KR20210098736A

KR20210098736A - 고무 신발창 제조 시 발생하는 스크랩 재생 사용 방법

Info

Publication number: KR20210098736A
Application number: KR1020200012653A
Authority: KR
Inventors: 이창훈
Original assignee: 이창훈
Priority date: 2020-02-03
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2021-08-11

Abstract

본 발명은 고무 신발창 제조 시 발생하는 스크랩(scrap)의 재생 사용 방법에 관한 것이다.

Description

고무 신발창 제조 시 발생하는 스크랩 재생 사용 방법{REGENERATION METHOD OF SCRAP OF SOLE}

구두나 운동화 등의 신발창에는 바닥에 탄성과 내마모성, 미끄럼 방지를 위해 고무창이 사용되고 있다. 이 고무창은 프레스 성형이나 사출성형을 통하여 만들어 지는데, 제조 방법의 특성상 10~20%의 Scrap이 발생한다.

이 Scrap은 보통 폐기물 수거업체에서 수거하여 땅에 매립하거나 연료로 태우는 것이 일반적이어서, 자원의 낭비는 물론 지구환경에 미치는 악영향이 지대하다. 이 Scrap 문제를 해결하기 위한 연구는 오랫동안 진행되어 왔는데 그 것들은 아래와 같다.

1. 신발창 Scrap을 잘게 부순 뒤 밀폐용기에 넣고 고온 고압을 걸어 쪄서 탈황(Desulfurization)시킨 뒤, 그 것을 Open Mill로 재생고무(Reclaimed Rubber) Sheet를 만든 뒤, 그 것을 신발 창 제조 시 일정부분 혼합하여 사용하는 것.

2. Scrap을 역방향으로 회전하는 연마석판 사이에 밀어 넣어 갈아서 Scrap Foam 분말을 만든 뒤, 그 것을 신발창 제조시 혼합하여 사용하는 것.

3. Scrap을 특별히 제작된 냉동분쇄기에 넣고 -150℃로 얼려 분쇄하여 분말을 만든 뒤, 그 것을 신발창 제조시 혼합하여 사용하는 것.

4. Scrap을 일축 또는 이축 압출기에 넣고 압출하여 분말을 만든 뒤 그 것을 신발창 제조시 혼합하여 사용하는 것.

5. Scrap을 고열로 열분해 하면 기름을 얻게 되는데 그 것을 신발창 배합의 Process Oil 대신에 사용하는 것. 등으로 재사용되고 있으나, 이 방법들은 다음과 같은 상당한 문제점들을 가지고 있다.

즉, 상기 1의 방법은 천연고무는 재생이 잘 되는데 합성고무는 일반적으로 재생이 잘 안되고, 재생이 용이하도록 재생 Oil을 투입하는데 이 재생 Oil이 Terpene Oil 계열이라서 냄새가 많이 나고 고가이며, 고온 고압을 걸어야 하기 때문에 에너지 비용이 많이 들고 탈황 과정에 발생하는 이산화황(SO₂) 가스로 말미암아 작업환경과 주변 환경에 악영향이 크다. 또 탈황 과정에 색깔이 변하므로 신발창의 많은 부분을 차지하는 백색창에는 사용할 수가 없다. 또한 이 방법으로 만든 재생고무는 물성을 많이 저하시키므로 신발창에 10% 이상 사용할 수가 없다.

상기 2의 방법은 최근의 신발 공정에서 나오는 고무창 Scrap은 두께가 얇아서 이것을 연마석판 사이에 밀어 넣어 갈기가 쉽지 않아 재생품의 생산 속도가 느려 처리 단가가 높고 재생 시에 분진 발생이 심하여 작업환경이 좋지 못하고 연마석의 고속회전 시에 열과 정전기의 발생으로 화재 위험이 높아 그 방지책에 투자비가 많이 들어가고 고속회전음과 마찰음 등의 소음이 발생하는 등 작업자들의 기피대상이 된다. 이렇게 만들어진 재생품은 분말 상태인데 그대로는 신발창의 생산시에 투입할 수가 없고(작업장내의 비산 문제와 신품에 배합시의 분산문제 등) 합성고무 등에 섞어 Master Batch를 만들어 투입해야 하므로 원가가 비싸진다. 그리고 이 방법으로 신발창에 투입할 수 있는 Scrap 사용 비율은 10%를 넘기 어렵다.

