KR101911760B1 - 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 이용한 친환경 탄성 포장재 및 이의 시공방법 - Google Patents

농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 이용한 친환경 탄성 포장재 및 이의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 이용한 친환경 탄성 포장재 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 상세하게는 농산부산물로, 왕겨, 절단 볏짚 및 볏짚매트를 이용하며, 상기 농산부산물과 폴리우레탄의 수지의 중량비에 따른 배합비에 따라 최적의 인장강도 및 신장률이 둘 다 우수한 조합을 확립한 것으로, 본 발명은 탄성이 우수할 뿐만 아니라, 친환경 소재를 사용하고 있으므로, 실외뿐만 아니라, 실내에서도 사용 가능한 포장재이다. 또한, 본 발명의 친환경 탄성 포장재는 농산부산물을 사용함으로써 비용절감효과가 있을 뿐만 아니라, 한국적 정서에 어울리는 시각적인 효과가 있는 것이다.

Description

농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 이용한 친환경 탄성 포장재 및 이의 시공방법{Eco-friendly elastic pavement using agricultural by-products and polyurethane resin and constructing method thereof}
본 발명은 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 이용한 친환경 탄성 포장재 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 토양 층이 그대로 노출된 비포장 노면은 강우, 온도 등과 같은 기후 조건, 또는 사람이나 차량 등과 같은 외부 조건에 의해 노면의 원래 상태의 평탄함 등을 일정하게 유지하기 곤란하므로 보도, 차도, 광장, 주차장 등에는 비포장 노면을 그대로 사용하기는 적당하지 못한 면이 있다. 따라서 비포장 노면에는 콘크리트나 아스팔트로 포장하여 노면의 상태변화를 최소화함으로써 보도, 차도, 광장, 주차장 등으로 사용하고 있다. 이와 같은 콘크리트나 아스팔트 포장 면은 그 표면이 단단하여 충격흡수력이 저하됨에 따라 조깅을 하거나, 또는 보행 중에 관절에 큰 무리를 가져다 줘 피로감은 물론 건강상에도 좋지 않은 영향을 미치게 된다는 단점이 있었다.
따라서, 최근에는 사람들이 주로 도보로 이용하는 보도나 광장 등은 지면을 탄성 포장재로 포장하여 충격 흡수성을 향상시킴으로써 보행자의 보행으로 인한 피로를 줄이고 건강도 보호함과 더불어, 보행자로 하여금 편안한 보행감을 느낄 수 있도록 하고, 또한 이러한 탄성 포장재에 각종 안료를 첨가함으로써 포장 면에 다채로운 디자인을 첨가시켜 심미감을 향상시키고 있다. 이러한 탄성 포장재를 사용한 탄성 포장 면은 콘크리트와 같은 비탄성 포장 면에 비하여 보행자의 관절 등을 보호할 수 있고 이용자가 넘어지더라도 상처나 골절 등의 안전사고를 최소화할 수 있어 어린이 놀이터, 산책로, 자전거 도로 및 각종 체육시설의 바닥면 등에 시공하는 경우가 점점 증가하고 있다.
사람이 주로 통행하는 보행로에 설치되는 도로 포장재는 경도와 내열성 및 내후성이 우수한 콘크리트 보도블록이나 콘크리트, 컬러콘, 투수콘, 아스콘 등 비탄성 포장재가 사용되는 것이 일반적이었다. 그러나 이와 같은 비탄성 포장재들은 탄성이 없어 보행감이 좋지 못하다는 단점이 있다. 이와 같은 비탄성 포장재의 단점을 해소하기 위하여 최근에는 탄성 부재, 예컨대 폐타이어 칩이나 고무 칩을 이용하여 제조되는 탄성 포장재의 사용이 증가되고 있다. 탄성 포장재는 탄성이 있기 때문에 보행감이 좋아 공원이나 놀이터, 산책로, 자전거 전용도로, 광장 및 조깅 코스 등에 많이 사용되고 있다. 그러나 불쾌한 냄새나 유해물질 방출 등 인체 및 환경적인 측면에서 바람직하지 않다. 따라서 폐타이어나 폐 고무 칩 등을 사용한 탄성 층의 문제점을 극복하고, 인체에 무해하고 친환경적인 재료로 대체하고자 목재 칩, 톱밥, 섬유, 황토 등 천연재료를 사용하는 기술이 연구개발되어 보고된 바 있으나, 결합제인 우레탄바인더 등의 합성수지와의 결합력이 약하기 때문에 기계적 성질이 열등하여 실용화되지 못한 문제점이 있었다.
