KR20090130948A

KR20090130948A - 에어백 기포지의 재활용 방법

Info

Publication number: KR20090130948A
Application number: KR20080056684A
Authority: KR
Inventors: 김경남; 정대성; 유태욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2009-12-28

Abstract

본 발명은 에어백 기포지의 재활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 고무로 표면 처리된 폐 에어백 기포지에 마이크로파를 조사하여 재생하는 에어백 기포지의 재활용 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 나일론 원단을 실리콘 고무로 표면 처리하여 코팅층이 형성된 에어백 기포지의 재활용 방법에 있어서,

에어백 기포지를 마이크로웨이브 장치에 투입하고 단파장의 마이크로파를 조사하여 상기 코팅층을 개질하는 단계; 상기 마이크로웨이브 장치에서 개질된 에어백 기포지를 수지 블렌딩 장치에 투입하고 상용화제를 첨가하여 용융 블렌딩하는 단계; 상기 수지 블렌딩 장치에서 배출된 상용화제와 블렌딩된 에어백 기포지를 섬유 컴파운딩 압출기에 넣고 분쇄하여 압출하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법을 제공한다.

에어백, 기포지, 실리콘, 고무, 마이크로파, 상용화제, 재생, 재활용

Description

에어백 기포지의 재활용 방법{A recycling method of air bag fabrics}

일반적으로 자동차용 에어백은 차량 충돌시 충격으로부터 승객을 보호하기 위해 설치되는 부품으로서, 자동차 사고시 부풀어 올라 승객에게 미치는 충격량을 감소시키며, 에어백 내부에 채워지는 에어백 기포지는 나일론의 한 종류인 PA66이라는 소재가 사용되고 있다. PA66은 플라스틱 소재 중 고가의 소재로 2008년 기준으로 3400원/㎏ 이상의 가격으로 거래되고 있으며, 이러한 고가의 소재를 이용하여 제조되는 에어백 기포지를 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

첨부한 도 1은 자동차 내부에 종류별로 설치된 에어백 기포지를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 에어백 기포지(기포지)는 자동차 장착 부위에 따 라 통상 운전석 에어백 기포지와 조수석 에어백 기포지, 측면 에어백 기포지, 커튼 에어백 기포지 등 네 가지 종류로 구성된다. 상기 운전석 에어백 기포지의 경우 열특성과 기밀성 등의 품질확보를 위해 실리콘 코팅이 처리되어 있으며 250~350ｇ의 중량으로 제조되고, 조수석 에어백 기포지는 운전석에 비해 전개 간격이 넓은 관계로 인해 상대적으로 복잡한 형태로 제조되고 코팅하지 않은 기포지가 적용되며 400~500ｇ의 중량을 가진다. 그리고, 커튼 에어백 기포지는 운전석과 마찬가지로 코팅 처리된 기포지로 구성되며 600~800ｇ의 무게로 마련된다.

도 2는 나일론 원단에 실리콘 고무로 코팅 처리를 하기 전(좌)과 후(우)의 표면 구조를 비교한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 에어백 기포지는 나일론 원단에 실리콘 고무로 표면 처리한 것과 무처리한 것으로 구분할 수 있다. 실리콘 고무로 표면 처리하는 경우, 나일론 원단(PA66) 위에 실리콘 고무를 적층한 다음 160℃에서 약 3분 동안 Si-O 결합으로 경화하는데, 이는 나일론 원단(기포지 원단)과 실리콘 고무와의 반응을 높여 표면 간에 부착력을 증대한다.

그러나, 이는 실리콘 고무와 나일론 원단의 접착 구조를 물리적 및 화학적으로 분리하기 매우 어려워 에어백 기포지를 재활용하는데 있어서 걸림돌이 되고 있다. 또한, 코팅 처리된 기포지를 재활용시 재료의 1.5%를 경화된 실리콘 고무가 차지하는데 이는 나일론 원단과의 비상용성(non-compatibility)으로 인해 재활용 재료의 물성저하를 초래하게 된다.

도 3은 실리콘 고무로 표면 처리한 기포지(우)와 무처리한 기포지(좌)를 확 대 도시한 도면이다.

