KR20210055820A - 아크릴 투명목재 제조방법 및 이로부터 제조된 아크릴 투명목재 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 아크릴 투명목재 제조방법은 염기 및 아황산염을 포함하는 처리용액으로 목재를 처리하는 제 1단계; 상기 처리용액으로 처리된 목재를 과산화수소수로 처리하는 제 2단계; 상기 과산화수소수로 처리된 목재를 아크릴 충진 조성물에 함침하는 제 3단계; 및 아크릴 충진 조성물을 경화하는 제 4단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 아크릴 투명목재 제조방법 및 이로부터 제조된 아크릴 투명목재에 관한 것이다.
목재는 오래동안 사용된 천연 재료로서, 기본 골격인 셀룰로오스를 포함하는 특징적인 구조를 가지고 있어 널리 사용되는 재료 중 하나이다. 특히 대다수의 목재는 나무에서 물 및 영양물질을 수송하기 위하여 수직으로 정렬된 관 구조를 포함하며, 이를 통해 물, 이온 및 기타 성분을 이송한다.
이러한 목재는 주로 셀룰로오스, 헤미 셀룰로오스 및 리그닌을 포함한다. 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스는 목재의 길이방향으로 관 형태로 정렬되어 있으며, 이러한 관의 평균 직경은 목재의 종류 및 나무의 크기 등에 따라 달라질 수 있다. 이렇게 정렬된 셀룰로오스 관 사이로 리그닌이 분포하며, 리그닌에 의해 목재가 강화되는 특징이 있으며, 이러한 목재의 셀룰로오스 구조를 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 광투과도가 우수한 투명목재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유연성이 우수한 투명목재를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 아크릴 투명목재 제조방법은 염기 및 아황산염을 포함하는 처리용액으로 목재를 처리하는 제 1단계;
상기 처리용액으로 처리된 목재를 과산화수소수로 처리하는 제 2단계;
상기 과산화수소수로 처리된 목재를 아크릴 충진 조성물에 함침하는 제 3단계; 및
아크릴 충진 조성물을 경화하는 제 4단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 과산화수소 수용액에 포함된 과산화수소 : 물의 중량비는 1:1 내지 5일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 아크릴 투명목재에서 목재 : 아크릴 수지의 중량비는 1:3 내지 7인 것을 특징으로할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 아황산염 : 염기의 몰비는 1:3 내지 10일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 제 1단계는 1 내지 60시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 제 1단계 후 제 2단계 전 목재에서 염기 및 염을 제거하는 세척단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 제 2단계는 10분 내지 120분간 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 아크릴 투명목재는 파장이 300 내지 800 ㎚인 범위에서 광투과도가 80% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 아크릴 투명목재는 인장강도가 17MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 아크릴 충진 조성물은 하이드록시기를 포함하는 하이드록시 아크릴 단량체 및 고굴절 아크릴 단량체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 하이드록시 아크릴 단량체는 2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 메타아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 및 2-하이드록시프로필아크릴레이트에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 하이드록시 아크릴 단량체 : 고굴절 아크릴 단량체의 몰비는 1:0.7 내지 1.4일 수 있다.
본 발명은 또한 아크릴 투명목재를 제공하며, 본 발명에 의한 아크릴 투명목재는 본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법으로 제조된 것일 수 있다.
본 발명에 의한 아크릴 투명목재 제조방법은 목재로부터 리그닌을 제거하기 위하여 염기 및 아황선염 처리 후 과산화수소수를 처리함으로써 높은 투명도를 나타낼 수 있으며, 아크릴을 충진하고 경화함으로써 아크릴 수지를 포함함에도 유연성 및 탄성이 우수한 투명목재를 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 투명목재의 제조 과정에 따른 목재의 형상 변화를 육안으로 관찰하고 이를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 아크릴 투명목재를 SEM으로 관찰하고 그 결과를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제조예에 의해 제조된 아크릴 투명목재의 투명도를 육안으로 관찰하고 그 결과를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 아크릴 투명목재를 SEM으로 관찰하고 그 결과를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제조예에 의해 제조된 아크릴 투명목재의 투명도를 육안으로 관찰하고 그 결과를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 의한 아크릴 투명목재 제조방법은 염기 및 아황산염을 포함하는 처리용액으로 목재를 처리하는 제 1단계;
상기 처리용액으로 처리된 목재를 과산화수소수로 처리하는 제 2단계;
상기 과산화수소수로 처리된 목재를 아크릴 충진 조성물에 함침하는 제 3단계; 및
아크릴 충진 조성물을 경화하는 제 4단계;를 포함한다.
