본 연구에서는 가연성 건설폐기물인 폐목재와 폐발포폴리스티렌의 유효이용을 목적으로 열압성형법에의한 폐목재-플라스틱 복합패널을 제조하였다. 전열프레스를 이용하여 다양한 성형조건하에서 복합패널 공시체를 제조하였으며, 그 겉보기 밀도, 흡수율, 흡수에 의한 두께 팽창률, 휨강도 등에 관한 일련의 실험을 행하였다. 폐목재-플라스틱 복합패널의 밀도는, 성형 온도 및 성형 시간에 관계없이, 성형 압력의 증가에 따라 높아지는 반면, 그 흡수율의 성형압력의 증가에 따라 작아진다. 복합패널의 흡수에 의한 두께 팽창률은, 성형 조건에 관계없이, 모두 1.2~2.0%의 범위에 있어, 높은 치수 안정성을 보인다. 복합패널의 휨강도는, 성형 온도 $120^{\circ}C$, 성형 시간 15min에서 일정하게 되는 경향이 있으며, 성형 온도 및 성형 시간에 관계없이, 성형 압력의 증가에 따라 현저하게 증가한다. 중합 반응과 성형을 동시에 하는 리액션프로세싱인 이 방법은, 그 제조 공정이 간단하고, 또한, 결합재로서 폐발포폴리스티렌 용액을, 골재로서 폐목재 칩을 이용하기 때문에, 공업 생산성이 있는 건설 발생 폐목재 및 폐발포폴리스티렌의 리사이클 방법으로서 지극히 유효하다고 생각된다.
본 연구에서는 가연성 건설폐기물인 폐목재와 폐발포폴리스티렌의 유효이용을 목적으로 열압성형법에의한 폐목재-플라스틱 복합패널을 제조하였다. 전열프레스를 이용하여 다양한 성형조건하에서 복합패널 공시체를 제조하였으며, 그 겉보기 밀도, 흡수율, 흡수에 의한 두께 팽창률, 휨강도 등에 관한 일련의 실험을 행하였다. 폐목재-플라스틱 복합패널의 밀도는, 성형 온도 및 성형 시간에 관계없이, 성형 압력의 증가에 따라 높아지는 반면, 그 흡수율의 성형압력의 증가에 따라 작아진다. 복합패널의 흡수에 의한 두께 팽창률은, 성형 조건에 관계없이, 모두 1.2~2.0%의 범위에 있어, 높은 치수 안정성을 보인다. 복합패널의 휨강도는, 성형 온도 $120^{\circ}C$, 성형 시간 15min에서 일정하게 되는 경향이 있으며, 성형 온도 및 성형 시간에 관계없이, 성형 압력의 증가에 따라 현저하게 증가한다. 중합 반응과 성형을 동시에 하는 리액션프로세싱인 이 방법은, 그 제조 공정이 간단하고, 또한, 결합재로서 폐발포폴리스티렌 용액을, 골재로서 폐목재 칩을 이용하기 때문에, 공업 생산성이 있는 건설 발생 폐목재 및 폐발포폴리스티렌의 리사이클 방법으로서 지극히 유효하다고 생각된다.
Waste wood-plastic composite panels are made on different hot press molding conditions, and tested for apparent density, water absorption, expansion in thickness and flexural strength. From the test results, regardless of molding temperature and molding time, the apparent density of the composite pa...
Waste wood-plastic composite panels are made on different hot press molding conditions, and tested for apparent density, water absorption, expansion in thickness and flexural strength. From the test results, regardless of molding temperature and molding time, the apparent density of the composite panels is increased with an increase in the molding pressure, while their water absorption is decreased with an increase in the molding pressure. The flexural strength of the composite panels is markedly increased with increasing molding pressure, molding temperature and molding time, and tends to become nearly constant at a molding temperature of $120^{\circ}C$ and a molding time of 15min.
