KR101871278B1 - 목재 플라스틱 복합재 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 목재 플라스틱 복합재는 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 30 내지 50 메쉬(mesh)인 섬유질 52 내지 58 중량%; 열가소성 수지 22 내지 30 중량%; 칼슘카보네이트 보강제 2.2 내지 6 중량%; 결합제 1 내지 5 중량%; 윤활제 1.8 내지 3 중량%; 및 무기물 착색제 2 내지 6 중량%;를 포함하는 목재 플라스틱 복합재 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 섬유질은 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

목재 플라스틱 복합재 및 이의 제조방법{WOOD PLASTIC COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 목재 플라스틱 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
근래 들어 천연목재에 대한 소비자의 선호도가 크게 증가하고 있다. 그러나, 천연목재의 벌목에 따른 이산화탄소 증가로 인한 환경파괴 우려가 증폭되면서 천연목재를 대체할 수 있는 소재 개발에 대한 목소리가 높아지고 있다. 특히, 천연목재의 수요가 많은 토목, 건축, 인테리어 자재의 경우 더욱 그러하다.
이러한 배경에서 최근 천연목재와 유사한 질감과 외관을 가진 합성목재 및 이러한 합성목재를 제조할 수 있는 방법에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다.
종래의 합성목재는 원목을 얇게 자른 다음 일측면이나 양측면에 착색하여 건조시키고 접착제를 이용하여 필름 등을 부착하여 건조시킨 다음 소정 길이로 절단하여 사용하도록 구비된 합판 형태와, 원목이나 폐목을 가루로 분쇄한 다음 다량의 수지를 첨가한 후 가열 압착시켜 만드는 MDF(Medium Density Fiberwood) 또는 왕겨나 목분에 합성수지를 혼합 압출 또는 사출하여 성형시킨 성형목재로 구분되며, 특히 MDF는 천연 무늬목이나 비닐무늬목을 부착시켜 용도에 맞게 가공해서 사용할 수 있다.
또한, 최근의 합성목재는 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지에 목분, 왕겨분, 펄프 분말, 볏짚 분말, 갈대 등 소위 리그노셀룰로오스계 분말을 혼합한 조성물을 압출가공한 후 적당한 형상 및 크기로 제조된다. 특히, 폴리염화비닐과 리그노셀룰로오스계 분말에 의한 합성목재는 가공성이 우수하고 건자재로서 필수적인 난연성도 가지며 가격이 저렴하여 수요가 확대되고 있다.
대한민국 공개특허 제2017-0075692호는 목재-플라스틱 복합재 및 이의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 마루바닥재에 관한 것으로서, 목분, 플라스틱 수지 및 가교제로 이루어진　목재-플라스틱　복합재에 있어서, 상기 목분과 플라스틱 수지는 73~77 : 23~27의 중량비로 포함되고, 상기 목분은 입경이 1.0㎜ 이상인 입자를 포함하고 상기 입자가 0.1㎜~3.0㎜의 입경 분포를 가지는 대립이고, 상기 플라스틱 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며, 상기 가교제는 상기 목분과 플라스틱 수지의 혼합물 100중량부에 대하여 1~5중량부로 포함되는　목재-플라스틱　복합재에 대한 내용을 개시하고 있다.
그러나, 위와 같은 종래 합성목재는 무늬목과 판제 간에 수축 팽창이 쉽게 일어나며, 햇빛, 빗물 및 외부 수분 등의 영향으로 인해 부착된 무늬목이 분리되는 문제가 있다. 또한, 쉽게 깨지거나 갈라지고, 뒤틀리는 현상이 발생하여 형태가 변화할 뿐만 아니라, 곰팡이나 병충해로 인해 부패되어, 합성목재를 자주 교체해야 하는 문제점이 있으며, 공정 과정이 복잡하고, 특히 환경이 열악한 외부에서 사용할 경우 교체주기가 더욱 빨라지므로 비용소모가 크다.
