KR101236434B1

KR101236434B1 - 친환경 포설형 황토 탄성칩 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101236434B1
Application number: KR20120006079A
Authority: KR
Inventors: 김성노
Original assignee: 에코텍 주식회사
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-02-22

Abstract

본 발명은 친환경 포설형 황토 탄성칩 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면에 황토층이 형성되어 음이온과 원적외선과 같은 친환경적 특성을 구비하는 탄성 포장재 및 이를 이용한 탄성 포장 시공 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 고무칩 100 중량부를 3-8 중량부의 생황토와 3-10 중량부의 바인더 혼합물로 코팅하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 황토칩은 탄성 포장면에 가해지는 충격에 의한 수축과 팽창과정 및 온도 변화에 따른 수축 팽창 과정에서 유연하고 견고한 코팅층을 형성할 수 있어, 탄성 포장면에 적합한 물성과 황토가 가지는 음이온이나 원적외선 방출 효과를 가지는 새로운 황토칩이 제공되었다. 또한, 본 발명은 제조가 간편하고 가격이 저렴하지만 입자가 약해 포장용 탄성칩의 제조에 적합하지 않던 생황토를 고무칩에 도입하는 방안을 제시하였으며, 또한 제조 과정에서 안료와 같은 별도의 조색제를 사용 없이 황토칩을 제조할 수 있게 되었다.

Description

친환경 포설형 황토 탄성칩 및 그 제조방법{Environmental-Friendly Elastic Chips Comprising Loess}

본 발명은 친환경 포설형 황토 탄성칩 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면에 황토층이 형성되어 음이온과 원적외선과 같은 친환경적 특성을 구비하는 탄성 포장재 및 이를 이용한 탄성 포장 시공 방법에 관한 것이다.

친환경적인 도로 포장재를 생산하기 위한 방안으로 황토를 이용하여 도로를 포장하는 방안들이 제시되어 왔으나, 황토가루의 혼입할 경우 탄성 포장면의 물성이 저하되는 문제가 제기되었다. 이는 무기물로 이루어진 황토 가루가 유기물로 이루어져 있어 탄성 포장재와 상용성이 떨어지는 문제가 있을 뿐만 아니라, 황토 입자 자체의 경도가 약하기 때문이다.

대한민국 특허 제983491호에서는 생황토를 구운 후 2-8 mm 정도 크기의 황토 볼 입자로 제조하여 탄성칩과 함께 혼합하여 사용하는 방안을 제시하고 있다. 그러나 이 방법은 현장에서 고무칩과 별도로 황토칩을 사용해야 한다는 점에서 고무칩만을 이용하는 방식에 비해서 시공이 복잡해지게 되며, 특히 재생용 탄성칩의 경우, 별도의 조색 공정이 필요하게 되어 실효성이 떨어지게 된다.

대한민국 특허 제978281호에서는 황토가루를 우레탄과 혼합하여 판재형태로 제조하고 이를 분쇄하여 칩을 제조하는 황토를 포함하는 탄성칩을 제조하는 방안들이 개발되고 있다. 이 방식은 우레탄과 황토를 일체로 포함하고 있으므로 조색이나 배합등의 문제는 없지만, 황토를 포함하는 우레탄을 제조하는 별도의 새로운 공정이 필요하다는 점, 또 범용화된 우레탄 칩이나 다른 종류의 고무칩을 사용할 수 없다는 점에서 불리하다. 이 역시 재생칩을 사용할 수 없다는 문제가 있다.

한편, 특허 제869562호에서는 목초액으로 처리된 고무칩 및 상기 고무칩과 황토를 함유한 바이오칩을 공개하고 있다. 이 방식은 24 시간 이상 목초액으로 고무칩을 처리해야 하며, 제조 공정이 복잡하고, 또한 생황토의 경우 충격이나 열 또는 물에 약하고, 또한, 바이오 칩 100 중량부에 황토의 사용량이 0.02 중량부를 초과할 경우 황토로 과다 코팅되어 탄성이 저하되는 문제가 발생하게 되므로, 뛰어난 내환경성과 탄성 및 물성이 요구되는 탄성 포장 재료로 사용하기 어렵다는 문제가 있다. 특히, 최근 유해성 논란에 따라 탄성 포장에 따른 새로운 KS 규격이 제정되었는데, 유해성이 없으면서 물리적 특성을 충족하도록 규정하고 있다. 예를 들어 탄성 포장면에는 다음 표와 같은 규정이 적용된다.

