KR101054330B1

KR101054330B1 - 친환경 합성목재와 그 제조방법

Info

Publication number: KR101054330B1
Application number: KR1020110029304A
Authority: KR
Inventors: 황성환
Original assignee: 주식회사 백향우드
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2011-08-05

Abstract

본 발명은 친환경 합성목재에 관한 것으로, 목분 50 ~ 60 중량％와 폴리올레핀계 수지 25 ~ 35 중량％ 석분 2 ~ 8 중량％, 전분 2 ~ 8 중량％ 및 첨가제 8 ~ 12 중량％,를 포함하여 구성된다.
본 발명은 전분을 포함하여 합성수지가 미생물에 의해 분해되므로 환경오염을 줄일 수 있어 친환경적이고, 국화석과 나노클레이를 포함하므로 전분에 의해 약해진 강도를 보충할 수 있으며, 음이온이 방출되는 효과와 함께 강도, 강성, 내열성, 비투과성 및 산화안정성이 향상되는 등 물성이 개선되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 목분의 탄화점인 175℃이하에서 압출성형되므로 목분이 탄화되지 않아 양질의 합성목재를 생산할 수 있다.

Description

친환경 합성목재와 그 제조방법{Environmental-Friendly Wood Plastic Composites and Method of Manufacturing Thereof}

본 발명은 친환경 합성목재와 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전분을 첨가하여 미생물에 의해 분해가 가능하고, 국화석 분말을 석분으로 사용하여 강도를 높이며 음이온을 방출하며, 나무의 질감을 잘 표현하는 친환경 합성목재와 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 천연목재의 경우 우수한 외관 및 질감을 제공하고 아늑한 분위기가 연출되므로 천연목재에 대한 수요가 늘어감에 따라 산림 및 환경파괴의 우려가 증폭되면서 천연목재를 대체할 수 있는 소재의 개발이 필요하게 되었다.

합성목재는 천연목재의 단점을 보완하여 나무의 목분과 고분자수지를 압출 생산한 제품으로 천연목재를 대신하여 산림 및 환경파괴를 방지하고 가구부터 데크, 계단, 휀스, 목교, 정자, 놀이시설, 해변산책로, 방갈로 등까지 그 용도가 매우 다양하여 천연목재가 쓰이는 용도의 범위까지 미친다.

이러한 합성목재는 폐목분 자원의 재활용과 재생 플라스틱을 이용할 수 있는 환경친화적인 소재라고 할 수 있으며, 천연목재와 비교하여 비슷한 기계적인 성능을 가지고, 내수성이 우수하며, 압축가공하여 벌레가 생기지 않는다.

또한 별도의 페인팅이나 오일스테인 등 표면처리 및 사후관리가 필요없고, 3 ~ 4년의 수명을 갖는 방부처리한 천연목재에 비해 수명이 3 ~ 4배 길다.

하지만 합성목재에 포함되는 합성수지는 분해되는데 걸리는 시간이 상당하여 외관상 좋지 않을 뿐만 아니라, 환경오염의 한 주범으로 인식된다.

또한 합성목재가 단순히 가구로 제작이 되는 것 외에 여러 건축 및 토목자재로 이용되기 위해서는 더욱 높은 강도가 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전분을 첨가하여 합성수지가 미생물에 의해 분해가 가능한 친환경 합성목재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 국화석 분말과 나노클레이를 첨가하여 상기 전분을 첨가함으로써 약해지는 강도를 높이고 음이온을 방출하며, 나노클레이의 분산과 삽입/박리를 이용하여 높은 열안정성을 기대하고, 나노클레이의 층상구조에 폴리머가 삽입되어 박리가 이루어져 인장강도와 탄성계수를 높여 제품의 물성을 개선시키는 친환경 합성목재를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 친환경 합성목재는 목분 50 ~ 60 중량％와; 폴리올레핀계 수지 25 ~ 35 중량％; 석분 2 ~ 8 중량％; 전분 2 ~ 8 중량％ 및 첨가제 8 ~ 12 중량％;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 친환경 합성목재에 있어서, 상기 목분은 함수율이 3％ 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 친환경 합성목재에 있어서, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌 수지 또는 폴리프로필렌 수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 친환경합성목재에 있어서, 상기 석분은 20 ~ 26㎛ 입상인 국화석 분말인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 친환경 합성목재에 있어서, 상기 첨가제는 커플링제 25 ~ 28 중량％; 미네랄충진제 25 ~ 28 중량％; 40 ~ 60 중량％의 산화방지제와 40 ~ 60％의 자외선방지제로 구성된 항산화제 11 ~ 12 중량％; 착색제 11 ~ 12 중량％; 난연제 11 ~ 12 중량％; 윤활제 11 ~ 12 중량％; 및 나노클레이 0.7 ~ 1.3 중량%;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명은 전분을 포함하여 합성수지가 미생물에 의해 분해되므로 환경오염을 줄일 수 있어 친환경적이고, 국화석과 나노클레이를 포함하므로 전분에 의해 약해진 강도를 보충할 수 있으며, 음이온이 방출되는 효과와 함께 강도, 강성, 내열성, 비투과성 및 산화안정성이 향상되는 등 물성이 개선되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 목분의 탄화점인 175℃이하에서 압출성형되므로 목분이 탄화되지 않아 양질의 합성목재를 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 합성목재의 제조방법을 나타낸 플로차트.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 친환경 합성목재는 목분 50 ~ 60 중량％와, 폴리올레핀계 수지 25 ~ 35 중량％, 석분 2 ~ 8 중량％, 전분 2 ~ 8 중량％ 및 첨가제 8 ~ 12 중량％를 포함한다.

