KR101711008B1 - 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법 - Google Patents

원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법에 관한 것으로, 백토, 원두커피 찌꺼기, 옻 및 물을 반죽하여 반죽물을 만드는 단계(단계 1); 상기 반죽물을 성형하여 성형체를 만드는 단계(단계 2); 및 상기 성형체를 소성하여 항균 다공성 세라믹을 제조하는 단계(단계 3); 를 포함하여 제조하는 것을 기술적 특징으로 하며, 소성시 원두커피 찌꺼기가 타서 생긴 기공에 옻이 위치하고 있어 시간이 경과하여도 옻이 항균 다공성 세라믹으로부터 분리되지 않으며, 원두커피 찌꺼기를 연소시키는 연소 단계가 별도로 필요하지 않아 제조공정을 단순화시킬 수 있는 장점이 있고, 도자기, 찻잔, 커피필터 등 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 가습기, 수필터, 제습기, 탈취제 대용으로도 사용될 수 있다.

Description

원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법{Manufacturing Method of Antimicrobial Porous Ceramic using Coffee Grounds}
본 발명은 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시간이 경과하여도 항균 다공성 세라믹의 표면으로부터 옻이 분리되지 않으며, 원두커피 찌꺼기를 연소시키는 연소 단계가 별도로 필요하지 않아 제조공정을 단순화시킬 수 있는, 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법에 관한 것이다.
옻나무(Rhus verniciflua)는 쌍떡잎식물 이판화군 무환자나무목 옻나무과의 낙엽교목으로 중앙아시아 고원지대 및 히말라야 지방이 원산지이며, 현재 전 세계적으로 열대지방을 중심으로 한 아열대 지방과 온대지방에 널리 분포하고 있고, 한국, 일본 및 중국 등의 동남아시아 지역에서 주로 칠액을 얻기 위하여 재배되고 있다. 우리나라에서는 몸보신용 또는 약용으로 옻나무를 옻닭, 옻오리 등에도 이용하여 왔다. 나무껍질에 상처를 냈을 때 나오는 진을 옻이라고 하며 공업용·약용으로 사용한다. 옻나무는 정식한 후 4년째부터 10년째까지 수액인 옻을 채취한다. 채취방법에는 옻나무 줄기 외피에 상처를 수평으로 내면 수액이 흘러나오는데, 이것을 채취한 것을 생옻이라 하며 이것을 건조시켜 굳은 것을 마른옻이라고 한다. 옻을 채취하는 데는 상처를 적게 주어 나무가 죽지 않게 매년 조금씩 채취하는 경우와 상처를 많이 내어 최대한으로 옻을 채취하고 나무가 죽으면 베어버리는 방법이 있다. 7~10월에 옻나무에 V자형으로 상처를 내어 이 V자형 상처의 기부에서 아래쪽으로 수액 수취용기에 연결시켜 수액을 받아낸다. 보통 10년생 나무에서 250g 정도의 옻을 채취할 수 있다.
약리학적으로 사용하기 위한 옻은 따뜻한 성질을 지니며 맵고 시고 쓴맛이 있으며 약간의 독이 있다. 어혈을 푸는 효과가 있어 외상이나 타박상으로 근육이나 골격에 상처를 입어 멍이 든 것이 빨리 회복이 되며 월경이 중단된 것을 낫게 한다. 통경, 진해 등에 사용되기도 하며 복통과 변비 등에도 효과가 있고 소장을 튼튼하게 해주며 회충을 없애는 데 쓰이기도 한다. 추운 곳에서 오래 생활하거나 갑작스런 환경 변화로 찬 곳에 오래 머물러 팔과 다리에 통증이 오는 경우에도 옻나무를 다려 먹으면 통증이 가라앉고 마비가 풀어진다.
최근 연구에서는 옻이 뛰어난 항암효과를 갖는 것으로 밝혀졌다. 우루시올을 3~4ppm 농도로 실험한 결과 인체 암세포주에 대해 암세포를 죽이는 탁월한 항암활성 능력이 나타났다. 또한 우루시올을 분석해 MU2 성분을 추출하였는데 이 성분이 특히 항암효과가 뛰어나며 이 성분은 옻나무를 열처리해 얻은 화칠(火漆)에서 추출하였기에 옻의 알레르기 현상과는 무관한 안전한 복합물질임을 확인할 수 있었다.이 물질은 기존의 항암제인 테트라플라틴 보다 동물의 혈액암세포, 인체 폐암세포와 위암세포의 생장을 억제하는 효과가 훨씬 우수한 것으로 연구되었다. 또한 이 MU2에는 항산화기능과 숙취해소 기능도 있다고 밝혀졌다.
