KR102163450B1 - 인솔 스크랩 재활용 방법, 신발용 발포체, 및 인솔 스크랩 분쇄물 - Google Patents

인솔 스크랩 재활용 방법, 신발용 발포체, 및 인솔 스크랩 분쇄물 Download PDF

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KR102163450B1
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Abstract

본 발명은 무수히 많은 양이 발생되는 인솔 스크랩 적층체를 재활용하기 위한 방법으로서, 평판형 발포체와 직물 원단으로 이루어진 판형 적층체를 형성하고, 상기 판형 적층체에서 인솔 스크랩 적층체를 분리해내며, 상기 인솔 스크랩 적층체를 10℃ 이하에서 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄하여 평균직경 0.05~0.7mm의 인솔 스크랩 분쇄물을 얻으며, 상기 인솔 스크랩 분쇄물은 발포체 제조용인 것을 특징으로 한다.

Description

인솔 스크랩 재활용 방법, 신발용 발포체, 및 인솔 스크랩 분쇄물 {foam for shoes, pulverized insole scrap and recycling method for insole scrap, }
본 발명은 인솔을 제조하는 과정에서 필연적으로 부산물로 발생되는 인솔 스크랩을 재활용하기 위한 방법, 재활용을 위한 인솔 스크랩 분쇄물, 이에 의하여 제조된 신발용 발포체에 관한 것이다.
신발은 인체의 발 부위를 보호하기 위하여 착용하는 것으로서 다양한 형태와 종류로 제작되어 판매되고 있으나, 통상적으로는 발등과 발목 부위를 덮어서 보호하는 갑피(upper)와, 발바닥을 보호하면서 지면과의 마찰력을 높여 보행성을 향상시키도록 하는 동시에 보행시 발바닥에 가해지는 충격을 완화시키도록 하는 신발창으로 구성되어 있다.
그리고, 이러한 신발창은 통상 안창(insole: 이하 '인솔'이라 함."깔창"이라고도 함.)과, 보행시 인체의 하중을 탄력적으로 분산시키고 지지할 수 있도록 완충력이 우수한 고무나 발포수지 또는 스폰지 재질 등으로 제조되는 중창(midsole)과, 상기 중창의 바닥면에 부착되어 보행시 마찰력을 부여하기 위하여 고무 재질로 만들어지는 바닥창(outsole)으로 이루어진다.
한편, 상기 인솔(insole)은 폴리우레탄(polyurethane: PU) 또는 에틸렌비닐아세테이트(ethylene-vinyl acetate: EVA) 등의 다양한 소재를 발포 성형하여 발포체(폼, foam) 형태로 제조되며, 이들은 통상 접착제 또는 핫멜트 필름으로 직물 원단과 접착된다.
한편 인솔을 제조하는 과정을 살피면 도 1과 같이 대략 사각형 형태의 평판형 발포체(10)의 상면에 직물 원단(20)이 층상으로 배치되어 판형 적층체(100)를 형성한다.
이후 판형 적층체(100)에서 발바닥 형태의 인솔용 적층체(110)를 절단 가공하여 분리해낸다.
이와 같이 판형 적층체(100)에서 인솔용 적층체(110)가 분리되면, 발바닥 형태의 개구부(121)(인솔용 적층체(110)가 존재하였던 부위)가 형성된 인솔 스크랩 적층체(120)가 남게 된다.
이와 같은 인솔 스크랩 적층체(120)는 인솔 제조 과정에서 매우 많은 양이 발생한다.
그러나 인솔 스크랩 적층체(120)는 발포체와 직물 원단이 결합된 형태이므로, 그 재활용이 불가능하다고 여겨졌다.
이는 인솔 스크랩 적층체(120)를 발포체와 직물 원단으로 분리하는 것이 실질적으로 불가능하며 또한 인솔 스크랩 적층체(120)를 분쇄하는 경우에도 분쇄시 형성되는 직물 원단의 보풀로 인하여 새로운 용도로 재활용하는 것이 불가능하다고 여겨졌기 때문이다.
