KR100461111B1 - 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 범퍼의 제조공정상에서 발생하는 도장 불량 범퍼커버 및 폐차 또는 애프터서비스 시장에서 발생하는 폐부품(이하 폐범퍼커버)을 분쇄 및 도막을 제거하여 재활용하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐범퍼커버에 도포된 열경화성 도장을 염화메틸렌과 물의 혼합용액 및 마찰력을 이용해 도장을 제거하여 폐범퍼커버를 재활용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

자동차용 폐범퍼커버의 재활용 방법 및 장치{Method and apparatus for recycling waste bumper cover of automobile}

본 발명은 폐범퍼커버를 고부가 가치로 재활용하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차용 범퍼 제조공정상에서 발생하는 도장불량 범퍼커버 및 폐차 또는 애프터서비스 시장에서 발생하는 폐범퍼커버를 물과 염화메틸렌의 혼합용액 및 마찰력을 이용하여 도막을 박리시키는 방법 및 장치를 포함하는 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 방법 및 장치에 관한 것이다.

1990년 미국 우주 항공국에서 세계 최초로 지구온난화가 진행되고 있음이 공식적으로 확인되면서 전세계적으로 지구환경에 대한 부존자원 보존, 이산화탄소 배출량 억제 등의 다양한 환경규제가 진행되고 있다.

특히, 자동차의 경우, 20세기 초 급격한 산업발전이 진행됨에 따른 자동차 등록대수의 폭발적인 증가로 운행 중에 발생되는 배출가스로 인한 대기오염이 심각하였고, 급기야 환경오염의 주범으로 인식되어 각국별로 다양한 배출가스 규제가 이루어지고 있다.

또한, 최근 들어 차량의 노후화로 인한 대체 수요가 발생하면서 폐차로 인해 발생되는 쓰레기가 증가하여 폐차 처리에 관한 규제가 진행되고 있으며, 특히 유럽연합 주도로 2000년 10월 21일부로 폐차 처리법규가 확정ㆍ발효되었다.

일반적으로 자동차는 중량 기준으로 약 70% 정도의 재활용율을 가지고 있으며, 대부분 철, 비철금속을 위주로 처리되고 있다.

따라서, 자동차 제조사 및 관련 산업에서는 자동차의 재활용율을 향상시키기 위해 철, 비철금속을 제외한 고분자 재료로 구성된 각종 폐부품의 재활용 기술개발에 주력하고 있다.

플라스틱 및 고무재료의 효과적인 재활용을 위해서 우선적으로 고려되어야 할 조건은 폐차로부터 얼마나 쉽게 해체되는지, 그리고 순수한 재질로 선별할 수 있는지가 재활용의 가장 큰 요인이라 말할 수 있다.

이러한 관점에서 폐범퍼커버는 중량이 대당 약 8kg(앞, 뒤 포함)이며, 차량 외부에 장착되어 있어 해체가 비교적 쉽고, 또한 단일재질별로 쉽게 선별할 수 있는 플라스틱 부품이다.

그러나, 대부분 범퍼커버 표면에 미관을 고려하여 열경화성 도장처리가 되어 있는데, 이들 열경화성 도장물들은 재생시 수지내에 함침되면서 물성 저하점으로 작용하여 물성 회복력을 크게 저하시킨다.

따라서, 고부가 가치로 재활용하기 위한 도장 제거기술개발에 많은 연구가 이루어지고 있는 실정이다.

특히, 본 발명자들은 이미 염화메틸렌을 이용한 도막박리방법(특허공개 1998-67575 외 2건)을 특허 출원한 바 있으나, 좀더 효과적으로 도장을 제거하고 또 도장박리용 용액을 획기적으로 절약하여 완벽하게 재사용할 수 있는 본 발명을 제안하게 되었다.

현재까지 개발된 기술은 본 발명자들에 의해 개발된 방법 이외에 토요타 자동차의 가수 분해법, 혼다 자동차의 샌드위치방법, 후지중공업의 롤밀법 등이 있으나, 재생단가가 비싸고 생산성이 낮아 실용성이 없는 것으로 알려져 있다.

