KR100199082B1 - 연질 목재의 표면강화 도장방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연질 목재의 표면강화 도장방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 연질 목재의 표면강화 도장방법은 연질 침엽수 소지에 불포화 폴리에스테르 수지가 주성분으로 된 불포화 폴리에스테르 수지도료를 20분 내지 1시간 간격으로 2회 내지 4회 도장하고 완전히 건조, 표면 연마한 다음, 아크릴이 주성분인 아크릴 수지 조성물에 내마모성 향상제를 첨가하고 여기에 우레탄이 주성분인 우레탄 경화제를 일정비로 혼합, 스프레이 방식으로 조장한 후 건조시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 표면 경도가 높고 내마모성이 우수한 연질 목재의 표면강화 도장물이 제조될 수 있다.

본 발명은 교실용 마루판의 표면강화 뿐만 아니라 연질 침엽수재로 제조되는 모든 목제품에 적용될 수 있다.

Description

연질 목재의 표면강화 도장방법

본 발명은 연질 목재의 표면강화 도장방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정의 조성을 가진 아크릴 수지, 우레탄 경화제 및 불포화 폴리에스테르 수지로 처리함으로써 표면경도가 높고 내마모성이 우수하게 되는 연질 목재의 표면강화 도장방법에 관한 것이다.

현제 우리나라의 원목사정을 살펴보면 지구환경보호에 따른 자원보호주의와 2차 가동제품의 수출에 주력하는 동남아제국으로부터의 우량 활엽수재의 수입은 매년 감소되는 반면, 이를 대체하기 위한 미국, 캐나다, 러시아를 비롯한 구미제국으로부터의 침엽수재의 수입은 증가되고 있다. 또한, 국내적으로는 장래 잣나무, 낙엽송 등 국산 조림 침엽수재의 광범위한 벌채시기가 도래할 것이 예상되므로, 금후 목재 수급에 있어서 활엽수재가 부족하거나 침엽수재가 과잉되는 현상이 예측된다. 이런 추세에 따라 기존의 활엽수재가 이용되어 왔던 부분에 활엽수재를 대신하여 침엽수재를 이용한 목제품들이 속속 개발되고 있다. 일반적으로 침엽수재는 활엽수재에 비하여 유연하고 춘재와 추재간의 강도적 성질에 큰 차이를 보이고 있다. 따라서, 가구나 마루판재로 이들 침엽수재를 이용코저 할 경우 내마모성, 경도 등과 같은 성능의 개선이 요구된다.

그간 각급 학교 교실용, 마루판으로 사용되어 왔던 남양재인 케루잉재도 그 수입이 점차 감소됨에 따라 현재 침엽수재인 낙엽송으로 점차 대체되고 있다. 그러나, 비중이 0.85에 달하여 매우 단단한 케루잉재와는 달리 낙엽송재는 비중 0.53 정도로 목재가 연약하여 외부의 작은 충격에도 쉽게 움푹 패이는 등 교실용 마루판으로서의 사용시 여러 가지 문제점을 제기하고 있다. 또한, 현재 가문비나무 등 침엽수 원목을 이용한 각종 목제품(책상, 탁자 등)이 유통되고 있는데, 천연의 나무결이 살아 있고 색상이 밝고 아름다워 일반 구매자들은 다소 고가임에도 불구하고 이들 제품을 구입하게 되나, 실제로 재질이 연하여 손톱으로 약간 눌러도 재면이 움푹 패이거나 연필이나 볼펜을 떨어뜨리는 등과 같은 외부의 작은 충격에도 쉽게 상처를 입게되어 제품으로서의 가치가 급격히 저하되어 구매자에게 큰 실망을 안겨주기도 한다. 이의 개선을 위해 이들 제품의 표면에 자외선(U.V) 경화형 도료를 사용하여 코팅을 실시하고 있으나 현행 도장공법으로는 도막의 강도, 마모성, 부착성 등을 소비자의 요구에 부응시키기 어려우므로 이들 침엽수 제품의 표면강화를 위한 새로운 도장공법의 개발이 절실히 요구되고 있다.

