KR20130122814A - 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재 - Google Patents

폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐고무와 폐합성수지는 일정온도, 일정속도 및 일정시간의 조건에서 혼합하여 조성된 제1혼합물;과, PP(PolyPropylene)의 유기첨가제;와, 유리섬유의 무기첨가제를 일정온도, 일정시간의 조건에서 교반하여 조성된 혼합재질을 이용하여 토목·건축건자재가 제조됨을 특징으로 하는 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재에 관한 것이다.

Description

폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재{MATERIAL OF CONSTRUCTION WITH SUPERIOR TENSILE STRENGTH PRODUCED BY WASTE RUBBER AND WASTE PLASTIC}
본 발명은 대부분 매립 또는 소각되어 많은 문제를 일으키는 산업폐기물의 폐고무, 폐합성수지의 혼합물질에 폐고무의 입자크기, 상용화제 구성, 무기물의 혼합을 고려하여 인장강도, 굴곡강도, 내충격강도 등의 물리적 특성을 향상시켜 이를 상하수도관, 흄관, 파이프, 팔레트, 플라스틱 포대, 차광판, 충격흡수대의 제조에 적용하는 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재에 관한 것이다.
산업의 급성장 및 산업구조가 고도화됨에 따라 산업폐기물의 배출 양은 물론 그 종류가 다양화됨으로써, 그 처리에 많은 어려움을 겪고 있다.
종래 대표적인 산업폐기물의 처리에 대해 간단히 살펴보면, 매립의 경우 매립지확보의 어려움, 매립지 선정에 따른 지역주민 간의 갈등 야기, 2차적으로 발생하는 지하수 오염 및 그에 따른 질병발생의 우려가 커 점차 매립에 의한 산업폐기물의 처리를 규제하고 있으며, 소각의 경우 다양한 물질을 일괄적으로 처리할 수 있어 편리한 방법이기는 하나, 입자상태의 분진과 gas상태의 SOx, NOx, CO, HCl, Dioxin 등의 배출가스 문제와 특히 폐합성수지, 고무, 신발, 피혁류 등의 제조공정에서 발생하는 폐 고무와 고분자 폐기물의 경우 많은 유해 gas, 분진, 매연이 발생하여 그 처리에 어려움이 있었다.
상기와 같은 종래 산업폐기물 처리의 문제를 해결하기 위해, 재활용 측면에서 많은 연구가 이루어지고 있으며, 폐고무의 경우 재활용을 위한 분쇄기술에 집중되고 있으며, 폐합성수지의 경우에는 열분해 등을 통한 오일, 차르, 가스 등의 재생산 기술에 집중되고 있는 실정이다.
그러나 이와 같은 재활용 기술은 초기 투자비용이 높기 때문에 사업화가 용이하지 않기 때문에 산업폐기물의 재활용도가 떨어지는 것이 사실이다.
따라서, 기존의 설비를 통해서도 재생산이 가능하여 산업폐기물의 재활용도를 높일 수 있는 기술이 필요한 실정이며, 이와 같은 재활용도를 높임으로써 자원의 절약은 물론 더 나아가 환경오염을 개선할 수 있는 방안의 제시가 필요하다.
또한, 종래 폐플라스틱 등의 폐기물을 이용한 흄관(등록실용신안 20-0211173), 파이프(등록특허 10-0292274)에 대한 기술을 제시하고 있으나, 이와 같은 종래 기술들은 인장강도 등의 물성이 떨어져 실무에서는 그 사용을 꺼리고 있어 실질적으로 실무에서 적용할 수 있는 물성을 갖는 토목·건축건자재가 필요한 실정이다.
