KR20140120008A

KR20140120008A - 광물소재 친환경 난연벽지 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140120008A
Application number: KR1020130035450A
Authority: KR
Inventors: 방봉진; 엄기옥; 방경찬; 김주식
Original assignee: 그린포장 주식회사; 김주식; 방경찬; 엄기옥; 방봉진
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-10-13

Abstract

본 발명은 탄산칼슘을 주재료로 한 광물성 성분과 버진펄프(올펄프) 내지는 재활용펄프 중에서 선택한 펄프, 폴리올레핀 수지 및 기능성 첨가제를 구성 성분으로 하여 제조한 펄프-미네랄 합성지를 원지로 하고 공지의 인쇄, 엠보싱 및 발포 공정을 거쳐 제조한 난연벽지와 관련된다.
본 발명에 따라 난연 효과가 뛰어나며, 음양각이 견고하고 뚜렷하게 형성된 무공해 수성타입 엠보싱 발포 난연벽지가 제공된다. 본 발명 수성타입 엠보싱 난연벽지의 제조는 발포와 엠보싱이 동시에 이루어지도록 하는 제조방법에 의해 달성된다. 본 발명 난연벽지는 불쏘시개 역할을 하는 종이를 사용하지 않음으로 화재시 불꽃이 번지는 것을 막을 수 있고, 화제시 발생하는 독가스 연기의 발생을 크게 줄일 수 있는 효과가 있으며, 또한 본 발명 난연벽지로 시공 후에는 건강에 해로운 유기화합물의 발생을 막을 수가 있고, 인체에 이로운 원적외선을 방사하는 효과가 있어 호텔, 식당, 가정집 등에서 유용하게 사용될 수가 있다.

Description

광물소재 친환경 난연벽지 및 그 제조방법과 장치{Mineral Resources Nature-Friendly Fireproofing wall paper and Manufacturing Method and Apparatus thereof}

본 발명은 광물 소재 친환경 난연벽지 및 제조방법과 장치에 관한 것이다. 좀더 상세하게는 벽지의 기초 재료인 베이스 소재가 난연성인 광물질로서 난연 효과가 확실하고, 또 수성타입 인쇄조성물 및 발포조성물을 사용함으로 제조환경과 관련해서 공해물질의 방출이 없는 깨끗한 환경을 제공하는 난연벽지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현대사회에서 화학물질들은 모든 산업분야에 유용하게 사용되고 있지만, 일부 유해한 성분이 자연과 인간의 건강에 미치는 영향은 심각한 수준에 이르고 있다. 그래서 이제 환경문제는 어느 한 산업, 혹은 어느 한 국가만의 문제가 아닌 인류 공통의 문제로 대두되고 있는 것이다.

일반적으로 벽지는 크게 베이스 소재 즉, 기재 원지의 종류에 따라 종이벽지, 비닐벽지, 섬유벽지로 대별되는데, 주종을 이루는 벽지는 종이를 기재로 하여 만들어진 종이벽지로서 지금까지도 일반 가정의 서민용 벽지로 많이 공급되고 있다. 하지만 최근에는 비닐벽지가 제조 생산성이 높을 뿐 아니라 다양한 색상이나 디자인 등의 표현이 가능하고 오염방지, 방습성이 뛰어나서 호텔 같은 공동시설물에 많이 사용되고 있고, 고급이미지를 표현할 수가 있어 일반 가정용으로도 그 수요가 점차 늘어나고 있는 실정이다. 그런데 공동 시설물의 경우는 방염 또는 난연 처리가 필수적이어서 방염처리 가공에 많은 비용이 들어간다.

여기서 홀겹벽지인 피브이시(PVC) 비닐 발포벽지와 2겹벽지인 종이 합지벽지의 개략적인 제조단계를 소개하면 아래와 같다.

