KR101773145B1

KR101773145B1 - 온도 저감용 인조잔디 원사

Info

Publication number: KR101773145B1
Application number: KR1020160160343A
Authority: KR
Inventors: 황보철; 조광수; 노현석
Original assignee: 코오롱글로텍주식회사
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2017-09-12

Abstract

본 발명은 폴리올레핀계 수지, 및 제올라이트를 포함하는, 온도 저감용 인조잔디 원사 및 이를 이용하여 제조된 인조잔디에 관한 것이다.
본 발명의 온도 저감용 인조잔디 원사는 제올라이트를 포함함으로써, 수분을 흡착하여, 외부 온도 상승시 기화함으로써 기화열에 의한 온도 저감 효과를 가질 수 있다. 또한, 상기 인조잔디 원사는 셀룰로오스 파이버를 추가로 포함함으로써, 인조잔디 원사의 강도 저하를 방지하여 내구성을 증가하는 효과가 있다. 또한, 상용화제 첨가에 의해 셀룰로오스 파우더의 분산과 결합이 개선되어 백화 현상을 억제하는 효과가 있다.

Description

온도 저감용 인조잔디 원사{artificial turf fiber for reducing temperature}

본 발명은 제올라이트를 포함하는 인조잔디 원사 및 이를 이용하여 제조된 인조잔디에 관한 것이다.

종래의 인조잔디 시스템에서 주로 올레핀 수지를 이용하여 인조잔디 파일용 원사를 제조하였는데, 이렇게 제조된 원사는 외부 노출된 환경에서 직사광선에 의해 고온으로 상승하게 된다. 특히 광조사량이 강한 하절기에는 외부 대기 온도에 더욱더 영향을 받아 지속적인 고온상태를 유지하게 된다. 이는 파일사의 내구성 저하와도 연계되며, 파일사의 컬(Curl) 현상을 앞당겨 외관 복원을 위한 충진재 보충 및 브러싱 작업 등의 추가적인 경제적 손실을 유발시킨다.

이에, 인조잔디의 내구성을 유지할 수 있으면서, 온도를 저감할 수 있는 인조잔디 원사의 개발이 시급한 실정이다. 이와 관련하여, 한국등록특허 제1398802호에는 금속산화물, 이산화티타늄, 복합산화물, 티탄화합물, 코발트화합물, 금속크롬화합물, 첨정석(MgAl204)과 안티몬, 금속산화티탄산 중에서 선택된 1종 이상의 무기질안료 0.5~4중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차단 기능의 인조잔디 조성물에 대해 개시하고 있으나, 금속산화물, 이산화티타늄 등의 무기계 안료를 적용하여 제조되었기 때문에 과량 사용시 인조잔디 본연의 색을 잃게 되는 단점이 있고, 무기 성분의 불순물에 의해 내마모성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 시판되는 무기계 안료는 가격이 높아 성능 대비 경제성이 떨어지며, 반대로 소량 첨가하게 되면 그 효과는 미미한 수준이다.

본 발명의 목적은 폴리올레핀계 수지, 및 제올라이트를 포함하는, 온도 저감용 인조잔디 원사를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 인조잔디 원사를 이용하여 제조된 인조잔디를 제공한다.

본 발명에서는 인조잔디의 내구성 저하없이 온도 저감 효과를 부여하는 인조잔디용 원사를 개발하고자 하였다. 구체적으로, 제올라이트 파우더가 수분을 흡착하여, 외부 온도 상승시 기화함으로써 기화열에 의한 온도 저감 효과를 가지는 것을 확인하였으며, 추가적으로 셀룰로오스 파이버를 포함하는 경우 인조잔디 원사의 강도 저하를 방지하여 내구성이 증가하는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리올레핀계 수지, 및 제올라이트를 포함하는, 온도 저감용 인조잔디 원사를 제공한다.

상기 제올라이트(Zeolite)는 화산에서 얻는 광물질로서 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속을 함유하는 함수 알루미늄 규산염 광물의 일종으로(Si, Al)O₄의 사면체가 입체망상으로 결합하고 있는 구조로 중앙부에 큰 틈이 존재하고, 망상구조가 올바른 규칙이 깨어져 골격에 빈틈이 있는데, 이 빈틈에 의해 분자체 기능을 가지면서 동시에 다량의 물을 흡착할 수가 있다.

