KR20240097275A - 재활용된 pet를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드 - Google Patents

재활용된 pet를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드 Download PDF

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Abstract

높은 하중을 버텨야 하는 자동차 내부의 러기지 보드 또는 캠핑용 테이블에 사용되는 GRS인증을 받은 재활용된 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드가 개시된다. 상기 상부 PET 부직포(12')와 상부 압착 보드(14')를 포함하는 상부 PET 보드(10'), 상기 상부 PET 보드(10')의 아래에 위치하는 충진재(20) 및 상기 충진재(20)의 아래에 위치하며 하부 PET 부직포(12'') 및 하부 압착 보드(14'')를 포함하는 하부 PET 보드(10'')를 포함하며, 상기 상부 PET 보드(10') 및 하부 PET 보드(10'')는 재활용된 PET를 사용하여 제조된 것인 친환경 보드를 포함한다.

Description

재활용된 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드{Eco-friendly high-strength board using composite layers including recycled PET}
본 발명은 재활용된 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 하중을 버텨야 하는 자동차 내부의 러기지 보드에 사용할 수 있는 자동차 내외장재, 캠핑용 테이블 등에 다양하게 사용할 수 있는, 재활용된 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드에 관한 것이다.
친환경 및 인간 친화의 방향으로 진행되는 산업 트렌드를 따라 자동차, 기차, 항공기 등 수송기기뿐만 아니라, 최근 캠핑에 대한 인식이 변화하면서, 여러 캠핑 용품에 사용되는 소재는 환경 친화성, 경량화 및 고내구성에 대한 요구가 급증하고 있다.
자동차에 장착되는 부품들은 고강도 고내구성을 요하지만, 이동시 연비 향상을 위해서 경량화가 필요하다. SUV, MPV 등 레저 및 다목적 차량의 경우, 짐을 싣는 공간을 필수적으로 가지고 있다. 100kg 내외의 고중량 짐을 실을 수 있기 때문에 이를 받치는 러기지 보드(Luggage Board)는 하중을 버틸 수 있는 다양한 구조, 구성으로 개발되고 있다. 기존 러기지 보드의 제품은 2개의 고중량 PP 압출판을 예열하여 금형속에 넣고 사이에 바람을 불어넣어 부풀리는 Blow Molding 공법과 허니컴 형태로 Glass Mat와 PU 발포를 이용한 GM-Pur 공법을 사용하여 복합보드를 제조하는 방법이 있다. 상기 Blow Molding 공정은 강성을 유지하기 위해 상판과 하판 중량을 높여야 하기에 경량화가 구현이 안되는 문제가 있다. 상기 GM-Pur 공법은 종이(허니컴) PU, Glass Mat의 복합형태로 경량화는 구현을 하였지만, PU 발포를 위한 시간(공정시간 증가) 문제로 생산성이 떨어지고, 제품 제조 후 표면(부직포) 감싸기를 진행해야 하므로 제조 공정 비용이 대단히 높은 문제가 있다. 또한, 상기 Blow Molding 공정 및 GM-Pur 공법은 모두 원료를 회수하여 재사용할 수 없으므로, 리싸이클 원료로 사용할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 친환경적이며 고강도 고내구성을 갖는 새로운 자동차 내외장재가 요구되고 있다.
또한, 최근 캠핑(camping)을 다니는 캠핑인구가 급속하게 증가하였으며, 더불어 캠핑용품의 판매가 증가하면서 캠핑의 편의 및 유의를 돕기 위한 다양한 형태의 캠핑제품들이 지속적으로 개발되어 시중에 활발하게 보급되고 있는 실정이다. 이러한 캠핑용품 중 캠핑용 테이블은 기본적으로 음식을 준비 및 조리하거나 야외에서의 식탁대용으로 음식을 편리한 환경에서 먹고 즐길 수 있게 제작되며, 나아가 음식물의 적재 또는 여러 캠핑 용품들을 적재하기 위해 하중을 버틸 수 있는 소재로 다양한 구조, 구성의 개발이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 하중을 버텨야 하는 고강도 보드의 다양한 공법에서 부족한 친환경성을 높이고 경량화 및 경제성을 향상시켜, 자동차 내외장재 또는 캠핑용 테이블로써 GRS인증을 받은 재활용된 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 원료를 회수하여 사용할 수 있는 재활용된 원료로 제조되는, 재활용된 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 상부 PET 부직포(12')와 상부 압착 보드(14')를 포함하는 상부 PET 보드(10'); 상기 상부 PET 보드(10')의 아래에 위치하는 충진재(20) 및 상기 충진재(20)의 아래에 위치하며 하부 PET 부직포(12'') 및 하부 압착 보드(14'')를 포함하는 하부 PET 보드(10'')를 포함하며, 상기 상부 PET 보드(10') 및 하부 PET 보드(10'')는 재활용된 PET를 사용하여 제조된 것인 친환경 보드를 제공한다.
