KR100572591B1

KR100572591B1 - 치수안정성과 가스흡착성과 원적외선 방사율이 우수한 건축 내장재용 숯보드 및 숯보드 복합재료의 제조방법

Info

Publication number: KR100572591B1
Application number: KR1020030048137A
Authority: KR
Inventors: 이화형
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2006-04-24
Also published as: KR20050008255A

Abstract

본 발명은 숯보드를 제조할 경우 VOC 문제가 전혀 없는 비포름알데히드계 접착제를 사용하고 사용시 포밍과 열압이 잘되며 제조된 다공질탄소재료인 숯보드의 흡착기능등 성질이 숯의 성질을 그대로 유지 간직하도록 하되 건축자재로서 시공될 수 있도록 충분한 강도와 2차가공을 위한 표면성을 갖는 숯파티클 크기에 따른 공정을 개발하여 제조된 기능성숯보드와 제조된 숯보드의 표면색이 흑색이므로 아주 얇은 활엽수 환공재 단판을 오버레이하거나 유공합판보드를 표면재로 복합화하여 건축내장재로서 활용될 수 있도록 표면미장효과를 갖도록 하면서도 숯의 성질을 그대로 유지하도록 개발한 기능성숯보드복합재료 제조에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 첫째로 비포름알데히드계 접착제로서는 VOC 문제가 전혀 없는 수성비닐계접착제(예 PVA:초산비닐수지에말죤, 약자로 P,원액의 불휘발분〈NVC는 42%〉)와 이소시아네이트계(예: MDI,약자로 M, 메칠디이소시아네이트)수지 등을 각각 단독 또는 혼합하여 접착제로 사용하여 최적숯파티클의 크기와 접착제배합조건을 #40-60형과 혼합형의 두가지 형으로 〔#40-60형숯크기 :40-60메쉬로서 접착제조건이 P15%,M5%,MC50%, 혼합형:숯크기는 6메쉬 통과분으로 부터 100메쉬이하까지 적절히 혼합된 형 〈#6-12(7%), #12-18(14%), #18-40(43%), #40-60(23%), #60-100(9%), #100이하(4%)〉, 접착제배합조건이 P15%,M5%,MC26% 〕 구명하고 그에 따른 열압공정은 최종매트함수율(MC)을 26-50%에 맞추어 열압시 펑판이 생기지 않도록 수증기배출단계를 둔 3단계열압공정〔열압온도 170℃, 3단계열압스케쥴 30-10-30kgf/㎠(1분-1분30초-6분)〕을 사용하여 가장 우수한 기능성숯보드 제품과 기능성활성탄보드 (접착제 배합조건: M10%P10%MC50%, M20%MC40% )을 얻는 공정을 개발하고 건식열압공정(열압온도 170℃, 열압시간 6분)이 가능한 숯파티클의 범위와 접착제 배합조건( #6-18메쉬 범위, 접착제 배합조건: P10%M5%MC13%, 혼합형:접착제배합조건, M20%MC10%)을 구명하여 기능성숯보드를 제조하였다. 셋째로 숯의 기능을 그대로 유지하도록 수성비닐계접착제(예 PVA:초산비닐수지에말죤, 약자로 P,원액의 불휘발분〈NVC는 42%〉)와 이소시아네이트계(예: MDI,약자로 M, 메칠디이소시아네이트)수지 등을 각각 단독 또는 혼합하여 접착제로 사용하여 아주 얇은 활엽수 환공재 단판(느릅나무단판, 두께 0.22mm, 단판공극율 26.9%)을 숯보드의 흑색표면 위에 오버레이하거나 유공합판 또는 무늬단판표면유공합판(유공면적율 25%)을 숯보드 위에 표면재로 복합화하는 방법.

다공질탄소재료, 숯보드, 비포름알데히드계접착제, 3단계열압공정, 수성비닐계접착제, 이소시아네이트계접착제, 기능성단판오버레이숯보드, 기능성숯보드유공합판복합재료, 기능성활성탄보드

Description

치수안정성과 가스흡착성과 원적외선 방사율이 우수한 건축 내장재용 숯보드 및 숯보드 복합재료의 제조방법{The manufacture of charcoal board and charcoal board composite as porous carbon materials}

