JP4520501B2 - 機能性炭ボード積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は炭の特性をいかした炭ボードの一側に印刷された薄紙又は化学纎維不織布を付着させて美的効果を付与しながらも炭の機能が低下されない特徴がある機能性炭ボード積層体に関する。

一般的に、炭は補修、通気、吸着、蓄熱性を持っているので悪臭、有害ガスを吸着して空気浄化作用はもちろん遠赤外線と陰イオンを放射し、騷音防止、電磁波及び有害波長まで遮断して血液循環と新陳代謝及び心身安定を与える材料として、現在市中では炭の固まりをいくつかずつ容器に入れてコンピュータやテレビの横に又はたんすの中や居室のコーナーにそのままおいて使っているので、美観上良くない。

建築地に埋炭する方法は２０００年以上前の古墳で活用する方法で住居環境に電位を上げ、陰イオンを放出し酸化防止、空気浄化、ガス吸着、湿度調節、遠赤外線放出などで材料と人体に最適な環境が造成される。最近建築内部の場合には床や居室の下に、不織布袋に炭の粉を内装したシートとして壁の中に入れてさわやかな気持ちになるように誘導している。

炭化による炭板製造即ちウッドセラミック方法（日本特開平４−１６４８０６）は一般木炭炭化の時生ずるスプリッティング(Splitting)やツイスティング(twisting)等の問題を解決する方法が開発されたが、この製品は工程が４工程を含む複雑なものであり、フェノール樹脂もたくさん消費される（繊維板の６０−１００％）となる欠点があった。

一方、本出願人が出願して登録された大韓民国登録特許１０−０４８０５３９は多孔質炭素材料である粘土−木材セラミック製造工程を開発して、その工程を２工程に減少させた方法を開発した。

しかし、ウッドセラミックでも粘土木材セラミックでも、建築用で使おうとすれば大面積の板に炭化しなければならないのに、長期間連続式の大面積炭化装置にはおびただしい投資設備と精密度が要求される。

従って、既存の炭化炉や連続式炭化炉を利用して製造された炭やチップ上の炭化物、又は市販される活性炭のパーティクルの大きさを適切に加工及び利用しながら接着剤の影響で炭の機能が落ちないようにして、又ホルマリンと揮発性溶媒によるＶＯＣ問題がなくて、フォーミングと熱圧がよくできて製造された多孔質炭素材料である炭ボードは建築材料として施工きるように十分な強度と表面性を持つように人体親和的住居環境材料として多孔質炭素材料機能性ボード及び炭ボード複合材料製造（ＫＰＡ１０−２００５−０００８２５５）を本出願人が出願した。

しかし、この場合表面の装飾効果や多様な気孔又は製作のための積層体、特に揮発性有機物の吸着や遠赤外線放射能が優秀な積層体については開示されていなかった。日本など先進国ではシックハウス(Sick House)の問題で２００３年７月から建築基準法改訂が適用されるのでホルマリン放出量がゼローに近いＥ０タイプの無ホルマリン内装仕上げ材とＶＯＣ問題を解決始めたし、住宅業界と木材産業界は素早い環境対応をしている。

韓国の環境府によると２０００年国内の室内環境汚染ＶＯＣ濃度は、紙壁紙（３８３３μｇ／ｍ^２ｈ）、各種ペイント、木質材料製造に使われるホルマリン系接着剤などで新築の後３ヶ月以上になった国内建物の室内汚染が６００ｐｐｂで基準値の８倍である事を明らかにした。

従って、建築材料として炭を利用した製品はこのように揮発性有機化合物を浄化させて悪臭を除去し、補修、通気、吸着、蓄熱性を持っていて空気浄化作用はもちろん遠赤外線と陰イオンを放射して騷音防止、電磁波及び有害波長まで遮断する炭の性質をそのまま発現すれば、建築材料として最高の人体親和的材料になるのである。

しかし、コンクリート、セメントが主の国内建築で内装材として炭製品の機能性をいかすためには機能性以外に炭ボードの表面色が黒色なので住居環境資材としての利用度が下がるので装飾性をいかすための複合材料が必要である。

本出願人によって先に出願された薄木の単板を重ねるとか、有孔合板を複合化して建築内装材として活用できるように表面性を良くしたが、これだけで多様な消費者の要求を満足させにくいので、印刷されたパターン薄紙や化学纎維不織布を重ねって、表面性をいかしながら炭ボードの機能性をいかす新しい方法が必要になった。

従って、本発明の目的は、炭ボードの吸着機能など炭の性質と機能をそのまま維持しながら、建築内装材として施工されることができるように炭ボードの外観が美麗な効果を持つように木のパターン紋様を印刷した薄紙や化学纎維不織布等に水性ビニール系接着剤を利用することで、装飾性と加工性及び施工性の便利性と共に炭ボード自体の物性をそのまま維持できる機能性炭ボード積層体を製造する方法を提供することである。

