KR100395740B1 - 생분해성 플라스틱 드레인 보드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 토목건설 공사용 배수재인 플라스틱 드레인 보드에 관한 것으로, 본 드레인보드는 코어부재가 생분해성 고분자를 함유하며, 토양매립후 180일 이후의 인장강도 보유율이 60% 이상이고, 토양매립후 730일 이후의 인장강도 보유율이 50% 이하인 특징을 갖는 것이며, 이러한 특징의 드레인 보드는 수직배수특성, 내구성 및 시공안정성이 우수하여 도로의 배수재 및 연약지반 강화용 연직 배수재 등에 시공되어 우수한 성능을 발휘할 수 있으며 생분해성이 우수하여 토양속에서 자연분해되어 환경오염을 일으키지 않는 등의 장점이 있다.
Description
본 발명은 토목건설 공사용 배수재인 플라스틱 드레인 보드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 환경친화적인 생분해성 플라스틱 드레인 보드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
토목건설 공사용 배수재에 요구되는 기본특성은 가격이 저렴해야 하고 적용되는 토목건설공사에 적합한 정도의 강신도 및 흡수성을 가져야 한다. 또한, 박테리아 등의 미생물에 강하고 지반 강화용 약품 등에도 잘 견디는 내구성이 요구되며, 운반 및 시공이 용이해야 하고 사용환경중에서 안정된 상태를 유지하여야 한다.
일반적으로 토목건설공사용 배수재는 연약지반 처리공법에 사용된다. 이러한 배수재는 흙속에서 사용되며 빠른 시간내에 배수기능을 발휘해야만 후속공사를 진행할 수 있다.
따라서 배수기능을 담당하는 토목건설공사용 배수재의 특성의 고찰은 역학적 성질, 부직포의 기공크기, 투과성, 투과율 및 시간과 환경을 고려한 내구성에 대하여 이루어져야 한다. 또한 배수재의 성질이 구조에 따라 어떻게 영향을 받는지도 고려하여야 한다.
플라스틱 드레인 보드를 연약지반 내에 수직으로 설치하면 간극수가 여과기능을 가진 부직포 필터를 거쳐 내부 코어인 플라스틱 배수구를 통하여 상부로 쉽게 배출된다.
플라스틱 드레인 보드의 코어는 압출제품이며, 배수용량 및 여과면적이 크고 강도가 커야한다. 그리고 저온 및 고온에서 시공성이 좋아야 하며, 유연성이 좋고 수분에 의한 수축이나 변형이 발생하지 않아야 한다.
플라스틱 드레인 보드의 필터는 부직포 또는 웹이며, 인장력이 커야하고 투수성 및 여과효과가 탁월해야한다. 또한, 구멍막힘 현상이 없고 내구성이 우수하여야 한다.
일반적으로 필터부재로 폴리프로필렌 부직포를 사용하고 코어부재로 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 사용하여 제조한 플라스틱 드레인 보드가 사용되고 있다.
그러나 이러한 플라스틱 드레인 보드는 흙속에서 분해되지 않기 때문에 토양오염의 문제점을 가지고 있다. 일반적으로 플라스틱 드레인 보드를 사용하여 연약지반의 수분을 제거한 후에는 플라스틱 드레인 보드를 파쇄한 상태로 토양을 갈아 엎어 지반을 조성한다. 기존의 플라스틱 드레인 보드는 분해성이 거의 없기 때문에 토양속에서 그대로 존재하게 되어 토양을 오염시키거나 지력을 약하게 한다.
이러한 토양오염은 배수재의 설치 및 회수, 배수재 위에 위치한 토양의 붕괴로 인한 토양의 변형 등이며 비틀림은 압밀가공하는 동안 배수재의 수축에 기인한다.
이와 같이 현재 사용되고 있는 플라스틱 드레인 보드 제품은 토목공학적 목적이 완료된 후, 즉 적정 사용기간이 지난 후에도 전혀 분해가 되지 않고 완제품 형태로 남아있어 환경을 오염시키는 원인이 되는 문제점이 있다. 일반적으로 드레인보드는 시공후 최소 6개월이 경과하면 수분 흡수가 거의 끝나게 되며, 그후 약 2년 6개월 동안 지반에 묻혀 있게 되며, 3년이 지나면 흙을 갈아 엎어 적정용도로 이용하게 되는데, 종래의 드레인 보드는 파쇄된 상태에서 생분해되지 않고 흙속에 섞여버리기 때문에 흙의 결속력을 약화시키고, 환경오염을 일으키게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 플라스틱 드레인 보드가 소망하는 사용기간 동안 제 기능을 충분히 유지하고, 사용기간이 경과한 후에는 생분해되어 환경오염을 최소화할 수 있는 환경친화형 생분해성 플라스틱 드레인 보드 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현에 따라 코어부재와 필터부재를 결합하여 플라스틱 드레인 보드를 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 생분해성 플라스틱 드레인 보드를 구성하는 코어부재의 여러 가지 형태를 예시한 도면이다.
