KR102005920B1

KR102005920B1 - 기능성 친환경 파티클보드 제조용 난연성 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102005920B1
Application number: KR1020170183736A
Authority: KR
Inventors: 배영호; 서광희; 남철우
Original assignee: (주)영신에프앤에스; 배영호
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2019-10-10
Also published as: JP2020505246A; EP3741530A1; WO2019132097A1; CN110234479A; KR20190082341A

Abstract

본 발명은 친환경 기능성 파티클보드 제조용 조성물에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 물, 멜라민 수지, 난연제, 난연보조제, 억연제, PB강도 보강제, 방습제, 항균제, 커플링제, 방부제 및 침투제를 포함하는 친환경 기능성 파티클보드 제조용 조성물을 제공할 수 있다. 본 발명에서 상기 조성물을 이용하여 친환경 기능성 파티클보드를 제조한 결과, 우수한 항균성, 항곰팡이성, 난연성, 살균성, 소취성, 인장강도, 파열강도, 및 휨강도를 가지는 것과 동시에, VOC를 배출하는 양이 현저히 줄어든다는 것을 확인하였다.

Description

기능성 친환경 파티클보드 제조용 난연성 조성물 및 이의 제조방법 {COMPOSITIONS FOR MAKING ECO-FRIENDLY FUNCTIONAL PARTICLE BOARD AND THE METHOD OF PRODUCING THEREOF}

본 발명은 기능성 친환경 파티클보드 제조용 난연성 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

종래 개발된 파티클보드(particle board, 이하 PB로 표기)는 원목으로 목재를 생산하고, 남은 폐잔재를 부수어, 작은 조각으로 만들거나, 건축물 폐자재, 가구 폐자재, 목재 부산물 등을 부수어, 작은 조각으로 만들어 접착제를 섞어 고온, 고압으로 압착시켜서 만든 가공재이다. 이와 같은 PB의 제조에 사용되는 폐목재의 발생량은 연간국내 목재 수요량(2015년 기준) 28,151,000m³의 40% 수준인 11,260,400 m³이 사용되고 있다.

또한 PB를 제조하기 위해서 일반적으로 나무칩을 접착본드인 열경화성 합성 수지계로 뭉쳐서 제조하였다. 상기와 같이 제조할 경우, 아토피성 피부 원인 물질인 포름 알데히드 방출 현상이 일어날 수 있고, PB 표면에 시트지나 필름지를 부착시키기 위하여 사용되는 바인더에서 유기 휘발성 유기물(VOCs)이 방출될 수 있으므로, 인체에 치명적인 독소가 발생하는 등의 단점이 부각되면서 PB에 대한 인식은 상당히 좋지 않다.

PB는 폐목재로 제조되며, 목재 자체의 강도가 떨어져 부패, 풍우에 노출되어 변색, 마모, 균열이 된 것도 많고, 심지어는 흰개미와 염먹이들의 충해피해로 강도와 내구성이 약하게 되어 불에 잘타는 폐목이 될 수 있다. 또한 목재는 세포벽의 70% 이상을 점유하는 셀룰로우스와 헤미셀룰로우스가 물분자(H₂O)를 흡수하거나, 방습하는 양은 상대 습도와 온도에 따라 달라지지만, 흡습량은 PB 무게의 최대 30%가 된다는 학설도 있다.

또한 PB로 가공된 가구나 책상, 부엌가구(싱크대), 붙박이가구 같은 것들이 시간이 지나면, 마감재인 필름지 또는 시트지가 접착력이 떨어져 벗겨지는 경우가 많다. 벗겨진 부분으로 PB판 내부에 습기가 발생하게 되면, PB의 칩은 팽창을 하면서 결합력이 급속하게 약화되어 어걸어지는 문제가 발생되고, 세균과 곰팡이가 번식되어 위생에 문제가 될 수 있다는 지적이 되고 있다. 이에 상기 문제점을 보완 개량한 새로운 기능성 PB의 제조를 위한 조성물의 개발 필요성이 대두되고 있다.

이에, 본 발명자들은 종래 파티클보드의 단점을 극복한 파티클보드를 제공하고자 예의 노력한 결과, 본 발명에서 제시하는 조성물을 이용하여 파티클보드를 제조할 경우 난연성과 동시에 높은 내구도를 가지면서, 친환경적인 특성을 가진 파티클보드를 제조할 수 있다는 것을 확인하여, 본 발명을 완성하게 되었다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 기능성 친환경 파티클보드의 제조용 조성물을 제공하는 것이다.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은, 물, 멜라민 수지, 난연제, 난연보조제, 억연제, PB강도 보강제, 방습제, 항균제, 커플링제, 방부제 및 침투제를 포함하는 친환경 기능성 파티클보드 제조용 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 구체예로, 상기 물은 10 내지 15 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구체예로, 상기 난연제는 폴리인산암모늄 및 실란코팅폴리인산암모늄이 2:1로 혼합된 것이고, 상기 난연제는 20 내지 25 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 난연보조제는 황산암모늄이고, 0.8 내지 1.2 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 억연제는 붕산, 탄산아연 및 수산화마그네슘이 1:2:1의 중량비로 혼합된 것이고, 0.6 내지 0.9 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 PB 강도 보강제는 에어로겔 및 납석이 1:1의 체적비로 혼합된 것이고, 0.5 내지 0.9 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 방습제는 유동성 파라핀 왁스이고, 0.6 내지 1 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 항균제(살균제)는 은나노 용액 1.08중량% 포함되고 나노이산화티타늄 용액이 0.94 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 커플링제는 인산 아크릴계 커플링제이고, 0.75 내지 0.9 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 방부제는 황산구리이고, 0.9 내지 1.2 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 침투제는 알킬석시네이트이고, 0.8 내지 1.0 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 조성물은 10 내지 30분간 1,200 rpm으로 교반하여 용해된 후, 20 내지 30℃에서 6 내지 10시간 동안 숙성하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 침투제는 알킬석시네이트인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 조성물을 이용하여 제조된 친환경 기능성 파티클보드를 제공한다.

