KR20220103525A

KR20220103525A - 친환경 인조목재 조성물

Info

Publication number: KR20220103525A
Application number: KR1020210006248A
Authority: KR
Inventors: 강민제
Original assignee: 우신머티리얼(주)
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-07-22
Also published as: KR102502407B1

Abstract

본 발명은 목분 100 중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30~100 중량부, 이오노머 0.1~5 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 3~20 중량부, 아크릴계 코어-쉘 고무 0.1~10 중량부를 포함하는 친환경 인조목재 조성물에 관한 것이다.

Description

친환경 인조목재 조성물 {ECO-FRIENDLY SYNTHETIC WOOD COMPOSITES}

본 발명은 친환경 인조 목재 조성물에 관한 것이다.

최근, 원목에 대한 소비자의 선호도 증가와 천연 질감에 의한 미관이 향상의 이유로, 마루판, 문짝, 문틀, 창틀, 창문 틀, 휀스, 데크와 같은 건축용 자재로 천연 목재가 사용되고 있다. 그러나, 천연 목재를 사용한 건축물의 내, 외장재는 목재의 벌목에 따른 산림 훼손의 문제점과 화재 발생에 취약한 문제점을 가지고 있으며, 특히 목재의 고유 물성에 의한 내수성, 내열성, 내충격성, 휨강도, 치수안정성, 내후성 물성이 저하되어 건축물의 내, 외장재로 사용이 곤란한 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 일본 특허공표 2008-528792 A(2008.07.31)에서는 복합 재료 조성물이 소개되어 있다. 상기 복합 재료 조성물은 목분을 주로 폴리염화비닐(PVC)과 같은 열가소성 폴리머 및 상용화제를 포함하는 조성물을 이용하여 목재와의 복합화를 이용하고 있다. 이러한 복합 재료 조성물은 천연 목재에 비하여 내수성과 내열성, 내충격성, 휨강도, 치수안정성, 내후성 물성이 향상되며, 가격이 저렴한 목분의 함유로 제조원가가 절감된다. 하지만, 목분과 함께 사용된 PVC 수지는 가공성을 높이기 위해 프탈레이트계 가소제 및 중금속 등이 함유된 안정제를 사용함으로써 환경유해 논란이 붉어지고 있다. PVC에 함유되는 가소제는 본체와 결합되지 않고 떠 있는 상태로 존재하기 때문에 작은 충격에도 용출되기 쉽다. 유럽이나 미국 등 선진국에서는 가소제가 간이나 신장에 암을 유발하고 다른 장기에도 유해한 영향을 미칠 수 있다고 하여 가소제가 포함된 PVC 재질의 유아용 완구에 대한 판매 금지 또는 제품 회수 등의 안전 조치를 취하고 있다. 또한, PVC 합성 목재는 옥외에 설치 시 햇볕 등에 노출되는 경우 열변형, 변색, 수지의 광분해 등의 내후성 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 PVC 합성 목재가 가지는 결점을 보완하고자 하는 시도가 계속되고 있다.

이에 PVC 수지를 사용함에 따른 문제점을 개선할 수 있는 새로운 친환경 건축소재, 특히 친환경 인조목재 조성물이 요구되는 실정이다.

일본 공표특허공보 특표2008-528792(2008.07.31)

본 발명은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 목분, 폴리올레핀계 수지, 이오노머, 에틸렌비닐아세테이트, 아크릴계 코어-쉘 고무를 포함하여 혼화성이 좋고, 뛰어난 굴곡 특성 및 충격 강도를 구현하는 친환경적인 인조목재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 마스터 배치법을 사용하지 않고 직접 블랜드에도 우수한 물성을 구현할 수 있어, 공정이 단순한고 생산성이 향상될 수 있는 친환경 인조목재 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30~100 중량부, 이오노머 0.1~5 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 3~20 중량부, 아크릴계 코어-쉘 고무 0.1~10 중량부를 포함하는 친환경 인조목재 조성물을 포함한다.

