KR102055556B1 - 친환경 항균성 인조잔디 충진재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인조잔디 하부측에 충진되는 인조잔디용 충진재에 있어서, 상기 충진재는 송진 1.5~14.0중량%, 무기질안료 0.5~2.5중량%, 미가황 천연고무 또는 합성고무 SEBS(Styrene Butadiene Styrene) 중에서 선택된 1종 이상의 고무 30.0~40.0중량%, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 중에서 선택된 1종 이상의 폴리머수지 8.0~10.0중량%, 탈크, 탄산칼슘, 프로세스오일 중에서 선택된 1종 이상의 필러 30.0~45.0중량%, 가교제 2.0~2.5중량%, 윤활제 1.0~2.3중량%, 착색제 1.0~2.0중량% 및 항균성 조성물 0.4~3중량%로 이루어지고, 상기 항균성 조성물은 패각을 포함하는 친환경 항균성 인조잔디 충진재에 관한 것이다.

Description

친환경 항균성 인조잔디 충진재 {Eco-friendly antifungal artificial turf filler}
본 발명은 친환경 항균성 인조잔디 충진재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패각을 이용하여 인조잔디의 항균력을 향상시킨 친환경적인 인조잔디 충진재에 관한 것이다.
인조잔디는 천연잔디의 감촉을 지니면서 오래 사용할 수 있고 유지비가 적게 들며 쿠션으로 인한 부상을　방지하는 등의 장점으로 세계적으로 크게 설치가 증가해오고 있다.
인조잔디 구조로는 카페트형 인조잔디에 천연잔디와 유사한 질감을 부여하기 위하여 충진재를 사용하는 방식의 인조잔디가 많이 사용되고 있다.
인조잔디는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론 등과 같은 폴리머수지로 인조잔디 원사를 제조한 후 폴리프로필렌, 폴리에스테르 기포지에 제직(tufting)하여 직립형태로 입모함으로써 인조잔디 파일을 형성하고, 상기 인조잔디 파일이 인조잔디 기포지에서 뽑혀나가지 않도록 인발력을 형성하기 위해 인조잔디 기포지에 SBR(styrene butadiene rubber) 계열의 Latex 또는 폴리우레탄 재료로 조성된 코팅재를 인조잔디 기포지에 도포(백코팅)하여 인조잔디 매트를 제조한다.
인조잔디 매트를 각종 운동경기장 용도로 사용하기 위해서는 골재, 아스팔트, 콘크리트와 같은 기층이 형성되어야 하고, 배수를 위한 부속시설이 마련되어야 하며, 아울러 이러한 기층 위에 인조잔디 매트를 설치한 후 인조잔디 파일의 직립상태 유지와 경기력의 향상과 충격흡수력을 높여 부상을 방지하기 위해 인조잔디 파일 사이에 규사를 충전하는 규사층과 충격흡수력을 더욱 높이기 위해 고무칩 충진재를 규사층 위에 포설하는 고무칩충전층으로 구성됨이 일반적이다.
종래의 인조잔디 매트의 배면코팅재 종류가 주로 라텍스와 폴리우레탄 두 가지뿐이고, 그 중 라텍스 코팅재의 경우에는 강한 접착력과 인발력을 발휘하는데 문제점이 있어왔고, 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, 인조잔디가 사용수명에 도달한 경우 폐기시 재활용이 어려운 문제점들을 내포하고 있다. 반면, 폴리우레탄의 경우 장시간의 기후조건에서도 내구성을 발휘하는 장점은 있으나 가격이 비싸서 보편적으로 사용할 수 없는 것이 가장 큰 문제점이었다.
이에 날로 그 보급이 증가하는 인조잔디와 관련하여, 인조잔디의 내구성을 향상시킴과 동시에 인조잔디를 친환경적이며 항균성이 향상되도록 제조하기 위하여 다양한 연구가 수행되고 있다.
