KR101760231B1

KR101760231B1 - 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재

Info

Publication number: KR101760231B1
Application number: KR1020170028578A
Authority: KR
Inventors: 성용주; 김동성; 채수현
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2017-07-20

Abstract

본 발명은 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재에 관한 것으로서,
바이오매스를 분쇄하여 6~12mesh의 크기를 갖는 것을 선별한 분쇄분에, 100mesh를 통과분의 크기를 갖는 무기물을 선별한 분쇄분을 충전시키되, 화학적 바인더를 사용하지 않고 물리적인 힘을 가하여 바이오매스와 무기물을 결합시킨, 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재에 관한 것이다.

Description

무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재{THE ENVIRONMENTAL FRIENDLY FILLING MATERIALS FOR ARTIFICIAL TURF}

본 발명은 무기물이 충전(充塡)된 친환경 인조잔디 충진재에 관한 것으로서,

바이오매스를 분쇄하여 6~12mesh 사이분의 크기를 갖는 것을 선별한 분쇄분에, 100mesh 통과분의 크기를 갖는 무기물을 선별한 바이오매스 분쇄분에 충전시키되, 화학적 바인더를 사용하지 않고 물리적인 힘을 가하여 바이오매스와 무기물을 결합시킨, 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재에 관한 것이다.

축구장, 근린공원, 종합운동장, 옥상 등 다양한 공간에서 인조잔디의 설치가 크게 늘어나고 있다. 천연잔디에 비하여 유지관리가 용이하며 설치 및 시공에서도 간편할 뿐만 아니라 날씨와 계절의 환경적 영향이 적고, 여러 가지 부분에서 상대적으로 경제성이 우수하기 때문에 기존에 햇빛이 잘 들지 않는 인공지 뿐만 아니라 공식 경기장 등으로 그 활용이 확대되고 있다.

이러한 인조잔디는 합성수지로 만들어진 풀 형태 부분과 이러한 인조 풀을 잡아주고 고정해주며 일정 정도의 배수와 완충성을 제공하기 위한 충진재로 구성되어 있다.

이 중 일정한 탄성부여를 위한 충진재는 대체로 폐고무를 주재료로 제조된 고무칩을 적용하여 왔으나 활용과정 중 고무칩으로부터 유해한 물질이 발산될 수 있는 문제로 그 적용이 제한되고 있다.

이에 따라, 상대적으로 인체에 대한 유해성이 적은 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS) 또는 에틸렌 프로필렌(EPDM) 고무를 이용하여 만든 충진재의 사용이 보편화되고 있는데, 이러한 합성고무 기반 충진재의 경우에도 반복활용으로 부스러진 미세분진이 발생될 수 있고 하절기 직사광선에 의하여 표면온도가 급격히 상승할 수 있으며 이에 따라 인조잔디 사용자에게 마찰로 인한 화상이 발생될 수 있는 문제를 가지고 있다.

실제 직사광선 등의 복사열에 의하여 여름철에 인조잔디의 지면 온도가 약 69℃를 가리킨다는 보고가 있다(출처 : 이기준 기자, 여름철 지표온도, 인조잔디가 최악, 금강일보, 08.19(2015)). 따라서, 실제 고분자 합성수지 기반의 충진재나 고무칩의 경우 하절기에 고온으로 상승되고 이에 따라 추가적인 마찰열 등으로 운동화 바닥에 녹아서 달라붙거나 유해가스 또는 미세분진을 발생하는 등의 문제를 일으킬 수 있다.

이러한 합성고분자 기반의 충진칩은 대체로 고온 압출방식으로 제조되고 둥근형태를 가지게 되는데 잘 굴러다니는 특성으로 우천시나 경기장 이용시 주변으로 유실되는 경우가 많이 발생되고 이에 따라 인조잔디 구장 부위별로 잔디의 보호력이 떨어질 수 있기 때문에 지속적인 보수가 필요하고 유실된 개별 충진재의 경우 썩지 않는 고분자 물질이기 때문에 주변환경에 대한 추가적인 환경문제의 원인이 될 수 있다.

실제 인조잔디 구장의 경우 7~10년 사용 후 재시공을 하여야 하는데 이때 발생되는 상당량의 폐충진재의 경우 썩지 않는 특성으로 2차 환경오염의 원인이 될 수 있다. 또한, 고온에서 상승 된 고무칩은 열에 의하여 달라붙거나, 유해가스의 발산 등의 문제가 발생되고 있다.

