KR101599605B1 - 식물의 줄기 또는 목재의 입자를 이용한 항균성 건축 자재용 조성물 및 이를 이용한 마스터 뱃치의 제조방법 - Google Patents

식물의 줄기 또는 목재의 입자를 이용한 항균성 건축 자재용 조성물 및 이를 이용한 마스터 뱃치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 갈대, 억새풀, 조릿대 중에서 선택되는 하나의 벼과 식물 줄기를 절단 분쇄한 섬유입자, 폐목섬유입자, 톱밥섬유입자 중에서 선택되는 하나의 섬유입자 60~70중량%, 결합제로서 에틸렌 및 프로피렌 공중합 수지, 폴리프로피렌 수지, 폴리스틸렌 수지, ABS수지, AS수지 중에서 선택되는 하나의 열가소성 수지 18~24중량%, 유황분말 6~10중량%, 무기질 항균제 0.4~1.6중량%, 첨가제로서 착색제, 얼룩방지제, 산화방지제, 대전방지제, 열안정제, 자외선 흡수제, 난연제, 분산제, 발포제 중에서 선택되는 하나 이상의 물성개량제 2~6중량%로 구성된 조성물과 이 조성물을 온도 130~160℃로 유지된 압출실린더 내에서 부랜딩하면서 용융 반응시킨 반응물을 25~35kgf/cm2의 압력으로 압출시켜서 된 항균성 건축자재용 마스터 뱃치의 제조방법에 관한 것이다.

Description

식물의 줄기 또는 목재의 입자를 이용한 항균성 건축 자재용 조성물 및 이를 이용한 마스터 뱃치의 제조방법{Composition for antibiotic construction materials using stems of plant}
본 발명은 식물 줄기 또는 나무입자를 이용한 항균성 건축자재용 조성물 및 이를 이용한 마스터 뱃치(master batch) 제조방법에 관한 것으로 구체적으로는 자생지에서 그대로 폐기되는 갈대, 억새, 조릿대 중에서 선택되는 하나의 벼과 식물 줄기의 섬유입자 또는 폐목을 절단 분쇄한 섬유입자나 톱밥섬유입자를 열가소성 수지의 결합재, 유황분말, 무기질 항균제, 다수의 첨가재 중에서 선택되는 하나 이상의 물성개량제로 구성되는 항균성 건축자재용 조성물에 관한 것이다.
장기간에 걸쳐 산림녹화 및 환경보호에 대한 적극적인 국가 시책에 따라 산림자원이 증가 일로에 있다고는 하지만 심각한 지구 온난화 현상으로 산림 녹화에 의한 환경보호시책은 지속적으로 추진되어야 할 과제라 할 수 있다. 이와 같은 상황에서 목재의 절대 수요량이 부족한 우리나라에서는 목재 수요량의 대부분을 수입에 의존하고 있는 실정이며 한편으로는 천연목재를 대체할 수 있는 소재에 관한 연구와 개발로 다양한 형태의 대용 목재들에 관한 기술 내용과 실용화된 제품들이 출시 되고 있다. 그 예로서 원목을 가공하고 남은 폐목재나 사용할 수 없는 폐목재를 분쇄한 입자, 톱밥 등을 소재로 하여 여기 접착제 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 등의 결합제, 물성 개량제 등으로 구성된 복합재로 일정한 형태로 성형한 대용 목재의 건축 자재들이 선보이고 있다. 이와 같은 건축자재의 소재가 되는 폐목, 톱밥 등이 목재 대체용의 소재로 가장 많이 이용되어 왔으나 이와 같은 소재 또한 물량면에서 한계에 직면하고 있는 실정이다. 이와 같은 문제점으로 최근에는 농산물의 부산물인 볏짚, 보리짚, 밀짚, 옥수수, 수수, 조, 식물의 줄기를 분쇄한 입자를 소재로 하여 접착제 또는 합성수지 다양한 물성개량제로 구성된 복합재를 일정한 형태로 성형한 목재 대용의 건축자재들도 개발되고 있다.
그 밖에도 무기질의 석고, 질석 등 무기질 재료들도 건축자재의 소재들로 이용되고 있다.
