KR102288911B1 - 바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디 구조체 - Google Patents

바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재는, 바이오 매스 유래 중합체 15~30 중량%, 스티렌계 중합체 10~30 중량%, 올레핀계 수지 5~15 중량%, 프로세스 오일 10~30 중량% 및 무기 충전제 5~40 중량%를 포함한다.

Description

바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디 구조체{Filling material for artificial turf derived from biomass and artificial turf structure including the same}
본 발명은 바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디 구조체에 관한 것이다.
계절 및 기후 등 환경요건에 관계없이 항상 동일한 색상을 유지할 수 있고 시공 및 관리가 상대적으로 용이하다는 장점이 있는 인조잔디는 합성섬유를 소재로 하여 인공적으로 잔디의 형태를 갖춘 것으로, 천연 잔디의 대용으로 주로 스포츠 경기장이나 천연 잔디의 생육이 어려운 실내/외 구역 등에 주로 설치된다.
이러한 인조잔디는 폴리염화비닐리덴(Polyvinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 등의 합성수지로 구성되는 잔디(Pile)와, 잔디 사이에 채워져 잔디를 지지하며 외력에 대한 완충역할을 수행하는 충진재로 구성된다.
이때, 충진재의 재료는 열가소성 합성 고무가 사용되며, 스티렌-부타디엔-고무(Styrene Butadiene Rubber, SBR), 스티렌-부타디엔-스티렌(Styrene-Butadiene-Styrene, SBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(Ethylene Propylene Diene Monomer, EPDM), 폴리우레탄 칩, 열가소성 올레핀계 합성 고무 등을 예로 들 수 있다.
이러한 재료들은 기본적으로 화석연료를 기초로 하는 석유화학 제품으로 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC), 다핵방향족 탄화수소(Polynucleanr Aromatic Hydrocarbons, PAH), 중금속 성분으로 인한 인체 유해성 논란이 있으며 필러의 함량이 매우 높아 재활용도 어려워 환경문제가 제기되는 상황이다.
따라서, 충진재로부터 배출되는 유해성 물질을 줄이면서도 내구성, 탄성 회복력 등 충진재의 물성을 유지할 수 있는 친환경 충진재의 개발이 필요하다.
등록특허 제10-1851681호(2018.05.10. 공고)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 버려지는 바이오 매스 원료를 이용하여 친환경적이면서, 내구성 및 탄성 회복력을 유지할 수 있는 바이오 매스 유래 인조잔디 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재는, 바이오 매스 유래 중합체 15~30 중량%, 스티렌계 중합체 10~30 중량%, 올레핀계 수지 5~15 중량%, 프로세스 오일 10~30 중량% 및 무기 충전제 5~40 중량%를 포함한다.
상기 바이오 매스 유래 중합체는, 바이오 매스 유래 폴리에틸렌 공중합체, 천연 목분 및 상용화제를 1:0.1~0.5:0.02~0.05 중량비로 포함하고, 상기 바이오 매스 유래 폴리에틸렌 공중합체는, 밀도가 0.916~0.950 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8~3.0 g/10min일 수 있다.
상기 바이오 매스 유래 폴리에틸렌 공중합체는, 바이오 매스 유래 폴리에틸렌과, 1-부텐 또는 1-헥센-α-올레핀이 공중합된 것이고, 바이오 베이스드 탄소 함량이 84~97 중량%이며, 상기 천연 목분은 입자 크기가 20~80 메쉬이고, 길이 대 직경 비율이 3:1~5:1로 구성되며, 상기 충진재는 바이오 베이스드 탄소 함량이 15 중량% 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재를 포함하는 인조잔디 구조체는, 기포층, 상기 기포층에 파일사가 터프팅되어 형성된 파일부 및 상기 기포층와 파일부 사이에 충진재를 충진되어 형성된 충진층을 포함하며, 상기 충진재는, 바이오 매스 유래 중합체 15~30 중량%, 스티렌계 중합체 10~30 중량%, 올레핀계 수지 5~15 중량%, 프로세스 오일 10~30 중량% 및 무기 충전제 5~40 중량%를 포함한다.
상기 파일사는, 제1 중합체와 제2 중합체를 8~2:2~8의 중량비로 포함하고, 상기 제1 중합체는, 바이오 매스 유래 폴리에틸렌과 α-올레핀(α-Olefin)이 중합된 것이고, 상기 제2 중합체는, 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌이 혼합될 수 있다.
상기 제1 중합체는, 밀도가 0.916 ~ 0.935 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 ~ 3.0 g/10min이고, 바이오 베이스드 탄소함량(C14)이 80~90 %이며, 상기 제2 중합체는, 밀도가 0.918~0.940 g/cm3 이고, 용융지수가 0.8~3.0 g/10min일 수 있다.
