KR100833584B1 - 생분해성 소재를 활용한 바닥마감재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퇴비화 호조건 즉 온도 60℃ 습도 80%에 활성화 된 미생물 속에서 폐기시 분해 될 수 있는 생분해성 소재로 친환경 인조잔디나 매트를 제조하며, 이에 마이크로캡슐에 항균, 항곰팡이 및 피톤치드를 발산하는 송진 등과 같은 기능성 물질을 담아 인체에 이로움을 주도록 하는 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재에 관한 것이다.

상기 본 발명은 환경친화적 생분해성 소재를 사용하여 환경호르몬 및 연소시 연기가 나지 않고 오존발생을 기존 합성수지인 PP나 PE에 비해 ⅓ 줄일 수 있을 뿐만 아니라 퇴비화 호조건에서 자연으로 돌아갈 수 있는 소재로 합성수지로 인한 환경오염을 줄일 수 있다.

인조잔디, 인조잔디모(모노사, 필름사), 생분해성 소재, 실내용 매트, 골프매트, 송진Microcapsul, 체육관 보호 매트

Description

생분해성 소재를 활용한 바닥마감재{Bio-degradable finish material}

본 발명은 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퇴비화 호조건 즉 온도 60℃ 습도 80%에 활성화 된 미생물 속에서 폐기시 분해 될 수 있는 생분해성 소재로 친환경 인조잔디나 매트를 제조하며, 이에 마이크로캡슐에 항균, 항곰팡이 및 피톤치드를 발산하는 송진 등과 같은 기능성 물질을 담아 인체에 이로움을 주도록 하는 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재에 관한 것이다.

일반적으로 바닥마감재는 크게 매트나 인조잔디로 구분하며, 주로 축구장이나 야구장 및 실내 골프장 등과 같은 운동경기장의 경우에는 인조잔디를 활용하고, 실내외 조경용 매트, 체육관 보호매트 등으로 널리 사용된다. 필요에 따라서는 인조잔디 또한 조경용으로 활용하기도 한다.

상기 인조잔디는 도 3a,3b와 같이 메쉬형태의 기포지(이하 베이스망이라 한다)에 섬유파일을 직조하여 된 것이다. 상기 베이스판의 밑면에는 직조된 섬유파일 을 고정하기 위한 라텍스 또는 폴리우레탄이 코팅된다.

도 3a와 같이 단순히 베이스판(10)에 섬유파일이 직조된 형태의 인조잔디는 조경용이나 골프매트 등으로 활용되며, 도 3b와 같이 기층 상면에 포설한 베이스판(10) 상부 및 상기 섬유파일(20)의 뿌리부 사이로 천연 규사(30a)와 고무칩(30b)과 같은 충진물을 일정 두께로 충진한 형태는 축구장이나 야구장 등과 같은 경기장에 사용된다. (이하 상기 두 타입의 인조잔디는 별도로 구분하지 않고 인조잔디로 통칭한다)

상기 섬유파일은 주로 폴리에틸렌 재질의 섬유(방향족 폴리에스테르 수지를 이용한 PP나 PE, 나이론으로 된 모노사, 필름사)로 이루어지며, 상기 베이스판(10)은 폴리프로필렌(Polypropylene)으로 된 섬유로 직조하여 이루어진다.

그러나 상기 인조잔디를 구성하는 재질은 폐기시 자연적으로 분해되는 데에 100년 전후에 걸친 장시간이 소요되며, 연소시킬 경우에는 다이옥신과 환경호르몬 등과 같은 각종 유해물질들을 다량 방출할 뿐 아니라 온실가스의 주범인 CO₂를 다량 배출하는 심각한 환경오염 주범이다.

더욱이 상기 인조잔디의 품질 유지 기간이 5년 전후이고, 또 양질의 인조잔디 컨디션을 유지하기 위해서는 품질 유지 기간 이내에 교체해 주어야 한다. 따라서 인조잔디의 잦은 교체로 인해 환경폐기물이 다량 발생되므로 이의 처리에 많은 어려움이 있다.

