KR102055555B1 - 친환경 항균성 인조잔디 구조체 - Google Patents

친환경 항균성 인조잔디 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인조잔디용 파일원사; 상기 파일원사가 터프팅되어 고정되는 기포지; 및 상기 기포지 이면에 코팅되어 상기 파일원사를 상기 기포지에 고정시키는 코팅층;을 포함하고, 상기 파일원사는 상기 파일원사 100중량부를 기준으로, 폴리에틸렌(PE, polyethylene) 95중량부 내지 98중량부, 무기질 안료 0.4중량부 내지 0.6중량부, UV 안정제 1.2중량부 내지 1.4중량부, 항균성 조성물 0.4중량부 내지 3중량부로 이루어지는 친환경 항균성 인조잔디 구조체에 관한 것이다.

Description

친환경 항균성 인조잔디 구조체{Eco-friendly antifungal artificial turf structure}
본 발명은 친환경 항균성 인조잔디 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버려지는 패각 등을 이용하여 인조잔디를 제조함으로써 환경친화적이고, 항균성을 부여함으로써 인조잔디의 세균을 증식을 억제하고 미생물을 사멸시킬 수 있어 안전하게 사용이 가능한 친환경 항균성 인조잔디 구조체에 관한 것이다.
최근, 인공 잔디는 야구장, 테니스 코트, 럭비장, 축구장, 게이트 볼장, 골프 연습용 매트, 풀 사이드의 매트 등 스포츠 용도, 공원이나 병원, 학교, 유치원과 같은 개방된 장소, 가정의 정원이나 테라스, 베란다에 이를 때까지 폭넓게 이용되고 있다. 이들 다양한 용도 중 고층건축물, 지하가, 호텔, 병원, 유치원, 복지 시설, 교회, 전시장, 유기장 등의 소방법이나 정령으로 지정된 방화 대상물에 있어서 인공 잔디가 사용될 경우에는 법령으로 정하는 기준 이상의 방염성능을 가지는 것이어야 한다.
인조잔디는 특별하게 사용하는 조경재료의 하나로서, 잔디의 형태를 갖추어 인공적으로 만든 잔디의 대용품이다. 미국에서 처음 제작된 이래 주로 스포츠 구장에 사용되었고 잔디의 생육이 불가능한 옥내 정원이나 일조시간이 극히 제한된 고층건물의 북쪽에 접한 옥외지역과 같은 곳에서 사용할 수 있다.
이러한 인조잔디는 항상 푸르름을 유지하고 환경조건의 제한을 받지 않아 시공 후 관리가 용이하다. 인조잔디가 시공된 인조잔디 구장은 일반 천연잔디에 비해 초기 시공비가 많이 들지만, 반영구적 사용이 가능하고 유지관리의 편의성, 운동하기에 적합하도록 표면이 고른 점 등으로 인해 선호도가 높다. 스포츠용 인조잔디에 있어서는 선수의 충격을 흡수하고, 공구름성, 공튀김성, 공이 지면에 바운드 되고 난 이후의 공의 속도 변화 등 일련의 적정 경기성으로 확보하기 위한 수단으로 인조잔디가 활용되었다.
이러한 인조잔디는 고객의 요구 및 소재 기술의 발달과 더불어 여러 단계를 거치면서 발전해 왔다. 특히 축구장용 인조잔디의 경우 1990년 이후 ‘FIFA 퀄리티 컨셉’이라고 하는 인조잔디에의 품질 인증 시스템인 FIFA 규격이 도입되면서 규격화된 경기성에 대한 욕구가 높아졌고, 이를 충족시키기 위한 여러 종류의 제품개발이 시도되고 있다.
한편, 인조잔디는 대부분 외부 환경에 노출되어 비, 눈, 고온, 저온 등의 장시간 기후조건에 노출됨으로 인해 그 인발력의 저하가 문제시되어 왔으며, 고무화학제품 특유의 냄새로 인해 인조잔디 사용자의 피로감을 줄이는데 한계가 지적되고 있다. 또한, 인조잔디에서는 어른뿐 아니라 아이들의 맨 살이 지속적으로 접촉하고, 마찰 등에 의한 상처가 형성되며, 불특정 다수의 사람이 이용하므로 인조잔디의 청결성이 문제되므로, 인조잔디의 항균성을 향상시키기 위하여 다양한 연구가 수행되고 있다.
