KR20120051836A - 복합재 조성물과 복합재 제조방법 및 복합재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합재 조성물과 그 제조방법 및 복합재를 제공한다. 본 발명에 따른 복합재 조성물은 입자의 크기가 20 내지 100 메시이고 함수량이 0 내지 3 중량분(%)인 변성모시줄기가루 6 내지 30 중량분에 합성수지 70 내지 94 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분이 포함되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 첫째, 합성수지재가 모시줄기의 강성이 부족한 결점을 보충함으로써 비교적 높은 강도와 강성을 갖게 된다. 둘째, 가연성이 좋아서 각종 사이즈 규격과 각종 형태의 제품을 제작할 수 있다. 세째, 흡수성, 사이즈 안정성, 강성 등 부분성능은 원목에 비해 우수하며 100% 회수하여 중복이용 가공이 가능하다. 네째, 여러가지 기계성능은 목재와 비슷하며 톱질, 송곳질, 대패질, 페인트칠하는 것이 가능하다. 다섯째, 부패방지, 습기방지, 곤충방지, 사이즈 안정성이 높아 갈라 터지지 않고 휘거나 굽지 않는다. 여섯째, 산성과 알칼리성에 잘 견디고 노화에 잘 견디며 물을 흡수하지 않고 환경 오염성에 잘 견딘다. 일곱째, 모시원료의 종합적 활용을 실현하고 농업폐기물의 처리문제를 해결하여 농산품의 부가가치를 향상시키며 모시원료의 광범위한 생산과 저렴한 가격으로 인하여 제품의 원가를 낮출 수 있다.

