KR102189276B1 - 내구성이 개선된 합성목재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 목분, 폴리올레핀, 이산화규소 분말, 티타늄계 개질제 및 충진제를 포함하며, 상기 표면개질된 목분은 목분을 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란으로 표면개질된 것을 특징으로 함으로써 내구성 및 내후성이 우수한 것을 특징으로 한다.

Description

내구성이 개선된 합성목재 및 그 제조방법{Synthetic wood with high durability and manufacturing method thereof}
본 발명은 내구성이 개선된 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근들어 친환경적 조경 또는 인테리어에 대한 관심이 증가하면서, 등산로, 산책로, 강 또는 호수 주변, 실외 테라스, 내장제 등의 계단 또는 바닥에 목재 데크를 설치하는 비중이 증가하고 있다. 이러한 목재 데크를 이용함으로써 시각적으로 편안한 느낌을 주고 진동을 일부 흡수하여 조용한 환경을 조성할 수 있다.
그러나, 천연 목재의 경우 가격이 높을 뿐만 아니라 수분에 취약하고, 장기간 내구성이 낮은 한계가 있다. 나아가 장기간 사용 시 목재의 결대로 갈라지는 등의 파손이 발생할 수 있으며 여기에 큰 부상을 입을 위험 또한 존재하는 문제점이 있다.
이러한 천연목재의 한계를 극복하여 수분에 강하고, 내구성이 우수하며 장기간 사용이 가능한 합성목재에 대한 관심이 점점 증가하고 있다. 합성목재는 목분을 베이스 수지와 혼합하여 형성된 목재로, 수지 조성물에 의하여 수분에 비교적 강하고 목재가 갈라지는 등의 문제를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
그러나 이러한 합성목재의 경우에도 목분의 균일하지 못한 혼합 등으로 내구성이 저하되는 경우가 많으며, 장기간 사용 시 균일하지 못한 표면을 형성하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0052836호
본 발명의 목적은 내구성이 우수한 합성목재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 내후성이 우수한 합성목재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 조성물이 규일하게 분포되어 균일한 조성을 가지며, 기계강도가 우수한 합성목재를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 표면개질된 목분, 폴리올레핀, 이산화규소 분말, 티타늄계 가교제 및 충진제를 포함하며,
상기 표면개질된 목분은 목분을 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란으로 표면개질된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란은 헵타데칸 트리메톡시 실란, 헵타데칸 트리에톡시 실란, 옥타데칸 트리메톡시 실란, 옥타데칸 트리에톡시 실란, 노나데칸 트리메톡시 실란 및 노나데칸 트리에톡시실란에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 충진제는 패각을 소성 및 분쇄한 패각 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 패각 분말은 실록산계 표면개질제로 표면개질된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 이산화규소 분말은 평균 입경이 2 내지 15 ㎛이며, 비표면적이 80 내지 200 ㎡/g일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 폴리올레핀은 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리염화비닐에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 내구성이 개선된 합성목재는 표면개질된 목분 100 중량부 대비 30 내지 80 중량부의 폴리올레핀, 0.1 내지 1 중량부의 이산화규소 분말, 0.2 내지 2 중량부의 티탄 커플링제 및 10 내지 40 중량부의 충진제를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 합성목재 제조방법을 제공하며, 본 발명에 의한 합성목재 제조방법은 목분을 표면개질하여 표면개질된 목분을 제조하는 제 1단계; 및
상기 표면개질된 목분, 폴리올레핀, 이산화규소 분말, 티타늄계 가교제 및 충진제를 혼합한 뒤 압출하는 제 2단계;를 포함한다.
본 발명에 의한 합성목재는 표면개질된 목분, 폴리올레핀, 이산화규소 분말, 티타늄계 개질제 및 충진제를 포함하며, 상기 표면개질된 목분은 목분을 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란으로 표면개질한 것을 특징으로 함으로써 내구성 및 내후성이 우수하고, 조성이 균일하게 분포되어 기계강도가 우수한 장점이 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 표면개질된 목분, 폴리올레핀, 이산화규소 분말, 티타늄계 개질제 및 충진제를 포함하며, 상기 표면개질된 목분은 목분을 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란으로 표면개질된 것인 내구성이 개선된 합성목재에 관한 것이다.
