KR101594015B1 - 닥나무를 이용한 매트재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유의 조합으로 매트재를 제작하는 방법에 관한 것으로, 전술된 닥나무 담섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 혼합하는 단계와; 닥나무 단섬유 및/또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 다양한 방향성으로 개면하는 (랜덤) 카딩 단계; 열처리 후 레진 수지를 도포하는 단계; 건조하는 단계; 및 권취하는 단계;를 포함한다.

Description

닥나무를 이용한 매트재의 제조방법 {Method of manufacturing mat materials using paper mulberry}
본 발명은 닥나무 단섬유를 사용하여 매트재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 닥나무는 황색 포도상구균과 폐렴 구균 등의 증식을 억제하는 항균성, 인체의 땀과 수분을 신속하게 흡수하여 쾌적한 상태를 느끼게 하는 속건성, 면사보다 빠른 수분 발산성, 악취 냄새를 없애주는 소취성 등을 가진 대표적인 친환경 소재이다.
이러한 닥나무는 닥나무 단섬유만을 단독으로 사용하지 않고 다양한 재질의 섬유와 혼합하여 부직포, 시트 등을 생산할 수 있는데, 널리 알려져 있듯이 섬유 소재로 전개하기 위해서는 제조공정이 까다로울 뿐만 아니라 나무 소재의 특성상 난연성이 현저하게 떨어져 섬유 소재, 예컨대 매트재 등으로 적합하지 않다.
이에 당해 분야의 숙련자들은 친환경적인 닥나무에 난연성을 향상시키면서 제조공정을 간략화시킬 수 있는 방안을 다각도로 모색하고 있다. 특허문헌 1은 '닥나무가 포함된 방적사, 부직포 및 이를 이용한 자동차 내장재용 원단'을 제시하고 있는데, 닥나무와 폴리에스테르계 단섬유 및 난연사의 조성 비율에 주안점을 두고 있다. 즉, 특허문헌 1은 전술된 바와 같이 닥나무 소재와 혼면되는 폴리에스테르 섬유에 난연성을 향상시키기 위해 난연사를 사용하고, 이들의 최적 중량비를 산출에 주안점을 두고 있는 반면에 제조공정에 대해 구체적으로 언급하지 못한다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0068953호
본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 친환경 제품인 닥나무 단섬유를 원료로 하는 매트재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 닥나무 단섬유에 결여되어 있는 탄력과 복원력, 흡음성과 난연성을 부가할 수 있도록 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유를 결합시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 닥나무를 이용한 매트재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 매트재의 제조방법은 랜덤한 방향성을 가진 하나 이상의 웹 시트를 적층시켜 매트재를 제작하는 것으로, 일 유형을 가진 하나 이상의 웹을 형성하는 단계(S100)와; 웹 형성 단계(S100)에서 형성된 하나 이상의 웹을 중첩시켜 결속하는 수평 성형 단계(S200); 결속된 웹 시트를 가열하는 히팅 단계(S300); 미리 설정된 온도로 가열된 웹 시트 상에 레진을 도포하는 레진 도포 단계(S400); 레진과 웹 시트와의 열융착을 돕는 건조 단계(S500); 및 웹 시트를 냉각하는 단계(S600);를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 매트재의 제조방법은 랜덤한 방향성을 가진 하나 이상의 웹 시트와, 이와 다른 방향성을 가진 하나 이상의 다른 웹 시트를 적층시켜 매트재를 제작하는 것으로, 일 유형을 가진 하나 이상의 웹을 형성하는 단계(S100)와; 타 유형을 가진 하나 이상의 웹을 형성하는 단계(S110); 웹 형성 단계(S100)에서 형성된 하나 이상의 웹과 웹 형성 단계(S110)에서 형성된 하나 이상의 다른 웹을 중첩시켜 결속하는 수평 성형 단계(S200); 결속된 웹을 가열하는 히팅 단계(S300); 미리 설정된 온도로 가열된 웹 시트 상에 레진을 도포하는 레진 도포 단계(S400); 레진과 웹 시트와의 열융착을 돕는 건조 단계(S500); 및 웹 시트를 냉각하는 단계(S600);를 포함한다.
