KR102335163B1 - 난연성 합성목재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 난연성 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자원을 재활용할 수 있어 환경 친화적이며, 향상된 인장 강도 및 휨 강도를 가지면서도 난연 효과를 극대화할 수 있어 종래 실외 바닥재로서 주로 적용되던 합성목재와 달리 실내 및 실외의 다양한 제품으로 활용할 수 있는, 환경 친화적인 난연성 합성목재 및 상기 난연성 합성목재의 제조방법에 관한 것이다.

Description

난연성 합성목재 및 그 제조방법{FIRE-RETARDANT SYNTHETIC WOOD AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 난연성 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 향상된 인장 강도 및 휨 강도를 가지면서도 난연 효과를 극대화할 수 있어 실내 및 실외의 다양한 제품으로 적용 및 활용될 수 있는, 난연성 합성목재 및 상기 난연성 합성목재의 제조방법에 관한 것이다.
현재 우리나라를 포함하는 전세계의 가구 및 건축 내외장재들은 시장과 소비자의 다양한 요구를 충족시키기 위해 고급화되는 추세이다. 이러한 가구 및 건축 내외장재의 고급화 추세에 따라, 나무를 원료로 하는 재료의 사용이 증대되고 있다. 천연목재의 경우 나무 특유의 질감으로 인해 부드러우면서도 아늑한 분위기를 연출하고, 미관이 향상되는 장점을 지니고 있다.
그러나, 천연목재의 원료인 원목의 생산량에는 한계가 있고, 천연목재 자체로는 건축물에 필수적으로 요구되는 내수성, 내열성, 충격강도, 굴곡강도, 난연성, 항균성 등의 물성이 부족한 문제가 있다.
또한, 상기 천연목재는 화재 발생 시 건물 내의 인명보호, 소방활동의 보증, 화재 확산 방지, 건축물의 붕괴 방지 및 재사용 확보성 유지 등의 특성을 저해시키는 재료이기도 하다.
이에, 천연목재와 유사한 질감 및 외관을 가지면서도 인체에 해가 덜한 환경친화적 합성목재에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.
합성목재는 목재 또는 볏집, 옥수수대, 펄프와 같은 섬유질을 리사이클하여 수득한 분말과, 상기 분말에 가공성이 우수한 수지를 혼합한 형태로 이루어지며, 압출 가공에 의해 건축물의 내외장재로 제조되어 사용되고 있다.
이렇게 제조된 합성목재는 내충성이 우수하고 미생물에 의한 피해가 없으며, 다양한 색상과 탈색, 변색이 거의 없고 수분에 강하며, 탄성, 인장 강도, 휨 강도, 압축강도 및 충격강도가 뛰어나 외부의 물리적 충격에 변형이 없고 반영구적 수명을 가진다. 또한, 일정 기간이 지난 합성목재는 수거 후 분쇄 등의 과정을 거쳐 재활용이 가능한 장점도 있다.
다만, 이러한 합성목재들은 구성요소로서 목분을 함유하고 있어 여전히 난연성이 저하되는 한계가 있으며, 천연목재와 비교하여 화학원료를 포함하기 때문에 특유의 냄새를 가져 인체에 유해한 영향을 끼칠 수 있고, 인장 강도 및 휨 강도 등 물리적인 특성이 저하된다는 단점을 지닌다. 또한, 이러한 합성목재들은 바닥재로 주로 사용되며, 펜스 또는 싸이딩 제품으로의 사용에 국한되는 등 이용될 수 있는 분야에 한계가 있다.