상기 제올라이트의 구조상의 특징은 결정구조 내에 있는 양이온의 작용에 의해 불포화 탄화수소나 극성물질을 선택적으로 강하게 흡착하는 성질을 가지고, 일정한 크기의 세공경(細孔經)을 갖고 있기 때문에 이것보다 작은 분자를 선택적으로 통과시켜 흡착하고, 이 분자체 효과를 이용하여, n-paraffin과 isoparaffin의 분리나 ortho, meta, para 이성질체를 분리할 수 있다.

상기 제올라이트는 흡착특성, 촉매 활성, 이온교환능 등이 독특하여 분리, 정제공정 등 여러 화학 공정에 다양한 용도를 갖고 있으며, 양이온 교환능이 뛰어나고 생태학적 안정성이 높아 수질오염을 야기시키는 인산염세제 보조제의 대체물로서 널리 사용되고 있다.

또한, 제올라이트는 구조와 발명자의 명명에 따라 이름이 붙여져서 A 형, X 및 Y 형, ZSM-5 형 등 매우 다양한 종류가 있으며, 합성 제올라이트는 주로 1 ~ 5 μm 크기로 합성되며, 제올라이트 중 대표적인 것으로는 제올라이트 A, ZSM-5, 제올라이트-X 또는 Y, 제올라이트-L이 있다.

제올라이트 A는 입구의 크기가 교환된 양이온에 따라 3~5Å이며, 내부에 지름 11 Å 정도의 수퍼케이지(supercage), 또는 α-케이지(α-cage)라 불리우는 큰 공동이 있다. 실리콘과 알루미늄의 비율(Si/Al)에 따라 X(Si/Al = 1~1.5) 또는 Y(Si/Al = 1.6 ~ 3)라 불리우는 제올라이트는 입구 크기가 7.4 Å이며 내부에는 13 Å 크기의 지름을 갖는 수퍼케이지가 있다. 이러한 형태의 제올라이트를 케이지형 제올라이트라 부르기도 한다. 이에 반해서 ZSM-5와 제올라이트-L과 같은 채널형 제올라이트도 있다. ZSM-5의 경우 5.5× 5.1 Å 크기의 채널과 5.3× 5.6 Å 크기의 채널이 직교하고 있으며, 제올라이트-L의 경우에는 7.1 Å 크기의 채널이 한 방향으로 흐르고 있다. 이러한 나노 세공 속으로는 물분자는 물론이며 커다란 양이온들의 내부공동 출입이 자유롭게 일어난다. 상술한 바와 같은 특성을 가지는 제올라이트는 물 속의 Ca² ⁺, Mg² ⁺ 를 흡착 제거하여 단물화하는 특징을 이용하여 세제보조제로 사용되거나, 세공(pore) 속에 분자나 물을 내포할 수 있어 흡착제 및 흡수제로 사용될 수 있고, 또한 담배 필터, 오염된 물의 정화를 위한 수처리제로 사용되어 유해 기체나 유해 화합물을 제거하는 용도로 사용되고 있고, 특히, 석유화학공업에서 크기 선택성 및 배향 선택성을 가진 촉매로 많이 사용되며, Cu 이온이 담지된 제올라이트 촉매도 알려져 있다. 그 외에도 일정 크기의 세공을 이용하여 선택적으로 흡착하는 분자체, 합성수지 첨가제(경량 filler) 및 경량 건축 자재 등에도 이용된다. 그러나, 제올라이트를 인조잔디 원사 제조에 사용한 예는 전무한 실정이다.