본 발명에 의한 아크릴 투명목재는 상술한 단계를 포함함으로써 유연성이 높고, 인장강도가 우수하며, 투명도가 높은 투명목재의 제조가 가능한 장점이 있다.
본 발명에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서, 상기 제 1단계 및 제 2단계의 처리 공정을 거치면서, 목재에서 리그닌을 제거하게 되며, 목재에서 리그닌이 제거되면서 셀룰로오스 구조체만이 잔류하게 된다. 여기에 아크릴 충진 조성물을 충진하고 경화하여 유연성을 나타내면서도 기계강도가 우수한 아크릴 투명목재의 제조가 가능하다. 구체적으로, 셀룰로오스 구조체에 아크릴 수지를 충진함으로써 인장강도가 강화될 뿐만 아니라 셀룰로오스 구조체의 망목구조에 의해 유연성이 현저히 향상되어, 유리와 같은 투명 구조체 대비 적용 분야가 넓은 장점이 있다.
구체적으로 상기 제 1단계는 염기 및 아황산염을 포함하는 처리용액으로 목재를 처리하는 제 1단계를 포함한다. 이때 염기는 수용성의 염기인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 구체적으로 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 이용할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 아황산염 또한 수용성인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 좋게는 아황산나트륨 또는 아황산칼륨 등을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 처리용액에서 아황산염 : 염기의 몰비는 1:3 내지 10, 구체적으로는 1: 4 내지 8일 수 있다. 또한, 상기 아황산염의 농도는 0.4 mol/L일 수 있으며, 상기 아황산염 : 염기의 몰비 및 아황산염의 농도를 만족함으로써, 리그닌 제거 효율을 극대화하여 투명도 저하를 예방할 수 있다.
또한, 상기 제 1단계는 리그닌 제거 효율을 현저히 향상시키고, 지나치게 가혹한 조건의 처리용액을 이용하여 셀룰로오스의 손상을 유발하는 문제를 예방하기 위하여 90 내지 110 ℃조건에서 수행될 수 있으며, 12 내지 60시간 동안 상기 목재를 처리용액에 함침하는 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법은 상기 제 1단계 후, 목재에 잔류하는 염기 및 아황산염을 제거하는 세척단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 세척단계를 거침으로써 상기 제 2단계의 과산화수소수 처리에 영향을 미치는 것을 방지하고 잔류 리그닌을 함께 제거할 수 있다. 이때 세척은 증류수 또는 탄소수 1 내지 3의 알코올을 이용하여 1 내지 10회 수행될 수 있으며, 다만 상기 제 2단계의 수행 전 마지막 세척은 증류수를 이용하여 세척할 수 있다.
본 발명에 의한 아크릴 투명목재 제조방법은 상기 처리용액으로 처리된 목재를 과산화수소수로 처리하는 제 2단계를 포함한다. 이러한 제 2단계를 포함함으로써, 잔류 리그닌을 제거하며, 표백 작용을 통해 최종적으로 제조되는 투명목재의 투명도를 현저히 향상시킬 수 있다. 이때 상기 과산화수소수에 포함되는 과산화수소 : 물의 중량비는 1: 1 내지 5, 구체적으로는 1:2.5 내지 4일 수 있다. 이러한 범위를 만족함으로써, 제조되는 아크릴 투명목재가 300 내지 800 ㎚인 범위에서 광투과도 80% 이상을 달성할 수 있다. 물이 적정범위보다 다량 첨가되는 경우 투명도 저하가 발생할 수 있으며, 물이 소량 첨가되는 경우 셀룰로오스 조직의 손상 등으로 인하여 투명목재의 인장강도 및 유연성 등의 저하가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 제 2단계는 85 내지 110 ℃에서 10분 내지 120분간 수행될 수 있으며, 이러한 범위에서 셀룰로오스 조직의 손상 없이 표백과 함께 잔류하는 리그닌의 제거가 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법은 상기 제 2단계 후, 3단계의 수행 전 상기 목재를 세척하고 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 세척은 증류수를 이용하여 수행될 수 있고, 상기 건조는 세척후 증류수를 제거할 수 있는 방법인 경우 제한없이 이용이 가능하다.
