KR20210047830A - 놀이방 매트 친환경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 놀이방 매트에 대하여 각 구성 층의 표면을 플라즈마 처리하는데 내부 충진재는 폴리우레탄 매트 등을 적층하며 외부 표면에는 PLA(polylactic acid) 필름을 채택함으로써 친환경 성능 및 기능성을 개선한 친
환경 놀이방 매트의 제조방법에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는 본 발명의 친환경 놀이방 매트는 각 구성 층의표면을 플라즈마 처리를 한 친환경 놀이방 매트에 관한 것으로 내부에는 발포우레탄 성형체 등이 열융착으로 접합된 충진재를 사용함으로써 인체에 유해성이 전혀 없고 진동 흡수층을 구비하여 상부면에서 발생된 진동과 소음을 완벽하게 완충 및 흡음시킬 뿐만 아니라, 외부 표면은 취성과 소수성이 개선된 PLA 필름을 채택함으로써 PLA의 친환경적인 장점을 유지하면서도 PLA의 잘 깨지거나 분해속도가 느리고 소수성이어서 세포와의 친화성이 낮다는 단점을 보완하는 효과가 있다. 아울러 본 발명의 친환경 놀이방 매트는 플라즈마 처리하여 표면이 개질된 친환경 PLA 필름과 내부 충진재인 열가소성 폴리우레탄 층이 상기 표면 개질후에 열융착이 되어 사용시 탈리현상 발생이 획기적으로 개선되었음은 물론이고 외부 표면의 인쇄가능성을 높이고 표면 자체의 촉감과 미끄러짐 현상도 개선되어 교육적인 효과뿐만이 아니라 어린이들의 건강과 안전을 최대한 확보할 수 있는데 상기 PLA 필름이나 내부 폴리우레탄 층은 PVC를 대체할 수 있는 비할로겐 소재로서 접착제를 사용하지 않고 제조되므로 휘발성 유기용제(VOC) 규제에도 문제가 되지 않는 장점이 있다.

Description

놀이방 매트 친환경{Environmental friendly mat for play room}

본 발명은 친환경 놀이방 매트에 관한 것으로서 어린이들의 안전을 위하여 놀이방 등의 실내 바닥에 깔아서 사용하는 놀이방 매트의 제조 방법 및 그 제품에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 놀이방 바닥에 설치되는 매트는 어린이들이 뛰어 놀거나 다양한 활동을 함에 있어서 어린이들이 넘어지거나 부딪힐 때 부상을 당하지 않도록 하기 위하여 단순히 어린이 안전 확보 기능을 수행하거나 상기 매트 표면 인쇄층에 도시된 각종 도형 및 문자 혹은 그래픽으로 교육적인 목적으로 활용하고 있다. 따라서 상기 매트는 매트 내부 혹은 표면 또는 인쇄층으로부터 외부로 방출되는 각종 유해물질이 차단하기 어려워서 많은 어린이들이 함께 활동하는 상기와 같은 놀이방에서는 어린이들이 상기 각종 유해물질에 무방비로 노출될 수 밖에 없다는 문제점이 있다. 그런데 종래의 기술 중에는 매트의 성능을 친환경적인 측면을 강조하여 개선한 놀이방 매트 및 그 제조방법에 대해서는 거의 개시된 바가 없다. 종래의 놀이방 매트는 단지 아이들이 뛰노는 놀이방의 바닥에 설치함으로써 아이들이 다치는 것을 방지하고 놀이방 바닥의 냉기나 오염을 방지하게 하는 등 다

목적으로 널리 사용되는데 일반적이어서 아이들이 넘어지거나 부딪힐 때 부상을 당하지 않도록 인체와 접촉되는 상층과 바닥에 접촉되는 하층으로 이루어지고 이러한 상층과 하층을 서로 접합시켜 완충기능을 수행하며 부가적으로 발포층의 표면에 인쇄층을 구비하여 그 인쇄층에 도시된 각종 도형 또는 문자 등에 의해 교육적 목표로 사용되기 위한 기능이 있는 정도에 불과하다. 게다가 종래의 매트는 상층과 하층이 대부분 연질 PVC와 같은 합성수지를 사출하여 이루어지는 구조로서 놀이방은 물론 주방이나 다용도실 등에서 사용함으로써 사람의 피부와 수시로 접촉하게 되는데 보통 인체와 접촉되는 상층은 물론 하층에 사용된 접착제 등에 의해 다이옥신이나 휘발성 유기물질 등과 같은 환경호르몬이 다량으로 배출되는 합성수지 접착 성형물로 이루어지기 때문에 공기 중의 냄새는 물론 피부와 접촉되는 것만으로도 유해물질이 인체로 유입되는 문제점이 있다. 또한 종래의 매트는 촉감이 끈적한 고무판의 느낌이 나서 접촉되는 부위에 불쾌감을 유발하고 인체에서 분비되는 땀과 기타 지방이나 단백질 등의 유기물에 의해 세균이나 곰팡이가 번식하게 되며 이 미생물들이 유기물을 분해하면서 악취를 발생시키거나 접촉에 의해 피부에 질병을 유발하기도 한다.

이에 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 다양한 시도가 끊임없이 이루어지고 있다. 이와 관련하여 주목할만한 종래기술을 살펴보면 한국 공개특허공보 제 10-121058호(거절)에서는 친환경 지능개발형 놀이방 쿠션매트 제작방법 및 쿠션매트에 대하여 개시되어 있으나, 이는 다양한 종류의 그림 및 입체 형상 중에서 하나 이상을 선택하여, 쿠션매트에 들어갈 내용물을 제작하는 단계; 내용물을 코팅하거나 쿠션 부착 시에 내용물이 손상되지 않도록 하는 단계; 상기 그림이 인쇄되어 코팅된 종이 등의 일면 또는 양면에 쿠션 소재로 제작된 투명재질의 쿠션을 제작하는 단계; 및 상기 제작된 투명쿠션에 투명한 합성수지재의 원단으로 고주파 열융착기로 융착시켜 부착하는 단계;로 이루어진 친환경 지능개발 형 놀이방 쿠션매트의 제작방법이 개시되어 있다.