아울러, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 친환경 기능성 파티클보드의 제조방법을 제공한다:

1) 파티클칩을 자동혼합코팅기에 투입한 후, 제1항의 방법에 의해 제조된 조성물을 칩 대비 32.50 내지 48.70의 중량%로 주입하여 5분 내지 10분 동안 코팅하는 단계;

2) 상기 코팅된 칩을 상판온도 100 내지 120℃, 하판 온도는 110 내지 155℃인 열압프레스에 투입하여 5분 내지 10분 동안 60 내지 80 kgf/cm²으로 열압착하는 단계; 및

3) 상기 열압착이 완료된 후, 1일 내지 3일 동안 상온건조하는 단계.

본 발명의 방법에 의해 친환경 기능성 파티클보드를 제조할 경우, 항균, 살균, 항곰팡이, 소취, 제습, 강도 등이 보완 개선된 PB를 제조할 수 있다.

또한 본 발명의 조성물을 이용하여 제조된 PB는 강도가 보완되어, 작업을 해도 파티클 보드가 깨어져, 미세먼지, 분진 발생이 없어 작업환경이 쾌적하여 생산성이 향상되는 장점이 있고, PB의 흡습으로 인하여, PB 칩 내부가 썩어 충해로 인한 냄새, 세균, 곰팡이의 번식을 효율적으로 제거하는데 은나노, 나노이산화티타늄이 복합기능으로 항균, 살균, 소취 등의 시너지 효과를 보인다.

아울러 멜라민 수지(또는 요소멜라민수지) 용액 중에 미반응된 잔류(유리) 포름알데히드와, PB 표면에 마무리 작업으로 시트지 또는 필름지를 부착하는 접착제에서 방출되는 휘발성 유기 화합물(VOCs)를 제거함과 더불어 연소시 연기발생을 억제시킬 수 있으므로, 본 발명의 조성물을 응용하여 우수한 파티클보드를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 파티클보드 제조를 위한 소재의 분쇄기를 나타낸 도면이다.
도 2는 파티클보드의 건조기를 나타낸 도면이다.
도 3은 건조기 안에서 건조 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 파티클보드의 재단기를 나타낸 도면이다.
도 5는 파티클보드 코팅기를 나타낸 도면이다.
도 6은 비교예의 점균 감소율을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 점균 감소율을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 비교예의 곰팡이 저항성 등급을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 곰팡이 저항성 등급을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 비교예의 곰팡이 저항력을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 곰팡이 저항력을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 기능성 친환경 PB의 난연(방염)성을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 비교예의 연기밀도의 복사열 및 직화열을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 연기밀도의 복사열 및 직화열을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 비교예의 총휘발성유기화합물(TVOC), 톨루엔(Toluene), 포름알데히드(Formaldehyde)의 제거율을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 총휘발성유기화합물(TVOC), 톨루엔(Toluene), 포름알데히드(Formaldehyde)의 제거율을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 17은 비교예의 평면 인장강도를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 평면인장강도를 확인한 결과를 나타낸 것이다.

본 발명은 기능성 친환경 파티클 보드 제조용 조성물 및 상기 파티클보드(particle board, 이하 PB)의 제조방법에 관한 것으로, 종래의 PB의 단점과 문제점을 보완 개량을 위한 것으로, 조성물을 통해 기능성을 추가한 것이며, 난연(방염) 물성을 개선하고, 항균성, 항곰팡이성, 살충성, 방습(내습), 방충성 등의 인장강도, 파열강도 등을 보강된 PB를 제공할 수 있다.

이에 본 발명은 물, 멜라민 수지, 난연제, 난연보조제, 억연제, PB강도 보강제, 방습제, 항균제, 커플링제, 방부제 및 침투제를 포함하는 친환경 기능성 파티클보드 제조용 조성물을 제공한다.

본 발명의 기능성 PB의 난연(방염)제의 조성물은 멜라민 수지(요소 멜라민 수지)는 PB의 사용 접착제에 따라 일반 물성 및 포름 알데히드 방출량의 차이가 크게 다르므로 PB의 용도에 따라 적합한 접착제를 사용하고 있다.

요소수지는 u형, 요소 멜라민 수지는 M형, 페놀 수지는 P형으로 구분하고 있으며, 여기에서 u형 PB는 주로 가구용으로 사용되며, M형 및 P형 PB는 건축용으로 적합하다. 멜라민수지는 경화되면 무색투명한 피막을 형성하므로, 마루판, 가구부재, 제조시의 화장단판의 접착, 저압 멜라민, 고압 멜라민, 고압라미네이트, 오버레이지, 모양지, 후면지의 제조시에 많이 이용되고 있다. 멜라민 수지가 경화되어 형성된 피막 또는 코팅은 내수성, 내열성, 내약품성에 강하다. 또한 멜라민수지는 무색투명하고 단단하므로 마루판, 지붕판, 내벽재료, 가교제, PB 접착제로 많이 이용되고 있다.

