KR101322808B1 - 친환경 합성목재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 합성목재 및 합성목재의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 합성목재는, PVC(Polyvinyl chloride) 17~20중량%, ABS(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 15~20중량%, 목분 50~55중량%, 코이어(coir) 5~10중량%, 첨가제 5~8중량%가 포함되도록 제조된다. 본 발명에 따르면, 코이어가 가지고 있는 우수한 기공성으로 열안정성이 우수하여 내열. 내냉성에서 안정하고, 자외선 및 기후변화에 대한 저항성이 강하여 촉진내후성이 우수하고, 내장재로 사용시 탈취의 효과가 있다. 또한 내구성이 강하고 고충격성이 향상된 합성목재의 제조가 가능하며, 재활용 수지나 재활용 목분을 이용할 수 있어 친환경적이다. 또한 성형된 완제품을 고열처리기에 넣어 고열처리를 수행함에 의해 원하는 형상으로 재성형이 가능한 장점이 있고 물성이 우수한 제품으로의 생산이 가능하다.

Description

친환경 합성목재의 제조방법{Method for fabricating eco-friendly synthetic wood}

본 발명은 친환경 합성목재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다양한 기공성을 가진 코이어가 들어 있어 우수한 기공성으로 열안정성이 우수하여 내열. 내냉성에서 안정하고, 자외선 및 기후변화에 대한 저항성이 강하여 촉진내후성이 우수하고, 내장재로 사용시 탈취의 효과가 있다. 또한 내구성이 강하고 고충격성이 향상된 합성목재의 제조가 가능하며, 재활용 수지나 재활용 목분을 이용할 수 있어 친환경적이다. 또한 성형된 완제품을 고열처리기에 넣어 고열처리를 수행함에 의해 원하는 형상으로 재성형이 가능한 장점이 있고 물성이 우수한 제품으로의 생산이 가능한 친환경적인 합성목재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 마루판, 천정판, 문짝, 문틀, 창호, 펜스와 같은 건축물의 내ㅇ외장재로 천연목재가 주로 사용되고 있다. 상기와 같은 건축물의 내ㅇ외장재로 천연목재가 주로 사용되고 있는 이유는 소비자의 선호도가 크게 증가하고 있을 뿐만 아니라 천연 질감에 의해 건축물의 내ㅇ외장재의 미관이 향상되기 때문이다.

하지만 천연목재는 열에 약할 뿐만 아니라, 흡수율이 커서 잘 썩고 쪽이 떨어지며, 건조하면 뒤틀리거나 갈라져 틈이 생기고 닳아 없어지는 등 변형이 생기는 문제가 있다. 또한 천연목재는 수명연장과 깨끗함을 유지하기 위해 장기적으로 칠을 해야 하는 등 사후관리에 비용이 필요하고, 목재 벌목에 따른 산림훼손으로 인하여 환경문제까지 발생한다.

이에 최근에는 목재의 취약점을 보완하기 위하여 천연목재와 유사한 기능 및 외관을 갖는 합성목재에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 반영구적인 합성목재는 보통 목재, 볏집, 옥수수대, 펄프와 같은 섬유질과 열가소성 수지 등을 혼합한 조성물로 제조된다.

이러한 합성목재의 제조와 관련된 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-0987698호가 있다.

그러나 합성목재와 관련된 종래기술의 경우에도 상술한 목재의 취약점인 내수성, 내구성, 내열성, 강도 등의 문제를 완전히 해결하지 못하고 있으며, 제조원가가 비싸고, 나무질감도 충분히 표현하지 못하는 문제가 있다.

