KR102109459B1 - 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법 및 이로부터 제조되는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재 - Google Patents

휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법 및 이로부터 제조되는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐목재를 1차 분쇄하고, 이물질을 제거하여 톱밥형태의 1차 분쇄물을 획득하는 단계; 상기 1차 분쇄물의 함수율이 7 내지 9%가 될 때까지 열풍건조하는 단계; 상기 건조물을 2차 분쇄하여, 2차 분쇄물을 획득하는 단계; 7 내지 9%의 함수율을 유지하는 상기 2차 분쇄물 100 중량부에 대하여, 곡물전분 접착조성물 10 내지 30 중량부를 혼합하는 단계; 가압프레스 장치에, 상기 혼합물을 로딩한 후, 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형 및 건조하여, 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계; 상기 가공된 판재의 외표면을 한지 또는 시트지를 이용하여 래핑가공하는 단계; 및 상기 래핑가공된 판재를 원하는 크기로 절단하는 단계;를 포함하고, 상기 가압프레스 장치는 180 내지 200 ℃의 온도로 조절된 상부압축판 및 190 내지 210 ℃의 온도로 조절된 하부압축판을 갖는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형하는 단계; 및 가압을 정지시키는 단계를 1 사이클로 하여, 3 내지 20회의 사이클로 수행됨으로써, 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법 및 이로부터 제조되는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재에 관한 것이다.

Description

휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법 및 이로부터 제조되는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재{Manufacturing method of the eco-friendly processing lumber having high-strength for preventing warping and bending and the eco-friendly processing lumber having high-strength for preventing warping and bending manufactured by the same}
본 발명은 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법 및 이로부터 제조되는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재에 관한 것이다.
종래의 건축용 내장재는 주로 엠디에프(MDF : Medium Density Fiberboard), 에이치디에프(HDF : High Density Fiberboard), 로우디에프(LDF : Low Density Fiberboard) 등과 같이 목재를 가공하여 사용하거나 왕겨, 볏짚, 톱밥 등 농산 폐기물을 가공하여 공업용 접착제와 혼합하여 냉간 압착하여서 제조되는 것들이 있었다.
이러한 가공목재의 제조와 관련된 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-0987698호, 대한민국 등록특허 제10-1322808호, 대한민국 등록특허 제10-1088096호 등이 있다. 그러나 이러한 가공목재와 관련된 종래기술의 경우에도 강도 등이 열악한 문제점이 여전히 남아있는 실정이며, 제조원가가 비싸다는 문제가 있다.
또한, 종래 가공목재의 제조방법의 일예를 보면, 폐기되는 목재를 수거한 다음, 건조하고 분쇄하여 톱밥을 만든다. 톱밥인 분쇄물을 얻어서 분쇄물에 접착제를 투입혼합하여 혼합물을 얻고, 상기 혼합물을 압축기의 성형틀에 넣고, 가압 및 가열하여 압축목 즉, 가공목재를 제조하는 방법이 사용되었다. 이때 접착제에 색소 등을 넣어서 다양한 색상을 갖는 가공목재를 제조할 수도 있다. 그런데, 상기와 같이 톱밥으로 분쇄되어 얻은 분쇄물을 압착 접합시키기 위한 접착제로는 접착력과 빠른 결합력 등을 고려하여 인체에 유해하다고 알려진 포름알데이드, 다이옥신 등이 다량 함유된 인체에 유해한 접착제, 시멘트가 혼합된 접착제, 수지바인더가 함유된 접착제 등이 일반적으로 사용되고 있어서, 최근에 친환경적인 주거환경을 추구하는 소비자들에 외면당하고 있는 실정이다.
또한 이러한 가공목재는 방부처리를 위하여 포르말린에 침지시켜 제조하며, 이렇게 완성된 가공목재로 건축용 내장재 혹은 인테리어 마감재를 제조하게 된다. 그러나 이러한 가공목재는 후공정 없이 사용하기 때문에 포름알데히드, 총휘발성 유기화하물(TVOC)와 같은 다량의 유해물질이 배출되며, 이에 따라 아토피 등의 피부질환, 비염 등의 각종 질환이 발생하는 원인이 되기도 한다.
이를 해결하기 위해 대한민국 공개특허 제2011-0109613호 등에 따르면 유해물질을 차단하도록 황토와 천연본드를 섞어 외면에 도포한 판넬을 개시하였지만 유해물질을 원천적으로 차단하는데에는 한계가 있고, 외부 충격이 가해지면 크랙이 발생하거나 해당 부위가 떨어져 나가 유해물질이 배출되는 단점이 있었다.
