KR102034999B1 - 실리콘 커버를 포함하는 인체에 무해한 고탄성 항균 매트 - Google Patents

실리콘 커버를 포함하는 인체에 무해한 고탄성 항균 매트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 고무 커버를 포함하는 항균 매트에 대한 것이다.
본 발명에 따른 항균 매트는 내화학성, 내후성, 내오염성, 내열성, 내마모성 및 내화성이 우수하고 항균 및 방취 효과가 뛰어나 인체에 무해하며 우수한 탄성력을 가짐과 동시에 친환경적이다.

Description

실리콘 커버를 포함하는 인체에 무해한 고탄성 항균 매트 {High elasticity antibacterial mat that is harmless to the human and comprise silicone cover}
본 발명은 실리콘 커버를 포함하는 인체에 무해한 고탄성 항균 매트에 대한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 내화학성, 내후성, 내오염성, 내열성, 내마모성 및 내화성이 우수하고 항균 및 방취 효과가 뛰어나 인체에 무해하며 친환경적인 실리콘 커버를 포함하는 고탄성 항균 매트에 대한 것이다.
일반적으로 실내외용 항균 매트는 실내외 놀이터 등에 설치되는 것으로써, 폐타이어를 재활용 재료로 사용하는 하부 구조 상에 마감 재료로 EPDM 고무칩 등의 고무계 폼을 위치시키는 형태로 설계되고 있다.
구체적으로, EPDM, NBR 등의 폼층은 놀이터 등 실외 장소에서 폐타이어 등과 같은 하부 구조와 접착제를 매개로 부착 고정되어 이용되고 있으나, 상기 고무 성분들은 마찰에 의한 제품의 변형이나 내오염성, 내마모성 및 내화학성 등이 취약하고, 유지관리가 어려운 단점이 있다. 특히, 기존의 고무칩은 세균 번식에 취약한 구조를 가지고 있어 어린이용 놀이터에 다수의 세균이 노출되는 문제점을 야기시켰다. 따라서, 상기 문제를 극복 할 수 있고 항균 특성 및 무독성 등 인체 무해성이 우수하면서, 반영구적인 친환경 대체 마감 소재에 대한 연구개발이 필요한 상황이다.
한편, 실리콘 고무는 예를 들면 내열성, 내후성, 및 전기 절연성 등의 특성이 뛰어나 전기 기기 및 전자기기, 액정 관련 기기 및 의료 분야 등 다양한 분야에 이용되고 있다.
또한, 실리콘 고무는 고무 본래의 뛰어난 높은 마찰계수 및 부드러운 감촉 등의 특성을 가지고 있고, 내화성, 내오염성 및 내마모성이 우수하고 탄성이 뛰어나 마감 소재로 각광을 받고 있다.
다만, 실리콘 고무 소재 시트의 경우 그 제조 단가가 비싸다는 점과 기존의 다른 고무계 마감소재와 적층 혹은 접착시키기 위해 별도의 접착성분을 요하며 접착 성분에 기인한 탄성의 저하나 시트의 국지적 만곡 문제 등이 있어, 실리콘 고무 소재와 기존 고무계 마감 소재와의 조화를 위한 추가 연구가 지속 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허 10-1482588
본 발명은 고무계 성분의 베이스폼 영역과 실리콘 커버 사이의 마찰력을 극대화하여 실리콘 고무 커버와 베이스폼 영역이 접하는 상면에 별도 접착 혹은 점착 성분 없이도 안정적으로 층 구조를 유지할 수 있고 외력에 의한 제품 변형을 최소화할 수 있으며, 내화학성, 내후성, 내오염성, 내열성, 내마모성 및 내화성이 우수하고 항균 및 방취 효과가 뛰어나 인체에 무해하며 친환경적인 항균 매트를 제공한다.
본 발명은 또한, 실리콘계 점착성분의 국소부위 사용만으로도 안정적으로 층 구조를 유지할 수 있고 외력에 의한 제품의 변형을 최소화할 수 있으며, 실리콘 고무 성분을 점착제의 일 재료로 이용할 수 있어 매트의 제조 단가를 절감할 수 있는 항균 매트를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로써, 고무계 성분 또는 고분자 수지 발포체를 함유하는 베이스폼 영역; 상기 베이스폼 영역의 상면 및 측면을 커버하고 실리콘 고무 성분을 함유하는 실리콘 고무 커버; 및 상기 베이스폼 영역과 상기 실리콘 고무 커버가 부분적으로 접하여 형성된 공극 구조를 포함하고, 상기 실리콘 고무 커버는, 섬유 기재층, 상기 섬유 기재층의 어느 일면에 형성되어 있는 제 1 실리콘 고무층; 및 상기 섬유 기재층의 상기 제 1 실리콘 고무층이 형성된 면의 반대 면에 위치하는 제 2 실리콘 고무층을 포함하며, 상기 제 1 실리콘 고무층은, 정형 또는 비정형 패턴을 가지고 0.55 내지 0.80 범위 내의 정지 마찰계수를 가지며 상기 베이스폼 영역의 상면과 접하고 있는 제 1 영역 및 상기 제 1 영역의 정지 마찰계수와 상이한 정지 마찰계수를 가지고 상기 베이스폼 영역의 측면과 접하고 있는 제 2 영역을 포함하는 항균 매트에 대한 것이다.
하나의 예시에서, 상기 베이스폼 영역은, 천연 고무, 니트릴 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 하이파론 고무, 아크릴 고무 및 불소 고무 중 선택되는 어느 하나의 고무계 성분을 함유하거나 또는 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 페놀 수지, 폴리염화비닐, 우레아수지, 폴리이미드 및 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 중 선택되는 어느 하나의 고분자의 수지 발포체를 함유할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 실리콘 고무 커버는, 상기 베이스폼 영역의 상면 및 측면 전체를 커버하고 하면 전체 면적 대비 10% 미만을 커버하도록 설계될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 실리콘 고무층의 상기 제 1 영역은, ASTM D2240에 따라 측정된 쇼어 경도-A가 35 내지 55의 범위 내에 있을 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 실리콘 고무층의 상기 제 1 영역은, 정형 또는 비정형 패턴이 위치하는 제 1 a영역 및 상기 정형 또는 비정형 패턴이 위치하지 아니하는 제 1b 영역을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1b 영역은, 1.5 μm 내지 5.0μm의 중심선 표면 거칠기(Rrms)를 가지고, 산소 플라즈마 방전 처리에 의해 형성된 제 1 굴곡 구조 및 샌드 페이퍼에 의한 버핑 처리에 의해 형성된 제 2 굴곡 구조를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 실리콘 고무층의 상기 제 1b 영역은, 23℃에서의 점도가 50 Pa·s 내지 500Pa·s 의 범위 내에 있는 부가 경화형 액상 실리콘 고무 조성물의 경화물에 대한 산소 플라즈마 방전 및 버핑 처리물일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 항균 매트는, 상기 제 1 실리콘 고무층의 상기 제 2 영역과 상기 베이스폼 영역 사이에 위치하고 ASTM D903-49에 따라 측정된 박리 강도가 2.0 내지 4.0의 범위 내에 있는 실리콘 감압 점착제층을 더 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 실리콘 고무층은, 친수성 고무 영역; 상기 친수성 고무 영역의 상부에 형성되어 있는 프라이머 영역; 및 상기 프라이머 영역의 상부에 형성되어 있는 소수성 폴리우레탄 박막을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 실리콘 고무층은, ASTM D638에 따라 측정된 인장 강도가 70 내지 120 kgf/cm2 의 범위 내에 있을 수 있다.
