KR102295583B1 - 목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법 - Google Patents

목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 친환경 오일을 목재에 침투시키고 나서, 이후의 오일 침투 효과를 장기간 지속시킬 뿐만 아니라, 오일 도포 이후의 도장 및 코팅의 효율을 향상시키도록 하기 위한 목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법 관한 것이다.

Description

목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법{Eco-friendly oil composition and manufacturing method for wood penetration, wood manufacturing method using the same}
본 발명은 목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 친환경 오일을 목재에 침투시키고 나서, 이후의 오일 침투 효과를 장기간 지속시킬 뿐만 아니라, 오일 도포 이후의 도장 및 코팅의 효율을 향상시키도록 하기 위한 목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법 관한 것이다.
종래의 가구, 가구 부품, 건축 자재, 건축 부자재 등이 되는 목재들이 습기에 취약하여, 곰팡이나, 벌레가 생기기 쉬웠기 때문에, 오일을 목재 판재에 침투시켜 이러한 문제를 해소하여 왔다.
기본적인 오일을 침투시키는 목재의 제조공법 순서는, 제 1 과정으로 표면 1차 가공 처리 - 샌더 기계(사포질 기계), 제 2 과정으로 열풍 및 가열처리, 제 3 과정으로 오일 침투 처리, 제 4 단계로 도장 처리, 제 5 단계로 열풍 건조 처리, 제 6 단계로 UV 조사 및 건조 처리, 제 7 단계로 코팅 처리로 이루어지는데, 이와 같은 오일을 목재에 침투시키는 경우, 오일에 침투된 목재에 도장 성능이 떨어질 뿐만 아니라, 접착제 사용이 힘들어지기 때문에, 목재에 침투시키고 나서, 도장을 한다거나, 코팅을 하는게 어려운 한계점이 있어 왔다.
대한민국 특허출원 출원번호 제10-2011-0098075(2011.09.28)호 "물성 및 내구성이 강화된 친환경 합성목재 및 그 제조방법"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 친환경 오일을 목재에 침투시키고 나서, 이후의 오일 침투 효과를 장기간 지속시킬 뿐만 아니라, 오일 도포 이후의 도장 및 코팅의 효율을 향상시키도록 하기 위한 목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 오일을 목재에 침투시키고 나서, 도장을 한다거나, 코팅을 함에 있어서 어려운 단점을 극복하고 목재 전체적으로 오일이 침투된 상태에서는, 뒤틀림/균열/변색 방지 효과도 있고, 방수효과도 향상시킬 수 있도록 하기 목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 제조 방법은, 친환경 오일 준비 과정; 및 2차 코팅막을 형성 과정; 을 포함하는 목재 침투용 친환경 오일 제조 방법에 있어서, 친환경 오일 준비 과정은, 실리콘 오일, 아로마틱기유, 파라핀기유를 1 : 1 : 0.5 중량부로 혼합하여 사용하되, 방충오일로 시트러스 오일을 혼합된 100 중량부를 기준으로 2 내지 3 중량부를 혼합하여 이루어지는 주제 오일에, 유화제를 전체 혼합물질 100 중량부에 대해서 1 내지 5 중량부를 첨가하여 형성하는 것을 특징으로 하는 친환경 오일을 준비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 친환경 오일 조성물은, 실리콘 오일, 아로마틱기유, 파라핀기유를 1 : 1 : 0.5 중량부로 혼합하여 사용하되, 방충오일로 시트러스 오일을 혼합된 100 중량부를 기준으로 2 내지 3 중량부를 혼합하여 이루어지는 주제 오일에, 유화제를 전체 혼합물질 100 중량부에 대해서 1 내지 5 중량부를 첨가하여 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 조성물을 이용한 목재 제조 방법은, 샌딩 공정(S10), 열풍 가열 공정(S20), 친환경 오일 침투 공정(S30), 하도 공정(S40), 친환경 접착제 코팅 공정(S50), 상도 공정(S60), 상면 코팅 공정(S70) 및 UV 조사 공정(S80)을 포함하는 목재 침투용 친환경 오일 조성물을 이용한 목재 제조 방법에 있어서, 친환경 오일 침투 공정(S30)은, 친환경 오일 준비 과정; 및 2차 코팅막을 형성 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법은, 친환경 오일을 목재에 침투시키고 나서, 이후의 오일 침투 효과를 장기간 지속시킬 뿐만 아니라, 오일 도포 이후의 도장 및 코팅의 효율을 향상시키도록 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 조성물 및 제조 방법, 이를 이용한 목재 제조 방법은, 오일을 목재에 침투시키고 나서, 도장을 한다거나, 코팅을 함에 있어서 어려운 단점을 극복하고 목재 전체적으로 오일이 침투된 상태에서는, 뒤틀림/균열/변색 방지 효과도 있고, 방수효과도 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 조성물을 도포하지 않은 목재(도 2a)와, 목재 침투용 친환경 오일 조성물을 도포한 목재(도 2b)를 비교한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 조성물을 이용한 목재 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 친환경 오일 준비 과정(S110), 2차 코팅막을 형성 과정(S120) 및 친환경 오일 목재 침투 과정(S130)을 포함하며, 이하 각 과정에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
[친환경 오일 준비 과정(S110)]
본 발명의 일 실시예로 친환경 오일을 위한 실리콘 오일, 아로마틱기유, 파라핀기유를 1 : 1 : 0.5 중량부로 혼합하여 사용하되, 방충오일로 시트러스 오일을 혼합된 100 중량부를 기준으로 2 내지 3 중량부를 혼합하여 이루어지는 주제 오일에, PLA([Poly Lactic Acid) 복합기재를 중량비 20 내지 24 : 45 내지 55로 혼합하고 유화제를 전체 혼합물질 100 중량부에 대해서 1 내지 5 중량부를 첨가하여 형성된 친환경 오일을 준비한다.
