KR101332208B1 - 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및 그의 가공방법 - Google Patents
왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및 그의 가공방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 농산 폐기물인 왕겨가 분쇄된 왕겨 분쇄물이 열가소성수지인 폴리프로필렌(P.P)에 혼련, 사용된 조성의, "왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및 그의 가공방법"에 관한 것으로;
특히, 본 발명 조성물이 시트 또는 타형태로 가공된 가공제품이 환경친화적이고 자원재활용이 용이하며,
가공제품의 인장강도와 굴곡강도, 굴곡탄성율, 내열성, 파열강도, 연소성이 강화되고, 원가절감과 냄새개선 효과가 증진되는 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및;
그의 제조가 용이하고, 가공성이 향상되는 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명 조성물이 시트 또는 타형태로 가공된 가공제품이 환경친화적이고 자원재활용이 용이하며,
가공제품의 인장강도와 굴곡강도, 굴곡탄성율, 내열성, 파열강도, 연소성이 강화되고, 원가절감과 냄새개선 효과가 증진되는 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및;
그의 제조가 용이하고, 가공성이 향상되는 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및 그의 가공방법에 관한 것으로,
농산 폐기물인 왕겨가 분쇄된 왕겨 분쇄물이 열가소성수지에 혼련, 사용된 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및 그의 가공방법에 관한 것으로;
특히, 본 발명 조성물이 시트 또는 타형태로 가공된 가공제품이 환경친화적이고 자원재활용이 용이하며,
가공제품의 인장강도와 굴곡강도, 굴곡탄성율, 내열성, 파열강도, 연소성이 강화되고, 원가절감과 냄새개선 효과가 증진되는 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및;
그의 제조가 용이하고, 가공성이 향상되는 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법에 관한 것이다.
종래 기술의 천연소재를 이용한 열가소성수지 조성물 및 그의 가공제품은,
천연섬유인 목재를 분쇄한 목분과 열가소성수지인 폴리프로필렌(P.P)이 혼련된 열가소성수지 조성물과, 상기 목분이 혼련된 열가소성수지 조성물을 이용하여
시트 또는 타형태의 가공제품을 제조하고 있으나,
완숙목으로의 성장시일이 수십년이 소요되는 목재를 사용함으로 인하여 환경파괴 및 원료수급상의 한계가 있는 문제점이 발생되고 있으며;
특히, 목재가 분쇄된 목분 자체의 강성이 약하여 자동차용 또는 산업용으로 사용되는 시트 또는 타형태의 가공제품을 제조시에, 가공제품의 인장강도 및 굴곡강도, 굴곡탄성율, 내열성, 파열강도, 연소성의 물성이 저하되어 사용이 곤란한 문제점이 발생되고 있으며;
또한, 상기와 같은 문제점을 개선 하기 위하여 시트 또는 타형태로 가공된 가공제품의 두께를 두껍게 제작하여야 함으로 인한 중량 과다로, 강성이 요구되는 자동차용 내장시트 또는 자동차용 내장부품으로 사용시에 원가가 상승되고, 연비가 현저히 저하되는 문제점이 발생되고 있으며;
천연섬유인 목분이 다량으로 함유된 열가소성수지 조성물을 가공제품으로 압출 또는 성형가공시에 압출기 또는 성형기의 가열온도에 의하여, 목분에 함유된 주성분인 셀룰로오즈 및 리그닌이 열분해 됨으로서, 목분인 천연섬유를 이용한 열가소성수지 조성물로 가공된 가공제품에 냄새가 발생되어 사용에 문제점이 발생되고 있는 실정이다.
종래 기술의 목분인 천연섬유가 함유된 열가소성수지 조성물로 가공된 가공제품의 문제점을 해결 및;
상기 종래기술에 비하여, 본 발명 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물이 시트 또는 타형태로 가공된 가공제품이 환경친화적이고, 자원 재활용이 용이하고;
가공제품의 인장강도와 굴곡강도, 굴곡탄성율, 내열성, 파열강도, 연소성이 강화되고, 원가절감과 냄새개선 효과를 가져오는 동시에,
그의 제조가 용이하고, 가공성이 향상된 구성의; 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및 그의 가공방법을 제공 하는 것을, 본 발명의 목적 및 본 발명이 이루고저 하는 기술적 과제로 한다.
본 발명 구성의, "왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및 그의 가공방법"에 의하여 상기 과제를 해결코저 한다.
본 발명 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물과 그의 가공방법에 의하여,
본 발명 조성물이 시트 또는 타형태로 가공된 가공제품이 환경친화적이고, 자원재활용이 용이한 효과 및;
가공제품의 인장강도와 굴곡강도, 굴곡탄성율, 내열성, 파열강도, 연소성이 강화되고, 원가절감과 냄새개선 효과를 가져오는 동시에;
그의 제조가 용이하고, 가공성이 향상된 효과를 가져오는 구성의, 매우 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명 천연소재 시트 조성물의 가공방법을 개략적으로 도시한 FLOW-SHEET,
도 2는 본 발명 천연소재 시트 조성물의 다른실시상의 가공방법을 개략적으로 도시한 FLOW-SHEET.
도 2는 본 발명 천연소재 시트 조성물의 다른실시상의 가공방법을 개략적으로 도시한 FLOW-SHEET.
