KR101872877B1 - 인조잔디용 충전재의 제조 방법 및 그로부터 제조된 인조잔디 충전재 - Google Patents

인조잔디용 충전재의 제조 방법 및 그로부터 제조된 인조잔디 충전재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인조잔디의 세균 번식을 억제하여 생물학적 청결성을 유지할 수 있고, 태양광에 의해 과열 발생을 방지하여 인조잔디를 효율적으로 보호할 수 있으며, 내수성 및 내후성이 우수하여 분말로 날리는 것을 방지할 수 있으므로 인체에 흡입되는 등 부작용을 최소화할 수 있는 동시에 유지 보수에 따른 비용을 절감할 수 있는 인조잔디용 충전재의 제조 방법 및 그로부터 제조된 인조잔디 충전재에 관한 것이다.

Description

인조잔디용 충전재의 제조 방법 및 그로부터 제조된 인조잔디 충전재 {Preparation method of filler for artificial turf and filler for artificial turf therefrom}
본 발명은 인조잔디용 충전재의 제조 방법 및 그로부터 제조된 인조잔디 충전재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인조잔디의 세균 번식을 억제하여 생물학적 청결성을 유지할 수 있고, 태양광에 의해 과열 발생을 방지하여 인조잔디를 효율적으로 보호할 수 있으며, 내수성 및 내후성이 우수하여 분말로 날리는 것을 방지할 수 있으므로 인체에 흡입되는 등 부작용을 최소화할 수 있는 동시에 유지 보수에 따른 비용을 절감할 수 있는 인조잔디용 충전재의 제조 방법 및 그로부터 제조된 인조잔디 충전재에 관한 것이다.
인조잔디는 천연잔디에 대한 대용품으로서 운동장이나 체육 시설 등에 설치된다. 인조잔디는 천연잔디에 비하여 시공비용이 적게 들며, 잔디 생육을 고려할 필요가 없고 잔디 손상에 대한 문제가 적기 때문에 유지 및 관리 비용 측면에서 여러 이점을 가진다. 이러한 인조잔디의 일반적인 시공방법은 지반 위에 기초층을 구축한 후, 기초층 위에 베이스와 프로파일로 이루어진 인조잔디를 설치하고, 인조잔디의 프로파일이 직립된 상태를 유지할 수 있도록 충전재를 깔아 인조잔디 프로파일이 충전재에 의해 직립, 고정된 상태가 되도록 하는 단계를 포함한다.
인조잔디 시공에 사용되는 충전재는 종래에는 주로 폐타이어와 같은 고무 폐기물을 파쇄하여 생성된 고무칩을 사용하였다.
그러나 이와 같은 고무칩은 정체 및 출처 미상의 폐기물을 재활용하기 때문에 유해 물질이 배출될 가능성이 크고, 고무재질 특유의 냄새로 인해 사용자에게 불쾌감을 유발할 수 있는 문제점을 가지고 있다.
또한, 운동장과 같은 태양 광선에 직접 노출되는 인조잔디 환경에서 고무칩은 태양광 및/또는 태양열에 의해 분해되어 미세한 파쇄 분말이 발생하고 이로 인해 현재 가장 큰 문제가 되고 있는 미세먼지나 초미세먼지가 사람의 호흡기관으로 유입되어 건강을 손상시키는 문제를 발생시킨다.
그리고 고무칩은 고무의 특성으로 인해 높은 마찰력을 가지게 되며 수분 함유량도 매우 적기 때문에 접촉 시 높은 마찰열을 발생시킨다. 특히 인조잔디는 운동장과 같은 환경에서 많이 사용되기 때문에 사람이 넘어지는 경우 마찰열에 의해 피부 손상을 일으킬 수 있는 문제점을 가지고 있다.
이러한 종래의 고무칩을 이용한 충전재의 문제점을 해결하기 위해 탄성 플라스틱 압출칩이나 SEBS(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene) 압출칩 등이 개발되었으나, 탄성 플라스틱 압출칩과 SEBS 압출칩은 태양열에 의한 복사열을 발생시켜 주변 인조잔디를 손상시킬 뿐만 아니라 인조잔디에서 활동중인 사람에게도 필요 이상의 열을 전달하게 된다. 또한, 탄성 플라스틱 압출칩과 SEBS 압출칩은 뭉침 현상이 발생할 수 있고, 인장 부족 등의 문제를 가진다.
이러한 문제들을 극복하기 위해 천연소재를 인조잔디 충전재로 사용하기 위한 연구가 지속되고 있으나, 천연소재의 적용에만 중점을 두게 되면서 층격흡수성 및 내구성 등 인조잔디 충전재로서의 기본 품질에 미달하는 경우가 발생하고 있었다.