이상에서는 건축자재용 소재와 제품에 관한 기술 분야에 대하여 종합적으로 설명하고 있지만 종래 기술을 보다 구체적으로 알아보면 국내공개특허공보(공개번호:특 1995-0018223호)에 의하면 톱밥을 충전제로 한 합성수지 건축용 판제의 제조방법에 관한 기술 내용이 소개되고 있으며 기술의 내용은 폴리에틸렌 35부, 폴리프로피렌 25부, 톱밥 40부의 혼합물 100부에 대하여 난연제 및 가소제 30부, 안정제 4.7부 및 항산화제 0.3부를 홉퍼에 투입하여 로내 온도 160~220℃, 압력 100~300kg/cm2 상태에서 기계적으로 배합하고 압출시켜 적절한 판재 규격으로 압연 냉각해서 되는 톱밥을 충전제로 한 합성수지 건축용 판재의 제조방법에 관한 것이라 하겠다.
상기 기술내용과 유사한 종래 기술로서 국내공개특허공보(공개번호:2008-70233)에는 건축 자재용 재생판재 제조방법에 관한 기술내용이 게시되어 있다. 기술 구성에 의하면 폐기되는 PVC, PP, PE와 같은 열가소성 용융물에 폐목재 및 합판의 분쇄입자를 일정비율로 첨가하여 판상 형태로 성형 고화시킨 건축용 재생판재의 제조방법에 관한 기술 내용이 소개되고 있다. 상기 종래 기술의 전자의 발명이나 후자의 발명은 목재 분말을 소재로 하여 열가소성 수지의 결합제로 일체화시킨 건축용 판재의 제조방법이란 점에서 유사한 기술로서 양 발명에 성형용 결합제로 사용되는 열가소성 합성수지를 사용하므로서 목재 대용 판재에서 발생되는 문제점을 알아보면 주위 환경 특히 온도 상승에 따라 유동성이 크지므로서 지지력의 부족에 따라 심한 열변형이 발생하고 치수 안정성이 부족한 문제점으로 시공단계에서 규격에 맞게 설치된 건축 내장재들이 기간이 경과하면서 틈과 이완이 발생하며 왜곡되는 현상이 발생하게 된다.
더욱이 후자의 경우 폐비닐의 열가소성수지를 사용할 경우 필연적으로 첨가되는 가소제는 다이옥신과 같은 발암성 물질이 함유되어 있고 또한 PVC 수지는 화재시 염소 개스의 발생으로 질식사에 의한 인명피해를 발생시키는 참사를 빈번히 경험하고 있다.
다른 종래기술로서 국내등록특허공보(등록번호:10-1010137호)에는 "갈대를 이용한 인조목과 그 제조방법"이 게시되어 있으며 기술 내용은 갈대 또는 목분 중에서 선택되는 하나 이상의 소재 55~70중량에 열가소성 수지인 폴리에틸렌 또는 프라스틱 고형원료인 RPF(Refuse Plastic fuel) 및 RDF(Refuse derived fuel) 10~25중량%를 혼합한 혼합물에 황토 및 산화철 중에서 선택되는 1종 이상을 첨가한 혼합물에 5~20중량%를 혼합한 인조목 복합재를 120~300℃의 온도로 압출하거나 프레스 금형으로 성형하고 성형물의 표면에 원적외선으로 가열하여 활성화 시킨 표면에 광촉매제를 경화시켜 광촉매 코팅층을 형성시킨 갈대를 이용한 인조목과 그 제조방법이라 할 수 있고 또 다른 종래기술로서 국내등록특허공보(등록번호: 10-0948371호)에 관한 기술 내용이 소개되고 있다. 상기 갈대를 소재로 하는 양 발명은 폴리에틸렌과 같은 결합재를 사용하므로서 융점이 낮은데다가 주위의 온도가 올라가면 유동성이 커서 지지력이 약하므로 심한 변형이 올 수 있고 변형이 된 상태에서 온도가 내려가면 변형된 상태로 고화하게 되어 변형된 상태로 남게 된다. 이는 치수안정성이 불안정하여 배치설치된 건축 자재 간에 이완이 생기고 굴곡면이 발생하게 된다.
