KR101214074B1 - 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법에 관한 것으로, (a) 목분 및 분쇄한 갈대에서 포름알데히드를 제거하는 단계, (b) 상기 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료를 첨가하여 염색하는 단계, (c) 상기 염색된 목분 및 분쇄한 갈대를 건조하는 단계, (d) 상기 건조한 목분 및 분쇄한 갈대에 합성수지를 혼합하여 예비 합성 목재 조성물을 형성하는 단계, (e) 상기 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 합성 목재 조성물을 형성하는 단계 및 (f) 상기 목재 조성물을 압출 성형하는 단계를 포함하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재를 제조함으로써, 친환경적이며 천연목재의 질감을 나타낼 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법{Chemical-Free Synthetic Wood Using Reed and the Method of Manufacturing thereof}

본 발명은 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료, 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제를 혼합하여 압출 성형함으로써, 친환경적이며 천연목재의 질감을 나타낼 수 있는 무공해 갈대 합성 목재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

천연목재는 건축, 가구, 보드류, 펄프 및 종이 등을 생산하는데 필요한 나무재료로서, 환경친화적이고 가공이 용이하며 자연적인 나무의 질감을 통해 미관을 향상시키는 효과를 가지므로 건축물의 내장재 또는 외장재의 재료로 주로 사용되고 있다. 하지만, 상기 천연목재는 내수성이나 항균성이 떨어져 변형되기 쉬울 뿐만 아니라, 건축재로 사용할 경우 지속적으로 유지 관리작업이 필요하므로 경제적 손실도 크며, 나무의 벌목에 의해 산림이 훼손되는 문제점도 심각하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 천연목재와 유사한 질감과 외관을 가진 합성 목재에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

상기 합성 목재는 재활용 목재를 잘게 분쇄한 목분과 합성수지를 혼합하여 천연목재와 비슷한 외관이나 성질을 갖게 한 재료로서, 사출 또는 압출성형의 방법으로 제조하며, 천연목재에 비하여 기계적 강도, 내수성, 내열성 및 항균성이 향상되고 가격이 저렴하여 제조원가가 절감되는 효과가 있다.

한편, 합성 목재를 제조하는 기술로서 대한민국 등록특허공보 제10-1000337호는 야자수열매 껍질분말 및 수산화알루미늄을 혼합하고 건조시킨 후, 상기 건조된 혼합물에 천연미네랄제, 열가소성 수지, 자외선방지제 및 안료를 혼합하고 상기 혼합물을 성형틀에 넣고 110~230℃의 열을 가하여 가공 성형하는 단계를 포함하여 제조하는 인조복합목재의 제조 방법을 제공한다. 하지만, 상기 방법은 포름알데히드를 제거하는 단계를 포함하고 있지 않아 건축재로 사용할 경우 건축재로부터 포름알데히드가 방출되어 인체에 유해한 영향을 끼칠 수 있고, 표면가공 단계를 수행함으로써 합성수지의 사용량이 증가하고 자연적인 나무의 질감이 제대로 나타나지 않는 문제점을 갖는다.