(선행특허)
대한민국등록특허 제10-1589407호 (2016년01월21일)
본 발명의 목적은 패각 등과 같은 친환경 물질을 사용하여 항균성을 향상시킨 친환경 항균성 인조잔디 구조체를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 외부 환경에 장시간 노출됨에도 곰팡이, 미생물 등의 번식을 방지할 수 있어 장시간 청정하게 유지할 수 있고, 화학제품을 사용하지 않고 친환경 소재를 이용하한 친환경 항균성 인조잔디 구조체를 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 항균성을 향상시키기 위하여 조성물을 첨가하여 인조잔디 파일을 형성함에도, 인조잔디 파일의 강도 및 기계적 물성을 저하시키지 않는 친환경 항균성 인조잔디 구조체를 제공하기 위함이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 인조잔디용 파일원사; 상기 파일원사가 터프팅되어 고정되는 기포지; 및 상기 기포지 이면에 코팅되어 상기 파일원사를 상기 기포지에 고정시키는 코팅층;을 포함하고, 상기 파일원사는 패각으로 이루어지는 항균성 조성물을 포함하는 친환경 항균성 인조잔디 구조체를 포함한다.
상기 파일원사는 상기 파일원사 100중량부를 기준으로, 폴리에틸렌(PE, polyethylene) 95중량부 내지 98중량부, 무기질 안료 0.4중량부 내지 0.6중량부, UV 안정제 1.2중량부 내지 1.4중량부, 항균성 조성물 0.4중량부 내지 3중량부로 이루어질 수 있다.
상기 항균성 조성물은 패각을 포함하고, 상기 파일원사에서 상기 폴리에틸렌은 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함하고, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.92g/㎤이고, 용융지수가 1.8 내지 2.0이고, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.94g/㎤이고, 용융지수가 0.4 내지 0.5이고, 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 밀도가 0.97g/㎤이고, 인장강도는 3500MPa일 수 있다.
상기 파일원사는, 항균성 조성물을 준비하고, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌을 에탄올에서 20%(w/w)로 30℃ 내지 45℃에서 2시간 내지 5시간 동안 용해하고, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌이 용해된 에탄올을 상온으로 온도를 감소시킨 후 무기질 안료와 UV 안정제를 첨가하여 제1 혼합물을 제조하고, 상기 제1 혼합물에 상기 항균성 조성물을 첨가하여 제2 혼합물을 제조하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌을 동일한 양으로 준비하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌을 에탄올에서 20%(w/w)로 30℃ 내지 45℃에서 2시간 내지 5시간 동안 용해하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌이 용해된 에탄올을 상온으로 온도를 감소시킨 후 상기 제2 혼합물을 첨가하여 제3 혼합물을 제조하고, 상기 제3 혼합물을 실형태로 사출성형할 수 있다.
상기 항균성 조성물은 꼬막껍질 분말로 이루어지고, 상기 꼬막껍질 분말은, 꼬막껍질을 물을 이용하여 수회 세척한 후, 상온에서 3일 내지 4일 동안 건조시키고, 건조된 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.7cm 내지 1cm가 되도록 1차 크러싱(crhshing)하고, 1차 크러싱이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 900℃에서 3시간 동안 소성하고, 소성이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.5cm 이하가 되도록 2차 크러싱(crhshing)하고, 2차 크러싱이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 110℃에서 24시간 동안 가열하고, 가열이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.2㎛ 내지 0.2mm가 되도록 밀링(milling)하여 꼬막껍질 분말로 제조할 수 있다.
상기 꼬막껍질 분말은 은으로 치환되어 구비되고, 은으로 치환된 꼬막껍질 분말은, 상기 꼬막껍질 분말 100g을 증류수 100㎖ 중에 넣고, 60℃에서 90분 동안 교반하여 슬러리상태로 제조하고, 상기 꼬막껍질 분말이 포함된 슬러리상태의 pH가 6.5가 되도록 아세트산 (acetic acid)을 첨가하고, 상기 꼬막껍질 분말이 포함된 슬러리상태 중에 상기 꼬막껍질 분말 100g에 대해서 Ag 농도가 0.01M이 되도록 질산은(AgNO3)용액을 첨가하여 용해시켜 24시간 동안 교반 후 여과지를 이용하여 여과하여 꼬막껍질 분말을 분리하고, 상기 꼬막껍질 분말을 증류수 200㎖로 넣고 80rpm으로 1시간 동안 교반하여 상기 꼬막껍질 분말을 세척한 후 여과지를 이용하여 여과하여 꼬막껍질 분말을 분리하고, 상기 꼬막껍질 분말을 105℃에서 60분 동안 건조시킬 수 있다.
상기 기포지는 발포폴리프로필렌(EPP, expanded polypropylene), 스타일렌부타디엔 러버(SBR, styrene-butadiene rubber), 폴리비닐클로라이드(PVC, polyvinyl chloride) 및 폴리우레탄(PU, polyurethane)으로 이루어진 군에서 1이상일 수 있다.
상기 코팅층은 폴리우레탄(PU, polyurethane), 폴리에틸렌(PE, polyethylene) 및 라텍스 중 어느 하나를 포함하는 코팅제를 상기 기포지의 이면에 도포하여 형성될 수 있다.
상기 코팅층은 수성 폴리우레탄 점착제를 포함할 수 있다.
