KR101859889B1 - 커피슬러지를 포함하는 친환경 합성보드 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커피전문점 등에서 판매하고 잔류하는 폐기물로 버려지는 커피슬러지를 이용하여 바닥재, 건축용 성형 합성보드 등 친환경 합성보드를 제조할 수 있는 커피슬러지를 포함하는 친환경 합성보드용 조성물 및 그 조성물을 이용한 친환경 합성보드 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 커피슬러지분말 100중량부에 대하여, 합성수지 12.5~15중량부, 탄산칼슘 4~8중량부, 탈크 15~20중량부, 가소제 1~4중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 커피슬러지를 포함하는 합성보드의 제조방법이 개시된다.

Description

커피슬러지를 포함하는 친환경 합성보드 제조방법{Method for manufacturing eco-friendly synthetic board using coffee sludge}
본 발명은 커피전문점 등에서 판매하고 잔류하는 폐기물로 버려지는 커피슬러지를 이용하여 바닥재, 건축용 성형 합성보드 등 친환경 합성보드를 제조할 수 있는 커피슬러지를 포함하는 친환경 합성보드 제조방법에 관한 것이다.
최근의 생활환경에 따른 기호의 변화에 수반하여 우리나라의 커피 수요량은 급속히 증대하고 있다.
종래에는 대부분 일회용으로 가공된 믹스커피나 원두커피의 형태로 유통해 찻집이나 소매점등에서 소규모로 커피의 추출용 원료로서 사용되거나, 일반 소비자의 가정에서 커피를 넣기 위해서 사용되고 있었다.
따라서, 커피슬러지도 찻집이나 각가정의 쓰레기에 혼입되어 처리되고 있었다. 그러나, 최근에는 수요 형태가 큰 폭으로 증대되어, 캔커피, 커피자동판매기, 인스턴트 커피, 커피프랜차이징산업의 발달 등으로 커피 소비비율이 현저히 증가하였고, 인스턴트커피 등을 생산하는 공장등에서 커피슬러지가 대량으로 발생하고 있다.
이렇게 발생된 커피슬러지는 폐기물로 처리되어 매립 또는 소각 등의 방법으로 처리되고 있는 것이 현실로, 발생되는 양의 증대화 최근의 환경 문제제 대한 관심이 높아짐에 따라 전통적인 방법으로 커피슬러지를 처리하는 것에 곤란한 문제가 발생되고 있는 것이 현실이다.
이러한 이유로, 최근에는 커피슬러지를 화분등의 자양분으로 사용되거나, 냄새제거제 등으로 사용되는 것에 대한 연구가 이루어지고 있었으나, 이외에 커피슬러지 자체를 유효하게 적용한 방법에 대하여는 연구되고 있지 않았다. 따라서 커피슬러지를 유효하게 이용하는 것은 환경문제의 견지로부터 매우 중요한 과제이다.
1. 대한민국등록특허공보 제10-1653285호 2. 대한민국등록특허공보 제10-1733306호 3. 대한민국등록특허공보 제10-1645205호
본 발명에서는 커피가공공장, 커피숍 등에서 발생되는 커피슬러지를 주요유효성분으로 포함하는 바닥재, 건축용 성형 합성보드 등 친환경 합성보드를 제조할 수 있는 커피슬러지를 포함하는 합성보드를 생산하는 제조방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
삭제
상기한 과제를 해결한 본 발명의 커피슬러지를 포함하는 합성보드용 조성물은 커피슬러지분말 100중량부에 대하여, 합성수지 12.5~15중량부, 탄산칼슘 4~8중량부, 탈크 15~20중량부, 가소제 1~4중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 커피슬러지분말은 함수율 15~20%, 50~200매쉬(mash)의 입도분포를 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 합성수지는 합성고무, PVC, TPU, TPE로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 30~50㎜의 길이를 가지는 폐합성섬유를 3~5중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 입도 50~200매쉬(mash)의 분포를 가지는 미분상태의 황토, 펄라이트, 맥반석, 옥분말, 유황, 게르마늄원석분말로부터 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원적외선 발산물질 0.1~0.5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 (가) 커피슬러지를 수거하여 함수율 30%이하가 되도록 건조하여 준비하는 커피슬러지를 준비하는 단계;
(나) 상기 커피슬러지에 탄산칼슘을 첨가 후, 균질하게 혼합한 다음 상온에서 함수율 20%이하가 되도록 건조한 다음, 입도분포 50~200매쉬가 되도록 분쇄하는 단계;
(다) 상기 (나)단계 완료 후, 합성수지, 분산제, 가소제를 첨가하여 균질하게 혼합한 다음 용융시켜 합성보드용 조성물을 준비하는 단계;