옻액은 우루시올(urushiol), 수분, 고무질, 라케이즈, 함질소물질 등으로 이루어져 있으며 주성분은 우루시올이다. 옻액은 처음에는 무색투명하나 공기에 접촉하면 산화효소의 작용으로 검게 변하여 통상적으로 알고 있는 어두운 색상의 옻이 된다. 우루시올은 경도가 높고 아름다운 광택을 가진다. 우루시올은 옻액 중 70% 가량을 차지하며, C15-알킬 또는 알케닐 그룹을 가지고 있는 3-치환된 카테콜들의 복합체이고, 그 주성분은 이중 결합수가 3개인 3-(8'Z, 11'E, 13'Z-펜타데카트리에닐)카테콜(3-(8'Z, 11'E, 13'Zpentadecatrienyl)catechol)이다. 지금까지 C15 측쇄에 이중 결합수가 0, 1, 2 또는 3개인 3-치환된 알킬카테콜 13개 성분이 밝혀져 있고,우루시올은 이들 단량체(monomer)와 라케이즈에 의해 단량체가 자연 중합된 형태인 중합체(polymer)들이 혼합되어 있다.
뛰어난 항균성을 가지고 있는 옻을 도자기에 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
대한민국등록특허공보 제10-0922220호(2009.10.20.)에는 성형된 기물을 초벌소성과 재벌소성하여 자기질 또는 반자기질화시키는 단계, 상기 자기질화 또는 반자기질화된 기물의 표면으로 정재한 생옻을 도포 후 건조시킨 후 저온소성하는 단계, 자개문양을 기물의 표면에 부착하는 단계, 자개가 부착된 도자기 표면에 상칠을 반복칠하여 건조하여 완성하는 단계, 상기 상칠된 기물의 자개문양 표면을 사포로 문질러 기물의 표면으로 자개문양이 표출되는 단계를 포함하는 옻칠을 이용한 도자기로 된 차도구의 제조방법이 개시되어 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1094718호(2011.12.16.)에는 반죽된 소지로 도자기를 성형하는 성형단계, 상기 성형된 도자기를 가열하는 초벌단계, 상기 초벌이 이루어진 도자기를 불투명 유약에 침지시키는 시유단계, 상기 시유가 이루어진 도자기를 가열하는 재벌단계, 상기 재벌이 이루어진 도자기 표면에 옻칠을 실시하는 옻칠단계, 상기 옻칠이 이루어진 도자기를 가열하는 열처리 단계를 포함하는 불투명 유약을 이용한 옻칠 도자기 제조방법이 개시되어 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1347488호(2014.01.03.)에는 내열토를 반죽하는 단계, 상기 반죽으로 도자기를 성형하는 단계, 상기 성형된 도자기를 초벌하는 단계, 상기 초벌된 도자기를 재벌하는 단계, 상기 재벌된 도자기를 옻칠하는 단계, 상기 옻칠된 도자기를 소결시키는 단계, 상기 소결된 도자기를 습식 건조한느 단계를 포함하는 직화내열용 친환경 옻 도자기의 제조방법이 개시되어 있다.
상기 옻 도자기는 옻을 포함하여 항균성 및 방부성이 우수한 장점이 있지만, 옻칠의 부착력이 낮아 옻칠이 벗겨지는 문제가 있다.
대한민국공개특허공보 제10-2015-0131665호(2015.11.25.)에는 기공 형성재와 점토질이 혼합되어 형성되는 소지를 준비하는 소지 준비 단계, 상기 소지를 성형하여 성형체를 제조하는 성형 단계, 상기 성형체를 가열하여 기공 형성재를 연소시키는 연소 단계, 상기 성형체를 소성하여 자기 본체를 제조하는 소성 단계, 상기 자기 본체의 표면에 옻칠액을 칠하여 옻칠층을 형성하는 옻칠 단계, 상기 자기 본체를 건조하여 자기를 제조하는 건조 단계를 포함하는 옻칠을 이용한 자기 제조방법이 개시되어 있다.
