KR20120009762A - 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법 - Google Patents

천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법을 제공하고자 하는 것으로, 본 발명은 합성목재(2)를 압출 성형에 의해 제조하는 합성목재 제조방법에 있어서, 열가소성 수지인 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 또는 열경화성 수지인 에폭시 및 페놀과 목분 및 목분 결합제를 혼합한 목분 조성물과, 상기 목분 조성물에 혼합된 칼라 마스터 배치를 포함하며, 상기 목분 조성물과 상기 칼라 마스터 배치를 혼합 용융시켜 금형(17)에 의해 압출 성형함으로써 상기 칼라 마스터 배치에 함유된 무기질 안료에 의해 천연 원목 무늬(2a)가 합성목재(2) 표면에 구현되도록 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법이다.

Description

천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법{Synthetic wood manufacturing method}
본 발명은 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 친환경 소재인 열가소성수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌) 또는 열경화성수지(에폭시, 페놀)에 목분(천연 목질 강화제)을 혼합한 소재로 압출 성형되는 무독성 친환경 합성목재(WPC)에 천연목 무늬를 구현하여 합성목재 제품 표면을 가공하거나 마모가 되어도 항상 천연목 무늬가 나타나는 친환경 합성목재 제조방법에 관한 것이다.
무독성 친환경 소재인 합성목재(WPC)는 실내 인테리어뿐 아니라 외장용으로 사용하며 특히 조경분야에 있어서 눈부신 성장을 하고 있는데, 종래에는 건축의 내부공사 혹은 인테리어 장식 및 조경용 등으로 이용되는 구조재 및 마감재의 경우 대부분 고분자 합성수지인 피브이씨(PVC) 및 목재를 주재료로 하여 건축되고 있다.
그런데, 일반적으로 목재는 쉽게 균열이 되고 변색이 잘 되어서 미관에 있어서 문제점이 있고, 목재 자체가 너무 연약하여 쉽게 손상되는 단점이 있다.
이러한 천연 목재가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 목재의 대용품으로서 고분자 합성수지 피브이씨 제품을 많이 사용하였지만, 이러한 제품은 자연 분해성이 너무 약해서 폐기시에 환경오염을 유발하는 문제점이 있으며 화재시 연기 밀도가 너무 높아 인체에 유해한 단점이 있다. 그리고, 내구성에 있어서는 천연 목재에 비하여 우수한 반면 중량이 너무 많이 나간다는 단점도 있다.
상기한 것에 비하여 보다 진보된 기술로서는 고분자 합성수지 피브이씨에 목분이 첨가된 제품이 개발되었으며, 고분자 합성수지 피브이씨와 목분이 혼합된 압출 성형제품에 전사필름, 천연목 필름, 피브이씨 무늬목 필름 등을 접착시키는 기술이 있지만, 이러한 제품 역시 햇빛의 조사로부터 변색이 잘되는 것과 같이 내구성에 있어서 여전히 문제점이 있고 천연목의 느낌을 주기에는 역시 한계가 있으며, 천연 원목 무늬를 재연하기 위해 전사필름, 천연목 필름, 피브이씨 무늬목 필름 등을 접착하기 위해 사용되는 본드는 인체에 치명적인 독성을 유발하는 포름알데히드 가스가 방출되는 문제가 있고, 이로 인해, 이러한 접착제로 상기 필름을 부착하는 기술의 사용이 점차 규제가 가해지고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 천연목재 대체 효과를 발휘할 수 있도록 천연 원목의 질감을 주면서도 변색이 잘 되지 아니하여 내구성 등에 있어서도 우수한 합성목재를 압출 성형하기 위한 것으로, 친환경 소재인 열가소성수지 또는 열경화성수지에 목분(천연 목질 강화제)를 압출 성형된 무독성 친환경 합성목재(WPC)를 제공하고자 하는 것이다. 