본 발명에 의한 아크릴 투명목재 제조방법은 상기 과산화수소수로 처리된 목재를 아크릴 충진 조성물에 함침하는 제 3단계 및 상기 아크릴 충진 조성물을 경화하는 제 4단계를 포함한다. 상기 제 3단계 및 제 4단계를 포함함으로써, 목재에 잔류하는 셀룰로오스 구조체 사이에 아크릴을 충진함으로써, 가시광 투과도가 우수한 아크릴 투명목재를 제조할 수 있다.
이때, 최종적으로 제조되는 투명목재에 포함된 목재 : 아크릴 수지의 중량비는 1:3 내지 8, 구체적으로는 1:4 내지 7일 수 있으며, 아크릴 함량이 너무 낮은 경우 셀룰로오스 구조체를 충분히 채우지 못하여 기계강도가 약해지는 문제가 발생할 수 있으며, 아크릴 함량이 너무 높은 경우 셀룰로오스 구조체에 의한 탄성력 상승 효과를 도모하기 어려운 문제점이 있다.
이때 사용되는 아크릴 충진 조성물은 통상적으로 경화 가능한 아크릴 충진 조성물인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 제조되는 투명목재의 사용처 등에 따라 달라질 수 있음이 당연하다.
좋게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 아크릴 충진 조성물은 상기 셀룰로오스 구조체와의 결합력을 높이면서도, 유연성을 확보하기 위한 관점에서 하이드록시기를 포함하는 하이드록시 아크릴 단량체를 포함할 수 있다.
상기 하이드록시 아크릴 단량체는 좋게는 2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 메타아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 및 2-하이드록시프로필아크릴레이트에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 상기의 하이드록시 아크릴 단량체를 이용함으로써 셀룰로오스 구조체와의 접착력을 높일 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 아크릴 충진 조성물은 상기 하이드록시 아크릴 단량체와 함께 경화시 높은 굴절률을 갖는 고굴절 모노머를 더 포함할 수 있다. 고굴절 모노머를 포함함으로써 셀룰로오스 구조체와 접착력을 높임과 동시에, 유연성과 인장강도를 확보할 수 있는 장점이 있다.
이때 상기 고굴절 모노머는 페녹시에틸메타아크릴레이트, 페녹시-2-메틸에틸메타아크릴레이트, 페녹시에톡시에틸메타아크릴레이트, 3-하이드록시 -2-하이드록시프로필메타아크릴레이트, 벤질메타아크릴레이트, 페닐티오 에틸아크릴레이트, 2-나프틸티오에틸아크릴레이트, 1-나프틸티오에틸아크릴레이트, 2,4,6-트라이브로모페녹시에틸아크릴레이트, 2,4-다이브로모페녹시에틸아크릴레이트, 2-브로모페녹시에틸아크릴레이트, 1-나프틸옥시에틸아크릴레이트, 2-나프틸옥시에틸아크릴레이트, 페녹시2-메틸에틸아크릴레이트, 페녹시에톡시에틸아크릴레이트 및 3-페녹시-2-하이드록시프로필아크릴레이트에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
상기 아크릴 충진 조성물이 하이드록시 아크릴 단량체와 고굴절 모노머를 함께 포함하는 경우, 상기 아크릴 단량체 : 고굴절 모노머의 몰비는 1:0.7 내지 1.4, 바람직하게는 1:0.8 내지 1.2일 수 있다. 이러한 범위를 만족하는 경우, 제조되는 아크릴 투명목재의 인장 변형률(tensil strain)이 2% 이상, 좋게는 2.2% 이상일 수 있으며,
인장강도 저하를 예방하고 경화 후의 아크릴 수지와 셀룰로오스 구조체의 지나치게 높은 결착력으로 유연성이 오히려 저하되는 문제를 예방할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 충진 조성물은 상기 아크릴 단량체의 경화를 위한 광개시제를 포함할 수 있다. 이때 광개시제는 아크릴의 경화에 이용되는 통상의 광개시제인 경우 제한없이 이용이 가능하다. 구체적으로, 상기 광개시제는 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 에틸-2,4,6-트리메틸벤조일페닐포스피네이트, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드 및 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-원에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질을 이용하거나, 상용 광개시제를 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 이때 광개시제는 아크릴 단량체 총 중량을 기준으로, 아크릴 단량체 100 