また、本発明は、外観が美麗さと同時に有害物質が放出されない水溶性接着剤を使って特定の条件で加工することで、遠赤外線放出及びガス吸着機能が維持できる機能性炭ボード積層体を製造する方法を提供することである。

前記のような目的を果たすために、本発明は、炭ボードの一側に薄く印刷されたパターン薄紙又は化学纎維不織布を、水溶性接着剤を利用して、特定条件で接着させて見掛けを美麗にさせることと同時に、炭ボードの機能をそのまま維持できるようにする機能性炭ボード積層体を製造した。

本発明で使われる炭ボードは、下記の方法によって製造する。即ち、前記炭ボードは二つの方法によって製造することができる。まず、粒子の大きさが４０〜６０メッシュである炭パーティクルと前記炭パーティクルに対して、ポリビニールアセテートエマルジョンとイソシアネイト系樹脂とを混合した接着剤を混合する。

例えば前記混合接着剤は、ポリビニールアセテートエマルジョン１５重量％と、イソシアネイト系樹脂５重量％とを含む。炭ボードは、接着剤と炭パーティクルとを熱圧しつつ混合することによって製造される。好ましくは、熱圧条件は、互いに異なる３工程に分けて行われる。３工程とは、１次加圧、１次加圧より低い圧力条件の２次加圧、２次加圧より高い圧力の３次加圧である。

本発明の加圧条件は炭パティクルの組職の破壊を防止するために、５〜４０ｋｇｆ／ｃｍ^２の範囲で加圧する。

例えば、１分間３０ｋｇｆ／ｃｍ^２で熱圧する１次加圧、１分３０秒間１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で熱圧する２次加圧、６分間３０ｋｇｆ／ｃｍ^２で熱圧する３次加圧で製造する。このときの熱圧温度は１５０〜２００℃である。前記イソシアネイト系樹脂は一般的に使うイソシアネイト系樹脂なら特別に限定されない。

また、他の方法では、粒子の大きさが６〜１２メッシュの炭パーティクル７重量％、１２〜１８メッシュの炭パーティクル１４重量％、１８〜４０メッシュの炭パーティクル４３重量％、４０〜６０メッシュの炭パーティクル２３重量％、６０〜１００メッシュの炭パーティクル９重量％、１００メッシュ以下の炭パーティクル４重量％を含む炭パーティクル混合物を、ポリビニールアセテートエマルジョン１５重量％、イソシアネイト系樹脂５重量％を含む接着剤と混合する。その混合物を、１分間３０ｋｇｆ／ｃｍ^２で熱圧する１次加圧し、１分３０秒間１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で熱圧する２次加圧、６分間３０ｋｇｆ／ｃｍ^２で熱圧する３次加圧で製造する。

このとき、熱圧温度は１５０〜２００℃である。このように製造された炭ボードは強度が４．０Ｎ／ｍｍ^２以上で、最終マット含水率が２６〜５０％であることが望ましい。

本発明で前記印刷された薄紙は坪量１５〜３５ｇ／ｍ^２、厚さ０．０２〜０．０８ｍｍであるのを使うのが望ましく、前記の範囲を脱すればガス吸着能力が落ちるとか、強度が悪くなるので良くない。

本発明で前記化学纎維不織布は、坪量２０〜４０ｇ／ｍ^２、厚さ０．０５〜０．３０ｍｍ、空隙率３０〜５０％であるのを使うのが、遠赤外線放射効率やガス吸着能力が優秀な効果を持つ。より望ましくはポリプロピレンの不織布を使用することが、強度が高くて耐久性が増加するので良い。

本発明で炭ボードと印刷したパターン薄紙又は化学纎維不織布を付着させるために使う接着剤は、水性ビニール系接着剤を使うのが好ましい。水性ビニール系接着剤は、環境親和的なので、人体に有害なＶＯＣ(Volatile Organic Chemicals)が放出されないので、炭の本来の機能を維持して、又炭ボード積層体の最終物性のガス吸着及び遠赤外線放射効率が炭ボードと同等又はその以上の効率を持つようになる。本発明ではポリビニールアセテートエマルジョン（不揮発分：４２％）が優秀な物性を現わした。

前記接着剤の塗布量は、１００〜３００ｇ／ｍ^２であるのが望ましい。また、前記炭ボードの一側に前記接着剤を塗布した後、印刷した薄紙又は化学纎維不織布を接着させて加熱温度１００〜１５０℃、加圧力５〜１５ｋｇ／ｃｍ^２、熱圧時間１〜５分にして接着させることが望ましい。これは接着効率、水分の蒸発及び炭の稠密度などに影響を与えて最終製品のガス吸着及び遠赤外線放射効率に良い範囲になる。

