KR102113446B1 - 스톤 플라스틱 복합판재(spc)용 코어층 조성물, 스톤 플라스틱 복합판재(spc)/바닥재 및 이의 제조방법 - Google Patents

스톤 플라스틱 복합판재(spc)용 코어층 조성물, 스톤 플라스틱 복합판재(spc)/바닥재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

친환경적인 재료를 사용하면서도 종래보다 열전도율을 향상시켜 에너지 소모량을 절감할 수 있는 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)가 개시된다. 이와 같은 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)은, 탄산칼슘(CaCo3), 황토분말, 양마, 마그네슘, 폴리유산, 수지 안정제가 혼합 형성된 코어층과; 미리 설정된 소정 무늬가 형성되기 위하여 상기 코어층의 상부면에 시트(Sheet) 형태로 형성되는 무늬 필름층과; 상기 무늬 필름층의 마모를 방지하기 위하여 상기 무늬 필름층의 상부면에 시트 형태로 형성되는 표면 보호층과; 상기 코어층의 하부면에 형성되는 바닥층과; 상기 표면 보호층에 대한 내얼룩, 방수, 표면보호를 위해 상기 표면 보호층의 상부에 형성되는 코팅층으로 구성되며; 상기 바닥층은 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 코르크(Cork)나, 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 IXPE 폼 중에서 선택되는 임의의 하나가 사용된다.

Description

스톤 플라스틱 복합판재(SPC)용 코어층 조성물, 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)/바닥재 및 이의 제조방법{Building flooring composition for stone plastic composite(SPC), building flooring, and method of manufacturing the same}
본 발명은 건축물 등의 마감재로 사용되는 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)용 코어층 조성물, 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)/바닥재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 친환경적인 재료를 사용하면서도 종래보다 열전도율을 향상시켜 에너지 소모량을 줄일 수 있는 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)용 코어층 조성물, 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)/바닥재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 건축물의 바닥을 장식하거나 미려하게 마감하기 위하여 다양한 바닥재를 사용하는데, 이러한 바닥재는 목재, 합판, MDF, HDF, PB, PVC 중에서 선택된 재질이나 혹은 이들의 혼합물 또는 다양한 화합물질의 재질로 이루어지며, 또한 바닥재들 간의 조립을 용이하게 하거나 시공성을 향상시키기 위해 바닥재의 측면에 특정한 기계적 체결요소를 구비하거나 접착제 등의 보조적인 고정 장치를 사용하고 있으며, 이러한 바닥재들의 소재들 중에서 목질 합판(MDF, HDF)을 기재로 하고, 상부에 무늬가 인쇄된 모양지층과 모양지층의 보호를 위하여 산화알루미늄이 적층된 이른바 라미네이트 판재가 사용되고 있다. 이와 같은 라미네이트 판재는 내마모성, 내구성 등이 우수하고, 미려한 무늬를 표현하고 평활한 평면을 유지하는데 적합하여 오랫동안 건축자재 시장에서 소비자들로부터 가장 많은 관심을 받아 왔다.
그런데 상기 바닥재의 기재를 형성하는 목질 합판은 아무리 밀도가 높아도 목질 섬유와 목질 섬유를 결합시키기 위하여 통상적으로 사용하는 수지들은 근본적으로 수분의 침투를 저지할 수가 없는 단점이 있어, 바닥재를 연결한 틈 혹은 바닥재의 측면 사이로 수분이 침투하면 목질 섬유로 이루어진 판넬의 기재가 부풀어 본래의 형상을 상실하고 바닥재의 외형이 변하는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 이러한 문제점을 최소화하기 위해 사용되는 접착제 등의 성분에 포름알데히드, 톨루엔 등과 같은 유해물질을 발생시킬 뿐만 아니라 시공 후에 습기로 인한 부패, 곰팡이 발생 또는 변형으로 좋지 않은 냄새가 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 대한민국 특허등록번호 제10-1722537호(특허문헌 1)에서는 WPC(Wood Plastic Composite)계 친환경 소재를 제공하기 위한 것으로, 층간소음을 감소시키고 보행감을 향상시키도록 코르크 재질로 형성되는 흡음층; 상기 흡음층 상면에 적층되고, 상기 흡음층의 물성을 보강하고 균형과 강도를 높여주며 긴밀하게 적층되도록 접착력을 구비하는 제1 패드층; 상기 제1 패드층 상면에 적층되고, 물에 대해 내성이 있는 방수재질로 형성되는 방수보드층; 상기 방수보드층 상면에 적층되고, 상기 방수보드층의 물성을 보강하고 균형과 강도를 높여주며 긴밀하게 적층되도록 접착력을 구비하는 제2 패드층; 상기 제2 패드층 상면에 적층되고, 상면에는 나무 질감 및 무늬 연출이 가능한 표면장식층; 상기 표면 장식층 상면에 적층되고, 상기 표면 장식층 상면에 연출되는 나무 질감 및 무늬를 표현하고, 외부 충격 및 방수가 가능하도록 투명 시트형태로 형성되는 표면보호층;을 포함하여 바닥재 보드가 서로 연접하여 형성하되, 상기 흡음층은 상기 제1 패드층과 긴밀한 접착을 위해 상면에 다수의 격자 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 다기능 마루 바닥재를 개시하고 있다.