본 발명에서는 상기 제올라이트 광물을 1000 ~ 1400℃로 12시간 이상 소결하여 300mesh 이상으로 분쇄한 제올라이트 파우더를 인조잔디 원사 제조에 적용하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명자들은 상기 분쇄한 제올라이트 파우더가 수분을 흡착하여, 외부 온도 상승시 기화함으로써 기화열에 의한 온도 저감 효과를 가지는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

상기 제올라이트의 파우더는 공극 크기가 3.5 ~ 4.5 (Å)이며, 상기 3.5 ~ 4.5 Å 일 때, 온도 저감 효과가 가장 우수하다. 공극 크기가 3.5 Å 미만일 때, 물분자의 크기(3.8 Å)로 공극으로 진입이 어려워, 수분 흡착 성능이 떨어지는 문제점이 있으며, 4.5 Å 를 초과할 때, 물분자가 공극으로의 진입과 배출이 용이하여, 수분 흡착 후 수분 흡수 유지력이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명에서 상기 제올라이트 파우더는 백색 미세 분말의 성상을 가지며, 평균 입도는 2.5 ~ 3.5 ㎛이며 밀도는 0.25 ~ 0.35g/㎤ 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명에서는 백색 미세 분말의 성상을 가지며, 평균 입도가 2.5 ~ 3.5 ㎛이며 밀도는 0.25 ~ 0.35g/㎤을 가지며, 공극 크기가 3.5 ~ 4.5 (Å)인 제올라이트 A형 중에서 4A Type 파우더를 사용하였다.

본 발명에서, 상기 인조잔디 원사는 셀룰로오스 파이버(fiber), 상용화제, 안료, 및 난연제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 추가적으로 셀룰로오스 파이버를 포함하는 경우 인조잔디 원사의 강도 저하를 방지하는 것을 확인하였는 바, 셀룰로오스 파이버는 인조잔디 원사의 강도 저하를 방지하여 내구성을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 있어서 셀룰로오스 파이버는, 각종 셀룰로오스를 미세화함으로써 셀룰로오스 나노 파이버의 형태를 이용할 수 있다.

셀룰로오스는 펄프, 면, 종이, 레이온·큐프라(cupra)·폴리노직(polynosic)·아세테이트 등의 재생 셀룰로오스 섬유, 박테리아 산생 셀룰로오스, 동물 유래 셀룰로오스 등이 이용 가능하다. 또한, 이들의 셀룰로오스는 필요에 따라 표면을 화학 수식 처리를 한 것이어도 된다.

펄프로서는, 목재 펄프, 비목재 펄프 쌍방을 호적하게 사용할 수 있다. 목재 펄프로서는, 천연의 목재 펄프를 주원료로 하여 가공한 100% 식물성 셀룰로오스 성분의 파이버일 수 있다. 상기 식물성 셀룰로오스 파이버를 준비하는 목재로는 소나무, 참나무 등 여러나무가 가능하며 나무의 종류에 한정되지 아니한다. 비목재 펄프로서는, 짚, 바가스(bagasse), 케나프, 대나무, 갈대, 닥나무, 아마 등 모두 이용 가능하다.

면은 주로 의료용 섬유에 사용되는 식물이며, 면화, 면섬유, 면포 모두 이용 가능하다.

종이는 펄프로부터 섬유를 추출하여 뜬 것으로, 신문지나 폐우유팩, 복사 완료 용지 등의 헌종이도 호적하게 이용된다.

또한, 셀룰로오스를 파쇄하여 일정한 입경 분포를 갖는 셀룰로오스 분말을 사용해도 된다.

본 발명에서 사용된 셀룰로오스는 무미, 무취이며 200℃까지의 열안정성, 비수용성, 높은 물과 기름 흡착성, 화학적 불활성 백색 파우더 형태 제품을 사용하였다.

상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌(PP), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 중밀도폴리에틸렌(MDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 및 이들의 혼합수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 수지일 수 있으며, 구체적으로 LLDPE(선형저밀도폴리에틸렌), HDPE(고밀도 폴리에틸렌) 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서는 상기 폴리올레핀계 수지로 LLDPE 또는 HDPE를 사용하였다.

상기 상용화제는 말레산, 말레산 무수물, 말레산 하이드라지드, 디클로로 말레산 무수물, 불포화된 디카르복실산, 푸마르산, 시트르산, 시트르산 무수물, 말산 및 아가리신산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상 일 수 있다. 구체적으로는 말레산 무수물(폴리에틸렌 코폴리머)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서는 말레산 무수물(폴리에틸렌 코폴리머)를 상용화제로 사용하였으며, 본 발명의 일실시예에서는, 상용화제 첨가에 의해 셀룰로오스 파우더의 분산과 결합이 개선되어, 백화 현상이 억제되는 것을 확인하였다.

