KR102283573B1 - Cnt로 기능성을 보강한 탄성칩 제조 방법과 이에 의해 제조된 탄성칩 - Google Patents

Cnt로 기능성을 보강한 탄성칩 제조 방법과 이에 의해 제조된 탄성칩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 체육시설 탄성바닥재 또는 인조잔디 충진용으로 사용할 수 있는 탄성칩 제조방법과 이에 의해 제조된 탄성칩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CNT(탄소나노튜브)로 기능성을 보강한 체육시설 바닥재용 탄성칩 및 인조잔디 충진재 제조 방법과 이에 의해 제조된 탄성칩에 관한 것이다.
본 발명은 고무 수지 100 중량부; CNT를 포함하는 마스터 배지 1~5 중량부; 탄산 칼슘 10~200 중량부; 및 가황제 0.1~20 중량부를 포함하고, 상기 마스터 배지는 플라즈마로 표면처리한 에틸렌비닐아세테이트, 폴리올레핀 엘라스토머, 또는 이들의 혼합룸에 CNT가 분산된 것을 특징으로 하는 탄성칩 또는 폴리우레탄 수지 100 중량부; 재활용을 위한 CNT 마스터배치가 첨가된 탄성칩 분쇄 잔여물 30~100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성칩을 제공한다.

Description

CNT로 기능성을 보강한 탄성칩 제조 방법과 이에 의해 제조된 탄성칩{Method for manufacturing elastic chip with enhanced functionality with CNT and elastic chip manufactured thereby}
본 발명은 체육시설 탄성바닥재 또는 인조잔디 충진용으로 사용할 수 있는 탄성칩 제조방법과 이에 의해 제조된 탄성칩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CNT(탄소나노튜브)로 기능성을 보강한 체육시설 바닥재용 탄성칩 및 인조잔디 충진재 제조 방법과 이에 의해 제조된 탄성칩에 관한 것이다.
최근 인조잔디구장, 육상트랙, 다목적구장, 테니스장, 축구장, 야구장, 공원바닥재, 산책로, 골프장, 자전거도로, 보행로 등의 바닥재 소재로 여러 종류의 수지 제품들이 널리 사용되고 있다.
먼저 체육시설 바닥재의 경우 대표적으로 사용하는 우레탄 수지는 시공성이 용이하면서도 평탄성, 미장특성 등이 우수하여 널리 사용되기는 하나, 사계절이 존재하는 우리 나라는 일례로 육상트랙의 경우에는 사용 년 수가 경과할수록 마모로 인한 최상부 엠보 탄성고무칩의 탈락 및 탄성 반발력, 충격흡수성 저하, 다목적구장 및 테니스장 등의 경우에는 하부 탄성 고무층의 마모, 균열, 동파 등으로 인해 사용자로 하여금 품질 문제가 지적되고 있다.
또한 일반적으로 체육시설용 인조잔디의 경우 기포지에 식모된 인조잔디 원사와, 식모된 인조잔디 원사 그 사이에 충진 되는 충진재로 구성되는 인조잔디 구조체는 자연 채광이 폐쇄된 곳, 답압이 집중되는 곳, 기후적으로 천연 잔디의 생육이 곤란한 곳 등 유지 관리가 어려운 축구장 등에 널리 시공하고 있다.
특히 인조잔디는 천연잔디에 비해 초기 시공비가 많이 들지만 반영구적으로 사용이 가능하고 유지관리의 편의성, 운동하기에 적합하도록 표면이 고른 점 때문에 선호도가 높아지고 있고, 근래에는 체육시설 구장을 비롯하여 놀이터, 조경용으로 사용하기 위해 빌딩, 학교, 유치원 등에 널리 시공하고 있다.