상기 3의 방법은 일반적으로 고무타이어의 분쇄품 등을 만들 때 많이 쓰이는 방법으로 장비값이 고가이고, -150℃로 얼리는데 많은 에너지가 소요되어 경제성이 떨어지고, 실용화되어 있는 장비들이 대형 장비들뿐이라 작은 규모의 신발 제조회사들에서는 사용할 수가 없다.

상기 4의 방법은 일반적으로 Tire 분말의 재생시에 사용하는 방법으로, Tire는 보강제로 Carbon Black을 사용하는데 신발창은 보강제로 Silica를 쓴다. 이 Silica를 40~50PHR 혼합한 신발창 Scrap을 압출기에 넣고 압출하면 Carbon Black을 배합한 Tire와는 달리 압출기 Cylinder 내부에서 발열이 심하여 Scrap의 온도가 200℃이상으로 상승하여 Scrap이 타버리거나 누런 색깔로 변해버리고 그 속에 배합된 유황 및 유황화합물이 산화하여 이산화황이 발생하고 심한 냄새를 배출하여 추후 재사용시에 제품에 냄새가 베게 되고 물성도 나빠지며 작업장의 환경도 나빠진다.

상기 5의 방법은 열, 압력, 촉매 등 각종 화학적 조건들을 적용하여 고무를 열분해 한 후 Oil을 회수하거나 재활용하는 방법이다. 열분해에 의한 고무의 처리방법 중 현재까지 개발된 고무의 열분해 공정을 크게 구분하면 고무가 들어 있는 반응기 내로 연소가스 및 가열가스를 직접 주입시키는 직접 가열 방식과 고무가 들어 있는 반응기의 외벽을 가열하는 간접 가열방식이 있다. 전자의 경우는 연소가스를 직접 주입함에 따라 에너지 소모는 적은 반면 산소의 주입에 따른 열분해 생성오일의 수율의 감소 및 반응기 폭발의 위험성이 있으며, 후자의 경우는 안전한 공정의 운전 및 안정적인 생성오일의 수율유지 등의 장점이 있으나 50% 미만의 저에너지 효율이라는 단점이 있다. 그러나 이렇게 오일을 만들더라도 최근의 신발창은 높은 물성을 요구하여 Process Oil을 다량 사용할 수가 없으므로 재생오일을 신발창용으로는 사용하기가 쉽지 않고 이 또한 대단위 설비가 필요하기 때문에 신발 공장에서 적용하기는 불가능에 가깝다.

본 발명은 신발창 제조 시 발생하는 스크랩을 효율적으로 재생 사용하는 방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가류된 고무신발창 스크랩(scrap)을 가로, 세로, 또는 높이 중 어느 한 부분의 길이가 2~20mm가 되도록 절단 한 뒤, 유황가류 가능한 열가소성 고무와 섞되, 스크랩(scrap):열가소성 고무가 90:10 내지 50:50이 되게 섞고, 이 혼합물을 일축 또는 이축 압출기의 호퍼에 붓고, 100~200℃에서 압출하여 펠렛을 만드는 단계; 및 상기 펠렛을 원료의 일부로 하여 신발창 제조에 혼합 사용하는 단계를 포함하는 신발창 제조 시 발생하는 스크랩 재생 사용 방법을 제공한다.

상기 유황가류 가능한 열가소성 고무가 SBS, SIS, Syndiotactic 1,2-Polybutadiene일 수 있다.

상기 일축 또는 이축 압출기의 L/D가 20~40일 수 있다.

상기 일축 또는 이축 압출기의 스크류 압축비(공급부의 스크류 깊이/계량부의 스크류 깊이)가 2.5~3.5일 수 있다.

본 발명은 신발창 제조 시 발생하는 스크랩(scrap)의 재사용율을 높일 수 있다.

