KR102072818B1 - 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수개의 인조잔디 파일들 및 인조잔디 파일 사이에 충진되는 충진재와 인조잔디 구성재에 광촉매를 코팅하여, 탈취, 대기 중의 먼지ㆍ미세먼지ㆍ초미세먼지 차단, 휘발성유기화합물(VOCs), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)의 제거와 포름알데히드(formaldehyde), 암모니아(ammonia), TMA(trimethylamine) 등의 악취물질 제거 및 항균ㆍ항바이러스ㆍ항곰팡이 기능을 갖는 광촉매가 코팅된 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 인조잔디용 충진재 및 인조잔디용 원사(Yarn)로 인조잔디용 시트에 파일(Pile)을 입모하고, 상기 인조잔디용 시트 하부면에 열가소성 수지로 접착제를 도포한 후 배수공을 펀칭하여 형성한 인조잔디에 TIO2계 광촉매를 코팅한 것을 특징으로 하는 인조잔디를 제공한다.
Description
본 발명은 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에 관한 것으로서, 특히 인조잔디와 인조잔디 파일 사이에 충진되는 인조잔디용 충진재에 광촉매를 코팅하여, 탈취, 대기 중의 먼지ㆍ미세먼지ㆍ초미세먼지 차단, 휘발성유기화합물(VOCs), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)의 제거와 포름알데히드(formaldehyde), 암모니아(ammonia), TMA(trimethylamine) 등의 악취물질 제거 및 항균ㆍ항바이러스ㆍ항곰팡이 기능을 갖는 광촉매가 코팅된 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
인조잔디(artificial turf)는 특별하게 사용되는 조경재료의 하나로서, 잔디(lawn grass)의 형태를 갖추어 인공적으로 만든 잔디의 대용품이다. 1956년 미국에서 처음 제작된 이래 주로 스포츠 구장에 사용되어 왔으며, 잔디의 생육이 불가능한 옥내정원이나 일조시간이 극히 제한된 고층건물의 북쪽에 접한 옥외지역과 같은 곳에서 유용하게 사용된다. 인조잔디의 주요 소재로는 폴리염화비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC), 폴리에틸렌(Poly ethylene, PE), 폴리프로필렌(Poly Propylene, PP), 나일론(Nylon) 등 이다.
인조잔디는 항상 푸르게 유지할 수 있고 환경조건의 제한을 받지 않고 시공 후 관리가 용이한 장점이 있어, 인조잔디가 시공된 축구장, 필드하키장, 각종 실내 인테리어 및 레저시설 등은 잔디에 비해 초기 시공비가 많이 들지만, 반영구적 사용이 가능하고 유지 관리의 편의성, 운동하기에 적합하도록 표면이 고른 점 등으로 인해 선호도가 높다. 특히, 스포츠 구장에 시공되는 인조잔디에 있어서는 선수의 충격을 흡수하고, 공구름성, 공튀김성, 공이 지면에 바운드 되고 난 이후의 공의 속도 변화 등 일련의 적정 경기성을 확보하기 위한 수단으로 인조잔디가 활용되고 있다.
이러한 인조잔디의 편의성에 힘입어, 2000년대 초부터 지난 20여년간, 과거 ‘흙먼지, 물웅덩이’로 상징되는 전통적인 흙 운동장을 ‘인조잔디 운동장, 우레탄 트랙’등으로 다양화하는 등 학교 운동장 환경에 큰 변화가 이루어졌다. 이에 따라, 2015년 11월을 기준으로 인조잔디 운동장이 1,864개교에, 우레탄 트랙이 2,811개교에 전국적으로 새로이 조성되었다.
그러나 이러한 학교 운동장 조성 정책에 따라 변화된 운동장 환경에서, 인조잔디 운동장의 충진재로 인한 운동장 이용자의 건강 위해성에 대한 환경적 문제가 심각한 이슈로 떠오르고 있다. 특히, 인조잔디용 고무분말 충진재의 안전기준이 설정되었다 하더라도 시간이 경과하면서 미세한 먼지가 된 고무분말을 흡입하여 규폐증(작은 크기의 먼지가 숨을 쉴 때에 코나 기관지를 통해 폐로 들어가 정상적인 폐기능을 하지 못하는 질환)과 같은 인체의 유해성이 존재하며, 인조잔디의 재조성 비용이 정기적으로 7∼8년 소요되기 때문에 학교 운동장으로서 지속가능성이 떨어지는 문제점이 있다.
인조잔디 운동장에 대한 조사보고에 의하면, 학교운동장 인조잔디와 고무분말에서 중금속인 납과 다핵방향족탄화수소(Polynuclear Aromatic Hydrocarbons, PAHs)등이 기준치 이상 발견되어 이용자의 건강을 위협하는 것으로 나타나고 있다. 이는 인조잔디의 고무분말을 만드는 재료가 타이어와 같은 소재로 이용자의 눈과 피부를 자극하며, 발암 물질 및 환경 호르몬 의심물질 등의 유해 화합물이 배출되어 인조잔디를 사용하는 어린이나 선수들에게 위협이 되고 있다.
또한, 인조잔디의 구성 재료가 도입 초기보다 향상된 친환경 화학섬유를 사용되고 있으나, 구성 자체가 중금속 및 휘발성유기화합물을 포함하는 화학섬유라는 점에서 상시 사용에 따른 화학물질 노출에 위험성에 대한 우려는 더욱 높아지고 있는 실정이다.
한편, 이러한 위해성 주장과는 다르게 안전성 강화에 따른 기준치 설정에 따라 인조잔디 운동장을 철저히 관리한다면 환경단체나 시민단체가 우려하는 일은 발생하지 않는다는 주장도 있으나, 유해성 점검결과 유해물질이 기준치 이내로 검출된다 하더라도, 인조잔디 운동장을 사용하는 학생 및 시민들이 유해성에 대한 걱정 없이 마음 편하게 건강한 신체를 단련할 수 있는 안전한 인조잔디의 개발이 시급한 실정이다.
