KR20010033491A - 중밀도 섬유판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 섬유의 생산을 위해 목재칩이 증기 과압에 의해 연화되며, 섬유로 분쇄되는데, 이 섬유는 증기압에 의해 송풍관을 통해 관형 건조기로 이송되며 건조 후에는 분산 장치 또는 이와 유사한 장치로 공급되고, 아교가 도포된 섬유로 이루어진 섬유판을 고온 압착함으로써 저밀도 섬유판 또는 중밀도 섬유판 또는 고밀도 섬유판을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 접착제 소비량을 줄이기 위해서 발명에 따라 다음 사항이 추천된다. 길이가 지름보다 5 내지 10배정도 큰 습윤 구간의 중심으로 접착제 분무와 동시에 유입되는 추가 공기의 분사를 통해 더욱 강해지는 와류성 흐름이 형성되고 관형 건조기 흐름 횡단면의 확대로 인해 섬유 혼합물의 이송 속도가 감소하는 관형 건조기의 끝부분을 접착제 도포 구간으로 형성시킨다.

Description

중밀도 섬유판의 제조방법 {Method for producing medium density fiber panels}

일반적으로 겉껍질이 벗겨진 목재 또는 일년생 식물은 작은 조각으로 절단되고 그 다음 과정에서 필터링이나 세척을 통해 정화된다. 그 다음 정화된 목재 칩은 호퍼와 웜(worm)을 통해 가열장치로 전달되는데, 여기에서 목재 칩은 증기압에 의해 연화된다. 이렇게 연화된 목재 칩은 다른 웜을 통해 판형 정제기(refiner)로 전달되는데, 여기에서 칩은 잘게 분쇄된다. 그 다음 섬유는 증기압에 의해 송풍관을 통해 관형 건조기로 이송되며 여기에서 다시 사이클론 분리 과정을 거쳐 분리기로 이송되고 그 다음 분산장치의 전단에 설치된 섬유 보관장소로 이송된다. 여기서 접착제가 섬유 혼합물을 건조하기 전에 송풍관으로 분사된다. 분산장치는 연속적으로 회전하는 이송 장치상에서 섬유판을 성형하는데, 이것은 저온 상태에서 이루어지는 일차 압착 과정 후 고온 압착기로 전달되어 완전한 섬유판으로 압착된다.

중밀도 섬유판(MDF) 생산시 문제가 되는 것은 섬유에 접착제를 도포하는 것이다. 초기에는 이 접착제 도포 과정이 팬 혼합기에 의해 이루어졌는데, 이런 혼합기를 사용할 경우 섬유 응집이나 엉킴이 발생한다. 따라서 그 결과로 접착제가 섬유에 균일하게 도포되지 못하며, 섬유판 표면에 접착제에 의한 얼룩이 발생한다.

상기 문제점들은 현재 널리 사용되고 있는 송풍관 도포 방법의 도입을 통해 해결되었다. 이 방법에 따르면 정제기 전단에 설치되며 관형 건조기 유입구의 끝부분의 송풍관에서 섬유 흐름에 접착제가 분사된다. 즉 건조되기 전의 젖은 고온의 섬유에 접착제가 분사된다.

일반적으로 사용되는 이런 접착제 분사 방법의 단점은 접착제의 소비량이 많다는 것인데, 이 방법에서는 건조된 섬유 질량의 약 12 내지 15%에 달하는 접착제가 사용된다. 이것은 팬 혼합기를 이용한 접착제 도포 방법에 비해 약 10 내지 11% 정도 더 많은 양이다. 이와 관련해 광범위한 연구가 진행되었음에도 불구하고 이런 증가된 접착제 소비에 대한 명확한 이유가 밝혀지지 않고 있다.