포름알데히드 방출량에 따른 2종류로 구분 u, m, p type:출하시의 포름알데히드 방출량 기준 5mg/L 이하로 규정하고 있다.

종전보다 한층 강화되어 0.5mg/L 이하일 때는 E0형, 1.5 mg/L 이하일때는 E1형, 5 mg/L 이하일때는 E2형으로 규정하고 있다. 따라서 2009년 국내에서 생산된 목질 판상제품 중, PB의 72.1%와 MDF의 86.2% 이상이 KS 기준등급 외의 제품이었으나 현재는 E1, E0 수준으로 서서히 전환되고 있다. 포름알데히드 방출에 대한 기준과 규제가 강화되었기 때문에, 포름알데히드 발생량을 저감시키는 방법을 사용하고 있다. 따라서 본 발명에서는 멜라민수지 접착제의 잔류 포름알데히드가 0.1%가 내재되어 있어 E0 등급까지 저감시켜야하는 노력이 필요하다. 이에 본 발명의 조성물 100 중량%에 대하여 상기 멜라민수지는 55 내지 60 중량%로 포함한다.

상기 조성물 중 항균제는 1.5 내지 2.5 중량% 포함될 수 있는 것으로, 은나노(nano silver) 1.08중량%, 나노이산화티탄(nano TiO₂) 0.94중량%인 것을 특징으로 하는 것으로, 항균, 항곰팡이, 살충, 포름알데히드(CH2O), 휘발성 유기화합물(VOCs) 소취제거기능이 우수하다.

본 발명의 기능성 PB의 난연(방염)제(주난연제)와 보조 난연제는 PB는 원목이 아닌 가공목으로 가구폐자재, 목재부산물 등으로 이용하여 재가공하여 만드므로 불이 붙을 경우 착화점이 매우 낮아서, 쉽게 연소하는 문제점이 있다. 고난연(방염)성을 부여하기 위하여 폴리인산암모늄(APP)과 실란코팅폴리인산암모늄을 2:1 비율로 혼합하여 난연성능을 높였다.

폴리인산암모늄(수용성 APP)은 내수성이 문제가되며, 고온다습한 조건하에 놓일 경우 블리드(bleed)를 발생시키는 문제점을 발생시킨다. 그리고 내열성이 부족하여 90~110℃ 부근에서 잘 녹아 부착성과 용액 점도가 전혀 없어서 단독 사용하는데 불충분한 점이 많다. 상기의 문제점을 해결하기 위해서 다양한 검토를 하여, 폴리인산암모늄의 분체표면에 멜라민계 화합물을 피복피복 등으로 처리한 것은 비중이 크고 하부 침전이 잘되고, 분산성이 좋지 않고 끈적하며 건조성이 좋지 않다.

그래서 실란계로 피복시킨 폴리인산암모늄은 분산성과 침전성이 양호하고, 파티클칩간의 결합력과 폴리인산암모늄의 점도조정과 결합력을 증가시키기 위하여 폴리인산암모늄(APP) 2: 실란코팅 암모늄 1의 비로 혼합하여 20 내지 25 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하며, 난연보조제인 황산암모늄[(NH₄)₂SO₄]는 0.8 내지 1.2 중량%로 포함할 수 있다.

황을 포함한 첨가물을 혼합시켜 병용 처리할 경우 연소시 열분해에 의하여 폴리메타인산을 생성하고, 이것이 보호층을 형성하는 경우와 폴리메타인산이 생성될 때 탈수작용에 의해 생성되는 탄소 피막이 산소를 차단하여 고난연(방염)성을 부여한다. 또한 폴리인산암모늄은 금속이온 냄새 제거하는 효과가 우수하며, 분산작용과 결정형성방지효과가 우수하다. 난용성 물질이 결정으로서 석출되는 것을 막고, pH 변화를 막는 기능이 있다. 그리고 폴리인산암모늄과 실란코팅 폴리인산을 혼합하여 20 내지 25중량%를 주입하여 난연(방염)성을 향상시킨다.

조성물 중의 억연제는 파티클보드는 폐목재, 건축물 폐자재, 가구폐자재, 목재 부산물 등을 부수어, 작은 조각으로 만들어 접착제를 섞어 고온, 고압으로 압착시켜서 만든 가공재로, 연소시 흡열 반응으로 연소열을 감소시키거나 열분해에 의한 탈수 작업 등의 반응이 진행될 시 많은 양의 유해성 연기(가스)를 발생시키고, 또한 연기 밀도가 높을 가능성이 아주 높다.

본 발명에서는 유해성 연기(가스)발생을 억제시키기 위한 억연제는 붕산(3g)과 탄산아연 10mL(11g)그리고 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 5mL(5.5g)을 혼합비가 1:2:1이 되도록 준비하였다. 먼저 물 50mL가 채워진 비커에 붕산(H₃BO₃) 5mL(3g) 주입하여 포화용액이 되도록 80~105℃로 30분간 가열하고, 염기성 탄산아연(ZnCO₃) 10mL(11g)을 붕산 포화용액에 주입하여 교반을 1,200rpm으로 지속적으로 실시하면서, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 5mL(5.5g)을 주입하며, 1.0 시간동안 끓인 후, 6시간 동안을 방치하여, 백색의 기둥 모양의 결정을 얻고 건조하여 0.6 내지 0.9 중량%를 투입하는 것을 특징으로 한다. 또한 억연제에 사용되는 오르토붕산은 온수에 잘 녹고, 약산을 나타낸다. 약한 살균작용, 방부성도 있다. 살균성 때문에 천연 방충제 기능과 곰팡이 성장 억제와 흰개미의 저항성이 높다. 억연제는 연기뿐만 아니라, 난연성, 살균성, 항곰팡이성, 흰개미 저항성이 높다.

