KR100545045B1 - 폐지를 이용한 생분해성 재료제 성형품 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐지를 이용한 생분해성 재료제 성형품 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, (a)폐지를 파쇄하여 물에 풀고 탈묵기를 이용하여 불순물을 제거하는 단계와 (b)상기 불순물이 제거된 폐지 중량 대비 20 내지 250%의 수분을 잔류시킨 후, 폐지중량 대비 13.3 내지 183.3%의 식물성 섬유질 소재 분말과 폐지 중량 대비 1.43 내지 50%의 기능성 첨가제 분말을 각각 첨가하여 소정 시간 동안 교반하여 배합하는 단계와 (c)상기 배합물을 소정 시간동안 반죽하는 단계와 (d)상기 반죽물을 판상 시트 형상으로 압출시키는 단계와 (e)상기 판상 시트 형상물의 외면에 소정의 코팅층을 형성하는 단계 및 (f)상기 코팅층이 형성된 판상 시트 형상물에 소정 조건으로 가온가압하여 압축 성형하여 성형품을 제조하는 단계를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 폐지의 재활용의 대안을 제시할 수 있음은 물론, 생분해성 성형품을 제조함으로써 환경오염적인 문제의 해결을 이룩할 수 있다. 또한, 입수가 용이한 원료를 활용함으로써 비용의 절감을 이룰 수 있는 장점이 있다.

압출성형, 펄프, 폐지, 밀가루, 생분해성, 성형품

Description

폐지를 이용한 생분해성 재료제 성형품 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING NATURAL BIODEGRADABLE GOODS USING USELESS PAPER}

도 1은 본 발명에 따른 생분해성 재료제 성형품 제조 방법을 설명하기 위한 제조공정 흐름도이다.

본 발명은 폐지를 이용한 생분해성 재료제 성형품 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환경친화적인 생분해성 소재의 분말을 이용하여 간편하게 압출성형함으로써 일회용 또는 사용 용도에 맞는 기능을 구현할 수 있는 생분해성 재료제 성형품 제조 방법에 관한 것이다.

종래에 가장 범용적으로 사용되고 있는 것은 플라스틱 소재를 이용한 용기들이 주를 이루고 있다. 이러한 플라스틱 소재는 현대인의 풍요로운 일상생활과 산업발달에 큰 공헌을 해온 반면 대량으로 발생되는 각종 폐비닐, 스티로폼, 플라스틱 용기 등의 소각이나 매립에 따른 환경호르몬의 누출, 맹독성 다이옥신 검출, 폐기물의 불완전 연소에 의한 대기오염 등의 발생으로 인한 다양한 환경 오염원으로 등장하고 있음은 부인할 수 없는 사실이다.

따라서, 이러한 플라스틱 소재가 갖는 문제점을 해결하기 위해 그 사용에 있어서는 플라스틱과 같은 용이성이 담보됨고 아울러 사용후에는 토양 중의 미생물에 의해 썩는 환경 친화적이고 무해한 플라틱인 생분해성 플라스틱의 실용화 및 그 사용의 의무화가 각국에서 진행되고 있다. 생분해성 플라스틱이란 성형품, 포장제, 위생용품, 농업용품 등으로 사용한 플라스틱을 폐기시에 소각처리하지 않고 단순히 매립함으로써 미생물의 작용에 의해 수개월 내지 수년 내에 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전 분해 또는 붕괴되는 소재를 말하는 것이다.

현재 개발된 생분해성 수지는 무독성 천연물질인 전분 등을 범용플라스틱 또는 개발된 생분해성 플라스틱에 혼합하여 제조하는 전분계 생분해성 플라스틱과 젖산 또는 락타이드로부터 화학적 촉매 효소에 의한 고리열림반응을 통해 합성된 폴리렉타이드, 입실론-카프로락톤 및 기타 디울디액시드계열의 지방족 폴리에스테르계 생분해성 플라스틱으로 나뉜다. 후자의 생분해성 수지는 품질은 우수하지만, 가격이 높은 것이 결점이며, 전자의 전분을 이용한 생분해성 수지는 가격은 저렴하지만 품질 특히 강도가 약한 단점이 있다. 양자의 장점, 즉 저가격 고품질의 생분해성 소재의 개발은 아직도 연구단계에 있다 할 것이다.

