KR20100026262A - 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물을 개시한다. 구체적으로 본 발명은 송이 분말 또는 조면현무암 석분을 이용한 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물을 개시한다.

인장강도, 포장재, 송이, 조면현무암

Description

인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물{Additional Composition of Paving Material for Elevating Tensile Strength}

본 발명은 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물에 관한 것이다.

최근까지 인도, 자전거 도로, 산책로 등에 설치된 포장재는 골재와 모래 시멘트를 일정 비율로 혼합하여 성형틀에서 가압하여 성형한 다음 사용하는 콘크리트 재질의 포장재이다.

이러한 콘크리트 재질의 포장재는 충격에 의해 쉽게 파손되기 때문에 1~5년을 주기로 계속하여 교체해야 하는 번거로움이 있으며, 또 탄성이 없기 때문에 보행자 등이 넘어졌을 때 쉽게 상처를 입을 수가 있다.

이러한 이유로 최근에 인도, 산책로, 자전거 도로뿐만 아니라 어린이 놀이터, 휘트니스 클럽 등의 체육 시설, 운동장 등에도 폐타이어 등의 폐 고무나 폴리우레탄을 주재료로 한 탄성 포장재가 널리 사용되고 있다.

탄성 포장재는 폐타이어 분말 등을 안료 및 바인더와 균일하게 혼합하고 가 열·가압 성형하여 블럭이나 매트 형태로 제작되어 시공되거나, 직접 그 포장재 혼합물을 노면·지면에 포설하여 열 롤러로 가열·가압함으로써 시공되고 있다.

폐타이어 등 폐 고무에 대하여 개발된 기술들은, 폐 고무의 이용 분야를 노면·지면 포장에서 다른 분야·용도로 확장하기 위한 기술(예컨대 수질 정화(대한민국 특허등록 제613229호)나 조립식 배관 블럭(대한민국 특허등록 제712171호) 등), 폐 고무 등의 효율적인 재활용을 위한 기술(예컨대 발명의 명칭이 폐타이어 재생장치인 대한민국 특허 제830615호, 발명의 명칭이 폐타이어 분쇄 장치인 대한민국 특허 제788716호 등), 포장재로서의 성능 향상을 기술(예컨대 발명의 명칭이 폐타이어를 이용한 재활용 포장재 제조방법인 대한민국 특허 제645799호 등) 등이 주를 이루고 있다.

본 발명도 포장재로서의 성능 향상을 기술의 하나로서, 폐타이어 등을 이용한 포장재의 인장강도를 강화시킬 수 있는 기술을 개시한다.

본 발명의 목적은 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 인장강도가 강화된 노면의 시공 방법을 제공하는 데 있다.

일 측면에 있어서, 본 발명은 인장강도 강화용 도로 포장재 첨가제 조성물에 관한 것이다.

본 발명자들은 아래의 실시예 및 실험예에서 확인할 수 있듯이, 송이 분말 또는 조면현무암 석분을 폐타이어 분말 또는 폐타이어 분말과 폴리우레탄 분말의 혼합물에 첨가하고 여기에 안료 및 바인더를 혼합하여 도로 포장재 조성물을 제조한 다음에, 그 조성물을 가압하여 시편을 제작하고, 그 시편의 인장강도를 KS M 6518 방법에 따라 측정하였는데, 통상 첨가제가 첨가될 경우 인장강도는 낮아질 것이라는 당업계의 예상과는 달리, 인장강도가 증가함을 확인할 수 있었다.

본 발명은 이러한 실험 결과에 기초하여 제공되는 것으로서, 본 발명의 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물은 송이 분말 및/또는 조면현무암 석분을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 첨가제 조성물은 폐고무 분말(폐고무 칩)과 바인더의 혼합물, 폴 리우레탄 분말(폴리우레탄 칩)과 바인더의 혼합물 등의 포장재에 첨가되어, 도로 등에 포설·시공될 경우에 그 시공된 도로 포장의 인장강도를 강화시킬 수 있게 된다.

