KR102133562B1 - 합성목재 조성물과 이를 이용한 합성목재의 제조방법 - Google Patents

합성목재 조성물과 이를 이용한 합성목재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합성목재 조성물과 이를 이용한 합성목재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양파의 가공공정에서 발생되는 양파껍질을 이용하여 합성목재의 내후성과 내구성을 향상시킬 수 있음과 동시에 폐기물을 재활용하여 친환경적인 합성목재 조성물과 이를 이용한 합성목재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 합성목재 조성물은 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 양파껍질 분말 1 내지 15중량부를 함유한다.

Description

합성목재 조성물과 이를 이용한 합성목재의 제조방법{composition for synthetic wood and manufacturing method of synthetic wood using the same}
본 발명은 합성목재 조성물과 이를 이용한 합성목재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐기물인 양파껍질을 이용하여 합성목재의 내후성과 내구성을 향상시킬 수 있음과 동시에 폐기물을 재활용함으로써 친환경적인 합성목재 조성물과 이를 이용한 합성목재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 마루판, 천정판, 문짝, 문틀, 창호, 휀스(FENCE)와 같은 건축물의 외장재 또는 내장재로 천연목재가 주로 사용되고 있다. 건축물의 내,외장재로 천연목재가 주로 사용되고 있는 이유로는, 원목에 대한 소비자의 선호도 증가와 천연 질감에 의한 미관이 향상되기 때문이다.
그러나 천연목재를 사용한 건축물의 내,외장재는 목재의 벌목에 따른 산림 훼손과 화재시에 유해물질 방출로 인한 환경파괴의 문제점이 발생되고 있다. 특히, 목재의 고유 물성에 의한 내수성, 내열성, 충격강도, 휨강도, 치수안정성, 난연성, 내후성, 항균성 물성이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 천연목재와 유사한 질감 및 외관을 가진 합성 목재가 건축물의 내,외장재로 널리 사용되고 있다.
합성목재는 목재와 같은 섬유질을 분쇄하여 분말 처리한 분말 상의 목분과, 폴리염화비닐(PVC)과 같은 수지 등을 혼합한 합성목재 조성물을 압출 가공에 의하여 만들어진다. 이러한 합성목재는 천연목재에 비하여 내수성과 내열성, 치수안정성, 난연성, 항균성 물성이 향상되며, 가격이 저렴하여 제조원가가 절감되는 효과는 있다.
하지만, 합성목재의 제조에 사용되는 목분은 수종에 따라 섬유질의 함량이 일정치 않고 수분함량이 높아 합성목재의 품질을 저하시킬 수 있다. 또한, 목분을 주재료로 하는 합성목재는 천연목재와 같은 물성을 유지하기 위해서는 많은 양의 합성수지를 포함시켜야 한다. 그러나, 합성수지가 다량으로 포함된 합성목재는 무게가 무겁고, 수지함량이 높기 때문에 가격 경쟁력에도 불리하며, 화재 발생시 유해가스를 대량 방출할 수 있는 위험이 있다.
또한, 종래의 합성목재는 옥외에 설치시 햇볕 등에 노출되는 경우 내후성이 저하되어 열변형, 변색, 수지의 광분해 등이 발생하는 문제점이 있다. 이를 위해 종래의 합성목재는 광화학 반응이나 빛의 흡수에 따른 물리적 성질의 변화를 방지하기 위해 광안정제와 자외선 흡수제를 첨가하였다.
종래의 광안정제로 Bis(2266 - tetramethyl - 4 piperidil), 자외선흡수제로 벤조트리아졸(Benzotriazole)계 2-(2' - hydroxy -3' - tert - butyl - 5' - methyl - phenyl)-5-chlorobenzotriazol과 같이 공업적으로 합성된 화학물질이 주로 이용되었으나 이러한 화학물질은 환경에 유해하다는 문제점이 있다.
한편, 양파는 백합과(Liliaceae)에 속하는 다년생 식물로, 오랜 재배역사와 더불어 특유의 맛과 향을 가지고 있어서 식품, 향신료 및 약재 등으로 널리 이용되고 있다.