특히, 기존 UV계 도장공법으로 낙엽송 마루판을 제조할 경우, 시공 후 바닥청소를 목적으로 책상이나 걸상 들을 끌면 도막이 쉽게 벗겨져 그로 인하여 나무 까시레기들이 학생들의 피부에 박혀 상처를 입히거나 움푹 패인 자국에 이물질이 끼어 불결한 위생 환경을 제공하기 쉬웠다. 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 도료와 나무와의 부착력을 증진시켜 도장물의 표면 경도를 높이고 고도의 내마모성을 부여하는 연질 목재의 표면강화 도장방법을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 보수 및 유지경비가 대폭 절감될 수 있는 연질 목재의 표면강화 도장방법을 제공함에 있다. 본 발명에 따른 연질 목재의 표면강화 도장방법은 연질 침엽수 소지에 불포화 폴리에스테르 수지가 주성분으로 된 불포화 폴리에스테르 수지 도료를 20분 내지 1시간 간격으로 2회 내지 4회 도장하고 완전히 건조, 표면 연마한 다음, 아크릴이 주성분인 아크릴 수지 조성물에 내마모성 향상제를 첨가하고 여기에 우레탄이 주성분인 우레탄 경화제를 일정비로 혼합, 스프레이 방식으로 도장한 후 건조시키는 것을 특징으로 한다. 상기 아크릴 수지 조성물은 톨루엔 10 내지 30 중량부, 메틸 메타크릴레이트(MMA) 25 내지 40 중량부, 부틸아크릴레이트 모노머(BAM) 10 내지 25 중량부, 2-하이드록시프로필아크릴레이트(HPA) 20 내지 40 중량부, 과산화 벤조일(BPO) 2 내지 8 중량부 및 크실렌 25 내지 60 중량부를 상온에서 혼합하여 용액(A)을 준비한 다음, 상기 용액(A)의 일부를 반응기에서 교반하면서 30분 내지 2시간 동안 반응시키고, 용액의 나머지를 2시간 내지 6시간 동안 적하 부가하면서 반응시켜 수지의 점도가 X-Z (가드너 기포 점도법에 의함)의 규격이 되면 50℃ 이하로 냉각, 여과시켜 제조될 수 있다. 또한, 상기 우레탄 경화제는 소정의 반응기에서 트리메티롤 프로판(TMP) 5 내지 20 중량부 및 부틸 아세테이트 14 내지 28 중량부를 혼합하고 35 내지 50℃로 승온하여 트리메티롤 프로판(TMP)을 완전히 녹이고, 별도의 반응기에 톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 33 내지 48 중량부를 가하고 질소 개스를 주입하면서 50℃로 승온한 다음, 여기에 상기 트리메티롤 프로판(TMP) 용액을 서서히 적하시켜 가면서 55℃ 내지 70℃에서 4 내지 7시간 동안 반응시키면서 NCO %가 9.5 내지 10.5의 규격에 들면 50℃ 이하로 냉각, 여과시킴으로써 제조될 수 있다. 여기에서, NCO는 이소시아나토기(isocyanato group)를 나타내는 것으로서, 우레탄 경화제의 우레탄결합을 형성시킴에 있어 트리메티롤 프로판과의 축합반응에서 반응하지 않고 잔류하는 미반응 톨루엔 디이소시아네이트의 양 및 축합반응의 진행정도를 간접적으로 확인할 수 있는 수단이 된다. 한편, 상기 불포화 폴리에스테르 수지 도료를 위한 왁스 타입 불포화 폴리에스테르 수지는 소정의 반응기에서 프로필렌 글리콜 50 내지 70 중량부, 무수프탈산 30 내지 43 중량부 및 무수 말레인산 30 내지 40 중량부를 혼합한 다음 질소가스를 주입하면서 160 내지 200℃ 까지 4 내지 9시간 서서히 승온시켜 200 내지 220℃에서 반응시키면서 산가가 41 내지 45, 점도가 가드너 기포 점도계로 Q-R(70%/스티렌 모노머) 규격이 되면 냉각하고, 180℃ 근처에서 반응 안정제 0.001 내지 0.2 중량부를 가한 다음, 다시 110℃ 이하에서 스티렌모노머 55 중량부를 부가하여 희석하고 40℃ 이하로 냉각, 여과하여 제조될 수 있다.

