KR101450242B1 - 도전성 금속을 포함하는 대전 방지용 인조잔디 충진용 코팅칩 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대전 방지용 인조잔디 충진용 코팅칩 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잔디 사용자의 몸에 달라붙는 현상을 방지할 수 있는 대전 방지용 친환경 인조잔디 충진용 고무 코팅칩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 재생 또는 신재 고무칩의 표면에, 고무칩 100 중량부에 대해서 도전성 금속 입자 0.01~0.1 중량부, 친수성 섬유 0.5~1 중량부와 생분해성 섬유 0.5~1 중량부 및 바인더 혼합물 15-30 중량부로 이루어진 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 대전 방지성 인조 잔디 충진재 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 인조 잔디 충진재는 소량의 도전성 물질을 포함하면서도 장시간 수분을 함유할 수 있어 소정의 대전 방지성 효과를 가지는 새로운 인조 잔디 충진재가 제공되었다.

Description

도전성 금속을 포함하는 대전 방지용 인조잔디 충진용 코팅칩 및 그 제조방법{Environmental-Friendly Elastic Chips Comprising conductive metal for Artificial Loess}

본 발명은 도전성 금속을 포함하는 대전 방지용 인조잔디 충진용 코팅칩 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잔디 사용자의 몸에 달라붙는 현상을 방지할 수 있는 대전 방지용 친환경 인조잔디 충진용 고무 코팅칩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 초등학교나 중·고등학교 및 각 지자체 운동장에, 사용 중 안전 사고를 방지하고, 조경적 효과를 얻기 위해 인조잔디 구장을 시공하고 있다. 인조 잔디 구장은 풀과 같은 형상의 모형 잔디와 탄성을 제공하기 위한 충진재로 구성되며, 충진재로는 각종 탄성칩이 사용되고 있다. 초기에는 폐타이어나 산업용 폐고무와 같은 폐자재를 이용하였으나, 폐자재에 포함된 폐기물 성분들이 건강 또는 환경적 문제에 대한 우려로 사용이 급격히 감소하고 있다. 대신, 우레탄 고무와 같은 신재 고무칩을 이용한 충진재가 개발되어 사용되고 있다.

이 태흥 등에 허여된 대한민국 특허 제780229호에서는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩으로서 스티렌계 블록 공중합체와 올레핀 중합체, 프로세스 오일, 수지안정제 및 안료를 포함하는 새로운 열가소성 탄성체 수지 조성물을 개시하고 있다.

마 명열 에게 허여된 대한민국 특허 제995211호에서는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩으로서 열가소성(thermoplastic) 탄성체와 코르크 분말, 합성수지, 무수말레인산으로 그래프트 공중합(Graft copolymer)된 엘라스토머(elastomer), 유동파라핀(folw paraffin) 또는 미네랄오일, 및 무기물을 포함하는 코르크계 탄성칩을 개시하고 있다.

주식회사 케이스포원에게 허여된 대한민국 특허 제1122268호에서는 천연고무를 녹여 첨가물의 혼합을 위한 폴리염화알루미늄의 연화제와 소립자구성을 위한 폴리염화알루미늄의 응집제와 상기 천연고무와 천연황토분말과의 융합을 위한 구루타르알데히드 가교제와 가교제의 촉진을 위한 스테아린 산을 가교촉진제 및 카본블랙의 가교촉진조제와 태양열에서 노화되지 않게 하는 페닐베타나프틸아민을 햇빛균열노화방지제로 첨가한 후 상기 천연고무와 동량을 서서히 투입하면서 교반하며 배합된 조성물을 고온성형기를 이용하여 매트로 제조하고, 이를 절단기로 절단하여 인조잔디용 충진재를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

