인조잔디는 특별하게 사용되는 조경재료의 하나로서, 잔디의 형태를 갖추어 인공적으로 만든 잔디의 대용품이다. 인조잔디는 항상 푸르름을 유지할 수 있고 환경 조건의 제한을 받지 않고, 시공 후 관리가 용이한 장점이 있으나, 반면에 계절 감이 없고 잔디보다 질감이 다소 떨어지며, 시간이 오래 경과하면 퇴색하는 단점도 있으나 1950년대 미국에서 처음 제작된 이래 주로 스포츠 구장에 사용되어 오고 있으며, 잔디의 생육이 불가능한 옥내정원이나 일조시간이 극히 제한된 고층건물의 북쪽에 접한 옥외 지역과 같은 곳에서 사용할 수 있다.
일반적으로 인조잔디를 식재하는 방법은 땅에 배수관을 매설하고 그 위에 잡석을 넣고 다짐 시공 후 잡석 위에 모래층을 넣고 다짐 시공 후 아스팔트 층이나 콘크리트층 등의 경화기층을 형성시키고 접착제 층을 도포시킨 후 인조잔디 층을 접착 배치하는 방식으로 시공할 수 있다. 그리고 인조잔디 술의 길이는 10 mm 내외인 것을 사용하며 물을 뿌려서 사용하는 워터필드구장과 인조잔디 술의 길이가 20 mm 내외인 것을 사용하고 인조 잔디 사이에 인조골재를 충전하여 사용하는 샌드필드 구장으로 나뉠 수 있다.
샌드필드 구장에 사용되는 인조골재로 기존에는 폐타이어 분말을 사용하였다. 인조골재를 사용하는 이유는 일반적으로 인조잔디구장에 적용하여 내부인조골재로써 운동 경기 시 사람이 넘어지더라도 충격을 완화시키고 축구경기 등에서 일어나는 슬라이딩 같이 미끄러지는 경우에 찰과상을 입지 않게 해주는 것과 인조잔디의 술을 강고히 직립하도록 유지시켜주는 역할을 한다. 이러한 이유에서 폐타이어 분말의 형태가 둥글거나 부정형의 고무의 자체 탄성을 유지하기 때문에 운동 경기 시 사람을 보호할 수 있었다.
폐타이어를 이용하여 건축자재로 이용하는 기술을 살펴보면,
국내등록특허공보 등록번호 제10-180216호에는 페타이어분말과, 폴리에틸렌 을 일정 혼합 첨가하고, 유동제로 에틸렌비닐아세테이트코폴리머, 증진제로 에틸렌프로필렌디엔(EDPM), 가교제로 큐멘히드로퍼옥사이드, 과산화디큐밀을 투입하여 혼합기에서 혼련한 후, 일정고온에서 순간 사출 또는 압출하여 제조된 타이어분말과 프라스틱 수지로부터 제조된 복합재료 조성물의 제조방법이 기재되어 있고,
국내공개특허공보 공개번호 제10-2004-18759호에 폐블록과 상기 접착제층의 상부에 일정두께로 형성된 폐고무층과 상기 폐고무층은 폐고무칩 및 폐고무바인더와 함께 혼합된 폐블록 및 폐고무칩을 이용한 탄성블록이 기술되어 있으며,
동 공보 공개번호 제10-2003-69535호에는 포트렌트시멘트, 유동화제, 팽창제, 폐타이어분말, 수지분말로 조성된 분말 폐타이어 및 분말 수지를 함유하는 고인성 무수축 그라우트재의 조성물이 기재되어 있고,
동 공보 공개번호 제10-2003-60421호에는 폐타이어분말을 이용한 수분산성 탄성도막 방수제 및 그 시공방법이 기술되어 있으며,
동 공보 공개번호 제10-2002-72930호에는 니트릴고무, 올리염화비닐 또는 염소화 폴리에틸렌, 에틸렌-프로필렌공중합체(타이어분말), 난연제, 가교제, 가소제, 발포제, 충전제, 흡수제, 노화방지제, 활제, 안정화제중 하나이상의 첨가제롤 포함하는 타이어 고무분말을 이용한 난연성 폴리올레핀 발포체 조성물과 그 제조방법이 기재되어 있고,
동 공보 공개번호 제10-2002-31281호에는 보도, 자전거로, 산책로 등의 포장에 페타이어칩 층을 형성한 콘크리트 포장공법에 있어서, 페타이어칩과, 바인더로 우레탄수지, 에폭시수지 또는 아크릴수지, 안료로 혼합된 혼합물을 포설하여 표면 채색층으로 우레탄수지, 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 살포하여 채색된 페타이어칩층을 형성한 포장층이 기술되어 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부물질인 5 ~ 120 메쉬 크기의 폐타이어분말 함량 5 ~ 50 중량%, 외부코팅물질 50 ~ 95 중량%로 구성된다.
