KR101705258B1 - 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법 - Google Patents

우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존에 설치된 육상트랙의 표층만 제거한 상태에서 우레탄 포장을 덧씌우는 방식으로 이루어지되, 표층 절삭시 발생하는 폐우레탄 분말을 재사용하여 시공 원가를 낮출 수 있는 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 관한 것이다.

Description

우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법{Running track construction method for recycling polyurethane}
본 발명은 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존에 설치된 육상트랙의 표층만 제거한 상태에서 우레탄 포장을 덧씌우는 방식으로 이루어지되, 표층 절삭시 발생하는 폐우레탄 분말을 재사용하여 시공 원가를 낮출 수 있는 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 관한 것이다.
폴리우레탄 트랙은 주로 육상 경기를 위하여 시공된다. 이는 신체에 미치는 충격을 최소화 하여 경기자를 부상으로부터 보호하고 경기력 향상을 통해 기록단축에 이바지한다.
종래, 폴리우레탄 트랙은 하부층부터 상부층의 순서로 연질/반경질 폴리우레탄 층 시공, 표면에 요철이 형성된 엠보싱 폴리우레탄층의 순서로 시공되는 것이 일반적이다.
상기 연질/반경질 폴리우레탄 층 시공에 사용되는 폴리우레탄 수지 조성물은 일반적으로 주제와 경화제의 이액형 타입으로 구성되어 있다.
2액형 폴리우레탄(Polyurethane)은 경화 후 분자 간 화학결합에 의해 3차원 망상구조를 형성하게 된다. 또한 외부 힘에 의하여 탄성체가 변형되어도 원래대로 회복하는 성질이 강하다고 알려져 있다. 특히, 열가소성 탄성체에 비하여 변형이나 열에 대한 내구성이 좋고 폴리우레탄 도료는 사용목적에 따라 알키드 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올 및 아크릴 폴리올 등으로 분류하고 있다.
그리고 시공시 현장에서 주제와 경화제를 소정의 배합비로 혼합하여 반응시키면 폴리올과 이소시아네이트가 반응하여 분자량이 급격히 증가하면서 폴리우레탄 중합체를 형성하게 된다.
한편, 엠보싱 폴리우레탄 층의 시공은 반경질 폴리우레탄층 시공과 연계하여 진행된다. 즉, 연질 폴리우레탄 층 및 반경질 폴리우레탄 층을 소정 두께로 시공하여 경화시킨 다음, 엠보용 폴리우레탄 수지와 탄성 고분자 우레탄 칩을 혼합한 혼합물을 상기 반경질 폴리우레탄 층에 살포하고 경화시켜 이루어질 수 있다.
이와 같이 형성된 연질 폴리우레탄 층 및 반경질 폴리우레탄 층을 포함하는 종래의 폴리우레탄 트랙의 충격 흡수율은 약 35% 미만으로 충분하지 않아서 운동자의 관절 등에 무리를 주는 문제점이 있다. 즉 종래의 폴리우레탄 트랙의 충격 흡수능은 더욱 증가되어야 할 필요가 있다.
한편, 상기한 바와 같이 폴리우레탄 수지가 경화되기 전에 수지 상부에 탄성고분자 칩을 살포하여 엠보싱 표면을 형성하는 종래의 시공방식에서는 폴리우레탄 수지의 점도가 경화의 진행도에 따라 변화하기 때문에 탄성고분자 칩이 폴리우레탄 수지층으로 침투되는 정도가 다르게 되므로 표면에 고착되는 탄성고분자 칩의 고착 정도를 조절하는 것이 매우 어려운 문제점이 있다. 또한 탄성고분자 칩이 표면에 약하게 고착된 경우에는 작은 충격에 의해서도 폴리우레탄 수지층으로부터 쉽게 이탈되는 문제점이 있으며, 탄성고분자 칩이 폴리우레탄 층 내부로 많이 침투하여 고착된 경우에는 표면에 요철이 부여되지 않는 문제점이 있다. 이와 같은 경우에는 탄성고분자 칩의 이탈과 파손이 쉽게 발생하여 균일한 상태의 표면을 유지할 수 없으며, 하자보수 및 극단적인 경우에는 재시공을 해야 한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-0603813호에는 도 3을 참조하면 망상 구조의 네트웍(reticulated network)을 형성하는 기공들이 구비되어 있으며, 제1 경도를 갖는 제1 폴리우레탄층; 상기 제1 폴리우레탄층 상에 형성되어 있으며, 상기 제1 경도 보다 큰 제2 경도를 갖는 제2 폴리우레탄층; 상기 제2 폴리우레탄층 상에 형성되어 있으며 그 표면에 요철이 형성되어 있는 제3 폴리우레탄층으로서, 상기 제3 폴리우레탄층을 이루는 폴리우레탄 수지 100 중량부를 기준으로, 흄드 실리카, 탄산 칼슘, 표면코팅된 탄산 칼슘, 탈크, 카본블랙, 이산화티타늄 또는 이들의 혼합물의 요변성 강화 충전제 10 내지 50중량부 및 평균직경 1 내지 10 mm의 탄성고분자칩 5 내지 50중량부를 포함하는 제3 폴리우레탄층; 및 상기 제3 폴리우레탄층상에 형성되어 있는 제4 폴리우레탄층으로서, 상기 제4 폴리우레탄층을 이루는 폴리우레탄 수지 100 중량부를 기준으로, 실리카, 규사, 톱밥, 황토 또는 이들의 혼합물의 미끄럼방지용 충전제 2 내지 20중량부를 포함하는 제4 폴리우레탄층을 포함하는 폴리우레탄 트랙이 개시되어 있다.
