KR101168057B1 - 전기 절약형 친환경 인조목재 원료 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 절약형 친환경 인조목재 원료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 원료를 혼합하여 배합한 후 압출기에 공급하여 혼합한 원료를 압출할 때 압력이 발생하지 않아 전기를 절약할 수 있도록 하며, 분쇄에 의해 친환경 인조목재를 성형할 수 있도록 하고, 상기 원료를 이용한 인조목재의 압출 생산에 있어서도 전기가 절약되도록 하는 전기 절약형 친환경 인조목재 원료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 PP, PE, CA, MA, M/B로 이루어진 5가지의 원료를 골고루 혼합하여 공급하며,
상기 5가지의 혼합 원료에 목분 공급기에 저장된 목분과 첨가제 공급기에 저장된 첨가제 및 액상 공급기에 저장된 액상을 더 공급한 8가지 원료를 공급하는 단계;
상기 원료를 1차 배합기에 공급하여 1차 배합한 후, 상기 1차 배합한 원료를 2차 배합기에 공급하여 2차 배합하는 단계;
상기 2차 배합한 원료를 압출기에서 200～300℃의 온도로 가열하며 압출금형의 전방을 개방함으로써 압출원료를 압출하여 공급하는 단계;
상기 압출원료를 1차 냉각기에서 1차 냉각하고, 2차 냉각기에서 20～30℃가 유지되도록 2차 냉각하는 단계;
상기 2차 냉각한 압출원료를 분쇄기에서 8～12mm의 크기로 분쇄하여 배출하는 인조목재 원료를 배출하는 단계; 및
상기 인조목재 원료를 배출하여 포장기에서 포장하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

전기 절약형 친환경 인조목재 원료 및 그 제조방법{Electricity-saving eco-friendly artificial lumber materials and its manufacturing method}

본 발명은 전기 절약형 친환경 인조목재 원료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 원료를 혼합하여 배합한 후 압출기에 공급하여 혼합한 원료를 압출할 때 압력이 발생하지 않아 전기를 절약할 수 있도록 하며, 분쇄에 의해 친환경 인조목재를 성형할 수 있도록 하고, 상기 원료를 이용한 인조목재의 압출 생산에 있어서도 전기가 절약되도록 하는 전기 절약형 친환경 인조목재 원료 및 그 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 Plastic 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 만들어지므로 가공이 어려운 목섬유는 종종 우수한 복합재의 성질을 보이며, 충전제로 사용되기보다는 주로 강화제로 사용되기도 한다.

한편, 일반적으로 실내 바닥용으로 사용하는 플로어링 보드는 학교, 실내체육관, 건축물의 바닥재로 사용되며, 주로 목재 또는 HDF(MDF의 일종) 또는 100% 합성수지재로 이루어져 일정한 두께를 가지고 판 상으로 형성되는데, 상기한 목재 쪼는 HDF 보드는 순수 목재나 펄프로 구성되어 있기 때문에 수분에 대한 약점이 있으며 자연을 훼손할 뿐만 아니라 시공 후 수분의 흡수율이 높아서 제품의 변형 및 휨이 발생하는 단점과, 합성수지로 이루어진 제품은 목재에 비하여 가볍다는 이점이 있으나 열에 취약하여 휘어지거나 변형되거나 강도가 약하고 생산 원가가 상승하는 단점이 있었다.

아울러, 종래의 다양한 인조목재를 생산하기 위해서는 다양한 원료를 소정의 비율로 혼합하여 압출기에 공급한 후 용융에 의해 펠렛 상태로 성형한 후, 인조목재를 생산하는 압출기에 공급하여 소정의 형태를 갖도록 압출하는 것에 의해 다양한 인조목재를 생산하게 된다.

그러나 이러한 종래의 인조목재를 생산하기 위한 펠렛을 제조하는 과정에서 소정의 비율로 혼합한 원료가 펠렛으로 압출되기 위해서는 펠렛으로 절단할 수 있도록 압출하는 과정에서 압출기의 내부에 압력이 발생하게 되지만, 이러한 압력을 이기고 배출되도록 압출하기 위해서는 많은 전력을 소모하게 되어 친환경적이지 못한 결점이 발생하게 되고, 이러한 펠렛을 이용한 압출기에서 인조목재를 생산하기 위해서는 다시 압출기의 내부에 압력이 크게 발생하게 되므로 전력의 소모가 커지면서 압력의 발생에 의한 물성이 좋지 않아 원하는 인조목재를 쉽게 생산하지 못하고 여러 가지의 어려움으로 인하여 생산 초기에 많은 애로사항이 발생하게 되는 결점이 있었다.

