KR20150057649A - 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

폐고분자 화합물이 분쇄되는 분쇄 단계와, 상기 분쇄된 폐고분자 화합물이 재생 고분자 화합물로 제조되는 재생원료 제조 단계와, 상기 재생 고분자 화합물과 신재고무, 충진재, 첨가재가 균일하게 배합되는 원료 배합 단계와, 상기 원료 배합물이 롤밀(Roll-mill)에 의해 혼합되는 혼합 단계와, 상기 혼합물이 소정의 시트 형상으로 압출되는 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제조하는 방법.

Description

폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법 및 제조장치{Manufacturing Method and Apparatus of Sound Insulation Material Using Waste Polymer Compound}

본 발명은 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐고분자 화합물이 재생 원료로 이용되어 경제적이고 친환경적인 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

차음재는 아파트와 같은 공동 사용 주택의 층간소음을 방지할 수 있으며, 공장이나 스포츠 센터 등 소음이 발생하는 공간에 사용될 수 있다. 또한 방송국과 같이 외부 소음을 차단해야 하는 경우에도 사용될 수 있다.

우리나라는 미국, 독일, 일본에 이어 세계 4위를 차지하는 플라스틱 대량 생산국이고, 우리나라의 폐고분자 화합물의 재활용율은 32.8%에 그치고 있다.

일반적으로 폐고분자 화합물을 재활용하는 방법에는 가스, 오일, 금속, 섬유 등으로 분리하여 재사용하는 화학적 재활용 방법과, 재질로서 활용하는 재질적 재활용 방법이 있다. 이 중 가장 효율적인 재활용 방법은 재질로서의 재활용 방법이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 폐고분자 화합물의 처리 방법은 소각(11)으로 열에너지가 회수되는 방법과 매립지에 매립(12)하는 방법, 분쇄(13)를 이용한 저급 재생 블록을 얻는 방법 등이 있었다.

특히 소각과 매립으로 인해 연간 약 10,052톤의 이산화탄소가 발생되며 여러가지 유해물질이 대기나 토양으로 흘러들 수 있으므로 추가적인 유해물질 회수 장치가 포함되어야 한다.

또한 폐고분자 화합물은 매립지에 매립되어도 분해가 잘 되지 않으며 각종 화학 성분이 토양에 스며들거나 역한 냄새가 발생하는 등 주변 환경에 영향을 끼친다.

또한 폐고분자 화합물을 소각 처리하는 경우, 연간 약 10,052톤의 이산화탄소가 발생하며 고액의 처리 비용이 소모되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐고분자 화합물을 재생 원료로 사용하여 경제적이고 친환경적인 폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 원료 혼합의 효율을 높인 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 압출과 동시에 냉각할 수 있는 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법은, 폐고분자 화합물이 분쇄되는 분쇄 단계와, 상기 분쇄된 폐고분자 화합물이 재생 고분자 화합물로 제조되는 재생원료 제조 단계와, 상기 재생 고분자 화합물과 신재고무, 충진재, 첨가재가 균일하게 배합되는 원료 배합 단계와, 상기 원료 배합물이 롤밀(Roll-mill)에 의해 혼합되는 혼합 단계와, 상기 혼합물이 소정의 시트 형상으로 압출되는 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법은 상기 성형 단계 이후에, 상기 시트 형상으로 성형된 혼합물이 냉각되는 냉각 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법은 상기 성형 단계 이후에, 상기 시트 형상으로 성형된 혼합물이 용도에 따라 재단 및 포장 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 폐고분자 화합물이 분쇄되는 분쇄기와, 상기 분쇄된 폐고분자 화합물이 재생 고분자 화합물로 제조되는 재생원료 제조 장치와, 상기 재생 고분자 화합물과 신재고무, 충진재, 첨가재가 배합되는 원료 배합기(Kneader)와, 상기 원료 배합물이 혼합되는 롤밀(Roll-mill)과, 상기 혼합물이 소정의 시트 형상으로 압출되는 시트 형상 압출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 재생원료 제조 장치는 폐고분자 화합물의 종류에 따라 열분해 장치 또는 탈황 장치 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 롤밀(Roll-mill)은 롤의 내부에 열매체가 순환하는 열매체 순환식 롤밀인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 시트 형상 압출기는 압출된 시트가 냉각될 수 있는 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 시트 형상 압출기 이후에, 상기 시트 형상으로 성형된 혼합물이 용도에 따라 재단 및 포장되는 재단기 및 포장기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법 및 제조장치에 의하면, 수거된 폐고분자 화합물이 차음재의 원료로 사용됨으로써 원가를 절감하고 수입을 대체할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 폐고분자 화합물이 소각, 매립 등에서 발생되는 비용과 오염물질을 절감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 열매체 순환식 롤밀(Roll-mill)이 사용되어 원료 혼합 효율을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 압출기에 냉각기가 포함되거나 냉각 압축 롤이 사용되어 시트 형상으로 압출된 차음재를 압출과 동시에 냉각할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재 제조 장치를 간략하게 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 롤밀(Roll-mill)의 측면도.
도 4는 종래의 폐고분자 화합물의 처리 방법을 간략하게 나타낸 간략도.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐고분자 화합물이 재생 원료로 이용되어 경제적이고 친환경적인 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재 제조 장치를 간략하게 도시한 블럭도이며, 도 3은 본 발명에 따른 롤밀(Roll-mill)의 측면도이고, 도 4는 종래의 폐고분자 화합물의 처리 방법을 간략하게 나타낸 간략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법은 폐고분자 화합물이 분쇄되는 분쇄 단계(S1)와, 상기 분쇄된 폐고분자 화합물이 재생 고분자 화합물로 제조되는 재생원료 제조 단계(S2)와, 상기 재생 고분자 화합물과 신재고무, 충진재, 첨가재가 균일하게 배합되는 원료 배합 단계(S3)와, 상기 원료 배합물이 열매체 순환식 롤밀에 의해 혼합되는 혼합 단계(S4)와, 상기 혼합물이 소정의 시트 형상으로 압출되는 성형 단계(S5)로 구성된다.