황영호. 학교 운동장 조성 정책에 따른 운동장 일상 탐구. 고려대학교, 2018.
박노준. 인조잔디 충진재 실태조사 및 만족도연구(고무칩과 천연칩을 중심으로). 한국웰니스학회지, 2017, 12.1: 409-424.
윤중근. 학교 운동장 바닥마감재 유형별 비교분석. 중앙대학교, 2017.
권혁건. 학교인조잔디운동장 조성실태 및 개선방안에 관한 연구. 한국교원대학교, 2016.
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 인조잔디 운동장이 지닌 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어, 인조잔디 및 인조잔디용 충진재로부터 배출되는 발암 물질 및 환경 호르몬 의심물질 등의 유해 화합물의 발생을 차단 및 제거하여, 인조잔디 운동장을 사용하는 학생 및 시민들이 유해성에 대한 걱정 없이 마음 편하게 건강한 신체를 단련할 수 있도록 하는 안전한 인조잔디를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 인조잔디 및 인조잔디용 충진재로부터 발생되는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)을 비롯한 질소산화물(NOx)이나 황산화물(SOx) 등의 발암 물질 및 환경 호르몬 의심물질을 차단 및 제거할 수 있는 광촉매가 코팅된 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 인조잔디 및 인조잔디용 충진재로부터 발생되는 VOCs, NOx, SOx 등의 발암 물질 및 환경 호르몬 의심물질을 차단 및 제거할 뿐만 아니라, 인조잔디 파일들 사이에 스며드는 포름알데히드, 암모니아, TMA 등의 악취물질에 대한 제거, 공기중의 먼지ㆍ미세먼지ㆍ초미세먼지의 포집 및 세균ㆍ바이러스ㆍ곰팡이의 번식을 효과적으로 방지할 수 있는 광촉매가 코팅된 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디는 인조잔디용 원사(Yarn)로 인조잔디용 시트에 파일(Pile)을 입모하고, 상기 인조잔디용 시트 하부면에 열가소성 수지로 접착제를 도포한 후 배수공을 펀칭하여 형성한 인조잔디에 TIO2계 광촉매를 코팅한 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 충진재는 인조잔디용 충진재에 TIO2계 광촉매를 코팅한 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 인조잔디 및 인조잔디용 충진에 코팅되는 광촉매는, 이소프로판올에 티타늄(IV)이소프로폭사이드와 킬레이트제로 디아세틸메탄을 첨가하여 반응시키는 단계(a), 증류수에 금속화합물로 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, Ag의 질산염(nitrate) 중에서 2~4종을 선택하여 넣고 용해시키는 단계(b), 상온에서부터 90℃까지의 온도범위에서 단계(B)에서 얻어진 용액에 단계(A)에서 얻어진 용액을 서서히 투입하고 90rpm 이상으로 교반하면서 산촉매로 질산을 넣어 2시간 이상 반응시키는 단계(c)를 거쳐 sol-gel 형태로 제조한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인조잔디 및 인조잔디용 충진에 코팅되는 광촉매는, 티타늄(IV)이소프로폭사이드 1mol에 대하여 이소프로판올은 0.50~5.00mol의 비율, 킬레이트제인 디아세틸메탄은 0.10~1.00mol의 비율, 증류수는 25~550mol의 비율, Cu와 Zn의 질산염은 각각 0~0.065mol의 비율, Fe과 Ag의 질산염은 각각 0~0.03mol의 비율, Mn의 질산염은 0~0.018mol의 비율, Li의 질산염은 0~0.15mol의 비율, 산촉매인 질산은 0.10~0.50mol의 비율로 사용하여 제조한 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 제조방법은, 인조잔디용 원사를 용기에 담긴 광촉매액에 침지(dipping)하는 방식 및 스프레이노즐을 통해 광촉매액을 분사(spray)하는 방식 중 어느 하나로 광촉매를 코팅하는 단계; 상기 광촉매액이 코팅된 인조잔디용 원사를 건조하여 로울러에 와인딩하는 단계; 상기 로울러에 와인딩된 인조잔디용 원사를 이용하여, 인조잔디용 시트에 파일(Pile)을 입모하는 단계; 상기 인조잔디용 시트에 입모된 파일을 시설 목적에 따라 1.5~6.5cm의 길이로 절단하는 단계; 상기 파일이 절단된 인조잔디용 시트의 하부면에 접착제를 도포하고 건조하는 단계; 상기 접착제가 건조되면, 상기 인조잔디용 시트를 펀칭하여 배수공을 형성하는 단계; 상기 배수공이 형성된 인조잔디용 시트를 용기에 담긴 광촉매액에 침지(dipping)하는 방식 및 스프레이노즐을 통해 광촉매액을 분사(spray)하는 방식 중 어느 하나로 광촉매를 코팅하는 단계; 및 상기 광촉매액이 코팅된 인조잔디용 시트를 건조하여 로울러에 와인딩하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 인조잔디 및 인조잔디용 충진재로부터 발생되는 VOCs, NOx, SOx 등의 발암 물질 및 환경 호르몬 의심물질을 차단 및 제거함으로써, 유해물질을 발생하지 않는 안전한 인조잔디 운동장을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 인조잔디 및 인조잔디용 충진재로부터 발생되는 VOCs, NOx, SOx 등의 발암 물질 및 환경 호르몬 의심물질을 차단 및 제거할 뿐만 아니라, 인조잔디 파일들 사이에 스며드는 포름알데히드, 암모니아, TMA 등의 악취물질을 제거함으로써, 쾌적하고 깨끗한 이미지와 편리성을 유지하면서도 유해물질을 발생하지 않는 안전한 인조잔디 운동장을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 공기 중에 부유하는 먼지ㆍ미세먼지ㆍ초미세먼지를 포집하여 제거함으로써, 인조잔디 운동장뿐만 아니라 그 주변에도 쾌적한 환경을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 세균ㆍ바이러스ㆍ곰팡이의 번식을 방지함으로써, 더욱 건강한 운동환경을 제공하는 인조잔디 운동장을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 신규로 조성되는 인조잔디 운동장뿐만 아니라 노후로 인한 교체나 내구 연한이 도래함에 따라 일부만 재시공되거나 보수되는 인조잔디 운동장에도 적용할 수 있으며, 이에 따라 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에 포함되는 광촉매의 활성을 나타내는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디의 제조공정도,
도 3은 도 2의 제조공정에 따라 제조된 광촉매가 코팅된 인조잔디의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재의 제조공정도,
도 5는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재가 시설된 인조잔디 구조체의 단면도,
도 6은 본 발명의 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재의 포름알데히드 분해능을 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재의 톨루엔 분해능을 나타낸 그래프,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에 코팅되는 광촉매에 대한 항균력 시험사진,
도 9는 본 발명에 따른 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에 코팅되는 광촉매에 의한 자일렌(Xylene)의 분해 및 제거 메커니즘의 구조식,
도 10은 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에서 이루어지는 중금속 이온의 환원반응의 일 예시도,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재에서 이루어지는 NOx 및 SOx의 분해 메커니즘,
도 12는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재에서 이루어지는 프탈레이트계 가소제의 분해 반응 메커니즘,
도 13은 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재의 피부자극 안정성 시험 성적서.
