KR20060075112A - 내충격성이 우수한 고강도 대나무 바닥재 및 그 제조방법 - Google Patents

내충격성이 우수한 고강도 대나무 바닥재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대나무 죽편을 압밀화하여 표면강도 및 내충격성을 개선시킨 고강도 대나무 바닥재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 프레스를 이용하여 고온 고압의 조건하에서 대나무를 일정 두께비로 압축하여 대나무의 밀도를 증가시킴으로써 우수한 표면강도 및 내충격성을 확보 가능하며, 대나무 조직내의 결정화 영역(Crystal region)을 증가시킴으로써 수분과 열에 의한 대나무의 변형을 억제시켜 치수안정성(Dimensional stability)을 확보할 수 있는 장점을 갖는다. 또한 대나무 죽편을 서로 접착한 후 발생하는 유해물질인 유리 포름알데히드가 프레스를 통하여 열압하는 동안 자연 제거됨으로써 친환경적인 천연 대나무 바닥재의 제조가 가능하며, 다단 프레스를 이용하여 제조함으로써 양산성과 생산성을 확보할 수 있는 중요한 장점을 갖는다.
대나무, 바닥재, 압밀화, 표면강도, 내충격성, 치수안정성

Description

내충격성이 우수한 고강도 대나무 바닥재 및 그 제조방법{High impact resistant bamboo flooring and producing method thereof}
도 1은 본 발명에 따라 압밀화된 대나무 단판의 밀도 프로파일이다.
도 2는 본 발명에 따라 압밀화된 대나무 단판의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 표면도장층
10: 압밀화된 대나무 단판
11: 대나무 죽편
20: 목질재료층
30: 합성수지층
본 발명은 대나무 바닥재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다단 프레스를 이용하여 대나무를 압밀화함으로써 표면강도 및 내충격성을 개선시킨 고강도 대나무 바닥재 및 이를 저비용 단순공정으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래의 대나무 생재 및 무늬목을 사용하여 제조한 바닥재는 천연 대나무 재질의 특성상 표면강도가 미흡하여 찍힘과 충격에 약하며, 바닥재로 사용할 경우 바닥의 열과 습기에 노출되어 시공시 바닥으로부터 대나무 바닥재의 가운데 부위가 들뜨거나(Crooking), 가장자리 부위가 들뜨는(Cupping) 현상이 나타나며, 심할 경우에는 틀어지는(twist) 현상이 나타남으로써, 바닥재 용도로는 사용이 어려운 단점을 갖고 있다.
대나무를 이용한 종래의 기술로서, 대한민국 공개특허 제1996-7119호에서는 대나무 단판(Veneer)을 가공하여 건조시킨 후 수지로 코팅한 다음 직각으로 적층시킨 후 열압축하여 제조한 대나무 합판 및 그의 제조방법이 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제1997-549호에서는 평판상으로 성형된 할죽과 제재로 된 단판 또는 구조용 합판을 번갈아 복수적층하여 집성접착한 것을 특징으로 하는 대나무재를 이용한 구조용 집성재 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허들은 표면강도를 증대하는 방식이 아니라 집성재를 제작하는 발명에 관한 것이며, 여기서 프레스의 용도는 압밀화가 아니라 집성접착함에 있다.
일반 목재의 압축가공방법으로서, 대한민국 공개특허 제2001-81137호에서는 압축성형기에서 1차로 압축한 후 고주파 전파장 환경내에서 가열과 압축을 반복하는 건목재 압축가공방법이 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제2003-20751호에서는 조습처리(humidity control)를 통하여 함수율 상태를 섬유포화점(28 내지 30%)까지 도달하게 한 후 열유압기를 통하여 열압축하여 제조하는 소성가공목재 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
그러나, 압밀화를 위하여 상기 열압과 고주파 방식을 교차 사용하는 방식은 1, 2차에 걸쳐 고온에 70여분 이상 노출되어 있어 목재가 열변형이 생기기 쉽고 또한 생산성이 떨어진다. 상기 전처리로 조습하여 섬유포화점까지 함수율을 끌어올린 후 열압하는 방식은 열압전 작업실행 시간이 길고 또한 외부에서 증기를 공급해야 하므로 매우 복잡한 공정이 된다.
따라서, 기존의 압밀화 방식은 상품화를 위한 제품제조의 양산성과 생산성에 있어서 비용증가와 공정증가 및 목재의 열변형이 필수적으로 생기게 된다. 또한 일반목재를 압밀화 소재로 삼아 압밀화율이 낮으며 따라서 표면강도 증대 효과도 낮다.
