KR101982505B1 - 목재-플라스틱 복합재 및 이의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 마루바닥재 - Google Patents

목재-플라스틱 복합재 및 이의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 마루바닥재 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 목분, 플라스틱 수지 및 가교제로 이루어진 목재-플라스틱 복합재로서, 상기 목분과 플라스틱 수지는 70~80 : 20~30의 중량비로 포함되고, 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 관한 것이다.
본 발명의 목재-플라스틱 복합재에 의하면, 적층 소재 간의 부착 강도 및 부착 응력에 따른 휨 현상이 개선되고, 시공 바닥 수분의 침투로 인한 변질을 막으며, 상기 복합재 내의 목분과 플라스틱 수지의 결합력을 높이고, 온도와 습도에 따른 치수변화의 안정성을 극대화할 수 있어 등산로, 체육관, 까페 등 각종 장소에 사용되는 마루바닥재로 널리 이용될 수 있다.

Description

목재-플라스틱 복합재 및 이의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 마루바닥재{WOOD PLASTIC COMPOSITE AND ITS MANUFACTURE METHOD AND WOODEN FLOOR MATERIALS PREPARED BY WOOD PLASTIC COMPOSITE}
본 발명은 목재-플라스틱 복합재 및 이에 의한 마루바닥재 제조방법과 이로부터 제조되는 마루바닥재에 관한 것이며, 보다 구체적으로 목분의 함량이 70% 이상인 목재-플라스틱 복합재 및 상기 목재-플라스틱 복합재를 기저층으로 하여 상기 목재-플라스틱 복합재 위에 목질 코어층이나 멜라민 시트층, 또는 이들 목질 코어층 및 멜라민 시트층을 모두 적층시킨 마루바닥재 제조방법 및 이로부터 제조되는 마루바닥재에 관한 것이다.
목재-플라스틱 복합재(Wood Plastic Composite)는 목분 또는 목섬유 등의 천연 소재와 열가소성 합성수지를 혼합하여 성형한 복합 소재로서 마이크론 단위의 미세한 목분 또는 목섬유를 합성수지가 둘러싸며 결합한 것으로서 천연 목재의 장점과 합성 수지의 장점을 모두 가지고 있다. 이러한 목재-플라스틱 복합소재는, 습기 등 외부 환경에 의한 변형이 심한 목재에 비해 내습성, 내열성, 인장강도, 휨강도 등 천연 목재에 비해 매우 우수한 내구성을 갖는다.
*상기 목재-플라스틱 복합재는 변형이 없으며 목재와 같은 방부처리가 필요하지 않고 규격화된 공산품으로 제조할 수 있어 가공성이 높으며 일반 방부목 또는 목자재에 비해 별도의 도장이나 관리가 필요하지 않고, 일반 합성수지에 비해서 우수한 천연 질감을 나타내고 있어 최근 건축용 내장재 및 외장재로 널리 사용되고 있다. 또한, 재사용 및 재가공이 가능한 장점이 있어 환경친화적인 소재로 관심을 받고 있다.
이러한 특성으로 목재-플라스틱 복합재는 북미 및 일본에서는 데크, 펜스 및 사이딩 등의 내외장재의 용도로 연 성장률 20% 이상의 시장성을 보이고 있으며, 국내에서도 그 사용이 증가하는 추세이다.
상기 목재-플라스틱 복합재를 기재로 한 목질 복합 마루바닥재에 대한 연구도 이루어지고 있는데, 예를 들면, 대한민국 실용신안등록번호 제20-0399316호에는 목섬유와 플라스틱 섬유의 복합재 패널을 기재로 하여 그 상부에 천연무늬목을 적층한 온돌마루가 개시되어 있다. 상기 고안의 경우 합판마루의 단점인 표면물성을 강하게 하면서 표면 디자인의 질감 및 외관효과를 자유롭게 제공하는 것이 주된 목적이며, 치수 안정화는 합판마루와 유사한 수준이지만, 복합재 패널과 천연무늬목을 접착제로 부착시에 발생하는 응력으로 인한 제품의 휨 현상으로부터 자유롭지 못한 문제를 가지고 있다.
한편, 대한민국 특허등록번호 제10-0679815호는 고밀도 섬유판을 중심층으로 하여 표면무늬목과 하부에는 무늬목 또는 베니어를 대칭 적층하여 구조의 안정성과 온도 습도의 변화에 대한 변형 문제를 해결하고자 한 발명으로, 고밀도 섬유판을 중심층으로 하여 상부에 표면무늬목층을 적층하고, 하부에 상기 표면무늬목층 대비 밀도가 100±30%인 밸런스층을 적층하는데, 내구성의 문제는 고밀도 섬유판으로 인해 어느 정도 극복가능하였지만 고밀도 섬유판의 상하부에 적층되는 각각의 층들의 목리가 동일한 방향으로 구성될 경우, 휨 또는 뒤틀림에 의해 변형될 가능성이 있으며, 온도 및 습도에 대한 치수 안정화 문제를 해결하기 위해 상기 밸런스층 하부에 다시 이면방수층을 적용해야 하므로 공정이 복잡해지는 단점이 있다.
따라서, 이면방수층을 달리 적용해야 할 필요도 없으며 치수 안정성이나 굴곡 강도가 뛰어난 목재-플라스틱 복합재를 기재로 하여 그 위에 목질 코어층이나 무늬목을 적층한 마루바닥재에 대한 연구가 계속해서 이루어지고 있는데, 이때, 상기 목재-플라스틱 복합재 위에 접착층을 형성하기 위해 접착제를 부착시키는 경우, 보다 나은 접착력이 부여되기 위해서는 상기 목재-플라스틱 복합재를 구성하는 성분 중 목분의 함량이 높을 필요가 있다. 그러나, 기존의 목재-플라스틱 복합재에서 70% 이상으로 목분을 혼합할 경우에는 플라스틱 수지와의 결합력이 떨어지고, 압출 공정을 적용함에 따라 제품 압출 시 목분의 함량 증가로 인한 압출 몰드에서의 마찰 저항으로 인해 제품의 외관이 균질하지 않고, 목분과 수지와의 결합에 필요한 수지 함량의 저하로 모서리 부분에서 결합강도 저하로 인한 부스러짐 현상이나 갈라짐 현상이 나타난다.
