KR100780229B1

KR100780229B1 - 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩과 그 제조방법

Info

Publication number: KR100780229B1
Application number: KR1020070089916A
Authority: KR
Inventors: 이태흥; 이재춘
Original assignee: 이태흥; 이재춘
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2027-09-05

Abstract

본 발명은 열가소성 탄성체 수지 조성물에 의하여 제조되는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩은 스티렌계 블록 공중합체와; 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 있어서, 올레핀 중합체 10 내지 80중량부와; 파라핀계, 나프텐계, 아로마틱계중 적어도 하나로 이루어진 프로세스 오일 30 내지 500중량부와; 충진제 80 내지 600중량부와; 수지안정제 및 안료 1 내지 10중량부를 포함하여 이루어지는 열가소성 탄성체 수지 조성물로 제조되는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩과 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 짧은 시간 내에 대량 생산이 가능하며, 칩의 크기를 자유롭게 조절할 수 있는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조방법을 제공하며, 친환경적일 뿐만 아니라 인체 유해성이 없는 인조 잔디용 탄성체 칩을 제공한다.

또한, 본 발명에 의하면 재생 EPDM의 재사용 불가능이라는 단점을 모두 해결하였고, 재생 고무칩의 분쇄품과는 달리 입자형상이 원형 또는 타원형이므로 충격흡수가 뛰어나 부상위험을 현저히 감소시킬 수 있는 인조 잔디용 탄성체 칩을 제공한다.

열가소성 탄성체, TPE, EPDM, 충진제, 엘라스토머, 인조잔디, 탄성체 칩

Description

인조잔디용 열가소성 탄성체 칩과 그 제조방법{THERMOPLASTIC ELASTIC CHIP FOR ARTIFICIAL TURF AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 친환경성 및 인체 무해성을 가지며, 충격 흡수력이 뛰어나 부상 위험을 현저하게 감소시키며, 내광성이 뛰어나 시공 후 광에 의한 변색이 적고, 분쇄과정이 불필요하여 대량생산이 용이한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩과 그 제조방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 총 휘발성유기화합물(TVOC)기준 및 다핵방향족탄화수소(PAHs)기준을 만족하며, 재사용이 가능하여 친환경적일 뿐만 아니라, 종래의 폐타이어 고무칩의 중금속 검출에 따른 인체 유해성, 재생 EPDM의 재사용 불가능이라는 문제점을 모두 해결하였고, 재생 고무칩의 분쇄품과는 달리 모양이 원형 또는 타원형이므로 충격흡수가 뛰어난 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩과 그 제조방법에 관한 것이다.

인조잔디는 특별하게 사용되는 조경재료의 하나로서, 잔디의 형태를 갖추어 인공적으로 만든 잔디의 대용품이다. 1956년 미국에서 처음 제작된 이래 주로 스포츠 구장에 사용하였다. 잔디의 생육이 불가능한 옥내정원이나 일조시간이 극히 제 한된 고층건물의 북쪽에 접한 옥외지역과 같은 곳에서 사용할 수 있다.

현재 인조 잔디의 설치는 천연잔디를 시공할 수 없는 곳(자연 채광이 폐쇄된 돔구장, 답압이 집중되는 곳, 기후적으로 천연잔디의 생육이 곤란한 지역)에 주로 시공되며, 일반 천연잔디에 비해 초기 시공비가 많이 들지만, 반영구적 사용이 가능하고 유지관리의 편의성, 운동하기에 적합하도록 표면이 고른 점 때문에 선호도가 높다.

인조잔디로는 카페트형 인조잔디에 천연잔디와 유사한 푹신함과 질감을 부여하기 위해 고무칩과 규사(모래)를 충진하는 방식의 인조잔디가 개발되어 많이 사용되고 있다.

인조잔디는 항상 푸르름을 유지할 수 있고 환경조건의 제한을 받지 않고 시공 후 관리가 용이한 장점이 있으나, 반면에 계절감이 없고 잔디보다 질감이 다소 떨어지며, 시간이 오래 경과하면 퇴색하는 단점도 있다. 1966년 미국 텍사스주 애스트러돔 실내야구장에 처음으로 채용된 이후 축구장, 필드하키장, 각종 실내 인테리어 및 레저시설 등 전천후 시설로 각광받고 있다.

일반적으로 인조잔디를 식재하는 방법으로는 지하 60cm 정도의 깊이에 배수관을 매설하고 그 위에 잡석을 넣고, 다짐 시공한 다음, 상기 잡석 위에 모래층을 넣고 다짐 시공한 후에 모래층 위에 아스팔트층이나 콘크리트층 등의 경화기층을 형성시키고, 상기 경화기층의 표면에 접착제층을 도포시키고 그 위에 인조잔디층을 접착 배치하는 방식으로 시공된다.

