KR20130036311A - 재활용 폴리아미드 에어백 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리아미드 소재와, 에어백 조각들로 만들어진 분말과, 선택적으로는 강화충전재를 혼합시켜 마련되는, 특히 성형용도의, 폴리아미드 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 이미 사용된 안전용 에어백의 재활용 방법에 관한 것이다.

Description

재활용 폴리아미드 에어백{RECYCLING POLYAMIDE AIRBAGS}
본 발명은 폴리아미드 소재와, 안전용 에어백 잔여물(safety airbag residue)의 분말과, 선택적으로는 강화충전재를 혼합시켜 얻어지는, 특히 성형용도의, 폴리아미드 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 수명이 다한 안전용 에어백의 재활용 방법에 관한 것이다.
에어백 또는 에어-백으로 흔히 알려져 있는 안전용 에어백은 차량 내 탑승자를 보호하기 위해 사용되는 팽창식 보호 백(bag)이며, 폭발성 화학반응을 통해 가스가 안전용 에어백 내부로 매우 빠르게 주입되어 에어백을 팽창시킴으로써 충격을 흡수하게 된다. 본넷 앞 부분과 앞유리 저부에 위치된 충격감지 센서에 연결되면, 에어백이 팽창하여, 보행자 또는 차량과의 충돌로 인한 충격시 탑승자가 심각한 부상을 입게 되는 위험을 줄인다. 일반적으로 이들 물품은 보통 여러 층으로 된 직물 섬유 형태의 폴리아미드계 백과, 표면(face)들 중 하나에 놓이는 실리콘 코팅으로 이루어진다. 주로 에어백은, 가교성 실리콘 조성물을 증착시켜 얇은 실리콘 엘라스토머층을 형성함으로써 제조한다.
이러한 물품들의 성분을 재활용할 때와 특히 플라스틱 소재를 회수할 때 문제가 발생한다. 구체적으로 말하자면, 플라스틱 소재로부터 실리콘 소재를 기계적으로 분리시키기가 매우 어렵다. 이를 행하기 위한 화학적 경로들이 존재하지만, 시행상 단점이 있는데다, 열가소성 소재의 성질을 종종 악화시킨다.
따라서, 상기 물품들의 재활용 최적화를 위한 수행하기에 단순한 방법으로, 특히 플라스틱 기재(matrix)에 악영향을 미치거나 그 성질을 악화시키지 않으면서, 선택적으로는 추가적 처리 단계가 필요없는 방법을 개발시킬 필요가 있다.
일본특허출원 JP 2003-191239로부터 알려진 관행은 폴리아미드계 에어백을 여러 조각으로 잘게 자른 후, 성형물품 제조에 사용할 수 있도록 그래뉼 형태로 압출시키는 것이다. 그러나, 이미 사용된 폴리아미드 소재로부터 수득되는 이런 물품들의 기계적 물성은 만족스럽지 못하다.
이에 따라, 평상시의 폴리아미드 제제와 유사하거나 대등한 물성을 가진 폴리아미드 제제를 제조하기 위해, 공업용 폐기물에 해당하는 폴리아미드계 에어백 또는 수명이 다한 에어백을 업그레이드(품질개선)시킬 필요가 있다.
따라서 본 발명의 한 가지 과제는 폴리아미드 조성물의 제조 방법이며, 상기 방법은 현재 사실상 재활용되지 않고 폐기물로 버려지고 있는 실정이며, 이러한 폐기과정에서 발생하는 비용 외에도, 환경보호와 관련되어 문제점을 제기하는 안전용 에어백 잔여물을 재활용할 수 있게 한다.
폴리아미드계 조성물을 제조하기 위한 상기 방법은 폴리아미드 소재와, 다양한 양의 안전용 에어백 잔여물의 분말, 선택적으로 첨가제 및 강화- 또는 벌크-충전재를, 가열시키거나 용융 상태로 만들지 않고, 혼합시키는 단계로 이루어진다.
본 발명에 따른 조성물은 예를 들어 물품 제조용으로 사용가능한 조성물, 또는 물품 자체일 수 있다. 본 발명은 또한 전술한 바와 같은 방법을 통해 얻을 수 있는 폴리아미드 조성물에 관한 것이다.
