KR102377254B1 - 원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법은, 로드셀이 구비된 컨베이어를 준비하는, 컨베이어 준비 단계; 목재펄프, 비목재펄프, 신문지, 백상지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 원재료를 상기 컨베이어에 탑재하고 중량을 측정한 뒤 믹서에 투입하는, 믹서 투입 단계; 상기 믹서에서 상기 원재료와 물을 포함하는 해리액을 혼합 처리하여 혼합물을 제조하는, 혼합물 제조 단계; 상기 혼합물을 성형기에 이송한 뒤 성형하여 펄프 몰드를 제조하는, 성형 단계; 상기 성형된 펄프 몰드를 건조하는, 건조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법에 따르면, 컨베이어를 통해 원재료를 이송하고 이송 과정에서 중량을 측정한 뒤 믹서에 투입하여 바로 해리시킬 수 있도록 하여 펄프 몰드의 원재료가 되는 신문지에 포함된 장섬유의 파괴를 최소화하여 펄프 몰드의 강도를 높인 특징이 있다.

Description

원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법{Manufacturing Method of Pulp Molds}

본 발명은 원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 펄프 섬유 입자의 파손으로 인한 제품 강도 저하를 방지할 수 있도록 원료 투입 자동화 시스템을 구축하여 저장 탱크에서의 보관 시간을 줄여, 섬유질의 파손을 최소화하여 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 펄프 몰드는 폐지나 펄프를 이용하여 제품을 성형하는 것으로, 이는 각종의 물품을 보호하기 위한 완충포장재 또는 각종 용기에 주로 사용되어, 기존 합성수지 또는 스티로폼을 대체하는 친환경적 제품이다.

또한, 주성분이 펄프로 이루어져 폐기나 소각 시 환경오염물질 발생이 없고, 회수시 재활용이 가능하다는 장점을 가지고, 특히 통기성과 충격흡수성 및 성형성이 우수하여, 다양한 모양과 색상의 표현이 가능함에 따라 그 사용범위가 점진적으로 확대되고 있다.

이러한 펄프 몰드는 물과 폐지 또는 순수펄프를 분해시킨 펄프용액을 다양한 형태의 금형(mold) 으로 제조하여 진공흡입 성형한 후 건조하여 만들어 지는데, 다양한 형태의 입체성형이 가능하고 완충리브를 형성하여 우수한 완충력과 내하중을 가지고, 두께가 얇고 부피가 작아 물류의 경비를 절감하는 포장재의 절감 및 포장 공수의 단순화에 의해 포장 효율을 증대시킬 수 있다.

펄프 몰드는 펄프를 주재료로 활용하여 정밀 가공된 부품 및 쉽게 파손되는 제품, 보관이 필요한 제품을 포장함에 있어서, 제품의 파손을 방지하고 효과적인 포장을 위하여 펄프를 성형틀에서 제품의 형태에 따라 성형하여 건조시킨 상태에서 제품을 포장할 수 있다.

이러한 펄프 몰드의 제조 방법에 대한 선행기술로서, 공개특허 제2005-0104742호(2005.11.03 공개)에서는 물에 펄프를 투입한 뒤에 고속으로 회전시켜서 펄프를 파쇄 하고, 파쇄된 펄프혼합물에 염료와 염착제를 시간적 차이를 두어 계단적으로 투입 및 교반하되 펄프 중량에 대하여 염료를 0.1 ~ 6%를 투입하고, 염착제를 0.1% ~ 6%를 투입하여 5 ~ 15 분 동안 고속 교반한 뒤, 염색된 펄프혼합물을 금형으로 탈수 성형한 뒤에 이를 건조하여 제조된 펄프 몰드의 제조방법이 제시되어 있다.

그러나 상기 선행기술의 경우 펄프 몰드에 다양한 색상을 부여하는 것에 초점을 둔 것으로, 펄프 몰드의 강성을 높일 수 있도록 한 구성을 제공하지는 못한다는 한계성이 있다.

따라서 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 기존에 리프트를 통해 투입되던 원료 투입 공정을 개선하여 원료 투입을 자동화하고, 이를 기반으로 제품 강도를 높일 수 있도록 한 펄프 몰드의 제조 방법을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.