Waste wood-plastic composite panels are made on different hot press molding conditions, and tested for apparent density, water absorption, expansion in thickness and flexural strength. From the test results, regardless of molding temperature and molding time, the apparent density of the composite panels is increased with an increase in the molding pressure, while their water absorption is decreased with an increase in the molding pressure. The flexural strength of the composite panels is markedly increased with increasing molding pressure, molding temperature and molding time, and tends to become nearly constant at a molding temperature of $120^{\circ}C$ and a molding time of 15min.
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문제 정의
2%로서 상당한 성과를 거두고 있으나, 재생 원료가 될 때까지의 공정이 길고, 처리 비용이 비싼 점과 재생품의 품질이 낮다고 하는 문제가 있다. 본 연구에서는, 건설 발생 폐목재 및 폐발포폴리스티렌의 신규 리사이클 기술의 개발을 목적으로, 폐발포폴리스티렌를 스티렌에 용해한 용액을 결합재로서 이용해 이것에 건설 발생 폐목재의 칩을 가해 비빔하고, 전열프레스에 의해 성형하는 폐목재-플라스틱 복합패널의 제조법을 개발하고 있다. 이 때, 중요한 성형 조건인 성형 압력, 성형 온도 및 성형 시간이, 그 복합패널의 외관 밀도, 휨강도, 흡수율 및 흡수에 의한 두께 팽창률에 미치는 영향에 대해서 검토하고 있다.
본연구의 폐목재-플라스틱 복합패널은, 그 시험 방법을 KS F 3104에 준해 행하고 있지만, 그 사용 재료, 성형 조건, 물성 등이 범용의 파티클 보드와 크게 달라, 파티클 보드의 개발을 목적으로 하고 있지 않다. 덧붙여 어느 시험에 있어서도 공시체수는 5개이고, 변동 계수는, 모두 5%이하였다.
가설 설정
현재, 페놀 수지, 유레아수지 및 멜라민 수지를 결합 재로서 이용한 파티클 보드는, 주택의 내력벽, 마루밑판, 지붕 기초 등의 용도에 사용되고 있지만, 그 내수성이 부족하기 때문에, 습기가 많은 곳, 건물 안에서 물을 사용하는 곳에서는, 그 사용이 제한되어 있다.19) 폐목재-플라스틱 복합패널은, 높은 치수 안정성과 내수성을 가지기 때문에, 상업적 건축 용도에의 사용이 기대된다.
제안 방법
1] 및 [Table 3]에 나타내었다. 목재 칩의 단위 용적 질량은, 500ml의 실린더(내경, 13.6mm)에 100g의 목재 칩을 10회로 나누어 넣어 지깅을 30회 한 후의 체적과 질량으로부터 산출하였다.
이 때, 가온에 의해 증발한 스티렌을 보충해, EPS 농도 40%의 EPS 용액을 제조했다. 다음에, EPS 용액에, 가교제를 첨가해 혼합해, 액상 레진으로서의 가교제 첨가 EPS 용액을 제조했다. 또, 그 액상 레진에 개시제를 첨가해, 잘 교반한 것을 결합재로 했다.
2]에는 열압성형법에 의한 폐목재-플라스틱 복합패널의 공시체 제조 공정을 나타낸다. 우선, 호바트 믹서를 이용해, 폐발포폴리스티렌를 이용한 결합재와 충전재를, 2min 비빔해 공시paste를 조제하고, 여기에 목재 칩을 혼입해 3min 비빔한 후, [Fig. 3]에 나타내는 거푸집에 채웠다. 그 거푸집을 유압 실린더 방식의 전열프레스에 세팅 해, 성형 조건으로서 성형 온도를 100, 120 및 140℃, 성형 압력을 5, 15 및 25MPa, 성형 시간을 10, 15 및 20min로 바꾸어 열압성형을 한 후에 탈형 해, 24h건조{20℃, 60%(RH)}양생하여 판 모양의 폐목재-플라스틱 복합패널을 제작했다.