이러한 단순하면서 경제적인 방법 덕분에, 특히 안전용 에어백 잔여물의 비율에 따라, 수많은 기술 분야에서 다양한 용도로 사용하기에 양호한 기계적 물성을 가진 폴리아미드 조성물을 얻을 수 있다. 더 나아가, 완전히 놀랍게도, 안전용 에어백 잔여물의 분말을 첨가시키면, 이러한 분말이 첨가되는 폴리아미드 조성물의 기계적 물성, 특히 탄성률, 극한 응력 및 충격 강도가 향상될 수 있는 것으로 보인다. 그러므로 본 발명은 폴리아미드 조성물의 기계적 물성을 향상시키기 위한, 안전용 에어백 잔여물 분말의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 목적상, "안전용 에어백 잔여물"이란 표현은 특히 코팅 단계나 절단 단계시 생성되는 절편들 또는 부산물(offshoot)과 같은 생산 폐기물, 또는 시판 불가능한 기준 미달 제품, 또는 대체 물품 또는 수명이 다한 물품의 조각들을 뜻한다.
상기 잔여물은 일반적으로 열가소성 수지, 예를 들면 폴리테트라메틸렌아디프아미드와 같은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 폴리우레탄에 기초한 안전용 에어백으로부터 얻어진다. 상기 물품은 일반적으로 하나 이상의 층으로 된 직물 섬유 형태이며, 보통 실리콘, 폴리클로로프렌, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 엘라스토머성 중합체들, 이를테면 고무, 폴리올레핀, 불소화 엘라스토머, EPDM 또는 폴리클로로프렌계 고무에 기초한 코팅을 포함한다. 안전용 에어백은 일반적으로 어떠한 강화- 및/또는 벌크-충전재도 함유하지 않는다.
특히 폴리아미드계 안전용 에어백 잔여물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 실리콘계 코팅을 포함한 폴리아미드계 잔여물을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 에어백을 그 자체로 사용할 수 있으며, 코팅을 제거시키기 위한 처리 공정을 나중에 수행할 수도 있다. 코팅을 구성하는 소재로부터 폴리아미드 소재를 분리시키기 위한 다양한 물리적 또는 화학적 처리법이 공지되어 있다. 이런 취지로 특허출원 WO 2007/135 140을 특별히 언급할 수 있다.
일반적으로 백(bag) 또는 백의 남은 부분, 백의 절편 또는 부산물과 같은 안전용 에어백의 잔여물을 잘게 조각내거나 분쇄한 후 분말로 만든다.
상기 분말은 바람직하게 마이크로미터 크기의 분말이며, 분말의 입도 분포는 유리하게 50 내지 400μm, 더 바람직하게는 100 내지 350μm이며, 더 바람직하게 입도 분포 D50은 50 내지 400μm, 더 바람직하게는 100 내지 350μm이다.
물체의 입도 분포는, 특히 Malvern사의 입도분석기(granulometer) 상에서, 예컨대 습식 경로 모듈(wet route module)을 이용하여 레이저 산란 측정법으로 구할 수 있다. 메쉬 크기 d50은 중간크기로서, 이를 기준으로 입자의 50%가 더 작고, 입자의 50%는 더 크다. 레이저 산란법에 의한 입도 분석은 AFNOR 표준 ISO 13320-1의 지시사항에 따라 수행될 수 있다.
예를 들어, 입도 분포는 다음과 같은 방식(protocol)을 따라 측정할 수 있다: 시료를 에탄올 중에 현탁시킨 후에, 하이드로 S 모듈이 구비된 Malvern Mastersizer 2000 광산란 입도분석기를 이용한다. 측정 조건은 다음과 같다: 입도분석기 큐벳 내 교반: 1400 rpm; Fraunhofer 광학모델; 측정 범위: 100nm 내지 3000μm.
분말은, 특히 제지 분야에 알려져 있는 일반적인 공지 방법들, 이를테면 미세화, 기계적 마찰법 또는 섬유분리기(defibrator)를 이용하여 특히 얻을 수 있다.