본 발명의 웹 형성 단계(S100)는, 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유를 공급하는 원료 공급 단계(S100-1)와; 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유로 구성된 원재료의 혼면 단계(S100-2); 및 단섬유들을 웹으로 성형하는 랜덤 카딩 단계(S100-3);를 포함한다.
본 발명의 웹 형성 단계(S110)는, 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 단섬유를 공급하는 원료 공급 단계(S110-1)와; 선택된 단섬유로 구성된 원재료의 혼면 단계(S110-2); 및 단섬유를 웹으로 형성하는 카딩 단계(S110-3);를 포함한다.
본 발명은 혼면 단계(S100-2) 이후에, 혼합된 섬유 원재료를 호퍼에 저장하고 상기 원재료를 혼합하며 정량으로 후속공정으로 공급하는 공급 단계와; 정량으로 공급되는 원재료를 저장탱크에 비축하고 랜덤 카딩 단계(S100-3)로 이송하는 준비 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 랜덤 카딩 단계(S100-3)는 단섬유들을 랜덤하게 교차된 섬유상 웹으로 성형한다.
본 발명의 히팅 단계(S300)는 샌드위치로 중첩된 하나 이상의 웹을 2개의 히팅 롤러 사이로 통과시켜 가열 뿐만 아니라 웹의 두께를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 히팅 단계(S300)는 폴리에틸렌테르탈레이트의 융점보다 낮은 가열 온도로 시트형상의 웹을 가열한다.
바람직하기로, 본 발명에 채용된 레진은 아크릴 수지로 이루어져 있다.
선택가능하기로, 본 발명은 레진의 미도포 영역이 존재하지 않도록 냉각 단계(S600) 전에 웹 시트 상에 레진 도포 단계를 추가로 포함한다.
추가 레진 도포 단계 이후에, 본 발명은 2개의 히팅 롤러를 통해 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 친환경 소재의 닥나무를 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유와 쉽게 혼용 방적할 수 있는 매트재를 제공하는 것이다.
본 발명은 전술된 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유의 혼용 방적 시 화학 약품을 투입하고 이를 제거하는 복잡한 공정을 배제할 수 있는 단순화된 친환경적 공정으로 제조할 수 있다.
이와 더불어서, 본 발명에 따른 닥나무 소재의 매트재는 항균성, 수분 흡수성, 소취성, 수분 발산성, 원적외선 방사 기능을 유지하면서 내구성과 난연성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 닥나무를 이용한 매트재의 제조방법을 도시한 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 닥나무를 이용한 매트재의 제조방법을 도시한 플로우차트이다.
이제, 본 발명에 따른 닥나무를 이용한 매트재의 제조방법은 첨부 도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 장점, 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되는 실시예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불명료하게 할 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 닥나무를 이용한 매트재의 제조방법에 따른 공정 순서도를 개략적으로 도해한 것이다.
본 발명의 제1 실시예는 하나 이상의 동일 유형의 웹 시트를 형성하고 연속적으로 하나 이상의 웹을 중첩시켜 랜덤한 방향성의 웹 시트를 적층시킨 매트재를 제작할 수 있다.
본 발명은 우선적으로 랜덤하게 교차된 섬유상 웹을 형성하는 단계(S100)를 포함한다. 구체적으로, 웹 형성 단계(S100)는 원료를 공급하는 단계(S100-1)를 포함한다.
원료 공급 단계(S100-1)에서, 본 발명은 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유를 원료로 제작된다. 천연 식물인 닥나무는 널리 알려져 있는 바와 같이 주로 한지의 원료로서 미백 효능이나 원적외선 방사, 항균성, 소취성, 흡습 속건성 등의 기능성을 가진다. 이와 혼용될 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유는 내열성이 우수하며 250℃의 융점을 가진다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유는 연신특성이 뛰어나 강도, 내연성, 내약품성, 내마모성 등의 특성을 가지고 있어 신체와 접촉가능하다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유는 본 발명에서 열융착에 의해 닥나무 단섬유 사이를 접착시키는 접착제 역할도 수행하게 된다.
