KR101262581B1 - 생분해성 코어층을 이용한 바닥재 - Google Patents

생분해성 코어층을 이용한 바닥재 Download PDF

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Abstract

바닥재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바닥재를 구성하는 코어층을 생분해성 재질로 형성하는 바닥재에 관하여 개시한다.
본 발명은 위로부터 표면층, 상부층, 코어층 및 이면층을 포함하고, 상기 코어층은 PLA(Polylactic acid) 직물, PLA 부직포 및 황마(Jute) 중에서 선택되는 하나 이상의 기재층을 포함하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재를 제공한다.

Description

생분해성 코어층을 이용한 바닥재{FLOORING MATERIAL HAVING BIODEGRADABLE CORE LAYER}
본 발명은 바닥재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바닥재를 구성하는 코어층을 생분해성 재질로 형성하는 바닥재에 관한 것이다.
폴리염화비닐(PVC) 등의 석유계 수지를 사용한 바닥재는, 주택, 맨션, 아파트, 오피스 또는 점포 등의 건축물에서 바닥재로 널리 이용되고 있다.
상기와 같은 바닥재는, 폴리염화비닐(PVC) 등의 수지를 사용하여 압출 또는 카렌더링 방식 등으로 제조된다. 그런데, 그 원료가 한정된 자원인 원유 등으로부터 전량 얻어지기 때문에, 석유자원의 고갈 등에 따라 향후 원재료의 수급 곤란 등의 문제가 발생할 것으로 예상되고 있다.
또한, 최근 높아지는 환경 문제에 대한 관심을 고려하여도, 폴리염화비닐(PVC)계 바닥재는, 유해 물질을 배출하기 쉽고, 폐기 시에도 환경에 부담을 준다는 문제점이 있다.
또한, 기존 바닥재의 경우, 코어층이 비생분해성 수지로 되어있어 타부분이 생분해수지를 사용하더라도 코어층이 생분해되지 않는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 코어층을 생분해성 물질로 형성하여 원료 물질의 수급 문제를 해결할 수 있으며, 친환경적인 바닥재를 구현하기 위한 것이다.
본 발명은 위로부터 투명층, 인쇄층 및 코어층을 포함하고, 상기 코어층은 PLA(Polylactic acid) 직물, PLA 부직포 및 황마(Jute) 중에서 선택되는 하나 이상의 기재층을 포함하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재를 제공한다.
이 때, 상기 황마는 4 ~ 12 lb의 굵기 및 5 ~ 15 개/in의 길이당 밀도를 갖는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 PLA 직물 및 PLA 부직포는 10 내지 200 g/m2의 단위면적당 질량을 갖는 것이 바람직하다. PLA 직물의 단위면적당 질량이 10 g/m2 미만이면, 치수안정성 보강 효과가 불충분할 수 있어며, PLA 직물 및 PLA 부직포의 단위면적당 질량이 200 g/m2를 초과하면 상부층과 코어층 간의 부착력 혹은 이면층과 코어층 간의 부착력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 코어층의 아래에 이면층을 더 포함할 수도 있으며, 또한 상기 표면처리층을 삭제할 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성 코어층을 이용한 바닥재는 식물 자원 기반의 생분해성 소재 를 사용함으로써 사용시 또는 폐기시 CO2 등 환경 유해 물질의 배출을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 생분해성 코어층을 이용한 바닥재를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 생분해성 코어층을 이용한 바닥재를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 생분해성 코어층을 이용한 바닥재를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 다른실시예에 따른 생분해성 코어층을 이용한 바닥재를 나타낸 단면도임.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 생분해성 코어층을 이용한 바닥재에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 생분해성 코어층을 포함하는 PLA 바닥재의 예를 나타낸 것으로, 도 1은 상부층(20) 및 코어층(30)으로 구성된 것이고, 도 2은 코어층(30)의 아래에 이지층(40)을 더 포함하는 것이고, 도 3은 상부층(20)의 상부에 표면처리층(10)을 더 포함하는 것이다.