현재 지구환경을 유지 개선하면서 지속적인 발전을 유지하는 녹색성장에 대한 사회적 관심과 중요성은 더욱 커지고 있다.
이러한 녹색성장을 이루기 위해서는 필수적인 기술 중의 하나로 생각 할 수 있는 것이 여러 가지 다양한 상품이나 제품의 생산과정 중 발생되어 폐기되는 자원들을 가능한 유용하게 재활용 하는 것이라 할 수 있다.
특히, 유기성 자원의 재활용은 환경적인 장점 이외에 이산화탄소의 배출을 저하시키는 측면에서 이산화탄소 절감 비용 등의 부가적인 가치가 더욱 커지고 있다.
또한 자원의 재활용과 자원의 순환이 용이한 대표적인 천연소재인 목재 자원의 수급이 상대적으로 어려워지는 이때에 천연소재인 농촌에서 버려지는 농산 폐기물인 왕겨가 분쇄된 왕겨 분쇄물인 폐 유기성 자원의 고도 활용은 현재 많은 관심의 대상이 되고 있다.
본 발명에서는 온실가스의 배출 및 이산화탄소 배출량의 증가로 이상기후 등 환경문제의 대두, 에너지 자원의 수요량 증가, 폐기물 증가의 당면 과제를 해결하고자 농산 폐기물인 왕겨를 통해 고도의 산업화, 고부가가치, 환경친화성(Eco-
Friendly) 추구와 동시에 재활용성 향상에 기여 할 수 있는 천연소재로 농산폐기물인 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및;
본 발명의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물로 시트 또는 타형태로 압출 또는 성형 가공된 내장시트, 내장부품 등의 자동차용 소재 또는 산업용 소재로 사용되는 가공제품의 인장강도와 굴곡강도, 굴곡탄성율, 내열성, 파열강도, 연소성이 강화되고, 원가절감과 냄새개선 효과가 증진되는 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물과;
가공제품의 제조가 용이하고, 가공성이 향상되는 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법에 관한 것이다.
본 발명은, 농산 폐기물인 왕겨가 분쇄된 왕겨 분쇄물이 열가소성수지인 폴리프로필렌(P.P)에 혼련, 사용된 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및 그의 가공방법에 관한 것으로,
상기 언급된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물은;
왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 전체 100중량%를 기준으로,
농산폐기물 천연소재인 왕겨가 50 내지 300㎛로 분쇄된 왕겨 분쇄물 25 내지 70중량%와;
열변형온도가 90℃ 이상을 갖는 폴리에틸렌(P.E) 또는 폴리프로필렌(P.P), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(P.E.T), 아크릴로니트릴 브타디엔 스타일렌 코폴리머
(A.B.S), 폴리스타일렌(P.S) 수지 중 선택된 열가소성수지 20 내지 60중량%와;
상기 왕겨 분쇄물과 열 가소성 수지의 결합력을 증대시키기 위한 용도의 상용화제인 무수말레인산 변성 폴리프로필렌 1.5 내지 7중량%와;
상기 왕겨 분쇄물의 수분과 이물질 제거로 열분해가 저하되어 왕겨 분쇄물의 계면결합력 증대와, 냄새발생이 억제되는 용도의 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란(SILANE) 중 선택된 알칼리성부여제 1 내지 6중량%와;
첨가제로, 칼슘 계열의 무독성 또는 무기 및 금속이 함유된 열안정제 0.05 내지 1중량%, 산화방지를 위한 페놀 및 인계가 혼합된 페놀,인계 산화방지제 0.05 내지 0.5중량%, 카본 블랙 또는 무기화합물로 조성된 안료 0.1 내지 0.5중량%로; 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물이 조성된다.
천연소재로 농산 폐기물인 왕겨의 내피는 일반 식물의 형태를 가지고 있으나 외피는 규소 성분으로 치밀하게 피복 되어 있는 올록 볼록한 형태를 가진 섬유로서 셀룰로오스 기반의 섬유로 구성되어 있으며, 구성성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 형성되어 있다.
상기와 같이, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌이 왕겨의 구성성분으로 구성되고 천연적인 왕겨 표면에는 수분과 이물질이 다량으로 존재되며, 왕겨조성물을 압출기 또는 성형기로 가공시에 가열온도인 180 내지 255℃에서 상기 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌이 열분해되어 가공제품에서 냄새가 발생되고, 왕겨의 섬유 표면에 균열이 성장되어 계면 결합력이 저하 됨으로서 종래기술의 천연소재로 널리 사용되고 있는 목재(목분)에 비하여 가공제품의 인장강도와 굴곡강도, 굴곡탄성율, 파열강도의 물성이 저하되어 사용이 곤란한 실정이다.
(왕겨 분쇄물의 전자현미경 부분확대 사진)
- 전처리를 하지 않은 천연적인 왕겨 분쇄물의 내피 및 외피의 전자현미경 사진으로, 외피는 둥글둥글한 표면을 가지고 있고, 수분과 이물질로 판단되는 물질이 다량으로 적재된 형태를 보이며, 내피는 불균일한 거친면(Roughness)을 가지며 내피와 외피사이에는 공극을 포함하는 구조를 가지고 있다.