그러나 인조잔디는 폴리에틸렌 플라스틱 수지 등의 화학물질로 이루어진 것으로서, 인조잔디 위에서 여러가지 활동이 수행되는 경우, 정전기로 인하여 활동자에게 화상을 입히거나, 인조잔디 충진재 및 미세먼지 등이 몸에 달라붙는 등의 문제점이 있었다. 이에 따라, 대전방지제 등을 투입하는 방법도 논의 되었으나, 대전방지 효과는 미미한 반면에, 기능성 첨가제에 의하여 인조잔디의 물성과 내구성이 떨어지는 등 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위한 방안으로, 대한민국 특허 제10-2046629호는 CNT로 인조잔디 구조체의 기능성을 보강하는 방안을 제시한다. 상기 인조 잔디 구조체는 기포층; 상기 기포층 위에 식모된 인조잔디 술로 구성된 인조잔디 파일층; 및 상기 기포층 상부 및 상기 인조잔디술들 사이의 충진층;을 포함하고, 상기 인조잔디 술은 합성수지 및 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 합성수지는 플라즈마 처리되고, 상기 탄소나노튜브(Carbon NanoTube)는 50 내지 400atm의 아임계 또는 초임계 조건에서 표면처리되고, 상기 합성수지 및 탄소나노튜브는 스크류가 장착된 혼합기 내에서 혼합되어 마스터 배치로 제조되고, 상기 스크류에 25~100℃의 열을 가하여 상기 마스터 배치 내 혼합물의 분산성이 높아진다.
하지만, 인조 잔디 구조체의 기능을 개선하기 위해서는 인조 잔디 술 뿐만아니라, 탄성칩의 기능이 개선되어야 한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 종래 요구 되는 기본 물성을 높여 내구성 증대를 통한 제품 기대수명을 늘리고, 대전방지성이 우수함은 물론이거니와 친수성을 높여 화상을 예방함과 동시에 온도저감 효과를 부여한 체육시설 바닥재용 탄성고무칩 및 인조잔디 충진재, 이에 대한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 제조 방법으로 제공된 인조잔디 충진재를 활용하여 기본 물성을 높여 확보한 내구성과 대전방지성, 친수성을 높여 화상을 예방함과 동시에 온도저감 효과를 부여한 인조잔디 구조체를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
고무 수지 100 중량부; CNT를 포함하는 마스터 배지 1~5 중량부; 탄산 칼슘 10~200 중량부; 및 가황제 0.1~20 중량부를 포함하는 탄성칩을 제공한다.
본 발명은 일 측면에서.
고무 수지 100 중량부; CNT를 포함하는 마스터 배지 1~5 중량부; 탄산 칼슘 10~200 중량부; 가황제 1~20 중량부; 및 첨가제 10~50중량부로 이루어진 탄성칩 조성물을 제공한다.
본 발명은 다른 일 측면에 있어서,
EVA(에틸렌비닐아세테이트), POE(폴리올레핀엘라스토머) 또는 이들의 혼합물을 플라즈마로 처리하고, CNT와 배합하여 마스터배지를 제조하는 단계;
고무 수지 100 중량부에 CNT를 포함하는 마스터 배지 1~5 중량부와 탄산 칼슘 10~200 중량부, 가황제 0.1~20 중량부, 및 첨가제 10~50 중량부를 배합하여 가황 판재를 제조하는 단계; 및
가황 판재를 분쇄하는 단계
를 포함하는 탄성칩 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 일 측면에서,
EVA(에틸렌비닐아세테이트), POE(폴리올레핀엘라스토머) 또는 이들의 혼합물을 플라즈마로 처리하고, CNT와 배합하여 마스터배지를 제조하는 단계;
고무 수지 100 중량부에 CNT를 포함하는 마스터 배지 1~5 중량부와 탄산 칼슘 10~200 중량부, 가황제 0.1~20 중량부, 및 첨가제 10~50 중량부를 배합하여 가황 판재를 제조하는 단계;
가황 판재를 분쇄하여 탄성칩을 제조하는 단계;
상기 탄성칩을 선별하여 소입경 탄성칩을 분리하는 단계;
상기 소입경 탄성칩과 폴리우레탄을 혼합하여 폴리우레탄계 판재를 형성하는 단계; 및
상기 폴리우레탄계 판재를 파쇄하는 단계
를 포함하는 CNT로 보강된 폴리우레탄계 탄성칩을 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 일 측면에서,
폴리우레탄 수지 100 중량부; 및
고무 수지 100 중량부; CNT를 포함하는 마스터 배지 1~5 중량부; 탄산 칼슘 10~200 중량부; 및 가황제 0.1~20 중량부를 포함하고 0.1~1.2mm의 직경을 가지는 소입경 탄성칩 30~100 중량부를 포함하는 재활용용 탄성칩을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 탄성칩은 체육시설 탄성바닥재 또는 인조잔디 충진용으로 사용할 수 있는 탄성칩 제조방법과 이에 의해 제조된 탄성고무칩을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 마스터 배지는 EVA, POE 또는 이들의 혼합물에 CNT가 분산된 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 EVA, POE 또는 이들의 혼합물을 플라즈마로 표면 처리된 수지일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 마스터 배지는 CNT를 1~20 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 인조잔디 충진칩은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 첨가제는 고무배합유, 금속 산화물, 연화제, 노화방지제, 가황촉진제, 및 안료를 더 포함할 수 있으며, 상기 첨가제는 고무 수지 100 중량부에 대해서 50 중량부 이하의 범위, 바람직하게는 10~30 중량부의 범위에서 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 탄성칩은 0.1~9.0 mm, 바람직하게는 0.5~7.0 mm의 직경을 가질 수 있다.
