KR100885750B1 - 열방사 고무칩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 등을 흡수함으로 인해 발생된 열을 효율적으로 방사시키는 열방사 고무칩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡수된 열에너지를 전자기파 형태로 빠르게 외부로 방사시키는 특성을 가진 열방사재를 각종 고무칩에 첨가한 열방사 고무칩을 제공하여, 열방사 고무칩이 이용된 탄성바닥재, 또는 인조잔디 등을 포장 후 시간의 경과에 따른 탄성바닥재 등의 훼손 또는 오염 여부나, 고무칩에 첨가되는 안료의 색의 종류에 상관 없이 근본적으로 열을 저감시켜, 효율적으로 탄성바닥재 등의 표면온도를 유지하고자 하는 것이다.
열방사(thermal radiation), 고무칩(rubber chip)

Description

열방사 고무칩{THERMAL RADIATION RUBBER CHIP}
본 발명은 태양광 등을 흡수함으로 인해 발생된 열을 효율적으로 방사시키는 열방사 고무칩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡수된 열에너지를 전자기파 형태로 빠르게 외부로 방사시키는 특성을 가진 열방사재를 각종 고무칩에 첨가한 열방사 고무칩을 제공하여, 열방사 고무칩이 이용된 탄성바닥재 또는 인조잔디 등을를 포장 후 시간의 경과에 따른 탄성바닥재 등의 훼손 또는 오염 여부나, 고무칩에 첨가되는 안료의 색의 종류에 상관 없이 근본적으로 열을 저감시켜, 효율적으로 탄성바닥재 등의 표면온도를 유지하고자 하는 것이다.
우리나라 여름철 태양열 에너지는 1일 평균 5,900㎉/㎡에 달하고, 이 태양열 에너지는 한낮의 노면의 온도를 80℃ 전후까지 상승시켜 계란이 익을 정도까지 상승시킨다. 이러한 온도의 상승은 열의 이동에 따라 발생되는 현상이며, 열이 이동하는 메커니즘은 다음의 3가지로 구분된다. 즉, 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 직접 물체를 통하여 열이 이동하는 전도(conduction), 유동성 매체인 기체 또는 액체의 흐름이나 이동을 통하여 열이 전달되는 대류(convection), 별도의 매개체를 통하지 않고 열원에서 직접 방사된 열 파장이 물체의 표면에 닿아 분자의 진동을 유발하여 열에너지가 발생되는 복사(radiation)가 있다.
태양광은 전자파의 일종으로 계절과 지역에 따라 차이가 있으나 일반적으로 자외선 3~7%, 가시광선 47~50%, 적외선 43~50%로 나누어진다. 이때 태양광선의 절반을 차지하는 적외선은 도로의 표면에 닿아 분자의 진동을 유발함으로 열에너지를 발생시켜 콘크리트, 아스팔트 노면의 표면 온도를 상승시키고, 이렇게 일단 콘크리트, 아스팔트 노면의 표면 온도가 상승되면 이 표면의 열에너지가 전도 또는 대류를 통하여 내부로 전달되어 노면의 온도가 상승하게 된다. 이때 노면의 온도가 상승하게 되면 열섬현상이 발생하게 되어 냉방을 위하여 많은 에너지를 소비하게 된다.
한편, 현재 고무칩은 다양한 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 고무칩은 야외 농구장, 보행로, 놀이터, 조깅로 등 다양한 야외시설의 바닥재로 이용되기도 하며, 인조잔디에 사용되기도 한다. 그러나 탄성바닥재, 인조잔디 등에 많이 사용되는 종래의 고무칩은 여름철에는 상기와 같은 태양열에너지 열흡수로 인한 온도상승의 문제가 있다.
온도상승을 억제하기 위하여 흑색 고무칩이 아닌 녹색 고무칩을 사용하기도 하고 있으나 온도 상승을 억제 하는데는 한계가 있다.
또한 본 출원인의 등록특허 제10-0613139호(한국등록특허공보,공고일 2006. 08. 17.)는 '광촉매 열반사 코팅된 폐고무칩 및 그 제조방법'으로서 이에는 광촉매와 열반사 물질로 알려진 ATO(Antimony Tin Oxide), ITO(Indium tin oxide), Al-ZnO(Aluminum Zinc Oxide), 또는 Al, ZN 등의 금속을 포함하는 전도성 광반사 물질로 코팅액을 제조하여 폐고무칩에 코팅하여 폐고무칩의 표면온도를 낮추는 방법이 개시되어 있다.
그러나 상기의 등록특허 제10-0613139호에 개시된 방법으로 탄성바닥재 또는 인조잔디 등을 포장 후 시간의 경과하여 탄성바닥재 등이 훼손 또는 오염이 되면 적외선 반사율(일사 반사율)이 현저하게 감소하는 문제점이 발생하였다. 또한 일사 반사율을 높이기 위해서는 사용할 수 있는 안료의 색이 제한될 수 밖에 없어 다양한 색상의 탄성바닥재 등을 적용하는 데는 한계가 있었다.
