KR102663268B1 - 친환경 목재 보드 및 이를 이용하여 제작된 친환경 가구 - Google Patents

친환경 목재 보드 및 이를 이용하여 제작된 친환경 가구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내구성이 우수하고 항균, 방염, 발수, 방부, 및 방충 성능이 우수하고, 가구 내부로부터 발생하는 유해 성분의 방출을 최소화할 수 있는 친환경 목재 보드 및 이를 이용하여 제작된 친환경 가구를 개시한다.

Description

친환경 목재 보드 및 이를 이용하여 제작된 친환경 가구{Eco-friendly wood board, and furniture manufactured using thereof}
본 발명은 친환경 목재 보드 및 이를 이용하여 제작된 친환경 가구에 관한 것이다.
가구 제조를 위해 원목을 이용하는 경우 강도나 친환경적인 면에서 유리하나, 수분 및 스크래치 등에 대한 내구성이 약하여 원목을 높은 내구성을 필요로 하는 책상이나 식탁에 사용되기 어려웠으며, 사용되는 경우에도 제작 시 후처리 공정을 필요로 하여 제품의 원가가 증가되는 문제점이 있다.
원목과 유사한 외관과 질감을 주기 위하여 데코페이퍼를 부착한 합성목 판재가 사용되었으나, 합성목은 나무를 분쇄하여 접착제를 섞어 열과 압력을 가해 가공한 것으로 새가구 증후군 등의 원인되는 문제점이 있었다.
이에 합판, MDF 등과 같은 목재 재질 또는 파티클 보드로 구성되어 비교적 염가로 공급되고 있는 인조목이나 합성목 등이 널리 사용되고 있다. 그러나 이들 인조목이나 합성목은 제작 과정에서 독성을 가진 접착제를 사용하고 있어 새집증후군이나 아토피의 원인으로 작용한다.
또한, 표면 처리를 위해 화학성분이 강한 도료 및 마감재로 인해 독성이 뿜어져 나온다. 최근에는 친환경 도료를 사용하는 방식으로 진행되고 있다.
친환경 도료는 중금속과 휘발성 유기화합물을 사용하지 않고, 내구성, 내후성, 내알칼리성, 발수성, 통기성이 우수하여 유해한 곰팡이, 결로, 진드기 등을 예방할 수 있다. 또한 환경적인 측면에서는 물에 분해되는 환경 친화적인 수용성 도료이며, 비용적인 측면에서는 일반 도료보다 고가이나 적은 양으로 넓은 면적을 도장할 수 있어 경제적이다.
다양한 가구 마감재가 사용되고 있으나 표면에 대한 부착력을 장기간 동안 유지시키기가 용이하지 않고 쉽게 가구로부터 탈착되어 마감재의 재사용이 요구된다.
KR 등록특허 제10-24950640000호 (2023.02.07) KR 등록특허 제10-10689510000호 (2011.09.30)
본 출원인은 별도의 접착제 없이 강화 시트의 적층이 가능하고, 친환경 도료로 표면을 마감함으로써 발수, 방염, 및 방충 효과를 장기간 동안 유지할 수 있는 친환경 가구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다수의 목편들이 접합되어 형성된 한 쌍의 판재; 상기 판재 사이에 위치하여, 이와 접착된 강화 시트; 및 상기 강화 시트와 접하지 않은 판재의 상부면에 코팅된 표면 마감재;가 형성된 친환경 목재 보드를 제공한다.
상기 강화 시트는 망사의 상하면에 열경화성 수지가 접착된 것이다.
상기 표면 마감재는 실리콘 변성 우레탄계 수지를 포함하는 중도층과, 실리콘 변성 아크릴계 수지를 포함하는 표면 보호층을 포함한다.
추가로 적어도 하나의 세라믹 시트를 포함한다. 이때 세라믹 시트는 판재와 강화 시트 사이에 위치한다.
또한, 본 발명은 상기 친환경 목재 보드로 제작된 친환경 가구를 제공한다.
본 발명에 따른 친환경 목재 보드는 강화 시트 및 추가의 세라믹 시트로 인해 목재 보드의 강도를 향상시켜 내구성을 개선하고 목재 보드의 경량화를이룰 수 있다. 이때 상기 강화 시트 및 세라믹 시트는 열가압성형을 통해 동시에 형성시켜, 공정 시간을 단축시키고 공정을 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명의 친환경 목재 보드는 표면 마감재로 중도층과 표면 보호층이 일체화된 도막을 형성하고, 항균, 방염, 발수, 방부, 및 방충 성능이 우수하고, 가구 내부로부터 발생하는 유해 성분의 방출을 최소화할 수 있다.
상기 표면 마감재는 우수한 부착력 및 내구성을 가져 장시간 사용시에도 박리 또는 탈락 등이 발생하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 목재 보드의 단면도이다.
본 발명의 친환경 가구는 친환경 목재 보드를 이용하여 제조된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 목재 보드(10)를 보여주는 단면도로, 한 쌍의 판재(2), 강화 시트(4), 및 표면 마감재(6)를 구비한다.
판재
판재(2)는 다수의 목편들이 접합되어 형성된 판상형의 구조물로, 다양한 크기에 대응할 수 있으며, 원목 그대로 사용되는 통원목 판재에 비해 비용이 저렴하면서도 목재 느낌을 그대로 전달한다. 또한 다수의 목편들이 접합되어 수축 또는 팽창에 의한 변형이 적으며, 곡면 가공이 용이하여 다양한 원목 가구 제작에 사용될 수 있다.
또한 다수의 목편을 접합하는 경우에도 한 종류의 목편을 사용하는 것이 일반적이므로 제작되는 제품의 용도에 맞춰 판재(2)의 종류를 선택하는 것이 바람직하다.
강화 시트
강화 시트(4)는 망사의 상하면에 열경화성 수지가 접착되어 열과 압력에 의해 상기 열경화성 수지가 녹으면서 판재(2)에 부착될 수 있다.
판재(2)는 고하중의 가구나 건축 내외장재를 제작시 강도 및 내구성이 낮은 문제가 있다. 이에, 목편을 다량 사용할 경우 판재(2)의 두께 및 무게가 증가할뿐만 아니라 사용된 접착제의 함량이 상대적으로 늘어나, 경량 및 고내구성의 가구 및 건축 내외장재의 제작이 용이하지 않다. 이에 판재(2) 사이에 강화 시트(4)를 삽입하여 이러한 문제를 해소한다.
강화 시트(4)는 한 쌍의 판재(2) 사이에 위치하여 수분, 오염물질 등으로부터 판재(2)가 변형되는 것을 방지하고, 외부 충격 등에 의해 판재(2)에 물리적인 손상이 발생되는 것을 방지한다. 이때 상기 강화 시트(4)의 평균 두께는 0.5 내지 5㎜의 범위를 가지며, 너무 얇을 경우 상기 효과를 확보할 수 없고, 너무 두꺼울 경우에는 무게 증가 및 가공성이 크게 저하된다.
강화 시트(4)는 망사에 열경화성 수지를 함침시킨 후 건조하여 시트 형태로 제작한 후, 판재(2)의 적어도 일면에 적층한 후 열가압성형을 수행하여 상기 판재(2)에 부착된다.
