KR20110128444A - 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법 - Google Patents

목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 수용성 멜라민 수지와 수용성 난연제를 혼합하여 혼합물을 목재에 진공가압 함침하기 때문에 공정을 간소화시킬 수 있고, 이로 인해 가공비용을 대폭 절감할 수 있음은 물론, 치수안정성 및 난연성이 크게 향상된 목재를 얻을 수 있는 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법에 관한 것이다.

Description

목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법{METHOD FOR IMPROVING DIMENSION STABILITY AND FLAME RESISTANT OF LUMBER}
본 발명은 공정을 간소화시킬 수 있고, 이로 인해 가공비용을 대폭 절감할 수 있음은 물론, 치수안정성 및 난연성이 크게 향상된 목재를 얻을 수 있는 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 목재는 친환경 자재로 인간의 생활에 없어서는 안 될 중요한 재로로 인류의 존재와 함께 오랜 세월 동안 사용되어 왔다.
그리고, 21세기 들어서 화석연료의 고갈과 오존층 파괴 등 지구환경보존과 관련하여 가장 인간에게 친환경적이고, 재생가능한 자원이라는 이유로 재료로서의 중요성이 더욱 강조되고 있다.
즉, 도시화, 산업화의 진행과 함께 화석연료의 사용량이 증가함에 따라 대기 중에 발생하는 탄산가스 농도의 증가는 오늘날의 지구온난화의 주된 원인이 되고 있다.
또한, 목재는 다른 식물체에 비하여 잘 썩지 않으면서도 에너지 수치가 높기 때문에 뛰어난 태양에너지의 저장고로 알려져 있다.
예를 들어, 주택건축 시 철골구조, 철근콘크리트구조, 목조건축으로 집을 건축할 경우 철골이나 철근콘크리트 주택은 목조주택에 비하여 2배 이상의 탄소를 방출하는 것으로 보고되고 있다.
따라서, 지구환경보존의 관점에서 상기와 같은 에너지를 저장한 상태로 목재를 사용하는 것이 중요하다.
목재가 분해되어 태양에너지를 방출하지 않도록 하는 기술 즉, 방부, 방충, 난연화 및 내후화 등의 처리기술개발을 통하여 사용목재의 내구수명을 연장하는 기술은 지구환경보존의 의미에서도 중요한 연구분야라 할 것이다.
한편, 최근에는 목재의 친수성, 다공성의 재료로 수분과 습도의 변화에 따른 수축과 팽윤, 이로 인한 뒤틀림과 갈라짐 발생 등과 목재는 천연고분자 유기물로 균과 해충의 침해로 인한 썩음, 그리고 화재에 약한 단점을 개선하기 위해 외장용 목재의 사용에는 침적 또는 진공가압식으로 CCA, ACQ, CUAZ-1, CUAZ-2, CB-IDO 등의 방부약제를 처리한 목재와 시공 후 목재에 오일스테인(oil stain)을 도포하여 목재의 수명을 연장시키기 위한 방법이 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 방법은 공정이 복잡하고, 이로 인해 가공비용이 현저하게 향상함은 물론, 목재의 치수안정성 및 난연성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 공정을 간소화시킬 수 있고, 이로 인해 가공비용을 대폭 절감할 수 있음은 물론, 치수안정성 및 난연성이 크게 향상된 목재를 얻을 수 있는 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 a) 수용성 멜라민 수지와 수용성 난연제를 혼합하여 혼합물을 얻는 단계와; b) 상기 a) 단계를 통해 얻은 혼합물을 목재에 진공가압 함침하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법을 제공한다.
여기서, 상기 수용성 멜라민 수지는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하고, 상기 수용성 난연제는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 a) 단계의 혼합물은 상기 수용성 멜라민 수지 85~95중량%에 대하여 상기 수용성 난연제 5~15중량%가 혼합된 것인 것이 바람직하다.
나아가, 상기 b) 단계는 10~20kg/cm2 압력과 상온에서 5분 동안 진공가압 함침하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법은 a) 수용성 멜라민 수지와 수용성 난연제를 혼합하여 혼합물을 얻는 단계와; b) 상기 a) 단계를 통해 얻은 혼합물을 목재에 진공가압 함침하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 a) 단계는 수용성 멜라민 수지와 수용성 난연제를 혼합하여 상기 혼합물을 얻기 위한 단계이다.
다음으로, 상기 b) 단계는 단계를 통해 얻은 혼합물을 목재에 진공 수지함침장치를 이용하여 진공가압 함침하기 위한 단계이다.
여기서, 상기 수용성 멜라민 수지는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하고, 상기 수용성 난연제는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하는 것이 좋다.
상기 수용성 멜라민 수지의 물에 희석시킨 농도가 25% 미만인 것을 사용할 경우 목재의 치수안정성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
상기 수용성 멜라민 수지의 물에 희석시킨 농도가 35% 초과인 것을 사용할 경우 목재가 플라스틱화됨으로써, 목재의 고유성질을 잃게 됨은 물론, 가공비용이 현저하게 상승하게 되는 문제점이 있다.
그리고, 상기 수용성 난연제의 물에 희석시킨 농도가 25% 미만인 것을 사용할 경우 목재의 난연성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
상기 수용성 난연제의 물에 희석시킨 농도가 35% 초과인 것을 사용할 경우 상기 수용성 멜라민 수지가 목재로 침투하는 것을 방해하여 침투성이 저하됨으로써, 난연성 및 치수안정성이 현저하게 저하될 뿐만 아니라 가공비용이 현저하게 상승하게 되는 문제점이 있다.
이와 같이 상기 수용성 멜라민 수지는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하고, 상기 수용성 난연제는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하기 때문에 목재의 치수안정성 및 난연성이 현저하게 향상됨은 물론, 목재가 플라스틱화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 목재의 고유성질을 유지할 수 있음은 물론, 가공비용 또한 현저하게 절감할 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 a) 단계의 혼합물은 상기 수용성 멜라민 수지 85~95중량%와 상기 수용성 난연제 5~15중량%를 혼합하여 얻은 것이 좋다.
