KR20150144306A - 목재의 난연 방수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방수약제와 인계 난연액이 혼합된 난연 방수액을 고압으로 목재에 침투시킴으로써 한꺼번에 난연 및 방수 처리가 달성되어 작업성이 우수하고, 고압침투에 의해 고효율의 난연 및 방수가 달성되도록 한 목재의 난연 방수 처리방법에 관한 것으로, 목재 내부의 공기와 수분과 이물이 제거되도록 진공챔버에 투입시켜 진공배기시키는 단계와, 난연 방수액을 상기 진공챔버에 가득 주입한 다음 8~25㎏f/㎠의 압력으로 소정시간 가압시켜 난연 방수액을 함침시키는 단계와, 난연 방수액이 함침된 목재를 진공 배기시켜 난연 방수액을 탈수시키는 단계와, 난연 방수액이 탈수된 목재를 소정시간 음지에서 자연건조시키는 단계와, 자연건조된 목재를 건조기에 투입시켜 50~80℃의 온도로 2~4일간 완전 건조시키는 단계를 목재의 난연 방수 처리방법에 있어서: 상기 난연 방수액은 점도가 0~5인 무기 인계 난연액과 방수액을 5~15:1의 중량비로 혼합하되, 2~5% 중량비의 에틸 또는 에틸렌 중 어느 하나를 더 혼합하고, 상기 무기 인계 난연액은 트리에틸인산, 암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 중 어느 하나이고, 상기 방수액은 무초산형 실리콘 실란트 또는 수분 경화성 실리콘 접착제 중 어느 하나로 되어 난연과 방수가 한꺼번에 처리됨을 특징으로 한다.

Description

목재의 난연 방수 처리방법{Fire retardant and waterproof treatment method of wood}

본 발명은 목재의 난연 방수 처리방법에 관한 것으로, 상세하게는 방수약제와 인계 난연액이 혼합된 난연 방수액을 고압으로 목재에 함침(침투)시킴으로써 난연과 방수가 한꺼번에 처리되어 작업성이 우수하고, 진공배기 및 고압침투에 의해 고효율의 목재의 난연 및 방수가 달성되도록 한 것이다.

일반적으로 목재, 합판, 중밀도섬유판, 종이 등은 가구 및 건축 내장재로 많이 이용되고 있다. 목재는 가열하면 목타르, 목가스로 분해되고 가연성 목가스가 산화되면서 순식간에 건축물을 연소시켜 재산과 인명 피해를 유발하고 있기 때문에 효과적인 방염 및 난연처리가 필요하다.

목재 관련 난연 조성물은 할로겐계 난연제, 인계 방염제 및 무기계 난연제와 고분자의 혼합물 등으로 구성되어 피도포체의 표면에 코팅하여 사용하는 것이 주류를 이루고 있는 실정이다.

기존 난연 또는 방염 조성물은 목재의 표면에 난연 도막을 형성함으로써 난연성을 부여하고 있고, 난연 도막 형성시 피도포체에 난연 조성물의 흡수가 매우 적고, 도막의 건조 속도가 매우 늦어 작업 능률이 저하되고, 장시간 방치시 도막의 균열이 발생하는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 경화속도가 빠른 2액형 도료를 사용하고 희석제로 신너와 같은 휘발성 물질을 사용하고 있으며 이로 인한 실내공기 오염 등의 문제가 발생하고 있다.

또한, 종래 방염 또는 난연제는 대부분이 도료타입으로 비교적 두꺼운 피막을 형성시켜 화재시 불길이 번지는 것을 지연시켜주는 방식이었으며, 일부 방염액은 목재표면에 도포되면 소정 시간이 경과 후 수지의 조습작용에 의하여 결로현상이 발생하며, 결로가 경화하면 백화현상이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 한국등록특허 제 10-644770호에는 방염성이 향상된 투명 방염도료 조성물이 개시되고, 여기에는 염화고무계 수지, 폐놀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 염화파라핀, 유기용매를 사용하고 있다. 상기 수지에는 유기용매에 인체에 유해한 폐놀, 파라핀 등 독성의 화합물을 다량 포함하는 문제점이 있었다.

