KR101397590B1 - 스파이크 저항성이 우수한 탄성롤 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

스파이크 저항성이 우수한 탄성롤 시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스파이크 저항성이 우수한 탄성롤 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 탄성롤 시트를 제조하는 방법에 있어서, 서로 인접한 상부 판형 노즐과 하부 판형 노즐을 구비한 압출기를 준비하는 단계; 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)로 상부 압출용 조성물을 준비하는 단계; 하부 압출용 조성물로 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 폴리올레핀 10~100 중량부, 가황 고무 분말 20~200 중량부, 미네랄 오일 20~200 중량부, 탄산칼슘 100~350 중량부 및 발포제 5~30 중량부를 혼련하여 하부 압출용 조성물을 준비하는 단계; 상기 상부 압출용 조성물을 상부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포시켜 상부 압출 발포 시트로 성형하고, 동시에 상기 하부 압출용 조성물을 하부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포시켜 하부 압출 발포 시트로 성형하는 단계; 상기 하부 압출 발포 시트 위에 상부 압출 발포 시트를 적층하고 상부 가압 롤러 및 하부 가압 롤러 사이로 통과시켜 상부 압출 발포 시트와 하부 압출 발포 시트를 압연 및 접착시키고 복합시트를 수득하는 단계; 및 상기 복합시트를 50~120℃의 온도에서 어닐링하는 단계;를 포함하는 탄성롤 시트 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

스파이크 저항성이 우수한 탄성롤 시트 및 이의 제조방법 {elastic roll sheet having resistibility for spike and preparing thereof}
본 발명은 스파이크 저항성이 우수한 탄성롤 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 육상트랙의 바닥에 시공되어 외부충격에 저항성을 갖는 탄성롤 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
바닥재로 사용되는 탄성롤 시트는 충격흡수율이 높아 충격을 최소화하여 안전사고를 예방하고, 편안한 보행감과 피로도를 경감시키며, 특수재질로 미끄럼을 방지하며 방음 효과가 뛰어나고, 열전도율이 낮아 겨울철 눈이 빨리 녹으며, 고무로 되어 시공이 간편하며 편리하고, 다양한 색상과 디자인으로 아름다운 외관을 연출하며, 형태 변화 등의 최소화에 의해 내구성이 우수하고, 내후성(내광성)이 우수하여 장기간 사용할 수 있고, 유지보수가 용이하며 아울러 여름철 복사열 발생을 최소화할 수 있도록 한 것이다.
이러한 탄성롤 시트는 골프장, 골프연습장, 헬스장, 무용장, 체육관, 수영장, 에어로빅장, 레저 스포츠장, 경마장, 농구장, 족구장, 인라인 스케이트장 등에서 사용되고, 또한 베란다, 사무실, 전시장, 공장, 학교복도에도 사용되며, 또한 보행로, 육교, 공공시설, 휴게실, 고속도로 휴게소에도 사용되고, 또한 공원, 조깅코스, 자전거전용도로, 산책로, 고가도로, 보행로, 승강장(버스, 택시)에도 사용되며, 특히 유아, 어린이, 노약자, 장애인의 활동이 빈번한 곳의 안전시설, 아파트, 학교 운동장, 아파트, 어린이 놀이터, 보육시설에도 사용된다.
한편, 탄성롤 시트는 주로 폴리우레탄, 에폭시, 재생우레탄, EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber), PVC, 페타이어, 페고무 등의 분쇄물을 경화제, 경화 촉진제 등과 일정한 비율로 교반한 상태에서 이를 가황시켜 시트 형태로 제조된다. 이때, 탄성롤 시트를 대량으로 생산하기 위해 로토큐어(Rotocure) 등과 같은 연속 가황 장치가 사용되고, 이로 인해 제조 공정이 복잡해지고 특수 설비 도입 등에 의한 제조 원가 상승과 같은 문제가 있다.
또한, 탄성롤 시트는 연속 가황 장치 대신 통상적인 압출기에 의해 제조될 수 있는데, 이때 압출용 원료는 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber), 폴리올레핀, 발포제, 공정 오일 등을 포함한다. 그러나, 상기 압출용 원료를 압출 및 발포시켜 시트 형태로 성형한 탄성롤 시트는 통상적으로 요구되는 특성인 형태 안정성, 내마모성, 내광성, 충격 흡수율, 수직 변형도, 기계적 물성(예를 들어 인장 강도, 신장율 등)을 동시에 만족시키기에는 한계가 있었다.
또한 육상트랙에 바닥재를 이용시 스파이크화를 신고 달리는 경우 저항성이 약하여 표면이 떨어져나가는 문제점이 있다.
