KR100587132B1 - 생활목질폐기물로부터의 작업성이 뛰어난 기능성 숯보드의제조 - Google Patents

생활목질폐기물로부터의 작업성이 뛰어난 기능성 숯보드의제조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매일 막대하게 각 가정에서 배출되는 생활목질폐기물로부터 만든 숯을 활용하여 숯보드를 제조하되 건축물 내의 주거공간에서 실내공기질 관리를 위한 인체친화형 건축내장재로서 시공될 수 있도록 적당한 강도와 톱에 의한 재단이나 드릴구멍뚫기, 못박음 성능이 뛰어난 작업성을 갖도록 하며 숯의 흡착성질과 원적외선 방사 성질 및 흡수성과 고도의 치수안정을 갖는 기능성을 갖도록 제조하는데 있다. 따라서 본 발명은 생활목질폐기물로부터 제조된 숯 입자크기가 숯 파티클 전체 중량에 대한 중량비로 6-40메쉬가 81%, 40-100메쉬가 15%, 100메쉬 통과분이 4%인 숯파티클에 상기 숯의 전건중량 당 수성비닐계접착제인 폴리비닐아세테이트접착제 15%(전건 중량비)와 메칠디이소시아네이트접착제 5%(전건 중량비)를 첨가하여 최종매트함수율을 36%(중량%)로 조절하고 열압기 온도를 170℃로 유지한 상태에서 1분간 40kgf/㎠의 압력으로 올린 후 2단계로 10kgf/㎠의 압력으로 다시 낮추어 수증기 제거단계를 2분30초로 한 후에 3단계로 재차 40kgf/㎠의 압력으로 5분간 열압하여 휨강도가 17kgf/㎠이며 톱재단성이나 드릴구멍뚫기가 우수하며, 못박음에 의한 할렬저항성이 크고 못인발저항력이 2.65N/㎜로서 작업성이 매우 우수하고 92% 이상의 원적외선 방사율과 가스흡착이 매우 높으며 62%의 높은 흡수율과 두께율이 1.25% 밖에 되지않는 매우 높은 치수안정성을 가지며 열전도도가 0.138 W/mK로서 좋은 단열성능을 나타내는 매우 우수한 숯보드로 성형하는 것을 특징으로 하는 생활목질폐기물로부터의 기능성 숯보드의 제조방법에 관한 것이다.
생활목질폐기물, 숯, 숯보드, 비포름알데히드계접착제, 3단계열압공정, 수성비닐계접착제, 이소시아네이트계접착제 , 작업성, 못인발저항력

Description

생활목질폐기물로부터의 작업성이 뛰어난 기능성 숯보드의 제조 {The manufacture of functional black charcoal board with excellent working properties from municipal wood waste}
최근에 숯은 보수, 통기, 흡착, 축열성을 갖고 있어 나쁜 냄새, 유해가스를 흡착하여 공기 정화작용은 물론 토양개량, 여과, 수질정화 등에 사용하고 있으며 원적외선과 음이온을 방사하고 소음방지, 전자파 및 유해파장까지 차단하여 친환경재료로서 큰 관심을 끌고 있다. 현재 시중에서는 숯덩어리를 몇 개씩 용기에 담아 컴퓨터나 텔레비젼 옆에 또는 장롱속이나 거실 귀퉁이에 그냥 놓고 사용하는데, 미관상 보기 좋은 것이 아니다. 건축대지에 매탄하는 방법은 기원전부터 고분에서 활용하는 방법으로 주거환경에 전위를 높히고 음이온을 방출하며 산화방지, 공기정화, 가스흡착, 습도조절, 원적외선방출 등으로 재료와 인체에 최적한 환경이 조성된다. 최근 건축내부의 경우에는 마루나 거실 밑에 부직포대에 숯가루를 담아 까는 부탄이나 부직포에 가루숯을 내장한 시트로서 벽속에 넣어 상쾌한 기분이 나도록 유도하고 있으나 접착제를 사용하여 열압에 의한 숯보드를 개발하여 숯의 성능을 이용하는 것에 대한 특허는 없다. 