(선행특허)
한국등록특허 제10-1589407호(2016년01월21일)
본 발명의 목적은 폐 패각을 이용함으로써 친환경적이고, 상기 패각에 의하여 항균성 효과를 향상시킨 친환경 항균성 인조잔디 충진재를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소재의 특성에 의하여 점착력과 인발력이 향상되어 유지보수가 용이하고 장기간 사용이 가능한 친환경 항균성 인조잔디 충진재를 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 화학제품의 사용을 감소하여 경기하는 과정에서 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 안전성이 향상된 친환경 항균성 인조잔디 충진재를 제공하기 위함이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 인조잔디 하부측에 충진되는 인조잔디용 충진재에 있어서, 상기 충진재는 송진 1.5~14.0중량%, 무기질안료 0.5~2.5중량%, 미가황 천연고무 또는 합성고무 SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene) 중에서 선택된 1종 이상의 고무 30.0~40.0중량%, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 중에서 선택된 1종 이상의 폴리머수지 8.0~10.0중량%, 탈크, 탄산칼슘, 프로세스오일 중에서 선택된 1종 이상의 필러 30.0~45.0중량%, 가교제 2.0~2.5중량%, 윤활제 1.0~2.3중량%, 착색제 1.0~2.0중량% 및 항균성 조성물 0.4~3중량%로 이루어지고, 상기 항균성 조성물은 패각을 포함하는 친환경 항균성 인조잔디 충진재를 포함한다.
상기 고무는 미가황 천연고무 또는 합성고무 SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene)일 수 있는데, 바람직하게는 합성고무 SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene)이다.
상기 폴리머수지는 상기 폴리에틸렌을 포함하고, 상기 폴리에틸렌은 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)로 이루어질 수 있다.
상기 선형저밀도 폴리에틸렌은 65중량% 내지 85중량%이고, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 10중량% 내지 30중량%이고, 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 10중량% 내지 30중량%이고, 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 향균성 조성물은 상기 폴리머수지와 혼합하여 항균성 수지혼합물로 제조되고, 상기 항균성 수지혼합물은 상기 송진, 무기질안료, 고무, 필러, 가교제, 윤활제, 및 착색제와 혼합되어 충진재로 제조될 수 있다.
상기 항균성 수지혼합물은, 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 상기 항균성 조성물을 첨가하여 제1 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 제1 혼합물을 첨가하여 항균성 수지혼합물을 제조할 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 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 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 항균성 조성물은 코어셀 입자를 더 포함하고, 상기 코어셀 입자는 상기 꼬막껍질 분말 100중량부를 기준으로 10중량부 내지 20중량부로 포함될 수 있다.
상기 코어셀 입자는, 난연성분을 포함하는 코어; 및 상기 코어를 감싸도록 구비되는 셀;로 이루어지며, 상기 코어를 구성하는 난연성분은 트리페닐포스페이트 또는 트리크레실포스페이트인 유기인(P)계 화합물이고, 상기 셀은 멜라민/포름알데히드 수지인 열경화성 수지일 수 있다.
상기 코어셀 입자는, 폴리비닐알콜을 증류수에 넣고 100rpm으로 1시간 동안 교반하여, 중량비로 5%의 폴리비닐알콜 수용액을 제조하고, 상기 폴리비닐알콜 수용액 300g에 트리페닐포스페이트 200g을 분산시켜 에멀젼의 평균입자 크기가 5㎛ 내지 6㎛인 수용성 에멀젼을 제조하고, 37중량%의 포르말린 수용액 75g(pH=9)에 20중량%의 가성소다 수용액과 30g의 멜라민을 첨가하고 75℃에서 1시간 동안 교반하면서 혼합하여 멜라민이 완전히 녹아서 메틸화정도 2.5∼3.5 당량의 투명한 메틸올레이티드 멜라민 수용액을 제조하고, 상기 멜라민 수용액을 상기 수용성 에멀젼에 첨가하여 혼합하고, 75℃에서 120분 동안 교반하면서 pH를 5.2로 조절하여, 코어는 트리페닐포스페이트가 구비되고, 상기 코어의 외면에는 폴리비닐알콜이 내부막으로 형성되고, 상기 폴리비닐알콜의 외면에는 셀로 멜라민/포름알데히드 수지로 구성되는 캡슐화된 트리페닐포스페이트 수용액을 제조하고, 상기 캡슐화된 트리페닐포스페이트 수용액이 에멀젼 상태에서 암모니아를 첨가하여 미반응 포름알데히드를 제거하고, 상기 캡슐화된 트리페닐포스페이트 수용액을 여과하고 건조시켜 분말상의 코어셀 입자를 제조할 수 있다.
