KR101174600B1 - 중심부에 목섬유를 포함하는 이중압출된 합성목재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합성목재에 관한 것으로, 중심층(20)과 상기 중심층을 감싸는 표면층(30)이 이중압출된 합성목재이며, 구체적으로는 상기 중심층은 목섬유와 열가소성 수지를 포함하고, 상기 표면층은 목분과 열가소성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성목재에 관한 것이다. 본 발명의 합성목재는 중심층과 표면층에 포함되는 목재의 함량과 크기를 달리함으로써, 합성목재의 내부와 표면에서 요구되는 성질을 각각 갖도록 할 수 있고 소비자 요구사항을 모두 만족시키는 효과가 있다.

Description

중심부에 목섬유를 포함하는 이중압출된 합성목재{CO-EXTRUDED WOOD PLASTIC COMPOSITE HAVING WOOD FIBER IN CENTER PORTION}

본 발명은 합성목재에 관한 것으로, 구체적으로는 중심층과 표면층에 포함되는 목재의 성분을 달리하여 이중압출로 제작한 합성목재에 관한 것이다.

최근 들어 목재에 대한 소비자의 선호도가 크게 증가하고 있으며 또한 전세계적으로 환경 보존 문제가 크게 대두되고 있어서, 최근에는 천연목재와 유사한 표면 질감 및 무늬를 갖는 합성목재에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다.

일반적으로 합성목재는 목재와 합성수지를 혼합한 복합수지 조성물을 일정한 형상을 가진 다이를 통과시켜 압출함으로써 제조하게 된다. 그리고, 이때 통상적으로 사용되는 목재는 최대 수백 마이크론 단위의 목분(wood flour)을 사용하여 압출 공정으로 제조를 한다.

그런데, 합성목재에서 강도 증가 및 경제적 이유 등으로 목분의 함량을 높일 필요가 있는데 이때 미분의 목분을 사용하는 경우에는 목분 자체가 가지는 표면적이 굉장히 커지기 때문에 그 함량을 늘리는데 한계가 있게 되어 종래의 기술로는 약 60 중량%정도까지 함량을 늘릴 수 있었다. 또한 압출공정시 목분의 영향으로 생산설비의 수명이 짧아지고, 원료의 유동성이 나빠져 생산성을 높이는데도 불리하였다.

그리고, 합성목재에서 목분의 함량이 상대적으로 높은 부분이 제품의 표면을 이루게 되면, 표면의 목재 성분이 외부로 그대로 다량 노출되어 자외선 등에 의해 그 색상이 빠르게 변하고, 습한 지역 등에 시공하였을 경우 일부 제품 표면에 곰팡이가 증식할 수 있어 제품에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 합성목재를 중심층과 표면층을 분리하여 이들 각각의 층에 포함되는 목분의 함량과 크기를 달리한 합성목재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 합성목재의 내부를 이루는 목재의 종류를 달리하여, 중심층에는 입자의 크기가 약 0.2mm 에서 6mm 정도되는 목섬유(wood fiber)를 원료로 사용하고, 표면층에는 목분(wood flour)를 원료로 사용하도록 하여 이중압출을 한 합성목재를 제공한다.

본 발명의 합성목재는 중심층과 표면층에 포함되는 목분의 함량과 크기를 달리함으로써, 합성목재의 내부와 표면에서 요구되는 성질을 각각 갖도록 할 수 있어서 생산공정과 소비자 요구사항을 모두 만족시키는 합성목재를 생산하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 중심층(20)과 상기 중심층을 감싸는 표면층(30)이 이중압출된 합성목재로서, 상기 중심층은 목섬유와 열가소성 수지를 포함하고, 상기 표면층은 목분과 열가소성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성목재를 제공한다.

상기 중심층은 목섬유를 70 내지 80 중량% 포함하며, 상기 목섬유는 0.2 내지 0.6mm의 크기이며, 상기 중심층에 포함된 목섬유는 압출에 의해서 압출방향을 따라 배열되는 방향성을 가질 수 있고, 상기 표면층에는 목분이 30 내지 50 중량% 포함된다.