(왕겨 분쇄물을 알칼리성부여제로 전처리후의 전자현미경 부분확대 사진)
(왕겨 분쇄물을 알칼리성부여제로 전처리후의 전자현미경 전체도 사진)
- 상기와 같이, 화학적으로 전처리되지 않은 천연적인 왕겨 분쇄물의 상태는 표면에 다량의 수분과 이물질이 존재하였지만,
본 발명의 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제가 첨가한 후, 왕겨 분쇄물의 표면 상태는 수분과 이물질이 제거된 최적화된 모습을 볼 수 있었으며, 이물질의 주성분은 탄소와 산소성분 이었으며 규소성분은 처리 전과 비교했을 때 40% 정도 제거되었다.
따라서, 본 발명에서는 왕겨가 분쇄된 왕겨 분쇄물 25 내지 70중량%에 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제 1 내지 6중량%를 첨가하여, 왕겨 분쇄물이 수분과 이물질이 제거 됨으로서 왕겨 분쇄물이 알칼리성으로 용이하게 최적화 전환되어 형태학적, 열적으로 안정된 왕겨 분쇄물로 구성 및,
왕겨 분쇄물 표면의 수분과 이물질 제거가 용이하여 순도가 향상되고, 왕겨 분쇄물의 열분해가 저하되어 섬유 표면에 균열이 미성장되어 계면 결합력이 증대 되며, 종래 기술의 천연소재로 널리 사용되고 있는 목재(목분)에 비하여 내열성과난연성이 강화되어 압출기 또는 성형기에서 가공제품으로 압출 또는 성형 가공시에 가공이 용이하고 연소성이 강화되는 동시에, 왕겨분쇄물에 존재된 수분함량이 저하 됨으로서 가공시에 셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스, 리그닌의 열분해가 저하되어 가공 제품에서 냄새 발생이 최대한 억제된 구성의 왕겨 분쇄물로 이루어져 있다.
상기와 같이, 본 발명의 왕겨분쇄물은 알칼리성부여제인 수산화 나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제가 첨가된 왕겨 분쇄물로 구성되며,
바람직하게는, 상기 왕겨 분쇄물 25 내지 70중량%에 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제 1 내지 6중량%가 1차로 첨가된 조성의, 왕겨분쇄물로 구성되는 것이 바람직하며;
왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 전체 100중량%를 기준으로,
농산폐기물인 왕겨가 50 내지 300㎛로 분쇄된 왕겨 분쇄물 25 내지 70중량%에, 상기 왕겨 분쇄물의 수분과 이물질 제거로 열분해가 저하되어 왕겨 분쇄물의 계면결합력 증대와, 냄새발생이 억제되는 용도의 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제 1 내지 6중량%를 첨가, 왕겨 분쇄물이 알칼리성으로 용이하게 전환된 조성의 왕겨 분쇄물로 조성된다.
상기 열가소성수지는;
폴리에틸렌(P.E) 또는 폴리프로필렌(P.P), 폴리에틸렌 테레프탈레이트
(P.E.T), 아크릴로니트릴 브타디엔 스타일렌 코폴리머(A.B.S), 폴리스타일렌(P.S)수지 중 선택된 열가소성수지 20 내지 60중량%로 조성되며,
바람직하게는, 주사슬 기준으로 메틸기가 동일한 방향으로 정열된 이소타틱(isotatic)구조의 고결정성 폴리프로필렌을 20 내지 60중량%를 사용하는 것이 좋으며, 가공 제품의 인장강도와 굴곡강도, 굴곡탄성율, 파열강도의 물성이 강화되고 가공성이 우수한 용도로 사용된다.
상기 상용화제는;
하나의 관능기를 가지도록 그래프트(graft)화된 폴리프로필렌(P.P)로서 말단의 관능기가 수산기,아미노기,카르복실기를 갖는 구조의 무수말레인산 변성 피.피
(P.P)인 상품명:CM-1120(제조원:호남석유화학), KH-845-4(제조원:에이슨텍 코포레이션), SILQUEST-A-151(제조원:두리 케이씨) 1.5 내지 7중량%로 조성되며,
바람직하게는 CM-1120을 1.5 내지 7중량%를 사용하는 것이 좋으며, 왕겨 분쇄물과 열 가소성 수지의 결합력이 증진되는 용도로 사용된다.
상기 첨가제는;
열안정성을 위한 칼슘 계열의 무독성 또는 무기 및 금속이 함유된 열안정제 0.05 내지 1중량%와,
산화방지를 위한 페놀 및 인계를 혼합한 페놀,인계 산화방지제 0.05 내지 0.5중량%와,
착색을 위한 카본 블랙 또는 무기화합물로 조성된 안료 0.1 내지 0.5중량로 조성된다.
