KR20040061767A - 토목섬유점토차수재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토목섬유점토차수재에 관한 것으로서, 본 차수재는 저면에 필름이 접합된 부직포의 상면에 벤토나이트 층이 적층되고 벤토나이트층 위에 부직포 또는 직포가 적층된 구성을 가지며, 이러한 적층구조의 차수재는 경사면에 설치하더라도 그 주된 기능인 차수성능을 담당하는 벤토나이트의 유실이 최소화되고 제조단가가 저렴한 등의 장점이 있다.

Description

토목섬유점토차수재 {Geosynthetic clay liners}
폐기물 매립지나 액체 저장소 등의 경우 액체의 유출을 방지할 목적으로 수분접촉 시 친수성과 팽윤성이 큰 벤토나이트 물질을 이용한 팽윤토 방수재인 토목섬유점토차수재가 사용되고 있다. 팽윤토 방수재인 벤토나이트의 주성분은 몬모릴로나이트(montmorillonite)라는 점토광물로 이것이 물에 접촉했을 때 물을 흡수하고 건조상태와 비교하여 자기 무게의 5배, 14∼16배의 부피증가를 일으켜 3㎜이내의 갈라진 틈을 자체적으로 메꾸는 기능을 발휘하게 된다.
벤토나이트 종류에는 Na-벤토나이트, Ca-벤토나이트, 수산화나트륨 벤토나이트 등이 있는데 이중 팽윤성이 가장 큰 Na-벤토나이트가 토목섬유점토차수재 제조에 주로 사용되고 있다.
토목섬유점토차수재는 지오텍스타일이나 지오멤브레인사이에 벤토나이트를 충전시키고, 접착제 또는 니들펀칭(needle-punching)이나 스티치 본딩(stitch bonding)과 같은 기계적인 방법으로 결합한 복합재료를 의미한다.
이러한 토목섬유점토차수재는 액체차단기능인차수기능을 필요로 하는 환경분야(액체저장소나 폐기물 매립지 등의 침출수 방지), 교통분야(도로나 철도 등에서 연료유실로 인한 오염방지), 토목건설분야(댐이나 터널 등의 누수방지)등에 사용되고 있다.
이런 응용분야에 토목섬유점토차수재가 방수재로서 사용될 때, 특히 고려되어야 할 것이 토목섬유점토차수재가 어느 정도의 방수성을 갖느냐가 큰 관건이다. 그러기 위해서는 벤토나이트는 확실한 방수성을 가져야하며 부직포와 직포 매트를 사용한 토목섬유점토차수재의 경우 물리적으로 안정하면서 낮은 수분 전도를 유지해야만 한다.
하지만 지금까지 개발된 토목섬유점토차수재는 평지나 경사면에 적용할 경우 부직포나 직포사이의 간격을 통하여 팽윤토 방수인 벤토나이트가 유실되어 시간이경과할수록 토목섬유점토차수재의 방수성이 크게 저하되는 문제점을 안고 있다. 특히, 경사면에 설치할 경우에는 벤토나이트의 유실이 더 커져 심한 경우에는 벤토나이트가 거의 유실되어 차수재로서의 기능을 제대로 발휘하지 못하는 상황에 이르기까지 한다.
또한, 경사가 없는 평지에 설치할 경우 포설 작업 중 중장비나 트럭 등의 운전 시 구속하중에 의해 찢어지거나 시공 후 빗물 등에 의한 부분침수에 의해 벤토나이트가 유실되어 전체적인 차수성에 영향을 받게된다. 특히, 경사면에 시공할 경우 흙과의 마찰작용에 의하여 전단 및 인발특성이 저하되고 경사구배에 기인하여 하중부가 시 심한 벤토나이트 유실현상이 발생하여 어떤 경우에는 완전히 벤토나이트가 유실되거나 벤토나이트가 부분적으로 탈착된 상태로 존재하게 되어 방수재로서의 기능을 상실하게 된다. 그리고 토목섬유점토차수재 봉합 시 봉합부분에서의 벤토나이트 유실이나 두께변화로 인한 투수계수 변화 문제 및 벤토나이트의 팽윤에 의한 봉합선의 팽창과 이로 인한 강도저하를 유발시킨다.
이러한 문제점들을 보완하기 위하여 본 발명자는 복합층의 충전재를 사용한 토목섬유점토차수재를 개발한 바 있다(참조: 대한민국특허 제10-284191호). 이러한 토목섬유점토차수재는 상기한 바와 같은 문제점을 효과적으로 해소한 것이기는 하나 그 제조단가가 높은 것이 문제점으로 지적되고 있다.
따라서 본 발명의 토목섬유점토차수재의 주된 기능인 차수성능을 담당하는벤토나이트의 유실을 최소화시키며, 기존 제품에 비해 제조단가를 절감할 수 있는 새로운 토목섬유점토차수재를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명자의 연구에서 하부 부직포의 저면에 얇은 필름을 접합시키게 되면 평지나 경사면에서의 벤토나이트의 유출을 효과적으로 방지할 수 있는 토목섬유점토차수재를 낮은 코스트로 제공할 수 있게 된다는 사실을 알게 되어 본 발명을 안출하게 된 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 토목섬유점토차수재의 개략적인 적층구조를 나타낸 것이다.