상기 선형저밀도폴리에틸렌은, 밀도가 0.916 ~ 0.935 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 ~ 3.0 g/10min이며, 상기 고밀도폴리에틸렌은, 밀도가 0.935 ~ 0.960 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 ~ 3.0 g/10min일 수 있다.
상기 인조잔디 구조체는, ASTM D 6866에 의한 측정에 따른 바이오 베이스드 탄소함량(C14)이 10 중량% 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 매스 유래 인조잔디 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디 구조체를 이용하면, 충진재 및 인조잔디 구조체로부터 배출되는 유해성 물질을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 내마모성 및 탄성 회복력이 우수한 인조잔디용 충진재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 따른 인조잔디 구조체의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인조잔디 구조체의 단면도를 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재는, 바이오 매스 유래 중합체 15~30 중량%, 스티렌계 중합체 10~30 중량%, 올레핀계 수지 5~15 중량%, 프로세스 오일 10~30 중량% 및 무기 충전제 5~40 중량%를 포함한다.
또한, 상기 충진재는, 스트랜드 형태로 압출한 후 수중에서 일정 크기로 커팅/냉각 후 입자 형태로 제조된다.
상기 스트랜드 형태란 "여러 가닥의 연속적인 원통형 형태"를 의미한다.
상기 바이오 매스 유래 중합체의 함량은 상기 충진재 100 중량% 기준으로 15~30 중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 18~25 중량%를 포함할 수 있다.
상기 바이오 매스 유래 중합체의 함량이 15 중량% 미만이면, 타원료들과 네트워크를 형성하지 못하여 내구성이 저하될 수 있고, 30 중량%를 초과하면 강도와 내열 성능은 우수하나, 용융 밸런스 문제 및 분산성이 저하되어 생산효율이 저하되고, 제조 원가 대비 성능 향상을 기대하기 힘들다.
상기 바이오 매스 유래 중합체는, 바이오 매스 유래 폴리에틸렌 공중합체, 천연 목분 및 상용화제를 1:0.1~0.5:0.02~0.05 중량비로 포함할 수 있다.
상기 바이오 매스 유래 폴리에틸렌 공중합체는, 밀도가 0.916~0.950 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8~3.0 g/10min일 수 있다.
상기 바이오 매스 유래 폴리에틸렌 공중합체의 밀도가 0.916 g/cm3 미만이면, 충진재의 강성이 저하되고, 0.950 g/cm3를 초과하면 충진재의 내충격성이 저하되는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다. 또한 용융지수가 0.8 g/10min 미만이면, 압출 등 작업성이 용이하지 않고, 3.0 g/10min를 초과하면 균일하게 분산되지 않아 타소재와 혼합에 문제점이 있다.
상기 바이오 매스 유래 폴리에틸렌 공중합체는, 바이오 매스 유래 폴리에틸렌과, 1-부텐 또는 1-헥센-α-올레핀이 공중합된 것으로, 바이오 베이스드 탄소 함량이 84~97 중량%일 수 있다.
또한, 상기 바이오 매스 유래 폴리에틸렌은 사탕수수, 종이, 종이제품, 폐지, 목재, 파티클 보드, 톱밥, 농업 폐기물, 오수, 사일리지, 목초, 왕겨, 바가스, 면, 황마, 대마, 아마, 대나무, 사이잘마, 마닐라삼, 짚, 옥수수 속대, 옥수수 여물, 지팽이풀, 자주개자리, 건초, 왕겨, 코코넛 헤어, 면, 해초 및 조류로 구성된 그룹 중 선택된 1 종 이상의 것으로부터 제조된 것이다.
상기 바이오 매스 유래 폴리에틸렌은 종래 석유계 소재와는 달리 휘발성 유기화합물의 발생이 낮아 친환경적인 장점이 있다.
또한, 이산화탄소를 배출하면서 폴리에틸렌을 생산하는 종래의 석유계 폴리에틸렌과는 달리 상기 바이오 매스 유래 폴리에틸렌은 이산화탄소의 발생이 적다는 장점이 있고, 석유계 폴리에틸렌과 유사한 물리적 특성을 나타내기 때문에 기존의 폴리에틸렌을 대체할 수 있다.
상기 천연 목분이 바이오 매스 유래 폴리에틸렌 공중합체 대비 0.1 중량비 미만으로 혼합되면 천연 목분 특유의 특성을 발휘하지 못하는 문제점이 있으며, 0.5 중량비를 초과하여 혼합되면 가공시 압출 불량이 발생할 수 있어 작업성이 저하되는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 천연 목분은 침엽수, 활엽수 및 코코넛 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 것으로 제조된 것일 수 있다.
