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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 최근 PB 원재료로 재활용되고 있는 목재 폐기물 중 합판공장의 부산물을 원재료로 사용하고 비포름알데히드계 EMDI접착제의 적용을 통한 제조조건을 최적화하여 재활용 원재료의 효과적인 활용을 통한 高내수성 PB의 개발과 그에 대한 물리 기계적 특성을 규명하고자 하였다.
제안 방법
- Core layer (이하 CL)용 파티클은 4∼16 mesh 선별하여 사용하였고, 대조군으로 사용하기 위해 각각의 SL/CL은 상온수(20℃)에 72시간(3일) 수침하여 보드 제조 전 열기건조 한 전처리 파티클을 함수율 2% 미만이 되도록 조정하여 사용하였다.
- 이때 사용된 접착제의 특성은 다음의 Table 1과 같다. PB 제조 시 적용된 함지율은 모두 동일하게 파티클 전건 중량기준 10%였으며, EMDI의 경우 높은 접착제 고형분(100%)과 점도를 고려하여 매트함수율 12%를 기준으로 물을 첨가하여 사용하였다.
- UF수지를 CL에 사용하여 제작한 보드는 100℃ 끓임 실험 적용이 불가하여 EMDI수지를 CL에 사용하여 제작한 복합보드와 파티클보드를 이용해 습윤 휨강도를 측정을 하였다. Table 4와 Fig.
- Cl를 수지 고형분 대비 2% 첨가하였다. 내수제로서는 PWE (Paraffin wax emulsion)가 모든 접착제에 사용되었고, 수지 고형분 대비 CL 0.5%, SL 0.3%를 각각 첨가하였다.
- 접착제의 고른 혼합을 위해 60초 이상 교반하였으며 혼합하기 전 Oven dryer에서 바로 꺼내어 사용하였다. 목표 매트함수율은 12%이며, 파티클보드의 중층과 표층의 비율은 40 : 60, 밀도는 700 kg/m3를 목표로 설정하였다. 접착제 및 경화제, 왁스 에멀젼의 함량 및 조건은 Table 2와 같다.
- 접착제 및 경화제, 왁스 에멀젼의 함량 및 조건은 Table 2와 같다. 보드 제조 조건에 따라 조건당 5반복을 실시하였다.
- 보드 제조는 실험실 교반기를 이용한 혼합방식의 도포 방법을 이용하였으며, 보드의 제조를 위해 실험실용 유압식 Single press를 사용하였다. 보드의 규격은 250 mm × 250 mm × 12 mm로 하였고 12 mm Thickness bar를 사용하였다.
- 보드 제조에 사용된 접착제의 경화제로써 본 연구에서는 MF, UF 접착제 보드에 한하여 20% NH4Cl를 수지 고형분 대비 2% 첨가하였다. 내수제로서는 PWE (Paraffin wax emulsion)가 모든 접착제에 사용되었고, 수지 고형분 대비 CL 0.
- 합판 부산물을 이용한 보드 제조 시 가장 우려되는 품질문제는 높은 유리 포름알데히드의 방산량이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 합판 부산물을 72시간 동안 상온수에 수침한 파티클을 대조군으로 비교 실험하였다. 유리 포름알데히드 방산량의 경우 EMDI를 사용한 Com-Ply 보드가 UF수지로 사용한 보드에 비해 현저히 낮은 방산량을 나타내었다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 공시재료는 인천 소재의 S社로부터 분양받은 합판 정재단 부산물을 사용하였다. Surcae layer (이하 SL)용 파티클은 16 mesh 이하로 선별하여 사용하였고, SL용 베니어는 1.1 mm 남양재(Red Meranti)를 인천 소재 S社로 부터 분양받아 사용하였다. Core layer (이하 CL)용 파티클은 4∼16 mesh 선별하여 사용하였고, 대조군으로 사용하기 위해 각각의 SL/CL은 상온수(20℃)에 72시간(3일) 수침하여 보드 제조 전 열기건조 한 전처리 파티클을 함수율 2% 미만이 되도록 조정하여 사용하였다.
- Table 1에서 나타난 바와 같이 보드제조에 사용된 Melamine Formaldehyde (MF) 접착제와 Urea Formaldehyde (UF) 접착제는 익산 소재의 H사로부터 분양받았으며, 베니어 복합보드(이하 Com-Ply 보드)의 SL / CL에 사용된 EMDI 접착제는 Holland Huntsman로부터 분양받은 OSB用 I-bond OSB EFC 4362를 사용하였다. 이때 사용된 접착제의 특성은 다음의 Table 1과 같다.
- 본 연구에 사용된 공시재료는 인천 소재의 S社로부터 분양받은 합판 정재단 부산물을 사용하였다. Surcae layer (이하 SL)용 파티클은 16 mesh 이하로 선별하여 사용하였고, SL용 베니어는 1.
