폐타이어를 이용한 TPV(고무플라스틱) 원료 개발

윤상필,김봉석,정인경,서재건 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

고무와 폐플라스틱의 경우 재활용에 있어서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 단순 소각을 통한 열원이용으로 그 경제성은 매우 형편없는 실정이다. 자원 재활용에 있어서 경제성은 매우 중요한 척도이다. 위와 같은 열원이용은 그 처리규모와 폐자원의 형태 및 기능에 대한 제한은 없지만 초기 시설투자비용이 높고 일차원적 소각처리라는 점에서 경제적으로 많은 문제점을 지닌다. 이에 대한 대안으로 90년대 폐타이어의 가공이용 방법이 부각되기 시작하였고 고무블록 및 매트 제작을 통한 탄성바닥포장 재활용 제품으로 각광받기 시작하였다. 그러나 이 역시 폐타이어 재활용 사업을 고부가가치 사업으로 이끌기에는 부족했으며 중국산 수입 고무 칩의 무분별한 사용으로 인한 인체 유해성 문제로 그 시장이 축소되기에 이르렀다. 타이어의 구성요소인 고무와 강철은 현대 산업사회를 이끌어 가는 중요한 자원으로 이를 재자원화 하는 방안은 매우 시급한 실정이다. 현재 해외 선진사례에서는 폐타이어 고무 칩의 미 분쇄를 통하여 이를 재자원화하는 연구개발이 이루어지고 있다. 특히 폐자원을 활용한 복합신소재 개발은 자동차 부품 및 스포츠 용품, 의료용 소재, 기계부품 등과 같은 다양한 분야에 응용이 시도되고 있다. 본 연구에서는 폐타이어 재활용에 일반적으로 사용되고 있던 Cutting방식에 Shear방식을 도입, 칼날의 모양 및 분쇄드럼 개선을 통하여 기존 분쇄기보다 효율성을 증대시켜 미세 분말(0.5 mm이하) 형태의 고무플라스틱 재생 원료를 생산하는 기술을 개발하였고 또한 폐타이어에 함유된 철심은 재자원화가 가능하도록 하는 분리・선별 process를 구축하였다.

A-41 : 폐타이어를 이용한 TPV(고무플라스틱) 원료 개발

정인경,김봉석,윤상필,서재건 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

폐 고무와 폐플라스틱의 경우 재활용에 있어서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 단순 소각을 통한 열원이용으로 그 경제성은 매우 형편없는 실정이다. 자원 재활용에 있어서 경제성은 매우 중요한 척도이다. 위와 같은 열원이용은 그 처리규모와 폐자원의 형태 및 기능에 대한 제한은 없지만 초기 시설투자비용이 높고 일차원적 소각처리라는 점에서 경제적으로 많은 문제점을 지닌다. 이에 대한 대안으로 90년대 폐타이어의 가공이용 방법이 부각되기 시작하였고 고무블록 및 매트 제작을 통한 탄성바닥포장 재활용 제품으로 각광받기 시작하였다. 그러나 이 역시 폐타이어 재활용 사업을 고부가가치 사업으로 이끌기에는 부족했으며 중국산 수입 고무 칩의 무분별한 사용으로 인한 인체 유해성 문제로 그 시장이 축소되기에 이르렀다. 타이어의 구성요소인 고무와 강철은 현대 산업사회를 이끌어 가는 중요한 자원으로 이를 재자원화 하는 방안은 매우 시급한 실정이다. 현재 해외 선진사례에서는 폐타이어 고무 칩의 미 분쇄를 통하여 이를 재자원화하는 연구개발이 이루어지고 있다. 특히 폐자원을 활용한 복합신소재 개발은 자동차 부품 및 스포츠 용품, 의료용 소재, 기계부품 등과 같은 다양한 분야에 응용이 시도되고 있다. 본 연구에서는 폐타이어 재활용에 일반적으로 사용되고 있던 Cutting방식에 Shear방식을 도입, 칼날의 모양 및 분쇄드럼 개선을 통하여 기존 분쇄기보다 효율성을 증대시켜 미세 분말(0.5 mm이하) 형태의 고무플라스틱 재생 원료를 생산하는 기술을 개발하였고 또한 폐타이어에 함유된 철심은 재자원화가 가능하도록 하는 분리·선별 process를 구축하였다.