이러한 생분해성 소재 개발에 대한 산업계의 연구 노력이 지속되고 있으며, 그 결과로 한국특허출원 제94-8523호에서는 '폴리비닐아세테이트에 펄프분말, 곡물류분말, 톱밥분말, 천연솜, 왕겨분말, 밀짚분말, 보리짚 분말 등과 발포제를 첨가, 혼합하여 압축성형하는 방법'이 소개되었으며, 한국특허출원 제94-2061호에서는 '펄프 또는 합성수지로 만들어진 일회용 용기에 키틴, 키토산 또는 이들의 유도체를 첨가하는 방법'이 소개되었으며, 일본특허공개평 제8-157645호에서는 '전분에 기포 조정제로 폴리비닐알코올과 탄산칼슘, 보조첨가제로 식물성유지 등을 혼합하여 제조하는 방법'이 소개된 바 있다. 최근에 국내의 한 기업체에 특허출원한 한국특허출원 제98-32954호에서는 '천연고분자인 전분유도체에 화학적 변성을 통해 생분해성 일회용 용기 제조 방법 및 그 조성물'에 관한 기술 내용을 소개한 바 있다.

그러나, 현재까지 개발된 생분해성 소재를 개발하기 위한 많은 노력들이 갖는 공통적인 문제점은 그 제조 공정이 매우 복잡하고 그 조절 과정이 까다로와 실제 산업계에 응용함에 있어서는 실용성이 낮다는 점에 있으며, 이러한 문제로 인해 실제 생분해성 소재의 제조 단가의 상승 요인이 되고 있는 점을 들 수 있다.

특히, 거의 무한적으로 배출되고 있는 종이 쓰레기의 경우에는 일부의 경우에는 회수되어 재활용용지 등으로 활용되고 있지만, 새로운 재활용방법이 모색되지 않고서는 환경오염의 문제는 물론 자원의 고갈이라는 문제점을 해결할 수 없을 것이다. 따라서, 본 발명은 자원의 재활용이라는 관점과 환경오염의 방지라는 두 가지의 기본 과제와 경비의 절감이라는 부수적인 목적을 달성하기 위한 노력에서 안출된 것이라 할 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 범용 플라스틱을 대체할 수 있는 생분해성 소재를 개발하면서, 특히 폐지로 방치되어 환경오염원으로 등장하고 있는 식물성 소재인 폐지의 재활용과 아울러 저비용 고품질의 용기 등을 제조하기 위한 종래의 기술이 갖는 문제점을 해결하고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제 를 달성할 수 있는 생분해성 재료 조성물과 이를 이용한 생분해성 재료제 성형품 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 폐지를 이용한 생분해성 재료제 성형품 제조 방법은, 먼저, (a)폐지를 파쇄하여 물에 풀고 탈묵기를 이용하여 불순물을 제거하는 단계와 (b)상기 불순물이 제거된 폐지 중량 대비 20 내지 250%의 수분을 잔류시킨 후, 폐지중량 대비 13.3 내지 183.3%의 식물성 섬유질 소재 분말과 폐지 중량 대비 1.43 내지 50%의 기능성 첨가제 분말을 각각 첨가하여 소정 시간 동안 교반하여 배합하는 단계와 (c)상기 배합물을 소정 시간동안 반죽하는 단계와 (d)상기 반죽물을 판상 시트 형상으로 압출시키는 단계와 (e)상기 판상 시트 형상물의 외면에 소정의 코팅층을 형성하는 단계 및 (f)상기 코팅처리된 판상 시트 형상물에 소정 조건으로 가온 가압하여 성형품을 제조하는 단계를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 식물성 생분해성 결합제 분말 및 기능성 첨가제 분말의 각각의 입경은 10 내지 300메쉬(mesh)의 크기인 것이 바람직하며, 상기 식물성 생분해성 결합제 분말은 밀가루, 찹쌀가루, 쌀가루, 보리가루, 전분 및 식물성 수지 중 선택된 어느 하나이면 바람직하다. 한편, 상기 기능성 첨가제 분말은, 석분, 황토분, 시멘트분, 비료분, 살충제, 살균제, 방부제, 표백제, 탄산칼슘, 이산화티탄 및 멜라민 중 선택된 하나 이상의 성분을 포함하면 바람직하다.

그리고, 상기 (f)단계의 경과 후 제조된 압축 성형품을 급속공랭하면 성형품 의 보존과 취급에 바람직하며, 상기 (f)단계의 압출성형과정은, 100 내지 200℃의 가온조건과 10 내지 210㎏/㎠의 가압조건을 진행하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어지지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 생분해성 재료제 성형품 제조 방법을 설명하기 위한 제조공정 흐름도이다.

