KR101570670B1 - 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물 및 이를 이용한 합성목재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 등산로, 데크로드, 생태공원, 전망대 등의 구조 재료로 사용되는 합성목재 조성물 및 이를 이용한 합성목재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목분과 유브이(UV) 흡수제로 되는 목분 조성물과; 열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물과; 윤활제, 착색제, 결합제 및 보강제로 되는 첨가제 조성물을 포함하되, 상기 윤활제는 무기 방오제인 산화제일구리(Cu₂O)와 유기 방오제인 피리디 아연(Zinc prithione)을 에틸렌디아민사아세트산(EDTA)과 혼합하여서 된 분말인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 합성목재의 표면오염을 예방하고, 미세 생물체의 활동을 억제하여 목분의 부후나 열경화성수지의 산화를 늦출 수 있어 합성목재의 내후성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 합성목재의 내후성을 개선함으로써, 조경자재로서의 가치를 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물 및 이를 이용한 합성목재의 제조방법{Synthetic wood composition and preparing method of Synthetic wood using thereof}

본 발명은 등산로, 데크로드, 생태공원, 전망대 등의 구조 재료로 사용되는 합성목재 조성물 및 이를 이용한 합성목재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 합성목재 표면의 방오성 및 항균성을 개선하도록 하는 합성목재 조성물 및 이를 이용한 합성목재의 제조방법에 관한 것이다.

목재는 건물의 바닥재나 실내문, 창틀 등과 같은 친환경적인 건축용 내·외장재로서 널리 사용되고 있다. 이러한 목재로는 대부분 방부목재가 사용되고 있는데, 방부목재는 천연목재에 방부액을 침투시켜 가공한다.

그러나 이러한 천연목재나 방부목재는 가공성이 우수한 반면에 강도가 극히 취약하고, 외부의 온도변화 및 습기, 충격 등에 쉽게 변형이 발생하게 되며, 반영구적이지 못하고, 산림을 훼손시켜 천연목을 얻어야 하는 등의 단점이 있다. 아울러, 방부목재의 경우 다량의 환경유해물질이 방출됨으로써 사용에 많은 제약이 있었다.

따라서, 상기와 같은 천연목재 또는 방부목재를 대신하여 합성수지와 목재를 혼합하여 성형 제조한 합성목재가 등산로, 데크로드, 생태공원, 전망대 등의 구조재로서 널리 사용되고 있다.

상기 합성목재는 원목을 분쇄한 목분과 열경화성 합성수지 등의 첨가제가 합성된 충전제를 주입하고 가열 압축시켜 패널을 구비하고, 구비된 패널의 전면에 천연 무늬목이나 비닐 무늬목을 접착시켜 용도에 맞게 가공 절단하여 완성하였다. 이러한 합성목재는 천연 무늬목의 질감을 가지며, 내구성과 내마모성이 높은 장점이 있다.

그러나 이러한 합성목재는 봄, 여름철 대기 중에 날리는 꽃가루나 송진 등의 이물질에 의해 표면이 오염되거나 목분과 반응하여 부후가 진행되고, 열가소성 수지의 산화가 진행됨으로써, 합성목재의 내후성을 떨어뜨리는 단점이 있었다. 또한, 봄, 여름철이 아니더라도 습기가 있는 강가 등에 설치된 경우 역시 합성목재의 표면에 이끼가 쌓이고 이끼 속의 미세 생물체의 신진대사 활동으로 인해서도 표면이 오염되거나 목분과 반응하여 부후가 진행되고, 열가소성 수지가 산화되는 등의 단점이 있었다.

이러한 합성목재의 방오성을 향상시키기 위한 선행문헌들은 다음과 같이 게시되어 있다.

대한민국 등록특허 제10-1197000호에서는 합성목재로 이루어진 흡음판의 표면에 메틸트리메톡시실란(Methyltrimethoxysilane), 글리시독시프로필 트리메톡시실란(Glycidoxypropyl trimethoxysilane) 및 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)로부터 제조되는 코팅제를 15㎛ 내지 25㎛로 피복시킨 코팅층을 형성함으로써, 목재의 방오성을 향상시켰다.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2011-0134967호에서는 합성목재 표면에 평균입자크기 5~20nm의 안티몬주석산화물 입자, 평균입자크기 5~30nm의 이산화티타늄 입자 및 폴리실록산 결합제를 포함하는 광촉매 복합 코팅층을 형성함으로써, 목재의 방오성을 향상시켰다.

