낮은 가연성을 가진 목재 보강 고분자 복합재료 :: 산업뉴스

나무는 실내 디자인에 많이 사용되는 재료이지만 수분 흡수성이 높아 천연 목재의 탈색이나 변형이 일어나기 쉬운 욕실에 사용하기에 어려움이 있다. 프라운호퍼 실험실의 연구원들과 파트너들은 수분 흡수에 대한 저항성이 크고 낮은 인화성을 가진 목재 고분자-복합재료를 개발하였다. 자원을 절약해주는 목재-고분자 복합재료는 최근에 정원 가구 및 다른 실외 부분, 특히 테라스 갑판, 미늘 판자(weatherboarding) 및 울타리 패널에 많이 사용되고 있다. 유럽공동체가 지원하는 LIMOWOOD 프로젝트에서 Braunschweig에 있는 프라운호퍼 목재 연구실험실, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI 연구원들은 벨기에, 스페인, 프랑스 및 독일의 산업체 파트너들과 함께 협력하여 실내 가구 제조를 위해 수분에 대한 저항성을 가진 목재-플라스틱 복합재료 갑판을 제조하는데 적합한 재료들을 개발하고 있다.

이들 갑판들은 약 60%의 나무 입자들과 40%의 주로 폴리프로필렌 혹은 폴리에틸렌과 같은 열가소성 재료로 구성되어 있다. 목재와 플라스틱 부품들은 재활용 제품을 사용할 수 있다. 목재-플라스틱 복합재료 갑판에서 목재 부분은 마, 면 혹은 쌀겨 및 해바라기 씨와 같은 식물의 섬유질 부분에서 유래된 다른 리그노셀룰로오스 제품으로 대체될 수 있다. 이들 재료들은 모두 100% 재활용되며 더구나 WKI 연구원들이 생산한 압축 목재-플라스틱 복합재료 갑판은 포름알데히드가 없다. “따라서 일반적인 압축 목재 제품을 생산하는데 사용되는 접착제에 의한 포름알데히드 방출 여부에 대한 상반되는 의견이 이 경우에는 문제가 되지 않는다”고 WKI 연구과학자인 Arne Schirp 박사는 말한다.

적절한 첨가제를 선정하는 것에 의해서 연구원들은 목재-플라스틱 복합재료 갑판의 내화성 특성을 향상시킬 수 있었다. 이들은 초기에 상업용으로 구할 수 있고 용융 공정 동안에 목재-고분자 복합재료 혼합물에 첨가하는 할로겐이 포함되지 않은 내화제를 사용하여 실험실 규모로 조성을 개발하였다. 첫 단계는 시험에서 개발된 제품의 한계산소 농도(limiting oxygen index)를 결정하는 것이다. 이 파라미터는 플라스틱 혹은 목재가 충진된 플라스틱 제품들이 화염에 노출되었을 때의 거동을 정하게 된다. 이는 재료에 불이 계속하여 붙게 하는 산소의 한계 농도를 나타낸다. 이 수치가 높을수록 재료의 연소성은 낮게 된다. Schirp과 그의 동료들은 적인(red phosphorus)과 팽창된 그래파이트(expanded graphite)와 같은 발화지연제를 사용하여 최고의 결과들을 얻었다. 이러한 방법으로 처리된 목재-플라스틱 복합재료 갑판의 한계산소 농도는 38% 이상이 된다. 비교에 의하면 기준 목재 입자 보드의 한계산소 농도는 27%이고 처리하지 않은 목재-플라스틱 복합재료의 한계산소 농도는 19%이다.

분젠 버너를 시료에 갖다 대는 단일 화염원 시험에서도 처리된 목재-플라스틱 복합재료 갑판은 높은 내화 특성을 나타내었다. 300초 동안 화염에 노출하여도 갑판에 불이 붙지 않았다. 이와는 반대로 참고시료인 기준 목재 입자 갑판 및 처리하지 않은 목재-플라스틱 복합재료 간판은 불이 붙고 연소되었다. 새로운 목재-플라스틱 복합재료의 또 다른 특별한 점은 물 흡수가 매우 적어 욕실이나 부엌에 사용하기에 매우 적당하다는 것이다. 새로 개발된 목재-플라스틱 복합재료 갑판이 끓는 물에 5시간 담근 후에도 온전한 반면에 기존 목재 입자 갑판은 이 시험에서 완전하게 형상이 없어졌다. 목재-플라스틱 복합재료를 사용하는데 있어 유일한 제한 요소는 높은 정하중(static loads)을 견딜 수 없다는 것이다. 그러나 이 점에서도 부품 재료들의 적절한 혼합에 의해 기존 입자 갑판의 굴곡 강도에 비해 훨씬 향상된 특성을 가질 수 있게 만들 수 있다.

목재-플라스틱 복합재료는 많은 방법으로 생산될 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 공정은 사출 성형과 압출 공정으로 다양한 구성물0 목재 섬유, 열가소성 재료 및 첨가제-들이 고온과 고압에서 용융되고 연속 성형될 수 있다. Arne Schirp의 연구팀은 가구 생산에 사용할 갑판을 생산하는 데에 최고 방법인 압축 공정에 중점을 두고 연구하였다. “결과로 얻어지는 갑판은 외관상은 모든 목재로 만들어진 제품과 동일하고 매력적인 가구를 생산하기 위해 접착제 혹은 나사를 함께 조립할 수 있도록 만들어졌다. 이들은 모든 장식품 및 하중을 받지 않는 가구에 적합하다. 그러나 건물의 외장 비막이 판, 박람회 전시장 및 주택과 선박의 내부 이음새를 포함한 많은 다른 응용분야에 목재-플라스틱 복합재료 갑판을 사용할 수 있다. 이들 개발을 통해 LIMOWOOD 프로젝트의 파트너들은 가구 시장의 모든 분야에 필요한 제품을 만들어 비싸지만 생태학적으로 건전하지 않은 재료와 현재는 주로 포름알데히드를 기반으로 하는 결합제를 사용하여 생산되는, 입자 및 섬유 갑판으로 만들어진 값싼 제품들 사이의 간격을 줄이고자 한다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』