또한, 모래층 상부에 부직포를 설치하기도 하며, 경화기층 상부에 발포 고무 매트 또는 고무 매트 등과 같은 충격흡수층을 설치할 수도 있고, 인조잔디술의 길이가 12 내지 13mm인 것을 사용하고 물을 뿌려서 사용하는 워터필드(water field) 구장과 인조잔디술의 길이가 25mm인 것을 사용하고 인조 잔디 사이에 규사와 고무칩 등을 충진하여 사용하는 샌드필드(sand field) 구장으로 구분된다.

특히, 샌드필드 형태로 인조 잔디 구장이 축조될 경우 충진재로서 규사를 1차 포설하고, EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체)칩, 폐타이어칩이나 재생고무칩 또는 일반 고무칩을 2차로 포설하여 시공되고 있다.

상기와 같은 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, 상기 EPDM을 사용하기 위해서는 가황 후 경화시키기 위해 다량의 첨가제가 투입되어야 하는데, 상기 첨가제에는 중금속 및 다이옥신 등의 유해물질이 포함되는 경우가 많다.

아울러, 상기 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 인조 잔디 사이에 충진되더라도 미관이 불량하며, 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.

또한, 종래의 상기 고무칩들은 폐자재 활용에 따른 중금속 검출과 휘발성 유기화합물(TVOC), 다핵방향족 탄화수소(PAHs)의 함량이 높아 환경 및 인체에 유해한 영향을 끼칠 우려가 다분히 높은 문제점을 가지고 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 호흡곤란 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 못하는 실정이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 종래의 재생 고무칩 또는 EPDM을 사용한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩을 대신하여 혹은 EPDM을 최소한으로 첨가하여 제조된 열가소성 탄성체 수지 조성물을 사용함으로서, 친환경성 및 인체 무해성을 가지며, 충격 흡수력이 뛰어나 부상 위험을 현저하게 감소시키며, 내광성이 뛰어나 시공 후 광에 의한 변색이 적고, 분쇄과정이 불필요하여 대량생산이 용이하고 경제인 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩과 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열가소성 탄성체 수지 조성물에 의하여 제조되는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩에 있어서, 상기 열가소성 탄성체 수지 조성물은 스티렌계 블록 공중합체와; 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 있어서, 올레핀 중합체 10 내지 80중량부와; 파라핀계, 나프텐계, 아로마틱계 중 적어도 하나로 이루어진 프로세스 오일 30 내지 500중량부와; 충진제 80 내지 600중량부와; 수지안정제 및 안료 1 내지 10중량부를 포함하여 이루어지며, 기본 물성은 쇼어-A 경도가 20 내지 80, 인장강도가 10 내지 100kg/cm²이다.

여기서, 상기 스티렌계 블록 공중합체는 폴리-부타디엔 중합체(SEBS), 스티렌 부타디엔 스티렌 중합체(SBS), 폴리-이소프렌 중합체(SEPS), 수소화 폴리-이소프렌/부타디엔 중합체(SEEPS), 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS) 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 열가소성 탄성체 칩은 EPDM을 더 포함하며, 상기 EPDM은 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 있어서 1 내지 100중량부인 것이 탄성 특성을 향상시키되, 경제적인 탄성체 칩 제조를 위하여 바람직하다.

또한, 상기 충진제는 탄산칼슘, 활석, 운모 중 적어도 하나인 것이 압출량, 강성, 열변형 온도 향상의 최소 및 최대 효과를 발휘하기 위해 바람직하다.

또한, 상기 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩은 원형 또는 타원형의 형상으로 이루어진 것이 충격완화 특성을 극대화하여 인조잔디 사용자의 부상위험을 감소시키기 위해 바람직하다.

여기서, 상기 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩은 직경 0.5 내지 3.0mm의 크기인 것이 충진 효과를 극대화하기 위하여 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 열가소성탄성체를 사용한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조 방법은 제1차 원료로서 스티렌계 블록 공중합체를 배합기에 투입하고, 60 내지 120℃ 온도에서 1 내지 10분간 예열하는 제1차 원료투입단계와; 상기 제1차 원료를 상기 배합기에서 혼합하면서 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 파라핀계, 나프텐계, 아로마틱계 중 적어도 하나로 이루어진 프로세스 오일 30 내지 500중량부를 투입하여 20 내지 100rpm의 교반속도로 1 내지 20분 동안 교반하는 교반단계와; 올레핀 중합체, 충진제, 수지안정제 및 안료를 포함하는 제2차 원료를 투입하여 교반하되, 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 있어서, 상기 올레핀 중합체는 10 내지 80중량부, 상기 충진제 80 내지 600중량부; 상기 수지안정제 및 안료 1 내지 10중량부를 포함하는 상기 제2차 원료를 상기 배합기에 투 입하고 교반하는 제2차 원료투입단계와; 상기 제1차 원료 및 제2차 원료를 포함하는 혼합물을 압출기를 사용하여 120 내지 280℃ 온도에서 압출하여 성형하는 압출성형단계와; 상기 압출성형단계와 동시에 압출 성형된 상기 배합물을 냉각하고 직경 0.5 내지 3.0mm의 크기로 절단하는 절단단계를 포함한다.

