KR102020431B1 - 폐기되는 친환경 소재를 재활용하여 방수 및 난연성이 우수한 복합판재 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 복합판재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 소재를 재활용하여 낮은 수분 흡수특성(내수성)이 요구되는 식탁, 실험대, 책상 혹은 싱크대 등의 가구 제조에 적합한 복합판재 제조방법이고, 또한 내열 및 난연특성이 우수하고 종래의 복합판재 대비 대등한 두께에서 더 우수한 기계적 성질을 지니고 방수 및 난연특성이 우수한 복합판재 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 복합판재에 관한 것이다.

Description

폐기되는 친환경 소재를 재활용하여 방수 및 난연성이 우수한 복합판재 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 복합판재{A method of manufacturing a plate material by recycling an eco-friendly material to be disposed of and a composite plate manufactured by the metho}

본 발명은 폐기되는 옥수수대, 수수대, 갈대, 콩대, 볏짚 혹은 밀짚 등과 같은 친환경 소재를 재활용하여 가구나 실내외 인테리어용 판재로 제조하기 위한 복합판재 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 복합판재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전술한 친환경 소재를 재활용하여 낮은 수분 흡수특성(내수성)이 요구되는 식탁, 실험대, 책상 혹은 싱크대 등의 가구 제조에 적합한 복합판재 제조방법에 관한 것이고, 또한 내열 및 난연특성이 우수하고 종래의 복합판재 대비 대등한 두께에서 더 우수한 기계적 성질을 지니는 복합판재 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 복합판재에 관한 것이다.

다양한 가구 제품들은 대부분 목재로 제조되지만 과도한 벌목으로 인한 생태계 파괴 및 자원 고갈이 심화되면서, 폐목분(톱밥)이나 분쇄한 폐목재를 재활용하여 제조되는 복합판재가 널리 통용되고 있다.

복합판재는 MDF, HDF, OSB 등으로 불리우는 다양한 종류들이 있다.

복합판재는 대부분 톱밥이나 폐목분 혹은 분쇄한 폐목재를 접착제와 혼합하여 판 형태로 가압(Pressing)하여 제조되는 것이 일반적이며, 실내/외 마감용 판재 혹은 각종 생활가구 제조를 위한 범용재로 주로 사용된다.

MDF나 합판은 나무 칩을 유기 접착제로 혼합한 후 압축·성형하는 방식으로 제조되고, 대부분 내수특성이나 난연특성은 갖추고 있지 않다.

이를 개선시키기 위해 접착제를 무기 접착제를 사용하는 복합 판재가 있지만 이렇게 제조한 복합 판재는 층간 박리와 파손으로 생산성이 떨어지고, 접착제만 무기질일 뿐 주재료가 가연성으로 구성되어 있어 실질적인 불연·준불연·난연특성은 발휘하지 못하는 등의 문제가 있어 제품화에 이르지 못하고 있다.

또한, 전술한 류의 복합판재는 그 절단면이 그대로 노출되면 제품이 갖추어야 할 시각적 미감이 떨어져 상품성이 저하되므로, 절단면(제품의 테두리)은 수지(아크릴 수지, ABC 수지, PVC 등)로 압출 성형한 두께가 얇고 폭인 좁은 긴 스트립(띠)을 부착하여 마감하고, 표면은 장식성 패턴이 인쇄된 인테리어 필름을 부착하거나 도료를 도장하여 제조되는 것이 일반적이다.

위 복합판재는 인테리어 필름의 패턴 및 색감에 따라 싼 값으로 고품질 제품을 제조할 수 있는 효과가 있어 폭 넓게 사용되고 있으나, 물기나 수분에 취약하기 때문에 수분이나 물기 접촉이 예상되는 제품용 판재로는 사용하는 것이 부적합하다.

예를 들어, 전술한 복합판재로 실내용 바닥재, 가구용 식탁, 실험실의 실험대, 주방의 싱크대를 제조한 경우, 뜨거운 주방용기에 의해 필름 뿐 아니라 제품의 형태가 변형되기 쉽고, 사용도중 전술한 필름 표면에 생기는 흠집(칼자국, 찍힘, 패임 등)이나 스트립의 접착부위로 수분이 침투하면, 해당 부위가 부풀어 올라 이음부위가 벌어지고 표면 강도가 급격히 약화되어 쉽게 부서지는 뚜렷한 결함이 생기기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술로는 대한민국 공개특허 제10-1995-0031412호, 등록특허 제10-0873926호가 있다.