다만 목질판상제품을 제조하여 폐놀수지 등의 수지를 함침시켜 탄화시키는 우드세라믹방법(일본특허 特開平4-164806)과 이 공정을 단축시킨 다공질탄소재료인 점토-목재세라믹 제조공정{(이(李) 대한민국 특허제 0485649호)}이 개발되었으나 톱절단성과 못박음성, 드릴구멍뚫기 등 작업성이 불량하다. 또한 우드세라믹이든 점토목재세라믹이든 건축용으로 사용하려면 대면적의 판으로 탄화하여야 하는데 장시간 연속식의 대면적 탄화장치는 엄청난 투자설비와 정밀도가 요구된다. 따라서 기존의 탄화로나 연속식 탄화로를 이용하여 제조된 숯이나 칩상의 탄화물, 또는 시판되는 활성탄의 파티클 크기를 적절히 가공 이용하면서 건축용도의 천정재나 벽재, 박물관의 수장고용 재료로서 활용되어 인체친화적 주거환경재료로서의 기능을 갖도록 한 기능성다공질탄소재료로서의 숯보드의 제조가 필요하게 되었으며 본 출원자가 출원한 다공질탄소재료 기능성숯보드 및 숯보드복합재료(대한민국 특허출원 10-2003-0048137)는 실내공기질 관리를 위하여 휘발성 유기화합물을 정화시키고 나쁜 냄새를 제거하며 공기 정화작용은 물론 원적외선과 음이온을 방사하고 전자파 및 유해파장까지 차단하는 숯의 성질을 그대로 발현한다면 건축자재로서 최고의 인체친화적재료라 할 것이다. 그러나 이 방법에 의한 제품은 못박음 성능은 전혀 없다. 백탄보드는 못을 박을 때 할렬이 생겨 작업할 수 없고 또한 활성탄보드는 톱에 의한 절단성도 깨끗하지 못하며 드릴구멍뚫기도 어렵고 못박음성도 할렬이 생겨 작업성이 전혀 없었다. 따라서 이러한 작업성을 좋게 하여야만 시공성이 좋아지고 건축내장재로서 활용될 수 있다. 이를 해결하기 위하여 값싸게 얻을 수 있으며 원료 특성상 이러한 작업성 문제를 쉽게 해결할 수 있는 생활목질폐기물을 활용하는데 초점을 맞추었다. 우리나라에서는2004년 통계로 하루에 6천톤의 목질폐기물이 발생하는데 그 중 가구 등으로 주거환경에서 배출되는 생활목질폐기물이 하루에 2500톤이나 된다. 현재 매립은 법적으로 금지되어 있고 소각도 소각로의 온도를 높여 다른 폐기물과 같이 소각 시에 온도 조정이 어렵고 소각로의 온도를 높여 노의 수명을 단축시킨다고 기피하고 있어 재활용율은 2.5% 밖에 안 되는 실정이다(2004년 환경부 폐기물통계지표). 생활목질폐기물의 구성을 보면 중밀도섬유판이 약 40%, 파티클보드가 15%, 합판이 대략 15%, 목재가 나머지 15% 정도 된다. 천연목재와 달리 천연목재를 세분화시킨 파티클이나 파이버와 같이 목재요소를 만들어 여기에 접착제를 첨가하여 재구성한 재료이므로 천연목재와는 재료의 성질의 차이가 난다. 따라서 주거환경에서 가구 등으로 사용하다 나온 이러한 생활목질폐기물을 활용하여 숯보드를 만들어 다시 주거환경에서 재사용하게 되면 지구환경보호와 목질자원재활용 및 주거환경 공기질 관리의 1석3조를 이루는 제조기술이 될 것이다.
본 발명은 매일 막대하게 각 가정에서 배출되는 생활목질폐기물로부터 만든 숯을 활용하여 숯보드를 제조하되 건축 주거공간 내의 실내공기질 관리를 위한 인체친화형 건축내장재로서 시공될 수 있도록 적당한 강도를 갖고 있으면서 본 출원자가 출원한 다공질탄소재료 기능성숯보드 및 숯보드복합재료(대한민국 특허출원 10-2003-0048137)가 구비하지 못한 톱에 의한 재단이나 드릴구멍뚫기, 못박음 성능이 훨씬 뛰어난 작업성을 갖도록 하며 숯의 흡착성질과 원적외선 방사 성질 및 흡수성과 고도의 치수안정 등의 기능성을 동시에 갖도록 제조하는데 있다. 따라서 본 발명은 천연의 원래 목재와는 성상이 틀린 생활목질폐기물로부터 제조된 숯 입자크기에 따라 강도의 차가 있으며 특히 생활목질폐기물은 섬유판이 많은 비중을 차지하고 있어 세분화된 섬유가 많아 천연의 원래 목재의 섬유와는 다르게 유연성을 갖고 있어 무른 성질을 갖고 있다. 