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목재 플라스틱 복합재

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목재 플라스틱 복합재

목재 플라스틱 복합재(wood–plastic composite, WPC)는 목섬유/목분과 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화 비닐(PVC), 또는 폴리젖산(PLA)과 같은 열가소성 플라스틱으로 만들어진 복합 재료이다.

목섬유와 플라스틱 외에도 WPC는 다른 리그노-셀룰로스 및 무기 충전재를 포함할 수 있다. WPC는 천연 섬유 플라스틱 복합재(NFPC)라고 불리는 더 큰 재료 범주의 하위 집합이며, 이 범주에는 펄프 섬유, 땅콩 껍질, 커피 껍질, 대나무, 짚, 소화액 등과 같은 셀룰로스 기반 섬유 충전재가 포함되지 않을 수 있다.

화학 첨가제는 폴리머와 목분(분말)의 통합을 제공하며 최적의 가공 조건을 촉진한다.

역사

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WPC를 만드는 공정을 발명하고 특허를 낸 회사는 1960년 테라니(Terragni) 형제(디노와 마르코)가 설립한 밀라노의 Covema였다. Covema는 플라스틱-우드(Plastic-Wood)라는 상표명으로 WPC를 만들었다.[1][2] 플라스틱-우드 발명 후 몇 년 뒤 Icma San Giorgio는 목섬유/목분을 열가소성 플라스틱(WPC)에 추가하는 첫 번째 공정 특허를 냈다.[3]

용도

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복합 목재라고도 불리는 WPC는 건축 자재로서의 천연 목재의 오랜 역사에 비해 여전히 새로운 재료이다. 북미에서 WPC의 가장 널리 사용되는 용도는 실외 데크 바닥이지만, 난간, 울타리, 조경용 목재, 외장재 및 사이딩, 공원 벤치, 몰딩 및 트림, 우드페커 WPC(Woodpecker WPC)라는 상표명으로 판매되는 조립식 주택,[4] 창 (건축) 및 문틀, 실내 가구에도 사용된다.[5] WPC는 1990년대 초반에 데크 시장에 처음 소개되었다. 제조업체[6][7][8][9][10]들은 WPC가 방부제로 처리된 원목 또는 부식에 강한 원목 종보다 환경 친화적이며 유지 보수가 덜 필요하다고 주장한다. 이러한 재료는 시뮬레이션된 나무 결 상세를 포함하거나 포함하지 않고 성형할 수 있다.[11][12]

생산

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Covema에서 제작한 최초의 플라스틱 목재 생산 압출 라인

WPC는 분쇄된 목재 입자와 가열된 열가소성 플라스틱 수지를 철저히 혼합하여 생산된다. 가장 일반적인 생산 방법은 재료를 원하는 모양으로 압출하는 것이지만, 사출 성형도 사용된다. WPC는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리염화 비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), ABS 수지(ABS), 폴리스타이렌(PS), 폴리젖산(PLA)을 포함한 신생 또는 재활용 열가소성 플라스틱으로 생산될 수 있다. PE 기반 WPC가 가장 일반적이다. 색소, 커플링제, UV 안정제, 발포제, 윤활유와 같은 첨가제는 최종 제품을 대상 응용 분야에 맞게 조정하는 데 도움이 된다. 압출된 WPC는 고체 및 중공 프로파일 모두로 형성된다. 자동차 도어 패널부터 휴대폰 커버까지 다양한 사출 성형 부품도 생산된다.

일부 제조 시설에서는 구성 요소가 펠릿화 압출기에서 결합 및 처리되어 새로운 재료의 펠릿을 생산한다. 이 펠릿은 다시 녹여 최종 모양으로 형성된다. 다른 제조업체는 혼합 및 압출의 단일 단계에서 완성된 부품을 생산한다.[13]

유기 물질의 추가로 인해 WPC는 압출 및 사출 성형 중 전통적인 플라스틱보다 훨씬 낮은 온도에서 처리된다. 예를 들어, WPC는 동일한 비충전 재료보다 약 28 °C (50 °F) 낮은 온도에서 처리되는 경향이 있다. 대부분은 약 204 °C (400 °F)의 온도에서 연소하기 시작한다.[14] 과도하게 높은 온도에서 WPC를 처리하면 사출 성형 중 게이트가 너무 작아 너무 뜨거운 재료를 밀어넣어 전단, 연소 및 변색의 위험이 증가한다. 복합재 내 목재와 플라스틱의 비율은 궁극적으로 WPC의 용융 흐름 지수(MFI)를 결정하며, 목재 양이 많을수록 일반적으로 MFI가 낮아진다.

