KR102517437B1 - 바이오 pe를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크패널 - Google Patents
바이오 pe를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크패널 Download PDFInfo
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Abstract
코어부와 스킨부로 구성되고, 코어부는 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 Bio-PE 10~40 중량부, 목분 10~100중량부, 충진제 1~50중량부, 결합제 1~10중량부 및 결합보조제를 1~10중량부를 포함하고, 스킨부는 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 Bio-PE 10~40 중량부, 스티렌계열가소성 엘라스토머 또는 EPDM/PP 수지 1~100중량부, 목분 1~20중량부, 충진제 1~20중량부, 가교제 0.1 ~5.0중량부, 결합보조제결합보조제, 자외선안정제 1~5중량부 및 결합제 1~5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미끄럼 저항성이 우수한 이중압출 합성목재 데크재.를 제공한다.
본 발명에 따른 이중압출 합성목재 데크재는 코어부에는 기존의 일반 합성목재 소재를 대부분 사용하면서 Bio-PE 를 사용하고 이에 적합한 결합보조제를 적용함으로써 기존 데크재와 물리적 특성에 차이가 없는 친환경 데크재를 제공한다.
한편, 코어부와 스킨부의 조성을 달리하면서도, 결합보조제를 적용함으로써 코어부와 스킨부의 박리를 방지하여 우수한 내후성을 가지는 합성목재 데크재를 제조할 수 있다.
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한편, 코어부와 스킨부의 조성을 달리하면서도, 결합보조제를 적용함으로써 코어부와 스킨부의 박리를 방지하여 우수한 내후성을 가지는 합성목재 데크재를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 이중 압출로 제조되는 미끄럼 저항성이 우수하고 Bio-PE를 포함하여 친환경성을 가지는 합성목재 데크패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코어부는 폴리올레핀계 수지와 목분 및 충진제 등 기존의 합성목재 조성으로 제조되나, 스킨부에는 Bio-PE와 적절한 결합제를 적용하여 제조되는 친환경성 이중압출 합성목재 데크패널에 관한 것이다.
최근 높은 강도를 가지면서도 가벼운 토목, 건축자재에 대한 수요가 지속적으로 요구되고 있다. 이에 따라 천연 목재와 유사한 표면 질감 및 무늬를 갖는 목재와 플라스틱을 혼합하여 제조하는 Wood Plastic Composite(이하 WPC라 한다)라는 압출 제품이 각광받고 있다.
상기 WPC의 경우 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 다양한 열가소성 수지에 목분 및 각종 첨가제를 용융 압출함으로써 주로 제작된다. WPC는 플라스틱의 우수한 가공성과 목재의 수려한 외관, 그리고 기존 목재나 플라스틱 단일 소재의 경우와 대비하여 높은 강도, 저렴한 가격, 적용분야의 다양성 등 여러 장점이 있으며, 최근 외장용 테크및 펜스 등 다양한 곳에 사용되고 있다.
최근 그 이용이 확산되고 있는 산책로 및 등산로의 데크재는 많은 사람들이 밟고 지나다니기 때문에 미끄럼 사고방지를 위한 설계가 중요하다. 특히, 야외에 설치되는 바닷가 데크나 산책로 및 등산로의 계단재는 습기가 높거나 비, 눈 등 미끄럼이 발생할 수 있는 요소가 많아 미끄럼 사고방지 기능이 무엇보다 중요하기 때문에 합성 목재의 표면에 요철무늬를 형성시키거나 길이방향으로 홈을 형성하여 미끄럼 방지 기능을 부여하여 왔다.