본 발명의 일 양태로서, 상기 목분은 함수율이 2% 미만인 것일 수 있다.

본 발명의 일 양태로서, 상기 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌/α-올레핀 공중합체, 에틸렌/프로필렌/디엔 모노머 3원 공중합체, 폴리프로필렌 단독 중합체 및 폴리프로필렌 공중합체 중 2종 이상을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 양태로서, 상기 이오노머는 카르복실산 또는 말레인산으로 개질된 에틸렌 공중합체의 산부분이 양이온으로 중화된 것일 수 있다.

본 발명의 일 양태로서, 상기 에틸렌비닐아세테이트의 비닐아세테이트기(VA)가 50% 이상인 것일 수 있다.

본 발명의 일 양태로서, 목분 100 중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30~100 중량부, 이오노머 0.1~5 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 3~20 중량부, 아크릴계 코어-쉘 고무 0.1~10 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및

상기 혼합물을 150 내지 250°의 온도로 압출하는 단계; 를 포함하여 제조될 수 있다.

본 발명의 친환경 인조 목재 조성물은 우수한 심미감을 달성하고, 기계적 물성이 및 내구성이 우수한 효과가 있다. 또한, 마스터배치를 사용하지 않고도 분산성 및 혼화성이 우수하여 직접 블렌드로 제조시에도 우수한 물성을 구현할 수 있다. 따라서 단순한 공정으로 제조할 수 있어 생산성이 향상되고, 마스터배치를 이용할 때 발생할 수 있는 수지 열화 등의 문제점을 방지할 수 있는 효과를 구현할 수 있다.

이하 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 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. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다

또한, 본 발명은 목분 100 중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30~100 중량부, 이오노머 0.1~5 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 3~20 중량부, 아크릴계 코어-쉘 고무 0.1~10 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 150 내지 250°의 온도로 압출하는 단계;를 포함하는 친환경 인조목재 제조방법에 관한 것이다.

이하는 본 발명의 각 구성에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

상기 목분의 종류는 제한되지는 않으나, 폐목이나 자투리 목재 및 경제성이 없는 잡목 등을 이용할 수 있다. 상기 목분은 활엽교목, 침엽교목을 이용할 수 있다. 활엽교목의 일 예로는 박달나무, 단풍나무, 상수리나무, 오갈피나무, 옻나무, 떡갈나무, 물푸레나무, 오리나무, 피나무 등을 이용할 수 있다. 그리고 침엽교목의 일 예로는 편백나무, 삼나무, 구상나무, 화백나무, 소나무, 잣나무, 젓나무 등을 이용할 수 있다. 상기 목분은 다량의 수분을 자연상태에서 함유하고 있기 때문에 수분을 제거하기 위한 건조 과정을 거치는 것이 바람직하다.

상기 목분의 함수율은 5% 미만일 수 있고, 바람직하게는 3% 미만, 더 바람직하게는 1% 미만일 수 있다. 상기 범위의 함수율에서 폴리올레핀 수지, 에틸렌비닐아세테이트 및 이오노머와 더욱 잘 혼합되어 우수한 상용성을 구현할 수 있다.

상기 목재의 평균 입경은 50 내지 200 mesh일 수 있고, 바람직하게는 60 내지 170 mesh일 수 있다. 상기 목재의 입경 범위에서 인조 목재 조성물의 혼합성이 향상되고, 강도를 향상시키는 점에서 더욱 바람직하다.

상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌/α-올레핀 공중합체, 에틸렌/프로필렌/디엔 모노머 3원 공중합체, 폴리프로필렌 단독 중합체 및 폴리프로필렌 공중합체 중 2종 이상을 포함하는 것일 수 있다.

상기 폴리에틸렌 공중합체는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 선형 저밀도폴리에틸렌(LLDPE)을 포함할 수 있고, 바람직하게는 선형 저밀도폴리에틸렌(LLDPE)일 수 있다.