従って、前記条件下で水分の蒸発及び接着剤の物性が共に作用して本発明で要求される十分なガス吸着と遠赤外線放射効率を持つことができるようになる。

前記のような本願発明は、除湿、補修、通気、吸着などの性質を持っているので悪臭、有害ガスを吸着する空気浄化作用はもちろん、遠赤外線と陰イオンを放射して騷音防止、電磁波及び有害波長まで遮断して血液循環と新陳代謝及び心身安定を与えるなどの炭の特性はそのまま維持しながら、外観を美麗に仕上げさせた炭ボードを提供することができる。

本発明は炭ボードの表面に印刷した薄紙や化学纎維不織布を積層して外観を美麗にさせながら、ガス吸着性が優秀で、遠赤外線放射率及び電磁波遮断効果が優秀な製造方法を提供することで、住居環境の建築内装材として一番優秀な人体親和的材料で充分に活用できるのである。

以下、実施例を通じて本発明を説明するが、下記の実施例によって本発明が限定されるのではない。

（実施例１）
＜炭ボードの製造＞
多孔質炭素材料炭ボード製造のための炭は、韓国の江原道原州産オリエンタルオーク（ブナ科コナラ属の落葉高木で、学名は Quercus variabilis）ファインチャコール（fine charcoal）を使用した。

粒子の大きさが６〜１２メッシュの炭パーティクル７重量％、１２〜１８メッシュの炭パーティクル１４重量％、１８〜４０メッシュの炭パーティクル４３重量％、４０〜６０メッシュの炭パーティクル２３重量％、６０〜１００メッシュの炭パーティクル９重量％、１００メッシュ以下の炭パーティクル４重量％であるファインチャコールパーティクル混合物に対して、ポリビニールアセテートエマルジョン（不揮発分：４２％）１５重量％及びイソシアネイト樹脂５重量％を含む接着剤を混合し、１分間３０ｋｇｆ／ｃｍ^２で熱圧する１次加圧、１分３０秒間１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で熱圧する２次加圧、６分間３０ｋｇｆ／ｃｍ^２で熱圧する３次加圧で混合形炭ボードを製造した。このとき、熱圧温度は１７０℃であり、熱圧直前マットのＭＣ（水分含量）は３６％だった。

＜印刷薄紙が附着された炭ボード積層体の製造＞
前記製造された炭ボードに紋様を印刷した薄紙を接着させた。印刷したパターン薄紙(Pattern Thin Paper)は、坪量が３５ｇ／ｍ^２、紙の厚さが０．０４ｍｍだった。接着剤はポリビニールアセテート樹脂エマルジョン（不揮発分：４２％）で塗布量は１６０ｇ／ｍ^２で加熱温度１３０℃、加圧力１０ｋｇ／ｃｍ^２、熱圧時間２分で製造して、これを図１に現わした。

（実施例２）
＜化学纎維不織布が附着された炭ボードの製造＞
実施例１と同じ方法で混合型炭ボード（ファインチャコールボード）を製造し、ポリプロピレン不織布を接着させた。不織布は坪量が３０ｇ／ｍ^２、厚さは０．１２ｍｍ、空隙率が３９．３％だった。接着剤はポリビニールアセテートエマルジョン（不揮発分：４２％）で塗布量は８０ｇ／ｍ^２で加熱温度１００℃、加圧力１０ｋｇ／ｃｍ^２、熱圧時間２分で製造し、それを図２に現わした。

（比較例）
比較例１は本発明の実施例１と等しい重さの炭（ファインチャコール）をそのまま使った。比較例２は実施例１及び実施例２と等しい方法で製造して一側面に印刷薄紙や不織布を積層してない炭ボードを利用して実験した。

［実験例１］
前記実施例１及び２と比較例１及び２を利用して測定容器内に配置して、エチレンガスの吸着機能を測定し、下記の表１に現わした。

＊１：測定容器内のエチレンガスブランク濃度変化、ｐｐｍ単位
＊２：測定容器に炭ボード（大きさ：５ｃｍ×５ｃｍ×０．３５ｃｍ）を入れて表面だけにガスが吸着されるようにして、時間による容器のエチルレンガスの残存濃度変化、ｐｐｍ単位、測定数値が少ないのがガスを多く吸着したことである。
＊３：実施例１の方法によって製造した炭ボード

表１のように炭自体よりは炭をボードで作った方が、よりガス吸着が高かった。これは、ファインチャコールをパウダーに適切に破砕したためだと考えられる。パターン印刷薄紙でオーバレイしたファインチャコールボードもファインチャコール自体よりガス吸着効果が高かった。オーバレイしなかったファインチャコールボードとは別に差がないことが分かる。

