KR20100119571A - 코팅된 목재 합판 - Google Patents

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주하 파토비르타
일카 타르바이넨
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Abstract

본 발명은 코팅된 목재 합판에 관한 것으로서, 목재 합판이 코팅 물질로 코팅되어 있다. 본 발명에 따르면, 코팅 물질이 폴리올레핀 필름으로 형성되며, 내마모성 및 내열성 코팅을 형성하기 위해, 상기 폴리올레핀 필름은, 결정상과 비정질상의 2개의 상(phase)에 대한 비정질 폴리올레핀의 백분율에 비해 가교결합의 백분율이 10-60% 크게 되도록, 적어도 부분적으로 가교결합되어 있다.

Description

코팅된 목재 합판{COATED WOOD BOARD}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 서두 부분에 명시된 코팅된 목재 합판에 관한 것이다.
종래 기술로부터 다양한 목재 합판 및 목재 합판을 제조하는 방법이 공지되어 있다. 이러한 제품들은 그것의 베이스 제품을 보호하기 위해 또는 어떤 특별한 표면 성질을 부여하기 위해 그 상부에 코팅을 필요로 하는 경우가 흔하다.
목재 제품에 사용되는 코팅은 보통 약간의 유기 폴리머, 흔히 페놀계 수지 및 멜라민 수지와 같은 수지이다. 열가소성 수지도 이용되기는 하지만 열가소성 수지를 사용하는 경우에는 이들 수지를 어떻게 목재 패널 또는 제품에 부착시키는가 하는 방법과 관련한 문제가 있다.
목재 합판을 제조하기 위해서는 목재 합판의 베니어를 함께 접착시키고 결합시키기 위해 수지와 다양한 글루 물질이 사용된다. 종래 기술에서는, 목재 합판 상에 예를 들어 폴리우레탄 또는 페놀계 글루를 이용하여 코팅을 접착시키는 것이 알려져 있다.
또한, 목재 섬유-폴리머 복합재를 제조하기 위해 말레이트화 폴리에틸렌(MAPE) 또는 말레이트화 폴리프로필렌(MAPP)을 사용하는 것도 알려져 있는데, 이때 말레이트화 폴리머가 섬유와 폴리머 사이의 커플링제로 사용된다. 셀룰로오스 섬유의 표면이 폴리프로필렌-무수 말레산 코폴리머로 개질될 수 있다는 것도 알려져 있다.
또한, 예를 들어 특허출원 EP 0782917로부터 압출된 필름으로 코팅된 보드의 제조 방법이 알려져 있다. 이 필름은 일 구현예에서 무수 말레산 그라프트된 에틸-비닐 아세테이트 코폴리머(MA-g-EVA)를 포함한다. 필름 제조 공정 중에 필름의 활성화와 같은 처리가 실시되지 않는다.
예를 들어 제 자리에서의 휠 스피닝(wheel spinning)으로 인한 마모력과 열에 대한 내성 및 동시에 높은 스폿 압력(spot pressure)에서의 롤링에 대한 내성은 바닥 표면 코팅 및 코팅 물질에 있어서 용이하게 달성되는 목표가 아니다. 이러한 두 가지 요건은, 램프(ramp) 또는 이와 유사한 구조물을 통해 차량에 화물을 싣거나 차량으로부터 화물을 내릴 때, 동시에 모두 필요하다. 수동으로 작동되는 팔레트 트럭은 단지 4개의 작은 휠로 지지된 상태로 1톤 이상의 화물을 운반할 수 있다. 따라서, 국지적인, 스폿형 표면 압력이 매우 높다.
휠이 짧은 기간에 걸쳐 한 장소에서 정확하게 회전하고, 그럼으로써 예를 들어 고하중의 화물을 운반하는 팔레트 트럭의 실제 상황과 유사한 상황을 만들고, 휠이 제한된 공간 내에서 회전하는 경우에, 용융(melting)에 대한 표면 내성을 확인하기 위해 스피닝 테스트가 이용된다. 이러한 스피닝 테스트를 통과하기 위해서는 표면 용융이 일어나지 않아야 하며, 롤링 테스트를 통과하기 위해서는 많은 사이클의 국지적인 롤링 압력을 견디기에 충분할 정도로 표면 하부 층들이 함께 플렉서블해야 한다.
당해 기술룬야에서 초기에는 합판이 그러한 목적을 위해 코팅되는 경우에, 복수층의 코팅이 사용되었는데, 폴리아미드층들은 가요성을 부여하고 페놀계층들은 필요한 경도(hardness)를 부여하였다. 필요한 층의 총 갯수는 12-18개 였다. 페놀계 필름의 경우에 알려진 문제점은 색상의 문제와 이러한 색상이 비위생적인 상태와 관련이 있다는 인상을 준다는 것이었다. 이와 관련된 방법 및 구조는 FI 110495 특허에 기술되어 있다.
US 특허 7,156,944에는 폴리머 혼합물 중의 가교결합가능한 물질의 양을 제한함으로써 접착제의 취성(brittleness)을 감소시키는 방법이 기술되어 있다.