상기 폴리올레핀계 수지는 바람직하게는 선형 저밀도폴리에틸렌(LLDPE)와 폴리프로필렌 공중합체를 혼합하여 사용하는 것이 목적으로 하는 이오노머 및 에틸렌비닐아세테이트와의 혼화성이 더욱 향상되어 마스터배치 없이도 목재의 분산성이 더욱 향상되는 조성물을 제공할 수 있는 점에서 더욱 바람직한 것일 수 있다.

상기 폴리올레핀계 수지는 상기 목분 100 중량부에 대하여 20 내지 150 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 30 내지 100 중량부로 포함될 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지의 범위에서 상기 인조 목재 조성물 제조에서의 혼화성 및 내구성 등을 향상시킬 수 있는 점에서 더욱 우수하다.

상기 폴리올레핀계 수지가 선형 저밀도폴리에틸렌(LLDPE)와 폴리프로필렌 공중합체를 포함하는 경우, 상기 선형 저밀도폴리에틸렌(LLDPE)와 상기 폴리프로필렌 공중합체는 목분 100 중량부에 대하여 각각 10 내지 80 중량부, 10 내지 70 중량부로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서 선형 저밀도폴리에틸렌의 유연성, 투명성, 내충격성을 유지하면서도 폴리프로필렌의 내열성, 인장강도 등을 동시에 구현할 수 있어 우수하다.

상기 이오노머는 에틸렌 공중합체가 카르복실산 또는 말레인산으로 개질된 것의 산부분이 양이온으로 중화된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 이오노머는 바람직하게는 에틸렌-불포화 카르복실산 공중합체의 카르복실기의 적어도 일부를 금속 양이온으로 중화시켜서 얻어진 것이며, 상기 공중합체는 금속 양이온에 의하여 이온적으로 가교될 수 있다. 구체적으로, 이오노머 중의 카르복실산기는 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 금속 양이온에 의하여 이온화될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 양이온은 1가, 2가, 3가, 다가, 또는 이들의 2개 이상의 조합으로 할 수 있다. 예로서는 Li, Na, K, Ag, Hg, Cu, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Sn, Pb, Fe, Co, Zn, Ni, Al, Sc, Hf, Ti, Zr, Ce 및 이들의 2개 이상의 조합을 들 수 있다. 금속 이온이 다가의 경우, 미국 특허 제 3,404, 134 호 명세서에 개시되어 있도록, 스테아린산기, 올레산기, 살리실산기 및 페놀레이트기 등의 착화제를 포함할 수 있다. 자주 사용되는 것으로서는 Na, Zn 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 상기 이오노머는 이온 가교 결합을 형성하고, 상기 이온 가교 결합의 형성에 따라 상기 인조 목재 조성물의 강도는 현저하게 증가할 수 있다. 상기 이오노머의 상업화된 예로는 DuPont사의 Surlyn 시리즈 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 이오노머는 목분 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.

상기 이오노머는 상기 인조 목재 조성물의 물성을 저하시키지 않고 목분의 분산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이후 추가로 첨가될 수 있는 다양한 첨가제의 기능을 확보하면서도, 상기 이오노머를 포함함으로써, 상기 인조 목재 조성물의 혼화성이 향상될 수 있다.

상기 에틸렌비닐아세테이트는 비닐아세테이트기(VA)가 40% 이상인 것일 수 있고, 바람직하게는 50% 이상일 수 있다. 상기 에틸렌비닐아세테이트의 비닐아세테이트기(VA)의 함량이 증가할수록 극성이 증대되어 이오노머 수지 및 목분과의 혼련성이 증대되고, 전체적으로 인조 목재 조성물의 혼화성이 증가하고, 접착성이 증대된다.

상기 에틸렌비닐아세테이트는 목분 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부, 바람직하게는 3 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 조성물의 혼화성이 향상되어 바람직하다.

