KR100756379B1 - 투수형 기능성 탄성포장재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투수형 기능성 탄성포장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자전거도로, 조깅로, 산책로, 다목적구장 등 각종 체육시설에 시공된 투수형 기반층의 상부에 투수성을 유지하면서 폐자재를 재활용하여 기능성 탄성포장재를 시공함으로써 환경보호와 설치에 따른 비용 및 시공비가 절감되고, 시공방법이 간소화되며, 탄성포장재 재료 자체에 요철면을 부여하여 탄성포장재가 갖추어야 할 투수성 및 미끄럼방지 성능이 우수하고, 인장 강도, 신장률 등이 양호하며 변형률이 낮아 구조적 안정성이 우수한 투수형 기능성 탄성포장재에 관한 것이다.
본 발명은 투수형 기능성 탄성포장재에 있어서, 투수형 기반층(10) 상부에 폴리올레핀계 재질의 그물형 망사로 형성된 지지층(20); 상기 지지층(20)의 상부에 우레탄 바인더와 폐고무 혹은 폐타이어 분말과 폐골재를 혼합하여 형성된 투수형 보조기층(30); 상기 투수형 보조기층(30)의 상부에 2액형의 우레탄 결합재 조성물 100중량%에 대하여 입자크기가 0.1~1㎜인 폐고무나 폐우레탄 분말 10~20중량%를 혼합하여 1~3㎜ 두께로 표면에 투수형 다공질의 요철면을 부여하는 스프레이 작업을 하여 형성된 요철형 탄성 포장층(40); 및 상기 요철형 탄성포장층(40)의 상부에 미끄럼을 방지하는 두께 50~100㎛로 상도 코팅제가 코팅된 상도 코팅층(50)으로 이루어진 것이다.
탄성포장재, 폐고무, 폐타이어, 폐우레탄, 폐골재, 우레탄 바인더, 2액형 우레탄, 미끄럼 방지, 투수형 탄성포장재, 기능성 탄성포장재.

Description

투수형 기능성 탄성포장재 {Elastic floor containing water permeability and functional properties}
도 1 은 본 발명에 따른 투수형 기능성 탄성포장재를 나타낸 예시도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 투수형 기반층
20: 지지층
30: 투수형 보조기층
40: 요철형 탄성포장층
50: 상도 코팅층
본 발명은 투수형 기능성 탄성포장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자전거도로, 조깅로, 산책로, 다목적구장 등 각종 체육시설에 시공된 투수형 기반층의 상부에 투수성을 유지하면서 폐자재를 재활용하여 기능성 탄성포장재를 시공함으로써 환경보호와 설치에 따른 비용 및 시공비가 절감되고, 시공방법이 간소화되며, 탄성포장재 재료 자체에 요철면을 부여하여 탄성포장재가 갖추어야 할 투수성 및 미끄럼방지 성능이 우수하고, 인장 강도, 신장률 등이 양호하며 변형률이 낮아 구조적 안정성이 우수한 투수형 기능성 탄성포장재에 관한 것이다.
일반적으로 자전거도로, 조깅로, 산책로, 다목적구장 등 각종 체육시설용 탄성포장재로서 현장포설용 탄성매트가 6, 7년 전부터 본격적으로 설치되고 있다. 상기와 같이 설치되는 대부분의 탄성매트는 고무 또는 우레탄으로 이루어져 있으나 투수성 및 미끄럼방지 기능이 문제시되어 왔다.
그리고 설치장소에 따라서는 상기 탄성매트 표면층으로부터 물이 흡수, 즉 투수되지 못하고 고임 현상이 발생하여 기반층과 탄성매트의 표면층 사이에 겨울철과 여름철의 온도차 및 자외선 등의 외부 환경요인에 의해 표면층이 탈색되거나 재료의 분리현상이 발생하여 제품의 수명이 급격히 떨어져 폐기해야 하는 문제가 있었다.
또한 지반침하에 의한 탄성매트의 표면불량 및 미끄럼방지 기능이 부족하여 빗물에 의해 쉽게 보행 및 운동 중 미끄러져 다치는 사고가 빈번하게 발생하고 있는 실정이다.
한편 투수성 및 미끄럼방지 기능을 부여하기 위한 방법으로 국내 특허등록 제441861호의 "폐타이어, 폐우레탄 컬러 고무칩을 이용한 투수성 탄성포장재의 시공방법"에서 시공장소를 평탄화시켜 다진 후, 프라이머를 시공한 다음, 평균입경 6~10㎜의 잔골재 또는 규사 70~80중량부 및 입경 4~8㎜로 분쇄한 폐타이어고무칩 10~30중량부를 주성분으로 하는 하부지지층 재료와 3~4㎜ 길이로 절단한 칼라고무칩을 주성분으로 하는 상부 탄성층을 타설하는 방법을 개시하고 있다.
그러나 상기 재료 중 프라이머는 투수성을 방해하여 투수성이 저하하는 문제점이 있고 상부 탄성층 표면에 요철이 없어 빗물에 의해 쉽게 미끄러지는 단점이 있다.
그리고 국내 특허등록 제614439호의 "투수형 3단 탄성포장재"에서는 폐타이어칩, 폐시멘트알갱이, 깬자갈 및 우레탄바인더로 이루어진 1단 기층; 폐타이어칩, 폐목재톱밥 및 우레탄바인더로 이루어진 2단 보조탄성층; 및 재생우레탄칩, EPDM컬러칩, EPDM검정칩 및 우레탄바인더로 이루어진 3단 표층컬러층을 포함하여 이루어진 투수형 3단 탄성포장재를 개시하고 있다.
그러나 상기와 같은 투수형 3단 탄성포장재는 투수성은 양호하나 공정이 복잡하고 탄성포장재의 표면에 요철이 없어 빗물에 의해 쉽게 미끄러지는 단점이 있다.