인조잔디의 교체로인한 환경폐기물 발생량을 줄이기 위해 인조잔디를 재생하 는 것을 생각해 볼 수 있으나 인조잔디를 구성하는 섬유파일이나 베이스판에 흙이나 먼지 등과 같은 각종 이물질들이 다량 붙어 있어 사실상 재생이 어려운 문제점이 있다.

또한, 상기한 재질로 이루어진 종래의 인조잔디는 역겨운 합성수지 냄새를 유발하므로 이를 이용하는 선수들이나 이용자들은 불쾌감을 느낄 뿐만 아니라 심할 경우에는 두통을 유발하는 등의 부작용이 있고, 또 경기력이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창안한 것으로,그 목적은, 기특허 출원된 생분해성 나노복합 소재를 활용하여 바닥마감재 즉, 매트나 인조잔디(섬유파일 및 베이스판)을 제조함으로써 매립 또는 소각을 통해 폐기하여도 환겨오염을 전혀 일으키지 않고, 또 화재시에도 유독가스 및 연기의 발생이 없어 안전성이 높은 환경친화적 생분해성 바닥마감재를 제조하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 생분해성 재질로된 매트나 인조잔디에 미생물 및 곰팡이 균을 억제하거나 피톤치드와 같은 기능성물질을 담은 생분해성 점착제 Microcapsul을 결합시켜 이를 이용하는 이용자들이 마치 천연의 느낌을 주고 인체에 이로움을 주도록 하며, 특히 인조잔디의 경우에는 경기력을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 생분해성 소재로 바닥마감재 즉, 매트나 인조잔디를 제조하는 것으로, 상기 생분해성 소재는 PLA,PCL,PBS,PBA,PBSA,PVA 등 다양하게 개발된 것이 있다.

이러한 생분해성 소재들 중 바닥마감재에 적합한 소재를 선택하는데에 고려해야 할 점은, PLA는 깨지거나 딱딱한 소재로 수분 흡수율이 0.5%(24시간 수분 침지법)로 바닥마감재에 적합하지 않고 PBS나 PBA,PCL,PBSA,PVA는 수분흡수율이 2%(24시간 수분 침지법) 전후로 야외에 악조건 속에서 급격한 물성 저하와 분해가 발생 될 수 있다는 점이다.

또한, 베이스판에 생분해성 소재를 적용함에 있어서 고려할 점은, 지면이 닿아있는 바닥마감재의 면은 항상 대기중에 노출되어 있는 곳보다 습하고 각종 미생물이 번식 할 수 있어 사용이 어렵다는 점이다.

이러한 점들을 고려하여 베이스판에 잔디모의 기능을 하는 섬유파일을 직조하여 된 바닥마감재를 제조함에 있어서,

상기 바닥마감재는, PLA 30~40중량%와 PBS나 PBSA,PBA 중 선택된 어느 한 소재 30~50중량%와 생분해성 나노복합소재 10~20중량%를 온도 180℃~190℃로 압출하여 펠렛화하는 단계;

상기 펠렛을 온도 180℃~210℃에서 방사하여 모노사 또는 필름사와 실을 제조하는 단계;

상기 모노사 또는 필름사는 섬유파일을 형성함과 동시에 상기 제조된 실로 베이스판을 직조하는 단계;

상기 섬유파일을 상기 베이스판에 직조하는 단계를 통해 제조된다.

또한, 상기 베이스판 밑면에는 생분해성 송진 점착제 Microcapsul을 코팅하며, 상기 마이크로캡슐은 천연오일을 PVA로 부벽재로 하고 주벽재로는 송진을 사용하여 제조한다.

또한, 상기 천연 오일은 피톤치드에 효과가 있는 잣나무, 소나무, 측백나무, 편백나무 오일 및 쑥, 과일, 라벤다, 로즈마리, 시트로렐라, 회향 등을 사용 할 수 있다.

또는, 송진 점착제 Microcapsul 사이즈는 5㎛(5/1,000mm)전후이며, 그 구성비는 고형분기준 상기 오일 50~60중량%와 PVA 30~40중량% 송진 10중량%로 이루어 진다.

