KR20000057335A - 재활용 리그노셀룰로오스계 복합소재의 제조방법 - Google Patents

재활용 리그노셀룰로오스계 복합소재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

복합소재 제품 제조용 소재는 재활용 복합소재로부터 제조되며, 40 ∼ 120 ℃에서 수열처리되고, 고전단처리가 동반되거나 또는 연속된다. 상기 공정은 지금까지는 성공적으로 사용하지 못했던 재활용 소재의 사용을 가능하게 하며, 추가 결합 수지를 소량 사용하거나 또는 사용하지 않고도 복합소재 제품을 제조하는 것이 가능하다.

Description

재활용 리그노셀룰로오스계 복합소재의 제조방법{Method for use of recycled lignocellulosic composite materials}
예전에는 세계의 섬유 자원에 대한 수요가 그리 많지 않았다. 범세계적인 경제성장과 개발에 따라서 대체 산림제품에 대한 필요성이 크게 대두되었다. 종합적으로, 개발도상국들의 에너지에 대한 요구는 전체 목재 섬유 수요의 50 %에 달하는 땔감용 목재에 대한 수요의 증가를 야기하고 있다. 이와 동시에 범세계적인 섬유 생산 시스템은 총체적으로 상기한 요구들을 충족시키기 위한 가능성을 제시하고 있다. 그러나, 이러한 섬유 자원에 대한 상당한 압력에도 불구하고, 범세계적인 섬유 부족이나 섬유 위기는 아직까지는 없었다. 그러나, 다소 심각한 지역적 또는 국부적인 섬유의 부족과 당장 또는 먼 미래에 있어서 중요한 쟁점이 될 수 있는 자원 관리의 마찰이 발생하였다.
입자보드, 중밀도 및 고밀도 섬유보드와 같은 복합소재는 폴리이소시아네이트계 접착제뿐만 아니라, 산 경화 우레아-포름알데하이드 수지, 알칼리 경화 페놀-포름알데하이드 수지와 같은 결합재를 사용하여 주로 목재로부터 만들어진다. 중밀도 섬유보드는 다음과 같은 건조기술을 사용하여 제조된 섬유보드이다: 즉, 목재 또는 또 다른 리그노셀룰로오스계 소재를 약 160 ∼ 180 ℃의 온도에서 열성 펄핑한 다음에 수지와 혼합하여 건조시킨다. 그 다음에 섬유로부터 매트를 만들고 압축성형하여 섬유보드로 만든다. 반면에, 입자보드는 수지와 혼합된 조각으로부터 얻을 수 있으며, 상기 접착된 입자들을 매트에 얇게 펼친 다음에 높은 온도에서 압축성형하여 입자보드를 제조한다.
중밀도 섬유보드는 이의 두께와 적용분야에 따라서 0.6 ∼ 0.8 g/㎤ 사이의 넓은 밀도 범위를 갖는다. 밀도가 0.5 g/㎤ 미만인 경우의 보드는 일반적이지는 않지만, 제조할 수 있다. 상기 요구되는 물성은 다음과 같이 보드의 적용분야와 두께에 따라서 좌우된다:
입자보드는 이의 적용분야 및 두께에 따라서 0.4 ∼ 0.85 g/㎤의 밀도 범위를 갖는다. 0.5 g/㎤보다 작은 밀도를 갖는 보드는 저밀도 보드이고, 0.5 ∼ 0.7 g/㎤의 범위는 중밀도 보드이고, 0.7 g/㎤를 초과하면 고밀도 보드이다. 또한, 입자보드의 경우에 있어서, 요구되는 물성은 다음과 같이 보드의 적용범위와 두께에 따라서 좌우된다.