상기와 같은 미끄럼을 방지하는 방법으로 국내 특허등록 제 425027호의 "표면에 요철을 갖는 우레탄 시트 및 그 제조방법"을 살펴보면 우레탄수지 기재층과 상기 우레탄수지 기재층 상단에 요변성 수지층을 형성시키는 방법으로 우레탄 프리폴리머 주제와 요변성을 갖는 경화제를 스프레이로 나선형 뿜칠하는 방법을 개시하고 있다.
그러나 상기와 같이 제조된 우레탄 시트는 미끄럼방지 기능은 양호하나 시트 표면에 공극이 없어 투수성이 불량한 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 기술에서 진일보하여 기존 투수성 탄성포장재와 동질의 물성을 그대로 확보함과 동시에 공정이 간단하고 투수성 및 미끄럼저항성이 우 수한 기능성 탄성포장재를 연구한 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 투수형 기반층 상부에 폴리올레핀계 재질의 그물형 망사로 지지층을 형성하고, 상기 지지층 상부에 폐고무 혹은 폐타이어 분말과 폐골재를 우레탄 바인더와 혼합하여 투수형 보조기층을 형성하며, 상기 투수형 보조기층 상부에 2액형의 우레탄 결합재와 폐고무나 폐우레탄 분말을 혼합하여 표면에 투수형 다공질의 요철면을 부여하는 스프레이 작업을 한 요철형 탄성포장층을 형성하고, 상기 요철형 탄성포장층의 상부에 미끄럼방지 기능이 있는 상도코팅제가 코팅된 상도코팅층으로 이루어져 짧은 시간에 시공이 가능하여 생산성 및 시공성이 우수하면서 지반침하를 방지하고 투수성 및 미끄럼저항성이 우수한 투수형 기능성 탄성포장재를 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투수형 기능성 탄성포장재에 있어서,
투수형 기반층(10) 상부에 폴리올레핀계 재질의 그물형 망사로 형성된 지지층(20);
상기 지지층(20)의 상부에 우레탄 바인더와 폐고무 혹은 폐타이어 분말과 폐골재를 혼합하여 형성된 투수형 보조기층(30);
상기 투수형 보조기층(30)의 상부에 2액형의 우레탄 결합재와 폐고무나 폐우레탄 분말을 혼합하여 1~3㎜ 두께로 표면에 투수형 다공질의 요철면을 부여하는 스 프레이 작업을 하여 형성된 요철형 탄성 포장층(40); 및
상기 요철형 탄성포장층(40)의 상부에 미끄럼을 방지하는 두께 50~100㎛로상도 코팅제가 코팅된 상도 코팅층(50)으로 이루어진 것이다.
그리고 상기 요철형 탄성포장층(40)은 2액형 우레탄 결합재 조성물 100중량%에 대하여 입자크기가 0.1~1㎜인 폐고무나 폐우레탄 분말 10~20중량%를 혼합하여 다공질의 투수성 표면이 형성된다.
그리고 상기 상도 코팅층(50)의 상도 코팅제는 2액형 우레탄수지와 입자크기가 100~200 메쉬인 규사를 2액형 우레탄수지 조성물 100중량%에 대하여 30~60중량% 혼합한다.
또한 상기 상도 코팅제는 축광이 가능하도록 스트론듐알루미네이트(SrAl2O4)나 칼슘알루미네이트(CaAl2O4)를 모체로 하는 입도 10~20㎛ 크기의 축광 안료를 상도 코팅제 조성물 100중량%에 대하여 30~50중량% 혼합하고, 차열이 가능하도록 열반사 물질로 입도 75~200㎛ 크기의 중공 세라믹(ceramic bubble)을 상도 코팅제 조성물 100중량%에 대하여 3~10중량% 혼합하며, 휘발성 유기화합물(VOC, violatile organic compound) 제거 및 쉽게 오염되지 않도록 입도 80~100nm 크기의 초미립 이산화티타늄-이산화규소(TiO2-SiO2) 복합산화물을 상도 코팅제 조성물 100중량%에 대하여 1~5중량% 혼합한다.
이하 본 발명에 따른 투수형 기능성 탄성포장재의 구성 및 그 현장시공에 대해 상세히 설명하기로 한다.
지지층 및 투수형 보조기층 형성단계
먼저 시공대상인 투수형 기반층(10)의 상부면을 정리하고, 상기 기반층(10)의 건조상태 및 강도를 점검한다. 들뜸, 찢어짐, 노화(부스러짐) 또는 뒤틀림에 의한 이물질은 깨끗이 정리하고 갈아내어 평탄하게 정리한다. 그리고 이물질 제거시 기반층(10)의 표면을 건조한 상태로 유지시키기 위하여 물청소는 피하고, 에어 또는 브러쉬를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 투구형 기반층(10) 상부면의 이물질을 제거한 후 폴리올레핀계 재질의 그물형 망사로 지지층을 설치한다. 지지층(20)은 그 위에 현장 타설되는 투수형 보조기층(30)을 고정시켜 외부 충격 등 환경변화에 의한 침하 등의 문제점을 방지하기 위함이다.