본 발명에 따른 재활용된 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드는 높은 하중을 버텨야 하는 러기지 보드 또는 캠핑용 테이블의 다양한 공법에서 부족한 친환경성을 높이고 경량화 및 경제성을 향상시키기 위해, 원료를 회수하여 사용할 수 있는 재활용된 원료로 제조될 수 있다.
도 1은 종래의 Blow Molding 공법에 따른 자동차 내외장재의 단면도.
도 2는 종래의 GM-Pur 공법에 따른 자동차 내외장재의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리싸이클 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고강도 보드의 레이어 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고강도 보드가 실제 적용되는 자동차 내부의 위치를 보여주는 도면.
도 6a는 종래의 GM-Pur 공법에 따른 자동차 내외장재의 레이어 구성을 보여주는 도면이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고강도 보드의 레이어 구성을 보여주는 도면.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리싸이클 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드의 단면을 보여주는 도면이고, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 고강도 보드는 상부와 하부에 각각 위치하는 PET 보드(10); 및 상기 상부 및 하부 PET 보드 사이에 위치하는 충진재(20)로 이루어져 있다.
본 발명에 따른 친환경 보드는 구체적으로 자동차 러기지 보드로 사용되는 자동차 내외장재 또는 캠핑용 테이블이다.
상기 PET 보드(10)는 친환경 고강도 보드의 외곽층으로써, 친환경 고강도 보드의 상부와 하부에 위치하며, 강성이 높은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, 이하, PET로 칭함)를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 PET 보드(10)는 친환경 고강도 보드의 상부와 하부에 위치하며, 표피로 사용되는 PET 부직포(12)와 상기 PET 부직포(12)의 아래에 위치하는 압착 보드(14)를 포함한다. 더욱 구체적으로, 상기 PET 보드(10)는 친환경 고강도 보드의 상부에 위치하는 상부 PET 보드(10')와 친환경 고강도 보드의 하부에 위치하는 하부 PET 보드(10'')를 포함한다. 상기 상부 PET 보드(10')는 상부 PET 부직포(12')와 상부 압착 보드(14')를 포함하며, 상기 하부 PET 보드(10'')는 하부 PET 부직포(12'')와 하부 압착 보드(14'')를 포함한다. 상기 상부 PET 부직포(12')와 하부 PET 부직포(12'')는 서로 동일하며, 상부 압착 보드(14')와 하부 압착 보드(14'')는 서로 동일하다.
상기 압착 보드(14)는 PET를 포함하는 고강성 PET 보드이며, 구체적으로 상기 압착 보드(14)는 강성을 부여하기 위해, 저융점 섬유(Low Melting Fiber)를 포함한다. 상기 저융점 섬유는 저융점 PET인 것이 바람직하며, 구체적으로 상기 압착 보드(14)는 각각 PET와 저융점 PET를 압착하여 제조하여 고강성의 효과가 있다. 상기 압착 보드(14)에서, PET의 함량은 압착 보드 전체 조성물 100 중량%에 대하여, 10 내지 50 중량%이고, 상기 저융점 PET의 함량은, 압착 보드 전체 조성물 100 중량%에 대하여, 50 내지 90 중량%인 것이 바람직하다.
상기 PET 보드(10)에 사용되는 각각의 부직포(12)와 압착보드(14)의 주원료로 사용되는 PET는 페트병, 폐스크랩, PET 내장재 등에서 발생되는 폐 PET를 재활용(리싸이클)하여 사용된다. 또한, 상기 친환경 고강도 보드로서 사용된 후에도, 재활용되어 새로운 친환경 고강도 보드로서 사용될 수 있다.