*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 필름
2: 하부부직포
3: 벤토나이트층
4: 상부 직포 또는 부직포
그러므로 본 발명에 의하면 저면에 합성수지 필름이 접합된 부직포의 상면에 벤토나이트 층이 적층되고 벤토나이트층 위에 부직포 또는 직포가 적층된 것을 특징으로 하는 토목섬유점토차수재가 제공된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현에 따르는 토목섬유점토차수재의 적층구조를 나타낸 것이다. 도시되는 토목섬유점토차수재는 저면에 필름(1)이 접합된 부직포(2)의 상면에 벤토나이트층(3)이 적층되고 벤토나이트층(3) 위에 부직포 또는 직포(4)가 적층된 구조를 갖는다. 이와 같이 적층한 후에는 니들펀칭 및/또는 스티칭을 할 수 있다.
하부 부직포(2)의 저면에 접합되는 합성수지 필름(1)의 소재로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스테르, 폴리비닐알코올 등이 바람직하며, 그 접합에는 핫멜트 방식이나 열접합을 이용하는 것이 바람직하다. 또한필름의 두께는 3㎜ 이하가 적당하다.
하부에 사용된 부직포는 10∼15 데니어 폴리프로필렌 단섬유 니들펀칭 부직포를 사용하거나 또는 5∼10 데니어 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 부직포의 소재인 폴리프로필렌 섬유로는 시공 중 또는 시공 후 노출기간이 30일 이상일 경우 자외선에 대한 안정성을 고려하여 카본블랙이 첨가된 섬유를 사용할 수도 있다. 특히, 폴리프로필렌 단섬유 니들펀칭 부직포의 경우에는 그 중량이 500 g/㎡ 이하인 것이 바람직하고, 폴리프로필렌 장섬유 부직포의 경우에는 그 중량이 50 g/㎡ 이하인 것이 바람직하다. 부직포를 구성하는 단섬유의 섬도가 10 데니어 보다 가는 경우에는 단위면적당 섬유밀도가 커지기 때문에 섬유제조단가가 상승되어 경제성이 문제가 되고 섬유에 첨가제를 이용할 경우 섬유제조가 어려운 단점이 있으며, 반면에 15 데니어 보다 굵은 경우에는 섬유 사이의 공간이 많아져 제조중이나 운반, 시공중에 이들 사이로 벤토나이트의 유실이 커지는 단점이 있다.
벤토나이트층(3)은 분말상 벤토나이트나 과립상 벤트나이트를 사용할 수 있으며, 또한 이들을 혼용할 수도 있다. 예를 들어 벤토나이트층(3)은 하부 부직포(2)의 상면으로부터 과립상 벤토나이트와 수용성접착제를 함유하는 제1벤토나이트층과 분말상 벤토나이트와 수용성접착제를 함유하는 제2벤토나이트층을 차례로 적층하여 구성시킬 수도 있다. 또한 이러한 벤토나이트 층들 사이에는 부직포나 또는 웹을 삽입하여 벤토나이트의 유실방지 및 안정성을 향상시키고 제품의 인장성능을 향상시킬 수도 있다. 이러한 벤토나이트 층간 적층재로는 5∼10 데니어의 폴리프로필렌 장섬유로 되는 중량 50 g/㎡ 이하의 부직포(이하, '중간부직포'라 합니다.) 또는 중량 100∼200g/㎡의 폴리프로필렌 웹이 적당하다.
본 차수재에서 상부층은 직포 또는 부직포로 구성된다.
상부층에 직포를 사용하는 경우 1,500∼3,500 데니어의 필라멘트 스플리트얀(split yarn)을 사용한 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 직포가 바람직하며, 또한 직포의 중량은 폴리프로필렌 직포의 경우에는 500g/㎡ 이하가 적당하고, 폴리에스테르 직포의 경우에는 50g/㎡ 이하가 적당하다. 직포의 소재로 필라멘트 스플리트 얀을 사용하는 것이 바람직한 이유는 일반 얀을 사용하는 경우에 비해 제직이 용이하고 인장특성이 향상되는 장점이 있기 때문이며, 그 섬도가 1500 데니어 보다 가늘면 제조단가가 상승되고 섬유간격이 많아져 벤토나이트의 유실이 커지는 문제점이 있고, 3500 데니어 보다 굵으면 인장특성이 저하되어 기능이 약화되는 문제점이 있다.
