KR102365690B1 - 합성목재 제조방법 및 이로 제조되는 합성목재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성목재 제조방법 및 이로 제조되는 합성목재에 관한 것으로, 구체적으로는 미끄럼 저항 성능 및 정전기 방지 성능이 우수하며 표면층에 다양한 패턴의 엠보가 형성가능한 합성목재를 제조하는 합성목재 제조방법 및 이로 제조되는 합성목재에 관한 것이다.

Description

합성목재 제조방법 및 이로 제조되는 합성목재{Method for manufacturing wood-plastic composite and wood-plastic composite thereof}
본 발명은 합성목재 제조방법 및 이로 제조되는 합성목재에 관한 것으로, 구체적으로는 미끄럼 저항 성능 및 정전기 방지 성능이 우수하며 표면층에 다양한 패턴의 엠보가 형성가능한 합성목재를 제조하는 합성목재 제조방법 및 이로 제조되는 합성목재에 관한 것이다.
일반적으로, 데크(deck), 벤치(bench), 펜스(fence), 평상 등의 건축물의 외장재로 천연목재가 이용되고 있다. 그러나 천연목재를 사용할 경우, 벌목에 의해 산림이 훼손될 수 있고, 수분흡수율이 높아 뒤틀림 등의 휨 현상이 발생하고, 자외선에 따라 변색되는 등의 문제점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위해 최근 천연목재를 대신하여 합성수지, 목분 및 UV안정제, 산화방지제 등의 기타 첨가제를 혼합하여 제조된 합성목재를 많이 이용하고 있다.
그러나 이러한 합성목재를 데크 등과 같이 실외 바닥재로 사용 시 우천 시의 강우 또는 동절기의 눈 등에 의해 수분에 노출될 경우 천연목재에 비해 미끄럽고, 합성수지를 포함함으로 인해 건조한 환경에서 정전기가 발생하고 쉽게 오염되는 등의 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 일례로, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0055800호(공개일: 2012. 6. 1.)에서는 규사, 실리카 또는 알루미나 중 선택된 1종 이상을 압착롤을 통하여 최종 압출물 표면에 강제로 압입시켜 합성목재의 미끄럼 저항 성능을 향상시키고자 하였으나, 규사, 실리카 또는 알루미나가 압출물 표면으로부터 쉽게 이탈되어 요구되는 수준의 미끄럼 저항 성능을 구현하기 어려운 문제점이 있었다.
아울러, 상기와 같은 종래의 합성목재는 표면층에 엠보 형성 시, 엠보롤러가 위치가 고정된 상태에서 회전하며 엠보를 형성하므로, 형성되는 엠보는 그 패턴이 단조로울 수밖에 없는 문제점이 있었다.
KR 10-2012-0055800 A (2012.06.01.)
상기와 같은 종래의 합성목재의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 미끄럼 저항 성능 및 정전기 방지 성능이 우수하고 표면층에 다양한 패턴의 엠보가 형성가능한 합성목재를 제조하는 합성목재 제조방법 및 이로 제조되는 합성목재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 합성목재를 압출성형하는 단계(S1); 엠보롤러를 상기 엠보롤러의 축방향으로 이동시키면서 상기 압출성형된 합성목재 표면층에 엠보를 형성하는 단계(S3); 상기 엠보가 형성된 합성목재 표면층에 UV 도료를 도포하여 UV 코팅층을 형성하는 단계(S5); 및 상기 UV 코팅층이 형성된 합성목재 표면층을 샌딩하는 단계(S7)를 포함하는 합성목재 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 합성목재 제조방법으로 제조되는 합성목재를 제공한다.
본 발명의 합성목재 제조방법으로 제조되는 합성목재는 미끄럼 저항 성능 및 정전기 방지 성능이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 합성목재 제조방법은 엠보롤러를 상기 엠보롤러의 축방향으로 이동시키는 것을 포함하여 이로 제조되는 합성목재는 표면층에 다양한 패턴의 엠보가 형성가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 합성목재 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 합성목재를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명에서 엠보롤러를 상기 엠보롤러의 축방향으로 이동시키기 위한 구동장치의 일 구현예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 경사로 시험방법(DIN 51130)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5a, 도 5b는 미끄럼 저항계수를 측정하기 위한 장치(도 5a) 및 시편(도 5b)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명을 첨부한 도면과 함께 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 합성목재를 압출성형하는 단계(S1); 엠보롤러를 상기 엠보롤러의 축방향으로 이동시키면서 상기 압출성형된 합성목재 표면층에 엠보를 형성하는 단계(S3); 상기 엠보가 형성된 합성목재 표면층에 UV 도료를 도포하여 UV 코팅층을 형성하는 단계(S5); 및 상기 UV 코팅층이 형성된 합성목재 표면층을 샌딩하는 단계(S7)를 포함하는 합성목재 제조방법에 관한 것이다.
상기 (S1) 단계는 외부 표면을 이루는 표면층(2)이 내부를 이루는 중심층(3)을 둘러싸도록 합성목재(1)를 압출성형하는 것일 수 있다(도 2 참조).
상기 표면층(2)은 목분(A), 열가소성 엘라스토머(B), 폴리올레핀계 수지(C) 및 대전방지제(D)를 포함할 수 있다.
구체적 일례로, 상기 표면층(2)은 목분(A) 20-50 중량%, 열가소성 엘라스토머(B) 10-40 중량%, 폴리올레핀계 수지(C) 10-40 중량% 및 대전방지제(D) 1-7 중량%를 포함하는 표면층용 조성물로 압출 성형하여 제조된 것일 수 있다.
