KR101059923B1 - 인조목재의 제조방법 및 이를 이용한 인조목재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인조목재 제조방법 및 이를 이용한 인조목재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목분과 수지 혼합물 및 폴리아미드를 이용하여 우수한 내마찰성, 탄력성 및 내마모성, 낮은 마찰계수, 높은 충격강도를 갖는 인조목재 제조방법 및 이를 이용한 인조목재에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 목분 입자크기 60∼160 mash가 되도록 분쇄하여 70∼110℃의 온도에서 10∼25분간 교반하여 수분함유율이 3∼9%가 되도록 건조하여 25∼55 중량%로 준비하는 목분 준비단계;
PE, PP, PVC, 불포화 폴리에스테르, RDF(재활용 고형물), 폐비닐로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지 혼합물을 교반기에서 교반하여 35∼65 중량%로 준비하는 수지 혼합물 준비단계;
상기 목분과 수지 혼합물을 150∼250℃의 온도로 압출시킨 주재료 준비단계;
상기 주재료에 옥, 참숯, 황토, 산화마그네슘, 산화칼슘, 황토, 산화알루미늄, 산화철 중에서 선택된 1종 또는 1종 이상을 혼합 용융한 혼합 용융물에 무기안료 0.5∼5.5 중량%를 투입 60∼120℃에서 7분간 교반하여 2∼15 중량%의 혼합 용융물을 준비하는 단계: 및
상기 혼합 용융물 2∼15 중량%와 방향족 폴리아미드 5∼25 중량%를 배합기에 함께 공급하여 135℃의 온도로 20분간 가열하여 용융 혼련시켜 배합된 합성원료를 150∼250℃로 가열된 압출기에서 압출하면서 15∼90℃의 냉각수를 통과시켜 절단하는 단계를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

인조목재의 제조방법 및 이를 이용한 인조목재{Artificial lumber}

본 발명은 인조목재의 제조방법 및 이를 이용한 인조목재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목분과 수지 혼합물 및 방향족 폴리아미드를 이용하여 우수한 내마찰성, 탄력성 및 내마모성, 낮은 마찰계수, 높은 충격강도를 갖는 인조목재의 제조방법 및 이를 이용한 인조목재에 관한 것이다.

최근 천연목재에 대한 소비자의 선호도가 크게 증가하고 있으며, 천연목재의 벌목에 따른 이산화탄소 증가에 대한 환경파괴 우려가 증폭되면서 천연목재를 대체할 수 있는 소재 개발에 대한 목소리가 높아지고 있다.

특히, 천연목재의 수요가 많은 건축자재의 경우가 더욱 그러하다.

이러한 배경에서 최근 천연목재와 유사한 질감과 외관을 가진 복합재에 관한 연구가 많이 이루어지고 있는 실정이다.

그래서 목재를 적게 사용하거나 비목재의 복합재에 대하여 다양하게 제안되고 있다. 일예로, 종래의 복합재는 원목을 얇게 자른 다음 일측면이나 양측면에 착색하여 건조시키고 접착제를 이용하여 필름 등을 부착하여 건조시킨 다음, 소정 길이로 절단하여 사용하도록 구비된 합판형태와, 원목이나 폐목을 가루로 분쇄한 다음 다량의 수지를 첨가한 후 가열 압착시켜 만드는 MDF(Medium Density Fiber wood)로 구분된다. MDF는 천연 무늬목이나 비닐 무늬목을 부착시켜 용도에 맞게 가공해서 사용할 수 있다.

최근에는 그 이용이 확산되고 있는 산책로 및 등산로의 계단재는 많은 사람들이 밟고 지나다니기 때문에 미끄럼 사고방지를 위한 설계가 중요하다.

