KR20110099416A - 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품은, 1개의 압출 다이 내에서 각기 다른 압출기를 통하여 유입되는 동종 또는 이종의 수지를 접합하는 다중 공압출 공법을 이용하여 제조되는 합성목재 제품에 있어서, 상기 합성목재 제품은, 물성보강 내층; 및 상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층;을 포함하되, 상기 내층과 표면층에 함유된 목분은 상기 제품 무게 함량 대비 50 중량% 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품의 제조방법은, 1개의 압출 다이 내에서 각기 다른 압출기를 통하여 유입되는 동종 또는 이종의 수지를 접합하는 다중 공압출 공법을 이용하여 합성목재 제품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 합성목재 제품은, 폴리염화비닐(PVC), 스타이렌수지(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE)의 열가소성 수지로 구성되는 물성보강 내층; 및 PVC, ABS, PP, PE, 폴리스티렌(PS)의 열가소성 수지로 구성되며, 상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층;을 포함하되, 상기 내층과 표면층에 함유된 목분은 상기 제품 무게 함량 대비 50 중량% 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품의 제조방법은, 1개의 압출 다이 내에서 각기 다른 압출기를 통하여 유입되는 동종 또는 이종의 수지를 접합하는 다중 공압출 공법을 이용하여 합성목재 제품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 합성목재 제품은, 폴리염화비닐(PVC), 스타이렌수지(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE)의 열가소성 수지로 구성되는 물성보강 내층; 및 PVC, ABS, PP, PE, 폴리스티렌(PS)의 열가소성 수지로 구성되며, 상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층;을 포함하되, 상기 내층과 표면층에 함유된 목분은 상기 제품 무게 함량 대비 50 중량% 인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 합성목재에 관한 것으로, 특히 다중 공압출 공법을 이용하여 제조되며, 목분 함량이 50 중량% 이상으로서, 표면층이 내층과 동등한 소재로 구성되어 각종 건축 내외장재에 적용되는 합성목재 제품 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 천연목재와 유사한 표면 질감 및 무늬를 갖는 합성목재에 관한 연구가 많이 이루어지고 있는데, 이러한 합성목재를 제조하는데 사용되는 목재의 대부분은 비중이 비교적 가볍고 구하기가 쉬워 많이 이용되고 있다.
상기 합성목재는 목분이 대량 함유되기 때문에 천연목재와 비슷한 외관이나 성질을 갖게 한 재료로서 사출 또는 압출성형으로 제조되며, 사출성형품은 텔레비전 수상기의 캐비닛 등에, 압출성형품은 건재에 주로 사용된다.
상기 사출 또는 압출성형에 사용되는 플라스틱 원료로서는 주로 폴리프로필렌(PP)와, 폴리에틸렌(PE)등의 폴리올레핀 등이 쓰이고, 이는 PP와 PE와 같은 폴리올레핀의 경우 독성이 없어서 친환경 자재를 표방하는 합성목재에 적합하기 때문이며, 사출 또는 압출성형으로 제조된다. 사출성형품은 성형 시에 조각이나 나무결무늬가 넣어지므로 인쇄나 도장(塗裝) 등의 2차 가공을 하지 않고서도 나무의 질감(質感)을 나타낼 수 있다.
압출성형품의 경우에는 목재의 제재, 평판, 각재(角材) 등에 가까운 것이 되며, 주된 용도는 건재(建材)이다. 압출된 시트(sheet)를 뜨거울 때 감아서 나이테가 있는 통나무와 비슷한 것도 만들 수 있다.
일반적으로 합성목재는 천연목재에 비해서 흡수성이 적고 부패하지 않는 장점이 있다. 또 발포배율(發泡倍率)이 비교적 낮고 표면에 밀도가 높은 표피층이 있으므로 강도가 상당히 높고 못박기나 대패질 등의 가공도 가능하다.
근래에 합성목재는 강하고 우수한 물성과 더불어 친환경적이며, 재생이 가능하여 목재를 대체하는 신소재로서 그 시장이 급성장하고 있으며 다양한 형태의 합성목재 제품이 개발되고 있는 실정이다.
