KR101939817B1 - 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탐방로나 산책로 혹은 양식장 등의 바닥 혹은 기둥 프레임 등으로 활용되는 자재인 데크부재를 섬유 결합형태로 압출 성형함으로써 가벼워 시공편의성이 향상되고 인장강도가 높아 쉽게 파손되지 않으면서 자외선에 의한 변색억제력이 뛰어나고, 독성이 없는 난연특성을 갖춰 화재에 대한 저항성이 높을 뿐만 아니라, 무엇보다도 탐방로나 산책로 혹은 양식장의 데크부재를 잡고 이동할 때 정전기 방전에 따른 불편함이 생기지 않도록 개선된 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법에 관한 것이다.

Description

합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법{Manufacturing method of deck member using synthetic fiber}

본 발명은 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탐방로나 산책로 혹은 양식장 등의 바닥 혹은 기둥 프레임 등으로 활용되는 자재인 데크부재를 섬유 결합형태로 압출 성형함으로써 가벼워 시공편의성이 향상되고 인장강도가 높아 쉽게 파손되지 않으면서 자외선에 의한 변색억제력이 뛰어나고, 독성이 없는 난연특성을 갖춰 화재에 대한 저항성이 높을 뿐만 아니라, 무엇보다도 탐방로나 산책로 혹은 양식장의 데크부재를 잡고 이동할 때 정전기 방전에 따른 불편함이 생기지 않도록 개선된 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 데크부재는 탐방로나 산책로 혹은 양식장 등의 바닥 혹은 기둥 프레임 등으로 활용되는 자재이다.

이러한 데크부재는 주로 목재를 가공하여 사용하고 있으나, 목재의 벌목에 따른 산림 훼손과, 화재시에 유해물질 방출로 인한 환경파괴의 문제가 있고, 특히 목재의 고유 물성에 의한 내수성, 내열성, 충격강도, 휨강도, 치수안정성, 난연성, 내후성, 항균성 물성이 저하되어 너무 쉽게 갈라지고 변색 부식되어 손상되는 단점이 있어 최근에는 합성목재를 데크부재로 많이 사용하고 있다.

합성목재는 열가소성수지와 목분을 혼합 성형함으로써 천연목재와 유사한 질감과 외관을 갖도록 하면서 천연목재에 비해 내수성, 치수안정성, 항균성, 내구성 등의 물성을 더 향상시킨 것이다.

그런데, 이와 같은 합성목재의 경우에도 목분을 포함하고 있어 목분에 의해 유발되는 기계적 강도 저하, 항균성 저하, 대기온도의 현저한 변화로 인한 수축과 팽창에 따른 균열, 뒤틀림(변형), 변색 등의 문제는 천연목재에 비해 개선되기는 하였지만 여전히 더 개선해야할 문제로 남아 있는 실정이다.

더구나, 목분함유량이 높을 경우 중량 증대에 따른 시공상 불편함이 따르고, 난연 특성이 떨어져 화재에 취약하다는 단점도 있다.