표면처리층(10)은 바닥재의 내스크래치성이나 내마모성 등의 표면 품질을 향상시키고, 내오염성을 개선하여 청소가 용이하도록 하기 위한 목적 등에서 상부층 (20) 상에 형성된다. 이러한 표면처리층(10)은 폴리우레탄, 우레탄 아크릴레이트, 왁스 등이 이용될 수 있다. 표면처리층(10)의 형성 방법은 다양한 방법이 있다. 예를 들어, 우레탄 아크릴레이트를 이용할 경우, 우레탄 아크릴레이트 UV 경화형 조성물을 상부층(20) 상에 도포하고, 자외선 조사를 통해 경화시켜 형성할 수 있다.
이러한, 표면처리층(10)은 0.01 ~ 0.1 mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 표면처리층(10)이 0.01 mm 미만의 두께로 형성되는 경우 내스크래치성 등의 물성 향상 효과를 기대하기 어렵고, 또한 표면처리층(10)이 0.1 mm를 초과할 경우 표면처리층 형성에 과다한 제조비용이 소요되고, 바닥재의 외관 품질을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상부층(20), 이면층(40) 중 하나 이상의 층은 바인더로 PLA(Polylactic acid) 수지를 사용하고, 비프탈레이트계 가소제, 용융강도 보강제(melt strength enhancer)로서 아크릴계 공중합체를 포함한다.
PLA 수지는 락타이드 또는 락트산의 열가소성 폴리에스테르로서, 옥수수, 감자 등의 재생 가능한 식물 자원에서 추출한 전분을 발효시켜 제조되는 락트산을 중합시켜 제조될 수 있다. 이러한 PLA 수지는 사용 또는 폐기 과정에서 CO2 등의 환경 유해 물질의 배출량이 폴리염화비닐(PVC) 등의 석유기반 소재에 비해 월등히 적고, 폐기 시에도 자연 환경 하에서 용이하게 분해될 수 있는 친환경적인 특성을 가진다.
상기와 같은 PLA 수지는 통상적으로 D-PLA, L-PLA, D,L-PLA 또는 meso-PLA 등으로 구분될 수 있는데, 본 발명에 적용되는 PLA 수지에서는 PLA 수지의 종류에 제한되지 않고, 각종 PLA 수지를 단독으로 혹은 2종 이상 혼합하여 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 PLA 수지는, 전술한 바와 같이, 락트산 또는 락타이드를 중합시켜 제조할 수 있으며, 필요에 따라서는, 에틸렌글리콜 또는 프로필렌글리콜 등의 글리콜화합물, 에탄디오산(ethanedioic acid) 또는 테레프탈산 등의 디카복실산, 글리콜산 또는 2-히드록시벤조산 등의 히드록시카르본산; 또는 카프로락톤 또는 프로피오락톤 등의 락톤류와 같은 적절한 공중합 성분이 추가로 공중합될 수도 있다.
비프탈레이트 친환경 가소제는 PLA 수지를 연화하여 열가소성을 증대시킴으로써 고온에서 성형가공을 용이하게 한다. 본 발명에서는 비프탈레이트 친환경 가소제로 ATBC(Acetyl tributyl citrate) 사용할 수 있지만 이에 한정된 것은 아니다.
가소제는 상부층(20), 이면층(40)의 경우 PLA 수지 100 중량부에 대하여 5~50 중량부의 비율로 사용하는 것이 바람직하다.
각각의 층에서 PLA 수지 100 중량부 대비 5 중량부 미만으로 가소제를 사용할 경우, PLA 수지의 경도가 높아져 가공성이 저하될 수 있고, 각각의 층에서 주어진 비율을 초과하여 가소제를 사용할 경우 타 성분과의 상용성 저하에 따른 물성이 열화될 수 있다.