그러므로, 친환경적일 뿐만 아니라, 형태변화가 적고 내후성이 우수하며, 실제 천연목재와 유사한 질감 및 외관을 가진 목재 복합재의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제2017-0075692호 (2017.07.03)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 깨짐, 갈리짐, 뒤틀림 현상 등의 형태 변화 없이 안전하게 오랜 기간 사용할 수 있는 친환경, 무해성 목재 플라스틱 복합재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 형태 변화 뿐만 아니라 내후성이 우수하고, 실제 천연목재와 유사한 질감과 외관을 가진 목재 플라스틱 복합재를 이용하여 제품 성형 중 불량품이나, 성형품 사용 후 자투리를 100% 재가공 성형이 가능한 목재 플라스틱 복합재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 30 내지 50 메쉬(mesh)인 섬유질 52 내지 58 중량%; 열가소성 수지 22 내지 30 중량%; 칼슘카보네이트 보강제 2.2 내지 6 중량%; 결합제 1 내지 5 중량%; 윤활제 1.8 내지 3 중량%; 및 무기물 착색제 2 내지 6 중량%;를 포함하는 목재 플라스틱 복합재 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 섬유질은 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%을 포함하는, 목재 플라스틱 복합재를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 30 내지 50 메쉬로 분쇄한 후 수분함량이 1 중량% 이하가 되도록 섬유질을 건조하는 제1 단계; 열가소성 수지 22 내지 30 중량%, 칼슘카보네이트 보강제 2.2 내지 6 중량% 및 결합제 1 내지 5 중량%를 계량하여 혼합하는 제2 단계; 상기 제1 단계와 상기 제2 단계의 혼합물에 윤활제 1.8 내지 3 중량%를 혼합하는 제3 단계; 상기 제3 단계의 혼합물에 무기물 착색제 2 내지 6중량%를 혼합하여 목재 플라스틱 복합재 조성물을 제조하는 제 4단계; 및 상기 목재 플라스틱 복합재 조성물을 110 내지 235℃의 온도 조건 하에서 성형하는 제5 단계;를 포함하고, 상기 섬유질은 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%을 포함하는, 목재 플라스틱 복합재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 목재 플라스틱 복합재는 친환경적이며, 내후성, 탄력성 및 강도가 우수하고, 햇빛 또는 빗물, 음료와 같은 액체 등에 의한 팽윤현상에 의해 발생하는 뒤틀림 현상이 억제되기 때문에 수명이 긴 이점이 있다. 이로 인하여 실내뿐 아니라, 건물 외벽이나 테라스 등 사람의 이동이 많고 빗물이나 유해환경에 노출이 된 곳에 시공하더라도 오랜 기간 형태의 변화없이 안전하게 사용할 수 있으며, 목재 플라스틱 복합재를 자주 교체하지 않아도 되므로 경비 절감이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 목재 플라스틱 복합재의 제조방법은 제품 성형 중 불량품이나, 성형품 사용 후 자투리를 100% 재가공 성형이 가능하기 때문에 친환경적이며 제조 비용의 절감이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 목재 플라스틱 복합재를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
<목재 플라스틱 복합재>
본 발명의 한 양태는, 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 30 내지 50 메쉬(mesh)인 섬유질 52 내지 58 중량%; 열가소성 수지 22 내지 30 중량%; 칼슘카보네이트 보강제 2.2 내지 6 중량%; 결합제 1 내지 5 중량%; 윤활제 1.8 내지 3 중량%; 및 무기물 착색제 2 내지 6중량%;를 포함하는 목재 플라스틱 복합재 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 섬유질은 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%을 포함하는, 목재 플라스틱 복합재에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 섬유질은 합성수지 재료를 대체하여 이용할 수 있는 친환경적인 소재로서, 구입이 손쉽고 가격이 저렴할 뿐만 아니라 분말 또는 파이버(fiber)로 가공이 용이하고 환경오염의 염려가 없으며, 인장강도, 굽힘강도, 충격강도 등의 강도뿐만 아니라 충격흡수력이 우수한 특징이 있다. 이러한 섬유질은 농산폐기물, 목재, 목재 생산물, 비목재 제지섬유, 짚, 잔디, 갈대, 인피 섬유를 가진 줄기, 잎 섬유, 재활용지 또는 대나무 등에서 선택하여 사용할 수 있으며, 농산폐기물로서 옥수수대, 수수대, 볏짚, 야자수 열매 껍질, 해조류, 땅콩껍질 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 30 내지 50 메쉬인 섬유질은 상기 조성물 전체 100 중량%에 대하여 52 내지 58 중량%로 포함되고, 바람직하게는 53 내지 57 중량%, 더욱 바람직하게는 55 내지 56 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 섬유질은 상기 섬유질 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%을 포함한다. 바람직하게는, 상기 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질은 상기 섬유질 전체 100 중량%에 대하여, 42 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 45 내지 48 중량%로 포함될 수 있다. 상기 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질은 바람직하게는 상기 섬유질 전체 100 중량%에 대하여, 바람직하게는 46 내지 58 중량%, 더욱 바람직하게는 46 내지 52 중량%로 포함될 수 있다.