폐타이어 분말 등으로 시공된 도로의 인장강도가 강화될 경우에 포장의 균열 등에 저항성을 높일 수 있게 되고, 결과적으로 시공된 포장의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 "포장재"란 포장 기재(基材)인 폐 고무 분말, 폴리우레탄 분말 또는 이들의 혼합물에 바인더가 혼합된 조성물을 의미한다. 이 포장재는 보행자 도로, 산책로, 어린이 놀이터, 운동장, 휘트니스 클럽 등의 스포츠 시설 등(이하 "노면")에 포설되어 가압·시공됨으로써 노면 포장에 사용된다.

상기에서, 폐 고무 분말은 폐 합성고무 분말, 폐 천연고무 분말을 포함하는 의미이며, 통상은 폐타이어로부터 얻어질 수 있지만, 폐기된 신발 밑창 등으로부터도 얻어질 수 있다. 이러한 폐 고무 분말은 시중에서 판매되는 것을 구입하여 사용하거나 직접 폐타이어 등을 분쇄하여 사용할 수 있다.

또 상기에서, 폴리우레탄 분말도 시중에서 유통되는 것을 사용할 수 있으며, 경우에 따라서는 본 출원시에 공지된 기술(예컨대 대한민국 특허출 제2005-0019739호가 개시하는 기술, 대한민국 특허출원 제2004-0076480호가 개시하는 기술, 대한민국 특허출원 제2003-0028237호가 개시하는 기술 등)을 이용하여 직접 제조하여 사용할 수도 있다.

폐 고무 분말이나 폴리우레탄 분말의 경우 그 평균입경은 0.1mm 내지 12mm의 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 어떠한 평균입경을 갖는 폐타이어 분말을 사용할 것인가는 그것이 노면 포장에 사용되었을 때 노면 포장에 어느 정도의 투수성 및/또는 탄성을 부여할 것인가 등을 고려하여 결정될 수 있다.

예컨대, 노면 포장에 투수성을 부여하기 위해서는 적어도 평균입경이 8mm 이상의 되는 폐타이어 분말이나 폴리우레탄 분말을 사용하는 것이 바람직할 것이며, 또 예컨대 탄성을 높이려면 평균입경이 보다 큰 폐타이어 분말을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

또 상기에서, 바인더는 도로 포장 기재인 폐타이어 분말 등 폐 고무 분말, 폴리우레탄 분말의 결합력을 높이기 위한 것으로서, 가압 또는 가열에 의해서 바인더로서의 기능을 나타낼 수 있는 당업계에 공지된 임의의 것을 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 바인더로서는 라텍스(latex), 액상고무, 폴리우레탄(polyurethan)계 접착제, 에폭시(epoxy)계 접착제, 멜라민(melamine) 수지, 페놀(phenol) 수지, 우레아(urea) 수지, 폴리비닐 알콜계 수지, 젤라틴, 폴리에틸렌 옥사이드 수지, 아크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지 등을 들 수 있다.

상기 포장재는 폐타이어 분말, 폴리우레탄 분말 등의 포장 기재 및 바인더 이외에 노면 포장시 특정 색상을 나타내도록 하기 위하여 안료를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 안료도 노면 포장시 의도하는 색상에 따라 당업계에 공지된 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있는데, 사용할 수 있는 안료로서 예컨대 산화티타늄(TiO2;Titanium dioxide), 황화수은(HgS), 사산화삼납(Pb3O4), 탄산납(PbCO3), 탄산칼슘(CaCO3;Calcium carbonate), 프탈로시아닌 블루(Phthalocyanine BLUE), 디 아죠옐로우(Diazo Yellow), 카본블랙(carbon Black), 산화아연(ZnO;Zinc oxide), 황산구리(CuSO4;Copper sulfate) 등이 예시될 수 있다.

상기 바인더나 안료는 노면 포장의 종류에 따라 요구되는 성질(예컨대, 보행자 도로에 포장될 경우 투수성, 탄성 등)을 해치지 않으면서, 그것의 첨가제로서의 기능을 나타낼 수 있다면, 그것의 포장 기재와의 배합량은 특정한 범위로 한정되지 않는다.