야외에 설치되는 바닷가 데크나 산책로 및 등산로의 계단재는 습기가 높거나 눈, 비 등 미끄럼이 발생할 수 있는 요소와 함께 노출에 의해 마찰과 충격이 지속적으로 가해지고 있어서 미끄럼을 방지하기 위한 목적으로 표면에 다양한 요철형태의 미끄럼 방지구조를 채택하거나, 다양한 방법으로 강도를 부여하였지만 설치 초기에는 이러한 기능에 어느 정도 부응하였으나 많은 사람의 통행으로 인하여 표면이 바로 마모되어 미끄럼 방지기능은 물론 마찰과 충격에 의한 버팀 기능이 상실되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 합성목재는 내후성, 특히 열 안정성이 취약하여 형상이 뒤틀리는 변형을 일으켜 사고발생 위험이 높아지거나 기온 변화에 따른 수축 팽창과 같은 열팽창계수의 변화에 따라 고정 구조가 풀리거나 파괴되어 불의의 각종 사고가 발생할 수 있는 문제점과, 변색 또는 탈색되는 문제점을 가지고 있으며, 여름철과 같이 기온이 높아지는 계절의 해변과 같은 야외에 설치된 데크는 표면온도가 크게 상승하여 맨발로 다니는 해수욕객들의 발바닥을 데는 문제점이 있었다.

문헌 1. 특허등록번호 제0948371호(2010. 03. 10. 등록) 문헌 2. 특허등록번호 제0978676호(2010. 08. 23. 등록) 문헌 3. 특허등록번호 제0378777호(2003. 03. 21. 등록) 문헌 4. 특허등록번호 제0621225호(2006. 08. 30. 등록)

따라서 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명의 해결과제는, 목분과 수지 혼합물로 이루어진 원료에 방향족 폴리아미드(Aromatic Polyamide)를 이용하여 우수한 내마찰성, 탄력성 및 내마모성, 낮은 마찰계수, 높은 충격강도를 갖는 인조목재의 제조방법및 이를 이용한 인조목재를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 목분 입자크기 60∼160 mash가 되도록 분쇄하여 70∼110℃의 온도에서 10∼25분간 교반하여 수분함유율이 3∼9%가 되도록 건조하여 25∼55 중량%로 준비하는 목분 준비단계;

PE, PP, PVC, 불포화 폴리에스테르, RDF(재활용 고형물), 폐비닐로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지 혼합물을 교반기에서 교반하여 35∼65 중량%로 준비하는 수지 혼합물 준비단계;

상기 목분과 수지 혼합물을 150∼250℃의 온도로 압출시킨 주재료 준비단계;

상기 주재료에 옥, 참숯, 황토, 산화마그네슘, 산화칼슘, 황토, 산화알루미늄, 산화철 중에서 선택된 1종 또는 1종 이상을 혼합 용융한 혼합 용융물에 무기안료 0.5∼5.5 중량%를 투입 60∼120℃에서 7분간 교반하여 2∼15 중량%의 혼합 용융물을 준비하는 단계: 및

상기 혼합 용융물 2∼15 중량%와 방향족 폴리아미드 5∼25 중량%를 배합기에 함께 공급하여 135℃의 온도로 20분간 가열하여 용융 혼련시켜 배합된 합성원료를 150∼250℃로 가열된 압출기에서 압출하면서 15∼90℃의 냉각수를 통과시켜 절단하는 단계를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 목분과 수지 혼합물로 이루어진 원료에 높은 인장강도와 인장탄성률 및 초고강도를 유지하는 방향족 폴리아미드(Aromatic Polyamide)를 이용하여 우수한 내마찰성, 탄력성 및 내마모성, 낮은 마찰계수, 높은 충격강도를 갖는 인조목재의 제조방법 및 이를 이용한 인조목재를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 제조 블럭도
도 2 는 본 발명의 방향족 폴리아미드를 이용한 인조목재의 단면도
도 3 은 본 발명의 방향족 폴리아미드를 이용한 인조목재의 다른 실시예의 단면도

이하에서 본 발명에 따른 인조목재 및 이를 이용한 인조목재의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면에 따라서 상세하게 설명하기로 한다.

이 과정에서 도면에 도시된 방향족 폴리아미드에 대한 구성요소의 크기나 두께 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것인 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.

