Expandable polystyrene-목섬유 복합단열재의 성능

강은창 ( Eunchang Kang ),서푸른나래 ( Pureun-narae Seo ),이민 ( Min Lee ),이상민 ( Sang-min Lee ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2

본 연구는 저밀도 Expandable polystyrene(EPS)-목섬유 복합단열재를 제조하여 단열성능을 알아보고자 하였다. 목섬유는 국내 A사에서 사용하고 있는 것으로 함수율은 7.1 % 였다. EPS는 국내 B사에서 생산하고 있는 white bead를 분양받아 사용하였다. 접착제는 저밀도의 단열재이므로 경도를 향상시켜주기 위하여 몰비 0.80, 멜라민 함량 30 %인 멜라민-요소-폼알데하이드 수지 접착제를 합성하여 사용하였다. 경화제는 20 % 염화암모늄을 이용하였으며, 고형분 60 %의 왁스에멀젼을 A사로 부터 분양받아 사용하였다. 준비된 목섬유에 접착제 함지율 25 %(전건 파티클 중량 기준), 왁스에멀젼 1 %(전건 파티클 중량기준), 경화제 3 %(접착제 고형분 기준)를 혼합하여 도포한 후, EPS를 전건 목섬유 중량 기준 15 %를 투입하였다. 그리고 길이 350 ㎜, 폭 300 ㎜, 두께 20 ㎜, 밀도 150 ㎏/㎥ 기준으로 각각 성형한 후, 온도 170 ℃, 목표압력 5 ㎏f/㎠, 시간 21 s/㎜로 열압하였다. 제조된 복합단열재를 시험한 결과, 밀도는 목표밀도와 거의 유사하게 나타났다. 함수율은 대조구 7.3 %, 복합단열재 6.8 %로 복합단열재가 비교적 낮은 함수율을 보였다. 휨강도는 대조구가 0.37 MPa, 복합단열재가 0.13 MPa이었으며, 두께팽창률은 대조구가 2.51 %, 복합단열재가 5.81 %로 나타났다. 이러한 결과는 bead와 목섬유 사이에서 박리가 나타나 물리적 결합이 이루어지지 않아 나타난 결과라 판단된다. 반면 흡수율은 복합단열재가 약 19 % 감소하였다. 열전도율은 대조구가 0.042 W/mk, 복합단열재가 0.045 W/mk로 나타나 전반적으로 성능이 저하된 결과를 보였다. 그러나 저밀도 제품의 제조에 있어 EPS 활용은 효용성이 높을 것으로 판단되므로 활용방법에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

열가소성수지 필름의 적층방법에 따른 합판의 접착성능

강은창 ( Eunchang Kang ),이상민 ( Sang-min Lee ),박종영 ( Jong-young Park ) 한국목재공학회 2017 목재공학 Vol.45 No.5