그리고 상부층에 부직포를 사용하는 경우에는 폴리프로필렌 단섬유 부직포를 사용하는 것이 바람직하며, 상부 부직포의 중량은 500 g/㎡ 이하가 적당하다. 부직포의 소재로 폴리프로필렌을 사용하는 이유는 화학적 안정성이 우수하기 때문이다. 상기 수지에는 또한 자외선에 대한 안정성을 고려하여 카본블랙을 배합할 수도 있다. 예를 들어 표면부직포의 시공중 또는 시공후 자외선 노출기간이 30일 이상인 경우에 가급적 카본블랙을 배합하는 것이 바람직하다. 이 부직포의 중량이 500g/㎡을 초과하는 경우에는 굵은 니들을 사용하여 펀칭하여야 하므로 제품의 손상이 커지고 부직포의 두께가 커지므로 펀칭효과가 저하되어 치수안정성이 결여되므로충분한 차수재로서의 기능을 발휘하지 못하는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시예로 한정되지 않는다.
[실시예]
하기 표 1과 같이 적층하여 토목섬유점토차수재를 제조하였다. 이때 사용된 적층요소들은 다음과 같았다:
상부부직포 : 카본블랙을 혼입시킨 폴리프로필렌으로 제조한 섬도 12데니어의 단섬유를 니들펀칭하여 제조한 중량 256.5g/㎡인 부직포.
제1벤토나이트층 : 수용성접착제를 혼입한 분말상 벤토나이트.
제2벤토나이트층 : 수용성접착제를 혼입한 과립상 벤토나이트.
상부 직포매트: 250 데니어의 필라멘트 스플리트얀으로 중량 138.3g/㎡으로 제직.
중간부직포 : 8 데니어의 폴리프로필렌 장섬유를 니들펀칭하여 제조된 중량 32.4 g/㎡ 또는 23.2의 g/㎡부직포
웹 : 중량 146.8g/㎡의 폴리프로필렌 웹
하부부직포-b: 8 데니어의 폴리프로필렌 장섬유를 니들펀칭하여 제조된 중량 32.4 g/㎡의 g/㎡부직포
하부부직포-c : 중량 287.6g/㎡의 폴리프로필렌 부직포
필름 : 폴리에틸렌 필름
상기 실시예의 토목섬유점토차수재에 대하여 다음 항목의 물성을 검토, 분석하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
- 기본특성
* 벤토나이트의 팽윤도
* 토목섬유점토차수재의 중량 및 두께
- 역학적 성질
* 인장특성: 길이방향 및 폭방향 인장강도 및 신도
* 파열강도
* 길이방향 및 폭방향 섬유층 분리강도
* 찢김특성
* 마찰성질 - 직접전단, 인발특성
- 수리적 성질
* 유체손실(fluid loss)
* 흡수율(moisture absorption)
- 내한성 : 영하 20℃, 24시간에서 180°굴곡후 외관변화로 판단. ◎는 외관변화없음을 나타냄.
구 분 비교예 실시예
1 2 3 4 1 2
벤토나이트의 팽윤도(㎖/2g) 27.4 27.4 27.4 27.4 27.4 27.4
중량(g/㎡) 표면부직포 256.5 256.5 256.5 256.5 256.5
표면 직포매트 138.3
제1벤토나이트층 1623.7 1623.7 1623.7 1623.7 1623.7 1623.7
중간부직포 32.4 32.4
웹 146.8
제2벤토나이트층 3788.6 3788.6 3788.6 3788.6
하부 부직포-b 32.4
하부 직포 138.3 138.3 138.3
하부 부직포-c 287.6 287.6 287.6
필름 56.2 56.2
전체중량 5871.9 5953.9 5807.1 5988.8 2224 2105.8
인장강도(㎏) 길이방향 157.7 151.3 148.6 154.4 162.4 184.6
폭방향 96.4 92.7 88.2 98.5 113.7 135.2
인장신도(%) 길이방향 98.5 104.6 105.3 100.2 94.4 86.6
폭방향 118.4 122.2 124.5 111.2 103.6 92.5
파열강도(㎏) 58.3 54.4 53.6 60.3 68.3 73.5
섬유층분리강도(㎏) 길이방향 21.4 19.8 17.6 23.7 28.2 32.4
폭방향 16.6 15.7 14.3 18.5 22.7 28.3
유체손실(㎖) 14 16 18 15 8 6
흡수율(%) 584 603 645 822 878 893
내한성* ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 저면에 필름이 접합된 하부부직포를 사용한 토목섬유점토차수재는 경사면에 설치하더라도 그 주된 기능인 차수성능을 담당하는 벤토나이트의 유실을 최소화시킬 수 있고 기존 제품에 비해 제조단가를 절감할 수 있는 등의 장점이 있다.

Claims (2)

  1. 토목섬유점토차수재에 있어서, 저면에 합성수지 필름이 접합된 부직포의 상면에 벤토나이트 층이 적층되고 벤토나이트층 위에 부직포 또는 직포가 적층된 것을 특징으로 하는 토목섬유점토차수재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 필름의 소재가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스테르 또는 폴리비닐알코올인 것을 특징으로 하는 토목섬유점토차수재.
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