또한, 국내의 경우, 염화메틸렌만을 이용하여 제거하는 방법이 있으나, 염화메틸렌의 사용량이 많고 또 밀폐용기 내에서 수지 마찰에 의한 온도상승시 증기압에 의한 과도한 염화메틸렌의 증발로 인해 환경오염은 물론 2차 처리공정이 어려운 것으로 알려져 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 자동차의 폐범퍼커버에 표면처리된 열경화성 도장을 물/염화메틸렌 혼합용액과 마찰력을 이용하여 도장 제거용액을 획기적으로 절약하면서 제거효율 및 시간을 단축시킨 폐범퍼커버의 도장제거방법 및 장치를 포함하는 재활용 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐범퍼커버의 재활용 장치에서 도막박리공정을 보여주는 개략도

도 2는 본 발명에 따른 폐범퍼커버의 재활용 장치에서 도막박리용 8면 회전체를 보여주는 개략도

도 3은 본 발명에 따른 폐범퍼커버의 재활용 장치에서 도막박리를 위한 8면 회전체와 내부의 회전날개 간의 관계를 보여주는 개략도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 회전날개 20 : 회전체

30 : 수조 40 : 염화메틸렌 저장탱크

50 : 염화메틸렌 분별/회수탱크 60 : 배관

70 : 에어 블로어 80 : 메시

본 발명에 따른 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 방법에 대한 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 재생보드의 제조방법에 있어서,

a) 폐범퍼커버를 중속 또는 고속분쇄기를 이용하여 5∼10cm의 크기로 분쇄하는 단계;

b) 상기 분쇄물을 8면으로 구성된 회전체에 완전 충진하고 물/염화메틸렌 혼합용액을 첨가하여 회전체 및 내부 회전날개를 반대방향으로 회전시키는 단계;

c) 도막이 박리된 폐범퍼커버 분쇄물 및 도장물들을 비중차를 이용하여 흐르는 수조 내에서 분리하는 단계;

d) 도막이 박리된 폐범퍼커버 분쇄물을 세척, 건조, 압출 공정을 거쳐 재생재료를 제조하는 단계로 이루어진 폐범퍼커버의 도막 제거방법을 포함하는 폐범퍼커버의 재활용 방법을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 장치에 대한 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 재생보드의 제조장치에 있어서,

a) 폐범퍼커버를 5∼10cm의 크기로 분쇄하는 중속 또는 고속분쇄기;

b) 반대방향으로 회전하는 내부의 회전날개(10)를 갖고 있으며 물/염화메틸렌 혼합용액과 함께 충진되는 분쇄물을 회전을 통한 마찰력을 이용하여 도막을 박리시키는 회전체(20);

c) 도막이 박리된 분쇄물과 도장물들을 비중차를 이용하여 일정한 유속으로 흐르게 하는 수조(30);

d) 수조(30) 내로 물/염화메틸렌 혼합용액을 공급 및 순환시키기 위한 염화메틸렌 저장탱크(40) 및 염화메틸렌 분별/회수탱크(50)와 각각의 배관(60);

e) 비중차에 의해 수조(30) 바닥으로 가라앉은 도막을 부유 및 선별시키기 위한 에어 블로어(70) 및 메시(80);

f) 도막이 박리된 분쇄물을 세척, 건조, 압출 공정을 거쳐 재생재료를 제조하는 수단을 포함하여 구성되는 폐범퍼커버의 재활용 장치를 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

우선, 폐범퍼커버를 중속 또는 고속분쇄기를 이용하여 5∼10cm의 크기로 분쇄한다.

이때, 생산량 및 투입크기에 따라 분쇄기의 용량 등이 결정되지만, 중속 또는 고속 타입의 분쇄기라면 무방하다.

그런 다음, 분쇄된 폐범퍼커버를 8면으로 구성된 회전체에 완전 충진하고 물/염화메틸렌 혼합용액을 첨가한 후, 회전체와 내부의 회전날개를 서로 반대방향으로 회전시키면서 회전체는 30∼100rpm, 내부 회전날개는 1500∼3000rpm의 속도로 투입 LOT 당 20분 회전시키는데, 이때 회전체는 마찰력을 최대한 확보하기 위해 8면의 통구조로 구성되도록 하는 것이 좋다.

만약, 8면 이하의 회전체로 만들 경우, 회전체 회전에 따른 최대 마찰력을 확보하기가 곤란하고, 특히 각이 없는 원형 타입의 경우, 회전에 의한 마찰력은 거의 발현될 수 없다.

또한, 8면 이상의 회전체로 제작할 경우에는 상기에서 언급한 원형 타입과 거의 유사한 형태에 가까워지는 관계로 효과적인 마찰력을 역시 기대할 수 없다.

