KR101299521B1 - 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소성가공된 황토를 목분, 석회, 폴리올리핀계 합성수지 및 다양한 첨가제 등의 친환경 조성물을 합성하여 제조한 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재에 관한 것으로 특히, 천연 황토의 높은 통풍성, 항균성, 습도와 온도의 조절성, 색상변화의 안정성 및 인체에 유해한 원적외선의 발산 등의 요소로 인해 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 원목의 질감 그대로 유지할 수 있는 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재에 관한 것이다.

Description

황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재{ synthetic wood made eco-friendly composite with yellow soil}

본 발명은 친환경 조성물에 황토를 첨가하여 통풍성, 항균성 및 습도 등이 뛰어나도록 제조된 합성목재에 관한 것이다.

본 발명은 소성가공된 황토를 목분, 석회, 폴리올리핀계 합성수지, 및 다양한 첨가제 등의 친환경 조성물을 합성, 제조하여 제작되는 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재에 관한 것으로 특히, 천연 황토의 높은 통풍성, 항균성, 습도와 온도의 조절성, 색상변화의 안정성 및 인체에 유해한 원적외선의 발산 등의 요소로 인해 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 원목의 질감 그대로 유지할 수 있는 친환경 합성목재에 관한 것이다.

일반적으로 사람이 거주하는 공간인 주택과 아파트 및 사무실등의 건축 및 토목, 조경 등 여러 분야에서 비중이 비교적 작고 가공하기 용이한 천연목재가 주로 사용되고 있는데, 이는 목재의 벌목에 따른 살림회손과, 목재의 가공시 유해물질 방출로 인한 환경파괴의 문제점이 있으며 특히, 목재 고유 물성에 의한 내수성, 내열성, 충격강도, 휨강도, 치수안정성, 난연성, 내후성, 항균성 등에 취약한 문제점이 있다.

이러한 천연목재를 사용할 경우 제조비용이 비싸 통상 나무를 분쇄하여 분말로 만들어 소정형태로 압축제조되는 집성목이나 또는 폐지와 같은 종이를 물에 불려 제조되는 엠디에프(M.D.F)나 합판 등을 이용하여 제조한 후 이들 표면에 원목의 무늬나 형상을 인쇄한 합성수지와 같은 시트(Sheet)를 부착하거나 또는 도료를 코팅하면서 무늬나 형상을 그려 미적 효과를 주게 된다.

그러나, 위와 같이 시트(Sheet)를 부착하는 경우 내구성이 낮고 품격이 저조하게 되고 특히, 표면에 도료를 코팅하는 경우 이로 인한 환경오염을 유발하게 되는 문제를 야기하게 된다.

상술한 종래 목재의 화학물질을 사용함으로써 초래하는 유해물질의 발생을 막아 환경파괴의 문제점을 해결하고, 장기간 사용에 의한 목재의 변색 및 열변형과 같은 화학적 반응을 최소화하며, 목재 제조시 소성된 황토를 첨가하여 목재성분의 내수성, 내열성, 충격강도, 휨강도, 내후성, 및 난연성을 한층 높여 종래 목재의 문제점을 해결한다.

본 발명은 상술한 종래 합성목재의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 소성황토 5~10 중량%, 목분 30~45 중량%, 석회 10~20 중량%, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 중 어느 하나인 것으로 하는 폴리올리핀계 합성수지 23.5~35.8 중량%, 및 첨가제 2.2~5.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 황토를 포함하며,
상기 소성황토는 황토를 자연건조 후 소성로에 투입하여 800~900℃의 온도로 110~120분 동안 소성하여 형성되고,
상기 목분은 80~120㎛의 입상크기를 갖도록 분쇄하여 5~10%의 수분함수율을 갖도록 1차 건조한 후, 상기 목분의 표면에 키토산용액을 도포하여 키토산을 목분의 표면에 코팅하여 키토산코팅층을 형성하고, 이어서 수분함수율이 0.5%~3%가 되도록 2차 건조하여 형성되는 것을 특징으로 하는 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재에 관한 것으로, 황토의 높은 통풍성, 항균성, 습도와 온도의 조절성, 색상변화의 안정성 및 인체에 유해한 원적외선의 발산 등의 요소로 인해 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 원목의 질감 그대로 유지할 수 있는 친환경 합성목재를 제공한다.