망사는 강화 시트(4)의 조직력을 강화하고 인장력 및 신장력을 억제하여 강화 시트(4)의 뒤틀림을 방지하는 역할을 한다. 상기 망사는 평량이 60 내지 100 g/㎡이며, 격자 간격은 0.5 × 0.5㎜이며, 그 재질은 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 합성 섬유, 또는 면, 마 등의 천연섬유 재질이 사용될 수 있으며, 바람직하기로는 열경화성 수지의 재질과 동일하거나 이와 접착력이 우수한 것이 좋고, 더욱 바람직하기로는 폴리에스터를 사용한다. 상기 망사의 평균 두께는 0.1 내지 1㎜로, 이 범위 내에서 유연성이 우수하고, 외부조건에 변형을 최소화할 수 있다.
열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화폴리에스테르 수지, 폴리카르보디이미드 수지, 퍼퍼릴알콜 수지, 및 알키드 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 바람직하기로는 불포화폴리에스테르수지를 사용한다.
상기 열경화성 수지에 더해 강화 시트(4) 또는 판재(2)의 물성을 강화시키기 위해 추가 물질을 사용할 수 있으며, 이는 열경화성 수지와 함께 혼합되어 함침액 상태로 사용된다.
추가 물질은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 팽창흑연분말 1.5 내지 3 중량부, 아연피리치온 0.5 내지 1.5 중량부, 및 키토산 30 내지 80 중량부를 포함한다.
팽창흑연분말은 팽창흑연을 분말화한 것으로, 화재발생시 온도가 180℃ 이상으로 상승하는 과정에서 팽창흑연이 30 내지 50배로 팽창하며 숯(Char)을 형성하기 때문에 불연성과 함께 단열성능을 부여한다.
아연피리치온(Zn-pyrithione)은 항균 특성 및 항박테리아 특성을 더욱 향상시키기 위한 것으로, 아연피리치온은 물에 분산시킨 현탁액으로 사용할 수 있으며, 일반적으로 48 중량% 현탁액 상태로 제품화되어 판매되고 있으나, 아연피리치온(100%)을 사용할 수도 있다.
키토산은 접착성을 향상시킴과 동시에 항균성을 더욱 향상시키기 위한 것으로, 바람직하게는 키토산 올리고머 및 고분자량 키토산으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 열경화성 수지를 비롯 추가 물질은 망사를 함침시키는데, 이때 함침을 위해 용매를 열경화성 수지 100 중량부에 대해 용매 50 내지 200 중량부로 포함한다. 상기 용매는 열경화성 수지 및 또는 추가로 키토산을 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예로 물일 수 있다.
세라믹 시트
추가로, 본 발명의 친환경 목재 보드(10)는 적어도 하나의 세라믹 시트를 더욱 포함하여 목재 보드(10)의 물성을 개선한다.
세라믹 시트는 판재(2)와 강화 시트(4) 사이에 위치시키며, 도 1에서 상부에 위치한 판재(2)와 강화 시트(4) 사이, 또는 하부에 위치한 판재(2)와 강화 시트(4) 사이 중 어느 하나 이상의 위치에 적층시킬 수 있다.
이때 강화 시트(54) 및 세라믹 시트는 2층의 적층 구조가 적절하나, 필요한 경우 이들을 포함하는 강화 시트/세라믹 시트/강화 시트, 세라믹 시트/강화 시트/세라믹 시트, 세라믹 시트/강화 시트/강화 시트와 같이 3층 이상의 적층 구조일 수 있다.
세라믹 시트는 열경화성 수지에 세라믹 입자가 분산된 구조를 가지며, 목재 보드(10)의 불연성, 흡음성, 차음성 및 항균성의 기능을 위해 사용한다. 상기 세라믹 시트는 열경화성 수지 100 중량부에 대해 세라믹 입자 5 내지 20 중량부로 사용한다. 상기 세라믹 입자의 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 효과를 확보할 수 없고, 반대로 과도하게 사용할 경우 침전 등의 상분리가 발생할 수 있다.
이때 사용하는 열경화성 수지는 강화 시트와 동일 또는 이와 상용성이 우수한 것을 사용하며, 바람직하기로는 강화 시트(54)와 세라믹 시트 모두 불포화에스터 수지를 사용한다.
세라믹 입자는 팽창성 광물질인 질석 원석을 잘게 분쇄한 후, 이를 가열하여 발포 팽창시킨 질석 분말이 사용될 수 있다. 질석 원석은 0.2 내지 20㎜의 크기로 분쇄하는 것이 바람직하며, 분쇄한 질석 원석은 850 내지 1,200℃의 온도에서 가열시켜 제조한다.
세라믹 시트는 세라믹 물질과 열경화성 수지를 도포 후 건조하여 세라믹 시트 형태로 제작한 후, 강화 시트(54)의 적어도 일면에 적층한 후 열가압성형을 수행하여 상기 강화 시트(54)와 함께 판재(2)에 부착된다.
이때 세라믹 시트는 강화 시트(54)와 한번의 열가압 성형을 통해 강화 시트(54)와 동시에 형성한다. 이러한 동시 형성으로 인해 강화 시트(54)와 세라믹 시트는 일체화된 시트를 형성한다.
구체적인 열가압 성형 공정 조건은 상기 언급한 바를 따른다.
이때 세라믹 시트(58)의 평균 두께는 0.5 내지 5㎜의 범위를 가지며, 너무 얇을 경우 상기 효과를 확보할 수 없고, 너무 두꺼울 경우에는 무게 증가 및 가공성이 크게 저하된다.
표면 마감재
표면 마감재(6)는 강화 시트(4)가 부착되지 않은 판재(2)의 상부면에 코팅되어 친환경 목재 보드(10)를 보호한다.
본 발명의 표면 마감재(6)는 중도층(6a)과 표면 보호층(6b)으로 이루어지되, 상기 중도층(6a)과 표면 보호층(6b)이 일체화된 도막을 형성한다.
중도층(6a)은 실리콘 변성 우레탄계 수지를 포함하고 표면 보호층(6b)은 실리콘 변성 아크릴계 수지를 포함하며, 각각의 조성에 반응이 가능한 관능기를 포함하는 조성을 포함시켜 중도층(6a)과 표면 보호층(6b) 간의 일체화를 가능케 한다. 이러한 일체화된 복합층은 항균, 방염, 발수, 및 방충 성능이 우수하고, 가구 내부로부터 발생하는 유해 성분의 방출을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 중도층(6a)의 조성은 판재(2) 또는 강화 시트(4)에 대해 우수한 부착력을 가져, 장시간 동안 그 효과를 유지시킬 수 있다. 특히, 과량의 무기 성분인 난연제 및 충진제를 사용을 가능케하도록 각 성분을 설계하여 상기 언급한 효과를 장시간 동안 유지시킬 수 있다.
A. 중도층
중도층(6a)은 강화 시트(4) 또는 판재(2) 상에 위치하고, 치밀한 도막으로 형성되어 목재 보드(10)의 강도를 향상시킴과 동시에 판재(2) 내부로부터의 유해 물질의 방출을 억제하고, 방수성 및 내식성을 향상시킨다.
중도층(6a) 형성을 위한 조성은 (i) 실리콘 변성 우레탄계 수지, (ii) 우레탄 아크릴계 올리고머, (iii) 친수성 아크릴계 모노머, 및 (iv) 섬유계 필러를 사용한다. 상기 조성은 분자 구조 내 표면 보호층(6b) 내 조성에 존재하는 관능기와의 결합이 이루어질 수 있는 관능기를 포함하여, 중도층(6a)과 표면 보호층(6b)의 일체화를 이룬다.
