KR102215573B1 - 내충격성이 우수한 합성목재 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 합성목재는 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분, 폴리프로필렌 복합체, 충진제 및 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함하며, 상기 폴리프로필렌 복합체는 에텐-1-부텐 공중합체, 에텐-1-옥텐 공중합체, 폴리올레핀 단일중합체 및 말레이산 무수물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내충격성이 우수한 합성목재{Synthetic wood with high impact strength}
본 발명은 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하고 자가치유능을 갖는 합성목재에 관한 것이다.
천연 목재는 오래동안 건축자재, 가구 및 소품의 재료로 사용되었다. 그러나 이러한 천연목재는 습기 또는 수분에 노출되는 경우 비틀림 등의 변형이 발생하는 치명적인 단점이 있으며, 그 생산량에 한계가 있는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 MDF, HDF 등의 합판이 고안되어 저렴한 가격으로 가구 및 소품등에 다양하게 적용되었다. 그러나 최근 이러한 합판들이 인체에 치명적인 물질을 지속적으로 배출하며, 이에 따라 피부 뿐만 아니라 인체의 여러 곳에 위험을 끼칠 수 있다는 지적이 나오고 있다.
이러한 문제점을 고안하기 위하여 열가소성 폴리머와 목분을 혼합하여 제조되는 합성목재의 수요 및 제조가 증가하고 있다. 다만 이러한 합성목재는 열가소성 폴리머로 인하여 상대적으로 내마모도 및 기계강도가 낮은 한계가 있다.
또한 친수성의 목분과 소수성의 열가소성 폴리머가 균일하게 혼합되지 못하는 한계가 있으며, 장기간 충격이 가해지는 경우 목분과 폴리머의 결합력이 낮아져 내구성이 현저히 저하되는 문제를 안고 있다.
이에, 합성목재의 충격강도 등과 같은 기계강도를 개선하면서도 목분이 균일하게 분산되어 내구성이 우수한 합성목재의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1314446호
본 발명의 목적은 내충격성이 우수한 합성목재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 목분이 균일하게 분산된 합성목재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기계적 물성이 우수한 합성목재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자가치유가 가능한 합성목재를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 합성목재는 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분, 폴리프로필렌 복합체, 충진제 및 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함하며, 상기 폴리프로필렌 복합체는 에텐-1-부텐 공중합체, 에텐-1-옥텐 공중합체, 폴리올레핀 단일중합체 및 말레이산 무수물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 소수성 개질제는 말단에 에폭시기를 포함하는 실란계 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 말단에 에폭시기를 포함하는 실란계 화합물은 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 및 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 표면개질된 목분은 목분을 나노 셀룰로오스로 표면개질한 뒤, 소수성 개질제로 개질한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재 상기 나노 셀룰로오스는 평균 단면 직경이 3 내지 40 ㎚이며, 평균 길이가 30 내지 400 ㎚일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 폴리프로필렌 복합체는 에텐-1-부텐 공중합체 60 내지 80 중량%, 에텐-1-옥텐 공중합체 10 내지 20 중량%, 폴리올레핀 단일중합체 6 내지 22 중량% 및 말레이산 무수물 0.1 내지 1 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유에서 상기 자가치유 수지는 폴리아크릴아마이드아크릴산인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 합성목재는 상기 표면개질된 목분 100 중량부 대비 30 내지 65 중량부의 폴리프로필렌 복합체, 20 내지 50 중량부의 충진제 및 15 내지 40 중량부의 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분, 폴리프로필렌 복합체, 충진제 및 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함하며, 상기 폴리프로필렌 복합체는 에텐-1-부텐 공중합체, 에텐-1-옥텐 공중합체, 폴리올레핀 단일중합체 및 말레이산 무수물을 포함함으로써 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하고 내구성이 뛰어나며, 자가치유능을 갖는 특징이 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 의한 합성목재는 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분, 폴리프로필렌 복합체, 충진제 및 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함하며, 상기 폴리프로필렌 복합체는 에텐-1-부텐 공중합체, 에텐-1-옥텐 공중합체, 폴리올레핀 단일중합체 및 말레이산 무수물을 포함하는 것을 특징으로 하며, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수한 특징이 있다.