(라) 상기 합성보드용 조성물을 금형에 투입하고, 온도 160~180℃, 성형압력 4~4.3MPa의 조건으로 압출 성형 하는 단계
(마) 상기 (라)단계의 성형물을 냉각한 후, 일정크기로 제단하는 단계를 포함하는 친환경 합성보드의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 (다)단계의 조성물은 커피슬러지분말 100중량부에 대하여, 합성수지 12.5~15중량부, 탄산칼슘 4~8중량부, 탈크 15~20중량부, 가소제 1~4중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (다)단계의 조성물에 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 입도 50~200매쉬(mash)의 분포를 가지는 미분상태의 황토, 펄라이트, 맥반석, 옥분말, 유황, 게르마늄원석분말로부터 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원적외선 발산물질 0.1~0.5중량부를 더 포함하도록 첨가하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (다)단계의 합성수지는 합성고무, PVC, TPU, TPE로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (다)단계의 조성물에 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 30~50㎜의 길이를 가지는 폐합성섬유를 3~5중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 제공되는 커피슬러지를 포함하는 친환경 합성보드용 조성물과 이를 이용한 친환경 합성보드 제조방법은 폐기물로 버려지는 천연자원의 하나인 커피슬러지를 재활용함으로써 커피가 가지고 있는 특유의 성질을 바탕으로 방향, 방습 및 탈취효과를 가지는 건축자재를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐기물로 버려지던 커피슬러지를 재활용하여 합성보드를 제조함으로써 환경오염을 유발하거나 인체에 유해한 물질을 최소화하여 보다 효율적으로 폐자원을 재활용할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 커피전문점 등에서 판매하고 잔류하는 폐기물로 버려지는 커피슬러지를 이용하여 바닥재, 건축용 성형 합성보드 등 친환경 합성보드를 제조할 수 있는 커피슬러지를 포함하는 친환경 합성보드 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것으로,
본 발명에 따른 커리슬러지를 포함하는 친환경 합성보드용 조성물은 바람직하게 커피슬러지분말 100중량부에 대하여, 합성수지 12.5~15중량부, 탄산칼슘 4~8중량부, 탈크 15~20중량부, 가소제 1~4중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 커피슬러지분말은 높은 작업성의 확보와, 최종 제품인 합성보드의 우수한 물성확보를 위하여, 함수율 15~20%, 50~200매쉬(mash)의 입도분포를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한, 조건을 충족시키기 위하여 수거되는 커피슬러지를 건조, 분쇄하는 과정을 수행하여 본 발명의 목적에 적합한 커피슬러지분말을 준비하여 사용할 수 있다.
이때, 만일 상기 함수율이 15% 미만이거나 20%를 초과할 경우에는 작업성이 저하되는 문제, 또는 조성물 혼합 시 덩어리짐 현상 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한 그 입도가 상기 임계치 를 벗어날 경우에는 입도가 너무 작을 경우 덩어리짐 등의 현상으로 혼합시 합성수지와의 결합이 잘 이루어지지 않아 성형성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 너무 클 경우에는 최종 제품인 보드의 물리적 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 사용되는 상기 합성수지는 커피슬러지를 상온 또는 고온에서 접착할 수 있는 성질을 가지는 고분자 화합물로, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 합성고무 등 상온 또는 고온에서 압출성형 시 커피슬러지를 접착시키는 접착제 역할을 하는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다. 바람직하게는 일정 입자크기를 가지도록 가공된 분말상의 합성고무, PVC, TPU, TPE로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 분말상의 PVC를 사용하는 것이 가장 좋다. 그 이유는 내수, 내습, 내구성 우수, 습기에 의한 팽창, 수축, 뒤틀림 없음, 방부 및 화학처리 불필요, 치수 안정성과 가공성우 우수한 장점이 있기 때문이다.
