KR20090080524A - 목재 복합재의 제조방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 목재 복합재의 제조에 이용되는 폐기물 조각(chaff)을 제조하기 위한, 청구항 1의 서두부분에 기재된 방법과 청구항 10의 서두부분에 기재된 장치, 및 목재 복합재를 제조하기 위한, 청구항 16의 서두부분에 기재된 방법에 관한 것이다.
플라스틱 출발물질을 용융하여, 선택적인 성분인 첨가제 및 착색제와 혼합한 다음, 제조물(product) 형성을 위해 특정한 프로파일(profile)을 가진 다이를 통해 압출시키는 여러가지 압출방법이 종래의 기술로부터 알려져 있다. 다이로부터 배출될 때, 그 제조물은 그것의 최종 형태로 되어 있거나 또는 최종 형태에 가까운 형태로 되어 있다. 다이로부터, 제조물은 교정부(calibration unit)로 이송될 수 있으며, 교정부에서 제조물은 정확한 최종 치수를 갖게 되고, 더 나아가 냉각기(cooler)로서 작용하는 저수조(water reservoir)로 이송된다. 제조물은 제조 라인상에서 원하는 크기로 절단(sawing)된다. 출발물질은 대부분 입자형 또는 분말 형태로 압출기에 공급된다.
종래의 기술로부터 또한 다양한 목재-플라스틱 복합재 및 그 제조방법도 알 려져 있다. 압출방법에 의해 제조되는 목재-플라스틱 복합재는 목재계 성분과 충전제로서 다양한 공정보조제를 매트릭스 플라스틱에 첨가함으로써 제조된다. 이용되는 목재계 성분은 주로 톱밥이지만, 목재 칩 또는 화학적 합성 펄프 섬유일 수도 있다. 출발물질은 통상 입자 형태로 압출기에 공급된다. 그러므로, 플라스틱 뿐만 아니라 목재계 출발물질은 먼저 별도의 공정을 통해 입자 형태로 압출되어야 한다. 추가적인 공정은 제조 비용을 증가시킨다. 그러나, 출발물질 성분들을 그대로 압출기에 공급하여 제조물로 만들어낼 수도 있다. 이를 위해서는, 출발물질의 비균질성 및 낮은 밀도에도 불구하고 출발물질이 일정하게 공급될 수 있도록 하는 여러가지 종류의 강제 공급장치를 사용해야 한다. 이 방법을 직접 공급(direct feed)이라 칭한다.
매트릭스에 첨가되는 목재계 성분이 프로파일을 보강해야 할 필요가 있는 경우에는, 첨가되는 성분의 섬유 길이와 형태를 고려해야 한다. 목재계 성분에 이용되는 톱밥은 제조물을 실질적으로 보강시키지 못하는 대신 플라스틱 매트릭스에 충전제로서 작용하는 크기와 형태로 되어 있다.
톱밥 또는 목재 칩은, 충전제의 높은 수분함량이 제조되는 제품의 품질을 약화시키기 때문에, 통상적으로 가공 전에 건조되어야 한다. 가공시 기화되는 수증기는 프로파일에 기체 버블을 만들어내고, 이것은 제품의 기계적인 성질 뿐만 아니라 외양에도 영향을 미친다. 추가적인 공정으로서 실시되는 건조 공정은 추가적인 비용때문에 바람직하지 않은 공정이며, 또한 폭발의 위험도 존재한다.
펠릿 형태의 목재 폐기물 및 재활용 플라스틱으로부터 목재 복합재를 제조하 는 방법도 또한 종래로부터 알려져 있다. US 4874095에 페이퍼와 열가소성 재료로부터 목재 복합재를 제조하는 방법이 공지되어 있고, US 20020034629 및 US 3718536에는 목재계 및 플라스틱계 재료로부터 목재 복합재를 제조하는 방법이 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 위에서 언급한 단점을 해소하는 것이다. 본 발명의 구체적인 목적 중의 하나는 목재 복합재의 제조시에 필요한 폐기물 조각을 제조하기 위한 새로운 유형의 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 더 나아가 목재 복합재의 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 접착성 라미네이트 폐기물의 새로운 가공방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 청구항에 기재된 사항을 특징으로 한다.
본 발명은 목재 복합재의 제조에 이용되는 폐기물 조각을 제조하기 위한 방법을 토대로 한다. 본 발명에 따르면, 접착제, 글루(glue) 및 박리재(releasing material)를 포함하는 접착성 라미네이트 폐기물이 다단계에 걸쳐 폐기물 조각으로 가공되고, 글루의 접착성이 소실된다.
