KR102162734B1 - 온도저감을 위한 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체 - Google Patents

온도저감을 위한 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도저감을 위한 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체에 관한 것으로, 차열과 동시에 방열되도록 하여 온도저감이 가능한 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 고분자매트릭스 100중량부와, 고분자매트릭스 100중량부에 대하여 바인더수지, 차열 입자 및 방열 입자를 포함하는 마스터배치 5~25중량부, 자외선차단제 1~5중량부를 혼합한 후 압출하여 형성되고, 태양광 노출 시 차열 입자를 통해 열이 반사됨과 동시에 방열 입자를 통해 열이 방출됨으로써, 인조잔디 원사의 표면온도가 낮아지는 것을 특징으로 하는 온도저감을 위한 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체를 기술적 요지로 한다.

Description

온도저감을 위한 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체{Artificial turf yarn for temperature reduction and artificial turf structure using the same}
본 발명은 온도저감을 위한 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체에 관한 것으로, 차열과 동시에 방열되도록 하여 온도저감이 가능한 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체에 관한 것이다.
인조잔디는 천연잔디 대용으로 사용되는 것으로, 최근에는 여가생활의 확대로 인하여 잔디구장의 수요가 증대되고 있으며, 골프연습장, 운동경기장 및 기타 공공장소 등에 운동하는 사람들의 신체적인 보호는 물론, 산책로 또는 주택의 마당이나 건물의 옥상정원 등에 시공되어 수려한 경관을 제공하기 위하여 많이 사용되고 있다.
보통 인조잔디는 고분자수지를 용융 및 성형하여 인조잔디 원사를 제조하고, 이러한 원사를 기포지에 터프팅(tufting) 또는 위빙(weaving)하여 인조잔디 파일로 입모한 후, 백코팅하는 방식으로 이루어진다.
한 조사에 따르면, 인조잔디 운동장의 온도는 천연잔디 운동장의 온도에 비해 15℃나 높고, 태양열을 흡수하고 그로 인한 고온현상이 히트싱크 현상에 의해 가중되어 60~75℃에 임박한다. 특히 표면온도가 60℃가 넘는 인조잔디 운동장에서 슬라이딩을 하게 되면 마찰열이 더해져 심할 경우 피부화상을 입게 되고, 고온현상에 의해 피로감이 증가하여 사용감이 좋지 못한 단점이 있다.
이렇게 인조잔디 운동장에 급격한 온도 상승의 단점을 해결해 보고자, 수분 공급을 통해 인조잔디 운동장의 표면온도를 낮추려는 시도가 있었으나, 온도 하강의 효과가 나타나긴 하지만 인조잔디가 열을 흡수하는 속도가 빨라 수분이 공급되었을 때 그 효과를 볼 수 있는 시간은 대략 20분에 불과하여 매우 제한적이다.
현실적인 방안으로는, '열차단 기능의 인조잔디 조성물 및 이를 이용한 인조잔디 구조체(등록번호: 10-1398802)'에서 방사열을 차단하는 재료를 사용하여 온도저감 효과를 얻을 수 있는 인조잔디를 제시한바 있다. 하지만 날씨가 흐리거나 바람이 많이 부는 날, 또는 먼지가 많은 날에는 그 반사성능이 저조하여 온도저감 효과를 얻는데 한계가 있다.
또다른 방안으로는, '친환경 및 온도저감용 인조잔디 구조체(등록번호: 10-1842999)'에서 수분흡수성 재료를 사용하여 공기 중의 미세한 수분을 흡수하거나 인조잔디 운동장 표면에 물을 뿌리거나 빗물에 의한 물을 흡수하여 맑은 날씨에 서서히 증발하게 함으로써 온도저감 효과를 얻고자 한바 있다. 그러나 흡수한 물의 양과 유지량이 기상조건에 따라 편차가 심하여 실질적인 효과를 얻는데에는 이 또한 한계가 있다.
따라서 태양광에 의해 전달되는 열을 차단하면서 방열이 가능하도록 하여 인조잔디 표면온도를 낮출 수 있는 기술개발 연구가 절실히 요구되고 있는 시점이다.
