마이크로웨이브 처리시 고무입자 내부까지 탈류되는 현상이 발생하여, 후술하는 표면처리부(120)의 컨베이어(122) 내부에서 고무입자의 가소화 현상이 진행되는 바, 결국 컨베이어(122) 표면에 점착하게 되어 탄화되는 현상이 생기므로, 부적절하다.
그리고, 만약 20kg/hr 초과시에는 공급되는 고무입자의 양이 너무 많아 투입되는 고무입자에 대한 균일한 표면처리가 곤란해지므로, 바람직하지 않다.
한편, 원료공급부(110)에 의해 공급되는 고무입자는 마이크로웨이브 발생기(123)가 장착된 표면처리부(120)로 공급되는 바, 이 표면처리부(120)는 일측과 타측으로 각각 투입구(121a)와 출구(121b)를 가지는 길이방향의 챔버(121)와, 이 챔버(121) 내를 통과하도록 되어 있으면서 상기 원료공급부(110)로부터 상기 챔버(121)의 투입구(121a)로 낙하, 투입된 고무분말을 챔버(121) 내에서 소정의 이송속도로 이송시키는 컨베이어(122)와, 상기 챔버(121) 내부에 장착되고 마이크로웨이브를 발생시켜 상기 컨베이어(122)에 의해 이송되는 고무분말로 방출하는 마이크로웨이브 발생기(123)를 포함한다.
한편, 피더(113)에 의해 컨베이어(122)로 공급된 고무분말의 균질한 표면활성화를 위하여, 마이크로웨이브 발생기(123)를 통과하기 위해 컨베이어(122) 위에 투입된 고무분말이 컨베이어(122) 위에서 일정한 두께와 폭으로 조정되어 이송될 수 있도록, 상기 컨베이어에서 상기 피더(113)로부터 고무분말이 투입되는 지점의 전면부에는 컨베이어(122) 위의 고무분말을 일정한 두께와 폭으로 조정하는 통과높이조절 가이드부(124)를 설치한다.
이러한 통과높이조절 가이드부(124)에 대하여 첨부한 도 2a ~ 도 2c를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a ~ 도 2c는 본 발명에서 통과높이조절 가이드부의 설치상태를 보인 정면도, 측면도 및 평면도로서, 여기서 미설명부호 122b는 컨베이어 롤러를 나타낸다.
도시한 바와 같이, 상기 통과높이조절 가이드부(124)는 각 하단부가 좌우 양측의 컨베이어 프레임(122c)에 체결 고정되어 수직 설치되는 좌우 양쪽의 두 측벽부재(125)와, 컨베이어(122) 상측으로 소정 높이로 위치되게 하여 상기 양쪽의 두 측벽부재(125) 사이에 횡방향으로 연결 설치되는 가이드부재(126)로 구성된다.
상기와 같이 이루어진 통과높이조절 가이드부(124)에서는 상기 두 측벽부재(125)의 안쪽면간 거리와 상기 가이드부재(126)의 높이에 따라서 통과한 고무분말의 두께와 폭이 일정하게 조정되게 되어 있다.
여기서, 상기 가이드부재(126)는 측벽부재(125)의 전방쪽 부분(125a)에 높이가 조절된 상태로 설치되어 하측으로 컨베이어(122) 위의 고무분말이 통과하도록 되어 있으며, 상기 측벽부재(125)의 후방쪽 부분(125b)은 상대적으로 높게 구성되어 있는 바, 이 후방쪽 부분(125b)은 가이드부재(126)를 미쳐 통과하지 못하고 쌓이게 되는 고무분말이 컨베이어(122) 하부로 떨어져 손실되는 것을 방지하기 위한 넘침 방지턱의 역할을 하게 된다.
이와 더불어, 고무분말의 컨베이어(122) 하부로의 손실을 방지하기 위해 상기 좌우 양쪽 두 측벽부재(125)의 두께를 조정하여, 두 측벽부재(125) 사이의 고무분말 통과폭(W2)이 컨베이어 폭길이(W1)의 80%에 해당하도록 구성한다.
즉, 상기 통과높이조절 가이드부(124)는 컨베이어 폭길이(W1)의 80%에 해당하는 가이드 내폭(W2)을 가지도록 구성되는 것이다.
