KR101285869B1

KR101285869B1 - 친환경 난연성 발포 데크재 및 그 제조방법.

Info

Publication number: KR101285869B1
Application number: KR1020120061160A
Authority: KR
Inventors: 백현수
Original assignee: 주식회사 엠 케이 우드
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-07-12

Abstract

본 발명은 친환경 난연성 발포 조성물을 포함하는 데크재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 고밀도 폴리에틸렌에 친환경적인 충전제를 첨가하여 고강도와 자연친화성을 높이고, 발포제를 사용하여 다공질 구조의 유연성을 갖도록 하며, 무기안료를 선택하여 다양한 색상을 연출할 수 있도록 한 친환경 난연성 발포 조성물을 포함하는 데크재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

친환경 난연성 발포 데크재 및 그 제조방법.{An eco-friendly flame-resistant foaming deco-material and it's fabrication method}

본 발명은 친환경 난연성 발포 조성물에 관한 것으로, 특히 고밀도 폴리에틸렌에 친환경적인 충전제를 첨가하여 자연친화성을 높일 수 있으며, 발포제를 사용하여 다공질 구조의 유연성을 갖도록 하며, 무기안료를 선택하여 다양한 색상을 연출할 수 있도록 한 친환경 난연성 발포 조성물 및 이를 포함하는 데크재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 데크재는 외부마루나 공원 벤치, 정자 등에 사용되는 자재로, 천연목재에 방부처리 등을 하여 제조되는데, 천연목재는 강도가 비교적 약하고, 파벽성(Brittleness)을 가지고 있어, 설치가 어렵고, 관리 또한 많은 비용이 소모된다.

또한 합성 데크재의 경우에는 발포 시트에 여러가지 기능막을 접착하여 이루어짐으로써, 접착제의 사용량 증가에 따른 환경적인 문제, 사용에 따라 기능막이 벗겨지는 현상 등이 일어나 재료의 수명이 짧다는 단점이 문제가 되고 있다.

등록특허공보 10-834241호에는 우레탄을 성형하여 만든 합성 데크재에 대한 기술이 게시되어 있으며, 이는 우레탄을 성형하여 판넬 형태로 만드는 것으로 부식되거나, 변형이 적고, 구조가 간단해 경제적으로 대량생산이 가능하도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.

천연목재를 사용하는 데크재는 강도가 비교적 약하고, 파벽성(Brittleness)을 가지고 있어, 설치가 어렵고, 관리 또한 많은 비용이 소모되며, 여러가지 기능막을 접착하여 이루어지는 기존의 합성 데크재의 경우에는, 접착제의 사용량 증가에 따른 환경적인 문제, 사용에 따라 기능막이 벗겨지는 현상 등이 일어나 재료의 수명이 짧다는 단점이 문제가 되고 있다.

따라서 본 발명은 파벽성(Brittleness)이 적고, 강도가 커, 설치와 관리가 용이하고, 친환경적이고, 빛이나 열에 의해 변질되는 정도가 작은 친환경 난연 발포성 조성물을 포함한는 데크재를 제조하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 본 발명은 친환경 난연성 발포 조성물을 포함하는 데크재로써, 고밀도폴리에틸렌을 사용함으로써, 고강도와 경량성, 유연성을 제공하고, 친환경적인 충전제를 사용하여 자연 친화성을 높이며, 여러 기능막의 접합이 아닌 조성물의 혼합과 압출 성형을 통해 하나의 합성 데크재로 제조가 가능하여, 재료의 수명도 상대적으로 길어지고, 무기안료의 첨가로 다양한 색상을 연출할 수 있도록 하는데에 그 목적이 있다.

본 발명은 고밀도폴리에틸렌을 사용함으로써, 고강도와 경량성, 유연성을 제공하고, 친환경적인 충전제를 사용하여 자연 친화성을 높이며, 산화방지제와 자외선 안정제의 첨가로 빛에 의한 테크재의 노화를 막아주며, 난연제의 첨가로 연소시의 공해물질 발생을 막을 수 있으며, 무기안료를 첨가하여, 데크재에 다양한 색상을 연출할 수 있수 있는 효과가 있다.