상기 목분은 고분자수지의 단점인 열에 대한 안정성과 합성목재에 목재질감을 부여하며, 상기 목분은 폐목재 또는 목재부스러기, 톱밥 등을 이용할 수 있다. 그리고 합성목재의 휨강도를 고려할 때 침엽수의 목분을 사용함이 바람직하지만 꼭 이에 한정하지는 않는다. 또한 상기 목분의 입자가 작을수록 분산과 결합 등 가공성은 우수하지만 완성된 제품의 강도는 낮아지고, 반대로 입자가 크면 제품의 강도가 높아지지만 가공성은 떨어지는 특성이 있기 때문에 입상의 크기가 70 ~ 150㎛인 목분을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 목분의 함수율은 3％ 이하(가장 바람직하게는 1％ 이하)가 바람직하고 상기 함수율이 낮을수록 함수율이 상대적으로 높은 목분으로 제조한 합성목재보다 내구성 등 기계적 물성은 높아지고 열에 대하여 안정적이며 제품의 팽윤현상을 줄일 수 있다.

본 발명에 사용되는 고분자수지로는 폴리올레핀계 수지(가장 바람직하게는 폴리에틸렌 수지 또는 폴리프로필렌 수지 중 어느 하나)가 바람직하며, 상기 폴리올레핀계 수지는 상기 목분을 서로 결합시켜주는 접착제 역할을 하고, 목재의 단점인 수분에 대한 안정성을 부여한다.

합성목재는 합성수지가 포함되어 천연목재의 수명인 3 ~ 5년보다 3 ~ 4배에 이른다. 이렇게 수명이 길수록 환경오염의 주범이 되기 때문에 합성목재에 포함되는 합성수지를 보다 빨리 분해하기 위해서 전분을 첨가(바람직하게는 2 ~ 8 중량％)하도록 한다. 상기 전분은 합성목재에 포함되는 합성수지가 미생물에 의해 분해가 보다 쉽게 이루어지도록 하여 합성수지가 분해될 때까지의 상당한 시간을 단축할 수 있고, 전분은 일상생활에서 쉽게 구할 수 있는 옥수수, 고구마, 감자 등을 통해 얻을 수 있으나 어느 하나로 한정하지는 않는다.

석분의 입자가 작을수록 합성목재 제조시 강도가 높아지므로 상기 전분을 통해 약해진 합성목재의 강도를 상기 석분으로 보강 가능하도록 20 ~ 26㎛ 입상의 석분이 바람직하고, 아울러 석분으로 국화석을 사용하면 음이온 방출과 탈취 등의 효과를 기대할 수 있다.

상기 첨가제는 커플링제와 미네랄충진제, 항산화제, 착색제, 난연제, 윤활제 및 나노클레이를 포함하여 구성된다.

상기 커플링제는 첨가제 100 중량％에 대하여 25 ~ 28 중량％ 투입되며, 합성수지와 목분과의 결합력을 개선하기 위하여 사용된다. 원칙적으로 목분은 친수성인 극성을 나타내고 합성수지는 소수성인 비극성을 가지기 때문에 두 물질과의 결합력이 약하므로 커플링제의 첨가에 의하여 두 물질 사이의 계면에서 새로운 화학적 결합으로 개선시킨다. 따라서 커플링제는 굽힘강도와 탄성계수를 증가시키며 제품의 치수안정, 충격강도 및 목분의 분산이 향상된다.

상기 미네랄충진제는 첨가제 100 중량％에 대하여 25 ~ 28 중량％ 투입되며, 충격강도와 굽힘강도, 열변형온도 및 하중에 의한 장기적인 변형을 개선하기 위한 것으로 탄산칼슘, 활석, 운모 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 미네랄충진제는 목분과 합성수지의 윤활성을 향상시키고, 목분의 수분을 흡수하며, 합성목재의 가공성을 개선시킨다.

상기 항산화제는 첨가제 100 중량％에 대하여 11 ~ 12 중량％ 투입되며, 항산화제 100 중량％에 대하여 40 ~ 60 중량％의 산화방지제와 40 ~ 60％의 자외선방지제로 구성된다. 목재의 주성분인 셀룰로오스와 리그닌은 외부 공기에 노출되었을 때 변색이 되고, 합성수지는 자외선에 노출되었을 때 변색이 되므로, 이를 방지하기 위하여 투입하는 상기 산화방지제와 자외선방지제는 각각 합성목재와 산소의 접근을 막고, 태양광선으로부터 자외선을 차단시켜 합성목재의 기계적 성질이 저하되거나 변색을 일으키는 원인을 막는다.