하지만, 양파는 가식부위인 비늘줄기만 이용할 뿐 비늘줄기를 감싸고 있는 얇은 껍질은 활용되지 못하고 대부분이 폐기물로 버려지고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-10-2017-0032571호: 건축용 합성목재 수지 조성물
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 폐기물인 양파껍질을 이용하여 합성목재의 내후성과 내구성을 향상시킬 수 있음과 동시에 폐기물을 재활용함으로써 친환경적인 합성목재 조성물과 이를 이용한 합성목재의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 합성목재 조성물은 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 양파껍질 분말 1 내지 15중량부를 함유한다.
상기 양파껍질 분말은 양파의 비늘줄기를 감싸며 수분함량 2 내지 10%인 유색의 비가식 부위인 껍질을 100 내지 300메쉬 입도 크기로 분쇄한 것이다.
상기 목분 100중량부에 대하여 부식산 0.1 내지 5중량부를 더 함유한다.
상기 목분 100중량부에 대하여 불가사리 분말 0.1 내지 10중량부를 더 함유한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 합성목재의 제조방법은 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 양파껍질 분말 1 내지 15중량부를 혼합하여 조성물을 수득하는 배합단계와; 상기 조성물을 용융 후 펠렛 형태의 마스터배치로 성형하는 제 1성형단계와; 상기 마스터배치를 압출성형하는 제 2성형단계와; 상기 제 2성형단계에서 압출성형된 압출물을 냉각시킨 후 일정 길이로 절단하는 절단단계;를 포함한다.
상기 양파껍질 분말은 a)양파의 비늘줄기로부터 분리된 유색의 비가식 부위인 껍질을 수거하는 단계와, b)상기 껍질을 수분함량 2 내지 10%로 건조시키는 단계와, c)상기 건조된 껍질을 100 내지 300메쉬 입도 크기로 분쇄하는 단계를 통해 수득한다.
상기 배합단계는 상기 목분 100중량부에 대하여 부식산 0.1 내지 5중량부를 더 혼합한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 양파의 가공공정에서 발생되는 폐기물인 양파껍질을 이용하여 합성목재의 내후성과 내구성을 향상시킬 수 있다. 그리고 버려지는 폐기물을 재활용할 수 있으므로 합성목재의 제조원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 친환경적인 합성목재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 부식산이나 불가사리 분말을 더 첨가하여 합성목재의 굴곡강도, 충격강도, 열변형, 난연성 등의 성능을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 합성목재 조성물과 이를 이용한 합성목재의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 예에 따른 합성목재 조성물은 목분, 결합제, 충진제, 착색제, 각섬석 분말, 양파껍질 분말을 함유한다. 가령, 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 양파껍질 분말 1 내지 15중량부를 함유할 수 있다.
본 발명의 주성분으로 사용하는 목분은 다량의 수분을 자연상태에서 함유하고 있기 때문에 수분을 제거하기 위한 건조과정을 거치는 것이 바람직하다. 이를 위해 목분은 함수율 2~5%(w/w)까지 건조할 수 있다.
목분으로 활엽수 또는 침엽수의 줄기나 가지를 50 내지 150메쉬 입도 크기로 분쇄한 것을 이용할 수 있다. 목분의 크기가 50메쉬 미만이면 혼합성이 저하되고, 150메쉬를 초과하게 되면 입자가 너무 작아 강도를 저하시킬 수 있다.
그리고 목분으로 활엽수 또는 침엽수의 가공공정에서 발생된 톱밥이나 칩을 이용할 수 있음은 물론이다.
목분은 조성물 전체 중량에서 50 내지 70중량％를 사용하는 것이 바람직하다. 목분이 50중량％ 미만인 경우 합성목재의 강도가 저하되고, 70중량％를 초과하는 경우에는 과도한 목분 함유로 인해 합성목재 표면이 거칠어지고 목분 박리 현상이 생겨서 고품질의 합성목재를 제조하기 어렵다.
폴리올레핀계 수지로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 폴리부타디엔 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 바람직하게는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 혼합물을 이용한다. 이 경우 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 중량비는 1:6~10일 수 있다.