결국, 고무분말은 컨베이어(122)에 투입된 후 상기 가이드부재(126)의 하측을 지나게 되고, 이와 같이 가이드부재(126)의 하측을 지나면서 컨베이어(122) 위에서 일정한 두께와 폭으로 조정된 후 이송되는 바, 표면개질의 균질성과 재현성을 극대화할 수 있다.
상기 가이드부재(126)의 설치높이는 마이크로웨이브 발생기(123)의 출력과 피더(113)의 공급량에 따라 상하로 조절될 수 있으며, 본 발명에서는 가이드부재(126)의 높이(컨베이어 표면에서 가이드부재 내면까지의 높이)를 0.5mm로 하는 것이 바람직하다.
만약, 가이드부재(126)의 높이가 0.5mm 미만일 경우에는 공급되는 고무분말의 양이 5kg/hr 미만에서 균질한 형태를 가지기 때문에 시간당 처리량이 작아 경제성이 없다.
이에 반해 가이드부재(126)의 높이가 0.5mm를 초과하는 경우, 가이드부재(126)를 통과 후 형성되는 고무분말이 일정한 형태를 가지기 위해서는 투입되는 고무분말의 양이 15kg/hr 이상이 되어야 하며, 만약 20kg/hr 이상의 원료가 투입될 경우 가이드부재(126)를 통과하지 못한 고무분말이 컨베이어(122) 좌우 측면으로 점점 쌓이게 되어 결국에는 원료의 과공급 현상에 의한 고무분말의 손실로 이어질 수 있다.
따라서, 효과적인 고무분말의 표면개질을 위해서는 일정한 원료공급량과 연속적으로 일정한 형태를 가져 균질한 개질효과를 얻을 수 있는 가이드부재의 설치가 필수적이다.
한편, 상기 챔버(121)는 투입된 가류고무의 표면활성화를 균일하게 하기 위하여 150 ~ 250℃의 분위기 온도를 유지할 수 있도록 구비되며, 이 챔버(121) 내에 마이크로웨이브 발생기(123)가 장착된다.
상기 원료공급부(110)로부터 공급된 고무입자를 균일하게 표면처리하기 위하여 연속적으로 이동하는 컨베이어(122) 위로 상기 원료공급부(110)의 피더(113)로부터 고무입자가 챔버 투입구(121a)를 통해 투입되도록 되어 있으며, 직진성을 가진 마이크로웨이브를 조사하여 골고루 표면처리하되 마이크로웨이브가 투입구(121a)와 출구(121b)가 개방된 챔버(121)의 외부로 빠져나가지 않도록 여러 개 마이크로웨이브 발생기(123)를 챔버(121) 내에 적절히 장착한다.
위와 같이 원료공급부(110)로부터 투입된 후 챔버(121) 내에서 컨베이어(122)에 의해 이송되는 고무입자는 150 ~ 250℃의 분위기 온도로 유지된 챔버(121) 내를 단시간에 통과하면서 마이크로웨이브 발생기(123)에 의해 방출되는 높은 에너지에 의해 그 표면이 활성화된다.
이때, 챔버(121) 내에 유지되는 온도는 150 ∼ 250℃로 유지시키는 것이 중요하며, 더욱 바람직하게는 150 ~ 200℃로 유지시키는 것이 좋다.
만약, 150℃ 미만의 온도가 될 경우에는 챔버(121)의 특성상 투입구(121a) 및 출구(121b)가 개방되어 있기 때문에 챔버 투입구(121a) 및 출구(121b)쪽과 챔버(121) 안쪽의 온도 유지가 힘들고, 특히 EPDM과 같이 열적 특성이 우수한 고무의 경우 재료 자체의 내열성이 210 ~ 230℃ 이상인 관계로 표면에 효과적인 개질이 이루어지지 않는다.
이에 반해, 250℃ 보다 높은 온도로 유지할 경우 분위기 온도만으로도 열화가 진행될 수 있기 때문에 투입된 고무입자의 표면개질 속도가 입자 내부보다 빨리 진행되어 효과적인 표면활성화가 이루어지기 힘들고, 나아가서는 고분자 주사슬의 끊김 현상이 가속화되어 재료로서 사용할 수가 없게 된다.
그리고, 챔버(121) 내에서 고무입자의 이송역할을 하는 컨베이어(122)의 경우, 챔버(121) 내의 분위기 온도가 최대 250℃가 되기 때문에, 가능한 내열성이 우수한 고분자 재료를 사용하여 제작된 것이 설치되어야 하며, 바람직하게는 테플론(teflon)을 재질로 하여 제작된 것을 사용한다.
