KR101032161B1 - 인조 등나무 줄기 제조용 조성물 및 인조 등나무 줄기 제조방법 - Google Patents

인조 등나무 줄기 제조용 조성물 및 인조 등나무 줄기 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인조 등나무 줄기 제조용 조성물, 인조 등나무 줄기 제조방법 및 이에 따른 인조 등나무 줄기에 관한 것으로, 구체적으로는 연신개질용 결합제를 포함하여 천연식물성 분말과 합성수지가 잘 배합되도록 한 인조 등나무 줄기 제조용 조성물에 대한 것이다. 또한, 본 발명은 천연식물성 분말을 연실개질용 결합제로 표면처리하여 합성수지와 균일하게 배합되도록 하고, 인조 등나무 줄기 제조용 조성물을 필름형 기재로 제조할 때 기재 일면에 외부 돌기가 형성되도록 하는 인조 등나무 줄기 제조방법 및 이에 따른 인조 등나무 줄기에 대한 것이다.
본 발명에 따른 인조 등나무 줄기는 갈대, 왕골, 등나무, 대나무 등의 천연소재 또는 합성수지재에 비하여 내수성, 내부식성, 내구성, 내후성, 통기성, 난연성 등이 우수하다. 또한, 환경 친화적이므로 유해물질이 발생되지 않고, 특히 항균작용이 탁월하며, 우수한 천연질감을 나타낸다.
그리고, 본 발명의 인조 등나무 줄기 제조방법에 따르면 제품의 경량화로 제조비용이 절감되어 경제적이며, 가공성이 향상된 인조 등나무 줄기를 제공할 수 있다.

Description

인조 등나무 줄기 제조용 조성물 및 인조 등나무 줄기 제조방법{Composition For Manufacturing Of Artificial Wisteria Trunks, Manufacturing Method of Artificial Wisteria Trunks And Artificial Wisteria Trunks Using The Method}
본 발명은 열대성 기후지역의 등가구용 재료로 사용될 수 있는 인조 등나무 줄기 제조용 조성물, 인조 등나무 줄기 제조방법 및 이에 따른 인조 등나무 줄기에 관한 것이다.
일반적으로 열대성 기후지역의 등가구용 재료로는 갈대, 왕골, 등나무, 대나무 등의 천연소재가 사용되고 있다.
그런데, 이러한 천연소재는 탈색 및 부패되기 쉬우며, 진드기, 해충 등의 서식지가 되고, 화재의 위험이 높을 뿐만 아니라 화재시에 비화(번짐)하기가 쉬운 문제점이 있다.
또한, 천연소재는 내수성 및 내구성 등이 약해 사용기간이 1~2년에 불과할 뿐만 아니라 계절에 영향을 받기 때문에 조달이 용이하지 않다. 또한, 유지관리가 어려우며 내후성, 복원력, 쿠션성 등이 떨어지는 문제점들이 있다.
본 발명은 연신개질용 결합제를 포함하여 천연 식물성 분말과 합성수지가 잘 배합되도록 한 인조 등나무 줄기 제조용 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 천연 식물성 분말을 연실개질용 결합제로 표면처리하여 합성수지와 균일하게 배합되도록 하는 인조 등나무 줄기 제조방법 및 이에 따른 인조 등나무 줄기를 제공하고자 한다.
본 발명은 인조 등나무 줄기 제조용 조성물을 펠렛화 한 후 필름형 기재로 제조할 때 다이 립에 홈부를 설치한 T-다이를 통과시켜 기재 일면에 외부 돌기가 형성되도록 하는 인조 등나무 줄기 제조방법 및 이에 따른 인조 등나무 줄기를 제공하고자 한다.
본 발명은 열대성 기후지역의 등가구용 재료로 사용될 수 있는 것으로, 갈대, 왕골, 등나무, 대나무 등의 천연소재 또는 합성수지재에 비하여 내수성, 내부식성, 내구성, 내후성, 통기성, 난연성이 우수한 인조 등나무 줄기 제조용 조성물, 인조 등나무 줄기 제조방법 및 이에 따른 인조 등나무 줄기를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 환경친화적이고 친건강적이므로 유해물질이 발생되지 않고, 항균작용이 탁월하며, 우수한 천연질감을 나타내는 인조 등나무 줄기 제조용 조성물, 인조 등나무 줄기 제조방법 및 이에 따른 인조 등나무 줄기를 제공하고자 한다.
그리고, 제품의 경량화로 제조비용이 절감되어 경제적이며, 가공성이 향상된 인조 등나무 줄기 제조용 조성물, 인조 등나무 줄기 제조방법 및 이에 따른 인조 등나무 줄기를 제공하고자 한다.