본 발명의 조성물 중 PB 강도 보강제는, PB는 단판 제조후의 폐잔재, 재재목의 폐잔재, 펄프용 칩, 제재목의 대패밥, 각족 톱밥, 목공 작업후의 폐잔재, 폐가구 목조 주택 시공후 폐잔재, 아파트 샘플 하우스 폐잔재 등으로 이루고 있다. 이런 폐잔재를 이용시 제조 조건으로는 강도가 약하고, 수분 변동에 따른 수축 팽창이 생기는 점이다. 이와 같은 단점을 개선하는 방법으로, 파티클칩의 강도가 약해진 부분을 코팅이 되게 하여, 인장강도 보강, 내수, 내습, 방부기능을 발휘하도록 에어로겔(Aerogel)과 납석을 각각 0.113g과 0.088g을 혼합하여 혼합분말을 제조하여 0.5 내지 0.9 중량%로 포함할 수 있다.

상기 보강제의 에어로겔은 비표면적이 600~1,500m²/g으로 고다공성 나노구조체로, 1~50nm 크기의 나노입자로 구성되어 있으며, 다공성 구조를 갖고있어 단열성이 우수해 단열, 방음, 충격완화력이 뛰어나 깨짐을 방지할 수 있으며, 납석과 혼합됨으로써 강도가 증가된다. 또한, 에어로겔은 접착력을 증가시켜 파티클칩 조각끼리 부착이 잘 되도록 하는 기능과 평탄강도와, 열변형을 막고 하중에 의한 장기적 변형을 개선한다. 납석은 지방감이 풍부하고, 내화재, 충진재로의 기능과 에어로겔과 혼합이 잘 되는 기능이 있다.

본 발명의 조성물 중 방습제는 PB로 가공된 가구나 책상, 부엌가구(싱크대), 붙박이 가구 같은 것들이, 시간이 지나면, 마감재인 시트지 또는 필름지가 접착력이 떨어져 PB 판 내부에 습기가 발생되면, 파티클칩은 팽창을 하면서 결합력이 급속하게 약화되어 어걸어지는 문제가 발생되고, 세균과 곰팡이가 번식되어 위생에 문제가 될 수 있다는 지적이 되고 있다. 이에 상기 문제점을 보완 개량하기 위해 유동성 파라핀 왁스를 파티클칩 내부에 침투 또는 표면에 코팅화되어 내습성이 향상되도록 하는데 특징이 있다. 그리고 유동성 파라핀 왁스는 파티클칩의 기능을 변경시키지 않고 함수율과 치수 변화를 지연시키며, 내수성과 내습성을 향상시켜 단점을 개선한 것이 특징이다. 그리고 0.6 내지 1 중량%로 첨가하여 내습 내수성을 높이는데 제공된다.

본 발명의 조성물 중 항균제는 무기계 항균제로 항균성, 항곰팡이성, 살균성, 소취성 등으로서의 기능이 뛰어난 금속입자인 은나노와 나노이산화티탄은 기능의 지속성이 반영구적이며, 안정이 높다. 그리고 두 물질의 시너지 효과를 얻을 수 있다.

은나노와 나노이산화티탄은 비표면적이 크고, 내열성이 우수하다. 은나노는 1.08 중량%와 나노이산화티탄은 0.94중량%를 용액으로 제조하여, 용액(항균제)을 1.5 내지 2.5 중량%, 바람직하게는 2.02 중량%를 첨가 사용한 결과 기능성의 지속성이 길고, 내성균을 발생시키지 않는다는 것을 확인하였다.

먼저, 본 발명에서 PB에 항균성, 항곰팡이성, 소취성, 살균성, 방부성을 부여함과 더불어, PB 제조에 접착제로 사용되는 멜라민 수지 또는 멜라민 요소 수지에 포함된 0.1% 포름알데히드와 PB 표면에 부착되는 시트지의 접착제의 용매에서 방출되는 잔류 휘발성 유기화합물(VOCs)를 제거함을 주안점을 두고 그 기술적 과제를 완성한 것이다.

은나노는 항균력과 살균력이 강할뿐 아니라, 냄새 제거, 포름알데히드(CH₂O)와 VOCs 제거, 원적외선과 음이온 방출 등 광범위한 분야에서 항생 물질로 사용되고 있다.

이렇게 혼합된 은나노와 나노이산화티타늄 용액은 멜라민 수지 용액 중의 잔류성 포름 알데히드, 그리고 시트지나 필름지를 부착시키기 위하여 사용되는 바인더에서 방출되는 휘발성 유기 화합물 제거와 폐목재의 흡습으로 인하여 부패되는 과정에서 발생되는 악취와 심지어는 흰개미, 염먹이 들의 충해 또는 그로 인한 강도와 내구성이 약해지는 문제점을 개선할 수 있으며, 소취, 방충(방부), 강도 등을 보완 개량하는데 그 특징으로 한다.

