KR20170136460A - 천연 충진재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

천연 충진재 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 천연 충진재의 제조방법은, 믹서 장치에 솔방울과 갈대 뿌리를 넣은 후 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말로 분쇄하는 단계; 및 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말과 황토 가루를 서로 섞는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

천연 충진재 및 이의 제조방법{NATURAL FILLER AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 천연 충진재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 솔방울과 갈대 뿌리와 황토를 이용하여 제작되는 천연 충진재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 인조잔디는 천연 잔디를 시공할 수 없는 곳(자연 채광이 폐쇄된 돔구장, 답압이 집중되는 곳, 기후적으로 천연잔디의 생육이 곤란한 지역)에 주로 시공된다. 인조잔디는 일반 천연잔디에 비해 초기 시공비가 많이 들지만, 반영구적 사용이 가능하고 유지관리의 편의성, 운동하기에 적합하도록 표면이 고른 점 때문에 선호도가 높아지는 추세에 있다.

인조잔디로는 카페트형 인조잔디에 천연 잔디와 유사한 푹신함과 질감을 부여하기 위해 인조잔디 원사 사이에 충진재로서 1차로 규사가 포설되고 그리고 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체)칩, 폐타이어칩이나 재생 고무칩 또는 일반 고무칩과 같은 완충성을 가진 충진재 칩을 2차로 포설하여 충진하는 방식의 인조잔디가 개발되어 많이 사용되고 있다.

축구와 같은 스포츠 경기를 진행하기 위하여 이용되는 인조잔디 구장에서 사용되는 인조잔디 매트를 구성하는 인조잔디 원사들 사이에 포설되는 충진재는 경기자가 넘어지는 경우의 충격을 흡수할 뿐만 아니라, 경기에 사용되는 공(예: 축구공)의 구름성과 공의 튀김성 및 공이 지면에 바운드 되기 전후의 적절한 속도 변화 등을 제어함으로써 적절한 경기성을 제공하게 된다.

이러한 충진재 중 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체)칩은 가격이 너무 비싸 경제적이지 못하고, 손상시에 재활용할 수 없으며, 일반 고무칩과 더불어 재활용품이 아니기 때문에 자원 절약과 재활용이라는 측면에서 실제 적용이 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다.

특히 인조잔디용으로는 분쇄물로서의 재생 EPDM이 많이 사용되는데, EPDM을 사용하기 위해서는 가황 후 경화시키기 위해 다량의 첨가제가 투입되어야 하는데, 이 첨가제에는 중금속 및 다이옥신 등의 유해물질이 포함되는 경우가 많다.

아울러 EPDM은 대부분이 산업용품의 발포식 제품이어서 인조잔디 칩으로 사용할 수 없으므로 인조잔디 칩으로 적격인 무발포식 재생 EPDM 발생량은 극히 소량에 불과하다.

또한 폐타이어칩이나 재생고무칩 또는 일반 고무칩은 고무 특유의 냄새가 발생되어 운동에 지장을 줄 뿐만 아니라 통상 검은색이기 때문에 녹색의 인조잔디 사이에 충진되더라도 미관이 불량하다.

나아가 검은색을 띄고 있기 때문에 태양광을 흡수하여 구장의 온도를 상승시키게 되므로 일반 지표면 보다 온도가 높아 운동시에 호흡이 용이하지 못하는 등 운동에 제약을 가져오고, 쾌적한 운동 환경을 제공하지 못하는 단점이 있다.

그리고 종래의 고무칩들은 폐자재 활용에 따른 중금속 검출과 휘발성 유기화합물(TVOC), 다핵방향족 탄화수소(PAHs)의 함량이 높아 환경 및 인체에 유해한 영향을 끼칠 우려가 다분히 높은 문제점이 있다.

예를 들어 폐고무칩 입자에 붙어있는 미세한 분진이 날려 인조잔디의 사용자의 호흡기에 들어감으로써 사용자에게 치명적인 호흡기 질환을 야기할 수 있으며, 고무칩에서 발생하는 화학성분에 의한 냄새에 의하여 사용자는 호흡 곤란 또는 두통 등의 질환을 일으킬 수 있다.

