KR101404095B1

KR101404095B1 - 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물

Info

Publication number: KR101404095B1
Application number: KR1020130122399A
Authority: KR
Inventors: 박준남
Original assignee: 박준남
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-06-05

Abstract

본 발명은 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 구성은 합성목재를 성형하기 위한 조성물에 있어서, 목분 55~58 중량％, 폴리올레핀계 수지 27~30 중량％, 황토 4~10 중량％, 활제 1~2 중량％, 결합제 2~3 중량％, 유브이 안정제 0.2~0.3 중량％, 안료 1.4~2.7 중량％를 혼합하고, 상기 안료는, 산화철 1~2 중량％, 산화황 0.3~0.5 중량％, 카본 블랙 0.1~0.2 중량％을 혼합하고, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 23~25 중량％, 폴리에틸렌 4~5 중량％를 혼합하고, 상기 목분, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 황토, 활제, 결합제, 유브이 안정제, 산화철, 산화황, 카본 블랙의 혼합물에 산화 방지제를 0.2~0.5 중량％를 첨가하고, 상기 목분, 상기 폴리올레핀계 수지, 상기 황토, 상기 활제, 상기 결합제, 상기 유브이 안정제, 상기 안료 및 상기 산화 방지제가 혼합된 상기 조성물 100 중량％에 대해 은나노 10~20 중량％를 더 첨가하며, 상기 목분은 1차 건조시 함수율 7％ 이하는 수분의 너무 급속한 소진으로 인해 상기 폴리올레핀계 수지와의 혼합성 저하가 일어나고 함수율 12％ 이상인 경우 작업 속도 저하가 생기는 것을 감안하여 상기 목분의 1차 건조시 함수율이 7~12％로 유지하고, 2차 건조시 상기 목분의 함수율이 3.5％ 이하는 상기 폴리프로필렌 수지와의 혼합성과 결합력 저하를 가져오고 상기 목분의 함수율 4％ 이상은 수분 증발 지연으로 작업 속도 저하를 초래하는 것을 감안하여 상기 목분의 2차 건조시의 함수율은 3.5~4％로 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물{Eco-synthetic wood manufacturing utilizing red clay}

본 발명은 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목재 가공과정과 잡목처리과정에서 생성되는 목분을 주원료로 사용하고 이에 더하여 황토를 사용하며, 원료 중에 환경오염의 원인이 되는 물질의 사용을 배제하여 환경적으로 유리한 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물에 관한 것이다.

천연목을 직접 가공하여 만든 천연목재판의 경우, 그것의 표면을 매끄럽게 처리하였을 때 우수한 외관 및 질감을 제공하므로, 건축물의 실내외 장식에 사용되는 천연목재판은 정교한 표면처리를 행한 높은 상품성의 제품들이 사용된다. 이러한 표면처리된 천연목재판은 아름다운 나무무늬를 나타낼 뿐만 아니라, 촉감이 매끄럽고 부드러우며, 적당한 광택도로 인해 나무 문양의 표현에도 무리가 없다. 천연목을 이용하여 일상생활에 필요한 기구 및 가구등을 만들 경우에는 나무특유의 재질로 인해 부드러우면서 아늑한 분위기를 자아내게 된다.

그런데, 천연목은 생산량이 많아짐에 따라 점차 고갈되어 가고 있는 상황에서 자원을 보호하면서 천연목과 같은 질감을 갖도록 하기 위한 여러가지 합성목재가 제안되었다. 제안된 합성목재는 원목을 얇게 자른 다음 일측면이나 양측면에 착색하여 건조시키고 접착제를 이용하여 필름등을 부착하여 건조시킨 다음 소정 길이로 절단하여 사용하도록 구비된 합판형태와, 원목이나 폐목을 가루로 분쇄한 다음 접착제를 소정 비율로 섞고 가열 압착시켜 만드는 MDF(Meduum Density Fiberwood) 등으로 구분된다.