본 발명에 따른 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재는 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 전국에 풍부하게 매장되어 있는 천연성분의 황토를 소성가공하여 목재 제조에 사용함으로써, 황토의 근적외선에 강한 특성으로 인해 목재의 변형률이 적고, 소성황토의 자연스러운 발색으로 인해 화학적인 안료보다 색변화율이 감소하는 현저한 효과를 갖는다.

또한, 천연 황토의 사용으로 인해 환경유해물질의 발생이 없고, 인체에 무해한 뛰어난 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재 의 제조방법을 나열한 제작 순서도

본 발명은 소성가공된 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소성가공된 황토 5~10 중량%, 목분 30~45 중량%, 석회 10~20 중량%, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 중 어느 하나인 것으로 하는 폴리올리핀계 합성수지 23.5~35.8 중량%, 및 첨가제 2.2~5.5 중량%의 조성물을 포함하는 합성목재에 관한 것으로, 황토의 높은 통풍성, 항균성, 습도와 온도의 조절성, 색상변화의 안정성 및 인체에 유해한 원적외선의 발산 등의 요소로 인해 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 원목의 질감 그대로 유지할 수 있는 친환경 합성목재를 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재 및 그 제조방법에 대하여 자세히 설명한다.

본 발명의 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재는, 소성가공된 황토 5~10 중량%, 목분 30~45 중량%, 석회 10~20 중량%, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 중 어느 하나인 것으로 하는 폴리올리핀계 합성수지 23.5~35.8 중량%, 및 첨가제 2.2~5.5 중량%를 포함하여 구성된다.

상기 황토는 양질의 황토(지표로부터 약 50cm이하에서 채취)를 구하여 일광에 의해 자연건조시키고, 이후 700~1000℃의 온도를 갖는 소성로에 건조된 황토를 투입하여 110~120분 동안 소성하여 얻을 수 있으며, 상기 소성된 황토를 150~250메쉬(Mesh)로 미세하게 분쇄하여 황토분말을 제조하게 된다.

여기서, 상기 황토의 소성온도 및 시간은 본 발명의 황토가 가장 빠른시간에 수분을 제거시킬 수 있는 온도 및 시간이다.

상기 목분은 주로 폐목재, 목재부스러기, 톱밥 등이 사용되며, 바람직하게는 활엽수와 침엽수(소나무, 전나무) 또는 대나무 등의 분쇄물을 각각 혼합하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 단풍나무과(단풍나무, 고로쇠나무, 신나무 등)의 분쇄물을 사용한다.

상기 목분은 입상의 크기가 작을수록 분산과 결합성이 높아 완성된 제품의 강도는 높아지는 반면 가공성은 현저히 떨어지게 되며, 반대로 입자의 크기가 크면 제품의 강도 및 결합력이 현저히 떨어지지만 가공성은 뛰어난 성질이 있다.

따라서 본 발명의 합성목재 제작에 사용되는 상기 목분은 입상의 크기가 80~120㎛ 정도의 것을 사용하는 것이 가장 바람직한데, 이는 상기 목분과 황토의 교반시 상호 결합력 및 완성된 목재의 강도를 현저히 높여줄 뿐 아니라 가공성 또한 우수하게 하는 현저한 효과를 갖는다.

상기 목분은 수분함수율이 3% 이하가 바람직하며, 1% 이하의 것이 가장 바람직 한데, 이는 수분함수율이 낮을수록 내구성과 같은 기계적 물성이 높아지고 열에 대하여 안정적이며, 완성품의 팽윤현상을 줄일 수 있는 현저한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재에 사용되는 상기 목분은 목분의 표면에 키도산을 코팅되도록 전처리하여 사용함으로써, 키토산의 항균작용 및 중금속 억제/제거 작용의 특성으로 인해 목재의 미생물에 의한 피혜를 최소화할 수 있는 현저한 효과를 갖는다.