또한, 투입된 폐가류 고무입자를 활성화시키는 마이크로웨이브 발생기(123)는 2450MHz, 3㎾ 이하의 출력이 적절하며, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 2㎾가 바람직하다.
즉, 0.5 ~ 2㎾ 이하의 출력으로 하되, 만약 0.5㎾ 보다 낮게 할 경우에는 투입된 폐고무입자의 표면을 효과적으로 활성화시킬 수가 없다.
더욱이, 손실계수가 낮은 EPDM의 경우, 마이크로웨이브가 효과적으로 흡수되지 않아 고무분자 내부의 카본-황 결합을 효과적으로 파괴할 수 없다.
이에 반해, 2㎾ 보다 큰 출력으로 할 경우에는 높은 에너지로 인해 급속한 가열이 이루어지는 바, 고무 내에 존재하는 주사슬(카본-카본) 결합이 파괴되어 고무가 탄화되기 쉽다.
특히, 해당 재료의 가류온도 및 내부에너지와 일치하는 유사한 온도로 유지될 경우에는 표면부의 고무분자는 잔류 가황물에 의해 재가류가 발생하고, 내부 입자는 주사슬의 파괴가 일어나는 역반응이 연속해서 일어나므로, 표면활성화 처리 후에 고무재료로 사용할 수 있는 성능을 확보할 수 없다.
또한, 챔버(121) 내에 설치되는 마이크로웨이브 발생기(123)는 처리되는 고무재료의 특성에 따라 1 ~ 4개를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 2 ~ 3개를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 1개만을 사용하는 경우에는 길이가 긴 챔버(121) 내에서 직선 에너지인 마이크로웨이브의 균일한 처리가 곤란하며, 4개 이상일 경우에는 처리효율에 비해 에너지의 사용량이 많아질 뿐만 아니라 지속적으로 표면처리시에는 분위기 온도를 상승시켜 탄화현상을 심하게 발생시킬 수 있으므로, 바람직하지 않다.
상기에서 언급한 조건과 함께 챔버(121) 내를 통과하는 컨베이어(122)의 속도도 중요한데, 챔버(121) 길이에 상관 없이 잔류시간을 10 ~ 120초 사이로 조절하 는 것이 적절하며, 더욱 바람직하게는 50 ~ 60초로 하는 것이 적당하다.
만약, 50초 미만일 경우에는 활성화에 필요한 반응시간을 충분히 확보하지 못해 처리된 고무입자가 균일하지 못하게 될 수 있고, 60초를 초과하는 경우에는 잔류시간이 길어지면서 탄화현상이 심하게 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 표면개질장치는 표면처리부(120)를 통과한 후 토출되는 고무입자를 냉각시키기 위한 냉각장치부(130)를 포함한다.
상기 표면처리부(120)를 거친 후 토출되는 고무입자는 마이크로웨이브에 의해 흡수된 에너지로 인하여 내부에 많은 에너지를 가지고 있는 바, 신속히 냉각되지 않으면 탄화된다.
따라서, 상기 냉각장치부(130)를 설치할 필요가 있으며, 이는 표면처리부(120)의 챔버(121)에서 표면개질된 후 토출되어 나오는 고무분말을 본체(130a) 통로로 통과시켜 냉각시키는 장치로서, 고무입자가 토출되는 챔버(121)의 출구(121b)에 인접되게 설치되고, 도 3에 도시한 바와 같이, 냉각효과를 극대화하기 위한 교반기(131)와 냉각재킷(132)을 포함한 구성으로 되어 있다.
상기 냉각장치부(130)의 본체(130a) 내 통로 내벽은 표면처리부(120)로부터 토출되는 고무입자의 높은 온도를 견딜 수 있으면서 고무입자의 표면에 다량 존재하는 황계 가류제에 의한 부식을 방지하기 위하여 내열성과 내화학성이 우수한 테플론 재질로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 냉각재킷(132)은 냉각장치부(130)의 통로 내벽에 설치되어 냉매가 순환하도록 되어 있는 바, 이는 분위기 온도를 60 ~ 80℃로 유지하기 위해 구비되는데, 냉매로서 취급이 용이하고 화학적으로 안정한 물을 사용하는 수냉식으로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 교반기(131)는 고무분말이 통과하게 되는 본체(130a) 내 통로상에 설치되며, 냉각효과를 최대로 발현하기 위해 상하좌우 교반이 가능한 수직 임펠러가 채용된 것이 적당하다.