본 발명에 의한 합성목재는 상술한 조성을 포함함으로써 내구성이 우수하여, 데크 등에 적용 시 장기간 손상 없이 사용이 가능한 장점이 있다.
본 발명에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 표면개질된 목분을 포함하며, 이때 목분은 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란으로 표면개질된 것일 수 있다. 본 발명에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 표면개질된 목분이 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란으로 표면개질 됨으로써, 목분 표면의 친수성을 소수성으로 치환하여 폴리올레핀과의 상용성을 현저히 향상시킬 수 있다. 나아가, 상기 티타늄계 개질제와의 상용성도 함께 향상되어 결과적으로 조성 전체의 상용성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
구체적으로 상기 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란은 헵타데칸 트리메톡시 실란, 헵타데칸 트리에톡시 실란, 옥타데칸 트리메톡시 실란, 옥타데칸 트리에톡시 실란, 노나데칸 트리메톡시 실란 및 노나데칸 트리에톡시실란 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 상술한 알콕시 실란을 이용함으로써 지나친 소수성에 의해 목분과의 표면개질 효율이 저하되는 문제를 예방하며, 지나친 친수성으로 폴리올레핀과의 상용성이 낮아지는 문제를 예방할 수 있다.
이때 표면개질된 목분의 제조는 통상의 표면개질 방법을 이용할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일예로 에탄올 및 아세톤 등의 용매에 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란을 용해하여 표면개질제 용액을 제조한 뒤, 여기에 목분을 침지하여 표면개질 반응을 수행하고, 목분을 분리 및 건조하는 방법을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 목분은 제조되는 합성목재에서 표현하고자 하는 질감 등에 따라 평균입경을 달리할 수 있음이 자명하다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 목분은 평균 입경이 3 내지 50 ㎛일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 폴리올레핀을 포함하며, 폴리올레핀은 수지 베이스가 되어 합성목재의 다른 조성을 결합시키는 역할을 한다. 구체적으로 상기 폴리올레핀은 올레핀 결합을 포함하며, 열가소성으로 압출 또는 사출의 성형이 가능한 폴리머인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 좋게는 상기 폴리올레핀은 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리염화비닐에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 좋게는 폴리염화비닐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 상기 목분 100 중량부 대비 30 내지 80 중량부, 좋게는 50 내지 70 중량부의 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 폴리올레핀을 소량 포함하는 경우 베이스 수지의 부족으로 인하여 합성목재가 쉽게 부러지는 등의 기계강도의 급격한 저하가 발생할 수 있으며, 폴리올레핀을 다량 포함하는 경우 목재의 질감 표현이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 종래 합성목재의 내구성 개선을 위하여 이산화규소 분말을 포함한다. 이러한 이산화규소 분말을 포함함으로써 합성목재에서 내구성 및 경도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 이산화규소 분말은 평균입경이 2 내지 15 ㎛이며, 비표면적이 80 내지 200 ㎡/g인 것을 이용할 수 있다. 상술한 평균입경 및 비표면적을 만족하는 이산화규소를 이용함으로써, 합성목재의 전체 물성에 영향을 미치지 않으면서 상술한 내구성 및 경도 향상효과를 극대화 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 상기 목분 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부, 좋게는 0.2 내지 0.8 중량부의 이산화규소 분말을 포함할 수 있다. 이산화규소 분말이 소량 포함되는 경우 상용성 향상효과가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