본 발명의 다른 일 실시예로 친환경 오일을 위한 실리콘 오일, 아로마틱기유, 파라핀기유를 1 : 1 : 0.5 중량부로 혼합하여 사용하되, 방충오일로 시트러스 오일을 혼합된 100 중량부를 기준으로 2 내지 3 중량부를 혼합하여 이루어지는 주제 오일에, 다공형 PLA 복합기재를 중량비 20 내지 24 : 45 내지 55로 혼합하고 유화제를 전체 혼합물질 100 중량부에 대해서 2 내지 8 중량부를 첨가하여 형성된 친환경 오일을 준비한다.
다공형 PLA 복합기재는 결정형 PLA와 비결정형 PLA가 80 내지 90 : 10 내지 20의 중량비를 이루는 PLA 기재수지에 가소제로서 특정의 식물성 폴리올, 아세틸 트리부틸시트레이트 및 폴리에틸렌글리콜이 결정형 PLA와 비결정형 PLA의 전체 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부로 포함되어 있음으로써 목재에 스며드는 경우 인장강도, 신율 등의 기계적 물성이 개선된 효과를 제공할 수 있다.
여기서, 친환경 오일을 첨가물질을 이용하여 형성시 전체 혼합물질을 혼합합 후 유화제를 첨가하고 600 내지 700rpm의 속도로 5 내지 10 분 동안 균질화한 다음 고압유화기(microfluidizer)에서 150 내지 170 MPa의 압력으로 1 내지 3회 통과시켜 친환경 오일을 형성할 수 있다.
[2차 코팅막을 형성 과정(S120)]
단계(S110)에서 생성된 친환경 오일에 양이온성 및 음이온성 바이오폴리머로 각각 1차 및 2차 막이 형성된 다중층 나노 캡슐로 캡슐화하는 과정을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 친환경 오일을 양이온성 바이오폴리머로 1차 막을 형성한다.
단계(S110)에서 형성한 균질화된 친환경 오일을 양이온성 바이오폴리머 용액에 첨가한 후 1차 코팅막을 형성하며, 양이온성 바이오폴리머는 젤라틴, 덴드리머, 폴리2-디메틸아미노에틸 메탈글릴레이트, 폴리아미도아마인, 키토산, 폴리에틸렌이민, 폴리-L-라이신, 폴리디알릴디메틸염화암모늄, 폴리아릴아민, 염산염, 폴리오르니틴, 폴리비닐아민염산염 및 이들의 혼합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것일 수 있다.
양이온성 바이오폴리머는 친환경 오일과 정전기적 결합에 의하여 젤 형태를 형성할 수 있다. 이때, 젤 상태는 점성 액체이거나 고체이거나 또는 그 사이의 임의의 상태일 수 있다.
양이온성 바이오폴리머는 양이온성 바이오폴리머 용액의 총 중량에 대하여 3 내지 5 중량%로 포함되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 3 내지 5 중량% 이외의 함량의 양이온성 바이오폴리머를 사용하는 경우 친환경 오일에 막이 균일하게 형성되지 않아 친환경 오일의 산패를 억제하는 효율이 떨어지는 문제가 있다.
1차 막으로 코팅된 친환경 오일을 음이온성 바이오폴리머로 2차 막을 형성한다.
즉, 1차 막으로 코팅된 친환경 오일을 음이온성 바이오폴리머 용액에 첨가한 후 균질화하여 2차 코팅막을 형성하는 과정을 수행한다.
본 발명에 있어서, 음이온성 바이오폴리머는 덱스트란황산염, 헤파린, 카복시메틸세룰로오스, 셀룰로오스황산염, 폴리글루탐산, 폴리아크릴산, 알긴산, 카라기난, 구아검, 고메톡실 펙틴, 저메톡실 펙틴, 히알루론산, 폴리스타이렌술폰산염, 헤파린황산염, 폴리메틸렌코구아니딘, 콘드로이틴황산염 및 이들의 혼합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 음이온성 바이오폴리머는 양이온성 바이오폴리머와 가교, 수소결합, 소수성 상호 작용 또는 정전기적 결합에 의하여 젤 상태를 형성할 수 있다. 이때, 젤 상태는 점성 액체이거나 고체이거나 또는 그 사이의 임의의 상태일 수 있다.
음이온성 바이오폴리머는 음이온성 바이오폴리머 용액의 총 중량에 대하여 2 내지 4 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 2 내지 4 중량% 범위 이외의 함량의 음이온성 바이오폴리머를 사용하는 경우 양이온성 바이오폴리머와 상 분리가 이루어지지 않는 문제가 있다.
