KR102099148B1 - 난연성 합성목재 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 난연성 합성목재 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 향상된 인장 강도 및 휨 강도를 가지면서도 난연 효과를 극대화할 수 있는, 난연성 합성목재 제조방법에 관한 것이다.

Description

난연성 합성목재 제조방법{FIRE-RETARDANT SYNTHETIC WOOD MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 난연성 합성목재 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 향상된 인장 강도 및 휨 강도를 가지면서도 난연 효과를 극대화할 수 있는, 난연성 합성목재 제조방법에 관한 것이다.
현재 우리나라를 포함하는 전세계의 가구 및 건축 내외장재들은 시장과 소비자의 다양한 요구를 충족시키기 위해 고급화되는 추세이다. 이러한 가구 및 건축 내외장재의 고급화 추세에 따라, 나무를 원료로 하는 재료의 사용이 증대되고 있다. 천연목재의 경우 나무 특유의 질감으로 인해 부드러우면서도 아늑한 분위기를 연출하고, 미관이 향상되는 장점을 지니고 있다.
그러나, 천연목재의 원료인 원목의 생산량에는 한계가 있고, 천연목재 자체로는 건축물에 필수적으로 요구되는 내수성, 내열성, 충격강도, 굴곡강도, 난연성, 항균성 등의 물성이 부족한 문제가 있다.
또한, 상기 천연목재는 화재 발생 시 건물 내의 인명보호, 소방활동의 보증, 화재 확산 방지, 건축물의 붕괴 방지 및 재사용 확보성 유지 등의 특성을 저해시키는 재료이기도 하다.
이에, 천연목재와 유사한 질감 및 외관을 가지면서도 인체에 해가 덜한 합성목재에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.
합성목재는 목재 또는 볏집, 옥수수대, 펄프와 같은 섬유질을 분쇄한 분말과, 상기 분말에 가공성이 우수한 수지를 혼합한 형태로 이루어지며, 압출 가공에 의해 건축물의 내외장재로 제조되어 사용되고 있다.
이렇게 제조된 합성목재는 내충성이 우수하고 미생물에 의한 피해가 없으며, 다양한 색상과 탈색, 변색이 거의 없고 수분에 강하며, 탄성, 인장 강도, 휨 강도, 압축강도 및 충격강도가 뛰어나 외부의 물리적 충격에 변형이 없고 반영구적 수명을 가진다. 또한, 일정 기간이 지난 합성목재는 수거 후 분쇄 등의 과정을 거쳐 재활용이 가능한 장점도 있다.
다만, 이러한 합성목재들은 구성요소로서 목분을 함유하고 있어 여전히 난연성이 저하되는 한계가 있으며, 천연목재와 비교하여 인장 강도 및 휨 강도 등 물리적인 특성이 저하된다는 단점을 지닌다.