본 발명의 인조목재(10) 주성분은 톱밥을 포함하는 목문 25∼55 중량%와 수지 혼합물 35∼65 중량%에 대하여 방향족 폴리아미드 5∼25 중량%, 혼합 용융물 2∼15 중량%를 포함하는 것이다.

상기 방향족 폴리아미드는 지방족 또는 방향족 아미드의 주쇄구조를 갖는 폴리머 중 방향족이며, 분해도가 400℃이고, 인장강도가 21,000 kg/㎠의 고강도, 160∼250℃에서 연속적으로 사용 가능한 고성능 내열 소재이다.

본 발명에 따른 인조목재는 목분을 대신하여 왕겨분말로 대체하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 인조목재는 입자크기 60∼160 mash로 분쇄된 목분을 분쇄기에 투입, 70∼110℃의 온도에서 10∼25분간 교반하여 목분의 수분함량이 3∼9%로 유지하도록 한다.

본 발명에 따른 인조목재는 방향족 폴리아미드가 도 2에 도시한 바와 같이 목분과 수지에 골고루 혼합된 형태로 압출되거나, 단일 조직의 선재로 성형되어 압출시 함께 공급되는 것과, 도 3에 도시한 바와 같이 메쉬 또는 섬유와 같이 직조되거나 단일조직의 상태로 공급되어 성형하는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명의 인조목재의 바람직한 실시예를 나타낸 단면도로써, 내부에 중공(11)을 갖는 소정의 형태로 이루어진 인조목재(10)는 바닥을 이루는 하측면(12)은 평활하게 형성하며 상측면(13)은 요철을 형성하여 미끄럼을 방지할 수 있도록 한다.

상기 인조목재(10)는 방향족 폴리아미드(20)가 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.

도 3은 본 발명의 인조목재의 다른 실시예를 나타낸 단면도로써, 내부에 중공(11)을 갖는 소정의 형태로 이루어진 인조목재(10)는 바닥을 이루는 하측면(12)은 평활하게 형성하며 상측면(13)은 요철을 형성하여 미끄럼을 방지할 수 있도록 한다.

상기 인조목재(10)는 방향족 폴리아미드(20)가 단일 조직으로 일정한 간격에 형성되어 압출 방향을 따라서 압출된 상태임을 확인할 수 있다.

상기 방향족 폴리아미드가 톱밥을 포함하는 목문 25∼55 중량%와 수지 혼합물 35∼65 중량%에 대하여 방향족 폴리아미드가 5 중량% 미만일 경우에는 내마찰성과 탄력성 및 내마모성과 충격강도가 낮아지는 단점이 있으며, 25 중량% 이상인 경우에는 강도가 향상되는 반면 가격이 너무 고가로 소모되고, 전체적인 밸런스가 유지되지 못하는 결점이 발생하게 된다.

여기서, 상기 인조목재 조성물의 총중량에 대하여 기타 첨가제로 가교제 0.1∼0.8 중량%, 분산제 1.2∼2.5 중량%, 개질제 1.2∼5.5 중량%를 더 첨가하는 것이 가능하다.

상기 가교제는 목재의 질감을 제공하기 위한 것이며, 인조목재의 조성물 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이하를 사용하는 경우 첨가효과가 미미하고, 0.8 중량% 이상을 첨가하는 경우 목재의 질감을 얻는데 도움을 기대할 수 없는 단점이 있다.

상기 분산제는 물의 용융 흐름성을 높여주어 인조목재의 성형시 압출물에 천연목재와 같은 무늬가 형성되도록 하는 것이며, 1.2 중량% 이하에서는 물의 흐름성을 높이지 못하고, 2.5 중량% 이상에서는 용융 혼련이 곤란한 문제가 발생하게 된다.

상기 개질제는 1.2 중량% 이하를 사용하게 되면 개질 효과가 떨어지는 단점이 있고, 5.5 중량% 이상을 사용하게 되면 더 이상의 개질 효과가 향상되지 않고 원가의 상승을 초래하는 단점이 있으며, 무수말레인산을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 수지는 PE, PP, PVC, 불포화폴리에스테르, RDF(재활용 고형물), 폐비닐로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지 혼합물을 포함하는 것이며, 교반기에서 교반되어 150∼250℃의 온도로 압출기에서 용융되어 0.5∼5mm 크기의 칩 상태로 압출하거나, 분말상태로 공급하는 것이 바람직하다.