본 연구에서는 열가소성수지 필름의 사용량과 적층방향에 따른 합판의 접착성능을 알아보고자 하였다. 사용된 표판과 이판은 열대산 활엽수 잡목(Mixed light hardwood) 단판과 심판은 라디에타파인(Pinus radiata D. Don) 단판을 사용하였다. 필름은 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 필름과 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 필름을 사용하였다. 먼저 PP와 PE 필름의 특성을 알아보기 위하여 열분석과 인장강도를 조사하였다. 그 결과, PP 필름과 PE 필름의 용융온도는 163.4℃, 109.7℃였으며, 결정화온도는 98.9℃, 93.6℃로 나타났다. 각 필름별 인장강도와 신장률은 길이방향보다 폭방향이 더 큰 것으로 나타났다. 필름의 특성을 고려하여, 필름 사용량에 대한 시험은 단판 상에 목표두께별로 필름을 적층하는 방법으로 실시하였다. 그리고 필름의 적층방향에 따른 시험은 단판의 목리방향을 기준으로 필름의 길이방향과 폭방향을 구분하여 각각 적층한 후 합판을 제조하였다. 각각 제조된 합판으로 접착성능을 시험한 결과, 준내수 인장 전단 접착력은 PP 필름의 두께가 0.05 mm 이상, PE 필름은 0.10 mm 이상일 때 KS기준을 만족하였다. 내수 인장 전단 접착력은 PP 필름 두께가 0.20 mm일 때 KS기준을 상회하였다. 필름의 적층방향별 접착성능 시험에서, 단판의 목리방향과 필름의 폭방향으로 적층했던 합판은 필름의 길이방향으로 적층했던 합판보다 더 우수한 결과를 보였다. 현미경으로 관찰된 합판의 표면과 접착층에서 열가소성수지가 단판 내부와 할렬부위로 침투하여 기계적 결합을 이룬 것으로 확인되었다. This study was conducted to determine the adhesive performances of plywoods affected by layering direction and the amounts of thermoplastic films. The face and back layers of veneer were hardwood species (Mixed light hardwood) and core layer veneer was radiata pine (Pinus radiata D. Don). Thermoplastic film used as adhesive were polypropylene (PP) film and polyethylene (PE) film. Thermal analysis and tensile strength were investigated on each films. As a result, the melting temperature of PP and PE films were 163.4℃ and 109.7℃, respectively, and the crystallization temperature were 98.9℃ and 93.6℃, respectively. Tensile strength and elongation of each films appeared higher on the width direction than length direction. Considering the characteristics of the thermoplastic films, the test for the amount of film used was carried out by layering film to the target thickness on veneer. The effecting of layering direction of film on plywood manufacturing was conducted by laminating in the length and width directions of the film according to the grain direction of veneer. Tensile-shear strength of plywood in wet condition was satisfied with the quality standard (0.7 MPa) of KS F 3101 when the film was used over 0.05 mm of PP film and over 0.10 mm of PE film. Tensile-shear strength of plywood after cyclic boiling exceeded the KS standard when PP film was used 0.20 mm thickness. Furthermore, higher bonding strength was observed on a plywood made with width direction of film according to grain direction of veneer than that of length direction of film. Based on microscopic analysis of the surface and bonding line of plywood, interlocking between veneers by penetration of a thermoplastic film into inner and cracks were observed.

EPS를 이용한 중저밀도 파티클보드의 성능

강은창 ( Eunchang Kang ),서푸른나래 ( Pureun-narae Seo ),이민 ( Min Lee ),이상민 ( Sang-min Lee ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2

파티클보드(이하 PB)의 중량은 작업성에 영향을 주는 요인 중 하나이다. 이에 중저밀도 PB 개발이 필요하나 중저밀도화는 물성 저하의 원인이 된다. 이에 Expandable polystyrene(이하 EPS)을 적용, 발포에 의한 내부밀도를 증가시켜 물성 개선의 가능성을 알아보고자 본 연구를 수행하였다. 파티클은 국내 A사의 중층용 파티클을, EPS는 국내 B사의 white bead와 black bead를 각각 분양받아 사용하였다. 몰비 0.80 (멜라민함량 30 %)의 멜라민-요소-폼알데하이드 수지 접착제를 합성하여 중저밀도 PB 제조에 사용하였다. 경화제는 염화암모늄을 20 %로 희석하여 사용하였으며, A사로 부터 고형분 60 %의 왁스에멀젼을 분양받아 사용하였다. PB는 건조된 파티클에 접착제(함지율 25 %, 전건 파티클 중량 기준), 왁스에멀젼(첨가량 1 %, 전건 파티클 중량 기준), 경화제(사용량 3 %, 접착제 고형분 기준)를 혼합하여 도포한 후, 2종의 EPS를 각각 15 %(전건 파티클 중량 기준) 투입하고 혼합하였다. 이때 매트함수율은 대조구 10.7 %, white bead 12.8 %, black bead 10.3 %로 나타났다. 이를 350 ㎜ × 300 ㎜, 두께 20 ㎜, 밀도 450 ㎏/㎥의 단층으로 각각 성형한 후 열압하였다. 열압조건은 온도 180 ℃, 목표압력 10 ㎏f/㎠, 시간 20 s/㎜ 이었다. 제조된 PB를 시험한 결과, 밀도는 목표밀도와 유사한 결과를 보였으며, 함수율은 모두 8 %이상으로 나타났다. 휨강도, 박리강도, 나사못유지력은 대조구보다 white bead가 각각 약 3 %, 약 39 %, 약 18 % 증가하는 경향을 보였다. 두께팽창율과 흡수율에서도 white bead가 각각 약 10 %, 약 6 % 감소하였고, 폼알데하이드방출량은 모든 시험편에서 S-E0 등급을 보였다. 따라서 중저밀도 PB 제조에 있어 EPS에 의한 물성 개선의 가능성을 확인할 수 있었다.

