KR20080058594A - 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치 및 방법 - Google Patents

폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에틸렌-프로필렌 고무(EPM 또는 EPDM) 및 폐 타이어를 포함하는 각종 가류고무 폐기물을 분쇄하여 얻어진 미세 분말을 양질의 원료고무로써 재활용하는 방법과 재생과정에서 발생하는 황화수소 등으로 인하여 상품가치를 더욱 저하시키는 재생고무 특유의 악취를 제거하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 방법은, EPDM 고무 폐기물을 미세하게 분쇄하는 단계; 상기 EPDM 고무 폐기물을 미세하게 분쇄한 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제를 일정량 혼합하는 단계; 전단력을 가하여 상기 폐 고무 분말을 탈황 처리하는 단계; 그리고 상기 탈황 처리된 폐 고무 분말에서 발생되는 악취를 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 것이다.
폐 가황고무, 교반 혼합기, EPDM 고무 재생, 공기 세척, 악취 제거

Description

폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치 및 방법{Apparatus and Method for devulcanization and deodorization of Reclaimed Rubber Powder}
도 1은 본 발명에 따른 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치의 구성도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 저장 탱크 2: 교반 혼합기
2a, 4a: 저장용기 3, 5: 이송장치
4: 냉각장치 4b: 에어 노즐
4c: 배반기 6: 유증기 배출관
7: 임펠러 8: 배기장치
본 발명은 에틸렌-프로필렌 고무(EPM 또는 EPDM) 및 폐 타이어를 포함하는 각종 가류고무 폐기물을 분쇄하여 얻어진 미세 분말을 양질의 원료고무로써 재활용하는 과정에서 발생하는 황화수소 등으로 인하여 상품가치를 더욱 저하시키는 재생고무 특유의 악취를 제거하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 집중되면서 우리들의 생활 속에 필수 물질로서 자리잡은 고분자 물질로 만들어진 제품의 사용 후 처리 문제에 깊은 관심을 가지고 있다.
그러나, 현재 상기 고분자 물질로 만들어진 제품의 사용량과 종류는 수없이 많으며, 이에 따라 광대한 분량의 고분자 물질 폐기물이 발생되고 있으며, 더 이상 방치해서는 안될 당면 과제로 대두 되었다.
다양한 종류의 고분자 물질 가운데 현재 대량 발생하는 대부분의 고무 폐기물은 소각을 통해 열에너지를 회수(Energy Recycling)하는 방식으로 처리되고 있는 실정이다. 그 외 재활용을 목적으로 진행된 다양한 접근 방식의 연구 중 가장 타당성이 있는 방식으로는 고무의 미세 분말화를 통해 내충격성 충진재로 직접 활용하는 방법과 분말화를 통해 증가된 반응 표면적에 열분해법 또는 마이크로웨이브(Microwave)조사 등 다양한 방식의 표면 활성화를 통해 가교 결합을 분리시키는 방식의 연구가 진행되고 있지만, 균일하고 재현성 있는 탈류 효과를 기대하기 어려운 실정이다.
최근에는 재생 고무를 건축 소재 등 다양한 용도로 개발, 적용하고 있으나 아직까지 선진국에 비해 국내의 폐 고무 재활용 기술은 초보적인 수준에 불과하여 재생품의 성능이 좋지 않으므로 그 용도가 제한되어 있고, 그 나마 경제성조차 확보하지 못한 상황이다.
현재의 기술적 패러다임으로 볼 때 고무재료의 재활용을 위한 두 가지 주요 핵심 공정은 미세 분쇄 기술(Size Reduction)과 탈류 기술 (Devulcanization)이다.
미세 분쇄 기술은 덩어리 고무 형태를 입자화를 통해 표면적을 증가시켜 후속 공정에서의 반응도를 향상시키기 위함이며, 탈류/탈황 기술은 고무재료의 특성인 탄성과 복원력을 부여하기 위해 배합 고무에 첨가한 가교제에 의해 고무 제품이 성형되면서 형성된 가교 구조(폴리설파이드 결합)를 역으로 끊어내어 성형 이전의 원료 고무 상태로 회복시키는 기술이다.
