KR102084215B1

KR102084215B1 - 친환경 코르크 볼칩의 제조방법 및 이를 이용한 친환경 코르크 볼칩

Info

Publication number: KR102084215B1
Application number: KR1020190115308A
Authority: KR
Inventors: 명선우
Original assignee: 그린매이드 주식회사
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2020-03-04

Abstract

본 발명의 친환경 코르크 볼칩의 제조방법 및 이를 이용한 친환경 코르크 볼칩에 관한 것으로, 재생 PU(폴리우레탄)칩에 TPU(열가소성 폴리우레탄)칩과 첨가하여 재생 PU칩의 인장력과 신장력이 재생전의 물성으로 복귀시킬 수 있는 것은 물론, 첨가재를 혼합시켜 열안정성 향상에 따른 제품의 품질을 향상시킬 수 있고, 더불어 코르크칩을 첨가시켜 칩부피를 증가와 함께 친화경 볼칩 소재를 얻을 수 있는 특징이 있다.

Description

친환경 코르크 볼칩의 제조방법 및 이를 이용한 친환경 코르크 볼칩{MANUFACTURING METHOD OF ECO-FRIENDLY CORK BALL CHIP AND ECO-FRIENDLY CORK BALL CHIP USING THE SAME}

본 발명은 보행로, 인조잔디, 놀이터, 운동장 트랙, 농구장의 바닥 소재로 사용되는 친환경 코르크 볼칩의 제조방법 및 이를 이용한 친환경 코르크 볼칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PU(폴리우레탄)칩에 TPU(열가소성 폴리우레탄)칩과 코르크칩 및 첨가재를 혼합하여 기존의 폴리우레탄칩 또는 코르크칩에 비해 탄성력은 물론 내구성과, 인장력 및 신장력이 향상된 친환경 코르크 볼칩의 제조방법 및 이를 이용한 친환경 코르크 볼칩에 관한 것이다.

일반적으로 폴리우레탄은 자체의 내산성, 내알칼리성, 내유성, 내마모성, 우수한 인장강도, 저온특성, 진동흡수성 등의 특성을 갖는 소재로서, 조깅 또는 자전거용 도로, 어린이 놀이터, 운동장 트랙 등 탄성포장용의 소재로 사용되어 왔다.

또한 공동주택 등과 같은 건물의 층간소음이 사회적으로 문제가 되고 있는 즈음에 폴리우레탄의 단열성, 접착성 및 다공성을 가질 수 있다는 장점을 이용하여 보다 저렴하게 그리고 보다 간편하게 시공할 수 있으면서 또한 냉난방의 열효율을 극대화할 수 있는 습식 시공용 폴리우레탄 고무상의 층간 차음제의 소재로서도 폭 넓게 사용된다.

폴리우레탄은 우레탄 결합을 갖는 폴리머의 총칭으로서, 알콜기(-OH)와 이소시아네이트기(-NCO)의 화학적 결합으로 우레탄 결합이 만들어진다. 즉, 폴리에테르 또는 폴리에스테르 등의 폴리올과 다가(多價)의 이소시아네이트 화합물과의 반응생성물이 폴리우레탄이다.

특히 폴리우레탄칩은 신발 밑창의 제조공정 상에 발생하는 조각분(scrap) 또는 불량품을 회수하여 원료로 재활용하였다.

하지만 회수된 폴리우레탄칩에 열을 가하여 인장률과, 신장률이가 현저하게 떨어지기 때문에 재생 폴리우테탄칩(인조잔디 식재처 충진용 칩: 대한민국 등록특허 제0869585호)은 시간이 지날수록 경화되어 내구성, 내마모성 및 접착력이 약해지면서 내구 수명이 단축되는 문제점을 발생하게 되었다.

또한 코르크는 유연성과 신축성 및 압축 회복성이 좋아 쿠션감을 느끼며, 인체에 무해하여 이용자의 건강을 보호할 수 있다.

이러한 코르크 칩을 가공함에 있어서, 천연 코르크의 특징인 저비중과 약한 내마모성 및 취약한 복원성으로 인하여 탄성력이 떨어지고 인장력이 약화되는 문제가 있으며, 인조잔디, 놀이터, 운동장 트랙, 농구장의 바닥 소재로 사용할 경우 수축율에 따른 접착력 약화가 문제가 되었다.