Flexible 합판 제조를 위한 변성 요소수지 합성

강은창 ( Eunchang Kang ),서푸른나래 ( Pureun-narae Seo ),박세휘 ( Se-hwi Park ),유명진 ( Myoung-jin Yu ),이민 ( Min Lee ),이상민 ( Sang-min Lee ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

판면재에서 탈피하여 곡면용 합판 제조를 위한 접착제 합성기술을 개발하고자 하였다. 방법은 요소수지 합성 방법을 바탕으로 폴리올을 투입하여 최종 몰비 1.25로 합성하였다. 합성된 접착제는 물성 측정 및 FT-IR과 DSC로 분석하였다. 사용된 갑을판과 중판은 활잡목으로 두께는 갑을판이 약 2.35 ㎜, 중판은 약 0.40 ㎜였으며, 함수율은 각각 약 5 %, 약 3 %였다. 글루는 접착제, 증량제 (소맥분), 경화제 (40% Glyoxal)를 각각 150 g, 30 g, 12g씩 취하여 혼합·제조하였다. 도포량은 양면당 200 g/㎡였으며, 롤러로 도포하였다. 합판 구성은 3매로 하였고 상온에서 10 ㎏f/㎠로 30분간 가압한 후, 온도 120 ℃, 압력 10 ㎏f/㎠, 시간 300 s/㎜로 열압하였다. 제조된 합판은 접착성능, 탄성계수, 폼알데하이드방출량, Flexibility를 측정하였다. 그 결과, 수지 합성은 비교적 용이하였으며, 폴리올에 의해 고형분이 증가되고 겔화시간이 길어졌다. FT-IR 분석에서는 폴리올과의 반응성 영향으로 2877 ㎝-1, 1460 ㎝-1, 1062 ㎝-1에서 요소수지와 상이한 흡수대가 나타났다. 열분석 결과, 요소수지보다 Peak temp. 가 높아진 것으로 나타나, 폴리올이 겔화 및 경화 시간에 영향을 미친 것으로 판단된다. 접착성능은 우수한 반면 목파율이 낮았고, 곡면용 합판이므로 MOE는 저하되었으며, 폼알데하이드방출량은 몰비를 고려할 때 기준 이상 이었다. 합성된 접착제로 인해 합판의 Flexibility가 우수하여 곡면 마감재 또는 곡형 가구재에 적용될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 열압시간 및 폼알데하이드방출량 개선 방안과 함께 단판 관련 연구도 필요할 것으로 생각된다.

< 전시-P-49 > 요소의 첨가방법에 따른 UMF수지의 합성조건 최적화

강은창 ( Eunchang Kang ),이민 ( Min Lee ),이상민 ( Sang-min Lee ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.1

아미노계 수지는 국내외 목질판상재 제조산업에서 가장 많이 사용되고 있는 접착제이다. 특히 요소 수지 접착제로 S -E0 등급의 제품을 제조하기 위해서는 UF의 저몰비화와 함께 소량의 멜라민을 사용하여 요소-멜라민-폼알데하이드 수지 접착제 (UMF)를 합성하는 것이 이상적이나 낮은 몰비로 인하여 경화속도가 느려지는 것이 문제로 나타났다. 이에 본 연구에서는 후첨가 요소의 투입방법에 따른 UMF를 합성하고 경화속도의 변화를 조사하여 적정 합성조건을 알아보고자 하였다. 수지 합성에 있어 최종 몰비는 0.8, 멜라민 함량은 3 % (전체 수지량 대비 3 %)로 고정하고 알칼리반응과 산성반응을 통하여 합성하였다. 시험조건은 1) 후첨가 요소를 단계별 (ⓐ F/UM(몰비 2.0)+U1, ⓑ F/UM(몰비 2.0)+U1+U2, ⓒ F/UM(몰비 13.9)+U1+U2+U3)로 구분하여 합성하는 방법과 2) 앞선 시험의 결과를 바탕으로 단계별 몰비를 각각 다르게 하여 수지를 합성하고 각 수지의 물성 (고형분, 비중, 점도, pH, 겔화시간)을 측정하여 적정 합성조건을 도출하고자 하였다. 그 결과, 1) 에서는 ⓒ 합성방법이 가장 빠른 겔화시간을 보였다. 이는 초기 몰비와 멜라민의 메틸올화 영향으로 인한 결과라 판단된다. Ⓒ 합성방법을 기준으로 초기 몰비 13.9, 최종 몰비 0.8로 고정하고 U1와 U2의 몰비를 각각 다르게 합성하여 U1과 U2의 적정 몰비를 도출하고자 하였다. 그 결과 U1은 2.2몰, U2는 1.4몰이 각각 가장 빠른 겔화시간을 보였다. 이러한 결과는 각 단계별 유리폼알데하이드, 축합도, 유리요소의 영향이라 판단된다. 따라서 소량의 멜라민으로 친환경 수지를 합성할 경우, 멜라민의 메틸올화와 후첨가 요소를 3단계로 합성할 때 경화속도를 단축시킬 수 있는 적정 방법 중 하나일 것이라 판단된다.