본 발명에서 폴리올레핀계 수지는 목분 100중량부에 대하여 30 내지 60중량부가 함유된다. 폴리올레핀계 수지의 함량이 30중량부 미만이면 충격강도가 저하되고, 함량이 60중량부를 초과하게 되면 천연목재와 같은 질감을 얻기 힘들다.
결합제(coupling agents)는 목분과 수지의 결합을 용이하게 하고 결합구조를 견고히 한다. 결합제로 말리에이티드 폴리프로필렌(maleated poly-propylene, MAPP), 무수 말레이산, 실란 등을 이용할 수 있다.
본 발명에서 결합제는 목분 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부가 함유된다. 결합제의 함량이 1중량부 미만이면 목분과 수지의 결합력이 약해지는 문제점이 있고, 함량이 10중량부를 초과하면 성형성이 저하된다.
충진제(fillers)는 탄산칼슘, 실리카, 운모와 같은 물질을 이용할 수 있다. 이러한 충진제는 충격 강도와 굽힘 강도, 열변형 온도 및 하중에 의한 장기적인 변형을 개선하기 위해 첨가된다.
본 발명에서 충진제는 목분 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부가 함유된다. 충진제의 함량이 1중량부 미만이면 압출 가공성이 낮아지고 강도가 약하며, 10중량부를 초과하면 효과의 향상이 미미하다.
착색제는 색상을 부여하기 위한 것으로서, 통상적인 유기안료 또는 무기안료과 사용될 수 있다.
본 발명에서 착색제는 목분 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부가 함유된다. 착색제의 함량이 1중량부 미만이면 색상구현이 어려우며, 10중량부를 초과하면 강도가 저하된다.
각섬석 분말은 내충격성, 미끄럼 저항성, 강도를 높이기 위해 첨가된다. 각섬석(amphibole)은 칼슘을 많이 함유하고 있고 단사정계에 속하는 유색조암광물의 일종이다. 각섬석으로 연옥이라고 불리우는 네프라이트(nephrite)를 이용할 수 있다.
각섬석은 잘게 파쇄한 다음 100 내지 300메쉬 입도 크기로 분쇄하여 수득한 분말을 이용한다.
본 발명에서 각섬석 분말은 목분 100중량부에 대하여 5 내지 15중량부가 함유된다. 각섬석 분말의 함량이 5중량부 미만이면 강도향상 효과가 미미하며, 15중량부를 초과하면 성형성이 저하된다.
양파껍질은 강도 및 내후성을 증대시켜 합성목재의 내구성을 향상시키기 위해 첨가된다. 양파껍질은 양파의 가공 공정에서 발생되는 폐기물로서, 본 발명은 폐기물을 재활용할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명에서 사용하는 양파껍질은 양파의 비늘줄기를 감싸는 비가식 부위이다. 가식 부위인 비늘줄기와 달리 비가식 부위인 양파껍질은 대부분이 폐기된다. 양파껍질은 목질화된 섬유질로 구성되어 있다는 점에서 비늘줄기와 상이하다. 이러한 양파껍질은 황갈색이나 자색을 띠는 유색이다.
양파껍질에는 폴리페놀이 다량 함유되어 있으며, 특히 퀘르세틴(quercetin)이 다량 함유되어 있다. 양파껍질에는 퀘르세틴을 포함하는 폴리페놀이 양파의 가식부위인 비늘줄기보다 약 10 ~ 100배 높게 함유되어 있다. 퀘르세틴은 자유라디칼을 제거하는 항산화 활성이 매우 높은 물질로 알려져 있다. 따라서 양파껍질을 합성목재에 첨가할 경우 산화를 억제하여 열변형, 변색 등을 차단할 수 있어서 내후성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
양파껍질은 수분함량 2 내지 10%(w/w)인 것을 이용한다. 양파 수확 후 보관 및 유통과정에서 양파껍질이 마르므로 별도의 건조과정을 생략할 수 있다. 다만, 양파껍질의 수분함량이 10%(w/w)를 초과할 경우 별도의 건조과정을 통해 양파껍질의 수분함량을 2 내지 10%로 조절할 수 있다. 양파껍질은 100 내지 300메쉬 입도 크기로 분쇄하여 분말로 이용한다.
