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KR102459557B1 - 열충격 저항성이 우수한 합성목재, 및 그 제조방법 - Google Patents

열충격 저항성이 우수한 합성목재, 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102459557B1 KR1020210062669A KR20210062669A KR102459557B1 KR 102459557 B1 KR102459557 B1 KR 102459557B1 KR 1020210062669 A KR1020210062669 A KR 1020210062669A KR 20210062669 A KR20210062669 A KR 20210062669A KR 102459557 B1 KR102459557 B1 KR 102459557B1
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Abstract

본 발명은 표면 개질된 목분, 폴리올레핀계 수지, 및 표면 개질된 코디어라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 열충격 저항성이 우수한 합성목재에 관한 것으로, 상기 합성목재는 더욱 우수한 열충격 저항성을 나타낼 수 있으며, 더욱 우수한 열 안정성을 나타낼 수 있다.

Description

열충격 저항성이 우수한 합성목재, 및 그 제조방법 {Synthetic wood with excellent thermal shock resistance and manufacturing method thereof}
본 발명은 열충격 저항성이 우수한 합성목재, 및 그 제조방법에 관한 것이다.
친환경 소재인 천연 목재는 오랫동안 건축자재, 가구, 및 소품의 재료로 사용되어 왔다. 최근 환경친화적인 실외 인테리어에 대한 관심이 증가하면서, 실외 테라스, 산책로의 계단 또는 바닥 건축자재로 천연 목재천연 목재를 사용하는 비중이 증가하고 있다.
천연목재는 수분에 취약한 단점이 있어, 수분 노출이 빈번한 실외 환경에서 수분 노출로 인하여 천연목재 구조물에 비틀림 등의 변형이 발생하는 문제가 있다. 이에 천연 목재와 비슷한 질감 및 외형을 가지면서, 천연목재보다 수분에 더욱 강하고 우수한 내구성을 나타내어, 변형 및 파손 없이 장기간 사용이 가능할 수 있는 합성목재에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
합성목재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리머가 목분과 같은 천연 충진제에 분산시킨 후, 압출 또는 사출 성형 방법을 거쳐 목재와 유사한 제품으로 형성된 것이다.
합성목재는 다양한 색상으로 제조할 수 있는 장점이 있으며, 포함된 폴리머 조성물에 의하여 천연 목재보다 수분에 강하고 내구성이 우수하여 목재가 비틀리거나 갈라지는 등의 변형 및 파손 현상을 최소화할 수 있다. 그러나, 합성목재에 포함된 폴리머 조성물에 의하여 제조된 합성목재의 열 안정성이 우수하지 못할 경우, 고온 환경에서 합성목재에 열 변형이 발생하여 탈색 또는 변색 현상이 발생할 수 있으며, 뜨거운 햇볕이 내리쬐는 실외에 설치된 합성목재 구조물의 표면 온도가 급격히 상승할 수 있다. 또한, 합성목재 구조물의 형상이 비틀리는 변형이 발생할 수 있으며, 기온 변화에 따른 수축과 팽창 현상이 크게 반복되면서 합성목재 구조물의 고정구조가 풀리거나 파괴되어 사고가 발생할 수 있다.
이처럼 실내뿐만 아니라 실외에도 합성목재를 부재로한 구조물이 설치됨에 따라, 더욱 우수한 열 안정성 및 열충격 저항성을 나타낼 수 있는 합성목재 개발이 필요하다.