한편, 회전체에 폐범퍼커버 수지를 완전 충진해야 하는데, 만약 완전 충진하지 않을 경우에는 회전체내에 투입된 폐범퍼커버 분쇄물 사이의 공간과 회전체에 채워지는 않는 공간이 고속으로 회전함에 따라 폐범퍼커버 분쇄물이 원심력에 의해 초기 투입부피보다 휠씬 적어지게 된다.

즉, 회전체 내에 너무 많은 공간이 생겨 효과적인 수지 간의 마찰력을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 회전체 내면과의 마찰력도 얻을 수 없어 효과적인 도막박리가힘들다.

또한, 완전 충진할 경우, 염화메틸렌과 물을 최소로 사용하여도 회전하는 회전체 내에 충진된 수지 사이로 효과적으로 확산될 수 있고, 또한 마찰열에 의한 온도상승시에도 최소한의 용액이 폐범퍼커버 분쇄물의 도장표면에 흡착되는 관계로 기체로 기화되는 현상을 최소화할 수 있다.

만약, 염화메틸렌이 기체로 변하더라도 완전 충진된 수지 사이를 통과하면서 다시 액화되어 증발되는 염화메틸렌을 완벽히 방지할 수 있다.

이에 반해, 완전 충진하지 않을 경우에는 염화메틸렌과 물의 혼합용액이 폐범퍼커버 분쇄물의 도장면에 효과적으로 반응하기 위한 사용량이 많아지고, 마찰에 의한 회전체 내부온도 상승으로 염화메틸렌의 기체화 현상발생시 회전체 내의 잉여공간으로 기화된 기체가 모이게 되고 압력이 상승함에 따라 전부 증발하게 되는 단점이 있다.

한편, 폐범퍼커버 분쇄물을 완전 충진한 후 염화메틸렌과 물의 혼합용액을 첨가하는데, 이때 첨가되는 물은 회전체에 의한 내부온도 상승시 약 40℃ 이상의 온도에서 기화가 시작되는 염화메틸렌의 증발을 방지하는 것은 물론 폐범퍼커버 분쇄물 사이로 염화메틸렌을 효과적으로 확산시키는 역할을 한다.

또한, 도막 제거 후 혼합상태로 배출되는 염화메틸렌은 물에 대한 용해성이 매우 낮고 물에 비해 비중(약 1.34)이 높아 후처리공정에서 염화메틸렌만을 완벽히 분리해서 재사용할 수 있는 장점이 있다.

만약, 물 이외에 비점이 높은 용액을 사용할 수 있으나, 수지에 대한 화학안전성, 사용 후 회수용이성 등을 미리 검토해서 사용하는 것이 바람직하며, 글리콜계 등이 사용가능하다.

하지만, 2차오염에 대한 수처리, 회수율 등을 감안하여 본 발명에서는 물의 사용이 바람직하다.

한편, 염화메틸렌:물 의 사용비율은 중량% 기준으로 35∼65:65∼35가 적당하다.

염화메틸렌을 65% 이상으로 사용할 경우, 도막박리 효율은 동등하나 과도한 염화메틸렌의 사용으로 회전체 내의 온도상승시 불필요한 증기압 상승현상으로 오히려 도막처리 조건 설정이 까다로워지며, 기온이 높은 여름에 작업할 경우, 회전체 내부에서 기화되는 염화메틸렌 포집장치를 항상 사용해야 하고, 내부압력 상승 방지용 바이패스 밸브의 조작이 필요한 관계로 작업비용의 상승은 물론 염화메틸렌의 회수율도 저하됨으로 바람직하지 않다.

또한, 염화메틸렌을 35% 이하로 사용할 경우, 회전체 내에 완전 충진된 폐범퍼커버의 도막을 제거하는데 충분한 반응을 기대할 수 없어 도막제거효율이 낮아지는 단점이 있으며, 따라서 도막제거효율을 증진시키기 위해 처리시간이 증가하여 생산성을 저하시키는 단점이 있다.

회전체 및 회전날개의 방향은 반드시 반대방향으로 해야 하는데, 만약 같은 방향으로 설정할 경우, 오히려 마찰력의 상쇄효과를 가져올 수 있다.

그리고, 회전체는 30∼100rpm, 내부의 회전날개는 1500∼3000rpm으로 해야 한다.

만약, 회전체의 회전속도가 30rpm 이하이면 효과적인 마찰력을 기대할 수 없고, 100rpm 이상이면 큰 문제는 발생하지는 않지만, 대용량의 회전체를 회전시키기 위한 구동모터의 용량이 많이 필요하게 되므로 불필요한 전력소모가 발생한다.