이러한 실내외에 설치되는 데크재는 주로 합성수지와 목분의 혼합물을 압출하여 제조되어 왔으나 최근 들어 합성 수지의 사용량을 줄이는 대신 친환경 소재로 이를 대체하려는 연구가 이루어지고 있다. 특히 유럽의 폐기물 관리 및 규정에 따른 규제의 강화, 친환경 플라스틱 제품에 대한 소비자의 선호도 증가, 녹색 조달 정책 및 규정에 대한 정부의 관심 증가 등으로 바이오 플라스틱을 데크재에 적용하고자 하는 노력도 지속되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결 하기 위한 것으로 코어부와 스킨부로 이중 압출되는 합성목재 데크재에 있어서 스킨부에 올레핀계 수지의 사용량의 일부를 Bio-PE로 대체하고, 코어부의 올레핀계 수지의 사용량의 일부를 Bio-PE로 대체하면서 기존의 데크제가 발휘하는 결합력을 그대로 유지하거나 또는 더 향상시킬 수 있는 결합보조제를 이용한 친환경성 이중압출 합성목재 데크재를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 코어부는 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 Bio-PE 10~40 중량부, 목분 10~100중량부, 충진제 1~50중량부, 결합제 1~10중량부 및 결합보조제를 1~10중량부를 포함하고, 스킨부는 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 Bio-PE 10~40 중량부, 스티렌계열가소성 엘라스토머 또는 EPDM/PP 수지 1~100중량부, 목분 1~20중량부, 충진제 1~20중량부, 가교제 0.1 ~5.0중량부, 결합보조제 1~15 중량부, 자외선안정제 1~5중량부 및 결합제 1~5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 Bio-PE를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크재를 제공한다.
상기 스티렌계 열가소성 엘라스토머(stylenic thermoplastic elastomer)는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체(SEEPS)인 것을 특징으로 하는 Bio-PE를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크재를 제공한다.
상기 결합보조제는 2,3-에폭시프로필-N,N,N-트라이메틸암모늄 클로라이드, 3-클로로-2-하이드록시프로필-N,N,N-트라이메틸암모늄 클로라이드 중에서 선택되는 어느 하나인 Bio-PE를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크재를 제공한다.
상기 스킨부는 두께가 0.8~1.4mm인 것을 특징으로 하는Bio-PE를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크재를 제공한다.
본 발명에 따른 이중압출 합성목재 데크재는 코어부에는 기존의 일반 합성목재 소재를 대부분 사용하면서 스킨부에만 미끄럼 저항성이 우수한 열가소성 엘라스토머를 적용함으로써 표면에서 우수한 미끄럼 저항성이 발휘되면서도, 기존 내미끄럼성 데크재에 비하여 40% 이상 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
한편, 코어부와 스킨부에 기존 올레핀계 수지의 일부를 Bio-PE로 대체하면서, 신규 결합보조제를 적용함으로써 코어부와 스킨부의 박리를 방지하여 우수한 내후성을 가지는 합성목재 데크재를 제조할 수 있다.
코어층에 기존의 합성목재의 조성에 필요한 성분을 그대로 함유함으로써, 기존의 합성목재 패널 대비 물리적 특성이 동등하면서 스킨부에 첨가되는 다양한 기능 성분에 따라 우수한 기능성을 발휘할 수 있다.
본 발명은 코어부와 스킨부로 구성되고,
코어부는 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 Bio-PE 10~40 중량부, 목분 10~100중량부, 충진제 1~50중량부, 결합제 1~10중량부 및 결합보조제를 1~10중량부를 포함하고, 스킨부는 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 Bio-PE 10~40 중량부, 스티렌계열가소성 엘라스토머 또는 EPDM/PP 수지 1~100중량부, 목분 1~20중량부, 충진제 1~20중량부, 가교제 0.1 ~5.0중량부, 결합보조제 1~15 중량부, 자외선안정제 1~5중량부 및 결합제 1~5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 Bio-PE를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크재에 관한 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 Bio-PE를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크재의 조성물에 대해 상세히 살펴보면 하기와 같다.
본 발명의 이중압출 합성목재 데크재는 코어부와 스킨부로 구성되며 스킨부의 두께는 0.8~1.4mm의 두께를 가지고 코어부를 전체적으로 감싸는 형태로 이중압출되어 제조된다.
코어부는 올레핀계수지, 바이오 PE, 목분, 충진제, 결합제가 혼합되어 형성된 조성물로 제조되고, 결합보조제를 더 포함할 수 있다.
코어부의 올레핀계 수지는 폴리프로필렌(polypropylene, PP)과 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 및 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌(PP) 또는 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 중에서 선택되는 수지를 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 올레핀계 수지는 제조되는 데크재가 강성을 가지도록 하고, 선팽창률을 작게 하여 내후성을 가지도록 한다.
