KR0178121B1 - 섬유폐기물을 이용한 건축용 판넬부재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 섬유제품 제조공장에서 제품생산중에 버려지는 폐섬유류의 스크랩을 재생 가공하여서 된 건축용 판넬부재(유로폼판재)로 그 제조방법에 관한 것으로, 가늘게 절단된 폐섬유타면설과 이 폐섬유부재를 결합시키는 열경화성결합수지로 구성된 건축용 판넬부재와, 폐섬유를 타면 가공한 폐섬유부재에 결합제로 열경화수지를 혼입하여 200℃-210℃사이의 가압온도와, 60㎏/cm²이상의 압력으로 소정시간 열압프레스에서 압착하여서 성형되는 것을 특징으로 하는 섬유폐기물을 이용한 건축용 판넬부재의 제조방법에 관한 것이다.

Description

섬유폐기물을 건축용 판넬부재 및 그 제조방법

본 발명은 각종 섬유제품 제조공장에서 제품생산중에 버려지는 폐섬유류의 스크랩을 재생 가공하여서 된 건축용 판넬부재(유로폼) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 섬유회사나 의류제조업체 등에서 섬유제품을 생산하는 과정에서 발생하는 폴리에스터, 아크릴등의 화학섬유, 폐섬유등의 스크랩을 주원료로 하고, 이소재를 절단 또는 타면하여 여기에 열경화성수지인 에말죤수지(Emaljon Resin) 또는 멜라민수지(Melamin Resin)를 결합제로 첨가하여 혼합하고, 이 소재를 고열과 고압에서 가압, 성형한 다음, 급속냉각시켜서 보다 사용수명이 우수하고, 표면정도가 우수하도록 발명된 것이다.

섬유소재는 가볍고 튼튼하며, 인장력과 가공성이 특히 우수하여, 강하고 오래 사용할 수 있는 장점으로 인하여 생산량이 크게 증가되고 있으며, 이와 비례하여 생산중의 불량제품(Loss)과 짜투리 천조각(Scrap)을 비롯하여, 이미 사용되어 폐기되는 섬유류의 량도 연간 약 70만톤 규모로 엄청나며, 또한 생활수준의 향상으로 폐기되는 섬유류의 량도 증가되고 있어 환경오염을 심화시킴은 물론, 최근에는 매립에 따른 토양의 황폐와와 소각에 따르는 유해성 가스의 발생으로 대기오염의 문제가 대두되면서 폐섬유의 처리가 커다란 사회문제로 비화되고 있는 실정이다.

종래, 예로서 거푸집이나 각종 내장판넬등과 같은 건축용 판넬류는 대부분 목재로 가공된다.

이 목재류의 공급은 벌목 및 수입에 의해 이루어 지는 데, 최근에는 자연보호를 위해 산림벌목이 제한되는 관계로 외화를 낭비하며 수입에 대부분 의존하고 있어 커다란 원자재 수입에 의해 수출경제에 악영향을 미치고 있는 것이다.

그리고, 이 목재류는 원하는 형상과 모양으로 성형하는 것이 일일이 수작업에 의해 조각되어야 하므로 동일제품을 대량으로 생상하는 데 많은 어려움이 있는 것이다.

또, 예로서 용, 배수로나 흄간의 경우는 대부분 몰타르에 의해 성형되는 데 취급시나 설치작업중에 약간의 충격이 가해져도 파손되기 쉬어 불량률이 매우 높다.

그리고, 비중이 매우 무거워 취급이 어렵고, 성형하는 작업도 많은 양생시간을 거쳐야 하는 등의 비 경제적이었던 것이다.

또한, 금속재로 주로 주조에 의한 방법으로 성형하는 것도 고려해 볼 수 있으나, 이 주조작업의 경우도 숙련이 요구되고, 많은 작업시간을 소모할 뿐만 아니라 불량률이 높아 그 원가가 불필요하게 높아 사용자로 하여금 경제적인 부담을 크게 갖도록 하는 등의 폐단이 있어선 것이다.

따라서, 이러한 문제점들을 갖고 있는 판넬형 부재들을 비교적 가벼워 다루기 쉬우며 금형등에 의해 대량생산이 가능한 합성수지재만을 이용한 사출방법등이 생각될 수 있으나, 이는 정밀과 강도를 요구하는 데는 적합하지 못하다는 판단이다.

