KR0177363B1 - 폴리에스터 지오-그리드의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)의 제조 방법에 관한 것으로서, 제조 공정이 간단하고 강력, 모듈러스 등의 물성 및 내UV성, 내알카리성 등의 내후성이 우수한 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)의 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에서는 폴리에스터 지오-그리드를 제조함에 있어서, 방사단계에서 발수제를 처리하고 방사속도 400-500m/min로 방사한 후, 연신비 5.5-6.0으로 연신하여 폴리에스터 필라멘트를 제조한 후, 경·위사의 전체 데니아가 3만-5만 데니아가 되게하여 지오-그리드 생지를 제조한 다음, 후가공 공정으로 폴리염화비닐수지의 고형분이 지오-그리드 생지 대비 80-120중량%가 되도록 폴리염화비닐수지 용액을 도포하여 제조함을 특징으로 한다.
본 발명에서 제조되는 지오-그리드는 직립식 응벽보강, 경사면 보강, 연약지반 보강 등에 사용하며, 그 밖에 고속도로, 항만, 공장부지, 흙댐, 산사태 방지 등 넓은 용도로 사용할 수 있다.

Description

[발명의 명칭]
폴리에스터 지오-그리드의 제조방법
[발명의 상세한 설명]
[발명의목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 폴리에스터(Geo-Grid)의 제종 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사 단계에서 발수제를 처리한 고강력 고모듈러스(Modulus)의 폴리에스터 사를 소재로 지오-그리드 (Geo-Grid)의 생지를 제조한 후, 후가공 공정을 거쳐 내후성을 향상시킨 지오-그리드(Geo-Grid)의 제종 방법에 관한 것이다.
최근 토목 건축물의 내구성이 강조되는 추세에 따라 지반을 보강하는 여러 가지 방법이 강구되고 있다. 종래에는 주로 자갈, 모래 등의 재료를 지반에 여러층 깔아 지반을 보강하는 방법이 주로 사용되어 왔으나, 이 방법은 재료비, 운반비 및 시공비가 많이드는 단점이 있다.
이런 단점을 해결하기 위해 미국, 일본 등 선진국에서는 지오-신세시스(Geo-Synthesis)를 사용하는 방법의 연구 및 시공이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
지오-신세시스(Geo-Synthesis)는 사용 목적 및 기능에 따라 크게 4가지로 분류할 수 있다.
즉, 지오-텍스타일(Geo-Textile), 지오-멤브래인(Goe-Membrane), 지오-그리드(Geo-Grid), 지오-컴포지트(Geo-Composite)로 분류할 수 있다.
이중 지오-텍스타일(Geo-Textile) 및 지오-멤브래인(Geo-Membrane)은 1970년대 후반부터 연구 및 시공이 활발히 이루어지고 있으나, 지오-그리드(Geo-Grid)는 80년대 중반에 개발되어, 연구가 진행되고 있는 최신기술의 지오-신세시스(Geo-Synthesis)이다. 지오-텍스타일(Geo-Textile) 및 지오-그리드(Geo-Grid)는 주로 연약 지반의 보강, 경사면 안정 등을 위해 사용되는데 지오-그리드(Geo-Grid)는 홀(Hole)을 가지는 형태이므로 제직포 및 부직포 형태의 지오-텍스타일(Geo-Textile)에 비해 재료비가 적게들며, 홀(Hole)을 통한 흙의 관입을 허용함으로써, 지오-그리드(Geo-Grid) 상·하부의 분리현상이 없어 보다 효율적인 보강 기능을 수행하며, 배수기능 또한 우수하다.
이런 지오-그리드(Geo-Grid)의 제조방법이 여러 특허에서 소개되고 있다.
영국공개특허 2,266,540호에서는 폴리에스터 필름을 소재로, 유럽특허(EP)515233호에서는 고밀도 폴리에틸렌 필름을 소재로 X, Y 축방향으로 연신하여 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하는 방법을 기재하고 있는데, 이들 방법은 공정이 까다롭고 연신 공정에서 연신 불균일에 의한 물성이 불균일해질 확률이 높다. 또한 고강력화가 어려워 적층횟수를 많이해야 하며, 따라서 비용이 많이 발생하는 문제점이 있다.