대한민국 등록실용신안 20-0211173(등록일자 2000년11월10일) 대한민국 등록특허 10-0292274(등록일자 2001년03월21일)
상기의 문제를 해결하고자, 본 발명에서는 산업폐기물인 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 인장강도, 굴곡강도, 내충격강도의 물성을 향상시켜 재활용도를 높일 수 있는 인장강도가 뛰어난 폐고무와 폐합성수지의 혼합재질을 이용한 토목·건축건자재의 제공을 발명의 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하고자,
본 발명은 폐고무와 폐합성수지의 혼합재질로 제조된 토목·건축건자재에 관한 것으로서,
상기 혼합재질은 폐고무 10 ~ 30wt%와 폐합성수지 70 ~ 90wt%를 140 ~ 170℃에서 40 ~ 50rpm의 교반 속도로 5 ~ 10분간 혼합하여 조성된 제1혼합물 80 ~ 90wt%;와,
PP(PolyPropylene)의 유기첨가제 5 ~ 10wt%;와,
유리섬유의 무기첨가제 5 ~ 10wt%;를 150 ~ 200℃에서 2 ~ 5분간 교반하여 조성된 것임을 특징으로 하는 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재를 주요 기술적 구성으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 인장강도가 뛰어난 폐고무와 폐합성수지의 혼합재질을 이용한 토목·건축건자재는 폐고무의 미분말화와, 상용화제의 구성 및 무기물의 적절한 사용으로 인해 인장강도, 굴곡강도, 내충격강도 등의 물성이 뛰어나며, 특히 산업폐기물을 재활용함으로써 자원 절약은 물론 환경문제를 개선하는 효과를 갖는다.
이하, 상기의 기술적 구성에 대한 구체적인 내용을 살펴보고자 한다.
본 발명의 폐고무와 폐합성수지의 혼합재질의 적용되는 토목·건축건자재는 다양하나, 구체적으로 언급하자면 상하수도관, 흄관, 파이프, 팔레트, 플라스틱 포대, 차광판, 충격흡수대가 있다.
먼저 상기 제1혼합물의 구성에 대해 살펴보고자 한다.
제1혼합물은 폐고무 10 ~ 30wt%와 폐합성수지 70 ~ 90wt%를 140 ~ 170℃에서 5 ~ 10분간 40 ~ 50rpm의 교반 속도로 혼합하여 조성되는 것이다.
상기 폐고무는 고무(rubber) 40%, 카본블랙(carbon black) 19%, 연화오일 10%, 섬유 10%, 철심 10%, 가황보조제 5%, 산화아연 5%, 황 1%의 조성을 갖는 폐타이어에서 철심, 섬유를 제거한 25 ~ 50mesh 크기의 폐타이어 조각을 분쇄기에 5kg/hr로 투입하면서 11,000rpm의 고속회전으로 분쇄하여 200 ~ 450㎛의 미분말인 것을 사용한다.
상기 폐고무의 입자 크기는 토목·건축건자재의 물성에 큰 영향을 미치게 되는 것으로서, 폐타이어의 철심, 섬유부분 등을 제거한 후 상온 파쇄 또는 냉동 파쇄의 방법으로 폐고무 분말로 가공된다.
상기 폐고무의 입자 크기가 200㎛ 미만인 경우에는 분쇄 작업이 용이하지 않은 문제가 있고, 450㎛를 초과하게 되는 경우에는 제조된 토목·건축건자재의 인장강도가 떨어질 수 있으므로, 폐타이어 미분말은 200 ~ 450㎛의 입경을 유지하는 것이 바람직하다.
상기 폐고무는 제1혼합물 전체 중량의 10 ~ 30wt%로 사용되는 것으로, 10wt% 미만인 경우에는 인장강도가 떨어질 수 있고, 30wt%를 초과하게 되는 경우에는 상대적으로 폐합성수지의 사용량이 줄어들어 내충격강도가 떨어질 수 있으므로 상기 폐고무는 제1혼합물 전체 중량에 대해 10 ~ 30wt%의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
상기 폐합성수지는 PP(polypropylene), HDPE(high density polyethylene), LDPE(low density polyethylene), PVC(polyvinyl, choloride), PS(polystyrene), ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 중 선택되는 어느 2종 이상의 혼합으로 조성된 혼합 폐합성수지 80 ~ 90wt%에 EPR과 SBS가 1:1 중량비율로 혼합된 상용화제 5 ~ 10wt%와 적니(red mud) 5 ~ 10wt%를 첨가하여 200℃에서 550rpm으로 블랜드한 것이다.