또한 종래의 가황 고무의 탈류 기술로는 Ozone treatment, Ultrasonic treatment, Microwave treatment, Corona 방전법, 초임 계수법, UVtreatment, 열 분해법, De-Link System, 가수 분해법, 촉매법 등 다양한 방식의 접근이 이루어지고 있으나, 대부분 막대한 에너지를 필요로 하는 반면, 처리 시 탈류 효과의 균일성 및 재현성을 기대하기 힘들어 별도의 추가 설비 및 부속 공정이 요구되는 상황이어서 대부분 실험실에서 답보 단계에 머물러 상용화를 기대하기 힘든 실정이다.
현재 가장 일반적으로 인식되는 탈류 방식은 De-Link System으로 5㎜ 내외로 분쇄한 고무 스크랩에 Thiazole계나 Paraffin계 Oil 등의 탈류제를 첨가한 후 autoclave 내에서 고온 고압 상태로 탈류 반응을 일어나게 하거나, Hakke Mixer 등에서 고전단의 혼련으로 물리 화학적으로 탈류 반응을 유도해내는 방식이다.
그러나, 이는 대부분 장시간(5 내지 12시간)의 반응 후의 가교 정도를 측정할 때 탈류 정도가 미미하거나, 탈류 반응은 일부 진행되었지만 탈류 반응에 너무 장시간이 소요되며 재료로써의 물성 저하가 심각하다는 문제점이 있어 기피되고 있는 실정이다.
또한 폐 고무의 재활용 기술이 상업적인 가치를 지니는데 있어서 가장 중요 한 점으로서 재활용 과정을 거쳐 생산된 재생 고무재료가 산업적으로 재료적인 가치를 지녀야 한다는 것인데 종래의 기술들은 여러 가지 개발 환경적인 측면에서 막대한 부피를 차지하며 대량으로 발생하고 있는 폐 타이어의 재활용에 어쩔 수 없이 초점을 맞추어 연구 개발이 이루어졌기 때문에 많은 노력과 비용을 투입하여 개발된 폐 타이어 재활용 기술들이 그 가치를 인정받지 못하고 있는 경우가 많다.
그 주된 요인으로는 폐 타이어의 조성상의 문제점을 들 수 있다. 현재 천연고무를 주성분으로 하고 있는 화물 트럭용 타이어는 그 재활용에 있어서 폐 타이어의 공급이 부족할 정도로 거의 전량 수거되어 재활용되고 있는 상황이다. 이는 기존 재활용 기술로도 나름대로의 경제성과 미약하나마 물성 회복도를 지닌 품질의 재생 재료를 생산하여 재생 고무 시장에 진입한 상태이기 때문이다.
그러나, 정작 심각한 문제는 화물 트럭용 타이어가 아닌 승용차용 튜브리스(tubeless) 래디알 폐 타이어의 처리에 있다. 생산 수량도 비교적 적으면서 고가이기 때문에 한 번 이상 트레드를 다시 씌워 재사용(retreading)한 후 폐기되는 화물트럭용 타이어와는 비교가 안 될 정도로 대량으로 발생하고 있으나, 그 부위별로 적용되는 고무의 종류가 다양하여 제조사별 제품별로 적어도 7 종류(SBR, NR, BR, IIR, CIIR, BIIR, IR, EPDM 등) 이상의 이종 고무재료가 다양한 함량별로 존재하는 매우 까다로운 조성의 재활용 대상물이 아닐 수 없다.