대한민국 등록특허 제0869585호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, PU(폴리우레탄)칩에 TPU(열가소성 폴리우레탄)칩과 코르크칩 및 첨가재를 혼합하여 기존의 폴리우레탄칩 또는 코르크칩에 비해 탄성력은 물론 내구성과, 인장력 및 신장력이 향상된 친환경 코르크 볼칩의 제조방법 및 이를 이용한 친환경 코르크 볼칩을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면 제 1발명은, 친환경 코르크 볼칩의 제조방법에 관한 것으로, 이를 위해 PU(폴리우레탄)칩 100중량부에 TPU(열가소성 폴리우레탄)칩 25 ~ 35중량부와, 첨가제 5 ~ 10중량부와, 코르크칩5 ~ 10중량부를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계;(S10)와, 건조기에 혼합물에 투입한 후, 50℃ ~ 80℃ 온도에서 30 ~ 40분 동안 건조하여 수분을 제거하는 단계;(S20)와, 건조된 혼합물을 100℃ ~ 250℃ 온도로 범위로 용융시켜 거름망을 통해 불순물을 제거한 후 압출기로 1차 압출하는 단계;(S30)와, 용융되지 않은 혼합물을 완전 용융시키기 위해 혼합물을 재차 용융시켜 2차 압출하는 단계;(S40)와, 용융압출되는 혼합물을 냉각수에 수장시켜 2mm ~ 10mm 입도 범위로 커팅된 고형의 코르크 볼칩을 완성하는 단계;(S50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제2발명은, 제1발명에서, 상기 PU칩은 재생으로 5mm ~ 10mm 입도 범위를 갖고, 상기 TPU칩은 3mm ~ 5mm 입도 범위를 갖고, 상기 코르크칩은 0.01 ~ 0.1mm 입도 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.

제3발명은, 제1발명에서, 상기 첨가제는 0.02 ~ 0.05mm 입도 범위를 갖고, 황토, 고령토, 참숯, 일라이트, 필라이트, 게르마늄, 맥반석, 천연옥, 세라믹, 불석, 이산화규소(SiO²), 알루미나(Al²O³), 산화칼슘(CaO), 산화철(Fe²O²), 이산화티탄(TiO²), 지르코늄(Zr), 오산화인(P²O⁵) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면 제4발명은 친환경 코르크 볼칩에 관한 것으로, 제1발명 내지 제3발명 중 어느 한 발명의 친환경 코르크 볼칩 제조방법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 친환경 코르크 볼칩의 제조방법 및 이를 이용한 친환경 코르크 볼칩에 따르면, 재생 PU(폴리우레탄)칩에 TPU(열가소성 폴리우레탄)칩과 첨가하여 재생 PU칩의 인장력과 신장력이 재생전의 물성으로 복귀시켜 내구성과 인장력 및 신장력이 향상되는 효과가 있다.

또한 첨가재를 혼합시켜 열안정성 향상에 따른 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 코르크칩을 첨가시켜 칩부피를 증가시키고, 보다 친화경 볼칩 소재를 얻을 수 있고, 또한 코르크칩의 문제점인 접착력은 PU(폴리우레탄)칩에 TPU(열가소성 폴리우레탄)칩에 의해 상쇄시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 코르크 볼칩 제조방법의 순서도이다.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 보행로, 인조잔디, 놀이터, 운동장 트랙, 농구장의 바닥 소재로 사용되는 것으로, PU(폴리우레탄)칩에 TPU(열가소성 폴리우레탄)칩과 코르크칩 및 첨가재를 혼합하여 기존의 폴리우레탄칩 또는 코르크칩에 비해 탄성력은 물론 내구성과, 인장력 및 신장력이 향상된 친환경 코르크 볼칩 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 친환경 코르크 볼칩 제조방법은,

S10단계에서, 재생 PU(폴리우레탄)칩 100중량부에 TPU(열가소성 폴리우레탄)칩 25 ~ 35중량부와, 첨가제 5 ~ 10중량부와, 코르크칩 5 ~ 10중량부를 혼합하여 혼합물을 생성한다.