본 발명에 의한 합성목재는 폴리프로필렌 복합체를 포함하며, 폴리프로필렌 복합체는 에텐-1-부텐 공중합체, 에텐-1-옥텐 공중합체, 폴리올레핀 단일중합체 및 말레이산 무수물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 좋게는 본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재의 폴리프로필렌 복합체에서 폴리올레핀 단일중합체는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
종래 합성목재에 있어서 목분을 응집하여 성형하기 위한 바인더로는 열가소성 수지가 통상적으로 이용되었다. 이러한 열가소성 수지를 포함함으로써 압출 또는 사출을 거쳐 목분 및 바인더를 포함하는 혼합물이 성형되어 성형체가 형성될 수 있다. 그러나 통상적으로 바인더로 이용되는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 바인더는 내충격성 등의 기계강도가 낮은 문제점이 있으며, 이에 따라 합성목재 전체의 기계강도 및 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
그러나 본 발명에 의한 합성목재에서 폴리프로필렌 복합체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 단일중합체와 에텐-1-부텐 공중합체 및 에텐-1-옥텐 공중합체를 포함함으로써 내충격성 등의 기계강도를 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 에텐-1-부텐 공중합체 및 에텐-1-옥텐 공중합체를 혼합하는 경우 상용성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 말레이산 무수물을 포함함으로써 상용성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 폴리프로필렌 복합체는 에텐-1-부텐 공중합체 60 내지 80 중량%, 에텐-1-옥텐 공중합체 10 내지 20 중량%, 폴리올레핀 단일중합체 6 내지 22 중량% 및 말레이산 무수물 0.1 내지 1 중량%를 포함할 수 있으며, 더욱 좋게는 폴리올레핀 단일 중합체가 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 경우 폴리에틸렌 1 내지 7 중량%, 폴리프로필렌 5 내지 15 중량%를 포함할 수 있다. 폴리프로필렌 복합체가 상술한 범위를 만족하는 경우 에텐-1-부텐 공중합체 및 에텐-1-옥텐 공중합체에 의한 내충격성 향상효과를 나타내면서도 우수한 상용성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 복합체에서 상기 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 경우 190 ℃ 기준 용융지수가 15 내지 30 g/10 min일 수 있으며, 에텐-1-부텐 공중합체의 경우 용융지수가 0.5 내지 1.8 g/10 min일 수 있고, 에틸렌-1-옥텐 공중합체의 경우 용융지수가 0.8 내지 1.5 g/10 min일 수 있다. 이러한 용융지수 범위를 만족함으로써 압출 또는 사출을 통해 원활한 성형이 가능하면서도 높은 충격강도를 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재는 표면개질된 목분 100 중량부 대비 30 내지 65 중량부, 좋게는 40 내지 60 중량부의 폴리프로필렌 복합체를 포함할 수 있다. 폴리프로필렌 복합체를 소량 포함하는 경우 바인더가 불충분하여 내수성 등이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 폴리프로필렌 복합체를 다량 포함하는 경우 충분한 경도를 확보하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 의한 합성목재는 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함한다. 본 발명에 의한 합성목재는 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함함으로써 광물섬유에 의한 경도, 압축강도 등의 기계강도 향상효과를 나타낼 수 있으며, 자가치유 수지로 표면개질 됨으로써 광물섬유의 상용성을 향상시킴과 동시에 합성목재가 자가치유능을 나타내는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 자가치유 수지는 폴리아크릴아마이드아크릴산일 수 있다. 상기 자가치유 수지로 폴리아크릴아마이드아크릴산을 이용하는 경우, 폴리아크릴아마이드아크릴산 내의 수소결합 네트워크에 의한 지퍼 효과로 자가치유 특성을 발현시킬 수 있다.또한, 상기 자가치유 수지로 폴리아키를아마이드아크릴산을 이용함으로써 상기 복합 폴리프로필렌과의 상용성이 우수하며, 압출 또는 사출 가공을 통해 성형체를 제조할 수 있고, 광물섬유를 높은 효율로 표면개질 할 수 있는 장점이 있다.