상기 수성 폴리우레탄 점착제는, 반응기에 분자량이 400인 폴리에테르 폴리올, 2,2-디메틸올프로피온산, 케톤계 수지를 첨가 후 디부틸주석디라우레이트 촉매 하에서 균일하게 교반하고, 상기 반응기에 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트를 적가하면서 90℃에서 NCO 피크가 소멸될 때까지 반응시켜 분자 양말단에 이소시아네이트기를 가지는 제1 프리폴리머를 제조하고, 상기 제1 프리폴리머를 65℃로 냉각시킨 후 중화제인 트리에탄올아민(TEA)을 적가하여 중화시키되, 반응 중 점도가 100poise 이하이고 고형분이 65중량%가 되도록 유기용제인 메틸에틸케톤을 첨가하여 NCO/OH 비가 0.5인 제2 프리폴리머를 제조하고, 상기 제2 프리폴리머에 사슬연장제인 에틸렌디아민을 첨가하여 사슬연장시켜 반응을 종료시켜 폴리우레탄을 제조하고, 상기 폴리우레탄을 35℃로 냉각시킨 후, 물을 첨가한 후 120rpm으로 교반하여 폴리우레탄 용액을 제조하고, 상기 폴리우레탄 용액 중의 메틸에틸케톤을 감압증류로 제거하여 폴리우레탄 점착제를 제조할 수 있다.
상기 인조잔디용 파일원사는 표면처리층을 더 포함할 수 있다.
상기 표면처리층은 상기 파일원사를 기포지에 터프팅하기 전에 플라즈마를 이용하여 형성되고, 상기 플라즈마는 챔버 내에서 수행되되, 산소와 아르곤가스를 50:50의 비율로 혼합하여 캐리어 가스로 이용하고, 챔버 내의 초기진공도는 10-3torr이고, 캐리어 가스를 주입한 후에는 10-2torr가 되도록 유지하며, 플라즈마 처리의 파워와 처리시간은 각각 100W에서 1분 동안 수행할 수 있다.
상기 친환경 항균성 인조잔디 구조체는 축구장, 학교운동장, 럭비장, 게이트볼장, 족구장, 테니스장 및 야구장 중 어느 하나 이상에서 사용될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 패각 등과 같은 친환경 물질을 사용하여 항균성을 향상시킨 친환경 항균성 인조잔디 구조체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 외부 환경에 장시간 노출됨에도 곰팡이, 미생물 등의 번식을 방지할 수 있어 장시간 청정하게 유지할 수 있고, 화학제품을 사용하지 않고 친환경 소재를 이용하한 친환경 항균성 인조잔디 구조체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 항균성을 향상시키기 위하여 조성물을 첨가하여 인조잔디 파일을 형성함에도, 인조잔디 파일의 강도 및 기계적 물성을 저하시키지 않는 친환경 항균성 인조잔디 구조체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일원사를 나타낸 사진이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 파일원사를 이용하여 제조된 친환경 항균성 인조잔디 구조체의 사이이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 항균성 인조잔디 구조체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 항균성 인조잔디 구조체의 사시도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 매체를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일원사를 나타낸 사진이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 파일원사를 이용하여 제조된 친환경 항균성 인조잔디 구조체의 사이이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 항균성 인조잔디 구조체의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 항균성 인조잔디 구조체의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예는 친환경 항균성 인조잔디 구조체(100)에 대한 것으로, 인조잔디용 파일원사(110); 상기 파일원사(110)가 터프팅되어 고정되는 기포지(120); 및 상기 기포지(120) 이면에 코팅되어 상기 파일원사(110)를 상기 기포지에 고정시키는 코팅층(130)을 포함하고, 상기 파일원사(110)는 패각으로 이루어지는 항균성 조성물을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 파일원사(110)는 상기 파일원사 100중량부를 기준으로, 폴리에틸렌(PE, polyethylene) 95중량부 내지 98중량부, 무기질 안료 0.4중량부 내지 0.6중량부, UV 안정제 1.2중량부 내지 1.4중량부, 항균성 조성물 0.4중량부 내지 3중량부로 이루어질 수 있다.
분 실시예에 따른 인조잔디 구조체(100)는 축구장, 학교운동장, 럭비장, 게이트볼장, 족구장, 테니스장 및 야구장 중 어느 하나 이상에서 사용될 수 있다.
통상, 상기 인조잔디 구조체가 사용되는 곳에서, 경기는 하는 과정에서 부상 등이 발생하거나, 상기 인조잔디 구조체의 인장강도, 마찰력 등의 기계적 특성에 의하여 경기력에 영향을 미칠 수 있다.
반면, 본 실시예에 따른 인조잔디 구조체(100)는 상기 파일원사(110)는 패각으로 이루어지는 항균성 조성물을 포함할 수 있다. 상기 파일원사(110)는 항균성 조성물을 포함함으로써, 미생물과 곰팡이 등의 번식을 억제하여, 쾌적한 경기 환경을 제공할 수 있고, 이에 운동효과를 향상시키며 구장의 사용빈도를 증가시켜 경제적 가치를 증대시킬 수 있다.