이와 같은 원료 수지 및 우레탄 경화제를 합성한 후 도장은 도장할 나무 소지를 청소하여 피도물을 준비하고, 상기 왁스 타입 불포화 폴리에스테르 수지에 130℉의 융점을 갖는 파라핀 왁스 1%를 톨루엔 99%에 용해시킨 파라핀 왁스 1% 톨루엔 용액을 350 내지 600 PPM 의 양으로 첨가하고 촉진제로서 나프텐산 코발트 5%를 톨루엔 95%에 용해시킨 톨루엔 용액을 0.5 내지 5 중량부 첨가한 도료(A)를 준비하고, 상기 왁스 타입 불포화 폴리에스테르 수지에 130℉의 융점을 갖는 파라핀 왁스 1% 톨루엔 용액 350 내지 600 PPM을 첨가하고 경화제 메틸에틸케톤퍼옥사이드 0.5 내지 5 중량부를 첨가한 도료(B)를 준비하고, 상기의 준비한 도료(A)와 (B)를 커텐 코터 도장방식에 의해 도장한 후 상온에서 20분 내지 1시간동안 숙성, 건조시킨 다음 같은 도료, 같은 방식으로 1 내지 3회 더 도장한 후 완전히 건조시키고 연마지로 연마한 후 OH %가 1 내지 4%인 상기 아크릴 수지 도료에 내마모성 향상제를 10 내지 30% 첨가한 것을 주제로 하고, 상기 우레탄 경화제 용액을 주제에 대해 1/3 내지 1/5의 배합비로 혼합하고 일정량의 우레탄 희석제를 첨가한 후 스프레이 도장하고 나서 상온에서 10내지 40분 건조하고 40 내지 70℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 건조시켜 이루어진다.

이하에서 본 발명에 따른 일실시예를 구체적으로 개시할 것이다. 그러나 이하의 실시예는 본 발명의 구체적인 일실시예를 보여주기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안될 것이다.

[실시예]

1. 아크릴 수지의 합성

깨끗이 청소된 비이커에 톨루엔 20 중량부, 메틸메타아크릴레이트(MMA) 30 중량부, 부틸아크릴레이트 모노머(BAM) 20 중량부, 2-하이드록시프로필아크릴레이트(HPA) 30 중량부, 과산화벤조일(BPO) 5 중량부, 크실렌 40 중량부를 준비한다. - A

주 반응기에 미리 준비한 A의 용액 1/5를 가하고 교반하면서 서서히 온도를 올린다. 온도가 80~90℃가 되면 발열반응이 있으므로 온도 조절에 유의한다. 이 온도에서 1시간 유지 반응한 다음 준비된 A의 용액 나머지를 3시간 동안 적하한다. 이때 발열반응이 있으므로 주의하고, 또한 반응 중 100℃ 이상 넘지 않도록 온도 조절에도 주의한다. 적하가 끝난 다음 80~90℃에서 2시간 유지반응한 다음 중간 검사를 하고 수지의 점도가 X-Z(가드너기포 점도법에 의함)의 규격이 되면 냉각하고 50℃ 이하가 되면 여과하고 일정한 용기에 포장한다.

