KR100440592B1 - 열경화성수지의 식물섬유질 섬유상 요소 침투에 의한 형압성형 제품의 다공질탄소재료 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물섬유질의 섬유나 파티클과 같이 작은 크기의 요소에 폐놀계수지 및 엠디아이를 내부 깊이 침투 처리시킨 후 형압에 의한 식물섬유질 성형 제품을 다시 탄화시켜 다공질탄소재료를 제조하는 방법에 관한 것으로 상세히 설명하면 일반적으로 숯은 보수, 통기, 흡착, 축열성을 갖고 있어 나쁜 냄새, 유해깨스를 흡착하여 공기 정화작용은 물론 원적외선과 음이온을 방사하고 소음방지, 전자파 및 유해파장까지 차단하며 혈액순환과 신진대사 및 심신안정을 주는 재료이나 전통적인 목탄은 목탄 소성시 할렬이나 비틀림 등의 문제가 생기며 기타 목질이외의 식물섬유질의 다공질탄소재료로서 넓은 판상제품 또는 원하는 형상을 직접 그 동안 얻지 못하였다. 따라서 임의의 특수한 모양으로 입체적인 치장용 제품을 제조하여 컴퓨터 옆이나 장롱이나 거실에 두거나 벽판으로 사용하면서 다공질탄소재료의 특성을 활용하고자 한다. 지금까지 개발된 방법은 목재 및 목질보드를 3차원 형삭 가공하여 폐놀수지(PF)를 함침시켜 경화시킨 후 소성 탄화하거나 목섬유를 열경화성수지와 단순 혼합하여 성형시킨 것을 탄화하여 연삭가공하였다. 따라서 본 발명은 목재 및 목질재료는 물론 목질이외의 왕겨, 볏집과 같은 기타 식물섬유 원료 요소를 활용하고 합성수지인 PF수지 뿐만 아니라 PRF수지 지금까지 사용하지 않던 MDI 등을 섬유나 파티클 원료 전건중량에 대하여 30-100%를 섬유 내부에 미리 충분히 침투 처리시킨 후 경화제를 넣고 형틀에 의하여 상온경화시키거나 미경화상태로 건조 한 후 형틀에 의하여 열압하여 원하는 입체적 형상의 제품을 제조하고 바로 탄화작업에들어감으로써 시간과 에너지의 낭비를 감소하고 대량생산을 도모할 수 있는 자유로운 형상을 갖는 치장용 다공질탄소재료의 제조방법에 관한 것이다.

Description

열경화성수지의 식물섬유질 섬유상 요소 침투에 의한 형압 성형 제품의 다공질탄소재료 제조 방법 {Method of the manufacture for porous carbon material by molded products with thermosetting resin impregnation of fibrous element from fibrous plant material}

본 발명은 식물섬유질의 섬유나 파티클과 같이 작은 크기의 요소에 폐놀계수지 및 엠디아이를 내부 깊이 침투 처리시킨 후 형압에 의한 식물섬유질 성형 제품을 다시 탄화시켜 다공질탄소재료를 제조하는 방법에 관한 것으로 상세히 설명하면 일반적으로 숯은 보수, 통기, 흡착, 축열성을 갖고 있어 나쁜 냄새, 유해깨스를 흡착하여 공기 정화작용은 물론 원적외선과 음이온을 방사하고 소음방지, 전자파 및 유해파장까지 차단하며 혈액순환과 신진대사 및 심신안정을 주는 재료로서 현재 시중에서는 숯덩어리를 몇 개씩 용기에 담아 컴퓨터나 텔레비죤 옆에 또는 장롱 속이나 거실 귀퉁이에 그냥 놓고 사용하는데 미관상 보기 좋은 것은 아니다. 따라서 미관적 견지에서 지점토 하는 양식으로 펄프에 숯가루를 혼합하여 여러 가지 모양을 만들어 숯의 특성을 이용하는 방법이 있으나 숯의 양이 적으므로 보기는 좋으나 성능저하가 야기된다. 또한 전통적인 목탄은 목탄 소성시 할렬이나 비틀림 등의 문제가생기므로 여러 가지 용도로 개발 사용하는데 큰 문제점으로 대두되어 이를 해결하는 방법은 지금까지 제조된 중질섬유판(MDF)에 폐놀수지(PF)를 60-100% 함침시켜 이를 135℃에 경화시킨 후 탄화한 우드세라믹을 제조하는 방법이었다(일본특허 特開平4-164806). 이 방법은 목탄소성시 생기는 할렬이나 비틀림 등의 문제를 해결할 뿐만 아니라 물리기계적 성질도 양호하게 한다. 그러나 보다 자유로운 성형성을 주기 위하여 목섬유나 톱밥을 PF수지와 단순혼합하여 성형가공하는 방법은 섬유내부까지 침투하지 못하므로 제품제조와 특성이 떨어지게 된다. 따라서 이 방법 보다는 제조된 목질재료를 3차원 형삭 가공하여 폐놀수지(PF)를 함침시켜 다시 건조시킨 후 소성 탄화하는 방법이 주로 소개되고 있으나 시장성 있는 제품이 나오지 않고 있으며 제조공정상 이중적으로 시간과 에너지 및 재료의 낭비가 초래되고 있다.