이러한 신재를 이용하는 방식 대신, 폐제품을 처리하여 인조잔디용 충진재로 사용하는 방법들도 개발되고 있다. 주식회사 그린켐에 허여된 특허 제869585호에서는 인조잔디 식재처 충진용 칩으로서, 폐자재 중에서 선별된 0.5∼1.0 ㎜의 입도를 갖는 폴리우레탄고무 칩(chip)고무칩 30∼90 중량%와 0.1∼1.0 ㎜의 입도를 갖는 황토 분말 10∼70 중량%를 혼합하고, 여기에 폴리우레탄수지 용액을 첨가하여 재차 혼합하여 0.8㎜ ∼ 2.0㎜의 크기를 갖는 충진용 칩을 얻는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이러한 방식은 무기물인 황토 가루와 유기물인 폐우레탄칩 사이에 상용성이 떨어져, 폴리우레탄 수지 용액으로 양자를 붙여 놓더라도 부서져 미분화되기 쉽고, 비가 올 경우 유실되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 황토의 사용량이 과다하여 잔디 구장에 적합한 색상을 발현하기도 어렵다는 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 된다.

최근에는 대전 방지성과 같은 고기능성의 인조 잔디 충진재에 대한 요구가 나타나고 있다. 인조 잔디에서 넘어질 경우, 고무를 주성분으로 하는 인조 잔디 충진재들이 정전기에 의해서 몸에 달라붙어 잘 떨어지지 않는 문제를 개선할 수 있는 방안에 대한 요구도 이루어지고 있다.

대전 방지제를 혼합하여 칩을 제조하는 것이 가능하나, 고가의 대전 방지제의 사용으로 인한 원가 상승이 문제된다. 또한, 운동장에 포설해서 장시간 사용시에는 표면으로 유동된 대전방지제가 유실되어 대전 방지성이 낮아지게 된다.

이에 따라, 인조 잔디 충진재에 대전 방지성을 부여하면서도 소량의 대전 방지제를 사용하여 원가 경쟁력을 유지할 수 있는 대전 방지성 인조 잔디 충진재에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명자는 이러한 요구에 부응하여 대한민국 특허 출원 10-2013-0148544호에서 대전방지용 인조잔디 충진용 코팅칩 및 그 제조 방법에 관해서 출원한 바 있으나, 보다 개선된 성능이 요구되고 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 도전성 금속을 포함하는 대전 방지용 인조 잔디 충진용 칩의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 도전성 금속을 포함하는 대전 방지용 인조 잔디 충진용 칩을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 재생 또는 신재 고무칩의 표면에, 고무칩 100 중량부에 대해서 도전성 재료 0.001~0.1 중량부, 친수성 섬유 0.5~1 중량부와 생분해성 섬유 0.5~1 중량부 및 폴리우레탄 바인더 혼합물 15-30 중량부로 이루어진 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 대전 방지성 인조 잔디 충진재 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 일 측면에서, 재생 또는 신재 고무칩의 표면에, 고무칩 100 중량부에 대해서 도전성 재료 0.001~0.1 중량부, 친수성 섬유 0.5~1 중량부와 생분해성 섬유 0.5~1 중량부 및 바인더 혼합물 15-30 중량부로 이루어진 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 대전 방지성 인조 잔디 충진재를 제공한다.