본 발명에 따른 항균 매트는 상면에 별도 접착 혹은 점착 성분 없이도 안정적으로 층 구조를 유지할 수 있고 외력에 의한 제품 변형을 최소화할 수 있으며, 내화학성, 내후성, 내오염성, 내열성, 내마모성 및 내화성이 우수하고 항균 및 방취 효과가 뛰어나 인체 무해성이 우수하며, 반영구적이고 친환경적이다.
본 발명에 따른 항균 매트는 또한, 실리콘계 점착성분의 국소부위 사용만으로도 안정적으로 층 구조를 유지할 수 있고 외력에 의한 제품의 변형을 최소화할 수 있으며, 실리콘 고무 성분을 점착제의 일 재료로 이용할 수 있어 매트의 제조 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 항균 매트는 더욱이, 기존 EPDM 고무칩 대비 낮은 높이를 가지면서도 고탄성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
물론, 본 발명의 효과가 상기 언급한 범위 내로 제한되는 것은 아니다.
도 1, 2, 3, 6 및 8은 본 발명에 따른 항균 매트의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 5는 본 발명에 따른 실리콘 고무 커버의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 제 2 실리콘 고무층의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 대하여, 도면 및 예시를 들어 보다 구체적으로 설명한다.
본 명세서에서, 단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는, 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 발명은 발명의 주요 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소는 상기 용어들에 의해 한정되어서는 아니 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명자는 실리콘 고무 커버와 베이스폼 영역 사이의 마찰력을 증대시켜 접착 혹은 점착제의 사용을 최소화하여 실리콘 소재 사용에 따른 제품 제작 단가 상승을 최소화함과 동시에 내화학성, 내후성, 내오염성, 내열성, 내마모성 및 내화성이 우수하고 항균 및 방취 효과가 뛰어나 인체 무해성이 우수하며, 반영구적이고 친환경적인 항균 매트를 개발하여 본 발명에 이르렀다.
구체적으로, 본 발명자는 베이스폼 영역에 접하는 실리콘 고무 커버 면의 표면 구조 및 경도를 적정 범위 내로 설정하여 마찰계수를 조절하고, 외부로 노출되는 실리콘 고무 커버 면의 상세 구조를 개선하여 인장 강도를 조절함으로써, 제작 단가 상승을 최소화함과 동시에 내화학성, 내후성, 내오염성, 내열성, 내마모성 및 내화성이 우수하고 항균 및 방취 효과가 뛰어나 인체 무해성이 우수하며, 반영구적이고 친환경적인 항균 매트를 개발하였다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명에 따른 항균 매트에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 항균 매트의 일 사시도가 도시되어 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 항균 매트는 베이스폼 영역(100); 상기 베이스폼 영역(100)의 상면 및 측면을 커버하는 실리콘 고무 커버(200); 및 상기 베이스폼 영역(100)과 상기 실리콘 고무 커버(200)가 부분적으로 접하여 형성된 공극 구조(300)를 포함한다.
베이스폼 영역(100)은 항균 매트의 구조적 지지체 역할을 수행하는 것으로써, 소정의 탄성을 가지는 폼 형태의 층이다.
베이스폼 영역(100)은 고무계 성분 또는 고분자 수지 발포체를 함유한다.
하나의 예시에서, 베이스폼 영역(100)은 쇼어 경도-A가 30 내지 90의 범위 내에 있는 고무계 성분을 포함할 수 있다.
다른 예시에서, 베이스폼 영역(100)은 ASTM D 638에 따라 측정된 인장강도가 50kg/cm2 내지 300 kg/cm2 또는 50kg/cm2 내지 200kg/cm2의 범위 내에 있는 고무계 성분을 포함할 수 있다.
베이스폼 영역(100)에 함유되는 고무계 성분은, 예를 들면 천연 고무, 니트릴 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 하이파론 고무, 아크릴 고무 및 불소 고무 중 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합 일 수 있다.
또한, 베이스폼 영역(100)에 함유되는 고분자 수지 발포체는, 예를 들면 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 페놀 수지, 폴리염화비닐, 우레아수지, 폴리이미드 및 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 중 선택되는 어느 하나의 고분자의 수지 발포체 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
베이스폼 영역(100)은, 예를 들면 상기 고무계 성분 및 고분자 수지 발포체를 포함하는 각층들이 복수로 존재하는 다층 구조일 수 있다.
하나의 예시에서, 베이스폼 영역(100)은 고무계 성분을 함유하는 제 1층 및 고분자 수지 발포체를 함유하는 제 2층을 포함하는 2층 구조일 수 있다. 이 경우, 제 1층 또는 제 2층에는 소정의 정형 또는 비정형 패턴이 형성되어 있을 수 있고, 상기 패턴은 실리콘 커버 시트와 함께 항균 매트의 전체적인 탄성력 향상에 기여할 수 있다.
다른 예시에서, 베이스폼 영역(100)은 고무계 성분을 함유하는 제 1층, 상기 제 1층의 어느 일면에 존재하고 고분자 수지 발포체를 함유하는 제 2층 및 상기 제 1층의 상기 제 2층이 존재하는 면의 반대 면에 존재하고, 상기 제 2층과 같거나 다른 고분자 수지 발포체를 함유하는 제 3층을 포함하는 3층 구조; 또는 고분자 수지 발포체를 함유하는 제 1층, 상기 제 1층의 어느 일면에 존재하고 고무계 성분을 함유하는 제2층 및 상기 제 1층의 상기 제 2층이 존재하는 면의 반대 면에 존재하고, 상기 제 2층과 같거나 다른 고무계 성분을 함유하는 제 3층을 포함하는 3층 구조 일 수 있다. 베이스폼 영역(100)은 3층 구조일 때 또한, 각층에는 소정의 정형 또는 비정형 패턴이 형성되어 있을 수 있고, 상기 패턴은 실리콘 커버 시트와 함께 항균 매트의 전체적인 탄성력 향상에 기여할 수 있다.
구체적인 예시에서, 베이스폼 영역(100)은 EPDM 폼층 및 상기 EPDM폼층의 양면에 각각 존재하는 제 1 및 제 2 EVA층을 포함하는 3층 구조일 수 있고, 이 경우 상기 EPDM폼층 혹은 제 1 및 제 2 EVA층의 상면에는 정형 또는 비정형 패턴이 형성되어 있을 수 있고, 바람직하게는 EPDM폼층의 상면에 소정 간격을 두고 렌티큘러 형상의 정형 패턴이 형성되어 있을 수 있다.
베이스폼 영역(100)은 비정형 공극이 불규칙하게 표면 및 내부에 형성되어 있을 수 있다. 따라서, 베이스폼 영역(100)의 상부에 위치하는 실리콘 고무 커버(200)와의 접합, 압착 혹은 상부 압력에 의한 눌림에 의해 베이스폼 영역(100)의 표면 및 내부에 형성된 비정형 공극은 후술하는 실리콘 고무 커버(200)의 제 1 실리콘 고무층(201)의 불규칙한 표면(예를 들면, 제1 영역)과의 마찰력 증대에 기여할 수 있다.
베이스폼 영역(100)의 두께는, 20 mm 내지 100 mm 또는 20 mm 내지 50 mm의 범위 내에 있을 수 있고, 상기 두께는 항균 매트의 설계 목적 및 위치에 따라 달라질 수 있다.
베이스폼 영역(100)의 제조방법은 공지의 폼 제조 공정이 제한 없이 이용될 수 있고, 예를 들면 베이스 고무 성분 혹은 고분자 수지, 첨가제, 가류제, 충진제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 폼 형성용 조성물을 배합 및 숙성 하고, 소정의 유속으로 액상 발포한 후 가교하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다. 베이스폼 영역(100)이 다층 구조일 경우, 상기와 같은 방식에 의해 형성된 층 구조물의 일면 또는 양면에 동일한 방식으로 층을 적층하는 방식이 이용될 수 있다.