또한, 본 발명은 폐기물 조각을 제조하기 위한 장치를 토대로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 장치는 접착제, 글루 및 박리재를 포함하는 접착성 라미네이트 폐기물을 절단하기 위한 적어도 2개의 분쇄기(crusher)를 포함하며, 분쇄기의 온도를 조정하기 위한 열조정수단을 포함한다.
본 발명은 또한 전술한 폐기물 조각으로부터 목재 복합재를 제조하는 방법을 토대로 한다. 이 방법에서, 소정의 첨가제가 폐기물 조각과 혼합되고, 폐기물 조각이 목재 복합재로 가공된다. 이 방법에서, 바람직하기로는 출발물질을 펠릿으로 미리 입자화시키는 공정을 거치지 않고 목재 복합재가 제조된다. 일실시예에 있어서, 목재 복합재 생성물이 폐기물 조각으로부터 압출된다. 다른 방법으로는, 목재 복합재 생성물이 예를 들어, 압출, 다이 주조, 플레이트 프레싱(plate pressing) 또는 이와 유사한 방식으로 형성될 수도 있다. 일실시예에 있어서, 미리 형성된 생성물은 냉각된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 접착성 라미네이트 폐기물은 접착성 물질로 형성되며, 접착성 물질 위에 글루층(glue layer)이 위치하며, 글루층 위에는 이용되는 현장에서 쉽게 박리될 수 있으며 보호시트로 작용하는 박리재가 위치한다. 바람직한 일실시예에 있어서, 접착제 및/또는 박리재는 목재계 성분 및/또는 플라스틱계 성분 또는 폴리머계 성분 또는 그밖의 유기 성분을 포함한다. 일실시예에 있어서, 접착제 및/또는 박리재는 목재 섬유계 페이퍼, 페이퍼보드 등이다. 일실시예에 있어서, 목재 섬유계 페이퍼, 페이퍼보드 등은 플라스틱계 재료 또는 폴리머계 재료를 포함하거나 이들 재료로 처리된다. 일실시예에 있어서, 접착제 및/또는 박리재는 실질적으로 플라스틱계 또는 폴리머계 재료로 형성될 수 있다. 일실시예에 있어서, 박리재는 실리콘계 성분을 포함한다. 박리재는 바람직하기로는 실리콘처리되어 있다.
일실시예에 있어서, 글루는 분산글루(dispersion glue), 핫멜트글루(hot melt glue) 또는 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 접착성 라미네이트 폐기물은 2단계로 2개의 분쇄기에서 원하는 크기의 폐기물 조각으로 절단된다. 일실시예에 있어서, 접착성 라미네이트 폐기물은 먼저 예비 분쇄기에서 절단된 다음 미세 분쇄기(fine crusher)에서 절단된다. 바람직한 일실시예에 있어서, 예비 분쇄단계 후 폐기물 조각의 크기는 30 내지 100 mm 이다. 바람직한 일실시예에 있어서, 미세 분쇄단계 후 폐기물 조각의 크기는 1 내지 10 mm 이다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 접착성 라미네이트 폐기물에 포함된 글루의 접착성은 폐기물을 다단계에 걸쳐 점진적으로 폐기물 조각으로 분쇄하고 분쇄공정에서 온도를 충분히 낮게 유지하는 다단계 분쇄공정을 통해 중화된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 각각의 분쇄기의 출구에서 형성된 폐기물 조각의 온도는 60℃ 미만이고, 바람직하기로는 50℃ 미만이다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 접착성 라미네이트 폐기물 조각은 실질적으로 분쇄공정과 관련하여, 바람직하기로는 미세 분쇄공정과 관련하여 폐기물 조각의크기에 있어서 원하는 급(class)으로 스크리닝된다. 바람직하기로는, 미세 분쇄장치는 원하는 크기 급의 스크린을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 새로운 플라스틱 또는 재활용 플라스틱일 수 있는 추가적인 플라스틱이 접착성 라미네이트 폐기물 조각에 첨가된다. 일실시예에 있어서, 추가적인 플라스틱이 목재 복합재의 제조공정 이전, 예를 들어 압출공정 이전에, 예를 들어 혼합공정과 관련하여 혼합장치에 첨가된다. 일실시예에 있어서, 추가적인 플라스틱은 실질적으로 제조공정과 관련하여, 예를 들어 폐기물과 하나의 흐름으로서 또는 별개의 흐름으로서 압출공정과 관련하여 첨가된다.