도면 1은 친환경 난연성 발포 조성물을 이용한 데크재의 제조방법을 나타낸다.

본 발명은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene), 충전제, 가교제, 발포제, 발포촉진제, 산화방지제, 자외선안정제, 윤활제, 분산제, 무기안료, 난연제 등으로 이루어진 고강도의 환경친화적이고, 난연성을 갖는 조성물을 포함하는 데크재와 상기 조성물로 데크재를 제조하는 방법에 대한 것이다.

본 발명은 충격에 강하고, 내식성, 내마모성이 좋고, 열 안정성이 뛰어난 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)을 사용하여, 천연목재를 사용하는 데크재보다 높은 강도를 가질 수 있고, 또한 합성재료로써의 경제성을 도모할 수 있다.

고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)에 인체에 무해하고 토양에 유익한 충전제를 첨가함으로써 자연친화성을 높일 수 있도록 하였으며, 충진제로는 탄산칼슘(CaCO₃)이 사용되며, 경도와 충격 강도 등이 증가되는 효과를 함께 얻을 수 있으며, 가교제를 사용하여 수지에 경도나 탄력성 등의 기계적 강도와 화학적 안정성을 부여한다. 가교제는 HDDA (1,6-Hexanediol Diacrylate), DPGDA (Dipropylene glycol Diacrylate), NPGDA (Neopentyl glycol Diacrylate), TMPTA (Trimethylolpropane Triacrylate), TMP3EOTA (Ethoxylated Trimethylolpropane Triacrylate), TMPTMA (Trimethylolpropane Trimethacrylate), PET4A (Pentaerythritol Tetraacrylate), DPHA (Dipentaerylthritol Hexaacrylate) 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 사용한다.

발포제는 조성물의 성형과정 중에 발포하여, 데크재가 다공질 구조를 갖도록 하여, 무게가 가볍고, 비중이 낮은 데크재를 얻을 수 있도록 한다. 이러한 발포제로는 발포되는 Gas량이 많아 배율적으로 유리하고, 자기 소화성, 안정적 구조를 가지며, 분해온도 조절이 용이하고, 독성이 없으며, 안정적 구조를 갖는 것으로 널리 알려져 있는 아조디카본아미드(Azodicarbonamide, C₂H₄N₄O₂)를 사용한다.

또한, 발포촉진제는 발포제의 분해온도를 낮추어 높은 발포 온도에서 일어날 수 있는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)의 열분해를 막기 위해 첨가된다. 본 발명에서는 산화아연(Zinc Oxide)을 발포촉진제로 사용하며, 200℃이상인 발포제 분해온도를 130~150℃ 로 낮출 수 있다.

산화방지제는 열이나 빛에 의해 테크재가 분해되거나 노화하는 것을 막아주며, 이러한 산화방지제로는 부틸하이드록시페닐 프로피온산, 부틸하이드록시페닐 아세트산 등의 저휘발성의 고분자형 페놀계 물질 중에서 하나를 선택하여 사용한다.

자외선 안정제는 자외선을 차단하거나 흡수하여 물성저하를 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있으며, 벤조페논(Benzophenone), 벤조트리아졸(Benzotriazole), 니켈화합물, 아릴에스테르(Arylester), 벤조에이트(Benzoate),과산화물 분해제(Hydroperoxide Decomposer) 등의 물질 중의 하나를 선택하여 사용한다.

고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)은 연소가 쉽고, 연소기 유독가스가 발생되어 공해원이 되기 때문에, 이를 막기 위해 난연제를 추가하며, 난연제로는 트리크레실 포스페이트 (Tricresyl Phosphate), 염소화파라핀(Chlorinated Paraffins), 산화안티몬(Antimony Oxide), 모노암모늄 포스페이트(Monoammonium Phosphate), 붕산 (Boric Acid) 등의 물질 중의 하나를 선택하여 사용한다.