Description

복합재 조성물과 복합재 제조방법 및 복합재{Multiplex Material Composition and Method thereof and Multiplex Material}
본 발명은 복합재 조성물과 복합재 제조방법 및 복합재에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 모시줄기와 열가소성수지의 호환성 문제를 해결하여 현존하는 목재 및 합성목재를 완전히 대체하고, 다양한 분야에 보다 광범위하게 응용할 수 있는 복합재 조성물과 복합재 제조방법 및 복합재에 관한 것이다.
최근 천연목재에 대한 소비자의 선호도가 크게 증가하고 있으나, 천연목재의 벌목에 따른 이산화탄소 증가에 대한 환경파괴 우려가 증폭되면서 천연목재를 대체할 수 있는 소재 개발에 대한 목소리가 높아지고 있다.
따라서 최근 천연목재와 유사한 질감과 외관을 가진 합성목재에 관한 연구가많이 이루어지고 있다.
종래의 합성목재는 대부분 원목을 얇게 자른 다음 일측면이나 양측면에 착색하여 건조시키고 접착제를 이용하여 필름 등을 부착한 다음 건조시켜 소정 길이로 절단하여 사용하도록 하는 합판형태와, 원목이나 폐목을 가루로 분쇄한 다음 다량의 수지를 첨가한 후 가열 압착시켜 만드는 MDF(Medium Density Fiber wood)로 구분된다.
이러한 합성목재는 건축물의 내, 외장재로 사용됨으로, 천연목재에 비하여 내수성과 내열성, 치수안정성, 난연성, 항균성, 물성이 향상되며, 가격이 저렴하여 제조원가를 절감시키는 효과는 있으나, 옥외에 설치시 재질 특성에 의한 내후성 및 물성이 저하되고, 가공된 건축물의 표면층이 인위적인 목제 무늬층으로 구성됨에 따른 천연질감 효과가 저하되며, 건축물의 내외장재로 사용시 접착제에 포함된 유해물질로 인하여 인체에 악영향을 미치는 문제점들이 있다.
또한, 합성목재는 원료로 목재와 식물섬유를 채택하는데, 원료가 짚, 대나무, 억새 등으로 국한되어 있고, 산림자원은 유한하기 때문에 이러한 가공기술의 원료 공급에 큰 어려움을 겪고 있다.
또한, 식물섬유는 강한 극성을 가지고 있어서 플라스틱과의 호환성이 떨어지고, 경계면의 접착도가 매우 낮으며, 목질섬유의 변성기술이 많이 발전했다 하더라도 식물섬유와 목질섬유는 또 달라서 식물섬유와 플라스틱의 호환성에 대해서는 아직 많은 연구가 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,
본 발명의 목적은 모시줄기를 원료로 한 모시섬유와 합성수지의 호환성 문제를 해결함으로써 환경친화적이고, 종래의 목재 또는 합성목재에 비하여 내수성, 충격강도, 휨강도, 내후성, 물성이 강화되며, 가연성이 좋아서 각종 형태의 제품을 가공하여 만들 수 있을 뿐만 아니라 원료 원가가 낮고 재생순환 이용이 가능하여 원가를 절감시키는 복합재 조성물 및 이를 이용한 복합재 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 목재 및 합성 목재 부분을 대체하여 건축산업, 자동차산업, 및 가전산업 등 광범위하게 응용할 수 있는 복합재를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 복합재 조성물은 입자의 크기가 20 내지 100 메시이고 함수량이 0 내지 3 중량분(%)인 모시줄기가루 6 내지 30 중량분에 합성수지 70 내지 94 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분이 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 복합재 조성물은 입자의 크기가 20 내지 100 메시이고 함수량이 0 내지 3 중량분(%)인 모시줄기가루 6 내지 30 중량분에 합성수지 50 내지 84 중량분, 석회 10 내지 20 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분이 포함되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 합성수지는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리프로필렌(PP)를 포함하고, 상기 상용제는 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌, 무수말레산 그라프트 고밀도 폴리에틸렌, 무수말레산 그라프트 폴리프로필렌을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 윤활제는 EBS, PE 왁스, 스테아르산, 복합윤활제 중 1종 혹은 1종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 산화방지제는 산화방지제 1010과 산화방지제 168을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충전물은 탈크 또는 탄산칼슘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 난연제는 브롬화 난연제와 삼산화안티몬을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 표면변성제는 실란 표면변성제 KH550,WD20 또는 티탄산염 표면변성제 NDZ-101 : 무수알코올 = 1: 2 내지 4의 중량비로 희석한 것을 특징으로 한다.