상기 충진재(20)는 코어층으로서, 발포 폴리스티렌폼(Expanded polystyrene foam, 이하 EPS 폼이라 함) 또는 발포 폴리프로필렌폼(Expanded polypropylene foam, 이하 EPP 폼이라 함)이다. 요구하는 제품의 두께에 따라 상기 충진재(20)의 두께는 요구하는 제품에 따라 달라 질 수 있으며, 이는 허용할 수 있는 오차범위 내에서 사용할 수 있다. 예를 들어, 요구하는 제품의 충진재 두께가 15 mm일 경우, 14 내지 20mm, 바람직하게 16 내지 17 mm의 두께의 충진재를 사용할 수 있다. 상기 충진재(20)는 밀도가 20 내지 45K인 고밀도 폼층인 것이 바람직하다. 상기 충진재(20)로 사용되는 EPS 폼 또는 EPP 폼은 재활용된 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌을 사용하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 고강도 보드는 TBM(Twin Blow Molding) 공법으로 제조되며, 상기 TBM 공법은 각각 압출된 용융수지를 직접적으로 성형하는 공법으로, 종래의 블로워 성형으로는 불가능했던 중공부의 활용이 가능하게 되고, 그 활용은 충진재(EPP 폼 등) 등의 보강재를 삽입하여 가성 성능 효과를 증가시킬 수 있다. 이에, 외곽층과 코어층에 다양한 소재가 사용되어, 원하는 특성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 고강도 보드는 상, 하부에 존재하는 PET 보드(10)에 강성을 부여하고, 코어층에 고밀도 폼의 충진재(20)를 보강하여 친환경 고강도 보드를 제조하며, 상기 고강성 보드와 고밀도 폼의 결합력이 높아야 하중을 잘 버틸 수 있는 구조를 가질 수 있어, 자동차의 러기지 보드 또는 캠핑용 테이블에 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고강도 보드의 레이어 구성을 보여주는 도면으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고강도 보드의 고밀도 폼의 결합력을 증가시키기 위해, 상기 PET 보드(10)와 충진재(20) 사이에 핫멜트(30)를 적층시켜 열 압착함으로써, 이를 결합시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 친환경 고강도 보드는 상부 PET 부직포(12'), 핫멜트(30), 상부 압착 보드(14'), 핫멜트(30), 충진재(20), 핫멜트(30), 하부 압착 보드(14''), 핫멜트(30) 및 하부 PET 부직포(12'')를 순차적으로 적층한 후, 일정 온도로 열 압착하여 제조할 수 있다. 다만, 상기 보드의 타겟 중량에 따라, 온도는 적절하게 설정될 수 있으며, 예를 들어, 170 내지 220℃, 바람직하게 180~190℃에서 2분 동안 압착하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 친환경 고강도 보드는 상기 PET 부직포(12)와 압착 보드(14) 사이에 핫멜트(30)를 적층하여 이를 열 압착시켜, 각각 상부 PET 보드(10')와 하부 PET 보드(10'')를 미리 제조한 후, 상기 상부 PET 보드(10')와 하부 PET 보드(10'') 사이에 핫멜트와 충진재(20)를 적층한 후 열 압착하여 제조할 수 있다.
일반적으로 코어층인 충진재(20)는 재활용이 가능한 제품을 사용하는 반면, 외곽층에는 재활용이 가능한 용도보다는 강성에 기반을 둔 소재를 많이 사용한다. 본 발명에 따른 친환경 고강도 보드는 코어층인 충진재(20)(EPS 폼 또는 EPP 폼)가 재활용이 가능한 뿐만 아니라, 강성을 가지고 있는 외곽층인 PET 보드(10)도 재활용이 가능하다. 또한, 상기 친환경 고강도 보드의 코어층인 충진재(20)(EPS 폼 또는 EPP 폼) 및 외곽층인 PET 보드(10)에 사용되는 PET는 GRS(재활용 적용 원료 사용)인증을 받은 재활용(리싸이클)된 PET를 사용하므로, 친환경적이고 경제적으로 친환경 고강도 보드는 제조할 수 있다. 또한, 상기 친환경 러기지 보드 또는 캠핑용 테이블은 사용 후 PET 보드(10)와 충진재(20)을 분리하여 따로 재활용하여 사용할 수 있다.
