KR100483472B1 - 하나 이상의 마감 표면을 갖는 합성판의 증기압축법 - Google Patents

하나 이상의 마감 표면을 갖는 합성판의 증기압축법 Download PDF

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Abstract

시판용 마감 면을 갖는 합성 목재 제품의 제조 방법에 있어서, 접합제로 처리된 목재 섬유로 매트를 제조한다. 상기 매트를 두 개의 압축 압반 사이에 형성된 압축 공동에 장착한다. 제1압축 압반은 포트가 없는 통상의 핫 압축 압반이다. 상기 통상의 압반은 매끄럽거나 마감 제품의 한 쪽 표면을 엠보싱할 수 있도록 패턴화될 수 있다. 또다른 압축 압반은 증기 주입 포트를 갖는 증기 주입 압반이다. 압축 공동을 밀폐시켜 매트를 완전하게 압밀시킨다. 일차량의 증기를 증기 주입 포트를 통해 상기 매트에, 적어도 상기 매트의 두께 부분의 온도를 100 ℃로 상승시키기에 충분한 온도 및 압력으로 주입한다. 이어서, 주입된 증기를 상기 매트로부터 상기 증기 주입 포트를 통해, 갇힌 공기 및 수분과 함께 배기시킨다. 이차량의 증기를 상기 증기 주입 포트로부터 상기 매트에, 상기 접합제를 경화시키는데 충분하 시간 및 충분한 압력으로 주입한다. 상기 이차량의 증기를 상기 압축 공동을 개방하기 전에 상기 증기 주입 포트를 통해 상기 매트로부터 배기시킨다.

Description

하나 이상의 마감 표면을 갖는 합성판의 증기압축법{METHOD FOR STEAM PRESSING COMPOSITE BOARD HAVING AT LEAST ONE FINISHED SURFACE}
본 발명은 일반적으로 합성판(合成板; composite board), 예컨대 파티클보드 (particleboard), 파이버보드, 칩 보오드(chip board) 등의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 엠보싱 가공되거나, 윤활 처리 되거나 또는 무늬를 입힌 마감 표면을 하나 이상 갖는 합성판을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 합성판은 목립(木粒), 목편(木片) 및/또는 목질 섬유 및 예컨대 수지등의 경화가능한 또는 경질화 가능한 접합제로 구성된 매트로부터 제조된다.
합성 목재 제품, 예컨대 합성판은 목질 섬유소 요소들이 함께 접합하여 단단한 나무와 유사한 제품을 형성할 때까지, 목질 섬유소 재료로 된 느슨한 매트를 가열 및 가압하에 압착시킴으로써 형성할 수 있다. 목질 섬유소 재료는 예컨대 목립, 목편, 목질 섬유 등과 같은 형태를 취하는 것으로서, 이들 용어는 본 명세서 중에서 서로 바꾸어가면서 사용된다는 점을 이해하게 될 것이다. 비록 적절한 열과 압력을 가함으로써 부가적인 처리없이 목질 섬유소 요소들을 결합시킬 수 있지만, 통상적으로 가열 및 압착력을 가하기 전에 매트를 형성하는 재료들을 접합제, 예컨대 수지로 처리함으로써, 상기 재료들의 접합력을 강화하고 그 결과 얻게 되는 최종 제품의 특성이 향상된다.
상기 매트의 압착은 일반적으로 압축기 내에서 수행된다. 접합제로 처리된 목재 합성 매트를 특수 모형의 형상, 예컨대 판체(板體)로 압착하기 하기 위한 기존의 압축기는 형상을 이루고 있는 공동(空洞)을 형성하도록 간격을 두고 있는 2개의 마주보는 압반(壓盤)을 포함하고 있다. 일반적으로, 적어도 한 쪽의 압반은, 예컨대 전기 가열식 코일의 사용에 의하여 또는 압반 본체 내에 배치된 도관을 통하여 가열된 유체 또는 기체 매질, 예컨대 증기를 통과시킴으로써 열전도에 의하여 가열된다. 매트와 접촉시, 열은 전도에 의하여 압반으로부터 매트로 전달되게 된다. 통상의 압축에 사용되는 압축 압반, 즉 통상의 압축 압반은 일반적으로 개구부 또는 포트가 없는 매트와의 접촉용 표면을 갖는다. 압반의 접촉 표면의 이러한 개구부는 최종 제품의 표면에 결함을 일으킨다. 따라서, 종래의 압반들은 예컨대, 판매 준비가 완료된 표면이 되도록 샌딩(sanding)이나 평삭화(planing)와 같은 압축후 (post-pressing) 작업에서 추가적인 기계적 가공이나 절삭을 필요로 하지 않는 표면과 같은 "마감 (finshed)" 표면을 갖는 판체를 압축하는데 적합하다. 샌딩이나 평삭화와 같은 압축후 마감 작업은 종래의 압축기에서 생산되는 판체에는 필수적인 것이 아니기 때문에 통상의 압축 압반은 매끄러운 "마감" 표면 또는 엠보싱 가공되거나 무늬목 처리된 "마감" 표면을 제공하도록 장착된다. 이 압축기로부터 떼어낸 후에, 판체는 그 자체로 판매되거나, 판체의 "마감" 표면을 페인트 또는 착색제와 같은 보호 코팅 및/또는 장식 코팅으로 처리하여 향상된 시판용 제품을 얻을 수 있다.
