KR102302125B1 - 친환경 인조잔디 구조체 - Google Patents

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KR102302125B1
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배기태
황세준
조광수
노현석
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Abstract

대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 흡착 및 제거할 수 있는 친환경 인조잔디 구조체가 개시된다. 본 발명은 기포층; 및 상기 기포층을 관통하여 입모된 폴리올레핀 원사들로 이루어진 파일부;를 포함하는 인조잔디 구조체로서, 상기 폴리올레핀 원사는 표면처리층 및 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.

Description

친환경 인조잔디 구조체{Eco-friendly artificial turf structure}
본 발명은 인조잔디 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 흡착할 수 있는 친환경 인조잔디 구조체에 관한 것이다.
인조잔디는 합성섬유를 소재로 하여 잔디의 형태를 갖추어 인공적으로 만든 잔디의 대용품으로서, 1956년 미국에서 처음 제작된 이래 주로 야구,축구, 골프 등의 스포츠 구장에 사용되고 있으며, 나아가 잔디의 생육이 불가능한 옥내정원이나 일조시간이 극히 제한된 고층건물의 북쪽에 접한 옥외지역과 같은 곳에서 사용될 수 있다.
기존 인조잔디는 천연잔디를 시공할 수 없는 곳에 주로 시공되어왔는데, 그 예로 자연 채광이 폐쇄된 돔구장, 답압이 집중되는 곳, 기후적으로 천연잔디의 생육이 곤란한 지역 등이 있다.
그러나 최근에는 초기 시공비가 높지만 천연잔디에 비해 반영구적으로 사용이 가능하고, 특히 유지관리의 편의성이 높을 뿐 아니라 날로 발전하는 기술에 힘입어 천연잔디 못지않은 우수한 질감과 뛰어난 품질로 인해 천연 잔디의 시공성과 관계없이 다양한 장소에서 인조잔디의 선호도가 급증하고 있다.
이러한 인조잔디는 일반 천연잔디에 비해 초기 시공비가 많이 들지만, 반영구적 사용이 가능하고, 유지관리의 편의성, 운동하기에 적합하도록 표면이 고른 점 때문에 선호도가 높다. 인조잔디는 항상 고유색을 유지할 수 있고 환경조건의 제한을 받지 않으며 시공 후 관리가 용이한 장점이 있다.
한편, 대기 중에 포함되어 대기 오염의 근원이 되는 NOx 또는 SOx와 같은 전구물질에 의해 미세먼지 등이 유발되어 호흡기 질환 등 심각한 질병이 유발되는 것이 알려지면서, 이를 제거하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으나, 인조잔디를 이용한 연구를 아직 활발하지 않다.
등록특허 제10-1966039호 (2019.03.30.)
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 흡착 및 제거할 수 있는 친환경 인조잔디 구조체를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 기포층; 및 상기 기포층을 관통하여 입모된 폴리올레핀 원사들로 이루어진 파일부;를 포함하는 인조잔디 구조체로서, 상기 폴리올레핀 원사는 표면처리층 및 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 기포층은 폴리올레핀, 폴리염화비닐리덴, 나일론 및 폴리에틸렌테레프탈레이트계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유의 직포 또는 부직포인 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 부직포는 스펀본드 방식, 멜트브라운 방식, 니들 펀칭 방식 및 스펀레이스 방식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방식으로 제조된 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 폴리올레핀 원사는 모노필라멘트사(monofilament yarn) 또는 스플릿사(split yarn)인 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 폴리올레핀 원사는 상기 기포층에 터프팅 방식, 모켓 방식 및 라셀 방식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방식으로 입모된 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 기포층 하부면 상의 폴리올레핀 원사들은 상기 기포층의 하부면에 열의 의해 융착된 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 표면처리층은 플라즈마를 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 플라즈마는 공기 플라즈마 또는 코로나 방전인 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 코팅층은 광촉매, 다공성 물질 또는 기능성 물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 광촉매, 다공성 물질 또는 기능성 물질은 폴리올레핀 원사 100중량부 대비 0.1~10중량부인 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 광촉매는 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 다공성 물질은 숯, 부석, 규조토, 팽창질석 및 제올라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
또한, 상기 기능성 물질은 천연소재 또는 금속화합물인 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체를 제공한다.
본 발명은 친환경 인조잔디 구조체에 있어, 표면처리층 및 코팅층을 포함하는 폴리올레핀 원사를 포함함으로써 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 흡착 및 제거할 수 있다.