이에 더하여 상기 복합재 조성물에는 방충 및 탈취를 위한 첨가제로서 탄화왕겨 또는 나노은이 1 내지 5 중량분 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 복합재 조성물에는 광택성 향상을 위해 분말상태의 백운모가 1 내지 5 중량분 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복합재 조성물에는 강도강화를 위한 첨가제로서 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol)이 1 내지 5 중량분 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복합재 제조방법은 모시줄기를 20 내지 100 메시의 모시줄기가루로 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 모시줄기가루의 함수량이 0 내지 3 중량분(%)이 되도록 건조하고, 별도로 합성수지 및 상용제를 건조시키는 단계; 상기 건조된 모시줄기가루를 반죽기에 넣어 표면변성제를 분사하고 100 내지 110℃의 온도에서 40 내지 60분간 반죽하는 단계; 상기 반죽된 모시줄기가루를 고속혼합기에 넣어 표면변성제를 분사하고 15 내지 20분간 혼합하여 변성모시줄기를 제조하는 단계; 상기 제조된 변성모시줄기 6 내지 30 중량분에 상기 건조된 합성수지 70 내지 94 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분을 120 내지 200℃의 온도에서 용융혼합하여 복합재 폴리머를 제조하는 단계; 상기 혼합된 복합재를 압출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 모시줄기가루는 90 내지 105℃의 온도에서 18 내지 24시간 동안 건조되고, 상기 합성수지 및 상용제는 별도로 70 내지 100℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 건조되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 표면변성제의 분사량은 모시줄기가루 중량의 1 내지 2 중량분 분사되는 것을 특징으로 한다.
상기 복합재 폴리머를 제조하는 단계는 제조된 변성모시줄기 6 내지 30 중량분에 상기 건조된 합성수지 50 내지 84 중량분, 석회석 10 내지 20 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분을 120 내지 200℃의 온도에서 용융 혼합한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 복합재를 압출하는 단계에서 압출은 스크류 가열온도 150~180 ℃, 스크류 회전속도 40 내지 100 rpm으로 하는 트윈 스크류 압출기에 통과시켜 압출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복합재는 상기 복합재 조성물로 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 복합재는 상기 복합재 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 복합재 조성물과 그 제조방법 및 복합재에 따르면, 첫째, 합성수지재가 모시줄기의 강성이 부족한 결점을 보충함으로써 비교적 높은 강도와 강성을 갖게 된다. 둘째, 가연성이 좋아서 각종 사이즈 규격과 각종 형태의 제품을 제작할 수 있다. 세째, 흡수성, 사이즈 안정성, 강성 등 부분성능은 원목에 비해 우수하며 100% 회수하여 중복이용 가공이 가능하다. 네째, 여러가지 기계성능은 목재와 비슷하며 톱질, 송곳질, 대패질, 페인트칠하는 것이 가능하다. 다섯째, 부패방지, 습기방지, 곤충방지, 사이즈 안정성이 높아 갈라 터지지 않고, 휘거나 굽지 않는다. 여섯째, 산성과 알칼리성에 잘 견디고 노화에 잘 견디며, 물을 흡수하지 않고 환경 오염성에 잘 견딘다. 일곱째, 모시원료의 종합적 활용을 실현하고, 농업폐기물의 처리문제를 해결하여 농산품의 부가가치를 향상시키며, 모시원료의 광범위한 생산과 저렴한 가격으로 인하여 제품의 원가를 낮출 수 있다. 여덟째, 환경친화적으로 유독물질이 발생되지 않으며, 포탄상자, 야전텐트 폴대 등과 같은 군수용 장비제품은 물론 건축영역, 자동차산업, 및 기타 건설산업 등 광범위하게 응용할 수 있어 상품성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복합재 조성물을 이용한 복합재 제조방법을 단계적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 복합재 조성물 및 복합재 제조방법으로 제조된 복합재를 도시한 도면.
도 3의 (a),(b),(c)는 본 발명에 따른 복합재가 사용되는 상태의 제 1 실시 예를 도시한 도면.
도 4의 (a),(b)는 본 발명에 따른 복합재가 사용되는 상태의 제 2 실시 예를 도시한 도면.
도 5의 (a),(b),(c)는 본 발명에 따른 복합재가 사용되는 상태의 제 3 실시 예를 도시한 도면.
도 6의 (a),(b))는 본 발명에 따른 복합재가 사용되는 상태의 제 4 실시 예를 도시한 도면.
