KR20210098040A

KR20210098040A - 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법 및 이에 의해 제조되는 목재패널

Info

Publication number: KR20210098040A
Application number: KR1020200011733A
Authority: KR
Inventors: 강석구; 양승민; 김준호
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-08-10
Also published as: KR102356562B1

Abstract

본 발명에 따른 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법은 S1) 목재패널에 대해 열압착롤러 또는 열판프레스로 압축하여 상기 목재패널 전체에 대해 그 두께를 감소시키는 단계; S2) 상기 S1)단계 이후에 두께가 감소된 상기 목재패널의 표면에 수지 또는 도료를 도포하는 단계; S3) 상기 S2)단계 이후에 스프링백에 의해 상기 목재패널을 두께방향으로 팽창시키는 단계; 및 S4) 상기 목재패널을 건조시켜 상기 목재패널의 표면에 도포된 수지 또는 도료를 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법 및 이에 의해 제조되는 목재패널{Surface modifying method of wood panel with high function by thermocompression and wood panel manufactured by the same method}

본 발명은 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법 및 이에 의해 제조되는 목재패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목재패널의 표면을 내후성, 내마모성, 고강도 등의 고기능성을 가지도록 하기 위해 표면 열압착방법에 의한 고기능성 표면개질방법 및 이에 의해 제조되는 목재패널에 관한 것이다.

일반적으로 건축용 내, 외장재로서 천연재질에 대한 소비자 선호도와 천연질감에 의한 미관의 우수성 등으로 천연목재가 많이 사용되고 있다. 그러나, 이와 같이 건축용 내, 외장재로 사용되는 천연목재는 습기에 취약하여 뒤틀림이나 들뜸 현상이 발생할 수 있고, 습기에 장시간 노출시 잘 썩는 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제점을 보완하기 위해 목재의 표면에 내후성, 내습성의 도료로 마감을 하여 가구 및 건축 내,외장재로 사용되어왔다. 그런데, 이러한 도장 마감 목재는 시간이 경과됨에 따라 자외선에 의해 변색을 유발할 뿐만 아니라 도료의 내구성의 한계성으로 인해 표면의 내구성을 기대할 수 없다.

또한, 상기와 같은 천연목재가 가지는 단점을 개선하기 위해 많은 ① 목재의 다공성구조를 이용한 공극내에 합성수지등을 주입하는 방법에 의한 개질처리와 ② 목분과 플라스틱을 서로 혼합해서 목재의 단점을 개선을 도모하는 새로운 개념의 복합재료의 사용이 많이 활용 되고 있다. 그러나 이러한 방법들은 모두 고가의 장비와 복잡한 공정으로 인해 양산화 하기에는 가격적인 부분에 무리가 있어 활성화된 기술의 보급을 기대하기는 어렵다.

플라스틱을 혼합하는 방법의 우드플라스틱복합체(Wood Plastic Composite)의 경우에는 플라스틱의 장점과 천연목재의 상호간의 장단점을 보완한 대체 재료로써 건축용 내, 외장재로의 사용이 증가되고 있다.

하지만, 우드플라스틱복합체는 이러한 특성으로 그 이용이 확산되면서 장기적인 관점으로 판단할 때 폐기처리상의 환경적 문제가 대두되고 있다. 즉, 용도 파기 이후에 폐기의 어려움이 나타나 많은 사회적 문제점으로 야기되고 있다.

목재의 다공성구조를 이용한 기능성첨가제의 주입처리방법은 목재에 여러 가지 물질을 주입하여 치수안정성을 높이거나 기계적 및 물리적 성질을 증가시키고 전기절연성을 부여하는 등 개질에 대한 연구가 오래 전부터 이루어져 왔다.