본 발명은, 수명 종료후 폐기시 자연상태에서 빠른 시간내에 완전분해되므로 환경부하를 줄일 뿐 아니라 항곰팡이 및 항균력 발생 및 피톤치드를 발산하므로 위생적이고도 인체에 이로운 장점이 있다.

또한, 본 발명은, 화재시에도 유독가스나 연기가 발생되지 않아 안전성이 높은 장점이 있다.

또한 본 발명은, 친환경적인 생분해성 인조잔디는 물론이고, 실내매트, 골프매트 등 제조가 가능하며, 기존 인조제품의 문제점인 역겨운 합성수지 냄새를 확실히 제거하는 동시에 송진 점착제 Microcapsul를 사용한 피톤치드 효과를 가져올 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인조잔디 제조 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 송진 점착제 마이크로캡슐의 구성도이며, 도 3a,3b는 인조잔디의 구조도이다.

본 발명은, PLA 30~40중량%와 PBS나 PBSA,PBA 중 선택된 어느 한 소재 30~50중량%와 생분해성 나노복합소재 10~20중량%를 온도 180℃~190℃로 압출하여 펠렛화 하고 상기 소재를 온도 180℃~210℃에서 방사하여 모노사 또는 필름사 제조하고, 이 실을 이용하여 제직을 함으로써 생분해성 환경친화적인 제품인 바닥마감재, 즉 인조잔디나 매트를 생산하는 것이다.

아울러 상기 인조잔디의 구성은 잔디모의 기능을 담당하는 섬유파일(20)과, 상기 섬유파일(20)의 뿌리부를 지지하는 베이스판(10)으로 구성되는데, 이들을 상기한 방법에 의해 제조되는 생분해성 소재로 제조하는 것이다.

또한 상기 베이스판(10)에는 직조된 섬유파일(20)의 뿌리부를 견고히 지지하기 위해 종래에는 라텍스 또는 폴리우레탄을 코팅하는데, 본 발명에서는 이들 물질을 대신하여 생분해성 송진 점착제 Microcapsul을 코팅한다. 상기 마이크로캡슐은 인조제품에서 발생될 수 있는 각종 가소재와 냄새를 제거함과 더불어 천연잔디나 숲속에서 나는 천연향을 느낄 수 있도록 한다. 즉, 마이크로 캡슐은 천연오일을 PVA로 부벽재로 하고 주벽재로는 송진을 사용하여 제조한다.

천연 오일은 피톤치드에 효과가 있는 잣나무, 소나무, 측백나무, 편백나무 오일 및 쑥, 과일, 라벤다, 로즈마리, 시트로렐라, 회향 등을 사용 할 수 있다.

송진 점착제 Microcapsul 사이즈가 5㎛(5/1,000mm)전후로 구성비는 상기 오 일이 50~60중량%와 PVA 30~40중량% 송진 10%로 이루어 지며 송진 점착제 Microcapsul 제조 방법은 다음과 같다.

제 1단계

상기 천연오일 중 택1을 하여 오일 30g, PVA 10g, H₂O 60g으로 구성되며 먼저 H₂O 60g에 PVA 10g을 온도 40℃ ~ 50℃의 수지로 만들기 위해 RPM 500~1,000으로 교반한다.

수지가 완전히 형성되면 상기 수지에 오일 30g을 첨가 한 후 강력교반기로 RPM 8,000~11,000으로 교반하여 캡슐화 시킨다.

이때 강력 교반 시간은 10분 전후로 양에 따라 변동 될 수 있다.

PVA수지 온도 및 강력 교반시 온도는 50℃가 넘으면 천연오일이 휘산 될 수 있다.

상기 강력교반이 된 PVA 캡슐은 교반이 끝나면 친수성 성질로 인해 캡슐끼리 붙을 수 있기 때문에 상기 온도 50℃에서 에탄올 10g을 넣고 RPM 500~1,000으로 온도가 상온 20℃ 전후까지 떨어지면서 캡슐막이 결정화 되어 붙는 현상을 방지 할 수 있다. 에탄올이 상온상태까지 가면 휘산이 되어 없어지고 PVA캡슐만 형성된다.