그리고 전자의 발명과 같이 인조목 표면에 광촉매를 코팅한 경우에는 인조목의 몸체와 열팽창계수의 차이로 광촉매 코팅층이 박리되거나 균열이 발생하게 된다.
또한 국내등록특허공보(등록번호: 10-0378777호)에는 톱밥을 가소제인 디부틸프타레이트(DBP)와 에폭시를 혼합하여 코팅한 톱밥과 PVC의 배합중량비를 90-40:10-60으로 하여 혼합 성형한 목분 합성 인조목 제조방법에 관한 기술 구성이 게시되어 있다. 본 발명에서 사용하는 가소제인 디옥틸프타레이트는 다이옥신과 같은 발암성 물질을 생성하므로서 규제하고 있는 물질이며 또한 결합제로 사용되는 PVC 또한 가소제를 함유하고 있어 비환경적이라 할 수 있고 전술한 바와 같이 화재 발생시 유독가스인 염소를 발생하므로 질식사 하는 경우가 빈번하므로 건축 자재용 인조목으로는 접합치 않다.
그 밖에도 국내공개특허공보(공개번호:특 2000-0036348호)에는 "톱밥을 이용한 건축용 내장재"에 관한 기술구성으로 톱밥은 폴리에틸렌, 폴리프로피렌, 페놀수지 및 우레탄 등이 합성된 접착제와 혼합하여 벽면 등에 직접 도포하는 내장재에 관한 것으로 이와 같은 건축용 내장재는 페놀수지와 같은 접착제(결합제)를 사용하므로서 포름알데히드를 발생시키므로 아토피성 피부질환을 유발시킬 수 있고 호흡기에도 나쁜 영향을 미친다.
이상에서 열거한 목재 대체용 건축자재를 구성함에 있어 개선 보완해야 할 문제점을 전체적으로 정리해 보건데 결합제로 가장 많이 사용하고 있는 열가소성 수지의 열에 대한 민감성으로 발생되는 변형에 대한 개선책이 미흡하다 할 수 있으며 또한 가소제가 반드시 첨가되는 열가소성 수지로서 PVC수지는 첨가된 가소제가 발암성 물질인 다이옥신을 생성시키므로서 인체에 유해할 뿐 아니라 PVC 수지 자체도 염소 성분이 함유되어 있어 화재 시 고온으로 염소가 분해되어 극히 유독한 염소개스를 발생하므로서 질식사에 의한 인명피해를 유발시키며 페놀 수지와 같은 열경화성 수지 역시 열경화성 수지인 요소수지, 멜라민 수지와 함께 과잉의 포름알데히드를 함유하고 있어 이를 이용한 식품용기, 주방용기, 건축자재 등은 이들로 부터 포름 알데히드가 침출되고 침출된 포름알데히드가 증발하여 실내 공기를 오염시키므로서 아토피성 피부질환을 유발시키므로서 한때 융성을 가져온 상기 열경화성 수지는 수요가 급감하고 식품용기, 주방용기 및 건축자재 등의 화장관으로는 현재에는 거의 사용하지 않는 수지라 할 수 있으므로 목재 대용의 건축자재로서는 적합하지 않으므로 원료의 선택에 있어 공해성 여부를 신중하게 미리 검토해야할 기술 분야라 할 수 있다.
그 밖에도 건축자재용 원료로서 사용되는 폐기되는 목재 및 천연식물의 줄기, 폐기되는 결합제로서 합성수지 등은 전처리를 거친다 해도 비위생적이라 할 수 있고 이들로 구성된 건축자재 등은 습도가 높거나 수분을 흡수하게 되면 조류, 곰팡이가 발생하고 병원균의 서식이 용이할 수 있으므로 이에 대한 대체도 소홀히 할 수 없는 기술분야라 할 수 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 효과적으로 개선 보완한 발명이라 할 수 있으며 구체적으로는 결합제인 열가소성수지의 열에 대한 심한 유동성을 감소시키므로서 열변형에 대한 저항성 및 지지력을 향상시키므로서 건축자재에 치수안정성을 갖게하며 인체에 유해성을 고려하여 인체에 해가 없는 원료의 선택과 항균성을 부여하므로서 보다 위생적이고 친환경적인 건축자재를 얻을 수 있도록 하며 다양한 물성개량제를 선택적으로 사용하므로서 각종 건축 자재 용도에 적합한 물성을 부여할 수 있는 건축 자재용 조성물을 제공함에 있다.
