KR102492068B1 - 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐목재를 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 폐목재에 규산나트륨을 포함하는 불연 조성물을 함침시키는 단계와, 상기 함침된 폐목재를 건조하는 단계와, 상기 건조된 건조물에 접착제를 첨가하는 단계와, 상기 접착제가 첨가된 건조물을 압착성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드 및 그 제조방법에 의하면, 버려지는 폐자원인 폐목재를 재활용하여 화재에 안전하며, 백탁현상이 없고, 별도의 방염처리가 불필요한 난연성의 파티클 보드를 제조할 수 있어 경제성 및 친환경성이 우수하다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐목재에 불연성 조성물을 함침시키고, 이를 압착성형하여 불연성 파티클 보드를 제조함으로써, 별도의 방염처리가 요구되지 않으며, 안전성 및 경제성이 우수한 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래 개발된 파티클보드(particle board, 이하 PB로 표기)는 원목으로 목재를 생산하고, 남은 폐잔재를 부수어, 작은 조각으로 만들거나, 건축물 폐자재, 가구 폐자재, 목재 부산물 등을 부수어, 작은 조각으로 만들어 접착제를 섞어 고온, 고압으로 압착시켜서 만든 가공재이다.
이러한 PB는 가볍고, 가공이 용이하다는 장점 때문에 종래 건축 자재, 가구용 자재, 포장용 박스 등 넓은 분야에 걸쳐 사용되고 있다. 그러나 PB는 열에 매우 약한 특성을 가진다. 구체적으로 PB를 공기 중에서 가열하면 180℃ 전후에서 분해가 시작되고, 분해가 진행됨에 따라 가연성 가스가 발생되며, 인화점이 낮고 화재시 확산 연소에 기인하여 작은 화재에도 순식간에 건축물 내부를 태우는 치명적인 단점이 있다. 즉, PB는 화재에 취약하여 건축자재 및 가구에 사용될 경우 가연성 물질로 분류되어 필히 방염처리를 해야되는 번거로움이 있다.
따라서, PB에 대한 적정한 내화 처리 기술 및 성능 평가에 대한 연구가 절실한 실정이다.
종래 PB의 방염처리는 불연제를 보드에 도포하여 코팅층을 형성하는 방법을 사용하였다. 그러나 이러한 불연제는 습기와 결합하여 산성의 부생물을 생성하고, 이것이 습기가 많은 곳에 노출되어 추워질 경우 결로가 생기게 되며, 이러한 결로로 인해 백화현상이 나타날 뿐만 아니라, 상기 결로가 풀리게 되면 습기가 또 생기게 되어 결과적으로 목재류가 썩게 되는 현상이 발생하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해소하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-1604217호에서는 목섬유 및 목재 소편에 부원료를 혼합하고, 불연 성능을 제공하는 제1조성물, 방습 성능을 제공하는 제2조성물을 혼합하여 목재보드를 제조하는 방법이 제안되었다.
그러나 이러한 방법은 충분한 난연성 확보가 어려운 것은 물론, 제조비용이 증가하는 등의 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 불연성이 우수하고, 물성이 우수하며, 친환경적이고, 경제성이 우수한 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 내습성이 우수하여 백화현상이 없는 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드의 제조방법은, 폐목재를 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 폐목재에 규산나트륨을 포함하는 불연 조성물을 함침시키는 단계와, 상기 함침된 폐목재를 건조하는 단계와, 상기 건조된 건조물에 접착제를 첨가하는 단계와, 상기 접착제가 첨가된 건조물을 압착성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폐목재를 분쇄하는 단계는, 폐목재를 1~3mm의 입도로 분쇄하는 것임을 특징으로 한다.
상기 불연 조성물은, 석분 10~40중량%, 아크릴계 에멀젼 프라이머 2~8중량%, 침투증진제 0.5~2중량% 및 잔부의 규산나트륨으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 침투증진제는 소듐라우레스설페이트(Sodium Laureth sulfate)인 것을 특징으로 한다.
