KR20130123746A - 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 제조방법은, 침엽수 원목을 60 ~ 100 메쉬의 크기로 분쇄하여 목분을 제조하는 분쇄단계와; 상기 목분을 건조기에 투입하여 100 ~ 125℃의 온도로 3 ~ 4시간 동안 가열하여 목분내의 수분 함유율이 5중량% 이하가 되도록 건조하는 건조단계와; 상기 건조된 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.5 ~ 4.5 중량부의 착색제, 3.8 ~ 4.5 중량부의 윤활제, 5.3 ~ 5.8 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨, 삼산화안티몬 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.0 ~ 8.5 중량부의 충진제, 1.4 ~ 1.8 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.7 ~ 1.0 중량부의 항균제를 배합기 내부에 투입하여 110 ~ 160℃의 온도로 30 ~ 45분간 교반 배합하여 3 ~ 6mm의 크기를 갖는 칩 형태의 컴파운드를 제조하는 컴파운드제조단계와; 상기 컴파운드를 압출기 호퍼 내에 투입하여 실린더 온도 180 ~ 250℃, 다이스 온도 150 ~ 190℃의 온도로 5 ~ 15분간 가열하면서 압출 성형하여 합성목재를 제조하는 압출성형단계와; 상기 압출기에서 압출된 합성목재를 냉각하는 냉각단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 외부 온도 변화에 따라 길이 변화를 최소화하고, 충격에 의한 깨짐을 방지할 수 있으며, 충격강도와 굽힘강도, 열변형온도 및 하중에 의한 장기적인 변형을 개선하며, 목분과 수지의 윤활성을 향상시키고, 목분의 수분을 흡수하는 것은 물론, 운모, 탈크, 벤톨 등의 나노클레이를 포함하여 구성함으로써 수지 물성의 저하를 방지하며, 난연성이 높아지고, 장시간에 걸쳐 항균력이 발휘될 수 있는 고강도 난연성 합성목재가 제공된다.
본 발명의 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 제조방법은, 침엽수 원목을 60 ~ 100 메쉬의 크기로 분쇄하여 목분을 제조하는 분쇄단계와; 상기 목분을 건조기에 투입하여 100 ~ 125℃의 온도로 3 ~ 4시간 동안 가열하여 목분내의 수분 함유율이 5중량% 이하가 되도록 건조하는 건조단계와; 상기 건조된 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.5 ~ 4.5 중량부의 착색제, 3.8 ~ 4.5 중량부의 윤활제, 5.3 ~ 5.8 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨, 삼산화안티몬 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.0 ~ 8.5 중량부의 충진제, 1.4 ~ 1.8 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.7 ~ 1.0 중량부의 항균제를 배합기 내부에 투입하여 110 ~ 160℃의 온도로 30 ~ 45분간 교반 배합하여 3 ~ 6mm의 크기를 갖는 칩 형태의 컴파운드를 제조하는 컴파운드제조단계와; 상기 컴파운드를 압출기 호퍼 내에 투입하여 실린더 온도 180 ~ 250℃, 다이스 온도 150 ~ 190℃의 온도로 5 ~ 15분간 가열하면서 압출 성형하여 합성목재를 제조하는 압출성형단계와; 상기 압출기에서 압출된 합성목재를 냉각하는 냉각단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 외부 온도 변화에 따라 길이 변화를 최소화하고, 충격에 의한 깨짐을 방지할 수 있으며, 충격강도와 굽힘강도, 열변형온도 및 하중에 의한 장기적인 변형을 개선하며, 목분과 수지의 윤활성을 향상시키고, 목분의 수분을 흡수하는 것은 물론, 운모, 탈크, 벤톨 등의 나노클레이를 포함하여 구성함으로써 수지 물성의 저하를 방지하며, 난연성이 높아지고, 장시간에 걸쳐 항균력이 발휘될 수 있는 고강도 난연성 합성목재가 제공된다.
Description
본 발명은 공원이나 등산로 등의 벤치, 계단 등의 구조 재료로 사용되는 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 외부 온도에 따른 길이 변화가 적으면서 충격이나 마모에 의해 잘 깨지지 않고 우수한 난연성을 갖는, 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려져있는 천연 목재는, 건물의 바닥재나 실내문, 창틀등과 같은 친환경적인 건축용 내.외장재로서 널리 사용되고 있으며, 가공성이 우수한 반면에 강도가 극히 취약하고, 외부의 온도변화 및 습기, 충격등에 쉽게 변형이 발생하게 되며, 반 영구적이지 못하고, 산림을 훼손시키면서 천연목 자체의 가격이 고가로 형성 되는 등 많은 단점이 있는 것이다.
따라서, 상기와 같은 천연목재를 대신하여 합성수지와 목재를 혼합하여 성형 제조한 합성목재가 널리 개발되고 있는 실정이다.
이와같은 기술과 관련된 종래의 합성목재에 있어서는, 플라스틱에 나무 또는 톱밥과 같은 재료를 혼합하여 인조 목재를 제조하는 것이 알려져 있다.