상기 폐합성수지는 상용화제와 무기물을 함께 사용하여 제조된 토목·건축건자재의 내충격강도, 인장강도의 기계적 물성 향상을 가져오는 것으로서, 상기 혼합 폐합성수지의 구체적인 배합비율은 PP(polypropylene) 10 ~ 50wt%, HDPE(high density polyethylene) 10 ~ 50wt%, LDPE(low density polyethylene) 10 ~ 50wt%, PVC(polyvinyl, choloride) 10 ~ 50wt%, PS(polystyrene) 10 ~ 50wt%, ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 10 ~ 50wt%이다.
상기 제1혼합물을 이루기 위한 폐합성수지의 사용량은 70 ~ 90wt%로서, 70wt% 미만인 경우에는 토목·건축건자재의 내 충격강도가 떨어질 수 있고, 90wt%를 초과하게 되는 경우에는 상대적으로 폐고무의 사용량이 줄어들어 인장 강도가 떨어질 수 있으므로, 상기 폐합성수지는 제1혼합물 전체 중량의 70 ~ 90wt%의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폐고무와 폐합성수지는 140 ~ 170℃에서 40 ~ 50rpm의 교반 속도로 5 ~ 10분간 혼합하여 제1혼합물을 이루게 되며, 140℃, 40rpm, 5분 미만에서의 조건에서는 폐고무와 폐합성수지의 교반이 잘 이루어지지 않고, 170℃, 50rpm, 10분을 초과하는 조건에서는 교반이 잘 이루어져 있는 상태이기 때문에 무의미하다.
그리고, 상기 폐합성수지는 혼합 폐합성수지 80 ~ 90wt%에 EPR과 SBS가 1:1 중량비율로 혼합된 상용화제 5 ~ 10wt%와 적니(red mud) 5 ~ 10wt%를 첨가하여 200℃에서 550rpm으로 블랜드한 것으로서, 상기 상용화제는 EPR 또는 SBS를 단독으로 사용하는 경우보다는 EPR과 SBS를 1:1 중량비율로 혼합하는 경우에 물성향상을 기대할 수 있고, 상기 적니는 인장강도를 증가시키는 역할을 하는 것으로, 5 ~ 10wt%의 범위에서의 사용이 바람직하다.
다음으로, 상기 제1혼합물과 PP(polypropylene)의 유기첨가제, 유리섬유의 무기첨가제의 혼합으로 이루어지는 토목·건축건자재 재질에 대해 살펴보고자 한다.
상기 토목·건축건자재 재질은 제1혼합물 80 ~ 90wt%와, PP(polypropylene)의 유기첨가제 5 ~ 10wt%와, 유리섬유의 무기첨가제 5 ~ 10wt%를 150 ~ 200℃로 2 ~ 5분간 교반하여 조성된다.
상기 제1혼합물의 사용량이 80wt% 미만인 경우에는 토목·건축건자재의 인장강도가 떨어질 우려가 있고, 90wt%를 초과하게 되는 경우에는 상대적으로 유기첨가제의 양이 줄어들어 굴곡강도가 떨어지는 문제가 있으므로, 상기 제1혼합물은 토목·건축건자재 재질의 전체중량에 대해 80 ~ 90wt%의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 PP(polypropylene)의 유기첨가제의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 굴곡강도가 떨어지고, 10wt%를 초과하여 사용하게 되면 어느 일정범위 이상이 되어 오히려 인장강도 등의 물성이 떨어지게 되므로, 상기 PP(polypropylene)의 유기첨가제의 사용량은 5 ~ 10wt%의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유리섬유의 무기첨가제의 사용은 강도의 증가와 증량효과에 따른 원가절감효과를 갖게 되는 것으로, 그 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 강도의 증가와 증량효과를 기대하기 어렵고, 10wt%를 초과하게 되는 경우에는 제1혼합물 또는 유기첨가제의 사용량이 줄어들어 토목·건축건자재의 물성이 떨어질 수 있으므로, 상기 유리섬유의 무기첨가제는 5 ~ 10wt%의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 상기의 기술 구성에 대한 구체적인 실시예를 살펴보고자 한다.