상기 천연 목분은 입자 크기가 20~80 Mesh이고, 길이 대 직경 비율이 3:1~5:1일 수 있다.
상기 길이 대 직경 비율이 상기한 범위를 벗어나는 경우 압출 작업성 및 내마모성이 저하되는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 천연 목분의 입자 크기가 20 Mesh 미만이면, 분산이 이루어지지 않아 불균일한 분포를 갖는 문제점이 있고, 80 Mesh를 초과하면, 가공시 압출 불량이 발생하는 문제점이 있어, 상기한 범위가 바람직하다.
상기 상용화제가 바이오 매스 유래 폴리에틸렌 공중합체 대비 0.02 중량비 미만이면, 원료 간의 혼합이 용이하지 않아 내구성 등이 저하될 수 있고, 0.05 중량비를 초과하면 상용화제 외의바이오 매스 유래 고밀도폴리에틸렌 또는 천연 목분의 함량이 낮아져 물성이 저하되는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 상용화제는 말레산, 말레산 무수물, 말레산 하이드라지드, 디클로로 말레산 무수물, 불포화된 디카르복실산, 푸마르산, 시트르산, 시트르산 무수물, 말산 및 아가리신산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 스티렌계 중합체는 충진재에 탄성 및 탄성 회복력을 부여하고 있어, 본 발명의 충진재에 있어 탄성 중합체로 기능한다. 또한, 상기 스티렌계 중합체는 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합체(SEBS), 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체(SBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체(SEPS), 수소화 스티렌-이소프렌-부타디엔 공중합체(SEEPS) 및 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합체(SEBS)일 수 있다.
상기 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)은 천연 고무와 가장 유사한 물성을 구현할 수 있는 소재로서, 상기 프로세스 오일을 흡수하며, 올레핀계 수지와의 상용성(Compatibility)이 있다.
구체적으로, 상기 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)은 탄성 및 탄성 회복력을 부여하며, 그 자체가 블록 구조이므로 배합(컴파운딩)시 가교 형성을 방지하는 역할을 한다. 상기 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)은 양 말단의 스티렌 경질 세그먼트(hard segment)와 중질 세크먼트 사이에 연결된 에틸렌-부타디엔 연질 세그먼트(soft segment)로 이루어진 3차원 구조체이다. 상기 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)은 경질 세그먼트와 연질 세그먼트가 상분리된 이상(二相, two-phase) 구조를 갖는다. 스티렌 경질 세그먼트는 비결정 영역인 에틸렌-부타디엔 연질 세그먼트와 혼재되지 않는 결정 영역이며, 상온에서 물리적인 가교 형성을 하며, 기계적 물성(예컨대, 인장강도)을 부여하고, 유리 전이 온도(Tg)가 약 100℃이다. 에틸렌-부타디엔 연질 세그먼트는 프로세스 오일을 흡수하는 소수성의 비결정 영역이며, 유리 전이 온도 (Tg)가 약 -55℃이다. 스티렌 경질 세그먼트와 에틸렌-부타디엔 연질 세그먼트 간의 상분리는 상이한 용해도 파라미터(스티렌 - 9.1, 에틸렌-부타디엔 -7.76)에 기인하며, 상분리 정도는 기계적 물성, 유변학적 특성, 내열성 등에 영향을 주기 때문에 상분리 정도가 큰 것이 유리하다.
상기 스티렌계 중합체의 함량은 상기 충진재 100 중량%를 기준으로, 10~30 중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 20~25 중량%를 포함할 수 있다. 상기 스티렌계 중합체의 함량이 10 중량% 미만이면 탄성, 내마모성, 내구성 등이 저하될 수 있으며, 30 중량%를 초과하면 제조 원가 대비 성능 향상을 기대하기 힘들다.
상기 올레핀계 수지는 충진재에 내광성, 유동성, 내면성, 기계적 특성을 부여하기 위하여 사용된다.
상기 올레핀계 수지는 그 종류를 제한하지 않으나, 바람직하게는 폴리프로필렌일 수 있다.
인조잔디 KS M 3888-1:2013 시스템 품질 기준에 따른 A-1 grade의 인조 잔디 시스템 품질 기준을 만족하기 위하여 상기 올레핀계 수지의 함량은 상기 충진재 100 중량%를 기준으로, 5~15 중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 7~10 중량%를 포함할 수 있다. 상기 올레핀계 수지의 함량이 5 중량% 미만이면 충진재의 경도가 낮아 내구성 등이 저하될 수 있고, 15 중량%를 초과하면 충진재에 소프트한 성질이 사라지고 딱딱해져, 안전성능인 충격 흡수성 등이 저하될 수 있다.
