폐타이어를 활용하여 제조한 고무매트의 물리적 화학적 특성에 관한 연구

Abstract

폐타이어를 출발물질로 하여 제조한 고무매트의 유해중금속 함유량 분석 및 자연노출 시간에 따른 충격흡수성능을 평가 하였다. 고무매트의 상부층과 하부층의 납(Pb), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 6가 크로뮴(Cr6+), 4종의 유해중금속 함유량 분석은 ICP-OES, AAS 수은전용 분석기, UV-Vis spectrophotometer를 이용하였다. 분석결과 폐타이어 고무칩만을 사용한 하부층에서는 납(Pb)이 5 mg/kg으로 소량 검출되었으나 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 6가 크로뮴(Cr6+)은 검출되지 않았다. 무기 안료를 사용하여 고무칩을 녹색, 적색, 청색, 황색으로 착색시킨 상부층에서는 납(Pb)이 평균 19 mg/kg 검출되었으나 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 6가 크로뮴(Cr6+)은 검출되지 않았다. 이는 무기 안료의 색상발현 및 자외선에 의한 변색 방지를 위해 납(Pb)이 안정제로 사용된 것으로 보이나, 고무매트의 안전인증기준인 납(Pb) 300 mg/kg이하에는 적합하였다. 한편 고무매트는 고무 재질의 특성상 시간이 지남에 따라 충격흡수성능이 일반적으로 저하된다. 따라서 자연노출에 따른 고무매트의 충격흡수성능 변화 특성을 알아보기 위하여 두께 50 mm, 75 mm, 95 mm, 3종의 고무매트를 옥외에서 자연노출 시킨 후, 3축 가속도계가 부착된 머리모형을 자유 낙하시켜 가속도 값과 그 지속시간을 측정하여 머리상해값(HIC, Head Injury Criterion)을 계산하였다. 각 높이에서의 머리상해값(HIC)의 최대값을 최소자승법(Method of Least Squares)을 이용하여 머리상해값(HIC) 1000에 해당하는 높이인 한계하강높이(CFH, Critical Fall Height)를 산출하고 이를 충격흡수성능 지표로 사용하였다. 측정결과 50 mm 두께의 고무매트의 경우, 노출 4개월 동안 한계하강높이가 약 4.8 % 감소하여 초기 성능 감소폭이 켰고, 이후 8개월 동안은 동일한 성능을 유지하다가 12개월 후 약 1.7 % 감소하여 감소폭이 적었다. 이에 반하여 95 mm 두께의 고무매트의 경우, 노출 초기인 4개월 동안의 한계하강높이는 약 1.0 % 정도로 소폭 감소 하였으나, 8개월 후에는 약 3.3 %, 그리고 12개월 후는 약 4.0 % 감소하여 시간이 지남에 따라 충격흡수성능의 감소폭이 컸다. 75 mm 두께의 고무매트의 경우, 노출 4개월 동안의 한계하강높이는 약 2.4 % 감소하였고, 8개월 후에는 약 3.0 %, 그리고 12개월 후는 약 1.9 % 감소하여, 다른 두께의 고무매트에 비해 일정하게 충격흡수성능이 감소하였다. 이와 같이 고무매트의 두께 및 노출 시간에 따른 충격흡수성능의 감소 특성을 확인 할 수 있었으며, 이를 통하여 충격흡수성능 요건에 적합한 고무매트의 수명을 예측할 수 있게 되어 유지관리 뿐 아니라 추락으로 인한 안전사고 감소에 도움이 될 것으로 보인다.; This study was conducted in order to analyze hazardous heavy metal contents of the rubber mat made from waste tires and evaluate the shock absorption performance in accordance with the natural exposure. The contents of lead (Pb), cadmium (Cd), mercury (Hg) and hexavalent chromium (Cr 6+) in the upper and lower layer of the rubber mat were analyzed by using Inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), Atomic absorption spectrometry(AAS) mercury analyzer and UV-Vis spectrophotometer. As a result of analysis, 5 mg/kg of lead was detected in the lower layer using only the rubber chips of the waste tire, but cadmium (Cd), mercury (Hg) and hexavalent chromium (Cr 6+) were absent. In the upper layer, in which the rubber chips are colored with green, red, blue, and yellow using inorganic pigments, an average of 19 mg/kg of lead(Pb) was detected, but cadmium (Cd), mercury (Hg) and hexavalent chromium (Cr 6+) were absent. It seems that lead(Pb) was used as a stabilizer to prevent discoloration by ultraviolet rays on inorganic pigments, but it was suitable for safety certification standard(lead(Pb) do not exceed 300 mg/kg) of rubber mat. In general, rubber mats are hardened over time due to the characteristics of materials, and their impact absorption performance is deteriorated. Therefore, 50 mm, 75 mm, and 95 mm thick rubber mats were exposed to the outside in order to understand the characteristics of impact absorption performance according to natural exposures, and acceleration value and duration were measured by free fall of head form with 3-axis accelerometer. Based on this, head injury criterion(HIC) value is calculated and the critical fall height(CFH), which is the height corresponding to the head injury criterion(HIC) value 1000, was used as the shock absorption performance index. As a result of measures, in the case the rubber mats of 50 mm thickness, the critical fall height(CFH) decreased by about 4.8 % during the 4 months exposure period and during the next 8 months, the same performance was maintained. After 12 months, the decrease was about 1.7 %. On the other hand, for the 95 mm thick rubber mats, the critical fall height(CFH) decreased by just about 1.0 % over the 4 months of exposure. and it decreased by about 3.3 % after 8 months and by about 4.0 % after 12 months, and the decrease in shock absorption performance was greater with exposure time. The 75 mm thick rubber mat showed a 2.4 % reduction in critical fall height over the 4 months of exposure, and It decreased about 3.0 % after 8 months, and about 1.9 % after 12 months. Compared to rubber mats with different thicknesses, the impact absorption performance was reduced constantly. As a result, it was confirmed that the rubber mats had a reduced impact absorption performance depending on the thickness and the exposure time. The result shows that it is possible to predict the replacement timing of the rubber mat to meet the shock absorbing performance requirements, which will help to reduce safety accidents.