KR102381439B1 - 투수성과 내구성이 우수한 친환경 투수블록 및 이의 제조 방법 - Google Patents

투수성과 내구성이 우수한 친환경 투수블록 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자갈 및 바이오 우레탄계 접착제를 포함하되, 시멘트를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 친환경 투수블록 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 우레탄계 접착제는 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 혼합하여 제조된 것을 특징으로 한다.

Description

투수성과 내구성이 우수한 친환경 투수블록 및 이의 제조 방법 {Eco-friendly permeable block with excellent water permeability and durability, and manufacturing method thereof}
본 발명은 투수성과 내구성이 우수한 친환경 투수블록 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
도시화가 진행되면서 지표의 불투수화가 급격하게 진행되었으며, 이로 인해 강우 시 첨두유출시간이 감소하고 단기간 집중유출이 증대되어 폭우로 인한 도시홍수 등이 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국내외에서는 투수성아스팔트, 투수콘크리트 또는 투수블록 등의 투수포장이 도입하였다.
이 중 자체 투수블록은 블록 자체가 투수성을 갖는 투수블록으로, 비가 오면 빗물을 스펀지처럼 흡수하여 하부로 투수시키는 형태이다.
이와 같은 자체 투수블록은 높은 다공성 및 투수성을 확보하기 위해 주로 굵은 골재를 사용하나, 이 경우 골재 간 접합 면적이 적어 높은 접착강도를 달성하기 어려우며, 이로 인해 압축강도, 휨강도 등의 강도 특성 및 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 반대로, 접착강도를 향상시키기 위해 바인더인 시멘트를 과량 사용할 시 강도 특성 및 내구성은 향상되는 반면 투수성이 떨어지는 단점이 있으며, 시멘트 자체에서 발생하는 유독물질로 인한 지하수 오염 등의 환경적 피해가 발생한다는 문제점이 있다.
한편, 이에 대한 유사 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1182872호가 제시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1182872호 (2012.09.07)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 투수성이 우수하면서도 높은 접착강도 및 내가수분해성을 가져 내구성이 우수하며, 시멘트 사용을 배제할 수 있는 친환경 투수블록 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 자갈 및 바이오 우레탄계 접착제를 포함하되, 시멘트를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 투수블록으로, 상기 바이오 우레탄계 접착제는 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 혼합하여 제조된 것인, 친환경 투수블록에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 바이오 폴리올은 중량평균분자량이 500 내지 3000 g/mol이며, 수산가(OH value)가 30 내지 300 ㎎ KOH/g일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 석유계 폴리에스테르폴리올은 무수프탈산, 테레프탈산 및 이소프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상과 다가알코올을 축합반응시켜 제조된 방향족계 폴리에스테르폴리올일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 석유계 폴리에스테르폴리올은 중량평균분자량이 500 내지 2,000 g/mol일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 바이오 폴리올 : 석유계 폴리에스테르폴리올 : 석유계 폴리에테르폴리올의 중량비는 100 : 10 내지 30 : 3 내지 15일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 자갈 : 바이오 우레탄계 접착제의 중량비는 100 : 10 내지 30일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 자갈의 입경은 2 내지 50 ㎜일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 투수블록은 EL 245:2012에 의거해 측정된 전공극률이 15% 이상일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 투수블록은 KS F 2386:2018에 의거해 측정된 접착강도가 0.5 ㎫ 이상일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 투수블록은 KS F 4419:2016(정수두법)에 의거해 측정된 투수계수가 30 ㎜/s 이상일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 투수블록은 표면개질된 산화그래핀을 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 a) 자갈과 바이오 우레탄계 접착제를 배합하여 투수블록용 조성물을 준비하는 단계; 및 b) 상기 투수블록용 조성물을 몰딩하여 블록 형태의 투수블록을 제조하는 단계;를 포함하되, 상기 바이오 우레탄계 접착제는 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 포함하며, 상기 투수블록용 조성물은 시멘트를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 친환경 투수블록의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 투수블록은 바이오 우레탄계 접착제를 자갈과 배합하여 제조됨에 따라 투수성이 우수하면서도, 시멘트를 사용하지 않고 바이오 우레탄계 접착제를 사용하여 친환경적이며, 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 혼합하여 제조된 바이오 우레탄계 접착제를 사용함으로써 높은 접착강도와 휨강도 및 뛰어난 내가수분해성을 가져 내구성이 우수하다는 장점이 있다.