용융강도 보강제로서 사용되는 아크릴계 공중합체는 용융 압출시 자체로서는 용융강도 또는 내열성이 좋지 않은 PLA 수지의 강도를 보강하는 역할을 한다. 또한 아크릴계 공중합체는 실험결과 PLA 수지의 카렌더링, 프레스 가공을 가능하게 하였다. 상기 아크릴계 공중합체의 무게평균분자량(Mw)은 특별히 제한되지 않으나, 가공시 용융강도 등의 개선 및 타 물질과의 상용성 등을 고려할 때, 80만~600만인 것을 사용하는 것이다.
이러한 아크릴계 공중합체는 상부층(20) 및 이면층(40) 공통적으로 PLA 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 20 중량부의 비율로 사용할 수 있다. 아크릴계 공중합체의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우 PLA 수지의 용융 효율 및 용융 강도 개선 효율 향상이 불충분하고, 아크릴계 공중합체의 함량이 20 중량부를 초과할 경우 바닥재를 구성하는 각 층의 제조 비용이 상승하고, 각 층을 구성하는 타 물질과의 상용성 문제 등으로 각 층의 전체적인 물성이 저하될 수 있다.
상기 PLA 수지에는 용융 압출 등에서 침적물이나 가교물이 축적되는 것을 방지하기 위하여 활제를 더 포함할 수 있다.
이러한 활제는 다양한 종류가 있으나, 본 발명에서는 활제로서 친환경적인 고급 지방산을 사용하며, 구체적으로는 탄소수 18의 포화 고급지방산인 스테아르산 등을 사용할 수 있다.
상기 활제는 상부층(20) 및 이면층(40) 공통적으로 PLA 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 10 중량부로 사용할 수 있다. PLA 수지에서 활제의 사용량이 PLA 수지 100 중량부 대비 0.01 중량부 미만이면 활제 사용 효과를 얻을 수 없으며, 활제의 사용량이 PLA 수지 100 중량부 대비 10 중량부를 초과하면 PLA 수지의 내충격성, 내열성, 광택도 등을 열화시킬 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 PLA 수지에는 사슬 연장을 통한 분자량을 증가시켜 인장강도, 내열성 등을 향상시키기 위하여 사슬 연장제(chain extender)가 더 첨가될 수 있다.
이러한 사슬 연장제는 디이소시아네이트, 하이드록시카복실산 화합물 등이 이용될 수 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐, 현재 사용되는 다양한 종류의 사슬 연장제가 제한없이 이용될 수 있다.
상기 사슬 연장제는 상부층(20) 및 이면층(40) 공통적으로 PLA 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 10 중량부로 사용할 수 있다. PLA 수지에서 사슬 연장제의 사용량이 PLA 수지 100 중량부 대비 0.01 중량부 미만이면 사슬 연장제 사용에 따른 효과를 얻을 수 없으며, 사슬 연장제의 사용량이 PLA 수지 100 중량부 대비 10 중량부를 초과하면 PLA 수지의 광택도 등이 저하될 수 있다.
또한, PLA 수지의 가수분해를 통하여 내충격성 등의 기계적 물성이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 상기 PLA 수지에는 내가수분해제(anti-hydrolysis agent)가 추가적으로 첨가될 수 있다. 내가수분해제는 카보디이미드, 옥사졸린 등 통상 내가수분해제로 이용되는 것이라면 제한없이 이용될 수 있다.
이러한 내가수분해제는 상부층(20) 및 이면층(40) 공통적으로 PLA 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하의 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다. 내가수분해제가 PLA 수지 100 중량부 대비 10중량부를 초과할 경우 성형 가공성이 저하될 수 있다.
또한, PLA 수지가 상부층(20) 또는 이면층(40)에 적용될 경우, 각각의 층에는 보강용 무기계 필러인 탄산칼슘(CaCO3)이나 심미성 부여 등의 목적으로 백색 안료로서 이산화티타늄(TiO2)이 더 첨가될 수 있다.