좋게는 상기 폴리아크릴아미드아크릴산은 아크릴아미드 : 아크릴산을 6:4 내지 4:6의 몰비로 포함할 수 있으며, 이러한 범위에서 목분 및 폴리프로필렌 복합체와 우수한 상용성을 나타내는 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 폴리아크릴아마이드아크릴산은 아크릴아미드와 아크릴산을 중합하여 제조된 것일 수 있으며, 좋게는 중량평균분자량(Mw)이 150,000 내지 300,000, 좋게는 180,000 내지 250,000일 수 있으며, 분자량 분포(PDI=중량평균 분자량/수평균 분자량)는 1.2 내지 2.0을 만족할 수 있다. 중량평균 분자량이 상술한 범위를 만족함으로써 폴리프로필렌 복합체와 우수한 상용성을 나타내어 광물섬유 전체의 상용성을 향상시킬 수 있으며, 분자량 분포값이 낮아 균일한 분자량을 갖는 폴리아크릴아마이드아크릴산을 이용함으로써 합성목재가 균일한 물성을 갖는 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유의 제조는 통상의 표면개질방법을 이용할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 광물섬유의 표면개질은 폴리아크릴아마이드아크릴산을 수용액 상에 1 내지 5 중량% 농도로 분산하고, 산화제 및 광물섬유를 투입한 뒤 3 내지 15시간 동안 교반하고, 고형분을 분리하여 건조하는 방법으로 제조될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유는 상술한 표면개질 과정을 거쳐 광물섬유 100 중량부 대비 10 내지 20 중량부의 폴리아크릴아마이드아크릴산을 포함할 수 있으며, 폴리아크릴아마이드아크릴산이 소량 포함되는 경우 표면개질에 의한 상용성 향상 효과를 나타내기 어려우며, 폴리아크릴아마이드아크릴산이 다량 포함되는 경우 표면경도 등이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이때, 상기 산화제는 통상의 산화제인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 구체적으로 과황산칼륨 또는 과황산암모늄일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 산화제의 첨가량은 전체 폴리아크릴아마이드아크릴산 수용액 100 중량부 대비 1 내지 3 중량부일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유에 포함된 광물섬유는 좋게는 인조 광물섬유일 수 있다. 구체적으로 상기 광물섬유는 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화철 및 알칼리토금속 산화물을 포함할 수 있다. 이러한 조성을 갖는 광물섬유를 이용함으로써 종래 석면 등과 같은 광물섬유에 의한 인체 위해 위험을 현저히 낮추고 합성목재의 강도를 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
제조방법적인 측면에서, 상기 광물섬유는 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화철 및 알칼리토금속 산화물을 용융하여 균일하게 혼합한 뒤, 사출 등의 가공 방법을 이용하여 성형된 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 광물섬유는 이산화규소 30 내지 50 중량%, 산화알루미늄 10 내지 30 중량%, 이산화철 0.5 내지 10 중량%, 산화칼슘 5 내지 30 중량% 및 산화마그네슘 3 내지 25 중량%의 조성을 만족할 수 있으며, 이러한 범위에서 표면개질 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재는 상기 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분 100 중량부 대비 15 내지 40 중량부의 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함할 수 있다. 상기 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유가 소량 포함되는 경우 광물섬유에 의한 경도 향상효과가 낮아질 수 있으며, 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유가 다량 포함되는 경우 크랙 등이 쉽게 발생할 위험이 있다.
