KR101079047B1

KR101079047B1 - 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재

Info

Publication number: KR101079047B1
Application number: KR1020110034919A
Authority: KR
Inventors: 정영호; 강봉서; 태 주 손; 주 연 황
Original assignee: 주식회사 케이씨씨; (주) 시그마Sti
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-11-02

Abstract

본 발명은 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재에 관한 것으로서, SiO₂ 함량이 99.5~100%인 실리카인 코아층(C) 상에 실리콘 수지 및 천연황토 분말의 혼합물인 쉘층(S)이 코팅되어 있는 구조이며, 상기 실리카인 코아층(C) 100중량부에 대하여 상기 쉘층(S)내 실리콘 수지가 10~50 중량부이고, 상기 실리카인 코아층(C) 100중량부에 대하여 상기 쉘층(S)내 천연황토 분말이 1~10중량부인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 휘발성 유기화합물(VOCs)등과 같이 인체에 유해한 물질이 검출되지 않아 친환경적이며, 천연 황토를 쉘층내에 함유하여 분광반사율(알베도: Albedo)이 높은 상아색(Ivory color)을 구비하기 때문에 여름철 복사열을 극소화시킬 수 있어서 여름철 인조잔디 표면온도를 저하시키는 기능이 우수하고, 적정비중을 구비하여 우천시 유실 위험성도 없는 효과가 발현된다.

Description

친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재{Environmental-friendly core-shell type infill material for artificial turf}

본 발명은 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 인체에 무해하고 친환경적이며, 여름철 인조잔디의 표면온도 상승을 효과적으로 저지하는 기능을 갖고, 우천시 유실 위험성도 없는 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재에 관한 것이다.

천연 잔디를 대체할 목적으로 1966년 미국 휴스톤 아스트로 돔(Astro Dome)에 소위 아스트로터프(Astroturf)란 이름으로 최초 시공된 이래 1976년 몬트리얼 올림픽에 공식적인 운동 경기장(하키, Hockey) 소재로 사용되었던 인조 잔디는 당시 낮은 충격 흡수율과 피부 마찰에 의한 경기자의 피부 마찰 화상등의 문제점을 갖고 있어서 공식적인 축구장 소재로는 적용할 수 없었으나, 지속적인 연구를 통하여 90년대 중반부터 소위 규사(Sand)를 잔디의 파일 섬유(Pile Fiber) 사이 사이에 충진시켜 파일 섬유의 수평 스트레스(Horizontal Stress)를 안정케하여 이들 파일 섬유의 수직 유지율을 향상시킴으로서 운동 하중 충격 흡수율 손실을 최소화시켜, 운동 시 관절 하중 부하를 감소시킴과 동시에 이들 규사의 구름 마찰저항(Rolling Friction Resistance) 완화에 의한 마찰 화상(Abrasion Burning) 문제를 크게 개선하게 되었다.

그러나, 이들 규사 충진재의 경우 그 표면 구조가 날카롭고 표면 경도가 높기 때문에 시간이 경과 됨에 따른 잔디의 파일 섬유(pile fiber) 마모 손실을 유발시키어 인조 잔디의 수명을 단축시키고 규사 자체에 의한 인체 피부 손상을 일으키는 단점도 갖고있다.

이후 1997년 내지 1998년 경에 순수 규사 충진재를 단독 사용하는 대신 고무-규사 충진재 시스템(Rubber-Sand Infill System)을 도입하여 앞에 서술된 단점을 해소할 수 있음으로서 공식적인 축구장 소재로 거듭나게 된 이래 , 천연 잔디 대체 소재로 안정적인 성능이 확보됨으로 인하여 야구장, 미식 축구장 , 럭비장 ,하키장 및 학교 운동장 등등으로 오늘날에는 폭넓게 확대 적용되고 있다.

오늘날 인조 잔디의 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 파일 섬유(Pile Fiber : 1), 고무 충진재(Rubber Infill : 2) 및 규사 충진재(Sand Infill : 3)등으로 구성되어 있다.

도 2는 인조잔디 구조를 나타내는 모식도이다.

특히, 고무 충진재의 도입에 의한 인조 잔디의 안전성 및 성능 향상이 괄목할 만한 성과였으나 이들 고무 충진재의 충진량 및 충진 위치는 인조 잔디 설계 상 파일 섬유 길이(pile fiber length) 보다 낮은 위치(파일 길이의 70% 이하)가 되도록 설계되어 있어서, 실제 고무충진-인조잔디(Rubber Infilled Artificial turf)의 탄성에 의한 운동 하중 충격 흡수 역할은 주로 파일 섬유 및 매트층에 의한 충격 흡수가 주류를 이루고 있고, 고무 충진재의 탄성은 비주류임을 보고되어 있다.

