KR101737702B1 - 버섯 폐 배지를 이용한 종이 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 버섯 폐 배지를 이용하여 만든 종이 및 그 제조방법에 관한 것으로서, a) 버섯 폐 배지를 분쇄하는 단계와; b) 상기 a)단계를 통해 얻은 버섯 폐 배지를 펄프로 만드는 펄프화 단계와; c) 상기 b)단계를 통해 얻은 버섯 폐 배지 펄프를 스크리닝 및 세척하는 단계와; d) 상기 c)단계를 통해 얻은 버섯 폐 배지 펄프에 목재 펄프를 혼합하여 혼합 펄프를 얻는 단계와; e) 상기 d)단계를 통해 얻은 혼합 펄프를 이용하여 초지하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

버섯 폐 배지를 이용한 종이 및 그 제조방법{Paper using mushroom waste medium and manufacturing method thereof}
본 발명은 버섯 폐 배지를 이용하여 만든 종이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
산업사회의 발달과 함께 종이의 소비는 다양하게 이루어지고 있다. 특히 정보의 홍수 속에 살고 있는 현대인들은 다양한 정보의 습득과 활용으로 지류의 소비량 또한 크게 증가하고 있다.
우리나라의 경우 종이 소비량을 충족시키기 위하여 원료인 펄프와 칩 등의 목질 가공품(지류의 원료를)을 대부분 수입에 의존하고 있는데 2012년 우리나라의 펄프 생산량은 56만 톤으로 자급률이 17%정도(임업통계연보)이며, 펄프 및 폐지 수입량은 380만 톤 이상(한국무역통계포털) 이었다.
최근 친환경소재로서 지류의 수요는 꾸준히 증가하고 있는 반면 대규모 산림의 훼손으로 인한 생태계의 파괴, 지구온난화에 따른 이상 기후 등의 환경문제가 인류 최대의 현안문제로 대두되고 있다.
이러한 지구 환경 문제를 해결하기 위한 산림자원 보전에 관한 필요성이 높아지고 있어 목재의 공급 감소 등으로 목재펄프 가격 상승에 의한 제지 업체들의 부담이 가중되고 있다.
이에 최근에는 펄프 및 제지원료의 부족을 해결하기 위하여 비목질계 섬유자원을 펄프화하여 종이를 제조하는 방법에 관한 특허가 특허문헌 1 내지 특허문헌 4로 제안된 바 있다.
상기 특허문헌 1은 옥수숫대를 이용한 펄프의 제조방법에 관한 것이며, 상기 특허문헌 2는 억새를 포함하는 종이에 관한 것이며, 상기 특허문헌 3은 거대 억새 섬유를 이용한 종이 및 실의 제조방법에 관한 것이며, 상기 특허문헌 4는 볏짚을 이용한 펄프의 추출방법 및 그 장치에 관한 것이다.
그러나, 상기 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에서 제안된 선행특허들은 펄프 및 제지원료의 부족을 해결하기 위한 비목질계 섬유자원 중 버섯 폐 배지를 이용한 제지에 관하여는 제안된 바 없었다.
오늘날, 버섯은 신성장 전략품목으로서 첨단재배시설로 생산규모가 증가하고 있으며, 2000년대 중반 이후 우리나라 버섯산업은 전통적인 균상재배 방식에서 봉지, 병 재배 방식의 대규모 공장형 재배로 전환되면서 재배면적은 감소하였지만 품종과 재배 형태가 다양화되며 생산량은 증가하였고, 버섯 가격 경쟁력과 기술력의 향상으로 국제경쟁력이 강화되어 수출에 주도적 역할을 하고 있다.
이에 따라, 버섯 재배 후 발생하는 많은 양의 버섯 폐 배지를 이용하여 기존에는 가축용 사료를 제조하는 데에 사용하였을 뿐 펄프 및 제지원료의 부족을 해결하기 위한 비목질계 섬유자원으로 활용하지는 못하였다.