한편, 우리 나라에서 널리 조림되고 있는 낙엽송(落葉松)이나 미송(美松)의 경우 강도가 강하고 곧게 자라며 잘 갈라지는 특성을 갖고 있는데, 이와 같은 낙엽송이나 미송은 통상 높이가 약 20-30m에 달하게 자랐을 때 원목으로 벌목되어 건축, 갱목(坑木), 침목, 펄프, 선박, 토공 용재 및 내장재 등으로 널리 사용되고 있다. 그런데, 이와 같은 낙엽송이나 미송은 전체가 목재로 사용되어지는 것이 아니고 일정 지름(예를 들어 150Φ) 이하를 갖는 상단부의 경우 비록 그 자체는 곧은 형태를 유지하나 목재로 이용되지 못하고 재활용처를 찾지 못하여 대부분 간벌 지에서 나뭇가지들과 함께 절단된 후 현장에 버려지거나 추후 땔감으로 사용되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0987698호 대한민국 등록특허 제10-1322808호 대한민국 등록특허 제10-1088096호 대한민국 공개특허 제2011-0109613호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수하며, 국내 폐기되는 목재를 재활용하고, 100% 친환경적인 재료로 제조된 접착조성물을 사용하여 친환경 가공목재의 제조방법 및 이로부터 제조되는 친환경 가공목재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 구현예는 폐목재를 1차 분쇄하고, 이물질을 제거하여 톱밥형태의 1차 분쇄물을 획득하는 단계; 상기 1차 분쇄물의 함수율이 7 내지 9%가 될 때까지 열풍건조하는 단계; 상기 건조물을 2차 분쇄하여, 2차 분쇄물을 획득하는 단계; 7 내지 9%의 함수율을 유지하는 상기 2차 분쇄물 100 중량부에 대하여, 곡물전분 접착조성물 10 내지 30 중량부를 혼합하는 단계; 가압프레스 장치에, 상기 혼합물을 로딩한 후, 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형 및 건조하여, 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계; 상기 가공된 판재의 외표면을 한지 또는 시트지를 이용하여 래핑가공하는 단계; 및 상기 래핑가공된 판재를 원하는 크기로 절단하는 단계;를 포함하고, 상기 가압프레스 장치는 180 내지 200 ℃의 온도로 조절된 상부압축판 및 190 내지 210 ℃의 온도로 조절된 하부압축판을 갖는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형하는 단계; 및 가압을 정지시키는 단계를 1 사이클로 하여, 3 내지 20회의 사이클로 수행되는 것인 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법을 제공한다.
상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 판재의 함수율이 1% 미만이 될 때까지 수행되는 것일 수 있다.
상기 가압프레스 장치는 초음파를 인가할 수 있는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 초음파를 인가한 상태에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 가압프레스 장치는 해양심층수의 증기를 공급할 수 있는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형의 초기 1 내지 2회의 사이클은 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형하는 단계; 가압을 정지시키는 단계 및 해양심층수의 증기를 공급하는 단계를 포함하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 친환경 가공목재의 제조방법은 상기 폐목재의 1차 분쇄물을 획득하는 단계 이후, 상기 1차 분쇄물을 해양심층수에 5 내지 24 시간 동안 침지시킨 후, 탈수하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 2차 분쇄물을 획득하는 단계는 상기 건조물을 10 내지 150 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여, 2차 분쇄물을 획득하는 것이고, 상기 2차 분쇄물은 일정 지름(r; 50-200Φ) 이내를 갖는 곧은 목재 부산물인 낙엽송 또는 미송 원목을 50 내지 100 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물; 편백나무 원목을 100 내지 150 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물; 및 가구 폐목재를 10 내지 50 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물을 각각 1: 1: 2 중량비율로 혼합한 것일 수 있다.