상기 프로세스 오일은 고온 압출 시 가공성을 확보하고 원료 간의 혼합을 위해 첨가되는 것으로서, 상기 프로세스 오일은 파라핀계, 나프텐계 및 아로마틱계 프로세스 오일로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 파라핀계 오일은 충진재의 유동(flow)과 색상의 안정성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 적정 투입량 이상 사용시 내구성 문제(형태변형)가 발생하며, 장기간 옥외 노출 시 Oil Bleeding 현상 등으로, 형태 찌그러짐, 뭉침 현상 등이 발생할 수 있으며, 내열성에 치명적인 문제를 야기할 수 있다.
상기 프로세스 오일의 함량은 상기 충진재 100 중량%를 기준으로, 10~30 중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 20~25 중량%를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 오일 함량이 10 중량% 미만이면, 유동성이 좋지 않아 가공상의 문제점이 있고, 30 중량%를 초과하면 오일 블리딩(oil bleeding)의 문제가 발생할 수 있다.
상기 무기 충전제는 충진재의 안정성을 확보하고, 오일 흡수성(oil absorbency)을 높이고, 적정 탄성 기능을 수행하기 위해 첨가되는 것으로서, 탄산칼슘, 활성탄 및 운모로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 무기 충전제의 함량은 상기 충진재 100 중량% 기준으로, 5~40 중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 10~30 중량%를 포함할 수 있다. 상기 무기 충전제 함량이 5 중량% 미만이면, 인장강도 등의 물성이 저하될 수 있으며, 40 중량%를 초과하면 내마모, 내구성, 형태변형, 탄성 등 무기질로써 원하는 성능을 구현하기가 어렵게 된다.
상기 충진재는 컬러마스터 배치와 노화방지제를 더 포함할 수 있으며, 각각 상기 충진재 100 중량% 기준으로, 0.1~10 중량% 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.5~5 중량%를 포함할 수 있다. 상기 컬러 마스터 배치와 노화방지제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 통상의 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충진재는 바이오 베이스드 탄소 함량이 15 % 이상일 수 있다.
즉, 상기 충진재는 바이오 매스 탄소를 15% 이상 함유하면서도 내구성 및 내마모성을 유지할 수 있고, 궁극적으로 이산화탄소 배출 등을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인조잔디 구조체는, 기포층(100), 상기 기포층(100)에 파일사가 터프팅되어 형성된 파일부(200) 및 상기 기포층(100)와 파일부(200) 사이에 충진재를 충진되어 형성된 충진층(300)을 포함한다.
구체적으로, 기포층(100), 상기 기포층(100)에 파일사가 터프팅되어 형성된 파일부 및 상기 기포층(100)와 파일부(200) 사이에 충진재가 충진되어 형성된 충진층(300)을 포함하며, 상기 충진재는, 바이오 매스 유래 중합체 15~30 중량%, 스티렌계 중합체 10~30 중량%, 올레핀계 수지 5~15 중량%, 프로세스 오일 10~30 중량% 및 무기 충전제 5~40 중량%를 포함한다.
도 1은 본 발명의 인조잔디 구조체를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 기포층(100)은 인조잔디의 파일부(200)를 고정시키는 부분이다. 상기 기포층(100)은 넓은 평판 형상으로 형성되며, 섬유 기포층(100)의 경우 폴리프로필렌(PP) 재질로 형성될 수 있고, 용도에 따라 이중 또는 삼중으로 강화된 것을 사용할 수도 있다. 또한, 섬유 기포층(100)의 하면에는 고분자 수지 코팅처리로 섬유 기포층(100)이 힘을 받을 수 있도록 한다. 상기 기포층(100)은 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌 재질로 형성되며, 투수가 가능하게 할 수도 있다.
상기 인조잔디 파일부(200)는 인조잔디 구조체에 천연잔디와 흡사한 특성을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 기포층(100) 상부에 상기 파일사를 입모하여 형성된다. 구체적으로, 파일사를 입모하는 방식에는 기포층(100) 상부에 인조잔디 파일사를 터프팅하여 일정 형상의 루프 파일을 형성하는 터프팅 방식, 기포층(100)과 파일사를 동시에 형성하는 모켓 방식 또는 라셀 방식 등이 있다. 파일사는 높이가 20~65 ㎜이고, 기포층(100) 면적당 파일 수가 1,000~30,000개/㎡일 수 있다.