결론적으로 종래의 전도성 광반사 물질이 코팅된 고무칩을 이용한 탄성바닥재 등은 고무칩의 포장 후 시간이 경과 할수록 일사반사율이 현저히 감소하는 문제점이 있어, 지속적으로 탄성바닥재 등의 재포장이 요구되는 것이 큰 결점으로 작용하게 된다. 따라서 고유가 시대에 대응하는 에너지 절감효과가 있으면서도 다양한 색상의 적용이 가능한 고기능성 고무칩이 절실히 요구되는 실정이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 단순히 열을 반사(reflection)하는 방식과는 차별되는 것으로, 태양광으로부터 흡수된 열에너지를 전자기파 형태로 빠르게 외부로 방사(radiation)시키는 특성을 가진 열방사재를 각종 고무칩에 첨가한 열방사 고무칩을 제공하여, 열방사 고무칩이 이용된 탄성바닥재, 또는 인조잔디 등을 포장 후 시간의 경과에 따른 탄성바닥재 등의 훼손 또는 오염 여부나, 고무칩에 첨가되는 안료의 색의 종류에 상관 없이 근본적으로 열을 저감시켜, 효율적으로 탄성바닥재 등의 표면온도를 일정한 범위에서 유지하고자 하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 0.5~20㎛의 입도로 형성되는 이산화티탄[TiO2], 산화칼슘[CaO], 수산화칼슘[Ca(OH)2], 고령토[SiO2(47%)Al2O3(40%)], 세레나이트[SiO2(67%)Al2O3(20%)Na2O(9%)], 일라이트[SiO2(48%)Al2O3(32%)Na2O(9%)] 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어지는 열방사재 5 내지 10 중량%와, NBR(Nitrile Butadien Rubber) 또는 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어지는 고무칩 90 내지 95중량%로 이루어지는 열방사 고무칩을 제공한다.
본 발명은 탄성바닥재의 표면온도를 일정한 범위에서 유지할 수 있는 열방사 고무칩으로서 통상적인 전도성 광반사 물질이 코팅된 고무칩이 적외선을 반사(reflection)하는 차열방식인 반면, 본 발명인 열방사 고무칩은 적외선으로 인해 발생한 열에너지를 운동에너지로 교환하여 빠르게 방사(Thermal radiation) 시키는 차열방식인 바, 본 발명의 열방사 고무칩이 이용된 탄성바닥재 등을 포장 후 시간의 경과 따른 탄성바닥재 등의 훼손 또는 오염 여부나, 고무칩에 첨가되는 안료의 색의 종류에 상관 없이 근본적으로 열을 저감시켜, 효율적으로 탄성바닥재 등의 표 면온도를 일정한 범위에서 유지할 수 있는 효과가 있는 것이다.
다시 말해 본 발명의 열방사 고무칩은 다양한 색상의 안료를 첨가하여도 차열효과에는 전혀 지장을 주지 않으며, 한번 포장하고 나면 오랫동안 차열효과가 유지되는 고기능성 열방사 고무칩인 것이다.
상기 효과를 달성하기 위하여 본 발명은 열방사재 5 내지 10 중량%에 고무칩 90 내지 95 중량%로 이루어진 열방사 고무칩을 제공한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 사용되는 열방사재는 중·고온에서 효율적으로 열방사 시킬 수 있는 것으로서, 바람직하게는 맥반석[SiO2(48%)Al2O3(32%)Na2O(9%)], 이산화티탄[TiO2], 칼슘의 산화물 또는 수산화물[CaO, Ca(OH)2], 고령토[SiO2(47%)Al2O3(40%)], 세레나이트[SiO2(67%)Al2O3(20%)Na2O(9%)], 일라이트[SiO2(48%)Al2O3(32%)Na2O(9%)], 희토류[SiO2Al2O3]를 각각 열방사재로 사용할 수 있으며 또는 이들 중 2 이상을 혼합하여 열방사재로 사용될 수 있다.