본 발명에 의해서 인장강도, 충격흡수성 등 기본 물성을 높여 내구성 증대를 통한 제품 기대 수명을 늘리고, 친수성을 높여 화상을 예방함과 동시에 온도저감 효과를 부여한 새로운 체육시설 바닥재용 탄성고무칩 및 인조잔디 충진재, 해당 조성물이 포함된 인조잔디 구조체가 제공되었다.
본 발명에 따른 상기 탄성고무칩은 특히 CNT를 포함하고 있음에도 불구하고, 분산성이 우수하여 CNT의 응결, 밀집 등으로 인한 물성 저하가 없으며, 개질 처리함에 따라 흑색의 CNT 고유 색상에도 불구하고, 다양한 색상구현에도 전혀 지장이 없으며 최종 조성물 내부와 함께 외부에도 CNT가 노출되어 대전 방지 특성이 우수하다.
본 발명에 따른 인조잔디 충진재를 사용하는 인조 잔디 구장은 탄성칩의 내구성과 충격흡수성, 대전방지 특성이 우수하여 인조잔디 구조체의 수명을 늘려주게 된다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 본 발명을 예시하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 탄성칩은 고무 수지, CNT를 포함하는 마스터 배지, 탄산 칼슘, 가황제, 고무 배합유, 금속산화물, 연화제, 왁스, 노화방지제, 안료 및 가황촉진제로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 합성고무는 이피디엠고무, 폴리부타디엔 고무, 폴리우레탄 또는 천연고무 라텍스를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 탄성과 가격 경쟁력이 우수한 이피디엠과 폴리부타디엔을 단독 또는 혼용해서 사용할 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 고무는 신재 고무 뿐만 아니라 재생되는 재활용 고무나 폐합성고무를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 마스터 배지를 이루는 수지는 플라즈마 처리 후에도 물성이 좋고, 고무와의 상용성이 우수한 에틸렌비닐아세테이트(EVA)와 POE를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 EVA와 POE를 처리하는 플라즈마는 대기압에서 생성할 수 있어, 종래의 진공 플라즈마에 비하여 진공유지와 관련된 제반비용을 절감할 수 있는 저온 플라즈마를 사용할 수 있다.