예컨대, 바인더로서 폴리우레탄계 접착제가 보행자 도로 포장을 위한 폐타이어 분말과 배합될 경우에 폐타이어 분말 100 중량부 대비 2 내지 35 중량부로 배합되는 것이 바람직한데, 그것은 폴리우레탄계 접착제가 2 중량부보다 적은 양으로 배합되면 바인더로서의 기능을 충분히 나타낼 수 없으며, 35 중량부보다 많은 양으로 배합되게 되면 보행자 도로의 투수성, 탄성 등을 감쇄시킬 수 있기 때문이다.

동일한 관점에서 예컨대 안료의 배합량은 그것들이 보행자 도로 포장을 위한 페타이어 분말과 배합될 경우에 각각 1 내지 5 중량부로 배합되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물은 인장강도 강화 효과를 발휘하는 유효성분인 송이 분말 및/또는 조면현무암 석분 이외에, 바인더 및/또는 안료를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물이 송이 분말 및/또는 조면현무암 석분 이외에, 바인더 및/또는 안료를 추가로 포함할 경우에, 포장 기재인 폐타이어 분말, 폴리우레탄 분말 등에 첨가되어 바로 포장재 조성물로 제조될 수 있다.

본 발명의 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물이 인장강도 강화 목적으로 포장재에 첨가될 경우에 송이 분말 및/또는 조면현무암 석분은 폐타이어 분말이나 폴리우레탄 분말 등 포장 기재의 중량 대비 2 중량부 내지 30 중량부의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.

아래의 실시예 및 실험예는 송이 분말이나 조면현무암 석분의 첨가량에 비례해서 인장강도가 개선되는 것을 보여주고 있으나, 송이 분말이나 조면현무암 석분이 상기 범위를 초과하여 첨가될 경우에 포장 기재 즉 폐타이어 분말이나 폴리우레탄 분말 등이 가지는 탄성을 저하시킬 수 있기 때문이다.

한편 본 발명의 인장강도 개선용 포장재 첨가제 조성물에 포함되는 송이 분말이나 조면현무암 석분은 그 평균입경이 0.5mm 이하의 것이 바람직하다. 송이 분말이나 조면현무암 석분의 평균입경이 0.5mm 초과할 경우에 오히려 인장강도를 저하시키기 때문이다. 이는 아래의 실시예 및 실험예로 제시되어 있지 않지만, 본 발명자들이 실제 실험적으로 확인한 바인데, 평균입경이 0.7mm의 송이 분말이나 현무암 석분을 평균입경이 2~3mm의 폐타이어 분말 및 바인더와 혼합하고 아래의 실험예에서와 동일한 방식으로 시편을 제작하여 인장강도를 측정하였을 때, 오히려 인장강도가 감소하였기 때문이다. 평균입경이 0.5mm의 송이 분말이나 현무암 석분을 사용하였을 경우는 인장강도를 증가시켰지만, 아래 실시예 및 실험예에서처럼 평균입경이 0.15mm의 송이 분말이나 현무암 석분을 사용하였을 경우에 비해서는 그 증가 정도가 미미하였다. 따라서 본 발명의 인장강도 개선용 포장재 첨가제 조성물에 포 함되는 송이 분말이나 조면현무암 석분은 그 평균입경이 0.5mm 이하의 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 아래의 실시예에서처럼 평균입경이 0.15mm 이하의 송이 분말이나 조면현무암 석분을 사용하는 경우이다.

다른 측면에 있어서, 본 발명은 노면 시공 방법에 관한 것이다.

본 발명의 노면 시공 방법은 (a) 송이 분말 및/또는 현무암 석분, 폐 고무 분말 및/또는 폴리우레탄 분말, 및 바인더를 혼합하는 단계, (b) 그 혼합물을 노면에 포설하는 단계 및 (c) 그 포설된 혼합물을 가압하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 노면의 시공 방법은 송이 분말 또는 조면현무암 석분에 의하여 그 인장강도가 증가된 노면 포장을 제공할 수 있다.

상기 단계 (a)에서 송이 분말이나 현무암 석분의 폐 고무 분말이나 폴리우레탄 분말과의 배합량, 송이 분말이나 현무암 석분의 평균입경, 폐 고무 분말이나 폴리우레탄 분말의 평균입경, 사용될 수 있는 바인더의 종류 및 배합량 등과 관련하여서는 그 바람직한 양태를 포함하여 전술한 바가 그대로 유효하다.