본 발명에 의한 합성목재는 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분을 포함한다. 본 발명에 의한 합성목재는 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분을 포함함으로써, 목분의 균일한 분산을 유도하면서도 전체적인 기계강도를 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 본 발명에 의한 합성목재는 목분 표면에 형성된 나노 셀룰로오스 제 1 표면개질층을 포함함으로써, 합성목재 전체의 기계강도를 향상시킬 수 있다. 나노 셀룰로오스를 이용하여 목분의 표면개질을 수행하는 경우, 목분의 표면과 유사한 셀룰로오스에 의하여 기타 공지된 다른 표면개질제를 이용하는 경우 대비 목분과 결착력이 현저히 우수하며, 이에 따른 개질에 의한 기계강도 향상효과 또한 뛰어난 장점이 있다.
본 발명에 의한 합성목재에서 상기 목분은 나노 셀룰로오스로 표면개질하여 생성된 제 1 표면개질층 상에 소수성 개질제로 개질하여 형성된 제 2 표면개질층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 나노 셀룰로오스의 경우 구조적 특성상 친수성이 높은 장점이 있으며, 이에 따라 폴리프로필렌 복합체 등과의 상용성이 현저히 낮아지며, 제조과정 중 목분간 응집 등과 같은 문제가 발생할 수 있는 위험이 있다.
그러나, 상술한 소수성 개질제로 개질하여 형성된 제 2 표면개질층을 포함하는 경우, 목분의 표면이 소수성으로 개질되어 폴리프로필렌 복합체 등과의 상용성이 현저히 향상될 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명에 의한 합성목재에서 상기 목분은 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질됨으로써 나노 셀룰로오스 표면개질에 대한 기계강도 향상 효과 및 소수성 개질제에 의한 상용상 향상 효과를 동시에 나타낼 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 소수성 개질제는 좋게는 말단에 에폭시기를 포함하는 실란계 화합물일 수 있다. 말단에 에폭시기를 포함하는 실란계 화합물을 소수성 개질제로 이용함으로써, 상기 나노 셀룰로오스를 포함하는 제 1 표면개질층과 결착력이 우수하면서도 폴리프로필렌 복합체와의 상용성이 우수한 장점이 있다.
구체적이고 비한정적인 일예로 상기 말단에 에폭시기를 포함하는 실란계 화합물은 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 및 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 나노 셀룰로오스는 목재, 농업 부산물, 박테리아 등으로부터 유래된 셀룰로오스를 나노 입자와 하여 제조된 것인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 이때 셀룰로오스를 나노 입자와 하는 방법은 리파이너를 이용하는 리파이닝법, 고압에서 노즐 분사를 수행하는 고압균질법 및 셀룰로오스를 냉동시킨 다음 분쇄하는 냉동 분쇄법 등의 기계적 방법 또는 산 가수분해 또는 효소처리 등의 화학적 방법을 이용하여 제조된 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 나노셀룰로오스는 단면 직경이 3 내지 40 ㎚, 길이가 30 내지 400 ㎚일 수 있으며, 이러한 범위에서 목분과 현저히 높은 결착력을 나타낼 수 있는 장점이 있다. 상기 나노 셀룰로오스의 크기가 상술한 범위보다 큰 경우 표면개질 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 나노 셀룰로오스의 크기가 상술한 범위보다 큰 경우에도 나노 셀룰로오스간 응집이 발생하여 표면개질 효율이 낮아지는 위험이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 목분을 나노 셀룰로오스로 표면개질하는 방법은 통상의 표면개질 방법을 이용할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 물 및/또는 에탄올에 나노 셀룰로오스를 균일하게 분산시켜 제 1 표면개질 용액을 제조한뒤, 여기에 목분을 침지하여 30분 내지 5시간 동안 교반한 뒤, 고형분을 분리하여 건조하는 단계를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 상기 제 1 표면개질 용액은 나노 셀룰로오스가 3 내지 10 중량% 포함된 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 나노 셀룰로오스로 표면개질하여 생성된 제 1 표면개질층 상에 소수성 개질제로 개질하는 단계 또한 통상적인 표면개질 방법을 이용하는 경우 제한이 없다. 구체적이고 비한정적인 일예로, 상기 소수성 개질제를 아세톤, 에탄올 및 이소프로판올 등에서 선택되는 하나 이상의 용매에 용해하여 제 2 표면개질 용액을 제조한 뒤, 여기에 나노 셀룰로오스로 표면개질된 목분을 첨가하여 3 내지 12시간 동안 침지한 뒤, 고형분을 분리하는 방법을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 제 2 표면개질 용액은 상기 소수성 개질제를 1 내지 8 중량% 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
통상적으로 이러한 2단계의 표면개질을 수행하는 경우 표면개질층을 안정적으로 유지하는데 어려움이 있으나, 본 발명에 의한 합성목재에 포함되는 목분의 경우 목분에 포함하는 셀룰로오스 성분에 의하여 나노 셀룰로오스로 표면개질된 제 1 표면개질층이 현저히 견고한 장점이 있으며, 이에 따라 2차 표면개질에 의한 제 2 표면개질층 또한 안정적으로 유지 가능한 장점이 있다.