바람직하게 상기 합성수지는 커피슬러지분말 100중량부에 대하여, 12.5~15중량부를 혼합하는 것이 좋다. 만일, 그 혼합량이 12.5중량부 미만일 경우에는 접착성의 문제로 보드의 부서짐의 문제가 있고, 15중량부를 초과할 경우에는 기준치 보다 강도가 올라감으로 가공성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명에 따르면, 상기 조성물을 구성하는 상기 탄산칼슘은 커피슬러지에 함유되는 수분과 반응하여 수산화칼슘을 생성하고, 이산화탄소를 발생시켜 커피슬러지에 함유된 수분의 함량을 낮춰주어 성형성을 높여주는 역할을 하는 것으로, 그 혼합량이 4중량부 미만일 경우에는 표면이 현무함처럼 홈이 생기는 단점이 있고, 8중량부를 초과할 경우에는 절단시 내부 단층에 기포층이 생겨 불균일한 밀도 생성의 단점이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 분산제는 상기 조성물의 분산성을 향상시키기 위한 것으로, 합성보드의 제조시 사용되는 분산제라면 어느 것을 사용하여도 무방하다. 바람직하게는 본 발명의 목적의 일원인 친환경성을 확보하고, 성형시 합성수지의 용융물과 커피슬러지의 고른 혼합을 얻기 위하여 알칼리성 분산제를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 상기 가소제는 합성수지의 열가소성을 증대시킴으로써 고온에서 성형가공을 용이하게 하는 유기물질로, 바람직하게는 친환경 가소제인(DOTP)를 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 가소제의 혼합량이 1중량부 미만일 경우에는 보드의 경도 및 휨 발생의 문제가 있고, 5중량부를 초과할 경우에는 물성치 부분 경도 및 강도면에서는 뛰어날지 모르지만 가공시 공구의 마모도가 높아 지는 문제가 있다.
본 발명에 따르면, 상기 조성물을 이용하여 제조되는 합성보드의 성형성을 높이고, 물리적 성질을 향상시키기 위하여, 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 30~50㎜의 길이를 가지는 폐합성섬유를 3~5중량부를 더 첨가할 수 있다. 이때, 상기 폐합성섬유는 고분자수지를 가공하여 된 것으로, 일정온도를 가하여 성형할 경우, 용융되어 접착제의 역할을 함과 동시에 고르게 분포되어 합성보드의 물리적 강도를 높이는 효과를 얻을 수 있다. 만일, 상기 폐합성섬유의 혼입량이 3중량부 미만일 경우에는 폐섬유의 혼합으로 기대되는 물리적 강도의 향상을 얻을 수 없는 단점이 있고, 5중량부를 초과할 경우에는 필요이상의 폐섬유가 혼화되어 용융될 경우 커피슬러지분말이 폐섬유에 의해 덩어리지는 현상이 발생하여 특정부위의 물리적 강도의 저하가 일어날 수 있어 제품불량률이 높아지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 입도 50~200매쉬(mash)의 분포를 가지는 미분상태의 황토, 펄라이트, 맥반석, 옥분말, 유황, 게르마늄원석분말로부터 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원적외선 발산물질 0.1~0.5중량부를 더 첨가할 수 있다. 이때, 상기 원적외선 발산물질의 입도가 상기 임계치를 벗어날 경우, 즉 입도가 너무 커 최종 완성품인 합성보드의 겉표면의 거칠기가 매우 거칠어지는 단점이 있고, 너무 작을 경우에는 성형체 가공전 혼합물의 혼화성이 저하되는 문제가 발생하여 성형성이 저하됨으로 인해 보드의 물리적 강도가 저하되거나, 성형 후 최종 완성품인 합성보드에 미세한 크랙이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
한편, 상기 원적외선 발산물질의 첨가량이 0.1중량부 미만일 경우에는 원적외선 발산효과가 미미하여 그 첨가하는 목적에 부합되지 않는 단점이 있고, 0.5중량부를 초과할 경우에는 원적외선의 발산효과는 높일 수 있으나, 제조단가의 상승하는 단점과, 합성수지와 결합성이 저하되는 단점이 있다.