3]에 나타내는 거푸집에 채웠다. 그 거푸집을 유압 실린더 방식의 전열프레스에 세팅 해, 성형 조건으로서 성형 온도를 100, 120 및 140℃, 성형 압력을 5, 15 및 25MPa, 성형 시간을 10, 15 및 20min로 바꾸어 열압성형을 한 후에 탈형 해, 24h건조{20℃, 60%(RH)}양생하여 판 모양의 폐목재-플라스틱 복합패널을 제작했다. 폐목재-플라스틱 복합패널을 다이아몬드 커터를 이용해, 치수 40×160× (13±2)mm로 절단 한 것을 공시체로 하였다.
KS F 3104 (파티클 보드)에 준해, 두께 0.05mm, 길이 및 폭은 0.1mm, 질량은 0.1g까지 측정해, 공시체의 겉보기밀도(0.01g/cm3까지)를산출하였다.
KS F 3104에 준해, 공시체의 흡수율 및 흡수에 의한 두께 팽창률 시험을 하였다. 공시체의 흡수율 및 흡수에 의한 두께 팽창률은, 수중 침지전과 24h 수중(20℃) 침지 후의 공시체의 질량 및 두께를 측정해 산출하였다.
대상 데이터
폐발포폴리스티렌(EPS)은, 실험의 편차를 줄이기 위하여 모조품으로서 KS M 3808(발포 폴리스 티렌 보온재)에 규정하는 비즈법 발포폴리스티렌의「보온판 4호」(밀도, 17kg/m3)을 사용하였다. 용제겸 결합재용 모노머로서는, KS M 3349(스티렌)에 규정하는 공업용 스티렌(ST)을, 가교제로서는, 3관능성 모노머인 트리메틸로프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA)를 사용하였다.
)을 사용하였다. 용제겸 결합재용 모노머로서는, KS M 3349(스티렌)에 규정하는 공업용 스티렌(ST)을, 가교제로서는, 3관능성 모노머인 트리메틸로프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA)를 사용하였다. 개시제로서는, 과산화벤조일을 50%포함한 프탈산디시클로헥실(BPO)을 사용하였다.
용제겸 결합재용 모노머로서는, KS M 3349(스티렌)에 규정하는 공업용 스티렌(ST)을, 가교제로서는, 3관능성 모노머인 트리메틸로프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA)를 사용하였다. 개시제로서는, 과산화벤조일을 50%포함한 프탈산디시클로헥실(BPO)을 사용하였다. 결합재용 모노머의 성질을 [Table 1]에 나타내었다.
결합재의 증량 및 폐목재-플라스틱 복합패널의 성형성, 강도, 내열성 등의 성능 향상을 목적으로, 중질탄산칼슘을 충전재로서 사용하였다. 중질탄산칼슘의 성질을 [Table 2]에 나타내었다.
건설 발생 폐목재로서는, 목조 가옥 해체 시에 발생하는 해체 목재를 분쇄기로 칩화한 것(이하, 목재 칩이라 약칭)을 사용하였다. 덧붙여 목재 칩에 대해서는, 105℃에서 48시간 건조해, 그 함수율을 0.
그 거푸집을 유압 실린더 방식의 전열프레스에 세팅 해, 성형 조건으로서 성형 온도를 100, 120 및 140℃, 성형 압력을 5, 15 및 25MPa, 성형 시간을 10, 15 및 20min로 바꾸어 열압성형을 한 후에 탈형 해, 24h건조{20℃, 60%(RH)}양생하여 판 모양의 폐목재-플라스틱 복합패널을 제작했다. 폐목재-플라스틱 복합패널을 다이아몬드 커터를 이용해, 치수 40×160× (13±2)mm로 절단 한 것을 공시체로 하였다.
이론/모형
KS F 3104에 준해, 공시체의 흡수율 및 흡수에 의한 두께 팽창률 시험을 하였다. 공시체의 흡수율 및 흡수에 의한 두께 팽창률은, 수중 침지전과 24h 수중(20℃) 침지 후의 공시체의 질량 및 두께를 측정해 산출하였다.
