KR101292301B1 - 합성 목재 제조용 보강 칩 및 합성 목재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조직이 치밀하면서 비틀림과 갈라짐 현상을 배제하고 수축과 팽창이 최소화하면서 인장 강도를 증대시켜 내구성을 높여 우수함 품질을 유지할 수 있도록 한 합성 목재 제조용 보강 칩 및 합성 목재에 관한 것으로서;
순수 PP분말 55중량％를 220℃에서 용융되어 액체 상태를 유지하고 있는 상태에서 15 ∼ 80㎛의 크기를 가지는 유리섬유 45중량％를 순차적으로 첨가하여 혼합기에서 교반 작업을 수행한 후 압출하여 얻어지는 보강용 칩을 얻고;
통상적인 합성 목재 조성물 85중량％와, 상기 합성 목재 보강용 칩 15중량％를 고르게 혼합한 상태에서 용융 압출하여 합성 목재를 얻는 것을 특징으로 한다.

Description

합성 목재 제조용 보강 칩 및 합성 목재{REINFORCEMENT CHIP FOR SYNTHETIC WOOD AND IT SELF}

본 발명은 합성 목재 전용 칩 및 합성 목재에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 통상적으로 합성 목재를 제조하기 위한 합성 목재용 칩과 혼합하여 합성 목재를 제조함으로써 강도와 내구성을 향상시킬 수 있도록 유리섬유를 포함하는 합성 목재 제조용 보강 칩의 제공과 그 칩으로 얻어지는 합성 목재에 관한 것이다.

목재 자원은 세계적으로 감소 되는 경향이 있고, 석유화학설비의 대형화에 수반되는 신제품 개발의 필요성도 있으므로 합성 목재는 합성종이와 함께 성장가능성이 높고 벌목이 어려워지고 있는 것에 비추어볼 때 목재를 대체하여 사용되고 있는 실정이다.

이러한 합성 목재는 목분과 친환경성 수지가 들어간 제품이므로 유해물질을 함유하지 않아 친환경적이면서 인체에 해가 없어 수분에 강하기 때문에 습지나 늪지 및 공원과 같은 곳에 설치 또는 시공되는 것은 물론, 일반 가정이나 사무실의 데크, 벽체, 난간, 홴스, 사이딩, 일반장식 또는 산업용 자재 등과 같이 그 수요는 날로 증가하고 있는 추세이다.

종래에도 이러한 합성 목재를 만드는 방법이나 합성 목재에 대한 내용이 닷다수 공개되어 있으며, 특허 제 10 - 0983970 - 0000 호의 경우에는,

침엽수목 또는 활엽수목을 20~50 mesh의 크기로 분쇄하는 단계, [0012] 상기의 단계를 거친 분쇄물을 중량대비 수분 0.1~5%로 건조시켜 목분재료로 만드는 단계, 상기의 목분재료와 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)), 폴리프로필렌(PP), 술폰화 폴리스틸렌(SPS, sulfonated polystyrene), 오피피(OPP, Oriented Poly Propylene)단독으로 또는 이들의 조합으로 이루어진 일군의 조성물에 충전제, 안정제, 활제, 충격보강제, 셀롤로오즈 파이버, 커플링 에이전트를 더 추가하며, 디에틸렌 글리콜, 마이크로 실리카, 난연제 조성물을 더 포함하여 조성물을 제조하는 단계, [0014] 상기의 조성물을 압출기내에서 가압 혼련한 후 다이에서 복합재로 성형하는 단계를 포함하는 내용이 제시된다.

또한, 특허 제 10 - 1107057 - 0000 호의 경우에는,

건조된 목분 50 ~ 70중량%, 올레핀계 수지로 이루어지는 제 1 합성수지 20 ~ 40중량%, 천연광물분말 1 ~ 3중량%, 첨가제 5 ~ 10중량%, 3 ~ 15mm의 길이를 갖는 황마를 0.1 ~ 0.5 중량%, 실란 커플링제가 코팅된 탄소섬유가 1 ~ 5중량%를 포함하여 성형되는 내부체와; 이중 압출에 의해 상기 내부체와 일체로 형성되되, 건조된 목분 50 ~ 70중량%, 상기 제 1 합성수지보다 경도 및 휨하중이 높은 제 2 합성수지 20 ~ 40중량%, 첨가제 5 ~ 10중량%를 포함하여 성형되는 외부체를 포함하는 합성 목재가 제시되고 있다.