또한 압출성형되는 합성목재는 기본형상으로 되어 있어 원하는 합성목재의 형상이 있는 경우 이에 대응하여 원하는 형상으로 제조하기가 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 합성목재 및 합성목재의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 내구성이 강하고 고충격성이 향상된 합성목재의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 재활용 수지를 이용하여 친환경적인 합성목재의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고열처리를 통해 원하는 형상을 성형할 수 있는 합성목재의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 우수한 기공성으로 열안정성이 우수하여 내열. 내냉성에서 안정하고, 자외선 및 기후변화에 대한 저항성이 강하여 촉진내후성이 우수하고, 내장재로 사용시 탈취의 효과가 있는 합성목재의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 합성목재는, PVC(Polyvinyl chloride) 17~20중량%, ABS(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 15~20중량%, 목분 50~55중량%, 코이어(coir) 5~10중량%, 첨가제 5~8중량%가 포함된다.

상기 첨가제는, 커플링제, 내/외부 활제, 충전제, 안료, 산화방지제, 광안정제, 자외선흡수제 및 원적외선 방사물질 중에서 선택된 적어도 하나의 첨가제일 수 있다.

상기 PVC, 상기 ABS 및 상기 목분은 재활용 스크랩을 이용하여 제조된 펠릿(pallet) 또는 칩(chip)의 형태를 가질 수 있다.

상기 목분은 왕겨를 포함할 수 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 다른 구체화에 따라, 본 발명에 따른 합성목재 제조방법은, 합성목재 조성물을 배합하고 압출성형하여 제1차적으로 성형물을 제조하는 단계와; 일정형상을 갖춘 상기 성형물을 냉각고화시키는 냉각공정단계와; 냉각고화된 성형물을 인출하는 인출공정하고, 사이즈별로 절단하는 단계와; 절단된 성형물에 대한 표면처리를 수행하는 후가공 단계와; 상기 후가공단계를 거친 제품을 고열처리기에 넣어 120~140℃의 온도에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 고열처리를 수행하여 제2차적으로 성형하는 단계를 포함한다.

상기 목분은 왕겨를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 코이어가 가지고 있는 우수한 기공성으로 열안정성이 우수하여 내열. 내냉성에서 안정하고, 자외선 및 기후변화에 대한 저항성이 강하여 촉진내후성이 우수하고, 내장재로 사용시 탈취의 효과가 있다. 또한 내구성이 강하고 고충격성이 향상된 합성목재의 제조가 가능하며, 재활용 수지나 재활용 목분을 이용할 수 있어 친환경적이다. 또한 성형된 완제품을 고열처리기에 넣어 고열처리를 수행함에 의해 원하는 형상으로 재성형이 가능한 장점이 있고 물성이 우수한 제품으로의 생산이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합성목재의 제조공정 순서도이고,
도 2는 고열처리를 통한 합성목재의 재성형 예를 나타낸 사진이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이 상세히 설명될 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성목재는 PVC(Polyvinyl chloride) 17~20중량%, ABS(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 15~20중량%, 목분 50~55%, 코이어(coir) 5~10중량%, 첨가제 5~8중량%의 조성을 가지도록 배합하여 제조하게 된다.

상기 PVC는 열가소성 플라스틱의 하나로 '폴리염화비닐', '염화비닐수지'라고도 하며 PVC로 약칭한다. 상기 PVC는 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌보다 단가가 저렴하고 잘 부서지지 않으며, 유연함과 강한 성질을 지니고 있다. 상기 PVC가 포함된 합성목재는 천연목재와 비교할 때, 합성목재의 내수성, 내열성, 난연성, 충격강도, 휨강도 등의 물성을 강화시킨다.

상기 PVC는 본 발명에 따른 합성목재 조성물 총 중량에 대하여 17~20중량% 로 포함되는데, 이 범위는 본 발명에 따른 합성목재의 물성(예를 들면, 굴곡 최대하중, 굴곡 크리프 변형, 충격강도, 나사못 유지력 등)을 최대화 시킬 수 있는 범위이다. 즉 합성목재 배합시 PVC 중량이 낮아지면 합성목재의 강도 등이 부족해지고, PVC 중량을 늘리게 되면 원가가 상승하고, 다른 조성물의 중량이 줄어들게 되므로, 17~20중량%가 포함되도록 하여 합성목재가 일정 물성을 지니도록 한다.