대한민국 등록특허공보 제10-1000337호

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 포름알데히드를 제거함으로써 친환경적이고 인체에 유해한 물질을 최소화할 수 있는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 목분 및 분쇄한 갈대 입자 자체에 염료를 첨가하여 염색함으로써 천연목재의 질감을 나타낼 수 있는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법은 (a) 목분 및 분쇄한 갈대에서 포름알데히드를 제거하는 단계, (b) 상기 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료를 첨가하여 염색하는 단계, (c) 상기 염색된 목분 및 분쇄한 갈대를 건조하는 단계, (d) 상기 건조한 목분 및 분쇄한 갈대에 합성수지를 혼합하여 예비 합성 목재 조성물을 형성하는 단계, (e) 상기 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 합성 목재 조성물을 형성하는 단계 및 (f) 상기 합성 목재 조성물을 압출 성형하는 단계를 포함하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법에 의하면, 상기 단계 (a)는 50 ℃ 내지 80 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법에 의하면, 상기 단계 (b)는 30 ℃ 내지 60 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법에 의하면, 상기 목분은 합성 목재 조성물의 총 중량대비 30 중량% 내지 40 중량%, 상기 분쇄한 갈대는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 내지 30 중량%, 상기 합성수지는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 10 중량%, 상기 가공조제, UV 흡수제 및 미네랄 충전제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 15 중량% 및 상기 착색제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 내지 30 중량%인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 친환경 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법에 의하면, 상기 단계 (c)는 목분 및 분쇄한 갈대의 수분 함량이 5 % 내지 15 %가 되도록 건조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법에 의하면, 상기 단계 (e)에서 가공조제는 결합제, 윤활제, 항산화제, 내염제 및 열안정제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법에 의하면, (a) 목분 및 분쇄한 갈대에서 포름알데히드를 제거하는 단계, (b) 상기 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료를 첨가하여 염색하는 단계, (c) 상기 염색된 목분 및 분쇄한 갈대를 건조하는 단계, (d) 상기 건조한 목분 및 분쇄한 갈대에 합성수지를 혼합하여 예비 합성 목재 조성물을 형성하는 단계, (e) 상기 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 합성 목재 조성물을 형성하는 단계, (f) 상기 합성 목재 조성물에 커피 분말을 첨가하는 단계 및 (g) 상기 커피 분말이 첨가된 합성 목재 조성물을 압출 성형하는 단계를 포함하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재 및 그의 제조방법에 의하면, 상기 목분은 합성 목재 조성물의 총 중량대비 30 중량% 내지 40 중량%, 상기 분쇄한 갈대는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 내지 30 중량%, 상기 합성수지는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 10 중량%, 상기 가공조제, UV 흡수제 및 미네랄 충전제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 15 중량%, 상기 착색제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 15 중량% 내지 25 중량% 및 상기 커피 분말은 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 10 중량%인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재에 의하면, 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료, 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제를 혼합하여 압출 성형함으로써, 친환경적이며 천연목재의 질감을 나타낼 수 있는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재에 의하면, 예비 합성 목재 조성물을 혼합하기 전에 포름알데히드를 제거함으로써 친환경적이고 인체에 유해한 물질을 최소화할 수 있는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재에 의하면, 목분 및 분쇄한 갈대 입자 자체에 염료를 첨가하여 염색하는 단계를 포함함으로써 별도의 표면 가공처리를 하지 않고 천연목재의 색감 및 질감을 나타낼 수 있으며 내구성이 강한 합성 목재를 제조할 수 있는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재에 의하면, 갈대를 이용함으로써 탄력성 및 내구성이 우수하여 건축 외장재뿐만 아니라 실내 인테리어재의 용도로 이용할 수 있는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재에 의하면, 갈대를 이용함으로써 목분에서 부족할 수 있는 목질 섬유를 충족시켜 줄 수 있고, 일반 합성 목재의 중량에 비해 25 % 내지 30 % 정도 중량이 가벼운 합성 목재를 제조할 수 있는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 무공해 갈대 합성 목재에 의하면, 커피 분말을 이용함으로써 합성 목재의 표면에 커피 분말의 색이 착색되어 안료에 의한 인위적인 커피 색감이 아닌 천연의 자연스러운 커피 색감 및 질감을 나타낼 수 있으며 커피의 은은한 향을 발현시킬 수 있는 효과도 얻어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법은 목분 및 분쇄한 갈대에서 포름알데히드를 제거하는 단계를 포함한다(S1).

상기 포름알데히드(Formaldehyde)는 자극성이 매우 강한 무색의 기체로 포르말린제조, 합판제조 및 화학제품제조 등에서 발생한다. 특히, 건물에 많이 사용되는 단열재와 실내가구의 접착제 등에 포함되어 실내공기오염 및 인체에 해로운 영향을 끼치는 유해물질로 여겨지고 있다. 상기 포름알데히드에 장기간 동안 노출될 경우에는 눈, 코, 목 및 피부에 자극을 일으키고, 호흡곤란, 호흡기의 이상, 아토피 피부염 및 기타피부질환 및 암 질환을 유발하게 된다.