상기 지지층(20)은 빗물이나 미생물 등에 내구성이 우수한 폴리올레핀계 재질로 망사의 크기가 50메쉬 미만인 경우에는 상부의 투수형 보조기층(30)에 대한 지지력은 양호하나 투수성이 저하되고 반대로 100메쉬 초과인 경우에는 투수성은 양호하나 투수형 보조기층(30)에 대한 지지력이 저하되는 문제점이 있으므로 50 내지 100메쉬(mesh) 크기의 그물형 망사를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 지지층(20)의 상부에 폐고무 혹은 폐타이어칩과 폐골재를 우레탄 바인더와 혼합하여 형성되는 투수형 보조기층(30)은 탄성포장재 높이와 평탄성을 유지시킨다. 투수성을 위해 상기 투수형 보조기층(30)은 공극률을 10 내지 20%로 유지시키는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 공극률이 10% 미만일 경우에는 투수성이 불량하고 반대로 공극률이 20% 초과일 경우에는 투수성은 양호하나 이후 단계에서 상부에 결합되는 요철형 탄성포장층(40)의 결합재 침투가 불량하여 층간 부착력이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
상기 투수형 보조기층(30)의 폐고무나 폐타이어칩이란 폐고무나 폐타이어를 일정 크기로 분쇄하여 제조되는 것으로 입자크기가 3 내지 10㎜인 것을 말한다. 입자크기가 3㎜ 미만인 경우에는 공극률이 작아 투수성이 불량하고 반대로 10㎜ 초과인 경우에는 투수성은 양호하나 균일한 형태로 탄성포장 매트를 형성하기 곤란하고 작업성이 불량하다.
그리고 상기 폐골재란 폐건축자재에서 발생하는 시멘트 알갱이나 잔골재를 일정 크기로 분쇄하여 제조되는 분말로 입자 크기가 5 내지 10㎜인 분말을 말한다. 입자크기가 5㎜ 미만인 경우에는 공극률이 작아 투수성이 불량하고 반대로 10㎜ 초과인 경우에는 투수성은 양호하나 균일한 형태로 탄성포장 매트를 형성하기 곤란하고 작업성이 불량하다.
상기와 같은 폐고무 혹은 폐타이어칩과 폐골재의 사용량은 1: 1 부피 비율로 사용하는 것이 바람직하다. 폐고무 혹은 폐타이어칩이 과량인 경우 탄성은 양호하나 강도가 약하여 침하가 발생할 수 있고 반대로 폐골재가 과량인 경우에는 투수형 보조기층으로서의 강도는 양호하나 탄성이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한 상기 우레탄 바인더는 폐고무 혹은 폐타이어칩과 폐골재의 100중량%에 대하여 10 내지 20중량% 사용하는 것이 바람직하다. 10% 미만일 경우에는 폐고무 혹은 폐타이어칩과 폐골재와의 결합력이 부족하여 인장강도가 불량하고 반대로 공극률이 20% 초과일 경우에는 폐고무 혹은 폐타이어칩과 폐골재와의 결합력은 우수하나 가격이 상승하고 투수성이 저하되는 문제점이 발생한다.
그리고 상기 우레탄 바인더는 통상의 습기경화형 우레탄수지에 적용되는 수지조성물을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 2개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 방향족 이소시아네이트와 2 내지 3개의 활성수산기를 갖고 분자량이 1000 내지 4000인 폴리올 화합물로 구성된 이소시아네이트 프리폴리머를 사용하였다. 이때, 이소시아네이트 프리폴리머는 고형분 100%, 이소시아네이트기(NCO)(%)= 4~8 정도인 것이 바람직하다. 경화속도를 빠르게 하기 위해 경화촉매를 사용하게 되는데, 스타너스옥테이트, 디부틸틴디라우레이트와 같은 주석계 촉매를 널리 사용할 수 있으며, 그 첨가량은 0.05~2중량% 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 투수형 보조기층(30)을 시공하는 방법은 투수형 기반층과 지지층 위에 시공된다. 시공되는 두께는 탄성포장재의 요구되는 특성에 따라 달라질 수 있으나, 최소 8㎜ 두께 이상으로 시공하는 것이 바람직하다. 그 이유는 탄성포장재의 용도가 체육시설용이기 때문에 최소 8㎜ 두께 이상이 되어야 바닥의 탄력성을 나타기 때문이다. 탄력성은 운동할 때 인간의 에너지를 완충하는 작용으로 나타내는데, 완충작용은 경도로 표시된다. 경도는 보행시의 쾌적성(보행감, 피로감) 및 사람이 넘어져 신체부위 충돌시의 완충작용 관점에서 중요한 값이다.
그 후, 결합재를 사용하여 요철형 탄성포장층(40)을 도포한다.
결합재와 폐고무나 폐우레탄 분말에 의한 요철형 탄성포장층 도포
결합재로 2액형 우레탄 주제와 경화제 및 폐고무나 폐우레탄 분말을 혼합하여 뿜칠용 스프레이로 도막두께 1~3㎜로 표면에 요철면을 부여하고 투수성을 위해 다공질의 공극을 갖는 탄성포장층을 도포한다.
상기 요철형 탄성포장층(40)을 보다 용이하게 제조하기 위하여 본 발명에서는 결합재로 2액형 우레탄수지를 사용하고 요변성과 공극을 갖기 위해 폐고무나 폐우레탄 분말을 혼합하여 형성되는 것이 특징이며 뿜칠용 스프레이로 일정한 무늬와 요철을 갖는 탄성포장층을 제공한다. 이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 은 본 발명에 따른 투수형 기능성 탄성포장재를 나타낸 예시도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 투수형 기반층(10)과 상기 투수형 기반층(10) 상부에 지지층(20), 투수형 보조기층(30)과 요철형 탄성포장층(40)이 차례로 적층된다.
상기에서 투수형 기반층(10)은 앞에서의 바탕면 정리단계를 거친 것으로서 그 조성물의 조성을 특별히 제한할 필요는 없으나 투수성을 위해 일정한 공극률을 가질 필요가 있으며, 그 상부에 형성되는 지지층(20)과 상기 지지층(20)의 상부에 형성되는 투수형 보조기층(30)은 요철형 탄성포장층(40)과의 충분한 결합력을 가지는 것이라면 모두 사용 가능하다.
