KR100613139B1 - 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩 및 그 제조방법 - Google Patents
광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 의한 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩은, 폐고무로부터 유래한 폐고무칩; 상기 폐고무칩의 표면 상에 위치하며, 광촉매 열반사 물질 코팅의 전처리를 위한 프라이머층으로서, 실리카, 바인더, 루틸형 TiO2 및 실란 커플링제를 포함하는 프라이머층; 및 상기 프라이머층 상에 위치하며, TiO2 광촉매 나노입자로 코팅된 열반사 입자를 포함하는 광촉매 열반사 코팅층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 함으로써, 분진이 날릴 위험이 없고 주변의 오염물질이 잘 묻지 않는 효과가 있으며 폐고무칩의 화학적 성분에 의해 폐고무칩에서 발생하는 악취가 분해되어 제거되고 이를 통해 폐고무칩이 놓여질 공간을 둘러싼 환경의 공기의 질을 현저히 개선시킬 수 있으며 열반사 및 마찰열 흡수 기능으로 여름철에 고온으로 승온되는 것을 막고, 정전기 감소로 오염을 줄이는 것이 가능하고, 항균 기능과 환경오염물질 분해능까지도 나타냄으로써, 본 폐고무칩을 포함하는 시설을 이용하는 사용자의 건강을 증진시키고 환경을 개선시킬 수 있으며, 야외잔디를 포함하는 운동시설의 경우 사용자의 경기력 향상에 도움을 줄 수 있다.
폐고무칩, 열반사, 광촉매, 프라이머, 인조잔디, 코팅
Description
도 1은 본 발명에 의한 제조방법에 따라 제조된 광촉매 나노입자로 코팅된 열반사 입자를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 인조잔디의 일실시예를 나타내는 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 열반사 입자 2: TiO2 광촉매 나노입자
31: 지반 32: 석분층
33: 콜타르층 34: 인조잔디층
35: 접착테이프 36: 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩 충진층
37: 배수로
본 발명은 폐고무칩 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 폐고무칩으로부터 지속적으로 방출되는 분진이나 냄새를 제거하고, 태양광으로부터의 열을 반사하고, 정전기를 방지하며, 마찰열 흡수가 가능하며, 항균과 방오 기능을 부여하기 위하여 표면이 코팅된 폐고무칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 폐고무칩은 다양한 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 폐고무칩은 야외 농구장, 보행로, 놀이터, 조깅로 등 다양한 야외시설의 바닥재로 이용되기도 하며, 인조잔디에 사용되기도 한다.
그 중 인조잔디의 경우, 천연잔디의 대체품으로 개발되어 현재 널리 사용되고 있으며 그 보급은 앞으로도 꾸준히 늘어날 것으로 예상된다. 최근에는 비용 절감, 탄성 부여 또는 강화 등의 목적으로 인조 잔디에 있어서 폐고무칩을 사용하기 시작하였다.
종래의 인조잔디 구장은 콘크리트 또는 아스콘을 약 15cm 두께로 타설하고 충격흡수층(완충층)인 발포고무 패드를 부착하고 상기 발포고무 패드에 인조잔디 술의 하부 말단을 부착시키고, 인조잔디 술이 지상에 노출되기 전까지의 부분을 모래로 충진시킴으로써 완성되었다.
그러나 상기와 같은 인조잔디 구장은 충격흡수층(완충층)의 재료로 사용하는 PVC 폼 패드가 산성비에 의해 시간이 경과함에 따라 잔디폭 벌어짐 현상이 일어나며, 환경 오염의 원인이 되는 문제가 있었으며, 가격이 고가인 문제가 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 모래 충진 대신 폐고무칩(입도크기 3.0㎜이하)을 충진하고 이것이 종래의 충격흡수층(완충층)의 기능을 대신할 수 있도록 하는 기술이 개발되었다(대한민국 특허공개 2004-23416호).