상기 난연제는 인계 난연제, 금속수화물계 난연제, 할로겐계 난연제, 난연조제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다

상기 안료는 Pigment White, Pigment Green, Pigment yellow, Pigment Black 및 Pigment Brown에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 인조잔디 원사는 폴리올레핀 수지 70~90 중량부, 제올라이트 파우더 0.1~10 중량부, 셀룰로오스 파이버 0.1~5 중량부, 상용화제 0.1~3 중량부, 안료 5~10 중량부, 난연제 0.1~1 중량부를 포함할 수 있으며, 이러한 조성비로 제조된 본 발명의 인조잔디 원사는 온도 저감 기능과 내구성이 매우 우수하다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 인조잔디 원사를 이용하여 제조된 인조잔디를 제공한다.

본 발명에서, 상기 인조잔디 원사에 대한 설명은 전술한 바와 같으므로, 생략한다.

본 발명은 상기와 같은 인조잔디 원사를 이용하여 인조잔디를 형성할 수 있다. 인조잔디 파일은 인조잔디에 천연잔디와 흡사한 특성을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 기포층 상부에 전술한 인조잔디 원사를 입모하여 형성한다. 보다 구체적으로 원사를 입모하는 방식에는 기포층 상부에 상기 인조잔디 원사를 터프팅하여 일정 형상의 루프 파일을 형성하는 터프팅 방식, 기포층과 인조파일을 동시에 형성하는 모켓 방식 또는 라셀 방식 등이 있다.

본 발명의 인조잔디 원사는 제올라이트를 포함함으로써, 수분을 흡착하여, 외부 온도 상승시 기화함으로써 기화열에 의한 온도 저감 효과를 가질 수 있으며, 셀룰로오스 파이버를 추가로 포함함으로써, 충진재의 강도 저하를 방지하는 효과가 있다. 또한, 상용화제 첨가에 의해 셀룰로오스 파우더의 분산과 결합이 개선되어 백화 현상을 억제하는 효과가 있다.

본 발명의 온도 저감용 인조잔디 원사는 제올라이트를 포함함으로써, 수분을 흡착하여, 외부 온도 상승시 기화함으로써 기화열에 의한 온도 저감 효과를 가질 수 있다. 또한, 상기 인조잔디 원사는 셀룰로오스 파이버를 추가로 포함함으로써, 인조잔디 원사의 강도 저하를 방지하는 효과가 있다. 또한, 상용화제 첨가에 의해 셀룰로오스 파우더의 분산과 결합이 개선되어 백화 현상을 억제하는 효과가 있다.

도 1은 제올라이트 파우더 첨가 유무에 따른 온도 저감 효과를 나타낸 것이다.
도 2는 상용화제인 말레산 무수물 시편 첨가 유무에 따른 셀룰로오스 파이버의 분산성 평가 결과이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 인조잔디용 원사 및 동일 조성을 가지는 필름의 제조

폴리올레핀 수지로 LLDPE(선형저밀도폴리에틸렌) 80 중량부, 제올라이트 파우더(4A Type) 7 중량부, 셀룰로오스 파이버 5 중량부, 상용화제로 말레산 무수물 1.25 중량부, 안료 6.25 중량부, 난연제 0.5 중량부를 혼합한 후, 필름 형태로 제조하였다.

상기 실시예 1에서, 제올라이트는 백색 미세 분말의 성상을 가지며, 평균 입도는 2.5 ~ 3.5 ㎛이며 밀도는 0.25 ~ 0.35g/㎤을 가지며, 공극 크기가 3.5 ~ 4.5 (Å)인 제올라이트 파우더(4A Type)을 사용하였다.

비교예 1

제올라이트 파우더를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성을 가지는 필름을 제조하였다.

비교예 2

셀룰로오스 파이버 및 상용화제를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성을 가지는 필름을 제조하였다.

비교예 3

제올라이트 파우더, 셀룰로오스 파이버 및 상용화제를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성을 가지는 필름을 제조하였다.

비교예 4

상용화제를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성을 가지는 필름을 제조하였다.