또한, 폴리올레핀 원사에 표면처리층 및 코팅층이 형성됨으로써 용융 시 폴리올레핀 원사 간 융착력이 증가하여 인발강도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 인조잔디 구조체를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 에어 플마즈마 처리된 폴리올레핀 원사의 구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 코로나 방전 처리된 폴리올레핀 원사의 구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예인 인조잔디 구조체를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였으며, 본 발명의 세부구성 방향은 도면을 기준으로 하여 설명한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명자들은 친환경 인조잔디 구조체에 있어서, 야외에 설치되는 인조잔디를 이용하여 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 흡착 및 제거하기 위해 연구를 거듭한 결과, 표면처리층 및 코팅층을 포함하는 폴리올레핀 원사를 포함함으로써 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 흡착 및 제거할 수 있음을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
상기 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질은 질소 산화물(NOx) 및 황 산화물(SOx)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 상기 질소 산화물은 일산화 질소(NO), 이산화 질소(NO2), 일산화 질소(N2O), 삼산화 이질소(N2O3), 사산화 이질소(N2O4), 오산화 이질소(N2O5) 등의 질소 산화물일 수 있으며, 상기 황 산화물은 일산화 황(SO), 이산화 황(SO2), 삼산화 황(SO3) 등의 황 산화물일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 인조잔디 구조체를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인조잔디 구조체(100)는 기포층(120); 및 상기 기포층(120)을 관통하여 입모된 폴리올레핀 원사(111)들로 이루어진 파일부(110);를 포함하는 인조잔디 구조체(100)로서, 상기 폴리올레핀 원사(111)는 표면처리층(112) 및 코팅층(113)을 더 포함한다.
본 발명에서 상기 기포층(120)은 인조잔디 구조체(100)의 형태 안정성을 부여하고 폴리올레핀 원사(111)로 이루어진 파일부(110)를 견고히 안착시켜 고정하는 역할을 하는 것으로서, 폴리올레핀, 폴리염화비닐리덴, 나일론 및 폴리에틸렌테레프탈레이트계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유의 직포 또는 부직포일 수 있고, 바람직하게는 보다 뛰어난 형태 안정성을 부여하기 위해 폴리올레핀 섬유의 부직포일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌의 부직포일 수 있다.
상기 부직포는 스펀본드 방식, 멜트브라운 방식, 니들펀칭 방식 및 스펀레이스 방식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방식으로 제조될 수 있다.
본 발명에서 상기 파일부(110)는 인조잔디 구조체(100)에서 천연잔디와 흡사한 특성을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 기포층(120)을 관통하여 입모된 폴리올레핀 원사(111)들로 이루어진다.
구체적으로 상기 폴리올레핀 원사(111)들은 기포층에 폴리올레핀 원사(111)를 터프팅하여 일정 형상의 루프 파일을 형성하는 터프팅 방식, 기포층과 파일을 동시에 형성하는 모켓 방식 또는 라셀 방식 등에 의해 입모될 수 있으며, 상기 파일부(110)를 형성하기 위해 사용되는 폴리올레핀 원사(111)는 모노필라멘트사(monofilament yarn) 또는 스플릿사(split yarn)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 폴리올레핀 모노필라멘트사는 긴 한 가닥의 폴리올레핀 장섬유로 이루어진 단사(單絲)이며, 본 발명에서 폴리올레핀 모노필라멘트사로 상기 파일부(110) 형성 시 한번에 다수 가닥이 기포층에 입모될 수 있다.
상기 폴리올레핀 스플릿사는 폴리올레핀 필름을 가늘게 절단(Slitting)하고 열로 연신하여 제조한 슬릿사(slit yarn)을 커팅드럼 또는 핀드럼과 같은 해섬장치를 이용하여 일정하게 초세화한 폴리올레핀 필름사의 일종으로서, 소정의 폭을 가질 수 있으며, 본 발명에서 폴리올레핀 스플릿사로 상기 파일부(110) 형성 시 스플릿사는 그 폭의 크기에 따라 기포층(120)에 여러가닥이 입모될 수도 있고, 한 가닥이 입모될 수도 있다.
본 발명에서 상기 폴리올레핀 원사(111)들이 기포층(120)에 입모되는 형태는 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 기포층(120)을 2번 관통하는 "U"자 형태, 기포층(120)을 4번 관통하는 "W"자 형태일 수 있다.