상기 코어셀 입자는 표면처리층을 더 포함할 수 있다.
상기 표면처리층은, 상기 코어셀 입자를 플라즈마가 발생되는 챔버 내에서 상기 플라즈마로 상기 코어셀 입자를 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 수행하여 형성될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 폐 패각을 이용함으로써 친환경적이고, 상기 패각에 의하여 항균성 효과를 향상시킨 친환경 항균성 인조잔디 충진재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 소재의 특성에 의하여 점착력과 인발력이 향상되어 유지보수가 용이하고 장기간 사용이 가능한 친환경 항균성 인조잔디 충진재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 화학제품의 사용을 감소하여 경기하는 과정에서 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 안전성이 향상된 친환경 항균성 인조잔디 충진재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 인조잔디 구조체를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에서 인조잔디 파일이 결합되는 기포지 부분의 구조이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 구비되는 코어셀 입자를 개략적으로 도시한 도면이다.
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 인조잔디 구조체를 도시한 개략도이다. 도 2는 본 발명에서 인조잔디 파일이 결합되는 기포지 부분의 구조이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 구비되는 코어셀 입자를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예는 인조잔디 하부측에 충진되는 인조잔디용 충진재에 있어서, 상기 충진재는 송진 1.5~14.0중량%, 무기질안료 0.5~2.5중량%, 미가황 천연고무 또는 합성고무 SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene) 중에서 선택된 1종 이상의 고무 30.0~40.0중량%, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 중에서 선택된 1종 이상의 폴리머수지 8.0~10.0중량%, 탈크, 탄산칼슘, 프로세스오일 중에서 선택된 1종 이상의 필러 30.0~45.0중량%, 가교제 2.0~2.5중량%, 윤활제 1.0~2.3중량%, 착색제 1.0~2.0중량% 및 항균성 조성물 0.4~3중량%로 이루어질 수 있다.
상기 항균성 조성물은 패각을 포함하고, 상기 윤활제는 스테아린산 또는 지방산의 금속염 윤활제(Lubricant)일 수 있다.
본 실시예에 따른 인조잔디용 충진재는, 송진과 패각을 이용한 항균성 조성물을 더 포함함으로써, 항균성을 향상시키고 화학제품의 사용을 감소시켜 인체와의 접촉에서 발생할 수 있는 부작용을 감소시킬 수 있다.
상기 인조잔디용 충진제는 호퍼를 이용하여 각 재료를 압출기로 넣고, 상기 압출기를 통하여 압출성형한 후, 직경이 1.5mm 내지 5mm가 되도록 칩의 형태로 절단되어 구비될 수 있다. 상기 칩은 0℃에서 1일동안 냉각시킨 후, 상기 칩의 외면에 함유되는 수분을 제거함으로써, 충진재로 이용하는 탄성칩으로 제조된다.
바람직하게는, 상기 충진재는 송진 1.5kg, 무기질안료 1.5kg, 합성고무 SEBS(Styrene Butadiene Styrene) 40kg, 폴리에틸렌 10kg, 탄산칼슘 40kg, 가교제 2kg, 윤활제 1kg, 착색제 1kg 및 항균성 조성물 1.5kg을 이용할 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 충진재는 패각으로 이루어지는 항균성 조성물을 포함할 수 있다. 상기 인조잔디 충진재는 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.
도 1을 참조하면, 인조잔디 구조체는, 하부에서 부터 쇄석층(80), 잡석층(70), 인조잔디 파일원사(10)가 결합되는 기포지(20), 규사층(50), 탄성충진재층(60)의 순서로 구조체가 형성되어 있다. 쇄석층(80)과 잡석층(70)은 콘크리트를 포함하여 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도 2에서 보는 바와 같이, 인조잔디 파일원사(10)가 제직되어 고정된 기포지(20)가 있고, 기포지 이면에 배킹부(40)가 가열 압착되며, 기포지와 배킹부에는 다수의 투수공(30)이 형성된다. 기포지(20)에 고정된 인조잔디 끝부분은 위로 잔디처럼 올라오게 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 인조잔디 충진재는 탄성칩의 형태로 제조되어, 인조잔디 구조체에서 규사층(50) 상부 인조잔디 파일원사(10) 사이에 형성하여 탄성충진재층(60)으로 형성될 수 있다.
