KR100726119B1 - 폐 섬유 판재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단시간 내에 성형 될 수 있고 방수성과 이곡 강도가 우수한 판재, 특히 거푸집용 판재 조성물과 이러한 판재 조성물을 이용하여 판재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 폐 면섬유 10∼20중량%, 폐지 슬러지와 폐지로 구성된 폐 펄프 40∼60중량% 및 볏집 분쇄물 10∼20중량%를 5∼10mm로 되도록 길이 방향으로 해리시킨 폐섬유 혼합물을 열경화성 수지 배합물과 함께 혼합하여서 된 판재 제조용 조성물과 이러한 조성물을 2∼3분 동안 압착 경화시켜 판재, 특히 건축에 사용되는 거푸집용 판재를 제조하는 방법으로 구성된다. 본 발명은 본 발명의 방법에 사용되는 5∼10mm의 섬유 분말을 제조하는 장치에도 관계된다. 전술한 본 발명의 방법에 의하면 내수성이 강하고 이곡에 대한 저항성이 우수하며 견고한 판재가 단시간 내에 제조되는 효과가 있다.

Description

폐 섬유 판재 제조방법{COMPOSITION FOR PRODUCING THE PLATES COMPRISING THE WASTE FIBRE AND METHOD FOR PRODUCING THE PLATE}

도 1은 본 발명에 의한 해리 장치 정면을 보여주는 정면도,

도 2는 도1 에 도시된 해리 장치의 내부를 배면측에서 보여주는 개략도,

도 3은 본 발명에 의한 해리 장치의 종단면도이다.

본 발명은 내장 벽 판재, 가구용 판넬과 같은 판재, 특히 건축에 사용하는 거푸집용 판재를 제조하기 위한 조성물과 이러한 판재를 제조하는 방법에 관계되는 것이다. 특히 본 발명은 면섬유, 폐지 펄프나 제지 슬러지 및 볏집을 길이 방향으로 해리시킨 섬유 배합물과 전술한 섬유 혼합물에 열경화성 수지와 경화제로 조성된 열 경화성 수지 혼합물을 함침시킨 조성물과 이러한 조성물을 이용하여 판재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 5∼10mm 실이의 섬유 분말을 제조하는 장치에도 관계된다.

폐 섬유, 특히 폐지와 같은 폐 펄프나 봉제공장에서 나오는 단섬유를 열경화성 수지와 함께 압착하여 판재를 제조하는 방법은 이미 알려져 있다. 또한 톱밥을 열경화성 수지로 접착시킨 판재도 이미 알려져 있다. 이러한 판재의 장점은 나무 판재와는 달리 이곡현상, 측 꾸부러짐 현상이 덜 나타나고 나무결을 따라 깨지지 않는다는 것이다. 일반적으로 사용되는 이러한 종류의 판재는 톱밥을 이용한 판재와 폐 섬유를 이용한 판재로 나누어지는바, 톱밥을 이용한 판재는 천정판과 같은 실내 장식판으로 사용되고 있으며 폐 섬유를 이용한 판재는 페이퍼 보드로 알려져 있고 실내 장식판이나 책상용 판넬로 사용되고 있다. 그러나 이러한 판재의 제조방법은 톱밥이나 폐 섬유를 열경화성 수지와 혼합한 다음 압착하여 판상으로 제조하고 있으나 제조된 판재가 경화되어 완전한 판상으로 되는데 오랜 시간이 걸리므로 상업화가 안되고 있다.

특허공보 공고번호 86-000212호에는 화학 섬유와 면섬유를 1;1로 혼합하고 3∼4mm로 절단하여 펄프 또는 폐 펄프와 1;4의 비율로 혼합하고 이 혼합물을 30∼50중량％의 수분 함량이 되도록 면압 10kg/cm2로 압착시킨 다음 하트 프레스 상에서 14kg/cm2의 압력으로 150℃에서 30분간 가열 압착하여 판재류를 제조하는 방법이 알려져 있다. 또한 전술한 특허 문헌에 따르면 단섬유와 펄프를 40:60중량%의 배합율로 배합하고 액상 페놀 수지를 10중량% 첨가한 다음 석고 20중량%와 염화메틸롤 5중량%를 첨가시키고 프레스에서 가열 압착하여 판재를 제조하는 방법도 공개 되었다. 전술한 방법은 수분을 30∼50중량% 함유되도록 하여 압착하므로 생산된 판재를 건조하는데 장시간이 소요되며 성형과정이 어려운 문제점이 나타난다.