그러나, 폐고무칩을 이용한 종래의 인조잔디는, 폐고무칩 입자에 붙어있는 미세한 분진이 날려 인조잔디의 사용자의 호흡기에 들어감으로써 사용자에게 치명적인 호흡기 질환을 야기할 수 있다. 또한, 고무칩에서 발생하는 냄새(화학적 성분에 의한)로 인해 인조잔디 사용자는 호흡곤란 또는 두통 등의 질환을 일으킬 수 있으며, 여름철에는 열흡수로 인한 온도상승의 문제가 대두되고 있다. 또한 충격흡수층과 인조잔디에서 발생할 수 있는 국부적인 정전기력으로 인한 오염 및 마찰에 의한 부분적 과열로 부상의 원인이 될 수 있다. 이러한 모든 요소는 결국 경기력 저하로 이어질 수 밖에 없는 큰 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점은 비단 인조잔디의 경우에만 국한되는 것이 아니라, 폐고무칩을 이용하는 모든 분야에서 발생할 수 있는 문제점에 해당한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명은 인조잔디, 야외 체육시설 등에 널리 사용되는 폐고무칩으로부터 각종 분진이 날리거나 화학물질로 인한 냄새가 방출되는 것을 방지하여 해당 시설의 공기질을 개선시킬 뿐만 아니라, 열반사 및 정전기 방지, 마찰열 흡수로 안전한 충격흡수층을 제공하며, 항균 기능과 방오 기능까지 제공함으로써, 해당 시설의 사용자의 건강 증진 및 경기 력 향상에 도움을 주며 주변 환경 개선을 하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩은, 폐고무로부터 유래한 폐고무칩; 상기 폐고무칩의 표면 상에 위치하며, 광촉매 열반사 물질 코팅의 전처리를 위한 프라이머층으로서, 실리카, 바인더, 루틸형 TiO2 및 실란 커플링제를 포함하는 프라이머층; 및 상기 프라이머층 상에 위치하며, TiO2 광촉매 나노입자로 코팅된 열반사 입자를 포함하는 광촉매 열반사 코팅층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 인조잔디는, 인조잔디 술의 지지층에 상기한 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩이 충진된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법은,
(a) 폐고무를 수거하고 분쇄하는 단계;
(b) 상기 분쇄된 폐고무칩의 표면 상에, 바인더, 루틸형 TiO2 및 실란 커플링제를 포함하는 실리카졸인 프라이머 조성물을 상기 폐고무칩의 표면 상에 도포하고 건조시켜 프라이머층을 형성시키는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 건조된 폐고무칩의 표면 상에 TiO2 광촉매 나노입자로 코팅된 열반사 입자를 포함하는 광촉매 열반사 코팅 조성물을 코팅한 후 건조 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하고자 한다.
본 발명에 있어서, 상기 광촉매 열반사 코팅층은 TiO2 광촉매 나노입자를 0.1 내지 10중량%, 열반사 입자를 0.1 내지 5중량% 포함하는 것이 바람직하다. 상기 광촉매 열반사 코팅층은 은 나노입자 또는 무기계 항균제를 0.1 내지 10중량% 더 함유하는 것이 바람직하다. 상기 범위보다 작으면 은나노 광촉매의 효과 및 열반사 효과가 미미하며, 상기 범위보다 많으면 제형 안정성에 문제가 발생하며 비경제적이기 때문이다.
상기 열반사 입자는 크기가 200nm 이하로서 광촉매 입자의 크기보다 2배 이상, 더 바람직하게는 3배 이상이며, 상기 광촉매 나노입자는 크기가 5 내지 20nm인 것이 바람직하다. 이와 같은 크기 범위를 만족해야 복합 기능성 입자를 구성하는 것이 가능하고, 코팅액으로 분산이 용이하다.
본 발명에 있어서, 상기 무기계 항균제의 예로는 제올라이트계, 하이드로탈사이트계, 포스페이트계 등의 구조에 은, 구리, 아연 등의 금속이온이 담지되어 있는 것을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 열반사 입자는, ATO(Antimony Tin Oxide), ITO(Indium tin oxide), Al-ZnO(Aluminum Zinc Oxide), 또는 Al, Zn 등의 금속을 포함하는 전도성 광반사 물질일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 프라이머 조성물은, 20-40%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 바인더 1 내지 5중량부, 루틸형 TiO2 0.1 내지 3중량부, 실란 커플링제 0.1 내지 3중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
프라이머 조성물은 유기물질과 무기물질이 혼합된 조성물이다. 무기질만으로 구성된 프라이머는 부착력이 떨어지는 단점이 있으며, 유기질로만 구성된 프라이머는 광촉매 코팅에 의해 분해되므로 고무칩을 보호하기 어려운 문제가 있기 때문에 유기물질과 무기물질을 모두 함유하는 프라이머 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.
더욱 더 바람직하게는 상기 광촉매 프라이머 조성물은 25-35%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 열경화성 수용성 에폭시 수지 2 내지 3중량부, 루틸형 TiO2 0.5 내지 1.5중량부, 실란 커플링제 0.5 내지 1.5중량부를 포함하는 것이다. 가장 바람직한 광촉매 프라이머 조성물은, 30%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 열경화성 수용성 에폭시 수지 2.5중량부, 루틸형 TiO2 1중량부, 실란 커플링제 1중량부를 포함하는 것이다.
상기 열경화성 수용성 에폭시 수지는 무기물들의 접착력을 높이기 위한 유기물로 1중량부 미만인 경우 접착력 보완의 효과가 없고, 5중량부를 초과하는 경우에는 비경제적이다. 이러한 관점에서 2 내지 3중량부인 것이 더 바람직하다.