실험예 1: 온도 저감 효과 측정

실시예 1과 비교예 1, 2, 3에서 제조된 필름을 이용하여 온도 저감 효과를 측정하고 이를 표 1과 도 1에 나타내었다. 평가 방법은 항온, 항습이 유지되는 실험실에서 IR 전구를 사용하는 오븐을 이용하여 열린 계 상태에서 적외선(IR) 광원을 이용하여 35㎝ 떨어진 각 필름 시료에 IR 광을 10분간 부여하여 온도 상승과 하강의 현상을 확인하였으며, 5~10분간의 평균온도를 비교하는 평가를 진행하였다. 각 시료의 온도 측정은 K센서를 이용한 데이터 수집기를 사용하여 측정하였으며, 측정부는 필름의 후면으로 하여 직사광의 영향을 받지 않고 시료 자체의 온도만 측정할 수 있도록 하였다.

도 1과 표 1은 제올라이트 파우더 첨가 유무에 따른 온도 저감 효과를 나타낸 것이다. 그 결과 표 1과 도 1에 나타난 바와 같이, 제올라이트 첨가 유무에 따른 온도차이는 약 15℃ 가량 발생하는 것을 확인하였다.

온도 저감 효과

	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
평균 온도 (5~10 min, ℃)	50.2	66.8	51.2	68.2

실험예 2: 인장 강도 측정

실시예 1과 비교예 1, 2, 3에서 제조된 인조잔디 원사와 동일한 구성을 가지는 필름을 이용하여 인장 강도를 평가하였다. 상기 평가는 KS M ISO 527의 규격으로 평가하였다.

그 결과 셀룰로오스 파이버를 포함하지 않은 비교예 2와 3의 경우, 인장강도가 현저히 낮은 것으로 나타났다. 따라서, 셀룰로오스 파이버가 인강강도 상승에 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있었다.

인장 강도 평가 결과

	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
최고 강도 (kgf)	149.46	147.23	125.42	122.20

실험예 3: 상용화제 첨가에 따른 셀룰로오스 파이버의 분산성 측정

다음으로, 상용화제인 말레산 무수물 시편 첨가 유무에 따른 셀룰로오스 파이버의 분산성을 평가하였다. 도 2는 상용화제인 말레산 무수물 시편 첨가 유무에 따른 셀룰로오스 파이버의 분산성 평가 결과이다. 그 결과, 실시예 1과 달리, 비교예 4에서 상용화제로, 말레산 무수물 미첨가시에는 필름을 접거나 외력이 가해졌을 때 필름에서 백화 현상을 나타냈다. 이를 통해, 상용화제가 셀룰로오스 파우더의 분산과 결합을 개선시키는 역할을 하는 것을 알 수 있었다.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

폴리올레핀 수지 70~90 중량부, 제올라이트 A형 파우더 0.1~10 중량부, 셀룰로오스 파이버 0.1~5 중량부 및 상용화제 0.1~3 중량부를 포함하며, 상기 제올라이트 A형 파우더의 공극크기는 3.5 ~ 4.5 (Å)이며, 상기 제올라이트 A형 파우더의 평균 입도는 2.5 ~ 3.5 ㎛인, 온도 저감용 인조잔디 원사.
제1항에 있어서, 안료 5~10 중량부 및 난연제 0.1~1 중량부를 추가로 포함하는 것인, 온도 저감용 인조잔디 원사.
제1항에 있어서, 상기 제올라이트 A형 파우더는 수분을 흡착하여, 외부 온도 상승시 기화함으로써 기화열에 의한 온도 저감 효과를 가지는 것인, 온도 저감용 인조잔디 원사.
삭제
제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스 파이버는 인조잔디 원사의 강도 저하를 방지하는 것인, 온도 저감용 인조잔디 원사.
제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀 수지는 폴리프로필렌, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 중밀도폴리에틸렌(MDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 및 이들의 혼합수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것인, 온도 저감용 인조잔디 원사.
제1항에 있어서, 상기 상용화제는 말레산, 말레산 무수물, 말레산 하이드라지드, 디클로로 말레산 무수물, 불포화된 디카르복실산, 푸마르산, 시트르산, 시트르산 무수물, 말산 및 아가리신산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것인, 온도 저감용 인조잔디 원사.
제2항에 있어서, 상기 난연제는 인계 난연제, 금속수화물계 난연제, 할로겐계 난연제, 난연조제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것인, 온도 저감용 인조잔디 원사.
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