KR20200117237A - 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재에 관한 것으로, 콘크리트 기층의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)를 도포하고, 상기 우레탄 프라이머 상면에 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더로 이루어지는 하부층을 포설한 후, 상기 하부층 상면에는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄계 바인더로 이루어지는 상부층을 포설하여 형성되는 탄성포장재에 있어서, 상기 하부층에는 유기용제 및 유해가스를 흡착하기 위해 하부층 재료 100중량부를 기준으로 활성탄(Activated Carbon)을 1 내지 10중량부 이내로 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재는 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더로 이루어지는 하부층과 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄계 바인더로 이루어지는 상부층의 접합력을 향상시키기 위해 SBR 칩과 EPDM 칩의 입도 조절 및 상하부층의 적절한 두께 설정을 통해 충격완화기능이 우수하고 균일한 탄성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 층간 분리현상이 발생되지 않고 내구성이 탁월한 효과가 있다. 또한, 상기 탄성포장재의 하부층에는 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하기 위한 활성탄(Activated Carbon)을 함유함으로써 탄성포장재의 물성을 저하시키지 않고 휘발성 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하여 인체에 무해하고 환경에 친화적인 장점을 갖는다.

Description

어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재{ELASTIC PAVEMENT MATERIALS FOR FIELD PAVING ON CHILDREN'S PLAYGROUND FACILITIES}

본 발명은 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 기층위에 포설되는 하부층과 상부층의 접합성이 우수하고 충격완화 효과 및 내구성이 탁월하며, 또한 하부층에는 합성고무 칩이나 바인더에서 발생되는 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하는 활성탄을 함유함으로써 인체에 무해하고 환경에 친화적인 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재에 관한 것이다.

어린이 놀이시설은 어린이들이 안전하고 편안하게 사용할 수 있도록 실외에 설치된 장소를 말하는 것으로, 어린이들이 놀이기구에서 떨어져 안전사고를 미연에 방지할 수 있도록 바닥면의 충격흡수율이 좋아야 하고 미끄럽지 않아야 하는 등 안전성이 우선이다. 이에 따라 바닥에 시공되는 탄성포장재의 구비조건은 최적의 보행감과 충격흡수성은 물론, 내구성과 내후성, 보수 유지의 용이성, 환경에 친화적인 재료 등의 특성이 요구되고 있다.

상기와 같은 어린이 놀이시설 이외에도, 공원 산책로, 보도 및 자전거 도로, 각종 체육시설 등에는 지반에 콘크리트, 아스팔트 등으로 포장한 기층의 상부에 소정의 쿠션을 갖는 탄성포장재가 시공되고 있으며, 이러한 탄성포장재는 미관을 고려하여 여러 색상 및 문양을 넣을 수 있는 소정 두께의 고무재로서, 고무 계열의 탄성재료를 바인더와 혼합하여 기반층의 상부에 포설시키고 마감 시공하여 인체에 가해지는 충격을 완화시키게 된 것으로, 최근에는 폴리우레탄 칩(Polyurethane Chip)이나 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer Chip) 칩에 폐타이어 칩이나 재생고무 칩 등으로 이루어진 복합재료를 이용하여 표면을 전체적으로 탄성포장재로 시공하는 경우가 증가하고 있다.

그러나 종래 탄성포장재는 바닥에 충분한 탄성이 부여되도록 하여 보행자의 보행감이 좋도록 하고 충격을 완화시켜 주어 안전사고의 발생을 예방하는 효과가 있으나, 자원의 재활용 차원에서 폐타이어 칩이나 재생고무 칩 등의 재생 자재나 EPDM 칩으로부터 인체에 해로운 휘발성 유기화합물(VOCs) 등과 같은 물질이 방출되어 인체에 유해하며, 특히 기온이 높으면 그 방출량이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 폴리우레탄 칩, EPDM 칩, 폐타이어 칩, 재생고무 칩 등과 같은 이질적인 복합재료들을 접착하여 이루어지는 탄성포장재는 상호 접착성이 낮아 바닥에 포장되어 사용하는 도중에 외부의 충격에 쉽게 부서지거나 파손되어 사용이 곤란한 문제점이 있으며, 또 시간이 지나면 접착력이 약해지고 칩들이 가루로 분리되어 흩어지는 현상으로 인하여 적정 탄성을 유지하지 못해 안전성 저하 및 위생환경에 좋지 못한 한계가 있다.

이러한 탄성포장재는 인체에 무해한 천연고무를 사용하는 경우도 있었지만, 천연고무는 합성고무에 비하여 이중결합이 노출되어 자외선, 산성비와 같은 화학적 충격 등에 의한 내구성 저하로 인하여 현재까지 폐타이어 칩을 우레탄 바인더와 혼합하여 압축 성형한 폐타이어 고무매트나 블록을 많이 사용하고 있다.