이렇게 제조된 2중층 나노 캡슐은 150 내지 170 nm의 크기 -6 내지 -7 mV의 제타전위를 가지며, pH, 온도, 시간, 빛, 산화 등의 외부환경으로부터 친환경 오일의 저장성 및 산화 안정성을 가지는 효과가 있다.
[친환경 오일 목재 침투 공정(S130)]
2중층 나노 캡슐은 단계(S110)에서 생성된 친환경 오일에 대해서 pH, 온도, 시간, 빛, 산화 등의 외부환경으로부터 친환경 오일의 저장성 및 산화 안정성을 가지므로, 2중층 나노 캡슐에 포집된 친환경 오일의 안정성을 확보하면서 1차적으로 단계(S110)에서 생성된 친환경 오일과 2중층 나노 캡슐을 중량비 10 : 5 내지 6의 비율로 혼합하여 목재에 침투시키기 위해 도장 도구로 롤러형 또는 붓형 도포 장치를 이용하거나, 후술하는 샌딩 공정(S10)과 열풍 가열 공정(S20) 사이에 음각, 양각, 투각 등 도장 면에 대한 추가적인 작업이 수행된 경우 스프레이 분사 장치를 이용하는 도포하며, 2차 및 3차 도포에서는 친환경 오일과 2중층 나노 캡슐을 중량비율을 2 : 5 내지 6로 하여 도포함으로써, 2중층 나노 캡슐이 시간이 지남에 따라 점증적으로 분해시 친환경 오일의 성분이 점진적으로 목재에 스며들도록 하여 친환경 오일에 의한 효과가 지속될 수 있도록 한다.
이와 같은 친환경 오일의 시공 횟수는 목재 본연의 색깔과 나뭇결을 돋보이게 하고 발수, 방수, 방충 등의 효율성과 내구성을 확보하기 위해서는 3회 이상 도포하는 것이 바람직하며, 도포 가능 면적으로 10L 당 45 내지 50㎡에 대해서 3회가 가능하며, 목재의 조직 깊숙이 친환경 오일이 스며들게 하기 위해서는 롤러형 또는 붓형 도포 장치의 경우 보다 빠르고 깊숙하게 스며들게 하기 위해서는 롤러형 도포 장치의 외부면을 부드러운 융이나 천 등으로 이루어지도록 하며, 붓형 도포 장치의 재질을 융이나 천으로 형성하여 외부에 오일을 묻혀 도장 면에 여러번 반복하여 문질러 주는 과정이 추가로 수행되는 것이 바람직하다.
친환경 오일 침투 공정시 지촉 건조시간은 약 3시간 정도이며, 완전 건조시간은 24시간이나 목재의 종류, 작업장소의 기후 및 환경 등에 따라 다소 차이가 발생할 수 있으며, 재침투 공정은 시간은 최소 3시간 이후이며, 완전한 흡수를 위해서는 24 시간 이후 재침투 공정을 하는 것이 바람하며, 10℃ 이상의 온도에서 작업하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 친환경 오일은 발수, 방부, 방충 역할을 하는 천연 식물성 원료를 기반으로 하는 무독성 목재보호제로 유독성 휘발성 유기화합물에 방출 시험 결과, 포름알데히드 : 측정 기준치 이하(0.005mg미만), T-VOC 방출량 : 0.1mg/㎡, h 미만일 뿐만 아니라, 중금속 불검출(셀레늄, 바륨, 주석, 수은, 납, 비소, 크롬, 카드뮴 등 8대 중금속), T-VOC 미방출이며, 무독성, 무취성으로 비휘발성 99.2%인 특성을 갖는다.
이러한 친환경 오일로 인해 목재는 돋보이는 본연의 색과 무늬를 구현하며, 뒤틀림 현상 억제(코팅막 비 형성으로 목재의 수분조절 능력 원활), 발수기능 탁월(목재 조직 내 오일함유), 99.99%의 항균 활성 작용 구현(방충 기능 구현 오일 함유), 일정 기간 이후 재도장 시 침투성 탁월일 뿐만 아니라, 무독, 무취성으로 시공자 및 사용자 건강 보호 및 인테리어 활용능력을 증대시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 친환경 오일 침투 공정(S30)이 수행하기 전과 후의 목재의 상태를 확인할 수 있으며, 목재 본연의 나뭇결 및 색생의 발현 기능도 함께 증대시킬 수 있는 효과도 있다. 즉, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 조성물을 도포하지 않은 목재(도 2a)와, 목재 침투용 친환경 오일 조성물을 도포한 목재(도 2b)를 비교한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 목재 침투용 친환경 오일 조성물을 이용한 목재 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 목재 침투용 친환경 오일 조성물을 이용한 목재 제조 방법은
샌딩 공정(S10), 열풍 가열 공정(S20), 친환경 오일 침투 공정(S30), 하도 공정(S40), 친환경 접착제 코팅 공정(S50), 상도 공정(S60), 상면 코팅 공정(S70) 및 UV 조사 공정(S80)을 포함할 수 있다.