현재까지 승용차용 폐 타이어의 가황에 의한 가교 구조를 분해하는 탈황 기술은 다양하게 개발되어 왔으나, 정작 탈황 처리에 성공을 하여 가소화된 재생 고무 재료를 생산한다 하더라도 여러 가지 복잡한 종류의 상용성이 동반되지 않은 혼 합 상태의 고무재료 이기 때문에 그 재료적인 가치를 확보할 수 없다는 원천적인 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 막대한 발생량으로 처리 자체가 각광을 받을 수 있는 폐 타이어 뿐만 아니라 현재 타 고무 재료에 비하여 매우 범용으로 사용됨과 동시에 비교적 고가의 가격대를 형성하고 있지만 현재 그 상용화된 재활용 기술이 없는 에틸렌-프로필렌 고무(EPM;이원공중합체 또는 EPDM;삼원공중합체) 폐기물의 처리 및 우수한 물성 및 재생 재료 특유의 악취를 제거하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치는, 폐 고무 분말을 저장하는 저장탱크; 상기 폐 고무 분말을 상기 저장탱크로 이송하는 제 1 이송장치; 상기 저장탱크 하측에 설치되어 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제를 일정량 비율로 혼합하고 고전단력을 가해 탈황처리하는 교반 혼합기; 상기 교반 혼합기에서 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말을 냉각시킴과 동시에 탈황과정에서 생성되는 심한 악취를 제거하기 위한 냉각조; 그리고 상기 교반 혼합기에서 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말을 상기 냉각조로 이송하는 제 2 이송장치를 구비하여 구성됨에 그 특징이 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 방법은, EPDM 고무 폐기물을 미세하게 분쇄하는 단계; 상기 EPDM 고무 폐기물을 미세하게 분쇄한 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제를 일정량 혼합하는 단계; 전단력을 가하여 상기 폐 고무 분말을 탈황 처리하는 단계; 그리고 상기 탈황 처리된 폐 고무 분말에서 발생되는 악취를 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 출원인에 의해 2004년 2월 26일에 출원되어 2005년 11월 16일자로 등록된 특허 제 10-0530609호에는 고무 재료의 고온 미세 분쇄 장치가 설명되어 있다.
상기 고온 미세 분쇄 장치는, 등 간격으로 홈이 형성된 중공형 실린더와, 상기 실린더 내부에 구비되어 외면에는 헬리컬 이가 형성되어 회전하고 투입구로부터 투입된 고무 재료를 압축 분쇄하며 배출구로 이송하는 이송 스크류와, 상기 이송 스크류에 축결합되어 회전력을 제공하는 회전력 제공수단을 구비하여 구성된다.
상기와 같은 고온 미세 분말화 장치를 이용하여 폐 EPDM 고무를 분쇄하여 분말을 형성한다.
즉, 폐 EPDM 고무를 회수하여 통상의 저속 분쇄기를 이용하여 10 내지 30mm 전후의 입도로 초기 분쇄한다.
그리고, 초기 분쇄된 EPDM 고무를 상기 고온 미세 분말화 장치의 투입구에 투입되어 고온, 고압 환경 하에서 특수 전단력으로 피분쇄물 내의 내부에너지 축적을 극대화시켜 임계점 도달과 함께 폭발적인 에너지 분산을 통해 3차에 걸쳐 분쇄 되므로 미세화된 분말로 배출된다. 따라서, 미세 분쇄 및 표면 활성에 의한 효율적인 표면 탈루가 동시에 구현되어 신재 고무(virgin material)와 거의 동등한 수준의 물성을 가진 화학적 표면활성화 상태의 재생 EPDM 고무 분말을 얻게 된다.
본 발명은 이와 같은 과정에 의해 얻어진 500㎛ 전후의 분말과 활성제 및 가소제를 일정량 혼합한 후 교반 혼합기 내에서 높은 전단력을 가하여 탈황 처리를 거친 후, 냉각조에서 냉각 공기로 냉각과 동시에 탈황 과정에서 발생되는 악취를 제거하여 고무로 재활용 할 수 있는 EPDM 고무 재생 재료를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치의 구성도이다.
먼저, 본 발명에 따른 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 폐 고무 분말을 저장하는 저장탱크(1)와, 상기 폐 고무 분말을 상기 저장탱크(1)로 이송하는 제 1 이송장치(3)와, 상기 저장탱크(1) 하측에 설치되어 상기 저장탱크(1)로부터 폐 고무 분말을 유입하여 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제를 일정량 비율로 혼합하고 150 ~ 250 ℃의 온도 환경 하에서 고전단력을 가해 30분 ~ 2시간 동안 반응시켜 탈황처리하는 교반 혼합기(2)와, 상기 교반 혼합기(2)에서 발생하는 유증기(油蒸氣) 및 황화수소 등을 배출하는 유증기 배출관(6)과, 상기 교반 혼합기(2)에서 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말을 냉각시킴과 동시에 탈황 과정에서 생성되는 심한 악취를 제거하기 위한 냉각장치(4)와, 상기 교반 혼합기(2)에서 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말을 상기 냉각조(4)로 이송하는 제 2 이송장치(5)와, 상기 저장탱크(1), 교반 혼합기(2), 냉각장치(4) 등에서 발생 하는 유증기, 황화 수소, 악취 등을 외부로 배기하는 배기장치(8) 등을 구비하여 구성된다.