상기 섬유질의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 단가의 절감 측면에서 바람직하고, 후술할 열가소성 수지와의 결합이 우수하여 강도가 우수한 이점이 있다.
상기 섬유질은 상기 섬유질 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 메쉬인 섬유질 및 40 이상 50 메쉬인 섬유질을 상기 범위 내로 포함한다. 상기 섬유질은 고분자 섬유질이 아니므로, 제조가 용이하고 분쇄/분말로의 가공이 용이한 이점이 있다. 상기 섬유질은 입자의 입경이 0.2 내지 0.6mm 정도이므로 섬유질끼리 실타래 꼬이듯이 쉽게 꼬여서 결합성이 좋아져 제조되는 목재 플라스틱 복합재의 강도, 내후성, 치수안정성이 좋아지는 이점이 있다.
구체적으로, 상기 섬유질은 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%을 포함하도록 분쇄된 후 85℃ 이상인 고온건조기 내에 투입되어 수분 1 중량% 이하가 되도록 건조될 수 있다.
이렇게 수분을 조절하면 바인더를 첨가하지 않고 목재 플라스틱 복합재의 제조가 가능하고 살균 효과의 기능도 있으며, 제품 성형 시 성형기 내에서 수분에 의한 자연 발포 현상이 생겨 성형품의 강도가 현저히 떨어지는 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 열가소성 수지는 목재 플라스틱 복합재의 결합성을 증대시키는 역할을 수행하는 것으로서, 상기 열가소성 수지가 포함된 상기 목재 플라스틱 복합재는 내충격성, 내열성, 내후성이 뛰어난 이점이 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(임팩트 코폴리머) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌일 수 있으며, 이 경우 결합력의 증대가 극대화되므로 바람직하다.
더욱 구체적으로, 상기 열가소성 수지는 상기 열가소성 수지 전체 100 중량%에 대하여 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 40:60 내지 60:40의 비율로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 45:55 내지 55:45의 비율, 더욱 바람직하게는 48:52 내지 52:48의 비율로 포함될 수 있다.
상기 폴리에틸렌은 용융점이 상대적으로 낮은 연질계열로 더위에 약하고 추위에 강하며, 상기 폴리프로필렌은 용융점이 상대적으로 높은 경질계열로 더위에 강하고 추위에 약하다. 따라서 두 계열의 열가소성수지를 상기 범위내로 함께 사용하는 경우 온도변화를 상호 보완함에 따라서 충분한 내후성의 부여가 가능하고, 섬유질과 결합시 치수안정성이 더욱더 우수해지는 이점이 있으므로 바람직하다.
상기 열가소성 수지는 상기 조성물 전체 100 중량%에 대하여 22 내지 30 중량%, 바람직하게는 22 내지 28 중량%, 더욱 바람직하게는 24 내지 28 중량%로 포함될 수 있으며, 이 경우 제품 성형 시 목재 플라스틱 복합재의 내충격성, 결합성 및 제품 가공성이 우수하며, 섬유질의 함량이 상대적으로 줄어들어 강도가 저하되는 현상을 방지할 수 있으며, 제품 가격 측면에서 유리하다.
상기 칼슘카보네이트 보강제는 상기 조성물 전체 100 중량%에 대하여 2.2 내지 6 중량%, 바람직하게는 3 내지 5.9 중량%, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.9 중량%로 포함될 수 있다.
상기 칼슘카보네이트 보강제는 열가소성 수지, 구체적으로 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 강도뿐만 아니라 난연성도 증강시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 칼슘카보네이트 보강제는 칼슘카보네이트, 열가소성수지 및 첨가제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 칼슘카보네이트 보강제는 상기 보강제 전체 100 중량%에 대하여, 칼슘카보네이트 75 내지 85 중량%, 열가소성 수지 5 내지 16 중량% 및 잔량의 첨가제 등을 고온에서 용융하여 펠릿과 같은 일정한 칩 상태로 되어 있는 성형제품을 사용할 수 있다. 바람직하게는 용융점은 130±25℃ 이고, 비중은 2.0±0.2 의 칼슘카보네이트 보강제를 사용할 수 있다.
상기 칼슘카보네이트 보강제의 성형에 사용되는 상기 열가소성 수지는 상기 목재 플라스틱 복합재 조성물에 포함되는 상기 열가소성 수지와 구별되는 것으로서, 인체에 무해한 폴리에틸렌수지(Polyethylene resin) 및 폴리프로필렌수지(Polyproplene resin) 로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 사용할 수 있다.
상기 칼슘카보네이트 보강제의 성형에 사용되는 열가소성 수지로 상기 폴리에틸렌 수지 또는 폴리프로필렌 수지를 사용할 경우 친환경적인 목재 플라스틱 복합재의 제조가 가능하다.
