KR20230097248A - 친환경 식물성 젤을 포함하는 친환경 경기장 바닥재 및 그 시공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친환경 경기장 바닥재 및 이를 포함하는 경기장 바닥면에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재활성이 우수한 친환경 식물성 경기장 바닥면 및 이를 포함하는 경기장 바닥면에 관한 것이다.

Description

친환경 식물성 젤을 포함하는 친환경 경기장 바닥재 및 그 시공 방법{Eco-friendly stadium flooring containing eco-friendly vegetable gel and its construction method}
본 발명은 친환경 경기장 바닥재 및 그 시공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식물성 젤을 포함하는 친환경 경기장 바닥재 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
육상 트랙, 농구장, 족구장, 피구장, 배드민터장, 다목적 경기장, 테니스와 같은 운동경기, 또는 생활체육 등의 목적으로 다양한 형태의 경기장 바닥재가 시공되고 있다.
생활 체육 등에 사용되는 경기장 바닥재는 롤형태의 고무 시트를 바닥면에 부착하거나, 고무칩과 바인더를 혼합한 후 이를 포설하는 방식으로 구성될 수 있다.
테니스 코트와 같이 정밀한 특성이 요구되는 경기장은 일반적인 체육 시설용 바닥재에 프라이머층을 형성한 후, 추가로 리서페이서층과 탑 코팅층을 차례로 형성하는 방식이 사용된다.
육상 경기용 트랙과 같이 논슬립 특성이 요구되는 트랙에서는 일반적인 체육 시설용 바닥재에 프라이머층을 형성한 후, 상부에 논슬립을 위한 우레탄층을 형성한 후, 최상부에 착색층을 형성하는 방식으로 시공된다.
고무칩과 바인더를 혼합한 후 포설하는 방식은 손쉽게 시공할 수 있다는 장점이 있으나, 속성 경화를 위해서 사용되는 다양한 경화제의 유해성과, 바인더의 노화로 인한 결합 능력의 저하로 고무칩이 유실될 수 있다는 문제가 있다.
롤 형태의 고무시트는 부착하는 방안은 내구성이 높다는 장점이 있지만, 시트와 시트 사이의 접합 부위가 온도 변화에 따른 팽창 또는 수축으로 인해 벌어지거나 들뜨게 되는 문제가 발생한다.
이에 따라, 종래 고무칩과 바인더로 이루어진 바닥재나 고무 시트로 이루어진 바닥재의 단점을 보완할 수 있는 새로운 경기장 바닥재에 대한 요구가 계속되고 있다.
이에 따라 경기장 바닥재로 겔에 오일을 혼합하여 탄성 겔을 형성하는 방안이 제시되고 있다. 예를 들어, 실리콘 겔, 아크릴 겔, 블록 코폴리머 엘라스토머 겔과 같이 인장, 압축, 전단 및 인열 강도가 우수한 겔에 오일을 침지시킴으로서, 고무칩과 바인더로 이루어진 경기장 바닥재의 내구성 문제를 해결하려는 시도가 있었다.
하지만, 이러한 방식은 높은 내구성에도 불구하고, 시공 후 겔에 포함된 액상 성분이 누출 및/또는 증발하면서 환경을 오염시킨다는 문제를 야기하기 때문에, WO 2018/122346 및 WO 2018/122347호에서는 폴리우레탄 메트릭스와 식물성 오일로 이루어진 식물성 겔을 개시한다. 이 방식은 식물성 오일이 폴리우레탄 메트릭스를 이루는 이소시아네이트에 반응하면서 결합됨으로써, 식물성 오일 성분의 누출을 줄일 수 있다는 효과가 있다. 하지만, 식물성 겔은 실리콘 겔, 아크릴 겔, 블록 코폴리머 엘라스토머 겔에 비해서 물성이 저하될 수 있다는 문제가 있다.
본원 발명에서 해결하고자 하는 과제는 오일 누출이 적은 식물성 겔을 이용한 새로운 경기장 바닥재를 제공하는 것이다.
본원 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 오일 누출이 적은 식물성 겔을 이용하면서도 물성이 우수한 새로운 경기장 바닥재를 제공하는 것이다.
본원 발명에서 해결하고자 하는 과제는 오일 누출이 적은 식물성 겔을 이용하면서도 물성이 우수한 새로운 경기장 바닥재의 시공 방법을 제공하는 것이다.