한편, WPC계 판재는 많은 장점에도 불구하고 상기와 같이 수분에 취약하다는 문제가 있으며, 따라서 이를 보완하기 위한 물질로서 SPC(Solid Plastic Composite 또는 Stone Plastic Composite)계 바닥재 원료가 제안되었는데, 이는 천연 석회암 분말과 폴리비닐염화물로 구성되어 친환경적이다. 또한, 수축 팽창률 시험을 위한 6시간 80℃ 시험 결과에서 WPC 바닥재는 0.40%였지만, SPC계의 경우 0.06% 미만이며, 내구성이 좋고 내화성이 우수하고, 열전달 효율이 우수하다는 장점이 있다.
다른 한편, 일반인에게 주거용 건축물의 건축 자재로 황토 판재도 제안되어 왔는데, 황토는 많은 양의 원적외선을 방사하여 생체 내의 분자를 자극하여 활성화함으로써 생체를 보온하고, 체내 독소인 과산화지질을 중화시키고, 생물체 내에서 부패한 세포를 분해하는 효능을 가지고 있다는 과학적으로 입증된 황토의 효능을 이용하는 것으로서, 최근에는 황토를 건축물 바닥재로 사용하려는 시도가 상기 설명한 바와 같은 다양한 분야에서 다양하게 이루어지고 있다.
그러나 이와 같은 통상적인 황토 제품은 시공 후에 황토면이 조그만 충격이나 마찰에도 쉽게 갈라지거나 떨어져 나갈 뿐만 아니라 시공이 불편한 등의 단점이 있어 이에 대한 해결책으로 황토와 백 시멘트 또는 황토와 수지 접착제와 혼합된 제품들을 사용하고 있는데, 이러한 제품들은 결국 인체에 유해한 벤젠, 톨로엔, 클로로포름, 아세톤, 포름알데히드 등의 발암물질을 배출시켜 바람직하지 않다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 제안이 다수 있는데, 예를 들면, 대한민국 특허등록번호 제10-1811857호(특허문헌 3)에서는, 황토층; 바다머드 및 생강 추출액을 포함하는 머드 내부층; 및 바다머드 및 조개 패각 입자를 포함하는 머드 표면층; 이 순차적으로 적층된 바다머드를 이용한 적층체"의 구성을 개시하고, 이러한 구성의 적층체는 다양한 건강 증진 효과들이 인체에 효과적으로 흡수 및 적용될 수 있는 장점이 있으며, 우수한 방열 특성이 있어 연료비를 최소화할 수 있는 효과가 있다고 개시하고 있다.
그런데 상기한 특허문헌들에 개시된 발명을 포함하여, 종래의 방법들은 통상적으로 접착제를 사용하여 제조되는 패널은 포름알데히드의 방출을 피할 수가 없거나, 소재의 특성상 편평도를 유지하는데 불리하거나, 내마모성, 내구성 등의 물성이 떨어지거나, 미세한 크랙이 잘 발생하는 등의 강도가 약하다는 등의 각각의 문제점을 안고 있었다.
또한, 종래의 SPC 판재는 종래의 일반 복합판재 보다 상대적으로 석재분말이 고밀도로 형성되어 표면강도와 내구성이 좋은 장점이 있는 반면, 유연성이 떨어질 뿐만 아니라 제품의 무게가 많이나가 제품의 제조 및 운송시 작업자들의 운반이 어렵거나 제품의 운송시 개별 제품의 무게가 많이 나가기 때문에 전체 제품의 운송량에 한계가 있었을 뿐만 아니라 제품의 유연성이 떨어져 바닥에 변형이 오거나 경사나 굴곡이 있는 시공장소에는 보강공사를 하여야만 하였다.