상기 목분(A)은 50-120메시(mesh) 또는 70-100메시의 크기일 수 있다. 목분의 크기가 상기 범위 내일 경우 합성목재의 치수안정성 및 탄성률을 구현하면서, 목분 배합 시 목분의 뭉침 등과 같은 현상을 방지할 수 있다.
상기 목분(A)은 수분 함유율이 5-15 중량%일 수 있다. 목분(A)의 수분 함유율이 5 중량% 미만일 경우에는 산포도가 낮아져 강도가 저하되며, 수분 함유율이 15 중량%를 초과할 경우에는 합성목재의 제조 시 목분 내의 수분이 증발함에 따라 기포 등이 발생하게 되어 후술할 합성수지(B)와의 배합시 결합력을 약화시킬 수 있다.
상기 목분(A)은 상기 표면층용 조성물 내에 20-50 중량% 또는 25-45 중량%로 포함될 수 있다. 상기 목분(A)이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 제품의 강도가 약해지고 천연 목재 느낌이 저하될 수 있으며, 상기 범위 초과로 포함되는 경우 변색, 곰팡이 증식 및 수분 흡수율 등의 문제가 발생할 수 있다.
상기 열가소성 엘라스토머(B)는 합성목재의 표면이 미끄러운 단점을 개선하기 위해 포함되는 것으로서, 열가소성 수지 매트릭스와 상기 열가소성 수지 매트릭스 내에 분산된 가교 고무 또는 비-가교 고무를 포함하는 것일 수 있다.
상기 열가소성 수지 매트릭스는 연속 상(phase)을 구성하고 상기 가교 고무 또는 비-가교 고무는 상기 열가소성 수지 매트릭스 내에 분산된 형태로 구별된 상을 형성한다.
본 발명에서 열가소성 엘라스토머(B)의 구체적 일례로, 경도가 낮고 가공온도가 높은 장점이 있는, 열가소성 수지 매트릭스 내에 동적 가황된 고무가 분산된 열가소성 가황물을 이용할 수 있다. 이 경우, 상기 열가소성 매트릭스를 구성하는 열가소성 수지는 상기 폴리올레핀계 수지(C)와의 상용성을 고려하여 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌를 이용할 수 있다.
상기 폴리프로필렌은 프로필렌의 단일 중합체, 프로필렌과 다른 단량체의 공중합체일 수 있다. 다른 단량체는 C4-16의 α-올레핀 및 말레산 에스테르, 아크릴 및 메타크릴산 에스테르와 같은 극성 단량체 중 선택된 1종 일 수 있다.
상기 폴리에틸렌으로는 에틸렌의 단일 중합체, 에틸렌과 다른 단량체의 공중합체일 수 있다. 다른 단량체는 C3-16의 α-올레핀 및 말레산 에스테르, 아크릴 및 메타크릴산 에스테르와 같은 극성 단량체 중 선택된 1종 일 수 있다.
상기 동적 가황된 고무는 에틸렌, 1종 이상의 C3-20의 α-올레핀 단량체 및 1종 이상의 폴리엔의 조합에 의해 제조된 것일 수 있다.
상기 α-올레핀 단량체는 C3-20의 지방족 화합물, C3-10의 지방족 화합물 또는 C3-8의 지방족 화합물일 수 있다. α-올레핀의 구체적 일례로는 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1 또는 옥텐-1일 수 있다.
상기 폴리엔은 비공액 디엔 또는 공액 디엔일 수 있고, 구체적 일예로는 노르보르나디엔, 5-에틸리덴-2-노르보르넨, 5-비닐-2-노르브르넨, 1,3-펜타디엔, 1,3-부타디엔, 2-메틸-1,3-부타디엔, 4-메틸-1,3-펜타디엔 또는 시클로펜타디엔일 수 있다.
상기 열가소성 엘리스토머(B)의 구체적 일례로 폴리프로필렌 매트릭스 내에 동적 가황된 에틸렌-프로필렌-디엔(Ethylene propylene diene monomer) 고무가 분산된 열가소성 가황물일 수 있다.
상기 열가소성 엘라스토머(B)는 쇼어 A 경도가 45-95 또는 60-90일 수 있다. 상기 범위 내에서 미끄럼 방지 성능과 내마모성을 구현할 수 있다. 상기 쇼어 A 경도는 ASTM D2240에 의거하여 측정할 수 있다.
상기 열가소성 엘라스토머(B)는 용융 지수(Melt Flow Index, MFI)가 1 내지 10g/10min (230 ℃/5kg) 또는 2 내지 5 g/10min (230 ℃/5kg)일 수 있다. 상기 범위 내에서 압출 가공성이 용이할 수 있다. 상기 용융 지수는 ASTM D1238에 의거하여 측정할 수 있다.
상기 열가소성 엘라스토머(B)는 파단 시 인장강도가 8 내지 15 Mpa 또는 10 내지 14 Mpa일 수 있다. 상기 범위 내에서 내마모성 및 내구성이 향상될 수 있다.
상기 열가소성 엘라스토머(B)는 파단신율이 600 내지 900% 또는 700 내지 800%일 수 있다. 상기 범위 내에서 내마모성 및 내구성이 향상될 수 있다.
상기 인장강도 및 파단 신율은 ASTM D412에 의거하여 측정할 수 있다.
