KR101989688B1

KR101989688B1 - 생분해성 친환경 합성목재 복합재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101989688B1
Application number: KR1020170140174A
Authority: KR
Inventors: 윤여일; 김정민
Original assignee: 주식회사 폴우드
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-06-14
Also published as: KR20190046405A

Abstract

본 발명은 목재의 함유량이 높으면서도 친환경적이고 물성이 우수한 생분해성 친환경 합성목재 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로 침엽수 또는 활엽수를 이용한 목분재료와 폴리에틸엔, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등의 고분자 화합물, 난연성 물질, 셀룰로오즈 파이버 등을 이용한 조성물을 압출 성형하여 제조한 생분해성 친환경 합성목재 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 침엽수목 또는 활엽수목을 20~50 mesh의 크기로 분쇄하는 과정,
상기의 단계를 거친 분쇄물을 중량대비 함수율 0.1~5%로 건조시켜 목분재료로 만드는 과정,
상기의 목분재료와 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)), 폴리프로필렌(PP), 술폰화 폴리스틸렌(SPS, sulfonated polystyrene), 오피피(OPP, Oriented Poly Propylene) 단독으로 또는 이들의 조합으로 이루어진 일군의 조성물을 제조하는 과정,
상기의 조성물을 압출기내에서 가압 혼련한 후 다이에서 복합재로 성형하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 친환경성 합성목재 복합재 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 목분재료를 제조하는 과정 후에,
목분재료 100중량부에 생분해성 첨가물을 3~8중량부 혼합하여 조성하는 과정,
목분 재료 100 중량부에 생분해 촉진 첨가물을 2~5중량부 혼합하여 조성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 친환경성 합성목재 복합재 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기에 의한 제조방법에 의하여 제조된 생분해성 친환경성 합성목재 복합재를 제공한다.

Description

생분해성 친환경 합성목재 복합재 및 이의 제조방법{a biodegradable and environment friendly wood plastic composites and manufacturing method thereof}

본 발명은 목재의 함유량이 높으면서도 친환경적이고 물성이 우수한 생분해성 친환경 합성목재 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

구체적으로 침엽수 또는 활엽수를 이용한 목분재료와 폴리에틸엔, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등의 고분자 화합물, 난연성 물질, 셀룰로오즈 파이버 등을 이용한 조성물을 압출 성형하여 제조한 생분해성 친환경 합성목재 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근 천연목재에 대한 소비자의 선호도가 크게 증가하고 있으며, 또한 천연목재의 벌목에 따른 이산화탄소 증가에 대한 환경파괴 우려가 증폭되면서 천연목재를 대체할 수 있는 소재 개발에 대한 목소리가 높아지고 있다.

이러한 배경에서 최근 천연목재와 유사한 질감과 외관을 가지면서 인체에 해가 덜한 합성목재 복합재에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.

이런 이유로 목재를 적게 사용하거나 비목재의 복합재에 대하여 제안되었다. 예를 들어 종래의 복합재는 원목을 얇게 자른 다음 한 면이나 양면에 착색하여 건조시키고 접착제를 이용하여 필름 등을 부착하여 건조시킨 다음 소정 길이로 절단하여 사용하도록 구비된 합판형태와, 원목이나 폐목을 가루로 분쇄한 다음 다량의 수지를 첨가한 후 가열 압착시켜 만드는 MDF(Medium Density Fiber Wood)로 구분된다.

그러나 이러한 복합재는 접착제에 포함된 유해물질로 인하여 환경을 오염시키고 인체에 유해한 성분을 뿜어낸다, 또한 종래의 MDF(Medium Density Fiber Wood)는 원목을 대부분 수입하여 사용하는 관계로 원목방충제의 과다한 사용으로 인체에 심한 악영향과 환경오염을 지속적으로 유발하고 있었다.

그리고 종래의 MDF(Medium Density Fiber Wood)는 강도가 결여되거나, 깨짐현상, 갈라짐, 뒤틀림 현상 등의 형태변화 및 색변화가 있는 문제점도 제기되고 있었다.

또한 일반적으로 건축용 내, 외장재로서 천연재질에 대한 소비자 선호도와 천연질감에 의한 미관의 우수성 등으로 천연목재가 많이 사용되고 있다. 그러나, 이와 같이 건축용 내, 외장재로 사용되는 천연목재는 습기에 취약하여 뒤틀림이나 들뜸 현상이 발생할 수 있고, 습기에 장시간 노출시 잘 썩는 문제가 있다.

이와 같은 단점으로 인해 최근에는 천연목재와 유사한 질감 및 외관을 갖는 우드플라스틱복합체가 천연목재의 상호간의 장단점을 보완한 대체 재료로써 건축용 내, 외장재로의 사용이 증가되고 있다.

일반적으로 건축용 내,외장재로써 사용되는 합성목재 복합재는 목분과 폴리프로필렌(PP, poly propylene), 폴리에틸렌(PE, poly ethylene), PVC(polyvinyl chloride)등의 열가소성수지 등을 주원료로 이용하고 플라스틱과 목분의 혼합시 결합을 용이하게 하기 위해 첨가되는 결합제(coupling agent)와, 안료, 자외선차단제, 산화방지제 및 활제 등의 기타 소량의 첨가제(10% 미만)를 혼합한 소재로서 목재의 단점과 플라스틱의 단점을 서로 보완하고 서로의 장점을 극대화시킨 우수한 재료로서 높은 치수안정성, 열적 특성, 수분에 대한 안정성, 높은 충격강도 등의 장점이 있는 것으로 알려져 있다.