최근에는 어린이 놀이시설 등의 바닥에 합성고무인 EPDM 칩과 우레탄 바인더를 교반하여 직접 포설 경화하여 쓰는 경우도 있는데, 이러한 EPDM 고무칩은 다양하고 색상이 밝게 표현될 수 있고 색상 안정성도 우수하며, 물리화학적인 충격에 강한 내구성을 갖고 있다. 그러나 주요 탄성원료인 EPDM은 석유화학으로 부터 인공적으로 합성되어진 재질로 완전히 친환경적인 소재는 아니지만, 석유자원이 고갈되면서 가격도 점차 고가로 형성되어 현장에 필요한 적정량의 EPDM 칩을 사용하지 못하고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 종래에 개발된 탄성포장재의 양태를 살펴보면, 대한민국 등록특허 제10-0754424호(주식회사 조인존)에서는 폐타이어 등으로 제조한 폐고무칩에 천매암을 혼합함으로써 항균 및 탈취 기능을 갖는 탄성 바닥재와 그 제조방법 및 시공방법에 관한 것으로, 폐타이어나 폐고무를 잘게 분쇄하여 제조한 폐고무칩과 천매암을 미세하게 분쇄하여 제조한 천매암 분말과 바인더를 균일하게 혼합하여 이를 성형기에 넣고 압축 성형하여 제조되며, 충격흡수력과 미끄럼 방지기능을 가지므로 안전하고 내마모성과 내구성 등의 물리화학적 성능이 우수하며, 또한 항균 및 탈취기능이 우수하고 원적외선 방사율과 음이온 방출률이 우수하여 안전하고 위생적이며 환경친화적인 탄성 바닥재로서, 폐자원을 효과적으로 활용하고 놀이터, 체육시설, 축사바닥재나 보도블록 등에 다양하게 사용할 수 있다고 개시되어 있다.

또한, 동 등록특허 제10-0949125호(주식회사 다일)는 제1 바인더와 크기가 25 ~ 45mm인 제1 탄성 칩(102)이 혼합되고 지표면(10)의 상측에 포설되어 하부층(100)이 형성되는 하부층 포설 단계(S10); 상기 하부층 포설단계(S10)에서 상기 하부층(100)의 상기 제1 바인더가 경화되는 하부층 경화 단계(S20); 제2 바인더와 크기가 1 ~ 4mm인 제2 탄성 칩(202)이 혼합되고 상기 하부층 경화 단계(S20)에서 경화된 하부층(100)의 상측에 포설되어 상부층(200)이 형성되는 상부층 포설 단계(S30); 및 상기 상부층 포설단계(S30)에서 상기 상부층(100)의 제2 바인더가 경화되는 상부층 경화 단계(S40)를 포함하고, 상기 하부층 포설 단계(S10)에서 상기 제1 바인더는 3 ~ 10중량%와 상기 제1 탄성 칩(102)은 90 ~ 97중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 놀이터의 안전 바닥재 시공방법으로서, 이는 바닥재 자체의 배수성은 다소 향상되겠지만, 하부층과 상부층의 경화공정 불량에 따른 층간의 접합성에 문제가 있는 것으로 확인된다.

또한, 동 등록특허 제10-1084364호(주식회사 세문)에서는 작업구간의 지면 상부면에 위치된 골재와 같은 보조기층을 레벨링하는 작업준비단계와, 준비작업을 완료한 후 작업구간의 보조기층의 상부면에 부직포를 까는 부직포 설치단계와, 상기 부직포 상부면에 미리 준비된 폐의류 분쇄물5~10mm와 폐타이어4~10mm입경의 폐타이어칩을 믹싱기에 투입하고, 상기 2단 보조투수탄성층(16)의 폐의류 분쇄물과 폐타이어칩의 전체중량 대비 우레탄수지 바인더의 함량을 15~25% 중량비로 투입해 혼합한 2단 보조투수탄성층(16)을 포설하는 2단 보조투수탄성층 포설단계와, 상기 2단 보조투수탄성층(16) 상부면에 2~3mm입경으로 분쇄한 폐타이어칩을 포설하는데 두께비는 2단 보조투수탄성층(16)의 50%이고 우레탄수지 바인더의 함량을 상부탄성층 전체중량의 15~19%중량으로 투입해 혼합한 상부탄성층(18)을 포설하는 상부탄성층 포설단계와, 상기 상부탄성층 상부면에 EPDM컬러칩을 2~4mm크기로 절단된 것이 사용되며, 우레탄 바인더가 상부층 전체중량의 18~22%중량으로 투입해 혼합한 상부층(20)을 포설하는 상부층 포설단계와, 상기 상부층을 양생하는 양생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투수성 탄성바닥재 시공방법을 개발하였으나, 상기 시공방법은 보조기층의 상부면에 대한 부직포 설치단계에서의 공정상 어려움과 그로 인한 2차 환경오염의 문제점이 있다.

그리고 동 공개특허 제10-2011-0138451호(주식회사 에스씨알)에서는 지층의 상면에 일정한 두께로 포설한 콘크리트, 투수콘, 아스콘 중 선택된 어느 하나로 마련된 기초층과, 상기 기초층 위에 도포되는 프라이머층과, 상기 프라이머층 상면에서 일정한 두께를 갖고 접착된 폐타이어칩층(재생고무칩)과, 상기 폐타어어칩층(재생고무칩) 상면에 우레탄칩과 EPDM 칩(컬러칩) 중 선택된 어느 하나의 표면층으로 이루어진 어린이 놀이터 바닥구조에 있어서, 상기 프라이머층과 상기 폐타어어칩층(재생고무칩) 사이에서 일정한 두께를 갖고 사방 일정한 크기로 재단된 개체로 형성되어 하나의 개체가 다른 어느 하나 이상의 개체의 일 측과 접촉될 때 실링재로 접합되어 마련되는 PE폼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PE폼을 이용한 어린이 놀이터 바닥구조를 개시하고 있으며, 이는 PE폼(POLY ETHYLENE FOAM)으로 대체함으로써 종래와 달리 물을 흡수하지 않아 내수성이 강하지만, PE폼 재질의 특성으로 인한 내구성에 단점이 있는 것으로 조사된다.