상기 파일부(110)를 구성하는 폴리올레핀 원사(111)들 중 기포층(120) 하부면 상에 위치하는 폴리올레핀 원사(111)들은 열에 의해 용융된 후 기포층(120)의 하부면에 결합, 즉 열에 의해 융착될 수 있다. 이때 상기 파일부(110) 형성 시 다수 가닥의 폴리올레핀 모노필라멘트사 또는 다수 가닥의 폴리올레핀 스플릿사가 사용된 경우 상기 폴리올레핀 원사(111)들과 기포층(120) 하부면 뿐만 아니라 폴리올레핀 원사(111)들 또한 열에 의해 융착되어 인발 강도를 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 폴리올레핀 원사(111)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리이미드일 수 있으며, 열 융착의 원활성 측면에서는 융점(melting poine)이 가장 낮은 폴리에틸렌이 바람직하고, 인조잔디 구조체의 재활용 측면에서는 기포층(120)을 형성하는 폴리올레핀 섬유의 폴리올렌핀 물질과 동일한 것이 바람직하다.
상기 폴리에틸렌은 선형 저밀도폴리에틸렌(linear low-density polyethylene, LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(low-density polyethylene, LDPE), 중밀도폴리에틸렌(medium-density polyethylene, MDPE), 고밀도폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE) 또는 이들의 혼합수지를 사용할 수 있으며, 본 발명의 실시에 있어서, 상기 폴리에틸렌 수지는 0.890 내지 0.980 g/cm3의 밀도 및 용융지수(Melt Index) 0.3 내지 10 g/10분인 것을 사용할 수 있다.
상기 용융지수가 0.3 g/10분 미만이면 흐름성이 낮아 원사 제조 시 압력이 높아져서 원사를 제조할 수 없게 되며, 10 g/10 분을 초과하면 원사의 연신률이 저하되는 문제가 있다.
도 2는 본 발명에 따른 에어 플마즈마 처리된 폴리올레핀 원사의 구조를 나타낸 도면, 도 3은 본 발명에 따른 코로나 방전 처리된 폴리올레핀 원사의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에서 상기 폴리올레핀 원사(111)는 표면처리층(112)과 코팅층(113)을 더 포함한다.
본 발명에서 상기 폴리올레핀 원사(111)는 고분자 혼합물을 용융시킨 상태에서 고분자 혼합물의 용융물을 압출하여 제조되고, 제조된 폴리올레핀 원사(111) 표면은 플라즈마 처리되어 표면처리층(112)을 형성될 수 있다.
상기 표면처리층(112)은 상기 폴레올레핀 원사(111) 표면을 플라즈마 처리하여 친수성이 되도록 표면을 개질한 것일 수 있으며, 상기 폴리올레핀 원사(111)는 플라즈마 처리를 통해 친수성(hydrophilicity)을 띄도록 표면이 개질되어 친수성 물질로 쉽게 코팅될 수 있다.
일반적으로, 폴리올레핀 원사(111)는 표면이 소수성을 나타내어, 코팅이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명에서는 상기 폴리올레핀 원사(111)가 플라즈마 처리를 통한 표면처리층(112)을 포함하도록 하여 코팅이 어려운 문제를 해결하고 있으며, 구체적으로 폴리올레핀 원사(111) 표면을 플라즈마를 통해 개질시킴으로써 물리적인 표면개질과 극성관능기 생성에 의한 화학적인 표면 개질로 인해 폴리올레핀 원사(111) 표면에 분자 결합을 끊어 활성화시키고 분자 구조를 변화시켜 미세한 기공을 형성시킴과 동시에 표면을 개질하여 친수성을 부여하고 있다.
상기와 같은 플라즈마 처리를 통해 표면이 개질되어 표면처리층(112)이 형성된 폴리올레핀 원사(111)는 코팅이 용이하게 되고, 또한 다량의 수분을 흡착할 수 있어 정전기 발생률과 마찰열의 발생을 저감시킴과 동시에 햇빛에 의해 표면 온도가 급격히 상승하는 것을 방지하는 효과를 갖게 된다.
상기 플라즈마 처리는 대기압 글로우 방전(atmospheric pressure glow discharge), 코로나 방전(coronadischarge), 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge), 마이크로웨이브 방전(microwave discharge) 등의 방법을 이용할 수 있으며, 보다 구체적으로는, 에어 플라즈마 처리(air plasma processing), 케미컬 플라즈마 처리(chemical plasma processing), 불꽃 플라즈마 처리(flame plasma processing) 등의 방법을 이용해 수행할 수 있으며, 바람직하게는 에어 플라즈마 처리 방법 또는 코로나 방전을 이용해 수행할 수 있다.