이러한 장점으로 인하여, 1980년대부터 꾸준히 개발되어 현재 창호재, 외벽재, 데크재 등의 건축자재뿐만 아니라, 자동차 및 항공 소재 등의 경량화 소재로서 다양하게 활용되어 오고 있다. 이러한 다양한 용도로 인하여, 우드플라스틱복합체의 세계 시장은 2010년 기준으로 1,450 천톤의 생산량과 연 13%의 높은 성장률을 보이고 있다

우드플라스틱복합체는 이러한 특성으로 그 이용이 확산되면서 다양한 용도로 개발이 추진되고 있지만, 장기적인 관점으로 판단할 때 폐기처리상의 환경적 문제가 대두되고 있다. 즉, 용도 파기 이후에 폐기의 어려움이 나타나 많은 사회적 문제점으로 야기되고 있다. 이는 우드플라스틱복합체에서 주매트릭스로 사용되는 PP, PE, PVC 등의 열가소성 수지들은 썩지 않기 때문에 토양환경에 대한 문제점을 야기한다

그러한 이유로 우드플라스틱복합체의 폐기물의 처리방법은 재활용 또는 소각하는 방법을 권장하고 있으나, 실제로 재활용은 거의 이루어지지 않고 있다. 그 이유는 폐플라스틱의 선별수거가 용이치 않고 폐플라스틱의 가격 그리고 순도(성분과 배합) 등이 원료로써 적합성을 갖지 못하기 때문에 대부분의 회사는 버진(virgin)수지를 사용한다. 따라서 유일한 처리방법인 소각에 의한 방법에서는 소각시 휘발성 유기화합물(VOCs) 등이 발생하고 플라스틱 전문 소각시설이 갖추어진 곳에서 이루어져야 하는 점과 폐합성수지 혼합품목으로 분류되면서 톤당 21,000원이 소요되는 방부목에 비하여 우드플라스틱복합체는 톤당 170,000원의 고가의 비용이 발생한다는 점에서 효율성이 떨어진다는 단점이 있다.

관련된 선행기술로, 등록특허 10-1560742 및 10-1537642에서 생분해성이 개선된 친환경 우드플라스틱복합체 팰릿 및 그 제조방법을 제시한 바 있다.

본 발명은 상기한 선행기술에 비하여 생분해성 능력을 현저히 높은 생분해성 친환경 합성목재 복합재 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에서는 목분 및 플라스틱의 일부를 대체하는 생분해성 분말을 포함하여 종래의 합성목재 복합재에 비해 생분해성을 개선하고 우수한 강도 개선효과를 가지는 생분해성 친환경 합성목재 복합재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 친환경적이고 인체에 무해한 생분해성 합성목재 복합재 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 적정강도 유지, 깨짐현상 방지, 갈라짐 방지, 뒤틀림 현상 방지를 위한 생분해성 합성목재 복합재 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.

이와 더불어서 최근 합성목재 복합재를 이용한 바닥재, 내장재, 가구재, 방음벽, 창호 등의 인테리어 목재용의 내화성을 높인 난연성이 있는 생분해성 합성목재 복합재 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기한 목적 및 요구를 해결하기 위하여,

침엽수목 또는 활엽수목을 20~50 mesh의 크기로 분쇄하는 과정,

상기의 단계를 거친 분쇄물을 중량대비 함수율 0.1~5%로 건조시켜 목분재료로 만드는 과정,

상기의 목분재료와 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)), 폴리프로필렌(PP), 술폰화 폴리스틸렌(SPS, sulfonated polystyrene), 오피피(OPP, Oriented Poly Propylene) 단독으로 또는 이들의 조합으로 이루어진 일군의 조성물을 제조하는 과정,

상기의 조성물을 압출기내에서 가압 혼련한 후 다이에서 복합재로 성형하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 친환경성 합성목재 복합재 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 목분재료를 제조하는 과정 후에,

목분재료 100중량부에 생분해성 첨가물을 3~8중량부 혼합하여 조성하는 과정,

목분 재료 100 중량부에 생분해 촉진 첨가물을 2~5중량부 혼합하여 조성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 친환경성 합성목재 복합재 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기에 의한 제조방법에 의하여 제조된 생분해성 친환경성 합성목재 복합재를 제공한다.

본 발명에 의한 생분해성 친환경 합성목재 복합재는 상기한 선행기술에 비하여 생분해성 능력이 현저히 높고 친환경적인 특성을 나타내게 된다.

본 발명에 의한 생분해성 합성목재 복합재는 친환경적인 장점이 있으며, 특히 화재시에 인체에 덜 유해하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 생분해성 합성목재 복합재로 만든 합성목재는 난연성이 현저히 증가되어 화재시에도 불에 잘 타지 않는 장점이 있다.

그리고, 본 발명은 셀룰로오즈 파이버를 사용하여 자연목재와 비슷한 물리적특성(예컨데, 목재 질감)을 형성하는 데 현저한 효과가 발생한다.

이와 더불어 본 발명은 독특한 고분자 접합 조성물을 사용하여 합성목재를 제조하므로 종래의 합성목재 복합재보다 강도가 강하다는 장점이 있으며, 깨짐현상을 현저히 방지하고 있고, 갈라짐 및 뒤틀림 현상을 현저히 방지하는 장점을 지니고 있다.