뿐만 아니라, 대전방지기능이 없어 산책로나 탐방로 등을 이동하다가 이들 데크부재를 잡았을 때 대전되어 있던 정전하들이 급속히 방전되면서 발생되는 정전기로 인해 산책자 혹은 탐방자가 깜짝 놀라거나 그로 인해 넘어지거나 혹은 들고 있던 물건을 놓치는 등 많은 문제를 야기하고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1323997호(2013.10.24.) '섬유질과 수지가 함침된 합성목재데크 및 이를 생산하는 생산장치와 생산방법' 대한민국 등록특허 제10-1517699호(2015.04.28.) '장섬유를 포함한 보강재 조성물을 이용한 데크재 및 그 제조방법'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 탐방로나 산책로 혹은 양식장 등의 바닥 혹은 기둥 프레임 등으로 활용되는 자재인 데크부재를 섬유 결합형태로 압출 성형함으로써 가벼워 시공편의성이 향상되고 인장강도가 높아 쉽게 파손되지 않으면서 자외선에 의한 변색억제력이 뛰어나고, 독성이 없는 난연특성을 갖춰 화재에 대한 저항성이 높을 뿐만 아니라, 무엇보다도 탐방로나 산책로 혹은 양식장의 데크부재를 잡고 이동할 때 정전기 방전에 따른 불편함이 생기지 않도록 개선된 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 기본원료를 조성하는 원료조성단계(S100)와, 조성된 기본원료를 성형하여 펠릿으로 가공하는 원료 펠릿화단계(S110)와, 무독성 난연제를 조성하는 난연제 조성단계(S120)와, 조성된 무독성 난연제를 성형하여 펠릿으로 가공하는 난연제 펠릿화단계(S130)와, 펠릿으로 만들어진 원료 펠릿과 난연제 펠릿을 혼합하는 펠릿혼합단계(S140)와, 혼합된 펠릿을 성형기에 넣고 압출하여 데크부재로 성형하는 압출단계(S150)를 포함하는 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법에 있어서;
상기 원료조성단계(S100)에서 조성되는 기본원료는 3-5cm의 길이를 갖는 장섬유 형태의 폴리에스테르 섬유 1.0중량%와, 하이드로콜로이드 5.5중량%와, 산화나트륨 1.0중량%와, 폴리아닐린(polyaniline) 10중량% 및 나머지 HDPE(High-Density PolyEthylene) 혹은 폴리프로필렌수지로 이루어지고;
상기 원료조성단계(S100)에서 기본원료 조성 후 기본원료 자체에 불연성을 강화시키도록 기본원료 전체량을 기준으로 트리디마이트 4.5중량부와, 디메틸폴리실록산 6.0중량부 및 질화붕소 5.5중량부가 더 첨가되며;
상기 무독성 난연제 조성단계(S120)에서 조성되는 무독성 난연제는 멜라민 시아누레이트 15중량%와, 펜타에리스리톨 15중량%와, 산화티타늄 분말 1.5중량%와, 폴리아크릴산 1.5중량%와, 멜라민 포스페이트 15중량% 및 나머지 폴리에틸렌수지를 혼합하여 이루어지고;
상기 무독성 난연제 조성단계(S120)에서 무독성 난연제 조성 후 방열특성을 강화시키도록 난연제 전체량을 기준으로 CNT(Carbon Nano Tube)가 분산된 폴리에틸렌수지 5.5중량부와, 유연성과 내산성을 강화시키도록 라이네케염과 알킬벤젠술폰산나트륨을 각각 2.5중량부씩 더 첨가하며;
상기 펠릿혼합단계(S140)에서는 혼합된 펠릿 전체량을 기준으로 사이클로펜테인(cyclopentane)이 0.01중량부 더 첨가된 것을 특징으로 하는 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법을 제공한다.

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본 발명에 따르면, 탐방로나 산책로 혹은 양식장 등의 바닥 혹은 기둥 프레임 등으로 활용되는 자재인 데크부재를 섬유 결합형태로 압출 성형함으로써 가벼워 시공편의성이 향상되고 인장강도가 높아 쉽게 파손되지 않으면서 자외선에 의한 변색억제력이 뛰어나고, 독성이 없는 난연특성을 갖춰 화재에 대한 저항성이 높을 뿐만 아니라, 무엇보다도 탐방로나 산책로 혹은 양식장의 데크부재를 잡고 이동할 때 정전기 방전에 따른 불편함이 생기지 않도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법을 보인 예시적인 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명에 따른 데크부재 제조에 사용되는 기본원료 펠릿의 예시적인 사진이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 데크부재의 예시적인 샘플 사진으로, (a)는 섬유질에 의해 인장강도가 우수함을 확인할 수 있도록 일부를 잘라 보인 사진이고, (b)는 바닥재로 사용되는 데크부재의 샘플 사진이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법은 기본원료를 조성하는 원료조성단계(S100)와, 조성된 기본원료를 성형하여 펠릿으로 가공하는 원료 펠릿화단계(S110)와, 무독성 난연제를 조성하는 난연제 조성단계(S120)와, 조성된 무독성 난연제를 성형하여 펠릿으로 가공하는 난연제 펠릿화단계(S130)와, 펠릿으로 만들어진 원료 펠릿과 난연제 펠릿을 혼합하는 펠릿혼합단계(S140)와, 혼합된 펠릿을 성형기에 넣고 압출하여 데크부재로 성형하는 압출단계(S150)를 포함한다.