또 상기 단계 (a)에서, 안료가 추가로 배합될 수 있는데, 사용될 수 있는 안료의 종류 및 배합량과 관련하여서도 전술한 바가 그대로 유효하다.

한편, 본 명세서에서 송이는 화산재로서 스코리아(scoria)를 의미한다. 송이는 수많은 불규칙한 관상 기공을 갖고 있어 기공의 부피와 고체의 부피가 비슷하며 약간 모가 난 입상형의 형상을 하고 있는 현무암질 암괴이다. 송이는 고열의 화산열에 의하여 점토가 타서 생겨난 것이다. 따라서 송이는 화산에 의하여 형성된 지형에서 발견할 수 있는데, 우리나라의 경우는 화산섬인 제주도에서 쉽게 발견된다. 제주 송이는 그 주요 구성성분에 따라 색깔이 다양한데, 산화규소 함량이 높은 송이는 암회색을 띠고, 산화알류미늄 함량이 높은 송이는 황갈색 또는 흑색을 띠며, 산화티타늄과 산화철 함량이 높은 송이는 적갈색을 띤다. 그리고 제주 송이는 통상 그 내화도가 1,120~1210℃이고, 흡수율은 17.7~32.5%, 그리고 마모율은 47.25~67.22% 라고 알려져 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 송이 분말 및/또는 조면현무암 석분을 사용함으로써 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물을 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 인장강도를 강화된 노면의 시공 방법을 제공할 수 있다.

이하 실시예 및 실험예를 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이러한 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 > 포장재 조성물의 제조

<실시예 1> 포장재 조성물의 제조예 1

평균입경이 2~3mm인 폐타이어 분말 100 중량부와, 폐타이어 분말 중량 기준 평균입경이 0.15mm이하인 송이(적갈색 송이임; 이하 같음) 분말 5 중량부, 바인더 23 중량부, 및 안료(매염안료(알리자린레이크)) 3 중량부를 균일하게 혼합하여 포장재 조성물을 제조하였다.

<실시예 2> 포장재 조성물의 제조예 2

상기 <실시예 1>과 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 송이의 첨가량을 폐타이어 분말 중량 기준 10 중량부로 하였다.

<실시예 3> 포장재 조성물의 제조예 3

상기 <실시예 1>과 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 송이의 첨가량을 폐타이어 분말 중량 기준 20 중량부로 하였다.

<실시예 4> 포장재 조성물의 제조예 4

상기 <실시예 1>과 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 폐타이어 분말 100 중량부 대신에 폐타이어 분말과 폴리우레탄 분말의 7:3(페타이어 분말 : 폴리우레탄) 혼합물을 사용하였다.

<실시예 5> 포장재 조성물의 제조예 5

상기 <실시예 2>와 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 폐타이어 분말 100 중량부 대신에 폐타이어 분말과 폴리우레탄 분말의 7:3(페타이어 분말 : 폴리우레탄) 혼합물을 사용하였다.

<실시예 6> 포장재 조성물의 제조예 6

상기 <실시예 3>과 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 폐타이어 분말 100 중량부 대신에 폐타이어 분말과 폴리우레탄 분말의 7:3(페타이어 분말 : 폴리우레탄) 혼합물을 사용하였다. 상기 폴리우레탄 분말은 폐타이어 분말과 마찬가지로 그 평균경이 2~3mm 범위의 것이다.

<실시예 7> 포장재 조성물의 제조예 7

상기 <실시예 1>과 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 조면현무암 석분 5 중량부를 사용하였다. 조면현무암 석분의 평균입경이 0.15mm 이하의 것이다.

<실시예 8> 포장재 조성물의 제조예 8

상기 <실시예 2>와 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 조면현무암 석분 10 중량부를 사용하였다.

<실시예 9> 포장재 조성물의 제조예 9

상기 <실시예 3>과 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 조면현무암 석분 20 중량부를 사용하였다.

<실시예 10> 포장재 조성물의 제조예 10

상기 <실시예 4>와 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 조면현무암 석분 5 중량부를 사용하였다.

<실시예 11> 포장재 조성물의 제조예 11

상기 <실시예 5>와 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 조면현무암 석분 10 중량부를 사용하였다.