상기 항균성 조성물은 0.4~3중량%로 포함될 수 있는데, 0.4 중량% 미만이면 상기 항균성 조성물에 의한 항균효과가 미미하고, 3 중량%를 초과하면 상기 인조잔디 충진재에서 균일하게 분산되지 못하고, 상기 인조잔디 충진재의 기계적 강도를 저하시킨다.
상기 폴리머수지는 상기 폴리에틸렌을 포함하고, 상기 폴리에틸렌은 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)로 이루어질 수 있다.
상기 선형저밀도 폴리에틸렌은 65중량% 내지 85중량%이고, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 10중량% 내지 30중량%이고, 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 10중량% 내지 30중량%일 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 충진재를 제조하는 경우, 적정한 인성의 확보가 어려워 소정의 형상을 유지하기 어렵다. 이에, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌에 상기 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌을 혼합함으로써, 상기 충진재의 형상을 유지하며, 적절한 기계적 강도를 확보할 수 있으며, 잔디용으로 최적의 물성 및 촉감을 나타낼 수 있다.
상기 향균성 조성물은 상기 폴리머수지와 혼합하여 항균성 수지혼합물로 제조되고, 상기 항균성 수지혼합물은 상기 송진, 무기질안료, 고무, 필러, 가교제, 윤활제, 및 착색제와 혼합되어 충진재로 제조될 수 있다.
상기 항균성 수지혼합물은, 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 상기 항균성 조성물을 첨가하여 제1 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 제1 혼합물을 첨가하여 항균성 수지혼합물을 제조할 수 있다.
상기 항균성 조성물은 충진재를 구성하는 다른 재료와 혼합하기 전 상기 폴리머수지와 먼저 혼합하여 항균성 수지혼합물로 제조된 후 상기 충진재를 구성하는 다른 재료와 혼합될 수 있다. 즉, 상기 폴리머수지와 상기 항균성 조성물을 우선 혼합하여 항균성 수지혼합물로 제조한 후, 상기 항균성 수지혼합물을 송진, 무기질안료, 고무, 필러, 가교제, 윤활제, 및 착색제와 혼합할 수 있다.
상기 항균성 조성물은 패각으로 이루어지는 무기물 분말로 이루어질 수 있는데, 상기 항균성 조성물이 상기 충진재에 첨가되는 경우, 상기 고무와의 균일한 혼합이 어려워, 상기 고무 중에 균일하게 분산되지 못하고 어느 일부에 뭉쳐 있는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에, 상기 충진재의 기계적 강도와 물성을 저하시킬 수 있다. 또한, 상기 항균성 조성물은 상기 폴리머수지와의 혼합도 용이하지 않아, 상기 항균성 조성물을 별도의 처리없이 그대로 첨가하여 혼합하는 경우, 상기 고무뿐 아니라 상기 폴리머수지에 의해서도 불균일하게 혼합되어 문제된다.
반면, 본 실시예에 따른 충진재는 상기 항균성 조성물을 상기 폴리머수지와 먼저 혼합한 후, 상기 고무 등이 포함된 그 외의 다른 물질과 혼합될 수 있다. 이에, 상기 항균성 조성물이 보다 균일하게 분산되도록 하여, 상기 충진재의 기계적 물성이 일정하게 유지되도록 하며, 상기 항균성 조성물에 의한 항균성의 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
반면, 본 실시예에 따른 친환경 항균성 인조잔디 충진재는 폴리머수지로, 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, 친환경 항균성 인조잔디 충진재의 압축강도 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌을 과다하게 추가하는 경우, 상기 친환경 항균성 인조잔디 충진재가 수분 등에 의하여 쉽게 변형되므로, 보조적으로 초고분자량 폴리에틸렌을 더 첨가하여 기계적 강도를 보완하면서 내후성을 향상시킬 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 친환경 항균성 인조잔디 충진재의 내구성을 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 소성할 수 있다. 소성이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.5cm 이하가 되도록 2차 크러싱(crhshing)하고, 2차 크러싱이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 110℃에서 24시간 동안 가열할 수 있다. 이어서, 가열이 완료된 후, 상기 꼬막껍질을 평균입자크기가 0.2㎛ 내지 0.2mm가 되도록 밀링(milling)하여 꼬막껍질 분말로 제조할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 인조잔디용 충진재는 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, 인조잔디를 이용하여 사용자들에게 친환경적이고, 화학적 첨가제에 의하여 부수적으로 발생할 수 있는 부작용 등을 방지할 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.