상기 분쇄된 폐목재에 규산나트륨을 포함하는 불연 조성물을 함침시키는 단계는, 상기 폐목재 99~99.95중량%에 상기 불연 조성물 0.05~1중량%를 함침시키는 것임을 특징으로 한다.
상기 함침된 폐목재를 건조하는 단계는, 35~45℃의 온도에서 건조하는 것임을 특징으로 한다.
상기 접착제는 멜라민 수지, 요소 수지, 페놀 수지 중 1종 이상의 것이고, 상기 건조된 건조물 95~99중량%에 접착제 1~5중량%를 첨가하는 것임을 특징으로 한다.
상기 압착성형하는 단계는, 120~170℃에서 50~100ton/㎡의 압력으로 1~10분간 압착성형하는 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 불연성 파티클 보드는 상기한 방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드 및 그 제조방법에 의하면, 버려지는 폐자원인 폐목재를 재활용하여 화재에 안전하며, 백탁현상이 없고, 별도의 방염처리가 불필요한 난연성의 파티클 보드를 제조할 수 있어 경제성 및 친환경성이 우수하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 불연성 파티클 보드의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 의한 불연성 파티클 보드의 사진.
도 3은 본 발명에 의한 불연성 파티클 보드의 불연성 테스트 후의 사진.
도 2는 본 발명에 의한 불연성 파티클 보드의 사진.
도 3은 본 발명에 의한 불연성 파티클 보드의 불연성 테스트 후의 사진.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 가장 큰 특징은 별도의 방염처리가 불필요하며, 백탁현상이 없는 불연성의 파티클 보드를 제조하는 데 있다.
이러한 본 발명에 의한 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드 및 그 제조방법은, 스티로폼을 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 스티로폼에 규산나트륨을 포함하는 불연 조성물을 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 건조하는 단계와, 상기 건조된 건조물에 접착제를 첨가하는 단계와, 상기 접착제가 첨가된 건조물을 압착성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
폐목재를 분쇄하는 단계
먼저, 폐목재를 수거한 후, 상기 폐목재를 분쇄한다. 본 발명에서 신재가 아닌 폐목재를 이용하는 것은 자원 재활용의 측면 및 환경오염을 고려한 것이다.
상기 분쇄되는 폐목재를 1~3mm의 입도로 분쇄하는 것을 의미하는 것으로, 그 분쇄방법은 제한하지 않는다.
상기 분쇄된 폐목재에 규산나트륨을 포함하는 불연 조성물을 함침시키는 단계
다음으로, 상기 분쇄된 폐목재에 불연 조성물을 함침시킨다. 즉, 상기 불연 조성물이 폐목재의 표면은 물론, 내부의 세포조직, 즉 셀룰로오스(Cellulose) 공간에 침투되어 분쇄된 폐목재가 불연성을 갖도록 하는 것이다.
이때, 상기 불연 조성물은 불연성능이 우수하면서도, 침투성이 우수하고, 접착제와의 상용성이 있는 것을 선택해야 하는바, 본 발명에서는 규산나트륨을 포함하는 것, 더욱 구체적으로는 석분 10~40중량%, 아크릴계 에멀젼 프라이머 2~8중량%, 침투증진제 0.5~2중량% 및 잔부의 규산나트륨으로 이루어진 것을 사용함이 바람직하다.
먼저, 상기 규산나트륨은 분쇄된 폐목재에 불연성을 부여하기 위한 것은 물론, 접착성을 높여 폐목재의 내, 외부에 효율적으로 함침되도록 하는 성분이다. 종래 불연 재료로는 규산나트륨, 규산칼륨, 인산염, 붕산염 등이 사용되고 있으나, 규산칼륨은 불연 효과는 우수하나, 고가이므로 경제성이 좋지 못하고, 인산염 및 붕산염은 불연 효과가 떨어짐은 물론, 고가이므로 경제성 역시 좋지 못하므로, 상기 규산나트륨을 불연 조성물로 사용함이 가장 바람직하다. 본 발명에서 상기 규산나트륨은 고체상 또는 액상으로 사용될 수 있는바, 이를 제한하지 않으며, 상기 액상의 규산나트륨((Na2O·nSiO2·xH2O)은 시판 상품 중 어떠한 것이라도 사용 가능하다.
