KR20140073540A - 중질 섬유보드 판넬 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중질 섬유보드(MDF)의 판넬에 관한 것이다. 본 발명에 따른 판넬은 접착제와 함께 압축된 최대 7 mm 이하의 크기인 우드 섬유를 포함한다. 상기 판넬은 적어도 100의 종횡비 및 적어도 1 ㎡의 표면적을 갖는 크고 얇은 유형이다. 이러한 크고 얇은 판넬이 갖는 통상적 문제, 예를 들면 랩핑 양상이 아세틸화 우드로 만들어진 우드 섬유를 채용함으로써 해결된다.

Description

중질 섬유보드 판넬{PANELS OF MEDIUM DENSITY FIBREBOARD}
본 발명은 중질 섬유보드(MDF)로 알려진 공학 목재 제품의 한 유형에 관한 것으로서, 구체적으로 적어도 1m의 길이와 폭을 갖고, 적어도 100의 종횡비를 갖는 MDF 판넬에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 상업적 규모의 연속 가공에 의하여 제조될 수 있으며 기계 방향을 갖는 MDF 판넬에 관한 것이다.
MDF(medium density fibre board)는 통상 페놀-포름알데히드 또는 우레아-포름알데히드 수지, 또는 폴리머성 디-페닐메탄 디이소시아네이트 접착제로 접착되어 압착된 우드 섬유를 포함하는 복합체 제품을 일컫는다. 종종, MDF 판넬은 또한 왁스를 포함한다. MDF는 다양한 두께(통상 3 mm에서 25 mm)와 밀도의 평평한 시트 또는 보드로서 제작되며, 시각적으로 매력있는 종이- 또는 우드- 베니어 또는 플라스틱 표면 마감 또는 표면 코팅을 갖도록 제공될 수 있다. 이는 단단하고, 매우 딱딱한, 실제로 유연하지 않은 물질이다. 상술한 두께 범위-가장 통상적 두께가 6 및 9 mm-에서 상대적으로 얇은 값이 싼 판넬이 원하는 강도를 가지고 적용되기에 매우 적절하기 때문에 이것은 통상 유용하다. 따라서, 판넬은 이것의 우수한 강도를 이용하게 되는 가구, 장식용 인테리어 벽 라이닝, 문, 분리벽 및 다수의 통상적 인도어 응용례에서 다양하게 적용된다.
우드 섬유보드는 2mm 내지 60 mm의 두께 및 600-1000 kg/㎥의 밀도를 갖는 것이 일반적이다. 엄격한 의미에서, 본 발명에서 바람직한 MDF는 650 kg/m3 내지 800 kg/m3 의 밀도를 갖는다. 800 kg/m3 초과하면 고밀도 섬유보드(HDF)라고 지칭되고, 650 kg/m3 미만이면 경량 MDF, 또는 초경량 MDF(< 550 kg/m3)라고 지칭한다.
우드 섬유보드, MDF의 중요한 성질은 사용된 우드 섬유의 크기에 달렸다. 이러한 관점에서 제품의 다른 부류가 구별되고, 각각은 그들의 특정 용도를 갖는다. 따라서, 우드 섬유보드는 예를 들면 우드 입자 보드보다 상이한 제품이다. 우드 입자 보드는 더 큰 우드 입자를 갖는데 일반적으로 1.5 내지 15 mm의 길이, 0.15 mm 내지 1.30 mm의 폭, 0.15 내지 1.25 mm의 두께를 갖는다. MDF와 같은 섬유보드에서 섬유는 상당히 작으며, 통상 7 mm 이하의 길이, 바람직하게는 1 mm 내지 5 mm를 갖고, 0.05 mm 내지 0.1 mm의 폭, 및 0.05 mm 내지 0.1 mm의 두께를 갖는다.
MDF에서 우드 섬유는, 기본적으로 임의의 섬유성 리그노셀룰로스 물질에서 기원할 수 있으며, 통상적으로 사용되는 우드는 가문비나무(속명 picea), 다양한 유형의 소나무(속명 pinus) 또는 유칼립투스(속명: eucalyptus)이다. 입자 보드 또는 방향성 스트랜드 보드와 같은 다른 공학 목재 제품과 같이, 섬유보드는 또한 개질된 우드(예컨대, 스팀-처리된 우드 또는 에틸화 우드)로 만들어질 수 있다.
입자 보드, 방향성 스트랜드 보드, 및 아세틸화 우드가 주성분인 섬유보드에 대한 배경기술로 제공되는 참조문헌은 WO 2011/095824이다. 여기서, 우드 성분은 아세틸화, 칩의 최대 크기(25-27 mm 길이) 및 섬유의 최소 크기(1-5 mm 길이)에 대하여 논의된다. 500 mm x 500 mm x 12 mm (종횡비: 41.7)의 입자 보드 및 섬유 보드 판넬이 테스트되었다. 통상적 MDF 또는 통상적 입자 보드와는 대조적으로, 아세틸화 우드로 만들어진 보드는 물에서 침수를 견딜 수 있는 것으로 보인다. 이것은 두께 팽윤 양태에 대하여 참조로 나타난다.
상대적으로 크고 얇은 판넬인 본 발명에 관한 섬유보드 판넬에 대한 배경 기술은 우드 섬유보드에 대한 통상적 지식에 제한된다.
최종 용도로 제공되는 MDF 판넬은 상업적 규모로 제작되고, 상대적으로 얇다는 것이 특징이다. 이는 100 초과의 종횡비에 참조로 구별될 수 있다. 여기서 종횡비는 길이(L)와 두께(판넬의 D) 사이의 비, 즉, L/D이다. 길이 L은 판넬의 최대 측면 길이로 이해되며, 즉, 사각형 판넬의 경우에 폭과 동일하고, 직사각형 판넬의 경우에 더 긴쪽이다.
