KR101760481B1 - 친환경 기능성 벽지의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 기능성 벽지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 친환경 기능성 벽지의 제조 방법은, 평량 50 ~ 160g/㎡이며, 두께 6 ~ 15mm이고, 내부에 다수의 기공(11)이 형성된 다공성 원지(1)를 준비하는 원지준비단계와; 규조토, 펄라이트, 백선토 중 선택된 어느 하나의 광물분말과, 아크릴 수지 또는 우레탄 수지 중 선택된 어느 하나의 수지와, 물을 혼합하여 기능성조성물(2a)을 제조하는 조성물제조단계와; 고무 롤러로 이루어진 하부롤러(3)에 상기 기능성조성물(2a)을 도포시키고, 하부롤러(3)의 상부로 상기 하부롤러(3)를 가압하는 동판 롤러로 이루어진 상부가압롤러(4)를 준비한 다음 상기 원지(1)를 하부롤러(3)와 상부가압롤러(4) 사이로 통과시키되, 상부가압롤러(4)로 다공성 원지(1)의 상부를 가압하여 짜 내면서 통과시켜 상기 다공성 원지(1)의 기공(11)으로 상기 수지와 광물분말을 침투시키는 조성물침투단계와; 상기 하부롤러(3)와 상부가압롤러(4) 사이를 통과한 다공성 원지(1)를 건조시키는 건조단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 광물 분말이 원지 내부에 균일하게 분포할 수 있도록 하며, 광물 분말이 완전 코팅되지 않고도 원지 내부의 기공층 벽면에 잘 부착되어 이탈이 잘 발생하지 않을 뿐만 아니라 주목적인 흡습, 탈취 등의 기능성을 유지할 수 있게 된다.

Description

친환경 기능성 벽지의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF FUNCTIONAL WALLPAPER}

본 발명은 벽지의 제조 방법에 관한 것으로, 평량이 작은 저밀도 원지를 이용함과 더불어 압착롤러를 이용하여 기능성 광물 분말이 원지의 기공 사이로 침투되도록 함으로써 제조 후 기능성 성분이 잘 이탈되지 않도록 하여 기능성 성분을 통한 유용 기능의 발휘가 오랫동안 지속될 수 있도록 한, 친환경 기능성 벽지의 제조 방법에 관한 것이다.

건축용 내외장재에 있어서 경량, 불연, 방음, 단열, 내습 및 항균기능을 동시에 충족시켜 주는 소재의 개발은 중요하다.

이러한 건축용 내외장재에 있어서의 요구조건에 부응하기 위해 다양한 건축자재가 개발되고 있다. 대표적으로 지금까지 개발된 건축용 내외장재로는 스티로폼, 우레탄 폼, 그리고 유리섬유 또는 석면을 충전한 패널 등이 있다.

그러나, 스티로폼은 열에 약한 문제점이 있고, 화재시 유독성 가스가 발생되어 안전성에 문제가 있다.

우레탄 폼은 무게가 무거워 시공이 불편하며 발화점은 높으나 한번 발화시에는 스티로폼과 같은 유독성 가스가 발생되는 문제가 있다.

또한, 석면이나 유리섬유를 충전한 패널의 경우 석면이나 유리섬유가 공기 중에 지속적으로 배출되고 인체에 치명적인 암 등을 유발하는 것으로 알려져 최근에는 그 사용이 규제되고 있다.

최근에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 난연성 합성수지를 충전한 패널을 사용하고 있으나, 화재시 온도가 1,000℃ 부근까지 이르게 될 경우에는 연소하고 마는 문제가 있다.

또한, 석재나 세라믹 물질의 건축용 내외장재는 불연성의 요구조건은 충족시키지만 중량이 무거워 시공이 어렵고, 방음 및 단열효과가 미흡한 단점이 있다.

이러한 종래의 건축용 내외장재의 문제점을 해결하기 위하여 펄라이트 등의 광물질을 분쇄하여 발포처리하고, 무기질 바인더를 충전한 펄라이트 패널이 개발되고 있다.

펄라이트(Perlite)는 화산작용으로 생긴 진주암을 850~1200℃로 가열하여 팽창시킨 인공 토양으로, 이를 이용하여 항균성, 불연성, 방음성이 우수하고 뛰어난 단열성과 실내 습도 조절기능을 가져 최근에 각광을 받고 있다.

기존에 펄라이트를 이용한 내외장재는 성형 패널 형태로 제조되어 왔으나, 연속 공정이 불가능하고, 금형 제작 및 탈형 등의 문제로 기능성 성분의 활용도가 제한되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 기술로 "펄라이트 시트를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 펄라이트 필름"(한국 등록특허공보 제10-1038970호, 특허문헌 1)이 공개되어 있다.

상기 특허문헌 1은 펄라이트를 시트상 재료의 원료로 포함시켜 종래의 패널형 제품에 비해 제조가 용이하고, 가공이 쉽도록 하여 벽지로 활용될 수 있도록 하였다.

특허문헌 1의 구체적인 제조 방법은 펄라이트 분말과 결합제 등을 혼합하여 액상화한 다음 액상화된 펄라이트 혼합물을 도포 및 압출에 의해 시트화한 다음 건조, 절단, 지지체로부터 박리 및 소성, 압축 등의 공정을 거치게 된다.

특허문헌 1은 기능성 광물 성분인 펄라이트를 시트화한 데는 기술적 의의가 있으나 그 제조 공정이 복잡하고, 소성, 발포, 압축 등의 공정을 거쳐야 하므로 이 역시 제조 단가가 상승하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 기술로 "열린구조를 갖는 천연 벽지"(한국 등록특허공보 제10-1504412호, 특허문헌 2)가 공개되어 있다.

