KR102301755B1 - 목재 가공용 레진 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 하나 이상의 방향족 고리와 하나 이상의 에폭시기를 포함하는 제1 성분; 및 아민기를 2개 이상 포함하는 제2 성분을 포함하는, 목재 가공용 레진 조성물을 제공한다.

Description

목재 가공용 레진 조성물{RESIN COMPOSITION FOR WOOD PROCESSING}

본 발명은 목재 가공용 레진 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원목의 유려한 미감을 유지하며 내구성을 현저히 개선하는 목재 가공용 레진 조성물에 관한 것이다.

목재는 우수한 가공성, 내구성, 전기절연성, 열안정성 등을 가져 다양한 구조물의 부재로 적용된다. 또한 천연소재의 특성상 석유화학 소재와는 달리 유해물질이 발생하지 않으며, 그 독특한 미감은 다양한 소비자에게 사랑받고 있다.

일반적으로 판 형태의 목재는 원기둥의 형상을 가지는 통나무를 길이방향으로 재단하여 판 형태로 재가공함으로써 다양한 용도로 활용된다. 특히 이러한 가공공정에서 목재 본연의 질감과 색감을 극대화한 제품의 선호도가 증가하고 있다.

그러나 천연물인 목재는 습도 조건에 따라 수축과 이완함으로써 장기간 사용 시 변형되는 문제점이 있다. 또한 목재 자체의 기계적 강도가 부족하여 가구 등으로 적용 시 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

본 발명의 개발자들은 이러한 견지에서 목재의 미감을 유지하면서도 강도를 개선하고, 변형에 의한 문제점을 방지하는 목재 가공용 레진 조성물을 개발하였다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 소재 자체의 미감을 유지하면서 강도를 개선하고, 변형을 억제하는 목재 가공용 레진 조성물을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 하나 이상의 방향족 고리와 하나 이상의 에폭시기를 포함하는 제1 성분; 및 아민기를 2개 이상 포함하는 제2 성분을 포함하는, 목재 가공용 레진 조성물을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 성분과 제2 성분의 중량비는 30~70 : 70~30일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 성분의 에폭시기와 상기 제2 성분의 아민기 간의 몰비는 1 : 0.5~1일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 성분은 탄소 수 10 이상의 불포화 지방산 유래의 구조를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 성분의 중량평균분자량은 500~1200 g/mol일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 성분은 방향족 고리를 포함하지 않을 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 레진 조성물은 경화 후의 헤이즈 값이 1% 이하일 수 있다.

본 발명의 일 측면은 소재 자체의 미감을 유지하면서 강도를 개선하고, 변형을 억제하는 목재 가공용 레진 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구 범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 목재 가공용 레진 조성물에 대하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다. 단, 하기 기재사항들은 본 발명의 예시를 통해 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하는 것일 뿐으로 본 발명이 하기 기재사항들에 의하여 한정되는 것은 아니다.

목재 가공방법

본 발명의 일 측면에 따른 목재 가공방법은 (a) 건조된 목재를 소정의 형상으로 재단하여 준비하는 단계; (b) 상기 목재 표면을 1차 연마하는 단계; (c) 상기 목재의 취약점을 제거하는 단계; (d) 상기 목재에 레진 조성물을 도포하여 경화시키는 단계; (e) 상기 목재 표면을 2차 연마하는 단계; 및 (f) 상기 목재 표면을 3차 연마하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 목재는 소나무, 삼나무, 레드오크, 화이트오크, 오방골, 레드제브라, 웬지, 아프로모시아, 부빙가, 유창목, 꼬우꼬, 몽키포드, 퍼플우드, 아메리카블랙월넛, 잉글리시월넛, 클라로월넛, 바스톤월넛, 젤코바, 캄포 및 집성목 중에서 선택된 하나일 수 있다.

상기 목재는 함수율이 20~40%가 되도록 건조될 수 있다. 건조된 목재의 함수율이 과도하게 낮으면 건조 공정에서 목재가 손상될 수 있고, 너무 높으면 부패될 수 있다.