본 발명은 목분재료와 고분자 수지를 혼합하여 용융 압출하여 성형체를 제조할 수 있으며, 친환경적이고 인체에 해가 적으며 난연성이 있는 생분해성 친환경 합성목재 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서 사용되는 합성목재 복합재는 합성목재를 제조하는 재료 및 이와 같은 재료로 제조된 합성목재를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

본 발명의 목분재료는 국내에서 생산되는 침엽수 또는 활엽수를 이용하여 만든다. 종래의 합성목재는 목분 원재료를 주로 수입에 의존하는 면이 있어서 살충제, 부패방지제 등이 다량 함유된 수입산 목재를 활용하는 결과가 되었고, 그 결과 그런 수입한 합성목재를 사용하여 건축 재료, 마감재 등으로 사용하게 되면 실내오염과 같은 2차적인 환경문제를 유발하게 되었다. 그러나 본 발명의 목분재료는 국내에서 생산되는 침엽수 또는 활엽수를 이용하게 되어 그러한 2차적인 환경문제를 근본적으로 해결한다는 장점이 있다.

따라서, 본 발명의 목분재료의 원료는 침엽수 또는 활엽수를 20~50 mesh의 크기로 분쇄하는 단계로부터 시작된다. 본 발명의 목분재료의 원료인 침엽수는 한국에서 생산되는 통상의 침엽수이면 좋다. 바람직하게는 전나무, 소나무, 잣나무 등의 강도가 좋고 목질이 우수한 것들을 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 분쇄하여 사용하는 것이 좋다. 본 발명의 목분재료의 또 다른 원료인 활엽수는 국내에서 생산되는 통상의 활엽수이면 좋다. 바람직하게는 박달나무, 자작나무 등과 같이 강도가 좋고 목질이 우수한 것들을 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 분쇄하여 사용하는 것이 좋다.

또한, 상기의 침엽수와 활엽수를 같은 종류끼리 혼합사용하는 것도 좋으나 서로 섞어 혼합하여 사용하는 것도 무방하다.

목분재료를 만들 때 20~50 mesh의 크기로 하여야만 본 발명의 합성목재를 제조하는 데 있어 적정 강도와 탄력성 등이 유지가 된다.

상기와 같이 만들어진 목분재료를 중량대비 함수율이 0.1~8% 정도 함유하도록 건조를 한다. 바람직하게는 함수율이 0.1~5% 유지하는 것이 좋다. 이와 같이 함수율이 중요한 이유는 목분재료가 상기의 함수율을 초과하는 경우는 추후 목분재료를 이용하여 제조된 합성목재의 기계적물성, 물리적물성, 화학적물성 및 생산성에 치명적인 손상을 줄 수 있기 때문이다.

목분재료의 건조방법은 당업자들이 사용하는 통상의 건조방법을 채택하면 된다.

본 발명은 상기의 적정 함수율이 유지된 목분재료와 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)), 폴리프로필렌(PP), 술폰화 폴리스틸렌(SPS, sulfonated polystyrene), 오피피(OPP, Oriented Poly Propylene)를 단독으로 또는 둘 이상을 혼합한 조합으로 이루어진 고분자 물질 조성물을 혼합하여 조성한 합성목재 복합재를 제공한다.

상기한 조성물로 제조한 합성목재 복합재는 그 자체로 물리적물성과 화학적물성이 충분히 유지된 친환경적인 것이 되기에 충분하다.

바람직하게는 본 발명의 합성목재 복합재는 목분재료 100중량부에 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌(PP), 술폰화 폴리스틸렌(SPS, sulfonated polystyrene), 오피피(OPP, Oriented Poly Propylene) 단독으로 또는 둘 이상을 혼합한 이들의 조합으로 이루어진 고분자 물질 조성물 200~400중량부를 혼합한 합성목재 복합재로 조합한 것이면 더 좋다.

더욱 바람직하게는 상기한 고분자 물질 조성물은 폴리에틸렌(PE) 100 중량부에 폴리에틸렌 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)40~100 중량부, 폴리프로필렌(PP) 40~100 중량부, 술폰화 폴리스틸렌(SPS, sulfonated polystyrene)10~50 중량부, 오피피(OPP, Oriented Poly Propylene)10~50 중량부 혼합한 조성물이 좋다.

상기한 일정한 중량부의 배합이 이루어진 일군의 조성물로 만든 합성목재 복합재는 압출성형과정에서의 기계적물성, 예를 들면 엉김방지, 유연한 압출, 적정한 점도를 유지시켜 주는데 매우 효과적임을 본 발명자는 알게 되었다.

본 발명은 상기한 목분재료에 생분해성 첨가물을 혼합하여 합성목재의 생분해율을 현저히 상승시키는 작용을 한다.

본 발명은 상기한 목분재료 100중량부에 생분해성 첨가물을 0.5~2중량부 혼합하여 조성하는 것이 생분해율의 최적화를 이루게 한다.

본 발명의 생분해성 첨가물은 미강, 황산철 수화물, 생석회를 포함하여 혼합한 조성물을 의미한다.

생분해성 첨가물은 미강 100중량부에 황산철 수화물(Fe(SO4)·xH2O, x=1∼7) 80~120중량부, 생석회 20~50중량부를 혼합하여 조성하는 것이 바람직하다.