일반적으로 숯은 보수, 통기, 흡착, 축열성을 갖고 있어 나쁜 냄새, 유해깨스를 흡착하여 공기정화작용은 물론 원적외선과 음이온을 방사하고 소음방지, 전자파 및 유해파장까지 차단하는 재료로써 현재 시중에서는 숯덩어리를 몇 개씩 용기에 담아 컴퓨터나 텔레비젼 옆에 또는 장롱 속이나 거실 귀퉁이에 그냥 놓고 사용하는데, 미관상 보기 좋은 것이 아니다. 건축대지에 매탄하는 방법은 기원 전부터 고분에서 활용하는 방법으로 주거환경에 전위를 높히고 음이온을 방출하며 산화방지, 공기정화, 가스흡착, 습도조절, 원적외선방출 등으로 재료와 인체에 최적한 환경이 조성된다. 건축물 내부의 경우에는 마루나 거실 밑에 부직포대에 숯가루를 담아 까는 부탄이나 부직포에 가루숯을 내장한 시트로서 벽 속에 넣어 상쾌한 기분이 나도록 유도하고 있으나 접착제를 사용하여 열압에 의한 숯보드를 개발하여 숯의 성능을 이용하는 것에 대한 연구는 없다. 다만, 탄화에 의한 숯판 제조 즉 우드세라믹방법(일본특허 特開平4-164806)은 일반 목탄 탄화시 생기는 할렬이나 비틀림 등의 문제를 해결하는 방법이 개발되었으나 이 제품은 공정이 4단계로 복잡하고 페놀수지도 많이 소요(섬유판의 60-100%)되는 결점이 있으므로 이(李)(2002년 대한민국 특허출원:10-2002-0003999)는 다공질탄소재료인 점토-목재-세라믹 제조공정을 개발하여 그 공정을 2단계로 감소시킨 방법을 개발하였다. 그러나, 우드세라믹이든 점토-목재-세라믹이든 건축용으로 사용하려면 대면적의 판으로 탄화하여야 하는데 장시간 연속식의 대면적 탄화장치는 엄청난 투자설비와 정밀도가 요구된다. 따라서, 기존의 탄화로나 연속식 탄화로를 이용하여 제조된 숯이나 칩(chip) 형상의 탄화물, 또는 시판되는 활성탄의 파티클 크기를 적절히 가공하여 이용하면서 건축용도의 천정재나 벽재, 박물관의 수장고용 재료로서 활용되어 인체친화적 주거환경재료로서의 기능을 갖도록 한 기능성 다공질 탄소재료로서의 숯보드의 제조가 필요하게 되었으며 본 발명은 바로 이러한 기능성 다공질 탄소재료인 숯보드제조에 관한 것이다. 일본 등 선진국에서는 Sick House 문제로 2003년 7월부터 건축기준법개정이 적용되므로 제로 포르마린에 가까운 E₀ 타입의 무(無)포르마린 내장마감재를 사용하기 시작하여 주택업계와 목재산업계는 발빠른 환경 대응을 하고 있다. 환경부에 따르면, 2000년 국내 실내환경오염 VOC 농도는 종이벽지(3833㎍/㎡h), 각종 페인트, 목질재료 제조에 사용되는 포르마린계 접착제 등으로 신축 후 3개월 이상된 국내 건물의 실내오염이 600ppb로서 기준치의 8배 이상이 된다고 밝혔다. 따라서, 건축자재로서 숯보드는 이러한 휘발성 유기화합물을 정화시키고 나쁜 냄새를 제거하며 보수, 통기, 흡착, 축열성을 갖고 있어 공기정화작용은 물론 원적외선과 음이온을 방사하고 소음방지, 전자파 및 유해파장까지 차단하는 숯의 성질을 그대로 발현한다면 건축자재로서 최고의 인체친화적재료라 할 것이다. 따라서, 이러한 숯보드를 제조하려면 접착제의 영향으로 숯의 기능이 떨어지지 않도록 하여야 하며 접착제의 사용에 따른 포르마린과 휘발성 용매에 따른 VOC 문제가 없도록 하여야 하고, 사용 시 포밍과 열압이 잘되며, 제조된 다공질 탄소재료인 숯보드는 건축자재로서 시공될 수 있도록 충분한 강도와 표면성을 갖도록 숯 파티클의 크기와 공정을 규명하여야 하고 또한 숯보드의 표면색이 흑색이므로 얇은 나무단판을 오버레이하거나 유공합판을 복합화하여 건축내장재로서 활용될 수 있도록 표면성을 좋게 하고 이러한 2차 가공이 숯의 성질을 그대로 유지하도록 제조하는 기술이 매우 중요하다.