본원 발명에서 해결하고자 하는 과제는 오일 누출이 적은 식물성 겔을 이용하면서도 물성이 우수한 새로운 경기장 바닥재를 포함하는 경기장과 그 시공 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
폴리우레탄 폴리머 매트릭스; 및
상기 폴리우레탄 폴리머 메트릭스 내부에 충진된 식물성 오일;로 이루어지며, 여기서, 상기 폴리우레탄 폴리머 메트릭스는 폴리머 폴리올 및 바이오 폴리올을 포함하는 폴리올과 폴리이소시아네이트 화합물의 반응에 의해서 형성되며, 상기 식물성 오일의 적어도 일부는 폴리우레탄 메트릭스에 결합된 식물성 겔과 고무칩으로 이루어진 것을 식물성 바닥층을 포함하는 경기장 바닥재를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리우레탄 매트릭스를 이루는 폴리머 폴리올은 고분자 입자들이 고형분으로 폴리올 액상에 안정하게 분산된 폴리올을 의미한다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 고분자 입자는 하나 또는 그 이상의 불포화 단량체, 예를 들어, 스티렌, 아크릴로니트릴, 또는 이들의 혼합물의 중합체 및/또는 공중합체로서 폴리스티렌 또는 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) 공중합체일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 폴리머 폴리올은 베이스 폴리올 중에 불포화 단량체들을 라디칼 중합하는 공정으로 제조될 수 있다. 불포화 단량체는 스티렌, 메틸 스티렌, 에틸 스티렌, 아크릴로니트릴, 메타 아크릴로니트릴, 메틸 메타 아크릴레이트 그리고 아크릴레이트 등이며 스티렌과 아크릴로니트릴의 조합이 선호되고, 단량체의 첨가량은 폴리머 폴리올 제품 기준 무게로 20 - 60% 정도이며, 스티렌/아크릴로니트릴 조합이 사용될 경우 무게 비로 0/100 - 80/20의 비율로 사용될 수 있다. 폴리머 폴리올의 제조 공정은 금호석유화학에 허여된 대한민국특허 제839061호 등에 개시되어 있으며, 여기서 전체로 참고문헌으로 통합되었다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리머 폴리올의 베이스를 이루는 폴리올은 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스테르계 폴리올을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 폴리에테르계 폴리올은 폴리에테르폴리올은 폴리올에 에틸렌옥사이드나 프로필린 옥사이드와 같은 알킬렌 옥사이드를 부가하는 통상적인 방식으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 솔비톨에 프로필렌 산화물을 부가해서 얻어지거나 슈크로오스에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 부가해서 얻어지는 에테르 폴리올 사용할 수 있으며, 분자량은 1,000-10,000 g/mol, 바람직하게는 2,000-8,000, 더욱 바람직하게는 4,000-6,000 의 범위를 가지는 것이 좋다.이러한 폴리에테를 폴리올은 폴리올 제조업체로부터 상업적으로 구입하여 사용할 수 있으며, 예를 들어 금호석유화학의 PPG-482 그레이드이다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 폴리에스테르 폴리올은 다가산과 다가 알코올의 반응에 의해서 제조될 수 있으며, 상기 다가산의 종류로는 아디픽산, 숙신산, 옥살산, 말로닉산, 트리메틸 아디픽산, 테레프탈산, 무수프탈산, 무수이소프탈산 등이 사용가능하며, 난연성을 나타내기 위해서 테레프탈산, 무수프탈산 또는 이들의 혼합물이 사용할 수 있다. 상기 다가 알코올의 종류로는 일반적으로 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 그리고 폴리에틸렌 글리콜과 같은 이가알콜이 사용된다. 그 외에도 프로필렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 2,2,4-트리메틸-1,6-헥산디올, 1,4-시클로헥산디메탄올 등의 이가알콜이 사용된다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 폴리에스테르폴리올은 무수프탈산에 디에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜을 부가하는 통상적인 방식으로 제조될 수 있으며, 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다. 바람직하게는, 애경화학의 AK-3001 그레이드를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리머 폴리올은 폴리우레탄 폴리머 메트릭스를 형성하는 전체 폴리올에 대해서 1~50 중량%의 범위에서 사용될 수 있으며, 바람직하게는 3~40 중량%, 보다 더 바람직하게는 5~30 중량%, 가장 바람직하게는 10~20 중량%의 범위로 사용될 수 있다. 상기 폴리머 폴리올의 함량이 상기 범위보다 적으면 폴리머 폴리올의 특성이 발현되지 않게 되며, 상기 폴리머 폴리올의 함량이 상기 범위 보다 많은 경우, 강도의 증가로 인해 겔층의 탄성이 저할될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리우레탄 매트릭스를 이루는 바이오 폴리올은 친환경 바닥재을 형성하기 위해서 사용된다.
본 발명에 있어서, 상기 바이오 폴리올은 식물 유래 폴리올이며, 천연 폴리올이나 개질된 폴리올을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 팜 오일을 이용하여 제조되는 폴리올일 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 팜오일을 이용하여 제조되는 폴리올은 상업적으로 구입하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, 인도네시아 마스키마사에서 제조된 말단 그룹 분석법으로 측정된 OH-V가 315-330인 제품이며, 말단 그룹 분석법으로 측정한 분자량이 약 280 ~ 7000에 상응한다.
