KR100465231B1 - 2액형 폴리우레탄 탄성 칩 제조공법 및 탄성층 포장재시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2액형 폴리우레탄 탄성 칩 제조공법에 의한 탄성층 포장재 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아스팔트나 콘크리트가 아닌 고무재를 주제로 하는 포장재를 이용한 시공방법을 제공하되, 종래의 폐우레탄 회수에 의한 고무 칩의 제조방법을 지양하고 각각 일정한 비율로 합성 및 블랜딩 된 액상의 주제 및 경화제를 혼합하여 탄성 칩을 제조하여 이를 포장재의 원료로 제공함으로서, 폐우레탄 회수자원 부족의 문제를 극복하고 2액형 원료의 제조 중에 각종 착색제 및 첨가제를 이용, 칼라풀하고 상품성이 뛰어날 뿐만 아니라 내구성 및 탄성력이 뛰어난 바닥재를 제공하는 탄성층 포장재 시공방법에 관한 것이다.

Description

2액형 폴리우레탄 탄성 칩 제조공법 및 탄성층 포장재 시공방법{Two-phased Manufacturing Method of Poly-Urethane elastic chip and Executing Method of elastic paving material}

본 발명은 2액형 폴리우레탄 탄성 칩 제조공법에 의한 탄성층 포장재 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주제와 경화제로 구분되는 2액형의 액상 수지를 소정의 배합비로 혼합한 후 상기 혼합물을 경화시켜 sheet화를 시킨 탄성체를 일정한 크기로 용도에 적합하게 분쇄하는 공정을 거쳐 폴리우레탄 탄성 칩을 제조하고 상기 제조된 칩을 이용하여 각종 건축물의 바닥재로 시공하는 탄성층 포장재 시공방법에 관한 것이다.

지금까지는 보도, 자전거, 도로 및 옥외 체육시설 등의 바닥재 및 포장재들로 콘크리트, 일반 콘크리트나 폐고무로 제조한 콘크리트 보도블록이나 고무블록 및 아스콘을 사용하여 오고 있다. 그러나 상기 포장재들은 몇 가지 문제점들을 안고 있는바, 포장재로 콘크리트를 사용할 경우는 온도편차에 의한 수 · 팽창계수가 크며 휨 강도가 작아 수평으로 설치된 구조물에서 크랙이 자주 유발되고 양생조건에 따라 강도 변화가 심하게 발생할 뿐만 아니라 콘크리트 자체 색상이 회백색이므로 시각적 피로가 쉽게 오고 표면을 착색할 경우 쉽게 표면에 손상되어 오히려 지저분하게 되는 경우가 많이 발생한다. 이에, 콘크리트 포장재의 단점을 보완하기 위하여 콘크리트 보도블록이 개발되어 많은 곳에서 사용되었으나, 콘크리트 보도블록은 무기물인 시멘트와 모래로 블록을 제조한 다음 이들을 시공하기 때문에 작업이 간편하고 내열ㆍ내후성이 우수하지만, 무기물 자체의 높은 경도와 취성으로 인해 취급상 부주의와 외부에서 가해지는 야한 충격 등에 쉽게 파손된다는 단점이 있다. 또한 우천시 블록 지면에 흐르는 빗물로 인해 불규칙한 지표면을 형성하게 되어, 행인의 보행 시에 보행자에게 많은 피해를 줌으로서 민원을 초래하고 있다.