리그로셀룰로오스계 소재로부터 복합패널 제품을 제조하는 통상적인 공정은 오로지 결합을 위한 합성수지 결합재에 의존한다. 페놀- 및 우레아-포름알데하이드와 같은 합성수지는 비싸기 때문에, 일반적으로 입자보드, 웨이퍼보드 및 중밀도 섬유보드와 같은 통상적인 패널 제품의 제조에 드는 비용의 많은 부분을 차지한다. 특히 농업 잔류물의 경우 그러하다. 그들의 물리적 특성으로 인하여, 수지 결합재는 상대적으로 높은 함량이 제조에 요구되므로 결과적으로 비싼 패널 제품으로 얻어지는 것이다. 따라서, 별도의 접착제의 사용없이 표면과 표면간의 결합을 형성시킴으로써, 리그노셀룰로오스계 표면간의 결합을 야기시키는데 관심이 집중되었다.
이에 따라서, 경제적인 문제와 가능한 오염을 최소화시키기 위해서 복합소재에 도입되는 결합 시약의 사용량을 절약해야 할 필요가 있다.
상기한 문제점과 관련된 문헌을 들면 다음과 같다:
Brink, D.L.; Collett, B.M.; Pohlman, A.A.; Wong, A.F.; Philippou, J.; In wood Technology; Chemical Aspects, Goldstein, I.S., Ed.; ACS Symposium Series, no. 43; ACS Washington, D.C., 1977, p. 169.
Brink, D.L.; Johns, E.E.; Zaverin, E.; Kuo, M.L.; Nguyen, T.; Layton, D.; Wong, A.; Bimbach, M.; Merriman, M.M.; Breiner, T.; Grozdits, G.; Wu, K.T.; University of California, Forest Products Laboratory, Techn. Rep. 36.01.108, 1977-80.
Collett, B.M.: 논문, University of California, Berkeley, 1973
Linzell, H.K.; 미국특허 제2,388,487호, 1945
Philippou, J.L.; Wood chem. Technol., 1981, 1, 199
Philippou, J.L.; Johns, W.E.; Nguyen, T.; Holzforschung, 1982, 36, 37
Philippou, J.L.; Johns, W.E. Zavarin, E.; Nguyen, T.; Forest Products Journal, 1982, 32, 3, 27
Philippou, J.L.; Zavarin, E.; Johns, W.E. Nguyen T.; Forest Products Journal, 1982, 32, 5, 55
Pohlman, A.A.; M.S. disertation, Berkeley, California, 1874
Roffael, E.; Dix, B.; Lighin und Ligninsulfonate in nonconventional bonding - an overview. Holz als Roh- und Werkstoff 49, 199, 205
Roffael, E.; Schaller, K.; Elnfiuβ thermischer Behandiuing auf Cellulose. Holz als Roh- und Werkstoff 29, 275-278
Schorning, P.; Roffael, E.; Stegmann, G.; Holz als Roh- und Werkstoff, 1972, 30, 253
Troughton, G.E.; Chow, S.-Z.; Wood Science, 1971, 3, 129
두 표면 사이에 공유결합을 형성시키려는 첫 번째 시도는 1945년으로 거슬러 간다. Linzell이 산화제로서 리그노셀룰로오스계 섬유와 철 화합물의 혼합물을 압축하고 가열함으로써, 섬유 제품을 제조하는 공정을 출원하였다[미국특허 US-A-2,388,487]. Stafko와 Zavarin[미국특허 US-A-4,007,312]은 목재간의 결합을 포함하는 산화 연결기를 사용하였다[Philippou 등, 1981, 1982].
이관능 분자를 통한 목재의 공유 결합은 목재 표면 사이에 간격을 더욱 효과적으로 연결시킴으로써 부가적인 가능성을 제시한다. 즉, 목재 표면은 직접 결합하는 경우처럼 하나의 결합 길이만큼 가까워야 할 필요가 없으나, 여러 결합 길이의 간격에 의해 분리될 수 있다.
Schorning 등은 에틸렌디아민과 1,6-헥산디아민을 결합 시약으로 사용하여 입자보드를 제조하고자 하였다(1972). 이러한 아민은 리긴(ligin)과의 축합에 의해 목재 표면과 반응하는 것으로 알려져 있다. 에틸렌디아민 15 %의 첨가는 입자보드에 현격한 강도를 부여하지만, 상업적 용도로 사용하기에는 여전히 불충분하다. 1,6-헥산디아민은 굽힘 강도가 6.5 N/㎟을 가지는 입자보드에서 7 % 첨가(밀도, 0.85 g/cm2, 14 ℃에서 12 분간 가압)시에 더욱 효과적이었다; 그러나, 수분 저항성은 낮았다. 1,6-헥산디아민으로부터 얻어지는 결과가 더욱 좋은 것은 아민이 더욱 효과적으로 간격을 연결시킬 수 있었기 때문이라고 설명될 수 있다. 여기서 7 % 첨가시에 내부 결합 강도는 0.3 N/㎟이고, 굽힙 강도는 16.6 N/㎟이었다. 여기서 다시, 팽윤 두께는 100 % 이상이었다.