생분해성 첨가물에 포함되는 미강(米糠)은 벼에서 겉껍질(왕겨)을 제거한 현미를 백미로 도정할 때 분리되어 나오는 것으로, 많은 영양성분이 포함되어 있는데, 특히 미강의 유지성분이 합성목재 복합재의 매립시 호기조건 하에서의 산폐 반응에 의해 분해과정에서 썩는 것을 도와주게 된다.

생석회는 상기 생분해성 분말 또는 토양 내에 존재하는 수분과 결합하여 소석회가 되면서 발열 반응을 하여 생분해성 분말의 발효 온도 또는 토양 온도를 상승시킬 수 있다. 또한 생석회는 물과 반응하면서 소석회(Ca(OH)2)로 되어 비교적 많은 양의 칼슘이온을 배출할 수 있고 무수황산철이 수화되어 산성으로 될 때 중화시킬 수 있다.

생석회가 대략 황산철 무수물의 15% 정도 함유되었을 때 중성의 액성을 나타낸다. 따라서, 황산철 무수물 또한 수화 반응시에도 발열반응이 진행되므로 황산철의 수화에 의한 반응열이 온도를 높여 발효를 촉진하거나 토양의 온도를 상승시켜 합성목재 복합재의 생분해의 촉진을 기대할 수 있다.

또한 본 발명은 상기한 생분해성 첨가물에 어분과 도축 혈분이 더 첨가되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 생분해성 첨가물은 상기한 미강 100중량부를 기준으로 어분 10~20중량부, 도축 혈분 5~15 중량부를 더 혼합하여 조성할 수 있다.

본 발명의 어분은 마찬가지로 합성목재 복합재의 폐기 후 자연분해를 향상시키기 위한 것으로 생선을 고온 건조한 다음 파쇄기로 잘게 분쇄한 후 60~70℃의 고온에서 24시간 이상 발효시키고 건조하여 분말형태로 준비한다.

생분해성 첨가물에 추가되는 도축 혈분은 소, 돼지 등과 같은 가축의 도축시 발생하는 부산물인 도축 혈액을 이용하여 제조되는 것으로, 도축 혈액에 항응고제로서 EDTA 2g/l을 첨가하여 응고를 방지 후 원심분리기로 7000rpm∼9000rpm으로 30∼40분간 원심분리하여 상등액인 혈장(serum)을 분리한다.

이 혈장으로부터 혈장 단백질을 분리하기 위하여 트리클로로아세트산(Trichloroacetic acid)용액 또는 염산(HCl)용액을 첨가하였으며 Volume비는 혈장:산 = 4:1 로 가하여 혈장 단백질을 침전시킨다. 가장 적합한 TCA와 HCl의 조건은(최종 pH, 용해도, 침전물의 양을 고려할 때) 트리클로로아세트산은 최종농도 2%, 그리고 염산(HCl)은 최종농도 0.6N일 때 혈장 단백질의 침전이 가장 많고 이렇게 침전된 혈장단백질만을 따로 건조하게 되면 이미 상당한 수분을 미리 분리하였으므로 건조 속도가 매우 빠르고 단백질 함량이 높은 도축혈분을 얻게 된다.

이러한 도축 혈분은 합성목재 복합재의 성형시 목분과 합성수지와의 결합을 도와주게 되는데, 이에 의해 합성목재 복합재에서 기타 첨가제로서 목분과 합성수지와의 결합을 용이하게 하는 화학결합제의 함량을 줄일 수 있고, 아울러 천연재료로 이루어져 폐기시 분해과정에서 결합력이 약해져서 썩는 것을 도와주게 된다.

본 발명은 상기한 목분 재료에 생분해 촉진 첨가물을 혼합하여 합성목재 복합재가 생분해의 작용 속도를 높이도록 한 점에 기술적 특징이 있다.

본 발명은 목분 재료 100 중량부에 생분해 촉진 첨가물을 2~5중량부 혼합하여 합성목재 복합재가 생분해의 작용 속도를 현저히 높이게 된다.

본 발명의 생분해 촉진 첨가물은 PLA(poly lactic acid) 100중량부에 탄산칼슘(CaCO3) 20~40 중량부, 마그네슘 0.1~5 중량부, 알루미늄 0.1~5 중량부, 실리콘 0.1~5 중량부, 칼슘 0.2~10 중량부을 포함하여 조성하게 된다.

이와 같은 생분해 촉진 첨가물은 합성목재 복합재가 분해가 진행되는 시점에서 미생물의 분해에 필요한 에너지를 제공해주는 기능을 수행하게 되어 미생물의 활성도를 현저히 높이게 되어 분해율을 상승시키게 된다.

본 발명은 상기한 목분 재료에 천연 생분해 보조 첨가물을 혼합하여 합성목재 복합재의 생분해의 작용 속도를 현저히 높이도록 한 점에 기술적 특징이 있다.

본 발명은 목분 재료 100 중량부에 천연 생분해 보조 첨가물을 0.5~2중량부 혼합하여 합성목재 복합재가 생분해의 작용 속도를 현저히 높이게 된다.

본 발명의 천연 생분해 보조 첨가물은 천연 약초 성분으로 되어 있어 고분자 물질이 포함된 합성목재 복합재를 미생물이 분해를 진행하는 중간에 필요한 에너지를 공급해 주는 기능과 작용을 하여 합성목재 복합재가 생분해의 작용 속도를 현저히 높이게 된다.