특히, 본 발명에서는 30∼100rpm 범위에서 회전하더라도 100rpm 이상의 경우와 비교해 동등수준인 관계로 효율성을 고려해 상기 범위에서의 조건설정이 바람직하다.

한편, 회전체가 갖는 회전날개의 회전속도는 1500∼3000rpm의 범위가 적절한데, 만약 1500rpm 이하일 경우, 회전날개에 의한 혼련효과는 약간 발생하나 수지 간의 마찰력을 충분히 확보할 수 없기 때문에 상기 범위가 적절하며, 또한 3000rpm 이상일 경우에는 구동모터의 부하가 급격히 상승하여 구동베어링의 조기손상을 불러올 수 있으며, 특히 3000rpm 이상의 조건에서는 순간적인 마찰에 의한 온도상승이 불규칙해지고 외부온도가 상승되는 여름의 경우, 비점이 낮은 염화메틸렌의 발화 가능성이 있으므로 상기범위에서 회전속도를 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 회전체 내부의 날개 형상은 특정 타입에 국한된 것은 아니지만, 본 발명에서는 혼련효과가 극대화될 수 있도록 회전체 길이방향을 기준으로 3등분하여 3개의 날개(11)(예를 들면, 선풍기 날개와 유사한)를 설치했으며, 축 대비 날개의 각은 약 15∼45°가 적절하다.

따라서, 적정시간 내에 최소한의 도막제거용액을 사용하여 도막박리를 하기 위해서는 8면으로 구성된 회전체 내에 완전 충진하여 마찰력을 최대로 확보하고, 적절한 물의 혼합용액을 사용하여 수지 내 도막제거용액의 확산 및 냉각효과를 유지해야만 처리시간을 최소로 할 수 있다.

본 발명에서는 염화메틸렌만을 사용하고 회전체에 적당한 양을 투입하여 제거하는 기존의 방법이 1회 처리당 50∼60분 소요되는데 비해, 본 발명에 의한 방법으로는 약 20분 정도에 제거할 수 있어 염화메틸렌 사용량 저감, 재회수율, 증발량, 생산성 등의 측면에서 매우 우수한 발명이라 할 수 있다.

상기의 방법으로 도막이 박리된 폐범퍼커버 분쇄물 및 도장물들을 일정한 방향과 유속을 가지는 수조에 투입되는데, 이때 폐범퍼커버 분쇄물(0.97)과 도막(1.2)의 비중차에 의해서 도막이 수조 밑면에 가라 앉게 된다.

또한, 도막제거용액으로 사용된 염화메틸렌은 비중이 1.34인 관계로 역시 수조 밑면으로 층이 분리되어 염화메틸렌 저장탱크로 이동되며, 이때 일부 혼입된 물은 다시 혼합용액 투입시 물의 사용량을 줄일 수 있어 완벽한 폐쇄고리형 리싸이클 프로세스를 구축할 수 있다.

한편, 수조 밑면에 가라앉은 도막은 수조 하부에 설치되어 있는 에어 블로어에 의해 수조의 물에 부유시킨 다음 메시로 분별한다.

이때, 수조 밑면으로부터 채취된 도막은 탈수, 건조공정에서 수분을 제거한 다음 고발열량의 고형화연료용 재료로 재이용된다.

그런 다음, 도막이 박리된 폐범퍼커버 분쇄물을 세척, 건조, 압출 공정을 거쳐 재생재료를 제조하는 단계로 진행시키면 본 발명에 따른 폐범퍼커버의 재활용을 위한 1 사이클이 완료된다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

폐범퍼커버를 고속분쇄기를 이용하여 5∼10cm의 크기로 절단한 다음, 8면으로 구성된 회전체에 450kg을 투입하여 완전 충진한 다음, 염화메틸렌 10ℓ와 물 10ℓ를 1:1로 혼합한 다음, 회전체에 투입하고 회전체는 30rpm, 회전날개는 2700rpm으로 회전시켜 도막을 제거하여 도막제거효율, 처리시간 등을 측정하였다.

또한, 도막제거 후의 수지물성은 시편제작 후 측정하였다.

실시예 2

폐범퍼커버를 고속분쇄기를 이용하여 5∼10cm의 크기로 절단한 다음, 8면으로 구성된 회전체에 300kg을 투입하여 적당히 충진한 다음, 염화메틸렌 20ℓ를 회전체에 투입하고 회전체는 30rpm, 회전날개는 2700rpm으로 회전시켜 도막을 제거하여 도막제거효율, 처리시간 등을 측정하였다.