이에, 천연목재에 버금가는 물리적 특성을 지니면서도, 합성목재 특유의 냄새가 없고 뛰어난 난연성을 나타낼 수 있는 환경 친화적인 난연성 합성목재에 대한 개발이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1360938호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 높은 인장 강도 및 휨 강도를 가지며, 합성목재 특유의 냄새가 나지 않고 인체에 무해한, 환경 친화적인 난연성 합성목재 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 목분, 합성수지, 난연제, 충진제, 결합제, 윤활제, 안료, 산화방지제, 및 UV 안정제를 포함하는, 난연성 합성목재에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 목재를 건조 및 분쇄하여 목분을 제조하는 단계; 상기 목분을 합성수지, 난연제, 및 첨가제를 포함하는 액상 조성물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 상기 혼합물을 압출기에 넣어 펠릿화하는 단계; 및 상기 펠릿화된 혼합물을 성형기에 투입하여 난연성 합성목재를 제조하는 단계;를 포함하는, 난연성 합성목재 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
구체적으로, 상기 합성수지는, 폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리비닐클로라이드 수지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 난연제는 질석을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 첨가제는, 충진제, 결합제, 윤활제, 안료, 산화방지제, UV 안정제, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 첨가제는 충진제, 결합제, 윤활제, 안료, 산화방지제, 및 UV 안정제를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합물은, 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 목분 50 내지 60 중량%, 합성수지 15 내지 25 중량%, 난연제 5 내지 15 중량%, 충진제 3 내지 8 중량%, 결합제 2 내지 4 중량%, 윤활제 2 내지 4 중량%, 안료 0.5 내지 2 중량%, 산화방지제 0.1 내지 0.5 중량%, 및 UV 안정제 0.1 내지 0.5 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 특유의 불쾌한 냄새를 가지며 인체 유해성을 나타내던 종래 난연성 합성목재와 달리, 자연에서 활용될 수 있는 재료를 리사이클하여 사용함으로써 수림의 훼손을 방지하고 화학 원료의 사용을 줄여 환경 친화적이며, 합성목재 특유의 냄새가 없는 인체에 무해한 난연성 합성목재를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 난연성 합성목재는 천연목재에 버금가는 물리적 특성을 지니면서도 뛰어난 난연성을 나타낼 수 있으며, 그에 따라 실내 및 실외의 다양한 제품으로 적용 및 활용될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성 합성목재 제조방법을 도식화한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원의 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 측면은, 목분, 합성수지, 난연제, 충진제, 결합제, 윤활제, 안료, 산화방지제, 및 UV 안정제를 포함하는, 난연성 합성목재를 제공한다.
본원의 또 다른 측면은, 목재를 건조 및 분쇄하여 목분을 제조하는 단계; 상기 목분을 합성수지, 난연제, 및 첨가제를 포함하는 액상 조성물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 상기 혼합물을 압출기에 넣어 펠릿화하는 단계; 및 상기 펠릿화된 혼합물을 성형기에 투입하여 난연성 합성목재를 제조하는 단계;를 포함하는, 난연성 합성목재 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 특유의 불쾌한 냄새를 가지며 인체 유해성을 나타내던 종래 난연성 합성목재와 달리, 자연에서 활용될 수 있는 재료를 리사이클하여 사용함으로써 수림의 훼손을 방지하고 화학 원료의 사용을 줄여 환경 친화적이며, 합성목재 특유의 냄새가 없는 난연성 합성목재를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 난연성 합성목재는 천연목재에 버금가는 물리적 특성을 지니면서도, 뛰어난 난연성을 나타낼 수 있으며, 그에 따라 실내 및 실외의 다양한 제품으로 적용 및 활용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연성 합성목재는, 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 목분 50 내지 60 중량%, 합성수지 15 내지 25 중량%, 난연제 5 내지 15 중량%, 충진제 3 내지 8 중량%, 결합제 2 내지 4 중량%, 윤활제 2 내지 4 중량%, 안료 0.5 내지 2 중량%, 산화방지제 0.1 내지 0.5 중량%, 및 UV 안정제 0.1 내지 0.5 중량%를 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 난연성 합성목재 제조방법을 상세히 설명한다.
먼저, 목재를 준비하여 건조 및 분쇄함으로써 목분을 제조한다.