본 발명은, 가류된 고무신발창 Scrap을 가로x세로x높이(또는 직경, 또는 불 특정 모양이되 가장 큰 부분의 길이가) 2~20mm의 크기로 절단 한 뒤, 유황가류 가능한 열가소성 고무와 섞되, Scrap/열가소성 고무=90/10~50/50 되게 섞고, 이 혼합물을 일축 또는 이축 압출기의 호퍼에 붓고 상기 100~200℃에서 압출하여 펠렛을 만드는 단계(제일 공정)와, 상기 펠렛을 원료의 일부로 하여 신발창 제조에 혼합 사용하는 단계(제이 공정)를 포함하는 신발창 제조 시 발생하는 Scrap 재생 사용 방법을 제공한다.

상기 2~20mm의 크기: 20mm 이상의 크기는 압출기의 Screw에 잘 안 먹혀 들어가고 호퍼 투입구에서 밑으로 내려가지 않는다. 2mm 이하의 크기는 절단기, 분쇄기 등으로 분쇄시 생산성이 낮고 비용이 많이 들며 2mm보다 작아도 2mm의 것과 압출후의 재생품의 품질에 차이가 없다.

상기 90/10~50/50: 열가소성고무가 수지가 10보다 적으면 펠렛이 안 만들어지고, 50이 넘으면 압출지 압출기내의 전단력이 약해져서 재생품의 품질이 떨어지고 재생원가가 비싸진다.

상기 유황가류 가능한 열가소성 고무는 SBS, SIS, Syndiotactic 1,2-Polybutadiene일 수 있다.

상기 일축 또는 이축 압출기의 L/D는 20~40일 수 있다. 상기 L/D가 20 이하이면 실린더내의 전단력이 낮아 재생품의 용융이 충분히 되지않아 용융점도가 높아져 재생품의 품질에 문제가 있고, 40 이상이면 전단력이 너무 높아져 실린더 내의 발열이 심해져서 재생품의 색깔이 변하거나 산화되어 물성이 저하되고 심할 경우는 탄화되어 버리기도 한다.

상기 일축 또는 이축 압출기의 스크류 압축비 (공급부의 스크류 깊이/계량부의 스크류 깊이)는 2.5~3.5일 수 있다. 상기 압축비가 2.5 이하이면 실린더내의 전단력이 낮아 재생품의 용융이 충분히 되지않아 용융점도가 높아져 재생품의 품질에 문제가 있고 생산성이 낮으며, 3.5 이상이면 전단력이 너무 높아져 실린더 내의 발열이 심해져서 재생품의 색깔이 변하거나 산화되어 물성이 저하되고 심할 경우는 탄화되어 버리기도 한다.

이렇게 하면 신품에 대한 Scrap의 사용 비율을 30%까지 올릴 수 있다.

<실시예>

백색 고무 신발창

천연고무(SMR-L) 30, 부타디엔고무(BR-1208) 70, Steraic Acid 1.0, ZnO 5.0, 유황 2.0, 촉진제 M1.0, 촉진제 DM 1.0, 촉진제 TS 0.2, Silica (Nipsil VN3) 40, PEG 4.0, TiO2 5.0을 Kneader로 혼합하고 Calender로 Sheeting하여 두께 5mm의 Sheet를 얻었다. 이 Sheet를 신발창용 press에 장착된 금형에 넣고 백색 신발창을 생산하면서 얻어진 신발창에 달려있는 가위밥을 제거하여 Scrap (이후 Scrap-1이라 함)을 얻었다.

<비교예1>

신발창 Scrap을 Plastic Crusher로 직경 1.5mm 크기로 잘게 부수어 Chip을 만든 뒤 재생고무 제조용 용기에 넣고 12kg/㎠의 직접 Steam을 걸어 쪄서 탈황(Desulfurization)시킨 뒤, 그 것을 Open Mill로 두께 5.0mm의 재생고무(Reclaimed Rubber) Sheet를 만들어 Sheet-1를 얻었다.

<비교예2>

상기의 Scrap-1을 역방향으로 회전하는 #100 연마석판 사이에 밀어 넣어 갈아서 입자크기 500~700㎛의 Scrap Foam 분말인 백색의 Powder-1을 얻었다.

<비교예3>

상기의 Scrap-1을 -150℃의 냉동분쇄기에서 분쇄하여 입자크기 300~500㎛의 Scrap Foam 분말인 백색의 Powder-2를 얻었다.