따라서, 압출용 원료를 압출 및 발포시켜 시트 형태로 성형한 탄성롤 시트는 통상적으로 요구되는 특성인 형태 안정성, 내마모성, 내광성, 충격 흡수율, 수직 변형도, 기계적 물성(예를 들어 인장 강도, 신장율 등)을 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 육상트랙에서 바닥재로 활용시 스파이크화에 대한 저항성을 갖는 탄성롤 시트의 개발이 요구되었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 연속 가황 장치 대신 통상적인 압출기에 의해 제조될 수 있고, 단순한 공정 및 적은 제조비용으로 제조될 수 있는 탄성롤 시트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 육상용 트랙에 사용되는 바닥재에 요구되는 특성인 스파이크화에 저항을 갖는 탄성롤 시트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 형태 안정성, 내마모성, 내광성, 충격 흡수율, 수직 변형도, 기계적 물성(예를 들어 인장 강도, 신장율 등) 등이 우수한 탄성롤 시트를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상부 시트 및 상기 상부 시트에 접착되어 일체화된 하부 시트를 포함하는 복합시트로 구성되고, 상기 상부 시트를 구성하는 상부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 로 이루어지며, 상기 하부 시트를 구성하는 하부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 폴리올레핀 10~100 중량부, 가황 고무 분말 20~200 중량부, 미네랄 오일 20~200 중량부, 탄산칼슘 100~350 중량부 및 발포제 5~30 중량부를 포함하는 하부 압출용 조성물의 압출 발포 시트이고, 상기 상부 압출용 조성물을 이루는 상기 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO), 열가소성 스티렌(ThemoPlastic-Styrene, TPS), 열가소성 우레탄(ThermoPlastic-Urethan, TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic-PolyEster-Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리아미드(ThermoPlastic-PolyAmide, TPA) 중 하나 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트.를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO), 열가소성 스티렌(ThemoPlastic-Styrene, TPS), 열가소성 우레탄(ThermoPlastic-Urethan, TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic-PolyEster-Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리아미드(ThermoPlastic-PolyAmide, TPA) 중 하나 또는 그 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 SBS 블록 공중합체(styrene-butadiene-styrene block copolymer) 또는 올레핀 블록 공중합체(olefinblock copolymer)을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 상부 압출용 조성물이 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 안료 5~30 중량부, 자외선 안정제 0.1~3 중량부 및 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 하부 압출용 조성물이 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 가황 고무 분말이 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말은 입도가 500㎛ 이하이며, 표면은 미세 다공성 공극구조를 가지는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트를 제공한다.
또한 본 발명은 하부 압출용 조성물에 포함되는 발포제는 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 또는 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate)인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 탄성롤 시트가 육상 트랙으로 사용되는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트를 제공한다.
또한 본 발명은 탄성롤 시트를 제조하는 방법에 있어서, 서로 인접한 상부 판형 노즐과 하부 판형 노즐을 구비한 압출기를 준비하는 단계; 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)로 상부 압출용 조성물을 준비하는 단계; 하부 압출용 조성물로 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 폴리올레핀 10~100 중량부, 가황 고무 분말 20~200 중량부, 미네랄 오일 20~200 중량부, 탄산칼슘 100~350 중량부 및 발포제 5~30 중량부를 혼련하여 하부 압출용 조성물을 준비하는 단계; 상기 상부 압출용 조성물을 상부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포시켜 상부 압출 발포 시트로 성형하고, 동시에 상기 하부 압출용 조성물을 하부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포시켜 하부 압출 발포 시트로 성형하는 단계; 상기 하부 압출 발포 시트 위에 상부 압출 발포 시트를 적층하고 상부 가압 롤러 및 하부 가압 롤러 사이로 통과시켜 상부 압출 발포 시트와 하부 압출 발포 시트를 압연 및 접착시키고 복합시트를 수득하는 단계; 및 상기 복합시트를 50~120℃의 온도에서 어닐링하는 단계;를 포함하되, 상기 상부 압출용 조성물에 포함되는 상기 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO), 열가소성 스티렌(ThemoPlastic-Styrene, TPS), 열가소성 우레탄(ThermoPlastic-Urethan, TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic-PolyEster-Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리아미드(ThermoPlastic-PolyAmide, TPA) 중 하나 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명의 상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO), 열가소성 스티렌(ThemoPlastic-Styrene, TPS), 열가소성 우레탄(ThermoPlastic-Urethan, TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic-PolyEster-Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리아미드(ThermoPlastic-PolyAmide, TPA) 중 하나 또는 그 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 상부 압출용 조성물이 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 안료 5~30 중량부, 자외선 안정제 0.1~3 중량부, 또는 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 하부 압출용 조성물이 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 가황 고무 분말이 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명의 상기 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말은 입도가 500㎛ 이하이며, 표면은 미세 다공성 공극구조를 가지는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 발포제가 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 또는 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate)인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 상부 가압 롤러 표면에 다수의 돌기 또는 굴곡으로 이루어진 엠보싱 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 하부 롤러 표면에는 격자 형태로 반복되는 다수의 돌기 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 탄성롤 시트 및 이의 제조방법은 연속 가황 장치 대신 통상적인 압출기에 의해 제조될 수 있고, 단순한 공정 및 적은 제조비용으로 제조되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄성롤 시트 및 이의 제조방법은 육상용 트랙에 사용되는 바닥재에 요구되는 특성인 스파이크화에 저항성을 가지며, 백화현상에 개선되는 시트를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄성롤 시트 및 이의 제조방법은 형태 안정성, 내마모성, 내광성, 충격 흡수율, 수직 변형도, 기계적 물성(예를 들어 인장 강도, 신장율 등) 등이 우수한 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄성롤 시트의 제조 공정도 및 제조과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 스파이크 저항성 실험을 실시한 탄성롤 시트의 상부 시트 표면을 나타낸 사진이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에서는 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명에 사용된 "가황"이란 생고무에 황을 가해서 가열하여 탄성에 변화를 주는 조작뿐만 아니라 플라스틱, 즉 가소성 물질을 탄성물질로 변화시키는 조작을 포함하는 개념이다.
또한, 본 발명에 사용된 "노즐"이란 압출기에서 압출물이 방사되는 출구 또는 개구로서, "다이(die)"로도 불리우며, 판형 노즐은 당업계에서 판형 다이 또는 티-다이(T-die)로 통용된다.
본 발명에 따른 탄성롤 시트는 상부 시트 및 상기 상부 시트에 접착되어 일체화된 하부 시트를 포함하는 복합시트로 구성되는 것이 특징이다.
상부 시트를 구성하는 상부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)로 구성될 수 있으며, 하부 시트를 구성하는 하부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 가황 고무 분말 20~200 중량부, 폴리올레핀 10~100 중량부, 미네랄 오일 20~200 중량부, 탄산칼슘 100~350 중량부 및 발포제 5~30 중량부를 혼련하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 탄성롤 시트를 구성하는 상부 시트는 탄성롤 시트가 체육 시설로 육상 트랙에 시공되었을 때 외부로 노출되는 부분으로서 기후 및 이용자와의 마찰 등에 장시간 견딜 수 있도록 주로 내후성 및 내열성이 강하여야 하며, 스파이크화에 대한 저항성이 높아야 한다.