한편, 본 발명에서는 기존 탄성포장재의 내구성과 친환경성에 관한 문제점을 예의 분석한 결과, 콘크리트 기층에 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩으로 구성되는 하부층과 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩으로 구성되는 상부층을 포설하여 형성되는 탄성포장재로서, 상기 SBR 칩과 EPDM 칩의 입도를 조절하여 층간 분리현상을 방지하면서 하부층에는 활성탄(Activated Carbon)을 함유함으로써 탄성포장재의 물성을 저하시키지 않으면서 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하여 환경에 친화적인 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재를 개발하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-0754424호(공고일자 2007년08월31일) 대한민국 등록특허공보 제10-0949125호(공고일자 2010년03월25일) 대한민국 등록특허공보 제10-1084364호(공고일자 2011년11월16일) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0138451호(공개일자 2011년12월28일)

본 발명의 목적은 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더로 이루어지는 하부층과 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄계 바인더로 이루어지는 상부층 재질에 대한 입도 조절과 두께 설정 및 그로 인한 상하부층 사이의 접합력에 대한 상관관계를 분석하여 충격완화기능이 우수하고 균일한 탄성을 유지하면서 층간 분리현상이 발생되지 않고 내구성이 탁월한 탄성포장재를 제공하며, 또한 하부층에는 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하기 위한 활성탄(Activated Carbon)을 함유함으로써 탄성포장재 자체의 물성을 저하시키지 않고 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하여 환경에 친화적인 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재를 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재는 콘크리트 기층의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)를 도포하고, 상기 우레탄 프라이머 상면에 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더로 이루어지는 하부층을 포설한 후, 상기 하부층 상면에는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄계 바인더로 이루어지는 상부층을 포설하여 형성되는 탄성포장재에 있어서, 상기 하부층에는 유기용제 및 유해가스를 흡착하기 위해 하부층 재료 100중량부를 기준으로 활성탄(Activated Carbon)을 1 내지 10중량부 이내로 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하부층에 사용되는 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩은 5 ~ 7㎜의 입자 크기를 갖고 있고, 상기 SBR 칩과 우레탄계 바인더는 100 : 13 ~ 18의 중량비율로 혼합되며, 상기 하부층에 함유되는 활성탄은 직경 1 ~ 4㎜의 조립성형탄인 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 상부층에 사용되는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩은 2 ~ 3㎜의 입자 크기를 가지며, 상기 EPDM 칩과 우레탄 바인더는 100 : 18 ~ 25의 중량비율로 혼합되는데, 상기 상부층에는 착색된 EPDM 칩을 사용하거나 상부층 재료 총량을 기준으로 착색안료 1 내지 3중량부를 첨가하여 색상을 발현하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 하부층은 평균 30 ~ 100㎜ 두께로 포설하며, 상기 상부층은 평균 10 ~ 20㎜ 두께로 포설한다.

상기 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재의 시공방법은, 콘크리트 기층의 표면을 마무리하고 배수구를 설치하는 단계(S100); 콘크리트 기층의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)를 0.3㎏/㎡±3% 이내로 도포하는 단계(S200); SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더 100중량부에 대하여 활성탄(Activated Carbon) 1 내지 10중량부를 배합하고 5분 이상 교반한 후, 상기 우레탄 프라이머가 경화되기 전에 평균 30 ~ 100㎜ 두께로 하부층을 포설하는 단계(S300); 1차 다짐 및 평탄 작업하는 단계(S400); EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄 바인더를 배합하고 5분 이상 교반한 후, 상기 하부층 상면에 평균 10 ~ 20㎜ 두께로 상부층을 포설하는 단계(S500); 2차 다짐 및 평탄 작업하는 단계(S600)로 이루어진다.

본 발명의 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재는 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더로 이루어지는 하부층과 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄계 바인더로 이루어지는 상부층의 접합력을 향상시키기 위해 SBR 칩과 EPDM 칩의 입도 조절 및 상하부층의 적절한 두께 설정을 통해 충격완화기능이 우수하고 균일한 탄성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 층간 분리현상이 발생되지 않고 내구성이 탁월한 효과가 있다.

또한, 상기 탄성포장재의 하부층에는 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하기 위한 활성탄(Activated Carbon)을 함유함으로써 탄성포장재의 물성을 저하시키지 않고 휘발성 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하여 인체에 무해하고 환경에 친화적인 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재의 시공방법을 나타내는 순서도이다.