도 2는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디의 제조공정도,
도 3은 도 2의 제조공정에 따라 제조된 광촉매가 코팅된 인조잔디의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재의 제조공정도,
도 5는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재가 시설된 인조잔디 구조체의 단면도,
도 6은 본 발명의 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재의 포름알데히드 분해능을 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재의 톨루엔 분해능을 나타낸 그래프,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에 코팅되는 광촉매에 대한 항균력 시험사진,
도 9는 본 발명에 따른 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에 코팅되는 광촉매에 의한 자일렌(Xylene)의 분해 및 제거 메커니즘의 구조식,
도 10은 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에서 이루어지는 중금속 이온의 환원반응의 일 예시도,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재에서 이루어지는 NOx 및 SOx의 분해 메커니즘,
도 12는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재에서 이루어지는 프탈레이트계 가소제의 분해 반응 메커니즘,
도 13은 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재의 피부자극 안정성 시험 성적서.
이하에서는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 이의 제조방법에 대한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 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.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, "부"의 용어에 대한 의미는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위 또는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 인조잔디에 광촉매를 코팅하여 자외선의 조사에 의해서뿐만 아니라 가시광에 의해서도 세균ㆍ바이러스ㆍ곰팡이의 번식을 방지하는 효능이 우수하고, VOCs, NOx, SOx 등의 환경호르몬 물질 및 휘발성 유기화합물에 대한 분해능이 뛰어나며, 인조잔디 파일들(Piles) 사이에 스며드는 포름알데히드, 암모니아, TMA 등의 악취물질에 대한 제거, 공기중의 먼지ㆍ미세먼지ㆍ초미세먼지의 포집능이 우수한 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
또한, 상기 광촉매로 코팅된 인조잔디를 포함하며, 그 외의 구성재인 인조잔디 충진재에도 광촉매로 코팅함으로써, 안심하고 사용할 수 있는 광촉매가 코팅된 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 이의 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재를 얻기 위하여는 광촉매를 제조하는 것이 선행되어야 하므로, 가시광에 의하여 촉매활성을 나타내는 공지의 광촉매는 특별한 제한 없이 사용이 가능하나, 본 발명에서는 탈취 및 항균성이 우수한 대한민국 등록특허공보 제10-1039898호에 개시된 광촉매의 제조방법을 이용하여 제조하였다. 즉, 이소프로판올에 티타늄(IV)이소프로폭사이드와 킬레이트제로 디아세틸메탄을 첨가하여 반응시키고(a), 증류수에 금속화합물로 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, Ag의 질산염(nitrate) 중에서 2~4종을 선택하여 넣고 용해시킨 후(b), 상온에서부터 90℃까지의 온도범위에서 (b)에서 얻어진 용액에 (a)에서 얻어진 용액을 서서히 투입하고 90rpm 이상으로 교반하면서 산촉매로 질산을 넣어 2시간 이상 반응시킴으로써, sol-gel process를 완성하여 광촉매를 제조하였다.
이때, 상기 광촉매는 광촉매티타늄(IV)이소프로폭사이드 1mol에 대하여 이소프로판올은 0.50~5.00mol의 비율, 킬레이트제인 디아세틸메탄은 0.10~1.00mol의 비율, 증류수는 25~550mol의 비율, Cu와 Zn의 질산염은 각각 0~0.065mol의 비율, Fe과 Ag의 질산염은 각각 0~0.03mol의 비율, Mn의 질산염은 0~0.018mol의 비율, Li의 질산염은 0~0.15mol의 비율, 산촉매인 질산은 0.10~0.50mol의 비율로 사용하는 것을 바람직하다.
도 1은 본 발명의 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재의 촉매 활성을 나타내는 개념도로서, 도 1에 나타낸 바와 같이 광촉매에 가시광이 조사되면, 그 표면으로부터 전자가 튀어 나와 공기 중의 산소와 결합하여 수퍼옥사이드 음이온(O2 -)이 된다. 전자가 튀어 나온 광촉매 표면은 정공(h+)이 되고, 공기 중의 수분(H2O)으로부터 전자를 빼앗아 원상태로 환원되며, 전자를 빼앗긴 수분은 히드록시라디칼(·OH)로 전환된다. 이어서 생성된 수퍼옥사이드 음이온(O2 -)과 히드록시라디칼(·OH)은 강한 산화분해력으로 인하여 주위에 있는 악취 및 오염물질, 휘발성 유기화합물 등을 분해하거나 항균성을 나타내게 되는 것이다.
