KR102201152B1 - 신율 및 비중 특성이 개선된 친환경 탄성 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents

신율 및 비중 특성이 개선된 친환경 탄성 시트 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄성 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 체육시설용 탄성 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 열가소성 탄성체와 올레핀계 열가소성 수지와 오일과 및 커피 찌꺼기를 포함하는 탄성 바닥재용 고무 롤 시트를 제공한다. .
본 발명에 의해서 신율 특성이 우수한 새로운 탄성 바닥재용 조성물 및 이를 이용한 롤시트가 제공되었다. 또한, 본 발명에 따른 조성물 및 롤시트는 가볍고, 환경 친화적이면서도 신율 특성및 인장강도가 우수하여 경기장 및 트랙용으로 적합하다.

Description

신율 및 비중 특성이 개선된 친환경 탄성 시트 및 그 제조 방법{Eco-friendly elastic sheet with improved elongation and specific gravity characteristics and method for manufacturing the same}
본 발명은 탄성 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 체육시설용 탄성 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
산업 표준 심의회에서 개정한 실외 체육 시설-탄성 포장재 규격(KS F 3888-2)에서는 공공 체육시설, 등산로, 산책로, 공원, 학교 등의 체육 시설에 사용되는 생활 체육용 탄성 포장재의 규격을 규정한다. 생활 체육용 탄성 포장재의 종류는 시트형 탄성 포장재, 포설형 탄성 포장재, 포설위 우레탄 수지 탄성 포장재, 시트 위 우레탄 수지 탄성 포장재, 우레탄 수지 탄성 포장재 등으로 구분된다.
또한, 시트형 탄성 포장재는 두께 5 mm 이상의 두께를 가지는 고무 분말 시트와 10 mm 이상의 두께를 가지는 고무 성분 수지를 혼련하여 제조된 고무 롤 시트로 구분된다.(KS F 3888-2 : 2016를 참조하라). 고무 분말 시트는 폴리우레탄과 같은 칩형태의 고무를 바인더와 함께 판형 금형에 넣고 찍어서 제조하는 제품이며, 고무 롤 시트는 고무 성분의 수지를 필러와 함께 혼련한 후, 압출기를 이용해서 시트 형태로 압출한 제품이다.
이러한 탄성 포장재는 기본적으로 탄성은 좋지만, 강도 저하가 동반되어, 트랙이나 경기장과 같이 탄성과 함께 강성이 요구되는 영역에서는 사용하기 어렵다는 문제가 있다.
이를 해결하기 위한 방안으로, 포설형의 경우에는 고무칩에 중탄과 같이 강성을 높일 수 있는 무기 충진재를 도입하는 방안이 사용된다. 일 예로, 주식회사 푸른뜰에 허여된 대한민국 특허 제1009479호에서는 중탄을 포함하는 폴리우레탄칩을 바인더와 함께 포설하는 방식을 사용한다.
고무 롤 시트 경우에는, 물성 향상을 위해서 탄성층 위에 기능성층을 적층하는 방식과 탄성층의 성능을 개선하는 방식이 사용된다. 기능성 층을 적층하는 일 예로, (주)대종에게 허여된 대한민국 특허 제10-1684468호에서는 탄성층 위에 물성 향상을 위해서 폴리우레아층을 코팅하는 방식이 개시된다. 탄성층 성능을 개선하는 일예로, (주)플러버에 허여된 대한민국 특허 제1898716호에서는 합성고무 또는 천연고무, 숯, 황토, 규조토 및 소취제를 포함하는 하부시트와, 합성고무 또는 천연고무, 숯, 황토, 소취제 및 PVC 수지를 포함하는 상부시트를 프레스를 이용하여 서로 가황하는 방식을 개시한다. 육상트랙, 농구장, 배구장, 테니스장 등 탄성이 필요한 스포츠 시설의 바닥재용으로 사용되며, 하부 시트에는 폴리에스테르, 규산나트륨, 규산칼슘, 몰리브덴 디설파이드, 실란 커플링제 등의 추가로 첨가된다.
무기물을 도입하는 방식은 탄성칩과 바인더를 혼합해서 단순 포설하는 포설형에서는, 탄성칩에 무기물을 도입하더라도 포설 과정에 문제가 없기 때문에 유용하다. 하지만, T-다이를 통해서 압출되는 용융물이 롤러 사이로 안내된 후 연속적으로 인출되는 롤시트에서는, 무기물을 도입할 경우 신율이 저하되면서 T-다이를 통해서 압출되는 용융물이 끊어지거나, 압출 후 신율 특성이 저하되는 문제가 발생하며, 무기물은 비중이 높아서 시트의 무게를 증가를 초래한다. 또한, 이러한 시트들은 고분자 및 무기물로만 제조되어 환경 친화성이 부족하다는 단점이 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 신율 특성이 우수하고 환경 친화적인 고무 롤 시트를 제공하는 것이다. .