따라서, 상기 외곽층(표피층)인 PET 보드(10)에 사용되는 PET 부직포(12)와 압착 보드(14)는 재활용(리싸이클)된 PET를 사용하며, 상기 친환경 고강성 보드(자동차 러기지 보드에 사용되는 자동차 내외장재 또는 캠핑용 테이블)에 사용되는 PET 보드(10) 및 충진재(20)는 재활용이 가능하여 친환경적이며, 강성이 높은 PET 보드(10)와 EPP 폼 또는 EPS 폼을 충진재로 사용하여 고강도의 자동차 러기지 보드 또는 캠핑용 테이블로 제조될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고강도 보드가 실제 적용되는 자동차 내부의 위치를 보여주는 도면이다. 도 5에 도시된 바에 따라, 본 발명에 따른 친환경 고강도 보드를 사용하여 제작할 수 있는 자동차 러기지 보드를 예시적으로 보여준다. 일반적으로 러기지 보드는 강성 시험을 진행하는데, 상온에서 차량 상태로 준하여 러기지 보드를 장착하고, 보드 상단에 80kgf 무게 추를 올려 24시간 동안 힘을 가하고 변위량을 측정한다. 이때 변위량은 하중 무게추를 제거하고 측정하며 일반적으로 10mm 이내로 들어오면 양호하다 판정한다.
도 6a는 종래의 GM-Pur 공법에 따른 자동차 내외장재의 레이어 구성을 보여주는 도면이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고강도 보드의 레이어 구성을 보여주는 도면으로써, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 고강도 보드를 사용하는 자동차 러기지 보드를 예시적으로 보면, 종래의 러기지 보드의 소재는 고중량으로 연비에 좋지 않거나, EPS 폼에 상, 하로 PP+Glass를 압착하거나, 허니컴에 상, 하로 PU+Glass를 압착하여 사용하므로 친환경이지 않았으며, 공정이 복잡해서 경제성이 떨어졌었다(도 6a). 또한, 일반적인 자동차 내외장재는 PET 이외에도, 종이, PU, 우레탄 등을 더욱 포함하여 사용하므로, 재활용이 불가능하였다.
이에 따라, 원감 절감, 공정의 최소화 및 환경적인 요인을 완화하기 위해, 본 발명에 따른 친환경 고강도 보드는 강성을 갖는 외곽층인 PET 보드(10)와 충진재(20) 폼을 복합화하여 경량화와 공정 간소화를 통해 경제성까지 높일 수 있으며, 고강도 보드에 사용되는 소재, 즉, PET 보드(10)와 충진재(20)로 사용되는 EPP 폼 또는 EPS 폼은 재활용된 원료로 제조되어 사용되므로, 친환경적이다(도 6b). 또한, 공정이 단순하여, 종래의 자동차 내외장재를 제조하는 블로우 공법 및 GM-Pur 공법보다 경쟁력있는 러기지 보드를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 고강도 보드는 자동차 내외장재 뿐만 아니라, 캠핑용 테이블용으로도 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 고강도 보드는 상, 하부 판에 강성을 부여하고 고밀도 충진재(20)(EPP 폼 또는 EPS 폼)를 코어층으로 보강을 하여, 가벼우면서 고강도의 보드를 제조할 수 있다. 상기 친환경 고강도 보드의 중요한 부분은 고강성 보드의 최외층과 고밀도 폼의 코어층의 결합력이 높은 구조를 가지고 있어, 하중을 잘 버틸 수 있어, 자동차 러기지 보드 또는 캠핑용 테이블에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 친환경 고강도 보드를 캠핑용 테이블로 사용할 경우, 표면의 미려한 외관을 위해 고강성 보드의 상부에 PVC 필름 또는 표피재를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
PET 부직포와 고강성 보드 사이에 핫멜트를 적층하여, 130℃에서 100초에서400초 동안 열 압착하여, PET 보드를 제조하였다. 상기 고강성 보드는 재활용된 PET를 포함하는 복합 레이어를 이용한 친환경 고강도 보드다. 상기 제조된 상부 PET 보드, 핫멜트, EPS 폼, 핫멜트 및 하부 PET 보드를 순차적으로 적층한 후, 190℃에서 2분 동안 열 압착하여 경량 고강도 보드를 제조하였다. 상기 상부 PET 보드와 하부 PET 보드는 동일한 것을 사용하였다. 상기 제조된 친환경 고강도 보드는 커팅시에도 접착이 잘 되었다. 실시예에서 제조한 보드를 사용하여 러기지 보드와 캠핑용 테이블로 각각 제작하였으며, 상기 제작된 러기지 보드와 캠핑용 테이블은 각각 원하는 강성을 충족하였다.