베이스폼 영역(100)의 상면 및 측면은 실리콘 고무 커버(200)에 의해 커버되는데, 실리콘 고무 커버(200)는 외부 환경으로부터 베이스폼 영역(100)을 보호함과 동시에 항균 매트의 마감재 역할을 수행한다.
실리콘 고무 커버(200)는, 예를 들면 베이스폼 영역(100)의 상면 전체를 커버하고, 측면의 어느 일부만을 커버할 수 있다. 즉, 도 1에는 실리콘 고무 커버(200)가 베이스폼 영역(100)의 측면 전체를 커버하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐, 실리콘 고무 커버(200)는 베이스폼 영역(100)의 측면 중 어느 일부만을 커버할 수도 있다.
구체적으로, 실리콘 고무 커버(200)는 베이스폼 영역(100)의 상면 전체를 커버하고, 측면 전체 면적 대비 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상 또는 90% 이상을 커버하도록 설계될 수 있다.
다른 예시에서, 실리콘 고무 커버(200)는 베이스폼 영역(100)의 상면 및 측면 전체를 커버할 수 있다.
또 다른 예시에서, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 고무 커버(200)는 베이스폼 영역(100)의 상면 및 측면 전체를 커버하고, 하면의 일부를 커버할 수도 있다.
구체적으로, 실리콘 고무 커버(200)는 베이스폼 영역의 상면 및 측면 전체를 커버하고 하면 전체 면적 대비 10% 미만을 커버하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 실리콘 고무 커버(200)는 하면 전체 면적 대비 0.5% 이상, 1% 이상 또는 2% 이상을 커버하도록 설계될 수 있다.
다른 구체적인 예시에서, 실리콘 고무 커버(200)는 베이스폼 영역의 상면 및 측면 전체를 커버하고 하면 전체 면적 대비 5% 미만을 커버하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 실리콘 고무 커버(200)는 하면 전체 면적 대비 0.5% 이상 또는 1% 이상을 커버하도록 설계될 수 있다.
실리콘 고무 커버(200)의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니고, 상기 실리콘 고무 커버(200)의 목적 및 외력에 의해 파단이 되지 아니할 정도의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 일 예시에서, 실리콘 고무 커버(200)는 2 mm 내지 50 mm 또는 5 mm 내지 25 mm의 두께 범위를 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4에는 본 발명에 따른 실리콘 고무 커버(200)의 상세 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 일 사시도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 고무 커버(200)는 섬유 기재층(201); 상기 섬유 기재층(201)의 어느 일면에 형성되어 있는 제 1 실리콘 고무층(202); 및 상기 섬유 기재층의 상기 제 1 실리콘 고무층(202)이 형성된 면의 반대 면에 위치하는 제 2 실리콘 고무층(203)을 포함한다.
섬유 기재층(201)은 실리콘 고무 커버(200)의 중간 기재 역할을 수행하는 것으로써, 예를 들면 면 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 유기 합성섬유를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 면 섬유 또는 유리 섬유를 포함할 수 있다.
섬유 기재층(201)의 어느 일면에는 제 1 실리콘 고무층(202)이 형성되어 있다. 제 1 실리콘 고무층(202)은 베이스폼 영역(100)과 접하는 면에 위치하는 층으로서, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 소정의 패턴이 형성되어 있고 베이스폼 영역(100)의 상면과 접하고 있는 제 1 영역(2021)과 패턴이 형성되어 있지 아니하고 베이스폼 영역(100)의 측면과 접하고 있는 제 2 영역(2022)으로 이루어져 있다.
구체적으로, 제 1 실리콘 고무층(202)은 정형 또는 비정형 패턴을 가지고 0.55 내지 0.80 범위 내의 정지 마찰계수를 가지며 베이스폼 영역(100)의 상면과 접하고 있는 제 1 영역(2021) 및 제 1 영역(2021)의 정지 마찰계수와 상이한 정지 마찰계수를 가지고 베이스폼 영역(100)의 측면과 접하고 있는 제 2 영역(2022)을 포함한다.
베이스폼 영역(100)의 상면과 접하고 있는 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)은 정형 또는 비정형 패턴을 가지고 0.55 내지 0.80 범위 내의 정지 마찰계수를 가진다.
비록 도 4 및 5에는 제 1 영역(2021)에 반원형의 패턴이 반복적으로 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)에 형성되어 있는 정형 또는 비정형 패턴은 제 1 영역(2021)의 표면에 마찰력을 증진시키기 위한 구성으로써, 그 종류 및 형태에는 특별한 제한은 없다.
하나의 예시에서, 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)은 외부로 도출된 반원형, 반타원형, 사각형, 오각형, 육각형, 원통형 또는 원추형 등의 단위 패턴이 반복적 및 규칙적으로 형성되어 있는 정형 패턴을 포함하거나, 또는 상기 단위 패턴이 비반복적 및 비규칙적으로 형성되어 있거나 상기 단위 패턴 이외에 비정형 단위 패턴이 형성되어 있는 비정형 패턴을 포함할 수 있다.
상기 정형 또는 비정형 패턴의 형성 방법은, 예를 들면 실리콘 액상 고무를 이용하여 형성할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 정형 또는 비정형 패턴은 실리콘 고무 커버(200)의 제 1 실리콘 고무층(202) 상에 정형 혹은 비정형 패턴의 형성을 위한 성형용 금형을 상응하게 배치시키고 액상 실리콘 고무 조성물을 상기 금형 위에 제공한 후 경화하는 방식으로 형성된 것일 수 있다.
다른 예시에서, 상기 정형 또는 비정형 패턴은 나노임프린팅 또는 리소그래피 등의 방식에 의해 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)은 0.55 내지 0.80 범위 내의 정지 마찰계수를 가진다. 정지 마찰계수 값이 0.55 미만일 경우 실리콘 커버 시트(200)는 약한 외력에 의해서 베이스폼 영역(100)으로부터 탈리될 수 있고, 0.80을 초과할 경우 내마모성이 저하될 수 있으며, 외력에 의한 파단 등이 발생할 수 있으므로 상기 범위 내의 정지 마찰계수를 가지는 것이 바람직하다. 상기 정지 마찰계수는 전술한 정형 또는 비정형 패턴과 후술하는 표면 처리 공정에 의해 형성된 제 1 영역(2021) 내의 표면 거칠기에 의해 달성되는 것 일 수 있다. 상기 마찰계수는, 예를 들면 ASTM D-1894-01의 C 타입에 따라 측정한 값일 수 있다.
다른 예시에서, 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)은 0.60 내지 0.80, 0.65 내지 0.80 또는 0.70 내지 0.80 범위 내의 정지 마찰계수를 가질 수 있다.
제 1 실리콘 고무층(202)은 상기 범위 내의 정지 마찰계수와 함께 소정의 표면 경도를 유지함으로써 우수한 내마모성을 달성할 수 있고, 베이스폼 영역(100)과의 접촉면에서의 마찰을 더욱 증대시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)은 ASTM D2240에 따라 측정된 쇼어 경도-A가 35 내지 55의 범위 내에 있을 수 있다. 쇼어 경도-A가 35 미만일 경우 고무층이 지나치게 유연하여 내마모성에 취약하고, 쇼어 경도-A가 55를 초과할 경우 고무층이 과도하게 딱딱해져 베이스폼 영역(100)과의 접촉 면적을 감소시킴에 따라 외력에 의한 이격 및 탈리가 용이해지는 문제가 발생할 수 있다.