상기 규산나트륨은 불연 조성물 내 잔부로서 포함된다.
상기 석분은 규산나트륨의 백화를 방지하기 위한 첨가제로, 규산나트륨의 단독 사용시 백화현상이 쉽게 발생한다는 단점이 있는데, 상기 석분은 이러한 백화현상의 발생을 방지하는 역할을 한다. 아울러, 불연 재료이므로 불연성을 더욱 개선하고, 보드의 강도 역시 개선하는 역할을 한다.
상기 석분은 불연 조성물 내 10~40중량%로 포함되는데, 그 함량이 10중량% 미만이면 백화 현상을 방지하기 어렵고, 보드의 강도가 좋지 못하며, 40중량%를 초과하면 과량이 되어 기타 물성의 발현이 어렵기 때문이다.
상기 아크릴계 에멀젼 프라이머는 스티로폼 입자에 상기 불연 조성물을 접착시키는 역할을 하는 것은 물론, 규산나트륨의 백화를 방지하고, 내수성을 높이기 위한 성분이다. 상기 아크릴계 에멀젼 프라이머로는 시판 제품 중 어떠한 것이라도 사용 가능하다.
상기 아크릴계 에멀젼 프라이머는 불연 조성물 내 2~8중량%로 포함되는데, 그 함량이 2중량% 미만이면 접착성이 부족하고, 8중량%를 초과하면 과량이 되어 오히려 물성이 저하되기 때문이다.
상기 침투증진제는 폐목재에 불연 조성물이 보다 용이하게 침투되어 함침되도록 하기 위하여 사용되는 성분이다. 이러한 침투증진제로는 소듐라우레스설페이트(Sodium Laureth sulfate)을 사용함이 바람직하다.
상기 침투증진제는 불연 조성물 내 0.5~2중량%로 포함되는데, 그 함량이 0.5중량% 미만이면 그 효과가 미미하고, 과량이 되면 경제성이 좋지 못해지기 때문이다.
한편, 이 단계에서 상기 분쇄된 폐목재 99~99.95중량%에 상기 불연 조성물 0.05~1중량%를 함침시키는 것이 바람직한데, 상기 불연 조성물이 0.05중량% 미만이면 불연성능이 좋지 못하고, 1중량%를 초과하면 과량이 되어 경제성이 좋지 못하기 때문이다.
상기 함침된 폐목재를 건조하는 단계
다음으로, 상기 함침된 폐목재를 건조한다. 이때, 상기 건조는 35~45℃의 온도에서 건조하는 것이 그 물성을 고려할 때 가장 바람직하다.
상기 건조된 건조물에 접착제를 첨가하는 단계
그리고 상기 건조된 건조물에 접착제를 첨가한다.
이때, 상기 접착제로는 멜라민 수지, 요소 수지, 페놀 수지 중 1종 이상의 것을 사용하는 것으로, 이러한 수지는 모두 규산나트륨과의 상용성이 우수하여 접착성능이 우수하다.
또한, 상기 접착제의 사용량은 상기 건조된 건조물 95~99중량%에 상기 접착제 1~5중량%를 첨가하는 것으로, 그 사용량이 너무 적으면 접착성이 충분히 발휘되지 못하고, 과량이 되면 전체적인 물성이 저하되기 때문이다.
상기 접착제가 첨가된 건조물을 압착성형하는 단계
다음으로, 접착제가 첨가된 건조물을 120~170℃에서 50~100ton/㎡의 압력으로 1~10분간 압착성형하여 불연성 파티클 보드를 제조한다.
이때, 상기 성형조건이 상기한 범위를 벗어날 경우 보드의 강도가 충분히 발현되지 못하므로, 상기한 압력으로 성형함이 바람직하다.