이런 문제점의 해결을 위해 폴리에스터 사로 지오-그리드(Geo-Grid)를 편직물화하는 방법이 소개되 있다. 미합중국등록특허 5,091,247호에서는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)의 내알카리성을 향상시키기 위하여 지오-그리드(Geo-Grid)생지를 발수제로 처리한 후 폴리염화비닐 수지로 코팅하는 방법을 소개하고 있는데, 이 방법은 코팅제와 지오-그리드(Geo-Grid)생지 사이에 발수제가 존재함으로써 접착력을 약화시켜 검단, 포장 및 건설 현장에서 취급시 코팅 약제가 떨어질 수 있으며, 따라서 오염 및 강력 저하의 문제점을 일으킬 수 있는 단점이 있다. 일본공개특허 6-299470호에 소개되고 있는 방법은 필라멘트로 폴리아미드와 폴리에스터의 복합사를 사용하는 방법으로서, 이 방법은 제조 공정이 까다롭고, 비용이 높으며, 고강력화가 어려워 실용화에 문제가 있는 단점이 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명은 상기 종래방법들의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 제조 공정이 간단하고 강력, 모듈러스 등의 물성 및 내UV성, 내알카리성 등의 내후성이 우수한 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)의 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명에서는 지오-그리드를 제조함에 있어서, 먼저 방사단계에서 발수제를 처리하고 방사속도 400 - 500m/min로 방사한 후, 연신비 5.5 - 6.0으로 연신하여 폴리에스터 필라멘트를 제조한 후, 경·위사의 전체 데니아가 3만-5만 데니아가 되게하여 지오-그리드 생지를 제조한 다음, 후가공 공정으로 폴리염화비닐수지의 고형분이 지오-그리드 생지 대비 80 - 120 중량%가 되도록 폴리염화비닐 수지 용액을 도포하여 제조함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 소재로 사용된 폴리에스터사는 단면적에 비해 강력이 높고, 촌벌 안정성이 뛰어나며, 강력 유지 특성이 좋으므로 지오-그리드(Geo-Grid)의 소재로서 적합한데, 특히 지오-그리드(Geo-Grid)는 사용되는 목적이 경사면 및 연약 지반 보강이므로, 물성면에서는 절단 강력이 높고, 초기 모듈러스가 높은 것이 유리하다.
이런 물성을 충족시키기 위해서 본 발명에서는 폴리에스터 원사 제조시, 방사속도 400-500m/min으로 방사한 후, 연속 연신법으로 180℃의 핫 고뎃 롤러(Hot Godet-Roller)를 거쳐, 연신비 5.5-6.0으로 연신하여 고모듈러스, 고강력의 폴리에스터 필라멘트를 제조하며 이를 이용해 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조한다.
상기에서 방사시 방사속도를 400m/min 미만으로 하는 경우에는 방사 토출량이 작으므로 생산량이 적고, 또한 고강력의 폴리에스터 원사를 얻기 어려우며, 500m/min를 초과하는 경우에는 모듈러스가 낮아지는 문제점이 있다. 또한 연신비 5.5 미만에서는 고강력 폴리에스터 원사를 얻기 어려운 문제가 있으며, 6.0을 초과하는 경우에는 과다한 연신에 의해 사절현상이 빈발하여 작업성이 낮아지는 문제점이 있다.
한편, 본 발명에서는 방사 공정의 오일링(oiling) 단계에서 섬유 다발내에 실리콘계의 에멀젼 발수제를 적당량 첨가하여 침투시킴으로써, 후공정에서 도포한 수지의 탈락 방지와 그로인한 내알카리성을 향상시킨다. 즉, 발수제 5-10중량% 수용액을 방사유제와 중량비 1 : 1 로 혼합하여, 에멀젼 피크업(emulsion peak up)이 8중량%/owf가 되게 처리한다. 이때 발수제를 너무 많이 첨가하면 후가공에서 도포한 수지와 폴리에스터 섬유와의 접착력이 떨어져 장시간, 과하중의 경우에는 도포한 수지가 탈락할 우려가 있다.
상기 방법으로 폴리에스터 원사를 제조한 후, 10.0g/d의 원사를 전체 데니아가 3만-5만 데니아가 되게 하여 경·위사로 사용하여 지오-그리드 생지를 제조한 후, 후가공 공정을 거쳐 내후성 (내UV성, 내알카리성) 및 형태 안정성을 향상시킨다.
후가공 공정에서 사용되는 수지로는 폴리염화비닐, 폴리올레핀, 아크릴 라텍스, 폴리아미드 등이 사용될 수 있는데, 그 중에서도 특히 폴리염화비닐 수지가 내알카리성 및 형태 안정성이 뛰어나다고 알려져있다. 수지의 도포 방법으로는 침적법, 코팅법, 노즐(Nozzle)분무법 등이 사용될 수 있으며, 도포량은 지오-그리드 생지에 대해서 80 -120 중량%의 고형분을 가지도록 처리한다. 이렇게하여 수지로 처리된 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)는 경·위사의 접합부에서 밀림현상이 없어, 형태 안정성이 뛰어나고 폴리에스터 섬유의 약점인 내알카리성이 현저히 향상되어 분위기가 강알카리인 콘크리트 내부에서도 보강재로 사용될 수 있다.
