KR20160062982A - 3d 스페이서 섬유구조체가 포함된 탄성바닥재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부층과 상기 상부층에 합지된 하부층으로 이루어진 탄성 바닥재로서, 상기 하부층이 3D 스페이서 섬유구조체로 이루어져 있어, 3D 스페이서 섬유구조체 내에 형성된 메쉬를 통해 가스가 확산될 수 있다.

Description

3D 스페이서 섬유구조체가 포함된 탄성바닥재{Elastic flooring including 3D spacer textile layer}

본 발명은 3D 스페이서 섬유구조체를 포함하는 탄성 바닥재에 관한 것으로, 기본적으로 3D 스페이서 섬유구조체가 지니는 충격흡수성을 바탕으로 탄성을 보강하고 또한 지반의 습기나 가스로 인해 생성되는 에어버블이 발생된 일부 구역에 집중되는 것을 방지할 수 있는 가스 확산형 탄성바닥재에 관한 것이다.

탄성 바닥재는 육상 트랙, 다목적 구장, 자전거 도로, 조경로 등 스포츠 레저용의 탄성이 요구되는 곳에 설치되는 특화된 바닥재이다.

이러한 탄성 바닥재는 일반적으로 천연 또는 합성 고무를 주원료로 하여 압출, 가황, 성형하거나 또는 합성고무나 합성수지를 혼합 압출, 성형하여 롤 시트 형태로 제조된다.

제조된 탄성 바닥재는 탄성을 부여하고자 하는 장소, 즉 운동장, 도로, 산책로 등에 시공되는 데, 통상 해당 장소의 지반 상부에 아스콘 또는 콘크리트 등을 타설하고, 일정 기간 양생한 후에 접착제를 도포하여 탄성 바닥재를 접착시켜 결착시킨 후, 라인 도색, 표면 코팅 등과 같은 후처리를 거쳐 최종적으로 완성된다. 하지만, 포설 당시 지반에 존재하거나 지반 하부로 유입된 수분은 외부 고온 환경에 의해 가열되어 수증기 형태로서 일정 부분의 지반과 탄성 바닥재 사이를 이격시키고, 압축 공기 형태로 탄성력이 있는 탄성 바닥재를 들뜨게 하여 에어버블을 형성하게 한다. 환경적 영향, 지속적인 사용 등으로 인해 수분의 가열이 심화되게 되며, 그로 인해 압축 공기의 힘은 에어버블을 더 확장시키게 된다(도 1 참조).

이와 같은 에어버블의 형성을 방지하기 위해, 양생 기간을 늘리거나, 지반 표면의 방수 프라이머 처리 등이 실시되고 있다. 한국 특허 제10-1313733호에서는 탄성 바닥재의 하부 지지 탄성층의 하부 돌출부로부터 탄성 바닥재 상부 탄성층 표면까지 관통로를 형성시켜 하부에서 발생하는 수증기를 관통로를 통해 배출되게 하는 방안도 제시되어 있다.

그러나, 양생 기간을 늘린다 하더라도 지반 깊은 곳의 수분까지 제거하는 것은 어려우며, 또 배수로가 없는 인접 부위에서의 수분 유입을 막는 것은 불가능하다. 한편 공기 단축 요구에 따라 불가피하게 시행되는 방수 프라이머 처리는 거의 효과가 없어서, 에어버블 형성 방지는 시공업자들에게는 반드시 해결되어야 할 문제로 남아 있다. 상술한 특허 제10-1313733호에서와 같이 탄성 바닥재에 관통로를 형성시키는 방법은 에어버블 형성 문제를 해결할 수 있을 것으로 판단되나, 미세한 관통로는 탄성 바닥재를 구성하는 재질의 특성상 관통로가 폐쇄될 우려가 높으며, 이로 인해 가스 확산 효과가 저감될 수 있다. 이러한 이유로 팽창까지 고려하여 관통로를 설계하게 되면, 그 직경으로 인해 시공시 또는 이후에 비나 세정에 의한 수분이 과하게 침투되어 시공시의 접착제의 미경화 문제나 접착 강도의 저하를 가져올 수 있어 역효과를 유도할 수 있다. 또한 관통로를 원하는 위치에 정확하게 형성시키기에는 공정상 시간적으로 비용적으로 제작의 어려움을 야기할 수 있다.

