KR102061605B1 - 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 인조잔디 충진재는 EPDM, SEBS, PVB, SBR 및 SBS 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머를 포함하며, 탄성을 갖는 탄성부와; 상기 탄성부에 기능성을 부과하기 위하여 상기 탄성부의 외표면에 형성되며, 산화아연으로 구성된 기능부로 구성되며, 상기 탄성부와 상기 기능부는 커플링 에이전트로 결합되고, 상기 커플링 에이전트가 상기 탄성부와 기능부와의 양방향 결합을 위한 반응시간 단축과 결합을 촉진하기 위해 촉매가 사용되며, 상기 인조잔디 충진재는 1.5~3.4mm 크기의 구형 형상이며, 상기 커플링 에이전트는 상기 탄성부의 재료인 열가소성 엘라스토머의 유기질재료와 화학결합하는 반응기와, 상기 기능부의 재료인 무기질재료와 화학결합하는 반응기를 가지며, 상기 커플링 에이전트는 비닐계, 에폭시계 중 어느 하나를 선택하여 사용하고, 상기 촉매는 알루미늄염을 사용한다.
본 발명의 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재에 따르면 충진재의 용융점이 기존의 기능성 물질을 직접 투입하는 방식의 104~105℃ 정도에서 본 발명은 300℃ 이상으로 올라가는 고내열을 가져 내열성, 내이행성, 내마모성, 내약품성이 향상되었고, 본 발명의 커플링 에이전트와 촉매를 이용하여 탄성부에 결합시키는 방법이 기능성 물질을 직접 투입하는 방식에 비해 10% 이하의 양으로도 원석에 비해서는 조금 낮으나 월등한 기능을 발현하므로 성능 향상과 원가 절감과, 촉매 사용에 따른 제조시간을 혁신적으로 단축할 수 있는 효과가 있다.

Description

유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재{Filler for Artificial Glass with High Heat Resistance and High Impact Resistance Using Coupling Agent Applied Two Way of Organic and Mineral Material}
본 발명은 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인조잔디의 파일과 파일 사이에 충진되어 탄성을 주는 인조잔디 충진재로 열가소성 엘라스토머로 된 탄성부와, 기능성을 가진 것으로 알려진 천연광물이나 가공된 광물을 유기재료 및 무기재료에 양방향으로 작용하는 커플링 에이전트를 사용하여 상기 탄성부 표면에 결합시키고, 상기 커플링 에이전트가 상기 탄성부와 기능부와의 양방향 결합을 위한 반응시간 단축과 결합을 촉진하기 위한 촉매가 사용되는 규산염에 기반한 광물과 금속산화물 중 어느 하나이거나 혼합물인 기능부로 구성되는 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재이다.
인조잔디는 천연잔디를 대체하여 옥내 정원이나, 골프 연습장, 운동장, 경기장에 광범위하게 사용되고 있다.
이러한 인조잔디는 일반 천연잔디에 비해 초기 시공비가 많이 들지만, 반영구적 사용이 가능하고 유지관리의 편의성, 운동하기에 적합하도록 표면이 고른 점 등으로 인해 선호도가 높다.
일반적으로 인조잔디 구조체는, 기초 지반층과; 상기 기초지반층의 상부에 배치되는 탄성 패드층과; 상기 탄성패드층의 상부에 설치되고 인조잔디 파일들을 고정시키는 파일 고정패드층과; 상기 파일고정패드층의 상부에 배치되어 상기 인조잔디 파일들 사이에 충진되는 규사층; 및 상기 규사층의 상부에 배치되고 상기 인조잔디 파일들 사이에 충진되는 탄성 충진재층을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 인조잔디 파일은 길이가 약 45 ~ 65mm의 롱파일이 많이 사용되고 있으며, 이러한 파일들 사이에 규사등 중량재를 충진시켜 넣어줌으로써 하중을 주어 상기 인조잔디 구조체를 안정시키고, 중량재층 상부에 0.8~20mm 크기의 탄성칩을 충진하여 충격을 흡수하도록 하고 있으며, 상기 중량재와 탄성칩이 충분히 충진될 때 파일이 뉘어지지 않고 바로 설 수 있다. 그리고, 원활한 배수를 위하여, 대부분의 인조잔디 구조체는 중앙이 가장 높고 가장자리로 갈수록 낮아지는 구배를 형성하고 있다.
하지만, 강우에 의해 중량재와 탄성칩이 이동하게 되며, 특히 인조잔디 구조체의 중앙부위의 중량재와 탄성칩이 가장자리로 흘러내리게 되어 중앙부위의 롱파일에 탄성 충진재가 부족하게 되고, 이에 따라 롱파일이 뉘어지게 되어 충격 흡수성이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 인조잔디 구장은 천연잔디 구장과는 달리 이질감을 주고, 인조잔디 위에 포설한 충진재가 운동중에 몸에 붙거나 소실되는 문제점을 해결하기 위하여 주기적으로 충진재를 충진해야 한다.