따라서 본 발명은 목분, 목재파티클 또는 목질파이버와 같은 목재 및 목질재료 뿐만아니라 왕겨, 볏짚과 같은 기타 식물섬유 원료요소에 합성수지는 PF수지 뿐 만이 아니라 PRF수지와 지금까지 다공성탄소재료용으로 사용하지 않던 MDI수지 등을 섬유나 파티클 원료 전건중량에 대하여 30-100% 미리 충분히 섬유내부로 침투 처리한 후 형틀에 의하여 상온경화에 의한 냉압 또는 미경화상태로 예비건조시켜 형틀에 의한 열압으로 원하는 입체적 형상의 제품을 제조한 후 바로 탄화작업에 들어감으로써 시간과 에너지의 낭비를 감소하고 대량생산을 도모할 수 있는 특수한 형상을 갖는 치장용 탄소재료의 제조방법에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 목재 및 목질재료 뿐만 아니라 왕겨, 볏짚과 같은 기타 식물섬유의 섬유나 톱밥, 파티클과 같은 작은 원료요소에 합성수지는 PF수지 뿐 만이 아니라 PRF수지와 지금까지 다공성탄소재료용으로 사용하지 않던 MDI수지 등을 섬유나 파티클 원료요소의 전건중량에 대하여 30-100% 충분히 섬유내부로 침투 처리시킨 후 형틀에 의하여 상온경화에 의한 냉압 또는 미경화상태로 예비건조시켜 형틀에 의한 열압으로 원하는 입체적 형상의 제품을 제조한 후 바로 탄화작업에 들어감으로써 시간과 에너지의 낭비를 감소하고 대량생산을 도모할 수 있는 특수한 형상을 갖는 치장용 탄소재료의 제조방법에 관한 것이다.

이하 실시 예를 통하여 본 발명을 설명하고자 한다.

실시예 1

6 mesh 통과분의 분죽 3년생 파티클을 수용성 이소시아네이트수지(NVC 60%)에 15분간 진공주입처리하여 파티클 전건중량의 80%를 주입한 후, 경화제(디아졸)를 수지투입량의 15%처리하고 형틀에 의하여 성형하면서 10kgf/㎠로 2시간 냉압후 3일간 실온에서 방치후 600℃에서 3시간 동안 제탄한 결과 사진1과 같이 휘거나 틀어짐이 없이 제탄율 37.4%, 탄기건밀도 0.61의 우수한 제품이 제조되었다.

사진1. 분죽파티클의 이소시아네이트 주입 성형 숯

실시 예 2

6 mesh 통과분의 분죽 3년생 파티클에 페놀리조시놀수지(PRF)(NVC 60%)를 17분간 전건파티클 중량기준 80%를 진공주입시킨 후 경화제(파라포름알데히드)를 수지대비 15% 혼입하여 성형 후 형틀로 상온에서 20시간 냉압한 후 실온에서 3일 방치 후 600℃에서 3시간 동안 제탄한 결과 사진2와 같이 휘거나 틀어짐이 없이 제탄율37.2%, 탄기건밀도 0.51의 우수한 제품이 제조되었다.

사진2. 분죽파티클의 PF수지 주입 성형 숯

실시예 3

왕겨에 MDI(diphenylmethane diisocyanate)를 36% 주입시키고 성형하여 170℃에서 10분간 0.61의 밀도로 열압하여 600℃에서 3시간 동안 제탄한 결과 사진3과 같이제탄율 42.41%, 탄기건밀도 0.41의 우수한 제품을 얻었다.

사진3. 왕겨의 MDI 주입 성형 숯

실시예 4

목재 파티클에 MDI(diphenylmethane diisocyanate)를 36% 주입시키고 성형하여 170℃에서 10분간 0.37의 밀도로 열압하여 600℃에서 3시간 동안 제탄한 결과 제탄율 35.1%, 탄기건밀도 0.25의 우수한 제품을 얻었다.