중량부 대비 0.5 내지 2 중량부 포함될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 충진 조성물은 상술한 아크릴 단량체 외에 소포제, 레벨링제, 동결방지제, UV 차단제, 분산제, 가소제 및 방부제 등의 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 분산제는 통상적으로 수성 도료에 사용되는 분산제인 경우 제한없이 이용이 가능하며, BYK 社의 DISPERBYK 시리즈 등의 상용 분산제를 이용하거나, 폴리아크릴산나트륨, 무수말레인산 스틸렌(또는 올레핀) 공중합체의 검화물, 알킬나프탈렌 슬폰산 나트륨-포르말린 축합체, 리그린 슬폰산 나트륨, 폴리에틸렌 글리콜 페닐 에테르 및 폴리 카르본산 나트륨염 등의 화합물을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 분산제는 상기 아크릴 단량체 100 중량부 대비 0.5 내지 5 중량부, 좋게는 1 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
상기 소포제는 통상적으로 도료 분야에 이용되는 소포제인 경우 제한없이 이용이 가능다. 상기 소포제는 상기 아크릴 에멀젼 100 중량부 대비 0.1 내지 3 중량부 포함될 수 있으며, 이러한 범위에서 도막의 평활성이 저하되는 문제를 방지하면서도 기포의 효과적인 제거가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 아크릴 충진 조성물이 2액형의 주제 및 경화제를 혼합하여 제조된 것인 경우, 상기 주제는 상기 아크릴 수지 외에 점도 조절을 위한 용매를 더 포함할 수 있다. 이때 용매는 아크릴 충진 조성물의 점도를 저하시킬 수 있는 유기용매인 경우 제한이 없으나, 좋게는 아세톤 등을 이용할 수 있다. 구체적으로, 상기 아크릴 충진 조성물은 상기 아크릴 수지 100 중량부 대비 용매 20 내지 50 중량부를 포함할 수 있으며, 용매가 너무 적은 경우 셀룰로오스 구조체에 아크릴 수지를 균일하게 충진하기 어려우며, 용매가 너무 많은 경우 경화시간이 지연되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 아크릴 투명목재에서 목재 : 아크릴 수지의 중량비는 1:3 내지 7, 더욱 구체적으로는 1:4 내지 6일 수 있으며, 아크릴수지가 소량 첨가되는 경우 셀룰로오스 구조체 사이에 아크릴 충진 조성물이 충분히 충진되지 못하여 기계강도 및 투명도의 저하가 발생할 수 있으며, 아크릴수지가 다량 첨가되는 경우 셀룰로오스 구조체에 의한 탄성 효과를 도모하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서, 상기 아크릴 투명목재는 인장강도가 17MPa 이상, 구체적으로는 17 내지 20 MPa일 수 있다. 나아가 본 발명의 일 실시예에 의한 아크릴 투명목재 제조방법에서 상기 목재는 통상적으로 지칭되는 목재인 경우 제한없이 이용이 가능하나, 좋게는 발사 나무(balsa wood, Ochroma pyramidale)를 이용할 수 있으며, 발사 나무를 이용할 경우 제조되는 아크릴 투명목재가 높은 인장강도 등의 물리적 특성을 나타내면서도 무게가 가벼워 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 이에 더하여, 상술한 인장강도 범위를 만족하면서도, 굴곡강도가 25 내지 35 MPa를 만족할 수 있으며, 이는 제조되는 아크릴 투명목재가 일정 수준 이상의 유연성을 나타내면서도, 기계강도의 현저한 저하가 나타나지 않음을 의미할 수 있다.
본 발명은 또한 아크릴 투명목재를 제공하며, 본 발명에 의한 아크릴 투명목재는 본 발명의 일 실시예에 의한 제조방법으로 제조된 것일 수 있다. 제조된 아크릴 투명목재는 우수한 광투과도 및 인장강도 등의 기계강도를 가져, 다양한 분야에서 유리를 대체할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
1. 리그닌의 제거
가로×세로×두께가 3㎝×7㎝×0.5㎝인 Balsa wood 조각을 준비하고, 80 ℃ 오븐에서 24시간 동안 건조하였다. 건조된 Balsa wood 조각을 NaOH(2.5mol/L)와 Na2SO3(0.4mol/L)가 포함된 끓는 수용액에 함침하여 36시간 동안 방치한 뒤, 증류수로 3회 세척하였다. 이후, 과산화수소:증류수의 비율이 1:3인 끓는 용액에 목재를 1시간 동안 함침한 후, 냉수로 세척하고, 에탄올로 3회 추가 세척하고 건조하여 리그닌이 제거되고 셀룰로오스 구조체가 남은 목재를 제조하고, 그 무게를 측정하였다.
