KR102185796B1 - Composition for reinforced synthetic wood and method of manufacturing reinforced synthetic wood by using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 합성목재의 제조 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 종래 합성목재 대비 친환경적이고, 내구성 및 내후성이 현저히 향상된 강화된 형태의 합성목재의 제조 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technology for manufacturing synthetic wood, and specifically, to a technology for manufacturing a reinforced type of synthetic wood that is eco-friendly and remarkably improved in durability and weather resistance compared to conventional synthetic wood.
일반적으로 건축물의 내외장재로서, 천연질감에 기인한 미관의 우수성을 발현할 수 있는 천연목재가 많이 사용되어 왔다. 그러나 천연목재의 경우 열에 취약할 뿐만 아니라, 수분 흡수, 건조 등에 의한 뒤틀림이 발생하는 등 형태 안정성에 많은 문제점이 있다.In general, as interior and exterior materials for buildings, natural wood, which can express the excellence of aesthetics due to natural texture, has been widely used. However, in the case of natural wood, not only is it vulnerable to heat, but there are many problems in shape stability, such as distortion caused by moisture absorption and drying.
이러한 문제점을 보완하기 위하여, 천연 목재의 취약점을 보완한 다양한 합성목재의 개발이 이루어지고 있다. 이러한 합성목재로서는, 예를 들면, 목재, 볏집, 옥수수대, 펄프, 왕겨와 같은 섬유질과 열가소성 수지 등을 혼합하여 제조하는 합성목재 등을 들 수 있다.In order to compensate for this problem, the development of various synthetic woods that complement the weaknesses of natural wood has been made. Examples of such synthetic wood include synthetic wood produced by mixing fibers such as wood, rice grain, cornstalk, pulp, rice husk, and a thermoplastic resin.
상기 합성목재의 제조 기술은 개발자의 의도나 사용 목적에 따라 다양한 형태로 존재할 수 있으며, 병존할 수 있는 수 많은 개량기술들이 존재한다. 다양한 기술들이 존재함에도 불구하고, 여전히 보다 고강도의 합성목재로서 열악한 환경 조건에서 견딜 수 있는 고내구성 및 고내후성의 합성목재 또는 특수한 기능성이 부여된 다각도의 합성목재에 대한 니즈는 꾸준히 증가하고 있는 추세이다.The synthetic wood manufacturing technology may exist in various forms depending on the intention of the developer or the purpose of use, and there are numerous improved technologies that can coexist. Despite the existence of various technologies, the need for synthetic wood with high durability and high weatherability that can withstand harsh environmental conditions as a high-strength synthetic wood, or a multi-angle synthetic wood with special functionality is steadily increasing. .
미국등록특허 제7,326,740호는 천연산물, 열가소성 수지, 항진균제 등을 포함하는 천연산물 복합체를 포함하는 합성목재에 관한 기술을 개시한다. 이처럼, 기본적인 강도나 표면특성 등의 전형적인 목재 특성에 더한 다양한 특수목적의 합성목재의 개발은 산업분야의 다양성 확대에 따라 가속화될 전망이다. U.S. Patent No. 7,326,740 discloses a technology related to a synthetic wood containing a natural product complex including natural products, thermoplastic resins, antifungal agents, and the like. As such, the development of synthetic wood for various special purposes in addition to typical wood characteristics such as basic strength and surface characteristics is expected to accelerate as the diversity of industrial fields expands.
본 발명은 고내구성 및 고내후성을 갖는 고강도의 강화된 합성목재를 제조하기 위한 합성목재용 분말 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a powder composition for synthetic wood for producing high strength reinforced synthetic wood having high durability and high weatherability.
또한, 본 발명은 상기 조성물을 이용하여 균일한 물성을 나타낼 수 있는 강화 합성목재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a reinforced synthetic wood capable of exhibiting uniform physical properties using the composition.
본 발명의 일 실시예에 따른 강화 합성목재용 조성물은, 목분 100 중량부, 송진 2 내지 10 중량부 및 탄소나노분말 5 내지 10 중량부를 포함하는 제1 원료분말, 및 수지분말 100 중량부, 충진용 무기물 1 내지 20 중량부 및 UV 안정제 1 내지 20 중량부를 포함하는 제2 원료분말로 이루어진다.The composition for reinforced synthetic wood according to an embodiment of the present invention includes 100 parts by weight of wood powder, 2 to 10 parts by weight of rosin and 5 to 10 parts by weight of carbon nanopowder, and 100 parts by weight of resin powder, filling It consists of a second raw material powder containing 1 to 20 parts by weight of an inorganic material and 1 to 20 parts by weight of a UV stabilizer.
상기 탄소나노분말로서는 흑연나노분말, 산화흑연나노분말, 플러렌, 탄소나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 상기 탄소 결정체들은 합성목재의 강도 향상을 위하여 사용된다.As the carbon nanopowder, graphite nanopowder, graphite oxide nanopowder, fullerene, carbon nanotubes, etc. may be used, and the carbon crystals are used to improve the strength of synthetic wood.