◇ 홀겹 비닐(PVC) 발포벽지

원지→인쇄→발포졸 도포(플라스티졸)→발포(열쳄버)→건조

◇ 2겹 종이합지 발포벽지

원지상지→인쇄→배접(원지하지)→엠보싱→건조(열챔버)

통상의 홀겹 비닐 발포벽지의 제조공정을 도 1에 의거 살펴보면, 발포수지 조성물을 공지의 코타방식에 의해 비닐 벽지원지에 도포하여 100∼150℃의 열쳄버를 통과시켜 고착화 하고, 냉각시킨 다음, 일단 롤에 감아서 인쇄원지로 한다. 이를 다시 언와인딩(Unwinding)기(101)에 걸어서 인쇄공정과 발포 및 엠보싱공정을 일련공정으로 끝내게 된다. 구체적으로, 여러 개의 인쇄기(102a∼102f)로 구성된 인쇄공정(120)을 거쳐 인쇄원지를 만들고, 140∼180℃의 히팅쳄버(103)에서 온풍기(104b)로 뜨거운 공기를 불어 넣어 열을 가하면 도포층이 겔화되면서 발포가 이루어지고, 이를 다시 보조가열기(104a)에서 200∼230℃로 가열하여 노골노골 하여진 상태에서 음양각을 조각한 냉각 엠보싱로울러(105)로 엠보싱을 하여 재차 쿨링로울러(106) 및 보조냉각 로울러(107, 108)에서 냉각시키면 음양각이 고정되면서 엠보싱 발포벽지가 완성되고, 롤(109)에 감겨진다.

또 2겹 종이합지 발포벽지의 제조공정을 도 2에 의거 살펴보면, 상지(210)에 발포조성물을 도포(211), 인쇄(212), 발포(213)하고, 하지(220)에는 접착제를 도포(214)하여, 이 둘을 합지로울러(215a, 215b)에서 합지하여 양각로울러(216)와 음각로울러(217)를 사용 엠보싱을 행하고, 열쳄버(218)로 이동시켜 고정하고, 자연건조 또는 팬건조(219)를 행하여 종이합지 발포벽지를 제조한다.

방염 또는 난연 벽지와 관련한 종래기술을 살펴보면, 벽지에 난연성 내지는 방염성을 부여하기 위한 방법으로서, 난연제 또는 방염제를 사용하는 방염벽지의 제조를 들 수 있는데, 등록실용 20-0219294호에서는 인산에스테르 등의 방염제에 함침시킨 방염배지에 방염성이 우수한 폴리아마이드지를 접착시켜 엠보싱 가공 처리한 방염 벽지를 공개하고 있다. 그러나 상기 방염 벽지의 폴리아마이드지는 방향족아마이드 중합체 단섬유(미국 듀폰사의 등록상표“케블라”)와 펄프섬유를 물용매 혼합액으로 혼합하여 초지한 합성지(미국 듀폰사의 상품명 “Nomex”)로서 고가의 재료이다. 실용적 범용 벽지로의 활용이 어렵고, 또한 방염처리 된 배지와 상지인 폴리아마이드지가 접착된 상태에서 함께 엠보싱 가공 처리되므로 평활한 배지 표면을 연출하기가 어려워 시공시에 벽면에 견고한 접착을 이루지 못할 뿐만 아니라 인쇄공정에서 무늬가 어긋나는 등의 문제가 발생할 수 있다. 또 공개특허 제10-2010-0001456호에서는 합성섬유, 천연섬유 및 이들의 혼합물로 구성된 기재층과 인산염, 규산염, 붕산염, 인 및 유기 방염제 등으로 구성된 방염층, 무기 충전제 등으로 구성된 방염벽지를 공개하고 있다. 또 공개특허 제10-2009-0026000호에서는 암모늄설파메이트와 디시안디아마이드로 구성된 난연제로 난연 처리한 원지 및 섬유를 접합시켜 디지털인쇄방식으로 인쇄한 방염벽지를 공개하고 있다. 또 특허등록 제10-0937092호에서는 기존의 PVC벽지의 유해성을 차단할 수 있는 벽지로서 PVC 대신에 폴리에틸렌 필름으로 된 표면필름층, 하부필름층 및 마스터배치로 구성된 벽지를 공개하고 있다. 그러나 이들의 공통점은 기재로 쓰이는 원지가 모두 종이 아니면 합성수지, 섬유로서 불이 났을 때 종이는 불쏘시개 역할을 하고 합성수지나 섬유 또한 불쏘시개 내지는 유기성 화합물을 발생시켜 사람을 질식시키는 구조적 문제가 있다. 그러므로 다수의 선 기술들에서는 적절한 방염제를 발포조성물 또는 인쇄조성물 등에 배합하여 방염처리를 한 벽지를 선보이고 있다. 이들 선 기술들로 확인할 수 있는 바와 같이, 방염 및 난연의 문제는 별도의 방염처리 내지는 난연처리 외에는 방법이 없다. 그러나 이들 선 기술들은 기재에 방염처리를 하였다고는 하나 일시적인 방염효과 뿐 근본적인 난연작용 내지는 방염작용으로 큰 효과를 낸다고 볼 수 없다.