도 7의 (a),(b)는 본 발명에 따른 복합재가 사용되는 상태의 제 5 실시 예를 도시한 도면.
도 8의 (a),(b)는 본 발명에 따른 복합재가 사용되는 상태의 제 6 실시 예를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 복합재가 사용되는 상태의 제 7 실시 예를 도시한 도면.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 조성물과 그 제조방법 및 복합재를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성부분을 나타낸다.
먼저, 본 발명에 따른 복합재 조성물을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 복합재 조성물은 변성모시줄기가루, 합성수지, 상용제, 윤활제, 산화방지제, 충전물, 난연제를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 모시풀에서 얻은 모시섬유의 폐기물인 모시줄기를 사용한다. 상기 모시섬유는 길이는 6~20cm이고, 질기기는 아마의 4배, 목화의 8배 이상을 가진다. 상기 모시섬유는 대부분 모시의 인피섬유 부분을 방직품의 상등 섬유원료로 이용하고, 모시풀의 껍질을 벗긴 후의 모시줄기와 표피부분은 폐기물로 여겨 분사 처리된다. 이처럼 분사처리되는 폐기물은 대략 모시 한줄기의 2/3를 차지함에 따라 환경오염뿐만 아니라 극심한 자원 낭비를 초래하였다.
이처럼 폐기처리되는 모시줄기는 대부분 섬유질로 이루어지고, 그 섬유 가운데는 도랑형 빈강이며 파이브벽은 구멍이 많다, 그리고 가늘고 길고 질기며, 재질이 가볍고, 습기에 대한 흡인과 분산이 빠르다. 따라서, 목재를 대체할 원료로 충분한 가치가 있으며, 특히, 합성목재를 대체하는 복합재의 제조용으로 농산물계 자원을 활용하고, 농업폐기물의 처리문제를 해결하여 농산품의 부가가치를 향상시키며, 모시원료의 광범위한 생산과 저렴한 가격으로 인하여 제품의 원가를 낮추는 데 중요한 역할을 한다.
상기 모시줄기가루는 사용되는 용도에 따라 모시줄기를 미세한 가루 혹은 약간의 굵은 메시로 분쇄하되, 바람직하게는 입자크기가 20 내지 100 메시(mesh)로 분쇄된 것이 좋다. 그리고, 분쇄된 모시줄기가루의 수분을 제거하여 함수량이 0 내지 3 중량분(%)을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 모시줄기가루에 실란 표면변성제 KH550,WD20 또는 티탄산염 표면변성제 NDZ-101 : 무수알코올 = 1: 2 내지 4의 중량비로 희석한 표면변성제를 100 내지 110℃의 온도에서 모시줄기가루 중량의 1 내지 2 중량분(%)분사하여 변성모시줄기가루를 제조한다.
상기 변성모시줄기가루는 본 발명의 조성물 총 중량에 대하여 6 내지 30 중량분이 사용된다.
상기 변성모시줄기가루 10 내지 30 중량분에 합성수지 70 내지 94 중량분이 혼합된다.
여기서, 상기 합성수지는 폴리프로필렌(PP, Polypropylene), 폴리에틸렌(PE, Poly Ethylene), 폴리스틸렌(PS,Polystyrene), 폴리에틸렌 데레프탈레이트(PET, Poly Ethylene Terephthalate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene resin) 중에서 선택된 하나 또는 2종 이상이다. 또한, 합성수지로 폐플라스틱을 사용할 수도 있지만, 인체에 해로움을 주는 폴리염화비닐 성분의 폴라스틱은 사용하지 않는 것이 바람직하다.
이러한 상기 합성수지는 상기 모시줄기와 혼합시 내수성, 내열성, 충격강도, 휨강도 등의 물성을 강화시킨다.
한편, 상기 변성모시줄기가루에 혼합되는 합성수지의 일정량 대신 일정량의 석회를 포함시킬 수도 있다. 즉, 상기 변성모시줄기가루 6 내지 30 중량분에 합성수지 50 내지 84 중량분, 석회 10 내지 20 중량분을 혼합하여 사용할 수도 있다.
여기서, 상기 석회는 모시줄기에 함유된 수분문제를 개선시킨다. 상기 석회를 일정량 사용하게 되면, 별도의 수분제거를 위한 작업이나 공정이 불필요하고, 건조 후 공기 중이 수분을 재흡수하는 문제를 해소할 수 있다. 또한, 불연효과와 내구성이 증대되고 온도의 영향을 비교적 덜 받게 된다.
이에 더하여, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분이 포함된다.
여기서, 상기 상용제는 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌, 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌, 무수말레산 그라프트 폴리프로필렌 중 선택된 하나 또는 1종 이상이 혼합물을 포함한다.
그리고, 상기 윤활제는 EBS, PE 왁스, 스테아르산, 복합윤활제 중 1종 혹은 1종 이상의 혼합물을 포함한다.
그리고, 상기 산화방지제는 산화방지제 1010과 산화방지제 168을 포함한다.
또한, 상기 충전물은 탈크 또는 탄산칼슘을 포함하고, 상기 난연제는 브롬화 난연제와 삼산화안티몬을 포함한다.
한편, 상기 복합재 조성물에 추가적으로 탄화왕겨 또는 나노은이 1 내지 5 중량분을 더 첨가시킬 수 있다.