이외에도 송풍관 접착방법의 경우 송풍관이 막힐 위험이 존재한다. 이런 문제점을 해결하기 위해 광범위한 연구가 진행되었고 해결방안이 제시되었다(예를 들어 독일특허 제41 22 842호 C2 참조). 이런 해결방안들 중 몇 가지에서는 섬유 건조 전단계에서 송풍관에서 섬유가 배출되기 직전에 접착제 노즐을 설치하거나, 분리기로 섬유 혼합물이 유입되기 전에 접착제 노즐을 설치해야 한다고 기술되어 있다. 다른 방법으로는 송풍과의 배출부 구간에 공기가 송풍되는 송풍관 커버를 설치해야 한다고 기술되어 있다. 이런 방법으로 냉각된 송풍관 표면은 관의 내부면에 응축수를 형성시킬 수 있어 섬유판의 접착을 방해할 수 있다. 응축수에 의한 섬유판의 접착 방해를 예방하기 위해서 송풍관의 끝부분을 좁게 형성하는 것이 바람직하다. 독일 특허공개 제060 276호와 제SU-A-1 021 628호에서는 송풍관의 끝부분과 건조기의 시작부분 사이의 분리기에 접착제 분사노즐을 설치하는 방법이 기재되어 있다. 국제공개번호 제WO 89/07716호에서는 2개의 건조기 사이에 접착제 노즐을 설치할 수 있다고 기재되어 있다.

원치 않는 접착제의 조기 경화를 방지하기 위해서 알칼리와 같은 완충제를 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 섬유의 완충제 용량과 pH-값을 반드시 검사해야 하는 번거로움이 존재한다. 이외에도 기체상태의 페놀 수지를 첨가하고 다음 단계에서 포름알데히드와 암모니아로 후처리하는 방법은 공정이 번거롭고 경제성이 없는 것으로 증명되었다. 송풍관 접착방법에 비해 접착제 절약효과도 없을 뿐 아니라 다수의 기계적 장비를 필요로 한다.

접착제의 소비량을 줄이기 위해 접착제를 35 내지 45%로 희석하는 것이 요구된다. 물의 증발열로 인해 섬유가 냉각됨으로써 접착제 분포도를 개선하고 접착제의 조기 경화를 방지할 수 있다. 하지만 실제 적용시 이 방법도 긍정적인 결과를 나타내지 못하는 것으로 밝혀졌다.

하지만 접착제는 항상 젖은 고온 섬유에 분사됨으로 예를 들어 가수분해와 조기 경화 또는 건조기에서의 섬유 침척(sedimentation)에 의한 접착제 손실을 감수해야 한다.

유럽특허 공개번호 제0 728 562호A2에서는 목재 섬유로 이루어진 합판 제작 방법 또는 목재 섬유로 이루어진 중밀도 섬유판(MDF)의 제조방법에 대해 기술되어 있다. 이 방법에서는 사전에 처리된 섬유가 건조기로 공급되는데, 여기에서 이 섬유는 공기압을 통해 섬유 저장소로 이송된다. 이 저장소에서는 습도 측정이 이루어지고 이 측정 결과에 따라 건조기가 제어된다. 섬유는 이 섬유 저장소에서 이송관으로 공급되는데, 이 이송관에서는 섬유가 습윤 구간(wetting zone)에 도달하기 전에 질량 측정이 이루어진다. 고압 펌프와 연결되어 있고 접착제를 이송관으로 분사시킬 수 있는 최소한 한 개의 접착제 노즐이 이 습윤 구간에 설치된다. 접착제 분사가 이루어진 후에 섬유는 분리기로 공급되며 그 다음에는 공압에 의해 성형장치에 부속된 분산 벙커로 공급된다. 여기에서 섬유는 매트 형태로 분산되고 그 다음 과정에서 판으로 압착된다. 습윤 구간 전단에서 전술된 이송관은 이송방향으로 볼 때 벤튜리 노즐에 상응하게 좁은 지름으로 좁아진다. 이 좁아진 부분은 확산기 구간(diffusor zone)에 접하게 되며 흐름 방향을 기준으로 그 다음 구간에서 확장되는데, 이송관의 초기 지름에 상응하는 적은 지름의 좁아진 부분이 이 확장된 구간에 연결된다. 횡단면이 커지는 이 확산기 구간에는 접착제 노즐이 동일한 간격으로 분포되어 있어 이 곳을 통과하는 섬유가 분사되는 접착제에 의해 코팅된다. 가능한 한 균일한 습윤 과정을 보장하기 위해서 각 노즐의 분무 원추(atomizing cone)와 이것의 방향을 이송관의 수평 중심축을 기준으로 조절할 수 있게 설계되었다. 접착제 도포 과정은 상온에서 이루어질 수 있는데, 가능한 한 많은 열에너지를 분산되는 섬유판에 공급하기 위해서 공기를 100℃ 이하의 온도, 바람직하게는 50℃ 내지 75℃로 가열한 상태에서 접착제를 도포할 수도 있다.