상기 항균성 조성물은 0.4중량부 내지 3중량부로 포함될 수 있는데, 0.4중량부 미만이면 상기 항균성 조성물에 의한 항균효과가 미미하고, 3중량부를 초과하면 상기 파일원사(110)의 기계적 강도를 저하시켜 상기 인조잔디 구조체(100)의 내구성을 저하시킨다.
상기 항균성 조성물은 패각을 포함하고, 상기 파일원사(110)에서 상기 폴리에틸렌은 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함할 수 있다.
상기 선형저밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.92g/㎤이고, 용융지수가 1.8 내지 2.0이고, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.94g/㎤이고, 용융지수가 0.4 내지 0.5이고, 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 밀도가 0.97g/㎤이고, 인장강도는 3500MPa이고, 용융지수는 0.25 내지 0.42일 수 있다.
상기 선형저밀도 폴리에틸렌만으로 파일원사를 제조하는 경우, 적정한 인성의 확보가 어려워 잔디를 심었을 때 원사의 직립성이 부족하게 된다. 이에, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌에 상기 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌을 혼합함으로써, 상기 파일원사의 직립성과 적절한 기계적 강도를 확보하며, 잔디용으로 최적의 물성 및 촉감을 나타낼 수 있다.
상기 파일원사(110)는, 항균성 조성물을 준비하고, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌을 에탄올에서 20%(w/w)로 30℃ 내지 45℃에서 2시간 내지 5시간 동안 용해하고, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌이 용해된 에탄올을 상온으로 온도를 감소시킨 후 무기질 안료와 UV 안정제를 첨가하여 제1 혼합물을 제조하고, 상기 제1 혼합물에 상기 항균성 조성물을 첨가하여 제2 혼합물을 제조하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌와 초고분자량 폴리에틸렌을 동일한 양으로 준비하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌을 에탄올에서 20%(w/w)로 30℃ 내지 45℃에서 2시간 내지 5시간 동안 용해하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌이 용해된 에탄올을 상온으로 온도를 감소시킨 후 상기 제2 혼합물을 첨가하여 제3 혼합물을 제조하고, 상기 제3 혼합물을 실형태로 사출성형하여 실의 형태로 제조될 수 있다.
상기 항균성 조성물은 상기 파일원사(110)에 첨가되어 파일원사(110)의 항균성을 향상시킬 수 있으나, 반면 상기 폴리에틸렌과 혼합이 용이하지 않고, 상기 폴리에틸렌의 기계적 강도, 인장강도를 저하시킬 수 있다.
반면, 본 실시예에 따른 친환경 항균성 인조잔디 구조체(100)는 폴리에틸렌을 선형저밀도 폴리에틸렌과 고밀도 폴리에틸렌 및 초고분자량 폴리에틸렌을 이용한다. 상기 선형저밀도 폴리에틸렌에 상기 항균성 조성물을 첨가하여 혼합함으로써 상기 항균성 조성물과 선형저밀도 폴리에틸렌과의 혼합성을 향상시켜, 상기 항균성 조성물이 상기 선형저밀도 폴리에틸렌에 균일하게 혼합되도록 할 수 있다. 또한, 상기 항균성 조성물을 선형저밀도 폴리에틸렌에 균일하게 혼합한 후 별도로 구비되는 고밀도 폴리에틸렌 및 초고분자량 폴리에틸렌을 첨가하여 혼합함으로써, 상기 파일원사의 전체적인 기계적인 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 향균성 조성물은 패각 등과 같은 분말의 형태이므로, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌이 포함되는 경우, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌의 압축강도 및 인장강도 등과 같은 기계적 특성을 저하시킬 수 있다.
반면, 본 실시예에 있어서는, 상기 고밀도 폴리에틸렌을 추가함으로써, 압축강도 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌을 과다하게 추가하는 경우, 상기 파일원사로 사출성형이 용이하지 않으므로, 보조적으로 초고분자량 폴리에틸렌을 더 첨가하여 기계적 강도를 보완하면서 파일원사(110)로의 사출성형도 용이하게 할 수 있다. 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 선형 폴리에틸렌으로 높은 분자량 및 높은 얽힘 밀도를 가지므로 우수한 기계적 물성 및 마멸 특성을 가지는 것으로, 상기 초고분자량 폴리에틸렌을 더 포함함으로써, 상기 인조잔디 구조체(100)를 이용하는 과정에서 발생하는 마찰에 의한 마모와 그에 따른 구조적인 변형이 형성되는 것을 방지하여, 상기 인조잔디 구조체(100)의 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 친환경 항균성 인조잔디 구조체(100)에서, 상기 파일원사(110)를 전술한 방법에 의하여 제조함으로써 전체적으로 균일한 항균성을 구비하도록 하면서 인조잔디용 파일원사(110)의 물성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 항균성 조성물은 꼬막껍질 분말로 이루어질 수 있다.
