KR20230103219A - 친환경 샌드위치 판넬 및 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 친환경 소재의 접착제를 이용하여 친환경 소재의 발포목재 성형체 및 고강도성 금속판재를 접착 및 압착함으로써, 건축용 부재로 이용 가능한 고강도, 경량 구조를 가지면서도 높은 단열성, 흡읍성 및 난연성 기능을 가지는 친환경 샌드위치 판넬 및 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 친환경 샌드위치 판넬 및 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 친환경 소재의 접착제를 이용하여 친환경 소재의 발포목재 성형체 및 고강도성 금속판재를 접착 및 압착함으로써, 건축용 부재로 이용 가능한 고강도, 경량 구조를 가지면서도 높은 단열성, 흡읍성 및 난연성 기능을 가지는 친환경 샌드위치 판넬 및 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 샌드위치 판넬은 공장, 창고, 방가로 등과 같이 약간의 구조적 강도가 요구되면서도 우수한 단열성능을 필요로 하는 건축물들의 외벽 또는 지붕에 널리 이용되는 건축 자재이다.
이러한 샌드위치 판넬은 폴리올레핀계발포체, 폴리에틸렌발포체, 폴리스틸렌발포체, 폴리우레탄발포체, 폴리프로필렌발포체, 가교폴리에틸렌발포체 등의 발포성합성수지로 이루어지는 내부 단열층과, 내부 단열층의 양측면을 커버하는 얇은 금속판재로 구성된다.
이러한 샌드위치 판넬의 경우, 화재 발생 시 금속판재 사이에서 불이 쉽게 확산되는 구조를 가지기 때문에 초기 화재 진압이 매우 어려우며, 특히 유독성 화학물질로 이루어진 내부 단열층이 타면서 다량의 유독가스를 발생시켜 호흡기에 치명적 손상을 유발하는 문제점이 있다.
따라서 최근에는 목재를 이용한 친환경 샌드위치 판넬 및 발포체의 연구 개발이 이루어지고 있지만, 목재의 특성 상 수분으로 인한 팽창이나 수축, 급격한 온도 변화에 따른 뒤틀림이나 파열과 같은 변형이 발생되고 있으며, 이를 방지하기 위해서 유기화학물질을 이용한 방부처리가 반드시 필요하다는 점에서 100% 친환경적이면서도 건축자재로써 충분한 강도 및 이점들을 가지는 샌드위치 판넬을 제조하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 친환경 소재의 접착제를 이용하여 친환경 소재의 발포목재 성형체 및 고강도성 금속판재를 접착 및 압착함으로써, 건축용 부재로 이용 가능한 고강도, 경량 구조를 가지면서도 높은 단열성, 흡읍성 및 난연성 기능을 가지는 친환경 샌드위치 판넬 및 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법은 상부금속판재 및 하부금속판재를 마련하는 단계, 공극을 갖는 목재분말 발포체를 마련하는 단계, 성형틀에 상기 목재분말 발포체를 투입하여 발포목재 성형체를 형성하는 단계, 상기 발포목재 성형체의 상측면과 하측면에 친환경 접착제를 도포하는 단계 및 상기 상부금속판재 및 상기 하부금속판재 사이에 상기 목재분말 발포체를 위치시키고 상기 상부금속판재 및 상기 하부금속판재를 상하 방향으로 압착하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상부금속판재 및 하부금속판재를 마련하는 단계는 상기 상부금속판재의 하측면과 상기 하부금속판재의 상측면에 난연재를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공극을 갖는 목재분말 발포체를 마련하는 단계는 상기 목재분말 발포체에 난연재를 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 친환경 접착제는 식물 유래 성분을 가지는 방향족 폴리에스테르 우레탄 폴리올을 주제로 하고, 다관능 이소시아네이트 화합물을 경화제로서 구성된 2액 경화형 폴리에스테르 우레탄 접착제 조성물에 해당할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법은 공극을 갖는 목재분말 발포체를 마련하는 단계, 상기 목재분말 발포체에 난연재를 코팅하는 단계 및 성형틀에 상기 목재분말 발포체를 투입하여 친환경 발포목재 벽돌을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 성형틀에 상기 목재분말 발포체를 투입하여 친환경 발포목재 벽돌을 형성하는 단계는 형성된 상기 친환경 발포목재 벽돌의 수직 방향으로 건축 보강재가 관통 삽입되기 위한 홀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 성형틀에 상기 목재분말 발포체를 투입하여 친환경 발포목재 벽돌을 형성하는 단계는 상기 친환경 발포목재 벽돌의 상측으로는 일부 영역이 돌출된 양각을 형성하고, 상기 친환경 발포목재 벽돌의 하측으로는 해당 돌출된 영역에 대응하도록 일부 영역이 함몰된 음각을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 친환경 소재의 접착제를 이용하여 친환경 소재의 발포목재 성형체 및 고강도성 금속판재를 서로 접착 및 압착함으로써, 건축용 부재로 이용 가능한 고강도, 경량 구조를 가지면서도 높은 단열성, 흡읍성 및 난연성 기능을 가지는 친환경 샌드위치 판넬 및 친환경 발포목재 성형체를 