도 1은 실시예 1에 따라 제조된 투수블록(자갈 입경 2~10 ㎜)의 실사진이다.
도 2는 실시예 2에 따라 제조된 투수블록(자갈 입경 10~25 ㎜)의 실사진이다.
이하 본 발명에 따른 투수성과 내구성이 우수한 친환경 투수블록 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 자갈 및 바이오 우레탄계 접착제를 포함하되, 시멘트를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 투수블록에 관한 것으로, 상기 바이오 우레탄계 접착제는 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 혼합하여 제조된 것일 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 투수블록은 바이오 우레탄계 접착제를 자갈과 배합하여 제조됨에 따라 투수성이 우수하면서도, 시멘트를 사용하지 않고 바이오 우레탄계 접착제를 사용하여 친환경적이며, 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 혼합하여 제조된 바이오 우레탄계 접착제를 사용함으로써 높은 접착강도와 휨강도 및 뛰어난 내가수분해성을 가져 내구성이 우수하다는 장점이 있다.
상세하게, 상기 투수블록은 EL 245:2012에 의거해 측정된 전공극률이 15% 이상일 수 있으며, 보다 좋게는 EL 245:2012에 의거해 측정된 전공극률이 20 내지 40%일 수 있다. 이와 같은 범위에서 충분한 우수 통로가 제공되어 투수성이 우수할 수 있으면서도 자갈 간 충분한 접착이 이루어질 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 투수블록은 높은 전공극률을 가져 투수성이 우수하며, 구체적으로, KS F 4419:2016(정수두법)에 의거해 측정된 투수계수가 30 ㎜/s 이상일 수 있으며, 보다 좋게는 40 ㎜/s 이상일 수 있다. 이와 같은 범위에서 폭우 시 빗물을 효과적으로 투수시킬 수 있어 홍수 발생 등을 방지할 수 있다. 이때, 상기 투수계수의 상한은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 100 ㎜/s일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 투수블록은 우수한 접착강도를 가질 수 있으며, 구체적으로, KS F 2386:2018에 의거해 측정된 접착강도가 0.5 ㎫ 이상일 수 있으며, 보다 좋게는 0.55 ㎫ 이상일 수 있다. 이때, 상기 접착강도의 상한은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 3 ㎫일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 친환경 투수블록에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 자갈에 대하여 설명한다. 자갈은 알갱이의 입경이 모래보다 큰 암설로 구체적으로 자갈의 입경은 2 내지 50 ㎜일 수 있다. 바람직하게는 투수블록의 용도에 따라 자갈의 입경을 조절할 수 있으며, 예를 들어 투수블록이 보도용인 경우 자갈의 입경은 5 내지 50 ㎜, 보다 좋게는 10 내지 30 ㎜일 수 있고, 투수블록이 하천용인 경우 자갈의 입경은 2 내지 20 ㎜, 보다 좋게는 2 내지 15 ㎜일 수 있다. 도 1 및 2를 참조하면, 도 1은 하천용 투수블록의 실사진이며, 도 2는 보도용 투수블록의 실사진이다.
한편, 상기 자갈을 단단하게 접착시키기 위한 접착제로 바이오 우레탄계 접착제가 사용되며, 이때 상기 자갈 : 바이오 우레탄계 접착제의 중량비는 100 : 10 내지 30일 수 있으며, 보다 좋게는 100 : 15 내지 25일 수 있다. 이와 같은 범위에서 높은 전공극률을 확보하면서도 자갈 간 접착력이 우수하여 투수블록의 강도 특성이 우수할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 바이오 우레탄계 접착제는 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 혼합하여 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 제1제는 폴리머릭 MDI와 이소시아네이트 단량체를 혼합하여 사용함으로써 자갈 간 접착력을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 투수블록의 접착강도 및 휨강도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
이때, 상기 폴리머릭 MDI : 이소시아네이트 단량체는 50:50 내지 85:15의 중량비로 혼합될 수 있으며, 보다 좋게는 60:40 내지 80:20, 가장 좋게는 70:30 내지 80:20의 중량비로 혼합될 수 있다. 이와 같은 범위에서 접착력 향상 효과가 특히 우수할 수 있다.
