KR102202817B1 - 커피박을 재활용한 합성목재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커피박을 재활용한 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에스프레소 커피를 만든 후에 쓰레기로 버려지는 커피박을 건조한 후, 합성수지 등 물질과 교반하여 합성목재를 제조하는 커피박을 재활용한 합성목재 및 그 제조방법에 관한 발명으로서,
커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법에 있어서, (a) 수분이 함유된 커피박을 살균하는 단계; (b) 상기 살균된 커피박을 150 ~ 200℃로 히팅하면서 고속으로 교반시켜 일정 수준 이하의 함수율을 가지도록 건조하는 단계; (c) 상기 건조된 커피박을 냉각시키는 단계; (d) 상기 냉각된 커피박을 겔링제로 표면을 코팅하는 단계; 및 (e) 상기 겔링제가 코팅된 커피박에 폴리머 레진, 첨가제를 일정 배합비로 배합하여 합성목재를 압출성형하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법을 제공한다.

Description

커피박을 재활용한 합성목재 및 그 제조방법{The synthetic wood to recycle the coffee leftover and the manufacturing method therof}
본 발명은 커피박을 재활용한 합성목재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에스프레소 커피를 만든 후에 쓰레기로 버려지는 커피박을 건조한 후, 합성수지 등 물질과 교반하여 합성목재를 제조하는 커피박을 재활용한 합성목재 및 그 제조방법에 관한 발명이다.
최근에 커피는 일반 사람들이 즐겨 찾는 음료가 되고 있다. 국내의 커피를 찾는 인구가 늘어남에 따라 커피시장이 증가함에 따라, 커피숍은 엄청난 숫자로 늘어나고 있는 상태이다. 에스프레소 한잔을 만들면 버려지는 커피박(커피 찌꺼기)은 20g 정도이고, 이러한 배출량이 전국에서 연간 15만톤이 버려지고 있으며, 커피박을 처리하는 비용도 연간 30억원에 해당한다고 한다. 앞으로도 커피를 마시는 인구는 계속적으로 늘어날 추세이기 때문에, 버려지는 커피박은 차츰 증가할 전망이다. 이에 따라 커피박의 처리가 새로운 골칫거리로 떠오르고 있다. 또한, 커피박이 통상 70%의 수분을 함유하고 있기 때문에 보관시 쉽게 곰팡이가 발생한다는 문제점도 있다. 또한, 커피박이 산성이기 때문에 토양에 버려지는 경우, 토양의 산성화를 초래한다는 문제점도 있다.
이러한 문제점을 인식하고, 현재 많은 사람들이 커피박을 재활용하는 기술을 연구하고 있다. 커피박을 활용하여 점토로 만들고 점토를 이용해 벽돌을 제조하는 방법도 제시되고 있고, 식물에 주는 비료로 활용하는가 하면, 커피박을 이용하여 바이오 원료도 생산하고 있다. 또한, 팰릿으로 만들어 난방연료로 활용하기도 한다.
최근에는 커피찌꺼기를 활용한 인조목재에 대한 기술도 제시되었는데, 특허공개 제10-2019-0097431호는 커피찌꺼기를 이용한 인조목재의 제조방법 및 그의 제조물에 관한 것으로서, 친환경 건축 자재의 제조 기술인 커피찌꺼기를 이용한 인조목재의 제조방법 및 그의 제조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건조 온도 80℃ ~ 100℃에서 함수율 5%까지 커피찌꺼기를 건조하는 1차 건조단계; 1차 건조된 상기 커피찌꺼기를 함수율 01 내지 05%까지 건조하는 2차 건조단계; 2차 건조된 상기 커피찌꺼기와 펠렛 제조용 부가 재료를 계량 및 혼합하여 펠렛 재료를 준비하는 단계; 상기 펠렛 재료를 압출하여 펠렛을 제조하는 단계; 및 상기 펠렛에 발포제를 첨가하여 제품을 압출 성형하는 단계;를 포함하여 커피찌꺼기를 이용한 인조목재의 제조방법 및 그의 제조물에 관한 기술을 제시하고 있다.