상기 1차 연마는 30~100미크론의 사포로 수행되고, 상기 2차 연마는 10~30미크론의 사포로 수행되며, 상기 3차 연마는 2~10미크론의 사포로 수행될 수 있다. 이와 같이 순차적으로 미세하게 연마를 수행하면 목재 표면의 미감이 우수할 수 있다.

상기 가공방법에서 입자가 큰 30~100미크론의 사포로 연마를 수행한 후 레진 조성물을 처리하면 상대적으로 거친 표면에 레진이 보다 용이하게 경화될 수 있고, 이후 입자가 작은 사포로 연마를 수행함으로써 표면 스크래치를 저감시켜 유려한 표면특성을 구현할 수 있다.

목재 가공용 레진 조성물

상기 레진 조성물은 하나 이상의 방향족 고리와 하나 이상의 에폭시기를 포함하는 제1 성분; 및 아민기를 2개 이상 포함하는 제2 성분을 포함할 수 있다.

상기 제1 성분이 하나 이상의 방향족 고리를 포함하면 가공된 목재의 경도가 확보될 수 있고, 가공된 목재의 자연건조로 인한 변형을 방지할 수 있다. 또한, 하나 이상의 에폭시기는 레진 조성물의 경화를 유도할 수 있다. 최종 제품의 경도와 경화율의 측면에서 방향족 고리와 에폭시기의 수는 1~2 : 1~3을 유지하는 것이 유리할 수 있다.

상기 제1 성분과 제2 성분의 중량비는 30~70 : 70~30, 예를 들어, 30 : 70, 35 : 65, 40 : 60, 45, 55, 50 : 50, 55 : 45, 60 : 40, 65 : 35 또는 70 : 30일 수 있다.

상기 제1 성분의 에폭시기와 상기 제2 성분의 아민기 간의 몰비는 1 : 0.5~1일 수 있다. 상기 조성물 내의 아민기가 에폭시기의 수보다 많아지면 변색이 발생할 수 있다.

상기 제2 성분은 하나의 분자 당 아민기를 2개 이상, 예를 들어, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개를 포함할 수 있다. 이와 같이 아민기를 다수개 포함하여 경화력을 개선할 수 있다.

상기 제2 성분은 탄소 수 10 이상의 불포화 지방산 유래의 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄소 수 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20개의 불포화 지방산이 1개, 2개, 3개 또는 4개가 중합하여 형성된 구조에 아민기가 2개 이상 도입된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이 사슬 수가 긴 불포화 지방산 유래의 구조를 포함하면 과도한 경화를 방지하여 목재의 손상을 방지할 수 있다.

상기 제2 성분의 중량평균분자량은 500~1200 g/mol, 예를 들어, 500 g/mol, 600 g/mol, 700 g/mol, 800 g/mol, 900 g/mol, 1,000 g/mol, 1,100 g/mol, 1,200 g/mol 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있다.

상기 제2 성분은 방향족 고리를 포함하지 않을 수 있다. 상기 제2 성분이 방향족 고리를 포함하면 레진 조성물의 경화로 인하여 과도하게 경도가 상승하여 전체 경화율이 저하될 수 있다.

예를 들어, 상기 레진 조성물은 4,4-1-메틸에틸리덴 30~70중량부 및 폴리아미드 30~70중량부로 구성될 수 있다. 예를 들어, 30 : 70, 35 : 65, 40 : 60, 45, 55, 50 : 50, 55 : 45, 60 : 40, 65 : 35 또는 70 : 30의 중량비를 유지할 수 있다. 이러한 조건을 만족하면 충분한 경화도를 구현하며 외관 특성이 우수할 수 있다.

상기 레진 조성물은 경화 후의 헤이즈 값이 1% 이하일 수 있다.

마감 단계

상기 (f) 단계 이후, (i) 1회 이상 하도를 도포 및 경화시키는 단계; (ii) 상기 하도 상에 샌딩실러를 도포 및 경화시키는 단계; (iii) 상기 샌딩실러 표면의 연마 단계; 및 (iv) 연마된 표면 상에 상도를 도포 및 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

하도를 2회 이상 나누어 처리하면 도장면의 품질 저하로 인한 외관특성 저하를 방지할 수 있다.