본 발명은 광촉매를 인조잔디에 코팅하기 위하여 공지의 코팅 수단이라면 특별히 제한은 없으나, 공정의 편의성과 보다 균일한 코팅 측면에서 스프레이 코팅 방법을 사용하는 것이 바람직하며, 그 외에도 용기에 담긴 광촉매에 침지(dipping)시킨 후, 건조를 시킴으로써 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 인조잔디를 광촉매로 코팅하여 제조함과 아울러, 완성된 인조잔디 시트 또한 광촉매로 코팅하고, 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재 및 인조잔디 시트를 포함하여 인조잔디 구조체를 시설한다.
본 발명의 광촉매가 코팅된 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 인조잔디 시트는 하기 단계들을 포함하여 제조되는 것임을 특징으로 하는바, 각 단계별로 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디의 제조공정도이고, 도 3은 도 2의 제조공정에 따라 제조된 광촉매가 코팅된 인조잔디의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재의 제조공정도이다.
먼저, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디는 도 2 및 도 3을 참조하면, PE칩, PVC칩, PP칩 등을 녹여 뽑아낸 원사(yarn) 또는 합성수지 중합칩에 세라믹 성분을 혼합 방사한 세라믹 모노필라멘트(monofilament) 원사 등 인조잔디용 원사를 제조할 시, 원사를 뽑아내는 단계에서 원사의 재료에 광촉매를 혼합하여 제조할 수 있다(301단계).
또는, 301단계에서 광촉매를 혼합 또는 혼합하지 않은 경우에는, 303단계에서 광촉매액에 침지시키거나 광촉매를 분사하여 인조잔디용 원사를 코팅할 수 있다.
아울러, 본 발명은 상기 301단계 또는 303단계 이전의 인조잔디용 원사에 폴리우레탄 프라이머(polyurethane primer) 또는 실리콘 고무 중 어느 하나 이상의 프라이머를 전처리 코팅하고, 코팅된 프라이머층을 건조(숙성)시킨 다음, 상기 301단계 또는 303단계를 처리할 수 있다.
즉, 상기 폴리우레탄 프라이머 또는 실리콘 고무 중 어느 하나 이상의 프라이머는 인조잔디용 원사 표면에 대한 광촉매의 접착력을 향상시키기 위한 구성이다.
구체적으로, 상기 폴리우레탄 프라이머는 당업자의 판단에 따라 적절한 조성물로 제조될 수 있고, 바람직하게는 폴리에테르 폴리올(polyether polyol) 100중량부에 대하여, 톨루엔-2,4-디이소시아네이트(Toluene-2,4-diisocyanate) 35~45중량부, 톨루엔-2,6-디이소시아네이트(Toluene-2,6-diisocyanate) 12~17중량부, 증류수 3~5중량부, 비스(2-다이메틸아미노에틸)에테르 터셔리 아민(Bis(2-dimethylaminoethyl)ether Tertiary amine)과 글리콜(Glycol) 혼합물 0.01~0.03중량부 및 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone, MEK)과 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 1 : 1 중량부로 혼합한 혼합물 230~270중량부를 혼합한 것을 이용하는 것이 바람직하다.
보다 상세하면, 상기 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 톨루엔-2,4-디이소시아네이트(Toluene-2,4-diisocyanate) 및 톨루엔-2,6-디이소시아네이트(Toluene-2,6-diisocyanate)는 상기 조성비로 혼합되어 폴리우레탄 폴리머(polyurethane polymer)로 만들어지고, 상기 비스(2-다이메틸아미노에틸)에테르 터셔리 아민(Bis(2-dimethylaminoethyl)ether Tertiary amine)과 글리콜(Glycol) 혼합물은 상기 폴리우레탄 폴리머(polyurethane polymer)의 중합 반응을 촉진시켜 폴리우레탄 프라이머가 생성될 수 있도록 한다.
이때, 상기 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone, MEK)과 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 혼합한 혼합물은 폴리우레탄 프라이머의 점도를 조절하기 위한 점도조절제의 역할을 한다.
아울러 상기 실리콘 고무로 구성된 프라이머는 디메틸 실란디올을 축합시켜 만들어진 SiOSi의 결합의 물질로서, 점착성, 내열성 및 내한성이 우수한 특성을 가져, 상기 프라이머층이 인조잔디용 원사 표면에 대한 광촉매의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라 열변화로 인한 인조잔디용 원사에서의 광촉매의 박리를 방지시킬 수 있다.
또한, 상기 구성의 프라이머는 인조잔디용 원사에 침지침지(dipping) 방식 또는 스프레이노즐을 이용한 분사 방식으로 코팅될 수 있다.
더불어, 상기와 같이 프라이머층이 형성된 인조잔디용 원사는 70~90℃의 온도로 20~40분간 건조 처리되어 경화된 이후, 상기 301단계 또는 303단계 처리된다.
또한, 303단계에서 코팅된 인조잔디용 원사는 305단계에서 건조되어 롤에 와인딩된다. 305단계에서 롤에 와인딩된 인조잔디용 원사는 307단계에서 터프팅(Tufting) 방식으로 시트(11)에 입모되어 파일(15)을 형성한다. 형성된 파일(15)은 309단계에서 시설 목적에 따라 1.0~6.5cm의 길이로 절단된다.
이어, 311단계로 진행하여, 파일(15)이 형성된 시트(11)의 하부면에 아크릴 수지 라텍스, 폴리우레탄 라텍스, 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 라텍스, EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer) 또는 열가소성 수지를 도포하고 건조시켜 코팅막을 형성하거나 별도의 지지막을 접착시켜 지지층(13)을 형성하고 건조한다. 시트(11)에 파일(15)이 입모되고 지지층(13)이 형성된 후, 313단계에서는 지지층(13)이 형성된 시트(11)를 펀칭하여 배수공(17)을 형성하고, 315단계로 진행하여 광촉매액에 침지시키거나 광촉매를 분사하고 317단계에서 건조 및 최종적으로 완성된 인조잔디(10)는 로울러 등의 와인딩 수단에 의하여 롤형태로 와인딩된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디는 상술한 인조잔디의 제조공정에 있어서, 원사를 뽑아내는 단계에서 원사의 재료에 광촉매액을 혼합하거나, 원사를 뽑아낸 후 원사의 표면에 광촉매액을 분사하거나 원사를 광촉매액이 담긴 용기에 침지시킨 후 건조시켜 광촉매를 코팅할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디는 배수공을 펀칭한 후 완성된 인조잔디를 광촉매액 분사부 또는 침지부를 거쳐 건조 후 롤에 감기도록 함으로써 광촉매를 코팅할 수도 있다.