이를 개선하기 위한 기술로서, 등록특허공보 제10-1381158호에 커피슬러지와 콜크분말을 이용한 탄성고무칩 제조방법과 이에 의해 제조된 탄성고무칩이 기재되어 있다.

상기 기술은, 고무칩의 고무냄새를 소취하기 위하여 커피슬러지와 탄성을 위해 콜크분말을 적용하여 충진재를 제조하는 내용이 기재되어 있는데, 충진재 제조를 위해 폴리부타디엔 고무 등의 합성수지를 필연적으로 적용함에 따라 환경적인 문제를 완전히 극복하지 못한 문제가 여전히 존재한다.

다른 관련된 기술로서, 등록특허공보 제10-1610679호에는 인조잔디용 친환경 충진재와 그 제조방법이 기재되어 있다.

상기 기술은, 유해물질이 포함되어 있지 않은 친환경 소재를 이용하여 무기물 분말과 혼합한 후 물과 접착제를 혼합, 표면에 옻코팅을 실시한 후 열처리를 실시하는 내용이 기재되어 있는데, 접착제로 사용하는 닥풀 및 밀 씨앗가루는 장기간의 사용 시 수분저항성이 약하여 물에 풀리는 현상이 발생 및 풀리면서 유기물이 부유하는 현상이 발생되기 때문에 실제 사용이 어려운 단점이 있다.

한편, 다양한 용도로 활용되는 목재의 경우 주로 제재후 가구재, 건축자재 등으로 활용되거나 또는 목재칩으로 제조되어 펄프용 원료나 MDF용 목재섬유 원료로 활용된다.

이렇게 원목을 생산하여 목재로서 활용하기 위해서는 모두 박피과정을 거치게 되어 수피를 제거하는데 수피는 목질부와는 달리 회분함량이 높고 추출물이 상대적으로 많이 존재함에 따라 활용이 제한적이며 리그닌 함량이 높고 기능성 추출물로 인해 잘 부패되지 않는 특성을 가지고 있다.

실제 벌목된 원목에서 약 10~20% 정도가 박피과정 중 제거되어 버려지고 있고 일부 조경용 멀칭재료로 사용되고 있으나 대부분 특별한 용도없이 폐기되고 있다

이러한 수피의 특징은 수종에 따라 다르게 나타나지만 참나무류의 활엽수 수피의 경우에는 내피에 코르크층이 존재하여 완충성이 우수한 특성이 있고 침엽수 수피의 경우 피톤치드 등을 포함하는 다양한 기능성 추출물이 존재하는 특성이 있다. 매년 상당량이 발생하는 침엽수 낙엽의 경우에도 활엽수 낙엽과 달리 구조적 강성과 완충성을 가지며 피톤치드와 같은 천연 제초성분들이 다량 존재하는 특징을 가지고 있다.

본 발명에서는 이러한 수피 또는 침엽수 낙엽과 같은 폐기성 바이오매스의 기능성을 활용한 친환경 충진재를 소개하고자 한다.

기존의 유기성 충진재의 경우 빗물 등에 부유하여 유실이 쉽게 발생하는 단점이 있는데 이러한 단점을 해결하기 위하여 무기물을 혼입하는 기술들이 적용되어 왔다. 그러나, 이러한 충진재의 기능을 강화하기 위해 무기물을 적용하는 경우 현재까지는 합성수지 등의 바인더를 활용하거나 플라스틱, 고무수지와 함께 배합하여 사출하는 방식이 적용되어 왔다.

이러한 방법들은 유해성 물질이 발생될 수 있는 합성수지를 사용하기 때문에 최종제품의 친환경성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명에서 소개되는 기술의 경우에는 수피 등의 바이오매스 표면의 다양한 미세공극이 존재하는 구조적 특성을 활용하여 물리적인 방법으로 무기물이 바이오매스 표면 공극을 매워서 채우는 충전(充塡)을 실시함에 따라 추가적인 바인더의 적용이 없는 친환경적 공정을 통한 친환경적 소재로만 구성된 장점이 있을 뿐만 아니라 추가적인 공정에너지, 공정의 환경처리공정 등이 필요 없고 상대적으로 경제성이 우수한 방식으로 제조할 수 있는 장점이 있다.