통상적은 MDF는 이처럼 길고 얇은 판넬로 제공되며, 수개의 기술적 문제점을 갖고 있다.
이러한 문제들은 판넬의 선형 팽창 양상과 관련이 있는 것으로 생각된다. 선형 팽창은, 침수로부터 야기되는 상술한 두께 팽창과는 본질적으로 다른 것으로서, 온도 및 상대습도의 변화의 결과로서 판넬의 길이와 폭 방향으로의 크기 변화를 의미한다. 이것은 작고 상대적으로 두꺼운 판넬에서의 문제가 아니며, 적어도 1m의 길이와 폭을 갖는 크기에 적어도 100의 종횡비를 갖는 얇은 판넬의 경우에 실제 문제로 나타난다. 상대적으로 얇기 때문에 선형 팽윤 양상(팽창 및 수축)은 이러한 판넬에서 실제 나타난다.
이것은 그 자체로 기술적 문제이며, 이것을 야기하는 문제는 또한 큰 판넬의 경우에 이러한 판넬의 통상적 용도에 비추어 볼 때 더욱 명백하게 나타나고 있다. 예컨대, (심미적으로 선택된) 섬유보드 판넬로 커다란 벽을 덮기 위하여, 습도 및 온도의 정도를 다양화하기 위한 결과로서 일어날 수 있는 선형 팽윤을 수용하기 위하여 판넬 사이의 심(seam)이 필요할 것이다. 이러한 심은 상대적으로 클 필요가 있으며, 따라서 원하는 심미적 효과를 해칠 수 있어서, 대부분의 경우에 판넬을 채용하는 이유가 된다. 따라서, 판넬은 크고 얇지만 그 사이에 실제로 심을 요구하지 않기 때문에 바람직한 것이다.
이러한 관점에서, 통상적으로 연속적, 상업적 규모 공정으로 제조되는, 크고 얇은 판넬로 일컬어지는 판넬의 유형은 머신 방향을 갖는다. 섬유-강화 제품에서 나타나는 머신 방향의 개념은 업계에서는 잘 받아들여진다. 이는 이것을 제조하는 방향에 의하여 섬유성 물질에 부과되는 방향성의 정도에 상응한다. 물질이 "직교 불균평(orthogonal inequality)"의 정도를 필연적으로 나타낼 것이므로 이러한 머신 방향은 인식가능하다.
머신 방향이 물질에 존재하는 결과로서, 환경의 무작위적 영향에 판넬은 의도하지 않은 불균형적 반응을 보이는 경향이 있을 것이다.
큰 판넬이 벽 표면에 시공될때 심의 삽입을 필요로 하는 선형 팽윤을 참조하면, 머신 방향의 영향은 추가적 불편함을 야기한다. 예컨대, 팽창과 수축의 영향은 머신 방향과 가로방향(cross direction) 사이에서 상이할 것이다. 따라서, 심을 만드는 경우, 어떠한 선형 팽윤 영향이 판넬의 열의 동일한 경계를 따라 동일할 것임을 보증하기 위하여, 판넬의 방향성의 패턴을 고려할 필요가 있을 것이고, 또는 팽윤이 최대일 것으로 예측되는 방향으로 넣기 위하여 심의 폭을 선택할 필요가 있을 것이다.
선형 팽윤과 관련된 또다른 단점이 시공 작업에서 통상적 섬유보드를 처리하는데 필수요구 사항과 관련이 있다: 크고 상대적으로 얇은 판넬이 시공되는 경우, 이들이 추가 진행되기 전에 이들이 위치하게 될 장소에 판넬은 세팅, 즉 적응화가 필요하다. 이것은 한번에 작업하도록 스케쥴을 짤 수 없어 건설업자에게는 불변함을 야기한다. 이러한 불편함을 피하고 시공 작업이 직접 진행될 수 있는 것이 바람직할 것이다.
상술한 단점은 작고 상대적으로 얇은 판넬에서는 실제로 나타나지 않을 것이며, 더욱 구체적으로는, 제품에서 머신 방향을 부과하지 않는 방법으로 제조된 판넬의 경우에 그러하다. 예를 들면, 크고 얇은 판넬에서 선형 팽윤의 영향은 판넬의 길이 및/또는 폭을 따라 팽창 또는 수축만이 아니다. 더욱 중요하게, 이 판넬의 이러한 선형 크기 변화에서 임의의 비-균일성의 결과로서(머신 방향의 존재로부터 야기되는 효과 포함), 판넬은 평면에서 안쪽으로 움직이는 경향이 있을 것이다. 이러한 현상은 뒤틀림(warping)으로 알려져 있으며, MDF의 사용에 제한을 준다. 뒤틀림은 더 작은 크기의 두꺼운 판넬(예를 들면, 종횡비 50 이하이고 표면적 0.25 이하인 경우)을 사용함으로써 피할 수 있지만, 이는 모든 용도에 적용될 수 있는 것이 아니다. 실제로, 많은 분야에 적용되는 경우, 적어도 1m의 길이와 폭의 커다랗고, 9 mm, 바람직하게는 6 mm의 얇은(즉, 종횡비가 각각 111 또는 167 정도로 높은) 판넬을 이용하는 것이 바람직할 것이다. 그리고, 이러한 경우에 특히, MDF 판넬은 미적 관점을 실질적으로 제공할 것으로 예상될 것이며, 이는 뒤틀림의 어떠한 실질적 위험이 수용가능하지 않음을 의미한다.