해외의 경우는 목분이 50 중량%이상 첨가되어야 합성목재로 지칭되고 있는 반면, 국내에는 아직까지 합성목재에 대한 기준이 불분명하여 외관만을 모사하거나 소량(30중량% 내외)의 목분을 사용한 제품까지 합성목재로 분류되고 있는 실정이다.
이에 친환경적이며 천연 소재의 제품으로서의 합성목재를 위해 근래에는 목분 50중량% 이상이 첨가된 합성목재 제품이 계속적으로 개발되고 있다.
그러나, 목분이 다량 첨가된 합성목재는 첨가된 목분의 하이드록실기(-OH)가 수분과 반응하여 다량의 물이 있는 곳에서는 점차적으로 치수안정성이 떨어지게 되는 문제점이 있다. 또한 자외선에 노출될 경우 표면이 열화되어 오랜 시간에 걸쳐 변색 및 물성저하가 발현되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하고자 표면코팅, 필름 전사 및 랩핑(Wrapping) 등의 다양한 방법이 시도되어 왔으나, 종래의 합성목재에 첨가된 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE) 등의 올레핀 수지는 극성이 없으므로 타소재와 접합이 거의 불가능하여 상기 방법이 효과를 내지 못하는 실정이다.
또한, 상기한 문제를 해결하고자 UV안정제 및 일부 특수 첨가제를 처방하고 있으나, 이러한 첨가제는 매우 고가이며, 제품의 기계적 물성을 고려하여 다량 첨가할 수 없는 실정이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 공압출 공법을 이용하여 다중의 층을 이루는 합성목재 제품을 제조하는 과정에서 기존 합성목재와 같은 목분 함량(50 중량%) 유지를 통해 고유의 물성을 유지하면서, 소정 두께를 갖는 목무늬 표면층을 통하여 치수안정성 및 내구성이 향상된 다층구조의 합성목재 제품을 구현할 수 있는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적은, 1개의 압출 다이 내에서 각기 다른 압출기를 통하여 유입되는 동종 또는 이종의 수지를 접합하는 다중 공압출 공법을 이용하여 제조되는 합성목재 제품에 있어서, 상기 합성목재 제품은, 물성보강 내층; 및 상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층;을 포함하되, 상기 내층과 표면층에 함유된 목분은 상기 제품 무게 함량 대비 50 중량% 인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품에 의하여 달성된다.
이러한 본 발명에서 상기 내층을 구성하는 수지 조성물은, 폴리염화비닐(PVC), 스타이렌수지(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE)의 열가소성 수지이고, 상기 표면층(120)은 PVC, ABS, PP, PE, 폴리스티렌(PS)의 열가소성 수지이다.
이러한 본 발명에서 상기 합성목재 제품은, 창호, 문틀, 바닥재 및 몰딩류 중에서 선택되는 건축용 내외장재이다.
이러한 본 발명에서 상기 합성목재 제품은, 데크, 사이딩, 펜스, 루바 중에서 선택되는 외장조경재이다.
이러한 본 발명에서 상기 내층의 두께는 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜이다.
한편, 상기한 본 발명의 목적은 1개의 압출 다이 내에서 각기 다른 압출기를 통하여 유입되는 동종 또는 이종의 수지를 접합하는 다중 공압출 공법을 이용하여 합성목재 제품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 합성목재 제품은, 폴리염화비닐(PVC), 스타이렌수지(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE)의 열가소성 수지로 구성되는 물성보강 내층; 및 PVC, ABS, PP, PE, 폴리스티렌(PS)의 열가소성 수지로 구성되며, 상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층;을 포함하되, 상기 내층과 표면층에 함유된 목분은 상기 제품 무게 함량 대비 50 중량% 인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품의 제조방법에 의하여 달성된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품 및 그 제조방법에 따르면, 다중 공압출 공법을 이용하여 다중의 층을 이루는 합성목재 제품을 제조하는 과정에서 기존 합성목재와 같은 목분 함량(50 중량%) 유지를 통해 고유의 물성을 유지하면서, 소정 두께를 갖는 목무늬 표면층을 통하여 치수안정성 및 내구성이 향상된 다층구조의 합성목재 제품을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성목재 제조에 사용되는 다중 공압출 장치의 배치도,
도 2는 본 발명에 따라 제조된 합성목재를 나타낸 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 합성목재의 정면도 및 부분 확대도.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 합성목재를 나타낸 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 합성목재의 정면도 및 부분 확대도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성목재 제조에 사용되는 다중 공압출 장치의 배치도이고, 도 2는 본 발명에 따라 제조된 합성목재를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 합성목재의 정면도 및 부분 확대도이다.
