KR100550297B1 - 난연성 목분 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목분을 준비하고, 준비된 목분을 ZnCl₂ 용액에 침투시켜 섬유상이 강화된 2차 입자들을 형성시키고, 섬유상이 강화된 목분을 CaO에 침투시켜 중화시키고, 중화된 목분에 포함된 물질을 정연처리하여 완전히 제거시키고, 정연처리된 목분을 숙성 및 건조시키고, 건조된 목분에 방염제를 혼합하는 단계를 포함하여 구성되는 난연성 목분 제조방법 및 이에 따라 제조되는 난연성 목분을 제공한다.

목분, 난연성

Description

난연성 목분{Flame retardant wooden powder}

도 1은 목분을 사용하여 제조한 종래의 인조목을 보여주는 사진.

도 2는 본 발명에 따른 난연성 목분을 보여주는 사진.

도 3a는 본 발명에 따른 난연성 목분과 일반 목분에 대한 난연성 비교 실험으로서, 초기 상태를 보여주는 사진.

도 3b는 본 발명에 따른 난연성 목분과 일반 목분에 대한 난연성 비교 실험으로서, 화력을 가한 후 1분 경과후의 상태를 보여주는 사진.

도 3c는 본 발명에 따른 난연성 목분과 일반 목분에 대한 난연성 비교 실험으로서, 화력을 가한 후 5분 경과후의 상태를 보여주는 사진.

도 3d는 본 발명에 따른 난연성 목분과 일반 목분에 대한 난연성 비교 실험으로서, 화력을 가한 후 10분 경과후의 상태를 보여주는 사진.

도 3e는 본 발명에 따른 난연성 목분과 일반 목분에 대한 난연성 비교 실험으로서, 화력을 가한 후 20분 경과후의 상태를 보여주는 사진.

도 3f는 본 발명에 따른 난연성 목분과 일반 목분에 대한 난연성 비교 실험으로서, 화력을 가한 후 30분 경과후의 상태를 보여주는 사진.

도 3g는 본 발명에 따른 난연성 목분과 일반 목분에 대한 난연성 비교 실험으로서, 화력을 가한 후 1시간 경과후의 상태를 보여주는 사진.

본 발명은 난연성 목분에 관한 것으로, 상세하게는 폐목으로부터 얻어지는 목분에 강화처리와 난연처리를 통하여 강도와 난연성을 획기적으로 향상시킨 건축용 신소재에 관한 것이다.

건물, 주택 등의 각종 구조물이나 건축물 등에는 목재를 일정한 방법으로 가공하여 제조하여 왔으나, 목재를 이용하여 건축물을 제조할 경우 수분에 의한 변형이나 목재의 파손 등 많은 문제점이 발생되고 있으며, 특히, 실내건축 소재로 목재를 사용하는 경우 화재 발생에 무방비 상태로 노출되는 문제점을 앉고 있다.

따라서, 목재를 사용한 건축물 등의 화재시 불길이 더 이상 번지지 않도록 하고자 각종 난연재개발이 이루어져 왔다.

건축물의 천정 및 벽마감재로서 사용되는 난연성 견지(일명, 텍스)류는 주로 석면류 등으로 제조된다. 이들 난연성 견지는 난연성은 비교적 좋으나 강도 및 탄력성이 매우 약하고 부식성이 강해서 난연재로서의 수명이 짧으며, 특히 비중이 높기 때문에 작업효율이 떨어지는등 큰 단점이 있었다.

또한, 석고류로 만든 석고보드도 내연성은 좋으나, 유독가스가 발생하며 자연에 방치될 경우에 쉽게 분해되지 않아 생태계를 파괴하므로 이들의 대체 소재 개발이 시급한 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 고지펄프를 포함하는 일반 종이 류를 사용하여 여러장 적층시킨 후 특수처리함으로써 난연재의 무게를 줄이면서 수명을 향상시키고, 이와 동시에 난연성과 내구성, 강도, 탄력성을 강화시키고자 하는 시도가 있었다.

그러나 이러한 종래 기술은 목재가 갖고 있는 질감을 충분히 살리지 못하여 건축자재로서 사용하는데 한계가 있으며, 특히 다양한 형태로 성형하는데 어려움이 있었다.

뿐만 아니라 저렴한 가격으로 제품을 공급하기 위해서는 대량생산이 용이해야 하는데 종이류를 여러장 적층시켜 제조하는 난연제는 대량생산에 부적합하고, 생산성도 매우 떨어지는 문제점이 있었다.