본 발명의 천연 생분해 보조 첨가물은 창출 30~55중량부, 목통 30~55중량부, 생지황 110~150중량부, 지부자50~80중량부, 형개 50~80중량부, 백출 100~150중량부, 위령선 80~120 중량부, 천오두 80~120 중량부, 선퇴 80~120 중량부, 시호 80~120 중량부, 천궁 80~120 중량부, 적복령 80~120 중량부, 전호 80~120 중량부, 지각 80~120 중량부, 천마 80~120 중량부를 혼합하여 추출한 조성물을 의미한다.

천연 생분해 보조 첨가물을 추출하는 방법으로는 상기한 중량부대로 혼합한 원재료 100중량부에 물 100~5,000 중량부를 혼합하고 가열하여 추출할 수 있다.

상기한 원재료 100중량부에 물 1000중량부를 혼합하여 추출하면 약 800~1000중량부 정도의 추출액이 나오게 된다.

또한 상기한 천연 강화 첨가물을 추출하는 방법으로는 상기의 혼합한 원재료 100 중량부에 75~85%[질량%] 에탄올 1000중량부를 넣고, 2~4시간 동안 환류 추출하고 여액을 rotary evaporator를 이용하여 감압, 농축하는 방법으로 추출할 수 있다.

바람직하게는 상기의 혼합한 원재료 100 중량부에 80%[질량%] 에탄올 1000중량부를 넣고, 3시간 동안 환류 추출하고 여액을 rotary evaporator를 이용하여 감압, 농축하는 방법으로 추출하는 것이 좋다.

이와 같은 추출물은 혼합한 원재료 100중량부를 기준으로 분말 형태로 5~25중량부 정도 추출될 수 있으며 이러한 분말 형태의 추출물을 증류수에 희석하여 원재료 100중량부를 기준으로 약 800~1000중량부로 희석된 것(즉, 증류수+분말추출물)을 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기한 목분 재료에 강도 강화 첨가물을 부가할 수 있어 본 발명의 생분해가 가능하면서도 목재로서의 특성인 강도를 현저히 강화할 수 있도록 한 점에 기술적 특징이 있다.

본 발명은 목분 재료 100 중량부에 강도 강화 첨가물을 0.1~2중량부를 혼합하생분해성 합성목재 복합재의 강도를 속도를 현저히 높이게 된다.

상기한 강도 강화 첨가물은 수산화알루미늄, 물유리, 인산, 초산, 흑연이 혼합된 조성물인 것에 기술적 특징이 있다.

상기한 강도 강화 첨가물은 수산화알루미늄 100중량부에 물유리 20~30중량부, 인산 5~10중량부, 초산 5~10중량부, 흑연 2~5중량부를 혼합하여 조성하는 것이 매우 효과적이다.

특히 상기한 수산화 알루미늄은 합성목재의 강도를 현저히 향상시키는 작용을 하게 한다.

상기한 일군의 조성물에 충전제, 안정제, 활제(lubricant), 충격보강제, 셀롤로오즈 파이버, 커플링에이전트를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 일군의 합성목재 복합재 조성물을 만들 수가 있다.

이러한 충전제, 안정제, 활제, 충격보장제, 셀룰로오즈 파이버, 커플링에이전트 등의 보충제를 더 추가하는 이유는 1차적으로 합성목재 복합재로 압출하는 과정에서보다 보다 안정적이고 적정한 강도와 점도 등을 유지시켜 주기 때문이고,

2차적으로는 상기한 합성목재 복합재를 다시 구체적인 합성목재로 압출 성형할 때에 보다 좋은 강도와 유연한 압출, 적정한 점도 등의 물리적, 화학적 물성을 유지해 주기 때문이다.

상기의 추가 보충제들은 목분재료 100중량부에 충전제 10~30중량부, 안정제 5~20중량부, 활제 5~10중량부, 충격보강재 10~40중량부, 셀룰로오즈 파이버 30~60중량부, 커플링 에이전트 1~5 중량부인 것을 추가하면 더욱 좋은 강도와 유연한 압출, 적정한 점도 등의 물리적, 화학적 물성을 유지할 수 있다는 것을 본 발명자는 알게 되었다.

상기의 충전제는 고분자물질의 실용화에서 노화방지·보강·증량(增量)의 목적으로 가하는 물질을 말한다. 따라서 본 발명의 고분자 물질의 특성에 맞게 사용되는 통상의 충전제를 의미한다. 통상적으로 탈크, 칼슘 카보네이트 또는 규회석, 또는 이들과 합성 섬유(예를 들어, 유리 또는 탄소 섬유)와의 조합물을 의미한다.

안정제는 고분자물질의 상용화된 것(플라스틱) 등에 열화(劣化)를 방지하거나 또는 억제하기 위해서 첨가하는 화학약품이다. 플라스틱 등은 열·빛·산소의 영향을 받아 열화해 가므로 이를 방지해야 한다. 대표적인 것에 열안정제·산화방지제·광안정제 등이 있다. 따라서 안정제는 본 발명의 고분자 물질에 맞게 사용되는 통상의 안정제를 의미한다. 예를 들면, UV안정제, 열안정제, 에폭시 화합물, 스테아린산아연·스테아린산칼슘 등의 유기산금속류 등이 있다.

활제(lubricant)는 본 발명의 고분자 물질에 맞게 사용되는 통상의 활제를 의미하며, 폴리에틸렌계 또는 폴리프로필렌계 등에 통상 사용되는 것으로, 스테아린산 등 지방산류; 스테아린산 아미드, 올레인산 아미드 등 지방산 아미드류; 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스 등 왁스류 등을 들 수 있으며, 이들이 단독 또는 적정 비율로 혼합되어 사용되며 목분재료 100중량부에 대해 5∼10중량부를 사용하는 것이 효과적이다.