상기 실리카와 루틸형 TiO2는 광촉매로 인해 고무가 손상되는 것을 방지하여 고무를 보호하기 위한 나노분말이다. 이들의 량이 상기 범위 미만이면 고무입자에 골고루 코팅되지 않을 수 있고 상기 범위를 초과하면 고무입자 표면에 코팅되고 과량으로 남을 수 있다. 이러한 관점에서 각각 25-35%(w/v), 0.5 내지 1.5중량부인 것이 더 바람직하다.
실란 커플링제는 유기물과 무기물간의 접착력을 높이는데 효과가 있으며 상기 함량 범위 미만이면 이러한 효과가 미미하고, 상기 함량 범위를 초과하면 비경제적이다. 이러한 관점에서 0.5 내지 1.5중량부인 것이 더 바람직하다.
상기 프라이머 조성물은 먼저 실리카를 알칼리 수용액에 용해시켜 용액을 제조한 후 여기에 열경화성 수용성 에폭시 수지, 루틸형 TiO2 및 실란 커플링제를 첨가하고 3-5시간동안 합성한 후 냉각시킴으로써 제조할 수 있다.
상기 프라이머 조성물은, 폐고무칩을 광촉매 열반사 코팅 조성물로 코팅하기 전에 폐고무칩의 표면에 도포되는 것으로서, 폐고무칩이 광촉매 열반사 코팅 조성물에 의해 탈색되거나 약화되지 않도록 보호하는 역할을 한다. 또한, 광촉매 코팅 조성물과 폐고무칩 간의 접착력을 증가시키는 역할을 한다. 프라이머 조성물의 도포는 분사 도포를 통해 수행되는 것이 바람직하다. 프라이머 조성물을 분사 도포한 후에 열풍 건조시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 프라이머층은 무기계 항균제를 프라이머층 전체 중량에 대하여 0.1 내지 10중량% 더 포함하는 것이 바람직하다. 무기계 항균제는 상기 코팅층에서 언급된 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 프라이머 조성물의 바인더는 열경화성 수용성 에폭시 수지인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 폐고무칩은 EPDM, NBR 또는 SBR 등으로 구성된 입도크기 0.5~3.0㎜의 폐고무칩인 것이 바람직하다. 폐고무칩의 입도가 0.5mm미만으로 미세하면 공기중에 날려 인체의 호흡기 내로 흡입될 가능성이 있으며, 3.0mm를 초과하면 인조잔디 등을 심기가 어려워지며 야외 운동장에 설치시에 사용자의 발목 부상을 유발할 위험이 있기 때문이다. 폐고무를 수거하여 0.5 내지 3.0mm의 입도크기로 분쇄한 후 분진 진동 흡입장치를 이용하여 분진을 제거하는 것이 바람직하다. 분진 진동 흡입장치를 이용하면 미세입자 분리 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
본 발명에 의한 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계의 프라이머 조성물과 광촉매 열반사 코팅 조성물은 분사 도포되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계는, (i) 이산화티타늄 전구체인 퍼옥시티탄 수용액을 얻는 단계; (ii) 상기 수용액에 열반사 입자를 첨가하는 단계; 및 (iii) 상기 수용액을 pH 3 내지 5로 조정한 후 2000 내지 4000rpm으로 고속 교반한 후 4 내지 6atm의 압력 및 100 내지 140℃의 온도에서 반응시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열반사 입자는 TiO2 대비 5 내지 60중량%의 양인 것이 바람직하다. 5중 량% 미만이면 열반사 효과가 미미하고 60중량%를 초과하면 광촉매 효과가 미미해지고 고무칩에 대한 결합력이 떨어지기 때문이다.
상기 (iii) 단계에서 pH 범위는 3 내지 5인 것이 바람직하며, 약 4인 것이 가장 바람직하다. 이와 같은 pH 범위내에서는 열반사 입자와 광촉매 나노입자가 모두 안정한 상태로 응집없이 코팅액 내에 분산된 상태로 광촉매가 열반사 입자 표면에 코팅될 수 있기 때문이다.
한편, 2000 내지 4000rpm으로 고속 교반과, 4 내지 6atm의 압력 및 100 내지 140℃의 고온에서의 반응을 통해 광촉매 나노입자가 열반사 입자 주변을 둘러싸는 형태인 복합입자를 형성시킬 수 있다. 가장 바람직한 교반 속도는 약 3000rpm이고, 가장 바람직한 압력은 약 5atm이며, 가장 바람직한 온도는 약 120℃이다.
상기 (c) 단계의 광촉매 열반사 코팅 조성물은 TiO2 광촉매 나노입자를 0.1 내지 10중량%, 열반사 입자를 0.1 내지 5중량% 포함하는 것이 바람직하다. 상기 (c) 단계의 광촉매 열반사 코팅 조성물은 은 나노입자 또는 무기계 항균제를 0.1 내지 10중량% 더 함유하는 것이 더 바람직하다.