제조할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제조한 목재분말 발포체를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발포목재 성형체 제조장치를 개념적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 도 3의 발포목재 성형체 제조장치에서 이송되는 발포목재 성형체의 압착된 모습의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 발포목재 성형체 제조장치에서 이송되는 발포목재 성형체의 융합된 모습의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법을 토대로 제조되는 친환경 샌드위치 판넬을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 적층 가능한 형태의 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 무기재 성형홀이 형성된 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 발포체의 제조 방법을 일련의 순서대로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제조한 목재분말 발포체를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발포목재 성형체 제조장치를 개념적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 도 3의 발포목재 성형체 제조장치에서 이송되는 발포목재 성형체의 압착된 모습의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 발포목재 성형체 제조장치에서 이송되는 발포목재 성형체의 융합된 모습의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법을 토대로 제조되는 친환경 샌드위치 판넬을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 적층 가능한 형태의 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 무기재 성형홀이 형성된 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 발포체의 제조 방법을 일련의 순서대로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법을 순서대로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제조한 목재분말 발포체를 나타낸 사진이다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법은 먼저 상부금속판재 및 하부금속판재를 마련하는 단계(S101)로 시작된다.
보다 구체적으로, 상기 단계에서는 건축물의 높은 하중을 지지 및 지탱할 수 있도록 고강도의 금속재를 얇은 판 형태로 가공하는 단계를 포함한다. 추가적으로, 상기 단계에서는 상부금속판재 및 하부금속판재의 각 면에는 녹 방지 및 부식방지를 위한 방청코팅 가공을 추가로 진행하는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서, 친환경 샌드위치 판넬의 상하부 재질을 금속재질로 적용하는 이유는 기존의 우드플라스틱재질 대비 고강도의 내구성을 가지며 가공이 용이하기 때문이다.
또한, 상기 단계(S101)에서는 상부금속판재의 하측면과 하부금속판재의 상측면에 각각 화재 예방을 위한 난연재를 도포하는 단계가 추가될 수 있다.
상부 및 하부 금속판재가 마련된 다음으로는, 공극을 갖는 목재분말 발포체를 마련하는 단계(S102)가 진행되는데, 이에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
공극을 갖는 목재분말 발포체를 마련하는 단계(S102)는 목재분말 준비단계, 준비된 목재분말을 발포하는 발포단계, 발포된 목재분말을 코팅하는 코팅단계 및 건조단계로 진행된다.
먼저, 목재분말 준비단계는 발포 대상인 목재분말이 준비되는데, 상기 목재분말은 실질적으로 분말 타입 외에 칩 형태나 비교적 큰 조각들도 포함할 수 있다. 상기 목재 분말로서는, 톱밥, 목재칩, 목재 파쇄물 등이 사용될 수 있고, 경우에 따라서는 목재 추출물인 목재(목질계) 섬유도 포함할 수 있다. 이러한 섬유는 대부분 리그닌 계열이나 셀룰로오소 계열의 섬유들이다.
상기 목재분말이 준비되면, 이들을 발포시키기 위한 목재분말을 발포하는 발포단계가 수행된다. 이러한 발포단계는 자연발포 방식, 즉, 발포제를 사용하지 않는 발포 방식에 의하여 이루어진다.
이때, 발포단계는 별도의 발포제 없이 상기 목재분말들의 입자 내부에 존재하는 미량의 수분을 기화시키거나, 입자 내부에 존재하는 공기를 팽창시킴으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 수분의 기화는 고온의 열을 가함으로써 순간적으로 수분을 기화 폭발시키는 방식에 의하여 이루어질 수 있다. 열원을 가하는 장치의 종류에는 크게 제한이 없으며, 고온 또는 수분 기화를 가능하게 할 수 있는 에너지를 공급할 수 있는 장치라면 무방하다. 예를 들어, 전자레인지와 유사한 방식을 채용한 에너지 공급장치도 상기 목재분말을 발포시킬 수 있다.