위 공개특허 제10-1995-0031412호는 폐목재, 톱밥, 볏짚, 밀짚, 폐섬유 원단, 폐합성수지 및 폐지를 분쇄하여 열경화성 접착제로 혼합하여 프레싱에 의해 복합판재로 제조하는 폐목재와 식물섬유질과 폐자재를 이용한 복합판재 및 제조방법을 특징으로 한다.

그러나, 위 공개특허 기술에 의해 제조된 복합판재는 그 자체로 사용하지 못하고 표면에 전술한 인테리어 필름을 부착하여 사용되므로 폐자재를 활용한다는 잇점은 있으나, 열에 취약하여 주방용기의 열에 변형되기 쉽고, 화재에 취약하며, 앞서 설명한 바와 같이 낮은 수분 흡수특성은 불충분하여 낮은 수분 흡수특성과 내열 및 난연특성이 요구되는 가구재 판재로는 채용하기 어렵다.

그리고, 위 등록특허 제10-0873926호는 폐목재나 폐합판, 폐지를 분쇄하여 분말화 하고, 이 폐분말에 물과 황토를 첨가하며, 이들의 결속을 위한 아교를 첨가하여 고온으로 압축 성형하여 패널을 성형하는 폐자재를 이용한 패널의 제조방법에 관한 것으로, 폐목재와 폐지를 건조하고, 이를 분쇄하여 분말화하는 폐기물 분쇄공정과, 분말화 된 폐기물에 열경화성 접착제를 첨가하는 폐원료 혼합공정과, 이를 금형에 투입하여 소정의 온도로 가열 및 압착하는 성형공정;

으로 제조되는 패널에 있어서, 상기 폐원료 혼합공정은, 중량비로서 폐목재분말 70%와 폐지분말 30%를 배합하여 배합물을 조성하고, 이 배합물 70~80% 중량비에 열경화성 접착제 30~20% 중량비를 혼합하여 1차 혼합물을 조성하는 1차 혼합공정과, 황토분말 30~50%와 아교 30~40%, 물 40~10%를 혼합하여 2차 혼합물을 조성하는 2차 혼합공정;

으로 구성되며, 상기 성형공정은, 하부금형의 성형요입부에 폐목재분말과 폐지분말, 열경화성 접착제를 혼합한 1차 혼합물을 5~10mm의 두께로 충전하고, 그 위에 부직포를 덮고, 그 위에 2차 혼합물을 5~10mm의 두께로 적층한 후, 상부금형으로 가압하고, 150~300℃로 30~1시간 가열하는 성형공정의 제조방법을 특징이 있다.

그러나, 이 기술 역시 앞서 설명한 공개특허 제10-1995-0031412호에서 나타나는 문제점을 거의 그대로 가지고 있어 낮은 수분 흡수특성과 내열 및 난연특성이 요구되는 가구재 판재로는 채용하기 어렵다.

본 발명은 옥수수대, 수수대, 갈대, 콩대, 볏짚, 밀짚 등과 같은 폐기되는 친환경 재료를 재활용하여 낮은 수분 흡수특성과, 뜨거운 주방용기의 열로부터 보호할 수 있는 난연특성을 요구되는 가구(식탁, 실험대, 책상 혹은 싱크대 등)나 실내외용 인테리어 판재로 제조하는 제조방법과, 가볍고 우수한 기계적 성질과 낮은 수분흡수 특성 및 우수한 팽윤 특성과 방수 및 난연성이 우수한 복합판재 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 복합판재를 제공하려는 것이다.

본 발명에 따른 해결과제를 해결하기 위한 해결수단은,

건조된 옥수수대, 수수대, 갈대, 콩대, 밀짚, 볏짚 중 어느 한 종 <20 중량% ~ >33 중량%, 폐목재 <52 중량% ~ >75 중량%, 톱밥 <5 중량% ~ >15 중량%로 홉합된 심재 원료와, 상기 심재 원료 100 중량부 대비 액상 나트륨실리케이트, 리튬 실리케이트 또는 칼륨실리케이트 중 어느 한 종의 난연제 7∼12 중량부로 혼합된 난연 혼합물 및 상기 심재 원료 중량부 대비 접착 및 강도 강화제(열경화성 수지 및 열가소성 수지)를 혼합한 수지 혼합물에 특징이 있다.

