KR101361242B1 - 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 및 그 제조방법 - Google Patents

커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다양한 섬유(수지) 또는 플라스틱 제품을 만드는데 기본 재료가 되는 수지 펠릿을 제조하는데 있어서, 커피 폐기물을 효과적으로 이용하여 수지 펠릿 제조 단가를 낮출 수 있고 범용 플라스틱에 적합한 수지 펠릿 제조방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법은, 커피에서 수용성 성분과 색소 성분을 제거하여 커피 폐기물을 획득하는 단계; 상기 커피 폐기물에 함유된 수분이 2 퍼센트 이하가 되도록 커피 폐기물을 건조하는 단계; 건조된 커피 폐기물을 8 마이크론 이하로 분쇄하는 단계; 분쇄된 커피 폐기물을 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계; 및 교반 및 용융된 것을 압출기에 통과시켜 수지 펠릿을 제조하는 단계;를 포함한다.

Description

커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 및 그 제조방법{Resin Pellet Comprising Coffee Wastes And Method Thereof}
본 발명은 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 버려지는 커피 폐기물과 범용 플라스틱 수지를 이용하여 수지 펠릿을 제조하는 방법 및 이를 통해 제조된 수지 펠릿에 관한 것이다.
일반적으로, 커피는 전 세계인의 기호식품으로서 국내에 거의 전량 수입되고 있는 실정이다. 커피의 수입량 증감은 당해 연도의 경제 상황에 따라 변화가 있기는 하지만 수입은 지속적으로 이루어지고 있다. 농림부 유형별 수입통계현황을 살펴보면, 96년에는 58,200톤을 수입하였으며, 그 지출액은 1억4천만달러이다 또한, 97년에는 전년도보다 증가된 65,000톤을 수입하였으며, 지출액은 2억700만달러였다.
이러한 커피의 소비 증가추세에도 불구하고 커피의 공급이 소비에 맞추어 공급되는 이유는 상기 커피가 열대성 식물로 연중 계속하여 생산되는 농산물이므로 원료가 풍부하기 때문이다. 현재 커피의 국내 수입에 따른 지출비용은 막대하며, 커피의 은은한 향과 카페인 중독으로 인해 수입은 계속 증가추세에 있다.
그러나 비교적 고가로 수입되어 판매되고 있는 원두커피는 한번 사용 후 그대로 버려지고 있는 실정이다. 특히 원두커피의 사용 후, 재활용으로서 인정될 만한 것은 재떨이에 소량의 커피 찌꺼기(커피 폐기물)를 담아 사용되고 있는 것이 거의 전부이며, 재떨이의 사용 후에도 그대로 버려지게 되는 것이 일반적이다.
이에 따라, 버려지는 커피 폐기물은 커피고유의 향이 강해 다른 음식물 쓰레기와 혼합될 경우 상당한 악취를 발생하게 되는 것이다. 뿐만 아니라, 상기 커피의 입자가 보통 0.5 ~ 2mm 내외로 분쇄됨에 따라 커피 폐기물이 실내 및 도로상에 떨어지게 될 경우에는 청소가 매우 번거롭고 어려우며 상당히 불청결한 이미지를 제공 하는 되는 것이었다.
이렇게 버려지는 커피 폐기물을 이용하여 섬유 또는 수지를 제조하는 종래 기술로 "커피추출물 찌꺼기를 이용하여 피엘에이 섬유를 제조하는 방법"(한국공개특허공보 제10-2010-0035032호)이 있다. 이 기술에 의하면 버려지는 커피추출물 찌꺼기를 이용하여 섬유를 제조함으로써 섬유 제조 단가를 낮추고, 생분해성 섬유인 피엘에이(PLA) 섬유의 신축성을 향상시킨다.
또한, 일반적으로 PVC(Polyvinyl chloride), PVA(Polyvinyl alcohol), PET(Poly Ethylene Terephthalate), 나일론(Nylon), PBT, PC, PCB(Polychlorinated biphenyl), ABS 등과 같은 플라스틱류를 포함한 각종의 열가소성 합성수지 제품의 원료를 재생하기 위해서는, 그 원료인 동질의 폐합성수지를 성상별로 적합한 용융온도를 가하고 다시 냉각시켜 적당한 크기로 절단한 재생합성수지 펠릿(pellet)을 제조한다.