예컨대, 대한민국 등록특허 제10-1034315호는 인조잔디용 충전재에 있어 분진 발생을 감소시키기 위하여 왕겨, 칡 찌꺼기 분쇄물이 혼합된 황토에 고분자 수지를 혼합하여 인조 잔디에 배치하는 기술을 제안하였다. 상기 특허에서는 단순히 수지 왕겨와 칡 찌꺼기 분쇄물 및 황토로 이루어진 기본재에 고분자 수지 에멀젼을 적신 후 광촉매 수용액에 침지하여 열풍 건조시키는 방법으로 충전재를 제조하지만, 광촉매 수용액이 열풍 건조되더라도 분말 상태를 고정할 수는 없으므로 내수성이 약하다는 문제가 있고 인조잔디에 사용할 경우 장기 내후성 면에서 불리한 문제를 가진다.
또한, 본 출원인이 권리자로 되어 있는 등록특허 제10-1663001호는 무기 염류와 토양 분말의 친환경적인 소재를 사용한 인조잔디용 충전재의 제조방법 및 인조잔디용 충전재를 개시하였다.
이와 같이, 수요가 증가하고 있는 인조잔디용 충전재와 관련된 기술분야에서는 더욱더 인체에 무해하고, 투수성과 함수율이 우수하며 내구성 및 내후성 등의 물성도 우수한 인조잔디용 충전재의 개발이 절실한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1034315호 대한민국 등록특허 제10-1663001호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 인체에 무해하고, 인조잔디의 세균 번식을 억제하여 생물학적 청결성을 유지할 수 있고, 태양광에 의한 과열 발생을 방지할 수 있으며, 내수성 및 내후성이 우수하고, 유지 보수에 따른 비용을 절감할 수 있으며 제조 과정도 비교적 간단한 인조잔디용 충전재의 제조 방법 및 그로부터 제조되는 인조잔디용 충전재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.
상기 목적은 염화나트륨, 염화칼슘 일수화물, 염화칼슘, 삼인산나트륨, 황산나트륨, 리그노술폰산나트륨, 탄산수소나트륨, 황산알루미늄, 탄산칼슘, 과인산석회, 실리카, 황산바륨 및 벤토나이트를 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 제1단계; 상기 1차 혼합물을 숙성하는 제2단계; 토양 분말, 상기 1차 혼합물, 코르크 분말, 열가소성 탄성소재, 배합유, 필러, 산화방지제 및 이산화티타늄을 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 제3단계; 상기 2차 혼합물을 압출 성형하고 소정의 크기로 절단하여 압출 펠렛을 제조하는 제4단계; 상기 압출 펠렛을 탈수하는 제5단계; 상기 탈수된 압출 펠렛에 투수성 코팅층을 형성하는 제6단계; 를 포함하는, 인조잔디용 충전재의 제조 방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 1차 혼합물은 염화나트륨 100 중량부에 대해, 염화칼슘 일수화물 40~250 중량부, 염화칼슘 40~250 중량부, 삼인산나트륨 20~100 중량부, 황산나트륨 20~100 중량부, 리그노술폰산나트륨 8~50 중량부, 탄산수소나트륨 12~60 중량부, 황산알루미늄 4~30 중량부, 탄산칼슘 4~30 중량부, 과인산석회 4~30 중량부, 실리카 10~20 중량부, 황산바륨 5~10 중량부 및 벤토나이트 5~10 중량부를 포함하고,
상기 2차 혼합물은 토양 분말 100 중량부에 대해, 상기 1차 혼합물 1~3 중량부, 코르크 분말 50~100 중량부, 열가소성 탄성소재로서 폴리우레탄 12~33 중량부, 배합유로서 파라핀 오일 25~50 중량부, 필러로서 탈크 25~66 중량부, 산화방지제로 페닐-β-나프틸아민 2~16 중량부 및 이산화티타늄(TiO2) 5-20 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 압출 펠렛을 탈수하는 제5단계는 제조된 압출 펠렛을 고속회전기에 투입하여 고속 회전시켜 압출 펠렛을 탈수함과 동시에 압출 펠렛 상호 마찰에 의한 연삭을 통해 압출 펠렛을 구형으로 제조하는 단계이고, 상기 압출 펠렛에 자외선(UV)을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 2차 혼합물은 토양 분말 100 중량부에 대해 생석회 0.1~3.0 중량부, 굴껍질 분말 0.1~4 중량부, 정수 슬러지 건조 분말 0.1~4 중량부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 목적은, 상술한 인조잔디용 충전재의 제조 방법에 의해 제조된 인조잔디용 충전재에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 친환경적인 소재를 사용하여 인체에 무해하며, 코르크 분말 표면에 미세하게 발달한 벌집구조의 미세공의 흡착작용으로 냄새 입자를 포집하여 악취 발생을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 부식이 되지 않는 코르크 분말의 항균성에 의해 외부 유기물에 오염되기 쉬운 인조잔디의 세균 번식을 억제하여 생물학적 청결성을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 일정 비율의 함수성을 갖고 있어 태양광에 의해 과열 발생을 방지하여 인조잔디를 효율적으로 보호할 수 있으며, 상대적으로 낮은 온도를 유지할 수 있어, 이용자에게 보다 쾌적한 환경을 제공할 수 있다. 또한, 자체 내수성 및 내후성이 우수하여 장기 내구성이 좋아 분말로 날리는 것을 방지할 수 있으므로 인체에 흡입되는 등 부작용을 최소화할 수 있는 동시에 유지 보수에 따른 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 인조잔디용 충전재를 사용한 인조잔디의 일례를 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
본 명세서에 설명하는 인조잔디용 충전재의 제조 방법 및 그로부터 제조된 인조잔디 충전재는, 본 출원인이 권리자로 되어 있는 등록특허 제10-1663001호의 개량발명에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 일 양상에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법의 흐름도인 도 1에 따라 제조 방법을 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법의 제1단계는 무기물 기반의 1차 혼합물을 제조하는 단계이다(S101).
