KR101836866B1 - 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼 - Google Patents

친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼에 관한 것이다. 본 발명은, 친환경 재생재료 기반으로 제작된 교체형 본체 패널(110)에 대한 강도 보강과 반영구적 사용을 위해 제작된 철제 프레임(120)이 감싸서 형성되는 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100)에 있어서, 교체형 본체 패널(110)은, 분리형 레이어(111); 격자형 보강 레이어(113); 그리고 분리형 레이어(111)와 격자형 보강 레이어(113) 사이에 형성된 친환경 재생재료 본체 레이어(112); 를 포함하며, 친환경 재생재료 본체 레이어(112)는, 분리형 레이어(111)와 격자형 보강 레이어(113) 사이에 내부가 빈 육면체 형상으로 2겹으로 구분되어 형성되며, 내부의 빈공간에 따른 강도 보강을 위해 제1 재생재료 패널(112a)과 제2 재생재료 패널(112b)을 합지(lamination) 하며, 접착제에 의해 접착하거나, 가열 열 접착하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼{FOAM FOR CONCRETE MOLD BASED ON ENVIRONMENT-FRIENDLY RECYCLED MATERIAL}
본 발명은 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 옥수수 전분을 주원료로 한 천연 식물계 원료로, 합성수지(PC, ABS 등)를 포함하지 않고 자연 조건 하에서 100% 분해되며, 다이옥신 등의 유해물질 발생 및 기타 환경오염을 방지하는 PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료를 이용한 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼에 관한 것이다.
콘크리트 구조물을 설치하려면 형틀인 거푸집을 일차적으로 만들어야 되는바, 이러한 거푸집을 설치하려면 많은 패널 등의 재료와 아울러 노동력 및 시간이 소요되는 것은 물론이고, 한번 거푸집을 만드는 경우 사용했던 패널이나 기타 다른 재료 등은 해체시 파손되거나 하여 재활용을 할 수가 없는 등 경제적인 면에서도 막대한 손실을 초래하였고, 비능률적이었다.
상기한 거푸집은 초기에는 나무, 특히, 합판을 사용하여 판재로 이용하고 목재빔을 지지대로 사용하여 거푸집 역할을 수행하게 하다가 최근에는 금속판재, 유로폼 등을 사용하고, 그 이외의 보강재를 덧대어서 거푸집으로 사용하는 추세에 있다.
또, 조립용 거푸집은 일정한 규격별로 미리 한정시켜서 대량 제작한 것을 각 건설현장에서 직접조립하여 콘크리트 타설을 위한 거푸집을 설치하는 것으로, 이와 같이 한정된 규격 폼으로 조립된 거푸집의 설치상태가 건설현장의 규모나 크기에 정확히 일치될 경우에는 별문제가 없으나 각 건설현장은 그 규모나 크기가 천차만별인 것이어서 일정한 규격의 폼만으로 거푸집을 조립하다 보면 어느 한 곳에서 규격이 맞지 않는 곳이 생기게 마련이었다.
또한, 일정 규격으로 정형화된 거푸집 폼을 사용시 거푸집 폼의 안쪽에 방수판재를 구비한 철제 틀로 구성되고, 철제 틀은 파이프, 웨지, 폼 타이 등을 통해 인접하는 다른 철제 틀과 연결될 수 있어야 하므로 그 테두리 면에 웨지 공이 중심에 형성된 타이 홈을 구비하고 있다.
상술한 구성의 거푸집 폼은 철제 틀에 의해 중량이 무겁다는 단점이 있어서 현장 작업자에게 취급상의 어려움을 주고 있다. 이 때문에 중량을 줄인 거푸집으로 일부에서 플라스틱 거푸집의 실용화를 시도하고 있다.
플라스틱 거푸집은 철제 틀로 된 거푸집에 비해 중량이 가볍고 특히 자체 발수성과 고유의 탄력성이 작용하여 양생된 콘크리트 면에서 쉽게 분리되므로 해체작업이 간편 용이하다는 장점이 있으나, 생분해되는데 백 년 이상의 시간을 필요로 하고, 소각할 경우 환경 호르몬 및 유독가스 등 많은 유해물질을 방출하여 심각한 환경오염을 일으키고 있다.