한편, 고 에너지를 부가하지 않는 방식으로서, 진공 조건에서의 발포를 예로 들 수 있다. 즉, 발포대상인 목재분말을 진공압력에 준하는 극저압의 챔버 내에 배치함으로써, 목재분말을 이루는 입자 내부의 수분을 기화시키거나 또는 내부의 공기층을 급속하게 팽창시키는 방식이다.
이처럼, 본 발명의 발포단계는 별도의 화학적 발포제를 사용하지 않고 목재분말 자체의 내재 성분만으로 발포됨으로써, 보다 친환경적이고 단순한 공정에 의하여 이루어질 수 있어, 공정 경제를 도모할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 목재분말 발포체 만을 설명하였으나 난연, 흡음, 방오, 흡착 등 매우 다양한 기능성을 갖는 소재를 제조하기 위하여서는 코팅막 형성과정에서의 첨가제 개념이 아닌, 목재분말 이외의 이종 소재를 추가로 도입하여 하이브리드 소재를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 난연 특성 강화를 위하여 무기질 칼슘 입자를 목재분말과 혼합한 후 발포하여 사용할 수도 있다.
본 발명에서는 상기 발포단계가 완료 후, 발포된 목재분말 입자들의 표면에 코팅막을 형성시키는 코팅단계를 수행한다.
코팅단계는 발포된 목재분말 입자들의 표면에 바인더 수지에 의한 코팅막을 형성하는 단계이다. 이러한 코팅막은 발포된 목재분말 발포체의 형태 안정성을 유지시키고 추후 성형단계의 융합제로서 기능할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 발포된 목재분말을 블로잉(blowing) 하면서 액상의 바인더 수지를 분무하여 코팅하는 방식으로 이루어질 수도 있다. 이 밖에 발포된 목재분말을 액상의 바인더 수지에 적어도 일부 침지시키고 교반함으로써 이루어질 수도 있다. 이와 같이, 코팅방식은 크게 제한되지 않으나, 바인더 수지는 추후 성형단계의 융합제로서 기능해야 하므로, 열 가소성의 수지가 사용되는 것이 바람직하다.
바인더 수지로서는 천연 재료의 바인더 수지가 사용될 수 있다. 천연 바인더 수지로서는, 전분, 식물성 왁스, 식물성 단백질, 식물성 섬유, 대두분말, 글루텐, 황토, 덱스트린, 펙틴, 콜라겐, 카세인 등이 사용될 수 있으며, 상기 천연 성분들은 단독으로 또는 둘 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
또한, 상기 바인더 수지로서 합성 수지가 사용될 수 있는데, 이 경우에도 친환경 바인더 수지로서 환경 문제를 최소화할 수 있는 열가소성 폴리올레핀계 수지 또는 수용성 아크릴계 수지가 사용될 수 있다. 상기 바인더 수지들은 기본적으로 열가소성 수지들을 포함한다.
한편, 상기 바인더 수지를 이용하여 목재분말에 코팅하는 코팅단계에서 바인더 수지 외에 기능성 첨가제들이 포함될 수 있다. 상기 기능성 첨가제들은 바인더 수지와 혼합되어 사용될 수도 있고, 별도의 코팅 과정을 거침으로써 이중 또는 다중막 구조의 코팅막을 형성할 수도 있다. 이러한 기능성 첨가제의 사용은 목재분말의 용도를 고려하여 그 종류와 함량이 다양하게 설계될 수 있다.
상기 기능성 첨가제로서는, 난연성 첨가제, 흡음성 첨가제, 광물 유래 세라믹 입자, 무기질 칼슘 입자 등이 사용될 수 있다. 난연성 첨가제 및 흡읍성 첨가제는 액상, 고상 모두 사용될 수 있으며, 공지된 성분들 중, 목재분말의 물성과 혼용성이 있는 성분들이 고려될 수 있다.
특히, 상기 광물 유래 세라믹 입자는 목재분말의 내구성 또는 코팅막의 내구성을 고려하여 첨가될 수 있는 성분으로서, 액상의 바인더 수지에 미세 분말 형태로 첨가되어 사용될 수 있다.
상기 광물 유래 세라믹 입자로서는 현무암 열처리 입자가 사용될 수 있다. 상기 현무안 열처리 입자는 현무암을 파쇄한 후, 현무암의 용융온도 미만인 800℃ 내지 1000℃ 이하의 온도로 열처리되어 결정구조가 개질된 입자로서, 열처리(소성) 후 냉각하여 적절한 크기로 미세 입자화된 입자이다.