상기 수용성 멜라민 수지가 85중량% 미만 혼합되고, 상기 수용성 난연제가 5중량% 미만 혼합될 경우 목재의 치수안정성 및 난연성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
그리고, 상기 수용성 멜라민 수지가 95중량% 초과 혼합되고, 상기 수용성 난연제가 15중량% 초과 혼합될 경우 목재가 플라스틱화됨으로써, 목재의 고유성질을 잃게됨은 물론, 상기 혼합물이 목재로 침투하는 것이 저하됨으로써, 침투성이 저하될 뿐만 아니라 가공비용이 현저하게 상승하게 되는 문제점이 있다.
이와 같이 상기 a) 단계의 혼합물은 상기 수용성 멜라민 수지 85~95중량%와 상기 수용성 난연제 5~15중량%를 혼합하여 얻은 것이기 때문에 목재의 치수안정성 및 난연성이 현저하게 향상되고, 목재가 플라스틱화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 목재의 고유성질을 유지할 수 있음은 물론, 가공비용 또한 현저하게 절감할 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 b) 단계는 10~20kg/cm2 압력과 상온에서 5분 동안 진공가압 함침하는 것이 좋다.
상기 b) 단계가 10kg/cm2 압력 미만 또는 5분 미만으로 진공가압 함침할 경우 수지가 세포벽을 통과하지 못하여 수지함침율이 낮아 치수안정화에 효과가 없는 문제점이 있다. 10kg/cm2압력 초과 또는 5분 초과로 진공가압 함침할 경우 불필요한 동력소모가 크며, 수지함침 탱크의 안정성에 문제점이 있다.
이와 같이 상기 b) 단계가 10~20kg/cm2 압력과 상온에서 5분 동안 진공가압 함침하기 때문에 경제적이고 신속하게 수지를 함침하는 이점이 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 수용성 멜라민 수지와 수용성 난연제를 혼합하여 혼합물을 목재에 진공가압 함침하기 때문에 공정을 간소화시킬 수 있고, 이로 인해 가공비용을 대폭 절감할 수 있음은 물론, 치수안정성 및 난연성이 크게 향상된 목재를 얻을 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 수용성 멜라민 수지와 수용성 난연제를 혼합하여 혼합물을 목재에 진공가압 함침하기 때문에 공정을 간소화시킬 수 있고, 이로 인해 가공비용을 대폭 절감할 수 있음은 물론, 치수안정성 및 난연성이 크게 향상된 목재를 얻을 수 있는 효과가 있다.
그리고, 상기 수용성 멜라민 수지는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하고, 상기 수용성 난연제는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하기 때문에 목재의 치수안정성 및 난연성이 현저하게 향상됨은 물론, 목재가 플라스틱화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 목재의 고유성질을 유지할 수 있음은 물론, 가공비용 또한 현저하게 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 a) 단계의 혼합물은 상기 수용성 멜라민 수지 85~95중량%에 대하여 상기 수용성 난연제 5~15중량%를 혼합하여 얻은 것이기 때문에 목재의 치수안정성 및 난연성이 현저하게 향상되고, 목재가 플라스틱화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 목재의 고유성질을 유지할 수 있음은 물론, 가공비용 또한 현저하게 절감할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 상기 b) 단계는 10~20kg/cm2 압력과 상온에서 5분 동안 진공가압 함침하기 때문에 경제적이고 신속하게 수지를 함침하여 목재의 치수안정화에 효과가 있다.
이하, 본 발명의 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같고, 물론 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
[실시예 1]
물에 희석시킨 농도가 20%인 수용성 멜라민 수지(경남화성, PM-K) 80중량%에 대하여 물에 희석시킨 농도가 20%인 수용성 난연제(Rhodia company, Amgard RD1) 20중량%를 혼합한 혼합물을 얻었다.
그리고, 상기 혼합물을 Pine(소나무)에 15kg/cm2 압력과 상온에서 3분 동안 진공 수지 함침장치를 이용하여 진공가압 함침한 후 건조한 다음 10kg/cm2 압력, 온도 150℃ 조건으로 5분간 열압하여 실시예 1인 WPC(wood plastic composite)를 제조하였다.
[실시예 2]
물에 희석시킨 농도가 25%인 수용성 멜라민 수지(경남화성, PM-K) 85중량%에 대하여 물에 희석시킨 농도가 25%인 수용성 난연제(Rhodia company, Amgard RD1) 15중량%를 혼합한 혼합물을 얻었다.
그리고, 상기 혼합물을 Spruce(가문비나무)에 15kg/cm2 압력과 상온에서 5분 동안 진공 수지 함침장치를 이용하여 진공가압 함침한 후 건조한 다음 10kg/cm2 압력, 온도 150℃ 조건으로 5분간 열압하여 실시예 2인 WPC(wood plastic composite)를 제조하였다.
[실시예 3]
물에 희석시킨 농도가 35%인 수용성 멜라민 수지(경남화성, PM-K) 95중량%에 대하여 물에 희석시킨 농도가 35%인 수용성 난연제(Rhodia company, Amgard RD1) 5중량%를 혼합한 혼합물을 얻었다.
그리고, 상기 혼합물을 Pine(소나무)에 15kg/cm2 압력과 상온에서 5분 동안 진공 수지 함침장치를 이용하여 진공가압 함침한 후 건조한 다음 10kg/cm2 압력, 온도 150℃ 조건으로 5분간 열압하여 실시예 3인 WPC(wood plastic composite)를 제조하였다.
[실시예 4]
물에 희석시킨 농도가 40%인 수용성 멜라민 수지(경남화성, PM-K) 98중량%에 대하여 물에 희석시킨 농도가 40%인 수용성 난연제(Rhodia company, Amgard RD1) 2중량%를 혼합한 혼합물을 얻었다.
그리고, 상기 혼합물을 Pine(소나무)에 15kg/cm2 압력과 상온에서 10분 동안 진공 수지 함침장치를 이용하여 진공가압 함침한 후 건조한 다음 10kg/cm2 압력, 온도 150℃ 조건으로 5분간 열압하여 실시예 4인 WPC(wood plastic composite)를 제조하였다.
[비교예 1]
수지 미처리재의 pine(소나무)판재에 10kg/cm 2 압력, 온도 150℃ 조건으로 5분간 열압하여 열압판재를 제조하였다.
이와 같이 제조된 상기 실시예 1~4인 WPC(wood plastic composite) 및 비교예 1의 열압판재에 대하여 흡수성시험을 실시하였다.
이때, 각 시험은 상기 실시예 1~4의 WPC 30개와 상기 비교예(열압판재) 1을 30개를 대상으로 실시했다.
흡수성시험에 대한 평가는 상기 실시예 1~4의 WPC 30개와 상기 비교예 (열압판재)1을 30개를 각각, 무게를 측정하고, 물에 24시간 침지시킴으로써, 흡수성을 측정하였고, 그 결과는 표 1과 같다.
흡수성시험 결과
평균 흡수성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1