여기서, 상기 교반 혼합기(2)는 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제가 혼합된 재료를 저장하는 저장용기(2a)와, 상기 저장용기(2a)내에 저장되는 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제 혼합 재료를 가열하기 위한 히팅장치(도면에는 도시되지 않음)와, 상기 저장용기(2a)내에 설치되어 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제를 혼합하는 임펠러(7)를 구비하여 구성된다.
상기 냉각장치(4)는, 상기 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말을 저장하는 저장용기(4a)와, 상기 저장용기(4a)에 설치되어 공기 중 습기가 제거된 10 ℃ 전후의 냉각 압축 공기를 상기 저장용기(4a)내로 분사하는 복수개의 에어 노즐(4b)과, 상기 저장용기(4a)내에 설치되어 상기 저장용기(4a)에 저장된 상기 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말에 와류를 형성하여 냉각 및 악취제거가 균일하게 이루어지도록 하는 교반기(4c)를 구비하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치를 이용한 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 방법을 설명하면 다음과 같다.
상기에서 설명한 고온 미세 분말화 장치(특허 제 10-0530609호)를 이용한 재생 EPDM 고무 표면 활성화 분말을 상기 저장용기(1)에 저장하고, 상기 교반 혼합기(2)에서 상기 재생 EPDM 고무 표면 활성화 분말에 활성화제 및 가소제를 일정 비율로 혼합하고 150 ~ 250 ℃의 온도 환경 하에서 상기 임펠러(7)를 400 ~ 800 RPM에 해당하는 속도로 회전시켜 고전단력을 가하여 30분 ~ 2시간 동안의 반응시간을 거쳐 탈황처리하는 공정을 통하여 가황 EPDM 분말의 가교구조를 분해시켜 가소성을 가지는 신재 고무원료와 동등한 상태의 재생 고무원료를 얻는다.
이 때, 상기 교반 혼합기(2) 내부의 압력은 대기압과 동일한 상태이나 지속적으로 발생하는 유증기(油蒸氣) 및 황화수소는 상기 교반 혼합기(2)에서 유도된 유증기 배출관(6)으로 자연스럽게 배출시켜 냉각 및 흡착처리 과정을 거치게 한다.
본 발명에서는 재생 분말 EPDM 고무 분말(RE-PDM 200, 폴리원, 한국)를 사용하였다.
상기 활성화제로는 Zinc oxide(ZnO, 한일아연, 한국), Stearic acid(S/A, LG, 한국)과 가소제인 납텐계 배합 공정유, N-2 오일(미창석유, 한국)을 사용하였다.
상기에 적용되는 재생 EPDM 고무 분말은 약 500㎛ 전후의 크기로, 스크랩 형태로 수거된 폐 EPDM 고무를 상술한 고온 미세 분말화 장치로 미세하게 분말화한 것이다.
또한, 후속 공정인 냉각 및 악취제거 공정을 설명하면 다음과 같다.
상기 교반 혼합기(2) 내에서 반응이 끝난 탈황상태의 고온 분말은 매우 고온의 상태이므로 포장 등의 후속공정이 곤란하기 때문에 적절한 냉각과정을 거쳐야 하는데 이 부분에서 냉각과 동시에 탈황과정에서 생성되는 황화수소 등 고무재료에 응축되어 잔존될 경우 매우 심한 악취를 유발하는 발생 증기를 함께 제거하는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 상기 냉각조(4) 내부에 다량으로 설치된 에어노즐(4b)을 통하여 분사되 는 냉각 에어에 의하여 이루어지는데, 상기 냉각 에어는 압축기(도면에는 도시되지 않음)로 압축된 공기를 예냉각기(pre-cooller), 건조기(dryer), 냉각기(chiller)의 순서로 처리하여 공기 중 습기가 제거된 10 ℃ 전후의 냉각 압축 공기가 상기 에어 노즐(4b)을 통하여 상기 저장용기(4a) 내부로 분사되게 한다. 상기 냉각 에어가 분사됨과 동시에 내부에 마련된 이중날 교반기(4c)가 100 ~ 300 RPM의 속도로 회전하게 되는데 이때 교반기(4c)의 이중날 중 하부날은 분말을 상방향으로 유도하게 되고 상부날은 분말을 하방향으로 유도하면서 냉각장치(4) 내부에 와류를 형성하게 되는 구조를 가진다.