구체적인 예로, "목분합성 인조목 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-378777호, 특허문헌 1)에는 표백 처리된 톱밥을 미세 분말로 분쇄한 후, PVC 분말과 가교제로 코팅된 상기 톱밥분말을 10∼60 : 90∼40의 부피비로 혼합하여 발포 및 압출 성형하여 합성목재를 제조하는 기술이 공개되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 플라스틱을 이용한 인조목재는, 단순히 톱밥이나 왕겨가루를 PVC 분말과 가교제를 이용하여 혼합한 후 이를 압출, 성형함으로써, 천연목 자체의 고유 질감을 전혀 얻을 수 없게 됨은 물론, 다량의 PVC 수지에 포함된 유해물질로 인하여 환경을 오염 시키며, 외부에 노출시 자외선등의 영향에 의해 합성수지 고분자의 분해를 유발시키게 되어, 쉽게 뒤틀리는 현상이 발생하여 합성목재의 형태가 변화 할 뿐만 아니라, 안정성에도 문제가 발생하므로 합성목재를 자주 교체해야 함은 물론, 환경이 열악한 외부에서 사용할 경우 교체주기가 더욱 빨라지므로 비용 소모가 크게 되는 문제점이 있는 것이다.
한편, 최근에는 김, 미역등의 유기물 섬유질에 난연제를 혼합함으로써, 합성목재의 강도, 내구성이 우수한 "성형목재 및 이의 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-0864484호, 특허문헌 2)이 공개된 바 있다.
상기 특허문헌2는 김, 미역, 파래 등의 해조류나, 땅콩껍질, 대나무, 옥수수, 야자수 열매등을 35-80 메쉬로 분쇄한 유기물 섬유질 55-65 중량%에 비할로겐계 난연제 1-5 중량%를 혼합하여 수분함량이 5 중량%이하가 되도록 건조시키고, 상기 건조된 혼합물에 천연 셀룰로오스 1-3 중량%를 혼합한 후, 상기 혼합물에 C1-C10의 폴리알킬렌인 열가소성수지 25-35 중량%, 계면활성제 1-5 중량%, 무수말레인산 1-5 중량%, 안료 2-5 중량% 및 비할로겐계 난연제 2-7 중량%를 혼합하여 혼합조성물을 생성하고, 상기 혼합조성물을 110-230℃의 온도조건하에서 성형하여 합성목재를 제조하는 것이다.
그러나, 상기와 같은 합성목재는, 천연 목재가 아닌 해조류나, 땅콩껍질, 옥수수, 야자수 열매 등으로 구성되는 유기물 섬유질 50중량% 이상이 열가소성수지와 혼합된 후 성형되어, 천연목 자체의 고유 질감을 전혀 얻을 수 없게 됨은 물론, 특히 상기와 같은 합성목재 역시, 건물의 외벽재나 지붕 또는 주택용 휀스, 테라스, 산책로 바닥재등과 같이 외부에 쉽게 노출될 경우, 자외선 등의 영향에 의해 합성수지 고분자의 분해를 유발시키게 되어, 쉽게 뒤틀리는 현상이 발생하여 합성목재의 형태가 변화 할 뿐만 아니라, 열가소성수지의 특성상 열에 극히 취약하여 안정성에도 문제가 발생하므로 합성목재를 자주 교체해야 함은 물론, 환경이 열악한 외부에서 사용할 경우 교체주기가 더욱 빨라지게 되어, 비용 소모가 크게 발생하게 되는 등 많은 문제점이 있었던 것이다.
본 발명의 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 및 그 제조방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 열가소성 수지의 재료 중 폴리에틸렌 수지의 사용 비율을 최소화 시키고, 폴리프로필렌 수지를 주재료로 사용함은 물론, 제품의 밀도를 증가시켜 사용함으로써 외부 온도 변화에 따라 길이 변화를 최소화하고, 충격에 의한 깨짐을 방지할 수 있게 하려는 것이다.
또, 충진제로 탄산칼슘이나 활석 중 어느 한 종류의 것을 포함하여 구성함으로써 충격강도와 굽힘강도, 열변형온도 및 하중에 의한 장기적인 변형을 개선하며, 목분과 수지의 윤활성을 향상시키고, 목분의 수분을 흡수하는 것은 물론, 운모, 탈크, 벤톨 등의 나노클레이를 포함하여 구성함으로써 수지 물성의 저하를 방지하는 것은 물론 난연성을 증대시키려는 것이다.
아울러, 항균제를 금속이온에 의해 치환된 제올라이트 성분을 사용하여 장시간에 걸쳐 항균력이 발휘될 수 있게 하려는 것이다.
특히, 상기 제올라이트 성분으로 이루어진 항균제는 수지의 가공시 분산성을 높이고, 수지의 변색 및 열화를 줄여 내후성을 향상시켜 난연성을 제공하여 별도의 난연제를 사용하지 않고도 우수한 난연 효과를 갖게 하려는 것이다.