따라서, 마루바닥재를 구성하는 목재-플라스틱 복합재와 다른 목질층 사이의 접착력도 증대시키면서 목재-플라스틱 복합재 자체 내에서의 목분과 플라스틱 수지와의 결합력도 증대시킬 수 있는 목재-플라스틱 복합재 및 이러한 목재-플라스틱 복합재를 제조하는 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
대한민국 등록실용신안 제20-0399316호 대한민국 등록특허 제10-0679815호
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 목재-플라스틱 복합재, 이러한 목재-플라스틱 복합재의 제조방법과 상기 목재-플라스틱 복합재를 기저층으로 하여 제조되는 마루바닥재를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 목분, 플라스틱 수지 및 가교제로 이루어진 목재-플라스틱 복합재에 있어서, 상기 목분과 플라스틱 수지는 70~80:20~30의 중량비로 포함되고, 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 복합재를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 목재-플라스틱 복합재는, 목분, 플라스틱 수지 및 가교제를 혼합하는 단계; 110~175℃의 온도에서 상기 혼합물을 컴파운딩하는 단계; 상기 컴파운딩된 입자들을 프리프레싱하는 단계; 및 110~180℃의 온도 조건에서 상기 프리프레싱된 입자를 벨트 선단에 투입하여 프레싱 성형하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 가교제는 무수말레산 함유량이 3% 이상인 커플링제인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 의하면, 상기 목재-플라스틱 복합재 위에, 목질 코어층 또는 표면 무늬층이 추가로 적층되어 있는 마루바닥재가 제공되며, 또한, 상기 목재-플라스틱 복합재 위에 목질 코어층 및 표면 무늬층이 모두 적층되는 경우에는, 상기 목재-플라스틱 복합재 위에 상기 목질 코어층과 표면 무늬층이 순차적으로 적층된 마루바닥재가 제공되는데, 상기 제조된 목재-플라스틱 복합재의 두께는 2~11mm인 것이 바람직하고, 3~5mm인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 의하면, 상기 목질 코어층은 이에 제한되지는 않지만, 베니어, 베니어 합판 및 경질 섬유판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하고, 상기 표면 무늬층은 이에 제한되지는 않지만, 무늬목, 고압 멜라민(HPM)층 및 저압 멜라민(LPM)층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 마루바닥재를 구성하는 상기 목질 코어층 또는 상기 표면 무늬층은 접착제층을 통해 적층되는데, 상기 접착제층은, 수성 또는 무용제형 접착제로서, 에폭시계, 폴리우레탄계, 페놀계, 폴리이소시아네이트계 및 에틸렌-초산비닐계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지며, 또한, 본 발명의 마루바닥재를 구성하는 상기 표면 무늬층의 상부에 표면 도장층이 추가로 적층되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 마루바닥재가 T&G(Tongue and Groove), 클릭(Click) 시스템, 또는 커넥터에 의한 연결 구조를 가진다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 의하면, 목재-플라스틱 복합재, 목질 코어층 및 표면 무늬층을 준비하는 단계; 상기 목재-플라스틱 복합재 상부에 접착제층을 개재하여 목질 코어층 또는 표면 무늬층을 적층하고 열압착하여 일체화하는 단계를 포함하며, 수득된 마루바닥재를 사이드 및 엔드 가공을 하여 T&G, 클릭 시스템 또는 커넥터에 의한 연결구조를 가지도록 한 마루바닥재의 제조 방법을 제공한다. 상기 목재-플라스틱 복합재 상부에 접착제층을 개재하여 목질 코어층을 적층한 경우에는, 상기 목질 코어층 상부에 제2 접착제층을 개재하여 표면 무늬층을 적층하고 열압착하여 아래로부터 목재-플라스틱 복합재, 제1 접착층, 목질 코어층, 제2 접착층, 표면 무늬층 및 표면 도장층을 일체화한다.
본 발명의 목재-플라스틱 복합재에 의하면, 적층 소재 간의 부착 강도 및 부착 응력에 따른 휨 현상이 개선되고, 시공 바닥 수분의 침투로 인한 변질을 막으며, 상기 복합재 내의 목분과 플라스틱 수지의 결합력을 높이고, 온도와 습도에 따른 치수변화의 안정성을 극대화할 수 있어 등산로, 체육관, 까페 등 각종 장소에 사용되는 마루바닥재로 널리 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 마루바닥재를 구성하는 각각의 적층 소재를 나타내는 수직 단면도이다.
도 2(A)는 본 발명의 제조 공정(목분 입자: 0.1~3.0mm, 목분 함량: 70~80중량%, 프레스 성형)에 따라 제조된 목재-플라스틱 복합재의 표면이며, 도 2(B)는 종래 제조 공정(목분 입자: 0.1~0.7mm, 목분 함량: 70~80중량%, 압출 성형)에 따라 제조된 목재-플라스틱 복합재의 표면이다.
도 3은 본 발명의 목재-플라스틱 복합재의 제조 공정 중 고속 믹싱 단계에서 사용되는 고속 믹서를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 목재-플라스틱 복합재의 제조 공정 중 컴파운딩 단계에서 사용되는 트윈-스크류 타입의 압출기를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 목재-플라스틱 복합재의 제조 공정 중 B/P 성형 단계에서 프레스 성형을 위해 사용되는 벨트 프레스를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 목재-플라스틱 복합재의 제조 공정 및 마루바닥재의 제조 공정 전체의 공정 플로우 모식도이다.
도 7은 본 발명의 목재-플라스틱 복합재의 제조 공정의 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 8은 굴곡 강도 시험을 위해 사용하는 시험 장치를 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대하여 자세히 기술한다.
본 발명의 "목재-플라스틱 복합재(Wood Plastic Composite)"는 목분과 플라스틱 수지를 혼합한 것으로서 합성 목재 또는 간단히 WPC로 부르기도 하는데, 이하 이러한 목재-플라스틱 복합재의 제조 방법 및 이 목재-플라스틱 복합재를 이용한 마루바닥재의 제조 방법에 대해 기술한다.
[목재-플라스틱 복합재의 제조]
*1. 원료 준비 단계:
목분, 플라스틱 수지 및 가교제를 혼합하기 위해 준비하는 단계로서, 상기 목분과 플라스틱 수지는 70~80 : 20~30의 중량비로 포함되고, 바람직하게는 목분과 플라스틱 수지가 73~77 : 23~27의 중량비로 혼합된다. 그리고 상기 가교제는 목분과 플라스틱 수지의 혼합물을 100중량부로 한 경우에 1~5중량부로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 목분은 수분 함량이 7% 이하인 것이 바람직하며, 목분 입자는 평균 0.1mm~3.0mm의 크기를 가지고, 분포는 0.1mm 이하가 10% 이하, 1.0mm 이상이 10% 이하로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 플라스틱 수지로는 이에 제한되지는 않지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌 수지인 것이 바람직하다. 아울러, 상기 가교제는 이에 제한되지는 않지만, 무수말레산 함유량이 약 3% 이상인 커플링제인 것이 바람직하다.