도시된 바에 따르면, 먼저 폐지(10)를 수합한 후, 이를 일정한 크기 이하로 잘게 분쇄한 후, 그 폐지 분쇄물을 과량의 물에 침지시키고, 폐지에 충분한 수분침투가 이루어진 후, 이를 휘저어 폐지 내에 첨가되어 있는 각종 인쇄잉크, 방부제 등의 각종 불순물을 폐지 펄프로부터 분리시킨다(S11). 이때, 사용하는 기기로는 통상 '탈묵기'라고 지칭되는 기계를 이용하는데, 그 원리는 매우 간단하다. 즉 이미 설명한 바와 같이 과량의 물을 저장하고 있는 탱크 내에 폐지의 조각 들을 투입한 후, 휘젓기 막대를 이용하거나 별도의 구동수단을 갖는 프로펠러의 회전력에 의해 상당 시간 동안 저어 주는 동작이 수행되도록 하는 기기이다. 이러한 과정에서 폐지 내에 포함되어 있던 각종 인쇄잉크나 각종 불순물들이 분리 추출시키면 폐지의 주성분인 펄프재가 죽과 같은 형태를 갖게된다.

이상과 같은 전처리 과정을 진행한 죽 상태의 폐지의 적량의 수분, 예컨대 폐지 중량 대비 20 내지 250%, 바람직하게는 80%정도의 수분이 잔류되도록 조절한 후, 별개의 과정으로 분말상으로 준비된 식물성 생분해성 결합제 분말(20), 예컨대 밀가루, 찹쌀가루, 쌀가루, 보리가루, 전분 및 식물성 수지 중에서 선택된 하나 이상, 바람직하게는 밀가루를 폐지 중량 대비 13.3 내지 183.3%, 바람직하게는 100%정도와, 기능성 첨가제 분말(30), 예컨대 석분, 황토분, 시멘트분, 비료분, 살충제분, 살균제분, 방부제분, 표백제분, 탄산칼슘분, 이산화티탄분(지당) 및 멜라민분 중 선택된 하나 이상의 분말 성분, 바람직하게는 석분과 탄산칼슘분 및 이산화티탄분말을 상기 폐지 중량 대비 1.43 내지 50%, 바람직하게는 30%정도 상기 준비된 폐지 펄프죽에 각각 투입한다. 이때, 상기 폐지 펄프죽 내에 최종 산품에 특정한 색상을 연출하기 위해서 통상 사용되고 있는 종래의 안료 중에서 적정한 안료를 더 첨가할 수도 있다. 이때, 상기 식물성 생분해성 결합제 분말(20) 및 기능성 첨가제 분말(30)의 각각의 입경은 10 내지 300메쉬(mesh)의 크기인 것이 바람직하다.

한편, 내수성, 내마모성, 내화학성, 내구성 등의 고기능성을 최종 산품인 성형품에 부가하기 위한 목적으로 불소계 고분자 화합물을 더 첨가할 수도 있다.

상기와 같은 죽 상의 혼합물의 각 성분들이 균일하게 배합될 수 있도록 교반기 등을 활용하여 배합하는 과정을 진행하고(S12), 상기 첨가된 각각의 분말에 수분이 충분히 함습되도록 하며, 폐지 펄프 내의 섬유소 및 결합제의 호화현상에 의한 결합력을 향상시키기 위해 롤러기나 리더기와 같은 반죽기를 이용하여 소정의 점성이 확보될 수 있도록 20 내지 30분, 바람직하게는 25분 정도의 시간 동안 반죽 한다(S13). 한편, 이러한 반죽시간은 첨가된 물의 양이나 반죽물의 점성도 또는 그 구성물의 분산도에 따라 다소 신축적으로 진행할 수 있음은 자명하다.

이후, 소정의 점성도가 확보된 반죽물을 콘베이어시스템을 이용한 이송과정을 거친후 롤러와 같은 밀대를 활용하여 판상 시트로 제작하는 과정을 진행한다(S14). 상기 판상시트는 0.1 내지 0.5밀리미터, 바람직하게는 0.3밀리미터정도로 제작되는 것이 바람직하며, 최종 완제품인 용기의 사용 용도에 따라 상기 판상시트의 두께는 조절하여 제조할 수 있으며, 특히 고강도 및 일정 두께 이상의 최종 산품을 제조하기 위해서는 판상시트를 복층으로 겹쳐서 다음의 성형과정을 진행하면 충분하다.

상기의 판상시트가 완성되면, 최종 산품의 용도에 따라 광택이나 수분 침투의 방지 등을 위해 소정의 코팅제를 그 외면에 도포하는 것이 바람직하다(S15). 제조 공정상 이전 어느 단계에서도 코팅제를 투입할 수도 있으나, 코팅제의 과투입을 방지하고 경제적 이점을 확보하기 위해 상기와 같이 판상시트가 완성된 이후에 진행하는 것이 바람직하다. 한편, 판상시트가 완성된 이후에 그 내부에 과량으로 함습되어 있는 수분량을 제거하기 위한 건조과정을 진행하기도 한다.