별법으로, 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 첨가할 수 있다. 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 분리할 수 있다. 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 건조시킬 수 있다.
별법으로, 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.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 항균성 조성물은 코어셀 입자(100)를 더 포함하고, 상기 코어셀 입자(100)는 상기 꼬막껍질 분말 100중량부를 기준으로 10중량부 내지 20중량부로 포함될 수 있다.
상기 코어셀 입자(100)는, 난연성분을 포함하는 코어(110); 및 상기 코어(110)를 감싸도록 구비되는 셀(120);로 이루어지며, 상기 코어(110)를 구성하는 난연성분은 트리페닐포스페이트 또는 트리크레실포스페이트인 유기인(P)계 화합물이고, 상기 셀(120)은 멜라민/포름알데히드 수지인 열경화성 수지일 수 있다.
상기 코어셀 입자(100)는 코어(110)와 상기 코어(110)를 감싸는 셀(120)로 이루어져 있고, 상기 코어(110)에는 난연성분이 포함되고, 상기 셀(120)에는 상기 코어를 보호하도록 구비될 수 있다. 상기 코어셀 입자(100)는 코어(110)에 난연성분을 구비함으로써, 상기 충진재에 포함되어 상기 충진재의 난연성을 제공할 수 있다. 또한, 상기 코어셀 입자(100)에서, 상기 셀(120)은 상기 코어(120)를 보호하도록 구비되어, 상기 코어셀(110)이 충격강도 등과 같은 물성에도 거의 영향을 미치지 않는 캡슐화되도록 구비될 수 있다. 상기 코어셀 입자(100)를 상기 항균성 조성물과 함께 충진재에 첨가함으로써, 상기 충진재의 난연성을 향상시키고 마찰 등에 의한 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 코어(110)는 트리페닐포스페이트 또는 트리크레실포스페이트인 유기인(P)계 화합물이고, 상기 셀(120)은 멜라민/포름알데히드 수지로 이루어지는 것이 코어셀 구조를 형성하기에 적합하다. 상기 코어셀 입자(100)는 난연제를 고농도화하였고, 상기 코어(110)를 멜라민/포름알데히드 수지로 이루어진 셀(120)로 캡슐화시킴으로써, 난연성이 보다 효과적으로 발휘되도록 하며, 상기 난연성을 코어(110)에 구비시켜 셀(120)로 하여금 코어(110)를 보호하도록 하여 상기 난연성을 극대화할 수 있다.
상기 코어셀 입자(100)는, 폴리비닐알콜을 증류수에 넣고 100rpm으로 1시간 동안 교반하여, 중량비로 5%의 폴리비닐알콜 수용액을 제조하고, 상기 폴리비닐알콜 수용액 300g에 트리페닐포스페이트 200g을 분산시켜 에멀젼의 평균입자 크기가 5㎛ 내지 6㎛인 수용성 에멀젼을 제조하고, 37중량%의 포르말린 수용액 75g(pH=9)에 20중량%의 가성소다 수용액과 30g의 멜라민을 첨가하고 75℃에서 1시간 동안 교반하면서 혼합하여 멜라민이 완전히 녹아서 메틸화정도 2.5∼3.5 당량의 투명한 메틸올레이티드 멜라민 수용액을 제조할 수 있다. 이어서, 상기 멜라민 수용액을 상기 수용성 에멀젼에 첨가하여 혼합하고, 75℃에서 120분 동안 교반하면서 pH를 5.2로 조절하여, 코어(110)는 트리페닐포스페이트가 구비되고, 상기 코어(110)의 외면에는 폴리비닐알콜이 내부막으로 형성되고, 상기 폴리비닐알콜의 외면에는 셀(120)로 멜라민/포름알데히드 수지로 구성되는 캡슐화된 트리페닐포스페이트 수용액을 제조하고, 상기 캡슐화된 트리페닐포스페이트 수용액이 에멀젼 상태에서 암모니아를 첨가하여 미반응 포름알데히드를 제거하고, 상기 캡슐화된 트리페닐포스페이트 수용액을 여과하고 건조시켜 분말상의 코어셀 입자(100)를 제조할 수 있다.