일반적으로 공압출(Co-extrusion) 공정은 2대 또는 그 이상의 압출기와 하나의 금형으로 이루어진 것으로서, 주 압출기는 내층의 압출을 담당하고, 나머지 압출기는 중간층 및 표면층의 압출을 담당하여 다중의 층을 이루는 하나의 제품을 생산하는 방법이다.
즉, 기존의 단층 제품은 하나의 압출기와 하나의 금형으로 이루어져 있으나, 다중 공압출의 경우 하나의 금형에 다수의 압출기가 연결되어 각 압출기를 통해 녹아 들어온 재료들이 금형에서 만나 다층구조를 지닌 하나의 제품이 생산되는 방법으로, PVC 제품 및 필름류 등 다양한 제품에 적용되고 있다.
본 발명은, 이러한 공압출 공정을 이용하여 다중의 층을 이루는 합성목재 제품을 개발하고자 하였다. 즉, 2대 이상의 압출기와 하나의 금형으로 이루어진 생산 공정을 통하여, 주 압출기는 기존 합성목재와 동일한 처방 및 목분 함량을 지닌 소재를 녹여 밀어내고, 보조 압출기는 최적 첨가제와 안료 등이 첨가된 소재를 녹여 밀어낸 후, 두 소재가 금형에서 만나 다중의 층을 이루는 합성목재가 생산된다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 1개의 압출 다이(10) 내에서 각기 다른 압출기(11)(21)를 통하여 유입되는 동종 또는 이종의 수지를 접합하는 다중 공압출 공법을 이용함으로써 기계적 물성 및 표면 물성이 개선되는 합성목재 제품이 제조된다.
다중 공압출 공정을 이용한 합성목재 제품은 구체적으로 폴리염화비닐수지에 일정 길이 이하의 길이를 갖는 폴리올레핀, 충전재, 복합안정제, 충격보강제, 안료를 각각 소정의 중량%로 배합하고, 이외에 가공조제 및 보조제를 히팅 및 쿨링(heating & cooling) 고속 회전 믹서를 이용하여 배합하는 1차 공정; 상기 배합된 분말상 수지를 Intermeshing Counter Rotating Twin Screw Extruder를 이용하여 펠렛상 수지를 만드는 2차 공정; 상기 제조된 펠렛상 원료를 다중 공압출 프로세스에 적용하여, 물성보강 내층, 목무늬 중간층을 향상시키는 투명 표면층을 형성하는 3차 압출공정; 및 냉각기(12)를 통한 냉각, 인출기(13)를 통한 인출, 절단기(14)를 통한 절단, 그리고 포장기(15)를 통한 포장 등 일련의 과정을 거쳐 제조된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 물성보강 내층(110), 상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층(120)으로 구성되는 다중 공압출 공법을 이용한 합성목재 제품(100)을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 합성목재용 수지조성물은 올레핀(PP 또는 PE)으로 구성되는 열가소성 수지를 베이스 수지로 하여 페놀성 화합물이 제거된 식물성 섬유재와 더불어 조성물의 기계적 물성을 향상시키기 위한 각종 첨가제를 포함하며, 구체적으로 열가소성 수지, 내충격성 보강제, 충전재, 복합안정제, 안료 및 페놀성 화합물이 제거된 식물성 섬유재를 각각 통상의 배합비로서 소정 중량% 포함한다.
이때, 상기 내층(110)과 표면층(120)에 함유된 목분은 제품 무게 함량 대비 50 중량% 을 갖도록 하므로써, 기존 합성목재 고유의 물성을 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내층(110)은 폴리염화비닐(PVC), 스타이렌수지(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE)의 열가소성 수지로 구성되고, 상기 표면층(120)은 PVC, ABS, PP, PE, 폴리스티렌(PS)의 열가소성 수지로 구성된다.