무독성 친환경 소재인 합성목재(WPC)는 실내 인테리어는 물론 외장용으로 넓게 사용되며 특히 조경분야에 있어서 눈부신 성장을 하고 있는 추세인데, 이러한 합성목재는 제품의 색상이 단일 색상으로만 생산되기 때문에 천연 원목이 가지고 있는 무늬가 구현되지 않아 주변 환경과 어울리지 않는 단점을 가지고 있으므로, 본 발명은 이러한 종래 합성목재가 가지는 단점을 고려하여 천연 원목의 무늬가 구현된 친환경 합성목재를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 합성목재(2)를 압출 성형에 의해 제조하는 합성목재 제조방법에 있어서, 열가소성 수지인 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 또는 열경화성 수지인 에폭시 및 페놀과 목분 및 목분 결합제를 혼합한 목분 조성물과, 상기 목분 조성물에 혼합된 칼라 마스터 배치를 포함하며, 상기 목분 조성물과 상기 칼라 마스터 배치를 혼합 용융시켜 금형(17)에 의해 압출 성형함으로써 상기 칼라 마스터 배치에 함유된 무기질 안료에 의해 천연 원목 무늬(2a)가 합성목재(2) 표면에 구현되도록 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 합성목재(2)를 압출 성형에 의해 제조하는 합성목재 제조방법에 있어서, 폴리올레핀계 수지, 목분, 커플링제, 목분용 왁스, 수분 방지제 및 안료를 첨가하여 만든 목분 조성물과, 상기 목분 조성물에 혼합된 칼라 마스터 배치를 포함하며, 상기 목분 조성물과 상기 칼라 마스터 배치를 혼합 용융시켜 금형(17)에 의해 압출 성형함으로써 상기 칼라 마스터 배치에 함유된 무기질 안료에 의해 천연 원목 무늬(2a)가 합성목재(2) 표면에 구현되도록 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 펠릿형 목분 조성물과 캡슐형 칼라 마스터 배치를 압출기에 투입하여 용융시켜 트윈 스크류로 이송시키면서 금형을 통과시켜 판형상의 무독성 친환경 합성목재(WPC)를 제조하게 되는 것으로, 압출기의 내부로 투입된 상기 펠릿형 목분 조성물과 캡슐형 칼라 마스터 배치는 히터에 의해 용융되는데, 목분 조성물은 완전히 용융되어 목분 조성물에 기본적으로 들어가 있는 베이지색 안료는 합성목재의 바탕색이 되는 한편, 캡슐형 칼라 마스터 배치는 모두 용융되는 것이 아니라 대략 60％~70％ 정도만 녹고 동시에 나머지 부분은 압출기 내부에 구비된 트윈 스크류에 의해 부서지면서 불균일하게 퍼지므로 합성목재의 표면에 천연 원목 무늬를 구현할 수 있으므로, 합성목재의 표면에 천연 원목과 같은 무늬가 구현될 수 있는 효과를 제공한다.
다시 말해, 본 발명에 따른 무독성 친환경 합성목재 제조방법에 의하면, 천연목의 무늬를 갖기 위해 목분(천연 목질 강화제)을 미리 각각의 색상으로 1차 가공을 한 다음, 특수하게 제조된 칼라 마스터 배치와 베이스 원료가 혼합됨으로써 종래의 합성수지/목분 압출 제품 흑은 합성수지/칼라 마스터 배치 압출 제품에 비하여 천연목재의 원목 무늬와 빛깔이 더욱 잘 나타나는 효과가 있고, 햇빛의 조사로부터 변색이 잘 되지 아니하는 등의 내구성에 있어서도 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 천연 목재에 비하여 쉽게 균열이 되지 않고 변색이 잘 되지 않아서 미관에 있어서 우수하고, 자체 강도가 충분하여 쉽게 손상되는 경우가 생기지 않는 효과가 있다.
또한, 천연 목재가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 목재의 대용품으로서 고분자 합성수지 피브이씨 제품을 많이 사용한 경우에 비하여 자연 분해성 측면에서 우수하여 폐기시에 환경오염을 유발하는 문제가 생기지 않으며, 화재시에 연기 밀도가 너무 높아 인체에 유해를 끼치는 경우도 초래되지 않는다.
아울러, 천연 원목 무늬를 재연하는 전사필름, 천연목 필름, 피브이씨 무늬목 필름 등을 베이스 패널에 접착하는 종래와 달리 본드를 사용하지 않아도 되므로, 인체에 치명적인 독성을 유발하는 포름알데히드 가스가 방출되는 문제가 생기지 않으며, 이러한 접착제 사용으로 인한 규제에 있어서도 비교적 자유롭다.