이하에서는 본 발명에 의한 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재에 관하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재는, 콘크리트 기층(10)의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)(20)를 도포하고, 상기 우레탄 프라이머(20) 상면에 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더로 이루어지는 하부층(30)을 포설한 후, 상기 하부층(30) 상면에는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄계 바인더로 이루어지는 상부층(40)을 포설하여 형성되는 탄성포장재에 있어서, 상기 하부층(30)에는 유기용제 및 유해가스를 흡착하기 위해 하부층 재료 100중량부를 기준으로 활성탄(Activated Carbon)을 1 내지 10중량부 이내로 함유하고 있다.

먼저, 본 발명의 탄성포장재는 콘크리트 기층(10)의 크랙을 보강하고 하부층(30)과의 접합성을 강화하기 위해 콘크리트 기층(10)의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)(20)를 도포하는데, 상기 프라이머는 일액형 습기 경화형 우레탄을 주제로 한 침투력과 탄성이 우수한 저점도의 우레탄계 수지를 사용하는 것이 작업성과 저장성을 고려해 볼 때 바람직하며, 본 발명에서 사용되는 우레탄 프라이머(20)는 이소시아네이트기(-NCO) 함량 3.5% 이상(5.0% 이하), 비중 0.90 이상(1.10 이하), 비휘발분 40% 이상(80% 이하), 점도 300cP 이하의 제품을 선택하여 도포하는 것이 하도제로서의 침투성과 부착성에 전혀 문제가 없는 것으로 조사되었다.

다음으로, 상기 우레탄 프라이머(20) 상면에 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더로 이루어지는 하부층(30)을 포설하는데, 상기 하부층(30)에 사용되는 SBR 칩은 5 ~ 7㎜의 입자 크기를 갖는 것이 장기간 동안 탄성이 줄어들지 않으면서 상부층(40)과의 층간 분리를 방지할 수 있으며, 또한 상기 SBR 칩과 우레탄계 바인더는 100 : 13 ~ 18의 중량비율로 혼합됨으로써 탄성포장재의 탄성을 적합한 범위로 유지하면서 SBR 칩 간의 강한 접착성을 확보할 수 있다.

상기 SBR은 스티렌과 부타디엔의 공중합으로 얻어지는 합성고무의 일종으로 천연고무에 비해 내한성, 탄성 등은 떨어지지만, 내열성, 내마모성, 내노화성, 내수성, 내가스투과성이 뛰어나면서 값이 싸고 오래 사용하여도 딱딱해지지 않아 타이어, 신발 밑창, 호스, 벨트, 패킹 등에 널리 쓰이고 있으며, 본 발명에서 사용되는 SBR 칩은 버진(virgin) 형태의 수지나 SBR 제품을 가공한 후에 버려지는 스크랩 또는 폐품(폐타이어 등)을 재활용하여 이를 5 ~ 7㎜의 입자 크기로 잘게 분쇄한 칩을 사용할 수 있음은 물론이다.

상기 하부층(30)에는 SBR 자체 또는 바인더 등에 함유되어 있는 유기용제 및 유해가스를 흡착하기 위해 하부층 재료 100중량부를 기준으로 활성탄(Activated Carbon)을 1 내지 10중량부 범위로 함유하는바, 상기 활성탄은 직경 1 ~ 4㎜의 조립성형탄을 사용하는 것이 하부층(30) 내부에 함침되어 있는 활성탄 입자에 의한 유해물질 흡착에 가장 효과적이며, 이러한 직경 1 ~ 4㎜ 입자 크기의 조립성형탄은 입상활성탄이나 분말활성탄에 비해 하부층 재료에 대한 분산성이 우수하여 흡착성능을 극대화할 수 있다. 상기 조립성형탄은 비중 1.9 ~ 2.2, 회분함량 2 ~ 5%, 비표면적 900 ~ 1200㎡/g, 세공용적 0.6 ~ 1.2cc/g을 갖는다.

일반적인 활성탄의 형태는 입자크기가 3 ~ 80mesh인 불규칙한 형상의 파쇄상, 100mesh 이하의 입도를 갖는 분말상, 일정한 규격크기의 구형, 원주 형상인 (조립)성형상, 주로 의약용으로 사용되는 섬유상 등으로 구분되며, 이 활성탄은 표면에는 산화기와 무기 불순물이 약간 존재하는 대신 수산화기가 없어서 물을 싫어하는 비극성, 즉 소수성이기 때문에 하부층(30) 내에서의 혼화성과 분산성 등을 감안하여 본 발명에서는 하부층 재료 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부 범위로 함유하는 것이 하부층(30)의 물성을 저하시키지 않고 흡착성능을 발휘하기에 적합하다.

상기 활성탄(Activated Carbon)은 숯에 수증기 또는 인산과 같은 약품을 사용하여 표면적을 증가시킨 소재인데, 목재, 갈탄, 무연탄 및 야자껍질 등을 원료로 제조되는 미세 세공이 잘 발달된 무정형 탄소의 집합체로서, 활성화 과정에서 분자크기 정도의 미세세공이 잘 형성되어 큰 내부 표면적을 가지게 되는 흡착제이다. 이 흡착제는 g당 1,000㎡ 이상의 표면적을 가지며, 표면에 존재하는 탄소원자의 관능기가 주위의 액체 또는 기체에 인력을 가하여 피흡착질의 분자를 흡착하는 성질이 있다.