상기 칼슘카보네이트 보강제의 제조에 사용될 수 있는 상기 첨가제는 예컨대 난연재, 항산화제, UV 안정제, UV 흡수제 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 칼슘카보네이트 보강제의 함량이 상기 범위를 만족할 경우 열가소성 수지의 강도를 높일 수 있고, 섬유질과의 결합성도 증대될 수 있으므로 바람직하다. 구체적으로, 열가소성 수지가 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하고, 상기 칼슘카보네이트 보강제의 함량이 상기 범위를 만족하도록 포함될 경우 연질계인 폴리에틸렌의 강도를 높일 수 있으며, 경질계인 폴리프로필렌의 강도를 높일 수 있고 섬유질과의 결합성도 증대될 수 있는 이점이 있다.
상기 결합제는 상기 섬유질, 상기 열가소성 수지, 상기 칼슘카보네이트 보강제 및 상기 무기물 착색제와의 결합을 도울 뿐만 아니라, 성형 시 고열에서 상기 목재 플라스틱 복합재 조성물이 타지 않도록 하는 역할을 수행한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 결합제는 말레에이트화된 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
상기 결합제는 예컨대 폴리프로필렌과 무수말레산 결합제 혼합물 등을 고온에서 용융하여 일정한 비드(bead) 상태로 되어 있는 성형제품을 사용할 수 있으며, 전체 조성물 100 중량%에 대하여 1 내지 5 중량%, 바람직하게는 2 내지 4.5 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 4.5 중량%로 사용할 수 있다.
상기 폴리프로필렌은 상기 조성물 내에 포함되는 폴리프로필렌과 구별된 것으로서, 바람직하게는 상기 결합제는 말레에이트를 처리한 폴리프로필렌(MAPP; maleated poly-propylene)을 사용할 수 있다. 상기 결합제가 말레에이트화된 폴리프로필렌을 포함하는 경우 목재 플라스틱 복합재 조성물에 포함되는 다른 구성들과 충분한 혼합이 용이하고, 제품 성형시 금형(형틀)에서의 흐름성과 압축성을 배가 시켜 굴곡강도를 최대한 높일 수 있으며, 상기 목재 플라스틱 복합재 조성물에 포함되는 구성들을 결합시키는 역할을 하기 때문에 곰팡이균이 살 수 없도록하여 곰팡이 생성이 방지되는 이점이 있으므로 바람직하다.
상기 윤활제는 상기 섬유질과 상기 열가소성 수지, 상기 칼슘카보네이트 보강제, 상기 결합제 및 상기 무기물 착색제의 흐름성을 도울 뿐만 아니라, 성형 시 마찰력을 최대한 낮추어서 전체의 흐름성을 좋게 하고 제조된 목재 플라스틱 복합재 제품의 외관을 개선하는 역할을 한다.
상기 윤활제는 상기 조성물 전체 100 중량%에 대하여 1.8 내지 3 중량%, 바람직하게는 1.8 내지 2.5 중량%, 더욱 바람직하게는 1.8 내지 2.2 중량%로 포함될 수 있으며, 이 경우 상기 섬유질과 상기 열가소성 수지 간의 분산 및 혼합이 용이하며, 상기 칼슘카보네이트 보강제 및 상기 무기물 착색제의 흐름성이 개선되어 제품의 성형이 용이한 이점이 있다. 또한, 윤활제의 역할이 극대화되어, 흐름이 한쪽으로만 치우쳐져 성형 시 성형제품의 가장자리가 터져 나가는 현상의 발생을 억제할 수 있는 이점이 있다.
상기 윤활제는 예컨대 폴리올레핀, 극성 에스테르 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 카르복실산 및 지방산, 및 이들의 에스테르 또는 장쇄지방 알코올 및 지방 알코올 에스테르, 지방산 에스테르 화합물에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
구체적으로, 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 윤활제는 지방산 에스테르 화합물을 포함할 수 있다. 상기 윤활제가 상기 지방산 에스테르 화합물을 포함하는 경우 흐름성의 개선이 우수한 이점이 있다.
상기 무기물 착색제는 상기 목재 플라스틱 복합재에 색상을 부여하기 위하여 포함되는 것으로서, 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 천연 안료 또는 합성 안료를 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 무기물계 안료인 아이언 옥사이드, 티타늄 디옥사이드, 카본블랙 등을 열가소성 수지 및 첨가제와 고온에서 용융하여 펠릿과 같은 일정한 칩 형태로 되어 있는 성형제품을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 목재 플라스틱 복합재는 유기물 착색제가 아닌 무기물 착색제를 포함하기 때문에 내곰팡이성이 우수한 이점이 있다.
