KR102305683B1 - 발효 왕겨를 포함하고 있는 인조잔디용 충진재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인조잔디의 충진에 사용되는 충진재로서, 왕겨를 발효에 의해 개질한 발효 왕겨, 결합 성분 내지 탄성 성분으로서 합성 수지, 배합유 성분으로서 오일, 및 충진 성분으로서 중탄을 포함하고 있는 입자로 이루어진 것을 특징으로 하는 인조잔디용 충진재를 제공한다.

Description

발효 왕겨를 포함하고 있는 인조잔디용 충진재 {Filler for Artificial Turf Including Fermented Chaff}

본 발명은 발효 왕겨를 포함하고 있는 인조잔디용 충진재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 왕겨를 발효에 의해 개질한 발효 왕겨, 합성 수지, 오일, 및 중탄을 포함하고 있는 입자로 이루어진 인조잔디용 충진재에 관한 것이다.

최근, 운동장이나 체육 시설 등에 많이 설치되고 있는 인조 잔디는, 관리 및 유지 보수비용이 많이 드는 천연잔디와 비교할 때, 유지 및 보수가 용이하고 시공이 용이하며 오랜 기간 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

인조잔디의 일반적인 시공 방법은 지반 위에 기초층을 구축한 후, 기초층 위에 베이스와 프로파일로 이루어진 인조잔디를 설치하고, 인조잔디의 프로파일이 직립된 상태를 유지할 수 있도록 충진재를 까는 과정을 거친다. 이에 대한 보다 구체적인 내용은 본 출원인의 등록특허 제10-1872877호에 개시되어 있는 내용을 참조할 수 있다.

이러한 인조잔디용 충진재는 인조잔디 프로파일이 직립, 고정된 상태가 유지되도록 하는 기능 이외에, 인조잔디의 충격을 흡수하는 기능과 물 배출 등의 다양한 기능을 수행하는 인조잔디 핵심 부속물이다.

이와 관련하여, 종래의 인조잔디용 충진재에는 고분자 성분의 난분해성 플라스틱이 주로 사용되고 있다.

플라스틱은 많은 이점들에도 불구하고, 폐기된 플라스틱의 환경 문제가 최근 사회적 이슈로 대두되고 있다. 분리 수거되는 플라스틱의 경우에도 재활용률이 30% 이하로 낮아서 플라스틱 쓰레기 문제가 심각하게 받아 들여지고 있으며, 이러한 난분해성 플라스틱은 해양오염과 이를 섭취하는 어류 등을 통해 다시 인체에 흡수되는 결과로 인해 다양한 환경적인 문제와 더불어 인체 유해성까지 초래하는 상황이므로, 플라스틱의 사용을 줄이고 플라스틱을 대체할 수 있는 생분해성 소재들이 개발되고 있다.

그러나, 이러한 생분해 소재들 중 일부는 일정한 온도에서만 분해되는 문제점들을 안고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 천연물이나 천연 부산물을 적극 활용해야 하지만, 우리가 사용하고 있는 플라스틱의 우수한 물성을 대체하기에는 많은 연구개발이 필요한 상황이다.

이러한 난분해 플라스틱의 문제점을 해결하고 보다 친환경적인 제품을 제조하기 위해 천연물의 부산물인 목질, 목분, 왕겨, 무기물 등을 첨가한 플라스틱 제품들이 제안되고 있다. 이는 인조잔디용 충진재 분야에서도 시도되고 있다.

일 예로, 한국 등록특허 제10-0906622호에는, 전처리를 하지 않은 왕겨, 상기 왕겨에 엉겨 붙어 왕겨가 물에 뜨는 것을 방지하는 칡 찌꺼기 분쇄물, 상기 왕겨와 칡 찌꺼기 분쇄물을 자체 하중으로 눌러주어 왕겨와 칡 찌꺼기 분쇄물을 안정화시키는 황토를 구비하는 기본재, 및 상기 기본재로부터 분진이 발생되는 것을 방지하도록 기본재에 적셔지고 수지를 포함하며 물에 희석된 수지 에멀션을 포함하는 인조잔디용 충진재를 개시하고 있다.