또한 필요에 따라, 본 발명의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물이;
왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 전체 100중량%를 기준으로,
농산폐기물 천연소재인 왕겨가 50 내지 300㎛로 분쇄된 왕겨 분쇄물 20 내지 75중량%와;
열변형온도가 90℃ 이상을 갖는 폴리에틸렌(P.E) 또는 폴리프로필렌(P.P), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(P.E.T), 아크릴로니트릴 브타디엔 스타일렌 코폴리머
(A.B.S), 폴리스타일렌(P.S)수지 중 선택된 열가소성수지 20 내지 65중량%와;
상기 왕겨 분쇄물과 열 가소성 수지의 결합력을 증대시키기 위한 용도의 상용화제인 무수말레인산 변성 폴리프로필렌 5 내지 15중량%;로, 조성 될 수도 있으며;
상기, 왕겨분쇄물이;
1 내지 3% 농도의 액상의 수산화나트륨 또는 액상의 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제에 20 내지 40분간 침지된 후, 건조된 왕겨분쇄물로 조성 될 수도 있으며;
상기, 왕겨 분쇄물이 미분쇄된 왕겨 25 내지 70중량%로 조성된, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물로 조성 될 수도 있으며;
상기 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 100중량부에 대하여,
냄새 입자의 흡착 및 원적외선 부여를 위한 용도의, 900 내지 1200℃의 가열온도로 가열 및 기공 크기 0.1 내지 0.5㎛의 대나무 숯이 분쇄된 분말상의 대나무 숯 또는 맥반석,활성탄, 제올라이트 1.0 내지 10중량부가 첨가된 조성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물로 조성 될 수도 있으며;
상기 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 100중량부에 대하여,
난연 기능을 더욱 강화하기 위한 인계 또는 브롬계 난연제 1 내지 5중량부가 첨가되거나, 난연보조제인 산화안티몬 1 내지 5중량부가 첨가된 조성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물로 조성 될 수도 있다.
상기와 같이, 본 발명의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물은;
종래 기술의 목분인 천연섬유가 함유된 열가소성수지 조성물로 시트 또는 타형태로 압출 또는 성형 가공된 내장시트, 내장부품 등의 자동차용 소재 또는 산업용 소재로 사용되는 가공제품의 문제점이 해결된 조성의 조성물과;
상기 종래기술에 비하여, 본 발명 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물로 시트 또는 타형태로 압출 또는 성형 가공된 내장시트, 내장부품 등의 자동차용 소재 또는 산업용 소재로 사용되는 가공제품이 환경친화적이고, 자원 재활용이 용이한 조성의 조성물과;
왕겨가 분쇄된 왕겨 분쇄물 25 내지 70중량%에 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제 1 내지 6중량%를 첨가;
또는, 왕겨 분쇄물 25 내지 70중량%에 1 내지 3% 농도의 액상의 수산화나트륨 또는 액상의 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제에 20 내지 40분간 침지된 후 건조되는 왕겨 분쇄물의 전처리로, 왕겨 분쇄물이 수분과 이물질이 제거 됨으로서 왕겨 분쇄물이 알칼리성으로 용이하게 최적화 전환되어 형태학적, 열적으로 안정된 왕겨 분쇄물의 조성 및,
왕겨 분쇄물 표면의 수분과 이물질 제거가 용이하여 순도가 향상되고, 왕겨 분쇄물의 열분해가 저하되어 섬유 표면에 균열이 미성장되어 계면 결합력이 증대 되며, 종래 기술의 천연소재로 널리 사용되고 있는 목재(목분)에 비하여 내열성과 난연성이 강화되어 압출기 또는 성형기에서 가공제품으로 압출 또는 성형 가공시에 가공이 용이하고 연소성이 강화된 동시에,
왕겨분쇄물에 존재된 수분함량이 저하 됨으로서 가공시에 셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스, 리그닌의 열분해가 저하되어 가공 제품에서 냄새 발생이 최대한 억제된 구성의 왕겨 분쇄물로 조성된 조성물과;
상기 용도의 가공제품의 인장강도와 굴곡강도, 굴곡탄성율, 내열성, 파열
강도, 연소성이 강화되고, 원가절감과 냄새발생이 억제된 조성의 조성물과;
본 발명 조성물과 가공제품의 제조가 용이하고, 가공성이 향상된 조성의 조성물로; 구성되어 있다.
이하, 본 발명의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법에 대하여 설명한다.
도 1에 도시된바와 같이;
시트 또는 타형태로 압출 또는 성형 가공된 내장시트, 내장부품 등의 자동차용 소재 또는 산업용 소재로 사용되는 용도의, 본 발명의 농산폐기물인 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법은, 다음과 같은 S1 단계 내지 S5 단계로 구성된다.
S1 단계: 왕겨 분쇄물 생성 및 왕겨 분쇄물을 알칼리성으로 전환하여 계면결합력 증진단계
왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 전체 100중량%를 기준으로,
농산폐기물인 왕겨가 50 내지 300㎛로 분쇄기 또는 절단기에서 분쇄된 왕겨 분쇄물 25 내지 70중량%에, 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제 1 내지 6중량%가 투입되어, 왕겨 분쇄물의 수분과 이물질제거 및 왕겨 분쇄물이 알칼리성으로 전환되어 계면결합력을 증진한다.
S2 단계: 왕겨 분쇄물과 열가소성 수지, 상용화제, 첨가제가 혼합된 천연소재 조성물 생성단계
S1 단계를 거친 왕겨 분쇄물을 교반기에 적재 후, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴 브타디엔 스타일렌 코폴리머, 폴리스타일렌 수지 중 선택된 열가소성수지 20 내지 60중량%와, 상용화제인 무수말레인산 변성 폴리프로필렌 1.5 내지 7중량%와, 첨가제로 칼슘 계열의 무독성 또는 무기 및 금속이 함유된 열안정제 0.05 내지 1중량%, 산화방지를 위한 페놀 및 인계가 혼합된 페놀,인계 산화방지제 0.05 내지 0.5중량%, 카본 블랙 또는 무기화합물로 조성된 안료 0.1 내지 0.5중량%를 교반기에 투입하여, 교반기 회전속도 1,500 내지 1,600RPM으로 0.5 내지 1분간 중속 교반한 후 2,500 내지 2,600RPM으로 2 내지 2.5분간 고속 교반하고, 800 내지 900RPM으로 1 내지 1.5분간 저속 교반하여 왕겨를 이용한 천연소재 조성물이 생성, 저장 탱크로 배출한다.