도 1a은 본 발명의 합성목재 제조방법에 채용되는 코니컬 트윈 스크류를 개략적으로 보여주는 도면
도 1b는 도 1a를 이용하여 압출 성형되는 친환경 합성목재의 외관을 개략적으로 보여주는 도면
도 2a는 본 발명의 합성목재 제조방법에 채용되는 패널렐 트윈 스크류를 개략적으로 보여주는 도면
도 2b는 도 2a를 이용하여 압출 성형되는 친환경 합성목재의 외관을 개략적으로 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 합성목재 제조방법에 이용되는 압출기 구조를 개략적으로 보여주는 도면
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1a은 본 발명의 합성목재 제조방법에 채용되는 코니컬 트윈 스크류를 개략적으로 보여주는 도면, 도 1b는 도 1a를 이용하여 압출 성형되는 친환경 합성목재의 외관을 개략적으로 보여주는 도면, 도 2a는 본 발명의 합성목재 제조방법에 채용되는 패널렐 트윈 스크류를 개략적으로 보여주는 도면, 도 2b는 도 2a를 이용하여 압출 성형되는 친환경 합성목재의 외관을 개략적으로 보여주는 도면, 도 3은 본 발명의 합성목재 제조방법에 이용되는 압출기 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다. 이를 참조하면, 본 발명의 무독성 친환경 합성목재 제조방법은 도 3의 압출기(10)를 이용하고, 상기 압출기(10)의 내부에는 도 1a 또는 도 2a에 도시된 스크류(20A 또는 20B)를 설치하여 도 1b 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 천연 원목 무늬(2a)가 구현된 합성목재(2)를 만드는 제조방법이다.
본 발명에 의해 무독성 친환경 합성목재(2)를 제조하기 위한 주요 성분과 이러한 성분으로 친환경 합성목재(2)를 제조하는 과정에 대해 설명하기로 한다.
상기 합성목재(2)(WPC)의 성분은 베이스 원료로서 친환경 소재인 열가소성 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌) 또는 열경화성 수지(에폭시, 페놀)와 목분(천연 목질 강화제)과 목분 결합제 및 칼라 마스터 배치로 되어 있다. 이때, 열가소성 수지인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 열경화성 수지인 에폭시, 페놀에 목분과 목분 결합제를 혼합하여 펠릿 형태로 목분 조성물을 만들고, 이러한 펠릿 형태의 목분 조성물과 칼라 마스터 배치를 혼합하여 압출기(10)에서 용융시켜 금형(17)을 통과시킴으로써 패널 형태의 무독성 친환경 합성목재(2)를 만들게 된다. 구체적으로, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 또는 에폭시 및 페놀 30~40 중량부와 목분 55~60 중량부 및 목분 결합제 10~15 중량부를 혼합한 재료를 펠릿 형태로 만들어 목분 조성물을 형성하고, 이러한 펠릿 형태의 목분 조성물 100 중량부에 칼라 마스터 배치 3~5 중량부를 혼합하여 압출기(10)에서 이들을 용융시켜 금형(17)을 통과시킴으로써 패널 형태의 무독성 친환경 합성목재(2)를 만들게 되는 것이다. 예를 들어, 상기 목분 조성물 100kg에 칼라 마스터 배치를 3kg~5kg 혼합하여 합성목재(2)용 혼합물을 만들고, 이러한 혼합물을 압출기(10)에서 용융시켜 금형(17)을 통과시켜 천연 원목 무늬(2a)가 구현된 합성목재(2)를 제조할 수 있게 된다. 여기서 칼라 마스터 배치는 크게 무기질 산화철계 칼라 안료가 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 내부에 캡슐화된 형태로 내장되거나 무기질 산화철계 칼라 안료가 에폭시 및 페놀 내부에 캡슐화된 형태로 내장된 구조를 갖는 것이다.
칼라 마스터 배치의 성분은 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌(또는 에폭시 및 페놀) 50％, 무기질 산화철 안료 47％, 유브이(UV) 안정제 0.8％, 이산화티탄(TiO2) 2％ 및 활제 0.2％를 혼합한 것으로, 이러한 성분을 섞어서 용융시켰다가 캡슐화식으로 경화시킨 것이다. 즉, 칼라 마스터 배치는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌(또는 에폭시 및 페놀) 내부에 무기질 산화철계 안료가 매입된 캡슐화된 형태를 갖는 것이라 할 수 있다. 여기서, 폴리프로필렌과 폴리에틸렌은 각각 50 : 50의 비율이나 70 : 30의 비율로 혼합될 수 있다. 물론, 상기 에폭시와 페놀도 각각 50 : 50의 비율이나 70 : 30의 비율로 혼합될 수 있는 것이다.
상기한 펠릿형 목분 조성물과 캡슐형 칼라 마스터 배치를 도 3에 도시된 압출기(10)에 투입하여 용융시켜 트윈 스크류(20A 또는 20B)로 이송시키면서 금형(17)을 통과시켜 판형상의 무독성 친환경 합성목재(2)(WPC)를 제조하게 된다.