본 발명에 따르면 투수형 보조기층(30) 상부에 요철형 탄성포장층(40)이 형성되는데, 상기 요철형 탄성포장층(40)은 통상의 2액형 우레탄 주제와 경화제 및 요변성과 공극을 갖기 위해 폐고무나 폐우레탄 분말을 혼합하여 스프레이로 뿜칠하여 형성된다.
여기서 상기 2액형 우레탄 주제는 통상의 2액형 우레탄수지에 적용되는 수지 조성물을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 활성수산기가가 2 내지 3가로 분자량이 1000 내지 4000인 폴리프로필렌글리콜을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 2액형 우레탄 주제에는 전술한 폴리에테르폴리올과 통상의 주제 제조에 첨가되는 가교결합제, 충전제, 가소제, 안료, 경화촉매, 첨가제 등이 첨가된다. 가교결합제로는 디클로로디아미노디페닐메탄, 디에틸톨루엔디아민 등에서 선택된 것을 첨가할 수 있으며, 그 첨가량은 총 주제 조성물 100중량%에 대하여 3 내지 8중량%가 바람직하다. 또한 충전제는 평균입자경이 10~75㎛인 실리카, 탈크(Talc), 클레이(Clay), 탄산칼슘, 황산바륨과 같은 알칼리 금속산화물 또는 알칼리토류 금속산화물을 사용할 수 있으며, 그 첨가량은 20 내지 60중량%가 바람직하고, 상기 가소제는 디옥틸프탈레이트, 디부틸프탈레이트와 같은 프탈레이트계 가소제를 사용할 수 있으며, 그 첨가량은 1 내지 5중량%가 바람직하다. 그리고 안료로는 이산화티탄, 카본블랙, 산화철 등의 유무기 안료에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 그 첨가량은 0.1 내지 2중량%가 바람직하고, 상기 경화촉매는 이소시아네이트기와 활성수산기의 반응에 사용되는 촉매로서 사용량에 따라 반응성 외에 반응 혼합물의 유동성과 생성물의 물성에 영향을 미치는데, 널리 사용되는 촉매로는 디메틸시클로헥실아민, 테트라메틸렌디아민과 같은 3급아민 화합물과 스타너스옥테이트, 디부틸틴디라우레이트, 테트라부틸티타네이트, 피비옥테이트와 같은 금속계 촉매를 널리 사용할 수 있으며, 그 첨가량은 0.05~2중량% 사용하는 것이 바람직하다. 또 경화물의 발포를 억제하기 위하여 포마이딘아세테이트, 트리에틸포메이트, 메틸트리메톡시실란, 제오라이트 등에서 선택된 수분흡수제를 첨가할 수 있는데, 그 첨가량은 0.3~3중량% 사용하는 것이 바람직하다. 이외에도 자외선 흡수 및 안정제로 벤조페논계, 벤조구아닌계 또는 힌더드아민계 화합물을 병용할 수 있고, 기포발생을 방지하기 위해 실리콘계 소포제를 첨가할 수 있으며 난연성을 부여하기 위해 인계 난연제를 첨가할 수 있다. 상기 자외선 흡수 및 안정제, 소포제와 난연제는 통상의 주제 제조과정에서 첨가되는 범위내에서 첨가할 수 있다.
그리고 상기 2액형 우레탄 경화제는 통상의 2액형 우레탄수지에 적용되는 수지조성물을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 2개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 방향족 이소시아네이트와 2 내지 3개의 활성수산기를 갖고 분자량이 1000 내지 4000인 폴리올 화합물로 구성된 이소시아네이트 프리폴리머를 사용하였다. 이때, 이소시아네이트기(NCO)와 활성수산기(OH)의 당량비는 1.0 내지 3.0이 바람직하며, 이소시아네이트와 활성수산기의 당량비가 1.0 미만이면 반응에 참여하지 못한 수산기가 남아 내약품성, 내용제성, 내마모성과 같은 물성이 불량하고, 반대로 3.0 초과이면 저장안정성이 불량하고 경도가 높아 딱딱한 성질 때문에 탄성이 불량해지므로 당량비(NCO/OH)는 1.2 내지 3.0이 바람직하다. 상기 이소시아네이트 화합물로는 톨루엔디이소시아네이트 또는 메틸렌디이소시아네이트를 사용할 수 있다.
또한 상기 폐고무나 폐우레탄 분말이란 폐고무나 우레탄신발 스크렙과 같은 폐우레탄을 재생하여 일정 크기로 분쇄하는 과정에서 발생하는 미립 분말로 입자크기가 0.1 내지 1㎜인 미세 분말을 말한다. 입자크기가 0.1㎜ 미만인 경우에는 공극률이 작아 투수성과 요철형성이 불량하고 반대로 1㎜ 초과인 경우에는 투수성은 양호하나 일정한 형태의 무늬를 형성하기 곤란하고 스프레이 작업성이 불량하다.
그리고 상기 폐고무나 폐우레탄 분말은 2액형 우레탄 결합재 조성물 100중량%에 대하여 10 내지 20중량% 사용하는 것이 바람직하다. 10중량% 이하인 경우에는 공극률이 작아 투수성과 요철형성이 불량하고 반대로 20중량% 이상인 경우에는 투수성은 양호하나 일정한 형태의 무늬를 형성하기 곤란하고 스프레이 작업성이 불량하다.