<실시예 12> 포장재 조성물의 제조예 12

상기 <실시예 6>과 동일하게 포장재 조성물을 제조하되, 조면현무암 석분 20 중량부를 사용하였다.

< 실험예 > 인장강도 실험

실험 시편은 상기 실시예의 각 조성물을, 폭 15mm, 길이 180mm 그리고 두께 30mm의 시편을 제작할 수 있는 틀에 넣어 62.5kg/m² 으로 가압하고 하중을 뺀 다음에, 1 주일 자연 양생하여 제작하였다.

실험 방법은 KS M 6518의 방법(인장 속도는 50±2.5mm/min)을 따랐다.

결과를 <도 1> 및 <도 2>에 나타내었다.

<도 1>의 결과는 상기 <실시예 1 내지 3>의 조성물을 이용하여 얻어진 시편과 상기 <실시예 7 내지 9>의 조성물을 이용하여 얻어진 시편에 대한 결과이며, <도 2>의 결과는 상기 <실시예 4 내지 6>의 조성물을 이용하여 얻어진 시편과 상기 <실시예 10 내지 12>의 조성물을 이용하여 얻어진 시편에 대한 결과이다.

<도 1> 및 <도 2>의 실험 결과를 참조하여 보면, 포장 기재로서 폐타이어 분말 자체만을 사용하였든, 아니면 폐타이어 분말과 폴리우레탄 분말의 혼합물을 사용하였든 전체적으로 송이 분말 및 석분 슬러지의 첨가량에 비례하여 인장강도가 높아짐을 알 수 있다.

이러한 결과는 일반적으로 첨가제가 첨가될 경우에 인장강도가 낮아진다는 당업계의 예측을 벗어나는 것이라 할 수 있다.

도 1 및 도 2는 송이 및 조면현무암 석분을 폐타이어 분말 또는 폴리우레탄 분말 그리고 바인더와 혼합하고 가압·성형하여 제작한 시편의 인장강도 측정 결과를 그래프로 나타낸 것이다.

Claims (13)

1. 송이 분말 및 조면현무암 석분 중 하나 이상을 포함하는 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   포장재는 폐 고무 분말 및 폴리우레탄 분말 중에서 선택되는 하나 이상의 포장 기재 및 바인더가 배합된 것을 특징으로 하는 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물.
3. 제2항에 있어서,

   상기 포장재는 안료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물.
4. 제1항에 있어서,

   상기 포장 기재는 그 평균입경이 0.1mm 내지 12mm인 것을 특징으로 하는 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물.
5. 제1항에 있어서,

   상기 송이 분말 또는 상기 조면현무암 석분은 그 평균입경이 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물.
6. 제1항에 있어서,

   상기 송이 분말 또는 상기 조면현무암 석분은 그 평균입경이 0.15mm 이하인 것을 특징으로 하는 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물.
7. 제2항에 있어서,

   상기 바인더는 포장 기재 100 중량부 기준 2 내지 35 중량부로 배합되는 것을 특징으로 하는 인장강도 강화용 포장재 첨가제 조성물.
8. (a) 송이 분말 및 현무암 석분 중 선택되는 하나 이상, 폐 고무 분말 및 폴리우레탄 분말 중 선택되는 하나 이상의 포장 기재, 및 바인더를 혼합하는 단계, (b) 그 혼합물을 노면에 포설하는 단계 및 (c) 그 포설된 혼합물을 가압하는 단계 를 포함하여 구성되는 노면의 시공 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 포장재는 안료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노면의 시공 방법.
10. 제8항에 있어서,

    상기 포장 기재는 그 평균입경이 0.1mm 내지 12mm인 것을 특징으로 하는 노면의 시공 방법.
11. 제8항에 있어서,

    상기 송이 분말 또는 상기 조면현무암 석분은 그 평균입경이 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 노면의 시공 방법.
12. 제8항에 있어서,

    상기 송이 분말 또는 상기 조면현무암 석분은 그 평균입경이 0.15mm 이하인 것을 특징으로 하는 노면의 시공 방법.
13. 제8항에 있어서,

    상기 바인더는 포장 기재 100 중량부 기준 2 내지 35 중량부로 배합되는 것을 특징으로 하는 노면의 시공 방법.

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