2. 아크릴 수지 첨가
2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트(단량체 1) 38.7g에 아세톤 30g을 혼합하여 혼합액체를 제조한 후, 페녹시에틸메타아크릴레이트(단량체 2) 61.3 g을 첨가하여 교반기로 1시간 동안 교반하였다. 이후, 분산제로 BYK社의 Disperbyk-163 1 g, 소포제로 Evonik社의 TEGO Airex 920 0.5g, 광개시제로 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-1-온 1 g을 순차적으로 혼합하여 아크릴 충진 조성물을 제조하였다.
셀룰로오스 구조체가 남은 목재 크기에 맞는 몰드에 목재를 넣은 후, 주제와 경화제를 혼합한 혼합액을 주입하고 UV를 조사하여 아크릴 충진 조성물을 경화하였다. 경화 후 셀룰로오스 구조체가 남은 목재 : 추가된 아크릴 충진 조성물의 중량비가 1:5인 것을 확인하였다.
또한 제조된 투명목재를 SEM으로 관찰하고 그 결과를 도 1로 나타내었으며, 도 1을 참고하면 셀룰로오스 구조체 사이에 아크릴 수지가 충진된 형상을 나타냄을 확인하였다.
[제조예 2 내지 10]
제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 표 1과 같이 조건을 달리하여 투명목재를 제조하였다.
| 제조예 | 리그닌 제거 | 아크릴 충진 조성물 | 아크릴 투명목재 | |
| 과산화수소 : 증류수 비율 | 단량체 1(g) | 단량체 2(g) | 목재 : 아크릴 수지 비율 | |
| 1 | 1:3 | 38.7 | 61.3 | 1:5 |
| 2 | 1:3.5 | 38.7 | 61.3 | 1:5 |
| 3 | 1:1 | 38.7 | 61.3 | 1:5 |
| 4 | 1:5 | 38.7 | 61.3 | 1:5 |
| 5 | 1:3 | 38.7 | 40 | 1:5 |
| 6 | 1:3 | 38.7 | 90 | 1:5 |
| 7 | 1:3 | 100 | 0 | 1:5 |
| 8 | 1:3 | 0 | 100 | 1:5 |
| 9 | 1:3 | 38.7 | 61.3 | 1:2.5 |
| 10 | 1:3 | 38.7 | 61.3 | 1:8 |
제조된 투명목재의 인장강도 측정
제조예에서 제조된 투명목재 및 건조된 balsa wood의 인장강도를 각각 측정하고 그 결과를 표 2로 나타내었다.
제조된 투명목재의 투명도 측정
제조예에서 제조된 투명목재의 파장이 300 내지 800 ㎚인 범위에서 평균 광투과도를 UV-vis로 측정하고 그 결과를 표 2로 나타내었다.