(i) 실리콘 변성 우레탄계 수지
폴리우레탄은 소수성이 우세하며, 중도층(6a) 형성을 위한 코팅 조성물을 수분산액 형태로 제조하기 위해선 친수성에 대한 개선이 필요하다. 이에, 본 발명에서는 친수성이 개선되도록 폴리우레탄으로부터 유도된 주쇄; 및 상기 주쇄에 알콕시실리케이트 화합물이 그라프트된 실리콘 변성 우레탄계 수지를 사용한다.
폴리우레탄은 디이소시아네이트와 폴리올을 포함하는 혼합물로부터 제조되어 우레탄 반복단위를 포함하는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 디이소시아네이트로는 이소포론디이소시아네이트, 메틸렌비스사이클로헥산디이소시아네이트 등과 같은 지환족 화합물, 헥사메틸렌디이소시아네이트와 같은 지방족 화합물, 톨루엔디이소시아네이트, 메틸렌디페닐디이소시아네이트, 메타-테트라메틸자일렌디이소시아네이트 등과 같은 방향족 화합물을 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 폴리올로는 수백 내지 수천의 평균 분자량을 갖는 올리고머로서 양쪽 말단에 하이드록시기(-OH기)를 가진 화합물이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리올은 폴리헥사메틸렌카보네이드디올과 같은 폴리카보네이트 디올류, 폴리에틸렌아디페이트 디올 혹은 폴리카프로락톤 디올 등과 같은 폴리에스테르디올류, 폴리테트라메틸렌글리콜 혹은 폴리프로필렌글리콜 등과 같은 폴리에테르 디올류 등을 사용할 수 있다.
상기 폴리우레탄의 중량평균 분자량은 500g/mol 내지 5,000g/mol 일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리우레탄의 중량평균 분자량은 550g/mol 내지 4,500g/mol, 600g/mol 내지 4,000g/mol, 700g/mol 내지 3,500g/mol일 수 있다. 본 발명은 폴리우레탄의 중량평균 분자량의 범위를 상기와 같이 제어함으로써 실리콘으로 개질된 변성 폴리우레탄 공중합체의 수분산성을 증가시킬 수 있다.
상기 폴리우레탄에 그라프트되는 알콕시실리케이트 화합물은 폴리우레탄에 낮은 표면 장력을 유도하는 실리콘 사슬을 측쇄로 도입함으로써 친수성의 향상과 함께 접착성을 향상시킬 수 있으므로 이를 이용하여 제조된 도막은 내마모성, 난연성이 우수할 뿐만 아니라 피착제와의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 알콕시실리케이트 화합물이 알콕시 관능기는 후속에서 설명하는 표면 보호층(6b) 내 존재하는 관능기와 반응이 이루어져 중도층(6a)과 표면 보호층(6b)과 일체화를 가능케 한다.
사용 가능한 알콕시실리케이트 화합물은 테트라메틸오르토실리케이트(tetramethylorthosilicate, TMOS), 테트라에틸오르토실리케이트(tetraethylorthosilicate, TEOS), 테트라프로필오르토실리케이트(tetrapropylorthosilicate, TPOS), 트리메톡시메틸실란(trimethoxymethylsilane), 트리에톡시메틸실란(triethoxymethylsilane), 메틸-트리(프로판-2-일옥시)실란(methyl-tri(propan-2-yloxy)silane), 트리메톡시에틸실란(trimethoxyethylsilane) 및 트리에톡시에틸실란(triethoxyethylsilane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 하나의 예로서, 상기 알콕시실리케이트 화합물은 테트라에틸오르토실리케이트(tetraethylorthosilicate, TEOS)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 실리콘 변성 우레탄계 수지는 폴리우레탄을 포함하는 주쇄 1 중량부를 기준으로 알콕시실리케이트가 0.1 내지 2 중량부로 그라프팅될 수 있다. 본 발명은 실리콘 변성 우레탄계 수지에 포함된 측쇄의 함량을 상술된 범위로 제어함으로써 실리콘 변성 우레탄계 수지의 수분산성을 현저히 향상시킬 수 있다.
(ii) 우레탄 아크릴계 올리고머
우레탄 아크릴계 올리고머는 우레탄기와 함께 중합성 관능기로서 아크릴기를 포함하는 올리고머이다. 상기 우레탄 아크릴계 올리고머는 실리콘 변성 우레탄계 수지와 혼화성이 우수하며 후속하는 친수성 아크릴계 모노머와의 반응을 통해 네트워크 구조를 형성하여 도막의 치밀화에 기여함으로써 중도층(6a)의 기계적 물성(예, 인장강도 등)을 높일 수 있다.
본 발명의 우레탄 아크릴계 올리고머는 폴리이소시아네이트, 폴리올, 하이드록시기를 가진 아크릴레이트 화합물의 반응을 통해 얻어진다.
폴리이소시아네이트로는 5-이소시아네이트-1-(이소시아네이트메틸)-1,3,3-트리메틸사이클로헥산, 4,4-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트, 1,6-디이소시아네이트헥산, 1,6-디이소시아네이트헥산 유도체 등을 사용할 수 있다.
폴리올로는 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 폴리카보네이트폴리올 등을 사용할 수 있다.
하이드록시기를 가진 아크릴레이트 화합물로는 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시프로필아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 우레탄 아크릴계 올리고머는 중합 가능한 관능기를 2 이상 포함하는 다관능성 올리고머일 수 있으며, 구체적으로는 2 관능성 올리고머, 3 관능성 올리고머, 4 관능성 올리고머 및 6 관능성 올리고머 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 이러한 다관능성을 가짐에 따라 친수성 아크릴계 모노머와의 반응을 통해 네트워크 구조의 형성에 보다 유리하다.
우레탄 아크릴계 올리고머의 중량평균 분자량은 100g/mol 내지 6,000g/mol일 수 있고, 보다 구체적으로는 500g/mol 내지 5,000g/mol, 1,000g/mol 내지 3,000g/mol 또는 1,500g/mol 내지 2,000g/mol일 수 있다. 본 발명은 우레탄 아크릴계 올리고머의 중량평균 분자량을 상기 범위로 조절함으로써 중도층(6a)의 물성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 중도층(6a)은, 실리콘 변성 우레탄계 수지 100 중량부에 대해, 우레탄 아크릴계 올리고머 10 내지 15 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 도막의 물성 개선 효과의 확보가 어렵고, 상기 범위를 초과하면 도막의 두께가 상대적으로 증가하거나 강성이 증가하여 크랙이 발생할 우려가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
(iii) 친수성 아크릴계 모노머
친수성 아크릴계 모노머는 도막의 강도를 부여하기 위한 것으로, 분자 구조 내에 하이드록시(-OH기), 카르복실기(-COOH기), 아민기(-NH2기) 등을 함유하는 아크릴계 모노머일 수 있다. 상기 친수성 아크릴계 모노머는 분자량이 적고 다량의 관능기의 함유로 타 조성에 존재하는 관능기와 결합하여 네트워크 구조를 형성하며, 빠른 경화 및 안정된 도막 형성을 가능케 한다.