본 발명의 합성목재는 중심층과 표면층에 포함되는 목분의 함량과 크기를 달리함으로써, 합성목재의 내부와 표면에서 요구되는 성질을 각각 갖도록 할 수 있다.

본 발명의 합성목재는 중심부에는 목섬유을 사용함으로써 생산효율성을 증대시키고, 제품의 강도를 향상시킬 수 있으며, 목섬유가 가교구조를 가짐으로써 치수안정성이 향상되어 합성목재의 단점인 시공 후 팽창/변형 등을 막을 수 있다.

또한 합성목재의 외부를 이루는 표면층에는 목분을 원료로 사용한 이중 압출 공법으로 제조하기 때문에, 목분의 함량이 적어서 외부 기후에 노출되어도 변색, 곰팡이 증식, 수분흡수율 등의 문제가 없는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 합성목재의 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

합성목재는 일반적으로 압출공정에 의해 제조되는데, 압출공정을 보면, 압출기의 호퍼에서 목분 내지 목섬유와 합성수지 및 기타 첨가제를 혼합한 복합수지 조성물이 투입되어 가열수단에 의해 가열된 후 스크루의 회전에 의해 이송되면서, 전단에 배치된 다이로 압출된다. 그리고, 다이을 통과하여 일정 형상을 갖춘 상태로 압출되어 냉각되면 단면이 사각형 등 일정한 형태를 갖춘 합성목재 제품으로 제조된다.

그런데, 본 발명에 따른 합성목재(10)는 도 1에서 보는 바와 같이, 내부를 이루는 중심층(20)과 외부 표면을 이루는 표면층(30)으로 이루어진다. 이렇게 중심층(20)과 표면층(30)을 별도로 형성하는 것은 이들 각각의 층에 포함되는 목재질의 함량과 첨가되는 첨가제를 달리하도록 하기 위함이다. 중심층의 외부를 감싸는 표면층을 형성하기 위해서 이중압출기법을 사용한다.

본 발명에 따른 이중압출 설비는 위에서 설명한 압출공정에 필요한 설비에 추가적으로 이중압출을 위한 보조압출기가 더 구비된다. 위에서 설명한 압출공정의 다이로 중심층(20)을 형성하는 재료가 투입되어 압출되어 나오고, 동시에 상기 다이의 일측으로는 표면층(30)을 형성하는 재료가 투입되어서 상기 중심층을 감싸면서 압출되어 다이에서 배출되도록 한다. 즉, 합성목재의 중심층(20)이 압출되면서 그 외부를 표면층(30)이 감싸도록 이중으로 압출된 후 이후 냉각을 거쳐 합성목재를 이루게 된다.

본 발명에 따른 합성목재의 중심층(20)은, 목섬유(wood fiber)와 열가소성 수지를 포함하되 목섬유를 약 70 내지 80 중량% 함유하도록 한다. 그리고, 상기 중심층(20)에 포함되는 목섬유의 길이는 약 0.2 ~ 6mm 이다.

목섬유와 목분에 대해 절대적인 구별기준이 있는 것은 아니지만, 육안으로 보았을 때 입자가 고르고 작은 것을 목분이라고 한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 목섬유(wood fiber)라 하면 사이즈가 약 0.2 ~ 6mm 크기를 의미하며, 목분이라 하면 대체로 사이즈가 80 내지 400 μm인 것을 의미한다.

이렇게 목섬유를 합성목재의 원료로 사용하게 되면, 기존에 사용되고 있는 목분에 비해 표면적이 작아지기 때문에, 목섬유의 함량을 70 ~ 80 중량% 까지 높일 수 있어서 제조에 들어가는 재료비용을 절감할 수 있으며, 압출 시 그 부하율을 줄일 수 있어 생산성을 1.5 ~2 배 가량 향상시킬 수 있다.

부하율 감소의 원리를 보면, 이중압출이라 하면 통상 압출기 2대를 사용하여 제품을 생산하게 되며, 메인압출과 보조압출로 구별된다. 여기서, 메인압출은 도 1의 중심층(20)을 형성하고 보조압출은 상기 중심층의 외부 표면을 감싸면서 압출되어 표면층(30)을 형성하게 된다.