상기 곡물전분 접착조성물은 곡물전분 분말 100 중량부를 0.5 내지 5 중량부의 알칼리 촉매 존재하에서 프로필렌옥사이드 1 내지 50 중량부, 송진 1 내지 10 중량부, 해조류 분말 10 내지 50 중량부, 및 해양심층수 및 한지의 혼합풀 용액 10 내지 50 중량부와 함께 혼합한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법에 의하여 제조되는 것인 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 가공목재의 제조방법에 의하면 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수하며, 100% 친환경적인 재료로 제조된 접착조성물을 사용하여, 종래와 같이 인체에 유해한 성분의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 국내 폐기되는 목재를 재활용할 수 있는 효과가 있다. 특히, 가구 폐목재 뿐만 아니라, 산림청에서 시행하는 숲 가꾸기 사업으로 나무가 잘 자랄 수 있도록 솎아베기와 가지치기를 하는 과정에서 발생되거나, 나무의 벌목작업 후 경제적인 가치가 없어 버려지거나 땔감으로밖에 쓸 수 없는 각종 간벌 목 중 지름과 길이가 일정치 이상을 유지하면서 비교적 곧은 목재 부산물 예를 들어 낙엽송 및 미송 등의 상단부를 재활용하여, 친환경적인 가공목재를 대량 생산 및 공급할 수 있다. 따라서, 폐목재의 재활용을 통하여 환경문제를 해결함은 물론, 저렴한 가격으로 친환경적인 가공목재를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 폐목재를 완전히 재활용할 수 있으므로, 소각 등에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 폐목재를 재활용함으로써 목재의 수입량이 많은 국내의 경우 수입대체 효과에 따른 이점을 얻을 수 있다. 또한, 피톤치드가 함유된 편백나무 목분이 포함될 수 있어, 항균성이 우수할 뿐만 아니라, 사람에게 이로운 물질을 발산하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 가공목재의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 모식도를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 가압프레스 장치를 이용한 압축성형의 사이클의 예를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명은 폐목재를 1차 분쇄하고, 이물질을 제거하여 톱밥형태의 1차 분쇄물을 획득하는 단계; 상기 1차 분쇄물의 함수율이 7 내지 9%가 될 때까지 열풍건조하는 단계; 상기 건조물을 2차 분쇄하여, 2차 분쇄물을 획득하는 단계; 7 내지 9%의 함수율을 유지하는 상기 2차 분쇄물 100 중량부에 대하여, 곡물전분 접착조성물 10 내지 30 중량부를 혼합하는 단계; 가압프레스 장치에, 상기 혼합물을 로딩한 후, 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형 및 건조하여, 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계; 상기 가공된 판재의 외표면을 한지 또는 시트지를 이용하여 래핑가공하는 단계; 및 상기 래핑가공된 판재를 원하는 크기로 절단하는 단계;를 포함하는 친환경 가공목재의 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 가공목재의 제조방법의 개략적인 모식도는 도 1에 나타내었다.
본 발명의 일 구현예는 상기 가압프레스 장치는 180 내지 200 ℃의 온도로 조절된 상부압축판 및 190 내지 210 ℃의 온도로 조절된 하부압축판을 갖는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형하는 단계; 및 가압을 정지시키는 단계를 1 사이클로 하여, 3 내지 20회의 사이클로 수행되는 것일 수 있다.
보다 구체적으로는 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 150 내지 200 톤의 압력으로 30 내지 120 초 동안 압축성형하는 단계; 및 가압을 2 내지 3초 동안 정지시키는 단계를 1 사이클로 하여, 3 내지 20회의 사이클로 수행되는 것일 수 있다. 이러한 압축성형의 사이클 그래프의 예를 도 2에 도시하였다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 가공목재의 제조방법은 고온 및 고압의 조건에서 단시간 수 회에 걸쳐 압축성형함으로써, 100% 친환경적인 곡물전분 접착조성물을 사용하더라도, 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 충분한 접착력과 강도를 가질 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 판재의 함수율이 1% 미만이 될 때까지 수행됨으로써 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 가압프레스 장치는 초음파를 인가할 수 있는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 초음파를 인가한 상태에서 수행됨으로써 곡물전분 접착조성물이 목재의 조직 사이로 치밀하게 혼합 및 결합될 수 있어 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 가압프레스 장치는 해양심층수의 증기를 공급할 수 있는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형의 초기 1 내지 2회의 사이클은 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형하는 단계; 가압을 정지시키는 단계 및 해양심층수의 증기를 공급하는 단계를 포함하여 수행됨으로써, 고온 및 고압에 의하여 표면에만 빠르게 증발하는 수분 및 영양성분들을 재공급하여 가공되는 목재의 심부와 표면부의 압축성형의 균형을 맞추어줄 수 있는 효과가 있다. 이로써, 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 압축성형의 사이클 그래프의 예를 도 3에 도시하였다.
먼저, 1차 분쇄물을 획득하는 단계는 폐목재를 1차 분쇄하고, 이물질을 제거하여 톱밥형태의 1차 분쇄물을 획득함으로써 수행될 수 있다.
상기 폐목재는 씽크, 가구 등과 같은 폐목재를 수거하여 사용될 수 있고; 산림청에서 시행하는 숲 가꾸기 사업으로 나무가 잘 자랄 수 있도록 솎아베기와 가지치기를 하는 과정에서 발생되거나, 나무의 벌목작업 후 경제적인 가치가 없어 버려지거나 땔감으로밖에 쓸 수 없는 각종 간벌 목 중 지름과 길이가 일정 치 이상을 유지하면서 비교적 곧은 목재 부산물 예를 들어 낙엽송 및 미송 등의 상단부를 수거하여 사용될 수 있다. 또한, 상기한 폐목재는 어느 한 종류를 사용하여도 무방하고, 상기한 종류를 혼합하여 사용할 수도 있다.