그리고 대한민국 등록특허 제10-1775747호의 "친환경 놀이방 매트의 제조방법"은 놀이방 매트의 인쇄층 상부에 PLA수지를 이용한 PLA필름층을 적용하여 그 표면을 통하여 유해물질이 방출되지 않도록 차단함으로써 다수의 어린이들이 함께 뛰어 놀면서 활동하는 놀이방이 친환경적인 환경이 되도록 하는 효과가 있으며, 또한 상기 PLA필름층 표면에 오염방지 코팅층을 부가적으로 형성시킴으로써 표면오염까지 개선할 수 있어 많은 어린이들이 사용하는 놀이방 매트 표면이 쉽게 오염되지 않도록 하는 효과가 있다. 상기 대한민국 등록특허 제10-1775747호의 "친환경 놀이방 매트의 제조방법"은 외부 표면이 PLA필름층을 적용하여 그 표면을 통하여 유해물질이 방출되지 않도록 차단되는 장점과 표면에 매우 선명하고 정교한 도형이나 문자 인쇄가 가능하여 어린이들에게 교육적인 효과를 거둘 수 있다는 장점은 있지만 PLA 수지 제품의 고유 단점인 PLA 자체 표면이 잘 깨진다거나 분해속도가

느리고 소수성이어서 세포와의 친화성이 낮다는 단점이 있으며 내부 충진재와는 이질적이어서 접착이 거의 되지아니하여 오랫동안 사용시 탈리현상이 발생할 수 있으며 외부 표면의 촉감이 좋지 않고 미끄러짐 현상도 발생하여 어린이들의 건강과 안전을 확보하기 어렵다는 단점이 있다.

그리고 대한민국 등록특허 제10-1612806호의 "친환경 놀이방 매트" 는 폴리에틸렌(PE) 발포 성형체로 형성된 내부 충진재를 열가소성 폴리우레탄(TPU) 원단으로 형성된 외피가 전체적으로 감싸도록 구성된 놀이방 매트로서 상기 내부 충진재는 폴리에틸렌 발포배율이 40~50배로 형성되는 폴리에틸렌 발포 성형체로 이루어지는 상부충격 흡수시트와 상기 상부충격 흡수시트의 하부면에 폴리에틸렌 발포배율이 25~35배로 형성되는 폴리에틸렌 발포 성형체가 열융착되어 이루어지는 중간완충시트와 상기 중간완충시트의 하부면에 폴리에틸렌 발포배율이 40~50배로 형성된 폴리에틸렌 발포 성형체가 열융착되어 이루어지는 하부충격 흡수시트로 구성되며, 상기 외피는 열가소성 폴리우레탄 시트의 하부면에 섬유원단이 일체로 접합되는 것을 특징으로 하고 있다.

그런데 상기 그리고 대한민국 등록특허 제10-1612806호의 "친환경 놀이방 매트" 는 폴리에틸렌(PE) 발포 성형체로 형성된 내부 충진재를 열가소성 폴리우레탄(TPU) 원단으로 형성된 외피가 전체적으로 감싸도록 구성된 놀이방 매트로서 상기한 바 외부 표면을 PLA 적용하는 것보다 친환경적인 측면에서 효과성이 떨어짐은 물론 표면에 인쇄가능성이 급격히 떨어져서 주요 사용자들인 어린이들에게 흥미를 반감하는 단점이 있으며 이질적인 부재간 접착 내지 융착이 오랫동안 사용시 여전히 탈리 현상을 가져올 수 있다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 기존의 놀이방 매트 외부 표면층에 플라즈마 처리를 한 PLA 수지(poly [0007] lactic acid resin)을 이용한 필름을 적용함으로써 유해물질의 방출을 근원적으로 차단하고 부가적으로 상기 PLA 필름층 표면에 오염방지 코팅층을 적층, 형성시킴으로써 표면오염까지도 개선할 수 있는 친환경 놀이방 매트의 제조방법을 사용자 중심적으로 개선하면서 추가적으로 플라즈마 처리를 하여 적층된 내부 충진재를 사용하여 상부면에서 발생된 진동 및 소음을 완벽하게 완충 및 흡음시킬 뿐 아니라 인체에 유해성이 없어 어린이들의 건강과 안전을 최대한 보장할 수 있는 친환경 놀이방 매트의 제조 방법과 그 제품을 제공하는 것이다. 아울러 외부 표면은 플라즈마 처리를 하여 취성과 소수성이 개선된 플라즈마 처리 PLA필름을 채택함으로써 PLA의 친환경적인 장점을 유지하면서도 PLA의 잘 깨지거나 분해속도가 느리고 소수성이어서 세포와의 친화성은 물론 내부충진재 층과 이질성이 높다는 단점을 획기적으로 보완하는 효과가 있다. 게다가 본 발명의 친환경 놀이방 매트는 상기와 같이 플라즈마 처리를 하여 표면 개질된 친환경 PLA 필름과 인쇄층이 내부 충진재인 열가소성 폴리우레탄 층과 이형필름 접착 후에 열융착이 되어 사용시 탈리 현상 발생이 획기적으로 개선되었음은 물론이고 외부 표면의 인쇄 품질을 높이는 동시에 표면 자체의 촉감과 미끄러짐 현상도 개선되어 교육적인 효과뿐만이 아니라 어린이들의 건강과 안전을 최대한 확보할 수 있으며 상기 PLA 필름이나 내부 폴리우레탄 층은 PVC를 대체할 수 있는 비할로겐 소재로서 접착제를 일절 사용하지 않고 제조되므로 휘발성 유기용제(VOC) 규제에도 문제가 되지 않도록 하는 제조 방법과 그 제품을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적은 기존의 놀이방 매트 외부 표면층에 플라즈마 처리를 한 PLA 수지(poly lactic acid resin)을 이용한 필름을 적용함으로써 유해물질의 방출을 근원적으로 차단하고 부가적으로 상기 PLA 필름층 표면에 오염방지 코팅층을 적층, 형성시킴으로써 표면오염까지도 개선할 수 있는 친환경 놀이방 매트의 제조방법을 사용자 중심적으로 개선하면서 추가적으로 플라즈마 처리를 하여 적층된 내부 충진재를 사용하여 상부면에서 발생된 진동 및 소음을 완벽하게 완충 및 흡음시킬 뿐 아니라 인체에 유해성이 없어 어린이들의 건강과 안전을 최대한 보장할 수 있는 친환경 놀이방 매트의 제조 방법과 그 제품을 제공하는 것이다. 아울러 외부 표면은 플라즈마 처리를 하여 취성과 소수성이 개선된 플라즈마 처리 PLA필름을 채택함으로써 PLA의 친환경적인 장점을 유지하면서도 PLA의 잘 깨지거나 분해속도가 느리고 소수성이어서 세포와의 친화성은 물론 내부충진재 층과 이질성이 높다는 단점을 획기적으로 보완하는 효과가 있다. 게다가 본 발명의 친환경 놀이방 매트는 상기와 같이 플라즈마 처리를 하여 표면 개질된 친환경 PLA 필름과 인쇄층이 내부 충진재인 열가소성 폴리우레탄 층과 이형필름 접착 후에 열융착이 되어 사용시 탈리 현상 발생이 획기적으로 개선되었음은 물론이고 외부 표면의 인쇄 품질을 높이는 동시에 표면 자체의 촉감과 미끄러짐 현상도 개선되어 교육적인 효과뿐만이 아니라 어린이들의 건강과 안전을 최대한 확보할 수 있으며 상기 PLA 필름이나 내부 폴리우레탄 층은 PVC를 대체할 수 있는 비할로겐 소재로서 접착제를 일절 사용하지 않고 제조되므로 휘발성 유기용제(VOC) 규제에도 문제가 되지 않도록 하는 제조 방법과