전술한 특허문헌에 기재된 종래의 수분 함량 8∼10중량%의 펄프 잔재에 로진 변성 페놀 수지 5∼10중량% 및 산 촉매 3-15중량%를 배합하고 가열 가압하여 판재를 제조하는 합판류의 제조방법이 공지되었다고 기술되어 있다. 이 방법에서는 유연성을 부여하기 위하여 갈대 입상물을 배합하도록 되었다. 이러한 방법은 인장 강도와 절곡 강도가 우수하지 못한 것으로 표기되어 있다.

출원인의 특허공개 특2002-0079099호에는 종래 소각 처리되는 폐 슬러지와 폐 제지를 이용하여 판재를 제조하기 위한 열경화성 수지 조성물 및 그 제조방법이 공개되었다. 전술한 방법은 소각 처리되는 폐 슬러지를 활용한다는 점에서는 장점을 갖고 있으나 폐 슬러지와 폐지 펄프만으로 구성되었으므로 강도가 약하고 비틀림 현상이 나타나는 문제점이 나타났다. 특히 전술한 제조방법에 의하면 성형시간이 오래 걸려서 상업화에 어려운 문제점이 나타났다.

일본 특허공개 평4-209631호에는 단섬유상의 펄프 분체에 미경화 상태의 열경화성 수지 분체와 융점이 다른 2종 이상의 열가소성 수지를 균일하게 혼합하고 소정의 압력과 온도로 성형하되 전기 발프 분체와 열경화성 수지 및 열가소성 수지의 혼합 비율을 100:5∼60:5∼60으로 하여 열가소성 수지의 융접 보다 높은 온도에서 성형하는 수지 보강 복합체가 공개되었다. 전술한 방법은 수지 조성물에 열가소성 수지를 배합하므로서 탄성율이 높고 내피로 강도가 우수하며 내부식성과 내약품성이 우수한 수송용 팔렛트에 이용되는 수지 복합체가 얻어지는 것으로 기재되어 있다. 이러한 방법에 의하여 제조된 팔렛트는 성형과정에 열가소성 수지가 용융되는 고온으로 유지하여야 하며 열가소성 수지를 사용하므로 건축용 판넬과 같이 장시간 태양 빛에 노출되는 경우 구부러짐 현상이 나타나는 문제점이 있으며. 열경화성 수지가 응고되어 성형되는데 장시간이 걸리므로 성형시간이 오래 걸리는 문제점 이 있다.

본 발명은 전술한 종래 방법과 조성물에서 나타나는 문제점에 있어서 폐 슬러지나 폐지 섬유만을 사용하는 방법은 강도가 약하여 내장용 판넬과 같은 용도에는 적합하지만 건축용 거푸집 판넬과 같이 높은 태양열 하에서 고 하중을 받는 판넬로 사용하는 경우에는 여름철에 변형되므로 거푸집 판넬로는 사용하기 적합하지 않다는 것이며, 폐 섬유로서 면섬유와 화학 섬유를 사용하여 제조한 판넬이나 열가소성 수지를 사용하여 제조한 판넬은 태양열과 같이 고온에 노출되는 건축용 거푸집 판넬로 사용하는 경우 변형될 우려가 있으므로 거푸집 판넬로는 적합하지 않다는 문제점을 갖고 있다.