일 실시예에 있어서, 상기 목재는 가구 및 건축물의 내외장재로 이용될 수 있는 종이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 소나무, 편백나무, 삼나무, 참나무, 잣나무, 낙엽송, 은행나무, 소철, 느티나무, 상수리나무, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 종을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 목분의 함량은 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 50 내지 약 60 중량%일 수 있다. 만약, 상기 목분의 함량이 약 50 중량% 미만인 경우에는 가구 및 건축 내외장재로서 목재 특유의 미관 향상 효과가 저하될 수 있고, 약 50 중량%를 초과할 경우에는 합성목재로서 충분한 물성, 예를 들어, 내수성, 충격 강도, 굴곡 강도 등이 구현되지 않을 수 있으므로, 상기 목분의 함량은 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 50 내지 약 60 중량%인 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 목재의 건조는 약 110℃ 내지 약 120℃의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 목재의 건조가 약 110℃ 미만에서 수행될 경우 목분에 포함된 액체, 예를 들어 수분이 충분히 건조되지 않을 수 있으므로, 상기 목재의 건조는 약 110℃ 내지 약 120℃에서 수행되는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 목분의 입자 크기는 약 40 내지 약 80 메쉬 (mesh)일 수 있고, 수분 함량은 약 3% 내지 약 8%일 수 있다. 상기 목분의 입자 크기 및 수분 함량이 각각 약 40 내지 약 80 메쉬, 약 3% 내지 약 8%일 경우, 충분한 가공성과 함께 가구 및 건축 내외장재로 사용하기 위한 내수성을 부여할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제조된 목분은 단독으로 사용되거나, 또는 골판지와 함께 혼합되어 고상 조성물을 형성할 수 있다. 만약, 상기 제조된 목분이 골판지와 함께 혼합될 경우, 골판지가 갖는 컬러 특성 상 브라운 계열의 제품 생산에 있어 화학물질인 안료의 사용을 줄일 수 있으며, 또한 셀룰로오스가 주 성분인 골판지를 사용함으로써 화학원료의 사용을 최대한 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 사용되는 골판지는 사용 후 폐기되는 것을 사용하는 것일 수 있으며, 그에 따라 제조되는 난연성 합성목재가 환경 친화성을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 골판지는 분쇄기를 통해 분쇄된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 골판지는 건조된 상태에서 분쇄기를 통해 약 40 메쉬 이상으로 분쇄된 것이거나, 또는 물과 함께 혼합하여 슬러시화한 것을 수분을 제거하여 분쇄한 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 골판지가 물과 함께 혼합하여 슬러시화한 것을 수분을 제거하여 분쇄한 것일 경우, 상기 골판지를 골판지 중량의 약 5 배 이상의 물과 혼합하여 슬러시화하는 단계; 슬러시화된 골판지를 1차 수분제거 하는 단계; 약 110℃ 이상의 온도 범위에서 건조하여 2차 수분제거 하는 단계; 및 상기 건조된 골판지를 약 40 메쉬 이상으로 분쇄하는 단계;를 통해 수득된 것을 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 골판지는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 골판지가 약 5 중량% 미만으로 포함될 경우 난연성 합성목재 제조를 위한 화학물질의 첨가량이 상대적으로 증가하여 환경 친화성이 하락하며, 약 10 중량%를 초과하여 포함될 경우 물리적 특성이 감소할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 목분이 골판지와 함께 혼합되어 고상 조성물을 형성할 경우, 상기 고상 조성물은 석분재를 추가 포함할 수 있다. 상기 석분재는 제조되는 난연성 합성목재의 물리적 특성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 다량의 원적외선이 방사될 수 있어 습도 및 온도 유지 효과를 나타내어 난연성 합성목재 제조 시 추가 포함할 경우 상기 난연성 합성목재를 이용하여 제조되는 실내 및 실외 제품을 급격한 환경 및 온도 변화로부터 보호할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 석분재는 칼페트, 황토, 흑토, 참숯, 게르마늄, 토르말린, 맥반석, 백운석, 카올린, 벤토나이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로는, 칼페트 또는 백운석을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 상기 석분재는 약 200 내지 약 500 메쉬의 크기로 분쇄된 것일 수 있다. 만약, 상기 석분재의 크기가 약 200 메쉬 미만일 경우 상기 고상 조성물에 포함되는 구성성분들이 고르게 혼합되지 않을 수 있으며, 약 500 메쉬를 초과할 경우 점도가 지나치게 향상되어 작업성이 하락할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 석분재는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 3 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 석분재가 약 0.1 중량% 미만으로 포함될 경우 원적외선 방사 효과가 충분히 발휘되지 않을 수 있으며, 약 10 중량%를 초과하여 포함될 경우 다른 구성성분과의 혼합성이 저해될 수 있다.