그 제품을 제공하는데 있어서 종래의 기술과 차별화한 방법과 수단으로 제공한다.

본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법에 따른 친환경 놀이방 매트는, 내부에는 플라즈마 처리를 한 발포우레탄 성형체 등이 열융착으로 접합된 충진재를 사용함으로써 인체에 유해성이 전혀 없고 상부면에서 발생된 진동과 소음을 완벽하게 완충 및 흡음시킬 뿐만 아니라 소각시 유해가스가 발생하지 않고 재활용이 가능하여 환경에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다. 그리고 외부 표면은 플라즈마 처리를 하여 취성과 소수성이 개선된 PLA 필름을 채택함으로써 PLA의 친환경적인 장점을 유지하면서도 PLA의 잘 깨지거나 분해속도가 느리고 소수성이어서 세포와의 친화성이 낮다는 단점을 보완하는 효과가 있다. 아울러 본 발명의 친환경 놀이방 매트는 상기 플라즈마 처리로 표면이 개질된 친환경 PLA 필름과 인쇄층 내지 내부 충진재인 열가소성 폴리우레탄층이 이형필름으로 열융착이 되어 사용시 탈리 현상 발생이 획기적으로 개선되었음은 물론이고 외부 표면의 인쇄가능성을 높이고 표면 자체의 촉감과 미끄러짐 현상도 개선되어 교육적인 효과뿐만이 아니라 어린이들의 건강과 안전을 최대한 확보할 수 있는데 상기 PLA 필름이나 내부 폴리우레탄 층은 PVC를 대체할 수 있는 비할로겐소재로서 접착제를 일절 사용하지 않고 제조되므로 휘발성 유기용제(VOC) 규제에도 문제가 되지 않는 장점이 있다.

도면의 간단한 설명
도1a 내지 도1c는 아래 기재의 종래기술에 따른 놀이방 매트를 [0010] 개략적으로 도시한 대표도이다.
도1a 대한민국 공개특허 제10-121058 호,
도1b 대한민국 등록특허 제10-1775747호,
도1c 대한민국 등록특허 제10-1612806 호
도2는 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법을 따른 친환경 놀이방 매트를 개략적으로 도시한 단면도
이다.
도3은 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법에서 제조공정을 개략적으로 도시한 공정도(process flow
diagram)이다.
도4는 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법을 나타낸 절차 흐름도이다.
도5a 내지 도5b은 본 발명에서 채택하는 상온 대기압 플라즈마 처리 장치의 개념도이다.
도6은 본 발명에서 채택하는 상온 대기압 플라즈마 장치의 처리 사진이다

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 친환경 놀이방 매트의 제조방법을 상세히 설명 하기로 한다.

이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

도2는 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법을 따른 친환경 놀이방 매트를 개략적으로 도시한 단면도 이다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트(100)는 상기 매트의 상부 기재층(101, base layer)은 하부에 구비된 발포층(P101); 상기 발포층의 표면에 구비된 인쇄층(P110); 및 상기 인쇄층의 표면에 구비된 PLA 필름층(P102); 및 상기 PLA 필름층의 표면에 형성된 오염방지 코팅층(P101);을 포함하며 상기 매트의 하부 기재층(102)은 상부에 구비된 발포층(P201); 및 상기 발포층 하부에 구비된 PLA 필름층(P202); 및 상기 PLA 필름층의 하부에 형성된 오염방지 코팅층(P2030;으로 형성되는 친환경 놀이방 매트(100)에 관한 것이다.