아울러, 합성목재의 표면 접촉부의 단면을 하광상협의 사다리꼴 형상으로 형성하여 접촉 면적을 증가시켜 미끄러지는 현상을 최소화함은 물론, 접촉부의 모서리가 파손되는 현상을 방지하고, 접촉부 중앙에 후수축방지홈을 형성하여 제조 공정상 발생하는 후 수축 및 냉각 변형을 최소화하려는 것이다.
아울러, 합성목재 표면에 인쇄층을 형성하되, 인쇄층이 합성목재의 상면 뿐만 아니라 측면에도 일체로 형성되어 계단 등에 적용되어 사용될 때 시각적으로 보다 원할히 인식될 수 있게 하고, 인쇄층이 잘 빠지지 않게 하려는 것이다.
본 발명의 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 제조방법은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 침엽수 원목을 60 ~ 100 메쉬의 크기로 분쇄하여 목분을 제조하는 분쇄단계와; 상기 목분을 건조기에 투입하여 100 ~ 125℃의 온도로 3 ~ 4시간 동안 가열하여 목분내의 수분 함유율이 5중량% 이하가 되도록 건조하는 건조단계와; 상기 건조된 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.5 ~ 4.5 중량부의 착색제, 3.8 ~ 4.5 중량부의 윤활제, 5.3 ~ 5.8 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨, 삼산화안티몬 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.0 ~ 8.5 중량부의 충진제, 1.4 ~ 1.8 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.7 ~ 1.0 중량부의 항균제를 배합기 내부에 투입하여 110 ~ 160℃의 온도로 30 ~ 45분간 교반 배합하여 3 ~ 6mm의 크기를 갖는 칩 형태의 컴파운드를 제조하는 컴파운드제조단계와; 상기 컴파운드를 압출기 호퍼 내에 투입하여 실린더 온도 180 ~ 250℃, 다이스 온도 150 ~ 190℃의 온도로 5 ~ 15분간 가열하면서 압출 성형하여 합성목재를 제조하는 압출성형단계와; 상기 압출기에서 압출된 합성목재를 냉각하는 냉각단계;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 컴파운드제조단계에서 건조된 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.9 중량부의 착색제, 4.1 중량부의 윤활제, 5.5 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨, 삼산화안티몬 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.3 중량부의 충진제, 1.55 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.83 중량부의 항균제를 배합기 내부에 투입하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재는 상기와 같은 제조방법에 의해 제조되어, 건조된 침엽수 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.5 ~ 4.5 중량부의 착색제, 3.8 ~ 4.5 중량부의 윤활제, 5.3 ~ 5.8 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨, 삼산화안티몬 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.0 ~ 8.5 중량부의 충진제, 1.4 ~ 1.8 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.7 ~ 1.0 중량부의 항균제를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 합성목재는, 너비 100 ~ 200 mm의 길이를 가지며, 높이 15 ~ 35 mm의 길이를 갖고, 상부 표면에는 상변의 길이가 7 ~ 9 mm, 깊이가 1 ~ 2 mm인 하광상협의 사다리꼴 형태로 형성된 접촉부가 다수 형성되어 있고, 각 접촉부 사이의 간격이 4 ~ 6 mm로 이루어져 있고, 상기 접촉부의 중앙에는 0.4 ~ 0.6 mm 깊이, 길이 1 ~ 2 mm 의 후수축방지홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 합성목재의 상부 표면 일측에 형광물질 또는 착색물질이 합성목재와 일체의 사출물로 형성된 인쇄층이 형성되어 있되, 상기 인쇄층은 합성목재 상측으로 노출된 상단부와, 합성목재 측면으로 노출된 측단부가 형성되어 있고, 상기 상단부의 하부에는 양측으로 돌출된 하부돌기부가 형성되어 있으며, 상기 측단부의 내측에는 상하로 돌출된 측면돌기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 열가소성 수지의 재료 중 폴리에틸렌 수지의 사용 비율을 최소화 시키고, 폴리프로필렌 수지를 주재료로 사용함은 물론, 제품의 밀도를 증가시켜 사용함으로써 외부 온도 변화에 따라 길이 변화를 최소화하고, 충격에 의한 깨짐을 방지할 수 있게 된다.
또, 충진제로 탄산칼슘이나 활석 중 어느 한 종류의 것을 포함하여 구성함으로써 충격강도와 굽힘강도, 열변형온도 및 하중에 의한 장기적인 변형을 개선하며, 목분과 수지의 윤활성을 향상시키고, 목분의 수분을 흡수하는 것은 물론, 운모, 탈크, 벤톨 등의 나노클레이를 포함하여 구성함으로써 수지 물성의 저하를 방지하는 것은 물론 난연성이 증대된다.
아울러, 항균제를 금속이온에 의해 치환된 제올라이트 성분을 사용하여 장시간에 걸쳐 항균력이 발휘될 수 있게 된다.