본 발명의 목재-플라스틱 복합재를 구성하는 목분의 입자 크기가 0.1~3.0mm인 것이 바람직한 이유는 종래 사용되는 0.1~0.7mm의 목분 입자에 비해 표면적을 줄임으로써 첨가되는 플라스틱 수지의 함량을 상대적으로 낮출 수 있고, 이로 인해 목분의 함량은 증가되어 추후 제조되는 마루바닥재의 적층 소재 간의 접착력을 극대화할 수 있기 때문이다.
또한, 목분의 함량이 전체 목재-플라스틱 복합재 중 70% 이상을 차지하기 때문에 생기는 목분과 플라스틱 수지와의 결합력 저하 문제 및 모서리 부분의 결합 강도 저하 문제는 종래의 압출 공정이 아닌 프레스 공정을 통하여 목분의 함량 증가로 인한 물성의 한계를 극복할 수 있다.
2. 고속 믹싱 단계:
상기 1단계에서의 각 원료들을 균질하게 혼합하는 단계로서, 도 3에 보는 바와 같이, 바닥에 2단 이상의 교반날로 구성되어 있는 고속 믹서에 혼합된 원료를 투입한 다음 약 750rpm 이상의 조건에서 30분간 혼합한다. 이때 고속 믹서 내부는 원료들의 마찰로 인해 온도가 110℃까지 올라가 목분의 잔존 수분을 약 7%에서 약 1% 이하로 떨어뜨린다. 고속 믹싱 단계의 목적은 입자의 크기와 비중이 각기 다른 원료들의 균질 혼합을 목적으로 이루어지며 부가적으로 수분의 함량을 조절하여 다음의 컴파운딩 공정에 최적의 조건을 부여한다.
3. 컴파운딩 단계:
110~175℃의 온도 구간으로 설정된 트윈 스크류 타입의 압출기에서 각 원료들을 컴파운딩하는 단계로서, 플라스틱 수지가 녹아 목분 입자가 결합된다. 컴파운딩 단계는 균일하게 혼합된 각각의 원료들에서 플라스틱 수지와 가교제를 녹여 목분 입자를 코팅하고 결합하게 하는 목적으로 운용되는데, 컴파운딩 압출기는 도 4에서 보는 바와 같이, 2개의 스크류 배럴이 수평으로 나란히 정렬되어 동일한 방향으로 회전을 하며 2개의 스크류 사이에서 혼합 원료가 이송되고 결합한다.
이때 플라스틱 수지를 용융하기 위해 외부에서 열이 가해지는데 적정 온도는 90~190℃의 온도 조건으로 운용되며, 보다 상세하게는 투입부 쪽은 90~120℃, 플라스틱 수지를 용융하여 목분과 결합시키는 구간은 150~175℃, 배출 구간은 120~140℃의 조건으로 설정된다. 2개의 스크류 배럴은 원료의 이송, 가압 교반, 가압, 이송 목적의 스크류 형상이 구분되어 순차적으로 조합되어 있으며 이는 스크류 날개의 각도, 간격, 날개의 두께에 의해 결정된다.
이렇게 컴파운딩 압출기를 통해 나온 중간 원료는 160~180℃의 온도를 나타내며 점성 및 유동성을 발현하여 성형에 적합한 형태로 다음 단계로 이송되는데, 이때, 컴파운딩 설비의 용융 구간 온도 조건이 190℃ 이상의 조건으로 운용될 경우 투입 원료 중 목분이 과잉 가열되어 타거나 색상의 변질이 문제가 된다. 목분이 타는 경우는 결합수가 발생하거나 리그닌의 배출로 인해 성형시 문제를 야기할 수 있고, 또한, 용융 구간 온도 조건이 150℃ 이하로 운용될 경우 플라스틱 수지의 용융 저하로 인해 목분과의 결합 저하를 일으킬 수 있다.
4. 프리프레싱 단계:
160~180℃의 뜨거운 상태의 컴파운드 입자들을 일정한 압을 가하여 형상을 만드는 단계로서, 롤러 프레스나 저압의 유압 프레스로 컴파운드를 1차 성형하는 단계이며, 도 7의 가운데 부분에 있는 프리프레싱 단계를 참조하면, 이 프리프레싱 단계(가성형 단계라고도 한다)의 목적은 압출기에서 나온 중간 원료(컴파운드라고도 한다)의 밀도를 충진하여 최종 성형시 굴곡 강도를 최대화하고 성형물의 부위별 물성 편차를 최소화하기 위함이다. 종래의 목재-플라스틱 복합재 제조 공정과는 차별화된 공정으로 종래 목재-플라스틱 복합재 공정의 경우 컴파운드로 나온 중간 원료를 일정 온도 수준까지 냉각한 다음 최종 압출 성형기에서 제품을 압출 성형하여 냉각한 후 제품화시키는데, 이러한 압출 성형 방법으로는 소형 크기의 목재-플라스틱 복합재를 제조할 수 밖에 없는 단점이 있다. 따라서, 대형 크기의 목재-플라스틱 복합재를 성형하기 위한 본 프리프레싱 단계는 대형 크기 성형에서 나타나는 부위별 물성 편차(기공률, 흡수율, 굴곡 강도 등)의 단점을 보완하기 위한 공정의 일환으로 컴파운드의 충진을 목적으로 하며 컴파운드 원료의 충진 비중이 0.4~0.5인 것에 비해 프리프레싱시 충진 비중이 0.9~1.0으로 상승하게 되는데 이때 굴곡 강도는 150~200kgf/cm2으로 나타난다.
프리프레싱 단계에 사용되는 장치로는, 종류나 방식에 국한하지 않고 단위 면적(cm2)당 5~15kgf의 하중을 가할 수 있는 장치이면 무방하며, 보다 구체적으로는 적정 온도(160~180℃)와 균질한 크기(1~4mm)의 컴파운드 원료가 충진된 금형 몰드에 상부 금형이 가압 성형할 수 있는 유압프레스 또는 컴파운드가 일정한 두께로 눌려질 수 있는 간격을 가진 상부 또는 상·하부에 드럼 형태의 롤러를 통해 원료를 가압할 수 있는 롤러프레스가 바람직하다. 특히 프리프레싱시 적정 온도의 컴파운드 원료가 충진되어 성형되는 가성형폼의 폭을 1,000mm 이상으로 한다.
5. B/P 성형 단계:
110~200℃ 온도 조건에서 1차 가성형된 원료를 벨트 선단에 투입하여 목적하는 두께(3~25T) 및 크기로 최종 성형하는 단계이며, 성형압은 약 40bar 정도이다.
