KR102085005B1 - 양쪽성 계면활성제를 포함하는 내오염성이 개선된 인조 잔디 충진재 및 그 제조 방법, 이를 포함한 인조잔디 구장 - Google Patents

양쪽성 계면활성제를 포함하는 내오염성이 개선된 인조 잔디 충진재 및 그 제조 방법, 이를 포함한 인조잔디 구장 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내오염성 인조잔디 충진재, 그 제조 방법들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양쪽성 계면 활성제를 포함하는 내오염성이 개선된 인조 잔디 충진재, 그 제조 방법 및 이를 이용한 인조잔디 구장에 관한 것이다.

Description

양쪽성 계면활성제를 포함하는 내오염성이 개선된 인조 잔디 충진재 및 그 제조 방법, 이를 포함한 인조잔디 구장{Artificial turf and filler improved stain resistance comprising amphiphatic material, manufacturing method thereof, and artificial turf ground including the same}
본 발명은 인조잔디를 이루는 인조 잔디 충진재 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내오염성이 개선된 인조 잔디 충진재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 초등학교나 중·고등학교 및 각 지자체 운동장에, 사용 중 안전사고를 방지하고, 조경적 효과를 얻기 위해 인조잔디 구장을 시공하고 있다. 인조 잔디 구장은 인조잔디 술과, 술사이에 충진되는 탄성재로 구성된다.
천연 잔디와 유사한 특성을 구비할 수 있도록 다양한 기능을 가지는 인조잔디 술과 탄성재들이 개발되고 있다.
대한민국 특허 제1532994호 '차열용 인조잔디 술 및 그 제조 방법'에서는 인조 잔디 술 제조용 수지를 차열재와 친수성 섬유를 혼합 및 압출하여 제조되며, 차열성을 구비하는 인조잔디 술을 개시한다.
대한민국 특허 제1387599호 '대전방지용 인조잔디 술 및 그 제조 방법'에서는 인조 잔디 술 제조용 수지를 선상 필름 형태로 압출하면서 친수성 섬유, 생분해성 섬유 및 바인더를 포함하는 대전 방지코팅액을 통과시켜 대전 방지성을 가지는 대전 방지 인조잔디용 술을 개시한다.
대한민국 특허 제1674905호 '자가치유형 인조잔디 충진재 및 그 제조 방법'에서는 인조 잔디 충진용 코팅칩은 재생 또는 신재 고무칩의 표면에, 차열제 0.1~10 중량, 대전 방지제 0.1~10 중량% 및 자가 치유성 캡슐 0.1~10 중량%를 포함하는 바인더 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 차열 및 대전 방지용 자가치유성 인조잔디 충진재를 개시한다.
이러한 인조 잔디 술 및 충진재는 새로운 기능에도 불구하고 운동장에 포설 후에는 야외에서 노출되어 사용되는 과정에서 수많은 오염 물질, 예를 들어, 다양한 유기물이나 미세먼지에 의해서 오염되어 수명이 단축된다.
본원 발명에서 해결하고자 하는 과제는 내오염성이 우수한 새로운 인조잔디 충진재를 제공하는 것이다.