상기 에어 플라즈마는 고전압 전극을 통과한 대기압 에어를 불어줌으로써 중성자를 형성시키고, 전기적 방전을 통해 양극화된 이온 입자들을 형성시키게 되며, 이와 같은 입자들이 폴리올레핀 원사(111)의 표면과 접촉할 경우 표면은 극성화되며, 친수성을 띄게 되어 수분을 수용하는 구조로 상태가 변경되도록 하여, 폴리올레핀 원사(111)의 표면에너지를 수분보다 높게 하여 폴리올레핀 원사(111) 표면에 수분이 효과적으로 젖어들게 하고, 이를 통해 균일하게 흐름성을 가짐과 동시에 재료표면에 최대로 접촉하면서 점착력을 증대 및 향상시킬 수 있다.
일례로, 상기 폴리올레핀 원사(111)는 에어 플라즈마 처리 방법을 이용해 표면을 친수성으로 개질하여 표면처리층이 형성되고, 폴리올레핀 원사(111)를 아르곤, 네온, 헬륨, 질소, 이산화질소, 산소 또는 공기 등을 포함하는 용기 내에 두고, 글로우 방전에 의해 생기는 플라즈마를 쪼여서 재료의 표면에 공기 또는 산소 플라즈마를 조사하도록 하여, 폴리올레핀 원사(111) 표면에 하이드록실기와 같이 산소를 포함하는 관능기를 도입할 수 있다. 상기 아르곤이나 네온 등의 불활성가스가 저압에서 존재하는 경우, 상기 폴리올레핀 원사(111)의 표면은 발생한 플라즈마의 공격을 받아, 그 표면에 라디칼이 발생되고, 공기에 노출됨으로써, 라디칼은 산소와 결합하여 고분자재료 표면에는 친수성 작용기를 도입할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 에어 플라즈마를 처리하는 시간은 10초 내지 10분일 수 있으며, 바람직하게는 10초 내지 8분이며, 이와 같이 공기 플라즈마 처리된 폴리올레핀 원사는 물의 접촉각이 현저히 줄어들어 수분을 효과적으로 흡수할 수 있게 되고, 이로 인해 폴리올레핀 원사(111) 표면을 코팅할 수 있게 된다.
상기 코로나 방전은 상기 폴리올레핀 원사 표면을 개질하여 일정한 접착력 강화패턴을 형성하고 이에 따라 코팅 적성이 향상됨으로써 코팅이 용이하게 된다. 상기 코로나 방전은 고주파 코로나 처리를 가하는 것으로서, 상기 접착력강화패턴은 상기 고주파 코로나 처리에 의한 미세 스크래치 외에도 기계적 가공에 의한 스크래치 또는 이와 유사한 패턴일 수 있다.
상기 코로나 방전은 상기 폴리올레핀 원사(111)를 고주파 코로나 처리 장치에 넣어 고주파 처리를 함으로써 미세스크레치를 형성하여 표면처리층(112)을 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 코팅층(113)은 상기 표면처리층(112) 상에 형성될 수 있고, 상기 코팅층(113)은 상기 코팅층은 광촉매, 다공성 물질 또는 기능성 물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 코팅층(113)은 다음의 방법으로 형성될 수 있다.
먼저, 상기 코팅층은 광촉매, 다공성 물질 또는 기능성 물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 수산화칼륨, 인산, 안정제 및 물이 혼합된 수용액에 분산시켜 코팅액을 제조한다.
상기 수용액은 폴리올리핀 원사(111) 100중량부 대비 물 500~2000중량부, 인산 10~20중량부 및 안정제 5~10중량부가 혼합되어 제조될 수 있으며, 상기 안정제는 글리세린, 트리에탄올아민, 에틸렌 글리콜, 모노에탄올아민 및 디에탄올아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고 바람직하게는 에틸렌 글리콜일 수 있다.
또한, 상기 코팅층에 상기 광촉매, 다공성 물질 또는 기능성 물질은 각각 상기 폴리올레핀 원사(111) 100중량부 대비 0.1~10중량부 첨가될 수 있고, 바람직하게는 1~8중량부 첨가될 수 있고, 더욱 바람직하게는 4~6 중량부 첨가될 수 있다.
상기 광촉매, 다공성 물질 또는 기능성 물질의 중량이 폴리올레핀 원사(111) 100중량부 대비 0.1중량부 미만이면, 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질 저감효과 및 수분 저장성이 저하될 수 있고, 10중량부를 초과하면 수용액 상에 분산이 용이하지 않아 코팅액의 제조가 어렵고, 코팅 시 광촉매 및 다공성 물질이 뭉칠 수 있어 심미성을 해칠 수 있으며, 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질 저감효과 및 수분 저장성 저하될 수 있다.
