KR20140092653A - 발포 수지층을 갖는 합성목재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고발포 성형된 수지를 내층으로 형성함에 따라 경량화 및 원가를 절감할 수 있도록 한 발포 수지층을 갖는 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재는, 고분자 수지를 발포 성형하여 마련되는 내층(110); 및 상기 내층(110)의 외주면에 목분을 포함한 혼합물(Compounds)이 압출 성형되어 이루어지는 표면층(120);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 고발포 성형된 수지를 내층으로 형성하고, 그 외주면에 목분 및 수지를 포함한 혼합물을 압출 성형하는 방식으로 표면층을 형성해줌으로써 제품의 경량화 및 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

Description

발포 수지층을 갖는 합성목재 및 그 제조방법{Wood plastic composite and manufacturing method thereof}

본 발명은 합성목재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고발포 성형된 수지를 내층으로 형성함에 따라 경량화 및 원가를 절감할 수 있는 발포 수지층을 갖는 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 합성목재(Wood Plastic Composite)는 천연목재와 비슷한 외관이나 성질을 가지도록 목분과 플라스틱을 혼합하여 혼합물을 형성한 후 사출 또는 압출 성형하는 방법으로 제조하여 목재와 유사한 제품을 형성하는 것이다.

이러한 합성목재는 천연의 목재를 대체할 수 있는 재료로 매년 높은 비율로 사용이 증가하는 추세이다. 합성목재의 제조방법으로는 상기와 같이 목분과 플라스틱을 섞는 방법을 기초로 하여 다양한 첨가물을 혼합하거나, 그 제조방법을 변경하여 합성목재를 생산하고 있다.

종래의 합성목재 제조방법에서 사용되는 플라스틱은 고밀도 또는 저밀도의 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 염화비닐(PVC) 등을 사용하고, 목분은 대개 재활용된 나무의 생산물들과 목재부스러기, 톱밥을 이용하는 것이 보통이다.

그리고 합성목재의 제조시 다양하게 첨가되는 첨가물들은 합성목재를 형성하기 위한 재료, 생산방식, 제품의 최종용도 등에 따라 종류 및 첨가량이 다양하게 변경되어 첨가된다.

예컨대, 목분과 플라스틱 혼합물의 부착과 분산을 촉진하기 위한 연결용으로 혼합제가 첨가되고, 혼합물의 결속을 방해하지 않게 차단제가 첨가되며, 제품의 성능 하락을 막는 자외선 차단제와 완충재, 제품의 밀도를 줄이기 위한 발포제 등이 첨가될 수 있다.

그러나 이와 같은 합성목재는 주로 외장재용으로 사용되고 있으나 충격에 약하고 비중이 1.1 ~ 1.8 정도로 천연목재에 비해 높기 때문에 내, 외장재 전반에 사용하기는 어려운 실정이다.