본 발명자들은 대나무를 구조용 집성재의 용도가 아닌 바닥재의 용도로 사용하기 위하여, 다단 프레스를 이용하여 압밀화를 시도함으로써 비용절감과 공정단축이 가능함을 확인하고, 압밀화된 고강도 대나무 단판 이면에 다른 목질재료인 합판(plywood), 섬유판(HDF, MDF), 파티클보드 및 다른 이성복합재료를 복수적층하여 대나무 바닥재를 제조함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 벼과 목본식물인 대나무를 적용함으로써 압밀화율을 최대 50%까지 조절할 수 있으며, 다단 프레스를 이용하여 전처리 과정없이 한번의 공정으로 압밀화를 달성함으로써, 우수한 표면강도를 갖는 대나무 바닥재를 저비용 단순공정으로 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다층구조의 바닥재에 있어서, 다단프레스를 이용하여 압밀화한 대나무 단판을 1층 이상 포함하는 고강도 대나무 바닥재를 제공한다.
상기 대나무 단판의 압밀화율은 압밀화 전후의 밀도 대비 35 내지 50%인 것이 바람직하다.
본 발명의 대나무 바닥재는 적어도 하나의 대나무 단판을 포함하고, 목질재료층, 합성수지층, 표면도장층 중에서 선택되는 1층 이상을 추가로 포함할 수 있다.
상기 목질재료층을 구성하는 목질재료는 대나무 단판, 원목, 합판, 단판, 파티클보드, MDF(Medium Density Fiberboard), HDF(High Density Fiberboard), OSB(Oriented Strand Board) 중에서 선택되는 1종 이상이다.
상기 합성수지층은 베이스수지로서 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 올레핀, 고무 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 층으로, 기능성을 부여하기 위하여 숯, 황토, 은, 맥반석, 게르마늄, 자철광, 옥, 항균제, 방충제 중에서 선택되는 1종 이상의 기능성 물질을 포함할 수 있다.
상기 압밀화한 대나무 단판은 표면강도를 더욱 보강할 목적으로, 에폭시, 페놀, 아크릴, 멜라민, 폴리우레탄, 불포화폴리에스터, 디알릴프탈레이트 중에서 선택되는 1종 이상의 경화수지로 함침될 수 있다.
또한, 본 발명은 열압 프레스를 이용하여 대나무 죽편을 수평 또는 수직으로 열합판한 후 일정 면적에 맞게 길이와 폭을 재단하여 대나무 단판을 제조하는 단계; 제조된 대나무 단판을 다단 프레스의 한단에 2 내지 6매씩 적층한 후 열압과 냉압을 실시하여 대나무 단판을 압밀화하는 단계; 적어도 하나의 압밀화한 대나무 단판과, 목질재료층, 합성수지층 중에서 선택되는 1층 이상을 적층하는 단계; 표면도장층을 형성하는 단계를 포함하는 고강도 대나무 바닥재의 제조방법을 제공한다.
상기 대나무 단판의 제조단계에서는 열압 프레스로 대나무 죽편을 수평 또는 수직으로 5 내지 15 ㎏/㎠의 압력에 100 내지 140℃의 온도에서 60 내지 180초간 열합판한 후, 일정 면적에 맞게 길이 600 내지 1,200 ㎜와 폭 600 내지 1,200 ㎜로 재단하여 두께 1 내지 4 ㎜의 대나무 단판을 제조한다.
상기 대나무 단판의 압밀화단계에서는 제조한 대나무 단판을 한단에 2 내지 6매씩 다단 프레스에 적층한 후, 30 내지 90 ㎏/㎠의 압력에 100 내지 140℃의 온도로 400 내지 1,200초간 열압후 100 내지 500초간 냉압을 실시하여 대나무 단판을 압밀화한다.
압밀화 조건으로는 35%의 압밀화율을 갖으면서도 대나무에 탄화와 같은 색상의 변화를 크게 주지 않아야 하며, 또한 전체적 두께 균일도가 확보되어야 하므로, 상기의 최적 조건으로 압밀화를 진행한다.
본 발명은 다단 프레스를 이용하여 대나무를 압밀화함으로써 표면강도 및 내충격성을 개선하였으며, 대나무 조직내의 결정화 영역을 증가시킴으로써 수분과 열에 의한 대나무의 변형을 억제시켜 치수안정성을 확보할 수 있는 장점을 갖는다. 또한 대나무 죽편을 서로 접착한 후 발생하는 유해물질인 포름알데히드가 프레스를 통하여 열압하는 동안 자연 제거됨으로써 친환경적인 천연 대나무 바닥재의 제조가 가능하며, 다단 프레스를 이용하여 제조함으로써 양산성과 생산성을 확보할 수 있는 중요한 장점을 갖는다.
