KR100710618B1 - 왕겨를 이용한 복합재료 및 그 제조방법 - Google Patents

왕겨를 이용한 복합재료 및 그 제조방법 Download PDF

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류재도
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Abstract

본 발명은 왕겨를 이용한 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 왕겨를 준비하는 제1단계와; 상기 준비된 왕겨를 표면처리한 후 건조시키는 제2단계와; 상기 건조된 왕겨에 생분해성 합성수지를 총중량 대비 30~50중량%로 첨가하여 혼합물을 만드는 제3단계와; 상기 혼합물을 금형에 의해서 가압 및 가온하여 판상의 복합재료를 만드는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕겨를 이용한 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 국내에서 대량확보가 가능하고 환경친화적인 소재인 왕겨를 주요 성분으로 구성함으로써, 제조비용을 현저히 절감시키고, 국내농업을 활성화시키는 동시에 폐기 처분시 단순한 매립만으로도 미생물에 의해 완전분해가 되어 일체의 환경오염물질을 배출하지 않으며, 뛰어나 충격흡수와 강도를 제공한다.
왕겨, 표면처리, 생분해성 합성수지, 복합재료, 적층.

Description

왕겨를 이용한 복합재료 및 그 제조방법{THE COMPOSITE MATERIALS USING CHAFF AND THE MANUFACTURING METHOD THEREBY}
도 1은 본 왕겨를 이용한 복합재료의 제조공정도이고,
도 2는 본 왕겨를 이용한 복합재료가 차량에 적용되는 상태를 나타낸 적용 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1; 차량,
100; 왕겨를 이용한 복합재료,
110; 지붕,
130; 좌석 뒤쪽,
150; 좌석 밑바닥판,
170; 짐칸 바닥판,
190; 도어.
본 발명은 왕겨를 이용한 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 국내에서 대량확보가 가능하고 환경친화적인 소재인 왕겨를 주요 성분으로 구성하여 제조비용을 현저히 절감시키고, 국내농업을 활성화시키는 동시에 폐기 처분시 단순한 매립만으로도 미생물에 의해 완전분해가 되어 일체의 환경오염물질을 배출하지 않으며, 뛰어나 충격흡수와 강도를 제공하는 왕겨를 이용한 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 왕겨를 이용한 복합재료는 다양한 분야에서 사용될 수 있으나, 설명의 편의와 현재 많은 문제를 초래하고 있는 차량용 복합재료를 감안하여 이에 한정하여 설명하기로 한다.
일반적으로, 차량의 내외장재로 사용되는 재료는 탄소 또는 유리섬유강화 복합재료나 레진펠트(resin felt) 등의 수지복합재가 주를 이룬다.
그러나, 상기 탄소 또는 유리섬유강화 복합재료나 레진펠트(resin felt) 등의 수지복합재는 부식성이 좋지 않아 매립에 의한 폐기보다는 대부분 소각에 의해 폐기하고 있으며, 소각시 발생하는 환경오염물질의 대기방출로 인해 환경오염의 주범이 되고 있는 실정이다.
이에 대한 극복방안으로 일부 재료를 열가소성 수지로 대체하여 재활용을 하려는 시도가 있었으나, 상기 재활용이 가능한 부분은 저가의 일부 저강도재에 한정 된다는 단점과 상기 재활용에 드는 금전적인 비용이 매우 크다는 단점을 지니고 있다.
특히, 탄소섬유나 유리섬유와 같은 경우에는 비단 환경반친화적일 뿐 아니라, 현재 전량 외국에서 수입되고 있기 때문에 산업구조상 일부 생산국가의 상품 무기화나 상품 독점화에 따른 현실적인 우려를 간과할 수 없다.
한편, 최근에 사용되는 생분해성 합성수지는 토양의 박테리아에 의해 생분해가 이루어지며, 그 강도와 내수성이 우수하여 점차 확대되어 사용될 추세이다.
그러나, 상기 생분해성 합성수지는 그 가격이 매우 고가라는 단점 때문에 저가의 충진재를 첨가하여 사용하고 있는 실정이다.