본 발명의 상부 압출용 조성물 및 하부 압출용 조성물에 포함되는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 가황에 의하지 않고 물리적으로 가교한 엘라스토머로서, 열가소성 고무라고도 한다. 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 주로 고무성분의 연질 세그먼트와 수지성분의 경질 세그먼트로 구성된 블록 공중합체이며, 상온에서는 가황고무와 동일하게 거동하지만 가열하면 수지성분이 연화하여 소성을 나타낸다. 상기 열가소성 엘라스토머는 상부 압출용 조성물 및 하부 압출용 조성물을 시트 형태로 성형시 성형성을 부여하고, 상부 시트를 하부 시트와 접착시킬 때 강한 접착력을 제공하며, 최종 탄성롤 시트에는 충격 흡수 특성을 부여한다.
본 발명에서 상부 압출용 조성물로 사용되는 열가소성 엘라스토머는 스파이크에 대한 저항성, 상업적 입수 용이성, 시트 형태로의 성형성, 접착 특성, 및 충격 흡수 특성 측면 등을 종합적으로 고려할 때 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO), 열가소성 스티렌(ThemoPlastic-Styrene, TPS), 열가소성 우레탄(ThermoPlastic-Urethan, TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic-PolyEster-Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리아미드(ThermoPlastic-PolyAmide, TPA) 중 하나 또는 그 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 상부 압출용 조성물에는 무기소재가 사용되지 않고 열가소성 엘리스토머만을 사용한 것이 특징이다. 무기소재를 사용치 않고 상부 시트를 제조할 경우에 시트의 마모 및 스파이크화에 의한 백화현상을 현저하게 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 상기 하부 압출용 조성물에 사용되는 열가소성 엘라스토머는 SBS 블록 공중합체(styrene-butadiene-styrene block copolymer) 또는 올레핀 블록 공중합체(olefin block copolymer)인 것이 바람직하다.
상기 올레핀 블록 공중합체는 바람직하게는 에텐과 α-올레핀의 블록 공중합체이고, 더 바람직하게는 에텐-옥텐 블록 공중합체(구체적으로 에텐과 1-옥텐의 블록 공중합체)이며, 상업적인 제품으로는 다우케미칼사(The Dow Chemical Company, US)의 INFUSE™ 등이 있다. 또한, 상기 폴리올레핀 엘라스토머는 에텐과 α-올레핀의 균일 분지형 공중합체로서, α-올레핀의 예로는 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 등이 있으며, 상업적인 제품으로는 다우케미칼사(The Dow Chemical Company, US)의 ENGAGE™ 등이 있다.
또한, 본 발명의 하부 압출용 조성물에 포함될 수 있는 폴리올레핀은 탄성롤 시트에 주로 내후성 및 내열성을 부여하고, 하부 압출용 조성물을 시트 형태로 성형시 성형성을 부여하는 성분으로서, 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 그 종류가 제한되지 않으며, 상업적 입수 용이성 및 시트 형태로의 성형성을 고려할 때 폴레에틸렌 또는 폴리프로필렌에서 선택되는 것이 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고 고밀도 폴리에틸렌인 것이 더 바람직하다.
본 발명의 하부 압출용 조성물에서 폴리올레핀의 함량은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부를 기준으로 50~100 중량부인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 하부 압출용 조성물에 포함되는 가황 고무 분말은 탄성롤 시트에 고탄성 및 우수한 형태 안정성을 부여하는 성분으로서, 탄성롤 시트의 물성 및 다른 성분과의 혼합성을 고려할 때 가황 EPDM 고무(ethylenepropylene diene Monomer rubber) 분말인 것이 바람직하고, 경제성 및 자원 재활용이라는 환경적 측면 등을 고려할 때 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말은 폐 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말인 것이 더 바람직하고, 혼련성, 시트로의 성형성 등을 고려할 때 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말은 입도가 500㎛ 이하(예를 들어 10~500㎛)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말의 표면은 미세 다공성 공극구조를 가지는 것이 바람직한 데, 입도가 500㎛ 이하이고, 표면에 미세다공성 공극 구조를 가지는 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말은 폐 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 스크랩을 고온 전단 분쇄 방식으로 미세하게 분쇄한 것이다.
가황 고무재료의 고온 미세 분말화 장치는 고온 전단 분쇄와 동시에 고무 입자 표면에 화학적 반응성을 부여하기 위한 고온전단분쇄기에 리버스 헬리컬 전단분쇄부와 보압분쇄부가 형성된 것이 특징이다.
여기서, 상기 보압분쇄부는 제2스크류와 제2실린더가 형성하는 공간이다. 가황 고무재료의 고온 미세분말화 장치의 분쇄 메카니즘을 구체적으로 살펴보면, 재료 투입구를 통하여 투입된 재료는 제1스크류의 헬리컬 이와 제2실린더에 의해 압축되면서 온도가 상승되고, 리버스 헬리컬 전단분쇄부의 순방향 도입부를 통과하면서 압력과 온도가 가속되어 극고압 및 극고온 상태에 도달하게 된다. 전단력에 의한 기계적 압력과 열에너지는 투입된 재료의 내부에너지(internal energy)로 축적되고, 리버스 헬리컬 전단분쇄부의 도입부로 인입되면서 압력과 온도가 더욱 가중된다. 점차 극대화되던 내부에너지는 상기 전단분쇄부의 역방향 종말부를 통과하면서 내부 에너지가 임계점을 초월하게 되어 발산과 함께 재료가 순간적으로 폭발 분쇄된다. 즉, 단순 전단력에 의한 분쇄를 넘어 에너지 발산에 의한 순간 폭발로 인하여 미세한 분쇄입자를 얻을 수 있다.