따라서 본 발명은 숯보드를 제조할 경우 VOC 문제가 전혀 없는 비포름알데히드계 접착제를 사용하고 사용시 포밍과 열압이 잘되며 제조된 다공질탄소재료인 숯보드의 흡착기능등 성질이 숯의 성질을 그대로 유지 간직하되도록 하되 건축자재로서 시공될 수 있도록 충분한 강도와 표면성을 갖도록 숯파티클 크기와 공정을 개발하였다. 또한 숯보드의 표면색이 흑색이므로 얇은 나무단판을 오버레이하여 건축내장재로서 활용될 수 있도록 표면성을 좋게 하고 이러한 이차가공이 숯의 성질을 그대로 유지하도록 개발하였다. 첫째로 비포름알데히드계 접착제로서는 VOC 문제가 전혀 없는 수성비닐계접착제 및 이소시아네이트계 접착제를 사용하여 유기용매 또는 포름알데히드방산문제를 해결하였고 둘째로 숯파티클의 크기 또는 종류(활성탄,백탄등)에 따라 접착제 배합조건과 공정의 차가 생기므로 이에따른 최종제품의 성질 차이가 생기게 된다. 따라서 기능성숯보드를 위한 최적숯파티클의 크기를 구명하고 그에 따른 접착제배합조건과 공정을 조절하여 최종매트함수율을 30-50%로 조절하여 열압시 3단계열압공정을 사용하여 우수한 숯보드 제품을 얻는 공정을 개발하고 건식열압공정이 가능한 숯파티클의 범위를 구명하였다. 셋째로 숯보드의 흑색표면을 그대로 건축내부에 활용하기는 미관상 좋지 않으므로 숯의 기능을 그대로 유지한채 나무단판을 오버레이하거나 유공합판을 복합화하여 건축내장재로서 사용할 수 있도록 개발하였다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 첫째로 비포름알데히드계 접착제로서 수성비닐계접착제 및 이소시아네이트계 접착제를 사용하여 유기용매 또는 포름알데히드방산문제를 해결하고 둘째로 숯의 기능을 살리기 위하여는 가능한 한 적은 접착제 첨가량으로 우수한 숯보드를 제조하여야 하며 숯파티클의 크기에 따라 접착제 배합조건과 공정의 차가 생기므로 이에따라 제품의 질도 당연히 달라지므로 숯파티클의 적정크기를 구명하였다. 목재파티클과는 달리 접착제배합조건에서 보통 목질재료의 9-14%대의 함수율 범위의 건식포밍과 열압방식으로는 숯보드 제조 자체가 안되거나 되어도 고품질의 제품이 제조되지 않으므로 포밍공정에서 수분을 20-60%로 조절하여 그 중 가장 우수한 최종함수율조건을 구명하여 포밍하고 열압시 수증기제거단계를 포함한 3단계열압공정을 사용하여 우수한 제품을 얻는 기술을 개발 하였으며 건식열압공정이 가능한 숯파티클의 범위를 구명하였다. 또한 숯보드의 흑색표면을 그대로 건축내부에 활용하기는 미관상 좋지 않으므로 숯의 기능을 그대로 유지한채 아주 얇은 활엽수 환공재 단판을 오버레이하거나 유공합판을 복합화하여 건축내장재로서 사용할 수 있도록 개발하였다. 이하 실시 예를 통하여 본 발명을 설명하고자 한다.

실시예 1 숯파티클 크기에 따른 접착제 배합비율과 보드의 물리기계적 성질

다공질탄소재료 숯보드 제조를 위한 숯은 강원도 원주산 굴참나무 백탄을 사용하였으며 예비시험결과 #6 메쉬 이상 크면 클 수록 15% 이하의 최종함수율을 갖는 숯매트의 포밍과 열압으로는 이소시아네이트접착제를 제외하고는 숯보드 제조가 제대로 이루어지지 않아 숯파티클 크기를 6메쉬이하에서 모두 7개 구룹으로 구분하여 접착제양과 수분양을 조정하여 포밍성과 보드제조후 외관을 표1과 같이 검토한 후 가능한 한 수지의 양을 줄여 흡착성능을 발현하되 숯보드의 휨강도를 KS연질판(F 3200:1997)의 최고 수준인 3.0 N/㎟(30.6 kgf/㎠) 이상으로 건축내장재로서 훌륭하게 시공할 수 있도록 선발하여 그 물리기계적 성질을 표2에 표시하였다. 접착제는 초산비닐수지에말죤(PVA ,원액의 NVC는 42%)과 메칠디이소시아네이트(MDI)수지를 각각 단독 또는 혼합하여 예비실험을 참조하여 숯전건중량당 20%, 15%, 10%로 첨가하였다. 각 조건당 4반복씩 크기는 가로20㎝×세로20㎝×두께1㎝의 크기로 제조하였다. 숯보드 제조시 열압온도는 170℃, 건식의 경우 열압시간은 6분, 3단계열압스 케쥴의 경우 30-10-30kgf/㎠(1분-1분30초-6분)으로 하였다. 실험 결과 모든 접착제배합조건에서 적절한 최소의 접착제 첨가량으로 가장 좋은 결과를 얻은 것이 두개로 선발되었는데 첫째가 강도와 2차가공을 위한 표면성이 가장 좋은 것으로서 숯크기 40-60메쉬로서 접착제조건이 P15%,M5%,MC50%였다(이후 40-60메쉬형으로 명명). 두째가 숯크기가 Mix형으로서 접착제배합조건이 P15%,M5%,MC26%였다(이후 혼합형으로 명명).이 혼합형은 숯파티클을 40-60메쉬 크기로 경제적으로 제조한다는 것은 실제적으로 어려우므로 6메쉬 통과분으로 부터 100메쉬이하까지 적절히 혼합되어〔 #6-12(7%), #12-18(14%0, #18-40(43%), #40-60(23%), #60-100(9%), #100이하(4%) 총100% 〕있는 타잎으로서 쉽게 제조될 수 있고 또한 표1에서처럼 전체 접착제배합조건에서 모두 만족한 결과를 올리고 있고 표면성도 좋으므로 경제면을 고려한다면 가장 좋은 것이라고 할 것이다. 표1,2에서 알 수 있듯이 숯의 입자가 작을 수록 동일접착제 첨가량이라도 수분이 적으면 제조가 안되고 수분 요구량이 많아지며 따라서 열압시 건식열압스케쥴로는 제품이 제조되지 않으므로 수증기배출단계를 갖도록 하여 펑판이 안되도록 3단계 열압스케쥴을 사용하였다. 따라서 가장 좋은 것으로 선발된 제조법은 열압직전 모두 숯매트의 최종함수율이 일반목질재료제조방법과는 달리 최종함수율이 9-14%대를 벗어나는 것으로 수증기배출단계를 갖는 3단계 열압스케쥴을 사용하지 않으면 안되었다. 9-14%대의 최종함수율을 갖는 매트의 경우 숯파티클이 6메쉬보다 클 때, PVA의 경우나 PVA와 MDI 혼합접착제를 사용할 경우 제조가 안되었으며 다만 MDI 단독 사용의 경우 6메쉬보다 커도 제조가 잘 되었으나 굵은 파티클로 표면이 울퉁불퉁하여 그 자체로 사용할 경우를 제외하고는 2차 가공시 여려움이 따르게 된다. MDI 숯파티클 혼합형이 강도와 표면성 모든 면에서 가장 우수하였다. 제조된 숯보드는 흡수를 많이 하여도 표2와 같이 두께팽윤율이 0에 가까우므로 고도의 치수안정성을 발현하고 있다.