본 발명은 펄프 몰드의 원재료가 되는 신문지에 포함된 장섬유의 파괴를 최소화하여 펄프 몰드의 강도를 높이는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 빠른 시간 안에 원재료에 포함된 장섬유를 완전 해리시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제조되는 펄프 몰드에 내수성을 부가하여 펄프몰드의 강도를 보다 증가시킬 수 있도록 한 해리액의 조성을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 펄프 몰드의 표면에 내수성의 치밀한 피막을 형성할 수 있도록 함으로써 내수성 향상을 기반으로 한 내구성 향상을 기대할 수 있으며, 나아가 피막을 형성하는 조성물의 빠른 건조 속도 뿐 아니라 적당한 수준으로의 내구성 조절 기능을 겸비한 내수성 베이스의 조성을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법은, 로드셀이 구비된 컨베이어를 준비하는, 컨베이어 준비 단계; 목재펄프, 비목재펄프, 신문지, 백상지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 원재료를 상기 컨베이어에 탑재하고 중량을 측정한 뒤 믹서에 투입하는, 믹서 투입 단계; 상기 믹서에서 상기 원재료와 물을 포함하는 해리액을 혼합 처리하여 혼합물을 제조하는, 혼합물 제조 단계; 상기 혼합물을 성형기에 이송한 뒤 성형하여 펄프 몰드를 제조하는, 성형 단계; 상기 성형된 펄프 몰드를 건조하는, 건조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 컨베이어는, 하부 프레임과, 상기 하부 프레임의 상측에 설치되어 회전되는 구동롤러 및 피동롤러와, 상기 구동롤러와 피동롤러를 연결하고 상기 원재료를 상기 믹서로 이송하는 컨베이어 벨트와, 상기 구동롤러 및 피동롤러의 회전축 양 측면에 각각 설치되어 일체로 상하 이동되는 측부 프레임과, 상기 하부 프레임에 설치되어 상기 측부 프레임의 하강량을 통해 상기 원재료의 중량을 계량하는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 혼합물 제조 단계는, 상기 믹서에서 상기 원재료 90 내지 95 중량부와 상기 해리액 5 내지 10 중량부를 5 내지 20분 동안 1차 교반 처리하여 1차 혼합물을 제조하는 단계; 상기 1차 혼합물 85 내지 95 중량부와 정제수 5 내지 15 중량부를 혼합하고 5 내지 15분 동안 2차 교반 처리하여 혼합물을 완성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해리액은, 물 90 내지 95 중량부, 습윤지력증강제 0.1 내지 5 중량부, 유화제 0.5 내지 5 중량부, 로진(rosin)을 포함하는 내수성 증강제 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법에 따르면,

1) 컨베이어를 통해 원재료를 이송하고 이송 과정에서 중량을 측정한 뒤 믹서에 투입하여 바로 해리시킬 수 있도록 하여 펄프 몰드의 원재료가 되는 신문지에 포함된 장섬유의 파괴를 최소화하여 펄프 몰드의 강도를 높이고,

2) 2차 교반 과정을 통해, 해리액을 통해 원재료를 상대적 저속으로 오랜 시간동안 1차 교반 처리하여 원재료 내에 포함된 장섬유를 일부 해리시키고, 정제수를 첨가하여 고속으로 보다 짧은 시간동안 2차 교반 처리하여 장섬유를 완전히 해리시킴과 더불어 빠른 시간 안에 원재료에 포함된 장섬유를 완전히 해리시킬 수 있도록 하고,

3) 로진을 포함하는 내수성 증강제 및 트리글리세라이드를 포함하는 발수성 첨가제를 포함하는 수성 증강제의 구성을 통하여 내수성과 함께 발수성을 더함으로써 펄프 몰드로 하여금 내수 및 발수 기능을 더하도록 하여, 펄프 몰드의 강도를 보다 높일 수 있도록 하며,

4) 펄프 몰드의 표면에 내수성의 치밀한 피막을 형성할 수 있도록 함으로써 내수성 향상을 기반으로 한 내구성 향상을 기대할 수 있으며, 나아가 피막을 형성하는 조성물의 빠른 건조 속도 뿐 아니라 적당한 수준으로의 내구성 조절 기능을 겸비한 내수성 베이스를 제공하는 효과가 있다.