아울러 더욱 상세하게는 본 발명의 친환경 놀이방 매트(100)는 소정의 방법에 의한 발포층에 인쇄층 및 PLA 필름층을 이형필름(P301~P304)을 카렌다 공법 및 열융착 공법으로 형성한다.

본 발명의 친환경 놀이방 매트(100)는 상기 각 PLA 필름층(P102, P202) 표면에 아크릴코팅 또는 UV코팅층과 같은 오염방지 코팅층(P103, P203)을 더 형성하는 것이 바람직하다. 아울러 상기 상부 기재층(101) PLA 필름(P102)의 표면에는 엠보싱을 더 형성하여 미끄럼 방지효과를 구비하는 것이 바람직하다. 이와같이 상기 PLA 필름층을 적용시킴에 따라서 상기 각 발포층 또는 인쇄층으로부터 방출될 수 있는 총휘발성 유기화합물(TVOC), 또는 포름알데히드(Formaldehyde) 같은 각종 유해물질을 근원적으로 차단하는 효과가 있다. 그리고 상기 PLA 필름층(P101, P202) 표면에 오염방지 코팅층(P103, P203)을 부가적으로 형성함에 따라 상기 PLA 필름층의 표면이 오염되는 것도 근원적으로 방지하는 효과도 누릴 수 있다.

그리고 도3은 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법에서 제조공정을 개략적으로 도시한 공정도이고 도4는 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

이하 도3 및 도4를 참고하여, 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법을 살펴본다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법은 크게 상부 기재층 반제품 제조 공정의 8단계(S101 내지 S801)를, 하부 기재층 반제품 제조는 다른 공정으로 6 단계(S102~S802)를 거쳐서 반제품 상태로 제조되어 최종적으로 기재층이 겹치도록 합지시킨 후 재단하는 공정 단계(S900)을 거친 후에 소정의 크기로 재단되어 완료되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법을 좀더 구체적으로 살펴본다.

우선 상부 기재층(101) 반제품 제조 공정은 원료 물질을 발포기에 넣어 발포하는 단계(S101)에 있어서, 공급되는 원료 물질 및 발포 공정에 대해서는 이후 별도로 상술하기로 한다.

상기 공정 단계에서 제조된 발포 기재층(P101)은 양면 모두 상온 대기압 플라즈마 처리를 하는 단계(S201)를 거친다. 상기 플라즈마 처리 방법에 대하여는 이후 별도로 상술한다. 상기 공정 단계에서 플라즈마 처리된 발포기재층(P101)은 이형필름(P301)을 부착하는 단계(S301)를 거친다. 이형필름(P301~P304)의 기능과 효과는 발포기재층과 인쇄층 내지 PLA 필름, 코팅층 상호간 이질감을 없애주거나 열융착이 되도록 하기 위한 것이다. 따라서 상기 이형필름의 제조 원료와 재질은 양쪽 기재와 기능별로 달리 하는 것이 바람직하다. 상기 공정 단계에서 이형필름이 부착된 이형 필름이 부착된 발포 기재층은 인쇄 필름을 공급하고 전사시켜 인쇄층을 형성한 다음 회수하는 단계(S400)을 거친다. 그런데 상기 공정 단계에서 인쇄층(P110)을 형성한 발포 기재층은, 상기 도면에는 미도시하였지만 인쇄층의 필요에 따라 다시 이형필름을 부착하는 단계를 추가하는 것이 바람직하다. 상기 인쇄층 형성 단계(S400)를 거친 후에는 PLA 필름을 적층하는 단계(S501)을 거친다. 좀더 구체적으로 상기 PLA 필름은 PLA수지 50~80중량%; 가소제 10~30중량%; 가교제 01~2중량%; 유연제 1~10중량%; 계면활성제(silicone oil) 1~5중량%; 및 기타 첨가제 1~5중량%;를 포함하는 조성물로 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트의 제조방법에 따른 친환경 놀이방 매트(100)는, 놀이방 매트의 인쇄층(P110) 상부에 PLA 수지를 이용한 PLA 필름층(P102)을 적용하여, 그 표면을 통하여 유해물질이 방출되지 않도록

차단함으로써, 다수의 어린이들이 함께 뛰어 놀면서 활동하는 놀이방이 친환경적인 환경이 되도록 하는 효과가 있다.

상기 공정 단계에서 PLA 필름이 적층된 발포 상부 기재층(101)은 표면에 상온 대기압 플라즈마 처리를 하는 단계(S201)를 거친다. 상기 플라즈마 처리 방법에 대하여는 이후 별도로 상술한다. 그리고 상기 공정 단계 후속 공정으로는 상부 기재층 표면에 엠보싱을 형성하는 단계(S700)을 거친다. 상기 엠보싱을 형성하는 이유는 표면의 미끄러짐 현상도 개선하여 어린이들의 건강과 안전을 최대한 확보할 수 있도록 한 것이다. 상기 공정 단계에서 엠보싱을 형성한 발포 상부 기재층(101)은 표면 PLA 필름 표면에 UV 코팅 등 오염방지 코팅 단계(S801)를 거친다. 상기와 같이 PLA 필름층 표면에 오염방지 코팅층을 부가적으로 형성시킴으로써 표면오염까지 개선할 수 있어 많은 어린이들이 사용하는 놀이방 매트 표면이 쉽게 오염되지 않도록 하는 효과가 있다. 상기 공정 단계를 거쳐서 발포 상부 기재층(101) 반제품 제조 공정은 완료한다.