특허문헌 2는 광물질 분말과 바인더를 혼합하여 이를 부직포, 펄프, 종이 등의 베이스에 침적 및 침투시키고, 베이스의 전후면에도 결합 압축시켜 건조시켜 제조하는 공정이 공개되어 있다.

특허문헌 2에서 요지로 하는 점은 기능성 광물질이 베이스의 내부 및 표면에 침투 및 도포된 상태에서 외부의 코팅 과정을 배제함으로써 벽지의 기공이 열린 구조를 이루도록 함으로써 온습도 조절, 원적외선 방출, 필터 작용이 원할히 이루어질 수 있게 하였다.

그런데, 혼합물을 베이스에 침투시킨 후 프레스를 이용하여 베이스의 전후면에 혼합물을 결합 압축시킬 때 베이스에 침투되어 있던 혼합물이 압력에 의해 표면측으로 밀려 이동하게 되어 실질적으로 중심부는 기능성 광물질 성분의 밀도가 낮고, 외곽측으로 기능성 광물질 성분의 밀도가 높아지는 현상이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

이로 인해 일정 시간이 지나면 표면측으로 고밀도로 분포된 기능성 성분들이 벽지 표면으로부터 박리되고, 그 결과 미관이 나빠지며, 기능성 광물질의 유효 기능들이 오래 지속되지 못하고 시간이 갈수록 기능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 내외로 완전히 열린 구조를 갖추기 위해 실내측의 표면에 별도의 가공 처리를 하지 못해 다양한 모양과 무늬를 형성하지 못해 인테리어 측면에서의 기호도를 저하시키는 문제점도 있었다.

특히 종래의 콤마 코타 나이프 방식의 조성물 도포 방식의 경우 도포량 조절에 따라 다량 도포가 가능하지만 이 경우 수지와 규조토가 혼합된 조성물이 특정 양만큼 원지 표면에 강제로 도포해야 한다.

이 경우 조성물 조합 과정에서 광물 성분이 원지 표면에 잘 부착되어 떨어져 나오지 않게 하려면 수지의 양이 규조토가 완전 코팅될 정도로 다량 투입되어야 하므로 상대적으로 흡습 기능이 상실되게 되며, 수지의 양을 줄이게 되면 원지 표면으로부터 쉽게 부서지고 박리되어 버리는 문제점이 있다.

KR 10-1038970 (2011.05.30) KR 10-1504412 (2015.03.13)

본 발명의 친환경 기능성 벽지의 제조 방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 광물 분말이 원지 내부에 균일하게 분포할 수 있도록 하며, 광물 분말이 원지 내부의 기공측 벽면에 잘 부착되어 이탈이 잘 발생하지 않게 하려는 것이다.

구체적으로, 수지와 물에 비해 입자가 월등히 큰 규조토 등의 광물 분말은 원지의 기공층 사이에에 침투되면 빠져나오지 못하고 걸려 있게 하고, 입자가 미세한 수지와 물은 대부분 짜여져 빠져나오게 함으로써 규조토 등의 광물 분말이 완전히 코팅되지 않은 채 기공층 사이에서 압동 조절에 따라 적절한 양의 수지와 함께 남아 있게 함으로써 표면을 문질러도 떨어져 나오지 않고 완전히 코팅이 되지 않게 되어 흡습 기능을 유지할 수 있게 하려는 것이다.

이를 위해, 원지는 원지가 아닌 기공의 평균 직경이 비교적 크면서 두께가 일반 원지보다 두꺼운 대신 평량은 작게 이루어지도록 함으로써 광물 분말이 침투할 수 있는 충분한 크기와 많은 기공이 형성되어 상하 두 롤러 사이의 압착에 의해 기능성 조성물이 잘 짜여지면서 광물 분말이 용이하게 침투할 수 있게 하려는 것이다.

특히, 기능성 조성물 중의 광물 분말은 조성물의 총 중량의 9 중량%(나머지는 액상)로 이루어져 기능성 조성물이 충분한 유동성을 가져 두 롤러 사이에서의 원지의 압착이 원할히 이루어질 수 있게 하려는 것이다.

더 나아가, 기공 크기에 비해 광물 분말의 크기가 작게 이루어져 기공에 광물 분말이 원할히 침투할 수 있게 하려는 것이다.

또한, 원지의 상부 표면은 상부가압롤러의 하단과 수평상으로 일직선이 되도록 함으로써 가압시 원지의 하부 표면으로부터 압착이 이루어지도록 하고, 추후 원지의 하부 표면에 그라비아인쇄가 이루어지게 함으로써 침투된 광물 분말의 이탈을 최소화할 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 친환경 기능성 벽지의 제조 방법은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 평량 50 ~ 160g/㎡이며, 두께 6 ~ 15mm이고, 내부에 다수의 기공(11)이 형성된 다공성 원지(1)를 준비하는 원지준비단계와; 규조토, 펄라이트, 백선토 중 선택된 어느 하나의 광물분말과, 아크릴 수지 또는 우레탄 수지 중 선택된 어느 하나의 수지와, 물을 혼합하여 기능성조성물(2a)을 제조하는 조성물제조단계와; 고무 롤러로 이루어진 하부롤러(3)에 상기 기능성조성물(2a)을 도포시키고, 하부롤러(3)의 상부로 상기 하부롤러(3)를 가압하는 동판 롤러로 이루어진 상부가압롤러(4)를 준비한 다음 상기 원지(1)를 하부롤러(3)와 상부가압롤러(4) 사이로 통과시키되, 상부가압롤러(4)로 다공성 원지(1)의 상부를 가압하여 짜 내면서 통과시켜 상기 다공성 원지(1)의 기공(11)으로 상기 수지와 광물분말을 침투시키는 조성물침투단계와; 상기 하부롤러(3)와 상부가압롤러(4) 사이를 통과한 다공성 원지(1)를 건조시키는 건조단계;를 포함하여 구성된다.