커피박의 가장 큰 문제점은 커피박을 장시간 그대로 보유하는 경우, 습기로 인하여 곰팡이가 생기는 등의 문제가 발생한다. 또한, 곰팡이가 생긴 커피박을 그대로 이용하는 경우 합성목재를 제조후에 좋지 않은 냄새가 날 수 있는 문제점도 있다.
등록특허공보 제10-1042694호(2011.06.13. 등록) 등록특허공보 제10-1293617호(2013.07.31. 등록) 등록특허공보 제10-1283502호(2013.07.02. 등록) 공개특허공보 제10-2019-0097431호(2019.08.21. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 커피박을 살균하고 건조하여, 커피박을 장시간 보관시 발생할 수 있는 곰팡이의 번식을 막을 수 있는 커피박을 재활용한 합성목재 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 커피박을 활용하여 비중이 1.0 미만인 합성목재를 제조할 수 있는 커피박을 재활용한 합성목재 및 그 제조방법을 제공한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법에 있어서, (a) 수분이 함유된 커피박을 살균하는 단계; (b) 상기 살균된 커피박을 150 ~ 200℃로 히팅하면서 고속으로 교반시켜 일정 수준 이하의 함수율을 가지도록 건조하는 단계; (c) 상기 건조된 커피박을 냉각시키는 단계; (d) 상기 냉각된 커피박을 겔링제로 표면을 코팅하는 단계; 및 (e) 상기 겔링제가 코팅된 커피박에 폴리머 레진, 첨가제를 일정 배합비로 배합하여 합성목재를 압출성형하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 (d) 단계와 (e)단계 사이에는, 겔링제로 코팅된 커피박을 컴파운딩 공정을 통해 팰릿(pellet)으로 가공하는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 (b) 단계에서 고속으로 교반하는 속도는 3000 ~ 5000 rpm으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 (b) 단계에서 일정수준 이하의 함수율은, 8% 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 (e) 단계에서 배합비는, 폴리머 레진 25 ~ 40 중량%, 커피박 50 ~ 55 중량% 및 첨가제 10 ~ 20 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 (e) 단계에서, 합성목재로 압출성형하는 단계는, 다수의 히터를 사용하고, 상기 다수의 히터는 순차적으로 온도가 낮아지도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 온도는, 220℃ ~ 180℃까지 순차적으로 온도가 감소되면서 합성목재가 압출성형되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 합성목재를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 일반적으로 버려지는 커피박을 이용하여 합성목재를 제조하기 때문에, 커피박의 처리에 따른 사회적 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 커피박을 활용하여 합성목재를 제조하기 때문에, 쓰레기가 아닌 재활용 용품으로서 새로운 용도를 가질 수 있다는 점에서 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 커피박을 살균하여 보관함으로써 커피박에서 발생하는 곰팡이를 줄여, 커피박의 재활용에 필요한 비용을 줄일 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 본 발명은 커피박을 재활용하여 합성목재로 사용될 수 있다는 점에서 커피박의 처리에 따른 비용을 줄일 수 있어 사회경제적인 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법에 관한 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 커피박을 합성목재로 성형하는 과정에 관한 순서도.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법에 관한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 커피박을 합성목재로 성형하는 과정에 관한 순서도이다.