그러나, 이들 고무 충진재의 경도가 인체 피부의 경도(Shore A= 55)와 유사한 분포를 갖고 있기 때문에 피부 마찰 손상을 일으키지 않게 함과 동시에 파일 섬유 손상을 억제시키는 역할 및 파일 섬유의 수평 스트레스를 안정화 시키는 역할이 주된 기능으로 보고되고 있다.

이 같은 기능의 고무 충진재는 2005년까지는 자원 재활용 및 경제성 측면에서 주성분이 스티렌-부타디엔 고무(Styrene-Butadiene Rubber : 이하 "SBR" 이라함)인 폐타이어 분말이 주류를 이루고 있었으며 2005년 이후에는 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머 (Ethylene-Propylene-Diene-Monomer : 이하 "EPDM" 이라고 함) 고무 칩, 최근에는 재생이 가능한 열가소성 고무인 스틸렌-에틸렌-부타디엔-스틸렌( Styrene-Ethylene-Butadiene-Styrene : 이하 "SEBS" 라고 함) 고무 칩으로 다양화 되고 있다.

국내에서도 2005년 정부가 학생의 건강 증진 목적으로 “ 인조 잔디 운동장 조성 계획”하에 2010년까지 약 443개 학교에 인조 잔디 운동장을 약 1772억원 예산으로 시공하는 과정인 2006년 176개 학교 시공 완료된 인조 잔디 운동장 유해 물질 중간 평가 결과 약 24.4%의 학교가 중금속 및 유해 물질 국제 기준을 초과함에 따라 2007년 4월 지식 경제부 기술 표준원에서 다음과 같은 [표1]의 기준을 마련하여 오늘날 까지 운영되고 있다.

(단위 mg/kg)

시험항목	중금속기준				유해화학물질의 총량 기준
종류	pb (납)	Cd (카드뮴)	Hg (수은)	Cr(VI) (6가크롬)	T-VOC (휘발성유기 화합물	PAHs (다핵방향족 탄화수소)
	90이하	50이하	25이하	25이하	50이하	10이하

* 완구 안전기준(mg/kg) : 납(90), 카드뮴(90), 수은(60), 6가크롬(60) 등

* T-VOCs 는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 및 크실렌 물질임.

* PAHs는 방향족 고리가 여러개인 인체에 유해한 벤젠 계열의 화합물임.

이 같은 [표1]에 비추어 보면 , 폐타이어 분말(주성분 SBR/NR)의 경우 미국 코네티커 농림시험부의 연구에 의하면 톨루엔, 벤젠 , 알데하이드 및 프탈레이트계 가소제 그리고 다핵 방향족 탄화수소류(이하 "PAHs"라고 함)와 벤조티아졸, 부틸레이티드 하이드록시아니졸 등등 유해 물질과 고농도의 아연, 알센, 카드늄, 크롬, 납과 같은 중금속이 침출될 가능성이 높은 것으로 보고되어 있으며, 칼라 자체도 검은색(Black)이기 때문에 야외에서 분광반사율 하락에 의한 복사열 상승을 유발시키고 가류제 냄새가 쉽게 휘산되어 불쾌한 냄새 유발등 바람직하지 못한 것으로 알려져 있다.

그러나, 다른 보고서(발간처 : California Office of Environmental Health Hazard Assessment)에서는 이들 폐타이어 분말의 일회성 흡입에 의한 발암성 및 건강악화에 대한 잠재 위험성은 없다고 조심스레 발표하였고, 2006년 외국 환경연구단체 (Norwegian Institute of Public Health 및 French National Institute for Industrial Environment and Risks)에서도 실외에서의 휘발성 유기화합물(이하 "VOCs" 라고 함)에 의한 잠재적 발암성과 건강 악화에는 극히 제한적 영향이 있으나, 이는 일반 토양 대비 무시할 정도라고 보고하고 있는 등 아직도 폐타이어 분말 사용에 대한 논쟁이 분분한 상황이다.

이들 보고서의 대부분은 SBR이 주성분인 승용차용 타이어를 엄선하여 분말화 시킨 엄선된 폐타이어 분말에 국한된 것으로서, 트럭과 같이 천연고무( Natural Rubber)류를 사용하는 타이어의 경우는 판단하지 않았으며, 국내외 자원 재활용 순환 재 생산측면에서 승용차용 타이어와 트럭 및 중차량용 타이어를 분리하여 처리하지 못하는 시스템하에서는 선득 폐타이어 분말을 자신있게 사용하기에는 잠재적 위험 요소가 많은 것이 사실이다.