본 발명에 있어서, 상기 바이오 폴리올은 폴리우레탄 폴리머 메트릭스를 형성하는 전체 폴리올에 대해서 1~50 중량%의 범위에서 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 10~40 중량%, 보다 더 바람직하게는 20~30 중량%에서 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리우레탄 매트릭스를 이루는 폴리올은 폴리머 폴리올과 바이오 폴리올을 제외한 일반적인 폴리올을 의미하는 것으로서, 폴리우레탄 매트릭스 제조에 사용될 수 있는 통상의 폴리에테르 폴리올을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 폴리에테르계 폴리올은 폴리에테르폴리올은 폴리올에 에틸렌옥사이드나 프로필린 옥사이드와 같은 알킬렌 옥사이드를 부가하는 방식으로 제조될 수 있으며, 상업적으로 구입해서 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 폴리에스테르 폴리올은 50~98%의 범위에서 사용될 수 있으며, 바람직하게는 60~95 중량%, 보다 더 바람직하게는 70~90 중량%의 범위에서 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트 화합물은 폴리올과 반응해서 폴리우레탄 매트릭스를 형성할 수 있는 통상의 이소시아네이트 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 폴리이소시아네이트는 지방족계 및/또는 방향족계 폴리이소시아네이트를 사용할 수 있다. 제한적인 것은 아니지만, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디메틸디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 메틸렌 비스 시클로헥실이소시아네이트, 메틸이소시아네이트 등의 지방족 폴리이소시아네이트나 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐디이소시아네이트 등의 디이소시아네이트 또는 4,4',4-트리페닐메탄 트리이소시아네이트, 2,4,6-톨릴렌 트리이소시아네이트 등의 방향족 이소시아네이트를 사용할 수 있다. 폴리 이소시아네이트 성분은 관능기수가 2가 이상이며, 바람직하게는 2.5 ~ 3.0을 사용할 수 이다. 상기 이소시아네이트 성분의 평균 관능기수가 2.5가 이하이면 매트릭스에 담지되는 오일과의 반응성이 저하될 수 있으며, 평균 관능기수가 3.0 이상이면 점도가 매우 증가하여 유동성이 떨어져, 바닥면에 도포가 쉽지 않게 된다. 또한, 상기 이소시아네이트 성분은 평균 NCO%가 15 ~ 30%, 보다 바람직하게는 20~25% 인 것이 바람직하다. 이소시아네이트 성분의 평균 NCO%가 15% 이하이면 유동성이 저하하고, 30% 이상이면 저온치수 안정성이 떨어져 폴리우레탄 매트릭스로 사용하기 어려워진다.
본 발명의 실시에 있어서, 폴리우레탄 매트릭스는 폴리이소시아네이트 성분과 폴리올 성분의 반응비율은 폴리이소시아네이트와 폴리올의 당량비가 1:1.0 내지 1:3.0의 범위에서 반응할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리올은 가교제, 촉매, 난연제나 기타 첨가제류, 일 예로 핵제나 계면활성제와 함께 혼합되어 원액을 구성하고, 폴리이소시아네이트 성분과 배합되어 PU 매트릭스를 형성한다. 본 발명의 실시에 있어서, 유용한 촉매는 주석, 티타늄, 비스무트 에스테르 또는 아민 유형 촉매와 같은 유기 금속 유형을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 오일은 PU 메트릭스에 충진된 상태로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 폴리올 또는 폴리이소시아네이트에 공유적으로 결합될 수 반응성 오일을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 반응성 오일은 오일의 60 중량%이상, 바람직하게는 70 중량%, 보다 바람직하게는 80 중량%, 가장 바람직하게는 90 중량%이상일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 반응성 오일은 광유, 나프텐유 등과 같은 탄화수소유나 옥수수유, 대두유, 카놀라유 등과 같은 식물성 오일 및 에스테르화와 같은 개질된 식물성 오일. 산화 또는 에폭시화 식물성 오일등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 본 발명의 실시에 있어서, 상기 반응성 오일은 바닥재의 친환경성 측면을 고려하여 반응성 식물성 오일을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 폴리우레탄 중합체 매트릭스에 공유 결합된 반응성 식물성 오일은 일부는 적어도 하나의 지방산 사슬에 하나 이상의 작용기를 포함하는 식물성 오일일 수 있다.
공유 결합은 폴리우레탄 폴리머 매트릭스를 형성하는데 사용된 폴리우레탄 반응 혼합물에서 식물성 오일의 지방산 사슬의 작용기와 이소시아네이트의 반응을 기반으로 한다. 공유 결합은 지방산 사슬을 폴리머 매트릭스와 연결한다. 식물성 오일의 일부는 작용기가 없는 식물성 기름이나 첨가제로 구성될 수있다.
반응성 식물성 오일은 관능기, 예를 들어 -OH 또는 NH2기를 포함한다. 적어도 일부 식물성 오일 분자의 지방산 사슬의 작용기는 반응 혼합물의 이소시아네이트와 반응하여 식물성 오일 또는 이의 일부를 폴리우레탄 매트릭스에 공유 결합한다. 이로 인해 적어도 일부 또는 심지어 거의 모든 식물성 오일 분자가 PU 폴리머 매트릭스에 공유 결합되어 오일이 겔을 떠나는 것을 방지할 수 있다.
반응성 식물성 오일은 식물성 기름은 하나 이상의 트리글리세리드로 구성되거나 이를 포함하거나 또는 주성분으로서 하나 이상의 트리글리세리드를 포함할 수 있다. 트리글리세라이드는 트리스테아레이트, 트리팔미테이트, 트리올레에이트, 트리리놀레이트, 트리리시놀레이트 또는 이들의 2 이상의 혼합물일 수 있다.