특히, 상기 제올라이트 성분으로 이루어진 항균제는 수지의 가공시 분산성을 높이고, 수지의 변색 및 열화를 줄여 내후성을 향상시켜 난연성을 제공하여 별도의 난연제를 사용하지 않고도 우수한 난연 효과를 갖게 된다.
아울러, 합성목재의 표면 접촉부의 단면을 하광상협의 사다리꼴 형상으로 형성하여 접촉 면적을 증가시켜 미끄러지는 현상을 최소화함은 물론, 접촉부의 모서리가 파손되는 현상을 방지하고, 접촉부 중앙에 후수축방지홈을 형성하여 제조 공정상 발생하는 후 수축 및 냉각 변형을 최소화할 수 있다.
아울러, 합성목재 표면에 인쇄층을 형성하되, 인쇄층이 합성목재의 상면 뿐만 아니라 측면에도 일체로 형성되어 계단 등에 적용되어 사용될 때 시각적으로 보다 원할히 인식될 수 있게 되며, 인쇄층이 잘 빠지지 않게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 합성목재 제조방법을 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 합성목재의 일 실시예를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 합성목재의 또다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에서 합성목재의 표면에 인쇄층이 형성된 예를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 합성목재의 일 실시예를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 합성목재의 또다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에서 합성목재의 표면에 인쇄층이 형성된 예를 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 및 그 제조방법에 대하여 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 합성목재 제조방법을 나타낸 공정도이다.
본 발명의 합성목재 제조방법은 크게 분쇄단계, 건조단계, 컴파운드제조단계, 압출성형단계 및 냉각단계로 나뉘어 구성된다.
분쇄단계는 침엽수 원목을 60 ~ 100 메쉬의 크기로 분쇄하여 목분을 제조하는 것을 특징으로 한다.
이때 침엽수를 사용하는 것은 소나무와 같은 침엽수가 비교적 치밀한 조직을 가져 우수한 강도를 가질 수 있기 때문이다.
침엽수 원목을 60 ~ 100 메쉬의 크기로 분쇄하는 것은 크기가 60 메쉬(mesh) 이하일 경우 목분이 너무 커서 합성목재의 치수안정성, 탄성률 등이 저하되고, 100 메쉬를 초과할 경우 너무 미세하게 분쇄된 목분에 의해 이를 배합하는 배합 공정에서 목분이 서로 뭉쳐 수지 성분과의 배합을 어렵게 하기 때문이다.
건조단계는 상기와 같이 분쇄단계를 거쳐 제조된 목분을 건조기에 투입하여 100 ~ 125℃의 온도로 3 ~ 4시간 동안 가열하여 목분내의 수분 함유율이 2 ~ 5중량%가 되도록 건조하는 것을 특징으로 한다.
목분을 건조할 때 온도가 100℃ 미만일 경우 건조에 많은 시간이 소요되고, 125℃를 초과할 경우 너무 빠른 속도로 건조가 이루어져 목분 자체의 치밀한 조직이 뒤틀리는 변형을 일으키게 된다.
아울러, 목분의 수분이 상기 범위를 초과하게 되면 압출 성형하는 과정에서 수분이 증발되면서 기포 등이 발생하고, 수지와의 결합력을 약화시켜 불량을 유발하게 되는 문제점을 갖게 된다.
컴파운드제조단계는 상기 건조된 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.5 ~ 4.5 중량부의 착색제, 3.8 ~ 4.5 중량부의 윤활제, 5.3 ~ 5.8 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨, 삼산화안티몬 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.0 ~ 8.5 중량부의 충진제, 1.4 ~ 1.8 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.7 ~ 1.0 중량부의 항균제를 배합기 내부에 투입하여 110 ~ 160℃의 온도로 30 ~ 45분간 교반 배합하여 3 ~ 6mm의 크기를 갖는 칩 형태의 컴파운드를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에서 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)은 전체에서 약 20 ~ 30 중량% 포함되며, 이들은 목분과 결합되어 목재의 수분에 대한 안정성을 부여해주며, 일종의 접착제 역할을 하게 되어 있다.
특히, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌은 각각 2 ~ 3 : 8 ~ 7의 중량비로 사용하도록 되어 있다.
이처럼 폴리에틸렌의 사용량을 줄이고, 폴리프로필렌의 사용량을 증가시킨 이유는 폴리에틸렌이 외부 온도 변화에 따른 길이 변화가 심해 압출 성형 과정이 끝난 후 냉각되면서 수축율이 커지고, 이로 인해 합성목재의 내부와 외부의 수축률이 커다란 차이를 갖게 되는 바 변형을 일으키는 점을 감안하여 폴리에틸렌의 사용량을 줄여 온도 변화에 따른 비틀림 현상을 방지하도록 하였다.
이때, 변형이 큰 폴리에틸렌을 배제하지 않고 소량으로 첨가하여 사용하는 것은 폴리에틸렌 수지 자체의 내약품성과 내화학성이 우수한 점과, 제품이 깨지거나 쉽게 부식되지 않고 직사광선에 의해 물성이 저하되지 않는 특성을 합성목재에 제공하도록 하기 위함이다.
