KR20100117493A - 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 목분에 함유하고 있는 수분의 함량을 철저하게 관리하지 않으면서도 특성의 저하없이 목재-플라스틱 복합재를 용이하게 제조할 수 있는 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재에 관한 것으로서, 목분과 폴리올레핀 수지를 포함하는 원료를 배합하여 제조되는 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 있어서, 상기 복합재용 조성물은 함수율 0.5%를 초과하는 목분, 폴리올레핀 수지, 알칼리토 금속의 나노 산화물, 상용화제, 윤활제 및 착색제를 포함하고, 상기 상용화제는 상기 복합재용 조성물 전체 중량에서 상기 목분에 함유된 수분을 제외한 중량의 0.3∼0.5중량%를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재에 의하면 목분의 수분함량을 철저하게 관리하지 않고도 굴곡강도 등의 특성의 저하없이 그 복합재의 압출생산 속도를 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
목재, 플라스틱, 복합재, 합성목재, WPC, 목분, 폴리올레핀 수지, 알칼리토금속 산화물, 굴곡강도, 침지흡수율
Description
본 발명은 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 목재와 플라스틱을 포함하는 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 나노입자의 알칼리토금속 산화물을 첨가함으로써, 목분에 함유하고 있는 수분의 함량을 철저하게 관리하지 않으면서도 목재-플라스틱 복합재에 대한 특성의 저하없이 그 복합재를 용이하게 제조할 수 있는 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재에 관한 것이다.
열가소성 올레핀 수지에 목분을 첨가하여 제조하는 목재-플라스틱 복합재(WPC : wood-plastic composite)는 재활용이 가능한 건자재로서 환경 친화적이기 때문에 근래 그 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 목재-플라스틱 복합재는 친수성 목분 또는 목섬유와 소수성 폴리올레핀 수지를 효과적으로 고르게 분산하여 밀착되게 결합시켜 제조하여야 충분한 굴곡강도와 내수성 등의 성능이 얻어진다.
이와 관련된 특허기술이 등록되어 있고, 여기에는 무수말레산 함유 폴리머 등의 상용화제(compatibilizer)의 사용이 보편화되어 있다.
한국 공개특허공보 10-2007-0100266호(다우 글로벌 테크놀로지스 인크)에 의하면, 목섬유를 불포화 실란 함유 폴리머로 처리하여 강도가 우수한 목재-플라스틱 복합재를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
동 공보에 의한 기술에서는 목섬유의 친수성 기능기(-OH)에 불포화 실란을 결합시킴으로써, 소수성 폴리머 사슬을 목분 표면에 형성하여 올레핀 수지와의 결합을 촉진하는 기술이 그 배경이지만 목분의 수분 함량이 높아지면 그 효과를 알 수 없다.
미국 특허 제6,682,789호(테크우드 인터내셔널)에 의하면, 목분의 수분함량이 높으면 상용화제의 효능이 떨어지므로 0.1∼0.35% 수준으로 철저하게 관리하여 우수한 목재-플라스틱 복합재를 생산할 수 있는 기술내용이 개시되어 있다.
또한, 미국 특허 제6,929,841호(테크우드 인터내셔널)에 의하면, 수분함량을 0.5%이하로 잘 말린 장섬유 목분(길이/폭 = 6∼30)을 총중량에 대하여 50∼70% 배합하여 성능이 우수한 목재-플라스틱 복합재를 생산하는 기술이 개시되어 있다.
이들 문헌에 개시된 기술과 본 발명의 실험에 따르면 목분과 폴리올레핀 수지의 분산과 결합이 목재-플라스틱 복합재의 성능을 좌우하는 관건이며, 이를 위하여 올레핀 수지의 종류, 목분의 종류와 수분함량, 상용화제의 종류와 배합비 등이 주요 관리 대상이 된다. 특히, 목분의 수분함량이 높을 경우 수지와 목분의 분산 및 밀착이 어렵지만 상용화제를 충분히 사용하면 일정 수준의 목재-플라스틱 복합재를 제조할 수 있다.