이때, 상기 원료조성단계(S100)는 기본원료를 조성하는 단계로서, 기본원료는 3-5cm의 길이를 갖는 장섬유 형태의 폴리에스테르 섬유 1.0중량%와, 하이드로콜로이드 5.5중량%와, 산화나트륨 1.0중량%와, 폴리아닐린(polyaniline) 10중량% 및 나머지 HDPE(High-Density PolyEthylene) 혹은 폴리프로필렌수지(PP)로 조성된다.

여기에서, 상기 폴리에스테르 섬유는 인장강도를 높이기 위해 첨가되며, 내크랙성과 균열억제성, 치수안정화를 유도하는 장점도 있다.

그리고, 상기 하이드로콜로이드(Hydrocolloid)는 겔을 형성하여 습윤상태를 유지함으로써 점착성을 장시간 동안 확정하여 바인딩성을 강화시키기 위해 첨가되는 것으로 특히 유연하여 펠릿화 성형을 용이하게 하고, 방수기능을 강화시켜 젖음성이 생기지 않도록 하기 위해 첨가된다.

또한, 상기 상기 산화나트륨은 알칼리성 산화물로서 항장력을 증가시키기 위해 첨가된다.

아울러, 상기 폴리아닐린은 전도성 고분자로서 표면의 전기저항을 작게하여 정전기 발생을 억제하도록 하기 위해 첨가된다.

주지된 바와 같이, 정전기의 원인은 정지된 전하가 대전된 물질의 가장 자리로 몰려서 고전압을 띄는 것인데 전도성 고분자는 정전기가 한곳으로 몰리는 것을 방지하며 다른 에너지형태로 소멸시키게 된다.

특히, 상기 폴리아닐린은 저렴하면서도 정전 방지 특성이 우수하며, 산화상태에 따라 완전환원형(leucoemeraldine), 부분산화형(emeraldine), 완전산화형(pernigraniline)이 있지만 3가지 중 어느 하나를 사용하면 된다.

그리고, 상기 HDPE는 에틸렌을 중합하여 만든 고밀도 폴리에틸렌수지로서 일상생활에서 범용으로 사용되는 플라스틱 수지중 하나이다.

이러한 HDPE는,

와 같은 구조를 가지고 있어 각종 기후에 견디는 내후성이 우수하고, 내환경응력균열성(Environmental Stress Cracking Resistance), 내수압성 및 가공성이 우수하여 본 발명에서는 베이스수지로 사용된다.

이 경우, HDPE 대신 폴리프로필렌수지(PP)를 사용해도 무방하다.

이렇게 하여, 원료조성이 완료되면 이어 원료 펠릿화단계(S110)가 수행되며, 만들어진 원료 펠릿은 도 2의 예시와 같다.

상기 원료 펠릿화단계(S110)는 후술되는 펠릿혼합과 같이 난연성 물질을 혼합할 때 혼합비율을 정량으로 조절하기 쉽도록 함은 물론 성분들의 균일분산성을 유도하여 효능 극대화를 위한 것이다.

즉, 원료를 바로 섞는 것이 아니라, 한 번 섞어서 펠릿화하고, 이 펠릿들을 다시 녹여 혼합하게 되면 그 만큼 분산균일도가 증가하며, 특히 분산성이 우수해야 할 성분들의 분산안정화를 위해 반드시 필요한 단계이다.

이어, 무독성 난연제 조성단계(S120)가 수행된다.

상기 무독성 난연제 조성단계(S120)는 난연성을 상승시키기 위해 멜라민 시아누레이트 15중량%와, 펜타에리스리톨 15중량%와, 산화티타늄 분말 1.5중량%와, 폴리아크릴산 1.5중량%와, 멜라민 포스페이트 15중량% 및 나머지 폴리에틸렌수지를 혼합하여 난연제 조성물을 만드는 단계이다.

이때, 멜라민 시아누레이트는 수지분산성이 좋고 대상수지의 물성을 저하시키지 않으면서 난연성은 향상시키고 성형성은 우수한 특성이 있다. 특히, 폴리에틸렌수지와의 교합성이 좋아 많은 양을 사용하지 않고도 난연특성을 부여할 수 있는 장점이 있다.