상기 착색제는 첨가제 100 중량％에 대하여 11 ~ 12 중량％ 투입된다.

목분은 용해성이 높은 물질을 함유하고, 이 목분은 표면으로 이동하여 변색을 일으키고 목재산물을 짙은 밤색으로 만들기 때문에, 상기 착색제를 투입하여 합성목재에 색의 안정성을 부여하며 또한 착색제는 천연목재와 같은 질감 및 색감을 높이고 UV에 대한 저항성을 높인다. 더불어서 합성목재를 만들기 위하여 사용된 착색제는 전형적으로 하기에서 설명하는 윤활제를 첨가하며, 종종 결합제, 항균제 및 UV 안정제와 같은 첨가제를 포함할 수도 있다.

상기 난연제는 첨가제 100 중량％에 대하여 11 ~ 12 중량％ 투입되며, 다양한 난연제가 사용될 수 있으나 하기에 설명하는 나노클레이가 난연효과를 구비하므로 합성수지의 물성을 저하시키지 않으면서 나노클레이와 병용할 수 있는 난연제가 바람직하고 어느 하나로 한정하지 않는다. 예컨대, 본 발명에서는 난연제로써 오산화안티몬(Sb₂O₅)이 사용될 수 있고, 상기 오산화안티몬(Sb₂O₅)을 폴리올레핀계 및 방향족 합성수지의 난연화를 위해 사용할 경우 뛰어난 분산성으로 난연성을 증대시키며 합성수지의 물성을 저하시키지 않는다.

상기 윤활제는 첨가제를 100 중량％에 대하여 11 ~ 12 중량％ 투입되며, 긴 고리로 구성된 중합체인 폴리머는 높은 온도에서 비교적 점성이 높기 때문에, 합성목재 가공 중에 목분의 분산성을 높이기 위하여 윤활제를 첨가시켜 합성목재의 표면 성질을 개선시킨다. 즉, 합성목재의 가공성을 높여서 생산성을 향상시킨다.

상기 나노클레이는 첨가제 100 중량％에 대하여 0.7 ~ 1.3 중량% 투입되며, 몬모릴로나이트와 같은 층상 점토 광물을 사용함이 바람직하고, 그 외 운모, 탈크 벤톨 등을 사용할 수도 있다.

상기 나노 층상 점토 광물은 불연이고 기체 차단성이 있어 차단층을 형성하여 가스투과성을 줄일 수 있기 때문에, 산소와의 접촉을 방지하므로 항산화효과를 높이며 상기 난연제와 더불어 난연 효과를 한층 더 배가시킨다. 따라서 합성수지의 난연특성과 기계적 특성은 난연제의 첨가뿐만 아니라 나노복합화를 통해서도 향상될 수 있으며, 합성수지 내의 나노입자의 분산정도에 따라 매우 큰 차이가 생긴다.

예컨대, 폴리프로필렌/나일론 블렌드를 몬모릴로나이트로 복합화할 때 2회 이상 컴파운딩하면 완전히 분산된다. 폴리프로필렌/나일론 블렌드를 복합화하면 나일론의 첨가로 인한 난연성의 저하를 극복할 수 있으며, 무기나노입자가 완전히 분산되어 있을 때에는 추가적인 난연 특성의 향상을 얻는다. 그리고 폴리프로필렌은 나일론의 첨가로 인하여 인장강도와 충격강도가 증가하며, 무기나노입자와의 복합화를 통해서 추가적인 기계적 물성이 증가한다. 이로부터, 폴리프로필렌의 기계적 물성의 향상을 위해 첨가한 나일론은 무기나노입자와의 복합화를 통해 난연특성의 향상과 강도, 강성, 내열성, 비투과성 및 산화안정성 등 추가적인 물성의 향상을 동시에 얻을 수 있다.

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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 합성목재 및 그 제조방법은 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

S1 : 제1단계 S2 : 제2단계 S3 : 제3단계
S4 : 제4단계 S5 : 제5단계 S6 : 제6단계
S7 : 제7단계 S8 : 제8단계 S9 : 제9단계

Claims

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목분 50 ~ 60 중량％와;
폴리올레핀계 수지 25 ~ 35 중량％;
석분 2 ~ 8 중량％;
전분 2 ~ 8 중량％ 및
첨가제 8 ~ 12 중량％;
를 포함하여 구성되되,
상기 첨가제는
커플링제 25 ~ 28 중량％;
미네랄충진제 25 ~ 28 중량％;
40 ~ 60 중량％의 산화방지제와 40 ~ 60％의 자외선방지제로 구성된 항산화제 11 ~ 12 중량％;
착색제 11 ~ 12 중량％;
난연제 11 ~ 12 중량％;
윤활제 11 ~ 12 중량％; 및
나노클레이 0.7 ~ 1.3 중량％;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 친환경 합성목재.
삭제