이때 원료가 되는 폐재료는 비가역적으로 가황 처리되어 열가소성 플라스틱 재료와는 달리 재활용이 불가능한 폐 가황 고무재료, 예를 들어 폐 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 스크랩 등이며, 폐 가황 고무재료를 예로 들어 구체적인 고온 전단 분쇄 방식으로 폐 가황 고무 미세 분말을 얻는 방법을 자세히 설명한다.
먼저 프레스, 압출 또는 사출 등의 성형공정 중 발생되는 폐 가황 고무재료를 회수하고 통상의 저속분쇄기 등으로 분쇄하여 10 내지 30 ㎜ 전후의 입도로 초기 분쇄한다.
상기 분쇄된 폐 가황 고무재료는 재료 투입구로 투입되어 제1실린더에 의해 이송되고, 이때 제2스크류의 헬리컬 이에 형성된 돌기와 제1실린더의 내부면에 형성된 격자형 주름홈에 의해 전단 마찰을 발생시키면서 1차적으로 조분쇄되고, 동시에 압축이 가중되면서 제2실린더를 향하여 이송된다. 제1스크류의 후단부에서 감소되는 헬리컬 이 피치로 인하여 폐 가황 고무재료가 충진 압축된다. 상기 이송되는 폐가황 고무재료는 제2스크류의 리버스 헬리컬 전단분쇄부에서 역방향으로 체류하면서 조밀하게 되어 더욱 극대하게 압축된다. 폐 가황 고무재료의 압축이 발생하는 동안 내부 온도가 상승되나, 폐 가황 고무재료의 특성상 축적된 열에너지가 열가소성 소재와는 달리 용융되면서 열역학적으로 엔트로피(entropy)가 증가되는 방향으로 반응하지 않고, 기계적 전단력에서 열과 압력으로 변환되어 재료 내부에 축적된 내부에너지는 일정 수준에서 임계점에 도달한다. 상기 폐 가황 고무재료 내부에 축적된 내부에너지는 임계점에 도달한 후 계속되어 과잉 축적되는 에너지에 의해 리버스 헬리컬 전단분쇄부의 종말부에서 순간적으로 일종의 폭발과 동시에 에너지가 발산되고, 이러한 에너지의 발산과 함께 폐 가황 고무재료가 분산되면서 2차 분쇄가 이루어진다. 상기 리버스 헬리컬 전단분쇄부를 통과한 폐 가황 고무재료는 제2스크류와 제2실린더 사이의 보압 분쇄구간, 즉 보압분쇄부를 통과하면서 압력이 보존되며 일정 시간 체류하게되어 3차적으로 더욱 미세한 입자로 분쇄된다. 상기 보압분쇄부를 통과한 폐 가황 고무재료는 제2스크류를 지나면서 최종적으로 배출구를 통하여 배출된다.
상기 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말은 폐 가황 EPDM 고무 스크랩을 상기에서 설명한 고온 전단 분쇄 방식으로 미세하게 분말화한 것이 바람직하며, 분말 표면에 미세 다공성 공극구조가 형성되어 화학적으로 활성화될 수 있다. 본 발명의 하부 압출용 조성물에서 가황 고무 분말의 함량은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부를 기준으로 20~200 중량부인 것이 바람직하고, 80~150 중량부인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 하부 압출용 조성물에 포함되는 미네랄 오일은 합성 고무에 유연성을 부여해서 가소성을 크게 하여 성형, 가공작업을 쉽게 하기 위한 연화제(softener) 또는 프로세싱 오일(processing oil)로 작용하며, 통상적으로 석유, 석탄, 타르, 셀유 등의 광물성 원료에서 얻어지는 기름이다.
본 발명에서 미네랄 오일은 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 그 종류가 제한되지 않으며, 다른 성분과의 상용성, 취급 용이성 등을 고려할 때 유동 파라핀(liquid paraffin)인 것이 바람직하다. 유동 파라핀은 비교적 낮은 점도의 탈랍유를 고도로 정제한 무미, 무취, 무색 투명한 유상유(流狀油) 또는 화이트유를 말한다. 본 발명의 하부 압출용 조성물에서 미네랄 오일의 함량은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부를 기준으로 20~200 중량부인 것이 바람직하고, 120~180 중량부인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 하부 압출용 조성물에 포함되는 탄산칼슘은 탄성롤 시트의 강도를 증가시키는 보강제로 작용하며, 다른 성분과의 상용성, 가공성, 및 성형성 등을 고려할 때 입도가 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용되는 탄산칼슘은 경제성을 고려할 때, 대리석, 석회석, 방해석, 조개껍질을 정제한 형태로 제공되는 상업적 제품인 것이 바람직하다. 본 발명의 하부 압출용 조성물에서 탄산칼슘의 함량은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 기준으로 100~350 중량부인 것이 바람직하고, 바람직하게는 120~180 중량부인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 하부 압출용 조성물에 포함되는 발포제는 하부압출용 조성물을 시트 형태로 압출 시 발포시켜 폼(Foam) 형태로 시트를 성형시키고 그로 인해 시트에 탄성 및 내열성을 부여하는 성분으로서, 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 그 종류가 제한되지 않으며, 다른 성분과의 상용성, 상업적 입수 용이성, 발포성 등을 고려할 때 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 또는 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate)에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고, 아조디카본아미드 (Azodicarbonamide)인 것이 더 바람직하다. 본 발명의 하부 압출용 조성물에서 발포제의 함량은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 10~30 중량부인 것이 바람직하고, 10~20 중량부인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 탄성롤 시트에서 상부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 안료 5~30 중량부, 자외선 안정제 0.1~3 중량부, 및 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함할 수 있고, 바람직하게는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 안료 5~15 중량부, 자외선 안정제 0.5~2 중량부, 및 산화 방지제 0.5~2 중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄성롤 시트에서 하부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함할 수 있고, 바람직하게는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 산화 방지제 0.5~2 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 안료는 탄성롤 시트를 구성하는 상부 시트에 미려한 외관을 부여하는 성분으로서, 통상적으로 사용되는 것이나 공지된 것이라면 그 종류가 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 청색 안료, 적색 안료 등이 있다.