상기 아크릴계 코어-쉘 고무는 아크릴계 고무(고무질 중합체)의 코어(core) 구조에 비닐 단랑체가 그라프트 공중합되어 쉘(shell)을 형성한 것이다. 상기 코어는 아크릴레이트계 고무를 중합하여 고무질 중합체의 코어를 제조하고, 스티렌, α-메틸스티렌, 할로겐 또는 알킬 치환 스티렌, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, C1-C8의 메타크릴산 알킬에스테르류, C1-C8의 아크릴산 알킬 에스테르류, 무수말레인산, 및 C1-C4의 알킬 또는 페닐 핵치환 말레이미드와 같은 불포화 화합물 중 1종 이상의 단량체를 고무질 중합체에 그라프트 공중합시켜 제조할 수 있다. 여기서, 전체 그라프트 공중합체 100 중량% 중 고무(코어)의 함량은 30 내지 90 중량%일 수 있다.

상기 아크릴레이트계 고무는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 헥실메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트 등의 아크릴레이트 단량체로부터 제조(중합)될 수 있으며, 이때 경화제는 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디메타크릴레이트 또는 1,4-부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 알릴메타크릴레이트, 트리알릴시아누레이트 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 고무로는 폴리디메틸실록산/부틸아크릴레이트 고무(PDMS/BA) 등의 실리콘계-아크릴레이트계 고무를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

상기 쉘을 형성하는 비닐 단량체 중 상기 C1-C8의 메타크릴산 알킬 에스테르류 또는 C1-C8의 아크릴산 알킬 에스테르류는 각각 메타크릴산 또는 아크릴산의 에스테르류로서 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 모노히드릴 알코올로부터 제조된 에스테르류일 수 있으며, 예를 들면, 메타크릴산 메틸에스테르, 메타크릴산 에틸에스테르 또는 메타크릴산 프로필에스테르를 들 수 있으며, 구체적으로 메타크릴산 메틸에스테르(methylmethacrylate: MMA)를 예시할 수 있다.

상기 아크릴계 코어-쉘 고무는 목분 100 중량부에 대하여 0.1 내지 15 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 10중량부로 포함될 수 있다.

상기 아크릴계 코어-쉘 고무를 포함함으로써, 상기 인조목재 조성물의 표면에 미려한 광택이 형성되고, 인장신율, 굴곡특성, 내충격성 등의 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 아크릴계 코어-쉘 고무를 상술함 함량 범위로 첨가함으로써, 목분의 부분적으로 응집되는 것을 방지하고, 또한 혼련과정에서 목분이 파절되거나 하여, 부유물의 발생을 방지할 수 있는 점에서 더욱 우수하다.

상기 목분, 폴리올레핀계 수지, 아크릴계 코어-쉘 고무는 상기 이오노머와 에틸렌비닐아세테이트의 첨가에 의하여 분산성 및 혼화성이 향상되어, 전체적으로 인조 목재 조성물의 혼화성이 향상되고, 그에 따라 물성이 향상되는 효과가 있다. 상기 물성은 내충격성, 내후성 등과 같은 내구성, 광택 등의 심미감 향상 등을 포함한다.

본 발명에 따른 인조 목재 조성물은 필요에 따라, 본 발명이 목적하는 효과를 벗어나지 않는 범위 내에서 추가적인 성능 개선을 위한 통상적인 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 자외선(UV) 흡수제, 산화 방지제 및 활제 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 자외선 흡수제의 구체적인 예로는, 2-(2-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3-터셔리-부틸-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3,5-디터셔리-부틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 자외선 흡수제는, 합성 목재 총 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5.0 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부로 사용될 수 있으며, 이 경우, 합성 목재의 물성 저하 없이, 자외선 흡수제의 기능을 구현할 수 있어 바람직하다.