따라서 이들 생활목질폐기물의 숯파티클의 크기가 숯보드의 성질에 미치는 영향을 첫째로 검토하고 최적의 크기를 결정하되 본 출원자에 의하여 기 출원된 다공질탄소재료 기능성숯보드 및 숯보드복합재료(대한민국 특허출원 10-2003-0048137)의 방법을 준용하여 접착제는 그대로 사용하되 원료성상이 틀리므로 둘째로 열압공정을 다시 검토하여 최적한 열압공정이 되도록 연구개발하였다. 백탄보드와 달리 열압기에 들어갈 때 최종매트함수율이 민감하게 작용하고 3단계열압공정에서 압력이 더 필요하고 2단계의 수증기제거단계에서도 더 많은 시간이 필요하였다. 셋째로 이렇게 구한 최적조건에 따라 제조된 제품의 작업 성이 우수함을 검토하였다. 최적조건에 따라 제조된 제품은 기존의 방법에 따른 백탄보드가 못을 박을 때 할렬이 생겨 작업할 수 없고 또한 기존의 방법에 따른 활성탄보드도 톱에 의한 절단성과 드릴구멍뚫기도 깨끗한 마무리가 안되고 못박음성도 할렬이 생겨 작업성이 없었으나 예상대로 생활목질폐기물 숯보드는 톱재단성과 드릴구멍뚫기가 우수하며, 못박음에 의한 할렬저항성이 크고 못인발저항력이 2.65N/㎜로서 못유지능력이 대단히 우수하여 매우 우수한 작업성을 나타냈고 92% 이상의 원적외선방사율과 가스흡착이 매우 높고, 높은 흡수율과 치수안정성도 매우 우수한 기능성생활목질폐기물 숯보드 제조방법을 개발하게 되었다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 첫째로 실내공기질관리를 위하여 비포름알데히드계 접착제로서 수성비닐계접착제 및 이소시아네이트계 접착제를 사용하여 휘발성유기화합물 문제와 포름알데히드방산문제를 해결하고 둘째로 본 발명은 천연의 원래 목재와는 성상이 틀린 생활목질폐기물로부터 제조된 숯 입자크기에 따라 강도의 차가 있으며 특히 생활목질폐기물은 섬유판이 많은 비중을 차지하고 있어 세분화된 섬유가 많아 천연의 원래 목재의 섬유와는 다르게 유연성을 갖고 있어 무른 성질을 갖고 있다. 따라서 이들 생활목질폐기물로부터 만든 숯파티클의 크기가 숯보드의 성질에 미치는 영향을 검토하고 최적한 크기를 결정하였다. 셋째로 원료성상이 틀리므로 본 출원자에 의하여 기 출원된 다공질탄소재료 기능성숯 보드 및 숯보드복합재료(대한민국 특허출원 10-2003-0048137)의 열압공정을 다시 검토하여 최적한 열압공정이 되도록 개발하였다. 백탄보드와 달리 열압기에 들어갈 때 최종매트함수율이 민감하게 작용하여 그 영역이 매우 좁음을 발견하였으며 3단계열압공정에서 압력도 더 필요하고 2단계의 수증기제거단계에서도 더 많은 시간이 필요하였다. 넷째로 상기와 같은 최적조건을 구명하고 기능성생활목질폐기물 숯보드를 제조한 결과 이 제품이 톱재단성이나 드릴구멍뚫기, 못박음에 의한 할렬저항성이나 유지능력이 대단히 우수하여 작업성이 우수함을 검토하였다. 백탄보드는 못을 박을 때 할렬이 생겨 작업할 수 없고 또한 활성탄보드는 톱에 의한 절단성도 깨끗하지 못하며 드릴구멍뚫기도 어렵고 못박음성도 할렬이 생겨 작업성이 없었으나 예상대로 이 제품은 톱재단성이나 드릴구멍뚫기, 못박음에 의한 할렬저항성이나 유지능력이 대단히 우수하여 매우 우수한 작업성을 나타냈고 92% 이상의 원적외선 방사율과 가스흡착이 매우 높고, 높은 흡수율과 치수안정성도 매우 우수한 기능성생활목질폐기물 숯보드 제조방법을 개발하게 되었다.
이하 실시 예를 통하여 본 발명을 설명하고자 한다.