본 발명 조성물 중 커플링제는 인산아크릴계 커플링제로 본 발명의 조성물인 약액과 파티클칩과의 결합력을 개선하기 위한 조성물의 하나이다.

파티클칩은 친수성인 극성을 나타내고, 조성물인 약품 용액은 소수성인 비극성을 가지기 때문에 두 물질과의 결합력이 약하므로, 커플링제의 첨가에 의하여, 두 물질 사이의 계면에서 새로운 화학적 결합으로 개선시킨다. 따라서 커플링제는 굽힙 강도와 탄성 계수를 증가시키며, 제품의 치수 안정, 충격 강도 및 파티클칩의 부착력이 강화된다. 커플링제 주입은 0.75 내지 0.9 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 조성물 중 방부제는 습기의 침투로 PB 내부 또는 표면이 부식, 부패로 인하여 이끼, 미생물을 비롯한 청태 발생을 효율적으로 억제, 살균, 해충 또는 흰개미 파티클칩을 부패시키는 곰팡이 발생하는 것을 억제하기 위해서 방부제인 황산구리(CuSO₄)를 0.9 내지 1.2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 조성물 중 침투제는 PB에 사용되는 침투제는 PB 가공에 널리쓰이는 약제를 구입하여 사용하였다. PB의 폐목재에 널리 쓰이는 음이온성, 알킬석시네이트(Alkyl succinate) 침투제를 이용하여, 폐목재의 칩 내부에 골고루 스며들게 하여, 기능성 파티클 보드가 될 수 있다. 상기 침투제는 전체 조성물 100 중량%에 대하여 0.8 내지 1 중량%를 첨가한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 PB는 가구, 책상, 부엌 싱크대, 붙박이장 등으로 이루어지는 제품 군에 사용되는 소재로 사용되는 것을 특징으로 하는 것과, 하기의 혼합소재인 폐목재 PB소재, 폐목재 짚 혼합 PB소재, 폐목재 밀짚 혼합 PB소재, 폐목재 폐지 혼합 PB 소재, 폐목재 굵은톱밥 혼합 PB소재, 폐목재 억새 혼합 PB소재, 폐목재 대나무 혼합PB 소재, 폐목재 옥수수대 혼합 PB소재, 폐목재 산야초 혼합 PB소재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 소재가 사용되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 폐목재와 각종 혼합소재의 혼합비는 폐목재 중량의 30중량 %로 혼합하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 바람직하게는 2:8 내지 3:7의 중량비율로 사용될 수도 있다.

또한 본 발명은 상기 조성물을 10 내지 30분간 1,200 rpm으로 교반하여 각 성분을 용해시킨 후, 20 내지 30℃에서 6 내지 10시간 동안 숙성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 것으로, 상기 조성물을 이용하여 제조된 친환경 기능성 파티클보드를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 하기 단계를 포함하는 친환경 기능성 파티클보드의 제조방법을 제공할 수 있다:

1) 파티클칩을 자동혼합코팅기에 투입한 후, 제1항의 방법에 의해 제조된 조성물을 칩 대비 32.50 내지 48.70 중량%로 주입하여 5분 내지 10분 동안 코팅하는 단계;

3) 상기 열압착이 완료된 후, 1일 내지 3일 동안 상온 건조하는 단계.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 실험예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예 및 실험에는 본발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일뿐 하기 실시예 및 실험예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

실시예 1. 본 발명의 기능성 친환경 기능성 파티클보드의 제조

1.1. 재료 준비

기능성 친환경 기능성 파티클보드의 제조를 위한 조성물을 제조하기 위해서, 먼저 난연제, 억연제, PB 강도 보강제, 및 항균제를 준비하였다.

상기 난연제는 고난연(방염)성을 부여하기 위하여 폴리인산암모늄(APP)과 실란코팅폴리인산암모늄을 2:1 부피 비율로 혼합하여 제조하였다. 난연보조제로는 황산암모늄[(NH₄)₂SO₄]을 준비하였다.

상기 억연제는 붕산(3g)과 탄산아연 10mL(11g) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 5mL(5.5g)을 혼합비가 1:2:1이 되도록 준비한 후, 물 50mL가 채워진 비커에 붕산(H₃BO₃) 5mL(3g)을 주입하여 포화용액이 되도록 95℃로 30분 동안 가열하였고, 기성 탄산아연(ZnCO3) 10mL(11g)을 붕산 포화용액에 주입하여 교반을 1,200rpm으로 지속적으로 실시하면서, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 5mL(5.5g)을 주입하여 주었다. 이후 1.0 시간동안 끓인 후, 6시간 동안을 방치하여, 백색의 기둥 모양의 결정을 수득하여 건조하여 주었다.

상기 PB 강도 보강제의 경우 에어로겔(Talc)과 납석을 각각 0.113g과 0.088g을 혼합하여 혼합분말을 제조하였고, 항균제로는 은나노와 나노이산화 티탄을 혼합하여 제조하였다.

1.2. 기능성 친환경 기능성 파티클보드 제조용 조성물 제조

본 발명에서 기능성 친환경 기능성 파티클보드 제조를 위한 조성물을 제조하기 위해서, 물에 멜라민 수지를 첨가하고, 난연제(방염제)를 첨가한 후, 난연 보조제를 첨가하였다. 이후 억연제, PB 강도 보강제, 방습제, 항균제, 커플링제, 방부제, 및 침투제를 첨가하였다. 첨가된 양은 하기 표 1에 나타내었다.