이러한 이유로 천연재료나 인체에 무해한 재료로 만들어진 인조잔디용 탄성체 칩의 수요가 요구되나 그 공급이 부족하고 제조원가가 높아 원활한 제조 및 판매가 이루어지지 못하므로 이에 대한 개선책이 요구된다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

한국등록특허공보 제10-1034315호(주식회사 금룡) 2011. 05. 03. 한국등록실용신안공보 제20-0352378호(박용남) 2004.05.25.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 솔방울과 갈대 뿌리와 황토를 이용하여 제작되는 천연 충진재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 믹서 장치에 솔방울과 갈대 뿌리를 넣은 후 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말로 분쇄하는 단계; 및 상기 솔방울 분말과 상기 갈대 뿌리 분말과 황토 가루를 서로 섞는 단계를 포함하는 천연 충진재의 제조방법이 제공될 수 있다.

상기 솔방울 분말은 25~50 중량%이고, 상기 갈대 뿌리 분말은 25~50 중량%이고, 상기 황토 가루는 25~50 중량%일 수 있다.

상기 솔방울 분말은 50중량%이고, 상기 갈대 뿌리 분말은 25중량%이고, 상기 황토 가루는 25중량%일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 믹서 장치에 솔방울과 갈대 뿌리와 물을 넣은 후 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말로 분쇄하는 단계; 분쇄된 상기 솔방울 분말과 상기 갈대 뿌리 분말에 황토 가루와 점착 부재를 첨가하여 서로 섞는 단계; 상기 솔방울 분말과 상기 갈대 뿌리 분말과 상기 황토 가루와 상기 점착 부재가 섞인 혼합물을 제작틀에 넣은 후 특정 구조물로 다지는 단계; 및 상기 특정 구조물을 건조하는 단계를 포함하는 천연 충진재의 제조방법이 제공될 수 있다.

상기 특정 구조물은 흡음 단열재로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말과 황토를 이용하여 제조된 천연 충진재가 제공될 수 있다.

상기 천연 충진재는 인조 잔디용 충진재 또는 흡음 단열재로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말과 황토 가루의 천연 재료로 제작되므로 자연친화적이고 인체에 무해하며, 재활용할 수 있다.

또한 본 실시예들은 목질로 되어 있어 고무 재질의 충진재 보다 표면 온도의 상승을 억제할 수 있고, 솔방울의 섬유질은 함수 능력이 커서 흡수했던 성분이 기화할 때 인조 잔디 등의 표면 온도를 냉각시킬 수 있다.

나아가 솔방울의 피톤치드 성분이 있어 유해 물질을 제거할 수 있고 항균 효과가 있으며, 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말과 황토 가루 사이에 생긴 공극 때문에 충격 완화가 되는 탄성력이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천연 충진재의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 표면 온도 측정 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 함수량 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 표면 온도 냉각 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 항균성 실험 결과를 나타낸 표이다.
도 6은 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 포름알데히드 가스 제거 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 중금속 흡착 실험 결과를 나타낸 표이다.
도 8은 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 공기층과 공극을 현미경을 통해 실험한 결과를 나타낸 표이다.
도 9는 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 소음계 수치 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 충진재의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 11은 도 10의 방법으로 제조된 천연 충진재의 단열 온도 변화를 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천연 충진재의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 천연 충진재의 제조방법은, 믹서 장치에 솔방울과 갈대 뿌리를 넣은 후 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말로 분쇄하는 단계(S10)와, 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말과 황토 가루를 서로 섞는 단계(S20)를 구비한다.

분쇄 단계(S10)에 사용되는 믹서 장치는 가정용 또는 산업용 믹서 장치가 사용될 수 있다.

본 실시 예는 천연 충진재의 재료로 솔방울과 갈대 뿌리와 황토를 사용한다.

솔방울은 소나무 삼나무 등의 목질의 비늘 조각이 여러 개 뭉쳐 있는 열매로, 솔방울에 들어있는 테르펜이라는 성분은 방향 살균효과가 있고, 테르펜은 피톤치드의 주성분으로 탄화수소와 섞이지 않은 휘발성 유기화합물을 말한다.