선택가능하기로, 본 발명은 원료 공급 단계(S100-1)에서 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 소정의 조성 비율에 맞춰 혼합하여 제공할 수 있다. 본 발명은 닥나무 단섬유 15 ~ 20 wt%와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유 80 ~ 85 wt%로 포함되는 것이 바람직하지만, 이에 국한될 필요는 없다. 매트재의 사용 목적에 따라 그 조성 비율을 달리할 수 있다.
그런 다음에, 본 발명은 앞서 기술된 원료 공급 단계(S100-1)로부터 공급된 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유로 구성된 원자재에 혼면 단계(S100-2;blending)를 수행하게 된다. 당해 분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 혼면 단계(S100-2)는 베일 브레이커(bale breaker) 혹은 슈퍼 클리너(super cleaner)에 원료를 투입하여 혼합 공정을 실시할 수 있다.
선택가능하기로, 혼면 단계(S100-2)를 거쳐 혼합된 섬유들은 일시적으로 호퍼(hopper)에 저장되고 정량의 섬유 원재료를 후속 공정으로 공급하는 단계(S100-2a)를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 단계(S100-2a)에서는 혼면 단계(S100-2)에서 혼면되어 이송된 원자재를 저장하는 한편 섬유 원자재를 추가 믹싱(mixing)할 수 있다. 덧붙여서, 단계(S100-2a)를 통해 정량적으로 공급되는 원자재는 저장탱크에 비축되고 추후 카딩 단계를 수행하기 위한 준비 단계(S100-2b)를 포함할 수 있다.
본 발명은 혼면 단계(S100-2)에 베일 브레이커를 수단으로 하여 다음 공정(S100-3)으로 원자재를 이송하게 된다. 본 발명은 전술된 바와 같이 혼합된 섬유상 원재료들은 랜덤 카드기(random card)의 작동에 의한 랜덤 카딩 단계(S100-3)를 거치면서 혼면 공정을 통해 뭉쳐져 있던 섬유를 풀어 헤쳐서 불순물 등을 제거할 뿐만 아니라 단섬유들을 블로워(blower)를 수단으로 하여 랜덤으로 분사시키고 흡인설비(suction)로 강제로 흡입하는 과정을 통해 랜덤하게 교차된 섬유상 웹으로 성형하게 된다. 본 발명에서, 단섬유가 랜덤하게 분산하여 적층되고 이들의 교점을 추후 열융착시킨다. 이러한 단섬유는 전술되었듯이 랜덤 방향으로 분산 적층됨으로써, 전반적으로 웹에 동일한 강도를 제공하는 한편 일반 카딩 공정에 비해서 고탄성 제품으로 성형할 수 있는 장점을 가진다.
다음에, 본 발명은 단층 혹은 다층으로 랜덤 카딩 단계(S100-3)에서 성형된 웹을 2겹 이상으로 중첩(샌드위치방식으로 적층)시킨 후에 웹 시트로 전개되면서 결속하는 수평 성형 단계(S200)를 포함한다.
수평 성형 단계(S200)가 완료되면, 본 발명에 따른 제조방법은 히팅 단계(S300)를 실시한다. 히팅 단계(S300)는 랜덤하게 교착된 섬유상 웹 시트를 구성하는 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유에 고온의 열을 가하여 섬유들 간의 접착을 도모하는 동시에 웹 시트 내부에 함유된 수분을 증발시키는 것이다. 이때, 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유는 열융착에 의해 닥나무 단섬유 사이를 접착시키는 접착제 역할을 수행하게 된다.
특히, 히팅 단계(S300)는 소정의 간격을 두고 이격되게 배치된 2개의 히팅 롤러 사이로 웹 시트를 통과시켜 가열 뿐만 아니라 소정 압력으로 가압하여 웹 시트를 압축시켜 그 내부를 조밀화시켜 두께도 조절할 수 있다.
그런 다음에, 본 발명은 히팅 단계(S300)를 통해 미리 설정된 온도로 가열된 웹 시트 상에 레진 도포 단계(S400)를 포함한다.
본 발명의 레진 도포 단계(S400)에서는 아크릴 수지로 웹 시트를 도포하는 것이 바람직하다. 레진, 예컨대 아크릴 수지는 가열된 웹 시트에 랜덤배열된 단섬유 사이로 침투하여 각 단섬유들간의 결속과 더불어 회복성을 부여하게 된다.