다양한 목재 플라스틱 복합재

장점과 단점

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트렉스 복합 데크

WPC는 부식되지 않고 부패, 썩음, 해양 천공동물 공격에 매우 강하지만, 재료 내에 박힌 목재 섬유로 물을 흡수한다.[15] 수분 흡수는 PLA와 같은 친수성 매트릭스를 가진 WFC에서 더 두드러지며 기계적 강성과 강도 감소로 이어진다.[16] 습한 환경에서의 기계적 성능은 아세틸화 처리로 향상될 수 있다.[17] WPC는 가공성이 좋고 기존 목공 도구를 사용하여 모양을 만들 수 있다. WPC는 재활용 플라스틱과 목재 산업의 폐기물을 사용하여 만들 수 있기 때문에 종종 지속 가능한 재료로 간주된다. 이러한 재료는 사용 및 폐기된 재료의 수명을 연장하지만, 자체적으로 상당한 반감기를 가진다. 첨가된 폴리머와 접착제는 사용 후 WPC를 다시 재활용하기 어렵게 만든다.[18] 그러나 콘크리트처럼 새로운 WPC에서 쉽게 재활용할 수 있다. 목재에 비해 한 가지 장점은 거의 모든 원하는 모양으로 재료를 성형할 수 있다는 것이다. WPC 부재는 구부려 강력한 아치형 곡선을 형성하도록 고정할 수 있다. 이러한 재료의 또 다른 주요 판매 포인트는 페인트칠이 필요 없다는 것이다. 다양한 색상으로 생산되지만, 회색과 흙색 톤으로 널리 사용된다. 셀룰로스 함량이 최대 70%(50/50이 더 일반적이지만)에 달하지만, WPC의 기계적 거동은 순수 폴리머와 가장 유사하다. 순수 폴리머는 용매를 첨가하지 않고 중합된다.[19][20] 이는 WPC가 목재보다 강도와 강성이 낮고 시간 및 온도 의존적 거동을 보인다는 것을 의미한다.[21] 목재 입자는 원목만큼은 아니지만 곰팡이 공격에 취약하며, 폴리머 구성 요소는 UV 분해에 취약하다.[22] 동결-해동 주기에 의해 강도와 강성이 감소될 수 있지만, 이 분야에 대한 테스트는 아직 진행 중이다. 일부 WPC 제형은 다양한 물질에 의한 오염에 민감하다.

WPC 샌드위치 보드

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WPC 보드는 우수한 성능을 보이지만, 일체형 복합 시트는 비교적 무거워(대부분 순수 플라스틱보다 무겁다) 저중량이 필수적이지 않은 응용 분야로 사용이 제한된다. 샌드위치 패널 형태의 WPC는 전통적인 목재 폴리머 복합재의 장점과 샌드위치 패널 기술의 경량성을 결합할 수 있게 한다. WPC 샌드위치 보드는 목재 폴리머 복합재 스킨과 일반적으로 저밀도 폴리머 코어로 구성되어 패널의 강성을 매우 효과적으로 증가시킨다. WPC 샌드위치 보드는 주로 자동차, 운송 및 건축 응용 분야에 사용되지만, 가구 응용 분야도 개발 중이다.[23] 새롭고 효율적이며 종종 인라인으로 통합된 생산 공정은 전통적인 플라스틱 시트 또는 일체형 WPC 패널에 비해 더 강력하고 단단한 WPC 샌드위치 보드를 더 낮은 비용으로 생산할 수 있게 한다.[24]

문제점

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환경 영향

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WPC의 환경 영향은 재생 가능 재료와 비재생 재료의 비율에 직접적인 영향을 받는다. 일반적으로 사용되는 석유 기반 폴리머는 비재생 원료와 플라스틱의 비생분해성에 의존하기 때문에 환경에 부정적인 영향을 미친다.[25]

화재 위험

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WPC 제형에 일반적으로 사용되는 플라스틱 유형은 플라스틱이 더 높은 화학적 연소열 함량을 가지고 녹을 수 있기 때문에 목재 단독보다 더 높은 화재 위험 특성을 가지고 있다. 복합재의 일부로 플라스틱이 포함되면 목재에 비해 WPC의 화재 위험이 높아질 가능성이 있다. 일부 코드 담당자는 WPC의 화재 성능에 대해 점점 더 우려하고 있다.[26][27]