커다란 MDF 판넬을 이용함으로써 달성할 수 있는 심미적 매력과 관련된 또다른 기술적 논점은, 이러한 판넬의 고정시 제한되는 자유도이다. 판넬을 관통하는 나사, 못 또는 다른 고정 수단은 가장자리에 잘 위치할 필요가 있다. 통상 거리는 코너에서 양 방향으로 25 mm, 가장자리에서 12 mm이다. 따라서 이러한 고정 수단의 위치가 더욱 자유롭게 만들 수 있는 섬유보드를 제공하는 것이 바람직하다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태로서, 적어도 1 m의 길이와 폭 및 적어도 100의 종횡비를 갖는 중질 섬유보드 판넬에 관한 것으로서, 접착제와 함께 압착된 7 mm 이하의 길이를 갖는 우드 섬유를 포함하며, 상기 우드 섬유는 아세틸화 우드로 제조된다.
또 다른 양태로서, 본 발명은, 우드 섬유를 제공하여 상기 섬유에 접착제, 바람직하게는 왁스를 첨가하는 단계; 표면에 상기 섬유를 캐스팅하여 매트를 만드는 단계; 콜드 프리-프레싱 및 핫 프레싱을 하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 얻어질 수 있는 중질 섬유보드의 판넬을 제공할 수 있으며, 상기 캐스팅된 섬유의 표면은 무빙 밸트이고, 상기 섬유는 아세틸화 우드를 포함한다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 중질 섬유보드 판넬을 제조하기 위한 아세틸화 우드 섬유의 용도를 제공하며, 상기 판넬은 적어도 1 m의 길이 및 폭, 및 적어도 100의 종횡비를 갖는다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 비-아세틸화 우드 섬유로 만들어진 유사한 판넬에 비하여 판넬의 뒤틀림(warping)을 감소시킬 목적으로, 적어도 1 m의 길이 및 폭, 및 적어도 100의 종횡비를 갖는 중질 섬유보드 판넬을 제조하기 위한 아세틸화 우드 섬유의 용도에 관한 것이다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 판넬의 코너에서 양 방향으로 25 mm 미만, 판넬의 가장자리에서 12 mm 미만 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 거리에 고정 수단을 관통시킬 목적으로, 적어도 1m의 길이 및 폭, 적어도 100의 종횡비를 갖는 중질 섬유보드 판넬을 제조하기 위한 아세틸화 우드 섬유의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 크고 얇은 유형의 섬유보드 판넬에 아세틸화 우드 섬유를 사용함으로써, 통상적 MDF에서 일반적으로 발생하는 문제들을 해결할 수 있다. 즉, 뒤틀림이 감소되고 판넬의 크기가 불안전하게 변형되는 것을 감소시키는 효과를 제공한다.
도 1은 시간(일) 함수로서, 두께 25 mm를 갖는 아세틸화(TRI) 및 비-아세틸화(NA) MDF 보드의 X 및 Y 방향으로의 팽윤(%)을 나타낸다.
도 2는 6 mm 및 15 mm 두께의 MDF 판넬(TRI-아세틸화, NA-비아세틸화) 4개에 대한 뒤틀림 테스트 중 3개 런(run)에서 측정된 d1-d6 매개변수의 신장 d(mm)를 나타낸다.
본 발명은 넓은 의미에서, 크고 얇은 유형의 섬유보드 판넬에서 아세틸화 우드 섬유의 사용이, 이러한 크고 얇은 판넬에 제공된다면, 통상적 MDF에서 일반적으로 발생하는 문제들을 감소시키거나 또는 회피할 수 있다는 예측치못한 사실에 기초한다.
여기서, 통상적 MDF에 대한 기술은 이러한 오랜 문제점에 대한 수용가능한 해결책을 제시하지 못하였다. 크고 얇은 판넬에 대한 최근 기술은 통상적 MDF에 한정된다. 아세틸화 우드의 관점에서 최근 기술은 작고 두꺼운 판넬에 한정되고, 크고 얇은 판넬에서의 문제와 관련하여 예상되는 어떠한 이유를 제공하지 못한다.
본 발명은 상대적으로 크고 얇은 판넬에 관한 것이다. 본 발명의 판넬은 적어도 1m, 바람직하게는 적어도 1.2 m의 길이와 폭을 가지며, 더욱 바람직하게는 1.22 m×1.22 m의 치수 또는 두 치수 중 하나가 2.44 m 이다. 두께에 있어서, 이는 섬유보드 제품 종류 중 하위(low end)를 의미하는 것으로, 특히 10 nm 미만의 두께를 갖는 판넬을 의미한다. 이러한 관점에서 바람직한 두께는 9 mm이고, 더욱 바람직하게는 6 mm이다. 판넬이 크면 클수록, 두께는 커질 수 있으나, 두께는 여전히 얇은 것이 더욱 바람직하다고 생각된다. 종횡비는 122 보다 큰 것이 바람직하고, 200 보다 큰 것이 더욱 바람직하다. 2.44 m 또는 그 이상의 길이의 판넬은 종횡비가 예를 들면 2440/9(271) 또는 심지어 2440/6(407)로 매우 클 수 있다.
본 발명은 특히 머신 방향(Machine Direction)을 갖는 크고 얇은 판넬에 관한 것이다. 용어 "머신 방향"은 무빙 섬유 베드의 연속 공정의 결과로서 섬유가 방향성의 정도를 나타낼 것이라는 현상을 의미하는 것으로 이해된다.
