KR20180092500A - 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재 - Google Patents

높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재 Download PDF

Info

Publication number
KR20180092500A
KR20180092500A KR1020170018240A KR20170018240A KR20180092500A KR 20180092500 A KR20180092500 A KR 20180092500A KR 1020170018240 A KR1020170018240 A KR 1020170018240A KR 20170018240 A KR20170018240 A KR 20170018240A KR 20180092500 A KR20180092500 A KR 20180092500A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wood
weight
copolymer
methacrylate
impact strength
Prior art date
Application number
KR1020170018240A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101897017B1 (ko
Inventor
정해찬
이상인
나상업
전은진
변희일
Original Assignee
엘지엠엠에이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지엠엠에이 주식회사 filed Critical 엘지엠엠에이 주식회사
Priority to KR1020170018240A priority Critical patent/KR101897017B1/ko
Publication of KR20180092500A publication Critical patent/KR20180092500A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101897017B1 publication Critical patent/KR101897017B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/04—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres from fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/34—Organic impregnating agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N1/00—Pretreatment of moulding material
    • B27N1/02—Mixing the material with binding agent
    • B27N1/029—Feeding; Proportioning; Controlling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/02—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres from particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/28—Moulding or pressing characterised by using extrusion presses

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dry Formation Of Fiberboard And The Like (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 목재 섬유; 및 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체 50 내지 80중량%, 스티렌계 단량체 20 내지 50중량% 포함하는 단량체 혼합물의 공중합체;를 포함하는 합성목재에 관한 것이다.

Description

높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재{ECO-FRIENDLY WOOD POLYMER COMPOSITE HAVING HIGH IMPACT STRENGTH}
본 발명은 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 천연 목재를 대체할 수 있는 높은 충격강도 및 낮은 수분흡습율을 가지는 친환경 합성 목재에 관한 것이다.
일반적으로, 목재는 천연 재료로서 널리 사용되고 있는 소재이지만 수분에 약하고, 시간이 지남에 따라 갈라짐, 터짐 등으로 인해 유지보수 비용이 만만치 않다. 이러한 목재의 단점을 보완한 것이 합성 목재 (WPC;Wood Polymer/Plastic Composite)이다. 합성 목재는 천연 목재와 비슷한 외관이나 성질을 가지도록 목재 섬유 50% 이상 함유, 고분자 수지 및 첨가제를 배합하여 혼합물을 플라스틱처럼 압출 또는 사출 성형하는 방법으로 제조하여 목재와 유사한 제품을 형성하는 것이다. 이러한 합성 목재는 일반 목재의 단점인 탈색되거나 갈라짐, 터짐 등의 변형이 거의 없다. 특히 천연목재와 달리 수분에 강하기 때문에 외장재 용도로 사용할 경우에도 쉽게 썩지 않는다. 이러한 장점 때문에 천연목재와 방부목재를 대체해나가고 있으며, 시장 규모가 점차 커지고 있는 추세이다. 그러나 기존 합성 목재 의 경우 주원료로 목재 섬유(Wood flour)을 주로 사용함에 따라 압축강도, 충격강도 등의 물리적 특성이 다소 약한 점이 있다.
이를 보완하기 대한민국 등록특허 제10-0983970호, 대한민국 등록특허 제10-1073774호에서는 폴리올레핀계 수지로 합성목재를 제조하였으나, 폴리올레핀계 수지는 인장, 압축, 휨, 충격강도가 떨어지는 단점을 갖고 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제10-2011-0099416호에서는 ABS 수지를 사용한 합성목재를 소개하고 있다. ABS 수지는 수지 특성상 수지 내부의 고무성분에 화학적으로 불안정한 이중결합을 함유하고 있어 자외선에 의해 고무성분이 쉽게 노화될 수 있기 때문에 내후성, 내광성이 좋지 못하여 옥외에 오랜 시간 방치할 경우 시간이 지남에 따라 변색 및 물성저하가 비교적 커 일광에 노출되어있는 옥외 용도에 적합하지 못하다는 단점이 있었다.