특히, 폐목재로서 낙엽송 또는 미송 원목을 사용하는 경우 인체에 유익한 성분 예를 들어, 음이온 방출, 항균효과 및 소취력의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서 폐목재를 분쇄하기 위한 분쇄기는 엔진식, 전기식 등이 있으며, 이미 산업전반에서 널리 사용되는 다양한 종류의 목재 분쇄기(파쇄기)를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 가공목재의 제조방법은 상기 폐목재의 1차 분쇄물을 획득하는 단계 이후, 상기 1차 분쇄물을 해양심층수에 5 내지 24 시간 동안 침지시킨 후, 탈수하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해양 심층수에 함유되어 있는 염분과 미네랄성분이 상기 1차 분쇄물의 조직 속으로 침투함으로써, 목재의 난연성을 개선하고, 곡물전분 접착조성물과의 접착력을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
해양심층수는 태양광이 도달하지 않는 수심 200m 이하에 존재하는 맑고 깨끗한 바닷물이다. 육지에서 구할 수 있는 일반적인 물과 달리 해양심층수에는 우리 몸에 꼭 필요한 70여 가지의 미네랄, 영양염류 등의 다양한 영양분을 포함하고 있다. 물의 성분이 인류가 자연에서 얻을 수 있는 물 중 인체의 체액과 비슷하고, 특히 여성의 양수와 가장 유사한 것으로 알려져 있다. 이러한 해양심층수에는 마그네슘, 칼륨, 나트륨 등의 미네랄, 영양염류 등 각종 영양분이 일반 생수와 비교할 수 없을 정도로 풍부하다. 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 5℃ 이하인 해양 심층수에는 햇빛이 닿지 않아 동화작용(同化作用)을 할 수 없어 플랑크톤 (Plankton) 및 생명체가 증식하지 못하기 때문에 유해미생물이 존재하지 않으면서 밀도가 높기 때문에 밀도가 적은 오염된 표층해수와 혼합이 되지 않은 청정성(淸淨性)의 특성과 고압이면서 온도가 낮은 저온성(低溫性)으로 인하여 이와 혼합된 목재는 열화(劣化)가 억제(抑制)되면서 해양 심층수에 함유되어 있는 염분과 미네랄성분이 조직 속으로 침투(浸透)하게 된다.
이후, 상기 1차 분쇄물은 함수율이 7 내지 9%가 될 때까지 열풍건조할 수 있다.
또한, 상기 열풍건조가 완료된 건조물은 식물성 오일에 1 내지 15 시간 동안 침지시킨 후, 다시 함수율이 7 내지 9%가 될 때까지 열풍건조할 수 있다. 이는 상기 해양 심층수에 함유되어 있는 염분과 미네랄성분이 조직 속으로 침투한 것을 식물성 오일을 통해 조직에 단단히 가두어 조직을 더욱 견고하게 함으로써, 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 충분한 강도를 가질 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한, 이후 혼합되는 곡물전분 접착조성물과의 접착력을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
상기 식물성 오일로는 식물, 식물의 씨, 혹은 나무로부터 추출된 오일로, 서로 독립적으로 우루시올 오일, 편백 오일, 팜 오일, 코코넛 오일, 피마자 오일, 포도씨 오일, 호호바 오일, 홍화 오일, 마카데미아 오일, 올리브 오일 및 이들의 혼합 오일로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
이후, 상기 열풍건조가 완료된 건조물을 2차 분쇄하여, 2차 분쇄물을 획득하할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 2차 분쇄물을 획득하는 단계는 상기 건조물을 10 내지 150 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄함으로써 수행될 수 있다. 이는 이후 혼합되는 곡물전분 접착조성물과의 고른 혼합 및 접착력을 더욱 개선함으로써 가공목재가 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 충분한 강도를 가질 수 있도록 하는 효과가 있다.
상기 2차 분쇄물은 분쇄물의 입경이 서로 상이한 것을 혼합하여 제조될 수 있다. 이로써 가공목재의 밀도를 높게 하고, 가공목재가 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 더욱 충분한 강도를 가질 수 있도록 하는 효과가 있다.
보다 구체적으로 10 내지 50 메쉬(Mesh) 크기의 2차 분쇄물; 50 내지 100 메쉬(Mesh) 크기의 2차 분쇄물; 및 100 내지 150 메쉬(Mesh) 크기의 2차 분쇄물을 2: 1: 1의 중량비율로 혼합한 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
보다 더 구체적으로 상기 2차 분쇄물은 일정 지름(r; 50-200Φ) 이내를 갖는 곧은 목재 부산물인 낙엽송 또는 미송 원목을 50 내지 100 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물; 편백나무 원목을 100 내지 150 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물; 및 가구 폐목재를 10 내지 50 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물을 각각 1: 1: 2 중량비율로 혼합한 것일 수 있다. 이로써, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있고, 편백나무 분쇄물을 포함함으로써 가공목재의 항균성이 크게 증가하며, 인간에게 이로운 항균 물질을 발산하게 된다.