따라서 인솔 스크랩 적층체(120)는 매우 많은 양이 발생됨에도 불구하고 단순 폐기하고 있는 실정이며, 이로 인하여 자연 환경의 파괴가 우려되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1760577호 "신발용 인솔의 제조 방법"(2017. 7. 17. 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무수히 많은 양이 발생되는 인솔 스크랩 적층체를 발포체 제조용으로 재활용하기 위한 방법을 제안한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 인솔 스크랩 재활용 방법에 있어서, 평판형 발포체의 상면에 직물 원단이 층상으로 배치되는 판형 적층체를 형성하는 판형 적층체 형성 단계 ; 상기 판형 적층체를 발바닥 형태의 인솔용 적층체와 상기 인솔용 적층체가 제거된 형태의 인솔 스크랩 적층체로 분리하는 인솔 스크랩 적층체 분리 단계 ; 상기 인솔 스크랩 적층체를 10℃ 이하에서 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄하여 평균직경 0.05~0.7mm의 인솔 스크랩 분쇄물을 얻는 인솔 스크랩 분쇄물 형성 단계 ; 를 포함하여 이루어지며, 상기 인솔 스크랩 분쇄물은 발포체 제조용인 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서 : 상기 인솔 스크랩 분쇄물 형성 단계 이후, 발포용 수지, 발포용 첨가제, 상기 인솔 스크랩 분쇄물이 혼합된 발포체 혼합물을 형성하는 발포체 혼합물 형성 단계 ; 상기 발포체 혼합물을 발포하여 제품용 발포체를 얻는 제품용 발포체 형성 단계 ; 를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 발포체 혼합물 형성 단계에서 상기 발포용 수지 100 중량부에 대하여 상기 인솔 스크랩 분쇄물 20~60 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 제품용 발포체 형성 단계에서 얻어진 상기 제품용 발포체는 평판 형태로서 신발용 발포체일 수 있다.
본 발명의 다른 사상으로, 상기의 인솔 스크랩 재활용 방법에 의하여 제조된 신발용 발포체가 제공된다.
신발용 발포체란, 인솔용 발포체, 미드솔용 발포체, 아웃솔용 발포체을 포함한다.
본 발명의 또다른 사상으로, 평판형 발포체의 상면에 직물 원단이 층상으로 배치된 후 발바닥 형태의 복수의 개구부가 형성된 인솔 스크랩 적층체를 10℃ 이하에서 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄하여 얻어진 평균직경 0.05~0.7mm의 분쇄물로서, 발포체 제조용인 것을 특징으로 하는 발포체 제조용 인솔 스크랩 분쇄물이 제공된다.
상기와 같이 본 발명은, 무수히 많은 양이 발생되는 인솔 스크랩 적층체를 평균직경 0.05~0.7mm로 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄하여 발포체 제조용으로 재활용할 수 있다.
나아가 본 발명은 발포체 제조용으로 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄된 인솔 스크랩 분쇄물을 이용하여 신발용 발포체를 제조함으로써, 신발 제조 공장에서 필요한 발포용 수지의 양을 저감할 수 있다.
이에 의하여 본 발명은 인솔 스크랩 적층체로 인한 환경 파괴 문제를 해결할 수 있으며, 또한 발포용 수지의 사용량을 감소시켜 환경 보호에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 판형 적층체의 사시도,
도 2는 도 1의 판형 적층체가 인솔용 적층체와 인솔 스크랩 적층체로 분리되는 상태를 표현한 도면,
도 3은 본 발명에 의하여 얻어진 인솔 스크랩 분쇄물의 확대 사진,
도 4는 실험예 1에 의하여 얻어진 발포체의 확대 사진,
도 5는 실험예 4에 의하여 얻어진 발포체의 확대 사진.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 판형 적층체의 사시도이며, 도 2는 도 1의 판형 적층체가 인솔용 적층체와 인솔 스크랩 적층체로 분리되는 상태를 표현한 도면이며, 도 3은 본 발명에 의하여 얻어진 인솔 스크랩 분쇄물의 확대 사진이며, 도 4는 실험예 1에 의하여 얻어진 발포체의 확대 사진이며, 도 5는 실험예 4에 의하여 얻어진 발포체의 확대 사진이다.
본 발명의 각 단계를 상세히 설명한다.