또한, 상기 파일사는, 제1 중합체와 제2 중합체를 8~2:2~8의 중량비로 포하고, 상기 제1 중합체는, 바이오 매스 유래 폴리에틸렌과 α-올레핀(α-Olefin)이 공중합된 것이고, 상기 제2 중합체는, 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌이 혼합된 것이다.
상기 제1 중합체는, 밀도가 0.916 ~ 0.935 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 ~ 3.0 g/10min이고, 바이오 베이스드 탄소함량이 80~90%일 수 있다.
상기 α-올레핀은, 1-부텐-α-올레핀 및 1-헥센-α-올레핀으로 이루어진 그룹 중 선택된 1 종일 수 있으며, 상기 1-헥센-α-올레핀은 6 개의 탄소로 구성되고, 1 번 탄소에 2 중 결합이 형성된 것이며, 상기 1-부텐-α-올레핀은 4 개의 탄소로 구성되고, 1 번 탄소에 2 중 결합이 형성된 것이다.
상기 제2 중합체는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌이 혼합되어 구성된다.
상기 선형저밀도폴리에틸렌 및 고밀도폴리에틸렌은 각각 석유계 유래 폴리에틸렌과, α-올레핀이 공중합되어 제조된다.
상기 선형저밀도폴리에틸렌은, 밀도가 0.916 ~ 0.935 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 ~ 3.0 g/10min이며, 상기 고밀도폴리에틸렌은, 밀도가 0.935 ~ 0.960 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 ~ 3.0 g/10min일 수 있다.
또한, 혼합되어 제조된 상기 제2 중합체는, 밀도가 0.916~0.935 g/cm3이고, 용융지수가 0.8~3.0 g/10min 일 수 있다.
상기 파일사는 인장강도가 0.7~1.1 gf/d이고, 인장신율이 70~120 %일 수 있다.
상기 파일사는, 바이오 베이스드 탄소 함량(C14)이 ASTM D 6866에 의한 측정에 따르면 20 중량% 이상이고, 바람직하게는 20~35 중량%일 수 있다.
즉, 상기 파일사 역시 바이오 매스 탄소를 20 중량% 이상 함유하면서도 내구성 및 내마모성을 유지할 수 있고, 궁극적으로 이산화탄소 배출 등을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 인조잔디 파일사는 성능 개선을 목적으로 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 기능성 첨가제는 UV 안정제, 안료, 난연제, 산화방지제, 노화방지제, 그리고 활제로 이루어진 기능성 첨가제 그룹 중 1 종 이상의 것일 수 있다.
상기 기능성 첨가제는 인조잔디 제조시 통상적으로 사용하는 것이므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 기능성 첨가제는, 전제 인조잔디 파일사 100 중량% 기준으로, 0.5 ~ 8.5 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 기능성 첨가제의 함량이 0.5 중량% 미만이면, 그 효과가 미미하고, 8.5 중량%를 초과하면 첨가물들의 혼합이 제대로 이루어지지 않고, 치수 안정성이 저하되는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 충진층(300)은 기포층(100)의 상부에 형성될 수 있으며, 상기 기포층(100)의 상부 및 상기 파일부(200) 사이에 충진재가 충진되어 형성된다. 상기 충진층(300)은 바닥에 완충력을 제공하기 위해 구비되며, 탄성을 가진다. 본 발명에서는 상기 충진재를 포함하는 충진층(300)을 이용할 수 있다. 상기 충진층(300)은 배수성을 향상시키고 완충력을 강화하기 위해 일정한 크기로 형성될 수 있다.
상기 충진층(300)을 구성하는 상기 충진재에 대해서는 앞서 설명하였기에 이에 대한 설명은 생략한다.
더불어, 본 발명의 인조잔디 구조체는 상기 충진층(300)과 기포층 사이에 안정화 충진층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
상기 안정화 충진층(미도시)은 규사를 포함하는 광물층으로 구성될 수 있으며, 그 성분은 제한하지 않는다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인조잔디 구조체의 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인조잔디 구조체는 기포층(100) 후면에 코팅되어 상기 파일이 뽑히지 않도록 하는 백코팅층(400)을 더 포함한다.
상기 백코팅층(400)은, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 그리고 폴리아미드로 이루어진 그룹 중 선택되는 1종 이상의 것일 수 있으며, 상기 재료를 이용하여 제조된 부직포일수 있다.