따라서 여름철 태양열과 같은 고온에서도 꾸부러지거나 이곡되지 않고 강도가 강하여 건축용 거푸집에 사용할 수 있는 판재가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 고온에서도 변형되지 않고 강도가 강하면서 단시간 내에 성형되며 염가로 제조할 수 있고 태양열에 노출되는 거푸집으로도 사용할 수 있는 판재를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적은 화학섬유가 포함되지 않은 면섬유와 폐지 섬유 및 볏집을 5∼10mm의 길이로 되도록 해리시키고 해리된 섬유 혼합물을 건조하여 수분 함량이 5% 이하로 되도록 건조시키고 열경화성 수지와 경화제 및 이형제를 배합하여서 된 조성물과 판재 제조용 조성물과 이와 같이 제조된 조성물을 가열된 유압 프레스에서 2∼3분 동안 가열 압착하여 판재를 형성하는 본 발명의 방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 또 하나의 목적은 본 발명에 사용되는 5∼10mm 길이의 섬유 분말을 제조하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 화학섬유가 포함되지 않은 면섬유를 5∼10mm의 단섬유 상태로 해리시킨 섬유 분말 30중량%, 5∼10mm의 길이로 되게 해리시킨 제지 슬러지나 폐지와 같은 폐지류 50중량% 및 5∼10mm 길이로 길게 해리시킨 볏집 20중량%를 균일하게 배합하고 수분 함량 5% 이하로 되게 건조시킨 다음, 상기 폐 섬유 혼합물 65중량%에 페놀 수지 초기 축합물과 같은 액상 열경화성 수지 87중량%에 경화제인 헥사민 10중량%과 이형제 3중량%를 배합한 수지 혼합물 35중량%을 첨가하고 균일하게 배합하여 수지 혼합물이 폐 섬유 혼합물 속으로 침투되게 5분간 혼합하여서 된 판재 제조용 조성물로 구성된다.

본 발명의 또 하나의 목적은 전술한 바와 같이 제조된 판재 조성물을 판재용 형틀에 주입하고 200℃로 가열하면서 유압 프레스에서 300톤의 유압으로 3분간 압착하여 판재를 형성하는 방법으로 구성된다.

본 발명에 따르면 폐 섬유는 면섬유만을 사용한다. 화학 섬유의 사용을 시도하였으나 실험 결과 화학 섬유가 배합되었을 때는 상온에서의 강도는 강하지만 60℃ 이상의 열을 받았을 때는 변형될 수 있음을 알게 되었다. 따라서 본 발명에서는 화학 섬유는 사용하지 않고 면섬유만을 사용한다.

특히 면섬유와 폐지 섬유만으로는 강도가 약하므로 약한 강도를 보강하기 위하여 볏집 섬유를 보강하였다.

본 발명에서는 면섬유와 폐지 섬유 및 볏집 섬유의 길이가 중요한 것으로서, 이러한 섬유를 분말상으로 짧게 형성하면 강도가 약하므로 이러한 섬유를 분말 상으로 절단하지 않고 섬유의 길이가 평균 5∼10mm 정도로 되도록 해리시키는 것이 중요하다. 이러한 폐 섬유는 원통형 케이스 내부에 케이스와 동심원 상태의 다수의 고정 격벽을 형성하여 격벽에 다수의 고정 돌출편을 부착하고 돌출편 외주에 다수의 회전 원통을 부착하여 회전 원통의 외주에 다수의 돌출편을 부착하여서 회전 원통이 회전하면서 회전 원통에 부착된 돌출편이 회전에 따라 돌출편과 회전 원통 사이에서 섬유들이 해리되도록 하는 장치에 의하여 해리되게 된다.

섬유 혼합물에 열경화성 수지 배합물을 배합할 때는 수지 배합물이 섬유 혼합물의 각개 섬유 사이로 침투하도록 하여야 한다. 이와 같이 수지 배합물이 섬유 사이로 침투하도록 하기 위하여는 수지 배합물이 섬유 사이로 침투될 수 있도록 3∼5분간 균일하게 배합하여야 한다.

경화제로는 헥사민을 사용하는데, 헥사민은 페놀 수지가 섬유 사이로 침투하는 것을 돕고 페놀 수지의 경호작용을 돕는 역할을 한다.

열경화성 수지 배합물에는 이형제가 포함되는데, 이형제는 성형된 판넬이 형틀에서 용이하게 분리되도록 하고 판넬의 표면이 매끄럽게 하는 역할을 한다.

이하 본 발명을 도면에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 해리 장치 정면을 보여주는 정면도이고, 도 2는 도1 에 도시된 해리 장치의 내부를 배면측에서 보여주는 개략도이며, 도 3은 본 발명에 의한 해리 장치의 종단면도이다.

본 발명에 의한 해리 장치는 원통형 주면 벽(11)과 원통형 주면벽(11)의 양측 단부를 폐쇄하는 양측 단부벽(12),(13)을 갖는 원통형 케이스(10)와 원료 섬유를 원통형 케이스 내부로 투입하도록 케이스의 중앙 일측 단부벽(13)에 설치된 투입장치(14), 케이스(10)의 투입장치(14)와 연결되고 원통형 케이스(10)에서 분리되게 결합된 고정판(15)과 이 고정판에 용접고정된 고정 핀(16) 및 투입 장치의 반대측 단부벽(12) 내측에 회전할 수 있게 설치되고 회전 핀(18)을 갖는 회전판(20)을 포함한다.