국내 등록특허공보 제10-1398802호, 2014.05.17.자 등록. 국내 등록특허공보 제10-1842999호, 2018.03.22.자 등록.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 차열 및 방열을 통하여 온도가 저감될 수 있도록 하는 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 기포지; 및 상기 기포지에 터프팅(tufting)하여 형성되되, 인조잔디 원사로 이루어지는 인조잔디 파일층;을 포함하되, 상기 인조잔디 원사는, 고분자매트릭스 100중량부와, 상기 고분자매트릭스 100중량부에 대하여 바인더수지, 차열 입자 및 방열 입자를 포함하는 마스터배치 5~25중량부, 자외선차단제 1~5중량부를 혼합한 후 압출하여 형성되고, 상기 차열 입자는, 황화카드뮴(CdS), 탄산마그네슘(Mg2(OH)2CO3), 산화알루미늄(Al2O3), 황화구리(CuS), 탄산암모늄((NH4)2CO3), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 산화세륨(CeO), 질산암모늄(H4N2O3), 탄화규소(SiC), 인화갈륨(GaP), 티탄산스트론튬(SrTiO3), 산화주석(SnO2), 탄산칼슘(CaCO3), 돌로마이트(CaMg(CO3)2) 및 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나 이상이고, 상기 방열 입자는, 세라믹소재 또는 탄소소재이되, 상기 세라믹소재는, 이산화티타늄, 이산화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화아연, 산화세리움, 티탄산바륨, 산화베릴륨 및 산화망간 중 어느 하나 이상이고, 상기 탄소소재는, 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌 및 카본블랙 중 어느 하나 이상이며, 태양광 노출 시, 상기 차열 입자를 통해 열이 반사됨과 동시에 상기 방열 입자를 통해 열이 방출됨으로써, 상기 인조잔디 원사의 표면과 평행한 수평방향의 열전도율이 13W/mK이 되고, 상기 수평방향에 수직한 수직방향의 열전도율이 1W/mK가 되어, 상기 수평방향의 열전도율이 상기 수직방향의 열전도율보다 상대적으로 높아 열이 상기 수평방향으로 확산 및 분산되면서 대기로 방출되어 상기 인조잔디 원사의 표면온도가 낮아지는 것을 특징으로 하는, 온도저감을 위한 인조잔디 원사를 이용한 인조잔디 구조체를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 마스터배치는, 상기 바인더수지 100중량부와, 상기 바인더수지 100중량부에 대하여 상기 차열 입자 50~70중량부, 상기 방열 입자 50~70중량부 및 색상안료 5~20중량부를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
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상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 온도저감을 위한 인조잔디 원사 및 이를 이용한 인조잔디 구조체는, 태양광에 의해 인조잔디 원사로 전달되는 열을 차단함과 동시에 내부에 축적된 열을 배출하여 인조잔디 원사의 표면온도를 낮춤으로써, 사용자의 활동 시 뜨거움을 방지하여 마찰에 의한 화상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 고온으로 인한 일사병의 예방과 운동 시 피로감을 경감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인조잔디 구조체의 제1단면도.
도 2는 도 1의 사진.
도 3은 본 발명에 따른 인조잔디 구조체의 제2단면도.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
우선 태양광이 인조잔디 원사의 표면에 닿을 때 일부분은 반사되어 대기층으로 돌아가게 되고 나머지 부분은 인조잔디 원사 내부로 흡수되어 열에너지로 바뀌는데, 이때문에 인조잔디 원사 표면의 온도가 상승하게 된다.
이러한 고온현상을 해결하기 위하여 본 발명에서는 태양광에 의해 전달되는 복사열을 차단함과 동시에, 내부로 흡수되어 축적된 열을 방출시킴으로써 온도저감이 가능한 인조잔디 원사와, 이를 이용한 인조잔디 구조체를 제공하고자 하는 것이다.