그러나, 가장 널리 쓰이는 무수말레산을 함유한 폴리올레핀 계통의 상용화제를 충분히 사용하려면 그 제조 원가가 대단히 높아지는 문제가 발생된다.
또한, 목재-플라스틱 복합재를 제조할 때 목분의 함량을 높이면 압출 성형 속도를 그만큼 높일 수 있으므로 성형품의 생산성을 향상시킬 수는 있으나, 상용화제를 과량 사용하게 되면 강도, 흡수율, 외관 등의 품질이 저하되게 된다.
본 발명자는 이러한 목분의 수분 함량에 따른 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 본 발명에 이르게 되었다.
즉, 목분의 수분이 상용화제의 분산과 밀착 촉진 역할을 방해한다는 사실로부터 먼저 목분의 수분과 반응할 수 있는 재료를 검토하고 여러 가지 방법으로 실험 및 검토하여 본 결과, 칼슘이나 마그네슘 등의 알칼리토금속의 비누(스테아린산 칼슘 또는 스테아린산 마그네슘)를 섭씨 450도에서 열분해하여 얻어지는 나노입자의 알칼리토금속 산화물이 목재에 함유된 수분의 양을 정밀하게 조절하지 않아도 목재-플라스틱 복합재를 제조할 수 있도록 하는 조성물을 발명하게 되었다.
즉, 목분의 평형 수분 함량인 8% 정도의 목분을 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 수지와 배합할 때, 미세한 나노입자의 금속산화물을 소량의 상용화제와 기타 첨가물과 함께 조합 혼련한 조성물을 용융 혼련하여 압출하면 강도가 높고 흡수율이 낮은 목재-플라스틱 복합재를 연속적으로 생산할 수 있다.
문헌 1 : 한국 공개특허공보 제10-2007-0100266호(다우 글로벌 테크놀로지스 인크)
문헌 2 : 미국 특허 제6,682,789호(테크우드 인터내셔널)
문헌 3 : 미국 특허 제6,929,841호(테크우드 인터내셔널)
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 목재-플라스틱 복합재의 주성분으로 목분과 폴리올레핀 수지를 사용하여 목재와 흡사한 외관과 질감을 갖는 목재-플라스틱 복합재를 용이하게 제조할 수 있는 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 목재-플라스틱 복합재를 제조함에 있어 목분에 함유된 수분 함량을 철저히 관리하지 않으면서도 생산성과 성능이 우수한 목재-플라스틱 복합재를 제조할 수 있는 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물은 목분과 폴리올레핀 수지를 포함하는 원료를 배합하여 제조되는 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 있어서, 상기 복합재용 조성물은 함수율 0.5%를 초과하는 목분, 폴리올레핀 수지, 알칼리토 금속의 나노 산화물, 상용화제, 윤활제 및 착색제를 포함하고, 상기 상용화제는 상기 복합재용 조성물 전체 중량에서 상기 목분에 함유된 수분을 제외한 중량의 0.3∼0.5중량%를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 있어서, 상기 알칼 리토 금속의 나노 산화물은 알칼리토 금속 비누를 열분해하여 얻어지는 산화물인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 있어서, 상기 복합재용 조성물은 목분 35∼80중량%(함수율 0%인 건조기준), 폴리올레핀 수지 8.5∼55중량%, 알칼리토 금속의 나노 산화물 2∼5.5중량%, 상용화제 0.3∼0.5중량%, 윤활제 1∼3중량% 및 착색제 1.5∼2.5중량%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 있어서, 상기 목분, 폴리올레핀 수지 및 알칼리토 금속의 나노 산화물은 목분 40∼75중량%(함수율 0%인 건조기준), 폴리올레핀 수지 13.5∼50중량%, 알칼리토 금속의 나노 산화물 2∼5.5중량%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 있어서, 상기 목분, 폴리올레핀 수지 및 알칼리토 금속의 나노 산화물은 목분 50∼65중량%(함수율 0%인 건조기준), 폴리올레핀 수지 24∼40중량%, 알칼리토 금속의 나노 산화물 3∼5중량%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 있어서, 상기 폴리올레핀 수지는 폴리프로필렌 