트리글리세리드는 글리세롤과 세 가지 지방산에서 파생된 에스테르이며, 바람직하게는, 트리글리세라이드는 불포화 트리글리세리드, 예를 들어 리놀레산으로부터 유도된 불포화 또는 다중 불포화 트리글리세리드일 수 있다. 불포화 트리글리세리드를 사용하면 이들 트리글리세라이드는 더 낮은 융점을 갖고 저온에서 액체 일 가능성이 더 높기 때문에 유리하다.
반응성 식물성 오일은 세 가지 지방산이 일반적으로 다르며 많은 종류의 트리글리세리드가 사용될 수 있습니다. 자연적으로 발생하는 트리글리세리드에서 지방산의 사슬 길이는 다양하지만 대부분은 16, 18 또는 20 개의 탄소 원자를 포함한다. 구체적으로 각각의 지방산 사슬에 16-20 개의 탄소 원자를 갖는 트리글리세라이드를 포함하거나 그로 구성된다.
또한, 반응성 식물성 오일은 상이한 트리글리세리드의 복합 혼합물, 특히 포화 및 불포화 트리글리세리드의 혼합물을 함유한다. 예를 들어, 식물성 오일의 50 %는 불포화 식물성 오일(들)로 구성될 수 있고 식물성 기름의 50 %는 포화 식물성 오일(들)로 구성될 수 있으며, 다양한 트리글리세리드의 혼합물을 포함하는 식물성 오일이 광범위한 온도에서 녹는다는 장점이 있다. 이로 인해 넓은 온도 범위에 걸쳐 비교적 일정한 탄성을 갖는 포장 구조물을 제공 할 수 있다. 예를 들어, 반응성 식물성 오일의 50 중량 % 이상은 불포화 트리글리세리드로 구성된다.
바람직한 실시예에서, 지방산 사슬의 대부분이 불포화된 식물성 기름이 반응성 식물성 오일로 사용된다. "불포화"지방산 및 하나 이상의 불포화 지방산을 포함하는 트리글리 세라이드는 본원에서 "불포화 트리글리세리드"또는 "불포화 식물유"로 지칭된다.
일 실시 예에서, 전형적으로 52 %의 다중 불포화 지방산과 18 %의 단일 불포화 지방산을 갖는 면실유가 가소제로 사용될 수있다.
다른 일 실시 예에서, 식물성 기름으로 콩기름을 사용한다. 대두유는 약 84 %의 불포화 기능화 오일과 약 16 %의 포화 비기능화 오일로 구성되어 있다. 따라서 대두유 기반 반응성 식물성 오일의 최소 16 %는 이소시아네이트와 반응하지 않고 고정되지 않는다. 대두유를 사용하는 것은 지방산 사슬에 작용기를 추가하기 위한 추가 단계를 수행하지 않고 오일을 PU 중합체 지지체에 공유적으로 결합 할 수 있는 작용기를 이미 포함하기 때문에 특히 유리할 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 대두유, 아마인유 또는 피마자유와 같은 식물성 기름은 더 높은 수준의 불포화를 달성하기 위해 화학적으로 전환된다. 불포화 전환 생성물은 선택적으로 작용 화된다. 즉, 하나 이상의 하이드록실 또는 아미노 그룹이 오일의 지방산 사슬에 첨가된다. 변환되고 선택적으로 기능화된 식물성 기름은 반응성 식물성 오일로 사용된다.
폴리올 및/또는 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 반응성 식물성 오일은 미국 특허 US 2013/0011621호, WO 2018/122346 및 WO 2018/122347호 등에 개시되어 있으며, 이들 문헌은 여기서 참고문헌으로 완전히 통합되었다.
본 발명에 있어서, 상기 고무칩은 자원 재활용이 가능하도록 재생 고무칩을 포함하는 고무칩일 수 있으며, 바람직하게는 30 중량% 이상의 재생 고무칩, 보다 바람직하게는 50 중량% 이상의 재생 고무칩, 보다 더 바람직하게는 70 중량% 이상의 재생고무칩을 포함할 수 있으며, 가장 바람직하게는 재생 고무칩일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 재생 고무칩과 사용될 수 있는 신재 고무칩은 우레탄, 에피디엠, 천연 고무등을 사용할 수 있으며, 특별한 제한은 없다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 재생 고무칩은 테니스 공에서 유래된 고무칩일 수 있으며, 바람직하게는 회수한 테니스 공에서 분리된 고무를 분쇄한 재생 고무칩일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 테니스공은 판매되어 사용후 폐기된 공이며, 시합구 또는 연습구를 구분 없이 사용할 수 있다. 사용 후 폐기된 테니스공은 낫소사의 짜르투어 T-270, 스타사의 매치포인트 TB172-30, TB7130-50, ㈜심화기연의 DUNLOP AO TENNIS BALL, DUNLOP ATP Championship, 유진커머스의 바보랏 챔피언쉽볼, 윌슨사의 Wilson Championship, Wilson US Open, Wilson Triniti, ㈜앨커미스트사의 Head Championship일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시에 있어서, 상기 재생 고무칩은 육상 트랙에서 유래된 고무칩일 수 있으며, 바람직하게는 기존의 우레탄계 육상 트랙 논슬립층이나 다목적 구장의 우레탄층을 회수하여 분쇄한 재생 고무칩일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시에 있어서, 상기 고무칩은 테니스공에서 유래한 재생 고무칩과 육상 트랙의 논슬립층에서 유래한 재생 고무칩의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 있어서, 고무칩은 탄성겔 100 중량부에 대해서 1~30 중량부, 보다 바람직하게는 5~25 중량부, 가장 바람직하게는 10~20 중량부의 범위로 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고무칩은 0.1~3 mm 범위의 직경을 가질 수 있으며, 바람직하게는 탄성 겔층의 표면의 고무칩이 돌출되는 것을 방지할 수 있도록 0.5~1 mm 범위의 직경을 가지는 것이 바람직한다.
