KR101994600B1 - 커피박이 포함된 건축 자재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 커피박을 재활용하여 친환경적이면서 우수한 습기 조절 능력과 방향성을 가질 수 있고, 곰팡이가 발생하지 않고, 우수한 내구성 및 난연성을 가지는 커피박이 포함된 건축 자재 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

커피박이 포함된 건축 자재 및 그 제조 방법{BUILDING MATERIALS CONTAINING COFFEE GROUNDS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 커피박이 포함된 건축 자재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커피박을 재활용하여 친환경적이면서 우수한 습기 조절 능력과 방향성을 가질 수 있고, 곰팡이가 발생하지 않고, 우수한 내구성 및 난연성을 가지는 커피박이 포함된 건축 자재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

하버드 공중 보건 대학 연구팀에 따르면 매일 8온스(약 227㎖) 컵으로 4잔의 커피를 마시는 여성은 우울증 발병 위험이 20% 낮아지는 것으로 나타났으며, 커피에 들어있는 카페인 성분은 세로토닌이나 도파민 같은 뇌 화학 물질에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 또한, 8온스 커피 컵 2잔에는 약 200㎎의 카페인이 들어있는데 이 정도 양은 장기 기억력을 향상시킨다는 연구 결과도 있으며,　매일 200~300㎎의 카페인을 섭취하면 휴식을 취할 때 혈류량이 향상돼 심장이 기능을 더 잘 수행하도록 만들고, 하루에 2잔 정도의 커피를 마시면 간경변증과 같은 간 질환을 예방하는데도 도움이 되는 것으로 나타났다.

　28개의 연구 결과를 조사한 하버드대 연구팀에 따르면 커피를 마시면 2형 당뇨병 발병 위험을 33% 낮출 수 있고, 매일 커피를 마시는 남성의 경우 통풍 위험을 59% 낮출 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 커피는 혈액 속의 요산 수치를 낮추는 효능이 있으며, 2012년에 나온 연구 결과에 따르면, 매일 3잔 이상의 커피를 섭취하는 여성은 기저 세포암에 걸린 위험이 크게 낮아지는 것으로 나타났다.

이와 같이 커피의 효능이 알려지면서 매년 커피 소비량이 급증하고 있으며, 이에 커피 수입량의 증가와 함께 커피를 내리고 난 뒤 버려지는 커피박(찌꺼기)의 발생량도 매년 크게 늘고 있다.

그러나, 환경부의 커피박 재활용 대책은 아직 걸음마 단계에 불과한 실정이다. 커피박은 폐기물 관리법에 따라 생활 폐기물로 분류되어 대부분 매립 또는 소각 처리되어왔고, 환경부는 최근에서야 폐기물 처리 신고자 등이 커피박을 수집, 운반, 재활용할 수 있도록 하는 폐기물 관리법 관련 규정을 개정하였다.

한편, 커피박은 습기 조절 능력이 우수하고 방향성을 가지고 있기 때문에 이를 건축 자재로 활용하면 상기 특성을 활용할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 커피박에는 다양의 수분과 유분이 함유되어 있어서, 건조시켜 건축 자재의 재료로 재활용하더라도, 남아 있는 수분에 의해 건축 자재에 곰팡이가 발생할 우려가 높고, 남아 있는 유분이 너무 많으면 건축 자재로서의 여러 특성, 예를 들어 내구성 등이 저하되고 수지와 배합이 어려워 아직까지 제대로 된 건축 자재로 활용이 곤란한 실정이다.

