KR20230107918A - 합성 목재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 합성 목재 및 그 제조 방법에 따르면, 합성 목재의 재료로서 목분 및 탄닌산이 포함될 수 있으며, 이때 상기 탄닌산은 모재인 목분과의 혼합성, 난연성, 친환경성이 우수한 재료로, 이를 통해 난연성이 우수하면서도 높은 제조 용이성과 친환경성을 지닌 합성 목재가 제공될 수 있게 된다.
Description
본 발명은 합성 목재 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 목재료를 모재로 하는 합성 목재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
목재는 특유의 자연미를 지니고 있어 건축물의 내/외장재, 데크/펜스 등과 같은 각종 설치물, 각종 가구, 그 외 다양한 산업/가정용 제품의 재료로 널리 활용되는 소재 중 하나이다.
그러나, 이와 같은 목재는 비교적 고중량이고, 그 규격과 형상 등이 한정되어 있어 가공/시공 등이 어려우며, 원목 생산량에 한계가 있어 비교적 높은 가격대를 나타내는 등 여러 문제점들을 지니고 있다.
이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 원목에 타 재료들을 가미한 다양한 합성 목재(Wood Plastic Composite, WPC) 제품들이 출시되고 있으며, 이에 대한 일 예로 선행하는 대한민국 등록 특허 제 10-2003749 호에는 접착력 향상, 기계적 특성 강화된 미끄럼방지 성능이 향상된 합성목재 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
또한, 상기 선행문헌에는 열경화성 프라이머층, 미끄럼방지 코팅 등이 적용된 합성 목재에 관한 사항이 개시되어 있고, 이에 따르는 경우 미끄럼 방지 효과 및 기계적 물성 증가 등이 기대될 수 있다.
이때, 목재의 경우 난연성이 취약한 소재 중 하나로, 별도의 난연 처리가 필수적으로 수반되어야 하고 이에 관해 엄격한 규제들이 적용되나, 상기 선행문헌에는 이와 같은 목재의 난연성 증진에 관한 사항이 전혀 개시되어 있지 않아, 이를 해결하기 위한 별도의 방안이 모색될 필요가 있다.
상술한 과제 해결의 일환으로, 본 발명은 난연성이 증진된 합성 목재 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 의한 합성 목재는, 목분 및 상기 목분과 혼합되는 탄닌산을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄닌산은, 상기 목분 100 중량부에 대하여 50~200 중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 합성 목재는, 상기 목분 100 중량부에 대하여 탄산칼슘 10~50 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 합성 목재는, 상기 목분 100 중량부에 대하여 PE 10~50 중량부, PP 10~25 중량부, 윤활제 1~10 중량부, 커플링제 2~15 중량부, 안료 1~15 중량부, 산화 방지제 0.1~3 중량부 및 UV 차단제 0.1~2 중량부를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나의 혼합 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 합성 목재 및 그 제조 방법에 따르면, 모재인 목분과의 혼합성이 매우 높고 친환경 재료이며 난연성이 우수한 재료인 탄닌산이 합성 목재의 재료로 활용될 수 있으며, 이를 통해 난연성이 우수하면서도 높은 제조 용이성과 친환경성을 지닌 합성 목재가 제공될 수 있게 된다.
또한, 상기 탄닌산과 목분이 상호 혼합된 상태로 상기 합성 목재가 제조될 수 있으며, 이에 따라 절단면 등 해당 합성 목재의 내부에도 탄닌산과 같은 난연성 증진/부여 물질들이 고루 분포할 수 있게 되어, 이를 통해 난연재 코팅 등 타 방식들 대비 월등히 우수한 난연성을 지닌 합성 목재가 제공될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 합성 목재 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 합성 목재를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 합성 목재를 나타내는 도면이다.
본 발명의 구체적인 설명에 앞서, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면에 포함되어 있고, 명세서 전체에 걸쳐 기재된 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서의 단수형 표현들은 문구에서 특별히 언급하지 않는 이상 복수형도 포함한다 할 것이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 합성 목재 및 그 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 의한 합성 목재 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하여 본 발명에 의한 합성 목재 및 그 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 합성 목재 제조 방법은 혼합 단계(S100) 및 성형 단계(S200)를 포함할 수 있고, 이를 통해 본 발명에 의한 합성 목재가 제조될 수 있다.
먼저, 상기 혼합 단계(S100)를 통해 목분, 탄닌산, PE, PP, 탄산칼슘, 윤활제, 커플링제, 안료, 산화 방지제, UV 차단제 등의 재료들이 상호 혼합됨으로써 혼합물이 조성되는 과정들이 진행될 수 있다.