표 1. 숯파티클 크기에 따른 접착제 배합비율과 보드형성

숯파티클 크기(메쉬)	P20^*1 MC60	P13 MC36	P13 MC26	P10 MC13	P15M5 MC26	P10M10 MC26	M15 MC15	M20 MC10	UF15 MC10
숯파티클 크기(메쉬)	F^*2H MC	F H MC	F H MC	F H MC	F H MC	F H MC	F H MC	F H MC	F H MC
6 이상	x x x	x x x	x x x	0 x x	0 △ x	0 △ △	0 △ 0	0 △ 0	△ △ 0
6-12	x x 과다	0 x 과다	0 △많음	0 △ x	0 0 △	0 0 △	0 0 0	0 0 0	0 0 0
12-18	x x 과다	0 x 과다	0 △많음	0 0 0	0 0 △	0 0 0	0 0 0	0 0 0	0 0 0
18-40	x x 과다	0 △ 0	0 0 0	-	0 0 0	0 0 0	△ △ x	-	△ △ x
40-60	0 0 0	0 0 0	△△부족	x x x	0 0 50%^*4	0 0 37%	MC20양호	x x x	x x x
60-100	0 0 △	0 △ △	x x 부족	x x x	0 △50%	0 △ 37%	MC30양호	x x x	x x x
100-200	0 △부족	x △부족	x x x	x x x	0 △50%	0 △ 37%	-	x x x	x x x
혼합형^*3	0 0 0	0 0 0	0 0 0	0 0 △	0 0 0	0 0 0	0 0 0	0 0 0	0 0 0

^*1: P:PVA,폴리초산비닐에멀죤접착제, M:MDI,메칠디이소시아네이트접착제, MC:매트최종함수율, 접착제 뒤의 숫자는 숯전건중량에 대한 접착제 전건중량 첨가율(%), 예 P13%:PVA 13%

^*2: F=Forming(성형), H: Hot Pressing(열압성 및 표면성), MC: Moisture content 적정성,(매트의 열압전총 함수율)

^*3: Mix 형(혼합형):6메쉬 이하로 분쇄기에서 적정 시간 동안 분쇄한 후 다음과 같은 비율로 혼합된 경우 #6-12(7%), #12-18(14%0, #18-40(43%), #40-60(23%), #60-100(9%), #100이하(4%) 총100%