특히 지구에서 받는 태양광의 스펙트럼은 그 파장의 크기에 따라 자외선, 가시광선 및 적외선의 3가지로 나뉘는데, 본 발명에서는 태양광 중에서 열에너지를 가장 많이 내포하고 있는 적외선 파장을 흡수하지 않으면서 반사율을 높여 인조잔디 원사 표면의 온도 상승을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 인조잔디 파일에 국부적으로 흡수되어 축적된 온도를 방열을 통해 온도를 저감시킬 수 있도록 하는데 특징이 있으며, 더욱 상세한 설명은 다음과 같다.
일 양태로, 본 발명은 온도저감을 위한 인조잔디 원사에 관한 것으로, 고분자매트릭스 100중량부와, 고분자매트릭스 100중량부에 대하여 바인더수지, 차열 입자 및 방열 입자를 포함하는 마스터배치 5~25중량부와, 자외선차단제 1~5중량부를 혼합한 후 압출하여 형성되고, 태양광 노출 시 차열 입자를 통해 열이 반사됨과 동시에 방열 입자를 통해 열이 방출됨으로써, 인조잔디 원사의 표면온도가 낮아지는 것을 특징으로 한다.
고분자매트릭스는 마스터배치 내에 포함된 차열 입자와 방열 입자가 균일하게 분산될 수 있도록 해주며, 마스터배치의 균일한 분산을 통해 인조잔디 원사가 열차단 및 방열기능을 발현할 수 있도록 해주게 된다.
이러한 고분자매트릭스는 차열 입자와 방열 입자와의 상용성이 좋고, 차열 입자와 방열 입자를 포함하는 마스터배치의 분산에 영향을 미치지 않으면서도 인조잔디 원사 형태로 압출 성형이 가능한 고분자수지라면 제한없이 사용 가능하다.
고분자매트릭스의 예로는 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 및 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 중 어느 하나 이상일 수 있다. 여기서 폴리에틸렌은 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용될 수 있다. 단, 고분자매트릭스는 상술한 단일 고분자수지를 사용하는 것만으로도 충분하나 경우에 따라 2종 이상을 혼합하여 사용될 수도 있다.
마스터배치는 바인더수지 100중량부에 대하여 차열 입자 50~70중량부, 방열 입자 50~70중량부 및 색상안료 5~20중량부로 포함하여 이루어져 고분자매트릭스 내에 균일하게 분산되어 있기 때문에 인조잔디 원사의 차열 및 방열 기능이 가능하도록 한다.
이렇게 마스터배치에 차열 입자와 방열 입자가 함께 포함되도록 함으로써 열차단 및 외부로의 열전달이 동시에 작용하여 단시간에 온도저감률을 높아질 수 있게 한다. 이러한 마스터배치는 고분자매트릭스 100중량부에 대해 5~25중량부 포함되는데, 마스터배치가 5중량부 미만이면 인조잔디 원사의 표면온도 저감효과가 미미하고, 25중량부를 초과하면 고분자매트릭스에 균일하게 분산되기 어려워 가시광선과 적외선을 충분히 반사시키기 어려워질 뿐만 아니라, 인조잔디 원사에 축적된 열을 대기로 방출하기 어려워진다.
바인더수지는 마스터배치의 모재가 되는 것으로, 인조잔디 원사를 이루는 고분자매트릭스의 고분자수지와 동일한 수지로 이루어질 수 있으며, 그 예는 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 및 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 중 어느 하나 이상일 수 있다. 여기서 폴리에틸렌은 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용될 수 있다.
차열 입자는 인조잔디 원사로 가시광선과 적외선의 파장 흡수를 방지하기 위해 태양열로부터 발생하는 복사열을 차단하는 것으로, 미세분말 형태로 이루어진다.
즉 차열 입자는 인조잔디 원사에 피막을 형성하여 한여름 더위와 강한 햇빛에 의해 전달되는 복사열을 차단하게 된다. 이러한 차열 입자는 특히 적외선 영역에서 80% 이상의 열차단율을 가져 적외선 차단 효과를 가짐으로써 인조잔디 원사로 침투될 수 있는 태양열에너지를 감소시킬 수 있게 된다.