더 상세하게는, 상기 목분은 상기 합성 목재의 모재에 해당되는 물질로, 별도의 원목이나 목재 분쇄 과정을 통해 생성된 일종의 목재 분말일 수 있으며, 톱밥 등과 같은 각종 목재 부스러기들 또한 이에 해당될 수 있다.
또한, 상기 목분의 원재료는 다양하게 선택될 수 있으며, 타 종의 원재료들간 혼합을 통해서도 마련될 수 있다.
그리고, 상기 탄닌산(Tannin Acid)은 각종 식물에서 추출될 수 있는 물질로, 재료의 수급이 비교적 용이한 친환경 재료이며, 목분과의 혼합성이 매우 높고, 우수한 난연성 및 기계적 강도를 나타낸다.
또한, 상기 탄닌산은 분말 등으로 마련될 수 있고, 목분 100 중량부에 대하여 50~200 중량부로 마련될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150~170 중량부로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 PE(polyethylene) 및 PP(polypropylene)는 합성 목재에서의 내수성, 내열성, 난연성, 충격강도, 굴곡강도, 부식성 등의 물성을 보강하기 위해 첨가될 수 있는 재료이다.
또한, 상기 PE 및 PP는 분말 등으로 마련될 수 있고, 목분 100 중량부에 대하여 PE는 10~50 중량부, PP는 10~25 중량부로 각기 마련될 수 있다.
그리고, 상기 탄산칼슘(CaCO3)은 합성 목재에서의 각종 기계적 특성을 증진시키기 위한 첨가재로, 분말 등으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 탄산칼슘은 목분 100 중량부에 대하여 10~50 중량부로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 윤활제는 목분 100 중량부에 대하여 1~10 중량부로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 커플링제는 목분 100 중량부에 대하여 2~15 중량부로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 안료는 목분 100 중량부에 대하여 1~15 중량부로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 산화 방지제는 목분 100 중량부에 대하여 0.1~3 중량부로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 UV 차단제는 목분 100 중량부에 대하여 0.1~2 중량부로 마련될 수 있다.
다음으로, 상기 성형 단계(S200)를 통해 전술한 혼합물들이 성형되는 과정이 진행될 수 있다.
또한, 상기 성형 단계(S200)에서는 상기 혼합물들이 압출 성형됨으로써 합성 목재가 형성될 수 있고, 이러한 합성 목재의 형상은 펠렛일 수 있으나, 그 외 사용 목적에 따라 합성 목재는 다양한 형상으로 조성될 수 있다.
그리고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 합성 목재를 나타내는 도면이다.
도 2를 더 참조하면, 상기 성형 단계(S200)까지 거쳐 제조된 합성 목재(100)의 테두리에는 마감부재(200)가 결합될 수 있으며, 상기 마감부재(200)는 고무 등과 같은 탄성소재, 그 외 강성소재 등 다양한 재료로 제조될 수 있다.
이에 따라, 합성 목재(100)의 테두리에는 상기 마감부재(200)에 의한 접촉 지지력이 발생하게 되어, 뒤틀림 등과 같이 합성 목재(100)에 발생할 수 있는 각종 파손 내지 손상이 방지될 수 있게 된다.
[실시예 1]
본 실시예에 의한 합성 목재는 전술한 합성 목재 제조 방법에 의해 조성된 것으로, 그 구체 제조 방안은 다음과 같다.
먼저, 상기 혼합 단계(S100)에서는 전술한 목분, 탄닌산, PE, PP, 탄산칼슘, 윤활제, 커플링제, 안료, 산화 방지제, UV 차단제 등의 재료들이 분말 형태로 마련될 수 있다.
또한, 목분 100 중량부에 대하여, 탄닌산 164 중량부, PE 40 중량부, PP 20 중량부, 탄산칼슘 44 중량부, 윤활제 8 중량부, 커플링제 12 중량부, 안료 10 중량부, 산화 방지제 1.2 중량부, UV 차단제 0.8 중량부가 마련될 수 있다.
또한, 상술한 소재들이 소정의 균일도로 혼합됨으로써, 그 혼합물이 조성될 수 있다.
다음으로, 상기 성형 단계(S200)에서는 상기 혼합물이 이축(twin) 코니칼 압출기로 압출 성형되어, 굵기 50 Φ의 원통형 펠렛으로 조성됨으로써, 합성 목재가 제조되는 과정이 진행될 수 있다.
[실시예 2]
본 실시예에 의한 합성 목재는 상술한 실시예 1에 의한 합성 목재에 대응되는 방법으로 제조되나, 다음과 같은 차이가 있다.
본 실시예에서의 혼합 단계(S100)에서는 목분 100 중량부에 대하여, 탄닌산 61 중량부, PE 24 중량부, PP 12 중량부, 탄산칼슘 26 중량부, 윤활제 4.8 중량부, 커플링제 7.3 중량부, 안료 7.3 중량부, 산화 방지제 0.73 중량부, UV 차단제 0.49 중량부가 마련될 수 있다.