수지 또는 폴리에틸렌 수지 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 있어서, 상기 조성물은 광안정제, 산화 방지제, 자외선 흡수제 중 어느 하나 또는 2이상이 첨가되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재는 상기 목재-플라스틱 복합재용 조성물을 용융 혼련하여 펠렛을 제조한 후, 상기 펠렛을 압출 성형하여 제조된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재는 목분과 폴리올레핀 수지로부터 목재-플라스틱 복합재를 생산할 때 나노 입자의 알칼리토금속 산화물을 소량의 상용화재와 함께 첨가함으로써, 종래와 같이 목분의 수분 함량을 0.5% 이하로 철저하게 조절하지 않고 평형 함수율 8 %정도의 목분을 그대로 사용하여도 목분과 수지가 고르게 분산 및 밀착되어 충분한 강도의 목재-플라스틱 복합재를 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재는 목분과 수지의 분산과 밀착을 제어함으로써, 목분 함량을 높게 유지하게 하여 압출 성형 속도를 현저하게 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물 및 그 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재는 목분과 폴리올레핀의 분산과 밀착을 증진시키는 고가의 상용화제의 사용량을 줄일 수 있고, 상용화제의 사용량을 줄임으로써, 목재-플라스틱 복합재의 품질을 높일 수 있는 효과도 있다.
목재-플라스틱 복합재는 그 주성분인 폴리올레핀 수지와 목분이 고르고 균일하게 분산되면서 밀착되어야 기계적 강도가 충분히 발휘될 수 있고, 내수성과 내후성 등이 우수한 실용적인 성형품을 생산할 수 있다. 그러나 폴리올레핀과 목분 표면의 성질은 각각 소수성과 친수성이어서 서로 잘 섞이지 않으므로 무수말레산 함유 폴리올레핀 등의 상용화제를 사용하여 분산성과 밀착성을 높여 주어야 실용적인 목재-플라스틱 복합재를 생산할 수 있다.
그러나, 목분의 수분 함량이 높으면 상용화제에 의해 발휘되는 분산성과 밀착성이 떨어지므로 과량의 상용화제를 사용해야 한다.
따라서, 본 발명자는 알칼리토금속 산화물이 목분의 수분과 반응하여 상용화제의 효과를 높여줄 것으로 예상되어 산화칼슘과 산화마그네슘 분말을 사용하여 여러 가지 조성을 시험하였지만 상용화제의 사용량을 현저하게 줄일 수 없었다.
이들 산화금속의 반응성은 표면적에 비례할 것이므로 미세한 입자의 금속 산화물을 얻는 방법을 몇 가지 시도하여 알칼리토금속의 스테아린산염을 450℃에서 열분해하여 얻은 산화물의 입자가 나노 크기로 얻어짐을 알았다.
따라서, 본 발명자는 이와 같이 얻어진 나노 크기의 산화물 입자 즉, 알칼리토 금속의 나노 산화물을 사용하여 시험한 조성물에서 상용화제의 사용량을 현저하게 줄이면서 목분의 함량을 높일 수 있고, 목분 함량을 높여도 충분한 강도와 낮은 흡수율을 갖는 목재-플라스틱 복합재를 제조할 수 있음을 밝혀냈다.
이하에서는 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물의 제조와 목재- 플라스틱 복합재를 제조하는 방법에 대하여 실시예들을 통하여 상세히 설명한다.
이하의 실시예는 본 발명의 내용을 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 실시예와 비교예 등에 기재된 내용에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명에서 폴리올레핀이란 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(HDPE, LDPE, LLDPE 등의 에틸렌 중합체) 및 이들의 공중합체나 이들 중합체의 혼합물을 일컫는다.
본 발명의 실시예와 비교예에서 사용한 목분(WF)은 독일 JRS사의 리그노셀 C120(100-메시, 수분 함량 8.0 %)을 사용하였고, 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)은 각각 호남석유화학의 SY130과 엘지화학의 BF511을 사용하였으며, 알칼리토 금속의 나노 산화물은 스테아린산 마그네슘을 450℃에서 열분해하여 나노입자 산화마그네슘(MO)을 제조하여 사용하였다.