이 같은 폐타이어 분말의 잠재적 위험 요소를 감쇄시키기 위하여 미국 특허 7,060,334 (2006, Mondo S.p.A)에서는 폐타이어 분말을 코아(Core)로 하여 폐타이어 분말 코아 주위에 가소성 유기고분자 수지와 안료 혼합물로 감싸서 고화시킨 후 0.5~3mm의 칩(Chip)으로 제조하여 이를 인조잔디 충진재로 활용하는 기술을 소개하고 있으나, 이 기술 또한 가소성 유기 고분자가 마찰에 의한 마모가 발생할 수 밖에 없는 현실에서 코아체의 누출이 불가피한 상황이라 잠재적 위험 요소를 안고 있어서 바람직하지 못하다.

한편 , EPDM 칩의 경우 순수한 EPDM 고무는 그 제법 및 분자 구조상 가교 고무(X-Lingkaged Rubber)로서 냄새가 적고 UV 안정성 및 내후성이 우수하며 VOCs, 중금속이 거의 잔존하지 않아서 매우 우수한 충진재로 판단된다.

그러나, 경제성 측면에서 고려의 대상이 되고 있으며 , 이에 자원 재활용 측면에서 자동차 연료 호스 등등에 사용된 산업 재활용품을 수거하여 재가공할 경우 경제성 측면과 물성 측면에서 충진재로의 활용성이 높은 고무류이지만 이 경우 칼라가 검은색이기 때문에 인조 잔디 충진재로 사용 시 외관이 좋지 않고 분광반사율[(이하 "알베도(Albedo)"라고 한다]가 낮기 때문에 표면 온도 상승을 유발시키는 단점이 있다

또한, SEBS 칩의 경우 전형적으로 자원 재활용이 가능한 열가소성(Thermo-Plastics) 합성 고무로서 앞에서 기술된 폐타이어 분말 및 재생 EPDM 칩과는 달리 다양한 안료로 착색이 가능하여 다양한 칼라의 고무 탄성 충진재를 제조할 수 있는 장점이 있으며, SEBS 자체는 화학적으로 유해 물질이 거의 없는 열가소성 합성 고무류이다.

그러나, 이들 SEBS를 원료로 사용하여 경제성있게 인조잔디용 충진재로 제조하기 위해서는 필수적으로 무기 필러(Filler), 착색제 및 가공 조제들이 필요된다.

대한민국 특허 등록 제10-0935572호에서는 SEBS Rubber 30중량% , 가공 연화제로 미네랄 화이트 오일 (Mineral White Spirits) 15 중량%, 무기 필러(Filler)인 탄산 칼슘 35 중량% 와 탈크 15 중량% 및 안료, 산화 방지제, 내부 윤활제 등등을 열 혼합하여 압출기로 과립(Granule)화 하여 소정의 사이즈를 갖는 인조 잔디용 충진재를 제조하는 방법 및 장치를 기술하고 있다.

대한민국 특허 등록 제10-0480229호에서도 스티렌계 블록 중합체로 SEBS를 100 중량부 , 올레핀 중합체 10~80 중량부, 프로세스 오일 30~500 중량부, 무기 필러(Filler) 80~600 중량부 및 안료, 첨가제를 열 혼합하여 압출기로 과립(Granule)화 시켜 소정의 사이즈(Size)를 갖는 인조 잔디용 충진재를 제조하는 기술을 소개하고 있다

대한민국 특허 공개 10-2010-0074529 에서는 SEBS 10~20중량%, C5~C9계 석유수지 3~10 중량%, 파라핀~파라핀-나프텐 계 미네랄 오일 25~40 중량% 및 무기 안료, 각종 첨가제를 열 혼합하여 압출기로 과립화시켜 소정의 사이즈(Size)를 갖는 인조 잔디용 충진재를 제조하는 기술을 소개하고 있다. 그 외 대한민국 특허 등록 제10-0894033호 및 대한민국 특허 등록 제10-0799262호 등의 특허에서도 앞서 기술한 바와 같은 SEBS와 프로세스 오일(미네랄 오일), 각종 무기 필러(filler)류, 안료 및 첨가제를 변화시켜 열 혼합한 뒤 압출기로 과립화시켜 소정 사이즈를 갖는 인조 잔디용 충진재를 제조하는 기술을 소개하고 있다.