통상의 압축 압반을 이용한 압축기에는 몇 가지 단점이 있다. 통상의 압반들로부터 매트 내부로의 열전달이 느려서, 적절한 경화에 바람직하지 못한 매트 두께에 걸친 온도 편차를 야기할 수 있기 때문에, 통상의 압축 압반을 이용한 압축기는 소정의 고온 경화 수지를 경화시키는 데 적합하지 않다. 예컨대, 매트의 표면 부근의 물질들은 열에 과도하게 노출되어 수지를 너무 빨리 경화시키고 합성 재료를 탄화시킬 수 있으며, 이에 따라, 외관 및 결합 세기와 같은 특성에 바람직하지 못한 영향을 미친다. 반대로, 매트의 내부는 열에 충분히 노출되지 못해서 합성 재료가 충분히 압밀되지 않고 수지가 완전히 경화되지 않아서, 내부 판체 강도를 약화시킨다. 이상과 같은 이유, 즉, 판체 특성상에 역효과를 야기시키는 경화 및/또는 압밀 동안 매트에 걸친 열 편차 때문에, 통상의 압축 압반은 비교적 두꺼운 판체 제품에는 적합하지 않다.
또한, 기존의 압축은 단지 전도열(열간 압축)만을 이용하여 섬유판 제품을 제조하는 데 성공하여 왔지만, 오늘날의 제조 수요(需要)는 정밀도가 높고 밀도가 더 높으며 종종 더 두꺼운 파이버보드 제품을 제공하는 데에 있어서 더 빠른 압축 주기 시간과 더 강한 고온을 사용할 것을 요하고 있다. 기존 압반의 단점들 중 몇 가지는 증기 주입구를 구비하고 있는 변형된 압반을 통하여 매트에 직접 증기를 공급 또는 주입함으로써 극복될 수 있다는 것이 알려져 있다. 이것은 일반적으로 "증기 주입식" 압축이라고 알려져 있다. 증기는 상기 주입구로부터 매트를 구성하는 목립, 목편 및/또는 목질 섬유 사이의 간극들을 통과하고, 이에 따라 매트의 중핵부까지 열이 신속하고 균일하게 전달된다. 증기 주입식 압축은 여러 가지 장점이 있다. 증기 주입식 압축은 기존의 수지를 이용하여 통상 일정 규격의 판체의 경화를 가속시키므로, 압축 주기가 현저하게 단축된다. 또한, 증기 주입식 압축은 기존의 압축에 사용하기에 일반적으로 부적절하지만 저렴하고 안전하며 더욱 강력하게 접착된 제품을 생산하게되는 결과를 가져오는 고온 경화 수지의 사용을 가능하게 해준다. 그리고, 증기 주입식은 기존의 압축기 내에에서 적절하게 경화하지 않거나 가격 경쟁력이 있는 제품을 제공하기에 충분할 정도로 신속히 경화하지 않는 비교적 두꺼운 합성판의 압착 및 경화가 가능하게 된다. 따라서, 증기 주입식은 수지의 경화를 가속시키고 제품의 품질을 향상시키며 목재 합성 제품, 특히 치수가 두꺼운 제품에 대한 생산 시간을 단축시킨다고 알려져 있다.
증기 압축식의 장점들은 밀폐형 압축기, 즉 주위 환경으로부터 압축 공동(空洞))이 격리된 압축기 내에서 주입을 수행함으로써 크게 개선시킬 수 있다. 이것은 상기 압축 공동 주변을 밀폐함으로써 달성될 수 있다. 별법으로서는, 압축기 전체를 밀폐실 내에 격리시킬 수 있다. 밀폐형 압축기는 유용한 증기의 손실을 크게 감소 또는 소거하여 주고, 고온에서 매트에 대한 증기 주입을 촉진하여 준다.
증기 주입 압축은 상기한 바와 같이, 압축 압반내의 포트들이 일반적으로 성형된 제품 표면에 결함을 일으키기 때문에, 일반적으로 판체 제품상의 "마감" 표면을 제조하는데 부적절한 것으로 여겨지고 있다. 표면 결함은 압축후 제조 단계에서 예컨대, 샌딩 또는 평삭화를 통해 기계 가공되거나 기계적으로 제거되어야만 하므로, 제조 비용이 상승되고 제조 공정이 복잡해진다. 증기 주입 포트에 더하여, 증기 주입 압반에는 매트 접촉 표면내에 홈이 있어 주입된 증기 흐름이 매트의 여러 부분으로 전달되도록 할 수 있다.
본 명세서에서 "편측(single-sided)" 증기 주입이라는 방법에서, 매트는 단일 증기 주입 압반(증기 주입 포트를 갖는 압반)과 증기 주입 포트가 없는 통상의 압반 사이에서 압축된다. 단일 증기 주입 압반을 통해 주입된 증기는 매트를 더 빨리 경화시켜 압축 사이클을 단축시킨다. 편측 증기 주입법에서는 통상적인 압반에 의해, 보통이라면 증기 주입 압반의 증기 주입 포트를 야기시킬 성형 제품의 한쪽 표면에 바람직하지 못한 결함을 피할 수 있다. 그러나, 편측 증기 주입법에서, 미경화 매트 내의 간극 공기는, 증기 주입 포트가 없는 종래의 압반을 향해 증기 주입 압반으로부터 전방으로 움직이는 증기에 의해 밀려진다. 이와 동시에, 통상의 압반의 전도열에 의해, 증기로 변한 수분으로부터 제2의 증기의 전방이, 갇혀진 (trapped) 공기를 증기 주입 압반 쪽으로 밀어붙일 수 있다. 따라서, 증기는 압력하에 주입되므로, 그의 공기는, 증기 주입 압반보다도 통상의 압반에 일반적으로는 보다 근접하게, 매트의 중심내에 갇혀진다. 공기는 포트가 없는 통상의 압반을 통해 배기 또는 탈출하지 못하므로, 주입 증기의 전방과 통상의 압반 사이, 또는 주입 증기의 전방과 제2의 증기의 전방 사이에 갇혀지게 된다. 이 방법이, 밀폐된 압축기내에서 행해질 경우, 갇힌 공기가 그 매트의 끝에서 탈출하는 것이 불가능하게 됨으로 해서, 문제는 한층 더 복잡해진다. 갇힌 공기는 증기가 접합제에 접촉하여 접합제를 완전히 경화시키는 것을 저지한다. 뿐만 아니라, 갇힌 공기는 마감 제품에서 "블로우아웃(blowouts)" 및 기타 결함들을 야기시킬 수 있다. 이렇게 생성된 판체의 물리적 특성은 열악하다.