또한 상기 목분은 평균입경이 30 내지 700 ㎛인 것을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 다만 목분의 평균입경이 낮은 경우 응집이 발생할 수 있으며, 목분의 평균입경이 큰 경우 합성목재 자체의 표면 거칠기가 높아지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 의한 합성목재는 충진제를 포함하여 일정 수준이상의 경도를 확보할 수 있다. 이때 사용되는 충진제는 통상적으로 압출 또는 사출의 성형체에 이용되는 충진제 또는 합성목재에 이용되는 충진제인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일예로, 상기 충진제는 탄산칼슘, 실리카, 황산바륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 탈크, 카올린, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연 및 이산화티탄 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있으며, 좋게는 탄산칼슘, 실리카, 황산바륨, 황산마크네슘 및 탈크 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 충진제의 입경 또한 합성목재의 사출 또는 압출 성형에 제한이 가지않으며, 폴리프로필렌 복합체 등의 다른 조성과 상용성을 확보할 수 있는 범위에서 제한없이 이용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 충진제는 평균 입경이 10 내지 300 ㎛ 좋게는 20 내지 250 ㎛일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재는 상기 목분 100 중량부 대비 25 내지 50 중량부, 좋게는 20 내지 45 중량부의 충진제를 포함할 수 있으며, 충진제를 소량 포함하는 경우 경도 확보가 어렵고, 충진제를 다량 포함하는 경우 상대적으로 적은 폴리프로필렌 복합체에 의해 합성목재에 쉽게 크랙 등이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재는 상술한 조성 외에도 산화방지제, 자외선 안정제, 분산제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로 상기 첨가제의 첨가량은 첨가제의 종류 및 제조되는 합성목재의 이용 목적 등에 따라 달라질 수 있으며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 좋게는 상기 첨가제는 각각 상기 목분 100 중량부 대비 0.1 내지 10 중량부 포함될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로 상기 자외선 안정제는 페닐실리케이트계, 벤조페논계 및 벤조트리아졸계 자외선 안정제에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 분산제 또한 폴리프로필렌을 포함하는 성형체에 이용되는 분산제인 경우 제한없이 이용이 가능하다. 구체적으로 상기 분산제는 지방산 알코올, 지방산 등을 포함하는 음이온성 분산제, 지방산 아민 등을 포함하는 양이온성 분산제, 폴리알킬 에테르 등을 포함하는 비이온성 분산제, 폴리실록산계 분산제 및 포타슘 트리폴리포스페이트 등을 포함하는 무기계 분산제 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
1.표면개질된 목분의 제조
나노 셀룰로오스로 표면개질된 목분의 제조
물 1 kg에 단면 평균 직경이 약 35 ㎚이며, 평균 길이가 약 260 ㎚인 나노셀룰로오스 65 g을 투입하여 표면개질제 수용액을 제조하였다. 여기에 평균 입경이 90 ㎛인 건조된 목분을 투입하고, 3시간 동안 교반한 뒤, 고형분을 분리하여 열풍건조를 통해 완전히 건조하여 1차로 표면개질된 목분을 제조하였다.