특허문헌 1: 대한민국 특허공개공보 제10-2012-0064253호 특허문헌 2: 대한민국 특허공개공보 제10-2010-0020076호 특허문헌 3 : 대한민국 특허등록번호 제10-1811857호
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 실정을 감안하여 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 친환경적인 재료를 사용하면서도 종래보다 열전도율을 향상시켜 에너지 소모량을 절감할 수 있는 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)용 코어층 조성물, 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)/바닥재 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래 제품보다 상대적으로 강도와 유연성을 향상시키면서도 무게를 줄일 수 있는 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)용 코어층 조성물, 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)/바닥재 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)은, 탄산칼슘(CaCo3), 황토분말, 양마, 마그네슘, 폴리유산, 수지 안정제가 혼합 형성된 코어층과; 미리 설정된 소정 무늬가 형성되기 위하여 상기 코어층의 상부면에 시트(Sheet) 형태로 형성되는 무늬 필름층과; 상기 무늬 필름층의 마모를 방지하기 위하여 상기 무늬 필름층의 상부면에 시트 형태로 형성되는 표면 보호층과; 상기 코어층의 하부면에 형성되는 바닥층과; 상기 표면 보호층에 대한 내얼룩, 방수, 표면보호를 위해 상기 표면 보호층의 상부에 형성되는 코팅층으로 구성되며; 상기 바닥층은 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 코르크(Cork)나, 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 IXPE 폼 중에서 선택되는 임의의 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스톤 플라스틱 복합판재 제조방법은, 전체 조성물에 대해 탄산칼슘(CaCo3) 분말, 황토분말, 양마, 마그네슘을 각각 고속 혼합기에서 균질하게 배합하고, 상기 배합물에 황토분말, 폴리유산 분말, 수지 안정제를 넣어 반죽하고, 상기 반죽물을 소정 형상의 압출기를 이용하여 미리 설정된 온도와 압력으로 바닥재로 압출 성형하는 코어층 형성단계; 상기 코어층의 상부면에 시트형상의 미리 설정된 소정 무늬가 형성된 무늬 필름층과 상기 무늬 필름층을 보호하는 표면 보호층을 차례로 형성되도록 미리 설정된 온도와 압력으로 압착하는 코어층 압착단계와; 상기 압착된 복합판재를 미리 설정된 두 단계 이상의 냉각 온도로 순차적으로 냉각시키는 코어층 냉각단계와; 상기 냉각된 바닥재를 상온에서 미리 설정된 시간 동안 숙성시키는 코어층 숙성단계와; 상기 숙성된 바닥재의 상부면에 미리 설정된 도료를 바르고 자외선 광선으로 건조하는 UV 코팅을 적어도 2회 이상 실시하는 코어층 코팅단계와; 상기 코어층의 하부면에 형성되는 바닥층을 형성시키는 바닥층 형성단계를 포함하며, 상기 바닥층은 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 코르크(Cork)나, 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 IXPE 폼 중에서 선택되는 임의의 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스톤 플라스틱 복합판재용 코어층 조성물은, 탄산칼슘(CaCo3) 분말을 주재료로 하고, 황토분말, 양마, 마그네슘, 폴리유산 분말, 수지 안정제를 부재료로 하여 이루어진 코어층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)용 코어층 조성물, 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)/바닥재 및 이의 제조방법에 따르면, 친환경적인 재료를 사용하면서도 종래보다 열전도율을 향상시켜 에너지 소모량을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 많은 양의 원적외선을 방사하여 생체 내의 분자를 자극하여 활성화시키면서도 세균번식 예방, 항균, 탈취 효과가 우수하다.
또한, 종래 제품보다 상대적으로 강도와 유연성을 향상시키면서도 완제품의 무게를 줄일 수 있어, 제품의 제조 및 운송시에 종래보다 상대적으로 작업자들의 운반이 덜 힘들 뿐만 아니라 제품의 운송시 전체 무게를 줄여 운송경비를 줄일 수 있고, 시공 후 바닥에 변형이 생기거나 경사나 굴곡이 있는 시공장소에도 시공된 상태를 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 코어층의 외표면을 찍은 사진이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 시공예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 시공예에 사용된 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 사진이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 제조절차를 보인 순서도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다." 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)용 코어층 조성물은, 전체 코어층 조성물에 대해 탄산칼슘(CaCo3) 분말 40~50 중량부, 황토분말 10~20 중량부, 마섬유 10~15 중량부, 수지 분말 30~40 중량부, 수지 안정제 8~12 중량부로 이루어진 코어층(20)을 포함하며, 선택적으로 마그네슘 5~10중량부를 추가적으로 구성한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서는 석회석(방해석), 난각칼슘(계란껍질), 패각칼슘(굴,조개껍질), 해조칼슘(불가사리,산호), 진주칼슘(진주) 중에서 선택되는 임의의 하나 이상의 칼슘분말이 혼합되어 사용되며, 바람직하게는 패각칼슘(굴, 조개껍질)이 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 마섬유는 상대적으로 강도와 유연성을 향상시키면서도 완제품의 무게를 줄일 수 있도록 하기 위하여 아마(flax), 저마(모시, ramie), 대마(삼베, hemp), 황마(jute), 양마(kenaf) 중에서 선택되는 임의의 하나가 사용되며, 바람직하게는 양마나 황마가 사용되는 것이 바람직하다.
여기서, 아마의 학명은 Linum usitatissimum L.로서, 중앙아시아 원산이며, 섬유작물로 재배하고 있다. 섬유장의 길이는 130~1000mm이며, 상질의 아마는 500mm 이다. 색이 좋은 것은 노란빛이 나는 흰색이며, 표백에 의해서 무게가 줄어들며, 비단과 같은 강한 광택을 갖게 된다. 강도는 면섬유보다 2배 정도 강하지만, 신도는 1.5~2.3%로 의류용 섬유 중에서 가장 낮은 축에 속한다. 신도가 가장 낮은 축에 속하는 만큼 탄성 또한 좋지는 않아, 2% 신장에서 탄성 회복률은 65%로 구김이 잘 생기는 반면, 흡습성이 면보다 좋아 빨리 흡수하며 또한 빨리 마르는 특징을 갖는다.