이러한 단점을 극복하기 위해 합성목재를 경량화하는 다양한 방법이 연구되고 있다. 일례로, 이중 중공구조를 갖는 형상으로 제품을 성형하는 방법이 알려져 있으나 이는 제품의 내부의 중공 구조로 인해 물성이 감소하게 된다. 또한 물성 감소를 방지하기 위해 보강재를 추가로 첨가함으로써 제품의 단가가 높아지는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 고발포 성형된 수지를 내층으로 형성함에 따라 경량화 및 원가를 절감할 수 있도록 한 발포 수지층을 갖는 합성목재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 발포 수지층을 갖는 합성목재는, 고분자 수지를 발포 성형하여 마련되는 내층; 및 상기 내층의 외주면에 목분을 포함한 혼합물(Compounds)이 압출 성형되어 이루어지는 표면층;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 혼합물은, 상기 목분 10 ~ 90중량부, 고분자 수지 10 ~ 50중량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재는, 고분자 수지를 발포 성형하여 마련되는 내층; 및 상기 내층의 외주면에 고분자 수지를 혼합한 혼합물(Compounds)이 압출 성형되어 이루어지는 표면층;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 고분자 수지는, ＰＰ, ＰＥ, ＰＶＣ, ＡＢＳ, ＰＳ, ＰＣ, ＰＭＭＡ 중 어느 하나 또는 복수를 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혼합물은, 상용화제 0.1 ~ 50중량부, 충진제 0.1 ~ 50중량부, 산화방지제 0.1 ~ 30중량부, 윤활제 0.1 ~ 30중량부, 안료 0.1 ~ 30중량부 중 어느 하나 또는 복수를 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고분자 수지는, 발포제 0.1 ~ 10중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 내층의 외주면에는, 음각 또는 양각의 요철부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재 제조방법은, 고분자 수지를 고발포 성형하여 내층을 형성하는 단계; 원재료인 원목 또는 목재칩을 분쇄하여 목분을 제조하는 단계; 상기 목분에 고분자 수지 및 첨가제를 투입한 후 고온 혼련하여 혼합물(Compounds)을 제조하는 단계; 상기 내층의 외주연에 상기 혼합물을 압출 성형하여 표면층을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재 제조방법은, 고분자 수지를 고발포 성형하여 내층을 형성하는 단계; 고분자 수지 및 첨가제를 투입한 후 고온 혼련하여 혼합물(Compounds)을 제조하는 단계; 상기 내층의 외주연에 상기 혼합물을 압출 성형하여 표면층을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 구성에 따른 본 발명의 합성목재는, 고발포 성형된 수지를 내층으로 형성하고, 그 외주면에 목분 및 수지를 포함한 혼합물을 압출 성형하는 방식으로 표면층을 형성해줌으로써 제품의 경량화 및 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재의 내부구성도,
도 2는 본 발명에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재의 다른 실시예,
도 3은 본 발명에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재의 제조장치를 보여주는 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 내층의 외주연에 표면층을 형성해주는 상태도,

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재의 내부구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재(100)는, 고분자 수지를 발포 성형하여 마련되는 내층(110)과, 상기 내층(110)의 외주면에 목분을 포함한 혼합물이 압출 성형되어 이루어지는 표면층(120)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

내층(110)은 합성목재(100)를 경량화시켜줌과 아울러 제조단가를 낮춰줄 수 있도록 고분자 수지를 발포 성형하는 방식으로 이루어진다. 여기서, 바람직하게는 내층(110)을 구성하는 고분자 수지는, ＰＰ, ＰＥ, ＰＶＣ, ＡＢＳ, ＰＳ, ＰＣ, ＰＭＭＡ 중 어느 하나 또는 복수를 선택적으로 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 상기 고분자 수지에는 통상적인 첨가제를 더 포함할 수 있고, 특히 발포 성형을 위해 발포제 0.1 ~ 10중량부가 포함될 수 있다.

이 경우 본 발명에서는 상기 내층(110)이 고분자 수지로 발포 성형된 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 고분자 수지에 합성목재(100)의 원재료인 목분 또는 기타 첨가제를 선택적으로 더 포함할 수 있음은 물론이다.

표면층(120)은 발포 성형되는 내층(110)의 외주면에 이중 압출 방식을 통해 일체로 형성되는 것으로, 상기 표면층(120)은 원재료인 원목 또는 목재칩을 분쇄하여 제조된 목분에 고분자 수지를 투입한 후 고온 혼련한 혼합물(Compounds)로 이루어질 수 있다.

이 경우 상기 목분(Wood flour)은 50 ~ 120메시(mesh)의 크기로 분쇄하여 형성하는 것이 바람직하다. 즉 목분의 크기가 50메시 이하일 경우에는 목분 자체의 크기가 너무 커져서 판재 자체의 치수안정성, 탄성률 등이 저하된다. 반대로 상기 목분의 크기가 120메시 이상일 경우에는 목분이 너무 미세하게 분쇄되어 이를 배합하는 배합공정 시 목분의 뭉침 등과 같은 현상이 빈번하게 발생하게 되며, 또한 생분해성 수지와의 배합이 어렵게 된다.

또한 상기 목분은 분쇄 제조 후 수분 함유율이 5 ~ 15중량%가 되도록 건조기 내부에 투입되어 80 ~ 120℃의 온도로 가열해주는 건조공정을 거치는 것이 바람직하다. 즉 상기 목분의 건조온도가 80℃ 이하에서는 건조에 많은 시간이 소요되고, 건조온도가 120℃ 이상에서는 급격한 건조로 인해 목분 자체의 치밀한 조직이 뒤틀리는 변형을 유발하게 된다.