이 방법에 의한 복합재료는 처리하는 물질에 따라 목재-플라스틱복합체(wood-plastic combination ; WPC, wood polymer composite), P.E.G.처리재(polyethylene glycol treatment), 페놀수지처리재(phenolic resin treatment ; impreg, compreg) 및 기타 합성수지처리재, 금속화목재(metalized wood) 등으로 구별할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 목재패널의 표면을 내후성, 내마모성, 고강도 등의 고기능성을 가지도록 하는 기술로 표면 열압착방법에 의한 고기능성 표면개질방법 및 이에 의해 제조되는 목재패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법은 S1) 목재패널(10)에 대해 열압착롤러(30) 또는 열판프레스로 압축하여 상기 목재패널(10) 전체에 대해 그 두께를 감소시키는 단계; S2) 상기 S1)단계 이후에 두께가 감소된 상기 목재패널(10)의 표면에 수지 또는 도료(55)를 도포하는 단계; S3) 상기 S2)단계 이후에 스프링백에 의해 상기 목재패널(10)을 두께방향으로 팽창시키는 단계; 및 S4) 상기 목재패널(10)을 건조시켜 상기 목재패널(10)의 표면에 도포된 수지 또는 도료(55)를 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 S1) 단계 전에 표면개질할 목재패널(10)의 표면을 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 S1) 단계 후 상기 S2) 단계 전에 외주면에 다수의 침이 일정 간격으로 형성되는 롤러를 이용하여 표면개질할 상기 목재패널(10)의 표면에 다수의 침상의 미세홈을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 S1)단계에서 내부에 열선이 내장된 열압착롤러(30)로 상기 목재패널(10)의 표면을 가열하면서 압축하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열압착롤러(30)은 상기 목재패널(10)의 상하측에 각각 배치되고, 상하측 열압착롤러(30)의 간격은 상기 목재패널(10)의 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목재패널(10)의 상하측에 다수의 열압착롤러(30)이 배치되고, 상하측 열압착롤러(30)의 간격은 상기 목재패널(10)의 진행방향을 따라 점차 작아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 S2)단계에서 롤코터(50)을 이용하여 상기 목재패널(10)의 표면에 수지 또는 도료(55)를 도포하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 롤코터(50)은 상기 목재패널(10)의 상하측에 배치되어 상기 목재패널(10)의 상하측 표면을 동시에 도포하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 S2) 단계 후 상기 S3) 단계 전에 도포된 수지 또는 도료의 표면침투를 위해 상기 목재패널(10)을 상하측 롤러 사이로 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 목재패널에서 내후성, 내마모성, 고강도 등의 고기능성을 가지도록 하는 표면개질방법 및 이에 의해 제조되는 목재패널이 제공된다.

도1은 본 발명에 따른 목재패널의 표면개질방법에서 목재패널의 예열공정을 도시한 도면이고,
도2는 본 발명에서 목재패널을 상하측 열압착롤러 사이로 이동시켜 두께를 감소시키는 공정을 도시한 도면이며,
도3은 본 발명에서 목재패널의 표면에 침상의 미세홈을 형성하는 공정을 도시한 도면이고,
도4는 본 발명에서 목재패널의 표면에 수지 또는 도료를 도포하는 공정을 도시한 도면이며,
도5는 본 발명에서 도포 공정에 의해 목재패널의 표면에 수지 또는 도료가 도포된 상태를 도시한 도면이고,
도6은 본 발명에서 표면침투촉진을 위해 롤러 사이로 목재패널을 통과시키는 공정을 도시한 도면이며,
도7은 도6에 도시된 공정 후 목재패널의 표면을 도시한 도면이고,
도8은 본 발명에서 목재패널의 건조 및 경화공정을 도시한 도면이며,
도9는 도8에 도시된 공정 후 표면개질이 완료된 목재패널의 표면을 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법 및 이에 의해 제조되는 목재패널을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법은 표면개질할 목재패널(10)의 표면을 예열하는 단계; 상기 목재패널(10)의 표면에 대해 열압착롤러(30) 또는 열판프레스로 압축하여 상기 목재패널(10) 전체에 대해 그 두께를 감소시키는 단계; 두께가 감소된 상기 목재패널(10)의 표면에 수지 또는 도료(55)를 도포하는 단계; 스프링백에 의해 상기 목재패널(10)을 두께방향으로 팽창시키는 단계; 및 상기 목재패널(10)을 건조시켜 상기 목재패널(10)의 표면에 도포된 수지 또는 도료(55)를 경화시키는 단계;를 포함하여 이루어진다. 이하에서는 각 단계별로 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 먼저 도1에 도시된 바와 같이 목재패널(10)을 예열하는 공정을 수행한다. 본 발명에서 목재패널(10)은 원목 또는 베니어를 길이방향을 따라 일정 두께로 절단하여 일반적으로 판재 형태로 가공한 것을 말하고, 0.3mm이상 1mm미만 두께의 베니어와 1mm 이상~ 30mm이하의 단판을 접착한 목질 패널을 포함한다. 사용되는 베니어, 단판 그리고 원목의 수종으로는 일반적으로 사용되는 참나무류(갈참나무, 굴참나무, 신갈나무, 떡갈나무, 상수리나무, 졸참나무 등) 및 아카시나무, 자작나무 등의 활엽수를 주로 사용하나, 침엽수(소나무류/편백/삼나무등) 또한 사용할 수 있고, 소나무 재선충피해목과 참나무시들병과 같은 병충해피해목도 사용가능하다.