갈대, 억새풀, 조릿대 중에서 선택되는 하나의 벼과 식물 줄기의 섬유 입자, 폐목 섬유입자, 톱밥섬유입자 중에서 선택되는 하나의 섬유입자 60~70중량%, 결합제로서 에틸렌과 프로필렌의 공중합 수지, 폴리프로피렌, 폴리스틸렌, ABS수지, AS수지 중에서 선택되는 하나의 열가소성 수지 18~24중량%, 유황분말 6~10중량%, 무기질 항균제 0.4~1.6%, 첨가제로 착색제, 얼룩방지제, 열안정제, 대전방지제, 산화방지제, 자외선흡수제, 난연제, 분산제, 발포제 중에서 선택되는 하나 이상의 물성개량제 2~6중량%로 구성된 건축자재용 조성물과 상기 조성물을 이용한 마스터 뱃치 제조방법으로서 그 제조방법은 갈대, 억새풀, 조릿대를 잎과 마디를 제거시킨 줄기를 10mm이하로 절단하여 분쇄하므로서 줄기, 길이 방향의 배향성을 갖는 섬유 입자, 폐목을 분쇄한 섬유입자, 톱밥섬유입자 중에서 선택되는 하나의 섬유입자 또는 전처리한 섬유입자 60~70중량%, 결합제로서 에틸렌과 프로피렌 공중합수지, 폴리프로피렌 수지, 폴리 스틸렌 수지, ABS수지, AS수지 중에서 선택되는 하나의 열가소성 수지 18~24중량%, 유황분말 6~10중량%, 무기질 항균제 0.4~1.6중량%, 첨가제로서 착색제, 얼룩방지제, 산화방지제, 대전방지제, 열안정제, 자외선흡수제, 난연제, 분산제, 발포제 중에서 선택되는 하나 이상의 물성 개량제 2~6중량%로 구성된 조성물을 온도 130~160℃ 유지된 압출 실린더 내에서 부랜딩하면서 용융과 함께 반응시킨 반응물을 25~35kgf/cm2의 압력으로 압출시켜서 된 마스터뱃치의 제조방법을 제공하므로서 본 발명의 목적을 해결할 수 있었다.
본 발명에 의한 건축자재용 조성물과 이 조성물로 제조된 마스터 뱃치는 건축자재용으로 취약점을 갖는 열가소성 수지의 결점을 개량 보완하므로서 열변형이 적고 지지력과 스티프니스(Stiffness)성의 향상으로 지지력을 높일 수 있음과 동시에 치수 안정성을 부여하므로서 시공 후 하자가 발생하지 않으며 내약품성, 내열성, 내변질성 및 내후성이 우수한 무기질 항균제를 선택 첨가하므로서 건축 자재에 우수한 살균 및 항균기능과 곰팡이 및 조류 생성 방지기능이 지속적으로 유지될 수 있어 아주 위생적인데다 무해성의 원료 선택으로 친환경적인 쾌적한 분위기의 생활공간을 조성할 수 있고 다수의 물성 개량제를 선택적으로 첨가할 수 있어 건축 자재의 요구되는 물성과 용도에 적합한 건축자재를 얻을 수 있으므로 범용성이 있는 건축자재 조성물 및 마스터 뱃치라 할 수 있다.