상술한 바와 같이 이산화규소를 첨가함으로써 합성목재 내에서 내구성 및 경도 향상효과를 도모할 수 있으나, 이산화규소 분말의 경우 분산성이 낮은 한계가 있다. 이에, 이산화규소 분말의 분산성을 향상시키고, 낮은 상용성을 극복하기 위하여 본 발명에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 티타늄계 개질제를 포함한다. 종래의 실란계 개질제가 아닌 티타늄계 개질제를 이용하는 경우, 실란계 개질제를 이용한 경우 대비 합성목재 전반에서 점착력, 충격강도 등의 기계적 물성 향상효과가 우수하며, 크랙이나 깨짐 및 갈라짐 등을 예방할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 티타늄계 개질제는 구체적으로 Titanium IV 2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato, tris(dioctyl)pyrophosphate-O) 및 (titanium, (isooctadecanolato-κO)bis(2-methyl-2-propenolato-κO)(2-propanolato)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 좋게는 Titanium IV 2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato, tris(dioctyl)pyrophosphate-O)를 이용할 수 있다. 이러한 티타늄 개질제를 이용함으로써 상술한 표면개질 목분과의 상용성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 충진제 등과의 상용성도 향상시켜 합성목재가 전체적으로 균일한 조성을 갖는 특징이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 상기 목분 100 중량부 대비 0.2 내지 2 중량부, 좋게는 0.4 내지 1.5 중량부의 티타늄계 개질제를 포함할 수 있다. 티타늄계 개질제를 소량 포함하는 경우 전체 합성목재의 상용성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 티타늄계 개질제를 다량 포함하는 경우 합성목재의 기계강도 등이 일부 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
더욱 좋게는 상기 합성목재의 제조방법적인 측면에서 상기 이산화규소 분말 및 티탄계 개질제는 서로 혼합된 상태에서 합성목재 조성에 첨가될 수 있다. 좋게는 볼밀 등의 밀링 공정을 통해 개질이 수행된 상태에서 첨가될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 충진제를 포함한다. 이때 충진제는 황산바륨, 탈크, 탄산칼슘 및 마이카 등의 통상의 충진제를 이용할 수 있으나, 좋게는 상기 충진제는 패각을 소성 및 분쇄한 패각 분말을 포함할 수 있다. 소성된 패각 분말을 이용함으로써 합성목재 전체의 기계강도를 향상시킬 수 있다.
상기 패각은 굴, 조개 등의 패각인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 좋게는 상기 패각은 굴 패각일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
패각 분말은 통상의 패각 분말 제조방법으로 제조될 수 있으며, 패각 분말의 제조방법이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일예로 먼저 패각을 물에 침지하여 염분을 제거하고, 소성로에서 소성한 뒤 분쇄하는 단계를 거쳐 제조된 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 패각의 소성은 600 내지 950 ℃에서 1 내지 6 시간 동안 수행될 수 있으며, 상기 소성온도가 낮거나 소성 시간이 짧은 경우 패각의 유기 불순물이 충분히 제거되지 않을 위험이 있으며, 소성 온도가 높거나 소성 시간이 길어지는 경우 패각의 기공 구조가 파괴되는 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재에서 상기 패각 분말은 평균입경이 약 2 내지 30 ㎛이며, 평균 기공 직경이 2 내지 20 ㎚일 수 있다. 패각 분말이 상기 평균 입경 및 평균 기공 직경 범위를 만족 함으로써 후술하는 실록산계 표면개질제에 의한 표면개질 효과를 향상시키며, 지나치게 미세한 입자에 의한 패각 분말 응집을 예방하고 합성목재에서 우수한 경도상승 효과를 나타낼 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 기선된 합성목재에서 상기 패각 분말은 실록산계 표면개질제로 표면개질된 것일 수 있다. 실록산계 표면개질제로 표면개질을 수행하는 경우, 표면개질된 목분, 이산화규소 분말 및 티탄 커플링제 등과의 혼합에 의한 상승효과로 상용성이 현저히 향상되는 장점이 있으며, 이로 인하여 충진제가 합성목재 내에 균일하게 분포됨에 따라 합성목재 전체가 균일한 경도 및 기계강도를 갖는 특징이 있다.