상기 캡슐화가 완료된 유기 인계 난연제 수용액을 통상의 방법에 따라 여과한다. 여과하기 전에 미반응 포름알데히드를 제거하는 것이 바람직하다. 미반응 포름알데히드가 존재하면 수지 성형물의 물성에 좋지 않은 영향을 미친다. 특히 수지 조성물 전체에 대하여 20 중량% 이상의 유기 인계 난연제가 사용되는 경우에는 육안으로 관찰하더라도 기포가 발생하는데, 이 기포는 미반응 포름알데히드로부터 기인한다. 따라서 여과하기 전에 에멀젼 상태에서 암모니아를 첨가하여 미반응 포름알데히드를 제거하는 것이 바람직하다.
여과 공정을 거친 액상의 유기 인계 난연제는 건조시켜서 고체상 또는 분말상의 유기 인계 난연제를 제조한다. 분말상의 유기 인계 난연제는 기초 수지와 혼합하여 난연성 수지 조성물을 제조한다. 고체상의 유기 인계 난연제는 다시 분말상으로 분쇄한다.
일반적으로 열가소성 기초 수지에 유기 인계 난연제가 혼합되는 경우에는 유기 인계 난연제의 낮은 융점으로 인하여 가공상의 어려움이 뒤따른다. 트리페닐포스페이트는 융점이 50℃이고 트리크레실포스페이트는 액상이기 때문에, 이들을 열가소성 기초 수지에 혼합하는 경우, 분산성과 상용성이 저하된다. 그러나 본 발명에 따른 캡슐화된 유기 인계 난연제는 캡슐막이 형성되기 때문에 난연제와 수지성분이 직접 접촉하는 것을 방지하고, 캡슐막 자체는 열경화성 수지이기 때문에 난연제보다 상용성이 더 좋고, 수지 성형품의 물성을 저하시키는 결점을 예방할 수 있다.
본 발명에 따른 캡슐화된 유기 인계 난연제 10∼30 중량부를 열가소성 기초 수지 100 중량부에 혼합하여 난연성 열가소성 수지 조성물을 제조한다. 열가소성 기초수지의 예로는 폴리스티렌, ABS(아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌)수지, ABS/폴리카보네이트 얼로이(alloy), 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트 등이 있다.
상기 코어셀 입자(100)는 표면처리층을 더 포함할 수 있다.
상기 표면처리층은, 상기 코어셀 입자(100)를 플라즈마가 발생되는 챔버 내에서 상기 플라즈마로 상기 코어셀 입자(100)를 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 수행할 수 있다.
상기 코어셀 입자(100)의 외면에는 표면처리층이 더 포함될 수 있다. 상기 표면처리층은 상기 코어셀 입자(100)의 표면의 미세구조를 변화시킴으로써 접착성을 향상시킬 수 잇다. 상기 표면처리층은 상기 코어셀 입자(100)의 표면미세구조를 변화시키고, 화학조성과 표면에너지를 변화시켜 상기 충진재를 구성하는 고무와의 겹합력을 향상시킬 수 있다. 상기 코어셀 입자(100)가 상기 충진재에서 보다 균일하게 분포되도록 하면, 상기 충진재의 내부에 안정적으로 고정됨으로써, 상기 코어셀 입자(100)에 의한 효과가 보다 효율적으로 발휘되도록 할 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 코어셀 입자에서 셀부분의 형상을 변형시켜 코어와의 탈착이 발생될 수 있고, 파워가 감소되면 표면미세구조를 변화시키기 어렵다. 상기 표면처리층은 전술한 범위로 플라즈마 처리를 수행함으로써, 코어셀 입자의 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.