도 1은 본 발명에 따른 커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법에 관한 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법은, (a) 수분이 함유된 커피박을 살균하는 단계(S1); (b) 상기 선별된 커피박을 150 ~ 200℃로 히팅하면서 고속으로 교반시켜 일정 수준 이하의 함수율을 가지도록 건조하는 단계(S2); (c) 상기 건조된 커피박을 냉각시키는 단계(S3); (d) 상기 냉각된 커피박을 겔링제로 표면을 코팅하는 단계(S4); 및 (e) 상기 겔링제가 코팅된 커피박에 폴리머 레진, 첨가제를 일정한 성분비로 배합하여 합성목재를 압출성형하는 단계(S5);로 이루어진다. 또한, (d) 단계와 (e)단계 사이에는, 겔링제로 코팅된 커피박을 컴파운딩 과정을 통해 팰릿(pellet)으로 가공하는 단계(S4A)가 더 포함될 수 있다. 이하에서는 각 단계를 상세히 설명하기로 한다.
먼저 수분이 함유된 커피박을 살균하는 단계(S1)를 거친다. 통상적으로 커피박은 에스프레소 커피를 뽑은 후에 버려진다. 또한, 버려지는 커피박에는 수분이 70% 이상이 포함된다. 따라서 버려지는 커피박을 장시간 보관하는 경우, 커피박의 수분으로 인하여 곰팡이가 쓸게 된다. 곰팡이가 쓸게 되는 경우 커피박에서 좋지 않은 냄새가 나게 되고, 추후 커피박을 이용하여 합성목재를 제조하는 경우 냄새와 강도면에서 문제가 될 수 있기 때문에 곰팡이가 발생하지 않도록 처리하는 것이 중요하다. 이를 위해 수분이 함유된 커피박은 수집되는 대로 바로 살균처리를 하여야 한다. 살균처리는 여러가지 방법을 이용할 수 있으며, 통상적으로 오존을 이용하여 커피박을 살균처리한다.
다음으로, 살균된 커피박을 고속 교반기에 투입하고 함수율 8% 이하가 될때까지 고속 교반기를 히팅하면서 교반하여 건조시킨다(S2). 고속 교반기는 200℃의 히팅 능력을 갖춘 교반기를 사용하며, 교반 속도는 3000 ~ 5000 rpm로 구동된다. 교반기가 고속으로 회전하면서 커피박에 함유된 수분을 제거한다. 교반과정 중에는 커피박이 커피빈이 분쇄된 것이기 때문에 분말이 발생할 수 있고, 그에 따라 수분과 함께 분말화된 커피박이 외부로 유출될 수 있다. 따라서, 교반기의 상부에는 수분이 배출되는 덕트를 설치하되, 커피박 분말이 함께 배출되지 않도록 필터를 설치하여 커피박을 제외한 수분만 제거될 수 있도록 한다. 또한, 고속 교반기는 고온으로 가열하면서 교반을 하기 때문에, 내부의 커피박이 탄화되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 커피박의 탄화를 방지하기 위해 교반기의 내부에는 온도 센서, 습도 센서가 장착되고, 온도 센서와 습도 센서의 신호를 받아서 가동시간을 조절하기 위한 컨트롤러가 구비된다.
다음으로 건조된 커피박을 냉각시키는 단계를 거친다(S3). 고속 교반기를 통해서 함수율 8% 이하로 건조된 커피박을 고속 교반기에서 배출시켜 냉각기로 이송한다. 냉각기에서는 고온으로 건조된 커피박을 40℃ 이하가 되도록 냉각한다. 냉각기는 이중탱크 형태로 제작되고. 내부 탱크의 외측에 냉각수 라인을 형성하여 냉각함과 아울러, 내부 탱크에는 스크류 형태의 교반기를 저속으로 회전시키면서 커피박을 냉각하게 된다.
다음으로 커피박을 겔링제로 코팅하는 단계를 거친다(S4). 건조되어 일정온도 이하로 냉각된 커피박을 합성수지와 원활한 결합을 위하여 표면을 겔링제(gelling agent)로 코팅하는 단계를 거친다. 겔링제는 올레핀계 수지와 결합시에는 올레핀계 겔링제를 사용하고, 아크릴계 수지와 결합시에는 아크릴계 겔링제를 사용한다. 투입되는 겔링제는 커피박의 전체 중량 대비 1.5 중량% 정도가 투입되고, 교반기에서 커피박을 교반하면서 커피박에 겔링제를 코팅한다.