그 이유는 합성수지재를 용융시킨 후 소정의 형상을 따라 성형한 후 응고시킬 때 발생되는 수축의 원인으로 평편한 표면을 얻을 수가 없으며, 표면으로부터 응고되는 과정에서 각 부위간의 냉각속도가 각각 차이가 있어, 결과적으로 원하는 크기가 형상의 제품을 얻을 수가 없게 되는 것이다.

또한, 위와 같은 성형상의 문제점과 아울러 건축용 판넬부재들은 그 두께에 비하여 길이가 긴 형상을 가지게 되므로 소정의 강도에 저항할 수 있는 강성을 필요로 하게 되는 바, 합성수지재로 성형되는 제품은 외력이 작용될 때 이를 견딜 수 있는 휨에 대한 저항력이 크게 요구되는 것이다.

더욱이 최근에는 자원의 고갈로 인하여 점차 자원의 무기화라고 칭할 정도의 특수한 시장구조와, 세계무역기구가 요구하는 공해산업의 수출금지조치와 함께, 기초 소재산업을 비롯한 원자재산업과 산유국의 석유시장 또는 무기화로 정착된지가 오래이다.

자원 생산국이 자원을 무기화하리라는 것은 이미 확인된 사실이고, 20-30년안에 고갈될 목재에 대용소재를 개발하는 일과, 대체상품의 제조기술을 개발하는 것은 기업의 사활과 직결되는 중요한 요소로 지금은 경제발전과 환경보전의 양립의 입장에서 서둘러 점검해야 할 중대한 시점인 것이다.

또한, 원유가격의 인상으로 인한 석유화학제품 원자재 가격의 상승은 모든 원자재 및 소재산업의 파급효과로 대체소재와 대체상품의 개발노력을 앞당기고, 이러한 무한경쟁에서 살아남기 위한 기업들의 노력은 섬유공업과 관련한 공해방지 기술로서 섬유폐기물의 처리방법에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이러한 흐름은 섬유제품의 원자재 가격의 상승부담을 흡수할 수 있는 자원의 유효이용이란 관점에서 폐섬유를 재활용하는 기술개발이 절실한 때이나, 우리나라의 실정은 생산업체에서 발생하는 폐섬유의 쓰레기가 엄청남에도 불구하고, 재생산업의 인식부족은 물론 개발자의 응용력이나 영세한 시설설비로 인하여 효율적인 재활용은 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

본 발명자는 이와 같이 산업체에서 발생하는 섬유류의 폐기물을 이용하여 신소재를 개발하고 건축용의 거푸집판재의 생산방법과 제조기술을 다양한 제품을 개발하게 된 것이다.

본 발명에 의해 제조된 신소재 거푸집판재는, 주 원료인 폐섬유와 결합제인 열경화성수지를 고압과 고열에서 용착시킴으로써, 열경화성수지는 제품의 표면상태를 우수하게 만들고, 화학사 또는 고열 고압에서 용착이 되면서 제품의 강도가 높고, 깨어지거나 균열되는 것을 방지할뿐 아니라 방수성, 내한성, 가공성, 방음성, 내열성이 높고, 표면의 내마모성도 월등하여 건축용 거푸집판재로서의 효용가치가 뛰어나고, 일반 목재판재 대용의 가공판재로의 개발에 적합하며, 기능상의 다양한 용도를 갖고 있어 기존 제품인 테고필름합판의 대용소재로도 아주 적절히 사용할 수 있다.

특히 제품 특성중의 방수성과 수분 흡수두께 팽창율이 0.00인것에 착안하여 건축용 거푸집판재의 개발에 주력하였다.

이하 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 섬유제품 제조회사나 의류제조 업체에서 생산과정중에 발생되는 폐섬유류의 스크랩을 수거하여 절단기(Cutting Machinje)에서 5cm이하의 조각편(이하 절단설이라 칭함)으로 절단하고, 절단된 소재를 타면기에 넣어 솜처럼 타면(이하 타면설이라 칭함)한다.

타면된 소재는 연속생산이 됨으로, 롤타입(Roling Machine)으로 감아주어야 하고, 완성된 소재에 수용성의 열경화성수지인 에말죤수지(Emaljon Type Resin) 또는 멜라민수지(Melamin Resin)를 30g/M 단위로 도포(Spray)하든지 분말(Powder)로 표면을 처리한다.

수지가 도포된 소재는 반드시 수분함량이 13%이 이하가 되도록 건조(Dryer)해 주어야 하고, 건조시는 투입온도와 인출온도는 120℃정도로 일정하도록 하여야 하고 건조온도는 140℃정도로 높아야 한다.

건조가 완료된 소재를, 생산되는 제품의 규격별로 재단하고, 재단된 소재를 열압프레스(Hot Press)에서 열압, 성형한다.

