KR100542908B1 - 지오멤브레인-폴리비닐알코올 부직포 복합체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐기물 매립장의 바닥 차수재로 사용되는, 지오멤브레인에 폴리비닐알코올(PVA) 부직포를 부착시켜 일체화한 복합체에 관한 것으로, 물성이 우수할 뿐만 아니라 폐기물 매립장 환경에 대하여도 안정하여 폐기물 매립지의 차수재로서 유용하게 사용될 수 있다.
지오멤브레인, 차수재, 폴리비닐알콜, 부직포, 열융착
Description
도 1은 본 발명의 지오멤브레인-폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포 복합체 제조용 열융착기의 모식도이고,
도 2는 저융점 섬유로 열융착 시킨 본 발명의 지오멤브레인-폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포 복합체의 형태학적 구조로서 (a)는 표면구조, (b)는 측면구조를 나타낸다.
본 발명은 폐기물 매립장의 바닥 차수재로 사용되는 포지(지오멤브레인)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 지오멤브레인에 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포를 부착시켜 일체화한 복합체에 관한 것이다.
지오멤브레인은 토목공사용 고분자 재료의 하나로서 폐기물 매립장의 바닥재로 사용되어 그 위에 매립되는 쓰리기를 받쳐주고 쓰레기로부터 생겨나는 침출수 또는 오수 등을 배수시켜주는 기능을 한다.
현재 폐기물 매립지의 경우 주요 차수재인 지오멤브레인을 단독으로 포설하 거나 또는 지오멤브레인을 보호하기 위하여 지오멤브레인 상부에 중량 600∼1,200g/㎡의 폴리에스테르(Polyester) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene) 부직포를 포설하여 사용한다.
그러나 폐기물 매립지 건설에는 적어도 3개월 내지는 1년 이상의 공사기간이 소요되어 하절기나 동절기에도 공사가 계속되기도 한다. 또한, 공사기간이 장기화 될 경우 폐기물을 순차적으로 매립하면서 공사가 진행되기 때문에 폐기물 매립 시 채움재인 흙, 모래, 자갈 및 쇄석 등에 의해 지오멤브레인 표면에 결함이 발생할 수도 있고, 매립 하중이 증가될 경우 결함부위에서 변형에 의한 파괴가 유발될 수도 있다. 이렇게 되면 결국 지오멤브레인이 손상되고 그 결과 침출수 등이 지오멤브레인 밖으로 유출되어 주변토양이나 수자원을 오염시키게 되어 심각한 공해문제를 일으키게 된다.
또한 하절기에 공사가 진행되는 경우 매립지 내부 온도가 약 80℃까지 상승하기 때문에 종래에 사용되고 있는 폴리에스테르(Polyester) 부직포의 고온 알칼리 용액에 대한 저항성이 현저하게 감소하는 문제점이 있으며, 폴리프로필렌(Polypropylene) 부직포의 경우에도 일광 및 자외선 조사에 의해 약 60% 정도 강도저하가 발생하는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 온도, pH, 일광 및 자외선 등의 노출환경 및 매립 하중에 대한 안정성이 뛰어난 매립지 차수재 재료의 개발이 요구되어 왔다.
본 발명의 목적은 산, 알칼리, 자외선, 고온 등의 매립지 환경에 안정한 지 오멤브레인 복합체를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적에 따라, 본 발명은 지오멤브레인(Geomembrane)과 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포를 접착하여 일체화시킨 복합체를 제공한다.
본 발명의 목적에 따라 본 발명은 지오멤브레인과 폴리비닐알코올 부직포를 일체로 접착시킨 복합체를 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 지오멤브레인은 종래에 사용되어 오던 주요 매립지 차수재로서 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리비닐 클로라이드(Poly Vinyl Chloride), EVA(Ethylene Vinyl Alcohol), EPDM 계열 및 이들의 혼합물로 이루어진 지오멤브레인을 모두 포함하는 것으로 정의하며, '폐기물관리법 시행규칙'에 규정에 따라 두께가 2.0㎜인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포는 섬도 5∼15 데니어의 폴리비닐알코올 단섬유 또는 장섬유 필라멘트를 니들펀칭이나 스펀본딩의 방법으로 제조하며, 중량은 600∼2,000g/㎡ 이다.