재료명		첨가량(중량%)
물		10.83
멜라민수지		57.74
난연제	폴리인산암모늄	23.364
난연제	실란코팅암모늄	23.364
난연 보조제	황산암모늄[(NH₄)₂SO₄]	1.011
억연제	붕산	0.722
	탄산아연
	수산화마그네슘
PB 강도 보강제	에어로겔	0.722
PB 강도 보강제	납석	0.722
방습제	파라핀 왁스	0.8
항균제	은나노 용액	1.08
항균제	나노이산화티타늄 용액	0.94
커플링제	인산아크릴계 커플링제	0.87
방부제	황산구리(CuSO₄₂O)	1.011
침투제	알킬석시네이트(Alkyl succinate)	0.91
합계		100

상기 조성물을 20분 동안 1,200 rpm으로 교반하여 용해하였고, 상온에서 8시간 숙성 시키는 것을 더 포함하여, 제조한 조성물을 제조하였다.

실시예 2. PB판의 제조

파티클(particle) 칩(chip)을 자동혼합코팅기에 투입하고, 상기 실시예에서 제조한 조성물을 칩 대비 정량 40 중량%을 주입하여 혼합 침투 코팅이 되도록 10분정도 코팅을 해주었다.

코팅이 완료된 칩을 상판 온도 110℃ 하판 온도는 145℃인 열판프레스에 넣고 5분 동안 50 kgf/cm² 으로 열압착하여 주었고, 3일 동안 상온에서 건조시켜 제조를 완료하였다. 상기 제조 시설은 도 1 내지 도 5에 나타내었다. 도 1은 본 발명의 파티클보드 제조를 위한 소재의 분쇄기를 나타낸 것이고, 도 2는 파티클보드의 건조기를 나타낸 것이며, 도 3은 건조기 안에서 건조 상태를 나타낸 것이고, 도 4는 파티클보드의 재단기를 나타낸 것이며, 도 5는 파티클보드 코팅기를 나타낸 도면이다.

실시예 3. 비교예와 본 발명의 기능성 친환경 기능성 파티클보드의 항균도의 비교

본 발명에서 제조한 기능성 파티클 보드의 기능성을 확인하기 위해서, 비교예로는 상기 조성물을 처리하지 않고, 종래 파티클보드 제조 방법과 같이 PB 접착제로 멜라민수지(잔류포름알데히드 0.1% 포함, 태양합성제품)를 사용한 기능성 파티클 보드를 이용하였다. 비교예와 본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드의 항균도를 KCL-FiR-1003;2011 준용시험한 결과, 비교예의 점균 감소율은 대장균, 황색포도상구균, 폐렴균 99.9%이며(도 6), 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 대장균 99.9%, 황색포도상구균 99.9%, 폐렴균 99.9%로 항균도로(도 7), 비교예와 동일하게 나타났다.

비교예의 PB 접착제로 사용된 멜라민수지(잔류포름알데히드 0.1% 포함, 태양합성제품)를 구매하여 사용하였으며, 작업하기가 어렵고, 눈,코,목 등에 통증을 느낄 정도였다. 포름알데히드의 수용액은 소독제, 살균제, 방부제로 시중에 판매되고 있다. 그래서, 멜라민수지 용액에 잔류된 포름알데히드가 0.1%(1,000ppm)의 높은 농도로 인하여 항균도가 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 항균도와 동일하게 나타났다. 접착제인 멜라민 수지내에 잔류 포름 알데히드는 인체에 대한 독성이 매우 강하여 노출되면 질병증상이 나타난다. 0.1ppm 이하의 경우에는 눈, 코, 목에 자극이 오고, 0.25~0.5ppm의 경우는 호흡기 장애 등의 치명적 영향을 미친다고 한다. 이와 관련하여 하기와 같이 포름알데히드 방산량 기준, 친환경 자재 기준을 정하여 법으로 규제를 하고 있다.

(super) seo ; 0.3mg/l 이하, 포름알데히드 방산량이 가장 적은 최상급 자재등급.

E₀;0.5mg/l 이하, 중·상급 자재

E₁;1.5mg/l 이하, 실내가구 사용 기본등급

E₂;5mg/l 이하, 실내가구 사용 불가등급으로 정하고 있다.

시험균	비교예	본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드
대장균	99.9%	99.9%
황색 포도상구균	99.9%	99.9%
폐렴균	99.9%	99.9%

실시예 4. 비교예와 본 발명의 기능성 친환경 기능성 파티클보드의 곰팡이 저항성/저항력의 비교

비교예와 본 발명의 기능성 친환경 PB의 곰팡이에 대한 저항성 및 저항력을 비교하는 시험을 수행하였다. 비교예와 본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드의 곰팡이 저항성은 ASTM G21-15, 곰팡이 저항력은 ASTM D6329-98(2015)에 따라 준용시험한 결과 비교예의 곰팡이 저항성은 0등급(기준치는 0~4 등급)으로 우수하며(도 8), 곰팡이 저항력은 1.0 이하로 양호하게 나타났다(도 10). 본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드의 곰팡이 저항성 0등급(도 9), 곰팡이 저항력은 1.0 이하(도 11)로, 비교예와 동일하게 나타났다.