그러나, 합성목재를 제조하는 과정에서 접착제에 포함된 유해물질로 인해 환경을 오염시키는 문제점이 있는 관계로, 본 출원인은 천연목의 질감을 가지는 합성목재를 제조할 수 있는 친환경적인 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물을 개발하게 된 것이다.한 것이다. 일련의 공정라인을 따라 연속적으로 압출 성형함으로써, 합성목재의 품질 향상을 꾀하면서도 제조 작업성을 향상시키고, 환경친화성을 기할 수 있도록 하기 위해 개발된 합성목재 제조방법을 개발한 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 목재 가공과정과 잡목처리과정에서 생성되는 목분은 물론 황토를 주원료로 사용하고 원료 중에 환경오염의 원인이 되는 물질의 사용을 배제함으로써 환경적으로 유리함은 물론이고, 주요 성분인 목분을 침엽수 목분과 황토를 사용함으로 인하여 제조시의 배합성에서 우수하고 합성목재가 강도(휨강도) 등의 측면에서 우수한 결과를 얻을 수 있으며, 고강도 폴리프로필렌과 폴리에틸렌 수지와 목분 사이의 커플링 작용(결합 작용)을 향상시켜 합성목재의 제품성을 향상시킬 수 있는 등의 바람직한 결과를 얻을 수 있도록 된 새로운 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물을 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 합성목재를 성형하기 위한 조성물에 있어서, 목분 55~58 중량％, 폴리올레핀계 수지 27~30 중량％, 황토 3~10 중량％, 활제 1~2 중량％, 결합제 2~3 중량％, 유브이 안정제 0.2~0.3 중량％를 혼합하여 조성한 것을 특징으로 하는 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물이 제공된다.

상기 목분, 폴리올레핀계 수지, 황토, 활제, 결합제, 유브이 안정제에 안료 1.4~2.7 중량％를 혼합한 것을 특징으로 한다.

상기 안료는, 산화철 1~2 중량％, 산화황 0.3~0.5 중량％, 카본 블랙 0.1~0.2 중량％을 혼합한 것을 특징으로 한다.

상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 23~25 중량％, 폴리에틸렌 4~5 중량％를 혼합하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 목분, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 황토, 활제, 결합제, 유브이 안정제, 산화철, 산화황, 카본 블랙의 혼합물에 산화 방지제를 0.2~0.5 중량％를 더 첨가한 것을 특징으로 한다.

상기 목분은 침엽수 목분이며, 상기 침엽수 목분은 제습 드라이어에 의해 건조된 목분인 것을 특징으로 한다.

상기 조성물 100 중량％에 대해 은나노 10~20 중량％를 더 첨가한 것을 특징으로 한다.

상기 목분은 1차 건조시 함수율이 7~12％로 유지하고, 2차 건조시 함수율이 3.5~4％로 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 본 발명은 목재 가공과정과 잡목처리과정에서 생성되는 목분을 주원료로 사용하고 원료 중에 환경 오염의 원인이 되는 물질의 사용을 배제하여 환경적으로 유리한 친환경 합성목재 제조에 기여할 수 있다.

이때, 본 발명에서는 주요 성분인 목분을 활엽수 목분을 쓰지 않고 침엽수 목분을 사용함으로 인하여 제조시의 배합성에서 우수한 특성을 얻을 수 있음은 물론이고, 조직이 보다 치밀한 침엽수 목분을 특성상 합성목재가 강도(휨강도) 등의 측면에서 활엽수 목분을 사용하는 것에 비하여 훨씬 우수한 결과를 얻을 수 있으며, 이러한 점이 본 발명의 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물의 구별되는 특징 중의 하나라 할 수 있다.

또한, 본 발명은 주요 조성물 폴리프로필렌과 폴리에틸렌 및 목분을 주성분으로 사용하면서도 황토를 사용함으로써, 천연 목재 수준의 질감을 갖는 관상, 판상, 중공상의 합성목재를 제조할 수 있는 효과를 가지도록 하면서도 합성목재 자체에서 항균 작용을 가지도록 하여 합성목재 건축물 등에서 각종 유해 세균의 번식을 억제해주는 효과가 있으며, 습도가 높을 때에는 습기를 흡수해주고 습도가 낮을 때에는 습기를 발산해 주어서 생활 환경 습도를 자연 조절하는 효과도 가지며, 황토의 특성상 다량의 원적외선 방출로 인하여 각종 유해 전자파도 차단해주는 효과를 갖는다. 또한, 황토는 표면 활성효과를 높여서 치수한정(수축 변화 방지) 효율 높이며, 이러한 황토에 의해 표면 활성 효과 및 치수한정 효율을 높임으로써, 합성목재의 제조시 성형성을 현저하게 개선시킬 수 있는 효과도 가진다. 본 발명은 황토를 활용함으로써 자연 목재, 천연 목재의 질감을 갖는 재료를 만들면서도 각종 건축물 구축시 항균, 습도 조절 등의 기능을 통한 자연 친화적이고 건강한 환경을 조성하는데 한몫을 한다는 점에서 의미가 큰 발명이다. 특히, 목재 가공과정과 잡목처리과정에서 생성되는 목분에다 황토를 적절히 배합하여 친환경적인 합성목재를 만들 수 있도록 함으로서 항균, 습도 조절, 원적외선 방사 등의 효능을 훨씬 높게 구현할 수 있도록 한다는 점에서 특별한 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다

또한, 본 발명에서 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 의한 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물은 크게 상기 목분, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 황토, 활제, 결합제, 유브이 안정제, 산화철, 산화황, 카본 블랙을 혼합한 조성물이다. 주요 소재로 목분 등에 황토를 적절히 활용함으로써 천연 목재 수준의 질감을 갖는 합성목재의 제조가 가능한 등의 여러 가지 측면에서 유리한 결과를 취득할 수 있다는 데에 주요 특징이 있다.