차열 입자로는 황화카드뮴(CdS), 탄산마그네슘(Mg2(OH)2CO3), 산화알루미늄(Al2O3), 황화구리(CuS), 탄산암모늄((NH4)2CO3), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 산화세륨(CeO), 질산암모늄(H4N2O3), 탄화규소(SiC), 인화갈륨(GaP), 티탄산스트론튬(SrTiO3), 산화주석(SnO2), 탄산칼슘(CaCO3), 돌로마이트(CaMg(CO3)2) 및 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
차열 입자가 바인더수지 100중량부에 대해 50중량부 미만으로 첨가되면 방열 입자와의 결합력 부족으로 복사열을 충분히 차단할 수 없게 되며, 70중량부를 초과하면 방열 입자와의 혼화력이 좋지 못해 오히려 열차단에 좋지 못할 뿐만 아니라 고분자매트릭스와의 결합강도가 저하된다. 이런 이유로 차열 입자는 바인더수지 100중량부에 대하여 50~70중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
방열 입자는 열전도성을 갖는 것으로, 태양광에 의해 인조잔디 파일에 국부적으로 축적된 열을 외부로 전달하며, 세라믹소재 또는 탄소소재로 이루어진다.
세라믹소재로는 이산화티타늄, 이산화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화아연, 산화세리움, 티탄산바륨, 산화베릴륨 및 산화망간 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
탄소소재로는 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 풀러렌(fullerene) 및 카본블랙(carbon black) 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
이때 방열 입자는 바인더수지 100중량부에 대하여 50~70중량부 범위로 혼합되는데, 50중량부 미만이면 열전도성 증가와 내열성 증가 양이 미미하여 인조잔디 파일의 표면으로부터 방열성능 향상을 기대할 수 없고, 70중량부를 초과하면 차열 입자와의 혼화력이 좋지 못해 오히려 방열기능을 충분히 발현하지 못한다. 이런 이유로 방열 입자는 바인더수지 100중량부에 50~70중량부로 첨가되는 것이 바람직하다.
특히 방열 입자가 고분자매트릭스 내에 균일한 분산이 이루어진 후 차열 입자와의 시너지 효과 발현을 위해 방열 입자 : 차열 입자의 중량비율은 동일하게 혼합되는 것이 바람직하다.
색상안료는 인조잔디 원사에 색상을 부여하기 위한 것으로, 마스터배치의 착색을 보강한다. 인조잔디 원사에 적용하는 색상안료는 운동장의 사용용도와 규격 그리고 심미감 등의 이유로 녹색, 청색, 황색 및 갈색 등 다양한 색상을 연출할 수 있다.
이러한 색상안료는 마스터배치 내에 차열 입자 및 방열 입자와 함께 분산된 상태로 존재하며, 바인더수지 100중량부에 대해 5중량부 미만으로 첨가되면 인조잔디 원사가 목적으로 하는 색상감을 발현하지 못하여 인조잔디로 사용하는데 의미가 없게 되고, 20중량부를 초과하면 색상안료가 불필요하게 너무 많은 양으로 혼합되어 펠릿 형태의 마스터배치 표면이 매끄럽게 성형되지 않아 고분자매트릭스 내에 균일한 분산이 이루어지기 어려워 색상 발현 또한 안정적으로 이루어지지 못한다는 문제점이 있으므로, 색상안료는 100중량부에 대해 5~20중량부의 범위에서 적절하게 조절하여 첨가하는 것이 바람직하다.
자외선차단제는 인조잔디 파일이 자외선에 대해 반사특성을 갖게 하기 위한 것으로, 인조잔디 파일이 태양광에 노출될 때 햇빛에 포함된 자외선이 고분자매트릭스의 광분해가 일어나지 않도록 하여 인조잔디 원사의 수명 단축을 방지함과 동시에 인조잔디 원사 고유의 색상이 변색되는 것을 방지함으로써 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
즉 태양광의 스펙트럼 중 가시광선과 적외선은 차열 입자에 의해 반사 및 차단이 이루어지기 때문에, 가시광선과 적외선을 제외한 자외선이 본 발명의 자외선차단제에 의해 반사 및 차단이 이루어질 수 있게 되는 것이다.