도 3에서 보듯이, 실리콘 고무로 코팅되지 않은 나일론 원단은 단일상으로 되어 있고, 코팅된 나일론 원단은 표면에 실리콘 고무가 불균일하게 분포되어 있으며 실리콘 고무 드롭플릿(droplet) 크기는 약 5~26㎛ 정도이다. 코팅된 기포지의 경우 PA66과 실리콘 고무가 블렌딩되지 않고 상분리된 상태로 존재하는데 이는 기계적 물성을 저하시키는 원인이 되어, 아래 표 1과 같이 무코팅 기포지에 비해 코팅 기포지의 물성이 상대적으로 저하되었음을 알 수 있다.

상기 표 1은 에어백 기포지의 표면 처리 유무에 따른 기계적 물성을 비교하여 나타낸 것이다.

또한, 코팅된 기포지를 압출할 경우 불균일한 실리콘 고무와 나일론과의 비상용성으로 인해 수지의 흐름이 저하되어 압출시 수지가 절단되며 이로 인해 연속적인 압출이 어려운 문제가 발생한다. 그리고, 실리콘 고무의 가교 결합을 파괴하지 않고 사출할 경우 제품 표면에 실리콘 노출로 인해 표면이 고르지 못하여 성형성이 떨어지고 상품 가치가 저하되는 문제도 발생하게 된다.

이와 같이 코팅 기포지의 재활용시 발생되는 문제를 극복하기 위해 기포지를 PH10 이상의 알칼리 액에 침지한 후 탈수하여 코팅층을 박리 제거하는 기술이 제안된 바 있다. 그러나, 이는 유기용제 사용에 따른 추가설비 및 인건비로 인해 비용이 증대되는 문제가 있으며, 유기용제에 침지시 나일론 원단도 반응하여 나일론 원단의 표면이 개질되어 화학적인 변화가 일어나는 문제가 발생한다. 이러한 반응은 화학적인 물성 저하를 일으키게 되고 기계적 물성 저하에 비해 물성 극복이 더욱 어려워진다. 또한, 유기용제의 사용은 인체에 유해하며 환경 문제를 초래하기도 한다.

현재 국내의 경우, 에어백 기포지를 제조하는 과정에서 발생하는 기포지 스크랩은 플라스틱 성형업체에서 약 10~20% 정도 신재와 혼합하여 재활용하고 있으며, 폐차에서 수거된 기포지는 전량 소각하고 있다. 이러한 소각 또는 매립에 의한 처리방법은 환경 문제를 발생시켜 심각한 문제를 초래할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 실리콘 고무로 표면이 코팅된 폐 에어백 기포지에 마이크로파를 조사하여 나일론 원단과 실리콘 고무 간에 주요 결합부인 실리콘-수소의 가교 결합을 파괴하여 폐기포지의 표면을 개질하고, 이때 저하된 폐기포지의 물성 회복을 위해 상용화제를 첨가하여 혼합하여 압출하는 과정으로 이루어지는 에어백 기포지의 재활용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 나일론 원단을 실리콘 고무로 표면 처리하여 코팅층이 형성된 에어백 기포지의 재활용 방법에 있어서,

그리고, 상기 마이크로웨이브 장치에 투입하기 전에 상기 에어백 기포지를 기포지 절단장치에 투입하여 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에어백 기포지를 수지 블렌딩 장치에 투입하기 전에 섬유 컴파운딩 압출기에 투입하여 분쇄하여 압출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로웨이브 장치는 2.6㎓의 마이크로파를 100~2000W로 출력하여 80초간 조사하는 것을 특징으로 하며,

또한 바람직하게, 상기 상용화제는 3phr로 첨가하는 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게, 상기 수지 블렌딩 장치의 내부 온도는 280~300℃로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 에어백 기포지의 재활용 방법은 마이크로파를 이용하여 실리콘 고무가 코팅된 에어백 기포지의 가교 결합을 파괴하고 상용화제를 첨가하여 나일론 원단의 저하된 물성을 향상시킴으로써 기포지를 재생할 수 있으며, 이로 인해 에어백 기포지의 제조비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 기존에 비해 재생 과정에서 사용되는 장치들의 구조가 단순하여 조작이 편리하고 폐기포지를 재생하는 처리속도가 신속하게 이루어지며, 유기용제가 아닌 상용화제를 이용하므로 환경문제를 방지하며 작업자의 건강을 위협하는 위험요소를 제거할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