D.W. Nyberg에게 특허허여된 미국특허 제4,162,877호에서는 섬유질 매트를 집어넣어 원하는 형태로 압축시키는 주형 공동을 형성하는 두 개의 마주보는 압축 압반을 포함하는 증기 주입 압축 시스템이 개시되어 있다. 하부 압반만이 조절 밸브에 의해 분리되는 증기의 외부원과 배기 시스템 모두와 성형 공동과의 유체 왕래를 제공하는 도관 공급 주입 증기 포트를 포함한 증기 분배 및 주입 압반이 된다. 상부 압반은 주입 또는 배기 포트 또는 노즐을 포함하지 않는다.
상기 미국특허 4,162,877 시스템의 작동시, 섬유질 매트가 성형 공동 내부에 배치된 후에, 증기 공급원으로부터 증기가 하부 압반의 포트 및 도관을 통해 도입되어, 성형 공동 내에 위치한 압축된 섬유질 매트로 주입된다. 소정 시간이 경과한 후에, 조정 밸브에 의해 증기 공급을 중단시킨 후 성형 공동을 상기 배기 시스템으로 개방되도록 작동시킨다. 상기 배기 시스템은 상기 분배 및 주입 압반의 주입 증기 포트 및 도관을 사용하여 성형 공동으로부터 증기과 수분을 끌어들인다.
상기 미국특허 4,162,877의 마즌편(상부) 압반은 "깨끗"하기 때문에, 매트의 밀도가 0.7 미만인 경우에 한해서, 압축된 섬유질 매트에 상세부를 찍는 엠보싱 압반으로서 사용될 수 있다. 이 특허에 따르면, 상기보다 밀도가 더 큰 경우에는, 공기가 상부 압반 근처에서 갇히게 되는 것을 방지하기 위해 그물망을 사용해야 한다. 그러나 불행히도, 대다수의 엠보싱-압축기 적용시, 섬유질 매트의 밀도는 0.7보다 높고, 따라서 미국특허 4,162,877에 개시된 것과 같이, 와이어 그물망을 사용하게 되면, 마즌편 압반에서의 엠보싱 표면 플레이트의 사용은 배제된다.
갇힌 공기는, 매트를 통해, 증기를 "분출 (flushing)"시킴으로써, 매트로부터 제거 또는 배기될 수 있는 것으로 알려져 있다. 매트에 주입된 증기는, 매트의 두께를 통해 통과하여, 매트로부터 갇힌 공기를 압출 또는 운반하는 방식으로 매트로부터 배기된다. 공기는 예컨대, 매트의 가장자리를 통해 "분출"될 수 있다. 그런, 이 매트의 가장자리를 통해 증기 분출시켜 내보내는 것은, 압축 압반과 접촉하는 매트의 거대 표면 영역에 비해 매트의 가장 자리 영역은 비교적 작기 때문에 몇몇 치수의 판재를 생산하는 데는 비효율적이다. 이 가장자리드를 통해 증기를 분출시키는 것 또한 밀봉 압축기 적용에, 또는 플로우가 제한되는 고밀도 매트에 적합하지 않다. 또는, 증기가 하나의 주입 압축 압반으로부터 매트로 주입되어 매트의 두께에 걸쳐 증기의 "크로스-플로우"를 만들 수 있는 포트가 제공되는 마즌편 압축 압반을 통해 배출될 수 있다. 합성 목재 패널을 제조하는 방법에 대한 미국특허 제4,684,489 호에는, 제1압축 위치으로의 증기 주입 없는 압축, 마즌편 주입 압반으로의 한 쪽 주입 압반으로부터의 증기의 간헐적 "분출"에 의한 후속 증기 압축, 두 압반들로부터의 증기 주입에 의한 최종 압축 및 진공 단계가 요구된다. 이러한 기존의 "크로스 플로우" 압축기 디자인이 증기가 매트의 모든 영역을 균일하고 효과적으로 가열시킬 수 있긴 하지만, 엠보싱 압반의 사용을 저해하여 상기 공동의 한 쪽 표면이 어떠한 주입 노즐, 망, 그루브 또는 개구부 없이 "깨끗하게" 남아, 즉, 압축된 매트의 표면상에서 매우 세밀하게 엠보싱될 수 있다. 따라서, 이 공정은 적어도 하나 이상의 "마감" 표면을 갖는 판체를 제조하는 데에는 적합하지 않다.
제목, A Practical Steam Pressing Technology for Wood Composites, Proceedings of the WAshington State University International Particleboard/Composite Materials Symposium, Pullman, Washington, April 10, 191의 Ernest W. Hsu의 저널 간행물(이하, "Hsu 1991"이라고 함)에는, 대략적으로 증기 주입이 두꺼운 판체 제품 제조에 적합하다고 개시되어 있다. 상기 참고문헌의 79 쪽에서, Hsu는 다음과 같은 적절한 증기화 사이클의 예를 개시하였다: 압축기 닫기, 저압 증기 주입(11 psi, 30초 동안), 증기 배기, 저압 증기 주입, 고압 증기 주입 증기 배기 및 압축기 열기. Hsu는 또한, "주입이 지연되면, 고밀도 판넬용 매트는 너무 압축되어 효과적인 증기 투과가 불가능할 수도 있다, 특히 증기 압력이 낮은 경우"라고 기재하고 있다. 그러나, Hsu는 단단하고, 두꺼운 판체에 적어도 하나 이상의 마감 표면을 제공하기에 적합한 압축기 사이클은 개시한 바 없다.