다음으로, 상기 목분을 합성수지, 난연제, 및 첨가제를 포함하는 액상 조성물과 혼합하여 혼합물을 형성한다.
일 실시예에 있어서, 상기 혼합물 형성 시, 종래 합성목재 제조 시 혼합하는 시간보다 약 5 분 이상 더욱 늘려 분산시켜주는 것일 수 있다. 이는 상기 낮은 함량으로 첨가되는 합성수지로 인해 발생할 수 있는 수분 및 가스를 제거하기 위한 것으로, 종래 합성수지 제조 시 보다 약 5 분 이상 분산 시간을 늘려줌으로써 구성성분을 균일하게 분산시키고 수분 및 가스를 충분히 제거할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 합성수지는 가구 및 건축 내외장재로서의 물성 확보와 함께 우수한 가공성을 부여하기 위한 것으로, 예를 들어, 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 수지, 고밀도 폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE) 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 수지, 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 수지, 폴리아마이드(polyamide, PA) 수지, 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC) 수지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 합성수지는 고밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 합성수지는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 15 내지 약 25 중량%로 포함될 수 있다. 상기 합성수지가 약 10 중량% 미만으로 포함될 경우 목분과 충분히 혼합되지 않아 추후 펠릿화 시 충분한 가공성을 부여할 수 없으며, 약 25 중량%를 초과하여 포함될 경우 제조되는 난연성 합성목재의 강도가 하락할 수 있으므로, 상기 합성수지는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 15 내지 약 25 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연제는 난연성 합성목재에 난연성을 부여하기 위해 첨가되는 것으로써, 질석, 무기계 난연제, 할로겐계 난연제, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 난연제로서 질석을 포함할 경우, 뛰어난 난연성을 부여함과 동시에 생산원가의 절감에 도움을 줄 수 있으며, 질석 특성상 브라운 계열의 제품 생산에 있어 화학물질인 안료의 사용량을 줄일 수 있다.
예를 들어, 상기 무기계 난연제는 수산화 알루미늄 및 수산화 마그네슘을 포함할 수 있다. 상기 수산화 알루미늄 및 수산화 마그네슘은 뛰어난 난연성을 부여함과 동시에, 인체에 무해하여 난연제로 사용할 경우 친환경성을 나타낼 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 할로겐계 난연제로는 SB203 및 DBDPE를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연제는 질석, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, SB203, 및 DBDPE를 모두 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연제는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 난연제가 약 5 중량% 미만으로 포함될 경우 난연성이 충분히 발휘되지 않을 수 있으며, 약 15 중량%를 초과하여 포함될 경우 다른 성분과의 혼합성이 저해될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 첨가제는 충진제, 결합제, 윤활제, 안료, 산화방지제, UV 안정제, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 상기 충진제, 결합제, 윤활제, 안료, 산화방지제, 및 UV 안정제를 모두 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 충진제는 제조되는 난연성 합성목재의 물리적 특성 보강 및 증량의 목적으로 포함되는 것으로서, 예를 들어, 탄산칼슘, 규회석, 탄소섬유, 유리섬유, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 충진제는 탄산칼슘, 더욱 구체적으로는 중질탄산칼슘을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 상기 충진제는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 3 내지 약 8 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 충진제가 약 3 중량% 미만으로 포함될 경우 물리적 특성 보강 및 증량 효과가 충분히 발휘되지 않을 수 있으며, 약 8 중량%를 초과하여 포함될 경우 다른 성분과의 혼합성이 저해될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 결합제는 각 성분간 결합 안정성 및 기계적 물성을 향상시키기 위한 것으로서, 예를 들어, 말레산 무수물이 그래프트된 고밀도 폴리에틸렌을 사용할 수 있다. 