상기 혼합 용융물 2∼15 중량%는 원적외선 방사물질로 분말상의 옥, 참숯, 황토, 산화마그네슘, 산화칼슘, 황토, 산화알루미늄, 산화철 중에서 선택된 1종 또는 1종 이상이 혼합 용융된 것이며, 상기 혼합 용융물에 무기안료 0.5∼5 중량%를 투입 60∼120℃에서 5∼12분간 교반하여 사용한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

[실시예 1]

먼저 수집된 톱밥이나 목분을 입자크기 60∼160 mash가 되도록 분쇄하여 70∼110℃의 온도에서 10∼25분간 교반하여 수분함유율이 3∼9%가 되도록 건조, 목분을 준비하고, 상기 목분 25∼55 중량%와 PE, PP, PVC, 불포화폴리에스테르, RDF(재활용 고형물), 폐비닐로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지 혼합물을 교반기에서 교반한 후 150∼250℃의 온도로 압출시키거나 분말상태의 것을 35∼65 중량%를 혼합하여 주재료를 준비하였다.

상기 준비된 주재료에 옥, 참숯, 황토, 산화마그네슘, 산화칼슘, 황토, 산화알루미늄, 산화철 중에서 선택된 1종 또는 1종 이상을 혼합 용융한 혼합 용융물에 무기안료 3 중량%를 투입 60∼120℃에서 7분간 교반하여 2∼15 중량%의 혼합 용융물을 준비하였다.

상기 준비된 주재료와 혼합 용융물을 배합기에 공급하고 방향족 폴리아미드 5∼25 중량%를 상기 배합기에 함께 공급하여 135℃의 온도로 20분간 가열하여 용융 혼련시켜 배합된 합성원료를 150∼250℃로 가열된 압출기에서 압출하면서 15∼90℃의 냉각수를 통과시켜 인조목재(10)를 얻었다.

본 발명은 천연목재를 대신할 수 있는 다양한 목재 제품을 얻을 수 있으며, 인조목재는 그 질감이 나무와 같이 부드러워서 나무를 대신하여 사용하는 것이 가능하고, 내부에 방향족 폴리아미드가 혼합되어 있어서 다양한 효과를 제공할 수 있게 되는 것이다.

10 : 인조목재 11 : 중공
12 : 하측면 13 : 상측면
20 : 방향족 폴리아미드

Claims (2)

1. 목분 입자크기 60∼160 mash가 되도록 분쇄하여 70∼110℃의 온도에서 10∼25분간 교반하여 수분함유율이 3∼9%가 되도록 건조하여 25∼55 중량%로 준비하는 목분 준비단계;
   PE, PP, PVC, 불포화 폴리에스테르, RDF(재활용 고형물), 폐비닐로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지 혼합물을 교반기에서 교반하여 35∼65 중량%로 준비하는 수지 혼합물 준비단계;
   상기 목분과 수지 혼합물을 150∼250℃의 온도로 압출시킨 주재료 준비단계;
   상기 주재료에 옥, 참숯, 황토, 산화마그네슘, 산화칼슘, 황토, 산화알루미늄, 산화철 중에서 선택된 1종 또는 1종 이상을 혼합 용융한 혼합 용융물에 무기안료 0.5∼5.5 중량%를 투입 60∼120℃에서 7분간 교반하여 2∼15 중량%의 혼합 용융물을 준비하는 단계: 및
   상기 혼합 용융물 2∼15 중량%와 방향족 폴리아미드 5∼25 중량%를 배합기에 함께 공급하여 135℃의 온도로 20분간 가열하여 용융 혼련시켜 배합된 합성원료를 150∼250℃로 가열된 압출기에서 압출하면서 15∼90℃의 냉각수를 통과시켜 절단하는 단계를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조목재의 제조방법.
   
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