(0001) 등록특허 제10-0324487호 (0002) 공개특허 제10-2009-0123401호 (0003) 공개특허 제10-2015-0038853호 (0004) 공개특허 제10-2004-0102880호
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 버섯 폐 배지를 펄프화하여 목재 펄프 및 닥 펄프와 혼합하여 종이를 제조함으로써 펄프 및 제지원료의 부족을 해결할 수 있으며, 나아가, 수율이 높을 뿐만 아니라 백색도, 투기도 등의 물성이 우수하여 품질이 매우 좋은 버섯 폐 배지를 이용한 종이 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
a) 버섯 폐 배지를 분쇄하는 단계와;
b) 상기 a)단계를 통해 얻은 버섯 폐 배지를 펄프로 만드는 펄프화 단계와;
c) 상기 b)단계를 통해 얻은 버섯 폐 배지 펄프를 스크리닝 및 세척하는 단계와;
d) 상기 c)단계를 통해 얻은 버섯 폐 배지 펄프에 목재 펄프를 혼합하여 혼합 펄프를 얻는 단계와;
e) 상기 d)단계를 통해 얻은 혼합 펄프를 이용하여 초지하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 버섯 폐 배지를 이용한 종이의 제조방법을 제공한다.
나아가, 상기 b)단계에서는, 가성소다를 이용하여 상기 버섯 폐 배지를 펄프화 하고, 안트라퀴논을 첨가제로 첨가하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 b)단계에서는, 상기 가성소다 100중량부에 대해 상기 안트라퀴논 0.04~0.06중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 b)단계에서는, 가성소다 및 아황산나트륨을 이용하여 상기 버섯 폐 배지를 펄프화 하고, 안트라퀴논을 첨가제로 첨가하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 b)단계에서는, 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨을 4 : 6 중량비로 혼합한 혼합물 100중량부에 대해 상기 안트라퀴논 0.09~0.11중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 b)단계에서, 상기 가성소다 또는 상기 아황산나트륨의 농도는 14~16%, 증해 온도는 150~170℃, 증해 시간은 80~100분인 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 d)단계의 혼합 펄프는 닥 펄프를 더 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
특히, 상기 d)단계의 혼합 펄프는 상기 버섯 폐 배지 펄프 : 상기 목재 펄프 : 상기 닥 펄프를 5 : 85 : 10의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 버섯 폐 배지는 표고버섯 폐 배지, 팽이버섯 폐 배지, 느타리버섯 폐 배지 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명은 위의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 버섯 폐 배지를 이용한 종이를 제공한다.
본 발명은 버섯 폐 배지를 펄프화하여 목재 펄프 및 닥 펄프와 혼합하여 종이를 제조함으로써 펄프 및 제지원료의 부족을 해결할 수 있으며, 나아가, 수율이 높을 뿐만 아니라 백색도, 투기도 등의 물성이 우수하여 품질이 매우 좋은 종이를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 버섯 폐 배지를 이용한 종이는 신선 농식품의 포장지로 활용할 수 있다.
이하, 본 발명의 버섯 폐 배지를 이용한 종이의 제조방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 버섯 폐 배지를 이용한 종이의 제조방법으로서 크게 버섯 폐 배지를 분쇄하는 단계, 펄프화 단계, 스크리닝 및 세척 단계, 혼합 펄프를 얻는 단계 및 초지 단계를 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 버섯 폐 배지를 분쇄하는 단계이다.
이는 후술할 펄프화 단계에서 가성소다 및 아황산나트륨이 상기 버섯 폐 배지 내부로 잘 침투되어 증해가 효율적으로 이루어지게 할 수 있을 뿐만 아니라 상기 버섯 폐 배지가 균일하게 분산되어 보다 높은 품질의 종이를 얻게 하기 위함이다.
상기 버섯 폐 배지는 표고버섯 폐 배지, 팽이버섯 폐 배지, 느타리버섯 폐 배지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
다음으로, 분쇄된 상기 버섯 폐 배지를 펄프로 만드는 펄프화 단계이다.
보다 구체적으로, 가성소다에 안트라퀴논을 첨가제로 첨가하여 상기 버섯 폐 배지를 펄프화 할 수 있다.
또는, 가성소다 및 아황산나트륨에 안트라퀴논을 첨가제로 첨가하여 상기 버섯 폐 배지를 펄프화할 수 있다.