폴리머 마켓에는 이러한 목적에 적합한 물질이 그다지 많이 존재하지 않으며, 그 이외의 다른 적합한 물질들은 매우 비싸서 그러한 용도로 주목을 받지 못하고 있다. 원하는 수준의 적절한 경도/가요성 관계를 가지도록 폴리머 물질을 개질할 수 있는 가능성도 제한되어 있다.
본 발명의 목적은 새로운 유형의 코팅된 목재 합판을 제공하는 것이다. 본 발명에서는 완전히 새롭고도 매우 단순한 방법으로 목재 합판의 코팅과 관련된 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 코팅된 목재 합판은 청구범위에 제시되어 있는 것과 같은 점을 특징으로 한다.
본 발명은 코팅된 목재 합판에 관한 것이며, 목재 합판은 코팅 물질에 의해 코팅된다. 목재 합판은 목재 합판의 베니어들이 서로 결합되도록 형성된다. 본 발명에 따르면, 코팅 물질은 폴리올레핀 필름으로 형성되어 있으며, 내마모성 및 내열성 코팅을 형성하기 위해, 이 폴리올레핀 필름은, 결정상과 비정질상의 2개의 상(phase)에 대한 비정질 폴리올레핀의 백분율에 비해 가교결합의 백분율이 10-60% 크게 되도록, 적어도 부분적으로 가교결합되어 있다. 가교결합율이 너무 높으면, 부서지기 쉬워지며, 가교결합율이 너무 낮으면 마모성/스트레스성 조건에서 여전히 용융되기 쉬워진다.
본 발명은 구체적으로 자작나무 목재 합판과 거의 유사한 표면 경도를 가진 내열 및 내마모성 목재 합판을 제공한다. 코팅은 경질 목재 코팅을 기본으로 한다.
본 명세서에서, 목재 합판이란, 모든 목재 패널 제품, 합판 제품, 복합재 제품, 파티클 보드, 섬유 보드, 빔-프레스 패널 제품등, 복수 개의 베니어, 주로 목재계 물질로 형성된 것들을 의미하며, 베니어들은 서로 적층되어 함께 접착되어 있다. 본 명세서에서 베니어는 임의의 재료층, 전형적으로는 얇은 재료층을 의미한다. 바람직한 일 구현예에서, 목재 합판은 합판이다.
본 발명에 따른 목재 합판은 상이한 두께의 베니어 층들을 포함할 수 있다. 베니어층의 두께는 다양할 수 있다. 베니어층들은 원하는 배치, 즉 원하는 순서로, 폭방향으로 또는 길이방향으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리올레핀 필름은 적어도 2개의 층을 포함하며, 적어도 제1층인 상부층은 가교결합되어 있다.
일 구현예에서, 제1층과 제2층 사이에 적어도 하나의 첨가제층이 배치된다. 일 구현예에서, 필름은 적어도 하나 보다 많은 수의 첨가제층, 예를 들어 2-10개의 첨가제층을 포함한다. 일 구현예에서, 첨가제층은 작용성 첨가제를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 첨가제층은 예를 들어 난연제, UV-안정화제 및 충전재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리올레핀 필름은 적어도 부분적으로 가교결합되어 있다. 일 구현예에서, 제1층은 적어도 부분적으로 가교결합되어 있다. 일 구현예에서, 제2층은 적어도 부분적으로 가교결합되어 있다. 일 구현예에서, 폴리올레핀 필름은 다음과 같은 방법으로 구성된 군으로부터 선택된 방법에 의해 가교결합되어 있다: 실란 수분 방법(silane moisture method), 전자빔 조사, 및 이들의 조합. 가교결합은 필름 제조 공정 중에 또는 필름이 목재 합판의 베니어상에 프레스되기 전에 이루어질 수 있다. 일 구현예에서, 가교결합제가 가교 결합 중에 사용된다. 가교결합 반응의 시간은 코팅의 두께, 상대 습도, 온도 및 폴리올레핀 물질의 확산 상수에 의존한다.
일 구현예에서, 가교결합의 방사선 조사시, 조사량은 100-200 kGy, 바람직하기로는 125-175 kGy 이다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리올레핀 필름의 가교결합 밀도는 50-70%, 바람직하기로는 55-67% 이다.
본 발명의 일 구현예에서, 코팅 물질은 촉매에 의해 제조된다. 일 구현예에서, 촉매는 실란 그라프트된 폴리올레핀에 첨가된다. 일 구현예에서, 촉매는 가교결합 반응을 촉진하기 위해 압출 이전에 실란 그라프트된 폴리올레핀에 첨가된다. 코팅 물질은 종래의 공지된 촉매를 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리올레핀은 다음과 같은 화합물로 구성된 군으로부터 선택된다: 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 조합. 바람직한 구현예에서, 폴리올레핀은 폴리에틸렌이다. 폴리올레핀 필름 또는 각각의 층은 첨가제 및 충전재를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 폴리올레핀 필름은 약 10-40 부피%의 충전재를 함유할 수 있다.