이에 본 발명은 바람직한 제1구현예로서, 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 합성수지 36 내지 83 중량%; 닥나무 껍질, 옥수수, 마 및 코코아 야자나무의 중과피로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 천연 식물성 분말 13 내지 35중량%; 연신개질용 결합제 1.0 내지 8.0중량%; 및 첨가제 3 내지 21중량%;를 포함하는 인조 등나무 줄기 제조용 조성물을 제공한다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조용 조성물에서, 첨가제는 조성물 총중량에 대하여 적인계, 무기인산염계, 함할로겐산 에스테르 및 함질소 인산 에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종의 난연제 1.0 내지 10중량%; 페인 아민(pheyiene amine)계 또는 세미 힌더드 페놀(Semi hindered phenole)계인 1차 산화방지제 0.1 내지 1.0중량%; 포스포나이트(phosphonite)계 또는 티오에테르(thioether)계인 2차 산화방지제 0.1 내지 0.5중량%; 힌더드아민(hindered amine)계 또는 유기 니켈(nickel)계인 광안정제 0.3 내지 1.0중량%; 벤조페논(benzophenone)계 또는 트리아민(triamine)계인 자외선 흡수제 0.3 내지 1.0중량%; 스테아린산, 파라핀 왁스, 크리스탈린 왁스 및 저분자량 폴리에틸렌 왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 가공조제 0.5 내지 3.0중량%; 올레인산 아마이드, 폴리에틸렌 왁스 및 지방산 아마이드 중에서 선택된 1종인 활제 0.2 내지 2.0중량%; 및 무기계 안료 0.5 내지 2.5중량%;를 포함하는 것인 인조 등나무 줄기 제조용 조성물을 제공한다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조용 조성물에서, 합성수지는 수지용융지수가 2.0 내지 20, 파단신율이 200 내지 500%, 굴곡탄성률이 9,000 내지 13,000 kg/cm2인 인조 등나무 줄기 제조용 조성물을 제공한다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조용 조성물에서, 합성수지는 열변형온도가 80 내지 120℃이고, 연화점이 140 내지 170℃일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조용 조성물에서, 천연식물성 분말은 평균 입자크기가 100 내지 250메쉬일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조용 조성물에서, 천연식물성 분말은 함수율이 3% 이하일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조용 조성물에서, 연신개질용 결합제는 지르코늄Ⅳ 2,2(비스-2프로페놀라토메틸)부탄올라토 트리스(디옥틸)포스파토-O(ZirconiumⅣ 2,2(bis-2propenolatomethyl)butanolato tris(dioctyl)phosphato-O), 지르코늄Ⅳ 테트라키스(2,2비스 프로페놀라토 메틸)부탄올라토 비스 트리데실 하이드로겐 포스파이트(ZirconiumⅣ tetrakis(2,2bis propenolato methyl)butanolato bis tridecyl hydrogen phosphite) 및 말레이트 처리된 폴리프로필렌(MAPP)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
또한, 본 발명은 바람직한 제2구현예로서, (S1) 닥나무 껍질, 옥수수, 마 및 코코아 야자나무의 중과피로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 천연식물성 분말을 건조하는 단계; (S2) 건조된 천연식물성 분말과 연신개질용 결합제를 혼합하여 천연식물성 분말을 표면처리하는 단계; (S3) 표면처리된 천연식물성 분말과 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 합성수지를 혼련하는 1차 배합 단계; (S4) 1차 배합물에 첨가제를 혼련하는 2차 배합 단계; (S5) 2차 배합물을 펠렛화하는 펠렛 제조단계; (S6) 제조된 펠렛을 180 내지 220℃로 가열 용융한 뒤 냉각 고화시키면서 압출하여 필름형 기재를 제조하는 단계; (S7) 제조된 필름형 기재를 연신하는 단계; (S8) 제조된 연신 필름의 표면을 용융시켜 표면층을 생성하는 단계;를 포함하는 인조 등나무 줄기 제조방법을 제공한다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S1) 단계는 90~120℃에서 천연식물성 분말의 함수율이 5중량% 미만이 되도록 건조하는 1차 건조단계; 및 100~140℃에서 천연식물성 분말의 함수율이 3중량% 미만이 되도록 건조하는 2차 건조단계;를 포함하는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S2) 단계는 55 내지 65℃에서 7 내지 10분간 수행되는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S3) 단계는 100 내지 120℃에서 5 내지 10분간 수행되는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S4) 단계의 첨가제는 난연제, 1차 산화방지제, 2차 산화방지제, 광안정제, 자외선 흡수제, 가공조제, 활제 및 무기안료로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S4) 단계는 120 내지 140℃에서 7 내지 15분간 수행되는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S5) 단계에서의 2차 배합물은 150 내지 180℃에서 성형하여 펠렛화되는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S5) 단계에서의 펠렛은 평균 길이가 2 내지 3mm일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S6) 단계는 길이와 직경의 비(L/D)가 30 내지 34이고, 압축비가 4 내지 5인 압출기를 이용하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S6) 단계는 펠렛을 가열 용융한 뒤 냉각 고화하기 전에 다이 립에 400 내지 1000개의 홈부를 설치한 T-다이(T-Die)를 통과시키는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S7) 단계에서의 연신 배율은 3 내지 10배일 수 있다.
상기 구현예에 의한 인조 등나무 줄기 제조방법에서, (S8) 단계에서의 연신 필름은 굵기가 10,000 ~ 80,000데니어일 수 있다.