이와 같은 천연재료를 사용하고자 하는 탄성 포장재의 일례로는 한국등록특허 제0708612호에 왕겨 투수 탄성 포장체와 그 제조 방법 및 시공 방법이 개시되어 있고, 한국등록특허 제0829164호에 액상 세라믹 바인더가 함유된 투수성 도로포장재 및 그 제조방법이 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2010-0031789호에 혼재 폐비닐로 만들어지는 탄성 바닥재가 개시되어 있으나, 본 발명의 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 이용한 친환경 탄성 포장재 및 이의 시공방법에 대해 개시된 바 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명은 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 이용한 친환경 탄성 포장재 및 이의 시공방법을 제공하고, 본 발명에 따른 친환경 탄성 포장재의 인장강도 및 신장률이 우수하여 탄성 포장재로 사용가능하다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하지층, 프라이머층 및 탄성층이 지면으로부터 순차적으로 적층된 다층구조이며, 상기 탄성층은 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 포장재를 제공한다.
또한, 본 발명은 (1) 하지층을 형성하는 단계;
(2) 상기 형성된 하지층의 상부에 프라이머를 도포하는 단계; 및
(3) 상기 도포된 프라이머가 완전 경화되기 전에, 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 포설하여 탄성층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 포장재의 시공방법을 제공한다.
본 발명은 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 이용한 친환경 탄성 포장재 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 인장강도 및 신장률이 둘 다 우수할 뿐만 아니라, 친환경 소재를 사용하고 있으므로, 실외뿐만 아니라, 실내에서도 사용 가능한 포장재이다. 또한, 본 발명의 친환경 탄성 포장재는 농산부산물을 이용하므로, 비용절감 효과가 있으며, 한국적 정서에 어울리는 시각적 효과가 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 왕겨 및 절단 볏짚의 농산 부산물을 이용한 탄성 포장재 시편 사진으로, (A)는 왕겨 및 폴리우레탄 수지를 100:100의 중량비로 혼합하여 제조한 시편 사진이고, (B)는 10mm의 절단 볏짚 및 폴리우레탄 수지를 100:150의 중량비로 혼합하여 제조한 시편 사진이며, (C)는 10mm의 절단 볏짚 및 왕겨를 50:50의 중량비로 혼합한 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 100:150의 중량비로 혼합하여 제조한 시편 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 농산부산물의 볏짚 매트 사진(A)과 상기 볏짚 매트의 적층방법을 나타낸 사진으로, (B)는 동일방향으로 적층한 것이고, (C)는 서로 직교하는 방향으로 적층한 사진이다.
본 발명은 하지층, 프라이머층 및 탄성층이 지면으로부터 순차적으로 적층된 다층구조이며, 상기 탄성층은 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 포장재에 관한 것이다.
상기 하지층과 프라이머층은 KS 규격(KS F 3888-2)에 따른 방법 및 재료를 이용하여 시공 목적과 환경상황에 따라 형성할 수 있다.
상기 농산부산물은 왕겨, 5~15mm의 절단볏짚 및 볏짚 매트 중 하나 이상인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