국내공개특허공보 2013-0020783호 국내등록특허공보 10-1103424호 국내공개특허공보 2017-0048090호

본 발명은 폐기물이 되는 커피박을 활용하여 친환경적이면서 커피박의 우수한 습기 조절 능력과 방향성을 가질 수 있고, 곰팡이가 발생하지 않으면서 우수한 내구성 및 난연성을 가질 수 있는 커피박이 포함된 건축 자재 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면은, 커피박; 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘 17.6 내지 21.6 중량부; 및 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG) 61.8 내지 75.5 중량부; 를 포함하는 커피박이 포함된 건축 자재를 제공한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 무독 난연제 3.5 내지 4.3 중량부; 결합제 1.8 내지 2.2 중량부; UV 차단제 0.5 내지 0.7 중량부; 산화 방지제 0.9 내지 1.1 중량부; 및 곰팡이 방지제 0.3 내지 0.5 중량부; 를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 커피박에 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘을 혼합하여 제1 혼합물을 마련하고, 상기 제1 혼합물을 건조하면서 커피박의 유분 함유량을 50% 이하로 낮추는 제1 단계; 건조되고 유분 함유량이 조정된 제1 혼합물을 분쇄하는 제2 단계; 상기 제1 혼합물에 상기 커피박 100 중량부에 대하여 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG) 61.8 내지 75.5 중량부와 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘을 총 함량이 상기 커피박 100중량부에 대하여 17.6 내지 21.6 중량부가 되도록 더 혼합하여 제2 혼합물을 마련하는 제3 단계; 상기 제2 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 펠릿화하는 제4 단계; 및 펠릿화된 제2 혼합물을 성형기에 넣어 건축 자재로 성형하는 제5 단계; 를 포함하는 커피박이 포함된 건축 자재의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 제1 단계는 트윈 압출기를 이용하여 이루어지고, 상기 트윈 압출기는, 실린더 중간에 위쪽으로 제1 혼합물에서 증발된 수증기가 커피박의 유분을 밀어낸 후 배출되는 구멍이 형성되고, 상기 구멍 위에 상기 구멍으로부터 수증기를 흡입하는 닥트가 설치되며, 실린더와 연결되는 다이스의 진입부에는 하측으로 제1 혼합물의 커피박으로부터 추출된 유분이 유출되도록 하는 유분 유출홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 폐기물이 되는 커피박을 활용하여 친환경적이면서 커피박의 우수한 습기 조절 능력과 방향성을 가지며, 곰팡이가 발생하지 않으며, 우수한 내구성 및 난연성을 가지는 커피박이 포함된 건축 자재를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건축 자재의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제1 단계에서 사용되는 트윈 압출기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 제2 실린더의 단부를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 4는 도 2의 다이스의 진입부를 개략적으로 나타낸 정면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 건축 자재는 예를 들어 보드, 각목 등의 형태로 이루어질 수 있으며, 커피박, 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘, 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG)를 포함한다.

상기 커피박은 주변의 습기를 조절하는 특성이 있고 방향성을 가지고 있기 때문에 건축 자재로 활용시 이러한 특성이 다른 건축 자재와 차별화되는 장점으로 작용할 수 있다. 그러나, 종래의 커피박은 건조 및 유분 제거 공정을 거쳐도 일정 양의 수분이 그대로 남아 있고 유분의 양을 조절하기 어려워 건축 자재로 활용시 곰팡이가 발생되거나 건축 자재로서의 특성 예를 들어 내구성이나 난연성 등이 저하되어 제품의 가치가 저하되며, 수지와 배합하는 과정에서 여러 가지 문제가 발생한다. 본 실시 예에서는 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘과, 폴리에스터 블렌드 수지를 포함하여, 커피박에 포함된 수분을 제거하고 유분의 양을 적절히 조절하여 상기 곰팡이 발생 문제, 건축 자재로서의 특성 저하 문제, 수지와의 배합 문제를 해소할 수 있다.

또한, 상기 커피박은 커피 고유의 천연 색상을 가지고 있기 때문에 건축 자재로 제조시 별도의 무기 안료를 사용하지 않아도 되고, 이렇게 건축 자재가 커피 고유의 천연 색상을 가지면 자외선에 의해 탈색이 잘 되지 않는 효과도 기대할 수 있다.