상기한 구성에 있어서 상기 다공성 원지(1)는 부직포인 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 다공성 원지(1)는, 하드 펄프 100 중량부와, 상기 하드 펄프 100 중량부 대비 35 ~ 45 중량부의 소프트 펄프와, 상기 하드 펄프 100 중량부 대비 55 ~ 65 중량부의 HPE 펄프를 준비하여 혼합하여 펄프조성물을 준비하는 펄프조성물준비단계와; 상기 펄프조성물에 액상의 섬유점착재를 첨가한 후 혼합 교반하여 페이스트 상의 혼합물을 제조하는 혼합교반단계와; 상기 혼합물을 지면에 대해 25 ~ 35° 각도로 경사지게 형성되고 망상 구조를 갖는 탈수장치에 적재하여 탈수시키는 탈수단계와; 상기 탈수처리된 혼합물을 트레이에 적재한 후 트레이를 지면에 대해 80 ~ 90°각도가 되도록 한 상태에서 열챔버를 통과시켜 건조하여 벽지용 다공성 원지를 제조하는 건조단계;로 제조되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 기능성조성물은, 광물분말 9 중량%, 수지 45 중량%, 물 46 중량%로 이루어지며, 상기 광물분말은 규조토 분말과 펄라이트 분말, 백선토 분말이 5 : 4 : 1의 중량비로 혼합되어 형성되고, 상기 수지는 아크릴 수지로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 원지의 기공은 평균 직경이 0.1 ~ 1mm로 이루어지고, 상기 광물 분말은 평균 직경이 0.01 ~ 0.05mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 광물 분말이 원지 내부에 균일하게 분포할 수 있도록 하며, 광물 분말이 원지 내부의 기공측 벽면에 잘 부착되어 이탈이 잘 발생하지 않게 된다.

구체적으로, 수지와 물에 비해 입자가 월등히 큰 규조토 등의 광물 분말은 원지의 기공층 사이에에 침투되면 빠져나오지 못하고 걸려 있게 하고, 입자가 미세한 수지와 물은 대부분 짜여져 빠져나오게 함으로써 규조토 등의 광물 분말이 완전히 코팅되지 않은 채 기공층 사이에서 압동 조절에 따라 적절한 양의 수지와 함께 남아 있게 함으로써 표면을 문질러도 떨어져 나오지 않고 완전히 코팅이 되지 않게 되어 흡습 기능을 유지할 수 있게 된다.

이를 위해, 원지는 원지가 아닌 기공의 평균 직경이 비교적 크면서 두께가 일반 원지보다 두꺼운 대신 평량은 작게 이루어지도록 함으로써 광물 분말이 침투할 수 있는 충분한 크기와 많은 기공이 형성되어 상하 두 롤러 사이의 압착에 의해 기능성 조성물이 잘 짜여지면서 광물 분말이 용이하게 침투할 수 있게 된다.

특히, 기능성 조성물 중의 광물 분말은 조성물의 총 중량의 9 중량%(나머지는 액상)로 이루어져 기능성 조성물이 충분한 유동성을 가져 두 롤러 사이에서의 원지의 압착이 원할히 이루어질 수 있게 된다.

더 나아가, 기공 크기에 비해 광물 분말의 크기가 작게 이루어져 기공에 광물 분말이 원할히 침투할 수 있게 된다.

또한, 원지의 상부 표면은 상부가압롤러의 하단과 수평상으로 일직선이 되도록 함으로써 가압시 원지의 하부 표면으로부터 압착이 이루어지도록 하고, 추후 원지의 하부 표면에 그라비아인쇄가 이루어지게 함으로써 침투된 광물 분말의 이탈을 최소화할 수 있게 된다.

더불어, 본 발명은 PVC 등의 가소제를 사용하지 않아 친환경 기능성 벽지를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 기능성 벽지의 제조 공정을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명에서 상부가압롤러와 하부롤러 사이를 통과하기 전,후의 상태를 나타낸 단면 개략도.
도 3은 본 발명에서 두 롤러 사이를 통과하는 과정에서의 광물분말의 침투 상태 및 원지의 상태를 나타낸 단면 개략도.
도 4는 본 발명에서 원지의 제조 공정을 나타낸 개념도.

이하, 본 발명 친환경 기능성 벽지의 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명 친환경 기능성 벽지의 제조 방법은 크게 원지준비단계, 조성물제조단계, 조성물침투단계, 건조단계를 포함하여 구성된다.

1. 원지준비단계

본 발명에서 원지는 공지의 일반적인 원지에 비해 두께가 두꺼울 뿐만 아니라 평량(단위면적 당 종이 중량)이 일반적인 원지에 비해 작으며, 내부에 다수의 기공이 형성되어 있는 재료로 이루어진다.

이러한 특성을 갖는 대표적인 소재로는 부직포가 사용될 수 있다.

그러나 부직포는 일반적으로 화재에 취약한 특성을 갖는 바, 부직포보다는 특수원지로 구성됨이 보다 바람직하다.

바람직한 예로 원지는 평량 50 ~ 160g/㎡이며, 두께 6 ~ 15mm이고, 내부에 다수의 기공(11)이 형성된 다공성 원지(1)가 바람직하다.

원지의 기공은 일반적인 나노 입자 단위의 미세 기공보다는 비교적 크기가 큰 기공으로 이루어짐이 바람직하다.