국내외 목구조용 판상재의 규격 조사 및 분석 (파티클보드 및 섬유판)

박세휘 ( Sehwi Park ),이민 ( Min Lee ),서푸른나래 ( Puren-narae Seo ),강은창 ( Eunchang Kang ),( Chunwon Kang ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

국내 경골목구조 시장에서 전단벽에 해당되는 구조용 판상재는 대다수 수입산 OSB에 의존하고 있다. 제품의 국산화를 위한 목질판상재를 개발하고 새로운 벽체 시스템을 만드는 연구가 수행되고 있다. 국내 OSB 생산 라인의 부재로 인해 PB 혹은 MDF로 대체되어야 하며, 이를 위한 국내 기준이 없는 실정이다. 이를 위해 국외에서 구조용 판상재에 적용되고 있는 기준들을 조사하였으며, 향후 이를 토대로 국내실정에 맞는 새로운 규격을 제정하고자 한다. 일본(JIS), 유럽(EN), 오세아니아(AS/NZS)와 국제기준(ISO)을 참조하여 휨강도, 박리강도, 흡수두께팽창률, 함수율, 폼알데하이드 방출량 등이 도출되었다. 구조용 판상재 9mm 기준으로 도출된 값은 지역마다 구별된 차이가 있었으며, 특히 PB 휨탄성계수는 1900에서 3350까지의 범위로 나타났다. 유럽과 국제규격에서는 가열-냉동-건조를 반복하는 Cyclic test가 수행되었으며, 일본에서는 못관통력과 못측면저항이 측정되었다. 국내 기준은 구조용 판상재에 등급이 없기 때문에 수치를 반영하지 않고 수행되는 시험종류만 표시되었다.

밀도와 함지율에 따른 저밀도 섬유판의 음향 특성

박세휘 ( Sehwi Park ),이민 ( Min Lee ),서푸른나래 ( Puren-narae Seo ),강은창 ( Eunchang Kang ),강춘원 ( Chunwon Kang ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

주거환경에서의 소음문제 해결는 지속적으로 요구되고 있다. 현재 많이 쓰이고 있는 석유화학계열 또는 유기 소음재는 지속가능한 자원이 아니거나 가격이 비싸다는 단점이 있다. 이에 대한 대체품으로 목섬유는 좋은 친환경 흡음 소재로 사용량이 증가하고 있다. 본 연구에서는 일반 소나무 목섬유와 MFU수지를 혼합하여 밀도와 함지율을 다양하게 조절한 섬유판을 제조하였다. 물성과, 음향특성 및 형태학적 특성을 조사하였다. 음향 특성은 섬유판 제조밀도의 영향을 크게 받았으며, 낮은 밀도가 높은 흡음 성능을 나타냈다. 나아가 함지율을 낮게 조성한 시편에서 낮은 주파수에서의 흡음성이 높게 나타났다. 제조된 섬유판들은 섬유판 기준에서 요구하는 물리적 성능을 모두 충족하였다. 밀도가 증가할수록 치수안정성과 휨강도가 증가하였다. 이와는 대조적으로 함지율은 물성에 큰 영향을 끼치지 않았다. 형태 관찰에서 밀도와 함지율의 차이에 따른 공극의 변화가 확인되었다. 공극은 소음 감소 영역에서 매우 중요한 요소로 간주된다. 저렴하고 환경적인 섬유판의 장점으로 인해 기존 흡음재를 대체할 수 있을 것으로 보인다.