한편, 이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0114324호 (2014.07.14.) 호가 제시되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0114324호 (2014.07.14.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 더욱 우수한 열 안정성과 열충격 저항성을 나타낼 수 있어, 종래보다 내구성이 더욱 우수할 수 있으며, 탈색 또는 변색 현상이 우수하게 감소할 수 있고, 비틀림 현상도 우수하게 감소할 수 있는 열충격 저항성이 우수한 합성목재, 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 표면 개질된 목분, 폴리올레핀계 수지, 및 표면 개질된 코디어라이트를 포함하는 열충격 저항성이 우수한 합성목재에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 표면 개질된 목분은 나노 셀룰로오스 및 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 표면 개질된 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 표면 개질된 코디어라이트는 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 표면 개질된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 a) 목분을 나노 셀룰로오스로 1차 표면 개질을 실시한 뒤, 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 2차 표면 개질하여 표면 개질된 목분을 제조하는 단계; 및 b) 상기 표면 개질된 목분, 폴리올레핀계 수지, 및 표면 개질된 코디어라이트를 혼합한 뒤 압출하는 단계;를 포함하는 열충격 저항성이 우수한 합성목재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열충격 저항성이 우수한 합성목재는 표면 개질된 목분, 폴리올레핀계 수지, 및 표면 개질된 코디어라이트가 포함됨에 따라, 더욱 우수한 열충격 저항성을 나타낼 수 있으며, 더욱 우수한 열 안정성을 나타낼 수 있어, 종래보다 내구성이 더욱 우수하며, 탈색 또는 변색 현상이 우수하게 감소하고, 비틀림 현상도 우수하게 감소한 합성목재를 제공할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 열충격 저항성이 우수한 합성목재, 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
합성목재의 열 안정성이 우수하지 못할 경우, 고온 환경에서 합성목재에 열 변형이 발생하여 탈색 또는 변색 현상이 발생할 수 있으며, 뜨거운 햇볕이 내리쬐는 실외에 설치된 합성목재 구조물의 표면 온도가 급격히 상승할 수 있다. 또한, 합성목재 구조물의 형상이 비틀리는 변형이 발생할 수 있으며, 기온 변화에 따른 수축과 팽창 현상이 크게 반복되면서 합성목재 구조물의 고정구조가 풀리거나 파괴되어 사고가 발생할 수 있다.
이에 본 발명자들은 더욱 우수한 열충격 저항성과 더욱 우수한 열 안정성을 나타낼 수 있어, 종래기술의 합성목재 보다 내구성이 더욱 우수할 수 있으며, 탈색 또는 변색 현상이 우수하게 감소할 수 있고, 비틀림 현상도 우수하게 감소할 수 있는 합성목재를 개발하기 위하여 거듭 연구한 끝에, 표면 개질된 목분, 폴리올레핀계 수지, 및 표면 개질된 코디어라이트를 함께 사용함에 따라, 경우 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상세하게, 본 발명에 따른 열충격 저항성이 우수한 합성목재는 표면 개질된 목분, 폴리올레핀계 수지, 및 표면 개질된 코디어라이트를 포함할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 열충격 저항성이 우수한 합성목재는 표면 개질된 목분, 폴리올레핀계 수지, 및 표면 개질된 코디어라이트를 포함에 따라, 더욱 우수한 열충격 저항성과 더욱 우수한 열 안정성을 나타낼 수 있어, 종래보다 내구성이 더욱 우수하며, 탈색 또는 변색 현상이 우수하게 감소하고, 뒤틀림 현상도 우수하게 감소할 수 있다.