하부 기재층(102) 반제품 제조 공정을 설명한다. 발포 하부 기재층(102) 반제품 제조 공정 순서는 상기한 바 발포 상부 기재층(101) 반제품 공정에서 상기 인쇄층 형성 단계(S400)를 제외한 공정과 같다. 다만 각 발포 공정(S101, S102)는 각 다르게 하는 것이 바람직하다.

상기발포과정(S101, S102)에 대해 좀더 구체적으로 설명한다. 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트는 발포배율이 서로 다른 폴리우레탄 발포성형체가 적층된 내부 충진재(100)를 사용하여 상부면으로부터 발생된 진동이나 소음을 완벽하게 완충 및 흡음시켜 어린이들의 건강과 안전을 최대한 보장할 수 있게 하면서 폐기처리시 분

해성을 확보하여 친환경적인 측면도 확보하는 것이 바람직하다. 도2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트는 분해성 폴리우레탄 발포 성형체로 형성된 내부 충진재를 PLA 필름 외피가 전체적으로 감싸도록 구성되며 상기 내부 충진재는 상부로부터 상부충격흡수 시트(P101) 및 하부완충시트(P201)가 적층되고 각 시트들은 이형필름으로 열융착 접합된다. 상기 내부 충진재의 최상층에 위치하는 상부충격 흡수시트(P102)는 시트상폴리우레탄 발포 성형체로 형성됨으로써 상부로부터 발생되는 충격이나 진동을 흡수하게 되는바, 본 발명에서는 폴리우레탄 발포배율이 40~50배로 형성되는 폴리우레탄 발포 성형체로 이루어지는 것이 아이들에게 적합한 쿠션감과 완충효과를 기대할 수 있다. 또한, 하부완충시트는 상부충격흡수 시트의 하부면에 열융착되어 위치함으로써 상부충격흡수 시트(P101)에서 발생된 진동에 의한 충격을 전체면으로 확산시키게 된다. 그런데 본 발명자들은 상기 하부완충 시트(P201)는 폴리우레탄 발포배율이 25~35배로 형성되는 폴리우레탄 발포 성형체를 사용하는것이 잔류된 충격을 흡수하면서 매트의 탄력성이 적당하여 형태복원성과 안전성 측면에서 바람직한 것으로 수많은 시험을 통하여 지득하였다. 만일 하부완충 시트(P201)에서 사용되는 폴리에틸렌 발포배율을 25배보다 작게할 경우 너무 딱딱한 소재의 특성으로 인하여 잔류된 충격을 적절하게 흡수할 수 없을 뿐만 아니라 상부충격흡수 시트(P101)에서 발생된 진동에 의한 충격이나 소음이 급격하게 주변으로 확산되는 현상이 발생하여 매트 자체의 형태복원성을 해치게 되며, 또한 폴리우레탄 발포배율을 35배보다 크게 할 경우에는 충격을 감소시키는 효과는 크지만 과다한 쿠션감으로 인하여 오히려 뛰어 노는 아이들의 안전성에 문제가 발생할 소지가 있다. 이러한 이유로 상기 하부완충 시트(P201)는 상부충격흡수 시트(P101)와의 밀도차가 너무 크거나 작은 경우에 본 발명에서 목적으로 하는 기능을 충분히 발휘할 수 없게 되는 것이다. 그리고 하부충격 흡수시트(P201)는 바닥으로 부터 올라오는 냉기를 차단하기에 적합한 폴리우레탄 발포배율로 설계된 것이다.

위와 같이, 본 발명의 내부 충진재(100)는 상부충격흡수 시트(P101)와 하부완충 시트(P201)가 거의 비슷한 두께로 적층 되고 상기 시트들은 약 90~115℃의 온도에서 열융착으로 접합됨으로써 총두께 3~5㎝ 정도로 형성하게 되는바 이는 종래와 같이 접착제를 사용하는 공정에 비해 비용이 적게 들고 작업성과 생산성도 양호하다.

상기 내부 충진재(100)를 형성하는 폴리우레탄 발포를 위한 조성물의 제조원료는 다음의 표1과 같다.

표 1

그리고 상기 내부 충진재(100)를 형성하는 폴리우레탄 발포를 위한 조성물의 제조 과정，즉 발포 과정은 다음실시예와 같다. 우선 본 발명의 내부 충진재의 발포 과정은 우선 본 발명에 의한 포장 완충재에 분해성을 부여하기 위한 소재의 배합과 발포 단계를 이행한다. 이를 좀더 구체적으로는 상기 공업용 전분, 폐펄프, 폐목재 및 크라프트 리그닌과 가소재 폴리에틸렌 글리콜(분자량 400) 및 아디프산 축합 폴리에스테르(SE-1714)를 전동 교반기에서 혼합하여 그 용액을 상온에서 공냉하는 단계와; 다시 상기 용액에 수돗물，계면활성제 실리콘 오일 및 촉매 부틸틴디라우레이트를 추가로 첨가하여 고속 교반시킨 용액을 A 용액으로 하는 단계를 이행한다.

표 2

아울러 우레탄 소재인 이소시아네이트를 B 용액으로 한다.

표 3

본 발명에 의한 폴리우레탄 발포재는 통상의 일정한 형상의 금형에 원액을 주입하여 몰드(Mold)형상대로 제품을 성형하는 몰드 폼(mold foam)이므로, 즉 상기 A, B 용액을 금형(Mold)에 혼합하면서 주입하여 발포시킨 후에 원하는 형태로 절단하여 사용하는 슬래브스톡 폼(slab stock foam)이므로 이는 얼마든지 통상의 발포기를 이용하여 발포할 수 있다.

상기 본 발명에 의한 내부 충진재의 일 실시예를 표로 요약하면 다음 표와 같다.