또한, 가연성 소재에 난연성을 부여하는 방법으로는, 섬유의 방사공정 또는 판넬이나 시트의 압출공정 등 소재 제조공정에서 난연성 첨가제를 첨가하는 방법, 목재 표면에 난연 시트를 부착하는 방법, 목재에 난연성 약품 등을 분사 도포하는 방법, 난연성 약제에 목재를 침지하는 방법 등이 사용되고 있지만, 난연시트의 경우 일정 이상의 온도에 일정시간 노출되면 열화되어 난연성을 발휘하지 못하는 결과가 초래되고, 난연성 약품 등을 분사 또는 침지하는 경우 난연성 물질이 목재의 표면 또는 표면으로부터 1∼3㎜ 정도만 적용되기 때문에 화재 초기에 난연성을 잃어버리는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1230386호(발명의 명칭: 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법, 2013. 02. 06. 등록공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0094006호(발명의 명칭: 인계 난연제 및 이를 위한 적용분야, 2011. 08. 19. 등록공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1092621호(발명의 명칭: 목재보존제조성물, 2011. 12. 13. 특허공고)

본 발명은 방수약제와 인계 난연액이 혼합된 난연 방수액을 고압으로 목재에 함침 침투시킴으로써 한꺼번에 난연 및 방수 처리가 달성되어 작업성이 우수한 목재의 난연 방수 처리방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명에 따른 목재의 난연 방수 처리방법은, 목재 내부의 공기와 수분과 이물이 제거되도록 진공챔버에 투입시켜 진공배기시키는 단계와, 난연 방수액을 상기 진공챔버에 가득 주입한 다음 8~25㎏f/㎠의 압력으로 소정시간 가압시켜 난연 방수액을 함침시키는 단계와, 난연 방수액이 함침된 목재를 진공 배기시켜 난연 방수액을 탈수시키는 단계와, 난연 방수액이 탈수된 목재를 소정시간 음지에서 자연건조시키는 단계와, 자연건조된 목재를 건조기에 투입시켜 50~80℃의 온도로 2~4일간 완전 건조시키는 단계를 포함하는 목재의 난연 방수 처리방법에 있어서:

상기 진공챔버 내부에 설치되는 초음파진동자에 의해 난연 방수액과 목재가 초음파 진동하면서 함침효율이 향상되는 단계를 더 포함하고, 상기 난연 방수액은 점도가 0~5인 무기 인계 난연액과 방수액을 5~15:1의 중량비로 혼합하되, 2~5% 중량비의 에틸 또는 에틸렌 중 어느 하나를 더 혼합하고, 상기 무기 인계 난연액은 트리에틸인산, 암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 중 어느 하나이고, 상기 방수액은 무초산형 실리콘 실란트 또는 수분 경화성 실리콘 접착제 중 어느 하나로 되어 난연과 방수가 한꺼번에 처리됨을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 난연 방수액에 2~5% 중량비로 에틸, 또는 에틸렌을 혼합시켜 난연 방수액의 표면장력이 더욱 작아지도록 함으로서 난연 방수액의 침투력(함침력)이 더욱 향상되며, 목재의 건조시간을 보다 줄일 수 있다.

본 발명은 방수약제와 인계 난연액이 혼합된 난연 방수액을 고압으로 목재에 함침 침투시킴으로써 한꺼번에 난연 및 방수 처리가 달성되어 작업성이 우수하고, 고압침투에 의해 고효율의 난연 및 방수가 달성되는 효과가 있다.

본 발명은 인계 난연제 용액으로 난연처리함으로써, 목재의 난연 효과가 뛰어날 뿐 아니라 방수약제에 의해 목재가 방수 및/또는 발수되는 효과가 있다.