또한, 인조잔디 구장은 여름철에 온도가 상승하여 화상의 위험성이 있을 뿐만 아니라, 폐타이어를 재활용한 탄성 고무칩을 충진재로 사용하고 있으므로, 여름철 탄성 고무칩으로부터 유해가스가 발생되고, 유해가스로 인해 인체에 대한 유해성 논란이 끊이지 않고 있다.
한국공개특허 제10-2008-0066528호는 상기의 문제점을 해결하기 위한 목초액으로 처리한 고무칩 및 상기 고무와 황토를 함유한 바이오칩에 관한 것이다. 해당 발명의 목초액으로 처리한 고무칩의 경우, 고무 악취 및 유해 성분의 발생이 감소하였으며, 이와 같은 효능을 가지는 고무칩과 황토를 이용하는 경우 유해물질 제거 효과와, 항균성 및 수분 흡수도가 향상된 건축 자재용 바이오칩을 제공할 수 있다.
하지만, 해당 발명은 유해물질 제거 효과와, 항균성 및 수분 흡수도가 향상되는 효능을 지니게 된다고 하였으나, 해당 발명의 고무칩은 인조잔디를 지지하는 지지력이 부족하여 여전히 인조잔디의 관리에 인력이 낭비되는 문제가 있었고, 상기의 고무칩을 제조하는 방법이 명확히 제시되어 있지 않아서 문제가 되었으며, 더욱 효과적인 인조잔디 충진용 SEBS 고무칩이 시급한 실정이다.
또한, 열에 약해서 충진재가 녹는 문제점이 발생했다.
유기재료와 무기재료를 혼합할 때에 커플링 에어전트를 동시에 첨가, 혼합하는 방법으로 제조 공정에 적용이 쉽고, 작업성이 뛰어나나 기능성의 효과가 잘 나오지 않는 문제점이 있었다.
1. 한국등록특허공보 제 10-1800412 (등록일자 : 2017년 11월 16일) 인조잔디 충진재 및 이의 제조방법 2. 한국등록특허공보 제 10-1471019 (등록일자 : 2014년 12월 03일)인조잔디 충진용 SEBS 고무칩 제조방법 및 그 방법에 따른 SEBS 고무칩 3. 한국등록특허공보 제 10-1841220 (등록일자 : 2018년 03월 16일) 인조잔디 충진재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 인조잔디 충진재 4. 한국등록특허공보 제 10-1569169 (등록일자 : 2015년 11월 09일) 항균성 인조잔디 충진용 고무칩 5. 한국등록특허공보 제 10-1163051 (등록일자 : 2012년 06월 29일) 복수의 탄성칩이 연결된 인조잔디용 충진재 및 이를 이용한 인조잔디 구조체
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 인조잔디 충진재는 열가소성 엘라스토머로 된 탄성부와; 상기 탄성부에 기능성을 부과하기 위하여 상기 탄성부의 외표면에 형성되어 상기 탄성부와 커플링 에이전트로 결합되며, 상기 커플링 에이전트가 상기 탄성부와 기능부와의 양방향 결합을 위한 반응시간 단축과 결합을 촉진하기 위한 촉매가 사용되고, 규산염에 기반한 광물과 금속산화물 중 어느 하나이거나 혼합물인 기능부로 구성되는 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재를 제공함에 있다.
본 발명의 인조잔디 충진재는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene), SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVB(Polyvinyl Butyral), SBR(Styrene Butadiene Rubber) 및 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머를 포함하며, 탄성을 갖는 탄성부와; 상기 탄성부에 기능성을 부과하기 위하여 상기 탄성부의 외표면에 형성되며, 산화아연으로 구성된 기능부로 구성된다.
상기 탄성부와 상기 기능부는 커플링 에이전트로 결합된다.
상기 커플링 에이전트가 상기 탄성부와 기능부와의 양방향 결합을 위한 반응시간 단축과 결합을 촉진하기 위해 촉매가 사용된다.
상기 인조잔디 충진재는 1.5~3.4mm 크기의 구형 형상이다.
상기 탄성부는 탄성재인 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene), SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVB(Polyvinyl Butyral), SBR(Styrene Butadiene Rubber) 및 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머 100 중량부에 대하여, 프로세스오일 충진제 50~100 중량부와; 가소제 2~15 중량부와; 이형제 0.1~1.0 중량부와; 착색제 0.2~3 중량부와; UV 차단제를 포함하는 첨가제 0.1~2 중량부를 포함하여 조성된다.
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상기 천연광물 또는 가공광물의 부착 입경은 40~50㎛이다.
상기 천연광물은 항균기능이나 내열기능의 극대화하기 위하여 나노은이나 나노알미늄을 사용할 수도 있다.