여기서 상기 목분의 키토산 전처리과정을 살펴보면, 상기 목분을 80~120㎛의 입상크기를 갖도록 분쇄하고, 5~10%의 수분함수율을 갖도록 1차건조한 후, 상기 목분의 표면에 키토산용액(농도 1~99%(w/w))을 도포하여 키토산을 목분의 표면에 코팅하고, 이어서 수분함수율이 0.5%~3%가 되도록 2차건조하여 완성된다.

본 발명에 따른 합성목재는 상기 목분에 비해 값이 저렴하고 흡수율이 낮으며 강도가 높은 100~200메쉬 크기의 석회 10~20 중량%를 코코넛 껍질, 파인애플 껍질 등과 함께 비교적 다량 포함하는데, 상기 석회가 그보다 큰 목분 사이에 고르게 분산될 수 있어 본 발명의 따른 합성목재의 강도를 높이고, 흡수율을 충분히 낮추어 내수성 및 내구성을 증대할 수 있다.

상기 목분과 함께 사용되는 상기 석회는 주로 생석회, 소석회 등을 포함하며, 상기 석회 10~20 중량%의 수치는, 본 발명에 따른 합성목재 제조에 있어, 상기 목분에 함유된 수분을 가장 빠르게 제거할 수 있는 실험 측정치이며, 이로 인해 별도의 수분제거공정이 불필요하게 되고, 건조 후 수분을 재흡수하는 문제를 해결할 수있는 현저한 효과를 갖는다.

상기 석회 10~20중량%의 범위를 초과하여 사용하게 되면, 나무질감이 떨어지고, 입자가 고르게 분산되지 않아 강도 및 성형성 등이 나빠지게 되고, 상기 석회의 사용범위 미만이면 원가절감의 효과, 강도 및 흡수율이 떨어지는 문제점이 있다.

상기 폴리올레핀계 수지는 올레핀(olefin) 화합물이 중합하여 만들어진 화합물로써, 그중 대표적으로 폴리에틸렌 수지(PE) 또는 폴리프로필렌수지(PP) 23.5~35.8 중량% 정도 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리우레탄계 수지는 상기 목분을 상호 결합시켜주는 접착제 역할을 하고, 목재의 단점인 수분에 대한 안정성을 높여준다.

상기 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)은 무독성 물질로 새집증후군의 발생원인이 되는 유독물질인 휘발성 유기화합물과 포름알데히드가 발생하지 않는 친환경 물질이다.

본 발명의 합성목재는 2.2~5.5 중량%의 첨가제를 포함하고 있는데, 상기 첨가제는 커플링제(결합제), 안정제, 안료(착색제), 난연제, 윤활제 및 나노클레이를 포함한다.

상기 커플링제는 첨가제 100 중량%에 대하여 25~28중량%정도 투입되며, 소수성인 비극성인 상기 합성수지와 침수성인 극성을 나타내는 목분과의 결합력 개선을 위해 사용된다.

상기 안정제는 첨가제 100 중량%에 대하여 25~28중량%정도 투입되며, 충격강도와 굽힘강도, 열변형 온도 및 하중에 의한 장기적인 변형을 개선하기 위한 것으로 탄산칼슘, 활석 또는 운도 등이 사용될 수 있다.

상기 안료는 첨가제 100 중량%에 대하여 11~12중량%정도 투입되며, 합성목재의 색 안정성을 부여하고, 천연목재와 같은 질감 및 색감을 높이는 한편, 자외선(UV)에 대한 저항성을 높인다.