이때, 상기 버섯 폐 배지 펄프의 수율을 높이고, 보다 높은 품질의 상기 버섯 폐 배지 펄프를 얻기 위하여 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨의 농도는 14~16%, 증해 온도는 150~170℃, 증해 시간은 80~100분인 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 가성소다를 이용하여 상기 버섯 폐 배지를 펄프화 하는 경우, 상기 버섯 폐 배지 펄프의 수율, 카파가 및 백색도의 긍정적인 효과를 위하여 상기 가성소다 100중량부에 대해 상기 안트라퀴논은 0.04~0.06중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨을 이용하여 상기 버섯 폐 배지를 펄프화 하는 경우, 상기 버섯 폐 배지 펄프의 수율 및 백색도의 긍적적인 효과를 위하여 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨을 4 : 6 중량비로 혼합하는 것이 바람직하며, 상기 버섯 폐 배지 펄프의 수율 및 백색도를 더욱 좋게 하기 위하여 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨을 4 : 6 중량비로 혼합한 혼합물 100중량부에 대해 상기 안트라퀴논은 0.09~0.11중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 버섯 폐 배지 펄프를 스크리닝 및 세척하는 단계로서, 상기 버섯 폐 배지 펄프 이외의 물질을 제거할 수 있다.
다음으로, 상기 버섯 폐 배지 펄프에 목재 펄프를 혼합하여 혼합 펄프를 얻는 단계이다. 이때, 상기 혼합 펄프에 닥 펄프를 더 혼합할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 혼합펄프의 백색도, 밀도, 투기도 및 평활도 등의 물성이 우수한 높은 품질의 종이를 얻기 위하여 상기 혼합 펄프는 상기 버섯 폐 배지 펄프 : 상기 목재 펄프 : 상기 닥 펄프를 5 : 85 : 10의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 혼합 펄프를 균일하게 고르고 종이의 형태로 초지하는 단계이다.
여기서, 초지방법으로는 환망초지기 또는 장망초지기를 사용하여 초지할 수 있으나, MD(machine direction) 및 CD(cross direction)에 대한 강도를 향상시키기 위하여 환망초지기 및 장망초지기를 통하여 각각 초지된 습지를 합지하여 사용하는 것이 좋다.
이하, 본 발명의 버섯 폐 배지를 이용한 종이에 대해 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[가성소다-안트라퀴논 팽이버섯 폐 배지 펄프 제조]
분쇄한 팽이버섯 폐 배지에 가성소다 및 안트라퀴논을 첨가하여 고온고압 용기를 사용하여 팽이버섯 폐 배지 펄프 제조하였다. 이때, 상기 가성소다의 농도는 15%, 증해 온도는 160℃, 증해 시간은 90분으로 하였다.
상기 안트라퀴논의 양은 하기의 표 1에 기재된 중량부로 첨가하였다.
그리고, 제조된 상기 가성소다-안트라퀴논 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율, 카파가(KS M ISO 302:2007)를 확인하였고, 백색도 측정기를 이용하여 백색도(ISO 2471-2 : 2009)를 관찰하여 그 결과를 하기의 표 1로 나타냈다.
가성소다
(중량부)		 안트라퀴논 첨가량
(중량부)		 수율(%) 카파가 백색도(%)
A1-1 100 0.05 14.14 42.3 19.7
A1-2 100 0.1 14.10 43.5 19.7
A1-3 100 0.2 14.09 42.8 19.5
위 표 1에서 보는 바와 같이, 가성소다 100 중량부에 대해 안트라퀴논을 0.05중량부 혼합한 상기 A1-1의 팽이버섯 폐 배지 펄프가 수율, 카파가 및 백색도에서 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.
[알칼리성 아황산나트륨-안트라퀴논 팽이버섯 폐 배지 펄프 제조]
분쇄한 팽이버섯 폐 배지에 가성소다 및 아황산나트륨과 안트라퀴논을 첨가하여 고온고압 용기를 사용하여 알칼리성 아황산나트륨-안트라퀴논 팽이버섯 폐 배지 펄프를 제조하였다. 이때, 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨의 농도는 15%, 증해 온도는 160℃, 증해 시간은 90분으로 하였다.
여기서, 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨의 적정 혼합 비율을 알기 위하여 하기의 표 2에 기재된 중량비로 혼합하여 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨의 혼합물을 제조하였다.
그리고, 상기 혼합물로 제조한 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율, 카파가(KS M ISO 302:2007)를 확인하였고, 백색도 측정기를 이용하여 백색도(ISO 2471-2 : 2009)를 관찰하여 그 결과를 하기의 표 2로 나타냈다.
상기 혼합물에 첨가하는 상기 안트라퀴논의 양은 하기의 표 3에 기재된 중량부로 첨가하였다.