도 5에서 보는 바와 같이, 적정 온도의 컴파운드 원료가 가성형된 보드는 위 아래에 롤러 드럼으로 가압하는 방식의 벨트 프레스로 투입되어 최적의 성형압으로 최종 가압을 하게 된다. 상기 벨트 프레스는 가열 구간과 냉각 구간으로 순차적으로 구분되어 있으며 가열 구간은 110~200℃의 온도 조건으로 유지되는 분위기에서 40bar의 단위압으로 가압 성형을 한다. 보다 상세하게는 140~170℃의 온도로 설정된 가열 구간을 선속 1~2.0M/min 속도(7T 두께 성형 기준)로 가압되어 통과한다. 설정 온도가 140℃ 이하로 낮을 경우 가성형 시트의 플라스틱 수지가 경화되어 원료의 유동성을 현저히 떨어뜨려 성형품의 불량을 야기하고 170℃보다 높을 경우 가성형 시트가 롤러에 부착되어 제품의 불량 및 생산성 저하를 야기한다. 성형 제품의 최종 두께는 상하부 롤러의 간격에 의해 결정되며 최종 성형 두께는 5~7mm의 두께로 성형된다. 벨트 프레스 배출부에서 배출되는 가압 성형 판재는 냉각 구간을 거쳐서 배출되며 냉각 구간을 거치는 동안에도 성형 판재에는 일정한 하중이 가해지며 냉각이 이루어진다. 이는 플라스틱 특성상 온도 변화에 따른 응력과 풀림 현상이 반복되기 때문이며 이때 제품의 변형을 야기할 수 있기 때문에 최종 냉각 시점(35℃ 이하)까지는 하중을 가하여 냉각하며 가해지는 하중은 5~10kgf/cm2이다.
6. 컷팅 샌딩 단계:
*냉각된 성형 판재를 규격 치수대로 4방향 끝을 컷팅하고 위 아래 표면을 연마하여 치수 편차를 ±0.1mm 이내로 줄이고 부착 표면을 매끄럽게 하는 단계로, 5~7mm 두께로 최종 성형된 판재는 제품 부착에 필요한 두께로 표면 가공을 하여 3~4mm로 맞춘다.
이상과 같은 6단계의 제조 공정으로 본 발명의 목재-플라스틱 복합재를 수득할 수 있는데, 핵심적인 컴파운딩 단계, 프리프레싱 단계 및 B/P 성형 단계에 대한 메커니즘을 도 7에 정리하였다. 또한, 본 발명의 제조 공정(목분 입자: 0.1~3.0mm, 목분 함량: 70~80중량%, 프레스 성형)에 따라 제조된 목재-플라스틱 복합재의 표면을 도 2(A)에, 종래 제조 공정(목분 입자: 0.1~0.7mm, 목분 함량: 70~80중량%, 압출 성형)에 따라 제조된 목재-플라스틱 복합재의 표면을 도 2(B)에 나타내었다.
[마루바닥재의 제조]
1. 부착 단계:
두께 3~4mm로 연마된 목재-플라스틱 복합재 위에 접착제를 60~80g/m2 도포하여 준비된 동일 크기(두께는 3~4T)의 베니어판, 베니어 합판 또는 섬유판으로 이루어진 목질 코어층을 부착한다. 상기 목질 코어층을 적층한 후 그 위에 표면 무늬층을 적층하는데, 적용 접착제는 상부 접착제와 동일한 1종 이상을 사용하며 표면 무늬층은 고압 멜라민(HPM: high pressure melamine)층, 저압 멜라민(LPM: low pressure melamine)층 또는 무늬목(0.4~3T) 중에서 선택되는 1종 이상을 사용한다. 사용되는 접착제는 수성 또는 무용제형 접착제로 에폭시계, 폴리우레탄계, 페놀계, 폴리이소시아네이트계, 에틸렌-초산비닐계 중에서 선택되는 1종 이상을 사용한다.
본 발명의 목재-플라스틱 복합재 위에 접착제를 사용하여 목질 코어층만 부착해서 사용할 수도 있으며, 상기 목재-플라스틱 복합재 위에 접착제를 사용하여 표면 무늬층만 부착해서 사용할 수도 있다. 단, 목재-플라스틱 복합재, 목질 코어층 및 표면 무늬층을 모두 적층하는 경우는 상술한 바와 같이, 목재-플라스틱 복합재를 기저층으로 하여 그 위에 목질 코어층을 적층하고 최상부에 표면 무늬층을 적층하는 순으로 한다.
2. 프레싱 단계:
접착제로 적층 완료한 복합 판재는 접착제의 강도 발현을 위해 필요한 가사시간만큼 프레싱하여 유지하는 단계이다. 가압에 필요한 압은 5~10kgf/cm2이며 유압 또는 공압 실린더 형태로 가압한다.
3. 제품 규격 절단 및 엔드 사이드 가공 단계:
부착 완료된 복합 판재는 제품 규격 치수로 절단하여 마루바닥재로 한 다음 사이드 및 엔드 가공을 하는 단계이다. 사이드 및 엔드 가공은 마루바닥 제품의 한쪽 측면에 돌출 부위를 갖고 다른 측면은 돌출 부위를 끼우기 위한 홈을 가지고 있는 T&G(tongue and groove) 결합 구조를 가지며, 폭 방향의 측면 또한 마찬가지이다. 이외에도 클릭(click) 시스템 또는 커넥터에 의한 연결 구조를 가지게도 할 수 있다.
이상과 같이, 목재-플라스틱 복합재 및 이를 이용한 마루바닥재의 제조 방법에 대해 알아보았는데, 본 발명 공정에 따라 성형된 프레스 방식의 목재-플라스틱 복합재는 종래의 압출 성형 방식의 목재-플라스틱 복합재와 비교시 목분의 함량을 증가하더라도 동등한 수준 이상의 굴곡 강도를 나타내며, 목분의 함량이 높기 때문에, 마루바닥재 제조시에 목재-플라스틱 복합재와 목질 코어층 간의 부착력 상승을 가져와, 종래의 PE 또는 PP 수지를 사용하는 목재-플라스틱 복합재에서 발생하는 접착력의 문제를 개선한 것이 특징이다.
무극성의 PE 또는 PP 수지의 경우 사용되는 접착제에 의한 접착력이 종래의 목질계 마루바닥재의 접착력과 비교시 현저히 낮은 수치를 나타내며, 이는 무극성의 플라스틱 수지에서 나타나는 기본적인 성질로서 무극성 플라스틱 수지에의 접착력 향상을 위해 개질된 접착제를 사용하는 경우에도 그러한데, 이에 물성을 유지하면서 목분의 함량을 최대 비율로 적용하고 사용되는 목분의 입자 크기 역시 접착력을 증대하기 위한 목적으로 큰 입자의 목분을 사용하여 강화마루나 강마루와 같은 목질 바닥재에 근접한 접착력을 가지는 목재-플라스틱 복합재를 개발한 것이 본 발명의 특징 중 하나이다.