본원 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 내오염성이 우수한 새로운 인조잔디 충진재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본원 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 내오염성이 우수한 새로운 인조잔디 충진재를 포함하는 인조 잔디 구장을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는
고무칩의 표면에 폴리우레탄 바인더와 친수성 섬유와 폴리에티렌글리콜과 양쪽성 계면활성제를 포함하는 내오염성 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 인조 잔디 충진재를 제공한다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 인조 잔디 충진재는
고무칩의 표면에 폴리우레탄 바인더 30~98.8 중량% 와 친수성 섬유 0.1~20 중량%와 폴리에티렌글리콜 1~40 중량%와 양쪽성 계면활성제 0.1~10 중량%로 이루어진 내오염성 코팅층이 형성된 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고무칩은 본 발명에 있어서, 상기 고무칩은 폐고무, 페타이어 등을 분쇄하여 얻어지는 재생 고무칩이나 폴리우레탄, EPDM과 같은 신재 탄성 고무칩의 사용이 가능하다. 상기 폐타이어의 경우 물리적 특성이 일정한 편이므로, 종류에 관계 없이 일정한 크기로 파쇄하여 사용할 수 있으며, 폐폴리우레탄의 경우, 파쇄된 폴리우레탄 칩이 가능한 유사한 물성을 가질 수 있도록 신발, 냉장고, 시트 등에 사용된 다양한 우레탄을 종류별로 선별하여 파쇄 스크랩시켜, 사용하는 것이 바람직하다. 신재 고무칩의 경우, EPDM, 폴리우레탄 등의 제품을 사용할 수 있으며, 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 고무칩은 재생 고무 또는 신재 고무든 고무의 탄성에 영향을 주지 않도록 별도의 표면 처리 없이 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 상기 고무칩 크기는 인조 잔디 충진재로 사용시 강도와 탄성율과 인장 특성 등을 고려하여 1-10 mm 정도의 직경, 바람직하게는 2-5 mm 정도의 직경을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리우레판 바인더는 고무칩의 표면에 접착되어 코팅층을 형성할 수 있는 폴리우레탄계 바인더 코팅층일 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 바인더는 수성 타입이나 유성 타입을 전부 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌 인조잔디 술에 접착성이 우수한 습기경화형과 같은 일액형 유성 타입의 폴리우레탄 바인더를 사용한 것이 바람직하다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 폴리우레탄 바인더는 코팅층에서 친수성 섬유와 폴리에틸렌글리콜과 양쪽성 계면활성제를 제외한 나머지 부분을 이룰 수 있으며, 바람직하게는 30~98.8 중량%를 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄 바인더의 함량이 상기 범위보다 부족할 경우 코팅층의 박리가 발생할 수 있으며, 상기 폴리우레탄 바인더의 함량이 상기 범위보다 과다할 경우 친수성 섬유와 폴리에틸렌글리콜 및 양친매성 물질의 함량이 적어져 내오염성이 발현되지 않을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 친수성 섬유는 물과 친화성이 있는 섬유이며, 친수성이 폴리에틸렌 글리콜의 친화성을 위해서 사용된다. 상기 친수성 섬유는 레이온, 코튼, 펄프 등이다. 특히 물과의 친화성이 높은 점, 섬유가 길고 액체 흡수 코어로서 소정 형상으로 성형하는 것이 용이하여 작업성의 면에서 뛰어난 점으로 레이온이 매우 적합하게 이용된다. 본 발명에 이용되는 다른 친수성 섬유로서는, 폴리비닐 알코올이나 폴리 아크릴산 나트륨과 같은 물 흡수성 합성 섬유, 폴리비닐 알코올이나 폴리 아크릴산 나트륨을 다른 합성 섬유에 첨착, 코팅 등의 처리를 한 것을 들수 있다. 상품명으로서는 「란실」{토요 방적(주)제}을 들 수가 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 친수성 섬유의 직경은, 바람직하게는 20-50 마이크로미터, 바람직하게는 25~40 마이크로미터, 가장 바람직하게는 20 마이크로미터가 좋다. 또한 상기 친수성 섬유의 길이는 200~500 마이크로미터가 적합하며, 상기 약 5~10 배 정도의 길이를 가지는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 친수성 섬유는 코팅층을 기준으로0.1~20 중량%를 사용할 수 있다. 