본 발명은 일 측면에서,
폴리우레탄 폴리머 매트릭스; 및
상기 폴리우레탄 폴리머 메트릭스 내부에 충진된 식물성 오일;로 이루어지며, 여기서, 상기 폴리우레탄 폴리머 메트릭스는 폴리머 폴리올 및 바이오 폴리올을 포함하는 폴리올과 폴리이소시아네이트 화합물의 반응에 의해서 형성되며, 상기 식물성 오일의 적어도 일부는 폴리우레탄 메트릭스에 결합된 식물성 겔과 고무칩으로 이루어진 식물성 바닥층과,
상기 식물성 바닥층의 상면에 부착된 상부층으로 이루어진 경기장 바닥면을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경기장 바닥면은 하부 식물성 바닥층과 상부층 사이에 장벽 층을 추가로 포함할 수 있다. 장벽층은 오일이 상부 방향으로 식물성 바닥층을 이탈하는 것을 방지하도록 구성된다.
장벽 층을 사용하면 포장 구조물의 기대 수명이 증가할 수 있으므로 유리할 수 있다. 장벽 층은 매트릭스에 공유 결합되지 않은 오일이 식물성 바닥층을 떠나는 것을 방지하여 식물성 바닥층 부서지기 쉽고 탄성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 식물성 바닥층의 충격 흡수 특성은 겨울의 극한 저온, 직사광선 및 여름의 고온과 같은 극한 조건에서도 수년 동안 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 장벽 층은 합성수지층이다. 장벽 층은 40 중량% 이상의 수성 아크릴을 포함한다. 장벽 층에서 물이 증발하면 아크릴 분율이 장벽 층의 80 중량 %를 초과할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "합성 수지"는 영구적으로 경화될 수 있는 점성액체이다. 일부는 유기 화합물의 에스테르화 또는 비누 처리로 제조된다. 일부는 "수지"라는 용어가 반응물이나 생성물 또는 둘 다에 느슨하게 적용되는 열경화성 플라스틱이다. 예를 들어, 액체 메틸메타크릴레이트는 종종 합성 수지로 사용되며, 중합되고 "고착"되기 전에 액체 상태이며, 세팅 후 생성된 PMMA는 "경화 수지"이며 종종 아크릴 유리 또는 "아크릴"층으로 이름이 변경된다. 일부 실시 예에 따르면, 합성 수지는 에폭시 수지, PU 수지 또는 폴리 에스테르 수지이다.
실시 예에 따르면, 장벽 층은 식물성 바닥층에 대한 상부 층의 접착을 촉진하도록 구성된 상용화제를 포함한다. 상용화제를 포함하는 장벽 층을 사용하는 것은 상용화제가 식물성 바닥층 및 상부층의 박리를 방지할 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 예를 들어, 상부 층은 친수성일 수 있고 식물성 바닥층은 일반적으로 소수성이다. 소수성 물질과 친수성 물질 모두에 강하게 접착할 수 있는 상용화제를 사용함으로써 탄성 겔층과 상부층의 박리를 방지할 수 있다. 따라서, 포장 층 구조의 기대 수명이 증가될 수 있다. 상용화제는 예를 들어 아크릴레이트와 PU 사이의 접착을 촉진하는 에틸렌 글리콜 일 수있다. 에틸렌 글리콜은 장벽 층의 중량을 기준으로 0.5 % 이상, 바람직하게는 약 1 %의 양으로 장벽 층에 포함된다.
본 발명에 있어서, 상부층은 안료 및 모래를 포함하는 아크릴 에멀젼이다. 예를 들어, 상부 층은 아크릴라텍스층, 스티렌-부타디엔층 또는 아크릴 라텍스 및 카복실화 스티렌-부타디엔의 조합에 기초한 층일 수있다. 상부 층은 표면 거칠기와 그립을 향상시키지만 표면에 대한 접착력을 저하시킬 수 있는 모래와 같은 충전재료를 상당 부분, 일 예로 중량의 40 % 이상 또는 심지어 60 % 이상 포함할 수 있다.