본 발명 난연 방수액은 열안정성이 우수하고 환경 문제를 야기하지 않는 무기물로 조성되는 무기 인계 난연제로 환경 친화적이면서 목재 고유의 특성이 유지되는 효과가 있다.

또한 종래 난연액의 경우 점도(점성)와 표면장력이 크기 때문에 목재 표면에 거품이 발생하면서 침투성이 크게 저하되는 반면, 점도와 표면장력이 작기 때문에 난연 방수액의 침투성이 우수한 효과가 있다.

본 발명의 난연 방수액은 유기바인더가 사용되지 않는 무기 난연제로 점도가 0~5 정도여서 점도가 3,000~8,000으로 유지되는 종래 난연제(유기바인더 사용)에 비하여 표면 장력이 3배 이상 낮아 난연 방수액의 침투성이 우수하며, 후술하는 초음파 또는 초음파 진동자로 난연 방수액 및/또는 목재를 진동시키면 난연 방수액의 침투성이 더욱 우수한 효과가 있다.

본 발명은 목재의 표면 뿐 아니라, 내부 셀룰로오스까지 골고루 함침 처리되므로, 일정 이상의 온도에 일정시간 노출되더라도 난연성이 유지되는 효과가 있다.

본 발명은 목재 내부에 난연제와 방수제가 함침되어 잔존하므로 난연성(불연성, 준불연성을 포함할 수 있다)과 방수 및 발수성이 제공되며, 또한, 표면에 난연제 및 방수제가 코팅되어 있지 않으므로, 목재 내부의 빈 공간인 셀로로오스를 통해 여전히 온도 및 습도 조절기능을 할 수 있으며, 목재의 천연향을 포함한 특성을 살릴 수 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 공정도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 건조 상태 비교 사진.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략하며, 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

도 1은 본 발명 일 예로 도시한 공정도로, 준비된 목재를 진공설비를 갖춘 진공챔버에 투입한 다음 소정시간 진공배기시켜 목재 표면과 목재 내부(셀룰로오스 부분)에 함유된 수분과 공기 및 불순물등을 배출 및 제거시키거나, 그 잔류량을 최소화하고(S1 단계), 무기 인계 난연제와 방수액, 또는 무기 인계 난연제와 방수액 및 에틸이 소정비율로 혼합되어 난연 및 방수 기능을 갖는 난연 방수액을 진공챔버에 고압 주입시켜(S2 단계), 난연 방수액이 목재 표면 및 내부의 셀룰로오스 까지 골고루 침투하여 함침되면(S3 단계), 진공배기시키는 방법으로 목재에 함침된 난연 방수액의 일부를 탈수 처리하고(S4 단계), 탈수 처리된 목재를 진공챔버로부터 꺼낸 다음 음지에서 자연 건조시킨 후(S5 단계), 건조실에서 소정온도로 소정시간 가열건조시키게 된다(S6 단계).

본 발명은 난연 방수액을 고압으로 목재에 함침, 탈수, 건조시켜 한꺼번에 난연 및 방수 처리가 달성되어 작업성이 우수하고, 고압침투에 의해 고효율의 난연 및 방수가 달성된다.

본 발명에서 난연 및 방수 기능을 갖는 목재의 제조과정을 예시하면 다음과 같다.

실시 예

1. 목재 준비

원목을 소정 크기로 재제한 다음 표면을 대패하는 방법으로 나이테, 옹이, 나무결과 같은 목재의 특성이 유지되도록 표면 가공한다. 상기 목재의 함수율은 약 19% 이하, 이를테면 10 ~ 19%가 바람직하며, 이보다 낮은 경우 난연 방수액의 함침량이 부족하여 난연 방수 기능이 떨어지며, 이보다 높은 경우 난연 방수액의 과량 함침으로 난연 방수액의 낭비가 초래되고 함침시간 및 건조시간이 지연된다.