상기 충진용 무기물로서는, 현무암을 파쇄하여 파쇄된 현무암 분말을 완전용융 온도 이하인 800℃ 내지 1000℃의 온도 하에서 용융하고 냉각시켜 추출된 세라믹 분말이 사용될 수 있다.As the filling inorganic material, ceramic powder extracted by melting and cooling the basalt powder crushed by crushing basalt under a temperature of 800°C to 1000°C, which is less than or equal to a complete melting temperature, may be used.
한편, 상기 UV안정제로서는 HALS(Hindered Amine Light Stabilizer)계 UV 안정제가 사용될 수 있다.Meanwhile, as the UV stabilizer, a HALS (Hindered Amine Light Stabilizer)-based UV stabilizer may be used.
상기 수지분말은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 1 : 1.5~3의 중량비로 포함하는 혼합 수지분밀일 수 있다.The resin powder may be a mixed resin powder containing polyethylene and polypropylene in a weight ratio of 1: 1.5 to 3.
상기 수지분말은 230℃ 하에서 용융지수가 3.0g/10min 내지 12g/10min이고, 140℃ 내지 160℃의 융점을 갖는 폴리프로필렌수지 또는 이들의 블렌드를 포함할 수 있다.The resin powder has a melt index of 3.0g/10min to 12g/10min under 230°C, and may include a polypropylene resin having a melting point of 140°C to 160°C, or a blend thereof.
상기 제2 원료분말은 수지분말 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부를 갖는 착색제를 더 포함할 수 있다.The second raw material powder may further include a colorant having 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin powder.
상기 상기 합성목재용 조성물은 제1 원료분말 60 중량% 내지 80 중량% 및 제2 원료분말 20 중량% 내지 40 중량%를 포함할 수 있다.The composition for synthetic wood may include 60% to 80% by weight of the first raw material powder and 20% to 40% by weight of the second raw material powder.
본 발명의 일 실시예에 따른 강화 합성목재의 제조방법은 전술한 제1 원료분말과 제2 원료분말을 혼합하여 혼합분말을 준비하는 분말 혼합단계; 상기 혼합분말을 과립 형태로 가공하는 과립화 단계; 상기 과립 형태의 혼합분말을 용융하여 믹싱하는 단계; 상기 용융된 혼합분말을 압출하여 합성목재를 제조하는 압출단계; 압출된 합성목재의 표면을 가공하는 표면가공단계; 및 표면 가공된 합성목재를 냉각하는 냉각단계를 포함한다.A method of manufacturing a reinforced synthetic wood according to an embodiment of the present invention includes a powder mixing step of preparing a mixed powder by mixing the first raw material powder and the second raw material powder; A granulation step of processing the mixed powder into granules; Melting and mixing the mixed powder in the form of granules; An extrusion step of extruding the molten mixed powder to produce a synthetic wood; Surface processing step of processing the surface of the extruded synthetic wood; And a cooling step of cooling the surface-treated synthetic wood.
상기 용융 및 믹싱은 150℃ 내지 250℃의 온도 하에서 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 상기 압출단계는 150℃ 내지 170℃의 온도 하에서 이루어지는 것이 바람직하다. The melting and mixing is preferably performed at a temperature of 150°C to 250°C, and the extrusion step is preferably performed at a temperature of 150°C to 170°C.
본 발명에 따른 강화 합성목재용 조성물은 과립화되어 압출됨으로써, 각 성분들이 분말 상태로 혼합됨에 따른 불균일성을 해결하고, 압출되어 제조된 합성 목재 내에 각 성분들이 균일하게 분포함으로써 합성목재의 균일한 물성을 발현할 수 있다.The composition for reinforced synthetic wood according to the present invention is granulated and extruded, thereby solving the non-uniformity due to mixing of each component in a powder state, and uniform physical properties of the synthetic wood by uniformly distributing each component in the extruded synthetic wood. Can be expressed.
또한, 제1 원료분말에 포함되는 수지분말은 작업성이 우수한 범위의 용융지수를 갖는 폴리올레핀계 수지로서, 압출 온도에서 목분과의 혼용성이 매우 우수하여 최종 합성목재의 균일한 강도 특성을 유도할 수 있다.In addition, the resin powder contained in the first raw material powder is a polyolefin-based resin having a range of excellent workability, and its compatibility with wood powder at extrusion temperature is very excellent, which can induce uniform strength characteristics of the final synthetic wood. I can.
한편, 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조된 합성목재는 충진용 무기물로서 현무암 유래 세라믹을 포함함으로써 고내구성을 갖고 및 UV 안정제에 의한 고내후성을 가지며, 외장재로 사용될 경우에도 형태 변형 없이 다양한 기후 조건에서 안정적으로 형태가 유지될 수 있다.On the other hand, the synthetic wood produced by the manufacturing method according to the present invention contains basalt-derived ceramic as a filling inorganic material, so it has high durability and high weatherability due to UV stabilizer, and even when used as an exterior material, various climatic conditions without deformation The shape can be stably maintained in
나아가, 본 발명에 따른 합성목재는 결합제나 수지분말의 사용량을 최소화하기 위하여 천연물인 송진을 사용함으로써, 친환경적인 특성이 강화되었다. Furthermore, the synthetic wood according to the present invention uses a natural product of rosin to minimize the amount of binder or resin powder used, thereby enhancing environmentally friendly characteristics.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강화 합성목재의 제조방법을 개념적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충진 무기물인 세라믹 분말을 제조하는 방법을 개념적으로 보여주는 순서도이다.