고정핀(16)은 다수 개를 원륜상 윤곽을 나타내도록 고정판(14)에 직접 부착할 수도 있으나, 별도의 원판(22)에 용접 고정하고 이 원판(22)을 고정판(15)의 내면에 부착하여 형성할 수도 있다. 전술한 고정판(14)의 외면에 설치된 원료 투입장치14)는 공기 투입구(24)를 갖는 원통형 케이스(25) 내부에 스크류(26) 및 케이스(25)의 상면에 설치된 원료 섬유 투입용 호퍼(28)로 구성되었다. 전술한 스크류(26)는 그 축(30)에 연결된 풀리(32)가 모터(34)의 풀리(36)와 벨트로 연결되어 회전하게 되었다.

회전핀(18)은 각개 고정 원판 사이에 위치하도록 회전 원판(20)에 원륜상 윤곽을 나타내도록 부착되는데, 회전 원판은 축봉(36)에 결합된 풀리(38)에 의하여 회전하도록 되었으며, 이 풀리(38)는 모터(40)의 풀리(42)와 벨트로 연결되어 모터에 의하여 회전하게 되었다.

전술한 고정판(15)은 일측이 경첩(44)에 의하여 케이스(10)의 단부벽(13)에 연결되어 개폐되도록 되었으며, 타측 단부는 고정판(15)를 단부벽(13)으로부터 개폐할 수 있는 손잡이(46)과 손잡이(46)를 단부벽(13)에 고정시키도록 단부벽(13)에 고정된 고정장치(48)를 갖고 있다.

원통형 케이스(10)의 주벽 하단에는 섬유 배출구(50)이 형성되어 하방에 위치하는 섬유 저장탱크(52)와 연결되었다.

5∼10cm로 절단된 섬유가 호퍼(28)투입구로 투입되면 스크류(26)에 의하여 원통형 케이스 내부로 유입되게 되고 이때 공기 통로(24)를 통하여 외부의 공기도 원통형 케이스 내부로 유입되게 된다. 원통형 케이스 내부로 유입된 섬유 절단물은 원통형 케이스(10)의 내부에 설치된 회전핀(18)이 회전에 의하여 회전하면서 고정핀(16)과의 사이에서 찢어지면서 해리되어 5∼10mm 정도의 길이를 갖는 섬유 분말로 형성되게 되고 해리된 섬유 분말은 원통형 케이스(10) 하방에 설치된 섬유 분말 저장 탱크(52)로 낙하되어 저장되게 된다.

이와 같이 5∼10mm 길이로 해리된 면섬유를 동일한 장치를 이용하여 5∼10mm 정도의 길이로 해리시킨 제지 섬유 분말 및 동일한 장치 내에서 5∼10mm 정도로 해리시킨 볏집 분말과 배합하여 섬유 분말 혼합물을 형성하게 된다. 제지 슬러지를 사용하는 경우에는 전술한 장치를 사용하여 해리시키지 않고 그대로 다른 섬유 분말과 배합한다.

전술한 바와 같이 5∼10mm 길이로 해리된 면 섬유 30중량%, 5∼10mm 길이로 해리시킨 폐지 섬유 50중량% 및 5∼10mm 길이로 해리된 볏집 섬유 20중량%를 균일하게 배합하여 섬유 혼합물을 만든다.

생성된 섬유 혼합물은 열경화성 수지 배합물과 혼합한다. 열경화성 수지로는 페놀수지, 멜라민 수지 등이 사용되는데, 이러한 열경화성 수지는 유기 용제인 벤젠이나 알콜에 용해시켜 사용한다. 액상의 열경화성 87중량%에 경화제인 헥사민 14중량%을 배합하고 이형제로서 스테아린산 칼슘 3중량%를 배합하여 열경화성 수지 혼합물을 형성한다. 폐 섬유 혼합물 65중량%에 열경화성 수지 혼합물 35중량%을 첨가하고 균질 되게 배합하는데, 폐 섬유 혼합물과 열경화성 수지 혼합물은 열경화성 수지 혼합물이 폐 섬유 혼합물 속으로 골고루 침투되도록 5분간 혼합하여 본 발명의 판재 제조용 조성물을 형성한다.