2. 우레탄 경화제의 합성

부 반응기에 트리메티롤프로판(TMP) 10 중량부와 부틸아세테이트 20 중량부를 혼합하고 40℃로 승온하여 TMP를 완전히 녹인다음 같은 온도에서 유지 보관한다. 이어 깨끗이 세척된 주 반응기에 톨루엔디이소시아네이트(TDI)40부를 가하고 질소가스를 주입하면서 50%로 승온하여 유지한다. 여기에 미리 준비한 위의 TMP 용액을 서서히 적하한다. 적하할 때 발열반응이 수반되므로 온도 조절에 특히 조심해야 한다(70%이상 엄금). 적하가 완료된 다음 60% 유지 반응시킨다. 5시간 동안 유지반응한 다음 시간마다 NCO %를 검사하면서 NCO %가 9.5 ~ 10.5 규격에 들면 냉각하고 40℃이하에서 여과하여 일정한 용기에 포장한다.

3. 왁스타임 불포화 폴리에스테르 수지의 합성

주 반응기에 프로필렌글리콜 58 중량부, 무수프탈산 35 중량부, 무수말레인산 35 중량부를 주입한다. 질소가스를 주입하면서 승온한다. 160 ~ 200℃까지 6시간 동안 서서히 승온한다. 200 ~ 210℃ 유지반응하면서 시간마다 점도와 산가를 검사한다. 산가가 41 ~45, 점도가 가드너기포점도계로 Q ~ R (70%/스틸렌모노머) 규격이 되면 냉각하고 180℃에서 반응안정제 0.01 중량부를 가한 다음 110℃ 이하에서 스틸렌 모노머 55 중량부를 주입하고 희석한 다음 40% 이하에서 여과하고 일정 용기에 보관한다.

4. 도장

도장할 마루판용 낙엽송과 책상 천판용 가문비나무 소지를 도장이 깨끗이 될 수 있도록 이물질을 제거하여 소지를 청소한 다음 불포화 폴리에스테르 수지에 130℉의 융점을 갖는 파라핀왁스 1%톨루엔용액 500 PPM을 첨가하고 촉진제 나프텐산코발트 5% 톨루엔 용액을 1% 첨가한 도료(A)를 준비하고, 불포화 폴리에스테 수지에 130℉의 융점을 갖는 파라핀왁스 1% 톨루엔용액 500 PPM을 첨가하고 경화제 메틸에틸케톤퍼옥사이드 1%를 첨가한 도료(B)를 준비한다. 피도물의 도장은 위에 준비한 도료 (A), (B)를 커텐코터 도장방식에 의해 경화제인 도료(B)의 커텐을 통과후 촉진제인 도료(A)의 커텐을 통과시켜 1회 도장한다. 상온에서 30 ~ 60 분 정도 숙성시키면서 지촉건조를 확인 후 다시 상기의 도료를 같은 방식으로 1회 더 도장하고 상온에서 완전히 건조시킨 다음 연마지(# 300)로서 표면의 왁스층을 깨끗이 연마하여 없애준다. 이어 OH %가 1 ~ 2%인 순순한 아크릴수지도료에 내마모성 개량제를 20% 정도 첨가한 것을 주제로 하고 우레탄이 주성분으로된 경화제를 주제에 대하여 1/4 의 배합비로 혼합한 다음 일정량의 우레탄용 희석제를 첨가한 후 구경이 0.2mm인 스프레이건을 이용하여 스프레이 도장한 다음 상온에서 10분 건조시키고 건조속도를 빠르게 하기 위하여 60℃에서 1시간 정도 건조시키면 고도의 경도와 내마모성을 가진 목제품이 얻어진다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 위 물성 대비표에서 보여지는 바와 같이 예를 들어 연필 경도 H 정도인 기존 제품에 비하여 4H로 3단계 정도 향상되며, 내마모성은 기존제품에 비해 3배정도 향상된다. 본 발명의 도장방법은 교실용 마루판의 표면강화 뿐만 아니라 연질 침엽수재로 제조되는 모든 목제품에 적용될 수 있다.