머신 방향의 개념은 섬유에 사람이 부여한(man-imposed) 방향성(방향성 스트랜드 보드 또는 비방향성 강화 복합체의 경우와 같이)을 의미하는 것이 아니다. 오히려, 머신 방향의 개념은 그 자체가 우연한 방향성의 정도를 의미하는 것이지만, 섬유의 베드가 한 방향으로 움직임으로써 나타나는 불가피한 결과이다.
이것은 섬유가 엄격하게 방향성이 없지만, 섬유의 전체에 대하여 보면 바람직한 방향성을 나타내는 것이라고 해석할 수 있다. 따라서, 다수의 섬유는 제조 동안 이동 방향으로 더 많이 배향될 것이다. 또는 다른 의미로는, 소수의 섬유는 횡단 방향으로, 즉, 상기 이동 방향에 대하여 동일 평면에서 직각으로, 많이 배향될 것이다. 섬유의 방향성은 또한 섬유 보드에 사용되는 작은 섬유의 경우에서 또한 그들의 길이로 언급된다.
본 발명에서 섬유 방향은 다음의 현미경적 분석에 의하여 테스트된다. 특히, 광학 현미경은 각 샘플의 표면적 11.3×11.4 ㎟ 을 갖는 픽셀 디지털 이미지의 구축에 사용된다. 섬유 방향성의 존재에 대한 측정으로서, ISO25178/EUR 15178N에 따른 소위 텍스쳐 총횡비는 이러한 11.3×11.4 ㎟ 이미지로부터 계산된다. 이 계산은 0과 1 사이의 이방성(anisotropy) 스케일로 값을 산출한다. 여기서 0은 완전한 방향성을 의미하고 1은 무방향성(완전 무작위)을 의미한다. 본 발명의 일 양태로서, 본 발명의 섬유 보드에서 섬유 방향성의 정도는 1 미만이고, 바람직하게는 0.95 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.6 내지 0.9 의 범위이다. 섬유 방향성의 정도에 대한 해석은 섬유의 길이에 따라 달라질 수 있다. 7 mm 이하의 길이를 갖는 작은 섬유에 있어서, 0.95 값은 상당한 작위(non-random) 방향성이 섬유 보드에 존재하여 머신 방향에 상응한다는 것을 이미 증명하는 것이다.
섬유의 방향성을 반드시 분석함이 없이, 머신 방향은 또한 x축과 y축(즉, 길이 및 폭; 즉, 두께에 수직인 방향)을 따라 판넬에서 측정시 동일하지 않은 어떤 성질에 대한 참조로 이해될 수 있다. 머신 방향이 평가될 수 있는 측정 성질은 특히, 인장률(tensile modulus), 인장 강도, 굴곡률(bending modulus), 굴곡강도, 압축률(compression modulus) 또는 압축강도와 같은 기계적 성질이다. 이러한 성질은 당업자에게 공지되어 있으며, 공지된 방법으로 이들을 측정할 수 있다.
또한, 머신 방향의 존재를 확립하기 위하여, 판넬의 길이와 폭이 동일한 조건하에서 그리고 동일한 길이의 측면에 대하여(이는 사각형 판넬에 대하여 부여된 것임) 동일한 방식으로 측정되기만 한다면, 이러한 기계적 성질의 측정 방법은 중요치 않다. 직사각형 판넬의 경우에, 통상 폭은 생산 방향을 나타내고, 길이는 생산 설비의 폭을 나타낸다. 직사각형 판넬의 머신 방향의 존재는 2 측면에 대한 머신 성질을 측정함으로써, 기계 성질의 측정시 길이 차이의 어떠한 영향을 회피하기 위하여, 먼저 판넬의 더 긴 측면의 일부가 절단된다면, 최선으로 수행된 것으로 이해될 것이다.
실제로 측정된 방향이 생산 방향을 나타내는지, 그리고 원래 횡단방향인지를 확정하는 것이 일반적으로 비적절함을 알아야 한다. 중요한 것은, 측정가능한 차이는 사각형 판넬의 2 측면(side) 사이에 확정된다는 것이다. 이 차이는 측정되어야 하고, 머신 방향이 존재한다면, 일반적으로 0.5 내지 5%의 순서일 것이다.
구조물을 제공하는 뱃치 방식(batch wise)에 의하여 제조된 작은 크기 판넬(접착제로 코팅된 우드 섬유)은 머신 방향을 갖는 것이 일반적이지 않을 것이다. 연속 공정으로 제조되는 상업적 규모의 큰 판넬은 머신 방향을 갖는 것이 통상적일 것이다.
본 발명에 따른 판넬의 제조 공정은 전통적 MDF를 제조하는데 통상적으로 사용되는 것과 일반적으로 동일할 것이다.
조성은 일반적으로 중량부로, 75- 90% 우드, 4-15% 접착제(풀), 0.5 -2.5 % 접착제 및 4-10% 물일 것이다.
다양한 우드-형태는 아세틸화 우드 섬유를 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 이들은 통상적 MDF에 대한 가능한 출발 물질로서 당업계에 일반적으로 공지된 우드의 유형과는 상이하지 않다. 우드의 바람직한 유형은 전나무(pinus), 가문비나무(picea), 또는 유칼립투스(eucalyptus) 종의 나무에서 기원한다. 다른 우드 유형은 아스펜(aspen), 포플라(poplar), 비치(beech), 일본 수기(Japanese sugi; cedar) 또는 헴록(hemlock)을 포함할 것이다. 더욱 바람직하게, 우드는 가문비나무(spruce) 또는 라디아타 소나무(radiata pine)이다. 우드 유형의 조합 및 예컨대, 아카시아와 유칼립투스의 혼합물을 이용할 수 있다.