상기 백코팅층(400)은 건식열융착 방법으로 성형시킬 수 있으며, 이를 제한하지 않는다. 또한, 상기 건식열융착 온도는 상기 파일의 형태가 변화하지 않을 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 인조잔디 구조체는, ASTM D 6866에 의한 측정에 따른 바이오 베이스드 탄소 함량(C14)이 10 중량% 이상일 수 있고, 바람직하게는 10~20 중량% 일 수 있다.
앞서 설명하였지만 본 발명은 바이오 베이스드 탄소를 10 중량% 이상 포함하면서도, 내구성 및 내마모성이 향상된 인조잔디 구조체를 제공할 수 있다.
더불어, 상기 인조잔디 구조체의 제조시 이산화탄소의 배출을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
제조예 1: 인조잔디 파일사의 제조
먼저, 바이오 매스 유래 폴리에틸렌(Bio-polyethylene)과 α-올레핀(α-Olefin)이 중합되어 밀도가 0.920 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 2.0 g/10min이며, 바이오 베이스드 탄소함량이 84 중량%인 제1 중합체를 구입하였다.
다음으로, 밀도가 0.925 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 1.1 g/10min인 선형저밀도폴리에틸렌 700㎏과 밀도가 0.940 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 g/10min인 고밀도폴리에틸렌 300㎏을 혼합하여 밀도가 0.928 g/cm3이고, 용융지수가 1.0 g/10min인 제2 중합체를 제조하였다.
다음으로, 제1 중합체 600㎏과 제2 중합체 400㎏을 혼합하여 혼합물을 제조하고, 마스터 배치, 난연제, 노화방지제, 산화방지제 및 활제 혼합 마스터배치를 7㎏를 혼합하여 방사기에 투입하였다.
마지막으로, 방사기에 투입된 혼합물을 압출하여 모노필라멘트를 제조하였다. 그 후 25 ℃의 온도에서 냉각한 다음 80 ℃의 온도로 재가열하여 연신하였으며, 70 ℃의 온도에서 1 시간 동안 건조하여 인조잔디 파일사를 제조하였다.
비교제조예 1: 인조잔디 파일사의 제조
제조예 1과 동일하게 실시하되, 선형저밀도폴리에틸렌을 방사기에 투입하여 인조잔디 파일사를 제조하였다.
실시예 1: 인조잔디 충진재의 제조
먼저, 바이오 매스 유래 폴리에틸렌(Bio-polyethylene)과 α-올레핀(α-Olefin)이 중합되어 형성된 바이오 매스 유래 선형저밀도폴리에틸렌을 구입하여 준비하였다.
다음으로, 바이오 매스 유래 선형저밀도폴리에틸렌, 천연 목분 및 말레산 무수물을 1:0.3:0.03 중량비로 압출기에 투입하고 210 ℃로 압출하여 바이오 매스 유래 중합체를 제조하였다.
이후, 충진재 100중량% 기준으로 바이오 매스 유래 중합체 30 중량%, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS) 20 중량% 및 폴리프로필렌 수지 5 중량%를 프로세스 오일(파라핀계 오일) 15 중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 25 중량%, 컬러마스터 배치 2.5 중량% 및 노화방지제(TINUVIN 405) 2.5 중량%를 혼합하여 압출기에 투입하였다.
이후, 압출기를 사용하여 220℃ 온도에서 압출하여 성형하였다. 상기 압출 성형과 동시에 상기 압출 성형된 배합물을 공기로 냉각하고 직경 1.4 내지 3.35 mm의 크기로 절단하여 원기둥 형태의 바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 실시하되, 바이오 매스 유래 선형저밀도폴리에틸렌, 천연 목분, 말레산 무수물을 1:0.2:0.02 중량비로 바이오 매스 유래 중합체를 제조하고, 충진재를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 실시하되, 바이오 매스 유래 선형저밀도폴리에틸렌, 천연 목분, 말레산 무수물을 1:0.5:0.05 중량비로 바이오 매스 유래 중합체를 제조하고, 충진재를 제조하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일하게 실시하되, 충진재 100 중량% 기준으로, 바이오 매스 유래 중합체를 25 중량%를 첨가하고, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)을 25 중량% 첨가하여 충진재를 제조하였다.
실시예 5
실시예 1과 동일하게 실시하되, 충진재 100 중량% 기준으로, 바이오 매스 유래 중합체를 23 중량%를 첨가하고, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)을 27 중량% 첨가하여 충진재를 제조하였다.
실시예 6
실시예 1과 동일하게 실시하되, 충진재 100 중량% 기준으로, 바이오 매스 유래 중합체를 20 중량%를 첨가하고, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)을 30 중량% 첨가하여 충진재를 제조하였다.