[특허문헌 1] 한국 등록특허 제10-1313733호

이에 본 발명은 지반과 접착되는 탄성 바닥재의 바닥면 또는 하부층을 3D 스페이서 섬유구조체 로 구성하여 지반과 탄성 바닥재 사이에서 생성되는 습기나 가스가 3D 스페이서 섬유구조체 내로 지반과 수평 방향으로 확산될 수 있는 탄성 바닥재를 제공하려고 한다.

또한 본 발명은 가스 확산 성능과 함께, 3D 스페이서 섬유구조체가 지니는 충격흡수성을 바탕으로 충격흡수성도 보강된 형태의 탄성 바닥재를 제공하려고 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상부층과 상기 상부층에 합지된 하부층으로 이루어진 탄성 바닥재로서, 상기 하부층이 3D 스페이서 섬유구조체로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 확산형 탄성 바닥재를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상부층은 합성고무 또는 합성수지를 포함하는 압출 발포 시트로 이루어진 것이 될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 3D 스페이서 섬유구조체는 표면층, 이면층, 및 상기 표면층과 이면층 사이를 연결하는 파일사에 의해 형성된 메쉬(mesh)층으로 구성되며, 더블라셀(Double Raschel) 편직기, 모켓(Moqqette) 편직기, 또는 환편(Circular Knit)기로 제직된 것이 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 3D 스페이서 섬유구조체는 탄성 수지로 함침되어 있을 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 수지는 실리콘수지, 우레탄 수지, 에폭시수지, 페놀수지, 폴리이미드수지 및 폴리에스테르수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 것이 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 수지는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술파이드, 폴리염화비닐 및 폴리스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 것이 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 수지는 함침량과 발포도를 조절함으로써 3D 스페이서 섬유구조체 전체 중량에 대해 10 ~ 95 중량%로 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 가스 확산형 탄성 바닥재는 지반에서 발생된 수증기나 가스가 3D 스페이서 섬유구조체의 메쉬를 통해서 3D 스페이서 섬유구조체 내부 전체로 지반과 수평으로 확산될 수 있어, 일정 지역에만 에어버블이 집중되는 현상을 억제 및 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 가스 확산형 탄성 바닥재는 3D 스페이서 섬유구조체 내부를 수지에 함침 시킬 때, 함침량 및 발포도를 조절하여, 오픈 셀(Opened Cell) 구조를 형성시켜 가스 확산성을 확보할 수 있으며, 강도 및 탄성회복성을 보강할 수 있어, 종래 합성수지 압출 발포 시트로 하부층을 구성하는 경우에 비해 더 얇은 두께로 하여도 동일한 강도 및 탄성회복성을 확보할 수 있다.

본 발명에 따른 가스 확산형 탄성 바닥재는 시공 후 습기에 의한 에어버블 집중 현상이 효과적으로 해소될 수 있으므로, 지반 내의 습기에 크게 구애받지 않아도 되어, 지반의 수분율에 관계없이 시공할 수 있어서 시공 지연을 방지할 수 있다. 또한 에어버블 발생시 보수로 인한 외관적 손상을 방지할 수 있으며 교체 시기를 연장할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 탄성 바닥재에서 에어버블이 형성된 상태를 보여주는 사진이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 불통기성 상부층과 3D 스페이서 섬유구조체로 이루어진 탄성 바닥재의 단면도를 간단하게 나타낸 것이다.

이하 본 발명을 도면과 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서, “에어버블”은 지반과 탄성 바닥재 사이에 압축 공기가 모여서 탄성 바닥재가 지반에서 들떠서 생긴 공간 부분을 말하는 것으로, 도 1에서 확인되는 바와 같이, 지반에서 발생한 습기나 가스가 주위 환경의 가열로 인해 압축 공기 형태로 모여서 마치 버블이 형성된 것처럼 탄성 바닥재를 들뜨게 만든다.