따라서, 적절한 강도 및 경도와 하나 이상의 마감 표면을 갖는 두꺼운 판체를 제조할 수 있는 편측 증기 주입 공정이 요망되어 왔다.
발명의 요약
본 발명은 증기 주입 이전에 매트를 완전하게 압밀시키는, 증기 압축기 내에서 합성 목재 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 완전 압밀 후에 저압 증기를 주입한 다음 상기 매트로부터 공기를 깨끗이 제거하기에 충분하도록 배기시킨 후에, 고압 증기를 주입하여 수지를 경화시킨다.
본 발명의 방법은 바람직하게는 "편측" 증기 주입 압축기, 즉, 평면 또는 패턴된 통상의 압반과 마주하는 증기 주입 압반을 갖는 압축기 내에서 실행된다. 본 발명의 방법은 다음과 같은 증기화 단계들을 갖는다:
매트의 완전 압밀;
저압 증기 주입(25-75 psi, 바람직하게는 50 psi; 30-120 sec, 바람직하게는 90 sec) 및 그에 이은, 상기 매트로부터 갇힌 공기를 제거하기에 충분할 정도의, 증기 주입 압반의 증기 주입 포트를 통한 배기; 및
상기 접합제를 경화하기에 충분할 정도의 고압 증기 주입(100-250 psi, 바람직하게는 200 psi; 30-120 sec, 바람직하게는 90 sec).
본 발명의 방법에 따라 하나의 증기 분배 압반 및 하나의 통상적인 압반을 이용함으로써, 접합제로 처리된 고밀도 섬유 매트를 균일하게 경화시키는 것이 가능하다. 따라서, 이 방법은 통상적인 압반에 의해 가압된 판체면 상의 마감 표면의 엠보싱 처리를 실용화할 수 있다.
또다른 일 구체예는 다음 단계들을 포함할 수 있다: 제1압반으로부터 매트 두께의 제1부분에, 상기 매트 두께의 제1부분의 온도를 100℃ 이상으로 상승시키기에 충분할 정도로 저압 증기를 주입하고, 제1압반을 배기시키고, 제2압반으로부터 상기 매트 두께의 제2부분에, 상기 매트로부터 간극 공기를 제거하는데 충분한 열을 대류시킨 다음, 제1압반으로부터 고압 증기를 주입하여 매트를 경화시킨다.
본 발명에 따라, 바람직하게는 매트를 생성시키는 통상의 방법에 의해 목재 섬유를 제조한다. 또한, 통상의 방법에 의해, 결과적인 밀봉된 압축 판체의 중량 기준 함량이 다음과 같이 되도록 목재 섬유를 처리하여 매트로 형성시킨다: 수분 함량 5-15%; 페놀성 수지 접합제 4-8%; 왁스 1-4%; 및 아연 보레이트 0.5-1.0%를 갖는 목재 섬유. 중량 함량은 필수적으로 판체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 압축 전후에 동일한 것으로 이해될 것이다. 압축 이전의 매트의 수분 함량은 대략 7-12%이며, 압축된 판체의 수분 함량은 약 4-8%이다. 왁스는 밀봉 압축된 제품에 방수성을 제공한다. 아연 보레이트는 살진균제로서 작용하고, 알루미늄 클로라이드는 밀봉 압축기 제품의 기계 성능을 증진시킨다. 이외에도 다른 공지의 첨가제 또는 처리법이 바람직하게 목재 섬유에 제공될 수 있다. 전술한 바와같이 본 발명의 방법은 또한 다른 리그노셀룰로오스성 물질들, 예컨대, 목재 칩이나 입자 등으로 제조된 매트로도 잘 실행될 것이다.
바람직한 접합제는 서서히 경화하고 2.5% 미만의 알카리성도 및 10 미만의 pH를 갖는 페놀성 수지이다. 바람직한 수지의 끓는물 겔 시간은 20 분보다 커야만 하고, 바람직하게는 20-60 분이다(끓는물 겔 시간은 212 ℉에서 수지 경화 속도를 측정함으로써 다양한 수지 타입 또는 다양한 수지 배합물의 상대적 경화 속도를 설정하는 데 사용되는 표준 수지 테스트에 의해 측정됨). 접합제를 목재 섬유에 첨가하고, 이 혼합물은 압축기의 압반 사이에서 완전하게 압축된 섬유질 매트로 형성된다. 매트를 완전하게 압축시킨 후에, 증기 형태의 열을 제1주입으로 적용하여 공기를 제거하고 매트를 통한 제2주입으로 적용하여 수지를 경화시킨다. 예컨대, 우레아-포름알데히드, 페놀-포름알데히드, 레조르시놀-포름알데히드, 농축된 푸르푸릴 알콜 수지, 또는 유기 폴리이소시아네이트와 같은 열경화성 수지가 본 발명 용도로 적합하다. 이 접합제는 목재 섬유들을 서로 접착시켜 압축 섬유질 매트 구조적 짜임새를 제공하고, 바람직한 성형 형태로 유지한다.