본 발명의 합성목재 제조용 조성물을 위하여 폴리올레핀계 수지를 27∼30 중량％를 사용한다. 본 발명에서 사용하는 폴리올리핀계 수지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 수지이다. 폴리프로필렌 수지는 23~27 중량％, 폴리에틸렌 수지는 4~5 중량％를 사용한다. 이때, 폴리프로필렌 수지의 사용량이 23 중량％ 미만이면 다른 재료(상기 목분, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 황토, 활제, 결합제, 유브이 안정제, 산화철, 산화황, 카본 블랙 및 산화 방지제)와의 결합력이 떨어지고 27 중량％ 이상이면 나무 질감(천연 목재와 같은 질감)이 떨어지게 된다. 또한, 폴리에틸렌 수지의 사용량이 3 중량％ 미만이면 역시 다른 재료와의 결합력이 떨어지고 5 중량％ 이상이면 역시 나무 질감이 저하되는 것은 마찬가지이다. 본 발명에서는 고충격용 폴리올레핀계 수지를 사용하는데, 고충격 폴리올레핀계 수지의 사용량이 27 중량％ 미만이면 휨강도가 저하되고, 30 중량％를 초과하면 천연목재와 같은 질감(복원력과 고유 탄성)을 얻을 수 없게 된다.

고강도 폴리올레핀계 수지를 사용하는 경우 생산량이나 기계가 받는 부하 등에서는 다소 지장이 있으나, 고강도 폴리올레핀계 수지가 합성목재로서의 강도를 유지할 수 있으므로, 이러한 고강도 폴리올레핀계 수지를 주원료로 사용하는 것이다. 폴리올레핀계 수지가 아닌 다른 일반 수지의 경우 작업성 등에서 좋은 면이 있으나 충격 강도가 합성목재에서 요구되는 정도에 미치지 못하므로, 고강도 폴리올레핀계 수지를 사용하는 것으로 보면 된다.

다시 말해, 폴리올레핀계 수지가 아닌 일반 수지로 합성목재를 만든 경우 외부 충격(예를 들어, 사람이 올라설 때의 하중 등)에 의해 쉽게 합성목재가 부러질 수 있는데, 본 발명에서는 이를 감안하여 고강도 폴리올레핀계 수지를 사용함으로써 외부의 충격에 충분히 견딜 수 있다. 한국 건자재 시험연구권의 기준인 GRF 기준에서 휨강도가 18N/ 이상되어야 하는데, 일반적인 수지 사용 제품은 이러한 기준을 맞추지 못하는 반면, 본 발명은 고강도 폴리올레핀계 수지를 사용함으로 인하여 이러한 휨강도 기준에 맞출 수 있게 된다.

본 발명은 목재 가공과정과 잡목처리과정에서 생성되는 목분(톱밥)을 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물의 원료로 다량 사용함으로써 천연 목재와 같은 우수한 질감을 갖는 합성목재를 제조할 수 있도록 한다.

본 발명에서 목분은 55~58 중량％를 사용하는데, 목분이 하한치 55 중량％ 이하인 경우 합성목재의 휨강도 요구 조건에 만족하지 못하고, 목분이 상한치 58 중량％ 이상인 경우에는 과도한 목분 함유로 인해 합성목재 표면이 거칠어지고 목분 박리 현상이 생겨서 고품질의 합성목재를 보장하기 어려울 수 있다.

한편, 목분은 다량의 수분을 함유하고 있어서 건조 사이로에서 대략 40분 정도 돌려서 수분을 제거한다. 건조 사이로에서 1차 건조하여 함수율 7~12％로 유지하고, 2차 건조하여 함수율을 3.5~4％로 유지하여, 합성목재 성형이 유리한 조건으로 만든다.