Claims (5)

1. 목재의 표면 강화 도장에 있어서, 연질 침엽수 소지에 불포화 폴리에스테르 수지가 주성분으로 된 불포화 폴리에스테르 수지 도료를 20분 내지 1시간 간격으로 2회 내지 4회 도장하고 완전히 건조, 표면 연마한 다음, 아크릴이 주성분인 아크릴 수지 조성물에 내마모성 향상제를 첨가하고 여기에 우레탄이 주성분인 우레탄 경화제를 상기 아크릴 수지 조성물에 대하여 중량으로 1/5 내지 1/3의 비율로 혼합, 스프레이 방식으로 도장한 후 건조시키는 것을 특징으로 하는 연질 목재의 표면강화 도장방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 불포화 폴리에스터 수지 도료는 왁스타입 불포화 폴리에스테르 수지에 130℉의 융점을 갖는 파라핀 왁스의 1% 톨루엔 용액을 350내지 600 PPM 의 양으로 첨가하고, 촉진제 나프텐산 코발트 5% 톨루엔 용액을 0.5 내지 5 중량부 첨가한 도료(A) ; 및 상기 왁스타입 불포화 폴리에스테르 수지에 130℉의 융점을 갖는 파라핀 왁스 1% 톨루엔 용액 500 PPM을 첨가하고 경화제 메틸에틸케톤퍼옥사이드 0.5 내지 5 중량부를 첨가한 도료(B)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 연질 목재의 표면강화 도장방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 왁스타입 불포화 폴리에스테르 수지는 소정의 반응기에서 프로필렌 글리콜 50 내지 70 중량부, 무수프탈산 30 내지 43 중량부 및 무수 말레인산 30 내지 40 중량부를 혼합한 다음 질소가스를 주입하면서 160내지 200℃ 까지 4 내지 9시간 서서히 승온시켜 200 내지 220℃에서 반응시키면서 산가가 41 내지 45, 점도가 가드너 기포 점도계로 Q-R(70%/스티렌 모노머) 규격이 되면 냉각하고, 180℃ 근처에서 반응 안정제 0.001 내지 0.2 중량부를 가한 다음, 다시 110℃ 이하에서 스티렌 모노머 55 중량부를 부가하여 희석하고 40℃ 이하로 냉각, 여과하여 제조되는 것을 특징으로 하는 상기 연질 목재의 표면강화 도장방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 아크릴 수지 조성물은 10 내지 30 중량부, 메틸 메타크릴레이트(MMA) 25 내지 40 중량부, 부틸아크릴레이트 모노머(BAM) 10 내지 25 중량부, 2-하이드록시프로필아크릴레이트(HPA) 20 내지 40 중량부, 과산화 벤조일(BPO) 2 내지 8 중량부 및 크실렌 25 내지 60 중량부를 상온에서 혼합하여 용액(A)을 준비한 다음, 상기 용액(A)의 일부를 반응기에서 교반하면서 30분 내지 2시간 동안 반응시키고, 용액의 나머지를 2시간 내지 6시간 동안 적하 부가하면서 반응시켜 수지의 점도가 X-Z (가드너 기포 점도법에 의함)의 규격이 되면 50℃이하로 냉각, 여과시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 상기 연질 목재의 표면강화 도장방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 우레탄 경화제는 소정의 반응기에서 트리메티롤 프로판(TMP) 5 내지 20 중량부 및 부틸 아세테이트 14 내지 28 중량부를 혼합하고 35 내지 50℃로 승온하여 트리메티롤 프로판(TMP)을 완전히 녹이고, 별도의 반응기에 톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 33 내지 48 중량부를 가하고 질소 개스를 주입하면서 50℃로 승온한 다음, 여기에 상기 트리메티롤 프로판(TMP) 용액을 서서히 적하시켜 가면서 55℃내지 70℃에서 4 내지 7 시간 동안 반응시키면서 NCO %가 9.5 내지 10.5의 규격에 들면 50℃이하로 냉각, 여과시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 상기 연질 목재의 표면강화 도장방법.