구체적으로 상기 실록산계 표면개질제는 고형분 함량이 50 내지 65 중량%이며, 메틸에틸케톤으로 희석된 제형을 기준으로 점도가 1 내지 5 ㎟/s이며, 비중이 0.90 내지 1.05인 것을 이용할 수 있다. 이러한 범위를 만족하는 실록산계 표면개질제를 이용함으로써 표면개질 효율을 향상시키고 높은 점도로 인하여 합성목재 내에서 균일한 혼합이 저해되어 물성 저하가 발생하는 문제를 예방할 수 있다.
구체적으로 상기 패각 분말의 표면개질은 통상의 패각 분말의 표면개질 방법인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 패각 분말의 표면개질은 실록산계 표면개질제를 포함하는 표면개질제 용액에 상기 패각분말을 침지하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. 더욱 구체적으로 표면개질제 용액은 아세톤, 메틸에틸케톤 및 에탄올 등에서 선택되는 하나 이상의 유기용매를 포함할 수 있으며, 유기용매에 실록산계 표면개질제를 용해한 뒤, 패각 분말을 3 내지 12시간 동안 침지하고, 패각 분말을 분리 및 건조하는 방법으로 표면개질된 패각 분말을 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 상기 목분 100 중량부 대비 10 내지 40 중량부, 좋게는 15 내지 30 중량부의 패각 분말을 포함할 수 있다. 패각 분말을 소량 포함하는 경우 합성목재의 경도 및 내구성이 저하될 수 있으며, 패각 분말을 다량 포함하는 경우 목재의 질감을 나타내기 어렵고, 상대적으로 적은 바인더 함량에 의해 작은 충격에도 쉽게 부러지는 등의 기계강도 관련한 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 자외선 안정제를 포함할 수 있으며, 자외선 안정제를 포함함으로써 합성목재가 야외에 설치되는 경우에도 폴리올레핀의 자외선에 의한 분해를 예방하여 장기간 우수한 내구성을 나타낼 수 있다. 구체적으로 이러한 자외선 안정제는 벤조페논계, 벤조트리아졸계 등의 통상의 자외선 안정제를 이용할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 자외선 안정제의 함량은 합성목재의 사용환경, 다른 조성 등에 따라 달라질수 있음이 자명하나, 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 목분 100 중량부 대비 0.5 내지 5 중량부 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 산화방지제를 포함하여 합성목재 조성물의 산화를 방지할 수 있다. 이러한 산화방지제는 합성목재 분야에 통상적으로 사용되는 산화방지제 물질인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 산화방지제는 2.2-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 및 2.6-디-t-부틸-4-메틸페놀에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 상기 목분 100 중량부 대비 0.5 내지 5 중량부의 산화방지제를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 안료를 더 포함할 수 있다. 이때 안료는 합성목재 분야에서 통상적으로 사용되는 안료인 경우 제한없이 사용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일예로, 상기 안료 중 백색 안료는 루틸 타입의 이산화티탄을 이용할 수 있으며, 유색 안료로는 금속을 포함하는 무기계안료, 예를들어 산화철 계통의 무기안료 등을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내구성이 개선된 합성목재는 상기 목분 100 중량부 대비 10 내지 25 중량부의 안료를 포함할 수 있으며, 안료가 소량 포함되는 경우 목재의 색상 구현이 어렵고, 안료가 다량 포함되는 경우 합성목재 전체의 내구성 및 기계강도 등의 저하를 유발할 수 있다.
본 발명은 또한 합성목재 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 합성목재 제조방법은 상술한 내구성이 개선된 합성목재를 제조하기 위한 제조방법일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 합성목재 제조방법은 목분을 표면개질하여 표면개질된 목분을 제조하는 제 1단계; 및
상기 표면개질된 목분, 폴리올레핀, 이산화규소 분말, 티타늄계 개질제 및 충진제를 혼합한 뒤 압출하는 제 2단계;를 포함하며, 이러한 단계를 거쳐 합성목재를 제조함으로써 목분의 분산성을 현저히 향상시켜 조성이 균일하고 내구성이 우수한 합성목재를 제조할 수 있는 장점이 있다.