표 4

상기와 같은 폴리우레탄의 발포 공정은, 상기 B 용액의 이소시아네이트의 공명구조에다가 A 용액의 알코올기가 부가반응, 포화반응 및 가교반응 등과 같은 화학반응이 연쇄적으로 일어나 폴리우레탄과 이산화탄소로 되는 과정에서 본 발명의 분해성이 강화된 다공성 폴리우레탄 즉석 발포폼이 아래 반응식과 같은 반응 메카니즘으로 얻어진다.

본 발명자들이 본 발명에 의한 상하부 기재층의 분해도를 알아보기 위해 실시한 도7에 도시한 상기 시험 결과에 의하면 본 발명에 의한 포장 완충재는 최종 분해도가 912%로서 통상의 80%이상 기준을 충족하면서 생붕괴, 생분해, 가수분해 및 광분해 등에 의해서 분해되어 흙으로 환원되는 소재로서 여러 주된 이점을 가지고 있다. 아울러 본 발명에 의한 내부 충진재는 그 소재가 폴리에스테르나 전분, 폐지 및 리그닌 등 분해성 포장완충재 원재료의 화학구조가 발열량이 적은 산소원소를 많이 포함하고 있다는 것에 기인하여 분해성과 직접적인 관련성은 없지만 생쓰레기로 취급할 수 있으며 전분, 폐지, 리그닌 등은 순식물성 원료로서 미생물에 의해 잘 분해된다.

또한 에스테르형 폴리우레탄 포장 완충재 속에 전분, 폐지, 리그닌 등이 포함되어 있으면 폴리우레탄 효소인 "리파제" 에 의해서 에스테르형 폴리우레탄이 가수분해되므로 생분해, 생붕괴, 광분해 등을 합쳐서 80% 이상이 분해된다. 폴리우레탄에 포함된 폴리에스테르 분자량이 큰폭이 "리파제" 에 의해 분해성이 높다. 또 폴리우레탄의 "디이소시아네이트" 를 이용한 폴리우레탄이 분해되기가 쉽다. 폴리우레탄형 우레탄은 분해가 거의 일어나지 않는 것으로 많은 실험을 통해 입증되어 있다.

따라서 본 발명에 의한 분해성 내부충진재는 분해성을 높이기 위해 분해성이 좋은 폴리에스테르형과 전분, 폐지(셀룰로오스), 식물성 리그닌 등이 주로 사용되었다.

다만 폴리에테르형 폴리우레탄이 리파제에 의해서 분해가 잘 일어나지 않는 것은 우레탄 결합에 의한 분자고리간 수소결합보다 이소시아네이트 부분에 포함되어 있는 방향전환에 의한 고분자 고리의 강직성이 커서 분해가 잘 일어나지 않는다. 이에 본 발명에서는 분해성이 높은 완충재를 제조하기 위하여 원료를 분해성 높은 것으로 택하였는데 생분해성을 검토하여 본 결과 환경기준 안에 들어가는 80%이상이 분해되어 분해성 내부충진재로서의 물리화학적 특성을 가지고 있음이 확인되었다.

상기 열가소성 폴리우레탄 시트(21)는 코팅에 의해 방수기능뿐만 아니라 투습기능을 부여할 수도 있고 열융착에의해 우수한 방수기능을 부여할 수도 있는데, 외피(20) 표면에 형성된 열가소성 폴리우레탄 시트(21)는 그 하면에 섬유원단(22)이 부착되어 복원력이 탁월하고 사용 중에 제품 손상도 잘 발생되지 않으며, 표면의 촉감이 부드러워 아이들의 피부에 나쁜 영향을 미칠 가능성이 훨씬 줄어들게 된다. 본 발명의 매트 표면에 사용되는 열가소성 폴리우레탄(TPU, Thermoplastic Polyurethane)은 고무와 같은 성질을 갖고 있는 열가소성 재료로서, 히드로옥실 말단기를 갖고 있어 폴리에스테르 또는 폴리에테르를 디이소시아네이트와 반응시키고 우레탄그룹(NHCOO)을 포함하는 선상폴리머를 부여시킴으로써 얻어지며, 높은 강도, 탄성 및 유연성이 있다. 이 TPU는 넓은 온도영역, 예를 들면 -40~140℃에 걸쳐 사용이 적합하고 또 투명하게 사용할 수도 있어 표면에 인쇄를 하거나 착색도 용이하고 높은 압축강도와 낮은 압축영구변형과 같은 바람직한 특성을 갖는다.

다음을 도5a, 도5b, 도6을 참조하여 본 발명에서 특징으로 이루는 상온 대기압 플라즈마 처리 공정에 대하여 좀더 구체적으로 설명한다.

일반적인 유전체장벽 방전 플라즈마 장치는 상부의 전극 표면에 유전체를 부착시키고 아울러 하부의 접지된 전극에 유전체를 부착시켜 상기 유전체 사이에 제공되는 공간으로 방전가스(N2)를 주입하여 플라즈마를 발생시킨다. 또 다른 장치의 구성은 좌우 두 전극 사이에 부착된 유전체 형태의 유전체장벽 방전 플라즈마 장치

도 가능하지만 본 발명에서의 실시예의 전극의 모양은 상기 도3 좌측에 도시한 도면과 같이 상하의 판 형태의 전을 구비한 유전체장벽 방전 플라즈마 장치를 사용하였다. 유전체장벽 방전 플라즈마 장치에서 사용되는 유전체로는 석영, 알루미나, 강화유리, 고무, 실리콘, 폴리머 및 마이카 등의 다양한 유전체가 사용된다. 그런데 상기 설명한 전극 구조의 유전체장벽 방전 플라즈마 장치에서 물질의 표면처리는 그 처리 대상의 모양에 많은 제약을 받는다. 그런데 이런 피처리물의 모양에 제약을 받지 않고 표면처리 할수 있는 장치는 제트(Jet) 형태로서 전극 밖으로 플라즈마를 분출시키는 것이다. 따라서 본 발명 실시예에서도 안정된 플라즈마를 얻을 수 있는 상기 제트 형태의, 도5a 내지 도5b에서 도시하는 바와 같은 유전체장벽 방전 플라즈마 장치를 사용한다.