다른 예시에서, 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)은 ASTM D2240에 따라 측정된 쇼어 경도-A가 40 내지 55 또는 45 내지 55의 범위 내에 있을 수 있다. 제 1 실리콘 고무층(202)의 경도는 베이스 폴리머인 알케닐기 함유 오가노폴리실록산 내 알케닐기와 규소원자에 결합한 수소원자(Si-H기)를 함유하는 오기노하이드로겐폴리실록산 내 Si-H기의 비율이나 보강성 실리카 등의 보강제 함량 등의 함량을 변경함으로써 조절할 수 있다.
도 5에는 본 발명에 따른 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)의 상세 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)은 정형 또는 비정형 패턴이 위치하는 제 1 a영역(2021a), 및 정형 또는 비정형 패턴이 위치하지 아니하는 제 1b 영역(2021b)을 포함할 수 있다.
본 발명자는 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)의 정형 또는 비정형 패턴이 위치하지 아니하는 부분(제1b 영역) 또한 소정의 표면 거칠기를 가질 수 있도록 표면 구조를 설계함으로써, 정형 또는 비정형 패턴이 위치하는 영역(제1a 영역)과 함께 전체적으로 베이스폼 영역(100)과의 마찰력을 증대시켜 상면에 별도의 접착 또는 점착 성분 없이도 외력으로부터 항균 매트의 견고함을 유지하도록 하였다.
구체적인 예시에서, 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)은 정형 또는 비정형 패턴이 위치하는 제 1 a영역(2021a), 및 정형 또는 비정형 패턴이 위치하지 아니하는 제 1b 영역(2021b)을 포함할 수 있고, 제 1 b 영역(2021b)은 1.0 μm 내지 5.0μm 범위 내의 중심선 표면 거칠기(Rrms)를 가질 수 있다. 상기 중심선 표면 거칠기(Rrms)는, 중심선에서 표면의 단면 곡선까지 길이의 기준길이(L)내에서의 제곱 평균으로 표면 조도 측정기(Surface Roughness Tester, kosaka사, SE3500)를 사용하여 측정한 값일 수 있다.
제 1b 영역(2021b)의 상기 중심선 표면 거칠기(Rrms)가 1.0 μm 미만일 경우, 제 1 실리콘 고무층(202)과 베이스 버퍼층(100) 사이의 목적하는 마찰력을 달성하기 곤란할 수 있고, 상기 중심선 표면 거칠기(Rrms)가 5.0μm을 초과할 경우, 제 1 실리콘 고무층(202) 및 이를 포함하는 실리콘 고무 커버(200)의 인장 강도나 기타 다른 물성의 악화를 초래할 수 있어 바람직하지 않다.
다른 예시에서, 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역(2021)은 정형 또는 비정형 패턴이 위치하는 제 1 a영역(2021a), 및 정형 또는 비정형 패턴이 위치하지 아니하는 제 1b 영역(2021b)을 포함할 수 있고, 제 1 b 영역(2021b)은 1.5 μm 내지 5.0μm, 2.0 μm 내지 지 5.0μm 또는 3.0 μm 내지 지 5.0μm 범위 내의 중심선 표면 거칠기(Rrms)를 가질 수 있다.
제 1 b 영역(2021b)의 상기 중심선 표면 거칠기(Rrms) 값은, 예를 들면 제 1 실리콘 고무층(202)의 표면에 저온 및 상압 조건 산소 플라즈마 방전 처리, 코로나 방전 처리 및 버핑 처리 중 어느 하나 이상을 수행함으로써 달성할 수 있고, 구체적인 예시로써 산소 플라즈마 방전 처리 후, 버핑 처리를 수행함으로써 달성할 수 있다. 상기 산소 플라즈마 방전 처리는 제 1b 영역(2021b)의 물리적 마이크로 굴곡 뿐만 아니라, 화학적 성질을 개질시켜 제 1 실리콘 고무층(202)의 점착력을 증대시킬 수 있고, 상기 버핑 처리는 벌크 굴곡 구조 형성에 기여할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 b 영역(2021b)은 1.5 μm 내지 5.0μm의 중심선 표면 거칠기를 가지고, 산소 플라즈마 방전 처리에 의해 형성된 제 1 굴곡 구조 및 샌드 페이퍼에 의한 버핑 처리에 의해 형성된 제 2 굴곡 구조를 포함할 수 있다.
한편, 제 1 실리콘 고무층(202)은 액상 실리콘 고무의 경화물일 수 있는 바, 제 1 b영역(2021b)는 액상 실리콘 고무 조성물의 경화물에 대한 산소 플라즈마 방전 처리 및 버핑 처리의 결과물일 수 있다.
구체적인 예시에서, 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 b영역(2021b)은 23℃에서의 점도가 50 Pa·s 내지 500 Pa·s 의 범위 내에 있는 부가 경화형 액상 실리콘 고무 조성물의 경화물에 대한 산소 플라즈마 방전 및 버핑 처리물일 수 있다. 상기 액상 실리콘 고무 조성물의 점도가 50 Pa·s 에 미치지 못하거나, 500 Pa·s 을 초과하는 경우 산소 플라즈마 방전 및 버핑 처리에 대한 표면 특성을 확보할 수 없거나, 실리콘 고무 커버로서의 적정 경도 및 내마모성을 확보할 수 없어 바람직하지 않다.
전술한 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 1 영역의 구조 및 물성에 기인하여, 베이스폼 영역(100)과 실리콘 고무 커버(200)는 별도의 접착 및 점착 성분 없이 안정적으로 적층되어 있을 수 있다.
제 1 실리콘 고무층(202)은 또한, 제 1 영역(2021)의 정지 마찰계수와 상이한 정지 마찰계수를 가지고 베이스폼 영역(100)의 측면과 접하고 있는 제 2 영역(2022)을 포함한다.
제 2 영역(2022)은, 도 4 및 에 도시되어 있는 바와 같이, 베이스폼 영역(100)의 측면과 접하고 있는 영역으로서, 베이스폼 영역(100)의 상면과 접하고 있는 제 1 영역(2021) 대비 낮은 정지 마찰계수를 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 제 2 영역(2022)은, 0.40 미만, 0.35 미만, 0.30 미만 또는 0.25 미만의 정지 마찰계수를 가질 수 있다. 상기 마찰계수의 하한값은, 예를 들면 0.05 초과, 0.10 초과 또는 0.15 초과일 수 있다.
제 2 영역(2022)은 제 1 영역(2021)과 달리 표면에 정형 또는 비정형 패턴을 포함하고 있지 아니한 영역이고, 동시에 별도의 표면 개질 처리가 수행되지 아니한 영역일 수 있다.
한편, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 실리콘 고무층(202)의 제 2 영역(2022)과 베이스폼 영역(100) 사이에는 소정의 점착 성분을 가진 실리콘 감압 점착제층(400)이 더 포함될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 항균 매트는 제 1 실리콘 고무층(200)의 제 2 영역(2022)과 베이스폼 영역(100) 사이에 위치하고 ASTM D903-49에 따라 측정된 박리 강도가 2.0 내지 4.0의 범위 내에 있는 실리콘 감압 점착제층(400)을 더 포함할 수 있다.
일반적으로 점착제의 종류에는 고무계 점착제, 아크릴계 점착제, 실리콘계 점착제 등이 있고, 점착력의 우수성 측면에서 고무계, 아크릴계 점착제가 주로 이용된다. 다만, 상기 고무계 및 아크릴계 점착제는 실리콘계 점착제 대비 내열성 및 내후성이 약하다는 단점이 있어, 항균 매트의 일 부재로 사용 시 점착부위가 움푹 꺼지는 등의 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
실리콘 감압 점착제층(400)에 포함되는 실리콘 감암 점착제는, 베이스 실리콘 고무, 경화제, 촉매 및 ((CH3)3SiO1/2) 반복 단위로 이루어지는 3차원 구조의 실리콘 레진을 포함할 수 있고, 따라서 항균 매트의 대량 생산 및 제조에 있어 실리콘 고무 소재를 실리콘 커버 시트 이외에 점착 성분으로 이용할 수 있어, 공정 자유도 및 제조 단가 절감의 효과를 추가로 가져올 수 있는 이점이 있다.