상기 커플링 에이전트는 상기 탄성부의 재료인 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene), SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVB(Polyvinyl Butyral), SBR(Styrene Butadiene Rubber) 및 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머의 유기질재료와 화학결합하는 반응기와, 상기 기능부의 재료인 산화아연의 무기질재료와 화학결합하는 반응기를 가진다.
상기 커플링 에이전트는 비닐계, 에폭시계 중 어느 하나를 선택하여 사용하고, 상기 촉매는 알루미늄염을 사용한다.
비닐계 커플링 에이전트는 CH2=CHSi(OCH3)3 인 비닐트리메소시실란(Vinyltrimethoxysilane)과 구조식이 CH2=CHSi(OCH5)3 인 비닐트리에소시실란(Vinyltriethoxysilane) 중 어느 하나이며, 에폭시계 커플링 에이전트는 2-(3,4 Epoxycyclohexyl)-Ethyltrimethoxysilane, 3-Glycidoxypropyl trimethoxy, 및 3-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane 중 어느 하나이다.
삭제
상기 알루미늄염은 스테아린산 알루미늄 (Aluminum Monostearate), 황산 알루미늄(Aluminium Sulfate) 및 알루미늄스타치옥테닐썩시네이트(Aluminum Starch Octenyl Succinate) 중 어느 하나를 선택하여 사용한다.
상술한 인조잔디 충진재로 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 해결할 수 있다.
본 발명의 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재에 따르면 충진재의 용융점이 기존의 기능성 물질을 직접 투입하는 방식의 104~105℃ 정도에서 본 발명은 300℃ 이상으로 올라가는 고내열을 가져 내열성, 내이행성, 내마모성, 내약품성이 향상되었고, 본 발명의 커플링 에이전트와 촉매를 이용하여 탄성부에 결합시키는 방법이 기능성 물질을 직접 투입하는 방식에 비해 10% 이하의 양으로도 원석에 비해서는 조금 낮으나 월등한 기능을 발현하므로 성능 향상과 원가 절감과, 촉매 사용에 따른 제조시간을 혁신적으로 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 인조잔디 구조체에서의 충진재 설치 단면도
도 2는 본 발명의 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재의 설명을 위한 탄성체, 탄성칩 및 충진재 사시도
도 3은 본 발명의 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재의 유기재료와 무기재료가 커플링 에이전트에 의해 결합된 상태를 보여주는 예시도
도 4는 본 발명에 사용되는 커플링 에이전트의 메카니즘 설명도
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 "유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재"에 관한 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
다음의 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 인조잔디 구조체에서의 충진재 설치 단면도이며, 도 2는 본 발명의 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재의 설명을 위한 탄성체, 탄성구 및 충진재 사시도이고, 도 3은 본 발명의 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재의 유기재료와 무기재료가 커플링 에이전트에 의해 결합된 상태를 보여주는 예시도이며, 도 4는 본 발명에 사용되는 커플링 에이전트의 메카니즘 설명도이다.
도 1에 도시되어 있는 것 같이 인조잔디 구조체는 원지반(E)의 상부에 형성되며 배수와 동상방지를 위한 배수층(D)과; 지지력확보를 위한 골재, 콘크리트 또는 아스팔트 콘크리트로 형성된 기층(C)과; 상기 기층(C) 상부에 합성섬유를 소재로 하여 만든 원사를 잔디의 형태를 갖추기 위하여 기포지(A2)에 파일(Pile)(12) 형태로 식모한 후 상기 기포지(A2)의 배면을 배면코팅재(A3)로 코팅하여 제조한 인조잔디를 포설한 인조잔디층(A)과; 상기 파일(A1)의 세워진 상태를 유지하고 이용에 따른 충격을 흡수하며, 경기성 향상과 기능성 제공을 위하여 상기 파일(A1) 사이에 충진재를 충진하는 충진층(B)으로 구성된다.
본 발명의 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재는 파일(A1)이 심어진 기포지(A2)의 상부에 파일과 파일 사이에 충진되어 탄성을 주는 역할을 한다.
도 2에 도시되어 있는 것 같이 상기 인조잔디 충진재는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene), SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVB(Polyvinyl Butyral), SBR(Styrene Butadiene Rubber) 및 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머(TPE : thermoplastic elastomer)를 포함하며, 탄성을 갖는 탄성부와; 상기 탄성부에 기능성을 부과하기 위하여 상기 탄성부의 외표면에 일정 두께로 형성되며, 산화아연으로 구성된 기능부로 구성된다.
즉, 상기 기능부는 상기 탄성부의 외표면에 일정 두께로 결합되어 외부로 기능성을 발현하게 된다.
상기 탄성부와 기능부는 커플링 에이전트로 결합된다.