일실시예에 있어서, 첨가제는 목재 복합재의 제조공정 이전 또는 제조공정 중에, 예를 들어 압출공정 이전, 및/또는 압출공정 중에 폐기물 조각에 첨가된다. 일실시예에 있어서, 접착성 라미네이트 폐기물과 접착제 및 선택적인 성분으로서 추가적인 플라스틱은 목재 복합재의 제조공정 이전에 혼합장치에서 바람직하기로는 균질의 혼합물로 혼합될 수 있다.
일실시예에 있어서, 사용되는 첨가제는 접착성 라미네이트 폐기물 조각과 폴리머/플라스틱 사이의 접착성을 개선하기 위한 결합제 (예: MAPP(maleic anhydride derivative)), 표면 평탄성과 강성을 개선하기 위한 탈크, 착색제 및/또는 슬립제(slip agent), 곰팡이방지제, 방염제 및/또는 UV-안정제 등을 포함할 수 있다.
바람직하기로는, 첨가제 및/또는 추가적인 플라스틱은, 접착성 라미네이트 폐기물 또는 포함되는 플라스틱의 양에 대해 소정의 양으로 첨가되고, 공급될 첨가제 및/또는 추가적인 플라스틱의 양은 계량기구에 의해 조정된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 폐기물 조각은 첨가제의 첨가에 앞서 균질화된다.
일실시예에 있어서, 압출기의 초기 온도는 180℃ 이상으로 조정되고, 일실시예에 있어서 200℃ 이상으로 조절되고, 바람직한 실시예에 있어서 200 내지 240℃로 조절된다. 바람직하기로는, 압출기의 온도 프로파일은 급격한 기울기로 조정된다.
공지된 임의의 압출장치, 예를 들어 더블-스크류 압출기가 본 발명에서 이용될 수 있다. 바람직하기로는, 생성물이 압출단계에서 성형된다.
일실시예에 있어서, 본 발명의 장치는 공급 재료 및/또는 폐기물 조각을 이송하거나 생성물을 장치로부터 배출하기 위하여 적어도 하나의 컨베이어, 예를 들어 벨트 컨베이어를 포함한다.
바람직하기로는, 접착성 라미네이트 폐기물에 포함된 글루의 접착성은 폐기물을 다단계/복수의 분쇄기, 바람직하기로는 예비 분쇄기 및 미세 분쇄기로 점진적으로 폐기물 조각으로 분쇄하고 분쇄공정에서 온도를 충분히 낮게, 바람직하기로는 60℃ 미만, 더욱 바람직하기로는 50℃ 미만으로 유지하는 다단계 예비공정을 통해 중화, 즉 소실된다. 예비 가공공정에서, 글루의 접착성은 소실되지만, 압출공정에서 방출된 글루 입자는 슬립제로서 이용된다. 경제적인 생산속도를 달성하기 위해서는 슬립제가 보조제로서 종래의 목재-플라스틱 복합재에 첨가되어야 하는 것으로 알려져 있는데, 이는 제조 비용을 증가시킨다. 접착성 라미네이트 폐기물이 출발물질로서 사용되는 경우에는, 별도의 슬립제가 필요하지 않게 된다. 접착성 라미네이트는 여러가지 종류의 분산 및 핫멜트 글루와 실리콘을 포함하며, 이들은 이들이 재가공공정에서 용융될 때 슬립제로서 작용한다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 여러가지 종류의 접착성 라미네이트 폐기물질의 가공 및 목재 복합재 및 폐기물 조각의 제조공정에 적합하게 이용된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 의하면, 접착성 라미네이트 폐기물의 폐기와 동시에 유용한 제품의 제조가 가능하다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 매우 간단하며, 이는 투자 및 가공 비용을 낮춰준다.
본 발명에 따른 폐기물 조각 및 목재 복합재의 제조방법은 매우 환경친화적인 공정이며 지속적인 재창출의 원칙을 장려한다. 본 발명은 그 자체가 재활용물질이며 가장 엄격한 환경규제도 만족시킬 수 있는 재활용물질로서 이용될 수도 있는 제품을 제공한다.
이하, 본 발명은 목재 복합재의 제조장치와 결합된 본 발명에 따른 장치를 도시한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 통해 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 접착성 라미네이트 폐기물로부터 목재 복합재로 된 파티오 보드를 제조하기 위한 장치를 나타낸다.