실용등록 제20-0219294호‘방염벽지’ 공개특허 제10-2010-0001456호‘잉크젯 출력이 가능한 방염벽지' 공개특허 제10-2009-0026000호‘난연 처리된 원지를 이용한 디지털인쇄방식의 방염벽지’

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 근본적으로 해결하기 위해 여러 가지로 연구를 거듭한 끝에 기재 물질로 광물종이(Mineral paper)를 사용하면 방염 및 난연의 문제를 근본적으로 해결할 수 있다는 설정하에 본 발명을 착안, 연구 끝에 발명을 완성하기에 이르렀다.

종래 PVC나 폴리에틸렌 필름을 기재로 사용하는 비닐벽지는 화재시 휘발성 유기화합물(VOC) 또는 매연에 의한 독가스의 방출을 막을 수 없고, 펄프 종이를 기재로 사용하는 선 기술 벽지는 종이가 불쏘시게 역할을 하므로 화재의 초등단계에서 빨리 확산될 뿐 아니라 화재진압에도 어려움이 있다. 하지만 본 발명의 경우는 기재가 불에 타지 않는 광물소재이므로 상기 선 기술 벽지들이 갖고 있는 문제점을 근원적으로 제거할 수가 있다. 본 발명은 상기한 바와 같은 벽지의 난연성 문제를 근원적으로 해결함과 동시에 종래 종이벽지 및 PVC 벽지가 갖고 있던 유해가스 문제, 환경 오염문제를 해결한 새로운 구성의 난연벽지인 것이다.

본 발명의 목적은 불에 타지 않는 기재를 사용함으로써 근원적으로 불이 붙지 않는 수성타입 난연벽지의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 확실한 난연 효과를 낼 수 있는 광물합성지 난연벽지를 제공하는데 있다.

본 발명은 탄산칼슘을 주성분으로 한 광물합성지를 사용하여 벽지를 제조하는 것에 의해 달성된다. 본 발명 벽지는 상기 광물합성지를 기재(Base)로 한 벽지원지 표면에 인쇄잉크와 발포조성물을 도포하고, 엠보싱공정, 건조 또는 발포 공정을 거쳐 제조하게 되는데, 일반벽지와 마찬가지의 인쇄, 엠보싱, 건조 및/또는 발포공정을 행하여 제조하게 된다. 일반 벽지와 같은 엠보싱이 없는 마무리공정은 팬(Fan)을 이용해서 자연건조하거나 열쳄버에서 열풍건조하면 된다. 한편 발포벽지는 상기 인쇄잉크에 발포조성물을 배합하거나 별도로 발포조성물을 도포하고 건조 후에 발포공정을 거치거나 또는 발포 열챔버를 통과시켜 발포와 동시에 건조시켜 제조한다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 광물합성지를 벽지원지로 사용함으로서 난연 내지는 방염문제를 근원적으로 해결하였을 뿐만 아니라, 유해가스의 발생원을 벽지제조 초기단계에서 제거하였고, 아울러 수성 발포벽지의 엠보싱과 발포공정을 효과적으로 달성할 수 있게 하여 음양각이 뚜렷하고 견고하게 형성된 무공해 난연벽지를 제조하게 된 독창적 구성의 신규 발명인 것이다. 본 발명은 또한 종래 PVC 발포벽지에서와 같은 공해물질의 배출이 없으며, 작업환경을 개선한 효과를 달성하게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 발포벽지 제조장치의 개략도
도 2는 종래 합지 발포벽지 제조공정 개략도
도 3은 본 발명 홀지 난연벽지의 종단면도
도 4는 본 발명 합지 난연벽지의 종단면도이다