등록특허공보 제10-1381158호(2014.04.04. 공고) 등록특허공보 제10-1610679호(2016.04.08. 공고)

본 발명의 목적은, 본 발명은 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재에 관한 것으로서, 바이오매스를 분쇄하여 6~12mesh 사이분의 크기를 갖는 것을 선별한 분쇄분에, 100mesh 통과분의 크기를 갖는 무기물을 선별한 바이오매스 분쇄분에 충전시키되, 화학적 바인더를 사용하지 않고 물리적인 힘을 가하여 바이오매스와 무기물을 결합시킨, 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재에 관한 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재는, 수분의 함수율이 5~50%인 바이오매스 소재, 비목질 바이오매스, 목질, 활엽수 수피, 침엽수 수피 또는 침엽수 낙엽 중 어느 하나를 바이오매스로 준비하고, 준비된 바이오매스를 절단 및 분쇄한 뒤, 6~12mesh 크기의 것을 선별하여 획득한 바이오매스 분쇄분; 무기물은 분쇄한 뒤 100mesh 통과분 크기의 것을 선별하여 획득한 무기물 분쇄분; 바인더의 사용 없이 롤 프레스를 이용한 물리적인 힘으로 상기 바이오매스 분쇄분의 공극에 상기 무기물 분쇄분을 충전하여 결합하되, 상기 롤 프레스를 이용한 상기 바이오매스 분쇄분의 공극에 상기 무기물 분쇄분의 충전 결합은, 소정의 판에 바이오매스 분쇄분과 충전용 무기물 분쇄분을 준비하고, 다수의 압착 롤이 상기 판의 상면으로부터 일정간격 이격되도록 구성하여 압착 롤 사이를 통과하면서 바이오매스 분쇄분의 공극에 충전용 무기물 분쇄분이 충전되도록 하면서, 상기 바이오매스 분쇄분의 날카로운 모서리를 마모시키고, 상기 판의 상면에 상기 압착 롤의 움직임에 간섭하지 않도록 구성된 진동 롤을 더 마련되어, 상기 판에 진동을 인가함으로써, 상기 바이오매스 분쇄분과 무기물 분쇄분이 골고루 섞이도록 하고, 충전용 무기물 분쇄분이 충전된 바이오매스 분쇄분을 스크린 망이 구비된 스크린 장치에 진동을 인가하여 인조잔디용 충진재로 사용할 충진재를 선별하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따른 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재에 의하면, 물리적인 힘을 인가하여 바이오매스에 무기물을 충전시키는 과정으로 제조되기 때문에, 별도의 화학적 바인더를 사용하지 않아도 되고, 이에 따라 화학약품에 따른 유해성분이 발생되지 않고, 쉽게 다량 생산이 가능한 이점이 있다.

또한, 폐쇄된 환경에서 60W의 할로겐 램프를 입사하였을 때, 기존의 충진재가 표면 온도 70℃를 나타내는 것과 달리, 49℃의 표면 온도가 측정된 것으로 미루어보면, 여름철에 태양광을 흡열하여도 시중의 다른 인조잔디 충진재에 비해 낮은 표면 온도를 갖을 것으로 기대된다.

또한, 물에 부유되지 않기 때문에, 우천시 등에 의해 물에 노출되어도 인조잔디 또는 이의 충진재가 흩어지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 바이오매스로서 침엽수 수피 및 낙엽을 사용하는 경우에는, 피톤치드가 발생되어 인조잔디 충진재로 적용하였을 때, 잡초 등이 생육할 수 없도록 하는 이점이 있다. 이에 따라 인조잔디를 관리하는데 소요되는 인력과 시간, 그리고 비용이 절감될 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재를 제조하는데 사용되는 롤 프레스를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재를 제조하는데 사용되는 롤 프레스의 다른 일예를 개략적으로 나타낸 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

본 발명은 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재에 관한 것으로서,

즉, 종래에는 합성수지나 화학처리된 바인더를 활용하는 방식, 또는 플라스틱 및 고무수지를 함께 배합하여 사출하는 방식으로 바이오매스와 무기물을 결합시키고 있었는데, 이는 유해성 물질이 발생될 수 있고, 최종적으로 제품의 친환경성이 저하되는 문제점이 있었다. 그러나, 상기의 방식이 아니면 종래에는 바이오매스와 무기물을 결합시킬 수 없었기 때문에 위 문제점이 있음에도 상기 방식이 적용되는 실정이었다.

그러나, 본 출원인은 바이오매스와 무기물의 입자크기를 조절하는 한편, 조절된 입자크기에 의해 물리적인 힘이 인가되는 것만으로도 바이오매스와 무기물이 결합될 수 있도록 하는 방식을 제안하고, 또한 상기 방식에 의해 제조된 인조잔디 충진재를 제시한다.

이러한 인조잔디 충진재는 바이오매스와 무기물만을 이용하여 물리적인 힘에 의해 결합됨으로써, 무기물이 바이오매스에 충전되도록 한다.