상기 열가소성 엘라스토머(B)는 상기 표면층용 조성물 내에 10-40 중량% 또는 15-35 중량%로 포함될 수 있다. 상기 열가소성 엘라스토머(B)가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 미끄럼성 개선효과를 구현하기 어렵고, 상기 범위 초과로 포함되는 경우 압출 가공성이 저하될 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지(C)는 상기 목분(A)과 배합되어 외부 온도 변화, 습기, 및 충격 등에 의한 뒤틀림 현상을 방지하기 위해 사용되는 것으로, 독성이 없어서 친환경적인 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 이용할 수 있다.
상기 폴리프로필렌은 합성목재의 내수성, 내열성, 충격강도, 및 휨강도 등의 물성을 강화시킬 수 있고, 상기 폴리에틸렌은 합성목재 원료를 보다 균질하게 혼합 및 결합시킬 수 있다. 상기 폴리프로필렌은 프로필렌의 단일 중합체, 프로필렌과 C4-16의 α-올레핀과의 공중합체일 수 있다. 구체적 일례로, 호모폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체, 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체, 프로필렌-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌-에틸렌-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌-펜텐 랜덤 공중합체, 프로필렌-헥센 랜덤 공중합체, 프로필렌-옥텐 랜덤 공중합체, 프로필렌-에틸렌-펜텐 랜덤 공중합체 및 프로필렌-에틸렌-헥센 랜덤 공중합체 중 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 폴리에틸렌으로는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 또는 선형 저밀도 폴리에틸렌 중 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지(C)의 구체적 일례로 고밀도 폴리에틸렌일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지(C)의 용융지수는 0.1 내지 5.0g/10min 또는 0.5 내지 1.5g/10min(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg)이거나 10 내지 25g/10min 또는 15 내지 20g/10min(ASTM D1238, 230℃, 2.16kg)일 수 있고, 굴곡 탄성율은 7,000 내지 20,000kg/cm2 또는 8,000 내지 15,000 kg/cm2(ASTM D790)일 수 있으며, 충격강도는 10 내지 50 kg·cm/cm 또는 15 내지 45 kg·cm/cm이거나 3 내지 10 kg·cm/cm 또는 4 내지 9 kg·cm/cm(ASTM D256)일 수 있고, 열변형 온도는 50-90℃ 또는 60-80℃이거나 80-130℃ 또는 90-120℃(ASTM D648)일 수 있다. 상술한 용융지수, 굴곡 탄성율, 충격강도 및 열변형 온도가 상기 범위를 벗어나는 경우, 합성목재로의 압출 가공성이 저하될 수 있으므로 상기 범위 내인 것일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지(C)는 상기 표면층용 조성물 내에 10-40 중량% 또는 15-35 중량%로 포함될 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지(C)가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 결합력 및 압출 가공성이 저하될 수 있고, 상기 범위 초과로 포함되는 경우 상대적으로 목분의 함량이 낮아져 나무의 특성이 잘 나타나지 않을 수 있다.
상기 대전방지제(D)는 건조한 환경에서 합성목재 표면에 발생되는 정전기의 발생을 방지 내지 감소하기 위해 포함될 수 있다. 즉, 상기 대전방지제(D)는 합성목재에 포함된 합성수지가 부도체로 표면저항이 크기 때문에 정전기가 잘 발생되는 단점을 해결하기 위한 것이다.
상기 대전방지제(D)는 장쇄의 지방산 에스테르와 다가 알코올과의 에스테르 또는 이오노머 폴리일렉트로라이트(Ionomer polyelectrolyte)일 수 있으며, 구체적 일례로는 글리세롤 모노 스테아레이트이거나 이오노머 폴리일렉트로라이트(Ionomer polyelectrolyte)를 포함하는 마스터 배치일 수 있다.
상기 대전방지제(D)는 상기 표면층용 조성물 내에 1-7 중량% 또는 1-5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 대전방지제(D)가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 정전기 방지 성능 효과를 구현하기 어렵고, 상기 범위 초과로 포함되는 경우 정전기 방지 성능 효과 대비 제품 원가가 상승하고 압출 가공성이 저하되며, 내후성, 내변색 등의 물성이 저하될 수 있다.
상기 표면층(2)은 선택적으로, 합성목재로의 압출 가공성을 개선하고, 수분에 따른 수축변화를 방지하기 위해 탈크, 탄산칼슘, 활석, 운모 중 선택된 1종 이상인 충전제를 더 포함할 수 있다.
상기 충전제는 상기 표면층용 조성물 내에 5-20 중량% 또는 10-15 중량%로 포함될 경우 압출 가공성 및 굴곡최대하중, 충격강도를 보강할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 표면층(2)은 그 외, 선택적으로 필요에 따라 열안정제, 난연제, 결합제, 산화방지제, 자외선안정제, 활제 및 안료 중 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 이들의 종류 및 함량은 특별히 제한하지 않는다.
상기 표면층(2)의 두께는 0.3-2.5mm, 또는 0.5-2.0mm일 수 있다. 상기 표면층(2)의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 두께가 너무 얇아 표면층의 내구성이 저하될 수 있고, 상기 표면층(2)의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우, 합성목재(1)의 제조 비용이 올라갈 수 있어 상기 범위 내일 수 있다.
한편, 상기 중심층(3)은 목분 및 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 중심층은 목분 55-90 중량%, 폴리올레핀계 수지 5-35 중량%를 포함하는 중심층용 조성물을 압출성형하여 제조된 것일 수 있다.