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 신율 특성이 우수하고 환경 친화적인 고무 롤 시트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
용어
'커피 찌꺼기'는 커피 원두에서 커피를 추출하는 공정에서 발생하는 분말을 의미한다.
발명의 내용
본 발명은 열가소성 탄성체와 올레핀계 열가소성 수지와 오일과 무기물 충진재와 커피 찌꺼기를 포함하는 탄성 바닥재용 고무 롤 시트를 제공한다.
본 발명은 일 측면에서,
열가소성 탄성체와 올레핀계 열가소성 수지와 오일과 커피 찌꺼기를 포함하는 탄성 바닥재용 고무 롤 시트를 제공한다.
본 발명은 일 측면에서,
열가소성 탄성체 10~50 중량%과 올레핀계 열가소성 수지 10~50 중량%와, 오일 10~50중량%과 커피찌꺼기 5~35 중량%와 무기물 충진재 0~25 중량%로 이루어진 탄성 바닥재용 고무 롤 시트 제조용 조성물을 제공한다.
본 발명은 다른 일 측면에서,
열가소성 탄성체 10~50 중량%과 올레핀계 열가소성 수지 10~50 중량%와, 오일 10~50중량%과 커피찌꺼기 5~35 중량%와 무기물 충진재 0~25 중량%로 이루어진 조성물을 시트 압출기로 연속 압출하는 것을 특징으로 탄성 바닥재용 고무 롤 시트 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또 다른 일 측면에서,
열가소성 탄성체 10~50 중량%과 올레핀계 열가소성 수지 10~50 중량%와, 오일 10~50중량%과 커피찌꺼기 5~35 중량%와 무기물 충진재 0~25 중량%로 이루어진 하부층을 가지는 탄성 바닥용 고무롤 시트 제조를 제공한다.
본 발명은 또 다른 일 측면에서,
열가소성 탄성체와 올레핀계 열가소성 수지와 오일과, 무기물 충진재와, 및 커피찌꺼기를 포함하고, 0.9~1.1 비중을 가지는 탄성 바닥재용 고무 롤 시트를 제공한다.
본 발명은 또 다른 일 측면에서,
열가소성 탄성체 10~50 중량%과 올레핀계 열가소성 수지 10~50 중량%와, 오일 10~50중량%과 커피찌꺼기 5~35 중량%와 무기물 충진재 0~25 중량%로 이루어진 하부 조성물과,
열가소성 탄성체 10~50 중량%, 열가소성 올레핀계 수지 10~50 중량%, 오일 10~50 중량%와 무기물 충진재 10~30 중량%로 이루어지며, 1~5 중량%의 칼라제를 포함하는 하부조성물로 이루어진 탄성 바닥용 공압출 고무롤 시트를 제공한다.
이론적으로 한정된 것은 아니지만, 유기물인 다공성의 커피 찌꺼기가 오일을 흡수한 후 열가소성 탄성체와 열가소성 수지 및 오일 사이의 상용성을 높임으로서, 인장 및 신율의 향상을 나타내게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 열가소성 탄성체는 열가소성 수지와 적어도 일부가 동적 가류되어 열가소성 수지에 분산된 고무 성분으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 열가소성 탄성체를 이루는 고무성분은 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무, 천연 고무, 부틸 고무, 또는 p-알킬스티렌 고무일 수 있으며, 상기 열가소성 탄성체를 이루는 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 열가소성 탄성체는 폴리올레핀과 이피디엠 고무를 블렌딩하여 펠렛화한 후, 상기 펠렛을 페놀수지로 동적 가류하여 제조할 수 있다. 동적 가류시에는 가교활성화제, 가교조제, 가공오일, 산화방지제와 같은 통상의 첨가제를 혼합하여 가류시킬 수 있다. 이의 제조 방법은 대한민국 특허 제0738282호의 제조 방법 중, 이피디엠 고무와 폴리올레핀계 수지를 페놀수지로 동적 가류시켜 열가소성 엘라스토머를 제조하는 단계를 참조할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시에 있어서, 상기 열가소성 탄성체는 상업적으로 구입해서 사용할 수 있으며, 금호폴리켐, 엘지화학, 롯데 케미칼과 같은 업체에서 구입해서 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 열가소성 탄성체는 1~50 중량%의 범위에서 사용할 수 있으며, 바람직하게는 15~40 중량%, 보다 바람직하게는 15~30 중량%의 범위에서 사용할 수 있다. 상기 열가소성 탄성체의 함량이 상기 범위보다 많을 경우, 강성이 낮아지고 가격적으로 비싸지는 문제가 있으며, 상기 열가소성 탄성체의 함량이 상기 범위보다 적으로 경우, 시트의 탄성이 저하된다.