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도 1은 본 발명의 펄프 몰드의 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 펄프 몰드의 제조 방법을 나타낸 기본 공정도.
도 3은 본 발명의 컨베이어의 구조를 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 내수성 베이스를 제조하는 단계를 나타낸 순서도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 펄프 몰드의 제조 방법을 나타낸 순서도이며, 도 2는 본 발명의 펄프 몰드의 제조 방법을 나타낸 공정도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법은, 컨베이어 준비 단계(S11), 믹서 투입 단계(S12), 혼합물 제조 단계(S13), 성형 단계(S14), 건조 단계(S15)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(S11) 컨베이어 준비 단계

컨베이어 준비 단계(S11)는, 로드셀(60)이 구비되어 펄프 몰드의 제조를 위한 원재료, 즉 섬유를 포함하는 신문지와 같은 원재료를 적재함과 동시에 무게를 측정할 수 있도록 한 컨베이어(1)를 준비하는 단계이다. 즉 컨베이어(1)에 로드셀(60)이 구비되도록 하여, 로드셀(60)을 매개로 컨베이어(1)에 원재료를 적재함에 따라 원재료의 무게를 바로 파악할 수 있도록 한 것이다.

도 3은 본 발명의 컨베이어의 구조를 나타낸 개념도이다.

도 1, 2와 함께 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 컨베이어(1)의 경우 로드셀(60)을 구비하여 무게 측정 기능을 겸비하는 것으로서, 하부 프레임(51), 구동롤러(52), 피동롤러(53), 컨베이어 벨트(54), 측부 프레임(55), 그리고 로드셀(60)을 포함하도록 구성되어 로드셀(60)을 매개로 무게 측정과 동시에 원재료의 이송을 가능케 한 것을 특징으로 한다.

하부 프레임(51)은 컨베이어(1)의 저면 측에 위치하여 컨베이어(1)에 포함된 구성품을 지지함과 동시에 외관을 이루는 역할을 수행한다. 구동롤러(52) 및 피동롤러(53)는 하부 프레임(51)의 상측에 설치되어 회전하게 된다. 이때 구동롤러(52) 및 피동롤러(53)는 회전을 통해 원재료를 이송하는 기능을 수행하는 컨베이어 벨트(54)에 의해 서로 연결되며 컨베이어 벨트(54)의 상면에 원재료가 적재되어 믹서로 이송된다.

더불어 구동롤러(52) 및 피동롤러(53)는 각각 회전축에 의해 회전되는데, 이때 구동롤러(52) 및 피동롤러(53)의 회전축 양 측면에는 구동롤러(52) 및 피동롤러(53)에 대한 지지 역할을 수행하는 측부 프레임(55)이 각각 설치되어 측부 프레임(55)이 일체로 상하 이동된다.

나아가 측부 프레임(55)의 외측에는 외측 프레임(56)이 설치되어 측부 프레임(55)과 일체로 상하 이동될 수 있으며, 나아가 로드셀(60)의 경우 하부 프레임(51)에 설치되어 상대적으로 저면 측에 위치하는 로드셀(60)이 측부 프레임(55)의 하강량을 기반으로 원재료의 중량을 계량하는 기능을 수행한다.

이때 로드셀(60)의 설치 위치에 대해서는 제한이 없으므로 하부 프레임(51)의 일 측에 설치될 수 있으며, 바람직하게는 하부 프레임(51)의 양쪽 끝단 측에 로드셀(60)이 설치될 수 있다.

따라서 이러한 컨베이어(1)는 컨베이어(1)에 올려진 원재료의 중량을 측정하면서 원재료를 믹서로 이송하는 기능을 수행하게 된다.

바람직하게 원재료가 컨베이어 벨트(54) 위에 적치되면, 모터의 작동에 의해 구동롤러(52)가 회전을 시작하고, 구동롤러(52)의 회전에 따라 컨베이어 벨트(54) 및 피동롤러(53)가 회전하면서 원재료가 믹서 측으로 이송된다.