폴리올레핀 필름 및/또는 필름층은 석유화학 및 재생가능한 원료 물질로부터 만들어질 수 있다. 바이오계 폴리머가 이용될 수도 있다. 바람직하기로는, 바이오계 폴리머는 180℃ 이상 또는 190℃ 이상의 가공온도를 가진다. 일 구현예에서, 모든 필름층은 실질적으로 동일한 물질로 형성된다. 다른 구현예에서, 적어도 하나의 필름층은 다른 필름층과는 다른 물질로 형성된다.
서로 유사하지 않은 폴리머들을 부착시키기 위해 필름에 상용화제가 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 코팅 물질은 하기 군으로부터 선택되는 첨가제를 포함한다: 글래스-락 울, 탄소섬유, 미네랄 입자, 미네랄 섬유, 유리 섬유 등의 보강 섬유, 석영, 알루미늄 산화물, UV 방지제 및 이들의 조합. 일 구현예에서, 코팅 물질은 30 부피% 이하의 첨가제를 함유한다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리올레핀 필름은 목재 합판과 폴리올레핀 필름 사이에 공유 결합을 형성하고 자기 접착성 코팅 물질을 형성하기 위해 목재의 -OH 기와 반응하는 반응성 기를 함유한다. 폴리올레핀 필름은 상기 반응성 기에 의해 자기 접착성을 가지게 된다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리올레핀 필름은 무수 말레산 반응성 기를 함유하는 말레이트화된 폴리올레핀을 함유한다.
일 구현예에서, 폴리올레핀 필름은 반응성 기를 함유하는 이소시아네이트 그라프트된 폴리올레핀을 함유한다.
일 구현예에서, 목재 합판의 표면에 가장 근접한 적어도 제2층이 자기 접착성층으로서 목재의 -OH 기와 반응하는 반응성 기를 함유한다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리올레핀 필름의 반응성 기는 자기 접착성 물질의 제조 공정 중에 180℃ 이상, 일 구현예에서 190℃ 이상의 온도에서 활성화된다. 일 구현예에서, 활성화에 충분한 시간은 약 0.5-3분 이다. 형성된 필름은 목재와 최대수의 공유 결합을 형성할 수 있는 활성화된 작용기를 함유한다.
필름의 적어도 일면이 말레이트화될 때, 특히 말레이트화된 층이 처리되어 제조 공정 중에 그 온도가 190℃보다 높아져서 필름 표면상에서 말레산이 무수 말레산으로 전환될 때, 폴리올레핀 필름이 목재에 직접 부착될 수 있다. 무수 말레산은 목재에 대해 반응성이 매우 높아서 셀룰로오스의 -OH 기와 공유 결합을 형성한다. 이러한 활성화가 없으면, 통상의 말레이트화된 필름은 수소 결합을 형성하는데 수소 결합은 공유 결합보다 훨씬 약하다. 따라서, 폴리올레핀 필름은 프라임층 및 결합층 없이도 목재 표면에 직접 결합될 수 있다.
바람직한 일 구현예에서, 적어도 하나의 폴리올레핀 필름층은 무수 말레산 폴리올레핀을 함유한다. 바람직한 일 구현예에서, 말레이트화된 폴리올레핀을 포함하는 필름 또는 필름층은 또한 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리머를 포함한다. 바람직하기로는, 말레이트화된 폴리올레핀을 포함하는 필름층은 MAPE+PE 또는 MAPP+PP로 필수적으로 구성된다.
본 발명의 일 구현예에서, 말레이트화된 폴리올레핀은 말레이트화된 폴리올레핀에 대해 0.3-15 중량%의 말레산, 일 구현예에서 1-5 중량%의 말레산을 함유한다. 바람직하기로는, 필름층은 코팅 물질의 마찰 및 습윤 특성의 개선을 위해 바람직한 정도로 말레이트화된다.
일 구현예에서, 필름 제조 공정에 촉매가 사용된다. 촉매는 예를 들어 무수말레산과 같은 커플링제와 목재 사이에 형성되는 공유 결합의 빈도를 증가시킨다. 폴리올레핀 필름은 공지의 촉매를 사용하여 제조될 수 있다.
코팅의 두께는 필름 재료의 성질과 목재 합판의 용도에 따라 달라질 수 있다. 일 구현예에서, 폴리올레핀 필름은 1.5-3.0 mm, 바람직한 일 구현예에 있어서2.0-2.5 mm의 두께를 가지고 있다.
일 구현예에서, 코팅 물질은 예를 들어 압출 또는 공압출과 같은 공지의 장치 및 방법에 의해 제조될 수 있다.