또한, 도막제거 후의 수지물성은 시편제작 후 측정하였다.

실시예 3

폐범퍼커버를 고속분쇄기를 이용하여 5∼10cm의 크기로 절단한 다음, 8면으로 구성된 회전체에 450kg을 투입하여 완전 충진한 다음, 염화메틸렌 15ℓ와 물 5ℓ를 1:1로 혼합한 다음, 회전체에 투입하고 회전체는 30rpm, 회전날개는 2700rpm으로 회전시켜 도막을 제거하여 도막제거효율, 처리시간 등을 측정하였다.

또한, 도막제거 후의 수지물성은 시편제작 후 측정하였다.

아래의 표 1은 각 실시예별 도막제거용이성 평가결과를 보여주고 있다.

아래의 표 2는 각 실시예별 물성 평가결과를 보여주고 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 폐범퍼커버에 도포된 열경화성 도장을 염화메틸렌과 물의 혼합용액 및 마찰력을 이용해 도장을 제거할 수 있는 방법 및 장치를 제공함으로써, 범퍼의 제조공정상에서 발생하는 도장 불량 범퍼커버 및 폐차 또는 애프터서비스 시장에서 발생하는 폐부품을 경제적이면서 효율적으로 재활용할 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 위와 같은 폐범퍼커버의 재활용 방법을 채용함에 따라 차량의 전체적인 리사이클율을 0.5% 정도 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (9)

1. 폐범퍼커버를 중속 또는 고속분쇄기를 이용하여 5∼10cm의 크기로 분쇄하는 단계;

   상기 분쇄물을 8면으로 구성된 회전체에 완전 충진하고, 물/염화메틸렌 혼합용액을 첨가한 후, 회전체를 30~100rpm, 내부의 회전날개를 1500~3000rpm으로 회전체와 반대방향으로 회전시켜 도막을 박리시키는 단계;

   도막이 박리된 폐범퍼커버 분쇄물 및 도장물들을 비중차를 이용하여 일정한 유속으로 흐르는 수조 내에서 분리하는 단계;

   도막이 박리된 폐범퍼커버 분쇄물을 세척, 건조, 압출 공정을 거쳐 재생재료를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 도막을 박리시키는 단계에서 염화메틸렌:물의 사용비율은35∼65:65∼35 중량%인 것을 특징으로 하는 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 폐범퍼커버 분쇄물 및 도장물들을 수조 내에서 분리하는 단계에서 수조 밑면에 가라앉은 도막은 수조 하부에 설치되어 있는 에어 블로어를 이용하여 수조의 물에 부유시킨 다음 메시로 분별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 폐범퍼커버 분쇄물 및 도장물들을 수조 내에서 분리하는 단계에서 염화메틸렌 및 물의 혼합용액의 순환방식은 수조 밑면으로 층이 분리되는 염화메틸렌은 염화메틸렌 저장탱크로 이동이 가능하게 하는 동시에 일부 혼입된 물은 다시 혼합용액 투입시 물의 사용량을 줄일 수 있는 폐쇄고리형 리싸이클 방식인 것을 특징으로 하는 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 방법.
6. 폐범퍼커버를 5∼10cm의 크기로 분쇄하는 중속 또는 고속분쇄기와;

   반대방향으로 회전하는 내부의 회전날개(10)를 갖고 있으며 물/염화메틸렌 혼합용액과 함께 충진되는 분쇄물을 회전을 통한 마찰력을 이용하여 도막을 박리시키는 회전체(20)와;

   도막이 박리된 분쇄물과 도장물들을 비중차를 이용하여 일정한 유속으로 흐르게 하는 수조(30)와;

   수조(30) 내로 물/염화메틸렌 혼합용액을 공급 및 순환시키기 위한 염화메틸렌 저장탱크(40), 염화메틸렌 분별/회수탱크(50), 각각의 배관(60)과;

   도막이 박리된 분쇄물을 세척, 건조, 압출 공정을 거쳐 재생재료를 제조하는 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 회전체(20)는 8면으로 구성된 통구조인 것을 특징으로 하는 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 회전날개(10)는 축에 대해 15∼45°의 각도를 가지면서 회전체 길이방향을 기준으로 3등분된 3개의 날개로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 장치.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 수조(30)는 비중차에 의해 수조(30) 바닥으로 가라앉은 도막을 부유 및 선별시키기 위한 에어 블로어(70) 및 메시(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 폐범퍼커버의 재활용 장치.