(1) 판형 적층체 형성 단계
도 1과 같이 평판형 발포체(10)의 상면에 직물 원단(20)이 층상으로 배치되는 판형 적층체(100)를 형성한다. 직물 원단(20)은 평판형 발포체(10)에 접착제 또는 접착 필름을 매개하여 일체화된다.
평판형 발포체(10)는 폴리우레탄(polyurethane: PU) 또는 에틸렌비닐아세테이트(ethylene-vinyl acetate: EVA) 등의 다양한 소재를 발포 성형한 것이며, 인솔용 발포체로서 매우 다양한 기술들이 알려져 있다.
(2) 인솔 스크랩 적층체 분리 단계
도 2와 같이, 도 1의 판형 적층체(100)를, 발바닥 형태의 복수(본 실시예의 경우 4개)의 인솔용 적층체(110)와, 인솔용 적층체(110)가 제거된 형태의 인솔 스크랩 적층체(120)로 분리한다.
본 실시예에서는 1개의 판형 적층체(100)에서 4개의 인솔용 적층체(110)를 분리해내지만, 그 숫자는 다양하게 변경될 수 있다.
인솔용 적층체(110)는 인솔 제품으로 될 부위이며, 이는 본 발명의 대상이 아니다.
인솔 스크랩 적층체(120)에서, 인솔용 적층체(110)가 제거된 부위가 발바닥 형태의 개구부(121)로 형성된다. 따라서 본 실시예에서는 4개의 개구부(121)가 형성되어 있다.
종래의 기술에서 인솔 스크랩 적층체(120)는 폐기되어야 하나, 본 발명은 상기 인솔 스크랩 적층체(120)를 재활용하게 된다.
판형 적층체 형성 단계 및 인솔 스크랩 적층체 분리 단계는 종래의 기술과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
(3) 인솔 스크랩 분쇄물 형성
인솔 스크랩 적층체(120)를 10℃ 이하에서 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄하여 평균직경 0.05~0.7mm의 인솔 스크랩 분쇄물을 얻는다.
인솔 스크랩 적층체(120)를 상온에서 단순 분쇄할 경우 단순 분쇄시 발생하는 분쇄열로 인하여 이에 의하여 생성된 인솔 스크랩 분쇄물은 직물 원단 부위에서 보풀이 형성되며, 이와 같이 보풀이 형성되면서 불균일한 상태를 이루는 인솔 스크랩 분쇄물에 의하여 발포체를 제조할 경우 다량의 기포 등의 품질 불량이 발생한다.
본 발명은 직물 원단 부위에서 보풀이 발생하지 않고, 전체적으로 균일한 상태의 인솔 스크랩 분쇄물을 얻을 수 있도록 인솔 스크랩 적층체(120)를 10℃ 이하에서 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄하였다.
냉각 분쇄란, 인솔 스크랩 적층체를 칠러(chiller) 등을 이용하여 10℃ 이하의 온도로 냉각하면서 분쇄하는 것을 의미한다. 인솔 스크랩 적층체를 분쇄할 때 분쇄열이 발생함에도 칠러(chiller) 등에 의하여 이를 보상함으로써 분쇄열 등으로 인하여 직물 원단 부위에서 보풀이 발생되는 것을 방지한다.
냉동 분쇄란, 일반적으로 액체질소 또는 액화천연가스 등의 냉각원을 이용하여 폐타이어, 폐고무, 폐플라스틱 등과 같은 폐자원을 분쇄 가능한 매우 낮은 온도로 냉각한 후, 분쇄장치를 이용하여 미세한 분말로 분쇄하는 것이다.
이와 같은 냉동 분쇄 방식은 단순히 상온에서 분쇄하기 어렵다는 이유로 냉동 분쇄를 채택하고 있다.
본 발명은, 분쇄된 인솔 스크랩 분쇄물의 직물 원단 부위에서 보풀이 발생되지 않고 균질한 분쇄물을 얻기 위하여 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄 방식을 채택하였다.
한편 인솔 스크랩 분쇄물의 평균직경이 0.05mm보다 작을 경우, 분쇄에 소요되는 에너지가 지나치게 증가한다는 문제가 있다.