또한, 저마는 엷은 노란색, 녹갈색이 많고, 이것을 표백하면 흰색이 되어 비단과 같은 광택이 나 견마라고 부르기도 한다. 저마섬유의 길이는 0.5~1.5m 이고, 섬유가닥 하나의 길이는 60~250mm로 마섬유 중에서 낱 섬유의 길이가 가장 길다. 공기 중에 방치하거나 물 속에 담가 두어도 썩지 않는 장점이 있으며, 천연섬유 중 강도가 가장 강하고 내수성과 내부식성이 있다.
또한, 대마는 진한 노란색, 회색, 진한 녹색 등 여러가지가 있으나, 품질이 좋은 것은 파란빛을 띤 흰색이고 나쁜 것은 갈색을 띤다. 습윤 상태에서 강도가 더 강해지고 내수성, 내구성이 풍부한 특징을 갖는다. 거칠고 유연성 및 탄성이 적으나, 곰팡이에 대해 높은 저항성을 갖는다. 탄성은 아마보다 떨어지고, 방직용으로 사용하기에도 탄성이 충분치 못하다.
또한, 황마는 노란색 또는 은회색이며 강한 광택이 있지만, 보통의 것은 갈색 또는 녹색을 띤다. 황마섬유의 길이는 2~3m 정도이나, 낱 섬유는 1.5~5mm 정도로 마섬유 중에서 가장 짧고, 강도는 모든 마섬유 중에서 가장 약하다. 섬유가 부드러워서 방적성은 좋은 편이나 열에 의해 손상되기 쉽고, 곰팡이에 대해 침해되기 쉬운 단점을 갖는다.
또한, 양마는 케나프(Kenaf)라고도 하며, 줄기는 곧게 서고 높이가 3 내지 5 m이며 한해살이풀이다. 양마를 수확한 후 발효시켜 얻은 섬유는 삼이나 황마의 대용품으로 사용하는데, 이 섬유는 황마 섬유보다 질기고 다소 거칠며 유연성이 떨어진다. 섬유의 길이는 22㎝ 정도이고 마대, 어망, 밧줄, 제지 원료 등으로 쓴다. 이와 같이 케나프 섬유를 이용하면 내열성 및 강도를 한층 강화시킬 수 있으므로 섬유소재 뿐만 아니라 휴대폰, 냉장고 외장재로도 사용이 가능하다.
또한, 수지 분말은, (1)PVC(Poly Vinyl Chloride) 레진 분말, (2)폴리유산 (poly lactic acid; PLA), 또는 (3) PVC(Poly Vinyl Chloride) 레진 분말 및 폴리유산 (poly lactic acid; PLA)의 혼합물 중에서 선택되는 임의의 하나가 사용되는 것이 바람직하다.
여기서, PVC(Poly Vinyl Chloride) 레진은 Paste 수지와 Straight 수지로 구분되는데, Paste 수지는 Paste 가공용으로 만들어진 폴리염화비닐 분말로 상온에는 가소제와의 혼합물의 상태가 일반용 수지의 경우와 달라 페이스트 상의 졸이라고도 하고 페이스트수지라고 부르기도 한다. 그 수지는 화학적으로 보면 일반용 PVC와 동일하지만 수지분말의 물리적 성질은 다르다. 또한, 페이스트 수지는 유화중합의 경우 미리 입도, 입자수를 미리 알고 있는 중합체를 종자로 해서, 계에 가해 적당한 계산량의 단량체를 그 종자 위에 중합시켜 바라는 입도 및 입도분포를 갖게 하는 방법인 파종중합 또는 계면활성 제 등을 중합진행과 반대로 적당히 분할시켜 실에 첨가하는 방법, 또는 중합도나 입도가 다른 폴리머들을 혼합하기도 하는 방법에 의하여 만들 수 있다.
반면, Straight 수지는 비닐 단량체의 중합반응이나 관능성 화합물의 중축합 반응으로 얻어지는 장쇄상 분자를 가리킨다. 또, 천연고분자라도 선상구조를 가진 것은 선고분자라고 한다. 실제의 선상 고분자합성과정 특히 라디칼 중합의 경우에는 정상인 부가성장 외에, 부반응으로서, 예를 들면 폴리머에 연쇄이동 등을 일으켜서 작은 가지 상의 측쇄를 가진 폴리머도 얻어지는 것을 포함해서 선상폴리머라 한다.
한편, 폴리유산 (poly lactic acid; PLA)은 바이오매스 고분자 중에서 폴리유산(polylactic acid, PLA)은 선형적인 지방족 폴리에스터로서 옥수수 및 감자의 전분 등 100% 재생 가능한 자원으로부터 얻어진 단량체를 이용하여 합성된 열가소성 고분자 소재이다.