이에, 천연목재에 버금가는 물리적 특성을 지니면서도, 뛰어난 난연성을 나타낼 수 있는 난연성 합성목재 제조방법이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1360938호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래 합성목재보다 향상된 인장 강도 및 휨 강도를 가져 내구성이 뛰어나면서도 화재 시 난연 효과를 극대화시킬 수 있는 난연성 합성목재 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 목재를 건조 및 분쇄하여 목분을 제조하는 단계; 상기 목분을 모노필라멘트 섬유 또는 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 고상 조성물을 형성하는 단계; 상기 고상 조성물을 합성수지, 윤활제, 및 난연제를 포함하는 액상 조성물과 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 압출 성형하여 난연성 합성목재를 제조하는 단계;를 포함하는, 난연성 합성목재 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
구체적으로, 상기 난연성 합성목재는, 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 목분 30 내지 50 중량부, 모노필라멘트 섬유 또는 멀티필라멘트 섬유 10 내지 30 중량부, 합성수지 10 내지 20 중량부, 윤활제 1 내지 5 중량부, 및 난연제 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 합성수지는, 폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리비닐클로라이드 수지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 모노필라멘트 섬유 또는 멀티필라멘트 섬유는, 나일론, 실크, 견사, 폴리락틱애씨드, 폴리락틱-co-글리콜릭애씨드, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 둘 이상을 포함하며, 0.5 내지 50 데니어의 모노섬도를 갖는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 난연제는, 정제수, 인산암모늄, 비즈왁스 에멀젼, 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액, 및 세리사이트 분말을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 난연제는 상기 난연제 100 중량부에 대하여 정제수 20 내지 75 중량부, 인산암모늄 5 내지 20 중량부, 비즈왁스 에멀젼 1 내지 15 중량부, 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액 5 내지 20 중량부, 및 세리사이트 분말 1 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명은 난연성 합성목재 제조방법에 관한 것으로, 목재를 건조 및 분쇄하여 제조된 목분을 모노필라멘트 섬유 또는 멀티필라멘트 섬유와 혼합시킴으로써 적은 비용으로도 합성목재의 인장 강도 및 휨 강도를 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 합성목재 제조 시 인산암모늄, 비즈왁스 에멀젼, 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액, 및 세리사이트 분말을 포함하는 난연제를 첨가시킴으로써, 합성목재의 내수성을 증대시키면서도 뛰어난 난연 효과를 부여할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성 합성목재 제조방법을 도식화한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 발명에서, "그래핀(graphene)"이라는 용어는 복수개의 탄소 원자들이 서로 공유 결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성한 것을 의미하는 것으로서, 상기 공유 결합으로 연결된 탄소 원자들은 기본 반복 단위로서 6 원환을 형성하나, 5 원환 및/또는 7 원환을 더 포함하는 것도 가능하다.
본 발명에서, "그래핀 산화물"이라는 용어는 그래핀 옥사이드 (graphene oxide)라고도 불리우고, "GO"로 약칭될 수 있다. 단일층 그래핀 상에 카르복실기, 히드록시기, 또는 에폭시기 등의 산소를 함유하는 작용기가 결합된 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명에서, "환원된 그래핀 산화물" 또는 "환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide)"이라는 용어는 환원 과정을 거쳐 산소 비율이 줄어든 그래핀 산화물을 의미하는 것으로서, "rGO"로 약칭될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원의 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 측면은, 목재를 건조 및 분쇄하여 목분을 제조하는 단계; 상기 목분을 모노필라멘트 섬유 또는 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 고상 조성물을 형성하는 단계; 상기 고상 조성물을 합성수지, 윤활제, 및 난연제를 포함하는 액상 조성물과 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 