한편 상기 요철형 탄성포장층(40)은 뿜칠용 스프레이로 도막두께를 1 내지 3㎜로 표면에 요철면을 부여하는 것이 바람직하다. 1㎜ 미만인 경우에는 투수성은 양호하나 요철형성이 불량하고 하층부인 투수형 보조기층과의 결합력이 부족하여 인장강도가 저하되며 반대로 3㎜ 초과인 경우에는 인장강도는 양호하나 일정한 형태의 무늬를 형성하기 곤란하고 스프레이 작업성이 불량하다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 결합재, 즉 주제와 경화제 및 폐고무나 폐우레탄 분말을 혼합하여 투수형 기반층(10)을 지지층(20)과 투수형 보조기층(30)으로 현장타설한 상부에 스프레이로 뿜칠하면 본 발명에 따른 요철과 투수성을 갖는 탄성포장층(40)이 형성된다.
이때 상기 스프레이는 Φ 8~12㎜인 뿜칠용 건을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명을 다음의 실시 예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
<주제 제조-1>
평균분자량이 3000인 폴리프로필렌글리콜 디올 15중량부, 평균분자량이 3000인 폴리프로필렌글리콜 트리올 18중량부, 가교결합제인 디클로로디아미노디페닐메탄 3.5중량부, 충전제로 탄산칼슘 50중량부, 가소제인 디옥틸프탈레이트 2중량부, 착색안료로 산화철 적색 1.5중량부, 경화촉매로 피비옥테이트(24%) 0.8중량부, 수분흡수제인 4-톨루엔-설포닐-이소시아네이트(4-toluene-sulfonyl-isocyanate) 2중량부, 자외선 흡수 및 안정제로 티누빈-5050 0.5중량부, 소포제로 고형분 폴리실록산(polysiloxanes)을 디이소부틸케톤(diisobutylketone) 용제에 녹인 소포제 용액 1중량부, 난연제로 트리스(2-클로로에틸)포스페이트 5.7중량부를 첨가하여 균일하게 혼합하여 결합재용 주제를 제조하였다.
<경화제 제조-1>
톨루엔 디이소시아네이트(TDI-80, Toluene Diisocyanate) 20.1중량부, 반응촉매인 인산(85%)0.003중량부를 4구 플라스크(flask)에 투입하여 가열교반하면서 55~60℃까지 승온후 폴리프로필렌글리콜(PPG-2000, Polypropylene Glycol, 관능기=2, 분자량 2000) 30.7중량부, 폴리프로필렌글리콜(PPG-3000, Polypropylene Glycol, 관능기=3, 분자량 3000) 37.5중량부, 1,3-부탄디올 1.5중량부의 혼합용액을 분액여두(dropping funnel)를 이용하여 2~3시간 동안 균일하게 적하한 후 1시간에 걸쳐 반응온도를 85~90℃로 승온한 후, 동 온도에서 3~4시간 숙성반응을 시켜 반응을 종료한 후 가소제인 디옥틸프탈레이트 10중량부를 첨가하여 제조한다. 이와 같이 제조하여 고형분 100%, 색상(Gardner) 2~3, 이소시아네이트기(NCO)(%)=5.45%인 결합재용 경화제인 이소시아네이트 프리폴리머를 제조하였다.
미끄럼방지 기능이 있는 상도코팅제 도포
요철형 탄성포장층(40)으로 2액형의 우레탄 결합재와 폐고무나 폐우레탄 분말을 혼합하여 1~3㎜ 두께로 표면에 투수형 다공질의 요철면을 부여하는 스프레이 작업공정을 한 후, 미끄럼방지 기능이 있는 상도 코팅제를 두께 50~100㎛로 코팅하여 상도 코팅층(50)을 형성한다. 이때 상기 상도 코팅제는 상기 탄성포장층(40)의 경도를 높여 오염방지 기능 및 미끄럼방지 기능을 부여하기 위해 도포된다.
그리고 상기 상도코팅층(50)의 상도 코팅제는 요철형 탄성포장층(40)과 마찬가지로 2액형의 우레탄수지로 구성되나 경도가 높아 오염방지 기능이 우수한 수지를 사용하고 미끄럼방지 기능을 부여하기 위해 미끄럼방지용 골재로 100(150㎛) 내지 200메쉬(75㎛)의 규사를 사용한다.
그리고 상기 2액형 우레탄수지의 주제는 통상의 2액형 우레탄수지에 적용되는 수지조성물을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 활성수산기가가 2 내지 3가로 분자량이 1000 내지 4000인 폴리프로필렌글리콜을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범위 내에서 최종적으로 발현하고자 하는 물성 및 특성에 맞게 적절히 조절하여 사용한다.
또한 상기 2액형 우레탄 경화제는 통상의 2액형 우레탄수지에 적용되는 수지조성물을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 2개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 방향족 이소시아네이트와 2 내지 3개의 활성수산기를 갖고 분자량이 100 내지 1000인 폴리올 화합물로 구성된 이소시아네이트 프리폴리머를 사용하였다.
그리고 미끄럼방지용 골재로 사용된 규사는 100 내지 200메쉬를 사용하였다.
상기와 같이 미끄럼방지용 골재로 사용된 규사의 입자 크기가 100메쉬 이하인 경우에는 표면에 돌출되는 규사가 적어 미끄럼방지 성능이 불량하고 반대로 200메쉬 이상인 경우에는 미끄럼방지 성능은 양호하나 표면에 고착되지 않는 규사가 발생하여 탈락되는 문제점이 발생하고 스프레이 작업성이 불량하다.
그리고 상기 미끄럼방지용 규사는 2액형 폴리우레탄 결합제 조성물 100중량%에 대하여 30 내지 60중량% 사용하는 것이 바람직하다. 30중량% 이하인 경우에는 표면에 규사의 밀도가 낮아 미끄럼저항성이 불량하고 반대로 60중량% 이상인 경우에는 미끄럼저항성은 양호하나 점도가 높아 스프레이 작업성이 불량하다.
아울러 본 발명은 용도에 따라 상기 상도 코팅층(50)의 상도 코팅제에는 아래와 같이 축광성, 차열성, 항균성, 비오염성 등의 기능성을 부여한 것이 특징이다.