본 발명에 따른 열충격 저항성이 우수한 합성목재는 전술한 바와 같이, 표면 개질된 목분, 폴리올레핀계 수지, 및 표면 개질된 코디어라이트를 포함할 수 있으며, 상기 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 35 내지 75 중량부 및 표면 개질된 코디어라이트 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 보다 좋게는 상기 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 40 내지 75 중량부 및 표면 개질된 코디어라이트 1 내지 20 중량부, 더욱 좋게는 상기 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 45 내지 70 중량부 및 표면 개질된 코디어라이트 5 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이와 같은 범위에서 각각의 구성 성분이 우수한 혼화성을 나타낼 수 있어 합성목재의 각각의 구성 성분이 보다 더욱 균일한 혼합을 이룰 수 있다. 이에, 합성목재는 더욱 우수한 열 안정성과 열충격 저항성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 표면 개질된 목분을 사용함에 따라, 극성인 목분과 소수성인 폴리올레핀계 수지의 혼화성 및 결착성이 더욱 우수하게 향상될 수 있으며, 또한, 표면 개질된 코디어라이트를 사용함에 따라, 무기질 재료인 코디어라이트와 유기질 재료인 폴리올레핀계 수지의 혼화성 및 결착성이 더욱 우수하게 향상될 수 있다. 따라서, 표면 개질된 목분 및 표면 개질된 코디어라이트를 포함하는 합성목재는 각각의 구성 성분이 보다 더욱 균일한 혼합을 이룰 수 있어, 보다 더욱 우수한 열충격 저항성과 더욱 우수한 열 안정성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 합성목재는 목분을 포함하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 목분은 구체적인 일 예시로 분쇄된 천연목재일 수 있으며, 상기 천연목재는 소나무, 잣나무, 및 편백나무로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나, 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 목분은 훈증, 살균, 건습도 조절 등의 전처리를 실시한 것일 수 있다. 상기 목분의 입자크기는 50 내지 150 mesh, 보다 좋게 55 내지 150 mesh, 더욱 좋게는 60 내지 150 mesh임이 바람직하며, 목분의 입자크기가 50 mesh 미만이면 합성목재의 각 성분과의 혼합성이 저하 될 수 있으며, 150 mesh를 초과하게 되면 입자가 너무 작아 제조된 합성목재의 강도가 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 목분은 나노 셀룰로오스 및 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 표면 개질한 것일 수 있으며 표면 개질 방법은 통상의 방법으로 실시될 수있다. 상세하게, 상기 목분을 나노 셀룰로오스로 1차 표면 개질한 후, 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 2차 표면 개질한 것일 수 있다.
상세하게, 나노 셀룰로오스로 1차 표면 개질된 목분이 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로로 2차 표면 개질 단계를 거침으로써, 소수성인 폴리올레핀계 수지 및 표면 개질된 코디어라이트와의 상용성이 더욱 우수하게 향상되어, 합성목재의 각각의 구성 성분이 보다 더욱 균일한 혼합을 이룰 수 있어 합성목재의 내구성이 더욱 우수해질 수 있다.
본 발명에 따른 상기 나노 셀룰로오스는 목재, 농업부산물 및 박테리아 등으로부터 유래된 셀룰로오스를 기계적 또는 화학적 방법으로 나노입자화한 것을 의미한다. 구체적으로 기계적 분쇄는 리파이너를 이용하는 리파이닝법, 고압에서 작은 노즐을 통과시켜 제조하는 고압균질법 및 물에 팽윤된 셀룰로오스를 액체질소로 냉동시킨 다음 분쇄하는 냉동 분쇄법 등이 있을 수 있으며, 화학적 분쇄는 산 가수분해 또는 효소처리 방법 등을 이용할 수 있다. 상기 나노 셀룰로오스에 있어서 셀룰로오스의 원료, 나노 입자화한 방법 등은 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않으며, 본 발명이 셀룰로오스의 원료 및 나노입자화한 방법에 의해 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 합성목재에서 상기 나노셀룰로오스는 단면 직경이 10 내지 50 ㎚, 길이가 50 내지 400 ㎚일 수 있으며, 이러한 범위를 만족함으로써 목분과의 우수한 결착력을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 나노 셀룰로오스가 별도의 조성물이 아닌, 목분의 표면 개질제로 사용됨으로써, 나노 셀룰로오스 자체의 친수성에 의한 응집을 차단하고 나노 셀룰로오스의 균일한 분산을 유도할 수 있다. 또한, 나노 셀룰로오스로 표면 개질된 목분은 표면 개질하지 않은 목분 보다 합성목재 조성물과의 더욱 우수한 혼화성 및 결착성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물은 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 및 3-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리 올레핀계 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 폴리프로필렌은 합성목재의 내수성, 내열성, 충격강도, 및 휨강도 등의 물성을 더욱 강화시킬 수 있으며, 상기 폴리에틸렌은 합성목재 원료를 보다 균질하게 혼합 및 결합시킬 수 있다. 보다 바람직하게 상기 폴리 올레핀계 수지의 일부 또는 전부로서 폴리에틸렌 수지가 이용되는 경우, 폴리에틸렌 수지는 고밀도 폴리에틸렌 수지(High Density Polyethylene, HDPE)일 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 폴리 올레핀계 수지를 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 35 내지 75 중량부 첨가함으로써, 보다 고강도의 합성목재가 제조될 수 있다. 반면, 폴리올레핀계 수지를 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 35 중량부 미만으로 첨가하면 충격강도가 저하되고, 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 75 중량부 초과하여 첨가하면 천연목재와 같은 질감을 얻을 수 없다.