* 도면의 주요부분의 설명 *
1 : 필터부재 2 : 접합부분(중첩부분)
3 : 코어부재 4 : 수분통로
상기한 목적을 달성한 본 발명에 의하면 열가소성 수지를 주성분으로 하는 압출성형물이며 다수개의 수분통로가 형성된 코어부재와 상기 코어부재를 감싸는 섬유재 필터부재로 이루어진 플라스틱 드레인 보드에 있어서,
상기 코어부재가 부가성분으로 생분해성 고분자를 함유하며, 토양매립후 180일 이후의 인장강도 보유율이 60% 이상이고, 토양매립후 730일 이후의 인장강도 보유율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 드레인 보드가 제공된다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에 본 발명의 바람직한 구현에 따르는 생분해성 플라스틱 드레인 보드가 예시된다. 도시되는 드레인 보드는 다수개의 수분통로(4)가 형성된 코어부재(3)와 이를 감싸는 필터부재(1)로 이루어진다. 이때, 필터부재(1)로 코어부재(3)를 감싸는 형태는 코어부재를 감싼 필터부재의 양단이 중첩되도록 한 후 중첩된 부분(2)을 접합하는 형태로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 드레인보드의 주된 특징은 코어부재를 열가소성 수지를 주성분으로 하고 생분해성 고분자를 부가성분으로 하여 압출성형하되, 생분해성 고분자의 종류 및 함량을 조절하여 코어부재가 토양매립후 180일 이후의 인장강도 보유율이 60% 이상이 되고, 토양매립후 730일 이후의 인장강도 보유율이 50% 이하가 되도록 하는 데에 있다. 코어부재가 상기한 바와 같은 인장강도보유율을 만족하게 되면 드레인 보드가 소망하는 사용기간 동안 제 기능을 충분히 유지하고, 사용기간이 경과한 후에는 생분해되어 환경오염을 최소화할 수 있게 된다.보다 구체적으로 설명하면, 코어부재가 토양매립후 180일 이후의 인장강도 보유율이 60% 미만인 경우에는 강력저하로 인한 지지력 상실로 절단의 우려가 있고, 굴곡시 꺽임 및 절단발생등으로 인한 불안정한 구조가 되어 투수계수가 저하되어 드레인 보드의 기능을 발휘할 수 없게 되므로 코어부재가 토양매립 후 180일 이후의 인장강도 보유율이 적어도 60%가 되어야 한다. 또한 PDB 공법에서는 수직배수재를 이용한 배수기간을 필터의 막힘현상 등을 고려하여 2년 넘게는 적용하지 않으므로, 2년이 지난 후에는 수직배수재로서의 역할은 다했다고 볼 수 있으며, 코어부재의 분해성과 관련지어 토양매립후 730일 이후의 인장강도 보유율이 50% 이상이면 분해에 의한 코어의 절단효과가 작아져 흙속에 포설된 전체길이로 남아 있어 그대로 존재하게 되며 나중에 흙을 갈아 업거나 복토시 장애요인으로 작용하게 되나, 50% 이하인 경우에는 흙속에 작은 조각형태로 코어가 존재하고 분해되어 흙과의 일체효과가 있어 지반안정성이 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
코어부재가 토양매립후 180일 이후의 인장강도 보유율이 60% 이상이 되고, 토양매립후 730일 이후의 인장강도 보유율이 50% 이하가 되도록 하기 위한 생분해성 고분자의 종류로는 전분, 생분해성 지방족 폴리에스테르, 또는 이들의 혼합물이 바람직하다.
상기한 바와 같은 생분해성 고분자를 부가성분으로 하는 코어부재의 경우, 주성분인 열가소성 수지 대 부가성분인 생분해성 고분자의 혼합비는 중량비로 65:35 내지 95:5이되, 코어부재의 전체구성성분중 전분의 함량이 10중량% 이하이고, 생분해성 지방족 폴리에스테르의 함량이 30중량% 이하인 것이 바람직하다.