^*4: 수분부족으로 기재된 함수율이 되어야 숯보드 제조됨

* 0: 양호, △:보통 X: 불량

표 2. 다공질탄소 숯보드의 물리기계적 성질

숯크기 메쉬	접착제조건^*1	밀도 (g/㎤)	함수율 (%)	두께팽윤율(%)	흡수율 (%)	휨강도 (kgf/㎠)	탄성계수 (kgf/㎠)	박리강도 (kgf/㎠)
6 이상	M15%,MC15	0.75	8.63	0.0	10.67	31.9	3654	7.5
12-18	P10%,M10%,MC26%	0.53	2.88	0.0	38.5	30.3	2130	6.1
18-40	P15%,M5%,MC26%	0.62	2.85	0.0	40.2	33.0	3215	10.8
40-60	P20%,MC60%	0.67	4.34	0.0	24.5	43.5	3651	24.6
	P15%,M5%,MC50%	0.71	2.21	0.0	43.6	50.7	5251	28.7
	P10%,M10%,MC37%	0.68	2.21	0.0	49.4	39.8	4253	14.8
60-100	P20%,MC60%	0.72	4.73	0.0	41.6	44.7	5224	8.2
	P15%,M5%,MC50%	0.73	2.1	0.0	47.0	43.4	5147	19.8
	P10%,M10%,MC37%	0.66	2.24	0.0	40.8	41.3	4752	14.0
100-200	P20%,MC60%	0.64	4.74	0.0	51.0	38.5	3176	4.3
Mix형	P20%,MC60%	0.66	3.41	0.0	40.8	30.1	3561	9.0
	M20%,MC10%	0.65	5.10	0.0	13.8	33.3	2919	7.2
	P15%,M5%,MC26%	0.58	2.39	0.0	28.3	44.3	3730	8.4
	P10%,M10%,MC26%	0.62	4.95	0.0	28.7	36.9	3179	9.5
	UF15%,MC10%^*2	0.67	4.52	0.0	38.0	27.0	554	5.1

^*1: 접착제조건에서 P: PVA(폴리비닐아세테이트에멀죤)접착제, M:MDI(메칠디아이소시아네이트)접착제, MC:매트의 열압기 투입 직전 매트 총함수율이고 접착제 %는 숯전건중량에 대한 접착제 전건중량 첨가율.

^*2: 일반목질재료 제조용 E₀-요소수지로서 숯보드시 혼합형과 6-12메쉬 크기에서는 제조가능함

실시예 2 야자수활성탄보드를 위한 적정 접착제 배합비율과 보드형성

야자수활성탄은 국내에 많이 보급되는 것으로 탄입의 크기가 6-18메쉬정도이다. 이 활성탄을 사용 활성탄보드를 제조할 경우, 실시예 1과 같이 접착제양과 수분양을 조정하여 포밍성과 보드를 제조한 후 외관을 표3과 같이 검토하여 그 물리기계적성질을 좋은 것만 골라 표4에 표시하였다. 숯보다 수분의 흡착이 매우 높아 매트의 최종함수율이 40%이하일 때는 성형성이 떨어졌으며 표3과같이 보드제조가 어려웠다. 따라서 건식방법으로는 제조할 수가 없었고 MDI접착제와 PVA에말죤를 각각 10%씩 사용할 경우에는 함수율을 30%까지 낯출 수가 있었으며 휨강도는 17.5kgf/㎠로서 백탄숯보드보다 휨강도는 떨어져 T-IB의 KS휨강도를 만족시켰다. 백탄숯보드와 마찬가지로 활성탄보드는 흡수를 많이 하여도 두께팽윤율은 0로서 역시 고도의 치수안정을 발현하였으며 활성탄보드는 에칠렌가스를 주입하자마자 흡착하기 시작하여 흡착속도가 가장 빨라 3시간에 표5와같이 잔류가스농도가 1ppm 단위로 떨어지는 기능을 보유하고 있었다.

표3 야자수활성탄보드를 위한 적정 접착제 배합비율과 보드형성

매트 함수율(%)	M5P10	M10P5	M10P10	M15	M20	M5P15
매트 함수율(%)	F H	F H	F H	F H	F H	F H
20	X X	- -	X X	X X	X X	X X
30	X X	X X	O O	△ X	O O	O △
40	O O	O O	O O	-	O O	0 0
50	O O	O 0	- -		-	- -

표4 활성탄보드의 물리기계적 성질

접착제배합조건^*1	비중 (g/㎤)	함수율 (%)	두께팽윤율 (%)	흡수율 (%)	휨강도 (kgf/㎠)	휨탄성계수 (kgf/㎠)	박리강도 (kgf/㎠)
M5%,P10%,MC40%	0.56	5.14	0.0	49.4	15.0	1257	6.9
M5%,P15%,MC30%	0.67	11.12	0.0	61.5	17.2	1199	7.2
M10%,P10%,MC50%	0.66	5.03	0.0	43.6	17.5	1893	7.9
M20%MC40%	0.64	5.56	0.0	52.1	17.2	2829	6.2

^*1: 접착제조건에서 P: PVA(폴리비닐아세테이트에멀죤)접착제, M:MDI(메칠디아이소시아네이트)접착제, MC:매트의 열압기 투입 직전 총함수율이고 접착제 다음의 %는 숯전건중량에 대한 접착제전건중량 첨가율.