또한 내열성과 내광성이 취약한 유기안료 대신에 무기안료를 첨가하여, 데크재에 다양한 색상을 연출할 수 있도록 하고, 무기 안료는 원하는 색상에 따라 FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, TiO₂, HgS, CuCO₃, Cu(OH)₃, Pb₃O₄, PbCO₃, CaCO₃, 카본 블랙(Carbon Black) 중에서 적어도 어느 하나를 선택하거나 둘 이상을 선택하여 조합하여 사용할 수 있다.

한편, 공정 중의 각 조성 성분들의 분산성을 높이고, 장치의 금속 표면과의 마찰계수를 감소시기기 위해 윤활제가 첨가되며, 이는 실리콘 오일(Silicon Oil), 파라핀(Paraffin)계(Paraffin) 물질, 나프텐(Naphthen)계 물질 중의 적어도 어느 하나를 선택하여 사용한다.

또한 배합에서의 혼입시간을 단축하고, 조성 성분들 간의 응집을 방지하기 위해 분산제를 첨가하며, 이는 또한 무기안료의 선명도를 높여주는 효과도 얻을 수 있으며, 분산제는 폴리에스테르 아민(Polyester Amine), 또는 폴리에틸렌 이민(Polyethylene Imine) 등의 극성 폴리아민계열의 물질 중에서 어느 하나를 선택하여 사용한다.

표1은 설치에 용이한 충격 강도와 내연성을 갖는 데크재를 얻을 수 있는 조성물의 중량 비율을 나타낸 것으로, 자연친화적인 충전제로 탄산칼슘(CaCO₃)의 양이 10% 이상인 것이 바람직하고, 고강도를 얻기 위해서는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)이 70 중량 %이상인 것이 바람직하다. 또한 충분한 발포와 산화방지, 조성물의 분산과 혼합시의 혼입 시간의 단축을 위해 표1의 중량비율의 범위 내에서 적당한 값을 선택하여 성분의 것이 바람직하다.

성분	중량 %
고밀도 폴리에틸렌(HDPE)	70~85
충전제	10~25
가교제	0.1~0.5
발포제	0.5~1
발포촉진제	0.1~0.5
산화방지제	0.1~0.5
자외선안정제	0.1~0.5
난연제	1~5
무기안료	0.1~0.5
윤활제	0.5~2
분산제	0.1~0.5

도면 1은 표1의 중량 비율을 갖는 친환경 난연성 발포 조성물을 이용한 데크재의 제조방법을 나타낸 것으로, 표1의 중량비율을 갖는 조성물을 준비한 후, 이를 배합기에 넣고 혼합하는데, 혼합과정은 맨 처음 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)을 배합기에 넣고 용융시키고, 상기 용융된 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)에 상기 조성물 중 발포제를 투입하고, 이후에 상기 조성물 중 발포촉진제를 투입하는데, 발포촉진제는 발포제의 분해온도를 낮추기 위한 것이므로, 발포제가 투입된 후에 발포촉진제가 투입되어야 한다. 발포촉진제가 투입될 경우, 전체 혼합과정은 약 130~150℃ 로 온도를 유지시키면 된다. 이후에는 충전제, 가교제, 산화방지제, 자외선안정제, 난연제, 무기안료, 윤활제, 분산제 등을 첨가하고 약 20분간 혼합하면 혼합과정은 마무리된다.

상기 혼합된 조성물을 압출기에 투입하여 성형하고, 성형 후에는 일정 형상을 갖춘 데크재를 얻을 수 있는데, 데크재의 표면에 실제 나무의 감을 살리고자 하는 경우, 표면을 브러싱하여 표면의 거칠기를 조절하는 것도 가능하다. 브러싱을 마친 데크재는 원하는 크기와 모양으로 절단하여, 사용자가 원하는 형상의 데크재를 얻는다. 또한 혼합 후, 압출기에 투입하기 전에 혼합된 조성물을 알갱이 형태로 성형하여, 마스터 배치(master batch)를 제조한 후, 이를 압출기에 넣어 성형하는 것도 가능하다.