본 단계에서는 이러한 목재패널(10)을 EB (Electro beam ,전자선빔) 또는 UV건조기(자외선건조기, 20), IR HEATER를 이용하여 수지 및 도료가 온도차에 의해 피도물에 흡수를 촉진하기 위해서 목재패널(10)을 예열한다. 구체적으로 이때 사용되는 예열장치로는 EB조사기 또는 UV(Ultraviolet rays) 램프를 이용하여 목재패널(10)을 예열하고, 예열온도는 피도물의 표면온도 기준으로 약 50~100℃로 예열한다. 본 실시예에서는 주로 EB 또는 UV건조기(20)로 예열하였으나, 다른 예로서 히터 및 열풍 등을 이용할 수도 있다.

그 다음, 목재패널(10)을 열압착롤러(30) 또는 열판프레스로 열압착하여 목재패널(10) 전체에 대해 두께를 감소시키는 단계를 수행한다.

도2를 참조하여 본 단계를 수행하기 위한 가공설비에 대해 설명하면 목재패널(10)이 이송되는 다수개의 이송롤러(미도시)가 목재패널(10)의 이송방향을 따라 배치되고, 이송롤러의 우측에는 목재패널(10)의 상하측에 열압착롤러(30)가 배치된다.

열압착롤러(30)는 목재패널(10)을 가열함과 동시에 목재패널(10)을 압축하여 두께를 감소시키기 위한 것으로, 각 열압착롤러(30)의 길이방향의 폭은 목재패널(10)의 폭과 동일하거나 더 크게 형성된다. 본 실시예에서는 목재패널(10)의 진행방향을 따라 목재패널(10)의 상하측에 각각 3개의 열압착롤러(30)이 배치된다. 그리고 상측 회전축에 결합되는 열압착롤러(30)의 수직방향의 직하방에 하측 열압착롤러(30)가 각각 배치되고, 상하측 열압착롤러(30) 사이의 간격은 목재패널(10)의 두께보다 작게 형성되는데, 목재패널(10)의 진행방향을 따라 상하측 열압착롤러(30) 사이의 간격이 점차 작아져서 최종 열압착롤러(30) 사이의 간격이 제일 작게 형성된다.

그리고, 열압착롤러(30)의 외주면 안쪽에는 전체 둘레방향을 따라 열선이 내장되고, 열압착롤러(30)이 결합되는 상하측 회전축에는 미도시된 구동모터가 결합되어 상하측 회전축을 각각 회전시키게 된다.

이와 같이 구성되는 가공설비에서 이송컨베이어상에 하나의 목재패널(피도물)(10)이 배치되면 구동원리에 따라 목재패널(10)은 상하측 열압착롤러(30) 사이로 이동한다.

그러면, 열압착롤러(30)에 의해 목재패널(10)이 가열되면서 목재패널(10)의 두께(T)보다 작은 간격을 가지는 상하측 열압착롤러(30) 사이를 목재패널(10)이 통과하면서 점차 압축되어 통과 후 목재패널의 두께(t)는 통과 전 두께(T)보다 작게 되고 목재패널(10)의 전체 면적에 대해 그 두께가 감소하게 된다.