한편, 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디는 이미 운동장 등에 시설된 후에도 광촉매액을 분사함으로써 광촉매를 코팅할 수도 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재의 제조공정을 살펴보면, 201단계에서 일반적인 인조잔디 충진재를 투입하고, 203단계는 투입된 일반 인조잔디 충진재에 광촉매를 코팅하는 단계로서 상기 광촉매는 인조잔디용 충진재 100중량부에 대하여 0.1-10중량부를 스프레이 코팅한다. 상기 광촉매의 코팅량이 인조잔디용 충진재 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 광촉매의 활성에 한계가 있어 탈취 및 항균 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하면 광촉매의 제조에 따른 비용 상승으로 인하여 제품으로서의 인조잔디용 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디의 사업성이 떨어지는 단점이 있으므로, 상기 광촉매는 인조잔디용 충진재 100중량부에 대하여 0.1-10중량부 정도를 코팅하는 것이 바람직하다.
광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재는 205단계에서 건조과정을 거쳐 제조공정이 완료된다. 한편, 상기 203단계에서는 스프레이노즐을 설치하여 분사(spray)방식으로 광촉매액을 코팅하는 것으로 설명하였으나, 용기에 담긴 광촉매액에 일반 인조잔디용 충진재를 침지(dipping)시킨 후, 205단계에서 건조를 시킴으로써 제조될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재가 시설된 인조잔디 구조체의 단면도로서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 기반층(110)과 인조잔디(10), 규사층(120) 및 충진재층(130)을 포함하여 이루어진다.
상기 기반층(110)은 인조잔디(10)가 포설될 기반이 되는 층으로, 다양한 재료와 방법으로 설치될 수 있으며, 콘크리트나 아스콘으로 형성할 수 있다. 상기 인조잔디(10)는 상기 기반층(110) 상에 설치된다. 상기 규사층(120)은 상기 인조잔디(10)가 설치된 기반층(110) 위에 설치된다. 상기 충진재층(130)은 상기 규사층(120) 위에 인조잔디용 충진재를 1.8~2.2cm 두께로 충진하여 형성시킨다.
이때, 상기 인조잔디용 충진재층(130)은 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 광촉매가 코팅된 인조잔디 충진재로 구성하고, 상기 인조잔디(10)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 인조잔디의 제조방법에 의해 제조된 광촉매가 코팅된 인조잔디로 구성된다.
즉, 상기 충진재층(130)을 형성하는 인조잔디용 충진재는 제조과정에서 광촉매액을 분사시키거나 광촉매액에 침지시켜 광촉매를 코팅한 인조잔디용 충진재로 형성되고, 상기 인조잔디(10)는 원사의 내부에 광촉매를 함유 또는 코팅하거나, 배수공 펀칭까지 완료된 후 광촉매액을 분사 또는 침지에 의하여 광촉매가 코팅된 인조잔디로 형성된다.
인조잔디용 충진재에 광촉매 코팅방법에서도 인조잔디용 원사에 광촉매 코팅방법과 같이 폴리우레탄 프라이머(polyurethane primer) 또는 실리콘 고무 중 어느 하나 이상의 프라이머를 인조잔디용 충진재에 전처리 코팅하고, 코팅된 프라이머층을 건조(숙성)시킨 다음, 상기 201단계 또는 203단계를 처리할 수 있다.
이하, 구체적인 실시 예를 들어 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다.
(제조예1) 광촉매의 제조
티타늄(IV)이소프로폭사이드 142g과 이소프로판올 72g, 디아세틸메탄 10g을 상온에서 30분간 반응(단계 A)시키고, 또 다른 반응기에 증류수 760g, 질산철 1.8g, 질산아연 2.4g, 질산구리 1.6g, 질산은 0.6g을 순서와 상관없이 넣고 400rpm으로 교반하여 금속염을 완전히 용해시킨다. 여기에 단계(A)에서 얻어진 액을 서서히 투입한 다음 질산 1.6g을 적하(dropping)하고 온도를 80℃까지 승온시킨 후 3시간 동안 반응을 시킨다. 마지막으로 트리에틸오르소실리케이트 7.6g을 투입하여 1시간 동안 반응시켜 투명한 가시광 활성 이산화티탄계 광촉매를 제조하였다.
(제조예2) 폴리우레탄 프라이머 제조
폴리에테르 폴리올(polyether polyol) 100g, 톨루엔-2,4-디이소시아네이트(Toluene-2,4-diisocyanate) 40g 및 톨루엔-2,6-디이소시아네이트(Toluene-2,6-diisocyanate) 14.6g을 혼합하여 폴리우레탄 폴리머를 만든 후, 상기 폴리우레탄 폴리머에 증류수 4.2g, 비스(2-다이메틸아미노에틸)에테르 터셔리 아민(Bis(2-dimethylaminoethyl)ether Tertiary amine)과 글리콜(Glycol) 혼합물 0.02g, 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone, MEK)과 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 1 : 1 중량부로 혼합한 혼합물 250g을 혼합하여 폴리우레탄 폴리머를 제조하였다.
(실시예1) 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재의 제조
교반기 및 가열장치가 부착된 반응기에 100-200 메시의 평균 입자 크기를 갖는 일반 인조잔디용 충진재 100중량부를 투입한 다음 교반하면서, 통상의 스프레이 건을 사용하여 일반 인조잔디용 충진재에 상기 제조예1로부터 얻은 광촉매 5중량부를 균일하게 스프레이 코팅함으로써 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재를 제조하였다.