이러한 건조공정을 통해 목분의 수분 함유율이 5 ~ 15중량%가 되도록 건조하게 되는데, 이처럼 수분 함유율을 5 ~ 15중량%로 유지할 경우에는 별도의 바인더를 첨가하지 않고도 다른 원료와 원활한 혼합이 이루어지게 된다. 수분 함유율이 15중량% 이상으로 될 경우에는 목재 플라스틱 복합재의 제조시 목분 내의 수분이 증발함에 따라 기포 등이 발생하게 되어 후술할 고분자 수지와의 배합시 결합력을 약화시키게 된다.

상기와 같이 제조된 목분은, 고분자 수지 및 기타 첨가제와 함께 혼합하여 혼합물을 형성하게 된다. 여기서, 바람직하게는 상기 혼합물은 목분 10 ~ 90중량부, 고분자 수지 10 ~ 50중량부 및 첨가제를 포함하여 이루어질 수 있다.

이 경우 혼합물에 포함되는 고분자 수지는 상기 내층(110)의 경우와 마찬가지로 ＰＰ, ＰＥ, ＰＶＣ, ＡＢＳ, ＰＳ, ＰＣ, ＰＭＭＡ 중 어느 하나 또는 복수를 선택적으로 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 첨가제는 상용화제 0.1 ~ 50중량부, 충진제 0.1 ~ 50중량부, 산화방지제 0.1 ~ 30중량부, 윤활제 0.1 ~ 30중량부, 안료 0.1 ~ 30중량부 중 어느 하나 또는 복수를 선택적으로 포함하여 이루어질 수 있다.

이 경우 본 발명에서는 상기 표면층(120)을 제조하기 위한 혼합물에 목분이 포함된 경우의 일례를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 목분이 포함되지 않고 고분자 수지 및 첨가제를 포함하여 이루어진 혼합물로 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재의 다른 실시예를 보여주는 도면으로, 도면을 참조하면, 상기 내층(110)의 외주면에는 음각 또는 양각의 요철부(111)가 형성될 수 있음을 보여준다. 즉 내층(110)의 외주면에 복수의 요철부(111)를 형성해줌으로써 내층(110)의 외주면에 일체로 압출 형성되는 표면층(120)의 접착력을 향상시킬 수 있음과 아울러, 이러한 구조를 통해 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 합성목재를 제조하기 위한 제조 장치(200)에 대하여 도면을 참조하여 설명해보기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 발포 수지층을 갖는 합성목재의 제조장치를 보여주는 개략도이며, 도 4는 본 발명에 따른 내층의 외주연에 표면층을 형성해주는 상태도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 합성목재(100)를 제조하기 위한 장치(200)는, 발포기(210)와, 압출기(220)와, 압출다이(230)를 포함하여 이루어질 수 있다.

발포기(210)는 합성목재(100)의 내층(110)을 형성해주는 역할을 한다. 여기서, 바람직하게는 이와 같은 발포기(210)는, 호퍼(211)를 통해 투입되는 원료(고분자 수지)를 히터를 통해 가열에 용해함과 아울러 소정의 발포공정을 거친 후 헤드(213)를 통해 내층(110)을 연속적으로 발포 성형해주게 된다.

압출기(220)는 발포기(210)를 통해 발포 성형되는 내층(110)의 외주연에 소정 두께의 표면층(120)을 형성해줄 수 있도록 압출물을 공급해주는 역할을 한다. 여기서, 바람직하게는 이와 같은 압출기(220)는 호퍼(221)를 통해 투입되는 원료를 히터의 가열에 의해 용해하는 가열실린더(223)와, 가열실린더(223)의 내부에서 용해된 원료를 압출시키는 압출스크류(미도시)를 포함하여 이루어진다.

이 경우 압출기(220)를 통해 공급되는 압출물에는 표면층(120)에 다양한 색상과 패턴의 목 무늬를 구현해줄 수 있도록 용융온도, 용융점도 및 색상이 상이한 적어도 2종 이상의 가소화된 열가소성 고분자 수지 및 안료칩이 포함될 수 있다.