또한, 본 실시 예의 건축 자재는 무기계 난연제인 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘을 포함한다. 이때, 수산화 알루미늄의 분해 온도는 약 230℃이고 수산화 마그네슘의 분해 온도는 약 330℃이므로, 분해 온도가 낮은 수산화 알루미늄을 포함하는 것이 커피박의 유분 제거 공정시 더 유리하다. 상기 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘은 열분해시 수증기를 방출하는 성질이 있으며, 이러한 수증기는 커피박의 건조 및 유분 제거 공정시 커피박의 유분을 마치 에스프레소 하듯이 밀어내어 추출하는 작용을 하게 된다. 이때, 수증기로 방출된 것을 제외하고 남아 있는 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘은 보조 난연제로서의 역할을 수행하여 건축 자재에 난연성을 더 부여하게 된다.

따라서, 커피박을 주 재료로 하여 건축 자재를 성형할 때, 이와 같이 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘을 포함하면 커피박에 함유되어 있던 유분이 거의 다 제거된 상태가 되므로, 기존의 커피박을 건축 자재로 재활용할 때 잔류 수분 및 유분에 의해 발생하던 곰팡이 발생 문제 및 건축 자재의 특성 저하 등의 문제를 방지할 수 있다.

이때, 상기 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘은 커피박 100 중량부에 대하여 17.6 내지 21.6 중량부를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 19.6 중량부를 포함할 수 있다. 상기 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘의 함량이 커피박 100 중량부에 대하여 17.6 중량부 미만이면 커피박의 건조 및 유분 제거 공정에서 초기에 수산기가 열분해되는 작용이 제대로 이루어지지 않아 유분 추출 작용 또한 원활히 이루어지지 못하여 건조된 커피박 내에 잔류 유분이 50%를 초과하는 문제가 발생할 수 있고, 상기 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘의 함량이 커피박 100 중량부에 대하여 21.6 중량부를 초과하면 유분 추출 효과가 더 이상 크게 향상되지 않기 때문에 비용과 효율적인 면에서 바람직하지 못하다.

상기 폴리에스터 블렌드 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate)에 코폴리에스테르(PCTG: Poly-Cyclohexylenedimethylene Terephthalate Glycol-modified)를 컴파운딩하여 얻은 PET/PCTG 블렌드 칩을 결정화시킨 후 고상 중합하여 얻은 코폴리에스터 블렌드 수지로서 BPA가 검출되지 않는 친환경적인 수지이다. 상기 PETG의 구조는 아래 구조식 1과 같다.

[구조식 1]

이러한 폴리에스터 블렌드 수지는 우수한 계면 접착력을 가지고 있어서 별도의 결합제를 사용하지 않더라도 제조된 건축 자재의 강도를 향상시켜 견고하고 수축 팽창률이 적어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 별도의 UV 안정제를 사용하지 않더라도 UV를 혼합한 PE 또는 PP에 비해 우수한 내후성을 제공하여 오랜 세월 기후에 노출되더라도 팽윤, 휨 및 깨짐 등의 문제가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.

이러한 폴리에스터 블렌드 수지는 커피박 100 중량부에 대하여 61.8 내지 75.5 중량부를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 68.6 중량부를 포함할 수 있다. 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 함량이 커피박 100 중량부에 대하여 61.8 중량부 미만인 경우 건축 자재의 내후성과 강도 향상 및 수축 팽창률 감소 효과가 발생되기 어렵고, 그 함량이 75.5 중량부를 초과하는 경우 너무 많은 수지 첨가량으로 인한 수축 팽창이 커질 수 있으며 제품의 가격 또한 올라가는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 커피박의 함량이 상대적으로 적어져 본 발명의 건축 자재가 커피박이 가지는 우수한 습기 조절 능력 및 방향성을 제공하는 조건을 충족하기 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 제2 혼합물의 특성 중 강도를 결정하는 역할을 하므로, 만들고자 하는 건축 자재의 강도를 강하게 하고 싶은 경우에는 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 양을 늘리면 되고, 반대로 높은 강도 보다는 친환경에 가까운 건축 자재를 만들고자 하는 경우에는 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 양을 줄이면 된다.

