KR100201875B1 - 폐자원을 활용한 복합 판넬과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐자원을 활용한 복합 판넬과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐가구를 비롯한 폐목질과 폐플라스틱을 주성분으로 함유하여 별도의 바인더성분이 필요 없으며, 필요에 따라 선택적으로 열경화성 페놀수지를 바인더성분으로 함유시켜 특정조건에서 열압 및 냉압프레스에 의해 판넬로 성형함으로서, 종래 바인더성분으로서 주로 사용되던 열경화성 요소-포름알데하이드계 수지를 전혀 사용하지 아니하게되어 제조과정중이나 제품상에서 유해가스의 방출과 폐기물의 발생을 억제하고, 또한 강도 및 내수성이 개선되며, 특히 폐자원을 활용한 복합 판넬과 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐자원을 활용한 복합 판넬과 그 제조방법

본 발명은 폐자원을 활용한 복합 판넬과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐가구를 비롯한 폐목질과 폐플라스틱을 주성분으로 함유하여 별도의 바인더성분이 필요 없으며, 필요에 따라 선택적으로 열경화성 페놀수지를 바인더성분으로 함유시켜 특정조건에서 열압 및 냉압프레스에 의해 판넬로 성형함으로서, 종래 바인더성분으로서 주로 사용되던 열경화성 요소-포름알데하이드계 수지를 전혀 사용하지 아니하게되어 제조과정중이나 제품상에서 유해가스의 방출과 폐기물의 발생을 억제하고, 또한 강도 및 내수성이 개선되며, 특히 폐자원을 활용한 복합 판넬과 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 가구재를 비롯한 사무용품재 등에 사용되고 있는 건축자재용 보드로서는 주로 파티클보드와 중밀도섬유판제품이 활용되고 있다. 이들 두 제품은 그 원료로서 주로 침엽수를 사용하며 접착제로서 열경화성 접착제인 요소-포름알데하이드계 합성수지를 사용하는 것이 일반적이다.

따라서, 두제품은 요소-포름알데하이드 수지(Urea-Formaldehyde resin)를 사용하기 때문에 타 재료보다 가격이 싼 장점은 있으나, 생산공정 및 제품에서의 포름알데하이드 가스방출로 인해 환경문제가 야기되고 있으며, 또한 요소수지의 사용으로 인하여 판넬의 물에 대한 저항성, 즉 내수성이 약하여 수분흡수시 굽힘강도, 접착강도저하, 두께팽창 및 치수 변형이 일어나 습기가 많은 용도지에는 사용이 불가하다. 또한, 요소-포름알데하이드 수지를 사용하여 제조된 파티클보드, 섬유판, 또는 표면가공(코팅, 라미네이트(Laminated, LPM, HPM))된 목질원료는 요소-포름알데하이드 수지의 도포시 비중차로 인한 불균일한 도포성, 불균질한 제품 및 접착력의 저하로 인해 이들을 재생원료로 사용되지 못하고 있다.

최근까지 저포름알데하이드 방출 수지를 개발하거나 무취판넬을 개발하고자 하는 연구가 지속되고 있다.

아울러, 세계적으로 목질산업이 안고있는 천연목재 자원의 고갈 및 가격상승은 보드 제조원가를 상승시켜 비목질 제품에 비하여 경쟁력을 잃어가고 있다. 반면에, 인간 생활에서 비롯된 폐기물의 증가는 그 처리문제가 심각하게 문제시 되고 있는 바, 현재로서는 각종 폐기물을 소각하거나 매립하는 것이 일반적이나, 매립지의 한계 및 막대한 처리 비용의 소요, 소각시의 대기오염 유발 등으로 인해 폐기물의 새로운 처리방안이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.

폐자원을 활용한 복합 판넬의 제조기술로서 일본특허공개 평 7-122004호에서는 고지와 폴리프로필렌을 원료로 판상제품화하고 있는데, 이는 고지를 습식방법에 의거하여 화학약품을 처리하여 폴리프로필렌과의 혼련성을 증진시켜 사출하는 방식에 의해 제품화하였다.