또한, 상기 열방사재의 입도는 0.5 ~ 20㎛로 하고 바람직하게는 3 ~ 10㎛로 하며, 상기 열방사재의 형상으로는 구상, 섬유상, 인편상, 평면상, 파쇄상, 부정형상 등을 들 수 있지만 본 발명은 열방사재의 특정 형상에 한정된 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 고무칩은 별도의 제한이 없으며 기존에 공지된 우레탄칩, 폐고무칩, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)칩, NBR(Nitrile Butadien Rubber)칩 또는 SBR(Styrene Butadiene Rubber)칩 등 고무칩이라면 모두 적용할 수 있으므로 용도 및 목적에 따라 적절하게 선정하여 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 열방사 고무칩은 보행로, 자전거 및 자동차 전용도로, 버스 전용차로, 테마거리, 공원, 스쿨죤, 경기장트랙, 어린이 보호구역, 미끄럼방지구역, 주차장 및 건축물 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
이하, 실시예와 차열효과시험 및 방사손실량시험을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
녹색 우레탄칩에 열방사재로 SiO2 48%, Al2O3 32%, Na2O 9%가 주성분인 맥반석(Elvan)을 10 중량%로 첨가하여 열방사 고무칩을 제조하였다.
<실시예 2>
흑색 우레탄칩에 중공 실리카 분말 5 중량%와 TiO2 분말 5 중량%를 첨가하여 열방사 고무칩을 제조하였다.
<실시예 3>
녹색 EPDM칩에 SiC(탄화규소) 10중량%를 첨가하여 열방사 고무칩을 제조하였다.
< 비교예 1>
녹색 우레탄칩을 준비하였다.
< 비교예 2>
녹색 EPDM 칩을 준비하였다.
< 비교예 3>
본 출원인의 등록특허 제10-0613139호의 제조방법으로 제조된 폐고무칩을 준비하였다. 다시 말해 녹색 폐고무칩의 표면상에, 바인더, 루틸형 TiO2 및 실란커플링제를 포함하는 실리카졸인 프라이머 조성물을 녹색 폐고무칩의 표면상에 도포하 고 건조시켜 프라이머층을 형성한 후, TiO2 광촉매 나노입자로 코팅된 열반사입자(Antimony Tin Oxide)를 포함하는 코팅조성물로 프라이머층이 형성된 녹색 폐고무칩의 표면을 코팅한 후 건조시켜, 결론적으로 열반사입자가 코팅된 녹색 폐고무칩을 준비하였다.
1. 차열효과시험
상기 실시예 및 비교예들의 고무칩의 차열효과를 시험하기 위하여 20×20cm 트레이(tray) 각각에 실시예 및 비교예들의 고무칩을 우레탄바인더로 3cm 두께로 접착시켜 테스트 시트(test sheet)를 제조하였다. 이 테스트 시트의 경도, 인장강도, 신장률을 측정결과는 아래 표1과 같아 이 테스트 시트들이 놀이터 바닥재의 규격인 GR M 6004 규격(인장강도 : 1.0 kgf/㎠이상, 경도 : Shore A 50 이상, 신장률 : 60% 이상)에 맞도록 제작되었음을 확인할 수 있었다.
[표 1]
경도( Shore A) 인장강도 ( kgf /㎠) 신장률(%)
실시예 1 65 2.0 120
실시예 2 67 1.2 100
실시예 3 68 1.3 100
비교예 1 64 2.5 110
비교예 2 75 1.2 110
비교예 3 70 1.1 90
그리고, 한여름(32℃, 습도 65%) 햇볕 아래 이 6종의 테스트 시트들을 2시간 노출 후, 1시간 동안 1분 간격으로 각 테스트 시트 당 서로 다른 3개의 부위에서, 동일한 시점과 환경에서 저항식 다점 온도 측정기(Mobile Corder, MV-100(12ch), Yokogawa)를 이용하여 표면온도를 측정하고, 이 서로 다른 3개의 부위에서 측정된 온도의 평균 온도를 구하였다. 그 결과는 표 2와 같다.
[표 2]
고무칩 분류 평균 표면온도(℃)
실시예 1 44.7
실시예 2 45.8
실시예 3 45.1
비교예 1 55.2
비교예 2 54.2
비교예 3 45.2
표 2을 통해 알 수 있듯이 실시예 1 내지 3의 고무칩의 표면온도와 비교예 1, 2의 고무칩의 표면온도가 큰 차이를 보임을 알 수 있다. 즉, 열방사재가 첨가된 실시예 1 내지 3의 고무칩은 열방사재가 첨가되지 않은 비교예 1, 2의 고무칩에 비하여 약 10℃ 정도의 차열효과를 보인 바 본 발명의 열방사 고무칩이 일반 고무칩에 비하여 차열효과가 우수함을 확인할 수 있었다.
또한 실시예 1 내지 3의 고무칩의 표면 온도와 비교예 3의 고무칩의 표면온도는 큰 차이를 나타내지는 않았으나 이하의 표 3에서 확인할 수 있듯이 기존의 전도성 광반사 물질이 코팅된 비교예 3의 고무칩은 포장 후 시간의 경과에 따라 표면이 오염 또는 훼손될 경우 열반사효과가 미미해져 고무칩의 표면온도가 상승하는 결과를 초래해 열반사 고무칩으로서의 역할을 못하고 있음에 반하여, 본 발명의 실시예 1 내지 3의 고무칩은 표면의 오염이나 훼손 여부에 상관없이 지속적으로 차열효과가 유지되고 있음을 확인할 수 있었다.