이와 같은 폴리유산은 유산의 직접 축합중합 또는 고리형 중간체 락타이드의 개환중합에 의해 만들어진다(화학식 1 참조). 유산을 이용한 축합중합은 진공 및 온도의 적용과 더불어 중합과정의 부산물인 물의 제거가 필수적이고, 축합중합 시 물과 불순물 제거의 난점으로 인하여 분자량이 낮거나 중간 정도인 폴리유산이 합성된다.
*본 발명의 바람직한 실시 예에서 폴리유산 합성은 개환중합법을 이용하는 것이 바람직하다. 개환중합을 위해서는 유산으로부터 물을 제거하는 축합반응(140 ℃,100 mmHg, 2% 산화아연촉매, 8∼10시간)을 통하여 만들어지는 고리형 화합물인 락타이드를 단량체로 이용한다. 락타이드는 결과적으로 3가지의 이성질체 즉, D,D-락타이드(D-락타이드), L,L-락타이드(L-락타이드), 그리고 L,D- 또는 D,L-락타이드(meso-락타이드)로 존재하게 된다(화학식 2 참조). D-와 L-락타이드는 광학 활성인 반면에, meso-락타이드는 비광학활성이다. 개환중합을 통하여 다양한 조성의 폴리유산이 합성되는데, 높은 L-락타이드 및 D-락타이드 함량을 갖는 폴리유산은 반결정성 특성을 보이는 반면, 사슬 구조 내 L, D-락타이드가 혼재하는 경우 비결정성 폴리유산이 된다. 따라서, D-이성질체 함량과 연결정도를 제어함으로써 다양한 열적, 기계적 물성을 갖는 폴리유산을 생산할 수 있다.
Figure 112020035257479-pat00001
Figure 112020035257479-pat00002
본 발명에서 스톤 플라스틱 복합판재(SPC) 조성물에 마그네슘을 추가로 사용하는 경우, 마그네슘은 친환경소재로, 유기성 화합물로부터 안전하며, 난연성이 우수하며, 화재 발생시 유독가스가 발생하지 않고, 방수성이 우수하고, 투습성이 없을 뿐만 아니라 강도가 높아 파손율이 낮은 특성이 강하기 때문이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)는, 물과 반응시 수산화칼슘을 생성하고, 열 에너지 전달 효율성을 증진시키는 바닥층(10)과, 바닥층(10)의 상부면에 형성되며, 탄산칼슘(CaCo3), 황토분말, 마섬유, 수지, 수지 안정제가 혼합 형성된 코어층(20)과, 미리 설정된 소정 무늬가 형성되기 위하여 코어층(20)의 상부면에 시트(Sheet) 형태로 형성되는 무늬 필름층(30)과, 무늬 필름층(30)의 마모를 방지하기 위하여 무늬 필름층(30)의 상부면에 시트 형태로 형성되는 표면 보호층(40), 표면 보호층(40)에 대한 내얼룩, 방수, 표면보호를 위해 표면 보호층(40)의 상부에 형성되는 코팅층(50)으로 구성된다.
여기서, 바닥층(10)은 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 코르크(Cork)나 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 IXPE(Irradiation Crosslinked Polyethelene) 중에서 선택되는 임의의 하나가 사용되는 것이 바람직하다.
여기서, 코르크(Cork)는 나무 겉껍질과 속껍질 사이의 두꺼운 껍질층을 말한다. 어느 나무나 코르크층이 있는데 일반적으로는 주로 코르크나무(Quercus suber)의 코르크를 대표적으로 말한다.
코르크는 불침투성이며, 물에 뜨는 재질로, 식물의 줄기나 뿌리 주변부에서 만들어지는 보호조직이다. 코르크 형성층의 분열에 의해서 생기기 때문에 규칙적 세포 배열을 나타낸다. 남서 유럽 및 북서 아프리카 지역에서 기원한 코르크참나무(Quercus suber)에서 수확된다. 코르크는 수베린(Suberin)이라고 하는 소수성의 물질로 구성되어 가볍고 탄력이 있다. 단열, 방음, 탄력성 등의 성질을 가지고 있어 병마개나 실내 벽 등 다방면에 이용되고 있다.
한편, IXPE(Irradiation Crosslinked Polyethelene) 폼은 0.5mm에서 100mm까지의 두께를 갖으며, 25 ~ 200kg / m3의 밀도를 갖는다. IXPE 폼은 PE에 특수 패딩 및 발포 재료를 혼합한 다음 폴리머 재료로 간주되는 조사 및 발포에 의한 가교로 XPE의 특성을 기대하며 IXPE는 XPE 거품보다 우수한 특성을 갖는다. 즉, 표면이 훨씬 매끄러운 특성을 갖는다.
또한, 지상 저항력 및 부피 저항력이 동시에 매우 안정하며, 정전기 방지기능으로 환경 또는 건조한 습도에 의해 영향을 받지 않으며, 비독성, 무취, 내진성이, 고온 저항(120 ℃의 최대 온도 저항), 히트 절연, 방음, 내마모성을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서 코르크(Cork)나 IXPE(Irradiation Crosslinked Polyethelene)의 제조시 산화칼슘 분말을 추가하는 이유는 물과 반응하여 용해되면 수산화 칼슘(Ca(OH)2)이 생성되면서 이온화되어 용액이 염기성을 띄기 때문에 항균, 항곰팡이 성능을 갖는다(CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)).
