공원 산책로 및 관광지의 포장재로서 목재 칩-우레탄 수지 혼합물의 연구 및 상업화가 진행 중에 있다. 본 연구에서는 활발한 몸동작이 일어나는 놀이터에서 이러한 포장재의 이용을 확대하기 위한 방안을 강구하고자 하였다. 이를 위해, 목재 칩 (10mm 체를 통과하고 3mm 체에 남는 것)의 일부 또는 전부를 톱밥으로 대체한 목질 포장재의 물리적 성질 및 안전성을 실험에 의해 검토하였다. 우레탄 수지, 톱밥 및 목재 칩의 혼합비를 변화시켜 인장 강도, 휨강도, 탄성계수, 미끄럼 저항성, 충격 흡수성, 중금속 함량 및 용출 시험을 실시하였다. 그 결과, 톱밥과 목재 칩의 총 질량에 대한 수지의 질량비가 1.0 및 1.2이고, 톱밥과 목재 칩의 총 질량에 대한 톱밥의 질량비가 0~0.4인 시험체의 경우, KS F 3888-2의 표준을 대체로 만족함으로써 놀이터 등에서의 이용 가능성을 확인하였다. 그러나 목질 재료로 톱밥만을 사용한 경우에는 충격 흡수성이 기준치를 밑돌고, 규정된 인장 강도를 확보하기 위해서 톱밥과 수지의 질량비는 1.2 이상을 필요로 하는 것으로 나타났다.
공원 산책로 및 관광지의 포장재로서 목재 칩-우레탄 수지 혼합물의 연구 및 상업화가 진행 중에 있다. 본 연구에서는 활발한 몸동작이 일어나는 놀이터에서 이러한 포장재의 이용을 확대하기 위한 방안을 강구하고자 하였다. 이를 위해, 목재 칩 (10mm 체를 통과하고 3mm 체에 남는 것)의 일부 또는 전부를 톱밥으로 대체한 목질 포장재의 물리적 성질 및 안전성을 실험에 의해 검토하였다. 우레탄 수지, 톱밥 및 목재 칩의 혼합비를 변화시켜 인장 강도, 휨강도, 탄성계수, 미끄럼 저항성, 충격 흡수성, 중금속 함량 및 용출 시험을 실시하였다. 그 결과, 톱밥과 목재 칩의 총 질량에 대한 수지의 질량비가 1.0 및 1.2이고, 톱밥과 목재 칩의 총 질량에 대한 톱밥의 질량비가 0~0.4인 시험체의 경우, KS F 3888-2의 표준을 대체로 만족함으로써 놀이터 등에서의 이용 가능성을 확인하였다. 그러나 목질 재료로 톱밥만을 사용한 경우에는 충격 흡수성이 기준치를 밑돌고, 규정된 인장 강도를 확보하기 위해서 톱밥과 수지의 질량비는 1.2 이상을 필요로 하는 것으로 나타났다.
Research and commercialization of wood chips-urethane resin mixtures as paving materials for park trails and tourist attractions are underway. The aim of this study was to expand the use of such paving materials to the playgrounds, where vigorous physical movements occur frequently. For this purpose...
Research and commercialization of wood chips-urethane resin mixtures as paving materials for park trails and tourist attractions are underway. The aim of this study was to expand the use of such paving materials to the playgrounds, where vigorous physical movements occur frequently. For this purpose, the physical properties and safety of the paving material, in which some or all of the wood chips(passing through a 10mm sieve and remaining in a 3mm sieve) were replaced with sawdust, were studied experimentally. Strength, elastic modulus, slip resistance, shock absorption and heavy metal content tests were carried out by varying the mixing ratio of urethane resin, sawdust and wood chip. As a result, in the case of wood chip-resin mixtures with mass ratios of the resin to total mass of sawdust and wood chips of 1.0 and 1.2 and having a ratio of sawdust mass to total mass of sawdust and wood chips of 0-0.4, it was found that the properties satisfied KS F 3888-2. On the other hand, in case of using sawdust only as a woody material, the shock absorbability was below standard, and the mass ratio of resin to sawdust required 1.2 or more to ensure the specified tensile strength.