여기서, 상기 스티렌계 블록 공중합체는 폴리-부타디엔 중합체(SEBS), 스티렌 부타디엔 스티렌 중합체(SBS), 폴리-이소프렌 중합체(SEPS), 수소화 폴리-이소프렌/부타디엔 중합체(SEEPS), 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS) 중 적어도 하나인 것이 열가소성 탄성체로서의 특성을 극대화시키기 위해 바람직하다.

아울러, 상기 압출성형단계는 교반 속도를 100 내지 300rpm로 하여 수행되는 것이 배합물의 조성물질 간에 응집을 방지하고, 충분한 반응을 일으키게 하기 위하여 바람직하다.

상기 제1차 원료는 EPDM을 더 포함하며, 상기 EPDM은 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 1 내지 100중량부인 것이 탄성 특성을 향상시키되, 경제적인 탄성체 칩 제조를 위하여 바람직하다.

본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩과 그 제조방법에 의하면, 친환경성 및 인체 무해성을 가지며, 충격 흡수력이 뛰어나 부상 위험을 현저하게 감 소시키며, 내광성이 뛰어나 시공 후 광에 의한 변색이 적고, 분쇄과정이 불필요하여 대량생산이 용이하고 경제적인 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩과 그 제조방법을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩 및 그 제조방법에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩은 열가소성 탄성체(TPE) 수지 조성물을 사용하여 제조되며, 상기 열가소성 탄성체 수지 조성물은 스티렌계 블록 공중합체와; 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 있어서, 올레핀 중합체 10 내지 80중량부와; 파라핀계, 나프텐계, 아로마틱계 중 적어도 하나로 이루어진 프로세스 오일 30 내지 500중량부와; 충진제 80 내지 600중량부와; 수지안정제 및 안료 1 내지 10중량부를 포함하여 이루어진다.

열가소성 탄성체(Thermo Plastic Elestomer, TPE)는, 폭넓은 가변 경도 범위(쇼어 A=20 내지 80), 저밀도, 양호한 복원력, 우수한 기계적 특성, 높은 소음 감쇠성(noise-damping), 양호한 노화성 및 우수한 오존성, 폭넓은 온도 범위에서의 작은 유연성 변화, 양호한 내산성 및 내알칼리성, 양호한 정지 마찰력 등 월등한 특성을 가지고 있는 바, 자동차 분야, 혹은 가정용품 산업 분야에서 폭넓게 활용되고 있다.

특히, 열가소성 탄성체는 플라스틱과 고무의 중간 소재로서, 재활용이 가능 한 고무소재로 인식됨에 따라, 주로 자동차 부품에서 고무의 대체 소재로 이용되어 왔다.

상기 열가소성 탄성체는 포함되는 구성 및 함량에 따라 다양한 특성변화를 나타낼 수 있으며, 본 발명에서는 무엇보다도, 열가소성 탄성체의 친환경성 및 인체 무해성, 충격 흡수력이 뛰어난 성질을 활용하고자 한다. 따라서, 상기 특성을 갖추기 위한 열가소성 탄성체의 구성 및 그 함량에 대하여 살펴보기로 한다.

본 발명에 의한 열가소성 탄성체의 물성은; ASTM D 2240에 의한 쇼어-A(Shore A) 경도가 20 내지 80, 바람직하게는 20 내지 40이며, ASTM D 630에 의한 인장강도가 10 내지 100kg/cm², 바람직하게는 10 내지 70kg/cm²이다.

스티렌계 블록 공중합체

본 발명에서 주재로서 사용되는 스티렌계 블록 공중합체는 조성물에 탄성 및 내충격성을 부여하여 푹신한 인조잔디를 만들기 위해 적용된다. 이는 폴리-부타디엔 중합체(SEBS), 스티렌 부타디엔 스티렌 중합체(SBS), 폴리-이소프렌 중합체(SEPS), 수소화 폴리-이소프렌/부타디엔 중합체(SEEPS), 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS) 등의 공중합체를 단독 또는 혼합하여 형성된다.