외부코팅물질은 스티렌 함량 20 ~ 50 중량%, 폴리부타디엔 분자량 8 ~ 50 g/mol, 분자량 분포도가 70,000 ~ 400,000인 스티렌계 고무 100 중량부, 이하 스티렌계 고무 100 중량부를 기준으로 용융지수가 20 ~ 50 g/10분(200℃)인 폴리올레핀계 수지 30 ~ 50 중량부, 탄산칼슘 35 ~ 60 중량부, 윤활제 1 ~ 7 중량부, 파라핀계 오일 120 ~ 150 중량부 및 산화방지제 0.5 ~ 3 중량부, 녹색 또는 갈색안료 1 ~ 20부를 함유하는 열가소성 엘라스토머 조성물로 조성된 이중층 구조의 인조골재 조성물인 것이다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 외부코팅물질은 스티렌 함량, 폴리부타디엔 분자량, 분자량 분포도가 최적인 스티렌계 고무, 폴리올레핀계 수지, 탄산칼슘, 윤활제, 파라핀계 오일, 산화방지제 및 녹색 또는 갈색안료를 최적의 비로 혼합하여 인조잔디용 인조골재로써의 역할인 운동시 수반되는 미끄럼특성 및 충격흡수 능력 등은 동등하면서 경도 값이 낮고 신율 등의 기계적 특성이 우수하고, 폐타이어 재료가 갖고 있는 발암물질이 나타나지 않는 점이 있어 인조 잔디 구장 설치에 사용되는 인조골재로 적용 시 효과가 우수한 인조잔디용 인조골재 조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 인조잔디용 인조골재 조성물중 외부코팅물질의 구성 성분에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
스티렌계 고무는 스티렌 함량 20 ~ 50 중량%, 폴리부타디엔 분자량 80 ~ 50 g/mol, 분자량 분포도가 70,000 ~ 400,000인 스티렌계 고무를 사용한다.
폴리올레핀계 수지는 탄성과 감촉, 우수한 내마모성, 저온에서의 뛰어난 내 Crack성, 우수한 착색성 등의 특성이 있으며, 상기 스티렌계 고무 100 중량부에 대하여 30 ~ 50 중량부 범위로 사용한다. 상기 범위가 30 중량부 미만 시 마모성이 떨어지고, 내오존성이 약해지며 50 중량부 초과 시 crack성이 증가하는 문제점이 발생한다.
탄산칼슘은 본 조성물의 충전제로서의 역할을 하며 그 사용량은 상기 스티렌 계 고무 100 중량부에 대하여 35 ~ 60 중량부 범위로 사용한다. 상기 사용량이 35 중량부 미만 시 재료가 너무 soft 하여 원형복원력이 떨어지고, 60 중량부 초과 시 경도가 딱딱해지는 문제점이 발생한다. 상기 탄산칼슘은 표면활성화 제품을 사용하는 것이 보다 효과적이다.
윤활제는 본 조성물에 윤활성을 강화하기 위해 사용하며 그 사용량은 상기 스티렌계 고무 100 중량부에 대하여 1 ~ 7 중량부 범위로 사용하며 1 중량부 미만 시 재료간 마찰열이 증가하여 압출시 믹싱이 어려워지는 현상이 발생한다. 7 중량부 초과 시 재료간 slippage 현상이 발생으로 재료간 이질감이 생겨 혼련의 어려움이 등의 문제점이 발생한다. 상기 윤활제로는 스테아린산 아연 또는 폴리에틸렌 왁스를 사용하는 것이 보다 효과적이다.
파라핀계 오일은 가공성을 향상시키기 위해 사용하며 그 사용량은 상기 스티렌계 고무 100 중량부에 대하여 120 ~ 150 중량부 범위로 사용하며 120 중량부 미만 시 점도저하로 인하여 압출가공하기 곤란하며, 150 중량부 초과 시 과도한 점성으로 인한 문제점이 발생한다. 상기 파라핀계 오일 중에서 젖음성이 좋고, 분산성이 좋아 혼련하기에 우수한 특성을 나타내는 백색의 미네랄 오일를 사용하는 것이 보다 효과적이다.