상기 열가소성 수지, 상기 첨가제는 상기 결합제의 제조 과정에서 포함될 수 있는 열가소성 수지, 첨가제와 동일한 내용을 적용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
상기 무기물 착색제는 상기 조성물 전체 100 중량%에 대하여 2 내지 6 중량%, 바람직하게는 3 내지 6 중량%, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 중량%로 포함되는 것으로서, 상기 무기물 착색제가 상기 범위 내로 포함될 경우 상기 무기물 착색제가 응집되는 현상이 억제되어 흐름성, 성형성이 우수한 이점이 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 목재 플라스틱 복합재는 펠릿(pellet), 완전충진형, 부분충진형, 제혀쪽매 또는 중공형 상일 수 있다.
본 발명에 따른 목재 플라스틱 복합재는 제품 성형 중에 발생하는 불량품이나, 성형품 제조 후의 자투리를 100% 재가공 성형이 가능하기 때문에 친환경적이며, 제조 비용의 절감이 가능한 이점이 있다.
<목재 플라스틱 복합재의 제조방법>
본 발명의 다른 양태는, 30 내지 50 메쉬로 분쇄한 후 수분함량이 1 중량% 이하가 되도록 섬유질을 건조하는 제1 단계; 열가소성 수지 22 내지 30 중량%, 칼슘카보네이트 보강제 2.2 내지 6 중량% 및 결합제 1 내지 5 중량%를 계량하여 혼합하는 제2 단계; 상기 제1 단계와 상기 제2 단계의 혼합물에 윤활제 1.8 내지 3 중량%를 혼합하는 제3 단계; 상기 제3 단계의 혼합물에 무기물 착색제 2 내지 6 중량%를 혼합하여 목재 플라스틱 복합재 조성물을 제조하는 제 4단계; 및 상기 목재 플라스틱 복합재 조성물을 110 내지 235℃의 온도 조건 하에서 성형하는 제5 단계;를 포함하고, 상기 섬유질은 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%을 포함하는, 목재 플라스틱 복합재의 제조방법에 관한 것이다.
상기 섬유질, 열가소성 수지, 칼슘카보네이트 보강제, 결합제, 윤활제 및 무기물 착색제에 대한 내용은 전술한 내용을 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 목재 플라스틱 복합재 조성물을 이용하여 일 실시예에 따라 목재 플라스틱 복합재를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 목재 플라스틱 복합재를 제조하는 방법은 크게 혼합물 및 목재 플라스틱 조성물을 제조하는 단계(S110, S120, S130, S140)와 혼합된 조성물에 압력을 가하여 일정한 형태의 목재 플라스틱 복합재로 성형시키는 단계(S150)를 거친다.
먼저, 섬유질을 30 내지 50 메쉬로 분쇄한 후 수분함량이 1 중량% 이하가 되도록 섬유질을 건조하는 제1 단계(S110), 열가소성 수지 22 내지 30 중량%, 칼슘카보네이트 보강제 2.2 내지 6 중량% 및 결합제 1 내지 5 중량%를 계량 및 혼합하는 제2 단계(S120), 제1단계(S110)에서 건조된 섬유질 52 내지 58 중량%와 제2 단계(S120)의 혼합물에 윤활제 1.8 내지 3 중량%를 혼합하는 제3 단계(S130), 제3단계(S130)의 혼합물에 무기물 착색제 2 내지 6 중량%를 혼합하는 제4 단계(S140)를 포함한다.
이때, 제1단계(S110)에서 섬유질을 30 내지 50 메쉬, 구체적으로 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%으로 분쇄한 후 수분함량이 1 중량% 이하가 되도록 건조함으로써 폭발성을 없앨 수 있다. 섬유질은 수분이 많으면 100 내지 235℃ 정도의 고열에서 폭발이 일어나므로 3대의 건조기를 이용하여 1차, 2차, 3차에 걸쳐 단계적으로 수분을 낮춤으로써, 수분 함량이 1 중량% 이하가 되도록 하여 폭발성의 제거가 가능하다.