이론적으로 한정된 것은 아니지만, 코팅층에 포함된 친수성 섬유는 표면의 수분이 코팅층 내부로 흡수되는 통로를 제공하여 습기가 빠져나가지 않도록 하여 소량의 도전성 입자와 함께 대전 방지성을 높여주는 역할을 하게 되며, 생분해성 섬유는 장시간 사용시 코팅층에서 분해되어 빠져 나감으로서 코팅층에 공극을 형성하여 습기의 흡수 및 저장성을 높여주어 별도의 소량의 대전 방지제를 사용하면서도, 비나 눈 또는 공기나 대지의 습기를 이용하여 소정의 대전 방지성을 나타낼 수 있게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 고무칩은 폐고무, 페타이어 등을 분쇄하여 얻어지는 재생 고무칩이나 폴리우레탄, EPDM(이피디엠)과 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, 이피디엠, 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. 본 발명에 있어서, 상기 고무칩 크기는 인조 잔디 충진재로 사용시 강도와 탄성율과 인장 특성 등을 고려하여 1-10 mm 정도의 직경, 바람직하게는 2-5 mm 정도의 직경을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 도전성 재료는 도전성을 가지는 나노 입자 또는 마이크로 입자를 의미하는 것으로 이해되며, 바람직하게는 고무칩과 유사하게 탄성을 가질 수 있도록 팽창 흑연을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 높은 도전성을 가지도록 표면 개질된 팽창 흑연을 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 팽창 흑연은 대한민국 특허 공개 제10-2012-0055010호에서 개시된 방법에 의해서 고도전성을 가지도록 개질될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 친수성 섬유는 물과 친화성이 있는 섬유이며, 레이온, 코튼, 펄프 등이다. 특히 물과의 친화성이 높은 점, 섬유가 길고 액체 흡수 코어로서 소정 형상으로 성형하는 것이 용이하여 작업성의 면에서 뛰어난 점으로 레이온이 매우 적합하게 이용된다.

또, 본 발명에 이용되는 물 흡수성 섬유로서는, 폴리비닐 알코올이나 폴리 아크릴산 나트륨과 같은 물 흡수성 합성 섬유, 폴리비닐 알코올이나 폴리 아크릴산 나트륨을 다른 합성 섬유에 첨착, 코팅 등의 처리를 한 것을 들 수 있다. 상품명으로서는 「란실」(토요 방적(주))을 들 수가 있다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 친수성 섬유의 직경은, 바람직하게는 200-500 마이크로미터, 바람직하게는 250~400 마이크로미터, 가장 바람직하게는 300 마이크로미터가 좋다. 또한 상기 친수성 섬유의 길이는 500~2500 마이크로미터가 적합하며, 상기 약 5~10 배 정도의 길이를 가지는 것이 좋다.

본 발명에 있어서, 상기 생분해성 섬유는 생분해되는 물질로 만들어

진 섬유상의 물질을 의미하며, 일 예로 감자 및 옥수수 전분의 발효로부터 얻어진

젖산(lactic acid)로 만들어진 생분해성 합성 섬유인 폴리락틱엑시드(Polylactic

acid(PLA))를 사용할 수 있다. 본 발명의 다른 실시에 있어서, 상기 생분해성 섬

유로는 재생 셀룰로스(cellulose) 섬유로서 셀룰로스(cellulose)를 위한 새로운 비

수용성 용제인 무독성 N-메틸-몰롤린-N-옥사이드(N-methyl-morpholine-NOxide(

NMMO))를 적용한 텐셀(Tencel)이다. NMMO 모노하이드레이트(monohydrate) 에

용해된 목재 펄프(Pulp) 용액을 희석된 수용성 NMMO 속으로 방사하여 얻어지며, 용

매는 완전 회수되기 때문에 환경친화적이다. 이러한 섬유는 텐셀(Tencel

(Coutaulds사))이라고 불리며, 텐셀(Tencel)은 6주 후에 완전히 분해된다.

본 발명에 있어서, 상기 생분해성 섬유는 100 마이크로미터 미만의 직경을 가지는 섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 바람직하게는 50~80 마이크론이다. 상기 관로가 너무 좁게 형성될 경우 제조하기가 쉽지 않고, 상기 관로가 너무 넓을 경우 모세관 현상에 의해서 수분이 머물지 못하고 쉽게 빠져나올 우려가 있다. 상기 생분해성 섬유의 길이는 상기 친수성 섬유와 유사하게 500~2500 마이크로미터가 적합하다.