일본특허공고 제 95-5385호에서는 펄프 슬러지를 주성분으로하여 플라스틱(저밀도PVC), 세라믹, 실리콘, 난연제 및 첨가제를 배합 교반한 후, 유압프레스의 금형을 이용하여 건축용 판넬로 열압성형하여 재료화하는 기술이 개시되어 있다.

그리고, 대한민국특허공개 제 93-17633호에서는 제지슬러지, 열가소성 수지 및 열경화성 수지의 접착제 등을 혼합하여 겔상태로 만든 후, 열압성형하는 방법을 채택하여 제품화하였다.

상기의 관련기술에서 제시한 방법들은 플라스틱과 고지, 슬러지를 혼합하여 혼합사출하는 방법이다.

이와 같이 종래의 제조공정은 원료의 혼합 및 컴파운딩하여 혼합된 원료를 압출기나 사출기로 성판화 하는 것이 일반적이었다.

이에 본 발명자들은 심각한 사회문제로 제기되고 있는 산업폐기물, 특히 폐목질과 폐플라스틱의 재활용 방법에 관해 연구하던 중, 폐목질과 폐플라스틱을 주성분으로 함유시키고 요소-포름알데하이드 수지와 같은 바인더성분이 별도로 추가 함유될 필요가 없으며, 이들을 적정 조건으로 조절된 열압 및 냉압프레스하에서 판넬을 성형·성판함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 요소-포름알데하이드계 수지를 전혀 함유하지 않아 유해가스 및 폐기물의 발생을 억제함은 물론 원료 재생이 가능할 뿐만 아니라, 강도와 내수성이 개선된 폐자원을 활용한 복합 판넬과 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 복합 판넬에 있어서, 폐목질과 폐플라스틱을 주성분으로 하는 복합 판넬을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 복합 판넬의 제조방법에 있어서, 폐목질과 폐플라스틱의 분쇄물에 선택적으로 열경화성 페놀수지를 함유시킨 주원료를 상압프레스를 사용하여 매트로 성형하고, 고압프레스를 사용하여 열압 그리고 냉압하여 성형 및 성판하는 것을 특징으로 하는 복합 판넬의 제조방법을 포함한다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폐목재와 폐플라스틱을 주재료로 사용하는 복합 판넬에 관한 것으로서, 폐자원 활용에 따른 생산원가 절감 효과를 가지며, 환경유해물질로 분류되고 있는 요소-포름알데하이드계 수지를 전혀 사용하지 않아 환경친화적이라 할 수 있다.

본 발명에서는 폐목질과 폐플라스틱을 주성분으로 하는 바, 폐목질성분으로서는 도료, 페인트로 코팅되고 함침지로 라미네이트된 폐합판, 폐파티클보드, 폐중밀도섬유판 등을 사용할 수 있고, 폐플라스틱성분으로는 폐폴리비닐클로라이드(PVC), 폐폴리에틸렌(PE), 폐폴리프로필렌(PP) 등을 사용할 수 있다. 이들은 80 ~ 100 매쉬로 분쇄한 뒤 함수율 2 ~ 4 중량%로 건조화시켜 원료화하는데, 만일, 이들 성분들의 입자크기가 상기 범위를 벗어나는 경우 입자가 고르지 못해 판넬성형시 강도가 떨어지는 문제가 있게 되어 바람직하지 않다. 그리고, 함수율에 있어서, 2 중량% 미만이면 건조에너지가 소비되고 공정중 수분이 적어 화재의 위험이 존재하고, 4 중량%를 초과하면 원료의 흐름성이 낮고 제품이 불균일하여 불량제품의 원인이 될 수 있다.