본 발명에서 프라이머 층이 사용될 수 있다. 이는 식물성 바닥층의 지반층에 대한 접착을 촉진하기 위해서 사용된다. 프라이머 층은 기본적으로 가소제 및 상용화 제가 없는 폴리우레탄 층이며, 탄성 겔 층이 PU 매트릭스를 포함하므로 상용화제가 필요하지 않게 된다. 바람직하게는, 프라이머층 PU는 비발포 PU가 되도록 선택된다. 프라이머 층은 PU 기반 겔 층의 지면에 대한 접착력을 향상시킬 수 있습니다.
본 발명에 있어서, 프라이머 층을 사용하면 프라이머가 기본 재료의 균열을 밀봉하고 채울 수 있다는 다른 이점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 경기장 바닥면은 육상 트랙, 테니스 코트, 농구 코트, 운동장, 핸드볼 코트, 축구장, 조깅용 트랙 등을 위한 표면처리 시스템일 수 있다.
일부 실시 예에서, 상기 경기장 바닥면은 옥외 포장 구조물로 사용되는 반면, 다른 실시 예에서는 실내 포장 구조물로 사용된다. 일부 실시 예에 따르면, 포장 구조물은 공원, 학교 및 개인 주택의 포장 구조물로 사용된다. 유리한 효과에서, PU젤은 뛰어난 자체 레벨링 특성을 가질 수 있다. 비교적 높은 질량(공기 충전 PU 폼에 비해)으로 인해 PU- 오일젤용 반응 혼합물이 기본 재료의 미세 균열을 관통할 수 있다. 이러한 균열을 메워 서 바닥의 요철을 매끄럽고 평평하게 한다. 공기가 채워진 PU 폼은 종종 너무 가벼워서 작은 균열을 통과하고 고르지 않은 지면의 패치를 매끄럽게한다.
본 발명에 있어서, 바닥 포장 구조물이 실시되는 기반층은 콘크리트, 아스팔트, 모래, 돌, 목재 또는 점토 또는 이들의 2 이상의 혼합물이다.
일 실시 예들에 따르면, 상부 층은 0.1 mm-2 mm의 두께, 바람직하게는 0.2 mm-1.0 mm의 두께, 더 바람직하게는 0.4 mm-0.5 mm의 두께를 갖는다.
장벽 층은 5㎛-300㎛의 두께, 바람직하게는 20 ㎛-200㎛의 두께, 더 바람직하게는 50㎛-100㎛의 두께를 갖는다. 이것은 이 층 두께가 식물성 바닥층 내의 오일이 증발하는 것을 성공적으로 방지하고 상부 층 방향으로 표면 구조를 떠나는 것을 방지 할 수 있기 때문에 유리할 수있다.
또한, 식물성 바닥층은 1 mm - 12 mm의 두께, 바람직하게는 2 mm-11 mm의 두께, 더 바람직하게는 약 3mm - 10 mm의 두께를 갖는다. 이 층 두께는 테니스 코트와 같은 많은 유형의 운동장에 필요한 충격 흡수 효과를 제공하기에 충분할 수 있기 때문에 유리할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 프라이머 층은 5 ㎛ - 500 ㎛의 두께, 바람직하게는 50 ㎛-300 ㎛의 두께, 더 바람직하게는 100 ㎛-150 ㎛의 두께를 가진다.
본 발명에 따라서, 친환경성과 재활용성이 우수한 경기장 바닥재가 제시되었다. 본 발명에 따른 새로운 친환경 경기장 바닥재는 겔을 이루는 매트릭스와 오일에 식물성 성분을 사용하면서도 물성 저하를 방지할 수 있도록 구현되었으며, 표면층을 변경하면 구장의 종류에 관계 없이 친환경적인 경기장을 조성할 수 있다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 본 발명을 예시하기 위한 것이다.
실시예
1. 혼합 폴리올의 제조
하기와 같은 a) 폴리머 폴리올과 b) 바이오 폴리올과 c) 일반 폴리올을 10: 30: 60 의 중량비로 혼합한 폴리올 혼합물과, 폴리이소시아네이트 화합물과, 식물성 오일을 반응시켜 바닥재를 시공하였다.
a) 폴리머 폴리올의 제조
폴리머 폴리올 제조용 안정제를 제조한 후, 베이스 폴리올에서 스티렌 모노머(SM)과 아크릴로니트릴 모노머(AN)을 중합하여 폴리머 폴리올을 제조하였다.
먼저, 폴리머 폴리올 제조용 안정제는 다음과 같이 제조하였다.
50L 고압 반응기에 폴리올A(솔비톨 개시제에 프로필렌 옥사이드와 에틸렌 옥사이드를 반응시킨 폴리올. OH.가: 29, 평균 분자량: 9,100(GPC), 점도: 1,500cps/25℃) 19.32kg과 KOH 3.5g을 넣고 질소 분위기에서 교반 하에 110℃까지 승온시킨다. 온도를 유지하면서 10Torr 조건에서 감압 탈수(수분함량 0.05% 이하) 시킨다. 수분함량과 KOH%를 측정한다. 온도를 80℃로 낮추고 무수말레인산 210g을 투입한다. 반응기에 질소를 치환시키고 산소함량(ppm)을 측정한다. 질소치환을 반복하여 산소 함량을 50 - 60ppm에 맞춘다. 온도를 110℃로 승온시킨후, 온도를 유지하면서 에틸렌옥사이드 470g을 투입한다.