예를 들어, 보편적으로 예비분쇄된 안전용 에어백 잔여물의 미세화 작업은 그릴(grille)이 구비된 나이프 또는 디스크 마이크로나이저에서 미세화시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 그릴의 메쉬 크기는 50 내지 500μm이다. 이러한 방법에 따르면, 미세화 작업이 끝난 후, 두 가지 유형의 입자, 즉 구형 입자 및 섬유상 입자가 보통 관찰된다.
본 발명에 따른 분말은 구형 또는 대체로 구형인 입자 및/또는 섬유상 입자를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 분말은, 직경이 15 내지 200μm인 구형 입자, 및 길이가 200 내지 1100μm인 섬유상 입자를 포함할 수 있다.
후속 용융 공정 도중에 폴리아미드가 가수분해되지 않도록 물을 제거시킬 목적으로 분말을 건조시킬 수 있다.
폴리아미드 소재는 특히 분말 또는 그래뉼 형태로 있을 수 있다. 폴리아미드 소재는 특히 순수 폴리아미드 그래뉼 형태로, 또는 강화충전재나 벌크충전재나 이 분야에 통상 사용되는 각종 기타 첨가제가 함유된 그래뉼 형태로, 에어백 잔여물 분말에 첨가될 수 있다.
언급할 수 있는 폴리아미드 종류의 예로는, 반결정 또는 비정질 폴리아미드, 이를테면 지방족 또는 반방향족 폴리아미드가 있다. (코)폴리아미드 6; 6.6; 4.6; 6.10; 6.12; 11 및 12, 및/또는 이들의 혼합물, 이를테면 폴리아미드 6/6.6을 특별히 언급할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리아미드 조성물의 기계적 물성을 향상시키기 위해, 유리하게는, 섬유상 충전재, 이를테면 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유; 및 비-섬유상 무기 충전재, 이를테면 점토, 고령토, 운모, 규회석 및 실리카로 이루어진 군에서 바람직하게 선택된 1종 이상의 강화- 및/또는 벌크-충전재를 상기 폴리아미드 조성물에 첨가시킬 수 있다. 강화- 및/또는 벌크-충전재의 혼입 정도는 복합소재 분야에서의 기준에 따른다. 예를 들어 충전재 함량은 조성물의 총 중량에 대해, 1 중량% 내지 80 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 70 중량%, 특히 20 중량% 내지 50 중량%일 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 성형대상 폴리아미드 조성물의 제조에 보통 사용되는 첨가제들을 추가로 함유할 수 있다. 따라서, 윤활제, 난연제, 가소제, 조핵제, 촉매, 선택적으로 그래프트된 엘라스토머와 같은 탄성보강제, 광안정화제 및/또는 열안정화제, 항산화제, 대전방지제, 염료, 안료, 매트제(matting agent), 성형보조 첨가제 또는 기타 통상의 첨가제를 언급할 수 있다.
폴리아미드 소재와 잔여물 사이에는 예를 들어 아미노실란 커플링제, 또는 무수말레인산-그래프트형 중합체와 같은 혼화제(compatilizer)가 첨가될 수도 있다.
폴리아미드 조성물의 제조에 있어서, 이들 충전재 및 첨가제는, 예컨대 중합반응 동안에 또는 용융 혼합물로서, 각 충전재 또는 첨가제에 맞는 일반 방식을 통해 폴리아미드에 첨가시킬 수 있다. 충전재를 바람직하게는 용융 경로를 통해 특히 폴리아미드의 압출 단계 동안에 폴리아미드에 첨가시키거나, 또는 고체 경로를 통해 에어백 잔여물 분말과 동시에 기계식 혼합기에 첨가시킨 후 고체 혼합물을 예컨대 압출 공정을 통해 용융시킬 수 있다.
다양한 방식으로 에어백 잔여물 분말을 폴리아미드 소재와 혼합시킬 수 있다. 가령, 특히 기계식 혼합기에서 가열 없이 혼합시키고 나서, 이렇게 얻은 혼합물(특히, 폴리아미드)을 특히 압출기를 이용하여 용융시켜 예를 들면 그래뉼로 제조할 수 있다. 상기 혼합물을, 가열 없이, 물품 제조용 사출 프레스에 투입시킬 수도 있다.