목재 합판은 공지의 장치 및 방법에 의해 제조될 수 있다. 베니어를 적층하고, 함께 결합시키고, 합판을 제조하는데 있어서 기타 전형적인 단계들은 당해 기술분야에서 공지된 임의의 방식으로 이루어질 수 있다. 코팅은 핫-프레싱 기법, 압출 기법, 필름 기법, 롤 기법, 실린더 기법, 코팅 및 복수층 코팅 기법, 공지된 모든 방법, 이들의 조합 또는 상응하는 기법을 이용하여 목재 합판의 베니어들 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 코팅 물질은 120-170℃의 온도에서 핫-프레싱에 의해 목재 합판 상에 부착된다. 자기 접착성 코팅 물질은 반응성 기에 의해 목재 합판에 부착된다. 이러한 일 구현예의 장점은 목재 합판 표면 상으로 코팅을 고정시키는데 단지 120-140℃의 온도로도 가능하다는 점이다. 온도, 압력 및 시간과 같은 핫-프레싱의 조건은 목재의 종류(에: 가문비나무 또는 자작나무) 및 폴리올레핀의 융점에 따라 다르다.
일 구현예에서, 코팅 물질은 수지 또는 글루에 의한 접착에 의해 목재 합판 상에 부착될 수 있다.
본 발명은 내열 및 내마모성 코팅 및 내마찰성 코팅을 제공한다. 본 발명은 또한 코팅에 대해 간단하고도 저렴하게 해결방법을 제공한다.
본 발명에 따른 목재 합판은 여러 가지 용도에 적합하게 사용된다. 이 목재 합판은 예를 들어 바닥재용, 트럭이나 기타 수송 차량 및 중량급 수송 차량의 바닥재에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 코팅된 목재 합판은 내열성 및 내마모성이 우수하여, 다양한 용도에 적합하게 사용될 수 있다.
이하, 도면에 도시된 구현예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 폴리에틸렌의 결정, 비정질 물질 및 연결 분자(tie molecule)를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 코팅 물질의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1은 폴리에틸렌의 결정, 비정질 물질 및 연결 분자를 나타낸다.
테스트 결과, PE의 내열성은, 방사선 조사되고 실란 가교결합된 물질이 시차주사열량계(DSC)에 의해 측정된 소정의 융점을 여전히 나타낸다는 사실에도 불구하고, 가교결합에 의해 크게 향상될 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 코팅은 보통 고체와 관련된 성질을 나타내어, 그 물질이 300℃의 상승된 온도에서 조차도 짧은 시간 동안 용융 액체로 될 정도로 연화되지 않는 것으로 나타났다. 또한, 폴리아미드 66에 대해 비슷한 처리를 실시한 결과 동일한 정도의 내열성이 관찰되었다. 사실상 폴리아미드가 액체로 용융되었다.
이러한 관찰 사항을 설명하기 위해서는 용융-결정화된, 반 결정형 폴리머에 대해 방사선 조사(irradiating)하는 것에 대해 고려할 필요가 있다. 방사선 조사에 의해 비정질 폴리머와 반결정형 폴리머 내에 체인의 가교결합이 형성되며, 이는 미세결정의 비정질상 내에서 보다 효과적이라는 것은 잘 알려져 있다.
그러므로, 가교결합 반응에 의해, 결정성 라멜라가 가교결합된 비정질 영역에 의해 효과적으로 구속된, 마이크로구조가 초래되는 것으로 생각된다. 폴리머는 여전히 시차주사열량계에 의해 측정된 소정의 융점을 나타내지만, 가교결합되지 않은, 이전에 결정형이었던 라멜라 영역이 가교결합된 비정질층에 의해 효과적으로 고정화(immobilization)되기 때문에, 융점 보다 높은 온도에서도 고도의 구조적 안정성이 유지된다. 이러한 효과가 PE에서 나타나는 이유를 설명하기 위해서는 연결 분자의 개념도 적용될 수 있을 것이다.
결정형 라멜라가 흔히 체인-폴딩(chain0folding) 된 것으로 기술되기는 하지만, 일련의 라멜라 형성에 참여하는 체인의 존재를 무시해서는 아니된다. 이러한 연결 분자들이 폴리머의 비정질 영역의 다른 체인들과 가교결합하도록 강제된다면, 결정형 층들의 추가적인 구속이 초래될 것이다.
결정형 층들이 열역학적 면에서 실제로 용융되어 비정질 액체를 형성할 수 있기는 하지만, 관련된 체인들은 이러한 상승된 온도에서 예상되는 수준의 운동성을 나타낼 것 같지는 않다; 체인들은 연결 분자들의 성질로 인해 비정질층과 결정형층 양쪽 모두에 대해 효과적으로 결합될 것이다. 이러한 현상을 연결시킴으로써, 관찰되는 융점보다 높은 온도에서 PE가 고체처럼 거동하는 이유가 설명될 것이다.