전체 코어부재 구성성분중 생분해성 고분자인 전분의 함량이 10중량%를 초과하는 경우에는 생분해성이 너무 커져 180일 이내에 인장강도 보유율이 최소 20% 정도로 저하되어 기능발휘가 곤란하게 되고, 생분해성 지방족 폴리에스테르의 함량이 30중량%를 초과하게 되면 블랜딩이 어려워지고 이로 인해 제품생산이 곤란하게 된다. 상기한 전분 함량의 상한과 생분해성 지방족 폴리에스테르의 상한은 전분과 생분해성 지방족 폴리에스테르가 단독으로 사용되는 경우 뿐만아니라 혼합사용되는 경우에도 벗어나지 않도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 코어부재 구성성분중 주성분이 되는 열가소성 수지는 코어부재의 인장강도를 증진시키기 위하여 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐클로라이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명 코어부재 구성성분에는 상기한 주성분 및 부가 성분 이외에도 당분야 통상의 첨가제, 예를 들어 결합제, 산화제 등을 함유시켜도 무방하다.
본 발명의 드레인보드를 구성하는 또한 부재인 필터부재는 천연섬유, 합성성유 또는 이들의 혼합물로 이루어진다. 특히 흡수성이 뛰어나고 폐기후 생분해성이 우수한 천연섬유와 필터부재의 인장성능 향상에 유리한 합성섬유를 혼합하여 필터부재를 구성시키는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 천연섬유로는 셀룰로오스계 천연섬유, 단백질계 천연섬유 등이 있으며, 필터부재의 인장성능 향상에 유리한 합성섬유로는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유 등이 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
특별히 제한하기 위한 것은 아니지만, 상기 필터부재는 코어부재를 감싼 후 열접착이 용이하도록 융점 180℃ 이하의 저융점 섬유 30중량% 이하와 이보다 융점이 높은 고융점 섬유 70중량% 이상을 함유하는 웹 또는 부직포로 구성시키는 것도 효과적이다. 상기 저융점 섬유는 융점 180℃ 이하의 저융점 폴리머 단독으로 이루어지거나 또는 고융점 폴리머와 복합방사된 섬유를 의미한다.
본 발명의 플라스틱 드레인 보드는 단위길이당 중량 70g/m 이상, 최대 인장강도 200㎏/폭 이상, 10% 인장시 인장강도 100㎏/폭 이상이이고, 180°굴곡시 균열 발생이 발생하지 않는 내굴곡성 및 300㎪에서 직선상태일 경우 30㎤/sec 이상, 20% 굴곡상태일 경우 15㎤/sec 이상이 되는 배수성을 가지도록 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 플라스틱 드레인 보드는 예를 들어 도 1에 나타낸 바와 같은 방법으로 제조할 수 있다. 즉, 전분, 생분해성 지방족 폴리에스테르 또는 이들의 혼합물 5-35중량%와 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리비닐클로라이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물 65-95중량%를 함유하는 원료를 압출성형하여 수분통로(4)가 형성된 코어부재(3)를 성형하고, 상기 코어부재(3)를 웹 또는 부직포로 되는 필터부재(1)로 감싸되, 필터부재의 양단이 중첩되도록 한후, 중첩된 부분(2)을 접합하여 제조할 수 있다. 중첩부의 폭은 1∼2㎝ 정도가 적당하다. 중첩부분을 접합하는 방법은 소형압출기를 이용하여 핫멜트(hot melt)방법, 또는 폴리에틸렌 용융액을 중첩부분 사이에 분사하여 롤러로 압착하여 접합하는 방법을 이용할 수 있다.
이때, 코어부재는 그 구성성분을 압출 및 가공하여 기계방향으로 다수개의 수분통로를 가지는 코어부재를 제조하고 연신하여 롤(roll)상으로 권취하여 준비하는 것이 바람직하다. 도 2a 내지 도 2c에는 다수개의 수분통로(4)를 가지는 코어부재의 바람직한 여러 가지 형태들이 예시된다.
또한, 필터부재는 구성섬유를 균일하게 혼합 및 분산하여 제조한 웹, 또는이러한 웹을 열접착 또는 압착시켜 제조한 부직포를 권취하여 준비할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 생분해성 플라스틱 드레인 보드는 수직배수특성, 생분해성, 내구성 및 시공안정성이 우수하여 도로의 배수재 및 연약지반 강화용 연직 배수재 등에 시공될 수 있으며, 수백년 동안 지중에서 분해되지 않아 공해를 발생시키는 기존의 플라스틱 드레인 보드에 비해 상대적으로 높은 분해성을 가지고 있어 환경친화적인 토목자재이다.