에어백 잔여물의 분말과 폴리아미드 소재를 특히 그래뉼 또는 물품 제조용 압출기 또는 사출 프레스에서 가열하면서 혼합시킬 수도 있다. 이를 위해, 예를 들면, 에어백 잔여물 분말과 폴리아미드를 동시에 첨가시키거나 또는 시간차를 두고 첨가시킬 수 있다. 예를 들면, 분말을 용융 형태(molten vein)로 압출기에 첨가시킬 수 있다.
폴리아미드계 조성물, 특히는 그래뉼을 제조하기 위해, 예를 들면, 압출기 용융 폴리아미드 소재를 안전용 에어백 잔여물 분말과, 선택적으로는 추가제 및 강화- 또는 벌크-충전재와 혼합시킬 수 있다.
특히 폴리아미드와 잔여물 분말의 혼합물을 용융시키는 도중에, 특별히 압출기에서 탈기처리함으로써 물을 제거할 수 있다.
조성물의 총 중량에 대해 일반적으로 0.5 중량% 내지 70 중량%, 바람직하게는 15 중량% 내지 50 중량%의 에어백 잔여물 분말을 첨가시킨다.
본 발명에 따른 조성물은, 예를 들면 성형법, 사출성형법, 사출 블로우-성형법, 압출법 또는 압출 블로우-성형법, 또는 스피닝법에 의해 물품을 제조하거나, 또는 필름을 얻기 위해, 특히 기술적 플라스틱 분야에서 출발물질로, 예컨대 기재로 사용될 수 있다. 상기 조성물은 예를 들면 압출법에 의한 단선사(monofilament), 선사, 얀(yarn) 및 섬유의 제조에 사용될 수 있다. 상기 물품은 또한 기계가공될 수 있는 폭넓은 크기의 반가공 제품일 수 있다. 조립체는 예를 들어 용접 또는 본딩 작업에 의해 생산될 수 있다. 압출법으로 제조되는 물품으로 특히 관, 바(bar), 선재(profiled bar), 판, 시트 및/또는 중공체가 있을 수 있다.
성형 부품은 상기 생성된 그래뉼을 용융시킨 후, 용융 조성물을 사출성형 장치에 공급함으로써 제조된다. 사출성형법에 의해 제조되는 물품은 자동차, 건물 또는 전기 부문의 부품일 수 있다.
본 발명의 원리를 이해를 돕기 위해 본 명세서에서는 특정 용어들을 사용하였다. 그렇기는 하지만, 이러한 특정 용어를 사용함으로써 본 발명의 범주를 제한시키고자 함이 아님을 이해해야 한다. 당해 기술분야의 숙련자라면 자신의 보편적인 지식을 기반으로, 변형, 개선 및 완벽화를 꾀할 수 있다.
"및/또는"이란 용어는 "및", "또는", 그리고 상기 용어에 관련된 요소들의 모든 기타 가능한 조합의 의미를 포괄한다.
본 발명의 다른 상세한 사항들과 이점들은 순전히 예시 목적으로 주어진 하기 실시예에서 더욱 명백해질 것이다.
실험 부분
실시예에서 사용된 화합물은 다음과 같다:
- PA66: 로디아(Rhodia)사에 의해 StabamidTM 27AE1 상표로 시판 중인 폴리아미드 66
- 약 1cm2 크기의 에어백 잔여물. 사용된 에어백은 수명이 다한 폐기물로서, 이를 여러 조각으로 분쇄시켰으며, 폴리아미드 66에 기초하며, 한 표면은 가교 실리콘으로 코팅되어 있다. 이들 잔여물은 일련의(a row of) 고정형 나이프를 포함한 Herbold 밀에서의 분쇄 작업에 의해 얻었다. 실리콘 중합체의 함량은 10 중량%이었다.
- 100μm 그릴을 통해 미세화 작업 및 선별 작업을 거쳤으며, 입도 분포 d50이 100μm인 에어백 잔여물 분말. 실리콘 중합체의 함량은 10 중량%이었다.