| 인장강도(MPa) | 인장변형률(%) | 광투과도(%) | |
| 제조예 1 | 17.1 | 2.4 | 84 |
| 제조예 2 | 17.2 | 2.3 | 83 |
| 제조예 3 | 16.1 | 1.3 | 81 |
| 제조예 4 | 16.9 | 1.1 | 59 |
| 제조예 5 | 17.0 | 1.6 | 75 |
| 제조예 6 | 16.5 | 1.8 | 73 |
| 제조예 7 | 16.3 | 1.9 | 76 |
| 제조예 8 | 16.4 | 1.7 | 74 |
| 제조예 9 | 16.2 | 0.5 | 56 |
| 제조예 10 | 16.4 | 0.7 | 81 |
| balsa wood | 16.0 | 0.002 | - |
표 2를 참고하면, 제조예 1 및 2에서 제조된 투명목재의 인장강도가 가장 높으며, 인장 변형률 또한 가장 우수한 것을 확인할 수 있다. 목재의 과산화수소 처리단계에서 과산화수소를 과량 첨가하는 경우 셀룰로오스 구조체 일부 손상에 의한 인장강도 및 인장변형률의 저하가 발생하며, 과산화수소를 소량 첨가하는 경우 충분한 표백이 일어나지 않아 광투과도의 현저한 저하가 발생함을 확인할 수 있다. 또한, 단량체 1 및 단량체 2의 비율이 적정범위를 넘어서거나, 단량체 1 또는 단량체 2만이 첨가된 제조예 5 내지 8의 경우, 하이드록시 아크릴 단량체에 의한 셀룰로오스 구조체와의 결착력이 부족하거나, 지나치게 결착력이 낮아 인장변형률 및 인장강도의 저하를 유발함을 확인할 수 있다. 아크릴 수지가 소량 포함된 제조예 9의 경우, 셀룰로오스 구조체 사이에 아크릴 수지가 충분히 충진되지 못하여 물성 저하를 일으킬 뿐만 아니라 광투과도의 현저한 저하를 유발하며, 아크릴수지가 다량 충진된 제조예 10의 경우 아크릴 수지만 경화한 경우 대비 물성 향상을 나타내기 어려운 문제점이 있다.
제조된 투명목재의 굴곡강도 확인
제조예 1에서 제조된 시편과 제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 셀룰로오스 구조체 없이 아크릴 수지만을 경화하여 제조한 아크릴 시편의 굴곡강도를 각각 측정하고 그 결과를 표 2로 나타내었다.
측정된 시편은 길이 100 ㎜, 가로 10 ㎜ 두께 3 ㎜인 것을 이용하여, 만능재료시험기로 측정하였다.
| 제조예 1 | 아크릴 시편 | |
| 굴곡강도(MPa) | 29 | 41 |
표 3의 결과를 참고하면, 아크릴 시편 대피 아크릴 투명목재의 굴곡강도가 낮은 것을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 아크릴 만으로 제조된 시편 대비 아크릴 투명목재의 유연성이 향상된 것을 확인할 수 있다.
Claims (13)
- 염기 및 아황산염을 포함하는 처리용액으로 목재를 처리하는 제 1단계;
상기 처리용액으로 처리된 목재를 과산화수소수로 처리하는 제 2단계;
상기 과산화수소수로 처리된 목재를 아크릴 충진 조성물에 함침하는 제 3단계; 및
아크릴 충진 조성물을 경화하는 제 4단계;를 포함하는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 과산화수소 수용액에 포함된 과산화수소 : 물의 중량비는 1:1 내지 5인 것을 특징으로 하는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 아크릴 투명목재에서 목재 : 아크릴 수지의 중량비는 1:3 내지 7인 것을 특징으로 하는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 아황산염 : 염기의 몰비는 1:3 내지 10인 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1단계는 1 내지 60시간 동안 수행되는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1단계 후 제 2단계 전 목재에서 염기 및 염을 제거하는 세척단계를 더 포함하는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2단계는 10분 내지 120분간 수행되는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 아크릴 투명목재는 파장이 300 내지 800 ㎚인 범위에서 광투과도가 80% 이상인 것을 특징으로 하는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 아크릴 투명목재는 인장강도가 17MPa 이상인 것을 특징으로 하는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 아크릴 충진 조성물은 하이드록시기를 포함하는 하이드록시 아크릴 단량체 및 고굴절 아크릴 단량체를 포함하는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 10항에 있어서,
상기 하이드록시 아크릴 단량체는 2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 메타아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 및 2-하이드록시프로필아크릴레이트에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함하는 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 10항에 있어서,
상기 하이드록시 아크릴 단량체 : 고굴절 아크릴 단량체의 몰비는 1:0.7 내지 1.4인 아크릴 투명목재 제조방법. - 제 1항 내지 제 12항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 아크릴 투명목재.
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| KR20230172767A (ko) | 2022-06-16 | 2023-12-26 | 공주대학교 산학협력단 | 가변적 투명도를 갖는 투명목재 제조방법 및 가변적 투명도를 갖는 투명목재 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20140032131A (ko) | 2012-09-06 | 2014-03-14 | (주)엘지하우시스 | 투명 표면층을 갖는 목재 플라스틱 복합재 |
| WO2018182497A1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | Cellutech Ab | Transparent wood and a method for its preparation |
-
2019
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