도 3은 도 2의 세라믹 분말을 보여주는 사진이다. 1 is a flow chart conceptually illustrating a method of manufacturing a reinforced synthetic wood according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart conceptually showing a method of manufacturing a ceramic powder, which is a filling inorganic material, according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing the ceramic powder of FIG. 2.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 강화 합성목재의 제조방법 및 이를 위하여 사용되는 강화 합성목재용 조성물에 대하여 자세하게 설명하도록 한다. 하기 설명들은 본 발명의 기술사상을 구체화하여 설명하기 위한 예시적인 설명들이며, 하기 설명들에 의하여 본 발명의 기술사상이 제한되지 않는다. 하기 설명 이외의 다양한 실시예들이 가능함이 당연하며, 본 발명의 기술사상은 오직 후술하는 청구범위에 의하여 해석되고 제한될 수 있을 뿐이다.Hereinafter, a method for manufacturing reinforced synthetic wood according to an embodiment of the present invention and a composition for reinforced synthetic wood used therefor will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following descriptions are exemplary descriptions for clarifying and explaining the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is not limited by the following descriptions. It is natural that various embodiments other than the following description are possible, and the technical idea of the present invention can only be interpreted and limited by the claims to be described later.
또한, 하기 설명에서 사용되는 '강화 합성목재'라는 용어는 충진용 무기물 및 기타 성분들이 함유된 조성물에 의하여 제조됨으로써 강도가 향상된 합성목재를 의미하는 용어이다.In addition, the term'reinforced synthetic wood' used in the following description refers to a synthetic wood having improved strength by being manufactured by a composition containing inorganic materials and other components for filling.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강화 합성목재의 제조방법을 개념적으로 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flow chart conceptually illustrating a method of manufacturing a reinforced synthetic wood according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강화 합성목재를 제조(S100)하기 위해서는 우선 제1 원료분말 준비단계(S110) 및 제2 원료분말 준비단계(S120)을 수행한다.Referring to FIG. 1, in order to manufacture the reinforced synthetic wood according to an embodiment of the present invention (S100), a first raw material powder preparation step (S110) and a second raw material powder preparation step (S120) are performed.
상기 제1 원료분말은 목분 100 중량부, 송진 2 내지 10 중량부 및 탄소나노분말 5 내지 10 중량부를 포함한다. 상기 제2 원료분말은 수지분말 100 중량부, 충진용 무기물 1 내지 20 중량부 및 UV 안정제 1 내지 20 중량부를 포함한다.The first raw material powder includes 100 parts by weight of wood powder, 2 to 10 parts by weight of rosin, and 5 to 10 parts by weight of carbon nano powder. The second raw material powder includes 100 parts by weight of resin powder, 1 to 20 parts by weight of an inorganic material for filling, and 1 to 20 parts by weight of a UV stabilizer.
상기 목분은 제조되는 합성목재의 주제로서 기능하는 성분으로서, 합성목재가 사용되는 목적 및 작업자의 의도에 따라 다양한 목재 성분들이 분말화되어 사용될 수 있으며, 상기 목분은 동일 목재 성분 외에 이종 이상의 혼합 목분이 사용될 수도 있다. 상기 송진은 결합제 및 수지분말 이상의 결합력을 제공함과 동시에 합성목재에 친환경적인 특성을 부여하는 성분으로서 기능한다. 특히, 상기 송진은 목분과의 혼용성이 우수하여, 합성목재의 전체적인 물성 균일화에 이바지할 수 있다.The wood powder is a component that functions as a subject of the synthetic wood to be manufactured, and various wood components may be pulverized and used depending on the purpose of which the synthetic wood is used and the intention of the worker.The wood powder includes mixed wood powder of two or more types in addition to the same wood component. It can also be used. The rosin functions as a component that provides more than a binder and resin powder, and provides eco-friendly properties to synthetic wood. In particular, the rosin has excellent compatibility with wood powder, and thus can contribute to uniformity of overall physical properties of synthetic wood.
상기 제1 원료분말은 합성목재의 고강도를 구현하기 위하여, 탄소나노분말을 포함한다. 본 발명에서 사용되는 탄소나노분말은 강도 면을 고려하여 도입된 성분으로서 탄소나노분말이 갖는 기타의 기계적 특성 또는 전기적 특성과는 무관하게 도입된 성분이다.The first raw material powder contains carbon nanopowder in order to realize the high strength of the synthetic wood. The carbon nanopowder used in the present invention is a component introduced in consideration of strength, and is a component introduced regardless of other mechanical or electrical properties of the carbon nanopowder.