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에서 코르크(Cork)나 IXPE(Irradiation Crosslinked Polyethelene)의 제조시 황토 분말을 추가하는 이유는 열전도율을 향상시켜 에너지 소모량을 줄일 수 있기 때문이다.
한편, 코어층(20)은, 탄산칼슘(CaCo3) 분말 40~50 중량부, 황토분말 10~20 중량부, 마섬유 10~15 중량부, 수지 분말 30~40 중량부, 수지 안정제 8~12 중량부로 이루어진 코어층(20)을 포함하며, 선택적으로 마그네슘 5~10중량부를 추가적으로 구성할 수 있다.
여기서, 마섬유는 도 3에 도시된 바와 같이 불규칙한 미립자 형상으로 충진되어 전체 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)가 종래 제품보다 상대적으로 강도와 유연성을 향상시키면서도 완제품의 무게를 줄일 수 있게 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서 마섬유는 절단기 또는 타면기를 이용하여 미립자 형태로 분해시켜 수분율 20~25%를 갖는 마섬유 시트를 준비하고, 이어 고주파 가열기를 이용하여 200℃의 온도로 10~20분간 가열하여 함수율을 2~3%로 낮추어 마섬유 미립자를 완성한다.
한편, 코어층(20)의 측면 중 서로 마주보는 한 쌍의 측면에 서로 이웃한 스톤 플라스틱 복합판재 간에 용이하게 조립하기 위한 끼움돌기부(12)와 삽입홈부(14)이 각각 형성되어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)를 시공영역에 순차적으로 조립하면서 시공할 수 있다.
한편, 코어층(20)의 두께는 2.0~6.0mm 사이에서 형성되며, 무늬 필름층(30)의 두께는 0.06~0.08mm 사이에서 형성되며, 보호층(40)의 두께는 0.15~0.8mm 사이에서 형성되며, 코팅층(50)의 두께는 0.3~0.5mm에서 형성되며, 바닥재(10)의 두께는 1.0~1.5mm 사이에서 형성되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 제조절차를 보인 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)를 제조절차는 크게 코어층 형성단계(S10), 코어층 압착단계(S20), 코어층 냉각단계(S30), 코어층 숙성단계(S40), UV 코팅단계(S50), 절단단계(S60), 홈 가공단계(S70)로 이루어진다.
여기서, 코어층 형성단계는 전체 조성물에 대해 탄산칼슘(CaCo3) 분말 40~50 중량부, 황토분말 10~20중량부, 마섬유 10~15 중량부를 각각 고속 혼합기에서 균질하게 배합하고, 배합물에 수지 분말 30~40 중량부, 안정제 8~12 중량부를 넣어 반죽하고, 반죽물을 소정 형상의 압출기를 이용하여 미리 설정된 온도와 압력으로 바닥재를 압출 성형한다. 이때, 선택적으로 마그네슘 5~10 중량부를 더 추가할 수 있다.
한편, 코어층 형성단계에서 탄산칼슘(CaCo3) 분말과 마섬유를 바로 사용하지 않고, 마섬유를 탄산칼슘(CaCo3) 용액에 일정 시간 침지시킨 후 일정 시간 건조시킨 후 미리 설정된 균일한 입자로 분말화하고, 탄산칼슘 분말 및 마섬유에 수지 분말, 수지 안정제를 넣어 반죽하고, 반죽물을 소정 형상의 압출기를 이용하여 미리 설정된 온도와 압력으로 바닥재로 압출 성형하는 것도 가능하다.
또한, 코어층 압착단계는 코어층(20)의 상부면에 시트형상의 미리 설정된 소정 무늬가 형성된 무늬 필름층(30)과 무늬 필름층(30)을 보호하는 표면 보호층(40)을 차례로 형성되도록 미리 설정된 온도과 압력으로 압착한다.
또한, 코어층 냉각단계는 압착된 복합판재를 미리 설정된 두 단계 이상의 냉각 온도로 순차적으로 냉각시킨다.
또한, 코어층 숙성단계는 냉각된 바닥재를 상온에서 미리 설정된 시간 동안 숙성시킨다.
또한, 코팅공정은 숙성된 바닥재의 상부면에 미리 설정된 도료를 바른 상태에서 자외선 광선으로 건조하는 UV 코팅을 적어도 2회 이상 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 코어층(20)의 하부면에 형성되는 바닥층 형성단계는 물과 반응시 수산화칼슘을 생성하고, 열 에너지 전달 효율성을 증진시키는 것이 바람직하다.
한편, 코어층 형성단계에서 배합물에 벤토나이트 (bentonite), 운모 (mica) 및 고령토 (kaolin), 옥분 중에서 선택되는 임의의 하나 이상의 혼합물질 3~5 중량부를 더 추가할 수 있다.