상기 산화 방지제로는, 페놀계, 인계 또는 황에스테르계 산화 방지제를 들 수 있으며, 이들은 단독으로 혹은 혼합 사용 가능하다. 상기 산화 방지제는 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5.0 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부로 사용될 수 있으며, 이 경우, 합성 목재의 물성 저하 없이, 산화 방지제의 기능을 구현할 수 있어 바람직하다.

상기 활제로는, 에틸렌비스스테아르아미드, 폴리에틸렌왁스, 징크스테아레이트, 마그네슘스테아레이트, 스테아린산 등이 사용 가능하며, 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5.0 중량부로 사용될 수 있으며, 이 경우, 합성 목재의 물성 저하 없이, 활제의 기능을 구현할 수 있어 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성 목재는, 전술한 폴리에스테르계 수지 및 목분을 포함함으로써, KS M ISO 178에 따른 굴곡 하중이 4,000 내지 10,000 N을 만족할 수 있으며, 상기 범위 내의 경우, 건축물의 내외장재로 사용하기 적합하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성 목재는, 전술한 폴리에스테르계 수지 및 목분을 포함함으로써, KS M ISO 179-1에 따른 충격 강도가 3.3 내지 10.0 kJ/m2을 만족할 수 있으며, 상기 범위 내의 경우, 건축물의 내외장재로 사용하기 적합하다.

상기 인조 목재 조성물은 혼화성이 우수하여 마스터배치법을 사용하지 않고도 직접 블렌드에 의해 우수한 물성을 구현하는 인조 목재를 제조할 수 있다.

저장 및 공급의 편리성을 위하여 상기 인조 목재 조성물은 마스터배치법을 이용하여 제조할 수도 있다.

한편, 본 발명은 인조목재의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 인조목재의 제조방법은, 목분 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 30~100 중량부, 이오노머 0.1~5 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 3~20 중량부, 아크릴계 코어-쉘 고무 0.1~10 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 150 내지 250°의 온도로 압출하는 단계; 를 포함한다.

상기 압출 단계에 있어서, 혼합물을 150 내지 250 ℃의 온도 조건 하에서 압출함으로써, 폴리에스테르 수지 및 목분의 물성 변화 없이 우수한 기계적 강도를 갖는 합성 목재를 제조할 수 있다. 상기 압출 공정이 150 ℃미만에서 수행되는 경우, 목분과의 상용성이 떨어져 물성이 저하될 수 있으며, 250 ℃를 초과하는 경우 목분이 타거나, 수지 자체가 열화하는 등의 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 압출 단계는 프로파일 압출 및 사출 설비를 이용하여 수행될 수 있으며, 이 때, 전술한 온도 범위는 압출 및 사출 설비의 설정 온도를 의미할 수 있다.

상술한 인조목재의 제조 방법에서 압출 단계는 사출 성형, 압축 성형, 오버 몰드 등의 방법을 포함할 수 있다. 상기 압출 단계로 상기 인조 목재 조성물로 형성된 펠렛, 슬래그, 로드, 로프, 시트 등의 형태로 구현되는 성형물 제조한 뒤 추가의 가열 가압 등의 열 성형 작업 등을 통하여 본 발명의 친환경 인조 목재를 제조할 수 도 있다.

본 발명의 인조목재의 제조방법에 사용되는 성분 및 함량비는 전술한 본 발명의 친환경 인조 목재 조성물에 포함되는 성분 및 함량비가 동일하게 적용될 수 있다.

상기 인조 목재는 천연 목재와 유사한 외관을 가질 수 있고 천연 목재와 동일하게 톱 당겨, 샌딩, 성형, 선삭, 고정 등의 처리를 할 수 있고, 또한, 천연 목재의 대체품으로서 예를 들면 주택의 내측 또는 외측의 장식 몰, 철도의 침목, 액자, 가구, 파우치 데크, 난간, 창몰, 창구성 부품, 도어 구성 부품, 지붕 설비, 사이딩, 또는 다른 종류의 구조 부재로서 사용될 수도 있다.