상기 커플링 에이전트가 상기 탄성부와 기능부와의 양방향 결합을 위한 반응시간 단축과 결합을 촉진하기 위해 촉매가 사용된다.
상기 촉매는 알루미늄염을 사용한다.
상기 인조잔디 충진재의 표면에서 광물인 기능부와 유기재료인 탄성부를 동시에 반응을 일으켜 결합시키기 위해서는 적합한 상기 커플링 에이전트와 촉매가 필요하며 이는 이론적으로 확립된 것이 없으므로 실험을 통해 해결하였다.
상기 기능부의 두께는 기능성 발현에 크게 좌우되지 않으며 50~1000㎛ 사이이면 부착결합이 용이하다.
상기 인조잔디 충진재는 1.5~3.4mm 크기의 구형 형상인 것이 바람직하다.
본 발명의 인조잔디 충진재는 탄성부(탄성구)의 표면에 집중적으로 산화아연인 기능부를 상기 커플링 에이전트로 강력하게 결합시켜 기능성의 효과를 극대화하면서도 5년 이상 장기간 유지되는 제품의 생산할 수 있게 하였다.
본 발명의 또 하나의 핵심 사항은 상기 커플링 에이전트가 상기 탄성부와 기능부와의 양방향 결합을 위한 반응시간 단축과 결합을 촉진하기 위해 촉매가 사용하였다.
상기 탄성부와 커플링 에이전트와의 반응은 상기 커플링 에어전트의 종류에 따라 다소 차이가 있으나 일반적으로 24시간 이상이 걸리며, 촉매를 사용할 시 2시간 이내로 단축되므로 제조시간을 현저하게 줄일 수 있다.
상기 탄성부는 탄성재인 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene), SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVB(Polyvinyl Butyral), SBR(Styrene Butadiene Rubber) 및 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머 100 중량부에 대하여, 프로세스오일 충진제 50~100 중량부와; 가소제 2~15 중량부와; 이형제 0.1~1.0 중량부와; 착색제 0.2~3 중량부와; UV 차단제를 포함하는 첨가제 0.1~2 중량부를 포함하여 조성된다.
상기 탄성부는 신재, 재생재 또는 신재와 재생재의 혼합물을 사용할 수 있고, 재생재의 사용시는 0.1~5 중량부의 개질제가 포함될 수 있다.
상기 탄성부는 중앙에 일정 직경의 홀을 형성시켜 상기 기능부가 홀의 내측에 도포되어 기능부가 부착되는 표면적을 증가시켜 기능성을 향상시킬 수도 있다.
상기 기능부는 상기 탄성부에 기능성을 부과하기 위하여 상기 탄성부의 외표면에 일정 두께로 형성되며, 규산염에 기반한 광물과 금속산화물 중 어느 하나이거나 혼합물로 제조된다.
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황토, 질석, 맥반석는 공기 및 물의 정화효과이 있고, 탈크는 타 광믈에 비해 이행성의 증가가 있으며, 규산석(유리)은 타 광믈에 비해 내열성, 내마모성의 증가하고, 세라믹, 구운황토은 타 광물에 비해 내열성, 원적외선 방출량의 증가하며, 산화아연, 산화알미늄 및 산화마그네슘은 내열성의 대폭 증가하고, 나노은은 항균기능이 있다.
상기 기능부에 사용되는 상기 천연광물 또는 가공광물의 부착 입경은 40~50㎛ 인 것이 바람직하다.
상기 기능부의 부착은 입경이 50μ 이상에서는 부착율이 낮아지는 현상이 있으므로 40 ~ 50μm의 입경의 기능성광물을 사용하면 충분한 두께로 부착된다.
상기 천연광물은 항균기능이나 내열기능의 극대화하기 위하여 나노은이나 나노알미늄을 사용할 수도 있다.
도 3에 도시되어 있는 것 같이 상기 커플링 에이전트는 상기 탄성부의 재료인 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene), SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVB(Polyvinyl Butyral), SBR(Styrene Butadiene Rubber) 및 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머의 유기질재료와 화학결합하는 반응기와, 상기 기능부의 재료인 산화아연과 화학결합하는 반응기를 가진다.
도 4에 도시되어 있는 것 같이 상기 커플링 에이전트의 메카니즘은 실란커플링제의 알콕시시릴기(Si-OR)가 물 또는 습기에 의해 가수분해되어 실라놀기가 된다. (실라놀기: Si-OH)이 실라놀기와 무기질 표면이 축합반응에 의해 Si-O-M 결합을 형성한다.
또 다른 반응기 X 는 유기질과 결합 혹은 상용화하여 결과적으로 무기재료와 유기재료를 화학적으로 결합시킬 수 있다.
상기 커플링 에이전트의 사용방법은 기존은 인테그럴브랜드법과 전처리법이 있었다.