본 발명은 아교가 도포된 섬유로 이루어진 섬유판을 고온 압착함으로써 저밀도 섬유판 또는 중밀도 섬유판 또는 고밀도 섬유판을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 섬유의 생산을 위해 목재 칩이 증기 과압에 의해 연화되며 섬유로 분쇄되는데, 이 섬유는 증기압에 의해 송풍관을 통해 관형 건조기로 이송되며 건조 후에는 분산 장치 또는 이와 유사한 장치로 공급된다.

본 발명의 목적은 중밀도 섬유판(MDF)을 제작할 때 접착제의 소비량을 줄이는 데 있다.

전술한 방법을 근거로 하여, 본 발명에 따른 상기 목적은 길이가 지름보다 5 내지 10배 정도 큰 습윤 구간의 중심으로 접착제 분무와 동시에 유입되는 추가 공기의 분사를 통해 더욱 강해지는 와류성 흐름이 형성되고 관형 건조기 흐름 횡단면의 확대로 인해 섬유 혼합물의 이송 속도가 감소하는 관형 건조기의 끝부분이 접착제 도포구간으로 형성됨으로서 해결된다.

본 발명에서는 공기 분사가 접착제 노즐 둘레에서 원형으로, 바람직하게는 동일한 간격으로 이루어진다.

현재까지 일반적으로 사용되어온 송풍관 접착제 도포방법 대신 현재까지의 단점이 보완된 발명에 따른 관형 건조기 접착제 도포방법을 적용하는 것이 바람직하다. 이미 건조되고 어느 정도 냉각된 섬유를 관형 건조기의 끝부분에서 발명에 따른 접착제 도포방법으로 도포할 경우 관형 건조기에서의 접착제의 가수분해나 접착제의 조기 경화를 방지할 수 있다. 추가적으로 분사되는 공기에 의한 흐름에서의 와류 강화를 통해 균일한 접착제 분포가 보장된다. 습윤 구간에서의 접착제의 축방향 분사를 통해 관의 측벽에 접착제가 분사되는 현상이나 관의 내벽에 접착제가 침착되는 현상 또는 압착된 섬유판의 표면에 얼룩이 발생하는 현상을 예방할 수 있다. 이런 효과는 접착제 노즐 둘레로 공기를 분사시킴으로서 더욱 강화된다.

필요한 강한 와류를 형성시키기 위해서는 접착제 도포 구간에서의 섬유 혼합물의 이송 속도를 건조구간에서의 이송속도에 비해 약 100% 내지 300%까지 줄이는 것이 바람직하다.

송풍관내에서 젖은 고열의 섬유의 온도는 160℃ 내지 170℃이며 속도는 약 100m/s이고 체류시간은 약 0.1 내지 0.3초이다. 종래방법의 경우 건조기의 유입부 온도는 약 180℃이고 건조기 배출부 온도는 약 65℃이며, 이 건조기에서는 섬유 혼합물이 약 4초 내지 6초 사이에 10 내지 12%의 잔류습도로 건조된다. 하지만 본 발명에서는 건조된 섬유의 습도가 송풍관 접착제 도포방법에 비해 낮아야 하는데, 그 이유는 접착제 도포로 인해 섬유의 습도가 상승하지만 기술적 이유에서 도포된 섬유의 습도가 10 내지 12%를 초과하지 말아야 하기 때문이다. 따라서 발명에서는 건조를 통해 20% 이하, 바람직하게는 2 내지 10%로 섬유 혼합물의 습도를 감소시켜 도포된 섬유 혼합물의 최종 습도가 30%이하, 바람직하게는 8 내지 12%가 되도록 제안한다. 이로 인해 건조기 배출부 온도의 상승이 불가피한 경우 접착제의 조기 경화를 방지하기 위해서 접착제 도포 직전이나 직후에 한 개 또는 여러 개의 노즐을 통해 섬유 혼합물을 50 내지 70℃로 냉각시키는 것이 바람직하다. 접착제 분무를 위해 사용되는 분무 공기나 접착제의 온도를 조절함으로써 섬유 혼합물을 냉각시키는 것이 바람직한데, 이 경우 습윤 구간에서의 섬유 혼합물의 온도나 이 구간에 분사되는 접착제의 온도를 약 50℃ 내지 70℃, 바람직하게는 약 60℃로 조절하는 것이 유리하다. 이외에도 이와 같은 맥락에서 와류 강화를 위해 사용되는 추가 분사 공기의 온도를 조절하고 여기에 습도계를 장착하는 것이 바람직하다.