본 발명은 아크릴 수지와 웹 시트와의 열융착을 도모할 수 있도록 건조 단계(S500)를 포함한다. 건조 단계(S500)에서도 가열공정을 포함하고 있어, 각 원료들을 접속하고 그 내부에 함유된 수분을 확실하게 증발시킨다.
본 발명에서 웹 시트 상에 레진이 확실하게 도포되지 않은 경우, 예컨대 앞선 단계에서 웹 시트의 일면에 도포하였다면 웹 시트의 타면에는 도포를 미실시하였기 때문에, 미도포 영역이 발생하지 않도록 레진 도포 단계를 추가로 수행할 수 있다. 추가 도포된 레진이 웹 시트와의 열융착을 돕기 위해, 히팅 단계(S300)와 유사하게 2개의 히팅 롤러 사이를 웹 시트를 통과시켜 열융착을 위한 가열 및/또는 두께 조절을 위해 가압될 수 있다.
웹 시트 상에 레진 도포 단계(S400)를 통해 레진과 웹 시트가 상호 신뢰할 수 있게 결합된 이후에, 본 발명은 일정 온도 이하로 웹 시트를 냉각시키는 냉각 단계(S600)를 포함한다. 냉각 단계(S600)는 다양한 방식을 동원하여 실시될 수 있는데, 송풍방식, 예컨대 자연냉각방식 등으로 구현될 수 있다.
최종적으로, 본 발명은 제품 규격에 맞춰 절단하고 와인더에 권취(S700)함으로써 마감처리된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 닥나무를 이용한 매트재의 제조방법의 공정 순서도가 도해된다. 도 2에 도해된 제조방법은 도 1에 형성되는 웹과 다른 방향성의 섬유상 웹을 동시에 형성하여 매트재로 제작하는 것으로, 웹 형성 단계(S100)와는 다른 유형의 웹 형성 단계(S110)를 제외하고는 매우 유사한 공정으로 이루어져 있기 때문에, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성부재, 특히 제1 웹 형성 단계(S100)에 대한 설명은 여기서 배제할 것이다.
본 발명의 제2 실시예는 앞서 기술되었듯이 2개 이상의 다른 유형의 웹 시트를 동시에 형성할 수 있도록 제안하는 것으로, 다른 유형을 가진 2개 이상의 웹 시트를 동시에 형성하고 연속적으로 중첩시켜 후속의 성형 공정(S200)을 실시할 수 있다. 이는 다른 유형의 웹 시트를 동시에 형성할 수 있을 뿐만 아니라 매트재에 다른 방향성의 웹 시트를 적층시킬 수 있는 특징을 가지게 된다.
여기서 다양한 유형의 웹 시트라 함은 본 발명의 제1 실시예에 원료 공급 단계(S100-1)와 혼면 단계(S100-2) 및 랜덤 카딩 단계(S100-3)를 통해 형성된 단섬유를 랜덤배열한 웹 시트와 유사한 구성이거나 혹은 다른 구성의 웹 시트일 수도 있다는 것을 의미한다. 다시 말하자면, 본 발명의 제2 실시예는 제1 웹 형성 단계(S100;상세한 설명 배제함)와 함께 제2 웹 형성 단계(S110)를 포함한다.
제2 웹 형성 단계(S110)는 우선적으로 원료 공급 단계(S110-1)를 포함한다.
여기서, 원료 공급 단계(S110-1)는 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 단섬유를 공급하게 되는데, 구체적으로 원료 공급 단계(S110-1)는 닥나무 단섬유만으로 구성될 수도 있고, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유만으로 구성될 수도 있을 뿐만 아니라, 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 혼용한 원재료일 수도 있다.
그런 다음에, 본 발명의 제2 실시예는 원료 공급 단계(S110-1)에서 공급된 원료에 혼면 단계(S110-2)를 수행하게 된다. 물론, 혼면 단계(S110-2)에서도 베일 브레이커 혹은 슈퍼 클리너에 원료를 투입하여 균질하게 혼합하게 될 것이다.