본 발명의 복합체는 저융점 섬유 또는 폴리에틸렌 필름을 지오멤브레인과 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포 사이에 충진시키고 열융착법에 의하여 지오멤브레인과 폴리비닐알코올 부직포를 부착시켜 제조하거나, 또는 접착제를 이용하여 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포와 지오멤브레인을 접착시킴으 로써 제조한다.
저융점 섬유로는 용융 온도 200℃ 이하인 폴리프로필렌 또는 저융점 폴리에스테르 섬유 등을 비롯한 통상적인 저융점 섬유들이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌 필름의 원료로는 LDPE(Low Density Polyethylene), LLDPE(Linear Low Density Polyethylene), VLDPE(Very Low Density Polyethylene) 등을 포함하여 통상적인 폴리에틸렌 필름들이 사용될 수 있다. 또한, 접착제로는 통상적으로 사용되는 모든 천연 및 합성 접착제를 사용할 수 있지만 합성고무 계, 아크릴 수지 계, 에폭시 수지 계, 핫멜트(Hot Melt) 수지 계, 시안아크릴레이트 계, 합성수지 계 등의 접착제가 효과적이다.
지오멤브레인과 폴리비닐알코올 부직포를 열융착시키는 데 있어서는 180 내지 210℃ 및 4 내지 8㎏f의 압력에서 15초 내지 25초동안 결합시키는 것이 바람직하고, 190℃ 및 6㎏f의 압력에서 20초 동안 결합시키는 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 복합체의 제조에 사용되는 지오멤브레인이 매우 견고하기 때문에 융착 효과를 향상시키기 위하여 결합시키기 전에 80 내지 100℃, 바람직하게는 90℃에서 약 20 내지 35분, 바람직하게는 30분 정도 지오멤브레인을 예열시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 열융착법에 있어서 일정 크기(3×3㎟ 내지 8×8㎟), 바람직하게는 5×5㎟의 돌기를 지오멤브레인-폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포 복합체의 표면(한면 또는 양면)에 형성시키는 경우 지오멤브레인의 보호 기능이 강화되고 융착부에 의해 흙과의 마찰특성이 향상된 복합체를 제조할 수 있게 되어 폐 기물 매립 시 사용되어 오던 종래의 지오멤브레인이 가지고 있는 문제점들을 개선할 수 있어 폐기물 매립장의 안정화에 크게 기여할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 지오멤브레인-폴리비닐알코올 부직포 복합체는 인장, 인열, 파열 및 꿰뚫림 강도 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라, 채움재와의 마찰강도, 및 자외선 및 침출수에 대한 안정성에 있어서도 통상적인 지오멤브레인보다 우수한 특성을 나타낸다.
이하에서 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 지오멤브레인-폴리비닐알콜 부직포 복합체의 제조
본 발명의 지오멤브레인-폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포 복합체를 제조하기 위하여 시판되는 두께 2.0㎜, 밀도 0.945g/㎤의 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene) 지오멤브레인과 600g/㎡의 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol) 부직포를 사용하였다.
우선, 섬도 (12)데니어의 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 단섬유 웹(Web)을 니들펀칭하여 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포를 제조하였다.
지오멤브레인의 융착 효과를 향상시키기 위하여 폴리비닐알코올 부직포와 결합시키기 전에 90℃에서 약 30분 정도 예열시켰다. 도 1에 나타낸 바와 같이 내열성 합금으로 제작된 평판에 5×5㎟의 돌기를 돌출시킨 열판이 부착된 열융착기(서 울시스템)에서 용융된 저융점 섬유(12 데니어 폴리프로필렌 섬유)를 예열된 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene) 지오멤브레인과 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포 사이에 충진시키고 190℃ 및 6㎏f의 압력에서 20초 동안 접착시켜 본 발명의 복합체를 제조하였다.
폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol) 부직포 복합재료의 표면 및 단면사진을 도 2a 및 도 2b에 각각 나타내었다.
비교예 1. 지오멤브레인-폴리에스테르 부직포 복합체의 제조
부직포 복합체를 제조하기 위하여 시판되는 두께 2.0㎜, 밀도 0.945g/㎤의 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene) 지오멤브레인과 10데니어 폴리에스테르(Polyester) 단섬유 부직포 600g/㎡를 사용하였다.
폴리에스테르 부직포는 융점이 240℃ 이상으로 본 발명의 열융착법으로는 접착이 되지 않기 때문에 지오멤브레인과의 융착효과를 향상시키기 위하여 합성고무계 접착제인 클로로프렌(Chloroprene) 접착제를 이용하여 복합체를 제조하였다.
비교예 2. 지오멤브레인-폴리프로필렌 부직포 복합체의 제조
부직포 복합체를 제조하기 위하여 시판되는 두께 2.0㎜, 밀도 0.945g/㎤의 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene) 지오멤브레인과 12데니어 폴리프로필렌(Polypropylene) 단섬유 부직포 600g/㎡를 사용하였다.
지오멤브레인의 융착 효과를 향상시키기 위하여 폴리프로필렌 부직포와 결합시키기 전에 90℃에서 약 30분 정도 예열시켰다. 도 1에 나타낸 바와 같이 내열성 합금으로 제작된 평판에 5×5㎟의 돌기를 돌출시킨 열판이 부착된 열융착기(서울시 스템)로 예열된 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene) 지오멤브레인과 폴리프로필렌(Polypropylene)를 120℃ 및 6㎏f의 압력에서 10초 동안 접착시켜 복합체를 제조하였다.
시험예. 지오멤브레인-폴리비닐알콜 부직포 복합체의 물성 시험
상기 실시예 1에서 제조된 지오멤브레인-폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 부직포 복합체의 채움재(주문진 표준사)와의 마찰특성과 인장강도(길이방향), 인열, 파열 및 꿰뚫림 강도 등을 측정하였고, 하절기 및 동절기 시공이나 폐기물 매립 중 일광, 자외선 및 침출수 등에 의한 성능저하를 인장강도 보유율(길이방향)로 측정하였으며 결과를 표 1에 나타내었다.
본 발명의 복합체와 채움재와의 마찰특성은 ASTM D 5321에 의거하여 고정 전단시험방법으로 평가하였으며, 접촉토사로는 주문진 표준사를 이용하였다. 다짐도는 상대밀도(Dr)를 80%로 다짐하였으며, 전단속도는 1㎜/min으로 일정하게 유지하여 접촉토사와 본 발명의 복합체와 접촉토사와의 접촉 마찰각을 측정하였다
본 발명의 복합체의 인장강도는 ASTM D 638 Type Ⅳ에 의하여, 인열강도는 ASTM D 1004에 의하여 각각 측정하였다. 파열강도는 ASTM D 3787의 볼버스팅(Ball Bursting) 시험법으로 측정하였으며, 꿰뚫림강도는 ASTM D 4833 인덱스 펑쳐(Index Puncture) 시험법에 의하여 측정하였다.
제조된 복합체의 침출수에 대한 안정성은 EPA 9090 시험법으로 하기와 같이 측정하였다. 25℃와 50℃의 침출수에 각각 최대 120일 까지 시료를 침지시킨 후 시료를 취하여 인장강도 보유율로써 화학적 안정성을 평가하였다. 본 발명에 사용된 침출수는 국내 광주광역시 위생매립장의 음식물 쓰레기 매립장에서 채취한 것으로 pH 8.34의 약알칼리성을 나타내었다.