분쇄 단계(S1)는 수집된 폐고분자 화합물이 잘게 분쇄되는 단계이다. 입자가 작고 크기가 고를수록 표면적이 크고 입자별 공정 진행속도가 균일하므로 이후 공정이 빠르게 진행될 수 있다.

폐고분자 화합물을 1mm 이하의 미세 입자로 분쇄하기 위해서 고속 분쇄나 전단 분쇄가 사용되지만, 투입되는 에너지의 대부분이 열 에너지로 유실되어 에너지 효율이 낮고 원하는 크기의 폐고분자 화합물을 얻기가 힘들다.

열 에너지로 인하여 폐고분자 화합물의 물성이 변할 수 있으므로 에너지의 손실과 폐고분자 화합물의 물성 저하를 줄이기 위한 방법으로 냉동 분쇄 기술, 공냉식 분쇄 기술 등이 있으며, 열경화성 폐고분자 화합물이 분쇄되기 위한 열기계적 분쇄 기술이 있다.

냉동 분쇄 기술은 액체질소 등의 냉매를 이용하여 폐고분자의 형태를 유지시켜 볼 밀 또는 햄머 밀 등으로 분쇄하는 방법이다. 생성되는 폐고분자의 입도는 150~800㎛이다.

이와 같은 기술은 낮은 온도에서 분쇄하기 때문에 폐고분자의 물성 저하가 낮지만, 냉매의 가격이 비싸므로 생산 비용이 비교적 높은 단점이 있다.

공냉식 분쇄 기술은 찬 공기를 공급하여 폐고분자의 형태를 유지시켜 분쇄하는 방법이다. 냉동 분쇄 기술과 비슷한 방식이며, 공기의 냉각을 위한 비용이 비싸기에 생산 비용도 높다.

열기계적 분쇄 기술은 전단력이 가해지는 스크류 등의 장치에 폐고분자 입자를 넣어 분쇄하는 방식이다. 스크류에서 압력과 전단력이 분쇄될 물질의 내부에 축적되어 임계점에 도달하는 순간 폭발적으로 분쇄가 일어나는 탄성 변형 분쇄가 이용된다.

상기 열기계적 분쇄기술은 분쇄된 물질의 표면과 내부가 미세한 다공성 물질로 만들어지고 반복적인 고온 전단력에 의한 활성화된 반응기가 표면에 부여됨으로서 우수한 물성 회복력을 가지는 재생 원료가 얻어진다.