이하 각 공정에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
먼저, [샌딩 공정(S10)]에 대해서 살펴본다.
접착물인 목재의 오일 피착면인 양면을 깨끗하게 청소한 뒤, 먼지, 기름때, 페인트, 얼룩, 오염, 이물질 등을 제거하고 오일 침투력을 강화시키기 위해 사포, 샌딩 기계 등으로 스크래치를 생성하는 면처리 작업을 수행한다.
본 발명에서 사용하는 목재층은 집성목 또는 원목이 바람직하나, PB 또는 MDF 등으로 이루어지도록 구성되어질도 수 있다.
다음으로, [열풍 가열 공정(S20)]에 대해서 살펴본다.
열풍 가열을 통해 오일을 침투시킬 면의 물기를 제거한다.
보다 구체적으로, 샌딩처리된 목재에 대해서 열풍가열실에 투입하여 열풍가열실의 온도가 180 내지 250℃가 되는 조건에서 45 내지 75분 동안 하는 열풍 가열하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, [친환경 오일 침투 공정(S30)]은 도 1에서 구체적으로 살펴본 과정으로 수행한다.
이후, [하도 공정(S40)]에 대해서 살펴본다.
친환경 오일 침투 공정이 수행된 목재의 외부 표면에 변성 불포화폴리에스테르 수지와 가교성 모노머를 혼합하여 제조된 하도 도료 조성물을 하도 도포하는 것이 바람직하다. 도료 조성물은 다가알코올과 다염기산을 35 내지 45 : 45 내지 55 중량부로 반응시켜 중간체를 제조한 후 제조된 중간체 100 중량부를 기준으로 폴리아민을 2 내지 3 중량부를 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고, 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 6 내지 7 중량부 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 10 내지 13 중량부와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고 이를 혼합함으로써 가공성과 표면 강도가 우수하고 내후성 및 내수성이 증대되는 효과를 갖는 도료 조성물 100 중량부에 대해서 탄성력과 장력을 증대시키기 위해 그래핀 섬유 2 내지 3 중량부와 셀룰로오스 나노화이바 4 내지 5 중량부를 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 하도 도료 조성물을 사용함으로써, 후술하는 친환경 접착제와의 부분적 혼합으로 인해 오일이 침투된 목재에 대해서 기계적 강도가 증가된 채로 도포된 상태에서 친환경 접착제 경화시 견고한 기계적 물성을 확보할 수 있다.
여기서 친환경 오일과 하도 도료 조성물 간의 도장 성능 저하 방지를 위해 본 발명에서는 하도 도료 조성물이 완전 경화하기 전에 후술하는 친환경 접착제 코팅 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
이하에서는, [친환경 접착제 코팅 공정(S50)]에 대해서 살펴본다.
친환경 접착제로 여러 가지 식물성 추출물과 식물성 오일을 기반으로 하는 "무독성 친환경 우레탄수지 계열 경화제"로 주재 40%, 경화제 60%를 계량 후 3분 정도 아주 천천히 잘 저어 혼합하며, 피착면이 평면일 때는 작은 붓으로, 틈새를 접착하고자 할 때는 1회용 주사기를 이용하여 피착면에 골고루 도포하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 2액형 친환경 접착제 조성물은 주재로 폴리우레탄 프리폴리머 100 중량부에 대하여, 식물 진액 23 내지 24 중량부, 하이브리드 수지 혼합물 13 내지 15 중량부, 희석제 7 내지 8 중량부, 증점제 4 내지 6 중량부, 가소제 7 내지 9 중량부, 그래핀 12 내지 15 중량부, 난연제 5 내지 7 중량부를 첨가 혼합하여 형성되며, 형성된 주재에 대해서 경화제를 4 : 6의 중량비로 혼합하여 친환경 접착제층을 형성할 수 있다.
식물 진액은 옻진액, 송진액, 다시마 진액, 고무나무 진액, 두릅나루 진액, 닥풀(황촉규, Hibiscus manihot) 진액, 벤자민 진액, 마늘 진액, 인진쑥 진액, 매실 진액 중 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용하며, 특히, 옻의 주성분은 폴리페놀 유도체인 우루시올이며 처음에는 무색투명하거나 공기에 접촉하면 산화요소의 작용으로 검게 변하면서 도막을 이루는 물질로 화학식 C21H34O2이며 점성이 있는 무색액체이고 끓는점은 210∼222℃(0.4∼0.6mm Hg)이다 공기중에서는 검게변하며 진득하게 되어 응고하는 특징을 갖는다.
여기서, 식물 진액의 함량이 23 중량부 미만이면, 식물 진액에서 제공하는 점착 기능 효과가 미미하며, 식물 진액의 함량이 24 중량부를 초과하게 되면, 진액에 비해 나머지 조성물 특히 하이브리드 수지 혼합물의 혼합물 함량이 낮아 조성물의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
여기서, 하이브리드 수지 혼합물으로 CNT 나노 기반 소재, PLA(Poly Lactic Acid) 수지, 셀룰로오스 나노화이바, 탄소 섬유를 이용하여 중량비 7 내지 8 : 18 내지 24 : 11 내지 15 : 5 내지 7의 함량으로 교반하여 점도를 갖는 겔(gel) 형으로 제조된 뒤, 겔 형태의 조성물에 충진제를 교반하여 형성한 것으로, 손상부인 샌딩된 처리면에 대해서 신속하고 견고하게 실링할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
여기서, CNT 나노 기반 소재는 손상부 외면과의 접착력을 향상시키기 위해 형성되머, CNT 나노 복합제 원료와 열전도성 접착제를 24 내지 27 : 9 내지 12의 중량비로 첨가 혼합하여 형성될 수 있다.