본 발명에 따른 열충격 저항성이 우수한 합성 목재에는 코디어라이트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 코디어라이트는 2MgO-2Al2O3-5SiO2의 화학식을 가지며, 내열성이 높고 열팽창계수가 작아, 열충격 저항성이 우수하며, 열 안정성도 우수한 물질이다. 합성목재는 주로 압출 방법 또는 사출의 방법으로 제조되며, 상기 압출 방법은 합성목재의 대량생산에 용이하고, 균일한 품질의 합성목재를 제조할 수 있다. 그러나, 합성목재 제조의 재료로 사용되는 폴리머가 열에 약할 경우에, 압출 방법으로 제조되는 합성목재의 열 안정성이 현저히 낮아지는 문제가 있으나, 열 안정성이 우수한 코디어라이트를 포함 시킴으로써 이를 보완할 수 있다. 또한, 합성목재에 코디어라이트가 포함되어 열 안정성이 더욱 향상됨에 따라 열에 의한 변형을 우수하게 방지할 수 있고, 수축 및 팽창율을 낮출 수 있다. 또한, 햇볕이나 자외선 등에 의한 변색이나 탈색현상도 우수하게 방지할 수 있다. 따라서, 합성목재 조성물에 열충격 저항성이 우수한 코디어라이트를 포함 시킴으로써, 제조된 합성목재의 온도 변화에 따른 열충격을 최소화할 수어 열충격 저항성이 우수한 합성목재를 제공할 수 있다.
본 발명에 적용되는 코디어라이트 분말은 순도 90% 이상이고, 입자크기는 10 내지 50 ㎛ 임이 바람직하며, 본 발명에 따른 코디어라이트는 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 코디어라이트의 표면 개질한 것일 수 있으며, 코디어라이트의 표면 개질 방법은 통상의 방법으로 실시될 수 있다.
상기 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물은 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 및 3-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 코디어라이트의 표면을 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 표면 개질함으로써, 표면 개질된 목분 및 폴리올레핀계 수지와의 우수한 혼화성을 나타낼 수 있다. 이에, 합성목재는 더욱 우수한 열충격 저항성을 나타낼 수 있어, 종래 보다 우수한 내구성과 우수한 열팽창계수를 나타낼 수 있는 합성목재를 제공할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 표면 개질된 코디어라이트는 코디어라이트 100 중량부에 대하여 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물 90 내지 200 중량부, 보다 좋게는 120 내지 200 중량부, 더욱 좋게는 150 내지 200 중량부를 첨가하여 표면 개질된 것을 특징으로 할 수 있다. 이와 같은 범위에서 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 표면 개질된 코디어라이트는 합성목재의 각각의 구성 성분과의 우수한 혼화성을 나타낼 수 있어, 합성목재의 각 성분이 보다 더욱 균일하게 혼합될 수 있다.
또한, 상기 합성목재는 결합제, 산화방지제, 안료 및 충진제를 더 포함 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 결합제는 상기 표면 개질된 목분과 상기 폴리올레핀계 수지의 결합력을 더욱 우수하게 증대시키기 위해 첨가하며, 상기 결합제는 소수성인 폴리올레핀계 수지와 상대적으로 친수성인 표면 개질된 목분 사이의 계면에서 새로운 화학적 결합이 일어날 수 있도록 하여, 합성 목재의 강도와 치수 안정성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 결합제는 말레산무수물(maleic anhydride, MA)이 그래프트 된 폴리에틸렌이나 또는 말레산무수물이 그래프트 된 폴리프로필렌일 수 있으며, 상기 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 0.5 내지 15 중량부, 보다 좋게는 0.5 내지 10 중량부, 더욱 좋게는 0.5 내지 5 중량부를 포함할 수 있으며, 상기 결합제가 0.5 중량부 미만으로 포함되는 경우 합성목재의 기계 강도의 저하를 유발 할 수 있으며, 상기 결합제가 15 중량부를 초과허여 포함된 경우 합성목재의 표면 부분에서 박리 현상(migration)이 일어날 수 있다.