(실시예2)
교반기 및 가열장치가 부착된 반응기에 100~200 메시의 평균 입자 크기를 갖는 일반 인조잔디용 충진재 100중량부를 투입한 다음 교반하면서, 통상의 스프레이 건을 사용하여 일반 인조잔디용 충진재에 상기 제조예2로부터 얻은 폴리우레탄 프라이머 8중량부를 균일하게 스프레이 코팅시켜, 인조잔디용 충진재에 폴리우레탄 프라이머층을 형성시킨다.
이후, 상기 폴리우레탄 프라이머층이 형성된 인조잔디용 충진재를 80℃로 유지되는 오븐에 30분간 수용시켜 폴리우레탄 프라이머층을 숙성시킨다.
이후, 상기 폴리우레탄 프라이머층이 숙성된 인조잔디용 충진재 100중량부를 교반기 및 가열장치가 부착된 반응기에 투입한 다음 교반하면서, 통상의 스프레이 건을 사용하여 일반 인조잔디용 충진재에 상기 제조예1로부터 얻은 광촉매 5중량부를 균일하게 스프레이 코팅함으로써 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재를 제조하였다.
(비교예) 광촉매로 코팅되지 않은 일반 인조잔디용 충진재
상기 실시예1에서 얻은 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재와 유해물질 분해능, 항균성, 항곰팡이성 및 항바이러스성을 비교 평가하기 위하여 광촉매로 코팅하지 않은 일반 인조잔디용 충진재를 그대로 사용하였다.
우선, 본 발명에 따른 다기능 인조잔디에 의한 대기 중의 악취물질을 분해 및 제거하는 반응 메커니즘을 하기의 표 1에 정리하였다. 본 발명에 따른 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디는 악취의 주요 원인물질들인 황화수소(hydrogen sulfide), 메틸메르캅탄(methyl mercaptan), 암모니아(ammonia), 트리메틸아민(trimethylamine) 및 휘발성 유기화합물(VOCs)을 제거 및 분해한다.
본 발명에 따른 다기능 인조잔디에 의한 탈취 효과를 확인하기 위하여, 다음과 같은 시험을 실시하였다.
(시험예1) 광촉매로 코팅된 인조잔디의 탈취효과 평가
광촉매액이 담긴 용기에 인조잔디를 침지하여 광촉매가 코팅된 인조잔디를 제조하였다.
탈취효과 시험(gastec detector tube method)은 광촉매로 코팅된 인조잔디를 5L 테드라백(Tedlar bag)에 넣은 후, 시험대상가스화합물(암모니아, 트리메틸아민, 자일렌)을 각각 솜에 묻혀 광촉매로 코팅된 인조잔디를 넣은 테드라백에 넣고 가스를 기화·확산시켰다. 온도(26±2)℃ 및 습도(50±5)%RH의 실내방치 하에서 일정시간 방치한 후 가스별 해당 검지관을 이용하여 가스의 농도를 확인하였으며, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
상기 표 2에서와 같이 본 발명에 따른 광촉매로 코팅된 인조잔디는 대기 중의 대표적 악취물질(암모니아, 트리메틸아민, 자일렌)에 대하여 탈취효과가 확실함을 알 수 있다.
본 발명에 따른 광촉매로 코팅된 인조잔디의 탈취효과를 설명하기 위하여, 도 9에 자일렌(Xylene)의 광촉매에 의한 분해 및 제거 메커니즘을 구조식으로 나타내었다. 도 9에 도시된 바와 같이, 자일렌은 본 발명에 따른 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디의 표면에서 발생된 하이드록시라디칼(ㆍOH)과 여러 단계의 반응을 거처 최종적으로 이산화탄소(CO2) 또는 물(H2O)(40) 형태로 치환된다.
(시험예2) 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재의 유해물질 분해능 평가
상기 실시예1로부터 얻은 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재와 비교예에 개시된 광촉매로 코팅되지 않은 인조잔디용 충진재의 환경호르몬 의심물질인 포름알데히드에 대한 분해능을 평가하였다. 인조잔디용 충진재 일정량을 취하여 테들러 백에 넣고 포름알데히드 가스 80ppm을 주입하여 밀봉한 다음, 형광등을 이용하여 30분 단위로 120분까지 조사하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.
또한, 상기 시험예 2에서 포름알데히드 가스 대신에 톨루엔 60ppm을 주입하여 휘발성 유기화합물에 대한 분해능도 평가하였으며, 그 결과는 도 7에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이 비교예의 광촉매로 코팅되지 않은 일반 인조잔디용 충진재는 120분이 경과한 후에도 포름알데히드를 거의 분해하지 못하고 있는데 비하여, 본 발명의 실시예1로부터 얻은 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재는 포름알데히드 농도가 30분만에 20ppm 미만으로 줄어 약 80% 정도의 분해능을 보이고, 120분이 경과한 후에는 96%까지 분해능이 향상됨을 확인할 수 있어, 본 발명의 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재는 광촉매로 코팅되지 않은 일반 인조잔디용 충진재에 비하여 포름알데히드 분해능이 우수함을 알 수 있다.
아울러 도 7에서 보듯이 톨루엔과 같은 휘발성 유기화합물의 분해능에 대해서도 본 발명의 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재가 광촉매로 코팅되지 않은 일반 인조잔디용 충진재에 비하여 현저하게 뛰어남을 알 수 있다.
(시험예3) 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재의 항균성 및 항곰팡이성 평가
먼저, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재의 항균성을 평가하였다.
도 8a 및 도 8b에 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재에 코팅되는 광촉매에 대한 항균력 시험사진을 나타내었고, 하기의 표 3에 FITI 시험연구원을 통해 확인한 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재에 코팅되는 광촉매에 대한 항균력 시험결과(문서확인번호: 6MDT-KAGW-4ABI)의 항균력(ASTM E 2315 : 2016, TIME KILL TEST) 데이터를 정리하였다.