이에 따라, 포장면에 환경 친화적인 황토를 사용하면서도 포장면의 규격을 충족할 수 있는 물성을 가지는 새로운 황토 탄성 포장면 및 그 시공재료에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 환경 친화적인 황토를 사용하면서도 포장면의 규격을 충족할 수 있는 물성을 가지는 새로운 탄성칩을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 환경 친화적인 황토를 사용하면서도 포장면의 규격을 충족할 수 있는 물성을 가지는 새로운 탄성칩을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 환경 친화적인 황토를 사용하면서도 탄성 포장의 유해성 및 품질 논란에 따라 2011년 새로 제정된(KS F3888-2)의 규격을 충족할 수 있도록 하는 탄성 포장 도로 및 그 시공 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 고무칩 100 중량부를 3-8 중량부의 생황토와 3-10 중량부의 바인더 혼합물로 코팅하는 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 고무칩은 폐고무, 페타이어 등을 분쇄하여 얻어지는 재생 고무칩이나 폴리우레탄, EPDM과 같은 신재 탄성 고무칩의 사용이 가능하다. 상기 폐타이어의 경우 물리적 특성이 일정한 편이므로, 종류에 관계 없이 일정한 크기로 파쇄하여 사용할 수 있으며, 폐폴리우레탄의 경우, 파쇄된 폴리우레탄 칩이 가능한 유사한 물성을 가질 수 있도록 신발, 냉장고, 시트 등에 사용된 다양한 우레탄을 종류별로 선별하여 파쇄 스크랩시켜, 사용하는 것이 바람직하다. 신재 고무칩의 경우, EPDM, 폴리우레탄 등의 제품을 사용할 수 있으며, 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 고무칩은 재생 고무 또는 신재 고무든 고무의 탄성에 영향을 주지 않도록 별도의 표면 처리 없이 사용하는 것이 바람직하다. 고무의 표면을 항균 처리하거나 목초액과 같은 약품으로 처리할 경우 탄성이 저하되어 표면에 충분한 양의 황토층을 형성하기 어렵게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 고무칩 크기는 탄성 포장면에 사용시 탄성율과 인장 특성 등을 고려하여 2-8 mm 정도의 직경을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 생황토는 퇴적토 또는 풍화 잔류토를 통칭하며, 화학 원료로 화학원료 총 중량부에 대하여 60~65중량부의 실리카와, 10~13중량부의 알루미나, 5~6 중량부의 철분, 8중량부 내외 석회, 2중량부 내외의 마그네숨과 나트륨 및 1.5중량부의 칼리를 포함하고, 광물로는 광물 총 중량부에 대하여 60~70중량부의 석영, 2~10중량부의 장석과 운모 및 5~35중량부의 탄산염광물을 포함하며, 2~5중량부의 실트로 각섬석, 인회석, 흑운모, 녹니석, 남정석, 녹렴석, 석류석, 휘석, 금홍석, 규선석, 십자석, 전기석 및 지르콘과 같은 중광물 들을 포함한다.

상기 생황토는 황토 산지에서 황토층을 세척하는 과정에서 발생하는 황톳물을 1-2일 정도 정치한 후, 바닥에 가라앉은 황토를 분리 건조하여 사용할 수 있다. 상기 황토의 입자 크기는 10-30 마이크로미터 정도를 이룬다. 생황토의 입자가 커지게 되면 바인더에 고르게 분산되지 않아 황토색을 발현할 수 있는 안료로서 부적합하며, 지나치게 미세할 경우에는 제조 가격이 상승되어 시장성이 떨어지는 문제가 있다. 적정 크기의 생황토는 가격이 저렴하고 생산이 용이할 뿐만 아니라, 바인더와 혼합할 경우 바인더에 쉽게 분산되어 별도의 안료 없이 고무입자에 황토색을 발현할 수 있으며, 또한, 부드럽고 입자 자체의 연성이 좋아 황토를 포함하는 코팅층이 연성이 저하되는 것을 막아주게 된다. 10-30 마이크로미터 입경범위의 생황토는 고무칩 100 중량부에 대해서 3-8 중량부, 보다 바람직하게는 4-7 중량부, 가장 바람직하게는 5-6 중량부를 포함되는 것이 좋다. 상기 생황토의 양이 적을 경우에는 음이온이나 원적외선을 방출하는 황토 효과를 기대하기 어렵고, 폐고무와 같은 진한 색상의 고무칩을 코팅할 경우 고무 표면이 충분히 커버되지 않아 제조 후 색상이 얼룩덜룩하게 되는 문제가 발생할 우려가 있다. 또한, 생황토의 양이 지나치게 많을 경우에는 고무의 탄성이 저하될 뿐만 아니라, 충격을 가했을 때 고무가 찌그러지거나 복원되는 과정에서 상대적으로 탄성이 떨어지는 황토 코팅층이 파손되어 벗겨지는 문제가 발생하게 된다.