대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-131956호 "건축용 고강도 시트 및 이에 의해 제조된 거푸집판재(Light weight sheet for structure and concrete form prepared therefrom)" 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1043819호 "콘크리트 보강부를 갖는 거푸집용 패널 및 그 제조방법(A mold panel which has a concrete reinforced part making method besides)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사출 및 압출 플라스틱에 대한 대체가 가능하며, 범용적인 물적 특성을 가진 획기적 친환경 수지로 모든 범위의 플라스틱(Plastic) 제품화가 가능한 PLA(PolyLactic Acid)을 주원료로 활용하되, PLA 소재의 생분해성을 고려하여 교체형으로 제공하도록 하기 위한 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 PLA를 주원료로 거푸집 본체를 형성하되 강도 향상을 위해서 보강구조를 적층시켜 형성하도록 하기 위한 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 유연성, 무게를 획기적으로 줄일 수 있도록 할 뿐만 아니라, PLA 수지의 단점인 강도 및 훼손의 단점을 극복하여 중량의 조절이 용이하게 제조할 수 있도록 하기 위한 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼은, 친환경 재생재료 기반으로 제작된 교체형 본체 패널(110)에 대한 강도 보강과 반영구적 사용을 위해 제작된 철제 프레임(120)이 감싸서 형성되는 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100)에 있어서, 교체형 본체 패널(110)은, 분리형 레이어(111); 격자형 보강 레이어(113); 그리고 분리형 레이어(111)와 격자형 보강 레이어(113) 사이에 형성된 친환경 재생재료 본체 레이어(112); 를 포함하며, 친환경 재생재료 본체 레이어(112)는, 분리형 레이어(111)와 격자형 보강 레이어(113) 사이에 내부가 빈 육면체 형상으로 2겹으로 구분되어 형성되며, 내부의 빈 공간에 따른 강도 보강을 위해 제1 재생재료 패널(112a)과 제2 재생재료 패널(112b)을 합지(lamination) 하며, 접착제에 의해 접착하거나, 가열 열접착하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼은, 제1 재생재료 패널(112a)과 제1 톱니형 플레이트(114)는 일체로 성형되며, 방수기능 및 표면보호제 도포 기능을 구비한 PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼에 있어서, 제1 재생재료 패널(112a)은, PLA 수지, 방수제, 표면보호제, PHA 수지, 및 난연제를 혼합하고 압출 장치를 이용해 압출하여 압출 용융물을 형성한 후 주물에 성형함으로써 완성되는 PLA(PolyLactic Acid) 기반 복합수지 패널일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼에 있어서, 제1 재생재료 패널(112a)의 원료 혼합 비율은, PLA 수지 6 중량부에 대해서, 방수제 0.5 중량부 내지 1 중량부, 표면보호제 0.5 중량부 내지 1 중량부, PHA 수지 0.25 중량부 내지 0.75 중량부, 그리고 난연제 0.75 중량부 내지 1.25 중량부일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼은, 사출 및 압출 플라스틱을 대체할 수 있으며, 범용적인 물적 특성을 가진 획기적 친환경 수지로 모든 범위의 플라스틱(Plastic) 제품화가 가능한 PLA(PolyLactic Acid)을 주원료로 활용하되, PLA 소재의 생분해성를 고려하여 교체형으로 제공하도록 하기 위한 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼을 제공할 수 있는 효과를 제공한다.
즉, PLA은 결정성, 자연순환형, 생체적합, CO2 저감 등에 대한 특성이 있으며, PLA는 식물계 원료로 제품의 자연적 분해가 가능한 친환경 소재이다. 보다 구체적으로, 식물계 원료, 젖산, 고분자, 레진(Resin), 제품, 분해의 싸이클 프로세스(Cycle Process)에 의해 자연적 분해가 가능한 특성을 활용하도록 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼은, PLA를 주원료로 거푸집 본체를 형성하되 강도 향상을 위해서 보강구조를 적층시켜 형성할 수 있는 효과를 제공한다.
이뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼은, 유연성, 무게를 획기적으로 줄일 수 있도록 할 뿐만 아니라, PLA 수지의 단점인 강도 및 훼손의 단점을 극복하여 중량의 조절이 용이하게 제조할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100) 중 콘크리트 면과 맞닿는 전면을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보강 구조를 갖는 거푸집용 폼(100) 중 콘크리트 면과 맞닿지 않은 후면을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100)에서 교체형 본체 패널(110)의 격층 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100) 중 교체형 본체 패널(110)의 전면(도 4a) 및 후면(도 4b)을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100) 중 철제 프레임(120)의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4의 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100) 중 교체형 본체 패널(110)과 도 5의 철제 프레임(120)의 체결구조를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100) 중 콘크리트 면과 맞닿는 전면을 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보강 구조를 갖는 거푸집용 폼(100) 중 콘크리트 면과 맞닿지 않은 후면을 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100)에서 교체형 본체 패널(110)의 격층 구조를 설명하기 위한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100) 중 교체형 본체 패널(110)의 전면(도 4a) 및 후면(도 4b)을 나타내는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100) 중 철제 프레임(120)의 구조를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 4의 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100) 중 교체형 본체 패널(110)과 도 5의 철제 프레임(120)의 체결구조를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100)은 교체형 본체 패널(110), 그리고 철제 프레임(120)을 포함할 수 있다.
교체형 본체 패널(110)은 분리형 레이어(111), 친환경 재생재료 본체 레이어(112), 격자형 보강 레이어(113), 제1 톱니형 플레이트(114)로 이루어질 수 있다.