이러한 활성탄은 정육각형의 불균일 배열을 갖는 비규칙적인 층상격자 구조로서 탄소육각형이 교차연결을 한 공간격자형과 망형면이 평행으로 불규칙하게 나열된 난층구조형이 복합된 형태이다. 그 특성은 유기물 분자에 대해 고도의 흡착능력을 갖고 있음은 물론, 세공(Micropore)이 잘 발달되어 유효 표면적이 매우 넓고 물리적, 열적, 기계적 강도가 우수한 것으로 알려져 있어, 본 발명에서는 이러한 활성탄의 특성을 이용하여 환경 친화적인 탄성포장재를 얻을 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다.

상기 활성탄은 비친수성 흡착제이기 때문에 물과 친화력이 크지 않은 물질일수록 흡착하려는 경향이 크며, 물과 친화력이 큰 물질일수록 흡착하려는 경향이 작다. 이러한 경향으로 인하여 활성탄은 분자량과 비친수성이 크고 극성이 작은 물질을 잘 흡착한다. 다시 말해, 활성탄은 포화도가 크고 불포화기를 갖지 않고 빙점이 높고 물에 용해도가 낮은 성분들을 선택적으로 흡착하려는 경향이 있다. 이러한 특성을 갖는 활성탄은 젖은 공기 중의 탄수화물이나 물중의 유기물을 흡착 제거할 수 있는 것이다.

마지막으로, 상기 하부층(30) 상면에는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄계 바인더로 이루어지는 상부층(40)을 포설하여 탄성포장재가 형성되는데, EPDM은 에틸렌-프로필렌 이중결합 단량체를 일컫는 것으로 원유에서 추출된 부산물로 용액 중합 반응에 의하여 제조되며, 화학적으로 안정하고 가황한 것은 물리적 성질이 천연고무와 SBR의 중간성질을 보이고 쉽게 산화되지 않기 때문에 내구성이 요구되는 자동차 부품, 토목 및 건축분야, 산업용 등으로 다양하게 쓰이고 있다.

상기 EPDM은 자외선과 오존에 노출된 상태에서도 20년 이상 초기물성을 유지하는 뛰어난 안정성을 갖고 있어, 최근 들어서는 색상이 제한된 우레탄을 대신하여 경제성이 뛰어난 재료로서 내오존성과 내한성, 내열성, 내용제성이 뛰어나고 색안정성이 좋아 다양한 색상이 요구되는 탄성포장재로 널리 사용되고 있지만, 재료비는 다소 비싼 편이다.

상기 상부층(40)에 사용되는 EPDM 칩은 2 ~ 3㎜의 입자 크기를 가지는 것이 바람직한데, 이로 인하여 하부층(30)에 사용되는 5 ~ 7㎜의 입자 크기를 갖는 SBR 칩과의 순차적 입도 배열로 인하여 탄성포장재 상부에서 발생하는 충격을 하부 또는 주변으로 빠르게 전달시킴에 따라 인체에 대한 완충기능을 매우 효과적으로 발휘할 수 있으며, 또한 하층부(30) 칩에 상층부(40) 칩이 톱니바퀴처럼 맞물려서 더욱 견고한 결합성을 나타냄으로써 탄성포장재의 내구성 향상에도 효과적이다.

또한, 상기 EPDM 칩과 우레탄 바인더는 100 : 18 ~ 25의 중량비율로 혼합됨으로써 EPDM 칩 간의 강한 접착력을 확보할 수 있고 탄성포장재 표면의 감촉(보행감)이 우수할 뿐만 아니라 하부층(30)과의 계면 결합력이 양호하게 되며, 상기와 같이 형성된 상부층(40)은 균일한 탄성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 적당한 투수성을 가지면서 장기간 사용 시에도 하부층(30)과의 층간 분리현상이 발생되지 않고 내구성도 탁월하다.

그리고 상기 EPDM 칩은 색 안정성이 좋아 변색이 적으므로 착색된 EPDM 칩을 사용하거나 상부층 재료 총량을 기준으로 착색안료 1 내지 3중량부 정도 첨가하여 탄성포장재 표면에 특정 색상을 발현시킬 수도 있는데, 이러한 색상을 나타내는 착색안료의 종류는 Cd, Cr, Pb, Se 등과 같은 독성원소를 포함하지 않는 다양한 종류의 친환경 무기안료를 사용하는 것이 가능하며, 실제로 EPDM 칩의 물성을 심하게 저해하는 것이 아니라면 그 구체적인 종류에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.

이와 같은 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재는 하부층(30)을 평균 30 ~ 100㎜ 두께로 포설하고 상부층(40)은 평균 10 ~ 20㎜ 두께로 포설함으로써 적합한 완충작용을 구현할 수 있으며, 만일 하부층(30)의 시공두께가 30㎜ 미만일 경우에는 충분한 완충작용을 기대하기 어렵고 100㎜를 초과할 경우에는 반발탄성력이 과다 발생되어 어린이의 신체로부터 탄성포장재의 상부에 미치는 충격을 표면 전체에 빠르게 분산시키기 어려워 거동이 다소 불편할 뿐만 아니라 넘어졌을 때의 충격이 가중될 우려가 있다. 또한, 상부층(40)은 10 ~ 20㎜ 시공두께로 포설하여 하부층(30)의 물리ㆍ화학적 특성을 보완하면서 EPDM 칩의 재료비를 절감하고 층간 분리현상을 방지함으로써 우수한 품질을 갖는 탄성포장재를 형성한다.