상기 (i) 내지 (iv) 단계에서 목재와 도장 간의 온도 차이를 ±0.5℃ 이하로 유지하면 도장면에 기포가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

상기 하도, 샌딩실러 및 상도를 포함하는 도막층의 두께는 15~100㎛일 수 있다. 도막층의 두께가 상기 범위를 만족하면 도막층의 후막화에 의한 외관특성 저하를 방지할 수 있고, 목재의 함수율 변화로 인한 변형, 쪼개짐 등을 방지할 수 있다. 또한 기계적 강도를 개선하며 화학적 변성을 방지할 수 있다.

상기 (f) 단계 이후, (g) 천연 오일을 도포 후 제거하는 단계를 1회 이상 추가로 수행할 수 있다. 이와 같은 오일마감은 목재에 오일을 흡수시키는 방식으로 목재의 질감을 유지할 수 있다.

이하에서는 상기 목재 가공방법을 적용한 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 그러나 본 명세서에 기재된 발명이 아래 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

실시예 1~3 및 비교예 1~2

비스페놀 A 다이글리시딜 에테르(bisphenol A diglycidyl ether)(A) 및 폴리아미도아민(Poly Amidoamine)(B)를 혼합하여 레진 조성물을 제조하였다.

실험예 1

상기 실시예 및 비교예에 따른 레진 조성물을 판형 목재 시편에 도포하고 경화시켰다. 레진 조성물을 도포하지 않은 시편을 비교제조예 3으로 하였다.

구분	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 2	비교예 3
A:B	10:90	30:70	50:50	70:30	90:10	-
강도	103	124	163	141	109	100
외관특성	×	○	◎	○	×	◎

비교예 1과 비교예 2는 레진 조성물의 경화가 충분히 이루어지지 않아 강도 개선 효과가 부족하였으며, 일부분만 경화되는 현상으로 인하여 시편 표면에 응집이 발생하여 외관특성이 불량하였다.

실시예 1, 실시예 3은 경화면 일부가 불투명하여 목재의 질감이 다소 미흡하게 구현되었으나, 실시예 2는 목재인 비교예 3과 동일한 질감을 구현하였으며 나무 구멍에 레진 경화면이 형성되어 독특한 질감을 나타내어 심미성이 우수하였다.

제조예 1

건조된 목재를 최종 제품의 형상에 따라 원형 판 또는 직사각형 판 형상으로 평탄하게 재단하였다. 재단 시 가장자리는 재단하지 않고 수피만을 제거하였다. 재단된 목재 표면을 100미크론의 사포로 1차 연마하였다. 상기 목재의 옹이, 할렬, 구멍 등의 취약점을 제거하였다. 이후 제조예 2의 레진 조성물을 도포하고 경화시켜 제거된 취약점과 목재 표면을 보강하였다. 상기 레진 조성물이 완전 경화된 후 15미크론의 사포로 2차 연마하였다. 8미크론의 사포로 3차 연마하였다.

제조예 2 및 비교제조예 2

제조예 1의 연마처리가 완료된 목재의 온도를 22℃로 조절하고, 온도가 22℃로 조절된 투명 우레탄 하도를 1차 도포하였다. 하도가 경화된 후 2차로 도포하고 경화시켰다. 이후 샌딩실러를 도포한 후 경화시켰다. 경화된 샌딩실러를 15미크론의 사포로 연마처리한 후 투명 우레탄 상도를 도포하고 경화시켜 가공목재를 제조하였다.

실험예 2

상기 제조예 2 및 비교제조예 2에서 제조된 가공목재의 표면 특성을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다. 별도의 도막이 형성되지 않은 것을 비교예 2-3으로 하였다.