또한, 종래에서는 탁월한 내후성, 높은 기계적 강도를 갖는 메타크릴레이트계 수지가 합성 목재 제조하였지만 메타크릴레이트계 수지는 압출 공정에 요구되는 공정 온도가 너무 높아 목재 입자에 손상이 가해지므로 합성 목재 제조에 적합하지 못했다. 이를 해결하기 위하여 목재를 단량체 혼합용액에 침지하여 중합을 진행함에 따라 목재의 기계적 물성을 향상시키려고 하였지만, 단량체 혼합용액에 목재를 침지하면 불균일한 도포 및 분산성으로 목재 전체의 물성이 고르지 못하며, 이와 같이 생산 시 시간, 비용, 중합 시 용매 및 개시제 등의 제거 필수, 불균일한 물성 등에 따른 대량, 단시간 제조 등이 불가능하여 생산성이 떨어지므로 합성목재 제조에 어려움이 있었다. 이처럼 메타아크릴레이트계 수지의 특성이 저하되지 않으면서도, 균일하게 물리적 특성인 충격강도를 높일 수 있는 합성 목재를 만드는 데는 해결해야 할 문제점이 남아 있다.
대한민국 등록특허 제10-1073774호 대한민국 등록특허 제10-0983970호 대한민국 공개특허 제10-2011-0099416호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체, 스티렌계 단량체의 공중합체를 포함하여 합성목재를 제조함으로써 충격강도를 향상된 합성목재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 낮은 수분흡습율을 가지고, 외부환경에 따른 갈라짐, 터짐 등의 변형을 최소화 할 수 있는 합성목재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 압출 또는 사출 성형 시 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체, 스티렌계 단량체의 공중합체와 목재 섬유와의 혼련도를 향상시킨 합성목재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 합성목재는 목재 섬유; 및 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체 50 내지 80중량%, 스티렌계 단량체 20 내지 50중량% 포함하는 단량체 혼합물의 공중합체;를 포함할 수 있다.
상기 합성목재는 목재 섬유 30 내지 90중량%와 공중합체 10 내지 70중량% 포함할 수 있다.
상기 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체는 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트 및 벤질메타크릴레이트에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 스티렌계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, p-브로모스티렌, p-메틸스티렌, p-클로로스티렌, 및 o-브로모스티렌에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 합성목재는 상기 목재 섬유 및 상기 공중합체가 압출 또는 사출성형에 의해 제조되는 것일 수 있다.
상기 합성목재는 커플링제, 산화방지제, UV흡수제, 착색제 및 윤활제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 합성목재는 ISO 179에 의거하여 측정된 샤르피 충격강도가 3.0 kJ /㎡이상이고, KS F 3230에 의거하여 측정된 수분흡습율이 1.9%이하인 일 수 있다.
본 발명에 따른 합성 목재는 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체, 스티렌계 단량체의 공중합체를 포함하여 합성목재를 제조함으로써 높은 충격강도를 가질 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 합성 목재는 낮은 수분흡습율을 가지고, 외부환경에 따른 갈라짐, 터짐 등의 변형을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 합성 목재는 높은 충격강도를 가짐으로써 압출 또는 사출 성형 시 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체, 스티렌계 단량체의 공중합체와 목재 섬유와의 혼련도가 향상되어 천연 목재와 비슷한 색상, 질감 등과 같은 외관이나 성질을 가질 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성목재를 주사전자현미경(SEM)으로 목재 섬유의 분산성을 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 비교실시예에 따른 합성목재를 주사전자현미경(SEM)으로 목재 섬유의 분산성을 관찰한 사진이다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현 될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재에 관한 것이다.