상기 포름알데히드는 휘발성이 강하므로, 목분 및 분쇄한 갈대를 용기에 넣고 이를 가열함으로써 제거된다. 상기 단계(S1)는 50 ℃ 내지 80 ℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하지만 이에 한정되지 않는다. 상기 단계(S1)에서 필터 및 습도 제어기를 사용하여 용기에 유입되는 공기의 습도를 3 % 내지 10 %로 일정하게 유지시킬 수 있다.

상기 가열온도가 50 ℃ 이하이면 포름알데히드의 분자운동이 활발하지 않아 충분히 휘발되지 못하고, 가열온도가 80 ℃ 이상이면 습도가 높아져 포름알데히드를 제대로 제거하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 단계(S1)는 합성 목재를 생산하기 전에 수행됨으로써 유해 물질을 최소화하여 실내공기오염을 감소시키고 인체에 무해한 합성 목재 조성물을 제조할 수 있다.

상기 단계(S1)를 수행한 다음, 상기 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료를 첨가하여 염색한다(S2).

상기 염료는 물질을 염색하기 위해 사용하는 것으로서, 물 및 유기용제에 녹아 단분자로 분산되어 물질의 분자와 결합함으로써 물질의 내부까지 착색할 수 있다. 상기 염료는 필요에 따라 적색계, 황색계 및 흑색계 염료를 적정비율로 혼합함으로써 합성 목재의 색상을 나타낼 수 있다. 상기 적색계 염료로는 꼭두서니, 홍화, 생강나무, 소방목, 소목, 괴화, 자작나무, 갈참나무, 동백, 포도, 브라운석 및 황토를 사용할 수 있고, 상기 황색계 염료로는 치자, 노목, 회화나무, 양파, 황벽, 황련, 정향나무, 자소, 울금, 오리나무, 개오동나무. 밤나무. 상수리나무 및 소나무를 사용할 수 있으며, 상기 흑색계 염료로는 노목, 양매, 석류, 계수나무, 주목, 붉나무, 연자각, 오배자, 진피, 상수리나무, 석류나무, 졸참나무, 단풍나무 및 현무암을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 단계(S2)는 적외선 광열등을 사용하여 30 ℃ 내지 60 ℃에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 온도가 30 ℃ 이하이면 염료가 목분 및 분쇄한 갈대에 완전하게 착색되지 않아 선명한 색을 얻을 수 없고, 온도가 60 ℃ 이상이면 염료의 점도가 낮아져 합성 목재의 색이 빨리 변색되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 단계(S2)는 예비 합성 목재 조성물을 제조하기 전에 수행되어 목분 및 분쇄한 갈대의 입자를 직접 염색함으로써, 합성 목재의 색이 선명하게 발현될 수 있고 오랜 시간 동안 사용하여도 변색되지 않는다. 또한, 합성 목재를 제조할 경우 표면이 미려하게 표현되어 별도의 코팅 처리를 하지 않고 천연목재의 색감 및 질감을 나타낼 수 있다. 또한, 적외선 광열등을 사용하여 적외선이 목분 및 분쇄한 갈대 입자 내에 침투하여 염료와의 반응을 촉진함으로써 염료가 제대로 분산되어 합성 목재의 색이 선명하게 나타날 수 있다.

상기 단계(S2)를 수행한 후에, 상기 염색된 목분 및 분쇄한 갈대를 건조한다(S3).

상기 단계(S3)는 목분 및 분쇄한 갈대의 수분 함량이 5 % 내지 15 %가 되도록 건조하는 것이 바람직하다. 상기 수분 함량이 5 % 이하이면 목분 및 분쇄한 갈대에 포함되어 있는 수분이 지나치게 빠져나가므로 부피가 줄어들게 되어 수축될 수 있고, 수분 함량이 15 % 이상이면 목분 및 분쇄한 갈대의 수분함량이 증가하므로 합성 목재가 부패하거나 내구성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 단계(S3)는 목분 및 분쇄한 갈대의 수분함량을 조절할 뿐만 아니라, 상기 염료가 목분 및 분쇄한 갈대의 입자 내에 깊숙이 침투하여 합성 목재의 색이 선명하게 나타나고 탈색 및 변색되는 것을 방지할 수 있다.