상기 친수성 섬유의 함량이 상기 범위보다 적을 경우에는 내오염성이 저하될 우려가 있으며, 상기 친수성 섬유의 함량이 상기 범위를 벗어나 지나치게 과다할 경우 코팅층 및 코팅층이 형성된 인조잔디 충진재의 물성의 저하가 발생할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜은 친수성이면서 전하를 띄지 않는 물질로서 친수성 섬유와 함께 코팅층에 포함되어 내오염성을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜은 코팅층에 포함된 폴리에틸렌글리콜이 서서히 표면으로 이동할 수 있도록 상온에서 액상인 폴리에틸렌글리콜, 바람직하게는 분자량이 1,000이하, 바람직하게는 300~800의 분자량을 가지는 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리에틸렌 글리콜은 코팅층에 대해서 1~40 중량%, 바람직하게는 2~30 중량%, 보다 더 바람직하게는 5~10 중량%를 사용할 수 있다. 상기 폴리에틸렌글리콜의 함량이 적으면 내오염성이 충분히 발현되지 않고, 폴리에틸렌글리콜의 함량이 과다하면, 코팅층의 박리현상이 발생할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 양쪽성 계면활성제는, 이론적으로 한정된 것은 아니지만, 친유성인 고무칩 및 폴리우레탄 바인더가 친수성인 폴리에틸렌글리콘과 친수성 섬유와 함께 혼용될 수 있도록 작용하며, 코팅 특성을 높여주는 물질이다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 양쪽성 게면활성제는 한정된 것은 아니지만, 라우릴디메틸아민옥사이드(lauryldimethylamine oxide)와 같은 물질을 사용할 수 있으며, 상업적으로 구입하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 양쪽성 계면활성제는 0.1~10 중량%를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1~5 중량%를 이룰 수 있다. 상기 양친매성 물질의 함량이 많을 경우 경제성이 저하되고, 양친매성 물질의 함량이 적을 경우 상용이 저하되면서 내오염성이 충분히 발현되지 않을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 인조잔디 충진재는 충진재의 색상 조절을 위해서 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 안료는 녹색등의 색상을 형성할 수 있도록 녹색 등을 발현할 수 있는 유기 또는 무기 안료를 사용할 수 있다. 상기 안료는 코팅액 100 중량부에 대해서 바람직하게는 0.1~1 중량부, 보다 더 바람직하게는 0.2~0.5 중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 코팅층은 코팅층은 폴리에틸렌 글리콜을 포함하고, 외부 표면으로 유동시킬 수 있을 정도의 두께로 표면을 충분히 커버할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 코팅층은 300-2000 마이크로미터, 바람직하게는 600~900 마이크로미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 일 측면에서,
고무칩의 표면에 폴리우레탄 바인더 30~98.8 중량% 와 친수성 섬유 0.1~20 중량%와 폴리에티렌글리콜 1~40 중량%과 양쪽성 계면활성제 0.1~10 중량%로 이루어진 내오염성 코팅액을 코팅하여 내오염성 인조잔디 충진재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 다른 일 측면에서,
폴리우레탄 바인더와 친수성 섬유와 폴리에티렌글리콜과 양친매성 물질로 이루어진 내오염성 코팅액을 제공한다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 내오염성 코팅액은 폴리우레탄 바인더 30~98.8 중량% 와 친수성 섬유 0.1~20 중량%와 폴리에티렌글리콜 1~40 중량%과 양쪽성 계면활성제 0.1~10 중량%로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의해서 내오염성이 강한 새로운 인조잔디 충진재가 제공되었다. 또한, 본 발명에 의해서 내오염성이 강한 새로운 인조잔디 충진재의 제조 방법이 제공되었다.
또한, 본 발명에 따른 인조잔디 충진재를 사용할 경우, 충진재와 함께 내오염성이 강한 새로운 인조잔디 구장를 제공할 수 있다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시 예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 어떤 경우에도 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 상기 실시 예에는 당업자가 통상적으로 구현할 수 있는 다양한 변형과 치환이 가능하다.
실시예 1. 녹색의 오염방지용 인조잔디 충진재의 제조
10 마이크론 직경의 친수성 레이온 섬유를 150 마이크로미터 길이로 절단한 친수성 섬유 성분 500g과 PEG 400(평균 분자량 380 ~ 420, 액체, 수산기가 268 ~ 294) 500g과, 라우릴디메틸아민옥사이드 100g과 폴리우레탄 바인더 8500 g과, 녹색 안료 100 g을 혼합한 내오염성 코팅액을 제조하였다.
원통형 반응기에 입경 2-3 mm 정도의 폐우레탄칩 100 kg을 투입하고, 교반하면서 반응기 온도를 60 로 승온시켰다. 상기 제조된 내오염성 코팅액을 혼합한 후, 2시간에 걸쳐서 서서히 적하시키고, 80 로 승온하여 5시간 동안 교반하였다. 이후 온도를 서서히 내린 후 교반하면서 온도를 8시간 동안 유지하여 내오염성 코팅층이 코팅된 충진재칩을 형성하였다.