압출 성형하여 난연성 합성목재를 제조하는 단계;를 포함하는, 난연성 합성목재 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 목재는 가구 및 건축물의 내외장재로 이용될 수 있는 종이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 소나무, 편백나무, 삼나무, 잣나무, 낙엽송, 은행나무, 소철, 느티나무, 상수리나무, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 종을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 목분의 함량은 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 30 내지 약 50 중량부, 바람직하게는 약 40 내지 약 50 중량부, 더욱 바람직하게는 약 45 내지 약 50 중량부일 수 있다. 상기 목분의 함량이 약 30 중량부 미만인 경우에는 가구 및 건축 내외장재로서 목재 특유의 미관 향상 효과가 저하될 수 있고, 약 50 중량부를 초과할 경우에는 합성목재로서 충분한 물성(내수성, 충격 강도, 굴곡 강도)이 구현되지 않을 수 있으므로, 상기 목분의 함량은 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 30 내지 약 50 중량부인 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 목분의 입자 크기는 약 20 내지 약 100 메쉬 (mesh)일 수 있고, 수분 함량은 약 3% 내지 약 8%일 수 있다. 상기 목분의 입자 크기 및 수분 함량이 각각 약 20 내지 약 100 메쉬, 약 3% 내지 약 8%일 경우, 충분한 가공성과 함께 가구 및 건축 내외장재로 사용하기 위한 내수성을 부여할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제조된 목분은 모노필라멘트 섬유 또는 멀티필라멘트 섬유와 혼합되어 고상 조성물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제조된 목분은 모노필라멘트 섬유 또는 멀티필라멘트 섬유와 혼합됨으로써, 직교형 또는 그물형과 같은 다양한 형태를 나타내는 상기 모노필라멘트 섬유 또는 멀티필라멘트 섬유의 사이 공간에 상기 목분이 채워지는 구조를 나타낼 수 있으며, 그에 따라 추후 합성목재 제조 시 향상된 인장 강도 및 휨 강도를 부여할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 선택되는 섬유의 소재에 따라 제조되는 합성목재의 밀도 또는 물리적 강도의 제어가 가능할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 목분과 혼합되는 모노필라멘트 섬유 또는 멀티필라멘트 섬유는 나일론, 실크, 견사, 폴리락틱애씨드, 폴리락틱-co-글리콜릭애씨드, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로는, 나일론과 폴리락틱-co-글리콜릭애씨드의 혼합물을 방사기를 통해 용융방사하여 제조되는 멀티필라멘트 섬유를 의미하는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 멀티필라멘트 섬유의 모노섬도는 약 0.5 내지 약 50 데니어(denier)일 수 있으며, 상기 멀티필라멘트 섬유의 모노섬도가 약 0.5 데니어 미만일 경우 제조되는 합성목재에 충분한 인장 강도 및 휨 강도를 부여하지 못할 수 있으며, 약 50 데니어를 초과할 경우 가공성이 하락할 수 있으므로, 상기 멀티필라멘트 섬유의 모노섬도는 약 0.5 내지 약 50 데니어, 약 0.5 내지 약 40 데니어, 약 0.5 내지 약 30 데니어, 약 0.5 내지 약 20 데니어, 약 0.5 내지 약 10 데니어, 약 10 내지 약 50 데니어, 또는 약 10 내지 약 30 데니어인 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 약 20 내지 약 30 데니어일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 멀티필라멘트 섬유는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 10 내지 약 30 중량부로 포함되는 것일 수 있다. 상기 멀티필라멘트 섬유의 함량이 약 10 중량부 미만 또는 약 30 중량부 초과일 경우, 합성목재 제조에 대한 가공성이 하락할 수 있으므로, 상기 멀티필라멘트 섬유의 함량은 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 10 중량부 내지 약 30 중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 20 중량부 내지 약 30 중량부로 포함될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 목분을 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 형성된 고상 조성물을 합성수지, 윤활제, 및 난연제를 포함하는 액상 조성물과 혼합하여 압출 성형함으로써 난연성 합성목재를 제조할 수 있다. 