다만, 상기 등록특허는 시공 과정이 복잡하고, 시공 시간 및 비용이 현저히 상승하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-0603813호
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존에 설치된 육상트랙의 표층만 제거한 상태에서 우레탄 포장을 덧씌우는 방식으로 이루어지되, 표층 절삭시 발생하는 폐우레탄 분말을 재사용하여 시공 원가를 낮출 수 있는 폐기물우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법은 우레탄으로 이루어지고 기존에 시공된 육상트랙 표면을 세척하는 S1단계와; 상기 육상트랙 표면을 건조하는 S2단계와; 상기 육상트랙 표층을 절삭하고, 절삭을 통해 얻어지는 재활용 우레탄 분말을 마련하는 S3단계와; 폴리올을 포함하는 주제와, 이소시아네이트를 포함하는 경화제 및 상기 재활용 우레탄 분말을 소정 비율로 혼합한 조성물을 마련하는 S4단계와; 상기 절삭된 육상트랙 표면에 상기 조성물을 도포하고 양생하는 S5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 있어서, S3단계는 상기 절삭된 육상트랙 표면 두께는 기존에 시공된 육상트랙 전체 두께를 기준으로 30~40%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 있어서, S4단계에서 상기 주제, 경화제 및 재활용 우레탄 분말은 1 : 2.5~3.0 : 2~5의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 있어서, 주제에 포함된 폴리올은, 아크릴 폴리올, 알키드 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 변성 아크릴 폴리올 중 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 있어서, 경화제에는 Gd2O3 분말과, Bi2O3가 소정 중량비로 혼합된 촉매를 더욱 포함하되, 상기 촉매는 상기 경화제 100중량부를 기준으로 0.1~1중량부이며, 상기 코어쉘 구조의 Bi2O3은, methyltriethoxysilane : 에틸렌 : 물 : HClO4 : cetyltrimethylammoniumbromide : Bi의 몰비가 1 : 3~5 : 50~60 : 0.1~1 : 0.1~0.5 : 0.7로 이루어지는 용액을 형성한 다음, 분무기에 의해 에어로졸 액적을 만들고, 건조 및 소정하여 cetyltrimethylammoniumbromide를 제거하는 과정을 거쳐 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 있어서, Gd2O3 나노 분말과, 코어쉘 구조의 Bi2O3의 중량비가 1 : 1±0.1인 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법에 의하면, 기존에 설치된 육상트랙의 표층만 제거한 상태에서 우레탄 포장을 덧씌우는 방식으로 이루어지되, 표층 절삭시 발생하는 폐우레탄 분말을 재사용하여 시공 원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법의 일실시예를 도시하는 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법을 설명하는 개략도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법의 일실시예를 도시하는 공정도이며, 도 2는 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법을 설명하는 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법은 육상 트랙 보수 공사시에 발생하는 우레탄 절삭 분말을 폐기하지 않고 재활용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 보수 대상인 육상트랙(10)은 우레탄 포장재로 이루어지는데, 일반적으로는 아스콘(A) 상에 시공되며, 크게 대략 11mm 두께의 하부 연질층(11)과, 2mm 두께의 표층(13)으로 이루어지며, 상기 표층(13)은 상기 하부 연질층(11) 상에 형성되는 반경질층(13a) 및 엠보싱층(13b)으로 구성될 수 있다.