또한, 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 커피박의 천연 유분과 결합하여 대기의 수분 침투를 방지하는 오일스테인의 역할을 할 수 있어서, 마루판과 같이 기존의 목재를 활용하는 건축 자재 제품으로 제조하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 SK케미칼의 제품(상품명 에코젠)을 사용할 수 있으며, 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 에코젠은 높은 T_g와 굴곡강도를 가지고 실내외용으로 모두 사용 가능한 열변형온도(HDT)를 가진다. 이때, 상기 열변형온도는 85 내지 109℃일 수 있다. 또한, 상기 에코젠은 난연성이 UL-94기준으로 V2로서 본 발명의 친환경 건축 자재의 내열성 및 난연성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 예의 건축 자재는, 무독 난연제, 결합제, UV 차단제, 산화방지제 및 곰팡이 방지제를 더 포함할 수 있다.

상기 무독 난연제는, 본 실시 예의 건축 자재의 난연성을 향상시키기 위한 것으로서, 본 발명에서 무독난연제로 인계의 제품(상품명 SFR-940)을 사용할 수 있으며, 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 무독 난연제는 상기 커피박 100중량부에 대하여 3.5 내지 4.3 중량부를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 3.9중량부를 포함할 수 있다. 상기 무독 난연제가 3.5 중량부 미만이면 난연성 향상 효과가 미비해지는 문제가 발생할 수 있고, 상기 무독 난연제가 4.3 중량부를 초과하면 난연성 향상 효과가 더 이상 크게 향상되지 않기 때문에 비용과 효율적인 면에서 바람직하지 못하다.

상기 결합제는 각 성분의 배합을 원활하게 해주어 압출기를 통해 펠릿화 될 때 실린더 내에서 이송이 원활해지도록 하는 작용을 하는 것으로서, 본 발명에서 결합제는 미쯔비시의 제품(상품명 A3000)을 사용할 수 있으며, 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 결합제는 상기 커피박 100중량부에 대하여 1.8 내지 2.2 중량부를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 2.0 중량부를 포함할 수 있다.

상기 UV 차단제는 본 실시 예의 건축 자재를 실외용으로 사용하는 경우 UV에 의해 건축 자재가 변색되거나 특성이 변화되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있으며, 본 발명에서 UV 차단제는 상품명 UV531, UV770을 사용할 수 있으며, 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 UV 차단제는 상기 커피박 100중량부에 대하여 0.5 내지 0.7 중량부를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 0.6 중량부를 포함할 수 있다. 상기 UV 차단제가 0.5 중량부 미만이면 UV 차단 효과가 미비해지는 문제가 발생할 수 있고, 상기 UV 차단제가 0.7 중량부를 초과하면 UV 차단 효과가 더 이상 크게 향상되지 않기 때문에 비용과 효율적인 면에서 바람직하지 못하다.

본 발명에서 산화방지제는 송원산업의 제품(상품명 1010)을 사용할 수 있으며, 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 산화방지제는 상기 커피박 100 중량부에 대하여 0.9 내지 1.1 중량부를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 1.0 중량부를 포함할 수 있다.

상기 곰팡이 방지제는 잔류 수분에 의해 본 실시 예의 건축 자재에 곰팡이가 생기는 것을 더 방지하기 위한 것으로서, 본 발명에서 곰팡이 방지제는 원바이오의 제품(상품명 WB302)을 사용할 수 있으며, 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 곰팡이 방지제는 상기 커피박 100 중량부에 대하여 0.3 내지 0.5 중량부를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 0.4 중량부를 포함할 수 있다. 상기 곰팡이 방지제가 0.3 중량부 미만이면 곰팡이 방지 효과가 미비해지는 문제가 발생할 수 있고, 상기 곰팡이 방지제가 0.5 중량부를 초과하면 곰팡이 제거 효과가 더 이상 크게 향상되지 않기 때문에 비용과 효율적인 면에서 바람직하지 못하다.