열기계적 분쇄 과정 중에는 온도가 200도 이상으로 상승하여 폐고무의 경우에는 가황 결합의 분해가 발생된다. 이황화물(disulfide), 티올(thiol), 아민(amine), 불포화 화합물 등을 약 1% 농도로 첨가하면 폐고무 내의 가황 결합의 분해가 추가적으로 유도될 수 있다.

본 발명에서는 열기계적 분쇄기술이 이용되는 것이 바람직할 것이다. 특히 폐고무 내의 가황 결합이 분해될 수 있으므로 이후의 재생원료 제조 단계(S2)에서 실시되는 탈황 공정이 간소화될 수 있다.

재생원료 제조 단계(S2)는 분쇄된 폐고분자 화합물이 열분해기술 또는 탈황기술 중 어느 하나 이상의 기술에 의해 재활용 가능한 재생 원료로 제조되는 단계이다.

열분해 기술은 산소가 없거나 결핍된 상태에서 열을 가하여 열분해 대상 물질을 분해하는 기술이다. 열분해에서 얻어지는 물질은 숯(Char), 오일, 금속 등이 있다.

열분해 장치는 간접 가열 방식 또는 직접 가열 방식이 사용되며, 간접 가열 방식은 외부에서 열을 가하여 무산소 상태에서 간접가열하는 방식으로 생성물의 질이 우수하고 2차적으로 생성되는 오염물질이 적고 에너지 효율성이 작다. 또한 직접 가열 방식은 저산소 상태에서 장치 내의 연료나 보조연료로 부분소각하는 방식으로 간접 가열 방식에 비해 에너지 효율이 높으나 생성되는 가스의 열량이 낮다.

플라스틱이 단량체의 사슬반응에 의하여 생성된 경우 열분해에 의하여 역반응인 해중합이 일어나 단량체의 회수가 가능하다. 단량체의 회수가 목적인 경우 반응시간은 짧은 것이 좋으며, 반응시간이 길어질수록 단량체의 선택성이 감소된다.

플라스틱 폐기물 중 국내 연간 배출량이 약 30만 톤인 폴르스틸렌은 열분해 처리시에 부가가치가 높은 스틸렌 단량체로 회수가 용이하다. 스틸렌 단량체의 선택성을 높이기 위하여 일산화바륨(BaO)과 같은 촉매를 이용한 열분해가 이용된다.

열분해 온도가 증가함에 따라 스틸렌 단량체의 선택성이 감소되며, 특히 600℃ 이상의 온도에서는 스틸렌 단량체에서 저분자량의 탄화수소로 전환되어 스틸렌 단량체의 선택성이 감소된다.

가황된 고분자 화합물은 높은 탄성 회복력을 가지고 점착성이 없어지며 강한 용매에도 녹지않고 가열을 해도 용융되지 않는다. 또한, 노화에 강하며 물성 저하에 대한 저항성이 높은 성질이 있다.

탈황된 고분자 화합물은 탄성이 감소되고 점성을 갖는 열가소성 물질로서 혼련이 용이하다.

혼련이란 고분자 재료와 화학 재료 등이 열과 기계에 의해 고르게 섞이는 작업을 말한다.

일반적인 탈황 방식은 De-link 시스템을 이용하는 것으로서, 이 방식은 폐고분자 화합물에 De-link가 첨가되어 물리화학적 반응에 의해 폐고분자 화합물의 황 결합이 끊어지는 방식이다.

5mm 내외로 분쇄된 고분자 화합물에 티아졸(Thiazole)계나 파라핀(Paraffin)계 오일 등의 탈황제가 첨가되어 고온, 고압 상태에서 탈황반응이 일어난다.

다른 탈황기술에는 915~2450Mhz 범위의 마이크로파가 이용되어 가황 고분자 화합물 내부의 가황 결합이 끊어지는 마이크로파 탈황기술이 있다. 특히 내부에 카본 블랙이 포함된 폐고무에 효과적이다.

화학적 탈황 기술은 화학 약품을 이용하여 폐고분자 화합물 내의 가황 결합이 분리되는 기술이다. 촉매와 유기화합물이 이용되며 유기 화합물 중에는 이황화물(disulfide) 또는 메르캅탄(mercaptan) 계열이 널리 사용되고 촉매에는 수산화물(hydroxide) 이온이 사용된다.

화학적 탈황 기술은 고분자 사슬 결합에는 영향을 주지 않고 가황 결합만 분리될 수 있으나 탈황 반응 이후 촉매나 유기화합물이 잔존할 수 있다.