상기 (b) 단계는, 20-40%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 바인더 1 내지 5중량부, 루틸형 TiO2 0.1 내지 3중량부, 실란 커플링제 0.1 내지 3중량부를 포함하는 프라이머 조성물을 도포하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 광촉매 열반사 코팅 조성물을, 상기 프라이머 조성물이 미리 도포되어 건조된 폐고무칩 상에 분사 도포한다. 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 열풍 건조를 시킨다. 상기 프라이머 조성물과 광촉매 열반사 코팅 조성물의 도포량은, 50~100g/m2 또는 폐고무칩 1kg 당 200 내지 300g이 적당하다.
상기 열풍 건조시의 온도는 60 내지 90℃인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 폐고무칩 및 그 제조방법의 바람직한 일실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하나, 이는 본 발명을 예시하고자 하는 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.
실시예
<실시예 1>
1. 광촉매 열반사 코팅액의 제조
무기티타늄인 티타늄옥시클로라이드 수용액(Millennium Performance Chemicals사, TiOCl2 35~36%) 10㎖를 증류수 1000㎖에 첨가하고, 1N-NaOH 수용액을 가해 pH 8로 맞추어 수산화티타늄을 침전시켰다. 상기의 침전물을 흡인여과기로 여과하고 증류수로 충분히 세척한 후, 증류수를 가해 형성된 180㎖의 수산화티타늄 현탁액에 28%의 과산화수소수 20㎖를 가하고 교반하였다. 상기 교반된 물질을 25℃ 에서 24시간 방치하여 과잉의 과산화수소수를 분해시켜 무정형의 황색 점성액체로 킬레이트화된 이산화티타늄 전구체인 퍼옥시티탄 수용액[Ti2O5(OH)x (2-x)-, (x＞2)] 200㎖를 얻었다.
상기 수용액에 ATO(antimony tin oxide) 입자를 TiO2 대비 20% 혼합하여 pH를 4 내외로 조정하고 고속 교반기로 3000 rpm 30분 교반한 후 수열반응기에 넣고 압력은 5atm으로 하여, 120℃에서 2시간 동안 반응시켰다.
상기와 같은 방법에 의해 입자크기 5~20nm, 비표면적 200내지 300m2/g의 아나타제형 이산화티타늄 미립자가, 입자크기 60nm~200nm 인 ATO 입자에 코팅된 형태의 복합입자로 구성된 졸을 얻었다.
2. 광촉매 열반사 코팅 과정
폐고무를 입도크기 0.5 내지 3.0mm가 되도록 분쇄하여 얻어진 폐고무칩 1kg을 분진 진동 흡입 장치를 적용하여 분진을 제거하였다. 그 후 폐고무칩을 건조시켰다. 건조된 폐고무칩의 표면에, 30%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 열경화성 수용성 에폭시 수지 2.5중량부, 루틸형 TiO2 1중량부, 실란 커플링제 1중량부를 포함하는 프라이머 조성물 250g을 분사 도포한 후 70℃의 열풍으로 건조시켰다.
그런 다음에, 프라이머 조성물이 표면에 도포된 폐고무칩 상에 상기 1에서 제조된 광촉매 열반사 코팅 조성물을 도포하였다.
상기 1에서 제조된 광촉매 열반사 코팅 조성물 250g을, 상기 프라이머 조성물이 미리 도포되어 건조된 폐고무칩 상에 분사 도포하였다. 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 70℃에서 열풍 건조를 시켜 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩을 얻었다.
<실시예 2>
상기 실시예 1의 2. 광촉매 열반사 코팅 과정의 프라이머 조성물이 1중량부의 Ag-제올라이트를 더 포함하는 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 하여 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩을 얻었다.
<실시예 3>
상기 실시예1의 1. 광촉매 열반사 코팅액의 제조 과정에서 상기 복합입자를 포함하는 졸에 은 나노입자를 전체 졸 중량에 대하여 1중량% 더 추가한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 하여 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩을 얻었다.
<비교예 1>
폐고무를 입도크기 0.5 내지 3.0mm가 되도록 분쇄하여 얻어진 폐고무칩 1kg을 분진 진동 흡입 장치를 적용하여 분진을 제거하였다. 그 후 폐고무칩을 건조시켰다. 건조된 폐고무칩의 표면에, 30%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 열경화 성 수용성 에폭시 수지 2.5중량부, 루틸형 TiO2 1중량부, 실란 커플링제 1중량부를 포함하는 프라이머 조성물 250g을 분사 도포한 후 70℃의 열풍으로 건조시켰다.