본 실시 예와 같이 솔방울을 천연 충진재의 재료로 선택하면 심신을 안정시킬 수 있고, 방향 살균 효과가 있으며, 테르펜 성분에 의해 부패를 방지할 수 있고, 피톤치드에 의해 공기를 맑게 할 수 있는 이점이 있다.

갈대는 습지나 갯가, 호수 주변에서 전 세계 어디서나 볼 수 있는 키가 큰 여러해 살이 풀로, 갈대의 뿌리는 노근이라고 하는 데 성질이 차고 맛은 달며 독이 없다.

노근은 몸속의 열을 없애는데 효과적이며 해독효과에 탁월하고 물을 맑게 하는 수질정화 작용을 한다. 특히 갈대뿌리는 방사능 중독과 백혈구 감소증을 치료하는 효과가 있고, 농약중독과 식중독에도 효과가 있다.

본 실시 예와 같이 갈대 뿌리를 천연 충진재의 재료로 선택하면 뿌리의 수질정화 능력 및 방사능 중독 해독, 살균 효과를 얻을 수 있고, 섬유질이 많아서 질기기 때문에 내구성을 증진 시키는 역할과 우천시 수분을 빠르게 흡수해서 다른 충진 재료을 유착시키는 역할을 할 수 있는 이점이 있다.

황토는 돌이 풍화 작용을 거치면서 만들어졌기 때문에 운모가 함유된 돌이 가진 원적외선 방출이 일어난다.

본 실시 예와 같이 황토를 천연 충진재의 재료로 선택하면 원적외선 효과와 항균 살균효과를 얻을 수 있고, 황토는 습도 조절 능력과 점성이 있어서 다른 충진재 재료와 잘 융합시킬 수 있는 이점이 있다.

본 실시 예에서 천연 충진재는 솔방울 분말 25~50 중량%, 갈대 뿌리 분말 25~50 중량%, 황토 가루는 25~50 중량%로 제작될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 천연 충진재는 솔방울 분말 50 중량%, 갈대 뿌리 분말 25 중량%, 황토 가루 25 중량%로 제작될 수 있다. 이 경우 본 실시 예를 인조 잔디용 천연 충진재로 사용하는 경우 배수성, 내구성, 탄력성 면에서 가장 안정적인 비율을 얻을 수 있다.

구체적으로 전술한 바와 같이 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말과 황토 가루를 2:1:1의 비율로 제조하면 물을 부었을 때 충진재가 떠오르지 않는 비중과 비가 오는 날에도 물웅덩이가 생기지 않게 빠르게 배수될 수 있다.

또한 함수성이 높아서 보습 효과가 좋고, 소음 수치가 낮아 충격에도 안정적이다. 나아가 피톤 치드 향이 강하게 나서 머리가 맑아질 수 있다.

도 2는 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 표면 온도 측정 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

본 실시 예의 인조 잔디용 천연 충진재와 시중의 충진재(SBR, EPDM 칼라 고무칩, 퓨리칩)를 아크릴 상자 안에 각각 5cm 두께로 넣고 빛을 비춰서 한 시간 후의 표면 온도를 비교한 그래프가 도 2에 도시되어 있다.

표면 온도가 가장 낮은 순서는 본 실시 예의 천연 충진재 > 퓨리칩 > EPDM 칼라 고무칩 > SBR 순서였다. 뜨거운 여름에 표면 온도가 높으면 화상의 위험이 있다. 본 실시 예의 천연 충진재를 사용할 경우 고무 재질의 충진재 보다 뜨거운 여름날에 표면온도를 낮출 수 있는 이점이 있다.

도 3은 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 함수량 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

본 실시 예의 인조 잔디용 천연 충진재와 시중의 충진재(SBR, EPDM 칼라 고무칩, 퓨리칩)를 아크릴 상자의 안에 가득 넣고 압력을 가하여 입자 사이의 공극을 최소화 한다.

각각의 용기에 물을 5ml씩 주입해서 더 이상 들어가지 않을 때의 함수량을 비교한 그래프가 도 3에 도시되어 있다.

함수율이 가장 높은 순서는 본 실시 예의 천연 충진재 > SBR > 퓨리칩 > EPDM 칼라 고무칩 순서이다.