또한 콘크리트나 콘크리트 보도블록의 단점을 보완하기 위해서 이 위에 아스팔트 포장을 시공할 경우에는 아스팔트와 콘크리트 사이의 접촉면에 부착응력이 작아 쉽게 떨어지는 경향이 있고, 두 성분 사이의 온도 팽창 계수가 달라 시간이 경과됨에 따라 쉽게 크랙이 발생하는 경향이 있으며, 아스팔트의 색상이 흑색이므로 시각적 피로가 크고 표면에 밝은 칼라의 표현이 힘들어 소비자의 다양한 시각적 욕구를 충족시킬 수가 없었다. 뿐만 아니라, 아스팔트는 복잡한 공정에 의해 시공이 장시간 소요되어 용이한 시공이 이루어지지 못하는 문제점이 있었고, 보행자들은 아스팔트의 딱딱한 바닥면을 통한 충격에 의해 피로가 가중되는 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 콘크리트나 아스팔트가 아닌 탄성이 뛰어난 고무 포장재가 제공되기 시작하였는바, 이와 관련된 종래기술로는 폐타이어 등의 가황고무를 단독 또는 미가황고무와 혼합한 후, 섬유상 또는 침상으로 길쭉하게 분쇄하여 고무칩을 제조하고 이를 우레탄수지 등의 바인더와 혼합하고 프레스 가공하여 성형하거나 부직포 또는 아스팔트 함침 종이 위에 평탄하게 부착하여 제조하는 기술이 소개되었다.

그러나 상기 종래기술에서 사용된 고무분말 또는 고무입자들은 원료고무들 역시 적절한 대안이 되지 못했는바, 상기 기술은 원료고무를 분쇄기로 분쇄한 침상의 고무입자를 사용하므로 입자간의 접착표면적이 커져 접착제로 사용되는 바인더의 사용량이 상대적으로 증가하게 될 뿐만 아니라, 쉬트 내에 형성된 공극밀도가 작아서 탄성도가 저하되는 단점이 있었고, 특히 수거하여 재활용하는 폐우레탄, 폐고무 등의 회수자원이 점차로 부족하게 되었을 뿐만 아니라, 그나마 회수 가능한 수거자원은 대부분이 블랙 색상의 고무인데 반하여 실제 거래시장에서 상품성 및 경쟁력이 있는 포장재는 소비자들의 다양한 기호 및 미감을 충족시킬 수 있는 컬러풀한 포장재라는 점에 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기의 모든 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 아스팔트나 콘그리트가 아닌 고무재를 주제로 하는 포장재를 이용한 시공방법을 제공하되, 현재 탄성 포장재 시공에 있어서 널리 원료로 사용되는 폐우레탄, 폐고무 수거자원이 점차로 고갈되어가는 문제점을 극복하고자하는 제1목적과, 탄성 포장재를 시공하기 위한 탄성 칩의 제조에 있어서 생산단가는 줄이되 탄성 칩의 물성은 일정 수준으로 유지하고 칼라풀하며 미감이 뛰어난 소재의 포장재를 제공하여 시장에서의 상품성과 경쟁력을 높이고 내구성 및 탄성력이 좋은 바닥재를 제공하는 탄성층 포장재 시공방법을 제시하고자 하는 제2목적이 있다.

상기 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 시공방법은 탄성 포장재의 원료가 되는 탄성칩의 제조에 있어서 종래의 폐우레탄 회수에 의한 고무 칩의 제조방법을 지양하고 주제와 경화제로 구분되는 2액형의 액상 수지를 소정의 배합비로 혼합하여 경화시켜 sheet화 시킨 탄성체를 일정한 크기로 분쇄하여 제공함으로서 폐자원 수거의 어려움을 극복하였다. 상기 2액의 주제는 ether polyol

(PPG)과 과량의 Isocyanate(NCO성분)를 reactor에서 일정 온도와 조건에서 부가 중합에 의한 prepolymer인 말단에 Free NCO기를 가진 고분자 물질을 말하며 경화제는 ether polyol(PPG), Amine 화합물, 가교제, 충진제, 착색제, 가소제 등과 Additive를 첨가하여 3시간 이상 고속혼합분산 시킨 착색의 액상 물질을 말한다. 한편 상기 제2목적을 달성하기 위하여 각각 일정한 비율로 블랜딩 된 액상의 주제 및 경화제를 혼합하여 탄성 칩을 제조하여 이를 포장재의 원료로 제공함으로서, 폐우레탄 회수자원 부족의 문제를 극복하고 2액형 원료의 제조 중에 각종 착색제 및 첨가제를 이용, 칼라풀하고 상품성이 뛰어날 뿐만 아니라 내구성 및 탄성력이 뛰어난 바닥재를 제공하는 탄성층 포장재 시공방법을 제공한다.