구체적으로, 친수성 관능기를 갖는 아크릴계 모노머로는 2-하이드록시에틸(메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필(메트)아크릴레이트, 하이드록시부틸(메트)아크릴레이트, 하이드록시헥실(메트)아크릴레이트, 하이드록시옥틸(메트)아크릴레이트, 하이드록시에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트 또는 하이드록시프로필렌글리콜(메트)아크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, (메트)아크릴로일옥시아세트산, (메트)아크릴로일옥시프로필산, (메트)아크릴로일옥시부틸산, 아크릴산이중체, 이타콘산, 말레산 및 카프로락톤 변성 하이드록시아크릴레이트(caprolactone modified hydroxyl acrylate, CHA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 친수성 관능기를 갖는 아크릴계 모노머는 하이드록시에틸메타크릴레이트 및 하이드록시프로필아크릴레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 중도층(6a)은, 실리콘 변성 우레탄계 수지 100 중량부에 대해, 친수성 아크릴계 모노머 5 내지 20 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 도막의 물성 개선 효과의 확보가 어렵고, 상기 범위를 초과하면 도막의 두께가 상대적으로 증가하거나 강성이 증가하여 크랙이 발생할 우려가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
(iv) 섬유계 필러
천연섬유 필러는 도막의 강도를 높여 도막의 내구성을 높인다. 또한, 도막 내에 섬유상 필러 특성으로 인해 도막의 수평 방향으로 분산되어 도막의 치밀화에 기여하고, 가구 내부로부터 발생하는 유해 성분의 이동을 억제함으로써 상기 유해 성분의 방출을 최소화한다.
본 발명의 천연섬유 필러는 직경이 10 내지 500 nm 이고, 길이가 1 내지 20 ㎛일 수 있다.
천연섬유 필러는 그것의 직경이 나노 수준의 크기를 가짐으로써, 코팅 조성물 내에 보다 균일하게 분산될 수 있으며, 적은 양으로도 내구성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 천연섬유 필러의 직경이 너무 작은 경우에는 기계적 강도의 향상에 기여하기 어렵고, 반대로 너무 큰 경우에는 결합력 향상 효과를 기대하기 어려울 수 있다. 또한, 천연섬유 필러의 길이가 짧은 경우에는 섬유상의 형태를 가지기 어렵고, 반대로 너무 큰 경우에는 코팅 조성물 내에서의 분산성이 저하되므로 바람직하지 않다.
또 다른 바람직한 예에서, 천연섬유 필러의 종횡비(aspect ratio)는 1:5 내지 1:2,000의 범위일 수 있다. 상기 종횡비가 지나치게 작은 경우에는 섬유상의 형태를 가지기 어렵고, 이에 따라 기계적 강도 향상에 기여하기 어려우며, 반대로 너무 큰 경우에는 분산성이 저하되어 코팅 조성물 내에서 부분적으로 뭉침이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
천연섬유는 상기와 같은 성질을 가지는 것이면 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직한 예로, 실크, 스파이더 실크, 키토산, 마 및 면으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 들 수 있다.
일 구현예에 따른 천연섬유 필러는 타 조성과의 혼화성 및 화학적 결합을 위해 다관능 알콕시 실란으로 표면 개질된 것을 사용한다.
다관능 알콕시 실란으로는 반응성이 높은 에폭시기 함유 알콕시 실란이 바람직하며, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 글리시독시프로필-메틸디에톡시실란, (메타크릴옥시메틸)메틸디메톡시실란, 메타크릴-옥시메틸트리메톡시실란, (메타크릴옥시메틸)메틸디에톡시실란, 메타크릴옥시메틸-트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 및 3-메타크릴옥시프로필트리아세톡시실란로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
표면 개질은 천연섬유 필러 100 중량부에 대해 에폭시기 함유 알콕시 실란 5 내지 20 중량부로 처리하여 사용한다. 이러한 함량 범위는 각각의 조성으로 인한 효과를 최적화하기 위한 함량으로, 그 범위를 벗어날 경우 상기 효과를 확보할 수 없다.
본 발명의 중도층(6a)은, 실리콘 변성 우레탄계 수지 100 중량부에 대해, 천연섬유 필러 1 내지 10 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 도막의 물성 개선 효과의 확보가 어렵고, 상기 범위를 초과하면 코팅 조성물의 안정성이 저하될 우려가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
B. 표면 보호층
표면 보호층(6b)은 가구의 발수, 방염, 방부 및 방충 효과를 장기간 동안 유지할 수 있는 기능을 한다.
표면 보호층(6b)의 조성은 (i) 실리콘 변성 아크릴계 수지, (ii) 다관능 알콕시 실란, (iii) 불소알킬실란, (iv) 항균제, (v) 난연제, 및 (vi) 충진제를 포함한다.
(i) 실리콘 변성 아크릴계 수지
실리콘 변성 아크릴계 수지는 반응성 실리콘과 아크릴계 수지의 가교 반응에 의한 공중합을 통하여 얻어진다. 상기 실리콘 변성 아크릴계 수지는 기재(가구 표면)에 대한 접착성이 우수하며 내열성, 내후성, 방수성, 발수성 및 투명성이 우수하고, 상온에서의 건조만으로도 고강도의 접착이 가능하며, 오랜 기간이 흘러도 수축률이 적고 외부 응력하에서도 형상을 유지한다.
본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 실리콘 변성 아크릴계 수지를 사용한다.
[화학식 1]
식 1에서, R1은 C1~C10의 직쇄 또는 측쇄의 탄화수소기이고, x는 3 내지 20의 정수이며, y는 3 내지 25의 정수이고, A는 하기 화학식 2로 표시된다.
[화학식 2]
식 2에서, z는 10 내지 30의 정수이다.
화학식 1의 실리콘 변성 아크릴계 수지는 다양한 방법으로 중합될 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 일례로, 아크릴계 수지와 실리콘 수지의 반응으로 제조하거나, 아크릴기를 갖는 실리콘 수지와 아크릴계 모노머의 중합 반응을 통해 제조될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 실리콘 변성 아크릴계 수지는 총 중량을 기준으로 실리콘 함량이 5 내지 20 중량%일 수 있다. 또한, 실리콘 변성 아크릴계 수지의 중량평균 분자량은 5000g/mol 내지 50,000g/mol 일 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 변성 아크릴계 수지의 중량평균 분자량은 5000g/mol 내지 50,000g/mol, 7,000g/mol 내지 45,000g/mol, 10,000g/mol 내지 40,000g/mol일 수 있다. 또한, 상기 실리콘 변성 아크릴계 수지의 25℃에서의 점도가 100 내지 500 cPs일 수 있다. 본 발명의 실리콘 변성 아크릴계 수지의 분자량을 상술된 범위로 제어함으로써 도막의 물성 및 중도층(6a)에 대한 부착력을 현저히 향상시킬 수 있다.
(ii) 다관능 알콕시 실란
다관능 알콕시 실란은 실리콘 변성 아크릴계 수지를 비롯한 조성들과의 혼화성이 우수하고, 다른 조성들이 갖는 관능기와의 화학 결합을 통해 보다 치밀화된 도막을 형성하여 도막의 강도 및 접착력을 높이는 역할을 한다.
특히, 다관능 알콕시 실란은 표면 보호층(6b) 내 존재하는 다양한 조성의 관능기뿐만 아니라 중도층(6a)에 존재하는 다양한 관능기, 일례로 실리콘 변성 우레탄계 수지 내 그라프트된 알콕시실리케이트, 천연섬유 필러 표면의 에폭시기 함유 알콕시 실란, 우레탄 아크릴계 올리고머, 아크릴계 모노머 등과의 반응성이 우수하여 중도층(6a)과 표면 보호층(6b)의 일체화에 기여한다.
본 발명의 다관능 알콕시 실란은 2개 이상의 알콕시기와 측쇄에 하나 이상의 관능기를 갖는 알콕시 실란이다. 상기 관능기로는 아민기, 에폭시기, 비닐기, 할로겐기, 이소시아네이트기 등 다른 관능기와 화학적 결합이 가능한 관능기를 포함한다.