그러나, 상기 특허의 인조잔디용 충진재는 왕겨와 칡 찌꺼기 분쇄물 등의 천연물을 사용하는 친환경적 이점에도 불구하고, 전반적으로 충진재의 내구성이 매우 떨어지고 스포츠 활동 과정에서 인가되는 충격 내지 마찰력에 대해 인장 강도 등이 현저히 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 즉, 전처리 하지 않은 왕겨 등과 같은 천연물이 충진재에 사용되는 기존 성분들과의 혼합시 천연물 표면의 이물질 및 불순물로 인해 결합력이 저하됨으로 인해 인조잔디용 충진재의 물성을 저하시켜 품질의 문제를 발생시킨다.

따라서, 인조잔디용 충진재의 주요 성분으로서 천연물을 사용할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 다양한 실험과 심도 있는 연구를 거듭한 끝에, 발효에 의해 표면 등이 개질된 발효 왕겨를 합성 수지, 오일, 중탄 등과 조합하여 입자 형태로 충진재를 제조할 경우, 천연물이면서 폐기물인 왕겨의 사용에 의해 친환경적인 잇점을 제공할 뿐만 아니라, 합성 수지 등과 같은 충진재를 구성하는 성분들에 대해 높은 계면 결합력에 의해 충진재 입자가 우수한 인장 강도를 발휘할 수 있어서, 인조잔디에 요구되는 특성들을 달성할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 인조잔디용 충진재는, 왕겨를 발효에 의해 개질한 발효 왕겨, 결합 성분 내지 탄성 성분으로서 합성 수지, 배합유 성분으로서 오일, 및 충진 성분으로서 중탄을 포함하고 있는 입자로 이루어진 것을 특징으로 한다.

왕겨는 쌀과 같은 곡물을 생산하는 과정에서 부산물로 얻을 수 있으며, 우리나라의 쌀 생산량은 연간 약 350 만톤으로(통계청 2020) 추정되고 있으므로, 여기서 부산물로 얻어지는 왕겨의 양은 매우 많을 것이라 예상할 수 있다. 왕겨는 쌀 뿐만 아니라 보리, 밀 등에서도 부생되므로, 그 총량은 더욱 증가한다. 이러한 농업 부산물인 왕겨는 산업 폐기물로 분류되고 있으므로, 이를 소재로 활용한 본 발명은 산업적으로도 기술적 가치가 높다고 할 수 있다.

본 발명은 발효 왕겨를 인조잔디용 충진재의 주요 성분으로서 포함함으로써 산업 폐기물의 소재 활용성을 높이면서도, 충진재에 요구되는 기본적인 물성들을 만족시킨다.

이러한 발효 왕겨는 충진재 전체 중량을 기준으로 예를 들어 5 내지 45 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 15 내지 35 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 발효 왕겨의 함량이 지나치게 적으면 발효 왕겨의 사용에 따른 이점이 줄어들 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 강도 및 내구성 저하가 클 수 있으므로, 바람직하지 않다.

기타 성분들의 함량과 관련하여, 하나의 구체적인 예에서, 충진재 전체 중량을 기준으로, 합성 수지는 10 내지 40 중량%, 오일은 10 내지 30 중량%, 중탄은 10 내지 50 중량%의 함량으로 각각 포함될 수 있다. 바람직하게는 각 성분들의 목적하는 효과를 더욱 효과적으로 발휘할 수 있도록, 합성 수지는 15 내지 35 중량%, 오일은 15 내지 28 중량%, 중탄은 20 내지 40 중량%의 함량으로 각각 포함될 수 있다

본 발명과 같이 천연 섬유, 천연 분말 등을 사용하는 바이오 복합재는 친환경적 특성, 저렴한 가격， 비독성， 제조시 생산기계의 마모 감소， 재활용 가능， 가공 비용의 절감, 및 저밀도로 인한 최종제품의 중량이 감소하는 등 다양한 장점으로 인해 최근 많은 관심을 받고 있다. 그러나, 바이오 복합재는 소수성인 기질 고분자와 친수성인 생분해성 충진재 사이의 약한 계면 결합력으로 인하여 최종제품의 물성이 저하되는 단점을 가지고 있다.