접착의 기본 원리는 피착제로 접착제가 흡수됨에 따라(강마루의 경우 목질의 기공 사이로 흡수) 접착력을 발휘하는 경우와 피착제와 접착제의 화학 반응에 의해 경화되어 접착력을 발휘하는 경우로 나뉘는데 본 발명에서는 피착제인 목재-플라스틱 복합재의 표면을 목질의 표면과 같은 원리로 접착력을 극대화한 것을 특징으로 한다.
또한, 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에서 제조된 마루바닥재는 목재-플라스틱 복합재를 기재층으로 한 다단 적층 구조를 가지며 제품의 윗 방향 또는 아래 방향으로 휘어지는 변형을 해결한 밸런스 효과를 최대화한 구조이며 이를 위해 중간층은 목질층으로 구성되고 최상부층은 표면 무늬층으로 구성되는 특징을 가지고 있다.
본 발명에서 제조된 목재-플라스틱 복합재 시트는 목분을 원료로 성형한 형태로 각 방향으로 인장력, 굴곡 강도 등의 물성이 서로 대칭을 이루는 조직 구조로서 상·하부의 밸런스가 유지되어 있기 때문에 한쪽 면에 접착제를 이용하여 무늬목 또는 HPM 시트를 부착하는 경우 접착제의 응력이나 무늬목 또는 HPM 시트의 수분에 의한 수축 팽창으로 인해 발생하는 응력 또는 장력으로 최종 제품의 변형을 야기할 수 있다. 그러나, 부착되는 접착층이 이러한 응력 또는 장력을 상쇄할 수 있는 다단의 접착층으로 구성이 되는 본 발명의 경우를 통해 이러한 최종 제품의 변형을 해결하였다. 다단의 접착층이라 함은 목재-플라스틱 복합재 기재층 위에 중간층과 최상부층이 구성되도록 한 것으로, 기재층과 중간 코어층에서 발생하는 응력 또는 장력을 중간 코어층과 최상부층의 접착으로 발생하는 응력 또는 장력으로 상쇄함에 따라 제품의 밸런스를 최대화하여 휨 현상을 개선한 것이다. 단, 접착제의 응력 또는 목재-플라스틱 복합재와 그 위에 적층되는 시트 사이에서 발생하는 응력 또는 장력이 발생되지 않는 경우에는 상기 목재-플라스틱 복합재 위에 바로 무늬목 또는 HPM 시트를 적층한 마루바닥재를 제조할 수도 있고, 상기 목재-플라스틱 복합재 위에 바로 목질 코어층을 적층한 마루바닥재를 제조할 수도 있다.
본 발명에서 목질 코어층(중간층)은 섬유판, 베니어 또는 베니어 합판을 사용할 수 있는데, 상기 섬유판은 고밀도 섬유판으로 구성되어 있으며, 비중이 0.8g/cm2 이상이고 접착면이 연마된 3~4mm 두께의 것을 사용하고, 상기 베니어는 동남아 지역에서 자생하는 hard wood 또는 러시아 지역에서 자생하는 북양재 등을 사용할 수 있으며, 로타리 레이스 방식으로 절삭한 것으로서 기재의 목재-플라스틱 복합재와의 밸런스 효과를 위해 3~4mm로 가공한 것을 사용하며 함수율은 7~10%인 것을 사용하고 수종에 따라 비중이 0.4~1.0g/cm2인 것을 사용한다.
또한, 상기 베니어 합판은 상기 베니어를 홀수 겹으로 적층한 내수 합판 형태의 것을 적용할 수 있으며, 함수율은 7~10%인 것을 사용한다.
본 발명의 마루바닥재를 구성하는 적층 소재 중 최상부층인 표면 무늬층은 두께가 0.4~0.7mm인 인쇄층 및 멜라민 함침 오버레이 시트로 구성된 멜라민 시트(HPM 또는 LPM)로 접착하여 천연질감에 근접하면서도 자외선에 의한 탈색의 문제를 개선하고 높은 내마모성과 내스크래치성, 내충격성을 갖춘 마루바닥재를 제공할 수 있다.
상기 최상부층은 탈색의 개선 및 내마모성 증대 목적으로 표면을 도장 처리(UV 코팅)한 무늬목(0.4~4mm 두께로 슬라이스 커팅한 원목 또는 베니어를 포함)을 적용할 수 있다.
상기 무늬목은 원목을 천연질감과 디자인을 표현하기 위해 사용되며 모든 수종을 적용할 수 있는데, 일반적으로 원목을 슬라이스 절삭하여 사용하며 0.3~0.7mm인 것을 사용한다.
본 발명의 목재-플라스틱 복합재 및 이를 이용한 마루바닥재의 전체 공정 플로우 모식도를 도 6에 도시하였다.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
< 실시예 >
실시예 1~3, 비교예 1~7:
본 발명의 목재-플라스틱 복합재의 제조 공정에 따라 제조한 목재-플라스틱 복합재의 굴곡강도, 기공률 및 흡수율을 아래의 방법으로 조사하였다.
<굴곡 강도>
굴곡강도 시험은 도 8과 같은 시험장치를 사용하여 시험편의 표면에 평균 변형 속도 약 50mm/min의 하중을 가하고 그 최대 하중(P)을 측정하여 하기 식에 따라 구하는데, 길이 방향의 시험 결과를 나타낸 값이다.
Figure 112017058857409-pat00001
(상기 식에서, P는 최대 하중(N), L은 스팬(mm), B는 시험편의 나비(mm), T는 시험편의 두께이다)
<기공률>
기공률 시험은 시험 시편을 110±5℃의 온도 조건에서 항량이 될 때까지 건조한 다음 데시케이터에서 실온까지 냉각시킨다. 이때의 질량을 m1으로 한다. 다음, 냉각 및 건조된 시험편을 기밀 용기에 넣고, 용기를 밀폐한 뒤 2500pa이 될 때까지 진공으로 하여 15분간 유지한다. 이 후 진공을 차단시키고 기밀 용기 내에 함침을 위한 액을 약 20mm 정도 덮도록 서서히 넣는다. 다음으로 용기를 다시 밀폐하여 감압 하에서 30분간 유지하며, 감압 과정을 한번 더 거친 다음 시험편이 함침액에 담긴 상태에서 질량을 측정하고, 이때의 질량을 m2로 한다. 이 후 함침액에 담근 면직물 천을 준비하여 한번 가볍게 짠 다음 함침액 내의 시험 시편을 재빨리 꺼내어 준비된 면직물 천으로 표면의 함침액을 닦아주고 이때의 질량을 측정하는데, 질량을 측정하는 동안 함침액의 증발에 따른 질량 손실이 일어나지 않도록 주의하고 이때의 질량을 m3으로 하여, 하기 기공률 식에 따라 기공률을 계산한다.