특히, 본 발명에서 목분 건조시에는 일반적인 열풍 건조기가 아닌 제습 드라이어를 사용하여 건조를 수행하게 된다. 일반 열풍 건조기에 의한 것이 아니라 제습 드라이어에 의해 목분을 건조시킴으로써 건조 효율이 저하되는 문제를 해결하고, 상기 1차 건조시의 함수율과 2차 건조시의 함수율을 제대로 맞추기 용이하며, 나아가, 상기 요구되는 함수율을 용이하게 맞추어줌으로 인하여 합성목재 제조시 수지(즉, 고강도 폴리올레핀계 수지)와 목분의 결합이 원활하게 이루어질 수 있으며, 이로 인해, 최종 생산되는 합성목재의 품질을 보장할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 주요 성분인 목분은 침엽수 목분을 사용한다. 침엽수는 비중이 상대적으로 활엽수에 비하여 높고 입자를 일정하게 제조할 수 있고, 농축을 보다 더 시킬 수 있다. 그리고, 활엽수는 침엽수에 비하여 섬유질 조직과 같은 조직 입자들이 상대적으로 더 커서 조직 사이가 침엽수에 비하여 보다 성기다. 반대로 얘기하면 침엽수의 섬유질 조직이 보다 치밀하다. 또한, 활엽수는 겉보기 비중이 침엽수에 비하여 적다.

본 발명에서는 침엽수가 보다 조직이 치밀하다는 점에 착안하여 합성목재의 강도(휨강도) 유지 차원에서 침염수 목분을 사용한 것이다. 즉, 목분의 입자에서 섬유질 조직 등이 활엽수 입자의 그것에 비하여 보다 치밀하므로, 합성목재의 강도면에서 활엽수 목분을 사용하는 것에 비하여 훨씬 우수한 결과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서는 침엽수 목분을 사용함으로써 배합성에 있어서도 보다 우수하다. 침엽수 목분의 섬유질 조직 등이 활엽수의 그것에 비하여 상대적으로 보다 치밀하므로, 똑같은 용량에서 비교할 때 활엽수는 보다 가볍고 침엽수는 보다 무거워서 고강도 폴리올레핀계 수지 등과 목분을 믹싱할 때에 활엽수 목분의 경우 믹싱 작업시 가벼워서 위로 떠버리므로 배합이 잘 안되는 문제가 생긴다.

이에 반해, 본 발명에서는 침엽수 목분을 사용하였고, 이러한 침엽수 목분은 상대적으로 더 무거워서 고강도 폴리올레핀계 수지 등과 침엽수 목분을 믹싱할 때에 위로 떠버리는 현상이 없으므로, 다른 성분과의 배합성에 있어서 보다 우수한 결과를 얻을 수 있도록 한다.

이처럼, 본 발명에서 활엽수 목분을 쓰지 않고 침엽수 목분을 사용함으로 인하여 제조시의 배합성에서 우수한 특성을 얻을 수 있음은 물론이고, 조직이 보다 치밀한 침엽수 목분을 특성상 합성목재가 강도(휨강도) 등의 측면에서 활엽수 목분을 사용하는 것에 비하여 훨씬 우수한 결과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 입자 굵기가 #60~100 범위인 목분을 사용한다. #60~100의 의미는 1인치당 거름망의 입자 통과용 눈 수가 60개에서 100라는 것을 의미하는데, 이처럼 목분의 입자 굵기를 유지함으로써 고강도 폴리올레핀계 수지, 황토 등과 균일하게(고르게) 혼합되도록 할 수 있다. 목분의 입자 굵기가 #60 이하이면 혼합성에서 좋지 않으며 #100 이상이면 지나치게 목분이 미세하게 되어 황토와 혼합시 합성목재 고유 강도(휨강도 등)가 잘 나오지 않게 되므로, 목분의 입자 사이즈를 상기의 입자 크기 범위로 유지하는 것이 중요하다. 아울러, 목분의 입자 사이즈가 균일하지 않으면 어느 부분은 잘 섞이고 어느 부분은 잘 섞이지 않는 편중 현상이 발생되므로, 상기한 범위로 목분의 입자 사이즈를 균일하게 유지하는 것이 중요하다.

또한, 상기한 바와 같이, 건조 사이로에서 목분을 1차 건조하여 함수율 7~12％로 유지하고, 2차 건조하여 함수율을 3.5~4％로 유지하는데, 목분의 함수율이 상기 범위를 벗어나면 고강도 폴리올레핀계 수지, 황토 등과 결합이 제대로 안될 수 있으므로, 목분의 수분 함수율을 상기 범위 내로 맞추는 것이 중요하다.