이와 같은 바이오 복합재의 단점을 개선하기 위하여 지난 수년간 기질 고분자와 생분해성 충진재 사이의 계면 결합력 향상에 많은 연구가 이루어져 왔다. 바이오 복합재 계면에서의 결합력을 향상시키기 위해서는 기질 고분자를 개질하는 방법과 생분해성 충진재의 표변을 처리하여 소수성을 증가시키는 방법이 있다. 예를 들어, 생분해성 충진재의 표변을 처리하여 바이오 복합재의 계면 결합력을 증가시키는 방법에는 코로나 처리, 플라즈마 처리, 열처리 등 다양한 방법이 있다. 그러나, 이러한 처리방법은 그 처리 비용이 상당히 높은 문제점을 안고 있다.

이에 반해, 왕겨, 목분 등과 같은 생분해성 충진재의 화학적 처리 방법 중 알칼리 처리와 산 처리는 처리비용이 적게 드는 장점으로 인해 현재 생분해성 분말의 표면처리에 많이 이용되고 있다. 예를 들어, Cao 등 (Applied Science and Manufacturing. 37(3)：423-429. 2006)은 가성소다 수용액을 이용하여 사탕수수 줄기를 처리하여 바이오 복합소재 제조 후 기계적 성질을 측정한 결과 기계적 성질이 향상되었다고 보고하였고, Khalil 등(European Polymer Journal 37： 1037-1045. 2000)은 코코넛 껍질을 아세트산 처리를 통해 바이오 복합소재의 계면에서의 결합력을 향상시켰다고 보고하였다. 그러나, 이러한 화학적 처리 방법은 화학 폐수가 발생되어 환경에 영향을 미치는 방법임으로 바람직하지 않다.

반면에, 본 발명에서는 친환경 방법인 발효를 통해 왕겨를 개질하고 있으므로, 화학 폐수 등의 발생이 없어서 매우 친환경적이라고 할 수 있다.

왕겨의 주성분은 셀룰로즈가 약 35%, 헤미셀룰로즈 약 12%, 회분(Ash) 약 19%, 리그닌 약 15%로 구성되어 있어서, 대부분 섬유질로서 섬유질 분해 효소인 셀룰라제(cellulase)로 효소 분해 작용을 통해, 고분자의 섬유질을 저분자화 할 수 있으며 왕겨의 불순물 중의 하나인 리그닌을 제거하는 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 하나의 구체적인 예에서, 상기 발효 왕겨는 왕겨의 섬유질 분해를 위한 효소 또는 섬유질 분해 및 왕겨의 표면 세정을 위한 효소를 사용하여 왕겨를 발효함으로써 얻어질 수 있다.

왕겨의 발효는 셀룰라제를 단독으로 사용하거나 또는 섬유 분해를 위한 발효 과정을 더욱 효율적으로 진행하기 위해서 셀룰라제를 복합하여 사용할 수 있다. 또한, 섬유질 분해와 표면 세정을 위하여 분해 효소와 세정 효소를 복합하여 사용하는 것이 더욱 효과적으로 왕겨의 표면 개질을 할 수 있다.

상기 효소의 예로서, 듀퐁사의 섬유효소 중에서 비섬유소 불순물 제거 및 친수성 향상과 리그닌 제거에 사용되는 Pectate Lyase, Amylase, Pectinase, 섬유 표면을 세척하는 Cellulase, Protease, 효과적인 세척력과 분해력을 갖는 Multi-Enzyme(Amylase, Cellulase, Mannanase, Pectate lyase의 혼합물), 노보자임(Novozymes)사의 셀룰라제(Cellusoft 25000, Cellusoft Supreme 22500L) 등을 예로 들 수 있지만, 이들 만으로 한정되지 않음은 물론이다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 발효는, 물에 왕겨와 하나 이상의 효소와 함께 소량의 유기산을 넣고 소정 시간 상온에서 정치하거나 상온 이상의 온도에서 가온하는 과정으로 수행될 수 있다.

일 예로, 물 50 내지 80 중량부에, Pectate Lyase, Amylase, Pectinase, Cellulase, Multi-Enzyme, Cellusoft 25000, Cellusoft Supreme 22500L 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 효소 0.1 내지 10 중량부와, 왕겨 40 내지 80 중량부, 및 인산, 사과산, 초산, 젖산, 구연산, 개미산 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 유기산 1 내지 10 중량부를 넣어 혼합한 후, 40 내지 70℃로 가온하여 24시간 동안 발효시킬 수 있다. 그런 다음, 발효물을 여과하고, 90℃로 가열하여 효소를 실화 시키면서 살균 및 건조하여, 발효 왕겨를 제조할 수 있다. 왕겨를 분쇄하여 입자상으로 제조하면 발효 효율을 더욱 높일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 충진재 중의 합성 수지는 결합 성분으로서 기질 고분자 수지와 탄성 성분으로서 열가소성 탄성 수지를 포함할 수 있다.