이때, 압출기(10)의 내부로 투입된 상기 펠릿형 목분 조성물과 캡슐형 칼라 마스터 배치는 히터에 의해 용융되는데, 상기 펠릿형 목분 조성물은 대략 100℃~120℃ 정도에서 용융되고 캡슐형 칼라 마스터 배치는 대략 240℃~280℃ 정도에서 용융되어, 압출기(10) 내부의 온도는 대략 140℃~200℃ 정도의 범위에서 맞춰주면 목분 조성물은 완전히 용융되어 목분 조성물에 기본적으로 들어가 있는 베이지색 안료(100℃ 정도에서 녹음)는 합성목재(2)의 바탕색이 되는 한편, 캡슐형 칼라 마스터 배치는 모두 용융되는 것이 아니라 대략 60％~70％ 정도만 녹고 동시에 나머지 부분은 압출기(10) 내부에 구비된 트윈 스크류(20A 또는 20B)에 의해 부서지면서 불균일하게 퍼지므로 합성목재(2)의 표면에 천연 원목 무늬(2a)를 구현할 수 있게 된다. 캡슐형 칼라 마스터 배치에서 녹지 않은 나머지 부분은 트윈 스크류(20A 또는 20B)에 의해 알갱이 형태로 부서지고, 이러한 부서진 알갱이는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 또는 에폭시 및 페놀에 의해 붉은색 무기질 산화철계의 안료 및/또는 검정색 무기질 카본블랙을 캡슐 형태로 감싸준 상태가 되므로, 이러한 녹지 않고 트윈 스크류(20A 또는 20B)에 의해 부서진 무기질계 칼라 안료 입자 알갱이가 불균일하게 퍼지면서 금형(17)을 통해 압출되어 나오는 합성수지 표면에 천원 원목 무늬(2a)가 구현되는 것이라 할 수 있다. 이를테면, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 입자 내부에 무기질 산화철계 칼라 안료가 캡슐형으로 들어가 있어서 녹지 않고 불균일하게 퍼지게 되므로, 합성목재(2)의 표면에 천연 원목 무늬(2a)가 구현되는 것이다.
본 발명에서 목분 조성물에 기본적으로 들어가는 바탕색용 안료는 베이지색으로 채용하고, 칼라 마스터 배치에 들어가는 안료는 붉은색을 띠는 무기질 산화철계 안료나 검정색을 띠는 무기질 카본블랙을 채용할 수 있는데, 베이지색 무기 안료는 통상 100℃ 정도에서 녹고 붉은색 계열의 띠는 무기질 산화철 안료는 140℃ 장도에서 녹으면 검정색 무기질 카본블랙은 통상 160℃ 정도에서 녹으므로, 압출기(10) 내부에서 용융 과정시에 베이지색 무기 안료는 완전히 녹아서 합성목재(2)의 바탕색이 되고, 칼라 마스터 배치의 붉은색 무기질 산화철과 검정색 무기질 카본블랙은 상기 칼라 마스터 배치가 60％에서 70％ 정도 범위에서 녹는 범위에서는 녹게 되지만, 이러한 녹는 부분을 제외한 알갱이에 캡슐형(폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 또는 에폭시 및 페놀)으로 감싸진 나머지 무기질 안료들은 그대로 불균일하게 퍼지면서 성형되는 합성목재(2) 표면에 불균일한 천연 원목 무늬(2a)를 구현하는 작용을 하게 되는 것이다.
한편, 상기 압출기(10)의 내부에 설치되는 트윈 스크류(20A 또는 20B)의 구조에 따라 합성목재(2)의 표면에 구현되는 천연 원목 무늬(2a)가 달라질 수 있다. 즉, 도 1a에 도시된 코니컬 트윈 스크류(20A)를 이용하는 경우에는 도 1b에 도시된 바와 같이 대략 나이테 모양의 천연 원목 무늬(2a)가 구현되고, 도 2a에 도시된 패럴렐 트윈 스크류(20B)를 이용하는 경우에는 도 2b에 도시된 바와 같은 대략 물결 무늬(2a) 모양의 천연 원목 무늬(2a)가 구현될 수 있는 것이다. 본 발명에서 트윈 스크류(20A 또는 20B)를 이용하는 이유는 안료가 무기질 산화철계로서 마스터 배치가 완전히 용융되지 않고 나머지 부분이 부스러지면서 마찰력이 많이 작용하므로, 부스러진 알갱이가 보다 원활하게 불규칙적으로 분산되면서 금형(17) 쪽으로 빠져나갈 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 합성목재 제조방법의 특징은 합성목재(2) 압출 성형시에 단순한 색상의 합성목재(2)가 나오는 것이 아니라 불균일한 형태의 무늬(2a)가 형성됨으로써, 천연 목재 질감의 불균일한 나이테 모양과 같은 천연 원목 무늬(2a)를 구현할 수 있다는 것이다. 즉, 본 발명은 천연 원목의 자연 질감 무늬(2a)가 그대로 구현되기 때문에 촉감 및 질감 등의 면에서 천연 원목과 동일한 느낌을 줄 수 있다는 점이 주요 특징을 이루는 것이다.