Collett(1970)와 Brink(1977)는 시간과 온도를 조절하면서 목재 입자를 산소 존재하에 HNO3로 미리 산화하거나 또는 산소 존재하에 산화 질소로 미리 산화함으로써 Schorning 등의 방법을 개선하고자 시도하였다. 일관능성 암모니아뿐만 아니라 이관능성 시약, 1,6-헥산디아민, 에틸렌디아민, 페닐렌디아민, 에티렌 글리콜, 및 1,6-헥산디올이 사용되었다. 무엇보다, 디아민이 가장 우수한 IB 값을 나타내었으며, 암모니아가 그 뒤를 따랐으며, 글리콜은 낮은 값을 나타내었다. Schorning 등은 1,6-헥산디아민은 에틸렌디아민보다 더 좋다는 것을 입증하였다. 밀도 0.81 ∼ 0.88 g/cm3에서 10 % 건조 목재에 기초한 1,6-헥산디아민 보드는 Schorning 등이 얻은 값보다 분명히 높은 내결합(IB)값(Kp/cm2)을 나타내었다. 이 내결합값은 선산화값을 나타내었다. 결합 물성은 공업 제품에 비해 여전히 매우 낮았다. 질소 기체로 증가된 선산화값과 더 높은 아민값은 더 적은 팽윤 및 IB의 증가를 가져왔다. 이 결과는 방수 공유 결합의 형성을 암시한다. 아미드 및 에스테르 결합의 형성은 결합 생성을 설명하는데 사용되었다[미국특허 US-A-3,900,334].
HCl, 하이드로브롬산, 과염소산, H2SO4, 염화제이철, 아연 염화물, 질산염제이철, 옥살산, 및 포름산을 포함하는 표면 활성제와 함께 가교 결합제로 말레인산 무수물, 말레인산, 숙신산 무수물, 및 당산을 포함하는 이관능성 분자가 연구되었다[Brink, 1977, Pohiman, 1974]. 이 보드는 방수에는 뛰어나지만 전체적으로 페놀-포름알데히드 보드에 비해 분명히 물성이 떨어진다. 추출 실험은 97 ∼ 99 %의 단량체가 표면과 반응한다는 것을 나타내었다.
활성이 높은 산성 상태에서 카보하이드레이트, 특히 헤르미셀룰로오스는 분해되어 단량체 설탕으로 만들어지며, 또다시 푸르푸랄 및 푸르푸랄 유도체로 전이될 수 있다. 이와 같이 단량체 설탕은 목재 표면과 가교결합 할 수 있다.
유럽특허 제0,161,768 B1호에서는, 리그노셀룰로오스계 소재를 용기에 적층하고 높은 압력의 스팀을 가해 셀룰로오스계 소재를 가열함으로써, 10 % 이상의 헤미셀룰로오스계 소재를 포함하는 리그노세룰로오스계 소재가 재조합 복합소재로 전환되는 하나의 공정이 설명되어 있다. 헤미셀룰로오스는 수열 처리(hydrothermal treatment)의 작용으로 분해된다. 그런 다음, 리그노셀룰로오스계 소재는 압력을 가하여 우레아-포름알데하이드 또는 페놀-포름알데하이드 수지와 같은 또다른 일반적인 접착제를 첨가하지 않거나 섬유 또는 미립자 함량에 관련하여 일반적으로 첨가되는 것보다 적게 첨가함으로써 재구성 패널로 만들어질 수 있다. 그러나, 이 공정은 상대적으로 높은 함량의 헤미셀룰로오스와 함께 단지 리그노셀룰로오스계에 적용가능하다.
