KR102062891B1 - 유리섬유를 이용한 데크부재 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리섬유를 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 유리섬유를 사용함에 따른 인장강도, 강도 향상 및 내수압특성이 우수하여 장수명화를 달성하도록 개선된 유리섬유를 이용한 데크부재 제조방법에 관한 것이다.

Description

유리섬유를 이용한 데크부재 제조방법{Manufacturing method of deck member using glass fiber}
본 발명은 유리섬유를 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 유리섬유를 사용함에 따른 인장강도, 강도 향상 및 내수압특성이 우수하여 장수명화를 달성하도록 개선된 유리섬유를 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.
이를 개선하기 위해, [선행기술문헌]과 같은 데크부재 제조방법이 개시된 바 있다.
하지만, 공정 간소화 등 다양한 소비자의 요구들이 제안되면서 이에 대한 개량이 요구되었다.
국내 등록특허 제10-1939817호(2019.01.11), 합성섬유를 이용한 데크부재 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 유리섬유를 사용함에 따른 인장강도, 강도 향상 및 내수압특성이 우수하여 장수명화를 달성하도록 개선된 유리섬유를 이용한 데크부재 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 기본원료를 조성하는 원료조성단계와, 무독성 난연제를 조성하는 난연제 조성단계와, 내경 2cm 및 외경 4cm로 된 이중다이스의 내경에는 난연제를 주입하고 외경에는 기본원료를 주입하여 압출하면서 펠릿화시키는 펠릿성형단계와, 성형된 펠릿과 실리카겔을 압출기에 넣고 압출하여 데크부재로 성형하는 데크성형단계를 포함하는 유리섬유를 이용한 데크부재 제조방법에 있어서; 상기 원료조성단계는 3-5cm의 길이를 갖는 장섬유 형태의 유리섬유 3.5중량%와, ATO(Antimony doped Tin Oxide) 5중량%와, 하이드로콜로이드(Hydrocolloid) 10중량%와, 인회석 분말 2.5중량%와, 다이클로로다이메틸실란 2.5중량%와, 노닐페놀 에톡시레이트 4.5중량%와, 2-페닐이미다졸 5중량% 및 나머지 HDPE(High-Density PolyEthylene)로 조성된 것을 특징으로 하는 유리섬유를 이용한 데크부재 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 무독성 난연제 조성단계는 멜라민 시아누레이트 10중량%와, 펜타에리스리톨 10중량%와, 수산화알루미늄 15중량%와, 0.1-0.2㎛의 입도를 갖는 지르코늄 5중량% 및 나머지 폴리프로필렌수지를 혼합하여 난연제 조성물을 만드는 단계인 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 난연제 조성물 100중량부에 대해 나트륨-시트레이트 15중량부, 6-브로모헥산산 10중량부, 폴리아미드아민 6.5중량부 더 첨가된 것에도 그 특징이 있다.
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 공정이 간소화되고, 유리섬유를 사용함에 따른 인장강도, 강도 향상 및 내수압특성이 우수하여 장수명화를 달성하도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 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.
본 발명에 따른 유리섬유를 이용한 데크부재 제조방법은 기본원료를 조성하는 원료조성단계와, 무독성 난연제를 조성하는 난연제 조성단계와, 내경 2cm 및 외경 4cm로 된 이중다이스의 내경에는 난연제를 주입하고 외경에는 기본원료를 주입하여 압출하면서 펠릿화시키는 펠릿성형단계와, 성형된 펠릿과 실리카겔을 압출기에 넣고 압출하여 데크부재로 성형하는 데크성형단계를 포함한다.
이때, 상기 원료조성단계는 기본원료를 조성하는 단계로서, 기본원료는 3-5cm의 길이를 갖는 장섬유 형태의 유리섬유 3.5중량%와, ATO(Antimony doped Tin Oxide) 5중량%와, 하이드로콜로이드(Hydrocolloid) 10중량%와, 인회석 분말 2.5중량%와, 다이클로로다이메틸실란 2.5중량%와, 노닐페놀 에톡시레이트 4.5중량%와, 2-페닐이미다졸 5중량% 및 나머지 HDPE(High-Density PolyEthylene)로 조성된다.