상세하게는 제1액형인 주제(prepolymer)의 점도, Free NCO 함량 및 제2액형인 경화제(polyol compound)의 함량을 달리하여 다양한 블랜딩에 의해 제조된 탄성칩의 물성을 물리화학적으로 해석하여 작업성 및 경제성을 최적화 하는 탄성칩을 제조하고 이를 이용하여 탄성층 포장제의 시공방법을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 시공방법에서, 탄성 칩의 원료로 사용되는 제1액형 주제의 제조공정을 나타낸 플로우차트이고,

도2는 상기 탄성 칩의 또 다른 원료인 경화제의 제조공정을 나타내는 플로우차트이며,

도3은 본 발명에 따른 탄성층 포장재 시공방법에 관한 전체적인 플로우차트를 나타낸 것이다.

본 발명은 2액형 폴리우레탄 탄성 칩 제조공법에 의한 탄성층 포장재 시공방법에 관한 것으로서, 주제와 경화제로 구분되는 2액형의 액상 수지를 소정의 배합비로 혼합한 후 상기 혼합물을 경화시켜 sheet화를 시킨 탄성체를 일정한 크기로 용도에 적합하게 분쇄하는 공정을 거친 폴리우레탄 탄성 칩을 제조하고 상기 제조된 칩을 이용하여 각종 건축물의 바닥재로 시공하는 탄성층 포장재 시공방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는 본 발명에 의한 시공방법은, 약 60℃-80℃의 온도를 유지하는 항온 Reactor에 Polyol과 Isocyanate를 적정한 비율로 섞어 혼입한 후, 3-5시간동안 부가중합반응 과정을 거쳐 제1액형을 제조하는 단계와, Polyol과 충진제, 가소제, 착색제 및 기타 첨가제를 적정한 비율로 섞어서 약 2000rpm 이상에서 3-5시간 동안 고속분산 및 혼합하여 제2액형을 제조하는 단계와, 상기 제조된 제1액형과 제2액형을 대응되는 배합비에 따라 계량하고 교반하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 Mold에 주입하여 약 20-30mm 두께의 판상으로 제조하는 Sheet화 단계와, 상기 Sheet화된 혼합물을 상온에서 1차 경화시킨 후, 상기 1차 경화된 Sheet를 Mold에서 분리하여 다시 약 70℃에서 4-6시간 동안 2차 경화시키는 경화단계와, 상기 경화단계에서 경화된 Sheet를 일정한 크기로 분쇄하여 폴리우레탄 탄성chip화 하는 분쇄단계와, 상기 분쇄된 폴리우레탄 탄성chip에 바인더와 첨가제를 배합하여, 이물질이 제거된 후 프라이머가 균일하게 도포된 포장면에 균일한 두께로 도포하는 단계와, 항온롤러를 이용하여 일정 두께게 될때까지 5-6회 반복다짐하고, 항온롤러가 미치지 못하는 각진 부분 등은 흙손 또는 핸드롤러를 이용하여 별로로 다짐하는 단계 및 상기 다짐단계 후에는 계절별로 일정시간동안 양생하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 2액형 폴리우레탄칩 제조 공법에 의한 탄성층 포장재 시공방법에 관한 것이다.

이하에서 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하겠으나 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

도1은 본 발명에 따른 시공방법에서, 탄성 칩의 원료로 사용되는 제1액형 주제의 제조공정을 나타낸 플로우차트이고, 도2는 상기 탄성 칩의 또 다른 원료인 경화제의 제조공정을 나타내는 플로우차트이며, 도3은 본 발명에 따른 탄성층 포장재 시공방법에 관한 전체적인 플로우차트를 나타낸 것이다.