상기 인테그럴브랜드법은 수지 및 무기재료를 혼합할 때에 커플링 에어전트를 동시에 첨가, 혼합하는 방법으로 제조 공정에 적용이 쉽고, 작업성이 뛰어나다.
그러나 이 방법은 무기질 표면에의 직접처리와 비교시 효과가 잘 나오지 않기 때문에 사용량은 수지에 대하여 1.0~3.0중량%가 필요하다.
또한, 커플링 에이전트를 수지에 혼합할 때, 아미노실란류(KBM602, KBM603, DBE903, KBC903, KBM57)를 에폭시수지, 페놀수지 등에 혼합하면 증점, 겔화될 수 있기 때문에 포트라이프를 충분히 고려할 필요가 있다.
상기 전처리법은 무기재료를 실란커플링제로 사전에 표면 코팅하여 두는 것으로 건식처리법과 습식처리법이 있다.
상기 건식 처리법은 무기교반제를 고속교반기(헨셀믹서, 슈퍼믹서등)에 넣어서 고속교반시키면서, 실란 또는 실란용액을적하 또는 스프렝이로 첨가하여 균일하게 되도록 교반시킨 후, 건조시키는 방법이며, 처리량은 0.5~1.0 중량%가 적당, 커플링 에이전트를 사전에 부분가수분해시킨 용액을 이용하여 처리하면 필러와 커플링 에어전트와의 반응을 빨리 시킬 수 있다. 그 시간은 흡착수나 온도의 조건에 다르다. 균일하게 처리하는데는 약 1일 정도 놓아둔다.
습식처리법은 처리효율이 높고, 균일한 처리가 되기 때문에 공업적으로 많이 이용된다.
기존은 인테그럴브랜드법은 효과가 잘안나오는 문제점이 있고, 전처리법은 본 발명에 적용하기는 어렵다.
본 발명은 탄성구 형태의 탄성부의 외표면에 규산염에 기반한 광물과 금속산화물 중 어느 하나이거나 혼합물인 기능부를 도포하는 방식으로 상기 탄성부와 기능부가 케플링 에이전트로 결합을 쉽게 하기 위하여 촉매를 투입하는 방법을 사용하였다.
상기 촉매를 사용함으로써 촉매를 사용하지 않을 때 24시간 이상 걸리던 결합시간을 2시간 이내로 단축할 수 있는 것이 실험에 의해 달성되었다.
상기 커플링 에이전트는 비닐계, 에폭시계 중 어느 하나를 선택하여 사용한다.
비닐계 커플링 에이전트는 구조식이 CH2=CHSi(OCH3)3 인 비닐트리메소시실란(Vinyltrimethoxysilane)과 구조식이 CH2=CHSi(OCH5)3 인 비닐트리에소시실란(Vinyltriethoxysilane) 중 어느 하나이다.
상기 비닐계 커플링 에이전트는 상기 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene)과 PVB(Polyvinyl Butyral)에 강한 결합력을 보인다.
에폭시계 커플링 에이전트는 2-(3,4 에폭시크로헥실)-에틸트리메소시실란[ 2-(3,4 Epoxycyclohexyl)-Ethyltrimethoxysilane], 3-글리시독시프로필 트리메소시(3-Glycidoxypropyl trimethoxy), 및 3-글리시독시프로필 메틸디에소시실란(3-Glycidoxypropyl methyldiethoxysilane), 3-글리시독시프로필 트리에소시실란((3-Glycidoxypropyl triethoxysilane) 중 어느 하나이다.
상기 에폭시계 커플링 에이전트는 SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene)과 SBR(Styrene Butadiene Rubber)에 강한 결합력을 보인다.
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상기 우레탄계 커플링 에어전트는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene), SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVB(Polyvinyl Butyral), SBR(Styrene Butadiene Rubber) 및 SBS(Styrene Butadiene Styrene)에 전체적으로 강한 결합력을 보인다.
본 발명에 있어 유기 및 무기계 양방향 커플링제를 이용하여 상기 기능부를 표면에 부착시킨 방식은 표면의 개질화로 인하여 공통적으로 내구성, 내열성, 내이행성, 내마모성, 내약품성이 증가하고, 상기 기능부의 광물 종류에 따라 아래와 같은 추가적인 효과가 있으며 소비자의 요구에 따라 혼합 사용할 경우 기능성의 상승효과가 있다.
본 발명에 의한 인조잔디 충진재는 기 생산중인 제품의 용융점이 최대 123℃ 이나 본 발명에 의한 처리 후 최대 300℃ 이상까지 용융점이 상승함을 확인할 수 있는 획기적인 방식이다.
본 발명의 또 하나의 핵심 사항은 상기 커플링 에이전트가 상기 탄성부와 기능부와의 양방향 결합을 위한 반응시간 단축과 결합을 촉진하기 위해 촉매가 사용하는 것이다.