다음으로 커피박을 컴파운딩 공정을 통해 펠릿(pellet)으로 만드는 단계를 거친다(S4A). 팰릿으로 가공하는 공정은 장기간 보관을 위해서 필요한 과정이다. 따라서 장기간 보관할 필요가 없는 경우에는 커피박을 팰릿으로 만들 필요는 없다.
다음으로 팰릿화된 커피박 또는 겔링제가 코팅된 커피박에 일정 성분을 배합한 후 합성목재로 압출성형하는 단계를 거친다(S5). 일정 성분의 배합비는, 폴리머 레진 25 ~ 40 중량%, 커피박 50 ~ 55 중량% 및 첨가제 10 ~ 20 중량%로 이루어진다. 폴리머 레진은 올레핀계 레진 또는 아클릴계 레진이 사용될 수 있다. 첨가제로 가교제, 분산제, 개질제 및 발포제를 더 첨가할 수 있다. 첨가제는 첨가제 전체를 100%로 할 때, 가교제 20 ~ 40 중량%, 분산제 10 ~ 30 중량%, 개질제 10 ~ 30 중량%, 발포제 20 ~ 40 중량%로 이루어진다. 상기 가교제를 더 첨가하는 목적은 경량화 인조목재용 조성물을 가공시 열에 의해 가교(경화) 반응이 일어나 거대 응집물이 형성될 수 있는 소지가 있어, 이 경우 균일한 혼련을 달성하는 것이 곤란해지는 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 가교제는 목재의 질감을 얻기 위하여 다량의 상기 주재료를 첨가하여도 물성 저하가 발생하지 않도록 하는 작용도 한다. 이때 상기 가교제는 상기 경량화 인조목재용 조성물 총 중량에 대하여 중량 2 ~ 5 중량% 정도가 바람직하고, 만일 그 함량이 이보다 적은 경우에는 첨가효과가 미미하고, 많을 경우에는 더 이상의 효과상승을 기대할 수 없고, 단지 가격상승의 요인이 된다. 본 발명에서 사용되는 가교제는 당 분야에서 그 사용이 알려진 통상의 것을 사용할 수 있다. 한편, 분산제를 첨가하는 목적은 물의 용융 흐름성을 높여주어 인조목재로의 성형시 압출물에 천연목재와 같은 무늬가 형성되도록 하기 위함이다. 이때, 상기 분산제는 조성물 총 중량에 대하여 1 ~ 2 중량%를 첨가하는 것이 바람직하고, 이때 분산제의 양이 과다할 경우에는 혼련이 곤란한 문제가 있다. 상기 분산제는 특별히 제한하는 것은 아니나, 분산제로는 카르복실계 분산제가 바람직하다. 상기 개질제는 경량화 인조목재용 조성물 총 중량에 대하여 1 ~ 3중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 이때 조성물 중 개질제의 양이 상기 범위 보다 적게 함유되면 개질 효과가 미흡한 단점이 있고, 과다하게 되면 더 이상의 개질 효과가 향상되지 않고 가격부담만 크게 되는 단점이 있다. 특별히 제한하는 것은 아니지만 상기 개질제는 무수말레익산을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 발포제는 경량화 인조목재용 조성물 총 중량에 대하여 중량 2 ~ 6 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 이때 조성물 중 발포제의 양이 상기 범위 보다 적게 함유되면 발포 효과가 미흡한 단점이 있고, 과다하게 되면 물성이 저하되는 단점이 있다.