종래에는, 증기 투과성, 갇힌 공기 및 수지 블로우아웃과 관련된 문제들 때문에, 편측의 증기 주입이 고밀도 매트, 특히, 두꺼운 단면적을 갖는 매트에 대해 수행될 수 없다고 여겨져 왔다. 압밀은 효과적인 증기 투과를 저해하는 것으로 여겨져 왔다. 주입된 증기의 압력을 증가시켜 증기 투과를 이용하는 것이, 증기주입 압반으로부터 공기를 가두는 것으로 알려진 통상의 압반으로 이동하는 증기 프론트를 야기시킨다. 갇힌 공기는 통상의 압반을 통해 배기될 수 없으며, 주입된 증기과 동일한 압력에 다다른다. 갇힌 공기는 증기가 매트의 부분에서 접합제와 접촉하는 것을 저해하여서, 이러한 매트 부분들을 경화시키지 못하게 된다. 게다가, 성형 공동이 열릴 때, 압밀되고 경화된 제품내의 갇힌 공기내에 압력 빌드업(build-up)의 갑작스런 배기에 의해 결점, 예컨대, 마감 제품에서의 결함이나 결점을 야기시킨다. 또한, 고압 증기 주입은 수지 블로우아웃, 즉, 대개 주입 포트에 가까운 매트 부분에서 증기 주입에 의해 목재 입자들 또는 섬유들로부터 수지의 바람직하지 못한 제거를 야기시키는 것으로 여겨진다. 수지 블로우아웃은 마감 제품에서의 결함을 초래한다.
본 발명의 방법이 수지의 블로우아웃을 피하면서 갇힌 공기의 문제를 해결할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 저압 증기 주입 후에 배기시킴으로써 갇힌 공기를 매트로부터 제거한다. 증기 주입 적용 전에 매트를 완전하게 압밀시키고, 압축기를 밀폐 시킴으로써 수지의 블로우아웃이 방지된다. 수지의 블로우아웃은 또한, 압축 공동을 개방시켜 최종 제품을 떼어내기 전에, 바람직하게는 증기 주입 포트를 통해, 압밀된 매트로부터 압력을 완전히 해제시킴으로써도 방지된다. 수지의 블로우아웃 차단과 갇힌 공기의 제거는, 매트에 완전히 침투하여 접합제를 경화시키는 고압 증기의 적용을 가능케해준다. 이렇게 침투한 고압 증기는 이번에는, 예컨대 페놀성 수지 등과 같이 경화시간이 느리고/느리거나 경화온도가 높은 접합제들의 신속한 경화를 가능하게 한다. 페놀성 수지는 소량 적용시에도 다른 공지 수지들에 견줄만한 경화 특성 제공하므로, 사용하는데 좀더 경제적이다. 페놀성 수지는 통상의 바람직한 MDI 수지보다 더 안전하다. 따라서, 결과적인 마감 판체는 개선된 판체 특성을 제공하고, 종래 방법에 필적할 만한 압축 시간으로도 더 저렴하고 안전한 방식으로 제조된다.
매트를 처리하고 형성시킨 후에, 압축기에 로딩한다. 상기 매트 및 접합제를 특정 성형 형태로 압축시키는 데 사용될 수 있는 편측 증기 압축기는, 각각 성형 공도의 상부 및 하부에 자리하는, 마주보는 표면을 갖는 두 개의 압반을 포함한다. 압축기는 주입 또는 배기 포트가 없는 "깨끗한" 압축 표면의 통상적인 핫 압축 압반을 갖는다. 이 통상적인 압반의 "깨끗한" 압축 표면은 증기 주입 압반의 포트화된 압축 표면과 맞대어진다. 중지 프레임(stop frame)이 통상적인 압반의 주변을 따라 부착된다. 따라서, 성형 공동의 가장자리는 상기 중지 프레임에 의해 한정된다. 이 압축기가 닫힐 때, O-링으로 상기 중지 프레임을 증기 주입 압반의 주변에 밀봉시켜 밀봉 성형 공동/증기 챔버를 형성시킨다. 중지 프레임은 상기 성형 공동의 압반에서 압반까지의 두께를 수립하고, 매트 가장자리에서의 증기 손실을 최소화하며, 다른 점에서는, 압축 동안에 매트를 안정화시키는 것 등을 포함한 몇몇 기능을 제공할 수 있다.
상기 통상의 압반 표면에는 포트가 없기 때문에, 압밀된 매트의 한쪽면상의 "마감" 표면을 압축하기에 적합하다. 전술한 바와 같이, 압밀된 판체의 마감 표면은 매끄럽거나, 상기 통상의 압반 압축 표면으로부터 새겨진 매우 세밀한 패턴으로 엠보싱될 수 있다. 증기 주입 패턴은 압반의 몸체내의 증기 분배 도관에 의해 공급되는 압축 표면내의 다수의 증기 주입 포트를 갖는다. 다수의 증기 주입 포트 및 도관은 성형 공동과, 조절 밸브에 의해 분리되는 증기 외부원 및 배기 시스템 모두 사이에서 유체의 왕래를 제공한다. 따라서, 상기 압반은 조절 밸브를 조정함으로써 증기 주입 포트를 통해 매트로 증기를 주입하고, 상기 동일한 증기 주입 포트를 통해 매트로부터의 공기, 과잉의 수분 및 증기를 배기시키도록 장착된다. 또는, 증기 공급원에 연결된 증기 주입 포트 및 배기 시스템에 연결된 배기구가 증기 주입 압반매의 압축 표면에 제공되어, 주입 및 배기 작업이 각각 별도로 이루어지고, 별개로 조절될 수 있도록 할 수도 있다. 이러한 선택적 배열에서는, 증기 공급 시스템과 배기 시스템 사이의 왕래는 오직 압축 공동내의 매트를 통해서만 된다.
