KR20000007914A

KR20000007914A - 인조목재 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20000007914A
Application number: KR1019980027490A
Authority: KR
Inventors: 박상훈
Original assignee: 박상훈; 주식회사 우드랜드
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2000-02-07

Abstract

본 발명은 인조목재에 관한 것으로서, 플라스틱(GPPS: General Purpose Polystyrene) 및 각종 첨가제의 혼합물을 2단계공정을 거쳐 저온발포를 함으로써, 발포의 균일성, 각종 안료 및 첨가제의 안정적인 분산 효과를 얻을 수 있으며, 발포제의 함량 또는 공정조건 조절을 통해 폭넓고 다양하게 성형물의 밀도를 결정할 수 있으며, 다양한 수종의 색상이 구현가능하고, 비분산안료(streaker)의 사용으로 다양하고 선명한 나뭇결무늬를 구현할 수 있다. 또한 필요시에는, 난연제, 소광제, 항균제, 대전방지제, 방향제 등의 기능성첨가제를 사용할 수 있다.

특히, 시중에서 판매되고 있는 원목 대체재와는 달리 나무결 무늬 구현을 위한 별도의 공정, 예컨대 전사, 엠보싱등의 공정이 불필요하며, 못질, 대패질, 톱질 작업등이 가능하여 원목이 가지고 있는 특성을 보유하고 있다.

Description

인조목재 및 그의 제조방법

본 발명은 인조목재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 수종의 색상이 구현가능하고, 작업성이 우수한 인조목재 및 그의 제조공정에 관한 것이다.

종래에, 목재 대체재로서 사용되는 소재로는 PVC (polyvinylchlorid)와 PS (polystyrene)를 들수 있다. 이중에서 PVC 는 창호재, 문 등에 적용되며, 플라스틱 질감을 지니고 있는 것으로서, 톱질, 대패질, 못질 등을 할 수 없는 단점이 있고, 연소시에는 유해한 다이옥신이 발생하므로 환경적인 측면에서도 바람직하지 않은 측면을 가지고 있다. 또한, 다른 목재 대체재인 PS는 액자, 몰딩 등에 사용되고, 발포 압출성형으로 제조되며 전사 및 엠보싱(Embossing) 등의 후처리에 의하여 나무질감을 구현하는 것으로서, 예컨대, 금박, 은박 등의 색채를 인쇄하거나 나무무늬의 필름을 붙여서 사용하므로 나무의 색상을 제대로 구현하기 어려워서 질감이 떨어지는 단점이 있고, 그의 용도가 나무의 물성을 크게 요구하지 않는 관계로 나무에 비해 물성이 떨어지는 단점을 지니고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 다양한 수종의 색상이 구현가능하고, 원목의 무늬 및 질감을 선명하고 다양하게 구현할 수 있으며, 기능성 첨가제를 사용했을 때는 원목보다 기능면에서 오히려 우수할 수 있는 인조목재 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 종래의 원목 대체재와는 달리 나무결 무늬 구현을 위한 별도의 공정, 예컨대 전사, 엠보싱등의 공정이 불필요하며, 못질, 대패질, 톱질 작업등이 가능하여 원목과 같은 정도의 가공성을 보유한 인조목재 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1 은, 본 발명에 따른 인조목재의 제조공정을 나타낸 공정도이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, GPPS 50∼93 중량%, EPS 3∼46 중량%, 충진제 2∼10 중량%, 컬러 마스터배취 2∼5 중량%로 구성된 혼합물과, 이 혼합물 100 중량부에 대하여 발포제가 0.1∼0.5 중량부, 비분산염료를 0.5∼2.0 중량부로 혼합하여 이루어진 인조목재를 제공함에 특징이 있다. 보다 바람직하게는, 혼합물은 GPPS 50∼90 중량%, HIPS 3∼20 중량%, EPS 3∼15 중량%, 충진제2∼10 중량%, 컬러 마스터배취 2∼5 중량%로 구성된다.

또한, 본 발명은, GPPS, EPS, TALC , 컬러마스터배취를 혼합하는 단계와, 혼합물을 1차 가열하여 가소화하고 압출하는 단계와, 압출된 혼합물을 냉각하는 단계와, 냉각된 혼합물을 펠리트화하는 단계와, 펠리트에 발포제 및 비분산안료를 혼합하는 단계와, 혼합물을 2차 가열하여 가소화하고 압출하는 단계와, 압출된 혼합물을 성형하는 단계 및 성형된 혼합물을 냉각하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재의 제조방법을 제공한다. 또한, 1차 가열온도는 140℃∼165℃로 하며, 2차 가열온도는 125℃∼170℃로 하는 것이 바람직하다.