도5a는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치의 기본적인 전극 및 제트(Jet) 구조를 도시한 단면도이다. 도5a는 본 발명에 대기압 플라즈마 발생장치의 기본이 되는 전극 및 제트 구조를 도시한 도면으로서 그 세부 구성을 살펴보면 본 발명의 다공성 유전체를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치의 전극배열 방법은 다양하게 할 수 있다. 도5a에서 상기 다공성 유전체는 두 전극 사이에 설치될 수 있으며 단위 면적(cm2) 당 수십 개에서 수천개의 기공을 가지며 각 기공 사이즈는 수십 나노미터(nm)에서 수백 마이크로미터(μm)가 되는 것이 바람직하다.

이때 상기 두 전극은 그물 모양으로 형성되어 수십 내지 수천 개의 기공을 가지는 상기 다공성 유전체의 일면에 밀착되는 투입 고전압 전극과 상기 다공성 유전체의 타면에 밀착되어 설치되는 판 모양의 접지된 전극으로 구분된다. 상기 다공성 유전체를 구성하는 재질은 알루미나, 산화규소, 근청석(Cordierite), 물라이트(Mullite), 지르코니아, 티타니아, 산화마그네슘 및 산화아연(Zinc oxide) 등의 산화화합물과 탄화규소 또는 산화화합물의 구성물질과 탄화규소의 2가지 이상의 물질을 혼합하여 구성될 수 있다. 상기 전극은 텅스텐, 몰리브덴, 스테인레

스 스틸, 구리, 알루미늄 및 탄소 등으로 이루어지는 것이 바람직하며 그 외의 금속재질로 구성될 수 있음은 물론이다. 더욱 바람직하게는 상기 전극은 상기 금속 재질의 봉 형태로 구성된다. 그리고 상기 전극봉은 N2가스 투입구와 배출구(아트 발생부)를 구비한 플라즈마 제트장치 내에 위치하게 된다. 상기 플라즈마 발생 제트장치는 가스 공급 및 배출 장치부로서 기능하게 된다. 또한 상기 기술한 바와 같이 하부 전극은 접지시킨다. 그리고 상기 전극들은 고전압 전원공급장치에 연결되는데 상기 상부 전원공급장치는 50Hz에서 20kHz의 주파수를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 플라즈마 반응기에서 방전가스는 미세한 기공을 통해 흐르며 각각의 기공에서 미세한 방전(Microdischarge) 채널이 형성된다. 상기 대기압 플라즈마 장치는 서로 대향하는 2개의 고전압의 전극을 가지고 상기 전극 상호 간에 전압을 인가하는 것에 의해 플라즈마를 발생시키게 되는 것이다. 이때 2개의 전극 중 하나 이상의 전극 표면에 유전체가 형성되어 있으며 상기 유전체의 유전율과 상기 유전체의 두께(㎜)의 곱셈(Multiplication) 값은 21 내지 306 범위 내의 값을 가지되 상기 유전체는 그 유전율이 21내지 4, 두께 10 내지 50㎜을 가지는 석영 또는 유전율이 9 내지 102, 두께 05 내지 30㎜을 가지는 알루미나계 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 다공성의 유전체가 구비된 플라즈마 반응기를 이용하여 위생용지 표면의 형광증백제와 포름알데히드 등을 처리할 경우에 플라즈마와의 반응시간이 증가하고 피처리 위생용지의 표면의 오염물질들이 상부 전극의 미세 방전에 직접 접촉하기 때문에 높은 분해효율을 달성할 수 있어 피처리 위생용지가 깨끗하고 내식성이 향상된 결과를 획득할 수 있게 된다.

이때 본 발명의 실시예에서 바람직한 대기압 플라즈마 발생장치로 채택한 국내 AI Korea의 전극기준 6G 중형급발생기를 살펴 보면, 그 규격이 LWD 1,750×100×60mm로서 이동처리 평균속도는 5mm/sec이고 초기 접촉각은 50~60도이고 평균적인 접촉각은 10도이다. 그리고 질소가스 소모량은 250LPM(이는 종래의 사용량보다 70% 개선된 수치이다)이며 전원 공급은 1Kw 220V 단상으로 하루 8시간 기준전력 사용량은 3kW이다. 이때 전극 발열온도는 50 ℃ 내외로서 별도로 냉각을 할 필요가 없으며 기기 자체발생 먼지(Particles)은 1개의 제트당 100개 미만이고 오존 발생량도 013ppm으로 기기 주변 산화나 여기 에너지의 발생이 다른 제조사보다 상당히 우수한 특성을 지니고 있다.

도6은 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 발생 사진이다. 상기 도5b를 참고하여 설명하면 상부 전극에 연결된 플라즈마 제트 발생 장치를 필요에 의해 증감할 수 있는데 본 발명의 실기예에서는 플라즈마 제트 발생 장치의 전극과 피처리물의 격거리를 30mm로 하였고, 제트 발생장치간 이격은 각 100mm로 하여 10개를 설치하여 실시하였으나 이는 실무현장에서 상기한 바와 같이 얼마든지 증감이 얼마든지 가능한 것이다.