이는 내부 기공 벽면에 광물 분말이 부착되도록 할 뿐만 아니라 광물 분말이 기공을 꽉 채우도록 하지 않고 여분의 공간이 형성되도록 함으로써 통기가 원할히 이루어질 수 있게 하여 광물 분말로 인한 유용한 기능이 보다 잘 발휘될 수 있게 해주게 된다.

이를 위한 원지 기공은 평균 직경이 0.1 ~ 1mm로 이루어짐이 바람직하다.

2. 조성물제조단계

규조토, 펄라이트, 백선토 중 선택된 어느 하나의 광물분말과, 아크릴 수지 또는 우레탄 수지 중 선택된 어느 하나의 수지와, 물을 혼합하여 기능성조성물(2a)을 제조한다.

광물 분말은 상기 원지 기공보다 작은 크기가 바람직하며, 초미세 입자는 자칫 폐속으로 유입되어 건강을 해칠 위험성이 있는 바, 이를 감안하여 광물 분말은 평균 직경이 0.01 ~ 0.05mm인 것이 바람직하다.

광물 분말의 구성 예로는 규조토, 펄라이트, 백선토, 등을 선택적으로 또는 서로 혼합하여 구성될 수 있다.

광물 분말의 다양한 조성 예와 달리 전체적인 기능성조성물은 광물분말 9 중량%, 수지 45 중량%, 물 46 중량%로 이루어짐이 바람직하다.

이 경우 상기 광물분말은 규조토 분말과 펄라이트 분말, 백선토 분말이 5 : 4 : 1의 중량비로 혼합되어 형성됨이 가장 바람직하다.

이러한 조성은 수용성인 아크릴 수지 등을 통해 전체 중량의 약 91%가 액상이 되도록 하여 조성물침투단계에서 압착이 원할히 이루질 수 있게 하고, 광물 분말이 유체의 흐름에 따라 원할하게 원지의 기공으로 침투될 수 있게 한 것이다.

더불어 광물 분말들의 비율이 상기 비율로 특정되는 것은 펄라이트는 단열, 흡음 등의 벽지에 기능성을 발휘하게 해주고, 수분 함량 및 유효수분이 일정할 뿐만 아니라 경량의 특성을 가지며, 규조토분말은 흡수성이 우수할 뿐만 아니라 내화성이 강한 특성을 갖는다.

더불어, 백선토는 색상을 깔끔하게 해 주는 기능을 한다.

즉, 규조토와 펄라이트는 거의 동 비에 가깝게 하여 물 및 아크릴 수지에서 고르게 분산되어 유동할 수 있게 하여 압착에 의한 침투가 원할히 해주기 위한 것이며, 백선토는 벽지 외부로 드러나는 미감이 깔끔해질 수 있게 해주게 된다.

3. 조성물침투단계

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 고무 롤러로 이루어진 하부롤러(3)를 기능성조성물(2a)이 담긴 용액조(2)에 하부가 담겨지도록 함으로써 하부롤러(3) 표면에 기능성조성물(2a)을 도포시키고, 하부롤러(3)의 상부로 상기 하부롤러(3)를 가압하는 동판 롤러로 이루어진 상부가압롤러(4)를 준비한 다음 상기 원지(1)를 하부롤러(3)와 상부가압롤러(4) 사이로 통과시키되, 상부가압롤러(4)로 다공성 원지(1)의 상부를 가압하여 짜 내면서 통과시켜 상기 다공성 원지(1)의 기공(11)으로 상기 수지와 광물분말을 침투시킨다.

보다 구체적으로 도 2, 3에 나타난 바와 같이 상기 하부롤러(3)의 상단 중앙 표면(3a)와 상기 상부가압롤러(4)의 하단 중앙 표면(4a) 사이의 틈은 0.5 ~ 1.5mm로 이루어져 있으며, 상기 하부롤러(3)와 상부가압롤러(4) 사이로 이동하는 원지(1)는 상부표면이 상기 상부가압롤러(4)의 하단 중앙 표면(4a)과 수평하게 일직선을 이루도록 함이 바람직하다.

이렇게 하면 상부가압롤러(4)와 하부롤러(3) 사이로 원지(1)가 이동하면서 저면에 하부롤러(3) 표면에 도포된 기능성조성물(2a)이 도포됨과 더불어 하부롤러(3)의 상부 표면에 의해 원지(1)의 저부가 가압되면서 기능성조성물(2a)이 원지(1)의 기공(11)으로 침투하면서 일부 액상은 배출되게 된다.

특히, 원지의 상부 표면은 매끄러운 상태를 유지하면서 하부 표면 및 심부와 비교할 때 광물 분말의 분포가 적은 상태를 갖게 되는 바, 원지의 상부 표면측은 하부 표면과 비교할 때 광물 분말의 이탈율이 현저히 줄어들을 수 있다.

도 2에는 원지의 위치별 기능성조성물의 도포, 압착이 이루어지는 것을 확대하여 나타낸 것이며, 도 3은 두 롤러 사이의 각 위치별 원지의 압착 및 기능성조성물의 침투 상태를 나타낸 것이다.

도 2의 상부측에서 보면 두 롤러 사이의 틈은 매우 작은 틈으로 이루어져 있는 것을 알 수 있고, 도 2의 하부에는 두 롤러 사이로 기능성조성물이 도포되면서 원지가 통과함에 따라 원지가 압착되고 기능성조성물이 침투되는 것이 나타나 있다.

이때, 도 2의 상부측에서 실선으로 나타낸 도면기호 3a는 아무런 압력을 받지 않은 하부롤러 표면을 나타낸 것이고, 점선으로 나타낸 3b는 하부롤러가 압력을 받았을 때 신축 변형의 예상 범위를 나타낸 것이다.