또한, 펜타에리스리톨은 합성고무와 플라스틱의 중간 특성을 가진 물질로서 연소시 화염방지와 한계산소지수의 상승을 유도하여 발화저항성을 크게 하기 위해 첨가된다.

그리고, 산화티타늄 분말과, 폴리아크릴산은 난연제 조성물의 균일하고 신속한 분산성을 확보하기 위해 첨가되는데, 특히 산화티타늄 분말은 다공성에 따른 활성 촉진과 이에 따른 분산성 강화를 위해 첨가되고, 폴리아크릴산은 수지 개질성을 증대시킴으로써 산화티타늄 분말과 함께 난연제의 신속하고 균일한 분산을 유도하게 된다.

아울러, 멜라민 포스페이트는 질소가 함유되어 있어 난연상승 기능을 갖는 무독성으로서, 특히 할로겐이 함유되어 있지 않아 독성이 없어 인체 유해성을 배제시킨다.

뿐만 아니라, 폴리에틸렌수지는 원료 펠릿과의 교합성을 높이기 위해 사용된다.

이렇게 하여, 무독성 난연제가 조성되면 이어 난연제 펠릿화단계(S130)가 수행된다.

상기 난연제 펠릿화단계(S130)는 난연제 조성물을 압출기에 넣고 압출 성형하여 펠릿으로 만든다.

이후, 만들어진 원료 펠릿과 난연제 펠릿을 9:1의 중량비로 혼합하는 펠릿혼합단계(S140)가 수행되고, 혼합된 펠릿에 발포제 혹은 발포제를 포함한 첨가제를 더 첨가한 상태에서 압출성형하여 데크부재를 만드는 압출성형단계(S150)가 수행됨으로써 본 발명에 따른 데크부재 제조가 완료된다.

이때, 발포제는 친환경성을 위해 사이클로펜테인(cyclopentane)을 사용하며, 혼합된 펠릿 전체량을 기준으로 0.01중량부 첨가된다. 이를 통해 경량화가 가능하다.

이 경우, 상기 발포제와 함께 터셔리부틸 히드로퀴논(Teat-Butyl HydroQuinone) 3.5중량부와, 호모살리에이트와 폴리디아크릴레이트(Poly Diacrylate)가 1:0.5의 중량비로 혼합된 혼합물 3.5중량부가 더 첨가될 수 있다.

여기에서, 터셔리부틸 히드로퀴논(Teat-Butyl HydroQuinone)은 데크부재의 표면 산화를 방지하기 위해 첨가되며, 호모살리에이트와 폴리디아크릴레이트(Poly Diacrylate)가 1:0.5의 중량비로 혼합된 혼합물을 구성하는 호모살리에이트는 데크부재 표면으로 조사된 자외선을 흡수하여 분해하는 특징이 있고, 폴리디아크릴레이트는 호모살리에이트의 분산을 촉진하고 안정화를 유도하기 위해 첨가된다.

이에 더하여, 본 발명에서는 기본원료 조성시 기본원료 자체에 불연성을 강화시킬 수 있도록 기본원료 전체량을 기준으로 트리디마이트 4.5중량부를 더 첨가할 수 있고, 또한 내열성과 열산화 안정성, 내화학성 및 발수성에 따른 오염방지기능을 강화하고, 소포성을 확보하기 위해 디메틸폴리실록산 6.0중량부를 더 첨가할 수 있으며, 또한 방열특성을 향상시키기 위해 질화붕소 5.5중량부를 더 첨가할 수 있다.

특히, 질화붕소는 육방정 결정구조를 갖는 물질로서, 열전도율이 높아 방열특성이 좋고, 화학적 안정성이 뛰어나다.

또한, 상기 난연제 조성시 방열특성을 더욱 강화시켜 데크부재가 내열안정성을 갖도록 CNT(Carbon Nano Tube)가 분산된 폴리에틸렌수지를 전체량 기준으로 5.5중량부 더 첨가할 수 있고, 아울러, 유연성과 내산성을 강화시키기 위해 라이네케염과 알킬벤젠술폰산나트륨을 각각 2.5중량부씩 더 첨가할 수 있다.