이들 SEBS계열 충진재의 경우 배합상으로 알 수 있듯이 가공 조제인 프로세스 오일이 필수적으로 배합되고, 무기 필러(filler)로 증량되어 있기 때문에 , 압출기를 통하여 과립화 될 때 과립체(Granule) 조직 내부에 미세한 발포가 형성됨으로 인하여 과립체의 탄성은 상승되나 압축 강도가 약해짐과 동시에 순수한 SEBS 고무가 이들 프로세스 오일에 의해 연화되어 융점 하락이 불가피하고 또한 시간이 경과 됨에 따라 SEBS 고무로부터 프로세스 오일이 충진재 표면으로 이행(migration)되고 증발 소실되어 입자 수축및 여름철 입자간 표면응집(Surfacing Blocking)이 일어나는 경향이 많기 때문에 SEBS 충진- 인조 잔디를 딱딱하게 하여 운동 하중 충격 흡수율 저하에 의한 운동 손상을 유발할 가능성이 상존해 있고 또한, 프로세스 오일의 VOCs 성분에 의한 환경 안전 문제의 우려가 있다

한편, 미국 특허 6,884,509에서는 순수 규사 충진재의 단점인 표면 날카로움 및 표면경도 완화를 꾀하기 위하여 12~40 메쉬 사이즈(Mesh Size)의 분쇄 규사 혹은 자연 규사를 코아(Core)로 사용하고, 그 위에 아크릴 수지를 코팅함에 있어서, 코아 1000 Kg에 대하여 아크릴 수지를 약 3.78 리터(0.378 중량%)를 코팅시킨 후 건조하여 아크릴 코팅된 규사를 충진재로 사용한 것을 특징으로 하고 있다. 이 같은 기술에 의해 제조된 충진재는 앞서 기술된 충진재의 본래 기능에 대부분 충족하지만 그러나, 비주류 기능이기는 하지만 충진재의 탄성 보완 기능 측면에서는 다소 부족한 면이 있다.

이에, 세계 특허 WO 2008/053389에서는 충진재의 탄성 기능을 확보시키기 위하여 천연 물질 탄성체인 코르크(Cork)를 0.1~10mm 사이즈(Size)로 분쇄시켜 코아(Core)로 사용하여 상온에서 스프레이 코팅 기법을 통하여 스프레이 가능한 저점도 폴리 우레탄 수지 혹은 실리콘 수지를 코아 위에 코팅시킨 천연 코르크 탄성 충진재 기술을 소개하고 있다. 특히, 코르크에 접착력이 약한 실리콘 수지 보다는 접착력이 우수한 폴리 우레탄 수지의 사용을 추천하고 있는 기술로서, 이렇게 제조된 충진재는 코아체인 코르크의 탄성에 의한 천연 탄성 충진재를 얻을 수는 있으나 압축 강도가 약하기 때문에 내구성 측면에서 우려되고 , 비중이 낮기 때문에 우천 시 유실 가능성이 높은 단점이 있을 것으로 판단된다.

한편, 합성표면온도연구보고서(Synthetic Surface Heat Studies / 발행처 : C. Frank Williams and Gilbert E.Pulley, Brigham Young University)에 의하면 도 3에 도시된 바와 같이 인조 잔디의 여름철 표면 온도가 천연 잔디 보다도 약 20℃ 이상 높고 콘크리트 바닥과 아스팔트 바닥 보다도 오히려 약 4~13℃가량 높아서, 운동 호흡 부하가 크기 때문에 인조 잔디에서 여름철 운동은 불편한 것으로 보고되고 있다.

도 3은 인조잔디를 포함하는 각종 소재의 여름철 표면온도 측정 그래프이다.

이 같은 원인은 인조 잔디의 파일 섬유 재질이 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 나일론 등등으로서 천연 잔디의 셀룰로오즈 보다 복사 열용량이 큼과 동시에 충진재의 칼라가 알베도가 낮기 때문에 높은 복사열을 발산하기 때문으로 조사되고 있다. 다시말하면 , 파일 섬유의 소재 개량의 필요성과 충진재의 색상도 도 4에 도시된 분광반사율(알베도)를 근거로 개선할 필요가 있다.

다시 말하면, 충진재의 칼라가 녹색인 경우 알베도가 각 파장 평균으로 약 0.2 임에 비하여 백색, 혹은 상아색(Ivory색)은 분광반사율이 0.6이상으로 복사열을 약 3배 이상 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 4는 충진재 종류 / 색상별 파장에 따른 분광반사율(알베도) 측정 그래프이다.