한편, 착색제는 색의 안정성을 부여하고, 질감과 색감을 향상시키는 것은 물론, 자외선에 대한 저항성을 높이도록 구성되어 있다.
구체적으로, 목분은 용해성이 높은 물질을 함유하고, 이 목분은 표면으로 이동하여 변색을 일으키고 목재산물을 짙은 밤색으로 만들기 때문에, 상기 착색제를 투입하여 합성목재에 색의 안정성을 부여하며 또한 착색제는 천연목재와 같은 질감 및 색감을 높이고 UV에 대한 저항성을 높인다.
이러한 착색제는 목분 100 중량부를 기준으로 3.5 ~ 4.5 중량부가 사용되는 것이 바람직하다.
윤활제는 수지와 목분이 혼합되는 과정에서 목분의 분산성을 높여 합성목재의 표면 성분을 개선시킨다.
즉, 합성목재의 가공성을 향상시켜 생산성을 증가시키는 역할을 한다.
이러한 윤활제는 목분 100 중량부를 기준으로 3.8 ~ 4.5 중량부가 사용됨이 바람직하다.
결합제는 수지와 목분의 결합력을 개선하여 굽힘강도, 탄성계수를 증가시키고, 치수 안정성 및 충격강도와 목분의 분산성을 향상시키는 역할을 한다.
결합제의 일 실시예로는 마레익 엔하이드라이드 폴리프로필렌 등이 사용될 수 있으며, 목분 100 중량부를 기준으로 5.3 ~ 5.8 중량부가 사용됨이 바람직하다.
충진제는 합성목재의 충격강도와 굽힘강도, 열변형 온도 및 하중에 의한 장기적인 변형을 개선함은 물론 목분과 수지의 윤활성을 향상시키고, 목분의 수분을 흡수하여 가공성을 개선시키는 역할을 한다.
이를 위해 충진제로는 탄산칼슘이나 활석 중 어느 하나를 포함하여 구성되어 있다.
이때, 운모, 탈크, 벤톨 중 선택된 어느 하나를 상기 탄산칼슘이나 활석 중 선택된 어느 하나와 1 : 1의 중량비로 함께 혼합하여 구성한다.
운모, 탈크, 벤톨은 나노 층상 점토 광물로써 불연이고, 기체 차단성이 있어 차단층을 형성하여 가스 투과성을 줄일 수 있기 때문에 산소와의 접촉을 방지하므로 항산화효과를 높이는 것은 물론 난연 효과를 한층 더 배가시키는 역할을 하게 된다.
이처럼 난연 효과를 더 배가시키기 위한 방법으로 상기 운모, 탈크, 벤톨 대신에 삼산화안티몬(Sb2O3)을 사용하여 난연성을 증대시키면서 수지의 물성을 저하시키지 않도록 구성될 수도 있다.
이와 같이 구성된 충진제는 목분 100 중량부를 기준으로 8.0 ~ 8.5 중량부가 사용됨이 바람직하다.
산화방지제는 수지 및 목재의 외부 노출시 변색을 방지하고, 자외선에 노출될 경우 변색을 방지함은 물론 산소의 접근을 방지하고, 자외선을 차단하여 기계적 성질의 저하를 방지하고, 변색을 방지하도록 구성되어 있다.
이러한 산화방지제는 이가녹스(irganox)계열, 울트라녹스(ultranox)계열, TEP계열 등을 사용할 수 있으며, UV차단제가 첨가되어 구성될 수 있다.
이러한 산화방지제는 목분 100 중량부를 기준으로 1.4 ~ 1.8 중량부가 사용됨이 바람직하다.
항균제는 장시간에 걸쳐 안정한 항균력을 발휘할 수 있도록 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성됨이 바람직하며, 이러한 항균제는 목분 100 중량부를 기준으로 0.7 ~ 1.0 중량부가 사용됨이 바람직하다.
이와 같이 금속이온에 의해 치환된 제올라이트 성분으로 구성된 항균제는 수지의 가공시 분산성이 우수해지고, 수지의 변색 및 열화가 극히 적었으며, 제올라이트 성분의 첨가에 따라 KS 기준에 적합한 난연성의 효과를 불러일으킴을 알게 되었다.
즉, 특별한 난연제를 사용하지 않고도 상기 성분들에 제올라이트 항균제를 첨가함에 따라 합성목재에 난연 성능이 제공되는 것을 알 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 컴파운드제조단계에서 각 조성의 최적의 조성은, 건조된 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.9 중량부의 착색제, 4.1 중량부의 윤활제, 5.5 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.3 중량부의 충진제, 1.55 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.83 중량부의 항균제로 조성됨이 우수한 강도 및 난연성을 갖게 된다.