이하, 본 발명의 건축 자재를 제조하는 방법에 대한 일 실시 예를 설명한다.

본 실시 예의 건축 자재는, 먼저 커피박에 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘을 혼합하여 제1 혼합물을 마련하고, 상기 제1 혼합물을 건조하면서 커피박의 유분 함유량을 50% 이하로 낮추는 제1 단계(S1)를 실행한다.

이때, 제1 혼합물에 포함된 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘은 가열되면 고온에서 분해되어 수증기를 방출하게 되는데, 이 수증기가 에스프레소(Espresso) 하듯이 커피박의 유분을 밀어내어 커피박의 유분 추출 작용을 향상시키게 된다.

또한, 상기 제1 단계에서, 상기 커피박의 건조 및 유분 함유량 조정 과정은 압출기를 이용하여 이루어질 수 있다. 이때, 92mm 이하의 압출기를 사용하는 경우 시간당 건조량이 많이 줄어들어 효율성이 낮고 92mm 이상의 압출기를 사용하는 경우 실린더 내열로 인하여 커피박의 탄화가 발생할 수 있다. 본 실시 예에서는 트윈 압출기를 사용하며, 이러한 트윈 압출기는 특성상 두 개의 스크류가 회전하면서 반죽하는 역할로 유분을 적당히 짜내어 제거할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 단계에서 사용되는 트윈 압출기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 제2 실린더의 단부를 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도 4는 도 2의 다이스의 진입부를 개략적으로 나타낸 정면도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 사용되는 트윈 압출기는 호퍼(10), 제1 실린더(20), 제2 실린더(30), 닥트(40) 및 다이스(50)를 포함할 수 있다.

호퍼(10)는 제1 혼합물이 투입되는 부분으로, 제1 혼합물은 커피박 때문에 끈적끈적한 상태인데 이에 호퍼(10)로 투입이 잘 되지 않기 때문에 본 실시 예는 호퍼(10)에 가압기를 설치한 구조이다. 호퍼(10)의 하단은 제1 스크류(21)가 설치되며 수평 방향으로 길게 형성된 제1 실린더(20)와 연결된다. 제1 실린더(20)는 내부에 2개의 제2 스크류(31)가 설치되며 수평 방향으로 길게 형성된 제2 실린더(30)와 연결된다. 제2 실린더(30)는 중간에 위쪽으로 제1 혼합물에서 증발된 수증기와 가스가 배출되도록 구멍(32)이 형성되고, 제2 실린더(30)의 우측 단부에는 제1 혼합물 배출구(51)를 가지는 다이스(50)가 결합된다. 그리고, 제2 실린더(30)의 위쪽으로 수증기가 배출되는 구멍(32)과 대응하는 위치에는 닥트(40)가 설치되어 구멍(32)으로부터 배출된 수증기와 가스를 흡입하는 역할을 하게 된다.

또한, 다이스(50)는 제2 실린더(30)와 결합되는 진입부에 하측 방향을 향해 유분 유출홈(52)이 형성된다. 이 유분 유출홈(52)은 제2 실린더(30)를 거치며 이송되는 동안 제1 혼합물로부터 추출된 커피박의 유분이 아래쪽으로 흘러 용이하게 제거되도록 하는 역할을 한다.

종래에는 실린더의 수증기 배출 구멍에 진공 모터를 연결하여 가스를 뽑아냈지만 이 경우 커피박이 수증기와 함께 빨아들여져서 진공통에 빠른 시간에 커피박이 차면서 진공 호스와 필터에 막힘 현상이 빈번하게 발생하고, 이에 진공 모터가 쉽게 고장이 나는 문제가 발생한다. 본 실시 예에서는 진공 모터를 사용하지 않으며, 제2 실린더(30)에 형성된 구멍(32)과 닥트(40)를 이용하여 수증기와 가스를 흡입하여 제거하므로, 종래의 진공 호스와 필터가 막히는 문제를 해소할 수 있다. 한편, 본 실시 예의 닥트(40)는 제2 실린더(30)에 설치된 히터(미도시) 주변에 물이 고이지 않도록 하기 때문에 종래에 히터 주변에 물이 고여 감전 사고 등이 발생하던 문제도 방지할 수 있다.