그리고 대한민국 등록특허 제10-1049096호에서는 목재를 목초액에 침지시키고, 송진 등으로 표면처리하는 목재의 보존처리방법을 제시함으로써, 그 오염을 예방하였다.

그러나 상기한 선행문헌들은 모두 목재, 즉 합성목재의 표면에 화학 조성물을 도포 또는 코팅하는 방법으로 방오성을 향상시켰는바, 표면처리를 통한 방오성의 향상은 시간이 경과함에 따라 방오성능이 현저히 저하되며 표면 코팅층이 분리됨에 따라 오히려 목재의 외관이 손상되어 조경적 가치가 떨어지는 등의 단점이 있었다.

KR 제10-1197000 B1 KR 10-2011-0134967 A KR 10-1049096 B1

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 합성목재가 가진 제반문제점을 해소하기 위한 것으로, 목분, 열가소성 수지와 함께, 식물류 미세 생물체에 효과적인 유기 방오제, 동물류 미세 생물체에 효과적인 무기 방오제를 혼합하여 합성목재 조성물을 구성하고, 이를 이용하여 합성목재를 성형함으로써, 합성목재의 표면 오염을 방지하고 항균성을 갖도록 하여 내후성을 개선하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물은, 목분과 유브이(UV) 흡수제로 되는 목분 조성물과; 열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물과; 윤활제, 착색제, 결합제 및 보강제로 되는 첨가제 조성물을 포함하되, 상기 윤활제는 무기 방오제인 산화제일구리(Cu₂O)와 유기 방오제인 피리디 아연(Zinc prithione)을 에틸렌디아민사아세트산(EDTA)과 혼합하여서 된 분말인 것을 특징으로 한다.

상기 윤활제는 무기 방오제와 유기 방오제가 1:0.1~10중량부로 혼합되고, 상기 혼합된 방오제가 에틸렌디아민사아세트산과 1:0.1~10중량비로 혼합되며, 50~100㎛의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 보강제는 이산화티탄과 탄산칼슘의 혼합물이고, 상기 목분 조성물은 섬유길이가 1.0~1.5mm인 침엽수 목분 100중량부에 유브이 흡수제 0.1~1중량부를 첨가하여 되고, 상기 원료 조성물은 열가소성 수지 100중량부에 유브이 안정제 0.1~1중량부를 첨가하여 되는 것을 특징으로 한다.

상기 침엽수 목분은 크기가 30~100mesh이고, 길이 대 직경의 비가 3:1~5:1인 것으로, 수분 함유율이 자연건조로 6~10%가 되도록 하고 건조기를 이용하여 1~2%가 되도록 건조한 목분인 것을 특징으로 한다.

상기 목분 조성물 49~62중량%, 원료 조성물 28~33중량%, 윤활제 3~5중량%, 착색제 3~5중량%, 결합제 1~3중량%, 보강제 3~5중량%로 되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 합성목재의 제조방법은, 목분과 유브이(UV) 흡수제로 되는 목분 조성물, 열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물 및 결합제를 혼합하고, 압출하여 펠릿 형태의 조성물을 제조하는 단계와, 열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물, 윤활제, 착색제, 결합제 및 보강제를 혼합하고, 압출하여 펠릿 형태의 조성물을 제조하는 단계와, 상기 두 펠릿 형태의 조성물을 210~270℃의 온도로 가열, 교반하는 단계와, 상기 가열, 교반된 조성물을 성형하는 단계를 포함하며, 상기 윤활제는 무기 방오제인 산화제일구리(Cu₂O)와 유기 방오제인 피리디 아연(Zinc prithione)을 에틸렌디아민사아세트산(EDTA)과 혼합하여서 된 분말인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 합성목재의 표면오염을 예방하고, 미세 생물체의 활동을 억제하여 목분의 부후나 열경화성수지의 산화를 늦출 수 있어 합성목재의 내후성을 개선할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 합성목재의 내후성을 개선함으로써, 조경자재로서의 가치를 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 시험예에 따른 실시예 1의 사진.
도 2는 시험예에 따른 비교예 1의 사진.
도 3은 시험예에 따른 비교예 1의 5년 경과시점에서의 사진.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

종래의 합성목재는 우수한 물성, 내구성을 가지므로 천연목재나 방부목재를 대체하여 등산로, 데크로드, 생태공원, 전망대 등에 적용되고 있다. 그러나 이러한 합성목재는 표면이 쉽게 오염되어 목분의 부후가 일어나거나 열가소성 수지가 산화되어 장기간 사용시 조경자재로서의 가치가 떨어지는 등의 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 합성목재의 표면 방오성능을 개선하여 목분의 부후, 열가소성 수지의 산화를 방지함으로써, 합성목재의 내후성을 개선하여 조경자재로서의 가치를 높일 수 있도록 한다. 이를 위해서 본 발명에서는 윤활제로서 방오제를 사용하되, 동물류의 신진대사를 방해하는 무기 방오제와, 식물류의 신진대사를 방해하는 유기 방오제를 함께 사용함으로써, 식물류의 신진대사를 방해함은 물론, 동물류의 신진대사 역시 방해토록 하는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 합성목재 조성물에 대해 설명한다.