즉, 상기와 같은 범용 플라스틱을 포함하는 수지 펠릿을 제조하는데 커피 폐기물을 이용하는 기술에 대해서는 종래 기술이 개시하고 있지 않고, 상기의 종래 기술은 생분해성 섬유인 피엘에이 섬유에만 적용될 수 있는 기술이고, 일반적인 수지나 특히 플라스틱 수지의 제조 단가를 효율적으로 낮추는 방법에 대해서는 구체적으로 개시하고 있지 않은 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2010-0035032호(2010. 04. 02. 공개)
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다양한 섬유(수지) 또는 플라스틱 제품을 만드는데 기본 재료가 되는 수지 펠릿을 제조하는데 있어서, 커피 폐기물을 효과적으로 이용하여 수지 펠릿 제조 단가를 낮출 수 있고 범용 플라스틱에 적합한 수지 펠릿 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법은, 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법에 있어서, 커피에서 수용성 성분과 색소 성분을 제거하여 커피 폐기물을 획득하는 단계; 상기 커피 폐기물에 함유된 수분이 2 퍼센트 이하가 되도록 상기 커피 폐기물을 건조하는 단계; 상기 건조된 커피 폐기물을 8 마이크론 이하로 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 커피 폐기물을 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계; 및 상기 교반 및 용융된 것을 압출기에 통과시켜 수지 펠릿을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분쇄된 커피 폐기물을 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계는, 상기 분쇄된 커피 폐기물을 소정의 온도에서 반액체화 된 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소정의 온도는 상기 커피 폐기물의 무게 변환점 보다 낮은 섭씨 170도 내지 190도인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고분자 수지는 폴리프로필렌(polypropylene)수지(이하 PP수지라 한다), 아크릴로니트릴(acrylonitrile)-부타디엔(butadiene)-스티렌(styrene)(이하 ABS수지라 한다), 폴리에틸렌(polyethylene)수지 또는 폴리스티렌(polystyrene)수지를 포함하는 범용 플라스틱 수지인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압출기에 통과시켜 제조하는 수지 펠릿은, 상기 커피 폐기물을 30 퍼센트 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분쇄된 커피 폐기물을 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계는, 상기 분쇄된 커피 폐기물을 액체 상태의 고분자 수지 또는 고체 상태의 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿은, 상기 제조방법으로 제조한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 범용 플라스틱과 커피 폐기물을 효율적으로 혼합하여 수지 펠릿의 제조 단가를 낮출 수 있다.
또한, 범용 플라스틱 수지와 커피 폐기물을 적정 온도에서 혼합시켜 가열 시에 발생하는 유해 가스 발생양을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법에서 커피 폐기물의 열에 따른 무게 분석 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법에 대해 도 1을 기초로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 커피에서 수용성 성분과 색소 성분을 제거하여 커피 폐기물을 획득한다(S110). 구체적으로 섭씨 90도 이상(통상 섭씨 93도 내지 94도) 고온의 온도로 8~10 bar 의 압력으로 1분 이상 고온고압 추출을 수행하여 커피의 수용성 성분(Reducing Sugar, Crude Protein, Citric acid, Lipids 등)과 고온에서 추출되는 색소 성분을 제거한 커피 부산물(폐기물)을 획득한다.
그리고 커피 폐기물에 함유된 수분이 2 퍼센트 이하가 되도록 커피 폐기물을 건조한다(S120). 구체적으로 추출과정에서 수분이 함유된 커피 폐기물을 건조기를 이용해 건조시킨다. 건조 과정은 커피 폐기물에 함유되는 수분이 2% 이하가 되도록 한다. 이는 추후 고분자 수지와 고온 용융될 때 물성 변화가 없도록 하기 위함이다.
아래의 표 1은 식품연구소에서 원두커피에서 커피 추출 후에 남은 커피 폐기물의 성분 비율을 분석한 결과이다
탄수화물 수분 회분 조단백질 조지방
29.57% 55.52% 0.7% 7.06% 7.15%
상기 표 1에서 보듯이, 커피 폐기물의 수분 함유량은 50%가 넘는다. 이렇게 절반이 넘는 수분을 제거하기 위해 커피 폐기물을 건조시킨다.
그리고 건조된 커피 폐기물을 8 마이크론 이하로 분쇄한다(S130). 일반적으로 고분자 수지와 용융되기 위한 건조된 커피 폐기물 최대 입자의 크기는 10 마이크론 정도인데, 이보다 좀 더 미세한 입자를 갖는 것이 용융에 유리하기 때문에 건조된 커피 폐기물을 8 마이크론 이하로 분쇄한다.
그리고 분쇄된 커피 폐기물을 고분자 수지와 교반 및 용융한다(S140). 구체적으로 액체 상태의 고분자 수지와 교반 및 용융하거나, 고체 상태의 고분자 수지와 교반 및 용융하거나, 또는 고온에서 반액체화한 고분자 수지와 교반 및 용융할 수 있다.
마지막으로 교반 및 용융된 것(혼합 플라스틱 수지)을 압출기에 통과시켜 수지 펠릿을 제조한다(S150). 이렇게 제조된 수지 펠릿은 플라스틱 성형품 생산 등 다양한 분야에서 재료 또는 원료로 사용될 수 있다.
다음으로 좀 더 구체화된 수지 펠릿 제조방법에 대해 도 2 내지 도 3을 기초로 설명한다.
도 2는 좀 더 구체화 시킨 본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법에서 커피 폐기물의 열에 따른 무게 분석 그래프이다.
먼저 커피에서 수용성 성분과 색소 성분을제거하여 커피 폐기물을 획득한다(S210). 그리고 커피 폐기물에 함유된 수분이 2 퍼센트 이하가 되도록 커피 폐기물을 건조시킨다(S220). 그리고 건조된 커피 폐기물을 8 마이크론 이하로 분쇄한다(S230).