결론적으로 오늘날 인조 잔디의 구조상, VOCs 및 중금속 등이 검출되지 않고 여름철 복사열 감소를 위한 소재의 충진재 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 과제는 휘발성 유기화합물(VOCs)등과 같이 인체에 유해한 물질이 검출되지 않아 친환경적이며, 천연 황토를 쉘층내에 함유하여 분광반사율(알베도: Albedo)이 높은 상아색(Ivory color)을 구비하기 때문에 여름철 복사열을 극소화시킬 수 있어서 여름철 인조잔디 표면온도를 저하시키는 기능이 우수하고, 적정비중을 구비하여 우천시 유실 위험성이 없고, 인조잔디의 파일섬유의 수평 스트레스 안정성도 높은 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재를 제공하는 것이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 SiO₂ 함량이 99.5~100%인 실리카인 코아층(C) 상에 실리콘 수지 및 천연황토 분말의 혼합물인 쉘층(S)이 코팅되어 있는 구조이며, 상기 실리카인 코아층(C) 100중량부에 대하여 상기 쉘층(S)내 실리콘 수지가 10~50 중량부이고, 상기 실리카인 코아층(C) 100중량부에 대하여 상기 쉘층(S)내 천연황토 분말이 1~10중량부인 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재를 제공한다.

구체적으로, 본 발명에서는 SiO2 함량이 99.5% 이상인 고순도 실리카 코아층(C) 상에 (ⅰ) 인체에 무해하면서도 내열성, 내후성 및 기후변화에 따른 탄성 유지력이 뛰어난 실리콘 수지와 (ⅱ) 상아색(Ivory색)으로 인해서 높은 알베도(Albedo)를 구비하여 여름철 복사열을 극소화시킬 수 있는 천연황토분말의 혼합 조성물을 코팅하여 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재를 제조한다.

본 발명은 휘발성 유기화합물(VOCs)등과 같이 인체에 유해한 물질이 검출되지 않아 친환경적이며, 천연 황토를 쉘층내에 함유하여 분광반사율(알베도: Albedo)이 높은 상아색(Ivory color)을 구비하기 때문에 여름철 복사열을 극소화시킬 수 있어서 여름철 인조잔디 표면온도를 저하시키는 기능이 우수하고, 적정비중을 구비하여 우천시 유실 위험성도 없는 효과가 발현된다.

또한, 본 발명은 고순도 실리카, 100% 실리콘 수지 및 천연황토분말을 사용하므로 상호간의 접착력이 매우 우수하고, KS M 6956 방법으로 중금속, VOCs 및 PAHs 검출여부를 시험한 결과 모두 "불검출"로 판정되었다.

또한, 본 발명은 적정 비중에 의한 우천시 유실 위험성이 없으며, 본 발명으로 충진된 인조잔디는 표면온도 모사시험결과 SEBS 충진재로 충진된 인조잔디 대비 표면온도가 약 8℃ 정도 낮게 측정되어 여름철 인조잔디의 표면온도를 저하시키는 기능이 우수하였다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재의 단면 개략도.
도 2는 인조잔디의 구조를 나타내는 모식도.
도 3은 인조잔디를 포함하는 각종 소재의 여름철 표면온도 측정 그래프.
도 4는 충진재 종류 / 색상별 파장에 따른 분광반사율 측정 그래프.
도 5는 도 6의 표면온도 측정 모사장치를 이용하여 조사시간에 따른 인조잔디 표면온도 변화를 측정한 그래프.
도 6은 조사시간에 따른 인조잔디 표면온도 변화를 측정하는데 사용되는 모사장치.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 SiO₂ 함량이 99.5~100%인 실리카인 코아층(C) 상에 실리콘 수지 및 천연황토 분말의 혼합물인 쉘층(S)이 코팅되어 있는 구조를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재의 단면 개략도이다.

상기 실리카 코아층(C) 100중량부에 대하여 상기 쉘층(S)내 실리콘 수지는 10~50중량부이고, 천연황토분말은 1~10중량%이다.

본 발명에 따른 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재는 상기 실리카인 코아층(C) 상에 상기 실리콘 수지 및 천연황토분말의 혼합물을 코팅한 후 125~200℃에서 경화-가교 시킨 후 6~14메쉬로 분급하는 공정으로 제조할 수 있다.

상기 실리카는 구상으로서 SiO₂ 함량이 99.5~100%인 고순도 실리카이며, 백색도(Witheness) 및 원형도(Roundness)가 우수하고, 입자 사이즈가 10~20메쉬(평균입경이 1.0~1.25㎜)인 것이 보다 바람직하다.

SiO₂ 함량이 99.5% 미만의 경우 , 운모 및 기타 광물질에 의한 압축 강도 저하로 인한 내구성 감소 및 환경 유해물질의 혼입 위험성을 콘트롤하기 어렵고 , 색상이 나빠서 실리콘 수지로 코팅 시 칼라가 어둡게 되어 , 소정의 밝은 칼라 구현에 의한 알베도 상승 유도가 곤란하게 됨으로서 본 발명의 목적인 높은 알베도 충진재를 제공하는 데 어려움이 있기 때문에 바람직하지 못하다.