이와 같이 상기 생분해성 합성수지에 소정의 충진재를 첨가하는 경우에는 가격이 하락하기는 하나, 첨가되는 충진재의 양이 늘어날수록 강도 역시 점차 하락하게 되어, 차량의 지붕, 도어의 충진재 부위 혹은 충격을 흡수하고 부품의 교체가 요구되는 트럭 짐칸의 바닥판 부위를 대체할 수 있을 정도의 강도, 충격 흡수력 및 내구성을 만족시키지 못하는 문제점을 지니게 된다.
따라서, 상기한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 복합재료가 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 재활용은 물론 폐기처분시 환경오염을 최소화할 수 있는 환경친화적인 왕겨를 이용한 복합재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제조비용을 현저히 절감시키는 동시에 국내 농업을 활성화시키는 왕겨를 이용한 복합재료를 제공하는 데 있다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 가격대비 충격흡수와 강성이 뛰어난 왕겨를 이용한 복합재료를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 왕겨를 준비하는 제1단계와; 상기 준비된 왕겨를 표면처리한 후 건조시키는 제2단계와; 상기 건조된 왕겨에 생분해성 합성수지를 총중량 대비 30~50중량%로 첨가하여 혼합물을 만드는 제3단계와; 상기 혼합물을 금형에 의해서 가압 및 가온하여 판상의 복합재료를 만드는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕겨를 이용한 복합재료의 제조방법인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1단계의 왕겨는 원형상태 그대로의 왕겨이거나 미세분말화된 왕겨인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2단계의 표면처리는 상기 왕겨에 존재하는 미생물이나 불순물을 제거하는 전처리공정과, 상기 생분해성 합성수지와의 결합향상을 위한 후처리공정으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 상기 전처리공정은 상기 왕겨를 0.3~0.8%의 수산화나트륨(NaOH)에 15~25분 동안 침지시키는 방법으로 이루어지며, 상기 후처리공정은 상기 전처리공정을 거친 왕겨를 0.1~0.3%의 실란(silane) 또는 0.3~0.8%의 과망간산칼륨(KMnO4)에 15~25분 동안 침지시키는 방법으로 이루어지는 것이 더더욱 바람직하다.
또한, 상기 제3단계의 생분해성 합성수지는 분말형 또는 필름형으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 제4단계의 판상의 복합재료를 접착제를 이용하여 다층으로 적층시키는 제5단계를 더 구비하는 것이 더더욱 바람직하다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명은 상기의 제조방법에 의해서 제조되는 것을 특징으로 하는 왕겨를 이용한 복합재료인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 왕겨를 이용한 복합재료 및 그 제조방법을 첨부한 도면 및 실시예에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 왕겨를 이용한 복합재료의 제조공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 왕겨를 이용한 복합재료가 차량에 적용되는 상태를 나타낸 적용 사시도이다.
먼저, 본 왕겨를 이용한 복합재료는 도 1의 제조공정도에서 보는 바와 같이 크게 왕겨를 준비하는 제1단계, 왕겨의 표면처리 및 건조를 하는 제2단계, 왕겨에 생분해성 합성수지를 첨가하는 제3단계, 판상의 복합재료로 성형하는 제4단계, 그리고 선택적으로 접착제를 이용하여 상기 판상의 복합재료를 다층으로 적층시키는 제5단계로 이루어진다.
구체적으로, 상기 제1단계의 왕겨는 강도 및 제조비용을 고려하여 원형상태 그대로를 이용하거나 미세분말화하여 이용한다.
그리고, 상기 제2단계의 표면처리는 상기 왕겨에 존재하는 미생물이나 불순 물을 제거하는 전처리공정과, 상기 생분해성 수지와의 결합향상을 위한 후처리공정으로 이루어진다.