목재 또는 다른 리그노셀룰로오스계 소재로부터 얻어지는 헤미셀룰로오스계 물질의 접착 물성을 향상시키는데 여러 특허가 기여하였다. 미국특허 제US-A-2,224,135호에서는 하드보드 제조 공정에서 수용성 화합물이 분리되었고 접착제로 이용되었다. 그러나, 헤미셀룰로오스 및 이의 분해 제품에 의해 만들어지는 접착제는 안정성이 떨어지며 상업적 적용도 제한된다.
미국특허 제US-A-5,017,319에서는 세단계 공정으로 목재-목재 결합을 만드는 방법이 설명되어 있다: 첫 번째 단계에서 목재 소재는 스팀의 작용으로 가수분해된다. 두 번째 단계에서 리그노셀룰로오스계 원료 소재는 헤미셀룰로오스가 저분자량 카보하이드레이트로 비촉매 분해되는데 충분한 시간 동안 해리된 헤미셀룰로오스와 접촉되게 한다. 마지막 단계에서 리그노셀룰로오스계 소재는 분해 생성물의 세척단계를 거치지 않고 가압된다. 그러나, 이 방법은 높은 에너지 처리와 스팀 공정을 수행할 수 있는 특별한 기구를 필요로 한다.
목재-목재 결합을 증강시키는 또다른 개념으로는 산화, 자유 라디칼 형성, 및 식별을 포함하는 여러 가지 메카니즘으로 목재 입자 또는 목재 베니어의 표면을 활성화하는 방법이 있다. 이러한 주제에 대한 문헌의 개괄이 Roffael 및 Dix에 의해 간행되었다(1990). 그러나, 일반적으로 결합 강도를 증가시키고자 하는 모든 시도는 경제적으로 바람직하지 않았다. 따라서, 이 방법에 대해서는 산업적 관심이 쏟아지지 않았다.
본 발명자들이 1996년 4월 12일에 출원한 UK-9607566.8 및 해당 미국특허, 및 1997년 4월 10일에 출원된 PCT 특허에는, 식물 섬유를 40 ∼ 120 ℃ 온도에서 물이나 스팀 처리(수열 처리)하거나, 동시에 또는 뒤이어서 식물 섬유를 해섬(defibration)하는 높은 전단력을 가함으로써, 일년생 식물 섬유의 결합력을 개선시키는 방법이 제시되어 있다. 결과적으로 처리된 섬유는 합성 수지와 결합을 통해 복합소재, 예를 들면 섬유보드 또는 입자보드로 만들어진다. 요구되는 고 전단처리(high shear treatment)의 정도는 생산되는 복합소재의 형태에 의존한다. 복합소재는 우레아-포름알데하이드 수지, 멜라민 수지 또는 폴리이소시아네이트 수지와 같은 합성 수지와 결합한다.
약알칼리 용액, 예를 들면 나트륨 하이드록사이드 용액으로 처리하여 공정이 선택적으로 개선될 수 있다. 언급한 바와 같이 물 또는 스팀 처리/고 전단처리 공정은 동시에 또는 연속적으로 수행될 수 있다. 결합 수지와의 혼합은 고 전단력이 가해지는 기계에서 수행될 수 있다.
본 발명은 리그노셀룰로오스계 입자 또는 섬유의 제조와 이로부터 복합소재를 제조하는 것에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 재활용 복합소재로부터 미세입자 또는 섬유를 제조하는 것과 합성 결합재를 사용하여 복합소재로 결합하는 것에 관한 것이다.
수열 처리/고 전단처리 공정은 입자- 및 섬유보드와 같은 폐복합보드 소재, 즉 합성수지와 결합되어 있는 복합소재를 복합소재 제품의 제조를 위한 제품으로 전환하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 구현예에서 폐복합소재 제품 또는 재활용 복합소재 제품은 결합수지를 일반적으로 요구되는 것보다 적은 양을 첨가함으로써 복합 소재에 결합된다. 이와 같이 본 발명의 공정은 수지를 아끼는 효과를 줄 수 있다.