상기 목분 및 폴리올레핀계 수지는 상기 표면층(2)에 기술된 것과 동일한 것을 사용할 수 있으며, 구체적 일례로 폴리프로필렌 블록 공중합체일 수 있다.
상기 중심층용 조성물에는 상기 목분이 55-90 중량% 또는 60-85중량% 포함될 수 있다. 상기 목분이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 강도 등의 물성이 저하될 수 있으며, 상기 범위 초과로 포함되는 경우 압출 부하로 압출 가공성이 좋지 않을 수 있다.
상기 중심층용 조성물에는 상기 폴리올레핀계 수지가 5-35 중량% 또는 10-30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우, 결합력 및 압출 가공성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과할 경우 상대적으로 목분의 함량이 낮아져 나무의 특성이 잘 나타나지 않을 수 있다.
상기 중심층용 조성물은 선택적으로, 열안정제, 난연제, 결합제, 산화방지제 및 활제 중 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 이들의 종류 및 함량은 특별히 제한하지 않는다.
상기 중심층(3)의 두께는 10-30mm, 또는 15-25mm일 수 있다. 상기 중심층(3)의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 합성목재(1)의 기계적 강도가 약해질 수 있고, 상기 중심층(3)의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우, 합성목재(1)의 가공성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 합성목재(1) 제조방법은 상기 (S1) 단계 이후, 상기 압출성형된 합성목재(1)를 냉각하는 단계(S1')를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각은 상기 압출성형된 합성목재(1)의 형상을 고화시키기 위한 것으로, 일례로, 냉각수조, 냉기를 발생시키는 냉각장치 및 공냉식 냉각팬 중 선택된 1종 이상의 냉각수단에 의하여 이루어지는 것일 수 있다. 구체적 일례로, 상기 냉각은 빠른 경화작용으로 생산성이 우수한 냉각수조에 의하여 이루어질 수 있다.
상기 냉각은 일례로, 냉각수조에서 10-25℃의 냉각수를 공급하여 상기 합성목재(1)를 표면을 30-50℃로 냉각시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 (S1') 단계는 상기 냉각된 합성목재(1)를 후속 공정으로 이송하기 위하여 인취하는 것을 더 포함할 수 있으며, 상기 인취는 일례로, 인취기에 의하여 이루어지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 (S3) 단계는 상기 압출성형된 합성목재(1) 표면층(2)에 다양한 패턴의 엠보를 형성하기 위하여 엠보롤러를 상기 엠보롤러의 축방향으로 이동시키는 것일 수 있다.
상기 (S3) 단계는 엠보 형성 이전에 소정의 온도로 상기 압출성형된 합성목재(1) 표면층(2)을 가열하는 예열공정을 더 포함할 수 있다. 상기 예열공정은 일례로, 적외선 히터를 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
선택적으로, 상기 예열공정은 가열된 엠보롤러를 이용하여 상기 압출성형된 합성목재(1) 표면층(2)을 가열하는 것일 수도 있다.
이 경우, 상기 엠보롤러는 일례로, 이동 및 회전하면서 상기 합성목재(1)의 표면층(2)을 120-200℃의 온도로 가열하고, 대기압보다 크고 10bar 이하의 압력으로 가압하여 상기 합성목재(1) 표면층(2)에 다양한 패턴의 엠보를 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 엠보롤러는 합성목재(1)가 길이방향으로 이동할 때 그 상부에서 상기 엠보롤러의 축방향으로 이동하는 것으로, 상기 합성목재(1) 및 엠보롤러가 동시에 이동함에 따라 표면층(2)에 다양한 엠보 패턴을 갖는 합성목재(1)를 구현할 수 있다.
상기 엠보롤러는　프레임에　회전　가능하게　설치되고,　왕복이동　가능하게　설치될 수 있다.
상기 엠보롤러(20)를 상기 엠보롤러(20)의 축방향을 따라 이동시키는 구동장치(10)의 구체적인 일 실시예는 도 3에 도시되어 있는 것으로, 구동장치(10)는　엠보롤러(20)의　축방향과　평행하게 배치됨과　아울러　모터(15)의　동력을　전달받아　정역　회전되는　스크류(13)에　상기　프레임(11)이　축방향을　따라　왕복이동　가능하게　나사　결합되는　구조를　통해　설치될　수　있다.
종래에는 합성목재 표면층에 엠보 형성 시, 엠보롤러가 위치가 고정된 상태에서 회전하며 엠보를 형성하였다. 통상적으로, 엠보롤러의 폭은 합성목재의 폭에 비하여 1-1.5배 가량 넓기 때문에 엠보롤러의 위치가 고정되는 경우, 합성목재 표면층과 맞닿는 엠보롤러의 영역이 한정되게 된다. 따라서, 종래의 합성목재 표면층에 형성되는 엠보는 그 패턴이 단조로울 수밖에 없었다.
그러나, 본 발명은 합성목재(1) 표면층(2)에 엠보 형성 시, 엠보롤러(20)가 회전과 동시에 상기 엠보롤러(20)의 축방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 엠보롤러(20)의 전 영역이 상기 합성목재(1) 표면층(2)과 맞닿을 수 있어 하나의 엠보롤러(20)를 사용하더라도 표면층(2)에 다양한 패턴의 엠보가 형성된 합성목재(1)를 구현할 수 있다.