EO 투입완료 후, 질소를 충진시켜 압력을 4.8KG 까지 올린다. 시간에 따른 A.V(산가)와 점도를 측정하여 산가는 0.5이하 그리고 원하는 점도에서 반응을 중지시키고, 10Torr 조건에서 미반응 EO를 제거한다. 결과물의 점도는 7,200cps/25℃, 산가는 0.03, 평균 분자량 16,200 로 확인되었다.
다음, 제조된 폴리머 폴리올을 이용해서 다음과 같이 폴리머 폴리올을 제조하였다. 3리터 반응기에 콘덴서와 교반기를 갖추고 베이스 폴리올(글리세린 개시제에 프로필렌 옥사이드와 에틸렌 옥사이드를 반응시킨 폴리올 B. OH가: 56, 분자량: 3,000, 점도: 410 cps/25℃) 180g과 에틸벤젠 180g을 넣은 후, 질소 분위기 하에서 120℃까지 승온시킨다. 교반 하에 115~125℃ 사이를 유지하면서 미리 준비해둔 단량체 혼합물 <베이스 폴리올 B. 846g, SM 360g, AN 360g, AIBN 10.8g, 제조된 안정제 72g>을 2시간에 걸쳐 연속 투입한다. 투입이 끝난 후 30분 동안 숙성을 시킨다. 온도를 125℃로 올리고 5mmHg의 진공에서 3시간 동안 탈기하여 미 반응 단량체와 EB를 제거한다. 고형분 함량: 40%, 점도: 5,900cps/25℃의 폴리머 폴리올을 제조하였다.
b) 바이오 폴리올
팜오일을 이용해서 인도네시아 마스키마사에서 제조된 바이오 폴리올을 사용하였다. OH-V가 315-330인 제품으로서, 말단 그룹 분석법으로 측정된 분자량이 약280~7000에 상응한다.
c) 일반 폴리올
폴리프로필렌 글리콜을 기반으로 하는 폴리에테르 폴리올을 사용하였으며, 평균 분자량은 6,000(nom.)이며, 말단 캡핑된 폴리프로필렌 에테르 트리올이 사용되었다.
2. 시공 실시예 1
콘크리트 바닥층에 프라이머 층을 먼저 형성한다. 프라이머 층은 약 65 중량%의 폴리우레탄 프리폴리머, 약 25 중량%의 용매 나프타(콜타르 또는 석유로부터 얻은 경질 방향족 탄화수소의 혼합물) 및 약 10 중량%의 프로필렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트 (PGMEA, 1-methoxy-2-propanol acetate)를 이용하여 형성하였다.
프라이머 층의 상부에 상기 제조된 혼합폴리올 45 중량부와 이소시아네이트(액체 MDI eq.wt.181(공칭)) 5 중량부와 캐스터 오일 15 중량부와, 칼슘카보네이트 5 중량부와 오가노틴 0.4 중량부와 테니스공에서 유래된 평균 직경 1 mm의 재활용 고무 14 중량부를 혼합 및 포설하여 8 mm 두께의 식물성 바닥층을 형성하였다.
상기 식물성 바닥층의 탄성 겔층의 상부 표면에는 아크릴 라텍스 용액(TS: 60 %) 66 중량%, 물 22 %, 에틸렌 글리콜 (상용화제) 1 중량% 및 추가 첨가제(살균제 등) 11 중량%로 이루어진 장벽용 조성물을 코팅 및 건조하여 장벽층을 형성하였다.
또한, 상기 장벽층의 상부에는 아크릴 라텍스 용액(TS: 60 중량%) 22 중량%와, 물 21 중량%와, 초크 34 중량%와, 증점제(검류)와 다른 첨가제 4 중량%로 이루어진 상부층을 형성한다. 상부층을 형성한 후 양생 및 마킹하여 테니스용 경기장 바닥면을 완공하였다.
3. 시공 실시예 2
콘크리트 바닥층에 프라이머 층을 먼저 형성한다. 프라이머 층은 약 65 중량%의 폴리우레탄 프리폴리머, 약 25 중량%의 용매 나프타(콜타르 또는 석유로부터 얻은 경질 방향족 탄화수소의 혼합물) 및 약 10 중량%의 프로필렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트 (PGMEA, 1-methoxy-2-propanol acetate)를 이용하여 형성하였다.
프라이머 층의 상부에 상기 제조된 혼합폴리올 45 중량부와 이소시아네이트(액체 MDI eq.wt.181(공칭)) 5 중량부와 캐스터 오일 15 중량부와, 칼슘카보네이트 5 중량부와 오가노틴 0.4 중량부와 우레탄을 포함하는 육상 트랙의 논슬립층에서 유래된 평균 직경 1 mm의 재활용 고무 14 중량부를 혼합 및 포설하여 9 mm 두께의 식물성 바닥층을 형성하였다.