이들 폐재료는 폐목재 30 ~ 70 중량%에 대하여 폐플라스틱을 30 ~ 70 중량% 범위내에서 혼입하는 것이 바람직한 바, 폐플라스틱의 혼입비가 30 중량% 미만이면 판넬의 물리적 특성이 낮아 용도지의 물성을 맞추기 힘들고, 70 중량%를 초과하면 물성은 좋아질 수 있으나 원료가격이 상승되어 가격경쟁이 취약하게 된다. 이로써, 본 발명은 폐목질이외에도 폐폴리프로필렌, 폐폴리에틸렌과 같이 그 자체로도 원하는 물성을 충분히 얻을 수 있는 폐플라스틱성분을 함유하고 있어, 바인더로서의 기능을 할 수 있기 때문에 종래 열경화성 요소-포름알데하이드계 수지와 같은 바인더성분을 추가적으로 함유시킬 필요가 없다.

또한, 제조방법상의 균일함과 안정성의 확보, 제조된 복합 판넬의 우수하고 개선된 물성 등을 얻고자 하는 경우, 상기 주성분에 선택적으로 열경화성 페놀수지를 함유시킬 수도 있다. 가령, 상기 주성분의 하나로 폐목질이외에 폐폴리비닐클로라이드(PVC) 수지만을 사용하는 경우, 그 자체의 물성이 낮기 때문에 열경화성 페놀수지를 첨가할 필요가 있다. 이때, 열경화성 페놀수지는 주성분 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만 사용되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 성분들을 사용한 본 발명에 따른 복합 판넬의 제조과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 주성분으로서 80 ~ 100 매쉬크기로 분쇄 및 2 ~ 4 중량%로 건조시킨 폐목질계성분과 폐플라스틱성분을 건식방법으로 혼합한다. 이때, 분말상인 열경화성인 페놀수지를 선택적으로 첨가할 수도 있다. 그런 다음 이들 혼합물을 상압프레스를 사용하여 매트로 성형한 뒤, 고압 열프레스를 사용하여 열압하여 성판한 다음, 성형된 제품의 치수안정성 및 균질화를 위하여 2분동안 냉압을 실시하여 본 발명의 복합판넬을 제조한다.

상기의 고압 열프레스 공정에서의 가열온도 및 가압 조건은 사용된 플라스틱의 용융점 및 적정가공온도 등에 따라 달라질 수 있는 바, 예컨대, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)의 경우는 170 ~ 230℃의 가열온도 및 0 ~ 30 ㎏f/㎠의 압력 중에서 선택된 일정압력 조건하에서 열압을 가한다. 지나치게 온도가 높으면 목재 및 플라스틱의 탄화가 일어날 수 있고 공정상 두께조절에 어려움이 있고, 온도가 낮으면 플라스틱이 녹지않아 목질부와의 혼련이 되지않아 제품 물성이 낮아지는 점이 있어 바람직하지 않다. 그리고, 압력조건은 열압전에 매트를 형성할 경우 상압으로 벌크(Bulk)한 상태로 만들고, 성판, 제품화하기 위해서는 30 ㎏f/㎠ 미만의 압력하에서 프레스하는 것이 바람직하다. 다만 압력조건이 30 ㎏f/㎠를 초과하여 프레스하는 경우 성형매트의 두께조절이 어렵고 비중이 상승되어 바람직하지 않다.