상기한 접착 및 강도 강화제 100 중량부 대비 심재 원료 830 ~ 880 중량부 비로 혼합하여 준비하되, 열경화성 수지 및 열가소성 수지가 불완전 용융상태가 되도록 예열되는 것에 특징이 있다.

복합판재의 피복재는 복합판재의 상하면에 도포(이를 피복층이 함)되는 소재를 말하는 것으로, 피복재는 열경화성 수지 100 중량부 대비 점도조절제(디옥틸프탈레이트나 탄화수소) 중 어느 한 종 <15 ~ >24 중량부, 경화제(이소시아네이트) <1 ~ >2.5 중량부, 가소제(디옥틸프탈레이트(DOP,C₂₄H₃₈O₄) 또는 디옥틸아디페이트 (DOA)) 중 어느 한 종 >3.1 중량부, 계면활성제(실록산계 다가알코올 화합물) >1.1 중량부로 제조되는 것에 특징이 있다.

복합판재의 제조는 전술한 심재 혼합물을 제 1 호퍼를 통해 열연롤러속으로 진입시켜 열(온도: 130℃ ~ 140℃)과 압력(<230kg/cm²)으로 분당 3m ~ 3.5m 속도로 판 형태로 가성형하는 제 1 단계와;

제 1 단계에 의해 성형된 판형 심재를 컨베이어를 통해 가열수단(전열식 히터)에 의해 140℃ ~ 170℃의 가열구간을 통과시키고, 그 양 면 혹은 한 면에 용융된 피복재인 열경화성 수지를 연속적으로 도포하면서 열연롤러를 통해 일체화시키는 제 2 단계와;

제 2 단계에서 성형된 판상형 심재를 성형롤러를 통과시켜 수지 피복층을 평평하게 평탄화한 후, 연속해서 컨베이어를 통해 이송시키면서 냉각수가 분사하여 완전히 경화시켜 복합판재를 제조하는 제 3 단계에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 제조된 복합판재는 낮은 수분 흡수특성과 난연특성 및 우수한 기계적 성질이 요구되는 식탁, 책상, 실험실 실험대 등와 같은 가구 제품이나 실내외용 인테리어 혹은 마감용 판재로 채용될 수 있음이 이하의 실시 예를 통해 판명된다.

본 발명에 따라 제조된 복합판재는 특정 가구 제품으로 제조되어 서비스되는 동안 열이 열경화수지 피복층에 전달되더라도 임계범위에서 열변형되지 않는 난연특성 및 내열특성을 발휘하고, 또한 심재 원료가 지닌 낮은 열전도 특성과 낮은 수분 흡수성 및 우수한 팽윤 특성에 의해 변형 및 부패되지 않을 뿐 아니라 종래의 복합판재의 두께와 동등한 두께에서 동등하거나 더 우수한 기계적 성질을 갖는 복합판재를 제공한다.

또한, 본 발명에 의해 제조된 복합판재는 폐기되는 친환경 재료가 갖추지 못한 기계적 성질을 접착 및 강도 강화제에 의해 충족되므로 우수한 기계적 성질과 저렴한 제조비용, 빠른 생산성을 구현할 수 있고, 또한 가볍고 낮은 열전도성, 우수한 팽윤성, 낮은 수분 흡수성 및 난연특성 및 내열특성이 요구되는 식탁, 실험대 혹은 싱크대 등의 가구류 판재 혹은 실내외용 인테리어 판재로 제공될 수 있다.

본 발명은 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되지 아니며, 본 발명의 실시 예들의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물 (alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자연에서 얻을 수 있는 친환경 소재를 이용한 내방수성 복합판재 제조방법 및 이로부터 제조된 복합판재에 관하여 상세하게 설명한다.

먼저, 복합판재의 심재를 구성하기 위해 원료는 옥수수대, 수수대, 갈대, 콩대, 밀짚, 볏짚 중 어느 한 종과, 폐목재 및 톱밥을 혼합하여 준비한다. 위 심재 원료들은 모두 충분히 건조된 상태로 채용되는 것이 바람직하다.

위 심재 원료들은 대부분 버려지는 것들로, 환경 친화적이고 구하기 쉬우며 매우 저렴하여 특수용도로 매우 적합하다.