축광성
상도 코팅제에 축광성을 부여하여 야간에도 시인성을 확보하는 방법으로는 상기 상도코팅제에 축광 안료를 포함시키는 것이다. 축광 안료란 태양광이나 실내 조명등의 광원에 포함된 자외선 등의 빛에너지를 흡수, 축적하고 광원이 없는 상태에서 그 에너지를 가시광으로 변환하고 발광하는 성질을 가진 안료를 말한다. 본 발명에서는 축광 안료로 잔광 휘도가 높고 잔광 시간이 긴 축광 안료로 스트론듐알루미네이트(SrAl2O4)나 칼슘알루미네이트(CaAl2O4)를 모체로 하는 입도 10 내지 20㎛ 크기의 축광 안료를 사용하였다. 안료의 입도가 10㎛ 보다 작을 경우에는 잔광 휘도가 우수하지만 사용되는 함량이 많아 가격 상승이 발생하고 반대로 20㎛이상일 경우에는 잔광 휘도가 불량해진다. 축광 안료의 사용 함량은 상기 입도를 가진 축광 안료를 상도 코팅제 조성물 100중량%에 대하여 30 내지 50중량% 사용하는 것이 바람직하다. 30중량% 이하인 경우에는 단위면적당 안료 밀도가 낮아 잔광 휘도가 떨어져 시인성이 불량하고 반대로 50중량% 이상인 경우에는 잔광 휘도는 양호하나 상도 코팅제와의 분산성 및 스프레이 작업성이 불량하다.
차열성
본 발명의 투수형 기능성 탄성포장재는 체육시설용으로 사용되는 경우가 많은데 여름철 태양열을 흡수하고 이러한 축열에 의해 탄성포장재의 표면온도가 상승하여 도시의 열섬(Heat Island)현상을 초래한다. 이러한 현상을 방지하고 쾌적한 환경에서의 체육활동을 보장하기 위해서는 상도 코팅제에 열반사 물질을 포함시키는 것이다. 열반사 물질이란 태양광의 파장에서 강한 에너지를 가진 근적외선 등의 짧은 파장을 대부분 확산, 반사시키는 물질을 말한다. 본 발명에서는 열반사 물질로 입도 75 내지 200㎛ 크기의 중공 세라믹(ceramic bubble)을 사용하였다. 열반사 물질의 입도가 75㎛ 보다 작을 경우에는 도막 내부에 침투되어 열반사 특성이 떨어지고 반대로 200㎛이상일 경우에는 열반사 특성은 양호하나 표면에 고착되지 않는 열반사 물질이 발생하여 탈락되는 문제점이 발생하고 스프레이 작업성이 불량하다. 열반사 물질의 사용함량은 상도 코팅제의 도막두께(50~100㎛)를 감안하여 상기 입도를 가진 열반사 물질을 상도코팅제 조성물 100중량%에 대하여 3 내지 10중량% 사용하는 것이 바람직하다. 3중량% 이하인 경우에는 단위 면적당 열반사 물질의 밀도가 낮아 열반사 특성이 떨어지고 반대로 10중량% 이상인 경우에는 열반사 특성은 양호하나 상도 코팅제와의 분산성 및 스프레이 작업성이 불량하다.
휘발성유기화합물(VOC, violatile organic compound) 제거성 및 비오염성
상도 코팅제에 휘발성유기화합물(VOC, violatile organic compound) 제거성 및 비오염 특성을 부여하는 방법으로는 상기 상도코팅제에 초미립 이산화티타늄-이산화규소(TiO2-SiO2)복합산화물을 포함시키는 것이다. 초미립 이산화티타늄-이산화규소(TiO2-SiO2) 복합산화물이란 태양광이나 실내 조명등의 광원에 포함된 미량의 자외선이나 가시광선에 의해 광촉매 작용으로 휘발성유기화합물(VOC, violatile organic compound) 제거성 및 비오염 특성을 부여하는 물질을 말한다. 본 발명에서의 초미립 이산화티타늄-이산화규소(TiO2-SiO2) 복합산화물은 광촉매 작용에 의한 상도 코팅제의 열화를 방지하는 기능을 가지는 입도 80 내지 100nm 크기를 사용하였다. 복합산화물의 입도가 80nm 보다 작을 경우에는 분산시 점도상승이 심하고 광촉매 작용이 활발하여 상도 코팅제의 수지를 열화시키고 반대로 100nm이상일 경우에는 광촉매 작용이 불량하여 휘발성유기화합물(VOC, violatile organic compound) 제거성 및 비오염 특성이 저하된다. 복합산화물의 사용 함량은 상기 입도를 가진 복합산화물를 상도 코팅제 조성물 100중량%에 대하여 1 내지 5중량% 사용하는 것이 바람직하다. 1중량% 이하인 경우에는 단위 면적당 복합산화물 밀도가 낮아 광촉매 활성도가 떨어져 휘발성유기화합물(VOC, violatile organic compound) 제거성 및 비오염 특성이 불량하고 반대로 5중량% 이상인 경우에는 광촉매 활성은 양호하나 상도 코팅제의 열화가 발생하고 상도 코팅제와의 분산성이 불량하다.