데이터처리
- 그룹간의 유의성 검정의 필요가 있는 데이터는 완전임의 배치법으로 유의성 검정을 실시하였다.
이론/모형
- 보드의 물리⋅기계적 특성은 Table 3에 명시한 항목에 대하여 KS 기준을 준용하여 측정하였다.
성능/효과
- 1) 보드 제작 시 파티클보드의 표층을 대신하여 베니어를 적층시켜 보드를 제작하거나 EMDI 접착제를 사용했을 때 휨 강도, 습윤시 휨 강도 및 박리 강도와 내수성이 모두 향상되는 것을 알 수 있다. 특히 베니어 적층보드에 EMDI수지를 사용하였을 경우, 섬유 방향 및 섬유직각방향의 휨 강도는 각각 57.
- 2) 파티클의 수침 전처리가 보드의 물리적 강도에 큰 영향을 주지 못한다는 점, 또한 담수 형식의 수침 전처리로 인한 합판 정재단 부산물의 잔존 포름알데히드 제거 방식이 오히려 악영향이 될 수 있겠으나, 박리 강도의 경우에 UF, EMDI 모두에서 233%, 166% (F=45.19**, F=17.53**)로 비추어 보았을 때 내부접착력이 증가한다는 것을 알 수 있다.
- 3) 두께팽윤률과 수분흡수율은 U형, M형, P형 실험에서 상응한 결과를 나타내었으며, EMDI가 내수 접착제로써 강도적 성질을 포함하여 내수성 시험에도 UF수지보다 높은 수준의 특성을 나타내었다. 그러나 파티클 전처리에 따른 뚜렷한 차이는 보이지 않는다.
- 4) EMDI를 사용한 보드가 UF수지로 사용한 보드에 비해 현저히 낮은 방산량을 나타내었지만 EMDI를 사용하였음에도 합판 제조 시 사용된 접착제의 포름알데히드가 잔존하여 무 포름알데히드 보드가 아닌 0.7∼0.8 ppm의 포름알데히드가 보드에서 검출되었다. 또한 잔존 포름알데히드의 양을 줄이고자 실행하였던 72시간 수침 전처리는 파티클보드의 포름알데히드 방산량을 증가시키는 결과를 초래하였다.
- Fig. 1과 Table 4에서 나타난 바와 같이 보드의 구성에 따른 휨강도는 Com-Ply 보드의 휨강도와 파티클보드를 비교한 결과, Table 4와 Fig. 1에서 나타난 바와 같이 표층을 베니어로 사용한 Com-Ply 보드가 파티클을 표층으로 사용한 PB 대비 요소수지는 298% (F=27.96*), EMDI 370% (F=63.24**) 높은 휨강도를 각각 나타냈으며, UF, EMDI를 적용한 시험편 모두 섬유방향의 휨 강도가 섬유 직각방향의 강도보다 높게 측정이 되었다. 이는 휨강도는 SL의 강도와 정비례한다는 점에 비추어 볼 때, SL용 베니어가 SL용 파티클보다 높은 강도를 나타내는 것이라 판단된다.
- UF수지를 CL에 사용하여 제작한 보드는 100℃ 끓임 실험 적용이 불가하여 EMDI수지를 CL에 사용하여 제작한 복합보드와 파티클보드를 이용해 습윤 휨강도를 측정을 하였다. Table 4와 Fig. 3에서 나타난 바와 같이 표층을 베니어로 사용한 Com-Ply 보드가 파티클을 표층으로 사용한 PB 대비 요소수지는 529% (F=31.47**), EMDI 698% (F=46.33**) 높은 습윤시 휨 강도를 각각 나타냈으며, CL에 사용된 파티클의 전처리여부와 관계없이 Com-Ply 보드가 높게 측정되었다. 특히 Com-Ply 보드의 경우 KS F 3104 바탕 파티클보드의 기준치인 7.
- 8 ppm의 포름알데히드가 보드에서 검출되었는데 이유는 합판 제조 시 사용된 접착제의 유리 포름알데히드가 잔존하여 제작된 파티클 보드에서 검출되는 것이라 판단된다. 궁극적으로 잔존하는 유리 포름알데히드의 양을 줄이고자 실행하였던 72시간 수침 전처리 파티클보드의 포름알데히드 방산량의 변화는 Com-Ply 보드(방산량 증가)와 파티클보드(방산량 감소)의 결과가 상반되는 결과를 나타내었으며 이는 전처리로 인해 파티클의 잔존 포름알데히드가 외부로 방출되어 제거되지 못하고 오히려 물에 녹아 나와 파티클의 표면에 탈착하여 더 높은 포름알데히드 방산을 초래하였다고 판단된다.