이후, 상기 2차 분쇄물은 7 내지 9%의 함수율을 유지하는 상태에서, 곡물전분 접착조성물과 혼합할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 2차 분쇄물 100 중량부에 대하여, 곡물전분 접착조성물 10 내지 30 중량부를 혼합할 수 있다. 상기 곡물전분 접착조성물은 100% 친환경적이고, 전분의 접착력을 조절 및 강화시킴으로써 친환경적이면서도 충분한 접착력을 확보할 수 있게 된다.
상기 곡물전분은 쌀 전분, 옥수수 전분, 감자 전분, 타피오카 전분, 밀 전분, 고구마 전분 및 이들의 혼합 전분으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
상기 곡물전분 접착조성물은 곡물전분 분말 100 중량부를 알칼리 촉매 존재하에서 프로필렌옥사이드 1 내지 50 중량부 및 송진 1 내지 10 중량부와 함께 혼합한 것일 수 있다. 이로써, 추후 고온 및 고압의 가압프레스 장치에서 압축성형할 때, 상기 곡물전분은 하이드록시프로필화되어 전분의 접착력을 더욱 용이하게 조절 및 강화시킬 수 있고, 송진 성분은 상기 결합을 더욱 강화시키고, 균열을 방지할 수 있도록 하여, 상기 분쇄물의 조직을 강화시킴으로써, 가공목재가 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 더욱 충분한 강도를 가질 수 있도록 하는 효과가 있다.
상기 알칼리 촉매는 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상을, 상기 곡물전분 분말 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부의 함량으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 곡물전분 접착조성물은 곡물전분 분말 100 중량부를 0.5 내지 5 중량부의 알칼리 촉매 존재하에서 프로필렌옥사이드 1 내지 50 중량부, 송진 1 내지 10 중량부, 해조류 분말 10 내지 50 중량부, 및 해양심층수 및 한지의 혼합풀 용액 10 내지 50 중량부와 함께 혼합한 것을 사용하여, 상기 곡물전분 접착조성물의 접착력을 더욱 개선하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 해조류 분말은 추후 고온 및 고압의 가압프레스 장치에서 압축성형할 때, 상기 해조류 분말은 당화될 수 있고, 상기 당들이 서로 결합되면서 접착력을 발생시켜, 상기 접착력을 더욱 개선하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다. 이러한 상기 해조류 분말은 홍조류, 갈조류, 녹조류, 미세조류 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상인 것 중에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 녹조류를 사용하는 것이 당화 효율 면에서 유리하다. 상기 녹조류로는 구멍갈파래, 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴 및 염주말 중에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으며, 가장 바람직하게는 구멍갈파래를 사용하는 것이 좋다. 한편, 상기 홍조류로는 우뭇가사리, 코토니, 개도박, 김, 둥근돌김, 개우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목 또는 지누아리 등이 사용될 수 있으며, 상기 갈조류로는 미역, 다시마, 헛가지말, 민가지말, 패, 고리매, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이 또는 톳 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 해조류 분말은 효소에 의하여 더욱 당화될 수 있다. 상기 효소는 셀룰라아제, 아밀로글루코시다아제, β-아가라아제, β-갈락토시다아제, β-글루코시다아제, 엔도-1,4-β-글루카나아제, α-아밀라아제, β-아밀라아제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 셀룰라아제, 아밀로글루코시다아제를 사용하는 것이 좋다. 또한, 상기 효소는 상기 곡물전분 분말 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부의 함량으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 해양심층수 및 한지의 혼합풀 용액은 50 내지 80 ℃의 해양심층수 100 중량부에, 창호지용 한지, 닥나무 껍질(수피)을 분쇄하여 얻은 섬유질 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상 80 내지 150 중량부를 혼합하여 제조되는 것일 수 있다. 이러한 해양심층수 및 한지의 혼합풀 용액은 상기 곡물전분 접착조성물이 상기 2차 분쇄물과 보다 용이하고 고르게 혼합될 수 있도록하는 역할을 하여, 가공목재가 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 더욱 충분한 강도를 가질 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 상기 2차 분쇄물과 곡물전분 접착조성물의 혼합물은 40 내지 60 ℃의 온도에서 1 내지 5 시간 동안 숙성하는 단계를 거칠 수 있다. 이 과정에서 상기 성분들의 고른 혼합, 조직으로의 침투 및 조직의 연화를 통하여, 가공목재가 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 더욱 충분한 강도를 가질 수 있도록 하는 효과가 있다.
이후, 가압프레스 장치치(200)에, 상기 혼합물(10)을 로딩한 후, 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형 및 건조하여, 원하는 형태의 판재(100)로 가공할 수 있다.