상기 엠보롤러(20)는 일례로 0.01-0.9mm/s 또는 0.05-0.5mm/s의 속도로 이동하는 것일 수 있다. 상기 엠보롤러(20)의 속도가 상기 범위 미만인 경우 엠보롤러(20)의 이동속도가 너무 느려 표면층(2)에 다양한 엠보 패턴을 갖는 합성목재(1)를 구현하기 어려울 수 있고, 상기 범위 초과인 경우 폭방향으로 합성목재(1)의 변형이 생길 수 있고, 정확한 엠보 패턴 구현이 어려울 수 있다.
상기 엠보롤러(20)는 소정의 패턴이 0.6-1.5mm 또는 0.7-0.9mm의 심도로 형성된 것일 수 있다. 상기 엠보롤러(20)의 심도가 상기 범위 미만인 경우 후술할 샌딩 후, 합성목재(1) 표면층(2)에 형성된 엠보의 선명도가 저하될 수 있고, 상기 범위 초과인 경우 합성목재(1) 표면층(2)에 표현하고자 하는 엠보 패턴이 정확하게 구현되지 않을 수 있다.
상기 엠보롤러(20)는 일례로 직경(2R)이 350-1000mm 또는 400-600mm일 수 있다. 본 발명의 엠보롤러(20)는 상기 범위의 직경(2R)을 가짐으로써 상기 엠보롤러(20)의 원주 길이는 종래의 엠보롤러의 원주 길이 보다 길어, 이에 따라, 하나의 엠보롤러(20)를 통해 합성목재(1) 표면층(2) 전체에 고른 압력으로 다양한 엠보 패턴을 구현할 수 있다.
상기 엠보롤러(20)는 폭(W)이 350-1000mm 또는 400-600mm일 수 있다. 본 발명의 엠보롤러(20)는 상기 범위의 폭(W)을 가짐으로써 상기 엠보롤러(20)는 그 폭이 합성목재(1)의 폭보다 길게 되며, 상기 엠보롤러(20)가 상기 엠보롤러(20)의 축방향으로 이동함에 따라 표면층(2)에 다양한 엠보 패턴을 갖는 합성목재(1)를 구현할 수 있다.
상기 엠보는 상기 압출성형된 합성목재(1) 표면층(2)의 상부 또는 하부에 형성될 수 있으며, 상기 상부 및 하부에는 동일한 패턴의 엠보가 형성될 수도 있고 상이한 패턴의 엠보가 형성될 수도 있다.
상기 (S5) 단계는 천연목재에 가까우면서도 외관이 미려한 합성목재(1)를 구현하기 위하여 상기 엠보가 형성된 합성목재(1) 표면층(2)에 UV 도료를 도포한 후 경화시켜 UV 코팅층을 형성하는 것일 수 있다.
상기 UV 도료는 점도가 40-80cps 또는 50-78cps일 수 있다. 상기 범위 내에서 가공성이 우수할 수 있다. 상기 점도는 브룩필드(Brookfield) 점도계를 사용하여 25℃(spindle 63번, 60rpm)에서 측정한 것일 수 있다.
상기 UV 도료의 도포는 일례로, 스프레이 방식, 롤 방식, 커튼 코팅 방식, 붓칠 방식 및 UV 도료를 용기에 담아서 붓는 방식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 방식을 이용하여 진행될 수 있다. 구체적 일례로, 상기 도포는 공정의 편의성을 고려하여 스프레이 방식을 이용하여 진행될 수 있다.
상기 UV 도료는 20-60g/m2 또는 25-55 g/m2의 두께로 상기 엠보가 형성된 합성목재(1) 표면층(2)에 도포되는 것일 수 있다. 상기 UV 도료는 상기 범위의 두께로 도포되어 합성목재(1)의 천연목재에 가까우면서도 미려한 외관을 구현할 수 있다.
상기 UV 도료의 경화는 자외선을 조사하여 이루어질 수 있다.
상기 조사는 일례로, 350-400nm의 램프 파장을 이용하여 3,000-7,000mJ/cm2 또는 3,500-6,000mJ/cm2의 조사선량을 1-120초 또는 20-80초 동안 조사하는 것일 수 있다. 조사선량 및 조사시간이 상기 범위 내인 경우 상기 UV 도료의 충분한 경화가 이루어질 수 있다.
상기 (S5) 단계는 선택적으로 상기 UV 도료를 도포 및 경화시켜 형성되는 UV 코팅층과 합성목재(1) 표면층(2) 사이의 부착강도를 높이기 위하여 상기 UV 도료를 도포하기 전에 상기 엠보가 형성된 합성목재(1) 표면층(2)을 전처리하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 전처리는 일례로, 상기 엠보가 형성된 합성목재(1) 표면층(2)에 프라이머를 1-15g/m2, 또는 5-10g/m2 의 두께로 도포한 후, 5-20초간 또는 8-15초간 열풍을 가하는 것일 수 있다.
상기 (S7) 단계는 천연목재에 가까우면서도 미려한 외관을 구현하기 위하여 상기 UV 코팅층이 형성된 합성목재(1) 표면층(2)을 샌딩하는 것일 수 있다.
상기 샌딩은 일례로, 샌드 페이퍼(sand paper)를 이용하여 진행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 샌딩은 1회이상 또는 2회이상 반복하여 진행될 수 있다.
상기 샌딩은 구체적 일례로, 1차로 입도가 300-500Micron인 샌드 페이퍼, 2차로 입도가 100-280Micron인 샌드 페이퍼를 이용하여 진행될 수 있다.
여기서, 상기 샌드 페이퍼의 입도란 샌드 페이퍼에 사용되는 알루미나의 입자크기를 의미하며, 물건의 표면을 샌딩할때 상기 입도가 높을수록 거칠게 깎이고 낮을수록 부드럽게 깍일 수 있다.