본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재에 코팅되는 광촉매에 대한 항균력 시험은 TRYPTIC SOY AGAR 배지에서 배양한 제1균주인 Staphylococcus aureus ATCC 6538 및 제2균주인 Klebsiella pneumoniae ATCC 4352를 D/E NEUTRALIZING BROTH로 중화한 원액을 실온에서 5분간 접촉한 후 측정한 결과이다. 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재에 코팅되는 광촉매에 대한 항균력 시험사진을 제1균주 및 제2균주에 대하여 각각 나타낸 것이다.
상기 표 3과 도 8a 및 도 8b에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재에 코팅되는 광촉매에 대한 항균력 시험결과, 균감소율이 99.999%이므로, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재는 사용공시균주들에 대하여 우수한 항균력를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예1로부터 얻은 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재는 Aspergillus niger ATCC 9642 균주를 이용하여 3주간 배양한 후, ASTM D 6329 : 2008 방법에 따라 항곰팡이성을 평가한 시험에서도 곰팡이 포자수가 10개 미만으로 측정[항곰팡이 저항력 1.0(로그값)]되어 항곰팡이성이 우수한 것으로 확인되었다.
(시험예4) 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재의 항바이러스성 평가
상기 실시예1로부터 얻은 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재와 비교예에 개시된 광촉매로 코팅되지 않은 일반 인조잔디용 충진재의 항바이러스성을 광원을 달리하면서 측정하였다. 시험 바이러스로는 Influenza A virus(H1N1)을 대상으로 하였고, 무광, 자외선 또는 형광등을 시료에서 15cm 높이에서 조사하여 평가하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[단위 : %(Virus 역가감소율)]
상기 표 4에서와 같이 본 발명의 실시예1로부터 얻은 광촉매로 코팅된 인조잔디용 충진재는 비교예의 광촉매로 코팅되지 않은 일반 인조잔디용 충진재에 비하여 항바이러스성이 뛰어남을 알 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디 충진재는 항균, 항곰팡이, 항바이러스 성능으로 인조잔디에서 번식할 수 있는 세균, 곰팡이 등의 사멸효과로 인조잔디 운동장 사용자들의 피부염 등을 예방한다.
다음으로, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에 의한 유해 중금속의 환원반응을 도 10를 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에서 이루어지는 중금속 이온의 환원반응의 일 예시도로서, Cr6+의 경우를 모식화한 것이다. 도 10 및 하기의 반응식1을 참조하면, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재는 유해 중금속 이온(heavy metals: Pb2+, Cd2+, Zn2+, Pt4+, Au3+, Rh3+, Ni2+, Cu+2, Cr6+)을 환원반응으로 저감시킨다. 이때, 인조잔디에서 전도대의 전자(e-)들은 중금속이온(Mn+)및 산소(O2)를 전기화학적으로 흡착한 후 중금속 이온을 환원시켜서 하기의 반응식1과 같이 반응하여 중금속을 독성이 약하거나 없는 상태로 변환한다. 이에 따라, 독성을 갖는 발암물질인 Cr6+는 생체에 유익한 물질인 Cr3+로 변환된다.
[반응식 1]
또한, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재는 VOCs뿐만 아니라 NOx와 SOx도 공기 중의 산소와 결합시켜 인체에 무해한 이산화탄소와 물로 치환한다. 도 11a 및 도 11b에 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에서 이루어지는 NOx 및 SOx의 분해 메커니즘을 각각 도시하였다. 도 11a 및 도 11b에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재는 NOx 및 SOx를 분해함으로써 VOCs를 비롯한 각종 유해물질을 차단뿐만 아니라 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재는, 제조과정에서 배합되고 최종으로 인조잔디 제품에 포함되어 있는 프탈레이트계 가소제를 분해 및 공기 중의 이산화탄소 및 산소와 결합시켜 인체에 무해한 이산화탄소와 물로 치환한다. 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재에서 이루어지는 분해 반응 메커니즘을 도 12에 도시하였다.
(시험예5) 폴리우레탄 폴리머층에 의한 광촉매의 접착성 평가
상기 실시예2에 의한 인조잔디용 충진재의 외부에는 폴리우레탄 폴리머층과 광촉매층이 순차적으로 형성되는 구성을 하고, 상기 폴리우레탄 폴리머층은 인조잔디용 충진재에 대한 광촉매층의 접착성을 향상시키기 위한 구성이다. 하지만, 상기 실시예2를 통하여 약 50~400㎛의 두께로 인조잔디용 충진재에 각각 코팅되는 폴리우레탄 폴리머층과 광촉매층 간의 접착력을 시험하기에는 다소 무리가 있다.
다만, 폴리우레탄 폴리머층은 폴리우레탄을 주성분으로 하기 때문에, 금속 물질을 포함하는 광촉매보다 인조잔디용 충진재에 대한 접착력이 우수하고, 그 결과 광촉매를 보다 견고하게 인조잔디용 충진재에 접착시킬 수 있을 것으로 예상된다.