비교예 1
테프론 사이에 PET 생지를 넣어, 180℃에서 15초 동안 예열하여 보드를 제조하였다. 상기 예열된 상부 PET 생지, EPS 폼 및 하부 PET 생지를 순차적으로 적층한 후, 냉각판에 넣어 1분동안 압착하였다. 상기 상부 PET 생지와 하부 PET 생지는 동일한 것을 사용하였다. 비교예 1에서 제조한 보드를 러기지 보드로 제작하였다. 비교예 1에 따른 러기지 보드는 압착은 잘 되었으나, 강성이 부족하여, 원하는 강성을 충족하지 못하였다.
비교예 2 내지 4
상부 고강성 보드, 핫멜트, EPS 폼, 핫멜트 및 하부 고강성 보드를 순차적으로 적층한 후, 각각 190℃에서 150초(비교예 2), 190℃에서 170초(비교예 3), 190℃에서 190초(비교예 4)동안 70kgf의 압력으로 열 압착하여 보드를 제조하였다. 상기 상부 고강성 보드와 하부 고강성 보드는 실시예와 동일한 것을 사용하였다. 비교예 2 내지 4에서 제조한 보드를 러기지 보드로 제작하였다. 비교예 2 내지 4에 따른 러기지 보드는 강성이 부족하여, 원하는 강성을 충족하지 못하였다.
비교예 5 내지 7
상부 고강성 보드, 접착 파우더, EPS 폼, 접착 파우더 및 하부 고강성 보드를 순차적으로 적층한 후, 각각 190℃에서 190초(비교예 5), 190℃에서 200초(비교예 6), 190℃에서 210초(비교예 7)동안 120kgf의 압력으로 열 압착하여 보드를 제조하였다. 상기 상부 고강성 보드와 하부 고강성 보드는 실시예와 동일한 것을 사용하였다. 비교예 5 내지 7에서 제조한 보드를 러기지 보드로 제작하였다. 비교예 5 내지 7에 따른 러기지 보드는 원단이 폼에 부착이 잘 되지 않아 떨어지는 현상이 있다.
비교예 8 내지 10
PVC 필름, 접착 파우더, 상부 고강성 원단, 접착 파우더, EPS 폼, 접착 파우더, 하부 고강성 원단을 순차적으로 적층한 후, 각각 190℃에서 210초동안 80kgf의 압력으로(비교예 8), 190℃에서 170초동안 100kgf의 압력으로(비교예 7), 190℃에서 170초(비교예 7)동안 50kgf의 압력으로 열 압착하여 보드를 제조하였다. 상기 상부 고강성 보드와 하부 고강성 보드는 실시예와 동일한 것을 사용하였다. 비교예 8 내지 10에서 제조한 보드를 캠핑용 테이블로 제작하였으나, 원하는 물성을 충족하지 못하였다.

Claims (6)

  1. 상부 PET 부직포(12')와 상부 압착 보드(14')를 포함하는 상부 PET 보드(10');
    상기 상부 PET 보드(10')의 아래에 위치하는 충진재(20); 및
    상기 충진재(20)의 아래에 위치하며 하부 PET 부직포(12'') 및 하부 압착 보드(14'')를 포함하는 하부 PET 보드(10'')를 포함하며,
    상기 상부 PET 보드(10') 및 하부 PET 보드(10'')는 재활용된 PET를 사용하여 제조된 것인 친환경 보드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보드는 자동차 러기지 보드인 것인, 보드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보드는 캠핑용 테이블인 것인, 보드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 충진재(20)는 발포 폴리프로필렌 폼 또는 발포 폴리스티렌 폼인 것인, 보드.
  5. 제2항에 있어서, 상기 충진재(20)는 재활용된 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌을 사용하는 것인, 보드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 PET 보드(10)와 충진재(20) 사이에 핫멜트(30)를 적층시켜 열 압착하여 접착되는 것인, 보드
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