여기서, CNT 나노 복합제 원료는 기계적 특성, 전도도 특성, 전기 전도도, 열 방산, 고강도, 경량화, 내마모성, 전자파 제거 등의 특성을 가지며, CNT 나노 복합재 원료는 CNT 나노 튜브(Carbon Nanotube) 외에 PCM 캡슐 파우더, 유기금속 폴리머(Polymer), 폴리프로필렌 수지를 중량비가 CNT 나노 튜브(Carbon Nanotube) 100 중량부를 기준으로 12 내지 13 중량부, 8 내지 9 중량부, 10 내지 12 중량부, 17 내지 19 중량부에 해당하는 조성물을 이용해 복합플라스틱 레진을 형성한 상태로 제공됨으로써, 보강재의 충진시 부착력 향상 뿐만 아니라, 목재가 사용된 벽부면 또는 바닥면의 잠열에 대한 PCM 캡슐 파우더에 의한 열확산과 열전달, 그리고 CNT 나노 복합재의 열 방산 효과를 통해 외부로의 방출 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조 과정에 있어서 상술한 하도 도료 조성물 및 상도 도료 조성물과의 불완전 경화시의 만나는 영역의 온도를 균일하게 유지시켜 하도층과 상도층과의 견고한 체결 유지 구조를 제공하는 역할도 수행할 수 있다.
한편, 열전도성 접착제는 그래핀 섬유를 추가 함유한 접착성 및 열전도성이 우수한 열전도성 접착제로, 열전도성 접착제로서 전도성 필러로써 나노 크기의 미세한 그래핀 섬유를 소량(전체 중량의 5 중량% 이내) 함유하여, 기존의 열전도성 접착제가 나타내지 못한 현저히 높은 열전도성을 나타내며 동시에 우수한 접착성 및 방열특성을 가지는 열전도성 접착제를 제공함으로써, 목재 형성면의 양면간의 열안정화를 통해 부착 성능을 향상시킬 수 있다.
이러한 조성물을 갖는 친환경 접착제는 동일한 목재의 피착면적을 기준으로 기존의 접착제 사용 분량의 약 절반만 사용할 뿐만 아니라, 건조시간을 빠르게 하기 위해서는 40 내지 60 ℃정도로 가열 과정이 추가로 수행되는 것이 바람직하다.
피착면이 목재인 경우 얇은 막이 형성되도록 1차 도포 후 가스토치 등으로 열 건조 시킨 후 2차 도포에 해당하는 상도 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 친환경 접착제는 약간의 수분이 있는 상태에서도 우수한 접착 강도를 가지므로 습도에 상관없이 사용할 수 있으며, 사용 직전에 사용하실 분량만큼의 주재와 경화제만을 혼합하며 혼합한 접착제는 전부 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 접착제는 식물(나무, 풀 등 10종 이상)의 잎, 줄기 등에서 진액을 추출하여 만든 식물성 무독성의 친환경, 신발명 소재로 접착 강도를 획기적으로 강화한 신개념의 접착제로서 물 속에서도 접착력이 유지되는 고성능, 다기능 접착제로, 강력한 접착력 : 40Kgf/㎠, 우수한 고형성 : 완전 건조 시 99% 이상의 특징을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 접착제는 친환경성, 즉 무독성, 무취성에 해당하는 ① 포름알데히드 불검출 : T-VOC(총 휘발성 유기화합물) 방출량 0.1mg/㎡, h 미만(한국 화학융합시험연구원 시험 완료), ② 중금속 불검출, 냄새 없음(한국 화학융합시험연구원 시험 완료), ③ 고시기준 : 포름알데히드 0.12mg/㎡, 톨루엔 0.08mg/㎡, 총 휘발성 유기화합물 4mg/㎡ 이하(한국 기술표준원 2010년 7월 이후 적용 고시 기준)의 특징을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 접착제는 ④ 우수한 내구성 : 내수성, 내알카리성, 비화학성, 내굴곡성, 내마모성, ⑤ 탁월한 접착 강도 : 스테인레스 0.59N/㎟, 목재 1.93N/㎟, PVC 0.50N/㎟의 특징을 갖는다.
하기의 표 1은 친환경 접착제의 특징을 간략하게 정리한 도표이다.
Figure 112020106277986-pat00001
다음으로, [상도 공정(S60)]에 대해서 살펴본다.