상기 꼬막껍질 분말은, 꼬막껍질을 물을 이용하여 수회 세척한 후, 상온에서 3일 내지 4일 동안 건조시키고, 건조된 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.7cm 내지 1cm가 되도록 1차 크러싱(crhshing)하고, 1차 크러싱이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 900℃에서 3시간 동안 소성하고, 소성이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.5cm 이하가 되도록 2차 크러싱(crhshing)하고, 2차 크러싱이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 110℃에서 24시간 동안 가열하고, 가열이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.2㎛ 내지 0.2mm가 되도록 밀링(milling)하여 꼬막껍질 분말로 제조할 수 있다.
상기 꼬막껍질에 함유된 탄산칼슘(CaCO3)은 소성과정을 거쳐 생석회(CaO)로 전환되며, 생석회는 수분과 접촉함으로써 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 전환되는데, 수산화칼슘은 강한 알칼리성을 나타내며, 빗물 등을 통해 수산화칼슘 수용액이 발생하면 세균의 세포막을 투과하여 세포질을 가수 분해함으로써 항균 작용을 발휘하게 된다.
상기 소성온도가 900℃ 미만이거나 소성시간이 3시간 미만이면 패각의 주성분인 탄산칼슘이 생석회로 전환되는 비율이 낮아져 항균성능이 저하될 수 있다.
상기 꼬막껍질 분말이 2㎛ 미만이면 분쇄공정의 효율성이 저하되며, 0.2mm를 초과하게 되면 분산성이 저하되어 고른 항균성을 나타내지 못하여 입자가 뭉치는 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 인조잔디용 원사파일(110)은 항균성 조성물로 꼬막껍질 분말을 더 포함할 수 있다. 상기 꼬막껍질 분말은 꼬막 양식에서 필연적으로 발생하는 부산물을 이용하는 것으로, 상기 패각을 이용함으로써 상기 패각에 의한 연안 해양의 오염방지와 자원을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 항균성 조성물은 화학적 첨가제가 아니므로, 인조잔디 구조체(100)를 이용하여 사용자들에게 친환경적이고, 화학적 첨가제에 의하여 부수적으로 발생할 수 있는 부작용 등을 방지할 수 있다.
별법으로, 상기 상기 꼬막껍질 분말은 은으로 치환되어 구비될 수 있다.
은으로 치환된 꼬막껍질 분말은, 상기 꼬막껍질 분말 100g을 증류수 100㎖ 중에 넣고, 60℃에서 90분 동안 교반하여 슬러리상태로 제조하고, 상기 꼬막껍질 분말이 포함된 슬러리상태의 pH가 6.5가 되도록 아세트산 (acetic acid)을 첨가하고, 상기 꼬막껍질 분말이 포함된 슬러리상태 중에 상기 꼬막껍질 분말 100g에 대해서 Ag 농도가 0.01M이 되도록 질산은(AgNO3)용액을 첨가하여 용해시켜 24시간 동안 교반 후 여과지를 이용하여 여과하여 꼬막껍질 분말을 분리한다. 이어서, 상기 꼬막껍질 분말을 증류수 200㎖로 넣고 80rpm으로 1시간 동안 교반하여 상기 꼬막껍질 분말을 세척한 후 여과지를 이용하여 여과하여 꼬막껍질 분말을 분리하고, 상기 꼬막껍질 분말을 105℃에서 60분 동안 건조시켜 제조될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 꼬막껍질 분말은 은이온으로 치환되어 구비될 수 있다. 상기 꼬막껍질 분말은 전술한 방법에 의하여 제조됨으로써, 항균력이 향상되고 동시에 분자구조가 XCa2/nO·Al2O3·YSiO2·ZH2O로 조절되어, 이온교환이 가능하도록 구비된다. 상기 꼬막껍질 분말을 항균성 금속 이온인 은이온을 이용하여 전술한 방법에 의하여 이온교환 시킴으로써, 상기 꼬막껍질 분말의 항균력을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 기포지(120)는 발포폴리프로필렌(EPP, expanded polypropylene), 스타일렌부타디엔 러버(SBR, styrene-butadiene rubber), 폴리비닐클로라이드(PVC, polyvinyl chloride) 및 폴리우레탄(PU, polyurethane)으로 이루어진 군에서 1이상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 기포지(120)는 두께가 1mm 내지 50mm인 발포폴리프로필렌으로 이루어진 부직포일 수 있다. 상기 기포지(120)의 두께가 1mm 미만인 경우 충분한 운동자에게 완충력을 제공할 수 없으며 50mm를 초과할 경우 완충력이 극대화되어 운동자의 운동효율이 저하뿐만 아니라 원가 증가, 생산 및 시공시의 편의성이 저하될 수 있다.
상기 코팅층(130)은 폴리우레탄(PU, polyurethane), 폴리에틸렌(PE, polyethylene) 및 라텍스 중 어느 하나를 포함하는 코팅제를 상기 기포지의 이면에 도포하여 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 코팅층(130)은 수성 폴리우레탄 점착제를 포함한다.