1차 혼합물은 염화나트륨, 염화칼슘 일수화물, 염화칼슘, 삼인산나트륨, 황산나트륨, 리그노술폰산나트륨, 탄산수소나트륨, 황산알루미늄, 탄산칼슘, 과인산석회, 실리카, 황산바륨 및 벤토나이트를 혼합하여 제조한다.
보다 구체적으로는, 염화나트륨 100 중량부에 대해, 염화칼슘 일수화물 40~250 중량부, 염화칼슘 40~250 중량부, 삼인산나트륨 20~100 중량부, 황산나트륨 20~100 중량부, 리그노술폰산나트륨 8~50 중량부, 탄산수소나트륨 12~60 중량부, 황산알루미늄 4~30 중량부, 탄산칼슘 4~30 중량부, 과인산석회 4~30 중량부, 실리카 10~20 중량부, 황산바륨 5~10 중량부 및 벤토나이트 5~10 중량부를 포함하는 조성물로 이루어진다.
본 발명에서 염화나트륨은 토양 내에 설페이트 염의 생성을 촉진시킴으로써 조기 강성을 유도하는 작용을 한다. 이하 1차 혼합물의 조성물에서 조성의 함량은 염화나트륨을 100 중량부로 하여 설명한다.
본 발명에서 염화칼슘 일수화물은 염화칼슘에 물이 결합하여 이루어진 성분으로서 염화칼슘과 물이 1:1의 몰비로 결합되어 얻어진 물질이다. 염화칼슘 일수화물은 수분을 적정 함량으로 조절하는 역할을 하며, 본 발명에서 그 사용 범위는 40~250 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 염화칼슘은 발열 반응을 촉진하여 수화 반응을 유도하는 작용을 하며, 사용 범위는 40~250 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 삼인산나트륨은 응집 상태의 토양 미립자를 분산시켜 응결 고화를 강화하는 작용을 하며, 그 사용 범위는 20~100 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 황산나트륨은 황화 반응을 촉진하여 조직을 치밀하게 하는 역할을 하며, 사용 범위는 20~100 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 리그노술폰산나트륨은 토양 분말 입자를 둘러싸서 분산성과 응집성을 강화시키는 역할을 하며 토양 미립자를 응집시키고 보수성을 가져 장기 안정성을 유지하는 작용을 한다. 본 발명에서 리그노술폰산나트륨은 8~50 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 탄산수소나트륨은 조직을 치밀하게 하는 역할을 하며, 사용 범위는 12~60 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 황산알루미늄은 이온교환반응을 통해 알루미늄 이온이 토양 표면의 (-)기와 이온 결합하고 음이온은 시멘트 표면의 (+)기와 이온 결합을 유도하여 고화를 촉진하고 강성을 증진시키는 역할을 한다. 본 발명에서 황산알루미늄은 4~30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 탄산칼슘은 토양의 응결을 촉진하고 수축을 방지하는 역할을 하며, 사용 범위는 4~30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 과인산석회는 조직을 치밀하게 하고 강도 발현에 기여하며, 사용 범위는 4~30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 실리카는 충전재의 내화학성을 높여 화학적 오염이나 변질을 방지하며, 사용범위는 10~20 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 황산바륨은 충전재의 열 안정성 및 내변색 성질을 향상시키며, 사용범위는 5~10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 벤토나이트는 함수율을 높이며, 사용범위는 5~10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
이러한 무기물 중 실리카, 황산바륨 및 벤토나이트는 조직을 치밀하게 하여 표면의 균일성과 마감성을 높일 수 있으며, 장기 내후성 향상을 개선할 수 있다. 이를 위해 실리카, 황산바륨 및 벤토나이트는 충전재 표면의 균일성과 품질을 높일 수 있도록 100매쉬(Mesh) 이하의 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는 1차 혼합물에 다공질이며, 흡수능력이 좋은 질석 분말 5-15중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무기물 성분들은 물에 잘 녹는 성분 및/또는 물에 대한 분산성이 좋은 성분들로서 중금속이나 기타 유해성 물질의 부산물이 생기지 않아 친환경적이라는데 그 특징이 있다.
본 발명은 물에 쉽게 녹는 염으로 이루어진 동시에 다수의 양이온들이 토양의 표면에 대전된 음이온과 이온 결합함으로써 토양 입자 간의 결합을 매개하는 역할을 한다. 또한, 각 성분의 특성으로 인해 수화 작용, 고결 작용 및 수분 흡수 작용 등을 촉진하여 고결화 효과를 조기에 발현되도록 하고 강도를 증진시키게 된다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법의 제2단계는 제1단계에서 제조된 1차 혼합물을 소정의 시간 동안 숙성하는 단계이다(S102). 이러한 숙성 기간은 15시간 내지 48시간인 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법의 제3단계는 2차 혼합물을 제조하는 단계이다(S103).