상기 현무암 유래 세라믹 입자는 코팅막의 내구성을 현저히 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 후술할 확산단계에서 열이 가해지면 열 전달 효율을 증가시켜 코팅막의 확산 효율을 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 코팅막은 목재분말 발포체의 발포 형상을 유지시켜, 상기 목재분말 발포체가 일종의 중간 소재로서 활용됨에 있어, 이동성 및 작업성을 증가시킴으로써, 목재분말 발포체 소재의 활용 가능성을 극대화할 수 있다.
이렇게 형성된 목재분말 발포체의 형상을 살펴보면 다음과 같다.
도 2의 하측에 있는 입자들은 톱밥이며, 상측의 입자들은 상기 톱밥 내부에 잔존하는 수분을 기화시켜 발포시킨 발포체 표면을 전분으로 코팅한 목재분말 발포체이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 목재분말 발포체는 발포 전 최초 톱밥 부피의 수십~수백배의 부피를 갖게 된다. 이 목재분발 발포체는 그 자체로서 중간소재로 활용될 수 있고, 표면의 코팅막에 의하여 형태 안정성을 가지므로 유통 과정에서도 형태의 깨짐이 발생하지 않는다.
또한, 일 실시예에서, 상기 단계(S102)에서는 형성된 목재분말 발포체에 난연재를 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계가 진행될 수 있다. 이를 통해, 화재 발생 시 표면에 형성된 코팅막이 목재로 이루어진 목재분말 발포체에 쉽게 불이 붙지 않도록 하여 화재를 예방할 수 있게 된다.
한편, 상부금속판재 및 하부금속판재에 난연재를 도포하는 과정과, 목재분말 발포체에 난연재를 코팅하는 과정은 둘 중 하나가 택일적으로 선택될 수도 있고, 두가지 과정이 모두 진행될 수도 있다.
다음으로, 본 발명에서는 목재분말 발포체의 코팅단계가 완료되면 건조단계를 수행하여 코팅막을 안정화시킨다. 상기 건조단계의 방식은 특별히 제한되지 않으며, 별도의 열처리 방식이 아닌 상온 냉각 방식만으로 코팅막의 안정화가 가능하다.
목재분말 발포체의 코팅 및 건조가 완료된 후, 본 발명에서는 성형틀에 상기 목재분말 발포체를 투입하여 발포목재 성형체를 형성하는 형성단계(S103)를 진행하게 된다.
상기 형성단계(S103)는 앞서 마련된 목재분말 발포체를 소정의 형상으로 형성하는 단계이다. 상기 형성단계는 준비된 목재분말 발포체를 특정 형상을 갖는 성형체에 투입하여 압착함으로써 형상이 만들어질 수 있다. 이때 성형체의 형상대로 목재분말 발포체들이 압착된 후 열을 가하여 코팅막을 유동화시켜 상기 목재분말 발포체들 사이로 확산시킴으로써, 상기 코팅막 성분(바인더 수지)이 융합제로서 작용할 수 있도록 한다. 이러한 단계가 코팅막 확산단계이다.
코팅막 확산단계에서의 가열 온도는 코팅막을 이루는 바인더 수지의 유리전이온도~융점 사이의 온도에서 설정될 수 있고, 구체적인 온도 조건은 작업자의 판단 하에 상기 코팅막이 유동화되어 적절히 융합제 역할을 수행할 수 있도록 설정될 수 있다.
형성단계(S103)와 코팅막 확산단계는 독립된 과정으로 진행될 수도 있고, 동시에 이루어질 수도 있다. 즉, 열을 공급할 수 있는 가열된 몰드 내에서 성형 및 가열이 이루어짐으로써, 이에 대응하여 형성단계(S103) 및 확산단계가 이루어질 수 있다. 이후 경화되는 과정을 거쳐, 발포목재 성형체가 성형 및 제조될 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 발포목재 성형체의 제조방법은 별도의 융합제를 적용하지 않고, 코팅막을 그대로 융합제로서 기능하게 함으로써, 목재분말의 안정적인 유통 가능성을 확보하면서도, 2차 가공자의 성형 공정을 단순화시킬 수 있다.
한편, 상기 형성단계(S103)에서는 주로 일체형 발포목재 성형체를 전제하여 설명하였으나, 이와 다르게 다층 구조를 갖는 발포목재 성형체의 제조도 가능하다.