실시예 3 다공질탄소재료 숯보드 및 숯보드복합재료의 에칠렌가스 흡착력

실시예1에서 가장 좋은 결과를 갖는 혼합형과 40-60메쉬형 숯보드를 제조하여 그 가스흡착능력을 에칠렌가스흡착능력으로 측정하였으며 숯의 기능을 그대로 살리면서 얇은 나무단판을 오버레이한 단판오버레이숯보드복합재료와 유공합판을 복합화한 숯보드유공합판복합재료를 제조하여 그 가스흡착성능을 측정하였다. 먼저 숯보드를 실내에 사용할 경우 일부 디자인적으로 사용하는 경우를 제외하고 벽면 전체가 흑색으로 보이는 것은 미관상 문제가 있으므로 숯보드 위에 아주 얇은 활엽수 환공재 느릅나무단판(두께 0.22mm,단판공극율 26.9%:사진 1,사진2 참조)을 PVA에말죤 접착제로 오버레이하여 단판오버레이가 가스흡착에 얼마나 장애가 되느냐를 실험하였다. 오버레이단판에 접착제를 도포할 때 접착제도포면적을 각각 오버레이단판이 없는 숯보드자체(0%),단판30%도포 ,단판50%도포 ,단판70%도포 ,단판100%도포한 단판을 숯보드에 접착하여 단판오버레이한 표면 방향으로만 가스가 흡착되도록 하여 잔존에칠렌가스를 측정한 결과 믹스형은 1.8(숯보드자체), 2.04, 2.02, 2.05, 2.03ppm(100%도포한 단판오버레이)이고 #40-60형은 1.22(숯보드자체), 1.74, 2.06, 1.77, 1.76ppm(100%도포한 단판오버레이)으로 큰 차이가 없었다. 따라서 아주 얇은 활엽수 환공재 단판를 전면도포하여 표면에 오버레이해도 단판오버레이한 숯보드의 가스흡착에는 전혀 장애가 되지 않았다. 또한 구멍뚫린 유공합판을 표면재로 하고 숯보드를 중심(코아)층으로 이면재(두께에 따라 강도조정됨)를 다시 합판 등으로 복합화하여 숯의 성질을 발현하되 치장과 강도를 보강하는 숯보드유공합판목질복합재료를 제조하는 경우에 그 결과를 보면 표5와 같이 가스흡착에 전혀 문제가 없었다. 구멍뚫린 유공합판을 복합화하는 경우 구멍면적(개구면적)이 전체면적의 25%정도(원형 예 사진6 )만으로도 이 구멍을 통하여 숯보드 표면과 직접 공기와 접촉되므로 충분히 가스흡착등 숯의 성질을 숯보드 자체와 똑 마찬가지로 그대로 발현할 수 있었다. 표5에서처럼 굴참나무 백탄의 24시간후 잔존가스양은 3.29ppm , 숯보드#40-60형은 1.22 ppm, 숯보드 혼합형은 1.8 ppm으로 백탄보다 가스흡착이 더 높았고 25%개구면적을 갖는 숯보드유공합판복합재료는 #40-60형의 경우 2.67 ppm, 혼합형은 3.20 ppm으로 백탄과 동등한 효과를 가졌다. 25%의 유공면적이라도 사진6에서처럼 큰 구멍 5구공이냐, 중간구멍 10구공이냐, 작은 구멍 20구공이냐에 따라 표면재의 휨강도는 다르다. 표면재이기 때문에 숯의 기능을 살리는 것이 제일 중요하며 그 다음이 미장효과이고 그 다음이 강도적 성질인데 무공합판 2.7mm 두께의 휨강도가 630 kgf/㎠, 5구공은 191±26 kgf/㎠(a), 10구공은 334 ±48 kgf/㎠(c). 20구공은 275 ±4(b)kgf/㎠로서 휨강도는 10구공의 중간구멍이 던컨의 다중검정 결 과 제일 좋았다. 숯표면의 직접나출되는 모양도 원형 이외에 ◇ □♡ ☆ 등 여러 디자인으로 가능할 것이며 이와같이 숯보드의 가스흡착력이 그대로 살아있는 이유로는 숯 1g의 표면적이 1,200㎡으로 알려져 있는데 사진1,사진2와 같이 숯파티클의 주위에 묻어 있는 접착제가 100% 모두 둘러 싸여 있는 것이 아니며(사진3) 습식으로 물로 희석되어 도포된 접착제 도막의 두께(사진4)도 1.7-17㎛로서 일반 건식용 도포두께보다 매우 얇아 평균 5㎛정도이다. 그리고 극히 얇은 활엽수 환공재인느릅나무단판(사진1,사진2 )의 공극율은 화상분석장치에 의하면 평균 26.9%로서 단판을 들고 눈에 가까히 대고 사물을 들여다 보면 단판에 나 있는 공극이 커서 그대로 사물의 윤곽이 보이게 크므로 숯보드의 외관은 환공재처럼 무늬가 보이면서도 숯기능을 충분히 발휘할 수 있게 되는 것이다. 구멍뚫린 유공합판의 복합화는 당연히 숯의 표면이 구멍을 통하여 그대로 나출되므로 숯의 기능을 그대로 발현할 수 있었다. 이상의 결과에 따라 극히 얇은 활엽수 환공재 단판을 표면에 오버레이한 단판오버레이숯보드복합재료(사진5)와 단판대신 표면에 유공합판을 복합화한 숯보드유공합판복합재료(사진6)는 가스흡착기능이 전혀 숯보드와 차이가 없었다. 이러한 제품은 요구되는 강도에 따라 목질재료의 선정과 두께를 조정하여 구성할 수있다(예: 표면재, 2.7mm두께 합판 + 코아재,숯보드 10mm두께 + 이면재,합판15mm 두께의 복합재료 휨강도는 #40-60형이 162 ±13 kgf/㎠, 혼합형이 164 ±7.8 kgf/㎠로 숯보드의 휨강도보다 매우 향상됨). 숯보드 이면에 사용하는 재료는 합판,MDF, PB, 목재 등 다양한 재료를 사용할 수 있고 표면재로 사용되는 유공합판은 표면무늬단판 유공합판을 사용하여 치장효과를 한층 높힐 수 있다. 다만 본 발명이 환경친화 적 인체친화적 재료의 제조에 있으므로 구성에 사용되는 각 목질재료의 제조와 복합재료 제조시에 사용되는 접착제는 역시 수성비닐접착제 이소시아네이트접착제와 E₀접착제여야 한다. 복합재료 제조방법은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 잘 알려져 있는 방법이므로 여기서는 생략한다.