본 발명에서 양파껍질 분말은 목분 100중량부에 대하여 1 내지 15중량부가 함유된다. 양파껍질 분말의 함량이 1중량부 미만이면 효과가 미미하며, 15중량부를 초과하면 강도가 저하될 수 있다.
한편, 본 발명은 가소제, 대전방지제, 자외선 흡수제 등의 통상적인 첨가제가 더 첨가될 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 합성 목재의 제조방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 합성 목재의 제조방법은 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 양파껍질 분말 1 내지 15중량부를 혼합하여 조성물을 수득하는 배합단계와; 조성물을 용융 후 펠렛 형태의 마스터배치로 성형하는 제 1성형단계와; 마스터배치를 압출성형하는 제 2성형단계와; 제 2성형단계에서 압출성형된 압출물을 냉각시킨 후 일정 길이로 절단하는 절단단계를 포함한다. 각 단계별로 살펴본다.
1. 배합단계
목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 양파껍질 분말 1 내지 15중량부를 믹서기로 혼합하여 조성물을 수득한다.
목분은 함수율 2~5%(w/w)인 것을 이용한다. 목분으로 활엽수 또는 침엽수의 줄기나 가지를 50 내지 150메쉬 입도 크기로 분쇄하여 준비한다. 이외에 목분으로 50 내지 150메쉬 입도 크기의 톱밥 또는 칩을 이용할 수 있다.
폴리올레핀계 수지로는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌이 중량비로 1:6~10으로 혼합된 것을 이용한다.
각섬석 분말은 각섬석을 100 내지 300메쉬 입도 크기로 분쇄하여 준비한다.
그리고 양파껍질 분말은 양파의 비늘줄기를 감싸는 황갈색 또는 자색의 비가식 부위인 껍질을 100 내지 300메쉬 입도 크기로 분쇄하여 준비한다. 가령, 양파껍질 분말은 a)양파의 비늘줄기로부터 분리된 황갈색 또는 자색의 비가식 부위인 껍질을 수거하는 단계와, b)껍질을 수분함량 2 내지 10%로 건조시키는 단계와, c)건조된 껍질을 100 내지 300메쉬 입도 크기로 분쇄하는 단계를 통해 수득할 수 있다.
양파껍질은 양파의 가공공정에서 발생되어 버려지는 것을 수거하여 이용할 수 있다. 수거한 양파껍질의 수분함량이 2 내지 10%(w/w)일 경우 위의 건조공정은 생략할 수 있음은 물론이다.
2. 제 1성형단계
다음으로, 준비된 조성물을 펠렛 제조 압출기에 투입하여 수지를 용융시켜 마스터배치를 1차 성형한다. 마스터배치의 압출성형 공정은 통상적인 방법을 적용할 수 있다.
재료들 중 일부는 매우 미세한 입자이기 때문에 배합시 계량의 정확성이 떨어지고 분산성이 저하될 수 있다. 따라서 마스터배치 형태로 1차 성형을 하면 배합계량의 정확성과 분산성을 향상시키고, 입자의 흩날림을 방지할 수 있다.
3. 제 2성형단계
다음으로, 마스터배치를 원하는 형태로 압출성형한다. 압출성형은 통상적인 합성목재 제조용 압출기를 이용할 수 있다.
압출성형의 일 예로서, 용융실린더에 마스터배치를 공급하여 용융 및 믹싱한다. 용융실린더의 길이방향을 따라 4구역으로 구획 분리하고, 그 분리된 4구역 중 제1구역에서는 220±10℃를 유지시키고, 제2구역에서는 210±10℃를 유지시키고, 제3구역에서는 185±10℃를 유지시키고, 제4구역에서는 160±10℃를 유지시킬 수 있다.
용융실린더에 의해 용융된 용융물은 160±10℃의 온도를 유지하는 압출성형 금형에 공급하여 압출성형할 수 있다.
4. 절단단계
다음으로, 제 2성형단계에서 압출성형된 압출물을 냉각시킨 후 일정 길이로 절단한다.