예를 들어, 상기 형성단계(S103)에서는, 소위 2중 금형성형 방법 등을 사용하여, 2중의 발포목재 성형체 사이에 공기층을 형성할 수도 있다. 또한, 공기층이 형성된 영역에만 선택적으로 발포목재 성형체가 다층 구조를 갖도록 하고, 이외의 영역에는 상기 공기층을 측면에서 밀봉할 수 있는 단일 구조의 발포목재 성형체가 융합될 수도 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 발포목재 성형체는 단순화된 일체형의 구조뿐만 아니라, 발포목재 성형체의 용도에 따라 다양한 구조로 설계될 수 있다.
이하에서는, 앞서 살펴본 발포목재 성형체를 제조하기 위한 발포목재 성형체 제조장치의 일 예를 설명하도록 한다. 그러나, 하기 장치는 하나의 예시적 장치일 뿐, 본 발명의 기술사상을 제한하지 않는다. 하기 설명된 장치 외에 다양한 형태의 장치가 가능함은 당연하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발포목재 성형체 제조장치를 개념적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 살펴보면, 발포목재 성형체 제조장치(100)는 분무챔버(110), 호퍼(122, 124), 송풍펌프(132, 134), 분무장치(142, 144), 이송수단(150), 압착롤러(160) 및 가열장치(170)를 포함한다. 또한, 상기 제조장치(100) 내의 발포목재 분말(5, 7)은 이송 과정에서 각각 제1 발포목재 성형체(400) 및 제2 발포목재 성형체(500)를 형성한다.
상기 분무챔버(110)는 발포된 목재분말인 발포목재 분말(5, 7)을 유동화시키면서, 이 과정에서 전술한 코팅막을 형성하기 위한 공간을 제공한다. 상기 분무챔버(110)는 상기 호퍼(122, 124)로부터 공급된 발포목재 분말(5, 7)을 송풍펌프(132, 134)로부터 공급받기 위한 제1 공급로(112) 및 제2 공급로(114)를 포함한다.
상기 호퍼(122, 124)는 제1 호퍼(122) 및 제2 호퍼(124)로 이루어져 있어 서로 다른 2종의 발포목재 분말을 공급받을 수 있다. 즉, 제1 호퍼(122)로부터는 발포 톱밥(5), 제2 호퍼(124)로부터는 목재 파쇄물(7)을 공급받음으로써, 발포목재 성형체(400, 500)가 서로 다른 성질을 갖는 발포목재 분말을 포함할 수 있도록 한다.
한편, 상기 분무챔버(110)의 상부에는 코팅막 재료를 공급받아 분무하기 위한 제1 분무장치(142) 및 제2 분무장치(144)가 구비되어 있다. 상기 제1 분무장치(142) 및 제2 분무장치(144)는 서로 다른 코팅 재료가 공급되어 분무될 수 있다. 예를 들어, 제1 분무장치(142)로부터는 바인더 수지가 공급되고, 제2 분무장치(144)로부터는 기능성 첨가제가 공급될 수 있다.
상기 제1 분무장치(142)와 제2 분부장치(144)를 동시에 구동할 경우에는 상기 발포목재 분말(5, 7)에 혼합물(바인더 수지 + 기능성 첨가제)이 코팅될 수 있고, 상기 제1 분무장치(142)와 제2 분무장치(144)를 시차를 두고 구동할 경우에는 상기 발포목재 분말(5, 7)의 표면에 이중막 또는 다중막 구조의 코팅막이 형성될 수 있다.
코팅이 완료되 짧은 시간에 건조된 발포목재 분말(5, 7)은 이송 수단(150)인 컨베이어벨트(150) 등을 통하여 외부로 배출된다. 컨베이어 벨트(150)에 의하여 외부로 배출된 후 압착 롤러(160)에 의하여 압착 성형될 수 있으며, 압착성형되어 1차로 제1 발포목재 성형체(400)가 제조된다. 이후, 코팅막의 확산단계를 거쳐 제1 발포목재 성형체(400)를 이루는 발포목재 입자(5, 7) 표면에 형성된 코팅막이 확산되어 융합제 역할을 함으로써, 융합된 형태의 제2 발포목재 성형체(500)를 형성한다. 상기 코팅막 확산단계를 위한 가열 장치(170)로서는 예를 들면, 원적외선 히터(170) 등이 사용될 수 있다.
이상의 실시예는 자동화를 염두해 둔, 지극히 예시적인 실시예이며, 이와 다른 다양한 장치 및 다양한 공정이 고려될 수 있다.