섬유/미립자 리그노셀룰로오스계 소재는 물/스팀으로 처리되고 동시에 또는 연속적으로 고 전단처리되는 반면, 낮은 온도에서의 사용은 단지 종이 또는 유사 소재의 제조를 위한 처리에 관계한다. 이러한 처리방법이 복합소재의 생산에 관련하여 리그노셀룰로오스계 소재에 적용되었을 때, 복합소재의 제조를 위하여 섬유 또는 미립자 소재를 강화시킬 것이다. 또한, 적어도 150 ℃의 고온에서, 일반적으로는 150 ∼ 170 ℃에서 초기 처리한 후, 해섬화하여 리그노셀룰로오스계 소재로부터 복합소재를 생산하는 것과 본 발명의 공정은 다르다.
이와 같이 DE-A-3609506은 원료 목재 조각을 스팀으로 처리하는 것과 관련한다. 여기서 아교 혼합물이 특이 조건하에서 첨가되며, 고압의 스팀이 사용된다. 유사한 기술이 WO91/12367, WO93/25358, EP0664191A1, US-A-3843431, DE4211888A1, EP0292584A1 및 EP0373725에 제시되어 있다.
따라서 본 발명에서는, 재활용 복합소재에서 복합소재를 제조하기 위한 섬유 또는 미립자 소재를 제공하는 방법이 제시된다. 여기서 재활용 소재는 물 또는 스팀으로 40 ∼ 120 ℃에서 처리되며, 고 전단처리가 연속적으로 진행되거나 또는 동시에 진행된다.
그런 다음, 생성물은 복합소재로 제조될 수 있다. 또한 본 발명은 물/스팀 처리 및 고 전단처리되며 복합소재로 결합에 적합한 형태인 리그노셀룰로오스계 소재와 관련된다. 이와 같이 초기 소재는 재활용(폐) 복합소재로부터 얻어진 섬유 또는 미립자 소재이다.
우레아-포름알데하이드 수지, 멜라민 우레아-포름알데하이드 수지 또는 또다른 가수분해 가능한 수지와 같은 아미노플라스틱 수지와 결합한 폐섬유보드 또는 폐입자보드를 수열 기계적 처리(hydrothermal mechanical treatment)함으로써 높은 자기-결합 물성을 가지는 섬유를 제조할 수 있다.
이런 결과는 다음과 같은 이유로 예상치 않았던 것이다.
1. 폐입자보드와 같이, 리그노셀룰로오스는 건조 또는 가압 공정 중에 산성 조건에서 열처리되었다. 이러한 조건에서 리그노셀룰로오스는 소위 "비가역적 호니피케이션(hornification)"을 겪는다[Roffael and Schaller, 1971]. 이러한 공정에 기인하여 리그노셀룰로오스를 다시 팽윤시키고, 다시 결합시키는 능력은 상당히 감소한다.
2. 호니피케이션 공정은 입자보드에서 경화제에 의해 생성된 산성 중간체의 존재하에서 강화된다.
추가 결합재를 소량 사용하거나 또는 사용하지 않고 복합소재 제품을 만드는 것이 가능하다.
또한 본 발명은 결합 수지를 첨가하거나, 보다 적은 결합물질로 또는 결합수지의 첨가 없이 수열/전단처리된 물질을 결합된 복합소재로 제조하는 공정을 포함한다.
바람직하게는 이 공정은 재활용 복합소재를 50 ∼ 120 ℃에서 처리하는 것을 포함한다.
재활용 복합소재라는 용어는 합성 수지와 결합한 리그노셀룰로오스계 소재의 섬유 또는 입자를 포함하는 모든 소재를 의미한다.
최종 복합소재는 패널 제품, 재구성된 통목재 제품 및 입자보드, 웨이퍼보드 및 섬유보드를 포함하는 성형 제품일 수 있다.
본 발명의 특이적 구현예에서 본 발명은 이러한 재활용 리그노셀룰로오스계 물질을 패널 제품 등과 같은 복합소재 제품으로 바꾸는 공정과 관련한다.