특히 셀룰로오즈 파이버의 함량이 높아짐에 따라 압출기 벽면의 점착에 의해 셀룰로오즈 파이버가 타는 경향이 심해지기 때문에 활제의 선택 및 첨가량이 매우 중요하다.

충격보강제는 분열, 인장, 압축, 휨, 충격강도를 증가시키기 위해 플라스틱에 첨가하는 섬유상 불용성 물질을 의미한다. 본 발명에 사용되는 충격보강제는 Acrylic, CPE(Chlorinated Polyethylene), EVA(Ethylene Vinyl Acetate), 메틸메타크릴레이트-부타디엔-스틸렌(MBS)수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌(ABS)수지 등을 들 수 있으며 목분재료 100중량부에 대해 10∼40중량부를 사용하는 것이 효과적이다.

본 발명에 사용되는 셀룰로오즈 파이버는 그 예로 왕겨분, 펄프 분말, 볏짚 분말 등을 들 수 있고, 분말 형태로서 평균입경은 20∼500μm의 것이 좋은데, 입경이 커지면 합성목재의 외관이 나빠지는 경향이 있고, 입경이 작으면 외관은 우수해지나, 분산이 어려워지고 미분말로 만드는데 원가가 올라가 경제성이 떨어지는 취약점이 있다. 또한 셀룰로오즈 파이버의 수분은 비록 압출공정중 일부 잔여 수분이 벤트되어 제거되기도 하지만 물성 및 생산성을 고려할 때 10% 이하의 것이 좋고 5%이하의 것이 더욱 좋다.

셀룰로오즈 파이버의 첨가량은 목분재료 100중량부에 대해 30∼60중량부로 첨가하는 것이 좋고, 40∼50중량부 범위가 더욱 좋다. 30중량부 미만일 경우 치수안정성의 개선효과가 떨어지고, 60중량부를 초과하면 외관이 거칠어지는 단점이 있다.

커플링에이전트는 가교제로서 실란 계통 또는 말레익언하이드라이드, 테트라 히이드로 프탈릭언 하이드라이드 등을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 실란 계통은 비닐실란, 아미노에틸계 실란 등이 있다. 커플링에이전트 사용은 목분재료 100중량부에 커플링 에이전트 1~5 중량부를 사용하는 것이 안정적이다. 상기 커플링에이전트는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용이 가능하다.

상기한 충전제, 안정제, 활제(lubricant), 충격보강제, 셀롤로오즈 파이버, 커플링에이전트를 더 추가하여 만든 일군의 합성목재 복합재 조성물에 목분재료 100중량부를 기준으로 디에틸렌 글리콜 10~30중량부, 마이크로 실리카 5~12 중량부, 난연제 조성물 5~30 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하여 친환경적이며 강도가 상승되고 난연성이 있는 합성목재 복합재를 제조할 수 있다.

디에틸렌 글리콜은 합성목재 제품의 친환경성을 저해하지 않는 가운데 보다 강화된 강도를 나타낼 수 있게 되어 제품에 대한 신뢰성을 향상시키는 효과를 나타내어 준다. 디에틸렌 글리콜은 목분재료 100중량부를 기준으로 10~30중량부를 넣는 것이 강도가 현저히 증가된다.

마이크로 실리카는 통상의 마이크로 실리카를 제조하는 공법에 의해 제조된 마이크로 실리카를 의미한다. 본 발명은 목분재료 100중량부에 마이크로 실리카 5~12 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

마이크로실리카는 적어도 80 중량% 실리카(SiO₂)를 함유할 수 있고 2.1 내지 2.3 g/㎤의 비밀도 및 15 내지 50㎡/g의 표면적을 갖는 것을 특징으로 한다. 본래 입자는 실질적으로 구형이고, 약 0.15 ㎛의 평균크기를 갖는다. 바람직하게는 마이크로실리카는 90 중량% 초과의 SiO₂를 함유하고, 0.1 중량% 미만의, 45 ㎛ 초과의 입자크기를 갖는 입자를 갖는다.

마이크로 실리카의 주입으로 난연성 향상의 기대효과를 갖게 된다. 또한 합성목재의 수분흡수 부분을 차단시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

난연제 조성물은 목분재료 100중량부에 난연제 조성물 1~5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 난연제 조성물은 통상적으로 고분자 물질에 첨가하는 금속성이든 비금속성이든 어느 것을 사용해도 무방하다.

다만 본 발명에서의 난연제 조성물은 물 1000중량부에 글리세린 10~50중량부, 프로필렌글리콜 5~10중량부, 수산화칼륨 100~300중량부, 암모늄설페이트 5~10중량부, 암모늄 요오다이드 5~10중량부, 인산암모늄 10~40중량부을 혼합하여 조성한 조성물인 것이 특징이다.

이와 같은 난연제 조성물이 혼합되어 지면 본 발명인 합성목재 복합재의 난연성이 현저히 상승된다. 이와 더불어 이러한 난연제 조성물이 혼합됨으로서 고분자 물질의 가교성도 증가되는 부수적인 효과도 있다.

상기의 난연제 조성물에 고분자 물질의 가교성을 더욱 증대시킬수 있는 고분자 접합 조성물을 선택적으로 첨가할 수 있다.