본 발명을 구체적으로 설명하면,
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 합성목재는 목재 섬유; 및 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체 50 내지 80중량%, 스티렌계 단량체 20 내지 50중량% 포함하는 단량체 혼합물의 공중합체;를 포함할 수 있다. 바람직하게는 목재 섬유; 및 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체 단량체 60 내지 80중량%, 스티렌계 단량체 20 내지 40중량% 포함하는 단량체 혼합물의 공중합체;를 포함할 수 있다. 바람직하게는 목재 섬유; 및 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체 65 내지 75중량%, 스티렌계 단량체 25 내지 35중량% 포함하는 단량체 혼합물의 공중합체;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체는 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트 및 벤질메타크릴레이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체는 단량체 혼합물의 50 내지 80중량%, 바람직하게는 60 내지 80중량% , 더 바람직하게는 65 내지 75중량% 포함할 수 있다. 본 발명의 공중합체의 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체는 50중량% 미만일 경우 기계적 물성 및 내후성이 감소하고, 75중량% 초과할 경우 목재 섬유와의 혼합 시 높은 압출가공온도로 목재 섬유의 탄화로 인하여 합성목재의 외관불량 및 낮은 충격강도를 가진다. 이에 본 발명의 공중합체는 상기의 범위로 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체를 포함할 경우 합성목재의 가공성, 내후성, 내화학성 및 내열성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 스티렌계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, p-브로모스티렌, p-메틸스티렌, p-클로로스티렌, 및 o-브로모스티렌 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 스티렌계 단량체는 단량체 혼합물의 20 내지 50중량%, 바람직하게는 20 내지 40중량%, 더 바람직하게는 25 내지 35중량% 포함할 수 있다. 본 발명의 공중합체의 스티렌계 단량체가 20중량% 미만일 경우 공중합체 내에 낮은 방향족기 함량으로 목재 섬유와의 혼화성이 감소하여 수분흡습율이 상승할 뿐만 아니라, 낮은 충격강도를 가지며, 50중량% 초과할 경우 강직한 구조의 급격한 증가로 오히려 충격강도가 급격히 떨어지는 문제점이 있다. 이에 본 발명의 공중합체는 상기의 범위로 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체와의 공중합성을 우수한 스티린계 단량체를 포함하여, 합성 목재 제조 시 스티렌계의 방향족기와 목재 섬유 내의 리그닌과 같은 방향족 화합물의 친화성으로 인하여 공중합체와 목재 섬유의 혼화성이 향상되어 천연 목재와 비슷한 색상, 질감 등과 같은 외관이나 성질을 가질 수 있다. 또한, 합성 목재의 낮은 수분흡습율 및 높은 충격강도를 가질 수 있어 바람직하다.
상기와 같이 제조된 공중합체는 높은 충격강도와 낮은 수분흡습율을 가질 뿐만 아니라 가공 시 합성목재에 손상을 가하지 않는 범위의 공정 온도를 가질 수 있어 더욱 바람직하다.
본 발명의 공중합체는 일 양태에 따라 중량평균분자량이 50,000 내지 300,000 g/mol일 수 있다. 바람직하게는 100,000 내지 250,000 g/mol일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위의 중량평균분자량을 가질 경우 유동성이 향상되어 압출 또는 사출 시 목재 섬유와의 혼련도가 향상되고, 이로부터 제조된 합성 목재의 충격강도가 향상되어 바람직하다.
본 발명의 공중합체는 목재 섬유와의 혼련성 및 가공성을 위하여 유리전이온도(Tg)가 90 내지 110 ℃이고, 230 ℃에서 하중 3.8 ㎏으로 측정된 용융지수(MI)가 5 내지 10 g/10min인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 공중합체의 제조방법은 상기의 분자량을 충족할 수 있는 특별한 제한은 없으며, 통상의 유화 중합, 괴상 중합 또는 현탁 중합을 이용하여 제조할 수 있다. 상기 중합 시 일 양태에 따라 단량체 중합용액에 개시제 및 사슬이동제 등을 더 포함하여 중합할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상기 목재 섬유는 폐목이나 자투리 목재 및 경제성이 없는 잡목인 활엽교목, 침엽교목 등에서 선택하여 이용할 수 있다. 구체적인 예로는 박달나무, 단풍나무, 상수리나무, 오갈피나무, 옻나무, 떡갈나무, 물푸레나무, 오리나무, 피나무, 편백나무, 삼나무, 구상나무, 화백나무, 소나무, 잣나무 및 젓나무 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 나무의 목재섬유 혼합물을 이용할 수 있다.
본 발명의 목재 섬유는 분말상일 수 있으며, 상기 목재 섬유는 평균입경 10 내지 800 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 평균입경 50 내지 500 ㎛일 수 있다. 상기 크기를 갖는 목재 섬유의 경우 공중합체와 혼합 시 목재 섬유 간의 뭉침현상이 발생하는 것을 방지하여, 목재 섬유의 고른 분산에 따라 균일한 물성을 구현할 수 있고, 이에 따라 높은 충격강도 및 낮은 수분흡습율이 발현될 수 있어 바람직하다.