사진1. 느릅나무단판(정목재,방사단면)의 구멍	사진2. 느릅나무단판의 화상분석장치의 사진(방사단면)


사진3. 백탄보드 전자현미경 사진 백탄파티클의 주위 일부에 접착제가 도포되어보드형성을 도와주고 있는 장면	사진4. 백탄보드 전자현미경 사진 접착제의 두께를 보여주는 사진


사진5. 단판오버레이복합재료 숯보드조합 예 표면재:느릅나무0.22mm, 코아재:숯보드 이면재: 합판 15mm 두께	사진6. 숯보드유공합판복합재료의 표면재 유공합판. 유공면적 25%(대형5구공,중형10구공,소형20구공)

표5 다공질탄소재료 숯보드의 에칠렌가스 흡착력

시간 (hr)	대비구 *1	백탄	활성탄보드 P15%M5%MC40%	숯보드 (믹스형) *2		숯보드 (#40-60형)		합판(개구율25%) +숯보드
시간 (hr)	대비구			숯보드	+단판	숯보드	+단판	#40-60형	혼합형
0	17.35	17.53	7.03	17.36	17.07	17.34	17.07	18.0	17.34
3	16.73	10.26	1.02	3.95	4.05	4.36	4.58	8.73	10.96
6	16.70	6.47	1.06	3.38	3.40	3.46	3.54	6.72	8.10
12	16.59	5.56	1.03	2.59	2.39	2.42	2.93	4.75	5.32
24	16.23	3.29	0.76	1.80	2.03	1.22	1.76	2.67	3.20

*1: 측정용기내의 에틸렌가스 blank 농도 변화,ppm단위

*2: 측정용기에 숯보드(표면적:50㎠)를 장입하고 표면으로만 가스가 흡착되도록 하여 시간에 따른 용기의 에칠렌가스의 잔존 농도변화, ppm단위. 측정수치가 적은 것이 많은 가스를 흡착한 것임.

실시예 4 다공질탄소재료 숯보드의 기타 성질

백탄숯보드의 원적외선방사율은 표6과 같다. 일반적으로 숯은 원적외선이 높은 재료로 알려져 있으며 제조된 숯보드 #40-60형과 혼합형 모두 굴참나무 백탄과 원적외선 방사율이 동일하였다. 제조된 숯보드는 전기를 잘 통하였으며 혼합형이 #40-60형보다 더 전기 전도를 잘 시켰다. 제조된 숯보드의 열전도도는 #40-60형과 혼합형 간의 차이는 없었다.

표 5. 다공질탄소재료 숯보드의 원적외선방사율

종 류	원적외선방사율(%)^*1	전기전도도(Ω)	열전도도(W/mK )
숯보드#40-60형	90.21±6.14(a)	144.0(a)^*2	0.53±0.06(a)
숯보드 혼합형	88.54±3.61(a)	23.4(b)	0.63±0.14(a)
굴참나무숯	89.82±0.01(a)	1.5(c)	-