Figure 112017058857409-pat00002
(상기 식에서, m1은 건조한 시험편의 질량, m2는 진공에서 액체에 담갔을 때 침투된 겉보기 질량, m3는 액체에 젖은 상태에서 공기 중에서의 질량이다)
<흡수율>
흡수율 시험은 수침 전 시험편의 무게를 측정한 후 20±1℃의 수중에 수면에서 약 3cm 깊이에 평활면을 위로하여 수평하게 놓고 24시간 경과 후 꺼내어 표면에 남아있는 잉여 수분을 제거하고 시험편을 120mm 각의 10매의 흡수지 중앙에 놓고 그 위에 같은 크기의 약 3kg의 판 모양의 추를 포개고 약 30초 후에 꺼내어 10분 이내에 질량을 측정한다.
Figure 112017058857409-pat00003
(상기 식에서, w1은 수침 전의 질량(g)이며, w2는 수침 후의 질량(g)이다)
하기 표 1에서와 같이 본 발명의 제조 공정에 따라 제조된 목재-플라스틱 복합재(실시예 1 및 2)와, 목분 입자 크기 및 성형 방법이 다른 경우(비교예 1 및 2), 목분 입자 크기만 다른 경우(비교예 3 및 4), 목분 함량이 80%를 넘어선 경우(비교예 5)의 물성들을 분석하여 비교하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
구분 목분의 입자 크기
(mm)		 목분과 플라스틱 수지의
배합 비율		 성형 방법
실시예 1 0.1 ~ 3.0 7:3 프레스 성형
실시예 2 0.1 ~ 3.0 8:2 프레스 성형
비교예 1 0.1 ~ 0.7 7:3 압출 성형
비교예 2 0.1 ~ 0.7 8:2 압출 성형
비교예 3 0.1 ~ 0.7 7:3 프레스 성형
비교예 4 0.1 ~ 0.7 8:2 프레스 성형
비교예 5 0.1 ~ 0.7 8.5:1.5 프레스 성형
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5

성형
크기		 폭 1220mm
이상		 1220mm
이상		 150mm 150mm 1220mm
이상		 1220mm
이상		 1220mm
이상
길이 제한없음 제한없음 제한없음 제한없음 제한없음 제한없음 제한없음
두께 7mm 7mm 25mm 25mm 7mm 7mm 7mm
굴곡강도
(kgf/cm2)		 457 405 414 255 429 387 274
기공률(%) 7.37 7.44 0.84 1.97 6.52 7.10 10.86
흡수율(%) 6.35 6.67 0.16 1.63 4.95 5.27 9.52
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 목재-플라스틱 복합재의 제조 공정에 따라 제조된 실시예 1 및 실시예 2에서 굴곡강도, 기공률 및 흡수율이 가장 크다는 것을 알 수 있었다. 목분 입자의 크기는 0.1~3.0mm, 목재-플라스틱 복합재 내의 목분 함량은 70~80중량% 및 목재-플라스틱 복합재 성형 방법은 프레스 성형인 경우에서 가장 뛰어난 물성을 보임을 알 수 있었는데, 종래의 압출 성형 방식으로 제조한 경우(비교예 1 및 2)는 성형 판재의 크기도 작을 뿐 아니라 물성도 떨어져있음을 알 수 있었으며, 목분 입자의 크기가 0.1~0.7mm로 작은 경우(비교예 3 및 4)는 본 발명의 목재-플라스틱 복합재에 비해 모든 물성들이 약간씩 떨어짐을 알 수 있었다. 또한, 목분의 함량이 80%를 초과하는 경우(비교예 5)에는 굴곡강도가 현저히 낮아짐을 알 수 있었다.
한편, 목분 입자의 크기는 0.1~3.0mm의 대립을 사용한 상태에서 목분의 함량만 조절하여 본 발명의 목재-플라스틱 복합재를 제조한 경우에 목재-플라스틱 복합재의 물성이 어떻게 변하는지에 대하여 한번 조사해 보았다. 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
구분 비교예 6 실시예 1 실시예 3 실시예 2 비교예 7

성형
크기		 폭 1220mm
이상		 1220mm
이상		 1220mm
이상		 1220mm
이상		 1220mm
이상
길이 제한없음 제한없음 제한없음 제한없음 제한없음
두께 7mm 7mm 7mm 7mm 7mm
목분:수지의 비율 6.5:3.5 7.0:3.0 7.5:2.5 8.0:2.0 8.5:1.5
굴곡강도
(kgf/cm2)		 460 457 455 405 208
기공률(%) 0.84 7.37 7.38 7.44 15.86
흡수율(%) 0.16 6.35 6.32 6.67 13.52
이미 살펴본 실시예 1(목분 함량 70중량%)과 실시예 2(목분 함량 80중량%) 사이에 실시예 3을 두어 목분 함량 75중량%일 때의 물성을 조사해보았으며, 목분 함량이 65중량%인 경우(비교예 6)와 목분 함량이 85중량%인 경우(비교예 7)의 물성도 조사해보았다.
예상대로, 목분 함량이 70중량% 미만인 경우에는 기공률과 흡수율이 저조하였으며, 목분 함량이 80중량% 초과인 경우에는 굴곡강도가 현저하게 저하하였다.
실시예 1-1~3-1, 비교예 6-1~7-1:
상기 표 3에서와 같이 목분의 함량을 65중량%에서 85중량%로 증량시킴에 따라 접착력이 어떻게 달라졌는지를 알아보는 실험을 실시하였다.
상기 표 3의 실시예 1~3 및 비교예 6~7의 목재-플라스틱 복합재를 기재로 하여 표면을 연마한 다음 표면에 내마모 표면 처리가 된 멜라민 함침 시트를 수성 또는 무용제형 접착제 중 에틸렌-초산비닐계 접착제를 120g/m2의 동일 중량으로 부착하여 접착력을 측정하여 보았다.
접착력은 KS F3101의 접착력 시험방법에 따라 시험편을 끓는 물에서 4시간 삶은 다음, 60±3℃의 온도에서 20시간 건조시켜 다시 끓는 물에서 4시간 삶고 상온의 물 속에 담가 식힌 후, 젖은 채로 시험편의 양 끝을 물리고 양 끝의 방향으로 2mm/min 하중 속도로 잡아 당겨 파괴시의 최대 하중을 측정하고 하기 식에 따라 산출한다.
Figure 112017058857409-pat00004
(상기 식에서, P는 최대 하중, b는 접착 단면의 길이(mm), h는 시험편의 폭(mm)을 나타낸다)
실시예 1의 목재 플라스틱 복합재의 접착력을 테스트한 경우를 실시예 1-1로 하고, 나머지 예들도 마찬가지로 하여 표시하였으며, 목분 함량에 따른 접착력 결과는 하기 표 4와 같았다.