전술한 심재 원료의 공통점은 우수한 팽윤 특성과, 낮은 열전도도, 통전되지 않는 부도(不道)특성 및 낮은 수분 흡수(吸水)특성을 갖추고 있는 환경 친화적 소재이지만, 가구나 인테리어 판재가 요구하는 기계적 성질은 갖추고 있지 않기 때문에 그에 조화롭게 맞출 필요가 있다. 이에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명할 것이다.

폐목재는 특히 복합판재의 기계적 성질 즉, 충격강도, 압축강도를 개선하기 위해 채용되고, 폐톱밥은 심재 원료간 충진제, 복합판재의 경량화, 복합판재의 밀도 증진 및 열가소성 수지의 절감 등을 조화롭게 맞추기 위해 채용된다.

폐톱밥의 대용재로는 왕겨를 사용해도 된다. 그러나 폐톱밥이 더 바람직하다. 이는 유연한 톱밥의 파티클이 심재 원료들 사이에 더 잘 개입될 수 있기 때문이다. 본 발명에서 정의하는 폐목재는 해체되거나 사용하기에 부적합한 폐목재로 >3㎝ 크기로 파쇄된 것을 말하고, 폐목분은 원목이나 목재를 톱으로 절단하였을 때 파생되는 잔유물을 말한다.

전술한 심재 원료는 태양열이나 인위적 건조장치(미도시)를 통해 물기나 수분이 없게 충분히 건조된 것을 채용하는 것이 바람직하다.

심재 원료에 물기가 남아 있으면, 수지 혼합물과 심재 원료간의 결합력이 저하되고 기포가 외부로 잘 배출되지 않아 잔류하면서 기계적 성질을 떨어뜨린다. 즉, 복합판재로 제조된 특정 제품이 서비스되는 동안, 심재속에서 부패가 진행될 수 있고, 그로 인해 강도가 급격히 떨어지는 문제가 생길 수 있으며, 접착 및 강도 강화제가 심재 원료사이나 공극이 있는 원료속으로 잘 침투하지 못하여 심재 원료간의 결합력이 미흡해지는 문제가 생기게 된다.

전술한 접착 및 강도 강화제는 열경화성 수지(Thermosetting resin)와 열가소성 수지(thermoplastic resin)를 1 : >0.5 중량부 비를 갖는 수지 혼합물이다. 상기한 수지 혼합물은 다양한 기술분야에서 성형품을 제조할 때 널리 사용되는 통상적인 수지이므로 그에 관한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 전술한 양 수지는 수지류 구분상 해당 군에 속한 무독성 수지를 채용하면 된다.

전술한 수지 혼합물은 100 중량부 대비 계면활성제(하이드로카빌 그룹으로 치환된 페놀 화합물) 1.5 중량부, 폴리우레탄 증점제 4 중량부, 가소제(아디핀산계(adipates, DHEA) >3 중량부 비로 혼합되어 사용된다.

전술한 열경화성 수지는 심재 혼합물의 성형후 심재층의 기계적 성질과 내열성을 확보하기 위해 제공되고, 열가소성 수지는 심재 혼합물의 결합력과 성형성 개선하기 위해 제공된다.

전술한 열가소성 수지는 열경화성 수지 대비 0.5 중량비 보다 적게 사용하면 외부 충격에 의해 복합판재의 심재층이 그 내부에서 횡방향으로 쪼개지는 균열이 나타나기 시작한다.

[심재 원료의 준비]

앞서 언급한 옥수수대, 수수대, 갈대, 콩대, 밀짚, 볏짚 중 어느 한 종 <20 중량% ~ >33 중량%, 폐목재 <52 중량% ~ >75 중량%, 톱밥 <5 중량% ~ >15 중량%로 혼합된 심재 원료의 100중량부 대비 액상 나트륨실리케이트, 리튬 실리케이트 또는 칼륨실리케이트 중 어느 한 종의 난연제 7∼12중량부를 혼합하여 준비한다.

상기 난연제로 채용된 상기의 액상 나트륨실리케이트, 리튬 실리케이트 또는 칼륨실리케이트 중 리튬 실리케이트가 보다 바람직하다.

리튬 실리케이트는 실리카 농도가 22% 정도이고 몰비가 8에 가까운 경우에도 실온에서 안정하고 점도가 낮으며, 알카리 함량이 낮아 알카리의 용해성이 낮아 수분에 의해 용출되지 않는다. 따라서 백화현상이 거의 발생되지 않으면서도 내수성및 내열성 개선효과를 발휘한다.