본 발명에서 주요 특징을 이루는 황토는 목분과 함께 합성목재를 천연 목재의 질감을 가지도록 함과 더불어 합성목재 성형성과 강도 등의 특성을 강화시키기 위해 혼합되는 것이다. 본 발명에서 황토의 혼합 범위는 4~10 중량％로 한다. 황토 자체가 매우 고운 입자로서 황토가 4 중량％ 미만이 되면 전체 중량에서 황토가 차지하는 비율이 지나치게 적어서 천연목재 수준의 질감이 제대로 나오지 않게 되고 합성목재에 의한 각종 건축물 구축시 항균, 습도 조절 등의 기능을 통한 자연 친화적이고 건강한 환경을 조성하는 등의 주요 특징을 발휘할 수 없게 된다. 또한, 황토가 10 중량％ 이상이 되면, 황토의 입자 특성상 폴리올레핀계 수지, 목분 등과의 결합성이 저하되어 황토 자체가 분진으로 발생할 여지가 있고 강도 자체도 약해질 수 있어서 10 중량％ 이하로 맞추는 것이 중요하다. 즉, 상기 황토는 천연 목재 수준의 질감을 갖는 합성목재의 제조가 가능하도록 하면서도 표면 활성 효과 및 치수한정 효율을 높임으로써, 합성목재의 제조시 성형성을 현저하게 개선시킬 수 있으며, 합성목재에 의한 각종 건축물 구축시 항균, 습도 조절 등의 기능을 통한 자연 친화적이고 건강한 환경을 조성하는데 기여하는 중요한 성분이 된다.

또한, 본 발명에서는 황토는 수분을 먹지 않고, 표면 활성효과를 높여서 치수한정(수축 변화 방지) 효율 높이며, 이러한 황토에 의해 표면 활성 효과 및 치수한정 효율을 높임으로써, 합성목재의 제조시 성형성을 현저하게 개선시킬 수 있고, 천연 목재 수준의 질감을 갖는 관상, 판상, 중공상의 합성목재를 제조할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서 조성물로 목분용 왁스(활제)를 사용한다. 이러한 목분용 왁스(활제)는 1~2 중량％를 사용하는데, 목분을 매끄럽게 함으로써, 합성목재 성형시 이송용 스크류에 목분이 달라붙지 않고 잘 밀려날 수 있도록 한다. 성형시 이송용 스크류에 목분이 달라붙지 않고 잘 밀려나는 성질은 외부 활제로서의 특성이라 할 수 있는데, 활제가 1 중량％ 미만인 경우 목분이 달라붙어서 잘 밀려나지 않으므로 기계의 부하가 증가하고, 마찰열이 증가한다. 따라서, 활제가 1 중량％ 이상이 되도록 한다. 또한, 활제는 목분과 폴리올레핀계 수지(폴리머)의 결합력을 상승시키기 위한 것인데, 이러한 목분과 폴리올레핀계 수지와의 결합력 상승은 내부 활제로서의 특성이라 할 수 있다. 이때, 활제가 1 중량％ 미만인 경우 목분과 폴리올레핀계 수지 사이의 결합력이 미흡하고, 활제가 2 중량％ 이상인 경우 활제가 너무 많아 합성목재 표면으로 석출될 수 있으므로, 활제를 2 중량％ 이하로 맞춘다.

본 발명에서 목분과 폴리올레핀계 수지의 강제 결합을 위한 결합제를 2~3 중량％를 사용한다. 결합제의 사용량이 2 중량％ 미만인 경우에는 결합 강도가 원하는 만큼 나오지 못하고 합성목재가 부서지거나 표면 부분에서 박리 현상이 발생되어 제품성이 떨어지는 문제가 생기고, 결합제의 사용량이 3 중량％ 이상이면 목분과 수지의 결합력은 좋으나 단가가 비싸지게 되어서 바람직하지 못하다.

상기 유브이(UV) 안정제는 합성목재의 변색, 제품표면의 갈라짐, 기계적 물성 저하 등이 유발되는 것을 방지하도록 첨가하는 성분이다. 즉, 자외선을 차단하거나 흡수하여 합성목재를 보호하게 된다. 이때, 유브이 안정제(자외선 안정제)는 0.2~0.3 중량％를 혼합하는데, 0.2 중량％ 이하의 유브이 안정제는 자외선에 의한 합성목재의 변색, 제품 표면의 갈라짐, 물성 저하 등의 유발을 방지할 만큼 충분한 량이 되지 못하고, 0.3 중량％ 이상의 유브이 안정제는 단가가 비싸지는 문제가 있으므로, 유브이 안정제를 0.2~0.3 중량％로 맞추는 것도 중요하다.

본 발명에서는 안료를 사용하는데, 이러한 안료로서 산화철, 산화황, 카본 블랙을 사용한다. 안료는 1.3~2.7 중량％를 사용한다. 즉, 안료는 카본 블랙 0.1~0.2 중량％, 산화철은 1~2 중량％ 및 산화황 0.2~0.5 중량％를 혼합하여 구성할 수 있다.