전술한 사항을 토대로 하면, 예를 들어 폴리아미드 66과 같이 주로 체인 폴딩된 형태로 결정화된 반결정형 폴리머는 방사선 조사에 대해 유리하게 반응하지 않을 것이며, 즉 비정질 상에서는 가교결합이 양호하게 일어날 수 있지만, 용융 후 라멜라 영역의 구속의 정도는 폴리머에 유의적인 수준의 내열성을 부여하기에는 충분하지 않을 것이다. 역으로, 복수의 결정형 라멜라로의 체인의 무작위적인 재진입을 통해 형성된 결정상은, 가교결합시 결정형 층들을 함께 결합시키고 용융 후 높은 수준의 내열성을 부여하는 연결 분자들을 나타내 보이는 경향을 가지게 될 것이므로 폴리머가 스피닝 테스트 동안 용융되지 않을 것이다.
도 2는 본 발명의 코팅 물질의 구조를 나타내는 도면이다.
코팅 물질은 3개의 층: 제1층(1), 제2층(2) 및 첨가제층(3)을 포함하는 폴리에틸렌 필름으로 형성된다. 제1층은 상부층이고, 제2층은 하부층으로서 목재 합판의 표면에 가장 근접한 층이며, 첨가제층(3)은 체1층(1)과 제2층(2) 사이에 위치한다.
상부의 제1층(1)은 내마모성 및 내열성 필름층을 형성하기 위해 가교결합된 폴리에틸렌으로 형성된다. 하부의 제2층(2)은 자기 접착성 필름층을 형성하기 위해 무수 말레산 폴리에틸렌(MAPE) 및 폴리에틸렌으로 형성된다.
첨가제층(3)은 상부층과 하부층 사이에 위치한다. 첨가제층은 첨가제 및 충전재, 예를 들어 난연제를 포함하는 가교결합되지 않은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 형성된다.
테스트에 사용되는 코팅 물질과 합판은 다음과 같은 공정에 따라 제조될 수 있다. 제1단계에서는, 도 2에 도시된 바와 같은 3층의 코팅 필름이 공압출에 의해 폴리올레핀, 말레이트화된 폴리올레핀 및 첨가제 및 충전재로 제조된다. 필름은 선택적으로 부직포 또는 직조된 물질에 부착될 수 있다. 제2층의 말레이트화된 폴리올레핀은 필름의 제조 공정 중에 190℃보다 높은 온도에서 무수 말레산으로 전환되는 말레산을 함유한다. 제1 필름층은 전자빔 조사에 의해 가교결합된다. 필름의 층들을 함께 결합시켜 필름으로 형성한다. 제2 단계에서, 형성된 필름을 적절한 크기로 절단하여 핫-프레싱 또는 글루 접착에 의해 합판 상에 위치시킨다. 핫-프레싱은 약 130-140℃의 온도, 약 1.8 N/mm2의 압력에서 약 13분간 실시된다. 글루 접착은 핫-글루, 예를 들어 폴리우레탄에 의해 이루어질 수 있다.
상이한 폴리머가 공압출되는 경우에, 상이한 재료들을 결합시키기 위해 코팅에 상용화제가 필요하다.
실시예 1
이 실시예에서 도 2의 코팅 물질과 본 발명의 합판을 제조하여 테스트에 사용했다.
"Wisa-Truck" 상업적인 코팅은, 합판 상에 (폴리아미드 66, 100 ㎛ + 140 g/m2의 PF 레졸 수지 함량을 가진, 페놀포름알데히드 수지-함침된 80 g/m2 크라프트지)가 6회 프레스처리된 것을 의미한다. 상부층은 항상 페놀게 페이퍼층이다.
여기서 본 발명에 있어서의 용도를 위해 특별한 스피닝 테스트를 개발하였다. 직경 200 mm, 폭 90 mm의 폴리아미드 휠에 대해 개발되었다. 그 휠은 30,000 N의 하중과 상응하는 속도 5 km/h 조건으로 제 자리에서 회전한다. 표면이 20초 이내애 용융되지 않으면 그 테스트는 허용된다. 이러한 스피닝 테스트는 당해 기술분야에서 공지된 표준 테스트보다 더 양호하고 정확하게 폴리머의 내성을 측정한다. 이 스피닝 테스트는 폴리머의 내용융성의 진정한 측정수단이다.
롤링 테스트는 SS 923502 표준에 따라 이루어졌는데, 금속 휠이 300 kg의 하중으로 전후로 이동하면서 샘플 위로 롤링한다. 그 결과는 육안으로 관찰되며, 100,000 사이클이면 허용 수준이다.
이 실시예에서. 코팅의 핫-프레싱에 다음과 같은 조건이 사용되었다. 핫-프레스 온도 120-135℃, 핫-프레싱 시간 13분 및 핫-프레스 압력 1.8 MPa.