원료로서 GPPS (General Purpose Polystyrene), EPS(Expendable Polystyrene), HIPS(High Impact Polystyrene), 충진제(Talc), 및 컬러안료 또는 마스터 배취(Master Batch), 발포제, 비분산안료를 사용하고, 첨가제로서 습윤제,광안정제, 산화안정제, 및 기타 기능성첨가제를 사용한다. 이들 원료의 특성을 살펴보면, 다음과 같다. 원료인 GPPS는 전기적 성질, 투명성, 및 내약품성이 좋고 치수안정성이 우수하며, EPS는 혼합물이 일정하게 발포되도록 하는 역할을 한다. HIPS는 충격 강도를 향상시켜주는 기능을 가지고 있고, 충진제는 압출성형시 용융 스티프네스(stiffness)를 향상시켜주는 역할 및 발포핵 형성제로서 작용한다. 습윤제는 안료가 펠리트 표면에 골고루 분산될 수 있도록 하는 역할을 함으로써 분산성 및 흡수성을 좋게 한다. 컬러안료나 마스터배취는 기본 색상을 내기 위하여 사용된다. 발포제는 함량 변화를 통하여 밀도를 조절하고, 비분산안료는 나뭇결무늬 구현을 위하여 사용되는 것으로서, 컬러안료나 마스터배취에 비해서 분산성이 없기 때문에 발포 및 성형공정을 통해 나무결무늬를 구현한다. 첨가제인 광안정제는 빛(자외선)에 의한 광분해 현상을 방지하고, 산화안정제는 염에 의한 산화현상을 방지한다. 기타 요구되는 각종 기능에 맞추어 다양한 기능성첨가제를 사용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 인조목재 및 그 제조방법을 도면에 따라 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 생산공정은, 신재 GPPS 외에도 GPPS를 재생하거나 본 발명품을 재활용함으로써 원료인 GPPS를 준비하는 공정과, GPPS에 각종 배합제를 계량하여 첨가 혼합한 후 압출가공 또는 사용하기 쉽게 만드는 혼합물 제조 공정으로서, 최종 성형물의 적정 밀도를 위한 1차 발포가 이루어지는 공정이며, 제품의 기능적 특성을 부여하는 각종 첨가제가 투입되는 혼합공정(compounding)과, 최종 압출성형물을 생산하는 공정으로서, 각종 형상의 제품을 생산하기 위하여 1차 혼합되어진 복합물에 2차 발포를 돕기 위한 발포제 및 선명한 나뭇결을 구현하기 위한 비분산염료가 계량 후 투입되는 발포 및 성형공정과, 용접기 및 절단기 등에 의해 제품이 가공되는 조립공정의 4단계로 이루어진다.

본 발명의 주요 공정인 혼합공정과 발포 및 성형공정을 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다. 우선, 혼합공정에 있어서, 혼합물은 GPPS 50∼93 중량%, EPS 3∼46 중량%, 충진제 2∼10 중량%, 컬러 마스터배취 2∼5 중량%로 구성되고, 보다 바람직하게는 GPPS 50∼90 중량%, HIPS 3∼20 중량%, EPS 3∼15 중량%, 충진제 2∼10 중량%, 컬러 마스터배취 2∼5 중량%로 구성된다. 그밖에 필요에 따라 소광 마스터배취, 광안정제, 산화안정제, 난연제, 항균제, 대전방지제, 방향제 등을 적절히 첨가할 수 있다. 즉, 혼합물은 GPPS 50∼87 중량%, HIPS 3∼25 중량%, EPS 3∼15 중량%, 충진제 2∼10 중량%, 컬러 마스터배취 2∼5 중량%, 소광 마스터배취 2∼20 중량%, 광안정제인 Tinuvin P 0.1∼0.3 중량%, Tinuvin 770 0.1∼0.4 중량%, 산화안정제인 IRGANOX 1076 0.2∼0.5 중량%의 배합비로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, GPPS 77.5 중량%, EPS 8.0 중량%, 충진제 4.0 중량%, 컬러 마스터배취 2.0 중량%, 소광 마스터배취 8.0 중량%, 광안정제인 Tinuvin P 0.2 중량%, Tinuvin 770 0.2 중량%, 산화안정제인 IRGANOX 1076 0.1 중량%의 배합비로 혼합될 수 있다. 인조목재의 용도에 따라서, 예컨대 몰딩인 경우에는 충격강도가 많이 요구되지 않으므로 HIPS를 첨가하지 않지만 바닥재 같은 경우에는 HIPS를 적절히 첨가한다. 상기와 같은 배합비로 이루어진 혼합물을 임펠러 타입의 일반적인 믹서기를 사용하여, 1차로 GPPS, HIPS, EPS, 및 컬러 마스터배취를 30분 정도 혼합한 후 2차로, 충전제, 소광제, 광안정제, 산화안정제를 20분 동안 배합한 후 호퍼(Hopper)에 투입한다.