이와 같은 인조잔디 충진재를 제조하는 과정은 아래의 실시예 1과 같다.

실시예 1. 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재를 제조하는 과정

본 발명에 따른 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재를 제조하는 과정은 첨부된 도면의 도 1을 참조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.

1. 바이오매스 준비

바이오매스 준비는, 침엽수 및 활엽수 임목의 수피 부산물, 칩 부산물, 코르크, 목분, 톱밥, 목질 바이오매스, 비목질 바이오매스 등 다양한 원료를 준비한다.

본 과정에서는, 특히 활엽수 수피, 침엽수 수피 또는 침엽수 낙엽을 사용하여 실험을 실시하였다.

특히, 침엽수 수피 및 낙엽에는 피톤치드의 함량이 높은 것으로 알려져 있는데, 이는 침엽수 수피 및 낙엽이 분쇄되거나 마모될 때 은은한 향을 풍기도록 한다. 이러한 피톤치드(phytoncide)는 식물이 다른 미생물로부터 자기 몸을 방어하기 위하여 여러 가지 살균물질을 발산하는 물질을 통칭하며, 공기 중으로 세균이나 곰팡이를 죽이고, 해충, 잡초 등을 방지하는 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 칩엽수 수피 및 낙엽을 통해 인조잔디 충진재를 제조하는 경우에는 인조잔디에 잡초, 해충 등이 발생되는 것을 막을 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

그리고 활엽수 수피를 이용하는 경우, 이 활엽수 수피에 포함된 코르크층에 의해 완충성을 증가시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

2. 전처리

전처리는, 바이오매스 준비단계에서 준비된 바이오매스에 물리적인 힘을 인가하여 소정의 크기로 절단 및 분쇄한다.

이때, 물리적인 힘을 인가하는 방식은 볼밀, 전단밀, 콜로이드밀, 조쇄기, 전단 조쇄기, 충격파쇄기, 롤밀, 해쇄기, 리파이너, 분체층타격식 분쇄기, 고속 회전식 분쇄기, 제트 분쇄기, 균질화기 또는 PFI 밀(mill) 등이 형태적 크기의 조절이 가능한 장치의 적용이 가능하다. 또한, 상술되진 않았더라도 형태적 크기의 조절이 가능한 장치라면 모두 사용 가능하다.

아래 [표 1]은 상기 전처리 단계를 통해 외관이 변하는 바이오매스 분쇄분을 나타낸 것이다.

활엽수 수피(코르크층) 전처리

침엽수 수피 전처리

침엽수 낙엽 전처리

3. 바이오매스 분쇄분 선별

바이오매스 분쇄분 선별은, 전처리를 통해 소정의 크기로 절단 및 분쇄된 바이오매스 중, 6~12mesh에 해당되는 분쇄분을 선별한다.

이때, 6mesh를 통과하지 않는 큰 크기의 원료는 인조잔디 내부 사이에 충전이 용이하지 못한 단점이 있다.

또한, 12mesh 이하 미세한 크기를 사용할 경우 이후 기능성 부여를 위한 무기물 충전시 무기물의 충전이 용이하지 못하게 되며, 충진재로서도 충분한 벌크를 제공하지 못하여 완충성을 부여하지 못하게 되는 단점이 있다. 또한 인조잔디 충진재 KS 규격인 KS M 3888-1의 기준 조건에 부합하지 못하기 때문에 실제 사용이 어렵다.

4. 무기물 준비

무기물 준비는, 바이오매스 분쇄분의 공극에 충전될 무기물을 준비하는 과정으로서, 이는 위의 바이오매스 준비 이전 또는 상기 바이오매스 준비 이후 중 어느 때 수행되어도 무방하다.

무기물은 대표적으로 황토, 질석 분말이 활용되고 추가적으로 경석, 응탄암, 사암, 화강암 계열의 무기물과 경석, 응탄암, 사암, 화강암 계열의 무기물과 탄산칼슘(CaCO3), 활석(talc), 운모(mica), 클레이(clay), 실리카(SiO2), 황산바륨(BaSO4), 탄산마그네슘(MgCO3), 산화규소, 산화알루미늄, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화칼슘, 산화제2철, 산화티탄 등의 다양한 무기물의 사용이 가능하다.