상기 저온플라즈마는 예를 들어서 넓게 분류하여 코로나방전(corona discharge), 유전체장벽방전(dielectric barrier discharge) 마이크로웨이브방전(microwave discharge) 대기압 글로우방전(atmo spheric glow discharge), 또는 에어플라즈마 방식으로 생성할 수 있으며, 바람직하게는 고전압 전극을 통과한 대기압 에어를 불어줌으로써 중성자를 형성시키고, 전기적 방전을 통해 양극화된 이온 입자들을 형성시키게 되며, 이와 같은 입자들이 수지의 표면과 접촉하여 극성화시키면서, 친수성을 띄게 하는 에어 플라즈마를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 에어 플라즈마를 처리하는 시간은 1초 내지 10분일 수 있으며, 바람직하게는 5초 내지 8분이며, 바람직하게는 계량기와 배합기 사이의 통로에 에어 플라즈마를 설치하여, 계량된 수지가 배합기에 들어가기 전에 에어 플라즈마로 처리할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 탄소나노튜브(Carbon nanotube; 이하 CNT)는 그래파이트(Graphite)면이 나노크기의 직경으로 둥글게 말린 속이 빈 튜브형태이며, 이때 그래파이트 면이 말리는 각도 및 구조에 따라서 전기적 특성이 도체 또는 반도체 등이 된다. 또한, CNT는 그래파이트 벽의 수에 따라서 단일벽 탄소 나노튜브(Single-walled carbon nanotube; SWCNT), 이중벽 탄소 나노튜브(Double-walled carbon nanotube; DWCNT), 얇은벽 탄소 나노튜브(Thin multi-walled carbonnanotube), 다중벽 탄소 나노튜브(Multi-walled carbon nanotube;MWCNT), 다발형 탄소 나노튜브(Roped carbonnanotube)로 구분한다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 평균 외경이 50㎚이하, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상이며, 라만 분광 강도비(IG/ID)가 8 이상이며, 탄소 순도가 90% 이상인 것을 사용할 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 외경은 20nm이하일 수 있으며, 내경은 2 nm 이상일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 표면처리된 탄소 나노 튜브이다. 상기 표면 처리된 탄소나노튜브는 산소, 공기, 오존, 과산화수소수, 니트로화합물 및 이들의 혼합물에서 선택되는 산화제를 사용하여 50 내지 400atm의 아임계 또는 초임계 조건에서 탄소나노튜브를 표면 처리하여 얻어질 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 표면처리에 의해 형성된 산소를 0.1~10중량% 포함할 수 있다. 또한, 상기 표면 처리된 탄소나노튜브는 플라즈마에 의해 표면처리된 탄소나노튜브일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 탄산칼슘은 보강 충진재로 사용되며, 중탄 또는 경탄을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 중탄을 사용할 수 있다. 상기 탄산칼슘은 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가황제는 고무의 가황을 위해서 사용되며, 통상의 가황용 황을 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고무 배합유는 가황 판재의 압출시 가공성 향상을 위해서 사용될 수 있다. 바람직하게는 고무 100 중량부에 대해서 고무 배합유 1~10 중량부를 사용할 수 있다. 고무 배합유는 통상의 프로세스 오일을 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 금속산화물은 가황 특성의 향상을 위해서 사용될 수 있다. 바람직하게는 고무 100 중량부에 대해서 금속 산화물 1~10 중량부를 사용할 수 있다. 상기 금속 산화물은 상기 산화아연을 사용할 수 있으며, 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 연화제는 탄소나노튜브를 코팅하여 응집을 방해하기 위해서 사용될 수 있다. 바람직하게는 고무 100 중량부에 대해서 지방산 1~10 중량부를 사용할 수 있다. 상기 지방산은 부티르산(Butyric acid), 카프로산(Caproic acid), 카프릴산([0062] Caprylic acid), 카프르산(Capric acid), 라우르산(Lauric acid), 미리스트산(Myristic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 리놀레산(Linoleic acid), α-리놀레산(alpha-Linolenic acid), 아라키드산(Arachidic acid), 베헨산(Behenic acid), 에루신산(Erucic acid), 올레산(Oleic acid), 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 바람직하게는 스테아르산일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 왁스는 압출 시 가소제로 사용될 수 있다. 바람직하게는 고무 100 중량부에 대해서 왁스 1~10 중량부를 사용할 수 있다. 상기 왁스는 폴리에틸렌계 왁스를 사용할 수 있으며, 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 노화방지제는 야외에 노출되어 햇빛에 노화되는 것을 방지하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 노화방지제는 고무 100 중량부에 대해서 노화방지제는 1~5 중량부의 범위로 사용할 수 있다. 상기 노화 방지제는 산화 방지제 및/또는 자외선 차단제를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 안료는 탄성칩의 색상 발현을 위해서 사용되며, 바람직하게는 고무 100 중량부에 대해서 안료는 0.1~5 중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가황촉진제는 판재 제조 후 빠른 가황 작용을 위해서 사용될 수 있으며, 알데히드 아민계(Aldehyde Amine), 구아니딘계(Guanidine), 티아졸계(Thiazole), 술펜아미드계(Sulfenamide), 다이티오카바메이트계(Dithiocarbamate), 티우람계(Thiuram), 티오우레아계(Thiourea), 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 바람직하게는 술펜아미드계, 더 바람직하게는 N-tert-부틸-2-벤조티아졸-술펜아미드일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 가황촉진제는 바람직하게는 고무 100 중량부에 대해서 0.1~5 중량부의 범위에서 사용될 수 있다.