상기 판상시트를 콘베이어 시스템에 의해 수평적으로 이동시키면서, 소정 형상으로 미리 제작되어 있으며, 소정 온도로, 예컨대 120 내지 150℃, 바람직하게는 130℃ 정도로 예열되어 있는 암수금형기 내로 안착시킨 후, 상하 가해지는 압력과 부가적인 가온조건하에서 압출성형이 이루어지도록 한다(S16). 한편, 압출성형이 이루어지는 과정에서의 가온조건은 100 내지 200℃, 바람직하게는 150℃ 정도를 유 지하며, 상기 상하 암수 금형에 의해 판상시트에 가해지는 가압조건은 50 내지 250㎏/㎠, 바람직하게는 150㎏/㎠ 정도가 유지되도록 한다.

만일, 이상의 가온조건과 가압조건 범위 내에 미치지 못하거나 이를 초과하는 가온 가압이 이루어지는 경우에는 최종 성형품이 고온고압에 의해 변색되거나 파쇄될 수 있으며, 저온저압에 의해서는 충분한 형태의 성형품이 산출되지 못하거나 이후 용기로서 사용하고자 하는 경우 충분한 강도를 발현하지 못하므로, 성형조건 유지에 각별한 주의가 요망된다.

상기 압출성형이 완료되어 성형기로부터 배출되면 일차적으로 생분해성 성형품 용기가 완성된다(S17). 이후, 상기 배출된 성형품은, 자연냉각방식에 의해 음건할 수도 있으나, 외부의 온도나 습도의 영향을 덜 받도록 하기 위해 에어 분사식으로 급속 공랭하면 성형품의 최종 형태의 변형을 최소화할 수 있으며, 이후 성형품에 대한 포장, 운반 등을 진행하기에 용이할 수 있으므로 별도의 급속공랭방식을 채택하는 것도 바람직하다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 폐지의 재활용의 대안을 제시할 수 있음은 물론, 생분해성 성형품을 제조함으로써 환경오염적인 문제의 해결을 이룩할 수 있다. 또한, 입 수가 용이한 원료를 활용함으로써 비용의 절감을 이룰 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

1. (a)폐지를 파쇄하여 물에 풀고 탈묵기를 이용하여 폐지에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 단계;

   (b)상기 불순물이 제거된 폐지 중량 대비 20 내지 250%의 수분을 잔류시킨 후, 폐지중량 대비 13.3 내지 183.3%의 식물성 생분해성 결합제 분말과 폐지 중량 대비 1.43 내지 50%의 기능성 첨가제 분말을 각각 첨가하여 소정 시간 동안 교반하여 배합하는 단계;

   (c)상기 배합물을 소정 시간 동안 반죽하는 단계;

   (d)상기 반죽물을 판상 시트 형상으로 압출시키는 단계;

   (e)상기 판상 시트 형상물의 외면에 소정의 코팅제를 형성하는 단계; 및

   (f)상기 코팅층이 형성된 판상 시트 형상물에 소정 조건으로 가온가압하여 압축 성형품을 제조하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 생분해성 재료제 성형품 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (b)단계의 상기 식물성 생분해성 결합제 분말 및 기능성 첨가제 분말의 각각의 입경은 10 내지 300메쉬(mesh)의 크기인 것을 특징으로 하는 생분해성 재료제 성형품 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 (b)단계의 식물성 생분해성 결합제 분말은, 밀가루, 찹쌀가루, 쌀가루, 보리가루, 전분 및 식물성 수지 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 생분해성 재료제 성형품 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 기능성 첨가제 분말은, 석분, 황토분, 시멘트분, 비료분, 살충제분, 살균제분, 방부제분, 표백제분, 탄산칼슘분, 이산화티탄분 및 멜라민분 중 선택된 하나 이상의 분말 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 재료제 성형품 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 (f)단계의 경과 후 제조된 압축 성형품을 급속공랭하는 것을 특징으로 하는 생분해성 재료제 성형품 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 (e)단계의 코팅제는 불소를 함유하는 고분자 화합물인 것을 특징으로 하는 생분해성 제료제 성형품 제조 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 (f)단계의 가온가압의 조건은, 100 내지 200℃의 가온조건과 10 내지 210㎏/㎠의 가압조건인 것을 특징으로 하는 생분해성 재료제 성형품 제조 방법.

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