본 발명의 합성목재 조성물은, 목분과 유브이(UV) 흡수제로 되는 목분 조성물과; 열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물과; 윤활제, 착색제, 결합제 및 보강제로 되는 첨가제 조성물;을 포함하며, 상기 윤활제는 무기 방오제인 산화제일구리(Cu₂O)와 유기 방오제인 피리디 아연(Zinc prithione)을 에틸렌디아민사아세트산(EDTA)과 혼합하여서 된 분말인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목분 조성물은 목분과 유브이(UV) 흡수제로 구성된다. 상기 목분(wood flour)은 칩, 셰이빙 및 톱밥과 같은 재활용 물질을 파쇄하여 제조할 수도 있고, 재활용 제품이 아닌 신목재를 파쇄하여 제조할 수도 있다. 본 발명에서는 상기 목분으로 섬유길이가 1.2~1.5mm인 침엽수 원목을 30~100mesh의 크기로 분쇄하여서 사용함이 바람직하다. 상기 침엽수 원목을 사용하는 이유는 소나무와 같은 침엽수는 비중이 상대적으로 활엽수에 비해 높고 입자를 일정하게 제조할 수 있기 때문이다. 그리고 활엽수는 침엽수에 비하여 섬유질 조직이 상대적으로 더 커서 조직 사이가 침엽수에 비하여 보다 성기기 때문에, 합성목재의 강도 면에서 부정적인 영향을 미치기 때문이다.

즉, 활엽수는 상기 낮은 비중과 상대적으로 긴 섬유길이 등으로 인해 배합성이 침엽수에 비해 좋지 못하고, 합성목재의 휨강도 등도 좋지 못하므로, 본 발명에서는 섬유길이가 1.2~1.5mm인 침엽수 원목을 30~100mesh의 크기로 분쇄하여 사용한다. 여기서, 상기 목분의 분쇄입도가 30mesh 보다 클 경우 합성목재의 치수안정성, 탄성률 등이 저하되고, 100mesh보다 작을 경우 너무 미세한 목분에 의해 이를 배합하는 과정에서 목분이 서로 뭉쳐 어려움이 발생할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 목분은 길이 대 직경의 비가 3:1~5:1인 것이 바람직한데, 이 비율을 벗어날 경우 합성목재의 물성이 좋지 못할 수 있기 때문이다.

그리고 상기 목분은 수분 함유율이 1~2%가 되도록 건조한 건조 목분을 사용해야 하는데, 수분이 합성목재의 표면성질, 불량률 등에 영향을 미치기 때문이다. 즉, 목분의 수분 함유율이 2%를 초과할 경우 합성목재의 성형 시 수분이 증발되면서 기포 등이 발생하여 공극을 초래하고, 합성목재의 표면성질에 악영향을 주며, 수지와의 결합력을 약화시켜 불량을 유발하는 등의 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서는 상기 목분을 건조하는 방법으로는 상온, 즉 자연건조를 통해 6~10% 정도인 수분 함유율을 갖도록 건조하고, 이를 다시 건조기, 바람직하게는 열풍 건조기를 이용하여 목분의 수분 함유율을 1~2%로 낮추는 것이다. 이는 목분의 제조시 제조비용이 증가하지 않도록 하면서도, 목분의 수분함유율을 충분히 낮춰 합성목재의 표면성질 및 불량률 등에 영향을 미치지 않도록 하기 위함이다.

아울러, 상기 목분에는 UV 흡수제가 첨가되는 것이 바람직한데, 상기 UV 흡수제의 혼합을 통해 자외선에 의한 기계적 성질의 저하, 변색 등을 방지한다. 상기 UV 흡수제는 이 기술이 속하는 분야에서 공지된 다양한 제품을 이용 가능한데, 예를 들면 UV 흡수제는 2-(2-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3-터셔리-부틸-5메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3,5-디터셔리-부틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 목분 100중량부에 대해 UV 흡수제 0.1~1중량부 정도를 첨가함이 바람직하다.