EPDM과 SEBS는 고무재료라 함수능력이 없는데도 물의 들어가는 양이 차이가 생긴 것은 입자의 형태와 크기가 달라서 공극율이 차이가 있기 때문이다.

도 4는 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 표면 온도 냉각 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

전술한 도 3의 비교 실험을 한 상태에서 하루 동안 표면 온도의 변화를 측정한 실험 결과가 도 4의 그래프에 도시되어 있다.

SBR과 EPDM 칼라 고무칩은 하루 동안 뜨거운 표면 온도의 변화가 거의 없었고, 퓨리칩과 본 실시 예의 천연 충진재는 기화가 일어나기 시작하는 때부터 온도가 많이 낮아지기 시작했다.

퓨리칩은 물의 증발이 거의 다 된 이후에도 다시 표면 온도가 올라가는 현상을 보였고, 함수량이 가장 높은 본 실시 예의 천연 충진재는 하루가 지난 30시간 이후에도 계속적으로 온도가 낮아지는 실험결과를 보였다.

따라서 함수량이 가장 높았던 본 실시 예의 천연 충진재에 흡수되었던 수분이 기화되어 뜨거운 여름날 표면온도를 낮출 수 있다.

도 5는 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 항균성 실험 결과를 나타낸 표이다.

솔방울과 갈대 뿌리, 물을 믹서기에 넣고 분쇄 후 체에 걸러 그 물을 스프레이에 담아둔 후 식빵 위에 10ml 분사한다. 또한 증류수 10ml를 식빵 위에 분사한 후 랩으로 감싼 뒤 열흘 정도 경과를 비교 관찰한 결과가 도 5의 표에 나타나 있다.

열흘 경과 후 증류수를 뿌린 빵은 곰팡이가 아주 많이 생겼으나 솔방울과 갈대 뿌리와 물을 뿌린 빵은 곰팡이가 거뭇거뭇하게 점처럼 생겼다. 솔방울과 갈대 뿌리는 곰팡이 균을 억제하는 항균성이 있는 것을 알 수 있고, 본 실시예에 적용 시 항균, 살균효과를 기대할 수 있다.

도 6은 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 포름알데히드 가스 제거 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

본 실시 예에 의해 제조된 천연 충진재가 들어있는 대기 실험 상자와 시중 충진재가 들어있는 대기 실험 상자를 준비해서 공기 중 포름알데히드 제거 효과가 있는지 알아보기 위해 포르말린 수용액을 넣어 실험해 보았고, 그 결과가 도 6의 그래프에 나타나 있다.

포름알데히드 수치를 측정한 결과 본 실시 예의 천연 충진재가 들어 있는 대기 실험 상자의 포름알데히드 수치가 가장 낮았다.

이 실험 결과를 통해 본 실험 결과를 통해 본 실시 예의 천연 충진재는 포름알데히드를 제거하는 효과가 있음을 알 수 있다.

도 7은 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 중금속 흡착 실험 결과를 나타낸 표이다.

먼저 SBR이 담긴 물을 중금속 오염 농도 키트로 오염 농도를 측정한다. 위의 물에 솔방울과 갈대뿌리를 8시간 넣은 후 다시 중금속 오염 농도 키트로 변화가 있는지 비교 관찰한다.

도 7의 표에 나타난 바와 같이 폐타이어 칩을 담근 물은 사람의 건강과 환경에 적합하지 않은 수치이고, 솔방울과 갈대뿌리를 중금속 오염이 된 물에 담가 두었을 때 오염수치가 1000 ppb에서 200 ppb로 낮아지므로 솔방울과 갈대 뿌리로 제조된 충진재는 중금속 흡착 효과가 있음을 알 수 있다.

도 8은 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 공기층과 공극을 현미경을 통해 실험한 결과를 나타낸 표이다.

본 실시 예의 천연 충진재와 공지된 다른 충진재 시료의 공기층과 공극을 현미경을 통해 관찰 비교한 결과가 도 8의 표에 나타나 있다.

SBR은 표면 자체에서 공기층이 전혀 보이지 않았으며,여러 알갱이의 불규칙한 모서리 특성 때문에 공극이 불규칙하게 보였다.