칼라 상도 도료를 친환경 접착제가 완전히 경화되기 전에 도포하되, 사용되는 수지 조성물은 점도가 1500 내지 2500 (cps/25℃)인 폴리에스터 주제 수지 100 중량부에 대하여 지방족 폴리이소시아네이트 경화제 30 내지 40 중량부를 포함하는 상도 도료 조성물 사용하되, 지방족 폴리이소시아네이트 경화제는, 메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 및 사이클로헥실 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소보르닐 디이소시아네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상인 것을 사용하며, 폴리에스터 주제 수지는, 이소프탈릭산 14 내지 17 중량부, 아디프산 23 내지 24 중량부, 네오펜틸글리콜 24 내지 25 중량부에 의해 제조된 것을 사용하여 VOC 함량이 낮은 친환경 도료 조성물로 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, [상면 코팅 공정(S70)]에 대해서 살펴본다.
상도층이 형성된 목재의 상부면 위에 난연성 방수층 형성을 위한 코팅 공정을 수행한다. 본 발명에 사용되는 난연성 방수층은 상도층이 형성된 목재의 상부면에 상술한 친환경 접착제와 액상의 탄성도막재를 추가로 도포하여 불연 방수층을 형성시키는 것으로, 상도층의 국부 손상 외에, 하도층, 친환경 접착층, 상도층 간의 다층 구조의 기밀성, 그리고 목재의 불규칙한 면이 있는 경우 균일한 높이를 맞추는 효과를 제공할 수 있다.
탄성도막재는 수용성 우레탄 도막재로 구성함으로써, 목재에 사용되는 상도 조성물의 접착력을 이용해 그 상부에 분사한 후, 굳기 전에 수용성 우레탄 도막재를 3회 이상으로 도포하고 열풍으로 건조시켜 롤링하는 롤 코팅을 수행하면서 편평도를 유지하도록 할 수 있다.
본 발명에서 탄성도막재를 구성하는 수용성 우레탄 도막재 100 중량부를 기준으로 난연제를 2 내지 3 중량부, 자외선차단제 2 내지 3 중량부, 자외선 경화형 도료 4 내지 6 중량부를 첨가를 혼합하여 도포하는데, 본 발명에서 사용되는 난연제는 몰리브덴산 안티몬, 수산화알미늄, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용한다.
이와 같이 형성된 코팅층은 외부의 열 및 자외선으로 인해 목재의 파손을 방지할 뿐만 아니라, 외부의 물 및 습기에 의해 목재로의 흡수를 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
다음으로, [UV 조사 공정(S80)]에 대해서 살펴본다.
상면 코팅 공정(S70)에서 경화형 도료가 포함된 탄성도막재에 있어서, 자외선 경화형 도료는 아크릴계수지로 형성되며, UV 조사 공정(S80)에서는 자외선 경화형 도료가 균일하지 않게 뭉치는 형상이 발생되는 것을 방지하게 위해 단계(S70)와 단계(S80) 사이에서 공기압을 이용한 에어분사 과정을 추가적으로 수행하며, 에어분사 과정 이후, UV 조사장치를 통해 UV 광원을 목재로 조사하고 경화시켜 친환경 오일 침투 목재를 완성할 수 있다.
이러한 공정을 통해 원하는 정도의 도장 정도와, 코팅 정도를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 오일을 목재에 침투시키고 나서, 도장을 한다거나, 코팅을 함에 있어서 어려운 단점을 극복하고 목재 전체적으로 오일이 침투된 상태에서는, 뒤틀림/균열/변색 방지 효과도 있고, 방수효과도 향상될 수 있다.
즉, 친환경 오일 방충 효능으로 아예 벌레의 여러 생육단계를 방해하는 방충, 즉, 알을 낳거나, 애벌레가 들어오거나, 성충이 들어오는 등의 모든 단계를 방해가 가능한 효과를 제공할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (3)

  1. 샌딩 공정(S10), 열풍 가열 공정(S20), 친환경 오일 침투 공정(S30), 하도 공정(S40), 친환경 접착제 코팅 공정(S50), 상도 공정(S60), 상면 코팅 공정(S70) 및 UV 조사 공정(S80)을 포함하는 목재 침투용 친환경 오일을 이용한 목재 제조 방법에 있어서,
    [샌딩 공정(S10)]은,
    접착물인 목재의 오일 피착면인 양면을 깨끗하게 청소한 뒤, 먼지, 기름때, 페인트, 얼룩, 오염, 이물질 등을 제거하고 오일 침투력을 강화시키기 위해 사포 및 샌딩 기계로 스크래치를 생성하는 면처리 작업을 수행하며,
    [열풍 가열 공정(S20)]은,
    열풍 가열을 통해 오일을 침투시킬 면의 물기를 제거하되, 샌딩처리된 목재에 대해서 열풍가열실에 투입하여 열풍가열실의 온도가 180 내지 250℃가 되는 조건에서 45 내지 75분 동안 하는 열풍 가열하며,
    [친환경 오일 침투 공정(S30)]은,
    친환경 오일 준비 과정(S110), 2차 코팅막을 형성 과정(S120) 및 친환경 오일 목재 침투 과정(S130)을 포함하여 제조되는 목재 침투용 친환경 오일을 활용하며,