그리고 상기 목분 조성물은 합성목재 조성물 내에 49~62중량%만큼 사용함이 바람직한데, 목분 조성물의 함량이 너무 낮을 경우 목재로서의 기능이 떨어지고 플라스틱성이 너무 강해지며, 반대로 함량이 너무 높을 경우 상대적으로 열가소성 수지의 함량이 적어지게 되므로, 49~62중량%만큼 사용함이 적당하다.

상기 열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물은 합성목재를 제조하기 위한 플라스틱 원료로서, 폴리에틸렌(PE), 폴리염화비닐(PVC) 및 폴리프로필렌(PP) 중 선택된 1종 이상의 열가소성 수지를 포함한다. 이러한 원료 조성물은 더욱 바람직하게는 열가소성 수지 100중량부에 유브이(UV) 안정제 0.1~1중량부를 첨가하여서 된 것으로, UV 안정제의 사용으로 자외선에 의한 안정성을 높인다. 즉, 상기 유브이 안정제는 태양광선으로부터 자외선을 차단하여 열가소성 수지의 변색을 막는 것이다. 본 발명에서는 상기 유브이 안정제의 종류를 제한하지 않는바, 이 기술이 속하는 분야에서 공지된 다양한 종류의 것을 적용 가능한데, 예를 들면 살리실레이트계, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 시아노아크릴레이트계, 벤조에이트계, 트리아진계 및 아민계의 자외선 안정제 중의 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용 가능하다.

그리고 상기 원료 조성물은 합성목재 조성물 내에 28~33중량%만큼 사용됨이 바람직한데, 그 함량이 28중량% 미만일 경우 내구성 등이 좋지 못하게 되고, 33중량%를 초과하게 되면 목재의 특성이 적어지게 되므로, 28~33중량%만큼 사용함이 바람직하다.

그리고 본 발명에서 첨가제로는 윤활제, 보강제, 착색제 및 결합제를 사용한다.

본 발명에서의 첨가제로서 특징적인 것은, 윤활제로서 방오제를 사용하는 것이다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이, 방오제로서 유기 방오제와 무기 방오제를 함께 사용함으로써, 식물류 및 동물류에 대한 방오성을 충분히 발휘할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에서는 방오제로서 합성목재를 표면 처리하는 것이 아닌, 합성목재의 조성물 중 윤활제로서 방오제를 사용함으로써, 방오제가 별도로 분리되거나 합성목재 표면으로부터 탈락되는 등의 문제없이 장기간 안정적으로 그 성능이 발휘될 수 있는 것이다.

이러한 방오제로서, 구체적으로는 무기 방오제인 산화제일구리(Cu₂O)와 유기 방오제인 피리디 아연(Zinc prithione)을 에틸렌디아민사아세트산(EDTA)과 혼합하여서 된 분말을 사용한다. 즉, 무기 방오제인 산화제일구리가 EDTA와 반응하여 킬레이트 구리를 형성하고, 상기 킬레이트 구리가 동물성 물질에 대한 신진대사를 방해하여 합성목재의 표면오염을 방지한다. 그리고 유기 방오제인 피리디 아연 역시 EDTA와 킬레이트 아연을 형성하고, 상기 킬레이트 아연이 꽃가루나 송진 등의 식물성 이물질로 인한 표면오염을 방지한다.

이러한 방오제는 무기 방오제인 산화제일구리와 유기 방오제인 피리디 아연이 1:0.1~10중량부로 혼합되고, 상기 혼합된 방오제가 EDTA와 1:0.1~10중량비로 혼합되는 것이 바람직한바, 상기 무기 방오제와 유기 방오제의 비율이 맞지 않을 경우 식물류 또는 동물류에 대한 방오성능이 충분히 발휘될 수 없고, EDTA와의 비율을 벗어날 경우 킬레이트화가 충분히 일어날 수 없기 때문이다. 그리고 상기와 같이 방오제와 EDTA로 구성되는 윤활제의 입자크기는 50~100㎛가 되는 것이 바람직한데, 그 입자크기가 너무 크거나 작을 경우 합성목재의 물성에 좋지 않기 때문이다.

그리고 상기 방오제는 방오성능을 부여함과 동시에, 윤활제로서 합성목재의 가공 중에 목분의 분산을 높이는 역할 역시 하는 것이며, 이러한 방오제 외에 파라핀 왁스 등의 일반 윤활제를 더 사용할 수도 있음은 당연하다.