상기 목재 섬유는 다량의 수분을 자연상태에서 함유하고 있기 때문에 수분을 제거하기 위한 건조 과정을 거치는 것이 바람직하다. 상기 건조 과정은 80 내지 120℃의 온도로 가열하여 상기 목재 섬유 내의 수분 함유율이 1 내지 20중량%가 되도록 건조 과정을 거칠 수 있다. 상기와 같이 건조 시 목재 섬유 자체의 조직 변형이 없어 수분만 제거할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 합성목재는 목재 섬유 30 내지 90중량%와 공중합체 10 내지 70중량% 포함할 수 있다. 본 발명의 합성 목재는 상기의 함량으로 공중합체를 포함함으로써 목재 섬유와의 혼련성이 향상되어 압출 또는 사출 성형이 용이하고, 높은 충격강도 및 낮은 수분흡습율을 가질 수 있어 바람직하다. 또한, 목재 섬유의 본래의 질감이 충분히 표현되어 천연 목재의 외관을 발현할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 합성목재는 상기 목재 섬유 및 상기 공중합체가 압출 또는 사출성형에 의해 제조되는 것일 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일 양태에 따라 합성 목재를 생산함에 있어서 합성 목재의 제조방법은 목재 섬유와 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체 50 내지 80중량%, 스티렌계 단량체 20 내지 50중량% 포함하는 단량체 혼합물의 공중합체를 포함하는 조성물을 압출 또는 사출성형하여 제조될 수 있다.
구체적인 예를 들면, 본 발명의 합성목재는 일 양태에 있어서, a) 목재 섬유와 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체 50 내지 80중량%, 스티렌계 단량체 20 내지 50중량% 포함하는 단량체 혼합물의 공중합체를 포함하는 조성물을 혼합하는 단계;
b) 상기 조성물을 압출기에 투입 및 혼련하여 압출성형하여 펠릿화하는 단계; 및
c) 상기 펠릿을 건조한 후 성형가공하여 합성목재를 제조하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 압출 성형은 가공속도의 개선과 성형의 정밀성 치수 안정성 등을 얻을 수 있게 하는데 필요한 요소인 합일성(coalescence)과 크리밍 응집성(creaming flocculation)이 증가되어 제품생산의 효율을 높여줄 수 있다. 상기 합성 목재는 목재 섬유의 탄화를 실질적으로 피하기 위해서는 압출 온도가 200 내지 225 ℃, 바람직하게는 200 내지 220 ℃일 수 있다. 종래에는 표준 폴리메틸메타크릴레이트는 230 ℃ 미만에서 점탄성 유동을 나타내지 않아 합성 목재 제조에 어려움이 있었으나, 본 발명의 합성목재는 상기 온도에서 공중합체가 용융 상태로 충분한 유동성을 가져 목재 섬유와의 혼화성이 가질 수 있다.
본 발명의 상기 압출성형된 펠릿은 추가 성형가공 공정으로 압축 성형, 프로파일 압출, 트랜스퍼 성형, 사출 성형, 블로우 성형 및 압출 성형 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 성형방법으로 용도에 따라 선택하여 다양한 형태로 추가 성형가공하여 합성목재가 제조될 수 있다.
본 발명의 상기 합성목재는 일 양태에 따라 커플링제, 산화방지제, UV흡수제, 착색제 및 윤활제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 목재 섬유 및 공중합체 100중량부에 대하여, 0.1 내지 15 중량부 포함할 수 있다. 더 바람직하게는 0.5 내지 8 중량부 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 커플링제는 목재 섬유와 공중합체의 혼화성을 높여 우수한 충격강도를 가질 수 있게 할 수 있다. 상기 목재 섬유는 친수성인 극성을 나타내고, 공중합체는 소수성인 비극성을 가짐에 따라 두 물질의 결합력은 약하다. 이에 따라 목재 섬유와 공중합체에 커플링제 첨가에 의하여 두 물질 사이의 계면에서 새로운 화학적 결합으로 견고한 결합구조를 형성하여 더 향상된 충격강도를 가질 수 있게 된다. 