KR102012663B1 - 반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반탄화 목분을 이용하여 탄화가 되지 않은 목재의 부패에 의한 수명, 내습성 및 강도 저하가 원활히 해소되도록 하는 반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법에 관한 것으로, 본 제조 방법은 목재를 분쇄하여 우드칩을 제조하는 우드칩 제조 단계(S10)와, 상기 우드칩을 과열증기로 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 과열증기 반탄화 단계(S20)와, 상기 반탄화 칩을 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 반탄화목분 생성 단계(S30)와, 상기 반탄화 목분에 합성수지 분말을 혼합하는 합성수지분말 혼합 단계(S40)와, 상기 합성수지 분말이 혼합된 분말을 고온 상태에서 가압하여 합성목재를 제조하는 합성목재 제조 단계(S50)를 포함한다.

Description

반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SYNTHETIC WOOD CONTAINING SEMI-CARBONIZED WOOD POWDER}
본 발명은 합성목재 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반탄화 목분을 이용하여 탄화가 되지 않은 목재의 부패에 의한 수명, 내습성 및 강도 저하가 원활히 해소되도록 하는 반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 원목에 대한 소비자의 선호도 증가와 천연적인 질감에 의해 미관이 향상되는 효과로 인해, 마루판, 천정판, 문짝, 문틀, 창호, 펜스와 같은 건축물의 외장재 또는 내장재로 천연 목재가 주로 이용되고 있다.
이러한 천연 목재를 이용한 건축물의 내외장재는 목재의 벌목에 따른 산림 훼손 문제와 더불어, 강도가 약하고, 외부의 온도 변화 및 습도, 충격 등에 의해 쉽게 변형되는 목재의 고유 물성에 의해 건축물의 외장재로 이용되기 곤란한 문제점과, 항균성이 낮아 수분에 의해 쉽게 썩어 그 수명이 단축되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 천연 목재와 합성수지를 혼합한 후 사출 또는 압출 성형하여 제조한 합성목재가 등장하였는데, 천연목재와 유사한 질감 및 외관을 가지면서도 저렴하게 단가로 인해, 건축물의 내외장재로서 천연 목재를 대체할 소재로 주목 받고 있다.
그??데, 상기와 같은 종래의 합성목재는 천연 목재의 분말을 함유하고 있으므로, 함유된 천연 목재 자체가 균과 수분에 의해 부패하면서 썩어 그 수명이 저하되는 문제점이 있었다.
공개특허 제2016-0046709호 "반탄화 목분을 함유하는 합성 목재 조성물"(2016.04.29.)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 반탄화 목분을 이용하여 목재의 부패에 의한 수명, 내습성 및 강도 저하가 원활히 해소되도록 하는 반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법"은, 목재를 칩 형태로 분쇄하여 우드칩을 제조하는 우드칩 제조 단계와; 상기 우드칩을 반탄화 설비에 넣고, 섭씨 250도 내지 350도의 과열증기로 가열하여 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 과열증기 반탄화 단계와; 상기 반탄화 칩을 분말로 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 반탄화목분 생성 단계와; 상기 반탄화 목분에 합성수지 분말을 넣고 교반하여 균질하게 혼합하여 혼합 분말을 생성시키는 합성수지분말 혼합 단계와; 상기 합성수지 분말이 혼합된 상기 혼합 분말을 성형틀에 넣고, 상기 합성수지 분말이 용융되는 고온 상태에서 가압하여 합성목재를 제조하는 합성목재 제조 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법"의 상기 합성수지 분말은, 폴리에틸렌 분말, 폴리카보네이트 분말, 폴리프로필렌 분말, 폴리스티렌 분말, 및 폴리부타디엔 분말 중의 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물이고, 상기 반탄화 설비는, 연소가스가 통과하는 중공의 연소부와, 상기 연소부의 외주면에 형성되어 과열증기가 발생되는 과열증기 생성부와, 우드칩을 하부로 낙하시키는 중에 상기 과열증기 생성부로부터 공급받은 과열증기를 상기 우드칩에 분사하여 상기 우드칩을 연속적으로 가열 반탄화시켜 반탄화 칩을 제조하는 반탄화부와, 상기 반탄화부를 통해 제조된 반탄화 칩을 과열증기로부터 분리하여 배출시키는 분리배출부를, 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법"의 