그런 다음에, 프라이머 조성물이 표면에 도포된 폐고무칩 상에 TiO2 나노입자 3중량%가 물에 수분산된 형태인 코팅액 250g을 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 70℃에서 열풍 건조를 시켜 광촉매 코팅된 폐고무칩을 얻었다.
<비교예 2>
폐고무를 입도크기 0.5 내지 3.0mm가 되도록 분쇄하여 얻어진 폐고무칩 1kg을 분진 진동 흡입 장치를 적용하여 분진을 제거하였다. 그 후 폐고무칩을 건조시켰다. 건조된 폐고무칩의 표면에, ATO(antimony tin oxide) 입자 1중량% 및 TiO2 나노입자 3중량%가 물에 수분산된 형태인 코팅액 250g을 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 70℃에서 열풍 건조를 시켜 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩을 얻었다.
<비교예 3>
폐고무를 입도크기 0.5 내지 3.0mm가 되도록 분쇄하여 얻어진 폐고무칩 1kg을 분진 진동 흡입 장치를 적용하여 분진을 제거하였다. 그 후 폐고무칩을 건조시켰다. 건조된 폐고무칩의 표면에, 30%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 열경화성 수용성 에폭시 수지 2.5중량부, 루틸형 TiO2 1중량부, 실란 커플링제 1중량부, Ag-제올라이트 1중량부, ATO(antimony tin oxide) 입자 1중량부를 포함하는 1차 코 팅 조성물 250g을 분사 도포한 후 70℃의 열풍으로 건조시켰다.
그런 다음에, TiO2 광촉매 나노입자 3중량%가 물에 수분산된 형태의 2차 코팅 조성물 250g을, 상기 1차 코팅 조성물이 도포된 후 건조된 폐고무칩 상에 분사 도포하였다. 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 70℃에서 열풍 건조를 시켜 광촉매 열반사 물질이 코팅된 폐고무칩을 얻었다.
<비교예 4>
폐고무를 입도크기 0.5 내지 3.0mm가 되도록 분쇄하여 얻어진 폐고무칩 1kg을 분진 진동 흡입 장치를 적용하여 분진을 제거하였다. 그 후 폐고무칩을 건조시켰다. 건조된 폐고무칩의 표면에, 30%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 열경화성 수용성 에폭시 수지 2.5중량부, 루틸형 TiO2 1중량부, 실란 커플링제 1중량부를 포함하는 광촉매 조성물 250g을 분사 도포한 후 70℃의 열풍으로 건조시켰다.
그런 다음에, 프라이머 조성물이 표면에 도포된 폐고무칩 상에 ATO(antimony tin oxide) 입자 1중량%가 물에 수분산된 형태인 1차 코팅액 250g을 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 70℃에서 열풍 건조를 시켰다.
상기 1차 코팅액이 건조된 후 은 나노입자 1중량% 및 TiO2 나노입자 3중량%(가 물에 수분산된 형태인 2차 코팅액 250g을 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 70℃에서 열풍 건조를 시켜 광촉매 열반사 물질이 코팅된 폐고무칩을 얻었다.
<비교예 5>
폐고무를 입도크기 0.5 내지 3.0mm가 되도록 분쇄하여 얻어진 폐고무칩 1kg을 분진 진동 흡입 장치를 적용하여 분진을 제거하였다. 그 후 폐고무칩을 건조시켰다. 건조된 폐고무칩의 표면에, 30%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 열경화성 수용성 에폭시 수지 2.5중량부, 루틸형 TiO2 1중량부, 실란 커플링제 1중량부를 포함하는 광촉매 조성물 250g을 분사 도포한 후 70℃의 열풍으로 건조시켰다.
그런 다음에, 프라이머 조성물이 표면에 도포된 폐고무칩 상에 은 나노입자 1중량% 및 TiO2 나노입자 3중량%가 물에 수분산된 형태인 1차 코팅액 250g을 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 70℃에서 열풍 건조를 시켰다.
상기 1차 코팅액이 건조된 후 ATO(antimony tin oxide) 입자 1중량%가 물에 수분산된 형태인 2차 코팅액 250g을 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 70℃에서 열풍 건조를 시켜 광촉매 열반사 물질이 코팅된 폐고무칩을 얻었다.
<비교예 6>
폐고무를 입도크기 0.5 내지 3.0mm가 되도록 분쇄하여 얻어진 폐고무칩 1kg을 분진 진동 흡입 장치를 적용하여 분진을 제거하였다. 그 후 폐고무칩을 건조시켰다. 건조된 폐고무칩의 표면에, 30%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 열경화성 수용성 에폭시 수지 2.5중량부, 루틸형 TiO2 1중량부, 실란 커플링제 1중량부, Ag-제올라이트 1중량부를 포함하는 광촉매 조성물 250g을 분사 도포한 후 70℃의 열풍으로 건조시켰다.