상기 ABS는 가공하기 쉽고 내충격성이 크고 내열성이 좋아 합성목재에 포함될 경우, 합성목재의 내열성을 향상시키며 특히 내충격성을 향상시키게 된다. 특히 압출성형시 강도가 우수하고, 겔화촉진성, 표면광택성, 접착성 등이 우수하다.

상기 ABS는 본 발명에 따른 합성목재 조성물 총 중량에 대하여 15~20중량% 로 포함되는데, 이 범위는 본 발명에 따른 합성목재의 물성(예를 들면, 굴곡 최대하중, 굴곡 크리프 변형, 충격강도, 나사못 유지력 등)을 최대화 시킬 수 있는 범위이다. 특히 충격강도를 높일 수 있는 장점이 있다. 즉 상기 ABS는 중량이 적을 경우 강도 및 내열성이 나빠지고, 중량이 너무 많을 경우에는 내후성이 떨어지는 단점이 있다.

상기 PVC 및 상기 ABS 는 산업계에서 많이 사용되고 있어, 폐기되는 PVC 및 ABS를 재활용하여 상기 합성목재의 재료로 사용하는 경우에 환경오염을 줄일 수 있고, 친환경적인 합성목재의 제조가 가능한 장점이 있다.

상기 PVC 및 상기 ABS는 재활용 스크랩을 이용하여 제조된 펠릿(pallet) 또는 칩(chip)의 형태를 가질 수 있다. 또한 분말의 형태를 가질 수도 있다.

상기 목분은 재활용된 나무나 목재의 부스러기, 톱밥 등으로 구성되는데, 재활용 스크랩을 이용하여 제조된 펠릿(pallet) 또는 칩(chip)의 형태를 가질 수 있다. 또한 분말의 형태를 가질 수도 있다.

상기 목분은 구성비가 50중량% 미만이면 충진성이 없어 깨지기 쉬우며 목재재질의 질감도 떨어지게 된다, 구성비가 60중량% 이상이면 타 구성성분의 비율이 줄어드는 문제점이 있어, 본 발명에 따른 합성목재 조성물 총 중량에 대하여 50~55중량% 로 포함되게 된다.

상기 목분에는 왕겨가 포함될 수 있다. 상기 목문에 왕겨가 포함되는 이유는 왕겨가 목분보다 거칠어 미끄럼 방지 및 수분억제기능을 가지기 때문이다.

상기 왕겨는 총중량에 대하여 15~20중량%가 포함될 수 있고, 이 경우 목분은25~35 중량%를 가질 수 있으며, 왕겨가 포함된 목분이 총중량에 대하여 50~55중량% 로 포함되도록 할 수 있다.

상기 목분은 수분이 많이 함유되어 있는 경우가 보통이므로, 압출성형시 예비건조가 필요하여 생산능력이 저하되는 문제점이 있으므로, 총중량에 대하여 50~55중량% 로 포함되도록 할 수 있다.

상기 합성목재의 조성물에는 코이어(coir)가 5~10중량% 로 더 포함될 수 있다.

상기 코이어는 야자열매의 딱딱한 과피를 이루고 있는 섬유를 총칭하는 용어로, 야자섬유나 코코피트 등으로 불리기도 하며 스리랑카 ,인도, 말라야, 멕시코, 서아프리카 등지에서 야자열매를 가공할 경우에 발생하는 부산물이다.

코이어는 물과 공기에 대대 내성을 가지며 탄력성, 유연성 및 내습성이 우수하다. 이러한 성질에 의하여 목분의 일부를 코이어로 대체하거나 목분에 코이어를 첨가하게 되면 합성목재의 휨강도가 크게 증가하게 된다. 또한 미끄럼 방지기능을 가지며, 단열효과가 있고, 적외선 차단기능이 있으며, 탄성력이 좋으며 부식이나 부패가 적으며 전체 비중이 작은 장점이 있다. 특히 코이어가 가지고 있는 우수한 기공성으로 열안정성이 우수하여 내열. 내냉성에서 안정하고, 자외선 및 기후변화에 대한 저항성이 강하여 촉진내후성이 우수하고, 내장재로 사용시 탈취의 효과가 있다.