계속해서 컴파운드제조단계는 상기 재료들을 배합기 내부에 투입하여 110 ~ 160℃의 온도로 30 ~ 45분간 교반 배합하여 3 ~ 6mm의 크기를 갖는 칩 형태의 컴파운드로 제조한다.
이때 배합기 내부의 온도가 110℃이하일 경우, 목분과 함께 배합되는 폴리에틸렌수지 및 폴리프로필렌 수지가 겔(gel)상태로 용융되어 건조된 목분과 함께 배합되는데 많은 시간이 필요하게 되며, 또한 일부 폴리에틸렌수지는 목분 및 다른 배합물과의 접촉에 의해 용융되지 않고 유연한 고체상태로 잔존하게 되며, 상기 배합기 내부의 온도가 160℃ 이상일 경우에는, 용융온도가 높을수록 제품이 타거나 변색되고 성형이 제대로 되지 않아 물성 저하의 요인이 될 수 있는 바, 본 발명에서와 같이 상기 배합기 내부에서 110℃~160℃의 온도로 10~ 20분간 교반기를 통해 상호 교반하여 배합하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 배합기를 거쳐 3 ~ 6mm 크기를 갖는 칩 형태의 합성목재 컴파운드를 제작함으로써, 차기 공정인 압출성형단계에서 압출기 내부에 합성목재 컴파운드의 투입량을 용이하게 조절하면서, 상기 칩 형태의 합성목재 컴파운드의 보관 및 이송이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
압출성형단계는 상기 컴파운드를 압출기 호퍼 내에 투입하여 실린더 온도 180 ~ 250℃, 다이스 온도 150 ~ 190℃의 온도로 5 ~ 15분간 가열하면서 압출 성형하여 합성목재를 제조한다.
이때 실린더와 다이스 온도가 상기 온도 미만일 경우 너무 낮은 온도라 컴파운드를 쉽게 압출, 성형할 수 없게 되며, 상기 온도를 초과할 경우 컴파운드가 타거나 변색되어 제품의 물성 저하 요인이 될 수 있는 바, 상기와 같은 조건하에 제조됨이 바람직하다.
냉각단계는 상기 압출기에서 압출된 합성목재를 냉각한다.
구체적인 예로, 압출기의 일측에 설치된 냉각수(20±5℃)에 의하여 냉각작업을 수행하며, 건물의 외벽재나 지붕 또는 주택용 휀스, 테라스, 산책로 바닥재등과 같은 환경이 열악한 외부에서 반 영구적으로 사용할 수 있는 합성목재가 제조되는 것이다.
이상과 같은 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 고강도 합성목재는, 건조된 침엽수 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.5 ~ 4.5 중량부의 착색제, 3.8 ~ 4.5 중량부의 윤활제, 5.3 ~ 5.8 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.0 ~ 8.5 중량부의 충진제, 1.4 ~ 1.8 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.7 ~ 1.0 중량부의 항균제를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명의 합성목재는 너비 100 ~ 200 mm의 길이를 가지며, 높이 15 ~ 35 mm의 길이를 갖고, 상부 표면에는 상변의 길이가 7 ~ 9 mm, 깊이가 1 ~ 2 mm인 하광상협의 사다리꼴 형태로 형성된 접촉부(10)가 다수 형성되어 있고, 각 접촉부(10) 사이의 간격이 4 ~ 6 mm로 이루어져 있고, 상기 접촉부(10)의 중앙에는 0.4 ~ 0.6 mm 깊이, 길이 1 ~ 2 mm 의 후수축방지홈(20)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
후수축방지홈(20)을 접촉부(10) 상부에 형성한 것은 접촉부(10) 사이의 간격이 벌어져 접촉부(10) 하부의 냉각 속도가 지연될 수 있는 바, 이러한 불균일한 냉각에 따른 후수축을 방지하기 위한 것이다.
이러한 후수축방지홈(20)은 도시된 바와 같이 "∨"형 또는 "∪"형 등 다양한 단면 형태가 가능하다.
상기와 같은 구조상의 특징은 접촉부(10)의 길이를 종래에 비해 길게 형성함으로써 종래의 원통형 접촉부에 비해 미끄러지는 현상이 덜 발생하도록 한 것이다.
이는 종래의 원통형 접촉부의 경우 눈이나 비가 올 경우 미끄러지는 현상이 자주 발생해 안전사고의 우려가 많았던 것에 비해 접촉 면적을 증가시켜 이러한 미끄러지는 현상을 방지할 수 있는 것이다.
또, 접촉부(10) 사이의 간격이 종래의 제품에 비해 넓으면서도 강도가 유지되고 배수가 용이해지도록 하였다.
종래에는 대부분의 제품에 대한 배수로의 폭이 1mm 미만이어서 배수로의 역할을 제대로 할 수 없었고, 폭이 너무 좁아 피스 체결 시 크랙 발생의 원인이 되었다.
본 발명에서는 이처럼 접촉부(10) 사이의 간격을 넓혀 배수로(11)의 폭을 크게 하여 강도를 높이고 크랙 발생을 방지하면서도 원할한 배수가 이루어지도록 하였다.