    친환경 오일 준비 과정(S110)은
    실리콘 오일, 아로마틱기유, 파라핀기유를 1 : 1 : 0.5 중량부로 혼합하여 사용하되, 방충오일로 시트러스 오일을 혼합된 100 중량부를 기준으로 2 내지 3 중량부를 혼합하여 이루어지는 주제 오일에, 다공형 PLA 복합기재를 중량비 20 내지 24 : 45 내지 55로 혼합하고 유화제를 전체 혼합물질 100 중량부에 대해서 2 내지 8 중량부를 첨가하여 형성된 친환경 오일을 준비하며,
    다공형 PLA 복합기재는 결정형 PLA와 비결정형 PLA가 80 내지 90 : 10 내지 20의 중량비를 이루는 PLA 기재수지에 가소제로서 특정의 식물성 폴리올, 아세틸 트리부틸시트레이트 및 폴리에틸렌글리콜이 결정형 PLA와 비결정형 PLA의 전체 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부로 포함되도록 제조하며, 친환경 오일을 첨가물질을 이용하여 형성시 전체 혼합물질을 혼합합 후 유화제를 첨가하고 600 내지 700rpm의 속도로 5 내지 10 분 동안 균질화한 다음 고압유화기(microfluidizer)에서 150 내지 170 MPa의 압력으로 1 내지 3회 통과시켜 친환경 오일을 형성하며,
    [2차 코팅막을 형성 과정(S120)]
    생성된 친환경 오일에 양이온성 및 음이온성 바이오폴리머로 각각 1차 및 2차 막이 형성된 다중층 나노 캡슐로 캡슐화하는 과정을 수행하되, 친환경 오일을 양이온성 바이오폴리머로 1차 막을 형성하며, 단계(S110)에서 형성한 균질화된 친환경 오일을 양이온성 바이오폴리머 용액에 첨가한 후 1차 코팅막을 형성하며, 양이온성 바이오폴리머는 젤라틴, 덴드리머, 폴리2-디메틸아미노에틸 메탈글릴레이트, 폴리아미도아마인, 키토산, 폴리에틸렌이민, 폴리-L-라이신, 폴리디알릴디메틸염화암모늄, 폴리아릴아민, 염산염, 폴리오르니틴, 폴리비닐아민염산염 및 이들의 혼합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 활용하며,
    양이온성 바이오폴리머는 친환경 오일과 정전기적 결합에 의하여 젤 형태를 형성하며, 양이온성 바이오폴리머는 양이온성 바이오폴리머 용액의 총 중량에 대하여 3 내지 5 중량%로 포함되는 것을 사용하며,
    1차 막으로 코팅된 친환경 오일을 음이온성 바이오폴리머로 2차 막을 형성하되, 1차 막으로 코팅된 친환경 오일을 음이온성 바이오폴리머 용액에 첨가한 후 균질화하여 2차 코팅막을 형성하는 과정을 수행하며, 음이온성 바이오폴리머는 덱스트란황산염, 헤파린, 카복시메틸세룰로오스, 셀룰로오스황산염, 폴리글루탐산, 폴리아크릴산, 알긴산, 카라기난, 구아검, 고메톡실 펙틴, 저메톡실 펙틴, 히알루론산, 폴리스타이렌술폰산염, 헤파린황산염, 폴리메틸렌코구아니딘, 콘드로이틴황산염 및 이들의 혼합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이며,
    음이온성 바이오폴리머는 음이온성 바이오폴리머 용액의 총 중량에 대하여 2 내지 4 중량%로 포함되도록 하며,
    [친환경 오일 목재 침투 공정(S130)]은,
    2중층 나노 캡슐에 포집된 친환경 오일의 안정성을 확보하면서 1차적으로 단계(S110)에서 생성된 친환경 오일과 2중층 나노 캡슐을 중량비 10 : 5 내지 6의 비율로 혼합하여 목재에 침투시키기 위해 도장 도구로 롤러형 또는 붓형 도포 장치를 이용하거나, 샌딩 공정(S10)과 열풍 가열 공정(S20) 사이에 음각, 양각, 투각을 포함하는 도장 면에 대한 추가적인 작업이 수행된 경우 스프레이 분사 장치를 이용하는 도포하며, 2차 및 3차 도포에서는 친환경 오일과 2중층 나노 캡슐을 중량비율을 2 : 5 내지 6로 하여 도포하며,
    [하도 공정(S40)]은,
    친환경 오일 침투 공정이 수행된 목재의 외부 표면에 변성 불포화폴리에스테르 수지와 가교성 모노머를 혼합하여 제조된 하도 도료 조성물을 하도 도포하며,
    도료 조성물은 다가알코올과 다염기산을 35 내지 45 : 45 내지 55 중량부로 반응시켜 중간체를 제조한 후 제조된 중간체 100 중량부를 기준으로 폴리아민을 2 내지 3 중량부를 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고, 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 6 내지 7 중량부 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 10 내지 13 중량부와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고
    도료 조성물 100 중량부에 대해서 탄성력과 장력을 증대시키기 위해 그래핀 섬유 2 내지 3 중량부와 셀룰로오스 나노화이바 4 내지 5 중량부를 혼합한 것을 사용하며,
    [친환경 접착제 코팅 공정(S50)]은,