본 발명에 있어서, 상기 바인더는 우레탄 또는 아크릴 바인더를 사용할 수 있으며, 수성 타입이나 유성 타입을 전부 사용할 수 있으며, 우레탄은 습기경화형과 같은 일액형 타입을 사용한 것도 가능하며, 별도의 가교제가 필요한 이액형 타입도 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 코팅층은 색상 조절을 위해서 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 안료는 녹색등의 색상 코팅칩을 형성할 수 있도록 녹색 등을 발현할 수 있는 유기 또는 무기 안료를 사용할 수 있다. 상기 안료는 고무칩 100 중량부에 대해서 바람직하게는 0.1~1 중량부, 보다 더 바람직하게는 0.2~0.5 중량부를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 코팅층은 흡수된 습기를 저장할 수 있도록, 제올라이트를 더 포함할 수 있다. 상기 제올라이트는 소성된 상태의 X형 제올라이트를 사용하는 것이 바람직하며, 0.1~10 마이크론 직경의 입자를 사용하는 것이 좋다. 상기 제올라이트는 고무 100 중량부에 대해서 0.1~1.0 중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 코팅층 내에서 친수성 섬유에 접촉하여 친수성 섬유를 통해서 유입된 수분을 저장하게 되며, 생분해성 섬유의 분해 후 형성되는 미세 관로에 노출되어 미세관로를 통해서 유입되는 수분을 저장하게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 코팅층에는 제올라이트와 같은 무기물이 바인더에 대한 상용성을 높일 수 있도록 소량의 상용화제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 제올라이트에 포함된 다량의 실리카와 바인더 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 0.1-0.2 중량부의 범위로 사용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 코팅층은 수분의 흡수와 생분해성 섬유의 분해에 따른 다공성 관로에 견딜 수 있도록 300-1000 마이크로미터, 바람직하게는 600~900 마이크로미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 코팅층의 두께가 지나치게 얇으면 수분을 충분히 담지하지 못하고 증발되어 대전 방지성이 저하된다.

본 발명에 따른 인조 잔디 충진재는 인조 잔디 구장의 충진재로 포설되어, 천연색 잔디 구장을 제공하게 된다.

본 발명에 의한 인조 잔디 충진재는 소량의 도전성 물질을 포함하면서도 장시간 수분을 함유할 수 있어 소정의 대전 방지성 효과를 가지는 새로운 인조 잔디 충진재를 제공한다. 또한, 섬유의 혼합으로 인해 신율이 좋아져 내구성이 높아지게 된다.

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

전도성 팽창 흑연의 제조

500 mL 비이커에 삼전화학에서 구입한 황산구리 5수화물(CuSO4?5H2O) 10 g과 첨가제로서 알드리치의 폴리비닐피롤리돈(PVP) 1.0 g과 나이콘소재(주)에서 구입한 나프탈렌 설폰산염 0.2 g을 측량하고, 약 350 mL의 증류수를 공급한 후 교반하여 황산구리 및 첨가제를 완전 용해하였다.

황산구리가 용해된 용액에 상기 제조예에서 제조된 팽창흑연 10 g을 측량하고, 연속적으로 교반하였으며, 다른 비이커 200 mL에 상기 황산구리 5수화물을 구리로 환원시키기 위한 화학양론적인 4수소화붕산나트륨(NaBH4)의 양을 측량하고 교반하여 완전 용해하였다.

팽창흑연과 구리염이 혼합된 용액을 연속 교반하면서 수소화붕산나트륨이 포함된 환원제를 25℃의 상온에서 천천히 적가(Dropping)한 후 1시간 동안 교반 후 여과 및 세척한 다음 100℃의 드라이오븐에서 완전 건조하여 팽창흑연 표면에 구리가 코팅된 전도체 분말을 제조하였다.

녹색의 대전 방지성 인조 잔디 충진재 칩의 제조

전도체 분말 10 g과 50 마이크론 직경의 생분해성 섬유 Tencel를 1 mm 길이로 절단한 생분해성 섬유 성분과 200 g과 200 마이크론 직경의 친수성 레이온 섬유를 2mm 길이로 절단한 친수성 섬유 성분 300 g을 폴리우레탄 바인더 20 kg에 혼합하여 코팅액을 제조하였다.