상기 단계(S3)를 수행한 후에, 상기 건조한 목분 및 분쇄한 갈대에 합성수지를 혼합하여 예비 합성 목재 조성물을 형성한다(S4).

상기 목분은 목재를 잘게 분쇄한 것으로 소나무, 전나무, 잣나무 등의 침엽수 및 느티나무, 단풍나무, 감나무, 밤나무, 벚나무 등의 활엽수로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 목분은 목재의 입자 크기를 50 Mesh 내지 120 Mesh의 크기로 분쇄하여 사용할 수 있다.

상기 갈대는 식물의 세포벽을 형성하는 키틴질 성분을 함유하여 탄력성 및 신축성이 뛰어나고 내수성이 강한 것으로서 내장재의 재료로 적합하다. 상기 갈대는 사용하는 용도에 따라 입자의 크기를 조절하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 40 Mesh 내지 180 Mesh(1 평방인치 안에 180 개의 눈금을 가진 체를 통과할 수 있는 입자의 크기)일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 입자의 크기가 40 Mesh 이하이면 입자 크기가 크므로 갈대에 함유된 섬유질과 합성수지가 제대로 결합하지 못하므로 밀도의 균일성이 저하되고, 입자의 크기가 180 Mesh 이하이면 합성수지가 갈대에 함유된 섬유질의 기공 내로 채워지지 못하여 제대로 혼합되지 못하여 합성 목재의 강도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 합성수지는 가공성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 단계(S4)는 목분, 분쇄한 갈대 및 합성수지를 믹서기에 넣고 70 ℃ 내지 80 ℃의 온도에서 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 목분, 분쇄한 갈대 및 합성수지를 혼합함으로써 결합력이 강해져 합성 목재를 제조할 경우 합성 목재의 충격강도, 인장 강도, 탄력성 및 내수성이 향상되므로 변형되지 않고 오랜 기간 동안 사용할 수 있는 효과를 가진다.

상기 단계(S4)에서, 상기 목분은 합성 목재 조성물의 총 중량대비 30 중량% 내지 40 중량%인 것이 바람직하고, 상기 분쇄한 갈대는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 내지 30 중량%인 것이 바람직하며, 상기 합성수지는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 10 중량%인 것이 바람직하다.

상기 목분이 합성 목재 조성물의 총 중량대비 30 중량% 이하이면 목재의 재질감이 저하되고, 40 중량% 이상이면 합성 목재 제조과정에서 압출 성형시 압출기의 스크루(screw)가 부하를 받아 마모되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 분쇄한 갈대가 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 이하이면 합성 목재의 탄력성 및 내구성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 합성수지가 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 이하이면 목분 및 분쇄한 갈대 입자와의 결합력이 저하되어 합성 목재 제조시 강도가 낮아지고, 10 중량% 이상이면 목재의 재질감이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 단계(S4)를 수행한 후에, 상기 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 합성 목재 조성물을 형성한다(S5).

상기 가공조제는 합성 목재 제조시 소량을 첨가하여 가공성 및 물성을 향상시킬 수 있는 첨가제로서 결합제, 윤활제, 항산화제, 난연제 및 열안정제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것이나 이에 한정되지 않는다.