상기 결합제로서 말레산 무수물이 그래프트된 고밀도 폴리에틸렌을 사용함에 따라, 상기 혼합되는 목분과 합성수지의 교반 시 결합구조의 형성을 용이하는 효과를 발휘할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 결합제는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 2 내지 약 4 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 결합제가 약 2 중량% 미만으로 포함될 경우 기계적 특성이 하락할 수 있으며, 약 4 중량%를 초과하여 포함될 경우 점도가 지나치게 향상되어 작업성이 하락할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 윤활제는 난연성 합성목재 제조 시 각 구성성분의 결합을 원활하게 하고 안정성을 향상시키기 위한 것으로서, 예를 들어, 폴리올 에스테르 등의 에스테르계 윤활제를 포함할 수 있다. 상기 윤활제로서 에스테르계 윤활제를 사용함에 따라, 물성의 저하 없이 윤활 특성을 극대화하여 제조되는 난연성 합성목재의 평활도를 증가시킬 수 있다. 또한, 사용 시 불량율이 높은 금속계 윤활제에 비해, 상기 에스테르계 윤활제는 현저하게 낮은 불량율을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 윤활제는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 2 내지 약 4 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 윤활제가 약 2 중량% 미만으로 포함될 경우 구성성분이 원활하게 혼합되지 않을 수 있으며, 약 4 중량%를 초과하여 포함될 경우 기계적 특성이 하락할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 안료는 제조되는 난연성 합성목재의 색상을 개선하여 자연목이나 원목과 유사한 색상을 구현하기 위한 것으로, 예를 들어, 산화철 적색, 산화철 흑색, 또는 카본블랙을 포함할 수 있다. 상기 산화철 또는 카본블랙의 경우, 안료로서 사용 시 원가절감의 효과를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 안료는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 2 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 안료가 약 0.5 중량% 미만으로 포함될 경우 원하는 색상이 충분히 발색되지 않을 수 있으며, 약 2 중량%를 초과하여 포함될 경우 점도가 지나치게 증가하여 작업성이 하락할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 UV 안정제는 자외선을 차단 및 흡수할 수 있도록 하여 빛에 의한 변색을 방지하기 위해 사용되는 것으로서, 예를 들어, 살리실레이트계, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 시아노아크릴레이트계, 벤조에이트계, 트리아진계, 아민계, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 UV 안정제는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 0.5 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 UV 안정제가 약 0.1 중량% 미만으로 포함될 경우 광안정 효과가 충분히 발휘되지 않을 수 있으며, 약 0.5 중량%를 초과하여 포함될 경우 다른 성분과의 혼합성이 저해될 수 있다.
상기 산화방지제는 상기 UV 안정제와 함께 사용됨으로써 시너지 효과를 발휘하는 것으로, 난연성 합성목재 제조 시 열안정성과 내후성을 향상시키며, 고온에서의 산소 접촉을 차단 및 절감하여 열에 약한 필러의 탄화를 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 산화방지제는 통상적으로 사용되는 산화방지제가 제한없이 사용될 수 있으며, 포스페이트 계통의 산화방지제, 칼슘 스테아린산염, 또는 부틸화된 하이드록시 톨루엔 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화방지제는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 0.5 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 산화방지제가 약 0.1 중량% 미만으로 포함될 경우 산화 방지 효과가 충분히 발휘되지 않을 수 있으며, 약 0.5 중량%를 초과하여 포함될 경우 기계적 물성이 오히려 하락할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 액상 조성물은 천연 유래 발수제를 추가 포함할 수 있다. 상기 천연 유래 발수제는 자연에서 용이하게 수득할 수 있는 발수, 방수 성능을 지니는 물질을 의미하는 것으로, 상기 액상 조성물은 천연 유래 발수제를 추가 포함함으로써 발수 효과를 나타내어 추후 난연성 합성목재를 이용하여 실내 및 실외 제품 제조 시 습한 환경에서도 높은 보관성을 나타내게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 천연 유래 발수제는 야자유, 올리브유, 피마자유, 땅콩유, 돈지, 양지, 우지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으며, 구체적으로는, 야자유를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 천연 유래 발수제는 상기 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 0.5 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 천연 유래 발수제가 약 0.1 중량% 미만으로 포함될 경우 발수 효과가 충분히 발휘되지 않을 수 있으며, 약 0.5 중량%를 초과하여 포함될 경우 다른 성분과의 혼합성이 저해될 수 있다.