이후 앞서 설명한 바와 같이, 플라즈마 처리를 통해 표면처리층(112)이 형성된 폴리올레핀 원사(111)를 상기 코팅액에 1~20분 함침시킬 수 있고, 바람직하게는 2~10분 함침시킨 후, 열을 1~3시간 동안 가하여 액체를 증발시켜 코팅층(113)을 형성할 수 있고, 이때의 증발 온도는 50~100℃일 수 있고, 바람직하게는 60~80℃일 수 있다,
상기 함침 시간이 1분 미만이면 코팅층(113)이 형성되지 않을 수 있고, 함침 시간이 20분을 초과하면 시간 대비 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질 저감효능이 향상되지 않아 경제적이지 못하다.
또한, 증발 온도가 50℃ 미만이면 수분이 증발되지 않아 코팅층(113)의 형성이 용이하지 않아 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질 저감 효능이 저하될 수 있고, 100℃를 초과하면 폴리올레핀 원사(111) 표면이 용융되어 코팅층(113)의 형성이 용이하지 않아 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질 저감 효능이 저하될 수 있다.
본 발명에서 상기 광촉매는 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 제거하기 위해 첨가되는 것으로서, 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO) 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 이산화티탄일 수 있고, 더욱 바람직하게는 아나타제형 이산화티탄일 수 있다.
본 발명에서 상기 다공성 물질은 수분 저장성을 향상시키고, 악취 등을 제거하기 위해 첨가되는 것으로서, 숯, 부석, 규조토, 팽창질석 및 제올라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 제올라이트일 수 있다.
본 발명에서 상기 기능성 물질은 본 발명에 따른 인조잔디 구조체(100)에 다양한 기능을 부여하기 위해 첨가되는 것으로서, 상기 기능성 물질은 항균, 대전방지 또는 소취의 효과를 나타내기 위한 천연소재 또는 금속화합물일 수 있고, 상기 천연소재는 패각, 키틴, 키토산 등일 수 있으며, 상기 금속화합물은 황화구리화합물, 은 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 천연소재와 금속화합물이 기능성 물질로 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 폴리올레핀 원사(111)는 착색제, 난연제, 상용화제 등을 더 포함할 수 있으며, 상기 착색제는, 안료 또는 염료 등을 사용할 수 있고, 폴리올레핀 수지 등의 성분과의 양립성 및 폴리올레핀 원사(111)에서 발휘되는 심미감을 고려할 때 안료인 것이 바람직하며, 착색제의 함량은 크게 제한되지 않으며, 고분자 혼합물 100 중량부에 1 내지 10 중량부의 비율로 혼합할 수 있다.
또한, 상기 난연제는 인계 난연제, 금속수화물계 난연제, 할로겐계 난연제, 난연조제 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 난연제는 고분자 혼합물 100 중량부에 0.1 내지 10 중량부의 비율로 혼합할 수 있다.
또한, 상기 상용화제는 말레산, 말레산 무수물, 말레산 하이드라지드, 디클로로 말레산 무수물, 불포화된 디카르복실산, 푸마르산, 시트르산, 시트르산 무수물, 말산, 아가리신산 또는 이들의 혼합물을 대표적인 예로 들 수 있고, 상기와 같은 상용화제를 포함하도록 하여 분산과 결합성을 개선하고, 폴리올레핀 원사(111)의 백화현상을 저감시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 폴리올레핀 원사(111)는 표면처리층(112) 및 코팅층(113)을 포함함으로써 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 흡착 및 제거할 수 있으며, 용융 시 원사간의 결합력이 향상되어 인발강도가 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예인 인조잔디 구조체를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 인조잔디 구조체(100)는 충격 완화 내지 천연잔디와 같은 탄성력을 가지기 위해 기포층(120)의 상부면 및 파일부(110) 사이에 충진된 충진재로 이루어진 충진층(130)을 더 포함할 수 있다.
일례로 상기 충진층(130)은 기포층(120)의 상부면 및 파일부(110) 사이에 차례로 적층된 제1충진재(131) 및 제2충진재(132)로 이루어진다.
상기 제1충진재(131)는 기포층(120)의 상부에, 또한 파일부(110) 간의 극간에 충진되는 것으로서 완충작용을 하여 운동시 지면으로부터의 충격을 완화하는 작용을 하며, 규사 및 질석 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어진다. 규사(Quartz sand)는 무수규산인 이산화규소(SiO2) 성분이 포함된 석영 알갱이 모래이다. 천연규사인 해안규사와 산(山)규사, 그리고 인조규사가 있다. 질석(Vermiculite)은 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 광물로 버미큘라이트라고도 한다. 질석을 충진재로 사용하는 경우 규사와 비슷한 크기로 분쇄하여 사용한다.