상기 식물성 섬유재의 배합비는 표면외관 효과를 충족시키면서 기계적 물성을 감소시키지 않고 무늬 및 질감에서 천연목재의 느낌을 구현할 수 있는 범위에서 그 배합비를 적절히 조정하여 배합 가능하다.
또한, 상기 내충격성 보강제는 아크릴(acrylic)계 및 MBS(Methyl Methacrylate Butadiene Styrene)계가 주로 사용되며, 충전재는 CaCO3 및 실리카(silica)와 같은 무기물 등이 사용된다.
상기 복합안정제는 열안정제 및 자외선 안정제를 포함하며, 열안정제는 Pb계 및 Sn(Tin)계 안정제가 주로 사용되며, 이러한 열안정제는 PVC용이고, 올레핀용은 FDA 승인이 된 1,2차 산화방지제의 혼합물이다. 자외선 안정제로는 벤조트리아졸 (benzotriazole)계 자외선 흡수제가 주로 사용된다. 이외에, 상기 조성물은 물성증강제, 금속산화물, 내마모 및 내스크래치성 증가제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 식물성 섬유재는 페놀성 화합물이 제거된 것으로, 100 ㎛ 이하의 평균 섬유길이 및 90 중량% 이상의 셀룰로오스 함량을 가지는 펄프 섬유인 것이 바람직하다.
식물성 섬유재의 길이가 길수록 인장강도 및 신율은 증가하나 너무 길면 작업시 섬유소의 배열이 일정치 않을 경우 물성이 감소하며 외관에 거친 현상이 발생하므로 100 ㎛ 이하가 바람직하다. 상기 식물성 섬유재는 리그닌과 같은 페놀성 화합물이 제거되어 셀룰로오스의 함량이 자연목분보다 상대적으로 높으며 열안정성도 우수하여 190℃ 이상의 고온작업도 가능하다.
본 발명의 합성목재 제품(100)은 창호, 문틀, 바닥재 및 몰딩류 중에서 선택되는 건축용 내외장재로서, 광범위한 분야에서 천연목재를 대체할 수 있다. 상기 몰딩류는 천정몰딩, 코너몰딩, 문선몰딩, 장식몰딩, 걸레받이, 등박스, 액자틀 등이다.
또한, 본 발명의 합성목재 제품(100)은 데크, 사이딩, 펜스, 루바 중에서 선택되는 외장조경재로서, 역시 광범위한 분야에서 천연목재를 대체할 수 있다. 본 발명의 합성목재 제품(100)은 상기 합성목재용 수지조성물로 이루어진 층을 포함하는 다층 구조이며, 바람직하게는 물성보강용 내층(110)과, 합성목재용 수지조성물로 이루어진 목무늬 표면(skin)층(120)을 포함하는 다층구조이다.
이때, 상기 표면층(120)의 두께는 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜가 바람직하다. 표면층의 두께가 0.5 ㎜ 미만시, 단순히 표면에 묻는 정도로서 제품의 전체적인 물성에 악영향을 미칠 수 있고, 표면층의 두께가 2.0 ㎜를 초과하여 두꺼워질 경우 공압출의 의미가 없기 때문이다.
즉, 공압출은 내부 원료에서 고가의 첨가제 및 재생원료를 사용하여 원가절감을 하고 표면층에 고가의 첨가제 처방 및 목분 함량 조절을 통해 내수성/내변색성/내후성 등을 높이는 목적으로서, 표면층의 두께를 높이면 높일수록 제조 코스트(cost)가 올라가며, 실제로 표면층의 두께를 0.5㎜만 늘려도 제품의 제조 코스트는 10%이상 상승된다.