1차 혼합물의 제조 및 숙성 후, 제조된 1차 혼합물에 토양 분말, 코르크 분말, 열가소성 탄성소재, 배합유, 필러, 산화방지제 및 이산화티타늄을 혼합하여 2차 혼합물을 제조한다(S103).
보다 구체적으로, 2차 혼합물은 토양 분말 100 중량부에 대해, 1차 혼합물 1~3 중량부, 코르크 분말 50~100 중량부, 열가소성 탄성소재로서 폴리우레탄 12~33 중량부, 배합유로서 파라핀 오일 25~50 중량부, 필러로서 탈크 25~66 중량부, 산화방지제로 페닐-β-나프틸아민 2~16 중량부 및 이산화티타늄 5-20 중량부를 혼합한 조성물이다.
본 발명에서 토양 분말은 제1단계(S101)에서 얻어진 1차 혼합물(무기물 혼합물)과 혼합되어 수화 반응과 수분 흡수 작용을 촉진함으로써 고화를 촉진하고 고도의 강도를 발현하도록 한다. 토양 분말은 일반 도로나 공원, 산책로, 습지, 고수부지 등에 분포된 현장 토양을 분말 상태로 건조하여 입도 선별을 통해 얻어진 균일한 분말을 사용할 수 있다. 또한, 토양 분말은 압축성이 있는 점토, 실트 또는 이탄 등도 사용될 수 있다. 바람직하게는 토양 분말은 황토가 사용될 수 있다. 황토는 친환경 소재로서 유해물질을 배출하지 않으며 고정도 및 단열 효과를 높인다. 이하 2차 혼합물의 조성물에서 조성의 함량은 토양 분말을 100 중량부로 하여 설명한다.
2차 혼합물에서 토양 분말 100 중량부에 대해, 1차 혼합물 1~3 중량부를 포함하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에서 코르크 분말은 천연 소재로 유해물질을 발생시키지 않으며, 인조잔디 충전재가 단열, 방음 및 탄력성에서 뛰어난 성질을 가지도록 한다. 그리고 코르크 분말은 미세하게 발달한 벌집구조의 미세공(Micro Pore)의 흡착작용을 통해 충전재 자체의 냄새입자를 포집할 뿐만 아니라 외부에서 발생한 냄새입자를 포집하여 악취 발생을 예방할 수 있다. 또한, 코르크 분말은 자체적으로 부식되지 않는 항균성을 가져 외부 유기물에 오염되기 쉬운 인조잔디의 세균 번식을 억제하여 생물학적 청결성을 유지하도록 한다. 이러한 코르크 분말은 50~100 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 열가소성 탄성소재는 높은 탄성 복원력을 통해 운동 시 발생하는 충격에 대하여 높은 충격 흡수 효과로 피로감을 줄일 수 있다. 특히 인조잔디는 축구장이나 야구장과 같은 운동장에 자주 설치되기 때문에 고강도 운동 시 발생하는 충격을 흡수하여 인조잔디 상에서 활동하는 사람에게 충격에 대한 피해를 줄이고 피로감을 최소화할 수 있다. 열가소성 탄성소재는 폴리우레탄인 것이 바람직하다. 이러한 열가소성 탄성소재로서 폴리우레탄은 12~33 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 배합유는 조성물의 조직에 침투하여 압출 과정에서 가공을 용이하게 하고 압출 펠렛의 물성을 개선한다. 배합유는 1차 혼합물 및 2차 혼합물의 조성에 따라 다양한 물질이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 배합유로 파라핀계 오일을 사용하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 배합유로서 파라핀 오일은 25~50 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 이러한 파라핀 오일이 첨가되는 경우 계면활성제를 파라핀 오일 100 중량당 1 내지 3중량부로 포함할 수 있다. 이러한 계면활성제로는 다양한 실험을 통해 아실 락틸레이트계 음이온계면활성제가 가장 바람직한 것을 확인하였다. 이의 예로써 소듐 이소스테아로일 락틸레이트, 소듐 카프로일 락틸레이트, 소듐 라우로일 락틸레이트 등이 있다.