상기 탄성층은 100:100~150의 중량비로 혼합한 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 상기 탄성층은 10mm의 절단 볏짚 및 왕겨를 50~70:50~30 중량비로 혼합한 농산부산물과 폴리우레탄 수지를 100:100~150의 중량비로 포함하거나, 상기 탄성층은 3장의 볏짚 매트를 서로 직교하는 방향으로 적층한 것으로, 상기 3장의 볏짚 매트 중에서 가운데에 적층되는 볏짚 매트의 양면에 0.4~0.6kg/m2의 폴리우레탄 수지를 도포한 것일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 상기 탄성층은 3장의 볏짚 매트를 서로 직교하는 방향으로 적층하며, 상기 3장의 볏짚 매트 중에서 가운데에 적층되는 볏짚 매트의 양면에 0.4~0.6kg/m2의 폴리우레탄 수지를 도포한 후 적층하고, 지면으로부터 상단에 위치하는 볏짚 매트의 표면에는 0.2~0.3kg/m2의 폴리우레탄 수지를 코팅한 것일 수 있으며, 이에 제한하지 않는다.
또한, 본 발명은 (1) 하지층을 형성하는 단계;
(2) 상기 형성된 하지층의 상부에 프라이머를 도포하는 단계; 및
(3) 상기 도포된 프라이머가 완전 경화되기 전에, 농산부산물 및 폴리우레탄 수지를 포설하여 탄성층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 포장재의 시공방법에 관한 것이다.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
실시예 1. 왕겨, 절단 볏짚 및 볏짚 매트의 농산 부산물을 이용한 탄성 포장재 시편의 제조
1) 왕겨 및 폴리우레탄 수지를 100:60 또는 100:100의 중량비로 혼합하여 탄성 포장재 시편을 제조하였다(도 1A).
2) 볏짚의 길이를 5, 10, 15mm가 되도록 절단하여 각각의 절단 볏짚과 폴리우레탄 수지를 중량비로, 100:100 및 100:150이 되도록 혼합하여 탄성 포장재 시편을 제조하였다(도 1B).
3) 10mm의 절단볏짚 및 왕겨를 중량비로, 70:30, 50:50 및 30:70이 되도록 혼합한 후, 상기 혼합물과 폴리우레탄 수지를 중량비로, 100:100 및 100:150이 되도록 혼합하여 탄성 포장재 시편을 제조하였다(도 1C).
4) 볏짚 매트를 세 장 적층하여 폴리우레탄 수지를 도포하여 탄성 포장재 시편을 제조하였다. 상기 볏짚 매트를 수평 또는 수직의 한 방향 또는 서로 직교 방향으로 세 장 적층 하였다. 이때 가운데에 적층되는 볏짚 매트의 양면에 0.4 또는 0.6kg/m2의 폴리우레탄 수지를 도포하여 맨 하단의 볏짚 매트 위에 적층하고, 이후에 상단에 위치하는 볏짚 매트의 표면에는 0.2~0.3kg/m2의 폴리우레탄 수지를 코팅하여 탄성 포장재 시편을 제조하였다(도 2).
실시예 2. 왕겨를 이용한 탄성 포장재 시편의 인장강도 및 신장률 분석
상기 실시예 1에서 제조한 왕겨 및 폴리우레탄 수지를 이용한 탄성 포장재 시편에 대한 인장강도 및 신장률을 분석하였다. 그 결과, 하기 표 1에 개시한 바와 같이, 왕겨 및 폴리우레탄 수지의 중량비가 100:100 일 때, 인장강도(MPa)가 0.37±0.02MPa이고, 신장률(%)이 17.0±3.7%로 나타났다.
왕겨 및 폴리우레탄 수지의 혼합비에 따른 탄성 포장재 시편에 대한 인장강도(MPa) 및 신장률(%)
왕겨 + 폴리우레탄 수지(바인더)의
배합비(중량비)		 인장강도(MPa) 신장률(%)
100:80 0.28±0.07 5.3±2.4
100:100 0.37±0.02 17.0±3.7
실시예 3. 절단 볏짚을 이용한 탄성 포장재 시편의 인장강도 및 신장률 분석
상기 실시예 1에서 제조한 절단 볏짚 및 폴리우레탄 수지를 이용한 탄성 포장재 시편에 대한 인장강도 및 신장률을 분석하였다. 그 결과, 하기 표 2에 개시한 바와 같이, 절단 볏짚 및 폴리우레탄 수지의 중량비가 100:150 일 때, 인장강도(MPa)가 0.39~0.51±0.13~0.07MPa이고, 신장률(%)이 3.12~4.41±0.57~0.81%로 나타났다.
절단 볏짚 및 폴리우레탄 수지의 혼합비에 따른 탄성 포장재 시편에 대한 인장강도(MPa) 및 신장률(%)
절단 볏짚 + 폴리우레탄 수지(바인더)의 배합비(중량비) 볏짚 길이(mm) 인장강도(MPa) 신장률(%)