접착제는 또한 일반적으로 통상적 MDF를 제조하는데 사용되듯이 접착제와 동일한 유형에서 선택될 수 있다. 바람직한 접착제는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI) 및 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(PMDI) 중에서 페놀-포름알데히드 수지, 멜라민 우레아-포름알데히드 수지 또는 이소시아네이트계 접착제로 구성된 군에서 선택된다.
첨가제는 선택적이다. 이들은 소량으로 사용되고, 다른 용도를 갖는다. 대부분 널리 사용되는 접착제는 왁스, 바람직하게는 파라핀이고, 이는 수용성 에멀젼의 형태로서 또는 왁스 멜트로서 첨가된다. 파라핀, 또는 다른 왁스는 주로 MDF의 팽창 성질을 향상시키기 위하여 주로 첨가된다. 다른 첨가제는 착색제(예를 들면, MDF의 다른 등급을 나타내거나, 또는 장식적 목적으로 판넬을 완전히 착색시키기 위한)를 포함한다. 다른 선택적 첨가제는, 예를 들면 지리적 지역 및 목적하는 용도에 따라, 살진균제 또는 살충제를 포함한다.
본 발명에 따른 판넬은 다음의 단계를 포함하는 방법에 따라 일반적으로 제조될 수 있다:
-. 솔리드 우드를 제공하는 단계;
-. 솔리드 우드를 우드 칩(일반적으로 길이 및 폭의 크기가 15 mm 내지 75 mm을 갖고, 1.5 내지 15 mm 두께를 가짐)으로 절단하는 단계;
-. 선택적으로, 그러나 바람직하게는, 소량의 오염물질, 예를 들면 돌이나 모래 및 금속에서 기원하는 것들을 제거함으로써 상기 칩을 정제하는 단계;
-. 칩을 프리-스티밍하는 단계(이는 열수 전처리를 포함하며, 대기압하에서 100 ℃로 가열함);
-. 정련 단계; 전처리된 우드 칩을 우드 섬유로 변형시키는 단계;
-. 솔리드 우드에서 우드 섬유로의 공정 단계 중 적어도 하나로서, 우드를 아세틸화시키는 단계;
-. 접착제, 바람직하게는 왁스를 첨가하는 단계;
-. 건조 단계;
-. 섬유를 표면에서 캐스팅하여 매트를 형성하는 단계;
-. 콜드 프리-프레싱(cold pre-pressing) 단계;
-. 핫 프레싱(hot pressing) 단계;
-. 마감 및 사이즈 컷팅 단계;
-. 샌딩 단계.
상업적 연속 공정에서 캐스팅되는 섬유의 표면은 일반적으로 무빙 밸트일 것이고, 이는 또한 추가적 단계를 가지며, 더블 벨트 프레스 또는 칼렌다와 같은 무빙 밸트를 통하여 수행되는 프레싱을 포함한다. 매트는 연속 무빙 벨트 상에서 제공되고, 프레싱은 다중일광(multidaylight) 프레스에서 수행된다. 어떠한 경우에, 섬유 매트를 제조하기 위한 연속 공정은 일반적으로 최종적 매트에 머신 방향을 부여할 것이다.
이와 관련하여, 본 발명은 또한 이러한 방법에 의하여 얻을 수 있는 참조로 확인될 수 있는 MDF 판넬의 특정 유형에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 우드 섬유를 제공하는 단계; 상기 섬유에 접착제, 바람직하게는 왁스를 첨가하는 단계; 상기 섬유를 표면에 캐스팅하여 매트를 형성하는 단계; 콜드 프리-프레싱하는 단계; 및 핫-프레싱하는 단계를 포함하는 과정에 의하여 얻을 수 있는 중질 섬유보드의 판넬을 제공한다. 여기서, 상기 섬유가 캐스팅된 표면은 무빙 벨트이고, 상기 섬유는 아세틸화 우드를 포함한다. 바람직하게는, 상기 판넬은 상술한 방법에 의하여 얻을 수있고, 상기 프레싱은 더블 벨트 프레스 또는 칼렌다와 같은 무빙 벨트에 의하여 수행된다.
본 발명에 따른 아세틸화 우드 섬유의 MDF 판넬은 다음 일반적 공정에 따라 제조될 수 있다:
(a) 솔리드 우드의 아세틸화; 아세틸화 우드를 칩핑 및 정제하여 아세틸화 우드 섬유를 형성하는 단계; 상술한 바와 같이 상기 섬유를 MDF 판넬로 만드는 단계;
(b) 솔리드 우드를 칩핑하는 단계; 상기 칩을 아세틸화하는 단계; 아세틸화 우드를 정련하여 아세틸화 우드 섬유를 형성하는 단계; 상술한 바와 같이 상기 섬유를 MDF 판넬로 정련하는 단계;
(c) 솔리드 우드를 칩핑하고 정련하여 우드 섬유를 형성하는 단계; 상기 우드 섬유를 아세틸화하는 단계; 상술한 바와 같이 상기 섬유를 MDF로 만드는 단계.
놀랍게도, 방법 (a)는 기술분야에서 달성고자 하는 것을 해결하기 위하여 섬유에서 충분한 정도의 아세틸화를 갖는 MDF를 제공하는데 적절하다. 이는 아세틸화 우드를 포함하는 복합체 우드 제품에 대한 배경 기술과 실제로 상이하다. 여기서, 먼저 우드를 원하는 크기로 만들고 이후에 아세틸화시키는 것은 통상적인 것이다. 이러한 공정은, 특히 아세틸화 섬유의 경우에 기술적으로 복잡하고, 특히 아세틸화 공정에서 섬유의 문제를 처리하는 관점에서 특히 그러하다. 본 발명은 솔리드 우드를 아세틸화하여 제조되는 섬유가 놀랍게도 원하는 성질을 갖는 것을 발견하였다.