도 2의 하부측에서는 두 롤러 사이로 원지가 유입되고, 압착이 이루어지면서 도면기호 3a의 점선(변형전의 하부롤러 표면을 나타낸 선)에서 3b와 같이 하부롤러의 상부 표면이 변형되는 것이 나타나 있다.

이처럼 하부롤러를 신축성을 갖는 고무 재질로 형성하는 것은 하부롤러의 눌리는 지점의 양측은 부풀어오르게 되어 기능성조성물의 도포가 사전에 충분히 이루어질 수 있기 때문이다.

더불어, 두 롤러 사이의 거리를 최대한 좁힐 수 있기 때문에 원할한 압축이 가능해지기 때문이기도 하다.

도 3에는 두 롤러에 의해 압축되기 전과 후의 과정에서의 원지의 두께 변화 및 기공(11) 내로 광물분말(12)의 침투 상태가 도시되어 있다.

좌측의 확대도는 하부롤러 표면에 묻은 기능성조성물이 원지의 하부 표면에 도포되면서 서서히 광물분말(12)이 침투하는 상태, 좌측에서 두번때 확대도 및 세번째 확대도는 원지의 두께가 두 롤러 사이에서 압축되면서 전체적으로 광물분말(12)이 침투하는 상태가 도시되어 있다.

우측의 확대도는 두 롤러 사이를 통과한 원지의 상태를 나타내는 데, 좌측의 확대도와 비교할 때 압축이 해제되면서 원지는 원래의 두께 내지 원래 두께의 2/3 정도의 두께로 복원되면서 기공(11) 내부에 광물분말(12)이 고르게 침투한 상태가 도시되어 있다.

4. 건조단계

상기 하부롤러(3)와 상부가압롤러(4) 사이를 통과한 다공성 원지(1)를 도 1에 도시된 열챔버(5)를 통과시켜 건조시켜 본 발명의 벽지(10)를 제조한다.

상기 건조단계를 거친 원지의 하부 표면 또는 상부 표면에 그라비아 인쇄 방법으로 문양 또는 색상을 형성하는 그라비아인쇄단계;가 더 진행될 수 있다.

이 중 그라비아인쇄는 원지의 하부 표면에 실시됨이 보다 바람직하다.

그라비아 인쇄는 롤러나 동판에 오목한 홈을 형성하고 오목한 홈에 잉크와 같은 인쇄조성물을 채운 후 원지를 압력을 가해 찍어내는 방식으로 공지의 그라비아인쇄롤 등을 이용하여 인쇄하면 된다.

도 1에서 한 쌍의 상부롤러와 하부롤러로 이루어지고, 하부롤러는 그라비아인쇄액이 수용된 용기에 일부 잠겨 있는 그라비아인쇄롤(6)을 준비하여 그 하부롤러에 그라비아 인쇄액이 도포된 상태로 원지 하부에 그라비아인쇄를 실시하는 상태가 도시되어 있다.

이 경우 상대적으로 광물 분말의 분포가 원지의 상부 표면보다 많은 원지 하부 표면이 그라비아 인쇄 처리됨으로써 보관, 설치 후 광물 분말의 이탈을 최소화할 수 있게 된다.

이하에서는 상기 원지준비단계에서 준비될 원지의 바람직한 제조 예에 대해 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

다공성 원지의 제조 방법은 펄프조성물준비단계, 혼합교반단계, 탈수단계 및 건조단계를 포함하여 구성된다.

1) 펄프조성물준비단계

하드 펄프 100 중량부와, 상기 하드 펄프 100 중량부 대비 35 ~ 45 중량부의 소프트 펄프와, 상기 하드 펄프 100 중량부 대비 55 ~ 65 중량부의 HPE 펄프를 준비하여 혼합하여 펄프조성물을 준비한다.

하드 펄프는(Hard pulp)는 활엽수 펄프라고도 하며, 섬유장이 짧아 인장강도는 낮으나 종이의 불투명도를 향상시키고, 세포벽이 두꺼운 침엽수를 소재로 하기 때문에 섬유의 유연성이 낮고 섬유간 결합력이 약하다.

또, 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 함량이 높으며, 유세포가 다량 함유되어 있고 피치 함량이 높다.

이러한 유세포는 종이 강도는 저하시지만 불투명도, 평활도 및 지합을 개선하는 효과가 있다.

소프트 펄프(Soft pulp)는 침엽수 펄프라고도 하며, 하드 펄프와는 반대로 섬유장이 길고 인장강도가 높아 섬유의 유연성을 높이고 섬유간 결합력이 강한 특징을 갖는다.

HPE 펄프는 정제되기 전의 소프트펄프에 가성소다를 투입하여 증기로 찐 다음 섬유끼리 부딪히게 해리하고, 세척 후 정제시킨 펄프로 기공도를 높이고, 섬유가 둥글고 두껍게 가공되어 제조된 원지 내부의 기공 크기가 균일해질 수 있도록 해준다.

통상적으로 알칼리성 중해처리법은 우드칩에 알칼리성 액체와 유황화합물을 혼합 첨가한 후 점차 가열한 후 우드칩이 마쇄되기에 적합할 정도의 시간동안 증해 처리하는데, 침엽수의 경우 카파 인덱스 수치가 높기 때문에 펄프 수율이 40% 정도에 불과하여 통상적으로 침엽수를 소재로 할 경우 열, 화학적인 중해처리법을 사용하지 않는 것이 일반적이다.

하지만, 본 발명에서는 침엽수 우드칩을 소재로 하지 않고 소프트 펄프의 제조 과정에서 정제되기 전의 것을 준비한 후 여기에 가성소다를 투입한 후 증기로 쪄서 섬유끼리 부딪혀 해리하고 세척 후 정제시킴으로써 섬유 형상을 둥글게 형성하면서 기공도를 높이도록 하였다.