한편, 목재의 경우 그 수량이 한정되어 있으므로, 합성수지를 이용하여 인조목을 제조함으로써 목재를 대체하여 왔는데, 인조목 제조의 일반적인 방법은 합성수지와 목분 및 적정한 첨가제를 일정비율로 첨가 혼합하고, 상기 혼합물을 일정한 형태로 성형하는 것이다.

그러나 상기 방법에 의하여 제조되는 인조목은 첨가제로 난연제를 포함시키더라도 난연성이 좋지 못하여 난연재로 사용하는데는 한계가 있었으며, 이 역시 양산체계에서 대량생산이 어렵다는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 목분을 사용한 인조목에는 목분의 함량을 높이기 어려워 목재로서의 질감을 내기 어려울 뿐만 아니라, 특히 강도가 떨어질 뿐만 아니라, 손으로 만져도 쉽게 균열이 생기고 부스러지는 등 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.(도 1참조)

따라서, 기존의 난연성 자재들은 건축 구조물 및 기타 응용제품으로 사용하는데 한계가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 폐기 처리되는 목분으로부터 난연성이 크게 향상된 난연성 목분을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 강도가 강한 난연성 목분을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 성형성이 용이하며, 대량생산이 가능한 난연성 목분을 제공하는 것이다.

기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징은 후술하는 상세한 설명 및 특허청구범위에서 명확히 나타날 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 목분을 준비하고, 준비된 목분을 ZnCl₂ 용액에 침투시켜 섬유상이 강화된 2차 입자들을 형성시키고, 섬유상이 강화된 목분을 CaO에 침투시켜 중화시키고, 중화된 목분에 포함된 물질을 정연처리하여 완전히 제거시키고, 정연처리된 목분을 숙성 및 건조시키고, 건조된 목분에 방염제를 혼합하는 단계를 포함하여 구성되는 난연성 목분 제조방법을 제공한다.

본 발명은 상기 목분에 접착제를 혼합하고, 일정 형태로 성형하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 방염제 혼합 후, 추가적인 건조 단계를 포함할 수 있다.

상기 정연처리는 가성소다, 초산 또는 물 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 사용한다.

본 발명은 또한 상기 방법에 의하여 제조되는 난연성 목분을 제공한다.

본 발명에 따른 난연성 목분은 화기가 근접하더라도 목분에서 불꽃이 발생되지 않으며, 목분 표면으로부터 연기와 함께 검게 그을리는 탄화현상(carbonization)만 발생된다.

실험에 따르면, 본 발명의 난연성 목분은 10분 - 30분 정도의 시간이 경과된 후 점차적으로 탄화가 진행되며, 1 시간 정도 경과하면 탄화가 거의 완료되는 것으로 나타났다. 그러나 목분에서 불꽃이 발생되지 않으므로 건축자재로 사용되었을 경우 주변의 다른 자재에 불길을 옮기지 않으며, 다른 유기화학물질로 구성된 건축자제와 비교할 때 유독 가스를 내뿜지 않기 때문에 화재 발생시 인명 및 재산상의 재난을 크게 줄일 수 있을 것으로 평가된다.

또한, 본 발명의 난연성 목분은 그 형태와 두께를 임의로 자유롭게 변형시킬 수 있어, 가구, 건축용 판넬, 외장재, 내장재, 기타 장식재로 사용 가능하며, 기타 산업상의 활용도가 높아 새로운 분야에서도 신소재로 각광받을 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 난연성 목분의 제조방법 및 그 난연특성에 대하여 좀더 구체적으로 설명한다.

먼저 본 발명의 난연성 목분은 일반적인 목재 뿐만 아니라 산업폐기물에서 얻어지는 폐목도 사용 가능하다. 바람직하게는 폐목을 주로 사용하는 것이 자원재활용 측면에서도 바람직할 것이다.

일반적으로 목분은 합성 수지 등의 결합제를 첨가하고 다른 비목재성 자재와 결합하여 인조목으로 제조되는데, 이 경우에 그 강도가 떨어지고 성형성이 좋지 못한 단점이 있다.

본 발명에서는 폐목을 분쇄하여 얻어지는 목분을 준비하고, 이 목분을 일정 수준 이상의 강도를 가지도록 강화처리를 하여 분쇄된 목분 입자보다도 그 입자크기가 큰 그래뉼 상태의 2차 입자 목분을 얻는다. 이러한 2차 입자 목분은 그 자체로도 경도가 뛰어날 뿐만 아니라, 후처리로서 접착제 등의 결합제를 혼합할 경우 접착력이 강화되는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 성형 후의 최종 제품의 전체적인 강도도 뛰어나게 되어 내구성이 강화된다.