상기 폴리머릭 MDI는 셋 이상의 이소시아네이트기를 함유한 것으로, 바람직하게는 NCO 함량이 25 내지 35 중량%, 보다 바람직하게는 28 내지 32 중량%인 폴리머릭 MDI를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 제2제는 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 바이오 폴리올로서는 천연 식물유, 목질계 바이오매스 또는 해조류로부터 제조된 바이오 폴리올을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 천연 식물유는 옥수수유, 대두유, 피마자유, 야자유, 해바라기씨유, 포도씨유, 아몬드유 및 살구씨유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
또한, 상기 바이오 폴리올은 중량평균분자량이 500 내지 3000 g/mol일 수 있고, 보다 좋게는 800 내지 1500 g/mol일 수 있으며, 수산가(OH value)가 30 내지 300 ㎎ KOH/g일 수 있고, 보다 좋게는 수산가(OH value)가 80 내지 200 ㎎ KOH/g일 수 있다. 이를 만족하는 바이오 폴리올을 사용함으로써 투수블록의 강도 특성을 향상시킬 수 있다.상기 석유계 폴리에스테르폴리올은 접착력 향상 측면에서 방향족계 폴리에스테르폴리올을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 무수프탈산, 테레프탈산 및 이소프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상과 다가알코올을 축합반응시켜 제조된 방향족계 폴리에스테르폴리올일 수 있다. 또한 석유계 폴리에스테르폴리올의 중량평균분자량은 500 내지 2,000 g/mol일 수 있으며, 보다 좋게는 500 내지 1,000 g/mol일 수 있다. 이처럼 다소 낮은 분자량을 가진 폴리에스테르폴리올을 사용함으로써 투수블록의 강도 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올은 폴리알킬렌글리콜일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 에틸렌옥시드와 프로필렌옥시드의 공중합체 및 에틸렌옥시드와 부틸렌옥시드의 공중합체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 또한 폴리에테르폴리올의 중량평균분자량은 100 내지 1000 g/mol일 수 있으며, 보다 좋게는 300 내지 600 g/mol일 수 있다. 이처럼 다소 낮은 분자량을 가진 폴리에테르폴리올을 사용함으로써 투수블록의 강도 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 바이오 폴리올 : 석유계 폴리에스테르폴리올 : 석유계 폴리에테르폴리올의 중량비는 100 : 10 내지 30 : 3 내지 15일 수 있으며, 보다 좋게는 바이오 폴리올 : 석유계 폴리에스테르폴리올 : 석유계 폴리에테르폴리올의 중량비는 100 : 18 내지 25 : 5 내지 12일 수 있다. 이와 같은 범위에서 접착력 향상 효과 및 강도 향상 효과가 특히 우수할 수 있다.
상기 촉매는 우레탄 반응 시 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 구리 나프테네이트, 디부틸틴디라우레이트, 주석옥토에이트, 트리에틸아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸부탄디아민, 디메틸시클로헥실아민, 펜타메틸렌디에틸렌트리아민 및 트리스(3-디메틸아미노)프로필 헥사히드로트리아민 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 바람직하게는 아민계 촉매일 수 있다. 상기 촉매는 제2제 총 중량 중 0.01 내지 1 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 0.03 내지 0.5 중량%, 가장 좋게는 0.1 내지 0.3 중량%로 첨가될 수 있다.