이와 같이 제조된 판재용 조성물은 판재 형틀에 주입하고 200℃로 가열하면서 유압 프레스에서 300톤의 유압으로 압착하여 3분 동안 압착하여 판재를 형성하게 된다.

이와 같이 제조된 판재는 기존 판재보다 내수성이 강하여 전혀 물을 흡수하지 않고 휨강도가 강하여 사용 중에 변형되는 일이 없게 되는 특징을 갖고 있다.

[실시예]

실시예 1

면섬유를 5∼10mm의 단섬유 상태로 해리시킨 섬유 분말 30중량%, 5∼10mm의 길이로 되게 해리시킨 제지 슬러지나 폐지와 같은 폐지류 50중량% 및 5∼10mm 길이로 길게 해리시킨 볏집 20중량%을 균일하게 배합하고 수분 함량 5% 이하로 되게 건조시킨 다음, 상기 폐 섬유 혼합물 65중량%에 페놀 수지 초기 축합물과 같은 액상 열경화성 수지 87중량%에 경화제인 헥사민 10중량%과 이형제 3중량%를 배합한 수지 혼합물 35중량%을 첨가하고 균일하게 배합하여 수지 혼합물이 폐 섬유 혼합물 속으로 침투되게 5분간 혼합하여서 된 판재 제조용 조성물을 제조한다.

실시예 2

제1항에서 제조한 판재 조성물을 거푸집용 형틀 속에 투입하고 200℃로 가열하면서 유압 프레스에서 300톤의 유압으로 3분간 압착하여 판재를 형성한다. 제조된 판재는 흡수율이 거의 없으며 휨강도가 강하여 사용 중에 변형되지 않았다.

본 발명에 의하면 내수성이 우수하여 전혀 물을 흡수하지 않고 휨강도가 강하여 사용 중에 변형되지 않는 판재가 단시간에 얻어지며, 그 제조 방법은 단시간에 성형되므로 상업적으로 이용할 수 있는 판재를 얻을 수 있게 된다. 특히 본 발명은 건축용 거푸집에 사용되는 판재의 제조에 유리하게 이용할 수 있는 특징이 있다.

Claims (3)

1. 면섬유를 5∼10mm의 단섬유 상태로 되도록 길이방향으로 해리시킨 섬유 분말 30중량%, 5∼10mm의 길이로 방향으로 해리시킨 제지 슬러지나 폐지와 같은 폐지류 50중량% 및 5∼10mm 길이방향으로 길게 해리시킨 볏집 20중량%을 균일하게 배합하고 수분 함량 5% 이하로 되게 건조시킨 다음, 상기 폐 섬유 혼합물 65중량%에 페놀 수지 초기 축합물과 같은 액상 열경화성 수지 87중량%에 경화제인 헥사민 10중량%과 이형제 3중량%를 배합한 수지 혼합물 35중량%을 첨가하고 균일하게 배합하여 수지 혼합물이 폐 섬유 혼합물 속으로 침투되게 5분간 혼합하여서 된 판재 제조용 조성물
2. 면섬유를 5∼10mm의 단섬유 상태로 해리시킨 면섬유 분말 30중량%, 5∼10mm의 길이로 되게 해리시킨 제지 슬러지나 폐지와 같은 폐지류 50중량% 및 5∼10mm 길이로 길게 해리시킨 볏집 20중량%을 균일하게 배합하고 수분 함량 5% 이하로 되게 건조시킨 다음, 상기 폐 섬유 혼합물 65중량%에 페놀 수지 초기 축합물과 같은 액상 열경화성 수지 87중량%에 경화제인 헥사민 10중량%과 이형제 3중량%를 배합한 수지 혼합물 35중량%을 첨가하고 균일하게 배합하여 수지 혼합물이 폐 섬유 혼합물 속으로 침투되게 5분간 혼합하여서 된 판재 제조용 조성물을 판재용 형틀에 주입하고 형틀 내의 판재 조성물을 200℃로 가열하면서 유압 프레스에서 300톤의 유압으로 3분간 압착하여 판재를 제조하는 판재 제조방법.
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