실리콘 감압 점착제층(400)은 ASTM D903-49에 따라 측정된 박리 강도가 2.0 내지 4.0의 범위 내에 있을 수 있다. 박리 강도가 2.0 미만일 경우, 점착제로서의 기능을 구현할 수 없고, 박리 강도가 4.0을 초과할 경우 점착제층의 제조 단가가 증가할 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 실리콘 고무 커버(200)는 또한, 섬유 기재층(201)의 제 1 실리콘 고무층(202)이 형성된 면의 반대 면에 위치하는 제 2 실리콘 고무층(203)을 포함한다.
제 2 실리콘 고무층(203)은 항균 매트의 최외측에 위치하는 층으로써, 내마모성이 뛰어나야 하고, 적절한 논슬립성이 확보되어야 하며, 외력에 의해 파단 되지 아니할 정도의 인장 강도를 가지는 것이어야 한다.
하나의 예시에서, 제 2 실리콘 고무층(203)은 ASTM D638에 따라 측정된 인장 강도가 70 내지 120 kgf/cm2 의 범위 내에 있을 수 있다. 인장 강도가 70 kgf/cm2 미만 일 경우, 내마모성 및 논슬립성이 취약하고 외력에 의해 실리콘 고무 커버(200)가 찢어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 인장 강도가 120 kgf/cm2을 초과할 경우 섬유 기재층(201)을 매개로 한 제 1 실리콘 고무층(202)과의 성형성 약화에 의한 들뜸 현상이나 실리콘 고무 커버(200)의 국지적 일그러짐 등을 유발할 수 있어 바람직하지 않다.
다른 예시에서, 제 2 실리콘 고무층(203)은 ASTM D638에 따라 측정된 인장 강도가 90 내지 130 kgf/cm2 또는 100 내지 120 kgf/cm2의 범위 내에 있을 수 있다.
상기와 같은 인장 강도를 달성하기 위해서는 실리콘 고무 커버(200) 상에 별도의 표면 처리를 수행하여야 할 수 있고, 이 경우, 제 2 실리콘 고무층(203)은 각 표면 처리에 따른 영역들을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 2 실리콘 고무층(203)은 소수성 폴리우레탄 박막을 포함할 수 있고, 더 구체적인 예시에서, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 친수성 고무 영역(2031); 친수성 고무 영역(2031)의 상부에 형성되어 있는 프라이머 영역(2032); 및 프라이머 영역(2032)의 상부에 형성되어 있는 소수성 폴리우레탄 박막(2033)을 포함할 수 있다.
소수성 폴리우레탄 박막(2033)은 제 2 실리콘 고무층(203)의 내마모성, 논슬립성 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 또한 제 2 실리콘 고무층(203) 상에 일정한 모양이나 패턴 혹은 문구를 새길 시 인쇄 우수성을 제공할 수도 있다.
제 2 실리콘 고무층(203)의 상기 영역의 생성 방법은, 예를 들면 기 형성된 실리콘 고무층 상에 표면 플라즈마 처리를 통한 활성화 개질을 통해 친수성 영역을 형성한 후, 아미노 말단의 실란 커플링제 등을 통한 프라이머 처리를 수행하고, 폴리에스터 폴리올, 부틸아세테이트, 용매 및 희석제을 포함하는 코팅 용액 또는 상기 코팅 용액에 폴리이소시아네이트 및 에틸 아세테이트를 포함하는 황변 방지 성분을 추가로 혼합하여 제조된 용액을 도포 및 건조하는 공정을 통해 소수성 폴리우레탄 박막을 형성하는 것 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제 2 실리콘 고무층(203)에는 또한, 육안 식별 가능한 소정의 상부 패턴 혹은 도형이 형성되어 있을 수 있다. 상기 패턴 혹은 도형은 항균 매트의 주야간 시인성 및 마감재의 심미적 요소를 위해 채택된 구성으로써, 도 8과 같은 상부 패턴(204) 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 패턴 혹은 도형은 발광 혹은 야광 성분을 포함하여 야간 시인성 확보용으로 이용될 수도 있다.
상기와 같은 물성을 가지는 제 2 실리콘 고무층(203)으로 인해 실리콘 고무 커버(200)의 표면에서 요구되는 내마모성, 논슬립성 및 외력에 의한 파단 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
섬유 기재층(201), 제 1 실리콘 고무층(202) 및 제 2 실리콘 고무층(203)을 포함하는 실리콘 고무 커버(200)는, 예를 들면 이종 사출재료의 동시 사출 성형 방식에 의해 제조될 수 있다. 상기 이종 사출재료의 동시 사출 성형 방식은, 예를 들면 대한민국공개특허공보 2016-0140205호 등에 개시되어 있는 공지의 이종 사출재료 동시 사출기기를 통해 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 실리콘 고무층을 형성하기 위해 액상 실리콘 고무 조성물이 이용될 수 있는데, 상기 액상 실리콘 고무 조성물은 구체적으로, 부가 경화형 액상 실리콘 고무 조성물로서 50 Pa·s 내지 500 Pa·s 범위 내의 점도를 가지는 것 일 수 있다.
다른 예시에서, 섬유 기재층(201), 제 1 실리콘 고무층(202) 및 제 2 실리콘 고무층(203)을 포함하는 실리콘 고무 커버(200)는, 코팅 방식에 의해 제조될 수도 있다.
구체적으로, 실리콘 고무 커버(200)는 소정 형상을 가진 다이에 위치한 섬유 기재층(201)의 어느 일면에 제 1 실리콘 고무층 형성용 조성물을 도포하고 건조시키는 공정을 수행한 후 다른 일면에 제 2 실리콘 고무층 형성용 조성물을 도포하고 건조시키는 공정을 통해 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 및 제 2 실리콘 고무층 형성용 조성물은 각각 서로 같거나 다른 성분 및 조성비를 가질 수 있고, 베이스 실리콘 고무의 함량 또한 같거나 또는 상이할 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 실리콘 고무층 형성용 조성물은 각각 서로 같거나 다른 점도를 가지는 액상 실리콘 고무 조성물일 수 있다. 이 경우, 상기 액상 실리콘 고무 조성물은 부가 경화형 액상 실리콘 고무 조성물로서, 50 Pa·s 내지 500 Pa·s 범위 내의 점도를 가지는 것 일 수 있다.
또 다른 예시에서, 실리콘 고무 커버(200)는 프레스 성형 방식 또는 칼랜더링 성형 방식에 의해서 제조되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 공지의 다른 성형 방식이 제한 없이 이용될 수 있다.
베이스폼 영역(100)과 실리콘 고무 커버(200)가 별도의 접착이나 점착 성분 없이 합지되는 경우, 실리콘 고무 커버(200)의 제 1 실리콘 고무층(202)와 베이스 폼 영역(100)의 세부 구조에 기인하여 두 층 사이에 소정의 공극이 형성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 항균 매트는 베이스폼 영역(100)과 실리콘 고무 커버(200)가 부분적으로 접하여 형성된 공극 구조(300)를 포함한다. 공극 구조(300)는 항균 매트의 탄성 및 완충 능력을 더욱 향상시킬 수 있으며, 외력에 의해 베이스폼 영역(100)과 실리콘 고무 커버(200)가 접하게 되는 경우, 두 층 사이의 마찰력을 증대시키는데 기여할 수도 있다.