상기 산화철은 적갈색 분말, 산화황은 황색 분말, 카본 블랙은 검은색 분말로서, 산화철이 1 중량％ 미만, 산화황이 0.2 중량％ 미만, 카본 블랙이 0.1 중량％ 미만이면, 황토의 고유의 색상과 합쳐지더라도 합성목재의 자체의 색상이 원하는 만큼 나오지 않아서 제품성이 떨어질 수 있으며, 산화철이 2 중량％ 이상, 산화황이 0.5 중량％ 이상, 카본 블랙이 0.2 중량％ 이상이면 황토와 함께 합성목재의 색상이 너무 검게 되어서 역시 제품성이 떨어지므로, 상기의 혼합 비율을 맞추는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 상기 성분들에 더하여 산화 방지제를 혼합한다. 산화 방지제는 합성목재에 생기기 쉬운 산소의 작용에 의한 자동산화를 방지하기 위해 첨가하는 성분이다. 산화 방지제를 항산화제라고도 하는데, 본 발명에서는 0.2~0.5중량％를 혼합한다. 산화 방지제가 0.2 중량％ 미만인 경우 그 혼합량이 충분치 못하여 합성목재 표면의 산화를 방지하는 기능이 발휘가 어렵고, 산화 방지제가 0.5 중량％ 이상인 경우 합성목재 표면에서 석출되어 환경적으로 바람직하지 못하다. 즉, 합성목재 표면의 산소 작용에 의한 산화 방지 기능을 충분히 발휘하면서도 과도한 석출에 의한 환경적인 불리한 점을 해소하도록 산화 방지제를 0.2~0.5 중량％ 범위로 정한다.

그리고, 본 발명은 은나노를 선택적으로 사용할 수 있다. 은나노는 상기의 조성물 100 중량％에 대해 5~15 중량％를 사용한다. 은나노는 자체의 항균 성분에 의해 항균 작용이 있어서 상기 황토와 함께 항균 작용에 있어서 상승 효과를 발휘하게 된다. 단, 은나노 입자는 고가여서 15 중량％ 이상 첨가하면 합성목재의 자체 단가가 높아져서 좋지 않으며 5 중량％ 이하인 경우 항균 작용이 다소 떨어질 수 있다. 본 발명에서 황토와 함께 은나노가 항균 작용을 하게 되는데, 황토 자체의 항균 성질로 인하여 은나로 입자를 상기와 같은 5~15 중량％를 혼합하여도 항균 작용에 있어서 충분하다.

따라서, 본 발명에 따른 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물에 의하면, 주요 조성물 폴리올레핀과 목분을 사용하면서도 황토를 사용하여 합성목재의 제조시 성형성을 현저하게 개선시킬 수 있고, 천연 목재 수준의 질감을 갖는 관상, 판상, 중공상의 합성목재를 제조할 수 있는 효과가 있다. 상기한 바와 같이, 황토는 천연 목재 수준의 질감을 갖는 합성목재의 제조가 가능하도록 하면서도 표면 활성 효과 및 치수한정 효율을 높임으로써, 합성목재의 제조시 성형성을 현저하게 개선시킬 수 있으며, 합성목재에 의한 각종 건축물 구축시 항균, 습도 조절 등의 기능을 통한 자연 친화적이고 건강한 환경을 조성하는데 상당히 기여하게 된다.

한편, 본 발명에서는 주요 성분인 목분을 활엽수 목분이 아니라 침엽수 목분을 사용함으로써, 합성목재의 강도면에서 활엽수 목분을 사용하는 것에 비하여 훨씬 우수한 결과를 얻을 수 있으며, 고강도 폴리올레핀계 수지 등과 침엽수 목분을 믹싱할 때에 위로 떠버리는 현상이 없으므로, 다른 성분과의 배합성에 있어서 보다 우수한 결과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 다량의 목재 가공과정과 잡목처리과정에서 생성되는 목분을 사용하고, 천연재료인 황토를 활용하여 합성 목재를 제조할 수 있음은 물론 종래에 주환경 오염 물질인 유리 장섬유 등을 사용하지 않으므로, 환경 친화적인 효과도 기대할 수 있다.

한편, 본 발명의 합성목제 제조용 조성물을 만드는 과정을 약술하면 다음과 같다.