상기에서 수지 고착량이 80 중량% 미만인 경우에는 경·위사의 접합부에서 밀림현상이 발생하여 형태 안정성이 떨어지고 내알카리성이 떨어지며, 120 중량% 초과시에는 수지 도포량에 비해 내알카리성의 효율이 떨어져, 비용의 상승으로 상용화가 어렵게 된다.
또한, 후가공 공정에서 폴리염화비닐 수지를 도포시에는 수지 용액내에 수지에 대해 3-8 중량%의 카본 블랙을 혼합하여 처리함으로써 내UV성을 더욱 향상시킬 수 있는데, 만일 카본블랙을 3 중량% 미만으로 첨가하면 내UV성이 떨어지게 되며, 8 중량%를 초과하여 첨가하면 카본 블랙의 양이 너무 많아져 수지 용액내에서 분산이 불균일해짐으로 인해 도포 공정후에 외관이 불량해지고 도포된 수지가 탈락하는 문제가 생기게 된다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 통해 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
방사속도 450m/min로 방사하고 연신비 6.0으로 180℃의 핫 롤러(Hot Roller)에서 연속 연신법으로 연신하여 10.0g/d급의 폴리에스터 필라멘트를 제조한 후, 경·위사의 전체 데니아가 3만 데니아가 되도록 하였다. 이 때 상기 방사시 발수제 (상품명 : Ethomid 015, Armour Chem Co, 실리콘, 메틸부틸케톤, 지르코닐 아세테이트(Zirconyl Acetate), 트리아존 레진(Triazone Resine)의 혼합물) 7중량% 수용액을 에멀젼계 방사유제와 중량비 1 : 1로 혼합하여, 에멀젼 피크 업(emulsion peak up)이 8중량%/owf가 되게하였다. 홀(Hole) 크기를 25mm×25mm가 되게하여 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)의 생지를 제조한 후 생지 중량 대비 120중량%의 고형분이 부착되도록 침적법을 이용하여 폴리염화비닐 수지를 도포하였다. 이때 폴리염화비닐 수지내에 혼합되는 카본 블랙은 폴리염화비닐 수지용액에 대해 8중량%가 되게하였다.
상기와 같은 방법으로 폴리에스터 지오-그리드를 제조한 후, 각종 물성을 측정하여 그 결과를 다음 표2에 나타내었다.
물성 측정시 내알카리성은 NaOH 30%, 60℃의 수용액에서 지오-그리드(Geo-Grid)를 함침시킨후, 120시간 경과시켜 강력 보유율로 평가하였는데, 강력보유율은 다음과 같은 방법에 의해 구하였다.
강력보유율 = (처리후 시료의 강력 / 처리전 시료의 강력)×100
한편, 내UV성은 72-73℃의 온도에서 280-315nm의 UV를 20일간 조사한 후 상기와 같은 방법의 강력 보유율로 평가하였다. 이렇게 하여 경사 방향 모듈러스는 330kg/mm2, 강력은 10.2톤/미터, 내알카리성은 93%, 내UV성은 93%를 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
[실시예 2]
부착된 수지 고형분이 80중량%가 되게하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사 방향 모듈러스가 325kg/mm2, 강력은 10.1톤/미터, 내알카리성은 89%, 내UV성은 93%을 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
[실시예 3]
카본 블랙의 양이 수지에 대해 3중량%가 되게하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사 방향 모듈러스가 330kg/mm2, 강력은 10.2톤/미터, 내알카리성은 93%, 내UV성은 90%을 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
[비교예 1]
방사속도가 350m/min가 되게하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사방향 모듈러스는 320kg/mm2, 강력은 8.0톤/미터, 내알카리성은 93%, 내UV성은 93%를 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
실시예 1-3 에서는 강력이 10톤/미터 이상이나, 방사 속도 350m/min에서는 8톤/미터 수준으로 약 20% 정도의 강력 저하가 있음을 알 수 있었다.
[비교예 2]
방사속도가 600m/min가 되게 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사방향 모듈러스는 280kg/mm2, 강력은 9.6톤/미터, 내알카리성은 93%, 내UV성은 93%를 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
실시예 1-3에서는 모듈러스가 325kg/mm2이상인 수준이나 방사속도 600m/min에서는 모듈러스가 280kg/mm2로서 저하됨을 알 수 있었다.
[비교예 3]
연신비가 5.0이 되게 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사방향 모듈러스는 295kg/mm2, 강력은 1.7톤/미터, 내알카리성은 93%, 내UV성은 93.5%를 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
실시예 1-3에 비하여 모듈러스 및 강력이 낮아 비효율적이었다.
[비교예 4]
연신비가 6.3이 되게 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사방향 모듈러스는 340kg/mm2, 강력은 11.0톤/미터, 내알카리성은 93%, 내UV성은 93%를 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
이때 방사 작업성은 82%로 매우 저조하였다.