성형시의 온도는 200℃이상이 되도록하고 온도의 편차가 5℃를 넘어서는 않되며, 압력은 60㎏/㎠이상의 가압을 해주어야 하고, 제품의 가압시간은 생산되는 제품의 두께에 따라서 달라지게 되나 대체로 5분에서 15분 이내로 한다.

이때, 제품의 특성상 고강도를 요할 때는 제품속에 철망(Wiremash), 철판 (Steel Plate), 유리섬유(Grass fibre)등을 제품속에 넣을 수 있어 특수한 용도의 변형이 없는 좋은 제품을 얻을 수 있다.

열압, 성형이 완료된 제품은, 섬유질의 인장특성이 다르기 때문에 반드시 가압이된 상태에서 급속냉각이 이루어 지도록 하여야 한다.

만약, 가압이 없는 상태에서 냉각이 될 경우는 100% 변형이 발생한다.

냉각이 완료된 제품은 정해진 규격대로 절단하고 검사를 마치면 신소재의 섬유폐기물 재생판재 거푸집이 완성되는 것이다.

또한, 요철모양등의 특수한 용도의 제품에 대하여는 열압성형시 금형을 사용하여 일정형태의 형재와 각재를 생산하는 기술과, 냉각시 금형을 사용하여 특수한 형태의 제품개발도 가능하다.

이하 비교예와 실시예로서 본 발명을 구체적으로 기술하지만 제품의 용도는 이에 한정되는 것이 아니라. 폐섬유 재활용 판재의 전부를 포함하는 것이다.

또한, 비교예, 실시예, 특허청구범위에서 폐섬유라 함은 앞에서 기술한 전 처리된 폐섬유를 말한다.

[비교예 1]

폐합성섬유를 절단기에서 5㎝이하로 절단하여, 여기에 대원멜라민의 DM-60(NO. 6005)를 300g/㎡의 분량으로 혼합기로 혼합한 후, 열압 프레스로 180℃의 온도에서 25분간을 50㎏/㎠의 압력으로 압축 성형하였다.

섬유제품의 인장력에 따른 제품의 휨현상을 방지하기 위해 성형제품의 압력을 20㎏/㎠의 상태로 냉각하여 제품을 완성하였다.

상기 제품은 섬유질과 수지간의 불균형으로 결속력이 저하되어 박리현상이 있었다.

섬유의 합성상태를 확인하고 온도를 200℃까지 올려본 결과, 천연섬유가 많을 경우는 제품이 타고, 연기까지 올랐다.

[비교예 2]

폐섬유 타면설에 수용성 멜라민수지(Melamin Resin KOLONG 제품 KNF-100D)고형분 75%를 물과 1:1로 희석하여 고형분을 37.5%로 하여 500g/㎡으로 분사하고, 200℃의 온도로 가열하여 50㎏/㎠의 압력에서 35분간 성형하였다.

제품의 일부 표면에 무늬가 발생하고, 조직이 약간 뜨는 경향이 있으나 절단단면은 비교적 양호하였다.

표면정도가 연한(Soft)제품으로의 활용가치가 다분히 있었다.

[비교예 3]

폐섬유 절단설에 수용성 멜라민수지(Melamin Resin KOLONG제품 KNF-225:고형분 45%)의 제품을 혼합하여 200℃의 온도로 가열하고, 60㎏/㎠의 압력에서 15분간에서 성형하였다.

성형품의 표면은 비교예 2보다는 나아졌으나 두께의 편차가 발생하고, 제품 내부공기의 방출이 없는 관계로 표면과 제품속에 수분으로 인하여 박리현상과 기공이 형성이 되었다.

[비교예 4]

폐섬유 절단설에 수용성 멜라민수지(Melamin Resin)고형분 65%를 분사하고, 수분함량을 줄이기 위해 140℃의 건조기에서 약 15분을 건조시켜 함수량이 12%가 되도록한 후 200℃의 온도에서 70㎏/㎠의 압력으로 3분간을 성형하였다.

성형품의 표면상태는 양호하나, 편차와 박리가 발생하였다.

결론적으로 절단설은 건조도 어렵고 수지도 많이 들어야 함으로, 대신에 섬유휄트로 압력과 온도와 시간을 조정하기로 했다.

[비교예 5]

폐섬유 휄트에 수용성 멜라민수지 대신에 수용성의 아크릴 수지 SBR(울산퍼시픽화공 제품:고형분 50%)를 50g/㎡에 도포하고 함수량을 13%로 줄이기 위해 건조기에서 건조한 후 200℃의 온도에서 60㎏/㎠의 압력에서 5분간을 성형하였다.