상기 결합제는 목분 및 분쇄한 갈대와 합성수지와의 결합력을 개선하기 위해 사용하는 물질로서, 탄력성과 점착성을 부여하여 합성 목재의 강도를 증가하는 역할을 한다. 상기 결합제는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 말레산무수물(Maleic Anhydride)이 화학적으로 결합한 물질을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 윤활제는 중합체를 가열 성형할 때에 그 유동성을 개선하여 가공을 쉽게 하기 위하여 사용하는 물질로서, 목분, 분쇄한 갈대 및 합성수지의 분산성을 높여 합성 목재의 표면 성질을 개선하는 역할을 한다. 상기 윤활제는 스테아린산(Stearic Acid), 폴리에틸렌 왁스 및 파라핀 왁스를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 항산화제는 합성 목재에 공기로부터 공급되는 산소의 접근을 막아 기계적 성질이 저하되거나 변색되는 것을 방지하기 위해 사용하는 물질로서, 인산염(Phosphate) 계통의 산화방지제 및 칼슘 스테아린산염(Calcium Stearate)을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 난연제는 연소하기 쉬운 합성수지의 연소를 억제하고 합성 목재 제조시 내연성을 개선하기 위해 사용하는 물질로서, 인산트리크레질(Tricresyl Phosphate), 염소화 파라핀(Chlorinated Paraffin) 및 산화안티모니(antimony oxide), 암모늄포스페이트(Ammonium Phosphate) 및 붕산 등의 무기물을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 열안정제는 합성 목재의 제조과정에서 열에 의한 분해를 최소화하기 위해 사용하는 물질로서, 가공시 안료의 본래의 색을 유지하고 합성수지의 윤활성을 개선하는 역할을 한다. 상기 열안정제는 에폭시화유(Expoxidized Soy Bean Oil) 및 에폭시화 아마인유(Epoxidized Linseed Oil) 등의 에폭시화 식물유를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 UV 흡수제는 태양광선으로부터 자외선을 차단 및 흡수하여 합성 목재의 기계적 성질이나 색이 변하는 것을 방지하기 위해 사용하는 물질로서, 벤조페논계(Benzophenone), 벤조트리아졸계(Benzotriazole), 살리실산계(Salicylic Acid) 및 아크릴로나이트릴계(Acrylonitrile)를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 미네랄 충전제(Mineral Fillers)는 충격, 열 및 하중에 의한 변형을 방지하기 위해 사용하는 물질로서, 합성 목재의 윤활성 및 가공성을 개선하고 목분 및 갈대분에 함유된 수분을 흡수하는 역할을 한다. 상기 미네랄 충전제는 탄산칼슘, 활석 및 운모를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 단계(S5)에서, 상기 가공조제, UV 흡수제 및 미네랄 충전제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 15 중량%인 것이 바람직하다. 상기 가공조제, UV 흡수제 및 미네랄 충전제가 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 이하이면 합성 목재의 기계적인 강도 및 열 또는 빛에 대한 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 착색제(Stain)는 합성 목재의 색의 안정성을 부여하고 변색을 방지하기 위해 사용하는 물질로서, 천연목재의 질감을 나타낼 수 있고 자외선에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 역할을 한다. 상기 착색제는 유성 착색제(Oil-Stain), 알코올성 착색제, 수성 착색제, NGR(Non Grain Raisine) 스테인, 안료 착색제 및 유니스테인(Unistain)을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 안료 착색제는 예비 합성 목재 조성물에 첨가함으로써 외부로부터 합성 목재를 보호하고 색채나 입체감을 주어 목재 고유의 질감을 향상시킬 수 있는 역할을 한다. 또한, 염색된 목분 및 분쇄한 갈대의 얼룩 및 착색이 불완전한 부분을 조절하는 기능을 함으로써 목분 및 분쇄한 갈대에 염색된 상태를 더 부드럽게 재조정하는 역할을 한다. 본 발명에서는 내광성, 내열성 및 내용제성이 강한 무기염료를 사용하고, 보다 바람직하게는 체질안료를 사용할 수 있다.

상기 체질안료(Extender Filler)는 안료, 도료의 제조에 있어서 여러 목적으로 배합되어 사용되는 은폐력이 낮은 투명한 안료로서, 도료, 인쇄 잉크, 플라스틱, 고무, 종이, 접착제 등에 배합하여 물질의 광학적 성질, 기계적 성질, 유동성을 개선하는 역할을 한다. 상기 체질안료는 백아, 석고, 카올린(Kaolin) 등 천연 체질안료를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

상기 유니스테인(Unistain)은 유기용제에 유기 금속 복합염료를 용해시켜 제조한 착색제로서, 내화학성, 내광성, 내후성, 착색성, 건조성 및 작업성이 양호하고 목질을 부풀지 않게 하는 역할을 한다. 또한, 염색 단계(S2)에서 염색된 목분 및 분쇄한 갈대에 얼룩이 생길 경우, 이를 보완하여 목분 및 분쇄한 갈대의 색을 균일하게 나타낼 수 있으며, 상기 유니스테인은 건조 단계(S3)에서도 첨가하여 사용할 수 있다.