상기 코이어는 겉보기 비중이 낮아 소량이어도 부피가 상대적으로 크다. 또한 소량이 포함되어도 물성에 대한 변화가 커서 전체 합성목재의 비중을 낮출 수 있고, 원가절감을 이룰 수 있으며, 합성목재가 나무와 비슷한 질감을 가지도록 연출하는 것이 가능하고. 탄성력을 가진다는 장점이 있다.

코이어는 수분을 제거한 후 파쇄작업을 한다. 수분이 제거된 코이어는 소정 범위의 온도 내에서 건조 및 분쇄시켜 50~100 메쉬의 고분자가 생성되도록 한다. 이때 코이어를 건조시키기 위한 적정온도는 목분과 같은 120 내지 140℃가 적당하며, 건조되는 정도는 코이어 고분자가 1 내지 4% 이하의 수분함유량을 유지하도록 한다.

상기 첨가제는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 잘 알려진 물질이면 모두 다 이용가능하다. 예를 들어, 커플링제, 내/외부 활제, 충전제, 안료, 산화방지제, 광안정제, 자외선흡수제, 원적외선 방사물질 등을 1종 또는 2종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제는 본 발명에 따른 합성목재의 조성물 총 중량에 대하여 5~10중량%의 범위로 포함될 수 있다.

상기 커플링제는 필수성분들의 혼합 시 그 결합을 용이하게 하고, 결합구조를 견고히 구성되게 하는 용도로 사용될 수 있다. 상기 커플링제로는 종래 알려진 물질을 제한 없이 사용할 수 있으나, 예를 들면 말레익언하이드라이드, 테트라하이드로 프탈릭언하이드라이드 등이 이용될 수 있다.

상기 내/외부 활제는 목분 등의 분산을 높이기 위하여 이용되는 것으로, 예를 들면 폴리에틸렌왁스, 폴리프로필렌 왁스 등이 이용될 수 있다.

상기 충전제로는 특별히 제한이 없으나, 예를 들면 실리카와 같은 무기물이 이용될 수 있고, 그 표면이 스테아르산으로 코팅될 수도 있다.

상기 안료로는 무기안료, 유기안료 등 통상의 안료를 1종 이상 사용할 수 있으나, 바람직하게는 무기안료가 이용될 수 있다.

상기 산화방지제로는 포스페이트 계통의 산화방지제, 페놀계 산화방지제, 칼슘 스테아린산염 등이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한 상기 광안정제로는 예를 들어 bis 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidil가 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 자외선 흡수제로는 벤조트리아졸 계통을 사용할 수 있는데, 구체적으로는 2-(2'-히드록시-3'-tert-부틸-5'-메틸-페닐)-5-클로로벤조트리아졸이 이용될 수 있다. 그러나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 원적외선 방사물질로는 옥, 게르마늄, 참숯, 황토, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알루미늄, 산화철 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상술한 바와 같은 조성물을 가지는 합성목재는 다음과 같이 제조된다.

도 1은 본 발명에 따른 합성목재의 제조공정 순서도를 나타낸 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 합성목재 제조를 위해 우선 합성목재 재료들을 배합하여 혼합한다. 재료들은 140~160℃의 온도에서 10분 이상 1차적으로 혼합되는 혼합공정을 거치게 된다(S10).

이후에, 압출성형을 통해 합성목재를 제조하게 된다(S12). 압출성형은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 잘 알려진 방식이 이용될 수 있다.

예를들어, 실린더 내의 온도를 140~220℃로 하고 다이스 온도를 150~210℃ 로 하여 압출성형 공정을 거치게 된다. 압출성형공정은 혼합된 원료를 금형유닛에 의해 기본형상을 가지도록 압출하여 성형물을 성형하게 된다.