분리형 레이어(111)는 친환경 재생재료 본체 레이어(112)의 전단에 해당하는 박막층으로, 일회용의 슬립 도포층이 사용될 수 있으며, 슬립 도포층에 사용되는 슬립제는 분리형 레이어(111)와 타설되는 콘크리트 면과 접촉되는 분리형 레이어 본체 사이를 쉽게 미끄러져서 나눠질 수 있도록 하며, 미세 격자형 무늬와 함께 서로 달라붙는 것을 방지하도록 할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 슬립제는 제1 타입 슬립제로, 아마이드계 슬립제로 분리형 레이어 본체 100 중량부에 대해서 0.5 내지 1.5 중량부인 것이 바람직하다. 여기서, 슬립제를 0.5 중량부 미만인 경우 마찰계수가 충분히 낮아지지 않으며, 1.5 중량부를 초과하면 콘크리트 층으로 흡수되어 환경 호르몬이 발생될 우려가 있다. 아마이드계 슬립제로는 불포화계인 13-시스-도코센아마이드(13-cis-docosenamide : 에루카마이드(erucamide)), 9-시스-옥타데센 아마이드(9-cis-octadecenamide : 올레아마이드(oleamide))와 포화계인옥타데칸아마이드(octadecanamide : 스테아마이드(stearamide)), 도코산아마이드(docosanamide : 비핸아마이드(behenamide))를 사용할 수 있으나, 불포화계를 사용하는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 제2 타입 슬립제는 몬탄 왁스(montan wax), 고무 계열의 엘라스토머{구체적으로는, 스티렌부타디엔스트렌 블록 코폴리머(SBS), 스티렌에틸렌/부틸렌 수지(SEBS)}, 무기물(구체적으로는, 실리카, 탈크, 탄산칼슘)을 단독 또는 하나 이상을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 제 2 타입 슬립제는 분리형 레이어 본체 100 중량부에 대해서 0.5 내지 0.9 중량부인 것이 바람직하다. 즉, 제 2 타입 슬립제를 0.5 중량부 미만인 경우 마찰계수가 충분히 낮아지지 않으며, 0.9 중량부를 초과하면 콘크리트 층으로 흡수되어 환경 호르몬이 발생할 우려가 있다.
본 발명의 일 실시 예로, 분리형 레이어 본체를 구성하는 PLA 복합체는 친환경 재생재료에 해당하는 PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료와 발포제를 배합한 발포타입 폴리에틸렌 혼합물을 형성할 수 있다. 여기서 PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료는 친환경 재생재료 본체 레이어(112)에 사용되는 소재와 동일한 것을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예로, PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료를 구성하는 각 원료구성의 중량비는 주문자 요청 방식으로 수행될 수 있으며, 다른 주원료를 기반으로도 제작될 수 있다.
PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료 중 PLA는 재생 가능한 옥수수 등 식물을 발효시켜 얻은 락타이드 또는 락트산을 중합하여 제조된 열가소성 폴리에스테르로서 화석 자원 고갈에 무관할 뿐만 아니라 사용 후 매립 등 방식으로 쉽게 분해시킬 수 있는 친환경적인 특성을 가진다.
PLA는 락트산 또는 락타이드를 중합시켜 제조할 수 있으며, 필요에 따라서는, 에틸렌글리콜 또는 프로필렌글리콜 등의 글리콜화합물, 에탄디오산(ethanedioic acid) 또는 테레프탈산 등의 디카복실산, 글리콜산 또는 2-히드록시벤조산 등의 히드록시카르본산 또는 카프로락톤 또는 프로피오락톤 등의 락톤류와 같은 적절한 단량체와 공중합될 수도 있다. 그리고, PLA는 통상적으로 D,L-PLA, meso-PLA, D-PLA, L-PLA 등으로 구분될 수 있는데, 본 발명에서는 그 종류에 제한되지 않고, 상술한 PLA를 단독으로 혹은 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예로, 분리형 레이어 본체를 구성하는 PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료는 친환경 재생재료 본체 레이어(112)를 형성하는 제 1 재생재료 패널(112a)과 제 2 재생재료 패널(112b) 중 제 1 재생재료 패널(112a)에 사용되는 PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료와 동일한 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예로, 강도를 보강하기 위해 PLA(PolyLactic Acid) 100 중량부에 대해서 폴리에틸렌 20 내지 35 중량부에 대해서 에틸렌비닐초산 코폴리머(EVA) 3 내지 5 중량부, 폴리우레탄 5 내지 6 중량부로 구성되는 수지조성물을 활용할 수 있으며, 이상과 같은 수지조성물에 의해 제조되는 PLA 기반 합성수지 소재는 PLA만을 사용한 친환경 재생재료에 비해 인장강도, 굴곡강도, 하중변형온도, 아이죠드 충격강도에서 향상된 성능을 나타낼 뿐만 아니라, 조성 재료 자체가 저렴하여 제조하는 원가를 낮출 수 있다.