<비교예4>

상기 <비교예1>에서 분쇄된 Chip을 Screw 직경 40mm이고 L/D가 36이며 압축비가 2.8인 동방향회전 이축압출기의 호퍼에 넣고 실린더 온도 100℃에서 압출하여 Scrap 분말인 Powder를 얻었다. 이 분말은 압출기 Nozzle에서 토출 되자마자 독한 냄새가 나며 짙은 갈색으로 변색되고 응결되어 포도송이와 같이 덩어리형태로 되었다. 이 덩어리를 냉각시킨 뒤 다시 Plastic crusher로 분쇄하여 입자크기 1.0-1.5m의 Powder-3를 얻었다. Nozzle에서 토출한 Scrap의 온도는 250℃이었다.

<비교예5>

상기 <비교예1>에서 분쇄된 Chip 95와 SBS(Styrene 30%, 비중 0.94) 5를 혼합한 후 Screw 직경 40mm이고 L/D가 36이며 압축비가 2.8인 동방향회전 이축압출기의 호퍼에 넣고 실린더 온도 100℃에서 압출하였더니 Under water pelletizing 할 수 없었고 Nozzle에서 그대로 압출하여 Powder를 얻었다. 이 분말은 압출기 Nozzle에서 토출 되자마자 응결되어 포도송이와 같이 덩어리형태로 되었다. 이 덩어리를 냉각시킨 뒤 다시 Plastic crusher로 분쇄하여 입자크기 1.0-1.5m의 Powder-4를 얻었다. 이 Powder-4는 색상이 옅은 황색으로 변해있었고 Nozzle에서 토출한 Scrap의 온도는 220℃이었다.

<실시예1>

상기 <비교예1>에서 분쇄된 Chip 85과 SBS(Styrene 30%, 비중 0.94) 15를 혼합한 후 Screw 직경 40mm이고 L/D가 36이며 압축비가 2.8인 동방향회전 이축압출기의 호퍼에 넣고 실린더 온도 100℃에서 압출하고 Under water pelletizing하여 직경4mm의 백색 Pellet-1을 얻었다. Nozzle에서 토출한 Scrap의 온도는 180℃이었다.

<실시예2>

상기 <비교예1>에서 분쇄된 Chip 60과 SBS(Styrene 30%, 비중 0.94) 40을 혼합한 후 Screw 직경 40mm이고 L/D가 36이며 압축비가 2.8인 동방향회전 이축압출기의 호퍼에 넣고 실린더 온도 100℃에서 압출하고 Under water pelletizing하여 직경4mm의 백색 Pellet-2을 얻었다. Nozzle에서 토출한 Scrap의 온도는 170℃이었다.

<비교예6>

상기 <비교예1>에서 분쇄된 Chip 40과 SBS(Styrene 30%, 비중 0.94) 60을 혼합한 후 Screw 직경 40mm이고 L/D가 36이며 압축비가 2.8인 동방향회전 이축압출기의 호퍼에 넣고 실린더 온도 100℃에서 압출하고 Under water pelletizing하여 직경4mm의 Pellet-3을 얻었다. 이 Pellet은 Scrap이 완전히 분쇄되지 않아 Pellet 내부에 분쇄되지 않은 상태의 Scrap 입자가 섞여 있어 Pellet모양이 구상이 아니고 울퉁불퉁 불규칙한 모양이었다. Nozzle에서 토출한 Scrap의 온도는 150℃이었다.

<비교예7>

상기 <비교예1>에서 분쇄된 Chip 80과 LDPE(비중 0.92, MI 3.0) 20를 혼합한 후 Screw 직경 40mm이고 L/D가 36이며 압축비가 2.8인 동방향회전 이축압출기의 호퍼에 넣고 실린더 온도 100℃에서 압출하고 Under water pelletizing하여 직경4mm의 백색 Pellet-4을 얻었다. Nozzle에서 토출한 Scrap의 온도는 160℃이었다.

상기에서 얻어진 비교예, 실시예들의 재생품을 이용해 아래 표 1 및 표 2에 기재된 배합으로 Kneader로 혼합한 뒤 Calender로 Sheeting하여 두께 5mm의 Sheet를 만든 뒤 신발창 제조용 Press로 신발창을 생산하고 물성을 측정하였다.