^*1: 측정시 시편의 온도:50℃, 측정시파장:15㎛, 시편의두께:0.5㎜

^*2: 던컨의 다중 검정

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

상기와 같은 본원발명은 우리 주거환경자재가 내구성과 강도 위주로 발전되었고 특히 석회석이 풍부한 우리나라는 시멘트 건물이 주가 되어 각종 벽지와 페인트 및 VOC 배출자재로 내장되어 있어 Sick House 문제를 해결하기 위하여는 숯의 성질을 경제적으로 이용하는 방안이 강구되어져야 한다. 따라서, 지금까지 일반적으로 알려진 숯의 특성을 살려 높은 흡수능력을 갖고 있으면서 두께팽윤율이 0%로서 최고의 치수안정성을 나타내는 숯보드를 제조하여 숯 그 자체보다 높거나 같은 정도의 높은 가스흡착력을 갖을 뿐더러 상온에서 90% 이상의 높은 원적외선 방사율을 방사하는 기능성 숯보드 및 숯보드복합재료를 제조함으로써 주거환경에 사용시 벽재, 천정재등 건축내장재로 활용되어 가장 우수한 인체친화적 재료로 사용될 수 있으며 또한 박물관의 수장고의 재료나 식품과 과일등의 포장용재로서도 충분히 활용될 수 있다.

Claims

입자크기 40∼60 메쉬의 숯파티클에 폴리비닐아세테이트 접착제와 메칠디이소시아네이트 접착제를 상기 숯파티클의 전건중량 당 15%와 5% 또는 각각 10% 첨가하여 최종매트함수율을 20%∼60%로 조절하고 온도를 170℃로 유지한 상태에서 1분간 30㎏/㎠의 압력을 가한 후 1분 30초간 10㎏/㎠의 압력을 가하고 재차 30㎏/㎠의 압력을 6분간 가해 휨강도 3.0 N/㎟(=30.6 ㎏f/㎠)이상의 숯보드로 성형하는 것을 특징으로 하는 높은 치수안정성과 가스흡착성과 원적외선방사율을 갖는 숯보드의 제조방법.
입자크기 6∼18 메쉬의 야자수 활성탄에 메칠디이소시아네이트 접착제를 상기 야자수 활성탄의 전건중량 당 20%를 첨가하거나 폴리비닐아세테이트 접착제를 15% 첨가하면서 메칠디이소시아네이트 접착제를 5% 첨가하여 최종매트함수율을 30%∼50%로 조절하고 온도를 170℃로 유지한 상태에서 1분간 30㎏/㎠의 압력을 가한 후 1분 30초간 10㎏/㎠의 압력을 가하고 재차 30㎏/㎠의 압력을 6분간 가해 야자수 활성탄 보드로 성형하는 것을 특징으로 하는 높은 치수안정성과 가스흡착성과 원적외선방사율을 갖는 야자수 활성탄 보드의 제조방법.
입자크기 6∼18 메쉬의 숯파티클에 메칠디이소시아네이트 접착제를 상기 숯파티클의 전건중량 당 20%를 첨가하거나 폴리비닐아세테이트 접착제를 15% 첨가하면서 메칠디이소시아네이트 접착제를 5% 첨가하여 최종매트함수율을 20%로 조절하고 온도 170℃에서 30㎏/㎠의 압력으로 6분간 열압하는 것을 특징으로 하는 높은 치수안정성과 가스흡착성과 원적외선방사율을 갖는 숯보드의 제조방법.
청구항 1의 제조방법에 따라 만들어진 숯보드의 표면에 폴리비닐아세테이트 접착제로 활엽수 환공재 단판을 오버레이하는 것을 특징으로 하는 높은 치수안정성과 가스흡착성과 원적외선방사율을 갖는 단판 오버레이 숯보드의 제조방법.
청구항 1의 제조방법에 따라 만들어진 숯보드의 표면에 폴리비닐아세테이트 접착제로 유공합판을 오버레이하는 것을 특징으로 하는 높은 치수안정성과 가스흡착성과 원적외선방사율을 갖는 유공합판 오버레이 숯보드의 제조방법.
입자크기 6∼12 메쉬의 숯파티클이 7%, 12∼18 메쉬의 숯파티클이 14%, 18∼40 메쉬의 숯파티클이 43%, 40∼60 메쉬의 숯파티클이 23%, 60∼100 메쉬의 숯파티클이 9%, 100 메쉬 이하의 숯파티클이 4%의 무게비로 각각 혼합된 숯파티클에 폴리비닐아세테이트 접착제와 메칠디이소시아네이트 접착제를 상기 혼합된 숯파티클의 전건중량 당 각각 15%와 5%를 첨가하여 최종매트함수율을 26%로 조절하고 온도를 170℃로 유지한 상태에서 1분간 30㎏/㎠의 압력을 가한 후 1분 30초간 10㎏/㎠의 압력을 가하고 재차 30㎏/㎠의 압력을 6분간 가해 휨강도 3.0 N/㎟(=30.6 ㎏f/㎠)이상의 숯보드로 성형하는 것을 특징으로 하는 높은 치수안정성과 가스흡착성과 원적외선방사율을 갖는 숯보드의 제조방법.