목재 플라스틱 복합재(WPC)란 무엇인가요?
목재 플라스틱 복합재(WPC)란 무엇인가요?
  • 김오윤 기자
  • 승인 2016.09.13 13:38
  • 댓글 0
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연재 | 목재 100문 100답 82 - 글·사진 = 한국임업진흥원 시험평가실

[나무신문 | 한국임업진흥원 시험평가실] 목재는 높은 강도와 자연친화적인 재료로서 옛날부터 건축 자재를 비롯한 다양한 시장에서 사용되어 왔다. 그러나 원하는 형태로 변형이 가능한 플라스틱이 목재보다 더 큰 비중을 차지하기 시작했다. 플라스틱 재료는 뛰어난 성형성, 생산성, 균일한 품질 등으로 발전해왔지만 원료 비용과 강도 부족이 단점이었다.

서로의 단점을 보완하여 나무와 플라스틱이 만나 오늘날의 목재 플라스틱 복합재(Wood Plastic Composite, 이하 ‘WPC’)가 탄생하게 되었다. 오늘날에는 플라스틱에 소량의 목질계 충전재료(필러; fillers)를 포함한 것부터 거의 같은 양의 혼합재료, 더 나아가서는 높은 비율의 목질을 함유한 재료까지 광범위한 WPC가 생산되고 있다.

▲ 목재 플라스틱 복합재(WPC).

목재 플라스틱 복합재(WPC)의 제조 원료는 무엇인가요?

먼저, WPC 제조에 필요한 원료로 목질계 재료가 있다. 목질재료에는 목재를 잘게 분세한 목분(wood flour)을 널리 사용하고 있다. 목분의 입자 크기는 20~120mesh의 범위이고, 목분의 길이 대 직경의 비율은 3:1~5:1 정도다.

플라스틱 원료는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리염화비닐(PVC)을 널리 사용한다. 목재 플라스틱 복합재 제조회사에 따라서 순수한 플라스틱, 재활용 플라스틱 또는 두 플라스틱을 조합하기도 한다.

마지막으로 제품 성능과 가공성에 영향을 주는 첨가제가 있다. 목재 플라스틱 복합재 압출공정에서 첨가제는 불량품 생산율을 감소시키고 표면을 매끄럽게 하며 생산공정의 속도를 유지하는데 필수적이다. 널리 사용되는 첨가제 종류로는 상용화제, 항산화제, 자외선 안정제, 난연제, 윤활제 등이 있다. 

▲ 목재 플라스틱 복합재(WPC) 원료와 목분. (사진출처 = 산림청)

이렇게 목분, 플라스틱, 첨가제를 넣은 것을 균일하게 혼합하여 압출성형(플라스틱을 압출기 모양에 따라 연속적으로 성형하는 방법) 또는 사출성형(재료를 녹여 원하는 제품으로 성형하여 만드는 제조방법)을 통해 제품화하게 되면 WPC가 완성된다.

- 상용화제 : 목분은 물을 좋아하는 친수성이고 플라스틱은 반대로 소수성이므로 두 물질을 결합하고자 할 때 결합력이 약하기 때문에 플라스틱과 목분과의 결합력을 개선시키기 위해 사용한다. 

- 난연제 : 목재와 플라스틱이 고온에서 연소하므로 난연제를 처리하고 난연성능을 높힌다.

- 윤활제 : 높은 온도에서 WPC 가공 중에 목분의 흩어짐을 높이기 위해 사용한다.

- 항산화제 및 자외선 안정제 : 산소의 접근을 차단하고 자외선을 차단해서 WPC의 기계적 성질 저하나 변색을 방지한다.

▲ 데크로 사용된 목재플라스틱 복합재(WPC). 사진출처 = 산림청

목재 플라스틱 복합재(WPC)는 어디에 사용되나요?

건축재 산업에서는 데크재, 합성수지 창호재, 울타리, 외벽재, 가드레일, 및 지붕판재 등으로 WPC가 사용되고 자동차 산업부문에도 널리 쓰이고 있다.

- 데크 : 건축재료 산업에서 WPC의 시장은 데크가 주도하고 있다. 상대비용에서 가격이 비싸지만 사용기간이 길고 유지보수비가 적어 경제적이며 뒤틀림방지, 내충성, 내구성 및 미적 아름다움이 우수한 장점이 있다.

- 창호재 : 창호재로 쓰이는 WPC는 다양한 문양과 양식으로 제조되고 소규모 시장이지만 강하고 단단하며 가격적인 면에서 유리하여 다른 재료에 비해 인기가 높다. 

▲ 철도침목으로 사용된 목재플라스틱 복합재. 사진출처 = 산림청

- 울타리 : 대부분 목재가 많이 이용되고 있으나, WPC 가격이 비싸지만 페인트칠을 하지 않아도 되며 긁힘에 매우 강하기 때문에 펜스 시장에서 점유율을 높이고 있다. 

- 외장용자재 : 수직 또는 수평으로 사용이 가능하고 미적 장점을 가지고 있는 WPC 사용이 증가하고 있다. 유지비는 적고 치수안정성과 내구성을 가진 WPC가 점토나 콘크리트에 비해 가볍기 때문이다.

- 철도 : 기존 목재침목은 크레오소트라는 유액으로 처리해 사용했으나  심각한 환경문제와 폐기문제, 비용문제가 발생하여 WPC를 이용한 철도침목을 사용하고 있는 추세다. 미국 철도의 경우 약 7억 개의 철도침목의 2%를 매년 WPC 침목으로 대체하고 있다.

- 자동차산업 : 차체의 중량감소로 인한 연료소비를 줄이기 위해 WPC 경량화에 따라 자동차의 헤드라이너, 리어쉘프, 스페이타이어 커버 및 트럭바닥에 이용하고 있다.

▲ 자동차에 사용된 목재플라스틱 복합재. 사진출처 = 산림청

참고문헌                        
국립산림과학원. 2008. 목재·플라스틱 복합재. 국립산림과학원 산림과학속보 08-06호
국립산림과학원. 2012. 목재·플라스틱 복합재. 국립산림과학원 연구자료 제467호

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