상기 다관능 알콕시 실란으로는 3-아미노프로필트리에톡시실란, 아미노에틸아민프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-시클로헥실-3-아미노프로필-트리메톡시실란, 벤질아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 비닐벤질아미노-에틸아미노프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐디메톡시메틸실란, 비닐((트리스)메톡시에톡시)실란, 비닐메톡시메틸실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, 비닐트리아세톡시실란, 클로로프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 글리시독시프로필-메틸디에톡시실란, N-시클로헥실아미노메틸메틸디에톡시실란, N-시클로헥실아미노메틸트리에톡시실란, N-페닐아미노메틸트리메톡시실란, (메타크릴옥시메틸)메틸디메톡시실란, 메타크릴-옥시메틸트리메톡시실란, (메타크릴옥시메틸)메틸디에톡시실란, 메타크릴옥시메틸-트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리아세톡시실란, (이소시아네이토메틸)메틸디메톡시실란, 3-이소시아네이토프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이토프로필트리에톡시실란, 3-(트리에톡시실릴)프로필숙신산 무수물, 디시클로펜틸디메톡시실란 및 3-(트리메톡시실릴)-프로필디메틸옥타데실암모늄 클로라이드, 트리스(3-트리메톡시실릴)이소시아누레이트 등이 가능하다.
본 발명의 표면 보호층(6b)은, 실리콘 변성 아크릴계 수지 100 중량부에 대해, 다관능 알콕시 실란 10 내지 15 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 치밀한 도막 형성 및 중도층(6a)과 표면 보호층(6b)의 일체화가 어렵고, 상기 범위를 초과하면 도막의 두께가 상대적으로 증가하거나 강성이 증가하여 크랙이 발생할 우려가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
(iii) 불소알킬실란
발수 처리를 위해 불소 수지를 사용하는 것이 일반적이나, 불소 수지 자체의 특성, 즉 소수성으로 인해 다른 조성과의 혼합이 용이하지 않다. 이에 본 발명에서는 불소알킬실란(Perfluoro akylsilane)을 사용하여 다른 조성과 혼합이 용이하여 방수성 효과를 확보한다.
바람직하기로, 본 발명의 불소알킬실란은 가수분해성 작용기를 갖는 불소알킬실란일 수 있으며, 하기 화학식 3으로 표시된다.
[화학식 3]
CF3(CF2)p(CH2)2-SiR2(3-q)Eq
상기 R2는 탄소수 1~6개의 탄화수소기로서 그 구조 내에 페닐기 및/또는 에테르 결합이 포함되어 있을 수 있고, E는 가수분해성 작용기이고, p는 0~11의 정수이며 q는 1~3의 정수이다. 여기에서 가수분해성 작용기로는 탄소수 1~3개의 알콕시기 또는 할로겐기 등을 들 수 있고, 특히 탄소수 1~2개의 알콕시기인 것이 더욱 바람직하며, 상기 q는 2 또는 3의 값인 것이 더욱 바람직하다.
이러한 가수분해성 작용기를 갖는 불소알킬실란은 CF3(CH2)2-Si(OCH3)3, CF3(CF2)5(CH2)2-Si(OCH3)3, CF3(CF2)7(CH2)2-Si(OCH3)3, C8F17(CH2)2-Si(OCH3)3, CF3 (CF2)9(CH2)2-Si(OCH3)3, CF3(CF2)11(CH2)2-Si(OCH3)3, CF3(CH2)2-Si(OC2H5)3, CF3 (CF2)5(CH2)2-Si(OC2H5)3, CF3(CF2)7(CH2)2-Si(OC2H5)3, CF3(CF2)9(CH2)2-Si(OC2H5)3, CF3(CF2)11(CH2)2-Si(OC2H5)3, CF3(CH2)2-SiCl3, CF3(CF2)5(CH2)2-SiCl3, CF3(CF2)7(CH2)2-SiCl3, C8F17(CH2)2-SiCl3, CF3(CF2)9(CH2)2-SiCl3, 및 CF3(CF2)11(CH2)2-SiCl3 등이 가능하다.
가수분해성 작용기는 알콕시기 또는 할로겐기이며, 이는 실리콘 변성 아크릴계 수지, 다관능 알콕시 실란, 또는 나노 복합체의 폴리올 또는 알콕시 실란 등에 존재하는 관능기와의 축합 반응을 수행할 수 있다. 그 결과 기존 발수제의 단순 분산과 달리 반응에 의해 표면 보호충 내 화학적 결합에 의해 고정됨에 따라 표면 보호층(6b) 전체에 걸쳐 균일한 발수 효과를 나타낼 뿐만 아니라 장기간 동안 그 효과를 유지시킬 수 있다.
본 발명의 표면 보호층(6b)은, 실리콘 변성 아크릴계 수지 100 중량부에 대해, 불소알킬실란을 1 내지 5 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 발수 효과를 기대할 수 없고, 상기 범위를 초과하면 불소 함량 증가에 의해 소수성으로 인해 균일한 코팅 조성물의 제조가 어려우므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
(iv) 항균제
본 발명의 항균제로는 표면 개질된 은 나노 입자를 사용한다.
은 나노 입자는 금속 은(Ag)이 방출하는 은 이온(Ag+)의 전기적 능력으로 인해 미생물의 생식기능에 영향을 주어 향균 및 살균 작용을 한다. 상기 은 나노 입자는 평균 입경이 1nm 내지 500nm, 바람직하기로 1nm 내지 100nm의 크기를 갖는다. 은 이온은 산소나 물 분자와의 반응을 통해 활성 산소(Reactive Oxygen Species, ROS) 를 생성시켜 은 이온은 다시금 전하를 띄지 않는 Ag0로 전환되어 불활성화 상태가 된다.
본 발명은 은 나노 입자의 지속적인 항균 활성을 위해 표면을 코팅하여 외부로부터 유입되는 산소 또는 물 분자와의 직접적인 반응을 억제한다. 은 나노 입자의 표면 개질에 대해선 다양한 조성이 알려져 있다. 그 중에서도 본 발명에서는 표면 개질제로 식물성 오일 유래 폴리올을 사용한다.
식물성 오일 유래 폴리올은 바이오 폴리올리라고도 하며, 식물성 오일계 모노머를 개시제와 반응시켜 제조된다. 상기 식물성 오일 유래 폴리올은 분자량이 작고 탄화수소의 함량이 많다. 상기 탄화수소는 사슬 길이가 상대적으로 길어 은 나노 입자 표면 전체에 대해 코팅이 용이하고, 외부로부터 유입되는 산소 또는 물 분자와의 직접적인 반응을 억제할 수 있으며, 열안정성과 내산화성이 우수한 특징이 있다. 또한, 분자 구조 내 존재하는 하이드록시로 인해 중도층(6a) 내 존재하는 다양한 관능기 및 표면 보호층(6b) 내 존재하는 관능기와 화학결합을 통한 결합력을 높일 수 있다.
식물성 오일계 모노머는 대두유, 홍화유, 면유, 아마인유, 땅콩유, 올리브유, 해바라기유, 카놀라유, 평지자유, 옥수수유, 야자유 또는 이들의 혼합물이 있다. 더 바람직하게는, 식물성 오일은 대두유, 해바라기유, 카놀라유, 평지자유 또는 이들의 혼합물이다. 가장 바람직하게는, 식물성 오일은 대두유, 해바라기유, 카놀라유 또는 이들의 혼합물이다. 식물성 오일은 유전학적으로 변형된 유기체(예: 유전학적으로 변형된 대두, 해바라기 또는 카놀라)로부터 얻을 수 있음은 물론이다.
상기 개시제는 폴리올, 폴리아민 및 아미노알콜 중 어느 하나일 수 있다.