< 폐고무 >
철심, 섬유부분이 제거된 30mesh의 폐타이어를 분쇄기에 5kg/hr로 투입하면서 11,000rpm의 고속회전으로 분쇄하여 400㎛의 미분말로 제조한다.
< 폐합성수지 >
폐합성수지의 PP(polypropylene) 20wt%, HDPE(high density polyethylene) 20wt%, LDPE(low density polyethylene) 20wt%, PVC(polyvinyl, choloride) 20wt%, PS(polystyrene) 10wt%, ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 10wt%의 비율로 혼합된 혼합 폐합성수지 85wt%;에 EPR 50wt%와 SBS 50wt%가 혼합된 상용화제 5wt%;와 적니(red mud) 10wt%;를 첨가하여 200℃에서 550rpm으로 블랜드한다.
< 제1혼합물 >
상기 실시예 1의 폐고무 30wt%와 상기 실시예 2의 폐합성수지 70wt%를 100rpm으로 5 ~ 10분간 혼합한다.
< 토목·건축건자재 재질 >
상기 실시예 3의 제1혼합물 80wt%에 PP(polypropylene) 10wt%와 유리섬유 10wt%를 첨가한 후에 150℃에서 5분간 교반한다.
하기의 실시예 5 내지 실시예 10은 토목·건축건자재의 제조에 대한 실시예로서, 상기 실시예 4의 재질을 이용하여 실시예 5 내지 실시예 10에서 제시된 조건에서 제조가 이루어진다면 종래 사용되던 다양한 방법으로 제조가 가능하다.
< 팔레트 >
상기 실시예 4의 재질을 이용하는 것으로, 220kg/㎠의 압력, 150℃의 열을 이용하여 압축 성형하여 이송용 컨베이어 팔레트를 제조한다.
< 상하수도관 >
상기 실시예 4의 재질을 이용하여 150℃에서, 용융 냉각수 온도 25℃ 조건으로 용융 압출하고, 파이프 성형장치를 통해 튜브 형태의 도관으로 제조한다.
< 흄관 >
흄관의 제조는 먼저 흄관 틀을 제조한 후에 상기 실시예 4의 재질을 150℃의 온도에서 교반 혼합된 상태로 흄관 틀에 채운다. 그리고, 상온에서 자연냉각시켜 흄관을 제조한다.
< 파이프 >
상기 실시예 4의 재질을 압출기를 통해 압출하여 성형한 후에, 성형 된 파이프를 냉각수로 냉각한 후에 소정 길이로 절단하여 파이프를 제조한다.
< 플라스틱 포대 >
상기 실시예 4의 재질을 일축 압출기를 구비한 인플레이션 성형기를 사용하여 두께가 30㎛으로 필름을 제조하고, 그 필름을 열 밀봉하여 포대를 제조한다.
< 차광판 >
상기 실시예 4의 재질을 200℃를 유지하는 단일 금형(single mould) 사출성형하여 제조한다.
< 충격흡수대 >
상기 실시예 4의 재질을 220℃를 유지하는 단일 금형(single mould) 사출성형하여 제조한다.
[시험예 1]
상기 실시예 5 내지 10의 토목/건자재의 인장강도를 측정하였으며, 그 측정은 시편을 제작하여 상온에서 1,000N load cell을 장착한 후 grip으로 일정속도로 인장 시켜 UTM으로 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
인장강도의 계산식은 아래의 식(1)과 같다.