상기 단계(S5)에서, 상기 착색제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 내지 30 중량%인 것이 바람직하다. 상기 착색제가 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 이하이면 합성 목재의 색이 제대로 발현되지 못하고, 30 중량% 이상이면 착색제의 분산성이 저하되어 색의 선명도가 떨어지고 합성 목재의 저항성 및 내구성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 단계(S5)는 교반혼합기를 이용하여 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 충분히 혼합시킬 수 있으며, 60 ℃ 내지 70 ℃의 온도에서 수행할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 단계(S5)를 수행한 다음에는 상기 합성 목재 조성물을 압출 성형한다(S6).

상기 단계(S6)는 압출기를 사용하여 합성 목재 조성물을 160 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 20 kgf/㎠ 내지 35 kgf/㎠의 압력으로 압출하는 것으로, 젤 형태의 합성 목재 조성물을 얻을 수 있다. 상기 합성 목재 조성물을 냉각 및 절단하여 원하는 용도의 건축재로 이용할 수 있다. 상기 합성 목재 조성물을 생산하는 방법은 압출성형방법에만 한정되지 않고 사출성형 등 합성 목재 조성물을 얻을 수 있는 방법은 모두 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 합성 목재 조성물을 형성하는 단계(S5) 후에, 상기 합성 목재 조성물에 커피 분말을 첨가하는 단계(S16)를 수행한 다음, 상기 커피 분말이 첨가된 합성 목재 조성물을 압출 성형하는 단계(S17)를 수행하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법일 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

설명에 앞서, 본 발명의 다른 실시예인 커피 분말이 첨가된 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법은 도 1의 일 실시예에 따른 제조방법과 비교하여 S1 내지 S5까지의 단계는 동일하며, 따라서 본 제조방법에서 그 구체적인 설명은 생략하며, 바로 상기 합성 목재 조성물에 커피 분말을 첨가하는 단계(S16)부터 설명하기로 한다.

상기 커피 분말은 커피 원두를 추출하여 커피를 만든 후 남은 찌꺼기를 이용하는 것으로, 합성 목재의 표면에 착색되어 자연스러운 갈색 빛을 나타낼 수 있는 착색제의 역할을 한다. 또한, 상기 커피 분말을 사용함으로써 착색제의 사용량을 줄일 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

상기 단계(S16)에서, 상기 커피 분말은 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 상기 커피 분말이 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 이하이면 커피 분말의 색감 및 향이 제대로 나타나지 못하고, 10 중량% 이상이면 안료 착색제 및 유니스테인의 사용량이 줄어들어 염색이 불완전한 부분을 보완하지 못하여 얼룩이 나타나는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 단계(S16)는 커피 분말을 이용함으로써 커피 분말의 색이 합성 목재의 표면에 커피 분말의 색이 착색되어 안료에 의한 인위적인 커피 색감이 아닌 천연의 자연스러운 커피 색감 및 질감을 나타낼 수 있으며 커피의 은은한 향을 발현시킬 수 있다.

상기 단계(S16)를 수행한 다음에는 상기 커피 분말이 첨가된 합성 목재 조성물을 압출 성형한다(S17).

상기 단계(S17)는 압출기를 사용하여 합성 목재 조성물을 160 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 20 kgf/㎠ 내지 35 kgf/㎠의 압력으로 압출하는 것으로, 젤 형태의 합성 목재 조성물을 얻을 수 있다. 상기 합성 목재 조성물을 냉각 및 절단하여 원하는 용도의 건축재로 이용할 수 있다. 상기 합성 목재 조성물을 생산하는 방법은 압출성형방법에만 한정되지 않고 사출성형 등 합성 목재 조성물을 얻을 수 있는 방법은 모두 사용될 수 있다.

부연 설명하면, 상기 단계(S17)는 일 실시예의 S6 단계와 비교하여 S16의 단계 이후에 진행되는 점에서만 차이가 있을 뿐, 온도 및 압력 등 압출 성형하는 전체적인 공정은 S6 단계와 동일하다.