그리고 분쇄된 커피 폐기물을 섭씨 170도 내지 190도에서 반액체화 된 범용 플라스틱 수지와 교반 및 용융시킨다(S240).
여기서 범용 플라스틱 수지는 폴리프로필렌(polypropylene)수지(이하 PP수지라 한다), 아크릴로니트릴(acrylonitrile)-부타디엔(butadiene)-스티렌(styrene)수지(이하 ABS수지라 한다), 폴리에틸렌(polyethylene)수지 또는 폴리스티렌(polystyrene)수지 등을 포함한다.
상기 범용 플라스틱 수지는 성형성이 우수하고 비교적 값이 싸다는 장점이 있다. 이러한 이유로 범용 플라스틱 수지는 커피 폐기물과 균일하게 교반 및 용융될 수 있고 이를 통해 품질이 좋은 수지 펠릿을 제조할 수 있다.
특히, 분쇄된 커피 폐기물을 소정의 온도에서 반액체화한 고분자 수지와 교반 및 용융시키는데, 여기서 소정의 온도가 중요하다. 즉 상기 소정의 온도는 섭씨 170도 내지 섭씨 190도 사이가 될 수 있다.
커피 폐기물은 가해지는 온도에 따라 그 무게가 변화한다. 커피 폐기물의 무게가 변화하는 것은 소정의 온도 이상에서 커피 폐기물이 기체로 변환되기 때문이다. 여기서 소정의 온도를 무게 변환점이라고 하는데, 도 3에 도시된 커피 폐기물의 열무게분석(Thermogravinetry analysis)그래프에서 보듯이, 무게 변환점은 섭씨 200도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가해지는 온도에 따라 커피 폐기물의 무게는 줄어든다. 줄어드는 커피 폐기물의 무게는 가해지는 온도에 따라 선형적으로 변화하지는 않으나, 섭씨 200도 부근에서 무게 변화가 일어난다.
상기와 같이 건조되고 분쇄된 커피 폐기물에 무게 변환점(섭씨 200도) 이상의 온도가 가해지면 커피 폐기물의 일부는 기체(구체적으로 이산화탄소 등 유해 기체)로 변환되어 커피 폐기물 자체의 무게는 감소하게 된다. 이와 같이 커피 폐기물 소실을 방지하기 위해서 무게 변환점인 섭씨 200도 보다 낮은 소정의 온도(섭씨 170도 내지 섭씨 190도 사이)에서 커피 폐기물과 반액체화한 고분자 수지를 교반 및 용융한다.
마지막으로 교반 및 용융된 것을 압출기에 통과시켜 커피 폐기물을 30 퍼센트 이상 포함하는 수지 펠릿을 제조한다(S250). 즉, 수지 펠릿의 제조 단가를 절감할 수 있는 커피 폐기물 비율은 30 퍼센트이고, 이를 기준으로 30 퍼센트 이상의 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿을 제조함으로써 수지 펠릿의 제조 단가를 효과적으로 낮출 수 있다.
또한, 커피 폐기물은 원두커피에서 필요한 성분을 추출하고 남은 것으로써, 그 처리 과정은 매립이나 소각을 통한다. 그런데 커피 폐기물을 매립 또는 소각의 방법으로 처리하면 토양 오염 또는 대기 오염의 문제가 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 수지 펠릿 제조방법을 통하면 버려지고 환경오염의 가능성이 있는 커피 폐기물을 효율적으로 활용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (7)

  1. 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법에 있어서,
    커피에서 수용성 성분과 색소 성분을 제거하여 커피 폐기물을 획득하는 단계;
    상기 커피 폐기물에 함유된 수분이 2 퍼센트 이하가 되도록 상기 커피 폐기물을 건조하는 단계;
    상기 건조된 커피 폐기물을 8 마이크론 이하로 분쇄하는 단계;
    상기 분쇄된 커피 폐기물을 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계; 및
    상기 교반 및 용융된 것을 압출기에 통과시켜 수지 펠릿을 제조하는 단계
    ;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분쇄된 커피 폐기물을 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계는,
    상기 분쇄된 커피 폐기물을 소정의 온도에서 반액체화 된 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계인 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소정의 온도는 상기 커피 폐기물의 무게 변환점 보다 낮은 섭씨 170도 내지 190도인 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고분자 수지는,
    폴리프로필렌(polypropylene)수지(이하 PP수지라 한다), 아크릴로니트릴(acrylonitrile)-부타디엔(butadiene)-스티렌(styrene)수지(이하 ABS수지라 한다), 폴리에틸렌(polyethylene)수지 또는 폴리스티렌(polystyrene)수지를 포함하는 범용 플라스틱 수지인 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압출기에 통과시켜 제조하는 수지 펠릿은,
    상기 커피 폐기물을 30 퍼센트 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분쇄된 커피 폐기물을 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계는,
    상기 분쇄된 커피 폐기물을 액체 상태의 고분자 수지 또는 고체 상태의 고분자 수지와 교반 및 용융하는 단계인 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조한 수지 펠릿.
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