- 그러나 SL에 EMDI를 사용한 Com-Ply 보드는 무 포름알데히드 보드가 아닌 0.7∼0.8 ppm의 포름알데히드가 보드에서 검출되었는데 이유는 합판 제조 시 사용된 접착제의 유리 포름알데히드가 잔존하여 제작된 파티클 보드에서 검출되는 것이라 판단된다.
- 이는 휨강도는 SL의 강도와 정비례한다는 점에 비추어 볼 때, SL용 베니어가 SL용 파티클보다 높은 강도를 나타내는 것이라 판단된다. 또한 EMDI수지를 사용한 보드에서 UF수지를 사용한 보드보다 높은 휨강도를 나타내었으며, 보드의 수침전처리가 휨강도에 미치는 영향은 뚜렷하게 나타나지 않았다. 보드의 CL에 사용된 파티클의 크기가 4∼16 mesh 수준의 경우 성상이 불균일함으로 인해 시험편간 편차가 크게 나타났고 이는 Fig.
- 또한 준 내수(M-Type test, 70℃ 2hrs) 및 완전내수(P-Type test, 100℃ 2hrs) 실험에도 U형 실험의 경향과 유사한 결과를 나타내었으며 파티클 전처리가 물리⋅기계적 특성과 내수성에서 크게 영향을 주지 않는다는 것을 알 수 있었다.
- 53**)의 증가로 고도의 유의차가 인정되며, 이는 파티클 전처리로 인하여 합판을 만들 때 사용되었던 UF수지가 파티클의 72시간 수침 시 물에 유리되어 분리됨으로써 보드 제작 시 첨가된 EMDI 및 UF수지의 내부결합 강도에 영향을 준 것이라 판단된다. 모든 시편에서 KS F 3104 파티클보드의 기준치인 0.3 N/mm2보다 높은 수치를 나타내었다.
- 복합보드의 상온수(20℃) 조건하의 내수성을 평가하기 위한 방법의 U-Type test 결과 전반적으로 UF를 사용한 보드에 비해 EMDI를 사용한 보드의 내수성이 뛰어난 것으로 나타났으며 Com-Ply 보드가 파티클보드보다 높은 내수성을 나타내었다. 이러한 경향은 EMDI가 내수 접착제로서 높은 내수력을 나타낸다는 것을 알 수 있고, 강도적 성질을 포함하여 내수성도 UF수지보다 높은 수준의 특성을 나타내었다.
- 수분흡수율의 경우에도 U형, M형, P형 실험에서 두께팽윤율과 상응한 결과를 나타내었으며 보드의 물리적 특성 중 두께팽윤률과 수분흡수율의 관계는 정비례하였다.
- 이러한 문제를 해결하기 위해 합판 부산물을 72시간 동안 상온수에 수침한 파티클을 대조군으로 비교 실험하였다. 유리 포름알데히드 방산량의 경우 EMDI를 사용한 Com-Ply 보드가 UF수지로 사용한 보드에 비해 현저히 낮은 방산량을 나타내었다. 이는 사용 접착제에 포르말린의 유무와 더불어 Com-Ply 보드는 SL의 베니어가 외부로 방산되는 포름알데히드를 지연시켜주는 효과가 있다고 판단된다.
- 복합보드의 상온수(20℃) 조건하의 내수성을 평가하기 위한 방법의 U-Type test 결과 전반적으로 UF를 사용한 보드에 비해 EMDI를 사용한 보드의 내수성이 뛰어난 것으로 나타났으며 Com-Ply 보드가 파티클보드보다 높은 내수성을 나타내었다. 이러한 경향은 EMDI가 내수 접착제로서 높은 내수력을 나타낸다는 것을 알 수 있고, 강도적 성질을 포함하여 내수성도 UF수지보다 높은 수준의 특성을 나타내었다. 또한 준 내수(M-Type test, 70℃ 2hrs) 및 완전내수(P-Type test, 100℃ 2hrs) 실험에도 U형 실험의 경향과 유사한 결과를 나타내었으며 파티클 전처리가 물리⋅기계적 특성과 내수성에서 크게 영향을 주지 않는다는 것을 알 수 있었다.
- 1) 보드 제작 시 파티클보드의 표층을 대신하여 베니어를 적층시켜 보드를 제작하거나 EMDI 접착제를 사용했을 때 휨 강도, 습윤시 휨 강도 및 박리 강도와 내수성이 모두 향상되는 것을 알 수 있다. 특히 베니어 적층보드에 EMDI수지를 사용하였을 경우, 섬유 방향 및 섬유직각방향의 휨 강도는 각각 57.7 N/mm2,25.1 N/mm2의 높은 결과를 나타냈으며, 이는 KS F 3104 파티클보드의 휨강도 규격의 30.0-15.0형 규격을 상회하는 결과이다.
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