본 발명에 따른 장치는 접착성 라미네이트 폐기물을 예비 분쇄기(1)에 공급하기 위한 공급기구, 예를 들어 벨트 컨베이어(9)를 포함한다. 예비 분쇄기(1)에서, 접착성 라미네이트 폐기물은 30 내지 100 mm 크기의 폐기물 조각으로 절단된다. 예비 분쇄기로부터 배출될 때 폐기물 조각의 온도는 약 40 내지 60℃이다. 본 발명의 장치는 적어도 하나의 미세 분쇄기(2)를 더 포함하며, 컨베이어에 의해 예비 분쇄기(1)로부터 폐기물 조각이 미세 분쇄기(2)로 공급된다. 미세 분쇄기에서, 폐기물 조각은 2 내지 8 mm의 더 작은 크기로 절단된다. 미세 분쇄기(2)와 연결되어 입자 크기를 8 mm 미만의 원하는 수준으로 선별하기 위한 스크린이 위치한 다. 여러 개의 미세 분쇄기가 인접하여 위치할 수도 있다. 미세 분쇄기에서 블레이드의 클리어런스는 0.15 내지 0.25 mm로 조정된다. 폐기물 조각이 미세 분쇄기로부터 배출될 때의 온도는 특별히 제한되지 않으면 80℃까지 상승할 수 있다. 바람직하기로는 물이나 공기를 이용하여 미세 분쇄기를 냉각시킬 수 있다. 바람직하기로는, 미세 분쇄기 이후의 폐기물 조각의 온도는 50℃ 미만으로 제한된다.
스크린 구멍의 크기와 형태는 폐기물 조각과 제조되는 목재 복합재에 따라 선택된다. 실험 결과, 스크린의 구멍의 직경과 깊이 사이의 비는 1:1 인 것이 바람직하고, 구멍의 표면적과 구멍을 제외한 스크린의 표면적의 비는 45 내지 60% 인 것이 원활한 스크리닝을 위해 바람직한 것으로 나타났다.
바람직하기로는, 폐기물 조각의 제조시, 분쇄기들과 이들의 효율비 및 폐기물 조각의 크기가 조정된다. 예비 분쇄기의 스크린의 구멍이 너무 크면, 미세 분쇄기에 대해 예비 분쇄기가 제 역할을 충분히 하지 못하게 된다. 따라서, 예비 분쇄기에서 스크린의 구멍이 너무 작으면 , 예비 분쇄기가 너무나 많은 작업을 하게 된다. 분쇄기는 그 자체에서 만들어내는 폐기물, 클린 목재 및/또는 탈크로 세정될 수 있다.
도 1에 따른 장치는 특정한 용도를 위해 필요하거나 특별한 입자 크기를 수집하는 분류계(classifier: 8)를 포함한다.
이 장치는 또한 폐기물 조각의 균질화를 위한 균질화 탱크(3)도 포함한다. 필요한 소정의 첨가제와 추가적인 플라스틱이 혼합기구(4)에서 폐기물 조각과 혼합되고, 균질화 탱크(3)로부터 컨베이어에 의해 균질화된 폐기물 조각이 혼합기구(4) 로 공급된다.
도 1의 장치는 더블 스크류 압출기(5)를 포함하며, 혼합기구(4)로부터 폐기물 조각 혼합물이 압출기(5)에 공급된다. 성형기(6)와 성형된 생성물을 냉각하기 위한 냉각기(7)가 압출기(5)와 연결되어 위치한다. 이 장치에서, 냉각은 물에 의해 이루어진다. 압출기의 제1단에서의 초기 온도는 200 내지 240℃로 조정된다. 이로 인해 비교적 단단한 추가 플라스틱을 사용할 수 있게 된다. 압출기의 온도 프로파일은 급격하게 조정된다; 초기에는 고온이고 압출기의 다이에서는 가능한 한 낮게 조정된다. 성형된 생성물의 배출 온도는 생산속도와 냉각수의 온도에 의해 좌우된다. 목재 복합재가 가능한 한 가장 단단한 상태로 장치로부터 배출되도록 압출기의 출구 온도는 가능한 한 낮게 조정하는 것이 바람직하다. 냉각조의 단부에서 생성물의 온도를 낮게 조절하여, 냉각시의 후 수축(after shrinkage)으로 인해 생성물이 변형되지 않도록 해야 한다.
도 1에 따른 장치를 이용하면, 100 내지 2000 kg/h, 바람직하기로는 500 내지 1500 kg/h의 속도로 접착성 라미네이트 폐기물을 처리할 수 있다.
폐기물을 다단계로 점진적으로 분쇄하고 분쇄시 온도를 제한함으로써 접착성 라미네이트 폐기물에 포함된 글루의 접착성이 소실될 수 있다. 이로 인해, 목재 복합재가 성공적으로 제조될 수 있고, 원하는 생성물이 공정의 중단 없이 용이하게 제조될 수 있다.