실시예 1 생활목질폐기물 숯보드의 물리기계적 성질
생활목질폐기물 숯보드 제조를 위한 숯은 생활목질폐기물(MDF40%, PB15%, Plywood 15%, 목재 15%)을 700~800℃에서 20분 탄화 처리한 숯을 사용하였으며 숯파티클의 크기는 예비실험결과 3가지로 구분하여 표1과 같은 결과를 얻었다. 숯보드 제조는 접착제로서 초산비닐수지에말죤(PVA ,원액의 NVC는 42%) 15%와 메칠디이소시아네이트(MDI)수지 5%를 혼합하여 숯 전건중량당 20%를 첨가하였다. 숯보드 제조 시 열압온도는 170℃로 열압공정은 3단계열압스케쥴[40-10-40kgf/㎠(1분-2분30초-5분)]을 적용하여 각 조건당 4반복씩 가로20㎝×세로20㎝×두께1㎝의 크기로 제조하였다. 표1,2의 결과에 의하면 #6이상의 큰 파티클이 많을수록 숯보드의 물리기계적 성질은 떨어졌다. 따라서 S형〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100이하(4%)〉이 가장 좋았으며 또한 S형이라도 백탄보드는 #6-40(64%) #40-100 사이의 숯파티클함량이 32% 정도로 비교적 입자가 적은 것이 많아야 강도가 나온 것에 반하여 생활목질폐기물숯보드는 #40-100 사이의 숯파티클 함량이 15%정도가 좋았으며 대신 #6-40 크기가 81%차지한 것이 강도가 높았다. 건축내장재로서 훌륭하게 시공하려면 휨강도가 최소한 대한민국 KS규격 T급연질판(KS F 3200)의 1.0N/㎟(10.2kgf/㎠) 이상이어야 될 것으로 생각하며 S형은 17kgf/㎠로서 이보다 훨씬 상회하고 있다. 표3,4는 열압기에 들어가기 직전 숯매트의 최종함수율에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 물리기계적 성질의 결과이다. 표1과 같은 제조조건이나 다만 열압기에 들어가기 바로 직전의 숯매트의 최종함수율이 예비실험결과 30%, 36%, 40%로 결정하고 얻은 결과이다. 표3,4의 결과에 의하면 최종매트함수율이 36%인 것이 물리기계적 성질이 가장 좋았다. 이러한 결과는 활성탄이나 백탄의 최종매트함수율이 30%~50%로 비교적 넓은 영역에서도 좋은 제품을 만들어 내는데 비하여 생활목질폐기물 숯보드는 좁은 영역을 갖고 있었다. 표5,6은 열압공정2단계 수증기제거시간에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 물리기계적 성질에 관한 결과이다. 제조조건은 표1과 같이 3단계열압공정에서 총열압공정시간은 8분30초로 같으나 1단계 40kgf/㎠까지 압력을 상승시키고 유지하는 시간은 1분으로 모두 같고 2단계인 수증기제거단계에서 압력 10kgf/㎠에서 1분30초, 2분30초, 3분, 4분의 네 조건으로 변이를 두고 3단계열압단계인 40kgf/㎠에서 열압시간을 6분, 5분, 4분30초, 3분30초로 하는 4가지 조건으로 처리하였다. 결과는 열압공정2단계 수증기제거시간을 2분30초로 하는 생활목질폐기물 숯보드 제조를 위한 숯은 생활목질폐기물(MDF40%, PB15%, Plywood 15%, 목재 15%)을 700~800℃에서 20분 탄화 처리한 숯을 사용하였으며 숯파티클의 크기는 예비실험결과 3가지로 구분하여 표1과 같은 결과를 얻었다. 숯보드 제조는 접착제로서 초산비닐수지에말죤(PVA ,원액의 NVC는 42%) 15%와 메칠디이소시아네이트(MDI)수지 5%를 혼합하여 숯 전건중량당 20%를 첨가하였다. 숯보드 제조 시 열압온도는 170℃로 열압공정은 3단계열압스케쥴[40-10-40kgf/㎠(1분-2분30초-5분)]을 적용하여 각 조건당 4반복씩 가로20㎝×세로20㎝×두께1㎝의 크기로 제조하였다. 표1,2의 결과에 의하면 #6이상의 큰 파티클이 많을수록 숯보드의 물리기계적 성질은 떨어졌다. 따라서 S형〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100이하(4%)〉이 가장 좋았으며 또한 S형이라도 백탄보드는 #6-40(64%) #40-100 사이의 숯파티클함량이 32% 정도로 비교적 입자가 적은 것이 많아야 강도가 나온 것에 반하여 생활목질폐기물숯보드는 #40-100 사이의 숯파티클 함량이 15%정도가 좋았으며 대신 #6-40 크기가 81%차지한 것이 강도가 높았다. 건축내장재로서 훌륭하게 시공하려면 휨강도가 최소한 대한민국 KS규격 T급연질판(KS F 3200)의 1.0N/㎟(10.2kgf/㎠) 이상이어야 될 것으로 생각하며 S형은 17kgf/㎠로서 이보다 훨씬 상회하고 있다. 표3,4는 열압기에 들어가기 직전 숯매트의 최종함수율에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 물리기계적 성질의 결과이다. 표1과 같은 제조조건이나 다만 열압기에 들어가기 바로 직전의 숯매트의 최종함수율이 예비실험결과 30%, 36%, 40%로 결정하고 얻은 결과이다. 표3,4의 결과에 의하면 최종매트함수율이 36%인 것이 물리기계적 성질이 가장 좋았다. 이러한 결과는 활성탄이나 백탄의 최종매트함수율이 30%~50%로 비교적 넓은 영역에서도 좋은 제품을 만들어 내는데 비하여 생활목질폐기물 숯보드는 좁은 영역을 갖고 있었다. 