친환경 재생재료 본체 레이어(112)는 분리형 레이어(111)와 격자형 보강 레이어(113) 사이에 내부가 빈 육면체 형상으로 2겹으로 구분되어 형성되며, 내부의 빈 공간에 따른 강도 보강을 위해(강도가 보강된 형태로 형성되기 위해) 제1 재생재료 패널(112a)과 제2 재생재료 패널(112b)을 합지(lamination) 하며, 접착제에 의해 접착하거나, 가열 열 접착할 수 있다.
제1 재생재료 패널(112a)과 제1 톱니형 플레이트(114)는 일체로 성형되며, 방수기능 및 표면보호제 도포 기능을 구비한 PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료로 형성되어, 타설되는 콘크리트에 의한 습기나 온도에 의한 영향이 적고 강도가 뛰어난 효과를 제공할 수 있다.
즉, 제1 재생재료 패널(112a) 및 제1 톱니형 플레이트(114)는 분리형 레이어(111)와 함께 타설되는 콘크리트와 맞닿는 영역으로 방수기능을 수행하여 교체형 본체 패널(110)이 습기 및 온도의 영향으로 인해 썩는 변질되는 현상을 방지하고, 변질에 따라 교체형 본체 패널(110)로부터 철제 프레임(120)이 박리(분리)되는 현상을 방지하는 역할을 한다.
여기서, 제1 재생재료 패널(112a)은, PLA(PolyLactic Acid) 기반 복합수지 패널일 수 있다. 제1 재생재료 패널(112a)은, PLA 수지, 방수제, 표면보호제, PHA 수지, 및 난연제를 혼합하고 압출 장치를 이용해 압출하여 압출 용융물을 형성한 후 주물에 성형함으로써 형성될 수 있다.
여기서, 하기의 표 1과 같은 시험결과를 참조하면, 제1 재생재료 패널(112a)의 원료는 PLA 수지 6 중량부에 대하여, 방수제 0.5 중량부 내지 1 중량부, 표면보호제 0.5 중량부 내지 1 중량부, PHA 수지 0.25 중량부 내지 0.75 중량부, 그리고 난연제 0.75 중량부 내지 1.25 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 이러한 경우 제1 재생재료 패널(112a)의 인장강도 및 내절강도, 그리고 파열강도에 대한 측정 결과가 모두 상대적으로 우수한 것을 알 수 있다. 이때, 인장강도는 TAPPI T 404 om-87에 따라 Hounsfield사의 인장강도 측정기를 사용하고 내절강도는 TAPPI T 511 om-83에 의하여 MIT 형을 사용한다. 내절강도 측정 시 인장하중은 0.4 kg으로 하였고 stiffness는 TAPPI T 451 cm-84에 따라 Clark 형을 사용하며, 파열강도는 TAPPI T 403 om-85에 따라 Mullen 저압형 시험기를 사용한다.
항목 제1중량비 제2중량비 제3중량비 제4중량비 제5중량비 인장강도
(kN/m)		 내절강도
(log10)		 파열강도
(mN)
실시예1 1 1 1 2 5 5 2 43
실시예2 2 4 1 1 2 4 4 44
실시예3 3 3 2 1 1 3 5 48
실시예4 4 2 1 2 1 4 6 51
실시예5 5 1 1 1 2 6 3 43
실시예6 6 1 1 1 1 5 4 54
실시예7 6 1 1 0.75 1.25 8 7 73
실시예8 7 1 1 0.25 0.75 9 7 69
실시예9 7 0.5 0.5 0.75 1.25 9 8 72
실시예10 8 0.5 0.5 0.5 0.5 4 3 56
실시예11 9 0.25 0.25 0.25 0.25 5 6 34
실시예12 9 0.5 0.5 0.25 0.25 4 4 43
실시예13 9 0.25 0.25 0.5 0.5 5 5 41
PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료 중 방수제는 아크릴산 에스테르 모노머와 스티렌 모노머를 공중합시켜 유화한 음이온성 아크릴 에멀젼으로 우수한 접착력을 제공하고, 유연성이 있으며 멤브레인 구조를 갖기 때문에 방수 기능성을 제공할 수 있다.
PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료 중 표면보호제는 거푸집 내부의 콘크리트 구조물의 표면에 스며들어서 최종 양생된 콘크리트 구조물의 외부에서 침투할 수 있는 유해요소(수분, 염분, 화학물질 등)를 초기에 차단할 수 있는 장점이 있다. 표면보호제는 무기고분자 소재를 포함하고 있으므로 접착 강도가 우수하고 내수성이 강하므로, 습윤 상태에서도 도포될 수 있으며 수중침지에 의하여 박리 또는 박락되지 않는다. 따라서 수중에 침지되는 정수장, 하수처리장, 하수암거 등의 콘크리트 구조물의 양생에 활용되기 쉽다는 장점이 있다.
PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료 중 표면보호제는 자외선에 의하여 변색되지 않으므로 직사광선에 많이 노출되는 교량, 교각, 항만, 운동장 등의 콘크리트 구조물의 건설에 사용되기 적합하며, 경화 후에 불연성 재질로 변하므로 화재 발생시 열기에 의하여 쉽게 손상되지 않는다는 장점도 있다.
표면보호제는 1액형 도료이므로, 별도의 경화제를 사용하지 않고 쉽게 경화될 수 있어서, 사용이 편리하고 인체에 유해하지 않다는 장점도 제공한다.
PHA 수지는 Poly Hydroxyl Alkanoate의 약자로써, 여러 가지 탄소곁사슬이 있는 히드록시산 폴리에스테르의 총칭이다. PHA 수지는 과립막 내의 중합효소에 의한 D(-)-3-히드록시지방산 CoA의 중합에 의해 생성되지만 최근 어떤 종류의 세균에서는 여러 가지 길이의 곁사슬이 있는 히드록시산의 중합체, 혹은 3-히드록시부티르산과의 공중합체인 PHA가 발견되고 있다. 혼합수지 중 PHA 수지는 Poly Hydroxyl Alkanoate의 약자로써, 여러 가지 탄소곁사슬이 있는 히드록시산 폴리에스테르의 총칭이다. PHA 수지는 과립막 내의 중합효소에 의한 D(-)-3-히드록시지방산 CoA의 중합에 의해 생성되지만 최근 어떤 종류의 세균에서는 여러 가지 길이의 곁사슬이 있는 히드록시산의 중합체, 혹은 3-히드록시부티르산과의 공중합체인 PHA가 발견되고 있다. 이러한 PHA 수지를 PLA에 혼합하게 되면, PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료에 유연성을 부여할 수 있다.
여기서 제1 재생재료 패널(112a)은 반드시 PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료로 제조되는 것이 아니라, ABS수지와 같이 내충격강도가 높고, 열변형온도가 높으며, 내화학성 및 치수안정성 등이 사용하기 적합한 합성수지를 제1 재생재료 패널(112a)의 재료로 대체할 수 있다.
제2 재생재료 패널(112b)은 거푸집의 묵직한 무게감을 사용자에게 전달하는 구성요소로 PLA(PolyLactic Acid) 기반 원료인 PLA 수지, 방수제, 표면보호제, PHA 수지, 난연제 중 방수제, 표면보호제를 제외한 복합수지를 원료로 사용하거나 MDF합판, PB 패널이 될 수 있다. 제2 재생재료 패널(112b)은 작업자에게 충분한 무게감을 전달해야 하는 만큼, 재료에 따라 적당한 두께로 적용된다. 충분한 무게감이란 작업자가 거푸집을 작업할 때 감각적으로 느끼는 묵직한 무게감을 의미하며, 적당한 두께란 거푸집마다 작업자가 느끼는 적합한 거푸집의 무게를 나타낼 수 있는 두께를 의미하며 충분한 무게감과 적당한 두께는 필요에 따라 가변될 수 있다.
한편, 제2 재생재료 패널(112b)로서 사용되는 친환경 재생재료로 천연 섬유와 합성섬유를 혼합하여 제조한 시트층을 발포시켜서 사용할 수 있다. 천연 섬유로는 황마, 양마, 또는 사이잘마 등이 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있고, 합성섬유로는 저융점 폴리에스터, 폴리에스터 또는 폴리프로필렌 등이 단독 혹은 혼합사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌이 사용된다.
이때, 합성섬유와 천염섬유의 혼합비는 특별히 한정되지는 않으나, 천연섬유 100 중량부에 대해서 합성섬유 20 내지 30 중량부, 황토 10 내지 15 중량부, 갯벌 흙(머드) 12 내지 13 중량부, 각섬석분말 10 내지 12 중량부, 광석분말 5 내지 7 중량부, 경화제 8 내지 9 중량부, 물 2 중량부를 포함하며, 선택적으로 색상을 갖는 광석분말은 원하는 색상을 갖는 광석분말을 더 포함할 수 있다. 천연섬유의 공급시 굵기는 200 내지 320㎛, 길이는 60 내지 120mm이고, 합성섬유와의 혼합공정에서의 천연섬유의 굵기는 200 내지 340㎛, 길이는 30 내지 150mm가 되게 타면하여 혼합된 것이고, 합성섬유로 폴리올레핀계 섬유는 굵기가 60 내지 150 데니어이고, 길이는 420 내지 680mm인 것일 수 있다.
이러한, 제2 재생재료 패널(112b)은 습기나 온도에 의한 영향에 의해 변형이 일어나기 쉬우므로 제1 재생재료 패널(112a)에 내장되어 밀폐된다.