또한, 그 입자 사이즈가 10~20메쉬를 벗어난 경우, 최종 제공될 충진재의 입도 기준(KS M 0000 : 2010, 부속서 B표1)을 만족시키기 어렵기 때문에 바람직 하지 못하다.

본 발명의 천연 황토(Loess) 는 석영 조면암, 안산암, 화강암 등이 열수 작용 및 풍화 작용에 의하여 분해되어 생성된 Al₂O₃-2SiO₂-2H₂O로 표시되는 카오린(Kaoline)족에 속하는 광물로서 색상 측면에서 상아(Ivory) 색상을 갖고 있으며 미생물학적 성분으로는 높은 활성-생물에 대한 독소를 나타내는 과산화 수소를 제거하는 카탈라아제가 다량 함유되어 있고, 토양에 산화력을 부여하는 디페놀옥시다이아제 및 사카라아제, 프로테아제 등 4가지 효소들의 작용에 의하여 정화 작용 역할을 하고 있기 때문에 예부터 산해경 , 본초강목 ,산림경제 및 제민요술 등에서 인체에 유익한 천연 치유제로 통용되고 있는 광물임은 주지의 사실이다.

본 발명에 있어서 쉘층(S) 내 천연황토분말을 코아층(C)100중량부 대비 1~50중량부로 하는 이유는 천연황토분말의 고유한 유익성을 미미하지만 부여하면서 천연 안료로서 천연 색감이 주는 자연스러운 색감과 상아(Ivory) 색감을 부여하기 위함이다. 천연황토분말의 상기 함량이 10중량부를 초과하면 충진재의 색이 붉은 색감으로 치우쳐 본 발명의 알베도 향상 측면에서 바람직하지 못하며 1중량부 미만에서는 천연황토분말의 자연스러움이 약하여 바람직하지 못하다.

상기 쉘층(S) 내에 혼합되어 있는 천연황토분말을 상아(Ivory) 색상을 갖고, 그로 인해 본 발명에 따른 친환경 인조잔디용 코아-쉘타입 충진재도 상아(Ivory) 색상을 갖는다.

본 발명의 쉘층(S) 형성에 사용한 실리콘 수지는 1940년 미국의 코닝그라스의 셜리번과 하이드에 의하여 처음 제조된 이래 1944년 다우케미칼과 코닝그라스의 합병회사인 다우코닝에 의해 처음으로 공업화가 이루어진 뒤 1947년 제너럴 일렉트릭(GE)의 E.G 로쇼 에 의해 규소와 염화 알킬에 의한 직접 합성법으로 기업화에 박차를 가하게 되었다.

이 같은 실리콘 수지는 규소(Silicon)과 산소(Oxygen)의 주결합으로 이루어져 있어서 , 같은 분자 구조를 갖고 있는 실리카 코아(Core)에 접착력이 매우 뛰어남과 동시에 일반 유기 화합물 탄소-산소 결합보다 높은 결합 에너지를 갖고 있기 때문에 내열성이 뛰어나며 특히, 내오존성, 내후성 및 내열-내충격성이 매우 우수하고 반응성 조정이 우수하기 때문에 유-무기 변성제로의 응용범위가 뛰어남과 동시에 특유의 무공해성으로 인하여 60년이 넘는 세월 동안, 업계 및 소비자가 사용해 왔을 뿐 아니라 수천 번의 실험실 연구를 통해 실리콘의 안전성이 확인되었다.

의도된 응용 분야에서 올바르게 사용하는 경우, 실리콘은 사람, 제조 공정, 환경에 아무런 해가없는 의료용품 ,아기용품 등등에 인체 밀접한 환경친화적 제품에 응용되고 있는 고분자 물질이다. 또한, 실리콘은 시간이 경과됨에 따라 딱딱해지거나, 갈라지거나, 벗겨지거나 부패하거나 일반 유기화합물의 탄소-탄소 결합물 즉, 앞서 서술된 SBR 고무 , EPDM 고무 및 SEBS 고무와는 달리 노후되어 부서지지 않는 특징이 있어서 본 발명의 전천후 인조 잔디 충진재로서의 내구 수명을 기대할 수 있는 고분자 물질이다.

본 발명의 실리콘 수지는 비닐계 변성 폴리 메틸 실록산과 디메틸 하이드로젠 폴리실록산 등등의 실록산 화합물로 구성된 열경화성 폴리 실리콘 수지를 주성분으로 한다.

상기 쉘층(S)을 구성하는 실리콘 수지는 쇼어 에이(Shore A)경도가 35~50이고, KS M 6518방법으로 측정한 인장강도 및 신율이 각각 6.0~90.0Mpa, 650~950%인 것이 바람직하다.