문헌 1. 특허등록번호 제0621225호(2006. 08. 30. 등록) 문헌 2. 특허등록번호 제0720934호(2007. 05. 16. 등록) 문헌 3. 특허등록번호 제1000337호(2010. 12. 06. 등록) 문헌 4. 특허등록번호 제1059923호(2011. 08. 22. 등록)

따라서 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명의 해결과제는, 다양한 원료를 혼합하여 인조목재를 제조할 수 있도록 원료를 성형하는 과정에서 압출기에서 내부 압력의 발생량을 줄여 전기의 소모량을 줄어 친환경 인조목재용 원료를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 해결과제는, 분쇄기에서 분쇄에 의해 소정의 크기를 갖는 형태로 제공하여 인조목재를 압출하여 성형하는 과정에서도 인조목재를 성형하기 위한 압출기에서 내부 압력의 발생량을 줄여 전기의 소모량을 감소시키고, 물성을 향상시켜 인조목재의 생산이 용이하게 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 PP, PE, CA, MA, M/B로 이루어진 5가지의 원료를 골고루 혼합하여 공급하며,
상기 5가지의 혼합 원료에 목분 공급기에 저장된 목분과 첨가제 공급기에 저장된 첨가제 및 액상 공급기에 저장된 액상을 더 공급한 8가지 원료를 공급하는 단계;
상기 원료를 1차 배합기에 공급하여 1차 배합한 후, 상기 1차 배합한 원료를 2차 배합기에 공급하여 2차 배합하는 단계;
상기 2차 배합한 원료를 압출기에서 200～300℃의 온도로 가열하며 압출금형의 전방을 개방함으로써 압출원료를 압출하여 공급하는 단계;
상기 압출원료를 1차 냉각기에서 1차 냉각하고, 2차 냉각기에서 20～30℃가 유지되도록 2차 냉각하는 단계;
상기 2차 냉각한 압출원료를 분쇄기에서 8～12mm의 크기로 분쇄하여 배출하는 인조목재 원료를 배출하는 단계; 및
상기 인조목재 원료를 배출하여 포장기에서 포장하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

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본 발명은 다양한 원료를 혼합하여 인조목재를 제조할 수 있도록 원료를 혼합하여 압출, 성형하는 과정에서 압출기에서 내부 압력의 발생량을 줄여 전기의 소모량이 획기적으로 감소하여 원가를 절감하고, 친환경 인조목재용 원료를 성형할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 분쇄기에서 12mm의 메쉬를 통과하도록 분쇄에 의해 소정의 크기를 갖는 형태로 원료를 제공하여 인조목재를 압출하여 성형하는 과정에서도 인조목재를 성형하기 위한 압출기에서 내부 압력의 발생량을 줄여 전기의 소모량을 감소시키고, 적은 압력으로 생산된 원료의 물성을 향상시켜 인조목재의 생산이 용이하게 이루어지도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 설치상태 블록도
도 2는 본 발명의 압출기에 대한 주요 부분의 정면도
도 3은 본 발명의 분쇄기에 대한 주요 부분의 단면도
도 4는 본 발명의 제조방법을 통하여 생산한 원료의 사진

이하에서 본 발명이 제공하는 최선의 상태를 첨부한 도면에 따라서 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 설치상태 블록도를 나타낸 것으로, PP, PE, CA, MA와 M/B 등 5가지의 원료를 소정의 비율로 혼합하도록 원료 배합기(10)에 공급하여 골고루 혼합한다.

상기 원료 배합기(10)를 배합원료 공급기(20)에 연결하여 상기 5가지의 원료를 혼합하여 공급받아 1차 배합기(60)에 소정의 비율로 공급할 수 있도록 설치한다.

원목을 분쇄하여 분말화 한 목분을 목분 공급기(30)에 공급하여 소정의 비율로 1차 배합기(60)에 공급할 수 있도록 설치한다.

첨가제를 저장하여 1차 배합기(60)에 소정의 비율로 공급하는 첨가제 공급기(40)를 설치한다.

상기 배합원료 공급기(20)에 저장된 5가지의 원료와 목분 공급기(30)에 저장된 목분 및 첨가제 공급기(40)에 저장된 첨가제를 공급받으며, 액상을 저장한 액상 공급기(50)에서 소정의 비율로 액상을 공급받는 1차 배합기(60)를 설치한다.

상기 1차 배합기(60)는 공급받은 원료를 혼합하여 2차 배합기(70)에 공급한 후 재차 혼합하여 공급할 수 있도록 설치한다.