같이 보기

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각주

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  1. ↑ Official website of Agripak
  2. ↑ Plastics World, Volume 28, Parte 2
  3. ↑ Official Website of ICMA
  4. ↑ “WPC Social Housing.”. www.woodpecker.com.co.
  5. ↑ Clemons, C. (2002) "Wood-plastic Composites in the United States: The interfacing of two Industries" Forest Products Journal 52(6)
  6. ↑ “Buzhoushan WPC Doors – Wood Plastic Composite Hollow Door / Assembled Door Manufacturer from China”. 《www.thewpcdoor.com》. 2017년 2월 8일에 확인함.
  7. ↑ “PRODUCERS: Decking, Railing, & Fencing”. 《www.wpcinfo.org》. 2017년 2월 8일에 확인함.
  8. ↑ “JELU is a manufacturer of wpc - wood plastic composite”. 《JELUPLAST》. 2017년 2월 8일에 확인함.
  9. ↑ “China's wpc profile making machine Manufacturer & Supplier”. 《www.abelplas.com》. 2018년 3월 13일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2017년 2월 8일에 확인함.
  10. ↑ “Connect with 756 Wood Plastic Composite Manufacturers - Global Sources”. 《www.globalsources.com》. 2017년 2월 8일에 확인함.
  11. ↑ Introduction of WPC Wood Plastic Composite Products
  12. ↑ 히지로글루 등, Forest Products Journal, 2010
  13. ↑ “Wood-Plastic Composites production requires high formulation quality the feeding system”. 《ktron.com》.
  14. ↑ “Wood-Plastic Composites – Green Dot Bioplastics”.
  15. ↑ Stark, N. (2001) “Influence of Moisture Absorption on Mechanical Properties of Wood Flour-Polypropylene Composites.” Journal of Thermoplastic Composite Materials 14
  16. ↑ Joffre, Thomas; Segerholm, Kristoffer; Persson, Cecilia; Bardage, Stig L.; Luengo Hendriks, Cris L.; Isaksson, Per (January 2017). 《Characterization of interfacial stress transfer ability in acetylation-treated wood fibre composites using X-ray microtomography》. 《Industrial Crops and Products》 95. 43–49쪽. doi:10.1016/j.indcrop.2016.10.009. ISSN 0926-6690.
  17. ↑ Larsson, P.; Simonson, R. (1994년 4월 1일). 《A study of strength, hardness and deformation of acetylated Scandinavian softwoods》. 《Holz als Roh- und Werkstoff》 52. 83–86쪽. doi:10.1007/BF02615470. ISSN 0018-3768. S2CID 19529734.
  18. ↑ Gibson, Scott (2008). “Synthetic Decking” . Remodeling Magazine.
  19. ↑ “What are Ultra Polymers?”. Solvay. 2014. 2014년 4월 17일에 확인함.
  20. ↑ Carraher, Charles (2014). 《Carraher's polymer chemistry》. Boca Raton: Taylor & Francis. 232쪽. ISBN 978-1-4665-5203-6.
  21. ↑ Hamel, S. (2011) Modeling the Time-dependent Flexural Response of Wood-plastic Composite Materials Dissertation, University of Wisconsin–Madison
  22. ↑ Morrell, J et al.(2006) “Durability of wood-plastic composites.” Wood Design Focus 16(3)
  23. ↑ “WPC honeycomb panels”. Renolit.com. 2014년 10월 7일에 확인함.
  24. ↑ “Sandwich Panel Technology”. EconCore.com. 2014년 10월 7일에 확인함.
  25. ↑ Schwarzkopf, Matthew John; Burnard, Michael David (2016). 〈Wood-Plastic Composites—Performance and Environmental Impacts〉 (PDF). A. Kutnar and S.S. Muthu (편집). 《Environmental Impacts of Traditional and Innovative Forest-based Bioproducts, Environmental Footprints and Eco-design of Products and Processes》. Singapore: Springer. 19–43쪽. doi:10.1007/978-981-10-0655-5_2. ISBN 978-981-10-0653-1.
  26. ↑ Washington State University Wood Plastic Composites Information Center, "Fire Issues in Engineered Wood Composites for Naval Waterfront Facilities", 46th International SAMPE Symposium and Exhibition, Long Beach, California, May 2001.
  27. ↑ Environmental News Network, "California Fire Codes Put Focus on Plastic Decking Concerns". 5 Nov 2007.
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