먼저, 상기 침엽수 목분을 상온 80℃~90℃에서 건조하고, 이러한 침엽수 목분의 수분 제거와 입자를 균질하게 하도록 1차 배합한다. 믹서기 등을 이용하여 목분을 배합할 수 있다. 상기 목분은 1차 건조시 함수율이 7~12％로 유지한다. 함수율 7％ 이하는 수분의 너무 급속한 소진으로 인해 목분과 폴리올레핀계 수지와의 혼합성 저하가 일어나고 함수율 12％ 이상인 경우 작업 속도 저하가 문제된다.

1차 배합된 침엽수 목분과 고강도 폴리프로필렌 수지를 2차 혼합한다. 이때, 혼합 온도는 140℃~150℃ 범위를 유지한다. 이때에는 믹서기와 같은 믹싱 장치를 이용할 수 있음은 당연하다. 온도 범위를 140℃~150℃ 범위를 유지하는 것이 중요한데, 140℃ 이하이면 폴리프로필렌 수지가 잘 안녹아서 목분과의 결합성이 떨어지고 150℃ 이상이면 폴리프로필렌 수지가 타버려서 합성목재의 색상이 너무 검게 나올 수도 있고 폴리프로필렌 수지 입자와 목분 사이의 화학적 결합 강도가 저하될 수 있으므로, 150℃ 이상이 되는 것을 피하도록 한다. 상기 2차 배합시에는 5~10분 정도 소요된다. 2차 건조(배합)시 목분의 함수율은 3.5~4％로 유지한다. 함수율 3.5％ 이하는 1차 건조시와 마찬가지로 폴리프로필렌 수지와의 혼합성과 결합력 저하를 가져오고 함수율 4％ 이상은 역시 수분 증발 지연으로 작업 속도 저하 등을 초래하게 된다.

다음, 상기 2차 배합된 성분에 폴리에틸렌 수지를 혼합하여 목분과 폴리에틸렌 수지를 결합시키는 3차 배합 과정을 실시한다. 이때, 혼합 온도 범위는 125℃~130℃를 유지한다. 125℃ 이하이면 역시 폴리에틸렌 수지가 잘 안녹아서 목분과의 결합성이 떨어지고 130℃ 이상이면 폴리에틸렌 수지가 타버려서 좋지 않다.

이어서, 상기 무기 안료를 첨가 혼합하는 과정을 수행한다. 즉, 3차 배합성분에 무기 안료를 섞고, 이에 더하여 기타 첨가물(상기 은나노 등)를 더 집어넣고 상온 100℃~110℃ 범위에서 3분 정도 배합한다.

마지막으로, 상기 배합된 조성물을 호퍼를 통해 믹서기 등에 투입하여 통상적인 방법으로 배합함으로써 본 발명의 합성수지 제조용 조성물을 만들게 된다.

한편, <표 1>에서는 본원발명의 주요 성분들의 배합 데이터가 기재되어 있다. <표 1>에 의하면, 중량％로 목분 57.91, 폴리프로필렌(PP) 23.87, 폴리에틸렌(PE) 4.38, 황토 7.04, 활제 1.93, 결합제 2.41, UV 안정제 0.29, 산화철 1.64, 산화황 0.39, 카본 블랙 0.14로서 총 100 중량％ 혼합되고, 중량(kg)으로 목분 60, 폴리프로필렌 24.73, 폴리에틸렌 4.54, 황토 7.29, 활제 2, 결합제 2.5, UV 안정제 0.3, 산화철 1.7, 산화황 0.4, 카본 블랙 0.15로서 총 103.61kg을 혼합하였다.

품명	중량(kg)	중량％
목분(60#,100#)	60	57.91
PP	24.73	23.87
PE	4.54	4.38
황토	7.29	7.04
활제	2	1.93
결합제	2.5	2.41
UV 안정제	0.3	0.29
산화철	1.7	1.64
산화황	0.4	0.39
카본 블랙	0.15	0.14
합계	103.61	100.00

목재 플라스틱 복합재 바닥판의 성능(KS F 3230:2011)

시험 항목		품질 기준
비중		0.8~1.5
굴곡 최대하중(N)		H,H-T	3,000 이상
		S,S-T	3,400 이하
굴곡 클리프 변형(％)		H,H-T	0.20 이하
		S,S-T	0.25 이하
충격 저항성	실온 조건	이상 없을 것
	저온 조건	이상 없을 것
충격 강도(kJ/㎡)		3.0 이상
뒤틀림성(％)		2.0 이하
나사못 유지력(N)		H,H-T	400 이상
		S,S-T	780 이상
미끄럼 저항성(C.S.R)		0.40 이상
수분 흡수율	중량 변화(％)	8.0 이하
동결 융해	최대굴곡하중변화율(％)	초기 90 이상
길이선열팽창계수(1/℃)		S-T,H-T	3.0×(1/10000) 이하
		S,H	60×(1/10000) 이하
내후성	충격강도변화율(％)	초기 80 이상
유해물질 용출량(mg/L)	비소(As)	0.1 이하
	카드뮴(Cd)	0.1 이하
	크롬(Cr)	0.1 이하
	납(Pb)	0.1 이하
	수은(Hg)	0.005 이하
폼 알데히드 방산량(mg/L)		1.5 이하
난연성	탄화길이(cm)	20cm 이하
	나머지 불꽃(초)	10초 이하