먼저 도1에 도시된 바와 같이 Polyol과 Isocyanate를 항온 reactor에 투입한다. 이 경우 상기 reactor는 60℃-80℃정도로 항온 및 보온이 유지될 수 있도록 콘트롤 가능한 밀폐된 용기가 바람직하며, 상기 반응시간은 3-6시간 정도가 바람직하다. 상기 polyol은 MW3000-5000의 Triol PPG와 와 MW2000-3000의 Diol PPG를 사용하며, 상기 Isocyanate는 TDI-80을 사용할 수 있으며, 이들은 항온 Reactor에서 서로 부가중합반응 하여 고분자화 되어 간다. 필요에 따라서는 상기 반응을 개시하거나 활성 촉진하는 기타 첨가물을 더욱 부가할 수 있는데, 고분자화 과정에서 chain extender 역할을 하는 Buthylene Glycol 및 TMP, 기타 첨가제 등을 부가함으로서 고분자화 되는 반응을 촉진할 수 있는 것이다.

위 부가중합반응이 어느 정도 이루어지면 상기 반응 공정을 체크한다. 즉, Reactor에서 sample을 채취하여 고분자의 Free NCO 퍼센트 활성기수를 체크하는 것인데, 이는 주제인 prepolymer가 제2액형인 경화제와 반응할 적정 활성기를 갖도록 reactor의 온도 및 반응 시간 상기 주제의 재조원료인 PPG ,Isocyanate 및 기타 첨가물 등의 배합비 조절 등을 통하여 이루어진다. 본 발명에서는 PPG, Isocyanate 및 기타 첨가물을 적절한 배합비로 반응시켜 A부터 D까지의 네가지 종류의 1액형 주제를 제조하였으며, 상기 배합비로 반응시킨 결과의 각각의 활성기 및 점도를 체크하고 균일화하였는바, 그 구체적인 비율 및 퍼센티지는 이하의 표와 같다.

[표 1]Prepolymer (주제) 혼합비율

다음으로 도2에 도시된 제2액형인 경화제의 제조 공정을 살펴보겠다.

경화제는 polyol(PPG), Amine 화합물, 가교제, 충진제, 착색제, 가소제 등과 Additive를 적절한 비율로 혼합하여 3시간 이상 2000rpm 이상에서 고속혼합분산 시킨다. 이와 같은 공정에서는 각각의 원료들의 블랜딩 비율이 무엇보다 중요하다. 즉, 이미 언급한 바와 같이 본 발명은 탄성 칩을 제조하기 위하여 액상의 원료를 배합하고 이를 sheet화 시킨 후 경화 및 분쇄하여 칩화 하는데, 제조단가를 낮추기 위해서는 제2액형인 경화제에서 가소제(DOP 등) 및 충진제의 혼합 비율을 높이고 비교적 단가가 높은 PPG의 비율을 낮게 하는 것이 중요하다. 이 때, 상기와 같이 배합비율을 경제적으로 조절하면서도 결과물(탄성 칩)의 경도, 인장강도, 신장율, 탄성율, 비중 등의 응용물성을 포장재로서 사용할 수 있는 기본적인 물성치를 유지할 수 있도록 하는 것이 본 발명의 기술적인 목적중 하나인바, 상기와 같은 기술적 목적을 달성하기 위한 핵심은 PPG 함량감축과 그 감축되는 양을 대체하는 원료(가소제(DOP 등) 충진제)의 블랜딩 비율이라 할 수 있다.

이하의 표2는 본 발명의 기술적 목적을 달성하기 위한 제2액형 경화제의 적정한 배합비율 및 그에 따른 점도를 나타내고 있다.

[표 2]Polyol Compound (경화제) 혼합비율

상기와 같이 제1액형인 주제와 제2액형인 경화제가 각각 적정비율로 제조되면 도3에서 도시된 바와 같이 위 액상 물질을 배합하여 계량한다. 상기 계량 단계는 상기 도1과 도2에 도시된 바에 따라 특정 활성기 및 점도를 갖도록 제조된 A-D형의 주제 및 Ⅰ-Ⅳ형의 경화제를 각각의 군에서 하나씩 선택하여 배합하면서 상기 2액형 혼합물의 물성 및 작업성 경제성을 최적화하여 MATING하는 단계이다.