이하 첨부도면과 실시예를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라 압밀화된 대나무 단판의 밀도 프로파일로서, 압밀화에 의해 대나무 단판의 밀도가 2배 가까이 증가하였으며, 내충격성은 3배 가까이 증가하였음을 확인할 수 있다.
이때 대나무 바닥재의 표면강도는 통상적인 표면강도 측정법에 따라 상온에서 일정 크기의 시편을 재단한 후, 내충격성의 경우 228 g의 추를 이용하여 10 ㎝ 단위로 자유 낙하시켜 표면의 손상 유무를 육안으로 판정하여 측정하였다.
압밀화된 대나무는 보통 일상생활에서 물건이 떨어질 수 있는 80 ㎝ 정도의 높이의 충격강도를 갖아야 하며, 이때 압밀화율은 보통 35% 정도이어야 물성을 만족시킬 수 있다. 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 대나무 바닥재는 이러한 요건을 충족한다.
도 2는 본 발명에 따라 압밀화된 대나무 단판의 단면도로서, 열압 프레스에 의해 대나무 죽편(11)들이 수평으로 열합판되어 대나무 단판(10)을 이루고 있다. 또한 대나무 죽편(11)들을 수직으로 열합판하여 대나무 단판(10)을 구성할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도로서, 상기 대나무 바닥재는 위로부터 표면도장층(1), 압밀화된 대나무 단판(10), 목질재료층(20)으로 구성되어 있다. 상기 목질재료층(20)에 사용되는 목질재료로는 원목, 합판, 단판, 파티클보드, MDF, HDF, OSB 등이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도로서, 상기 대나무 바닥재는 위로부터 표면도장층(1), 압밀화된 대나무 단판(10), 목질재료층(20), 합성수지층(30)으로 구성되어 있다.
상기 합성수지층(30)은 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 올레핀, 고무 등의 수지를 베이스수지로 사용하고 가소제, 충진재, 기타 첨가제의 조성으로 이루어진 층으로, 원적외선 방사효과, 유해물질 제거효과, 살균효과, 항균효과, 방충효과 등의 기능성 부여를 위하여 숯, 황토, 은, 맥반석, 게르마늄, 자철광, 옥, 항균제, 방충제 등을 첨가할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도로서, 상기 대나무 바닥재는 위로부터 표면도장층(1), 2개의 압밀화된 대나무 단판(10), 목질재료층(20)으로 구성되어 있다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도로서, 상기 대나무 바닥재는 위로부터 표면도장층(1), 압밀화된 대나무 단판(10), 목질재료층(20), 압밀화된 대나무 단판(10)으로 구성되어 있다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도로서, 상기 대나무 바닥재는 위로부터 표면도장층(1)과 3개의 압밀화된 대나무 단판(10)으로만 구성되어 있다.
도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 대나무 바닥재의 단면도로서, 상기 대나무 바닥재는 위로부터 표면도장층(1), 압밀화된 대나무 단판(10), 합성수지층(30), 목질재료층(20)으로 구성되어 있다.
[실시예 1]
제1공정: 열압 프레스를 이용한 대나무 단판의 제조공정
열압 프레스로 대나무 죽편을 수평 또는 수직으로 10 ㎏/㎠의 압력에 120℃의 온도로 120초간 열합판한 후, 일정 면적에 맞게 길이 910 ㎜와 폭 910 ㎜로 재단하여 두께 2.2 ㎜의 대나무 단판을 제조하였다.
제2공정: 다단 프레스를 이용한 대나무 단판의 압밀화공정
제조한 대나무 단판을 한단에 2 내지 6매씩 다단 프레스에 적층한 후, 60 ㎏/㎠의 압력에 110℃의 온도로 800초간 열압후 300초간 냉압을 실시하여 대나무 단판을 압밀화하고 다단 프레스에서 분리하였다.
제3공정: 압밀화된 대나무 단판과 다른 이성복합재료의 복수적층공정
위로부터 압밀화된 대나무 단판(10)과 목질재료층(20)으로서 합판(20)을 순서대로 접착제로 합판하였다.
제4공정: 재단 및 표면도장공정
압밀화된 대나무 단판(10)의 표면에 자외선 경화타입의 처리제로 하도 및 중 도처리한 후, 일정규격에 맞게 쪽마루로 재단하고 홈과 돌기를 가공한 다음, 상도 표면도장층을 코팅함으로써 도 3에 도시된 대나무 바닥재를 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1의 제3공정에서 위로부터 압밀화된 대나무 단판(10), 합판(20), 합성수지층(30)을 순서대로 접착제로 합판하여 도 4에 도시된 대나무 바닥재를 제조하였다.