강화처리 단계는 분쇄된 목분을 물이 다량 첨가된 강화제로서 ZnCl₂ 용액에 침투시켜 목분의 섬유상을 고화시킨다. 이러한 강화단계는 목분의 섬유상을 일정 정도 녹여 섬유상을 강화시킴과 동시에 섬유상 사이의 결합력을 증대시키는 것이다. 이 과정을 통하여 목분 입자는 그 자체의 강도가 증가할 뿐만 아니라, 미세한 분말끼리는 서로 뭉치게 되어 그레뉼을 형성한다.

섬유상을 강화시킨 후 상기 강화제를 중화시키기 위하여 연속적으로 상기 목분을 CaO를 침투시켜 ZnCl₂를 중화시킨다.

중화된 목분은 일정 시간 동안 숙성 과정을 거치게 되는데, 숙성 시간은 10초 - 5분, 바람직하게는 1분 정도가 적당하다. 따라서, 숙성 과정은 상기 강화단계 및 중화단계와 연속적으로 수행될 수 있다.

다음으로는, 목분으로부터 중화된 물질을 제거하기 위하여 정연세제 과정을 거친다. 이 과정은 목분에 침투된 물질을 완전히 제거하기 위한 것으로, 이 때 사용되는 물질로는 가성소다, 초산 또는 물 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 사용한다. 이 과정 역시 앞서의 단계와 더불어 연속적으로 진행될 수 있다.

목분으로부터 침투된 물질을 완전히 제거한 후에는 1차 건조 단계를 거친다. 이 과정에서 모든 수분을 제거할 필요는 없으며, 후속 공정에서 결합제를 포함시키기에 적당한 정도로 건조시키는 것으로 충분하다. 건조 시간은 목분의 양에 따라 달라질 것이다. 바람직하게는 70 - 90%로 건조시키는 것이 좋다. 건조 과정 역시 연속적인 공정으로 진행 가능하다.

1차 건조를 마친 목분에 방염제(flame proofing agent)을 침투시킨다. 사용되는 방염제는 기존에 사용하는 어떤 물질도 가능하며, 침투의 용이성을 위하여 적극적인 교반과정을 동반하는 것이 좋다. 방염제 침투 시간은 교반속도 및 목분의 양에 따라 달라지지만, 이 과정 역시 앞서의 과정과 더불어 연속적인 진행이 가능하다. 방염제가 목분에 침투되면, 그 자체로서 충분한 난연성 목분의 기능을 다할 수 있다. 그러나, 난연성 목분이 좀더 산업상의 활용성을 갖기 위해서는 일정한 형태로 성형 과정을 거치는 것이 필요하다.

방염제가 침투된 목분은 2차적으로 건조 시킨 후 성형 단계를 거칠 수 있다.

성형단계에서는 먼저 접착제를 목분과 혼합하여 목분 입자 사이의 결합력을 증대시키고, 목분이 일정한 형태로 성형될 수 있는 상태로 준비한다.

사용되는 접착제는 통상 합성수지성분이 주로 이용되며, 그 예로서 요소수지와 경화제의 혼합물이 사용될 수 있으나, 본 발명에서 사용하는 접착제는 이것에만 한정되지는 않는다.

접착제가 첨가된 목분은 일정 두께를 갖는 판넬 형태 혹은 일정 부피를 갖는 구조물 형태로 성형될 수 있다. 판넬의 경우 압출 성형이 이용될 수도 있으며, 일정 형태를 갖는 구조물은 몰드에 넣고 압력을 가하여 성형할 수도 있을 것이다. 기타, 알려진 여러가지 성형 방법이 모두 사용될 수 있다.

일반적인 가압 성형이나 압출 성형의 경우 앞서의 강화단계 및 방염제 침투 단계 등과 연속해서 일련의 공정으로 진행될 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 난연성 목분(우측)을 보여주는 사진이다. 비교를 위하여 일반적인 목분(좌측)을 함께 나타내었다. 미분들이 서로 결합하여 그레뉼을 형성하였기 때문에 그 입자 크기가 전체적으로 큰 것을 알 수 있다. 목분을 손으로 만져보면 그 강도도 일반 목분에 비하여 매우 강한 것을 느낄 수 있다.

다음에는 본 발명에 따른 난연성 목분의 난연 특성을 실험한 결과를 살펴본다. 먼저 비교 실험을 위하여 본 발명에 따른 난연성 목분과 일반적인 목분을 준비하였다.