본 발명에서 필러는 충전재의 변형을 방지하여 인조잔디를 보호한다. 일례로서, 필러는 투자율을 갖는 자화 가능 물질을 함유하도록 할 수 있다. 바람직하게는 필러는 탈크(활석), 페로실리콘 및 Fe3O4로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함될 수 있다. 본 발명에서는 다양한 실험예를 통해 필러로서 탈크가 가장 적합하다는 것을 알 수 있었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 탈크는 충전재의 변형을 방지하는 동시에 충전재의 내화성을 높이는 기능을 한다. 이러한 탈크는 마그네슘을 주성분으로 하는 무른 성질의 암석으로 자연상태에서는 발암물질인 석면을 함유한 사문암과 섞여 있는 경우가 많아 탈크를 사용하기 전에는 반드시 석면을 제거해야 한다. 이러한 필러로서 탈크는 25~66 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 산화방지제는 충전재의 산화를 방지하기 위해 페닐-β-나프틸아민 2~16 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 2차 혼합물에는 이산화티타늄 5-20 중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 하기에서 설명하는 바와 같이, 제조된 압출 펠렛의 탈수가 완료되면, 압출 펠렛에 자외선(UV)을 조사하고, 2차 혼합물에 포함된 이산화티타늄은 자외선 광에 의해 친수성 상태로 변화할 수 있다. 구체적으로 이산화티타늄(TiO2)은 3.0~3.2eV의 밴드 갭을 갖고 388nm 이상의 파장을 가지는 자외선을 조사함으로써 정공의 산화에 의해 산화분해력이 높은 히드록시라디칼을 생성한다. 이산화티타늄은 산화 환원 작용에 의하여 친수성이 높아지며, 유기물질을 분해하여 살균 혹은 항균, 탈취, 오염방지, 공기 및 수질 정화가 가능하게 된다. 따라서 제조 결과물인 인조잔디 충진재는 이산화티타늄의 자외선 조사에 따른 산화 환원 작용을 통해 내부에 물을 저장할 수 있어, 태양광에 의한 온도 상승을 줄일 수 있으며, 살균 혹은 항균, 탈취, 오염방지, 공기 및 수질 정화를 통해 자기 세정(Self-cleaning)이 가능하게 된다.
또한, 2차 혼합물은 상술한 조성물에 추가하여 생석회, 석고 분말, 굴껍질 분말 및 정수 슬러지 분말 중에서 선택되는 1종의 분말 또는 2종 이상의 혼합 분말을 더 혼합하여 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 2차 혼합물은 생석회 0.1~3.0 중량부, 굴껍질 분말 0.1~4 중량부, 정수 슬러지 건조 분말 0.1~4 중량부를 더 포함하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 산업 부산물의 혼합 분말은 조직을 더욱 치밀하게 하고 강도를 높여 내구성을 강화한다.
또한, 본 발명에서 2차 혼합물은 첨가물로서, 활제, 증점제, 증점안정제, 가소제, 소포제 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 추가로 구성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법의 제4단계는 제조된 2차 혼합물을 압출 성형하여 압출 펠렛을 제조하는 단계이다(S104).
제3단계(S103)에서 얻어진 2차 혼합물을 소정의 물과 혼합한 후 압출기를 통과시키고 일정 크기로 절단하여 펠렛 형상으로 제조한다. 이를 통해 본 발명은 별도의 소성 과정을 생략할 수 있어 제조가 용이하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
압출 펠렛을 제조하는 제4단계는 보다 구체적으로 2차 혼합물을 압출하는 단계 및 압출된 2차 혼합물을 일정 크기로 절단하여 펠렛 형상으로 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 2차 혼합물을 교반기를 이용하여 균일하게 교반 한 후 압출기를 통과시키고 일정 크기로 절단하여 펠렛 형상을 제조한다. 이때 절단되는 크기는 약 0.5~3.0 mm의 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 일례로서, 절단 방법은 수중 절단(Under Water Cutting) 방식이 사용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법의 제5단계는 제조된 압출 펠렛을 고속 회전기에 투입하여 탈수함과 동시에 구형의 성형물로 제조하는 단계이다(S105).
제조된 펠렛 형상의 압출 성형물은 아직 고화가 되지 않은 상태이므로 이를 고속 회전기에 투입하여 고속 회전시킬 경우 탈수됨과 동시에 상호 마찰에 의해 연마되어 표면이 무뎌지면서 구 형상을 이루고 이후 양생에 의해 내부 고화가 일어나서 구형의 형태를 가지게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법은 탈수된 압출 펠렛에 자외선(UV)을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
2차 혼합물에 포함된 이산화티타늄은 자외선 광에 의해 친수성 상태로 변화할 수 있다. 구체적으로 이산화티타늄(TiO2)은 3.0~3.2eV의 밴드 갭을 갖고 388nm 이상의 파장을 가지는 자외선을 조사함으로써 정공의 산화에 의해 산화분해력이 높은 히드록시라디칼을 생성한다. 이산화티타늄은 산화 환원 작용에 의하여 친수성이 높아지며, 유기물질을 분해하여 살균 혹은 항균, 탈취, 오염방지, 공기 및 수질 정화가 가능하게 된다. 따라서 제조 결과물인 인조잔디 충진재는 이산화티타늄의 자외선 조사에 따른 산화 환원 작용을 통해 내부에 물을 저장할 수 있어, 태양광에 의한 온도 상승을 줄일 수 있으며, 살균 혹은 항균, 탈취, 오염방지, 공기 및 수질 정화를 통해 자기 세정(Self-cleaning)이 가능하게 된다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법의 제6단계는 탈수된 압출 펠렛에 투수성 코팅층을 형성하는 단계이다(S106).