본 발명에서는 이상의 본 발명에 따른 조성물을 이용하여 친환경 합성보드를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
보다 상세하게는, 본 발명에 따른 친환경 합성보드의 제조방법은 하기의 단계들을 포함하여 이루어질 수 있다.
(가) 커피슬러지를 수거하여 함수율 30%이하가 되도록 건조하여 준비하는 커피슬러지를 준비하는 단계;
(나) 상기 커피슬러지에 탄산칼슘을 첨가 후, 균질하게 혼합한 다음 상온에서 함수율 20%이하가 되도록 건조한 다음, 입도분포 50~200매쉬가 되도록 분쇄하는 단계;
(다) 상기 (나)단계 완료 후, 합성수지, 분산제, 가소제를 첨가하여 균질하게 혼합한 다음 용융시켜 합성보드용 조성물을 준비하는 단계;
(라) 상기 합성보드용 조성물을 금형에 투입하고, 온도 165~180℃, 성형압력 4~4.3MPa의 조건으로 압출성형하는 단계
(마) 상기 (라)단계의 성형물을 냉각한 후, 일정크기로 제단하는 단계
본 발명에 따르면, 상기 (나)단계에서 가공되는 상기 커피슬러지의 함수율은 바람직하게 15~20%의 함수율을 가지도록 건조하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 상기 (다)단계의 조성물은 커피슬러지분말 100중량부에 대하여, 합성수지 12.5~15중량부, 탄산칼슘 4~8중량부, 탈크 15~20중량부, 가소제 1~4중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 (다)단계의 조성물에 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 입도 50~200매쉬(mash)의 분포를 가지는 미분상태의 황토, 펄라이트, 맥반석, 옥분말, 유황, 게르마늄원석분말로부터 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원적외선 발산물질 0.1~0.5중량부를 더 포함하도록 첨가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 (다)단계의 합성수지는 합성고무, PVC, TPU, TPE로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 (다)단계의 조성물에 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 30~50㎜의 길이를 가지는 폐합성섬유를 3~5중량부를 더 첨가할 수 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 설명하기로 한다. 단, 하기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 하기의 실시예로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 통상의 기술자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변형가능한 것이다.
[실시예 1 내지 4]
<재료의 준비>
1. 커피슬러지분말
인스턴트커피 가공공장에서 커피슬러지를 수거하고, 수거된 커피슬러지를 건조기에서 함수율 30%이하가 될 때까지 충분히 건조시킨 다음, 그 건조된 커피슬러지에 탄산칼슘을 첨가하여 균질하게 혼합한 다음, 25~35℃의 온도를 유지하는 건조실에서 함슈율이 20%이하가 될 때까지 자연 건조시켰다. 건조된 커피슬러지는 50~200메쉬의 입도분포를 가지도록 분쇄하여 커피슬러지분말을 준비하였다.
2. 합성수지: 하기 표 1의 물성을 가지는 PVC sg5
Index/Tech Data SG5
Viscosity ml/g
(or k value)Average Degree of Polymerization		 118-107
(68-66)
1100-1000
Impurity,Piece ≤s 30
Volatile (including water)Content %≤ 0.40
Apparent Density g/ml ≥ 0.42
Sieve Residue %
 Sieve Rate% 0.25mm Sieve Pore ≤ 2.0
Sieve Rate% 0.063mm Sieve Pore ≥ 90
"Pearl eye"number,Piece/400cm2≤ 40
100g resin plasticiser absorption capacity g. 19
Whiteness(160ㅀC,100min), %≥ 74
Water liquid extract conductance ratio s/m < -
Remain chloroethylene Content μg/g< 5
3. 탄산칼슘: 대명케미칼의 제품 탄산칼슘(무수)사용
4. 탈크: 대명케미칼의 제품 탈크파우더 사용
5. 가소제: 한화케미칼, SP-390
6. 원적외선 발산물질: 입도 50~200메쉬의 황토와 맥반석분말을 준비
7. 페합성섬유: 길이 30~50㎜를 가지도록 절단하여 준비된 PET섬유
상기 준비된 재료들을 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성비로 혼합한 조성물을 용융기에서 온도 100~120℃에서 10~20분간 교반하면서 용융시키고, 그 용융물을 금형에 투입시켜 온도 165~180℃, 성형압력 4~4.3MPa의 조건으로 압출성형하고, 그 성형물을 냉각한 후, 가로*세로*높이 = (500)㎜*(500)㎜*(18)㎜의 크기로 제단한 합성보드 시편을 준비하였다.
