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왕겨섬유/합성수지 복합재료와 합성목재를 대체한 건축구조 모듈

전문가 제언: ○ 본 발명은 폐기성 농업부산물인 왕겨를 천연섬유로 활용해 합성수지와 함께 복합재료를 만들어 기존의 목분을 활용하는 합성목재(WPC, Wood Plastic Composite)를 대체해서 건축용 구조모듈로 압출 성형하는 제조기술에 관한 것이다.
○ 왕겨를 소재 대체재로 활용하기 위해 짧은 천연섬유로 제조한다. 먼저 왕겨에 함유된 실리카 90% 이상의 무기질을 완전분리하지 않고 수분과 휘발성 물질을 건조공정을 통해 제거한 후 분리공정으로 금속 등 불순물을 제거하고 분쇄공정으로 짧은 왕겨섬유로 제조한다. 분쇄된 왕겨를 용도에 따라 모재인 합성수지와 혼합해 복합재료로 제조한 후 압출기와 금형을 통해 건축 구조물 모듈을 제조하는 기술이다.
○ 왕겨를 합성목재의 목분을 대체재로 활용하기 위해서는 왕겨의 전처리와 압출이 주요한 공정이다. 왕겨를 가열 혼합로에서 110℃로 가열 건조한 후 약 100℃ 온도에서 왕겨를 분쇄한다. 질소가스 분사로 잔류 무기질을 제거해 비중을 1.1이하로 낮춘 후 분쇄된 왕겨를 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 할로겐화 폴리에틸렌, 폴리비닐 등의 용도에 따라 열가소성 합성수지와 혼합한다. 혼합을 돕기 위해 페놀, 왁스, 지방산 알코올, 스테아레이트 등의 혼합물을 왕겨의 윤활제로 함께 배합하고 조핵제로 활석을 첨가한다. 분쇄된 왕겨와 수지의 비율은 대략 2:1 정도로 혼합하고, 압출기에서 수지의 용융온도인 130~190℃의 온도에서 용융 압출한다. 압출속도는 용융압출의 스크루 토크가 압출기 설계속도의 20~40% 수준에서 압출되도록 한다.
○ 목분과 합성수지 복합재료인 합성목재가 우수한 내식성으로 천연목재를 대체해 건축용 자재로 오랜 기간 사용되고 있다. 농업부산물인 왕겨는 국내에서도 연간 100만톤 이상 생산되므로 왕겨섬유 자원은 풍부하고 왕겨섬유 연구개발도 역사가 깊다. 본 발명은 복잡한 왕겨 섬유화 기술을 단순화해 생산 공정기술로 용이하게 적용하는데 그 목적을 두고 있다. 국내에서 연구되고 있는 왕겨섬유 공정기술과 현재의 합성목재 생산기술을 융합하면 독자적인 왕겨섬유 재활용 공정기술을 확립할 수 있다.

저자: Sunkeeper Limited
자료유형: 특허정보