증기 주입 공정 중에, 각각의 압반은, 예컨대, 전열 코일에 의해, 또는 증기를 압반 체부내에 위치한 적절한 도관으로 통과시킴으로써, 주입되는 증기의 온도 이상의 온도로 가열될 수 있어야만 한다. 상기 주입된 증기 온도 이상으로 압반의 온도를 유지함으로써, 매트 내부에서 주입된 증기의 응축이 일어나지 않으며, 매트내에서 과잉의 수분이 증기으로 전환된다.
압축 압반 사이에 매트를 장착하고 배치시키며, 압축기를 닫고 최종 압밀 위치까지 둘 중의 하나 이상의 압축 압반이 다른 압축 압반 쪽으로 이동함으로서 매트가 완전하게 압밀된다. 완전 압밀된 매트의 두께는 실질적으로, 최종 제품의 두꼐와 동일하다. 예를 들면, 사이딩 판체 제품은 대략 0.5 인치의 두께를 갖고, 외장 판체 제품은 1 인치 이상의 두께를 가을 수 있다. 완전 압밀된 매트, 즉, 합성 판체는 0.65 내지 0.85 그램/입방 센티미터의 범위의 밀도를 갖는다. 압밀된 매트의 바람직한 밀도는 0.5 인치 판체의 경우 0.80이며, 1인치 판체의 경우 0.70이다.
매트를 완전히 압밀시킨 후에, 제1증기 주입은 저압에서, 증기가 투과할 수 있는 매트 두께, 즉, 틈새 갇힌 공기를 갖지 않는 매트 두께의 온도를 적어도 100 ℃ 이상까지 상승시키기에 충분한 시간 동안, 충분한 양으로 매트에 적용된다. 본문에서, "저압"이라 함은 100 psi 미만을 의미하는 것이다. 전술한 바와 같은 중량에 의한 제품 함량의 경우, 약 250-300 ℉의 온도에서 증기는 50 psi로 90 초 동안 주입되어, 실질적으로 매트의 모든 두께의 온도를 212 ℉(100 ℃)로 상승시켰다. 그러나, 바람직한 물질들, 즉, 목재 섬유에 있어서, 예컨대, 매트의 두께 및 밀도, 사용된 수지 등과 같은 변수들이, 30-120 초의 시간 동안 25-75 psi의 압력 범위내가 될 수 있는 제1증기 주입 사이클에 영향을 미칠 수 있다. 리그노셀루로스성 물질들 및 수지류의 다른 배합물들은 갇힌 공기를 갖지 않는 매트의 이러한 부분들을 투과하는 데, 적절한 시간 길이 동안에 적용되는 100 psi 미만의 적절한 증기 주입 압력을 필요로 할 것이다.
매트의 충분한 부분의 온도가 212 ℉(100 ℃)에 이를 때, 저압 증기 주입을 중지한다. 증기 주입 및 배기 시스템에 대한 조절 밸브를 조정함으로써, 증기 주입 압반의 압축 표면내의 증기 주입 포트를 증기 배기 기능으로 전환시킬 수 있으며, 대기압 가까이로 개방된다. 매트내에서 포함된 저압 증기 빌드업은 과잉의 수분과 공기를 수반하여 포트를 통해 배출된다. 부가적으로, 통상적인 압반의 온도는 주입디는 증기의 온도보다 높거나 적어도 같아야 한다. 따라서, 상기 통상의 압반으로부터 매트에 전도되는 열은 매트내의 과잉의 수분을 증기으로 전환시켜 또한 공기를 배기 방출 포트를 통해 공기를 배출시킨다. 증기 주입 포트는 매트에서 예어가 제거될 때가지 대기압 가까이로 유지된다. 매트내에 갇힌 공기를 제거한 후에, 상기 포트는 배기 기능에서 증기 주입 기능으로 전환된다.
이차 증기 주입은 접합제를 경화시키고 매트를 굳히기에 충분한 압력으로 매트에 적용된다. 이차 증기 주입은 바람직하게는 고압에서 수행된다. 본문에서, "고압"이라 함은 100 psi 이상을 의미한다. 전술한 바와 같은 중량 함량의 제품의 경우, 약 330-400 ℉의 온도에서 증기를 200 psi로 90 초 동안 주입하였으나, 100 내지 250 psi에서 30 내지 12 초 동안의 범위로 주입될 수도 있다. 충분하 고압 증기를 주입하여, 접합제의 경화를 바람직한 정도로 얻으면, 증기 주입을 중지한다.
압반 포트는 다시 배기 기능으로 전환되고, 매트내의 압력을 낮춘 후에 압축 공동을 연다. 제품의 결함을 방지할 수 있도록 충분한 배기 후에, 압축 공동을 개방한다. 성형된 경화된 섬유판 제품이 제거된다.
종래의 방법을 이용하는 기존의 압축기 및 본 발명의 방법에 따라 밀폐형 압축기에서 두께 1/2 인치 (약 1.27 cm)의 시료판들을 제조하였다. 그 특성 비교는 아래의 표 1에 요약되어 있다. 표의 오른쪽 열에 미국 하드보드 연합 표준(American Hardboard Association standards)이 기입되어 있다.