이렇게 형성된 목재 플라스틱 조성물은 100 내지 235℃ 온도조건 하에서 목재 플라스틱 복합재를 성형하는 제5 단계(S150)를 거친다. 이때, 성형방법은 당분야에서 일반적으로 사용하는 것을 적용할 수 있으며, 이를 본 발명에서 한정하지는 않는다. 예컨대, 압출성형, 사출성형, 프레스성형 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대 압출성형을 하는 경우에는 100 내지 235℃ 온도에서 상기 목재 플라스틱 조성물을 밀가루 반죽과 같은 형태로 녹인 후 120 내지 140kg/cm2의 압력을 가함으로써 성형할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 성형단계를 거쳐 제조된 펠릿은 제조하는 목재 플라스틱 복합재 1회 성형에 필요한 하나의 정량화된 단위체를 목재 플라스틱 조성물을 사용하여 미리 성형한 것일 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 이하에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
실시예 및 비교예 : 목재 플라스틱 복합재의 제조
하기 표 1 내지 3에 따른 조성에 따라 목재 플라스틱 복합재 조성물을 제조한 뒤, 225℃의 온도 조건 하에서 녹인 후 135kg/cm2의 압력을 가함으로써 성형하여 실시예 및 비교예에 따른 목재 플라스틱 복합재를 제조하였다(표 1은 섬유질을 나타내며, 표 2는 실시예 및 비교예에 따라 제조된 목재 플라스틱 복합재를 제조하기 위한 목재 플라스틱 복합재 조성물을 나타낸다). 이때, 섬유질은 목질섬유(목분)를 사용하였으며, 분쇄기를 통하여 각각 표 1에 따른 메쉬를 만족하도록 분쇄시킨 후, 85℃의 건조기에 투입하여 수분 함량이 1 중량% 이하가 되도록 3회에 걸쳐 반복 건조시켰다.
(단위:중량%) A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7 A-8 A-9 A-10
30 이상 40 미만 메쉬 46 48 50 60 46 46 46 - - -
40 이상 50 미만 메쉬 54 52 50 40 - - - 46 46 -
20 이상 30 미만 메쉬 - - - - 54 - - 54 - 46
50 이상 60 미만 메쉬 - - - - - 54 - - 54 -
60 이상 70 미만 메쉬 - - - - - - 54 - - 54
(단위: 중량부) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
섬유질 A-1 54 54 - - 52 58 54
A-2 - - 54 - - - -
A-3 - - - 54 - - -
A-4 - - - - - - -
A-5 - - - - - - -
A-6 - - - - - - -
A-7 - - - - - - -
A-8 - - - - - - -
A-9 - - - - - - -
A-10 - - - - - - -
열가소성 수지 B-1 14 14 14 14 15 12 19.6
B-2 14 - 14 14 15 12 8.4
B-3 - 14 - - - - -
칼슘카보네이트 보강제 C 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8
결합제 D-1 4 4 - 4 4 4 4
D-2 - - 4 - - - -
윤활제 E 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2
착색제 F-1 6 6 6 6 6 6 6
F-2 - - - - - - -
B-1: 폴리에틸렌
B-2: 폴리프로필렌
B-3: 폴리비닐클로라이드
C: 칼슘카보네이트 80 중량%, 폴리에틸렌 8 중량%, 폴리프로필렌 8 중량%, 난연제 4%로 이루어진 조성물을 압출성형 방식을 통해 펠릿 형태로 제조한 형태의 것(용융점 130℃, 비중 1.8)
D-1: 말레에이트화된 폴리프로필렌
D-2: 스티렌-무수말레인산(SMA)
E: HS-LUB LS-200 (L'beste사)
F-1: 카본블랙 40 중량%, 폴리에틸렌 55 중량%, 기타 첨가제 5 중량%로 이루어진 조성물을 압출성형 방식을 통해 펠릿 형태로 제조한 형태의 것
F-2: 폴리에틸렌 45 중량%, 탄산칼슘 8 중량%, 유기 안료(칼신 120, 주식회사 조양) 40 중량% 및 첨가제7 중량%로 이루어진 조성물을 압출성형 방식을 통해 펠릿 형태로 제조한 형태의 것
(단위: 중량부) 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7 비교예 8 비교예 9 비교예 10
섬유질 A-1 60 50 54 - - - - - - -
A-2 - - - - - - - - - -
A-3 - - - - - - - - - -
A-4 - - - 54 - - - - - -
A-5 - - - - 54 - - - - -
A-6 - - - - - 54 - - - -
A-7 - - - - - - 54 - - -
A-8 - - - - - - - 54 - -
A-9 - - - - - - - - 54 -
A-10 - - - - - - - - - 54
열가소성 수지 B-1 11 16 14 14 - 14 14 14 14 15.9