더욱 자세히 설명하면 본 발명의 실시예 1 내지 3의 고무칩은 표면의 오염이나 훼손 여부에 상관없이 지속적으로 차열효과가 유지되고 있음을 확인하기 위해 실시예 1 내지 3의 고무칩 및 비교예 1 내지 3의 표면을 인위적으로 오염시킨 후 위의 방법과 동일하게 표면온도를 측정하였으며, 그 결과는 표 3과 같다.
[표 3]
고무칩 분류 평균 표면온도(℃)
실시예 1 44.2
실시예 2 46.2
실시예 3 44.6
비교예 1 58.2
비교예 2 56.3
비교예 3 52.3
표 3를 통해 알 수 있듯이 실시예 1 내지 3의 고무칩은 고무칩의 표면의 오염이나 훼손 여부에 상관 없이 지속적으로 차열효과를 유지하고 있음을 확인할 수 있는 바 본 발명의 열방사 고무칩은 탁월한 차열유지효과도 있는 것이다.
2. 방사손실량 측정
이상과 같은 본 발명의 열방사 고무칩이 열에너지 방사에 탁월한 효과가 있 음을 밝히기 위하여 도 1에서와 같은 실험장치를 제작하여 측정하였다.
상기 차열효과 시험에 사용된 각 테스트 시트(test sheet)를 히터(Heater)위에 올려놓고 동일한 지정온도를 유지하는데 소모되는 전력량을 측정하여 비교하였다. 이 과정에서 물론 전도나 대류에 의한 약간의 열손실이 있겠지만 열손실이 최소가 되도록 이중으로 단열하였고 주변환경을 충분히 고려하였다. 다만 방사손실을 유도하기 위하여 위쪽은 열어 둘 수밖에 없는데 여기를 통한 대류에 의한 손실은 동일한 조건이라고 가정하고 실험하였다.
측정결과 60℃의 온도를 유지하는데 소모되는 전력 손실량은 표 4에 도시된 바와 같이 열방사재를 첨가하지 않은 고무칩(비교예 1, 2, 3)은 각각 2W(Watt), 5W(Watt), 2W(Watt)임에 반해 열방사재가 첨가된 고무칩(실시예 1 내지 3)는 약 10~14W(Watt)로서 본 발명의 고무칩은 일정온도를 유지하기 위해 소모되는 전력 손실량이 크게 증가된다는 것을 알 수 있었다.
[표 4]
고무칩 분류 방사손실량 (Watt)
실시예 1 14
실시예 2 10
실시예 3 12
비교예 1 2
비교예 2 5
비교예 3 2
상기와 같은 결과를 통해 본 발명의 열방사 고무칩은 기존의 전도성 광반사 물질이 코팅된 고무칩의 단순히 적외선을 반사하는 차열방식과는 달리 흡수된 열에너지를 열방사재를 통해 재빨리 방사시키는 차열방식인 바 본 발명은 근본적으로 열을 저감시키는 효과가 있음이 입증된 것이다.
즉, 본 발명은 열방사 고무칩의 도장 후 시간의 경과에 따른 고무칩의 훼손 또는 오염 여부나 고무칩에 첨가되는 안료의 색의 종류에 상관 없이 근본적으로 열을 저감시켜 효율적으로 탄성바닥재 등의 표면 온도를 일정한 범위로 유지할 수 있는 효과가 있는 바 기존의 전도성 광반사 물질이 코팅된 고무칩과 차별된 효과가 있는 것이다.
도 1은 방사손실량 실험장치를 나타낸 상세도이다.

Claims (5)

  1. (a) 0.5~20㎛의 입도로 형성되는 이산화티탄[TiO2], 산화칼슘[CaO], 수산화칼슘[Ca(OH)2], 고령토[SiO2(47%)Al2O3(40%)], 세레나이트[SiO2(67%)Al2O3(20%)Na2O(9%)], 일라이트[SiO2(48%)Al2O3(32%)Na2O(9%)] 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어지는 열방사재 5 내지 10 중량%와,
    (b) NBR(Nitrile Butadien Rubber) 또는 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어지는 고무칩 90 내지 95중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열방사 고무칩.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이산화티탄[TiO2], 산화칼슘[CaO], 수산화칼슘[Ca(OH)2], 고령토[SiO2(47%)Al2O3(40%)], 세레나이트[SiO2(67%)Al2O3(20%)Na2O(9%)], 또는 일라이트[SiO2(48%)Al2O3(32%)Na2O(9%)]의 형상은 구상, 섬유상, 인편상, 평면상, 파쇄상 또는 부정형상인 것을 특징으로 하는 열방사 고무칩.
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