그리고, 제조된 상기 알칼리성 아황산나트륨-안트라퀴논 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율, 카파가(KS M ISO 302:2007)를 확인하였고, 백색도 측정기를 이용하여 백색도(ISO 2471-2 : 2009)를 관찰하여 그 결과를 하기의 표 3으로 나타냈다.
중량비
가성소다 아황산나트륨 수율(%) 카파가 백색도(%)
B1-1 4 6 20.2 53.3 21.7
B1-2 5 5 19.1 53.1 20.7
B1-3 6 4 19.8 53.7 19.9
B1-4 8 2 18.3 53.8 18.4
위 표 2에서 보는 바와 같이, 가성소다의 비율이 증가함에 따라 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율 및 백색도는 점차 감소하였으며, 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨을 4 : 6으로 혼합한 상기 B1-1에서 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율 및 백색도가 가장 우수하게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
가성소다:아황산나트륨 4 : 6으로 혼합(중량부) 안트라퀴논 첨가량
(중량부)		 수율(%) 카파가 백색도(%)
C1-1 100 0.05 19.6 53.3 23.8
C1-2 100 0.1 19.7 45.4 24.3
C1-3 100 0.2 19.4 47.4 23.1
위 표 2에서 확인한 바와 같이, 가성소다와 아황산나트륨의 혼합비율이 가장 우수했던 상기 B1-1의 혼합물 100중량부에 대해 안트라퀴논 적정 첨가량을 위 표 3에서 확인하였다.
그 결과, 안트라퀴논을 0.1 중량부 첨가한 상기 C1-2에서 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율, 카파가 및 백색도가 가장 우수하게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
[가성소다 및 아황산나트륨의 농도, 증해 온도, 증해 시간]
상기 표 1 내지 표 3에서 확인한 바와 같이, 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율, 카파가 및 백색도의 종합적 특성이 가장 우수했던 상기 C1-2의 팽이버섯 폐 배지 펄프를 제조함에 있어, 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨의 농도, 증해 온도 및 증해 시간을 하기의 표 4에 기재된 농도, 온도 및 시간으로 변화시켜가면서 알칼리성 아황산나트륨-안트라퀴논 팽이버섯 폐 배지 펄프를 제조하였다.
그리고, 제조된 상기 알칼리성 아황산나트륨-안트라퀴논 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율, 카파가(KS M ISO 302:2007)를 확인하였고, 백색도 측정기를 이용하여 백색도(ISO 2471-2 : 2009)를 관찰하여 그 결과를 하기의 표 4로 나타냈다.
농도(%) 온도(℃) 시간(분) 전체 수율(%) 카파가 백색도(%)
D1-1

15
160		 60 46.8 47.8 24.6
D1-2 90 46.2 47.6 24.7
D1-3 120 46.1 47.8 24.8
D1-4
170		 60 45.8 47.7 24.2
D1-5 90 44.3 47.6 24.5
D1-6 120 43.6 47.7 24.6
D1-7

20
160		 60 43.0 47.8 24.8
D1-8 90 42.9 47.6 24.6
D1-9 120 42.8 47.8 24.6
D1-10
170		 60 43.1 47.7 24.2
D1-11 90 42.6 47.6 24.2
D1-12 120 42.2 47.7 23.9
위 표 4에서 보는 바와 같이, 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨의 농도가 15%인 상기 D1-1 내지 D1-6의 팽이버섯 폐 배지 펄프의 전체 수율이 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨의 농도가 20%인 상기 D1-7 내지 D1-12의 팽이버섯 폐 배지 펄프의 전체 수율보다 높았다.
또한, 증해 온도가 160℃인 상기 D1-1 내지 D1-3의 팽이버섯 폐 배지 펄프의 전체 수율이 증해 온도가 170℃인 상기 D1-4 내지 D1-6의 팽이버섯 폐 배지 펄프의 전체 수율보다 높았다.
또한, 증해 시간이 60분인 상기 D1-1의 팽이버섯 폐 배지 펄프의 전체 수율이 증해시간이 각각 90분, 120분인 상기 D1-2 및 D1-3의 팽이버섯 폐 배지 펄프의 전체 수율보다 높았다.