본 발명에 따른 항균 매트는, 전술한 구성 및 구조에 기인하여, 내화학성, 내후성, 내오염성, 내열성, 내마모성 및 내화성이 우수하고 항균 및 방취 효과가 뛰어나 인체에 무해하며 친환경적이다.
본 발명에 따른 항균 매트는 실내외 놀이터 등이 설치되는 것으로써, 복수의 항균 매트의 군집으로 놀이터 등의 바닥면에 마감재로 시공될 수 있다. 따라서, 항균 매트의 규격은 시공 장소 및 규모 등에 따라 변동될 수 있으며, 예를 들면 100mm x 100mm 내지 800mm 내지 800mm 범위 내의 정사각형 또는 직사각형 구조로써, 높이는 10mm 내지 80mm의 범위 내에 있는 것 일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
특히, 본 발명에 따른 항균 매트는 고탄성으로서, 동일 높이의 EPDM 폼 등의 고무칩 대비 우수한 탄성력을 가지는 것일 수 있고, 따라서, 본 발명에 따른 45mm의 두께를 가지는 항균 매트는 기존의 75mm EPDM 고무칩을 대체할 수 있고, 30mm의 두께를 가지는 항균 매트는 기존의 50mm EPDM 고무칩을 대체할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 항균 매트는, 높이가 20mm 내지 50mm의 범위 내에 있고 KS G 5758 규정에 따라 HIC 충격 시험기을 이용하여 HIC 1000 N/mm2 기준으로 측정한 한계 하강 높이가 1,000mm 이상 또는 1,500mm 이상인 것 일 수 있다. 상기 한계 하강 높이의 상한값은, 예를 들면 4,000mm 이하 또는 3,500mm 이하 일 수 있다. 기존의 EPDM 고무칩 등은 실외용 놀이터의 HIC 1000 N/mm2 기준의 한계 하강 높이 규격인 1,000 mm 이상을 달성하려면 50mm 이상의 두께를 가져야 하나, 본 발명에 따른 항균 매트는 고탄성 매트로서, 45mm 이하의 높이 내에서도 실외용 놀이터의 한계 하강 높이 규격을 만족할 수 있는 이점이 있다.
다른 예시에서, 본 발명에 따른 항균 매트는, 본 발명에 따른 항균 매트는, 높이가 20mm 내지 50mm의 범위 내에 있고 KS G 5758 규정에 따라 HIC 충격 시험기을 이용하여 1,000 내지 4,000mm 높이에서 측정한 HIC 값이 820 N/mm2 내지 920의 N/mm2 범위 내에 있을 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 항균 매트를 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명에 따른 일 예시에 불과할 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되지 아니함은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람에게 자명하다.
[실시예 1] 항균 매트(A1)의 제조
아래의 이종 동시 사출 성형 방식에 따라 실리콘 고무 커버를 제조하였다.
구체적으로, 하부 베이스폼의 상면 및 측면 전체를 커버할 수 있는 규격의 “┌┐”구조 몰드 상에 위치하고 0.1mm 두께를 가지는 순면 섬유 기재층의 상부에 25℃에서 제 1 사출재료 공급 유닛으로부터 25℃에서 점도가 400 Pa·s 인 부가 경화형 액상 실리콘 조성물(신에츠화학(주) KE-551-U)을 공급함과 동시에 제 1 사출재료 공급 유닛과 소정 각도를 이루며 위치하는 제 2 사출재료 공급 유닛으로부터 상기 실리콘 고무층을 형성하는 조성물과 동일한 조성물을 공급한 후, 100℃ 내지 150℃의 온도 범위 내에서 약 5분 내지 10분 간 가열 경화시켜 섬유 기재층의 양면에 실리콘 고무층을 형성하여, 전체적으로 도 4의 실리콘 고무 커버(200)와 같은 구조의 다층 시트를 형성하였다.
이어서, “┌┐”구조의 상부에 위치하는 실리콘 고무층 상에 13.50MHz, Ar(99%) 및 진공도(500mmTorr) 조건에서 저온 플라즈마 처리를 수행하여 소정의 친수성 영역을 형성하고, 실란 커플링제인 H2NOC2H4NHC3H6Si(OCH3)3 92 중량부 및 용매 에틸 알콜 8 중량부를 포함하는 프라이머 용액을 이용하여 프라이머 영역을 형성한 후, 폴리에스터 폴리올 75 중량부, 부틸아세테이트 10 중량부, 톨루엔 10 중량부 및 점도 조절제를 포함하는 조성물을 도포 및 건조함으로써 폴리우레탄 박막 코팅을 수행하였다.
이어서, 순면 섬유 기재층의 하부에 위치하는 실리콘 고무층 상에 13.56 MHz RF 플라즈마 발생기(RF Plasma Generator (AUTO ELEC. ST-500, 600 W))를 이용하여 산소 플라즈마 방전 처리를 수행하고, 샌드 페이퍼(#100)을 Buehler사의 Grinder-polisher 장비를 사용하여 속도 200 REV/min로 표면 버퍼 처리를 수행하여 고무층 표면에 벌크 굴곡 구조를 형성하였다. 이어서, 비정형 패턴 홀이 형성되어 있는 성형용 금형을 배치시키고 고투명 액상 실리콘 고무(SB8160B, KCC사 제조)를 상기 금형 위에 제공한 후 경화시켜 표면에 비정형 패턴을 형성하였다.
이어서, 상기 비정형 패턴 형성을 위한 성형용 금형을 취출 함으로써, 순차적으로 제 1 실리콘 고무층, 섬유 기재층 및 제 2 실리콘 고무층을 포함하는 실리콘 고무 커버를 제조하였다.
마지막으로, 시판되고 있는 EPDM 폼 (500 x 500 x T45 규격)의 상면 및 측면 전체가 커버될 수 있도록 상기 실리콘 고무 커버를 위치시킴으로써, 항균 매트(A1)를 제조하였다.
[실시예 2] 항균 매트(A2)의 제조
실리콘 고무 커버의 측면 안쪽에 실리콘 감압 점착제(SG6500A, KCC사 제조, ASTM D903-49에 따라 측정된 박리 강도 2.5)를 도포하고, EPDM 폼 (500 x 500 x T35 규격)을 위치시켜 상기 실리콘 고무 커버와 EPDM폼의 측면 사이에 실리콘 감압 점착제층을 추가로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 항균 매트를 제조하였다.
[실시예 3] 항균 매트(A3)의 제조
하부 베이스폼 영역의 상면 및 측면 전체를 커버할 수 있는 규격의 “┌┐”구조 몰드 상에 위치하고 0.1mm 두께를 가지는 순면 섬유 기재층의 상부에 25℃에서 제 1 사출재료 공급 유닛으로부터 25℃에서 점도가 400 Pa·s 인 부가 경화형 액상 실리콘 조성물(신에츠화학(주) KE-551-U)을 공급함과 동시에 제 1 사출재료 공급 유닛과 소정 각도를 이루며 위치하는 제 2 사출재료 공급 유닛으로부터 25℃에서 점도가 350 Pa·s 인 부가 반응 경화형 실리콘 고무 조성물(KE-1300T, 신에츠화학(주))을 공급한 후, 100℃ 내지 150℃의 온도 범위 내에서 약 5분 내지 10분 간 가열 경화시켜 섬유 기재층의 양면에 실리콘 고무층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 항균 매트(A3)를 제조 하였다.
[비교예 1] 항균 매트(B1) 제조
순면 섬유 기재층의 하부에 위치하는 실리콘 고무층 상에 별도의 패턴을 형성하지 아니한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 항균 매트(B1)을 제조하였다.
[비교예 2] 항균 매트(B2) 제조
순면 섬유 기재층의 하부에 위치하는 실리콘 고무층 상에 산소 플라즈마 처리 및 표면 버퍼 처리를 수행하지 아니한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 항균 매트(B2)를 제조하였다.