상기 냉각장치부(130)의 본체(130a)를 통과한 고무분말은 본체(130a) 하단의 배출관(133)을 통해 하측의 용기(135) 내로 수집되어지며, 상기 배출관(133)에는 로타리밸브(134)가 설치된다.
한편, 바람직한 실시예로서, 본 발명의 표면개질장치는 표면개질 과정에서 발생한 폐가스를 흡입, 제거하는 폐가스 배출장치부(140)를 포함한다.
마이크로웨이브가 높은 에너지이기 때문에 활성화시 유해한 가스가 발생할 수 있는 바, 상기 폐가스 배출장치부(140)는 이 유해한 가스를 제거하기 위하여 설치되는 것이다.
상기 폐가스 배출장치부(140)는 흡입구(141a)가 챔버(121)의 출구(121b)쪽으로 인접되게 설치된 덕트(141) 내에 흡착필터(142)와 전동모터(143)로 구동되는 팬(144)이 설치된 구조로 되어 있는 바, 이 팬(144)에 의해 강제 흡입된 폐가스와 공기가 흡입구(141a)를 통해 덕트(141) 내로 흡입된 뒤 흡착필터(142)에서 유해물질이 흡착, 제거된 후 외부로 배출되게 되어 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 표면개질장치는 마이크로웨이브를 이용하여 가류된 폐고무분말을 연속적으로 표면개질(표면활성화) 처리할 수 있는 장치로서, 비연속식이면서 재현성이 없는 종래 표면활성화 기술과 비교할 때 우수한 생산성과 균일한 품질 제공의 장점을 가진다.
또한, 폐EPDM 분말의 표면개질이 가능하고, 표면거칠기 및 성형성이 우수한 재활용 고무재를 제공할 수 있음은 물론, 이를 소재로 하는 창틀 고무, 고무판 등 표면거칠기 및 성형성이 우수한 고무제품을 제조할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 마이크로웨이브 연속처리설비의 표면활성화 효용성을 확인하기 위하여, 다음과 같은 방법으로 실험을 실시하였는 바, 사용 재료로는 손실계수가 가장 낮은 EPDM 폐고무를 사용하여 실시하였다.
마이크로웨이브는 순간 에너지가 아주 큰 에너지원으로, 본 발명에서는 앞선 실험을 통하여 전계 크기 1.5㎾ 이하, 챔버(121) 내 잔류시간 120초 이하가 고형 EPDM 가황체 분말 혹은 입자의 표면을 개질하기에 적정한 에너지 크기인 것으로 확인하였기 때문에, 이 범위의 에너지 크기에서 실험 조건을 달리하면서 실제 고형 EPDM 가황체 분말 혹은 입자의 표면개질 정도를 확인하였고, 고무와 혼합시의 물성을 확인하였다.
다음의 표 1은 그 결과를 나타내는 것으로, 여기서 비교예는 표면처리를 하지 않은 분말을 사용한 경우를, 실시예 1과 실시예 2는 본 발명의 표면개질장치를 이용하여 표면처리를 한 분말을 사용한 경우를 나타낸다.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2의 경우, 마이크로웨이브를 이용하여 연속적으로 표면처리하여 개질이 확인된 고형 EPDM 가황체 분말 20 중량부에 각각 EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔고무), NR(천연고무) 원료고무 100 중량부, 고무산업에서 빈번히 사용되는 아로마틱, 파라핀, 나프텐 오일과 같은 오일류, 가공조제, 가황제, 가황촉진제, 노화방지제 등의 일반 고무 배합약품을 고무용 혼합기를 이용하여 2분 이상 시간동안 혼합하여 고무 컴파운드를 제조하였다.
이와 같이 제조된 고무 컴파운드를 Haake Extruder를 이용하여 압출시 외관 특성을 확인한 결과, 동일 중량의 고형 EPDM 가황체 분말을 혼합했을 때, 고형 EPDM 가황체 분말을 본 발명의 표면개질장치를 이용하여 연속식으로 표면을 개질한 경우가 표면을 개질하기 전에 비하여 표면거칠기가 양호하였다.