다시 말해, 쉘층(S)을 구성하는 실리콘 수지의 경도는 인체의 피부 경도인 (Shore A) 55 보다 낮도록 35~50 되도록 구성케하여 피부 마찰에 의한 마찰 화상을 극소화하였으며, 내구성 측면에서 KS M 6518방법으로 측정시 인장 강도 6.0~9.0 MPa , 신율 650~950% 가 구현될 수 있는 실리콘 수지 조성물을 고순도 실리카 코아체 100중량에 대하여 10~50 중량부 되도록 쉘 코팅시켰다.

본 발명의 쉘층(S)내 실리콘 수지의 함량이 10 중량부 미만인 경우에는 인조 잔디 충진재로서의 충격 흡수성(KS M 000:2010, 6.1), 공의 반발력(KS M 0000 : 2010, 6.6) 및 공 구름(KS M 0000 : 2010, 6.7)의 하한 기준을 만족시킬 수 없으며, 50 중량부를 초과하는 경우에는 모든 제 규격을 만족시킬 수 있으나, 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

그러나 본 발명의 보호범위는 하기 실시예들 만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

히터자켓(Heat Jacket)의 온도가 125℃로 세팅된 리본 믹서(Ribbon Mixer) 내에 SiO₂ 함량이 99.8%이고 입자 사이즈가 12메쉬인 구상 실리카(이하 "호주 실리카" 라고 함) 100g을 투입한 후 투입된 구상 실리카의 온도가 평형 상태에 도달할 때 까지 서서히 교반한 다음, 여기에 실리콘 수지액 34g(KCC 제품명 SSL 1110-A액 17g과 KCC 제품명 SSL 1110-B액 17g을 혼합 사용)과 천연황토분말 3g을 균질, 혼합시킨 실리콘-천연황토혼합물을 1시간에 걸쳐 정량투입 하여 상기 구상 실리카 상에 실리콘-천연황토 혼합물을 코팅하였다. 실리콘-천연황토 혼합물의 정량투입이 종료된 시점에서 코팅 온도와 같은 온도에서 약 30분간 반응(Lee Way)을 실시하여 예비경화(Pre-cured)된 코아-쉘 충진재를 제조하였다.

다음으로는, 상기와 같이 제조된 예비경화(Pre-cured)된 코아-쉘 충진재를 14메쉬 채(Sieve)로 분급, 선별한 후 선별된 예비경화된 코아-쉘 충진재를 200℃의 건조기에 투입하여 30분간 경화시켜 경화가 완료된 코아-쉘 충진재(이하 "충진재 완제품"이라고 한다)를 제조하였다.

상기 충진재 완제품은 천연 상아(Ivory) 색상을 띄고, 이둘 중 입자 사이즈가 6~14메쉬 였다.

상기 충진재 완제품에서 중금속, VOCs 및 PAHs가 검출되는지 여부를 측정한 결과는 아래 [표 3]과 같았다.

또한, 상기 충진재 완제품으로 충진된 인조잔디의 조사시간에 따른 표면온도 변화를 도 6의 표면온도 측정 모사장치를 사용하여 측정한 결과는 아래 [표 4] 및 도 5와 같았다.

실시예 2 내지 실시예 3 및 비교실시예 1 내지 비교실시예 2

실시예 중 구상 실리카(호주 실리카) 함량, 실리콘 수지액 함량, 천연황토분말의 함량을 아래 [표 2]와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 공정으로 경화 완료된 코아-쉘 충진재(충진재 완제품)을 제조하였다.

제조조건

구분	구상 실리카 (호주 실리카)	실리콘 수지액		천연황토분말 (#1500황토)
구분	구상 실리카 (호주 실리카)	SSL 1110-A액	SSL 1110-A액	천연황토분말 (#1500황토)
실시예 1	100	17	17	3.0
실시예 2	100	10	10	1.5
실시예 3	100	15	15	2.0
비교실시예 1	100	3	3	1.5
비교실시예 2	100	15	15	11.0

실시예 2, 실시예 3 및 비교실시예 1로 제조된 충진재 완제품은 천연 상아(Ivory) 색상을 나타내었지만, 비교실시예 2로 제조된 충진재 완제품은 밝은 적갈색 색상을 나타내어 분광반사율이 저하되었다.

실시예 2, 실시예 3, 비교실시예 1 및 비교실시예 2 각각에서 제조된 충진재완제품들에서 중금속, VOCs 및 PAHs가 검출되는지 여부를 측정한 결과는 아래 [표 3]과 같았다.