자외선에 대한 안정성 평가는 ASTM D 4355의 제논 아크타입 장치(Xenon Arc Type Apparatus)법에 의하여 측정하였으며, 내한성 평가는 ASTM D 4594에 준하여 -50∼+300℃ 범위의 온도조절이 가능한 챔버(Chamber)(SHIMADZU CORPORATION, TCL-C220, JAPAN)를 사용하여 -20℃에서 60일 동안 처리한 후 인장강도 보유율로써 평가하였다.
본 발명의 복합체의 물성을 비교하기 위하여 시판되는 두께 2.0㎜, 밀도 0.945g/㎤의 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene) 지오멤브레인 및 상기 비교예 1, 2의 복합체를 비교예로 사용하였다.
| 구분 | 비교예 | 실시예 | |||
| 지오멤브레인 | 1 | 2 | 1 | ||
| 인장강도(㎏) - 길이방향 | 22.3 | 25.2 | 23.3 | 28.7 | |
| 인열강도(㎏) | 26.5 | 31.2 | 28.2 | 34.3 | |
| 파열강도(㎏) | 218.1 | 245.2 | 238.5 | 268.4 | |
| 꿰뚫림강도(㎏) | 66.5 | 88.6 | 72.5 | 89.6 | |
| 침출수에 대한 안정성 - 인장강도보유율(%) - 길이방향 | 25℃ | 88.4 | 94.7 | 94.3 | 95.8 |
| 50℃ | 87.8 | 76.3 | 85.2 | 95.4 | |
| 자외선에 대한 안정성 - 인장강도 보유율(%) - 길이방향 | 85.2 | 95.3 | 95.4 | 95.4 | |
| 접촉마찰각(°) | 29.2 | 31.7 | 31.5 | 32.3 | |
| 내한성 - 인장강도 보유율(%) - 길이방향 | 85.3 | 92.5 | 92.7 | 97.4 | |
상기 결과에 의하면, 본 발명의 지오멤브레인-폴리비닐알코올 부직포 복합체 는 인장, 인열, 파열 및 꿰뚫림 강도 등의 물성이 통상적인 지오멤브레인 및 지오멤브레인-폴리에스테르 복합체 또는 지오멤브레인-폴리프로필렌 복합체보다 우수할 뿐만 아니라, 채움재와의 마찰강도, 및 자외선 및 침출수에 대한 안정성에 있어서도 통상적인 지오멤브레인 또는 통상적인 지오멤브레인 복합체보다 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
본 발명의 지오멤브레인-폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol) 부직포 복합체는, 인장, 인열, 파열 및 꿰뚫림 강도, 채움재와의 마찰강도, 및 자외선 및 침출수에 대한 안정성에 있어서 통상적인 지오멤브레인 또는 통상적인 지오멤브레인 복합체보다 우수한 물성을 가져 폐기물 매립지의 차수재로서 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (8)
- 지오멤브레인과 폴리비닐알코올 부직포가 일체로 접착된 지오멤브레인-폴리비닐알코올 부직포 복합체.
- 제1항에 있어서, 지오멤브레인과 폴리비닐알코올 부직포가 열융착에 의하여 접착되는 것을 특징으로 하는 복합체.
- 제2항에 있어서, 지오멤브레인과 폴리비닐알코올 부직포를 저융점 섬유로 열융착시킨 것을 특징으로 하는 복합체.
- 제2항에 있어서, 지오멤브레인과 폴리비닐알코올 부직포를 폴리에틸렌 필름으로 열융착시킨 것을 특징으로 하는 복합체.
- 제2항에 있어서, 복합체의 표면에 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 복합체.
- 제1항에 있어서, 지오멤브레인과 폴리비닐알코올 부직포가 접착제에 의하여 접착되는 것을 특징으로 하는 복합체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리비닐알코올 부직포가 섬도 5∼15 데니어의 폴리비닐알코올 단섬유 또는 장섬유 필라멘트를 니들펀칭 또는 스펀본딩하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합체.
- 제7항에 있어서, 폴리비닐알코올 부직포의 중량이 600∼2,000g/㎡ 인 것을 특징으로 하는 복합체.
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