또한, 자외선 안정제 및 산화 방지제는 탄성롤 시트가 시공되어 햇빛, 공기, 수분 등에 장시간 노출되었을 때 탄성롤 시트가 자외선, 산소 등에 의해 노후화되거나 산화되는 것을 방지하는 성분으로서, 통상적으로 사용되는 것이나 공지된 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않는다. 자외선 안정제는 자외선을 차단하거나 흡수하는 기능을 가지며, 자외선 안정제로서의 성능 및 다른 성분과의 상용성을 고려할 때 할스(HALS)계 물질인 것이 바람직하다. 할스(Hindered Amine Light Stabilizer, 입체장애아민광 안정제, HALS)는 아민기가 입체적인 구조물로 둘러싸여 있고, 광 안정제로 사용되는 물질을 지칭한다. 자외선 안정제의 상업적인 제품으로는 TinuvinTM(BASF사) 등이 있다. 또한, 산화 방지제의 구체적인 예로는 2,2',2",6,6',6"-헥사-(1,1-디메틸에틸)-4,4',4"-[(2,4,6-트리메틸-1,3,5-벤젠트리일)-트리스메틸렌]-트리페놀, 1,3,5,트리스[3,5-디(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시벤질]-1H,3H,5H-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리온, 펜타에리쓰리틸 테트라키스[3-[3,5-디(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-프로피오네이트], 옥타데실-3-[3,5-디(1,1- 디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-프로피오네이트, 트리스[2,4-디(1,1-디메틸에틸)-페닐]-포스파이트, 2,2'-디(옥타-데실옥시)-5,5'-스피로비(1,3,2-디옥사포스포리난), 디옥타데실 디설파이드, 디도데실-3,3'-티오디프로피오네이트, 디옥타데실-3,3'-티오디프로피오네이트, 부틸하이드록시톨루엔, 에틸렌비스[3,3-디[3-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]부티레이트], 옥타데실-3,5-디-tert-부틸-하이드록시하이드로시나메이트(octadecyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate), 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트[Tris(2,4-di-tert-buthylphenyl)phosphite] 등이 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄성롤 시트는 미끄럼 방지를 위해 상부 시트 상부 표면에 다수의 돌기 또는 굴곡이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄성롤 시트는 내열성의 향상, 탄성롤 시트에 가해지는 응력의 분산, 및 제조비용의 절감 등을 고려할 때 하부 시트 하부표면에 격자 형태로 반복되는 다수의 홈이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은 탄성롤 시트의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄성롤 시트의 제조 공정도 및 제조과정을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 탄성롤 시트의 제조방법은 서로 인접한 상부 판형 노즐과 하부 판형 노즐을 구비한 압출기를 준비하는 단계; 상부 및 하부 압출용 조성물을 준비하는 단계; 상부 압출용 조성물 및 하부 압출용 조성물을 압출 및 발포시켜 상부 압출 발포 시트 및 하부 압출 발포 시트로 성형하는 단계; 하부 압출 발포 시트 위에 상부 압출 발포 시트를 적층하고 2개의 가압 롤러 사이로 통과시켜 상부 압출 발포 시트와 하부 압출 발포 시트를 압연 및 접착시키고 복합시트를 수득하는 단계; 및 복합시트를 어닐링하는 단계;를 포함한다. 이하, 후술하는 탄성롤 시트의 제조방법에서는 상부 압출용 조성물과 하부 압출용 조성물과 관련된 사항은 전술한 내용과 동일하므로 설명을 생략한다.
본 발명의 바람직한 일 예에 따른 탄성롤 시트의 제조방법은 구체적으로 서로 인접한 상부 판형 노즐과 하부 판형 노즐을 구비한 압출기를 준비하는 단계; 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)로 상부 압출용 조성물을 준비하는 단계; 하부 압출용 조성물로 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 폴리올레핀 10~100 중량부, 가황 고무 분말 20~200 중량부, 미네랄 오일 20~200 중량부, 탄산칼슘 100~350 중량부 및 발포제 5~30 중량부를 혼련하여 하부 압출용 조성물을 준비하는 단계; 상기 상부 압출용 조성물을 상부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포시켜 상부 압출 발포 시트로 성형하고, 동시에 상기 하부 압출용 조성물을 하부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포시켜 하부 압출 발포 시트로 성형하는 단계; 상기 하부 압출 발포 시트 위에 상부 압출 발포 시트를 적층하고 상부 가압 롤러 및 하부 가압 롤러 사이로 통과시켜 상부 압출 발포 시트와 하부 압출 발포 시트를 압연 및 접착시키고 복합시트를 수득하는 단계; 및 상기 복합시트를 50~120℃의 온도에서 어닐링하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 탄성롤 시트를 제조하기 위해 사용되는 압출기는 바람직하게는 상하 방향으로 서로 인접한 상부 판형노즐과 하부 판형 노즐을 구비하는 한 그 종류가 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 2개의 압출기를 서로 근접시켜 사용하는 것이 가능하고, 2개의 배럴 및 2개의 판형 노즐(또는 T-die)을 구비한 1개의 압출기를 사용하는 것도 가능하다. 일반적으로 압출기는 구동부, 원료공급기(feeder). 스크루(screw), 배럴(barrel), 및 노즐(또는 다이)로 구성되는데, 그 종류로는 단축 압출기(single screw extruder), 이축 압출기(twin screw extruder) 등이 있으며, 본 발명에서는 이축 압출기를 사용하는 것이 바람직하다. 이축 압출기는 단축 압출기보다 처리할 수 있는 재료함수율의 범위가 넓고, 배럴의 온도분포, 스크루 구성, 다이 형상의 변화에 따라 치밀한 반응의 제어도 가능하며 소비전력도 적은 장점이 있다.
