KR102220885B1 - 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

유리섬유와 발포를 이용한 데크부재 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리섬유의 발포를 이용한 데크부재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 방로나 산책로 또는 양식장 등의 바닥 혹은 기둥 프레임 및 건축물의 내외장재 등으로 활용되는 자재인 데크부재의 원료를 유리섬유 등으로 하면서 발포 성형으로 제조하여 인장강도, 충격강도, 내수압성, 내구성, 내후성, 내한성, 자외선에 의한 변색 억제력, 난연특성의 물성을 높이면서 경량화를 통해 시공성도 향상하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재는, 유리섬유 9~30중량%와 탈크(Talc) 9~30중량%와 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide) 1~4중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene) 40~65중량%및 고밀도 폴리에틸렌(High-Density PolyEthylene, HDPE) 15~35중량%로 이루어지는 주원료(a); 난연제(b); 및 발포제(c)를 조성물로 하며, 상기 주원료와 난연제는 펠릿 형태로 가공된 후 상기 발포제를 통해 발포 성형된다.

Description

유리섬유와 발포를 이용한 데크부재 및 이의 제조 방법{Deck members using glass foaming and firing and Method for manufacturing this same}
본 발명은 데크부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탐방로나 산책로 혹은 양식장 등의 바닥 혹은 기둥 프레임 및 건축물 내외장재 등으로 활용되는 자재인 데크부재를 섬유 결합형태로 압출 발포 성형함으로써 인장강도 등의 특성을 높이고 경량의 특성을 통해 시공성도 향상하며 난연 특성의 부여를 통해 화재에 대한 저항성이 높은 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.
일반적으로 데크부재는 탐방로나 산책로 혹은 양식장 등의 바닥 또는 기둥 프레임 및 건축물 내외장재 등으로 활용되는 자재이다. 이러한 데크부재 중 천연목재는 원목에 대한 소비자의 선호도와 천연 질감에 의한 미감을 충족시키는 장점이 있으나, 목재의 벌목에 따른 산림 훼손과 화재 시에 일어나는 인명사고 발생의 문제가 있고, 천연목재의 고유 물성에 의한 내수성, 내열성, 충격강도, 내후성, 항균성이 낮아 등산로, 탐방로 혹은 양식장 등의 바닥 또는 기둥 프레임 및 건축물 내외장재 등으로 사용하기 어려운 문제점이 있고, 항균성이 낮기 때문에 수명이 짧고 쉽게 파손되므로 유지 보수에 소요되는 비용이 증가하는 문제점이 있다.
그리고 상기의 문제점 중 항균성 강화를 위해 목재방부제(CCA 방부제)를 혼합 사용하는 경우, 구리, 비소, 크롬에 의한 중금속 오염의 위해성이 있고 화재시에 방부제 연소에 따른 유독물질의 배출로 인체에 치명적인 피해가 발생하고 난연성이 매우 낮기 때문에 화재 시에 불이 번지는 문제점을 해결할 수 없었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 천연목재와 질감과 외관이 비슷한 합성목재를 데크부재로 사용하고 있다.
이러한 합성목재의 구성은 열가소성 수지와 목분을 혼합하여 성형함으로써 다양한 형태로 성형할 수 있는 성형성이 좋기 때문에 활용도가 높다는 장점이 있고, 천연목재의 단점인 난연성과 내구성 향상 및 가격이 저렴하다는 장점을 가진다.
그러나 합성목재는 수지와 목분을 사용하고 있어 이 목분에 의한 수분 흡수가 동결융해에 의한 파손 및 뒤틀림 현상이 발생하고 충격강도가 낯아 충격에 의한 파손 등의 문제점이 있었다.
등록특허 제10-2062891호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탐방로나 산책로 또는 양식장 등의 바닥 혹은 기둥 프레임 및 건축물 내외장재 등으로 활용되는 자재인 데크부재의 원료를 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌과 유리섬유 등으로 하면서 발포 성형으로 제조하여 인장강도, 충격강도, 내수압성, 내구성, 내후성, 내한성, 자외선에 의한 변색 억제력, 난연특성의 물성을 높이면서 경량화를 통해 시공성도 향상하는 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재 및 이의 제조 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재는, 유리섬유 9~30중량%와 탈크(Talc) 9~30중량%와 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide) 1~4중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene) 40~65중량% 및 고밀도 폴리에틸렌(High-Density PolyEthylene, HDPE) 15~35중량%로 이루어지는 주원료(a); 난연제(b); 및 발포제(c)를 조성물로 하여 발포 성형되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재 및 이의 제조 방법에 의하면, 탐방로나 산책로 또는 양식장 등의 바닥 혹은 기둥 프레임 등으로 활용되는 자재인 데크부재를 성형기에 유리섬유와 폴리프로필렌, HDPE를 결합한 형태로 발포 성형함으로써 가벼워 시공편의성이 향상되고 인장강도 및 충격강도, 내구성, 내후성이 높아 파손의 염려를 줄이고 자외선에 의한 변색 억제력이 뛰어나며 난연특성을 갖춰 화재시에 화재의 번짐을 억제하여 인명사고 등의 예방에 기여한다. 그리고 내수압특성이 우수하여 습지나 호수 등에서도 유지보수비가 들어가지 않도록 개선된 효과를 도출한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 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 발명에 의한 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재는, 주원료와 난연제 및 발포제를 재료로 하여 발포 성형되며, 주원료와 난연제는 각각 펠릿 형태로 가공되어 발포제로 발포 성형된다.