상기 기질 고분자 수지는, 앞서 설명한 바이오 복합재 분야에서 천연물에 기반한 발효 왕겨에 대한 일종의 기질 고분자로서 작용하며, 예를 들어 범용 고분자 수지인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸비닐아세테이트, 말레익폴리에틸렌, 말레익폴리프로필렌, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐, 폴리아크릴, 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 실리콘, 나일론, 폴리에스테르, 페놀수지 등과, 생분해 수지인 폴리락타이드, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌숙시네이트, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리부티렌 아디페이트 텔레프탈레이트 등을 들 수 있고, 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있지만, 종류와 사용 조건이 특별히 제한되는 것은 아니다.

상기 열가소성 탄성 수지는 외부에서 가해지는 충격 등에 대해 인공잔디에 요구되는 탄성을 제공하며, 예를 들어, 라텍스, 니트릴고무, 이피디엠(EPDM), 스티렌부타디엔러버, 폴리우레탄, 폴리부타디엔, 스티렌에틸렌부타디엔스티렌, 스티렌부타디엔스티렌, 폴리이소프렌 등을 들 수 있고, 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있지만, 종류와 사용 조건이 특별히 제한되는 것은 아니다.

기질 고분자 수지와 열가소성 탄성 수지가 합성 수지로서 함께 사용될 경우, 열가소성 탄성 수지의 함량은 기질 고분자 수지의 대해 중량비로 2 내지 20배의 범위일 수 있다.

충진재에서 오일은 성분들이 균일하게 혼합될 수 있도록 하며, 인조잔디에 가해지는 외부 마찰력을 낮추어 사용자 및 인조잔디를 보호하는 작용을 한다. 충진재의 제조 과정에서 오일의 일부는 발효 왕겨의 내부로 함침되게 된다. 이러한 오일의 예로는, 폴리에틸렌 글리콜, 글리세롤, 트리아세틴 등과 같은 미네랄 오일과, 카놀라유, 옥수수유, 아마유, 홍화씨유, 해바라기유, 대두유 등과 같은 식물성 기름 등을 들 수 있고, 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있지만, 종류와 사용 조건이 특별히 한정되지 않음은 물론이다.

충진재에서 중탄은 플라스틱, 도료, 고무 등에서 필러로서 많이 사용되는 중질 탄산칼슘으로서, 천연의 석회석을 분쇄한 것이나 화학적으로 합성한 것이 모두 사용될 수 있다.

경우에 따라서는, 인조잔디 분야에서 충진재에 사용되는 것으로 공지되어 있는 기타 성분들이 추가로 포함될 수 있는 바, 예를 들어, 황토, 코르크 분말, 계면활성제, 산화방지제, 이산화티탄, 염화나트륨, 염화칼슘 일수화물, 염화칼슘, 삼인산나트륨, 황산나트륨, 리그노술폰산나트륨, 탄산수소나트륨, 황산알루미늄, 탄산칼슘, 과인산석회, 실리카, 황산바륨, 벤토나이트, 칼라마스터배치 등이 소망하는 특성을 발휘하는 함량 범위에서 하나 또는 둘 이상의 조합으로 추가로 포함될 수 있다.

상기 추가 성분들의 다수는 앞서 인용한 바 있는 본 출원인의 등록특허 제10-1872877호에 개시되어 있고, 상기 등록특허의 내용은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.

본 발명에 따른 인조잔디용 충진재는 발효 왕겨, 합성 수지, 오일, 중탄 및 기타 성분들을 일괄 혼합하여 입자로서 만들 수도 있지만, 발효 왕겨에 대한 계면 결합력을 높여 인장 강도를 더욱 향상시킬 수 있도록, 발효 왕겨와 결합 성분의 합성 수지 및 오일을 혼합하여 twin screw extruder와 같은 압출기(extruder)에서 펠럿으로 압출한 후, 상기 펠럿을 탄성 성분의 합성 수지와 오일 및 중탄과 혼합하여 압출기에서 압출하여 얻어지는 것이 더욱 바람직할 수 있다.