도 4는 도 3의 발포목재 성형체 제조장치에서 이송되는 발포목재 성형체의 압착된 모습의 단면을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 발포목재 성형체 제조장치에서 이송되는 발포목재 성형체의 융합된 모습의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 살펴보면, 발포목재 성형체 제조장치(100)에 의하여 1차로 제조된 제1 발포목재 성형체(400)는 보는 바와 같이 입자들이 서로 압착되어 성형체의 밀도가 증가된 모습을 나타낸다. 아직, 임시적인 형상만 이루어져 있을 뿐, 코팅막 확산단계를 거쳐 융합제에 의하여 결속되어야 만이 제품화될 수 있는 소재로서 기능할 수 있다. 즉, 상기 제1 발포목재 성형체(400)는 발포목재 분말(412) 및 코팅막(414)을 포함하는 발포목재 분말(410)을 포함한다. 명확히 도시하지는 않았으나, 상기 발포목재 분말(412) 내부에는 비정형적인 중공이 형성되어 있다.
또한, 전술한 원적회선 히터(500) 등을 통하여 가열되어 코팅막(414)이 유동화되면, 비정형적 중공을 포함하는 발포목재 분말(412)의 형상은 유지된 채, 도 4의 코팅막(414)이 열에 의하여 유동화되고 확산되면서 상기 발포목재 분말(412) 간 공극을 메꾸게 된다. 이러한 유동화된 코팅막에 의하여 메꾸어진 부분은 융합체층(415)을 형성한다.
이러한 실시예에서 제조된 제2 발포목재 성형체(500)는 발포 특성에 기인하여 완충재로서 작용할 수 있고, 예를 들어, 기존 플라스틱 케이스 등의 포장재를 대체할 수 있는 목질계 포장용 완충부재(500)로 작용할 수 있다.
다시 도 1로 돌아와서, 본 발명에서는 앞서 형성된 발포목재 성형체의 상측면 및 하측면에 각각 친환경 접착제를 도포하는 단계(S104)를 진행하게 된다.
여기에서, 친환경 접착제는 식물 유래 성분을 가지는 방향족 폴리에스테르 우레탄 폴리올(A)을 주제로 하고, 다관능 이소시아네이트 화합물(H)을 경화제로서 구성된 2액 경화형 폴리에스테르 우레탄 접착제 조성물(S)을 의미할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에서 발포목재 성형체의 상측면 및 하측면에 각각 도포되는 친환경 접착제는 방향족 폴리 에스테르우레탄 폴리올(A)이 산성분으로 식물 유래 성분을 가지는 방향족 폴리 에스테르 폴리올(P1) 30~99 질량%과 산성분이 석유 유래 성분만으로 이루어지는 방향족 폴리 에스테르 폴리올(P2) 1~70 질량%를 다이이소시아네이트로 공중합 우레탄화시킨 식물 유래 성분을 가지는 방향족 폴리 에스테르우레탄 폴리올에 해당한다.
또한, 상기 방향족 폴리 에스테르 폴리올(P1)은 석유 유래 또는 식물 유래한 다관능 알코올과, 식물 유래한 지방족 다관능 카복실산 및 석유 유래한 방향족 다관능 카복실산을 필수 성분으로서 이루어지는 반응물에 해당하며, 그 수평균 분자량이 400~8000의 폴리 에스테르 폴리올로에 해당한다. 특히, 폴리머 중 방향족 다관능 카복실산이 방향족 폴리 에스트레 폴리올(P1) 내의 전 다관능 카복실산 성분의 30~80 몰%를 차지하게 된다.
또한, 상기 방향족 폴리 에스테르 폴리올(P2)은 석유 유래 또는 식물 유래한 다관능 알코올과, 석유 유래한 지방족 다관능 카복실산 및 석유 유래한 방향족 다관능 카복실산을 구성 성분으로서 이루어지는 반응물에 해당하며, 그 수평균 분자량이 400~8000의 폴리 에스테르 폴리올에 해당한다. 특히, 방향족 폴리 에스테르 폴리올(P2) 내 방향족 다관능 카복실산이 방향족 폴리 에스테르 폴리올(P2) 내의 전 다관능 카복실산 성분의 40~90 몰%를 차지하고, 방향족 폴리 에스테르 폴리올(P1)의 전 다관능 카복실산 성분 중에서 방향족 다관능 카복실산이 차지하는 비율과, 방향족 폴리 에스테르 폴리올(P2)의 전 다관능 카복실산 성분 중에서 방향족 다관능 카복실산이 차지하는 비율이 서로 다르며, 상기 주제와 상기 경화재로 이루어지는 2액경화형 폴리 에스테르우레탄 접착제의 고형분의 합계 중에서 식물 유래 성분이 차지하는 비율이 10 질량% 이상에 해당하게 된다.