합성목재로 압출성형하는 단계는 도 2에 도시된 순서에 따라 진행된다. 합성목재로 압출성형하는 단계(S6)는, 폴리머 레진 25 ~ 40 중량%, 커피박 50 ~ 55 중량% 및 첨가제 10 ~ 20 중량%를 호퍼에 투입하여 배합하는 단계(S61)와, 호퍼에서 배합된 배합물을 성형기의 제1히터를 220℃로 가열하면서 압출하는 단계(S62)와, 제1히터를 통과한 배합물을 제2히터에서 210℃로 가열하면서 압출하는 단계(S63)와, 제2히터를 통과한 배합물을 제3히터에서 200℃로 가열하면서 압출하는 단계(S64)와, 성형기의 제3히터를 통과한 배합물을 제4히터, 제5히터 및 제6히터를 180℃로 유지하면서 압출성형하고(S65), 성형기의 제4 내지 제6히터를 통과하면서 배합물의 내부를 발포하는 단계(S66)로 이루어진다. 상기의 각 히터를 통과하면서 배합물은 순차적으로 히팅온도가 줄어들면서 압출성형된다. 각 히터를 통과하면서 배합물은 압출과 발포가 일어나고, 다이스로 통과하면서 다운 사이징되어 압출성형된다. 따라서, 내부 발포로 인하여 비중이 1 미만인 경량화 합성목재가 만들어질 수 있으며, 또한 커피박을 재활용하였기 때문에 합성목재에서 커피향이 나는 합성목재로 재탄생할 수 있다. 그에 따라, 재처리해야 하는 커피박을 재활용하여 합성목재로 제조함으로써 커피박의 재처리에 들어가는 소요비용을 줄이고, 버려지는 커피박의 처리에 따른 사회적인 문제를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
상기에서 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.
S1 ~ S6 : 공정순서도

Claims (8)

  1. 커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법에 있어서,
    (a) 수분이 함유된 커피박을 살균하는 단계;
    (b) 상기 살균된 커피박을 150 ~ 200℃로 히팅하면서, 3000 ~ 5000 rpm으로 교반시켜 8% 이하의 함수율을 가지도록 건조하는 단계;
    (c) 상기 건조된 커피박을 이중탱크의 형태로 제작된 냉각기에 투입하고, 내부 탱크의 외측에 냉각수 라인을 형성하여 냉각함과 아울러, 내부 탱크에는 스크류 형태의 교반기를 저속으로 회전시키면서 커피박을 냉각하는 단계;
    (d) 상기 냉각된 커피박을 겔링제로 표면을 코팅하는 단계; 및
    (e) 상기 겔링제가 코팅된 커피박에 폴리머 레진, 커피박 및 첨가제를 일정 배합비로 배합하여 합성목재를 압출성형하는 단계;로 이루어지고,
    상기 (d) 단계와 (e)단계 사이에는, 상기 겔링제로 코팅된 커피박을 컴파운딩 공정을 통해 팰릿(pellet)으로 가공하는 단계;가 더 포함되며,
    상기 (e) 단계는, (e-1) 폴리머 레진 25 ~ 40 중량%, 커피박 50 ~ 55 중량% 및 첨가제 10 ~ 20 중량%를 호퍼에 투입하여 배합하는 단계와, (e-2) 호퍼에서 배합된 배합물을 성형기의 제1히터를 220℃로 가열하면서 압출하는 단계와, (e-3) 제1히터를 통과한 배합물을 제2히터에서 210℃로 가열하면서 압출하는 단계와, (e-4) 제2히터를 통과한 배합물을 제3히터에서 200℃로 가열하면서 압출하는 단계와, (e-5) 성형기의 제3히터를 통과한 배합물을 제4히터, 제5히터 및 제6히터를 180℃로 유지하면서 압출성형하고, 성형기의 제4 내지 제6히터를 통과하면서 배합물의 내부를 발포하는 단계, 및 (e-6) 다이스를 통과하면서 다운 사이징되어 압출성형되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피박을 재활용한 합성목재의 제조방법.
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KR1020190105621A 2019-08-28 2019-08-28 커피박을 재활용한 합성목재 및 그 제조방법 KR102202817B1 (ko)

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