이와 관련하여, 본 발명은 또한 중질 섬유보드(MDF)의 판넬에 관한 것으로서, 접착제와 함께 압착된 5 mm 이하의 최대 치수의 우드 섬유를 포함하며, 상기 판넬은 종횡비가 적어도 100이고 표면적은 적어도 1 ㎡ 이며, 여기서 우드 섬유는 아세틸화 우드로 제조되며, (i) 건조한 솔리드 우드를 제공하는 단계; (ii) 솔리드 우드를 아세트 무수화물과 접촉시켜 아세틸화시키는 단계; (iii) 아세틸화 우드를 칩핑하여 그 칩의 크기를 줄이고 5 mm 이하의 최대 크기를 갖는 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 얻을 수 있다.
아세틸화는 기술분야에서 알려진 방법으로 수행될 수 있다. 참조문헌은 WO 2011/09852, GB 2 456 915, US 5,821,359, US 6,632,326, EP 1 718 442; EP 0 680 810이다.
본 발명에 따른 MDF 판넬은 크고 얇은 유형의 MDF 판넬에 일반적으로 영향을 주는 선형 팽윤의 효과를 감소 또는 회피하는 관점에서 분별력 있게 제공된다. 특히, 이는 비-아세틸화 우드 섬유로 만들어진 유사한 판넬과 비교하여 보면, 본 발명의 판넬의 뒤틀림을 감소시키는 것으로 언급된다. 감소된 뒤틀림은 챌린지 테스트에 의하여 평가될 수 있다. 따라서, 평평한 상태의 초기에서 판넬의 기하학적 구조의 변화로 정의되는, 감소된 뒤틀림(reduced warping)은 NEN-EN 1121에 유사한 챌린지 테스트에 의하여 평가될 수 있다. 여기서, 기후 조건의 2 세트 사이에 설치될 때 팽창 및 뒤틀림에서 큰 판넬의 모양 안정성을 결정한다. 이 테스트에서, 판넬은 20℃의 온도 및 65%의 상대 습도로 테스트 전에 맞추어 진다. 상기 판넬은 특정 기간동안 기후 조건의 2 세트 사이에 설치되고, 충분한 강도의 프레임에 위치된다. 기후 1은 온도 23℃ 및 상대습도 30%로 구성되고, 기후 2는 온도 3℃도 및 상대습도 85%로 구성된다. 기후 조건의 양쪽 세트에 노출되는 동안, 판넬의 뒤틀림이 측정된다. 선택적으로, 추가적 적외선 램프를 조사하여 직접 햇빛의 영향을 자극하도록 할 수 있다(NEN-EN-1121와 같이).
이 실시예에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 MDF 판넬은 비교가능한 비-아세틸화 MDF 판넬보다 매우 높은 치수 안정성을 나타낸다. 또한, 판넬에서 낮은 신장(elongation)은 아세틸화 판넬에서 X 및 Y 방향 모두에서 실제로 동일하지만, 비-아세틸화 판넬은 Y 방향보다 X 방향에서 상이한 상대적 신장을 보여준다. 이는 아세틸화 및 비-아세틸화 판넬 모두가 기계 방향을 갖기 때문에 놀라우며, 산업적으로 생산되는 판넬의 물리적 성질에서 이방적 양상을 일으키는 것으로 사료된다. 따라서, 기계 방향의 존재에도 불구하고, 본 발명에 따른 아세틸화 MDF 판넬은 X 및 Y 방향 모두에서 동일하게 크기적으로 안정하다. 이 성질은 본 발명에 따른 바와 같이 높은 종횡비를 갖는 크고 얇은 판넬에서는 중요하다.
또한, 실시예는 본 발명에 따른 아세틸화 판넬이 동일 치수의 두배 얇은 보드가 사용된 것과 같이 습기에서 작은 찌그러짐(뒤틀림)을 나타내고, 뒤틀림은 금새 회복됨을 보여준다. 통상적으로, 이러한 치수의 비-아세틸화 보드는 15 mm 두께에서 이미 상당한 뒤틀림을 나타내며, 이는 6 mm의 더 얇은 보드가 사용되는 경우 더욱 나빠진다.
이와 관련하여, 본 발명은 중질 섬유보드 판넬의 제조시 아세틸화 우드 섬유의 용도에 관한 것으로서, 비-아세틸화 우드 섬유로 제조된 유사한 판넬과 유사한 판넬의 뒤틀림을 감소시킬 목적으로, 상기 판넬은 적어도 1 m의 길이와 폭, 및 적어도 100의 종횡비를 갖는다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 MDF 판넬은 판넬을 관통하는 나사, 네일 또는 플러그와 같은 고정 수단을 이용하여 더 높은 자유도를 허용한다. 더 높은 자유도는 이러한 고정 수단이 통상적 MDF에 추천되는 것보다 가장자리에 더 가깝게 제공되는 경우 나타난다.
이와 관련되어, 본 발명은 또한 중질 섬유보드 판넬을 만드는데 아세틸화 우드 섬유의 용도에 관한 것이다. 상기 판넬은 적어도 1m의 길이와 폭, 적어도 100의 종횡비를 가지며, 판넬의 코너에서 모든 방향으로 25 mm 미만, 판넬의 가장자리에서 12 mm 미만 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 거리에 고정 수단을 통과시키는 것을 목적으로 한다.