그리고 상용화제(MAP)는 호남석유화학의 무수말레산 함유 폴리올레핀 BP-400이나 EM-510H를 사용하였고, 윤활제(LUB)는 스테아린산 칼슘을 사용하였으며, 착색제(PIG)는 유익사의 산화철 안료를 사용하였다.
그리고 첨가제(ADD)로서 광안정제(Ciba Geigy, Chimassorb 944), 산화방지제(Ciba Geigy, Irganox 1010), 자외선흡수제(American Cynamid, Cyasorb UV531)를 2 : 2 : 1의 중량비로 조합하여 사용하였다.
상기에서 열거한 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물의 원료는 본 발명의 실시를 제한하는 것이 아니고, 이들 외에 일반적으로 사용되는 원료를 사용할 수도 있다.
본 발명의 실시예와 비교예에서 사용되는 목분, 수지 및 기타의 원료는 각각 자동 연속 칭량 장치를 사용하여 규정된 일정 속도로 직경 78-mm의 2-축 스크루 압출-혼련기에 공급하면서 용융 압출시켜서 압출되는 스트렌드를 절단하여 펠렛을 제조하였다.
이들 펠렛은 직경 75-mm 단축 스크루 압출기에 도 1에 도시한 바와 같은 단면을 갖는 금형을 부착하여 데크재 프로파일(단위 중량은 1 미터당 약 2.5 kg)을 제조하였다.
압출속도는 스크루 회전 속도를 점차 높여가면서 제조되는 프로파일의 외관을 관찰하여 표면이 매끈하면서 갈라지거나 겉면이 일어나거나 굴곡이 생기지 않고 휘어지지 않는 범위내의 최고 속도로 결정하였으며, 그 최고 속도에서 생산된 데크재 프로파일을 절단하여 굴곡 강도와 온수 침지(70℃, 72시간) 시험방법에 의해 침지흡수율을 측정하였다.
[실시예 1∼9]
목분 함량을 조성물 전 중량의 35중량%에서 80중량%(함수율 0%인 건조기준)까지 증가시키면서 혼합한 목재-플라스틱 복합재용 조성물을 78-㎜ 2-축 스크루 압출-혼련기로 목분의 열화온도인 180℃미만에서 용융 혼련하여 펠렛을 제조하였다.
실제 목분의 투입량은 수분 함량이 8.0 %이므로 건조 목분 함량의 108%를 칭량하였으며, 이들 목재-플라스틱 복합재용 조성물의 조성비는 표 1에서 보는 바와 같다.
이들 조성물 펠렛을 75-mm 단축 스크루 압출기의 스크루 회전 속도를 서서히 증가시키면서 목재-플라스틱 복합재의 외관에 이상이 없는 범위에서 압출 성형의 최고 속도를 결정하여 도 1에서 보는 바와 같은 폭 145㎜, 두께 25㎜의 데크재를 170℃이하에서 압출 성형하였다.
표 1은 본 발명에 따른 목재-플라스틱(폴리프로필렌 수지) 복합재용 조성물의 각 실시예별 조성표이다.