상기 수성 폴리우레탄 점착제는, 반응기에 분자량이 400인 폴리에테르 폴리올, 2,2-디메틸올프로피온산, 케톤계 수지를 첨가 후 디부틸주석디라우레이트 촉매 하에서 균일하게 교반하고, 상기 반응기에 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트를 적가하면서 90℃에서 NCO 피크가 소멸될 때까지 반응시켜 분자 양말단에 이소시아네이트기를 가지는 제1 프리폴리머를 제조한다. 이어서, 상기 제1 프리폴리머를 65℃로 냉각시킨 후 중화제인 트리에탄올아민(TEA)을 적가하여 중화시키되, 반응 중 점도가 100poise 이하이고 고형분이 65중량%가 되도록 유기용제인 메틸에틸케톤을 첨가하여 NCO/OH 비가 0.5인 제2 프리폴리머를 제조하고, 상기 제2 프리폴리머에 사슬연장제인 에틸렌디아민을 첨가하여 사슬연장시켜 반응을 종료시켜 폴리우레탄을 제조하고, 상기 폴리우레탄을 35℃로 냉각시킨 후, 물을 첨가한 후 120rpm으로 교반하여 폴리우레탄 용액을 제조하고, 상기 폴리우레탄 용액 중의 메틸에틸케톤을 감압증류로 제거하여 폴리우레탄 점착제를 제조할 수 있다.
상기 코팅층(130)을 구성하는 폴리우레탄 점착제는 고형분 50 중량%, 반응성 수지가 수성 폴리우레탄 점착제 분자 내에 1중량% 내지 5중량%의 범위로 결합된 수성 폴리우레탄 점착제일 수 있다.
상기 반응성 수지는 수성 폴리우레탄 점착제 분자 내에 1중량% 내지 5중량%의 범위로 결합되는 것이 바람직한데, 그 함량이 1중량% 미만일 경우 점착력의 향상 효과가 미비해질 우려가 있으며, 5중량%를 초과할 경우 저장안정성이 미비해질 우려가 있다.
상기 2,2-디메틸올프로피온산는 친수성기를 함유하는 디올이고, 상기 케톤계 수지는 반응서 수지의 일종으로 상기 수성 폴리우레탄 점착제 분자 내에서 15중량% 내지 35중량%로 결합될 수 있다.
상기 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트는 이소시아네이트로 상기 폴리올과 반응한다.
상기 트리에탄올아민는 중화제로 사용되고, 상기 메틸에틸케톤은 유기용제로 사용된다.
상기 유기용제는 상기 제1 프리폴리머를 160℃이하의 비점을 갖는 유기용제에 용해시켜 수분산에 적합한 적정한 점도로 조절된 자기유화형 프리폴리머인 제2 프리폴리머로 제조할 수 있다. 상기 유기용제는 수분산 종료 후 감압 하에서 용제를 증류 제거하기에 용이하도록, 상압에서 160℃이하의 비점을 갖는 용제로서, 특히 비점이 50 ~ 160℃를 갖는 것이 바람직하다. 상기 메틸에틸케톤은 감압 증류에 유리하고, 상기 제2 프리폴리머가 가지는 높은 점도(500 ~ 3000poise)를 고려할 때 용제 투입 후 고형분이 40 ~ 70 중량%가 되도록 투입하여 점도가 100 poise 이하가 되도록 조정되는 것이 원활한 수분산을 위해 적당하다. 이때 점도가 100poise를 초과하게 되면 수분산시 입자가 커지거나 겔화가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 NCO/OH 비가 0.1 ~ 1.0 범위를 벗어날 경우, NCO/OH 비가 0.1 보다 작은 경우 점착성의 향상효과가 미비해질 우려가 있고 NCO/OH 비가 1.0보다 큰 경우 미반응 NCO로 인해 저장안정성이 떨어진다.
상기 코팅층(130)은 피착재에 대한 점착력이 우수할 뿐만 아니라 저장안정성이 우수하고 또한 유기용제나 아민 등에 의한 냄새가 없도록 하는, 점착력이 우수한 수성 폴리우레탄 점착제로 이루어질 수 있다. 상기 코팅층을 수성 폴리우레탄 점착제로 구비시킴으로써, 인조잔디에서 발생할 수 있는 화학물질에 의한 냄새 등을 방지하고, 또한 우수한 점착력에 의하여 점착제의 사용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
별법으로, 상기 인조잔디용 파일원사(110)는 표면처리층을 더 포함할 수 있다.
상기 표면처리층은 상기 파일원사(110)를 기포지(120)에 터프팅하기 전에 플라즈마를 이용하여 형성될 수 있다.