상기 옻칠을 이용한 자기는 표면에 다수의 기공을 포함하고 있으므로 칠해지는 옻칠액의 일부가 기공으로 흡수되면서 옻칠층과의 부착력이 증가되는 장점이 있지만, 표면에 칠해진 옻칠이 일정 시간이 지난 후에 벗겨지는 문제가 있다. 또한, 기공 형성재를 연소시키는 연소 단계가 필요하므로 제조공정이 복잡해지는 문제가 있다.
KR 10-0922220 B1 2009.10.20. KR 10-1094718 B1 2011.12.16. KR 10-1347488 B1 2014.01.03. KR 10-2015-0131665 A 2015.11.25.
본 발명의 목적은, 시간이 경과하여도 항균 다공성 세라믹의 표면으로부터 옻이 분리되지 않으며, 원두커피 찌꺼기를 연소시키는 연소 단계가 별도로 필요하지 않아 제조공정을 단순화시킬 수 있는, 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
본 발명은 백토, 원두커피 찌꺼기, 옻 및 물을 반죽하여 반죽물을 만드는 단계(단계 1); 상기 반죽물을 성형하여 성형체를 만드는 단계(단계 2); 및 상기 성형체를 소성하여 항균 다공성 세라믹을 제조하는 단계(단계 3); 를 포함하는 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 1은 백토 100중량부에 대하여 원두커피 찌꺼기 30~40중량부, 옻 5~10중량부 및 물 45~60중량부를 반죽한다.
상기 원두커피 찌꺼기는 수분율이 10% 이하가 되도록 건조한 후, 1~1000㎛의 크기로 분쇄한다.
상기 단계 1에서 백토 100중량부에 해교제 1~2중량부를 추가적으로 포함한다.
상기 단계 2 이후에 상기 성형체를 24~36시간 동안 자연건조하는 단계가 추가된다.
상기 단계 3은 상기 성형체를 1,000~1,100℃에서 10~15시간 동안 소성한다.
본 발명에 따른 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법은, 소성시 원두커피 찌꺼기가 타서 생긴 기공에 옻이 위치하고 있어 시간이 경과하여도 옻이 항균 다공성 세라믹으로부터 분리되지 않으며, 원두커피 찌꺼기를 연소시키는 연소 단계가 별도로 필요하지 않아 제조공정을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹은 도자기, 찻잔, 커피필터 등 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 가습기, 수필터, 제습기, 탈취제 대용으로도 사용될 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 제조한 항균 다공성 세라믹 사진이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 항균 다공성 세라믹의 파단면을 400배 확대한 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법은,
백토, 원두커피 찌꺼기, 옻 및 물을 반죽하여 반죽물을 만드는 단계(단계 1);
상기 반죽물을 성형하여 성형체를 만드는 단계(단계 2); 및
상기 성형체를 소성하여 항균 다공성 세라믹을 제조하는 단계(단계 3);
를 포함한다.
상기 단계 1은 백토 100중량부에 대하여 원두커피 찌꺼기 30~40중량부, 옻 5~10중량부 및 물 45~60중량부를 반죽하여 반죽물을 만드는 것이 바람직하다.
상기 원두커피 찌꺼기는 항균 다공성 세라믹에 기공을 형성하기 위해 포함된다. 상기 백토 100중량부에 대하여 상기 원두커피 찌꺼기가 30중량부 미만 포함되면 항균 다공성 세라믹에 기공이 충분히 형성되지 못하는 문제가 있고, 40중량부 초과 포함되면 항균 다공성 세라믹의 강도가 약해지는 문제가 있다.
상기 원두커피 찌꺼기는 연간 27만톤 정도 발생하며, 처리비용이 연간 130억원 정도 소요된다.
상기 원두커피 찌꺼기는 수분율이 10% 이하가 되도록 건조한 후, 1~1000㎛의 크기로 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 원두커피 찌꺼기의 수분율이 10% 초과이면 보관시 곰팡이가 발생하거나 변질이 되는 문제가 있다.
상기 원두커피 찌꺼기의 크기가 1㎛ 미만이면 항균 다공성 세라믹에 형성되는 기공의 크기가 너무 적어 옻이 기공으로 유입되기 어려운 문제가 있고, 1000㎛ 초과이면 항균 다공성 세라믹의 강도가 약해지는 문제가 있다.