또한, 상기 표면층(120)의 조성은 내열성 및 내후성이 뛰어나며 투명성을 갖는 열가소성 수지 100 중량부로 이루어지거나 필요에 따라 상기 열가소성 수지외에 백색도가 뛰어나며 스테아린산으로 코팅된 충전재 또는 내마모 및 내스크래치성 증가를 위해 경도가 높으며 내화학성이 우수한 용융 실리카 첨가제, 안료, 왁스류를 적정 중량부 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 우수한 기계적 강도를 갖는 물성보강 내층(110), 식물성 섬유재를 이용한 나뭇결 무늬가 형성되어 있는 목무늬 투명 표면층(120)을 갖는 합성목재 제품(100)이 나타나 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 기존 합성목재와 같은 목분 함량(50 중량%) 및 고유 물성을 유지하면서, 소정 두께를 갖는 목무늬 표면층(120)을 통하여 치수안정성 및 내구성이 향상된 다층구조의 합성목재 제품을 구현하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명에 따른 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품 및 그 제조방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
10 : 압출 다이 11,21 : 압출기
12 : 냉각기 13 : 인출기
14 : 절단기 15 : 포장기
100 : 합성목재 제품 110 : 내층
120 : 표면층
12 : 냉각기 13 : 인출기
14 : 절단기 15 : 포장기
100 : 합성목재 제품 110 : 내층
120 : 표면층
Claims (7)
1개의 압출 다이 내에서 각기 다른 압출기를 통하여 유입되는 동종 또는 이종의 수지를 접합하는 다중 공압출 공법을 이용하여 제조되는 합성목재 제품에 있어서,
상기 합성목재 제품은,
물성보강 내층; 및
상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층;을 포함하되,
상기 내층과 표면층에 함유된 목분은 상기 제품 무게 함량 대비 50 중량% 인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
상기 합성목재 제품은,
물성보강 내층; 및
상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층;을 포함하되,
상기 내층과 표면층에 함유된 목분은 상기 제품 무게 함량 대비 50 중량% 인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
제 1항에 있어서,
상기 내층을 구성하는 수지 조성물은,
PVC, ABS, PP, PE의 열가소성 수지이고,
상기 표면층을 구성하는 수지 조성물은,
PVC, ABS, PP, PE, PS의 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
상기 내층을 구성하는 수지 조성물은,
PVC, ABS, PP, PE의 열가소성 수지이고,
상기 표면층을 구성하는 수지 조성물은,
PVC, ABS, PP, PE, PS의 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
제 1항에 있어서,
상기 합성목재 제품은,
창호, 문틀, 바닥재 및 몰딩류 중에서 선택되는 건축용 내외장재인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
상기 합성목재 제품은,
창호, 문틀, 바닥재 및 몰딩류 중에서 선택되는 건축용 내외장재인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
제 1항에 있어서,
상기 합성목재 제품은,
데크, 사이딩, 펜스, 루바 중에서 선택되는 외장조경재인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
상기 합성목재 제품은,
데크, 사이딩, 펜스, 루바 중에서 선택되는 외장조경재인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
제 1항에 있어서,
상기 내층의 두께는 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
상기 내층의 두께는 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품.
1개의 압출 다이 내에서 각기 다른 압출기를 통하여 유입되는 동종 또는 이종의 수지를 접합하는 다중 공압출 공법을 이용하여 합성목재 제품을 제조하는 방법에 있어서,
상기 합성목재 제품은,
PVC, ABS, PP, PE의 열가소성 수지로 구성되는 물성보강 내층; 및
PVC, ABS, PP, PE, PS의 열가소성 수지로 구성되며, 상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층;을 포함하되,
상기 내층과 표면층에 함유된 목분은 상기 제품 무게 함량 대비 50 중량% 인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품의 제조방법.
상기 합성목재 제품은,
PVC, ABS, PP, PE의 열가소성 수지로 구성되는 물성보강 내층; 및
PVC, ABS, PP, PE, PS의 열가소성 수지로 구성되며, 상기 내층 표면에 구비된 목무늬구현 표면층;을 포함하되,
상기 내층과 표면층에 함유된 목분은 상기 제품 무게 함량 대비 50 중량% 인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품의 제조방법.
제 6항에 있어서,
상기 내층의 두께는 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품의 제조방법.
상기 내층의 두께는 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜인 것을 특징으로 하는 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품의 제조방법.
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