여기서 제2 재생재료 패널(112b)은 제1 재생재료 패널(112a)의 부족한 내충격 강도를 보완한다. 합성수지 거푸집에 일반적으로 사용되는 합성수지의 일 예로서 ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin)는 내충격 강도가 높지만 판상의 조합으로 제작됨에 따라 강한 외부 충격에 의해 손상될 수 있다. 제2 재생재료 패널(112b)은 제1 재생재료 패널(112a)에 발생하는 충격을 흡수함으로써 본 발명에 따른 실시 예는 종래의 거푸집과 비교하여 충격에 대해 강하고, 보다 높은 안정성을 갖춘다. 제2 재생재료 패널(112b)의 특성은 제1 재생재료 패널(112a)보다 흡음성이 뛰어나 거푸집 작업시 소음을 감소시키는 역할을 수행할 수 있다.
격자형 보강 레이어(113)는 친환경 재생재료 본체 레이어(112)의 배면에 적층되어 형성하며, 친환경 재생재료 본체 레이어(112)의 배면의 표면적 보다 큰 표면적을 갖게 형성됨으로써, 친환경 재생재료 본체 레이어(112)의 배면에서 외부로부터 충격에 의한 강도 보강을 수행할 뿐만 아니라, 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100)의 전면에서 작용하는 콘크리트 타설에 따른 확장력을 억제할 수 있는 역할을 수행할 수 있다.
격자형 보강 레이어(113)는 거푸집 작업시 외부 면을 이루기 위해 난연성 재질로, 재생 폴리프로필렌에 탄소섬유와 난연제를 첨가한 재생 폴리프로필렌 수지를 활용할 수 있다.
보다 구체적으로, 폐합성수지인 재생 폴리프로필렌에 탄소섬유를 첨가 혼합하여 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP, Garbon Fiber Reinforced Plastic)인 폴리프로필렌 수지를 수득하게 되는데, 탄소섬유 강화 폴리프로필렌 수지는 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 녹슬지 않고 가공성이 우수하다는 장점이 있다.
여기서, 폴리프로필렌 75 내지 82 중량비에 탄소섬유 18 내지 25 중량비가 첨가 혼합된 혼합물 100 중량부에 난연제를 10 내지 15 중량부, 자외선차단제 5 내지 7 중량부를 첨가 혼합하여, 인장강도가 우수한 폴리프로필렌에 파단강도가 우수한 탄소섬유를 첨가 혼합하여 거푸집으로서 요구되는 파단강도를 갖추게 되고, 인화성 물질인 폴리프로필렌에 난연성을 부가하여 건축 과정에서 발생할 수 있는 화재 등에 난연성을 갖추게 함으로써, 거푸집으로서의 합성수지 거푸집의 기능을 목재 재질 또는 유로폼의 재질에 해당하는 태고합판 및 PET 합판의 기능에 비해 재생 폴리프로필렌 수지를 사용하여 가격 경쟁력이 높으면서도 난연성 등과 같은 기능성을 발휘할 수 있다.
본 발명에서 난연제는 몰리브덴산 안티몬, 수산화알미늄, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용한다. 특히 수산화알미늄(Al(OH)3)은 후술하는 발포폼 형태로 형성되는 격자형 보강 레이어(113)에 열이 가해져서 500℃ 이상이 되면 미세 다공질이 무수히 많은 활성알루미나로 변화되어 흡착 성능을 가지게 되므로 연소시 발생하는 다이옥신, 염화수소가스(HCl) 등 유해 물질을 흡착하며 열 분해시 흡열 반응을 하여 냉각 효과도 있고 불연성으로서 내수, 내산성이 우수하다. 또한 상기 난연제들을 병용 사용하여 난연 효과의 향상을 기대할 수 있다.