상기 난연제 조성물 100중량부에 고분자 접합 조성물 20~60중량부 첨가하여 난연성 접합 조성물을 만들게 된다.

상기 고분자 접합 조성물은 합성목재 복합재가 최종적으로 합성목재로 성형되고 나서 냉각되는 과정에서 수축현상이 발생할 때 균열, 비틀림, 쪼개짐 등을 방지하는 기능을 하게 된다.

고분자 접합 조성물은 MMA(methylmethacrylate),BAM(Buthylacrylmonomer), AN(Acrylonitrile), MAA(Methylacrylicacid), 유화제, 물, 촉매를 혼합가열하여 생성된 조성물을 의미한다.

이 조성물은 단분자(monomer)인 MMA(methylmethacrylate) 100중량부, BAM(Buthylacrylmonomer) 100-150 중량부, AN(Acrylonitrile) 5-10 중량부, MAA(Methylacrylicacid) 4-7 중량부로 섞고 물 100-150 중량부, 유화제를 극히 소량인 5-8중량부로 섞는다.

바람직하게는 MMA(methylmethacrylate) 100중량부, BAM(Buthylacrylmonomer) 140 중량부, AN(Acrylonitrile) 10 중량부, MAA(Methylacrylicacid) 6 중량부, 물 140 중량부, 유화제 7중량부를 섞는다.

유화제는 일반적으로 계면활성제를 의미하며 음이온계인 설폰산염 종류를 사용하며 바람직하게는 알킬설폰산염을 사용한다. 알킬설폰산염은 아주 소량 첨가되는데 MMA(methylmethacrylate), BAM(Buthylacrylmonomer), AN(Acrylonitrile), MAA(Methylacrylicacid)와 물의 혼합을 용이하게 하는 유화제 역할을 하며 반응에는 참여하지 않는다.

여기에 촉매로 작용하는 분말형태의 과황산암모늄((NH₄)₂S₂O₈)과 중아황산소다(NaHSO₃)를 MMA 100중량부에 대하여 0.5- 3중량부로 섞으며 바람직하게는 1중량부가 적당하다. 과황산암모늄((NH₄)₂S₂O₈)과 중아황산소다(NaHSO₃)의 비율은 1: 0.3~0.6의 비율로 섞으며 바람직하게는 1:0.5의 비율이 적정하다. 이 촉매들은 단분자 혼합물에 용해되어 촉매로 작용하게 된다. 특히 주촉매작용은 과황산암모늄((NH₄)₂S₂O₈)이 담당하며, 중아황산소다(NaHSO₃)가 보조적인 촉매역할을 하게 된다.

그런 후 약 60-70도씨 정도로 5-7시간 가열하면서 교반하며 반응을 진행시킨다.바람직하게는 65도씨 정도로 가열 교반하여 반응을 진행시킴이 좋다.

위 과정을 통하여 단분자들인 MMA(methylmethacrylate), BAM(Buthylacrylmonomer)이 촉매들에 의하여 개시반응(initiation reaction)이 일어나며, 그 후 성장반응(propagation reaction), 종결반응(termination reaction)이 일어나 고분자 접합용 조성물이 생성된다.

상기한 본 발명인 합성목재 복합재에는 별도로 안료가 추가될 수가 있어 합성목재 완성품의 색상을 결정할 수가 있다. 안료는 무기계 안료, 유기계 안료 등 다양하게 사용될 수 있다. 바람직하게는 무기계 안료를 사용하는 것이 좋다.

상기한 본 발명인 합성목재 복합재 조성물은 통상적인 방법인 압출기에서 혼연, 용융, 가압, 압출, 성형되어 소정의 크기의 펠렛이 된다. 다시 이 펠렛은 합성목재를 제조하는 통상의 합성목재 제조 압출기를 통하여 합성목재로 완성되게 된다.

일 예로, 상기한 본 발명인 합성목재 복합재 조성물은 펠렛제조 압출기에서 200도씨 이하 바람직하게는 150~200 도씨 온도에서, 압력은 2~50Mpa로 수행되며 시간은 5~30분 동안 수행되면 혼연, 용융, 가압, 압출, 성형되어 펠렛이 만들어 진다. 그리고 이 펠렛은 합성목재 제조 압출기에 투입되어 150~250 도씨로 가열되고 금형으로 이송되어 합성목재로 완성되게 된다.

다음은 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 실시예일뿐 본 발명의 권리범위를 축소하여 해석하도록 설명되어서는 아니 된다.

[실시예 1]

참나무를 50mesh의 분말로 한 후 함수율을 1%로 건조시킨후 목분재료 1000g을 준비한다.

폴리에틸렌(PE)100 중량부에 폴리에틸렌 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 100 중량부, 폴리프로필렌(PP) 100 중량부, 술폰화 폴리스틸렌(SPS, sulfonated polystyrene) 50 중량부, 오피피(OPP, Oriented Poly Propylene) 50 중량부로 혼합한 고분자 물질 조성물을 3000g을 준비한다.

상기한 목분재료 1000g과 고분자 물질 조성물 3000g을 서로 골고루 혼합하여 합성목재 복합재 4000g을 준비한다.

상기한 목분재료 1000g에 준비한 생분해성 첨가물(미강, 황산철 수화물, 생석회를 포함하여 혼합한 조성물) 10g을 혼합한다.