[표 1] (단위 : 중량%)
|
|
PP |
WF | MO |
MAP |
LUB |
PIG |
ADD |
합계 |
|
| 건조* | 함수 (8%)** |
||||||||
| 실시예 1 | 55.0 | 35.0 | 37.8 | 2.2 | 0.5 | 2.0 | 2.3 | 3.0 | 100.0 |
| 실시예 2 | 50.0 | 40.0 | 43.2 | 2.2 | 0.5 | 2.0 | 2.3 | 3.0 | 100.0 |
| 실시예 3 | 39.5 | 50.0 | 54.0 | 3.2 | 0.5 | 2.0 | 2.0 | 2.8 | 100.0 |
| 실시예 4 | 34.2 | 55.0 | 59.4 | 4.0 | 0.5 | 2.0 | 2.0 | 2.3 | 100.0 |
| 실시예 5 | 29.2 | 60.0 | 64.8 | 4.3 | 0.4 | 2.0 | 2.0 | 2.1 | 100.0 |
| 실시예 6 | 24.2 | 65.0 | 70.2 | 4.4 | 0.4 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 100.0 |
| 실시예 7 | 19.0 | 70.0 | 75.6 | 4.6 | 0.4 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 100.0 |
| 실시예 8 | 13.6 | 75.0 | 81.0 | 5.0 | 0.4 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 100.0 |
| 실시예 9 | 8.9 | 80.0 | 86.4 | 5.2 | 0.3 | 2.0 | 1.8 | 1.8 | 100.0 |
주) PP : 폴리프로필렌 수지, WF : 목분(건조* : 건조목분, 함수(8%)** : 함수율 8%의 목분), MO : 산화마그네슘, MAP : 상용화제, LUB : 윤활제, PIG : 착색제, ADD : 첨가제(광안정제, 산화 방지제, 자외선 흡수제)
폴리프로필렌 수지를 사용한 본 발명에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물로 제조된 복합재는 그 제조한 프로파일의 굴곡 강도를 측정하고, 70℃의 온수에 72시간동안 침지하여 흡수율을 측정하였다.
표 2는 본 발명에 따른 목재-플라스틱(폴리프로필렌 수지) 복합재용 조성물 의 각 실시예별 특성표이다.
[표 2]
| PP (중량%) |
WF(건조*) (중량%) |
압출속도 (m/h) |
굴곡강도 (MPa) |
침지흡수율 (%) |
|
| 실시예 1 | 55.0 | 35.0 | 18.8 | 20.3 | 1.9 |
| 실시예 2 | 50.0 | 40.0 | 20.7 | 21.4 | 2.1 |
| 실시예 3 | 39.5 | 50.0 | 33.8 | 22.3 | 2.4 |
| 실시예 4 | 34.2 | 55.0 | 47.5 | 23.5 | 2.3 |
| 실시예 5 | 29.2 | 60.0 | 52.6 | 24.0 | 2.5 |
| 실시예 6 | 24.2 | 65.0 | 61.3 | 25.2 | 2.7 |
| 실시예 7 | 19.0 | 70.0 | 65.7 | 22.6 | 2.8 |
| 실시예 8 | 13.6 | 75.0 | 69.6 | 18.5 | 3.1 |
| 실시예 9 | 8.9 | 80.0 | 72.0 | 16.0 | 5.3 |
목분의 함량이 35중량%미만인 경우에는 목재와 같은 질감을 얻을 수 없으므로 실험하지 않았으며, 목재와 같은 질감을 갖는 목분의 함량이 35중량%이상인 경우에 대하여 실험하였다.
표 2에서 보는 바와 같이 목분의 함량이 40중량%에서부터 50중량% 내지 80중량%까지 높아지면서 압출속도가 40중량%에 비하여 약 50∼350%정도까지 향상되어 목분의 함량이 많아지면서 압출속도도 커짐을 알 수 있다. 즉, 생산속도의 면에서는 목분의 함량을 높이는 것이 유리하지만 목분의 함량이 70중량%이상으로 되면 굴곡강도가 떨어지면서 침지흡수율도 크게 늘어난다.
따라서, 실용적인 목분 함량의 범위는 40∼75중량%가 바람직하고, 더욱 유리한 범위는 50∼65중량%가 더욱 바람직하다.
즉, 알칼리토 금속의 나노 산화물을 사용하여 제조하는 목재-폴리프로필렌 복합재의 최적 목분 함량은 50∼65중량%이고, 이때의 압출속도는 33.6∼61.3 m/시 간, 굴곡강도는 22.3∼25.2 MPa, 침지흡수율은 2.1∼2.7 %의 특성을 갖는다.