표5,6은 열압공정2단계 수증기제거시간에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 물리기계적 성질에 관한 결과이다. 제조조건은 표1과 같이 3단계열압공정에서 총열압공정시간은 8분30초로 같으나 1단계 40kgf/㎠까지 압력을 상승시키고 유지하는 시간은 1분으로 모두 같고 2단계인 수증기제거단계에서 압력 10kgf/㎠에서 1분30초, 2분30초, 3분, 4분의 네 조건으로 변이를 두고 3단계열압단계인 40kgf/㎠에서 열압시간을 6분, 5분, 4분30초, 3분30초로 하는 4가지 조건으로 처리하였다. 결과는 열압공정2단계 수증기제거시간을 2분30초로 하는 것이 가장 좋았다. 따라서 3단계열압스케쥴을 40-10-40kgf/㎠ (1분-2분30초-5분)으로 하는 것이 가장 좋았다. 결론적으로 생활목질폐기물 숯보드는 숯 크기를 S형〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100이하(4%)〉으로 하여 열압기 투입 는 것이 가장 우수하였다. 이와 같이 제조된 숯보드는 제조 중 펑판이 나타나지 않고 흡수를 많이 하여도 표5,6과 같이 두께팽윤율이 1.25%이하로 고도의 치수안정성을 발현하고 있으며 휨강도는 17kgf/㎠로서 시공상 별 여려움이 없는 강도를 보여 주고 있다.
표 1. 숯파티클 크기에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 물리적 성질
숯크기 *1 접착제 및 최종함수율 조건 *2*3 밀도 (g/㎤) 함수율 (%) 두께 팽윤율(%) 흡수율 (%)
Mean±SD DUN *4 Mean±SD DUN Mean±SD DUN Mean±SD DUN
L형 P15%, M5%, MC 36% 0.54±0.016 A 6.89±0.36 A 1.06±0.2 B 73±1.33 B
M형 P15%, M5%, MC 36% 0.58±0.028 B 6.86±0.33 A 0.76±0.06 A 75±1.46 B
S형 P15%, M5%, MC 36% 0.72±0.011 C 6.52±0.43 A 1.25±0.07 B 62±1.82 A
*1 : L형: 〈#6이상(46%), #6-40(41%), #40-100(11%), #100통과분(2%)〉
M형:〈#6이상(34%), #6-40(55%), #40-100(9%), #100통과분(2%)〉
S형: 〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100통과분(4%)〉
각각의 중량비: 접착제 %는 숯전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건 중량에 대한 중량 비율
*2: 접착제조건에서 P: PVA(폴리비닐아세테이트에멀죤)접착제, M:MDI(메칠디아이소시아네이트)접착제, MC:매트의 열압기 투입 직전 매트 총함수율. (각각의 중량비:접착제 %는 숯 전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건중량에 대한 중량 비율).
*3: 열압조건 : 3단계열압스케쥴 적용 [40-10-40kgf/㎠(1분-2분30초-5분)]
*4: Duncan's new Multiple Range test.
표 2. 숯파티클 크기에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 기계적 성질
숯크기 *1 접착제 및 최종 함수율 조건*2*3 M O R (kgf/㎠) M O E (kgf/㎠) 박리강도 (kgf/㎠)
Mean±SD DUN *4 Mean±SD DUN Mean±SD DUN
L형 P15%, M5%, MC 36% 4.78±0.47 A 502.23±11.82 A - -
M형 P15%, M5%, MC 36% 11.62±0.6 B 1142±39.15 B 0.27±0.053 -
S형 P15%, M5%, MC 36% 17±0.19 C 2077.67±54.82 C 1.72±0.19 -
*1 : L형: 〈#6이상(46%), #6-40(41%), #40-100(11%), #100통과분(2%)〉
M형:〈#6이상(34%), #6-40(55%), #40-100(9%), #100통과분(2%)〉
S형: 〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100통과분(4%)〉
각각의 중량비: 접착제 %는 숯전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건 중량에 대한 중량 비율
*2: 접착제조건에서 P: PVA(폴리비닐아세테이트에멀죤)접착제, M:MDI(메칠디아이소시아네이트)접착제, MC:매트의 열압기 투입 직전 매트 총함수율. (각각의 중량비:접착제 %는 숯 전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건중량에 대한 중량 비율).
*3: 열압조건 : 3단계열압스케쥴 적용 [40-10-40kgf/㎠(1분-2분30초-5분)]
*4: Duncan's new Multiple Range test.