실시예 5

6 mesh 통과분의 분죽 3년생 파티클에 페놀수지(PF)(NVC 50%)를 18분간 전건파티클 중량기준 80%를 감압주입시킨 후 경화제를 수지대비 1.2% 혼입하고 60℃에서 40분 진공건조한 후 170℃에서 10분간 형틀로 열압한다. 성형된 제품을 600℃에서 3시간 동안 제탄한 결과 휘거나 틀어짐이 없이 제탄율 36.7%, 탄기건밀도 0.50의 우수한 제품이 제조되었다.

실시예 6

식물질에 따른 세분화된 요소별 열경화성수지의 진공주입처리에 따른 100% 주입시간과 30분 처리시 주입율을 보면 표1과 같다. 수지별로 보면 MDI가 가장 빨리 주입되고 PRF, PF 순이고 식물질 요소별로 보면 소나무섬유가 가장 빨리 주입되고 왕겨도 빠른 편이며 파티클의 경우 대나무 분죽의 파티클(6 mesh 통과분)은 PB용 코아 파티클(길이 20mm, 두께 1.15-2.07mm)보다 훨씬 적음에도 불구하고 시간이 거의 비슷하여 가장 주입이 느리게 나타났다. 그러나 중질섬유판이나 목재처럼 부피가 큰 것에 비하면 주입시간은 아주 빠른 것은 물론이다.

표1.세분화된 식물질 원료 요소별 열경화성수지의 감압처리 주입율 및 주입시간

수지종류	주입율 및 시간	왕겨	소나무 섬유	대나무미세파티클	PB용 코아목재파티클
MDI(100%)	100% 주입시주입시간(분)	6	4	11	12
	30분 처리시주입율(%)	496	928	285	250
PF(50%)	100% 주입시주입시간(분)	14	8	22	24
	30분 처리시주입율(%)	209	396	137	127
PRF(60%)	100% 주입시주입시간(분)	13	9	21	15
	30분 처리시주입율(%)	231	317	144	199

이상 실시 예에서 밝힌 바와 같이 목재 및 목질재료는 PF수지의 함침 진공주입처리시간이 많이 걸리는데 반하여(예 중질섬유판의 경우 2-4시간) 식물섬유상 원료의 요소가 섬유 또는 작은 파티클상이므로쉽게 침투하므로 소요시간이 실시 예 6에서처럼 아주 적게 들며 기존의 공정이 두단계가 생략되여 시간과 에너지 및 재료의낭비가 없게 된다.

본 발명은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 일이며 실시 예도 본 발명을 설명하기 위한 것으로 실시 예에 국한되지 않음은 물론이다.

상기와 같은 본원발명은 목재 및 목질재료의 95%를 수입에 의존하는 실정에서 목질 이외의 식물섬유질을 이용하여 탄화하여 기존에 알려진 다공질탄소재료의 특성(제습, 보수, 통기, 흡착, 축열성을 갖고 있어 나쁜 냄새, 유해깨스를 흡착하여 공기 정화작용은 물론 원적외선과 음이온을 방사하고 소음방지, 전자파 및 유해파장까지 차단하며 혈액순환과 신진대사 및 심신안정을 주는 재료로서 흡음과 단열 및 전자파 차단재의 역할)을 활용하되 주거환경에 사용시 벽면에 양각 판화식으로 치장하거나 가구나 장롱 또는 침대 밑에 직접 접촉하지 않도록 복합화하거나 난재배용 용기로서 자유자재의 모습으로 사용할 수 있다.

Claims (2)

1. 목재파티클, 분죽파티클, 왕겨의 식물섬유질 요소에 합성수지는 수용성 이소시아네이트수지(NVC 60%)에 15분간 진공주입처리하여 파티클 전건중량의 50-100%를 주입한 후, 경화제를 수지투입량의 15%처리하고 형틀에 의하여 성형하면서 10-30kgf/㎠로 2시간 냉압후 제탄한 결과 휘거나 틀어짐이 없는 우수한 다공성탄소재료의 제조방법
2. 목재파티클, 분죽파티클, 왕겨의 식물섬유질 요소에 합성수지는 MDI수지를 30-100% 주입시키고, 폐놀수지는 50-100% 침투시켜 60℃에서 40분간 감압건조시킨 후 성형하여 170℃에서 두께에 따라 열압시간을 조정 열압한 후 제탄한 결과 휘거나 틀어짐이 없는 우수한 다공성탄소재료의 제조방법