[비교예 1∼2]
비교예 1∼2는 본 발명에서 사용한 알칼리토 금속의 나노 산화물을 사용하지 않고 통상의 상용화제인 무수말레산 함유 폴리프로필렌만 사용하는 경우에 목분의 수분 함량에 따른 영향을 검토하기 위하여 평형 수분 함량 8%의 목분과 철저히 건조한 건조 목분 (0.5%)을 사용하여 목분 함량 40중량%의 목재-플라스틱 복합재용 조성물을 표 3과 같이 조성하여 상기 실시예와 동일한 방법으로 압출 제조하였다.
표 3은 비교예에 의한 목재-플라스틱 복합재용 조성물의 비교예별 조성표이다.
[표 3] (단위 : 중량%)
|
|
PP |
WF | MAP |
LUB |
PIG |
ADD |
합계 |
|
| 건조* | 함수(함수율) | |||||||
| 비교예 1 | 50.0 | 40.0 | 43.2 (8%) | 3.0 | 2.0 | 2.0 | 3.0 | 100.0 |
| 비교예 2 | 50.0 | 40.0 | 40.2 (0.5%) | 0.5 | 4.5 | 2.0 | 3.0 | 100.0 |
표 4는 비교예에 따른 목재-플라스틱 복합재용 조성물의 각 비교예별 특성표이다.
[표 4]
| PP (%) |
WF(건조*) (%) |
압출속도 (m/h) |
굴곡강도 (MPa) |
침지흡수율 (%) |
|
| 비교예 1 | 50.0 | 40.0 | 17.8 | 18.3 | 2.1 |
| 비교예 2 | 50.0 | 40.0 | 19.1 | 17.8 | 2.0 |
표 4에서 보는 바와 같이 건조 목분으로 복합재를 제조할 때에는 상용화제를 0.5 %만 사용하여도 압출속도 19.1m/시간이 얻어지는데 8%의 평형수분을 함유하는 목분의 경우에는 상용화제를 3 %정도 사용하여야 비슷한 속도로 압출할 수 있음을 알 수 있다. 이들 상용화제만 사용한 경우 침지흡수율에서는 실시예의 경우와 거의 비슷하지만, 굴곡강도는 약간 떨어지는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에서 금속 산화물이 목분과 올레핀 수지의 분산과 밀착에 큰 도움이 된다는 것을 알 수 있게 한다.
[실시예 10∼13]
실시예 10∼13은 실시예 1∼9에서 사용한 폴리프로필렌 수지 대신에 폴리에틸렌(PE) 수지를 사용한 것으로서, 표 5와 같이 플라스틱 복합재용 조성물을 조성하여 상기 실시예 1∼9와 동일한 방법으로 압출 제조하였다.
표 5는 본 발명에 따른 목재-플라스틱(폴리에틸렌 수지) 복합재용 조성물의 각 실시예별 조성표이다.
[표 5] (단위 : 중량%)
|
|
PE |
WF | MO |
MAP |
LUB |
PIG |
ADD |
합계 |
|
| 건조* | 함수(8%)** | ||||||||
| 실시예 10 | 34.5 | 55.0 | 59.4 | 4.0 | 0.5 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 100.0 |
| 실시예 11 | 30.0 | 59.2 | 63.9 | 4.3 | 0.5 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 100.0 |
| 실시예 12 | 24.0 | 65.0 | 70.2 | 4.5 | 0.5 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 100.0 |
| 실시예 13 | 19.0 | 70.0 | 75.6 | 4.5 | 0.5 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 100.0 |
주) PE : 폴리에틸렌 수지
표 6은 본 발명에 따른 목재-플라스틱(폴리에틸렌 수지) 복합재용 조성물의 각 실시예별 특성표이다.
[표 6]
| PE (중량%) |
WF(건조*) (중량%) |
압출속도 (m/h) |
굴곡강도 (MPa) |
침지흡수율 (%) |
|
| 실시예 10 | 34.5 | 55.0 | 46.3 | 22.7 | 2.1 |
| 실시예 11 | 30.0 | 59.2 | 49.4 | 23.8 | 2.4 |
| 실시예 12 | 24.0 | 65.0 | 58.3 | 25.0 | 2.5 |
| 실시예 13 | 19.0 | 70.0 | 63.7 | 23.3 | 2.7 |
실시예 10∼13에서도 실시예 1∼9(폴리프로필렌 수지를 사용한 경우)와 같이 목분의 함량이 많아질수록 압출속도가 커지고, 목분 65중량%까지는 굴곡강도가 커졌다가 줄어들고, 침지흡수율이 계속 늘어나는 경향은 같았으며, 최적 목분 배합율은 55∼65중량%이었다.