성형품의 표면은 양호하나 충격에 약하였다.

[비교예 6]

폐섬유 휄트에 분말형의 페놀수지(Powder Type Phenol Resin:강남화성제품:K.C 3060)을 분사한 후 200℃의 온도에서 60㎏/㎠의 압력으로 5분간을 성형하였다.

표면상태나 제품속은 이상이 없었으나, 가동중에 심하게 냄새가 발생되고 표면이 노랗게 변색이 되었다.

[비교예 7]

폐섬유 휄트에 수용성 멜라민수지(KOLONG KNF-225)를 30g/㎡의 양으로 양면도포를 하고, 함수량을 13% 이하로 건조한 후, 제품압력를 70㎏/㎠로 하며, 가류온도를 210℃ 기준으로 약 5분간을 성형하였다.

제품의 표면상태와 내부의 경화상태 및 경도가 아주 우수하였다.

이상 비교예에서 보는바와 같이, 폐섬유를 타면하지 않을 경우 수지와의 결속력이 저하되고, 제품의 두께편차 조정이 불가하며, 섬유질의 경화시간이 오래걸리는 사유로 절단섬유는 거절하지 못하므로, 폐섬유는 반드시 타설을 하여야 했으며, 비교예 3과 4에서와 같이 열경화성수지를 결합제로 사용할 경우에는 반드시 수분을 증발하여 함수량이 13%이하가 건조해주어야 하며, 성형시는 제품의 불량방지를 위해 열압프레스의 행정시 반드시 압빼기(pumping)가 이루어 지도록 하여야 제품의 결속력과 표면의 기포발생이 없는 양호한 제품의 양상이 가능함을 알 수 있었다.

그리고, 결합제로는 여러 수지중에서 열경화성수지중 수용성의 멜라민수지 (Melamin Resin)와 에말죤수지(Emaijon Resin)이 가장 우수하였다.

이하 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

[실시예 1]

폐섬유 절단설 1㎏ 수용성 멜라민수지 500g을 혼합기에서 교반하여 결합체가 폐섬유 절단설에 골고루 흡수되게 한 후 건조기에서 수분함량을 13% 이하가 되도록 건조시킨다.

건조된 폐섬유 절단설을 프레스에서 온도 200℃, 압력 60㎏/㎠, 가압시간은 15분을 압축성형한다.

열압 프레스내에서 가압상태로 냉각을 시킨 후 제품을 탈형하여 완성품인 신소재 섬유판재를 얻는다.

상기 제품은 표면상태나 강도는 좋으나 제품에 미세한 두께편차가 발생하였다.

[실시예 2]

폐섬유 휄트에 수용성 멜라민수지(Melamin Resin:동양양행 제품 고형분 72%를 스프레이로 30g/㎠단위로 양면도포하고, 건조기에서 함수량을 13%로 조절한 후 열압프레스에서 온도를 210℃로 하고, 단위압력을 70㎏/㎠로 초기공기를 방출하고 5분간을 성형하였다.

성형이 완료된 제품은 냉각프레스에서 약 2분간을 급속냉각하여 완성된 섬유판재를 얻었다.

상기 제품은 금형이 필요없으며, 제품의 두께편차는 물론 제품상태가 대단히 양호하였다.

[실시예 3]

폐섬유 타면설에 분말의 페놀수지(Powder Type Phenol Resin:강남화성:K.C 3080)50g/m^2)`를 분말이 잘 섞이도록 교반하고, 판넬형태로 제단한 후 200℃의 가열된 열압프레스에서 70㎏/㎠의 압력으로 투입초기에 공기(Air)를 방출하고, 5분간을 압축성형 하였다.

성형이 완료된 제품은 냉각프레스에서 약 2분간을 급속냉각하여 완성된 섬유판제를 얻었다.

상기 제품은 표면상태나 강도 및 제품상태가 양호하였다.

[실시예 4]

폐섬유 휄트에 수용성멜라민수지(Melamin Resin KOLONG KNF-225)를 30g/㎡의 양으로 양면도포하고, 수분함량을 13%이하로 조절한 후, 휄트사이에 유리섬유(Grasswool Sheet)를 삽입하여 성형온도를 210℃로, 단위압력을 70㎏/㎠로 조정한 후, 초기에어를 방출하여 약 5분간을 성형하였다.

성형이 완료된 제품은 냉각프레스에서 약 2분간을 급속냉각하여 완성된 섬유판재를 얻었다.