이때, 적용되는 무기물의 비중에 따라 부유 특성의 조절이 가능할 수 있으며 화강암의 비중은 2.7g/cm³ 으로 사암 2.0g/cm³, 응탄암 1.5g/cm³, 경석 0.9g/cm³, 일반 흙 1.3g/cm³, 모래 1.7g/cm³ 보다 높아 가장 바람직하지만, 상기 기재된 이외의 무기물도 사용이 가능하다

특히, 이산화티탄(TiO)의 경우에는 태양광의 UV에 의한 광촉매 기능성이 발현됨에 따라 VOC 등이 발생되는 고무칩 및 고분자수지 칩 충진재의 보수를 위한 충진재로서 또는 상기 기존의 고무칩과의 혼합적용을 위한 충진재로서 활용될 때 활용이 적절하다.

이러한 바이오매스와 무기물은, 화학 처리되어 접착과 충전을 목적으로 하는 바인더를 사용하지 않고, 물리적인 힘을 인가받아 무기물이 바이오매스에 충전되도록 하는 것으로서, 이에 따라 바인더를 사용하는 경우보다 친환경적이고, 유해물질을 발생시키지 않는 이점이 있다.

6. 충전용 무기물 분쇄분 선별

전용 무기물 분쇄분 선별은, 무기물 준비에서 준비된 무기물을 100mesh 크기의 망에서 걸러내어, 100mesh 망을 통과하는 통과분의 크기를 갖는 무기물 분쇄분을 선별한다. 이러한 무기물 분쇄분을 이하에서는 충전용 무기물 분쇄분로 지칭한다.

본 발명은 상기와 같이 별도의 화학적 바인더를 사용하지 않고, 충전하는 것이다. 따라서, 충전용 무기물 분쇄분은 반드시 적정 크기의 입자를 가져야 하는데, 이때 100 mesh를 통과하지 않은 무기물의 적용시에는 바이오매스 표면 공극에 비해 크기가 커서 충전이 강하게 이루어지지 않는 단점이 있다. 따라서 바이오매스의 물리적 충전을 위해서는 100mesh 통과분의 무기물을 적용하는 것이 중요하다.

즉, 100mesh 크기의 망을 통과하는 100mesh 이하의 크기를 갖는 충전용 무기물 분쇄분을 이용한다.

다만, 100mesh 통과분의 크기를 갖는 것이 가장 바람직하지만, 임계적인 의의에 있어서는 80mesh 통과분의 크기를 갖는 것도 이용이 가능하다.

7. 물리적 충전

물리적 충전은, 선별된 바이오매스 분쇄분과 충전용 무기물 분쇄분에 물리적인 힘을 인가하여 상기 바이오매스 분쇄분에 형성된 공극에 충전용 무기물 분쇄분이 충전될 수 있도록 한다.

이때, 물리적인 힘을 인가하는 것은, 연속적인 롤 프레스를 이용하는 연속식 방식을 이용할 수 있는데, 구체적으로는 아래에서 제조예로 설명한다.

이러한 물리적 충전과정을 통해 추가적으로 바이오매스의 날카로운 단부를 마모시키는 효과를 볼 수 있는데, 이는 일반적으로 날카로운 단부를 갖는 바이오매스가 분쇄되면서 더욱 날카로워지게 되며, 이는 사용자가 몸으로 뒹굴게 되는 인조잔디 충진재로 사용되기에 다소 어려운 부분이 있어서, 물리적인 힘이 인가되면서 날카로운 단부가 마모되어 모서리 부분의 삐죽한 부분이 사라져서 부드러운 형태로 분쇄된다. 따라서, 실제 사용시 부상의 위험성을 현저히 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.

구체적으로는 아래 [표 2]을 참조할 수 있는데, 실제로 [표 1]의 분쇄분에 비해 모서리 부분이 부드러워졌음을 알 수 있다.


활엽수 수피	침엽수 수피	침엽수 낙엽

제조예 1. 롤 프레스를 이용하여 물리적인 힘을 인가하는 방식을 통해 제조된 충진제

롤 프레스는 구체적으로 첨부된 도면의 도 2를 참조할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재를 제조하는데 사용되는 롤 프레스를 개략적으로 나타낸 것이다.

즉, 첨부된 도면의 도 2와 같이 소정의 판에 바이오매스 분쇄분과 충전용 무기물 분쇄분을 준비하고, 다수의 압착 롤이 상기 판의 상면으로부터 일정간격 이격되도록 구성하여 압착 롤 사이를 통과하면서 바이오매스 분쇄분의 공극에 충전용 무기물 분쇄분이 충전되도록 한다.

이때, 상기 판의 상면에는 압착 롤의 움직임에 간섭하지 않을 정도의 크기를 갖는 진동 롤을 구비하여 상기 판에 진동을 인가하도록 할 수 있는데, 이는 상기 판 위에 존재하는 바이오매스 분쇄분과 충전용 무기물 분쇄분이 골고루 섞일 수 있도록 한다.