상기 하부층(30)과 상부층(40)에 사용되는 우레탄 바인더는 구체적인 종류에 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 본 발명에서는 이소시아네이트기(-NCO) 함량 5.5% 이상(8.0% 이하), 비중 0.90 이상(1.10 이하), 비휘발분 93% 이상, 점도 2,500cP 이상의 제품을 사용함으로써 칩 간의 접착성이 우수하며, 주제로 사용되는 폴리올은 중량평균분자량 2,000 내지 3,000인 폴리프로필렌글리콜과 폴리옥시프로필렌트리올을 선택적으로 포함하고, 경화제로 사용되는 디이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트 및 이소프로필 디이소시아네이트 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다. 상기 우레탄 바인더는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 술피드계, 에스테르계, 페놀계, 올레핀계, 이미드계, 고무계, 아크릴레이트계 및 폴리엔계 등에 비해 친환경 접착제로 알려져 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재의 시공방법은, 콘크리트 기층(10)의 표면을 마무리하고 배수구를 설치하는 단계(S100); 콘크리트 기층(10)의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)(20)를 0.3㎏/㎡±3% 이내로 도포하는 단계(S200); SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더 100중량부에 대하여 활성탄(Activated Carbon) 1 내지 10중량부를 배합하고 5분 이상 교반한 후, 상기 우레탄 프라이머(20)가 경화되기 전에 평균 30 ~ 100㎜ 두께로 하부층(30)을 포설하는 단계(S300); 1차 다짐 및 평탄 작업하는 단계(S400); EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄 바인더를 배합하고 5분 이상 교반한 후, 상기 하부층(30) 상면에 평균 10 ~ 20㎜ 두께로 상부층(40)을 포설하는 단계(S500); 2차 다짐 및 평탄 작업하는 단계(S600)의 순으로 이루어진다.

제1공정은 콘크리트 기층(10)의 표면을 마무리하고 배수구를 설치하는 단계(S100)로서, 콘크리트 기층(10)의 양생상태를 확인한 후 이물질을 제거하고 경사와 레벨 불량이 없는지 확인하여야 하는데, 콘크리트 기층(10)의 표면 마무리 조건은 경사도 1 ~ 3% 이내여야 우천 시의 적절한 배수성을 달성하면서 어린이 놀이터로서의 안전성을 충족할 수 있으며, 또한 물고임이 발생하지 않도록 최하부에 배수구(또는 집수관)를 설치하고 하수관까지 연결한 후 탄성포장재를 시공하여야 한다. 우레탄 바인더의 경우 포설작업 환경의 상대습도가 85% 이상, 기층 표면의 온도가 5℃ 이하이거나 40℃ 이상일 경우에는 포설하지 않는 것이 작업성과 품질을 고려해 볼 때 바람직하다.

제2공정은 콘크리트 기층(10)의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)(20)를 0.3㎏/㎡±3% 이내로 도포하는 단계(S200)인데, 상기 우레탄 프라이머(20)는 롤러 또는 에어 스프레이 등을 이용하여 균일하게 도포하며, 이에 관한 자세한 설명은 생략한다.

제3공정은 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더 100중량부에 대하여 활성탄(Activated Carbon) 1 내지 10중량부를 배합하고 5분 이상 교반한 후, 상기 우레탄 프라이머(20)가 경화되기 전에 평균 30 ~ 100㎜ 두께로 하부층(30)을 포설하는 단계(S300)로서, 완전 건조된 SBR 칩에 우레탄 바인더가 잘 코팅되고 활성탄이 완전히 분산될 수 있도록 원통형 저속교반기를 이용하여 35 ~ 55rpm 정도의 속도로 교반하고 우레탄 프라이머(20)가 경화되기 전에 하부층(30)을 포설함으로써 프라이머(Primer)가 경화되면서 하부층(30)과의 접착성이 양호하게 된다.

제4공정은 1차 다짐 및 평탄 작업하는 단계(S400)인데, 상기 하부층(30)에 대한 다짐 및 평탄 작업은 통상적으로 롤러의 표면온도 100℃ 이상, 중량 10㎏ 정도의 히팅롤러(heating roller)를 사용하면 작업성이 우수하며, 롤러의 표면온도는 하절기에는 160℃ 이하, 동절기에는 200℃ 이하의 온도로 하는 것이 바람직하다.

제5공정은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄 바인더를 배합하고 5분 이상 교반한 후, 상기 하부층(30) 상면에 평균 10 ~ 20㎜ 두께로 상부층(40)을 포설하는 단계(S500)로서, 상기 상부층(40)은 균일한 탄성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 적당한 투수성을 가지면서 하부층(30)과의 층간 분리현상이 발생되지 않고 내구성이 탁월하며, 상기 상부층(40)에는 착색된 EPDM 칩을 사용하거나 상부층 재료 총량을 기준으로 착색안료 1 내지 3중량부를 첨가하여 탄성포장재 표면에 미려한 색상을 발현할 수도 있음은 물론이다.