자외선에 대한 반사 및 차단을 통해 인조잔디 원사의 내구성을 높이기 위하여 자외선차단제는 고분자매트릭스 100중량부에 대하여 1~5중량부 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 이는 1중량부 미만이면 투과 깊이가 작은 자외선이라도 인조잔디 원사가 자외선에 대한 차단특성을 가지기 힘들어지고, 5중량부를 초과하면 오히려 차열 입자와 방열 입자의 고유기능을 방해할 가능성이 있기 때문이다.
방염제는 인조잔디 파일이 외부의 어떠한 원인에 의해 화원(火源)에 접촉되어연소가 이루어지더라도 이의 확산을 방지하기 위해 자기소화력을 갖게 한다.
즉 인조잔디 파일에 연소 발생 시, 방염제는 열에 의해 분해되며 매우 강한 탈수성을 나타내면서 인조잔디 원사 표면에 균일한 탄질층으로 형성됨에 따라 산소로부터 격리되고 연기 억제 작용을 하기 때문에 우수한 방염 작용을 하게 된다.
특히 차열 입자와 방열 입자를 동시에 사용하면 방염제를 사용할 필요는 없으나, 경우에 따라 고분자매트릭스 100중량부에 대하여 0.1~3중량부 포함될 수 있다. 방염제가 고분자매트릭스 100중량부에 대해 0.1중량부 미만으로 첨가되면 인조잔디 파일이 자기소화력을 가지기에는 다소 미미한 양이고, 3중량부를 초과하여 첨가되면 오히려 부반응을 야기하여 인조잔디 파일의 물성이 좋지 못한 단점이 생길 수 있다. 이에 따라 방염제는 고분자매트릭스 100중량부에 대하여 0.1~3중량부 범위에서 적절하게 조절하여 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 방염제는 질소인산계, 인산에스테르계, 인산염계 및 폴리인산염계 중 어느 하나 이상을 선택적으로 사용할 수 있다.
한 예로, 질산인산계로는 9,10-디하디드로-9-옥사-포스파페난트렌-10-옥사이드(9,10-Dihydro-9-oxaphosphaphenanthrene-10-oxide) 또는 10-벤질-9,10-다이하디드로-9-옥사-포스파페난트렌-10-옥사이드(10-Benzyl-9,10-dihydro-9-oxa-phosphaphenanthrene-10-oxide)가 사용될 수 있다. 다른 예로, 인산에스테르계로는 BDP(Bisphenol-A bis(diphenyl phosphate)), RDP(Tetraphenyl resorcinol bis(diphenyl phosphate)) 및 TTP(triphenyl phos- phate) 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
다만, 상술한 종류에 한정되는 것만은 아니며 인조잔디 원사에 내연성과 내후성을 부여할 수 있는 방염제라면 다양하게 사용 가능하다.
다른 양태로, 본 발명은 인조잔디 구조체에 관한 것으로, 기포지(100)와, 기포지(100)에 터프팅(tufting)하여 형성되되, 인조잔디 원사로 이루어지는 인조잔디 파일(200)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 인조잔디 구조체의 제1단면도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 실제 사진을 나타낸 것으로, 이러한 도 1 및 도 2를 참조하면, 베이스층(S) 상부에 설치될 수 있는 기포지(100)와, 기포지(100)에 인조잔디 원사가 터프팅되어 형성되는 인조잔디 파일(200)을 확인할 수 있다. 단, '인조잔디 원사'는 인조잔디 구조체가 만들어지기 전의 상태를 의미하고, '인조잔디 파일'은 인조잔디 원사가 기포지에 터프팅된 후의 상태를 의미한다.
여기서 기포지(100)는 인조잔디 원사를 심기 위한 지지체로써, 인조잔디 원사를 터프팅으로 식모하여 인조잔디 파일(200) 형태를 갖도록 해준다. 기포지(100)로는 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에스테르(polyester, PS) 및 부직포(nonwoven fabrics) 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있는데, 형태의 안정성을 위하여 폴리프로필렌 부직포를 사용하는 것이 바람직하다.