특히, 상기 방오제와 EDTA로 되는 윤활제는, 합성목재를 성형할 경우 합성목재의 표면에 위치되어 식물 및 동물에 대한 신진대사 방해를 통해 표면 오염을 방지함으로써, 목분의 부후 및 열가소성 수지의 산화를 방지하여 외관이 미려한 상태로 장기간 사용이 가능하게 된다.

한편, 상기 윤활제를 구성함에 있어서, 세라믹의 미세 중공체 분말을 더 포함하도록 할 수 있는데, 상기 세라믹의 미세 중공체 분말을 사용하여 합성목재 표면의 열 교환성을 높여 단열성 및 열차단성 등을 개선할 수 있다. 이를 더욱 상세히 설명하면, 상기 세라믹의 미세 중공체 분말은 주성분이 알루미노 실리케이트이고, 입자 크기가 30~100㎛인 것을 사용하는바, 상기 알루미노 실리케이트는 열전도도가 0.1W/m/K으로, 열 안정성 및 단열에 대한 효과를 입증받은 소재이다. 즉, 상기 세라믹의 미세 중공체 분말은 합성목재의 성형시, 합성목재에 열 교환성을 부여하게 되는데, 특히 표면에 위치되어 태양열을 반사하고, 가시광선 이상의 긴 파장인 적외선의 복사열을 방출함으로써, 합성목재의 표면온도 상승을 방지한다. 또한, 겨울철 외부온도가 낮아지더라도 미세 중공체 분말의 축열현상에 의해 결로가 발생하는 것을 방지하는 것이다.

즉, 상기 윤활제로서 앞서 설명된 유, 무기 방오제와 EDTA의 혼합 분말과 미세 중공체 분말을 1:1 중량비로 혼합하여 사용할 경우, 표면오염을 방지하는 것은 물론, 단열성 및 열차단성을 개선하여 현저히 우수한 내후성을 확보할 수 있는 것이다.

상기 보강제는 충격강도와, 굽힘강도, 열변형 온도 및 하중에 의한 장기적인 변형을 개선하기 위해 사용되며, 윤활성의 개선 및 목분의 수분 흡수를 위해서도 사용된다. 본 발명에서는 이러한 보강제로서 이산화티탄과 탄산칼슘의 혼합물, 더욱 바람직하게는 이를 1:1 중량비로 혼합한 혼합물을 사용할 수 있는데, 이러한 보강제는 앞서 언급한 기능은 물론, 상기 방오제와 함께, 치밀한 구조를 형성하여 방오제의 성능을 더욱 우수하게 하는 역할을 한다. 이때, 상기 보강제의 입도는 제한하지 않는바, 10nm~30㎛ 정도면 족하다. 상기 보강제는 합성목재 조성물 내에서 3~5중량%만큼 사용가능한데, 3중량% 미만일 경우 물성의 개선, 목섬유의 수분 흡수가 어렵고, 5중량%를 초과할 경우 오히려 합성목재의 가공성이 좋지 못할 수 있기 때문이다.

그리고 상기 착색제는 색의 안정성을 부여하기 위한 것으로, 목재와 같은 외양과 자외선에 대한 저항성을 높이기 위해 사용된다. 본 발명에서는 상기 착색제의 종류를 제한하지 않으며, 예시적으로 무기질인 산화철로 구성된 안료를 사용할 수 있다.

상기 착색제는 합성목재 조성물 내에서 3~5중량%의 범위로 사용됨이 바람직한데, 그 사용량이 3중량% 미만일 경우 착색제로서의 기능이 미약하여 목재로부터의 변색을 막을 수 없고, 5중량%를 초과할 경우 과량이 되어 합성목재의 물성을 저하시킬 수 있기 때문이다.

상기 결합제는 플라스틱, 즉 열가소성 수지와 목분과의 결합력을 개선하기 위하여 사용되는 것이다. 원칙적으로 목분은 친수성인 극성을 나타내고, 플라스틱은 소수성의 비극성을 가지므로, 두 물질의 결합력은 약하다. 따라서, 목분과 플라스틱의 상호 작용은 결합제의 첨가에 의하여 두 물질 사이의 계면에서 새로운 화학적 결합으로 크게 개선되는 것이다. 이러한 결합제로는 말리에이티드 폴리프로필렌(maleated poly-propylene, MAPP) 등을 사용할 수 있다. 상기 결합제는 합성데크의 굽힘 강도(modulus of rupture, MOR)와 탄성계수(modulus of elasticity, MOE)를 증가시키며, 치수안정, 충격강도 및 목분의 분산을 돕는다.