상기 합성목재(1) 제조방법으로 제조되는 본 발명의 합성목재(1)는 데크(deck), 벤치(bench), 펜스(fence) 또는 평상에 이용될 수 있으며, 구체적 일례로는 데크로 이용될 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 필요한 경우, 건축물의 벽외장재, 실내 내장재 등으로 이용될 수도 있다.
본 발명의 합성목재(1)는 미끄럼 저항 성능 등급(DIN 51130)이 R10 이상일 수 있고, 미끄럼 저항계수(coefficient of slip resistance, KS F 3230:2013)가 0.50 이상, 0.54이상 또는 0.60이상일 수 있으며, 상기 범위 내에서 미끄럼 저항 성능이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 합성목재(1)는 대전전위(KS K ISO 6356:2012 )가 1.0kV 이하, 0.9kV 이하 또는 0.7kV이하일 수 있고, 표면저항(KS M 3015:2003)은 1 X 1013Ω 이하, 9X 1012 Ω 이하, 또는 5 X 1012 Ω 이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 정전기 방지 성능이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 합성목재(1)는 UV 코팅층과 엠보가 형성된 합성목재(1) 표면층(2)과의 부착강도(cross cut test)가 90/100 이상, 93/100 이상 또는 95/100이상일 수 있으며, 상기 범위 내에서 상기 UV 코팅층과 상기 엠보가 형성된 합성목재(1) 표면층(2) 사이의 부착성이 우수한 효과가 있다. 상기 cross cut test는 구체적으로, BYK Cross Cut Tester를 이용하여 100Х100으로 샌딩하기 전의 표면층(2)에 UV 코팅층이 형성된 합성목재를 커팅하였다. 그리고 나서, Nichiban 테이프를 부착하고 제거한 후의 표면 상태를 관찰하여 100개의 셀 중 남아 있는 셀 개수를 세어서 측정하였다. 여기서, 90/100은 100개의 셀 중 남아있는 셀의 개수가 90개임을 의미한다.
또한, 본 발명의 합성목재(1)는 상기 UV 코팅층의 ΔE가 7이하, 6이하 또는 5이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 상기 UV 코팅층은 내후성이 우수할 수 있다. 상기 ΔE는 ASTM G155에 의거하여 시편을 제논 아크 램프 내후성 시험기(weatherometer)에 2,000 시간 노출 후 측정한 것일 수 있다.
또한, 본 발명에서 표면층(2)에 상이한 엠보 패턴을 가진 것으로 식별되는 합성목재(1)의 개수는 5개 이상, 10개 이상, 또는 20개 이상일 수 있어, 본 발명의 합성목재(1)는 외관이 미려한 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예 및 비교예]
1. 실시예
1-1. 실시예 1
합성목재를 압출성형하는 단계(S1)
목분(70-100메시, 수분함유량 10 중량%) 40중량부, 열가소성 엘라스토머 20중량부, 폴리에틸렌 20중량부, 탈크 10중량부, 열안정제 0.2중량부, 자외선안정제 0.3중량부, 활제 2.5중량부, 대전방지제 4중량부 및 안료 3중량부를 포함하는 표면층용 조성물을 반바리 믹서로 혼련 후 압출성형하여 표면층 형성용 펠릿을 제조하였다.
목분(70-100메시, 수분함유량 10 중량%) 70중량부, 폴리프로필렌 25중량부, 결합제 1중량부 및 활제 2중량부를 포함하는 중심층용 조성물을 반바리 믹서로 혼련 후에 압출성형하여 중심층 형성용 펠릿을 제조하였다.
상기 표면층 형성용 펠릿과 중심층 형성용 펠릿을 이용하여 170-210℃에서 이중압출하여 15-25mm 두께의 중심층 둘레에 0.5-2.0mm 두께의 표면층을 형성하여 합성목재를 압출성형하였다.
압출성형된 합성목재를 냉각하는 단계(S1')
냉각수조에서 20℃의 냉각수를 공급하여 상기 (S1) 단계의 합성목재를 40℃로 냉각시켰다.
엠보롤러를 상기 엠보롤러의 축방향으로 이동시키면서 압출성형된 합성목재 표면층에 엠보를 형성하는 단계(S3)
상기 (S1')의 합성목재를 140℃로 가열한 후, 소정의 패턴이 0.8mm의 심도로 형성된 직경이 500mm, 폭이 450mm인 엠보롤러를 0.1mm/s의 속도로 상기 엠보롤러의 축 방향으로 이동 및 회전시키면서 상기 합성목재 표면층에 엠보를 형성하였다.
엠보가 형성된 합성목재 표면층에 UV 도료를 도포하여 UV 코팅층을 형성하는 단계(S5)
프라이머를 상기 (S3) 단계의 합성목재 표면층에 5g/m2의 두께로 도포한 후, 10초간 열풍을 가하여 상기 프라이머를 건조시켰다.
이어서, 점도(25℃, spindle 63번, 60rpm)가 55cps인 UV 도료(조광페인트)를 스프레이 방식으로 35g/m2의 두께로 도포한 후, 수은램프를 사용하여 350-400nm의 램프 파장으로 4,000mJ/cm2의 조사선량을 42초간 조사하여 UV 코팅층을 형성하였다.