상기 탄소나노분말로서는, 흑연나노분말, 산화흑연나노분말, 플러렌, 탄소나노튜브 등이 사용될 수 있다. 상기 흑연나노분말 및 산화흑연나노분말의 평균 사이즈는 2nm ~ 200nm이고, 플러렌은 대략 1nm 수준이며, 탄소나노튜브는 1.2nm ~ 100nm이다. 상기 탄소나노분말들은 분말화가 매우 유리하고 다른 목분이나 수지분말과의 친화성이 우수하다.As the carbon nanopowder, graphite nanopowder, graphite oxide nanopowder, fullerene, carbon nanotubes, and the like may be used. The average size of the graphite nanopowder and the graphite oxide nanopowder is 2nm to 200nm, fullerene is approximately 1nm, and carbon nanotubes are 1.2nm to 100nm. The carbon nanopowder is very advantageous in pulverization and has excellent affinity with other wood powder or resin powder.
상기 제1 원료분말의 각 성분 함량은 물성과 인과된 것이어서 최종 제조되는 합성목재의 기능을 고려하여 작업자가 예측하여 조절할 수 있다.Since the content of each component of the first raw material powder is caused by physical properties, it can be predicted and adjusted by the operator in consideration of the function of the finally produced synthetic wood.
한편, 상기 탄소나노분말은 통상의 물리적 가공, 화학적 가공, 기계적 가공에 의하여 용이하게 나노분말로 가공될 수 있는 장점이 있다. 상기 각 탄소나노분말 성분들은 강도적 측면에서 도입된 성분들로서, 각 성분들의 전기적 특성이나 반도체 특성, 광택 특성 등은 서로 이질적일 수 있다.On the other hand, the carbon nanopowder has an advantage that can be easily processed into nanopowder by conventional physical processing, chemical processing, and mechanical processing. Each of the carbon nanopowder components are components introduced in terms of strength, and electrical properties, semiconductor properties, and gloss properties of each component may be different from each other.
제1 원료분말 준비단계(S110)가 완료되면 제2 원료분말 준비단계(S130)이 수행된다. 상기 제1 원료분말이 주로 합성목재의 주제를 이루는 성분인 반면, 상기 제2 원료분말은 주로 기능적 특성을 발휘하는 성분들로 이루어져 있다.When the first raw material powder preparation step (S110) is completed, the second raw material powder preparation step (S130) is performed. While the first raw material powder is mainly a component constituting the subject of synthetic wood, the second raw material powder mainly consists of components that exhibit functional properties.
전술한 바와 같이, 상기 제2 원료분말은 수지분말 100 중량부, 충진용 무기물 1 내지 20 중량부 및 UV 안정제 1 내지 20 중량부를 포함한다.As described above, the second raw material powder includes 100 parts by weight of resin powder, 1 to 20 parts by weight of an inorganic material for filling, and 1 to 20 parts by weight of a UV stabilizer.
상기 수지분말은 목분과 함께 합성목재의 전체적인 결합제 역할을 수행함과 동시에 전체 혼합물의 균일한 분산과 물성에 큰 영향을 미칠 수 있는 성분이다. 본 실시예에서 상기 수지분말은 230℃ 하에서 용융지수가 3.0g/10min 내지 12g/10min이고, 140℃ 내지 160℃의 융점을 갖는 폴리올레핀계 수지가 사용될 수 있고, 예를 들면 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등이 사용될 수 있다. 수지분말로서, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 동시에 사용될 경우, 상기 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 1 : 1.5~3의 중량비로 혼합되어 사용되는 것이 바람직하다. 이는 전체적인 물성의 안정성 뿐만 아니라 합성목재의 강도 측면에서 유리하다. 상기 수지 조성물은 후술하는 용융 및 믹싱 단계에서 용융될 수 있어 목분이나 기타 성분과의 상용성이 극대화될 수 있고, 압출단계에서의 작업성이 매우 우수하다. 상기 수지 성분은 이와 다르게 작업자의 의도나 사용 목적에 따라 다양하게 고려될 수 있으나, 이 경우에도 사용되는 수지의 용융지수 및 융점은 철저히 관리되는 것이, 최종 제품의 물성에 있어 매우 중요하다. 한편, 상기 폴리올레핀계 수지는 결합 특성이 매우 우수하고 친환경적인 강점을 갖는다.The resin powder, together with wood powder, is a component that can have a great influence on the properties and uniform dispersion of the entire mixture while acting as an overall binder for synthetic wood. In this embodiment, the resin powder has a melt index of 3.0g/10min to 12g/10min under 230°C, and a polyolefin-based resin having a melting point of 140°C to 160°C may be used. For example, polypropylene or polyethylene Can be used. As the resin powder, when polyethylene and polypropylene are used at the same time, the polyethylene and polypropylene are preferably mixed and used in a weight ratio of 1: 1.5 to 3. This is advantageous in terms of the strength of the synthetic wood as well as the stability of the overall physical properties. The resin composition may be melted in a melting and mixing step described later, so that compatibility with wood flour or other components may be maximized, and workability in the extrusion step is very excellent. Differently, the resin component may be considered in various ways depending on the intention of the operator or the purpose of use, but even in this case, it is very important for the physical properties of the final product to be thoroughly managed for the melting index and melting point of the resin used. On the other hand, the polyolefin resin has very excellent bonding properties and eco-friendly strength.