Research and commercialization of wood chips-urethane resin mixtures as paving materials for park trails and tourist attractions are underway. The aim of this study was to expand the use of such paving materials to the playgrounds, where vigorous physical movements occur frequently. For this purpose, the physical properties and safety of the paving material, in which some or all of the wood chips(passing through a 10mm sieve and remaining in a 3mm sieve) were replaced with sawdust, were studied experimentally. Strength, elastic modulus, slip resistance, shock absorption and heavy metal content tests were carried out by varying the mixing ratio of urethane resin, sawdust and wood chip. As a result, in the case of wood chip-resin mixtures with mass ratios of the resin to total mass of sawdust and wood chips of 1.0 and 1.2 and having a ratio of sawdust mass to total mass of sawdust and wood chips of 0-0.4, it was found that the properties satisfied KS F 3888-2. On the other hand, in case of using sawdust only as a woody material, the shock absorbability was below standard, and the mass ratio of resin to sawdust required 1.2 or more to ensure the specified tensile strength.
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문제 정의
그러나 이 재료를 격렬한 몸동작이 수반되는 생활 체육 시설이나 어린이 놀이터 등의 바닥재로서 확대 사용하기 위해서는 표면의 거칠기를 어느 정도 완화시킬 수 있는 보완책이 필요하며, 이를 위해 톱밥을 섞어 사용하는 방법이 하나의 대안이 될 수 있다고 생각된다. 그래서 본 연구에 서는 목재 칩의 일부 또는 전체를 톱밥으로 대체 사용하고 우레탄 바인더를 사용하여 경화시킨 탄성 포장재의 특성 및 유해 중금속 함량을 검토하고자 하였다. 이를 위해 우레탄 수지와 톱밥 및 목재 칩의 혼합비율에 따른 혼합시험과 또 경화 후의 인장강도, 휨강도, 탄성계수, 미끄럼 저항성, 충격 흡수성 및 중금속 함량을 시험하고 생활 체육용 탄성 포장재에 관한 규격의 규정과 비교 고찰하였다.
제안 방법
시험편을 성형한 다음 2주 동안 실내에서 보관하였으며, 그 후 Table 2와 같이 인장강도, 휨강도, 미끄럼 저항값(BPN : British Pendulum Number), 탄성계수 및 충격 흡수성을 시험하였다.
그래서 본 연구에 서는 목재 칩의 일부 또는 전체를 톱밥으로 대체 사용하고 우레탄 바인더를 사용하여 경화시킨 탄성 포장재의 특성 및 유해 중금속 함량을 검토하고자 하였다. 이를 위해 우레탄 수지와 톱밥 및 목재 칩의 혼합비율에 따른 혼합시험과 또 경화 후의 인장강도, 휨강도, 탄성계수, 미끄럼 저항성, 충격 흡수성 및 중금속 함량을 시험하고 생활 체육용 탄성 포장재에 관한 규격의 규정과 비교 고찰하였다.
인장강도 시험은 성형된 시험편을 원형 톱으로 폭 30mm, 길이 400mm의 크기로 절단한 다음 UTM에 의해 최대인장력 10kN으로 스케일을 조정한 후 실시하였으며, 인장강도는 3개의 시험체에 대한 시험값의 평균으로 나타냈다. 휨강도 시험은 시험기의 지간을 120mm로 조정한 다음 중앙점에서 하중을 재하 하였으며, 각 3개 의 시험편에 대한 평균값으로 휨강도를 나타냈다.
중금속 함량은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰 하여 납, 카드뮴, 육가크롬, 수은 등 중금속 4종류에 대하여 분석하였으며, 중금속 용출량은 납, 카드뮴, 구리, 니켈 및 아연에 대하여 자체시험으로 실시하였다. 이때 용출시험은 다음 순서로 진행하였다.
탄성계수 측정에는 낙하추, 고무완충기, 로드셀, 변위 계 및 데이터 출력장치 등으로 구성되는 LFWD(Light Falling Weight Deflectometer)를 사용하고, 낙하추 무게 98N, 낙하높이 60mm, 재하판 지름 300mm의 조건으로 시험하였으며, 각각 10회씩 시험하였다. 탄성계수는 최 대 하중과 최대 처짐을 사용하여 식(1)에 의해 구했으며, 포아슨 비 v는 0.
대상 데이터
목질 재료의 결합재로서 탄력성과 내충격성이 우수한 우레탄 수지를 선정하고, K사의 1액 상온 습기 경화형 으로 점도 2500cps, 밀도 1.05g/cm3 및 불휘발분 93.5% 의 제품을 사용하였다.
재료 배합비는 예비시험을 통해 믹서에서의 믹싱이 원활한 혼합비율을 검토한 후 Table 1에 나타낸 바와 같 이 목질 재료로서 톱밥만을 사용한 Series 1의 배합과, 목재 칩과 함께 톱밥을 일부 사용한 Series 2의 배합을 선정하였다. Series 1에서 톱밥에 대한 수지의 질량비는 1.