표 3. 최종매트 함수율에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 물리적 성질
숯크기 *1 접착제 및 최종함수율 조건 *2*3 밀도 (g/㎤) 함수율 (%) 두께 팽윤율(%) 흡수율 (%)
Mean±SD DUN *4 Mean±SD DUN Mean±SD DUN Mean±SD DUN
S형 P15%, M5%, MC 30% 0.66±0.02 A 7.24±0.27 B 1.14±0.06 A 61±1.01 A
S형 P15%, M5%, MC 36% 0.72±0.01 B 6.52±0.43 A 1.25±0.07 A 62±1.82 A
S형 P15%, M5%, MC 40% 0.7±0.02 B 7.23±0.13 B 1.92±0.085 B 63±1.56 A
*1 : 생활목질폐기물숯 S형: 〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100통과분(4%)〉
각각의 중량비: 접착제 %는 숯전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건 중량에 대한 중량 비율
*2: 접착제조건에서 P: PVA(폴리비닐아세테이트에멀죤)접착제, M:MDI(메칠디아이소시아네이트)접착제, MC:매트의 열압기 투입 직전 매트 총함수율. (각각의 중량비:접착제 %는 숯 전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건중량에 대한 중량 비율).
*3: 열압조건 :3단계열압스케쥴 적용 [40-10-40kgf/㎠(1분-2분30초-5분)]
*4: Duncan's new Multiple Range test.
표 4. 최종매트 함수율에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 기계적 성질
숯크기 *1 접착제 및 최종함수율 조건*2*3 M O R (kgf/㎠) M O E (kgf/㎠) 박리강도 (kgf/㎠)
Mean±SD DUN *4 Mean±SD DUN Mean±SD DUN
S형 P15%, M5%, MC 30% 9.57±0.3 A 606.33±75.15 A 0.53±0.01 A
S형 P15%, M5%, MC 36% 17±0.19 C 2077.67±54.82 C 1.72±0.19 B
S형 P15%, M5%, MC 40% 11.27±0.31 B 975±34.12 B 0.73±0.05 A
*1 : 생활목질폐기물숯 S형: 〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100통과분(4%)〉
각각의 중량비: 접착제 %는 숯전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건 중량에 대한 중량 비율
*2: 접착제조건에서 P: PVA(폴리비닐아세테이트에멀죤)접착제, M:MDI(메칠디아이소시아네이트)접착제, MC:매트의 열압기 투입 직전 매트 총함수율. (각각의 중량비:접착제 %는 숯 전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건중량에 대한 중량 비율).
*3: 열압조건 :3단계열압스케쥴 적용 [40-10-40kgf/㎠(1분-2분30초-5분)]
*4: Duncan's new Multiple Range test.
표 5. 열압공정2단계 수증기제거시간에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 물리적 성질
수증기 제거 시간 접착제 및 최종 함수율조건*1 밀도(g/㎤) 함수율(%) 두께팽윤율(%) 흡수율(%)
Mean± SD DUN *2 Mean± SD DUN Mean± SD DUN Mean± SD DUN
1.5분 P15%, M5%, MC 36% 0.74±0.01 B 6.19±0.56 A 1.07±0.113 A 51±2.07 A
2.5분 P15%, M5%, MC 36% 0.72±0.04 B 6.52±0.43 A 1.25±0.191 A 62±1.58 A
3분 P15%, M5%, MC 36% 0.66±0.04 A 6.03±0.17 A 1.27±0.4 A 63±2.94 B
4분 P15%, M5%, MC 36% 0.67±0.02 A 5.98±0.54 A 1.36±0.53 A 53±3.19 A
*1: 접착제조건에서 P: PVA(폴리비닐아세테이트에멀죤)접착제, M:MDI(메칠디아이소시아네이트)접착제, MC:매트의 열압기 투입 직전 매트 총함수율. (각각의 중량비:접착제 %는 숯 전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건중량에 대한 중량 비율).
기타조건: 3단계열압스케쥴 적용, 생활목질폐기물숯 S형 사용:〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100통과분(4%)〉
*2: Duncan's new Multiple Range test.
표 6. 열압공정2단계 수증기제거시간에 따른 생활목질폐기물 숯보드의 기계적 성질
수증기 제거 시간 접착제 및 최종 함수율 조건*1 M O R (kgf/㎠) M O E (kgf/㎠) 박리강도 (kgf/㎠)
Mean± SD DUN Mean± SD DUN Mean± SD DUM
1.5분 PVA 15%, MDI 5%, MC 36% 13.88±1.32 A 1178±57 A 0.81±0.184 A
2.5분 PVA 15%, MDI 5%, MC 36% 17±1.03 B 2077.67±345.05 B 1.72±0.24 B
3분 PVA 15%, MDI 5%, MC 36% 14.93±1.19 A 1309±78.85 A 0.74±0.091 A
4분 PVA 15%, MDI 5%, MC 36% 13.6±0.91 A 1238±101.39 A 1.09±0.333 A
*1: 접착제조건에서 P: PVA(폴리비닐아세테이트에멀죤)접착제, M:MDI(메칠디아이소시아네이트)접착제, MC:매트의 열압기 투입 직전 매트 총함수율. (각각의 중량비:접착제 %는 숯전건중량에 대한 접착제 전건중량 비율이며 함수율은 숯 전건중량에 대한 중량 비율).