다음은 판넬의 고정 능력을 테스트하기 위해 수행될 수 있다. 고정을 테스트하기 위한 큰 판넬은 65%의 상대 습도를 갖고 20℃로 조정된다. 이와 같은 큰 판넬은 판넬의 4개 가장자리에서 12 mm 미만 또는 판넬의 4개 코너로부터 양 방향으로 25 mm 미만에 고정 수단으로 122cm x 244cm의 크기의 경직성 프레임 위에 단단하게 탑재되어 있다. 상대습도 30%의 3℃와 상대습도 60%의 40℃ 사이에 다중 싸이클 이후, 고정 수단을 둘러싼 보드 면적의 구조적 일체성에 대하여 시각적 검사를 통하여 분석한다. 선택적으로, 테스트 셋업은 직접적인 햇빛의 영향을 자극하도록 추가적 IR 램프로 조사될 수 있다.
본 발명은 다음의 실시예에 의하여 설명될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
머신 방향
2440x1220x15 ㎣의 크기를 갖는 3개의 아세틸화 보드는 산업적 MDF 공정에 따라 연속 방식으로 제조되었다. 이 산업적 MDF 공정은 아세틸화 우드 섬유를 무빙 벨트 위에서 연속하여 매트 형성하는 단계, 이후에 연속적으로 프레싱함으로써 완성되는 단계를 포함한다. 형성된 섬유 매트는 연속적 벨트 프레스를 통하여 통과하여 매트를 프리-프레스하여 두께를 감소키킨다; 이러한 프리-프레스 이후, 상기 매트는 2개의 무빙 스틸 벨트 사이에 연속적인 메인 프레스쪽으로 계속적으로 앞으로 이동하고, 고온 및 고압에서 연속적 프레스를 통해 지나간다. 연속적 프레싱 끝에, 생성된 MDF 판넬을 원하는 길이로 절단한다.
상기 보드는 현미경적 분석에 의하여 섬유의 방향성에 대하여 분석되었다. 광학 현미경은 각 샘플의 표면의 11.3×1.4 ㎟의 영역에서 픽셀 디지털 이미지를 만든다. 섬유 방향성의 존재를 측정하기 위해 ISO 25178 / EUR 15178N에 따른 소위 텍스쳐 종횡비는 11.3×1.4 ㎟ 이미지로부터 계산되었다. 이 계산은 0 및 1의 이방성 수치로 값을 산출한다. 여기서 0은 완전한 방향성을 의미하고, 1은 무방향성(완전한 무작위)을 의미한다. 보드는 0.85, 0.84 및 0.89의 점수를 나타냈고, 평균이 0.86이다.
뱃치 방식(batch-wise)으로 손으조 제작되는 비교가능한 보드는 공정에서 상술한 머신 방향의 부재로 인해 값은 1에 상응한다.
크기 안정성
아세틸화 및 비-아세틸화 판넬 모두는 실시예 1에 기재된 바와 같은 연속 공정으로 제조되었으며, 그 차이는 비-아세틸화 보드에 비아세틸화 섬유가 사용되었다는 점이다.
2440 x 1220 x 15 ㎣ (길이× 폭× 높이)의 크기를 갖는 아세틸화 및 비-아세틸화 MDF 판넬에서 1000 x 25 x 12 ㎣ 의 크기를 갖는 샘플을 판넬의 폭 방향 및 길이 방향으로 자른다(판넬의 둘레로부터 100 mm 이상 떨어짐).
EN318에 따라 샘플을 65% 상대 습도, 20℃에서 평형 함수율(Equilibrium Moisture Content)에 도달할 때까지 적응시켰다. 샘플은 상기 샘플의 길이 방향에서 측정되고, 이어서 20℃ 물에서 14일간 재현(emerge)한 후 다시 측정한다; 그리고 상기 샘플을 37일의 기간동안 다시 20℃, 65% 상대습도로 적응시켰다(총 51일 "재현(emersion)+건조 시간"). 상기 샘플들을 다시 측정하였다.
공정에 따른 결과는 다음 표와 같다. 모든 데이타는 재현 테스트의 시작 이전에 EMC 조건으로 계산되었다.
14 일 재현(20℃물에서)
팽윤
샘플 %
아세틸화 보드 (X 방향) 0.1221
아세틸화 보드 (Y 방향) 0.1200
비-아세틸화 보드(X 방향) 0.3957
비-아세틸화 보드(Y 방향) 0.4120
그 결과는 도 1에 나타난 바와 같다. 도에서 볼 수 있는 바와 같이, 비-아세틸화(NA) 보드는 아세틸화 보드(TR1)보다 X 및 Y 방향으로 상당히 더 높게 팽윤됨을 보여준다. 또한, 비-아세틸화 보드의 신장은 동등하지 않으며, 이는 X 방향보다 Y 방향에서 상당히 더 많이 신장한다(이방성 양태). 아세틸화 섬유 보드는 매우 낮은 팽윤 신장을 나타내고, 양 방향에서 동등한 신장을 보여준다(등방성 양태).
뒤틀림(warping)
총 4개의 섬유보드, 2종의 두께(15 및 6 mm)를 갖는 아세틸화(TRI) 및 비-아세틸화(NA) 섬유 보드에 뒤틀림 테스트를 실시하였다. 섬유 보드는 실시예 1에 기재된 연속 공정으로 제조되었다. 상기 보드의 크기는 2440x1220x Z ㎣ 이고, 여기서 Z는 상술한 바와 같은 보드의 두께를 의미한다.