상기 제품은 특히, 제품강도가 대단히 우수하였다.

[실시예 5]

폐섬유 휄트에 수용성멜라민수지(Melamin Amaljon Resin K.C-403)을 30g/㎡의 양으로 양면도포하고, 함수량을 13%이하가 되도록 건조한 후, 훨트사이에 철망(Wire Mash)을 삽입하여, 성형온도를 210℃로, 제품의 단위압력을 70㎏/㎠로 조정한 후, 에어를 방출하고 5분간을 열압 성형하였다.

성형이 완료된 제품은 냉각프레스에서 약 2분간을 급속냉각하여 완성된 섬유판재를 얻었다.

상기 제품은 특히, 내구력과 인장력이 대단히 인장시험기 및 반복되는 내구성시험에 의해 우수함을 알 수 있었다.

상기의 실시예에서 나타난 박리현상은 현미경으로, 충격 및 강도 인장력 및 내구력은 실험기로 널리 알려진 충격실험기 강도실험기 및 인장실험기와 동일하중을 반복작용시켜 수명을 파악하게 되는 내구성실험기에 의해 파악된 것으로, 그 실험기의 종류는 여러 가지 알려져 있으나, 어떠한 실험기에 의해서도 비교치에 의해 얻어지는 결과는 동일하게 나타날 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 첫째, 수지재로 성형할 때 발생되는 제품의 수축이나 비틀림의 염려가 없어 평면도 및 진원도를 요구하는 각종 건축용 판넬부재에 적합하다.

둘째, 주로 폐합섬유를 활용하므로 경제적이고, 환경을 보호할 수 있다.

셋째, 부식의 염려가 없어 그 수명이 크게 증대되고, 외압이나 충격에 견디는 강도가 우수하여 훼손의 염려가 없으므로, 매우 경제적일 뿐만 아니라, 그 전체 무게가 가벼워 취급이 편리하다.

넷째, 목재류를 사용하지 않으므로 산림벌목으로 인한 자연훼손의 염려가 없다.

다섯째, 장식을 위한 도장작업 및 조각작업이 필요없이 가공비절약에 의해 생산원가 크게 저하되고, 생산원가를 저하시켜 국가 경제발전에 이바지 할 수 있는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (9)

1. 가늘게 절단된 폐섬유부재와; 이 폐섬유부재를 결합시키는 열경화성결합수지로 구성됨을 특징으로 하는 섬유폐기물을 건축용 판넬부재.
2. 제1항에 있어서, 상기 폐섬유부재는 폐섬유를 가늘게 조각상태로 절단하는 절단설 1㎏과, 열경화성 결합수지는 수용성 멜라민수지 500g를 혼합하여서 된 것을 특징으로 하는 섬유폐기무을 건축용 판넬부재.
3. 제1항에 있어서, 상기 폐섬유부재는 폐섬유를 가는 실상태로 타면하여 얻어진 휄트와, 열경화성 결합수지로 수용성 멜라민수지를 스프레이로 양면 도포하여서 된 것을 특징으로 하는 섬유폐기물을 건축용 판넬부재.
4. 제1항에 있어서, 상기 열경화성 결합수지는 에말죤수지를 포함하여서 된 것을 특징으로 하는 섬유폐기물을 건축용 판넬부재.
5. 제3하에 있어서, 상기 폐섬유부재는 폐섬유 휄트사이에 유리섬유를 혼합하여서 된 것을 특징으로 하는 섬유폐기물을 건축용 판넬부재.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 폐섬유 휄트사이에 철망을 삽입하여서 된 것을 특징으로 하는 섬유폐기물을 이용한 건축용 판넬부재.
7. 폐섬유를 가늘게 가공한 폐섬유부재에 결합제로 열경화성 결합수지를 혼입하여 200℃-210℃사이의 가압온도와, 60㎏/㎠-70㎏/㎠ 사이의 압력으로 소정시간 가압프레스에서 압착하여서 성형되는 것을 특징으로 하는 섬유폐기물을 건축용 판넬부재의 제조방법.
8. 제8항에 있어서, 상기 폐섬유부재에 열경화성 결합수지의 혼합원료는 건조기에서 그 수분함량을 13%이하가 되도록 건조시켜서 성형됨을 특징으로 하는 섬유 폐기물을 건축용 판넬부재의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 가압프레스에서 압착하여서 성형시간은 2-5분 사이에서 성형됨을 특징으로 하는 섬유페기물을 건축용 판넬부재의 제조방법.