S3 단계: 천연소재 조성물을 천연소재 시트로 압출단계
저장탱크로 배출된 왕겨를 이용한 천연소재 조성물을 티다이 압출기에 투입, 온도 180 내지 260℃로 왕겨를 이용한 천연소재 조성물이 2 내지 5분간 가열하여 두께 3.0 내지 8.0㎜의 압출물을 압출 후, 압출물을 온도 60 내지 120℃의 다수개의 캘린더 롤로 압력 80 내지 120㎏/㎠으로 가압 냉각 및 압연을 하여 두께 1.5 내지 4.0mm의 왕겨를 이용한 천연소재 시트가 제조된다.
S4 단계: 천연소재 시트의 예열단계
왕겨를 이용한 천연소재 시트를 예열기에 투입하여, 예열기 내부 온도 250 내지 355℃에서 1 내지 2분간 예열하여 왕겨를 이용한 천연소재 시트가 170 내지 200℃ 온도범위로 예열된다.
S5 단계: 천연소재 시트의 프레스 성형단계
성형기인 프레스기에 성형금형을 설치하고, 하부금형의 상부에 중량 40 내지200g/㎡의 부직포(Non-Woven Fabric)인 이면층, 예열기에서 170 내지 200℃로 예열된 두께 1.5 내지 4.0mm의 왕겨를 이용한 천연소재 시트, 중량 200 내지 700g/㎡의 부직포(Non-Woven Fabric)인 표면층을 적층한 후, 성형온도 160 내지 180℃, 성형압력 5 내지 10㎏/㎠로 가압 성형하여, 왕겨를 이용한 천연소재 시트에 이면층과 표면층이 접합된 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물로 가공된 가공제품이 제조된다.
또한, 필요에 따라, 도 2에 도시된바와 같이;
상기 S5 단계가 S51 단계로 대체, 구성된 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로 구성 될 수도 있다.
S51 단계: 천연소재 시트의 프레스 성형단계
성형기인 프레스기에 금형의 표면에 요철무늬가 각인되어 성형시 제품 표면에 요철무늬가 형성되는 엠보스 성형금형을 설치, 또는 하부금형의 상부에 중량 100 내지 200g/m²의 부직포(Non-Woven Fabric)인 이면층, 예열기에서 170 내지 200℃로 예열된 두께 1.5 내지 4.0mm의 왕겨를 이용한 천연소재 시트를 적층한 후, 성형온도 160 내지 180℃, 성형압력 5 내지 10㎏/㎠로 가압 성형하여, 표면에 요철무늬가 구비된 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물로 가공된 가공제품이 제조된다.
또한, 필요에 따라;
상기 S3 단계의 티다이 압출기에 투입된 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물이, 60 내지 120℃의 온도범위로 예열 된 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로;
왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공시에 열분해가 저지되어 냄새 발생이 더욱 억제되고, 탄화형상에 의한 불량율 발생이 더욱 방지된 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로 구성될 수도 있으며;
또한, 필요에 따라;
상기 S1 단계 및 S2 단계의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물이,
왕겨 분쇄물 20 내지 75중량%와;
열변형온도가 90℃ 이상을 갖는 폴리에틸렌(P.E) 또는 폴리프로필렌(P.P), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(P.E.T), 아크릴로니트릴 브타디엔 스타일렌 코폴리머
(A.B.S), 폴리스타일렌(P.S)수지 중 선택된 열가소성수지 20 내지 65중량%와;
상기 왕겨 분쇄물과 열 가소성 수지의 결합력을 증대시키기 위한 용도의 상용화제인 무수말레인산 변성 폴리프로필렌 5 내지 15중량%;로 조성된, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로, 구성 될 수도 있으며;
또한, 필요에 따라;
상기 상기 S1 단계의 왕겨분쇄물이,
1 내지 3% 농도의 액상의 수산화나트륨 또는 액상의 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제에 20 내지 40분간 침지된 후, 80 내지 100℃로 건조된 왕겨분쇄물로 조성된, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로, 구성 될 수도 있으며;
또한, 필요에 따라;
상기 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 100중량부에 대하여,
냄새 입자의 흡착 및 원적외선 부여를 위한 용도의, 900 내지 1200℃의 가열온도로 가열 및 기공 크기 0.1 내지 0.5㎛의 대나무 숯이 분쇄된 분말상의 대나무 숯 또는 맥반석,활성탄, 제올라이트 1.0 내지 10중량부가 첨가된 조성의, 천연소재 시트 조성물로 조성된 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로 구성 될 수도 있으며;
상기 왕겨 분쇄물이, 미분쇄된 왕겨 25 내지 70중량%로 조성된, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로 구성 될 수도 있으며;
상기 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 100중량부에 대하여,
난연 기능을 더욱 강화하기 위한 인계 또는 브롬계 난연제 1 내지 5중량부가 첨가되거나, 난연보조제인 산화안티몬 1 내지 5중량부가 첨가된 조성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로 구성 될 수도 있으며;
또한, 필요에 따라;
상기 S3 단계의 티다이 압출기가, 티다이가 다수개 장착된 공압출기로 구성되어, 가공제품이 다수개의 층으로 압출 성형된 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로 구성 될 수도 있으며;
또한, 필요에 따라;
상기 S4 단계와 S5 단계가 배제된, S1 단계 내지 S3 단계로 구성된, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법으로 구성 될 수도 있다.