6개 방향으로 보드의 뒤틀림은 측정되어 매개변수 d1-d6를 산출하였다. 매개변수 d1, d2, d3, d4는 주변 순서로 보드의 측면에 상응하고, d5 및 d6는 보드의 대각선에 상응한다. 이들은 코너에 고정된 탄성 코드의 수단에 의하여 측정되었으나, 팽창 또는 수축으로부터 자유롭다. 보드의 곡률의 측정은 마킹 게이지(marking gauge)를 가지고 보드에서 코드(중앙 위치)의 길이를 측정함으로써 결정되었다. 모든 연속된 측정은 동일한 위치에서 수행되었다.
테스트 동안, 보드는 코드를 이용하여 수직으로 매달려있고(세로형 포맷), 90분동안 한 측면에서 1분마다 약 0.1 리터 속도로 총 9000 ml의 물을 스프레이하였다. 이후 이것을 20 ℃에서 적어도 24 시간동안 건조시켜, 보드의 질량이 테스트 전의 초기 질량과 동일하게 만들었다. 매개변수 d1-d6는 건조된 보드에서 측정되었다. 상기 보드는 동일한 과정에 따라 다시 습윤화하고 다시 건조시켰으며, 매개변수를 다시 측정하였다. 또다른 재습윤 싸이클 후에, 매개변수를 3번 측정되었다.
이 결과는 도2에 나타난다. 도에서 볼 수 있는 바와 같이, 15 mm의 비-아세틸화 보드(NA 15 mm)는 높은 뒤틀림을 나타냈으며, 몇몇 치수는 약 30 mm에 달한다. 6 mm의 더 얇은 보드가 사용되면(NA 6 mm), 뒤틀림은 더 나빠지며, 이러한 뒤틀림은 80 mm 의 높이거나 그 이상일 수 있다. 아세틸화 보드 TRI 15 mm는 낮은 뒤틀림(모든 방향에서 20 mm 이내)을 나타내며, 또한, 더 얇은 보드 TRI 6 mm에 대하여 뒤틀림이 낮다.

Claims (14)

  1. 접착제와 함께 압축된 최대 7 mm 또는 그 이하의 크기인 우드 섬유를 포함하는 중질 섬유보드(MDF) 판넬로서, 상기 판넬은 적어도 100의 종횡비 및 적어도 1㎡의 표면적을 가지며, 상기 우드 섬유는 아세틸화 우드로 만들어진 판넬.
  2. 제1항에 있어서, 기계 방향(Machine Direction)을 갖는 판넬.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 종횡비는 122 보다 크고, 바람직하게는 200보다 큰 판넬.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유는 1 내지 5 mm의 길이를 갖는 판넬.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아세틸화 우드로 만들어진 섬유는, (a) 건조된 솔리드 우드를 제공하는 단계; (b) 솔리드 우드를 아세트산 무수물과 접촉시켜 아세틸화시키는 단계; (c) 상기 아세틸화 우드를 칩핑하고 그 칩의 크기를 감소시켜 최대 크기 5mm 또는 그 이하의 섬유를 얻는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있는 판넬.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제는 페놀-포름알데히드 수지, 멜라민 우레아-포름알데히드 수지, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI) 및 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(PMDI)로 구성된 군에서 선택되는 판넬.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 우드는 전나무(pinus), 유칼립투스(eucalyptus), 또는 가문비나무(picea) 종의 나무, 바람직하게는 가문비나무(spruce) 또는 라디아타 소나무(radiata pine)에서 기원하는 판넬.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아세틸화 우드로 만들어진 섬유는 (a) 솔리드 우드를 칩핑하는 단계; (b) 상기 칩을 아세틸화시키는 단계; (c) 아세틸화 우드 칩을 정련하여 아세틸화 우드 섬유로 만드는 단계를 포함하는 방법에 의하여 얻어지는 판넬.
  9. 우드 섬유를 제공하고, 상기 섬유에 접착제, 바람직하게는 왁스를 첨가하는 단계; 상기 섬유를 표면에 캐스팅하여 매트를 만드는 단계; 콜드 프리-프레싱 및 핫 프레싱을 하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 얻어질 수 있는 중질 섬유보드의 판넬이며, 상기 캐스트되는 섬유의 표면은 무빙 벨트이고, 상기 섬유는 아세틸화 우드인 판넬.
  10. 제9항에 있어서, 상기 압착은 더블 벨트 프레스 또는 칼렌다와 같은 무빙 벨트에 의하여 수행되는 판넬.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제9항 또는 제10항에 의하여 정의된 방법에 의하여 얻을 수 있는 판넬.
  12. 적어도 100의 종횡비 및 적어도 1 ㎡의 표면적을 갖는 중질 섬유보드 판넬을 제조하기 위한 아세틸화 우드 섬유의 용도.
  13. 비-아세틸화 우드 섬유로 만들어진 유사한 판넬에 비하여 판넬의 뒤틀림(warping)을 감소시킬 목적으로, 적어도 1m의 길이 및 폭, 및 적어도 100의 종횡비를 갖는 중질 섬유보드 판넬을 제조하기 위한 아세틸화 우드 섬유의 용도.
  14. 판넬의 코너에서 양 방향으로 25 mm 미만, 판넬의 가장자리에서 12 mm 미만 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 거리에 고정 수단을 관통시킬 목적으로, 적어도 1m의 길이 및 폭, 적어도 100의 종횡비를 갖는 중질 섬유보드 판넬을 제조하기 위한 아세틸화 우드 섬유의 용도.


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