상기 탄성부와 커플링 에이전트와의 반응은 상기 커플링 에어전트의 종류에 따라 다소 차이가 있으나 일반적으로 24시간 이상이 걸리며, 촉매를 사용할 시 2시간 이내로 단축되므로 제조시간을 현저하게 줄일 수 있다.
상기 촉매는 알루미늄염을 사용한다.
상기 촉매의 선택은 많은 실험의 결과에 의해 얻어졌다.
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상기 알루미늄염은 스테아린산 알루미늄 (Aluminum Monostearate), 황산 알루미늄(Aluminium Sulfate) 및 알루미늄스타치옥테닐썩시네이트(Aluminum Starch Octenyl Succinate) 중 어느 하나를 선택하여 사용한다.
본 발명의 인조잔디 충진재의 제조방법은 탄성부 조성물인 열가소성 엘라스토머, 충진재, 가소제, 이형제, 착색제 및 첨가제를 계량하는 유기원료 계량단계와; 계량된 유기원료를 주원료인 열가소성 엘라스토머의 유기원료와; 충진제와 가교제, 윤활제, 착색제 및 첨가제가 혼합된 부원료를 균일할 혼합을 위해 각각 니더(Kneader)에 투입하는 유기원료 투입단계와; 상기 니더(Kneader)에서 유기원료를 용융 혼합하는 유기원료 용융혼합단계와; 용융혼합된 유기원료를 압출기와 티다이에서 일정 형상을 가지는 탄성체로 성형압출하는 유기원료 성형압출단계와; 성형압출된 탄성체를 수중에서 일정 크기로 절단하여 탄성구로 만드는 언더 커팅단계와; 탄성구를 냉각하여 탄성구를 완성시키는 탄성구 냉각단계와; 투입할 탄성구의 양에 따라 기능부의 원료인 규산염에 기반한 광물과 금속산화물 중 어느 하나이거나 혼합물인 무기원료를 계량하는 무기원료 계량단계와; 탄성구과 무기원료의 양을 기반으로 상기 커플링 에이전트와 촉매를 계량하는 커플링 에이전트와 촉매 계량단계와; 리본 믹서에 탄성구, 무기원료와 커플링 에이전트 및 촉매를 투입하는 최종 원료투입단계와; 상기 리본 믹서에서 투입된 원료를 혼합하여 상기 탄성구에 무기원료를 결합시켜 충진재를 제조하는 무기원료 결합단계와; 충진재를 일정 크기의 스크린에서 선별하여 1.5~3.4mm 크기의 충진재를 완성시키는 충진재 선별단계를 포함한다.
인조잔디 충진재의 제조방법을 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 유기원료 계량단계는 탄성부 조성물인 열가소성 엘라스토머, 충진재, 가교제, 윤활제, 착색제 및 첨가제를 계량하는 단계이다.
상기 탄성부는 탄성재인 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene), SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVB(Polyvinyl Butyral), SBR(Styrene Butadiene Rubber) 및 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머 100 중량부에 대하여, 탈크, 탄산칼슘, 프로세스오일 중에서 하나 또는 둘 이상의 충진재 50~100 중량부와; 가소제 2~15 중량부와; 이형제 0.1~1.0 중량부와; 착색제 0.2~3 중량부와; UV 차단제를 포함하는 첨가제 0.1~2 중량부를 포함하여 조성된다.
탄성재로 재생재를 사용할 때에는 개질제를 추가할 수 있다.
상기 유기원료 투입단계는 계량된 유기원료를 주원료인 열가소성 엘라스토머의 유기원료와, 충진제와 가교제, 윤활제, 착색제 및 첨가제가 혼합된 부원료를 균일할 혼합을 위해 각각 니더(Kneader)에 투입하는 단계이다.
상기 유기원료 용융혼합단계는 상기 니더(Kneader)에서 유기원료를 용융 혼합하는 단계이다.
상기 니더는 고체와 소량의 액체의 혼합물이나 가소성 물질, 고무상 물질 등 2000에서 수만 푸아즈의 고점성도 물질을 반죽하여 섞기 위해 사용되는 기계이며, 밑이 두 개의 반원통을 나란히 한 것 같이 되어 있는 사각의 용기 중에서 두 개의 약간 비틀린 Z형 또는 그외의 형태를 한 팔이나 날개를 반대 방향으로 회전하고, 재료를 잡아 늘리고 접어 포개고, 층밀리기, 이동 등 복잡한 기구에 의하여 반죽하여 섞게 되어 있다.
상기 유기원료 성형압출단계는 용융혼합된 유기원료를 압출기와 티다이에서 성형압출하는 단계이다.