또한, 냉압공정은 10 ~ 20℃의 온도에서 0 ~ 10 ㎏f/㎠의 압력으로 수행한다. 이와같이 냉압을 실시하는 이유는 열압후 제품의 내부로부터 열압과정에서 발생된 가스를 제거함과 동시에 그로인해 공극을 줄임으로서 제품을 균질화하도록 하기 위함이다. 그러나, 상기 온도 조건이 너무 높거나 낮으면 제품의 두께, 밀도 조절이 어렵고 목질원료와 플라스틱원료의 혼화성에 문제가 있어 제품의 안정화가 어려운 문제가 발생하여 제품내부가 균질화되지 못하는 문제가 있어 바람직하지 않다. 또한, 냉압의 압력조건은 열압후 목질부가 용융(Melting)된 플라스틱과 혼련된 것을 두께조절과 물성안정을 위해 10 ㎏f/㎠ 미만의 압력조건에서 냉압을 실시하는 것이 가장 바람직하다. 다만, 10 ㎏f/㎠을 초과하여 냉압프레스하는 경우 제품두께조절이 어렵고 비중이 상승하는 점에 문제가 있게되어 바람직하지 않다. 특히, 냉압을 실시하는 데 있어 너무 빠른 시간내에 수행하게 되면 가스를 제대로 제거하지 못해 제품이 균질화되지 못하는 단점이 있다.

또한, 상기 원재료 이외에도 부재로서 난연재나 색소재 등 목적에 따른 첨가제를 사용하여 제품의 용도에 맞는 제품을 제조할 수도 있다.

또한, 발포제를 사용하여 용도에 따라 원하는 밀도로 제품의 제조가 가능하다.

상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 복합판넬 및 이의 제조방법은 종래 기술에 비하여 다음과 같은 점에서 서로 상이하다.

즉, 일본특허공개 평 7-122004호가 고지의 전처리나 컴파운딩 과정을 거치게 되지만, 본 발명에서는 단순히 분쇄과정만을 수행하게 되는데 이는 원료를 압출·사출하지않고 미세분쇄된 원료를 열압-냉압공정을 거치기 때문에 가능하다.

또한, 일본특허공고 제 95-5385호와 비교하여서는 일본특허는 슬러지를 사용한 반면, 본 발명에서는 라미네이트, 코팅, 페인팅된 합판, 중밀도섬유판, 파티클보드 등을 재활용함으로서 원료가 상이하고, 제조공정면에서는 원료를 금형에서 성판하는 방법과 혼합 후 열압-냉압하는 방법 등이 서로 상이할 뿐만 아니라, 목재와의 혼합제품 성형시 접착력, 휨강도 및 보지력 등이 우수한 장점이 있다.

그리고 대한민국특허공개 제 93-17633호에 비하여는 우선, 열경화성 접착제를 사용하지 않았으며, 또한 열경화성 수지를 선택적으로 폐가구 분쇄물과 직접 혼합하면서 건조 후 직접 원료로 사용하는 공정을 채택하여 서로 상이한 공정으로 복합 판넬을 제조한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

목질계성분으로서는 도료, 페인트로 코팅되고 함침지로 라미네이트된 폐합판, 폐파티클보드, 폐중밀도섬유판을 사용하고, 폐플라스틱성분으로는 폐폴리비닐클로라이드(PVC)를 함수율 4 중량%로 건조시켜 사용하며, 이들은 각각 50 중량%씩 혼합하였다. 그리고, 이들 총중량 100 중량부에 대하여 분말상 페놀수지를 2 중량부 첨가하여 상압프레스를 사용하여 매트로 성형한 뒤, 185℃, 20 ㎏f/㎠ 조건하에서 8분간 열압하고, 20℃, 5 ㎏f/㎠ 조건하에서 2분간 냉압하는 열냉압의 과정을 거쳐 성판하여 두께 15㎜인 복합 판넬을 제조하였다.

실시예 2

목질계성분으로서는 도료, 페인트로 코팅되고 함침지로 라미네이트된 폐합판, 폐파티클보드, 폐중밀도섬유판을 사용하고, 폐플라스틱성분으로는 폐폴리에틸렌(PE)을 함수율 4 중량%로 건조시켜 사용하며, 이들은 각각 50 중량%씩 혼합하였다. 그리고, 이들 혼합물을 상압프레스를 사용하여 매트로 성형한 뒤, 195℃, 20 ㎏f/㎠ 조건하에서 8분간 열압하고, 20℃, 5 ㎏f/㎠ 조건하에서 2분간 냉압하는 열냉압의 과정을 거쳐 성판하여 두께 15㎜인 복합 판넬을 제조하였다.