이때 난연제의 사용량이 7 중량부 보다 적게 사용하면 난연특성이 대조군에 비해 약간 우수하지만, 원인이 무엇이지는 알 수 없으나 심재층 단면에 횡방향 쪼개짐이 간헐적으로 나타나고(충격강도 약화), 12 중량부 보다 더 많이 사용하면 피복층과 심재층의 경계면과 심재 원료간의 불완전 결합이 나타난다. 그로 인해 피복층의 일부 표면이 어느 한 쪽으로 기울거나 부풀어 올라 표면 평활도 및 치수(두께)가 불균일한 문제가 생긴다.

[심재 혼합물의 준비]

심재 혼합물은 120℃~130℃ 에서 30분에서 45분 동안 유지하여 열경화성 수지 및 열가소성 수지의 용융상태가 60% ~ 70% 되도록 예열된다.
심재 원료를 접착 및 강도 강화제 100 중량부 대비 880 중량부 보다 더 많이 사용하면, 제조된 복합판재의 충격시험에서 심재층의 내부가 수평방향으로 쪼개지는 문제가 나타나고, 심재 원료간 결합력이 약화되는 문제가 나타나며, 심재 원료를 830 중량부 보다 적게 사용하면 후술하는 제 1 단계 공정에서 심재 혼합물이 압축될 때 접착 및 강도 강화제가 심재 원료 밖으로 탈수되어 불필요하게 낭비되는 량이 증가하고, 성형과정에 따른 용융시간을 더 오래 유지해야 하는 불리함이 있다..

삭제

[복합판재의 피복재 준비]

피복재는 복합판재의 심재 상/하면에 접착되어 복합판재의 피복층을 구성하기 위한 소재로서, 피복재는 열경화성 수지 대비 점도조절제, 경화제, 가소제, 계면활성제를 중량비로 혼합된 수지 혼합물이다.

전술한 피복재의 실시예로, 열경화성 수지 100 중량부 대비 점도조절제(예: 디옥틸프탈레이트나 탄화수소중 어느 한 종) <15 ~ >24 중량부, 경화제(예: 이소시아네이트) <1 ~ >2.5 중량부, 가소제(예: DOP:디옥틸프탈레이트 또는 DOA:디옥틸아디페이트 중 어느 한 종) >3.1 중량부, 계면활성제(예: 실록산계 다가알코올 화합물) >1.1 중량부 비로 혼합된다.

전술한 피복재는 전단응력 계수의 비[G(-10℃)/G(25℃)]가 1.6~2.1, 신장율 >900% 이하로 유동성이 조절되므로 롤러로 성형하는 것이 가능하고, 표면 기포없이 평탄하게 성형하는 것이 가능해진다.

열경화 수지 피복층은 우수한 내열 및 난연 특성에 의해 열변형이 일어나지 않을 뿐 만 아니라 미려한 평활도와 요구되는 기계적 성질을 갖추게 되며, 피복층에 직접 특정 패턴이나 색을 프린팅(printing)할 수 있고, 성형과정에서 롤러의 프레싱에 의해 특정 패턴을 표면에 성형하는 것도 가능하다.

전술한 피복층을 특별하게 표현하기 위해 대리석이나 천연광물(이하 표면 장식물 이라 함) 혹은 칼러 안료를 피복재 100 중량부 대비 중량부 비로 더 첨가할 수도 있다. 이때 표면 장식물은 입자상 혹은 분말상이든 원하는 형태로 사용하면 된다. 다만, 표면 장식물 사용시 열충격을 방지하기 위해 표면 장식물을 <120℃~>130℃ 로 예열하는 것이 좋다. 이렇게 하면 피복재와 열충격 없이 친화적으로 결합되고, 표면 장식물이 성형과정에서 심재 표면속에 박혀 표면이 평탄하게 된다. 전술한 심재 혼합물과 피복재는 호퍼(제 1 및 제 2 호퍼)에 투입되어 복합판재 제조공정으로 투입된다.

[복합판재의 제조]

제 1 단계로, 전술한 예열된 심재 혼합물을 제 1 호퍼를 통해 열연롤러사이로 계속 공급하면서 열(<130℃ ~ >140℃)과 압력(<70kg/㎝² ~ >90kg/㎝²)으로 3m/분 ~ 3.5m/분 속도로 판 형태로 성형한다(이를 "가성형"이라 한다.).