	EVA Midsole	비교예1-1	비교예1-2	비교예2-1	비교예2-2	비교예3	비교예4-1	비교예4-2
천연고무(SMR-L)	30	30	30	30	30	30	30	30
부타디엔고무(BR-1208)	70	70	70	70	70	70	70	70
Sheet-1		10	15
Powder-1				10	15
Powder-2						10
Powder-3							10	20
Powder-4
Pellet-1
Pellet-2
Pellet-3
Pellet-4
Stearic Acid	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
ZnO	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0
유황	2.0	2.2	2.3	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
촉진제 M	1.0	1.1	1.15	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
촉진제 DM	1.0	1.1	1.15	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
촉진제 TS	0.2	0.22	0.23	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
Silica (Nipsil VN3)	40	40	40	40	40	40	40	40
PEG 4000	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0
TiO2	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0

Scrap 사용 비율 PHR		10	15	10	15	10	10	20

경도 Shore C	65	64	57	66	67	56	64	63
인장강도 Kg/cm2	120	80	50	70	45	70	90	70
신장율 %	500	400	300	400	260	400	450	400
마모 DIN	100	110	130	120	150	120	110	140
제품 표면 외관							표면황변	표면 황변

재생 적용 가능 여부		부적	부적	부적	부적	부적	부적	부적

	EVA Midsole	비교예5-1	비교예5-2	실시예1	실시예2	비교예6-1	비교예6-2	비교예7
천연고무(SMR-L)	30	30	30	30	30	30	30	30
부타디엔고무(BR-1208)	70	70	70	70	70	70	70	70
Sheet-1
Powder-1
Powder-2
Powder-3
Powder-4		10	20
Pellet-1				23.5
Pellet-2					50
Pellet-3						25	50
Pellet-4								20
Stearic Acid	1.0	1.005	1.01	1.035	1.20	1.15	1.30	1.0
ZnO	5.0	5.025	5.05	5.175	6.00	5.75	6.50	5.0
유황	2.0	2.010	2.02	2.07	2.40	2.30	2.60	2.0
촉진제 M	1.0	1.005	1.01	1.035	1.20	1.15	1.30	1.0
촉진제 DM	1.0	1.005	1.01	1.035	1.20	1.15	1.30	1.0
촉진제 TS	0.2	0.201	0.202	0.207	0.24	0.230	0.26	0.2
Silica (Nipsil VN3)	40	40.2	40.4	41.4	48.0	46.0	52.0	40
PEG 4000	4.0	4.02	4.04	4.14	4.80	4.60	5.20	4.0
TiO2	5.0	5.025	5.05	5.175	6.00	5.75	6.50	5.0

Scrap 사용 비율 PHR		9.5	19	20	30	10	20	16

경도 Shore C	65	65	65	66	66	65	66	68
인장강도 Kg/cm2	120	95	75	115	110	70	50	58
신장율 %	500	480	420	500	500	350	300	600
마모 DIN	100	110	130	102	105	130	160	160
제품 표면 외관		약간황변	약간 황변

재생 적용 가능 여부		부적	부적	적합	적합	부적	부적	부적

Claims

가류된 고무신발창 스크랩(scrap)을 가로, 세로, 또는 높이 중 어느 한 부분의 길이가 2~20mm가 되도록 절단 한 뒤, 유황가류 가능한 열가소성 고무와 섞되, 스크랩(scrap):열가소성 고무가 90:10 내지 50:50이 되게 섞고, 이 혼합물을 일축 또는 이축 압출기의 호퍼에 붓고, 100~200℃에서 압출하여 펠렛을 만드는 단계; 및
상기 펠렛을 원료의 일부로 하여 신발창 제조에 혼합 사용하는 단계를 포함하는 신발창 제조 시 발생하는 스크랩 재생 사용 방법.
제1 항에 있어서,
상기 유황가류 가능한 열가소성 고무가 SBS, SIS, Syndiotactic 1,2-Polybutadiene인 것인 스크랩 재생 사용 방법.
제1 항에 있어서,
상기 일축 또는 이축 압출기의 L/D가 20~40인 것인 스크랩 재생 사용 방법.
제1 항에 있어서,
상기 일축 또는 이축 압출기의 스크류 압축비(공급부의 스크류 깊이/계량부의 스크류 깊이)가 2.5~3.5인 것인 스크랩 재생 사용 방법.