Claims

친환경 난연성 발포 조성물을 포함하는 친환경 난연성 발포 데크재에 있어서,
상기 친환경 난연성 발포 조성물의 총 중량에 대하여, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene) 70~85 중량 %, 충전제 10~25 중량%, 가교제 0.1~0.5 중량%, 발포제 0.5~1 중량%, 발포촉진제 0.1~0.5 중량%, 산화방지제 0.1~0.5 중량%, 자외선안정제 0.1~0.5 중량%, 난연제 1~5 중량 %, 무기안료 0.1~0.5 중량%, 윤활제 0.5~2 중량%, 분산제 0.1~0.5 중량% 로 조성되는 친환경 난연성 발포 조성물을 포함하며,

상기 충전제는 탄산칼슘(CaCO₃)이고, 상기 발포제는 아조디카본아미드(Azodicarbonamide, C₂H₄N₄O₂)이며, 발포 촉진제는 산화아연(Zinc Oxide)이고,

상기 자외선 안정제는 벤조페논(Benzophenone), 벤조트리아졸(Benzotriazole), 니켈화합물, 아릴에스테르(Arylester), 벤조에이트(Benzoate), 과산화물 분해제(Hydroperoxide Decomposer) 중에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상을 선택하여 조합하며,

상기 무기안료는 FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, TiO₂, HgS, CuCO₃, Cu(OH)₃, Pb₃O₄, PbCO₃, CaCO₃, 카본 블랙(Carbon Black) 중에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상을 선택하여 조합하고,

상기 가교제는 HDDA (1,6-Hexanediol Diacrylate), DPGDA (Dipropylene glycol Diacrylate), NPGDA (Neopentyl glycol Diacrylate), TMPTA (Trimethylolpropane Triacrylate), TMP3EOTA (Ethoxylated Trimethylolpropane Triacrylate), TMPTMA (Trimethylolpropane Trimethacrylate), PET4A (Pentaerythritol Tetraacrylate), DPHA (Dipentaerylthritol Hexaacrylate) 중에서 어느 하나를 선택하거나 둘 이상을 선택하여 조합하며,

상기 윤활제는 실리콘 오일(Silicon Oil), 파라핀(Paraffin)계(Paraffin) 물질, 나프텐(Naphthen)계 물질 중에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상을 선택하여 조합하고,

상기 난연제는 트리크레실 포스페이트 (Tricresyl Phosphate), 염소화파라핀(Chlorinated Paraffins), 산화안티몬(Antimony Oxide), 모노암모늄 포스페이트(Monoammonium Phosphate), 붕산 (Boric Acid)중에서 선택된 하나이거나 둘 이상을 선택하여 조합하는 것을 특징으로 하는 친환경 난연성 발포 데크재.
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제1항의 친환경 난연성 발포 데크재의 제조방법에 있어서,
(i)친환경 난연성 발포 조성물의 총 중량에 대하여, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene) 70~85 중량 %, 충전제 10~25 중량%, 가교제 0.1~0.5 중량%, 발포제 0.5~1 중량%, 발포촉진제 0.1~0.5 중량%, 산화방지제 0.1~0.5 중량%, 자외선안정제 0.1~0.5 중량%, 난연제 1~5 중량 %, 무기안료 0.1~0.5 중량%, 윤활제 0.5~2 중량%, 분산제 0.1~0.5 중량% 로 조성되는 친환경 난연성 발포 조성물을 준비하는 단계,
(ii)상기 조성물 중 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)을 배합기에 넣고 용융하는 단계,
(iii)용융된 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)에 상기 조성물 중 발포제를 투입하는 단계,
(iv)상기 조성물 중 발포촉진제를 투입하는 단계,
(v)상기 조성물 중 충전제, 가교제, 산화방지제, 자외선안정제, 난연제, 무기안료, 윤활제, 분산제 등을 첨가하고 혼합하는 단계,
(vi)혼합된 조성물을 압출기에서 성형하여 데크재를 형성하는 단계,
(vii)형성된 데크재를 브러싱하는 단계,
(viii)브러싱된 데크재를 원하는 크기와 모양으로 절단하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 난연성 발포 데크재의 제조방법.