상기 코어부에는 Bio-PE가 포함되는데 이는 탄소중립 및 친환경 소재에 대한 수요자의 요구에 부응하기 위함이다. Bio-PE는 사탕수수에서 얻은 착즙에서 설탕을 정출하고 남은 최종산물로 제조되는 폴리에틸렌 소재이다. Bio-PE는 원료의 가격이 상대적으로 비싸고, 내구성, 내후성이 상대적으로 낮고 목분 및 기타 성분과 결합력이 낮아 코어부에 많은 함량으로 사용하는데 제약이 많은 소재이다. 따라서 Bio-PE는 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 10~40 중량부를 포함한다.
상기 코어부에는 목분이 포함되는데 목분은 유기필러의 하나로, 목분(wood flour), 목펠릿(wood pellet), 목섬유(wood fiber) 또는 지분일 수 있으며, 경우에 따라서는 2가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 목분은 코어부의 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 10~100중량부를 포함한다.
상기 충진제는 탈크, 탄산칼슘, 월라스토나이트, 카오리나이트, 활석 또는 운모일 수 있으며, 바람직하게는 탈크, 탄산칼슘일 수 있으며, 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 1~50중량부를 포함한다. 충진제는 기계적 강도 및 치수 안정성 등의 개선을 위해서 사용된다.
상기 결합제는 실란 수지 또는 무수 말레인산 변성 수지일 수 있으며, 바람직하게는 무수 말레인산 변성 수지를 사용할 수 있다. 상기 결합제는 다량 사용되는 올레핀 수지, 스티렌계 열가소성 엘라스토머 또는 EPDM/PP수지 및 유기필러로 인한 제품의 강도 저하를 방지하고 천연 목재 수준의 탄성과 강도를 부여하기 위하여 사용된다. 결합제는 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 1~10 중량부가 적용된다.
상기 스킨부는 올레핀계 수지, Bio-PE, 목분, 충진제, 가교제, 스티렌계 열가소성 엘라스토머 또는 EPDM/PP수지, 결합보조제, 자외선안정제, 결합제를 포함하여 구성된다.
스킨부의 올레핀계 수지는 코어부의 올레핀계 수지와 동일한 종류의 수지가 적용될 수 있으며, 스킨부에 요구되는 기능에 따라 다른 올레핀계 수지가 적용될 수도 있다.
스킨부에 포함되는 Bio-PE 역시 친환경 소재에 대한 수요자의 Needs에 부응하기 위한 것으로 그 사용량은 원재료 원가와 소재가 가지는 취약성 때문에 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 10~40 중량부가 포함된다.
스킨부의 목분은 코어부에서 설명한 바와 같다. 구체적으로는 목분(wood flour), 목펠릿(wood pellet), 목섬유(wood fiber) 또는 지분일 수 있으며, 경우에 따라서는 2가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그 사용함량은 스킨부에 적용되는 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 1~20 중량부이다. 스킨부의 목분의 함량은 데크재 표면의 자연 질감과 강도 등을 도모하기 위한 것으로, 목분의 함량이 1중량부 미만이면 자연 질감 등이 미미하고, 20 중량부를 초과하는 경우에는 스킨층의 결집력이 약해져 스킨부의 표면 특성이 저하될 수 있다.
스킨부의 충진제는 코어부와 동일하게 탈크, 탄산칼슘, 월라스토나이트, 카오리나이트, 활석 또는 운모일 수 있으며, 바람직하게는 탈크, 탄산칼슘일 수 있으며, 스킨부의 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 1~20중량부를 포함한다.
스킨부는 가교제를 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 0.1~5.0 중량부 포함한다. 가교제는 디큐밀퍼옥사이드(Dicumyl peroxide) 또는 벤조일퍼옥사이드(Benzoyl peroxide)가 사용되며, 가교제는 내열성을 향상시키기 위한 것으로 가교제의 함량이 0.1 중량부 미만일 때에는 가교도가 떨어지고, 가교제의 함량이 5.0 중량부를 초과하는 경우에는 너무 빠른 가교 및 다량의 가교결합으로 인하여, 겔이 형성되어 충분한 가교가 이루어지지 않게 되어 작업시간 조절이 어려워진다.
상기 스킨부는 미끄럼 저항성을 향상시키기 위하여 스티렌계 열가소성 엘라스토머 또는 EPDM/PP 수지를 1~100중량부 포함한다. 스티렌계 열가소성 엘라스토머(stylenic thermoplastic elastomer)는 스티렌-에틸렌/부타디엔-스티렌 중합체(SEBS), 스티렌-부타디엔-스티렌 중합체(SBS), 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 공중합체(SEPS), 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체(SEEPS), 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS) 중에서 선택되는 어느 하나이다. 더욱 바람직하게는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체(SEEPS)를 적용하는 것이 미끄럼 방지효과를 위해서 가장 바람직하다.