또한, 상부 압출용 조성물 또는 하부 압출용 조성물은 압출기와 별도로 구분되는 혼련기에서 구성 성분을 혼련하여 준비될 수도 있고, 압출기 내의 배럴에서 혼련하여 준비될 수도 있다. 상기 상부 압출용 조성물은 상부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포되어 상부 압출 발포 시트로 성형되고, 동시에 상기 하부 압출용 조성물은 하부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포되어 하부 압출 발포 시트로 성형된다. 이때 압출 온도는 150~250℃인 것이 바람직하고, 180~230℃인 것이 바람직한데, 압출 온도가 150℃ 미만이면 구성 성분이 일부가 용융되지 않고, 발포가 원활히 이루어지지 않아 압출 시트로의 성형성이 저하되고 압출 시트의 표면 균일성 등이 불량해질 염려가 있다. 또한, 압출 온도가 250℃를 초과하면 불필요한 에너지가 소모되어 제조 비용의 증가가 발생하고, 압출 시트의 온도가 너무 높아 이후의 압연 및 접착 과정에서 패턴 형성 등의 공정 제어가 원활하지 않고 압출 시트가 롤러 표면에 달라붙을 염려가 있다. 또한, 압출 속도는 압출기 내 스크루의 회전 속도로 표시되는 데, 그 범위가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 200~800 rpm, 바람직하게는 300~700rpm, 더 바람직하게는 400~600 rpm의 범위이다.
서로 인접한 상부 판형 노즐과 하부 판형 노즐을 통해 압출 및 발포된 상부 압출 발포 시트와 하부 압출 발포시트는 압출 온도와 유사한 온도를 가지며, 하부 압출 발포 시트에 포함된 열가소성 엘라스토머, 미가황 EPDM 고무, 폴리올레핀 등은 유동성을 가지게 되어 이후의 압연 및 접착이 원활하게 이루어지도록 한다. 구체적으로 하부 압출 발포 시트 위에 상부 압출 발포 시트를 적층하고 상부 가압 롤러 및 하부 가압 롤러 사이로 통과시켜 상부 압출 발포 시트와 하부 압출 발포 시트를 압연 및 접착시키고 복합시트를 수득하게 되는데, 이때, 상부 롤러 표면에는 바람직하게는 다수의 돌기 또는 굴곡으로 이루어진 엠보싱 패턴이 형성된다. 상부 롤러 표면에 형성된 패턴에 의해 상부 압출 발포 시트의 상부 표면에는 미끄럼 방지를 위한 다수의 돌기 또는 굴곡, 즉 엠보싱 패턴이 형성된다. 또한, 하부 롤러 표면에는 바람직하게는 격자 형태로 반복되는 다수의 돌기 패턴이 형성되는데, 하부 롤러 표면에 형성된 패턴에 의해 하부 압출 발포 시트의 하부 표면에는 격자 형태로 반복되는 다수의 홈이 형성된다.
이후, 복합시트는 어닐링 챔버로 옮겨져 50~120℃, 바람직하게는 60~100℃의 온도에서 어닐링 처리되는데, 바람직하게는 어닐링 처리 전에 냉각 롤러에 의해 냉각될 수 있다. 어닐링 처리에 의해 복합시트 내부 조직이 고르게 되고 내부 균열이 제거되며 응력이 제거된다. 어닐링 시간은 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 5~60 분, 바람직하게는 10~30분이 적당하다. 어닐링 챔버를 통과한 복합시트는 다시 냉각되고 일정 크기로 절단되어 탄성롤 시트로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
실시예 1
2단의 배럴과 상하로 인접한 2개의 상부 판형 노즐과 하부 판형 노즐을 구비한 이축 압출기를 준비하였으며, 상부 판형 노즐 및 하부 판형 노즐의 폭은 모두 600㎜ 로 하였다.
상부 압출용 조성물로서 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)를 이용하는 데 있어서, 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO)인 다우케미칼사(The Dow Chemical Company, US)의 INFUSETM 100 중량부 당 안료 5 중량부, 자외선 안정제 0.5 중량부 및 산화 방지제 0.5 중량부를 더 포함하도록 하여 탄성롤 상부 시트를 성형하였다.
이와 동시에 하부 압출용 조성물로서 SBS 블록 공중합체 100 중량부, 고밀도 폴리에틸렌 50 중량부, 입도가 500㎛ 이하인 폐 가황 EPDM 고무 분말 100 중량부, 미네랄 오일로써 유동 파라핀 100 중량부, 입도가 10㎛ 이하인 탄산칼슘 분말 200 중량부 및 발포제로 아조디카본아미드 15 중량부를 혼련하여 하부 압출용 조성물을 준비하고 하부 판형 노즐을 통해 압출 및 발포시켜 하부 압출 발포 시트로 성형하였다.
이때, 압출 온도는 약 200~210℃이었고, 압출 속도는 스크루 속도를 기준으로 500 rpm로 하였다.
이후 하부 압출 발포 시트 위에 상부 압출 발포 시트를 적층하고 상부 가압 롤러 및 하부 가압 롤러 사이로 통과시켜 상부 압출 발포 시트와 하부 압출 발포 시트를 압연 및 접착시키고 복합시트를 수득하였다. 이때, 상부 가압 롤러 표면에는 다수의 굴곡으로 이루어진 엠보싱 패턴이 형성시켰으며, 하부 롤러 표면에는 격자 형태로 반복되는 다수의 돌기 패턴이 형성되도록 하였다. 이로 인해 복합시트 상부 표면에는 다수의 굴곡이 형성되고, 복합시트 하부 표면에는 격자 형태로 반복되는 다수의 홈이 형성되었다.