본 발명은 난연벽지를 제조함에 있어, 벽지의 기재로 난연성인 광물합성지를 사용하여 벽지를 제조하는 것에 의해 달성된다. 본 발명 광물합성지 조성물은 펠렛(pellet) 또는 분말로 제조된 후, 공지의 압출수단을 이용하여 광물합성지(종이대용) 내지는 필름, 시트 등으로 제조될 수 있다.

이하 본 발명 난연벽지 제조방법을 단계별로 상술한다.

가) 탄산칼슘 또는 탄산칼슘이 주성분인 광물 15∼60중량부, 천연펄프 3∼40중량부, 폴리올레핀 수지 28∼75.3중량부, 정전기 방지제, 커프링제, 윤활제, 난연제, 제습제 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 기능성 첨가제 1.5~4중량부로 구성된 펄프-미네랄 합성지 조성물을 사용하여 광물합성지를 제조하는 단계;

나) 상기 광물합성지를 기재로 한 벽지원지에 수용성 발포조성물을 도포하고 100∼150℃의 열쳄버를 통과시켜 고착화 하고, 냉각시킨 다음 롤에 감아서 인쇄원지로 하는 단계;

다) 상기 롤에 감긴 인쇄원지를 언와인딩(Unwinding) 하여 인쇄공정을 거친 후, 히팅쳄버에서 온풍기로 뜨거운 공기를 불어 넣어 열을 가하여 발포 시키는 단계;

라) 상기 인쇄 및 발포가 이루어진 벽지원지를 다시 보조가열기에서 가열하여 노골노골 하여진 상태에서 엠보싱로울러로 엠보싱을 행하는 단계;

마) 상기 엠보싱 된 벽지원지를 재차 쿨링로울러에서 냉각시켜 음양각이 고정된 엠보싱 발포벽지를 제조하는 단계; 로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 발포조성물의 무늬 부여용 수지로는 에멀전 상태의 수용성 아크릴계 수지가 사용되고, 발포제로는 염화비닐리덴 아크릴로니트릴 코폴리머로 캡슐화시킨 액화 이소부탄 또는 이소펜탄이 사용된다.

도 3은 본 발명 홀지 난연벽지(10)의 단면도이다. 광물합성지 기재(13)위에 발포수지층(12), 인쇄층(11)이 차례로 구비되어 있다.

도 4는 본 발명 합지 난연벽지의 적층구조를 보여주는 종단면도로서, 인쇄층(21), 발포층(22), 광물합성지 상지(23), 접착층(24), 광물합성지 하지(25)의 구조로 적층되어 전체가 엠보싱 된 상태를 보여준다.

본 발명에 사용되는 무늬 부여용 수지로는 에멀전 상태의 공지된 수용성 아크릴계 수지가 사용되고, 발포제로는 염화비닐리덴 아크릴로니트릴 코폴리머로 캡슐화한 액화 이소부탄 또는 이소펜탄이 사용된다. 이외에 필요에 따라, 유동성 향상 조제로 글리세린이 사용될 수 있으며, 혼합시 발생되는 거품 제거를 위하여 소포제가 사용될 수 있고, 점도조절을 위한 증점제, 광물성분 외 성분용 방염제로는 염화파라핀, 수산화 알루미늄, 그리고 색상 부여를 위한 안료 등이 첨가될 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하려는 의미로 해석해서는 안된다.