상기 결합제는 합성목재 조성물 내에서 1~3중량%의 범위로 사용됨이 바람직한데, 그 사용량이 1중량% 미만일 경우 결합력이 개선될 수 없고, 3중량%를 초과할 경우 과량이 되어 합성목재의 물성을 저하시킬 수 있기 때문이다.

아울러, 본 발명의 합성목재 조성물은 상기에서 언급한 첨가제 이외에도, 일반적인 합성목재의 제조시 사용되는 항산화제, 내염재, 열안정제 등을 추가로 사용하는 것도 가능한 것으로, 합성목재 분야에서 공지된 첨가제라면 그 종류와 무관하게 사용가능하다.

상기와 같이 구성된 합성목재 조성물은 표면의 방오성능이 뛰어나, 합성목재 표면에 오염이 발생되기 어렵고, 오염으로 인한 목재의 부후 및 열가소성 수지의 산화가 일어나지 않아 미려한 외관을 장기간 유지할 수 있어, 실외 조경자재로서 안정적으로 사용할 수 있다.

또한, 상기 조성물을 설명함에 있어 별도로 언급하지는 않았지만, 상기한 첨가제를 목분 조성물 및 원료 조성물과 혼합할 시, 원료 조성물을 이용하여 첨가제를 마스터 배치로 제조한 후 이를 혼합하는 것으로, 이는 첨가제의 원활한 혼합을 위해 일반적으로 공지된 사항이므로, 이에 대한 설명은 생략하였다.

이하, 본 발명의 합성목재의 제조방법에 대해 설명한다. 하기의 제조방법을 설명함에 있어서, 앞서 합성목재 조성물에서 설명된 내용은 생략한다.

목분 조성물, 원료 조성물, 결합제, 윤활제, 착색제 및 보강제를 칭량하는 단계.

먼저, 목분 조성물 49~62중량%, 원료 조성물 28~33중량%, 윤활제 3~5중량%, 착색제 3~5중량%, 결합제 1~3중량% 및 보강제 3~5중량%의 비율로 각 재료를 칭량한다. 이때, 상기 원료 조성물 중 일부는 윤활제, 착색제, 결합제 및 보강제와 혼합하여 펠릿 형태의 마스터 배치를 제조하고, 나머지는 목분 조성물 및 결합제와 혼합하여 펠릿 형태의 조성물을 제조할 것이므로, 적절히 배분하여 사용한다. 그리고 상기 결합제 역시 양 마스터 배치에 모두 사용되므로 적절히 배분하여 사용토록 한다.

목분과 유브이(UV) 흡수제로 되는 목분 조성물, 열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물 및 결합제를 혼합하고, 압출하여 펠릿(pellet) 형태의 조성물을 제조하는 단계.

먼저, 앞서 설명된 바와 같이 목분과 유브이 흡수제로 되는 목분 조성물, 열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물 및 결합제를 혼합하고, 압출하여 펠릿 형태의 조성물을 제조한다. 이때, 상기 펠릿의 크기는 3~10mm 정도일 수 있으나, 이를 반드시 제한하는 것은 아니다. 여기서, 상기 펠릿의 압출 조건 및 방법은 공지된 방법에 따른다.

원료 조성물, 윤활제, 착색제, 결합제 및 보강제를 혼합하고, 압출하여 펠릿 형태의 조성물을 제조하는 단계.

다음으로, 첨가제인 윤활제, 착색제, 결합제, 보강제를 원료 조성물과 혼합, 압출하여 펠릿 형태의 조성물을 제조한다. 이 단계에서의 펠릿의 제조 역시 공지된 방법을 따르며, 상기 펠릿의 크기는 0.5~5mm 정도일 수 있으나, 이를 제한하지는 않는다.

상기 두 펠릿 형태의 조성물을 210~270℃의 온도로 가열, 교반하는 단계.

다음으로, 상기한 두 펠릿 형태의 조성물을 성형기에 투입하고, 210~270℃의 온도로 가열 교반한다. 이때, 상기 가열온도가 210℃ 미만일 경우 두 조성물의 충분한 용융이 어려워 균일한 혼합이 힘들고, 270℃를 초과할 경우 변색이 일어나거나 목분이 열화되는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 그리고 상기 가열, 교반시간은 제한하지 않는 것으로, 통상의 압출 성형기, 압축 성형기, 사출 성형기로 성형하기 위한 조건에 따른다.

상기 가열, 교반된 조성물을 성형하는 단계.