구분	제조예 2-1	제조예 2-2	제조예 2-3	제조예 2-4	비교제조예 2-1	비교제조예 2-2	비교제조예 2-3
두께(㎛)	20	40	60	80	10	120	-
외관특성	○	○	○	○	×	△	○
건조특성	○	○	○	○	△	×	△
외력특성	○	○	○	○	△	○	△
변색특성	○	○	○	△	○	△	○

(○: 우수, △: 미흡, ×: 불량)

-외관특성: 경화가 완료된 가공목재 표면의 도막 이상 여부를 확인하였다. 목재의 결이 유려하게 확인 가능한 것을 우수, 도막에 흠결이 있거나 목재 표면 색상이나 질감의 미감을 해치는 것을 미흡, 도막이 제대로 형성되지 않은 것을 불량으로 하였다.

-건조특성: 온도 50℃, 상대습도 10%의 조건에서 24시간 동안 방치하여 도막 표면 이상 여부를 확인하였다. 목재에 손상이 없는 것을 우수, 크랙이 형성된 것을 미흡, 쪼개지거나 뒤틀린 것을 불량으로 하였다.

-외력특성: 500 g의 추를 50 cm 높이에서 낙하시켜 도막의 파괴 여부를 확인하였다. 표면 특성에 손상이 없는 것을 우수, 찍힘이 발생한 것을 미흡, 목재가 파손된 것을 불량으로 하였다.

-변색특성: 목재 절반에만 파장 320 nm의 UV를 72시간 동안 조사하여 변색 정도를 확인하였다. 변색이 없는 것을 우수, 나머지 절반과 비교 시 육안으로 식별 가능하도록 차이가 발생한 것을 미흡, 비교 없이도 미감이 해치는 것을 불량으로 하였다.

실험예 3

제1 성분으로 다양한 화합물을 사용하여 중앙에 구멍이 있는 목재에 도포 및 경화시킨 후 그 결과를 확인하였다.

1) 에폭시기가 없는 경우: 레진이 경화되지 않았음

2) 방향족 고리가 없는 에폭시화 지방족의 경우: 경화된 레진이 탈락하여 사용할 수 없었음

3) 방향족 고리와 에폭시기를 하나 이상 포함하는 경우: 강도가 증가하여 목재에 견고하게 부착됨

레진의 경화에 에폭시는 필수적이며, 방향족 고리가 레진 경화물의 기계적 강도를 위해 필수적인 것으로 예상된다.

실험예 4

목재 가공용 레진 조성물 중 제2 성분의 툭성을 달리하여 제1 성분과 혼합하여 중앙에 구멍이 있는 목재에 도포 및 경화시킨 후 그 결과를 확인하였다.

1) 아세트산에 아민 화합물 반응: 레진의 경화가 수행되지 않음

2) 탄소 사슬 6개의 불포화지방산에 아민 화합물 반응: 레진의 경화 시 목재에 크랙이 발생

3) 탄소 사슬 12개의 불포화지방산에 아민 화합물 반응: 적용 용이

4) 탄소 사슬 10개인 포화지방산에 아민 화합물 반응: 경화된 레진이 탈락하여 사용할 수 없었음

5) 벤조산에 아민 화합물 반응: 레진의 경화 시 목재에 크랙 발생

6) 아민 몰비를 에폭시의 2당량 사용: 노란색의 변색 발생

Claims (7)

1. 하나 이상의 방향족 고리와 하나 이상의 에폭시기를 포함하는 제1 성분; 및
   아민기를 2개 이상 포함하는 제2 성분을 포함하는, 목재 가공용 레진 조성물에 있어서,
   상기 제1 성분과 제2 성분의 중량비는 50:50 이고,
   상기 제1 성분의 에폭시기와 상기 제2 성분의 아민기 간의 몰비는 1 : 0.5~1이며,
   상기 제2 성분은 탄소 수 10 이상의 불포화 지방산 유래의 구조를 포함하고,
   상기 제2 성분의 중량평균분자량은 500~1200 g/mol이며,
   상기 제2 성분은 방향족 고리를 포함하지 않으며,
   상기 레진 조성물은 경화 후의 헤이즈 값이 1% 이하인 것을 특징으로 하는, 목재 가공용 레진 조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제