원료 배합 단계(S3)는 재생 고분자 화합물과 신재고무, 충진재, 첨가재가 균일하게 배합되는 단계로서, 폐고분자 화합물이 재생 원료로 사용되어 폐고분자 처리 비용이 절감되고 신품대비 50%이상 저렴한 재생 원료의 확보가 가능하다.

표 1은 재생 고분자 화합물이 사용된 차음재의 원료와 일반 차음재의 원료를 나타내고 있다.

성분명	재생고분자화합물 차음재	일반 차음재
재생 고분자 화합물	30~40%	0
천연고무	5~10%	40%
올레핀계 수지	5~10%	10%
SBR	2%	2%
고무 분말	18%	0
충진재	50~55%	43%
기타	0	5%

재생 고분자 화합물이 사용된 차음재에 포함되는 신재 고분자 화합물은 30~40% 정도로, 일반 차음재에 사용되는 신재 고분자 화합물이 52% 인데 비하여 약 40~20% 더 적은 양이 사용된다.

올레핀계 수지의 종류에는 PE, PP 등이 있으며, 다른 고분자 화합물에 혼합사용되면 밀도를 줄일 수 있고 내후성, 내열성, 내수성이 뛰어난 특성을 갖게 된다.

SBR은 부타디엔(Butadiene)과 스티렌(Styrene)의 공중합체이며, 내열, 내후성이 약한 것이 단점이나 가황 후에 기계적 성질이 우수하여 일반 고무 제조에 가장 많이 쓰이는 합성고무이다.

충진재를 첨가하면 차음재의 내마모성과 경도, 인장강도, 반발탄성 등의 기계적 성질이 높아진다. 충진재로서 대표적인 것은 카본블랙(carbon black)이 있다. 카본블랙의 입자지름은 10~500㎛이며 입자가 미세할수록 보강 효과가 크다.

기타 첨가제로서 연화제가 첨가될 수 있다. 연화제로 유연성이 부여되고 압출 및 성형작업이 용이하게 되며 차음재의 경도가 저하되므로 용도에 따라 경도가 조절될 수 있다.

또한 기타 첨가제로서 발포제와 기포방지제가 첨가될 수 있다. 발포제가 첨가되어 차음재의 내부에 미세한 공기방울이 포함되면 차음 성능이 더욱 좋아질 수 있고 단열 효과도 얻을 수 있다. 기포방지제로 인하여 차음재 내부에 수분이 제거되어 내구성이 향상될 수 있다.

혼합 단계(S4)는 상기 원료 배합 단계(S3)의 원료 배합물이 롤밀(Roll-mill)에 의해 혼합되는 단계로서, 롤밀 장치는 챔버 내에 2개의 롤이 포함되며 롤의 온도는 약 100℃~150℃로 유지되어 배합성능이 향상된다.

밀폐된 롤밀 장치가 사용되면 공장 내부에 분진이나 화학 냄새 등이 감소될 수 있다.

상기 표 1의 재생 고분자 화합물이 사용된 차음재와 일반 차음재는 비가황 차음재이며, 가황된 차음재가 제조되기 위해서는 가황제와 가황을 촉진하기 위한 물질 등이 더 첨가될 수 있다.

천연 고무는 시간이 흐를수록 점착성이 증가되거나 굳기가 증가되어 균열이 생기는 등 고무 본래의 성능이 저하된다. 가황 반응은 가소성 고분자 화합물에 황을 가하여 탄성물질로 변화시키는 조작이다. 고분화 화합물이 가황되면 점착성이 없어지고 균열과 같은 노화가 방지된다.

가황 촉진제는 합성 고분자 화합물과 가황제의 가황 반응을 촉진시키며 가황 시간 단축, 가황 온도 저하 등의 기능을 한다.

가황 차음재가 제조되기 위해서 얇은 두께의 차음재는 저온저압 상태로 가황시키고 가황 시간을 단축하여야 한다. 두꺼운 두께의 차음재는 저온에서 고온으로 증온하면서 고압에서 오랜 시간동안 가황 반응을 시행한다.

성형 단계(S5)는 상기 혼합 단계(S4)의 혼합물이 소정의 시트 형상으로 압출 성형되는 단계이다. 시트 형상 압출기의 종류로는 비스크류 방식과 스크류 방식이 있으며, 혼합 단계(S4)에서 가압, 가열되어 유동 상태인 혼합물이 연속적으로 압출되며 시트 형상의 결과물을 얻는다.