실시예 3

목질계성분으로서는 도료, 페인트로 코팅되고 함침지로 라미네이트된 폐합판, 폐파티클보드, 폐중밀도섬유판을 사용하고, 폐플라스틱성분으로는 폐폴리프로필렌(PP)를 함수율 4 중량%로 건조시켜 사용하며, 이들은 각각 50 중량%씩 혼합하였다. 그리고, 이들 혼합물을 상압프레스를 사용하여 매트로 성형한 뒤, 210℃, 20 ㎏f/㎠ 조건하에서 8분간 열압하고, 20℃, 5 ㎏f/㎠ 조건하에서 2분간 냉압하는 열냉압의 과정을 거쳐 성판하여 두께 15㎜인 복합 판넬을 제조하였다.

이상의 실시예 1, 2, 3에서의 원료입자의 크기는 80 매쉬로 마쇄하여 원료로 사용하였다.

실시예 4

목질계성분으로서는 도료, 페인트로 코팅되고 함침지로 라미네이트된 폐합판, 폐파티클보드, 폐중밀도섬유판을 사용하고, 폐플라스틱성분으로는 폐폴리프로필렌(PP)을 함수율 4 중량%로 건조시켜 사용하며, 이들은 각각 50 중량%씩 혼합한 후 100 매쉬로 분쇄하여 원료화였다. 그리고, 이들 혼합물을 상압프레스를 사용하여 매트로 성형한 뒤, 210℃, 20 ㎏f/㎠ 조건하에서 8분간 열압하고, 20℃, 5 ㎏f/㎠ 조건하에서 2분간 냉압하는 열냉압의 과정을 거쳐 성판하여 두께 15㎜인 복합 판넬을 제조하였다.

실험예 1 ~ 6

상기 실시예 1 ~ 4에서 제조된 복합 판넬과 기존의 파티클보드(주식회사한솔포렘 제조)와 중밀도섬유판(주식회사한솔포렘)에 대해서 각각 KS F 3104와 KS F 3202에 의거 휨강도, 접착력, 두께팽창률, 흡수율을 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.

[표 1]

구 분	실 시 예	비 교 예	한국 표준치
	1	2		3	4	1	2
조성	폐목질부/폐플라스틱 (중량%)	50/50	50/50	50/50	50/50	목질파티클요소수지왁스경화제	목질파티클요소수지왁스경화제	파티클보드 (150형)	중밀도섬유판 (200형)
	페놀수지 (중량부)(1)	2	0	0	0
휨강도 (㎏f/㎠)	180	220	257	200	190	350	130이상	200이상
접착력 (㎏f/㎠)	7	11	11	11	7	8	2이상	4이상
두께팽창률 (중량%)	8	4	3	2	8	11	5이하	5이하
수분흡수율(중량%)	23	7	4	3	28	25	--	--
나사못유지력 (㎏f/㎤)	65	83	85	95	45	49	40이상	40이상
(주)(1) 폐목질과 폐플라스틱의 함량 100중량부에 대한 폐놀수지의 첨가량비교예 1 : (주)한솔포렘의 두께 15 ㎜인 파티클보드 제품비교예 2 : (주)한솔포렘의 두께 15 ㎜인 중밀도섬유판 제품

상기한 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 기존의 파티클보드(비교예 1)와 중밀도섬유판(비교예 2)의 두께팽창율이 각각 8 중량%, 11 중량%인 데 비하여, 실시예 2, 3, 4의 경우 2 ~ 4 중량%로서 비교예 1 ~ 2보다 50% 이상의 상승된 효과를 나타내고 있다. 수분흡수력의 경우 비교예 1 ~ 2가 25 ~ 28 중량%인데 비하여, 실시예 2, 3, 4의 경우 3 ~ 7 중량% 범위로 매우 뛰어난 효과를 나타내고 있으며, 접착력 역시 비교예보다는 매우 높은 강도를 보여주고 있다.