여기에, 일반적인 탄성체 칩의 원료로 사용되는 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체)을 상기 스티렌계 블록 공중합체와 아울러 더 첨가할 수 있다. EPDM의 함량은 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 1 내지 100중량부, 바람직 하게는 50 내지 80중량부이다.

EPDM을 소량 첨가함으로써, 탄성특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 첨가되는 EPDM은 인조잔디용으로 적합한 무발포식 재생품이나, 재생되지 아니한 것을 사용한다. 그 함량은 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 1 내지 100중량부, 바람직하게는 50 내지 80중량부이다. 상기 EPDM의 함량이 1중량부 미만이면, 탄성체 칩의 탄성 특성이 향상되지 아니하며, 100중량부를 초과하면 비재생품을 사용하기 때문에 지극히 비경제적이라는 단점이 있고, 아울러 다량의 첨가제가 더 필요하기 때문에 중금속, 다이옥신 등의 유해물질이 포함될 소지가 크고, 비경제적이다.

올레핀 중합체

본 발명에 적용되는 올레핀 중합체는 조성물에 내광성, 유동성, 내면성, 기계적 특성을 부여하기 위하여 사용된다. 일반적으로 사용되는 에틸렌(PE)계 수지 또는 프로필렌(PP)계 수지 등을 적용될 수 있으며, 더욱 바람직하는 결정성 에틸렌계 수지 혹은 결정성 프로필렌계 수지를 적용한다.

특히, 본 발명에서는 일반 분쇄형 인조잔디 탄성체 칩과는 달리, 상기 올레핀 중합체를 혼합함으로써 내광성을 향상시켜 쉽게 변색되지 아니하는 성질을 가미하였다.

상기 에틸렌계 수지는 통상의 방법에 의해 제조되고, 190℃, 2.16kg하중에서 용융유량이 0.01 내지 100g/10분, 바람직하게는 0.01 내지 50g/10분인 폴리에틸렌 수지이다.

상기 폴리에틸렌 수지는 고압법에 의해 제조되는 저밀도 폴리에틸렌 수지, 중저압법에 의해 제조된 에틸렌 단독 중합체 또는 에틸렌과 α-올레핀의 공중합체인 저밀도, 중밀도 및 고밀도 폴리에틸렌 수지가 있다.

상기 프로필렌계 수지는 프로필렌 단독중합체, 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체, 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체와 같이 프로필렌을 주성분으로 하는 공중합체 수지를 포함한다. 상기 프로필렌 수지는 230℃, 2.16kg의 하중에서 용융유량이 0.01 내지 100g/10분, 바람직하게는 0.05 내지 80g/10분이인 폴리 프로필렌 수지이다.

바람직한 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체 또는 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체 100중량%에 있어서의 에틸렌 함량은 0.01 내지 15중량, 보다 바람직하게는 1 내지 10중량%이다.

상기 올레핀 중합체의 함량은, 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 있어서, 바람직하게는 10 내지 80중량부, 더욱 바람직하게는 20 내지 50중량부, 더더욱 바람직하게는 20 내지 30중량부가 포함된다.

상기 올레핀 중합체의 함량이 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 10중량부 이하로 첨가되는 경우에는 내광성이 떨어져 이로부터 형성되는 인조잔디의 변색을 막기 어려우며, 저유동 물질이 얻어지고, 반면에 그 함량이 80중량부 이상으로 첨가되는 경우에는 첨가제 등으로서 포함될 수 있는 가교제 등으로 인한 분해반응으로 인해 내열성 및 기계적 성질이 저하되고, 압출 성형성, 즉 가공성이 저하되는 문제점이 있다.

상기 스티렌계 블록 공중합체 및 올레핀 중합체를 용융 혼합하여 제조하는 것은, 양자가 가진 각각의 장점을 서로 혼합함으로써 활용하고자 하는 것이며, 그에 따라 상술한 바와 같은 최적의 함량이 도출된다.

즉, 상기 조합은 스티렌계 블록 공중합체의 탄성 및 내충격성과, 올레핀 중합체의 내광성, 기계적 성질 등의 특성을 상호 물질 간의 효율적인 혼합에 의하여 보완하고자 한 것이며, 상기 상호보완을 위한 원료 간 배합이 상술한 스티렌계 블록 공중합체에 대한올레핀 중합체의 중량비로써 도출된 것이다.

프로세스 오일

본 발명에서 사용되는 프로세스 오일은 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 아포마틱계 오일 중 하나를 단독 혹은 둘 이상을 혼합하여 사용하고, 더욱 바람직하게는 내광성 및 내후성이 뛰어난 파라핀계 오일을 사용한다.