준비된 목분들을 화기 위에 올려놓고 시간에 따른 변화를 조사하였다. 대장간에서 사용하는 갈탄을 사용하고 화기를 일으키고, 그 위에 메쉬 구조의 망을 올려놓고 동일한 량의 목분들을 태웠다.

도 3a는 본 발명에 따른 난연성 목분(왼쪽)과 일반 목분(오른쪽)에 대한 난연성 비교 실험으로서, 초기 상태를 보여주는 사진이다. 초기 단계부터 일반 목분에는 가장자리부터 연기가 피어오르는 것을 확인할 수 있었다.

도 3b는 화력을 가한 후 1분 경과후의 상태를 보여주는 사진이다. 이미 일반 목분에는 불꽃이 붙어올라 조금씩 타들어가고 있으나, 본 발명에 따른 목분은 가장자리가 조금 검게 그을릴 뿐 불꽃은 전혀 발생되지 않았다.

도 3c는 화력을 가한 후 5분 경과후의 상태를 보여주는 사진이다. 일반 목분에는 불꽃이 급격하게 커지면 계속해서 타들어가는 것을 볼 수 있으나, 본 발명에 따른 목분은 가장자리부터 조금씩 타들어갈 뿐 연기도 많이 발생되지 않았다.

도 3d는 화력을 가한 후 10분 경과후의 상태를 보여주는 사진이다. 일반 목분에는 불꽃이 전체적으로 번져 활활 타오르는 것을 볼 수 있는 반면, 본 발명에 따른 목분은 여전히 가장자리만 검게 그을린 채로 약하게 연기만 피어오르는 것을 볼 수 있다.

도 3e는 화력을 가한 후 20분 경과후의 상태를 보여주는 사진이다. 일반 목분은 불꽃이 전체를 덮은 채 완전히 타들어가 모두 검게 그을린 것을 볼 수 있는 반면, 본 발명에 따른 목분은 10분 경과시와 비교할 때 큰 차이가 없었다.

도 3f는 화력을 가한 후 30분 경과후의 상태를 보여주는 사진이다. 일반 목분은 불꽃 마져 모두 사라지고, 검게 그을린 재만 남아 있는 것을 볼 수 있으나, 본 발명에 따른 목분은 여전히 가장자리부터 검게 그을린 상태를 유지하며 약하게 연기가 피어오르는 것을 관찰할 수 있다.

도 3g는 화력을 가한 후 1시간 경과후의 상태를 보여주는 사진이다. 이미 일반 목분은 다 타고 재마져 사라져 버린 상태인 것을 확인 할 수 있으며, 본 발명에 따른 목분은 불꽃이 발생하지 않은 채 검게 그을려진 상태인 것을 볼 수 있다.

이와 같은 비교 실험을 통하여 본 발명에 따른 난연성 목분은 화기가 접근하더라도 불꽃이 생기지 않고, 연기도 매우 적게 배출되며, 시간 경과에 따라 표면으로부터 약하게 탄화가 진행되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 난연성 목분은 화재 발생시 불기를 전염시키지 않고, 유독가스의 배출도 거의 없을 것으로 판단되어 이상적인 난연성 건축 자재로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 버려지는 산업 쓰레기에 불과한 폐목으로부터 얻어지는 목분을 재활용하여 난연성 건축 자재로 사용함으로써 자원재활용 및 환경보호에 크게 이바지 할 수 있다.

또한, 본 발명의 난연성 목분은 일반 목분을 사용한 기존의 난연재와 비교할 때 강도가 뛰어날 뿐만 아니라, 난연성이 크게 향상되어 다양한 용도의 건축 자재로 사용 가능하다.

뿐만 아니라, 본 발명의 난연성 목분은 성형성이 우수하고 대량생산에 유리하여 산업적으로 활용성이 더욱 증가될 수 있다.

Claims (5)

1. 목분을 준비하고,

   준비된 목분을 ZnCl₂ 용액에 침투시켜 섬유상이 강화된 2차 입자들을 형성시키고,

   섬유상이 강화된 목분을 CaO에 침투시켜 중화시키고,

   중화된 목분에 포함된 물질을 정연처리하여 완전히 제거시키고

   정연처리된 목분을 숙성 및 건조시키고,

   건조된 목분에 방염제를 혼합하는 단계를 포함하여 구성되는

   난연성 목분 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 목분에 접착제를 혼합하고, 일정 형태로 성형하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 난연성 목분 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 정연처리는 가성소다, 초산 또는 물 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 난연성 목분 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 방염제 혼합 후, 추가적인 건조 단계를 포함하여 구성되는 난연성 목분 제조방법.
5. 제1항의 방법에 의하여 제조되는 난연성 목분

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