상기와 같이, 본 발명의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법은;
왕겨가 분쇄된 왕겨 분쇄물에 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제를 첨가;
또는, 왕겨가 분쇄된 왕겨 분쇄물에 1 내지 3% 농도의 액상의 수산화나트륨 또는 액상의 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제에 20 내지 40분간 침지된 후, 80 내지 100℃로 건조된, 왕겨분쇄물의 전처리 방법에 의하여, 왕겨 분쇄물이 수분과 이물질이 제거 됨으로서 왕겨 분쇄물이 알칼리성으로 용이하게 최적화 전환되어 형태학적, 열적으로 안정된 왕겨 분쇄물의 가공방법 및,
왕겨 분쇄물 표면의 수분과 이물질 제거가 용이하여 순도가 향상되고, 왕겨 분쇄물의 열분해가 저하되어 섬유 표면에 균열이 미성장되어 계면 결합력이 증대 되며, 종래 기술의 천연소재로 널리 사용되고 있는 목재(목분)에 비하여 내열성과 난연성이 강화되어 압출기 또는 성형기에서 가공제품으로 압출 또는 성형 가공시에 가공이 용이하고 연소성이 강화되는 동시에, 왕겨분쇄물에 존재된 수분함량이 저하 됨으로서 가공시에 셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스, 리그닌의 열분해가 저하되어 가공 제품에서 냄새 발생이 최대한 억제된 구성의 왕겨 분쇄물의 가공방법과;
본 발명 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물을, 압출기 내부 온도 180 내지 260℃로 천연소재 조성물이 2 내지 5분간 가열하여 두께 3.0 내지 8.0㎜의 압출물을 압출 후, 압출물을 온도 60 내지 120℃의 다수개의 캘린더 롤로 압력 80 내지 120 ㎏/㎠으로 가압 냉각 및 압연을 하여 두께 1.5 내지 4.0mm의 천연소재 시트가 제조되는 가공방법의 구성으로, 본 발명 천연소재 시트 조성물의 가공시에 열분해가 저지되어 냄새 발생이 최대한 억제되고, 탄화형상에 의한 불량율 발생이 방지된 구성의 가공방법과;
종래 기술의 목분인 천연섬유가 함유된 열가소성수지 조성물로 시트 또는 타형태로 압출 또는 성형 가공된 내장시트, 내장부품 등의 자동차용 소재 또는 산업용 소재로 사용되는 가공제품의 문제점이 해결된 구성의 가공방법과;
본 발명 조성물과 가공제품의 제조가 용이하고, 가공성이 현저히 향상된 구성의 가공방법으로, 구성되어 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
이하의 실시예들은 본 발명의 구체적인 실시양태를 설명하기 위한 것일 뿐으로 본 발명의 권리범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니므로 그 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예는, 본 발명 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물과, 본 발명 구성의 S1 단계 내지 S3 단계의 가공방법에 의하여 제조된 자동차용 트렁크 시트 원단으로 사용되는 두께 2.0㎜의 왕겨를 이용한 천연소재 시트이며,
비교예는, 천연섬유인 목분과 열가소성수지로 범용 폴리프로필렌이 함유된 자동차용 트렁크 시트 원단으로 사용되는 두께 2.0㎜의 시중 제품으로서, 상기 실시예 및 비교예의 그 주요 물성 분석결과치는 표 2 및 표 3에 나타내었다.
실시예)
왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 전체 100중량%를 기준으로;
농산폐기물인 왕겨가 분쇄기에서 평균입도가 180㎛로 분쇄되고, 알칼리성부여제인 2% 농도의 수산화나트륨 용액에 침지 후 30분간 방치, 85℃에서 건조(전처리)되어, 왕겨분쇄물의 수분과 이물질이 제거되어 계면결합력을 증대한 왕겨 분쇄물 50중량% 및;
열가소성수지인 이소타틱(isotatic)구조의 고결정성 폴리프로필렌 41.5중량%, 상용화제인 무수말레인산 변성 폴리프로필렌(상품명: CM-1120) 6.5중량%, 열안정제인 칼슘-스테아레이트 1.0중량%, 페놀,인계 산화방지제(상품명: BB 021)0.5중량%, 안료인 카본 블랙 0.5중량%을 교반기에 투입하여 1500 RPM으로 1분간 중속 교반한 후 2500 RPM으로 2분간 고속 교반하고, 800 내지 900 RPM으로 1 분간 저속 교반하여 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물을 생성 후;
왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 100중량부에 대하여, 난연보조제인 산화안티몬 2.5중량부가 첨가된 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물을, 티다이 압출기에 투입하여, 압출기 내부 온도 240℃로 왕겨를 이용한 천연소재 조성물이 4분간 가열 통과시키고, 티다이 내부온도 220℃로 1분간 가열하여 두께 4.0㎜의 압출물을 압출 후, 압출물을 온도 90℃의 3개의 캘린더 롤로 압력 95 ㎏/㎠으로 가압 냉각 및 압연을 하여, 판상소재인 자동차용 트렁크 시트 원단으로 사용되는 두께 2.0㎜의 왕겨를 이용한 천연소재 시트를 제조 하였다.