UV 코팅층이 형성된 합성목재 표면층을 샌딩하는 단계(S7)
상기 (S5) 단계의 합성목재 표면층을 1차로 입도가 400Micron인 샌드 페이퍼(태양연마), 2차로 입도가 220Micron인 샌드 페이퍼(태양연마)를 이용하여 상기 UV 코팅층이 형성된 합성목재 표면층을 샌딩하여 실시예 1의 합성목재를 제조하였다.
1-2. 실시예 2
대전방지제로 Ionphase 사의 0107M를 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2의 합성목재를 제조하였다.
2-1. 비교예 1
합성목재를 압출성형하는 단계(S1)
목분 35중량부, 폴리에틸렌 40중량부, 탈크 14중량부, 결합제 3중량부 및 활제 5중량부를 포함하는 표면층용 조성물을 반바리 믹서로 혼련 후 압출성형하여 표면층 형성용 펠릿을 제조하였다.
목분(70-100메시, 수분함유량 10 중량%) 70중량부, 폴리프로필렌 25중량부, 결합제 1중량부 및 활제 2중량부를 포함하는 중심층용 조성물을 반바리 믹서로 혼련 후에 압출성형하여 중심층 형성용 펠릿을 제조하였다.
상기 표면층 형성용 펠릿과 중심층 형성용 펠릿을 이용하여 170-210℃에서 이중압출하여 중심층 둘레에 표면층을 형성하여 합성목재를 압출성형하였다.
압출성형된 합성목재를 냉각하는 단계(S1')
냉각수조에서 20℃의 냉각수를 공급하여 상기 (S1) 단계의 합성목재를 40℃로 냉각시켰다.
압출성형된 합성목재 표면층에 엠보를 형성하는 단계(S3)
상기 (S1') 단계의 합성목재를 140℃로 가열한 후, 위치가 고정된 상태에서 회전하되, 소정의 패턴이 0.8mm의 심도로 형성된 직경이 300mm, 폭이 300mm인 엠보롤러를 이용하여 상기 압출성형 후 냉각된 합성목재 표면층에 엠보를 형성하여 비교예 1의 합성목재를 제조하였다.
[실험예]
상기 실시예 1-2와 비교예 1 의 합성목재를 이용하여 합성목재의 미끄럼 저항 성능 및 정전기 방지 성능을 시험하였고, 표면층에 상이한 엠보 패턴을 가진 것으로 식별되는 합성목재의 개수를 평가하였으며, 그 결과는 아래 표 3과 같았다.
1. 미끄럼 저항 성능 시험
1-1. 경사로 시험(Ramp test)
DIN 51130 시험방법에 의해 미끄러지기 시작하는 각도를 측정하였다.
구체적으로는 경사로 시험기(ramp tester)에 시편을 수평으로 장착한 후, 안전장화를 신은 시험자가 상기 시편의 위 아래로 도보를 수행하고, 시편 상에 오일을 제공하며 시편의 경사각도를 증가시켜 갈 때(도 4 참조), 미끄러지기 시작하는 각도를 총 6회 측정하여 평균치를 계산하였다.
미끄러지기 시작하는 각도에 따른 등급 판정 기준은 아래 표 1과 같다.
Class 각도
R13 =35
R12 =27＞35
R11 =19＞27
R10 =10＞19
R9 =6＞10
1-2. 경사인장형 시험
KS F 3230:2013 시험방법에 의해 미끄럼 저항계수(coefficient of slip resistance)를 측정하였다.
구체적으로는 KS M 3510의 4.15.2에서 규정한 경도(듀로미터 경도시험-타입 A) 7580, 두께 36mm의 고무 시트를 미끄럼편으로 이용하고, 시험편(실시예, 비교예 및 참조예의 합성목재)의 표면은 건조한 상태로 하여 다음과 같은 방법으로 시험하였다.
미끄럼편을 크기 80mmХ70mm의 강철제 미끄럼편 받침대의 바닥면에 붙이고 785 N의 수직 하중을 가한 상태로 미끄럼편을 시험편에 접촉시킨 순간에 785 N/s의 인장 하중속도, 18°로 경사지게 위쪽 방향으로 잡아당겼을 때 얻어지는 최대 인장 하중을 측정하여 다음 식에 나타낸 미끄럼 저항계수를 계산하여 유효 숫자 2자리까지 나타낸다. 제품의 압출방향과 압출수직방향을 모두 평가하여 그 중 작은 미끄럼 저항계수 값을 제품의 미끄럼 저항성 값으로 한다(도 5a 및 도 5b 참조).
C.S.R = Pmax/W
(C.S.R : 미끄럼 저항계수, Pmax : 최대 인장 하중(N), W : 수직 하중(785N))
2. 정전기 방지 성능 시험
2-1. 대전전위의 측정
KS K ISO 6356:2012 시험방법에 의해 (23±1)℃, (25±3)%RH의 시험조건 하에서 대전전위를 측정하였다. 대전 전위에 따라 인체가 느끼는 정도는 아래 표 2와 같다.
대전전위 인체 전기 충격의 정도 비고
1.0 kV 전혀 감지하지 못함 -
2.0 kV 손가락 바깥쪽에 느껴지지만 통증은 없음 희미한 방전음 발생(감지 전압)
3.0 kV 따끔한 통증을 느낌 방전의 발광을 봄
5.0 kV 손바닥에서 팔꿈치까지 전기적 충격을 느끼는 통증 방전 발광이 길어짐
8.0 kV 손바닥에서 팔꿈치까지 저리는 무거운 통증 -
10.0 kV 손 전체에 통증과 전기가 흐른 느낌을 받음 -
12.0 kV 강한 전기적 충격으로 손 전체를 강타한 통증 -
2-2. 표면저항 측정
KS M 3015:2003 시험방법에 의해 표면저항을 측정하였다.