고무증량재 및 플라스틱 충진재의 대체재로 UC와 CM의 재활용

한광수(Gwang Su Han),김둘선(Dul-Sun Kim),이동근(Dong-Keun Lee) 한국청정기술학회 2021 청정기술 Vol.27 No.1

미연 탄소(unburned carbon, UC)는 대두유를 포수제로 사용하여 부유선별공정을 통해 최대 85.8 wt%까지 비산재로부터 성공적으로 회수되었다. CM (ceramic microsphere)은 부유선별공정 다음 공정인 하이드로 사이클론 분리공정으로부터 18 wt%의 수율을 얻을 수 있었고 회수한 UC와 CM을 각각 고무증량재와 플라스틱(polypropylene) 충진재의 대체재로 사용하여 산업재로 활용 가능성을 조사하였다. 입자가 큰 UC는 볼밀을 사용하여 평균입경 10.2 μm로 작게 분쇄하였다. 분쇄된 UC를 점토 대신에 고무증량재로 사용하였을 때 인장강도와 신율이 다소 낮게 나와 고무제품의 표준조건을 만족시키지는 못하였다. 따라서 표준조건을 충족시키기 위해 UC는 고무와 보다 긴밀한 결합이 필요하였고, 이를 위한 표면 에너지를 향상시키는 추가적인 처리가 필요하였다. CM은 평균입경이 5 μm의 구형입자로 관찰되었으며, 입자의 표면을 페놀수지, 폴리올, 스테아린산, 올레인산으로 개질하였다. 표면 개질된 CM은 PP (polypropylene) 충진재로 사용되었다. 표면 개질된 CM을 사용한 제품은 흐름성은 양호하였으나 결합력 부족으로 충격강도 및 굴곡강도는 향상되지 못하였다. 그러나 표면 개질된 CM에 유기물과 무기물의 대표적 컬플링제인 실란 1 wt%을 추가적으로 혼합함으로써 충격강도 및 굴곡강도가 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있었다. Unburned carbon (UC) was successfully separated from fly ash by up to 85.8% in weight via froth flotation using soybean oil as a collector. An 18 wt% yield of microceramics (CM) could be achieved by employing a hydro cyclone separator located immediately after the flotation equipment. UC and CM were tested as alternatives to weight-adding material and polymer (especially polypropylene in this study) filler, respectively. Large particles of UC were broken down into smaller ones via ball milling to have an average particle diameter of 10.2 μm. When crushed UC was used as an alternative to clay as a rubber weight-adding material, a somewhat lower tensile strength and elongation rate than the allowed values were unfortunately obtained. In order to satisfy the standard limits, further treatment of UC is required to enhance surface energy for more intimate bonding with rubber. CM was observed in spherical forms with an average diameter of 5 μm. The surface of the CM particles was modified with phenol, polyol, stearic acid, and oleic acid so that the surface modified CM could be used as a polypropylene-filling agent. The flowability was good, but due to the lack of coupling forces with polypropylene, successful impact strength and flexural strength could not be obtained. However, when mixing the surface-modified CM with 1% silane by weight, a drastic increase in both the impact strength and flexural strength were obtained.

미세분말화 기술을 적용한 폐인조잔디 충전재의 고무플라스틱(TPV) 소재 재이용 기술개발

서재건 ( Jaegun Seo ),김봉석 ( Bongseok Kim ),윤상필 ( Sangpil Yun ),정인경 ( Ingyung Jung ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

2002년 한일월드컵의 성공적 개최로 인한 축구 열풍으로, 인조잔디구장 조성 붐이 형성되어 급격하게 확대되기 시작한 인조잔디시장은 교육부와 국민체육진흥공단의 생활체육 및 체육시설의 선진화 방안에 따른 인조잔디 조성계획으로 지자체 및 학교 등 공공기관이 수요가 보태지면서 가히 폭발적으로 성장하게 되었다. 인조잔디의 사용연한은 보통 7~8년으로 알려져 있으나, 이용이 빈번한 학교운동장, 공공체육 시설의 경우 평균 3~5년으로 짧은 편이다. 잔디파일의 경우 시간이 지남에 따라 물리적 마모 및 충격에 의해 열화가 진행되며, 파일의 탈락 및 인장강도, 인발력 저하, 고무분말 노출로 인한 분진 발생의 원인이 된다. 인조잔디가 깔린 학교는 전국에 1,580여 곳이며, 이 가운데 200여 곳(12.7%)은 사용연한이 다 됐거나 지났으며, 사용한 지 5년이 넘어 노후된 곳도 613곳(38.8%)이나 되어 폐기 인조잔디 처리가 시급한 문제로 떠오르고 있다. 국내 처리방법은 폐기 인조잔디 발생 시 사업장 폐기물로서 위탁, 소각 후 매립하고 있으며, 소각 후 매립 처분에 있어 대부분의 인조잔디와 충전재(고무분말, 규사)를 구분하지 않고 일괄 소각 후 매립하고 있어 자원의 낭비와 자연환경의 파괴가 우려된다. 이에 본 연구에서는 폐기 인조잔디 충전재의 0.5mm이하 미분쇄 가공을통한 TPV용 소재 개발을 위한 연구를 진행하였으며, 원자재 공급업체와 중가 가공처리업체, 최종 제품 수요업체, 총괄 관리기관 간의 업무분장을 통하여 자원 재활용 네트워크를 구축하였다.