탄성 바닥재는 실내외 탄성을 요구하는 시설물의 바닥재로, 예를 들면 육상 트랙, 다목적 구장, 어린이 놀이터, 산책로, 웨이트 트레이닝, 사무실 등에서 다방면으로 사용되고 있다. 탄성바닥재는 주로 충격 흡수의 쿠션 역할을 하는 하부층과 내마모성, 미끄럼 방지성, 디자인 성능 부여 등의 역할을 하는 유색의 상부층으로 구성된다. 특히 탄성 롤 시트는 공장 성형 제조형으로 시공 현장에서 타설되는 방식과 달리 제조 설비에서 고무가황 또는 압출 방식을 통해 롤 시트 형태로 성형되어 시공 현장에서 다져진 지반 위에 접착제를 도포한 상부에 시공된다. 그런데 배경기술에서 상술한 바와 같이, 지반의 습기나 가스가 발생하면 하부층이 접착제로 접착되어 있어, 이들 가스가 한 곳에 집중되고, 그 결과 형성되는 에어버블은 탄성 바닥재의 외관, 기능성을 포함하여 전체적인 사용 만족도를 떨어뜨리게 한다. 이에 본 발명자들은 이와 같이 일부 지역에 집중적으로 발생되는 에어버블을 최소화할 수 있는 탄성 바닥재를 연구하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 나타낸 것처럼, 탄성 바닥재는 상부층(20)과 상기 상부층에 3D 스페이서 섬유구조체(10)로 이루어진 하부층이 합지된 것이다.

본 발명의 탄성 바닥재의 상부층은 기존의 불통기성 합성고무 또는 합성수지를 압출하여 제조되는 탄성 바닥재와 동일한 재질 및 제조 방법을 제조시 그대로 이용할 수 있다.

하부층을 구성하는 3D 스페이서 섬유구조체는 표면층(11), 이면층(12), 및 상기 표면층과 이면층 사이를 연결하는 파일사(14)에 의해 형성된 메쉬층(13)으로 구성되는 원단으로, 더블라셀(Double Raschel) 편직기, 모켓(Moqqette) 편직기, 또는 환편(Circular Knit)기 등을 통해 제직된 것이 사용될 수 있다. 소재는 천연 섬유, 합성 섬유, 재생 섬유 등 그 종류가 크게 제한되지 않으나, 합성 섬유가 바람직하게 사용될 수 있다.

3D 스페이서 섬유구조체는 통기성이 뛰어난 3층의 입체 구조를 가지기 때문에 메쉬를 통해서 습기나 가스가 확산될 수 있으며, 또한 향상된 쿠션감, 흡음 성능 및 안락감을 제공할 수 있다. 따라서 지반에서 발생된 가스나 습기가 발생 부위에 집중되지 않고, 3D 스페이서 섬유구조체를 따라서 지반에 수평되게 확산될 수 있다. 그로 인해서 집중적인 에어버블 현상을 방지할 수 있다.

또한 3D 스페이서 섬유구조체는 탄성력 있는 수지로 함침될 수 있다. 이를 통해 탄성바닥재의 쿠션감을 보강할 수 있다.

탄성력이 있는 수지로는 그 종류에 특별한 제한이 없으나, 열경화성 수지로 실리콘 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 및 폴리에스테르 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어진 수지, 또는 열가소성 수지로 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술파이드, 폴리염화비닐 및 폴리스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어진 수지가 사용될 수 있다.

수지의 함침율은 3D 스페이서 섬유구조체에 전체 중량에 대해 10 ~ 95중량%, 바람직하게는 30 ~ 70 중량%로 포함되게 함침 및 발포시킨다. 이 범위를 통해서 쿠션감 및 강도를 보강하고, 지반에서 발생된 습기나 가스가 지반과 수평되게 확산될 수 있는 기공(메쉬)을 보유하게 된다. 수지를 함침시킬 경우, 3D 스페이서 섬유구조체의 메쉬 크기는 수지가 함침되지 않는 경우에 비해 더 크게 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 탄성 바닥재의 상부층은 열가소성 엘라스토머를 포함하는 압출용 조성물을 압출하여 제조된 발포 시트로 구성될 수 있다.