본 발명에 따라 바람직하게 실시되는 에어백 기포지의 재활용 방법은 실리콘 고무가 코팅 처리된 나일론 원단으로 이루어진 폐 에어백 기포지(이하, 기포지 혹은 폐기포지)를 재활용하기 위하여, 기포지에 마이크로파를 조사하여 실리콘 고무 와 나일론 원단의 주요결합부를 파괴한 다음 상용화제를 혼합하여 재생하는 과정으로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 에어백 기포지의 재활용 방법을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 기포지 절단장치를 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 마이크로웨이브 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 수명이 다하거나 사고발생 등으로 인하 폐차에서 발생 및 수거된 폐기포지에 마이크로파를 조사하여 표면을 개질(改質, reforming)하게 되는데, 이때 기포지가 반응하기 용이하도록 먼저 일정 사이즈(예를 들면, 10㎝*10㎝)로 절단한다.

이를 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이 기포지(1)가 투입되는 호퍼(2)와, 기포지(1)를 절단하는 스크류(3)와, 상기 스크류(3)를 구동하는 스크류 드라이버 모터(4) 및 절단된 기포지(6)가 배출되는 배출구(5)를 포함하여 구성되는 기포지 절단장치를 이용한다.

절단된 기포지(6)의 코팅된 면(실리콘 고무로 표면 처리된 코팅층, 이하 코팅층)에 마이크로파를 조사하기 위하여, 도 5와 같은 마이크로웨이브 장치의 반응대(7)에 기포지(6)를 투입한다.

마이크로파는 통상 100㎒에서 30,000㎒까지의 비교적 짧은 파에 속하는 단파장으로서, 주파수가 너무 높아지면 유전체의 침투 깊이가 급격히 감소하는 경향으로 인해 코팅층의 개질 효과가 저하될 수 있으므로 통상적으로 사용되는 주파수의 마이크로파를 기포지의 코팅층에 조사함으로써 분자의 회전운동 및 이온화를 가속시켜 실리콘 고무 코팅층의 활성화기 도입이 용이하게 만들어준다. 또한, 마이크로파의 출력량을 포괄적인 범위로 조사하여 회수된 다양한 종류의 기포지 및 그 안에 첨가제에 기인한 변화요소를 커버할 수 있도록 한다. 실리콘 고무는 마이크로파의 조사시간이 60초 이상시 표면 개질 반응이 일어나기 시작하여 약 80초에서 최대 반응이 일어나고 그 이후부터는 시간대비 반응속도가 늦어지게 된다.

따라서, 상기 마이크로웨이브 장치를 작동하여 기포지(6)의 코팅층에 단파장의 마이크로파(예를 들면, 2.6㎓)를 약 100~2000W로 출력하여 150℃에서 약 80초간 조사하도록 한다.

그럼, 기포지(6)의 코팅층에 라디칼(radical)이 생성되어 코팅층이 개질되면서 코팅층에 실리콘-산소의 가교 결합이 파괴되고 실리콘 고무와 나일론 원단 간에 접착력이 감소되며, 이러한 코팅층이 공기 중에 산소와 결합하여 중간에 과산화물을 경유함으로 인해 카보닐(carbonyl)기, 카복실(carboxyl)기 등이 표면에 생성된다. 이에 따라 코팅층 표면에 극성이 증가하게 되고 극성이 큰 첨가체 등에 접착하려는 접착성이 증대된다.

도 6은 본 발명에 이용되는 섬유 컴파운딩 압출기를 도시한 개략도이고, 도 7은 수지 블렌딩 장치를 도시한 개략도이다.

상기 마이크로웨이브 장치를 이용하여 기포지에 마이크로파를 조사하는 공정에서 실리콘-산소의 가교 결합을 파괴하는 마이크로파의 조사로 인해 급속한 가열이 이루어지므로, 하기 표 2와 같이 실리콘-산소의 가교 결합에 비해 상대적으로 결합에너지가 작은 탄소-탄소 혹은 탄소-질소 등의 결합이 모두 파괴되어 실리콘 고무가 탄화되면서 나일론 원단(PA66)의 물성저하를 초래한다.

상기 표 2는 실리콘 고무에 존재하는 결합 형태별 결합에너지를 나열한 것이다.