다음으로, 상기 목분 및 액상 조성물을 혼합하여 형성된 혼합물을 압출기에 넣어 펠릿화한다. 예를 들어, 상기 혼합물은 온도조절기, 스크류, 및 펌프 등을 구비한 압출기에 투입되어 젤(gel)화 된 뒤, 일정한 형상으로 압출되는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 압출기에 넣어 펠릿화하는 단계에서, 압출기 투입 시 피딩존에서의 온도 및 압출기 1번 존에서의 온도를 약 10℃ 이상 상향시키는 것일 수 있다. 이는 상기 낮은 함량으로 첨가되는 합성수지로 인해 발생하는 수분 및 가스를 제거하기 위한 것으로, 상기 압출기에서의 온도를 상향시킴으로써 수분 및 가스를 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 상기 압출기 1번 존에서의 압출 속도를 종래 합성목재 제조 시 보다 낮춰줌으로써, 수분 및 가스를 더욱 용이하게 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 펠릿화된 혼합물을 성형기에 투입하여 난연성 합성목재를 제조한다. 필요에 따라, 건조 및 코팅 등의 추가 단계를 포함함으로써 최종 수득되는 난연성 합성목재를 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 상기 방법에 의해 제조되는 난연성 합성목재는, 실내 및 실외의 다양한 제품에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 난연성 합성목재는 실외 바닥재뿐만 아니라, 방화문, 책상, 책장, 쫄대, 물받이 받침대, 욕실장, 맨홀뚜껑 등 종래 합성목재를 이용하여 제조되는 제품에 다양하게 사용될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
목재를 준비하여 함수율이 10% 이하가 될 때까지 110℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 건조하고, 분쇄기를 통해 입자 크기 50 메쉬로 분쇄하여 목분을 제조하였다. 다음으로, 골판지를 준비하여 골판지 중량의 5 배의 물을 가하여 혼합함으로써 슬러시화한 뒤, 프레스압축기를 이용하여 1차로 수분을 제거하였다. 그 후, 130℃의 온도 범위에서 건조하여 2차로 수분을 제거한 뒤 분쇄기를 통해 입자 크기 50 메쉬로 분쇄하여 골판지 분말을 제조하였다.
준비된 목분 및 골판지 분말을 하기 표 1에 기재된 중량%로 혼합하여 고상 조성물을 형성하고, 상기 고상 조성물을 고밀도 폴리에틸렌 수지, 난연제, 충진제, 결합제, 윤활제, 안료, 산화방지제, 및 UV 안정제를 혼합하여 제조된 액상 조성물과 혼합하여 혼합물을 형성하였다. 혼합물은 펠렛 제조 압출기에 투입하여 펠릿화하였으며, 형성된 펠릿을 성형기에 투입하여 성형하고 건조함으로써 난연성 합성목재를 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 고상 조성물 제조 시 석분재를 하기 표 1의 중량%로 함께 혼합하여 난연성 합성목재를 제조하고 이를 실시예 2로 명명하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 고상 조성물 제조 시 석분재를, 액상 조성물 제조 시 천연 유래 발수제를 하기 표 1의 중량%로 함께 혼합하여 난연성 합성목재를 제조하고, 이를 실시예 3으로 명명하였다.