더욱 상세하게는, 상기 전처리공정은 상기 왕겨를 0.3~0.8%의 수산화나트륨(NaOH)에 15~25분 동안 침지시키는 방법으로 이루어지며, 상기 후처리공정은 상기 전처리공정을 거친 왕겨를 0.1~0.3%의 실란(silane) 또는 0.3~0.8%의 과망간산칼륨(KMnO4)에 15~25분 동안 침지시키는 방법으로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 수산화나트륨(NaOH)의 농도는 상기 왕겨에 존재하는 미생물이나 불순물을 제거하는 동시에 상기 왕겨가 분해되어 삭지않도록 0.3~0.8%로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 상기 수산화나트륨(NaOH)의 농도의 농도가 0.3% 미만인 경우에는 상기 불순물 제거의 효과가 떨어지게 되며, 0.8% 초과인 경우에는 단백질이나 셀룰로오스 등의 유기물을 분해하는 작용이 너무 강하여 상기 왕겨가 삭게되는 등 왕겨의 변형을 초래하게 된다.
또한, 유기합성, 살균소독 및 표백기능을 갖는 상기 실란(silane) 또는 상기 과망간산칼륨(KMnO4)은 상기 전처리공정을 거친 왕겨와 상기 생분해성 합성수지와의 결합력을 향상을 위해 0.1~0.3% 또는 0.3~0.8%의 농도로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 상기 실란(silane) 또는 상기 과망간산칼륨(KMnO4)의 농도가 0.1% 또는 0.3% 미만인 경우에는 상기 결합력의 증가를 기대하기 어렵고, 0.3% 또는 0.8%의 농도를 초과하는 경우에는 원가대비 상기 결합력의 증가가 비효율적이다.
이와 같은 농도로 이루어진 상기 수산화나트륨(NaOH) 및 상기 실란(silane) 또는 상기 과망간산칼륨(KMnO4)에 상기 왕겨를 15~25분 동안 침지시킴으로써, 왕겨에 존재하는 불순물을 완전하게 제거하는 동시에 상기 생분해성 합성수지와의 결합력을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 제3단계의 혼합물은 상기와 같이 표면처리를 완료한 후 건조된 왕겨에 생분해성 합성수지를 총중량 대비 30~50중량%를 첨가하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 생분해성 합성수지를 상기 왕겨에 대하여 30중량% 미만으로 첨가하여 혼합물을 만드는 경우에는 본 제품의 강도와 충격흡수력이 현저하게 저하되어 작은 충격에도 쉽게 파손될 수 있고, 50중량% 이상으로 첨가하는 경우에는 제조 비용이 비약적으로 증가하게 되므로, 상기 생분해성 합성수지는 상기 왕겨의 총중량 대비 30~50중량%의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
단, 상기 생분해성 합성수지는 PCL(polycaprolactone)이나 PLA(polylactic acid) 중 어느 하나가 사용되어도 무방하다.
그리고, 상기 제4단계의 성형은 상기 혼합물을 금형에 넣고 상기 생분해성 합성수지의 녹는 온도 및 상기 왕겨로의 침투시간 등을 고려하여 적정 시간 동안 가열, 가압한다.
여기서, 상기 성형단계는 200℃, 3톤의 온도와 압력하에서 대략 20분 정도 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제4단계의 성형과정을 거쳐 완성된 본 판상의 복합재료를 접착제를 이용하여 다층으로 적층시키는 제5단계를 선택적으로 채택할 수 있다.
구체적으로, 상기 제5단계의 적층단계는 상기 제4단계를 거쳐 완성된 얇은 판상의 복합재료를 접착제 수지 또는 무수지를 이용하여 다층으로 적층하여 제품의 강도를 더욱 증가시킨다.
여기서, 본 판상의 복합재료의 표면에 샌드블래스팅(sand blasting)처리를 하거나 흠집을 내어 접착부의 면적을 증가시킴으로써 상기 접착력을 더욱 향상시킬 수 있음을 밝힌다.
상술한 바와 같은 제조방법에 의해 제조된 본 왕겨를 이용한 복합재료는 도 2에서 도시한 바와 같이 차량의 각 부위에 적용될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2에서 보는 바와 같이 본 왕겨를 이용한 복합재료는 지붕 충진재, 좌석 뒤쪽 충진재, 짐칸 바닥판, 좌석 밑 바닥판 및 도어 충진재 등에 적용되어 사용될 수 있다.