본 발명에서는 하부 연질층을 제외한 표층(13)을 절삭하여 제거한 상태한 다음 절삭면(14) 상에 새로운 표층(15)을 덧씌우게 되는데, 여기서 절삭되는 표층은 반경질층의 전부 또는 일부와, 엠보싱층인 것을 예시할 수 있으며, 이하에서는 반경질층의 일부와, 엠보싱층 전부를 절삭하는 것을 설명하도록 한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법은 우레탄으로 이루어지고 기존에 시공된 육상트랙 표면을 세척하는 S1단계와, 상기 육상트랙 표면을 건조하는 S2단계와, 상기 육상트랙 표층을 절삭하고, 절삭을 통해 얻어지는 재활용 우레탄 분말을 마련하는 S3단계와, 폴리올을 포함하는 주제와, 이소시아네이트를 포함하는 경화제 및 상기 재활용 우레탄 분말을 소정 비율로 혼합한 조성물을 마련하는 S4단계와, 상기 절삭된 육상트랙 표면에 상기 조성물을 도포하고 양생하는 S5단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 S1단계는 고압의 물을 육상트랙 표면에 분사하여 세척하는 과정이며, 상기 S2단계는 세척된 육상트랙 표면을 자연건조하는 과정이다.
상기 S3단계에서는 표층 2~4mm을 절삭하여 제거하는데, 재활용 우레탄 분말은 0.1~3mm의 입경을 가지는 것이 바람직하다.
상기 S4단계는 주제와, 경화제 및 재활용 우레탄 분말을 소정 중량비로 혼합하는 과정이다.
그리고 상기 S4단계에서 상기 주제, 경화제 및 재활용 우레탄 분말은 1 : 2.5~3.0 : 2~5의 중량비로 혼합되는 것을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 본 발명에서는 재활용 우레탄 분말이 전체 조성물 대비 대략 60~80중량% 함유되기 때문에 원가 절감이 큰 도움이 되고, 폐기될 자원을 재활용하기 때문에 폐기물 처리 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
상기 주제는 아크릴 폴리올, 알키드 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 변성 아크릴 폴리올 중 적어도 하나가 선택될 수 있다.
상기 경화제는 폴리이소시아네이트 경화제인 것을 예시할 수 있으며, 상기 경화제 100중량부를 기준으로 1~10중량부 함유되는 경화촉진제 및 0.1~1중량부 함유되는 촉매를 더 함유하는 것을 예시할 수 있다. 기존의 우레탄 합성시 사용되던 경화촉진제에 상기 촉매를 더 포함함으로써, 경화 속도가 10~30% 더 빨라지는 장점이 있다.
구체적으로, 상기 경화촉진제는 비스무스(Bi) 계열인 것을 예시할 수 있다.
상기 촉매는 Gd2O3 분말과, Bi2O3 분말 및 TiO2 분말 중 적어도 하나가 선택되는 것을 예시할 수 있으나, 각각의 분말의 중량비는 1 : 1±0.1 : 1±0.1인 것이 가장 바람직한데, 어느 하나의 분말만 혼합한 경우에는 경화 속도가 증가하지 않은 반면, 3가지 분말을 상기 중량비에 따라 혼합한 경우에만 경화 속도가 빨라진다는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다.
상기 Gd2O3 분말 및 TiO2 분말은 각각 금속 전구체를 액상에서 환원제를 이용하여 환원시켜 평균 입경이 1~100nm인 나노 분말인 것을 예시할 수 있다.
여기서, 상기 금속 전구체는 금속 수소화물(metal hydride), 금속 수산화물(metal hydroxide), 금속 황산화물(metal sulfide), 금속 질산화물(metal nitrate), 금속 질화물(metalnitride), 금속 할로겐화물(metal halide), 금속 알킬화합물, 금속 아릴화합물, 이들의 착화합물(coordination compound) 또는 이들의 조합인 것을 예시할 수 있으며, 금속 전구체 원료 물질은 Gd이다.
상기 환원제는 수산화나트륨(NaOH2), 히드라진 (N2H4), 리튬보로하이드라이드(LiBH4), 소듐보로하이드라이드(NaBH4), 포타슘보로하이드라이드 (KBH4), 리튬알루미늄하이드라이드(LiAlH4), 소듐알루미늄하이드라이드(NaAlH4), 포타슘알루미늄하이드라이드(KAlH4) 또는 이들의 조합인 것을 예시할 수 있다.
상기 Bi2O3 분말은 코어쉘 구조로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 메틸트리에톡시실란(MTES; Methyltriethoxysilane) : 에틸렌 : 물 : HClO4 : cetyltrimethylammoniumbromide : Bi의 몰비가 1 : 3~5 : 50~60 : 0.1~1 : 0.1~0.5 : 0.7로 이루어지는 용액을 형성한 다음, 분무기에 의해 에어로졸 액적을 만들고, 건조 및 소성하여 cetyltrimethylammoniumbromide를 제거하는 과정을 거쳐 이루어지는 것을 예시할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법을 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명한다.