Tb = Pb / t×b ----------------------------------------------- (1)
여기에서,
Tb : 인장강도(Kgf/㎟)
Pb : 최대하중(Kgf)
t : 시험편의 두께(mm)
b : 시험편의 나비(mm)
실시 예 5 내지 11의 인장강도 측정 결과
대상 인장강도(Kgf/㎟)
실시 예 5 2.26
실시 예 6 2.23
실시 예 7 2.25
실시 예 8 2.26
실시 예 9 1.95
실시 예 10 2.26
실시 예 11 2.26
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시 예 5 내지 11의 인장강도(Kgf/㎟)는 동일 재질을 이용하여 제조된 토목·건축건자재의 시편을 이용하여 측정한 결과, 팔레트 2.26, 상하수도관 2.23, 흄관 2.25, 파이프 2.26, 플라스틱 포대 1.95, 차광판 2.26, 충격흡수대 2.26으로서 제조과정에서의 물성변화에 따른 다소의 차이는 있으나 대부분 2.23 내지 2.26 범위에서의 우수한 인장강도를 보이고 있다.
본 발명에 따른 토목·건축건자재는 산업폐기물을 재활용하여 제조되는 것으로서, 산업폐기물의 재활용에 따른 환경개선 효과와 높은 물성에 의한 자재로서의 품질이 높아 산업상 이용가능성이 크다.

Claims (5)

  1. 폐고무와 폐합성수지의 혼합재질로 제조된 토목·건축건자재에 있어서,
    상기 혼합재질은 폐고무 10 ~ 30wt%와 폐합성수지 70 ~ 90wt%를 140 ~ 170℃에서 40 ~ 50rpm의 교반 속도로 5 ~ 10분간 혼합하여 조성된 제1혼합물 80 ~ 90wt%;와,
    PP(PolyPropylene)의 유기첨가제 5 ~ 10wt%;와,
    유리섬유의 무기첨가제 5 ~ 10wt%;를 150 ~ 200℃에서 2 ~ 5분간 교반하여 조성된 것으로, 상기 혼합재질을 이용하여 토목·건축건자재가 제조됨을 특징으로 하는 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    혼합재질을 이용하여 제조되는 토목·건축건자재는
    상하수도관, 흄관, 파이프, 팔레트, 플라스틱 포대, 차광판, 충격흡수대 중 선택되는 어느 1종 이상인 것임을 특징으로 하는 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    폐고무는 성분조성비가 고무(rubber) 40%, 카본블랙(carbon black) 19%, 연화오일 10%, 섬유 10%, 철심 10%, 가황보조제 5%, 산화아연 5%, 황 1%인 폐타이어에서 철심, 섬유를 제거한 25 ~ 50mesh 크기의 폐타이어 조각을 분쇄기에 5kg/hr로 투입하면서 11,000rpm의 고속회전으로 분쇄하여 200 ~ 450㎛의 미분말로 제조된 것임을 특징으로 하는 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    폐합성수지는 PP(polypropylene), HDPE(high density polyethylene), LDPE(low density polyethylene), PVC(polyvinyl, choloride), PS(polystyrene), ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 중 선택되는 어느 2종 이상의 혼합으로 조성된 혼합 폐합성수지 80 ~ 90wt%에 EPR과 SBS가 1:1 중량비율로 혼합된 상용화제 5 ~ 10wt%와 적니(red mud) 5 ~ 10wt%를 첨가하여 200℃에서 550rpm으로 블랜드한 것임을 특징으로 하는 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재.
  5. 청구항 4에 있어서,
    혼합 폐합성수지는 PP(polypropylene) 10 ~ 50wt%, HDPE(high density polyethylene) 10 ~ 50wt%, LDPE(low density polyethylene) 10 ~ 50wt%, PVC(polyvinyl, choloride) 10 ~ 50wt%, PS(polystyrene) 10 ~ 50wt%, ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 10 ~ 50wt%의 혼합으로 조성된 것임을 특징으로 하는 폐고무와 폐합성수지를 이용하여 제조된 인장강도가 우수한 토목·건축건자재.
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