    "무독성 친환경 우레탄수지 계열 경화제"로 주재 40%, 경화제 60%를 계량 후 3분 동안 천천히 잘 저어 혼합하며, 피착면이 평면일 때는 작은 붓으로, 틈새를 접착하고자 할 때는 1회용 주사기를 이용하여 피착면에 골고루 도포하며,
    2액형 친환경 접착제 조성물은 주재로 폴리우레탄 프리폴리머 100 중량부에 대하여, 식물 진액 23 내지 24 중량부, 친환경 수지 혼합물 13 내지 15 중량부, 희석제 7 내지 8 중량부, 증점제 4 내지 6 중량부, 가소제 7 내지 9 중량부, 그래핀 12 내지 15 중량부, 난연제 5 내지 7 중량부를 첨가 혼합하여 형성되며, 형성된 주재에 대해서 경화제를 4 : 6의 중량비로 혼합하여 친환경 접착제층을 형성하며,
    식물 진액은 옻진액, 송진액, 다시마 진액, 고무나무 진액, 두릅나루 진액, 닥풀(황촉규, Hibiscus manihot) 진액, 벤자민 진액, 마늘 진액, 인진쑥 진액, 매실 진액 중 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용하며,
    친환경 수지 혼합물으로 CNT 나노 기반 소재, PLA(Poly Lactic Acid) 수지, 셀룰로오스 나노화이바, 탄소 섬유를 이용하여 중량비 7 내지 8 : 18 내지 24 : 11 내지 15 : 5 내지 7의 함량으로 교반하여 점도를 갖는 겔(gel) 형으로 제조된 뒤, 겔 형태의 조성물에 충진제를 교반하여 형성하며,
    CNT 나노 복합제 원료와 열전도성 접착제를 24 내지 27 : 9 내지 12의 중량비로 첨가 혼합하여 형성하며, CNT 나노 복합재 원료는 CNT 나노 튜브(Carbon Nanotube) 외에 PCM 캡슐 파우더, 유기금속 폴리머(Polymer), 폴리프로필렌 수지를 중량비가 CNT 나노 튜브(Carbon Nanotube) 100 중량부를 기준으로 12 내지 13 중량부, 8 내지 9 중량부, 10 내지 12 중량부, 17 내지 19 중량부에 해당하는 조성물을 이용해 복합플라스틱 레진을 형성한 상태로 사용하며,
    열전도성 접착제는 그래핀 섬유를 추가 함유한 접착성 및 열전도성이 우수한 열전도성 접착제로, 전도성 필러로써 나노 크기의 미세한 그래핀 섬유를 열전도성 접착제 전체 중량의 5 중량% 이내로 함유하며,
    [상도 공정(S60)]은,
    칼라 상도 도료를 친환경 접착제가 완전히 경화되기 전에 도포하되, 사용되는 수지 조성물은 점도가 1500 내지 2500 (cps/25℃)인 폴리에스터 주제 수지 100 중량부에 대하여 지방족 폴리이소시아네이트 경화제 30 내지 40 중량부를 포함하는 상도 도료 조성물 사용하되, 지방족 폴리이소시아네이트 경화제는, 메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 및 사이클로헥실 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소보르닐 디이소시아네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상인 것을 사용하며, 폴리에스터 주제 수지는, 이소프탈릭산 14 내지 17 중량부, 아디프산 23 내지 24 중량부, 네오펜틸글리콜 24 내지 25 중량부에 의해 제조된 것을 사용하며,
    [상면 코팅 공정(S70)]은,
    상도층이 형성된 목재의 상부면 위에 난연성 방수층 형성을 위한 코팅 공정을 수행하며, 난연성 방수층은 상도층이 형성된 목재의 상부면에 상기 친환경 접착제와 액상의 탄성도막재를 추가로 도포하여 불연 방수층을 형성시키며,
    탄성도막재는 수용성 우레탄 도막재로 구성함으로써, 목재에 사용되는 상도 조성물의 접착력을 이용해 그 상부에 분사한 후, 굳기 전에 수용성 우레탄 도막재를 3회 이상으로 도포하고 열풍으로 건조시켜 롤링하는 롤 코팅을 수행하면서 편평도를 유지하도록 하며,
    탄성도막재를 구성하는 수용성 우레탄 도막재 100 중량부를 기준으로 난연제를 2 내지 3 중량부, 자외선차단제 2 내지 3 중량부, 자외선 경화형 도료 4 내지 6 중량부를 첨가를 혼합하여 도포하는데, 본 발명에서 사용되는 난연제는 몰리브덴산 안티몬, 수산화알미늄, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용하며,
    [UV 조사 공정(S80)]은,
    상면 코팅 공정(S70)에서 경화형 도료가 포함된 탄성도막재에 있어서, 자외선 경화형 도료는 아크릴계수지로 형성되며, UV 조사 공정(S80)에서는 자외선 경화형 도료가 균일하지 않게 뭉치는 형상이 발생되는 것을 방지하게 위해 단계(S70)와 단계(S80) 사이에서 공기압을 이용한 에어분사 과정을 추가적으로 수행하며, 에어분사 과정 이후, UV 조사장치를 통해 UV 광원을 목재로 조사하고 경화시켜 친환경 오일 침투 목재를 완성하는 것을 특징으로 하는 목재 침투용 친환경 오일을 이용한 목재 제조 방법.
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