본 발명의 이러한 관점은 폐입자- 및 섬유보드를 복합소재 생성물로 바꾸는 공정과 관련된다. 특히 본 발명은 목재-기초한 입자보드, 웨이퍼보드 및 중밀도 섬유보드와 같은 복합소재 제품 제조의 통상적 건조 공정에서 필수 부분인 추가 접착제를 사용하지 않고도, 재활용 리그노셀룰로오스계 물질을 패널 제품, 재구성 통나무 및 성형 물품과 같은 복합소재 제품으로 전환하는 공정과 관련한다.
수열 기계적 처리는 트윈 스크류 압출기 또는 마멸분쇄기와 같은 높은 전단력 장치에서 수행할 수 있다. 본 발명의 처리방법은 재활용 물질의 와해와 붕괴를 일으킴으로써 결합에 대한 접근 가능성을 증가시키는 조건에서, 상기와 같이 고전단력 기계에서 수행된다. 압출 속도는 사용된 조건 및 적용된 기계 형태에 의존하며, 5 kg/h ∼ 20 kg/h의 범위를 갖는다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 BIVIS 압출기의 사용은 필수적인 고전단처리를 제공한다. 다른 사용가능한 고전단 기계는 기계적 디자인을 통해 재활용 물질의 형태적 구조를 와해할 수 있는 Ultra Turrax 혼합기가 있다.
"적용되는 전단력은 사용되는 원료 물질과 화학 물질이 기질에 첨가되었는지 여부에 의존한다." 수열 기계적 처리는 50 ∼ 120 ℃에서 수행될 수 있다. 더욱이, 묽은 산, 묽은 염기와 같은 화학 물질 또는 나트륨 설파이트, 설퍼 다이옥사이드와 같은 리그닌에 친화성이 높은 화학 물질은 폐리그노셀룰로오스계 소재의 해섬을 강화시키기 위해 첨가될 수 있다. 이와 같이 재활용 소재로부터 만들어지는 보드의 물성은 소재가 여러 가지 화학물질로 처리된다면 더욱 개선될 수 있다. 이러한 시약은 단독으로 또는 함께 사용될 수 있으며, 리튬, 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 하이드록사이드 등과 같은 금속 하이드록사이드, 포스포산, 하이드로클로산, 술퍼산, 포름산, 아세트산 등과 같은 유기 및 무기산, 나트륨 설페이트, 나트륨 설파이트, 나트륨 테트라보레이트 등과 같은 염, 알루미늄 산화물 등과 같은 산화물, 여러 가지 아민 및 우레아, 암모늄 염 뿐만 아니라 암모니아를 포함한다. 앞서 말한 시약은 건조 소재를 기준으로 0.01 ∼ 10 %가 수용액이나 서스펜션 형태로 사용된다.
화학 처리 및 해섬은 아미노 수지 결합 보드의 물성을 개량하는데 필요한 양의 화학 물질을 포함하는 재활용 소재를 높은 전단력이 가해지는 동안 물 흐름에 넣음으로써 단 한번의 단계로 수행될 수 있다. 해섬 후에 생산된 섬유는 중밀도의 섬유보드 분쇄기에서 사용된 것과 같이, 입자보드 공장에서 사용되는 통상적인 건조기, 예를 들면 드럼 건조기 또는 튜브 건조기를 사용하여 건조될 수 있다. 건조된 섬유는 이후 계속해서, 입자보드 또는 중밀도의 섬유보드 생산의 통상적인 과정을 따른다. 그러나, 이러한 화학물질의 첨가는 수열 기계적 처리를 적용함으로써 자기-결합 성질이 높은 섬유를 만드는 것처럼 필수적인 것은 아니다.
시작 물질은 복합소재, 예를 들면 입자보드를 조각이 되도록 기계적으로 붕괴함으로써 얻을 수 있다. 리그노셀룰로오스계 개질제가 첨가될 수 있으며, 예를 들면 금속 하이드록사이드, 유기산 또는 무기산, 염, 산화물, 아민, 암모니아 또는 암모늄염이 있다. 또한 추가로 결합 물질이 첨가된다면, 희석제, 촉매 및 포름알데하이드 불순물 제거제(scavenger)와 같은 결합제의 표준 조성물이 첨가될 수 있다. 이와 같이 공정은 나트륨 설페이트만 0.01 ∼ 0.4 중량%가 있거나 또는 나트륨 하이드록사이드 0.01 ∼ 0.4 중량%가 있을 때 수행될 수 있다. 원래의 또는 붕괴된 생성물은 술퍼산 0.01 ∼ 0.4 중량%로 처리될 수 있다.