이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

[실험 방법]

1. 길이선열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion)

길이선열팽창계수 측정은 길이 50 mm의 시험편을 사용하여 KS M 3060에 따라, -30 에서 60 ℃의 온도범위에서 시험하고 아래 식에 의해 계산하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

길이선열팽창계수(a) = (L2- L1)/[L0(T2-T1)]

상기 식 중에서, L2, L1: 온도 T2, T1에서의 각 시험편의 길이이며, L0: 시험 전 온도 23℃±2℃상대습도 (66 ± 5)%에서 3일 이상 정치한 후 측정한 시험편의 길이이다.

2. 충격 강도

샤르피 충격강도 시험으로 KS M ISO 179-1에 따라 1호형 시험편을 사용하였으며, 수행 온도는 23℃±2℃에서 표준시험실시하여 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

3. 굴곡 하중

시험편의 길이는 600 mm로 하며, 시험편의 너비는 150 ± 10 mm를 넘지 않도록 하였다. 굴곡 최대 하중 시험방법은 KS M ISO 178에 따라 가압봉 및 지지대의 반경, 시험속도를 결정하고, 시험편을 거치하여 굴곡 최대 하중을 측정하였다. 시험면은 시공 시 노출면으로 하고 3개를 시험하여 평균값으로 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

4. 내후성시험

크세논 아크 램프식 내후성 시험법으로 KS B 5549법에 준하여 웨더-오-미터(weather-o-meter) 장치 및 크세논(xenon) 램프를 이용하여 63℃의 온도, 0.35W/㎡의 조도 및 50%의 습도의 조건하에서 200시간 변색도를 측정하여 조사 후의 색상과 조사 전의 색상차이(Δ로 측정하였으며, 그 결과를 하기 평가 기준에 따라 표 2에 나타내었다.

<평가 기준>

◎ : Δ

○ : 3≤Δ

△ : 5≤Δ

X : 8≤Δ

[실시예 1]

먼저 입경이 100 mesh의 목분을 85 ℃에서 5시간 동안 건조하여 수분 함수율이 1% 미만인 상태로 만들었다. 상기 목분(함수율 1% 미만) 100 중량부에 대하여 폴리프로필렌 40 중량부, LLDPE 20 중량부, 이오노머 1 중량부, EVA 10 중량부, 아크릴계 코어-쉘 고무 5 중량부를 혼합하고, 추가적인 성능 개선을 위해서 자외선 흡수제 2-(2-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸 0.2 중량부, 인계 산화방지제 0.2 중량부, 활제로는 폴리올레핀왁스 1 중량부를 첨가하여 혼합물을 제조하였다.

상기 혼합물을 20분 가량 배합하여 이축 압출기(Twin-screw extruder)에 투입하여 펠렛을 제조하였다. 압출 작업 온도 분포는 150 내지 250 ℃로 수행하였으며, 프로파일 압출을 통하여 펠렛형태의 인조 목재 샘플을 제조하였다.

상기 폴리올레핀계 수지로는 폴리프로필렌(롯데케미칼 Y120 PP)과 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE, 한화토탈 선형저밀도폴리에틸렌 R904U)을 사용하였다. 상기 이오노머로 에틸렌 메티아크릴산 공중합체의 아연 이오노머 (폴리(에틸렌-co-메타크릴산))을 사용하였다. 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA)로 비닐기 함량(VA)이 50 중량%인 것을 사용하였다. 상기 아크릴계 코어-쉘 고무로 코어가 폴리디메틸실록산/부틸아크릴레이트 고무(PDMS/BA)이고, 쉘이 메타크릴산 메틸에스테르(MMA)로부터 형성된 충격 보강제(제조사: MRC, 제품명: S-2001)를 사용하였다.