즉, 본 왕겨를 이용한 복합재료는 승용차나 트럭의 강도의 영향이 비교적 적은 부위에 충진재로서 도어나 지붕, 좌석 뒤쪽, 좌석 밑 바닥판에 들어갈 수 있으며, 화물에 대한 충격을 흡수하기 위하여 수입원목(아피통)을 사용했던 짐칸 바닥판에도 기존과 같은 볼팅작업을 통해서 적용 가능하다.
물론, 본 왕겨를 이용한 복합재료는 상기한 차량에만 한정되어 적용될 수 있는 것은 아니며, 실내의 내외장재나 각종 물품, 시설 등의 내외장재 등으로 다양하게 사용될 수 있음을 밝힌다.
<실시예 1>
원형 상태의 왕겨 100kg을 0.3%의 수산화나트륨(NaOH)에 15분 동안 침지시키고, 0.1%의 실란(silane)에 15분 동안 침지시킨 후 건조하였다.
그리고, 상기 왕겨에 대하여 30중량%의 생분해성 합성수지(PLA)를 첨가하여 혼합한 뒤 금형에서 200℃, 3톤의 온도와 압력하에서 20분 동안 가열, 가압하여 두께 5mm의 본 왕겨를 이용한 복합재료를 제조하였다.
<실시예 2>
원형 상태의 왕겨 100kg을 0.8%의 수산화나트륨(NaOH)에 25분 동안 침지시키고, 0.3%의 실란(silane)에 20분 동안 침지시킨 후 건조하였다.
그리고, 상기 왕겨에 대하여 50중량%의 생분해성 합성수지(PLA)를 첨가하여 혼합한 뒤 금형에서 200℃, 3톤의 온도와 압력하에서 20분 동안 가열, 가압하여 두께 5mm의 본 왕겨를 이용한 복합재료를 제조하였다.
<실시예 3>
원형 상태의 왕겨 100kg을 0.5%의 수산화나트륨(NaOH)에 20분 동안 침지시키고, 0.2%의 실란(silane)에 20분 동안 침지시킨 후 건조하였다.
그리고, 상기 왕겨에 대하여 40중량%의 생분해성 합성수지(PLA)를 첨가하여 혼합한 뒤 금형에서 200℃, 3톤의 온도와 압력하에서 20분 동안 가열, 가압하여 두께 5mm의 본 왕겨를 이용한 복합재료를 제조하였다.
<실시예 4>
미세분말화된 왕겨 100kg을 0.5%의 수산화나트륨(NaOH)에 20분 동안 침지시키고, 0.2%의 실란(silane)에 20분 동안 침지시킨 후 건조하였다.
그리고, 상기 왕겨에 대하여 40중량%의 생분해성 합성수지(PLA)를 첨가하여 혼합한 뒤 금형에서 200℃, 3톤의 온도와 압력하에서 20분 동안 가열, 가압하여 두께 5mm의 본 왕겨를 이용한 복합재료를 제조하였다.
<실시예 5>
미세분말화된 왕겨 100kg을 0.5%의 수산화나트륨(NaOH)에 20분 동안 침지시키고, 0.5%의 과망간산칼륨(KMnO4)에 20분 동안 침지시킨 후 건조하였다.
그리고, 상기 왕겨에 대하여 40중량%의 생분해성 합성수지(PLA)를 첨가하여 혼합한 뒤 금형에서 200℃, 3톤의 온도와 압력하에서 20분 동안 가열, 가압하여 두께 5mm의 본 왕겨를 이용한 복합재료를 제조하였다.
<실시예 6>
미세분말화된 왕겨 100kg을 0.5%의 수산화나트륨(NaOH)에 20분 동안 침지시키고, 0.5%의 과망간산칼륨(KMnO4)에 20분 동안 침지시킨 후 건조하였다.
그리고, 상기 왕겨에 대하여 40중량%의 생분해성 합성수지(PLA)를 첨가하여 혼합한 뒤 금형에서 200℃, 3톤의 온도와 압력하에서 20분 동안 가열, 가압하여 두께 5mm의 본 왕겨를 이용한 복합재료를 제조하였다.