호퍼에 들어간 혼합물은 스크루(Screw)실린더의 규격이 90ψ∼150ψ인 익스트루더에서 히터를 140∼160℃ 온도 범위내에서 가동함으로써, 혼합물을 가소화하여 압출하고, 익스트루더의 최후단에 있는 헤드히터 및 헤드히터 다음의 금형쪽에 위치한 다이히터의 온도를 145∼165℃의 범위에서 조절한다. 이렇게 히터 온도를 다르게 함으로써 발포정도를 조절할 수 있다.

익스트루더를 통과한 성형물은 냉각수 수조에 침수된 후에, 에어 와이퍼로 건조된다. 냉각수 온도는 15∼18℃로 유지되며 그후 롤컷팅타입인 펠릿타이저에서 쌀알 크기만한 펠리트 상태로 절단되므로써 최종적으로 여러 색상의 컬러펠리트 상태가 된다.

이와 같이 혼합공정은 원료들을 계량하고, 혼합한 후 압출되는 과정을 거쳐 색상별로 혼합된 펠리트를 얻는 과정이다. 이후에 발포제와 비분산제가 투입되는 발포 및 성형공정에 들어가게 된다.

발포 및 성형공정은 임펠러 타입의 믹서기를 사용해서 상기 혼합공정하여 얻어진 혼합물 100 중량부에 대해, 비분산염료 0.5∼2.0 중량부, 발포제 0.1∼0.5 중량부를 배합하고 30분간 혼합한다. 여기서, 배합비는 요구되는 특성에 따라 다양하게 적용될 수 있다.

호퍼로 투입된 컬러펠리트는 스크루(Screw)실린더의 규격이 50ψ∼200ψ 인 익스트루더에서 히터를 125∼165℃ 온도 범위내에서 가동함으로써, 가소화하여 압출되고, 익스트루더의 맨 끝부분에 있는 헤드히터 및 헤드히터 다음의 금형쪽에 위치한 다이히터의 온도를 130∼170℃의 범위에서 조절한다. 이렇게 히터 온도를 다르게 함으로써 발포정도를 조절할 수 있다.

익스트루더를 통과한 컬러펠리트는 제품의 형상을 결정하고 냉각수에서 냉각되는 성형단계인 캘리브레이션 과정을 거치고, 냉각수 수조에서 냉각수를 분무하거나 냉각수에 침수시켜 냉각되고, 에어 와이퍼로 건조된다. 그후 커터필러타입 또는 러버벨트타입인 홀-오프(Haul-off) 에서 속도조절을 위해 당겨주기만 한다. 최종적으로 소커터(saw cutter)에서 제품길이 조정을 위해 필요한 사이즈로 절단된다.

이와 같이 발포 및 성형공정은 1차 혼합되어진 복합물을 발포 및 성형용으로 계량하고, 혼합한 후 익스트루더를 통해서 압출하고 캘리브레이션 단계에서 제품형상을 1차 성형하고 냉각도 하며, 냉각수 수조에서 냉각수를 분무하거나 침수시켜 다시금 냉각과정을 거치고, 속도조절을 위해 당겨주기만 하는 단계를 거치는 과정이다. 즉, 제품특성에 따라 각종 혼합물, 발포제, 및 비분산염료를 배합한 후 압출을 거치게 되고, 성형단계에서 제품의 형상이 결정된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 인조목재는 여러 수종의 제품, 즉 단풍나무, 오크나무, 너도밤나무, 티그나무 등을 재현하여 생산하는 것이 가능하며, 제품의 특성을 살펴보면 다음과 같다.

1. 본 발명인 인조목재와 천연목재의 물성을 비교하기 위하여 시험을 한 결과를 살펴보면, 다음과 같다.

[표 1 ]

구 분	시험법	본 발명	더글라스전나무	너도밤나무
비 중	ASTM D-792	0.63	0.64	0.48
인 장 강 도	ASTM D-808	183	70	23
압 축 강 도	ASTM D-790	207	37	55
굴 곡 강 도	ASTM D-790	567	245	499
자연노출수명	AS 2376	20년 이상	7∼10년	5∼7년
자연노출변색	AS 2376	20년	5∼7년	5∼7년
자연노출뒤틀림	AS 2376	거의 없슴	뒤틀림	뒤틀림
방 습		매우 강함	약함	약함

상기 표에서 알 수 있듯이, 본 발명인 인조목재는 플라스틱 소재 자체의 특성으로 습도에 자유롭고, 자외선에 의한 변색, 온도변화에 따른 뒤틀림, 휨 등의 변형이 거의 없다. 또한 난연처리를 한 경우에는 자기소화성 복합소재이므로 화재시에 불꽃의 전이를 완화하여 나무에 비해 안전하며, 첨단발포 구조로 외부의 충격을 자체 흡수하는 새로운 개념의 신소재이다.