상기 산화방지제는 합성목재 분야에 통상적으로 사용되는 산화방지제 물질인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 2.2-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 및 2.6-디-t-부틸-4-메틸페놀에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 일 예로, 상기 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 산화방지제 0.5 내지 10 중량부, 보다 좋게는 0.5 내지 5 중량부, 더욱 좋게는 0.5 내지 1 중량부를 포함할 수 있다. 이와 같은 범위에서 충진제는 합성목재의 각각의 구성 성분과의 우수한 혼화성을 나타낼 수 있어, 합성목재의 각 성분이 보다 더욱 균일하게 혼합될 수 있다.
상기 안료는 합성목재 분야에서 통상적으로 사용되는 안료인 경우 제한없이 사용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 안료 중 백색 안료는 루틸 타입의 이산화티탄을 이용할 수 있으며, 유색 안료로는 금속을 포함하는 무기계 안료, 예를 들어 산화철 계통의 무기안료 등을 이용할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 안료 5 내지 25 중량부, 보다 좋게는 5 내지 20 중량부, 더욱 좋게는 10 내지 20 중량부를 포함할 수 있으며, 상기 안료가 5 중량부 미만으로 포함되는 경우 목재의 색상 구현이 어렵고, 상기 안료가 25 중량부를 초과하여 포함되는 경우 합성목재의 내구성 및 기계 강도 등의 저하를 유발할 수 있다.
상기 충진제는 탄산칼슘, 실리카, 탈크, 질석, 마이카, 수산화알루미늄, 산화알루미늄 및 황산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 충진제 10 내지 50 중량부, 보다 좋게는 15 내지 50 중량부, 더욱 좋게는 15 내지 40 중량부를 포함할 수 있다. 이와 같은 범위에서 충진제는 합성목재의 각각의 구성 성분과의 우수한 혼화성을 나타낼 수 있어, 합성목재의 각 성분이 보다 더욱 균일하게 혼합될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 열충격 저항성이 우수한 합성목재의 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로, a) 목분을 나노 셀룰로오스로 1차 표면 개질을 실시한 뒤, 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 2차 표면 개질 표면 개질하여 표면 개질된 목분을 제조하는 단계; 및 b) 상기 표면 개질된 목분, 폴리올레핀계 수지, 및 표면 개질된 코디어라이트를 혼합한 뒤 압출하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 열충격 저항성이 우수한 합성목재의 각 구성 성분의 종류 및 함량은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략하며, 각 구성 성분을 혼합하여 반응시키는 방법은 통상적인 방법을 적용할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 열충격 저항성이 우수한 합성목재, 및 그 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1]
1. 표면 개질된 목분 제조
물 1 kg에 나노셀룰로오스 50 g을 투입하고 1 시간 동안 교반을 실시하여 나노 셀룰로오스 표면 개질제 용액을 제조하였다. 이때, 나노셀룰로오스는 평균 단면 직경이 약 50 ㎚이며 길이가 250 ㎚이고, 목재로부터 유래된 셀룰로오스를 이용하였다.
입자크기가 100 mesh인 목분 1 kg을 완전히 건조 시킨 후, 제조된 나노 셀룰로오스 표면 개질제 용액에 투입하고, 1시간 동안 교반을 실시한 뒤, 남은 나노 셀룰로오스 표면 개질제 용액을 제거한 후, 건조하여 나노 셀룰로오스로 1차 표면 개질된 목분을 제조하였다.
이후 에탄올 500 g에 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란 10 g을 투입하여 균일하세 교반하여 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물 표면 개질제 용액을 제조하였다.