탄산칼슘의 경우 상부층(20)에는 PLA 수지 100 중량부 대비 100 중량부 이하, 이면층(40)에는 PLA 수지 100 중량부 대비 500 중량부 이하로 각각 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 이산화티타늄의 경우 상부층(20), 및 이면층(40) 공통적으로 PLA 수지 100 중량부에 대하여 50 중량부 이하로 사용되는 것이 바람직하다.
탄산칼슘이나 이산화티타늄이 상기 범위를 초과하여 사용될 경우 타 성분들의 결합력이 저하되어 가공성이 저하될 수 있다.
또한, 상부층(20) 및 이면층(40)에는 천연 나무의 질감 및 고유의 나무 향기를 부여하기 위한 목분이나 송진이 추가적으로 더 첨가될 수 있다.
목분의 경우 PLA 수지 100 중량부 대비 200 중량부 이하로 첨가되는 것이 바람직하고, 송진의 경우 PLA 수지 100 중량부 대비 20 중량부 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 목분과 송진이 많이 포함될수록 천연 나무의 질감 등을 더 부여할 수 있으나, 타 성분들의 결합력이 저하되어 가공성 등의 물성이 저하될 수 있다.
상기와 같이, 상부층(20) 및 이면층(40) 중 하나 이상의 층은 전술한 바와 같은 PLA 수지, 가소제 및 아크릴계 공중합체를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 또한, PLA 수지에는 추가적으로 활제, 사슬 연장제, 내가수분해제 등이 포함될 수 있다.
코어층(30)은 생분해성 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 특히 PLA(Polylactic acid) 직물, PLA 부직포 및 황마(Jute) 중에서 선택되는 하나이상의 기재층을 포함하는 것이 바람직하다. 코어층(120)은 하나의 기재층으로 형성되거나 이종의 기재층이 적층되어 형성될 수도 있다.
특히 황마는 4 ~ 12 lb의 굵기 및 5 ~ 15 개/in의 길이당 밀도를 갖는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 PLA 직물 및 PLA 부직포는 10 내지 200 g/m2의 단위면적당 질량을 갖는 것이 바람직하다. PLA 직물의 단위면적당 질량이 10 g/m2미만이면, 치수안정성 보강 효과가 불충분할 수 있어며, PLA 직물 및 PLA 부직포의 단위면적당 질량이 200 g/m2를 초과하면 상부층과 코어층 간의 부착력 혹은 이면층과 코어층 간의 부착력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 PLA 바닥재를 구성하는 각각의 층에 대하여 살펴보기로 한다.
본 발명에서 상부층(20)은 필요에 따라 발포, 비발포의 1개 이상의 층으로 구성할 수 있으며, 또한 필요에 따라 투명층, 불투명층, 인쇄층, Chip inlaid 층의 조합으로 구성할 수 있다. 바닥재의 인테리어성을 결정하는 외관을 형성하는 역할을 한다.
본 발명에서 상부층(20)은 전술한 바와 같이, 가소제, 아크릴계 공중합체를 함유하는 PLA 수지를 이용할 수 있고, 추가적으로 활제, 사슬 연장제, 내가수분해제 등이 포함될 수 있다.
이러한 상부층(20)은 0.10~ 2.0 mm 의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상부층이 0.10 mm 미만의 두께를 가질 경우 인쇄층에 형성된 무늬를 효과적으로 보호할 수 없고 또한 입체감이 저하된다. 한편, 상부층의 두께가 2.0 mm를 초과할 경우 더 이상의 효과 상승 없이, 바닥재 제조 비용의 상승의 원인이 될 수 있다.
본 발명에서 상부층(20)은 다수개의 층으로 형성되는 상부층 내 그라비어 인쇄, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 로터리 인쇄 또는 플렉소 인쇄 등의 다양한 방식으로 무늬를 형성함으로써 바닥재의 심미성을 부여할 수 있다.