본 발명에 있어서, 상기 열가소성 폴리올레핀은 탄성 롤 시트에 주로 내후성 및 내열성을 부여하고, 시트 형태로 성형시 성형성을 부여하는 보조 성분으로서, 공지된 폴리올레핀 수지들을 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상업적 가격 및 입수 용이성을 고려할 때 폴레에틸렌 또는 폴리프로필렌일 수 있으며, 보다 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌일 수 있다. 상기 저밀도 폴리에틸렌은 0.92~0.94 범위의 밀도를 가지며, 용융지수가 ASTM D1238(g/10 min) 기준으로 1~6 정도의 흐름성을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 열가소성 올레핀계 수지는 10~50 중량%의 범위에서 사용할 수 있으며, 바람직하게는 15~40 중량%, 보다 바람직하게는 15~30 중량%의 범위에서 사용할 수 있다. 상기 열가소성 올레핀계 수지의 함량이 상기 범위보다 많을 경우, 시트의 고무 탄성이 저하되고 충격 강도가 저하되며, 상기 열가소성 올레핀계 수지의 함량이 상기 범위보다 적을 경우, 시트의 강성이 저하된다.
본 발명에 있어서, 상기 오일은 시트 압출시 가공 조제로 사용되며, 가공 후에는 시트의 고무 탄성을 보존하기 위해서 사용된다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 오일은 프로세스 오일 또는 파라핀 오일일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 오일은 10~60 중량%의 범위에서 사용할 수 있으며, 바람직하게는 15~55 중량%, 보다 바람직하게는 20~50 중량%의 범위에서 사용할 수 있다. 상기 오일의 함량이 상기 범위보다 많을 경우, 시트의 탄성 및 강성이 저하될 수 있으며, 상기 오일의 함량이 상기 범위보다 적을 경우, 시트의 형태로의 압출이 어렵게 된다.
본 발명에 있어서, 커피찌꺼기는 오일과의 비혼합성을 방지하고, 압출 과정에서 수증기 발생으로 인한 압출 불량을 방지할 수 있도록 건조된 마이크론 분말을 사용하는 바람직하다. 상기 마이크론 분말은 직경이 1~1000 마이크론 분말의 비중이 50 중량%, 보다 바람직하게는 60 중량%, 보다 더 바람직하게는 70 중량%, 가장 바람직하게는 80 중량% 이상 포한된 분말이다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 커피 찌꺼기는 혼화성 및 분산성을 높이기 위해서 마이크론 입자를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 500 마이크론 이하의 입자, 보다 바람직하게는 200 마이크론 이하의 입자를 사용할 수 있다. 커피 찌꺼기의 입자가 클 경우에는 추가 분쇄과정을 거쳐서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 커피 찌꺼기는 동서식품과 같은 식품 업자들로부터 상업적으로 구입해서 사용할 수 있으며, 커피숍에서 배출되는 원두커피를 수거해서 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 커피찌꺼기는 시트에서 5~35 중량%의 범위로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 10~30 중량%의 범위로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 커피찌꺼기의 함량이 상기 범위보다 낮으면 상용성 증가의 효과가 발현되기 어려워 시트의 인장 및 신율 특성이 저하될 수 있으며, 상기 커피찌꺼기의 함량이 상기 범위보다 높을 경우에는 시트의 탄성 저하와 경질화가 발생하여 압출 특성이 저하될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 충진재는 시트에서 25 중량% 이하의 범위로 사용되거나 사용되지 않을 수 있으며, 바람직하게는 5~20 중량%의 범위로 사용될 수 있다. 상기 충진재의 함량이 상기 범위보다 높으면 커피찌꺼기의 사용으로 인한 신율 향상특성이 감소될 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 충진재는 탄성 시트의 강성을 보강하여 실외 체육 시설-탄성 포장재 규격 물성을 충족하기 위해 사용되는 무기 충진재일 수 있으며, 중탄, 탈크와 같은 충진재를 사용할 수 있다. 상기 중탄은 탄성 롤 시트의 강도를 증가키는 보강제로 작용하며, 다른 성분과의 상용성, 가공성, 및 성형성 등을 고려할 때 입도가 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 10 ㎛ 정도를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고무롤 시트는 칼라제와 함께 혼합하여 단층으로 압출되는 것도 가능하며, 추가적인 기능과 색상을 가지는 다른 커버층을 가질 수 있다.