열가소성 엘라스토머는 가황에 의하지 않고 물리적으로 가교한 엘라스토머로서, 상업적 입수 용이성, 시트 형태로의 성형성, 접착 특성, 및 충격 흡수 특성을 고려할 때, SBS 블록 공중합체(styrene-butadiene-styrene block copolymer), 올레핀 블록 공중합체(olefin block copolymer), 또는 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin elastomer)에서 선택되는 1종 이상이 바람직하게 사용될 수 있다. 이때 올레핀 블록 공중합체는 바람직하게는 에텐과 α-올레핀의 블록 공중합체이고, 더 바람직하게는 에텐-옥텐 블록 공중합체, 구체적으로 에텐과 1-옥텐의 블록 공중합체이다. 또한, 폴리올레핀 엘라스토머는 에텐과 α-올레핀의 균일 분지형 공중합체로서, α-올레핀의 예로는 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 등이 있다.

위 열가소성 엘라스토머를 포함하는 압출용 조성물은 열가소성 엘라스토머 100 중량부당 미가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber) 10~100 중량부, 폴리올레핀 20~100 중량부, 미네랄 오일 50~200 중량부, 탄산칼슘 100~400 중량부 및 발포제 2~10 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

시트 조성 성분에서, 미가황 EPDM 고무(ethylene propylene diene Monomer rubber)는 일반적으로 에틸렌 및 프로필렌에 DCPD(dicyclopentadiene), ENB(ethylidene norbornene), VNB(vinyl norbornene) 등과 같은 제3성분을 가하여 3원 혼성중합시킨 이중결합을 많이 함유하는 터폴리머(3성분 고분자물질) 엘라스토머로서 탄성 바닥재에 탄성을 부여한다. 미가황 EPDM 고무는 화학적으로 안정하며, 가황한 것은 물리적 성질이 천연고무와 SBR의 중간성질을 보인다.

폴리올레핀은 탄성 바닥재에 주로 내후성 및 내열성을 부여하고, 상부 압출용 조성물 및 하부 압출용 조성물을 시트 형태로 성형시 성형성을 부여하는 성분으로서, 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않는다. 상업적 입수 용이성 및 시트 형태로의 성형성을 고려할 때 폴레에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있으며, 고밀도 폴리에틸렌인 것이 더 바람직하게 사용될 수 있다.

가황 고무 분말은 탄성 바닥재에 고탄성 및 우수한 형태 안정성을 부여하는 성분으로서, 탄성 바닥재의 물성 및 다른 성분과의 혼합성을 고려할 때 가황 EPDM 고무 분말인 것이 바람직하고, 경제성 및 자원 재활용이라는 환경적 측면 등을 고려할 때 폐 가황 EPDM 고무 분말이 바람직하게 사용될 수 있다.

미네랄 오일은 합성 고무에 유연성을 부여해서 가소성을 크게 하여 성형, 가공작업을 쉽게 하기 위한 연화제(softener) 또는 프로세싱 오일(processing oil)로 작용하며, 통상적으로 석유, 석탄, 타르, 셀유 등의 광물성 원료에서 얻어지는 기름이다. 본 발명에 따른 탄성 바닥재의 시트의 조성 성분으로서 미네랄 오일은 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않는다. 다른 성분과의 상용성, 취급 용이성 등을 고려할 때 유동 파라핀(liquid paraffin)인 것이 바람직하다.

탄산칼슘은 탄성 바닥재의 강도를 증가시키는 보강제로 작용하며, 다른 성분과의 상용성, 가공성, 및 성형성 등을 고려할 때 입도가 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 탄성 바닥재의 시트의 조성 성분으로서 탄산칼슘은 경제성을 고려할 때, 대리석, 석회석, 방해석, 조개껍질을 정제한 형태로 제공되는 상업적 제품인 것이 바람직하다.