압출성형 금형으로부터 연속적으로 배출되는 압출물에 냉각수를 분사하여 압출물을 냉각시킬 수 있다. 그리고 냉각수에 의해 1차 냉각된 압출물에 고압의 냉각공기를 분사하여 최종 냉각함과 동시에 수분을 제거한다.
냉각된 압출물은 절단기로 이송되고, 압출물은 절단기에서 일정길이로 절단되어 최종적으로 합성목재를 얻는다.
한편, 본 발명은 다른 예로서 배합단계에서 부식산을 더 혼합할 수 있다. 가령, 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 양파껍질 분말 1 내지 15중량부와, 부식산 0.1 내지 5중량부를 믹서기로 혼합하여 조성물을 수득한다.
부식산은 토양 또는 석탄화도가 낮은 석탄질 중에 포함되어 있으며, 알칼리에 녹고 산에 녹지 않는 갈색 또는 흑색의 무정형 산성 유기질을 의미한다. 부식산의 분리법은 토양 또는 석탄을 물 또는 유기 용제로 처리하여 부수 물질을 제거한 후, 묽은 알칼리로 추출하여 얻을 수 있다.
부식산염은 부식산에 칼륨이나 나트륨이 결합된 유기물질로서, 천연 점결제 역할을 한다. 부식산염으로는 부식산나트륨, 부식산칼륨 등을 들 수 있다.
본 발명에서 부식산으로 부식산염을 이용할 수 있으며, 부식산염으로서 부식산나트륨(sodium humate)을 이용할 수 있다. 부식산은 바인더 역할을 하므로 부식산의 첨가를 통해 합성목재의 강도와 성형률을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 예로서 배합단계에서 불가사리 분말을 더 혼합할 수 있다. 가령, 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 양파껍질 분말 1 내지 15중량부와, 불가사리 분말 0.1 내지 10중량부를 믹서기로 혼합하여 조성물을 수득한다.
불가사리 분말은 불가사리를 고온(700~900℃)에서 소성시킨 후 100 내지 200메쉬 입도 크기로 분쇄한 것을 의미한다.
불가사리로 별불가사리(Asterina pectinfera), 아무르불가사리(Asterias amurensis), 가시불가사리(Astropecten polyacanthus) 등 다양한 종을 이용할 수 있다.
불가사리 분말은 표면 및 내부에 다수의 기공이 형성된 다공구조를 갖는다. 이러한 다공 구조의 불가사리 분말은 부피에 비해 매우 가벼우면서 고강도의 특성을 갖는다. 이러한 특성에 의해 합성목재의 열변형성, 단열성, 난연성, 미끄럼저항성 등의 물성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 다른 예로서 배합단계에서 부식산과 불가사리 분말을 함께 더 혼합할 수 있다. 가령, 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 양파껍질 분말 1 내지 15중량부와, 부식산 0.1 내지 5중량부, 불가사리 분말 0.1 내지 10중량부를 믹서기로 혼합하여 조성물을 수득한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시 예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
목분(참나무 톱밥) 55kg, 폴리프로필렌과 폴리에틸렌이 중량비로 1:8로 혼합된 폴리올레핀수지 27kg, 결합제(maleated poly-propylene) 3kg, 충진제(탄산칼슘) 3kg, 착색제(카본블랙) 3kg, 각섬석 분말 5kg, 양파껍질 분말 5kg을 믹서기로 혼합하여 조성물을 수득하였다.
각섬석 분말은 강원도 소재의 광산에서 채취한 네프라이트(연옥)를 약 200메쉬 입도 크기로 분쇄하여 준비하였다. 그리고 양파껍질 분말은 전라남도 무안군 소재의 양파가공 공장에서 발생된 황갈색의 양파껍질을 수거한 후 수분함량 4%(w/w)로 건조시킨 다음 약 200메쉬 입도 크기로 분쇄하여 준비하였다.
위의 재료들은 하기 실시예 2 및 3에서도 동일한 것을 사용하였다.
(실시예 2)
목분(참나무 톱밥) 55kg, 폴리프로필렌과 폴리에틸렌이 중량비로 1:8로 혼합된 폴리올레핀수지 27kg, 결합제(maleated poly-propylene) 3kg, 충진제(탄산칼슘) 3kg, 착색제(카본블랙) 3kg, 각섬석 분말 5kg, 양파껍질 분말 5kg, 부식산나트륨 2kg을 믹서기로 혼합하여 조성물을 수득하였다.