또한 인솔 스크랩 분쇄물의 평균직경이 0.7mm보다 클 경우, 인솔 스크랩 분쇄물을 이용하여 제조된 발포체에 다량의 기포가 발생하여 품질 불량의 원인이 된다는 문제가 있다.
(4) 발포체 혼합물 조성 단계
발포용 수지, 발포용 첨가제, 및 상기 인솔 스크랩 분쇄물이 혼합된 발포체 혼합물을 조성한다.
이때 발포용 수지 100 중량부에 대하여 인솔 스크랩 분쇄물은 20~60 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
발포용 수지 100 중량부에 대하여 인솔 스크랩 분쇄물이 20 중량부 이상으로 혼합될 경우 인열 강도(tearing stregth)가 대폭 향상될 수 있으며, 발포용 수지 100 중량부에 대하여 인솔 스크랩 분쇄물이 20 중량부 미만으로 혼합될 경우 인열 강도(tearing stregth)의 변화가 거의 없다.
발포용 수지 100 중량부에 대하여 인솔 스크랩 분쇄물이 60 중량부를 초과하여 혼합될 경우 분산 및 성형이 어려워, 실질적으로 발포체를 얻을 수 없다.
발포용 수지와 발포용 첨가제의 종류 및 양은 다양하게 적용될 수 있다.
(5) 제품용 발포체 형성 단계
발포체 혼합물 조성 단계에서 조상한 발포체 혼합물을 발포하여 제품용 발포체를 얻는다.
이때 제품용 발포체는 평판 형태로서 신발용 발포체, 특히 인솔용 발포체일 수 있다.
본 발명에 의하여 신발용 발포체를 얻을 경우, 신발 제조 공장에서 인솔 스크랩 적층체를 분쇄하여 이를 인솔 제조 공정에 재활용하고, 다시 인솔용 발포체에 의하여 인솔을 제조하는 과정에서 발생한 인솔 스크랩 적층체는 다시 인솔 제조 공정에 재활용할 수 있다는 장점이 있다.
제품용 발포체는, 인솔용 발포체, 미드솔용 발포체, 아웃솔용 발포체 등의 신발용 발포체 뿐만 아니라, 산업용, 건축용 등 다양한 용도의 발포체로서 사용될 수 있다.
< 실험예 >
실험예 1 :
발포용 수지로서 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)수지 6700g과 폴리에틸렌(PE)수지 2000g을, 발포용 첨가제로서 가교촉진제 600g, 발포제 600g, 가교제 100g를 혼합하여 발포체 혼합물을 형성한 후,
발포체 혼합물을 니더기에서 믹싱하고, 니더기를 거친 혼합물을 롤 가공에 의하여 분산 및 시트 형태로 변형하고 적당한 크기로 커팅한 후, 커팅된 시트 형태의 재료를 프레스에 넣어 일정시간 열을 가하여 발포시켜 제품용 발포체를 얻는다.
실험예 2 내지 5 :
실험예 1에 의하여 제조된 발포체와 직물 원단이 층상으로 배치된 판형 적층체에서 발바닥 형태의 4개의 개구부를 형성하여 인솔 스크랩 적층체를 얻고, 이를 평균직경 0.5mm로 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄하여 인솔 스크랩 분쇄물을 얻는다. 도 3은 이에 의하여 얻어진 인솔 스크랩 분쇄물의 확대 사진이다.
이후 상기 인솔 스크랩 분쇄물과 발포용 수지로서 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)수지와 폴리에틸렌(PE)수지를, 발포용 첨가제로서 가교촉진제, 발포제, 가교제를 아래 표 1과 같이 혼합하여 발포체 혼합물을 형성한 후, 해당 발포체 혼합물을 믹싱, 분산, 발포하여 제품용 발포체를 얻는다.
구 분 (단위 : g) 실험예 1 실험예 2 실험예 3 실험예 4 실험예 5
발포용 수지 EVA 수지 6700 6400 6200 5500 4700
PE 수지 2000 1800 1500 1200 1000
소 계 8700 8200 7700 6700 5700
인솔 스크랩 분쇄물
(직경 0.5mm)		 - 410
(8200 x 5/100)		 1540
(7700 x 20/100)		 2680
(6700 x
40/100)		 3420
(5700 x
60/100)
가교촉진제 600 600 600 600 600
발포제 600 600 600 600 600
가교제 100 100 100 100 100
합 계 10000 9910 10540 10680 10420
즉 실험예 2 내지 실험예 5는, 발포용 수지 100 중량부에 대하여 인솔 스크랩 분쇄물이 각각 5 중량부, 20 중량부, 40 중량부, 60 중량부가 혼합되도록 한 것이다.