본 발명으로 종래 목재대용 건축자재의 취약점을 개선 보완한 발명으로서 구체적으로는 건축 자재의 구성물로 사용되는 열가소성 수지의 취약점으로서 열민감성에 의한 심한 유동성, 지지력 부족 및 치수 불안정성을 개선하고 인체에 해가 없는 원료선택과 우수한 살균 및 항균기능과 조류 및 곰팡이 발생 억제 기능을 지속적으로 유지할 수 있게 하므로서 위생적이고 친환경적이며 다수의 물성개량제를 선택적으로 사용하므로서 건축자재에 요구되는 물성과 용도에 적합한 건축자재를 얻을 수 있는 건축자재용 조성물과 그 조성물을 이용한 마스터 뱃치 제조방법으로서
먼저 본 발명에 의한 조성물은 갈대, 억세풀, 조릿대의 각 줄기의 섬유입자, 폐목의 섬유입자, 톱밥섬유입자 중에서 선택되는 하나의 섬유 입자 60~70중량%, 결합제로서 에틸렌과 프로필렌의 공중합 수지, 폴리프로피렌 수지, 스틸렌 수지, ABS수지, AS수지 중에서 선택되는 하나의 열가소성 수지 18~24중량%, 유황분말 6~10중량%, 무기질 항균제 0.4~1.6중량%, 첨가제로서 착색제, 얼룩방지제, 산화방지제, 정전방지제, 열안정제, 자외선 흡수제, 난연제, 분산제, 발포제 중에서 선택되는 하나 이상의 물성개량제 2~6중량%로 구성된 건축자재용 조성물이라 할 수 있고 상기 조성물을 이용한 마스터 뱃지의 제조방법은 갈대, 억새풀, 조릿대의 각각을 인장력이 약한 잎과 섬유질이 부족한 마디를 제거하고 남은 줄기를 10mm이하로 절단하여 파쇄한 벼과식물 줄기의 섬유 입자, 폐목을 파쇄한 섬유입자, 톱밥섬유입자 또는 전처리한 섬유 입자 중에서 선택되는 하나의 섬유입자 58~70%중량%, 결합제로서 에틸렌과 프로피렌 공중합수지, 폴리프로피렌 수지, 폴리스틸렌 수지, ABS수지, AS수지 중에서 선택되는 하나의 열가소성 수지 18~24중량%, 유황분말 6~10중량%, 무기질 항균제 0.4~1.6중량%, 첨가제로서 착색제, 얼룩방지제, 산화방지제, 정전기 방지제, 자외선 차단제, 난연제, 분산제, 발포제 중에서 선택되는 하나 이상의 물성 개량제 2~6중량%로 조성된 조성물을 온도 130~160℃ 유지된 압출 실린더 내에서 혼련하면서 반응시킨 반응물을 25~35kgf/cm2의 압력으로 압출시켜서 된 마스터 뱃치의 제조방법이라 할 수 있다.
이상의 건축자재용 조성물과 이를 이용한 제조방법에서 주재료의 소재가 되는 벼과 식물은 갈대, 억새풀, 조릿대, 옥수수, 사탕수수, 벼, 보리, 밀 이외에도 다수의 종류가 있으나 그 중에서도 줄기의 인장강도가 우수하고 줄기 속에 해면 조직이 적은 갈대, 억새풀, 조릿대를 건축 자재용의 주재료 소재로 사용하므로서 이들의 줄기는 폐목 분말이나 톱밥보다 인장강도가 약간 상회하고 원료비가 저렴하여 건축 자재용 주원료 소재로 유리한 점이 있으며 이와 같은 벼과 식물의 잎과 마디를 제거하고 줄기만을 선택한 이유는 잎의 인장강도는 줄기의 인장강도에 비해 크게 낮은 편이며 마디는 줄기의 조직과 차이가 있고 섬유소가 아주 적다.
상기와 같은 이유로 잎과 마디를 제거한 갈대, 억새, 조릿대 중에서 선택한 하나의 줄기를 10mm이하로 절단하여 파쇄하면 줄기의 길이 방향으로 배향성을 갖는 섬유 입자로 분리된다.
이와 같은 벼과 식물의 줄기로부터 얻어진 섬유입자, 폐목을 파쇄한 섬유입자, 톱밥섬유입자를 그대로 사용해도 되지만 보다 높은 인장강도와 색상의 균질성을 확보하기 위해서는 상기 섬유입자들을 가성소다와 황화소다를 2:3의 중량비로 배합한 쿠킹제 4~6중량%의 수용액으로 채워진 고압부에 침지하여 온도 100~130℃로 유지시킨 상태에서 1~2시간 증자(Cooking)한 다음 줄기를 취출하여 탈액하고 수세하여 탈수시키고 수분 함량 3%로 건조시킨 줄기를 절단하여 파쇄한 섬유입자를 사용하면 30~40% 범위의 인장강도를 높힐 수 있고 표백되어 섬유입자의 색상을 균질화 시킬 수 있다. 이와 같은 줄기의 전처리는 섬유소의 비율을 높히므로서 인장강도를 높힐 수 있고 건축 자재의 품위를 높힐 수 있다.