또한, 무늬(2a)의 색상과 패턴을 바꿀 경우에는 바탕의 색상을 베이지 색상에서 여러 다른 색상으로 변경하면 전혀 다른 색상의 천연 원목 무늬(2a)가 재현될 수 있다. 합성목재(2)의 바탕 색상의 변화는 기본적으로 빨강, 주황, 노랑, 녹색, 파랑, 청색, 보라, 자색의 8가지 색상을 조합해서 수많은 색상과 무늬(2a)를 재연할 수 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 합성수지는 인체에 무해하고 자연 친화적인 무독성 원료인 열가소성수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌) 또는 열경화성수지(에폭시, 페놀)를 사용하므로, 친환경적이고 인체에 무해한 무독성 특징을 갖게 된다.
한편, 본 발명에서 목분 조성물의 주성분인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 에폭시, 페놀은 30 중량부에서 40 중량부 사이로 혼합하는데, 30 중량부 미만이면 휨강도가 저하되고, 40 중량부를 초과하면 천연목재와 같은 질감(복원력과 고유 탄성)을 얻을 수 없으며, 성형성에 있어서도 원활하지 못하다.
본 발명에서는 목분으로 톱밥 이외에 대나무를 분쇄한 죽분, 왕겨를 분쇄한 목분, 삼나무 목분으로 대체하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 목분은 55~60 중량부를 사용하는데, 목분이 하한치 55 중량부 이하인 경우 합성목재(2)의 휨강도 요구 조건에 만족하지 못하고, 목분이 상한치 60 중량부 이상인 경우에는 과도한 목분 함유로 인해 합성목재(2) 표면이 거칠어지고 목분 박리 현상이 생겨서 고품질의 합성목재(2)를 보장하기 어려울 수 있다.
또한, 상기 목분 결합제를 10~15 중량부 사용한다. 이때, 목분 결합제로는 커플링제가 될 수 있다. 본 발명에 목분 결합제의 사용량이 10 중량부 미만인 경우에는 강도의 증가가 충분하지 못하여 합성목재(2) 제품의 기능성 면에서 미흡하고, 목분 결합제를 15 중량부 이상을 사용하면, 합성목재(2)가 표면 부분에서 박리 현상(MIGRATION)이 발생되어 제품성이 저하된다. 따라서, 목분 결합제의 사용량을 상기의 범위로 맞추는 것이 중요하다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 합성목재(2)의 강도(휨강도) 유지 차원에서 침염수 목분을 사용한다. 목분의 입자에서 섬유질 조직 등이 활엽수 입자의 그것에 비하여 보다 치밀하므로, 합성목재(2)의 강도면에서 활엽수 목분을 사용하는 것에 비하여 훨씬 우수한 결과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 침엽수 목분을 사용함으로써 배합성에 있어서도 보다 우수하다. 상기한 바와 같이 침엽수 목분의 섬유질 조직 등이 활엽수의 그것에 비하여 상대적으로 보다 치밀하여 상대적으로 더 무거워서 고강도 폴리올레핀계 수지 등과 침엽수 목분을 믹싱할 때에 위로 떠버리는 현상이 없으므로, 다른 성분과의 배합성에 있어서 보다 우수한 결과를 얻을 수 있게 된다.
칼라 마스터 배치의 성분인 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌(또는 에폭시 및 페놀)은 50％를 사용한다. 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌(또는 에폭시 및 페놀)의 사용량이 50％보다 낮은 경우에는 상기한 바와 같이 칼라 마스터 배치가 부분적으로 녹고 부분적으로 녹지 않아 무기질 안료의 칼라를 유지하는데 장애가 될 수 있고, 50％보다 높은 경우에는 칼라 마스터 배치의 성형성 측면 등에서 바람직하지 않다.