요약하면, 실험 결과들은, 본 발명에 따른 방법과 장치를 이용함으로써, 폐기물 조각들이 접착성 라미네이트 폐기물질로부터 용이하게 제공되며, 따라서 목재 복합재가 폐기물 조각으로부터 용이하게 제조되는 것을 보여준다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 접착성 라미네이트 폐기물로부터 다양한 종류의 목재 복합재를 제조하는데 이용되는 폐기물 조각들을 다양한 방법으로 제조하기에 적합하다.
본 발명의 구현예들은 전술한 실시예들만으로 한정되지 않으며, 청구항의 범주 내에서 수많은 변형예가 가능하다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 여러가지 종류의 접착성 라미네이트 폐기물질의 가공 및 목재 복합재 및 폐기물 조각의 제조공정에 적합하게 이용되며, 접착성 라미네이트 폐기물의 폐기와 동시에 유용한 제품의 제조를 가능하게 한다.
Claims (20)
- 폐기물 조각의 제조방법으로서, 접착제, 글루 및 박리재를 포함하는 접착성 라미네이트 폐기물을 다단계로 폐기물 조각으로 만들고, 상기 글루의 접착성은 소실되는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 접착성 라미네이트 폐기물이 예비 분쇄공정에서 원하는 크기로 분쇄되는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조방법.
- 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 예비 분쇄단계 후 폐기물 조각의 크기는 30 내지 100 mm인 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조방법.
- 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착성 라미네이트 폐기물이 미세 분쇄단계에서 원하는 크기로 분쇄되는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조방법.
- 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세 분쇄단계 후 폐기물 조각의 크기는 1 내지 10 mm인 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조방법.
- 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착성 라미네이트 폐기물에 포함된 글루의 접착성은, 폐기물을 폐기물 조각으로 분쇄하고 분쇄공정에서 온도를 충분히 낮게 유지함으로써 다단계 분쇄공정을 통해, 중화되는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조방법.
- 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 형성된 폐기물 조각의 온도는 각 단계의 출구에서 60℃보다 낮은 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조방법.
- 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 형성된 폐기물 조각의 온도는 각 단계의 출구에서 50℃보다 낮은 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조방법.
- 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착성 라미네이트 폐기물은 상기 분쇄공정에서 원하는 크기의 폐기물 조각으로 스크리닝되는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조방법.
- 접착제, 글루 및 박리재를 포함하는 접착성 라미네이트 폐기물(9)을 절단하기 위한 적어도 2개의 분쇄기(crusher)와 상기 분쇄기의 온도를 조정하기 위한 열조정수단을 포함하는 폐기물 조각의 제조장치.
- 제10항에 있어서, 상기 폐기물(9)을 원하는 크기의 폐기물 조각으로 절단하기 위한 예비 분쇄기(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조장치.
- 제10항 또는 11항에 있어서, 상기 폐기물을 원하는 크기의 폐기물 조각으로 절단하기 위한 미세 분쇄기(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조장치.
- 제10항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분쇄기(1, 2)와 연결하여 상기 폐기물 조각을 원하는 크기 급(class)으로 스크리닝하는 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조장치.
- 제10항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제와 폐기물 조각을 혼합하기 위한 혼합기구(4) 및 폐기물 조각으로 목재 복합재를 형성하기 위한 압출기(5), 및 예비형성된 생성물을 냉각하기 위한 냉각기구(7)를 포함하는 장치와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조장치.
- 제14항에 있어서, 상기 장치가 추가적인 플라스틱을 공급하기 위한 공급기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 조각의 제조장치.
- 접착성 라미네이트 폐기물을 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 따라 폐기물 조각으로 가공하고, 상기 폐기물 조각과 첨가제를 혼합하고, 상기 폐기물 조각을 목재 복합재로 가공하는 것을 특징으로 하는 목재 복합재의 제조방법.
- 제16항에 있어서, 상기 목재 복합재는 상기 폐기물 조각으로부터 압출, 다이주조 및/또는 플레이트 프레스되는 것을 특징으로 하는 목재 복합재의 제조방법.
- 제16항 또는 17항에 있어서, 상기 예비형성된 복합재가 냉각되는 것을 특징으로 하는 목재 복합재의 제조방법.
- 제16항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서, 추가적인 플라스틱이 접착성 라미네이트 폐기물 조각에 첨가되는 것을 특징으로 하는 목재 복합재의 제조방법.
- 제16항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 폐기물 조각의 혼합물이 균질화되는 것을 특징으로 하는 목재 복합재의 제조방법.
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