즉, 호퍼(10)를 통해 투입된 제1 혼합물은 제1 실린더(20)로 이송되고, 제1 스크류(21)에 의해 다시 제2 실린더(30)로 이송되며, 제2 실린더(30)로 투입된 제1 혼합물은 제2 스크류(31)에 의해 우측으로 이송되면서 수분이 증발하게 된다. 이렇게 제1 혼합물이 제1 실린더(20)를 통해 이동하는 동안 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘에서 열분해가 일어나 수증기가 발생하게 된다. 이때, 제1 실린더(20)의 온도는 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘의 열분해가 가능하도록 230 내지 330℃로 설정될 수 있다.

그리고, 이렇게 발생한 수증기는 제2 실린더(30)의 위쪽으로 형성된 구멍(32)과 닥트(40)의 흡입력에 의해 밖으로 배출된다. 이로 인해 제2 실린더(30)의 구멍(32) 이후 부분에서 커피박으로부터의 유분 배출이 시작된다. 이때, 제2 실린더(30)의 온도는 120 내지 180℃이다. 제2 실린더(30)의 온도가 120℃ 미만이면 제1 혼합물의 건조 및 유분 제거 효율이 저하되고, 제2 실린더(30)의 온도가 180℃를 초과하면 제1 혼합물의 커피박이 탄화되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 제1 혼합물은 제2 실린더(30)를 거치는 동안 커피박에 포함된 유분이 추출되는데, 이러한 유분은 추출되는 양이 증가되면서 제1 혼합물이 다이스(50)의 제1 혼합물 배출구(51)를 통해 배출되는 과정에서 다이스(50)의 진입부에 형성된 유분 유출홈(52)을 통해 아래쪽으로 흘러 내리면서 용이하게 제거될 수 있다. 따라서, 다이스(50)의 제1 혼합물 배출구(51)를 통해 배출된 제1 혼합물은 수분이 제거되고 유분이 50% 이하인 상태가 되는 것이다.

한편, 도 4를 보면, 유분 유출홈(52)을 통해 유분이 유출될 수 있도록 다이스(50)의 진입부가 단차를 갖는 형태로 이루어져 있으며, 이때 상기 단차는 0.1 내지 0.3mm가 바람직하다. 단차가 0.1mm 미만이면 유분이 유출되지 못할 수 있고, 단차가 0.3mm를 초과하면 유분 뿐만 아니라 제1 혼합물의 일부도 함께 배출될 수 있기 때문이다.

한편, 도 3의 도면 부호 34와 도 4의 도면 부호 54는 제2 실린더와 다이스를 결합하는 볼트 등이 체결되기 위한 볼트 구멍을 나타낸다. 도 3의 도면 부호 33은 제2 스크류가 설치되는 제1 혼합물의 이송 통로를 나타낸다.

다음으로, 건조된 제1 혼합물을 소정 크기로 분쇄하는 제2 단계(S2)를 실행한다.

다음으로, 제1 혼합물에 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG)와 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘을 더 혼합하여 제2 혼합물을 마련하는 제3 단계(S3)를 실행한다. 일반적으로 커피박은 유분 함유량이 높아 수지와 배합이 제대로 되지 않는데, 본 실시 예에서는 앞서 제1 단계에서 커피박의 유분 함유량이 50% 이하로 조정되므로 제1 혼합물과 폴리에스터 블렌드 수지의 배합이 용이해진다. 이때, 상기 제2 혼합물은 상기 커피박 100 중량부에 대하여 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG) 61.8 내지 75.5 중량부를 혼합하여 마련할 수 있다.

이때, 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate)에 코폴리에스테르(PCTG: Poly-Cyclohexylenedimethylene Terephthalate Glycol-modified)를 컴파운딩하여 얻은 PET/PCTG 블렌드 칩을 결정화시킨 후 고상 중합하여 얻은 코폴리에스터 블렌드 수지로서 BPA가 검출되지 않는 친환경적인 수지를 사용할 수 있다.