(실시예 3)
목분(참나무 톱밥) 55kg, 폴리프로필렌과 폴리에틸렌이 중량비로 1:8로 혼합된 폴리올레핀수지 27kg, 결합제(maleated poly-propylene) 3kg, 충진제(탄산칼슘) 3kg, 착색제(카본블랙) 3kg, 각섬석 분말 5kg, 양파껍질 분말 5kg, 불가사리 분말 4kg을 믹서기로 혼합하여 조성물을 수득하였다.
불가사리 분말은 아무르불가사리를 세척한 후 800℃에서 30분 동안 소성한 후 약 150메쉬 입도 크기로 분쇄하여 준비하였다.
(비교예)
목분(참나무 톱밥) 55kg, 폴리프로필렌과 폴리에틸렌이 중량비로 1:8로 혼합된 폴리올레핀수지 27kg, 결합제(maleated poly-propylene) 3kg, 충진제(탄산칼슘) 3kg, 착색제(카본블랙) 3kg을 믹서기로 혼합하여 조성물을 수득하였다.
<합성목재의 제조>
실시예 1 내지 3 및 비교예의 조성물을 이용하여 합성목재를 각각 제조하였다.
각 조성물을 펠렛 성형 압출기를 이용하여 펠렛 형태의 마스터배치를 성형한 후 상온에서 건조하였다. 그리고 마스터배치를 합성목재 성형용 압출기를 이용하여 판상으로 압출한 다음 냉각 후 일정 길이로 절단하여 합성목재를 제조하였다.
<내후성 테스트>
실시예 1 및 비교예의 조성물로 제조된 합성목재에 대하여 내후성 테스트를 실시하였다. 내후성 테스트는 자연 내후성 시험 방법에 따라 시험하였고, 내후성에 대한 판정은 색상 안정성을 평가하였다.
색상 안정성(ΔE)은 시간 경과에 따라 합성목재의 색상이 초기 색상과 비교하여 얼마나 변화하였는가를 나타내며 그 값이 작을수록 색상 안정성이 높다. ΔE값이 0.5 미만이면 거의 잔량(trace)에 해당하여 육안으로 색상 변화의 식별이 불가능하고, 1.1 이상인 경우에는 색상의 변화가 육안으로 식별이 가능하다.
실험 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 시험시편은 실시예 1의 조성물로 제조된 합성목재이고, 비교시편은 비교예의 조성물로 제조된 합성목재이다.
경과시간
 색상안정성(ΔE)
시험시편 비교시편
1개월 0.15 0.21
6개월 0.38 0.93
12개월 0.64 2.27
표 1의 결과를 참조하면, 시험시편의 경우 12개월 경과 후 색상안정성 값이 0.64로 나타났다. 이는 육안으로 색상 변화를 식별할 수 없는 상태이다. 따라서 시험시편은 우수한 색상안정성을 갖는 것으로 확인되었다. 이에 반해 비교시편은 6개월 경과시 육안으로 색상변화의 식별이 어려웠으나 12개월 경과 후에는 육안으로 색상변화가 뚜렷하였다.
이러한 실험결과를 통해 본 발명은 양파껍질을 통해 광분해를 억제시켜 합성목재의 내후성을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 이에 따라 합성목재의 내구성이 높아질 것으로 기대된다.