이때, 가성소다는 미정제 소프트펄프 100 중량부를 기준으로 20 ~ 50 중량%, 바람직하게는 35 중량부로 구성된다.

이를 통해 일반적인 지류는 그 목적을 평평하고 단단하게 함을 주요 목적으로 하나, 상기와 같은 HPE 펄프를 사용함에 따라 최대한 단위무게당 부피가 최대화될 수 있도록 하였다.

더불어, 이처럼 부피를 증대시킴과 더불어 벽지로 사용시의 기본 물성을 갖출 수 있도록 하기 위해 다수의 실험을 한 결과 상기와 같은 중량부로 이루어짐이 바람직한 것을 알게 되었으며, 그 중에서도 하드 펄프 50 중량%, 소프트 펄프 20 중량%, HPE 펄프 30 중량부가 혼합되어 펄프조성물이 형성됨이 최적함을 알게 되었다.

2) 혼합교반단계

상기 펄프조성물에 액상의 섬유점착재를 첨가한 후 혼합 교반하여 페이스트 상의 혼합물을 제조한다.

섬유점착재는 수용성 아크릴수지로 이루어짐이 바람직하며, 그 중량은 적게는 펄프조성물 단위 100 중량부를 기준으로 5 ~ 30 중량부로 이루어질 수 있다.

펄프조성물에 액상의 섬유점착재가 혼합되면 섬유끼리 결속되게 된다.

3) 탈수단계

상기 혼합물을 지면에 대해 25 ~ 35° 각도로 경사지게 형성되고 망상 구조를 갖는 탈수장치에 적재하여 탈수시킨다.

보다 바람직하기로는 30° 정도로 경사지게 도 4와 같이 망상의 스크린(120)을 배치시킨 후 그 위로 페이스트 상의 혼합물(110)을 도포하여 액상의 수분은 망을 통해 하부로 배출되고, 망 표면에 혼합물이 위치한 상태가 되도록 한다.

이러한 과정은 통상 망상 스크린을 지면에 평행하게 배치시키던 종래와 다른 배치 방식인데, 종래의 수평으로 눕힌 망상을 통과시킬 경우 펄프의 섬유질이 바닥으로 눕혀진 상태가 되고 점착재는 그 사이사이로 스며들게 되는 바, 기공 형성이 미비할 수밖에 없다.

반면, 망상의 스크린을 도 4와 같이 경사지게 눕혀 배치할 경우 점착재 성분이 섬유질 사이로 스며들어 상하 섬유질을 서로 결합시키고 경사를 타고 흘러 내림에 따라 섬유질 사이에 흘러내리고 난 후의 공간 형성이 원할하게 이루어지게 된다.

또한, 섬유질은 바닥에 뉘여진 형태가 아니라 경사지게 되므로 각 층간에서 상방향으로 돌출된 형상이 되기 때문에 결곽적으로 기공 형성이 활발히 이루어지게 된다.

이때, 경사 각도가 상기한 각도보다 작을 경우는 기공 형성 효과가 미미해지게 되며, 반대로 경사각도가 클 경우에는 점착재가 점착 성능을 충분히 발휘하지 못하고 흘러내리는 현상이 발생하여 최종 제조된 원지의 인장강도가 저하되는 현상이 발생하기 쉽다.

4) 건조단계

상기 탈수처리된 혼합물을 트레이(140)에 적재한 후 트레이를 지면에 대해 80 ~ 90°각도가 되도록 한 상태에서 열챔버(130)를 통과시켜 건조하여 벽지용 저밀도 특수원지를 제조한다.

통상의 원지 제조 과정에서는 건조시 다수의 원통형 드라이롤을 통과하면서 압착되면서 건조되는데, 본 발명에서는 기공율을 최대화시키기 위해 상기와 같은 조성의 특징, 탈수의 특징에 더해 건조 과정에서도 트레이를 컨베어 밸트 등을 통해 열 챔버를 통과시킴으로써 압력을 가하지 않도록 하여 기공 형성이 원할히 이루어지도록 한다.

특히, 도면에 나타난 바와 같이 트레이를 지면에 대해 수직 또는 수직에 가깝게 세우는데, 이는 상하로 일정한 두께를 갖는 상태로 수평으로 뉘어 통과시킬 경우 상층의 섬유질이 하층의 섬유질을 눌러 자연스럽게 압력을 가하여 하부 섬유질에 기공 형성이 원할하지 않게 되는 바, 자중에 의한 압력까지 최소화하여 기공율을 최대한 높이도록 한다.

이상과 같은 공정은 원지 섬유 조직의 기공율을 최대화함으로써 단위 중량대비 두께감을 최대화시킬 수 있게 하고, 상기와 같은 조성적인 특징, 탈수단계의 구배 형성, 비압력식 건조 및 경사 형성에 의해 충진제를 사용하지 않고도 섬유끼리의 공간을 확보하여 무게감을 줄일 수 있게 된다.

본 출원의 발명자는 시중에 판매되는 일반 벽지의 원지를 준비하여 동일 단위중량당 두께를 비교해본 결과 본 발명에 따른 원지는 두께가 0.5mm로 두껍게 형성되는 반면, 종래의 일반 벽지의 원지는 두께가 0.15 ±0.05 mm로 나타나, 종래에 비해 최대 10배 최저 3배 이상 두께가 크게 나타난 것을 알 수 있었다.

이는 반대로 동일 부피 대비 3배 이상 가볍게 되는 것을 의미한다.