상기 1단계에 캡슐이 형성되면 PVA에는 수분에 녹을 수 있기 때문에 항균, 항곰팡성이 우수한 송진을 상온 상태에서 10g첨가 하여 RPM 500~1,000으로 온도가 50℃가 될 때 까지 교반을 하면서 온도를 상승시킨다. 에탄올에 일부 녹은 송진은 PVA를 감싸고 송진 캡슐상태가 구성되며 에탄올은 휘산되어 제거 된다.

상기 상태가 이루어진 구성물은 H₂O 30% 전후로 존재하여 끈적임 상태가 되고 생분해성 바닥마감재 구성물에 실이 빠져나가지 않게 바닥면에 코팅을 하면 H₂O는 자연 휘산되며 건조된 바닥면은 실과 메시망을 단단히 고정시키고 생분해성 바닥마감재의 단점인 분해 속도를 조절 할 수 있는 항균, 항곰팡이성 바닥마감재 즉, 인조잔디 또는 매트가 구성된다.

또한, 외부충격에 의해 천연 오일은 터지면서 자연에 냄새인 아로마 테라피 효과도 얻을 수 있다. 코팅 두께는 실이 빠져 나가지 않게 하고 자연상태에 빗물이 바닥으로 빠질 수 있게 0.5mm ~ 1mm로 한다.

상기 구성을 위한

비교 예1)

생분해성 수지에(24시간 침지법) 수분 흡수율
구 분	비 교1	비 교2	비 교3	실 시
	PLA	PBS	PBA	생분해성 나노복합소재 인조잔디
수분 흡수율	0.5%	1.7%	2%	0.125%
실험 : 생활환경 시험 연구원 실험조건: H2O 온도: 23℃ +_ 1℃24시간 침지

비교 예2)

항균 및 항곰팡이
구 분	비 교1	비 교2	비 교3	비 교4	실 시
성분	PLA100%	PLA 40% PBS 60%	PBSA	PBA	생분해성 나노복합소재 인조잔디
수분 균주 ( ATCC 6538)	포도상구균	좌동	좌동	좌동	좌동
균감소율	15%	12%	0%	0%	99%
항곰팡이	3%	4%	4%	4%	0%
* 방법 온도 35 +-1℃ 습도 90%

비교 예2)는 항균 및 항곰팡이 종류는 Penicillium으로 한국 생활 환경 시험 연구원 결과로 판정표는 다음과 같다.

Observed growth on speiimen	Rating
None	0
Traces of growth(<10%)	1
Light growth (10~30%)	2
Lledium growth(30~60%)	3
Heavy growth (60~complete coverage)	4

도 1은 본 발명에 따른 인조잔디 제조 공정도.

도 2는 본 발명에 따른 송진 점착제 마이크로캡슐의 구성도.

도 3a,3b는 인조잔디의 구조도.

Claims (9)

1. 베이스판(10)에 잔디모의 기능을 하는 섬유파일(20)을 직조하여 된 바닥마감재를 제조함에 있어서,

   상기 바닥마감재는, PLA 30~40중량%와 PBS나 PBSA,PBA 중 선택된 어느 한 소재 30~50중량%와 생분해성 나노복합소재 10~20중량%를 온도 180℃~190℃로 압출하여 펠렛화하는 단계;

   상기 펠렛을 온도 180℃~210℃에서 방사하여 실을 제조하는 단계;

   상기 제조된 실을 설계된 패턴으로 베이스판(10)을 직조 단계; 로 구성된 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 펠렛화 단계에서 제조된 펠렛을 온도 180℃~210℃에서 방사하여 모노사 또는 필름사를 제조하는 단계;

   상기 모노사 또는 필름사는 섬유파일(20)을 형성하는 단계;