상기 무기질 산화철 안료는 47％를 사용하는데, 무기질 산화철 안료를 47％ 이하로 사용시에는 합성목재(2) 표면에 구현되는 원목 무늬(2a) 자체가 너무 흐려져서 천연 원목 무늬(2a) 느낌을 충분히 살릴 수 없고, 무기질 산화철 안료를 47％ 이상으로 사용시에는 쓸데없는 안료의 낭비가 생기므로 좋지 못하다.
상기 유브이(UV) 안정제는 0.8％를 사용하는데, 유브이(UV) 안정제를 0.8％ 이하로 사용시에는 태양의 자외선에 의해 합성목재(2)의 색상이 변색되는 현상과 합성목재(2)의 표면 자체가 푸석해져서 가루처럼 일어나는 현상을 제대로 방지하지 못하며, 유브이(UV) 안정제를 0.8％ 이상으로 사용시에는 역시 재료가 쓸데없이 들어가는 문제가 있다.
이산화티탄(TiO2)을 2％ 이하로 사용하면 내산성, 내알칼리성 등의 특성에서 충분하지 못하고, 이산화티탄(TiO2)을 2％ 이상으로 사용시에는 비교적 고가의 자원 낭비가 초래될 수 있다.
활제는 0.2％를 혼합하여 사용하는데, 활제가 0.2％ 이하이면 윤활성이 미비하여 성형성 등에서 좋지 못하고, 활제가 0.2％ 이상이면 윤활성이 너무 높아져서 무기질 산화철계 안료가 불균일하게 퍼져서 천연 원목 무늬(2a)를 구현하는데 문제가 될 여지가 있으므로, 활제를 상기 수치로 맞추도록 한다.
한편, 본 발명의 합성목재 제조방법에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 펠릿 형태의 목분 조성물 알갱이들은 압출기(10)의 시작 부분에 인접된 호퍼(11)를 통해 먼저 투입하여 먼저 목분 조성물을 녹이고 칼라 마스터 배치는 목분 조성물과 달리 압출기(10)의 보다 앞쪽 위치에서 투입하여 용융시키도록 하면, 칼라 마스터 배치의 분산도가 그만큼 더 낮아져 불균일하게 퍼지는 현상을 보다 확실하게 할 수 있기 때문에, 합성목재(2) 표면에 천연 원목 무늬(2a) 구현을 보다 안전하고 확실하게 할 수 있는 장점을 가진다. 압출기(10)에는 내부의 에어를 빼주는 드레인홀(15)이 구비되는데, 상기 칼라 마스터 배치는 압출기(10)에서 드레인홀(15)과 금형(17) 사이의 둘레부에서 투입(호퍼(13) 등을 이용)함으로써 상기와 같은 합성목재(2) 표면의 천연 원목 무늬(2a) 구현이 보다 완벽하게 이루어지도록 하는 것이다. 이를테면, 펠릿 형태의 목분 조성물을 먼저 투입하여 먼저 녹이고 칼라 마스터 배치는 보다 전진한 위치에서 투입하여 상대적으로 덜 용융되도록 함으로써 무기질 산화철계 안료가 존재하는 확률을 보다 높임으로써 합성목재(2) 표면의 천연 원목 무늬(2a) 구현의 신뢰성을 보다 높이게 되는 것이다.
한편, 본 발명에서는 목분 조성물의 성분을 다르게 조성하는 다른 실시예를 채용할 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서 합성목재(2)의 성분을 이루는 목분 조성물은 폴리올레핀계 수지 25~30 중량％, 목분 60~70 중량％, 목분 결합제 0.003~0.02 중량％, 목분용 왁스 0.5~2 중량％, 수분 방지제 0.1~2 중량％, 안료 0.5~10 중량％를 첨가한 것이다. 여기서 안료는 합성목재(2)의 바탕 칼라용 안료를 의미한다. 이러한 성분을 혼합하여 펠릿 형태로 성형함으로써 목분 조성물을 만들고 상기한 칼라 마스터 배치를 혼합하여 압출기(10)에서 용융시켜서 금형(17)을 통과시켜 패널 형태의 합성목재(2)를 만들어 낼 수 있으며, 이러한 압출기(10)에서의 합성목재(2) 성형 과정에서 천연 원목 무늬(2a)가 구현되는 것은 상기 실시예와 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다. 물론, 상기 실시에와 같이 칼라 마스터 배치는 펠릿 형태의 목분 조성물 100 중량부에 칼라 마스터 배치 3~5 중량부를 혼합하여 사용한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 목분 조성물의 각 성분의 혼합 비율이 중요한 의미를 갖는다. 먼저, 폴리올레핀계 수지를 25~30 중량％를 사용하는데, 이러한 고충격 폴리올레핀계 수지의 사용량이 25 중량％ 미만이면 휨강도가 저하되고, 30 중량％를 초과하면 천연목재와 같은 질감(복원력과 고유 탄성)을 얻을 수 없다.