접착제가 도포된 섬유 혼합물은 관형 건조기 후단에 설치된 사이클론에서 이것의 운반 공기와 분리되는데, 이 사이클론은 습윤 구간 바로 후단에 연결될 수 있다.

접착제로는 예를 들어 UF-아교 수지, MUF-아교 수지, MUPF-아교 수지, MIUPF-아교 수지, PF-아교 수지, 탄닌 아교 수지 및 PMDI 접착제와 같은 모든 유기성 접착제가 사용될 수 있다. 송풍관 접착제 도포방법의 기존 MDF 설비를 아무런 분제 없이 발명에 따른 접착제 도포방법으로 개조할 수 있는데, 그 이유는 단지 모듈방법의 관형 건조기의 끝부분만 교체하면 되기 때문이다. 여기에 투입되는 튜브 구간에는 필요한 노즐 링이 장착된다. 송풍관 접착제 도포방법의 기존 제어 장치와 조절 장치는 계속 사용할 수 있다. 관형 건조기 접착제 도포방법은 송풍관 접착제 도포방법에 비해 생산비용이 현저히 낮을 뿐 만아니라 생산되는 중밀도 섬유판(MDF)의 품질도 우수하다. 중밀도 섬유판(MDF) 생산에서 접착제 비용은 감가상각이나 이자 비용을 제외한 전체 생산비용에서 약 19%를 차지한다. 따라서 생산비용면에서 두 번째로 중요한 의미를 갖는 비용요소라고 할 수 있다. 연간 용량이 250,000m³인 시설에서 고체 수지 1%에 해당하는 수지 소비량을 절약할 경우 연간 1백5십만 마르크를 절약할 수 있다. 본 발명에 따른 관형 접착제 도포방법은 종래 방법에 비해 약 33%의 접착제를 절약할 수 있다. 합성수지 접착제를 사용하는 것은 경제적 측면 뿐 아니라 환경적 측면에서도 긍정적으로 평가되는데, 그 이유는 이렇게 함으로써 천연자원의 낭비를 막을 수 있을 뿐만 아니라 천연자원의 균형있는 사용에 기여할 수 있기 때문이다.

Claims (8)

1. 길이가 지름보다 5 내지 10배 정도 큰 습윤 구간의 중심으로 접착제 분무와 동시에 유입되는 추가 공기의 분사를 통해 더욱 강해지는 와류성 흐름이 형성되고 관형 건조기 흐름 횡단면의 확대로 인해 섬유 혼합물의 이송 속도가 감소하는 관형 건조기의 끝부분이 접착제 도포 구간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유의 생산을 위해 목재 칩이 증기 과압에 의해 연화되며, 증기압에 의해 송풍관을 통해 관형 건조기로 이송되며 건조 후에는 분산 장치 또는 이와 유사한 장치로 공급되는 섬유로 분쇄되고, 아교가 도포된 섬유로 이루어진 섬유판을 고온 압착함으로써 저밀도 섬유판 또는 중밀도 섬유판 또는 고밀도 섬유판을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기 분사가 접착제 노즐을 둘레로 원형으로, 바람직하게는 동일한 간격으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접착제 도포구간에서의 섬유 혼합물의 운반속도는 건조구간에서의 운반속도보다 약 100% 내지 300%정도 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항에 있어서, 접착제 분사를 위해 투입되는 분무 공기나 접착제의 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 전술된 어느 한 항에 있어서, 접착제 도포구간에서의 섬유혼합물이나 여기로 분사되는 접착제의 온도가 약 50℃ 내지 70℃, 바람직하게는 약 60℃인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 전술된 어느 한 항에 있어서, 와류 강화를 위해 투입되는 추가 공기의 온도가 조절되며 여기에 습도계가 장착되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 전술된 어느 한 항에 있어서, 섬유 혼합물의 습도는 건조를 통해 20% 이하로, 바람직하게는 2 내지 10%로 감소되어 접착제가 도포된 섬유혼합물의 최종 습도가 30%이하로, 바람직하게는 8 내지 12%에 달하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 전술된 어느 한 항에 있어서, 접착제가 도포된 섬유혼합물가 관형 건조기의 후단에 설치된 사이클론에서 이것의 운반공기와 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.