[실시예 2]

상기 목분(함수율 1% 미만) 100중량부에 대하여 폴리프로필렌 50중량부, LLDPE 20중량부, 이오노머 3중량부, EVA 15중량부, 아크릴계 코어-쉘 고무 10중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 인조 목재 샘플을 제조하였다.

[비교예 1]

상기 실시예 1의 폴리올레핀 수지 대신 폴리염화비닐(PVC, 텍사스주 휴스턴, 신텍크사)를 사용하고, 에틸렌비닐아세테이트 대신 에코사이트(ECOCITE) H(폴리비닐부티랄과 후사본드 MG423D의 반응 생성물, 듀퐁(DuPont)에서 입수 가능)를 사용하고, 이오노머 및 아크릴계 코어-쉘 고무를 사용하지 않는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 인조 목재 샘플을 제조하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 1에서 이오노머를 제외하고 혼합물 조성물을 제조하는 것 외에는 상기 실시예 1과 동일하게 인조 목재 샘플을 제조하였다.

[비교예 3]

상기 실시예 1에서 에틸렌비닐아세테이트를 제외하고 혼합물 조성물을 제조하는 것 외에는 상기 실시예 1과 동일하게 인조 목재 샘플을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 2, 비교예 1 내지 3의 상기 실험 방법과 같이 측정하여 각 물성의 값을 표 1에 나타내었다.

구분	굴곡 하중 (N)	길이선열팽창계수 (1/℃^-5)	충격 강도 (kJ/m²)	내후성 (200hr)
실시예1	6,600	4.3	5.0	◎
실시예2	6,800	4.0	5.8	◎
비교예 1	3,400	5.8	3.0	△
비교예 2	3,600	6.0	4.5	○
비교예 3	3,200	6.2	4.3	○

상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 이오노머와 에틸렌비닐아세테이트를 모두 포함하는 실시예 1 및 2에서 굴곡 하중, 충격 강도, 길이선열팽창계수 및 내후성의 특성이 현저히 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 이는 이오노머와 에틸렌비닐아세테이트가 잘 혼화되지 않는 목재와 폴리올레핀 및 에틸렌계 코어-쉘 고무의 혼련성을 향상시키기 때문인 것으로 판단된다.

또한, 아크릴계 코어-쉘 고무의 함량이 증가할수록 충격 강도가 향상되는 점을 확인할 수 있었다. 상기 아크릴계 코어-쉘 고무의 함량이 증가할수록 인조 목재의 표면의 광택이 증가하고, 심미감이 향상되는 점을 확인할 수 있었다.

이상의 결과를 종합하면 본 발명의 인조 목재 조성물을 사용한 인조 목재는, 우수한 심미감을 달성하고, 굴곡하중, 길이선열팽창계수, 충격강도, 내후성 등의 기계적 물성이 우수한 효과가 있다.

Claims

목분 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 수지 30~100 중량부, 이오노머 0.1~5 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 3~20 중량부, 아크릴계 코어-쉘 고무 0.1~10 중량부를 포함하는 친환경 인조목재 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 목분은 함수율이 2% 미만인 것인 친환경 인조목재 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌/α-올레핀 공중합체, 에틸렌/프로필렌/디엔 모노머 3원 공중합체, 폴리프로필렌 단독 중합체 및 폴리프로필렌 공중합체에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것인 친환경 인조목재 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 이오노머는 카르복실산 또는 말레인산으로 개질된 에틸렌 공중합체의 산부분이 양이온으로 중화된 것인 친환경 인조목재 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 에틸렌비닐아세테이트의 비닐아세테이트기(VA)가 50 중량% 이상인 것인 친환경 인조목재 조성물.
목분 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 수지 30~100 중량부, 이오노머 0.1~5 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 3~20 중량부, 아크릴계 코어-쉘 고무 0.1~10 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 혼합물을 150 내지 250°의 온도로 압출하는 단계; 를 포함하는 친환경 인조목재 제조방법.