상기 커플링제의 구체적인 예를 들어, 스티렌-무수말레인산(SMA), 스티렌-에틸렌-뷰틸렌 미드블록 그래프트 무수말레인산(SEBS-g-MA), 스티렌-아크릴로니트릴 그래프트 무수말레인산(SAN-g-MA) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 본 발명의 공중합체에 대한 상용성을 높일 수 있도록 무수말레인산이 공중합된 스티렌 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 산화방지제는 합성 목재 제조공정 중 성형가공과정이나 성형된 제품이 실용환경 조건하에서 산소, 열, 빛 등의 영향에 의해 열화 또는 물성의 저하, 균열, 변색 등을 억제할 수 있다. 본 발명에서는 페놀계 산화방지제를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 UV흡수제는 벤조페논계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 방향족 벤조에이트계 화합물, 옥살산 아닐리드계 화합물, 시아노아크릴레이트계화합물 및 힌더드아민계 화합물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 UV흡수제를 사용함으로써 태양광선 중 선택적으로 자외선을 흡수하여 자외선으로부터 재료가 분해되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 윤활제는 합성목재의 우수한 가공성 및 낮은 가공 온도를 얻을 수 있다. 사용될 수 있는 특별한 윤활제는 예를 들어, 폴리올레핀, 극성 에스테르 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 카르복실산 및 지방산, 및 이들의 에스테르 또는 장쇄지방 알콜 및 지방 알콜 에스테르 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 착색제는 색감의 안정성을 부여하기 위해서는 포함될 수 있으며, 요구하는 칼라에 맞추어 조색하여 첨가 가능하다. 상기 착색제는 안료, 염료 등과 유기성 용제를 혼합하여 제조될 수 있으며, 상기 안료 및 염료로는 합성 목재에 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 따라 제조된 상기 합성목재는 ISO 179에 의거하여 측정된 샤르피 충격강도가 3.0kJ/㎡이상이고, KS F 3230에 의거하여 측정된 수분흡습율이 1.9%이하일 수 있다. 바람직하게는 ISO 179에 의거하여 측정된 샤르피 충격강도가 3.3kJ/㎡이상이고, KS F 3230에 의거하여 측정된 수분흡습율이 1.5%이하일 수 있다. 상기와 같은 물성을 가질 경우 외부환경에 따른 갈라짐, 터짐 등의 변형을 최소화할 수 있고, 압출 또는 사출 성형 시 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체, 스티렌계 단량체의 공중합체와 목재 섬유와의 혼련도가 향상되어 천연 목재와 비슷한 색상, 질감 등과 같은 외관이나 성질을 가질 수 있다.
본 발명의 합성 목재는 천연목재보다 높은 충격강도 및 낮은 수분흡습율을 가지기 때문에, 이를 대체할 수 있는 바닥재, 건축자재, 장식물, 가구, 항만재료, 벽재 등 천연 목재의 질감 등의 외관을 구현하면서 더욱 우수한 충격강도 및 낮은 수분흡습율을 제공할 수 있는 분야에 다양하게 적용가능하다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재 에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[물성측정방법]
1. 샤르피 충격강도
충격강도 시험은 KS M ISO 179-1에 따라 노치 없는 시험편으로 하여 시험하였다. 시편 크기는 80±2x10±0.2x4±0.2(단위:㎜)크기로 제조하였고, 시험편의 치수(두께 h, 너비 b 및 길이 l)는 h≤b≤l이 되도록 규정하였다. 타격면은 제품의 시공 시 노출면으로 하여, 5개의 시험편에 대한 평균값을 아래의 식에 따라 충격강도 acU를 계산하여 kJ/㎡의 단위로 나타내었다.
Figure pat00001
여기에서, Ec : 시험편의 파괴에 의한 보정된 흡수 에너지(J)
h : 시험편의 두께(㎜)
b : 시험편의 너비(㎜)
2. 굴곡최대하중
시편의 너비와 두께는 생산된 제품의 형태를 따르고, 길이는 시공 시 지지대 간의 최대간격보다 100 ㎜ 길게 하였다. 단, 제품의 너비가 160 ㎜를 초과할 때는 당사자 간의 협의를 통해 너비를 (150 ± 10) ㎜로 절취하여 시험하였다. 시공 시 지지대간 거리를 규정하지 않는 제품의 경우, 시험편의 길이는 600 ㎜로 하였다. KS M ISO 178에 따라 가압봉 및 지지대의 반경, 시험 속도를 결정하고, <그림 1>과 같이 시편을 거치하여 최대 굴곡하중을 측정하였다. 시험 면은 시공 시 노출면으로 하고 3개를 시험하여 평균값을 기록하였다.