본 발명은 바람직한 제3구현예로서 상기의 인조 등나무 줄기 제조방법에 따라 제조되어 평균 직경이 4.0 내지 10 mm인 인조 등나무 줄기를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인조 등나무 줄기 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 종래의 천연소재로 가공된 등가구의 사진이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 먼저, 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 합성수지 36 내지 83 중량%; 닥나무 껍질, 옥수수, 마 및 코코아 야자나무의 중과피로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 천연 식물성 분말 13 내지 35중량%; 연신개질용 결합제 1.0 내지 8.0중량%; 및 첨가제 3 내지 21중량%;를 포함하는 인조 등나무 줄기 제조용 조성물을 제공한다.
상기 조성물에서의 합성수지는 수지용융지수가 2.0 내지 20, 파단신율이 200 내지 500%, 굴곡탄성률이 9,000 내지 13,000 kg/cm2인 것이 바람직하고, 열변형온도가 80 내지 120℃이고, 연화점이 140 내지 170℃인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 조성물에서의 닥나무 껍질, 옥수수, 마 및 코코아 야자나무의 중과피로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 천연 식물성 분말은 평균 입자크기가 100 내지 250메쉬이고, 함수율이 3% 이하인 것이 유해물질이 잘 발생하지 않고, 항균성이 있기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 연신개질용 결합제는 상기 합성수지와 천연 식물성 분말의 결합력을 견고하게 할 뿐 아니라 강성을 개선하고 경량화를 위한 연신을 용이하게 하며 천연 식물성 분말의 분산을 용이하게 할 수 있다. 상기 연신개질용 결합제로는 지르코늄Ⅳ 2,2(비스-2프로페놀라토메틸)부탄올라토 트리스(디옥틸)포스파토-O(ZirconiumⅣ 2,2(bis-2propenolatomethyl)butanolato tris(dioctyl)phosphato-O), 지르코늄Ⅳ 테트라키스(2,2비스 프로페놀라토 메틸)부탄올라토 비스 트리데실 하이드로겐 포스파이트(ZirconiumⅣ tetrakis(2,2bis propenolato methyl)butanolato bis tridecyl hydrogen phosphite) 및 말레이트 처리된 폴리프로필렌(MAPP)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직하다.
그리고, 첨가제는 난연제, 산화방지제, 광안정제, 자외선 흡수제, 가공조제, 활제 및 무기안료로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 첨가제는 조성물 총중량에 대하여 적인계, 무기인산염계, 함할로겐산 에스테르 및 함질소 인산 에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종의 난연제 1.0 내지 10중량%; 페인 아민(pheyiene amine)계 또는 세미 힌더드 페놀(Semi hindered phenole)계인 1차 산화방지제 0.1 내지 1.0중량%; 포스포나이트(phosphonite)계 또는 티오에테르(thioether)계인 2차 산화방지제 0.1 내지 0.5중량%; 힌더드아민(hindered amine)계 또는 유기 니켈(nickel)계인 광안정제 0.3 내지 1.0중량%; 벤조페논(benzophenone)계 또는 트리아민(triamine)계인 자외선 흡수제 0.3 내지 1.0중량%; 스테아린산, 파라핀 왁스, 크리스탈린 왁스 및 폴리에틸렌 왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 가공조제 0.5 내지 3.0중량%; 올레인산 아마이드, 폴리에틸렌 왁스 및 지방산 아마이드 중에서 선택된 1종인 활제 0.2 내지 2.0중량%; 및 무기계 안료 0.5 내지 2.5중량%;를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 1차 산화방지제는 본 발명의 조성물이 인조 등나무 줄기를 제조하는 과정에서 받을 수 있는 열의 영향(열화)을 방지하기 위한 것이다. 즉, 열화로 인해 분자가 절단되어 분자량 저하에 따른 물성 저하에 이르는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 2차 산화방지제는 1차 산화방지제의 보조역할을 하며 열에 대한 가공 안정성을 부여할 수 있고, 색조 개량제로서 작용할 수 있다.
상기 광안정제는 본 발명의 조성물로 가공된 인조 등나무 줄기의 광안정화에 기여하며 자외선을 흡수하지 않고 빛에 의한 라디칼의 포획제로서 기능하며 광노화를 방지하는 작용을 한다.
상기 자외선 흡수제는 자외선을 흡수하여 이성체로 변화하는 것으로 에너지가 높은 광에너지를 열에너지로 변환하여 라디칼 생성을 억제하고 광노화를 방지하는 작용을 한다.
그리고, 가공조제는 인조 등나무 줄기 제조 과정에서 조성물의 점도가 저하되는 것을 방지하고, 금속면에서의 마찰을 최소화하여 내부 발열을 막으며, 원료의 흐름성을 원활하게 할 뿐 아니라 과량의 유기물로 인하여 내열성 및 난연성이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 활제는 원료 배합시 난연제의 균일한 분산을 도와주고 인장강도, 신장율 등의 기계적 특성을 상승시키며 원료의 흐름을 원활하게 하는 역할을 한다.