실시예 7
제조예 1의 인조잔디 파일사를 폴리프로필렌 섬유의 부직포인 기포층에 터프팅한 후 기포층의 하면에 폴리에틸렌으로 이루어진 부직포를 160℃의 온도에서 열융착하여 인조잔디 구조체를 제조하였다.
실시예 8 내지 13
실시예 7에 따라 제조된 인조잔디 구조체에 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 충진재 각각 충진하여 인조잔디 구조체를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 바이오매스 유래 선형저밀도폴리에틸렌, 천연 목분 및 말레산 무수물를 1:2:0.2 중량비 혼합하여 충진재를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 바이오매스 유래 선형저밀도폴리에틸렌, 천연 목분 및 말레산 무수물를 1:0.1:0.1 중량비 혼합하여 충진재를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 바이오매스 유래 선형저밀도폴리에틸렌, 천연 목분 및 말레산 무수물를 1:1:0.03 중량비 혼합하여 충진재를 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 바이오매스 유래 선형저밀도폴리에틸렌, 천연 목분 및 말레산 무수물를 1:1:0.3 중량비 혼합하여 충진재를 제조하였다.
비교예 5
실시예 1과 동일하게 실시하되, 충진재 100 중량% 기준으로, 바이오 매스 유래 중합체를 첨가하지 않고 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)을 50 중량% 첨가하여 충진재를 제조하였다.
비교예 6
제조예 1의 인조잔디 파일사를 폴리프로필렌 섬유의 부직포인 기포층에 터프팅한 후 기포층의 하면에 폴리에틸렌으로 이루어진 부직포를 160℃의 온도에서 열융착하고, 비교예 1에 따라 제조된 충진재를 충진하여 인조잔디 구조체를 제조하였다.
<실험예>
실험예 1
충진재의 제조시 상기 바이오 매스 유래 중합체의 성분에 따른 충진재의 물성을 평가하여 하기의 표 1에 나타내었다.
구분 경도 내마모
(Taber 1,000회)		 내마모성(Lisport 30,000회)
중량변화
(상태시 %loss)		 내열성
(고온방치
후 %loss)		 충격흡수성(%) 내구성
(충진재 외관 변화)
실시예 1 66 -1.2 -2.2 42 양호
비교예 1 67 -3.5 -8.1 36 짓눌림
비교예 2 64 -5.0 -9.0 28 짓눌림
비교예 3 66 -3.0 -7.2 38 짓눌림
비교예 4 66 -3.0 -6.9 38 짓눌림
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 바이오매스 유래 선형저밀도폴리에틸렌, 천연 목분 및 말레산 무수물이 특정 중량비를 벗어나며, 내마모성 및 충격흡수성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
상기 실시예 8 내지 13, 비교예 5에서 제조된 인조잔디 구조체의 내구성을 평가하였다.
평가를 위해, 실시예 8 내지 13, 비교예 5의 인조잔디 구조체의 제조시 충진재 충진 전 규사 25kg/m2을 충진한 후 충진재를 충전하였다.
이때, 충진재 상단부에서 파일사 끝단까지 17mm가 되도록 충진재를 분포시켰다.
충진재의 경도 및 내열성은 충진재를 5mm 두께의 시편으로 압출하여 측정하였으며, 내구성, 내마모성 및 충격흡수성은 인조잔디 시스템으로 측정하였다.
(경도: 시편을 10 mm 이상 떨어진 위치에 놓고 수동 Shore A를 5초간 눌러 가리키는 수치를 확인, Taber 마모성(상태시): Taber 마모장비(H18마모륜)로 1,000회 마모 후, 중량 변화를 측정, Taber 마모성(내열후 변화율): 시편을 100℃ 실험용 오븐에 5일 방치 후, 상온에서 1일 안정화 후, 내마모성 시험 후 상태시의 결과와 변화율 비교, 스터드 마모 내구성: LISPORT 스터드 마모 장비를 사용하여 인조잔디 시스템을 각각 30,000회 마모시킨 후, 파일사의 외관 상태 관찰, 충진재의 외관 상태 관찰, 스터드 마모후 충격흡수성: LISPORT 스터드 마모장비를 사용하여 인조잔디 시스템을 각각 30,000회 마모시킨 후, 표면을 고르게 브러싱 후 충격흡수율을 측정)
하기 표 2는 경도, 내열성, 내구성, 내마모성 및 충격흡수성을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
구분 경도 내마모성
(Taber1,000회)
충진재		 내마모성
(Lisport 30,000회)
충진재		 내마모성
파일사
중량변화
(상태시 %loss)		 내열성
(고온방치
후 %loss)		 충격흡수성(%) 내구성
(외관 변화)		 내구성
(외관 변화)
실시예 8 66 -1.2 -2.2 41 양호 양호
실시예 9 66 -1.4 -2.1 43 양호 양호
실시예 10 66 -1.0 -2.0 43 양호 양호
실시예 11 66 -0.8 -1.5 41 양호 양호
실시예 12 66 -1.5 -2.7 41 양호 양호
실시예 13 65 -2.0 -3.0 40 양호 양호
비교예 5 62 -8.0 -14.3 34 짓눌림 짓눌림
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 실시예 8 내지 13에 따라 제조된 인조잔디 구조체의 경우 비교예 5에 따라 제조된 인조잔디 구조체 보다 모든 물성에서 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히 실시예 10이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
실험예 3
상기 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 바이오 매스 유래 인조잔디용 충진재 및 파일사가 품질 기준에 적합한지 확인하기 위하여 Pb, Cd, Cr, Hg 측정을 실시하였다.