친환경 자동차 플라스틱 경량화 및 고성능 인슐레이터 개발 연구

조재천(Jaecheon Cho),이관현(Gwanhyeon Lee),김경진(Kyungjin Kim),안수연(Sooyeon An),박천성(Cheonseong Park) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2022 No.11

인슐레이터는 차축과 차체를 연결하여 주행할 때 차축이 노면에서 받는 진동 충격을 차체에 직접 전달되지 않도록 하는 장치이며 승차감 및 차량의 조향안정성에 영향이 있다. 인슐레이터는 주로 알루미늄 브라켓에 고무를 접착 성형하는 제품이다. 본 과제에서는 내구성 향상을 위한 고내구성의 특징을 가지는 고무부시와 경량화를 위해 브라켓의 재질을 알루미늄에서 고강도 플라스틱으로 적용하여 성능과 신뢰성을 만족시키는 부품을 개발하고 신 조립 공법을 개발하여 최적화 하였다. The insulator is a device that connects the axle to the car body and prevents the vibration shock that the axle receives from the road surface from being transmitted directly to the car body while driving. Insulators are mainly formed by bonding rubber to aluminum brackets. In this project, we have completed the development that satisfies performance and reliability by applying rubber bushes with high durability to improve durability and bracket materials for weight reduction from aluminum to high-strength plastics. We also developed and optimized new assembly methods.

미세분말화 기술을 적용한 폐인조잔디 충전재의 고무플라스틱(TPV) 소재 재이용 기술개발

서재건,정인경,김봉석,윤상필 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2016 No.11

2002년 한일월드컵의 성공적 개최로 인한 축구 열풍으로, 인조잔디구장 조성 붐이 형성되어 급격하게 확대되기 시작한 인조잔디시장은 교육부와 국민체육진흥공단의 생활체육 및 체육시설의 선진화 방안에 따른 인조잔디 조성계획으로 지자체 및 학교 등 공공기관이 수요가 보태지면서 가히 폭발적으로 성장하게 되었다. 인조잔디의 사용연한은 보통 7~8년으로 알려져 있으나, 이용이 빈번한 학교운동장, 공공체육 시설의 경우 평균 3~5년으로 짧은 편이다. 잔디파일의 경우 시간이 지남에 따라 물리적 마모 및 충격에 의해 열화가 진행되며, 파일의 탈락 및 인장강도, 인발력 저하, 고무분말 노출로 인한 분진 발생의 원인이 된다. 인조잔디가 깔린 학교는 전국에 1,580여 곳이며, 이 가운데 200여 곳(12.7%)은 사용연한이 다 됐거나 지났으며, 사용한 지 5년이 넘어 노후된 곳도 613곳(38.8%)이나 되어 폐기 인조잔디 처리가 시급한 문제로 떠오르고 있다. 국내 처리방법은 폐기 인조잔디 발생 시 사업장 폐기물로서 위탁, 소각 후 매립하고 있으며, 소각 후 매립 처분에 있어 대부분의 인조잔디와 충전재(고무분말, 규사)를 구분하지 않고 일괄 소각 후 매립하고 있어 자원의 낭비와 자연환경의 파괴가 우려된다. 이에 본 연구에서는 폐기 인조잔디 충전재의 0.5mm이하 미분쇄 가공을통한 TPV용 소재 개발을 위한 연구를 진행하였으며, 원자재 공급업체와 중가 가공처리업체, 최종 제품 수요업체, 총괄 관리기관 간의 업무분장을 통하여 자원 재활용 네트워크를 구축하였다.

미세분말화 기술을 적용한 피탄받이용 Rubber 충진재 재생산 기술개발

서재건 ( Jaegun Seo ),김봉석 ( Bongseok Kim ),윤상필 ( Sangpil Yun ),정인경 ( Ingyung Jung ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