이하, 본 발명의 장점 및 특징을 실시예를 통하여 설명하도록 한다. 단, 본 발명은 하기 실시예에 의하여 한정되지 않는다.
실시예 및 비교예에서 제조된 플라스틱 드레인 보드의 물성은 다음과 같은 측정방법으로 측정하였다.
* 단위길이 당 중량 : KS K 0515의 방법으로 측정하였다.
* 필터의 유효구멍크기 : ASTM D 4751의 방법으로 측정하였다.
* 인장강도 : KS K 0520의 방법으로 측정하였다.
* 내굴곡성 : 180°굴곡시 균열 발생 확인하였다.
* 필터의 투수계수 : ASTM D 4716의 방법으로 측정하였다.
* 배수성능 : 네덜란드 델프트 유니버시티 오브 테크놀리지(Delft University of Technology)의 스탠다드 드레인 디스차아지 테스터(Standard Drain Discharge Tester)를 이용하여 측정하였다.
* 생분해성 : 토양매립 후 180일에서의 인장강도 보유율(이하, '생분해성-Ⅰ'이라 함.), 730일에서의 인장강도 보유율(이하, '생분해성-Ⅱ'라 함.)을 측정하였다.
[실시예 1]
열가소성 수지인 중량평균분자량 250,000-300,000의 폴리프로필렌 수지 95중량%와 생분해성 고분자인 전분 5중량%의 혼합물을 압출성형하여 도 1에 나타낸 바와 같이 다수개의 수분통로가 형성된 코어부재(3)를 제조하였으며, 융점이 170℃인 폴리프로필렌 섬유 30중량%와 건조시 강도가 2.5-5.0g/d이고 습윤시 강도가 3.0-6.0g/d인 재생 면섬유 70중량%가 혼합된 부직포로 필터부재를 제조하였다.
제조된 코어부재를 15m/min의 속도로 공급하고 필터부재를 동일 속도로 공급하여 코어부재를 필터부재가 1㎝ 중첩되도록 감싸고 중첩부위를 폴리에틸렌 용융액으로 접합하여 봉합하였다.
이와 같이 제조된 플라스틱 드레인 보드는 단위길이당 중량 70g/m, 필터의 유효구멍크기(O90) 64.4㎛, 10% 인장시 인장강도 182.7㎏/폭, 필터의 인장강도 56.7㎏/폭, 필터의 투수계수 0.001cm/sec, 플라스틱 드레인 보드가 직선인 경우 300㎪에서 배수성능 32.6cm3/sec, 20% 굴곡인 경우 300㎪에서 배수성능 23.1cm3/sec이고, 내굴곡성시험에서는 180°굴곡시 균열발생이 없었으며, 생분해성-Ⅰ은 83.5%, 생분해성-Ⅱ는 14.2% 이었다.
[비교예 1]
12 데니어 폴리프로필렌 섬유만으로 제조한 필터부재와 실시예 1과 동일한 폴리프로필렌만으로 이루어진 코어부재를 사용하여 플라스틱 드레인 보드를 제조하였다.
이와 같이 제조된 플라스틱 드레인 보드는 단위길이당 중량 73.5g/m, 필터의 유효구멍크기(O90) 77.8㎛, 10% 인장시 인장강도 184.37㎏/폭, 필터의 인장강도 73.2㎏/폭, 필터의 투수계수 0.001cm/sec, 플라스틱 드레인 보드가 직선인 경우 300㎪에서 배수성능 36.5cm3/sec, 20% 굴곡인 경우 300㎪에서 배수성능 28.8cm3/sec이고, 내굴곡성시험에서는 180° 굴곡시 균열발생이 없었으며, 생분해성-Ⅰ은 88.4%, 생분해성-Ⅱ는 84.6% 이었다.