상기 인쇄층(120)은 전술한 바와 같이, 가소제, 아크릴계 공중합체를 함유하는 PLA 수지를 이용할 수 있고, 추가적으로 활제, 사슬 연장제, 내가수분해제, 탄산칼슘, 이산화티타늄 등이 단독으로 혹은 2종 이상 더 첨가되어 있을 수 있다.
코어층(30)은 생분해성 물질로 형성되며, 전체의 형상을 유지하는 역할을 수행하며, 코어층(30)의 접착을 위하여 별도의 점착제층을 구비할 수 있다.
본 발명에서 이면층(40)은 시공시 바닥면과의 접착이 이루어지는 부분으로, 바닥재 표면에 반대되는 이면을 보호하며, 탄성을 부여하는 역할을 한다.
이러한, 이면층(40)은 PLA 수지 100 중량부, 비프탈레이트계 가소제 5~60 중량부, 아크릴계 공중합체 0.1 ~ 20 중량부, 활제로서 고급지방산 0.01 ~ 10 중량부 및 사슬 연장제 0.01 ~ 10 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 이면층(40)은 상기 PLA 수지 100 중량부에 대하여 내가수분해제 10 중량부 이하, 탄산칼슘(CaCO3) 500 중량부 이하, 목분 200 중량부 이하, 이산화티타늄(TiO2) 50 중량부 이하 및 송진 20 중량부 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
이러한 이면층(40)은 0.10 ~ 2.0 mm 의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이면층(40)의 두께가 0.10 mm 미만이면 바닥재의 이면 보호 효과나 탄성 보강효과가 잘 나타나지 않고, 이면층(40)이 2.0 mm를 초과할 경우 제조 비용이 상승할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 생분해성 코어층을 이용한 바닥재는 생분해성 재질을 코어층으로 이용함으로써 기존의 비생분해성 재질을 이용한 바닥재보다 친환경적인 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
10 : 표면처리층
20 : 상부층
30 : 코어층
40 : 이면층

Claims (12)

  1. 위로부터 상부층, 코어층 및 이면층을 포함하고,
    상기 코어층은 PLA(Polylactic acid) 직물, PLA 부직포 및 황마(Jute) 중에서 선택되는 하나 이상의 기재를 포함하는 생분해성 코어층을 이용하며, 상기 이면층은 PLA 수지, 상기 PLA 수지 100 중량부에 대하여, 활제로서 고급지방산 0.01 ~ 10 중량부, 사슬 연장제 0.01 ~ 10 중량부, 내가수분해제 10 중량부 이하, 탄산칼슘 500 중량부 이하, 목분 200 중량부 이하, 이산화티타늄 50 중량부 이하 및 송진 20 중량부 이하 중 하나 이상을 포함하며, 상기 상부층은 PLA 수지로 조성되는 것을 특징으로 하는 바닥재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부층 상부에 표면처리층이 구비되는 것을 특징으로 하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재.
  4. 제1항 및 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 황마는 4 ~ 12 lb의 굵기 및 5 ~ 15 개/in의 길이당 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재.
  5. 제1항 및 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 PLA 직물 및 상기 PLA 부직포는 10 내지 200 g/m2 의 단위면적당 질량을 갖는 것을 특징으로 하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재.
  6. 제1항 및 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 상부층은 바인더로서 PLA(Polylactic acid) 수지, 비프탈레이트계 가소제, 용융강도 보강제(melt strength enhancer)로서 아크릴계 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부층은 0.10~2.0mm 위 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 이면층은 PLA 수지 100 중량부에 대하여, 비프탈레이트계 가소제 5~60 중량부 및 용융강도 보강제 0.1 ~ 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 이면층은 0.10 ~ 2.0 mm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재.
  11. 제 3항에 있어서,
    상기 표면처리층은 폴리우레탄, 우레탄아크릴레이트 및 왁스 중 하나이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해서 코어층을 이용한 바닥재.
  12. 제 3항에 있어서,
    상기 표면처리층의 두께는 0.01 내지 0.1mm인 것을 특징으로 하는 생분해성 코어층을 이용한 바닥재.
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