비스크류 압출기의 종류에는 엘라스틱 압출기(Elastic melt), 하이드로다이내믹(Hydro-dynamic) 압출기, 램식 연속압출기, 롤식 압출기, 기어식 압출기 등이 있으며 스크류 압출기의 종류에는 1개의 스크류가 포함되는 단축 압출기, 2개 이상의 스크류가 포함되는 다축 압출기가 있다.

단축 스크류 압출기는 상기 혼합물의 송출이 불안정하고 체류시간이 불균일하나 혼련이 양호하다. 또한 다축 압출기는 상기 혼합물의 송출이 안정되고 체류시간이 균일하나 혼련이 나쁘고 기구가 복잡하기 때문에 설비비가 비싸다.

본 발명에서는 일반적으로 많이 쓰이고 혼련 효율이 높은 단축 스크류 압출기가 사용되는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법은, 상기 성형 단계(S5) 이후에 상기 시트 형상으로 성형된 혼합물이 냉각되는 냉각 단계(S6)를 더 포함한다.

냉각 방식에는 수조에 넣어 급냉하는 방식과, 공기의 순환으로 냉각되는 공냉 방식, 시트가 냉각매체가 흐르는 관의 부근을 지나게 되어 냉각되는 냉각매체 방식 등이 있다.

일반적으로 냉각수가 이용되지만, 본 발명에서는 상기 롤밀의 내부와 연결되는 열매체 순환 통로가 포함되어 냉각 단계에서 흡수된 열에너지가 롤밀에서 소비되는 열에너지 교환 방식이 에너지 효율 측면에서 바람직할 것이다.

본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조방법은, 상기 성형 단계 이후에 상기 시트 형상으로 성형된 혼합물이 용도에 따라 재단 및 포장 단계(S7)를 더 포함한다.

주택의 바닥이나 벽, 배수관 등에 시공되기 편리하도록 일정한 크기로 재단되며, 대형 시트로 재단되어 롤 권취 장치가 포함되거나 타일 형식으로 재단되어 포장될 수 있다.

또한 차음재 시트가 일정한 두께를 가지는지, 차음 성능과 경도와 같은 품질을 검사하는 단계를 더 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조장치는 폐고분자 화합물이 분쇄되는 분쇄기(100)와, 상기 분쇄된 폐고분자 화합물이 재생 고분자 화합물로 제조되는 재생원료 제조 장치(200)와, 상기 재생 고분자 화합물과 신재고무, 충진재, 첨가재가 배합되는 원료 배합기(300)와, 상기 원료 배합물이 혼합되는 롤밀(400)과, 상기 혼합물이 소정의 시트 형상으로 압출되는 시트 형상 압출기(500)를 포함한다.

분쇄기(100)는 폐고분자 화합물이 일정한 크기로 분쇄되도록 하여 후속공정에서의 반응도를 향상시키는 역할을 한다.

주로 사용되는 분쇄 기술에는 기계식 상온 분쇄 기술, 냉동 분쇄 기술, 공랭식 분쇄 기술, 열기계적 분쇄 기술 등이 있다.

기계식 상온 분쇄 기술은 분쇄 공정 중에 온도가 고온으로 상승되기 때문에 폐고분자의 물성이 변할 수 있는 단점이 있다.

냉동 분쇄 기술은 액체질소 등의 냉매를 이용하여 폐고분자의 형태를 유지시켜 볼 밀 또는 햄머 밀 등으로 분쇄하는 방법이다. 생성되는 폐고분자의 입도는 150~800㎛이다.

이와 같은 기술은 낮은 온도에서 분쇄하기 때문에 폐고분자의 물성 저하가 낮지만, 냉매의 가격이 비싸므로 생산 비용이 비교적 높은 단점이 있다.

공냉식 분쇄 기술은 찬 공기를 공급하여 폐고분자의 형태를 유지시켜 분쇄하는 방법이다. 냉동 분쇄 기술과 비슷한 방식이며, 공기의 냉각을 위한 비용이 비싸기에 생산 비용도 높다.