[비교예 5]
부착된 수지 고형분이 140중량%가 되게 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사 방향 모듈러스는 335kg/mm2, 강력은 10.3톤/미터, 내알카리성은 93.5%, 내UV성은 93%를 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
실시예 1-3에 비해 내알카리성은 크게 차이가 없으나, 부착된 수지 고형분이 많아 비용이 높아지는 문제가 있었다.
[비교예 6]
부착된 수지 고형분이 70중량%가 되게 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사방향 모듈러스는 320kg/mm2, 강력은 10.0톤/미터, 내알카리성은 82%, 내UV성은 93%를 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
실시예 1-3에 비해 내알카리성이 취약하며, 접합부에서 밀림 현상이 발생하여, 형태 안정성이 떨어졌다.
[비교예 7]
수지 용액에 대한 카본 블랙의 양을 1.5중량%가 되게 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사방향 모듈러스는 330kg/mm2, 강력은 10.2톤/미터, 내알카리성은 93%, 내UV성은 81%를 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
실시예 1-3에 비해 물성은 유사한, 내UV성이 떨어지는 문제가 있었다.
[비교예 8]
수지 용액에 대한 카본 블랙의 양을 10중량%가 되게 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사방향 모듈러스는 330kg/mm2, 강력은 10.2톤/미터, 내알카리성은 93%, 내UV성은 93.5%를 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
카본 블랙의 양이 많아, 수지 용액내에서 분산이 불균일해졌고, 따라서 도포 공정후에 외관 불량 및 도포된 수지의 탈락이 발생했다.
[비교예 9]
발수제를 처리하지 않은 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 사용하여 경사방향 모듈러스는 330kg/mm2, 강력은 10.2톤/미터, 내알카리성은 82%, 내UV성은 93%을 갖는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
실시예 1-3에 비해 물성은 유사하나, 내알카리성이 다소 떨어지는 문제가 있었다.
[비교예 10]
실시예1에서 발수제의 농도를 15중량%가 되게 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서의 제조 조건을 다음 표1에, 물성 측정 결과를 다음 표2에 정리하여 나타내었다.
또한, 실시예1 및 비교예9, 10에서 만든 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)의 경·위사 스트립(Stripe)을 각가 100회 벤딩(Bending) 한후 내후성을 측정하여 그 결과를 다음 표3에 나타내었다. 그 결과 실시예1에서 제조한 경·위사 스트립(Stripe)은 벤딩(Bending) 후에도 내알카리성 및 내UV성이 각각 90, 91%로 장시간 과하중에 의해서도 수지의 탈락이 거의 없었으나, 발수제의 농도가 15중량%일 때는 벤딩(Bending)후 부착된 수지가 탈락하여 내후성이 현저히 저하하였다.
[발명의 효과]
본 발명에 의해 얻어지는 폴리에스터 지오-그리드(Geo-Grid)는 경사방향으로 미터당 절단강력 8.5-10.5톤/미터, 모듈러스(10%의 신장에서) 0.3-0.36톤/mm 의 물성을 나타낸다.
또한, 내알카리성이 뛰어나 강력 보유율이 85-93% 정도이어서 분위기가 강 알카리인 콘크리트 내부에서도 보강재로도 사용될 수 있으며, 내UV성도 뛰어나 강력 보유율이 85-93% 정도이어서 장시간 야외에 적재해도 강력 저하가 크지않다.
따라서 본 발명에 의해 얻어지는 지오-그리드(Geo-Grid)를 직립식 응벽보강, 경사면 보강, 연약지반 보강 등에 사용할 경우 경비를 크게 절감할 수 있으며, 그밖에 고속도로, 항만, 공장부지, 흙댐, 산사태 방지 등 넓은 용도로 사용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 폴리에스터 지오-그리드를 제조함에 있어서, 방사단계에서 발수제를 처리하고 방사속도 400-500m/min로 방사한 후, 연신비 5.5-6.0으로 연신하여 폴리에스터 필라멘트를 제조한 후, 경·위사의 전체 데니아가 3만-5만 데니아가 되게하여 지오-그리드 생지를 제조한 다음, 후가공 공정으로 폴리염화비닐수지의 고형분이 지오-그리드 생지 대비 80-120중량%가 되도록 폴리염화비닐수지 용액을 도포하여 제조함을 특징으로 하는 폴리에스터 지오-그리드 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 발수제 처리시에는 발수제 5-10중량% 수용액을 방사유제와 중량비 1：1로 혼합하여, 에멀젼 피크업이 8중량%/owf가 되게 함을 특징으로 하는 폴리에스터 지오-그리드 의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 후가공 공정에서 도포되는 폴리염화비닐수지 용액은 폴리염화비닐 수지내에 수지대비 3-8중량%의 카본블랙을 혼합하여 제조함을 특징으로 하는 폴리에스터 지오-그리드의 제조방법.
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