그리고, 본 왕겨를 이용한 복합재료 2장을 접착제를 이용하여 다층으로 적층시켜 적층된 하나의 왕겨를 이용한 복합재료를 완성하였다.
<실시예 7>
미세분말화된 왕겨 100kg을 0.5%의 수산화나트륨(NaOH)에 20분 동안 침지시키고, 0.5%의 과망간산칼륨(KMnO4)에 20분 동안 침지시킨 후 건조하였다.
그리고, 상기 왕겨에 대하여 40중량%의 생분해성 합성수지(PLA)를 첨가하여 혼합한 뒤 금형에서 200℃, 3톤의 온도와 압력하에서 20분 동안 가열, 가압하여 두께 5mm의 본 왕겨를 이용한 복합재료를 제조하였다.
그리고, 본 왕겨를 이용한 복합재료 4장을 접착제를 이용하여 다층으로 적층시켜 적층된 하나의 왕겨를 이용한 복합재료를 완성하였다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 농업부산물이며 환경친화적 소재인 왕겨와 생분해성 합성수지를 일정량 혼합하여 판상의 왕겨를 이용한 복합재료를 제조함으로써, 제조단가는 물론 제 품가격이 현저히 절감되고, 재활용의 편의성은 물론 폐기처분시 단순한 매립만으로도 미생물에 의해 분해되어 일체의 환경오염물질을 배출하지 않아 환경오염을 예방하는 효과를 제공한다.
둘째, 사용되는 부위와 용도에 따라 상기 왕겨의 상태를 원형 또는 분말화하거나, 상기 생분해성 합성수지를 분말형 또는 필름형으로 구분하여 이용함으로써, 제품의 충격흡수력, 강도 및 소요되는 제조비용을 적절히 조절할 수 있는 효과를 제공한다.
셋째, 상기 왕겨에 존재하는 미생물이나 불순물을 제거하는 전처리공정과 상기 생분해성 합성수지와의 결합향상을 위한 후처리공정으로 이루어지는 표면처리단계를 거침으로써, 인체에 무해한 왕겨를 이용한 복합재료를 제공하는 동시에 저가의 자연섬유인 왕겨를 대량으로 함유하면서도 섬유특성을 이용하여 강성의 저하를 방지하는 효과를 제공한다.
넷째, 상기 판상의 복합재료를 접착제를 이용하여 다층으로 적층시킴으로써, 더욱 강화된 충격흡수력과 강성을 갖게 되어 종래의 탄소, 유리섬유강화 플라스틱 또는 수입원목이 사용되고 있는 각종 부위에 대체 사용될 수 있는 효과를 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기에서 설명되고 도면에서 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 왕겨를 준비하는 제1단계와;
    상기 준비된 왕겨를 표면처리한 후 건조시키는 제2단계와;
    상기 건조된 왕겨에 생분해성 합성수지를 총중량 대비 30~50중량%로 첨가하여 혼합물을 만드는 제3단계와;
    상기 혼합물을 금형에 의해서 가압 및 가온하여 판상의 복합재료를 만드는 제4단계; 를 포함하여 이루어지고,
    상기 제2단계의 표면처리는 상기 왕겨에 존재하는 미생물이나 불순물을 제거하는 전처리공정과, 상기 생분해성 합성수지와의 결합향상을 위한 후처리공정으로 이루어지며,
    상기 전처리공정은 상기 왕겨를 0.3~0.8%의 수산화나트륨(NaOH)에 15~25분 동안 침지시키는 방법으로 이루어지며, 상기 후처리공정은 상기 전처리공정을 거친 왕겨를 0.1~0.3%의 실란(silane) 또는 0.3~0.8%의 과망간산칼륨(KMnO4)에 15~25분 동안 침지시키는 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕겨를 이용한 복합재료의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제4단계의 판상의 복합재료를 접착제를 이용하여 다층으로 적층시키는 제5단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 왕겨를 이용한 복합재료의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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