2. 난연 방수액 준비

인계 난연액과 방수액을 5~15:1의 중량비로 혼합시켜 난연 방수액을 준비한다. 본 발명 난연 방수액은 표면장력이 작아 침투성이 기존 약재의 3배 이상이며, 이에 따라 가압 압력을 줄일 수 있을 뿐 아니라 가압시간이 단축되어 생산성이 향상된다.(기존 난연액의 경우 표면장력 때문에 표면에 거품이 발생하면서 침투성이 크게 저하된다.)

본 발명에서 에틸, 또는 에틸렌을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 난연 방수액에 2~5% 중량비로 에틸, 또는 에틸렌을 혼합시켜 난연 방수액의 표면장력이 더욱 작아지도록 함으로서 난연 방수액의 침투력(함침력)이 더욱 향상되며, 목재의 건조시간을 보다 줄일 수 있다.

한편, 아크릴 바인더 등의 유기바인더를 사용하는 종래 난연제의 경우 점도가 3,000~8,000으로 유지되어 표면장력이 큰 편이지만, 본 발명의 난연 방수액은 유기바인더가 사용되지 않는 무기 난연제로 점도가 0~5 정도여서 종래 난연제에 비하여 표면 장력이 3배 이상 낮아 난연 방수액의 침투성이 우수하며, 후술하는 초음파 또는 초음파 진동자로 난연 방수액 및/또는 목재를 진동시키면 난연 방수액의 침투성이 더욱 우수하다.

인계 난연제로는 무기계와 유기계로 나눌 수 있으며, 본 발명에서는 환경친화적이면서 목재의 특성을 유지할 수 있는, 트리에틸인산(Triethyl Phosphate), 암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 등의 무기 인계 난연제를 예로 들 수 있다.

상기 암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 등은 입자상이고, 트리에틸인산(Triethyl Phosphate)은 액상이다, 물론 입자상의 무기 인계 난연제를 물과 적절히 혼합 및 교반하면 액상 또는 수용성이 된다.

본 발명 인계 난연제에 혼합되는 방수액은 물에 잘 용해되는 수용성 또는 액상 실리콘이 사용된다. 실리콘 방수제의 특성은, 실리콘 특유의 내열성, 윤활성, 낮은 표면 장력 등을 이용하여 플라스틱산업 및 하드코팅, 자동차 산업에 응용되며, 이외에도 실리콘 제품들은 건축용, 산업용을 비롯하여 생활용품에서 첨단 산업까지 다양한 산업분야에서 적용되고 있으며, 범용 광택, 이형제, 유연제로서 효과적이다.

상기 실리콘은 (주)한솔이엔씨의 제품명 "SHM2163"를 예로 들 수 있으며, 특성으로는 고형분이 60%이고, 수용성이면서 물에 잘 용해되는 실리콘 오일의 유화제품으로, 발수, 범용 광택, 이형제, 유연제 등으로 사용되며, 적당한 농도로 희석시켜 사용할 수 있다. 상기 실리콘은 낮은 표면장력과 발수성, 소포성, 윤활성 등의 다양한 성질을 가지며, 특히 표면장력이 낮아 목재 등에 침투력이 우수하며 발수제로 매우 유용하다.

상기 실리콘은 환경문제 및 인체에 무해한 성분의 소포제가 포함되며, 상기 소포제에 의해 작업능률과 수율을 저하시키는 거품을 효과적으로 제거해 주며, 고온 및 저온, 수용성 및 비 수용성, 연기성 및 산성용액 등 다양한 분야에 적용 가능하다.

상기 실리콘은 다목적 실란트로서 자극적 냄새가 적고, 부식이 거의 없는 무초산 1액형 제품으로 내후, 내구성이 뛰어나고, 방수 및 발수되는 무초산형 실리콘 실란트, 또는 수분 경화성 실리콘 접착제일 수 있다.