상기한 본 발명의 인조 등나무 줄기 제조용 조성물은 천연소재에 비하여 내수성, 내부식성, 내구성, 내후성, 통기성, 난연성 등이 우수하고, 환경친화적이므로 유해물질이 발생되지 않으며, 특히 항균작용이 탁월할 뿐만 아니라 우수한 천연질감을 나타내는 인조 등나무 줄기를 제공할 수 있다.
다음으로, 본 발명은 (S1) 닥나무 껍질, 옥수수, 마 및 코코아 야자나무의 중과피로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 천연식물성 분말을 건조하는 단계; (S2) 건조된 천연식물성 분말과 연신개질용 결합제를 혼합하여 천연식물성 분말을 표면처리하는 단계; (S3) 표면처리된 천연식물성 분말과 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 합성수지를 혼련하는 1차 배합 단계; (S4) 1차 배합물에 첨가제를 혼련하는 2차 배합 단계; (S5) 2차 배합물을 펠렛화하는 펠렛 제조단계; (S6) 제조된 펠렛을 180 내지 220℃로 가열 용융한 뒤 냉각 고화시키면서 압출하여 필름형 기재를 제조하는 단계; (S7) 제조된 필름형 기재를 연신하는 단계; (S8) 제조된 연신 필름의 표면을 용융시켜 표면층을 생성하는 단계;를 포함하는 인조 등나무 줄기 제조방법을 제공한다.
먼저, (S1) 단계에서는 닥나무 껍질, 옥수수, 마 및 코코아 야자나무의 중과피로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 천연식물성 분말을 건조시킨다. 상기 분말은 평균 입자크기가 100 내지 250메쉬인 것이 바람직하고, 함수율이 3% 이하가 되도록 건조시키는 것이 바람직하다. 천연식물성 분말의 함수율이 높으면 후술할 합성수지와 고르게 혼련되지 못하는 문제가 발생할 우려가 있다. 또한, 함수율이 높으면 제1혼련단계, 제2혼련단계 또는 펠렛화 단계에서 천연식물성 분말에서 발생하는 정전기로 인해 공정을 연속적으로 진행하기에 어려움이 발생할 수 있다. 이와 같은 경우 제조되는 인조 등나무 줄기의 물성이 저하될 뿐 아니라 불량률이 높아지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 준비된 천연식물성 분말의 함량이 3중량% 미만이 되도록 건조하는 방법의 구체적 일례로는 천연식물성 분말을 90~120℃의 온도에서 함수율이 5중량% 미만이 되도록 건조하는 1차 건조단계 및 100~140℃의 온도에서 함수율이 3중량% 미만이 되도록 건조하는 2차 건조단계를 거치는 방법이 있다. 여기서, 특별히 제한되지는 않으나 1차 건조단계는 90~120℃의 터널형 밀폐 콘베이어 벨트 위에서 수행되는 것이 바람직하고, 2차 건조단계는 100~140℃의 배합기에서 7~15분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 이와 같이 건조단계를 2단계를 거치는 이유는 천연 식물성 분말의 초기 함수율이 12~15%인데, 터널형 밀폐 콘베이어 벨트식 건조기에서 한번에 3%까지 함수율을 낮추는 것은 불가능할 뿐만 아니라 아무리 밀봉을 잘했다 하더라도 습기가 침투하기 때문이다. 상기 2차 건조단계에서 사용되기에 바람직한 건조설비는 내부에 가열기능이 있는 배합기로서 외부에서 열을 자동으로 조절할 수 있는 구조인 것이 바람직하다. 이러한 건조설비는 임펠라로 완전히 혼합하는 것이 가능하므로 바깥과 속의 천연식물성 분말을 균일하게 건조할 수 있다.
상기 (S2) 단계에서는 인조 등나무 줄기 제조용 조성물 총중량에 대하여 천연식물성 분말 13 내지 35중량%와 연신개질용 결합제 1 내지 8중량%를 혼합하여 천연식물성 분말에 표면처리를 한다.
이와 같이, 먼저 천연식물성 분말을 연신개질용 결합제로 표면처리 하는 이유는 천연식물성 분말과 합성수지는 결합력이 약하지만 상기 연신개질용 결합제는 천연식물성 분말의 기공에 잘 흡수되기 때문이다. 즉, 무천연식물성 분말의 표면 및 기공에 상기 결합제를 먼저 결합시키면 합성수지와의 결합력을 높일 수 있을 뿐만 아니라 천연식물성 분말이 합성수지에 골고루 분산되게 할 수 있다.
그리고, 상기 연신개질용 결합제는 지르코늄Ⅳ 2,2(비스-2프로페놀라토메틸)부탄올라토 트리스(디옥틸)포스파토-O(ZirconiumⅣ 2,2(bis-2propenolatomethyl)butanolato tris(dioctyl)phosphato-O), 지르코늄Ⅳ 테트라키스(2,2비스 프로페놀라토 메틸)부탄올라토 비스 트리데실 하이드로겐 포스파이트(ZirconiumⅣ tetrakis(2,2bis propenolato methyl)butanolato bis tridecyl hydrogen phosphite) 및 말레이트 처리된 폴리프로필렌(MAPP)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다. 상기 연신개질용 결합제는 이후에 혼합될 합성수지와 상기 천연식물성 분말의 결합력을 견고히 할 뿐만 아니라 강성을 개선하고 경량화를 위한 연신을 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 천연식물성 분말의 분산을 돕는 역할을 하며, 이후의 연신단계에서 소재가 찢어지는 것을 방지할 수 있고, 균일한 굵기로 연신되도록 할 수 있다.