제6공정은 2차 다짐 및 평탄 작업하는 단계(S600)로서, 상기 상부층(40)에 대한 다짐 및 평탄 작업은 통상 롤러의 표면온도 100℃ 이상, 중량 20㎏ 정도의 히팅롤러(heating roller)를 사용하여 하부층(30)과의 강한 접합성과 더불어 칩 자체의 접착력을 확보할 수 있는바, 이는 상기 제4공정과 마찬가지로 롤러의 표면온도는 하절기에는 160℃ 이하, 동절기에는 200℃ 이하의 온도로 충분히 다짐 및 평탄 작업을 실시하는 것이 탄성포장재의 품질을 향상시킬 수 있다.

상기와 같은 시공방법으로 시공된 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재는 친환경 우레탄 바인더로 접착되는 하부층(30)의 SBR 칩과 상부층(40)의 EPDM 칩이 적합한 입도로 조합되어 계면 접합력이 양호하여 장기간 사용 시에도 층간 분리현상이 발생되지 않으면서 탄성포장재 상부에서 발생하는 충격을 빠르게 흡수하여 충격완화효과가 우수하므로 어린이들의 안전사고를 최대한 방지할 수 있을 뿐만 아니라 보행감과 미끄럼 방지기능이 매우 양호하며, 또한 유해물질이 전혀 없는 환경 친화적인 재질이기 때문에 중금속에 의한 어린이들의 피해를 근원적으로 예방할 수 있다.

또한, 상기 탄성포장재는 열전도율이 낮아 겨울철 눈이 빨리 녹고 여름철 복사열 발생을 차단하며, 특히 하부층(30)에 활성탄을 첨가함으로써 유기용제 및 유해가스 흡착과 더불어 재생 SBR 칩 등으로부터 발산되는 유황, 스티렌 및 VOCs 등의 냄새도 효과적으로 제거할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재를 실험한 실시예를 살펴보기로 하되, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

[실시예]

(콘크리트 기층의 표면 마무리 및 배수구 설치)

콘크리트 기층의 표면 경사도를 1 ~ 3% 이내로 하고, 콘크리트 기층의 상부에서 하부까지 배수구를 다수 설치하였다.

(프라이머 도포 및 하부층 포설)

콘크리트 기층의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)를 0.3㎏/㎡ 정도 도포한 후, 상기 우레탄 프라이머 상면에 5 ~ 7㎜의 입자 크기를 갖는 SBR 칩과 우레탄 바인더를 100 : 13 ~ 18의 중량비율로 혼합하고 여기에 직경 1 ~ 4㎜의 조립성형탄(활성탄)을 1 ~ 10중량부 첨가한 하부층을 평균 30 ~ 100㎜ 두께로 포설하였다.

(1차 다짐 및 평탄 작업)

상기 포설된 하부층에 대하여 표면온도 약 100 ~ 110℃인 중량 10㎏의 히팅롤러를 이용하여 다짐 및 평탄 작업을 실시하였다.

(상부층 포설)

상기 하부층 상면에 2 ~ 3㎜의 입자 크기를 갖는 EPDM 칩과 우레탄계 바인더를 100 : 18 ~ 25의 중량비율로 혼합하여 이루어지는 상부층을 평균 10 ~ 20㎜ 두께로 포설하였다.

(2차 다짐 및 평탄 작업)

상기 포설된 상부층에 대하여 표면온도 약 100 ~ 110℃인 중량 20㎏의 히팅롤러를 이용하여 다짐 및 평탄 작업을 실시하여 탄성포장재를 형성하였다.

[실험예]

상기 실시예에 따른 탄성포장재는 현장 포설용 시험편을 채취할 수 있도록 500×500㎜ 크기의 형틀을 시공부위의 경계 안에 별도로 설치하고 그 위에 이형필름을 깔고 현장 포설과 동일한 조건으로 포설한 후에 다짐 및 평탄 작업을 실시하였다. 이후 형틀을 꺼내고 분리한 시험편은 상온에서 7일 동안 경화시키고 인장강도, 신장률, 인장응력, 경도, 압축응력, 압축변형파괴, 굴곡크리프 변형파괴, 미끄럼저항 등의 물성을 아래와 같은 방법으로 수회 측정하였으며, 그 시험결과에 대한 평균치를 [표 1]에 나타내었다.

○ 인장강도 : KS M 6518의 5.에 의한 방법으로 측정하고, 인장강도 및 신장률은 다음 식에 의하여 구한다.

- 인장강도 : Tb(MPa) = Fb/A [Fb: 최대하중(N), A: 시험편 단면적(㎟)]

- 신장률 : Eb(%) = (L1-L0)/L0 ×100 [L0: 표선거리(㎜), L1: 절단될 때의 표선 사이의 길이(㎜)]

○ 인장응력 : KS M 6518에 의한 방법으로 측정.

○ 경도 : KS M 7619-1의 듀로미터 경도 시험방법에 따르며, 이때 타입 AO 듀로미터 시험방법에 따라 5곳을 측정하고 측정값의 평균값을 표시.