Pb, Cd, Cr은 유도결합 플라즈마 방출분광기(Model: OPTIMA 7300 DV, OPTIMA 3300 DV, Perkin-Elmer (USA))를 이용, Hg는 수은분석기(Model: DMA-80, Milestone)를 이용하여 측정 분석을 실시하였다.
구분 Pb Cd Cr Hg
제조예 1(파일사) ND ND ND ND
실시예 1(충진재) ND ND ND ND
실시예 2(충진재) ND ND ND ND
실시예 3(충진재) ND ND ND ND
실시예 4(충진재) ND ND ND ND
실시예 5(충진재) ND ND ND ND
실시예 6(충진재) ND ND ND ND
* 중금속 규격기준: Pb 90 이하(KS R1301: 2006), Cd 50 이하(KS R1301: 2006), Cr6 25 이하(USEPA 3052: 1996), Hg 25 이하(USEPA 3060A: 1996)인 경우 합격상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 상기 제조예 1, 실시예 1 내지 6 모두 중금속이 검출되지 않아, 인체에 무해한 것을 확인할 수 있다.상기 결과에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 바이오 매스 유래 인조잔디 충진재 및 이를 포함하는 인조잔디 구조체를 이용하면, 충진재 및 인조잔디 구조체로부터 배출되는 유해성 물질을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
100: 기포층
200: 파일부
300: 충진층
400: 백킹층

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 기포층,
    상기 기포층에 파일사가 터프팅되어 형성된 파일부 및
    상기 기포층와 파일부 사이에 충진재를 충진되어 형성된 충진층을 포함하며,
    상기 충진재는,
    바이오 매스 유래 중합체 15~30 중량%,
    스티렌계 중합체 10~30 중량%,
    올레핀계 수지 5~15 중량%,
    프로세스 오일 10~30 중량% 및
    무기 충전제 5~40 중량%를 포함하며,
    상기 파일사는,
    제1 중합체와 제2 중합체를 8~2:2~8의 중량비로 포함하고,
    상기 제1 중합체는,
    바이오 매스 유래 폴리에틸렌과 α-올레핀(α-Olefin)이 중합된 것이고,
    상기 제2 중합체는,
    선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌이 혼합된 것임을 특징으로 하는,
    인조잔디 구조체.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 중합체는,
    밀도가 0.916 ~ 0.935 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 ~ 3.0 g/10min이고, 바이오 베이스드 탄소함량(C14)이 80~90 %이며,
    상기 제2 중합체는, 밀도가 0.918~0.940 g/cm3 이고, 용융지수가 0.8~3.0 g/10min인 것을 특징으로 하는,
    인조잔디 구조체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 선형저밀도폴리에틸렌은,
    밀도가 0.916 ~ 0.935 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 ~ 3.0 g/10min이며,
    상기 고밀도폴리에틸렌은,
    밀도가 0.935 ~ 0.960 g/cm3이고, 용융지수(MI)가 0.8 ~ 3.0 g/10min인 것을 특징으로 하는,
    인조잔디 구조체.
  8. 기포층,
    상기 기포층에 파일사가 터프팅되어 형성된 파일부 및
    상기 기포층와 파일부 사이에 충진재를 충진되어 형성된 충진층을 포함하며,
    상기 충진재는,
    바이오 매스 유래 중합체 15~30 중량%,
    스티렌계 중합체 10~30 중량%,
    올레핀계 수지 5~15 중량%,
    프로세스 오일 10~30 중량% 및
    무기 충전제 5~40 중량%를 포함하며,
    ASTM D 6866에 의한 측정에 따른 바이오 베이스드 탄소함량(C14)이 10 중량% 이상인 것을 특징으로 하는,
    인조잔디 구조체.
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