열기계적 분쇄 기술은 전단력이 가해지는 스크류 등의 장치에 폐고분자 입자를 넣어 분쇄하는 방식이다. 폐고분자에 압력과 전단력이 가해져 물질 내부에 에너지의 축적을 극대화시키면 임계점에 도달되는 순간에 폭발적인 에너지 분산이 일어나는 분쇄 방식이다.

폐고분자의 미세분쇄 및 표면활성에 의한 효율적인 탈황 공정을 실시할 수 있으며 신재 고분자와 거의 동일한 수준의 물성을 가지는 재생 고분자 입자가 얻어진다.

열기계적 분쇄 과정 중에는 온도가 200도 이상으로 상승하여 폐고무의 경우에는 가황 결합의 분해가 발생된다. 이황화물(disulfide), 티올(thiol), 아민(amine), 불포화 화합물 등을 약 1% 농도로 첨가하면 폐고무 내의 가황 결합의 분해가 추가적으로 유도될 수 있다.

본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재 제조장치의 상기 재생원료 제조 장치(200)는 분쇄된 폐고분자 화합물이 폐고분자 화합물의 종류에 따라 열분해 장치 또는 탈황 장치 중 어느 하나 이상을 포함한다.

열분해 장치는 산소가 없거나 결핍된 상태에서 열을 가하여 열분해 대상 물질을 분해하는 기기이다. 열분해에서 얻어지는 물질은 숯(Char), 오일, 금속 등이 있다.

열분해 장치는 간접 가열 방식 또는 직접 가열 방식이 사용되며, 간접 가열 방식은 외부에서 열을 가하여 무산소 상태에서 간접가열하는 방식으로 생성물의 질이 우수하고 2차적으로 생성되는 오염물질이 적고 에너지 효율성이 작다.

또한 직접 가열 방식은 저산소 상태에서 장치 내에서 생성된 가스나 오일이 연료로 사용되거나 보조연료로 부분 소각되는 방식으로 간접 가열 방식에 비해 에너지 효율이 높다.

수분함량이 많으면 열분해에 필요한 온도까지 상승시키는데 많은 시간과 에너지가 소요되므로 예열을 통하여 폐고분자 화합물이 건조된 후 열분해가 시행된다.

플라스틱이 단량체의 사슬반응에 의하여 생성된 경우 열분해에 의하여 역반응인 해중합이 일어나 단량체의 회수가 가능하다. 단량체의 회수가 목적인 경우 반응시간은 짧은 것이 좋으며, 반응시간이 길어질수록 단량체의 선택성이 감소된다.

플라스틱 폐기물 중 국내 연간 배출량이 약 30만 톤인 폴르스틸렌은 열분해 처리시에 부가가치가 높은 스틸렌 단량체로 회수가 용이하다. 스틸렌 단량체의 선택성을 높이기 위하여 일산화바륨(BaO)와 같은 촉매를 이용한 열분해가 이용된다.

열분해 온도가 증가함에 따라 스틸렌 단량체의 선택성이 감소되며, 특히 600℃ 이상의 온도에서는 스틸렌 단량체에서 저분자량의 탄화수소로 전환되어 스틸렌 단량체의 선택성이 감소된다.

가황된 고분자 화합물은 높은 탄성 회복력을 가지고 점착성이 없어지며 강한 용매에도 녹지않고 가열을 해도 용융되지 않는다. 또한, 노화에 강하며 물성 저하에 대한 저항성이 높기에 혼련이 어렵다.

탈황된 고분자 화합물은 탄성이 감소되고 점성을 갖는 열가소성 물질로서 혼련이 용이하다.

일반적인 탈황 방식은 De-link 시스템을 이용하는 것으로서, 이 방식은 폐고분자 화합물에 De-link가 첨가되어 물리화학적 반응에 의해 폐고분자 화합물의 황 결합이 끊어지는 방식이다.

원료 배합기(300)는 재생 고분자 화합물과 신재고무, 충진재, 첨가재가 배합되는 장치로서, 점도가 높은 배합물이 배합된다.

배합기(Neader:니더) 내부에 회전되는 날개가 포함되며 날개의 형태에 따라 원료 분산과 배합 정도가 조절될 수 있다. 2개의 날개를 서로 반대방향으로 다른 속도로 회전시키는 방식도 있다.

니더 본체의 내부 온도가 100~150℃ 정도이면 원료의 배합 효율이 향상되므로 본 발명에서 니더의 내부 온도는 높게 유지되는 것이 바람직할 것이다.