즉, 실시예 1 대비 본 실시예에서는 탄닌산의 비율이 더 감소되는 것으로 이해될 수 있다.
이때, 본 실시예에 활용된 재료들의 중량 총합은 실시예 1과 동일하다.
[비교예 1]
본 비교예에 의한 합성 목재는 상술한 실시예 1에 의한 합성 목재에 대응되는 방법으로 제조되나, 다음과 같은 차이가 있다.
본 비교예에서의 혼합 단계(S100)에서는 목분 100 중량부에 대하여, PE 26 중량부, PP 16 중량부, 탄산칼슘 19 중량부, 윤활제 3.4 중량부, 커플링제 3.4 중량부, 안료 4.3 중량부, 산화 방지제 0.5 중량부, UV 차단제 0.34 중량부가 마련될 수 있다.
즉, 실시예 1 대비 본 비교예에서는 탄닌산이 첨가되지 않는 것으로 이해될 수 있다.
이때, 본 비교예에 활용된 재료들의 중량 총합은 실시예 1과 동일하다.
[시험예 1]
상술한 각 실시예 및 비교예에 의한 합성 목재의 난연성 비교를 위하여 본 발명의 발명자들은 한국 건설 생활 환경 시험 연구원에 KS 난연성 시험을 의뢰하였으며(KS F 3230:2020), 그 결과는 하기 표 1의 내용과 같다.
| 합성 목재 | 탄화길이 [cm] | 연소시간 [초] |
| 실시예 1 | 12 | 1 |
| 실시예 2 | 12 | 2 |
| 비교예 1 | 12 | 9 |
더 상세하게는, 본 시험예에서는 KS F 3230:2020 시험법에 의거하여 각 실시예 및 비교예에 의한 합성 목재에 대하여 동일 온도 및 동일 세기의 화염을 동일 시간 동안 접염시키는 과정이 진행되었다.
그리고, 상기 표 1을 살펴보면 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 모두 방염성 관련 KS F 3230:2020 시험의 합격 기준인 탄화 길이 20cm 이하, 연소 시간 10초 이하를 만족하는 것으로 확인되었으나, 상호간 다음과 같은 현저한 결과 차이가 나타나는 것으로 확인되었다.
먼저, 실시예 1에 의한 합성 목재가 비교예 1 대비 11% 수준으로 짧은 1초라는 연소시간을 기록하는 것으로 확인되었다.
또한, 실시예 2에 의한 합성 목재가 비교예 1 대비 22% 수준으로 짧은 2초라는 연소시간을 기록하는 것으로 확인되었으며, 이는 실시예 1 대비 2배 가량 긴 시간에 해당된다.
이러한 결과들을 종합하면 합성 목재에 탄닌산이 더 포함됨으로써, 합성 목재의 난연성이 더욱 증진되는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 실시예 2를 상호 비교하면, 탄닌산의 비율이 높아질수록 그 난연성 또한 비례하여 증가하는 것으로 확인되나, 이러한 탄닌산의 비율이 증가할수록 합성 목재의 기계적 강도가 저하되는 점 등을 감안한다면 그 상한은 목분 100 중량부에 대해 200 중량부인 것이 바람직한 것으로 확인되었다.
또한, 본 발명의 실시예들과 같이, 모재인 목분과 난연성을 증진/부여하는 탄닌산의 혼합물이 합성 목재로 활용됨에 따라, 난연재 코팅 등 다른 방식들에 비해 내부 절단면 등에도 충분한 난연성이 확보될 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 합성 목재 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하고, 본 발명의 권리 범위는 특허 청구범위 뿐만이 아닌, 다양하게 존재할 수 있는 균등한 실시 예에도 미친다 할 것이다.
100 : 본 발명의 일 실시예에 의한 합성 목재
200 : 마감 부재
200 : 마감 부재
Claims (4)
- 목분 및 상기 목분과 혼합되는 탄닌산을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 목재.
- 제 1 항에 있어서,
상기 탄닌산은,
상기 목분 100 중량부에 대하여 50~200 중량부인 것을 특징으로 하는 합성 목재.
- 제 2 항에 있어서,
상기 합성 목재는,
상기 목분 100 중량부에 대하여 탄산칼슘 10~50 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 목재.
- 제 2 항에 있어서,
상기 합성 목재는,
상기 목분 100 중량부에 대하여 PE 10~50 중량부, PP 10~25 중량부, 윤활제 1~10 중량부, 커플링제 2~15 중량부, 안료 1~15 중량부, 산화 방지제 0.1~3 중량부 및 UV 차단제 0.1~2 중량부를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나의 혼합 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 목재.
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