상기 천연식물성 분말과 연신개질용 결합제를 혼합하여 천연식물성 분말에 표면처리를 하기 위해서는 65℃ 이하로 온도 조절이 가능하고, 임펠라가 고속으로 회전할 수 있는 특수 교반기를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 연신개질용 결합제는 70℃ 이상의 온도에서는 휘발될 수 있기 때문이다. 또한, 상기 두 물질을 혼합하여 천연식물성 분말에 표면처리를 하기 위해서는 상기 특수 교반기에 상기 천연식물성 분말과 연신개질용 결합제를 넣고 7~10분간 임펠라를 저속->고속->저속과 같이 회전속도를 달리하면서 교반하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 특수 교반기는 천연식물성 분말과 연신개질용 결합제를 균일하게 혼합할 수 있는 임펠라가 부착되고, 저속에서 고속, 고속에서 저속으로 회전속도를 변화시킬 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 천연식물성 분말과 연신개질용 결합제가 교반 중에 상기 임펠라의 고속회전시 발생하는 열로 인해 온도가 65℃가 넘지 않도록 교반기의 외부를 냉각수로 순환시킬 수 있는 구조인 것이 바람직하다.
(S3) 단계는 인조 등나무 줄기 제조용 조성물 총중량에 대하여 상기의 표면처리된 천연식물성 분말 14 내지 43중량%와 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 합성수지 36 내지 83중량%를 혼련하는 1차 배합 단계이다.
상기 합성수지는 수지용융지수가 2.0 내지 20이고, 파단신율은 200 내지 500%이며, 항복점 인장강도는 300 내지 500kg/cm2이고, 굴곡 탄성율은 9,000 내지 13,000kg/cm2인 것이 바람직하다. 또한, 열변형 온도는 80 내지 120℃이고, 연화점은 140 내지 170℃인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 표면처리된 천연식물성 분말과 합성 수지는 수퍼배합기에 투입하고 100 내지 120℃의 온도에서 5 내지 10분간 혼련하는 것이 바람직하다.
또한, (S4) 단계는 상기 1차 배합물에 인조 등나무 줄기 제조용 조성물 총중량에 대하여 첨가제 3 내지 21중량%를 혼련하는 2차 배합 단계이다. 이때, 첨가제는 인조 등나무 줄기 제조용 조성물 총중량에 대하여 난연제 1.0 내지 10중량%, 1차 산화방지제 0.1 내지 1.0중량%, 2차 산화방지제 0.1 내지 0.5중량%, 광안정제 0.3 내지 1.0중량%, 자외선 흡수제 0.3 내지 1.0중량%, 가공조제 0.5 내지 3.0중량%, 활제 0.2 내지 2.0중량% 및 무기안료 0.5 내지 2.5중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 (S4) 단계의 혼련은 1차 배합물에 상기 난연제, 1차 산화방지제, 2차 산화방지제, 광안정제, 자외선 흡수제, 가공조제, 활제 및 무기안료 등의 첨가제들을 수퍼배합기에 투입하고 120 내지 140℃에서 7분 내지 15분간 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같이, (S4) 단계를 거치면 겔상의 합성원료가 제조된다. 한편, 상기 첨가제들에 대한 설명은 상기의 내용을 전용한다.
상기와 같이, 배합단계를 1차 배합단계와 2차 배합단계로 분리하는 이유는 상기 (S2) 단계에서 천연식물성 분말을 코팅한 연신개질용 결합제는 합성수지와 천연식물성 분말의 결합력을 높이기 위한 첨가제이므로, 상기의 표면처리된 천연식물성 분말에 합성수지와 2차 배합단계에서 후첨하는 첨가제를 같이 혼합하는 경우 합성수지와 상기 천연식물성 분말의 결합이 방해될 수 있기 때문이다. 만약, 배합단계를 분리하지 않는 경우에는 천연식물성 분말과 합성수지의 결합력이 저하되어 제조되는 인조 등나무 줄기의 물성이 저하될 뿐만 아니라 천연식물성 분말의 균일한 분산이 어려워 이후의 펠렛 제조단계, 압출단계 및 연신단계 등에서 압출량이 변하거나 균일한 연신이 불가능해지는 등 대량 불량의 원인이 될 수 있다.