[표 3]응용물성

표3은 A-D의 주제 및 Ⅰ-Ⅳ의 경화제의 MATING결과 그 혼합물의 응용물성 및 작업성, 경제성을 타나낸 표로서, ◎는 매우 우수함을, ○는 우수함을, △는 양호함을 나타내는 것이다.

그러므로 본 발명에 따른 탄성층 시공방법은 포장재를 시공하는 목적 및 용도, 시공단가에 따라 주제 및 경화제를 적절히 선택하여 사용할 수 있는 것이다. 상기와 같이 계량 단계를 거친 후에 2액형의 혼합물을 교반하여 원료액이 잘 섞이도록 한다.

상기 교반된 혼합물은 Mold에 주입하여 두께 20-30mm정도로 sheet화 시킨 뒤 상온에서 1차 경화 시키고, 이를 다시 약 70℃ 정도의 온도에서 4-6시간 정도 2차 경화시킨 다음 이를 일정한 크기로 분쇄하여 칩화 시켜 폴리우레탄 탄성 칩을 완성시키는 것이다. 상기와 같은 공정을 통해 준비된 폴리우레탄 탄성 칩은 Binder 및 기타 첨가제와 혼합한 후 현장에 포장 도포되고, 양생하여 탄성층 포장재가 시공되는 것이다.

이하에서는 탄성 칩을 제조한 이후 현장설치에 대해 보다 상세히 살펴보겠다.

우선, 폴리우레탄 탄성 칩을 하지면에 접착도포시에는 하지면의 표면을 건조시키고 이물질을 제거하여야 하며 배수가 잘 되도록 하지면을 정리 하여야 한다. 상기와 같이 하지면 청소작업을 마친 후에는 하지면과 우레탄(고무) 칩의 접착력을 높이기 위하여 프라이머 및 접착제를 하지면에 도포하는데, 이 때 하지면의 상태에 따라 그 사용량을 적정하게 사용한다.

[표 4]하지면 상태별 프라이머 및 접착제 사용량

구 분	프라이머(㎏/㎡)	접착제(㎏/㎡)
콘크리트	0.3∼ 0.6	0.3 ∼0.6
아스팔트	0.4 ∼0.8	0.3∼ 0.8
보도블럭	0.9∼ 1.1	0.9 ∼1.2

위와 같이 하지면이 청소되고, 프라이머 및 접착제를 도포하여 하지면의 상태를 정리한 후에는, 제조된 2액형 폴리우레탄 탄성 칩을 바인더 및 기타 첨가제와 함께 혼합하여 포설하고자 하는 장소(상기 정리된 하지면)로 운반한다.

포설장소로 운반된 위 혼합물을 일정두께로 펼처 놓고 항온롤러를 이용하여 일정도포두께가 될 때까지 5-6회 반복 다짐하고, 항온롤러가 미치지 못하는 각진 부분등온 흙손 또는 핸드롤러로 별도 다짐한다.

상기 다짐 후에는 계절별로 일정시간(봄·가을 32시간, 여름 24시간, 겨울 48시간)동안 양생하여야 하고, 양생시간동안 인마출입을 통제하는 안전시설 또는 출입통제시설을 설치하여야 탄성층 포장재의 시공을 완성한다.