발포제는 상부 압출용 조성물 및 하부 압출용 조성물을 시트 형태로 압출 시 발포시켜 폼(Foam) 형태로 시트를 성형시키고 그로 인해 시트에 탄성 및 내열성을 부여하는 성분으로서, 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않는다. 다른 성분과의 상용성, 상업적 입수 용이성, 발포성 등을 고려할 때 아조디카본아미드(Azodicarbonamide), 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate) 또는 이들 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있으며, 아조디카본아미드(Azodicarbonamide)가 더 바람직하게 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 탄성 바닥재의 상부층을 열가소성 엘라스토머만으로 압출하여 제조하는 것도 가능하다. 이 때 열가소성 엘라스토머는 열가소성 올레핀(ThermoPlastic-Olefin, TPO), 열가소성 스티렌(ThemoPlastic-Styrene, TPS), 열가소성 우레탄(ThermoPlastic-Urethan, TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic-PolyEster-Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리아미드(ThermoPlastic-PolyAmide, TPA) 중 하나 또는 그 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

어느 경우에나, 본 발명의 탄성 바닥재의 상부층은 외관을 위해 안료, 자외선 안정제 또는 산화 방지제를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄성 바닥재의 하부층을 구성하는 3D 스페이서 섬유구조체는 표면층과 이면층은 원단의 형태를 지지하므로 20 내지 600 데니어의 원사를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 원사의 굵기가 20 데니어 미만인 경우는 표면층의 지지성이 낮아 전체 원단이 완성되었을 때 원단 형태가 쉽게 변형될 우려가 있고, 600 데니어를 초과한 경우는 원단의 중량이 무거워져 제조상 어려움이 있다. 또한, 3D 스페이서 섬유구조체에서 메쉬층을 형성하는 파일사는 직경이 1 내지 3 밀리미터의 모노사인 것이 바람직하다. 상기 파일사의 직경이 1 밀리미터 미만인 경우 탄성의 회복이 느려 쿠션감이 느려질 수 있고, 3 밀리미터를 초과하는 경우 쿠션성 및 안락한 느낌이 발휘되기 어려울 수 있다. 본 발명에 따른 3D 스페이서 섬유구조체를 형성하는 재료는 천연 섬유, 합성 섬유, 재생 섬유 등 그 종류가 크게 제한되지 않으나, 합성 섬유인 것이 바람직하고, 예를 들어 나일론 섬유, 폴리염화비닐 섬유, 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등) 섬유, 폴리에스테르(폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 등) 섬유, 및 폴리아크릴계 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 3D 스페이서 섬유구조체는 그 두께가 크게 제한되지 않으며, 제조 용이성 및 상품성 등을 고려할 때 1~40㎜인 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

10: 3D 스페이서 섬유구조체
11: 표면층
12: 이면층
13: 메쉬층
14:파일사
20: 상부층

Claims (7)

1. 상부층과 상기 상부층에 합지된 하부층으로 이루어진 탄성 바닥재로서,
   상기 하부층이 3D 스페이서 섬유구조체로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 확산형 탄성 바닥재.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부층은 합성고무 또는 합성수지를 포함하는 압출 발포 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 확산형 탄성 바닥재.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 3D 스페이서 섬유구조체는 표면층, 이면층, 및 상기 표면층과 이면층 사이를 연결하는 파일사에 의해 형성된 메쉬(mesh)층으로 구성되며, 더블라셀(Double Raschel) 편직기, 모켓(Moqqette) 편직기, 또는 환편(Circular Knit)기로 제직된 것인 것을 특징으로 하는 가스 확산형 탄성 바닥재.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 3D 스페이서 섬유구조체는 탄성 수지로 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 확산형 탄성 바닥재.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 수지는 실리콘 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 페놀수지, 폴리이미드 수지 및 폴리에스테르 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 확산형 탄성 바닥재.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 수지는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술파이드, 폴리염화비닐 및 폴리스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 확산형 탄성 바닥재.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 수지는 3D 스페이서 섬유구조체 전체 중량에 대해 10 ~ 95중량%로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 확산형 탄성 바닥재.

Images