충진재인 입자의 형태는 다양할 수 있으며, 제조과정에서 입자의 형성을 위해 절단되는 크기는 약 0.5 ~ 3.0 mm의 직경을 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 일 예로, 절단 방법은 수중 절단(Under Water Cutting) 방식이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 제조된 펠럿 형상의 압출 성형물은 아직 고화가 되지 않은 상태이므로, 이를 고속 회전기에 투입하여 고속 회전시킬 경우, 탈수됨과 동시에 상호 마찰에 의해 연마되어 표면이 무뎌지면서 구 형상을 이루고, 이후 양생에 의해 내부 고화가 일어나서 구형의 형태를 가지도록 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인조잔디용 충진재는 천연물이면서 폐기물인 왕겨의 사용에 의해 친환경적인 잇점을 제공할 뿐만 아니라, 합성 수지 등과 같은 충진재를 구성하는 성분들에 대해 높은 계면 결합력에 의해 충진재 입자가 우수한 인장 강도를 발휘할 수 있어서, 인조잔디에 요구되는 특성들을 만족시킬 수 있다.

도 1은 실시예 1에서 제조된 펠럿의 단면 사진이다;
도 2는 실시예 1에서 펠럿으로 커팅하기 이전의 필라멘트의 표면 사진이다;
도 3은 비교예 2에서 제조된 펠럿의 단면 사진이다;
도 4는 비교예 2에서 펠럿으로 커팅하기 이전의 필라멘트의 표면 사진이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

왕겨를 분쇄한 50 - 300 mesh의 분말 1 kg와 Pectate Lyase 2 g을 물 3 kg에 균일하게 혼합하고 아세트산 0.01 g을 첨가하여 산도(pH)를 5로 조절한 후, 물 중탕으로 50℃에서 24시간 동안 발효 처리한 다음, 여과하고 물로 세정한 후 90-100℃에서 12시간 동안 건조하여, 발효된 왕겨 분말을 약 970 g을 수득하였다.

이렇게 수득된 발효 왕겨 500 g과 폴리에틸렌 1.4 kg 및 대두유 100 g을 혼합기에 넣어 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여 펠럿을 제조하여 1차 압출물을 제조하였다.

도 1에는 제조된 펠럿의 단면 사진이 개시되어 있고, 도 2에는 펠럿으로 커팅하기 이전의 필라멘트의 표면 사진이 개시되어 있다. 이들 도면에서 보는 바와 같이, 발효 왕겨는 표면의 불순물 제거와 함께 표면 개질에 의한 기질 고분자 수지와의 표면 결합력 증가에 의해 전반적으로 균일하고 매끈한 단면 및 표면 상태의 펠럿이 제조될 수 있음을 알 수 있다.

[실시예 2]

Pectate Lyase 대신에 Multi-Enzyme을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발효된 왕겨 분말을 약 945 g을 수득하였고, 이렇게 수득된 발효 왕겨를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 펠럿을 제조하여 1차 압출물을 제조하였다.

[실시예 3]

Pectate Lyase 대신에 셀룰라제(Cellusoft 25000)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발효된 왕겨 분말을 약 958 g을 수득하였고, 이렇게 수득된 발효 왕겨를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 펠럿을 제조하여 1차 압출물을 제조하였다.

[실시예 4]

상기 실시예 2에서 수득된 발효 왕겨 600 g과 폴리에틸렌 1.3 kg 및 대두유 100 g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠럿을 제조하여 1차 압출물을 제조하였다.

[실시예 5]

상기 실시예 2에서 얻어진 1차 압출물인 펠럿 4.7 kg에, 열가소성 탄성 수지인 스티렌부타디엔스티렌 1.5 kg, 대두유 1.3 kg 및 중탄 2.5 kg을 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여 2차 압출물인 인조잔디용 충진재를 제조하였다.

[실시예 6]

상기 실시예 4에서 얻어진 1차 압출물인 펠럿 4.7 kg에, 열가소성 탄성 수지인 스티렌부타디엔스티렌 1.5 kg, 대두유 1.3 kg 및 중탄 2.5 kg을 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여 2차 압출물인 인조잔디용 충진재를 제조하였다.

[실시예 7]

상기 실시예 2에서 얻어진 발효 왕겨 분말 1.175 kg, 폴리에틸렌 3.290 kg, 열가소성 탄성 수지인 스티렌부타디엔스티렌 1.500 kg, 대두유 1.535 kg 및 중탄 2.500 kg을 일괄 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여, 인조잔디용 충진재를 제조하였다.