실시예 2
10 마이크론 직경의 친수성 레이온 섬유를 150 마이크로미터 길이로 절단한 친수성 섬유 성분 1000g과 PEG 400(평균 분자량 380 ~ 420, 액체, 수산기가 268 ~ 294) 1000g과, 라우릴디메틸아민옥사이드 100g과 폴리우레탄 바인더 8500 g과, 녹색 안료 100 g을 혼합한 내오염성 코팅액을 제조하였다.
원통형 반응기에 입경 2-3 mm 정도의 폐우레탄칩 100 kg을 투입하고, 교반하면서 반응기 온도를 60 로 승온시켰다. 상기 제조된 내오염성 코팅액을 혼합한 후, 2시간에 걸쳐서 서서히 적하시키고, 80 로 승온하여 5시간 동안 교반하였다. 이후 온도를 서서히 내린 후 교반하면서 온도를 8시간 동안 유지하여 내오염성 코팅층이 코팅된 충진재칩을 형성하였다.
실시예 3
15 마이크론 직경의 친수성 레이온 섬유를 100 마이크로미터 길이로 절단한 친수성 섬유 성분 500g과 PEG 400(평균 분자량 380 ~ 420, 액체, 수산기가 268 ~ 294) 1000g과, 라우릴디메틸아민옥사이드 100g과 폴리우레탄 바인더 8500 g과, 녹색 안료 100 g을 혼합한 내오염성 코팅액을 제조하였다.
원통형 반응기에 입경 2-3 mm 정도의 폐우레탄칩 100 kg을 투입하고, 교반하면서 반응기 온도를 60 로 승온시켰다. 상기 제조된 내오염성 코팅액을 혼합한 후, 2시간에 걸쳐서 서서히 적하시키고, 80 로 승온하여 5시간 동안 교반하였다. 이후 온도를 서서히 내린 후 교반하면서 온도를 8시간 동안 유지하여 내오염성 코팅층이 코팅된 충진재칩을 형성하였다.
비교예 1
10 마이크론 직경의 친수성 레이온 섬유를 150 마이크로미터 길이로 절단한 친수성 섬유 성분 500g과 폴리우레탄 바인더 9500 g과, 녹색 안료 100 g를 혼합하여 코팅액을 제조하였다.
원통형 반응기에 입경 2-3 mm 정도의 폐우레탄칩 100 kg을 투입하고, 교반하면서 반응기 온도를 60 로 승온시켰다. 상기 제조된 내오염성 코팅액을 혼합한 후, 2시간에 걸쳐서 서서히 적하시키고, 80 로 승온하여 5시간 동안 교반하였다. 이후 온도를 서서히 내린 후 교반하면서 온도를 8시간 동안 유지하여 내오염성 코팅층이 코팅된 충진재칩을 형성하였다.
비교예 2
PEG 400(평균 분자량 380 ~ 420, 액체, 수산기가 268 ~ 294) 500g과, 폴리우레탄 바인더 9500 g과, 녹색 안료 100 g를 혼합하여 코팅액을 제조하였다.
원통형 반응기에 입경 2-3 mm 정도의 폐우레탄칩 100 kg을 투입하고, 교반하면서 반응기 온도를 60 로 승온시켰다. 상기 제조된 내오염성 코팅액을 혼합한 후, 2시간에 걸쳐서 서서히 적하시키고, 80 로 승온하여 5시간 동안 교반하였다. 이후 온도를 서서히 내린 후 교반하면서 온도를 8시간 동안 유지하여 내오염성 코팅층이 코팅된 충진재칩을 형성하였다.
비교예 3
10 마이크론 직경의 친수성 레이온 섬유를 150 마이크로미터 길이로 절단한 친수성 섬유 성분 500g과 PEG 1000(평균 분자량 900 ~ 1050, 고체, 수산기가 108~117, 녹는점 35~40) 500g과, 폴리우레탄 바인더 9000 g과, 녹색 안료 100 g을 혼합하여 코팅액을 제조하였다.