<그림 1> 굴곡 최대 하중 시험 장치
Figure pat00002
3. 수분흡습율
KS F 3230 중량변화 A법의 규격에 맞게 측정하였다., 구체적으로, 시편은 수분흡수율 시험 전 (20 ± 3) ℃, 상대습도 (66 ± 2) % 조건에서 함량이 될 때 까지, 전처리를 하여 0.01 g이상의 정확도를 가지는 저울로 무게를 측정하였다. 질량 측정을 마친 시편은 아래의 조건으로 처리하여 질량변화를 기록하였다. 시험편을 100 ℃ 물에 5시간 침지시킨다. 이때 시험편은 수조의 바닥에 접촉하지 않고 침지되도록 적당한 지그를 사용하였다. 상기 침지한 시험편을 즉시 (23 ± 2)℃ 물에 침지하여 20분간 방치한 후, 시험편 표면의 물기를 완전히 제거한 후 질량 변화율을 측정하였다.
질량 변화율(%) =
Figure pat00003
여기에서 W1 = 침지전의 질량(g), W2 = 침지후의 질량(g)
[실시예 1]
메틸메타아크릴레이트 70 중량% 및 스티렌 30중량%로 제조된 공중합체(LGMMA 사, HX238, 중량평균분자량 120,000g/mol, Tg: 105℃, MI: 8g/10min) 21중량부, 목재 섬유(평균입자크기 200-500㎛) 70중량부 및 무수말레인산이 공중합된 스티렌 결합제 6중량부(XIRAN® SZ22065)를 210 ℃에서 컴파운딩 및 프로파일 압출의 2 step에 건친 압출공정을 통하여 시편을 제작한 후 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 공중합체를 메틸메타아크릴레이트 60 중량% 및 스티렌 40중량%을 혼합한 단량체 혼합물 100중량부에 대하여, n-옥틸머캅탄 0.2 중량부를 첨가하여 중합용액을 준비하였다. 준비된 중합 용액을 교반기, 온도계, 질소 투입구, 순환 콘덴서가 연결된 중합반응기에 투입하여 150℃의 온도에서 벌크 중합하여 제조한 공중합체(중량평균분자량 120,000g/mol, Tg: 105℃, MI:8g/10min) 를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 공중합체를 메틸메타아크릴레이트 80 중량% 및 스티렌 20중량%을 혼합한 단량체 혼합물 100중량부에 대하여, n-옥틸머캅탄 0.2 중량부를 첨가하여 중합용액을 준비하였다. 준비된 중합 용액을 교반기, 온도계, 질소 투입구, 순환 콘덴서가 연결된 중합반응기에 투입하여 150℃의 온도에서 벌크 중합하여 제조한 공중합체(중량평균분자량 120,000g/mol, Tg: 105℃, MI:8g/10min)를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1에서 메틸메타아크릴레이트 50 중량% 및 스티렌 50중량% 로 제조된 공중합체(LGMMA 사, HX208, 중량평균분자량 200,000g/mol, Tg: 105℃, MI:8g/10min)를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 공중합체를 메틸메타아크릴레이트 90 중량% 및 스티렌 10중량%을 혼합한 단량체 혼합물 100중량부에 대하여, n-옥틸머캅탄 0.2 중량부를 첨가하여 중합용액을 준비하였다. 준비된 중합 용액을 교반기, 온도계, 질소 투입구, 순환 콘덴서가 연결된 중합반응기에 투입하여 150℃의 온도에서 벌크 중합하여 제조한 공중합체 (중량평균분자량 120,000g/mol, Tg: 110℃, MI:2g/10min)를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 공중합체를 대신하여 폴리메틸메타크릴레이트(엘지엠엠에이, HP202)를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 1에서 공중합체를 대신하여 폴리스티렌(엘지화학, HIPS 65IHE)를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[비교예 4]
상기 실시예 1에서 공중합체를 대신하여 폴리메틸메타크릴레이트(엘지엠엠에이, HP202)50중량부, 폴리스티렌(엘지화학, HIPS 65IHE )50중량부를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
굴곡최대하중(N) 샤르피
충격강도
(kJ/㎡)		 수분흡수율(%)
5시간
실시예 1 6,627 3.70 0.7
실시예 2 5,121 3.29 1.1
실시예 3 5,926 3.42 1.3
실시예 4 4,015 2.90 1.7
비교예 1 5,146 3.31 2.0
비교예 2 4,566 3.20 2.7
비교예 3 2,043 1.90 7.5
비교예 4 2,105 2.00 7.1
상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예의 합성목재는 높은 충격강도 및 낮은 수분흡습율을 가짐을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명의 실시예의 합성목재는 목재섬유와 공중합체의 혼화성이 우수하여 목분의 뭉침현상이 없어 공극률 및 분산성이 우수하였다. 이로 인하여 외부충격에 의한 변형이 적고, 내충격성이 더욱 향상됨을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 합성목재 제조 시 공중합체 내 스티렌의 함량이 20, 30 및 40 중량%인 실시예 1 내지 3의 경우 스티렌이 목재섬유와 혼화성이 높아 목재 섬유의 뭉침현상이 현저히 감소하고, 공극이 대폭 감소하여 전체적으로 균질한 합성목재가 얻어졌다. 이에 따라 굴곡최대하중, 샤르피 충격강도 및 수분흡습율이 모두 우수한 결과를 나타낸 반면, 스티렌의 함량이 50중량%인 실시예 4의 경우 스티렌의 함량이 증가함에 따라 오히려 목재 섬유와의 혼화성이 감소하는 것으로 추측되며 이에 따라　　굴곡최대하중, 샤르피 충격강도 및 수분흡습율 다소 감소하는 결과를 나타내었다.