도 2는 본 발명에 따른 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재의 사진으로서, 질감이 목재와 유사하며, 색감도 목재와 유사한 모습을 보여주고 있다.
본 발명에 의하면 목재-플라스틱 복합재를 저렴한 원료를 사용하여 목분의 수분을 철저하게 관리하지 않고도 강도가 우수하고 흡수율이 낮으며, 천연 목재와 흡사한 외관과 질감을 갖는 목재-플라스틱 복합재의 성형품을 고속으로 생산할 수 있으므로 목재-플라스틱 복합재의 보급 신장에 도움이 될 것이며, 자원 재활용을 촉진하여 친환경 산업의 발전에 기여할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 목재-플라스틱 복합재의 프로파일을 보이는 도면
도 2는 본 발명에 따른 조성물을 사용하여 제조된 목재-플라스틱 복합재의 사진
Claims (8)
- 목분과 폴리올레핀 수지를 포함하는 원료를 배합하여 제조되는 목재-플라스틱 복합재용 조성물에 있어서,상기 복합재용 조성물은 함수율 0.5%를 초과하는 목분, 폴리올레핀 수지, 알칼리토 금속의 나노 산화물, 상용화제, 윤활제 및 착색제를 포함하고,상기 상용화제는 상기 복합재용 조성물 전체 중량에서 상기 목분에 함유된 수분을 제외한 중량의 0.3∼0.5중량%를 사용하는 것을 특징으로 하는 목재-플라스틱 복합재용 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 알칼리토 금속의 나노 산화물은 알칼리토 금속 비누를 열분해하여 얻어지는 산화물인 것을 특징으로 하는 목재-플라스틱 복합재용 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 복합재용 조성물은 목분 35∼80중량%(함수율 0%인 건조기준), 폴리올레핀 수지 8.5∼55중량%, 알칼리토 금속의 나노 산화물 2∼5.5중량%, 상용화제 0.3∼0.5중량%, 윤활제 1∼3중량% 및 착색제 1.5∼2.5중량%인 것을 특징으로 하는 목재-플라스틱 복합재용 조성물.
- 제 3항에 있어서,상기 목분, 폴리올레핀 수지 및 알칼리토 금속의 나노 산화물은 목분 40∼75중량%(함수율 0%인 건조기준), 폴리올레핀 수지 13.5∼50중량%, 알칼리토 금속의 나노 산화물 2∼5.5중량%인 것을 특징으로 하는 목재-플라스틱 복합재용 조성물.
- 제 3항에 있어서,상기 목분, 폴리올레핀 수지 및 알칼리토 금속의 나노 산화물은 목분 50∼65중량%(함수율 0%인 건조기준), 폴리올레핀 수지 24∼40중량%, 알칼리토 금속의 나노 산화물 3∼5중량%인 것을 특징으로 하는 목재-플라스틱 복합재용 조성물.
- 제 3항에 있어서,상기 폴리올레핀 수지는 폴리프로필렌 수지 또는 폴리에틸렌 수지 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 목재-플라스틱 복합재용 조성물.
- 제 6항에 있어서,상기 조성물은 광안정제, 산화 방지제, 자외선 흡수제 중 어느 하나 또는 2이상이 첨가되는 것을 특징으로 하는 목재-플라스틱 복합재용 조성물.
- 목분과 폴리올레핀 수지를 포함하는 원료를 배합하여 제조되는 목재-플라스틱 복합재에 있어서,상기 목재-플라스틱 복합재는 특허청구범위 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 조성물을 용융 혼련하여 펠렛을 제조한 후, 상기 펠렛을 압출 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 목재-플라스틱 복합재.
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