구분 비교예 6-1 실시예 1-1 실시예 3-1 실시예 2-1 비교예 7-1

성형
크기		 폭 1220mm
이상		 1220mm
이상		 1220mm
이상		 1220mm
이상		 1220mm
이상
길이 제한없음 제한없음 제한없음 제한없음 제한없음
두께 7mm 7mm 7mm 7mm 7mm
목분:수지의 비율 6.5:3.5 7.0:3.0 7.5:2.5 8.0:2.0 8.5:1.5
접착력
(N/mm2)		 0.66 1.11 1.13 1.18 기재파손
예상한 것과 같이, 목분 함량이 증가함에 따라 목재-플라스틱 복합재와 멜라민 함침 수지의 접착력이 증대되는 것을 볼 수 있었다. 또한, 목분 함량이 증가하면 목재-플라스틱 복합재 내에서 목분과 플라스틱 수지 사이의 결합이 저하되는 종래의 문제점도 표 3의 굴곡 강도 데이터를 보면 알 수 있듯이 본 발명의 목재-플라스틱 복합재의 제조를 위한 프레스 성형 및 목분 입자 크기의 증대 효과로 인해 극복할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 표 3의 굴곡 강도(400 이상)와 표 4의 접착력(1.0 이상) 데이터를 통하여, 바람직한 목분 함량은 70~80중량%임을 알 수 있었다.
실시예 4~6, 비교예 8~10:
다양한 목재-플라스틱 복합재를 기재층으로 한 마루바닥재를 제조한 다음, 접착력(N/mm2), 열간 치수 변화율-폭(%), 열간 치수 변화율-길이(%), 열전도성(w/(m·k)), 흡수 두께 팽창율(%), 휨 안정성-저온(mm), 휨 안정성-고온(mm) 등의 물성을 평가하였다.
열간 치수 변화율은 시험편을 온도 20±1℃, 상대습도 65±5%의 조건에서 항량에 도달하였을 때 길이를 0.01mm 눈금 다이얼 게이지를 이용하여 측정하고 이를 기준 길이로 한다. 이어서 시험편을 80±1℃, 상대습도 65±1%의 조건에서 24시간 방치한 후 이때의 길이를 측정하여 계산한다.
Figure 112017058857409-pat00005
(상기 식에서, L1은, 온도 20±1℃, 상대습도 65±5%의 조건에서의 길이이며, L2는, 온도 80±1℃, 상대습도 65±5%의 조건에서의 길이이다)
열전도성은 시험편을 일정한 크기와 두께로 준비한 다음 105±1℃에서 항량이 될 때까지 건조한 다음, KS L9015의 열전도율 시험 방법에 따라 25±1℃ 조건에서 시험체를 통과하는 열류량을 직접 전기적으로 측정하고, 그때의 시험편 온도 차를 측정하여 열전도성을 계산한다.
흡수두께 팽창율은 시험편을 온도 20±1℃, 상대습도 65±5%의 조건에서 항량에 도달하였을 때 길이를 0.01mm 눈금 다이얼 게이지를 이용하여 측정하고 이를 기준 길이로 한 다음 상온수에서 24시간 침지하여 침지 전 후의 두께 변화율을 측정하여 계산한다.
Figure 112017058857409-pat00006
(상기 식에서, T1은 침지 전 시험편의 두께이고, T2는 침지 후 시험편의 두께이다)
휨 안정성은 각 시험편을 85mm×800mm×7T의 동일한 크기로 준비한 다음 저온 20±1℃의 온도 조건에서 24시간 방치한 후 석정반 위에 컬(curl: 구부러진 형상)의 방향이 위로 향하게 한 다음 컬의 높이를 틈새 게이지를 이용하여 측정한 값이다. 고온의 측정값은 80±1℃의 온도 조건에서 24시간 방치한 후 석정반 위에 놓인 컬의 높이를 동일한 방법으로 측정하여 나타낸 값이다.
상기와 같은 물성들을 목재-플라스틱 복합재의 제조 조건을 조금씩 변경하여 측정하였는데, 상기 실시예 1을 기준으로 하여 이로부터 하기 표 5에서와 같이 제조 조건을 변경하였다.
구분 목분의
입자 크기
(mm)		 목분과
플라스틱 수지의
배합 비율		 성형 방법 적층 순서
(목재-플라스틱 복합재를 기재로 하여)
실시예 1 0.1 ~ 3.0 7:3 프레스 성형 멜라민 함침 시트 부착
실시예 4 0.1 ~ 3.0 7:3 프레스 성형 섬유판 코어층/ HPM층
실시예 5 0.1 ~ 3.0 7:3 프레스 성형 베니어 코어층/ HPM층
실시예 6 0.1 ~ 3.0 7:3 프레스 성형 베니어 합판 코어층/
HPM층
비교예 8 0.1 ~ 0.7 7:3 압출 성형 HPM층 부착
비교예 9 내수 합판을 기재로 하고 최상층에 멜라민 함침 시트 부착
비교예 10 고밀도 섬유판을 기재로 하고 최상층에 멜라민 함침 시트 부착
상기 표 5에서와 같은 조건으로 제조된 마루바닥재의 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 6에 나타낸다.
실시예 1 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 8 비교예 9 비교예 10
열간치수
변화율-폭(%)
0.04
-0.03
-0.02
-0.02
0.05
-0.11
-0.12
열간치수
변화율-
길이(%)
0.04
-0.03
0.02
0.02
0.05
-0.01
-0.11
열전도성
(w/(m·k))		 0.319 0.317 0.315 0.314 0.320 0.107 0.112
접착력
(N/mm2)		 1.11 - 1.15 1.18 0.13 1.21 -
흡수두께
팽창율(%)		 0.9 1.5 1.1 1.2 1.0 - 5.3
휨 안정성-
저온(mm)		 1.2 0.5 1.2 0.5 4.5 0.4 0.3
휨 안정성-
고온(mm)		 5.1 3.4 4.2 4.7 9.2 5.1 2.2
길이방향 열간치수 변화율에서 종래의 목재-플라스틱 복합재에 멜라민 함침 시트를 부착한 비교예 8과 비교시, 실시예 1 및 4~6의 마루바닥재에서 동등 수준 이상으로 낮은 변화율을 보였다. 이는 상대적으로 열간치수 변화율이 낮은 목재 성질의 장점이 실시예에서 큰 이점으로 나타난 결과로 판단된다.
열전도성의 경우 상대적으로 높은 비교예 8의 경우보다는 낮은 수치를 보이나 일반적으로 열전도성이 높은 목재-플라스틱 복합재의 특성이 실시예에도 나타나며 목질계 바닥재에 비해 뛰어난 결과값을 나타내었다.