[비교예 1]

폴리에틸렌 1.9 kg과 대두유 100 g을 혼합기에 넣어 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여 1차 압출물인 펠럿을 제조하였다.

[비교예 2]

전처리 과정을 거치지 않은 왕겨 500 g과 폴리에틸렌 1.4 kg 및 대두유 100 g을 혼합기에 넣어 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여 1차 압출물인 펠럿을 제조하였다.

도 3에는 제조된 펠럿의 단면 사진이 개시되어 있고, 도 4에는 펠럿으로 커팅하기 이전의 필라멘트의 표면 사진이 개시되어 있다. 이들 도면을 실시예 1의 도 1 및 2과 비교해 보면, 전반적으로 불균일하고 거친 단면 및 표면 상태의 펠럿이 제조됨을 알 수 있다.

[비교예 3]

왕겨를 분쇄한 50 - 300 mesh의 분말 1 kg와 가성소다 30 g을 물 3 kg에 균일하게 혼합하고 상온에서 5시간 동안 저어준 다음, 증류수로 세척하고 약 100℃에서 건조하여, 약 930 g의 전처리한 왕겨 분말을 수득하였다.

이렇게 알카리 전처리 왕겨 500 g과 폴리에틸렌 1.4 kg 및 대두유 100 g을 혼합기에 넣어 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여 1차 압출물인 펠럿을 제조하였다.

[비교예 4]

왕겨를 분쇄한 50 - 300 mesh의 분말 1 kg와 아세트산 30 g을 물 3 kg에 균일하게 혼합하고 상온에서 5시간 동안 저어준 후, 증류수로 세척하고 약 100℃에서 건조하여, 약 910 g의 전처리한 왕겨 분말을 수득하였다.

이렇게 산 전처리 왕겨 500 g과 폴리에틸렌 1.4 kg 및 대두유 100 g을 혼합기에 넣어 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여 1차 압출물인 펠럿을 제조하였다.

[비교예 5]

상기 비교예 1에서 얻어진 펠럿 4.7 kg에, 열가소성 탄성 수지인 스티렌부타디엔스티렌 1.5 kg, 대두유 1.3 kg 및 중탄 2.5 kg을 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여 2차 압출물인 인조잔디용 충진재를 제조하였다.

[비교예 6]

상기 비교예 2에서 얻어진 펠럿 4.7 kg에, 열가소성 탄성 수지인 스티렌부타디엔스티렌 1.5 kg, 대두유 1.3 kg 및 중탄 2.5 kg을 혼합한 후, twin screw extruder에 넣고 압출하여, 2차 압출물인 인조잔디용 충진재를 제조하였다.

[실험예 1]

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 각각 제조된 펠럿을 hot press(QM900A, 190℃, Preheat 2min, Heat 2min, Pressure 50~60bar(5~6Mpa))로 1.0 mm의 시편을 제작하여 인장 강도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

앞에서도 설명한 바와 같이, 본 발명의 충진재는 발효 왕겨와 결합 성분의 합성 수지 및 오일을 우선적으로 혼합하여 펠럿을 만드는 과정에서 발효 왕겨와 합성 수지의 계면 결합력에 의해 충진재 입자의 인장 강도의 크기가 실질적으로 결정되므로, 실시예들 1 내지 3과 왕겨를 사용하지 않은 비교예 1을 제외한 나머지 비교예 2 내지 4에서는 왕겨와 폴리에틸렌 및 대두유를 혼합하여 펠럿을 제작하고, 본 실험예에서는 이러한 펠럿에 기반한 시편의 인장 강도(Universal Testing Machine(QM100T), 속도 100.00mm/min, 지간 거리 20mm) 를 측정하였다.

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 펠럿은 전처리를 하지 않은 왕겨를 사용한 비교예 2보다 인장 강도가 높으며, 발효 왕겨의 함량이 증가함에 따라 인장 강도가 상승하는 것을 알 수 있는 바, 이는 왕겨의 표면 처리에 따라 계면 결합력이 증가하기 때문이다. 이러한 결과는 알카리 또는 산 처리를 한 비교예 3 및 4와 비견되는 인장 강도임을 알 수 있는데, 산 처리시 인장 강도가 낮아지는 것은 산으로 인해 왕겨 표면의 균열에 따른 결과로 보인다. 하지만, 비교예 3 및 4는 왕겨의 알카리 또는 산 처리에 따른 화학 폐수의 발생과 폐수처리 비용 발생의 문제점을 가지고 있다.