특허 제 10 - 0983970 - 0000 호 특허 제 10 - 1107057 - 0000 호

상기와 같은 종래 기술이 적용되는 합성 목재의 경우에는, 천연목재에 비하여 수분에 대한 내성은 우수하나 기온변화에 따르는 수축과 팽창이 심하고 인장강도가 취약하여 마루나 데크로 시공하였을 때 하절기에는 팽창되어 연접위치가 상측으로 솟아오르는 현상이 발생하고, 동절기에는 수축되어 연접위치에 많은 틈이 발생하여 미관을 해치는 요인이 되고 충격에 의하여 쉽게 파손되, 비틀림에 대한 내성이 취약하고, 갈라짐 현상이 심하게 일어나는 등의 문제점이 발생하고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 첨가제를 이용하여 합성 목재를 만들고 있으나 근본적인 문제를 해결하지 못하고 있는 실정이며, 유리 섬유를 포함한 합성 목재에 만들려는 노력이 있었다.

그러나, 합성 목재의 주재료를 구성하는 폴리프로필렌(PP, Poly Propylene)은 용융점이 220℃인데 반하여 유리섬유의 용융점은 800℃도 이상이기 때문에 합성 목재 재료로 폴리프로필렌과 유리섬유를 배합한 상태에서 용융 압출할 경우에는 합성 목재 정상적으로 제조되는 것이 불가능하게 된다.

즉, 합성 목재를 제조함에 있어 유리섬유를 첨가하고자 할 경우에도 유리섬유의 높은 용융점으로 인하여 액체 상태에서의 배합이 불가능하기 때문에 실질적으로는 장 섬유의 형태의 보강재(심재)로 사용하는 경우나 단 섬유의 슬러지 형태로 유리섬유를 첨가하여 사용하고 있는 실정이다.

장 섬유를 이용하여 보강재로 사용하는 경우에는 추가로 별도의 생산 장비가 필요하게 됨으로써 소요되는 제조시설 구축에 큰 비용이 드는 문제점과 합성 목재의 인장 강도를 높이는 것에는 분명한 한계점이 있으며, 단 섬유로 첨가될 때에는 1차례의 배합이 이루어지게 되는 과정에서 합성될 물질의 크기나 비중 등의 물리적 특성 차이로 인해 각 재료 간의 쏠림현상이 일어나게 되어 충분한 배합이 이루어지지 않은 상태로 제조하게 된다.

이러한 이유에 의하여 유리섬유를 심재로 한 합성 목재는 품질이 일정하지 않게 되고, 목적하는 바의 내구성을 유지하는 것이 어렵기 때문에 현재는 유리섬유를 포함하여 합성 목재가 만들어지는 예가 없는 실정이므로 합성 목재의 강도의 내구성을 향상시키는 근본적인 문제 해결이 어려운 등의 문제점이 그대로 존속하게 된다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 순수 PP분말 55중량％를 220℃에서 용융되어 액체 상태를 유지하고 있는 상태에서 15 ∼ 80㎛의 크기를 가지는 유리섬유 45중량％를 순차적으로 첨가하여 혼합기에서 교반 작업을 수행한 후 압출하여 얻어지는 보강용 칩을 얻고;

통상적인 합성 목재 조성물 85중량％와, 상기 합성 목재 보강용 칩 15중량％를 고르게 혼합한 상태에서 용융 압출하여 합성 목재를 얻음으로써,

조직이 치밀하면서 비틀림과 갈라짐 현상을 배제하고 수축과 팽창이 최소화하면서 인장 강도를 증대시켜 내구성을 높여 우수함 품질을 유지할 수 있는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은 합성 목재에 유리 섬유가 첨가됨으로써 조직의 치밀도가 높아져 비틀림과 갈라짐 현상 및 인장 강도를 증대시켜 내구성을 높일 수 있으므로 설치 후 안정성을 확보할 수 있게 된다.

유리섬유가 포함된 합성 목재를 1개의 가열로로 통해 생산함으로써 제조설비의 변경이나 추가 없이 생산할 수 있어 투자 및 유지비용을 절감하여 생산원가를 대폭 절감할 수 있고 생산성을 높일 수 있는 효과를 가진다.