이는 PB 접착제로 사용한 멜라민 수지(태양합성제품) 잔류 포름알데히드 0.1%(1,000ppm)가 포함되어, 작업하기가 어렵고, 눈, 코, 목 등에 통증을 느낄 정도였다. 포름알데히드 수용액은 시중에 소독제, 살균제, 방부제로 사용되고 있다. 이에, 멜라민수지 용액에 잔류된 포름알데히드가 0.1%의 높은 농도로 인하여 곰팡이 저항성과 곰팡이 저항력이 동일하게 나타났다.

실시예 5. 비교예와 본 발명의 기능성 친환경 PB의 난연(방염)성 시험 결과 비교

비교예와 본 발명의 기능성 친환경 PB의 난연(방염)성을 국민 안전처 고시 제 2016-138호시험 기준에 따라 시험한 결과를 하기 표 3에 나타내었다(도 12).

구분	단위	기준치	시험결과	비고
탄화길이-1	cm	20 cm 이내	6	(23) ℃ (50) % R.H.
탄화길이-2	cm	20 cm 이내	6	(23) ℃ (50) % R.H.
탄화길이-3	cm	20 cm 이내	6	(23) ℃ (50) % R.H.
탄화면적-1	cm²	50 cm² 이내	21	(23) ℃ (50) % R.H.
탄화면적-2	cm²	50 cm² 이내	22	(23) ℃ (50) % R.H.
탄화면적-3	cm²	50 cm² 이내	24	(23) ℃ (50) % R.H.
잔염시간-1	s	10s 이내	0	(23) ℃ (50) % R.H.
잔염시간-2	s	10s 이내	0	(23) ℃ (50) % R.H.
잔염시간-3	s	10s 이내	0	(23) ℃ (50) % R.H.
잔신시간-1	s	30s 이내	0	(23) ℃ (50) % R.H.
잔신시간-2	s	30s 이내	0	(23) ℃ (50) % R.H.
잔신시간-3	s	30s 이내	0	(23) ℃ (50) % R.H.

상기 표 3에 나타난 것과 같이 본 발명에서 제조된 파티클 보드는 탄화길이 6cm, 탄화면적 16cm², 잔염시간 0초, 잔신시간 0초의 시험성적서를 받아, 법적기준치 탄화길이 20cm이내, 탄화면적 16cm², 잔염시간 0초, 잔신시간 0초보다 훨씬 좋은 난연(방염성) 시험에 합격판정을 받았다.

실시예 6. 비교예와 본발명의 기능성 친환경 파티클보드의 연기 밀도의 복사열(Non-Flaming)과 직화열 (Flaming) 비교

본 실시예에서는 비교예와 본 발명에 따른 친환경 파티클보드의 연기 밀도의 복사열, 직화열을 비교하는 시험을 수행하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.

비교예와 본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드의 연기 밀도의 복사열, 직화열 시험방법은 소방청 고시 제 2017-1호에 준용 시험한 결과 비교예의 복사열(Non-Flame)에 의한 연기밀도는 262, 직화열(Flame) 286으로 법적 기준치(복사열, 직화열) 400이하와 비교했을 때 우수하게 나타났다(도 13). 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 복사열(Non-Flame)에 의한 연기밀도는 263, 직화열(Flame) 310으로 법적 기준치(복사열, 직화열) 400이하와 비교했을 때, 비교예와는 거의 동일하게 나타났으며(도 14), 법적 기준과 비교했을때는 양호하게 나타났다.

비교예와 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드와의 근사한 차이는 난연제의 방습제, 커플링제, 침투제 등의 가연성 물질에 의한 것으로 판단되었다.

비교 예	시험결과	기능성 친환경 파티클보드	시험결과
CT-17-122237 CT-17-122236	복사열 : 262 직화열 : 286	CT-17-115040 CT-17-115039	복사열 : 263 직화열 : 310

실시예 7. 비교예와 본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드의 총휘발성유기화합물 (TVOC), 톨루엔(Toluene), 포름알데히드(Formaldehyde)의 제거율 비교

비교예와 본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드의 TVOC, 톨루엔, 포름알데히드의 제거율을 비교하는 시험을 실내공기질 공정시험기준(환경부 고시 제2017-11호)에 준용 시험한 결과를 표 5에 나타내었다.

	비교예 시험결과 (㎎/(㎥,h))	기능성 친환경 파티클보드 시험결과 1㎎/(㎥,h)	제거율(%)	비고
총휘발성유기화합물(TVOC)	0.350	0.089	75
톨루엔(Toluene)	0.001	불검출	100
포름알데히드(Formaldehyde)	0.885	0.038	96

비교예의 총휘발성유기화합물(TVOC) 0.350㎎/(㎥,h), 톨루엔(Toluene) 0.001㎎/(㎥,h), 포름알데히드(Formaldehyde) 0.885㎎/(㎥,h) 으로 시험결과가 나타났으며(도 15), 본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드의 총휘발성유기화합물(TVOC) 0.089㎎/(㎥,h), 톨루엔(Toluene) 불검출, 포름알데히드(Formaldehyde) 0.038㎎/(㎥,h)으로 제거율이 96%로 우수하였다(도 16).

또한, 환경산업기술원 기준치와 기능성 친환경 파티클보드 시험결과치를 비교하여 표 6에 나타내었다.

	비교예 시험결과(㎎/(㎥,h))	기능성 친환경 파티클보드 시험결과 (㎎/(㎥,h))
총휘발성유기화합물(TVOC)	0.4	0.089
톨루엔(Toluene)	0.080	불검출
포름알데히드(Formaldehyde)	0.12	0.038

표 6에 나타낸 것과 같이, 비교예와 본 발명의 PB를 환경산업기술원기준치를 사무용책,걸상, 학생용책,걸상, 사무실칸막이 등의 기준치와 비교하였다. 포름알데히드(formaldehyde)는 3.16배가 적게 나타났다.