[비교예 3] 항균 매트(B3) 제조
제 1 사출재료 공급 유닛 및 제 2 사출재료 공급 유닛으로부터 가황제(C-19A, 신에츠 화학(주), 5 중량부)가 첨가된 유기 과산화물 경화형 실리콘 고무 조성물 (KE-971-U, 신에츠 화학(주))을 공급하여 실리콘 고무층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 항균 매트(B3)를 제조하였다.
[비교예 4] 항균 매트(B4) 제조
제 1 사출재료 공급 유닛 및 제 2 사출재료 공급 유닛으로부터 25℃에서 점도가 약 10 Pa·s 가 되도록 점도 조절제를 첨가한 부가 경화형 액상 실리콘 조성물(신에츠화학(주) KE-551-U)을 공급하여 실리콘 고무층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 항균 매트(B4)를 제조하였다.
[비교예 5] 항균 매트(B5) 제조
순면 섬유 기재층의 하부에 위치하는 실리콘 고무층 상에 별도의 처리 및 패턴을 형성하니 아니하고 아크릴계 접착제를 코팅한 후, EPDM 폼 (500 x 500 x 4.5 T 규격)과 합지시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 항균 매트(B5)를 제조하였다.
[비교예 6] 항균 매트(B6) 제조
“┌┐”구조의 상부에 위치하는 실리콘 고무층 상에 별도의 표면 처리를 수행하지 아니한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 항균 매트(B6)를 제조하였다.
[실시예 및 비교예에 따른 제 1 실리콘 고무층 및 제 2 실리콘 고무층 물성]
실시예 및 비교예에 따른 항균 매트에 포함되는 제 1 및 제 2 실리콘 고무층의 물성을 아래 방식에 의해 측정하였고, 그 결과를 각각 표 1 및 표 2에 나타내었다.
항균 매트에 포함되는 제 1 실리콘 고무층의 시험편을 이용하여 마찰 계수 및 쇼어경도-A를 측정하였고, 표면 조도는 비정형 패턴을 형성하기 전 단계의 제 1 실리콘 고무층의 시험편을 이용하여 측정하였다.
또한, 항균 매트에 포함되는 제 2 실리콘 고무층의 시험편을 이용하여 인장 강도를 측정 하였다.
1. 마찰계수 측정
ASTM D-1894-01의 측정 방법 중 C 타입에 따라 측정한다. 제 1 실리콘 고무층의 물성 시험편의 최초 움직임이 있을 때의 무게와 슬레드(Sled)의 무게와의 비로 마찰계수를 나타낸다. 시험편은 사출 한 후 24시간 뒤에 채취한 것을 측정한다.
2. 쇼어경도-A 측정
쇼어경도-A는 ASTM D-2240에 의해 측정하며, 그 값이 작을수록 더욱 더 유연함을 나타낸다.
3. 표면 조도 측정
표면 조도 측정기(Surface Roughness Tester, kosaka사, SE3500)를 사용하여 측정한다.
4. 인장 강도
ASTM D638에 따라 측정한다.
제 1 실리콘 고무층 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
정지마찰 계수 0.67 - 0.71 0.16 0.51 0.57 0.73 0.21
쇼어경도-A 41 - 47 40 39 82 21 42
표면 조도(Rrms) 2.10 - 1.92 0.27 1.10 2.30 0.08
제 2 실리콘 고무층 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 6
인장 강도
(kgf/cm2)		 85 - - 55
[실시예 및 비교예에 따른 실리콘 고무 커버의 물성]
실시예 및 비교예에 따른 실리콘 고무 커버의 반발탄성, 신장율, 항균 시험 및 내열 시험을 아래와 같은 방식에 의해 측정하였고, 그 결과를 표 3에 도시하였다.
1. 반발탄성
ASTM D1054에 따라 디지털 반발 탄성 시험기기(RT-90, kobunshi keiki 사)를 통해 측정하였다.
2. 신장율
ASTM D412에 준하여 측정하였다.
3. 항균 시험
실시예에 따른 실리콘 고무 커버와 EPDM 고무칩 샘플(50 ×50 mm)을 흐르는 물에서 1시간 동안 처리한 후, 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)의 균액(105개/ml) 1ml를 적하하여, 37 ℃에서 24시간 동안 배양하였다. 그 후, 멸균인산 완층 용액으로 균을 씻어냈다. 이 씻어낸 액 중의 생균수를 균수 측정용 배지를 이용해서 혼선 평판법으로 측정하였다.
실리콘 고무 커버 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 EPDM고무칩
반발탄성(%) 61 60 58 66 67 62 68 63 -
신장율
(%)		 260 250 270 280 270 280 300 260 -
항균시험
(생균수, 갯수/ml)		 0 0 0 - - - - - 4.1 x 105
표 3에 기재된 바와 같이, 실시예 및 비교예에 따른 실리콘 고무 커버의 반발탄성 및 신장율은 일반적인 실리콘 고무 시트의 범위 내에 있는 것으로 측정되었고, 실시예에 따른 실리콘 고무 커버의 항균 특성이 EPDM 고무칩 대비 우수한 것으로 측정되었다.
[실험예 1] 한계 하강 높이 및 충격 반발 탄성 실험
실시예에 따른 항균 매트가 실외용 놀이터의 마감재로 적합한지를 확인하기 위하여, KS G 5758 규정에 따라 HIC 충격 시험기을 이용하여 HIC 1000 기준에 대한 항균 매트의 한계 하강 높이 실험을 실시하였고, 그 결과를 아래 표 4에 나타내었다.
또한, 실시예에 따른 항균 매트와 EPDM 고무칩(35mm, 50mm, 75mm)에 대하여 하강 높이를 변경하면서 KS G 5758 규정에 따라 충격 시험기을 이용하여 HIC 값을 측정하였고, 그 결과를 아래 표 5에 나타내었다.
항균 매트 실시예 1 실시예 2 실시예 3
한계 하강 높이(mm) 2,200 2,200 1,600
항균 매트 두께(mm) 높이(mm) HIC(N/mm2) 시간(ms)
실시예 1 45 3,000 886.2 16.68
실시예 2 35 1,200 842.67 16.02
EPDM 고무칩 (35mm) 35 1,200 1,020 16.11
EPDM 고무칩 (50mm) 50 1,200 829.33 16.02
EPDM 고무칩 (75mm) 75 3,000 927.075 16.68
표 4에 기재된 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 항균 매트는 한계 하강 높이(mm)가 1,000mm 이상으로서, 실외용 놀이터 마감재로 적합한 성질을 가지는 것으로 측정되었다.
또한, 상기 표 5에 나타나 있는 것처럼, 본 발명에 따른 35mm 두께를 가지는 항균 매트는 기존 50mm 두께를 가지는 EPDM 고무칩과 유사한 탄성력을 가지고, 본 발명에 따른 45mm 두께를 가지는 항균 매트는 기존 75mm 두께를 가지는 EPDM 고무칩과 유사한 탄성력을 가지는 것으로 측정되었다. 따라서, 본 발명에 따른 45mm의 두께를 가지는 항균 매트는 기존의 75mm EPDM 고무칩을 대체할 수 있고, 30mm의 두께를 가지는 항균 매트는 기존의 50mm EPDM 고무칩을 대체할 수 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 35mm 두께를 가지는 EPDM 고무칩의 경우 HIC 값이 1,000을 초과하여 실외용 어린이 놀이터에 적합하지 않은 충격 반발 탄성을 가지는 것으로 측정되었다.