○ 압축응력 및 압축변형파괴 : 압축응력은 KS M ISO 3386-1에 따르며, 압축변형파괴는 30% 변형 후 측면의 파괴유무 판별.

○ 굴곡크리프 변형파괴 : KS M ISO 178에 따라 가압봉 및 지지대의 반경을 결정하고 시험속도는 20㎜/min으로 한다. KS M ISO 899-2에 따라 시험편에 200N의 하중 또는 100㎜의 변형이 발생하도록 하고 5분간 유지하며, 그후 하중을 제거하여 30분 후에 하단파괴 및 층간 분리 판별.

○ 미끄럼저항 : KS F 2375에 따라 습윤시의 방법으로 현장에서 측정.

시험항목	하부층		상부층
두께(㎜)	30	100	10	20
인장강도(MPa)	-	-	0.67	0.75
신장률(%)	-	-	72	66
인장응력(MPa)	-	-	0.58	0.72
경도	-	-	52	49
압축응력(MPa)	0.45	0.42	-	-
압축변형파괴	이상 없음	이상 없음	-	-
굴곡크리프 변형파괴	하단파괴 없음, 층간 분리 없음
미끄럼저항(BPN, 습윤시)	-	-	46	48

상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명의 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재는 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더로 이루어지는 하부층과 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄계 바인더로 이루어지는 상부층의 접착력을 향상시키기 위해 SBR 칩과 EPDM 칩의 입도 조절 및 상하부층의 적절한 두께 설정을 통해 인장강도, 신장률, 인장응력, 경도, 압축응력, 압축변형파괴, 굴곡크리프 변형파괴, 미끄럼저항 등 모든 시험항목에서 기준치 이상의 우수한 물성을 나타내었으며, 아울러 하부층에 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하기 위한 활성탄(Activated Carbon)을 적정량 함유함으로써 탄성포장재의 물성을 저하시키지 않고 휘발성 유기용제 및 유해가스를 효과적으로 흡착하여 인체에 무해하고 환경에 친화적인 효과를 기대할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 어린이 놀이터, 공원 산책로, 보도 및 자전거 도로, 각종 체육시설과 같이 쿠션성, 보행성, 투수성, 흡음성 등의 특성이 요구되는 모든 분야의 친환경 바닥재로서 다양한 형태로 시공될 수 있다.

10 : 콘크리트 기층
20 : 우레탄 프라이머
30 : 하부층(SBR 칩 + 우레탄 바인더 + 활성탄)
40 : 상부층(EPDM 칩 + 우레탄 바인더)

Claims (7)

1. 콘크리트 기층(10)의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)(20)를 도포하고, 상기 우레탄 프라이머(20) 상면에 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더로 이루어지는 하부층(30)을 포설한 후, 상기 하부층(30) 상면에는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄계 바인더로 이루어지는 상부층(40)을 포설하여 형성되는 탄성포장재에 있어서,
   상기 하부층(30)에는 유기용제 및 유해가스를 흡착하기 위해 하부층 재료 100중량부를 기준으로 활성탄(Activated Carbon)을 1 내지 10중량부 이내로 함유하는 것을 특징으로 하는 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하부층(30)에 사용되는 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩은 5 ~ 7㎜의 입자 크기를 가지며, 상기 SBR 칩과 우레탄계 바인더는 100 : 13 ~ 18의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재.
3. 제1항에 있어서,
   상기 하부층(30)에 함유되는 활성탄은 직경 1 ~ 4㎜의 조립성형탄인 것을 특징으로 하는 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재.
4. 제1항에 있어서,
   상기 상부층(40)에 사용되는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩은 2 ~ 3㎜의 입자 크기를 가지며, 상기 EPDM 칩과 우레탄 바인더는 100 : 18 ~ 25의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재.
5. 제1항에 있어서,
   상기 상부층(40)에는 착색된 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩을 사용하거나 상부층 재료 총량을 기준으로 착색안료 1 내지 3중량부를 첨가하여 색상을 발현하는 것을 특징으로 하는 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하부층(30)은 평균 30 ~ 100㎜ 두께로 포설하며, 상기 상부층(40)은 평균 10 ~ 20㎜ 두께로 포설하는 것을 특징으로 하는 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재.
7. 콘크리트 기층(10)의 표면을 마무리하고 배수구를 설치하는 단계(S100);
   콘크리트 기층(10)의 표면에 우레탄 프라이머(Urethane Primer)(20)를 0.3㎏/㎡±3% 이내로 도포하는 단계(S200);
   SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 칩과 우레탄 바인더 100중량부에 대하여 활성탄(Activated Carbon) 1 내지 10중량부를 배합하고 5분 이상 교반한 후, 상기 우레탄 프라이머(20)가 경화되기 전에 평균 30 ~ 100㎜ 두께로 하부층(30)을 포설하는 단계(S300);
   1차 다짐 및 평탄 작업하는 단계(S400);
   EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 우레탄 바인더를 배합하고 5분 이상 교반한 후, 상기 하부층(30) 상면에 평균 10 ~ 20㎜ 두께로 상부층(40)을 포설하는 단계(S500);
   2차 다짐 및 평탄 작업하는 단계(S600);
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 어린이 놀이시설용 현장 포설형 탄성포장재의 시공방법.

Images