원래 식물의 줄기에는 섬유소와 비섬유소로서 리그닌, 전분, 산성 유기물 극미량의 무길물로 구성되어 있고 줄기 내부에는 적은량의 해면구조의 조직이 존재하고 있으며 상기 전처리로 비섬유소인 리그닌 및 전분의 많은양이 제거되고 해면 구조의 조직도 탈리되어 제거되므로서 섬유소 함량비를 높힐 수 있고 또한 이로 인해 섬유입자의 인장강도를 크게 높힐 수 있다.
또한 본 발명의 건축 자재용 조성물로 결합제인 열가소성 수지 중에서 에틸렌과 프로피렌의 공중합 수지는 폴리에틸렌 수지와 폴리프로피렌수지의 취약한 물성을 각 수지의 우수한 물성으로 상호보완할 수 있다. 예를 들면 폴리프로피렌의 취약한 내한성을 폴리에틸렌으로 개선 시킬 수 있고 폴리에틸렌의 취약한 내열성 및 인장강도를 PP수지의 첨가로 개선 시킬 수 있는 수지라 할 수 있다.
또한 폴리프로피렌을 건축 자재의 용도상 높은 인장강도와 표면 경도가 요구되는 건축 자재인 경우에 선택할 수 있는 수지라 할 수 있고 폴리스틸렌 수지는 건축자재의 용도상 인쇄 등의 장식성 및 투명성이 요구되는 건축자재인 경우나 섬유입자를 비롯한 조성물 간에 보다 강력한 접착력이 요구될 경우 선택할 수 있는 수지라 할 수 있다.
ABS는 아크릴 니트리 부타디엔 스틸렌의 공중합 수지로 폴리스틸렌 수지의 취약물성인 인장강도, 내충격성, 내용제성, 내열성을 향상시킨 열가소성 수지라 할 수 있으며 건축자재의 요구되는 물성에 따라 선택할 수 있는 수지라 할 수 있다.
그 밖에 AS수지 또한 아크릴 니트릴 스틸렌의 공중합 수지로 스틸렌 수지의 취약 물성인 인장강도를 개량시킨 수지로 인장강도가 뛰어나고 경질성의 수지이다.
또한 건축자재용 조성물의 하나인 유황은 산업부산물로 정유 프랜트 정제과정에서 발생하는 유황을 사용하고 있으며 순수한 유황의 융점은 119.3℃로 온도 130~160℃ 사이세서는 용융되면서 반응성이 활발하여 합성수지와 반응하여 합성수지의 유동적 특성을 상대적으로 저감시키므로서 합성수지의 열변형에 대한 저항성을 증가시키므로서 치수 안정성을 확보할 수 있다. 그러나 실린더 내에서 부랜딩시 실린더 내부 온도가 160℃ 이상을 초과하면 급격한 산화 반응이 발생하므로 유황의 효과를 기대할 수 없으므로 실린더의 유지 온도 범위는 매우 중요하며 다른 종래 방법의 열처리 온도 범위보다 혼련 온도가 매우 낮은 편이다.
또한 본 발명 조성물에서 사용하고 있는 항균제는 무기항균제로서 큰 가리비의 패각 또는 꼬막의 패각을 고온 소성분쇄한 강알카리성의 항균제로서 살균성과 제균성을 동시에 가지며 종래 유기 항균제와는 달리 본 발명에서 고온 처리공정을 수반하는 제품에 직접 첨가해도 지속적으로 그 기능을 유지할 수 있으며 또한 종래 항균성을 부여하기 위하여 표면층에 항균제를 코팅하므로서 코팅층의 박리, 균열로 짧은 기간 내에 항균성을 상실하는 경우와는 달리 제품의 조직 내에 첨가해도 그 기능을 충분히 발휘할 수 있으며 패각을 소성한 무기성 항균제로 인체에 유해성이 전혀 없고 은 또는 동 등의 금속제 무기항균제에 비해 극히 염가이여서 경쟁력이 있는 무기향균제라 할 수 있으며 상기 무기항균제의 성분은 산화칼슘(Calcium oxide)과 칼시아(Calcia)로 구성되어 있고 성상은 표1과 같다.