상기 과열증기 반탄화 단계에서, 반탄화 공정 중에 상기 우드칩의 연소가 방지되도록 상기 반탄화 설비의 내부에 무산소 분위기를 형성하는 무산소 분위기 형성 과정과, 상기 반탄화 칩의 생성이 완료되면 상기 반탄화 칩과 과열증기를 분리시키는 과열증기 분리 과정과, 상기 분리된 과열증기를 상기 반탄화 설비로 재순환시켜 열원으로 사용하는 과열증기 재순환 과정과, 상기 과열증기의 재순환 중에 상기 과열증기에 포함된 타르와 수액을 제거하는 불순물 제거 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법"의 상기 과열증기 반탄화 단계에서, 상기 과열증기 분리 과정의 다음으로, 상기 과열증기가 분리된 상기 반탄화 칩을 무산소 분위기의 챔버에 넣고 상기 챔버에 상온의 질소가스를 주입하여 연소가 차단되는 상태로 상기 반탄화 칩을 냉각시키는 반탄화칩 냉각 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법"의 상기 반탄화목분 생성 단계에서, 상기 준비된 반탄화 목분에 나노 입자 형태의 구리 분말을 첨가하고 균질하게 혼합시키는 나노구리 혼합 과정과, 상기 구리 분말이 혼합된 상기 반탄화 목분에 건조된 목재를 분쇄하여 제조된 건조목 분말을 첨가하여 균질하게 혼합시키는 건조목분말 혼합 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 반탄화 목분을 이용하여 탄화가 되지 않은 목재의 부패에 의한 수명과 내습성 및 강도의 저하가 원활히 해소되고, 그에 따라 반탄화 합성목재의 장수명이 보장되면서 내습성과 강도가 향상되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 합성목재 제조 방법을 보인 단계도,
도 2는 본 발명의 제조 방법에 사용되는 반탄화 설비의 개략적인 구성도,
도 3은 도 2에 따른 반탄화 설비의 요부 확대 종단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 합성목재 제조 방법을 보인 단계도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법은 목재를 분쇄하여 우드칩을 제조하는 우드칩 제조 단계(S10)와, 상기 우드칩을 과열증기로 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 과열증기 반탄화 단계(S20)와, 상기 반탄화 칩을 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 반탄화목분 생성 단계(S30)와, 상기 반탄화 목분에 합성수지 분말을 혼합하는 합성수지분말 혼합 단계(S40)와, 상기 합성수지 분말이 혼합된 분말을 고온 상태에서 가압하여 합성목재를 제조하는 합성목재 제조 단계(S50)를 포함한다.
상기 우드칩 제조 단계(S10)는 목재, 특히 생목을 칩 형태로 분쇄하여 우드칩을 제조하는 단계를 말한다. 이 단계는 반탄화시킬 목재를 1cm 내외의 칩으로 분쇄하여 목재의 건조 및 반탄화가 원활하면서 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
여기서, 상기 목재는 일반 목재, 국산 간벌목, 국산 소경목, 병충해 피해목, 일반 폐목재, 건축 폐목재, 산업 폐목재 등 다양한 목재를 이용할 수 있고, 특히 간벌목이나 피해목 또는 폐목재를 재활용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 과열증기 반탄화 단계(S20)는 상기 우드칩을 반탄화 설비에 넣고 섭씨 250도 내지 350도의 과열증기로 가열하여 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 단계를 말한다. 이 단계는 우드칩을 고온의 과열증기로 가열하여 완전히 탄화되지 않은 상태로 즉 절반 이상 바람직하게는 70 내지 80% 정도로 탄화시킴으로써, 목재의 내부패성과 내습성을 향상시키면서 강도와 치수안정성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 반탄화 설비는 도 2와 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 연소가스가 통과하는 중공의 연소부(1)와, 상기 연소부(1)의 외주면에 형성되어 과열증기가 발생되는 과열증기 생성부(2)와, 우드칩을 하부로 낙하시키는 중에 상기 과열증기 생성부(2)로부터 공급받은 과열증기를 상기 우드칩에 분사하여 상기 우드칩을 연속적으로 가열 반탄화시켜 반탄화 칩을 제조하는 반탄화부(3)와, 상기 반탄화부(3)를 통해 제조된 반탄화 칩을 과열증기로부터 분리하여 배출시키는 분리배출부(5)를 포함한다.
상기 분리배출부(5)에서 분리되어 배출된 과열증기는 불순물제거부(6)를 통해 타르와 수액이 제거된 후에 상기 과열증기 생성부(2)로 재순환되어 공급된다.