이렇게 하면 심재 혼합물은 예열된 접착 및 강도 강화제의 용융작용이 더 진행되고, 열연롤러에 의해 목표로 하는 복합판재 두께 대비 1.4배 ~ 1.5배로 압축되게 된다.

이 공정에 의해 심재 원료들 사이에 존재하는 에어는 외부로 배출되고, 유동적인 열가소성수지는 심재 원료속과 원료들 경계면 사이로 침투한다.

제 2 단계로서, 제 1 단계에 의해 성형된 판상형 심재를 컨베이어를 통해 가열수단(전열식 히터)이 설치된 가열구간(140℃ ~ 170℃)을 통과시킨 후, 연속해서 그 양 면 혹은 어느 한 면에 선택적으로 용융된 피복재인 열경화성 수지를 도포하면서 열연롤러를 통과시키고, 다시 전술한 바와 같은 가열구간(<140℃ ~ >170℃)을 컨베이어를 통해 이송시켜 일체화한다. 상기 심재 피복층의 두께는 일정한 두께(예: 0.1mm ~ 0.5mm)로 심재 표면에 도포될 수 있다.
피복층이 접착된 판형 심재는 목표로 하는 심재의 두께 대비 약 1.1 ~ 1.15배의 두께로 압축되면서 피복층을 갖춘 판 형태로 성형되고, 이때 접착 및 강도 강화제는 100% 용융된다.

삭제

제 3 단계로서, 전술한 판상체를 성형롤러를 통과시켜 두께를 목표하는 두께로 압축하면서 수지 피복층을 평탄하게 보정하여(이를 "평활도 보정"이라 함)시킨 후, 컨베이어를 통해 계속 이송시키면서 냉각수를 분사하여 경화(고화)시킨다.

제 3 단계에서 제조되는 복합판재는 특정 가구 제품 제조를 위한 판재 사이즈로 제조될 수 있고, 또한 성형롤러의 표면에 특정 패턴(음각 혹은 양각)을 마련해서 성형하면 피복층 표면에 원하는 패턴을 갖춘 복합판재로 성형할 수 있다.

이와 같이 제조된 복합판재는 그 표면을 추가로 연마할 필요가 없는 우수한 평활도를 지니고, 또한 표면에 성형되는 패턴에 의해 추가적인 연마작업을 할 필요가 없이 일괄 성형에 의해 제조할 수 있으며, 복합 판제의 제조가 쉽고 빠른 생산성과 효율성을 제공한다.

이어서 제조된 복합판재는 컨베이어를 따라 이송시키면서 테두리 부분을 컷팅기로 절단된다

1. 시편의 제조

	콩대(중량%)	폐목재(중량%)	톱밥(중량%)	(접착 및 강도 강화제 : 심재 원료)
시편 1	33	52	15	100: 830
시편 2	32	56	12	100: 840
시편 3	29	62	10	100: 850
시편 4	26	66	8	100: 860
시편 5	24	70	6	100: 870
시편 6	20	75	5	100: 880

위 표 1과 같은 혼합비로 제 1 내지 제 3 단계에 의해 제조된 복합판재를 표 1의 시편 1 내지 시편 6(15cm X 15cm X 5cm)을 각 5개씩 준비한다.

여기서, 접착 및 강도강화제는 폴리에스터 수지(polyester resin)와 폴리에틸렌 수지(polyethylene resin)로, 앞서 설명한 비율이 사용되고 심재 원료와 위 표 1의 심재 혼합물 비로 했다.

심재의 피복재로는, 폴리에스터수지 100 중량부 대비 탄화수소 30 중량부, 이소시아네이트 13 중량부, DOP 4.5 중량부, 실록산계 다가알코올 화합물 1.3 중량부로 혼합하여 채용되었다. 이때 접착 및 강도 강화제 및 피복재의 유동성은 전단응력 계수의 비[G(-10℃)/G(25℃)]가 2.0 이고, 신장율 850% 이다.

2. 계측 및 성적

계측단위 : 무게: kg(전자 저울), 샤르피 충격강도: ㎏f/cm²(시험: JIS K J711), 압축강도: ㎏f/cm²(시험: JIS K J711)이다.