밀폐형 압축법 기존의 압축법 미국 하드보드 연합
1 시간 비등 팽창율 <15% <30% 없음
24 시간 흡수도 <10% <10% <12
24 시간 캘리퍼 팽창율 <5% <5% <8
비중(g/cc) 80 90
압축 시간(분) 3 6
가습 필요성 없음 있음
내부폐성 있음 없음
MOR psi 5000 5000 >1800
MOE psi 250 250
"1 시간 비등 팽창"이란 1 인치 x 12 인치 (약 2.54 cm x 30.48 cm)의 시료판을 비등수에 1 시간 동안 넣은 후 상기 시료판의 두께 변화의 백분율을 계산함으로써 합판 제품의 상대적인 내구성을 결정하기 위하여 본 발명자들이 사용한 시험법이다. 비등수로부터 꺼낸 후, 시료판의 두께를 측정하고 비등 전의 시료판의 두께와 비교한다. 측정 값들간의 차이를 백분율로 계산하여 이용한다.
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표 1 중의 수치들을 비교한 결과, 본 발명에 따라 PF 수지로 제조한 밀폐형 압축 제품의 시료가 현저하게 향상된(낮은) 비등 팽창 및 내부패성, 낮은 비중(밀도), 압축 후의 가습 필요성의 감소 또는 소거 및 현저하게 단축된 압축 시간을 나타낸다는 것이 입증되었다.
압축 후의 가습 필요성의 감소 또는 소거는 기존의 압축법에 비해 본 발명의 중요한 장점이다. 제조 후 합성판 제품의 수분 함량이 변동하면 좋지 못한 크기 변화, 예컨대 선형 팽창 또는 제품의 비틀림을 야기한다고 알려져 있다. 전형적인 최종 용도의 노출 도중에, 제품은 예컨대 습기, 비, 건조 등의 환경적 요인에 의하여 수분을 빨아드리거나 잃게 된다. 최종 용도의 노출 도중에 바람직하지 않은 크기 변화를 회피하려면, 합성판 제품을 전통적인 압축법 후 가습시켜 상기 제품의 평균 수분 함량을 특정의 지리적 또는 기후적 수준으로 증가시킴으로써 수분 함량의 변동을 극소화한다. 압축 후의 가습은 합성판 제품에 수분을 첨가한다. 압축 후 가습은, 압축 도중에 모든 수분이 실질적으로 "외부로 제거되어(cooked out)" 압축기 내에 존재하는 수분이 거의 0%인 일반적으로 가열 압반 압축법으로 생산되는 제품에 특히 중요하다.
목재 합성 제품의 이상적인 수분 함량은 주위가 건조한 지역에서는 통상 7%(2%의 범위), 그리고 다습 지역에서는 12% 이상이어야 한다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 합성판은 압축 후에 가습하는 일이 거의 또는 전혀 없이 다양한 기후에서 내장용 또는 외장용으로 사용하기에 특히 적절하다. 상기 합성판 제품을 사용할 수 있는 곳으로는, 외장판(trimboard), 울타리, 판자벽, 갑판, 창 부재, 문 부재, 가구 산업용 수납용 기판, 팔렛트 (pallet) 부품, 콘테이너 부품, 인테리어 성형품, 목공 제품, 장식용 제품, 예컨대 전망대, 셔터, 벽면 판넬 및 벽면 시스템을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로 언급하지는 않았으나, 다른 다수의 응용역시 가능하다는 것을 이해하게 될 것이다.
이상, 예시의 목적으로 본 발명의 양호한 예들을 기재하였으나, 당업자라면 별첨의 특허 청구 범위에 의하여 정해지는 본 발명의 범위와 정신을 벗어나는 일이 없이 다수의 첨가, 수정 및 대체가 가능하는 것을 인식하게 될 것이다.

Claims (31)

  1. 알칼리도가 2.5% 미만이고 pH가 10 미만인 미경화 완경성(緩硬性) 페놀 포름알데히드 접합제로 처리된 목립(木粒)들을 포함하는 매트를 형성하는 단계와,
    상기 매트를 제1및 제2압축 압반 사이에 형성된 압축 공동에 배치하는 단계와,
    상기 압축 공동을 밀폐시키는 단계와,
    제1및 제2압축 압반 중 적어도 1개를 최종 압축 위치까지 제1및 제2압축 압반의 나머지 쪽으로 이동시킴으로써 매트를 완전히 압밀시키는 단계와,
    제1압축 압반내의 1개 이상의 증기 포트를 통해 일차량의 증기를 30 내지 120 초의 범위의 시간 동안, 25 내지 75 psi 범위의 압력으로 매트에 공급하는 단계와,
    과잉의 공기가 상기 매트로부터 제거될 수 있도록 상기 일차량의 증기를 매트로부터 상기 제1압축 압반내의 1개 이상의 증기 포트를 통해 배기시키는 단계와,
    제1압축 압반내의 1개 이상의 증기 포트를 통해 이차량의 증기를 100 내지 250 psi 범위의 압력 및 접합제를 경화시키는데 충분한 온도로 매트에 공급하는 단계와,
    압축 공동을 개방하기에 앞서 매트로부터 과잉 압력을 해제시키는 단계와,
    압축 공동을 개방하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  2. 미경화 접합제로 처리된 목립을 포함하는 매트를 형성하는 단계와,
    상기 매트를 제1및 제2압축 압반 사이에 형성되는 압축 공동(空洞) 내에 배치하는 단계와,
    상기 압축 공동을 밀폐시키는 단계와,
    제1및 제2압축 압반 중 적어도 1개를 최종 압축 위치까지 제1및 제2압축 압반의 나머지 쪽으로 이동시킴으로써 매트를 완전히 압밀시키는 단계와,
    제1압축 압반내의 1개 이상의 증기 포트를 통해 일차량의 증기를 매트에 공급하고, 제1압축 압반내의 상기 1개 이상의 증기 포트를 통해 상기 일차량의 증기를 매트로부터 배기시키는 단계로서, 이 때 상기 일차량의 증기는 매트로부터 과잉의 공기가 제거되도록 하는 시간과 압력 범위로 공급 및 배기되는 단계와,
    제1압축 압반내의 1개 이상의 증기 포트를 통해 이차량의 증기를, 접합제를 경화시키는데 충분한 온도와 압력으로 매트에 공급하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압축 공동을 개방하기 전에 상기 매트로부터 과잉의 압력을 해제하는 단계와, 상기 압축 공동을 개방하는 단계를 추가로 포함하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 저압으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 100 psi 미만의 압력으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 25 내지 75 psi 범위의 압력으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 일차량의 증기의 압력보다 큰 압력으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  11. 제2항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 100 psi 이상의 압력으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 100 내지 250 psi 범위의 압력으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  13. 제2항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  16. 미경화 접합제로 처리된 목립(木粒)들을 포함하는 매트를 형성시키는 단계로서, 이때 상기 매트는 대치되는 제1및 제2측면을 갖는 것인 매트를 형성하는 단계와,