상기 반탄화부(3)는 도 3에 도시된 바와 같이 중공 몸체(31)의 내부를 따라 과열증기가 수평으로 분사되는 상태에서 상기 중공 몸체(31)가 회전되면서 상기 중공 몸체(31)의 내부면에 부착된 날개(32)에 의해 상기 중공 몸체(31)의 내부에 있는 우드칩(101)이 상부로 밀려 올라가다가 정상에서 낙하되고, 이렇게 상기 우드칩(101)이 낙하되는 상태에서 수평으로 분사되는 과열증기에 의해 가열되어 반탄화가 이루어진다.
본 제조 방법은 상기 과열증기 반탄화 단계(S20)에서 반탄화 공정 중에 상기 우드칩의 연소가 방지되도록 상기 반탄화 설비의 내부에 무산소 분위기를 형성하는 무산소 분위기 형성 과정과, 상기 반탄화 칩의 생성이 완료되면 상기 반탄화 칩과 과열증기를 분리시키는 과열증기 분리 과정과, 상기 분리된 과열증기를 상기 반탄화 설비로 재순환시켜 열원으로 사용하는 과열증기 재순환 과정과, 상기 과열증기의 재순환 중에 상기 과열증기에 포함된 타르와 수액을 제거하는 불순물 제거 과정을 더 포함한다.
상기 무산소 분위기 형성 과정은 우드칩의 반탄화가 이루어지는 중공 몸체(31)의 내부의 공기를 외부로 배출시킨 후에 밀폐시켜 상기 중공 몸체의 내부에 무산소 분위기를 형성하여 우드칩의 반탄화 중에 고온의 과열증기에 의한 우드칩의 연소를 미연에 방지시키거나 차단시키는 역할을 한다.
상기 과열증기 분리 과정과 과열증기 재순환 과정 및 불순물 제거 과정은 상기 분리배출부(5)와 불순물제거부(6)에 의해 이루어지는 것으로, 분리된 과열증기에서 불순물을 제거한 후에 상기 과열증기 생성부(2)로 재순환시켜 가열원으로 재사용함으로써 에너지의 절감이 이루어지도록 하는 것이다.
본 제조 방법은 상기 과열증기 반탄화 단계(S20)에서 상기 과열증기 분리 과정의 다음으로 상기 과열증기가 분리된 상기 반탄화 칩을 무산소 분위기의 챔버에 넣고 상기 챔버에 상온의 질소가스를 주입하여 연소가 차단되는 상태로 상기 반탄화 칩을 냉각시키는 반탄화칩 냉각 과정을 더 포함한다.
상기 반탄화칩 냉각 과정은 산소가 함유된 외부의 공기 대신에 챔버의 내부로 질소가스를 연속하여 주입하여 무산소 분위기에서 고온의 상기 반탄화 칩이 발화나 연소가 되지 않은 상태로 신속하게 상온 상태로 냉각시킬 수 있도록 하는 것이다.
상기 반탄화목분 생성 단계(S30)는 상기 반탄화 칩을 분말로 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 단계를 말한다. 이 단계는 반탄화 칩을 분말화하여 합성수지 분말과 손쉽고 균질하게 혼합될 수 있도록 하는 것이다.
본 제조 방법은 상기 반탄화목분 생성 단계(S30)에서 상기 준비된 반탄화 목분에 나노 입자 형태의 구리 분말을 첨가하고 균질하게 혼합시키는 나노구리 혼합 과정과, 상기 구리 분말이 혼합된 상기 반탄화 목분에 건조된 목재를 분쇄하여 제조된 건조목 분말을 첨가하여 균질하게 혼합시키는 건조목분말 혼합 과정을 더 포함한다.
상기 나노구리 혼합 과정은 반탄화 분말에 나노 구리 분말을 혼합하여 나노 구리를 통해 상기 반탄화 분말에 함유되는 탄화되지 않은 헤미셀롤로오스에 대한 부패균의 침입을 차단하거나 부패균을 살균시켜 내부패성이 향상될 수 있도록 하는 것이다.
상기 건조목분말 혼합 과정은 건조목 분말을 혼합하여 상기 합성목재의 인성(질김)과 내파단성을 향상시키는 역할을 한다. 이와 같은 상기 건조목 분말은 상기 나노 구리 분말에 의해 부패성이 방지될 수 있다. 여기서, 상기 나노 구리 분말과 건조목 분말은 합성목재 전체 중량의 0.5 내지 1 중량% 정도로 포함되는 것이다.