표 1은 상기 실시예에 따라 제조한 대나무 단판과 비교예로서 종래의 압축가공으로 제조한 대나무 단판의 물성을 비교한 것으로, 실시예의 압밀화율, 표면강도, 치수안정성 및 가공비용이 비교예보다 우수함을 알 수 있다.
실시예 비교예
압밀화율 35% 20%
표면강도 80 ㎝ 40 ㎝
가열치수안정성(L/W) -0.30%/-1.00% -0.55%/-1.20%
침지치수안정성(L/W) 0.02%/2.00% 0.05%/2.15%
가공비용 \1,000/평 \3,800/평

본 발명에서 제시된 다단 프레스를 이용하여 제조하면 비용절감과 공정단축을 통해서 양산성과 생산성을 확보한 상품화가 가능한 고강도 대나무 바닥재가 생산가능하다. 또한, 대나무를 압밀도화함으로써 표면강도 및 내충격성을 개선하였으며, 대나무 조직내의 결정화 영역을 증가시킴으로써 수분과 열에 의한 대나무의 변형을 억제시켜 치수안정성을 확보할 수 있는 장점을 갖는다. 부가적으로는 대나무 죽편을 서로 접착한 후 발생하는 유해물질인 포름알데히드가 프레스를 통하여 열압하는 동안 자연 제거됨으로써 친환경적인 천연 대나무 바닥재의 제조가 가능하다.

Claims (10)

  1. 다층구조의 바닥재에 있어서, 다단프레스를 이용하여 압밀화한 대나무 단판을 1층 이상 포함하는 고강도 대나무 바닥재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대나무 단판의 압밀화율은 압밀화 전후의 밀도대비 35 내지 50%인 것을 특징으로 하는 고강도 대나무 바닥재.
  3. 제1항에 있어서, 목질재료층, 합성수지층, 표면도장층 중에서 선택되는 1층 이상을 추가로 포함하는 고강도 대나무 바닥재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 목질재료가 대나무 단판, 원목, 합판, 단판, 파티클보드, MDF(Medium Density Fiberboard), HDF(High Density Fiberboard), OSB(Oriented Strand Board) 중에서 선택되는 1종 이상임을 특징으로 하는 고강도 대나무 바닥재.
  5. 제3항에 있어서, 상기 합성수지층이 베이스수지로서 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 올레핀, 고무 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 대나무 바닥재.
  6. 제5항에 있어서, 상기 합성수지층이 숯, 황토, 은, 맥반석, 게르마늄, 자철광, 옥, 항균제, 방충제 중에서 선택되는 1종 이상의 기능성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 대나무 바닥재.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압밀화한 대나무 단판이 에폭시, 페놀, 아크릴, 멜라민, 폴리우레탄, 불포화폴리에스터, 디알릴프탈레이트 중에서 선택되는 1종 이상의 경화수지로 함침된 것임을 특징으로 하는 고강도 대나무 바닥재.
  8. 열압 프레스를 이용하여 대나무 죽편을 수평 또는 수직으로 열합판한 후 일정 면적에 맞게 길이와 폭을 재단하여 대나무 단판을 제조하는 단계;
    제조된 대나무 단판을 다단 프레스의 한단에 2 내지 6매씩 적층한 후 열압과 냉압을 실시하여 대나무 단판을 압밀화하는 단계;
    적어도 하나의 압밀화한 대나무 단판과, 목질재료층, 합성수지층 중에서 선택되는 1층 이상을 적층하는 단계;
    표면도장층을 형성하는 단계를 포함하는 고강도 대나무 바닥재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 대나무 단판의 제조단계에서는 열압 프레스로 대나무 죽편을 수평 또는 수직으로 5 내지 15 ㎏/㎠의 압력에 100 내지 140℃의 온도에서 60 내지 180초간 열합판한 후, 일정 면적에 맞게 길이 600 내지 1,200 ㎜와 폭 600 내지 1,200 ㎜로 재단하여 두께 1 내지 4 ㎜의 대나무 단판을 제조하는 것을 특징으로 하는 고강도 대나무 바닥재의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 대나무 단판의 압밀화단계에서는 제조한 대나무 단판을 한단에 2 내지 6매씩 다단 프레스에 적층한 후, 30 내지 90 ㎏/㎠의 압력에 100 내지 140℃의 온도로 400 내지 1,200초간 열압후 100 내지 500초간 냉압을 실시하여 대나무 단판을 압밀화하는 것을 특징으로 하는 고강도 대나무 바닥재의 제조방법.
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