또한, 비교실시예 2로 제조된 충진재 완제품으로 충진된 인조잔디들의 조사시간에 따른 표면온도 변화를 도 6의 표면온도 측정 모사 장치를 사용하여 측정한 결과는 아래 [표 4] 및 도 5와 같았다.

비교실시예 3

압출기내에 SEBS 고무 30g, 미네랄 화이트 오일 15g 칼슘 35g 및 탈크 15g를 투입한 후 혼합, 압출하여 코아-쉘 타입이 아닌 과립상 충진재를 제조하였다.

이와 같이 제조된 과립상 충진재는 녹색 색상을 구비하여 분광반사율이 저하되었다.

상기와 같이 제조된 과립상 충진재에서 중금속, VOCs 및 PAHs가 검출되는지 여부를 측정한 결과는 아래 [표 3]과 같았다.

또한, 상기와 같이 제조된 과립상 충진재로 충진된 인조잔디들의 조사시간에 따른 표면온도 변화를 도 6의 표면온도 측정 모사장치를 사용하여 측정한 결과는 아래 [표 4] 및 도 5와 같았다.

시험항목		규격	실시예1	실시예2	실시예3	비교 실시예1	비교 실시예2	비교 실시예3	시험방법
납(Pb)		90 이하	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D	1.80	KS R 1301
카드뮴(Cd)		50 이하	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D
수은(Hg)		25 이하	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D	KS M3719
6가 크롬(Cr⁺⁶)		25 이하	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D	USEPA 3060A
PAHs	벤조피렌(a)	10 이하	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D	0.01	USEPA 8100
	벤조피렌(e)
	벤조안트라센 (a)
	크리센
	벤조(b)플루오르안텐
	벤조(j)플루오르안텐
	벤조(k)플루오르안텐
	디벤조(a,h)플루오르안텐
VOCs	벤젠	50이하	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D	0.011	USEPA 5021
	톨루엔
	에틸벤젠
	크실렌

상기 [표 3]에서 N.D는 불검출(Not Detectible)을 나타낸다.

(단위 ℃)

조사시간	실시예 1	비교실시 예2	비교실시예 3
시작(Start)	30	30	30
1 분	31	33	35
2 분	32	38	38
3 분	34	46	40
4 분	36	52	43
5 분	39	58	47
6 분	42	64	50
8 분	48	75	57
10 분	54	83	63

인조 잔디 온도 모사 시험 조건은 [도6]에서 와 같은 모사 장비를 이용하여 다음과 같은 조건하에서 시간이 경과 됨에 따른 인조 잔디 표면 온도를 표면 3Cm 밑에 매설한 PT 온도계로 측정하였다.

★ 인조 광원 ; 일본 일광회사(日光社), 적외선 전구 (220 V, 375 Watt) 1개

★ 광조사 거리 ; 13㎝

★ 광 조사 시간 ; 0 ~ 10분간

★ 측정 센서 ; 표면 3 Cm 매립 위치

C : 코아층 S : 쉘층
1 : 파일섬유 2 : 고무 충진재
3 : 규사 충진재 B : 실시예 1의 인조잔디 표면온도 그래프
A : 비교실시예 2의 인조잔디 표면온도 그래프
C : 비교실시예 3의 인조잔디 표면온도 그래프
W : 아이보리색인 대리석의 분광반사율 그래프
X : 백색인 대리석의 분광반사율 그래프
Y : 적색인 어영석(화강암류의 통칭)의 분광반사율 그래프
Z : 녹색인 점판암(Slate)의 분광반사율 그래프.

Claims

SiO₂ 함량이 99.5~100%인 실리카인 코아층(C) 상에 실리콘 수지 및 천연황토 분말의 혼합물인 쉘층(S)이 코팅되어 있는 구조이며, 상기 실리카인 코아층(C) 100중량부에 대하여 상기 쉘층(S)내 실리콘 수지가 10~50 중량부이고, 상기 실리카인 코아층(C) 100중량부에 대하여 상기 쉘층(S)내 천연황토 분말이 1~10중량부인 것을 특징으로 하는 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재.
제1항에 있어서, 실리카는 구상으로서 입자 사이즈가 10~20메쉬인 것을 특징으로 하는 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재.
제1항에 있어서, 실리콘 수지는 쇼어에이(Shore A)경도가 35~50이고, KS M 6518 방법으로 측정한 인장강도 6.0~9.0Mpa이고, KS M 6518으로 측정한 신율이 650~950%인 것을 특징으로 하는 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재.
제1항에 있어서, 천연황토분말 및 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재는 색상이 상아색(Ivory color)인 것을 특징으로 하는 친환경 인조잔디용 코아-쉘 타입 충진재.