이후, 복합시트를 냉각 롤러(표면에 냉각수가 흐르는 롤러)에 통과시켜 냉각하고 어닐링 챔버에서 약 80℃의 온도로 약 15분 동안 어닐링하여 바닥재인 탄성롤 시트를 제조하였다.
제조된 탄성롤 시트를 이용하여 300mm×300mm의 시편을 제조하여 각각의 물성을 실험하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 실시하되,
상부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 인 다우케미칼사(The Dow Chemical Company, US)의 ENGAGETM 100 중량부 당 안료 5 중량부, 자외선 안정제 0.5 중량부 및 산화 방지제 0.5 중량부를 포함하도록 하여 탄성롤 시트를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 실시하되,
상부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)로, 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO)인 다우케미칼사(The Dow Chemical Company, US)의 INFUSETM 와 SBS 블록 공중합체(styrene-butadiene-styrene block copolymer)를 동일한 중량의 비율로 혼합하였으며, 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 안료 5 중량부, 자외선 안정제 0.5 중량부 및 산화 방지제 0.5 중량부를 포함하도록 하였다.
비교예 1
실시예 1의 상부 압출용 조성물에 고밀도 폴리에틸렌 50중량부 및 탄산칼슘 100중량부를 더 포함하도록 하여 제조하였으며,
실시예 1의 하부 압출용 조성물로서, 실시예 1과 같은 제조방법으로 시트를 제조하였다.
비교예 2
실시예 2의 상부 압출용 조성물에 고밀도 폴리에틸렌 50중량부 및 탄산칼슘 100중량부를 더 포함하도록 하여 제조하였으며,
실시예 1의 하부 압출용 조성물로서, 실시예 1과 같은 제조방법으로 시트를 제조하였다.
※ 탄성롤 시트의 물성 시험
(1) 내마모성
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 탄성롤 시트에 대해 내마모 측정기(제품명 : Rotary Abraser; 공급자 : Taber사)를 이용하여 내마모성을 측정하였다(규격 : ASTM D3389-05 변형 규격).
또한, 대조군으로 연속 가황 장치인 로토큐어(Rotocure)를 이용하여 가황 공정에 의해 제조된 탄성롤 시트(제품명 : Super X Performance 13㎜; 공급사 : Mondo사, 미국; 주요성분 : 천연고무인 NR과 합성고무인 BR, SBR, EPDM 소재)를 사용하였다.
탄성롤 시트를 직경 150㎜ 크기의 시험편으로 제작하고, 여기에 1 ㎏f의 추가 달린 연마석 롤러를 회전시키고, 회전수에 따른 마모 정도를 관찰하였다. 마모 전/후의 중량을 측정하였고, 마모율을 다음과 같은 식으로 계산하였으며, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
마모율(%) = (시험 전 시험편 중량 - 시험 후 시험편 중량)×100/시험 전 시험편 중량
구 분 마모율(회전수는 1000회 실시)
실시예 1 1.88%
실시예 2 1.96%
실시예 3 1.98%
비교예 1 2.54
비교에 2 2.68
대조군 2.01
(2) 형태 안정성
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 탄성롤 시트를 약 60℃의 열풍 건조기에 보관하면서 시간의 경과에 따른 길이 변화를 관찰하였고, 아래와 같은 치수변화율을 계산하여 형태 안정성을 평가하였다. 또한, 대조군으로 연속 가황 장치인 로토큐어(Rotocure)를 이용하여 가황 공정에 의해 제조된 탄성롤 시트(제품명 : Super X Performance 13㎜; 공급사 : Mondo사, 미국; 주요성분 : 천연고무인 NR과 합성고무인 BR, SBR, EPDM 소재)를 사용하였고, 형태 안정성 시험 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
치수 변화율(%) = (변화 전 길이 - 변화 후 길이)×100/변화 전 길이
구 분 경과시간(21일후 측정)
실시예 1 MD 방향 0.88
CD 방향 0.34
실시예 2 MD 방향 0.78
CD 방향 0.45
실시예 3 MD 방향 0.48
CD 방향 0.34
비교예 1 MD 방향 1.35
CD 방향 1.45
비교예 2 MD 방향 1.29
CD 방향 1.54
대조군 MD 방향 1.02
CD 방향 0.37
상기 표 1에서 "MD 방향"은 탄성롤 시트를 구성하는 상부 시트 및 하부 시트의 압출 방향을 의미하고, "CD방향"은 MD 방향과 수직인 방향을 의미한다.
(3) 충격 흡수율 및 수직 변형도
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 탄성롤 시트에 대해 국제 육상 경기 연맹(IAAF)의 "Track Facilities Testing Protocols"에 의거하여 충격 흡수율(Force Reduction) 및 수직 변형도(Vertical Deformation)을 측정하였다. 또한, 대조군으로 연속 가황 장치인 로토큐어(Rotocure)를 이용하여 가황 공정에 의해 제조된 탄성롤 시트(제품명 : Super X Performance 13㎜; 공급사 : Mondo사, 미국; 주요성분 : 천연고무인 NR과 합성고무인 BR, SBR, EPDM 소재)를 사용하였으며, 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
구 분 충격흡수율(%) 수직변형도(mm)
실시예 1 35 1.5
실시예 2 40 1.3
실시예 3 38 1.2
비교예 1 23 0.3
비교예 2 18 0.2
대조군 35 2.0
트랙 시설에 사용되는 탄성롤 시트에 대한 국제 육상 경기 연맹(IAAF)의 충격 흡수율 기준은 35~50%이고, 수직변형도 기준은 0.6~2.5㎜이다.
표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조한 탄성롤 시트 및 대조군으로 사용된 탄성롤 시트는 국제 육상 경기 연맹(IAAF)의 충격 흡수율 및 수직 변형도에 대한 기준을 만족하나, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 탄성롤 시트는 기준을 만족하지 못한다.