다만, 실시예 1에서 페놀 수지를 첨가했음에도 불구하고 효과가 실시예 2, 3, 4보다 작은 이유는 폐폴리비닐클로라이드(PVC) 수지자체가 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌보다 물성이 떨어지기 때문이며, 통상 폐폴리비닐클로라이드 수지만를 사용하는 경우 이보다도 물성이 더 떨어지게 된다. 또한 상기 실시예 2, 3, 4의 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌에 페놀수지를 첨가하는 경우에는 물성이 더욱 좋아지나, 페놀수지를 첨가하지 않고도 원하는 물성이 나오기 때문에 페놀의 첨가는 불요하다.

이와 같이 본 발명의 제품은 두께팽창율 및 수분흡수력 억제효과가 매우 크게 나타나고 나사못유지력이 월등한 바, 건축용 외장재 등 내수성이 요구되는 용도지에서 그 내구성이 충분히 발휘될 수 있고, 또한 접착강도 및 휨강도가 한국표준치(K.S Standard)를 훨씬 능가하는 바, 제품으로서의 손색이 없고 심판재로서 사용될 때 건축용재료로서 뛰어난 재료라 할 수 있다.

본 발명에서 제조한 복합 판넬은 폐자원을 활용한 것으로서 파티클보도 및 중밀도섬유판의 원재료비를 40 ~ 50% 절감효과와 두께 팽창률을 40 ~ 60% 까지 줄일 수 있으며, 수분흡수력이 상당히 낮은 효과를 가진다. 또한, 나사못 유지력이 월등하게 우수하다.

종래의 파티클보드, 중밀도섬유판이 내수성이 취약한 문제가 있으나, 본 발명의 복합 판넬은 내수성이 요구되는 용도지에 대체 사용할 수 있는 등 건축용 외장 용도로도 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 폐자원을 활용하여 복합 판넬을 제조함으로서 자원의 효율적 이용 및 재활용을 극대화시켜 원목수입 절감 및 원가 절감으로 경쟁력 강화를 실현할 뿐만 아니라, 폐기물 처리비용 또한 감소시킬 수 있다. 아울러 본 발명은 공장내 유해가스나 또다른 폐기물을 발생시키지 않고, 제품에서의 가스 유출이 없는 친환경제품이라 할 수 있어 건축내외장재 시장을 크게 확보 할 수 있는 효과를 지닌다.

Claims (7)

1. 복합 판넬에 있어서, 폐목질과 폐플라스틱을 주성분으로 하는 복합 판넬.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 폐플라스틱은 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 복합 판넬.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 폐목질과 폐플라스틱은 30 ~ 70 중량% : 30 ~ 70 중량% 비로 함유되는 것을 특징으로 하는 복합 판넬.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 폐목재와 폐플라스틱으로 구성된 주성분 100 중량부에 대하여 열경화성 페놀수지를 5 중량부 미만 함유시킨 것을 특징으로 하는 복합 판넬.
5. 복합 판넬의 제조방법에 있어서, 폐목질과 폐플라스틱의 분쇄물에 선택적으로 열경화성 페놀수지를 함유시킨 주원료를 상압프레스를 사용하여 매트로 성형하고, 고압프레스를 사용하여 열압 그리고 냉압하여 성형 및 성판하는 것을 특징으로 하는 복합 판넬의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 열압은 온도 170 ~ 230℃, 압력 0 ~ 30 ㎏f/㎠에서 가압 및 해압을 하는 것을 특징으로 하는 복합 판넬의 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 냉압은 온도 10 ~ 20℃, 압력 0 ~ 10 ㎏f/㎠에서 가압 및 해압을 하는 것을 특징으로 하는 복합 판넬의 제조방법.