이러한 실험에 사용된 본 발명은 하드 펄프 50 중량%, 소프트 펄프 20 중량%, HPE 펄프 30 중량부로 펄프조성물을 제조하고, 펄프조성물 100 중량부에 수용성 아크릴 수지 25 중량부를 혼합한 다음 스크린 각도 30°를 통해 탈수 처리한 후 트레이에 적재한 상태에서 90°각도로 기울여 열챔버를 통과하여 수득한 것을 사용하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다.

하드 펄프 100 중량부, 소프트 펄프 30 중량부, HPE 펄프 60 중량부를 준비한 후 혼합하여 펄프조성물을 제조하고, 섬유점착재로 수용성 아크릴수지 40 중량부를 준비하여 펄프조성물과 혼합 교반한 후 페이스트 상의 혼합물을 제조하였다.

제조된 혼합물을 30도 경사진 스크린에 도포한 후 6시간 동안 탈수 처리하였다.

탈수 처리된 혼합물을 트레이에 올려놓은 후에 트레이를 90도 각도로 세워 열챔버에 통과시켜 다공성 원지를 제조하였다.

제조된 원지의 두께는 10mm이었으며, 평량은 110g/㎡으로 나타났고, 평균 기공 크기는 0.45mm의 크기로 측정되었다.

한편, 광물분말 9 중량%, 수지 45 중량%, 물 46 중량%로 이루어지며, 상기 광물분말은 규조토 분말과 펄라이트 분말, 백선토 분말이 5 : 4 : 1의 중량비로 혼합되어 형성되고, 수지는 아크릴 수지로 이루어진 기능성조성물을 준비하였다.

이때, 광물분말의 평균 입자 크기는 0.03mm가 되도록 분쇄 선별하여 준비하였다.

그런 다음 도 1 내지 2에 도시되어 있는 바와 같이 하부롤러는 고무롤러로 준비하되, 상기 기능성조성물이 담긴 용기에 일부가 잠기도록 배치하고, 상부가압롤러는 동판롤러로 준비하는 한편, 상부가압롤러 하단 중앙과 하부롤러 상단 중앙 사이의 간격이 1mm로 설정하고, 미도시된 두 쌍의 롤러를 상부가압롤러와 하부롤러 전,후로 배치하여 원지의 상부 표면이 상부롤러 중앙 하단과 수평이 되도록 배치한 다음 롤러들을 회전 가동시켜 원지로 하여금 하부롤러와 상부가압롤러 사이로 통과시켰다.

하부롤러의 회전에 의해 기능성조성물은 하부롤러의 표면에 도포된 상태에서 원지의 하부에 도포되면서 상부가압롤러와의 사이로 압착되면서 기능성조성물이 압착되면서 광물분말이 내부로 침투되도록 하였다.

그 과정에서 일부의 액체는 원지로 스며들지 못하고 배출됨을 확인하였다.

상부가압롤러와 하부롤러 사이를 통과한 벽지는 열챔버를 통과시켜 건조한 후 그라바이인쇄롤로 원지 하부에 무늬를 형성하여 벽지의 제조를 완료하였다.

평량이 100g/㎡이며, 두께 10mm이고, 내부에 다수의 기공(11)이 형성된 다공성 원지(1)를 준비하였다.

광물 분말로 규조토를 준비하고, 아크릴 수지와 물을 준비하여 서로 혼합하여 기능성조성물(2a)을 제조하였다.

한편, 광물분말 9 중량%, 수지 45 중량%, 물 46 중량%로 이루어지며, 상기 광물분말은 규조토 분말과 펄라이트 분말, 백선토 분말이 5 : 4 : 1의 중량비로 혼합되어 형성되고, 수지는 아크릴 수지로 이루어진 기능성조성물을 준비하였다.

이때, 광물분말의 평균 입자 크기는 0.03mm가 되도록 분쇄 선별하여 준비하였다.

그런 다음 도 1 내지 2에 도시되어 있는 바와 같이 하부롤러는 고무롤러로 준비하되, 상기 기능성조성물이 담긴 용기에 일부가 잠기도록 배치하고, 상부가압롤러는 동판롤러로 준비하는 한편, 상부가압롤러 하단 중앙과 하부롤러 상단 중앙 사이의 간격이 1mm로 설정하고, 미도시된 두 쌍의 롤러를 상부가압롤러와 하부롤러 전,후로 배치하여 원지의 상부 표면이 상부롤러 중앙 하단과 수평이 되도록 배치한 다음 롤러들을 회전 가동시켜 원지로 하여금 하부롤러와 상부가압롤러 사이로 통과시켰다.

하부롤러의 회전에 의해 기능성조성물은 하부롤러의 표면에 도포된 상태에서 원지의 하부에 도포되면서 상부가압롤러와의 사이로 압착되면서 기능성조성물이 압착되면서 광물분말이 내부로 침투되도록 하였다.

그 과정에서 일부의 액체는 원지로 스며들지 못하고 배출됨을 확인하였다.

상부가압롤러와 하부롤러 사이를 통과한 벽지는 열챔버를 통과시켜 건조한 후 그라바이인쇄롤로 원지 하부에 무늬를 형성하여 벽지의 제조를 완료하였다.

[실험예 1] 단열실험

실시예1, 2의 벽지와, 시중에서 판매되는 일반 발포벽지를 준비한 후 단열 효과를 비교하였다.

자체 실험 장치로서 45cm x 20cm x 45cm 크기 밀폐 상자를 제조하였다.

상자의 벽과 천장에는 상기 실시예 1, 2의 벽지를 도배하고 상자 바닥에는 전기장판 가열 장치를 설치하였다.

전기장판을 켜고 온도를 35℃로 설정하여 가열한 후 잠열을 측정하였다.