주원료는 유리섬유, 탈크(Talc), 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 고밀도 폴리에틸렌(High-Density PolyEthylene, HDPE)을 조성으로 한다.
유리섬유는 단섬유에 비해 상대적으로 인장강도가 우수한 장섬유로서 그 길이는 0.5cm~1.5cm이다. 유리섬유는 충격강도, 내열성, 난연성이 매우 우수하다.
탈크는 내화성의 특성으로 주원료로 사용되며, 입도는 15㎛~20㎛로 전기절연성, 내열성 및 화학 안정성이 매우 우수하며 백색의 분말형태를 하고 있다.
티타늄디옥사이드는 자외선 차단 등을 위하여 사용되며 다른 재료가 자외선에 노출되어도 변색을 막아주고, 입도는 2~3㎚ 크기의 분말형태를 하고 있다.
폴리프로필렌은 내열성과 내구성이 우수하고 특히 중량이 가벼워 시공성을 향상한다.
고밀도 폴리에틸렌은 내후성, 내환경 응력 균열성(Environmental Stress Cracking Resistance), 내수압성 및 가공성이 우수하며, 데크부재의 강도와 내열성을 높이기 위하여 사용된다.
폴리프로필렌과 고밀도 폴리에틸렌은 본 발명에서 베이스 수지로 사용된다.
상기의 원료는 유리섬유 9~30중량%와 탈크(Talc) 9~30중량%와 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide) 1~4중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene) 40~65중량% 및 고밀도 폴리에틸렌(High-Density PolyEthylene, HDPE) 15~35중량%를 혼합비율로 하며, 그 혼합비율은 강도 등의 특성과 경량에 의한 시공특성을 위한 최적의 혼합비율이다.
상기 주원료는 펠릿 형태로 가공(통상의 펠릿기)하여 사용되며 길이는 20~40mm이다.
이와 같이 주원료가 펠릿 형태로 가공되어 사용되는 것은 발포에 의한 재료의 균일도를 높이고 재료의 손실을 막기 위함이다.
난연제는 화재로 인한 데크부재의 손상 방지를 위하여 사용되며 상기 주원료 100중량부에 대하여 10~25중량부가 사용되며, 10중량부 미만은 난연 특성이 약하고 25중량부를 초과하더라도 난연 특성에 큰 변화가 없고 재료의 밸런스가 좋지 못하여 강도 등의 특성을 저하할 수 있다.
난연제는 예를 들어 산화안티몬 10~25중량%, 수산화마그네슘 10~25중량%, 수산화알루미늄 15~30중량%, 0.1-0.2㎛의 입도를 갖는 지르코늄 3~10중량% 및 폴리프로필렌수지 10~35중량%의 혼합으로 이루어진다.
또한, 난연 특성을 높이기 위하여 상기 난연제 100중량부에 대하여 나트륨-시트레이트 15중량부, 6-브로모헥산산 10중량부, 폴리아미드아민 6.5중량부가 더 첨가될 수 있다.
발포제는 상기 주원료 100중량부에 대하여 0.1~3.0중량부가 혼합되며 상기 범위는 최적의 데크부재를 제조하기 위한 혼합비율이다. 상기 발포제는 무기발포제로서 폴리카복실산, 무기탄산염을 스테아린산이나 모노-글리세리드로 코팅 처리된 분말형태를 하고 있다.
또한, 본 발명은 자외선흡수제로 예컨대 하이드로벤조페논(Hydroxy Benzophenone)이 상기 주원료 100중량부에 대해 10~15중량부 더 첨가할 수 있고, 또한, 자외선차폐제로 예컨대 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide)가 상기 주원료 100중량부에 대해 7~12중량부 더 포함될 수 있다.
<실시예>
1. 조성.
가. 주원료.
원료 유리섬유 탈크 티타늄디옥사이드 폴리프로필렌 고밀도
폴리에틸렌
혼합비율 15 13 2 45 25
상기 원료들을 펠릿기에 투입한 후 펠릿 형태의 주원료를 가공하였다.
나. 난연제.
원료 산화안티몬 수산화마그네슘 수산화
알루미늄		 지르코늄 폴리
프로필렌수지
혼합비율 20 20 25 5 30
상기 원료들을 펠릿기에 투입한 후 펠릿 형태의 난연제를 가공하였다.
상기 난연제에 나트륨-시트레이트 15중량부, 6-브로모헥산산 10중량부, 폴리아미드아민 6.5중량부가 더 포함된 것을 실시예 2로 하였다.
다. 발포제.
주원료 100중량부에 대하여 2.0중량부.
2. 제조.
펠릿 형태의 주원료와 펠릿 형태의 난연제 및 발포제를 압출성형기에 넣고 발포시켜 본 실시예의 데크부재(가로×세로×두께, 3000×150×25mm)를 제조하였다.
3. 특성 시험.
시험항목 단위 결과치 비교예 기준
충격강도 kJ/㎡ 6.9 3.7 3.0 이상
내후성 % 91 84 초기 80 이상
수분흡수율 % 0.3 2 8.0 이하
동결융해 % 94 93 초기 90 이상
난연성(탄화길이) cm 18 13 20cm 이하
난연성(나머지불꽃) 초 9 6 10초 이하
미끄럼저항성(C.S.R) 0.53 0.4 0.40 이상
비교예는 타사에서 제시한 제품 특성으로, 본 실시예는 상기 결과치를 통해 알 수 있듯이 강도와 난연성 등에서 기준을 만족함과 아울러 타사보다 우수함이 확인되었다.
또한, 본 실시예는 유해물질용출시험 결과 비소, 카드뮴, 크롬, 납, 수은의 용출이 확인되지 않는 친환경 제품이며, 폼알데하이드 방산량과 VOCs 방출량이 기준을 만족하는 것으로 확인되었다.