또한, 상기 투수블록은 표면개질된 산화그래핀을 더 포함할 수 있으며, 보다 상세하게 상기 표면개질된 산화그래핀은 제2제에 포함될 수 있다. 산화그래핀은 수산기와 카르복실기 중 어느 하나 이상의 친수성기를 다수 포함하고 있는 친수성 소재로, 방향족기가 다수 포함되어 있는 우레탄계 접착제와 균일하게 혼화되기 위한 측면에서 소수성으로 표면개질된 산화그래핀을 사용하는 것이 바람직하다. 상세하게, 상기 산화그래핀은 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 것일 수 있으며, 이를 통해 제1제의 이소시아네이트 화합물과 표면개질된 산화그래핀 간 화학 결합을 형성하여 산화그래핀이 투수블록에 보다 단단히 결착될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면 상기 아민기 함유 실란 커플링제는 3-아미노프로필 트리메톡시실란, 3-아미노프로필 트리에톡시실란, 3-아미노프로필 메틸디메톡시실란, 3-아미노프로필 메틸디에톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 메틸디메톡시실란 및 N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 메틸디에톡시실란 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 이와 같은 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 산화그래핀을 사용하는 것이 우수한 내구성을 확보하면서 뛰어난 투수성을 유지하기 위한 측면에서 바람직하다.
상기 표면개질된 산화그래핀은 자갈 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 3 내지 8 중량부로 첨가될 수 있다. 표면개질된 산화그래핀을 1 중량부 미만으로 첨가할 시 내구성 향상 효과가 미미할 수 있으며, 10 중량부 초과로 첨가할 시 투수블록의 전공극률이 낮아져 투수성이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 투수블록의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게 a) 자갈과 바이오 우레탄계 접착제를 배합하여 투수블록용 조성물을 준비하는 단계; 및 b) 상기 투수블록용 조성물을 몰딩하여 블록 형태의 투수블록을 제조하는 단계;를 포함하되, 상기 바이오 우레탄계 접착제는 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 포함하며, 상기 투수블록용 조성물은 시멘트를 포함하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 각 구성 성분의 구체적인 재료 및 함량은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략하며, 투수블록이 표면개질된 산화그래핀을 더 포함할 시 자갈, 표면개질된 산화그래핀 및 바이오 우레탄계 접착제를 배합하여 투수블록용 조성물을 준비할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 투수성과 내구성이 우수한 친환경 투수블록 및 이의 제조 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[표면개질된 산화그래핀]
N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시실란을 디클로로메탄에 10 중량%의 농도로 용해시킨 용액 100 중량부에 산화그래핀 30 중량부를 투입하였다. 이후 24시간 동안 교반시키고, 여과 및 건조하여 표면개질된 산화그래핀(m-GO)을 준비하였다.
[실시예 1]
입경이 2~10 ㎜인 자갈 100 중량부에 대하여 표면개질된 산화그래핀 5 중량부 및 바이오 우레탄계 접착제 25 중량부를 배합하여 투수블록용 조성물을 준비한 후, 이를 몰딩하여 도 1에 도시된 것과 같은 블록 형태의 투수블록을 제조하였다.
이때, 상기 바이오 우레탄계 접착제로 NCO 함량이 30 중량%인 폴리머릭 MDI(p-MDI) 80 중량% 및 MDI 20 중량%로 구성된 제1제와 대두유 유래 바이오 폴리올(bio-PLO, 중량평균분자량 ~1000 g/mol, 수산가 110 ㎎ KOH/g) 75 중량%, 무수프탈산과 에틸렌글리콜을 축합반응시킨 폴리에스테르 폴리올(Ph-PES, 중량평균분자량 ~600 g/mol) 16.5 중량%, 폴리에틸렌글리콜(PEG, 중량평균분자량 ~400 g/mol) 8.4 중량% 및 디부틸틴디라우레이트(DBTDL) 0.1 중량%로 구성된 제2제를 1 : 2의 중량비로 혼합하여 준비하였다.
[실시예 2]
입경이 10~25 ㎜인 자갈을 사용한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하여 도 2에 도시된 것과 같은 블록 형태의 투수블록을 제조하였다.