상기 액상 조성물은 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 합성수지는 가구 및 건축 내외장재로서의 물성 확보와 함께 우수한 가공성을 부여하기 위한 것으로, 예를 들어, 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 수지, 고밀도 폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE) 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 수지, 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 수지, 폴리아마이드(polyamide, PA) 수지, 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC) 수지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 합성수지는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 합성수지는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 10 내지 약 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 합성수지가 약 10 중량부 미만으로 포함될 경우 목분을 포함하는 고상 조성물과 충분히 혼합되지 않아 압출 성형에 충분한 가공성을 부여할 수 없으며, 약 20 중량부를 초과하여 포함될 경우 제조되는 난연성 합성목재의 강도가 하락할 수 있으므로, 상기 합성수지는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 10 지 약 20 중량부, 약 10 내지 약 15 중량부, 약 15 내지 약 20 중량부, 또는 약 17 내지 약 20 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 윤활제는 난연성 합성목재 제조 시 각 구성성분의 결합을 원활하게 하고 안정성을 향상시키기 위한 것으로서, 각 성분간 결합 안정성을 향상시키는 결합촉진제, 열안정성과 내후성을 향상시키는 산화방지제, 빛에 의한 변색을 방지하는 광안정제, 자외선 흡수제 등 상기 합성목재 제조에 사용될 수 있는 다양한 것들을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 결합촉진제로는 말레산 무수물이 그래프트된 폴리프로필렌을 사용하여 목분과 수지의 교반 시 결합구조 형성을 용이하게 할 수 있고, 산화방지제로는 포스페이트 계통의 산화방지제 또는 칼슘 스테아린산염을 사용할 수 있으며, 광안정제로는 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연제는 정제수, 인산암모늄(phosphate of ammonium), 비즈왁스(beeswax) 에멀젼, 질소-도핑된 rGO(N-doped Reduced Oxide Graphene, 질소-도핑된 환원된 그래핀 산화물) 나노시트 용액, 및 세리사이트(sericite) 분말을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 인산암모늄은 인산일암모늄[(NH4)H2PO4], 인산이암모늄[(NH4)2HPO4], 또는 인산삼암모늄[(NH4)3PO4]을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로는 인산일암모늄을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연제는 상기 난연제 100 중량부에 대하여 정제수 약 20 내지 약 75 중량부, 인산일암모늄 약 5 내지 약 20 중량부, 비즈왁스 에멀젼 약 1 내지 약 15 중량부, 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액 5 내지 20 중량부, 및 세리사이트 분말 1 내지 10 중량부를 포함할 수 있으며, 상기와 같은 중량부의 난연제를 포함함에 따라, 제조되는 합성목재의 난연 효율이 향상되며, 그와 동시에 천연목재에 준하는 물리적 특성을 부여할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 질소-도핑된 rGO 나노시트는 GO 나노시트를 열적 환원 또는 열적-화학적 환원하여 수득된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 GO 나노시트를 질소-함유 용액과 함께 수열 합성시킴으로써 상기 GO 나노시트에 질소가 도핑됨과 동시에 환원되어 질소-도핑된 rGO 나노시트가 수득되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 질소-함유 용액은 상기 GO 나노시트에 질소를 도핑할 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 암모니아수, 하이드라진, 우레아, 피롤, 아닐린, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액이 상기 난연제 100 중량부 대비 약 5 중량부 미만으로 포함될 경우, 그래핀 첨가로 인한 물리적 특성 향상 및 난연 효과가 미미할 수 있으며, 약 20 중량부를 초과하여 포함될 경우 합성목재 제조 비용이 지나치게 향상되며, 가공성이 하락할 수 있으므로 상기 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액은 상기 난연제 100 중량부 대비 약 5 내지 약 20 중량부, 약 5 내지 약 15 중량부, 약 5 내지 약 10 중량부, 약 10 내지 약 20 중량부, 또는 약 15 내지 약 20 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 세리사이트는 단사정계에 속하며, 작은 비늘모양 또는 엽상을 나타내는 백색의 칼륨(K) 운모로서, 상기 난연성 합성목재 제조 시 첨가됨으로써 강한 물리적 특성을 부여할 수 있는 광물이다. 