［実験例２］
前記実施例１及び２と比較例２を利用して接着による炭ボードの物理・機械的性質を測定して、下記表２に現わした。表２で炭ボード及び炭ボード積層体の厚さは３．５ｍｍで一定に製作した。

表２のように、ファインチャコールボード自体より印刷薄紙でオーバレイしたファインチャコールボードの強度が同等以上に現われた。従って実施例１のように、実施例２でも室内にファインチャコールを置いておくことより不織布オーバレイファインチャコールボードを壁材として仕上げしたら、飾り性と共に炭の機能を充分に発揮することに分かった。

［実験例３］
前記実施例１及び２と比較例２を利用して接着による炭ボードの遠赤外線放射率を測定し、下記表３に現わした。

遠赤外線放射率は表３のようにファインチャコールボードより少し落ちたが、常温で９０％以上の放射率を表したので、遠赤外線放射物質が優秀であることを分かる。

［実験例４］
前記実施例１及び比較例２を利用して接着による炭ボードの平面材料の平面波による電磁波遮断効果を下記の条件によって測定し、下記表４に現わした。
１）実験環境：２４±２℃、４３±５％Ｒ．Ｈ
２）試験方法：ＡＳＴＭ Ｄ４９３５−８９

電磁波遮断効果は、表４のようにパターン薄紙を付けても、不織布包装紙を付けても両方共に電磁波を遮蔽する効果があった。実際に携帯電話を炭ボード箱の中に入れて置けば携帯電話が鳴らさない機能性を持っている。従って室内にファインチャコール自体を置いておくことより印刷薄紙にオーバレイした炭ボードを壁材として仕上げすれば、その効果がさらに良くなり、飾り性と共に炭の機能を充分に発揮することが証明された。

前記のような本発明は、除湿、補修、通気、吸着などの性質を持っていて悪臭、有害ガスを吸着して空気浄化作用はもちろん遠赤外線と陰イオンを放射して騷音防止、電磁波及び有害波長まで遮断して、血液循環と新陳代謝及び心身安定を与えるなどの炭の特性はそのまま維持しながら、外観を美麗に仕上げさせた炭ボードを提供することができる。

本発明は、炭ボードの表面に印刷された薄紙や化学纎維不織布を積層して見掛けを美麗にさせながら、ガス吸着性が優秀で、遠赤外線放射率及び電磁波遮断効果が優秀な製造方法を提供することで、住居環境の建築内装材として大変優秀な人体親和的材料として充分に活用することができる。

図１は本発明による印刷された薄紙が附着された炭ボード積層体を現わした写真である。 図２は本発明による不織布が附着された炭ボード積層体を現わした写真である。 図３は本発明のファインチャコールで製造された炭ボードを現わした写真である。

Claims (4)

1. 炭が持っている機能を維持しつつ、ガス吸着効果、飾り性及び機能性に優れた炭ボード積層体の製造方法であって、
   炭パーティクルと接着剤を混合し、その混合物を１５０〜２００℃の温度且つ５〜４０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力条件で３回以上加圧することで、炭ボードを製造する工程と、
   炭ボードの一側に１００〜３００ｇ／ｍ^２の水性ビニール系接着剤を塗布する工程と、
   前記接着剤層上に、坪量１５〜３５ｇ／ｍ^２、厚さ０．０２〜０．０８ｍｍの印刷された薄紙を積層する工程と、
   積層体を１００〜１５０℃、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加熱・加圧する工程とを備えている炭ボード積層体の製造方法。
2. 前記水性ビニール系接着剤がポリビニールアセテートエマルジョン接着剤であることを特徴とする、請求項１に記載の炭ボード積層体の製造方法。
3. 炭が持っている機能を維持しつつ、ガス吸着効果、飾り性及び機能性に優れた炭ボード積層体の製造方法であって、
   炭パーティクルと接着剤を混合し、その混合物を１５０〜２００℃の温度且つ５〜４０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力条件で３回以上加圧することで、炭ボードを製造する工程と、
   炭ボードの一側に１００〜３００ｇ／ｍ^２の水性ビニール系接着剤を塗布する工程と、
   前記接着剤層上に、坪量２０〜４０ｇ／ｍ^２、厚さ０．０５〜０．３０ｍｍ、空隙率３０〜５０％の化学纎維不織布を積層する工程と、
   積層体を１００〜１５０℃、５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加熱・加圧する工程とを備えている炭ボード積層体の製造方法．
4. 前記水性ビニール系接着剤がポリビニールアセテートエマルジョン接着剤であることを特徴とする、請求項３に記載の炭ボード積層体の製造方法。

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