무기항균제의 성상
성 상 내 용
외 관 백색 미세분말
PH 12.5(0.1% 수용액)
Specific gravity 3.25 ~ 3.38
혼 화 성 zero (for all solvent)
끓는점 2850 이상
녹는점 2614 이상
급성 경구 독성 LD50 ＞ 5,000 mg/kg(경구, 쥐)
상기 무기항균제의 특징은 광범위한 세균, 곰팡이, 조류 등에 효과가 있으며 내약품성, 내열성, 내후성이 우수하고 환경 오염이 없으며 지극히 무독성이여서 식품 첨가물로도 사용할 수 있으며 미세한 입자로 되어 있어 균일한 분산이 가능한 무기항균제라 할 수 있다.
그 밖에 첨가제로 색 얼룩 방지제로서는 계면활성제, 실리콘 유기벤토나이트, 아크릴계폴리머를 사용하고 첨가량은 일반적으로 0.2~1.0%이다.
착색제로서는 산화코발트(Co3O4: 담록색), 탄산코발트(적자색), 인산코발트(담홍색) 등 조해성이 없는 코발트 화합물의 안료 탄산구리(녹색), 질산구리(청색) 등의 구리화합물의 안료 그 밖에 망간 화합물, 닉켈화합물, 크로화합물 그 밖에 금속산화물 및 금속화합물의 무기질 안료를 사용하므로 본래의 색상을 지속적으로 유지할 수 있으며 사용양은 통상적으로 1~2%를 사용한다.
대전방지제로는 에레칸, 케미스닷도, 에렉트로스트리퍼를 사용하며 사용량은 통상적으로 0.05~1% 정도를 사용한다.
난연제로서는 인화합물 테트라브롬무수프탈산, 삼산화안티몬을 사용하며 사용량은 0.5~3%이다. 발포제로서는 중탄산소오다, 탄산암몬의 무기질 발포제를 사용하며 저발포시키므로서 사용량은 1% 이하이다.
자외선흡수제로는 페닐살치테이트, P-옥틸페닐살치레이트, P-t 부틸 페닐계의 살치레이트를 사용하고 첨가량은 0.1~1 범위이다.
분산제로는 알킬 나프타렌 설폰산염, 고급 알콜황산에스텔염, 알킬호박산에스텔, 리그닌 슬폰산염을 사용하고 0.05~1%를 사용한다.
산화방지제는 아민 화합물, 페놀류, 퀴논류 등을 사용하고 첨가량은 0.05~1.0% 범위이고 열안정제로서는 디옥틸 주석화합물, 메르캅티드 등을 사용하며 0.1~1.5% 범위에서 사용한다.
본 발명 건축자재용 조성물의 조성비에 있어서 섬유 입자를 한정한 조성비 이상으로 갈수록 인장강도, 충격강도, 파열강도가 떨어지고 성형성이 나빠지고 심하면 건축자재의 파단현상이 일어난다.
반대로 수지량을 증가시키면 인장강도, 충격강도, 파열강도, 압축강도의 물성이 증가하지만 대용 목재의 질감을 상실하게 되며 방음성, 보온성, 방진성을 기대하기 어렵다. 또한 유황의 첨가는 열에 민감하여 유동성이 큰 열가소성 수지의 심한 열 변형과 지지력이 부족한 결점을 보완하기 위해 첨가되는 것으로 합성수지와 반응하여 합성수지의 스티프니스(Stiffness)성과 경도를 향상시키는 것이므로 합성수지 첨가량에 비례한다고 할 수 있다.
지나친 양을 첨가하면 특히 건축 자재의 내충격성이 떨어지고 적게 첨가하면 건축 자재에서 요구되는 물성을 만족시키지 못한다.
그 밖에도 무기질의 항균제는 내장재와 외장재에 따라 한정한 항균제의 양 범위에서 첨가량이 달라질 수 있지만 한정량의 최저치 이하로 첨가하면 항균 효과를 기대할 수 없으며 최고치의 첨가량으로 충분한 항균효과를 발휘할 수 있다.
상기 본 발명의 기술 구성을 명백하게 하고 그 효과를 알아보기 위하여 아래와 같이 실시예를 들기로 한다.