발포용 수지 100 중량부에 대하여 인솔 스크랩 분쇄물이 60 중량부를 초과하여 혼합되는 경우 분산 및 성형이 어려워 발포체를 얻을 수 없어 이에 대한 실험 결과는 제외하였다.
이와 같이 실험예 1 내지 실험예 5에 의하여 제조된 발포체 각각에 대하여 경도, 인장강도, 신장율, 인열강도를 시험하여 그 결과를 아래 표 2에 도시하였다.
구 분 실험예 1 실험예 2 실험예 3 실험예 4 실험예 5
경도
Hardness
(Asker C)		 29 29 30 31 31
인장강도
Tensile
Strength
(kg/cm2)		 15 16 16 16 16
신장율
Elongation
(%)		 250 250 250 250 250
인열강도
Tear
Strength
(kg/cm)		 4.8 6.2 6.7 6.8 6.7
위 표 2에서 확인되는 바와 같이 본 발명에 의한 실험예 3 내지 5는 특히 인열강도가 실험예 1에 비하여 대폭 향상되는 것을 확인하였다.
이는 발포용 수지 100중량부에 대하여 인솔 스크랩 분쇄물이 20 중량부 이상 혼합될 경우 직물 원단을 이루는 섬유들에 의하여 발포체의 인열 특성이 향상되는 것으로 이해된다.
도 4는 실험예 1에 의한 발포체의 확대 사진이며, 도 5는 실험예 4에 의한 발포체의 확대 사진이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 평판형 발포체
20 : 직물 원단
100 : 판형 적층체
110 : 인솔용 적층체
120 : 인솔 스크랩 적층체
121 : 개구부

Claims (6)

  1. 평판형 발포체의 상면에 직물 원단이 층상으로 배치되는 판형 적층체를 형성하는 판형 적층체 형성 단계 ;
    상기 판형 적층체를 발바닥 형태의 인솔용 적층체와 상기 인솔용 적층체가 제거된 형태의 인솔 스크랩 적층체로 분리하는 인솔 스크랩 적층체 분리 단계 ;
    상기 인솔 스크랩 적층체를 10℃ 이하에서 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄하여 평균직경 0.05~0.7mm의 인솔 스크랩 분쇄물을 얻는 인솔 스크랩 분쇄물 형성 단계 ;
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 인솔 스크랩 분쇄물은 발포체 제조용인 것을 특징으로 하는 인솔 스크랩 재활용 방법.
  2. 제 1 항에 있어서 :
    상기 인솔 스크랩 분쇄물 형성 단계 이후, 발포용 수지, 발포용 첨가제, 상기 인솔 스크랩 분쇄물이 혼합된 발포체 혼합물을 형성하는 발포체 혼합물 형성 단계 ;
    상기 발포체 혼합물을 발포하여 제품용 발포체를 얻는 제품용 발포체 형성 단계 ;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인솔 스크랩 재활용 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발포체 혼합물 형성 단계에서 상기 발포용 수지 100 중량부에 대하여 상기 인솔 스크랩 분쇄물 20~60 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 인솔 스크랩 재활용 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제품용 발포체 형성 단계에서 얻어진 상기 제품용 발포체는 평판 형태로서 신발용 발포체인 것을 특징으로 하는 인솔 스크랩 재활용 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항의 인솔 스크랩 재활용 방법에 의하여 제조된 신발용 발포체.
  6. 평판형 발포체의 상면에 직물 원단이 층상으로 배치된 후 발바닥 형태의 복수의 개구부가 형성된 인솔 스크랩 적층체를 10℃ 이하에서 냉각 분쇄 또는 냉동 분쇄하여 얻어진 평균직경 0.05~0.7mm의 분쇄물로서, 발포체 제조용인 것을 특징으로 하는 발포체 제조용 인솔 스크랩 분쇄물.
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