상기 합성수지분말 혼합 단계(S40)는 상기 반탄화 목분에 합성수지 분말을 넣고 교반하여 균질하게 혼합하여 혼합 분말을 생성시키는 단계를 말한다. 이 단계는 반탄화 분말을 합성수지로 고형화할 수 있도록 하는 것이다.
여기서, 상기 합성수지 분말은 폴리에틸렌 분말, 폴리카보네이트 분말, 폴리프로필렌 분말, 폴리스티렌 분말, 및 폴리부타디엔 분말 중의 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 합성목재 제조 단계(S50)는 상기 합성수지 분말이 혼합된 상기 혼합 분말을 성형틀에 넣고 상기 합성수지 분말이 용융되는 고온 상태에서 가압하여 합성목재를 제조하는 단계를 말한다. 이 단계는 고온의 성형틀에 상기 혼합 분말을 넣고 합성목재를 제조하는 공지의 성형 공정이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

Claims (6)

  1. 목재를 칩 형태로 분쇄하여 우드칩을 제조하는 우드칩 제조 단계와;
    상기 우드칩을 반탄화 설비에 넣고, 섭씨 250도 내지 350도의 과열증기로 가열하여 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 과열증기 반탄화 단계와;
    상기 반탄화 칩을 분말로 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 반탄화목분 생성 단계와;
    상기 반탄화 목분에 합성수지 분말을 넣고 교반하여 균질하게 혼합하여 혼합 분말을 생성시키는 합성수지분말 혼합 단계와;
    상기 합성수지 분말이 혼합된 상기 혼합 분말을 성형틀에 넣고, 상기 합성수지 분말이 용융되는 고온 상태에서 가압하여 합성목재를 제조하는 합성목재 제조 단계를; 포함하고,
    상기 합성수지 분말은,
    폴리에틸렌 분말, 폴리카보네이트 분말, 폴리프로필렌 분말, 폴리스티렌 분말, 및 폴리부타디엔 분말 중의 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물이고,
    상기 반탄화 설비는,
    연소가스가 통과하는 중공의 연소부와,
    상기 연소부의 외주면에 형성되어 과열증기가 발생되는 과열증기 생성부와,
    우드칩을 하부로 낙하시키는 중에 상기 과열증기 생성부로부터 공급받은 과열증기를 상기 우드칩에 분사하여 상기 우드칩을 연속적으로 가열 반탄화시켜 반탄화 칩을 제조하는 반탄화부와,
    상기 반탄화부를 통해 제조된 반탄화 칩을 과열증기로부터 분리하여 배출시키는 분리배출부를, 포함하며,
    상기 과열증기 반탄화 단계에서,
    반탄화 공정 중에 상기 우드칩의 연소가 방지되도록 상기 반탄화 설비의 내부에 무산소 분위기를 형성하는 무산소 분위기 형성 과정과,
    상기 반탄화 칩의 생성이 완료되면 상기 반탄화 칩과 과열증기를 분리시키는 과열증기 분리 과정과,
    상기 분리된 과열증기를 상기 반탄화 설비로 재순환시켜 열원으로 사용하는 과열증기 재순환 과정과,
    상기 과열증기의 재순환 중에 상기 과열증기에 포함된 타르와 수액을 제거하는 불순물 제거 과정을, 더 포함하고,
    상기 과열증기 반탄화 단계에서,
    상기 과열증기 분리 과정의 다음으로, 상기 과열증기가 분리된 상기 반탄화 칩을 무산소 분위기의 챔버에 넣고 상기 챔버에 상온의 질소가스를 주입하여 연소가 차단되는 상태로 상기 반탄화 칩을 냉각시키는 반탄화칩 냉각 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반탄화목분 생성 단계에서,
    상기 준비된 반탄화 목분에 나노 입자 형태의 구리 분말을 첨가하고 균질하게 혼합시키는 나노구리 혼합 과정과,
    상기 구리 분말이 혼합된 상기 반탄화 목분에 건조된 목재를 분쇄하여 제조된 건조목 분말을 첨가하여 균질하게 혼합시키는 건조목분말 혼합 과정을,
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 반탄화 목분을 함유하는 합성목재 제조 방법.
  6. 삭제
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