원통형 반응기에 입경 2-3 mm 정도의 폐우레탄칩 100 kg을 투입하고, 교반하면서 반응기 온도를 60 ℃로 승온시켰다. 상기 제조된 코팅액을 녹색 안료 500 g을 혼합한 후, 2시간에 걸쳐서 서서히 적하시키고, 80 ℃로 승온하여 5시간 동안 교반하였다. 이후 온도를 서서히 내린 후 교반하면서 온도를 8시간 동안 유지하여 녹색 외관을 가지는 대전 방지성 인조 잔디 충진재 칩을 제조하였다.

실시예 2

폴리우레탄 바인더의 함량을 30 kg으로 증량한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

실시예 3

코팅액에 X형 제올라이트 200 g과 메틸트리메톡시실란 100 g을 추가로 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 제조하였다.

실시예 4

80 마이크로미터 직경의 생분해성 섬유 텐셀(Tencel)과 300 마이크로미터 직경의 레이온 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 같이 제조하였다.

비교실시예 1

친수성 섬유와 생분해성 섬유 및 전도성 분말을 사용하지 않을 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

비교실시예 2

친수성 섬유와 생분해성 섬유를 사용하지 않고, 대신 음이온 대전방지제인 American Hoechst 사의 Hostastat HS1 500g을 투입하여 코팅하였다.

물성 측정

실시예 1~4 및 비교실시예 1~2의 제조된 녹색의 인조잔디 충진재 100 중량부와 이액형 폴리우레탄 바인더 30 kg을 혼합하여 5 cm 두께로 포설하고 100 ℃ 정도의 온도로 압착하여 물성 측정용 시료를 제조하고, 이를 측정하고 표 1에 기재하였다.

항목	실시1	실시2	실시3	실시4	비교1	비교2
인장강도(Mpa)	0.66	0.65	0.70	0.69	0.64	0.63
신율(%)	93	92	91	89	64	60
인장응력(MPa)	0.50	0.54	0.52	0.56	0.50	0.55
경도(HS)	43	43	50	53	45	42
대전방지성	양호	양호	양호	양호	불량	양호
장기 흡수성	양호	양호	양호	양호	불량	감소
색상	녹색	녹색	녹색	녹색	녹색	녹색

대전방지성은 칩을 80 ℃에서 상대습도 0%에서 24시간 건조 후, 25℃ 상대습도 50 % 환경에 10시간 유지 후, 건조한 ABS 수지판자를 옷감에 넣어 10회 문지른 후, 칩에서 10 cm 거리에 고정한 후, ABS판자에 붙는 칩의 정도로 대전성 판단함.

대전성 양호 : 거의 붙지 않음.

대전성 불량 : 50 % 이상 붙음.

대전성 감소 : 양호와 불량 사이

장기흡수성은 칩을 6개월 포설 후, 칩을 80 ℃에서 상대습도 0%에서 24시간 건조 후, 25℃ 상대습도 50 % 환경에 10시간 유지 후 표면저항 측정.

색상: 칩 표면의 외관을 육안 관찰함.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 재생 또는 신재 고무칩의 표면에, 상기 고무칩 100 중량부에 대해서, 도전성 물질 0.01~0.1 중량부, 레이온,코튼, 펄프, 폴리비닐 알코올, 폴리 아크릴산 나트륨으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되는 친수성 섬유 0.5~1 중량부와, 폴리락틱엑시드 또는 텐셀에서 선택되는 생분해성 섬유 0.5~1 중량부 및 바인더 15-30 중량부로 이루어진 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 대전 방지용 인조 잔디 충진재.
7. 제6항에 있어서, 상기 도전성 물질은 금속으로 표면 처리된 팽창 흑연인 것을 특징으로 하는 대전 방지용 인조 잔디 충진재.