이후 압출성형단계를 거쳐 일정형상을 갖춘 성형물을 냉각 고화시키는 냉각공정을 거친 후에(S14), 냉각고화된 성형물을 인출하는 인출공정을 거친다(S16). 인출공정이후는 절단공정으로 성형물을 사이즈별로 절단하는 공정이며(S16), 절단된 성형물에 대한 표면처리 등의 후가공공정을 거친다(S18).

상술한 후가공 공정을 거친 제품은 기본형상을 가지게 된다. 압출성형단계를 거친 성형물은 디자인 변화가 거의 없기 때문에 원하는 모양이나 형상이 별도로 있는 경우 이에 맞추기가 어렵다.

즉 사용을 원하는 제품이 도 2에 도시된 바와 같이, 물결모양을 가지도록 하거나 원형 등으로 구부러진 형상을 가지도록 하기를 원하는 경우에 이러한 형상을 가지도록 하는 것이 압출성형단계에서는 어렵다.

이를 위해 본 발명에서는 후가공 공정을 거친 제품을 고열처리기에 넣어 120~140℃ 정도의 온도에서 1시간 30분 내지 2시간 30분정도 고열처리를 수행하게 된다. 좀더 구체적으로는 130℃ 의 온도에서 2시간정도 고열처리를 수행하게 된다(S20).

후가공 공정을 거친 제품에 대하여 고열처리를 하게 되면, 완제품에 함유되어 있는 PVC 등의 고분자물질의 분자량이 분산되어 제품이 유연해지게 된다. 이후 원하는 모양을 위한 성형틀에 넣어 원하는 모양대로 변형시키는 재성형이 가능하다. 상술한 고열처리를 하게 되면, 수분이 억제되고 미생물이 배출되는 효과가 있으며, 충격강도향상, 뒤틀림 등의 변형을 최소화 또는 방지할 수 있게 된다.

상술한 고열처리는 후가공공정을 거친 후에 수행되지만, 이와 달리 상기 압출성형단계와 냉각공정 사이에 수행될 수도 있다.

시험항목	단위	품질기준		결과치	시험방법
비 중	-	0.8~1.5		1.02	KSF-3230
최대굴곡하중(L+400mm)	N	S,S-T	3400이상	7000	KSF-3230
굴곡크리프변형(L+400mm)	%	S,S-T	0.25이하	0.1	KSF-3230
나사못유지력	N	S,S-T	780이상	1100	KSF-3230
수분흡수율(질량변화율)	%	S,S-T	8.0이하	1.0	KSF-3230
미끄럼저항성	-	0.40이상		0.8	KSF-3230
열안정성	m/h℃	6X10-5 이하		2.5X10-5	KSF-3230

표1은 본 발명에 따라 제조된 합성목재의 시험성적서를 나타낸 것으로, 본 발명에 따라 제조된 합성목재는 최대굴곡하중, 굴곡크리프 변형, 나사못 유지력, 수분흡수율, 미끄럼 저항성 등의 품질기준에 비해 월등히 향상되었음을 알 수 있다.

상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 합성목재의 제조방법에 있어서:
   PVC(Polyvinyl chloride) 17~20중량%, ABS(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 15~20중량%, 목분 50~55중량%, 코이어(coir) 5~10중량%, 첨가제 5~8중량% 를 포함하는 합성목재 조성물을 배합하고 압출성형하여 제1차적으로 성형물을 제조하는 단계와;
   일정형상을 갖춘 상기 성형물을 냉각고화시키는 냉각공정단계와;
   냉각고화된 성형물을 인출하는 인출공정하고, 사이즈별로 절단하는 단계와;
   절단된 성형물에 대한 표면처리를 수행하는 후가공 단계와;
   상기 후가공단계를 거친 제품을 고열처리기에 넣어 120~140℃의 온도에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 동안 고열처리를 수행하여 물결모양 또는 구부러진 형상을 가지도록 제2차적으로 성형하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 합성목재의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 목분은 왕겨를 포함함을 특징으로 하는 합성목재의 제조방법.

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