EPDM/PP수지는 열가소성 플라스틱인 폴리프로필렌(PP)과 에틸렌프로필렌디엔(EPDM) 모노머를 블렌드하여 동적 가교를 형성한 열가소성 동적 가교제품(thermoplastic(dynamic) vulcanizate, TPV)을 말한다. 대표적인 PP/EPDM수지 TPV의 제조사로는 국내의 롯데 케미칼, 금호석유화학, 화승, 현대이피 등에서 생산되고 있다. 열가소성 엘라스토머를 스킨부에 적용함으로써 내열성, 내구성 및 고마찰 특성을 확보할 수 있으므로, 제조되는 데크재의 미끄럼 방지 기능을 나타내게 된다.
상기 스킨부는 결합보조제를 스킨부의 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 1~15중량부 포함한다. 또한 결합보조제는 코어부에도 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 1~10 중량부 포함될 수 있다. 결합보조제는 Bio-PE와 올레핀계 수지, 목분과 같은 성분간 가교결합을 형성하거나, 코어층과 스킨층의 접착력을 향상시켜 접착계면이 용이하게 박리되는 것을 방지하기 위한 것이다. 결합보조제는 2,3-에폭시프로필-N,N,N-트라이메틸암모늄 클로라이드(CAS No.: 3033-77-0), 3-클로로-2-하이드록시프로필-N,N,N-트라이메틸암모늄 클로라이드(CAS No. :3327-22-8) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용한다.
상기 결합보조제가 1중량부 미만으로 적용되면 접착력의 향상 효과가 미미하며, 15중량부를 초과하게 되면 접착성 향상의 효과가 크게 증가하지 않는다. 이러한 결합보조제는 소수성인 올레핀계 수지, Bio-PE와 친수성 원료인 목분간에 가교 결합을 형성하고, 코어부의 재질과 스킨부의 계면에 작용하여 관능기 사이에 결합력을 작용하여 계면 접합력을 증가시키는 것으로 이해된다.
상기 결합보조제는 스킨부에만 포함될 수 있으나, 상기 코어부에 결합보조제가 상기 코어부의 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 1~10중량부 포함될 수 있다. 이렇게 코어부와 스킨부에 동시에 결합보조제가 포함되는 경우에 코어부와 스킨부의 계면에서 결합보조제가 견고하게 결합하게 되므로 박리강도 증진 효과가 크게 나타날 수 있다.
상기 스킨부에 포함되는 자외선 안정제는 살리실레이트계, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 시아노아크릴레이트계, 벤조에이트계, 트리아진계 및 아민계의 자외선 안정제 중의 하나 이상이 사용된다. 자외선 안정제는 자외선(UV)에 의한 열화 방지를 위해 사용되며, 이는 자외선을 흡수 및/또는 차단 등의 기능을 가지는 것으로, 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 1~5중량부가 적용된다.
상기 스킨부에는 코어부와 유사하게 결합제가 1~5중량부 포함될 수 있다. 상기 결합제는 다량 사용되는 올레핀 수지, 스티렌계열가소성 엘라스토머 및 유기필러로 인한 제품의 강도 저하를 방지하고 천연 목재 수준의 탄성과 강도를 부여하기 위하여 사용된다.
상기 스킨부에는 목재의 느낌을 위하여 안료가 추가될 수 있으며, 그외에도 윤활제, 항균제, 산화방지제, 난연제, 노화방지제 등을 더 포함할 수 있으며, 이는 합성목재 데크재의 용도에 따라 선택되는 기능 성분이다.
본 발명에 따른 미끄럼 저항성이 우수한 이중압출 합성목재 데크재는 코어부를 구성하는 각 성분을 1차 압출기를 이용하여 펠릿 형태로 제조하고, 이렇게 제조되는 펠릿을 2차 압출기를 이용하여 합성목재 데크재의 코어를 형성하는 코어부를 먼저 성형한다. 이렇게 제조되는 코어부의 표면에 스킨부의 각 조성물을 이용하여 스킨부를 압출하여 성형하여 합성목제 데크재를 제조할 수 있다. 상기 스킨부는 도1에 도시된 바와 같이 코어부의 어느 일측면 하나 이상을 감싸도록 제조된다. 이중압출에 의한 합성목재 데크재의 제조방법은 공지된 장비 및 방법에 따르므로 구체적인 설명을 생략한다.