이론/모형
영국식 미끄럼 저항 시험기(British Pendulum Tester) 를 사용하고, KS F 2375 (노면의 미끄럼 저항성 시험 방 법)[7]에 따라 시험하였으며, 한 곳에서 10회씩 측정한 결과의 평균값으로 미끄럼 저항값(BPN)을 나타냈다
성능/효과
(1) 목질 재료로서 목재 칩과 톱밥을 사용할 때, 목질 재료에 대한 수지의 질량비 1.0 이상 및 목질 재료에 대한 톱밥의 질량비 0.4 이하인 시험체는 KS F 3888-2의 포설형 탄성 포장재에 대한 인장 강도 및 충격 흡수성 기준을 만족하며, 미끄럼 저항성 또한 우수한 것으로 나타났다.
(2) 목질 재료로서 톱밥만을 사용한 시험체는 충격 흡수성이 포설형 탄성 포장재에 대한 기준에 미치지 못하였으며, 소요의 인장강도를 얻기 위하여 요구되는 톱밥에 대한 수지의 질량비는 1.2 이상으로 경제성 측면에서 불리한 것으로 나타났다.
(3) 톱밥-수지 시험체 및 목재 칩-수지 시험체에 대한 중금속 함량 시험에서 납, 카드뮴, 육가크롬 및 수은 등 중금속 4종류는 검출되지 않았다. 다만 중금속 용출 시험에서는 납, 카드뮴, 구리, 니켈 및 아연이 소량 검출되었으나 허용기준과 비교할 때 매우 적은 양으로 실용상 문제가 없는 것으로 판단된다.
결국 톱밥과 수지를 사용한 경우 평지에서의 미끄럼 저항성에 대한 국내외의 규정을 만족하며, 목재 칩과 톱밥을 사용한 경우는 미끄럼 저항성이 보다 더 우수한 것으로 판단된다.
충격 흡수성에 대한 기준으로 KS F 3888-2에서는 실 외 체육 시설의 탄성 포장재 중 트랙용의 경우 35∼50% 로 규정하고 있으며, 트랙 이외에 다목적용으로 5종(포 설형 탄성 포장재), 6종(포설 위 우레탄 수지 탄성 포장 재), 7종(시트 위 우레탄 수지 탄성 포장재) 및 9종(시트 형 탄성 포장재)의 경우는 25∼50%로 규정하고 있다 (Table 4 참조). 따라서 이 기준을 적용할 때 목질 재료로서 톱밥만을 사용한 경우는 규정을 만족하지 못하며, 목질 재료로서 목재 칩을 단독으로 사용하거나 또는 목재 칩과 톱밥을 함께 사용하는 경우는 다목적용 탄성 포 장재의 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 다만 충격 흡수성은 같은 종류의 포장재라 하더라도 배합이나 포장재 의 두께 등에 따라서도 변화하는 것으로 알려져 있으며 [13], 실제의 시공 조건을 고려한 탄성 흡수성의 평가가 필요한 것으로 판단된다.
KS F 3888-2에서는 실외 체육 시설의 탄성 포장재의 납, 카드뮴, 육가크롬 및 수은 등 중금속 4종류의 함량 허용기준을 제시하고 있으며(Table 5 참조), 구리, 니켈, 아연을 포함한 14종류의 중금속에 대한 용출량 허용기준을 정하고 있다. 이 기준에 의할 때 톱밥-수지 혼합 시험체 또는 목재 칩-톱밥-수지 혼합 시험체는 KS의 중금속 허용 기준을 만족하며, 또한 구리, 니켈, 아연에 대한 용출 기준을 만족하고 있음을 알 수 있다. 다만 본 시험에서 포함시키지 않은 알루미늄 등 나머지 11종류에 대해서는 추가적인 용출 시험을 필요로 한다.
중금속 함량 측정 결과 납, 카드뮴, 육가크롬 및 수은은 기기의 측정 범위 이하로서 검출되지 않았으며, 용출 시험에서는 납, 카드뮴, 구리 및 니켈이 미량 검출되었다.
후속연구
(4) 목질 포장재는 그 특성 상 고무 제품을 대상으로 정한 KS F 3888-2의 신장률 기준을 만족하기 어려우며, 여기서 검토되지 않은 포장재의 수직방향 변형량 및 기타의 중금속에 대한 용출 시험 등과 함께 포장재의 표면상태 등을 평가하기 위한 계속적인 연구가 필요하다고 생각된다.