다음으로, 상기 와 같이 스크류를 통해 점차적으로 일원화된 합성목재 조성물을 용도에 따라 바닥재, 난간재, 기둥재 등의 금형으로 이송하여 성형한다. 여기서, 그 성형방법은 압출, 사출성형 및 압축성형 등 다양한 방법을 적용가능하다. 이러한 성형방법은 이 기술이 속하는 분야에서 충분히 공지된 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

즉, 본 발명의 합성 목재 조성물은 충분한 용융 교반 후, 성형하면, 조성물 내에 포함된 윤활제인 유, 무기 방오제와 EDTA가 킬레이트되어 동, 식물류에 대한 방오성을 나타냄에 따라 합성목재의 표면오염, 목분의 부화, 열가소성 수지의 산화 등을 방지해준다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 조성비를 갖는 합성목재를 성형하였다.

실시예들의 혼합비.(중량%)

구분	목분 조성물	원료 조성물	첨가제
			보강제	윤활제	착색제	결합제
실시예 1	62	28	3	3	3	1
실시예 2	49	33	5	5	5	3

여기서, 상기 목분 조성물로는 목분 100중량부에 UV 흡수제 0.8중량부를 혼합한 것을 사용하였으며, 상기 원료 조성물로는 열가소성 수지인 PP 100중량부에 UV 안정제 0.5중량부를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 목분으로는 섬유길이가 1.0~1.5mm인 침엽수 목분으로, 크기가 30~100mesh이고, 길이 대 직경의 비가 3:1~5:1이며, 수분 함유율이 2%인 건조 목분을 사용하였으며, UV 흡수제로는 2-(2-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸을, UV 안정제로는 아민계 안정제를 사용하였다. 또한, 보강제로는 이산화티탄과 탄산칼슘의 1:1 중량비로 혼합한 것을, 윤활제로는산화제일구리와 피리디온 아연 및 EDTA를 1:1:2 중량비로 혼합하고, 입자 크기가 50~100㎛인 분말을 사용하였으며, 착색제로는 산화철로 구성된 안료를, 결합제로는 말리에이티드 폴리프로필렌을 사용하였다.

아울러, 상기 보강제, 윤활제, 착색제 및 결합제의 일부는 원료 조성물을 이용하여 펠릿 형태의 마스터 배치를 제조한 후, 이를 목분 조성물, 원료 조성물 및 나머지 결합제를 혼합한 펠릿 형태의 조성물과 혼합하였으며, 그 혼합물을 210~27℃로 30분간 가열하여 교반한 후, 이를 압출기에 넣고 압출하여 연속 판형의 합성목재를 제작하였다. 그리고 상기 합성목재를 냉각한 후 그 표면을 매끄럽게 가공하였다.

(비교예)

비교예 1, 2로서 상기 실시예 1, 2와 동일하게 합성목재를 제조하되, 윤활제로서 파라핀 왁스를 사용하였다.

(실험예)

상기 실시예 1, 2와 비교예 1, 2로 제조된 합성목재를 꽃가루와 송진가루가 많이 날리고, 이끼 역시 접촉될 수 있는 바닷가에 설치된 시험장치에서 36개월간 6개월 주기로 관찰하였다. 그리고 비교예 1의 경우 추가 24개월간 더 관찰하였다.

평가 기준으로는, 5: 비오염 상태, 4: 얇은 슬라임층이 관찰되는 상태, 3: 두꺼운 슬라임층이 관찰되거나 오염 면적이 시편의 유효 면적 대비 20% 이하인 상태, 2: 오염 면적이 시편의 유효 면적 대비 20~50%인 상태, 1: 오염 면적이 시편의 유효 면적 대비 50~100%인 상태로 하였다.

시험결과.

구분	6개월	12개월	18개월	24개월	30개월	36개월
실시예 1	5	5	5	5	5	5
실시예 2	5	5	5	5	5	5
비교예 1	5	4	4	3	3	2
비교예 2	5	4	4	3	3	2

그리고 그 결과를 표 2 및 도 1, 2에 나타내었다. 상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1, 2는 모두 36개월간 표면오염이 관찰되지 않았으나, 비교예 1, 2의 경우 12개월 경과 시점부터 표면오염이 관찰되었으며, 36개월 후에는 유효면적의 20~50%가량에 오염이 발생하였다. 아울러, 도 1 및 도 2는 36개월 경과시점에서의 실시예 1과 비교예 1의 표면 사진으로서, 도 1과 같이 실시예 1은 표면오염이 없으며 425배 확대시에도 목분의 부후와 열가소성 수지의 산화가 일어나지 않았다. 도 2는 비교예 1에 따른 합성목재의 표면 사진으로, 표면오염이 심각하며 425배 확대시에도 심각한 오염 상태를 확인할 수 있었다.