상기 가압프레스 장치(200)는 180 내지 200 ℃의 온도로 조절된 상부압축판(21) 및 190 내지 210 ℃의 온도로 조절된 하부압축판(22)을 갖는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형하는 단계; 및 가압을 정지시키는 단계를 1 사이클로 하여, 3 내지 20회의 사이클로 수행되는 것일 수 있다. 이는 상기 가압프레스 장치(200)에 대하여 설명한 바와 동일하다.
보다 구체적으로는 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 150 내지 200 톤의 압력으로 30 내지 120 초 동안 압축성형하는 단계; 및 가압을 2 내지 3초 동안 정지시키는 단계를 1 사이클로 하여, 3 내지 20회의 사이클로 수행되는 것일 수 있다. 이러한 압축성형의 사이클 그래프의 예를 도 2에 도시하였다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 가공목재의 제조방법은 고온 및 고압의 조건에서 단시간 수 회에 걸쳐 압축성형함으로써, 100% 친환경적인 곡물전분 접착조성물을 사용하더라도, 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 충분한 접착력과 강도를 가질 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 판재의 함수율이 1% 미만이 될 때까지 수행됨으로써 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 가압프레스 장치는 초음파를 인가할 수 있는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 초음파를 인가한 상태에서 수행됨으로써 곡물전분 접착조성물이 목재의 조직 사이로 치밀하게 혼합 및 결합될 수 있어 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 가압프레스 장치는 해양심층수의 증기를 공급할 수 있는 것이고, 상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형의 초기 1 내지 2회의 사이클은 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형하는 단계; 가압을 정지시키는 단계 및 해양심층수의 증기를 공급하는 단계를 포함하여 수행됨으로써, 고온 및 고압에 의하여 표면에만 빠르게 증발하는 수분 및 영양성분들을 재공급하여 가공되는 목재의 심부와 표면부의 압축성형의 균형을 맞추어줄 수 있는 효과가 있다. 이로써, 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 압축성형의 사이클 그래프의 예를 도 3에 도시하였다.
또한, 상기 가공된 판재의 외표면을 한지 또는 시트지(30)를 이용하여 래핑가공할 수 있다.
또한, 상기 래핑가공된 판재를 원하는 크기로 절단하여 친환경 가공목재를 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법에 의하여 제조되는 것인 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 가공목재의 제조방법에 의하면 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수하며, 100% 친환경적인 재료로 제조된 접착조성물을 사용하여, 종래와 같이 인체에 유해한 성분의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 국내 폐기되는 목재를 재활용할 수 있는 효과가 있다. 특히, 가구 폐목재 뿐만 아니라, 산림청에서 시행하는 숲 가꾸기 사업으로 나무가 잘 자랄 수 있도록 솎아베기와 가지치기를 하는 과정에서 발생되거나, 나무의 벌목작업 후 경제적인 가치가 없어 버려지거나 땔감으로밖에 쓸 수 없는 각종 간벌 목 중 지름과 길이가 일정치 이상을 유지하면서 비교적 곧은 목재 부산물 예를 들어 낙엽송 및 미송 등의 상단부를 재활용하여, 친환경적인 가공목재를 대량 생산 및 공급할 수 있다. 따라서, 폐목재의 재활용을 통하여 환경문제를 해결함은 물론, 저렴한 가격으로 친환경적인 가공목재를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 폐목재를 완전히 재활용할 수 있으므로, 소각 등에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 폐목재를 재활용함으로써 목재의 수입량이 많은 국내의 경우 수입대체 효과에 따른 이점을 얻을 수 있다. 또한, 피톤치드가 함유된 편백나무 목분이 포함될 수 있어, 항균성이 우수할 뿐만 아니라, 사람에게 이로운 물질을 발산하는 효과를 갖는다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<실시예 1>
폐목재로서, 일정 지름(r; 50-200Φ) 이내를 갖는 곧은 목재 부산물인 낙엽송 또는 미송 원목 및 가구 폐목재를 수거하여 준비하였다.
낙엽송 또는 미송 원목 및 가구 폐목재를 각각 별도로 목재 분쇄기(파쇄기)를 이용하여 1차 분쇄한 후, 상기 1차 분쇄물을 함수율이 약 9%가 될 때까지 열풍건조하였다. 상기 건조물을 100 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여, 2차 분쇄물을 획득하였다.
약 9%의 함수율을 유지하는 상기 2차 분쇄물 100 중량부에 대하여, 곡물전분 접착조성물 30 중량부를 혼합하였다. 이때, 상기 곡물전분 접착조성물은 타피오카 전분 분말 100 중량부를 3 중량부의 수산화나트륨 촉매 존재하에서 프로필렌옥사이드 30 중량부 및 송진 5 중량부와 함께 혼합한 것을 사용하였다.