이와 같이 상기 나노은이 첨가되면 항균, 탈취 및 방충기능이 더해져서 실내에 사용되었을 경우 아토피 등과 같은 피부병 발생을 억제하여 줄 수 있으며, 실내환경을 크게 개선시키는 효과를 나타낼 수 있다. 그리고, 탄화왕겨 사용시는 필히 왕겨를 고온에서 탄화시켜서 사용함으로써, 벌레의 접근을 방지하는 방충기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 복합재 조성물에 추가적으로 백운모 1 내지 5 중량분을 더 첨가시킬 수 있다. 상기 백운모는 내화성이 강하고 절연성이 강한 부도체이기 때문에 화제발생시 위험성을 감소시켜주며, 광택성을 향상시켜 줄 수 있게 된다.
또한, 상기 복합재 조성물에는 강도강화를 위한 첨가제로서 디에틸렌 글리콜을 1 내지 5 중량분을 더 첨가시킬 수 있다. 상기 디에틸렌 글리콜을 추가적으로 혼합하면 제품의 친환경성을 저해하지 않은 가운데 보다 강화된 강도는 나타낼 수 있게 되어 제품에 대한 신뢰성을 향상시키는 효과를 나타낼 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 복합재 조성물을 이용한 복합재 제조방법의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 복합재 조성물을 이용한 복합재 제조방법을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 복합재 조성물을 이용한 복합재 제조방법은 모시줄기를 20 내지 100 메시의 모시줄기가루로 분쇄하는 단계(S100); 상기 분쇄된 모시줄기가루의 함수량이 0 내지 3 중량분(%)이 되도록 건조하고, 별도로 합성수지 및 상용제를 건조시키는 단계(S200); 상기 건조된 모시줄기가루를 반죽기에 넣어 표면변성제를 분사하고 100 내지 110℃의 온도에서 40 내지 60분간 반죽하는 단계(S300); 상기 반죽된 모시줄기가루를 고속혼합기에 넣고 15 내지 20분간 혼합하여 변성모시줄기를 제조하는 단계(S400); 상기 제조된 변성모시줄기 6 내지 30 중량분에 상기 건조된 합성수지 70 내지 94 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분을 혼합하는 단계(S500); 상기 혼합된 복합재를 압출하는 단계(S600)를 포함한다.
여기서, 상기 S100 단계는 모시줄기를 분쇄기에 넣고 분쇄하여 모시줄기가루를 만든다. 이때, 모시줄기가 길면 20 내지 100 메시로 분쇄되지 못할 수 있으므로, 분쇄하는 단계 전에 미리 파쇄기로 모시줄기를 파쇄하는 단계를 추가할 수도 있다.
상기 S200 단계는 상기 분쇄된 모시줄기가루의 함수량이 0 내지 3 중량분(%)이 되도록 90 내지 105℃의 온도에서 18 내지 24시간 동안 건조시킨다. 그리고 상기 합성수지 및 상용제는 상기 모시줄기가루와 별도로 70 내지 100℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 건조시킨다.
상기 S300 단계는 건조된 모시줄기가루에 모시줄기가루 중량의 1 내지 2 중량분의 표면 변성제를 분사하여 반죽한다. 여기서, 상기 표면변성제는 무수알코올과 1:3의 중량비로 희석된 것을 사용한다.
상기 S400 단계는 반죽된 모시줄기가루를 혼합기에 넣고 믹싱하여 모시줄기의 섬유질이 더 많이 부풀거나 풀어 헤쳐지게 하여 섬유 간에 결합을 강하게 만든다. 이는 섬유질이 많이 부풀어 오를수록 복합재로 만들 때 섬유질 사이의 결합력이 증대되고 아울러 합성수지와의 호환성을 높이게 된다.
상기 S500 단계는 상기 S400 단계에서 제조된 변성모시줄기에 상기 건조된 합성수지 및 상용제, 윤활제, 산화방지제, 충전물을 넣고 120 내지 200℃의 고온에서 용융혼합하면 모시줄기와 합성수지간의 결합력이 증대되고, 고밀도의 복합재 폴리머를 제조할 수 있게 된다.
여기서, 상기 S500 단계는 상기 합성수지의 일정량 대신 일정량의 석회를 포함시킬 수도 있다. 바람직하게는 제조된 변성모시줄기 6 내지 30 중량분에 상기 건조된 합성수지 50 내지 84 중량분, 석회석 10 내지 20 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분을 120 내지 200℃의 온도에서 용융 혼합하여 복합재 폴리머를 제조하는 것이 좋다.
그리고, 상기 S500 단계 이후에는 복합재의 종류에 따라 첨가제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 복합재의 종류에 따라 방충 및 탈취를 위한 탄화왕겨 또는 나노은을 첨가할 수도 있고, 광택성 향상을 위해 분말상태의 백운모를 첨가할 수도 있으며, 강도강화를 위해 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol)을 첨가할 수도 있다.
상기 S600 단계는 상기 S500 단계에서 혼합된 복합재 폴리머를 스크류 가열온도 150 내지 180℃, 스크류 회전속도 40 내지 100rpm으로 하는 트윈 스크류 압출기에 통과시켜 압출함으로써 복합재를 얻는다.
이때 복합재를 얻는 방법은 압출로만 한정하는 것은 아니고 사출 등 복합재를 얻을 수 있는 방법은 모두 사용될 수 있다.
상기의 방법으로 제조된 복합재의 품질을 시험한 결과 다음과 같은 시험 성적표를 얻었다.
시험 결과
시험항목 단위 구분 결과 시험방법