상기 압출기는 배럴 내에 스크류가 설치되어 스크류의 회전으로 압출시키는 스크류식 압출기로 벽체에 밴드히터가 설치되며, 압출과정이 계속되는 동안 연속적으로 일어나는 용유수지 막의 연신에 의해 용융수지 내에 열이 계속적으로 발생하게 되며, 상기 배럴의 내부온도가 180~200℃ 유지된다.
상기 압출기에서 용융되어 압출된 유기원료를 받아 티다이의 다이스로 일정 형상을 가지는 탄성체로 성형압출되며, 상기 탄성체의 형상은 일정 직경을 가지는 원형바 형상이다.
상기 탄성체의 직경은 2mm ± 1mm 인 것이 바람직하다.
상기 언더 커팅단계는 상기 티다이에서 성형압출된 탄성체가 상온으로 냉각되기 전에 절단날이 구비된 절단기를 이용하여 평균 직경이 2mm 인 탄성구를 제조하며, 수중에서 일정 크기로 절단하여 표면장력에 의해 구형의 탄성구로 만드는 단계이다.
상기 탄성구 냉각단계는 탄성구를 냉각하여 탄성구를 완성시키는 단계이다.
상기 무기원료 계량단계는 투입할 탄성구의 양에 따라 기능부의 원료인 규산염에 기반한 광물과 금속산화물 중 어느 하나이거나 혼합물인 무기원료를 계량하는 단계이다.
상기 커플링 에이전트와 촉매 계량단계는 탄성구과 무기원료의 양을 기반으로 상기 커플링 에이전트와 촉매를 계량하는 단계이다.
상기 커플링 에이전트는 무기원료 무게의 0.05~2.0 중량% 사용되며, 상기 촉매는 무기원료 무게의 0.01~1.0 중량% 사용된다.
상기 최종 원료투입단계는 리본 믹서에 탄성구, 무기원료와 커플링 에이전트 및 촉매를 투입하는 단계이다.
상기 무기원료 결합단계는 상기 리본 믹서에서 투입된 원료를 혼합하여 상기 탄성구에 무기원료를 결합시켜 충진재를 제조하는 단계이다.
상기 리본 믹서는 혼합조 중에 수평의 리본 날개를 상화전시키는 타입이며, 이동방향이 다른 2개의 리본이 교차하고 한쪽의 피치가 크고 내측에 있는 리본이 피치가 작게 하여 동회전을 보내면 복잡한 흐름과 리본에 의하여 상반되는 상하운동에 따라 혼합시킨다.
상기 충진재 선별단계는 충진재를 일정 크기의 스크린에서 선별하여 1.5~3.4mm 크기의 충진재를 완성시킨다.
상기 스크린에 사용되는 채는 3.5~4.0mm와 1.5mm 두 개를 사용한다.
본 발명의 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재에 따르면 충진재의 용융점이 기존의 기능성 물질을 직접 투입하는 방식의 104~105℃ 정도에서 본 발명은 300℃ 이상으로 올라가는 고내열을 가져 내열성, 내이행성, 내마모성, 내약품성이 향상되었고, 본 발명의 커플링 에이전트와 촉매를 이용하여 탄성부에 결합시키는 방법이 기능성 물질을 직접 투입하는 방식에 비해 10% 이하의 양으로도 원석에 비해서는 조금 낮으나 월등한 기능을 발현하므로 성능 향상과 원가 절감과, 촉매 사용에 따른 제조시간을 혁신적으로 단축할 수 있는 효과가 있다.
A : 인조잔디 A1 : 잔디파일
A2 : 기포지 A3 : 기포지 백코팅
B : 충진층 C : 기층
D : 배수층 E : 원지반

Claims (5)

  1. 인조잔디의 파일과 파일 사이에 충진되어 탄성을 주는 인조잔디 충진재에 있어서,
    상기 인조잔디 충진재는 EPDM, SEBS, PVB, SBR 및 SBS 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머를 포함하며, 탄성을 갖는 탄성부와;
    상기 탄성부에 기능성을 부과하기 위하여 상기 탄성부의 외표면에 일정 두께로 형성되며, 산화아연으로 구성된 기능부로 구성되며,
    상기 탄성부와 기능부는 커플링 에이전트로 결합되고,
    상기 커플링 에이전트가 상기 탄성부와 기능부와의 양방향 결합을 위한 반응시간 단축과 결합을 촉진하기 위해 촉매가 사용되며,
    상기 인조잔디 충진재는 1.5~3.4mm 크기의 구형(球形 ) 형상이고,
    상기 탄성부는 탄성재인 EPDM, SEBS, PVB, SBR 및 SBS 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머 100 중량부에 대하여,
    프로세스오일 충진제 50~100 중량부와,
    가소제 2~15 중량부와,
    이형제 0.1~1.0 중량부와,
    착색제 0.2~3 중량부와,
    UV 차단제를 포함하는 첨가제 0.1~2 중량부를 포함하여 조성되며,