한편, 본 발명의 충진용 무기물은 종래 일반적으로 사용되는 토양 등의 충진제가 아니며, 목재의 항균특성, 내구성 및 결합 특성을 고려하여 도입된 성분으로서, 상기 충진용 무기물은 현무암을 파쇄하여 파쇄된 현무암 분말을 완전용융 온도 이하인 800℃ 내지 1000℃의 온도 하에서 용융하고 냉각시켜 추출된 분말이다. On the other hand, the inorganic material for filling of the present invention is not a conventional filler for soil, etc., and is a component introduced in consideration of the antibacterial properties, durability and bonding properties of wood, and the mineral for filling is crushed basalt by crushing basalt It is a powder extracted by melting and cooling the powder under a temperature of 800°C to 1000°C, which is below the complete melting temperature.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충진 무기물인 세라믹 분말을 제조하는 방법을 개념적으로 보여주는 순서도이다.2 is a flow chart conceptually showing a method of manufacturing a ceramic powder, which is a filling inorganic material, according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 현무암 유래 세라믹 분말의 제조방법(S200)을 수행하기 위해서 우선 현무암을 준비하고 세척하는 현무암 준비 및 세척단계(S210)를 수행한다. 현무함 시료는 시중에서 구매한 시료이며 형태적 제한은 특별히 없다. 다만, 후속되는 파쇄단계의 입자 크기 조절을 위하여 상기 현무암 시료로서 분말화된 형태의 시료를 구매하지 않는 것이 바람직하다. 세척은 현무암 표면에 존재하는 불순물을 선결적으로 제거함으로써, 향후 용융단계의 온도를 변화시키는 인자로 작용할 수 없도록 하는 조치이다. 상기 불순물 제거 방식으로는 비중 차이를 이용한 방식 등이 활용될 수 있다.Referring to FIG. 2, in order to perform the method for producing a ceramic powder derived from basalt (S200), a basalt preparation and washing step (S210) of preparing and washing basalt is first performed. The Hyeonmuham sample is a commercially purchased sample, and there is no restriction in shape. However, it is preferable not to purchase a powdered sample as the basalt sample in order to control the particle size of the subsequent crushing step. Washing is a measure to preemptively remove impurities present on the basalt surface so that it cannot act as a factor that changes the temperature of the melting step in the future. As the impurity removal method, a method using a difference in specific gravity may be used.
현무암이 세척되고 건조된 후, 현무암 파쇄단계(S220)를 수행한다. 상기 파쇄단계(S120)를 통하여 현무암 파쇄물이 준비되는데, 상기 파쇄물 입자의 평균 입경은 대략 0.1mm ~ 0.5mm 수준으로 유지되도록 파쇄가 진행되는 것이 바람직하다. 용융 효율을 위해서는 현무암을 더욱 미세하게 파쇄하는 것이 유리하나, 파쇄된 입자의 평균 입경이 0.1mm 미만일 경우 용융이 너무 급격하게 일어나 이상 열처리에 따른 온전한 특성 발현이 어려워질 수 있다. 현무암 파쇄단계(S220)에서도 현무암 내부에 포함되어 분쇄된 이물질을 다양한 방법으로 분리해 낸다. 이물질은 후술하는 용융단계(S230)의 용융온도 이상화를 초래할 수 있기 때문이다. After the basalt is washed and dried, basalt crushing step (S220) is performed. Basalt crushed material is prepared through the crushing step (S120), and crushing is preferably performed so that the average particle diameter of the crushed material particles is maintained at a level of approximately 0.1mm to 0.5mm. For melting efficiency, it is advantageous to crush basalt more finely, but when the average particle diameter of the crushed particles is less than 0.1mm, melting occurs too rapidly, and it may be difficult to express intact characteristics due to abnormal heat treatment. In the basalt crushing step (S220), foreign matter contained in the basalt and crushed is separated by various methods. This is because foreign substances may cause an idealization of the melting temperature of the melting step S230, which will be described later.
현무암 파쇄물이 준비되면, 상기 현무암 파쇄물에 대하여 가열하여 용융시키는 저온 용융단계(S230)를 수행한다. 현무암 파쇄물은 통상의 완전 용융 온도인 1400℃ 이상의 온도가 아닌 800 내지 1000℃의 상대적 저온 환경에서 용융되어야 하며, 상기 온도 하에서 용융됨으로써 강화소재로서 요구되는 물성이 달성될 수 있다. 한편, 상기 용융단계(S240)를 수행하는 과정에서, 유황, 또는 산성용액이 첨가될 수 있다. 이러한, 유황 및 산성용액의 첨가는 강화소재로서의 현무암 유래 세라믹 분말을 포함하는 강화수지 조성물이 코팅막으로 적용될 때, 코팅 특성을 개선할 수 있는 인자로서 작용할 수 있다.When the basalt crushed product is prepared, a low temperature melting step (S230) of heating and melting the basalt crushed product is performed. The basalt crushed material must be melted in a relatively low temperature environment of 800 to 1000° C., not at a temperature of 1400° C. or higher, which is a normal complete melting temperature, and the properties required as a reinforcing material may be achieved by melting under the above temperature. Meanwhile, in the process of performing the melting step (S240), sulfur or an acidic solution may be added. The addition of sulfur and an acidic solution may act as a factor capable of improving coating properties when a reinforcing resin composition including a ceramic powder derived from basalt as a reinforcing material is applied as a coating film.