(S5) 단계에서는 상기 2차 배합물을 펠렛화하여 펠렛을 제조한다. 상기 펠렛은 상기 2차 배합물을 150 내지 180℃로 가열된 진공장치가 부착된 펠렛 전용 성형기에서 성형하고 2 내지 3mm 길이의 알갱이로 절단한 후 공냉식 냉각 방식으로 냉각하여 제조하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 펠렛 제조단계를 거치는 이유는 상기 천연 식물성 분말의 비중이 합성수지에 비해 3배 이상이기 때문에 상기 1차 및 2차 배합단계에서 아무리 균일하게 혼련한다 해도 균일하게 되기가 어렵기 때문이다. 상기 천연 식물성 분말과 합성수지가 균일하게 혼련되지 않으면 물성저하 뿐만 아니라 제품의 표면 함몰, 색상 불균일 등의 품질 저하를 초래할 수 있고, 후제조 공정에서도 여러 가지 미성형, 표면이상, 불균일 연신, 색상 불균일 등의 문제점을 초래할 수 있다.
또한, (S5) 단계에서 진공장치가 부착된 펠렛 전용 성형기를 사용하는 것이 바람직한 이유는 펠렛화 되기 전까지 상기 표면처리단계, 1차 및 2차 배합단계 등을 거치면서 함침된 수분을 제거하는 것이 바람직하기 때문이다.
(S6) 단계는 제조된 펠렛을 180 내지 220℃로 가열 용융한 뒤 냉각 고화시키면서 압출하여 필름형 기재를 제조하는 단계이다. 상기 (S6) 단계에서의 압출은 진공장치가 부착된 압출기를 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 압출기는 길이와 직경의 비(L/D)가 30 내지 34이고, 압축비가 4 내지 5인 것이 바람직하다. 또한, 혼련 효과를 상승시키기 위하여 스크루 선단과 T-다이 사이에 오리피스, 압력캡, 밸브 중에서 선택된 어느 한 가지가 설치된 것이 바람직하다.
상기 펠렛은 상기의 압출기에 투입하고, 180 내지 220℃로 가열용융한 뒤 냉각고화시키면서 압출하여 필름형 기재를 제조하는 것이 바람직하다. 이때, 가열용융된 펠렛은 냉각고화시키기 전에 스트레이트 매니폴드 타입이고, 다이 립에 다수의 홈부(절입부)를 설치한 T-다이를 통과시키는 것이 줄거리가 든 원단필름을 얻을 수 있어 바람직하다. 상기 다이 립에 설치되는 홈부(절입부의) 개수는 400 내지 1000개인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 다이 립에 다수의 홈부(절입부)를 설치한 T-다이를 통과한 용융 펠렛은 수냉된 금속로울러로 냉각 고화시키면서 광폭의 얇고 외부 돌기가 있는 필름형 기재로 생산될 수 있다. 그리고, 이 외부 돌기(줄거리)가 있는 필름형 기재는 필요한 폭만큼 잘라서 사용할 수 있다.
상기와 같이 다이립에 홈부(절입부)를 설치하면 기재 제조단계에서 외부 돌기(줄거리)가 있는 필름형 기재의 생산이 가능하게 된다. 기재 일면에 외부 돌기가 있으면 인장강도, 내충격성 등의 기계적 강도 및 내열성 등이 향상되어 이후의 연신단계에서 쉽게 끊어지지 않게 된다. 그리고, 표면층 생성단계에서는 일정한 장력만 줘도 필름이 외부 돌기가 있는 면이 안쪽으로 둥글게 잘 말리기 때문에 공정을 용이하게 하고 단순화할 수 있어 생산 효율을 높일 수 있다.
그리고, 본 발명에서 진공 장치가 부착된 압출기를 사용하는 이유는 원료가 배합단계, 펠렛 제조단계 등을 거치면서 수분이 거의 제거되었다고는 하나 펠렛 내부에는 소량의 수분이 남아있을 수 있고, 상기 필름형 기재를 제조하는 단계 전에 대기중의 수분이 함침되었을 수도 있어, 압출 과정에서 펠렛이 용융되면서 발생할 수 있는 수분을 제거하기 위함이다. 이와 같이, 수부을 완전히 제거하지 않으면 제품의 물성 및/또는 품질이 저하될 우려가 있다.
(S7) 단계는 상기에서 제조된 필름형 기재를 연신하는 단계이다. 상기 연신은 2조의 각기 주속을 달리하는 로울들 사이에서 이루어지는 것이 바람직하며, 연신의 효율을 높이기 위해 2조의 로울 사이에 가열오븐을 설치하여 필름이 적온으로 가열되어 연신하기 쉬운 상태가 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이때, 가열방식은 습식(온욕)과 건식(적외선 히터, 열 로울, 열판 등) 중 건색을 채용하는 것이 바람직하다. 인조 등나무 줄기 제조용 조성물에 포함된 수분에 취약한 천연식물성 분말로 인해 습식(온욕)을 채용하면 수분이 함침되어 연신 균일성이 저하되기 때문이다.
그리고, 2조의 주속을 달리하는 로울과 건식 가열오븐을 통과하면서 연신된 필름(기재)은 열세트기를 통과하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 연신된 필름의 잔류응력을 완화시켜 결정화도를 높임으로써 열수축을 적게하고 필름의 굵기를 균일하게 유지할 수 있기 때문이다.