이때, 롤 프레스의 압착 롤은 바이오매스 분쇄분과 충전용 무기물 분쇄분의 크기에 맞춰 압착 롤의 표면에 5~50mm의 크기를 갖는 그루브를 형성할 수도 있고(도 2a 참조), 압착 롤의 표면에 다수 개의 돌기가 압착 롤의 길이방향을 따라 돌출되도록 구성할 수도 있으며(도 2b 참조), 소정이 형상(원형, 각형 등)을 갖는 돌기가 압착 롤의 표면에 다수 개 돌출되도록 구성할 수도 있다(도 2c 참조).

삭제

8. 충진재 선별

충진재 선별은, 물리적 충전을 통해 충전용 무기물 분쇄분이 충전된 바이오매스 분쇄분을 스크린 망이 구비된 스크린 장치에 진동을 인가하여 인조잔디용 충진재로 사용할 충진재를 선별한다.

이때 진동의 인가에 따라 충전되지 않은 충전용 무기물 분쇄분은 하부방향으로 낙하되는데, 이는 회수하여 원료로 재활용하도록 한다.

9. 충진재 획득

충진재 획득은, 충진재 선별에서 선별된 충진재를 획득한다.

이하에서는, 본 출원인이 상기와 같이 제조된 인조잔디 충진재를 통해 몇가지 실험을 수행하였다.

실험예 1. 충전 특성 평가 - 원료

(실험방법)

실험예 1에 따른 실험방법은, 다음과 같은 실험군들을 대상으로 하되, 물리적인 힘을 인가하는 방식으로 롤 프레스 방식을 사용하며, 압착 롤은 6kg의 무게를 갖는 것을 사용하였다. 그리고 압착 롤을 10회 반복하여 동작시키고, 30mesh의 망을 이용하여 미세분을 제거한 뒤 각각의 실험군들에 따른 "무기물의 충전량(이하, 회분량으로 지칭)"을 KS M ISO 1762 표준측정방법에 의거하여 측정하였다.

(실험결과)

	바이오매스 분쇄분	무기물 분쇄분	회분량(%)
실험군 1	활엽수 수피 (6~12mesh)	x	5.06
실험군 2	침엽수 수피 (6~12mesh)	x	1.96
실험군 3	침엽수 낙엽 (6~12mesh)	x	2.5
실험군 4	활엽수 수피 (6~12mesh)	황토 (100mesh)	14.91
실험군 5	침엽수 수피 (6~12mesh)	황토 (100mesh)	14.95
실험군 6	침엽수 낙엽 (6~12mesh)	황토 (100mesh)	14.8

[표 3]을 보면 알 수 있듯이, 무기물 충전을 실시하지 않은 실험군 1,2,3의 경우에 활엽수 수피에서 가장 높은 회분함량이 나타나는 것을 볼 수 있다. 실제 목질 바이오매스의 회분함량이 0.5 % 이하인 것을 고려하면 수피의 회분함량이 상대적으로 높은 것을 볼 수 있다. 실험군 4,5,6에서는 본 발명의 압축롤 방법을 적용하여 무기물을 물리적으로 충전시킨 후 측정한 각 바이오매스 충진재의 회분함량이다. 각각의 경우에서는 10 % 이상의 무기물이 충전된 것을 회분함량을 통해 확인할 수 있었다. 본래의 회분함량을 고려하는 경우 침엽수 수피의 경우 동일조건에서 무기물의 충전이 더욱 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다.

실험예 2. 충전 특성 평가 - 함수율

(실험방법)

실험예 2에 따른 실험방법은, 실험예 1과 동일하게 수행된다.

실제 바이오매스의 표면 조직은 수분함량에 따라 유연성과 개폐정도가 다르게 나타나고 특히 물리적인 압력을 가하는 경우 표면의 완충특성이 달라짐에 따라 무기물의 충전정도도 달라질 수 있다. 따라서 추가적으로 본 출원인은 바이오매스의 무기물 충전효율 조절을 위한 방안으로 각 바이오매스의 수분함량을 조절하여 각각의 경우에서 무기물 충전특성을 비교평가하였다. 이때 각 바이오매스의 수분함량은 스프레이 방식으로 수분을 뿌리고 밀폐된 용기에서 여러시간 동안 컨디셔닝 시키는 방식으로 함수율을 조절하여 적용하였다.