그런 다음에, 프라이머 조성물이 표면에 도포된 폐고무칩 상에 ATO(antimony tin oxide) 입자 1중량% 및 TiO2 나노입자 3중량%가 물에 수분산된 형태인 코팅액 250g을 분사 도포한 후 열풍기를 이용하여 70℃에서 열풍 건조를 시켜 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩을 얻었다.
<비교예 7>
폐고무를 입도크기 0.5 내지 3.0mm가 되도록 분쇄하여 얻어진 폐고무칩 1kg을 분진 진동 흡입 장치를 적용하여 분진을 제거하였다. 그 후 폐고무칩을 건조시켰다.
이하, 본 발명자들은 본 발명의 효과를 입증하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
<실험예 1: NOx 제거 성능 실험>
상기 실시예들 및 비교예들에서 제조된 각 폐고무칩 1g씩을 2.5W/m2 (300nm)의 자외선을 조사한 밀폐 용기 내에 두었다. 그런 다음 상기 밀폐 용기의 입구로부터 1ppm의 NOx를 함유한 공기를 흘린 후, 출구로부터의 가스의 농도를 측정하고, 이로부터 NOx 제거율을 측정하였다. 시험은 4시간 동안 수행하고 10분마다의 제거율을 평균한 수치를 시험결과로 하였다. 상기 실험은 10WX 3개의 자외선 램프를 4시간 점등한 채로 실시하였다.
그 결과 얻어진 NOx 제거율은 다음 표 1과 같다.
| 폐고무칩 분류 | NOx 제거율(%) |
| 실시예 1 | 91 |
| 실시예 2 | 95 |
| 실시예 3 | 98 |
| 비교예 1 | 90 |
| 비교예 2 | 81 |
| 비교예 3 | 89 |
| 비교예 4 | 91 |
| 비교예 5 | 65 |
| 비교예 6 | 54 |
| 비교예 7 | 35 |
상기 표에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 프라이머 조성물은 NOx 제거율이 매우 높았다 (실시예1 내지 실시예3). 열반사 입자로 코팅된 비교예 2의 경우에는 열반사 입자를 포함하지 아니한 비교예 1보다 NOx 제거율이 상대적으로 더 낮았다. 이는 열반사 입자와 광촉매 나노입자가 단순 혼합되어 있는 경우 열반사 입자의 존재로 인해 광촉매 나노입자의 광촉매 활성이 저해되기 때문이다.
한편, 열반사 입자가 프라이머층에 포함되고 광촉매 나노입자만이 별도로 코팅층에 포함되는 비교예 3의 경우에는 프라이머쪽 바인더의 점도가 높아서 상대적으로 열반사 입자의 균일한 분산이 어려운 단점이 있었다. 비교예4의 경우 성능은 우수하나 1회의 추가적인 코팅 공정이 필요하므로 시간 및 비용 면에서 매우 불리하다. 한편, 광촉매 코팅층이 내부로 들어간 비교예 5의 경우 특히 가스 제거율이 떨어짐을 확인할 수 있었다. 코팅층에 열반사 입자와 광촉매 나노입자가 단순히 혼합된 것을 제외하고는 본 실시예들과 동일한 비교예 6의 경우에는 입자간의 응집이 일어나 균일성이 떨어져서 결국 실시예들에 비해 그 효과가 떨어지는 것을 확인하였다.
<실험예 2: VOC(Volatile Organic Compound) 측정 실험>
상기 실시예들 및 비교예들에서 제조된 각 폐고무칩을 2.5W/m2 (300nm)의 광량을 조사한 밀폐 용기 내에 1g의 시료를 두었다. 그런 다음 상기 밀폐 용기의 입구로부터 100ppmv의 CH3CHO를 함유한 공기를 흘린 후, 출구로부터의 가스의 농도를 측정하고, 이로부터 CH3CHO 제거율을 측정하였다. 시험은 4시간 동안 수행하고 10분마다의 제거율을 평균한 수치를 시험결과로 하였다. 상기 실험은 10WX 3개의 자외선 램프를 4시간 점등한 채로 실시하였다.
그 결과 얻어진 CH3CHO 제거율은 다음 표 2와 같다.
| 폐고무칩 분류 | VOC 제거율(%) |
| 실시예 1 | 92 |
| 실시예 2 | 93 |
| 실시예 3 | 99 |
| 비교예 1 | 92 |
| 비교예 2 | 74 |
| 비교예 3 | 91 |
| 비교예 4 | 92 |
| 비교예 5 | 68 |
| 비교예 6 | 53 |
| 비교예 7 | 15 |
상기 표 2에 나타나 있는 바와 같이, 상기 실험 결과는 상기 실험예1과 동일한 패턴을 보였다.