상기 세리사이트는 분말로서 첨가될 수 있으며, 상기 난연제 100 중량부에 대하여 약 1 내지 약 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 세리사이트 분말의 함량이 증가할수록 제조되는 합성목재의 물리적 특성이 향상될 수 있으나, 약 10 중량부를 초과하여 포함될 경우 오히려 경도가 하락할 수 있으므로, 상기 세리사이트 분말은 상기 난연제 100 중량부에 대하여 약 10 중량부 미만, 구체적으로는 약 1 내지 약 10 중량부, 약 1 내지 약 5 중량부, 또는 약 5 내지 약 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 고상 조성물과 액상 조성물의 혼합물을 압출 성형함으로써 난연성 합성목재를 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합물을 펠렛 제조 압출기에 투입하고 일정한 속도, 온도 및 압력 하에 압출 성형할 수 있으며, 압출 성형 후 냉각 과정을 거쳐 절단함으로써 최종 제품을 수득할 수 있다. 필요에 따라, 건조 및 코팅 등의 추가 단계를 포함함으로써 최종 수득되는 난연성 합성목재를 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 실시예 3]
편백나무를 함수율이 10% 이하가 될 때까지 자연 건조하고, 분쇄기를 통해 입자 크기 50 메쉬로 분쇄하여 목분을 제조하였다. 다음으로, 혼합물 전체 중량 대비 목분 45 중량부 및 나일론-폴리락틱-co-글리콜릭애씨드 멀티필라멘트 섬유(25 데니어) 25 중량부를 상온에서 10 분간 교반 혼합하여 고상 조성물을 제조하였다. 제조된 고상 조성물은 합성수지로서 폴리에틸렌 수지 15 중량부, 윤활제 5 중량부, 및 하기 표 1의 난연제 10 중량부를 포함하는 액상 조성물과 상온에서 30 분 동안 혼합한 뒤, 펠렛 제조 압출기에 투입하여 압출 성형하고 건조함으로써 난연성 합성목재를 제조하였다. 상기 사용된 액상 조성물의 난연제 성분 및 함량에 따라 각각 3 종류의 난연성 합성목재를 제조하였으며, 제조된 각각의 난연성 합성목재를 실시예 1, 실시예 2, 및 실시예 3으로 명명하였다.
난연제
(난연제 100 중량부 기준)		 실시예 1 실시예 2 실시예 3
정제수 57.75 52.25 44.75
인산일암모늄[(NH4)H2PO4]
(Sigma Aldrich)		 17.25 17.25 17.25
비즈왁스 에멀젼(뉴샤코리아) 12.50 12.50 12.50
질소-도핑 rGO 나노시트 용액 12.50 12.50 18.00
세리사이트 분말(㈜동양이앤피) - 5.50 7.75
합계 100.00 100.00 100.00
[비교예]
상기 실시예들과 동일한 방법으로 제조하되, 고상 조성물로서 멀티필라멘트 섬유를 포함하지 않고, 액상 조성물의 난연제로서는 하기 표 2의 성분을 이용하여 난연성 합성목재를 제조하고 비교예로 명명하였다.
난연제
(난연제 100 중량부 기준)		 비교예
정제수 70.25
인산일암모늄[(NH4)H2PO4]
(Sigma Aldrich)		 17.25
비즈왁스 에멀젼(뉴샤코리아) 12.50
질소-도핑 rGO 나노시트 용액 -
세리사이트 분말(㈜동양이앤피) -
합계 100.00
[실험예 1: 휨 강도 측정]
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 난연성 합성목재들을 각각 두께 3 mm로 절단하여 시편을 제조하고, 이를 KS F 2159-1를 사용하여 휨 강도를 측정하였다. 측정된 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
휨 강도(MPa) 28.0 30.0 36.0 12.0
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 목분을 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 제조한 실시예 1 내지 실시예 3의 난연성 합성목재의 경우 비교예의 합성목재와 비교하여 우수한 휨 강도를 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 휨 강도는 난연제로서 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액 및 세리사이트 분말 중 하나만을 포함하는 실시예 1보다, 상기 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액 및 세리사이트 분말을 모두 포함하는 실시예 2 및 3에서 더 높은 값을 나타냈으며, 그 중에서도 함량이 증가할 경우 휨 강도 특성이 훨씬 우수한 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 2: 인장 강도 측정]
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 난연성 합성목재의 시편(두께 3 mm)에 대해 KS F 2157을 사용하여 인장 강도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
인장 강도(MPa) 205 238 255 180
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 휨 강도 측정 결과와 마찬가지로 목분을 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 제조한 실시예 1 내지 실시예 3의 난연성 합성목재가 비교예의 합성목재 보다 높은 인장 강도를 나타냈으며, 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액 및 세리사이트 분말을 모두 포함하며 그 함량이 증가할수록 더 높은 인장 강도를 나타내었다.