    밀폐된 압축 공동 내에서 상기 매트를 최종 두께까지 압밀시키는 단계와,
    매트의 상기 제1측면을 통해 일차량의 증기를, 과잉량의 공기에 의해 점유되지 않은 상기 매트 두께의 적어도 일부분에 공급하고, 이 때 상기 일차량의 증기는 상기 매트의 상기 부분의 온도를 100℃ 이상으로 상승시키는데 충분한 압력과 시간으로 상기 두께 부분에 공급되는 것인 단계와,
    과잉량의 공기가 매트로부터 제거되도록 상기 제1측면을 통해 매트를 배기시키는 단계와,
    상기 제1측면을 통해 이차량의 증기를, 매트의 두께 전반에 걸쳐 접합제를 경화시키는데 충분한 온도와 압력으로 공급하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 압축 공동을 개방하기 전에 상기 매트로부터 과잉의 압력을 해제하는 단계와, 상기 압축 공동을 개방하는 단계를 추가로 포함하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 100 psi 미만의 압력으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 25 내지 75 psi 범위로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 일차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  23. 제16항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 일차량의 증기의 압력보다 큰 압력으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  24. 제19항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 100 psi 이상의 압력으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 100 내지 250 psi 범위의 압력으로 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  26. 제16항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 이차량의 증기를 30 내지 120초 동안 공급하는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  29. 미경화 접합제로 처리된 목립(木粒)들을 포함하는 매트를 형성시키는 단계로서, 이때 상기 매트는 대치되는 제1및 제2측면과, 수분 함량 및 공기 함량을 갖는 것인 매트를 형성하는 단계와,
    밀폐된 압축 공동 내에서 상기 매트를 최종 두께까지 압밀시키는 단계와,
    매트의 상기 제1측면을 통해 일차량의 증기를, 상기 매트의 제1측면에 인접한 상기 매트 두께의 제1부분에 공급하는 단계로서, 이 때 상기 일차량의 증기를 상기 두께의 제1부분에 상기 매트의 제1부분의 온도를 100℃ 이상으로 상승시키는데 충분한 압력 및 시간으로 공급하는 것인 단계와,
    매트의 제2측면에 인접한 매투 두께의 제2부분을 전도에 의해 가열하는 단계로서, 매트 두께의 제2부분 중 수분 함량의 적어도 일부를 증기로 변환시키는데 충분할 정도로 가열시키는 단계와,
    과잉의 공기가 매트로부터 제거되도록, 상기 제1측면을 통해 매트를 배기시키는 단계와,
    매트 두께 전반을 통해 접합제를 경화시키는데 충분한 온도와 압력으로 상기 제1측면을 통해 이차량의 증기를 공급하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 합성 목재 제품의 제조 방법.
  30. 100℃를 초과하는 온도에서 경화가능한 접합제로 처리된 목립(木粒)들을 포함하는 매트를 형성시키는 단계로서, 이때 상기 매트는 대치되는 제1및 제2측면을 갖는 것인 매트를 형성하는 단계와,
    밀폐된 압축 공동 내에서 상기 매트를 최종 두께까지 압밀시키는 단계와,
    상기 매트의 상기 제1측면을 통해 일차량의 증기를, 과잉량의 공기에 의해 점유되지 않은 상기 매트 두께의 적어도 일부분에 공급하는 단계로서, 이 때 상기 일차량의 증기는 상기 매트의 상기 부분의 온도를 100℃ 이상으로 상승시키는데 충분한 압력과 시간으로 상기 두께의 상기 부분에 공급되어, 상기 일차량의 증기가 상기 매트내에서 압력을 강화시키는 것인 단계와,
    상기 과잉량의 공기가 매트로부터 제거되도록 상기 제1측면을 통해 상기 매트로부터 강화된 압력을 배기시키는 단계와,
    상기 제1측면을 통해 이차량의 증기를, 상기 매트의 두께 전반에 걸쳐 상기 접합제를 경화시키는데 충분한 온도와 압력으로 공급하는 단계와,
    압축 공동을 개방하기 전에 상기 제1측면을 통해 상기 매트로부터 과잉 압력을 해제시키는 단계와,
    압축 공동을 개방하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 방법에 의해 제조된 합성 목재 제품.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제조된 합성 목재 제품이 갑판, 창 부재, 문 부재, 가구 산업용 수납용 기판, 팔렛트 (pallet) 부품, 콘테이너 부품, 인테리어 성형품, 목공 제품, 전망대 부품, 셔터, 벽면 판넬 및 벽면 시스템 부품 중에서 선택된 것인 합성 목재 제품.
KR10-2000-7014660A 1998-06-23 1999-06-23 하나 이상의 마감 표면을 갖는 합성판의 증기압축법 KR100483472B1 (ko)

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