상기 커버층은 커피찌꺼기를 포함하는 고무롤 시트의 압출 후 표면에 별도로 코팅 또는 도색될 수 있지만, 바람직하게는 하부층과 상부층의 상용성 저하로 박리되는 것을 방지할 수 있도록 동종의 시트를 공압출하여 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 공압출의 경우에는 별도의 코팅이나 도색 또는 결합 과정없이 커버할 수 있도록, 본 발명에 따른 조성물을 메인 압출기에 투입하고, 커피찌꺼기를 제외한 열가소성 탄성체와 올레핀계 열가소성 수지와 오일과 충진재와 칼라제로 이루어진 조성물을 보조 압출기에 투입하여, 공압출하는 것이 바람직하다. 공압출시 커버층은 전체 두께에서 30%이하, 바람직하게는 20%이하, 보다 바람직하게는 10% 이하의 두께를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고무 롤 시트는 조성물을 전단에 T-다이가 부착된 압출기로 후 및 롤러 사이를 통과하면서 70 cm 이상의 폭과 10 mm 이상의 두께로 성형된 후, 냉각되어 롤 형태로 감길 수 있으며, 상기 롤은 30 m 이상, 일 예로 50 m 이상, 100 m 이상일 수 있다.
본 발명의 고무 롤 시트를 풀어서 현장에서 적절한 길이로 절단하고, 기층에 설치하여, 탄성 바닥면을 형성할 수 있으며, 상기 탄성 바닥면에는 접착제를 이용해서 부착할 수 있다.
본 발명에 의해서 신율 특성이 우수한 새로운 탄성 바닥재용 조성물과 이를 이용한 고무 롤시트가 제공되었다.
본 발명에 따른 조성물을 사용하는 롤시트는 가볍고, 환경 친화적이면서도 신율 특성및 인장강도가 우수하여 경기장 및 트랙용으로 적합하다.
또한, 본 발명에 따른 고무 롤시트를 이용할 경우, 대량으로 커피찌꺼기의 재활용이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 탄성 바닥재용 고무 롤 시트의 단면을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄성 바닥재용 고무 롤 시트의 단면을 보여주는 사진이다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 본 발명을 예시하기 위한 것임을 유의해야 한다.
실시예 1.
열가소성 탄성체
열가소성 탄성체는 금호석유화학의 특허 제7038282의 실시예를 따랐다. 이피디엠 고무 176(오일 75 phr함유)와, 블록폴리프로필렘 40과, 가공 오일 75와, 충진제(클레이) 40와, 산화아연 3과, 스테니어스클로라이드 1과, 스테아릴엑시드 1과, 산화방지제 0.5를 혼합하여 1차 혼합원료를 만들고, 이를 브라벤더 믹서에 넣고 온도를 180℃에서 200℃로 조절하면서 3분간 블렌딩하여 펠렛을 만들었다.
제조된 펠렛을 이피디엠 고무 100 phr을 기준으로 2차 가공오일 15와, 가교제(페놀수지) 5를 이축 압출기 내에서 동적 가류반응을 진행하면서, 펠렛 제품을 제조하였다. 이 때, 2차 가공 오일은 이축 압출기의 사이에 첨가되고 오일이 조성물과 완전히 혼합될 때까지 블렌딩하여 펠렛 형태로 다시 압출하여 제조하였다.
상기 이피디엠 고무는 오일이 75 phr 함유되어 있는 제품이며 비중이 0.87 g/cm3이고 에틸리덴 노보넨이 45 중량부, 에틸렌이 71 중량부로 구성되어 있고 무늬점도(Mooney Viscosity)가 ML1+8(120℃)에서 62(금호폴리켐㈜ KEP-980)인 것을 사용하였다. 폴리프로필렌 수지는 블록폴리프로필렌(삼성아토피나㈜ BJ-100)을 사용하였으며, 중점도 폴리프로필렌 수지는 Mi=25이며, 저점도 폴리프로필렌 수지는 Mi=60인 제품을 기준으로 사용하였다. 페놀수지는 할로겐화 된 페놀수지 및 할로겐화 되지 않은 페놀수지가 가능하나 본 발명에서는 비할로겐화된 페놀수지(제품명:SP-1045)와 가교 활성화제로 금속할로겐화물(스테니어스클로라이드)를 사용하였다.