실시예
실시예 1. 마스터 배지의 제조
실시예 1-1
에틸렌비닐아세테이트 100 중량부를 150~200℃에서 압출하고, 펠렛 형태로 절단한 뒤 에어압력이 0.4 내지 0.6MPa인 대기압 플라즈마로 5초 간 송출관 내에서 이송 간 표면 처리하고, 상기 플라즈마 처리한 원재료를 혼합기 내 이송을 완료한 후 스크류에 25~100℃의 열을 가하여 50 내지 400atm의 아임계 또는 초임계 조건에서 표면 처리된 CNT 9 중량부를 배합하여, 마스터 배지를 제조하였다.
실시예 1-2
폴리올레핀 엘라스토머 100 중량부를 150~200℃에서 압출하고, 펠렛 형태로 절단한 뒤 에어압력이 0.4 내지 0.6MPa인 대기압 플라즈마로 5초 간 송출관 내에서 이송 간 표면 처리하고, 상기 플라즈마 처리한 원재료를 혼합기 내 이송을 완료한 후 스크류에 25~100℃의 열을 가하여 50 내지 400atm의 아임계 또는 초임계 조건에서 표면 처리된 CNT 9 중량부를 배합하여, 마스터 배지를 제조하였다.
실시예 1-3
에틸렌비닐아세테이트 60 중량부 및 폴리올레핀 엘라스토머 40 중량부를 150~200℃에서 압출하고, 펠렛 형태로 절단한 뒤 에어압력이 0.4 내지 0.6MPa인 대기압 플라즈마로 5초 간 송출관 내에서 이송 간 표면 처리하고, 상기 플라즈마 처리한 원재료를 혼합기 내 이송을 완료한 후 스크류에 25~100℃의 열을 가하여 50 내지 400atm의 아임계 또는 초임계 조건에서 표면 처리된 CNT 9 중량부를 배합하여, 마스터 배지를 제조하였다.
비교예 1-1
폴리부타디엔 100 중량부를 에어압력이 0.4 내지 0.6MPa인 대기압 플라즈마로 10분간 처리하고, 50 내지 400atm의 아임계 또는 초임계 조건에서 표면 처리된 CNT 9 중량부를 배합하여, 60~80℃의 혼련기 내에서 배합하여, 75~95℃에서 운전되는 트윈 압출기에서 압출한 뒤 펠렛 형태로 절단하여, 마스터 배지를 제조하였다.
비교예 1-2
에틸렌프로필렌 100 중량부를 에어압력이 0.4 내지 0.6MPa인 대기압 플라즈마로 10분간 처리하고, 50 내지 400atm의 아임계 또는 초임계 조건에서 표면 처리된 CNT 9 중량부를 60~80℃의 혼련기 내에서 배합하여, 75~95℃에서 운전되는 트윈 압출기에서 압출한 뒤 펠렛 형태로 절단하여, 마스터 배지를 제조하였다.
실시예 2; 탄성칩 제조
실시예 2-1
에틸렌프로필렌 고무 55 중량부와 폴리부타디엔 고무 45 중량부가 혼합된 고무수지 100 중량부와 상기 실시예 1-1의 마스터배지 펠렛 3 중량부와 탄산칼슘 100 중량부와 황2 중량부와 고무 배합유 3 중량부와, 산화아연 1 중량부와, 스테아린산 1 중량부와 왁스 1 중량부와 노화방지제 1 중량부와 안료 2 중량부 및 가황촉진제 1 중량부를 60~80℃의 혼련기 내에서 배합하여 75~95℃에서 운전되는 트윈압출기에서 판재 형태로 압출하였다. 압출된 고무 판재를 적당한 길이로 잘라 가황기로 가황한 뒤 2시간 동안 숙성한 후, 분쇄기를 이용해서 칩으로 분쇄하여 CNT를 포함하는 1~3 mm 직경의 탄성칩을 제조하였다.