롤밀(400)은 챔버 내에 2개의 롤이 포함되며 강한 압력과 고온으로 상기 원료 배합기(Kneader)에서 배합된 원료가 혼합되는 장치이며, 도 3에 도시된 바와 같이 구동 장치(410)와 가압 장치(420), 열전달 장치(430)가 포함된다.

2개의 롤 사이에 혼합하려는 물질이 공급되면 압축, 전단, 마찰 등의 힘에 의해 고르게 혼합된다. 한쪽 롤에 강한 스프링이 장착되어 양쪽 롤의 간격이 조정되며 롤이 밀려나는 것을 방지하고 압축력이 더욱 높아진다.

롤의 온도가 100~150℃이면 혼합 효율이 더욱 향상될 수 있으므로 본 발명에서 롤밀의 롤 표면 온도는 100~150℃ 범위로 유지되는 것이 혼합 효율 측면에서 바람직할 것이다.

또한 본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재 제조장치의 롤밀(Roll-mill)은 롤의 내부에 열매체가 순환되는 열매체 순환식 롤밀이 사용될 수 있다.

도 3의 하단에 도시된 바와 같이, 상기 롤밀에 열전달 장치(430)가 포함되어 롤의 내외부로 순환되는 열매체에 의해 롤의 표면에 열에너지가 공급될 수 있다. 열에너지 효율을 높이기 위하여 롤의 외부면에 밀착되도록 열매체 순환 통로가 설치될 수도 있다.

상기 분쇄기(100)에서 발생되는 열에 의해 고분자의 물성이 변화될 수 있는데, 상기 분쇄기에 열매체가 흐르는 관이 설치되면 발생된 열이 열매체에 흡수되고, 열이 포함된 열매체는 순환되어 롤밀의 롤에 열이 전달된다.

또한 냉각기(600)에서 흡수된 열이 열매체에 전달되어 상기 롤밀의 롤에 전달될 수 있다.

이와 같이, 불필요한 내부 열이 발생되는 부분에 순환식 열매체가 흐르는 관이 설치되어 열이 교환될 수 있다. 이로써 가열에 소모되는 에너지 및 비용이 감소될 수 있다.

롤의 표면 온도는 100~150℃ 범위인 것이 혼합 효율이 높으므로 상기 열매체에 의해 상승되는 롤의 표면 온도는 100~150℃로 유지되는 것이 바람직할 것이다.

시트 형상 압출기(500) 장치의 종류에는 Sheet Performing Machine(SPM)이 있다. 상기 롤밀에서 혼합된 혼합물이 소정의 시트 형상으로 압출 성형된다.

시트 형상 압출기는 압출 대상을 유동상태로 만들어 연속적인 압출 및 성형이 시행되는 장치로서, 비스크류 방식과 스크류 방식이 있으며 스크류 방식이 가장 많이 사용된다.

단축 스크류 압출기는 상기 혼합물의 송출이 불안정하고 체류시간이 불균일하나 혼련이 양호하다. 또한 다축 압출기는 상기 혼합물의 송출이 안정되고 체류시간이 균일하나 혼련이 나쁘고 기구가 복잡하기 때문에 설비비가 비싸다. 주로 분말 상태의 수지를 압출하는데 쓰인다.

본 발명에서는 설비비가 상대적으로 저렴하지만 혼련 효율이 높은 단축 스크류 압출기가 사용되는 것이 바람직할 것이다.

또한 차음재의 밀도가 높아야 하는 경우에는 실린더 중간에 배기구가 포함되어 내부의 수분 또는 기체가 배출되는 벤트식 압출기가 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재 제조장치의 상기 시트 형상 압출기는 압출된 차음재가 냉각될 수 있는 냉각기(600)를 더 포함한다.

냉각 방식에는 수조에 넣어 급냉하는 방식과, 냉각수가 분사되는 냉각 방식, 공기의 순환으로 냉각되는 공냉 방식, 시트가 냉각매체가 흐르는 관의 부근을 지나게 되어 냉각되는 냉각매체 방식 등이 있다.

또는 크롬 도금이 된 복수 개의 냉각 롤에 통과되면서 냉각되는 방식도 있다. 시트 형상의 차음재가 연속적으로 압출되어 나오면 재단 및 포장, 권취를 위해 이동되면서 팽팽하게 당겨져서 운송될 필요가 있다.