한편, 본 단계에서는 도시된 열압착롤러(30) 대신에 열판프레스를 이용할 수 있다. 열판프레스를 이용할 경우 동시에 압축하는 면적이 넓어져서 보다 안정적으로 압축되고 그 두께가 보다 균일하게 압축되는 장점이 있다.

이와 같이 열압착롤러(30)에 의해 목재패널(10)의 두께를 감소시킨 후 도3에 도시된 바와 같이 외주면에 다수의 침이 일정 간격으로 형성되는 롤러(40)를 이용하여 표면개질할 목재패널(10)의 표면에 다수의 침상의 미세홈(41)을 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 목재패널(10)의 상하측에 상기와 같은 롤러(40)를 배치하여 목재패널(10)의 상하측 표면에 침상의 미세한 홈(41)을 형성시키는 공정을 실시한다. 이와 같이 목재패널(10)의 표면에 침상의 미세홈(41)을 형성함으로써 후술하는 도포공정에서 수지 또는 도료(55)가 목재패널(10)의 표면으로부터 용이하게 침투할 수 있도록 한다.

그 다음에는 표면개질할 목재패널(10)의 표면에 수지 또는 도료(55)를 도포하는 공정을 수행한다(도4 참조). 본 단계에서 목재패널(10)의 표면에 도포되는 수지 또는 도료(55)는 목재패널(10)의 내후성, 내마모성, 고강도 등의 고기능성을 구현하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 롤코터(Roll Coater, 50)을 이용하여 목재패널(10)의 표면에 용융된 수지 또는 도료(55)를 도포한다.

목재패널(10)의 표면에 도포되는 수지 또는 도료(55)의 종류는 내후성, 내마모성, 고강도 등의 고기능성 수지 또는 도료(55)로서 그 구체적인 종류는 표면의 밀도를 높이기 위한 침투성 수지로서 우레탄, 아크릴, 불포화폴리에스테르, 에폭시계 등 UV경화형 도료와 내마모도증진을 위한 알미늄옥사이드, 나노실리카 등 무기계첨가제를 포함한 수지 및 도료, 내후성 증진을 위한 무황변성 도료 및 수성스테인, 유성도료 등이다.

도4에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 목재패널(10)에 롤코터(50)을 배치하고 도포될 수지 또는 도료(55)가 롤코터(50)의 외주면을 따라 이동하면서 목재패널(10)의 표면에 도포되도록 한다.

본 공정에서는 한쪽 표면에만 롤코터(50)을 배치하여 한쪽 표면만 수지 또는 도료(55)를 도포할 수도 있고, 상하측 롤코터(50)에 의해 상하측 표면에 동시에 수지 또는 도료(55)를 도포할 수도 있다. 도5는 목재패널의 표면에 수지 또는 도료가 도포된 상태를 확대하여 도시한 도면이다.

도포공정 후에는 도6에 도시된 바와 같이 목재패널(10)의 표면에 도포된 수지 또는 도료(55)의 표면침투를 촉진하기 위해 상하측 롤러(60) 사이로 이동시킨다. 도7은 상하측 롤러(60) 사이로 목재패널(10)을 통과시켜 도포된 수지 또는 도료가 표면에서 침투된 상태를 도시한 도면이다.

상기와 같은 공정 후에는 목재패널(10)에는 두께방향으로 스프링백(Spring back)원리에 의해 다시 복원하려는 힘이 작용하게 된다.

본 발명에서는 전술한 바와 같이 목재패널(10)을 압축하면 그 내부의 공극율이 작아지게 되고 상대적으로 흡수에 의한 팽창율이 커지게 되며 팽창력이 목재패널(10) 내부에서 섬유간 접착층을 파괴하여 추가적인 팽윤인 스프링백(springback)을 일으키게 된다.