합성 목재를 만들기 위한 통상의 칩과는 별도로 유리섬유를 포함하는 전용의 보강 칩을 혼합하여 사용하므로 제조되는 합성 목재의 단위당 유리섬유 비율이 일정하게 유지되어 합성 목재의 강도와 내구성을 향상시킬 수 있고, 합성 목재용 칩과 보강용 칩의 생산과정을 분리함으로써 순정의 유리섬유와 특성을 달리하는 폐유리섬유도 재활용할 수 있게 되므로 제조원가를 절감하고 환경을 보호할 수 있는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술인 보강칩을 혼용하여 제조된 합성 목재를 도시한 사진.
도 2는 본 발명인 합성 목재를 제조하는 데 사용되는 일반적인 합성 목재용 원료를 도시한 사진.
도 3은 본 발명인 합성 목재를 제조하는 데 사용되는 보강 칩을 도시한 사진.
도 4는 본 발명인 합성 목재를 제조하는 데 사용되는 합성 목재용 원료와 보강칩을 함께 도시한 사진.
도 5는 본 발명의 기술에 의하여 제조된 합성 목재를 도시한 단면 구성도.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 예를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술인 보강칩을 혼용하여 제조된 합성 목재를 도시한 사진, 도 2는 본 발명인 합성 목재를 제조하는 데 사용되는 일반적인 합성 목재용 원료를 도시한 사진, 도 3은 본 발명인 합성 목재를 제조하는 데 사용되는 보강 칩을 도시한 사진, 도 4는 본 발명인 합성 목재를 제조하는 데 사용되는 합성 목재용 원료와 보강칩을 함께 도시한 사진, 도 5는 본 발명의 기술에 의하여 제조된 합성 목재를 도시한 단면 구성도로서 함께 설명한다.

일반적인 합성 목재용 조성물은, 목재 분말 55중량％와 폴리프로필렌30중량％와 PE 3중량％와 ABS 5중량％로 구성되는 PP합성물에 폴리머 7중량％를 배합하여 칩 또는 펠렛과 같은 형태로 조성된다.

본 발명에서는 상기 합성 목재용 조성물과 혼합하여 조직의 치밀도가 높아져 비틀림과 갈라짐 현상 및 인장 강도를 증대시켜 내구성이 우수한 합성 목재를 제조할 수 있는 보강용 칩을 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 보강용 칩은, 합성 목재 조성물과 혼합하여 사용할 수 있도록 합성 목재 조성물과 물리적 성질이 유사하도록 유리섬유와 순수 PP(폴리프로필렌, Poly Propylene)분말로 구성하여 합성 목재용 조성물의 제조공정과 별도로 만들어 이 과정을 통하여 생산된 유리섬유를 포함하는 보강용 칩(Chp)과 합성 목재용 조성물을 일정비율로 배합하여 통상적인 합성 목재를 제조하듯이 용용 압출하여 합성 목재를 생산함으로써 보강용 칩에 첨가되는 유리섬유가 제조되는 합성 목재에 골고루 분포되어 내구성과 품질을 향상시킬 수 있도록 한다.

상기 보강용 칩은 유리섬유와 순수 PP분말만으로 배합하여 얻는 것으로서 이후 생산될 합성 목재가 구조물로서 필요한 인장 강도를 갖추기 위한 최소의 유리섬유를 포함하고 있어야 하며, 합성 목재를 생산하기 위한 실제 적인 제조 과정에서 혼합되는 합성 목재 조성물과 비중 크기 등의 물리적 특성과 용융점이 비슷한 형태로 변환되어야 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 합성 목재 보강용 칩은, 유리섬유는 순수 PP가 가열로에서 용융되어 액체의 상태에 있을 때 단섬유 내지는 일정한 크기로 가공된 상태의 유리섬유 상태로 순차적으로 첨가 혼합하여 압출하면서 급냉 과정을 거쳐 소정의 크기로 절단하여 합성 목재 보강용 칩으로 만든다.

이 과정에서 유리섬유와 순수 PP의 비율은 순정의 유리섬유를 사용할 것인가 폐유리섬유를 재활용한 것을 사용할 것인가에 따라서 그 비율을 조금 달리하지만 대체적으로 유리섬유와 순수 PP의 구성 비율은 유리섬유 45중량％에 순수 PP를 55중량％의 비율을 가지도록 한다.

상기 보강용 칩을 만들 때에는 합성 목재용 조성물이 220℃에서 용융되는 점을 고려하여 220℃에서 유리섬유를 포함하는 보강용 칩이 용융의 상태에서 합성 목재용 조성물과 배합될 수 있는 상태가 되도록 만들어져야 한다는 점과 첨가된 유리섬유가 단열재 역할이 있다는 특징을 고려하여 유리섬유가 포함된 보강용 칩은 합성 목재용 조성물의 굵기보다 적은 약 1/3 크기로 제작하는 것도 본 발명의 중요한 요소하 할 것이다.