상기 제2충진재(132)는 제1충진재(131)층의 상부에, 파일부(110) 간의 극간에 충진되는 것으로서 탄성력을 제공하여 실제 천연잔디에서 운동하는 것과 유사한 효과를 내는 기능을 가지며, 합성 고무 탄성체 또는 천연 고무 탄성체로 이루어진다. 합성 고무 탄성체 또는 천연 고무 탄성체를 충진재로 사용하는 경우 적당한 크기를 가긴 칩 형태로 사용한다. 이때, 합성 고무 탄성체는 바람직하게는 폴리올레핀 탄성체인 것을 특징으로 하며, 폴리올레핀 탄성체의 재료로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등이 있으며 인조잔디 구조체(100)의 재활용 측면에서 기포층(120)을 형성하는 폴리올레핀 섬유 및(또는) 파일부(110)를 형성하는 폴리올레핀 원사(111)의 폴리올렌핀 물질과 동일한 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 인조잔디 구조체(100)는 별도의 백킹층을 구비하지 않고도 소정의 파일 인발 강도를 가지나, 매우 강한 파일 인발 강도를 요구하는데 골프장 등에 범용적으로 적용될 수 있도록 백킹층(140)을 더 포함할 수 있다.
상기 백킹층(140)은 인조잔디 구조체(100)의 형태 안정성 강화, 소음 감소, 인열 강도 강화, 파일의 인발 강도 강화 역할을 하는 것으로서, 폴리올레핀으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에스테르 따위로 이루어진 장섬유 부직포로 형성될 수 있다. 상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트일 수 있고, 장섬유 부직포로 형성된 백킹층(140)은 기계적 강도와 내후성이 우수하며 기계적 강도에 의해 장기간 설치하여도 변형 및 물성 변화가 발생하지 않는다.
또한, 상기 백킹층(140)은 우수한 투수성을 가지고 있어 뛰어난 배수 효과를 갖을 수 있고, 지면에 집중되는 응력을 분산시키는 효과가 있어 노면의 지지력을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른, 인조잔디 구조체(100)는 표면처리층(112) 및 코팅층(113)을 포함하는 폴리올레핀 원사(111)를 포함함으로써 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 흡착 및 제거할 수 있으며, 폴리올레핀 원사(111)에 표면처리층(112) 및 코팅층(113)이 형성됨으로써 용융 시 폴리올레핀 원사(111) 간 융착력이 증가하여 인발강도가 향상될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 들어 설명한다.
실시예 1
0.942g/cm3의 밀도와 200,000의 분자량(Mw)과 2.1의 분자량 분포(Mw/Mn)를 가지고, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg) 5g/10분인 폴리에틸렌 100 중량부와 상용화제로 말레산 무수물 1.25 중량부, 안료 6.25 중량부 및 난연제 0.5 중량부를 첨가하여 고분자 혼합물을 제조하였다. 제조한 혼합물을 가열하여 혼합 용융물을 제조하였으며, 제조한 혼합 용융물을 압출하여 직경 0.5 mm의 폴리올레핀 원사를 제조하였다.
제조한 폴리올레핀 원사를 몰리브덴(Mo) 양극, 구리(Cu) 음극을 가지며, 인가 주파수는 1kHz, 방전전압은 360V, 방전전류는 12mA, needle 타입의 팁을 가지는 글로우 방전기에 장입하고, 대기압 에어를 불어주는 조건에서 공기 플라즈마 처리하여 폴리올레핀 원사의 표면을 개질하여 표면처리층을 형성하였다.
폴리올레핀 원사 100중량부 대비 물 1000 중량부, 인산 15 중량부 및 에틸렌 글리콜 8중량부를 혼합하고, 여기에 폴리올레핀 원사 100중량부 대비 분말형태(평균입경 25nm)인 아나타제형 이산화티탄 5 중량부 및 분말형태(평균입경 25nm)인 제올라이트 5중량부를 25~30℃에서 1시간 동안 교반하여 분산시켜 코팅액을 제조한다.
이후, 상기 플라즈마 처리를 통해 표면처리층이 형성된 폴리올레핀 원사를 상기 코팅액에 10분 동안 함침시킨 후, 증발온도 70~80℃에서 2시간 동안 액체를 증발시켜 코팅층을 형성하여 폴리올레핀 원사를 제조한다.