EPDM 칼라 고무칩은 표면 자체에서 공기층이 전혀 보이지 않았으며, 여러 알갱이들은 각이 있어 불규칙한 공극이 보였다.

퓨리칩은 여러 종류의 광물이 결합되어 점처럼 보이지만 공기층은 보이지 않았다. 동그란 알갱이들로 인한 공극이 보였다.

본 실시 예의 천연 충진재는 공기층을 많이 보유하고 있는 물질임을 확인 할 수 있고, 공극이 다른 충진재에 비해 많음을 알 수 있다.

도 9는 도 1의 방법으로 제조된 천연 충진재의 소음계 수치 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

먼저 나무 박스 위에 충진재들을 올리고 박스 아래에는 디지털 소음 측정기를 넣어둔다. 30cm의 높이에서 나무 박스로 골프공을 떨어뜨려서 디지털 소음 측정기로 수치를 측정한다. 충진재가 없는 상태와 각각의 충진재를 올려놓은 상태로 비교 실험을 하고, 위의 실험을 4회 실시하며, 실험 결과는 도 9에 그래프로 나타나 있다.

실험 결과 방음재 없는 상태 > 퓨리칩 > EPDM 칼라 고무칩 > 본 실시 예의 천연 충진재 > SBR 순으로 소음이 컸다. 페타이어 고무로 만든 SBR이 소음이 가장 적게 측정되어 탄력성 면에서 가장 뛰어났으나, 본 실시 예의 천연 충진재와 큰 차이가 없었다.

결과적으로 본 실시 예의 천연 충진재가 탄력성 면에서도 우수한 것임을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 충진재의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.

본 실시 예에 따른 천연 충진재의 제조방법은, 믹서 장치에 솔방울과 갈대 뿌리와 물을 넣은 후 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말로 분쇄하는 단계(S100)와, 분쇄된 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말에 황토 가루와 점착 부재를 첨가하여 서로 섞는 단계(S200)와, 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말과 황토 가루와 점착 부재가 섞인 혼합물을 제작틀에 넣은 후 특정 구조물로 다지는 단계(S300)와, 특정 구조물을 건조하는 단계(S400)를 포함한다.

분쇄 단계(S100)에서 솔방울과 갈대 뿌리 각각 100g에 물 200ml의 비율로 믹서 장치에 넣어서 갈 수 있다.

본 실시 예의 점착 부재는 한천 가루를 포함하고, 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말과 황토 가루는 전술한 실시예와 같은 비율로 배합될 수 있다.

본 실시 예는 섞는 단계(S200)에서 섞여진 혼합물을 제작틀에 깔려진 거즈 천의 위에 올린 후 알루미늄 망을 덮어 단단하게 눌러서 특정 구조물을 만들 수 있다. 이 제작틀은 우드락과 철망으로 만들어질 수 있다.

본 실시 예에서 특정 구조물은 흡연 단열재를 포함한다.

도 11은 도 10의 방법으로 제조된 천연 충진재의 단열 온도 변화를 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.

실험 결과 본 실시 예의 흡연 단열재 > 아트보드 단열재 > 스티로폼의 순으로 단열효과가 있었다.

본 실시 예에 의해 제작된 천연 충진재인 흡연 단열재는, 도 11의 그래프에 나타난 바와 같이, 가장 뛰어난 단열재로서의 성능을 나타내었고, 시간이 지날수록 단열 효과가 더 나타남을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (1)

1. 믹서 장치에 솔방울과 갈대 뿌리를 넣은 후 솔방울 분말과 갈대 뿌리 분말로 분쇄하는 단계; 및
   상기 솔방울 분말과 상기 갈대 뿌리 분말과 황토 가루를 서로 섞는 단계를 포함하고,
   상기 솔방울 분말은 50 중량%이고, 상기 갈대 뿌리 분말은 25 중량%이고, 상기 황토 가루는 25 중량%이고,
   상기 천연 충진재는 인조 잔디용 충진재로 사용되고,
   상기 분쇄 단계에서 사용되는 상기 믹서 장치는 가정용 믹서 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는 천연 충진재의 제조방법.

Images