이에 본 발명에 의한 대기압 플라즈마 발생장치는 상기 상하부 기재층 등 피처리 대상을 투입하는 다음 단계에서 설치하면 기존의 생산공정의 변경 없이 플라즈마 처리를 할 수 있다. 다만 이동처리 평균속도가 5mm/sec이어서 좀더 증속할 필요가 있는데 이는 발생기 설치수를 늘이는 방법으로 해결할 수 있을 것이다. 그런데 PLA필름표면을 산소, 헬륨, 질소 및 암모니아 등의 플라즈마로 처리하면 분해성을 변화시키지 않고 친수성 및 세포친화성을 증가시킬 수 있지만 4℃이상에서는 PLA 분자의 자체 내부운동에 의해 이러한 성질을 잊어버린다. 또한 플라즈마 처리공정 중에 PLA의 열화가 일어날 수도 있기 때문에 실용적인 방법은 아니라는 것이 그간 관련 연구결과지만 본 발명자들은 대기압 플라즈마를 이용하여 PLA 필름의 표면 특성 변화를 외부의뢰 하여 연구한 결과를 보면 70W가 낮은 접촉각과 높은 표면자유에너지를 갖는 최적화된 조건이라는 사실을 지득하게 되었고 더 나아가 PLA필름 표면 처리에 있어서도 실용성을 확보하게 되었다.

상기의 단계를 모두 거치고 난 후에 적외선 히터에서 예열된 상기 반제품 2개를 기재층이 겹쳐지도록 합지하여 설정된 크기로 재단하는 단계(S900)에서는 2 개의 상기 반제품을 적외선 히터에서 예열 후 이를 상부 각 기재층(101, 102)이 맞닿도록 합지시킨다. 이때, 합지가 잘되도록 하기 위해 적외선히터를 이용하여 예열시 예열온도는 130~160℃으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 합지가 완료되면, 놀이방 매트의 소정의 규격에 맞게 재단(cutting)을 한다.

또한, 상기의 제조방법에서 상기 PLA 필름은 표면에 아크릴 코팅층 또는 UV코팅층으로 이루어지는 오염방지 코팅층이 미리 형성된 것일 수 있다. 여기서, 상기 인쇄층의 표면에 적층되는 상기 PLA 필름은, PLA 수지 및 첨가제 등이 포함된 것으로써, 카렌다공법에 의하여 제조된다. 그리고 상기 PLA 필름층 표면에 오염방지 코팅층을 부가적으로 형성시킴으로써 표면오염까지 개선할 수 있어서 많은 어린이들이 사용하는 놀이방 매트 표면이 쉽게 오염되지 않도록 하는 또 다른 효과가 있다.

상기와 같이 본 발명에 따라 제조된 친환경 놀이방 매트는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 사람의 발이 자주 접촉하는 학습장 매트, 체육관 매트, 주방 매트, 싱크대 매트, 요가 매트, 지압 매트, 체육관 매트, 방석, 발판 및 깔개 등 각종 바닥면에 설치되는 친환경 소재로서 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.

도2에 있어서,
100 본 발명에 의한 친환경 놀이방 매트
101 상부 기재층(base layers)
P101 상부 충격흡수 시트층 P102 PLA필름층
P103 상부 오염방지 코팅층 P110 인쇄층
102 하부 기재층(base layers)
P201 하부 충격완화 시트 P202 PLA필름층
P203 하부 오염방지 코팅층
P301~P304 이형 필름층
(도1a 내지 도1c의 부호는 본 발명과 무관한 부호이므로 설명하지 아니한다.)

Claims (6)

1. 각 구성 층의 표면을 플라즈마 처리하는데 내부 충진재는 폴리우레탄 매트 등을 적층하며 외부 표면에는 PLA(polylactic acid) 필름을 채택함으로써 친환경 성능 및 기능성을 개선한 친환경 놀이방 매트.
2. 제1항에 있어서,
   각 구성층의 대기압 플라즈마 처리는 그물모양의 고전압 전극과; 상기 고전압 전극에 밀착되어 설치되는 다공성 유전체와; 상기 다공성 유전체에 면에 근접되어 설치되는 그물 모양의 접지 전극을 구비하고 상기 고전압 전극사이로 질소 가스를 공급하는 가스 공급부를; 상기 가스공급부를 통해 공급된 가스물질과 상기 고전압 전극 및 접지된 전극 사이에 고전압의 교류의 전원을 인가하는 대기압 플라즈마 발생장치를 이용하여 연속적으로 폴리우레탄 및 PLA 층에 플라즈마를 처리하여, 고유의 물리적 특성기준을 그대로 유지하면서도 표면 개질을 통하여 피부 접촉감 개선 및 융착 수준을 증가시킨 친환경 놀이방 매트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 매트의 상부 기재층(base layer)은 하부에 구비된 발포층; 상기 발포층의 표면에 구비된 인쇄층; 상기 인쇄층의 표면에 구비된 PLA 필름층; 및 상기 PLA 필름층의 표면에 형성된 오염방지 코팅층;을 포함하며 상기 매트의 하부 기재층;은 상부에 구비된 발포층; 상기 발포층 하부에 구비된 PLA 필름층; 및 상기 PLA 필름층의 하부에 형성된 오염방지 코팅층;으로 형성되는 것을 특징으로 하는 친환경 놀이방 매트.
4. 제1항 내지 제2항에 있어서,
   소정의 방법에 의한 발포층에 인쇄층 및 PLA 필름층 등을 이형필름으로 카렌다 공법 및 열융착 공법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 친환경 놀이방 매트.
5. 제1항 내지 제4항에 있어서,
   상기 각 PLA 필름층 표면에 아크릴코팅 또는 UV코팅층과 같은 오염방지 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 친환경 놀이방 매트.
6. 제1항 내지 제5항에 있어서,
   상기 상부 기재층 PLA 필름의 표면에는 엠보싱을 형성하여 미끄럼 방지효과를 구비하는 것을 특징으로 하는 친환경 놀이방 매트.

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