식물성 오일 유래 폴리올 모노머와 개시제는 충분한 양의 촉매 존재 하에서 반응 시간 동안 반응 온도로 진공 하에서 반응을 통해 얻어질 수 있다. 이때 촉매로는 주석, 티탄, 효소 촉매(예컨대, 리파아제), 카보네이트 촉매(예컨대, K2CO3, NaHCO3) 또는 이들의 배합물일 수 있다.
본 발명의 항균제는 은 나노 입자 100 중량부에 대하여 식물성 오일 유래 폴리올을 5 내지 20 중량부로 표면 개질되며, 항균제의 입자 크기가 10nm 내지 800nm의 크기를 유지하도록 한다. 상기 식물성 오일 유래 폴리올의 함량이 상기 범위를 초과하면, 은 나노 입자가 갖는 충분한 항균 활성을 나타낼 수 없거나 나노 복합체의 크기가 상대적으로 커진다. 반대로 상기 식물성 오일 유래 폴리올의 함량이 상기 범위 미만이면 식물성 오일 유래 폴리올의 사용으로 인한 효과를 충분히 확보할 수 없다.
본 발명의 표면 보호층(6b)은, 실리콘 변성 아크릴계 수지 100 중량부에 대해, 항균제를 1 내지 5 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 항균 효과를 기대할 수 없고, 상기 범위를 초과하면 균일한 코팅 조성물의 제조가 어려우며 비용 대비 효과 상의 큰 증가가 없어 비경제적이므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
(v) 난연제
본 발명의 코팅 조성물은 난연제를 포함한다.
난연제로 브롬화 난연제 및 할로겐화 난연제가 널리 사용되고 있으나, 인체 및 환경에 대한 문제점이 발견되면서 그 사용이 제한되고 있다.
본 발명에서는 친환경 난연제를 사용한다. 상기 친환경 난연제란, 할로겐계 물질을 포함하지 않고, 연소 시에 할로겐계 가스, 다이옥신및 퓨란(Furan)류의 발생이 없으며, RoHS에서 규정하는 유해성 물질을 포함하지 않고, 발연성이 낮다(광학밀도로 150 이하)는 이점이 있다.
친환경 난연제는 크게 유기계 난연제 및 무기계 난연제가 있으며, 브롬화 난연제 대비 낮은 난연 효율로 인해 높은 함량으로 사용하거나 여러 개의 조합으로 사용하고 있다.
본 발명에서는 난연제로 나노 복합체를 사용한다. 나노 복합체 난연제는 나노 사이즈로 미립자화하여 기존 유기계 또는 무기계 난연제 사용 대비 5~10%의 소량만 첨가하더라도 연소시 발열량의 억제 효과가 우수하다.
나노 복합체로는 나노클레이, 나노실리카, 카본나노튜브, 및 그라파이트로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하며, 입자 크기가 10nm 내지 800nm을 갖는다. 상기 나노 복합체는 나노 사이즈의 특징으로 인해 코팅 조성물에 투입 후 입자 간 뭉침 등이 발생하며, 이는 나노 복합체의 과량 투입시 더욱 심각하게 발생한다.
이에, 본 발명에서는 나노 복합체 표면이 아민기 함유 알콕시 실란으로 표면 개질된 것을 사용하여, 과량의 나노 복합체를 사용하더라도 코팅 조성물 내 뭉침 등의 발생이 적고, 표면 보호층(6b) 내 균일하게 분산될 수 있도록 한다.
아민기 함유 알콕시 실란은 측쇄에 아민기를 갖는 알콕시 실란으로, 난연제의 효과 지속 시간을 길게 하면서, 표면 보호층(6b) 내에 난연제를 고르게 분산 시킬 수 있는 효과를 구현할 수 있다.
사용 가능한 아민기 함유 알콕시 실란은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 아미노에틸아민프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-시클로헥실-3-아미노프로필-트리메톡시실란, 벤질아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 및 비닐벤질아미노-에틸아미노프로필트리메톡시실란로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 가능하다.
본 발명의 난연제는 나노 복합체 입자 100 중량부에 대하여 아민기 함유 알콕시 실란을 5 내지 20 중량부로 표면 개질되며, 난연제의 입자 크기가 10nm 내지 800nm의 크기를 유지하도록 한다. 상기 아민기 함유 알콕시 실란의 함량이 상기 범위를 초과하면, 나노 복합체가 갖는 충분한 난연성을 나타낼 수 없거나 나노 복합체의 크기가 상대적으로 커진다. 반대로 상기 아민기 함유 알콕시 실란의 함량이 상기 범위 미만이면 아민기 함유 알콕시 실란의 사용으로 인한 효과를 충분히 확보할 수 없다.
본 발명의 표면 보호층(6b)은, 실리콘 변성 아크릴계 수지 100 중량부에 대해, 난연제를 5 내지 20 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 난연 효과를 기대할 수 없고, 상기 범위를 초과하면 균일한 코팅 조성물의 제조가 어려우며 비용 대비 효과 상의 큰 증가가 없어 비경제적이므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
(vi) 충진제
충진제는 경도, 도막 형성 및 광택을 조절하기 위해 수행한다.
사용 가능한 충진제로는 탄산칼슘, 클레이, 탈크, 마그네슘 실리케이트, 카올린, 마이카, 실리카, 알루미늄 실리케이트, 알루미늄하이드록사이드, 황산바륨 및 바륨설페이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용함으로써, 경도, 내충격성, 방청성 등을 향상시킬 수 있다
상기 충진제는 무기 특성으로 인해 타 유기 성분과의 낮은 혼화성을 갖고 나노 사이즈의 무기 성분과의 응집, 뭉침 등이 발생하여 과량 사용시 균일한 도막 형성이 어렵다. 이에 기존 가구 표면 마감재(6)의 충진재는 최소한의 함량으로 사용되었다. 본 발명에서는 무기 성분인 항균제 및 난연제를 식물성 오일 유래 폴리올과 아민기 함유 알콕시 실란으로 개질하고, 다관능 알킬실란이나 불소알킬실란 등을 사용함에 따라 상기 무기 성분과의 응집 현상을 방지한다.
본 발명의 표면 보호층(6b)은, 실리콘 변성 아크릴계 수지 100 중량부에 대해, 충진제를 5 내지 20 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 충진제에 의한 도막의 물성 개선 효과를 기대할 수 없고, 상기 범위를 초과하면 균일한 코팅 조성물의 제조가 어려우며 비용 대비 효과 상의 큰 증가가 없어 비경제적이므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
C. 첨가제
상기한 조성 이외에 본 발명의 중도층(6a), 표면 보호층(6b) 중 어느 하나 이상의 층은 이 분야에서 통상적으로 사용하는 첨가제를 더욱 포함한다.
하나의 예로, 첨가제는 방부제이다. 상기 방부제는 수용성 약제이며, 산화크롬-구리화합물계 방부제(ACC), 크롬-구리-붕소화합물계 방부제(CCB), 크롬-불화구리-아연계화합물계 방부제(CCFZ), 알킬암모늄 화합물계 방부제(AAC), 구리-알킬암모늄화합물계 방부제(ACQ), 구리-붕소-아졸화합물계 방부제(CuAz) 등이 있다.
다른 하나의 예로, 첨가제는 방충제이다. 상기 방충제는 피레스러이드계 방충제, 유기인계 방충제, 카바마이트계 방충제, 클로로니코티닐 방충제, 페닐 피라졸계 방충제, 이외 레몬그라스 오일, 시트로넬라 오일, 필리핀 제라니올 오일 및 계피오일 등의 천연 허브 오일 추출물 등이 있다.