대조군은 종래의 복합판재(HDF)를 표 1의 각 시편과 같은 사이즈 5개씩 제조하여 표 1의 각 시편과 동등 시험하고, 대조군과 각 시편을 수중에 24시간 침지한 뒤 침지 전/후의 평균 무게 변화량(수분흡수율)과 침지후 두께(㎝) 변화에 대한 성적을 표 2에 기록하였다. 또한 난연특성을 확인하기 위하여 시편들과 대조군을 가스식 연소기 내의 선반에 올려 놓고 10분 동안 동시에 가스를 연소시킨 후 연소 전/후의 무게 변화와 착화 개시시간을 표 3에 기록하였다.

	무게	샤르피 충격강도	압축강도	수분 흡수율(%)	침지후 두께(cm)
대조군	0.56	52.3	588	36 증가	6.3
시편 1	0.51	49.6	582	0.06 증가	5
시편 2	0.55	51.6	591	0.08 증가	5
시편 3	0.56	53.4	593	0.11 증가	5
시편 4	0.63	54.1	587	0.13 증가	5
시편 5	0.67	52.6	579	0.17 증가	5
시편 6	0.71	52.1	571	0.18 증가	5

	무게			착화시간(분)
	전	후	중량 감소율(%)
대조군	0.56	0.40	약 29%	34초
시편 1	0.51	0.46	약 10%	1분 05초
시편 2	0.55	0.48	약 13%	1분 07초
시편 3	0.56	0.46	약 12%	1분 12초
시편 4	0.63	0.57	약 10%	1분 04초
시편 5	0.67	0.55	약 12%	1분 10초
시편 6	0.71	0.63	약 12%	1분 08초

3. 분석

표 2의 대조군과 각 시편들의 성적을 대비하여 살펴보면, 시편 4 내지 시편 6의 무게가 대조군에 비해 더 무거운 것으로 기록되었는데, 이는 콩대의 사용량이 점차 낮아짐에도 폐목재의 사용량이 점점 증가하는 것에 기인한 것으로 판단된다.

시편 1과 시편 2 및 시편 5, 시편 6은 압축강도가 대조군에 비해 낮은 것으로 기록되고, 시편 3과 시편 4은 대조군과 대등하거나 그 이상의 성적을 보이는 것으로 기록되었는데, 이 성적에서 폐목재는 사용량이 증가할 수록 충격강도 및 압축강도가 비례적으로 증가되지 않지만, 수분 흡수율은 높아지는 것을 시사한다.

즉, 폐목재의 사용량이 시편 3과 사용량보다 낮거나 시편 4보다 많이 사용하면 오히려 기계적 성질을 저하되는 임계범위가 있음을 알 수 있다. 이 임계치에 통해 최적화된 낮은 수분 흡수특성과 기계적 성질을 갖는 복합판재를 설계하는 것은 본 발명의 기술분야에 통상의 지식을 가진 사람이라면 별다른 어려움 없을 것이다.

위 성적에서 대조군 대비 시편 3과 시편 4는 대조군에 비해 더 우수한 유사한 성적을 가지는 복합판재임을 시시한다. 그리고 시편 1과 시편 2 및 시편 5 및 시편 6은 대조군의 충격강도, 압축강도의 성적에 비해 상대적으로 낮을 뿐 복합판재가 요구하는 기계적 성질이 모두 충족하고 있으므로 낮은 수분흡수 특성과 기계적 성질을 요구하는 가구 제조용 복합판재로서 손색이 없다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 수분 흡수율(%)은 시편 1 부터 시편 6까지 점차 상승되는 패턴을 그리는 것을 알 수 있는데, 이는 폐목재와 폐목분의 사용량이 증가할 수록 수분 흡수율은 상승 패턴으로 나타나지만 대조군에 비해 극히 낮기 때문에 무시해도 무방하다.

또한, 표 1에 기재된 콩대를 옥수수대와 수수대로 치환(폐목재, 폐목분은 표 1과 동일)한 성적은, 앞서 설명한 콩대를 사용한 기계적 성질(충격강도, 압축강도)의 성적과는 일치하지 않으나 성적 패턴은 콩대와 매우 흡사한 패턴을 보였으나, 수분 흡수율에서 콩대의 수분 흡수율 성적 대비 옥수수대와 수수대의 성적이 각 시편마다 약 0.02% 낮게 나타났다, 이 성적을 통해 수수대와 옥수수대에서 더 낮은 수분 흡수율이 있음이 판명되었다.

그리고, 볏짚과 밀짚 및 갈대를 채용(폐목재, 폐목분은 표 1과 동일)한 경우, 콩대의 수분 흡수율 성적 대비 각 시편마다 약 0.04%씩 증가하는 것으로 기록되었다.