파라핀계 오일은 아로마틱 성분과 나프텐 성부을 일부 함유하고 있으며, 노란색을 띤다. 이러한 노란 색상은 아로마틱 성분에 의한 것으로서, 빛과 열에 약한 단점을 갖고 있다. 따라서 이러한 문제점을 보완하기 위하여 아로마틱 성분이 전혀 없는 백색 오일을 주로 사용한다.

상기 프로세스 오일의 함량은 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 30 내지 500중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50 내 300중량부, 더더욱 바람직하게는 100 내지 250중량부를 첨가한다.

상기 프로세스 오일의 함량이 30중량부 미만으로 첨가된 경우에는 유동성이 좋지 않아 가공상의 문제점이 있고, 500중량부를 초과하면 오일 블리딩(oil bleeding)의 문제가 발생한다.

충진제

본 발명에서 사용되는 충진제는 탄산칼슘(CaCO₃), 활석(talc, Mg₃(OH)₂Si4O₁₀), 운모(mica)이며, 더욱 바람직하게는 탄산칼슘을 사용한다.

본 발명에서 사용되는 충진제는 비중이 2.9 내지 3.2로써, 기타 열가소성 탄성체 조성물의 성분에 비하여 상대적으로 비중이 높은 편이다. 따라서 본원의 열가소성 탄성체 조성물에 탄산칼슘 등의 충진제를 첨가하면 원료의 비중이 높아져서 압출량이 늘어나게 된다.

상기 충진제의 첨가는 강성과 열변형 온도 향상이 목적이다. 또한 탄산칼슘은 가격이 저렴하기 때문에 제품의 생산 원가를 절감할 수 있다. 압출량, 강성, 열변형 온도 향상의 최소 및 최대 효과를 발휘할 수 있는 충진제의 배합량은 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 80 내지 600중량부, 더욱 바람직하게는 100 내지 300중량부, 더더욱 바람직하게는 150 내지 250중량부를 첨가한다.

수지안정제 및 안료

본 발명에서 사용되는 수지안정제는 열 안정제, 산화방지제, 노화방지제, 오존 안정제, 가공 보조제, 활제, 광 안정제가 있으며, 더욱 바람직하게는 열 안정 제, 산화방지제, 광안정제가 적용된다. 본 발명에서는 상기 여러 종류의 수지 안정제를 단독 또는 혼합하여 사용한다.

열방지제로서의 수지안정제는 고온에서 이루어지는 플라스틱의 혼합 및 제조 등의 조작에 적용되는 것이다. 열안정제는 형태에 따라 분말, 액상, 페이스트(PASTE), 미립자(GRANULE) 안정제로 분류되며 성상에 의해 Cd/Ba/Zn계, Cd/Ba계, Ba/Zn계, Ca/Zn계, Na/Za계, Sn계, Pb계, Cd계, Zn계로 나눌 수 있다.

산화방지제로서의 수지안정제는 성형가공시 조성물의 산화방지 효과를 주기 위한 것으로, 디비닐 벤젠, 트리알릴 시아누레이트, 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 디에틸렌그릴리콜 디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디케타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리케타크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

광 안정제로서의 수지안정제는 상기 올레핀 중합체의 내광성을 극대화시키기 위해 사용되며, 벤조트리아졸계, 레조시놀계 등의 광안정제가 사용된다.

또한, 상기 수지 안정제는 혼합 및 압출 시의 올레핀 중합체 또는 스티렌계 블록 공중합체의 과도한 분해방지, 생성된 라디칼의 안정성 유지를 위하여 적용될 수도 있다. 이러한 수지 안정제는 펜타에리트리틸-테트라키스(3-(3,5-테트라부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트, 4,4'-티오-비스(6-t-부틸-3-메틸페놀), 페놀, 2,4-비스(1,1-디메틸에틸)-포스피트 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

안료는 조성물에 색상을 입히기 위해 사용되며, 본 발명의 경우와 같이 인조잔디를 제조하기 위한 열가소성 탄성체 조성물에는 녹색의 안료를 주로 사용하게 된다.

상기 수지안정제 및 안료의 함량은 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부, 더욱 바람직하게는 2 내지 5중량부를 첨가한다. 수지안정제 및 안료의 함량이 1중량부 미만이면 열 안정성, 산화방지 등의 특성이 잘 발현되지 아니하며, 10중량부를 초과하면 효율 대비하여 비경제적이다.