구체적으로 시편 표면의 2개의 전극 간에 인가한 직류 전압을 표면층을 통해서 흐르는 전류로 나눈 수치를 측정하였다.
3. 표면층에 상이한 엠보 패턴을 가진 것으로 식별되는 합성목재의 개수 평가
표면층에 상이한 엠보 패턴을 가진 것으로 식별되는 합성목재의 개수를 육안으로 판별하였다. 이 때, 상기 합성목재는 폭이 140mm, 길이가 2400mm였다.
4. 시험결과
상기 1 내지 3의 시험결과 및 평가결과는 아래 표 3과 같았다.
성능 실시예 1 실시예 2 비교예 1
미끄럼 저항 성능 등급/
미끄러지기 시작하는 각도(°)		 R10/
15.7°		 R10/
15.7°		 R9/
8.7°
미끄럼 저항계수(CSR) 0.60 0.60 0.42
정전기 방지 성능 대전전위(kV) 0.55 0.57 1.82
표면저항(Ω) 2.6 X 1012 3.0 X 1012 5 X 1014
표면층에 상이한 엠보 패턴을 가진 것으로 식별되는 합성목재 개수(개) 32 32 1
위 표 3의 결과를 통해 확인되는 바와 같이 본 발명의 실시예 1 및 2의 합성목재는 미끄럼방지 성능 및 정전기 방지 성능이 비교예 1에 비해 대폭 개선되었음을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시예 1 및 2는 비교예 1 에 비해 표면층에 상이한 엠보 패턴을 가진 것으로 식별되는 합성목재의 개수가 대폭 증가하였음을 확인할 수 있었다.
1: 합성목재 2: 표면층
3: 중심층 10: 구동장치
11: 프레임 13: 스크류
15: 모터 20: 엠보롤러

Claims (16)

  1. 외부 표면을 이루는 표면층(2)과 내부를 이루는 중심층(3)으로 구성되도록 펠릿을 이중압출하여 합성목재를 형성하는 압출성형단계(S1);
    소정의 패턴이 0.6-1.5mm의 심도로 형성된 이동식 엠보롤러를 상기 엠보롤러의 축방향으로 이동시키면서 상기 압출성형된 합성목재 표면층에 상이한 엠보 패턴을 형성하는 패턴형성단계(S3);
    상기 상이한 엠보 패턴이 형성된 합성목재 표면층에 UV 도료를 도포하여 UV 코팅층을 형성하는 코팅단계(S5); 및
    상기 UV 코팅층이 형성된 합성목재 표면층을 샌딩하는 단계(S7)를 포함하며,
    상기 표면층(2)은 기능성 첨가제가 첨가되어 상기 표면층(2)에 대전방지 및 미끄럼방지를 포함한 표면기능성을 부여하는 것으로, 상기 기능성 첨가제는 열가소성 가황물(B) 및 글리세롤 모노 스테아레이트(D)이거나, 열가소성 가황물(B) 및 이오노머 폴리일렉트로라이트(Ionomer polyelectrolyte, D)인 합성목재 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열가소성 가황물(B)은 상기 표면층(2)에 10-40 중량%로 포함되고,
    상기 글리세롤 모노 스테아레이트 또는 이오노머 폴리일렉트로라이트(Ionomer polyelectrolyte)(D)는 상기 표면층(2)에 1-7 중량%로 포함되는 것인 합성목재 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 표면층은 목분(A) 20-50 중량%, 열가소성 엘라스토머(B) 10-40 중량%, 폴리올레핀계 수지(C) 10-40 중량% 및 대전방지제(D) 1-7 중량%를 포함하는 것인 합성목재 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지(C)는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌인 것인 합성목재 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 중심층은 목분 55-90 중량%, 폴리올레핀계 수지 5-35 중량%를 포함하는 것인 합성목재 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 엠보롤러는 0.01-0.9mm/s의 속도로 이동하는 것인 합성목재 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 엠보롤러는 직경이 350-1000mm, 폭이 350-1000mm인 것인 합성목재 제조방법.
  10. 제 1항의 합성목재 제조방법으로 제조되고, 엠보 패턴이 다양한 합성목재.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 합성목재는 미끄럼 저항 성능 등급이 R10 이상(DIN 51130)인 것인 합성목재.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 합성목재는 미끄럼 저항계수(coefficient of slip resistance, KS F 3230:2013)가 0.50 이상인 것인 합성목재.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 합성목재는 대전전위(KS K ISO 6356:2012)가 1.0kV 이하, 표면저항(KS M 3015:2003)이 1 X 1013Ω 이하인 것인 합성목재.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 합성목재는 UV 코팅층과 엠보가 형성된 합성목재 표면층 사이의 부착강도(cross cut test)가 90/100 이상인 것인 합성목재.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 합성목재는 UV 코팅층의 ΔE(ASTM G155)가 7이하인 것인 합성목재.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 샌딩은 입도가 300-500Micron인 샌드 페이퍼와 2차로 입도가 100-280Micron인 샌드 페이퍼를 순차적으로 이용하여 수행되는 것인 합성목재 제조방법.
KR1020180105506A 2018-09-04 2018-09-04 합성목재 제조방법 및 이로 제조되는 합성목재 KR102365690B1 (ko)

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