다음으로, 본 발명에서는 앞서 마련된 상부금속판재 및 하부금속판재 사이에 친환경 접착제가 도포된 발포목재 성형체를 위치시키고, 상부금속판재 및 하부금속판재를 상하 방향으로 압착하는 단계(S105)를 진행하게 된다.
보다 구체적으로, 본 단계에서는 발포목재 성형체의 양측면(상면 및 하면)에 각각 상부금속판재 및 하부금속판재를 위치시킨 후 내측 방향으로 가압하고 추가적으로 열을 가함으로써 발포목재 성형체의 양측면에 도포된 친환경 접착제가 일정 점도로 용융되도록 하여 상부금속판재 및 하부금속판재가 더욱 견고하게 압착 고정시킬 수 있다. 압착된 상태가 유지됨에 따라 친환경 접착제가 서서히 경화되면서 상부금속판재 및 하부금속판재는 발포목재 성형체의 양측면에 완전히 밀착된 상태에서 견고하게 압착 고정되는 것이다.
다음으로는, 도 6 내지 도 8을 통해, 앞서 설명한 친환경 샌드위치 판넬의 형상 및 발포목재 성형체의 다양한 형상을 살펴보기로 한다.
도 6은 도 1에 도시된 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법을 토대로 제조되는 친환경 샌드위치 판넬을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 다른 형태의 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 샌드위치 판넬(10)은 얇은 판(plate) 형태로 가공된 상부금속판재(1) 및 하부금속판재(2) 사이에 발포목재 성형체(3)가 위치된 것을 확인할 수 있다. 이때, 상부금속판재(1)와 발포목재 성형체(3)의 상측면 사이, 하부금속판재(2)와 발포목재 성형체(3)의 하측면 사이에는 각각 친환경 접착제가 도포 및 경화된 상태이며, 이에 따라 상부금속판재(1) 및 하부금속판재(2)가 발포목재 성형체(3)의 양면에서 견고하게 고정될 수 있다. 일 실시예에서, 상부금속판재(1) 및 하부금속판재(2)의 크기는 1m*2.5m를 가지도록 가공될 수 있으며, 발포목재 성형체(3)의 크기 또한 이에 상응하도록 제작될 수 있다.
또한, 일 실시예에서 발포목재 성형체(3)의 두께는 20cm로 제작될 수 있는데, 이는 해당 수치에 국한되지 않고 얼마든지 변경(조정)이 가능한 수치임을 유의한다.
도 7을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발포목재 성형체(3)는 일종의 벽돌처럼 쌓아 벽체로써 이용 가능하도록 형상이 형성될 수 있다. 이때, 발포목재 성형체(3)의 중심부에는 건축 보강재인 철근이 수직 방향으로 관통 삽입되기 위한 홀(3a)이 형성될 수 있으며, 홀(3a) 내부에 삽입된 철근과의 이격 공간에는 다시 고강도의 친환경 충진제가 충진 및 경화되어 철근을 견고하게 고정시킬 수 있다. 이때, 발포목재 성형체(3)의 크기는 1m*2.5m로 형성될 수 있고, 폭은 40cm로 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 발포목재 성형체는 상측 방향으로는 일부 영역이 돌출된 양각으로 형성되고 하부 영역으로는 일부 영역이 함몰된 음각 영역이 형성되어 적층 가능한 형태로 형성될 수 있는데, 이에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 적층 가능한 형태의 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 무기재 성형홀이 형성된 발포목재 성형체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 살펴보면, 일 실시예에서 발포목재 성형체의 가장자리에 양각 영역이 형성되고, 발포목재 성형체의 하측으로는 상기 양각 영역에 대응하는 음각 영역이 형성될 수 있다. 따라서, 다수의 발포목재 성형체를 벽돌처럼 서로 겹쳐지게 쌓아 올리는 경우, 양각 영역이 상측에 적재된 발포목재 성형체의 음각 영역에 끼움 융합되면서 견고하게 고정될 수 있다. 이 경우, 마치 벽돌을 쌓아올리는 과정에서 각 층마다 시멘트를 발라 고정시키는 것과 달리, 별도의 고정체를 바르지 않고도 발포목재 성형체가 견고하게 고정될 수 있다. 이러한 도 8 및 도 9에 도시된 발포목재 성형체는 벽돌 형상을 가질 수 있으며, 이는 친환경 발포목재 벽돌로 명명될 수도 있다.