[실시예 1]

광물합성지의 제조:

광물 18중량부(15중량부의 탄산칼슘, 2중량부의 규조토, 1중량부의 이산화티탄), 20중량부의 리그닌을 제거하지 않은 쇄목펄프, 57중량부의 혼합폴리에틸렌(5중량부의 고밀도폴리에틸렌, 10중량부의 중밀도폴리에틸렌, 42중량부의 저밀도폴리에틸렌), 1.5중량부의 폴리프로필렌과 3.5중량부의 첨가제[0.7중량부의 말레산무수물 그래프트 폴리에틸렌(Fusabond MB100D), 0.3중량부의 다프라슬립 오피에이(Dapraslip OPA), 0.5중량부의 유기 점토, 2중량부의 CaO]의 조합으로 구성된 조성물을 사용하여 평량 180ｇ/㎡ 의 펄프-미네랄 주성분의 광물합성지를 제조하였다.

발포조성물 성분:

아크릴산에스테르 에멀젼 340부, 비닐아세테이트에틸렌 코폴리머 400부, 5중량%의 이소부탄을 캡슐화 한 아크릴로니트릴 비닐리덴클로라이드 코폴리머 80부, TiO₂ 70부, 글리세린 80부, 폴리실옥산 10부, 수산화 알루미늄 100부와 물 20부를 균일하게 혼합하여 제조하였다.

잉크조성물 성분:

안료 100부, 염화비닐/이소부틸에테르코폴리머 700부, 톨루엔 100부, 염화파라핀 100부로 구성된다.

난연벽지의 제조:

상기 광물합성지로 된 벽지원지에 공지의 코터(coater)기를 사용하여 상기 발포조성물을 13.5g/㎡ 평균으로 도포, 건조한 후에 롤, 이어서 상기 인쇄조성물을 사용하여 도 1에 도시된 인쇄장치로 인쇄 및 발포, 엠보싱을 행하여 광물합성지 난연벽지를 제조하였다.

[실시예 2]

광물합성지의 제조:

25중량부의 탄산칼슘, 35중량부의 천연펄프(All Pulp), 38중량부의 폴리프로필렌, 2.5중량부의 첨가제[0.8중량부의 말레산무수물 그래프트 폴리에틸렌(Fusabond MB100D), 0.5중량부의 다프라슬립 오피에이(Dapraslip OPA), 0.5중량부의 유기 점토, 0.7중량부의 CaO]의 조합으로 구성된 펄프-미네랄 조성물을 사용하여 평량 80ｇ/㎡ 의 펄프-미네랄 주성분의 광물합성지를 제조하였다.

난연벽지의 제조:

도 2 및 도 4를 참조하여, 상기 광물합성지로 된 벽지원지를 상지(210)로 하여 발포조성물을 도포(211), 인쇄(212), 발포(213)하고, 광물합성지로 된 하지(220)에는 접착제를 도포(212)하고, 이 둘을 합지로울러(215a, 215b)에서 합지하여 양각로울러(216)와 음각로울러(217)로 엠보싱을 행한다. 엠보싱은 엠보싱 형압 2.5㎏, 통과속도 65m/min로 통과시켜 수행하였다. 다음 열쳄버(218)로 이동시켜 고정하고, 자연건조 또는 팬건조(219)를 행하여 광물합성지로 된 합지 난연벽지를 제조하였다. 이렇게 제조된 본 발명 실시예 방염벽지의 방염특성을 소방기준과 비교한 시험치 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

표 1로 알 수 있는 바와 같이 본 발명 난연벽지는 각 방염성능기준치를 충분히 만족시킨다.