- E형 표준 유리섬유
- 첨가제: 열안정화제 및 항산화제
상기 에어백 잔여물 분말은, 일련의 고정형 나이프와 일렬의 이동형 나이프를 구비하며 최대 회전속도가 대략 1500 rpm인 Herbold 미세화기와, 100μm 그릴을 이용하여, 전술된 약 1cm2 크기의 에어백 잔여물을 미세화시킴으로써 얻어졌다.
실시예 1: 수명이 다한 에어백을 0 내지 30 중량%로 함유하는, PA 66에 기초한 충전 제제의 제조
본 실험은 Leistritz사의 실험실 이축 압출기(스크류의 직경 D = 34mm, 축 이격 = 30mm, 길이 = 35mm)에서 수행되었다.
스크류 전장에 걸쳐 시스 온도(sheath temperature)를 285℃로 일정하게 유지하였다. 스크류 프로파일은, 에어백 잔여물 또는 에어백 잔여물 분말이 용융 상태로 투입되고, 압출기 출구측에서 탈기 조작이 수행되도록 설계되었다. 각각의 시험에 대해, 스크류 회전속도는 290rpm으로 하였고, 압출기 처리량(throughput)은 10 kg/h로 하였다.
압출 작업이 끝난 후, 그래뉼을 Arburg 프레스(밀폐력(closing force) = 35t, 스크류 직경 = 30mm, 스크류 길이 = 15mm, 최대 용융 압력 = 1290 bar)에 주입하였다.
각 부품을 285℃의 용융 온도 및 80℃의 몰드 온도 조건으로 제조하였다. 모든 제제는 30 중량%의 유리섬유를 포함하였다.
DAM 부품의 인장 특성을 ISO 표준 527/1A(Zwick 1464)에 따라 다음과 같은 조건 하에서 평가하였다: 신장계(extensometer) L0 = 25mm, 모듈러스(modulus) 동안의 속도 = 1 mm/분, 0.05% 내지 0.25% 변형율에서의 모듈러스 측정, 시험 속도: 5 mm/분).
상기 다양한 제제들의 특성을 아래의 표 1에서 대조하였다.
제제 에어백 잔여물 (%/p) 탄성력 ( kJ /m 2 ) 모듈러스 E
( Mpa ) 		극한응력
( MPa ) 		극한 변형률
(%)
C1 0 82 10300 184 3
C2 26% 잔여물 62 9360 149 3.1
1 17% 분말 78 10000 173 3.5
2 30% 분말 73 9600 156 4
따라서, 단순히 분쇄된 에어백 잔여물이 첨가된 경우와 비교하여, 코팅된 에어백 분말을 포함하는 본 발명에 따른 제제들은 기계적 물성을 유지한다는 점을 관찰하였다.

Claims (12)

  1. 폴리아미드 소재와, 안전용 에어백 잔여물 분말을, 가열시키거나 용융 상태로 만들지 않고, 혼합시키는 적어도 한 단계를 포함하는, 폴리아미드 조성물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분말은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 폴리우레탄에 기초한 안전용 에어백으로부터 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 잔여물은 실리콘, 폴리클로로프렌, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 엘라스토머성 중합체에 기초한 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 분말의 입도 분포가 50 내지 400μm인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 분말은 구형 또는 대체로 구형인 입자 및/또는 섬유상 입자를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합 단계는 가열 없이 수행되며, 후속으로 혼합물을 용융시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합 단계는 가열 하에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물의 총 중량에 비해 0.5 중량% 내지 70 중량%의 잔여물을 혼합시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리아미드 소재를 순수 폴리아미드 그래뉼 형태로, 또는 강화- 또는 벌크-충전재 및 기타 첨가제가 함유된 그래뉼 형태로 잔여물에 첨가시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유상 충전재, 이를테면 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유; 및 비-섬유상 무기 충전재, 이를테면 점토, 고령토, 운모, 규회석 및 실리카로 이루어진 군에서 선택된 강화- 또는 벌크-충전재를 또한 첨가시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 통해 수득가능한 폴리아미드 조성물.
  12. 제11항에 기재된 조성물을 사출성형법에 의해 형성함으로써 수득되는 성형 물품.
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