상기 냉각 과정 중 상기 냉각장치(4)에서 발생하는 고온의 증기는 금속소결필터층(도면에는 도시되지 않음)을 통과한 후 전 공정에서 발생한 유증기(油蒸氣) 및 황화수소처럼 별도록 설치된 배출관으로 강제 배출시켜 냉각 및 흡착처리 과정을 거치게 한다.
상기의 과정을 거쳐 생산된 탈황처리 고무분말은 포장과정을 거쳐 일반 신재원료와 동일한 고무 배합공정에서 사용하게 된다.
상기 폐 고무 분말과 상기 활성화제 및 가소제의 혼합 비율은, 상기 폐 고무 분말을 100 PHR(Part Per Hundred) 중량부를 기준으로, 상기 활성화제를 1 ~ 10 PHR 중량부, 상기 가소제를 5 ~ 50 PHR 중량부로 혼합함이 적당함을 실험에 의해서 얻었다.
이 때, 상기 활성화제 및 가소제 등의 혼합 비율 등을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
상기 재생 EPDM 원료고무 분말과 일반 EPDM 신재원료와 다양한 혼합 비율에 따른 물성을 측정하기 위하여 상기 두 고무 재료의 혼합 비율을 달리하고 보강제 및 첨가제는 동일 비율로 혼합하여 조성한 조성물 시료를 만들었다.
즉, 배합 조성물 내의 상기 재생 EPDM 원료고무 분말의 한계 혼합비율을 찾아내기 위하여 재생 분말을 전혀 혼합하지 않은 시편(Sample 1)부터 상기 재생 EPDM 원료고무 분말을 20 PHR 중량부 혼합한 시편(Sample 2), 상기 재생 EPDM 원료고무 말말을 100 PHR 중량부 혼합한 시편(Sample 3), 상기 재생 EPDM 원료고무 분말을 150 PHR 중량부 혼합한 시편(Sample 4), 상기 재생 EPDM 원료고무 분말을 400 PHR 중량부 혼합한 시편(Sample 5) 등 5 종의 배합 시편을 제조하여 EPDM 고무 표면활성화 분말의 혼합량 증가에 따른 물성의 변화 추이를 측정하였다.
아래 [표 1]에 본 발명에서 적용한 고무재료 및 각종 첨가제의 배합비율을 나타내었다.
[표 1]
재료명 Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5
EP 960 & 350 100 100 100 100 100
재생분말 - 20 100 150 400
FEF 30 30 30 30 30
SRF 45 45 45 45 45
P-1 30 30 30 30 30
ZnO 5 5 5 5 5
S/A 1 1 1 1 1
CZ 2 2.4 4 5 10
TT 0.7 0.84 1.4 1.75 3.5
TRA 0.7 0.84 1.4 1.75 3.5
S 0.7 0.84 1.4 1.75 3.5
상기 조성물의 마스터 배치(master batch) 배합 방법 및 시편 제조에 있어, 본 발명에 이용된 모든 시편은 ASTM D3192에 의해 1차 혼련으로 배합하였으며, 1차 혼련에서 용량 1.6 Liter 밀폐식 혼합기(봉신)을 이용하여 44 RPM의 속도로 초기온도 40℃, 최종온도 120~130℃를 유지하였다.
투입 순서는 재생 EPDM 원료고무 분말 및 신재 고무, 카본 블랙 그리고 약품 순으로 투입하여 5분 동안 배합하였다.
상기 배합물은 혼련 후, 고무의 탄성 구조적인 열적 안정성을 고려하여 상온에서 6시간 동안 충분히 방치하였으며, 촉진제는 투 롤 밀(two-roll mill)에서 약80℃ 상태에서 10분간 혼합하였다. 여러 물성 측정을 위한 각 시편은 160℃에서 적정 가교 시간을 설정하였고, 압력 평판식 전열기를 사용하여 120Kg/cm2압력으로 판상 상태로 제조하여 시편 절단기를 사용하여 아령형 3호로 시편을 제조하였다.
인장 물성은 ASTM D-412에 따라 시편을 제조하여 인장 시험기(Instron 10)를 사용하여 25℃에서 500mm/min 속도로 측정하였다.