이때 크롬 도금된 복수 개의 냉각 롤이 시트 형상의 차음재에 닿아 회전하여 차음재가 운송되거나 스프링 등으로 시트가 팽팽하게 유지되도록 한다.

또한 크롬 처리된 롤의 표면은 연마가 매우 잘되어 있기 때문에 제조되는 차음재의 표면에 광택이 얻어질 수 있다.

본 발명에서는 상기 롤밀의 내부와 연결되는 열매체 순환 통로가 포함되어 냉각 단계에서 흡수된 열에너지가 롤밀에서 소비되는 열에너지 교환 방식이 에너지 효율 측면에서 바람직할 것이다.

본 발명에 따른 폐고분자 화합물을 이용한 차음재의 제조장치는, 상기 시트 형상 압출기 이후에 상기 시트 형상으로 성형된 혼합물이 용도에 따라 재단 및 포장되는 재단기 및 포장기(700)를 더 포함한다.

주택의 바닥이나 벽, 배수관 등에 시공되기 편리하도록 일정한 크기로 재단되며, 롤 형태로 권취되기 위한 롤 권취 장치가 포함되거나 타일 형식으로 재단될 수 있다.

또한 차음재가 일정한 두께를 가지는지의 여부와, 차음 성능과 경도와 같은 품질이 검사될 수 있는 품질 검사 장치를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 본 발명은, 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

S1 : 분쇄 단계
S2 : 재생원료 제조 단계
S3 : 원료 배합 단계
S4 : 혼합 단계
S5 : 성형 단계
S6 : 냉각 단계
S7 : 재단 및 포장 단계
10 : 폐고분자 화합물
11 : 소각
12 : 매립
13 : 분쇄
20 : 재생 고분자 화합물
30 : 신재 원료
100 : 분쇄기
200 : 재생원료 제조 장치
300 : 원료 배합기(Kneader)
400 : 롤밀(Roll-mill)
410 : 구동 장치
420 : 가압 장치
430 : 열전달 장치
500 : 시트 형상 압출기
600 : 냉각기
700 : 재단기 및 포장기

Claims (9)

1. 폐고분자 화합물이 분쇄되는 분쇄 단계와;
   상기 분쇄된 폐고분자 화합물이 재생 고분자 화합물로 제조되는 재생원료 제조 단계와;
   상기 재생 고분자 화합물과 신재고무, 충진재, 첨가재가 균일하게 배합되는 원료 배합 단계와;
   상기 원료 배합물이 롤밀(Roll-mill)에 의해 혼합되는 혼합 단계와;
   상기 혼합물이 소정의 시트 형상으로 압출되는 성형 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제조하는 방법.
2. 제 1항의 제조 방법에 있어서,
   상기 성형 단계 이후에,
   상기 시트 형상으로 성형된 혼합물이 냉각되는 냉각 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제조하는 방법.
3. 제 1항의 제조 방법에 있어서,
   상기 성형 단계 이후에,
   상기 시트 형상으로 성형된 혼합물이 용도에 따라 재단 및 포장 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제조하는 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 제조 방법으로 만들어진 폐고분자 화합물을 이용한 차음재.
5. 폐고분자 화합물이 분쇄되는 분쇄기와;
   상기 분쇄된 폐고분자 화합물이 재생 고분자 화합물로 제조되는 재생원료 제조 장치와;
   상기 재생 고분자 화합물과 신재고무, 충진재, 첨가재가 배합되는 원료 배합기(Kneader)와;
   상기 원료 배합물이 혼합되는 롤밀(Roll-mill)과;
   상기 혼합물이 소정의 시트 형상으로 압출되는 시트 형상 압출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제조하는 장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 재생원료 제조 장치는 폐고분자 화합물의 종류에 따라 열분해 장치 또는 탈황 장치 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
   폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제조하는 장치.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 롤밀(Roll-mill)은 롤의 내부에 열매체가 순환하는 열매체 순환식 롤밀인 것을 특징으로 하는
   폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제조하는 장치.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 시트 형상 압출기는 압출된 시트가 냉각될 수 있는 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제조하는 장치.
9. 제 5항에 있어서,
   상기 시트 형상 압출기 이후에,
   상기 시트 형상으로 성형된 혼합물이 용도에 따라 재단 및 포장되는 재단기 및 포장기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   폐고분자 화합물을 이용한 차음재를 제조하는 장치.
   
   

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