여기에서, 상기 유리섬유는 인장강도 및 강도를 높이면서 성형시 치수 변화가 적어 수치안정화를 정확하게 유지를 높이기 위해 첨가되며, 내크랙성과 균열억제성도 강화시킨다.
이때, 상기 ATO는 단열 및 차열성능 확보에 기여하고, 상기 하이드로콜로이드는 겔을 형성하여 습윤상태를 유지함으로써 점착성을 장시간 동안 확정하여 부착력을 강화시키기 위해 첨가되는 것으로 특히 유연할 뿐만 아니라 방수 및 발수기능을 강화시켜 젖음성이 생기지 않도록 하기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 인회석은 육방정계에 속하는 광물로서, 착물구조를 갖추어 내수압특성을 강화시키게 된다.
또한, 다이클로로다이메틸실란은 전기음성도가 불소(F) 다음으로 큰 염소 원자 2개가 있어 매우 강한 소수성을 보이는 물질로서, 방수성 및 발수성이 우수하여 내수압특성 강화에 기여한다.
아울러, 노닐페놀 에톡시레이트는 수지와의 교합성을 증대시키면서 계면활성 기능을 제공하고, 특히 산화방지 효과를 얻기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 2-페닐이미다졸은 건조시 열수축률을 적게 하여 내열안정성, 내변색성, 수지열화 억제력을 강화시킨다.
그리고, 상기 HDPE는 에틸렌을 중합하여 만든 고밀도 폴리에틸렌수지로서 일상생활에서 범용으로 사용되는 플라스틱 수지중 하나이다.
이러한 HDPE는 각종 기후에 견디는 내후성이 우수하고, 내환경응력균열성(Environmental Stress Cracking Resistance), 내수압성 및 가공성이 우수하여 본 발명에서는 베이스수지로 사용된다.
이렇게 하여, 원료조성이 완료되면 이어 무독성 난연제 조성단계가 수행된다.
상기 무독성 난연제 조성단계는 난연성을 상승시키기 위해 삼산화안티몬 10중량%와, 펜타에리스리톨 10중량%와, 수산화알루미늄 15중량%와, 0.1-0.2㎛의 입도를 갖는 지르코늄 5중량% 및 나머지 폴리프로필렌수지를 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, 수산화알루미늄은 폴리프로필렌수지의 친수화를 유도하기 위해 첨가된다.
또한, 상기 지르코늄은 연소시 산소와 결합하여 산화물 또는 질소화물로 이루어진 피막을 형성하여 난연성을 강화시키기 위해 첨가된다.
본 발명에 따른 난연제는 특히 할로겐이 함유되어 있지 않아 독성이 없어 인체 유해성을 배제시키며, 폴리프로필렌수지는 펠릿 성형성을 좋게 하기 위한 것이다.
이렇게 하여, 무독성 난연제가 조성되면 이어 펠릿성형단계가 수행된다.
상기 펠릿성형단계는 내경 2cm 및 외경 4cm로 된 이중다이스의 내경에는 난연제를 주입하고 외경에는 기본원료를 주입하여 압출하면서 펠릿화시키는 단계이다.
이를 통해, 기본원료가 난연제를 감싸는 형태로 코어-쉘 구조의 펠릿을 만들게 된다.
이후, 성형된 펠릿과 실리카겔을 압출기에 넣고 압출하여 데크부재로 성형하는 데크성형단계가 수행됨으로써 종래에 비해 간소화된 공정을 통해 종래와 동등하면서 그에 더하여 내수압 특성을 더욱 강화시킨 데크부재를 만들 수 있게 된다.
여기에서, 실리카겔을 첨가하는 이유는 내수성을 강화시키면서 윤활성과 압출성형성을 확보하기 위한 것이며, 내수압은 물의 압력을 견디는 정도를 의미하며, 예컨대 내수압 1500mm는 수심 1.5m의 수압을 견디는 것을 의미한다.
내수압과 관련하여 통상, 가랑비는 내수압 500mm, 보통비는 1,000mm, 폭우는 1,500mm 정도에 해당하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는 내구성을 높일 수 있도록 6,000mm 내수압 특성에 버금가도록 구현한다.
이에 더하여, 본 발명에서는 기본원료 조성시 기본원료 자체에 자외선흡수제와 자외선차폐제를 더 첨가할 수 있다.
이때, 자외선흡수제로는 하이드로벤조페논(Hydroxy Benzophenone)을 기본원료 100중량부에 대해 15중량부 더 첨가할 수 있다.