열세트기의 온도는 연신온도보다 5 내지 15℃ 정도 낮게 하면서 열세트 공정 중에 상기 필름이 1 내지 4% 정도 수축되도록 로울의 주속도를 설정하는 것이 바람직하다.
상기 (S7) 단계에서 필름의 연신배율은 3 내지 10배 정도이고, 굵기는 10,000 ~ 80,000데니어(denier) 정도인 것이 바람직하다.
상기의 연신된 필름은 서어피스 드라이브나 센터 드라이브 등 어느 한 종류의 와인더에 일정 장력으로 감아 놓는 것이 바람직하다.
(S8) 단계는 제조된 연신 필름을 일정 형상의 금형을 통과시키면서 표면을 용융시켜 표면층을 생성하는 단계이다.
(S8) 단계에서는 상기 제조된 연신 필름을 리와인더에 걸고, 일면에 외부 돌기가 있는 상기 연신필름이 장력조절 장치와 인취기의 장력조절에 의해 금형을 쉽게 통과할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 필름이 금형을 보다 쉽게 통과하기 위해서는 상기 필름이 금형을 통과하기 전에 60 내지 80℃의 가열오븐기를 통과하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 소비자가 원하는 둥근형, 타원형, 평면형 등의 제품형상과 부드럽거나 딱딱한 정도에 따라 온도 조절이 가능한 3 내지 6개의 금형을 통과하도록 하는 것이 바람직하다. 금형 1개로 높은 온도에서 한번에 표면층을 형성하는 것이 아니라, 낮은 온도에서 점차 높은 온도로 설정된 3 내지 6 개의 금형을 통과시키면 최종제품인 인조 등나무 줄기에 좀더 큰 유연성, 쿠션성, 부드러움, 복원력 등을 부여할 수 있다.
이때, 금형의 온도는 170 내지 250℃로 설정하되 앞의 금형에서부터 순차적으로 10 내지 40℃로 높여가며 필름을 통과시키는 것이 바람직하다. 연신필름을 둥글게 만 것을 기준으로 볼 때 내부는 여전히 연신된 필름 상태이고, 원통형으로 둥글게 만 외부의 표면이 온도조절이 가능한 금형(504)을 통과할 때 금형 내부 공간 표면과 마찰하면서 용융되어 표면층을 생성하게 된다. 이에 따라, 내부는 연신필름상태 그대로이고 그 표면만 용융되면서 형상을 생성하기 때문에 유연성, 쿠션성, 부드러움, 복원력 등을 갖게 된다.
또한, 금형 내부 공간의 단면적은 소비자가 요구하는 최종제품(인조 등나무 줄기)의 단면적을 기준으로 맨 나중 금형의 내부 공간 단면적을 1 내지 10% 작게 하고 앞으로 갈수록 금형의 내부 공간 단면적을 바로 앞의 금형의 내부 공간 단면적에 대해 2 내지 6%씩 크게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 금형을 나온 제품은 형상을 유지하고 추가 연신을 막기 위해서 차가운 공기로 급냉하는 공랭식 냉각기를 통과하게 하는 것이 바람직하다. 상기 금형을 통과한 제품(인조 등나무 줄기)은 냉각되면서 단면적이 약간 커지게 된다.
공랭식 급냉 방식을 채용하는 이유는 마지막 금형의 온도가 최종제품 내부에 있는 연신필름을 용융시킬 수도 있는 온도이기 때문에 내부에 높은 열이 전달되면 제품의 유연성, 쿠션성, 부드러움, 복원력 등을 저하시킬 우려가 있기 때문이다. 그리고, 습식(물냉각)이 아닌 건식(공냉식) 냉각 방식을 택한 것은 습식방식의 경우 물기를 완전히 제거하는 것이 어렵기 때문이다.
또한, 절단기를 이용하여 일정한 길이로 절단하거나 긴 길이가 필요할 때에는 내경이 750mm 이상인 와인더로 감아 놓는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의해 제조된 인조 등나무 줄기는 평균 직경이 4.0 내지 10 mm 정도이다.
상기한 인조 등나무 줄기 제조방법에 따르면 제품의 경량화로 제조비용이 절감되어 경제적이며, 가공성이 향상된 인조 등나무 줄기를 제공할 수 있다.
또한, 이렇게 제조된 인조 등나무 줄기는 갈대, 왕골, 등나무, 대나무 등의 천연소재 또는 합성수지재에 비하여 내수성, 내부식성, 내구성, 내후성, 통기성, 난연성 등이 우수하다. 또한, 환경 친화적이므로 유해물질이 발생되지 않고, 특히 항균작용이 탁월하며, 우수한 천연질감을 나타낸다.