고속회전기에서 성형이 마무리된 후 얻어지는 압출 펠렛은 경성(Hard)의 조직을 가지며 표면의 거칠기가 높아 인조잔디 충전재로 사용할 경우 접촉한 신체 피부에 상처를 입힐 수 있기 때문에 압출 펠렛의 표면을 연성 조직으로 변화시키기 위해 압출 펠렛 표면에 투수성 코팅층을 형성한다.
이러한 압출 펠렛 표면에 형성된 투수성 코팅층은 함수율을 높여 압출 펠렛이 소정의 수분을 흡수 저장할 수 있도록 한다. 이때 투수성 코팅층의 중량은 토양 분말 100 중량부 대비 1 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 투수성 코팅층은 수성 바니쉬, 더욱 구체적으로는 수성 폴리우레탄 바니쉬로 이루어질 수 있다. 투수성 코팅층은 압출 펠렛의 표면에 도포된 후 자연건조를 통해 형성될 수 있다. 수성 바니쉬는 스크래치에 강하고 화학적 저항력이 높으며, 소정의 수분을 흡수할 수 있다. 또한, 수성 바니쉬는 표면에 부드럽고 매끈하여 넘어진 사람의 피부와 접촉 시 피부 손상을 줄일 수 있다.
상술한 과정을 통해 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재는 구형을 가지며, 내부는 강성이 큰 구조이며 표면은 매끄럽고 부드러운 촉감으로 이루어진 코어/쉘 구조를 이룬다. 이와 같은 친환경 인조잔디 충전제는 인체에 무해한 친환경 소재로 구성되므로 기존 폐고무를 쓰던 충전재를 대체할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 인조잔디용 충전재를 사용한 인조잔디의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 인조잔디용 충전재의 제조 방법을 통해 제조된 인조잔디용 충전재는 지반(10) 위에 기초층(20)을 형성하고, 형성된 기초층(20) 위에 베이스(30)와 인조잔디(40)로 이루어진 인조잔디층을 포설하여 잔디층을 형성한 후, 베이스(30)에 식재된 인조잔디(40) 사이에 충전재(300)를 충진하여 인조잔디(40)를 적립시켜 인조잔디를 시공할 수 있다. 이때, 일례로서 기초층(20)에는 건조 규사가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재 제조 방법을 통해 제조된 인조잔디 충전재는 작은 구형상을 가지며 중심은 경도가 크고 표면은 매끄러운 조직으로 형성된 코어/쉘 구조를 가짐으로써 사람의 신체와 접촉 시 촉감이 우수하며 미끌어짐과 같은 강한 접촉 발생 시에도 충격을 흡수하고 마찰을 줄여 피부 손상을 줄일 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재 제조 방법을 통해 제조된 인조잔디 충전재는 함수율이 높아 지열에 의한 온도 상승을 방지할 수 있으며, 특히 하절기 강한 태양광에 의한 발열이 적어 열섬 효과로 인한 인조잔디 열화를 방지할 수 있다. 또한, 자체 강성, 내수성 및 내후성이 우수하여 분해 및 부스러짐 발생이 적어 유지 보수가 편리하고 유지 비용을 절감할 수 있다.
[ 실시예 ]
염화나트륨 100 중량부에 대해, 염화칼슘 일수화물 50 중량부, 염화칼슘 50 중량부, 삼인산나트륨 40 중량부, 황산나트륨 30 중량부, 리그노술폰산나트륨 15중량부, 탄산수소나트륨 25 중량부, 황산알루미늄 15 중량부, 탄산칼슘 20 중량부, 과인산석회 10 중량부, 실리카 10 중량부, 황산바륨 7 중량부 및 벤토나이트 6중량부를 혼합하여 1차 혼합물을 제조한 후 1차 혼합물을 24시간 숙성시켰다.
다음으로, 토양 분말 100 중량부에 대비 숙성된 1차 혼합물 2 중량부, 코르크 분말 70 중량부, 열가소성 탄성소재로서 폴리우레탄 15 중량부, 배합유로서 파라핀 오일 30 중량부, 필러로서 탈크 30 중량부, 산화방지제인 페닐-β-나프틸아민 8 중량부 및 이산화티타늄 5 중량부를 혼합하여 2차 혼합물을 제조한 후 2차 혼합물을 압출 성형하고 약 2.0 mm의 직경 크기로 절단하여 압출 펠렛을 제조하였다.
다음으로, 원심력을 이용하여 압출 펠렛을 탈수시킨 다음 압출 펠렛에 투수성 코팅층을 형성하여 인조잔디용 충전재를 제조하였다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 제조 방법에 따라 제조된 인조잔디용 충전재의 성능을 하기의 실험과 같이 평가하여 그 결과를 하기에 나타내었다.
[실험예 1]
본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재를 사용하여 표 1과 같이 탈취시험을 수행하였다.