혼합물 구성성분(중량%) 실시예 1 실시예 2 실시예 3
목분(50 mesh) 50.10 50.00 50
합성수지(HDPE) 18.50 18.50 18.50
골판지(50 mesh) 8.50 8.35 8.35
난연제(질석, Mg(OH)2, Al(OH)3, SB203, DBDPE 혼합) 10.00 10.00 10.00
충진제(중질탄산칼슘) 5.00 5.00 5.00
결합제(말레산 무수물-그래프트 HDPE) 3.50 3.25 3.25
윤활제(에스테르계 윤활제) 3.50 3.50 3.25
안료(산화철, 카본블랙 혼합) 0.50 0.50 0.50
산화방지제(BHT) 0.20 0.20 0.20
UV 안정제(벤조트리아졸계) 0.20 0.20 0.20
석분재(칼페트, 300 mesh) - 0.50 0.50
천연 유래 발수제(야자유) - - 0.25
합계 100.00 100.00 100.00
[비교예]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 합성수지 및 첨가제로서 하기 표 2의 구성성분을 이용하여 난연성 합성목재를 제조하고, 이를 비교예로 명명하였다.
혼합물 구성성분(중량%) 비교예
목분(50 mesh) 55.00
합성수지(PP) 25.00
난연제(Mg(OH)2) 10.00
충진제(탄산칼슘) 5.50
결합제(Maleic Anhydride PE) 3.50
안료(산화철, 카본블랙 혼합) 1.00
합계 100.00
[실험예 1: 휨 강도 측정]
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 난연성 합성목재들을 각각 두께 3 mm로 절단하여 시편을 제조하고, 이를 KS F 2159-1를 사용하여 휨 강도를 측정하였다. 측정된 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
휨 강도(MPa) 28.0 30.0 36.0 12.0
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 실시예 1 내지 실시예 3의 난연성 합성목재의 경우 비교예의 합성목재와 비교하여 우수한 휨 강도를 나타낸 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 2: 인장 강도 측정]
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 난연성 합성목재의 시편(두께 3 mm)에 대해 KS F 2157을 사용하여 인장 강도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
인장 강도(MPa) 205 238 255 180
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 휨 강도 측정 결과와 마찬가지로 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 실시예 1 내지 실시예 3의 난연성 합성목재가 비교예의 합성목재 보다 높은 인장 강도를 나타내었다.
[실험예 3: 난연성 측정 (1)]
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 난연성 합성목재들에 대하여, KS F 5660-1에 의거하여 콘칼로리미터 시험법을 통해 난연성을 측정하였다. 가열 개시 후 5 분간 총방출열량(total heat release, THR)과 최대열방출률(peak heat release rate, HRR)을 측정하였고, 이를 하기 표 5에 기재하였다. 이 때, 콘히터의 복사열은 50 kW/m2 ± 1 kW/m2, 배출유량은 0.024 m2/s ± 0.002 m2/s로 설정하고 유지하였으며, 총방출열량이 8 MJ/m2 이하이고, 최대열방출률이 10 초 이상 연속으로 200 kW/m2를 초과하지 않으며, 가열 후 시험체를 관통하는 균열, 구멍, 및 용융이 없는 경우, 난연 재료(난연 3급)의 특성을 만족하는 것으로 평가하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
최대열방출율
(Kw/m2)		 32.5 31.0 22.5 48.0
총열방출량(MJ/m2) 4.7 4.5 4.3 8.7
상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 목분을 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 제조한 실시예 1 내지 실시예 3의 난연성 합성목재의 경우 총방출열량은 8 MJ/m2 이하를 만족하였고, 최대열방출률 또한 10 초 이상 연속으로 200 kW/m를 초과하지 않아 난연 재료(난연 3급) 기준을 만족함을 알 수 있다.