압출다이(230)는 압출기(220)로부터 압출물을 공급받아 발포기(210)를 통해 발포 성형이송되는 내층(110)의 외주연에 소정 두께로 표면층(120)을 형성해주는 역할을 한다. 아울러 표면층(120) 상에 서로 다른 다양한 색상과 패턴의 목 무늬를 선택적으로 구현해줄 수 있음은 물론이다.

도 4를 참조하면, 상기 압출다이(230)는 발포기(210)를 통해 압출되는 내층(110)이 통과할 수 있도록 사각의 압출공(233)이 관통형성되는 한 쌍의 금형틀(231)과, 상기 금형틀(231)의 접합면에 소정의 간극을 유지할 수 있도록 서로 대향되게 형성되어 압출기(220)를 통해 주입되는 압출물을 주입해주는 유로(235)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 합성목재 제조장치를 이용한 합성목재 제조 과정에 대해 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.

먼저, 상기 발포기(210)를 통해 고분자 수지로 이루어진 원료가 고발포 성형되면서 소정 형상의 내층(110)을 형성해준다.

상기 연속적으로 발포 성형되는 내층(110)은 압출다이(230)의 압출공(233) 내부를 통과하게 되고, 상기 압출공(233)을 통과하는 내층(110)의 외주연에는 압출기(220)를 통해 압출되는 압출물이 유로(235)를 통해 주입되면서 소정 두께로 이루어진 표면층(120)을 형성해준다.

이와 같은 제조과정을 통해 제조된 합성목재(100)는 냉각, 절단 등의 후가공 공정을 거친 후 제품화된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.

Claims (9)

1. 고분자 수지를 발포 성형하여 마련되는 내층(110); 및
   상기 내층(110)의 외주면에 목분을 포함한 혼합물(Compounds)이 압출 성형되어 이루어지는 표면층(120);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발포 수지층을 갖는 합성목재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 혼합물은,
   상기 목분 10 ~ 90중량부, 고분자 수지 10 ~ 50중량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발포 수지층을 갖는 합성목재.
3. 고분자 수지를 발포 성형하여 마련되는 내층(110); 및
   상기 내층(110)의 외주면에 고분자 수지를 혼합한 혼합물(Compounds)이 압출 성형되어 이루어지는 표면층(120);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발포 수지층을 갖는 합성목재.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 고분자 수지는,
   ＰＰ, ＰＥ, ＰＶＣ, ＡＢＳ, ＰＳ, ＰＣ, ＰＭＭＡ 중 어느 하나 또는 복수를 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 수지층을 갖는 합성목재.
5. 제4항에 있어서,
   상기 혼합물은,
   상용화제 0.1 ~ 50중량부, 충진제 0.1 ~ 50중량부, 산화방지제 0.1 ~ 30중량부, 윤활제 0.1 ~ 30중량부, 안료 0.1 ~ 30중량부 중 어느 하나 또는 복수의 첨가제를 선택적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 수지층을 갖는 합성목재.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 내층(110)을 형성하는 고분자 수지는,
   발포제 0.1 ~ 10중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 수지층을 갖는 합성목재.
7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 내층(110)의 외주면에는,
   음각 또는 양각의 요철부(111)가 형성된 것을 특징으로 하는 발포 수지층을 갖는 합성목재.
8. 고분자 수지를 고발포 성형하여 내층(110)을 형성하는 단계;
   원재료인 원목 또는 목재칩을 분쇄하여 목분을 제조하는 단계;
   상기 목분에 고분자 수지 및 첨가제를 투입한 후 고온 혼련하여 혼합물(Compounds)을 제조하는 단계;
   상기 내층(110)의 외주연에 상기 혼합물을 압출 성형하여 표면층(120)을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발포 수지층을 갖는 합성목재 제조방법.
9. 고분자 수지를 고발포 성형하여 내층(110)을 형성하는 단계;
   고분자 수지 및 첨가제를 투입한 후 고온 혼련하여 혼합물(Compounds)을 제조하는 단계;
   상기 내층(110)의 외주연에 상기 혼합물을 압출 성형하여 표면층(120)을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발포 수지층을 갖는 합성목재 제조방법.

Images