실시예 2-2
에틸렌프로필렌 고무 55 중량부와 폴리부타디엔 고무 45 중량부가 혼합된 고무수지 100 중량부와 상기 실시예 1-2의 마스터배지 펠렛 3중량부와 탄산칼슘 100 중량부와 황 2 중량부와 고무 배합유 3 중량부와, 산화아연 1 중량부와, 스테아린산 1 중량부와 왁스 1 중량부와 노화방지제 1 중량부와 안료 2 중량부 및 가황촉진제 1 중량부를 60~80℃의 혼련기 내에서 배합하여 75~95℃에서 운전되는 트윈압출기에서 판재 형태로 압출하였다. 압출된 고무 판재를 적당한 길이로 잘라 가황기로 가황한 뒤 2시간 동안 숙성한 후, 분쇄기를 이용해서 칩으로 분쇄하여 CNT를 포함하는 1~3 mm 직경의 탄성칩을 제조하였다.
실시예 2-3
에틸렌프로필렌 고무 55 중량부와 폴리부타디엔 고무 45 중량부가 혼합된 고무수지 100 중량부와 상기 실시예 1-3의 마스터배지 펠렛 3중량부와 탄산칼슘 100 중량부와 황2 중량부와 고무 배합유 3 중량부와, 산화아연 1 중량부와, 스테아린산 1 중량부와 왁스 1 중량부와 노화방지제 1 중량부와 안료 2 중량부 및 가황촉진제 1 중량부를 60~80℃의 혼련기 내에서 배합하여 75~95℃에서 운전되는 트윈압출기에서 판재 형태로 압출하였다. 압출된 고무 판재를 적당한 길이로 잘라 가황기로 가황한 뒤 2시간 동안 숙성한 후, 분쇄기를 이용해서 칩으로 분쇄하여 CNT를 포함하는 1~3 mm 직경의 탄성칩을 제조하였다.
실시예 2-4
이액형 구조의 폴리우레탄 수지 100 중량부에, 실시예 2-1에서 분쇄기를 이용해서 칩으로 분쇄하여 CNT를 포함하는 탄성칩을 제하는 과정에서 발생하는 분쇄잔여물 중 0.1~1.2 mm 범위의 직경을 가지는 선별된 입자 30 중량부를 배합하고, 압출하여 판재 형태로 경화시킨 후, 분쇄기를 이용해서 칩으로 분쇄하여 CNT를 포함하는 1~3 mm 직경의 폴리우레탄계 탄성칩을 제조하였다.
비교예 2-1
에틸렌프로필렌 고무 55 중량부와 폴리부타디엔 고무 45 중량부가 혼합된 고무수지 100 중량부와 상기 비교예 1-1의 마스터배지 펠렛 3중량부와 탄산칼슘 100 중량부와 황2 중량부와 고무 배합유 3 중량부와, 산화아연 1 중량부와, 스테아린산 1 중량부와 왁스 1 중량부와 노화방지제 1 중량부와 안료 2 중량부 및 가황촉진제 1 중량부를 60~80℃의 혼련기 내에서 배합하여 75~95℃에서 운전되는 트윈압출기에서 판재 형태로 압출하였다. 압출된 고무 판재를 적당한 길이로 잘라 가황기로 가황한 뒤 2시간 동안 숙성한 후, 분쇄기를 이용해서 칩으로 분쇄하여 CNT를 포함하는 1~3 mm 직경의 탄성칩을 제조하였다.
비교예 2-2
에틸렌프로필렌 고무 55 중량부와 폴리부타디엔 고무 45 중량부가 혼합된 고무수지 100 중량부와 상기 비교예 1-2의 마스터배지 펠렛 3중량부와 탄산칼슘 100 중량부와 황2 중량부와 고무 배합유 3 중량부와, 산화아연 1 중량부와, 스테아린산 1 중량부와 왁스 1 중량부와 노화방지제 1 중량부와 안료 2 중량부 및 가황촉진제 1 중량부를 60~80℃의 혼련기 내에서 배합하여 75~95℃에서 운전되는 트윈압출기에서 판재 형태로 압출하였다. 압출된 고무 판재를 적당한 길이로 잘라 가황기로 가황한 뒤 2시간 동안 숙성한 후, 분쇄기를 이용해서 칩으로 분쇄하여 CNT를 포함하는 1~3 mm 직경의 탄성칩을 제조하였다.
실시예 2-5
에틸렌프로필렌 고무와 폴리부타디엔 고무를 재생고무를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일하게 실시하였다.