저온 용융단계(S230)가 완료되면 용융물을 냉각시키는 냉각단계(S240)를 수행한다. 상기 냉각은 상온에서 충분히 이루어지도록 한다. 상기 냉각단계(S240)가 완료되면 냉각된 용융물을 분말화하는 분말화 단계(S250)를 수행함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 현무암 유래 세라믹 분말이 준비될 수 있다. 도 3은 상기 도 2의 세라믹 분말 모습을 보여주는 사진이다.When the low-temperature melting step (S230) is completed, a cooling step (S240) of cooling the melt is performed. The cooling is sufficiently performed at room temperature. When the cooling step (S240) is completed, the ceramic powder derived from basalt according to an embodiment of the present invention may be prepared by performing a powdering step (S250) of pulverizing the cooled melt. 3 is a photograph showing the appearance of the ceramic powder of FIG. 2.
상기 현무암 유래 세라믹 분말은 세부적인 용융 온도 조건이나 첨가물의 추가 여부는 상기 세라믹 분말의 조성이 하기 조성을 갖도록 가변적으로 이루어질 수 있다. 상기 세라믹 분말은 시험결과(한국재료연구소) SiO2 100 중량부; Al2O3 25 내지 32 중량부; CaO 18 내지 22 중량부; MgO 18 내지 22 중량부; Fe2O3 18 내지 22 중량부; 및 Ti, Y, La, Ce 및 Nd 등의 금속성분을 포함하는 것으로 확인하였다. In the basalt-derived ceramic powder, a detailed melting temperature condition or whether an additive is added may be variably made so that the composition of the ceramic powder has the following composition. The ceramic powder is a test result (Korea Institute of Materials Research) SiO 2 100 parts by weight; Al 2 O 3 25 to 32 parts by weight; CaO 18 to 22 parts by weight; MgO 18 to 22 parts by weight; Fe 2 O 3 18 to 22 parts by weight; And metal components such as Ti, Y, La, Ce, and Nd.
하기 표 1은 상기 세라믹 분말의 조성을 예시한 표이다. Table 1 below is a table illustrating the composition of the ceramic powder.
상기 세라믹 분말은 모재 표면에 직접 용융 코팅시 적어도 9.0H의 스크래치 강도 및 적어도 7.3의 모스경도를 가지며, 각각 500℃의 온도 및 -70℃의 온도 하에서 박리 및 파괴 현상이 없는 코팅막을 형성할 수 있는 물성을 갖는 분말이다.The ceramic powder has a scratch strength of at least 9.0H and a Mohs hardness of at least 7.3 when direct melt coating on the surface of the base material, and can form a coating film without delamination and breakage under a temperature of 500°C and -70°C, respectively. It is a powder having physical properties.
상기 세라믹 분말은 그 자체로서 최종 합성목재의 강도를 현저히 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 강력한 항균특성을 발휘하여 합성목재의 미생물의 의한 변성을 억제하고 제품의 내식성을 향상시킬 수 있다. 나아가 상기 세라믹 분말은 압출성형과정에서 다른 성분과의 결합력이 매우 우수하여 성형체의 형상에 영향을 주지 않는다.The ceramic powder itself can not only significantly increase the strength of the final synthetic wood, but also exhibit strong antibacterial properties to suppress the denaturation of the synthetic wood by microorganisms and improve the corrosion resistance of the product. Furthermore, the ceramic powder has very good bonding strength with other components in the extrusion molding process and does not affect the shape of the molded body.
상기 제2 원료분말은 내후성 향상을 위하여 UV 안정제를 포함한다. 특히, 합성목재가 악조건의 기후환경에서 사용되는 제품에 적용될 경우, 상기 UV 안정제의 역할은 극대화될 수 있다. 상기 UV 안정제의 사용을 통하여 환경 변화에 따른 제품의 내구성 저하를 효과적으로 방지할 수 있다. 상기 UV 안정제로서는 HALS(Hindered Amine Light Stabilizer)계 UV 안정제가 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 UV 안정제로서는 Ciba-gagi사의 Chimasorbⓡ 및 Tinuvinⓡ이 동량으로 혼합되어 사용될 수 있다.The second raw material powder contains a UV stabilizer to improve weather resistance. Particularly, when synthetic wood is applied to products used in adverse climate environments, the role of the UV stabilizer can be maximized. Through the use of the UV stabilizer, it is possible to effectively prevent degradation of the durability of the product due to environmental changes. As the UV stabilizer, a HALS (Hindered Amine Light Stabilizer)-based UV stabilizer may be used. Specifically, as the UV stabilizer, Ciba-gagi's Chimasorb ⓡ and Tinuvin ⓡ may be mixed in the same amount and used.
상기 제2 원료분말은 기타의 부원료 분말을 포함하며, 경우에 따라서는 착색제를 포함할 수 있다. 상기 착색제는 압출성형된 합성목재 제품의 색상 발현을 위하여 포함된다.The second raw material powder includes other auxiliary raw material powders, and may include a colorant in some cases. The colorant is included to express the color of the extruded synthetic wood product.
