KR100686927B1 - 파티클보드의 요소수지 접착제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농가에서 발생되는 폐자원인 볏짚과 보릿짚을 사용하여 파티클보드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 볏짚과 보릿집을 보다 효율적으로 접착시키기 위한 요소수지 접착제를 제공하는데 그 목적이 있으며, 상기의 목적을 달성하기 위하여 볏짚과 보릿짚을 12-3.5mesh 크기로 파쇄하여 파티클보드 조성물로 형성시키되, 상기 조성물은 요소수지 접착제에 의해 결합되며, 상기 요소수지 접착제는 포름알데히드와 요소의 몰비가 1,15로 합성되는 수단과, 상기 요소와 포름알데히드를 유리 반응기에 넣고 알카리촉매를 이용하여 5분 동안 축합반응 시킨 후, 산성촉매에서 10분 동안 중축합반응을 시킨 후, 포름알데히드와 요소가 합성되어 요소수지접착제로 형성되는 특징이 있다.

농산 폐자원, 파티클보드, 건축자재

Description

파티클보드의 요소수지 접착제{Urea-Formaldehyde Resin of Particleboard}

도 1은 본 발명에 따른 파티클보드의 성능시험결과를 나타낸 참고도.

본 발명은 농가에서 발생되는 폐자원인 볏짚과 보릿짚을 사용하여 파티클보드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 볏짚과 보릿짚을 보다 효율적으로 접착시키기 위한 요소수지 접착제의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 도시화와 산업화가 급속도로 진행되면서 주택 및 산업시설 건축이 활성화되어 목재의 사용량 또한 증가되는 추세이다.

이러한 목재의 소비는 산림자원을 훼손하여 환경기능을 크게 약화시킴에 따라 목재생산과 환경기능을 조화시키기 위한 노력이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

천연목재는 여러가지의 용도로 사용되고 있는 재료 중 하나이지만, 건축자재 특히 면목, 목지봉 등으로 이용되기 위해서 가공시간이 많이 소요됐으며, 또한 일 회용품으로 사용하기엔 고가이고, 사용 후 폐기에 따른 자원 낭비의 문제가 있으며, 또한 공사시 천연목재의 특성상 수분흡수로 목재에 변형이 생기는 등 사용상의 어려움이 있다.

또한, 지금까지 농촌에서 발생되는 볏짚과 보릿짚의 재활용 용도는 사료용, 버섯 재배용, 퇴비용 또는 지붕 덮개용 등의 저부가가치 재료로 사용되고 있어 고부가가치를 창출할 수 있는 재활용 방법과 제품개발에 대한 연구의 필요성이 점점 대두되고 있는 실정이다.

이런 배경에서 천연목재를 대신할 수 있는 합성목재를 제조하는 기술이 개발되어, 파티클보드나 칩보드, 베니어 합판 등이 상용화되어져 왔으나, 이것 역시 주원료가 목재이거나 사용처의 제한 등으로 인하여 어려움을 겪고 있는 문제점이 있다.

그리고, 농작물을 수확한 후, 부산물로 얻어지는 줄기와 잎 등의 섬유질을 이용한 상업용 스토로보드와 같은 목질패널제품의 생산은 유럽, 북미 및 기타 세계여러나라에서 많이 볼 수 있으며, 농작물 짚은 일반목재와 비교해서 운반거리 등을 고려할 때 상대적으로 가격면에서 경쟁력이 있다.