상기 식물성 바닥층의 상부에 2액형 폴리우레탄계 수지, 에어로지 (SiO2), 탈크 (talc), 입자 크기가 0.2∼0.6㎜인 EPDM 고무 분말, 입자 크기가 1.2∼3.0㎜인 EPDM 고무 분말을 60:18:2:10:10의 중량비로 혼합한 혼합물을 4 mm 두께로 도포하여 논슬립층을 형성하였다. 양생된 논슬립층에 라인을 마킹하여 육상 트랙을 완성하였다.
4. 시공 실시예 3
콘크리트 바닥층에 프라이머 층을 먼저 형성한다. 프라이머 층은 약 65 중량%의 폴리우레탄 프리폴리머, 약 25 중량%의 용매 나프타(콜타르 또는 석유로부터 얻은 경질 방향족 탄화수소의 혼합물) 및 약 10 중량%의 프로필렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트 (PGMEA, 1-methoxy-2-propanol acetate)를 이용하여 형성하였다.
프라이머 층의 상부에 상기 제조된 혼합폴리올 45 중량부와 이소시아네이트(액체 MDI eq.wt.181(공칭)) 5 중량부와 캐스터 오일 15 중량부와, 칼슘카보네이트 5 중량부와 오가노틴 0.4 중량부와 테니스공에서 유래된 재활용 고무 7 중량부와 우레탄을 포함하는 육상 트랙의 논슬립층에서 유래된 평균 직경 1 mm의 재활용 고무 7 중량부를 혼합 및 포설하여 9 mm 두께의 식물성 바닥층을 형성하였다.
상기 식물성 바닥층의 상부에 2액형 폴리우레탄계 수지, 에어로지 (SiO2), 탈크 (talc), 입자 크기가 0.2∼0.6㎜인 EPDM 고무 분말, 입자 크기가 1.2∼3.0㎜인 EPDM 고무 분말을 60:18:2:10:10의 중량비로 혼합한 혼합물을 4 mm 두께로 도포하여 논슬립층을 형성하였다. 양생된 논슬립층에 라인을 마킹하여 육상 트랙을 완성하였다.

Claims (16)

  1. 폴리우레탄 폴리머 매트릭스; 및
    상기 폴리우레탄 폴리머 메트릭스 내부에 충진된 식물성 오일;로 이루어지며, 여기서, 상기 폴리우레탄 폴리머 메트릭스는 폴리머 폴리올 및 바이오 폴리올을 포함하는 폴리올과 폴리이소시아네이트 화합물의 반응에 의해서 형성되며, 상기 식물성 오일의 적어도 일부는 폴리우레탄 메트릭스에 결합된 식물성 겔과 고무칩으로 이루어진 것을 식물성 바닥층을 포함하는 경기장 바닥재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고무칩은 테니스 공에서 유래된 재생 고무칩인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고무칩은 우레탄을 포함하는 육상 트랙의 난슬립층에서 유래된 재생 고무칩인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 폴리올은 고분자 입자들이 고형분으로 폴리올 액상에 안정하게 분산된 폴리올인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재,
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폴리머 폴리올은 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 입자가 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스테르 폴리올에 분산된 폴리올인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  6. 제4항에 있어서,
    폴리머 폴리올은 폴리우레탄 폴리머 메트릭스를 형성하는 전체 폴리올에 대해서 1~50 중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 폴리올은 식물 유래 폴리올인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 식물 유래 폴리올은 팜오일을 이용해서 제조되는 폴리올인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 폴리올은 폴리우레탄 폴리머 메트릭스를 형성하는 전체 폴리올에 대해서 1~50 중량%인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 폴리올 1~50 중량%, 바이오 폴리올 1~50 중량% 및 일반 폴리올 50~98%로 이루어진 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 오일은 폴리올 또는 폴리이소시아네이트에 공유적으로 결합될 수 반응성 오일인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 반응성 오일은 -OH기 또는 -NH2기를 가지는 식물성 오일인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥재.
  13. 폴리우레탄 폴리머 매트릭스; 및
    상기 폴리우레탄 폴리머 메트릭스 내부에 충진된 식물성 오일;로 이루어지며, 여기서, 상기 폴리우레탄 폴리머 메트릭스는 폴리머 폴리올 및 바이오 폴리올을 포함하는 폴리올과 폴리이소시아네이트 화합물의 반응에 의해서 형성되며, 상기 식물성 오일의 적어도 일부는 폴리우레탄 메트릭스에 결합된 식물성 겔과 고무칩으로 이루어진 식물성 바닥층과,
    상기 식물성 바닥층의 상면에 부착된 상부층으로 이루어진 경기장 바닥면.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 경기장 바닥면은 지반층과 식물성 바닥층 사이에 프라이머층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경기장 바닥면.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 경기장 바닥면은 식물성 바닥층과 상부층 사이에 차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경기장 바닥면.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 경기장 바닥면은 육상 트랙용, 테니스 코트용, 농구 코트용, 핸드볼 코트용, 축구장, 조깅용인 것을 특징으로 하는 경기장 바닥면.
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