본 발명의 제2 실시예는 혼면 단계(S110-2) 이후에 다음 후단 공정을 진행하기에 앞서 저장탱크에 비축하고 추후 카딩 단계를 수행하기 위한 준비 단계(S110-2a)를 포함할 수도 있다.
본 발명의 제2 실시예는 혼면 단계(S110-2)에 의해 혼합된 원사들을 제2 웹으로 성형하도록 카딩 단계(S110-3)를 포함하게 되는데, 혼면 단계(S110-2)를 거쳐 혼합된 섬유들은 카딩기의 작동에 의한 카딩 단계(S110-3)를 거치면서 뭉쳐져 있던 섬유를 풀어 헤치고 불순물 등을 제거할 수 있다. 또한, 카딩 단계(S110-3)는 단섬유들을 수평방향 및/또는 수직방향으로 방향성을 가지게 배열하거나 종횡의 방향성 없이 적층시켜 웹으로 성형할 수도 있다.
이러한 단계(S110-1,S110-2,S110-3)를 거쳐 형성된 제2 웹 시트는 단계(S100-1,S100-2,S100-3)로 제작된 제1 웹 시트와 함께 샌드위치 구조로 중첩되어 후속 성형 단계(S200)으로 진행하게 된다.
전술되었듯이, 성형 단계(S200)는 하나 이상의 제1 웹 형성 단계(S100)와 하나 이상의 제2 웹 형성 단계(S110)에서 제공된 다수의 웹을 2겹 이상으로 중첩하여 웹 시트로 결속한다.
그런 다음에, 본 발명의 제2 실시예는 제1실시예와 유사하게 히팅 단계(S300)과 레진 도포 단계(S400) 및 냉각 단계(S600)를 실시하여 최종적으로 닥나무를 이용한 매트재를 와인더에 감는 권취 단계(S700)로 마감처리하게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 매트재의 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (11)

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  2. 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유를 공급하는 원료 공급 단계(S100-1)와, 상기 닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유로 구성된 원재료의 혼면 단계(S100-2), 상기 혼면 단계(S100-2) 이후에 혼합된 섬유 원재료를 호퍼에 저장하고 상기 원재료를 혼합하며 정량으로 후속공정으로 공급하는 공급 단계와; 정량으로 공급되는 상기 원재료를 저장탱크에 비축하고 후단의 랜덤 카딩 단계(S100-3)로 이송하는 준비 단계; 및 상기 단섬유들을 랜덤하게 교차된 섬유상 제1 웹으로 성형하는 랜덤 카딩 단계(S100-3)를 포함하는 일 유형을 가진 하나 이상의 제1 웹 형성 단계(S100)와;
    닥나무 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 단섬유를 공급하는 원료 공급 단계(S110-1)와, 상기 선택된 단섬유로 구성된 원재료의 혼면 단계(S110-2), 및 상기 단섬유를 제2 웹으로 형성하는 카딩 단계(S110-3);를 포함하는 타 유형을 가진 하나 이상의 제2 웹 형성 단계(S110);
    상기 제1 웹 형성 단계(S100)에서 형성된 하나 이상의 제1 웹과 상기 제2 웹 형성 단계(S110)에서 형성된 하나 이상의 제2 웹을 샌드위치 구조로 중첩시켜 웹 시트로 결속하는 수평 성형 단계(S200);
    상기 샌드위치 구조로 중첩된 웹 시트를 2개의 히팅 롤러 사이로 통과시켜 가열하고 상기 웹의 두께를 조절하는 히팅 단계(S300);
    상기 히팅 단계(S300) 하에서 가열된 웹 시트 상에 아크릴 수지로 되어 있는 레진을 도포하는 레진 도포 단계(S400);
    상기 레진과 웹 시트와의 열융착을 돕는 건조 단계(S500);
    상기 웹 시트 상에 아크릴 수지로 되어 있는 추가 레진을 도포하는 제2 레진 도포 단계;
    상기 추가 레진을 도포한 상기 웹 시트를 2개의 히팅 롤러 사이로 통과시켜 가열하는 단계; 및
    상기 웹 시트를 냉각하는 단계(S600);를 포함하는 닥나무를 이용한 매트재의 제조방법.

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