Pb
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

Cd
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

Cr6+
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

Cu
mg/L
1
0.049		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

Hg
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

As
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

CN-
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

유기인
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

트리클로로에틸렌
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

테트라클로로에틸렌
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)

기름성분
mg/L
1
검출안됨		 폐기물공정시험기준
(환경부고시제2009-132호)
이렇게 얻은 복합재는 성형하여 원하는 용도의 건자재, 자동차 내외부 장식부품, 가전제품, 건축재 등으로 제조된다
이하, 본 발명 복합재의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
(실시예 1)
모시줄기를 20 내지 40 메시의 모시줄기가루로 분쇄한다.(S100)
그리고, 상기 분쇄된 모시줄기가루의 함수량이 3% 이내가 되도록 90 내지 105℃의 온도에서 18 내지 24시간 동안 열풍건조하고, 동시에 별도로 LDPE와 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌을 70 내지 100℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 건조시킨다.(S200)
이어, 상기 건조된 모시줄기가루를 반죽기에 넣고 모시줄기가루 중량의 1.5% 용량인 실란 표면변성제 KH550를 분사하여 100 내지 110℃의 온도에서 40 내지 60분간 반죽한다.(S300)
그리고, 상기 반죽된 모시줄기가루를 고속혼합기에 넣고 표면변성제와 모시줄기가루가 고루 섞이도록 믹싱해서 합성수지와의 호환성이 높아지도록 변성모시줄기를 제조한다.(S400)
상기 제조된 변성모시줄기를 중량분으로 계산해서, 변성모시줄기가루 6 내지 14 중량분에 LDPE 86 내지 94 중량분, 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌 5 중량분, 스테아르산 1 중량분, PE 왁스 1 내지 2 중량분, 산화방지제 1010 0.1 중량분, 산화방지제 168 0.05 중량분을 혼합한다.(S500)
상기 혼합된 복합재 폴리머를 스크류 가열온도 120 내지 150 ℃, 스크류 회전속도 60 내지 100rpm으로 하는 트윈 스크류 압출기에 통과시켜 압출하여 복합재를 제조하였다.(S600)
(실시예 2)
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하되, S500 단계에서, 상기 제조된 변성모시줄기를 중량분으로 계산해서, 변성모시줄기가루 11 내지 19 중량분에 LDPE 81 내지 89 중량분, 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌 5 중량분, 스테아르산 1 중량분, PE 왁스 1 내지 2 중량분, 산화방지제 1010 0.1 중량분, 산화방지제 168 0.05 중량분을 혼합하여 복합재를 제조하였다.
(실시예 3)
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하되, S500 단계에서, 상기 제조된 변성모시줄기를 중량분으로 계산해서, 변성모시줄기가루 16 내지 24 중량분에 LDPE 76 내지 84 중량분, 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌 5 중량분, 스테아르산 1 중량분, PE 왁스 1 내지 2 중량분, 산화방지제 1010 0.1 중량분, 산화방지제 168 0.05 중량분을 혼합하여 복합재를 제조하였다.
(실시예 4)
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하되, S500 단계에서, 상기 제조된 변성모시줄기를 중량분으로 계산해서, 변성모시줄기가루 21 내지 29 중량분에 LDPE 71 내지 79 중량분, 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌 5 중량분, 스테아르산 1 중량분, PE 왁스 1 내지 2 중량분, 산화방지제 1010 0.1 중량분, 산화방지제 168 0.05 중량분을 혼합하여 복합재를 제조하였다.
(실시예 5)
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실행하되, S500 단계에서, 상기 제조된 변성모시줄기를 중량분으로 계산해서, 변성모시줄기가루 26 내지 34 중량분에 LDPE 66 내지 74 중량분, 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌 5 중량분, 스테아르산 1 중량분, PE 왁스 1 내지 2 중량분, 산화방지제 1010 0.1 중량분, 산화방지제 168 0.05 중량분을 혼합하여 복합재를 제조하였다.
상기 단계를 거쳐 제조된 복합재는 도 2에 도시한 바와 같이 완제품형 목제 또는 판재 등으로 제작되거나 또는 조립, 포밍(forming) 과정을 통하여 완제품의 건자재 등으로 제작된다.
(비교 예 1)
천연목재로 제조된 천연목재 재질의 건축재를 시험하였다.
(비교 예 2)
목분 30 중량분 및 합성수지 염화비닐수지와 첨가제 70 중량분으로 구성된 합성목재 조성물로 가공된 건축재를 시험하였다.
하기 <표 2>은 발명 실시예 1 내지 5와 비교예 1 내지 2의 시험예를 비교한 표이다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1 비교예2
인장강도(MPa) 16.0 16.2 16.3 16.5 16.8 15 16
굽힘강도(MPa) 22.61 22.6 23.0 23.1 23.7 18.3 20
굽힘탄성률(MPa) 2320 2420 2420 2460 2460 1912 2120
물흡수율(%) 1.1 1.2 1.3 1.4 21 21 1.4
충격강도(kgcm/㎠) 13.8 13.6 13.3 13.2 11 11 12.5
원적외선효과
(발생유무)		 무 무 유 유 유 무 무
표면질감
(표면층상대평가)		 양호 우수 우수 우수 우수 우수 저하
원가절감(재질에의한상대평가) 1배 1배 1배 1배 2배 2배 1.5배
생산성(제조방법에
의한상대평가)		 우수 우수 우수 우수 저하 저하 양호