기타조건: 3단계열압스케쥴 적용, 생활목질폐기물숯 S형 사용:〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100통과분(4%)〉
삭제
*2: Duncan's new Multiple Range test.
실시예 2 생활목질폐기물 숯보드의 에칠렌가스 흡착력
실시예 1에서 가장 좋은 결과를 갖는 생활목질폐기물 숯보드를 [생활목질폐기물숯 S형: 〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100통과분(4%)〉P15%, M5%, MC 36%, 열압조건은 3단계열압스케쥴[40-10-40kgf/㎠(1분-2분30초-5분)]을 적용 제조하여 그 가스 흡착능력을 에틸렌가스 흡착능력으로 측정하였으며 이를 비교하기 위해 활성탄과 백탄보드도 가스흡착 성능을 대비하였다. 에틸렌가스 흡착 실험 결과 표7과 같이 생활목질폐기물 숯보드는 활성탄에 비해 가스 흡착성능이 약간 떨어지지만 백탄보드와는 큰 차이가 없었다. 또한 생활목질폐기물 숯보드는 에틸렌가스 흡착율이 82.8%로 충분히 숯 고유의 가스흡착 성능을 그대로 발현할 수 있었다.
표 7. 생활목질폐기물 숯보드의 에틸렌가스 흡착력
시간(hr) 빈병(대조구)*1 활성탄 백탄보드 폐잔재 숯보드
0 21.32 15.94 17.90 19.95
3 20.26 2.29 7.72 5.79
6 20.76 1.26 5.59 4.9
12 20.95 1.23 4.33 3.52
24 20.36 0.82 2.54 3.44
흡착율(%) - 94.85 85.8 82.76
*1: 측정용기 내의 에틸렌가스 blank 잔존 농도 변화, ppm단위
실시예 3 폐잔재 숯보드의 기타 성질
생활목질폐기물 숯보드의 원적외선 방사율은 표8과 같다. 일반적으로 숯은 원적외선이 매우 높은 재료로 알려져 있으며 제조된 생활목질폐기물 숯보드는 원적외선방사율이 92%로서 백탄보드의 원적외선 방사율과 동일하였다. 또한 제조된 목질폐기물 숯보드는 표9처럼 전기를 잘 통하였으며 좋은 단열성능을 나타냈다. 사진1,사진2,사진3에서 처럼 이 제품은 톱재단성이나 드릴구멍뚫기, 못박음에 의한 할렬저항성이나 유지능력이 대단히 우수하여 표9처럼 못 인발 저항력이 2.65N/㎜로 건축 내장재로 사용했을 시 못 박음이 매우 용이하여 작업성이 매우 우수하였다. 이 특성은 백탄보드는 못을 박을 때 할렬이 생겨 작업할 수 없고 또한 활성탄보드는 톱에 의한 절단성도 깨끗하지 못하며 드릴구멍뚫기도 어렵고 못박음성도 할렬이 생겨 작업성이 없는 것에 비하여 매우 우수한 특성이라 할 수 있다.