<실험예 3: 암모니아 제거 효율 측정>
상기 실시예들 및 비교예들에서 제조된 각 폐고무칩을 밀폐 용기 내에 1g의 시료를 두었다. 그런 다음 상기 밀폐 용기의 입구로부터 600ppm의 암모니아를 함유한 공기를 흘린 후, 출구로부터의 가스의 농도를 측정하고, 이로부터 암모니아 제거율을 측정하였다. 시험은 1시간 동안 수행하였다.
그 결과 얻어진 암모니아 제거율은 다음 표 3과 같다.
| 폐고무칩 분류 | 암모니아 제거율(%) |
| 실시예 1 | 94 |
| 실시예 2 | 96 |
| 실시예 3 | 98 |
| 비교예 1 | 95 |
| 비교예 2 | 69 |
| 비교예 3 | 94 |
| 비교예 4 | 93 |
| 비교예 5 | 64 |
| 비교예 6 | 54 |
| 비교예 7 | 37 |
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 상기 실험 결과 역시, 앞선 실험예 1 및 실험예 2와 동일한 패턴을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 4: 온도변화 측정>
상기 실시예들 및 비교예들에서 제조된 각 폐고무칩을 20 x 20cm tray에 3cm 두께로 깔고 한여름(32℃, 65%) 햇볕 아래 각각 9종의 고무칩 샘플을 2시간 노출 후, 1시간 동안 1분 간격으로 샘플 당 3개의 서로 다른 부위에서, 9종의 샘플에 대해 동일한 시점과 환경에서 저항식 다점 온도 측정기(Mobile Corder, MV-100(12ch), Yokogawa)를 이용하여 측정하고, 평균한 온도를 구하여 얻어진 폐고무칩의 표면 온도는 다음 표 4와 같다.
| 폐고무칩 분류 | 온도(℃) |
| 실시예 1 | 44.7 |
| 실시예 2 | 45.8 |
| 실시예 3 | 45.1 |
| 비교예 1 | 55.2 |
| 비교예 2 | 50.1 |
| 비교예 3 | 54.8 |
| 비교예 4 | 48.8 |
| 비교예 5 | 46.7 |
| 비교예 6 | 49.2 |
| 비교예 7 | 56.2 |
상기 표에 나타난 바와 같이, 열반사 물질이 포함되어 있지 아니한 비교예 1 및 7의 경우 열반사 효과가 없었다. 프라이머 조성물이 도포되지 아니하고 열반사 입자가 광촉매 나노입자와 단순 혼합되어 있는 비교예 2의 경우에도 열반사 효과가 좋지 못한 것으로 나타났다.
또한, 열반사 물질이 프라이머층에 포함되어 있는 비교예 3의 경우 프라이머쪽 바인더의 점도가 높아 상대적으로 균일한 분산이 어렵기 때문에, 열반사 효과가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 열반사 입자와 광촉매 나노입자를 단순히 혼합한 상태의 코팅 조성물로 도포한 비교예 6의 경우에는 입자 간에 응집이 일어나 균일성이 떨어져서 열반사 효과가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 4>
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 인조잔디의 일실시예는 다짐된 지반(31)위에 잡석 및 석분층(32)이 다져지고 그 위에 0.5mm의 콜타르층(33)이 형성되고 상기 콜타르층(33) 위에 일정한 폭을 갖는 다수의 인조잔디체(34)가 횡방향으로 포설되어 있다. 또한 상기 각 인조잔디체(34)의 저면의 양측 가장자리의 이음부는 접착테이프(35)로 접착고정되어 있다. 상기 각 인조잔디체(34)의 상부에는 상기 실시예1에서 제조된 코팅된 폐고무칩(36)이 인조잔디 길이의 90% 정도로 충진되어 있다. 인조잔디의 가장자리에는 배수로(37)가 형성되어 있다.
본 발명에 의한 광촉매 코팅된 폐고무칩은 미세한 분진이 거의 제거된 상태에서 표면에 기능성 입자가 코팅된 것이므로, 분진이 날릴 위험이 없고 주변의 오염물질이 잘 묻지 않는 효과가 있다. 또한 폐고무칩의 화학적 성분에 의해 폐고무칩에서 발생하는 악취가 은나노 광촉매 코팅막의 작용으로 인해 일부 가리워지는 효과 및 분해되어 제거되는 효과가 있다. 이를 통해 폐고무칩이 놓여질 공간을 둘러싼 환경의 공기의 질을 현저히 개선시킬 수 있다. 더 나아가, 열반사 및 마찰열 흡수로 안전한 충격흡수층을 제공하며, 정전기 방지 효과로 방오기능이 부여되며, 항균 기능과 환경오염물질 분해능까지도 나타냄으로써, 본 발명에 의한 폐고무칩을 포함하는 시설을 이용하는 사용자의 건강을 증진시키고 환경을 개선시킬 수 있으며, 야외잔디를 포함하는 운동시설의 경우 사용자의 경기력 향상에 도움을 줄 수 있다.