표 1: 성능을 나타내는 특성
코팅 성질 코팅 1 코팅 2 Wisa-Truc 코팅되지 않은 합판
방사선 조사량 kGy 125 175 - -
핫-프레스 후 표면
120oC 핫-프레스
130oC 핫-프레스
무변화
약간 압축됨
무변화
무변화
무변화
무변화
NA
NA
연소테스트 점화시간(DIN 5510),s 19 23 27 19
브리넬경도
(EN 1543:2000)		 3,58 4,03 너무 단단하여 측정불가 2,38
롤링테스트
(SS 923502)
사이클		 100 000
 100 000
100 000 -
테이퍼테스트
마모값
(DIN 53799) 라운드		 20 000
0,77 mm		 20 000
0,84 mm		 19 600 NA
스피닝테스트 20초 용융 없음 용융 없음 용융 없음 NA
표 1로부터, 두 가지 방사선 조사량(125 또는 175 kGy) 모두에 대해 코팅이 충분히 가교결합되어 스피닝 테스트 동안에 용융되지 않는 것을 알 수 있다. 그러나, 13분이 될 때까지 합판에 코팅을 핫-프레스(135℃)해야 할 필요성으로 인해 방사선 조사량이 낮은 경우에는 표면 패턴에 약간의 압축이 존재한다. 핫-프레싱 온도(120℃)가 낮은 경우도 테스트 되었는데 표면 패턴의 압축은 없었고 글루도 완전히 경화되지 않았다. 방사선 조사량이 175 kGy인 경우에는, 합판에 대한 핫-프레싱 동안에 표면 패턴의 압축이 전혀 없이 코팅이 내열 및 내마모성을 가진다는 점에서 코팅에 대해 요구되는 모든 기준을 만족시키는 것으로 나타났다.
표 2: 폴리머 성질
코팅 성질 코팅 1 코팅 2 가교결합되지 않은 PE
방사선 조사량, kGy 25 175 -
결정화도 (%) 58,5 58,2 58,0
비정질상 (%) 41,5 41,8 42,0
결정화 온도, oC 121,6 120,3 122,4
용융 온도.oC 128,9 128,6 129,1
엔탈피 (J/g) 168,5 167,6 167,2
용융흐름지수(g/10 min) - - 9,9
가교결합 밀도
(ASTM D2765-01)
스피닝테스트(20초)		 57,1

용융 없음 		65,0

용융 없음		 0

핫-프레스시 용융
표 2로부터, 코팅 1 및 코팅 2에 대한 가교결합 밀도는 비정질 물질의 백분율(16-24$) 보다 높은 것을 알 수 있다. 또한, 결정화도와 용융 온도에도 변화가 없다. 그러므로, 물질의 결정형 부분에는 가교결합이 없다. 이는, 폴리에틸렌 결정상이 복수의 결정형 라멜라 내로 체인들이 무작위로 재진입함으로써 형성되고 연결 분자가 함께 연결되어 전체 운동성을 제한한다는 가설을 뒷받침한다.
표 3: 성능을 나타내는 특성
코팅 성질 코팅 3
20% 유리
PEX 125 kGy		 코팅 4
20% 유리
PEX 175 kGy		 Wisa-truck 코팅되지 않은 합판
방사선 조사량 125 175 - -
핫-프레스후 표면패턴 125oC 핫-프레스
130oC 핫-프레스
무변화
약간 압축됨
무변화
무변화
무변화
무변화
NA
NA
브리넬 경도
(EN 1543:2000)		 3,60 4,04 너무 단단하여 측정불가 2,38
롤링테스트(SS 923502)'
사이클		 100 000 100 000 100 000 NA
테이퍼테스트 마모값
(DIN 53799),라운드		 20 000
0.90 mm		 20 000
0,91 mm		 19 600 NA
스피닝테스트 (20 s) 용융 없지만, 약간의 마모 있음 용융 없지만, 약간의 마모 있음 용융 없음 NA
용융 점도가 너무 높아서 가교결합된 코팅의 용융흐름지수(MFI)를 측정할 수가 없었다. 사실상, 가교결합된 폴리에틸렌은 용융 흐름이 없었을 뿐만 아니라 21.6 kg의 하중을 받은 상태로 190℃에서 30분간 오븐 내에 방치된 경우에도 형태가 유지되었다.
표 3의 결과로부터, 20%의 글라스 섬유는 가교결합에 어떠한 문제도 야기하지 않는다는 것이 분명하다. 그러므로, 보강되고 또한 보다 양호한 열수축특성을 제공하는 내열 및 내마모성 코팅을 만드는 것이 가능하다.
표 4: 폴리아미드 66에 대한 상대적인 성능 평가 테스트
코팅 성질 코팅 6
가교결합되지 않은 PA 66
방사선 조사량, kGy 125 NA
135oC에서 핫-프레스 후
표면 패턴		 무변화 무변화
롤링 테스트(SS 923502)
사이클		 100 000 NA
용융흐름지수 (g/10 min) 용융흐름 없음
결정화도(%) 22,6 23,8
비정질 (%) 77,4 76,2
결정화 온도 218 oC 235 oC
용융 온도 250,8oC 261,4oC
엔탈피 (J/g) 57,6 60,6
가교결합밀도 (%) 97 0
스피닝 테스트 용융됨, 10초 용융됨, 10초
표 4에서는, 높은 가교결합 밀도에도 불구하고 그 물질은 롤링 테스트는 통과했지만 스피닝 테스트는 통과하지 못하였다.