상기 옻은 생옻을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 백토 100중량부에 대하여 상기 옻이 5중량부 미만이면 항균성이 미흡해지는 문제가 있으며, 10중량부 초과되면 부착력이 약해질 수 있다.
본 발명은 소성시 원두커피 찌꺼기가 타서 생긴 기공에 옻이 위치하고 있어 시간이 경과하여도 옻이 항균 다공성 세라믹으로부터 분리되지 않는 것이 특징이다.
상기 백토 100중량부에 물이 45~60중량부 포함되는 것이 바람직하며, 물이 상기 범위 밖으로 포함되면 성형이 잘 되지 않는 문제가 있다.
상기 단계 1에서 백토 100중량부에 해교제 1~2중량부를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 해교제는 도자기용 분산재의 역할을 하며, 점토입자의 분산효과가 탁월한 세라스퍼스(cerasprese)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 단계 2 이후에 상기 성형체를 24~36시간 동안 자연건조하는 단계가 추가될 수 있다. 상기 성형체를 24시간 미만 건조하면 가마에서 수분이 폭발하는 문제가 있으며, 36시간 초과 건조하면 기물이 갈라지는 문제가 있다.
상기 단계 3은 상기 성형체를 1,000~1,100℃에서 10~15시간 동안 소성하는 것이 바람직하다.
상기 성형체를 1,000℃ 미만의 온도에서 소성하면 충분히 소성되지 않아 강도가 저하되는 문제가 있으며, 1,100℃ 초과의 온도에서 성형체가 용융되면서 표면에 형성되는 기공을 소멸시키는 문제가 있다.
상기 성형체를 10시간 미만 소성하면 균열이 발생할 수 있으며, 15시간 초과하여 소성하면 생산성이 떨어지는 단점이 있다.
상기 단계 3 이후에 상기 항균 다공성 세라믹을 냉각 후 고압세척 및 건조하는 단계가 추가될 수 있다.
본 발명에 따른 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법은, 소성시 원두커피 찌꺼기가 타서 생긴 기공에 옻이 위치하고 있어 시간이 경과하여도 옻이 항균 다공성 세라믹으로부터 분리되지 않으며, 원두커피 찌꺼기를 연소시키는 연소 단계가 별도로 필요하지 않아 제조공정을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법으로 제조된 원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹은 도자기, 찻잔, 커피필터 등 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 가습기, 수필터, 제습기, 탈취제 대용으로도 사용될 수 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
백토 100중량부에 원두커피 찌꺼기 35중량부, 옻 7중량부, 해교제 2중량부 및 물 50중량부를 반죽하여 반죽물을 만들었다. 상기 원두커피 찌꺼기는 수분율이 5%가 되도록 건조한 후, 100㎛의 크기로 분쇄하여 사용하였다. 상기 해교제는 세라스퍼스(cerasprese)를 사용하였다. 상기 반죽물을 성형하여 성형체를 만들었다. 상기 성형체를 24시간 동안 자연건조하였다. 상기 성형체를 1,050℃에서 10시간 동안 소성하여 항균 다공성 세라믹을 제조하였다. 상기 항균 다공성 세라믹을 냉각 후 고압세척 및 건조하였다. 상기 항균 다공성 세라믹 사진을 도 1에 나타내었고, 상기 항균 다공성 세라믹의 파단면을 400배 확대한 사진을 도 2에 나타내었다.

Claims (6)

  1. 백토 100중량부에 대하여 원두커피 찌꺼기 30~40중량부, 옻 5~10중량부 및 물 45~60중량부를 반죽하여 반죽물을 만드는 단계(단계 1);
    상기 반죽물을 성형하여 성형체를 만드는 단계(단계 2); 및
    상기 성형체를 소성하여 항균 다공성 세라믹을 제조하는 단계(단계 3);
    를 포함하되,
    상기 원두커피 찌꺼기는 수분율이 10% 이하가 되도록 건조한 후, 1~1000㎛의 크기로 분쇄하는,
    원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 1에서 백토 100중량부에 해교제 1~2중량부를 추가적으로 포함하는,
    원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 2 이후에 상기 성형체를 24~36시간 동안 자연건조하는 단계가 추가되는,
    원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 3은 상기 성형체를 1,000~1,100℃에서 10~15시간 동안 소성하는,
    원두커피 찌꺼기를 활용한 항균 다공성 세라믹의 제조방법.
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