우리나라는 2012년을 기준으로 약 1,300여개소의 군부대 사격장, 15개 경기 사격장, 17개 레져용 사격장, 미군부대에서 사용하는 95개 훈련장 사격장이 운용되고 있다. 최근 국방부와 환경부가 공동으로 19개 사격장을 대상으로 토양 오염도를 조사한 결과를 보면, 모든 사격장의 토양이 발사된 탄두의 영향으로 납, 구리, 크롬 등의 중금속으로 심각하게 오염된 사실이 확인된 바 있다. 토양 중 중금속의 존재 형태는 여러 가지로 나타날 수 있는데, 일반적으로 탄피의 작은 알갱이 형태인 중금속 분말 형태와, 분말로 용출되어 토양입자에 흡착 또는 침전물 형태의 복잡한 화합물로 존재한다. 유기물과는 달리 중금속은 장기간 경과 후에도 그 양은 변화지 않으며, 단지 주변 조건에 따라 여러 가지 형태의 다양한 모습으로 존재한다. 대표적인 처리방법에는 물리적, 화학적 방법에 의한 분리 기술과 고정화 또는 안정화 방법에 의한 위해성 저감 등이 있다. 기존 사격장의 중금속 오염 토양의 정화를 위하여, 소석회와, 석회석으로 구성된 연속 칼럼 반응조를 통과시킨 다음, pH를 중성으로 조절하기 위하여 pH 조정조를 통과시키는 지하수의 정화방법(시트르산, 아세트산, 옥살산과 같은 저분자 유기산을 주성분으로 하는 용출제용 조성물을 이용하여 토양 중에 투입하여 중금속을 부착시킨 후 제거하는 중금속 오염 토양의 정화방법) 등이 제안되어 왔으나, 이들 방법은 모두 사후적 정화방법에 관한 것으로 완전한 정화가 불가능할 뿐만 아니라 정화에 많은 노력과 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 발사된 탄두를 연소 및 화재의 위험과 토양의 중금속 오염 없이 재활용이 가능한 피탄 받이용(탄두회수용) 충진재 개발을 진행하였다. 이를 통하여 탄두를 원형 그대로 회수함에 따른 고비용 탄두의 재활용이 가능하며, 탄두에 의한 토양 중금속 오염문제를 원천적으로 봉쇄할 수 있을 것으로 기대된다.

미세분말화 기술을 적용한 피탄받이용 Rubber 충진재 재생산 기술개발

서재건,김봉석,윤상필,정인경 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2016 No.11

우리나라는 2012년을 기준으로 약 1,300여개소의 군부대 사격장, 15개 경기 사격장, 17개 레져용 사격장, 미군부대에서 사용하는 95개 훈련장 사격장이 운용되고 있다. 최근 국방부와 환경부가 공동으로 19개 사격장을 대상으로 토양 오염도를 조사한 결과를 보면, 모든 사격장의 토양이 발사된 탄두의 영향으로 납, 구리, 크롬 등의 중금속으로 심각하게 오염된 사실이 확인된 바 있다. 토양 중 중금속의 존재 형태는 여러 가지로 나타날 수 있는데, 일반적으로 탄피의 작은 알갱이 형태인 중금속 분말 형태와, 분말로 용출되어 토양입자에 흡착 또는 침전물 형태의 복잡한 화합물로 존재한다. 유기물과는 달리 중금속은 장기간 경과 후에도 그 양은 변화지 않으며, 단지 주변 조건에 따라 여러 가지 형태의 다양한 모습으로 존재한다. 대표적인 처리방법에는 물리적, 화학적 방법에 의한 분리 기술과 고정화 또는 안정화 방법에 의한 위해성 저감 등이 있다. 기존 사격장의 중금속오염 토양의 정화를 위하여, 소석회와, 석회석으로 구성된 연속 칼럼 반응조를 통과시킨 다음, pH를 중성으로 조절하기 위하여 pH 조정조를 통과시키는 지하수의 정화방법(시트르산, 아세트산, 옥살산과 같은 저분자 유기산을 주성분으로 하는 용출제용 조성물을 이용하여 토양 중에 투입하여 중금속을 부착시킨 후 제거하는 중금속 오염 토양의 정화방법) 등이 제안되어 왔으나, 이들 방법은 모두 사후적 정화방법에 관한 것으로 완전한 정화가 불가능할 뿐만 아니라 정화에 많은 노력과 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 발사된 탄두를 연소 및 화재의 위험과 토양의 중금속 오염 없이 재활용이 가능한 피탄 받이용(탄두회수용) 충진재 개발을 진행하였다. 이를 통하여 탄두를 원형 그대로 회수함에 따른 고비용 탄두의 재활용이 가능하며, 탄두에 의한 토양 중금속 오염문제를 원천적으로 봉쇄할 수 있을 것으로 기대된다.

부시 강성에 따른 서브프레임 내구 해석에 관한 연구

정비범 (Bee Bum, Jung),백설(Serl, Baik),박천일(Chun Il, Park) 한국자동차공학회 2016 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2016 No.11

Under driving, A vehicle experiences various kinds of load and suspension system support it. Road load causes chassis module’s fatigue failure and car accident. In developing early suspension, Fatigue tests require many times and costs. So It need to fatigue analysis. In this paper, in order to predict the fatigue performance of subframe, two analysis methods compared. Bush type is rubber and tpee in subframe front mounting bush. TPEE bush have more stiffness than rubber. Fatigue analysis method is Static analysis and Modal superposition method. Test results compare to them. Also Effect analysis progress about subframe fatigue performance. Through the paper, Fatigue analysis reliability of subframe is improved.