상기 합성목재 제조방법에 포함된 표면개질된 목분, 폴리올레핀, 이산화규소분말, 티타늄계 개질제 및 충진제 등은 상술한 내구성이 개선된 합성목재에서 설명된 바와 동일하며, 중복 기재를 피하기 위하여 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
1. 표면개질 목분의 제조
평균입경이 15 ㎛인 목분을 30 ℃ 건조기에서 완전히 건조하여 준비한다.
이와 별개로, 아세톤 : 에탄올이 8:2의 비율로 혼합된 용매 5L에 옥타데칸 트리메톡시 실란 50 g을 혼합하여 표면개질제 용액을 제조하고, 건조된 목분 3kg을 침지하였다. 목분을 침지한 뒤, 3시간 동안 교반하면서 표면개질 반응을 수행하였으며, 목분만을 분리하여 1차적으로 수분을 제거한 뒤, 2차로 건조기에서 건조하여 최종적으로 표면개질된 목분을 제조하였다.
2. 표면개질 패각분말의 제조
굴 패각 5kg을 24시간 동안 담수에 침지하여 염분을 제거하고, 800 ℃에서 3시간 동안 열처리한 뒤 분쇄하였으며, 분쇄 후 평균입경은 약 3 내지 7 ㎛이 되도록 하여 패각 분말을 제조하였다.
아세톤 100 g과 실록산계 표면개질제(X-40-2450) 20 g을 균일하게 혼합하여 표면개질 용액을 제조하였다. 제조된 표면개질 용액에 패각 분말 70 g을 혼합한 뒤, 완전히 침지되게 하기 위하여 누름틀로 눌러 5시간 동안 유지한 뒤, 표면개질 용액을 분리하고 건조하여 최종적으로 표면개질된 패각 분말을 제조하였다. 표면개질된 패각 분말은 평균 기공 직경이 3 내지 15 ㎚인 것을 확인하였다.
3. 합성목재의 제조
먼저 평균입경이 6 ㎛이며, 비표면적이 140 ㎡/g인 이산화규소 분말(SiO2) 3.3 g, 티탄 커플링제로 Titanium IV 2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato, tris(dioctyl)pyrophosphate-O) 6.3 g을 혼합하여 100 rpm으로 30분간 볼밀링하여 이산화규소 분말을 표면개질하였다.
이후, 표면개질 목분 1kg, 폴리염화비닐(PVC, LS100E, 엘지화학) 620 g, 볼밀로 표면개질된 이산화규소 분말, 표면개질된 패각분말 191 g, 산화방지제로 2.2-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 19 g, 자외선 안정제로 2-[2-hydroxy-3,5-di-(1,1-dimethylbenzyl)]-2H-Benzotriazole 19 g 및 루틸형 이산화티탄 및 산화철계 안료를 포함하는 안료복합체 190 g을 균일하게 혼합하고 압출기에 투입하여 150 ℃에서 압출 성형을 통해 합성목재를 제조하였다.
[제조예 2 내지 12]
제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 표 1의 조성으로 혼합하여 합성목재를 제조하였다. 표 1은 g 단위로 표시되었으며, 자외선 안정제, 산화방지제 및 안료는 생략되었으며 제조예 1과 동일한 함량으로 첨가되었다.
제조예 10의 경우 표면개질되지 않은 패각분말을 191 g 첨가하여 제조하였으며, 제조예 11의 경우 평균입경이 약 8 ㎛인 탄산칼슘을 패각분말 대신 191g 첨가하여 제조하였다.
제조예 12는 이산화규소 분말을 티탄 커플링제가 아닌 (trimethoxysilyl)propylmethacrylate 6.3 g과 혼합하여 볼밀링한 뒤 압출을 통해 합성목재를 제조하였다.