따라서 본 발명은 마이크로파를 조사하여 물성이 저하된 기포지(8)의 물성을 회복(향상)시키기 위하여 나일론계 및 고무의 접착력 증대를 위해 상용화제를 첨가하게 되는데, 먼저 상기 기포지(8)와 상용화제의 블렌딩을 원활하게 하기 위해 도 6과 같은 섬유 컴파운딩 압출기에 상기 기포지(8)를 투입하여 분쇄한다.

그리고, 나일론계 및 고무계의 접착력을 증대하기 위하여 범용적으로 사용되는 상용화제인 SEBS(Styrene, Ethylene, Butylene/Polystyrene) 수지를 팔렛 상태로 3phr 첨가하여 블렌딩한다. 이는 상용화제의 첨가비율을 3phr 이하로 하는 경우 압출 가공성이 저하되고, 3phr 이상으로 하는 경우 고가의 상용화제를 첨가함으로 인해 경제성이 저하되기 때문이다.

이때, 상기 섬유 컴파운딩 압출기에서 팔렛 상태로 압출된 기포지(9)를, 도 7과 같은 수지 블렌딩 장치의 호퍼(10)로 공급하고 팔렛 상태의 상용화제는 사이드 피더(11)로 투입한다. 이때, 상기 수지 블렌딩 장치의 내부 온도를 280℃보다 낮게 설정하면 블렌딩 및 압출이 원활하게 이루어지지 못하고 300℃보다 높게 설정하면 유동성이 커지면서 액체화되므로, 상기 수지 블렌딩 장치의 내부 온도는 블렌딩 및 압출이 최적화될 수 있도록 약 280~300℃로 설정한다.

그럼, 상기 수지 블렌딩 장치의 내부에 구비된 스크류(13)가 모터(12)에 의해 회전되어 기포지(9)와 상용화제가 용융되면서 블렌딩되어 재생되고 배출구(14)를 통해 팔렛 상태로 배출된다.

도 8은 본 발명에 따라 섬유 컴파운딩 압출기에서 압출되는 재생 나일론 수지를 나타내는 도면으로서, 상기와 같이 팔렛 상태로 재생된 기포지(15)를 제품화하기 전에 다시 섬유 컴파운딩 압출기에 넣고 재분쇄하여 일정한 크기의 입자로 압출함으로써 도 8과 같이 재생 나일론 수지(PA66)(16)를 최종적으로 만들어낸다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시 예들을 모두 포함한다.

도 1은 자동차 내부에 종류별로 설치된 에어백 기포지를 나타낸 도면,

도 2는 나일론 원단에 실리콘 고무로 코팅 처리를 하기 전(좌)과 후(우)의 표면 구조를 비교한 도면,

도 3은 실리콘 고무로 표면 처리한 기포지(우)와 무처리한 기포지(좌)를 확대 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 기포지 절단장치를 개략적으로 도시한 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 마이크로웨이브 장치를 개략적으로 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 이용되는 섬유 컴파운딩 압출기를 도시한 개략도,

도 7은 본 발명에 이용되는 수지 블렌딩 장치를 도시한 개략도,

도 8은 본 발명에 따라 섬유 컴파운딩 압출기에서 압출되는 재생 나일론 수지를 나타내는 도면.

Claims

나일론 원단을 실리콘 고무로 표면 처리하여 코팅층이 형성된 에어백 기포지의 재활용 방법에 있어서,

에어백 기포지를 마이크로웨이브 장치에 투입하고 단파장의 마이크로파를 조사하여 상기 코팅층을 개질하는 단계;

상기 마이크로웨이브 장치에서 개질된 에어백 기포지를 수지 블렌딩 장치에 투입하고 상용화제를 첨가하여 용융 블렌딩하는 단계;

상기 수지 블렌딩 장치에서 배출된 상용화제와 블렌딩된 에어백 기포지를 섬유 컴파운딩 압출기에 넣고 분쇄하여 압출하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 마이크로웨이브 장치에 투입하기 전에 상기 에어백 기포지를 기포지 절단장치에 투입하여 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 에어백 기포지를 수지 블렌딩 장치에 투입하기 전에 섬유 컴파운딩 압출기에 투입하여 분쇄하여 압출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 마이크로웨이브 장치는 2.6㎓의 마이크로파를 100~2000W로 출력하여 80초간 조사하는 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 상용화제는 3phr로 첨가하는 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 수지 블렌딩 장치의 내부 온도는 280~300℃로 설정하는 것을 특징으로 하는 에어백 기포지의 재활용 방법.