또한 목분재료 1000g에 생분해 촉진 첨가물(PLA(poly lactic acid), 탄산칼슘(CaCO3), 마그네슘, 알루미늄, 실리콘, 칼슘의 혼합물) 30g을 첨가하여 혼합한다.

또한 목분재료 1000g에 천연 생분해 보조 첨가물(창출, 목통, 생지황, 지부자, 형개, 백출, 위령선, 천오두, 선퇴, 시호, 천궁, 적복령, 전호, 지각, 천마의 혼합 추출물) 10g을 첨가하여 혼합한다.

여기에 충진제로는 칼슘 카보네이트 200g, 안정제로는 스테아린산 아연 150g, 활제로는 파라핀 왁스 700g, 충격보강제로는 ABS수지 200g, 셀룰로오즈 파이버는 400g, 커플링 에이전트로는 실란 30g을 추가하여 골고루 혼합한 합성목재 복합재 조성물을 만든다.

이와 같이 만든 조성물을 압출기에서 가공온도는 구간별로 150, 180, 185, 190 도씨로 상승하면서 150rpm으로 혼련한 후 금형을 통하여 압출하여 연속 판형의 시편을 제작하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 실시예 1의 합성목재 복합재 조성물에 디에틸렌 글리콜 200g, 마이크로 실리카 65g, 난연제 조성물 100g을 더 혼합하여 연속 판형의 시편을 제작하였다.

단, 난연제 조성물은 물 1000g에 글리세린 20g, 폴리프로필렌 5g, 수산화칼륨 200g, 암모늄설페이트 7g, 암모늄 요오다이드 7g, 인산암모늄 25g을 배합하여 만들었다.

실시예 1 내지 2에 따른 생분해성 측정을 위하여 KS M ISO 14855-1(퇴비화 조건에서 플라스틱의 호기성 생분해도 및 붕괴도의 측정- 적정에 의한 발생 이산화탄소의 정량법)에 의거 시험을 실시하였다

아래의 [표 1]에서 보는 바와 같이 셀룰로오스(표준 시험물질)가 18일 동안 38% 분해가 되는 과정에서 본 발명의 합성목재 복합재(본 발명 사례1 및 사례2)는 각각 34와 32% 분해가 되었으며, 이는 기존 합성목재 복합재(WPC)가 14%인 것에 비해 약 2배 이상 빠른 생분해성을 나타내어 생분해성이 현저하게 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

종류	생분해도(18일)(%)
셀룰로오스	38
합성목재 복합재(WPC)	14
본 발명 실시예 1	34
본 발명 실시예 2	32

이와 같이 본 발명에 따른 생분해성 합성목재 복합재는 생분해도가 향상되어 환경오염의 문제를 최소화할 수 있고 최대굴곡하중 강도가 증가되는 생분해성 합성목재 복합재를 제공하게 된다.

본 발명은 목재가 사용되는 산업계에서 다양하게 사용될 수 있다. 특히 화재에 쉽게 노출되거나 인체에 많은 영향을 줄 수 있는 장소에 사용되는 목재를 제조, 판매, 가공하는 산업계에서 사용될 수 있다.

따라서 본 발명은 건축용 마감재, 마루바닥 등 목재를 필요로 하는 모든 산업에 이용될 수 있을 뿐만 아니라 건축재 중 특히 강도를 중시하고 환경적인 면을 중시하는 건축산업에 고루 이용될 수 있음은 물론이다.

Claims

침엽수목 또는 활엽수목을 20~50 mesh의 크기로 분쇄하는 과정,
상기의 단계를 거친 분쇄물을 중량대비 함수율 0.1~5%로 건조시켜 목분재료로 만드는 과정,
상기의 목분재료와 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)), 폴리프로필렌(PP), 술폰화 폴리스틸렌(SPS, sulfonated polystyrene), 오피피(OPP, Oriented Poly Propylene) 단독으로 또는 이들의 조합으로 이루어진 일군의 조성물을 제조하는 과정,
상기의 조성물을 압출기내에서 가압 혼련한 후 다이에서 복합재로 성형하는 과정을 포함하되,
상기한 목분재료 100중량부에 생분해성 첨가물을 3~8중량부 혼합하여 조성하는 과정을 수행하되,
상기한 생분해성 첨가물은 미강 100중량부에 황산철 수화물(Fe(SO4)·xH2O, x=1∼7) 80~120중량부, 생석회 20~50중량부를 혼합하여 조성하고,
상기한 목분재료 100 중량부에 천연 생분해 보조 첨가물을 0.5~2중량부 혼합하는 과정을 수행하되,
천연 생분해 보조 첨가물은 창출 30~55중량부, 목통 30~55중량부, 생지황 110~150중량부, 지부자50~80중량부, 형개 50~80중량부, 백출 100~150중량부, 위령선 80~120 중량부, 천오두 80~120 중량부, 선퇴 80~120 중량부, 시호 80~120 중량부, 천궁 80~120 중량부, 적복령 80~120 중량부, 전호 80~120 중량부, 지각 80~120 중량부, 천마 80~120 중량부를 혼합하여 추출한 조성물인 것을 특징으로 하는 생분해성 친환경성 합성목재 복합재 제조방법.
제1항에 있어서,
목분재료를 제조하는 과정 후에,
목분재료 100 중량부에 생분해 촉진 첨가물을 2~5중량부 혼합하여 조성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 친환경성 합성목재 복합재 제조방법.
상기 제1항 또는 제2항에 의한 제조방법에 의하여 제조된 생분해성 친환경성 합성목재 복합재.