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 복합재 조성물 및 복합재 제조방법으로 가공된 복합재가 종래 기술의 천연목재인 비교예 1과 종래 기술의 합성목재인 비교 2에 비하여 충격강도, 인장강도, 굽힘강도, 물흡수율(내수성)이 가장 우수하였고, 특히, 모시줄기인 친환경재료를 사용함으로 새집증후군의 발생 원인이 되는 유독물질인 VOC(휘발성 유기화합물)와 HCHO(포름알데히드)가 발생되지 않고 연소시에 염소가스가 발생되지 않아 환경친화적인 동시에 원적외선 방사효과와 표면 질감이 우수하고, 재생원료로 사용이 가능하여 원가가 절감되며, 본 발명의 제조방법으로 인하여 생산성이 향상되는 것을 알 수 있다.
그러나, 상기 비교예 1은 물흡수율(내수성)이 취약하고, 충격강도와 인장강도, 굽힘강도 등 물성이 저하되며, 실시예 1을 기준할 때 천연목재의 재질로 2배의 원가 상승이 되므로 사용상에 문제점이 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 비교예 2는 물흡수율(내수성), 충격강도, 휨강도, 물성은 충족되나, 염화비닐수지 혼합 사용으로 인한 연소시에 염화가스의 배출로 인체에 유해 하였으며, 부식성 수소염화가스의 증가에 따라 100℃ 이상에서 분해가 시작되어 온도의 상승에 따라 열분해 생성물인 에틸 클로라이드, 포스겐, 비닐클라이드 모노머, 카본이 독성산화물에서 열분해가 발생되어 새집증후군의 발생 원인이 되었으며, 표면 질감이 인위적이여서 사용상에 문제점이 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 복합재는 목재 및 플라스틱 재료부분을 대체하여 건축영역, 자동차산업 및 기타 건설 산업 등에 광범위하게 응용할 수 있다.
예를 들면, 도 3(a),(b),(c)에 도시한 바와 같이 정원, 공원, 아파트 단지의 실외바닥, 수영장 근수 경관, 지붕, 잔도, 원림길 등 실외판재로 사용할 수 있다. 상기 실외판재로 사용할 경우, 여러 가지 사이즈와 색상을 선택할 수 있고, 고객의 요구에 따라 다양한 목재 또는 천연섬유무늬를 제작할 수 있어 별도의 페인트를 하지 않아도 아름다운 경관을 연출할 수 있으며, 방부처리 없이도 내구성이 우수할 뿐만 아니라 청소, 교체 등 보수유지가 편리하다.
또한, 도 4에(a),(b) 도시한 바와 같이 비밀성 울타리, 강뚝 울타리, 잔교, 인행 구름다리, 공원경관의 분할선, 아파트단지의 울타리 등 각종 울타리로 사용할 수 있다. 상기 격벽용 울타리로 사용할 경우, 가소성이 좋고, 변화가 많으며, 조립이 쉽고, 안전지수가 높으며, 바람과 비에 잘 견딜 뿐만 아니라 햇빛에 노출되어도 색 변화가 없다.
또한, 도 5의 (a),(b),(c)에 도시한 바와 같이 자동차 내외부 장식 부품에 사용할 수 있다. 상기 자동차 내외부 장식부품에 사용할 경우, 양호한 강성 및 절연성능, 양호한 흡진 성능, 운전자의 조종안정 성능과 쾌적성을 증가시키는 동시에 잡음을 줄이고 유리섬유의 밀도를 상대적으로 낮춘다. 즉, 경량화와 환경보호에 대한 요구를 충족시키는 미래 자동차 산업발전 추세에 부합하게 된다.
또한, 도 6의(a),(b)에 도시한 바와 같이 포장상자, 창고 깔판, 쟁반 등 물류창고 계열에 사용할 수 있다, 상기 물류창고 계열에 사용할 경우, 두께와 넓이가 다른 다양한 사이즈의 팔레트를 고객의 요구에 맞추어 완성품으로 제작하거나 직접 조립할 수 있게 부품을 제공한다.
또한, 도 7의(a),(b)에 도시한 바와 같이 옷장, 침대 등의 실내 가구, 가전 등에 사용할 수 있다. 상기 실내 가구, 가전에 사용할 경우, 고객의 요구에 따라 다양한 무늬를 연출할 수 있으며, 유해물질이 발생하지 않아 친환경적이고, 원적외선 물질이 방사되어 인체의 건강 증진 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 8의(a),(b)에 도시한 바와 같이 핸드폰 케이스, 볼펜 등 생활용품에 사용할 수 있다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이 도로의 소음을 흡음하는 흡음판재로도 사용할 수 있다. 이때, 흡음판재에는 일면에 일정간격으로 구멍을 형성한 것과, 일면에 구멍을 형성하지 않은 것 중 일면에 구멍을 형성한 것이 소음의 흡음력이 우수하였다. 또한, 구멍이 형성된 흡음판재 <표 3>와 구멍이 형성되지 않은 흡음판재 <표 4>의 품질 성능을 시험한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
시 험 결 과
시험항목 단위 구분 결과 시험방법
포름알데히드방산량-평균값 mg/L 1 0.05 KS F 3200 : 2006
포름알데히드방산량-최대값 mg/L 1 0.05 KS F 3200 : 2006
휨파괴하중(지간거리=350mm) N 1 1142 KS F 3200 : 2006
휨파괴하중(지간거리=350mm) N 2 1152 KS F 3200 : 2006
습윤시휨파괴하중(지간거리=350mm) N 1 1055 KS F 3200 : 2006
습윤시휨파괴하중(지간거리=350mm) N 2 1028 KS F 3200 : 2006
흡수두께팽창률 % 1 0.1 KS F 3200 : 2006
나사못유지력-평면방향 N 1 550 KS F 3200 : 2006
함수율 % 1 1 KS F 3200 : 2006
시 험 결 과
시험항목 단위 구분 결과 시험방법
포름알데히드방산량-평균값 mg/L 1 0.2 KS F 3200 : 2006
포름알데히드방산량-최대값 mg/L 1 0.2 KS F 3200 : 2006
휨강도 N/㎟ 1 25.2 KS F 3200 : 2006
휨강도 N/㎟ 2 26.9 KS F 3200 : 2006
습윤시휨강도 N/㎟ 1 23.9 KS F 3200 : 2006
습윤시휨강도 N/㎟ 2 21.7 KS F 3200 : 2006
흡수두께팽창률 % 1 0.1 KS F 3200 : 2006
나사못유지력-평면방향 N 1 1482 KS F 3200 : 2006
나사못유지력-측면방향 N 2 1325 KS F 3200 : 2006
함수율 % 1 0.4 KS F 3200 : 2006
밀도 g/㎠ 1 1.31 KS F 3200 : 2006
이외에도, 상기 복합재는 해안부두, 도크 등 바닥 협판 및 방호난간 계열, 먼지커버가 필요한 설비, 어지러움 방지판재 등 다양한 용도로 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 복합재는 목재 및 합성목재의 대체제로 적합한 것으로서 가격도 저렴하여 목재의 훌륭한 대체재이며 목재의 벌목도 줄여줄 수 있는 환경친화적인 실로 획기적인 신소재인 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
S100: 모시줄기 분쇄단계
S200: 모시줄기가루 및 합성수지, 상용제 건조단계
S300: 모시줄기가루 반죽단계
S400: 모시줄기가루 믹싱단계
S500: 복합재 폴리머 제조단계
S600: 복합재 폴리머 압출단계