또한, 도 9와 같이, 발포목재 성형체의 중심부에는 조적에서 강도와 인장력있는 무기재를 삽입할 수 있는 무기재 삽입홀이 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법을 일련의 순서대로 나타낸 도면이다.
도 10을 살펴보면, 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법은 공극을 갖는 목재분말 발포체를 마련하는 단계(S110), 목재분말 발포체에 난연재를 코팅하는 단계(S120) 및 성형틀에 목재분말 발포체를 투입하여 발포목재 벽돌을 형성하는 단계(S130)로 진행될 수 있다. 각 단계 별 상세한 설명은 앞서 도 1을 통해 살펴본 단계와 유사하게 진행되기 때문에 생략하기로 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 친환경 샌드위치 판넬
1: 상부금속판재
2: 하부금속판재
3: 발포목재 성형체
3a: 홀
1: 상부금속판재
2: 하부금속판재
3: 발포목재 성형체
3a: 홀
Claims (9)
- 상부금속판재 및 하부금속판재를 마련하는 단계;
공극을 갖는 목재분말 발포체를 마련하는 단계;
성형틀에 상기 목재분말 발포체를 투입하여 발포목재 성형체를 형성하는 단계;
상기 발포목재 성형체의 상측면과 하측면에 친환경 접착제를 도포하는 단계; 및
상기 상부금속판재 및 상기 하부금속판재 사이에 상기 발포목재 성형체를 위치시키고 상기 상부금속판재 및 상기 하부금속판재를 상하 방향으로 압착하는 단계;를 포함하며,
상기 발포목재 성형체는 상기 목재분말 발포체 및 코팅막이 압착된 형태를 가지고, 상기 목재분말 발포체 내부에는 비정형 중공이 형성되며, 원적회선 히터에 의해 상기 코팅막이 가열 및 유동화되는 경우, 상기 목재분말 발포체의 형상은 유지되면서 상기 코팅막이 확산되어 상기 목재분말 발포체 간 공극을 메우면서 융합체층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 상부금속판재 및 하부금속판재를 마련하는 단계는,
상기 상부금속판재의 하측면과 상기 하부금속판재의 상측면에 난연재를 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 공극을 갖는 목재분말 발포체를 마련하는 단계는,
상기 목재분말 발포체에 난연재를 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 친환경 접착제는,
식물 유래 성분을 가지는 방향족 폴리에스테르 우레탄 폴리올(A)을 주제로 하고, 다관능 이소시아네이트 화합물(H)을 경화제로서 구성된 2액 경화형 폴리에스테르 우레탄 접착제 조성물(S)에 해당하는 것을 특징으로 하는, 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법.
- 제1 항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 친환경 샌드위치 판넬의 제조 방법에 의해 제조되는 친환경 샌드위치 판넬.
- 공극을 갖는 목재분말 발포체를 마련하는 단계;
상기 목재분말 발포체에 난연재를 코팅하는 단계; 및
성형틀에 상기 목재분말 발포체를 투입하여 친환경 발포목재 벽돌을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 친환경 발포목재 벽돌은 상기 목재분말 발포체 및 코팅막이 압착된 형태를 가지고, 상기 목재분말 발포체 내부에는 비정형 중공이 형성되며, 원적회선 히터에 의해 상기 코팅막이 가열 및 유동화되는 경우, 상기 목재분말 발포체의 형상은 유지되면서 상기 코팅막이 확산되어 상기 목재분말 발포체 간 공극을 메우면서 융합체층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 성형틀에 상기 목재분말 발포체를 투입하여 친환경 발포목재 벽돌을 형성하는 단계는,
형성된 상기 친환경 발포목재 벽돌의 수직 방향으로 건축 보강재가 관통 삽입되기 위한 홀을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 성형틀에 상기 목재분말 발포체를 투입하여 친환경 발포목재 벽돌을 형성하는 단계는,
상기 친환경 발포목재 벽돌의 상측으로는 일부 영역이 돌출된 양각을 형성하고, 상기 친환경 발포목재 벽돌의 하측으로는 해당 돌출된 영역에 대응하도록 일부 영역이 함몰된 음각을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법.
- 제6항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법에 의해 제조되는 친환경 발포목재 벽돌.
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| KR1020210193943A KR20230103219A (ko) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 친환경 샌드위치 판넬 및 친환경 발포목재 벽돌의 제조 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190042790A (ko) | 2017-10-16 | 2019-04-25 | 오동주 | 친환경 불연성 목재칩 블럭 및 판넬과 그 제조방법 |
-
2021
- 2021-12-31 KR KR1020210193943A patent/KR20230103219A/ko not_active Application Discontinuation
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