한편, 본 발명에서 격자형 보강 레이어(113)의 소재가 되는 필름 타입의 폴리프로필렌 시트를 형성하기 위해 압출 장치를 이용해 압출하여 압출 용융물을 형성하는데, 여기서 340 내지 350℃의 온도에서 용해시키는 것이 바람직하다. 이후, 용용상태의 압출 용융물을 통과시 T-die 방식으로 필름 타입의 폴리프로필렌 시트를 형성하며, 다이의 출구에 부착된 냉각장치를 필름 타입의 폴리프로필렌 시트를 냉각시킨다. 냉각시 필름 타입의 폴리프로필렌 시트에 대한 냉각을 수행한 뒤, 냉각을 위해 가이드 롤러로 전달한다. 여기서 사용되는 냉각장치는 펠티어 소자와 온도 센서, 그리고 아두이노 기판을 활용하여 미리 설정된 온도 범위로 필름 타입의 폴리프로필렌 시트에 대한 온도를 제어할 수 있다. 여기서 온도 설정 범위는 실온 상태에 해당하는 가이드 롤러에 의한 냉각과 압출 용융물에 대한 다이에 의한 T-die 방식을 이용해 필름 타입의 폴리프로필렌 시트 생성 직후의 온도 차를 고려하여 6℃ 내지 10.5℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이후, 가이드 롤러에 의해 냉각된 필름 타입의 폴리프로필렌 시트를 연신장치로 안내되며, 가이드 롤러에 의해 필름 타입의 폴리프로필렌 시트에 대한 연신장치로의 이송을 수행하면서, 가이드 롤러의 전체 길이 설정에 따른 실온 상태에서 열안정화 과정을 제공할 수 있다. 연신장치는 가이드 롤러를 통과한 필름 타입의 폴리프로필렌 시트를 박막 필름이 되도록 눌러 잡아당기는 연신을 수행한다. 보다 구체적으로, 연신 시 필름 타입의 폴리프로필렌 시트에 대한 가열, 가압 상태에서 넓이 방향의 연신을 수행함으로써, 최종 생산물인 폴리프로필렌 필름에 대한 연신 전후의 면적 비율이 1 : 5.8 내지 7.2 배가 증가하도록 한다. 여기서, 연신 시 가열 온도는 250 내지 350 ℃, 가압 상태는 230 내지 430mbar 상태이며, 폴리프로필렌 필름의 두께를 350㎛로 생산시 바람직하게는 330 ℃, 350mbar 상태에서 수행하는 것이 바람직하다.
한편, 연신 시 상술한 바람직한 온도 범위 내인 가열 온도는 250 내지 350℃에서 행하여져야 한다. 온도 범위보다 온도가 높아지는 경우 분자의 자유도가 높아져 분자의 배향이 잘 이루어지지 않는다. 또한, 온도 범위보다 낮아지는 경우에는 연신이 잘 이루어지지 않고 폴리프로필렌 시트가 연신되지 못하고 끊어지는 현상이 일어난다.
한편, 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 후 열안정화 과정 사이에 폴리프로필렌 시트에 대한 연성화와 함께 메쉬 공정에 따라 도 2 및 도 4b와 같은 다이아몬드 형상 구조, 그물 형상, 사각형 형상을 갖는 균일한 격자 구조(메쉬 구조)를 형성할 수 있다. 이와 같은 메쉬 구조를 형성함으로써, 유연성을 제공하고, 다수의 메쉬 구조의 폴리프로필렌 시트를 적층하고 발포함으로써, 무게를 획기적으로 줄일 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이 생성된 폴리프로필렌 시트에 대해서 겹겹이 적층한 뒤, 발포폼의 제조 공정과 같이 전체 공정은 투입된 합성수지 입자를 부풀려 발포시키는 발포단계와, 발포된 입자에 포함된 수분을 제거하는 건조단계와, 건조된 발포 입자에 고온 증기를 공급하여 발포 입자가 서로 엉켜 결합하게 하는 성형단계로 이루어지고 상기 성형 단계를 수행하기 전에 코팅 단계를 더 수행할 수 있다.
여기서 발포제는 전체 폴리프로필렌 시트 100 중량부에 대하여 발포제 20 내지 28 중량부를 배합하는 것이 바람직하다. 여기서 발포타입 폴리에틸렌 혼합물을 제조하기 위해 사용되는 발포제의 함량이 28 중량부를 초과하면 격층 구조의 격자형 보강 레이어(113)의 강성과 내열성, 표면 경도가 현저히 저하되어 절연제의 응용에 부적합하므로 바람직하지 않으며, 20 중량부 미만이면 비중, 발포성, 성형성, 충격특성이 저하되어 바람직하지 않다. 이때 주로 사용되는 화학 발포제는 Sodium bicarbonate(NaHCO3)가 주로 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 폴리프로필렌 시트 간을 발포타입의 적층을 통해서, 폴리프로플렌 시트 원료의 비중에 대해서 발포제로 인한 배합으로, 비중을 낮출 뿐만 아니라, 절연성을 높일 수 있다.
각 발포 폴리프로필렌 시트 생성 시, 폴리프로필렌 시트가 각 이송장치 상부에 있는 프레임에 의해 이송되는 경우, 로터리성형기의 회전원반을 회전시키면서 각 폴리프로필렌 시트의 사이에 용융된 발포제를 혼합하는 방식한 뒤, 금형에 의해 사출성형시키면서 성형된 금형에는 냉각을 시켜 제품을 취출하는 로터리성형 과정을 수행할 수 있다.
여기서, 발포타입 격자형 보강 레이어(113) 형성을 위한 두께(dickness)에 대한 제어장치의 제어를 받음으로써, 발포제 압출기에 의하여 용융된 발포제의 폴리프로필렌 시트 대비 발포제에 대한 유량 제어가 수행될 수 있다.