비교예)
목분 44.8중량%, 범용 폴리프로필렌 48.8중량%,타르크 6.0중량%,산화방지제(상품명:BB-021) 0.2중량%, 안료인 카본블랙 0.2중량%를 혼련하여 공지의 압출기를 통하여 제조된, 자동차용 트렁크 시트 원단으로 사용되는 두께 2.0㎜의 시중제품을 구입하였다.
시험방법)
- 비중 : ASTM D792 - 인장강도, 굴곡강도 : ASTM D628
- 굴곡탄성율 : ASTM D790 - 파열강도 : MS 300-32
- 연화점 : JIS K7206 - 수분 흡수율 : ASTM D570
- 연소성 : MS 300-08 - 냄새 : MS 300-34
냄새강도 | 농도(ppm) | 희석(ml/l) |
1등급 | 0 | 0 |
2등급 | 100 | 0.10 |
3등급 | 400 | 0.40 |
4등급 | 1500 | 1.50 |
5등급 | 7000 | 7.00 |
6등급 | 30000 | 30.00 |
물성항목 | 단위 | 기준치 | 실시예 | 비교예 | |||
비중 | g/㎤ | 1.10±0.2 | 1.1 | 1.11 | |||
인장강도 | kgf/㎠ | 길이방향 | 200이상 | 350 | 211 | ||
두께방향 | 150이상 | 304 | 158 | ||||
굴곡강도 | kgf/㎠ | 길이방향 | 430이상 | 706 | 420/불합격 | ||
두께방향 | 330이상 | 600 | 314/불합격 | ||||
굴곡탄성율 | kgf/㎠ | 길이방향 | 30,000이상 | 37,095 | 28,792/불합격 | ||
두께방향 | 21,000이상 | 32,759 | 20,853/불합격 |
물성항목 | 단위 | 기준치 | 실시예 | 비교예 |
파열강도 | Kgf/㎠ | 25이상(2.0T기준) | 28.4 | 21.6/불합격 |
연화점(VICAT) | ℃ | 158이상 | 165 | 157/불합격 |
수분흡수율 | % | 2이하 | 0.2 | 0.8/합격 |
연소성 | mm/min | 60이하 | 43 | 74/불합격 |
냄새 | 등급 | 3등급이하 | 3등급 | 4등급/불합격 |
상기 표에서 알수 있는바와 같이,
동일한 두께로 가공된 본 발명 조성의 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 및 본 발명의 S1 내지 S3 단계의 가공방법으로 제조된 자동차용 트렁크 시트 원단으로 사용되는 왕겨를 이용한 천연소재 시트인 실시예가, 관련 물성 기준치를 현저히 상회, 충족되어 사용상에 문제점이 전혀 없음이 입증 되었으며;
특히, 종래기술의 천연섬유인 목분과 열가소성수지인 범용 폴리프로필렌이 주성분으로 사용된 비교예는 굴곡강도, 굴곡탄성율, 파열강도, 연화점, 연소성 물성항목이 기준치에 미달 불합격되어 사용상에 문제점이 있는 것으로 판명 되었으며, 냄새 발생 항목도 4등급으로 사용상에 문제점이 있는 것으로 판명 되었으며;
본 발명의 실시예가 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 파열강도, 연화점, 수분흡수율 , 연소성 물성 항목에서 비교예에 비하여 현저히 우수한 것으로 판명 되었으며, 냄새 발생 항목도 3등급으로 비교예에 비하여 우수한 것으로 판명 되었다.
Claims (11)
-
농산폐기물 천연소재인 왕겨와, 열변형온도가 90℃ 이상을 갖는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴 브타디엔 스타일렌 코폴리머, 폴리스타일렌 수지 중 선택된 열가소성수지와, 상용화제인 무수말레인산 변성 폴리프로필렌과, 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제와, 첨가제로 칼슘 계열의 무독성 또는 무기 및 금속이 함유된 열안정제, 페놀,인계 산화방지제, 카본 블랙 또는 무기화합물로 조성된 안료로 조성 되거나;
또는, 농산폐기물 천연소재인 왕겨와, 열변형온도가 90℃ 이상을 갖는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴 브타디엔 스타일렌 코폴리머, 폴리스타일렌 수지 중 선택된 열가소성수지와, 상용화제인 무수말레인산 변성 폴리프로필렌으로 조성된, 농산폐기물인 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물에 있어서;
상기 천연소재 시트 조성물 중, 택일된 어느 하나의 천연소재 시트 조성물 100중량부에 대하여,
냄새 입자의 흡착 및 원적외선 부여를 위한 용도의 900 내지 1200℃의 가열온도로 가열 및 기공 크기 0.1 내지 0.5㎛의 대나무 숯이 분쇄된 분말상의 대나무 숯 또는 맥반석, 활성탄, 제올라이트 1 내지 10중량부가 첨가 됨을 특징으로 하는, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 농산폐기물인 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법이 다음과 같은 S1 단계 내지 S5 단계로 구성 됨을 특징으로 하는, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법
S1 단계: 왕겨 분쇄물 생성 및 왕겨 분쇄물을 알칼리성으로 전환하여 계면결합력 증진단계
왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물 전체 100중량%를 기준으로,
농산폐기물인 왕겨가 50 내지 300㎛로 분쇄기 또는 절단기에서 분쇄된 왕겨 분쇄물 25 내지 70중량%에, 수산화나트륨 또는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화알미늄, 씰란 중 선택된 알칼리성부여제 1 내지 6중량%가 투입되어, 왕겨 분쇄물의 수분과 이물질제거 및 왕겨 분쇄물이 알칼리성으로 전환되어 계면결합력을 증진한다.