상기한 방법으로 제조된 불연성 파티클 보드는, 경제성이 우수하고, 불연성이 우수함은 물론, 자원 재활용성이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 내수성, 강도 등의 물성 역시 우수하여 다양한 분야에 적용이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 상기와 같이 제조된 파티클 보드는 별도의 표면 시트를 부착하여 제품화하거나, 표면 샌딩 후 제품화할 수 있는 것으로, 이러한 추가 실시를 제한하지 않는다.
이러한 표면 시트의 부착 또는 샌딩 작업은 이 기술이 속하는 분야에서 충분히 공지된 것이므로, 이에 대한 추가 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 불연성 조성물은 항균 및 탈취 복합 분말 1~2중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 항균 및 탈취 복합 분말을 더 포함할 경우, 보드의 항균 및 탈취력이 개선되어 실내 내장재, 가구 등으로 사용시 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있다.
상기 항균 및 탈취 복합 분말은 소수화 처리된 나노셀룰로오스 미세섬유와 나노화된 순지트 분말을 1:0.5~1중량비로 혼합한 것을 의미한다.
여기서, 상기 소수화 처리된 나노셀룰로오스 미세섬유는 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose Nanofiber, CNF) 또는 셀룰로오스 나노결정(Cellulose Nanocrystal, CNC)을 아세틸화, 실란화, 가교화, 불소화, 알케닐숙신산 무수물(Alkenyl Succinic Anhydride, ASA) 첨가, 알킬케톤 다이머(Alkyl Ketone Dimer, AKD) 첨가 중 선택된 어느 하나 이상의 방법으로 소수화처리하여, 상기 나노셀룰로오스의 수산기(-OH) 일부를 소수기(-COOH)로 치환함으로써, 상기 나노셀룰로오스를 소수성으로 개질시키는 것이다. 이러한 과정을 통해 제조된 소수화된 나노셀룰로오스는, 직경이 100nm 내지 500nm이며, 종횡비(aspect ratio)는 70 내지 90일 수 있으며, 보드 내 항균, 탈취 성능을 발휘할 뿐 아니라, 충격강도 등의 기계적 물성은 물론, 내습성, 내열특성을 개선해준다.
상기 나노화된 순지트 분말은 순지트 분말을 물리, 화학적 방법으로 분쇄하여 나노미터 크기까지, 즉 1~1000nm의 크기, 보다 바람직하게는 10~500nm로 만든 것을 의미하는 것으로, 상기 소수화 처리된 나노셀룰로오스 미세섬유와 강력한 수소 결합을 유도할 수 있어, 강력한 항균 및 탈취 효과를 부여한다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
(실시예 1)
폐목재를 1~2mm 크기로 분쇄하고, 분쇄한 폐목재 99.5중량%에 불연 조성물 0.5중량%를 투입하고, 60초간 혼합하여 함침시켰다.
그리고 이를 40℃에서 60분간 건조한 후, 건조물 95중량%에 접착제 5중량%를 첨가하고, 150℃의 온도, 70ton/㎡의 압력으로 5분간 압착성형하여 두께 20mm의 불연성 파티클 보드를 제조하였다.
이때, 상기 불연 조성물은 이때, 상기 불연 조성물은 석분 30중량%, 아크릴계 에멀젼 프라이머 5중량%, 침투증진제인 소듐라우레스설페이트 1중량% 및 잔부의 액상 규산나트륨으로 이루어진 것을 사용하였다.
그리고 상기 접착제는 멜라민 수지를 사용하였다.
도 2는 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 불연성 파티클 보드의 사진이다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 불연 조성물의 사용량을 하기 표 1과 같이 조절하였다.
| 구분 | 실시예 2-1 | 실시예 2-2 | 실시예 2-3 | 실시예 2-4 | 실시예 2-5 |
| 폐목재 | 99.99 | 99.97 | 99.9 | 99.5 | 99 |
| 불연 조성물 | 0.01 | 0.03 | 0.1 | 0.5 | 1 |
(실시예 3)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 접착제로 요소 수지를 사용하였다.
(실시예 4)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 접착제로 페놀 수지를 사용하였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 규산나트륨을 대신하여 인산염을 사용하였다.
(비교예 2)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 규산나트륨을 대신하여 붕산염을 사용하였다.