한편, 상기 제1 원료분말과 제2 원료분말은 제1 원료분말의 사용량이 상대적으로 크도록 조절되는 것이 바람직하며, 구체적으로 상기 제1 원료분말 및 제2 원료분말은 각각 60 중량% 내지 80 중량%, 및 20 중량% 내지 40 중량%가 되도록 사용되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the first raw material powder and the second raw material powder are preferably adjusted so that the amount of the first raw material powder is relatively large, and specifically, the first raw material powder and the second raw material powder are 60% to 80% by weight, respectively. %, and 20 to 40% by weight.
도 1을 다시 참조하면, 제1 원료분말 준비단계(S110) 및 제2 원료분말 준비단계(S120)가 완료되면 상기 제1 원료분말과 제2 원료분말이 충분히 혼합될 수 있도록 하는 혼합단계(S130)를 수행한다. 혼하된 혼합분말은 이후 과립화 단계(S140)를 거치게 된다. 과립화 단계(S140)는 제1 원료분말 및 제2 원료분말이 최초의 분말 상태로 사용될 경우 고르게 혼합되지 못하는 특성을 해결하기 위한 것이다. 과립화된 혼합분말은 각 성분의 편중없이 충분히 균일화된 혼합물을 형성할 수 있다. Referring again to FIG. 1, when the first raw material powder preparation step (S110) and the second raw material powder preparation step (S120) are completed, a mixing step of sufficiently mixing the first raw material powder and the second raw material powder (S130). ). The mixed powder is then subjected to the granulation step (S140). The granulation step (S140) is to solve the characteristic of not being evenly mixed when the first raw material powder and the second raw material powder are used in the first powder state. The granulated mixed powder can form a sufficiently homogeneous mixture without the bias of each component.
과립화되어 혼합된 혼합분말은 용융 및 믹싱단계(S150)를 거친다. 과립화된 원료분말들은 용융실린더에 공급되어 150℃ 내지 250℃로 용융됨으로써 믹싱된다. 상기 용융온도는 급격한 온도 하락이 발생아지 않도록 하며 압출단계(S160)에서 서서히 낮추는 것이 바람직하다. The granulated and mixed mixed powder undergoes a melting and mixing step (S150). The granulated raw material powders are mixed by being fed to a melting cylinder and melting at 150°C to 250°C. It is preferable that the melting temperature is gradually lowered in the extrusion step (S160) so that a sudden drop in temperature does not occur.
상기 용융 온도는 제1 원료분말의 수지분말인 폴리올레핀계 수지의 용융 온도와 유사한 온도로서, 상기 수지분말 역시 상기 용융 시 유동성을 가짐으로써 원료분말에 전체적으로 균일하게 믹싱될 수 있다. The melting temperature is a temperature similar to the melting temperature of the polyolefin-based resin, which is the resin powder of the first raw material powder, and the resin powder also has fluidity during the melting, so that it can be uniformly mixed with the raw material powder as a whole.
상기 용융 및 믹싱단계(S150)에 의하여 준비된 용융물은 150℃ 내지 170℃를 유지하며 압출기에 의하여 압출됨으로써 기본적인 합성목재 형상을 갖게된다. 상기 압출온도 하에서, 전술한 폴리올레핀계 수지의 작업성은 극대화 될 수 있다. The melt prepared by the melting and mixing step (S150) is maintained at 150°C to 170°C, and is extruded by an extruder to have a basic shape of synthetic wood. Under the extrusion temperature, the workability of the polyolefin-based resin described above can be maximized.
압출단계(S160)에 의하여 성형된 합성목재는 표면가공단계(S170)에서 롤러 등을 이용하여 표면이 가공된다. 롤려의 형상이나 표면 가공 패턴 등은 작업자의 의도나 합성목재의 사용 목적에 따라 가변적으로 조절될 수 있다. The surface of the synthetic wood molded by the extrusion step (S160) is processed using a roller or the like in the surface processing step (S170). The shape or surface processing pattern of the roller can be variably adjusted according to the intention of the worker or the purpose of using the synthetic wood.
표면가공단계(S170)가 완료되면, 냉각단계(S180)를 수행한다. 상기 냉각 단계(S180)는 일차적으로 압출물을 냉수를 이용하여 급랭시킴으로써, 합성목재의 휨이나 비틀림이 발생하지 않도록 하는 1차 냉각 단계와, 냉각된 압출물을 고압 및 냉각 공기를 분사하여 최종적으로 냉각후 수분을 건조시키는 2차 냉각 단계를 포함할 수 있다. When the surface processing step (S170) is completed, the cooling step (S180) is performed. The cooling step (S180) is a primary cooling step in which the extrudate is first quenched using cold water to prevent warping or twisting of the synthetic wood, and the cooled extrudate is finally sprayed with high pressure and cooling air. It may include a second cooling step of drying the moisture after cooling.
한편, 도시하지는 않았으나 냉각된 합성목재는 컨베이어 이송장치 등에 의하여 이송되고, 다양한 형상으로 절단되는 절단 단계를 거칠 수 있다. On the other hand, although not shown, the cooled synthetic wood may be transferred by a conveyor transfer device or the like, and may be cut into various shapes.
이상의 방법으로 제조된 합성목재는 고내구성, 고내후성, 내식성 및 친환경 특성을 갖는 목재 소재로 다양하게 활용될 수 있다. The synthetic wood manufactured by the above method can be variously used as a wood material having high durability, high weather resistance, corrosion resistance, and eco-friendly characteristics.