한편, 인조잔디는 운동장 등 스포츠 활동을 위해 시설되는 특성 상 피부에 직접 접촉되는 경우가 빈번하므로 피부자극이 없어야 한다. 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재는 전술한 바와 같이 흡착된 먼지ㆍ미세먼지ㆍ초미세먼지, VOCs, NOx, SOx 및 포름알데히드, 암모니아, TMA 등의 악취물질과 세균ㆍ박테리아ㆍ곰팡이 등을 효과적으로 분해 및 제거하면서도, 도 13에 보인 바와 같이 피부자극이 전혀 없다. 도 13은 국내 시험기관(SGS)의 피부자극 안정성 시험 성적서(No. F690101/LF-CTSAYHA18-04366, -67, -68, -688, -689)의 시험결과를 일부 발췌한 것으로서, 0.5시간 및 24시간 동안 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재의 피부자극 안정성이 매우 우수함을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재 및 그 제조방법은, 인조잔디 및 인조잔디 충진재로부터 발생되는 VOCs를 비롯한 NOx이나 SOx 등의 발암 물질 및 환경 호르몬 의심물질을 차단 및 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 그 제조방법은, 인조잔디, 인조잔디용 충진재 및 구성재로부터 발생되는 VOCs, NOx, SOx 등의 발암 물질 및 환경 호르몬 의심물질을 차단 및 제거할 뿐만 아니라, 인조잔디 파일들 사이에 스며드는 포름알데히드, 암모니아, TMA 등의 악취물질에 대한 제거, 공기중의 먼지ㆍ미세먼지ㆍ초미세먼지의 포집 및 세균ㆍ바이러스ㆍ곰팡이의 번식을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 인조잔디 및 인조잔디용 충진재 및 그 제조방법은, 신규로 조성되는 인조잔디 운동장뿐만 아니라 노후로 인한 교체나 내구 연한이 도래함에 따라 일부만 재시공되거나 보수되는 인조잔디 운동장에도 적용할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
10: 광촉매가 코팅된 인조잔디
11: 인조잔디 시트 13: 지지막
15: 인조잔디 파일 17: 배수공
100: 인조잔디 구조체 110: 기반층
120: 규사층 130; 충진재층
11: 인조잔디 시트 13: 지지막
15: 인조잔디 파일 17: 배수공
100: 인조잔디 구조체 110: 기반층
120: 규사층 130; 충진재층
Claims (8)
- 인조잔디용 원사(Yarn)로 인조잔디용 시트에 파일(Pile)을 입모하고, 상기 인조잔디용 시트 하부면에 열가소성 수지로 접착제를 도포한 후 배수공을 펀칭하여 형성한 인조잔디에 TIO2계 광촉매를 코팅하고,
상기 광촉매는,
이소프로판올에 티타늄(IV)이소프로폭사이드와 킬레이트제로 디아세틸메탄을 첨가하여 반응시키는 단계(A); 증류수에 금속화합물로 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, Ag의 질산염(nitrate) 중에서 2~4종을 선택하여 넣고 용해시키는 단계(B); 상온에서부터 90℃까지의 온도범위에서 단계(B)에서 얻어진 용액에 단계(A)에서 얻어진 용액을 서서히 투입하고 90rpm 이상으로 교반하면서 산촉매로 질산을 넣어 2시간 이상 반응시키는 단계(C);를 거쳐 sol-gel 형태로 제조하며,
상기 광촉매는,
티타늄(IV)이소프로폭사이드 1mol에 대하여 이소프로판올은 0.50~5.00mol의 비율, 킬레이트제인 디아세틸메탄은 0.10~1.00mol의 비율, 증류수는 25~550mol의 비율, Cu와 Zn의 질산염은 각각 0~0.065mol의 비율, Fe과 Ag의 질산염은 각각 0~0.03mol의 비율, Mn의 질산염은 0~0.018mol의 비율, Li의 질산염은 0~0.15mol의 비율, 산촉매인 질산은 0.10~0.50mol의 비율로 사용하여 제조하며,
상기 인조잔디용 원사는,
광촉매가 코팅되기 이전에 폴리우레탄 프라이머(polyurethane primer)가 전처리 코팅된 후 건조되도록 구성되고,
상기 폴리우레탄 프라이머는,
폴리에테르 폴리올(polyether polyol) 100중량부에 대하여, 톨루엔-2,4-디이소시아네이트(Toluene-2,4-diisocyanate) 35~45중량부, 톨루엔-2,6-디이소시아네이트(Toluene-2,6-diisocyanate) 12~17중량부, 증류수 3~5중량부, 비스(2-다이메틸아미노에틸)에테르 터셔리 아민(Bis(2-dimethylaminoethyl)ether Tertiary amine)과 글리콜(Glycol) 혼합물 0.01~0.03중량부 및 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone, MEK)과 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 1 : 1 중량부로 혼합한 혼합물 230~270중량부를 혼합한 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 인조잔디.
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- 인조잔디용 충진재에 TIO2계 광촉매를 코팅하고,
상기 광촉매는,
이소프로판올에 티타늄(IV)이소프로폭사이드와 킬레이트제로 디아세틸메탄을 첨가하여 반응시키는 단계(A);
증류수에 금속화합물로 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, Ag의 질산염(nitrate) 중에서 2~4종을 선택하여 넣고 용해시키는 단계(B);
상온에서부터 90℃까지의 온도범위에서 단계(B)에서 얻어진 용액에 단계(A)에서 얻어진 용액을 서서히 투입하고 90rpm 이상으로 교반하면서 산촉매로 질산을 넣어 2시간 이상 반응시키는 단계(C);를 거쳐 sol-gel 형태로 제조하며,
상기 광촉매는,
티타늄(IV)이소프로폭사이드 1mol에 대하여 이소프로판올은 0.50~5.00mol의 비율, 킬레이트제인 디아세틸메탄은 0.10~1.00mol의 비율, 증류수는 25~550mol의 비율, Cu와 Zn의 질산염은 각각 0~0.065mol의 비율, Fe과 Ag의 질산염은 각각 0~0.03mol의 비율, Mn의 질산염은 0~0.018mol의 비율, Li의 질산염은 0~0.15mol의 비율, 산촉매인 질산은 0.10~0.50mol의 비율로 사용하여 제조한 것으로 구성되며며,
상기 인조잔디용 충진재는,
광촉매가 코팅되기 이전에 폴리우레탄 프라이머(polyurethane primer)가 전처리 코팅된 후 건조되도록 구성되고,
상기 폴리우레탄 프라이머는,
폴리에테르 폴리올(polyether polyol) 100중량부에 대하여, 톨루엔-2,4-디이소시아네이트(Toluene-2,4-diisocyanate) 35~45중량부, 톨루엔-2,6-디이소시아네이트(Toluene-2,6-diisocyanate) 12~17중량부, 증류수 3~5중량부, 비스(2-다이메틸아미노에틸)에테르 터셔리 아민(Bis(2-dimethylaminoethyl)ether Tertiary amine)과 글리콜(Glycol) 혼합물 0.01~0.03중량부 및 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone, MEK)과 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 1 : 1 중량부로 혼합한 혼합물 230~270중량부를 혼합한 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 인조잔디용 충진재.
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