그러나, 짚은 함유된 왁스 성분 때문에 전통적으로 목재접착제로 사용되고 있는 요소수지 접착제, 페놀수지 접착제 등과 쉽게 접착되지 않지만 Polymeric methylene diphenyl diisocyanate(PMDI) 수지 접착제를 사용하여 제조할 경우에는 좋은 목질폐널을 생산할 수 있다. 하지만 PMDI는 다른 목재접착제와 비교해서 가격 면에서 상대적으로 매우 고가이므로 사용하는데 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 국내에서 많이 발생되고 있는 농작물 화이버중에서 볏짚과 보릿짚을 요소수지 접착제로 접착하여 파티클보드로 형성시키는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 볏짚과 보릿짚을 12-3.5mesh 크기로 파쇄하여 파티클보드 조성물로 형성시키되, 상기 조성물은 요소수지 접착제에 의해 결합되며, 상기 요소수지 접착제는 포름알데히드와 요소의 몰비가 1.15로 합성되는 수단과, 상기 요소와 포름알데히드를 유리 반응기에 넣고 알카리촉매를 이용하여 5분 동안 축합반응 시킨 후, 산성촉매에서 10분 동안 중축합반응을 시킨 후, 포름알데히드와 요소의 몰비를 1.15로 조정하여 합성되는 요소수지 접착제에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 파티클보드의 성능시험결과를 나타낸 참고도이다.

먼저, 본 명세서에서 "파티클보드"라 함은 일반 파티클 보도 제작시 사용되는 입자를 총칭하며, 그 형태 및 종류는 특별히 제한되지 아니한다.

그리고, 본 발명에서는 볏짚(Oryza sativa L)과 보릿짚(Hordeum unlgare L)을 사용하게 되며, 중간층용 목재파티클과 유사한 크기로 파쇄한 후, 건조시킴과 함께 선별하는 구성을 갖게 된다.

한편, 본 발명의 따른 접착용 요소수지 접착제의 합성과정은 아래와 같다.

흡열반응을 조절하기 위한 가장 좋은 조건을 측정하기 위해 2-L 유리반응기에서 수지 접착제 고형분량은 50%를 목표로 합성하였다.

또한, 요소수지 접착제는 포름알데히드와 요소의 몰비가 1.15로 합성하는 구성이다.

상기 합성한 요소수지 접착제의 불휘발성분은 49.6% 유리포름알데히드량은 0.5% pH는 7.5이고 기타 성질 등은 표1과 같은 구성이다.

표1

(합성한 요소수지 접착제의 성질)

성 질	단 위	요소수지 접착제
초기 F/U	몰 비	2.1
최종 F/U	몰 비	1.15
불휘발성분	%	49.6
유리포름알데히드	%	0.5
pH	--	7.5
비중	--	1.19

* F/U = 포름알데히드/요소

그리고, 볏짚과 보릿짚을 이용한 파티클보드의 제조 방법은 아래와 같다.

먼저, 목재·볏짚·보릿짚 파티클은 열기건조기에서 파티클의 함수율을 4-5%까지 건조시킨 후, 사용하게 된다.

상기 파티클보드 제조를 위해 간벌소경재 소나무 목재파티클 100%로 제조한 Control과 전건 목재파티클의 무게비로 10.20.30.40%까지 볏집과 보릿짚파티클을 대체 혼합하여 4반복으로 총 36개의 파티클보드를 제조하게 되는 구성이다.

이때, 합성한 요소수지 접착제는 목재파티클의 전건무게에 대해 8%의 수지고형분을 첨가하였고, 왁스는 1%를 첨가하였다.

목재파티클은 밀도 737kg/m³인 파티클보드를 제조하기 위해 무게 측정하고 수작업으로 균일한 단층의 mat을 형성하여 파티클보드를 제조하였다.

한편, 패널의 크기는 25Cm×25Cm×0.63Cm이고, 열압온도는 162℃, 열압력 3447kPa, 열압시간 4분에서 수행하였으며, 이때 열압기의 장전되기 전의 mat 함수율은 11-12%이였다.

[실시예]

* 제조된 파티클보드의 성능 *

볏짚과 보릿짚파티클을 전건 목재 무게비에 대해 10, 20, 30, 40% 대체 첨가하여 제조된 파티클보드와 간벌소경재 소나무 100% 목재파티클(control)로 제조된 파티클보드의 성능 평가 결과가 도 1에 표기되어 있다.

이때 제조된 파티클보드의 밀도 분포 범위는 709-726kg/m³이였다.

상기와 같은 형태의 파티클보드의 박리강도 분포범위는 0.09-0.88N/mm²이며. KSF3104 파티클보드 품질기준 8.0형의 박리강도에 대한 최소요구는 0.15N/mm²이다.