코어부는 합성목재 데크재의 사용 목적 또는 용도에 따라 10mm ~ 50mm의 두께를 가지도록 제조될 수 있으며, 스킨층부 0.8~1.4mm의 두께를 가질 수 있으나 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예 및 비교예에 대해서 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
[
실시예
1 내지 4]
하기 [표1]에서 보인 바와 같은 성분 및 함량으로 코어부를 형성(1차 압출)한 후, 상기 코어부의 전체 표면에 두께 1.1mm의 스킨부를 전면 피복 형성(2차 압출)하여, 합성목재 데크재(길이 2.4m, 폭 140mm, 두께 22mm)로 제조하였다. 이 때 하기 [표 1]에 표시된 바와 같이, 각 실시예에 따라 코어부와 스킨부를 구성하는 성분 및 함량을 달리하였다.
충진제는 탈크, 가교제는 벤조일퍼옥시드(benzoyl peroxide), 자외선안정제는 벤조트리아졸, 결합보조제는 2,3-에폭시프로필-N,N,N-트라이메틸암모늄 클로라이드, 결합제는 무수 말레인산 변성 수지를 표1에 따른 함량으로 적용하였다.
[
비교예
]
통상과 같은 방법으로 합성목재 데크재를 제조하였으며, 스킨부의 열가소성 엘라스토머를 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene dien rubber, EPDM)로 대체하여 사용하고 결합보조제를 사용하지 않았으며, 결합제의 함량이 차이가 나는점 이외에는 실시예 1과 동일하다.
[표 1]
이하, 표 2에서는 상기의 방법으로 제조되는 실시예 1 내지 4 및 비교예의 이중압출 합성목재 데크제의 내미끄럼성과 박리력의 측정결과를 나타낸 것이다.
<측정방법>
1. 층간 박리력은 접착강도 측정기를 사용하여 약 150mm/min의 속력으로 상승하는 하중을 가하여, 코어부와 스킨부 간의 층간 박리강도(kgf/15mm)를 180도 박리각도에서 측정하였다.
2. 내미끄럼성(BPN)은 KS F 2375 방법으로 측정하였다.
층간 박리력은 스킨부에 결합보조제를 적용하는 경우에 높게 나타났으며, 그 함량이 증가할수록 박리력이 커졌으며, 코어부와 스킨부에 결합보조제를 같이 적용하는 실시예 4에서 가장 높게 나타났다.
그리고 내미끄럼성의 경우 수치가 높을수록 우수한데, 스킨부에 열가소성 엘라스토머로 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체(SEEPS)을 사용한 경우에 높게 나타났으며, EPDM과 같이 사용하기보다는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체(SEEPS)를 단독으로 적용하는 경우에 내미끄럼성이 우수하게 측정되었다.
이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타나며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
*
Claims (4)
- 코어부와 스킨부로 구성되고,
코어부는 올레핀계 수지 100중량부에 대하여 Bio-PE 10~40 중량부, 목분 10~100중량부, 충진제 1~50중량부, 결합제 1~10중량부 및 결합보조제를 포함하고,
스킨부는 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 Bio-PE 10~40 중량부, 스티렌계열가소성 엘라스토머 또는 EPDM/PP 수지 1~100중량부, 목분 1~20중량부, 충진제 1~20중량부, 가교제 0.1 ~5.0중량부, 결합제 1~5 중량부, 자외선안정제 1~5중량부 및 결합보조제를 포함하고,
상기 결합보조제는 2,3-에폭시프로필-N,N,N-트라이메틸암모늄 클로라이드가 각각 5.0 중량부 포함하는 되는 것을 특징으로 하는 Bio-PE를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크재. - 제1항에 있어서,
상기 스티렌계열가소성 엘라스토머는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체(SEEPS)인 것을 특징으로 하는 Bio-PE를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크재. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 스킨부의 두께는 0.8~1.4mm 인 것을 특징으로 하는 Bio-PE를 포함하는 친환경성 이중압출 합성목재 데크재.
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| KR102635139B1 (ko) * | 2023-10-19 | 2024-02-13 | (주)협신기업 | 친환경 합성수지 데크 및 그 제조방법 |
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