또한, 자외선차폐제로는 산화티타늄을 기본원료 100중량부에 대해 10중량부 더 첨가할 수 있다.
아울러, 부패를 억제하고 자외선에 대한 저항성을 증대시켜 내변색, 내구성, 내크랙성을 유지하기 위해 기본원료 100중량부에 대해 설포라판(C6H11NOS2) 6.5중량부를 더 첨가할 수 있고; 저온에서도 경도변화가 작고, 내피로성이 뛰어나며, 비중이 작아 성형가공성이 우수할 뿐만 아니라, 흡습성이 낮고, 내굴곡 피로성, 내후성, 유연성, 내크립성, 우수한 접착성을 확보하기 PEBAX(Polyether-block-amide)를 25중량부 더 첨가할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에서는 상기 난연제 100중량부에 대해 나트륨-시트레이트 15중량부, 6-브로모헥산산 10중량부, 폴리아미드아민 6.5중량부 더 첨가할 수 있다.
이때, 상기 나트륨-시트레이트(Na-citrate:Na3C6H5O7)는 방수 착체 형성을 위해 첨가되며, 상기 6-브로모헥산산(6-bromohexanoic acid)은 산소의 흡습 침투를 막아 코팅층의 크랙과 파단을 막아 열화를 방지하기 위해 첨가되고, 상기 폴리아미드아민(Poly amide-amine)은 내열, 내한성을 유지하기 위해 첨가된다.
이와 같은 방법으로 제조된 데크부재 시료에 대해 난연성을 평가하기 위해 UL 94 V Test Rating, LOI치 측정은 ASTM D2863-17에 따라 테스트한 결과, V-2 등급으로 판정되어 난연성이 우수한 것으로 확인되었다.
뿐만 아니라, 데크부재 시료에 대해 디지털 내수압측정기(모델명:FX 3300Ⅳ, 제조사:Textest Instruments 스위스)를 사용하여 내수압을 테스트한 결과, 8,400mm로 확인되었다. 이것은 본 발명이 목적하는 6,000mm를 훨씬 상회하는 것으로 매우 우수한 내수압 특성이 있는 것으로 확인되었다.
또한, 데크부재 시료에 대한 내변색성을 확인하기 위해 자외선조사기에 가혹조건(24시간 노출방식)으로 10일간 노출 후 변색여부 및 미소크랙(열화), 부서짐을 확인하였다. 확인 결과, 변색이 없었으며, 크랙도 발생하지 않았다.

Claims (3)

  1. 기본원료를 조성하는 원료조성단계와, 무독성 난연제를 조성하는 난연제 조성단계와, 내경 2cm 및 외경 4cm로 된 이중다이스의 내경에는 난연제를 주입하고 외경에는 기본원료를 주입하여 압출하면서 펠릿화시키는 펠릿성형단계와, 성형된 펠릿과 실리카겔을 압출기에 넣고 압출하여 데크부재로 성형하는 데크성형단계를 포함하는 유리섬유를 이용한 데크부재 제조방법에 있어서;
    상기 원료조성단계는 3-5cm의 길이를 갖는 장섬유 형태의 유리섬유 3.5중량%와, ATO(Antimony doped Tin Oxide) 5중량%와, 하이드로콜로이드(Hydrocolloid) 10중량%와, 인회석 분말 2.5중량%와, 다이클로로다이메틸실란 2.5중량%와, 노닐페놀 에톡시레이트 4.5중량%와, 2-페닐이미다졸 5중량% 및 나머지 HDPE(High-Density PolyEthylene)로 조성된 것을 특징으로 하되,
    상기 무독성 난연제 조성단계는 멜라민 시아누레이트 10중량%와, 펜타에리스리톨 10중량%와, 수산화알루미늄 15중량%와, 0.1-0.2㎛의 입도를 갖는 지르코늄 5중량% 및 나머지 폴리프로필렌수지를 혼합하여 난연제 조성물을 만드는 단계이며,
    상기 난연제 조성물 100중량부에 대해 나트륨-시트레이트 15중량부, 6-브로모헥산산 10중량부, 폴리아미드아민 6.5중량부 더 첨가된 것을 특징으로 하는 유리섬유를 이용한 데크부재 제조방법.
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