또한, 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 제2 혼합물의 특성 중 강도를 결정하는 역할을 하므로, 만들고자 하는 건축 자재의 강도를 강하게 하고 싶은 경우에는 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 양을 늘리면 되고, 반대로 높은 강도 보다는 친환경에 가까운 건축 자재를 만들고자 하는 경우에는 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 양을 줄이면 된다.

그리고, 앞서 제1 단계에서 남은 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘과 제3 단계에서 추가로 첨가한 수산화 알루미늄 또는 수산화 알루미늄의 총 함량은 상기 커피박 100중량부에 대하여 17.6 내지 21.6 중량부가 되도록 한다.

이 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘은 잔여 유분을 더 추출하는 작용을 할 수 있고, 커피박과 폴리에스터 블렌드 수지가 분리되는 현상을 억제할 수 있으며, 보조 난연제로서의 역할을 수행하여 완성된 건축 자재에 난연성을 더 부여할 수 있다.

또한, 필요에 따라, 상기 제2 혼합물은 무독 난연제, 결합제, UV 차단제, 산화방지제 및 곰팡이 방지제를 더 혼합하여 마련할 수 있다.

한편, 종래의 커피박과 수지를 혼합하는 기술에서는 이 과정에서 활제를 첨가하고 있다. 그러나, 과량의 커피박에 활제를 첨가하면 커피박에 남아 있는 유분과 활제 간의 성분이 달라 콤파운드 성형시 결합이 잘 안되어 가루가 많이 발생할 수 있다. 본 실시 예에서는, 커피막의 유분을 50% 이하로 조절하여, 이렇게 조절된 유분이 천연 활제의 역할을 하기 때문에 별도의 활제를 첨가할 필요가 없다.

다음으로, 상기 제2 혼합물을 압출기를 통해 고압으로 압출하여 펠릿 상태로 펠릿화하는 제4 단계(S4)를 진행하고, 펠릿화된 제2 혼합물을 이송 스크류 실린더 등의 성형기에 넣어 건축 자재로 성형하는 제5 단계(S5)를 실행한다.

이때, 필요시 성형된 건축 자재를 상온에서 적어도 5시간 건조하고 냉각하는 과정을 더 실행할 수 있다. 이때, 수냉 방식으로 냉각하면 건축 자재에 수분이 더 포함될 수 있으므로, 공냉 방식으로 냉각을 하게 된다. 또한, 냉각 시간이 5시간 미만인 경우 포장을 하게 되면 커피박의 자열 발생에 의하여 누적 적재되어 있는 건축 자재의 하부에서 탄화가 발생되어 화재가 발생할 수 있다. 본 실시 예의 건축 자재는 수분에 강하고 수분 함유량이 거의 없기 때문에 건조 및 냉각에 필요한 에너지를 절약할 수 있다.

한편, 커피박에는 유분과 수분이 동시에 있어 원료배합시 커피에 함유된 유분이 천천히 온도가 올라가며 서로 엉겨 붙는 현상으로 인하여 혼합 장치의 외벽에 뭉치는 현상이 발생된다. 그러나, 일반적으로 참기름을 짜듯이 커피박에 있는 유분을 완전히 제거 하면 커피박을 원료로 활용하는 장점을 살릴 수 없다. 또한, 일반적인 드라이 건조 방식 및 히터 가열 방식의 건조로는 수분은 제거되나 유분은 제거할 수 없다. 본 실시 예에서는 커피박이 가지고 있는 유분량을 50% 이하로 떨어트려 커피박과 수지의 배합이 원활해지도록 할 수 있는 것이다.