Claims (21)
- TiO2 광촉매 나노입자 및 열반사 입자로 코팅된 폐고무칩으로서,폐고무칩의 표면 상에광촉매 열반사 물질 코팅의 전처리를 위한 프라이머층으로서, 실리카, 바인더, 루틸형 TiO2 및 실란 커플링제를 포함하는 프라이머층; 및상기 프라이머층 상에, TiO2 광촉매 나노입자로 코팅된 열반사 입자를 포함하는 광촉매 열반사 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 제1항에 있어서,상기 광촉매 열반사 코팅층은 TiO2 광촉매 나노입자를 0.1 내지 10중량%, 열반사 입자를 0.1 내지 5중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 제2항에 있어서,상기 광촉매 열반사 코팅층은 은 나노입자 또는 무기계 항균제를 0.1 내지 10중량% 더 함유하는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 제1항에 있어서,상기 프라이머층은,20-40%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 바인더 1 내지 5중량부, 루틸형 TiO2 0.1 내지 3중량부, 실란 커플링제 0.1 내지 3중량부를 포함하는 프라이머 조성물을 상기 폐고무칩의 표면 상에 도포하고 건조시켜 형성된 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 제4항에 있어서,상기 프라이머층은 무기계 항균제를 프라이머층 전체 중량에 대하여 0.1 내지 10중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 제1항에 있어서,상기 바인더는 열경화성 수용성 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 제1항에 있어서,상기 열반사 입자는, ATO(Antimony Tin Oxide), ITO(Indium tin oxide), Al-ZnO(Aluminum Zinc Oxide), Al 금속 및 Zn 금속을 포함하는 전도성 광반사 물질로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 제1항에 있어서,상기 열반사 입자는 크기가 200nm 이하로서 상기 TiO2 광촉매 나노입자 크기의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 제1항에 있어서,상기 광촉매 나노입자는 크기가 5 내지 20nm인 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 제1항에 있어서,상기 폐고무칩은 0.5 내지 3.0mm의 입도 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩.
- 인조잔디 술의 지지층에 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광촉매 열반사 물질 코팅된 폐고무칩이 충진된 인조잔디.
- 광촉매 열반사 나노입자로 코팅된 폐고무칩을 제조하는 방법으로서,(a) 폐고무를 수거하고 분쇄하는 단계;(b) 상기 분쇄된 폐고무칩의 표면 상에, 바인더, 루틸형 TiO2 및 실란 커플링제를 포함하는 실리카졸인 프라이머 조성물을 상기 폐고무칩의 표면 상에 도포하고 건조시켜 프라이머층을 형성시키는 단계;(c) 상기 (b) 단계에서 건조된 폐고무칩의 표면 상에 TiO2 광촉매 나노입자로 코팅된 열반사 입자를 포함하는 코팅 조성물을 코팅한 후 건조시키는 단계를 포함하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 (b) 단계 및 (c) 단계의 프라이머 조성물과 광촉매 열반사물질코팅 조성물이 분사 도포되는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 (c) 단계는,(i) 이산화티타늄 전구체인 퍼옥시티탄 수용액을 얻는 단계;(ii) 상기 수용액에 열반사 입자를 첨가하는 단계; 및(iii) 상기 수용액을 pH 3 내지 5로 조정한 후 2000 내지 4000rpm으로 고속 교반한 다음 4 내지 6atm의 압력 및 100 내지 140℃의 온도에서 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 열반사 입자는 ATO(antimony tin oxide), ITO(Indium tin oxide), Al-ZnO(Aluminum Zinc Oxide) 및 Al, Zn 등의 금속을 포함하는 전도성 광반사 물질로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 열반사 입자는 TiO2 대비 5 내지 60중량%의 양인 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 (c) 단계의 광촉매 열반사 코팅 조성물은 TiO2 광촉매 나노입자를 0.1 내지 10중량%, 열반사 입자를 0.1 내지 5중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법.
- 제17항에 있어서,상기 (c) 단계의 광촉매 열반사 코팅 조성물은 은 나노입자 또는 무기계 항균제를 0.1 내지 10중량% 더 함유하는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 (b) 단계는,20-40%(w/v) 실리카졸 100 중량부에 대하여, 바인더 1 내지 5중량부, 루틸형 TiO2 0.1 내지 3중량부, 실란 커플링제 0.1 내지 3중량부를 포함하는 프라이머 조성물을 도포하는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법.
- 제19항에 있어서, 상기 프라이머 조성물은 무기계 항균제를 프라이머 조성물 전체에 대하여 0.1 내지 10중량%의 양으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 고무칩의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 바인더는 열경화성 수용성 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩의 제조방법.
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| KR1020060007367A KR100613139B1 (ko) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | 광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩 및 그 제조방법 |
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