상기 난연제는 첨가제 100 중량%에 대하여 11~12중량%정도 투입되며, 합성수지의 물성을 저하하지 않으면서 상기 나노클레이와 병용할 수 있고, 폴리올리핀계 합성수지의 난연화를 위해 사용할 경우 뛰어난 분산성으로 난연성을 증대시키는 오산화안티몬(Sb205)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 윤활제는 첨가제 100 중량%에 대하여 11~12중량%정도 투입되며, 합성목재 가공 중에 목분의 분산성을 높여 합성목재의 표면성질을 개선하기 위해 사용된다.

상기 나노클레이는 첨가제 100 중량%에 대하여 0.7~1.3중량%정도 투입되며, 몬모릴로나이트와 같은 나노 층상 점토광물을 사용하는 것이 바람직하고, 그외 운모, 탈크, 벤톨 등을 상용할 수 있다.

상기 나노 층상 점토 광물은 불연이고, 기체 차단성이 있어 차단층을 형성하여 가스투과성을 줄일 수 있게 때문에 산소와의 접촉을 방지하므로 황산화효과를 높이며, 상기 난연제와 더불어 난연 효과를 한층 더 배가시키고, 합성수지의 난연특성과 기계적 특성은 난연제의 첨가뿐 아니라 나노복합화를 통해서도 향상될 수 있으며, 합성수지 내의 나노입자의 분산정도에 따라 매우 큰 차이가 생긴다.

따라서 본 발명의 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재는 소성가공된 황토 5~10 중량%, 목분 30~45 중량%, 석회 10~20 중량%, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 중 어느 하나인 것으로 하는 폴리올리핀계 합성수지 23.5~35.8 중량%, 및 첨가제 2.2~5.5 중량%의 조성물을 배합 및 가공처리하여 제작되며, 황토의 높은 통풍성, 항균성, 습도와 온도의 조절성, 색상변화의 안정성 및 인체에 유해한 원적외선의 발산 등의 요소로 인해 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 원목의 질감 그대로 유지할 수 있는 현저한 효과를 갖는다.

다음은 본 발명에 따른 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재 의 제조방법에 대해 자세히 설명한다.

조성물제1교반단계( S10 )

본 발명의 합성목재의 제작을 위해 사용되는 상기 조성물, 소성황토 5~10 중량%, 목분 30~45 중량%, 석회 10~20 중량%, 및 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 중 어느 하나인 것으로 하는 폴리올리핀계 합성수지 23.5~35.8 중량%를 먼저 믹서기에 투입하여 교반한다. 이때, 상기 목분 및 석회와 함께 코코넛 껍질, 파인애플 껍질 또는 칡줄기, 고령토 등도 함께 투입하여 교반할 수 있다.

조성물제2교반단계( S20 )

상기 제1교반단계(S10)를 거친 조성물에 커플링제, 충전제 및 안료를 포함하는 첨가제 2.2~5.5 중량%를 믹서기에 투입하고 다시 교반한다.

상기 조성물제1교반단계(S10) 및 조성물제2교반단계(S20)는 60~100℃온도에서 5~10분간 교반하게 되는데, 이러한 온도 및 시간은 당업자가 적절히 조정할 수 있다.

펠렛 ( pallet )생산단계(S30)

상기 제2교반단계(S20)를 거친 조성물은 스크류의 온도가 일정온도로 유지된 펠렛(pellet)제조압출기에 투입하는데, 상기 펠렛(pellet)은 기계적인 힘으로 압착하거나 밀어내기로 일종의 주형틀(die)을 거쳐 성형시킨 제품으로, 국수를 짧게 끊은 것과 같이 작은 덩어리로 단단하게 만든 것으로, 상기 펠렛제조압출기에 의해 상기 제2교반단계(S20)를 거친 조성물을 작은 덩어리로 성형 압출할 수 있게 된다.