다른 하나의 예로, 첨가제는 UV 안정제이다. 상기 UV 안정제는 태양광선으로부터 자외선을 차단하여 목재 보드(10)를 보호함으로써 기계적 성질이 저하되거나 변색되는 것을 방지한다. 구체적으로, UV 안정제는 라디칼 제거제와 히드로과산화물 분해제인 힌더드아민 광안정제(hindered amine light stabilizer, HALS)와 같은 유기합성물이 사용될 수 있다.
다른 하나의 예로, 첨가제는 산화방지제이다. 상기 산화방지제는 목재의 제조, 가공, 저장과 사용단계에서 공기 중의 산소작용으로 열화해 착색과 기계 강도가 저하되는 것을 방지한다. 구체적으로, 히드로과산화물 분해제인 유리기 제거제와 아인산염으로 작용하는 페놀 수지류가 사용될 수 있다.
상기 첨가제는 실리콘 변성 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부 범위 내에서 첨가할 수 있다.
추가로, 상기 조성에 더하여 이 분야에서 통상적으로 사용하는 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 일례로, 안료제, 소포제, 계면활성제, 항산화제, 레벨링제 등 다양한 첨가제가 사용될 수 있다.
제조방법
본 발명의 친환경 목재 보드(10)의 제조는 다음과 같다.
먼저, 다수의 목편들이 접합된 판재(2)를 한 쌍 준비한다.
다음으로, 한 쌍의 판재(2) 사이에 강화 시트(4)를 적층시킨 후 열가압성형을 통해 강화 시트(4)를 판재(2)에 부착한다.
세라믹 시트를 함께 사용할 경우, 한 쌍의 판재(2) 사이에 강화 시트(4)와 세라믹 시트를 적층시킨 후 열가압성형을 통해 일체화된강화 시트(2)/세라믹 시트를 판재(2)에 부착한다.
열가압성형은 130℃ 내지 140℃에서 15분 내지 30분간 가압하게 되는데, 이때 온도가 130℃ 미만에서 15분 미만으로 가압할 경우 수지의 경화가 충분하지 못하여 접착력이 저하되는 문제점이 발생하며, 140℃를 초과한 온도에서 30분을 초과하여 가압할 경우 고온에서 장시간 노출되어 변형이 초래될 수 있다는 문제점이 발생하므로 130℃ 내지 140℃로 온도에서 15분 내지 30분간 가압하는 것이 바람직하다.
이때 압력은 50kgf/㎠ 내지 60kgf/㎠로 가압하게 되는데 50kgf/㎠ 미만일 경우 압력이 약하여 판재(2)나 망사에 대한 접착력이 감소되어 층의 박리 현상이 발생한다는 문제점이 있으며, 60kgf/㎠를 초과하여 가압하는 경우 목재 보드나 망사가 파열되거나, 함침액의 일부가 흘러나와 오히려 접착력을 저하시키는 문제점이 발생하므로 50kgf/㎠ 내지 60kgf/㎠로 가압하는 것이 바람직하다.
다음으로, 표면 마감재 조성물을 이용하여 판재(2)의 상면을 표면 마감 처리한다.
필요한 경우 표면 마감재 조성물 처리 전에 프라이머 처리 공정을 수행한다. 상기 프라이머는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 사용하는 아크릴계 프라이머, 우레탄계 프라이머, 에폭시계 프라이머, 또는 실리콘계 프라이머 등이 사용될 수 있다.
표면 마감재는 중도층 형성을 위한 코팅 조성물로 코팅한다.
코팅 방식은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 스프레이, 롤러, 또는 붓 등을 이용한 코팅 방식이 사용될 수 있다. 특히, 스프레이 코팅 방식을 사용하여 시공 대상의 형상이나 부위와 관계없이 시공할 수 있으며, 수직면, 경사면, 구면 등에 사용할 경우, 흘러내림 현상이 발생하여 균일한 두께의 도막을 얻을 수 있다. 중도층의 (지촉)경화는 상온에서 이루어지며, 특히, 30분, 바람직하기로 20분 이내의 빠른 속경화가 진행된다. 이때 중도층의 두께는 0.1mm 내지 2mm의 두께로 형성하며, 코팅 조성물은 5 cps 내지 2000 cps의 범위를 갖도록 수분산액으로 제조한다.
다음으로, 중도층이 형성된 표면에 표면 보호층 처리를 위한 코팅 조성물로 코팅한다.
이때 중도층의 경화가 약60~70% 이루어진 시점에 표면 보호층(6b)의 코팅 조성물을 도포한다. 이에 따라 중도층의 경화와 함께 표면 보호층의 경화가 함께 진행된다. 상기 경화 과정에서 중도층 내 존재하는 다양한 관능기가 표면 보호층 내 존재하는 관능기와의 결합이 진행되어, 중도층과 표면 보호층의 일체화가 이루어진다.
표면 보호층의 코팅 방식은 상기 언급한 바와 같으며, (지촉)경화는 상온에서 이루어지며, 특히, 30분, 바람직하기로 20분 이내의 빠른 속경화가 진행된다. 이때 표면 보호층의 두께는 0.5mm 내지 8mm의 두께로 형성하며, 코팅 조성물은 5 내지 2000 cps의 범위를 갖도록 수분산액으로 제조한다.
[실시예]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
제조예 1: 강화 시트 제조
이액형 불포화 폴리에스터(DVB-2122S, 노루페인트사) 100 중량부, 팽창흑연분말 2 중량부, 아연피리치온 1 중량부, 및 키토산 50 중량부를 N,N-디메틸포름아미드에 용해시켜 함침액을 제조하였다.
폴리에스터 재질의 망사를 상기 함침액에 10분간 침지시킨 후, 꺼내어 감압하에 건조하여 1mm 두께의 강화 시트를 제조하였다.
제조예 2: 세라믹 시트 제조
이액형 불포화 폴리에스터(DVB-2122S, 노루페인트사) 100 중량부에 대해 팽창 질석 10 중량부를 첨가한 후, 기판에 도포 후 건조하여 0.5mm 두께의 세라믹 시트를 제조하였다.
제조예 3: 중도층 코팅 조성물 제조
실리콘 변성 우레탄계 수지: 테트라에틸오르토실리케이트 그라프트된 폴리우레탄(폴리우레탄 MW: 2,500g/mol) 100 중량부, 우레탄 아크릴계 올리고머(2관능 우레탄 아크릴계 올리고머, MW: 1,500g/mol) 10 중량부, 친수성 아크릴계 모노머(2-하이드록시에틸(메트)아크릴레이트) 15 중량부, 섬유계 필러로 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 표면 개질 키토산 섬유(직경 50nm, 길이 1㎛) 5 중량부를 혼합하여 중도층 코팅 조성물을 제조하였다.
제조예 4: 표면 보호층 코팅 조성물 제조
실리콘 변성 아크릴계 수지(식1에서 x=y=11, z=25, R1=CH3, Mw: 25,000g/mol, 실리콘함량: 15 중량%) 100 중량부, 다관능 알콕시 실란: 3-아미노프로필트리메톡시실란 15 중량부, 불소알킬실란(CF3(CH2)2-Si(OCH3)3) 3 중량부, 항균제로 대두유 유래 폴리올로 표면 개질된 은 나노 입자(입경 50nm) 3 중량부, 및 난연제로 3-아미노프로필트리에톡시실란으로 표면 개질된 나노클레이 15 중량부 및 탈크 10 중량부를 혼합하여 표면 보호층 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 1
각 두께가 5mm인 한 쌍의 목편을 준비하고, 이들 사이에 제조예 1의 강화 시트를 적층한 후, 145℃에서 58kgf/㎠의 압력을 인가하여 상기 목편 사이에 강화 시트를 부착하였다. 여기에 목편 표면에 제조예 3의 중도층 코팅 조성물을 스프레이 분사하여 1mm 두께의 도막을 형성한 다음, 70% 경화를 진행시킨 후 제조예 4의 표면 보호층 코팅 조성물을 스프레이 분사하여 2mm 두께의 도막을 형성하고, 경화를 완료하였다.