3. 진공챔버 투입

표면 가공된 복수의 목재를 진공설비가 갖추어진 진공챔버에 투입하되, 이격수단, 이를테면 산대 등을 이용하여 목재끼리 서로 접촉하지 않도록 적재 및 수납시켜 난연 방수액이 효율적으로 함침(침투)될 수 있도록 준비한다.

4. 목재 진공배기

진공챔버에 목재가 투입되면, 진공설비를 이용하여 진공챔버 내부를 진공시키면서 소정시간 배기시켜 목재 표면과 목재 내부(셀룰로오스)에 함유된 수분과 공기 및 불순물을 배출 및 제거시키거나 잔류량을 최소화함으로써 난연 방수액이 목재 내부, 또는 목재의 셀룰로오스 내부로 효과적으로 침투될 수 있도록 조성한다.

즉, 목재 내부에 수분, 공기, 불순물 등이 잔류하면 난연 방수액의 침투가 어려우나 상기 진공배기에 의해 목재 내부로 충분한 양의 난연 방수액의 투입 또는 침투가 우수하며, 또한 균일한 침투가 달성된다.

5. 난연 방수액의 고압 주입 및 함침

고압 함침기를 이용하여 진공배기된 목재에 난연 방수액을 8~25㎏f/㎠의 압력으로 소정시간 함침시켜 목재 내부까지 골고루 침투시킨다. 상기 압력은 수종 및 두께, 밀도, 특성 등에 따라 적절한 압력이 선택된다.

목재의 특성, 예컨대 함침이 용이하지 않은 수종의 경우 25㎏f/㎠ 까지 가압할 수 있지만, 난연이나 준불연, 방수, 발수 등에 따라 목재의 외형적 손상이 있을 수 있다.

본 발명 난연 방수액은 점성과 표면장력이 작아 침투성이 기존 약재의 3배 이상이며, 이에 따라 가압 압력을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 가압시간이 단축되어 생산성이 향상된다. 반면, 기존 난연액의 경우 표면장력 때문에 표면에 거품이 생겨 침투성이 크게 저하된다.

도 2는 건조 비교 사진으로, 사진 좌측은 본 발명 난연 방수액으로 처리한 후 2시간 건조한 상태로 표면이 거의 건조되었음에 비하여, 사진 우측은 기존 난연액, 이를테면 유기바인더가 사용되고 점도가 3,000~8,000으로 유지되는 난연제로 처리한 후 2시간 건조한 상태로, 2시간 건조 후에도 표면장력에 의해 상당히 건조가 더딤을 알 수 있다.

본 발명에서 난연 방수액에 2~5% 중량비의 에틸, 또는 에틸렌이 혼합된 경우 에틸에 의한 증발작용에 의해 목재 건조시간이 더욱 단축된다.

6. 목재 진공배기 및 탈수

함침에 사용된 난연 방수액을 재사용할 수 있도록 회수한 다음, 진공설비를 이용하여 진공챔버 내부를 진공배기시켜 목재의 표면과 셀룰로오스 내부에 과도하게 잔류하는 난연 방수액을 일정 비율, 예컨대 8~15%로 탈수함으로써 난연성과 방수성 및/또는 방수성은 유지하면서 빠른 건조를 유도할 수 있다.

본 발명에서 가압-배기를 반복하는 이유는 난연 방수액의 침투성을 높이기 위함이며, 진공배기 방식으로 탈수하는 것은 보다 용이하게 골고루 탈수하기 위함이다.

7. 목재 자연건조

목재 표면에 묻은 난연 방수액이 제거될 수 있도록 통풍이 잘되는 음지에서 수 시간 자연 건조한다. 상기 목재는 난연 방수액이 잘 떨어지거나 낙하할 수 있도록 기울이는 방법으로 건조시간을 더욱 줄일 수 있다.