고무 컴파운드의 표면거칠기는 정확하게 정하는 바가 없어 감성품질로 구분하게 되는데, 감성품질의 정도에서 보면 본 발명의 마이크로웨이브 연속처리장치로 표면이 개질된 고형 EPDM 가황체 분말(약 5% 이내 표면개질)은 원료고무 대비 20 중량부가 가장 적합한 혼합량이었다.
이러한 감성품질은 특히 고형 EPDM 가황체 분말의 크기와도 밀접한 관계가 있었는데, 0.15mm 이상인 경우는 표면이 개질되더라도 감성품질이 다소 떨어지는 것으로 나타났다.
그리고, 표면이 개질된 고형 EPDM 가황체 분말(약 5% 이내 표면개질)은 원료고무 대비 20 중량부 이하가 가장 적합한 혼합량이었는데, 이는 고형 EPDM 가황체 분말의 입자 크기가 감소할수록 우수한 감성 품질을 확보할 수 있었다.
또한, 표면개질이 안된 표면미처리 고형 EPDM 가황체 분말보다 연속식 마이크로웨이브를 이용하여 연속적으로 표면을 개질한 고형 EPDM 가황체 분말고무를 일반 고무 컴파운드에 사용할 때가 인장강도, 신장율의 물성에서 10% 이상 개선됨을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치와 이를 이용한 표면개질방법에 따르면, 폐EPDM 분말의 표면개질이 가능하고, 표면거칠기 및 성형성이 우수한 재활용 고무재를 제공할 수 있음은 물론, 이를 소재로 하는 창틀 고무, 고무판 등 표면거칠기 및 성형성이 우수한 고무제품을 제조할 수 있게 된다.
이러한 본 발명은 기존 비연속식이면서 재현성이 없는 표면활성화 기술과 비교할 때 가류된 폐고무를 효과적으로 재활용하기 위하여 마이크로웨이브의 특성을 충분히 이용하면서 연속적으로 처리할 수 있으므로 생산성이 높고 물성 재현성이 우수한 표면처리기술이다.
특히, 본 발명은 가류된 폐고무를 고부가가치로 재활용할 수 있도록 표면을 활성화하는 장치 및 방법으로, 특히 고무부품의 제조공정 중에 발생하는 공정 스크랩이나 불량품을 다시 신고무와 사용할 수 있도록 하는 청정기술이다.
따라서, 현재 전량 소각용 연료 등으로 폐기 처분되는 폐가류 고무, 특히 염소화합물이 함유된 고무, 내열성이 우수한 내열고무 등에 적용시 소각용 연료로 처리하는 폐기 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 신재의 사용량을 줄임으로써 전량 수입에 의존하는 지구 부존자원인 석유자원을 절약하는데 효과가 있다.
더욱이, 폐차에서 발생하는 웨더스트립과 같은 고무부품에 적용시 폐차의 리싸이클율을 향상시켜 차량의 환경성을 향상시키는데도 효과가 있다.
Claims (17)
- 폐고무분말이 투입되는 호퍼(111) 및 이 호퍼(111)로 투입된 폐고무분말을 연속적이고 정량적으로 이송 및 공급하는 피더(113)를 포함하는 원료공급부(110)와;상기 피더(113)를 통해 공급된 폐고무분말을 이송시키면서 마이크로웨이브를 조사하여 표면개질을 수행하는 표면처리부(120)와;상기 표면처리부(120)에서 표면개질 후 토출되는 폐고무분말을 냉각시키는 냉각장치부(130);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 1에 있어서,덕트(141) 내에 흡착필터(142)와 모터 구동식의 팬(144)이 설치된 구성으로 구비되어, 상기 덕트(141)의 흡입구(141a)를 통해 상기 표면처리부(120)에서 발생한 유해가스를 흡입, 제거하는 폐가스 배출장치부(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 원료공급부(110)가,상기 호퍼(111)와 피더(113) 사이에 설치되어 호퍼(111)를 통해 투입된 폐고무분말을 피더(113) 투입 전 교반시키는 교반기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 피더(113)가 스크류 방식인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 1 또는 4에 있어서,상기 피더(113)가 입자 크기 80 ~ 1000㎛인 폐고무분말을 이송할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 표면처리부(120)는,일측과 타측으로 각각 투입구(121a)와 출구(121b)를 가지는 길이방향의 챔버(121)와;이 챔버(121) 내를 통과하도록 되어 있으면서 상기 피더(113)로부터 챔버 투입구(121a)를 통해 투입된 폐고무분말을 