[실험예 3: 난연성 측정 (1)]
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 난연성 합성목재들에 대하여, KS F 5660-1에 의거하여 콘칼로리미터 시험법을 통해 난연성을 측정하였다. 가열 개시 후 10 분간 총방출열량(total heat release, THR)과 최대열방출률(peak heat release rate, HRR)을 측정하였고, 이를 하기 표 5에 기재하였다. 이 때, 콘히터의 복사열은 50 kW/m2 ± 1 kW/m2, 배출유량은 0.024 m2/s ± 0.002 m2/s로 설정하고 유지하였으며, 총방출열량이 8 MJ/m2 이하이고, 최대열방출률이 10 초 이상 연속으로 200 kW/m2를 초과하지 않는 경우, 준불연 재료(난연 2급)의 특성을 만족하는 것으로 평가하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
최대열방출율
(Kw/m2)		 33.5 31.0 25.0 48.0
총열방출량
(MJ/m2)		 4.3 4.6 4.5 8.9
상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 목분을 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 제조한 실시예 1 내지 실시예 3의 난연성 합성목재의 경우 총방출열량은 8 MJ/m2 이하를 만족하였고, 최대열방출률 또한 10 초 이상 연속으로 200 kW/m를 초과하지 않아 준불연 재료(난연 2급) 기준을 만족함을 알 수 있다.
[실험예 4: 난연성 측정 (2)]
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 난연성 합성목재들에 대하여 단열재 난연성 성능 기준에 의거하여 난연성 측정 시험을 실시하였다. 난연성 측정 시험 결과는 하기 표 6에 나타내었으며, 시험은 305℃에서 10 분간 가열한 후 잔류 불꽃 발생이 30 초 미만이며, 재료의 연소 가스 속에 방치된 쥐(mouse)가 9 분 이상 활동할 경우 준불연 재료(난연 2급)의 특성을 만족하는 것으로 평가하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
잔류 불꽃
발생 시간(초)		 13.75 11.00 8.51 24.00
연소가스 내 쥐의 활동 시간(분) 13 20 35 3
단열재 성능 기준에 따른 난연성 시험 결과, 목분을 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 제조한 실시예 1 내지 실시예 3의 난연성 합성목재의 경우 잔류 불꽃 발생 시간은 모두 30 초 미만을 만족하였고, 연소가스 내 방치된 쥐는 모두 9 분 이상 활동하여 준불연 재료(난연 2급) 기준을 만족하였다. 비교예의 경우 잔류 불꽃 발생 시간은 30 초 미만이었으나 실시예 1 내지 3의 불꽃 발생 시간 보다 길었고, 연소가스 내 쥐는 유독가스 발생으로 인하여 3 분 내 사망하여 준불연 재료 기준을 만족시키지 못했음을 확인하였다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (5)

  1. 목재를 건조 및 분쇄하여 목분을 제조하는 단계;
    상기 목분을 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 고상 조성물을 형성하는 단계;
    상기 고상 조성물을 합성수지, 윤활제, 및 난연제를 포함하는 액상 조성물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합물을 압출 성형하여 난연성 합성목재를 제조하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로, 목분 45 내지 50 중량부, 멀티필라멘트 섬유 20 내지 30 중량부, 합성수지 10 내지 20 중량부, 윤활제 1 내지 5 중량부, 및 난연제 5 내지 15 중량부를 포함하며,
    상기 난연제는 정제수, 인산암모늄, 비즈왁스 에멀젼, 질소-도핑된 rGO 나노시트 용액, 및 세리사이트 분말을 포함하고,
    상기 멀티필라멘트 섬유는 나일론 및 폴리락틱-co-글리콜릭애씨드의 혼합물을 용융방사하여 제조되며, 20 내지 30 데니어의 모노섬도를 갖는 것인,
    난연성 합성목재 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 합성수지는,
    폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리비닐클로라이드 수지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는, 난연성 합성목재 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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