제1 톱니형 플레이트(114)는 친환경 재생재료 본체 레이어(112)와 일체로 형성되며, 그 자체만으로는 단면이 톱니형태이며 친환경 재생재료 본체 레이어(112)의 측면을 따라 정렬된 상부로 톱니가 돌출된 플레이트 형태로 형성됨으로써, 철제 프레임(120)의 내주면으로 돌출된 제2 톱니형 플레이트(121)와 맞물려 철제 프레임(120)과 교체형 본체 패널(110) 사이를 고정시키는 역할을 수행할 수 있으며, 제1 톱니형 플레이트(114) 사이가 등간격 또는 차등 간격으로 이격되어 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 제1 톱니형 플레이트(114)는 친환경 재생재료 본체 레이어(112)의 좌우 양측 테두리면에만 형성될 수 있으며, 이 경우 철제 프레임(120)의 4곳의 테두리면 중 좌우 양측의 테두리면에 형성된 제2 톱니형 플레이트(121)에 삽입되어 고정시키는 역할을 수행한다.
다음으로, 철제 프레임(120)에 대해서 살펴보면, 철제 프레임(120)은 사각의 프레임 형상으로, 기존의 목재, 금속, 합성수지재 중 금속 재질로 형성되어 친환경 재생재료 기반으로 제조된 교체형 본체 패널(110)에 대한 강도 보강뿐만 아니라, 교체형 본체 패널(110)에 대한 교체만으로 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100)을 반영구적으로 사용할 수 있도록 할 수 있다.
철제 프레임(120)은 내부에 삽입되는 하이브리드 본체 패널(110)의 체결상태를 관찰할 수 있으며, 도시되진 않았지만 각 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100) 간의 거푸집 패널 체결부자재인 웨지핀(Weage Pin) 등을 체결하기 위한 홈 또는 홀을 구비하여야 한다. 한편, 제2 톱니형 플레이트(121)는 철제 프레임(120)의 4곳의 테두리면 중 좌우 양측의 테두리면에만 형성된 것으로 도시되어 있으며, 상부 및 하부의 테두리면에만 형성되거나, 4곳의 테두리면에 모두 형성되는 것으로 변형할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼
110 : 교체형 본체 패널
111 : 분리형 레이어
112 : 친환경 재생재료 본체 레이어
113 : 격자형 보강 레이어
114 : 제 1 톱니형 플레이트
120 : 철제 프레임
121 : 제 2 톱니형 플레이트

Claims (2)

  1. 교체형 본체 패널(110)을 철제 프레임(120)이 감싸서 형성되는 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼(100)에 있어서, 교체형 본체 패널(110)은, 분리형 레이어(111); 격자형 보강 레이어(113); 제1 톱니형 플레이트(114); 그리고 분리형 레이어(111)와 격자형 보강 레이어(113) 사이에 형성된 친환경 재생재료 본체 레이어(112); 를 포함하며,
    친환경 재생재료 본체 레이어(112)는, 분리형 레이어(111)와 격자형 보강 레이어(113) 사이에 내부가 빈 육면체 형상으로 2겹으로 구분되어 형성되며, 강도 보강을 위해 제1 재생재료 패널(112a)과 제2 재생재료 패널(112b)을 합지(lamination)하여 형성되며, 합지 방식은 접착제에 의한 접착 방식이거나, 가열에 의한 열 접착 방식인 것을 특징으로 하며,
    제1 재생재료 패널(112a)과 제1 톱니형 플레이트(114)는 일체로 성형되며,
    제1 재생재료 패널(112a)은,
    PLA(PolyLactic Acid) 수지 6 중량부에 대해, 방수제 0.5 중량부 내지 1 중량부, 표면보호제 0.5 중량부 내지 1 중량부, PHA 수지 0.25 중량부 내지 0.75 중량부, 그리고 난연제 0.75 중량부 내지 1.25 중량부를 혼합하고, 혼합물을 압출하여 압출 용융물을 형성한 후, 형성된 압출 용융물을 주물에 성형함으로써 완성되는 것을 특징으로 하며,
    격자형 보강 레이어(113)는,
    폴리프로필렌 75 중량부와 탄소섬유 25 중량부가 혼합된 혼합물 100 중량부에 대해, 난연제 10 중량부 내지 15 중량부, 자외선차단제 5 중량부 내지 7 중량부가 혼합된 재질인 것을 특징으로 하며,
    제1 톱니형 플레이트(114)는,
    친환경 재생재료 본체 레이어(112)의 측면 외부표면에 플레이트 형태로 형성되되, 플레이트 표면에 톱니가 돌출된 형태로 형성되어, 철제 프레임(120)의 내주면에 형성되는 제2 톱니형 플레이트(121)와 서로 맞물려서, 철제 프레임(120)과 교체형 본체 패널(110) 사이를 고정시키는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 친환경 재생재료 기반의 거푸집용 폼.
  2. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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