이송시켜 챔버 출구(121b)로 토출시키는 컨베이어(122)와;상기 챔버(121) 내부에 장착되고 마이크로웨이브를 발생시켜 컨베이어(122)에 의해 이송되는 폐고무분말로 조사하는 마이크로웨이브 발생기(123);를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 6에 있어서,상기 컨베이어(122)의 재질은 테플론인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 1 또는 6에 있어서,상기 컨베이어(122)에서 상기 피더(113)로부터 고무분말이 투입되는 지점의 전면부에는 컨베이어(122) 위의 고무분말을 일정한 두께와 폭으로 조정하는 통과높이조절 가이드부(124)가 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고 무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 8에 있어서,상기 통과높이조절 가이드부(124)는,각 하단부가 좌우 양측의 컨베이어 프레임(122c)에 체결 고정되어 설치되는 좌우 양쪽의 두 측벽부재(125)와, 컨베이어(122) 상측으로 소정 높이로 위치되게 하여 상기 양쪽의 두 측벽부재(125) 사이에 횡방향으로 연결 설치되고 하측으로 고무분말이 통과하도록 된 가이드부재(126)로 구성되고, 상기 두 측벽부재(125)의 안쪽면간 거리와 상기 가이드부재(126)의 높이에 따라서 통과한 고무분말의 두께와 폭이 일정하게 조정되도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 냉각장치부(130)는 상기 표면처리부(120)로부터 토출된 표면개질된 폐고무분말을 본체(130a) 통로로 통과시키면서 냉각하되, 폐고무분말이 통과하는 본체(130a) 통로상에 설치된 교반기(131)와, 본체(130a) 통로 내벽에 설치된 냉각재킷(132)을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 청구항 10에 있어서,상기 냉각장치부(130)의 본체(130a) 통로 내벽 재질은 테플론인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 폐고무분말의 연속식 표면개질장치.
- 원료공급부(110)의 호퍼(111)를 통해 폐고무분말을 투입하는 단계와;이 호퍼(111)로 투입된 폐고무분말을 스크류 방식의 피더(113)를 통해 정량적으로 이송 및 공급하는 단계와;상기 피더(113)로부터 투입된 폐고무분말을 표면처리부(120)의 컨베이어(122)를 통해 챔버(121) 내에서 이송시키면서 마이크로웨이브 발생기(123)로부터 발생된 마이크로웨이브를 조사하여 표면개질을 수행하는 단계와;상기 표면처리부(120)에서 표면개질 후 토출된 폐고무분말을 냉각장치부(130)의 냉각재킷(132)을 통과시켜 냉각시키는 단계;를 연속적으로 수행하여 폐고무분말의 입자 표면을 활성화하는 것을 특징으로 하는 폐고무분말의 연속식 표면개질장치를 이용한 표면개질방법.
- 청구항 12에 있어서,상기 피더(113)를 통해 입자 크기 80 ~ 1000㎛인 폐고무분말을 5 ~ 20kg/hr의 이송속도로 하여 이송 및 공급하는 것을 특징으로 하는 폐고무분말의 연속식 표면개질장치를 이용한 표면개질방법.
- 청구항 12에 있어서,상기 챔버(121) 내 분위기 온도를 150 ~ 250℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 폐고무분말의 연속식 표면개질장치를 이용한 표면개질방법.
- 청구항 12에 있어서,상기 마이크로웨이브 발생기(123)로부터 2450MHz, 3㎾ 이하의 출력으로 마이크로웨이브를 조사하는 것을 특징으로 하는 폐고무분말의 연속식 표면개질장치를 이용한 표면개질방법.
- 청구항 12에 있어서,상기 챔버(121) 내 폐고무분말의 잔류시간을 10 ~ 120초 사이로 조절하는 것을 특징으로 하는 폐고무분말의 연속식 표면개질장치를 이용한 표면개질방법.
- 청구항 12에 있어서,상기 냉각장치부(130)의 냉각재킷(132) 내 분위기 온도를 60 ~ 80℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 폐고무분말의 연속식 표면개질장치를 이용한 표면개질방법.
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