경우에 따라 기포지(100)의 하부에는 라텍스, 폴리우레탄 및 에틸렌비닐아세테이트 중 어느 하나 이상으로 이루어진 백코팅층(300)이 구비될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 인조잔디 구조체의 제2단면도이다. 도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2에 나타낸 인조잔디 구조체에 규사충진층(400)과 탄성충진층(500)이 추가적으로 더 형성될 수 있음을 알 수 있다.
즉 도 3의 경우에는 베이스층(S)에 인조잔디 원사가 터프팅된 기포지(100)에 터프팅된 인조잔디 구조체를 설치하고, 그 상부에 규사충진층(400)과 탄성충진층(500)을 차례대로 포설하고 브러싱작업을 통해 적층 형성된 모습을 나타낸 것이다.
참고로, 탄성충진층(500)을 이루는 다수 고무칩의 입자 크기는 1.40~3.35mm로 이루어질 수 있다. 고무칩의 입자 크기가 1.40mm 미만이면 그 크기가 너무 작아 인조잔디 원사가 터프팅된 기포지(100) 상부에 규사충진층(400)이 포설되어 있어서 이러한 규사충진층(400)에 내포되어 충격흡수력을 발휘하기가 어려워질 수 있다. 반면 고무칩의 입자 크기가 3.35mm를 초과하면 탄성을 충분히 부여하여 사용자의 안전에는 좋을지는 모르나, 입자 크기가 너무 크면 볼바운딩, 볼구름성 및 회전저항 등과 같은 운동경기력이 정상적이지 못해 어려움이 따르며, 고무칩의 불특정한 표면 거칠기로 인해 피부찰과상을 초래할 수 있다.
이러한 고무칩은 스티렌 부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 열가소성 엘라스토머(thermo plastic elastomer), 스티렌 부타디엔 스티렌(styrene-butadiene-styrene copolymer, SBS), 스티렌 폴리에틸렌 폴리부티렌스티렌(styrene-ethylene-butylene-styrene, SEBS), 열가소성 폴리우레탄 탄성체 (TPU), 가교형 열가소성 엘라스토머(thermoplastic vulcanizates, TPV) 및 이피디엠 고무(ethylene propylene diene monomer, EPDM) 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
특히 도 3을 살펴보면, 태양광 노출 시 차열 입자를 통해 열이 반사됨과 동시에 방열 입자를 통해 열이 방출되는 현상을 예시적으로 나타냄을 알 수 있다. 도 3의 A 부분을 살펴보면, 태양광에 의한 태양복사열이 인조잔디 파일(200)에 침투되지 않고 반사되어 차단이 이루어지며, 도 3의 B 부분을 살펴보면, 태양광이 복사열 형태로 인조잔디 파일(200)에 일부 유입되더라도 인조잔디 파일(200)에 국부적으로 축적된 열이 방열 입자에 의해 대기로 방출이 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
고분자매트릭스인 폴리에틸렌 100중량부에, 차열 입자인 황화카드뮴(CdS)과 방열 입자인 산화아연(ZnO)이 포함된 마스터배치 8중량부, 자외선차단제 2.5중량부 및 방염제 0.5중량부를 혼합한 후 압출기를 통해 방사하고 수조에서 냉각작용과 권취과정을 통해 인조잔디 원사를 제조하였다. 이렇게 제조한 인조잔디 원사를 제직기계를 통해 기포지에 인조잔디 파일 형태로 입모하여 인조잔디 구조체를 완성하였다.
<실시예 2>
고분자매트릭스인 폴리에틸렌 100중량부에, 차열 입자인 산화알루미늄(Al2O3)과 방열 입자인 질화붕소(BN)가 포함된 마스터배치 9중량부, 자외선차단제 2.5중량부 및 방염제 0.5중량부를 혼합한 후 압출기를 통해 방사하고 수조에서 냉각작용과 권취과정을 통해 인조잔디 원사를 제조하였다. 이렇게 제조한 인조잔디 원사를 제직기계를 통해 기포지에 인조잔디 파일 형태로 입모하여 인조잔디 구조체를 완성하였다.