아울러, 접촉부(10)의 단면 형상을 사다리꼴 형상으로 형성함으로써 마모에 의해 모서리가 파손되는 현상을 방지할 수 있도록 하였다.
종래에는 접촉부의 단면 모서리가 "ㄱ" 형상을 이루는 바, 마모나 샌딩과 같은 표면 가공 작업 중이나, 끝단부에 외부 충격이 작용할 때 모서리가 깨지거나 접촉부가 떨어져버려 날카로운 부위가 형성되어 안전사고까지 발생할 수 있었다.
본 발명에서는 이러한 접촉부(10)를 사다리꼴 형태로 형성함으로써 이처럼 모서리가 깨지는 현상을 방지토록 하여 안전사고를 예방할 수 있게 하였다.
아울러, 후수축방지홈(20)을 접촉부(10) 중간에 형성하여 제조 공정에서 냉각수의 공급이 신속히 이루어지도록 하여 제조 공정에서 발생하는 후수축 및 변형을 방지할 수 있게 되어 있다.
한편, 이상과 같은 구성에 있어서 합성목재의 상부 표면 일측에 형광물질 또는 착색물질이 합성목재와 일체의 사출물로 형성된 인쇄층(30)이 형성될 수 있다.
상기 인쇄층(30)은 도시된 바와 같이 합성목재 상측으로 노출된 상단부(31)와, 합성목재 측면으로 노출된 측단부(32)가 형성되어 있고, 상기 상단부(31)의 하부에는 양측으로 돌출된 하부돌기부(31a)가 형성되어 있으며, 상기 측단부(32)의 내측에는 상하로 돌출된 측면돌기부(32a)가 형성되어 있다.
이처럼 인쇄층(30)의 측벽면이 합성목재의 측면에 노출될 경우 합성목재의 상면 뿐만 아니라 측면에서 인쇄층(30)을 파악할 수 있어 계단 등에 적용될 경우 계단을 오르내릴 때 전면에서 시각적으로 인쇄층(30)이 잘 보일 수 있는 장점을 갖게 된다.
특히, 상기와 같은 양측으로 돌출된 하부돌기부(31a)와 상하로 돌출된 측면돌기부(32a)가 각각 상단부(31)의 하부 및 측단부(32)의 내측에 돌출되어 형성되어 있음으로 인해 온도 변화에 따른 수축이나 외부 충격 등에 의해 인쇄층(30)이 합성목재로부터 잘 분리되지 않고 고정될 수 있게 된다.
아울러, 이상과 같이 구성된 본 발명의 합성목재의 측면에는 도면에 점선으로 표시된 바와 같이 선택적으로 클립 결합홈(40)이 형성되어 클립에 의해 합성목재간의 연결이 이루어지도록 구성될 수도 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 합성목재는 아래 표 1에 나타난 바와 같이 공인시험기관 강도 측정 결과 KS기준 3,400N 이상이면 만족하나, 개발품은 6,508N으로 측정되어 충분한 강도를 갖는 것으로 확인되었다.
또, 난연성 측정 결과 KS기준 탄화길이가 20cm 이하면 만족하나, 공인기관 시험결과 12cm이고, 나머지불꽃이 10초 이하면 만족하나 공인기관 시험결과 3초로 측정되어 충분한 난연성을 갖는 것으로 확인되었다.
| 시험항목 | 단위 | 결과 | 시험방법 |
| 비중 | - | 1.3 | KS F 3230 : 2011 |
| 굴곡최대하중(L=400mm) | N | 6508 | KS F 3230 : 2011 |
| 굴곡크리프변형(L=400mm) | % | 0.17 | KS F 3230 : 2011 |
| 충격저항성(실온조건) | - | 이상없음 | KS F 3230 : 2011 |
| 충격저항성(저온조건) | - | 이상없음 | KS F 3230 : 2011 |
| 충격강도 | kJ/㎡ | 3.5 | KS F 3230 : 2011 |
| 뒤틀림성 | % | 0.5 | KS F 3230 : 2011 |
| 나사목유지력 | N | 984 | KS F 3230 : 2011 |
| 미끄럼저항성(C.S.R) | - | 0.42 | KS F 3230 : 2011 |
| 수분흡수율(중량변화율) | % | 1.3 | KS F 3230 : 2011 |
| 동결융해(최대굴곡하중변화율:L=400mm) | % | 93 | KS F 3230 : 2011 |
| 길이선열팽창계수 | 1/℃ | 3.8×10-5 | KS F 3230 : 2011 |
| As | mg/L | 검출안됨 | KS F 3230 : 2011 |
| Cd | mg/L | 검출안됨 | KS F 3230 : 2011 |
| Cr(VI) | mg/L | 검출안됨 | KS F 3230 : 2011 |
| Pb | mg/L | 검출안됨 | KS F 3230 : 2011 |
| Hg | mg/L | 검출안됨 | KS F 3230 : 2011 |
| 포름알데하이드방산량(최대) | mg/L | 0.1미만 | KS F 3230 : 2011 |
| 난연성(탄화길이) | cm | 12 | KS F 3230 : 2011 |
| 난연성(나머지불꽃) | 초 | 3 | KS F 3230 : 2011 |
| 포름알데하이드방산량(평균 | mg/L | 0.1미만 | KS F 3230 : 2011 |
| VOCs 방출량(7일후) | mg/㎡·h | 0.020미만 | KS IISO 1600-9 : 2009 |
10 : 접촉부 11 : 배수로
20 : 후수축방지홈 30 : 인쇄층
31 : 상단부 31a : 하부돌기부
32 : 측단부 32a : 측면돌기부
40 : 클립 결합홈
20 : 후수축방지홈 30 : 인쇄층
31 : 상단부 31a : 하부돌기부
32 : 측단부 32a : 측면돌기부
40 : 클립 결합홈