이하, 이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

< 실시예 1> 무공해 갈대 합성 목재 제조단계

(1) 습도 제어기를 사용하여 습도를 3 % 내지 5 %로 유지시킨 후, 100 Mesh의 입자크기로 분쇄한 목분 35 중량% 및 갈대분 25 중량%를 용기에 넣고 60 ℃ 내지 70 ℃의 온도로 가열하여 포름알데히드를 제거한다.

(2) 상기 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료를 첨가하고 적외선 광열등을 이용하여 40 ℃ 내지 50 ℃의 온도에서 목분 및 분쇄한 갈대 입자 자체를 염색한다.

(3) 상기 염색된 목분 및 분쇄한 갈대를 원적외선 온풍기를 이용하여 70 ℃ 내지 80 ℃의 온도에서 목분 및 분쇄한 갈대의 수분함량이 8 % 내지 12 %가 되도록 건조한다.

(4) 상기 건조한 목분 및 분쇄한 갈대에 합성수지 8 중량%를 70 ℃ 내지 80 ℃의 온도 하에서 혼합하여 예비 합성 목재 조성물을 만든다.

(5) 상기 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제 및 미네랄 충전제 10 중량%를 첨가하고, 착색제 30 중량% 첨가하여 60 ℃의 온도에서 교반 혼합기를 이용하여 혼합하여 합성 목재 조성물을 만든다.

(6) 상기 합성 목재 조성물을 압출기를 이용하여 180 ℃의 온도에서 30 kgf/㎠ 의 압력으로 압출하여 합성 목재의 재료를 제조한다.

(7) 상기 합성 목재 재료를 냉각 및 절단하고 진공포장한다.

< 실시예 2> 커피 분말이 첨가된 무공해 갈대 합성 목재 제조단계

(1) 습도 제어기를 사용하여 습도를 3 % 내지 5 %로 유지시킨 후, 100 Mesh의 입자크기로 분쇄한 목분 35 중량% 및 갈대분 25 중량%를 용기에 넣고 60 ℃ 내지 70 ℃의 온도로 가열하여 포름알데히드를 제거한다.

(2) 상기 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료를 첨가하고 적외선 광열등을 이용하여 40 ℃ 내지 50 ℃의 온도에서 목분 및 분쇄한 갈대 입자 자체를 염색한다.

(3) 상기 염색된 목분 및 분쇄한 갈대를 원적외선 온풍기를 이용하여 70 ℃ 내지 80 ℃의 온도에서 목분 및 분쇄한 갈대의 수분함량이 8 % 내지 12 %가 되도록 건조한다.

(4) 상기 건조한 목분 및 분쇄한 갈대에 합성수지 8 중량%를 70 ℃ 내지 80 ℃의 온도 하에서 혼합하여 예비 합성 목재 조성물을 만든다.

(5) 상기 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제 및 미네랄 충전제 10 중량%를 첨가하고, 착색제 20 중량% 및 커피 분말 10 중량%를 첨가하여 60 ℃의 온도에서 교반 혼합기를 이용하여 혼합하여 합성 목재 조성물을 만든다.

(6) 상기 합성 목재 조성물을 압출기를 이용하여 180 ℃의 온도에서 30 kgf/㎠ 의 압력으로 압출하여 합성 목재의 재료를 제조한다.

(7) 상기 합성 목재 재료를 냉각 및 절단하고 진공포장한다.

상기 <실시예 1> 및 <실시예 2>의 단계 (1)에서 예비 합성 목재 조성물을 혼합하기 전에 포름알데히드를 제거함으로써, 합성 목재에서 방출되는 포름알데히드의 농도를 0.08 ppm 내지 0.1 ppm으로 줄일 수 있다. 상기 농도는 WHO 및 일본실내환경 기준치를 나타내는 것으로 포름알데히드의 농도별로 인체에 미치는 영향은 다음 [표 1]과 같다.