상기 플라즈마는 챔버 내에서 수행되되, 산소와 아르곤가스를 50:50의 비율로 혼합하여 캐리어 가스로 이용하고, 챔버 내의 초기진공도는 10-3torr이고, 캐리어 가스를 주입한 후에는 10-2torr가 되도록 유지하며, 플라즈마 처리의 파워와 처리시간은 각각 100W에서 1분동안 수행하는 친환경 항균성 인조잔디 구조체.
상기 파일원사(110)는 초고분자량 폴리에틸렌을 포함할 수 있는데, 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 고성능으로 높은 강도와 강성을 갖고, 내충격성이 안정적이라는 장점이 있다. 반면, 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 표면이 비활성으로, 기포지(120) 등과 같은 다른 재료와 결합하여 복합재료로 이용할 때, 접착성이 낮다는 단점이 있다.
반면, 본 실시예에 따른 인조잔디 구조체(100)에서 상기 파일원사(110)는 표면처리층을 더 포함할 수 있다. 상기 표면처리층은 상기 파일원사(110) 중 초고분자량의 표면미세구조를 변화시키고, 화학조성과 표면에너지를 변화시켜 상기 기포지나 그 외의 재료와의 결합력을 향상시킬 수 있다. 이에, 접착제를 이용하는 코팅층의 두께를 감소시킬 수 있어, 생산비를 절감하고 친환경적인 제품으로 제조될 수 있다.
상기 표면처리층은 베큠싸이언스 사의 패러럴 일렉트로드 타입(parallel electrode type) 플라즈마장치를 사용하였다. 캐리어 가스로는 순도 99.999%의 초고순도 산소와 산소/아르곤가스를 50:50의 비율로 혼합하여 사용하였다. 상기 파일원사를 표면처리시, 챔버 내의 초기진공도는 10-3torr이고, 캐리어 가스를 주입한 후에는 10-2torr가 되도록 유지하였다. 플라즈마 처리의 파워와 처리시간은 각각 100W에서 1분동안 수행하였다.
상기 플라즈마를 이용한 표면처리 시, 파워가 증가되면 상기 파일원사(110)의 굴곡이 증가되어 상기 인조잔디 구조체(100)의 형상이 제어하기 어렵고, 파워가 감소되면 표면미세구조를 변화시키기 어렵다. 상기 표면처리층은 전술한 범위로 플라즈마 처리를 수행함으로써, 파일원사를 구성하는 초고분자량 폴리에틸렌의 표면에 표면미세구조를 변화시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 인조잔디 구조체
110 : 파일원사
120 : 기포지
130 : 코팅층

Claims (10)

  1. 인조잔디용 파일원사;
    상기 파일원사가 터프팅되어 고정되는 기포지; 및
    상기 기포지 이면에 코팅되어 상기 파일원사를 상기 기포지에 고정시키는 코팅층;을 포함하고,
    상기 파일원사는 패각으로 이루어지는 항균성 조성물을 포함하고,
    상기 파일원사는 상기 파일원사 100중량부를 기준으로, 폴리에틸렌(PE, polyethylene) 95중량부 내지 98중량부, 무기질 안료 0.4중량부 내지 0.6중량부, UV 안정제 1.2중량부 내지 1.4중량부, 항균성 조성물 0.4중량부 내지 3중량부로 이루어지고,
    상기 항균성 조성물은 패각을 포함하고,
    상기 파일원사에서 상기 폴리에틸렌은 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함하고,
    상기 선형저밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.92g/㎤이고, 용융지수가 1.8 내지 2.0이고,
    상기 고밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.94g/㎤이고, 용융지수가 0.4 내지 0.5이고,
    상기 초고분자량 폴리에틸렌은 밀도가 0.97g/㎤이고, 인장강도는 3500MPa이고,
    상기 파일원사는,
    항균성 조성물을 준비하고,
    상기 선형저밀도 폴리에틸렌을 에탄올에서 20%(w/w)로 30℃ 내지 45℃에서 2시간 내지 5시간 동안 용해하고,
    상기 선형저밀도 폴리에틸렌이 용해된 에탄올을 상온으로 온도를 감소시킨 후 무기질 안료와 UV 안정제를 첨가하여 제1 혼합물을 제조하고,
    상기 제1 혼합물에 상기 항균성 조성물을 첨가하여 제2 혼합물을 제조하고,
    상기 고밀도 폴리에틸렌와 초고분자량 폴리에틸렌을 동일한 양으로 준비하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌을 에탄올에서 20%(w/w)로 30℃ 내지 45℃에서 2시간 내지 5시간 동안 용해하고,
    상기 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌이 용해된 에탄올을 상온으로 온도를 감소시킨 후 상기 제2 혼합물을 첨가하여 제3 혼합물을 제조하고,
    상기 제3 혼합물을 실형태로 사출성형하는 친환경 항균성 인조잔디 구조체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 항균성 조성물은 꼬막껍질 분말로 이루어지고, 상기 꼬막껍질 분말은,
    꼬막껍질을 물을 이용하여 수회 세척한 후, 상온에서 3일 내지 4일 동안 건조시키고,