KS F 3104에 준해, 인스트롱 만능 시험기를 이용해, 크로스헤드 속도 0.5mm/min로 중앙집중재하법에 의한 공시체의 휨강도 시험을 하였다.
성능/효과
1]은 폐목재-플라스틱 복합패널의 파괴 단면을 주사형 전자현미경(히타치 제작소제： S-220형태)을 이용해 촬영한 것이다. 이 전자현미경 사진으로 알 수 있듯이, 목재 칩과 충전재를 포함한 결합재와의 계면은, 지극히 긴밀히 결합된 상태에 있어, 복합패널의 파괴는 거의 목재 칩 내부에서 일어난다는 것을 알 수 있다.
1. 폐목재-플라스틱 복합패널의 밀도는, 성형 온도 및 성형 시간에 관계없이, 성형 압력의 증가에 따라 높아진다.
2. 폐목재-플라스틱 복합패널의 흡수에 의한 두께 팽창률은, 성형 조건에 관계없이, 모두 1.2-2.0%의 범위에 있어, 높은 치수 안정성을 갖는다.
3. 폐목재-플라스틱 복합패널이 휨강도는, 성형 온도 120℃, 성형 시간 15min로 일정하게 되는 경향에 있었으며 성형 압력의 증가에 따라 현저하게 증가한다.
후속연구
4. 폐목재-플라스틱 복합패널은, 높은 휨강도 및 내수성을 가지고 있으므로, 철근 콘크리트용 거푸집, 내벽재, 목조 주택용 바닥재나 산자판 등의 각종 건축재료로의 이용이 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
폐발포폴리스티렌 재활용의 문제점은?
10~18) 폐발포폴리스티렌의 리사이클율은, 유통량(약 4만9529톤)의 약 59.2%로서 상당한 성과를 거두고 있으나, 재생 원료가 될 때까지의 공정이 길고, 처리 비용이 비싼 점과 재생품의 품질이 낮다고 하는 문제가 있다. 본 연구에서는, 건설 발생 폐목재 및 폐발포폴리스티렌의 신규 리사이클 기술의 개발을 목적으로, 폐발포폴리스티렌를 스티렌에 용해한 용액을 결합재로서 이용해 이것에 건설 발생 폐목재의 칩을 가해 비빔하고, 전열프레스에 의해 성형하는 폐목재-플라스틱 복합패널의 제조법을 개발하고 있다.
건설 발생 폐목재는 어떻게 쓰이고 있는가?
2%를 차지하나 밀도가 작고, 사용 후 부풀려져 배출되는 것을 생각하면 방대한 양이라 할 수 있다. 건설 발생 폐목재는, 칩화하여, 연료로서 사용하거나, 파티클 보드, 골판지용 펄프, 목탄, 목편 시멘트판 등의 공업용 원료로서 이용되고 있다.1~9) 그러나, 연료용을 포함한 건설 발생 폐목재의 리사이클율은, 49%인데, 아스팔트 콘크리트나 시멘트 콘크리트가 95% 이상인 것과 비교해, 현저하게 낮은 상황에 있다.
100도로 성형한 폐목재-플라스틱 복합패널의 휨강도가 낮은 이유는?
폐목재-플라스틱 복합패널의 휨강도는 일정한 성형 압력및 성형 시간에서, 성형 온도의 상승에 따라 증가하며, 성형 온도 120℃에서 일정하게 되는 경향에 있다. 100℃로 성형한 복합패널이 낮은 휨강도을 갖는 것은, 100℃에서는 결합재의 경화가 완료되지 않고, 저분자량 성분이 잔류 하고 있어, 휨강도에 악영향을 주기 때문이라 생각된다. 120℃로 성형한 복합패널에서는, 미반응 또는 저분자량 성분의 경화 반응이 충분히 진행해 그 휨강도가 증가한다.
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