따라서, 압축 공정 후 목재패널(10)의 두께(t)보다 스프링백에 의한 팽창에 의해 두께가 증가하게 된다. 이 스프링백에 의한 팽창과 동시에 표면에 도포된 수지 또는 도료(55)가 표면부에서 파괴된 공극벽을 통해 공극을 채우면서 목재패널(10)의 표면으로부터 더 깊이 침투하게 된다.

그 다음 목재패널(10)을 건조시켜 목재패널(10)의 표면에 도포된 수지 또는 도료(55)를 경화시키는 공정을 수행한다(도8 참조). 본 단계에서는 자외선 램프에 의한 UV건조기(70) 또는 열풍건조에 의해 건조시켜 도포된 수지 또는 도료(55)를 경화시킨다.

도9는 표면개질이 완료된 목재패널을 확대하여 도시한 도면이다.

종래 도장 마감 목재는 시간이 경과됨에 따라 자외선에 의해 변색을 유발할 뿐만 아니라 도료의 내구성 한계로 인해 표면의 내구성을 기대할 수 없었으나, 본 발명에서는 전술한 바와 같은 구성으로 두께방향으로 팽창하면서 고기능성 수지 또는 도료(55)가 표면으로부터 더 깊이 침투하여 목재패널(10)의 표면을 개질함으로써 내구성이 향상되고 내후성, 내마모성, 고강도 등의 고기능성을 구현할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

10 : 목재패널 21 : 회전축
30 : 열압착롤러 40 : 롤러
50 : 롤코터 55 : 수지 또는 도료

Claims

S1) 목재패널(10)에 대해 열압착롤러(30) 또는 열판프레스로 압축하여 상기 목재패널(10) 전체에 대해 그 두께를 감소시키는 단계;
S2) 상기 S1)단계 이후에 두께가 감소된 상기 목재패널(10)의 표면에 수지 또는 도료(55)를 도포하는 단계;
S3) 상기 S2)단계 이후에 스프링백에 의해 상기 목재패널(10)을 두께방향으로 팽창시키는 단계; 및
S4) 상기 목재패널(10)을 건조시켜 상기 목재패널(10)의 표면에 도포된 수지 또는 도료(55)를 경화시키는 단계;를 포함하는 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법.
제1항에 있어서,
상기 S1) 단계 전에 표면개질할 목재패널(10)의 표면을 예열하는 단계를 더 포함하는 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법.
제2항에 있어서,
상기 S1) 단계 후 상기 S2) 단계 전에 외주면에 다수의 침이 일정 간격으로 형성되는 롤러(40)를 이용하여 표면개질할 상기 목재패널(10)의 표면에 다수의 침상의 미세홈(41)을 형성하는 단계를 더 포함하는 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법.
제1항에 있어서,
상기 S1)단계에서 내부에 열선이 내장된 열압착롤러(30)로 상기 목재패널(10)의 표면을 가열하면서 압축하는 것을 특징으로 하는 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법.
제4항에 있어서,
상기 열압착롤러(30)은 상기 목재패널(10)의 상하측에 각각 배치되고, 상하측 열압착롤러(30)의 간격은 상기 목재패널(10)의 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법.
제5항에 있어서,
상기 목재패널(10)의 상하측에 다수의 열압착롤러(30)이 배치되고, 상하측 열압착롤러(30)의 간격은 상기 목재패널(10)의 진행방향을 따라 점차 작아지는 것을 특징으로 하는 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법.
제1항에 있어서,
상기 S2)단계에서 롤코터(50)을 이용하여 상기 목재패널(10)의 표면에 수지 또는 도료(55)를 도포하는 것을 특징으로 하는 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법.
제7항에 있어서,
상기 롤코터(50)은 상기 목재패널(10)의 상하측에 배치되어 상기 목재패널(10)의 상하측 표면을 동시에 도포하는 것을 특징으로 하는 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법.
제1항에 있어서,
상기 S2) 단계 후 상기 S3) 단계 전에 도포된 수지 또는 도료(55)의 표면침투를 위해 상기 목재패널(10)을 상하측 롤러(60) 사이로 통과시키는 단계를 더 포함하는 열압착방법에 의한 목재패널의 고기능성 표면개질방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 목재패널.