실시예 2
각 두께가 5mm인 한 쌍의 목편을 준비하고, 이들 사이에 제조예 1의 강화 시트와, 제조예 2의 세라믹 시트를 적층한 후, 145℃에서 58kgf/㎠의 압력을 인가하여 상기 목편 사이에 강화 시트 및 세라믹 시트가 일체화된 시트를 부착하였다. 여기에 목편 표면에 제조예 3의 중도층 코팅 조성물을 스프레이 분사하여 1mm 두께의 도막을 형성한 다음, 70% 경화를 진행시킨 후 제조예 4의 표면 보호층 코팅 조성물을 스프레이 분사하여 2mm 두께의 도막을 형성하고, 경화를 완료하였다.
비교예 1
두께가 15mm인 목편을 준비하고, 여기에 제조예 3의 중도층 코팅 조성물을 스프레이 분사하여 1mm 두께의 도막을 형성한 다음, 70% 경화를 진행시킨 후 제조예 3의 중도층 코팅 조성물을 스프레이 분사하여 2mm 두께의 도막을 형성하고, 경화를 완료하였다.
비교예 2
두께가 15mm인 목편을 준비하고, 여기에 제조예 4의 표면 보호층 코팅 조성물을 스프레이 분사하여 2mm 두께의 도막을 형성하고, 경화를 완료하였다.
시험예 1: 물성 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 목재 보드의 물성물성(밀도, 열전도율, 압축강도, 굴곡강도, 내마모성)을 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 이때 내마모성은 (초기마모도+최종마모도)/2 = 350회 이상이면 합격으로 평가하였고, 마모륜 S-42로 회전수 200마다 새 마모륜으로 교체하여 실험하였다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 시험방법
밀도, kg/㎥ 415 435 587 584 KS L 9016:2005
열전도율, W/mK 0.135 0.110 0.154 0.162 KS L 9016:2005
(평판열류계법)
압축강도, MPa 215 255 187 185 만능재료시험기
(INSTRON, 5585 100kN)
굴곡강도, MPa 1.55 1.64 0.98 0.99 만능재료시험기
(INSTRON, 5585 100k
내마모성 합격 합격 불량 불량 KS F 3126
상기 표를 보면, 실시예 1 및 2의 목재 보드는 비교예 1 및 2의 목재 보드 대비 두께가 얇으면서도 강도 및 내마모성이 우수함을 알 수 있다.
또한, 실시예 1 및 2의 목재 보드는 비교예 1 및 2의 목재 보드 대비 밀도가 낮아 경량화되면서도 내구성이 향상된 가구 또는 건축 내외장재의 제조가 가능해짐을 알 수 있다.
시험예 2: 항균 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 목재 보드에 대한 항균 평가를 수행하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 항균 평가는 대장균(Escherichia coliATCC 8739) 3.7X105CFU/㎖, 황색포도상구균(staphylococos aureusATCC 6538P) 3.4X105CFU/㎖의 초기농도로 접종하고, 37.0 ±0.2℃에서 24 시간 동안 방치한 후의 농도를 측정한 후 이를 이용하여 세균감소율을 확인하였다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
대장균 99.99% 99.99% 78.05% 75.64%
황색포도상 구균 99.99% 99.99% 78.22% 73.25%
상기 표를 보면, 본 발명과 같이 2 층의 표면 마감재로 처리한 경우 목재 보드의 항균성이 매우 우수함을 알 수 있다.
시험예 3: 표면 마감재 평가
도막 균일성, 접착성, 방염성, 발수성 및 포름알데히드 방출량을 측정하여, 표면 마감재에 따른 평가를 수행하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(1) 도막 균일성: 외관을 육안으로 평가하였다. 평가는 도막이 들뜨거나 오렌지필 현상이 심한 경우 불량(X), 도막에 약한 오렌지필 현상이 발생한 경우 보통(△), 외관이 양호한 경우 양호(○), 외관이 매끈하고 수려한 경우 우수(◎)로 평가하였다.
(2) 접착성: 도막을 커터를 사용하여 0.5 ㎝ 간격으로 종횡 각각 10개의 라인을 그어 100개의 정사각형 컷팅 라인을 긋는다. 이후, 셀로판 테이프(NICHIBAN, 폭 24㎜)를 정사각형 컷팅 라인에 붙이고 완전히 밀착시킨 후, 순간적으로 떼어낸다. 이후, 코팅층 면에서 떼어진 정사각형 모눈의 수를 육안으로 세어 접착성을 평가하되, 70개 미만인 경우 불량(X), 70 이상 90개 미만 접착되어 있는 경우 보통(△), 90 이상 95개 미만 접착되어 있는 경우 양호(○), 95개 이상 접착되어 있는 경우 우수(◎)로 평가하였다.
(3) 방염성 평가: 불꽃 길이가 60mm가 되도록 한 뒤, 불꽃 끝이 시편 중앙에 접촉하도록 하고, 불꽃이 접촉한 뒤로부터 표면에 불꽃이 발생되는 시간을 측정하는 방식으로 실험을 수행하였다.
(4) 발수성 평가: 접촉각 측정장치를 이용하여 물 적하량을 0.04 ㎖로 실온(25℃)에서 접촉각을 측정하여 ◎: 105도 이상, ○: 100도 이상 105도 미만, △: 90도 이상 100도 미만, 및 ×: 90도 미만의 4단계로 평가했다
(5) 포름알데히드 방출량: KS M1998 데시케이터법 따라 포름알데히드 방출량을 측정하였다.
시험항목 실시예 1 비교예 1 비교예 2
도막 균일성 ◎ X △
접착성 ◎ X △
방염성 18초후 5초후 8초후
발수성 ◎ △ △
포름알데히드 방출량(mg/L) 0.05 0.15 0.18
상기 표를 보면, 본 발명과 같이 2 층의 표면 마감재로 처리한 경우 도막 특성이 우수하였으며, 포름알데히드의 방출을 효과적으로 억제할 수 있었다.
2: 판재
4: 강화 시트
6a: 중도층 6b: 표면 보호층
6: 표면 마감재
10: 목재 보드

Claims (5)

  1. 다수의 목편들이 접합되어 형성된 한 쌍의 판재;
    상기 판재 사이에 위치하여, 이와 접착된 강화 시트; 및
    상기 강화 시트와 접하지 않은 판재의 상부면에 코팅된 표면 마감재;가 형성되고,
    상기 표면 마감재는 실리콘 변성 우레탄계 수지를 포함하는 중도층과 실리콘 변성 아크릴계 수지를 포함하는 표면 보호층을 포함하는, 친환경 목재 보드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강화 시트는 망사의 상하면에 열경화성 수지가 접착된, 친환경 목재 보드.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    추가로 상기 판재와 강화 시트 사이에 위치한 적어도 하나의 세라믹 시트를 포함하는, 친환경 목재 보드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 친환경 목재 보드는 친환경 가구 제작에 사용하는, 친환경 목재 보드.
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