(실험결과)

원료	함수율(%)	회분량(%)
활엽수 수피 +무기물	10	14.91
	20	16.17
	30	19.89
침엽수 수피 +무기물	10	14.95
	20	16.52
	30	25.79
칩엽수 낙엽 +무기물	10	14.8
	20	16.47
	30	23.21

즉, 상기 [표 4]와 같이 바이오매스의 함수율이 증가할수록 무기물 충전량이 증가하여 최종 충진재의 회분량(%)이 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 함수율이 높아지면서 바이오매스의 표면이 연화되어 무기물의 충전에 도움을 주는 것으로 판단하였다.

이때, [표 4]에 기재된 10 내지 30%의 함수율 외에 추가적으로 60%까지 실험해 본 결과, 함수율은 10~50%의 범위 내에서 바이오매스 분쇄분에 충전되는 무기물의 회분량(%)이 건조한 바이오매스 분쇄분에 충전되는 무기물의 회분량(%) 보다 증가한 것으로 나타났다. 과도한 수분처리시 무기물 입자끼리 응집 등이 발생되는 등의 문제가 나타날 수 있다.

실험예 3. 충전 특성 평가 - SEM 촬영을 통한 공극 특성 평가

(실험방법)

실험예 3은, 무기물이 바이오매스에 충전되는 특성을 평가하기 위하여 충진 전과 후로 나누어 SEM을 통해 촬영하였다.

촬영은 모두 세척된 후에 사용되었다. 먼지 등의 이물질에 의해 공극의 평가가 제대로 되지 못할 수도 있기 때문이다.

(실험결과)

실험결과에 따르면, 무기물의 충전 전에는 바이오매스에 다수의 공극이 존재하는 것을 알 수 있었고, 이러한 표면의 미세공극들이 무기물의 충전 후에는 다양한 크기의 무기물로 충전되는 것을 확인할 수 있었다([표 5] 참조).

활엽수 수피

충전 전

충전 후

침엽수 수피

충전 전

충전 후

침엽수 낙엽

충전 전

충전 후

실험예 4. 부유 특성 평가

인조잔디 충진재의 경우, 야외에 노출되는 형태가 대부분이기 때문에 우천시 등에 의해 물에 노출되는 경우가 많다. 따라서, 물에 대해 부유되지 않아야 하는데, 시중의 인도잔디 충진재는 부유되는 현상이 발생하고 있다.

(실험방법)

실험방법은 시중에 바이오매스를 주 원료로 하는 인조잔디 충진재인 대조군 1(A)와, 무기물이 충전되지 않은 6~12mesh의 크기를 갖는 바이오매스 분쇄분(활엽수 수피) 대조군 2(B)와, 실시예 1에 기반한 실시군(C)를 대상으로 하여, 물이 수용된 용기에 투입하고, 24시간 이후에 평가하였다.

(실험결과)

실험결과는 아래 [표 6]을 참조할 수 있다.


대조군 1(A)	대조군 2(B)	실시군(C)

위 [표 6]에서 볼 수 있듯이, 대조군 1(A)과 대조군 2(B)의 경우 24시간 뒤에서 물에 부유되어 있는 것을 알 수 있다. 반면, 실시예 1에 기반한 실시군(C)은 대부분 물에 가라앉은 것을 알 수 있다.

실험예 5. 복사열 온도 특성 평가

또한, 인조잔디 충진재는 햇볕에도 노출되어 있기 때문에, 특히 무더운 여름철에는 태양열을 흡열하여 인조잔디의 표면 온도가 증가할 수 있다. 이 경우, 사용자는 더욱 더위를 느껴 불쾌감을 갖을 수 있고, 심한 경우 마찰에 의해 화상 등의 부상을 입을 수도 있다.

따라서, 인조잔디 충진재는 태양열을 흡열하여도 표면 온도가 과하게 증가하지 않아야 한다.

(실험방법)

실험예 5에 따른 실험방법은, 여름철 실제 태양의 직사광선과 유사한 조건을 갖도록 하기 위하여 폐쇄된 환경의 나무 상자 내부에서 수행되었으며, 이는 외부 온도의 영향을 최소화하기 위함이다. 또한, 60W의 파워를 갖는 할로겐 램프를 이용하여 20분 동안 열을 인가하여 적외선 표면 온도 측정기를 이용하여 측정하는 방식으로 수행된다.

또한, 실험군(실험대상)은 실험예 5에서의 실시군(C)과, 시중에서 판매되고 있는 인조잔디용 충진재인 대조군 3(D)으로 한다.