본 발명은 상기 구성 이외에도 그 밖의 공지의 첨가제를 사용할 수 있다. 예컨대 차폐 페놀계 항산화제, 차폐 아민계 항산화제, 인산계 황산화제, 유황계 황산화제, 서로 접촉해서 미끄러지는 두 면 사이의 마찰을 줄이기 위해 첨가되며, 기계 안에서 원료끼리 잘 믹싱되고 믹싱된 원료가 녹아서 기계 밖으로 나올 때 잘 미끄러지게 하는 역할을 하는 물질인 활제 등을 기타 첨가제로 포함할 수 있다.

상기 구성을 통하여 형성된 열가소성 탄성체를 통하여 제조된 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩은 그 입자의 크기가 0.5 내지 3.0mm로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 입자 크기가 1.0 내지 2.0mm로 형성되어야 한다.

상기 탄성체 칩의 크기가 0.5mm 미만일 경우에는 충진재로서의 효능이 저하되어 완충 효과가 발현되지 않아 운동 시에 무릎 등의 관절에 손상을 주기 쉽고, 표면이 미끄럽게 구성되는 문제점이 있으며, 제조공정에서 미세 먼지가 공기중으로 비산되어 인체의 호흡기 내로 흡입될 위험성이 있다. 3.0mm를 초과하는 경우에는 역시 충진 효과가 발휘되지 아니하며, 인조잔디를 심기가 어렵고, 표면이 거칠게 형성되어 인조잔디의 사용자가 넘어졌을 때 피부 손상을 입을 수 있는 문제점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체의 입자 형상을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 인조잔디용 탄성체 칩의 입자형상은 무정형의 종래의 분쇄형 탄성체 칩과 달리, 원형 또는 타원형이며, 균일한 크기로 형성되기 때문에 기계적 마찰에 의한 분진이 발생하지 아니하고, 마찰계수 역시 더 적게 나타나며, 탄성이 증가한다. 따라서 충격흡수 특성이 향상된다.

아울러, 상기 본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩에 의하면, 종래의 폐타이어 분쇄형과는 달리, 납(Pb), 카드뮴(Cd), 다이옥신 관련 물질들이 전혀 검출되지 아니한다.

다음으로, 상기 구성을 갖는 열가소성 탄성체 조성물을 포함한 본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체의 제조방법은 제1차 원료투입단계(S10)와; 교반단계(S20)와; 제2차 원료투입단계(S30)와; 압출성형단계(S40)와; 절단단계(S50)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 제1차 원료투입단계(S10)는 제1차 원료로서 스티렌계 블록 공중합체를 배합기에 투입하여 교반시키면서 이를 60 내지 120℃ 온도에서 1 내지 10분간 예열하는 단계이다.

상기 제1차 원료투입단계(S10)에 사용되는 스티렌계 블록 공중합체 및 그 함량은 상술한 재료 및 함량을 적용하며, 본 발명에 적용되는 배합기는 일반적인 혼합 압출장치를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 밴더리 니더, 트윈스크류, 익스트루더(Twin screw extruder), 부스 니더(Buss Kneader), 밴버리 혼합기 등 혼합 효과가 우수한 장치가 사용될 수 있으며, 배치(batch)형 배합기보다는 연속 압출설비가 더욱 바람직하다.

상기 예열 온도가 60℃ 미만인 경우에는 이후 공정에서 혼합 및 반응이 부족하게 될 수 있고, 120℃를 초과하는 경우에는 상기 스티렌계 블록 공중합체가 분해되는 문제점이 발생하거나, 교반단계(S20)에서 스티렌계 블록 공중합체와 프로세스 오일이 반응하지 못하게 되는 문제점이 있다.

상기 1 내지 10분간의 예열시간은 스티렌계 블록 공중합체의 중합 및 이후에 추가되는 프로세스 오일, 올레핀 중합체와의 결합을 원활하게 하기 위한 상태를 조성하기 위하여 실험을 통해 도출된 최적의 시간조건이다.

아울러, 상기 제1차 원료투입단계(S10)에서 투입되는 제1차 원료로서, 일반적인 탄성체 칩의 원료로 사용되는 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체)을 상기 스티렌계 블록 공중합체와 아울러 더 첨가할 수 있으며, 그 함량은 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 1 내지 100중량부, 바람직하게는 50 내지 80중량부이다.

교반단계(S20)는 상기 제1차 원료를 상기 배합기에서 혼합하면서 상기 제1차 원료 100중량부에 대하여 프로세스 오일 30 내지 500중량부를 투입하여 40 내지 80rpm의 교반속도로 1 내지 20분 동안 교반하는 단계이다.

또한, 교반단계(S20)는 프로세스 오일을 첨가함으로써 상기 제1차 원료인 스티렌계 블록 공중합체에 탄성 및 가소성을 부여하는 단계이며, 상기 교반 속도는 저속, 바람직하게는 20 내지 100rpm, 더욱 바람직하게는 40 내지 80rpm으로 1분 내지 20분동안 교반한다. 이렇게 저속으로 교반하는 것은 프로세스 오일이 스티렌계 블록 공중합체와 충분히 반응되도록 하기 위함이다.