따라서, 상기 가성소다 및 상기 아황산나트륨의 농도는 15%, 증해 온도는 160℃, 증해 시간은 90분인 상기 D1-1에서 알칼리성 아황산나트륨-안트라퀴논 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율을 가장 많이 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있다.
[수초지 제조]
상기 표 1 내지 표 4에서 확인한 바와 같이, 팽이버섯 폐 배지 펄프의 수율, 카파가 및 백색도의 종합적 특성이 가장 우수했던 상기 C1-2로 제조된 알칼리성 아황산나트륨-안트라퀴논 팽이버섯 폐 배지 펄프에 목재 펄프 및 닥 펄프를 하기의 표 5에 기재된 혼합비율로 혼합하여 혼합펄프를 얻었고, 상기 혼합 펄프를 이용하여 평량 60 g/㎡의 수초지를 제조하였다.
그 후, 상기 수초지의 특성 분석을 위하여 항온항습실(23±1 ℃, R.H. 50±2 %)에서 24시간 조습시켰다.
그리고, 제조된 수초지의 백색도(ISO 2471-2 : 2009), 밀도(KS M ISO 543-2011), 투기도(KS M ISO 5636-3 : 2007) 및 평활도(KS M ISO 8791-2 : 2008) 등의 물성을 관찰하여 그 결과를 하기의 표 5로 나타냈다.
혼합비율(중량비) 수초지
목재 펄프 팽이버섯 폐 배지
펄프		 닥 펄프 백색도
(%)		 밀도
(g/㎠)		 투기도
(mL/min)		 평활도
(mL/min)
E1-1 100 0 0 24 0.48 500 600
E1-2 85 5 10 26 0.42 750 1200
E1-3 65 10 5 28 0.38 1000 700
위 표 5에서 보는 바와 같이, 상기 팽이버섯 폐 배지 펄프의 혼합량이 증가할수록 상기 혼합 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 백색도 및 투기도는 점차 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
이는, 상기 팽이버섯 폐 배지 펄프는 순수한 섬유로만 이루어지지 않고 버섯 배양의 목적으로 다양한 무기물이 투입되기 때문에 그 영향으로 상기 수초지의 백색도 및 투기도에서 우수한 결과가 나타난 것으로 사료된다.
반면에, 상기 팽이버섯 폐 배지 펄프의 혼합량이 너무 많으면 상기 수초지의 밀도 및 평활도가 떨어지게 되어 우수한 품질의 수초지를 얻을 수 없었다.
따라서, 백색도, 밀도, 투기도 및 평활도 등의 물성이 우수한 높은 품질의 수초지를 얻기 위하여 상기 E1-2과 같이 상기 목재 펄프 : 상기 팽이버섯 폐 배지펄프 : 상기 닥 펄프는 85 : 5 : 10의 중량비로 혼합하는 것이 가장 바람직하다.

Claims (10)

  1. a) 버섯 폐 배지를 분쇄하는 단계와;
    b) 상기 a)단계를 통해 얻은 버섯 폐 배지를 펄프로 만드는 펄프화 단계와;
    c) 상기 b)단계를 통해 얻은 버섯 폐 배지 펄프를 스크리닝 및 세척하는 단계와;
    d) 상기 c)단계를 통해 얻은 버섯 폐 배지 펄프에 목재 펄프 및 닥펄프를 혼합하여 혼합 펄프를 얻는 단계와;
    e) 상기 d)단계를 통해 얻은 혼합 펄프를 이용하여 초지하는 단계;를 포함하고,
    상기 b)단계에서는, 가성소다 및 아황산나트륨을 4 : 6 중량비로 혼합한 혼합물을 이용하여 상기 버섯 폐 배지를 펄프화 하고, 안트라퀴논 0.09~0.11중량부를 첨가제로 첨가하고, 상기 가성소다 또는 상기 아황산나트륨의 농도는 14~16%, 증해 온도는 150~170℃, 증해 시간은 80~100분이고,
    상기 d)단계의 혼합 펄프는 상기 버섯 폐 배지 펄프 : 상기 목재 펄프 : 상기 닥 펄프를 5 : 85 : 10의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 버섯 폐 배지를 이용한 종이의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버섯 폐 배지는 표고버섯 폐 배지, 팽이버섯 폐 배지, 느타리버섯 폐 배지 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버섯 폐 배지를 이용한 종이의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 버섯 폐 배지를 이용한 종이.
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