이 기준에 의할 때 톱밥-수지 혼합 시험체 또는 목재 칩-톱밥-수지 혼합 시험체는 KS의 중금속 허용 기준을 만족하며, 또한 구리, 니켈, 아연에 대한 용출 기준을 만족하고 있음을 알 수 있다. 다만 본 시험에서 포함시키지 않은 알루미늄 등 나머지 11종류에 대해서는 추가적인 용출 시험을 필요로 한다. 또한 우레탄 수지 속의 프탈레이트계 가소제의 함량에 대한 추가검토도 필요한데, 탄성 포장재의 실제 시공에 있어서는 유해성 논란이 야기되지 않도록 프탈레이트계 가소제를 포함하지 않는 수지 제품을 선정 사용하는 것이 보다 바람직해 보인다.
다만 본 시험에서 포함시키지 않은 알루미늄 등 나머지 11종류에 대해서는 추가적인 용출 시험을 필요로 한다. 또한 우레탄 수지 속의 프탈레이트계 가소제의 함량에 대한 추가검토도 필요한데, 탄성 포장재의 실제 시공에 있어서는 유해성 논란이 야기되지 않도록 프탈레이트계 가소제를 포함하지 않는 수지 제품을 선정 사용하는 것이 보다 바람직해 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
결합재로 사용되는 우레탄 수지의 특징은?
합성고무 가운데 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)은 내후성이 우수하나 비교적 고가이기 때문 에 현재 EPDM과 비닐 등의 부산물을 섞어서 만든 것이 많이 사용되고 있고, 우레탄 칩의 경우는 액상 우레탄에 충전재와 안료 등을 혼합한 것이 널리 사용되고 있다. 한편 결합재로서는 일반적으로 우레탄 수지가 사용되는데 이는 사용온도의 범위가 넓고 내충격성이 강하며, 탄력 성이 우수하기 때문이다. 그런데 최근 일부 학교 운동장 의 탄성 포장재에서 기준치를 초과하는 납 성분이 검출 되는가 하면 우레탄 제조에 사용되는 프탈레이트가 유해 한 환경호르몬 물질이라는 점이 알려지면서 프탈레이트 계 가소제의 함량규제가 요구되는 등 제품의 엄격한 관 리의 필요성이 대두되고 있다[3].
목재칩과 우레탄 수지 혼합물을 생활 체육 시설이나 어린이 놀이터에서 사용하기 위해 표면의 거칠기를 완화시킬 수 있는 방법은?
한편 탄성 바닥재와 관련하여 목재 칩과 우레탄 수지 혼합물을 보행자 도로 포장재로 이용하기 위한 연구와 그의 실용화가 진행되고 있으며[5,6] 이러한 보도포장은 버려지고 있는 간벌재 등 폐목재를 칩으로 만들어 활용 함으로써 자원의 유효이용에 기여할 뿐만 아니라 충격흡 수성에 의해 보행에 편안함을 제공하고 주변경관과도 잘 어울리는 쾌적한 환경의 조성에 기여할 수 있다. 그러나 이 재료를 격렬한 몸동작이 수반되는 생활 체육 시설이 나 어린이 놀이터 등의 바닥재로서 확대 사용하기 위해 서는 표면의 거칠기를 어느 정도 완화시킬 수 있는 보완 책이 필요하며, 이를 위해 톱밥을 섞어 사용하는 방법이 하나의 대안이 될 수 있다고 생각된다. 그래서 본 연구에 서는 목재 칩의 일부 또는 전체를 톱밥으로 대체 사용하 고 우레탄 바인더를 사용하여 경화시킨 탄성 포장재의 특성 및 유해 중금속 함량을 검토하고자 하였다.
목재 칩-우레탄 수지 혼합물 포장재의 질량비가 어떠할 때 놀이터 등에서 활용이 가능할 것으로 보이는가?
우레탄 수지, 톱밥 및 목재 칩의 혼합비를 변화시켜 인장 강도, 휨강도, 탄성계수, 미끄럼 저항성, 충격 흡수성, 중금속 함량 및 용출 시험을 실시하였다. 그 결과, 톱밥과 목재 칩의 총 질량에 대한 수지의 질량비가 1.0 및 1.2이고, 톱밥과 목재 칩의 총 질량에 대한 톱밥의 질량비가 0~0.4인 시험체의 경우, KS F 3888-2의 표준을 대체로 만족함으로써 놀이터 등에서의 이용 가능성을 확인하였다. 그러나 목질 재료로 톱밥만을 사용한 경우에는 충격 흡수성이 기준치를 밑돌고, 규정된 인장 강도를 확보하기 위해서 톱밥과 수지의 질량비는 1.
참고문헌 (13)
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EN 14809 : Surfaces for Sports Areas- Determination of Vertical Deformation, 2005.
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