B-2 11 16 14 14 - 14 14 14 14 15.9
B-3 - - - - 28 - - - - -
칼슘카보네이트 보강제 C 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8 2
결합제 D-1 4 4 4 - 4 4 4 4 4 4
D-2 - - - 2 - - - - - -
윤활제 E 2.2 2.2 2.2 4.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2
착색제 F-1 6 6 - 6 6 6 6 6 6 6
F-2 - - 6 - - - - - - -
B-1: 폴리에틸렌
B-2: 폴리프로필렌
B-3: 폴리비닐클로라이드
C: 칼슘카보네이트 80 중량%, 폴리에틸렌 8 중량%, 폴리프로필렌 8 중량%, 난연제 4%로 이루어진 조성물을 압출성형 방식을 통해 펠릿 형태로 제조한 형태의 것(용융점 130℃, 비중 1.8)
D: 말레에이트화된 폴리프로필렌
E: HS-LUB LS-200 (L'beste사)
F-1: 카본블랙 40 중량%, 폴리에틸렌 55 중량%, 기타 첨가제 5 중량%로 이루어진 조성물을 압출성형 방식을 통해 펠릿 형태로 제조한 형태의 것
F-2: 폴리에틸렌 45 중량%, 탄산칼슘 8 중량%, 유기 안료(칼신 120, 주식회사 조양) 40 중량% 및 첨가제7 중량%로 이루어진 조성물을 압출성형 방식을 통해 펠릿 형태로 제조한 형태의 것
시험예
실시예 및 비교예에 따라 제조된 목재 플라스틱 복합재의 물성을 하기와 같은 방법을 통하여 측정하여 하기 표 4 내지 6에 기재하였다.
충격강도(kJ/m2): KS F 3230:2011(목재 플라스틱 복합재 바닥판 충격강도 시험방법)에 의한 충격강도 측정 방법을 이용하여 충격강도를 측정하였다.
내후성[충격강도변화율, %]: KS F 3230:2011(목재 플라스틱 복합재 바닥판 내후성 시험방법)에 의한 내후성 측정 방법을 이용하여 충격강도변화율을 측정하였다.
길이선열팽창계수(1/℃): KS F 3230:2011(목재 플라스틱 복합재 바닥판 길이선열팽창계수 시험방법)에 의한 길이선열팽창계수 측정 방법을 이용하여 길이선열팽창계수를 측정하였다.
난연성(cm, 초): KS F 3230:2011(목재 플라스틱 복합재 바닥판 난연성 시험방법)에 의한 난연성 측정 방법을 이용하여 탄화길이(cm) 및 나머지불꽃(초)를 측정하였다.
내곰팡이성(Rating): 길이 50mm, 넓이 50mm 의 시험편을 준비한 후 ISO 846의 Methods A법으로 4주간 시험하고 부드러운 솔과 증류수를 사용하여 세척한 후 Batch I를 Batch O, Batch S와 육안으로 비교하여 그 정도를 하기 기준에 따라 나타내었다.
◎: 육안으로 성장이 관찰되지 않음
○: 육안으로 성장이 관찰되지 않으나, 현미경을 통하여 성장이 관찰됨
△: 육안으로 성장이 관찰됨
×: 육안으로 상당한 성장이 명백히 관찰됨
재가공성: 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 4, 7, 10에 따라 제조된 목재 플라스틱 복합재를 235℃의 온도에서 용융하여 135kg/cm2의 압력을 가하여 재가공된 목재 플라스틱 복합재를 제조하였으며, 제조된 목재 플라스틱 복합재의 형태를 관찰하여 하기 기준에 따라 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
◎: 외관의 형태 변화 없음
○: 외관의 표면에 크랙이 다소 발생함
△: 외관의 표면 및 내부에 크랙 및 기공이 다소 발생함
×: 성형품으로의 제조가 되지 않음
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
충격강도(kJ/m2) 4.3 3.5 4.2 3.8 4.4 3.9 3.6
내후성(%) 89 89 85 83 87 87 81
길이선열팽창계수(1×10-3/℃) 2.3 2.2 2.2 2.3 2.1 2.0 2.4
난연성 탄화길이(cm) 9 13 8 11 10 10 11
나머지불꽃(초) 2 8 3 5 3 9 5
내곰팡이성(Rating) ◎ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7 비교예 8 비교예 9 비교예 10
충격강도(kJ/m2) 3.3 3.2 3.1 2.2 1.0 1.2 0.9 1.4 1.5 1.2
내후성(%) 80 79 80 75 65 63 67 68 67 68
길이선열팽창계수(1×10-3/℃) 2.3 2.3 2.5 3.3 3.0 3.1 2.8 3.3 3.2 5.1
난연성 탄화길이(cm) 11 13 11 13 27 10 28 14 13 13
나머지불꽃(초) 3 4 8 10 16 15 19 9 8 10
내곰팡이성(Rating) ◎ ◎ △ △ ○ ○ × ○ ○ ○
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 4 비교예 7 비교예 10
재가공성 ◎ ○ ◎ △ △ × ×
표 4 내지 6을 참고하면, 실시예의 경우 충격강도, 내후성, 길이선열팽창계수, 난연성 및 내곰팡이성이 모두 우수한 것을 알 수 있으나, 비교예의 경우 충격강도, 내후성, 길이선열팽창계수, 난연성 또는 내곰팡이성이 우수하지 않을 것을 알 수 있다.