소수성 개질제로 표면개질된 목분의 제조
아세톤 : 에탄올을 90 : 10의 중량비로 혼합한 용액 1 kg에 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 50 g을 균일하게 혼합하여 표면개질제 수용액을 제조한 뒤, 1차로 표면개질된 목분 1 kg을 투입하고 5시간 동안 교반하여 표면개질 반응을 수행한다. 이후, 고형분을 분리한 뒤 완전히 건조하여 최종적으로 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분을 제조하였다.
2. 자가치유수지로 표면개질된 광물섬유의 제조
중량평균 분자량이 21만이며, 아크릴아마이드 : 아크릴산의 몰비가 40 : 60이고, 분자량 분포 값이 1.4인 제 1 폴리아크릴아마이드아크릴산 및 중량평균 분자량이 20만 8천이며, 아크릴아마이드 : 아크릴산의 몰비가 60 : 40이고, 분자량 분포 값이 1.3인 제 2 폴리아크릴아마이드아크릴산을 1:1로 혼합한 뒤, 물 1 kg에 30 g 혼합하여 표면개질제 용액을 제조한다.
이와 별개로, 용융, 사출 및 연화를 통하여 통해 평균 단면 직경이 3 ㎛이며, 평균 길이가 5 ㎜인 광물섬유를 제조하였다. 이때 광물섬유의 조성은 이산화규소 45.5 중량%, 산화알루미늄 23 중량%, 이산화철 6.5 중량%, 산화칼슘 15 중량% 및 산화마그네슘 10 중량%이 되도록 하였다.
제조된 광물섬유 1kg을 상기 표면개질제 용액 1kg에 혼합한 뒤, 산화제로 과황산칼륨 25g을 혼합한 뒤 30 ℃ 온도에서 6시간 동안 교반하여 표면개질 반응을 수행하고, 고형분을 분리하여 열풍건조를 통해 완전히 건조하였다.
건조 후 측정된 무게를 바탕으로 표면개질 전 광물섬유 100 중량부 대비 약 15 중량부의 폴리아크릴아마이드아크릴산이 표면개질로 첨가되었음을 확인하였다.
3. 폴리프로필렌 복합체의 제조
용융지수가 25 g/10 min인 폴리에틸렌 5 중량%, 용융지수가 20 g/10 min인 폴리프로필렌 10 중량%, 용융지수가 1.0 g/10 min인 에틸렌-1-옥텐 공중합체 14.5 중량%, 용융지수가 1.0 g/10 min인 에텐-1-부텐 공중합체 70 중량%를 혼합하고, 130℃에서 용융하여 혼합한 뒤, 이를 냉각 및 분쇄하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
4. 합성목재의 제조
목분 10 kg, 폴리프로필렌 복합체 펠렛(이하 PP복합체라 함) 5.5 kg, 평균입경이 30 ㎛인 탄산칼슘 충진제 3.5 kg, 자가치유수지로 표면개질된 광물섬유(이하 광물섬유라 함) 2.5 kg, 벤조트리아졸계 자외선 안정제 100 g, 안료 1 kg 및 아민계 산화방지제 100 g을 투입하고 압출기를 통해 압출하여 합성목재를 제조하였다.
[제조예 2
제조예 1과 같은 방법으로 제조하도, 하기 표 1과 같은 비율로 혼합하여 합성목재를 제조하였다. 다만, 중복 기재를 피하기 위하여 자외선 안정제, 안료 및 산화방지제의 첨가량은 생략하였으며, 모두 제조예 1과 동량 투입하였다. 표 1의 표시단위는 kg이다.