원통형 반응기에 입경 2-3 mm 정도의 폐우레탄칩 100 kg을 투입하고, 교반하면서 반응기 온도를 60 로 승온시켰다. 상기 제조된 내오염성 코팅액을 혼합한 후, 2시간에 걸쳐서 서서히 적하시키고, 80 로 승온하여 5시간 동안 교반하였다. 이후 온도를 서서히 내린 후 교반하면서 온도를 8시간 동안 유지하여 내오염성 코팅층이 코팅된 충진재칩을 형성하였다.
실시예 1-3 및 비교실시예 1-3에서 제조된 녹색의 내오염성 탄성칩과 100 중량부와 이액형 폴리우레탄 바인더 30 중량부를 혼합하여 5 cm 두께로 포설하고 100 ℃ 정도의 온도로 압착하여 물성 측정용 시료를 제조하고, 이를 측정하고 표 1에 기재하였다.
실시예 1~3 및 비교실시예 1~3에서 제조된 충진재를 이용하여 외관과 인장강도와 신율 및 탄성을 측정하고, 표면 박리 상태를 측정하였다.
항목 실시예 1 실시예 2 실시예3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
인장강도(MPa) 0.85 0.86 0.85 0.85 0.85 0.84
신율(%) 79 78 70 79 80 85
반발 탄성 77% 76% 74% 75% 76% 77%
박리성 없음 없음 없음 일부 발생 일부 발생 일부 발생
외관 녹색 녹색 녹색 녹색 녹색 녹색
외관: 칩 표면의 외관을 육안 관찰함.박리 특성: 칩 50% 압축-복원 100 사이클 과정에서 칩 표면의 상태를 육안으로 확인하여 측정하였다.
반발특성; KS M ISO 4662
실시예 1~3 및 비교실시예 1~2의 내오염성을 측정하였다.
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
내오염성 1.3 1.2 1.4 5.6 6.0 4.0
내오염성: KSM 3802의 오염성 시험방법에 따라 오염재료로 10% 암모니아 수용액을 사용하고 Minolta CR-400 색차계를 사용하여 KSM 5000-3031에 따른 명도지수차(△L)를 측정하였다.

Claims (8)

  1. 고무칩의 표면에 폴리우레탄 바인더와 친수성 섬유와 상온에서 액상인 폴리에틸렌글리콜과 양쪽성 계면활성제를 포함하는 내오염성 코팅층이 형성되며,
    여기서, 상기 내오염성 코팅층은 폴리우레탄 바인더 30~98.8 중량% 와 친수성 섬유 0.1~20 중량%와 상온에서 액상인 폴리에틸렌글리콜 1~40 중량%와 양쪽성 계면활성제 0.1~10 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 인조 잔디 충진재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 고무칩은 신재 또는 재생 고무칩인 것을 특징으로 하는 인조 잔디 충진재.
  4. 제1항 있어서,
    상기 고무칩은 2~5 mm 직경의 폴리우레탄 고무칩인 것을 특징으로 하는 인조 잔디 충진재.
  5. 제1항에 있어서, 양쪽성 계면활성제는 라우릴디메틸아민옥사이드 인 것을 특징으로 하는 인조 잔디 충진재.
  6. 삭제
  7. 고무칩의 표면에 폴리우레탄 바인더와 친수성 섬유와 상온에서 액상인 폴리에틸렌글리콜과 양쪽성 계면활성제로 이루어진 코팅액으로 내오염성 코팅층을 형성하고,
    여기서, 상기 내오염성 코팅층은 폴리우레탄 바인더 30~98.8 중량% 와 친수성 섬유 0.1~20 중량%와 상온에서 액상인 폴리에틸렌글리콜 1~40 중량%와 양쪽성 계면활성제 0.1~10 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 내오염성 인조잔디 충진재 제조 방법.
  8. 제1항에 따른 내오염성 인조 잔디 충진재를 포함하는 인조 잔디 구장.
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