%
21.2
12.1
9.0
16.4
36.8
이와 같이 상기 비교예 1의 평균 흡수성은 36.8%인 것으로 가장 높게 측정되어 치수안정성이 가장 불안정한 것으로 측정되었으나, 상기 실시예 3의 WPC의 평균 흡수성은 9.0%로 가장 낮게 측정되어 치수안정성이 가장 양호한 것으로 측정되었다.
이는 상기 실시예 3의 WPC는 물에 희석시킨 농도가 35%인 수용성 멜라민 수지(경남화성, PM-K) 95중량%에 대하여 물에 희석시킨 농도가 35%인 수용성 난연제(Rhodia company, Amgard RD1) 5중량%를 혼합한 혼합물을 Pine(소나무)에 15kg/cm2 압력과 상온에서 5분 동안 진공 수지 함침장치를 이용하여 진공가압 함침했기 때문에 상기 실시예 3의 WPC가 가장 양호한 치수안정성을 나타낸 것으로 사료된다.
난연성시험에 대한 평가는 상기 실시예 3의 WPC와 상기 비교예 1의 열압판재의 표면에 물로 희석시킨 농도가 35%인 수용성 난연제(Rhodia company, Amgard RD1)를 단순 도포하여 각각 한국 건자재시험 연구원에 의뢰하여 KS F ISO 5560-1:2008과 KS F2271: 2008에 의거하여 측정하였고, 그 결과는 표 2와 같다.
난연성시험 결과
시험항목 실시예 3 비교예 1
1회 2회 1회 2회