실시예(1)
갈대줄기 섬유입자 65중량%, 폴리프로피렌수지 21중량%, 유황분말 9중량%, 무기질 항균제 0.45, 착색제 탄산코발트(적자색) 1.5중량%, 난연재로서 인화합물 1.5중량%, 자외선 흡수제로서 페닐 살치레이트 0.55중량%, 산화방지제로서 아민화합물 0.5중량%, 발포제로서는 중탄산소오다 0.5중량%로 구성된 조성물로 본 발명 마스터 뱃치의 제조방법에 따라 제조한 마스터 뱃치로서 30×30×1cm의 판상체를 얻었다.
(단 갈대입자는 전처리하지 않은 것을 사용하고, 실린더 온도는 140~150℃로 유지하였다)
비교실시예(2)
실시예(1)에서 무기질항균제 및 유황을 첨가하지 않고 대신 부족한 조성량을 폴리프로피렌으로 충당하여 마스터 뱃치를 얻은 다음 실시예(1) 규격의 판상체를 제조하였다.
비교실시예(3)
비교실시예(2)에서 갈대 섬유입자 대신 동일 중량의 목분으로 대체하여 마스터 뱃치를 얻고 이를 이용 실시예(1) 규격의 판상체를 제조하였다.
상기 실시예로 물성 실험을 한 결과 표(2)와 같은 실험 결과를 얻었다.
본 발명 마스터 뱃치로 제조된 판상체의 물성 실험결과
시험항목 단위 KS규격기준
(KSF 3230-2011)		 실시예(1) 비교실시예
(2)		 비교실시예
(3)
충격강도 KJ/m2 3.0 이상 3.3 3.3 3.1
촉진내후성시험
(충격강도 변화율)		 % 80 이상 92 92 91
굴곡최대하중 N 3400 이상 4465 4447 4065
굴곡크리프 변형 % 0.25 이하 0.09 0.09 0.12
나사못 유지력 N 780 이상 1095 1110 985
동결융해
(최대 굴곡하중 변화율)		 % 90 이상 97.5 97.2 94.5
항균성(대장균)
(세균감소율)		 % KICM-FIR-1003 99.9 0.0 0.0
항균성(화농균)
(세균감소율)		 % KICM-FIR-1003 99.9 0.0 0.0

Claims (4)

  1. 갈대, 억새풀, 조릿대 중에서 선택되는 하나의 벼과 식물 줄기의 섬유 입자 60~70중량%, 결합제로서 에틸렌 프로피렌 공중합 수지, 폴리프로피렌 수지, 폴리스틸렌 수지, ABS수지, AS수지 중에서 선택되는 하나의 열가소성 수지 18~24중량%, 유황분말 6~10중량%, 무기질 항균제 0.4~1.6중량%, 첨가제로서 착색제, 난연제, 자외선 흡수제, 열안정제, 산화방지제, 발포제, 얼룩방지제, 대전방지제, 분산제 중에서 선택되는 하나 이상의 물성개량제 2~6중량%로 구성된 건축자재용 조성물
  2. 갈대, 억새풀, 조릿대 줄기의 섬유입자를 가성소다와 황화소다를 2:3의 중량비로 배합한 쿠킹제 4~6중량%의 수용액으로 채워진 고압부에 침지하여 온도 100~130℃ 유지 시킨 상태에서 1~2시간 증자 한후 섬유입자를 취출하여 수세 탈수하고 수분함량 3%이하로 건조시킨 섬유입자 60~70중량%, 결합제로서 에틸렌, 프로피렌공중합수지 18~24중량%, 유황분말 6~10중량%, 무기질 향균제 0.4~1.6중량%, 첨가제로서 착색제, 얼룩방지제, 대전방지제, 자외선흡수제, 난연제, 분산제, 발포재, 열안정제, 산화방지제 중에서 선택되는 하나이상의 물성개량제 2~6중량%로 조성된 조성물을 온도 130~160℃ 유지된 압출기의 실린더 내에서 혼련과 동시에 반응시킨 반응물은 25~35kgf/㎠의 압력으로 압출시켜서 된 건축자재용 마스터 뱃치의 제조방법
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