S2 단계: 왕겨 분쇄물과 열가소성 수지, 상용화제, 첨가제가 혼합된 천연소재 조성물 생성단계
S1 단계를 거친 왕겨 분쇄물을 교반기에 적재 후, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴 브타디엔 스타일렌 코폴리머, 폴리스타일렌 수지 중 선택된 열가소성수지 20 내지 60중량%와, 상용화제인 무수말레인산 변성 폴리프로필렌 1.5 내지 7중량%와, 첨가제로 칼슘 계열의 무독성 또는 무기 및 금속이 함유된 열안정제 0.05 내지 1중량%, 산화방지를 위한 페놀 및 인계가 혼합된 페놀,인계 산화방지제 0.05 내지 0.5중량%, 카본 블랙 또는 무기화합물로 조성된 안료 0.1 내지 0.5중량%를 교반기에 투입하여, 교반기 회전속도 1,500 내지 1,600RPM으로 0.5 내지 1분간 중속 교반한 후 2,500 내지 2,600RPM으로 2 내지 2.5분간 고속 교반하고, 800 내지 900RPM으로 1 내지 1.5분간 저속 교반하여 왕겨를 이용한 천연소재 조성물이 생성, 저장 탱크로 배출한다.
S3 단계: 천연소재 조성물을 천연소재 시트로 압출단계
저장탱크로 배출된 왕겨를 이용한 천연소재 조성물을 티다이 압출기에 투입, 온도 180 내지 260℃로 왕겨를 이용한 천연소재 조성물이 2 내지 5분간 가열하여 두께 3.0 내지 8.0㎜의 압출물을 압출 후, 압출물을 온도 60 내지 120℃의 다수개의 캘린더 롤로 압력 80 내지 120㎏/㎠으로 가압 냉각 및 압연을 하여 두께 1.5 내지 4.0mm의 왕겨를 이용한 천연소재 시트가 제조된다.
S4 단계: 천연소재 시트의 예열단계
왕겨를 이용한 천연소재 시트를 예열기에 투입하여, 예열기 내부 온도 250 내지 355℃에서 1 내지 2분간 예열하여 왕겨를 이용한 천연소재 시트가 170 내지 200℃ 온도범위로 예열된다.
S5 단계: 천연소재 시트의 프레스 성형단계
성형기인 프레스기에 성형금형을 설치하고, 하부금형의 상부에 중량 40 내지200g/㎡의 부직포(Non-Woven Fabric)인 이면층, 예열기에서 170 내지 200℃로 예열된 두께 1.5 내지 4.0mm의 왕겨를 이용한 천연소재 시트, 중량 200 내지 700g/㎡의 부직포(Non-Woven Fabric)인 표면층을 적층한 후, 성형온도 160 내지 180℃, 성형압력 5 내지 10㎏/㎠로 가압 성형하여, 왕겨를 이용한 천연소재 시트에 이면층과 표면층이 접합된 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물로 가공된 가공제품이 제조된다. - 제 8항에 있어서, 상기 S5 단계가, 다음의 S51 단계로 대체, 구성 됨을 특징으로 하는, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법
S51 단계: 천연소재 시트의 프레스 성형단계
성형기인 프레스기에 금형의 표면에 요철무늬가 각인되어 성형시 제품 표면에 요철무늬가 형성되는 엠보스 성형금형을 설치, 또는 하부금형의 상부에 중량 100 내지 200g/m²의 부직포(Non-Woven Fabric)인 이면층, 예열기에서 170 내지 200℃로 예열된 두께 1.5 내지 4.0mm의 왕겨를 이용한 천연소재 시트를 적층한 후, 성형온도 160 내지 180℃, 성형압력 5 내지 10㎏/㎠로 가압 성형하여, 표면에 요철무늬가 구비된 구성의, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물로 가공된 가공제품이 제조된다. - 제 8항에 있어서, 상기 S3 단계의 티다이 압출기에 투입된 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물이, 60 내지 120℃의 온도범위로 예열 됨을 특징으로 하는, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 S3 단계의 티다이 압출기가, 티다이가 다수개가 장착된 공압출기로 구성되어, 가공제품이 다수개의 층으로 압출 성형 됨을 특징으로 하는, 왕겨를 이용한 천연소재 시트 조성물의 가공방법.
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주덕기, "농산 부산물인 왕겨의 산업자원 활용", 농림수산식품기술기획평가원 컬럼(2011.03.10.) * |
주덕기, "농산 부산물인 왕겨의 산업자원 활용", 농림수산식품기술기획평가원 컬럼(2011.03.10.)* |
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