내열에 대한 영향을 조사하기 위해 KS M 6614에 따라 인장 시험용 아령형 시편을 공기에 노출된 70 ℃ 오븐에서 70시간 동안 열 노화시킨 후 인장특성을 측정하였다.
아래 [표 2]에 본 발명을 통하여 재생한 EPDM 고무재료의 인장강도 및 신장률 등 재생재료의 배합비율에 따른 기계적 물성의 변화를 나타내었다.
[표 2]
재료명 Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5
비중 1.07 1.08 1.11 1.12 1.14
경도 50 51 55 57 56
인장강도(Kgf/cm2) 165 130 125 121 112
신장률 (%) 566 488 370 357 331
Modulus 50% 10 9 11 11 12
Modulus 100% 16 15 20 21 21
상기 [표 2]에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 재생 EPDM 원료고무 분말의 혼합 비율이 증가할수록 인장 강도 및 파단 신장률이 신재에 비해 다소 감소하는 것은 사실이나 KS M 6614 규격의 EPDM 고무재료 규격을 충분히 만족하는 수준이며 Sample 3 ~ Sample 5의 경우 신재 대비 재생재료 배합 함량이 100 중량부, 150 중량부, 400 중량부를 차지할 정도로 배합고무 대부분을 재생재료로 대치한 상업적으로 매우 탁월한 원가절감 효과를 기대할 수 있는 점을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 재생 EPDM 원료고무 분말의 혼합 비율이 증가할수록 상기 모듈러스 50%와 100%값도 증가하는 경향을 보이고 있다.
이는 전체적으로 보아 상기 재생 EPDM 원료고무 분말이 배합과정에서 소련 및 혼합이 이루어지면서 인장강도 저감에 비해 모듈러스 값의 변화가 적은 것은 EPDM 원료고무 분자 사슬과 신재 EPDM 분자사슬 간에 안정적으로 재구성된 상호간 인력에 기인된 것으로 판단된다. 또한, 한 입자의 공간 배열이 안정화 내지는 고정화되어 동적 성능에 있어서 필요한 특성이 발휘된다고 판단할 수 있다.
아래 [표 3]에 본 발명을 통하여 재생한 EPDM 고무재료의 열노화 시험 후의 인장강도 및 신장률 등 재생재료의 배합비율에 따른 열노화 물성의 변화를 나타내 었다.
[표 3]
재료명 Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5
경도 54 55 59 60 59
인장강도(Kgf/cm2) 177 142 136 127 121
신장률 (%) 562 487 383 349 350
[표 3]에서 알 수 있듯이 KS M 6614의 규격에 따르면 70 ℃ 오븐에서 70시간 동안 열노화를 진행시켰을 경우 인장강도나 신장률이 하락하는 한계치를 규격으로 정하였으나 상기 결과의 경우 신재와 재생재 모두 소폭 상승하는 시험 결과를 얻을 수 있었다. 이는 상기 재생 EPDM 원료고무 분말이 열에 의해 분자 사슬 결합 길이를 저하시키지는 않는 것으로 판단된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 고전단력에 의한 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치 및 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있었다.
첫째, 종래에는 고분자 주쇄가 포화결합으로 이루어져 그 안정적 화학결합으로 탈황처리가 곤란하던 EPDM과 같은 M계(係) 고무재료의 탈황 및 재생이 가능하다는 특징이 있다.
둘째, 비교적 고가의 가격대를 형성하고 있는 EPDM 고무재료의 재생이 가능함으로써 기존 EPDM 고무 배합의 고무재료 대부분량을 우수한 물성회복도를 가진 재생재료로 대체하여 폐기물의 재원료화라는 고부가가치를 실현할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 상기 재생 EPDM 원료고무 분말이 가황 시 분자 결합을 저해하므로 인장강도와 신장률이 배합 함량의 증가에 따라 다소 저하되지만, 상기 재생 EPDM 원료고무 분자사슬간의 결합력으로 인해 모듈러스는 향상된다.
넷째, 상기 재생 EPDM 고무 표면 활성화 분말의 함량이 증가할수록 상용 온도 조건에서 열노화 시 신재와 동일한 거동을 보이며 혼합물의 점탄성 변화에 영향을 주지 않는다.
다섯째, 탈황처리 외에도 냉각 및 탈취 공정을 통하여 기존 재생고무재료의 감성품질 저하의 주원인으로 인식되었던 악취를 대부분 제거하여 부가가치를 한 충 향상시켰다.