[실시예 3 내지 9]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폴리머릭 MDI, MDI, 바이오 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에틸렌글리콜의 함량을 달리한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 1]
바이오 우레탄계 접착제로 NCO 함량이 30 중량%인 폴리머릭 MDI 100 중량%로 구성된 제1제를 사용한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 2]
바이오 우레탄계 접착제로 MDI 100 중량%로 구성된 제1제를 사용한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 3]
바이오 우레탄계 접착제로 대두유 유래 바이오 폴리올(bio-PLO, 중량평균분자량 ~1000 g/mol, 수산가 110 ㎎ KOH/g) 99.9 중량% 및 디부틸틴디라우레이트(DBTDL) 0.1 중량%로 구성된 제2제를 사용한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 4]
바이오 우레탄계 접착제로 NCO 함량이 30 중량%인 폴리머릭 MDI 80 중량% 및 MDI 20 중량%로 구성된 제1제와 대두유 유래 바이오 폴리올(bio-PLO, 중량평균분자량 ~1000 g/mol, 수산가 110 ㎎ KOH/g) 75 중량%, 아디프산과 에틸렌글리콜을 축합반응시킨 폴리에스테르 폴리올(Ad-PES, 중량평균분자량 ~600 g/mol) 16.5 중량%, 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량 ~400 g/mol) 8.4 중량% 및 디부틸틴디라우레이트(DBTDL) 0.1 중량%로 구성된 제2제를 1 : 2의 중량비로 혼합하여 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
실시예 1~9 및 비교예 1~4
자갈 100 중량부, m-GO 5 중량부 및 우레탄계 접착제 25 중량부로 배합
자갈 입경
(㎜)		 제1제 (중량%) 제2제 (중량%)
p-MDI MDI bio-PLP 폴리에스테르 폴리올 PEG 촉매
실시예 1 2~10 80 20 75 Ph-PES, 16.5 8.4 0.1
실시예 2 10~25 80 20 75 Ph-PES, 16.5 8.4 0.1
실시예 3 2~10 40 60 75 Ph-PES, 16.5 8.4 0.1
실시예 4 2~10 60 40 75 Ph-PES, 16.5 8.4 0.1
실시예 5 2~10 90 10 75 Ph-PES, 16.5 8.4 0.1
실시예 6 2~10 80 20 90 Ph-PES, 5 4.9 0.1
실시예 7 2~10 80 20 85 Ph-PES, 10 4.9 0.1
실시예 8 2~10 80 20 70 Ph-PES, 20 9.9 0.1
실시예 9 2~10 80 20 75 Ph-PES, 8.5 16.4 0.1
비교예 1 2~10 100 - 75 Ph-PES, 16.5 8.4 0.1
비교예 2 2~10 - 100 75 Ph-PES, 16.5 8.4 0.1
비교예 3 2~10 80 20 99.9 - - 0.1
비교예 4 2~10 80 20 75 Ad-PES, 16.5 8.4 0.1
[특성 평가]
1) 전공극률(%): EL 245:2012에 의거해 투수블록의 전공극률을 평가하였으며, 이때 수온은 20.0℃이었다.
2) 접착강도(㎫): KS F 2386:2018에 의거해 투수블록의 접착강도(파단면의 파괴형식:F)를 평가하였다.
3) 휨강도(㎫): KS F 2408:2016에 의거해 투수블록(200㎜×100㎜×60㎜)의 휨강도(A 동결융해 전, B 동결융해 후)를 평가하였으며, 이때 동결융해 후 휨강도는 KS F 2456:2013에 의거해 300회 동결융해 시킨 후 투수블록의 휨강도를 평가하였다.
4) 투수계수(㎜/s): KS F 4419:2016(정수두법)에 의거해 투수블록의 투수계수(A 오염 전, B 오염 후)를 평가하였으며, 이때 수온은 20.0℃, 온도보정계수 Rt = 1.000이었고, 오염 조건은 협잡물 중량 12 g, 통화시키는 증류수 양 200 ㎖, 진동수 60 ㎐, 오염시간 30초이었다.