특성 측정
상기 실시예 2-1 내지 2-5와 비교예 2-1 및 2-2의 물성 및 전기적 특성을 측정하였다. 각각의 고무 복합재를 160℃의 핫프레스에서 가교 시간 동안 압축, 가교하여 시트(20㎝*20㎝*2㎜)를 제작한 후, JISK 6301 시편 커터기로 기계적 물성을 측정하기 위한 시편을 제작하였다.
각각 시편의 물성을 하기 방법에 따라 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
- 표면저항 : ST-4(SIMCO, 2-probe) 및 Loresta-AX MCP-T370(Mitsubishi Chemical Analytech, [0088] 4-probe)를 이용하여 측정하였다.
- 경도 : 경도 시험은 KS M 7619-1의 듀로미터 경도 시험방법에 따라 측정하였다.
- 인장강도 및 신장률 : KS F 3888-2에 따라 그림 1과 같은 시험편을 별도 제작하여 시험하였다. 시험편 두께는 상부층에 엠보스나 무늬가 있는 경우 표선 거리 안쪽의 가장 작은 두께로 하고, 하부층의 요철 등의 무늬는 제품의 일부로 보고 시험편 두께를 측정했다. 시험편 속도는 (500 ±25)mm/min으로 하였다. 다만 복합층으로 구성된 시편의 신장률은 각 층이 시간차를 두고 절단될 경우, 최초 절단 시 신장률로 측정하였다.
Figure 112020077442943-pat00001
- 충격흡수성 : KS F 3888-1, KS f 3888-2에 따라 평평한 지면 위 구성한 시편 상부 표면 낙하 시 최대 충격 하중에 대한 힘의 감소 백분율로 측정하였다.
구 분 표면저항
(Log(Ω/sq)) 		경도
(Shore A) 		인장강도
(MPa) 		신장률
(%) 		충격흡수성
(%)
실시예 2-1 8.5 53 1.0 88 27
실시예 2-2 8.9 54 0.9 83 27
실시예 2-3 8.9 55 0.7 84 26
실시예 2-4 8.2 53 0.8 86 28
실시예 2-5 8.3 51 1.2 90 40
비교예 2-1 7.5 47 0.6 63 25
비교예 2-2 7.4 46 0.6 65 25
인조 잔디 구장의 시공하부 배수층; 골재층; 기포층; 인조잔디 술이 식모된 인조잔디 파일층이 차례로 적층되고, 상기 인조잔디 파일층에 식모된 인조잔디 술 사이에 규사층과 탄성층이 차례로 적층되어 인조 잔디 구조체를 형성하였다.
상기 배수층은 배수와 동파방지를 위한 것으로서 그물망 형상의 망 구조체 안에 모래 또는 자갈들을 혼합하여 구성되거나, 배수 블록 등을 조립하여 구성된다. 상기 배수층의 재료는 쇄석, 하상골재, 슬래그 또는 이들의 혼합물로서 점토질, 실트, 유기불순물 등을 포함하지 않은 비동결 재료이다. 상기 배수층은 시공 이전에 노상표면의 먼지, 점토, 유기물, 기타 불순물 제거하고 정리하여야 한다. 상기 배수층의 시공은 다짐 후 1층의 두께가 20cm를 넘지 않도록 균일하게 깔아야 한다.
상기 규사층은 이산화규소(SiO2)의 함량이 90% 이상일 수 있으며, 입경은 대략 0.3~10mm일 수 있다. 다만, 여기서 상기 모래층의 성분과 입경을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 규사층의 두께는 대략 15 내지 30 mm 로 형성될 수 있다.
상기 탄성층은 사용자가 넘어졌을 때 다치지 않도록 완충 역할을 부여하는 층으로서, 본 발명에 따른 탄성칩들이 충진된다. 상기 탄성칩들은 배수성을 향상시키고 완충력을 강화하기 위해 직경의 1~5 mm의 입자 형상으로 형성될 수 있다. 상기 탄성칩은 동일한 크기의 고무칩들이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 큰 고무칩 1종과 작은 고무칩 1종이 혼합된 것이 바람직하며, 상대적으로 작은 고무칩의 직경이 상대적으로 큰 고무칩의 반경보다 큰 것이 바람직하다. 이는 큰 고무칩들이 형성하는 공극에 작은 고무칩들이 끼어서 완충력 및 배수력을 줄이는 것을 방지하기 위해서이다. 어느 하나의 크기로만 구성되는 경우, 반경이 큰 탄성칩으로만 구성되는 경우에는 지나친 탄성으로 바닥이 흔들리는 느낌을 부여할 수 있고, 작은 고무칩으로만 구성되는 경우 완충력이 줄어들고 배수가 좋지 못할 수 있다.