탈취시험의 세부구성
(1) 시료 20g을 5L 크기 반응기에 넣고 밀봉
(2) 시험가스의 초기농도 주입하고 시험가스의 농도를 초기(0분) 60분, 120분, 180분, 240분, 300분, 360분에서 측정(시료 농도)
(3) 시험가스의 농도는 가스 검지관 (구 KS I 2218:2009)에 의해 측정
(4) 시험 중 온도는 (23.0 ± 5.0)℃, 습도는 (50 ± 10) %RH를 유지
(5) 이와 별도로 시료가 없는 상태에서 위의 2~4에 의해 시험을 진행(블랭크 농도)
(6) 각 시간대별 시험가스의 농도 감소율은 아래 식에 의해 계산
* 탈취율(%) = ((Cb - Cs)/Cb) x 100
- Cb: 블랭크 농도, (1,2,3,4,5,6) 시간 경과 후 시험가스백 안에 남아있는 시험가스의 농도
- Cs: 시료, (1,2,3,4,5,6) 시간 경과 후 시험가스백 안에 남아있는 시험가스의 농도
표 1의 탈취시험의 시험환경은 (24.9 ± 0.4)℃, (50.4 ± 1.1) %RH에서 수행되었으며, 톨루엔의 초기농도는 20ppm, 40ppm, 60ppm, 암모니아의 초기농도는 50 ppm, 100ppm, 200ppm, 아세트알데히드의 초기농도는 7ppm, 14ppm, 20ppm, 벤젠의 초기농도는 20ppm, 40ppm, 60ppm이었다.
표 1의 탈취시험으로 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재를 실험한 결과, 암모니아는 6시간후 95% 이상 농도가 감소하였으며, 아세트알데하이드는 6시간후 20% 이상 농도가 감소하였다. 또한, 톨루엔은 6시간 후 75% 이상의 농도가 감소하였으며, 벤젠은 6시간후 60% 이상 농도가 감소하였다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재는 높은 탈취 효과를 가지는 것으로 나타났다.
[실험예 2]
본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재를 이용한 원적외선 시험은 원적외선 방사율 측정방법을 통해 수행하였다. 원적외선 방사율 측정방법은 흑체로의 온도가 40℃일 때 원적외선의 양을 측정하고 시료 가열로에 장착된 시료의 표면온도가 흑체와 동일온도가 되었을 때 원적외선 양을 측정하여 방사율/방사에너지에 의해 방사율을 산출한다. 보다 자세한 사항은 KCL-FIR-1005(2011) "단체표준 적외선 분광광도계에 의한 방사율 및 방사에너지"에 따른다. 원적외선 시험의 시험환경은 정해진 온도 및 습도에 가로 및 세로 각각 4cm 시편을 홈에 넣고 40℃ 가열하고, 가열한 시편에 레이저를 이용하여 방사되는 양을 측정하여 수행하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재을 이용한 원적외선 시험 결과에 따르면, 원적외선 방사에너지는 300W/m2 이상, 원적외선 방사율은 70% 이상으로 측정되었다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재는 코르크 분말, 황토 및 그 외 성분들을 사용함으로써 시중의 원적외선 방사기기 또는 게르마늄 수준의 방사 효과를 가져 쾌적한 운동 환경을 조성할 수 있음을 확인할 수 있었다.
[실험예 3]
본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재를 이용한 열전도도 시험은 레이저를 사용하여 시료 아랫면에 열을 가해 반대면에서 방출되는 양을 측정하였다. 열전도도 시험의 세부구성은 표 2와 같다.
열전도도 시험의 세부구성
세부 시험 구분 방법 및 조건
밀도시험 시험방법 ASTM D792 (Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement)에 준하여 비중 측정 후 밀도 환산
시험온도 (25±2) ℃
비열시험 시험방법 KS M ISO 11357-4
(플라스틱-시차 주사 열량계(DSC)-제4부: 비열 용량 측정)
측정온도범위 및 시간 0℃(5min 유지),
0~50℃(1st Heating),
50℃(5min 유지)
승온속도 0℃/5min (1st Heating)
열확산계수 및 열전도도 시험 시험방법 ASTM E1461(Standard Test Methods for Thermal Diffusivity by the Flash Method) λ(T) = α(T) x Cp(T) x p(T)
열확산율(α), 비열(Cp), 밀도(p) 측정후 열전도도(λ)로 환산.
센서 InSb
시험온도 25℃
표 2와 같은 열전도도 시험에 따라 측정된 열전도도는 0.5 W/m.K로 나타내었다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재는 낮은 열전도도를 가짐으로써 하절기 잔디 온도 상승을 억제하여 쾌적한 환경을 유지할 수 있게 된다.
[실험예 4]
본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재를 이용한 항균시험은 시료 4g을 녹인 증류수 100mL에 시험 균주를 접종하고 24시간 배양하여 세균 감소율을 측정하였다. 항균시험의 세부 사항은 KCL-FIR-1002(2011 "진탕 플라스크법"에 따른다. 항균시험의 세부구성은 표 3과 같다.
항균시험의 세부구성
구분 세부내역
시험환경 (37.0 ± 0.2)℃
시험 곰팡이 균주 Escherichia coli ATCC 25922,
Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442,
Staphylococcus aureus ATCC 6538
표 3과 항균시험에 따라 측정된 항균시험의 결과로 24시간 후 세균 감소율 8% 이상으로 나타났다. 따라서 본 발명에 따른 무기물 합성기술을 이용한 인조잔디 충전재는 항균성에 의해 외부 유기물에 오염되기 쉬운 인조잔디의 세균 번식을 억제하여 생물학적 청결성을 유지할 수 있게 된다.