DSC 결과는 가교결합되지 않은 폴리아미드 66에 비해 가교결합된 폴리아미드 66의 용해 온도가 유의적으로 저하된 것을 보여주고 있다. 가교결합된 샘프에서 용융 온도의 저하는 고에너지 전자의 증착시 결정 크기의 감소에 기인하는 것일 수 있다. 가교결합은 비정질상에서 여전히 우세하게 일어나고 있다; 그러나, 두 영역의 경계에서 가교결합과 분지도 일어나는데, 이는 가교결합된 샘플에서의 결정화도의 저하에 대한 이유가 된다. 이들 결과는 가교결합 후 결정형 물질이 감소되고 용융 온도에 변화가 일어나는 것을 보여주고 있다. 이는, 폴리아미드 66의 경우에 가교결합 밀도가 비정질 물질의 백분율보다 높아진 이유를 설명해 줄 수 있을 것이다. 폴리아미드의 결정형 라멜라는 체인 폴딩되는 경우가 매우 흔하다.
표 5: 실란 가교결합된 폴리에틸렌에 대한 상대적인 성능 평가 테스트
코팅 성질 코팅 7
 코팅 8
촉매 Cat-MB420 (%) 3 5
가교결합시간 고온 수조
95 -100 oC (hour)		 1 1
130oC에서 핫-프레스 후
표면 패턴		 완전 압축됨 약간 압축됨 + 기포
롤링 테스트(SS 923502)
사이클 (코팅의 마모)		 100 000 > 100 000
결정화도 (%) 57.6 59.2
비정질 (%) 42.4 40.8
결정화 온도 115.8 116.1
용융 온도 129.3 128.3
엔탈피 (J/g) 168 183.5
가교결합밀도 (%) 56.3 61.8
스피닝테스트 용융 없음 없음
마모 심함 없음
여기서, 핫 프레싱 후 압축된 표면 패턴과 스피닝 테스트로부터 스피닝 과정 동안의 용융을 방지하기 위해 전체 코팅 두께에 걸쳐 가교결합될 필요는 없다는 것을 알 수 있다. 코팅의 상부층들만 가교결합될 필요가 있지만, 가교결합의 정도는 스피닝 테스트 동안의 용융을 방지하기에 충분한 가교결합밀도를 얻는 정도이면 된다. 코팅에서 관찰되는 기포는 촉매 때문인 것으로 생각되며, 촉매 농도는 3-4%가 적절한 것으로 생각된다.
표 6: 실란 가교결합된 폴리에틸렌에 대한 상대적인 성능 평가 테스트
코팅 성질 코팅 7
 코팅 9
 코팅10
 코팅 11
촉매 Cat-MB420 (%) 3 3 3 3
가교결합시간 고온 수조
95-100oC(hour)		 1 1 1 1
포화 스팀 (hour) - 1 4
65% 상대습도 23OC (days) - 5 -
130oC에서 핫-프레스 후
표면 패턴		 완전 압축됨 완전 압축됨 압축됨 약간 압축됨
롤링 테스트(SS 923502)
사이클 (코팅의 마모)		 100 000 >100 000 >100 000 >100 000
가교결합밀도 (%) 56.3 - - 74.2
스피닝테스트 용융 없음 없음 없음 없음
마모 심함 심함 삼힘 없음
수분 가교결합에 의한 가교결합에 대한 최상의 조건(표 6)은 스팀 또는 비등하는 수조에서의 5시간 동안의 반응이다. 모든 코팅에 있어서, 가교결합된 폴리에틸렌은 스피닝 테스트에서 용융되지 않았지만 장시간 동안 충분히 처리되지 않은 경우에는 코팅의 마모가 많이 발생햇다. 코팅이 외부로부터 중간쪽으로 가교결합되는 것으로 생각된다. 그러므로, 코팅이 스피닝 테스트를 통과한 이유는 코팅의 상부층들은 충분히 가교결합되지만 코팅의 중간 부분은 그렇지 않기 때문이며, 이는 핫-프레싱 동안 패턴이 압축되는 이유를 설명해 준다.
표 7: 실란 가교결합된 폴리에틸렌에 대한 상대적인 성능 평가 테스트
코팅 성질 코팅 8 코팅 12 코팅 13 코팅 14
촉매 Cat-MB420/Borealis (%) 5 5 5 5
가교결합시간 고온 수조 95-100oC
(hour)		 1 1 1 1
포화 증기 (hour) - - 1 4
65 % 습도 23 OC
(days)		 - 5 - -
130oC에서 핫-프레스 후
표면 패턴		 약간의 압축
+ 기포		 약간의 압축
+ 기포		 무변화 무변화, 약간의 기포
롤링 테스트(SS 923502)
사이클 (코팅의 마모)		 >100000 >100 000 >100 000 > 100 000
가교결합밀도 (%) 61.8 - - 76.2
스피닝테스트 용융 No No No No
마모 No No No No
여기서 (표 7), 코팅의 충분한 층들이 가교결합되면 코팅은 내마모성도 양호하고 내열성도 양호해진다는 것을 알 수 있다.