Claims (5)
- 합성목재 제조 방법에 있어서,
침엽수 원목을 60 ~ 100 메쉬의 크기로 분쇄하여 목분을 제조하는 분쇄단계와;
상기 목분을 건조기에 투입하여 100 ~ 125℃의 온도로 3 ~ 4시간 동안 가열하여 목분내의 수분 함유율이 5중량% 이하가 되도록 건조하는 건조단계와;
상기 건조된 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.5 ~ 4.5 중량부의 착색제, 3.8 ~ 4.5 중량부의 윤활제, 5.3 ~ 5.8 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨, 삼산화안티몬 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.0 ~ 8.5 중량부의 충진제, 1.4 ~ 1.8 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.7 ~ 1.0 중량부의 항균제를 배합기 내부에 투입하여 110 ~ 160℃의 온도로 30 ~ 45분간 교반 배합하여 3 ~ 6mm의 크기를 갖는 칩 형태의 컴파운드를 제조하는 컴파운드제조단계와;
상기 컴파운드를 압출기 호퍼 내에 투입하여 실린더 온도 180 ~ 250℃, 다이스 온도 150 ~ 190℃의 온도로 5 ~ 15분간 가열하면서 압출 성형하여 합성목재를 제조하는 압출성형단계와;
상기 압출기에서 압출된 합성목재를 냉각하는 냉각단계;를 포함하여 구성된,
제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 컴파운드제조단계에서 건조된 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.9 중량부의 착색제, 4.1 중량부의 윤활제, 5.5 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.3 중량부의 충진제, 1.55 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.83 중량부의 항균제를 배합기 내부에 투입하는 것을 특징으로 하는,
제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 제조 방법.
- 합성목재에 있어서,
제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되어,
건조된 침엽수 목분 100 중량부와, 상기 목분 100 중량부 대비 8 ~ 13 중량부의 폴리에틸렌, 29 ~ 35 중량부의 폴리프로필렌, 3.5 ~ 4.5 중량부의 착색제, 3.8 ~ 4.5 중량부의 윤활제, 5.3 ~ 5.8 중량부의 결합제, 탄산칼슘 또는 활석 중 어느 하나와, 운모, 탈크, 벤톨 중 어느 하나가 1 : 1의 중량비로 혼합되어 구성된 8.0 ~ 8.5 중량부의 충진제, 1.4 ~ 1.8 중량부의 산화방지제, 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬, 탈륨 이온 중 선택된 1종의 금속이온으로 치환된 제올라이트로 구성된 0.7 ~ 1.0 중량부의 항균제를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는,
제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재.
- 제 3항에 있어서,
상기 합성목재는, 너비 100 ~ 200 mm의 길이를 가지며, 높이 15 ~ 35 mm의 길이를 갖고, 상부 표면에는 상변의 길이가 7 ~ 9 mm, 깊이가 1 ~ 2 mm인 하광상협의 사다리꼴 형태로 형성된 접촉부(10)가 다수 형성되어 있고, 각 접촉부(10) 사이의 간격이 4 ~ 6 mm로 이루어져 있고, 상기 접촉부(10)의 중앙에는 0.4 ~ 0.6 mm 깊이, 길이 1 ~ 2 mm 의 후수축방지홈(20)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재.
- 제 4항에 있어서,
상기 합성목재의 상부 표면 일측에 형광물질 또는 착색물질이 합성목재와 일체의 사출물로 형성된 인쇄층(30)이 형성되어 있되,
상기 인쇄층(30)은 합성목재 상측으로 노출된 상단부(31)와, 합성목재 측면으로 노출된 측단부(32)가 형성되어 있고,
상기 상단부(31)의 하부에는 양측으로 돌출된 하부돌기부(31a)가 형성되어 있으며, 상기 측단부(32)의 내측에는 상하로 돌출된 측면돌기부(32a)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120047105A KR101416517B1 (ko) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120047105A KR101416517B1 (ko) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | 제올라이트가 함유된 고강도 난연성 합성목재 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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