국내유통 구조용 OSB의 성능평가

박세휘 ( Sehwi Park ),이민 ( Min Lee ),서푸른나래 ( Puren-narae Seo ),유명진 ( Eunchang Kang ),강은창 ( Myongjin Yu ),( Chunwon Kang ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

국내 목구조 시장에서 전단벽체 또는 바닥용 벽체는 대다수 수입산 OSB에 의존하고 있으며, 또한 국내 생산라인 부재와 구조용 판상재에 해당 국내 기준이 없어 PB나 MDF와 같은 다른 보드로 대체하기 어려운 실정이다. 이를 위해 본 연구에서는 국내에 유통되고 있는 OSB의 성능을 평가하여 이로부터 올바른 성능을 도출하고 나아가 국내 실정에 맞는 기준을 제정하고자 하는 목표가 수립되었다. 먼저, 해외구조용 판상재로부터 시험항목을 도출하였으며, 이에 맞추어 국내에 유통되고 있는 북미산, 유럽산, 중국산, 동남아시아산 OSB 9종에 대한 다양한 성능평가를 수행하였다. 물리적 성질, 역학적 성질, 폼알데 하이드 방출량 등이 조사되었다. 또한, 목조건축분야에서 사용되고 있는 구조용 휨강도 시험이 추가되었다. 용도 (바닥용, 벽체용) 및 두께 (11mm, 15mm, 18mm)로 구별하여 비교조사를 수행하였다. 각각의 제품들은 목표 밀도와 두께의 허용범위 안에 제조된 점을 확인하였다. 부분밀도 조사결과 전 시편에서 전반적으로 편차가 큰 것으로 나타났다. 휨강도와 박리강도 시험은 지역별 수치가 큰 차이를 보였으며, 가장 높고 낮은 수치간의 차이가 3배 이상 나는 경우도 있었다. 못관통력 및 못측면저항 시험은 전 시편에서 요구 성능을 충족하였다. 본 실험을 통해 국내에 유통되는 구조용 OSB의 전반적인 성능을 알 수 있었으며, 이를 토대로 향후 국내 실정에 맞춘 구조용 판상재 제조 연구에 반영하고자 한다.

함지율에 따른 목섬유 단열재의 이화학적 및 연소적 특성

박세휘 ( Sehwi Park ),이민 ( Min Lee ),서푸른나래 ( Puren-narae Seo ),강은창 ( Eunchang Kang ),( Chunwon Kang ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

플라스틱을 포함하는 화학제품은 환경파괴에 일조하며, 이러한 제품의 사용을 반드시 줄여나가야 한다. EPS, XPS 또는 우레탄 폼과 같은 플라스틱 단열재는 국내에서 90% 이상 사용되고 있다. 목섬유 단열재는 이러한 것들을 대체 가능한 유망한 재료 중 하나이다. 본 연구에서는 수지 사용량에 따른 목섬유 단열재의 최적 조건을 탐색하기 위해 수행되었다. 난연재를 MFU 수지와 혼합하여 20%에서 35%사 이의 조건으로 도포하였으며, 이화학적 특성과 연소 특성을 조사하였다. 높은 함지율에서 물리적 특성이 개선되었으며, 반면 열전도율은 영향을 받지 않았다. 35% 함지율을 제외하고 목섬유 단열재는 한국 기준에서 요구하는 폼알데하이드 방출 기준 Super E0 등급(0.3mg/L 이하)을 충족하였다. 목섬유 단열재의 이화학적 특성은 단열 자재로 사용하기에 충분한 것으로 나타났다. 수직 화염 연사 시험에서 20% 함지율을 제외한 모든 시편에서 화염 관통에 저항하였다. 콘칼로리미터 시험에서 MFU 수지 25% 이상 도포되었을 떄 효과적인 난연 성능을 발휘한 것으로 나타냈다.