제조예 목분 PP복합체 충진제 광물섬유 비고
1 10 5.5 3.5 2.5
2 10 4.2 4.0 3.4
3 10 2.5 3.5 2.5
4 10 6.5 3.5 2.5
5 10 5.5 3.5 1.0
6 10 5.5 3.5 4.2
7 10 5.5 3.5 2.5 목분을 나노셀룰로오스로만 표면개질
8 10 5.5 3.5 2.5 목분을 소수성 개질제로만 표면개질
9 10 5.5 3.5 2.5 광물섬유 단독 첨가
10 10 5.5 3.5 2.5 자가치유수지만 첨가
11 10 5.5 3.5 2.5 광물섬유 소량 표면개질
제조예 7의 경우 나노 셀룰로오스로만 표면개질한 목분을 동량 첨가하여 합성목재를 제조하였으며, 제조예 8의 경우 목분을 나노 셀룰로오스 개질 없이 바로 소수성 개질제로 개질하여 제조된 목분을 동량 첨가하였고, 제조예 9의 경우 광물섬유의 표면개질 없이 광물섬유 단독으로 제조예 1과 동량으로 첨가하였으며, 제조예 10은 자가치유 수지만을 광물섬유와 동량 첨가하였고, 제조예 11의 경우 폴리아크릴아마이드아크릴산의 표면개질을 1.5시간 동안 수행하여 표면개질 전 광물섬유 100 중량부 대비 약 5 중량부의 폴리아크릴아마이드아크릴산이 첨가된 표면개질된 광물섬유를 이용하였다.
합성목재의 물성 확인
KS M ISO 179－1에 따라 노치(notch) 없는 시험편을 사용하고 합성목재를 타격하여 측정하였으며, 3개의 시험편에 대한 평균값을 계산하여 내충격성을 도출하였다.
KS M ISO 4892－2의 조건으로 합성목재에 대하여 2000시간(340 nm, 0.55 w/m2) 방치한 후 다시 충격강도를 측정하여 초기 충격강도 대비 변화율을 %로 내후성을 도출하였다.
내마모성은 ASTM D4060에 의한 방법으로 측정을 완료하였다.
　 충격강도(kJ/m2) 내후성(%) 내마모성(mg/1000revs)
제조예 1 3.2 95 45
제조예 2 3.1 96 44
제조예 3 2.4 94 50
제조예 4 3.3 82 62
제조예 5 2.2 91 58
제조예 6 3.5 80 49
제조예 7 1.9 92 89
제조예 8 2.3 90 71
제조예 9 2.4 83 75
제조예 10 1.9 91 92
제조예 11 2.6 90 58
표 2를 참고하면, 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분, 폴리프로필렌 복합체, 충진제 및 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함하며, 표면개질된 목분 100 중량부 대비 30 내지 65 중량부의 폴리프로필렌 복합체, 20 내지 50 중량부의 충진제 및 15 내지 40 중량부의 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함하는 제조예 1 및 2가 충격강도, 내후성, 내마모성이 모두 우수한 것을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. 나노 셀룰로오스 및 소수성 개질제로 표면개질된 목분, 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유, 폴리프로필렌 복합체 및 충진제를 포함하며,
    상기 폴리프로필렌 복합체는 에텐-1-부텐 공중합체, 에텐-1-옥텐 공중합체, 폴리올레핀 단일중합체 및 말레이산 무수물을 포함하고,
    상기 자가치유 수지는 폴리아크릴아마이드아크릴산이며,
    상기 표면개질된 목분은 나노 셀룰로오스로 표면개질하여 생성된 제 1 표면개질층 상에 소수성 개질제로 개질하여 형성된 제 2 표면개질층을 포함하고,
    상기 표면개질된 목분 100 중량부 대비 30 내지 65 중량부의 폴리프로필렌 복합체, 20 내지 50 중량부의 충진제 및 15 내지 40 중량부의 자가치유 수지로 표면개질된 광물섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성목재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소수성 개질제는 말단에 에폭시기를 포함하는 실란계 화합물인 것을 특징으로 하는 합성목재.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 말단에 에폭시기를 포함하는 실란계 화합물은 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 및 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 합성목재.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 나노 셀룰로오스는 평균 단면 직경이 3 내지 40 ㎚이며, 평균 길이가 30 내지 400 ㎚인 합성목재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 복합체는 에텐-1-부텐 공중합체 60 내지 80 중량%, 에텐-1-옥텐 공중합체 10 내지 20 중량%, 폴리올레핀 단일중합체 6 내지 22 중량% 및 말레이산 무수물 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 합성목재.
  7. 삭제
  8. 삭제
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