또한, 전술한 제 2 단계를 수행한 심재를 고화시킨 후 그 절단면을 관찰해 보면, 폐목분의 사용량이 더 많은 시편에서 심재 원료들사이에 더 조밀하게 개입되어 있는 것으로 관찰되는데, 이는 폐목분의 사용량이 증가할 수록 섬모 형태의 목분이 심재 원료사이에 더 많이 충진되고 접착 및 강도 강화제에 의해 원료간 결합력을 높이는 가교(架橋) 역활과 심재층의 밀도를 높이는 것으로 판단된다.

그리고, 표 3의 성적을 보면, 모든 시편들은 무게 감소율은 대조군에 비해 약 2.5~ 2.9배 낮은 것으로 확인되었다. 이 성적을 통해 모든 시편들은 대조군에 비해 잘 연소되지 않은 난연특성이 더 우수하다는 것이 입증되었다.

또한, 시편들과 대조군의 착화시간을 대비하여 살펴 보면, 모든 시편들은 대조군에 비해 착화시간(ignition time)이 길어 화재나 열에 대한 난연특성이 더 우수한 것으로 확인되었다.

이상과 같이 본 발명은 폐기되는 친환경 소재를 이용하여 낮은 수분흡수 특성과 난연특성 및 기계적 성질이 요구되는 식탁, 실험대, 싱크대 혹은 책상 등에 적합한 복합판재 제조할 수 있다. 또한 기존의 복합판재와 같은 두께에서 최소한 대등하거나 더 우수한 기계적 성질을 갖는 복합판재로 제공될 수 있다. 그래서 경량화를 도모할 수 있다

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 본 발명을 설명하였으나 본 발명이 속한 기술분야에 통상의 지식을 가진 사람이면 본 발명을 통해 다양한 변경 예나 응용 예를 실시할 수 있다는 점을 이해할 수 있는바, 이러한 변경 예나 응용 예는 본 발명자가 의도하는 진정한 의미의 기술적 사상과 이하에서 정의하는 특허청구범위의 범주에 포함된다는 것을 미리 밝히는 바이다.

Claims (3)

1. 건조된 옥수수대, 수수대, 갈대, 콩대, 밀짚, 볏짚 중 어느 한 종 20 중량% ~ 33 중량%, 폐목재 52 중량% ~ 75 중량%, 톱밥 5 중량% ~ 15 중량%로 홉합된 심재 원료와,
   상기 심재 원료 100 중량부 대비 액상 나트륨실리케이트, 리튬 실리케이트 또는 칼륨실리케이트 중에서 선택된 어느 한 종의 난연제 7∼12 중량부 및 접착 및 강도 강화제 830 ~ 880 중량부로 혼합된 심재 혼합물을 120℃ ~130℃에서 30 ~ 45분 동안 교반하면서 예열하는 단계;
   제 1 호퍼를 통해 상기 예열된 심재 혼합물을 열연롤러속으로 진입시켜 온도 130℃ 내지 140℃, 압력 230kg/cm², 속도 3m/분 ~ 3.5m/로 판상형 심재층으로 가성형하는 제 1 단계와;
   상기 제 1 단계 공정에 의해 가성형된 심재를 컨베이어로 통해 가열수단에 의해 140℃ ~ 170℃로 유지된 가열구간으로 이송시켜 재가열시킨 후, 그 양 면 혹은 어느 한 면에 열경화성 수지 100 중량부 대비 디옥틸프탈레이트, 탄화수소 중 어느 한 종의 점도조절제 15 ~ 24 중량부, 이소시아네이트의 경화제 1 ~ 2.5 중량부, 디옥틸프탈레이트, 디옥틸아디페이트 중 어느 한 종의 가소제 3.1 중량부, 실록산계 다가알코올 화합물의 계면활성제로 혼합된 피복재를 연속적으로 도포하면서 열연롤러로 통해 상기 심재층 표면에 일체화시키는 제 2 단계와;
   상기 제 2 단계를 거친 성형체를 성형롤러를 통과시켜 상기 피복재의 표면을 평평하게 보정한 후, 컨베이어에 의해 이송되는 상기 피복재 위로 냉각수를 살수하여 성형체를 경화시키는 제 3 단계로 이루어지는 것을 특징으로 폐기되는 친환경 소재를 재활용하여 방수 및 난연성이 우수한 복합판재 제조방법.
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