Claims (20)

  1. 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 합성수지 36 내지 83 중량%;
    닥나무 껍질, 옥수수, 마 및 코코아 야자나무의 중과피로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 천연 식물성 분말 13 내지 35중량%;
    연신개질용 결합제 1.0 내지 8.0중량%; 및
    첨가제 3 내지 21중량%;를 포함하는 인조 등나무 줄기 제조용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 첨가제는 조성물 총중량에 대하여
    적인계, 무기인산염계, 함할로겐산 에스테르 및 함질소 인산 에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종의 난연제 1.0 내지 10중량%;
    페인 아민(pheyiene amine)계 또는 세미 힌더드 페놀(Semi hindered phenole)계인 1차 산화방지제 0.1 내지 1.0중량%;
    포스포나이트(phosphonite)계 또는 티오에테르(thioether)계인 2차 산화방지제 0.1 내지 0.5중량%;
    힌더드아민(hindered amine)계 또는 유기 니켈(nickel)계인 광안정제 0.3 내지 1.0중량%;
    벤조페논(benzophenone)계 또는 트리아민(triamine)계인 자외선 흡수제 0.3 내지 1.0중량%;
    스테아린산, 파라핀 왁스, 크리스탈린 왁스 및 폴리에틸렌 왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 가공조제 0.5 내지 3.0중량%;
    올레인산 아마이드, 폴리에틸렌 왁스 및 지방산 아마이드 중에서 선택된 1종인 활제 0.2 내지 2.0중량%; 및
    무기계 안료 0.5 내지 2.5중량%;를 포함하는 것인 인조 등나무 줄기 제조용 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    합성수지는 열변형온도가 80 내지 120℃이고, 연화점이 140 내지 170℃인 인조 등나무 줄기 제조용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    천연식물성 분말은 평균 입자크기가 100 내지 250메쉬인 인조 등나무 줄기 제조용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    천연식물성 분말은 함수율이 3% 이하인 인조 등나무 줄기 제조용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    연신개질용 결합제는 지르코늄Ⅳ 2,2(비스-2프로페놀라토메틸)부탄올라토 트리스(디옥틸)포스파토-O(ZirconiumⅣ 2,2(bis-2propenolatomethyl)butanolato tris(dioctyl)phosphato-O), 지르코늄Ⅳ 테트라키스(2,2비스 프로페놀라토 메틸)부탄올라토 비스 트리데실 하이드로겐 포스파이트(ZirconiumⅣ tetrakis(2,2bis propenolato methyl)butanolato bis tridecyl hydrogen phosphite) 및 말레이트 처리된 폴리프로필렌(MAPP)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 인조 등나무 줄기 제조용 조성물.
  8. (S1) 닥나무 껍질, 옥수수, 마 및 코코아 야자나무의 중과피로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 천연식물성 분말을 건조하는 단계;
    (S2) 건조된 천연식물성 분말과 연신개질용 결합제를 혼합하여 천연식물성 분말을 표면처리하는 단계;
    (S3) 표면처리된 천연식물성 분말과 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 합성수지를 혼련하는 1차 배합 단계;
    (S4) 1차 배합물에 첨가제를 혼련하는 2차 배합 단계;
    (S5) 2차 배합물을 펠렛화하는 펠렛 제조단계;
    (S6) 제조된 펠렛을 180 내지 220℃로 가열 용융한 뒤 냉각 고화시키면서 압출하여 필름형 기재를 제조하는 단계;
    (S7) 제조된 필름형 기재를 연신하는 단계; 및
    (S8) 제조된 연신 필름의 표면을 용융시켜 표면층을 생성하는 단계;를 포함하는 인조 등나무 줄기 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, (S1) 단계는
    90~120℃에서 천연식물성 분말의 함수율이 5중량% 미만이 되도록 건조하는 1차 건조단계; 및
    100~140℃에서 천연식물성 분말의 함수율이 3중량% 미만이 되도록 건조하는 2차 건조단계;를 포함하는 것인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    (S2) 단계는 55 내지 65℃에서 7 내지 10분간 수행되는 것인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    (S3) 단계는 100 내지 120℃에서 5 내지 10분간 수행되는 것인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    (S4) 단계의 첨가제는 난연제, 산화방지제, 광안정제, 자외선 흡수제, 가공조제, 활제 및 무기안료로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    (S4) 단계는 120 내지 140℃에서 7 내지 15분간 수행되는 것인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    (S5) 단계에서의 2차 배합물은 150 내지 180℃에서 성형하여 펠렛화되는 것인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  15. 제8항에 있어서,
    (S5) 단계에서의 펠렛은 평균 길이가 2 내지 3mm인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  16. 제8항에 있어서,
    (S6) 단계는 길이와 직경의 비(L/D)가 30 내지 34이고, 압축비가 4 내지 5인 압출기를 이용하여 수행되는 것인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  17. 제8항에 있어서,
    (S6) 단계는 펠렛을 가열 용융한 뒤 냉각 고화하기 전에 다이 립에 400 내지 1000개의 홈부를 설치한 T-다이(T-Die)를 통과시키는 것인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  18. 제8항에 있어서,
    (S7) 단계에서의 연신 배율은 3 내지 10배인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  19. 제8항에 있어서,
    (S8) 단계에서의 연신 필름은 굵기가 10,000 ~ 80,000데니어인 인조 등나무 줄기 제조방법.
  20. 제8항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되어, 평균 직경이 4.0 내지 10 mm인 인조 등나무 줄기.
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