Claims (5)

  1. 유리섬유 9~30중량%와 탈크(Talc) 9~30중량%와 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide) 1~4중량%와 폴리프로필렌(PolyproPylene) 40~65중량%및 고밀도 폴리에틸렌(High-Density PolyEthylene, HDPE) 15~35중량%로 이루어지는 주원료(a);
    난연제(b); 및
    발포제(c)를 포함하되,
    상기 주원료 100중량부에 대하여 상기 난연제 10~25중량부 및 상기 발포제 0.1~3.0중량부가 혼합되며,
    상기 유리섬유는 0.5cm~1.5cm 길이의 장섬유이며,
    상기 주원료와 난연제는 20~40mm 길이의 펠릿 형태로 가공된 후 상기 발포제를 통해 발포 성형되는 것을 특징으로 하는 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 난연제는 산화안티몬 10~25중량%, 수산화마그네슘 10~25중량%, 수산화알루미늄 15~30중량%, 0.1-0.2㎛의 입도를 갖는 지르코늄 3~10중량% 및 폴리프로필렌수지 10~35중량%의 혼합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재.
  4. 청구항 1에 의한 유리섬유와 발포를 이용한 데크부재의 제조 방법으로서,
    0.5cm~1.5cm 길이의 장섬유인 유리섬유 9~30중량%와 탈크(Talc) 9~30중량%와 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide) 1~4중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene) 40~65중량%및 고밀도 폴리에틸렌(High-Density PolyEthylene, HDPE) 15~35중량%로 이루어지는 주원료(a) 100 중량부에 대하여 난연제 10~25중량부 및 발포제 0.1~3.0중량부를 준비하는 제1단계와;
    상기 제1단계에서 준비한 주원료와 난연제를 압출성형기에 넣고 상기 발포제를 혼합하여 발포 성형으로 데크부재를 제조하는 제2단계를 포함하고,
    상기 제1단계는 상기 주원료와 난연제를 각각 20~40mm 길이의 펠릿 형태로 가공하여 준비하는 것을 특징으로 하는 유리섬유의 발포를 이용한 데크부재의 제조 방법.
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