2. 경제성 측면을 살펴보면, 본 발명은 색상, 표면처리, 치수 등이 최종마감상태로 공급되기 때문에 별도의 후가공이 필요없고 목재사용시에 요구되는 정기적인 유지, 보수에 따른 비용이 절감된다. 특히, 본 발명은 재활용재이기 때문에 쇼룸, 전시장, 객장, 상가 등 수시로 내, 외부 개조를 하여야 하는 곳에서는 폐기물 처리 비용이 대폭 경감되는 첨단 경제재이다. 또한 100% 리사이클링 제품이므로 근래에 사회적 이슈가 되는 그린디자인 측면에도 부응하는 제품이라 할 것이다.

3. 방음 및 단열성 측면을 살펴보면, 본 발명은 단열재로 사용하는 스티로폴과 똑같은 폴리스티렌을 주원료로 한 첨단발포구조를 이루고 있기 때문에 보온 및 단열은 물론 방음성이 탁월하여 냉, 난방비를 절감할 수 있는 에너지 절약형 신소재이다. BS(British Standard) 규정에 의한 테스트 결과 본 발명은 목재에 비하여 방음 및 단열성이 매우 뛰어난 것으로 나타났다.

4. 보건성 측면을 살펴보면, 본 발명은 내산성, 내염기성, 내오염성 등이 탁월하여 물청소만으로도 항상 청결함을 유지할 수 있는 보건재이다.

구 분	본 발명	박 달 나 무	적 용 규 정
내 산 성	양 호	양 호	KSF - 3106
내 염 기 성	양 호	갈 색 반 점	KSF - 3106
내 오 염 성	양 호	나 쁨	KSF - 3106

5. 다양성 측면을 살펴보면, 본 발명은 그대로의 질감을 수종별로 재현하여 중후감과 격조 높은 원목의 분위기를 연출한다. 소비자의 취향에 따라 색상, 모양, 사이즈는 물론 사용 용도별로 강도, 무게, 비중 등도 자유자재로 구사할 수 있는 주문형 신소재이다.

6. 가공,제작의 편이성 측면을 살펴보면, 본 발명은 최종마감형태로 공급되어 현장 가공 및 제작이 거의 없는 편리한 소재이다. 특히, 못질, 톱질, 대패질이 천연 목재처럼 손쉽고 기존 접착제 사용시 우수한 접착력으로 조립이 간편한 편이재이다.

7. 경량성 측면을 살펴보면, 제품 용도에 따라 비중을 차별화하는 것이 가능하다.

8. 내수성 측면을 살펴보면, 플라스틱의 장점으로 함수율이 낮으며, 원목과 같이 경시에 따른 뒤틀림 및 부식 현상이 없어 반영구적이다.

9. 난연처리를 한 경우에, 난연성 측면을 살펴보면, 미국 기술표준인 UL 94 Vertical Burning Test 에서 난연등급으로서 최우수치인 V0 등급의 구현이 가능하다.

10. 기타, 각종 첨가제 처방으로 다양한 기능성, 즉 대전방지, 원적외선, 방향 등의 구현이 가능하다.

Claims

GPPS 50∼93 중량%, EPS 3∼46 중량%, 충진제 2∼10 중량%, 컬러 마스터배취 2∼5 중량%로 구성된 혼합물과, 이 혼합물 100 중량부에 대하여 발포제는 0.1∼0.5 중량부이고, 비분산염료는 0.5∼2.0 중량부로 이루어진 인조목재.
제 1 항에 있어서, 혼합물은 GPPS 50∼90 중량%, HIPS 3∼20 중량%, EPS 3∼15 중량%, 충진제2∼10 중량%, 컬러 마스터배취 2∼5 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재.
GPPS 50∼93 중량%, EPS 3∼46 중량%, TALC 2∼10 중량%, 컬러마스터배취 2∼5 중량% 를 혼합하는 단계와,

혼합물을 1차 가열하여 가소화하여 압출하는 단계와,

압출된 혼합물을 냉각하는 단계와,

냉각된 혼합물을 펠리트화하는 단계와,

펠리트에 발포제, 비분산안료를 혼합하는 단계와,

혼합물을 2차 가열하여 가소화하여 압출하는 단계와,

압출된 혼합물을 성형하는 단계와,

성형된 혼합물을 냉각하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 1차 가열온도를 140℃∼165℃로 하는 것을 특징으로 하는 인조목재의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 2차 가열온도를 125℃∼170℃로 하는 것을 특징으로 하는 인조목재의 제조방법.