비교예 2의 경우 도 2에 도시된 바와 같이 공중합체 내에 방향족기를 갖지 않아 목재 섬유와의 혼화성이 감소하여 목재 섬유의 뭉침현상으로 합성목재 내에 공극이 다량 발생하여 굴곡최대하중, 샤르피 충격강도 및 수분흡습율 다소 감소하는 결과를 나타내었다.
또한, 비교예 4의 폴리스티렌 단독 또는 폴리스티렌과 폴리메틸메타크릴레이트의 물리적 혼합물은 상기 실시예 5의 스티렌의 함량 증가와 같은 이유로 목재 섬유와의 혼화성이 감소한 것으로 추측되고, 특히 두 개의 서로 다른 반복단위가 서로 공유결합되지 않고 별개의 고분자로 존재함에 따라 각각의 반복단위에 의한 상승효과가 나타나지 않았으며, 이에 따라 굴곡최대하중, 샤르피 충격강도 및 수분흡습율이 모두 현격히 떨어지는 결과를 나타내었다.
본 발명의 합성 목재는 스티렌계 반복단위와 메타크릴레이트계 반복단위가 공중합됨에 따라 목재섬유와의 혼화성이 증가하였고, 공중합체내에 스티렌의 특정함량 범위에서 목재섬유와의 혼화성이 특히 우수해짐에 따라 합성목재의 물성인 굴곡최대하중, 샤르피 충격 강도 및 수분흡습율이 현저히 향상됨을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재가 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 목재 섬유; 및
    아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체 50 내지 80중량%, 스티렌계 단량체 20 내지 50중량% 포함하는 단량체 혼합물의 공중합체;
    를 포함하는 합성목재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 합성목재는 목재 섬유 30 내지 90중량%와 공중합체 10 내지 70중량% 포함하는 합성목재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체는 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트 및 벤질메타크릴레이트에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 합성목재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스티렌계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, p-브로모스티렌, p-메틸스티렌, p-클로로스티렌, 및 o-브로모스티렌에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 합성목재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 합성목재는 상기 목재 섬유 및 상기 공중합체가 압출 또는 사출성형에 의해 제조되는 것인 합성목재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 합성목재는 커플링제, 산화방지제, UV흡수제, 착색제 및 윤활제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하는 합성목재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 합성목재는 ISO 179에 의거하여 측정된 샤르피 충격강도가 3.0 kJ /㎡이상이고, KS F 3230에 의거하여 측정된 수분흡습율이 1.9%이하인 합성목재.