본 발명에 있어서, 바인더는 상기 생황토와 혼합된 후 코팅과정에서 경화되어 코팅층을 형성하게 된다. 상기 바인더는 폴리우레탄 바인더, 아크릴 바인더, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 바인더는 고무칩 100 중량부에 대해서 3-10 중량부, 보다 바람직하게는 4-8 중량부, 가장 바람직하게는 5-6 중량부의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바인더의 함량이 3 중량부 보다 적을 경우, 생황토에 비해 바인더의 함량이 적게 되어 바인더 내에서 생황토의 분산성이 떨어지게 되며, 코팅 후에도 생황토가 표면에서 박리되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 바인더의 함량이 10 중량부 보다 많을 경우 코팅시 고무칩들이 서로 붙게 되어 제조과정에 칩들이 덩어리지는 문제가 발생하게 된다.

본 발명에 있어서, 또한, 상기 바인더에는 생황토의 분산과 고무에 대한 상용성을 높여 전체적으로 탄성 및 인장 강도를 증가시켜 생황토 함유에 따른 칩의 물성 저하를 방지할 수 있도록 상용화제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 황토에 포함된 다량의 실리카와 고무 사이의 상용성을 높일 수 있도록 실리카와 유사한 특성을 나타낼 수 있는 실란 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 실란 화합물로는 비닐실란, 머캡토실란과 같은 화합물을 사용할 수 있으며, 상업적으로 구입하여 사용할 수 있다. 일예로, 실란 화합물은 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane(MTMS)), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glycidoxypropyl trimethoxysilane(GPTMS)), 3-메타아크릴록시프로필 트리메톡시실란(3-methacryloxypropyl trimethoxysilane(MPTMS)), 아미노프로필 트리에톡시실란(aminopropyl triethoxysilane) 이다. 상기 실란화합물은 고무칩 100 중량부에 대해서 0.1-1 중량부의 범위로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 0.2-0.5 중량부이다. 실란 화합물의 함량이 지나치게 적을 경우에는 생황토와 고무 사이의 상용화제로 사용되기 어렵고, 실란 화합물의 함량이 지나치게 많을 경우에는 코팅층이 과다 경화하여 탄성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 일 측면에 있어서, 재생 또는 신재 고무칩의 표면에, 고무칩 100 중량부에 대해서 3-8 중량부의 생황토와 3-10 중량부의 바인더 혼합물 및 0-1 중량부의 실란 화합물로 이루어진 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 생황토가 포함된 코팅층은 고무칩의 수축과 팽창에 견딜 수 있도록 50-500 마이크로미터, 바람직하게는 100-300 마이크로미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 코팅층의 두께가 지나치게 두꺼울 경우 황토의 함량이 많아지면서 탄성이 떨어져 파쇄될 우려가 있으며, 지나치게 얇을 경우는 황토층의 환경 친화적이 특성을 발현하기 어려울 뿐만 아니라 칩의 원래 색깔을 커버하기 어려워 황토색을 구현하기가 쉽지 않아, 황토색을 구현하는데 있어 별도의 조색제가 필요하게 될 수 있다.

본 발명에 따른 황토 고무칩은 폴리우레탄 바인더와 같은 공지된 바인더와 함께 포설되어, 다양한 다짐 방법과 다짐장치를 이용해서 다져진 후, 1-2 정도 경화되어 황토 천연색 탄성 포장면을 제공하게 된다.

본 발명에 의한 황토칩은 탄성 포장면에 가해지는 충격에 의한 수축과 팽창과정 및 온도 변화에 따른 수축 팽창 과정에서 유연하고 견고한 코팅층을 형성할 수 있어, 탄성 포장면에 적합한 물성과 황토가 가지는 음이온이나 원적외선 방출 효과를 가지는 새로운 황토칩이 제공되었다.

또한, 본 발명은 제조가 간편하고 가격이 저렴하지만 입자가 약해 포장용 탄성칩의 제조에 적합하지 않던 생황토를 고무칩에 도입하는 방안을 제시하였으며, 또한 제조 과정에서 안료와 같은 별도의 조색제를 사용 없이 황토칩을 제조할 수 있게 되었다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 어떤 경우에도 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 상기 실시예에는 당업자가 통상적으로 구현할 수 있는 다양한 변형과 치환이 가능하다.

실시예 1

황토 탄성칩의 제조

황토 더미에 물을 뿌려 형성된 황톳물을 모아 별도의 용기에 24시간 정치시켰다. 용기에서 가만히 물을 따라 분리한 후 건조시켜 생황토를 수득하였다. 생황토는 20-30 마이크로미터의 입경을 가지고 있었다. 제조된 생황토와 폴리우레탄 바인더를 동일 중량비로 혼합한 후 교반하여 별도의 코팅액을 제조하였다.

원통형 반응기에 입경 2-3 mm 정도의 폐우레탄칩 100 kg을 투입하고, 교반하면서 반응기 온도를 60 ℃로 승온시켰다. 상기 반응기에 코팅액 10 kg을 2시간에 걸쳐서 서서히 적하시키고, 80 ℃로 승온하여 5시간 동안 교반하였다. 이후 온도를 서서히 내린 후 교반하면서 온도를 8시간 동안 유지하여 황토색 외관을 가지는 황토칩을 제조하였다.

탄성 포장면의 시공

콘크리트로 바닥면을 형성하고, 제조된 황토칩 100 중량부와 이액형 폴리우레탄 바인더 30 kg을 혼합하여 5 cm 두께로 포설하고 100 ℃ 정도의 온도로 압착하여 표면 탄성층을 형성하였다. 탄성층의 표면에서 시료를 채취하여 탄성 포장면의 물리적 특성을 측정하고 이를 표 1에 기재하였다.

실시예 2.

황토 탄성칩의 제조

원통형 반응기에 입경 2-3 mm 정도의 폐우레탄칩 100 kg을 투입하고, 교반하면서 반응기 온도를 60 ℃로 승온시켰다. 상기 제조된 코팅액 10 kg에 실란화합물(아미노프로필 트리에톡시실란) 300 g을 혼합한 후, 2시간에 걸쳐서 서서히 적하시키고, 80 ℃로 승온하여 5시간 동안 교반하였다. 이후 온도를 서서히 내린 후 교반하면서 온도를 8시간 동안 유지하여 황토색 외관을 가지는 황토칩을 제조하였다. 탄성 포장면의 시공은 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 탄성층의 표면에서 시료를 채취하여 탄성 포장면의 물리적 특성을 측정하고 이를 표 1에 기재하였다.

실시예 3

직경 3-5 mm의 폴리우레탄칩을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 4

직경 2-4 mm의 EPDM칩을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다.

실시예 5

코팅액을 6 kg(생황토 3 kg, 폴리우레탄 3kg)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 실시하였다.

실시예 6

코팅액을 16kg(생황토 8 kg, 폴리우레탄 8kg)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 실시하였다.

비교실시예 1 (생황토의 과다 투입에 따른 비교)

코팅액을 20kg(생황토 10 kg, 폴리우레탄 10kg)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교실시예 2(생황토의 과소 투여에 따른 비교)

코팅액을 4 kg(생황토 1kg, 폴리우레탄 3 kg)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

항목	실시1	실시2	실시3	실시4	실시5	실시6	비교1	비교2
인장강도(Mpa)	0.82	0.91	0.80	0.83	0.76	0.78	0.65	0.77
신율(%)	88	80	89	79	90	89	65	80
인장응력(MPa)	0.6	0.65	0.55	0.60	0.7	0.65	0.50	0.70
경도(HS)	55	58	53	54	60	54	45	53
칩표면 황토상태	양호	양호	양호	양호	양호	양호	부스러짐	양호
색상	황토	황토	황토	황토	황토	황토	황토	폐고무

양호: 칩 50% 압축-복원 100 사이클 과정에서 칩 표면의 황토가 부서지거나 벗겨지지 않음을 의미함.

색상: 칩표면의 외관을 육안 관찰함.

Claims

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재생 또는 신재 고무칩의 표면에, 고무칩 100 중량부에 대해서 3-8 중량부의 생황토와 3-10 중량부의 바인더 혼합물 및 0.1-1 중량부의 실란 화합물로 이루어진 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 황토칩.
제7항에 있어서, 상기 실란 화합물은 메틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-메타아크릴록시프로필 트리메톡시실란, 아미노프로필 트리에톡시실란에서 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 황토칩.