상기 제조된 폴리올레핀 원사를 폴리프로필렌 섬유의 부직포인 기포층에 터프팅한 후, 160℃에서 열 융착시켜 인조잔디 구조체를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 아나제타형 이산화티탄 및 제올라이트를 폴리올레핀 원사 100 중량부 대비 각각 1중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 인조잔디 구조체를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 아나제타형 이산화티탄 및 제올라이트를 폴리올레핀 원사 100 중량부 대비 각각 7중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 인조잔디 구조체를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 아나제타형 이산화티탄 및 제올라이트를 폴리올레핀 원사 100 중량부 대비 각각 0.1중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 인조잔디 구조체를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서 아나제타형 이산화티탄 및 제올라이트를 폴리올레핀 원사 100 중량부 대비 각각 10중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 인조잔디 구조체를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 1에서 증발온도 40~50℃에서 수분을 증발시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 인조잔디 구조체를 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 1에서 증발온도 100~110℃에서 수분을 증발시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 인조잔디 구조체를 제조하였다.
비교예 1
0.942g/cm3의 밀도와 200,000의 분자량(Mw)과 2.1의 분자량 분포(Mw/Mn)를 가지고, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg) 5g/10분인 폴리에틸렌 100 중량부와 상용화제로 말레산 무수물 1.25 중량부, 안료 6.25 중량부 및 난연제 0.5 중량부를 첨가하여 고분자 혼합물을 제조하였다. 제조한 혼합물을 가열하여 혼합 용융물을 제조하였으며, 제조한 혼합 용융물을 압출하여 직경 0.5 mm의 폴리올레핀 원사를 제조하였다.
제조한 폴리올레핀 원사를 몰리브덴(Mo) 양극, 구리(Cu) 음극을 가지며, 인가 주파수는 1kHz, 방전전압은 360V, 방전전류는 12mA, needle 타입의 팁을 가지는 글로우 방전기에 장입하고, 대기압 에어를 불어주는 조건에서 공기 플라즈마 처리하여 폴리올레핀 원사의 표면을 개질하여 표면처리층을 형성하였다.
상기 표면처리층이 형성된 폴리올레핀 원사를 폴리프로필렌 섬유의 부직포인 기포층에 터프팅한 후, 160℃에서 열 융착시켜 인조잔디 구조체를 제조하였다.
비교예 2
0.942g/cm3의 밀도와 200,000의 분자량(Mw)과 2.1의 분자량 분포(Mw/Mn)를 가지고, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg) 5g/10분인 폴리에틸렌 100 중량부와 상용화제로 말레산 무수물 1.25 중량부, 안료 6.25 중량부 및 난연제 0.5 중량부를 첨가하여 고분자 혼합물을 제조하였다. 제조한 혼합물을 가열하여 혼합 용융물을 제조하였으며, 제조한 혼합 용융물을 압출하여 직경 0.5 mm의 폴리올레핀 원사를 제조하였다.
폴리올레핀 원사 100중량부 대비 물 1000 중량부, 인산 15 중량부 및 에틸렌 글리콜 8중량부를 혼합하고, 여기에 폴리올레핀 원사 100중량부 대비 분말형태인 아나제타형 이산화티탄 3 중량부 및 제올라이트 3중량부를 25~30℃에서 1시간 동안 교반하여 분산시켜 코팅액을 제조한다.
이후, 상기 폴리올레핀 원사를 상기 코팅액에 10분 동안 함침시킨 후, 증발온도 70~80℃에서 2시간 동안 액체를 증발시켜 코팅층을 형성하여 폴리올레핀 원사를 제조한다.
상기 제조된 폴리올레핀 원사를 폴리프로필렌 섬유의 부직포인 기포층에 터프팅한 후, 160℃에서 열 융착시켜 인조잔디 구조체를 제조하였다.
비교예 3
0.942g/cm3의 밀도와 200,000의 분자량(Mw)과 2.1의 분자량 분포(Mw/Mn)를 가지고, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg) 5g/10분인 폴리에틸렌 100 중량부와 상용화제로 말레산 무수물 1.25 중량부, 안료 6.25 중량부 및 난연제 0.5 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물 100중량부 대비 분말형태인 아나제타형 이산화티탄 3 중량부 및 제올라이트 3중량부를 첨가하여 고분자 혼합물을 제조하였다. 제조한 혼합물을 가열하여 혼합 용융물을 제조하였으며, 제조한 혼합 용융물을 압출하여 직경 0.5 mm의 폴리올레핀 원사를 제조하였다.