농도 ( ppm )	발생하는 병상과 기준치
0.01	포름알데히드 측정기의 측정 하한치
0.04	민감한 아이들은 아토피(Atopy, 선천성 과민증)성 피부염이 생김, 신경조직의 자극이 시작됨
0.05 ~ 1.0	냄새를 느낌. 캐나다, 캘리포니아 실내기준치
0.08	WHO 기준. 일본 실내환경 기준(후생성지침)
0.1	독일에서는 이 이상의 농도가 방출되는 제품의 판매금지
0.2	눈에서의 자극이 시작됨
0.25 ~ 0.33	호흡기 장해가 시작됨
0.5	목의 자극이 시작되는 최저치. 산업위생학회 허용농도(공장 등의 최고치)
1.0	５년간 생활하면 1만 명 중 14 명이 암이 발생함
2.0 ~ 3.0	눈을 찌르는 듯한 고통이 생김
4.0	눈물이 나옴
10.0 ~ 20.0	격렬하게 눈물이 나옴. 정상적인 호흡이 곤란함
30.0 ~ 50.0	5 내지 10 분에 급성중독을 일으킴. 독성 폐기종으로 사망할 수도 있음 포름알데히드 측정기의 측정 상한치(50.0 ppm)

상기 [표 1]에서 보는 바와 같이, 0.08 ppm 내지 0.1 ppm은 WHO의 기준치로서 인체에 무해한 농도이므로, 본 발명의 무공해 갈대 합성 목재는 친환경적이며 인체에 유해한 물질을 최소화할 수 있는 합성 목재인 것을 알 수 있다.

Claims (10)

1. (a) 목분 및 분쇄한 갈대에서 포름알데히드를 제거하는 단계;
   (b) 상기 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료를 첨가하여 염색하는 단계;
   (c) 상기 염색된 목분 및 분쇄한 갈대를 건조하는 단계;
   (d) 상기 건조한 목분 및 분쇄한 갈대에 합성수지를 혼합하여 예비 합성 목재 조성물을 형성하는 단계;
   (e) 상기 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 합성 목재 조성물을 형성하는 단계; 및
   (f) 상기 합성 목재 조성물을 압출 성형하는 단계를 포함하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (a)는 50 ℃ 내지 80 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (b)는 30 ℃ 내지 60 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 목분은 합성 목재 조성물의 총 중량대비 30 중량% 내지 40 중량%;
   상기 분쇄한 갈대는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 내지 30 중량%;
   상기 합성수지는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 10 중량%;
   상기 가공조제, UV 흡수제 및 미네랄 충전제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 15 중량%; 및
   상기 착색제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (c)는 예비 합성 목재 조성물의 수분 함량이 5 중량% 내지 15 중량%가 되도록 건조하는 것을 특징으로 하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (e)에서 가공조제는 결합제, 윤활제, 항산화제, 난연제 및 열안정제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 방법으로 제조된 무공해 갈대 합성 목재.
8. (a) 목분 및 분쇄한 갈대에서 포름알데히드를 제거하는 단계;
   (b) 상기 포름알데히드를 제거한 목분 및 분쇄한 갈대에 염료를 첨가하여 염색하는 단계;
   (c) 상기 염색된 목분 및 분쇄한 갈대를 건조하는 단계;
   (d) 상기 건조한 목분 및 분쇄한 갈대에 합성수지를 혼합하여 예비 합성 목재 조성물을 형성하는 단계;
   (e) 상기 예비 합성 목재 조성물에 가공조제, UV 흡수제, 미네랄 충전제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 합성 목재 조성물을 형성하는 단계;
   (f) 상기 합성 목재 조성물에 커피 분말을 첨가하는 단계; 및
   (g) 상기 커피 분말이 첨가된 합성 목재 조성물을 압출 성형하는 단계를 포함하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 목분은 합성 목재 조성물의 총 중량대비 30 중량% 내지 40 중량%;
   상기 분쇄한 갈대는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 20 중량% 내지 30 중량%;
   상기 합성수지는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 10 중량%;
   상기 가공조제, UV 흡수제 및 미네랄 충전제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 15 중량%;
   상기 착색제는 합성 목재 조성물의 총 중량대비 15 중량% 내지 25 중량%; 및
   상기 커피 분말은 합성 목재 조성물의 총 중량대비 5 중량% 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 무공해 갈대 합성 목재의 제조방법.
10. 제8항 또는 제9항에 따른 방법으로 제조된 무공해 갈대 합성 목재.

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