이 공정의 주요한 장점은 섬유가 폐입자보드로부터 한 단계로 생산될 수 있다는 것이다. 따라서, 이 공정은 리그노셀룰로오스계 소재로부터 중밀도의 섬유보드를 만드는 공정과는 전체적으로 다르다. 리그노셀룰로오스계 소재로부터 중밀도의 섬유보드를 만드는 공정에서, 리그노셀룰로오스계 소재는 첫 번째 단계에서 약 150 ∼ 179 ℃의 고온에서 물 또는 화학물질에 함침되고, 하나 또는 두 개의 디스크 정제기에서 해섬된다. 본 발명에서 설명된 공정에서는 폐입자보드 또는 거기서부터 나오는 기계적 붕괴 생산물을 이와 같이 고온에서 처리할 필요가 없다. 고전단 기계 마멸을 하면서, 50 ℃ 물로 처리하는 것만으로도 입자보드를 고 자기-결합 반응의 섬유로 붕괴하는데 충분하다. 입자보드가 붕괴되고 섬유로 전환되어도 수지 분해 생성물이 여전히 섬유 표면을 덮고 있다는 것은 명백하다. 섬유 표면의 수지는 섬유가 높은 자기-결합 물성을 가질 수 있는 주원인이다. 열적 처리 예를 들면, 트윈 스크류 압출기에서의 열적 처리 동안, 재활용 소재의 붕괴 생성물이 수집될 수 있으며, 섬유에 남아 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
바람직하게는 결과로 나오는 수열 처리된 소재는 재생 소재처럼 동일한 접착제와 재결합된다. 사용할 수 있는 전형적인 수지 결합 물질은 우레아-포름알데하이드 수지(UF-수지), 멜라민-우레아-포름알데하이드 수지(MUF-수지), 멜라민 수지(MF-수지), 페놀-포름알데하이드 수지(PF 수지), 레조시놀-포름알데하이드 수지(RF-수지), 탄닌-포름알데하이드 수지(TF-수지), 고분자 이소시아네이트 결합제(PMDI) 및 이들의 혼합물을 포함한다. 수지는 건조 리그노셀룰로오스 소재에 기초하여 5 ∼ 15 %가 첨가될 수 있다.
재생 물질을 결합제 혼합물과 고전단 기계에서 미리 혼합하는 것은 본 발명의 구현예 중 하나이다. UF, MUF, MF, PF, RF 및 TF 수지는 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 아미노 수지의 경우, 접착제는 미리 또는 잠재적으로 촉진된 또는 촉진되지 않은 상태로 첨가된다. 또한, 촉매는 고전단력이 가해지는 단계에서 각각 첨가될 수 있다. 또한, UF-폴리이소시아네이트와 같은 수지의 혼합물은 같은 방법으로 사용될 수 있다.
사이징제의 첨가는 필수적이지는 않으나, 필요하다면 고전단 기계에서 또는 개별적으로 첨가될 수 있다. 포름알데하이드 불순물 제거제, 희석제 등과 같은 표준 아교 혼합물의 다른 조성물도 역시 같은 방법으로 첨가될 수 있다.
본래의 재활용 복합소재로부터 유도된 수지 결합 물질의 나머지가 제거된다면, 추가의 결합 수지는 복합소재의 최종 제조에 첨가되어야 한다. 그러나 본 발명은 지금까지는 재활용이나 새로운 복합소재 제품으로 제조되는 것이 어렵다고 증명된 재활용 소재를 이용하는데 바람직한 가능성을 가지고 있다는 면에서 여전히 장점이 있다.
본 발명의 구현예는 다음예에 제시되어 있다.