<실험예 1> : 열성능 및 에너지 소모량 측정
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 제조된 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)와 일반 복합판재에 대한 열성능 및 에너지 소모량에 대해 측정을 실험하고 그 결과를 설명한다.
(실험조건)
2,300(W) X 2,500(L) X 2,200(H)(mm)의 두 실험실(A실, B실)을 준비하고, 한 실험실(A)의 바닥면에는 본 발명에 의해 제조된 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)를 시공하고, 다른 한 실험실(B)의 바닥면에는 일반 복합판재를 시공한 후 시간별로 바닥면과 실내온도를 각각 측정하였다.
이때, 본 발명의 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 두께는 5.0T이며, 일반 복합판재의 두께 또한 5.0T이며, 각각의 실험실의 바닥면과 실내 공간에는 0~360 ℃ 범위에서 온도를 검출하는 다수개의 온도센서(본 발명에서는 T-type C-C 사용함)가 설치된다.
또한, 각각의 실험실(A,B)에 설치된 보일러의 용량은 15.10 kW(13,000 [kcal/hr])이며, 열원은 LPG 가스를 공급하며, 통상의 가스계량기로 가스 사용량을 측정하는 것이 바람직하다.
<1차 실험>
본 발명의 1차 실험예에서는 실내온도를 22.0℃로 설정한 상태에서 각각의 보일러를 12시간 이상 가동할 때에 열성능 및 에너지소모량을 측정하고, 아래와 같이 표 1에 각각 나타내었다.

경과
시간		 A실 (본발명) B실 (종래)
바닥평균 실내온도 가스 사용량 가스누계 사용량 바닥평균 실내온도 가스 사용량 가스누계 사용량
0 8.6 7.1 - - 8.8 7.6 - -
1 시간 24.7 11.3 0.3200 0.3200 24.3 10.8 0.293 0.293
2 시간 31.5 14.1 0.1889 0.5089 29.1 13.0 0.173 0.466
3 시간 35.5 16.6 0.1750 0.6839 32.0 14.9 0.1595 0.6255
4 시간 38.2 19.1 0.1613 0.8452 34.3 16.8 0.1460 0.7715
5 시간 40.4 20.8 0.1632 1.0084 35.3 18.1 0.1445 0.9160
6 시간 41.6 22.4 0.1348 1.1432 36.6 19.6 0.1475 1.0635
7 시간 35.9 21.9 0 1.1432 37.7 20.8 0 1.0635
8 시간 32.3 21.4 0 1.1432 38.8 21.8 0.2587 1.3222
9 시간 29.8 20.5 0 1.1432 37.3 22.5 0.0832 1.4054
10 시간 36.0 22.2 0.1812 1.3244 33.1 22.1 0.0001 1.4055
11 시간 31.7 21.6 0 1.3244 30.6 21.7 0 1.4055
12 시간 29.0 20.9 0.0002 1.3246 28.1 21.0 0.0067 1.4122
평균온도/총계 33.8 21.6 - 1.3246 33.6 21.9 - 1.4122
상기 표 1에 도시된 실험결과를 정리해 보면, 본 발명에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)가 설치된 A실은 난방 가동 6시간 후에 22.4℃에 도달한 반면, 종래의 복합판재가 설치된 B실은 난방 가동 9시간 후에 22.5℃에 도달하고 있음을 알 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 표면온도가 일반 복합판재의 표면온도에 비교하여 약 3시간 빨리 상승하고 있음을 알 수 있었다.여기서, 각각의 실험실(A,B)의 에너지 소모량은 가스 누계 사용량과 가스 발열량의 곱으로 구할 수 있다.
이에 따라 22.0℃ 온도를 기준으로 두 실험실(A,B)의 에너지 소모량을 계산하여보면, A실(본 발명의 SPC복합판재) 에너지 소모량은 1.1432 N. m2 x 15,000 kcal/N.m2 = 17,148kcal이며, 또한, B실(일반 복합판재) 에너지 소모량은 1.4054 N.m2 x 15,000 kCal/N.m2 = 21,080 kCal 로 계산된다.
<2차 실험>
본 발명의 2차 실험예에서는 실내온도를 24.0℃로 설정한 상태에서 각각의 보일러를 36시간 이상 가동할 때에 열성능 및 에너지소모량을 측정하였다.
2차 실험의 측정결과, 본 발명에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)가 설치된 실험실(A)에서의 가스 누계 사용량은 2.55N.m2 이고, 종래의 복합판재가 설치된 실험실(B)에서의 가스 누계 사용량은 3.33N.m2 으로 측정되었다.
이에 따라 두 실험실(A,B)의 에너지 소모량을 계산하여보면, A실(본 발명의 SPC복합판재) 에너지 소모량은 2.55 N.m2 x 15,000 kCal/N.m2 = 38.250 kCal 이며, 또한, B실(일반 복합판재) 에너지 소모량은 3.33N.m2 x 15,000 kCal/N.m2 = 49,950 kCal 로 계산된다.