또한, 목분은 60~70 중량％를 사용하는데, 목분이 하한치 60 중량％ 이하인 경우 합성목재(2)의 휨강도 요구 조건에 만족하지 못하고, 목분이 상한치 70 중량％ 이상인 경우에는 과도한 목분 함유로 인해 합성목재(2) 표면이 거칠어지고 목분 박리 현상이 생겨서 고품질의 합성목재(2)를 보장하기 어려울 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 경우 목분 결합제로서 커플링제를 0.003~0.02 중량％를 사용한다. 커플링제인 무수 말레이산의 사용량이 0.003 중량％ 미만인 경우에는 강도의 증가가 미미하여 제품의 기능성 면에서 미흡하며, 무수 말레이산의 사용량이 0.02 중량 퍼센트 이상이면, 합성목재(2)가 표면 부분에서 박리 현상(MIGRATION)이 발생되어 제품성이 저하된다. 무수 말레이산이 0.02 중량 퍼센트보다 많이 들어가면 합성목재(2) 표면으로 떠버려서 표면 박리 현상이 일어나므로, 0.02 중량 퍼센트 이하를 쓴다. 왜냐하면, 무수 말레이산이 0.02 중량％ 이상인 경우, 잔여 무수 말레이산과 결합시킬 것이 없게 되어서, 무수 말레이산이 합성목재(2) 표면으로 떠 버리므로, 합성목재(2) 표면에서 박리 현상이 일어나는 것이다. 그래서, 커플링제인 목분 결합제의 사용량을 상기의 범위로 맞추는 것이 필수적이라 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서 목분용 왁스(활제)는 0.5~2 중량％를 사용하는데, 목분을 매끄럽게 함으로써, 합성목재(2) 성형시 이송용 스크류(20A,20B)에 목분이 달라붙지 않고 잘 밀려날 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 합성목재(2) 성형을 위한 성분은 크게 베이스 원료인 친환경 소재인 열가소성수지(폴리프로필렌, 폴리에틸렌) 또는 열경화성수지(에폭시, 페놀) 30~40 중량부와, 목분(천연 목질 강화제) 52~57 중량부와, 목분 결합제 10~15 중량부와 천연 무기질제 안료 2~3 중량부로 구성된다.
천연 무기질제 안료는 각각 그 용융점의 온도가 달라서 압출 성형시 외부에서 가열하는 온도의 조건에 따라 안료의 녹는 시점이 달라진다.
목분(천연 목질 강화제)에 무기 안료인 베이지 색상의 안료는 통상 100℃ 정도에서 녹기 때문에 이를 합성목재(2)의 바탕 색상으로 하고 붉은 색을 내는 무기질 산화철은 통상 140℃ 정도에서 녹기 때문에 목재 질감의 나이테 무늬(2a)의 일부분을 형성한다. 그리고, 검정색을 띠는 무기질 카본블랙이 160℃ 정도에서 녹으므로, 붉은색의 무기질 산화철에 함유되어 목재 질감의 선명한 나이테 무늬(2a)가 구현되는 것이다.
압출 성형시에 가열(압출기(10) 등의 내부에서 가열)하는 온도 조건과 압출 압력 등에 따라 조건이 수시로 변하기 때문에, 용융점이 각기 다른 무기질 안료를 사용함으로 인하여 일정한 형상의 무늬(2a)가 연속적으로 나오는 것이 아니고 불균일한 형태의 무늬(2a)가 성형되는 특징을 가지게 된다. 이러한 특징을 이용해서 천연 목재 질감의 불균일한 나이테 무늬(2a)가 형성되는 것이다.