약 200 ℃의 온도로 조절된 상부압축판 및 약 210 ℃의 온도로 조절된 하부압축판을 갖는 가압프레스 장치에, 상기 혼합물을 로딩한 후, 약 190 톤의 압력으로 압축성형 및 건조하여, 원하는 형태의 판재로 가공하였다. 이때, 상기 압축성형 및 건조는 순차적으로 40초 동안 1차 압축성형하는 단계; 2 초 동안 가압을 정지시키는 단계; 100초 동안 2차 압축성형하는 단계; 2초 동안 가압을 정지시키는 단계; 및 120초 동안 3차 압축성형하는 단계; 및 가압을 정지시키는 단계를 통하여 수행되었다.(총 3 사이클)
상기 가공된 판재의 외표면을 한지를 이용하여 래핑가공하고, 상기 래핑가공된 판재를 원하는 크기로 절단함으로써, 친환경 가공목재를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 준비된 낙엽송 또는 미송 원목 및 가구 폐목재를 각각 별도로 목재 분쇄기(파쇄기)를 이용하여 1차 분쇄한 후 상기 1차 분쇄물을 해양심층수에 17 시간 동안 침지시킨 후, 탈수한 후, 함수율이 약 9%가 될 때까지 열풍건조하였다. 이후, 상기 열풍건조가 완료된 각각의 건조물은 각각 별도로 편백 오일, 팜 오일 및 코코넛 오일이 1: 1: 1 중량비율로 혼합된 혼합 식물성 오일에 약 5 시간 동안 침지시킨 후, 다시 함수율이 7 내지 9%가 될 때까지 열풍건조하였다.
상기 낙엽송 또는 미송 원목의 건조물은 70 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 2차 분쇄물을 획득하고; 상기 가구 폐목재의 건조물을 30 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물을 획득하였다.
이와는 별도로 편백나무 원목을 목재 분쇄기(파쇄기)를 이용하여 1차 분쇄한 후, 상기 1차 분쇄물을 함수율이 약 9%가 될 때까지 열풍건조하였다. 상기 건조물을 100 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여, 2차 분쇄물을 획득하였다.
상기 낙엽송 또는 미송 원목의 2차 분쇄물; 편백나무 원목의 2차 분쇄물; 및상기 가구 폐목재의 2차 분쇄물을 각각 1: 1: 2 중량비율로 혼합한 후, 약 9%의 함수율을 유지하는 상기 2차 분쇄물의 혼합물 100 중량부에 대하여, 곡물전분 접착조성물 25 중량부를 혼합하였다. 이때, 상기 곡물전분 접착조성물은 타피오카 및 옥수수의 혼합(1:1 중량비) 전분 분말 100 중량부를 2 중량부의 수산화나트륨 촉매 존재하에서 프로필렌옥사이드 약 30 중량부, 송진 5 중량부, 파래 분말 17 중량부, 셀룰라아제 0.06 중량부, 및 해양심층수 및 한지의 혼합풀 용액 30 중량부를 함께 혼합한 것을 사용하였다. 또한, 상기 해양심층수 및 한지의 혼합풀 용액은 50 ℃의 해양심층수 100 중량부에, 창호지용 한지 및 닥나무 껍질(수피)을 분쇄하여 얻은 섬유질 90 중량부를 혼합한 것을 사용하였다.
이후, 상기 2차 분쇄물과 곡물전분 접착조성물의 혼합물은 약 55 ℃의 온도에서 3 시간 동안 숙성하였다.
약 200 ℃의 온도로 조절된 상부압축판 및 약 210 ℃의 온도로 조절된 하부압축판을 갖는 가압프레스 장치에, 상기 혼합물을 로딩한 후, 약 190 톤의 압력으로 압축성형 및 건조하여, 원하는 형태의 판재로 가공하였다. 이때, 상기 압축성형 및 건조는 순차적으로 40초 동안 1차 압축성형하는 단계; 2 초 동안 가압을 정지시키는 단계; 100초 동안 2차 압축성형하는 단계; 2초 동안 가압을 정지시키는 단계; 및 120초 동안 3차 압축성형하는 단계; 및 가압을 정지시키는 단계를 통하여 수행되었다.(총 3 사이클)
상기 가공된 판재의 외표면을 한지를 이용하여 래핑가공하고, 상기 래핑가공된 판재를 원하는 크기로 절단함으로써, 친환경 가공목재를 제조하였다.
<비교예>
상기 실시예 1에서 약 200 ℃의 온도로 조절된 상부압축판 및 약 210 ℃의 온도로 조절된 하부압축판을 갖는 가압프레스 장치에, 상기 혼합물을 로딩한 후, 약 190 톤의 압력으로 압축성형 및 건조하여, 원하는 형태의 판재로 가공하되, 이때, 상기 압축성형 및 건조는 5분 동안 1회만 수행되었다. 이를 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가공목재를 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 가공목재에 대하여, 휨강도(굴곡강도), 함수율, 뒤틀림 발생여부, 총휘발성유기화합물(TVOC)검출여부 및 항균성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 상기 항균성은 Escherichia coli ATCC 25922의 대장균을 사용하여 2시간후의 세균감소율을 측정하였다.