이때 재생 PU칩은 5mm ~ 10mm 입도 범위를 갖고, TPU칩은 3mm ~ 5mm 입도 범위를 갖고, 상기 코르크칩은 0.01 ~ 0.1mm 입도 범위 갖게 분쇄 과정을 거치는 것이 선행되어야 한다.

상기에서 PU칩은 입도 범위가 5mm이하일 경우에는 분쇄비용이 상승되고, 10mm 이상일 경우에는 혼합물의 용융온도를 높여야 하기 때문에 바람직하지 않다.

아울러 상기 TPU칩은 고무 성질과 플라스틱 성질을 동시에 가지고 있는 고기능성 수지로 재생 또는 신재(액상)를 선택적으로 사용할 수 있으며, PU칩을 가열했을 경우 인장력과 신장력이 저하되는 것을 방지하는 기능을 한다.

이러한 상기 TPU칩은 입도 범위가 3mm이하일 경우, PU에 비해 용융점이 너무 낮아지기 때문에 바람직하지 않고, 5mm 이상일 경우에는 PU칩과 혼합되는 교반시간이 증대되기 때문에 바람직하지 않다.

또한 TPU칩은 25중량부 이상일 경우 PU칩의 인장력과 신장력이 재생전의 물성까지 상승되지 않기 때문에 바람직하지 않고, 35중량부 이상일 경우에는 제조비용이 상승되기 때문에 바람직하지 않다.

상기 코르크칩은 중금속 및 유해물질이 검출되지 않는 친환경 천연소재로서 인체에 무해하나, 비중이 낮고 마모율이 높으며, 복원성이 약하여 포장재로 바로 사용하기에는 적합하지 않다.

하지만 본 발명에서는 PU와 TPU를 포함시켜 기존의 코르크칩에 비해 비중이 높고, 탄성과 인장력이 증가된 친환경 코르크 볼칩을 얻을 수 있게 된다.

상술된 코르크칩이 5중량부 이하일 경우, 코르크의 물성이 잘 드러나지 않고, 또한 코르크 볼칩의 최종 부피가 목적하는 부피 만큼 증가되지 않기 때문에 바람직하지 않고, 10중량부 이상일 경우에는 부피 증가에 따른 물성 저하 및 제조비용이 상승되기 때문에 바람직하지 않다.

또한 상기 코르크칩은 입도가 0.01mm 이하일 경우에는 분쇄비용 상승에 따른 실익 없고, 입도가 0.1mm 이상일 경우에는 용융된 PU와 TPU소재와 융합이 잘되지 않기 때문에 바람직하지 않다.

상기 첨가재는 용융된 혼합물의 열안정성을 향상시키고, 품질을 일정하게 하기 위한 것으로, 0.02 ~ 0.05mm 입도 범위를 갖고, 황토, 고령토, 참숯, 일라이트, 필라이트, 게르마늄, 맥반석, 천연옥, 세라믹, 불석, 이산화규소(SiO²), 알루미나(Al²O³), 산화칼슘(CaO), 산화철(Fe²O²), 이산화티탄(TiO²), 지르코늄(Zr), 오산화인(P²O⁵) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다.

여기서 첨가재가 5중량부 이상일 경우에는 용융된 혼합물의 열안정성이 저하되고, 10중량부 이상일 경우에는 제조된 친환경 코르크 칩의 탄성력과, 인장력이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

또한 상기 첨가재의 입도가 0.02mm 이하일 경우에는 실익이 없고, 0.05mm 입도 이상일 경우에는 제조된 친환경 코르크 칩의 표면 거칠기가 커지고, 용융 온도가 높기 때문에 바람직하지 않다.

S20단계에서는 건조기에 혼합물에 투입한 후, 혼합물이 융융되지 않는 50℃ ~ 80℃ 온도 범위에서 30 ~ 40분 동안 건조하여 수분을 제거하게 된다.

이는 혼합물에 수분이 포함될 경우, 수분에 의해 혼합물이 용융되지 않고, 또한 용융된 혼합물은 발포가 발생될 우려가 있기 때문이다.