산화방지제는 장기간 노출에 대한 저항성을 향상시키기 위해 사용하며 그 사용량은 상기 스티렌계 고무 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 3 중량부 범위로 사용하며, 0.5 중량부 미만 시 외부환경에 대한 저항성이 떨어지고, 3 중량부 초과 시 압출 가공시 딱딱해지는 문제점이 발생한다. 상기 산화방지제로는 페놀류 및 그 유도체 를 사용하는 것이 보다 효과적이다.
안료는 인조골재의 외관의 미려함을 부여하기 위해 녹색 또는 갈색안료를 사용하며 그 사용량은 스티렌계 고무 100 중량부에 대하여 1 ~ 20 중량부를 사용하고, 더 좋게는 1 ~ 10중량부를 사용함으로써 인조잔디의 색깔과의 조화에 우수한 특성을 나타낸다.
본 발명의 인조잔디용 충전제 조성물의 제조 방법은 먼저 상기 성분들을 이축압축기에 투입하여 170 ~ 190 ℃에서 10 ~ 60 분 동안 400 ~ 600 rpm 속도하에서 혼합 한다. 상기 제조공정에서 상기 온도가 170 ℃ 미만 시 인조골재 조성물의 점도상승으로 인해 균일한 분산이 어려워지고, 190 ℃ 초과 시 고온에 의한 열화가 일어나는 문제점이 발생하며, 10분미만 시 용융혼련을 어렵게 하고 60분 초과 시 노화안정성이 떨어지는 문제점이 발생하며 상기 속도가 400 rpm 미만 시 인조골재 조성물의 압출이 곤란하고, 600 rpm 초과 시 압출 량의 증가로 인하여 분쇄시 균일한 크기의 제품을 얻기가 어려운 문제점이 발생한다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1 ~ 3 및
비교예
1 ~ 2
아래 표 1 ~ 2에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 이축압축기에 투입하여 180 ℃에서 15 ~ 20분 동안 500 rpm 속도 하에서 혼합한다. 혼합 후 구형절단기에서 1.8 ~ 2.3 mm 로 분쇄하여 구형의 조성물을 완성한다. 충전제 조성물을 제조하였고, 아래 실험예와 같이 실험을 하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
비교예
3
폐타이어 분말 자체를 상온 분쇄기에서 200 ~ 1,000 rpm 속도로 제 1 분쇄, 200 ~ 500 rpm 속도로 제 2 분쇄, 500 ~ 1,000 rpm 속도로 제 3 분쇄 1,000 rpm 이상 분쇄를 하여 분말을 얻었다.
구분(단위;kg) |
실시예1(kg) |
실시예2(kg) |
실시예3(kg) |
스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무 KRATON社 G1651제품 |
100 |
100 |
100 |
폴리프로필렌 SK社 H715F제품 |
40 |
40 |
40 |
충전제 |
표면코팅 탄산칼슘 |
40 |
70 |
100 |
윤활제 |
스테아린산아연 |
2 |
2 |
2 |
파라핀계 백색오일 서진화학 KL700 제품 |
130 |
130 |
130 |
산화방지제 |
송원화학社 21B제품 |
1 |
1 |
1 |
안료(녹색) |
Green GN |
3 |
4 |
5 |
폐타이어분말 |
평균 10메쉬 크기 |
28 |
42 |
56 |
구분(단위;kg) |
비교예1(kg) |
비교예2(kg) |
비교예3(kg) |
스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무 KRATON社 G1651제품 |
100 |
- |
- |
에틸렌 프로필렌 고무 금호폴리켐社, KEP 570제품 |
- |
100 |
- |
폐타이어분말 |
평균 10메쉬 크기 |
10 |
50 |
100 |
폴리프로필렌 SK社 H715F제품 |
40 |
33 |
- |
충전제 |
표면코팅 탄산칼슘 |
70 |
40 |
- |
윤활제 |
폴리에틸렌왁스 |
2 |
5 |
- |
파라핀계 백색오일 서진화학 KL700 제품 |
130 |
140 |
- |
산화방지제 |
송원화학社 21B제품 |
1 |
2 |
- |
가교제 |
Schenectady社, SP1055제품 |
- |
6 |
- |
가교조제 |
한일아연, ZnO KS-1제품 |
- |
2 |
- |
안료 |
Green GN |
5 |
5 |
|
실시예 1~3은 내부물질인 5 ~ 120 메쉬 크기의 폐타이어분말 함량 5 ~ 50 중량%, 외부코팅물질 50 ~ 95 중량%로 구성되며,
외부코팅물질은 스티렌 함량 20 ~ 50 중량%, 폴리부타디엔 분자량 8 ~ 50 g/mol, 분자량 분포도가 70,000 ~ 400,000인 스티렌계 고무 100 kg, 용융지수가20 ~ 50 g/10분(200℃)인 폴리올레핀계 수지 30 ~ 50 kg, 탄산칼슘 35 ~ 60 kg, 윤활제 1 ~ 7 kg, 파라핀계 오일 120 ~ 150 kg 및 산화방지제 0.5 ~ 3 kg, 녹색 또는 갈색안료 1 ~ 20 kg 을 함유하는 열가소성 엘라스토머 조성물로 조성된 이중층 구조의 인조골재 조성물인 것이다.