제2차 원료 투입단계(S30)는 올레핀 중합체, 충진제, 수지안정제 및 안료를 포함하는 제2차 원료를 투입하여 교반하며, 상기 제1차 원료 100중량부에 있어서, 상기 올레핀 중합체는 10 내지 80중량부, 상기 충진제 80 내지 600중량부; 상기 수지안정제 및 안료 1 내지 10중량부를 포함하는 상기 제2차 원료를 상기 배합기에 투입하고 교반하는 단계이다.

앞서 살펴본 바와 같이, 제2차 원료 투입단계(S30)는 제1차 원료인 스티렌계 블록 공중합체의 탄성 및 내충격성과, 제2차 원료인 올레핀 중합체의 기계적 성질 등의 특성을 상호 물질 간의 효율적인 혼합에 의하여 보완하고자 한 것이며, 여기에 충진제, 수지안정제 및 안료를 적절히 혼합하여 최적의 특성을 발현시키고자 한 것이다.

압출성형단계(S40)는 상기 제1차 원료 및 제2차 원료를 포함하는 혼합물을 압출기를 사용하여 120 내지 280℃ 온도에서 압출하여 성형하는 단계이다.

압출성형단계(S40)에서는 상기 배합기 내에 있는 성분들이 120 내지 280℃로 가열된 2축 압출기, 부스 니더 등의 높은 전단응력 하에 훈련 및 열처리되면 원하 는 물성 및 균일성을 얻을 수 있는데, 바람직하게는 170 내지 250℃ 온도범위에서 체류시간을 고려하여 완전히 열처리가 되도록 온도조절을 해준다. 아울러, 교반 속도를 100 내지 300rpm, 바람직하게는 150 내지 150rpm으로 하여 수행한다.

상기 교반속도를 100rpm 미만으로 하는 경우에는 조성물을 이루는 물질들이 서로 응집되는 현상이 나타날 수 있으며, 300rpm을 초과하는 경우에는 물질들 간의 충분한 반응이 일어나지 않고, 비경제적이라는 단점이 있다.

절단단계(S50)는 상기 압출성형단계(S40)와 동시에 압출 성형된 상기 배합물을 냉각하고 절단하는 단계이다.

절단단계(S50)에서는 압출 성형된 상기 배합물을 상온에서 냉각 및 건조시키고, 바람직하게는 직경 0.5 내지 3.0mm의 입자 크기, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 2.0mm의 입자크기로 절단함으로써 수행된다.

여기서, 냉각 및 절단을 수행하는 것은, 일반적인 폐고무를 활용한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩을 제조하는 것과는 달리 분쇄과정을 겪지 아니하기 때문에 대량생산이 용이하다는 장점을 갖는다.

다음으로, 상기 본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조방법을 이용하여 제조된 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 특성에 대한 실험 결과를 확인해 보고자 한다.

본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩을 실시예로 하고, 기존의 폐타이어칩을 이용한 인조잔디용 칩을 비교예로 할 경우에 있어서의 물성은 <표 1>과 같다.

시험항목	단위	실시예	비교예	시험방법
인장강도	kg/cm²	11.5	12.0	ASTM D 638
100%인장시 인장응력	kg/cm²	4.77	1.03	ASTM D 638
신장률	%	850	82	ASTM D 638
비중	-	1.43		ASTM D 792
경도	쇼어(Shore) A	35	55	ASTM D 2240
인열	kg/cm	6.9		ASTM D 624

<표 1>에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 인조잔디용 탄성체 칩은 종래의 폐고무칩과 비교하여, 그 범위 내에 있고, 경도에서 쇼어 A 기준으로 35수준이어서 종래의 탄성체 칩보다 탄성이 뛰어난 특성을 보이며, 신장률에서 종래의 폐고무칩을 활용한 경우와 비교하여 우수하거나 유사한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

<표 2>는 본 발명에 의한 탄성체칩의 내광성을 측정한 데이터를 나타낸 도표이다. 구체적으로 내광성 측정은 Xenon Arc의 테스트 장비를 사용하였으며, 연속광을 상대습도 55±5%로하고, 파장 340nm의 자외선의 광량을 0.55W/m²으로, 전체 광량을 84MJ로 하여, 측정장치(Konica Minolta CM-2500d, Illuminant D65, 10 Degree Observer)를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 흑판 온도(Black panel temperature)는 89±3℃, 챔버 에어 온도(Chamber air temperature)는 62±3℃조건으로 실험하였다.