S30단계에서는 건조된 혼합물을 100℃ ~ 250℃ 온도로 범위로 용융시켜 거름망을 통해 불순물을 제거한 후 압출기로 1차 압출한다.

상기 S30단계의 주 목적은 혼합물의 용융과 더불어 불순물을 제거하기 위한 것으로, 여기서 100℃ 이하로 가열했을 경우, 혼합물에 용융되지 않는 PU 및 TPU입자가 남기 때문이고, 250℃ 이상으로 가열했을 경우, 혼합물의 물성이 변화되거나 탄화될 우려가 있어 바람직하지 않다.

S40단계에서는 용융되지 않은 혼합물을 완전 용융시키기 위해 혼합물을 재차 용융시켜 2차 압출 한다. 이 때 압출기를 냉각수에 수장시킨 상태로 압출할 수 있다.

S50단계는 급냉각을 통해 인장강도와 탄성력을 향상시키기 위한 것으로, 용융압출되는 혼합물을 냉각수에 수장시켜 2mm ~ 10mm 입도 범위로 볼 커팅된 고형의 친환경 코르크 볼칩을 완성한다.

상술된 제조방법을 통해 제조된 친환경 코르크 볼칩은 2mm ~ 10mm 입도 범위 내에서 다양한 크기로 제조되어 보행로, 인조잔디, 놀이터, 운동장 트랙, 농구장의 바닥의 탄성 소재로 사용될 수 있다.

실험예1)

본 발명에 의해 제조된 친환경 코르크 볼칩과, 기존의 폴리우레탄 칩과, 타이어 칩의 물리적 특정을 측정하고 이를 [표 1]에 기재하였다.

항목	본 발명의 친환경 코르크 볼칩	폴리우레탄 칩	타이어칩
인장강도Mpa	0.8±2	0.6±2	0.9±2
신장율%	85±3	83±3	75±3
인장력kg/m3	80±2	77±2	78±2
유해물질	비검출	비검출	검출

VOCs, 벤젠,톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌을 MIBK로 분석한 결과,

유해물질은 본원발명의 친환경 코르크 볼칩과, 폴리우레탄 칩에서는 검출되지 않았고, 다만 타이어칩에서 검출되었다.

또한 인장강도와, 신장률과, 인장력을 실험한 결과, 폴리우레탄 칩과, 타이어칩에 비해 물성이 고루 우수한 것으로 나타났다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims

PU(폴리우레탄)칩 100중량부에 TPU(열가소성 폴리우레탄)칩 25 ~ 35중량부와, 첨가제 5 ~ 10중량부와, 코르크칩 5 ~ 10중량부를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계;(S10)
건조기에 혼합물에 투입한 후, 50℃ ~ 80℃ 온도에서 30 ~ 40분 동안 건조하여 수분을 제거하는 단계;(S20)
건조된 혼합물을 100℃ ~ 250℃ 온도로 범위로 용융시켜 거름망을 통해 불순물을 제거한 후 압출기로 1차 압출하는 단계;(S30)
용융되지 않은 혼합물을 완전 용융시키기 위해 혼합물을 재차 용융시켜 2차 압출하는 단계;(S40)
용융압출되는 혼합물을 냉각수에 수장시켜 2mm ~ 10mm 입도 범위로 커팅된 고형의 코르크 볼칩을 완성하는 단계;(S50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 코르크 볼칩 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 PU칩은 재생으로 5mm ~ 10mm 입도 범위를 갖고, 상기 TPU칩은 3mm ~ 5mm 입도 범위를 갖고, 상기 코르크칩은 0.01 ~ 0.1mm 입도 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 친환경 코르크 볼칩 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 첨가제는 0.02 ~ 0.05mm 입도 범위를 갖고, 황토, 고령토, 참숯, 일라이트, 필라이트, 게르마늄, 맥반석, 천연옥, 세라믹, 불석, 이산화규소(SiO²), 알루미나(Al²O³), 산화칼슘(CaO), 산화철(Fe²O²), 이산화티탄(TiO²), 지르코늄(Zr), 오산화인(P²O⁵) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 친환경 코르크 볼칩 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 친환경 코르크 볼칩 제조방법을 이용하여 제조된 친환경 코르크 볼칩.