상기 2차 배합기(70)를 압출기(80)에 연결하여 골고루 혼합한 원료를 공급하여 200~300℃의 온도로 가열하여 용융시킨 후 압출되도록 하는 압출기(80)를 설치한다.

상기 압출기(80)에서 압출되는 압출금형의 전방을 개방하여 내부에 압력이 거의 발생하지 않도록 하여 용융된 원료가 그대로 배출되도록 한다.

압출기(80)에서 압출되는 원료는 1차 냉각기(90)에 덩어리 상태로 공급되어 공기의 공급으로 1차 냉각되도록 하고, 2차 냉각기(90)에 공급되어 공기의 공급으로 2차 냉각되어 공급되도록 설치한다.

상기 2차 냉각기(90)에 공급되어 냉각된 원료는 20~30℃의 온도를 유지하며 분쇄기(110)에 공급되도록 하고, 분쇄기(110)에서는 회전하는 분쇄날에 의해 하측으로 설치한 배출메쉬에서 12mm 이하의 크기가 공급되도록 하며, 상기 분쇄기(110)에서 배출된 원료는 포장기(120)로 공급되어 인조목재를 압출하여 생산할 수 있도록 설치한다.

도 2는 본 발명의 압출기에 대한 주요 부분의 정면도를 나타낸 것으로, 압출기(70)는 압출금형(82)에 설치한 압출 스크류(81)의 전방을 그대로 개방한 상태로 설치하여 내부에서 압력이 거의 발생하지 않도록 하며, 압출원료(130)가 그대로 덩어리 상태를 유지하며 배출되도록 하는 것이다.

도 3은 본 발명의 분쇄기에 대한 주요 부분의 단면도를 나타낸 것으로, 분쇄기(110)는 몸체(115)의 내부에 설치한 분쇄축(111)의 외측으로 일정한 간격에 분쇄날(112)을 설치하고, 상기 몸체(115)의 내부에서 분쇄날(112)의 양측으로 고정날(113)을 설치하며, 상기 몸체(115)읜 내부 하측에는 12mm의 크기로 형성한 배출메쉬(114)를 설치하여 소정의 크기로 분쇄되어 배출되도록 한 후 하측에 배출구(116)를 설치하여 원료를 배출할 수 있도록 설치한다.

도 4는 본 발명의 제조방법을 통하여 생산한 원료의 사진를 나타낸 것으로, 분쇄기(110)에서 분쇄되어 포장기(120)에서 포장된 인조목재 원료(140)는 6~12mm의 크기를 갖도록 압출기에 공급하여 인조목재를 압출 성형하는 것이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 원료 배합기(10)에 PP, PE, CA, MA 및 MB의 5가지 원료를 소정의 비율로 공급하여 자동 배합되도록 하고, 배합된 원료는 배합원료 공급기(20)에 공급되어 저장된다.

목분 공급기(30)에는 목재를 분쇄하여 소정의 입도를 갖도록 제조한 목분을 공급하여 저장하고, 첨가제 공급기(40)에는 소정의 첨가제를 공급하여 저장하며, 액상 공급기(50)에는 액상으로 이루어진 재료를 저장하고 있다.

1차 배합기(60)에는 배합원료 공급기(20)에 저장된 5가지의 재료와, 목분 공급기(30)에 저장된 목분, 첨가제 공급기(40)에 저장된 첨가제, 액상 공급기(50)에 저장된 액상을 첨가한 8가지의 원료를 소정의 비율로 120~150kg을 공급하여 골고루 1차 혼합한다.

상기 1차 배합기(60)에서 1차 혼합한 원료는 2차 배합기(70)에 공급되어 골고루 2차 혼합한다.

상기 2차 배합기(70)에서 2차 혼합한 원료는 압출기(80)에 공급되어 200~300℃의 온도로 가열하여 용융시킨 후 압출 스크류(81)에 의한 압출로 압출금형(82)의 전방에서 덩어리 상태로 압출되도록 하는 것이다.

상기 압출 스크류(81)는 압출금형(82)의 전방이 펠렛을 성형할 수 있도록 막혀있지 않고, 그대로 외부에 배출될 수 있도록 개방한 상태로 압출원료(130)가 압출되도록 하는 것이다.

상기 압출기(80)에서 용융에 의해 그대로 배출되도록 함으로써 압출기(80)의 전기 소모량이 30% 이상 감소하는 효과를 확인하였다.

상기 압출기(80)에서 그대로 압출된 압출원료(130)는 150~190℃의 온도를 유지하게 되고, 1차 냉각기(90)에서 콘베어 형태로 이송하면서 상측에 설치한 브로워로부터 대기중의 공기를 공급하여 1차 냉각되도록 한다.