[실험예 2] - 실리콘 고무 커버의 박리 강도 측정
Testometic Micro 350, KS K 0533를 이용하여 실시예 및 비교예에 따른 실리콘 고무 커버의 박리 강도 시험 방법에 따라 박리 강도를 측정하였고, 그 결과를 표 6에 나타내었다. 접착제는 DOW CORNING®24을 균일하게 도포한 후 실온에서 두 시간동안 유리판 사이에 무게를 가하여 측정하였다.
실리콘 고무커버시트 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
박리 강도(kgf) 8.8 8.6 8.9 4.5 5.6 4.0 7.2 3.9
실시예 1 내지 3에 따른 실리콘 고무 커버가 비교예 1,2,3, 및 5에 따른 실리콘 고무 커버 대비 우수한 박리 강도를 나타내는 것으로 측정되었다. 이를 통해, 실시예 1 내지 3에 따른 실리콘 고무 커버가 EPDM 폼과의 표면 마찰에 따른 외력 안정성에 있어서 더 우수함을 확인할 수 있었다.
[실험예 3] - 내마모성 실험
실시예 및 비교예에 따른 제 1 및 제 2 실리콘 고무층 시험편을 제작하여 마모 시험장비(KCW 제작)에 고정하고, 평판 유리 표면에서 건조 상태로 2만회 왕복 작동 후에 마모흔을 관찰 평가하였고, 그 결과를 표 7 및 8에 나타내었다. 마모 시험장비에 세팅된 환경은 하기와 같다.
- 누름압 : 15 g/cm
- 왕복거리 : 100 mm
- 평가 방법: ○ 마모흔 거의 없음, △ 10% 의 마모흔 관찰 ×50% 이상 마모흔 관찰
제 1 실리콘 고무층 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
내마모성 O O O O O O X O
제 2 실리콘 고무층 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 6
내마모성 O O O X
표 7 및 8에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 제 1 및 제 2 실리콘 고무층은 모두 내마모성이 우수한 것으로 나타났으나, 저점도의 액상 실리콘 고무 조성물을 사용한 비교예 4 및 별도의 표면 처리를 수행하지 아니한 제 2 실리콘 고무층을 포함하는 비교예 6의 경우, 내마모성이 취약한 것으로 측정되었다.
[실험예 4] - 항균 매트의 평균 휘도치(bend value) 시험
실시예 1 내지 3 및 비교예 5에 따른 항균 매트를 평면상에 정치시키고 성인 남성이 소정의 누름 압력을 가지는 프레스 기기로 누름 동작을 2만회 이상 반복한 후, 항균 매트의 가장자리 끝단에서 그 평면으로부터의 거리(h1, h2, h3, h4：단위 mm)를 실측함으로써, 그 평균치를 평균 휘도치(bend value)(mm)로 하여 아래 수식 1에 따라 산출하였다.
[수식 1]
평균 휘도치(bend value)(mm)=(h1＋h ２＋h ３＋h４)/4
또한, 항균 매트의 가장자리 끝단에서 그 평면으로부터 명백한 반원 만곡이나 C자 만곡이 육안으로 관찰될 경우, 만곡이라고 별도 표기 하였고, 그 결과를 아래 표 9에 나타내었다.
항균 매트 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 5
평균 휘도치
(mm)		 0.5 0.4 0.4 만곡
표 9에 도시된 바와 같이, 비교예 5와 같이 별도의 접착제층을 매개로 베이스폼 영역과 실리콘 고무 커버가 접착되어 있는 항균 매트의 경우, 반복 프레스 실험에 의해 명백한 만곡이 형성되어 항균 매트의 장기 내구성이 취약함을 확인할 수 있었다.
100 : 베이스폼 영역
200 : 실리콘 고무 커버
201 : 섬유 기재층
202 : 제 1 실리콘 고무층
2021 : 제 1 영역
2021a,b : 제 1 a,b 영역
2022 : 제 2 영역
203 : 제 2 실리콘 고무층
2031 : 친수성 고무 영역
2032 : 프라이머 영역
2033 : 소수성 폴리우레탄 박막
204 : 상부 패턴
300 : 공극 구조
400 : 실리콘 감압 점착제층

Claims (10)

  1. 고무계 성분 또는 고분자 수지 발포체를 함유하는 베이스폼 영역; 상기 베이스폼 영역의 상면 및 측면을 커버하고 실리콘 고무 성분을 함유하는 실리콘 고무 커버; 및 상기 베이스폼 영역과 상기 실리콘 고무 커버가 부분적으로 접하여 형성된 공극 구조를 포함하고,
    상기 실리콘 고무 커버는,
    섬유 기재층, 상기 섬유 기재층의 어느 일면에 형성되어 있는 제 1 실리콘 고무층; 및 상기 섬유 기재층의 상기 제 1 실리콘 고무층이 형성된 면의 반대 면에 위치하는 제 2 실리콘 고무층을 포함하며,
    상기 제 1 실리콘 고무층은,
    정형 또는 비정형 패턴을 가지고 0.55 내지 0.80 범위 내의 정지 마찰계수를 가지며 상기 베이스폼 영역의 상면과 접하고 있는 제 1 영역 및 상기 제 1 영역의 정지 마찰계수와 상이한 정지 마찰계수를 가지고 상기 베이스폼 영역의 측면과 접하고 있는 제 2 영역을 포함하는 항균 매트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스폼 영역은,
    천연 고무, 니트릴 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 하이파론 고무, 아크릴 고무 및 불소 고무 중 선택되는 어느 하나의 고무계 성분을 함유하거나 또는 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 페놀 수지, 폴리염화비닐, 우레아수지, 폴리이미드 및 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 중 선택되는 어느 하나의 고분자의 수지 발포체를 함유하는 항균 매트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 고무 커버는,
    상기 베이스폼 영역의 상면 및 측면 전체를 커버하고 하면 전체 면적 대비 10% 미만을 커버하도록 설계되는 항균 매트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 고무층의 상기 제 1 영역은,
    ASTM D2240에 따라 측정된 쇼어 경도-A가 35 내지 55의 범위 내에 있는 항균 매트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 고무층의 상기 제 1 영역은,
    정형 또는 비정형 패턴이 위치하는 제 1 a영역 및
    상기 정형 또는 비정형 패턴이 위치하지 아니하는 제 1b 영역을 포함하는 항균 매트.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 b 영역은,
    1.5 μm 내지 5.0μm의 중심선 표면 거칠기(Rrms)를 가지고, 산소 플라즈마 방전 처리에 의해 형성된 제 1 굴곡 구조 및 샌드 페이퍼에 의한 버핑 처리에 의해 형성된 제 2 굴곡 구조를 포함하는 항균 매트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 고무층의 상기 제 1b 영역은,
    23℃에서의 점도가 50 Pa·s 내지 500Pa·s 의 범위 내에 있는 액상 실리콘 고무 조성물의 경화물에 대한 산소 플라즈마 방전 및 버핑 처리물인 항균 매트.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 고무층의 상기 제 2 영역과 상기 베이스폼 영역 사이에 위치하고 ASTM D903-49에 따라 측정된 박리 강도가 2.0 내지 4.0의 범위 내에 있는 실리콘 감압 점착제층을 더 포함하는 항균 매트.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 실리콘 고무층은,
    친수성 고무 영역;
    상기 친수성 고무 영역의 상부에 형성되어 있는 프라이머 영역; 및
    상기 프라이머 영역의 상부에 형성되어 있는 소수성 폴리우레탄 박막을 포함하는 항균 매트.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 실리콘 고무층은,
    ASTM D638에 따라 측정된 인장 강도가 70 내지 120 kgf/cm2 의 범위 내에 있는 항균 매트.
KR1020190109265A 2019-09-04 2019-09-04 실리콘 커버를 포함하는 인체에 무해한 고탄성 항균 매트 KR102034999B1 (ko)

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