    상기 커플링 에이전트는 상기 탄성부의 재료인 EPDM, SEBS, PVB, SBR 및 SBS 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 열가소성 엘라스토머의 유기질재료와 화학결합하는 반응기와, 상기 기능부의 재료인 산화아연과 화학결합하는 반응기를 가지며,
    상기 커플링 에이전트는 비닐계, 에폭시계 중 어느 하나를 선택하여 사용하고,
    상기 촉매는 알루미늄염을 사용하며,
    비닐계 커플링 에이전트는 구조식이 CH2=CHSi(OCH3)3 인 비닐트리메소시실란(Vinyltrimethoxysilane)과 구조식이 CH2=CHSi(OCH5)3 인 비닐트리에소시실란(Vinyltriethoxysilane) 중 어느 하나이며,
    에폭시계 커플링 에이전트는 2-(3,4 에폭시크로헥실)-에틸트리메소시실란[ 2-(3,4 Epoxycyclohexyl)-Ethyltrimethoxysilane], 3-글리시독시프로필 트리메소시(3-Glycidoxypropyl trimethoxy), 및 3-글리시독시프로필 메틸디에소시실란(3-Glycidoxypropyl methyldiethoxysilane), 3-글리시독시프로필 트리에소시실란((3-Glycidoxypropyl triethoxysilane) 중 어느 하나이고,
    상기 알루미늄염은 스테아린산 알루미늄 (Aluminum Monostearate), 황산 알루미늄(Aluminium Sulfate) 및 알루미늄스타치옥테닐썩시네이트(Aluminum Starch Octenyl Succinate) 중 어느 하나를 선택하여 사용하며,
    상기 기능부의 두께는 부착 결합이 용이하도록 50~1000㎛ 사이이고,
    상기 탄성부는 신재, 재생재 또는 신재와 재생재의 혼합물을 사용하며, 재생재의 사용시는 탄성부 100중량부를 기준으로 0.1~5중량부의 개질제가 포함되고,
    상기 탄성부는 중앙에 일정 직경의 홀을 형성시켜 상기 기능부가 홀의 내측에 도포되어 기능부가 부착되는 표면적을 증가시켜 기능성을 향상시키며,
    상기 기능부는 천연광물 또는 가공광물이 사용되고, 상기 천연광물 또는 가공광물의 부착 입경은 40~50㎛ 이고,
    상기 커플링 에이전트의 메카니즘은 실란커플링제의 알콕시 시릴기(Si-OR)가 물 또는 습기에 의해 가수분해되어 실라놀기가 되고 상기 실라놀기와 무기질 표면은 축합 반응하며,
    상기 인조잔디 충진재의 제조 방법은 계량된 열가소성 엘라스토머와, 충진제, 가교제, 윤활제, 착색제 및 첨가제를 니더(Kneader)에 투입하는 유기원료 투입단계와;
    상기 니더(Kneader)에서 유기원료를 용융 혼합하는 유기원료 용융혼합단계;
    용융혼합된 유기원료를 압출기와 티다이에서 일정 형상을 가지는 탄성체로 성형압출하는 유기원료 성형압출단계;
    성형압출된 탄성체를 수중에서 일정 크기로 절단하여 탄성구로 만드는 언더 커팅단계;
    탄성구를 냉각하여 탄성구를 완성시키는 탄성구 냉각단계;
    투입할 탄성구의 양에 따라 기능부의 원료인 산화아연을 계량하는 무기원료 계량단계;
    탄성구과 무기원료의 양을 기반으로 상기 커플링 에이전트와 촉매를 계량하는 커플링 에이전트와 촉매 계량단계;
    리본 믹서에 탄성구, 무기원료와 커플링 에이전트 및 촉매를 투입하는 최종 원료투입단계;
    상기 리본 믹서에서 투입된 원료를 혼합하여 상기 탄성구에 무기원료를 결합시켜 충진재를 제조하는 무기원료 결합단계;
    충진재를 일정 크기의 스크린에서 선별하여 1.5~3.4mm 크기의 충진재를 완성시키는 충진재 선별단계를 포함하고,
    상기 언더 커팅단계는 티다이에서 성형압출된 탄성체가 상온으로 냉각되기 전에 절단날이 구비된 절단기를 이용하여 평균 직경이 2mm 인 탄성구를 제조하며, 수중에서 일정 크기로 절단하여 표면장력에 의해 구형의 탄성구로 만드는 단계이며,
    상기 커플링 에이전트는 무기원료 무게의 0.05~2.0 중량%가 사용되고,
    상기 촉매는 무기원료 무게의 0.01~1.0 중량%가 사용되는 것을 특징으로 하는 유무기 양방향 적용 커플링제를 이용한 고내열성 및 내충격성이 강화된 인조잔디 충진재.
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인조잔디 충진재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 인조잔디 충진재

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