Claims (18)

  1. 입자의 크기가 20 내지 100 메시이고 함수량이 0 내지 3 중량분(%)인 변성모시줄기가루 6 내지 30 중량분에 합성수지 70 내지 94 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분이 포함되는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  2. 입자의 크기가 20 내지 100 메시이고 함수량이 0 내지 3 중량분(%)인 변성모시줄기가루 6 내지 30 중량분에 합성수지 50 내지 84 중량분, 입자의 크기가 100 내지 200 메시인 석회 10 내지 20 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분이 포함되는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 합성수지는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리프로필렌(PP)를 포함하고,
    상기 상용제는 무수말레산 그라프트 폴리에틸렌, 무수말레산 그라프트 고밀도 폴리에틸렌, 무수말레산 그라프트 폴리프로필렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 윤활제는 EBS, PE 왁스, 스테아르산, 복합윤활제 중 1종 혹은 1종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 산화방지제는 산화방지제 1010과 산화방지제 168을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 충전물은 탈크 또는 탄산칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 난연제는 브롬화 난연제와 삼산화안티몬을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 변성모시줄기가루는 100 내지 110℃의 온도에서 모시줄기가루에 모시줄기가루 중량의 1 내지 2 중량분(%)인 표면변성제를 분사하여 제조되며, 상기 표면변성제는 실란 표면변성제 KH550,WD20 또는 티탄산염 표면변성제 NDZ-101 : 무수알코올 = 1: 2 내지 4의 중량비로 희석된 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 복합재 조성물에는 방충 및 탈취를 위한 첨가제로서 탄화왕겨 또는 나노은이 1 내지 5 중량분 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 복합재 조성물에는 광택성 향상을 위해 분말상태의 백운모가 1 내지 5 중량분 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 복합재 조성물에는 강도강화를 위한 첨가제로서 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol)이 1 내지 5 중량분 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 복합재 조성물.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 복합재 조성물로 이루어진 복합재.
  13. 모시줄기를 20 내지 100 메시의 모시줄기가루로 분쇄하는 단계(S100);
    상기 분쇄된 모시줄기가루의 함수량이 0 내지 3 중량분(%)이 되도록 건조하고, 별도로 합성수지 및 상용제를 건조시키는 단계(S200);
    상기 건조된 모시줄기가루를 반죽기에 넣어 표면변성제를 분사하고 100 내지 110℃의 온도에서 40 내지 60분간 반죽하는 단계(S300);
    상기 반죽된 모시줄기가루를 고속혼합기에 넣고 15 내지 20분간 혼합하여 변성모시줄기를 제조하는 단계(S400);
    상기 제조된 변성모시줄기 6 내지 30 중량분에 상기 건조된 합성수지 70 내지 94 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분을 120 내지 200℃의 온도에서 용융 혼합하여 복합재 폴리머를 제조하는 단계(S500);
    상기 혼합된 복합재 폴리머를 압출하는 단계(S600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 모시줄기가루는 90 내지 105℃의 온도에서 18 내지 24시간 동안 건조되고, 상기 합성수지 및 상용제는 별도로 70 내지 100℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 건조되는 것을 특징으로 하는 복합재 제조방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 표면변성제의 분사량은 모시줄기가루 중량의 1 내지 2 중량분 분사되는 것을 특징으로 하는 복합재 제조방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 S500 단계는 상기 제조된 변성모시줄기 6 내지 30 중량분에 상기 건조된 합성수지 50 내지 84 중량분, 석회석 10 내지 20 중량분, 상용제 5 내지 10 중량분, 윤활제 2 내지 4 중량분, 산화방지제 0.1 내지 0.3 중량분, 충전물 0 내지 10 중량분, 난연제 0 내지 20 중량분을 120 내지 200℃의 온도에서 용융 혼합하는 것을 특징으로 하는 복합재 제조방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 S600 단계에서 압출은 스크류 가열온도 150 내지 180 ℃, 스크류 회전속도 40 내지 100 rpm으로 하는 트윈 스크류 압출기에 통과시켜 압출하는 것을 특징으로 하는 복합재 제조방법.
  18. 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항의 복합재 제조방법으로 제조된 복합재.
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