(4) 파단 인장강도 및 파단 신장율
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 탄성롤 시트에 대해 국제 육상 경기 연맹(IAAF)의 "Track Facilities Testing Protocols"에 의거하여 파단 인장강도(Tensile Strength at break) 및 파단 신장율 (Elongation at break)을 측정하였다. 또한, 대조군으로 연속 가황 장치인 로토큐어(Rotocure)를 이용하여 가황 공정에 의해 제조된 탄성롤 시트(제품명 : Super X Performance 13㎜; 공급사 : Mondo사, 미국; 주요성분 : 천연고무인 NR과 합성고무인 BR, SBR, EPDM 소재)를 사용하였으며, 그 결과를 아래의 표 4에 나타내었다.
구 분 파단 인장강도(MPa) 파단 신장율(%)
실시예 1 1.1 180
실시예 2 1.0 190
실시예 3 1.2 220
비교예 1 0.8 85
비교예 2 0.7 32
대조군 1.0 98
트랙 시설에 사용되는 탄성롤 시트에 대한 국제 육상 경기 연맹(IAAF)의 파단 인장강도 기준은 0.5㎫ 이상이고, 파단 신장율 기준은 40% 이상이다.
표 4에서 확인한 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조한 탄성롤 시트 및 대조군으로 사용된 탄성롤 시트는 국제 육상 경기 연맹(IAAF)의 파단 인장강도 및 파단 신장율에 대한 기준을 만족하나, 비교예 2에서 제조한 탄성롤 시트는 파단 신장율 기준을 만족하지 못하였다.
(5) 스파이크 저항성 실험
육상트랙으로 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 2에서 제조한 탄성롤 시트를 바닥재로 사용하고 스파이크화를 신고 50회 왕복후에 표면을 관찰하였다.
실험 후의 탄성롤 시트의 표면사진을 도 3에 나타내었다.
도 3을 살펴보면, 실시예 1 내지 실시예 3의 상부시트는 표면의 마모가 관찰되지 않았으며, 백화현상이 발생되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
이에 비해 비교예 1 내지 비교예 2의 상부 시트 표면은 스파이크에 의한 백화현상을 관찰할 수 있어 외관상 문제점이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (17)

  1. 상부 시트 및 상기 상부 시트에 접착되어 일체화된 하부 시트를 포함하는 복합시트로 구성되고,
    상기 상부 시트를 구성하는 상부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 로 이루어지며,
    상기 하부 시트를 구성하는 하부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 폴리올레핀 10~100 중량부, 가황 고무 분말 20~200 중량부, 미네랄 오일 20~200 중량부, 탄산칼슘 100~350 중량부 및 발포제 5~30 중량부를 포함하는 하부 압출용 조성물의 압출 발포 시트이고,
    상기 상부 압출용 조성물을 이루는 상기 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO), 열가소성 스티렌(ThemoPlastic-Styrene, TPS), 열가소성 우레탄(ThermoPlastic-Urethan, TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic-PolyEster-Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리아미드(ThermoPlastic-PolyAmide, TPA) 중 하나 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO), 열가소성 스티렌(ThemoPlastic-Styrene, TPS), 열가소성 우레탄(ThermoPlastic-Urethan, TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic-PolyEster-Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리아미드(ThermoPlastic-PolyAmide, TPA) 중 하나 또는 그 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 안료 5~30 중량부, 자외선 안정제 0.1~3 중량부 및 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 가황 고무 분말은 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말은 입도가 500㎛ 이하이며, 표면은 미세 다공성 공극구조를 가지는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 발포제는 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 또는 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate)인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성롤 시트가 육상 트랙으로 사용되는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트.
  9. 탄성롤 시트를 제조하는 방법에 있어서,
    서로 인접한 상부 판형 노즐과 하부 판형 노즐을 구비한 압출기를 준비하는 단계;
    열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)로 상부 압출용 조성물을 준비하는 단계;
    하부 압출용 조성물로 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 폴리올레핀 10~100 중량부, 가황 고무 분말 20~200 중량부, 미네랄 오일 20~200 중량부, 탄산칼슘 100~350 중량부 및 발포제 5~30 중량부를 혼련하여 하부 압출용 조성물을 준비하는 단계;
    상기 상부 압출용 조성물을 상부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포시켜 상부 압출 발포 시트로 성형하고, 동시에 상기 하부 압출용 조성물을 하부 판형 노즐을 통해 150~250℃의 온도에서 압출 및 발포시켜 하부 압출 발포 시트로 성형하는 단계;
    상기 하부 압출 발포 시트 위에 상부 압출 발포 시트를 적층하고 상부 가압 롤러 및 하부 가압 롤러 사이로 통과시켜 상부 압출 발포 시트와 하부 압출 발포 시트를 압연 및 접착시키고 복합시트를 수득하는 단계; 및
    상기 복합시트를 50~120℃의 온도에서 어닐링하는 단계;를 포함하되,
    상기 상부 압출용 조성물에 포함되는 상기 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO), 열가소성 스티렌(ThemoPlastic-Styrene, TPS), 열가소성 우레탄(ThermoPlastic-Urethan, TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic-PolyEster-Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리아미드(ThermoPlastic-PolyAmide, TPA) 중 하나 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)는 SBS 블록 공중합체(styrene-butadiene-styrene block copolymer) 또는 올레핀 블록 공중합체(olefinblock copolymer)을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 상부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 안료 5~30 중량부, 자외선 안정제 0.1~3 중량부, 또는 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 하부 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE) 100 중량부 당 산화 방지제 0.1~3 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 가황 고무 분말은 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 분말은 입도가 500㎛ 이하이며, 표면은 미세 다공성 공극구조를 가지는 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 하부 압출용 조성물에 포함되는 발포제는 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 또는 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate)인 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 상부 가압 롤러 표면에는 다수의 돌기 또는 굴곡으로 이루어진 엠보싱 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 하부 롤러 표면에는 격자 형태로 반복되는 다수의 돌기 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 탄성롤 시트의 제조방법.
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