보강용 칩은, 순수 PP분말이 220℃에서 용융되어 액체 상태를 유지하고 있는 상태에서 15 ∼ 80㎛의 크기를 가지는 유리섬유 순차적으로 첨가하여 하나의 혼합기에서 최소 500회 이상의 교반 작업을 수행하여 유리섬유가 고르게 분산될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

물론, 유리섬유를 폐유리섬유를 사용하더라도 합성목재의 강도 특히 인장강도를 증진할 수 있으면서 압출을 통하여 합성 목재의 제조에 문제가 되지 않은 크기로 가공이 가능하다면 폐유리섬유의 재활용이 가능하며, 이때 일정비율의 순정의 유리섬유를 추가로 첨가하여 폐유리섬유의 기능적 저하를 보충하는 공정을 거치면 충분히 만족할만한 재활용 유리섬유를 사용하는 합성 목재 보강용 칩을 만들어도 무방하며, 이 경우에는 유리섬유가 고가인 점을 고려하면 원가절감의 효과와 아울러 처리가 곤란한 폐유리섬유를 재활용하여 환경에 기여할 수 있는 이점을 가지게 된다.

상기와 같이 유리섬유를 순수 유리섬유와 폐유리섬유를 혼용할 경우에는 전체 유리섬유에 대하여 순수 유리섬유 50중량％에 폐유리섬유 50중량％를 혼용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 만들어진 보강용 칩을 합성 목재 조성물과 혼합하여 합성 목재를 제조하고자 할 경우에는, 합성 목재 조성물을 85중량％에 보강용 칩을 15중량％로 고르게 혼합한 상태에서 합성 목재를 제조함으로써 유리섬유가 합성 목재 전체에 고르게 분산될 수 있도록 함과 아울러 합성 목재에 대하여 유리섬유가 차지하는 비율을 최소 8중량％ 이상을 유지하여 목적하는 바의 강도와 내구성을 얻을 수 있게 된다.

상기와 같이 합성 목재용 조성물과 보강용 칩을 혼합하여 합성 목재를 제조할 경우에는, 유리섬유가 합성 목재 조직에 고르게 분산되어 조직을 치밀하게 잡아주게 되므로 외부조건에 관계없이 안정된 상태를 유지할 수 있어 비틀림 현상이 현저하게 줄어들고, 온도 변화에 따라 수축과 팽창이 최소화되어 시공된 연결부위가 들뜨거나 밀리게 되는 현상이 없으며, 인장 강도 또한 순수 합성 목재 조성물로만 완성된 합성 목재에 비하여 월등하게 된다.

Claims (4)

1. 순수 폴리프로필렌 분말이 220℃에서 용융되어 액체 상태를 유지하고 있는 상태에서 15 ∼ 80㎛의 크기를 가지는 유리섬유 순차적으로 첨가하여 하나의 혼합기에서 교반 작업을 수행한 후 압출하여 칩 형태로 얻고;
   상기 유리섬유 45중량％에 순수 폴리프로필렌을 55중량％의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 합성 목재 보강용 칩.
2. 목재 분말 55중량％와 폴리프로필렌30중량％와 PE 3중량％와 ABS 5중량％로 구성되는 PP합성물에 폴리머 7중량％를 배합으로 이루어지는 합성 목재 조성물 85중량％와;
   순수 폴리프로필렌 분말 55중량％를 220℃에서 용융되어 액체 상태를 유지하고 있는 상태에서 15 ∼ 80㎛의 크기를 가지는 유리섬유 45중량％를 순차적으로 첨가하여 혼합기에서 교반 작업을 수행한 후 압출하여 얻어지는 보강용 칩 15중량％를 고르게 혼합한 상태에서 용융 압출하여 얻는 것을 특징으로 하는 합성 목재.
3. 제 1 항에 있어서;
   상기 유리섬유는 순수유리섬유 또는;
   순수유리섬유와 폐유리섬유의 혼합체인 것을 특징으로 하는 합성 목재 보강용 칩.
4. 제 2 항에 있어서;
   상기 유리섬유는 전체 합성 목재에 대하여 8중량％ 이상을 유지하는 것을 특징으로 하는 합성 목재.

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