또한, 본 실시 예에서는, 커피박에 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘을 혼합하고 앞서 설명한 트윈 압출기를 이용한 특정 방법으로 커피박의 건조 및 유분 함유량 조정 공정이 진행되므로, 커피박이 가지고 있는 유분량을 50% 이하로 적절히 떨어트려 이후 제2 혼합물 마련시 커피박과 폴리에스터 블렌드 수지의 혼합이 용이하게 이루어질 수 있으며 이에 커피박과 폴리에스터 블렌드 수지의 장점을 모두 가지는 건축 자재를 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

S1: 건조 및 유분 제거 단계
S2: 분쇄 단계
S3: 제2 혼합물 마련 단계
S4: 펠릿화 단계
S5: 성형 단계
10: 호퍼
20: 제1 실린더
21: 제1 스크류
30: 제2 실린더
31: 제2 스크류
32: 구멍
40: 닥트
50: 다이스
51: 제1 혼합물 배출구
52: 유분 유출홈

Claims (4)

1. 유분이 50% 이하이고 커피 고유의 천연 색상을 가지는 커피박;
   상기 커피박 100 중량부에 대하여, 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘 17.6 내지 21.6 중량부; 및
   상기 커피박 100 중량부에 대하여, 열변형온도가 85 내지 109℃이고 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate)에 코폴리에스테르(PCTG: Poly-Cyclohexylenedimethylene Terephthalate Glycol-modified)를 컴파운딩하여 얻은 PET/PCTG 블렌드 칩을 결정화시킨 후 고상 중합하여 얻은 코폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG) 61.8 내지 75.5 중량부; 를 포함하는 커피박 함유 조성물을 압출 성형하여 만들어지는 커피박이 포함된 건축 자재.
2. 제1항에 있어서, 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 무독 난연제 3.5 내지 4.3 중량부; 결합제 1.8 내지 2.2 중량부; UV 차단제 0.5 내지 0.7 중량부; 산화 방지제 0.9 내지 1.1 중량부; 및 곰팡이 방지제 0.3 내지 0.5 중량부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커피박이 포함된 건축 자재.
3. 커피박에 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘을 혼합하여 제1 혼합물을 마련하고, 상기 제1 혼합물을 건조하면서 커피박의 유분 함유량을 50% 이하로 낮추는 제1 단계;
   건조되고 유분 함유량이 조정된 제1 혼합물을 분쇄하는 제2 단계;
   상기 분쇄된 제1 혼합물에 상기 커피박 100 중량부에 대하여 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG) 61.8 내지 75.5 중량부와 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘을 총 함량이 상기 커피박 100중량부에 대하여 17.6 내지 21.6 중량부가 되도록 더 혼합하여 제2 혼합물을 마련하는 제3 단계;
   상기 제2 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 펠릿화하는 제4 단계; 및
   펠릿화된 제2 혼합물을 성형기에 넣어 건축 자재로 성형하는 제5 단계; 를 포함하고,
   상기 제1 단계는 트윈 압출기를 이용하여 이루어지고,
   상기 트윈 압출기는, 실린더 중간에 위쪽으로 제1 혼합물에서 증발된 수증기가 커피박의 유분을 밀어낸 후 배출되는 구멍이 형성되고, 상기 구멍 위에 상기 구멍으로부터 수증기를 흡입하는 닥트가 설치되며, 실린더와 연결되는 다이스의 진입부에는 하측으로 제1 혼합물의 커피박으로부터 추출된 유분이 유출되도록 하는 유분 유출홈이 형성되는 커피박이 포함된 건축 자재의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 트윈 압출기는, 제1 혼합물을 투입하여 이송하며 제1 혼합물이 이동하는 동안 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘의 열분해가 일어나 수증기가 발생되는 제1 실린더와, 상기 제1 실린더에 연결되고 중간에 위쪽으로 제1 혼합물에서 증발된 수증기가 배출되도록 구멍이 형성된 제2 실린더를 포함하고,
   상기 제2 실린더에 연결되는 다이스의 진입부가 상기 유분 유출홈을 통해 유분이 유출될 수 있도록 단차를 갖는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피박이 포함된 건축 자재의 제조 방법.

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