1차 냉각기(90)에서 1차 냉각된 압출원료(130)는 2차 냉각기(90)에서 콘베어 형태로 이송하면서 상측에 설치한 브로워로부터 대기중의 공기를 공급하여 2차 냉각되도록 한다.

상기 2차 냉각된 압출원료(130)는 20~30℃의 온도를 유지하며 분쇄기(110)에 공급되며, 분쇄기(110)의 몸체(115) 내부에 공급된 압출원료(130)는 분쇄축(111)의 외경으로 형성한 분쇄날(112)이 회전하게 되고 양쪽의 고정날(113) 사이에서 분쇄되어 하측에 설치한 배출메쉬(114)의 크기인 12mm 이하로 분쇄되어 하측으로 낙하된 후 배출구(116)에서 배출되는 것이다.

상기 분쇄기(110)의 배출구(116)에서 배출된 인조목재 원료(140)는 포장기(120)에 공급되어 포대에 톤 단위로 포장하는 것이다.

상기 인조목재 원료(140)는 6~12mm의 크기를 갖도록 생산되어 인조목재를 압출하기 위한 생산라인에 공급된 후 금형의 형상에 따라 소정의 형상을 갖도록 압출되는 것이다. 이때 인조목재를 생산하기 위한 생산라인에서는 인조목재 원료(140)가 압출기(80)에서 압력을 거의 받지 않은 상태로 압출된 것이어서 인조목재를 생산하는 단계에서도 압력을 거의 받지 않은 상태로 압출되어 인조목재를 생산하게 되므로 아래의 [표 1]에 기재된 바와 같이 전기 소모량을 줄이면서 물성이 좋아져 표면이 깨끗하고 미려하게 생산하면서 압출이 용이하게 이루어지는 것이고, 이로 인하여 생산원가가 절감되며, CO2의 배출량을 감소시켜 대기오염을 줄일 수 있는 것이다.

대체효과 비교표

	기존재료 투입	본 발명	절감효과
전력 사용 부하	약 41.5kwh	약 31.6kwh	10kwh
일별사용량 (24시간 기준)	996kwh	758.4kwh	237.6kwh
월별사용량 (25일 기준)	24,900kwh	18,201.6kwh	6,698.4kwh

본 발명은 다양한 원료를 혼합하여 인조목재를 제조하는 과정에서 전기의 소모량을 줄여 원가를 절감하고, 물성을 향상시켜 생산성을 향상시키는 등, 다양한 효과를 제공하여 산업발전에 이바지하는 것이다.

10 : 원료 배합기 20 : 배합원료 공급기
30 : 목분 공급기 40 : 첨가제 공급기
50 : 액상 공급기 60 : 1차 배합기
70 : 2차 배합기 80 : 압출기
81 : 압출 스크류 82 : 압출금형
90 : 1차 냉각기 100 : 2차 냉각기
110 : 분쇄기 111 : 분쇄축
112 : 분쇄날 113 : 고정날
114 : 배출메쉬 115 : 몸체
116 : 배출구 120 : 포장기
130 : 압출원료 140 : 인조목재 원료

Claims (5)

1. 삭제
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3. 삭제
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5. PP, PE, CA, MA, M/B로 이루어진 5가지의 원료를 골고루 혼합하여 공급하며,
   상기 5가지의 혼합 원료에 목분 공급기(30)에 저장된 목분과 첨가제 공급기(40)에 저장된 첨가제 및 액상 공급기(50)에 저장된 액상을 더 공급한 8가지 원료를 공급하는 단계;
   상기 원료를 1차 배합기(60)에 공급하여 1차 배합한 후, 상기 1차 배합한 원료를 2차 배합기(70)에 공급하여 2차 배합하는 단계;
   상기 2차 배합한 원료를 압출기(80)에서 200～300℃의 온도로 가열하며 압출금형(82)의 전방을 개방함으로써 압출원료(130)를 압출하여 공급하는 단계;
   상기 압출원료(130)를 1차 냉각기(90)에서 1차 냉각하고, 2차 냉각기(100)에서 20～30℃가 유지되도록 2차 냉각하는 단계;
   상기 2차 냉각한 압출원료(130)를 분쇄기(110)에서 8～12mm의 크기로 분쇄하여 배출하는 인조목재 원료(140)를 배출하는 단계; 및
   상기 인조목재 원료(140)를 배출하여 포장기(120)에서 포장하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 절약형 친환경 인조목재의 제조방법.

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