상기 기포층은 인조잔디 파일을 고정시키는 부분이다. 상기 기포층은 넓은 평판 형상으로 형성되며, 폴리올레핀계 수지, 예를 들어 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등의 재질로 형성될 수 있고, 용도에 따라 이중 또는 삼중으로 강화된 것을 사용할 수도 있다.
상기 인조잔디 술은 인조잔디 구조체에 천연잔디와 흡사한 특성을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 기포층 상부에 인조잔디 원사를 입모하여 형성된다. 구체적으로, 원사를 입모하는 방식에는 기포층 상부에 인조잔디 원사를 터프팅하여 일정 형상의 루프 파일을 형성하는 터프팅 방식, 기포층과 파일을 동시에 형성하는 모켓 방식 또는 라셀 방식 등이 있다. 파일은 높이가 5 ~75㎜, 바람직하게는 10~65mm이다.
상기 인조 잔디 술은 상기 인조잔디는 합성수지 및 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 합성수지는 플라즈마 처리되고, 상기 탄소나노튜브(Carbon NanoTube)는 50 내지 400atm의 아임계 또는 초임계 조건에서 표면처리되고, 상기 합성수지 및 탄소나노튜브는 스크류가 장착된 혼합기 내에서 혼합되어 마스터 배치로 제조되고,
상기 스크류에 25~100℃의 열을 가하여 상기 마스터 배치 내 혼합물의 분산성을 높여서 필름으로 압출가공한 것으로, 여기서 참고문헌으로 통합된 대한민국 특허 10-2046629호를 참조할 수 있다.

Claims (9)

  1. 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 고무 수지 100 중량부; CNT를 포함하는 마스터 배지 1~5 중량부; 탄산 칼슘 10~200 중량부; 가황제 0.1~20 중량부; 및 첨가제 10~30 중량부로 이루어지고, 여기서, 상기 마스터 배지는 플라즈마로 표면 처리한 에틸렌비닐아세테이트, 폴리올레핀 엘라스토머, 또는 이들의 혼합물 100 중량부에 CNT 1~20 중량부가 분산된 것을 특징으로 하는 탄성칩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 고무 배합유, 금속 산화물, 연화제, 노화방지제, 가황촉진제, 안료에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 탄성칩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 CNT는 표면 처리한 CNT인 것을 특징으로 하는 탄성칩.
  5. 플라즈마로 처리한 EVA, POE 또는 이들의 혼합물을 100 중량부와 CNT 1~20 중량부를 배합하여 마스터배지를 제조하는 단계;
    에틸렌-프로필렌 고무, 폴리부타디엔 고무 또는 이들의 혼합물을 포함하는 고무 수지 100 중량부에 상기 CNT를 포함하는 마스터 배지 1~5 중량부와 탄산 칼슘 10~200 중량부, 가황제 0.1~20 중량부, 및 첨가제 10~30 중량부를 배합하여 판재를 제조하는 단계;
    생산된 판재를 가황하는 단계; 및
    가황 완료한 판재를 분쇄하여 칩으로 제조하는 단계
    를 포함하는 탄성칩 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄성칩 제조 방법에 의해서 제조된 탄성칩을 선별하여 소입경 탄성칩을 분리하는 단계;
    상기 소입경 탄성칩과 폴리우레탄을 혼합하여 폴리우레탄계 판재를 형성하는 단계; 및
    상기 폴리우레탄계 판재를 파쇄하는 단계를
    를 더 포함하는 탄성칩 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 소입경 탄성칩은 0.1~1.2mm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 탄성칩 제조 방법.
  8. 제1항에 따른 탄성칩을 포함하는 체육시설 바닥 포장재.
  9. 제1항에 따른 탄성칩을 포함하는 인조잔디 충진재.









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