기능성 친환경 파티클보드는“시트지”나 “필름”을 부착하지 않은 알판 상태로 시험 측정을 수행하여 향균성, 항곰팡이성, 또 항곰팡이력, 연기 밀도 등은 멜라민 수지의 미반응된 잔류 포름알데히드의 항균성, 살균성, 발부성의 기능이 강력하게 작용하여 향균성, 항곰팡이성, 항곰팡이력에 영향이 있는 것으로 판단되며, 총휘발성유기화확물, 톨루엔, 포름알데히드 제거를 위한 제거제 주입으로 알판인데도 높은 제거율을 얻었다.

실시예 9. 비교예와 본 발명 기능성 친환경 파티클보드의 평면 인장 강도 비교

비교예와 본 발명에 따른 기능성 친환경 파티클 보드의 평면 인장 강도를 비교하는 시험을 수행하였다.

비교예와 본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드의 평면 인장 강도를 KSF 3104:2016 준용 시험한 결과 비교예 1.1MPa 나타났으며(도 17), 또한 본 발명의 기능성 친환경 파티클 보드의 평면 인장 강도 1.1MPa로 동일하게 나타났다(도 18).

평면 강도 시험이란, 파티클 보드가 응력을 받을 때의 특성을 측정하는 것으로, 시표의 표면에 균등하게 분포된 인장력을 가하여 파단이 일어날때까지 시편 맨 바깥 표면에 대해 수직으로 저항하는 힘을 측정하는 수직 인장 시험이다.

이에 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드의 평면 인장 강도는 법적 기준치 0.4MPa 보다 무려 2.75배가 강하게 나타났다. 이에, 본 발명의 기능성 친환경 파티클보드는 멜라민수지 접착제에 난연제, 난연보존제, 억연제, 강도보강제, 방습제, 항균제, 커플링제, 방부제, 침투제 등의 혼합 이물질 주입에 의해 파티클 칩끼리 접착력 강도가 저하되지 않았다는 것을 알 수 있으며, 이는 종래 제조방법에 의해 제조된 비교예와 유사수준을 보인 것인 바 본 발명의 파티클보드는 물성과 함께 친환경성을 모두 획득하였음을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변경이 가능 하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예 및 실험 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

물 10.83 중량%, 멜라민 수지 57.74 중량%, 난연제 23.364 중량%, 난연보조제 1.011 중량%, 억연제 0.722 중량%, PB강도 보강제 0.722 중량%, 방습제 0.8 중량%, 항균제 2.02 중량%, 커플링제 0.87 중량%, 방부제 1.011 중량%, 및 침투제 0.91 중량%를 포함하는 항균, 항곰팡이 및 소취 제거 용도 및 친환경 기능성 파티클보드 제조용 조성물로서,
상기 난연제는 폴리인산암모늄 및 실란코팅폴리인산암모늄이 2:1의 부피비로 혼합된 것이고, 상기 난연보조제는 황산암모늄이며, 상기 항균제는 은나노 용액 및 나노이산화티타늄용액을 포함하는 것이고, 상기 억연제는 붕산, 탄산아연 및 수산화마그네슘이 1:2:1의 중량비로 혼합된 것이며, 상기 PB 강도 보강제는 에어로겔 및 납석이 1:1의 체적비로 혼합된 것이고, 상기 방습제는 유동성 파라핀 왁스이며, 상기 커플링제는 인산 아크릴계 커플링제이고, 상기 방부제는 황산구리이며, 상기 침투제는 알킬석시네이트인 것을 특징으로 하고, 친환경 기능성 파티클보드 제조용 조성물.
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제1항에 있어서,
상기 조성물은 10 내지 30분간 1,200 rpm으로 교반하여 용해된 후, 20 내지 30℃에서 6 내지 10시간 동안 숙성하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 친환경 기능성 파티클보드 제조용 조성물.
제1항의 조성물을 이용하여 제조된 친환경 기능성 파티클보드.
제 14항에 있어서,
상기 파티클 보드는 혼합소재인 폐목재 PB소재, 폐목재 짚 혼합 PB소재, 폐목재 밀짚 혼합 PB소재, 폐목재 폐지 혼합 PB 소재, 폐목재 굵은톱밥 혼합 PB소재, 폐목재 억새 혼합 PB소재, 폐목재 대나무 혼합PB 소재, 폐목재 옥수수대 혼합 PB소재, 폐목재 산야초 혼합 PB소재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 소재가 사용되는 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 파티클보드.
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하기 단계를 포함하는 친환경 기능성 파티클보드의 제조방법:
1) 파티클칩을 자동혼합코팅기에 투입한 후, 제1항의 방법에 의해 제조된 조성물을 칩 대비 32.50 내지 48.70의 중량%로 주입하여 5분 내지 10분 동안 코팅하는 단계;
2) 상기 코팅된 칩을 상판온도 100 내지 120℃, 하판 온도는 110 내지 155℃인 열압프레스에 투입하여 5분 내지 10분 동안 60 내지 80 kgf/cm²으로 열압착하는 단계; 및
3) 상기 열압착이 완료된 후, 1일 내지 3일 동안 건조단계.