Figure 112019114979555-pat00001
상기 시험결과를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 가공목재는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고, 건축용 내장재로 활용하기에 충분한 휩강도를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 총휘발성유기화합물(TVOC)과 같은 유해물질이 불검출되었음을 확인하였다. 특히, 편백나무 원목을 포함하는 실시예 2의 경우 대장균이 2시간 후에 약 52% 제거되어, 항균 효과를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
그러나 비교예에 따른 가공목재는 총휘발성유기화합물(TVOC)과 같은 유해물질은 불검출되었지만, 휨강도가 약하고 뒤틀림이 쉽게 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 가공목재보다 항균력이 저하된 것을 확인할 수 있었는데, 이는 가공목재의 함수율이 높은 것과 연관이 있는 것으로 판단된다.
즉, 가압프레스 장치에서 압축성형 및 건조하는 공정을 1회만 수행하는 비교예 보다 수차례에 나누어 수행한 본 발명의 기술이 유의미한 결과를 나타낸 것으로 판단된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 폐목재의 분쇄물 및 곡물전분 접착조성물의 혼합물
11: 가공된 판재
100: 친환경 가공목재
200: 가압프레스 장치
21: 상부압축판
22: 하부압축판
30: 한지 또는 시트지

Claims (8)

  1. 폐목재를 1차 분쇄하고, 이물질을 제거하여 톱밥형태의 1차 분쇄물을 획득하는 단계;
    상기 1차 분쇄물의 함수율이 7 내지 9%가 될 때까지 열풍건조하는 단계;
    상기 열풍건조한 1차 분쇄물을 2차 분쇄하여, 2차 분쇄물을 획득하는 단계;
    7 내지 9%의 함수율을 유지하는 상기 2차 분쇄물 100 중량부에 대하여, 곡물전분 접착조성물 10 내지 30 중량부를 혼합하는 단계;
    가압프레스 장치에, 상기 2차 분쇄물과 곡물전분 접착조성물의 혼합물을 로딩한 후, 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형 및 건조하여, 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계;
    상기 가공된 판재의 외표면을 한지 또는 시트지를 이용하여 래핑가공하는 단계; 및
    상기 래핑가공된 판재를 원하는 크기로 절단하는 단계;를 포함하고,
    상기 가압프레스 장치는 180 내지 200 ℃의 온도로 조절된 상부압축판 및 190 내지 210 ℃의 온도로 조절된 하부압축판을 갖는 것이고,
    상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은
    150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형하는 단계; 및 가압을 정지시키는 단계를 1 사이클로 하여, 3 내지 20회의 사이클로 수행되고,
    상기 2차 분쇄물을 획득하는 단계는 상기 열풍건조한 1차 분쇄물을 10 내지 150 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여, 2차 분쇄물을 획득하는 것이고,
    상기 2차 분쇄물은
    일정 지름(r; 50-200Φ) 이내를 갖는 곧은 목재 부산물인 낙엽송 또는 미송 원목을 50 내지 100 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물;
    편백나무 원목을 100 내지 150 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물; 및
    가구 폐목재를 10 내지 50 메쉬(Mesh)의 크기로 2차 분쇄하여 획득된 2차 분쇄물을 각각 1: 1: 2 중량비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 판재의 함수율이 1% 미만이 될 때까지 수행되는 것을 특징으로 하는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압프레스 장치는 초음파를 인가할 수 있는 것이고,
    상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의 압축성형은 초음파를 인가한 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가압프레스 장치는 해양심층수의 증기를 공급할 수 있는 것이고,
    상기 원하는 형태의 판재로 가공하는 단계의
    압축성형의 초기 1 내지 2회의 사이클은 150 내지 200 톤의 압력으로 압축성형하는 단계; 가압을 정지시키는 단계 및 해양심층수의 증기를 공급하는 단계를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 친환경 가공목재의 제조방법은
    상기 폐목재의 1차 분쇄물을 획득하는 단계 이후, 상기 1차 분쇄물을 해양심층수에 5 내지 24 시간 동안 침지시킨 후, 탈수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 곡물전분 접착조성물은
    곡물전분 분말 100 중량부를 0.5 내지 5 중량부의 알칼리 촉매 존재하에서 프로필렌옥사이드 1 내지 50 중량부, 송진 1 내지 10 중량부, 해조류 분말 10 내지 50 중량부, 및 해양심층수 및 한지의 혼합풀 용액 10 내지 50 중량부와 함께 혼합한 것을 특징으로 하는 휨이나 뒤틀림이 발생하지 않고 강도가 우수한 친환경 가공목재의 제조방법.
  8. 삭제
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