여섯째, 기존 고무원료의 성형과 동일한 공정으로 복잡하고 자유로운 형상의 성형물의 성형이 충분히 가능할 뿐만 아니라 EPDM 재료의 가장 큰 특징이라 할 수 있는 내후성 및 내오존성을 그대로 회복할 수 있기 때문에 단순히 EPDM 신재를 대체하는 용도 외에 원가 압박으로 인해 적용이 힘들던 기존의 SBR 및 NR 고무재료와 같은 범용 고무재료 배합에 있어 내후성 및 내오존성 개선 목적의 첨가재로 활용할 경우 그 효용도가 더욱 극대화될 수 있다.
일곱째, 기존 친환경적 측면과는 거리가 먼 방식으로 소각처리되어 2차 환경오염을 유발하면서 처리되었던 고무 폐기물을 신재고무(virgin material)와 거의 동등한 수준의 물성을 가진 탈황 상태의 분말 재생재료(Material Recycling)를 얻게 됨으로써 이를 활용하여 원료 고무로의 재적용이 가능하여 수입대체 효과를 기 대할 수 있을 뿐만 아니라, 환경 친화적인 재활용 방법을 개발하게 되었다.

Claims (9)

  1. 폐 고무 분말을 저장하는 저장탱크;
    상기 폐 고무 분말을 상기 저장탱크로 이송하는 제 1 이송장치;
    상기 저장탱크 하측에 설치되어 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제를 일정량 비율로 혼합하고 고전단력을 가해 탈황처리하는 교반 혼합기;
    상기 교반 혼합기에서 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말을 냉각시킴과 동시에 탈황과정에서 생성되는 심한 악취를 제거하기 위한 냉각조; 그리고
    상기 교반 혼합기에서 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말을 상기 냉각조로 이송하는 제 2 이송장치를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반 혼합기에서 발생하는 유증기(油蒸氣) 및 황화수소 등을 배출하는 유증기 배출관; 및
    상기 저장탱크, 교반 혼합기, 냉각조 등에서 발생하는 유증기, 황화 수소, 악취 등을 외부로 배기하는 배기장치를 더 포함함을 특징으로 하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반 혼합기는, 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제가 혼합된 재료를 저장하는 저장용기와,
    상기 저장용기내에 저장되는 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제 혼합 재료를 가열하기 위한 히팅장치와,
    상기 저장용기내에 설치되어 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제를 혼합하는 임펠러를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각조는, 상기 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말을 저장하는 저장용기와,
    상기 저장용기에 설치되어 공기 중 습기가 제거된 10 ℃ 전후의 냉각 압축 공기를 상기 저장용기내로 분사하는 복수개의 에어 노즐과,
    상기 저장용기내에 설치되어 상기 저장용기에 저장된 상기 탈황 처리된 고온 폐 고무 분말에 와류를 형성하여 냉각 및 악취제거가 균일하게 이루어지도록 하는 교반기를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 장치.
  5. EPDM 고무 폐기물을 미세하게 분쇄하는 단계;
    상기 EPDM 고무 폐기물을 미세하게 분쇄한 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제를 일정량 혼합하는 단계;
    전단력을 가하여 상기 폐 고무 분말을 탈황 처리하는 단계; 그리고
    상기 탈황 처리된 폐 고무 분말에서 발생되는 악취를 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 폐 고무 분말과 상기 활성화제 및 가소제의 혼합 비율은, 상기 폐 고무 분말을 100 PHR(Part Per Hundred) 중량부를 기준으로, 상기 활성화제를 1 ~ 10 PHR 중량부, 상기 가소제를 5 ~ 50 PHR 중량부로 혼합함을 특징으로 하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 활성화제는 스테아르산과 산화아연을 포함함을 특징으로 하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 가소제는 파리핀계(Paraffine) 공정유 및 납텐계(Naphthene) 공정유를포함함을 특징으로 하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 탈활처리 방법은, 상기 폐 고무 분말과 활성화제 및 가소제를 혼합한 재로를 150 ~ 250 ℃의 온도 환경 하에서 400 ~ 800 RPM에 해당하는 속도로 임펠러를 회전시켜 30분 ~ 2시간 동안의 반응시킴을 특징으로 하는 폐 고무 분말의 탈황처리 및 악취제거 방법.
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