접착력 비교에서는 기존 목재-플라스틱 복합재의 낮은 접착력(비교예 8: 0.13N/mm2)에 비해 실시예 5 및 6에서는 기존의 목질계 바닥재에 근접하는 접착력(1.15~1.2N/mm2)을 보임으로써 본 발명의 목재-플라스틱 복합재의 제조 공정에 따른 접착제의 흡수력 개선 및 목질계 코어층 적용에 따른 접착력의 강화에 기인하는 결과로 나타났다.
휨 안정성(저온 및 고온)에서는 단면 부착을 한 비교예 8의 경우에 휨 안정성이 저하됨을 알 수 있었는데, 본 발명의 목재-플라스틱 복합재 내의 목질 코어층을 구비한 경우에는 안정성이 높아진 것을 알 수 있다. 기존의 목질계 마루바닥재인 강화마루(비교예 10)에 비해 다소 높은 수치를 보이지만, 강마루(비교예 9)와 비교시 동등 수준 이상의 결과치를 보임에 따라 목재-플라스틱 복합재와 멜라민 시트 사이에 목질 코어층을 설치한 것이 휨 안정성을 개선한 것으로 판단된다.
실시예 7~10, 비교예 11~12:
탈색의 개선 및 내마모성 증대 목적으로 표면을 도장 처리(UV 코팅)한 무늬목(0.7mm 두께)을 각각의 기재 위에 부착한 마루바닥재의 여러 물성을 분석하여 보았다.
하기 표 7의 제조 조건에 따라 제품을 제조하였다.
구분 목분의
입자 크기
(mm)		 목분과
플라스틱 수지의
배합 비율		 성형 방법 적층 순서
(목재-플라스틱 복합재를 기재로 하여)
실시예 7 0.1 ~ 3.0 7:3 프레스 성형 무늬목 부착
실시예 8 0.1 ~ 3.0 7:3 프레스 성형 섬유판 코어층/ 무늬목
실시예 9 0.1 ~ 3.0 7:3 프레스 성형 베니어 코어층/ 무늬목
실시예 10 0.1 ~ 3.0 7:3 프레스 성형 베니어 합판 코어층/
무늬목
비교예 11 0.1 ~ 0.7 7:3 압출 성형 무늬목 부착
비교예 12 내수 합판을 기재로 하고 표면에 무늬목을 부착
이들 조건에 따라 제조된 마루바닥재의 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 8에 나타낸다.
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 비교예 11 비교예 12
열간치수
변화율-폭(%)
0.04
-0.02
-0.02
-0.02
0.05
-0.12
열간치수
변화율-
길이(%)
0.05
0.02
0.04
-0.02
0.06
-0.02
열전도성
(w/(m·k))		 0.311 0.310 0.308 0.309 0.312 0.103
접착력
(N/mm2)		 1.07 - 1.10 1.18 0.07 1.12
흡수두께
팽창율(%)		 1.3 1.6 1.3 1.3 1.3 -
휨 안정성-
저온(mm)		 0.7 1.1 0.5 0.3 4.4 0.4
휨 안정성-
고온(mm)		 3.4 4.0 4.9 2.6 9.2 5.1
표 8에서 알 수 있듯이, 본 발명의 목재-플라스틱 복합재 위에 멜라민 시트층, 또는 목질 코어층과 멜라민 시트층을 함께 적층한 마루바닥재의 경우에서와 거의 동일한 결과를 나타냄을 알 수 있었다. 강마루인 비교예 12의 휨 안정성과 거의 같거나 좀 더 나은 휨 안정성을 보이고 있었으며, 적층 소재 간의 접착력도 목분의 입자 크기가 작고 압출 성형을 거쳐 수득된 비교예 11의 경우보다 훨씬 더 우수한 접착력을 나타내고 있었다.
10 …… 도장층
20 …… 표면 무늬층
30 …… 제2 접착층
40 …… 목질 코어층
50 …… 제1 접착층
60 …… 목재-플라스틱 복합재

Claims (13)

  1. 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 포함되고,
    상기 목재-플라스틱 복합재는 비중이 0.9~1.0인 목재-플라스틱 복합재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 목재-플라스틱 복합재는,
    목분, 플라스틱 수지 및 가교제를 혼합하는 단계;
    110~175℃의 온도에서 상기 혼합물을 컴파운딩하는 단계;
    상기 컴파운딩된 입자들을 프리프레싱하는 단계; 및
    110~180℃의 온도 조건에서 상기 프리프레싱된 입자를 벨트 선단에 투입하여 프레싱 성형하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 목재-플라스틱 복합재.
  3. 청구항 1에 기재된 목재-플라스틱 복합재 위에, 목질 코어층 또는 표면 무늬층이 추가로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 마루바닥재.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 목재-플라스틱 복합재 위에 목질 코어층 및 표면 무늬층이 모두 적층되는 경우에는, 상기 목재-플라스틱 복합재 위에 상기 목질 코어층과 표면 무늬층이 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 마루바닥재.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 목재-플라스틱 복합재의 두께는 3~5mm인 것을 특징으로 하는 마루바닥재.
  6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 목질 코어층은 베니어, 베니어 합판 및 경질 섬유판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마루바닥재.
  7. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 표면 무늬층은 무늬목, 고압 멜라민(HPM)층 및 저압 멜라민(LPM)층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마루바닥재.
  8. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 목질 코어층 또는 상기 표면 무늬층은 접착제층을 통해 적층되는 것을 특징으로 하는 마루바닥재.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 접착제층은, 수성 또는 무용제형 접착제로서, 에폭시계, 폴리우레탄계, 페놀계, 폴리이소시아네이트계 및 에틸렌-초산비닐계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마루바닥재.
  10. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 표면 무늬층 상부에 표면 도장층이 추가로 적층되는 것을 특징으로 하는 마루바닥재.
  11. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 마루바닥재가 T&G(Tongue and Groove), 클릭(Click) 시스템, 또는 커넥터에 의한 연결 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 마루바닥재.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2의 목재-플라스틱 복합재, 목질 코어층 및 표면 무늬층을 준비하는 단계;
    상기 목재-플라스틱 복합재 상부에 접착제층을 개재하여 목질 코어층 또는 표면 무늬층을 적층하고 열압착하여 일체화하는 단계를 포함하며,
    수득된 마루바닥재를 사이드 및 엔드 가공을 하여 T&G, 클릭 시스템 또는 커넥터에 의한 연결구조를 가지도록 한 마루바닥재의 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 목재-플라스틱 복합재 상부에 접착제층을 개재하여 목질 코어층을 적층한 경우에, 상기 목질 코어층 상부에 제2 접착제층을 개재하여 표면 무늬층을 적층하고 열압착하여 일체화하는 단계를 포함하는, 마루바닥재의 제조 방법.
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