제조된 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물 표면 개질제 용액에 상기 나노 셀룰로오스로 1차 표면 개질된 목분을 투입하고 2시간 동안 교반한 뒤, 남은 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물 표면 개질제 용액을 제거한 후, 건조하여 최종적으로 나노 셀룰로오스 및 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 표면 개질된 목분을 제조하였다.
2. 표면 개질된 코디어라이트 제조
코디어라이트 100 중량부에 대하여 무수 톨루엔을 1000 중량부 분산 후, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란 150 중량부를 첨가하여 100 ℃에서 24 시간 동안 교반하였다. 불순물을 제거하여 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 표면 개질된 코디어라이트를 수득하였다.
3. 합성목재 제조
표면개질 목분 1kg, 폴리에틸렌 600 g, 표면개질된 코디어라이트 50 g, 결합제로 말레산무수물(maleic anhydride, MA)이 그래프트 된 폴리에틸렌 6g, 산화방지제로 2.2-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 10 g, 안료로 이산화티탄 50g 및 산화철 50g, 및 충진제로 평균입경이 30 ㎛인 탄산칼슘 200 g을 균일하게 혼합하고 압출기에 투입하여 150 ℃에서 압출 성형을 통해 합성목재를 제조하였다.
[실시예 2 내지 9]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 폴리에틸렌 및 표면 개질된 코디어라이트의 첨가량을 달리한 것 외에 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 1]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 표면 개질된 코디어라이트를 첨가하지 않은 것 외에 실시예 5와 동일하게 진행하였다.
[비교예 2]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 표면 개질되지 않은 목분 100 중량부 및 표면 개질되지 않은 코디어라이트 15 중량부를 첨가한 것 외에 실시예 5와 동일하게 진행하였다.
1) 열충격 저항성 평가
상기 실시예 및 비교예의 열충격 저항성을 평가하기 위하여, KS M 3060 에 따라, 선열팽창계수를 측정하였다. 상기 실시예 및 비교예에 따른 합성목재 조성물을 펠릿 형태로 가공한 후, 압출 성형하여 60㎝×60㎝의 패널을 제조한 다음, - 30 ℃ 내지 60 ℃에서 선열팽창계수를 측정하였다. 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
선열팽창계수(1/℃) = (L2-L1) / L0(T2-T1) = △L/L0△T
여기에서, L2,L1 : 온도 T2,T1에서의 각 시험편의 길이
L0 : 실온에서의 시험편의 길이
(실온은 온도 (23 ± 2) ℃, 습도(50 ± 5) %의 조건에 해당한다.)
2) 내마모도(㎜) 측정
상기 실시예 및 비교예의 내마모도를 측정하기 위하여 첨단부가 0.45 ㎜인 바늘을 분당 50회 좌우로 왕복시킨 후 마모된 깊이를 측정하고 그 결과를 표 2로 나타내었다. 이때, 각 시편은 무게가 1.5 ㎏이 되도록 하여 준비하였다.