본 발명 난연벽지의 원료가 되는 광물합성지는 가격이 저렴하여(종이 가격의 2/3) 고급 벽지의 기재로 사용해도 전체적인 벽지의 가격을 종이벽지 수준으로 낮출 수가 있고, 고급 난연벽지의 대중화를 앞당길 수가 있으며, 난연벽지의 대중 공동시설은 물론 가정 벽지로도 널리 사용할 수 있는 유용성이 있다. 특히 본 발명 난연벽지는 불쏘시개 역할을 하는 종이를 사용하지 않음으로 화재시 불꽃이 번지는 것을 막을 수 있고, 또 발생하는 독가스 연기의 발생을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

102: 인쇄장치 101: 언와인더
102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f: 인쇄기
103: 히팅쳄버 104a: 보조가열기
104b: 온풍기 105: 엠보싱로울러
106: 고무로울러(냉각로울러) 107: 보조로울러(보조냉각)
108: 쿨링로울러 109: 롤
210: 상지 211: 도포기
212: 인쇄기 213: 발포
214: 접착제 도포 215a, 215b: 합지로울러
216: 양각로울러 217: 음각로울러
218: 열쳄버 219: 팬건조

Claims

기재층 위에 발포수지층 및 인쇄층을 차례로 구성하여서 된 벽지에 있어서, 벽지 기재층이 광물합성지로 이루어진 것임을 특징으로 하는 난연벽지.
제 1 항에 있어서, 상기 광물합성지는 탄산칼슘이 주성분인 광물 15∼60중량부, 천연펄프 3∼40중량부, 폴리올레핀 수지 28∼75.3중량부, 정전기 방지제, 커프링제, 윤활제, 방염제, 제습제 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 첨가제 1.5~4중량부로 구성된 펄프-미네랄 합성지 조성물로 제조된 것임을 특징으로 하는 난연벽지.
가) 탄산칼슘이 주성분인 광물 15∼60중량부, 천연펄프 3∼40중량부, 폴리올레핀 수지 28∼75.3중량부, 정전기 방지제, 커프링제, 윤활제, 난연제, 제습제 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 첨가제 1.5~4중량부로 구성된 광물합성지 조성물을 제조하는 단계;
나) 상기 광물합성지 조성물을 사용하여 인플레이션 성형 또는 T-다이 성형 압출공정으로 광물합성지를 제조하는 단계;
다) 상기 광물합성지를 기재로 한 벽지원지에 수용성 발포조성물 및 인쇄조성물을 도포하고 건조하여 인쇄를 행하는 단계; 와
라) 상기 인쇄가 완료된 벽지원지를 열쳄버에 통과시켜 발포를 행하고, 이어서 엠보싱로울러를 통과시켜 엠보싱 행하는 단계; 로 구성됨을 특징으로 하는 수성타입 난연벽지의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 발포조성물 중에는 무늬 부여용 수지로 초산비닐계, 아크릴계, 우레탄계, 폴리올레핀계 중에서 선택된 하나의 수용성 에멀젼 수지 및 발포제인 염화비닐리덴 아크릴로니트릴 코폴리머를 캡슐화시킨 액화 이소부탄 또는 이소펜탄을 함유함을 특징으로 하는 수성타입 난연벽지의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 난연벽지는 상기 광물합성지를 기재로 하되, 상지 및 하지로 구분하고, 상지에는 수용성 에멀젼 수지를 포함하는 발포조성물을 도포하여 인쇄하고, 하지에는 접착제를 도포하여, 상기 상지와 하지를 합지로울러에서 합지한 후, 양각로울러와 음각로울러를 사용하여 엠보싱을 행하고, 열쳄버로 이동시켜 발포 및 엠보싱을 고정하고, 자연건조 또는 팬건조를 행하여 발포벽지를 제조함을 특징으로 하는 수성타입 난연벽지의 제조방법.