실시예 1
폐입자보드는 기계적으로 붕괴되며 연속적으로 트윈 스크류 압출기 장치에서 0.01 % H2SO4수용액 또는 1.0 % NaOH 수용액을 100 ℃에서, 또는 1.0 % NaOH 수용액을 50 ℃에서 주입함으로써 처리되었다. 생산된 섬유는 UF 수지와 혼합한 다음, 16 mm 실험실 스케일 보드를 제조하는데 사용되었다. 사용된 수지 단계는 10 %였으며, 가압 온도는 180 ℃였고, 가한 압력은 35 kg/cm2이었다. 세 개의 똑같은 보드가 각각의 용기에서 제조되었으며 연속적으로 이들의 성질이 규명되었다. 보드 물성의 평균값은 아래에 제시되어 있다.
포름알데하이드(HCHO) 방출은 Perforator 방법을 사용함으로써 결정되었다.
상기 시험에서 볼 수 있듯이, NaOH 용액으로의 처리할 때 가장 우수한 결과를 나타내었다. 50 ℃에서 처리했을 경우, 내결합 강도(IB) 및 굽힘 강도(파괴계수, MOR) 값이 개선되었으나, 팽윤과 포름알데하이드 방출값은 증가되었다. NaOH로 100 ℃에서 처리하였을 때, 더 우수한 결과를 나타내었다.
실시예 2
목재 조각 및 이로부터 생산된 입자보드를 100 ℃에서 0.04 % H2SO4수용액을 주입함으로써 트윈 스크류 압출기 장치에서 각각 처리하였다. UF 수지 0, 2, 4, 6 및 8 %를 사용하는 섬유로부터 8 mm 실험실 스케일 보드를 제조하였다. 다른 생산 변수는 상기에서 제시한 바와 같게 하였다. 보드 물성의 평균값을 다음 표에 제시하였다.
상기 표의 결과로부터 본 발명의 공정에 따라 처리된 폐입자보드로부터 생산된 섬유를 사용함으로써 수지 사용량을 현격하게 감소시킬 수 있다는 것이 분명해졌다.
본 발명에 따른 공정은 지금까지는 성공적으로 사용하지 못했던 재활용 소재의 사용을 가능하게 하며, 추가 결합 수지를 소량 사용하거나 또는 사용하지 않고도 복합소재 제품을 제조하는 것이 가능한 효과가 있는 것이다.

Claims (9)

  1. 섬유 또는 미립자 재활용 복합소재를 40 ∼ 120 ℃에서 물이나 스팀으로 처리하고, 동시에 또는 연속적으로 고전단처리(high shear treatment)하여 제조하는 것을 특징으로 하는 재활용 복합소재로부터 복합소재용 섬유 또는 미립자 소재의 제조방법.
  2. 상기 청구항 1의 섬유 또는 미립자 소재를 수지 결합제의 존재하에 가열 및 가압 처리하여 제조하는 것을 특징으로 하는 복합소재의 제조방법.
  3. 결합수지를 첨가하지 않거나, 또는 목적하는 복합소재 제조를 위해 보통 사용되었던 것보다 적은 양의 결합수지를 섬유 또는 미립자 물질의 사용량에 따라 사용하여 최종 복합소재를 제조하는 것을 특징으로 하는 상기 청구항 2의 개선된 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수열처리(hydrothermal treatment)는 50 ∼ 120 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 미립자 소재의 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고전단처리는 트윈 스크류 압출기에서 하는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 미립자 소재의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수열 처리에 앞서서 폐복합소재보드를 조각이 되도록 기계적으로 붕괴시키는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 미립자 소재의 제조방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐복합소재보드 또는 이의 붕괴 생성물은 0.01 ∼ 0.4 % 술퍼산 촉매로 처리하는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 미립자 소재의 제조방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 폐복합소재보드는 0.01 ∼ 0.4 % 나트륨 설파이트 촉매하에서 붕괴시키는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 미립자 소재의 제조방법.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 폐복합소재보드는 나트륨 설파이트 0.01 ∼ 0.4 중량%와 나트륨 하이드록사이드 0.01 ∼ 0.4 중량% 존재하에서 붕괴시키는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 미립자 소재의 제조방법.
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