[실시예 2 내지 14]
코어부재의 구성성분중 생분해성 고분자의 종류 및 함량을 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다. 각 예의 생분해성-Ⅰ과 생분해성-Ⅱ는 표 1에 제시된다.
| 구분 | 코어부재 구성성분(중량%) | 생분해성-Ⅰ | 생분해성-Ⅱ | ||
| 폴리프로필렌 | 생분해성 고분자 | ||||
| 전분 | 지방족 폴리에스테르* | ||||
| 실시예 1 | 95 | 5 | - | 83.5 | 14.2 |
| 실시예 2 | 90 | 10 | - | 81.5 | 12.2 |
| 실시예 3 | 95 | - | 5 | 94.6 | 48.7 |
| 실시예 4 | 90 | - | 10 | 90.3 | 47.6 |
| 실시예 5 | 85 | - | 15 | 85.2 | 40.3 |
| 실시예 6 | 80 | - | 20 | 85.1 | 40.2 |
| 실시예 7 | 75 | - | 25 | 84.7 | 32.2 |
| 실시예 8 | 70 | - | 30 | 84.6 | 23.3 |
| 실시예 9 | 90 | 5 | 5 | 80.1 | 18.4 |
| 실시예 10 | 85 | 5 | 10 | 79.4 | 17.7 |
| 실시예 11 | 80 | 5 | 15 | 77.3 | 16.4 |
| 실시예 12 | 75 | 5 | 20 | 76.1 | 16.2 |
| 실시예 13 | 70 | 5 | 25 | 70.4 | 15.4 |
| 실시예 14 | 65 | 5 | 30 | 62.4 | 12.5 |
| 비교예 1 | 100 | - | 88.4 | 84.6 |
* 지방족 폴리에스테르 : 중량평균분자량 230,000-280,000의 폴리부틸렌석시네이트
상기한 실시예에서 나타난 바와 같이 본 발명의 생분해성 플라스틱 드레인 보드제품은 수직배수특성, 내구성 및 시공안정성이 우수하여 도로의 배수재 및 연약지반 강화용 연직 배수재 등에 시공되어 우수한 성능을 발휘할 수 있을 뿐만아니라 생분해성이 우수하여 토양속에서 자연분해되어 환경오염을 일으키지 않는 환경친화적인 유용한 발명인 것이다.
Claims (11)
- 열가소성 수지를 주성분으로 하는 압출성형물이며 다수개의 수분통로가 형성된 코어부재와 상기 코어부재를 감싸는 섬유재 필터부재로 이루어진 플라스틱 드레인 보드에 있어서,상기 코어부재가 열가소성 수지 65∼95중량% 및 생분해성 고분자 5∼35중량%로 되고, 토양매립후 180일 이후의 인장강도 보유율이 60% 이상이고, 토양매립후 730일 이후의 인장강도 보유율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 드레인 보드.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 코어부재에 함유되는 생분해성 고분자의 함량이 전분 10중량% 이하 및 생분해성 지방족 폴리에스테르 30중량%이하이되, 상기 전분과 생분해성 지방족 폴리에스테르의 합계 량이 5∼35중량%인 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 드레인 보드.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 필터부재가 섬유 웹 또는 부직포로 되는 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 드레인 보드.
- 삭제
- 제 6 항에 있어서, 상기 필터부재가 융점 180℃ 이하의 저융점 섬유 와 이보다 융점이 높은 고융점 섬유를 함유하는 웹 또는 부직포로 되는 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 드레인 보드.
- 제 8 항에 있어서, 상기 저융점 섬유가 융점 180℃ 이하의 저융점 폴리머 단독으로 이루어지거나 또는 고융점 폴리머와 복합방사된 섬유인 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 드레인 보드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 플라스틱 드레인 보드가 단위길이당 중량 70g/m 이상, 최대 인장강도 200㎏/폭 이상, 10% 인장시 인장강도 100㎏/폭 이상이고, 180°굴곡시 균열 발생이 발생하지 않는 내굴곡성 및 300㎪에서 직선상태일 경우 30㎤/sec 이상, 20% 굴곡상태일 경우 15㎤/sec 이상이 되는 배수성을 만족하는 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 드레인 보드.
- 열가소성 수지를 주성분으로 하는 압출성형물이며 다수개의 수분통로가 형성된 코어부재와 상기 코어부재를 감싸는 섬유재 필터부재로 이루어지고, 상기 코어부재가 생분해성 고분자를 함유하며, 토양매립후 180일 이후의 인장강도 보유율이 60% 이상이고, 토양매립후 730일 이후의 인장강도 보유율이 50% 이하인 생분해성 플라스틱 드레인 보드를 제조하는 방법에 있어서,열가소성 수지 65∼95중량% 및 생분해성 고분자 5∼35중량%를 함유하는 원료를 압출성형하여 코어부재를 성형하고, 상기 코어부재를 웹 또는 부직포로 되는 필터부재로 감싸되, 필터부재의 양단이 중첩되도록 한후, 중첩된 부분을 접합하는 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 드레인 보드의 제조방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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