또한, 도 3의 경우 5년이 경과된 시점에서의 비교예 1의 표면 상태를 나타낸 사진으로서, 목분의 부후와 표면박리가 심각하게 진행됨을 확인하였다.

따라서, 본 발명의 조성물은 합성목재의 표면오염을 방지하고, 장기적으로는 목분의 부후와 열가소성 수지의 산화로 인한 표면 박리 역시 방지할 수 있음을 확인한 것이다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (9)

1. 목분과 유브이(UV) 흡수제로 되는 목분 조성물과;
   열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물과;
   윤활제, 착색제, 결합제 및 보강제로 되는 첨가제 조성물을 포함하되,
   상기 윤활제는 무기 방오제인 산화제일구리(Cu₂O)와 유기 방오제인 피리디 아연(Zinc prithione)을 에틸렌디아민사아세트산(EDTA)과 혼합하여서 된 분말인 것을 특징으로 하는 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 윤활제는 무기 방오제와 유기 방오제가 1:0.1~10중량부로 혼합되고, 상기 혼합된 방오제가 에틸렌디아민사아세트산과 1:0.1~10중량비로 혼합되며, 50~100㎛의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 보강제는 이산화티탄과 탄산칼슘의 혼합물이고,
   상기 목분 조성물은 섬유길이가 1.0~1.5mm인 침엽수 목분 100중량부에 유브이 흡수제 0.1~1중량부를 첨가하여 되고,
   상기 원료 조성물은 열가소성 수지 100중량부에 유브이 안정제 0.1~1중량부를 첨가하여 되는 것을 특징으로 하는 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 침엽수 목분은 크기가 30~100mesh이고, 길이 대 직경의 비가 3:1~5:1인 것으로, 수분 함유율이 자연건조로 6~10%가 되도록 하고 건조기를 이용하여 1~2%가 되도록 건조한 목분인 것을 특징으로 하는 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 목분 조성물 49~62중량%, 원료 조성물 28~33중량%, 윤활제 3~5중량%, 착색제 3~5중량%, 결합제 1~3중량%, 보강제 3~5중량%로 되는 것을 특징으로 하는 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물.
   
6. 목분과 유브이(UV) 흡수제로 되는 목분 조성물, 열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물 및 결합제를 혼합하고, 압출하여 펠릿 형태의 조성물을 제조하는 단계와,
   열가소성 수지를 포함하는 원료 조성물, 윤활제, 착색제, 결합제, 보강제를 혼합하고, 압출하여 펠릿 형태의 조성물을 제조하는 단계와,
   상기 두 펠릿 형태의 조성물을 210~270℃의 온도로 가열, 교반하는 단계와,
   상기 가열, 교반된 조성물을 성형하는 단계를 포함하며,
   상기 윤활제는 무기 방오제인 산화제일구리(Cu₂O)와 유기 방오제인 피리디 아연(Zinc prithione)을 에틸렌디아민사아세트산(EDTA)과 혼합하여서 된 분말인 것을 특징으로 하는 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물의 제조방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 윤활제는 무기 방오제와 유기 방오제가 1:0.1~10중량부로 혼합되고, 상기 혼합된 방오제가 에틸렌디아민사아세트산과 1:0.1~10중량비로 혼합되며, 50~100㎛의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물의 제조방법.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 보강제는 이산화티탄과 탄산칼슘의 혼합물이고,
   상기 목분 조성물은 섬유길이가 1.0~1.5mm인 침엽수 목분 100중량부에 유브이 흡수제 0.1~1중량부를 첨가하여 되고,
   상기 원료 조성물은 열가소성 수지 100중량부에 유브이 안정제 0.1~1중량부를 첨가하여 되며,
   상기 침엽수 목분은 크기가 30~100mesh이고, 길이 대 직경의 비가 3:1~5:1인 것으로, 수분 함유율이 자연건조로 6~10%가 되도록 하고 건조기를 이용하여 1~2%가 되도록 건조한 목분인 것을 특징으로 하는 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물의 제조방법.
   
9. 제 6항에 있어서,
   상기 목분 조성물 49~62중량%, 원료 조성물 28~33중량%, 윤활제 3~5중량%, 착색제 3~5중량%, 결합제 1~3중량%, 보강제 3~5중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 표면오염 방지기능이 강화된 합성목재 조성물의 제조방법.

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