[실험예 4: 난연성 측정 (2)]
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 난연성 합성목재들에 대하여 단열재 난연성 성능 기준에 의거하여 난연성 측정 시험을 실시하였다. 난연성 측정 시험 결과는 하기 표 6에 나타내었으며, 시험은 235℃에서 6 분간 가열한 후 잔류 불꽃 발생이 30 초 미만이며, 재료의 연소 가스 속에 방치된 쥐(mouse)가 9 분 이상 활동할 경우 난연 재료(난연 3급)의 특성을 만족하는 것으로 평가하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
잔류 불꽃
발생 시간(초)		 14.65 11.07 8.17 27.00
연소가스 내 쥐의 활동 시간(분) 14 24 36 3
단열재 성능 기준에 따른 난연성 시험 결과, 목분을 멀티필라멘트 섬유와 혼합하여 제조한 실시예 1 내지 실시예 3의 난연성 합성목재의 경우 잔류 불꽃 발생 시간은 모두 30 초 미만을 만족하였고, 연소가스 내 방치된 쥐는 모두 9 분 이상 활동하여 난연 재료(난연 3급) 기준을 만족하였다. 비교예의 경우 잔류 불꽃 발생 시간은 30 초 미만이었으나 실시예 1 내지 3의 불꽃 발생 시간 보다 길었고, 연소가스 내 쥐는 유독가스 발생으로 인하여 3 분 내 사망하여 준불연 재료 기준을 만족시키지 못했음을 확인하였다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (5)

  1. 목분, 골판지, 석분재, 합성수지, 난연제, 중질탄산칼슘, 결합제, 윤활제, 안료, 산화방지제, UV 안정제, 및 야자유를 포함하는, 난연성 합성목재로서,
    상기 난연성 합성목재 전체 중량을 기준으로,
    목분 50 내지 60 중량%, 골판지 5 내지 10 중량%, 석분재 0.1 내지 3 중량%, 합성수지 15 내지 25 중량%, 난연제 5 내지 15 중량%, 중질탄산칼슘 3 내지 8 중량%, 결합제 2 내지 4 중량%, 윤활제 2 내지 4 중량%, 안료 0.5 내지 2 중량%, 산화방지제 0.1 내지 0.5 중량%, UV 안정제 0.1 내지 0.5 중량%, 및 야자유 0.1 내지 0.5 중량%를 포함하며,
    상기 난연제는 질석, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, Sb203, 및 DBDPE를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 석분재는 칼페트 또는 백운석을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    난연성 합성목재.
  2. 삭제
  3. 목재를 110℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 건조하고 및 40 내지 80 메쉬 크기로 분쇄하여 3% 내지 8%의 수분 함량을 갖는 목분을 제조하는 단계;
    상기 목분을 골판지 및 석분재와 혼합하여 고상 조성물을 형성하는 단계;
    상기 고상 조성물을 합성수지, 난연제, 중질탄산칼슘, 결합제, 윤활제, 안료, 산화방지제, UV 안정제, 및 야자유를 포함하는 액상 조성물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 압출기에 넣어 펠릿화하는 단계; 및
    상기 펠릿화된 혼합물을 성형기에 투입하여 난연성 합성목재를 제조하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 혼합물 전체 중량을 기준으로,
    목분 50 내지 60 중량%, 골판지 5 내지 10 중량%, 석분재 0.1 내지 3 중량%, 합성수지 15 내지 25 중량%, 난연제 5 내지 15 중량%, 중질탄산칼슘 3 내지 8 중량%, 결합제 2 내지 4 중량%, 윤활제 2 내지 4 중량%, 안료 0.5 내지 2 중량%, 산화방지제 0.1 내지 0.5 중량%, UV 안정제 0.1 내지 0.5 중량%, 및 야자유 0.1 내지 0.5 중량%를 포함하며,
    상기 난연제는 질석, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, Sb203, 및 DBDPE를 포함하고,
    상기 석분재는 칼페트 또는 백운석을 포함하며,
    상기 혼합물을 압출기에 넣어 펠릿화하는 단계에서, 상기 혼합물의 압출기 투입 시 피딩존에서의 온도 및 압출기 1번 존에서의 온도를 10℃ 이상 향상시켜 상기 합성수지로 인해 발생하는 수분 및 가스를 제거하는 것을 특징으로 하는,
    난연성 합성목재 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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