   상기 섬유파일(20)을 상기 베이스판(10)에 직조하는 단계를 통해 제조되는 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 천연오일을 PVA로 부벽재로 하고 송진을 주벽재로한 생분해성 송진 점착제 마이크로캡슐(Microcapsul)을 제조하여 상기 베이스판(10)에 코 팅하는 것을 특징으로 하는 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 생분해성 점착제 마이크로 캡슐은,

   PVA 5~15중량%와 H₂O 55~66중량%를 RPM 500~1,000으로 교반하여 온도 40℃ ~ 50℃의 수지로 만는 단계;

   수지가 완전히 형성되면 상기 수지에 천연오일 25~35중량%를 첨가 한 후 강력교반기로 RPM 8,000~11,000으로 5~15분 교반하여 캡슐화하는 단계;

   상기 강력교반이 된 PVA 캡슐은 교반이 끝나면 친수성 성질로 인해 캡슐끼리 붙는 것을 방지하기 위해 상기 온도 50℃에서 에탄올 5~15중량%(캡슐대비)를 넣고 상온 15~25℃가 될때까지 RPM 500~1,000으로 교반하여 캡슐막을 결정화하는 단계;

   상기 캡슐이 제조완료되면 항균, 항곰팡이 성능을 가진 송진을 상온 상태에서 5~15중량%첨가 하여 RPM 500~1,000으로 온도가 50℃가 될 때 까지 교반하는 단계;

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 송진 점착제 Microcapsul 사이즈는 5㎛(5/1,000mm)전후인 것을 특징으로 하는 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 천연 오일은 피톤치드에 효과가 있는 잣나무, 소나무, 측백나무, 편백나무 오일 및 쑥, 과일, 라벤다, 로즈마리, 시트로렐라, 회향 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재 제조방법.
7. 베이스판(10)에 잔디모의 기능을 하는 섬유파일(20)을 직조하여 된 바닥마감재를 제조함에 있어서,

   상기 바닥마감재는, PLA 30~40중량%와 PBS나 PBSA,PBA 중 선택된 어느 한 소재 30~50중량%와 생분해성 나노복합소재 10~20중량%를 온도 180℃~190℃로 압출하여 펠렛화하는 단계;

   상기 펠렛을 온도 180℃~210℃에서 방사하여 실을 제조하는 단계;

   상기 제조된 실을 설계된 패턴으로 베이스판(10)을 직조 단계; 로 구성된 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 펠렛화 단계에서 제조된 펠렛을 온도 180℃~210℃에서 방사하여 모노사 또는 필름사를 제조하는 단계;

   상기 모노사 또는 필름사는 섬유파일(20)을 형성하는 단계;

   상기 섬유파일(20)을 상기 베이스판(10)에 직조하는 단계를 통해 제조되는 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재.
9. 제 7 항에 있어서, 천연오일을 PVA로 부벽재로 하고 송진을 주벽재로한 생분해성 송진 점착제 마이크로캡슐(Microcapsul)을 제조하여 상기 베이스판(10)에 코팅하되,

   상기 생분해성 점착제 마이크로 캡슐은,

   PVA 5~15중량%와 H₂O 55~66중량%를 RPM 500~1,000으로 교반하여 온도 40℃ ~ 50℃의 수지로 제조하고,

   수지가 완전히 형성되면 상기 수지에 천연오일 25~35중량%를 첨가 한 후 강력교반기로 RPM 8,000~11,000으로 5~15분 교반하여 캡슐화하고,

   상기 강력교반이 된 PVA 캡슐은 교반이 끝나면 친수성 성질로 인해 캡슐끼리 붙는 것을 방지하기 위해 상기 온도 50℃에서 에탄올 5~15중량%(캡슐대비)를 넣고 상온 15~25℃가 될때까지 RPM 500~1,000으로 교반하여 캡슐막을 결정화하고,

   상기 캡슐이 제조완료되면 항균, 항곰팡이 성능을 가진 송진을 상온 상태에서 5~15중량%첨가 하여 RPM 500~1,000으로 온도가 50℃가 될 때 까지 교반하여 된 것을 특징으로 하는 생분해성 소재를 이용한 바닥마감재.

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