* 결과 *

볏짚과 보릿짚을 대체 첨가하여 제조한 파티클보드의 박리강도는 첨가량이 증가함에 따라 감소하는 경향은 아래와 같이 나타나게 된다.

1. 휨 탄성계수

제조된 파티클보드의 휨탄성계수의 분포범위는 1480-2023N/mm²이였으며, 제 조된 파티클보드의 휨탄성계수는 볏짚과 보릿짚 첨가량이 증가함에 따라서 감소된다.

2. 휨 파괴계수

제조된 파티클보드의 휨파괴계수의 분포범위는 5.3-10.7N/mm²이였으며, 제조된 파티클보드의 휨파괴계수는 볏짚과 보릿짚 첨가량이 증가함에 따라서 감소하는 경향이 나타난다.

3. 이와 같이 볏짚과 보릿짚을 무게비로 첨가함에 따라 휨파괴계수가 감소하는 원인은 볏짚과 보릿짚에 함유된 왁스 성분 때문으로 분석된다.

4. 두께팽창률

제조된 파티클보드의 두께팽창률 분포범위는 12.7-24.3%와 31.2-54.6%이였으며, 제조된 파티클보드의 두께팽창률은 볏짚과 보릿짚 대체 첨가량이 증가함에 따라서 증가되었다.

5, 물 흡수률

제조된 파티클보드의 2-h와 24-h 물 흡수율 분포범위는 14.8-36.6%와53.1-113.5%이였으며, 제조된 파티클보드의 물 흡수율은 볏짚과 보릿짚 대체 첨가량이 증가함에 따라서 증가하는 경향을 보였다.

[결론]

농촌에서 발생되는 볏짚과 보릿짚을 전건 목재무게에 대해 10. 20. 30. 40%까지 목재파티클을 대체하여 요소수지 접착제를 전건 목재무게에 대해 8% 첨가하여 밀도 737kg/m³을 목표로 파티클보드를 제조하고 간벌소경재 소나무100% 목재 파티클로 제조된 파티클보드와 성능을 비교한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

표 2

(성능 비교표)

구 분	볏짚*보릿짚 파티클	목재 파티클
흡수율	높음	낮음
휨파괴계수	양호	양호
박리시험	우수	만족
공정성단계	절감	기준
효과	우수	낮음

결과적으로 도 1에 도시한 바와 같이 볏짚과 보릿짚으로 형성된 조성물에 요소수지 접착제를 투입하여 일체로 혼합한 후, 별도의 성형틀에 넣은 후 소정의 압력을 가하여 기능이 우수한 파티클보드를 얻을 수 있었다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환 변형이 가능하므로 전술한 실시례 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 본 발명에 따른 요소수지접착제를 사용하여 볏짚과 보릿짚을 하나의 파티클보드로 형성시킬 수 있으므로 인하여 점차 부족해지는 목질 원료를 대체 하고 높은 부가가치를 창출할 수 있는 특징이 있다.

그리고, 농촌에서 발생되는 폐자원의 재활용이라는 잇점까지 제공하는 등 매우 경쟁력 있고 우수한 소재로 형성되어 목재를 대체할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 볏짚과 보릿짚을 12-3.5mesh 크기로 파쇄하여 파티클보드 조성물로 형성시키고, 상기 조성물은 요소수지 접착제에 의해 결합 되는 파티클보드에 있어서,

   상기 요소수지 접착제는 포름알데히드와 요소의 몰비가 1.15로 합성되는 수단과,

   상기 요소와 포름알데히드를 유리 반응기에 넣고 알카리촉매를 이용하여 5분 동안 축합반응 시킨 후, 산성촉매에서 10분 동안 중축합반응 되도록 구성함을 특징으로 하는 파티클보드의 요소수지 접착제.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 요소수지 접착제의 불휘발성분은 49.6%, 유리포름알데히드량은 0.5%, pH는 7,5로 유지될 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 파티클보드의 요소수지 접착제.

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