상기 제조된 폴리올레핀 원사를 폴리프로필렌 섬유의 부직포인 기포층에 터프팅한 후, 160℃에서 열 융착시켜 인조잔디 구조체를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 인조잔디 구조체의 외관을 비교한 후, 800mm(가로)×60mm(세로)×60mm(높이)를 갖는 용기에 넣은 후, 상기 용기를 챔버에 넣는다. 상기 챔버에 18~22℃에서 NO2 및 SO2 기체를 3SLM(Standard Liters per Minute)으로 주입한 후 일정한 기체의 농도를 유지한 상태에서 UV램프(10W/m2)로 14시간이 지난 후의 NOx 및 SOx 기체량을 측정하여 제거율을 계산하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 NOx 제거율(%) SOx 제거율(%)
실시예 1 49.15 46.67
실시예 2 43.29 39.15
실시예 3 48.94 44.68
실시예 4 23.15 18.12
실시예 5 48.33 43.15
실시예 6 20.61 15.67
실시예 7 30.18 21.18
비교예 1 2.18 1.87
비교예 2 10.81 7.91
비교예 3 24.18 17.51
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3은 NOx 제거율이 43% 이상, SOx 제거율이 39% 이상이였고, 외관 또한 광촉매 및 다공성 물질이 뭉치지 않고 고르게 코팅되었다. 실시예 4는 NOx 제거율이 23.15%, SOx 제거율이 18.12%로서 실시예 1 내지 3보다 낮았으며, 실시예 5는 NOx 제거율이 48.33%, SOx 제거율이 43.15%로 우수하였으나, 원사 표면에 광촉매 및 다공성 물질이 뭉쳐있어 심미성이 낮았다.
또한, 실시예 6은 수분이 다 증발되지 않고 흘러내려 NOx 제거율이 20.61%, SOx 제거율이 15.67%로 낮았으며, 실시예 7은 원사 표면이 용융되어 심미성이 낮았고, NOx 제거율이 30.18%, SOx 제거율이 21.18%로 실시예 1 내지 3과 비교했을 때 낮았다.
반면, 코팅층이 형성되지 않은 비교예 1은 실시예 1 내지 3과 비교했을 때, NOx 제거율이 2.18%, SOx 제거율이 1.87%로 매우 낮았으며, 표면처리층이 형성되지 않은 비교예 2는 코팅이 잘 되지 않아 NOx 제거율이 10.81% 이상, SOx 제거율이 7.91%로 낮았다.
또한, 원사 제조 시 광촉매와 제올라이트를 혼합한 비교예 3은 NOx 제거율이 24.18%, SOx 제거율이 17.51%로 동일한 함량의 광촉매 및 제올라이트가 코팅된 실시예 1의 NOx 제거율 및 SOx 제거율인 49.15% 및 46.67% 보다 현저하게 낮았으며, 광촉매와 제올라이트를 원사 100중량부 대비 각각 0.1중량부 첨가한 실시예 4(NOx 제거율 23.15%, SOx 제거율 18.12%)와 유사하였다.
이와 같이, 본 발명에 따른 인조잔디 구조체는 표면처리층 및 코팅층을 포함하는 폴리올레핀 원사를 포함함으로써 대기 오염의 근원이 되는 대기 중의 전구물질을 흡착 및 제거할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 인조잔디 구조체 110 : 파일부
111 : 폴리올레핀 원사 112 : 표면처리층
113 : 코팅층 120 : 기포층
130 : 충진재 140 : 백킹층

Claims (13)

  1. 기포층; 및
    상기 기포층을 관통하여 입모된 폴리올레핀 원사들로 이루어진 파일부;
    를 포함하는 인조잔디 구조체로서,
    상기 폴리올레핀 원사는 표면처리층 및 코팅층을 더 포함하며,
    상기 표면처리층은 플라즈마를 이용하여 형성되고,
    상기 플라즈마는 공기 플라즈마 또는 코로나 방전이고,
    상기 코팅층은 광촉매, 다공성 물질 또는 기능성 물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 광촉매, 다공성 물질 또는 기능성 물질은 폴리올레핀 원사 100중량부 대비 0.1~10중량부이고,
    상기 광촉매는 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO) 또는 이들의 혼합물이고,
    상기 다공성 물질은 숯, 부석, 규조토, 팽창질석 및 제올라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고,
    상기 기능성 물질은 천연소재 또는 금속화합물인 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기포층은 폴리올레핀, 폴리염화비닐리덴, 나일론 및 폴리에틸렌테레프탈레이트계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유의 직포 또는 부직포이며,
    상기 부직포는 스펀본드 방식, 멜트브라운 방식, 니들 펀칭 방식 및 스펀레이스 방식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방식으로 제조된 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 원사는 모노필라멘트사(monofilament yarn) 또는 스플릿사(split yarn)인 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 원사는 상기 기포층에 터프팅 방식, 모켓 방식 및 라셀 방식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방식으로 입모된 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기포층 하부면 상의 폴리올레핀 원사들은 상기 기포층의 하부면에 열에 의해 융착된 것을 특징으로 하는 인조잔디 구조체.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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