본 발명의 특징은 동일한 무늬(2a)의 제품이 연속적으로 압출 성형되는 것이 아니고 천연 목재의 자연 질감 무늬(2a)가 그대로 재연되기 때문에 촉감 및 질감이 천연 원목과 동일한 느낌을 줄 수 있다. 또한, 상기 실시예들과 마찬가지로, 무늬(2a)의 색상과 패턴을 바꿀 경우에는 바탕의 색상을 베이지색에서 다른 색상으로 변경하면 전혀 다른 색상의 천연 원목이 재연된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 점이 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10. 압출기 11, 13. 호퍼
17. 금형 20A. 코니컬 트윈 스크류
20B. 패럴렐 트윈 스크류

Claims (8)

  1. 합성목재(2)를 압출 성형에 의해 제조하는 합성목재 제조방법에 있어서, 열가소성 수지인 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 또는 열경화성 수지인 에폭시 및 페놀과 목분 및 목분 결합제를 혼합한 목분 조성물과, 상기 목분 조성물에 혼합된 칼라 마스터 배치를 포함하며, 상기 목분 조성물과 상기 칼라 마스터 배치를 혼합 용융시켜 금형(17)에 의해 압출 성형함으로써 상기 칼라 마스터 배치에 함유된 무기질 안료에 의해 천연 원목 무늬(2a)가 합성목재(2) 표면에 구현되도록 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 또는 상기 에폭시 및 페놀에 상기 목분과 상기 목분 결합제를 혼합하여 펠릿 형태로 상기 목분 조성물을 만들고, 상기 칼라 마스터 배치는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 또는 에폭시 및 페놀 무기질 산화철 안료, 유브이(UV) 안정제, 이산화티탄(TiO2) 및 활제를 혼합하여 상기 무기질 산화철 안료가 내부에 함유된 캡슐 형태로 만들어서, 상기 펠릿 형태의 목분 조성물과 상기 캡슐 형태의 칼라 마스터 배치를 혼합하여 압출기(10)에서 용융시켜 금형(17)을 통과시킴으로써 패널 형태의 무독성 친환경 합성목재(2)를 만드는 것을 특징으로 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 목분 조성물은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 또는 에폭시 및 페놀 30~40 중량부와 목분 55~60 중량부 및 목분 결합제 10~15 중량부를 혼합한 재료를 펠릿 형태로 만들고, 상기 펠릿 형태의 목분 조성물 100 중량부에 상기 칼라 마스터 배치 3~5 중량부를 혼합하여 상기 합성목재(2)를 만드는 것을 특징으로 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 칼라 마스터 배치는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 또는 에폭시 및 페놀 50％, 무기질 산화철 안료 47％, 유브이(UV) 안정제 0.8％, 이산화티탄(TiO2) 2％ 및 활제 0.2％를 혼합하여 캡슐 형태로 만드는 것을 특징으로 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 펠릿 형태의 목분 조성물과 상기 캡슐 형태의 칼라 마스터 배치는 압출기(10)의 내부에 투입되어 용융되고 상기 압출기(10)의 내부에는 코니컬 트윈 스크류(20A) 또는 패럴렐 트윈 스크류(20B)가 구비되어 용융되는 합성목재(2) 원료를 성형용 금형(17)으로 이송시키는 것을 특징으로 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 펠릿 형태의 목분 조성물 알갱이들은 압출기(10)의 어느 일측 위치에서 먼저 투입하여 상기 목분 조성물을 녹이고, 상기 칼라 마스터 배치는 상기 압출기(10)의 보다 앞쪽 위치에서 투입하여 용용시킴으로써 상기 합성목재(2) 표면에 천연 원목 무늬(2a)를 구현하는 것을 특징으로 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법.
  7. 합성목재(2)를 압출 성형에 의해 제조하는 합성목재 제조방법에 있어서, 폴리올레핀계 수지, 목분, 커플링제, 목분용 왁스, 수분 방지제 및 안료를 첨가하여 만든 목분 조성물과, 상기 목분 조성물에 혼합된 칼라 마스터 배치를 포함하며, 상기 목분 조성물과 상기 칼라 마스터 배치를 혼합 용융시켜 금형(17)에 의해 압출 성형함으로써 상기 칼라 마스터 배치에 함유된 무기질 안료에 의해 천연 원목 무늬(2a)가 합성목재(2) 표면에 구현되도록 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 목분 조성물은 폴리올레핀계 수지 25~30 중량％, 목분이나 왕겨 60~70 중량％, 커플링제 0.003~0.02 중량％, 목분용 왁스 0.5~2 중량％, 수분 방지제 0.1~2 중량％, 안료 0.5~10 중량％를 첨가하여 펠릿 형태로 만들고, 상기 칼라 마스터 배치는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 또는 에폭시 및 페놀 50％, 무기질 산화철 안료 47％, 유브이(UV) 안정제 0.8％, 이산화티탄(TiO2) 2％ 및 활제 0.2％를 혼합하여 캡슐 형태로 만들어서, 상기 목분 조성물과 상기 칼라 마스터 배치를 혼합하여 상기 합성목재(2)를 성형하는 것을 특징으로 하는 천연목 무늬 구현이 가능한 친환경 합성목재 제조방법.
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