이하 본 발명을 아래의 실시 예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
<주제 제조-2>
평균분자량이 3000인 폴리프로필렌글리콜 디올 12.5중량부, 평균분자량이 4000인 폴리프로필렌글리콜 트리올 17.5중량부, 가교결합제인 디클로로디아미노디페닐메탄 7중량부, 충전제로 탄산칼슘 50중량부, 가소제인 디옥틸프탈레이트 1.5중량부, 착색안료로 산화철 적색 1.5중량부, 경화촉매로 피비옥테이트(24%) 0.8중량부), 수분흡수제인 4-톨루엔-설포닐-이소시아네이트(4-toluene-sulfonyl-isocyanate) 2중량부, 자외선 흡수 및 안정제로 티누빈-5050 0.5중량부, 소포제로 고형분 폴리실록산(polysiloxanes)을 디이소부틸케톤(diisobutylketone) 용제에 녹인 소포제 용액 1중량부, 난연제로 트리스(2-클로로에틸)포스페이트 5.7중량부를 첨가하여 균일하게 혼합하여 상도코팅제용 주제를 제조하였다.
<경화제 제조-2>
톨루엔 디이소시아네이트(TDI-80, Toluene Diisocyanate) 21.8중량부, 크실렌 6.3중량부, 반응촉매인 벤조일클로라이드 0.1중량부를 4구 플라스크(flask)에 투입하여 가열교반하면서 55~60℃까지 승온 후 트리메티올프로판 4.2중량부, 폴리프로필렌글리콜(PPG-400, Polypropylene Glycol, 관능기=2, 분자량 400) 5.1중량부, 폴리프로필렌글리콜(PPG-1000, 관능기=2, 분자량 1000) 18.8중량부, 셀로솔브아세테이트 25중량부의 혼합용액을 분액여두(dropping funnel)를 이용하여 2~3시간 동안 균일하게 적하한 후 1시간에 걸쳐 반응온도를 85~90℃로 승온한 후, 동 온도에서 3~4시간 숙성반응을 시켜 반응을 종료한 후 크실렌 18.7중량부, 반응촉매인 벤조일클로라이드 0.003중량부를 희석, 첨가하여 제조한다. 이와 같이 제조하여 고형분 50%, 색상(Gardner) 3~4, 이소시아네이트기(NCO)(%)=3.9%인 상도 코팅제용 경화제인 이소시아네이트 프리폴리머를 제조하였다.
다음의 실시예, 비교예 및 실험예는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
본 발명의 가장 중요한 목적이 되는 투수성, 미끄럼방지성 및 기능성 부여를 위해 상기에서 제조한 요철형 탄성포장층용 결합재 및 상도 코팅제의 주제와 경화제 및 기능성 물질을 사용한 실시예의 조성과 비교예의 조성 및 물리적 특성은 [표 1]에 나타내었다.
실험예
제조한 탄성포장층용 결합재 및 상도 코팅제의 주제 및 경화제는 각각 이소시아네이트기(NCO)와 활성수산기(OH) 당량비를 1.2/1로 배합하여 사용하였고 물성은 다음 표 1에 나타내었다. 물성에서 경도, 인장강도, 신율은 KS M 6518(가황고무 물리시험방법), 투수성은 KS F 2322(흙의 투수 시험방법)에 따라 실시하였다. 미끄럼저항성은 KS F 2375(노면의 미끄럼저항 시험방법)에 따라 습윤 상태에서의 마찰력을 마찰계수(BPN)로 나타내었으며 값이 클수록 미끄럼저항성이 우수하다. 축광성은 KS C 7613(휘도 측정방법)에 따라 발광휘도와 잔광시간을 측정하였다.
그리고 차열성은 본 발명에 따라 탄성포장재(20×20㎝)를 제조하는데, 중공세라믹을 넣지 않은 것과 5중량% 넣은 것을 각각 제조하여 한여름 햇볕(32℃, 65%)아래에 2시간 노출시킨 후 각 3군데 부위에서의 온도를 다점식 온도측정기를 사용하여 평균온도를 구하여 중공세라믹 유무에 따른 온도차를 측정하였다.
또한 휘발성유기화합물(VOC, violatile organic compound) 제거성 및 비오염 특성에서, 휘발성유기화합물(VOC, violatile organic compound) 제거성은 본 발명에 따른 탄성포장재(10㎜× 30㎝× 30㎝)를 제조하여 2.5W/㎡(300nm)의 광량을 조사한 밀폐용기에 넣고 밀폐용기의 입구로부터 100ppmv의 아세트알데히드를 함유한 공기를 흘린 후, 출구로부터의 가스농도를 측정하여 이로부터 아세트알데히드 제거율을 측정하였다.
비오염 실험은 상기 시편을 미리 준비한 1.0mM 메틸렌블루 용액(methylene blue solution)에 침적시켜 도막의 표면에 메틸렌블루를 흡착시켜 초기 투광도 값이 약 30% 부근에 오도록 침적 횟수를 조절하고, 흡착이 완료된 상태의 시편을 건조시킨 후 광분해 특성을 측정하는 것으로 광촉매 효능측정기(Sinku-Riko사 PCC-1)를 사용하였다. 이 방법은 초기 투광도(transmittance)를 측정한 뒤 이 값을 기준으로 블랙라이트(시편에서의 UV강도 : 1mW/㎠)를 조사하면서 2분 간격으로 20분간 투광도 변화를 측정하여 광활성에 의한 메틸렌블루의 분해 정도(색상변화)를 초기값과 비교하여 광부해의 특성을 표시하는 것이다. 측정에 의한 결과는 3회 실시한 후 평균값을 채택하여 도막 표면에서의 메틸렌블루의 분해량을 하기식과 같이 흡광도 변화(ΔABS)로 표시한다.
Figure 112007003370431-pat00001
T0 = 초기 투광도(Initial transmittance)
T1 = 시간의 경과에 따라 변화하는 투광도(Momentary transmittance)
상기 초기 투광도에서 자외선의 조사에 의해 메틸렌블루가 분해되어 투광도가 증가하게 되며 광분해 특성이 우수할수록 비오염 특성이 우수하며 (-)쪽으로 절대값이 증가하게 된다.