실험예
1. 비중 : ASTM D792 방법에 의하여 구한다.
2. 경도 : ASTM D2240 방법에 의하여 구한다.
3. 인장강도 : ASTM D412 방법에 의하여 구한다.
4. 파단신율 : ASTM D412 방법에 의하여 구한다.
5. 모듈러스 : ASTM D412 방법에 의하여 구한다.
6. 영구압축줄음율 : ASTM D 395 방법에 의하여 구한다.
구분 |
실시예1 |
실시예2 |
실시예3 |
비교예1 |
비교예2 |
비교예3 |
비중(S.P) |
1.26 |
1.82 |
2.5 |
1.12 |
1.05 |
1.15 |
경도(Shore A) |
30 |
52 |
78 |
65 |
55 |
70 |
인장강도(kgf/㎠) |
57 |
62 |
75 |
140 |
72 |
25 |
파단신율(%) |
650 |
480 |
353 |
800 |
450 |
150 |
모듈러스(100%) |
13.5 |
18 |
25 |
17 |
22 |
10 |
영구압축줄음율 (23℃, 168시간) |
17 |
14 |
10 |
32 |
20 |
15 |
종합하면, 상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 ~ 3은 탄산칼슘 및 폐타이어 분말의 양을 증가시키면서 변화를 보았으며, 물성적으로는 경도, 인장강도 등이 증가함을 알 수 있고, 비교예 실험에서는 가교제의 유무에 대한 물성의 변화를 보았고 비교예 3은 폐타이어 단독일 때의 물성을 비교한 것이다.
본 발명의 이중층 구조의 인조골재 조성물은 내부물질을 5 ~ 120 메쉬 크기의 폐타이어 분말을 5 ~ 50중량% 사용하고, 외부코팅물질은 50 ~ 95중량%의 녹색 및 갈색을 띠는 열가소성 엘라스토머로 이루어지며,
상기 외부코팅물질은
a)스티렌 함량 20 ~ 50 중량%, 폴리부타디엔 분자량 80 ~ 50 g/mol, 분자량 분포도가 70,000 ~ 400,000인 스티렌계 고무 100 중량부;
이하 스티렌계 고무 100 중량부에 대하여
b)용융지수가 20 ~ 50 g/10분(200 ℃)이며, 폴리올레핀계 수지 30 ~ 50 중량부;
c)탄산칼슘 35 ~ 60 중량부;
d)윤활제 1 ~ 7 중량부;
e)파라핀계 오일 120 ~ 150 중량부;
f)산화방지제 0.5 ~ 3 중량부 ; 및
g)녹색 및 갈색안료 : 1 ~ 10중량부로 조성되어 있음을 알 수 있다.
상기 윤활제는 스테아린산 아연 또는 폴리에틸렌 왁스이며,
상기 산화방지제는 페놀류 및 그 유도체이고,
상기 이중층 구조의 인조골재 비중 1.2 ~ 3.0, 경도 30 ~ 80, 인장강도 20 ~ 140 kg/㎠, 파단신율 100 ~ 1,000 %, 모듈러스 5 ~ 30 %, 및 영구압축줄음율 5 ~ 40인 것을 특징을 갖고 있다.