1 . 시편 제작
[실시예 1]
주제로서 아크릴 폴리머 100 중량부, 경화제로서 폴리이소시아네이트 경화제 N3300(스미카바이엘우레탄(주) 제조) 100중량부를 마련한다.
상기 폴리이소시아네이트 경화제에 탄산칼슘 50중량부와, 평균 입경이 3mm인 재활용 우레탄 분말 130중량부와, 경화촉진제로서 DBTDL(dibutyl tin dilaurate) 5중량부와, 촉매로서 Gd2O3 나노 분말 0.2중량부, 코어쉘 구조의 Bi2O3 0.2중량부를 혼합한다.
여기서, Gd2O3 분말은 평균 입경이 80nm이며, 코어쉘 구조의 Bi2O3은, methyltriethoxysilane : 에틸렌 : 물 : HClO4 : cetyltrimethylammoniumbromide : Bi의 몰비가 1 : 3 : 50 : 0.1 : 0.1 : 0.7로 이루어지는 용액을 만든 다음, 분무기로 에어로졸 액적을 만들고, 건조 및 소성하여 cetyltrimethylammoniumbromide를 제거하는 과정을 통해 얻어진다.
이와 같은 조성으로 얻어진 조성물로 가로 30cm × 세로 30cm × 두께 10mm 규격의 시편을 제작하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 촉매로서 평균 입경이 50㎛인 Gd2O3 분말만 사용하고, 코어쉘 구조의 Bi2O3 분말은 사용하지 않은 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 제작하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 촉매로서 코어쉘 구조의 Bi2O3 분말만 사용하고 Gd2O3 분말은 사용하지 않은 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 제작하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 1에서 Gd2O3 나노 분말 및 코어쉘 구조의 Bi2O3 분말을 전혀 사용하지 않은 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 제작하였다.
2. 충격흡수력 및 기계적 강도 시험
실시예 1과 비교예 1~3에서 얻은 시편에 대하여 충격흡수율, 인장강도 및 신장율을 측정하여 이들의 물성을 평가하였으며, 그 결과는 아래 표 1에 나타낸다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
충격흡수율(%) 54 33 36 31
인장강도(N/㎟) 0.61 0.48 0.45 0.41
신장율(%) 203 121 125 87
위 표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 2종의 촉매를 사용한 경우의 물성이 어느 하나의 촉매만 사용한 비교예 1, 2 및 촉매를 전혀 사용하지 않은 비교예 3에 비해 현저히 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 육상트랙
11 : 하부 연질층
13 : 표층
13a : 반경질층
13b : 엠보싱층
14 : 절삭면
15 : 보수층
A : 아스콘

Claims (6)

  1. 우레탄으로 이루어지고 기존에 시공된 육상트랙 표면을 세척하는 S1단계와;
    상기 육상트랙 표면을 건조하는 S2단계와;
    상기 육상트랙 표층을 절삭하고, 절삭을 통해 얻어지는 재활용 우레탄 분말을 마련하는 S3단계와;
    폴리올을 포함하는 주제와, 이소시아네이트를 포함하는 경화제 및 상기 재활용 우레탄 분말을 소정 비율로 혼합한 조성물을 마련하는 S4단계와;
    상기 절삭된 육상트랙 표면에 상기 조성물을 도포하고 경화시키는 S5단계;를 포함하며,
    상기 주제에 포함된 폴리올은, 아크릴 폴리올, 알키드 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 변성 아크릴 폴리올 중 적어도 하나가 선택되고,
    상기 경화제에는 Gd2O3 분말과, 코어쉘 구조의 Bi2O3가 소정 중량비로 혼합된 촉매를 더욱 포함하되,
    상기 촉매는 상기 경화제 100중량부를 기준으로 0.1~1중량부이며,
    상기 코어쉘 구조의 Bi2O3은, 메틸트리에톡시실란(MTES; Methyltriethoxysilane) : 에틸렌 : 물 : HClO4 : cetyltrimethylammoniumbromide : Bi의 몰비가 1 : 3~5 : 50~60 : 0.1~1 : 0.1~0.5 : 0.7로 이루어지는 용액을 형성한 다음, 분무기에 의해 에어로졸 액적을 만들고, 건조 및 소정하여 cetyltrimethylammoniumbromide를 제거하는 과정을 거쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 S4단계에서 상기 주제, 경화제 및 재활용 우레탄 분말은 1 : 2.5~3.0 : 2~5의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Gd2O3 나노 분말과, 코어쉘 구조의 Bi2O3의 중량비가 1 : 1±0.1인 것을 특징으로 하는 우레탄 포장재를 재활용하는 육상트랙 시공방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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