[표 1]
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
탄성 포장층 결합재 (주제-1+ 경화제-1) 100 100 100 100 100 100 100 100 100
폐고무나 폐우레탄 분말 15 15 15 15 - 5 30 15 15
상 도 코 팅 제 우레탄 수지 (주제-2+ 경화제-2) 100 100 100 100 100 100 100 100 100
규사 40 40 40 40 - 40 40 20 80
축광안료 (근본특수화학사 Luminova G 300-M) - 40 - - - - - - -
중공 세라믹 (3M사 K-20) - 5 - - - - - -
이산화티타늄-이산화규소 복합산화물 (소화전공사 F1S02) - - 2 - - - - -
물리적 특성
경도(Shore A) 55 57 58 56 54 55 57 52 61
인장강도(MPa) 2.2 2.3 2.5 2.4 1.2 2.2 2.0 1.9 2.7
신율(%) 200 180 230 200 300 210 220 250 120
스프레이 작업성 양호 양호 양호 양호 양호 양호 불량 양호 불량
요철 형성능 양호 양호 양호 양호 불량 불량 불량 양호 양호
투수성(㎝/sec) 3.3×10-2 3.5×10-2 2.8×10-2 3.0×10-2 2.8×10-4 3.1×10-3 2.2×10-2 4.8×10-2 2.1×10-2
미끄럼저항성(BPN) 83 80 85 81 42 78 77 45 73
축광성 발광휘도 (mCd/㎡) - 1.0 - - - - - - -
잔광시간(hrs) - 15 - - - - - - -
차열성(온도차,℃) - - -5 - - - - - -
휘발성유기화합물 제거성(%) - - - 91 - - - - -
비오염성(ΔABS) - - - -0.4 - - - - -
이와 같은 본 발명의 투수형 기능성 탄성포장재는 자전거도로, 조깅로, 산책로, 다목적구장 등 각종 체육시설에 시공된 투수형 기반층의 상부에 투수성을 유지하면서 폐자재를 재활용하여 기능성 탄성포장재를 시공함으로써 환경보호와 설치에 따른 비용 및 시공비가 절감되고, 시공방법이 간소화되며, 탄성포장재 재료 자체에 요철면을 부여하여 탄성포장재가 갖추어야 할 투수성 및 미끄럼방지 성능이 우수하고, 인장 강도, 신장률 등이 양호하며 변형률이 낮아 구조적 안정성이 우수한 효과가 있다.
그리고 본 발명은 투수형 기반층 상부에 폴리올레핀계 재질의 그물형 망사로 지지층을 형성하고, 상기 지지층 상부에 폐고무 혹은 폐타이어 분말과 폐골재를 우레탄 바인더와 혼합하여 투수형 보조기층을 형성하며, 상기 투수형 보조기층 상부에 2액형의 우레탄 결합재와 폐고무나 폐우레탄 분말을 혼합하여 표면에 투수형 다공질의 요철면을 부여하는 스프레이 작업을 한 요철형 탄성포장층을 형성하고, 상기 요철형 탄성포장층의 상부에 미끄럼방지 기능이 있는 상도코팅제가 코팅된 상도코팅층으로 이루어져 짧은 시간에 시공이 가능하여 생산성 및 시공성이 우수하면서 지반침하를 방지하고 투수성 및 미끄럼저항성이 우수한 효과가 있고, 여기에 축광성, 차열성, 항균성, 비오염성 등의 기능성이 부여된 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (6)

  1. 투수형 기능성 탄성포장재에 있어서,
    투수형 기반층(10) 상부에 폴리올레핀계 재질의 그물형 망사로 형성된 지지층(20);
    상기 지지층(20)의 상부에 우레탄 바인더와 폐고무 혹은 폐타이어 분말과 폐골재를 혼합하여 형성된 투수형 보조기층(30);
    상기 투수형 보조기층(30)의 상부에 2액형의 우레탄 결합재 조성물 100중량%에 대하여 입자크기가 0.1~1㎜인 폐고무나 폐우레탄 분말 10~20중량%를 혼합하여 1~3㎜ 두께로 표면에 투수형 다공질의 요철면을 부여하는 스프레이 작업을 하여 형성된 요철형 탄성 포장층(40); 및
    상기 요철형 탄성포장층(40)의 상부에 미끄럼을 방지하는 두께 50~100㎛로상도 코팅제가 코팅된 상도 코팅층(50)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 투수형 기능성 탄성포장재.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상도 코팅층(50)의 상도 코팅제는 2액형 우레탄수지 와 입자크기가 100~200 메쉬인 규사를 2액형 우레탄수지 조성물 100중량%에 대하여 30~60중량% 혼합한 것을 특징으로 하는 투수형 기능성 탄성포장재.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 상도 코팅제는 축광이 가능하도록 스트론듐알루미네이트(SrAl2O4)나 칼슘알루미네이트(CaAl2O4)를 모체로 하는 입도 10~20㎛ 크기의 축광 안료를 상도 코팅제 조성물 100중량%에 대하여 30~50중량% 혼합한 것을 특징으로 하는 투수형 기능성 탄성포장재.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 상도 코팅제는 차열이 가능하도록 열반사 물질로 입도 75~200㎛ 크기의 중공 세라믹(ceramic bubble)을 상도 코팅제 조성물 100중량%에 대하여 3~10중량% 혼합한 것을 특징으로 하는 투수형 기능성 탄성포장재.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 상도 코팅제는 휘발성 유기화합물(VOC, violatile organic compound) 제거와 쉽게 오염되지 않도록 입도 80~100nm 크기의 초미립 이산화티타늄-이산화규소(TiO2-SiO2) 복합산화물을 상도 코팅제 조성물 100중량%에 대하여 1~5중량% 혼합한 것을 특징으로 하는 투수형 탄성포장재.
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