KR1020170018240A 2017-02-09 2017-02-09 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재 KR101897017B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170018240A KR101897017B1 (ko) 2017-02-09 2017-02-09 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170018240A KR101897017B1 (ko) 2017-02-09 2017-02-09 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180092500A true KR20180092500A (ko) 2018-08-20
KR101897017B1 KR101897017B1 (ko) 2018-09-12

Family

ID=63443287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170018240A KR101897017B1 (ko) 2017-02-09 2017-02-09 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101897017B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200061599A (ko) * 2018-11-26 2020-06-03 (주)엘지하우시스 단일층 시트 바닥재 및 이의 제조방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH079467A (ja) * 1993-06-22 1995-01-13 Hitachi Chem Co Ltd 木粉と熱可塑性樹脂との複合体の製造方法
KR20030095262A (ko) * 2002-06-06 2003-12-18 스미또모 가가꾸 고오교오 가부시끼가이샤 수지 적층판
KR20040080518A (ko) * 2003-03-12 2004-09-20 주식회사 엘지화학 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품 및 그 제조방법
KR100983970B1 (ko) 2010-03-24 2010-09-27 주식회사 폴리우드 친환경 및 난연성 합성목재 복합재 및 이의 제조방법
KR20110099416A (ko) 2010-03-02 2011-09-08 (주)엘지하우시스 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품 및 그 제조방법
KR101073774B1 (ko) 2011-04-12 2011-10-13 김현용 친환경 합성목재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 합성목재
KR20120021619A (ko) * 2010-08-11 2012-03-09 금호석유화학 주식회사 친환경 데코레이션시트 조성물 및 이를 이용한 데코시트

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH079467A (ja) * 1993-06-22 1995-01-13 Hitachi Chem Co Ltd 木粉と熱可塑性樹脂との複合体の製造方法
KR20030095262A (ko) * 2002-06-06 2003-12-18 스미또모 가가꾸 고오교오 가부시끼가이샤 수지 적층판
KR20040080518A (ko) * 2003-03-12 2004-09-20 주식회사 엘지화학 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품 및 그 제조방법
KR20110099416A (ko) 2010-03-02 2011-09-08 (주)엘지하우시스 다중 공압출을 이용한 합성목재 제품 및 그 제조방법
KR100983970B1 (ko) 2010-03-24 2010-09-27 주식회사 폴리우드 친환경 및 난연성 합성목재 복합재 및 이의 제조방법
KR20120021619A (ko) * 2010-08-11 2012-03-09 금호석유화학 주식회사 친환경 데코레이션시트 조성물 및 이를 이용한 데코시트
KR101073774B1 (ko) 2011-04-12 2011-10-13 김현용 친환경 합성목재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 합성목재

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200061599A (ko) * 2018-11-26 2020-06-03 (주)엘지하우시스 단일층 시트 바닥재 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101897017B1 (ko) 2018-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101162388B1 (ko) 고내후성의 성형체를 위한 성형 화합물
JP4560049B2 (ja) （メタ）アクリレートコポリマー及びポリカーボネートからなる多層フィルム
EP1675907B1 (de) Polymermischung für mattierte spritzgussteile
KR101481194B1 (ko) 증가된 응력 균열 저항성을 갖는 조성물
JP4881165B2 (ja) セルロースおよび高分子成分を含む複合組成物
DE102007005432A1 (de) Formmassen für mattierte Polyacrylat-Formkörper
EP2591052B1 (de) Verbundwerkstoff aus einem zellulosehaltigen material mit pmma als kunstoffmatrix mittels verschiedener kopplungs-komponenten
DE102007005428A1 (de) Formmassen für mattierte PMMI-Formkörper
Kaymakcı et al. Surface properties and hardness of polypropylene composites filled with sunflower stalk flour
KR20100027125A (ko) 증가된 응력 균열 저항성을 갖는 착색 조성물
EP2591053B1 (de) Verbundwerkstoff aus einem zellulosehaltigen material und einem kunststoff
JPH0873686A (ja) 熱可塑性成形材料
KR101897017B1 (ko) 높은 충격강도를 가지는 친환경 합성 목재
KR20190036048A (ko) 친환경 합성 목재
CN106905650B (zh) 高抗冲的聚甲基丙烯酸甲酯合金树脂组合物及其制备方法
US20190248999A1 (en) A polymeric composition, its method of preparation, its use and object comprising it
KR102641984B1 (ko) 인조대리석 및 이의 제조방법
KR101821262B1 (ko) 합성 목재 제조방법
CN109563325B (zh) 聚丙烯树脂组合物
KR101829693B1 (ko) 기계적 강도가 향상된 폴리메틸메타크릴레이트 복합체 및 이의 제조방법
CN117004159A (zh) 高流动高冲击改性pmma/asa材料及其制备方法
CN111100247A (zh) 化学接枝型流滴与防尘功能复合的涂覆型聚烯烃棚膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant