KR101130333B1 - 패각을 함유하는 인조 목재와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패각을 함유하는 인조 목재 조성물과 이를 이용하여 제조된 인조 목재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인조 목재의 목분과 합성수지를 주성분으로 하며, 여기에 물리적, 화학적 특성이 매우 우수한 패각 분말을 혼합하여 다양한 인조 목재를 성형할 수 있도록 하는 패각을 함유하는 인조 목재 조성물과 이를 이용하여 제조된 인조 목재에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 선별된 패각을 다공성 망에 넣은 후, 망의 주위에서 담수를 일정한 수압으로 분사하여 세척한 후, 세척된 패각을 분리 간접가열하여 건조하고 분쇄하는 과정으로 폐각 분말을 제조하는 단계;
목분 28～60 중량%, 열가소성 합성수지 15～25 중량%, 패각 분말 10～25 중량%, 첨가용 부자재 7～22 중량%를 포함하는 조성물의 각 성분을 혼합한 후 쿨링 믹서를 이용하여 혼합하는 조성물의 혼합단계;
혼합된 조성물을 구형 또는 원기둥형태의 펠릿으로 압출성형하는 단계를 거친 다음, 금형에 의해 압출성형과, 사출성형 및 압출성형 중 어느 하나의 방법에 의해 인조 목재를 제조하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

패각을 함유하는 인조 목재와 그 제조방법{Artificial lumber}

본 발명은 패각을 함유하는 인조 목재와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인조 목재의 목분과 합성수지를 주성분으로 하며, 여기에 물리적, 화학적 특성이 매우 우수한 패각 분말을 혼합하여 다양한 인조 목재를 성형할 수 있도록 하는 패각을 함유하는 인조 목재와 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 등산로, 산책로, 보행로 또는 단독주택의 마당 등에 보행을 위한 건축자재를 시공한다, 이러한 건축자재로는 돌, 나무, 콘크리트, 벽돌 등을 사용한다.

그러나 이러한 건축자재는 대량생산이 어렵고, 돌이나 나무인 경우에는 대량생산을 위한 자재의 확보가 어렵다는 단점과, 외관 형상이 일정하지 않기 때문에 규격화를 위해서는 별도의 치수가공을 필요로 한다.

우리가 흔히 데크용재 등으로 사용하는 방부목은 소나무 수종인 햄록이나 햄퍼가 주로 원목 소재로 사용하는 것으로 미송 종류에 해당하는 목재의 소재이다.

방부목은 일반 목재가 방부액 처리 공정을 거치면서 방부목으로 생산되는바, 크롬화 등 비산염 처리공정을 거친 방부목은 CCA(Cromated Copper Arsenate)가 주류를 이루고 있다.

방부목에 사용되는 방부액은 부패하지 않도록 하는 약품으로 미생물의 서식을 방지하고, 목재를 파먹고 사는 곤충이 접촉하면 사멸되도록 하는 목적이므로 맹독성 물질을 함유하고 있으며, 외부로 물질이 스며나와 인체와 토양 및 화초 등을 오염시킬 수 있는 가능성이 있다.

상기 방부목에 포함되어 있는 물질은 크롬, 비소, 구리 등이 함유되어 자연과 인체에 해로운 독극물이 방출되기 때문에 이러한 물질에 대한 법적 규제는 점점 강화되고 있는 실정이다.

이러한 방부목을 대체하기 위해 기존의 목분을 이용한 WPC(Wood Plas샤ㅊ Composite)를 인조 목재로 사용되어 왔으나, 이 역시 표면경도, 나사 결합 이탈성, 온도변화에 따른 변성 등의 단점이 노출되어 물리적, 화학적 물성의 보강과 더불어 친환경적인 제품을 만들기 위해 일반적으로 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS) 도는 폴리염화비닐(PVC) 수지에 목분을 혼합한 복합재료를 사용하여 왔다.

그러나 상기 범용 수지들은 성형 후 표면 경도가 취약하고 온도의 변화에 따라 수축율에 이상이 발생하는 단점과, 목분의 점성이 부족한 성질로 인하여 수지와의 결합력을 높이기 위한 혼합비율이 1:1의 중량비 이상으로 하여야 성형이 가능하였다.

실제로 거의 모든 인조 목재(WPC)는 목섬유 보다 목분을 이용하며, 목분은 칩, 셰이빙, 톱밥과 같은 재활용 물질을 미세한 분말 형태로 분쇄시켜 만들어 지므로 가공이 어려운 목섬유는 종종 우수한 복합재의 성질을 보이며, 충전제로 사용되기 보다는 주로 강화제로 사용되기도 한다.

문헌 1. 발명특허 제10-0917375호(2009. 09. 08. 등록) 문헌 2. 실용신안등록번호 제0439391호(2008. 04. 01. 등록) 문헌 3. 실용신안공개번호 제20-2009-001709호(2009. 02. 24. 공개) 문헌 4. 특허공개번호 제10-2011-0022117호(2011. 03. 07. 공개)

따라서 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명의 해결과제는, 인조 목재의 제조에 있어서 목분에 패각을 분쇄한 패각 분말을 혼합함으로써 다양한 기능성의 향상을 제공하는 것이다.

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본 발명은 선별된 패각을 다공성 망에 넣은 후, 망의 주위에서 담수를 일정한 수압으로 분사하여 세척한 후, 세척된 패각을 분리 간접가열하여 건조하고 분쇄하는 과정으로 폐각 분말을 제조하는 단계;

목분 28～60 중량%, 열가소성 합성수지 15～25 중량%, 패각 분말 10～25 중량%, 첨가용 부자재 7～22 중량%를 포함하는 조성물의 각 성분을 혼합한 후 쿨링 믹서를 이용하여 혼합하는 조성물의 혼합단계;

혼합된 조성물을 구형 또는 원기둥형태의 펠릿으로 압출성형하는 단계를 거친 다음, 금형에 의해 압출성형과, 사출성형 및 압출성형 중 어느 하나의 방법에 의해 인조 목재를 제조하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 인조 목재의 제조에 있어서 목분에 패각을 분쇄한 분말을 10～25 중량% 혼합함으로써 패각이 갖는 강도향상과 다양한 기능성의 향상을 제공하는 것이다.

본 발명은 패각은 기타의 나무에 비해 경도가 높은 편이므로 인조 목재를 성형한 후에는 제품의 경도와 휨강도, 인장력, 내수성, 내열성에서도 우수한 성질을 제공하며, 성형성 및 강도와 표면 특성, 고유의 향을 발생하는 등 물리적, 화학적 성질과 질감에서 탁월한 효과를 제공하는 것이다.

이하에서 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

(a) 통상적인 목분(톱밥)으로 이루어진 28～60 중량%, (b) 경질의 HDPE(High Density Polyethyene, 고밀도 폴리에틸렌)으로 이루어진 열가소성 합성수지 15～25 중량%, (c) 패각을 분쇄한 패각 분말 10～25 중량%, (d) 첨가용 부자재 7～22 중량%로 이루어지는 것이다.

상기 패각 분말은 패각을 선별하여 망에 넣거나 콘베어 벨트에 이동하면서 담수를 소정의 수압으로 분사하여 일정 시간 세척한 후 건조기 또는 가열하는 방법으로 수분 함량이 6% 이하가 되도록 건조하여 제조한다.

목분과 열가소성 합성수지와 패각 분말에 각종 화학 첨가제를 혼합한 복합재료를 제조하여 압출성형을 통해 펠릿 형상으로 성형하고 냉각시킨 후, 압출, 사출, 압축성형 등을 통해 인조 목재를 제조한다.

본 발명의 인조 목재는 패각 분말 10～25 중량% 이외에 목분 28～60 중량%, 열가소성 합성수지 15～25 중량%, 호두껍질 10～25 중량%, 첨가용 부자재 7～22 중량%로 이루어진 조성물이다.

상기 목분(톱밥)은 나무, 나무가지, 뿌리, 등의 가루로서 폐목을 갈아서 활용할 수 있으며, 목재소 등에서 배출되는 톱밥을 활용하는 것이 가능하다.

목분은 인조 목재가 나무의 촉감이나 특성을 나타내도록 하는데 사용되며, 목분이 28 중량% 미만일 경우에는 완성된 인조 목재에 나무의 특성이 잘 나타나지 않고, 플라스틱 덩어리와 같은 느낌을 갖게 된다. 그리고 60 중량% 이상이면 비율이 높아서 다른 원료와의 결합강도가 저하되고, 내구성이 약한 단점이 있으며, 바람직하게는 30～40 중량%가 적합하다.

열가소성 합성수지는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(LDPE, HDPE)을 대표적으로 사용하며, 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 혼합하여 사용하는 것도 가능하고, 15 중량% 미만일 경우에는 압출성이 저하되는 특성이 발행하게 되며, 25 중량% 보다 높을 경우에는 나무의 특성이 잘 나타나지 않게 되고 바람직하게는 20 중량%가 적합하다.

상기 폴리프로필렌과 폴리에틸렌은 폐 제품의 폐기물 스크랩을 수집하여 세척하고 용융시킨 다음 펠릿으로 제조한 재생 수지를 사용하거나, 신 수지에 소정량을 혼합하여 사용하는 것이 경제적이고 친환경적이다.

패각은 사용 가능한 것으로 선별하여 다공성 망에 넣은 후, 상기 다공성 망의 주위에서 담수를 일정한 수압으로 여러 각도에서 분사하여 일정 시간 세척하는 단계로 세척하는 것이다.

상기 패각을 세척하면 다공성 망에서 분리하여 50～260℃의 온도로 간접 가열하여 건조하는 단계 및 건조한 패각을 분쇄기에 공급하여 분말상태가 되도록 분쇄하는 것이다.

상기 다공성 망에 공급한 패각을 세척하는 단계에서는 담수를 공급하여 패각에 붙어 있는 고착성 불순물을 제거함과 동시에 염분을 세척 제거하는 효과를 제공한다.

상기 세척에 사용하는 세척수는 염분이 포함되지 않은 담수를 사용하는 것이 바람직하며, 세척수의 수압과 세척시간이 길어질수록 세척력을 향상시킬 수 있으나, 경제성과 효율을 고려하여 100～60 bar의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 세척 시간은 패각의 오염 상태에 따라서 달라지는데, 대략 5분 내지 40분의 범위에서 수행하는 것이 바람직하며, 상기 세척단계에서 세척을 효과적으로 수행하기 위하여 다공성 망을 회전시키거나, 회전하는 원통형 망에 넣어 회전시키면서 세척하는 것이 좋다.

이와 같이 세척한 패각을 분리하여 50～260℃의 온도로 간접가열하여 수분함유량이 6% 이하가 되도록 건조한다.

상기와 같이 세척 및 건조된 패각은 인조 목재에 혼입하는 용도에 따라 다양한 입도로 분쇄할 수 있으며, 분쇄방법은 통상적으로 사용하는 방법이 사용될 수 있으며, 해머 크래쉬 분쇄방법을 사용하는 것이 바람직하고, 분쇄하여 얻은 패각 분말은 체분리 등의 방법을 통해 10～100mesh 크기로 분쇄하는 것이 바람직하다.

상기 패각은 총 중량에 대하여 10～25 중량%를 함유함으로써 성형성 및 강도와 표면 특성, 내수, 내열성, 고유의 향을 발생하는 등 물리적, 화학적 성질과 질감에서 탁월한 효과를 제공하는 것이다.

목분 28～60 중량%, 열가소성 합성수지 15～25 중량%, 첨가용 부자재 7～22 중량%를 혼합하여 펠렛으로 제조하는 혼합단계를 수행한다.

상기 첨가용 부자재는 복합재료 전체 중량에 대하여 7～22 중량%을 혼합하는 것이 바람직하며, 이는 종래의 일반 인조 목재(WPC)에 비해 충진제 등의 부자재를 소량으로 첨가함으로써 호두껍질 분말에 의한 고유한 성질을 최대한 발현시키기 위한 가장 적합한 비율을 제공하는 것이다.

수축 방지제로는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)를 사용하며, 바람직하게는 3～8 중량%를 사용한다.

충전제는 무기 충전제를 사용하며, 금속의 산화물 또는 수산화물로서 구체적으로는 수산화알루미늄, 탄산칼슘, 알루미나, 마그네시아, 탄산규소 등이 통상적으로 3～8 중량% 범위가 사용된다.