8. 목재 가열건조

건조기에 투입시켜 50~80℃의 온도로 2~4일간 가열시켜 완전 건조함으로써, 목재 내부에 잔류하는 난연 방수액이 목재의 셀룰로오스 표면에 달라붙은 상태로 고형화되므로 목재가 한꺼번에 난연 및 방수처리 되며, 무기질이므로 도막이 형성되지 않아 천연 목재의 고유 특성이 유지된다.

8. 목재 가공

제품으로 사용할 수 있도록 루버가공 등의 공정을 거쳐 난연 방수 처리된 목재를 완성한다.

9. 포장 및 출고

난연 방수 처리된 목재를 소정의 단위로 포장하고, 보관 및/또는 출고하게 된다.

본 발명에서 난연 방수액을 함침시킬 때, 진공챔버 내부에 초음파진동자를 설치하여 가압 및 함침되는 난연 방수액과 목재가 초음파에 의해 진동되도록 함으로써 함침효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 초음파진동자에 의한 초음파는 20㎐~20,000㎐ 범위의 실제 가청 주파수를 벗어난 20,000㎐ 이상의 진동을 말하며, 초음파를 수중으로 조사하면 수를 헤아릴 수 없는 미세한 공진(Cavitation)이 발생하였다가 소멸하는 현상이 반복되는데 공진이 발생될 때의 기포의 진동은 마이크로(micro) 과류를 생성하여 물질교반작용이 일어나며 이 공진이 소멸할 때 에너지는 수 십만 배~수 백만 배로 확대되어 기포의 압력과 온도가 상승하여 마이크로 열작용과 분산작용을 통해 매질내에서의 물리/화학적반응이 촉진된다.

본 발명에서는 이러한 현상이 1초에 20,000~2,000,000(20㎑~2㎒)회 전후로 반복되면서 난연 방수액이 공진하면서 표면 장력이 더욱 낮아지고, 아울러 목재 세포 사이의 공극으로 더욱 잘 침투하게 되므로 함침 효율이 더욱 향상된다.

본 발명의 난연 방수액은 인체에 해롭지 않은 무기계 난연액이므로 실내 공기 오염이 방지되는 친환경적이다.

본 발명의 수용성 난연 방수액은 흡수율이 높아 도막이 미세하게 형성되어 목재 고유의 특성인 온도, 습도 조절기능과 천연의 목재향을 유지할 수 있으면서 방수 및 발수되며, 백화현상, 황변 현상이 없으며, 또한, 항곰팡이성, 동결방지 기능이 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

Claims (1)

1. 목재 내부의 공기와 수분과 이물이 제거되도록 진공챔버에 투입시켜 진공배기시키는 단계와, 난연 방수액을 상기 진공챔버에 가득 주입한 다음 8~25㎏f/㎠의 압력으로 소정시간 가압시켜 난연 방수액을 함침시키는 단계와, 난연 방수액이 함침된 목재를 진공 배기시켜 난연 방수액을 탈수시키는 단계와, 난연 방수액이 탈수된 목재를 소정시간 음지에서 자연건조시키는 단계와, 자연건조된 목재를 건조기에 투입시켜 50~80℃의 온도로 2~4일간 완전 건조시키는 단계를 포함하는 목재의 난연 방수 처리방법에 있어서:
   상기 진공챔버 내부에 설치되는 초음파진동자에 의해 난연 방수액과 목재가 초음파 진동하면서 함침효율이 향상되는 단계를 더 포함하고,
   상기 난연 방수액은 점도가 0~5인 무기 인계 난연액과 방수액을 5~15:1의 중량비로 혼합하되, 2~5% 중량비의 에틸 또는 에틸렌 중 어느 하나를 더 혼합하고,
   상기 무기 인계 난연액은 트리에틸인산, 암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 중 어느 하나이고,
   상기 방수액은 무초산형 실리콘 실란트 또는 수분 경화성 실리콘 접착제 중 어느 하나로 되어 난연과 방수가 한꺼번에 처리됨을 특징으로 하는 목재의 난연 방수 처리방법.

Images