Claims (11)
수지분말 100 중량부, 현무암을 파쇄하여 파쇄된 현무암 분말을 완전용융 온도 이하인 800℃ 내지 1000℃의 온도 하에서 용융하고 냉각시켜 추출된 세라믹 분말을 포함하는 충진용 무기물 1 내지 20 중량부, 및 UV 안정제 1 내지 20 중량부를 포함하는 제2 원료분말로 이루어진 강화 합성목재용 조성물.
A first raw material powder comprising 100 parts by weight of wood flour, 2 to 10 parts by weight of rosin and 5 to 10 parts by weight of carbon nanopowder; And
100 parts by weight of resin powder, 1 to 20 parts by weight of an inorganic material for filling including ceramic powder extracted by melting and cooling the basalt powder crushed by crushing basalt under a temperature of 800°C to 1000°C, which is less than a complete melting temperature, and UV stabilizer A composition for reinforced synthetic wood comprising a second raw material powder comprising 1 to 20 parts by weight.
상기 탄소나노분말은 흑연나노분말, 산화흑연나노분말, 플러렌 및 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 합성목재용 조성물.
The method of claim 1,
The carbon nanopowder comprises at least one component selected from the group consisting of graphite nanopowder, graphite oxide nanopowder, fullerene and carbon nanotubes.
상기 세라믹 분말은, SiO2 100 중량부; Al2O3 25 내지 32 중량부; CaO 18 내지 22 중량부; MgO 18 내지 22 중량부; Fe2O3 18 내지 22 중량부를 포함하고, Ti, Y, La, Ce 및 Nd 으로 이루어진 적어도 하나의 금속 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 합성목재용 조성물.
The method of claim 1,
The ceramic powder, SiO 2 100 parts by weight; Al 2 O 3 25 to 32 parts by weight; CaO 18 to 22 parts by weight; MgO 18 to 22 parts by weight; Fe 2 O 3 18 to 22 parts by weight of the reinforced synthetic wood composition, characterized in that it contains at least one metal component consisting of Ti, Y, La, Ce and Nd.
상기 UV안정제는 HALS(Hindered Amine Light Stabilizer)계 UV 안정제인 것을 특징으로 하는 강화 합성목재용 조성물.
The method of claim 1,
The UV stabilizer composition for reinforced synthetic wood, characterized in that the UV stabilizer based on HALS (Hindered Amine Light Stabilizer).
상기 수지분말은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 1 : 1.5~3의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 합성목재용 조성물.
The method of claim 1,
The resin powder is a composition for reinforced synthetic wood, characterized in that it comprises polyethylene and polypropylene in a weight ratio of 1: 1.5 to 3.
상기 수지분말은 230℃ 하에서 용융지수가 3.0g/10min 내지 12g/10min이고, 140℃ 내지 160℃의 융점을 갖는 폴리프로필렌수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 합성목재용 조성물.
The method of claim 1,
The resin powder has a melting index of 3.0g/10min to 12g/10min under 230°C, and a composition for reinforced synthetic wood comprising a polypropylene resin having a melting point of 140°C to 160°C.
상기 제2 원료분말은 상기 수지분말 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부를 갖는 착색제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 합성목재용 조성물.
The method of claim 1,
The second raw material powder is a reinforced synthetic wood composition, characterized in that it further comprises a colorant having 1 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the resin powder.
상기 제1 원료분말 60 중량% 내지 80 중량% 및 상기 제2 원료분말 20 중량% 내지 40 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 합성목재용 조성물.
The method of claim 1,
A composition for reinforced synthetic wood comprising 60% to 80% by weight of the first raw material powder and 20% to 40% by weight of the second raw material powder.
상기 혼합분말을 과립 형태로 가공하는 과립화 단계;
상기 과립 형태의 혼합분말을 용융하여 믹싱하는 단계;
상기 용융된 혼합분말을 압출하여 합성목재를 제조하는 압출단계;
압출된 합성목재의 표면을 가공하는 표면가공단계; 및
표면 가공된 합성목재를 냉각하는 냉각단계를 포함하는 강화 합성목재의 제조방법.
A powder mixing step of preparing a mixed powder by mixing the first raw material powder and the second raw material powder of claim 1;
A granulation step of processing the mixed powder into granules;
Melting and mixing the mixed powder in the form of granules;
An extrusion step of extruding the molten mixed powder to produce a synthetic wood;
Surface processing step of processing the surface of the extruded synthetic wood; And
A method of manufacturing reinforced synthetic wood comprising a cooling step of cooling the surface-treated synthetic wood.
상기 믹싱은 150℃ 내지 250℃의 온도 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 강화 합성목재의 제조방법.
The method of claim 9,
The mixing method for producing a reinforced synthetic wood, characterized in that made under a temperature of 150 ℃ to 250 ℃.
상기 압출단계는 150℃ 내지 170℃의 온도 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 강화 합성목재의 제조방법.
The method of claim 9,
The extrusion step is a method for producing a reinforced synthetic wood, characterized in that made under a temperature of 150 ℃ to 170 ℃.
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