3) 충격강도(kJ/㎡) 측정
충격강도 시험은 KS M ISO 179-1에 따라 노치 없는 시험편으로 하여 시험하였다. 시편 크기는 80㎜×10㎜×4㎜크기로 제조하였다. 타격면은 제품의 시공 시 노출면으로 하여, 5개의 시험편에 대한 평균값을 아래의 식에 따라 충격강도 acU를 계산하여 kJ/㎡의 단위로 나타내었고 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
충격강도 acU =
Figure 112021056013608-pat00001
×103
여기에서, Ec : 시험편의 파괴에 의한 보정된 흡수 에너지(J)
h : 시험편의 두께(㎜)
b : 시험편의 너비(㎜)
구분 표면 개질된 목분
(중량부)		 폴리에틸렌
(중량부)		 표면 개질된 코디어라이트
(중량부)		 산화방지제
(중량부)		 안료
(중량부)		 충진제
(중량부)
실시예 1 100
 60 5 1 10 20
실시예 2 75
실시예 3 35 15
실시예 4 50
실시예 5 60
실시예 6 75
실시예 7 80
실시예 8 60 20
실시예 9 75
비교예 1 100 60 0 1 10 20
비교예 2 100(표면 개질×) 60 15(표면 개질×) 1 10 20
구분 선열팽창계수(×10-5/K) 내마모도(㎜) 충격강도(kJ/㎡)
실시예 1 3.05 0.15 3.5
실시예 2 3.05 0.15 3.5
실시예 3 2.93 0.18 3.4
실시예 4 2.92 0.16 3.5
실시예 5 2.89 0.13 3.7
실시예 6 2.9 0.14 3.6
실시예 7 2.92 0.17 3.3
실시예 8 2.9 0.16 3.6
실시예 9 2.91 0.16 3.5
비교예 1 4.1 0.16 3.4
비교예 2 3.23 0.2 3.5
상기 표 2를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 열충격 저항성 평가 결과 본 발명에 따라 표면 개질된 코디어라이트가 첨가된 실시예 1 내지 9는 3.05(×10-5/K) 이하의 선열팽창계수를 나타냄을 알 수 있다. 이는 실시예 1 내지 9가 우수한 열충격 저항성을 나타낼 수 있음을 의미할 수 있다.
특히, 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 60 중량부 및 표면 개질된 코디어라이트 15 중량부를 첨가한 실시예 5의 경우, 내마모도 평가 결과 마모 깊이가 0.13 (㎜)로 가장 낮은 마모 깊이를 나타냄을 알 수 있다. 이는 실시예 5가 가장 우수한 내마모성을 나타낼 수 있음을 의미할 수 있다. 또한, 실시예 5의 충격강도가 3.7(kJ/㎡)로 가장 우수함을 알 수 있다. 따라서 실시예 5는 우수한 열충격 저항성을 나타낼 수 있으면서도 내마모성 및 기계 강도가 우수함을 의미할 수 있다.
반면, 코디어라이트가 전혀 첨가되지 않은 비교예 1 내지 2의 경우 3.23(×10-5/K) 이상의 선열팽창계수를 나타냄을 알 수 있다. 이는 비교예 1내지 2는 실시예 1 내지 9 보다 열충격 저항성이 우수하지 못함을 의미할 수 있다.
이로부터 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여 폴리올레핀계 수지 60 중량부 및 표면 개질된 코디어라이트 15 중량부를 첨가할 경우, 가장 우수한 열충격 저항성, 내마모성 및 기계 강도를 나타낼 수 있음을 명확하게 확인할 수 있었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 수지 45 내지 70 중량부, 표면 개질된 코디어라이트 5 내지 15 중량부 및 결합제 0.5 내지 15 중량부를 포함하며,
    상기 코디어라이트의 입자 크기는 10 내지 50 ㎛이고,
    상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이며,
    상기 결합제는 말레산무수물이 그래프트된 폴리에틸렌이나 또는 말레산무수물이 그래프트된 폴리프로필렌인, 열충격 저항성이 우수한 합성목재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 표면 개질된 목분은 나노 셀룰로오스 및 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 표면 개질된 것인, 열충격 저항성이 우수한 합성목재.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 표면 개질된 코디어라이트는 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 표면 개질된 것인, 열충격 저항성이 우수한 합성목재.
  5. a) 목분을 나노 셀룰로오스로 1차 표면 개질을 실시한 뒤, 메타크릴기를 지니는 실란계 화합물로 2차 표면 개질하여 표면 개질된 목분을 제조하는 단계; 및
    b) 상기 표면 개질된 목분 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 수지 45 내지 70 중량부, 표면 개질된 코디어라이트 5 내지 15 중량부 및 결합제 0.5 내지 15 중량부를 혼합한 뒤 압출하는 단계;를 포함하며,
    상기 코디어라이트의 입자 크기는 10 내지 50 ㎛이고,
    상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이며,
    상기 결합제는 말레산무수물이 그래프트된 폴리에틸렌이나 또는 말레산무수물이 그래프트된 폴리프로필렌인, 열충격 저항성이 우수한 합성목재의 제조방법.
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