<물성테스트>
실시예 1 내지 3의 조성물로 제조된 합성목재의 물성을 실험하기 위해 KS F 3230:2013에서 규정하는 시험 방법에 따라 시험하였다. 시험시편 1은 실시예 1의 조성물로 제조된 합성목재이고, 시험시편 2는 실시예 2의 조성물로 제조된 합성목재이고, 시험시편 3은 실시예 3의 조성물로 제조된 합성목재이다. 각 시험시편은 시험 전 온도 23 ℃, 상대습도 50 %에서 72시간 정치한 후 시험하였다. 시험결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시험항목 품질기준 결과치
시험시편1 시험시편2 시험시편3
굴곡최대하중(N) 3400이상 5461 5718 5572
충격저항성 이상없을것 이상없음 이상없음 이상없음
충격강도(kJ/m2) 3.0이상 3.6 4.2 3.8
수분흡수율(중량변화%) 8.0이하 1.1 1.0 1.0
길이 선열팽창계수(1/℃) 6.0×10-5미만 4.8×10-5 4.3×10-5 3.9×10-5
미끄럼저항성(C.S.R) 0.40이상 0.54 0.52 0.61
유해물질용출량(mg/L) 비소 0.1이하 0.0 0.0 0.0
카드뮴 0.1이하 0.0 0.0 0.0
크롬 0.1이하 0.0 0.0 0.0
납 0.1이하 0.0 0.0 0.0
수은 0.005이하 0.0 0.0 0.0
난연성
 탄화길이(cm) 20cm이하 12.0 11.3 10.4
나머지불꽃(초) 10초이하 5.2 4.5 3.6
상기 표 2의 결과를 참조하면, 시험결과 시험시편 모두 기준값을 충족하는 것으로 나타났다. 시험시편 1의 경우 강도, 선열팽창계수, 미끄럼저항성, 유해물질, 난연성 등에서 우수한 결과를 보였다. 따라서 각섬석과 양파껍질 분말의 첨가에 의해 표 1의 실험결과인 내후성 향상 뿐만 아니라 합성목재의 강도까지 향상시킬 수 있는 것으로 확인되었다.
그리고 각섬석과 양파껍질 분말 외에 부식산을 더 첨가한 시험시편 2는 굴곡강도, 충격강도에서 가장 높은 값을 갖는 것으로 나타났다. 그리고 각섬석과 양파껍질 분말 외에 불가사리 분말을 더 첨가한 시험시편 3는 길이선열팽창계수가 다른 시험시편들에 비해 더 우수한 것으로 나타나 열에 의한 합성목재의 변형을 효과적으로 방지할 수 있음을 확인하였다. 또한, 난연성에서도 시험시편 3이 우수한 것으로 나타났다.
상술한 실험결과들을 통해 본 발명은 각섬석과 양파껍질 분말을 첨가함으로써 우수한 내후성 및 강도를 갖는 것으로 확인되었다. 그리고 부식산이나 불가사리 분말을 더 첨가하여 굴곡강도, 충격강도, 열변형, 난연성 등의 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 네프라이트 분말 5 내지 15중량부와, 내후성을 향상시키기 위한 양파껍질 분말 1 내지 15중량부와, 강도를 향상시키기 위한 부식산나트륨 0.1 내지 5중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 합성목재 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 양파껍질 분말은 양파의 비늘줄기를 감싸며 수분함량 2 내지 10%인 유색의 비가식 부위인 껍질을 100 내지 300메쉬 입도 크기로 분쇄한 것을 특징으로 하는 합성목재 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 목분 100중량부에 대하여 불가사리 분말 0.1 내지 10중량부를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 합성목재 조성물.
  5. 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30 내지 60중량부와, 결합제 1 내지 10중량부와, 충진제 1 내지 10중량부와, 착색제 1 내지 10중량부와, 각섬석 분말 5 내지 15중량부와, 내후성을 향상시키기 위한 양파껍질 분말 1 내지 15중량부와, 강도를 향상시키기 위한 부식산나트륨 0.1 내지 5중량부를 혼합하여 조성물을 수득하는 배합단계와;
    상기 조성물을 용융 후 펠렛 형태의 마스터배치로 성형하는 제 1성형단계와;
    상기 마스터배치를 압출성형하는 제 2성형단계와;
    상기 제 2성형단계에서 압출성형된 압출물을 냉각시킨 후 일정 길이로 절단하는 절단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성목재의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 양파껍질 분말은 a)양파의 비늘줄기로부터 분리된 유색의 비가식 부위인 껍질을 수거하는 단계와, b)상기 껍질을 수분함량 2 내지 10%로 건조시키는 단계와, c)상기 건조된 껍질을 100 내지 300메쉬 입도 크기로 분쇄하는 단계를 통해 수득한 것을 특징으로 하는 합성목재의 제조방법.
  7. 삭제
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