상기와 같은 기술적 구성에 의해서 본 발명은, 탄성층 포장재의 시공에서 사용되는 탄성 칩의 제조함에 있어서 종래와 같이 폐우레탄이나 폐고무등의 선별, 수거하고 압출 및 분쇄과정을 거치는 공정에 의해 탄성 칩을 제조하지 아니하고 우레탄(고무) 제조 원료(PPG, Isocyanate)의 고분자 부가중합반응에 의한 공정에 의하여 고무재를 직접 제조한 후, 이를 경화 및 분쇄하여 폴리우레탄 탄성 칩을 제조하고 있으므로, 현재 폐고무 수거 등의 어려움을 극복할 수 있고 본원 발명에 있어서의 액상의 폴리우레탄의 경우는 칼라화가 용이하여 소비자의 다양한 미적 욕구를 충족시킬 수 있는 시장성 및 경제성이 우수한 칼라 칩을 제조할 수 있어서 회수자원의 부족 가운데에서도 그나마 수거 가능한 폐고무의 경우의 대부분이 블랙이므로 발생하였던 시장성, 경쟁성 약화의 종래 탄성칩 제품의 한계를 극복할 수 있게 되었다.

특히, 액상 고무 원료를 사용하는 경우 높아지는 제조단가의 문제점을 극복하기 위하여 본 발명은 2액형 각각의 제조에 있어서 제조원가를 높이는 원료를 줄이고 이를 대체 보강할 수 있는 원료의 함량을 놓이되, 그와 같은 성분비의 조절에도 불구하고 탄성 고무칩으로서 요구되는 적정한 물성치를 유지할 수 있도록 하는 배합 및 MATING 기술을 개발ㆍ적용하여 내구성 및 탄성력 등의 품질은 뛰어나면서도 제조단가를 낯추어 경제적인 탄성층 시공방법을 제공할 수 있게 되었음은 특히 주목할 바이다.

이와 같은 본 발명에 의한 시공방법에 의하여 보행로(골프장 카트로), 운동장, 테니스 코트 등, 풀사이드(pool side), 육상경기장 트랙, 체육관 등의 포장 바닥재로 바닥보행자의 쾌적한 보행감각을 제공하고 내구성 및 내마모성 등이 우수한 탄성포장재를 제공할 수 있다.

Claims (1)

1. 60℃-80℃의 온도를 유지하는 항온 Reactor에 분자량(MW)3000-5000의 Triol를 30-40%로, 분자량(MW)2000-3000의 Diol를 25-35%로, Isocyanate를 20-30% 비율로 섞어 혼입한 후, 3-5시간동안 부가중합반응 과정을 거쳐 제1액형을 제조하는 단계;

   분자량(MW)3000-5000의 Triol를 6-9%로, 분자량(MW)2000-3000의 Diol를 30-40%의 비율로, 충진제, 가소제, 착색제 및 기타 첨가제와 적정한 비율로 섞어서 2000rpm 이상에서 3-5시간 동안 고속분산 및 혼합하여 제2액형을 제조하는 단계;

   상기 제조된 제1액형과 제2액형을 대응되는 배합비에 따라 계량하고 교반하여 혼합물을 제조하는 단계;

   상기 혼합물을 Mold에 주입하여 20-30mm 두께의 판상으로 제조하는 Sheet화 단계;

   상기 Sheet화된 혼합물을 상온에서 1차 경화시킨 후, 상기 1차 경화된 Sheet를 Mold에서 분리하여 다시 70℃에서 4-6시간 동안 55-65(shore"A")로 2차 경화시키는 경화단계;

   상기 경화단계에서 경화된 Sheet를 일정한 크기로 분쇄하여 폴리우레탄 탄성chip화 하는 분쇄단계;

   상기 분쇄된 폴리우레탄 탄성chip에 바인더와 첨가제를 배합하여, 이물질이 제거된 후 프라이머가 균일하게 도포된 포장면에 균일한 두께로 도포하는 단계;

   항온롤러를 이용하여 일정 두께가 될때까지 5-6회 반복다짐하고, 항온롤러가 미치지 못하는 각진부분 등은 흙손 또는 핸드롤러를 이용하여 별도로 다짐하는 단계;및

   상기 다짐단계 후에는 봄·가을에는 32시간, 여름에는 24시간, 겨울에는 48시간 동안 양생하는 단계로 이루어진 2액형 폴리우레탄칩 제조 공법에 의한 탄성층 포장재 시공방법.