10 : 인조잔디 파일원사
20 : 기포지
30 : 투수공
40 : 배킹부
50 : 규사층
60 : 탄성 충진재층
70 : 잡석층
80 : 쇄석층

Claims (8)

  1. 인조잔디 하부측에 충진되는 인조잔디용 충진재에 있어서,
    상기 충진재는 송진 1.5~14.0중량%, 무기질안료 0.5~2.5중량%, 미가황 천연고무 또는 합성고무 SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene) 중에서 선택된 1종 이상의 고무 30.0~40.0중량%, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 중에서 선택된 1종 이상의 폴리머수지 8.0~10.0중량%, 탈크, 탄산칼슘, 프로세스오일 중에서 선택된 1종 이상의 필러 30.0~45.0중량%, 가교제 2.0~2.5중량%, 윤활제 1.0~2.3중량%, 착색제 1.0~2.0중량% 및 항균성 조성물 0.4~3중량%로 이루어지고, 상기 항균성 조성물은 패각을 포함하고,
    상기 폴리머수지는 상기 폴리에틸렌을 포함하고, 상기 폴리에틸렌은 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)로 이루어지며,
    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 0.42이고,
    상기 향균성 조성물은 상기 폴리머수지와 혼합하여 항균성 수지혼합물로 제조되고, 상기 항균성 수지혼합물은 상기 송진, 무기질안료, 고무, 필러, 가교제, 윤활제, 및 착색제와 혼합되어 충진재로 제조되며, 상기 항균성 수지혼합물은,
    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 상기 항균성 조성물을 첨가하여 제1 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 제1 혼합물을 첨가하여 항균성 수지혼합물을 제조하는 친환경 항균성 인조잔디 충진재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 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 충진재.
  5. 제4항에 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 충진재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 항균성 조성물은 코어셀 입자를 더 포함하고, 상기 코어셀 입자는 상기 꼬막껍질 분말 100중량부를 기준으로 10중량부 내지 20중량부로 포함되며, 상기 코어셀 입자는,
    난연성분을 포함하는 코어; 및
    상기 코어를 감싸도록 구비되는 셀;로 이루어지며,
    상기 코어를 구성하는 난연성분은 트리페닐포스페이트 또는 트리크레실포스페이트인 유기인(P)계 화합물이고, 상기 셀은 멜라민/포름알데히드 수지인 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 친환경 항균성 인조잔디 충진재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코어셀 입자는,
    폴리비닐알콜을 증류수에 넣고 100rpm으로 1시간 동안 교반하여, 중량비로 5%의 폴리비닐알콜 수용액을 제조하고,
    상기 폴리비닐알콜 수용액 300g에 트리페닐포스페이트 200g을 분산시켜 에멀젼의 평균입자 크기가 5㎛ 내지 6㎛인 수용성 에멀젼을 제조하고,
    37중량%의 포르말린 수용액 75g(pH=9)에 20중량%의 가성소다 수용액과 30g의 멜라민을 첨가하고 75℃에서 1시간 동안 교반하면서 혼합하여 멜라민이 완전히 녹아서 메틸화정도 2.5∼3.5 당량의 투명한 메틸올레이티드 멜라민 수용액을 제조하고,
    상기 멜라민 수용액을 상기 수용성 에멀젼에 첨가하여 혼합하고, 75℃에서 120분 동안 교반하면서 pH를 5.2로 조절하여, 코어는 트리페닐포스페이트가 구비되고, 상기 코어의 외면에는 폴리비닐알콜이 내부막으로 형성되고, 상기 폴리비닐알콜의 외면에는 셀로 멜라민/포름알데히드 수지로 구성되는 캡슐화된 트리페닐포스페이트 수용액을 제조하고,
    상기 캡슐화된 트리페닐포스페이트 수용액이 에멀젼 상태에서 암모니아를 첨가하여 미반응 포름알데히드를 제거하고,
    상기 캡슐화된 트리페닐포스페이트 수용액을 여과하고 건조시켜 분말상의 코어셀 입자를 제조하는 친환경 항균성 인조잔디 충진재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코어셀 입자는 표면처리층을 더 포함하고, 상기 표면처리층은,
    상기 코어셀 입자를 플라즈마가 발생되는 챔버 내에서 상기 플라즈마로 상기 코어셀 입자를 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 충진재.
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