    건조된 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.7cm 내지 1cm가 되도록 1차 크러싱(crhshing)하고,
    1차 크러싱이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 900℃에서 3시간 동안 소성하고,
    소성이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.5cm 이하가 되도록 2차 크러싱(crhshing)하고,
    2차 크러싱이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 110℃에서 24시간 동안 가열하고,
    가열이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.2㎛ 내지 0.2mm가 되도록 밀링(milling)하여 꼬막껍질 분말로 제조하는 친환경 항균성 인조잔디 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 꼬막껍질 분말은 은으로 치환되어 구비되고, 은으로 치환된 꼬막껍질 분말은,
    상기 꼬막껍질 분말 100g을 증류수 100㎖ 중에 넣고, 60℃에서 90분 동안 교반하여 슬러리상태로 제조하고,
    상기 꼬막껍질 분말이 포함된 슬러리상태의 pH가 6.5가 되도록 아세트산 (acetic acid)을 첨가하고,
    상기 꼬막껍질 분말이 포함된 슬러리상태 중에 상기 꼬막껍질 분말 100g에 대해서 Ag 농도가 0.01M이 되도록 질산은(AgNO3)용액을 첨가하여 용해시켜 24시간 동안 교반 후 여과지를 이용하여 여과하여 꼬막껍질 분말을 분리하고,
    상기 꼬막껍질 분말을 증류수 200㎖로 넣고 80rpm으로 1시간 동안 교반하여 상기 꼬막껍질 분말을 세척한 후 여과지를 이용하여 여과하여 꼬막껍질 분말을 분리하고,
    상기 꼬막껍질 분말을 105℃에서 60분 동안 건조시키는 친환경 항균성 인조잔디 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기포지는 발포폴리프로필렌(EPP, expanded polypropylene), 스타일렌부타디엔 러버(SBR, styrene-butadiene rubber), 폴리비닐클로라이드(PVC, polyvinyl chloride) 및 폴리우레탄(PU, polyurethane)으로 이루어진 군에서 1이상이고,
    상기 코팅층은 폴리우레탄(PU, polyurethane), 폴리에틸렌(PE, polyethylene) 및 라텍스 중 어느 하나를 포함하는 코팅제를 상기 기포지의 이면에 도포하여 형성되는 친환경 항균성 인조잔디 구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코팅층은 수성 폴리우레탄 점착제를 포함하고, 상기 수성 폴리우레탄 점착제는,
    반응기에 분자량이 400인 폴리에테르 폴리올, 2,2-디메틸올프로피온산, 케톤계 수지를 첨가 후 디부틸주석디라우레이트 촉매 하에서 균일하게 교반하고,
    상기 반응기에 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트를 적가하면서 90℃에서 NCO 피크가 소멸될 때까지 반응시켜 분자 양말단에 이소시아네이트기를 가지는 제1 프리폴리머를 제조하고,
    상기 제1 프리폴리머를 65℃로 냉각시킨 후 중화제인 트리에탄올아민(TEA)을 적가하여 중화시키되, 반응 중 점도가 100poise 이하이고 고형분이 65중량%가 되도록 유기용제인 메틸에틸케톤을 첨가하여 NCO/OH 비가 0.5인 제2 프리폴리머를 제조하고,
    상기 제2 프리폴리머에 사슬연장제인 에틸렌디아민을 첨가하여 사슬연장시켜 반응을 종료시켜 폴리우레탄을 제조하고,
    상기 폴리우레탄을 35℃로 냉각시킨 후, 물을 첨가한 후 120rpm으로 교반하여 폴리우레탄 용액을 제조하고,
    상기 폴리우레탄 용액 중의 메틸에틸케톤을 감압증류로 제거하여 폴리우레탄 점착제를 제조하는 친환경 항균성 인조잔디 구조체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인조잔디용 파일원사는 표면처리층을 더 포함하고,
    상기 표면처리층은 상기 파일원사를 기포지에 터프팅하기 전에 플라즈마를 이용하여 형성되고,
    상기 표면처리층은 상기 파일원사를 플라즈마가 발생되는 챔버 내에서 상기 플라즈마를 상기 파일원사로 조사하여 수행되되, 산소와 아르곤가스를 50:50의 비율로 혼합하여 캐리어 가스로 이용하고, 챔버 내의 초기진공도는 10-3torr이고, 캐리어 가스를 주입한 후에는 10-2torr가 되도록 유지하며, 플라즈마 처리의 파워와 처리시간은 각각 100W에서 1분동안 수행하는 친환경 항균성 인조잔디 구조체.
  10. 제1항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 친환경 항균성 인조잔디 구조체는 축구장, 학교운동장, 럭비장, 케이드볼장, 족구장, 테니스장 및 야구장 중 어느 하나 이상에서 사용되는 것을 특징으로 하는 친환경 항균성 인조잔디 구조체.
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