열방출시험

 총방출열량
(MJ/m2)
22.0
21.5
16.3
13.8
열방출율이
연속으로 200kw/m2
초과하는 시간(s)
○
○
○
○
시험체를 관통하는
방화상 유해한
균일, 구멍, 용융 등
없음
없음
없음
없음

가스유해성시험
행동정지시간
14:34
14:08
14:10
14:18
이와 같이 상기 상기 실시예 3의 WPC와 상기 비교예 1의 열압판재에 난연제를 단순도포하여 난연성을 비교한 결과 연소성과 관련있는 열방출량 시험에서 총 방출열량의 경우 도포시험편인 비교예 1은 21.5 MJ/m2와 22.0 MJ/m2 이었으나, 진공가압처리 시험편인 실시예 3의 경우 13.8 MJ/m2와 16.3 MJ/m2 로 줄어들었다. 또한 발연성과 관련있는 가스 유해성시험에서 행동정지시간의 경우 도포시험편은 14:08 (min;s) 와 14.34 (min;s) 이었으나, 진공가압처리 시험편의 경우 14:10(min:s) 와 14:18(min:s)로 비슷하였다.
난연재료는 불에타기 어려운 재료로, 화재에 대하여 어느정도 까지는 저항하는 성질을 가지고 있지만 불에 타지 않는 불연재료 와는 성격이 다르다. 따라서 진공가압 처리재의 열방출시험 결과 총 방출열량이 단순피복재에 비하여 작아 목재의 연소성에 영향을 미친것으로 생각되어 진공가압 처리에 의한 난연성 개선방법이 효과가 있는 것으로 판단된다.

Claims (4)

  1. a) 수용성 멜라민 수지와 수용성 난연제를 혼합하여 혼합물을 얻는 단계와;
    b) 상기 a) 단계를 통해 얻은 혼합물을 목재에 진공가압 함침하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수용성 멜라민 수지는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하고,
    상기 수용성 난연제는 물에 희석시킨 농도가 25~35%인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 a) 단계의 혼합물은 상기 수용성 멜라민 수지 85~95중량%와 상기 수용성 난연제 5~15중량%를 혼합하여 얻은 것을 특징으로 하는 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계는 상기 혼합물을 목재에 10~20kg/cm2 압력과 상온에서 5분 동안 진공가압 함침하는 것을 특징으로 하는 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법.
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