결과적으로 1차 및 2차 실험결과를 통하여 A실에 설치된 본 발명에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)는 B실에 설치된 일반 복합판재에 비교하여 18.7 ~ 23.4%의 에너지 소모량을 절감할 수 있었다.
<실험예 2> : 유연성 측정
본 발명에 의해 제조된 SPC복합판재(A)와 일반 복합판재(B)의 유연성을 측정하기 위하여 일측 끝단부를 고정한 상태에서 반대편에 위치한 타측 끝단부을 하측방향으로 강제적으로 힘을 가하여 두 복합판제 제품이 아래로 처짐(굴절)의 정도를 측정한 결과 아래의 표 2와 같이 얻을 수 있다.
1차 측정 2차 측정 3차 측정 평균
A (본 발명) 14.9 12.7 13.1 13.6
B (종래 복합판재) 9.2 8.7 8.9 8.93
상기의 표 2에서 확인 할 수 있듯이 본 발명에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 유연성이 종래의 복합판재 보다 상대적으로 우수한 것을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 마섬유 10~15 중량부에 상응하는 무게 만큼 탄산칼슘(CaCo3) 분말을 사용하지 않을 수 있어 전체 완제품의 무게를 줄일 수 있다. 이와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)용 코어층 조성물, 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)/바닥재 및 이의 제조방법에 따르면, 탄산칼슘 분말과 황토분말을 사용하여 종래보다 열전도율을 향상시켜 에너지 소모량을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 많은 양의 원적외선을 방사하여 생체 내의 분자를 자극하여 활성화시키면서도 세균번식예방, 항균, 탈취효과가 우수하며, 마섬유를 사용하여 종래 보다 상대적으로 강도와 유연성을 향상시키면서도 완제품의 무게를 줄일 수 있어, 제품의 제조 및 운송시의 편리성을 향상시키면서도 운송 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 강도와 함게 유연성이 향상될 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 설명된 구현예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 바닥층
20 : 코어층
30 : 무늬 필름층
40 : 표면 보호층
50 : UV 코팅층

Claims (4)

  1. 탄산칼슘(CaCo3), 황토분말, 양마, 마그네슘, 폴리유산, 수지 안정제가 혼합 형성된 코어층과;
    미리 설정된 소정 무늬가 형성되기 위하여 상기 코어층의 상부면에 시트(Sheet) 형태로 형성되는 무늬 필름층과;
    상기 무늬 필름층의 마모를 방지하기 위하여 상기 무늬 필름층의 상부면에 시트 형태로 형성되는 표면 보호층과:
    상기 코어층의 하부면에 형성되는 바닥층과;
    상기 표면 보호층에 대한 내얼룩, 방수, 표면보호를 위해 상기 표면 보호층의 상부에 형성되는 코팅층으로 구성되며;
    상기 바닥층은 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 코르크(Cork)나, 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 IXPE 폼 중에서 선택되는 임의의 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 스톤 플라스틱 복합판재(SPC).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리유산은 개환중합법을 이용하여 합성하며, 상기 개환중합법은 유산으로부터 물을 제거하는 축합반응을 통하여 만들어지는 고리형 화합물인 락타이드를 단량체로 이용하는 것을 특징으로 하는 스톤 플라스틱 복합판재(SPC).
  3. 전체 조성물에 대해 탄산칼슘(CaCo3) 분말, 황토분말, 양마, 마그네슘을 각각 고속 혼합기에서 균질하게 배합하고, 상기 배합물에 황토분말, 폴리유산 분말, 수지 안정제를 넣어 반죽하고, 상기 반죽물을 소정 형상의 압출기를 이용하여 미리 설정된 온도와 압력으로 바닥재로 압출 성형하는 코어층 형성단계;
    상기 코어층의 상부면에 시트형상의 미리 설정된 소정 무늬가 형성된 무늬 필름층과 상기 무늬 필름층을 보호하는 표면 보호층을 차례로 형성되도록 미리 설정된 온도와 압력으로 압착하는 코어층 압착단계와;
    상기 압착된 복합판재를 미리 설정된 두 단계 이상의 냉각 온도로 순차적으로 냉각시키는 코어층 냉각단계와;
    상기 냉각된 바닥재를 상온에서 미리 설정된 시간 동안 숙성시키는 코어층 숙성단계와;
    상기 숙성된 바닥재의 상부면에 미리 설정된 도료를 바르고 자외선 광선으로 건조하는 UV 코팅을 적어도 2회 이상 실시하는 코어층 코팅단계와:
    상기 코어층의 하부면에 형성되는 바닥층을 형성시키는 바닥층 형성단계를 포함하며,
    상기 바닥층은 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 코르크(Cork)나, 산화칼슘 분말, 황토분말을 포함하는 IXPE 폼 중에서 선택되는 임의의 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)의 제조방법.
  4. 탄산칼슘(CaCo3) 분말을 주재료로 하고, 황토분말, 양마, 마그네슘, 폴리유산 분말, 수지 안정제를 부재료로 하여 이루어진 코어층을 포함하는 것을 특징으로 하는 스톤 플라스틱 복합판재(SPC)용 코어층 조성물.
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