제조예 목분 PVC SiO2 티탄 커플링제 패각분말 비고
1 1000 620 3.3 6.3 191
2 1000 600 5.2 7 215
3 1000 620 - 6.3 191
4 1000 620 3.3 - 191
5 1000 470 3.3 6.3 191
6 1000 750 3.3 6.3 191
7 1000 620 3.3 1 191
8 1000 620 3.3 12 191
9 1000 620 3.3 6.3 140
10 1000 620 3.3 6.3 191 표면개질되지 않은 패각분말 사용
11 1000 620 3.3 6.3 - 패각분말이 아닌 탄산칼슘 동량 첨가
12 1000 620 3.3 6.3 191 실란계 개질제 이용
인장강도, 굽힘강도
제조예에서 제조된 합성목재의 인장강도(KS M 3006) 및 굽힘강도(KS M ISO 178)를 측정하였으며, 각각 3번씩 측정하여 평균값을 표 2로 나타내었다.
내후성
KS M ISO 4892－2의 방법에 의하여 합성목재를 2000 시간 노출하고 이후 인장강도를 측정하여, 초기 충격강도 대비 변화를 %로 계산하여 표 2로 나타내었다. 100%는 초기와 인장강도 차이가 없는 것을 의미하며, %가 낮아질수록 내후성이 낮음을 의미한다.
내마모도
제조예에서 제조된 각 시편에 무게가 1.5 kg이며, 첨단부가 0.45 ㎜인 니들을 분당 50회 좌우로 왕복시킨 후 마모된 깊이를 측정하고 그 결과를 표 2로 나타내었다.
제조예 인장강도(MPa) 굽힘강도(MPa) 내후성(%) 내마모도(mm)
1 16.5 73.2 94.1 0.15
2 16.7 72.0 93.5 0.14
3 13.5 61.8 89.4 0.26
4 14.1 63.7 91.2 0.22
5 13.3 59.4 83.3 0.44
6 13.9 62.2 88.3 0.25
7 15.6 69.6 92.2 0.18
8 15.9 70.1 89.9 0.19
9 15.0 70.9 90.7 0.33
10 14.8 71.5 91.2 0.24
11 15.5 69.3 88.4 0.21
12 14.8 68.8 90.6 0.20
표 2를 참고하면, 표면개질된 목분 100 중량부 대비 50 내지 70 중량부의 폴리올레핀, 0.2 내지 0.8 중량부의 이산화규소 분말, 0.4 내지 1.5 중량부의 티탄 커플링제 및 15 내지 30 중량부의 충진제를 포함하는 합성목재가 인장강도, 굽힘강도가 높으며 내후성 및 내마모성이 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. 표면개질된 목분, 폴리올레핀, 이산화규소 분말, 티타늄계 개질제 및 충진제를 포함하며,
    상기 표면개질된 목분은 목분을 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란으로 표면개질된 것인 내구성이 개선된 합성목재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소수 16 이상의 알킬기를 포함하는 알콕시 실란은 헵타데칸 트리메톡시 실란, 헵타데칸 트리에톡시 실란, 옥타데칸 트리메톡시 실란, 옥타데칸 트리에톡시 실란, 노나데칸 트리메톡시 실란 및 노나데칸 트리에톡시실란에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 내구성이 개선된 합성목재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 충진제는 패각을 소성 및 분쇄한 패각 분말을 포함하는 내구성이 개선된 합성목재.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 패각 분말은 실록산계 표면개질제로 표면개질된 것인 내구성이 개선된 합성목재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 이산화규소 분말은 평균 입경이 2 내지 15 ㎛이며, 비표면적이 80 내지 200 ㎡/g인 내구성이 개선된 합성목재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 폴리염화비닐, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함하는 내구성이 개선된 합성목재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 내구성이 개선된 합성목재는 표면개질된 목분 100 중량부 대비 30 내지 80 중량부의 폴리올레핀, 0.1 내지 1 중량부의 이산화규소 분말, 0.2 내지 2 중량부의 티탄 커플링제 및 10 내지 40 중량부의 충진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성이 개선된 합성목재.
  8. 삭제
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