[실험예 5]
상술한 실험 외 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 비중, 입자 크기(%), 중금속(mg/kg), 총휘발성 유기화합물(TVOCs)(mg/kg), 중금속 용출(mg/kg), 프탈레이트계 가소제(%)의 함량을 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
KS F 3888-1:2017 시험 결과
비중 1.5 이하 KS F3888-1
:2017
(실외체육시설-인조잔디)
입자 크기 (%) 3.35 mm 초과 3 이하
1.4~3.35 mm 94 이상
1.4 mm 미만 3 이하
중금속 (mg/kg) Pb 90 이하
Cd 50 이하
Cr6 + 25 이하
Hg 25 이하
총휘발성 유기화합물(TVOCs) (mg/kg) Benzene 총량 50 이하
Toluene
Ethyl benzene
Xylene
중금속 용출 (mg/kg) Al 70,000 이하
Sb 560 이하
As 47 이하
Ba 18,750 이하
B 15,000 이하
Cr 460 이하
Co 130 이하
Cu 7,700 이하
Mn 15,000 이하
Ni 930 이하
Se 460 이하
Sr 56,000 이하
Sn 180,000 이하
Zn 46,000 이하
프탈레이트계 가소제 (%) DBP 총량 0.1 이하
BBP
DEHP
DINP
DNOP
DIDP
표 4에 시험한 결과는 세부적으로는 KS F 3888-1:2017 (실외체육시설 - 인조잔디)시험방법에 의한 것이다. 표 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재는 실외체육시설-인조잔디에 대한 한국산업표준㉿ 인증심사기준을 만족하는 것으로 나타났다.
상술한 실험예들로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 인조잔디용 충전재의 성능은 더욱 분명하게 나타남을 확인할 수 있을 것이다.
이상 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10: 지반 20: 기초층
30: 베이스 40: 인조잔디
300: 무기물 합성기술을 이용한 인조잔디 충전재

Claims (5)

  1. 염화나트륨, 염화칼슘 일수화물, 염화칼슘, 삼인산나트륨, 황산나트륨, 리그노술폰산나트륨, 탄산수소나트륨, 황산알루미늄, 탄산칼슘, 과인산석회, 실리카, 황산바륨 및 벤토나이트를 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 제1단계;
    상기 1차 혼합물을 15시간 내지 48시간 동안 숙성하는 제2단계;
    토양 분말, 상기 1차 혼합물, 코르크 분말, 열가소성 탄성소재, 배합유로서 파라핀 오일, 상기 파라핀 오일 100 중량부당 1 내지 3중량부의 아실 락틸레이트계 음이온 계면활성제, 필러, 산화방지제 및 이산화티타늄을 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 제3단계;
    상기 2차 혼합물을 압출 성형하고 소정의 크기로 절단하여 압출 펠렛을 제조하는 제4단계;
    상기 압출 펠렛을 탈수하는 단계로서, 상기 제조된 압출 펠렛을 고속회전기에 투입하여 고속 회전시켜 압출 펠렛을 탈수함과 동시에 압출 펠렛 상호 마찰에 의한 연마를 통해 압출 펠렛을 구형으로 제조하는 제5단계;
    상기 압출 펠렛에 자외선(UV)을 조사하는 제6단계;
    상기 탈수된 압출 펠렛에 투수성 코팅층을 형성하는 제7단계;
    를 포함하는, 인조잔디용 충전재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 혼합물은 염화나트륨 100 중량부에 대해, 염화칼슘 일수화물 40~250 중량부, 염화칼슘 40~250 중량부, 삼인산나트륨 20~100 중량부, 황산나트륨 20~100 중량부, 리그노술폰산나트륨 8~50 중량부, 탄산수소나트륨 12~60 중량부, 황산알루미늄 4~30 중량부, 탄산칼슘 4~30 중량부, 과인산석회 4~30 중량부, 실리카 10~20 중량부, 황산바륨 5~10 중량부 및 벤토나이트 5~10 중량부를 포함하고,
    상기 2차 혼합물은 토양 분말 100 중량부에 대해, 상기 1차 혼합물 1~3 중량부, 코르크 분말 50~100 중량부, 열가소성 탄성소재로서 폴리우레탄 12~33 중량부, 배합유로서 파라핀 오일 25~50 중량부, 필러로서 탈크 25~66 중량부, 산화방지제로 페닐-β-나프틸아민 2~16 중량부 및 이산화티타늄 5-20 중량부를 포함하는, 인조잔디용 충전재의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 2차 혼합물은 생석회 0.1~3.0 중량부, 굴껍질 분말 0.1~4 중량부, 정수 슬러지 건조 분말 0.1~4 중량부를 더 포함하는, 인조잔디용 충전재의 제조 방법.
  5. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 의해 제조되는 인조잔디용 충전재.
KR1020180038427A 2018-04-03 2018-04-03 인조잔디용 충전재의 제조 방법 및 그로부터 제조된 인조잔디 충전재 KR101872877B1 (ko)

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