<비교예 1>
고분자매트릭스인 폴리에틸렌 100중량부에, 방열 입자인 산화아연(ZnO)만이 포함된 마스터배치 7중량부, 자외선차단제 2.5중량부, 방염제 0.5중량부를 혼합한 후 압출기를 통해 방사하고 수조에서 냉각작용과 권취과정을 통해 인조잔디 원사를 제조하였다. 이렇게 제조한 인조잔디 원사를 제직기계를 통해 기포지에 인조잔디 파일 형태로 입모하여 인조잔디 구조체를 완성하였다.
<실험예 1> 표면온도 측정 실험
항온, 항습이 유지되는 실험실에서 오븐 내부에 적외선 광원과 30㎝ 떨어진 실시예 1, 2 및 비교예 1 각각의 인조잔디 원사에 적외선 광원을 10분 동안 가하여 온도 상승과 하강의 현상을 확인하였으며, 1~10분 동안의 평균온도를 비교하였다. 각 인조잔디 원사의 온도 측정은 K센서를 이용한 데이터 수집기를 사용하여 측정하였으며, 이에 따른 결과는 아래의 표 1과 같다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1
인조잔디 원사
표면온도
(℃)		 56 57 63
표 1을 참조하면, 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 인조잔디 원사의 표면온도를 측정해본 결과, 비교예 1과 달리 실시예 1의 인조잔디 원사에서 온도저감 효과가 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
차열 입자와 방열 입자가 모두 함유된 인조잔디 원사는 반사율 및 방열성능이 향상되어 인조잔디 파일의 표면온도를 낮추는 성능이 발휘되고, 이를 통해 내후성 및 내마모성의 향상으로 더운 여름철에도 인조잔디 위에서 운동활동을 안전하게 할 수 있어 마찰에 의한 화상을 방지할 수 있을 뿐더러 온도 상승이 방지되어 운동하면서 발생되는 땀의 배출량이 적어지기 때문에 신체 피로감을 저하시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.
<실험예 2> 열전도율 측정 실험
실험예 1에서 온도저감 효과가 가장 높은 실시예 1에 따른 인조잔디 구조체를 구성하는 인조잔디 원사를 열전도율 측정방법으로 열전도율을 측정해 보았으며, 그 결과는 아래의 표 2와 같다.
구분 수직방향 열전도율(W/mK) 수평방향 열전도율(W/mK) 적외선 차단율(%)
실시예 1 1 13 80
표 2에서와 같이, 실시예 1에 따른 인조잔디 원사의 수직방향 열전도율과 수평방향 열전도율을 각각 측정한 결과, 열전도율이 수직방향 1W/mK, 수평방향 13W/mK으로써, 수직방향 열전도율에 비하여 수평방향 열전도율이 상대적으로 높게 나타남을 확인할 수 있다. 단, 수평방향은 인조잔디 원사의 표면과 평행한 방향을 의미하고, 수직방향은 상술한 수평방향에 수직한 방향을 의미한다.
수직방향 열전도율보다 수평방향 열전도율이 더 높은 값을 가지는 것은 수직방향에 비하여 수평방향으로 열을 빠르게 확산시키는 것을 의미하는데, 즉 인조잔디 파일의 수직방향 열전도율과 수평방향 열전도율이 각각 1W/mK와 13W/mK 값을 만족함으로써, 인조잔디 파일에 국부적으로 발생된 열을 빠른 시간 안에 균일하게 분산시킬 수 있음에 따라 열이 외부의 대기로 방출됨을 알 수 있다.
이처럼 인조잔디 파일이 수직방향 열전도율보다 더 큰 수평방향 열전도율을 가짐으로써 인조잔디 파일이 전체적으로 열전도성을 확보할 수 있게 되고, 인조잔디 파일 내의 국부적인 고온영역에 대해 방열을 통하여 내후성 및 내구성을 유지할 수 있게 된다. 이에 따라 본 발명의 인조잔디 파일은 수직방향 열전도율 대비 수평방향 열전도율을 향상시킴으로써 인조잔디 파일의 전체적인 방열성능을 향상시키고, 복사열을 차단하는 성능 발휘가 가능하게 되는 것이다.