전체적으로, 방사선에 의해 가교결합된 코팅은 코팅으로서 최상의 성능과 외양을 나타낸다. 그러나, 실란 코팅은 적정량의 촉매와 적절한 수분 가교결합 조건 및 시간 조건이 갖춰져야 허용될 수 있었다.
표 8: 가교결합된 PE와 가교결합되지 않은 PE와 Wisa-Truck의 내약품성
화학약품 PEX-1 PEX-2 PE Wisa-Truck
1 day 7 days 1 day 7 days 1 day 7 days 1 day 7 days
염산 (25 %) 3 3 3 3 3 3 3 3
황상 (25 %) 3 3 3 3 3 3 3 3
질산 (25 %) 3 3 3 3 3 3 2 1
아세트산(25 %) 3 3 3 3 3 3 3 3
수산화나트륨(25%) 3 3 3 3 3 3 2 2
암모니아(25 %) 3 3 3 3 3 3 3 3
메틸에틸케톤(MEK) 3 2 3 2 3 2 3 3
아세톤 3 2 3 2 3 2 3 3
자일렌 3 2 3 2 3 2 3 3
페트롤 3 3 3 3 3 3 3 3
그리스 3 3 3 3 3 3 3 3
디젤유 3 3 3 3 3 3 3 3
3; 양호함, 2: 보통, 1: 불량, 1: 내성 없음(용해됨)
PE와 비교하여 PEX 125 kGy 및 PEX 175 kGy의 내약품성은 비슷하다. 25% 질산에 대해 모든 PE + PEX는 "3" 등급을 나타냈지만 Wisa-Truck은 "1" 등급을 나타내었다. 수산화나트륨 25% 용액에 대해서는 Wisa-Truck은 "2" 등급을 나타냈지만 모든 PE + PEX는 "3" 등급을 나타냈다. 다른 모든 화학약품에 대해서도 이들 제품들은 "3" 등급을 나타내었다. 사용된 화학약품은 염산 25%, 황산 25%, 아세트산 25%, 암모니아 25%, 메틸에틸케톤, 아세톤, 자일렌, 개솔린, 그리스, 디젤유였다.
내약품성에 대한 결과(표 8)로부터, 가교결합이 폴리에틸렌의 화학적인 성질을 향상시키지는 않지만 내약품성의 저하도 일으키지 않는다는 것이 분명하다. 폴리에틸렌 및 가교결합된 폴리에틸렌은 질산 및 수산화나트륨에 대해 현재 사용되는 Wisa-Truck에 비해 크게 향상된 내약품성을 나타낸다. 그러나, Wisa-Truck은 MEK, 아세톤 및 자일렌에 대한 내성에 있어서는 약간 더 양호하다. 전체적으로는, 현재 사용되는 Wisa-Truck에 비해 가교결합된 폴리에틸렌의 내약품성이 더 양호하다.
본 발명에 따른 목재 합판은 다양한 형태의 용도에 대해 적합하게 다양하게 사용될 수 있다.
본 발명의 구현예는 본 명세서에 기재된 예로 제한되지 않으며 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 많은 변형예들이 가능하다.
1: 제1층
2: 제2층
3: 첨가제층

Claims (12)

  1. 코팅된 목재 합판으로서, 목재 합판은 코팅 물질에 의해 코팅되어 있으며, 코팅 물질은 폴리올레핀 필름으로 형성되며, 내마모성 및 내열성 코팅을 형성하기 위해, 상기 폴리올레핀 필름은, 결정상과 비정질상의 2개의 상(phase)에 대한 비정질 폴리올레핀의 백분율에 비해 가교결합의 백분율이 10-60% 크게 되도록, 적어도 부분적으로 가교결합되어 있는. 코팅된 목재 합판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 그 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 폴리올레핀 필름이 자기 접착성 코팅 물질을 형성하기 위해 상기 목재의 -OH 기와 반응하는 반응성 기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  4. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올레핀 필름은 무수 말레산 반응성 기를 함유하는 말레이트화된 폴리올레핀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올레핀 필름이 2개 이상의 층을 포함하며, 그 중 적어도 상부층이 가교결합되어 있는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올레핀 필름은 실란 수분 방법 및/또는 전자빔 조사에 의해 적어도 부분적으로 가교결합되어 있는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  7. 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올레핀 필름의 가교결합밀도는 50-70%인 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  8. 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 물질은 압출 또는 공압출에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  9. 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 물질은 촉매에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  10. 제1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 물질은 글루 접착에 의해 목재 합판 상에 부착되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  11. 제1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 물질은 120-170℃에서 핫-프레싱에 의해 목재 합판 상에 부착되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
  12. 제1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 물질은 글래스-락 울, 탄소섬유, 미네랄 입자, 미네랄 섬유, 유리 섬유와 같은 보강 섬유, 석영, 알루미늄 산화물, UV 방지제 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅된 목재 합판.
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