재 료 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
커피슬러지분말 100 100 100 100
합성수지 12.5 13 14 15
탄산칼슘 4 5 7 8
탈크 15 16 18 20
가소제 1 2 3 4
황 토 - 0.2 0.2 0.1
맥반석 - - 0.2 0.4
폐합성섬유 - - - 4
상기 표 2의 혼합비율 단위는 중량부이다.
상기 표 2과 같은 실시예 1 내지 4에서 준비된 시편의 물성을 표준시험법으로 측정하여 보았으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
[비교예]
상기 실시예와 같은 커피슬러지를 사용하지 않은 종래의 합성보드 (주)광원목재/중밀도 섬유판 18T를 준비하였고, 준비된 합성보드의 물성을 표준시험법으로 측정하여 보았으며 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
항 목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예
밀도 0.65 0.63 0.62 0.66 0.7
인장강도
(kgf/㎠)		 249 238 242 258 270
휨강도(kgf/㎠) 436 417 423 442 450
심미감 5 4 4 5 3
상기 표 3에서 심미감은 50명의 피시험자의 반응으로 평가하였으며, 점수 및 평가기준은 5점 채점법(5: 매우좋음, 4: 좋음, 3: 보통, 2: 나쁨, 1:매우나쁨)을 이용하였다.
상기 표 3의 결과로 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 커피슬러지를 이용하여 가공된 합성보드의 물성은 종래의 합성보드에 대비하여 크게 떨어지지 않는 물성을 확보할 수 있음을 알 수 있었으며, 그 결과 바닥재, 건축용 보드 등의 용도로 충분히 사용할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 관능평가의 하나로 심미감을 피험자들을 통해 평가하여본 결과, 종래의 합성보드에 비해 월등히 우수한 것을 알 수 있었다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. (가) 커피슬러지를 수거하여 함수율 30%이하가 되도록 건조하여 준비하는 커피슬러지를 준비하는 단계;
    (나) 상기 커피슬러지에 탄산칼슘을 첨가 후, 균질하게 혼합한 다음 상온에서 함수율 20%이하가 되도록 건조한 다음, 입도분포 50~200매쉬가 되도록 분쇄하는 단계;
    (다) 상기 (나)단계 완료 후, 합성수지, 분산제, 가소제를 첨가하여 균질하게 혼합한 다음 용융시켜 합성보드용 조성물을 준비하는 단계;
    (라) 상기 합성보드용 조성물을 금형에 투입하고, 온도 165~180℃, 성형압력 4~4.3MPa의 조건으로 압출 성형하는 단계
    (마) 상기 (라)단계의 성형물을 냉각한 후, 일정크기로 제단하는 단계를 포함하는 친환경 합성보드의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (다)단계의 조성물은 커피슬러지분말 100중량부에 대하여, 합성수지 12.5~15중량부, 탄산칼슘 4~8중량부, 탈크 15~20중량부, 가소제 1~4중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 합성보드의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (다)단계의 조성물에 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 입도 50~200매쉬(mash)의 분포를 가지는 미분상태의 황토, 펄라이트, 맥반석, 옥분말, 유황, 게르마늄원석분말로부터 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원적외선 발산물질 0.1~0.5중량부를 더 포함하도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 친환경 합성보드의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 (다)단계의 합성수지는 합성고무, PVC, TPU, TPE로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 친환경 합성보드의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 (다)단계의 조성물에 상기 커피슬러지분말 100중량부에 대하여 30~50㎜의 길이를 가지는 폐합성섬유를 3~5중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 친환경 합성보드의 제조방법.
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