상술한 바에 따르면, 본 발명은 고분자매트릭스 100중량부에 대하여 바인더수지, 차열 입자 및 방열 입자를 포함하는 마스터배치 5~25중량부와, 자외선차단제 1~5중량부를 혼합한 후 압출하여 형성되는 인조잔디 원사를 기포지에 터프팅하여 베이스층에 설치하게 되면, 태양광에 의해 인조잔디 파일로 전달되는 열을 차단함과 동시에, 인조잔디 파일의 표면온도가 주변의 대기온도 범위보다 높을 때 내부에 축적된 열을 배출하여 인조잔디 파일의 표면온도를 대기온도 범위와 동일하게 일치시켜 인조잔디 원사의 표면온도를 줄이는데 특징이 있음을 알 수 있다.
이러한 특징에 의해 사용자가 인조잔디 파일의 표층 위에서 활동 시 마찰에 의한 화상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 인조잔디 파일의 고온현상으로 발생할 수 있는 운동피로감을 방지하여 안전한 사용이 가능하며, 인조잔디 자체의 내후성을 발휘하여 내구성을 높이는데 큰 의미가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다.
본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S: 베이스층
100: 기포지
200: 인조잔디 파일
300: 백코팅층
400: 규사충진층
500: 탄성충진층

Claims (5)

  1. 기포지; 및
    상기 기포지에 터프팅(tufting)하여 형성되되, 인조잔디 원사로 이루어지는 인조잔디 파일층;을 포함하되,
    상기 인조잔디 원사는, 고분자매트릭스 100중량부와, 상기 고분자매트릭스 100중량부에 대하여 바인더수지, 차열 입자 및 방열 입자를 포함하는 마스터배치 5~25중량부, 자외선차단제 1~5중량부를 혼합한 후 압출하여 형성되고,
    상기 차열 입자는, 황화카드뮴(CdS), 탄산마그네슘(Mg2(OH)2CO3), 산화알루미늄(Al2O3), 황화구리(CuS), 탄산암모늄((NH4)2CO3), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 산화세륨(CeO), 질산암모늄(H4N2O3), 탄화규소(SiC), 인화갈륨(GaP), 티탄산스트론튬(SrTiO3), 산화주석(SnO2), 탄산칼슘(CaCO3), 돌로마이트(CaMg(CO3)2) 및 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나 이상이고,
    상기 방열 입자는, 세라믹소재 또는 탄소소재이되,
    상기 세라믹소재는, 이산화티타늄, 이산화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화아연, 산화세리움, 티탄산바륨, 산화베릴륨 및 산화망간 중 어느 하나 이상이고,
    상기 탄소소재는, 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌 및 카본블랙 중 어느 하나 이상이며,
    태양광 노출 시, 상기 차열 입자를 통해 열이 반사됨과 동시에 상기 방열 입자를 통해 열이 방출됨으로써, 상기 인조잔디 원사의 표면과 평행한 수평방향의 열전도율이 13W/mK이 되고, 상기 수평방향에 수직한 수직방향의 열전도율이 1W/mK가 되어,
    상기 수평방향의 열전도율이 상기 수직방향의 열전도율보다 상대적으로 높아 열이 상기 수평방향으로 확산 및 분산되면서 대기로 방출되어 상기 인조잔디 원사의 표면온도가 낮아지는 것을 특징으로 하는,
    온도저감을 위한 인조잔디 원사를 이용한 인조잔디 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스터배치는, 상기 바인더수지 100중량부와, 상기 바인더수지 100중량부에 대하여 상기 차열 입자 50~70중량부, 상기 방열 입자 50~70중량부 및 색상안료 5~20중량부를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는,
    온도저감을 위한 인조잔디 원사를 이용한 인조잔디 구조체.
  3. 삭제
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