전공극률 (%) 접착강도 (㎫) 휨강도 (㎫) 투수계수 (㎜/s)
A B A B
실시예 1 24.50 0.83 4.89 3.98 47.5 44.2
실시예 2 36.19 0.59 1.98 0.89 51.2 49.4
실시예 3 23.64 0.61 4.06 3.01 45.3 41.7
실시예 4 25.16 0.74 4.43 3.36 48.2 44.7
실시예 5 24.09 0.65 4.15 3.11 46.9 43.6
실시예 6 25.88 0.66 3.87 2.72 47.1 43.2
실시예 7 23.92 0.71 4.48 3.39 46.4 43.2
실시예 8 24.38 0.76 4.62 3.58 48.1 44.7
실시예 9 25.57 0.68 4.03 2.99 47.0 43.4
비교예 1 24.52 0.48 3.54 2.41 45.9 42.1
비교예 2 26.04 0.42 3.26 2.23 47.2 43.3
비교예 3 23.46 0.68 3.62 2.53 46.5 41.6
비교예 4 23.85 0.62 3.06 2.01 47.5 44.3
상기 표 1 및 2를 참조하면, 자갈과 표면개질된 산화그래핀 및 바이오 우레탄계 접착제를 배합 및 몰딩하여 투수블럭을 제조한 실시예 및 비교예 모두 전공극률이 20% 이상으로 높아 투수계수가 우수한 것을 확인할 수 있었다.
다만, 바이오 우레탄계 접착제의 성분에 따라 투수블록의 접착강도 및 휨강도가 달랐으며, 실시예 1의 경우 폴리머릭 MDI와 MDI, 바이오 폴리올, 방향족계 폴리에스테르폴리올과 폴리에테르폴리올을 적정 비율로 혼합하여 우레탄화 시킴에 따라 접착강도 및 휨강도가 특히 우수하였다.
반면, 비교예 1 및 2는 폴리머릭 MDI 또는 MDI 중 하나의 성분만 사용하고, 비교예 3은 바이오 폴리올만 사용, 비교예 4는 방향족계 폴리에스테르폴리올 대신 지방족계 폴리에스테르폴리올을 사용함에 따라 투수블록의 접착강도 및 휨강도가 저하되어 내구성이 다소 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 자갈 및 바이오 우레탄계 접착제를 포함하되, 시멘트를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 투수블록으로,
    상기 바이오 우레탄계 접착제는 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 혼합하여 제조된 것이며, 상기 바이오 폴리올 : 석유계 폴리에스테르폴리올 : 석유계 폴리에테르폴리올의 중량비는 100 : 10 내지 30 : 3 내지 15인, 친환경 투수블록.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 폴리올은 중량평균분자량이 500 내지 3000 g/mol이며, 수산가(OH value)가 30 내지 300 ㎎ KOH/g인, 친환경 투수블록.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 석유계 폴리에스테르폴리올은 무수프탈산, 테레프탈산 및 이소프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상과 다가알코올을 축합반응시켜 제조된 방향족계 폴리에스테르폴리올인, 친환경 투수블록.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 석유계 폴리에스테르폴리올은 중량평균분자량이 500 내지 2,000 g/mol인, 친환경 투수블록.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 자갈 : 바이오 우레탄계 접착제의 중량비는 100 : 10 내지 30인, 친환경 투수블록.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 자갈의 입경은 2 내지 50 ㎜인, 친환경 투수블록.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 투수블록은 EL 245:2012에 의거해 측정된 전공극률이 15% 이상인, 친환경 투수블록.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 투수블록은 KS F 2386:2018에 의거해 측정된 접착강도가 0.5 ㎫ 이상인, 친환경 투수블록.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 투수블록은 KS F 4419:2016(정수두법)에 의거해 측정된 투수계수가 30 ㎜/s 이상인, 친환경 투수블록.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 투수블록은 표면개질된 산화그래핀을 더 포함하는 것인, 친환경 투수블록.
  12. a) 자갈과 바이오 우레탄계 접착제를 배합하여 투수블록용 조성물을 준비하는 단계; 및 b) 상기 투수블록용 조성물을 몰딩하여 블록 형태의 투수블록을 제조하는 단계;를 포함하되,
    상기 바이오 우레탄계 접착제는 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 및 이소시아네이트 단량체를 포함하는 제1제; 및 바이오 폴리올, 석유계 폴리에스테르폴리올, 석유계 폴리에테르폴리올 및 촉매를 포함하는 제2제;를 포함하며, 상기 바이오 폴리올 : 석유계 폴리에스테르폴리올 : 석유계 폴리에테르폴리올의 중량비는 100 : 10 내지 30 : 3 내지 15이고,
    상기 투수블록용 조성물은 시멘트를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 친환경 투수블록의 제조방법.
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