그런데, 상기 합성목재가 압출기에서 압출되어 나오는 것을 보면, 표면층은 얇은 표면을 이루고 있을 뿐이므로 상기 중심층이 전체 제품 중 90 중량% 이상을 차지하는 점에 비추어, 부하율에 영향을 미치는 공정은 대부분 중심층 압출과정이다. 즉 표면층(30)은 아주 적은 양의 원료만 압출을 하여도 되기 때문에 부하율이 그다지 크지 않게 된다.

본 발명에서는 이러한 중심층에 목섬유를 다량으로 포함하여 압출함으로써 부하율을 크게 줄일 수 있게 되며, 실제 실험결과 부하율이 약 40 ~ 50% 떨어지는 것을 확인하였다.

그리고, 중심층(20)에 사용되는 목섬유의 경우 압출과 동시에 길이방향 즉, 제품이 압출되는 방향으로 배향이 되어 제품의 강도가 일반 목분 합성목재에 비해 2배까지 향상된다. 목섬유가 길이방향으로 배향됨으로써 길이방향의 제품강도를 향상시킬 수 있으며, 목섬유가 가교구조를 가짐으로써 치수안정성이 향상되어 합성목재의 단점인 시공 후 팽창/변형 등을 막을 수 있다.

그리고, 본 발명의 합성목재는 외부 표면을 이루는 표면층(30)은 목분 소재를 30 ~ 50 중량% 가량 함유하도록 함으로써 목재성분의 함량을 감소시키고, 또한 고내후성 원료를 사용함으로써 내변색성, 내곰팡이성 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한 합성목재의 외부 표면에는 빗물 등 수분과 계속하여 접촉하게 되므로, 외부 소재에 목분 함량을 줄임으로써 수분에 강한 합성목재 제품을 제조할 수 있게 된다. 그리고, 상기 표면층에는 색상을 나타내는 안료와 자외선(UV)안정제 등 기타 첨가제를 포함한다. 본 발명은 외부와 접하기 때문에 추가하여야만 하는 안료와 UV안정제 등의 재료는 표면층에만 추가하고, 중심층에는 추가하지 않아도 되기 때문에 상대적으로 재료의 감소에 따른 비용절감의 효과도 있게 된다.

본 발명은 합성목재의 구조를 중심층과 표면층으로 나누고, 상기 중심층에는 대략 0.2mm ~ 6mm 크기의 목섬유를 사용하도록 하되, 상기 표면층에는 합성목재 제조에 흔히 사용되는 목분을 사용하도록 하였다. 이에 의해서, 중심층과 표면층 각각이 필요로 하는 특성을 가질 수 있게 포함되는 재료를 달리하여 포함시킬 수 있어서, 기존의 합성목재 제품들이 가지고 있는 단점을 보완할 수 있고, 전체적으로 목재의 함량을 증가시킴으로써 제조 비용을 절감할 수 있게 된다.

즉, 중심층의 목섬유는 가교구조를 가져서 치수안정성이 향상되어 강도가 강해지고 시공후 팽창/변형 등을 막는 역할을 할 수 있고, 또한 외부에는 원료를 별도로 하여 이중 압출 공법을 적용한 표면층을 형성함으로써 목분 함량이 감소하여 변색, 곰팡이 증식, 수분흡수율 등의 단점을 보완할 수 있게 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 합성목재는 기존의 합성목재가 가지고 있는 장점은 최대한 유지하면서 그 단점을 보완한 합성목재에 관한 것이다.

Claims (4)

1. 중심층(20)과 상기 중심층을 감싸는 표면층(30)이 이중압출된 합성목재로서,
   상기 중심층은 2 내지 6 mm 크기의 목섬유 70 내지 80 중량%와 열가소성 수지를 포함하고,
   상기 표면층은 목분 30 내지 50 중량%와 열가소성 수지를 포함하며,
   상기 중심층은 합성목재의 90 중량%이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 합성목재.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 중심층에 포함된 목섬유는 압출에 의해서 압출방향을 따라 배열되는 방향성을 갖는 것을 특징으로 하는 합성목재.
4. 제1항에 있어서,
   상기 표면층은 안료, 자외선 안정제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성목재.
   

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