100:100		 5 0.14±0.08 4.25±0.6
10 0.17±0.11 3.85±0.4
15 0.09±0.02 2.46±0.6

100:150		 5 0.39±0.09 3.12±0.71
10 0.51±0.13 4.18±0.57
15 0.41±0.07 4.41±0.81
실시예 4. 왕겨 및 10 mm 의 절단 볏짚을 이용한 탄성 포장재 시편의 인장강도 및 신장률 분석
상기 실시예 1에서 제조한 왕겨와 절단 볏짚(10mm)의 혼합물 및 폴리우레탄 수지를 이용한 탄성 포장재 시편에 대한 인장강도 및 신장률을 분석하였다. 그 결과, 하기 표 3에 개시한 바와 같이, 절단 볏짚 및 폴리우레탄 수지의 중량비가 100:100일 때, 인장강도(MPa)가 0.32~0.49±0.04~0.12MPa이고, 신장률(%)이 5.21~9.41±1.05~3.48%로 나타났고, 절단 볏짚 및 폴리우레탄 수지의 중량비가 100:150일 때, 인장강도(MPa)가 0.63~0.85±0.10~0.21MPa이고, 신장률(%)이 5.23~6.17±0.77~1.11%로 나타났다.
Figure 112016128464309-pat00001
실시예 5. 볏짚 매트를 이용한 탄성 포장재 시편의 인장강도 및 신장률 분석
상기 실시예 1에서 제조한 볏짚 매트 및 폴리우레탄 수지를 이용한 탄성 포장재 시편에 대한 인장강도 및 신장률을 분석하였다. 그 결과, 하기 표 4에 개시한 바와 같이, 폴리우레탄 수지의 도포량이 0.4kg/m2 일 때, 수평 방향에 대한 인장강도(MPa)는 1.12~1.48±0.47~0.92MPa이고, 신장률(%)은 2.34~6.12±0.89~1.24%로 나타났고, 수직 방향에 대한 인장강도(MPa)는 0.21~1.34±0.05~0.34MPa이고, 신장률(%)은 3.12~3.14±0.42~0.89%로 나타났다.
또한, 폴리우레탄 수지의 도포량이 0.6kg/m2 일 때, 수평 방향에 대한 인장강도(MPa)는 1.42~1.53±0.38~0.72MPa이고, 신장률(%)은 4.96~5.04±0.47~1.47%로 나타났고, 수직 방향에 대한 인장강도(MPa)는 0.35~1.56±0.12~0.62MPa이고, 신장률(%)은 3.84~6.14±0.12~0.98%로 나타났다.
3장의 볏짚 매트 및 폴리우레탄 수지의 혼합비에 따른 탄성 포장재 시편에 대한 인장강도(MPa) 및 신장률(%)
폴리우레탄 수지(바인더)의 도포량(kg/㎡) 적층 방식 하중 방향 인장강도(MPa) 신장률(%)

0.4		 한 방향 수평 1.48±0.47 2.34±0.89
수직 0.21±0.05 3.12±0.42
직교 수평 1.12±0.92 6.12±1.24
수직 1.34±0.34 3.14±0.78

0.6		 한 방향 수평 1.53±0.72 4.96±0.47
수직 0.35±0.12 3.84±0.12
직교 수평 1.42±0.38 5.04±1.47
수직 1.56±0.62 6.14±0.98
상기 표 4에서 하중 방향은 탄성 포장재 인장강도 측정시에 당기는 방향으로 수평방향은 탄성 포장재 볏짚의 길이 방향, 수직방향은 볏짚 길이에 대해 직각 방향을 의미한다.
실시예 6. 본 발명의 친환경 탄성 포장재의 시공
1) 탄성 포장 전 하지 처리(KS F 3888 규격에 준하여 시공)
하지면의 양생을 확인하고, 시공에 결함을 유발할 수 있는 모든 이물질을 제거하였다.
2) 프라이머 도포
시공 요구사항에 따라 표면을 하지 처리한 후, 프라이머를 균일하게 도포하였다.
3) 포설
실시예 1에 따른 10mm의 절단 볏짚 및 왕겨(50:50 중량비)와 폴리우레탄 수지를 100:150의 중량비로 혼합하여 프라이머가 완전 경화되기 전에 하부층의 배합물을 두께가 20~30mm가 되도록 일정하게 포설하였다.
4) 다짐과 평탄 작업
상기한 바와 같이 탄성층으로 포설한 다음 경화되기 전에 롤러로 충분히 다짐 및 평탄작업을 수행하였고, 버너 등으로 가열한 흙손 등으로 마무리하였다.

Claims (8)

  1. 하지층, 프라이머층 및 탄성층이 지면으로부터 순차적으로 적층된 다층구조이며, 상기 탄성층은 서로 직교하는 방향으로 적층한 3장의 볏짚 매트를 포함하되, 상기 3장의 볏짚 매트 중에서 가운데에 적층되는 볏짚 매트의 양면에는 0.4~0.6kg/m2의 폴리우레탄 수지를 도포한 후 적층하고, 지면으로부터 상단에 위치하는 볏짚 매트의 표면에는 0.2~0.3kg/m2의 폴리우레탄 수지를 코팅한 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 포장재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. (1) 하지층을 형성하는 단계;
    (2) 상기 형성된 하지층의 상부에 프라이머를 도포하는 단계; 및
    (3) 상기 도포된 프라이머가 완전 경화되기 전에, 서로 직교하는 방향으로 적층한 3장의 볏짚 매트를 포설하여 탄성층을 형성하되, 상기 3장의 볏짚 매트 중에서 가운데에 적층되는 볏짚 매트의 양면에는 0.4~0.6kg/m2의 폴리우레탄 수지를 도포한 후 적층하고, 지면으로부터 상단에 위치하는 볏짚 매트의 표면에는 0.2~0.3kg/m2의 폴리우레탄 수지를 코팅한 것을 특징으로 하는 단계;를 포함하는 친환경 탄성 포장재의 시공방법.
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