이때, 대조군은 시중에서 일반적으로 사용되고 있는 고무칩 중, 상기 고무칩을 주 원료로 하고 바이오매스가 함유된 것을 사용하였다. 이는 시중에 바이오매스를 주 원료로 하는 충진재는 구입이 어려웠기 때문이다.

따라서, 아래의 결과를 통해 바이오매스가 포함되는 것만으로 표면 온도를 낮출 수는 없는 것을 확인하였다. 반면, 본 발명과 같이 바이오매스+무기물의 조합과 조합(충전)을 위한 공정을 통함으로써, 고무칩 등의 인공수지를 미포함하여 상기 표면 온도를 저하시킬 수 있음을 확인하였다.

(실험결과)

대상	실시군(C)	대조군 3(D)
표면 온도	49℃	70℃

즉, 위의 [표 7]에 따른 실험결과를 기반으로, 실시군(C)이 대조군 3(D)에 비해 확연히 표면 온도가 저하됨을 알 수 있었다.

또한, 실험예 5에서 대조군 1(A) 및 대조군 2(B)를 대상으로 동일한 실험을 수행하였으며, 이는 대조군 1(A)에서 52℃의 표면 온도가 측정되고, 대조군 2(B)에서 50℃의 표면 온도가 측정되어 일반 시중의 대조군 3(D)보다 확연히 낮은 표면 온도를 가졌으나, 이는 실험예 5에서와 같이 부유되는 특성 때문에 인조잔디 충진재로서의 요건이 상실된다.

실험예 6. 인조잔디 충진재 중금속 측정

인조잔디 충진재로의 활용을 위한 품질 기준에 적합한지 확인을 위하여 상기 실험에 사용되었던 유기물인 활엽수 수피, 침엽수 수피와 황토의 Pb, Cd, Cr, Hg 측정을 실시하였다. Pb, Cd, Cr 은 유도결합플라즈마방출분광기(Model : OPTIMA 7300 DV, OPTIMA 3300 DV, Perkin-Elmer (USA))를 이용, Hg는 수은분석기(Model : DMA-80, Milestone)를 이용하여 측정 분석을 실시하였다.

분석 결과 활엽수 수피, 침엽수 수피, 황토 원료 모두 기준치를 넘지 않은 측정 결과를 볼 때 충분히 인조잔디 충진재로의 활용에 있어 어려움이 없을 것으로 판단하였다.

<활엽수 수피>

	품질 기준(mg/kg)	측정 결과(ppm)
Pb	90 이하	< 10
Cd	50 이하	< 10
Cr	25 이하(Cr6+)	< 10
Hg	25 이하	< 0.1

<침엽수 수피>

<황토>

상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims

수분의 함수율이 5~50%인 바이오매스 소재, 비목질 바이오매스, 목질, 활엽수 수피, 침엽수 수피 또는 침엽수 낙엽 중 어느 하나를 바이오매스로 준비하고, 준비된 바이오매스를 절단 및 분쇄한 뒤, 6~12mesh 크기의 것을 선별하여 획득한 바이오매스 분쇄분;
무기물은 분쇄한 뒤 100mesh 통과분 크기의 것을 선별하여 획득한 무기물 분쇄분;
바인더의 사용 없이 롤 프레스를 이용한 물리적인 힘으로 상기 바이오매스 분쇄분의 공극에 상기 무기물 분쇄분을 충전하여 결합하되,
상기 롤 프레스를 이용한 상기 바이오매스 분쇄분의 공극에 상기 무기물 분쇄분의 충전 결합은,
소정의 판에 바이오매스 분쇄분과 충전용 무기물 분쇄분을 준비하고, 다수의 압착 롤이 상기 판의 상면으로부터 일정간격 이격되도록 구성하여 압착 롤 사이를 통과하면서 바이오매스 분쇄분의 공극에 충전용 무기물 분쇄분이 충전되도록 하면서, 상기 바이오매스 분쇄분의 날카로운 모서리를 마모시키고,
상기 판의 상면에 상기 압착 롤의 움직임에 간섭하지 않도록 구성된 진동 롤을 더 마련되어, 상기 판에 진동을 인가함으로써, 상기 바이오매스 분쇄분과 무기물 분쇄분이 골고루 섞이도록 하고,
충전용 무기물 분쇄분이 충전된 바이오매스 분쇄분을 스크린 망이 구비된 스크린 장치에 진동을 인가하여 인조잔디용 충진재로 사용할 충진재를 선별하는 것을 특징으로 하는, 무기물이 충전된 친환경 인조잔디 충진재.
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