테스트 항목	측정 결과
△L	-0.54
△a	-0.42
△b	1.60
△E	1.74

<표 2>에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩은 △E 값이 1.74로서, 통상적으로 변색이 되지 않는 범위인 △E 값 2.0보다 낮은 수치를 보이며, 열가소성 탄성체 수지 조성물에 포함된 올레핀 중합체 및 광안정제의 영향에 의하여 상기 특성을 보인다. 종래의 분쇄형 재료로는 상기 내광성을 구현하기는 매우 힘들다고 할 것인 바, 종래의 재료를 사용한 것과는 다르게, 좀처럼 변색되지 않는 인조잔디를 구현할 수 있다.

즉, 본 발명에 의하면, 종래의 인조잔디 탄성체 칩과 비교하여 우수하거나 유사한 특성을 가지면서도, 중금속이나 유해물질이 검출되지 아니하며, 내광성이 우수하여 쉽게 변색되지 아니하는 탄성체 칩을 제공한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1은 본 발명에 의한 인조잔디용 탄성체의 입자 형상을 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 의한 인조잔디용 탄성체의 제조방법을 나타낸 순서도

Claims

열가소성 탄성체 수지 조성물에 의하여 제조되는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩에 있어서,

상기 열가소성 탄성체 수지 조성물은

스티렌계 블록 공중합체와;

상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 있어서,

올레핀 중합체 10 내지 80중량부와;

파라핀계, 나프텐계, 아로마틱계 중 적어도 하나로 이루어진 프로세스 오일 30 내지 500중량부와;

충진제 80 내지 600중량부와;

수지안정제 및 안료 1 내지 10중량부를 포함하여 이루어지며,

쇼어-A 경도가 20 내지 80, 인장강도가 10 내지 100kg/cm²인 것을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩.
제1항에 있어서,

상기 스티렌계 블록 공중합체는 폴리-부타디엔 중합체(SEBS), 스티렌 부타디엔 스티렌 중합체(SBS), 폴리-이소프렌 중합체(SEPS), 수소화 폴리-이소프렌/부타디엔 중합체(SEEPS), 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS) 중 적어도 하나인 것 을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩.
제1항에 있어서,

상기 열가소성 탄성체 칩은 EPDM을 더 포함하며,

상기 EPDM은 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 있어서 1 내지 100중량부인 것을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩.
제1항에 있어서,

상기 충진제는 탄산칼슘, 활석, 운모 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩.
제1항에 있어서,

상기 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩은 원형 또는 타원형의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩은 직경 0.5 내지 3.0mm의 크기인 것을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩.
열가소성탄성체를 사용한 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조 방법에 있 어서,

제1차 원료로서 스티렌계 블록 공중합체를 배합기에 투입하고, 60 내지 120℃ 온도에서 1 내지 10분간 예열하는 제1차 원료투입단계와;

상기 제1차 원료를 상기 배합기에서 혼합하면서 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 파라핀계, 나프텐계, 아로마틱계 중 적어도 하나로 이루어진 프로세스 오일 30 내지 500중량부를 투입하여 20 내지 100rpm의 교반속도로 1 내지 20분 동안 교반하는 교반단계와;

올레핀 중합체, 충진제, 수지안정제 및 안료를 포함하는 제2차 원료를 투입하여 교반하되,

상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 있어서,

상기 올레핀 중합체는 10 내지 80중량부,

상기 충진제 80 내지 600중량부;

상기 수지안정제 및 안료 1 내지 10중량부를 포함하는 상기 제2차 원료를 상기 배합기에 투입하고 교반하는 제2차 원료투입단계와;

상기 제1차 원료 및 제2차 원료를 포함하는 혼합물을 압출기를 사용하여 120 내지 280℃ 온도에서 압출하여 성형하는 압출성형단계와;

상기 압출성형단계와 동시에 압출 성형된 상기 배합물을 냉각하고 직경 0.5 내지 3.0mm의 크기로 절단하는 절단단계를 포함하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 스티렌계 블록 공중합체는 폴리-부타디엔 중합체(SEBS), 스티렌 부타디엔 스티렌 중합체(SBS), 폴리-이소프렌 중합체(SEPS), 수소화 폴리-이소프렌/부타디엔 중합체(SEEPS), 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 충진제는 탄산칼슘, 활석, 운모 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 압출성형단계는 교반 속도를 100 내지 300rpm로 하여 수행되는 것을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 제1차 원료는 EPDM을 더 포함하며, 상기 EPDM은 상기 스티렌계 블록 공중합체 100중량부에 대하여 1 내지 100중량부인 것을 특징으로 하는 인조잔디용 열가소성 탄성체 칩의 제조방법.