한편, 단독 효소인 Pectate lyase와 셀룰라제(Cellusoft 25000)를 사용한 실시예 1 및 3보다 복합효소인 multi-enzyme을 사용한 실시예 2 및 4에서 이물질 제거로 인한 계면 결합력 증대로 인장 강도가 증가한 것을 알 수 있다.

[실험예 2]

상기 실험예 1과 동일한 측정 방법으로 실시예 5 내지 7과 비교예 5 및 6에서 각각 제조된 인조잔디용 충진재의 인장 강도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 발효 왕겨를 사용해 제조된 실시예 5 보다 실시예 6의 인장강도가 증가하는 것은 발효 왕겨의 함량 증가시 기질 수지와의 계면 결합력이 더욱 증대되었기 때문인 것으로 이해할 수 있으며, 왕겨를 사용하지 않은 비교예 5보다도 높은 인장 강도를 나타내는 것을 알 수 있는데, 이는 상기와 같이 발효 왕겨 첨가시 계면 결합력이 증대되었기 때문인 것으로 이해할 수 있다. 또한, 발효 전처리를 하지 않은 왕겨를 사용한 비교예 6의 인장강도가 낮은 것은 왕겨 표면의 이물질로 인해 다른 성분들 과의 계면 결합이 방해를 받은 결과로 이해할 수 있다.

한편, 실시예 5와 7의 결과를 비교해 보면, 실시예 5의 1차 압출물에 2차 배합 후 압출을 통해 제조된 인조잔디용 충진재가 실시예 7의 일괄 압출하여 제조된 인조잔디용 충진재보다 다소 높은 인장 강도를 나타내는 반면에, 그 차이가 크지 않으므로 공정의 경제성 측면에서는 실시예 7의 일괄 압출 방식이 유리할 수도 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로, 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (8)

1. 인조잔디의 충진에 사용되는 충진재로서, 왕겨를 분쇄한 후 섬유질 분해를 위한 효소와 표면 세정을 위한 효소를 사용하여 발효에 의해 개질한 발효 왕겨, 결합 성분 내지 탄성 성분으로서 합성 수지, 배합유 성분으로서 오일, 및 충진 성분으로서 중탄을 포함하고 있는 입자로 이루어져 있으며,
   상기 합성 수지는 결합 성분으로서 기질 고분자 수지와 탄성 성분으로서 열가소성 탄성 수지를 포함하고 있고,
   상기 기질 고분자 수지는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸비닐아세테이트, 말레익폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리아크릴, 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 실리콘, 나일론, 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 인조잔디용 충진재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 발효 왕겨는 충진재 전체 중량을 기준으로 5 내지 45 중량%의 함량으로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 인조잔디용 충진재.
3. 제 1 항에 있어서, 충진재 전체 중량을 기준으로 합성 수지는 10 내지 40 중량%, 오일은 10 내지 30 중량%, 중탄은 10 내지 50 중량% 범위의 함량으로 각각 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 인조잔디용 충진재.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 발효는, 물에 왕겨 및 효소와 함께 유기산을 넣고, 소정 시간 상온에서 정치하거나 상온 이상의 온도에서 가온하는 과정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 인조잔디용 충진재.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 탄성 수지는 라텍스, 니트릴 고무, 이피디엠(EPDM), 스티렌부타디엔 러버, 폴리우레탄, 폴리부타디엔, 스티렌에틸렌부타디엔스티렌, 스티렌부타디엔스티렌으로, 및 폴리이소프렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 인조잔디용 충진재.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 충진재에는 황토, 코르크 분말, 계면활성제, 산화방지제, 이산화티탄, 염화나트륨, 염화칼슘 일수화물, 염화칼슘, 삼인산나트륨, 황산나트륨, 리그노술폰산나트륨, 탄산수소나트륨, 황산알루미늄, 탄산칼슘, 과인산석회, 실리카, 황산바륨, 벤토나이트, 및 칼라마스터배치로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상이 추가적으로 포함되어 있는 인조잔디용 충진재.

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