이때, 상기 CNT는 육각형의 벌집모양으로 이루어진 그라펜시트가 직경이 수 나노미터 크기로 둥글게 말려 튜브 형태를 이루고 있으며, 초음파분산법에 의해 폴리에틸렌수지에 이 수지 100중량부에 대해 5-10중량부의 범위로 균일하게 분산된 것을 사용함이 바람직하며, 이를 통해 CNT의 고유특성 발현을 통해 방열특성을 현저히 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 알킬벤젠술폰산나트륨은 내산성을 강화 뿐만 아니라, 신축 변화에 따른 탄성저하를 막아 열화저항성을 강화시키면서 내약품성도 증대시키기는 특징이 있다.

이렇게 제조된 도 3의 (b)와 같은 데크부재의 인장력 특성을 확인해 보기 위해 이를 파단시켜 본 결과, 도 3의 (a)와 같이 절단면을 갖고 파단되는 것이 아니라 찢어지는 형태로 떨어져 나감을 확인하였기에 별도의 인장강도를 수치적으로 분석하지 않더라도 인장강도가 우수함을 육안으로 확인할 수 있었다.

또한, 상기 데크부재 시료에 대해 난연성을 평가하기 위해 UL 94 V Test Rating, LOI치 측정은 ASTM D2863-17에 따라 테스트한 결과, V-2 등급으로 판정되어 난연상이 우수한 것으로 확인되었다.

뿐만 아니라, 상기 데크부재 시료에 대해 대전방지성을 확인하기 위해 데크부재 표면을 양털로 수십차례 마찰한 후 저항테스터를 이용하여 대전방지 효과가 있는지 확인하였다.

이때, JIS T8 103의 규격에 따라 1×10⁵Ω ≤ R(저항) ≤ 1×10⁹Ω 범위라면 양호한 대전방지특성이 있는 것으로 판단하였다.

측정결과, 0.51×108Ω으로 확인되어 양호한 대전방지특성이 있는 것으로 확인되었다.

Claims (3)

1. 기본원료를 조성하는 원료조성단계(S100)와, 조성된 기본원료를 성형하여 펠릿으로 가공하는 원료 펠릿화단계(S110)와, 무독성 난연제를 조성하는 난연제 조성단계(S120)와, 조성된 무독성 난연제를 성형하여 펠릿으로 가공하는 난연제 펠릿화단계(S130)와, 펠릿으로 만들어진 원료 펠릿과 난연제 펠릿을 혼합하는 펠릿혼합단계(S140)와, 혼합된 펠릿을 성형기에 넣고 압출하여 데크부재로 성형하는 압출단계(S150)를 포함하는 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법에 있어서;
   상기 원료조성단계(S100)에서 조성되는 기본원료는 3-5cm의 길이를 갖는 장섬유 형태의 폴리에스테르 섬유 1.0중량%와, 하이드로콜로이드 5.5중량%와, 산화나트륨 1.0중량%와, 폴리아닐린(polyaniline) 10중량% 및 나머지 HDPE(High-Density PolyEthylene) 혹은 폴리프로필렌수지로 이루어지고;
   상기 원료조성단계(S100)에서 기본원료 조성 후 기본원료 자체에 불연성을 강화시키도록 기본원료 전체량을 기준으로 트리디마이트 4.5중량부와, 디메틸폴리실록산 6.0중량부 및 질화붕소 5.5중량부가 더 첨가되며;
   상기 무독성 난연제 조성단계(S120)에서 조성되는 무독성 난연제는 멜라민 시아누레이트 15중량%와, 펜타에리스리톨 15중량%와, 산화티타늄 분말 1.5중량%와, 폴리아크릴산 1.5중량%와, 멜라민 포스페이트 15중량% 및 나머지 폴리에틸렌수지를 혼합하여 이루어지고;
   상기 무독성 난연제 조성단계(S120)에서 무독성 난연제 조성 후 방열특성을 강화시키도록 난연제 전체량을 기준으로 CNT(Carbon Nano Tube)가 분산된 폴리에틸렌수지 5.5중량부와, 유연성과 내산성을 강화시키도록 라이네케염과 알킬벤젠술폰산나트륨을 각각 2.5중량부씩 더 첨가하며;
   상기 펠릿혼합단계(S140)에서는 혼합된 펠릿 전체량을 기준으로 사이클로펜테인(cyclopentane)이 0.01중량부 더 첨가된 것을 특징으로 하는 합성섬유를 이용한 데크부재 제조방법.
   
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