보강제는 유리섬유 보강제를 사용하는 것이 바람직하며, 장섬유 형태로 사용하고, 중량에 대하여 크게 영향이 없으나 1～5 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 조성이 1 중량% 미만이면 보강효과가 저하되고, 5 중량% 이상이면 보강의 상승효과가 미미하다.

상기 혼합단계에서 제조한 펠렛에 분쇄한 패각 분말 10～25 중량%을 공급하여 복합재료 펠렛을 제조하는 단계를 수행한다.

상기 복합재료 펠렛을 공급하여 압출, 사출, 압축성형 등을 통해 인조 목재를 제조하는 단계를 통하여 인조 목재를 제조한다.

다음으로, 상기 인조 목재용 조성물을 이용하여 인조 목재를 제조하는 공정을 상세히 설명한다.

가. 패각 분말의 제조

선별된 패각을 다공성 망에 넣은 후, 망의 주위에서 담수를 일정한 수압으로 분사하여 10분간 세척한다.

세척된 패각을 분리하여 50～260℃의 온도로 간접가열하는 방법으로 수분함유량이 6% 이하가 되도록 건조시킨 후, 10～100mesh 크기로 분쇄하는 것이다.

나. 조성물의 혼합

통상적인 목분(톱밥)으로 이루어진 28～60 중량%, 열가소성 합성수지 15～25 중량%, 패각 분말 10～25 중량%, 첨가용 부자재 7～22 중량%를 포함하는 조성물의 각 성분을 혼합한 후 쿨링 믹서를 이용하여 혼합한다.

이렇게 혼합된 조성물은 압출성형 시 가공속도의 개선과 성형의 정밀성 치수 안정성 등을 얻을 수 있는 하는데 필요한 요소인 합일성과 크리밍 응집성이 증가되어 제품생산의 효율을 높여준다.

다. 인조 목재의 제조

혼합된 조성물을 구형 또는 원기둥형태의 펠릿으로 압출성형하는 단계를 거친 다음, 금형에 의해 압출성형과, 사출성형 및 압출성형 중 어느 하나의 방법에 의해 인조 목재를 제조하는 것이다.

본 발명은 목분과 열가소성 합성수지에 패각 분말을 혼합한 조성물로 이루어진 펠렛을 제공하여 압출, 사출, 압출성형 등으로 제조함으로써, 건축용 내?외장재, 방부목의 대체용, 야외용 데크, 파고라, 벤치, 등산로, 산책로 등의 시설용 및 장식용 구조물 등에 여러 가지 형태로 적용할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 선별된 패각을 다공성 망에 넣은 후, 망의 주위에서 담수를 일정한 수압으로 분사하여 세척한 후, 세척된 패각을 분리 간접가열하여 건조하고 분쇄하는 과정으로 폐각 분말을 제조하는 단계;
   목분 28～60 중량%, 열가소성 합성수지 15～25 중량%, 패각 분말 10～25 중량%, 첨가용 부자재 7～22 중량%를 포함하는 조성물의 각 성분을 혼합한 후 쿨링 믹서를 이용하여 혼합하는 조성물의 혼합단계;
   혼합된 조성물을 구형 또는 원기둥형태의 펠릿으로 압출성형하는 단계를 거친 다음, 금형에 의해 압출성형과, 사출성형 및 압출성형 중 어느 하나의 방법에 의해 인조 목재를 제조하는 것을 특징으로 하는 패각을 함유하는 인조 목재의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   선별된 패각을 다공성 망에 넣은 후, 망의 주위에서 담수를 일정한 수압으로 분사하여 10분간 세척하고, 세척된 패각을 분리하여 50～260℃의 온도로 간접가열하는 방법으로 수분함유량이 6% 이하가 되도록 건조시킨 후, 10～100mesh 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 패각을 함유하는 인조 목재의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   조성물 혼합단계의 첨가용 부자재는 수축방지제 3～8 중량%, 충전제 3～8 중량%, 보강제 1～5 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 패각을 함유하는 인조 목재의 제조방법.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 조성물을 압출성형과 사출성형, 압축성형 중 어느 하나의 성형방법으로 제조된 패각을 함유하는 인조 목재.