본 발명의 합성목재 제조방법에 있어서, 상기 펠렛(pallet)제조압출기의 내부에서 구동되는 스크류는 그 부위에 따라 온도차를 달리하게 되는데, 스크류의 도입부, 중앙부 및 후면부의 히팅온도를 각각 180~240℃, 170~200℃ 및 140~170℃ 온도로 설정함으로써, 상기 제2교반단계(S20)를 거친 상기 조성물이 펠렛(pallet)제조압출기의 호퍼에 투입되어 최초 도입부의 높은 온도로 압출되고 그 후 점차 낮은 온도하에서 압출 및 이송함으로써 제작될 펠렛의 강도가 커지게 되는 효과가 있다.

상기 펠렛(pellet)제조압출기에 투입된 조성물은 다시 펠렛(pellet)제조금형으로 이송되어 소정크기의 펠렛(pellet)을 형성하게 된다.

펠렛건조단계( S40 )

상기 펠렛제조압출기 및 금형을 통과하여 생산된 펠렛(pellet)은 상온에서 소정시간 동안 건조시키게 된다.

합성목재생산단계 ( S50 );

건조된 상기 펠렛(pellet)을 스크류의 온도가 소정의 온도로 설정된 합성목재 기재제조압출기에 투입하게 되고, 다시 상기 펠렛을 합성목재 기재제조금형으로 이송하여 합성목재 기재로 압출한다.

상기 합성목재 기재제조압출기의 호퍼에 투입된 상기 펠렛(pallet)은 히팅온도가 각각 180~240℃, 170~200℃로 설정된 스크류의 도입부 및 중앙부를 거치게 되며, 상기 펠렛이 스크류의 중앙부를 통과하게 되면, 상기 합성목재 기재제조압출기 내부의 진공가스를 배출부를 통해 외부로 배출하고 이후, 온도 140~180℃로 설정된 스크류의 후면부를 거쳐 합성목재기재제조금형으로 이송되며, 상기 합성목재기재제조금형에서 합성목재 기재를 압출 생산하게 된다.

냉각단계( S60 )

상기 합성목재생산단계를 거쳐 생산된 합성목재를 냉각조에 넣고 소정온도하에서 냉각시킨다.

합성목재절단단계( S70 )

상기 냉각단계를 거친 합성목재 기재를 원하는 길이 및 크기로 절단하는 합성목재절단단계를 거치게 된다.

따라서 본 발명의 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재는 소성황토의 높은 통풍성, 항균성, 습도와 온도의 조절성, 색상변화의 안정성 및 인체에 유해한 원적외선의 발산 등의 요소로 인해 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 원목의 질감 그대로 유지할 수 있는 뛰어난 효과를 가지며, 그 제조공정 또한 간단 용이하여 작업능률의 우수성 및 제품생산의 증대를 가져오는 현저한 효과를 갖는다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

생략

Claims (5)

1. 소성황토 5~10 중량%, 목분 30~45 중량%, 석회 10~20 중량%, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 중 어느 하나인 것으로 하는 폴리올리핀계 합성수지 23.5~35.8 중량%, 및 첨가제 2.2~5.5 중량%를 포함하고,
   상기 소성황토는 황토를 자연건조 후 소성로에 투입하여 800~900℃의 온도로 110~120분 동안 소성하여, 소성된 상기 황토를 150~250메쉬(Mesh)로 미세하게 분쇄하여 황토분말로 형성하며,
   상기 목분은 80~120㎛의 입상크기를 갖도록 분쇄하여 5~10%의 수분함수율을 갖도록 1차 건조한 후, 상기 목분의 표면에 키토산용액을 도포하여 키토산이 목분의 표면에 코팅된 키토산코팅층을 형성하고, 이어서 수분함수율이 0.5%~3%가 되도록 2차 건조하여 형성되고,
   상기 첨가제는 거플링제, 안정제, 안료, 난연제, 윤활제 및 나노클레이를 포함하며, 상기 나노클레이는 나노 층상 점토광물을 포함하되 첨가제 100 중량%에 대하여 0.7~1.3중량% 투입되는 것을 특징으로 하는 황토를 포함하는 친환경 조성물을 이용한 합성목재.
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