시트 압출용 조성물
상기 열가소성 탄성체, 선형 저밀도 폴리에틸렌(한화토탈 422F)와 프로세스 오일과 건조된 커피 찌꺼기(평균 입경 50㎛)와 무기물 충진재인 중탄을 하기 표 1의 함량에 따라 수퍼 믹서기를 이용하여 혼합하여 시트 조성물을 제조하였다.
시트 제조
상기 시트 조성물을 70 파이 메인 압출기에 넣고, T-다이를 통해서 압출한 후, 롤러를 이용해서 인출하여 100 m의 길이를 가지는 롤 형태로 제조하였다. 전체 두께는 10mm로 하였으며, 폭은 80cm가 되도록 제조하였다.
물성 측정
상기 시트 조성물을 이용하여 물성 측정용 시편을 사출하고, 이를 이용해서 물성을 측정하였다. 조성과 결과를 표 1 및 표 2에 개시하였다.
실시예 1~4 내지 비교실시예 1~2
구분 실시예 1 실시예2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
열가소성
탄성체		 25 25 25 25 25 25
LLDPE 10 10 10 10 10 10
프로세스
오일		 35 25 35 35 35 25
커피찌꺼기 20 35 10 30 - 40
중탄 10 5 20 - 30 -
계 100 100 100 100 100 100
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
충격*1 30 38 28 35 30 25
인장*2 1.7 1.65 1.65 0.9 0.9 0.9
신율*3 250 245 240 230 160 150
경도*4 43 42 44 36 40 36
비중*6 1.04 1.03 1.04 1.03 1.04 1.02
1) 충격강도 KS F-3888-2에 사용되는 시험기를 이용해서 진행
2) 인장강도 KS F 3888-2: 2018: MPa
3) 신율 KS F 3888-2: 2018: %
4) 경도 : KS F 3888-2: 2018: 경도시험기 듀로미터 A형
5) 비중: KS F 3888-2: 2018; 증류수 온도 20 ℃, 시험 방법: 수중에 매다는 방법
실시예 5-다층 시트 제조
상기 실시예 1에 따른 조성물을 하층 조성물로 제조하였다. 열가소성 탄성체 25 중량부와, 선형 저밀도 폴리에틸렌 10 중량부(한화토탈 422F)와 프로세스 오일 35 중량부와 중탄 29 중량부와 청색칼라제 1중량부를 수퍼 믹서기를 이용하여 혼합하여 상부 시트 조성물을 제조하였다.
70 파이 메인 압출기에 실시예 1에 따른 하층 조성물을 투입하고, 30 파이 보조 압출기에 상부 시트 조성물을 투입하여, 전단에 부착된 T-다이를 통해서 다층 압출하고, 압출물을 롤러를 이용해서 탄성 롤 시트로 압출하였다.
시트는 도 1에서와 같이, 상부층(10)은 두께의 5%로 청색 칼라를 가지며, 하부층(20)은 두께의 95%로 커피찌꺼기를 포함하는 2층 시트로 이루어지며, 100 m의 길이를 가지는 롤 형태로 제조하였다. 전체 두께는 10mm로 하였으며, 폭은 80cm가 되도록 제조하였다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 열가소성 탄성체 10~50 중량%와, 올레핀계 열가소성 수지 10~50 중량%, 오일 10~50 중량%와 커피찌꺼기 5~35 중량%와 무기물 충진재 5~25 중량%로 이루어진 하부 조성물로 이루어지며, 비중이 0.9~1.1이며, 커피찌꺼기는 마이크론입자인 하부 고무롤시트와, 및
    열가소성 탄성체 10~50 중량%와, 올레핀계 열가소성 수지 10~50 중량%, 오일 10~50 중량%와 무기물 충진재 5~25 중량%와 칼라제 1~5 중량%로 이루어진 상부 조성물로 이루어진 상부 커버층으로 이루어진 2층 고무롤 시트이며,
    상기 2층 고무롤 시트는 공압출 시트이며,
    상기 열가소성 탄성체는 이피디엠과 폴리올레핀을 혼합하여 동적가류시킨 것이며, 그리고
    상기 무기물은 중탄인 것을 특징으로 하는 탄성 바닥재용 고무롤 시트.
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