표 8. 생활목질폐기물 숯보드의 원적외선 방사율
원적외선방사율(%)*1 방사량(W/㎡)
백탄보드 92.9 4.31 X 100
숯보드 92.2 3.72 X 100
*1: 측정 시 시편의 온도: 40℃, 시편의 파장: 5-20㎛,
측정장치: FT-IR(M2410-C, MIDAC, USA)
표 9. 생활목질폐기물 숯보드의 기타 성질
종류 열전도도 ( W/mK ) 전기저항 (Ω/㎝) 못 인발 저항*1 (N/㎜)
Mean Mean Mean
생활목질폐기물 숯보드 0.138± 0.007 13.33± 1.15 2.65± 0.79
*1: 측정 시 사용된 못의 치수 : 길이-38.9㎜, 지름-1.97㎜
Figure 112005052134723-pat00001
Figure 112005052134723-pat00002
Figure 112005052134723-pat00003
사진 1. 톱재단된 생활목질폐기물 숯보드 사진 2. 못 인발 저항시험시편 사진 3.드릴구멍 뚫기 작업성
실시 예를 들어 최종 결론을 내리면 재활용이 2.5% 밖에 되지 않는 생활목질폐기물로부터 제조된 숯을 활용하여 만든 숯보드는 숯크기를 S형〈#6이상(0%), #6-40(81%), #40-100(15%), #100통과분(4%)〉으로 하여 열압기 투입 직전 매트의 총함수율은 36%로 조정하고 3단계열압스케쥴로서 40-10-40kgf/㎠ (1분-2분30초-5분)을 적용하는 것이 가장 우수하였다. 이와 같이 제조된 숯보드는 제조 중 펑판이 나타나지 않고 흡수율이 높은데도 불구하고 표3과 같이 두께팽윤율이 1.25%이하로서 고도의 치수안정성을 발현하고 있으며 휨강도는 17kgf/㎠로서 시공상 별 여려움이 없는 강도를 보여 주고 있다. 생활목질폐기물 숯보드의 원적외선방사율은 92%로서 백탄보드의 원적외선 방사율과 동일하였다. 또한 전기를 잘 통하였으며 열전도도는 0.138 W/mK로서 침엽수 기건목재가 0.1~1.4 W/mK이므로 목재 중에서도 좋은 목재의 단열성능과 같음을 알 수 있다. 뿐만 아니라 톱재단성이나 드릴구멍뚫기, 못박음에 의한 할렬저항성이나 유지능력이 대단히 우수하여 못인발저항력이 2.65N/㎜로 건축 내장재로 사용했을 시 못 박음이 매우 용이하여 작업성이 매우 우수하였다.
본 발명은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 일이며, 실시 예도 본 발명을 설명하기 위한 것으로 실시 예에 국한되지 않음은 물론이다.
본 발명은 매일 각 가정에서 막대하게 배출되면서 재활용이 2.5% 밖에 되지 않는 생활목질폐기물로부터 만든 숯을 활용하여 숯보드를 제조하되 건축물 내의 주거공간에서 실내공기질 관리를 위한 인체친화형 건축내장재로서 시공될 수 있도록 적당한 강도와 톱에 의한 재단이나 드릴구멍뚫기, 못박음 성능이 뛰어난 작업성을 갖도록 하며 숯의 가스흡착성질과 원적외선 방사 성질 및 흡수성과 고도의 치수안정성과 단열성을 갖는 기능성을 갖도록 제조하는데 있다. 따라서 본 발명은 석회석이 풍부한 우리나라 시멘트 건물에서의 공기질관리를 위하여 Sick House Syndrome(새집 증후군 또는 식하우스 증후군) 문제를 해결하기 위하여는 숯의 성질을 경제적으로 이용하는 방안이 강구되어져야한다. 주거환경에 사용시 벽재, 천정재 등 건축내장재로 활용되어 가장 우수한 인체친화적 재료로 사용될 수 있으며 또한 주거환경에서 가구 등으로 사용하다 나온 이러한 생활목질폐기물을 활용하여 숯보드를 만들어 다시 주거환경에서 재사용하게 되면 지구환경보호와 목질자원재활용 및 주거환경 공기질 관리의 1석3조의 효과를 가져 오는 제조기술이 될 것이다.

Claims (1)

  1. 생활목질폐기물로부터 제조된 숯 입자크기가 숯 파티클 전체 중량에 대한 중량비로 6-40메쉬가 81%, 40-100메쉬가15%, 100메쉬 통과분이 4%인 숯파티클에 상기 숯의 전건중량당 수성비닐계접착제인 폴리비닐아세테이트접착제 전건중량 %로 15%와 메칠디이소시아네이트접착제 전건중량 %로 5%를 첨가하고 최종매트함수율을 36%(중량 %)로 조절하여 열압기 온도를 170℃로 유지한 상태에서 1분간 40kgf/㎠의 압력으로 올린 후 2단계로 10kgf/㎠의 압력으로 다시 낮추어 수증기 제거단계를 2분30초 둔 후에 3단계로 재차 40kgf/㎠의 압력으로 5분간 열압하여 휨강도가 17kgf/㎠이며 톱재단성과 드릴구멍뚫기가 우수하고, 못박음에 의한 할렬저항성이 크고 못인발저항력이 2.65N/㎜로서 작업성이 매우 우수하고 92% 이상의 원적외선방사율과 가스흡착이 매우 높으며 62%의 높은 흡수율과 두께팽윤율이 1.25% 밖에 않되는 매우 높은 치수안정성 및 열전도도 0.138 W/mK로서 좋은 단열성능을 나타내는 매우 우수한 숯보드로 성형하는 것을 특징으로 하는 생활목질폐기물로부터의 기능성 숯보드의 제조방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002059409A (ja) * 2000-08-23 2002-02-26 Sanei Kensetsu Kk 炭入りボード

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