한편, <표 3> 내지 <표 5>는 황토를 3 중량％ 혼합한 경우(황토 A), 5 중량％ 혼합한 경우(황토 B) 및 10 중량％ 혼합한 경우(황토 C)의 시험 성적서이다.

아래의 <표 6>은 상기 황토 A, 황토 B, 황토 C의 혼합 비율에 따른 각 항목의 성적서와 상기 <표 1>에서와 같이 각 성분을 혼합하였을 때의 성적서를 보여준다. 본원발명의 일실시예로 표시된 칼럼 부분이 <표 1>에서와 같이 각 성분을 혼합했을 때의 성적 결과이다.

항목	본원발명의 일실시예(표 1)	황토 A (3 중량％)	황토 A (5 중량％)	황토 A (10 중량％)
비중	1.236	1.226	1.281	1.298
굴곡최대하중	3792	3638	3823	3817
충격강도	3.2	4	3.9	3.9
나사못유지력	1253	805	1100	1088
미끄럼저항성	0.43	0.54	0.55	0.53
수분흡수율	2.5	3.3	2	1.8
길이선열팽창계수	2.2	2.8	3	2.2

상기 <표 3> 내지 <표 5>과 <표 6>에 기재된 바와 같이, 황토 A, 황토 B 및 황토 C의 혼합 비율 및 상기 <표 1>에서의 황토 혼합 비율 모두 상기 <표 2>의 목재 플라스틱 복합재 바닥판의 성능 기준에 부합함을 알 수 있다. 예를 들어, 비중에 있어서 황토 3 중량％, 황토 5 중량％, 황토 10 중량％ 및 황토 7.04 중량％인 경우 각각 1.226, 1.281, 1.298 및 1.236과 같이 <표 1>의 성능 기준치에 부합하는 성적이 나온 것이다. 나머지, 굴곡최대하중, 충격강도, 나사못 유지력 등의 다른 성능도 <표 1>에 기재된 성능 기준에 부합하는 성적이 나온 것을 알 수 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

합성목재를 성형하기 위한 조성물에 있어서, 목분 55~58 중량％, 폴리올레핀계 수지 27~30 중량％, 황토 4~10 중량％, 활제 1~2 중량％, 결합제 2~3 중량％, 유브이 안정제 0.2~0.3 중량％, 안료 1.4~2.7 중량％를 혼합하고, 상기 안료는, 산화철 1~2 중량％, 산화황 0.3~0.5 중량％, 카본 블랙 0.1~0.2 중량％을 혼합하고, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 23~25 중량％, 폴리에틸렌 4~5 중량％를 혼합하고, 상기 목분, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 황토, 활제, 결합제, 유브이 안정제, 산화철, 산화황, 카본 블랙의 혼합물에 산화 방지제를 0.2~0.5 중량％를 첨가하고, 상기 목분, 상기 폴리올레핀계 수지, 상기 황토, 상기 활제, 상기 결합제, 상기 유브이 안정제, 상기 안료 및 상기 산화 방지제가 혼합된 상기 조성물 100 중량％에 대해 은나노 10~20 중량％를 더 첨가하며, 상기 목분은 1차 건조시 함수율 7％ 이하는 수분의 너무 급속한 소진으로 인해 상기 폴리올레핀계 수지와의 혼합성 저하가 일어나고 함수율 12％ 이상인 경우 작업 속도 저하가 생기는 것을 감안하여 상기 목분의 1차 건조시 함수율이 7~12％로 유지하고, 2차 건조시 상기 목분의 함수율이 3.5％ 이하는 상기 폴리프로필렌 수지와의 혼합성과 결합력 저하를 가져오고 상기 목분의 함수율 4％ 이상은 수분 증발 지연으로 작업 속도 저하를 초래하는 것을 감안하여 상기 목분의 2차 건조시의 함수율은 3.5~4％로 유지하는 것을 특징으로 하는 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물.
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제1항에 있어서,
상기 목분은 침엽수 목분이며, 상기 침엽수 목분은 제습 드라이어에 의해 건조된 목분인 것을 특징으로 하는 황토를 활용한 친환경 합성목재 제조용 조성물.
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