(비교예 3)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 석분을 사용하지 않았다.
(비교예 4)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 아크릴에멀젼프라이머를 사용하지 않았다.
(시험예 1)
상기한 실시예들 및 비교예들의 불연성, 성형성, 내수성 시험을 실시하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 불연성 | 성형성 | 내수성 |
| 실시예 1 | A | A | A |
| 실시예 2-1 | C | A | B |
| 실시예 2-2 | C | A | A |
| 실시예 2-3 | A | A | A |
| 실시예 2-4 | A | A | A |
| 실시예 2-5 | A | A | A |
| 실시예 3 | A | A | A |
| 실시예 4 | A | A | A |
| 비교예 1 | C | A | A |
| 비교예 2 | C | A | A |
| 비교예 3 | B | A | C |
| 비교예 4 | B | B | C |
[A: 우수(점화불가), B: 보통(잔염 지속시간 30초 미만), C: 나쁨(잔염 지속시간 30초 이상)]
도 3은 실시예 1의 불연성 시험 후 사진이다.
상기 표 3에서 불연성 시험은 열원(750℃ 이상)으로 10분간 가열하여 잔염시간, 균열폭, 발연상태, 탄화흔적, 외형변형을 판단하였다.
성형성 시험은 성형프레스로 압연 후 갈라짐, 압축성, 강도, 균일성, 뒤틀림 을 판단하였다.
내수성 시험은 시료를 수중에 1일간 침적 후 침투성, 흡수성, 휨을 판단하였다.
상기 표 3에서와 같이, 본 발명의 실시예 1, 실시예 2-3, 실시예 2-4, 실시예 2-5, 실시예 3, 실시예 4는 불연성, 성형성, 내수성, 경량성이 모두 우수했으나, 비교예 1, 2는 불연성이, 비교예 3, 4는 내수성이 좋지 못하였다. 그리고 실시예 2-1, 2-2 역시 불연성이 충분하지 못하였다.
(시험예 2)
상기한 실시예들 및 비교예들을 100일간 실온에 보관한 후, 백탁현상의 발생 유무를 살펴보았다.
그 결과 비교예 3, 4에서는 백탁현상이 발생하였으며, 나머지 시료에서는 백탁현상의 발생이 없었다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
Claims (7)
- 폐목재를 1~3mm의 입도로 분쇄하는 단계와,
상기 분쇄된 폐목재에 불연 조성물을 함침시키는 단계와,
상기 함침된 폐목재를 건조하는 단계와,
상기 건조된 건조물에 접착제를 첨가하는 단계와,
상기 접착제가 첨가된 건조물을 압착성형하는 단계를 포함하되,
상기 불연 조성물은,
석분 10~40중량%, 아크릴계 에멀젼 프라이머 2~8중량%, 침투증진제 0.5~2중량%, 항균 및 탈취 복합 분말 1~2중량% 및 잔부의 규산나트륨으로 이루어지고,
상기 침투증진제는 소듐라우레스설페이트(Sodium Laureth sulfate)이고,
상기 항균 및 탈취 복합 분말은 소수화 처리된 나노셀룰로오스 미세섬유와 나노화된 순지트 분말을 1:0.5~1중량비로 혼합한 것임을 특징으로 하는 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 분쇄된 폐목재에 불연 조성물을 함침시키는 단계는,
상기 폐목재 99~99.95중량%에 상기 불연 조성물 0.05~1중량%를 함침시키는 것임을 특징으로 하는 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 접착제는 멜라민 수지, 요소 수지, 페놀 수지 중 1종 이상의 것이고,
상기 건조된 건조물 95~99중량%에 접착제 1~5중량%를 첨가하는 것임을 특징으로 하는 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 함침된 폐목재를 건조하는 단계는,
35~45℃의 온도에서 건조하는 이고,
상기 압착성형하는 단계는,
120~170℃에서 50~100ton/㎡의 압력으로 1~10분간 압착성형하는 것임을 특징으로 하는 폐목재를 이용한 불연성 파티클 보드의 제조방법.
- 제1항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 불연성 파티클 보드.
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