특히, 본원의 섬유질의 구성을 만족하지 않는 비교예의 경우 충격강도가 실시예에 비하여 낮은 것을 알 수 있으며, 말레에이트화된 폴리프로필렌을 포함하는 결합제를 첨가한 실시예의 경우 특별한 항균제를 첨가하지 않더라도 내곰팡이성이 뛰어난 것을 알 수 있다. 본원의 무기물 착색제 대신 유기 착색제가 포함된 비교예 3의 경우 내곰팡이성이 다소 저하되었다. 본원의 칼슘카보네이트 보강제의 함량 범위를 벗어나는 비교예 10의 경우 길이선열팽창계수가 우수하지 않은 것을 알 수 있다.
그리고, 실시예 1 내지 3의 경우 재가공성이 우수하였으나, 비교예 1, 4의 경우 외관의 표면 및 내부에 크랙 및 기공이 발생하였으며, 비교예 7, 10의 경우 성형품으로의 제조가 어려웠다.

Claims (11)

  1. 조성물 전체 100 중량%에 대하여,
    30 내지 50 메쉬(mesh)인 섬유질 52 내지 58 중량%;
    열가소성 수지 22 내지 30 중량%;
    칼슘카보네이트 보강제 2.2 내지 6 중량%;
    결합제 1 내지 5 중량%;
    윤활제 1.8 내지 3 중량%; 및
    아이언 옥사이드, 티타늄 디옥사이드 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 무기물계 안료를 함유하는 무기물 착색제 2 내지 6 중량%;를 포함하는 목재 플라스틱 복합재 조성물의 경화물을 포함하고,
    상기 섬유질은 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%을 포함하는,
    목재 플라스틱 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 것인 목재 플라스틱 복합재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 칼슘카보네이트 보강제는 칼슘카보네이트, 열가소성수지 및 첨가제를 포함하는 것인 목재 플라스틱 복합재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 결합제는 말레에이트화된 폴리프로필렌을 포함하는 것인 목재 플라스틱 복합재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 윤활제는 지방산 에스테르 화합물을 포함하는 것인 목재 플라스틱 복합재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 목재 플라스틱 복합재는 펠릿(pellet), 완전충진형, 부분충진형, 제혀쪽매 또는 중공형 상인 것인 목재 플라스틱 복합재.
  7. 30 내지 50 메쉬로 분쇄한 후 수분함량이 1 중량% 이하가 되도록 섬유질을 건조하는 제1 단계;
    열가소성 수지 22 내지 30 중량%, 칼슘카보네이트 보강제 2.2 내지 6 중량% 및 결합제 1 내지 5 중량%를 계량하여 혼합하는 제2 단계;
    상기 제1 단계와 상기 제2 단계의 혼합물에 윤활제 1.8 내지 3 중량%를 혼합하는 제3 단계;
    상기 제3 단계의 혼합물에 아이언 옥사이드, 티타늄 디옥사이드 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 무기물계 안료를 함유하는 무기물 착색제 2 내지 6 중량%를 혼합하여 목재 플라스틱 복합재 조성물을 제조하는 제 4단계; 및
    상기 목재 플라스틱 복합재 조성물을 110 내지 235℃의 온도 조건 하에서 성형하는 제5 단계;
    를 포함하고,
    상기 섬유질은 전체 100 중량%에 대하여 30 이상 40 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량% 및 40 이상 50 미만 메쉬인 섬유질 42 내지 58 중량%을 포함하는,
    목재 플라스틱 복합재의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 것인 목재 플라스틱 복합재의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 칼슘카보네이트 보강제는 칼슘카보네이트, 열가소성수지 및 첨가제를 포함하는 것인 목재 플라스틱 복합재의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 결합제는 말레에이트화된 폴리프로필렌 포함하는 것인 목재 플라스틱 복합재의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 윤활제는 지방산 에스테르 화합물을 포함하는 것인 목재 플라스틱 복합재의 제조방법.
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