120분 후 전기장판을 끄고 잠열을 측정하였다. 동일한 시험을 3번 반복하였다. 그 결과 평균 측정 온도는 실시예 1은 28.5℃로, 실시예 2는 26.5℃로 측정되었다.

동일한 방식으로 일반 발포벽지를 도배한 후 잠열 측정을 한 결과 평균 측정 온도는 24.2℃로 측정되었다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 벽지의 단열 성능이 우수한 것을 알 수 있다.

[실험예 2] 광물 분말의 결착 상태 확인 실험

실험예 1과 같은 조건으로 실시예 1, 2와, 일반 발포벽지를 상자 내부에 도배하고 전기 장판 가열장치를 설치한 후 24시간 중 12시간 동안 전기가열장치를 작동하는 방식으로 15일 동안 반복한 후 상자 내부의 바닥에 떨어진 이물질을 육안으로 확인해보았다.

이때, 광물분말은 실시예1과 동일하게 진행하되, 표면에 검은색으로 착색시켜 벽지 제조에 사용하였다.

육안 확인 결과 실시예 1, 2의 벽지는 상자 바닥면에 착색된 이물질이 발견되지 않은 것을 확인하였다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 벽지는 광물분말이 도배 후 벽지 내부에서 견고하게 결착되어 분리되지 않는 것으로 나타났으며, 이를 통해 광물분말의 유용한 기능이 지속적으로 발휘될 것으로 예측되었다.

[실험예 3]

실시예 2와 동일하게 비교예 1을 제조하고, 실시예 2에 비해 두 배의 아크릴 수지를 사용한 비교예 2를 제조하되, 기능성 조성물을 콤마코타나이프를 통해 코팅한 후 벽지를 제조하였다.

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 벽지에 분무기로 물을 뿌린 후 육안으로 물의 흡수 정도를 확인하였다.

그 결과 실시예 1, 2의 벽지는 흡습이 잘 이루어지지 않는 것을 확인하였다.

비교예 1의 경우 손으로 무지를 경우 원지로부터 조성물이 쉽게 박리되어 흡습 실험이 불가능하였으며, 비교예 2의 경우 흡습 기능이 거의 없는 것으로 확인되었다.

이러한 점을 검토해본 바, 본 발명의 실시예들은 흡습 기능을 구비하면서도 광물질이 쉽게 벽지로부터 분리되지 아니하는 점을 확인할 수 있었다.

1 : 원지 2 : 용액조
2a : 기능성조성물 3 : 하부롤러
3a : 상단 중앙 표면 4 : 상부가압롤러
4a : 하단 중앙 표면 5 : 열챔버
6 : 그라비아인쇄롤 10 : 벽지
11 : 기공 12 : 광물분말
110 : 혼합물 120 : 스크린
130 : 열챔버 140 : 트레이

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 친환경 기능성 벽지의 제조 방법에 있어서,
   평량 50 ~ 160g/㎡이며, 두께 6 ~ 15mm이고, 내부에 다수의 기공(11)이 형성된 다공성 원지(1)를 준비하는 원지준비단계와;
   규조토, 펄라이트, 백선토 중 선택된 어느 하나의 광물분말과, 아크릴 수지 또는 우레탄 수지 중 선택된 어느 하나의 수지와, 물을 혼합하여 기능성조성물(2a)을 제조하는 조성물제조단계와;
   고무 롤러로 이루어진 하부롤러(3)에 상기 기능성조성물(2a)을 도포시키고, 하부롤러(3)의 상부로 상기 하부롤러(3)를 가압하는 동판 롤러로 이루어진 상부가압롤러(4)를 준비한 다음 상기 원지(1)를 하부롤러(3)와 상부가압롤러(4) 사이로 통과시키되, 상부가압롤러(4)로 다공성 원지(1)의 상부를 가압하여 짜 내면서 통과시켜 상기 다공성 원지(1)의 기공(11)으로 상기 수지와 광물분말을 침투시키는 조성물침투단계와;
   상기 하부롤러(3)와 상부가압롤러(4) 사이를 통과한 다공성 원지(1)를 건조시키는 건조단계;를 포함하여 구성되되,
   상기 다공성 원지(1)는,
   하드 펄프 100 중량부와, 상기 하드 펄프 100 중량부 대비 35 ~ 45 중량부의 소프트 펄프와, 상기 하드 펄프 100 중량부 대비 55 ~ 65 중량부의 HPE 펄프를 준비하여 혼합하여 펄프조성물을 준비하는 펄프조성물준비단계와;
   상기 펄프조성물에 액상의 섬유점착재를 첨가한 후 혼합 교반하여 페이스트 상의 혼합물을 제조하는 혼합교반단계와;
   상기 혼합물을 지면에 대해 25 ~ 35° 각도로 경사지게 형성되고 망상 구조를 갖는 탈수장치에 적재하여 탈수시키는 탈수단계와;
   상기 탈수처리된 혼합물을 트레이에 적재한 후 트레이를 지면에 대해 80 ~ 90°각도가 되도록 한 상태에서 열챔버를 통과시켜 건조하여 벽지용 다공성 원지를 제조하는 건조단계;로 제조되는 것을 특징으로 하는,
   친환경 기능성 벽지의 제조 방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 기능성조성물은,
   광물분말 9 중량%, 수지 45 중량%, 물 46 중량%로 이루어지며,
   상기 광물분말은 규조토 분말과 펄라이트 분말, 백선토 분말이 5 : 4 : 1의 중량비로 혼합되어 형성되고,
   상기 수지는 아크릴 수지로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
   친환경 기능성 벽지의 제조 방법.
   
5. 삭제

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