이때, 구동롤러(52)와 피동롤러(53)를 지지하는 측부 프레임(55) 및 외측 프레임(56)이 원재료의 중량에 의하여 하강되는데, 이러한 하강 발생 시 모터의 구동이 일시 중지되면서 원재료의 중량을 계량할 수 있다.

원재료의 중량 계량 시 측부 프레임(55) 및 외측 프레임(56)이 일체로 하강될 수 있어, 원재료가 컨베이어 벨트(54) 위에 정확히 적치되지 않고 일부가 외측 프레임(56)의 상단에 걸쳐지더라도 원재료의 중량을 계량할 수 있게 된다.

이때 측부 프레임(55) 및 외측 프레임(56)의 하강에 따른 중량 측정 구성에 대해 보다 상세히 설명하면, 측부 프레임(55)의 하강량은 외측 프레임(56) 및 프레임과 연결된 브라켓을 통해 브라켓과 연결된 연결봉으로 전달될 수 있으며, 연결봉은 측부 프레임(55)의 하강량을 로드셀 지지체에 정확하게 전달하게 된다.

이때, 연결봉의 하단이 로드셀 지지체에 베어링으로 연결될 수 있어, 측부 프레임(55) 및 외측 프레임(56)이 어느 정도 흔들리더라도 그 하강량이 정확하게 로드셀 지지체에 전달되며, 그 결과로 상기 로드셀 지지체는 컨베이어 벨트(54)에 적치된 원재료의 중량을 로드셀(60)을 통해 정확하게 계량할 수 있게 된다.

(S12) 믹서 투입 단계

다시 도 1 및 도 2로 돌아가 설명을 이어나가면, 믹서 투입 단계(S12)는, 상술한 컨베이어(1)에 원재료를 탑재하고 중량을 측정한 뒤 믹서(2)로 이송 처리하여 원재료를 믹서(2)에 투입하는 과정이다. 즉 상술한 컨베이어 준비 단계(S11)를 통해 준비된 컨베이어(1)에 원재료를 적치하고, 컨베이어(1)에 구비된 로드셀(60)을 매개로 원재료의 중량을 측정한 뒤 믹서(2) 측으로 이송시켜 믹서(2)에 원재료를 투입하는 것이다.

여기서 원재료라 함은 바람직하게 목재펄프, 비목재펄프, 신문지, 백상지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이때 바람직하게 신문지는 폐신문지를 이용할 수 있고, 목재펄프 및 비목재펄프 역시 폐펄프를 이용할 수 있다. 여기서 가장 바람직하게 원재료는 폐신문지일 수 있다.

이러한 목재펄프, 백상지, 비목재펄프, 신문지 중 어느 하나일 수 있는 원재료의 경우 섬유 입자가 5mm 이상인 장섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는데, 따라서 장섬유를 이용하여 펄프 몰드를 만듦으로써 제품 강도를 높일 수 있다.

더불어 믹서 투입 단계(S12)에서는 원재료를 컨베이어(1)에 탑재하고 컨베이어(1)에서 중량을 측정한 뒤 믹서(2)로 투입하도록 하여, 별도로 원재료의 중량을 측정하거나 하는 공정을 거칠 필요가 없어 원재료 투입 시간을 대폭 절감하도록 하고, 나아가 종래에 이용하던 리프트 방식을 이용하지 않고 컨베이어(1)를 통해 원재료를 믹서에 투입하도록 함으로써 인력의 낭비를 최소화할 수 있다.

종래의 펄프 몰드 제조 공정에서는 고농도 원료 저장탱크에 해리된 원재료를 장시간 보관하다가 이를 펄프 몰드 제작에 사용하고 있는데, 이때 저장탱크에서 해리된 원재료가 장시간 보관되면서 상술한 5mm 이상의 길이를 갖는 장섬유가 끊어져 5mm 이하의 길이의 단섬유로 분해되는 경우가 잦았다.

그러나 본 발명의 펄프 몰드 제조 방법의 경우 원재료를 해리시켜 탱크 내에서 보관하는 것이 아닌, 컨베이어를 통해 원재료를 직접 믹서(2)에 투입 처리하여 단시간에 펄프 몰드를 제조하도록 함으로써 장섬유의 파괴를 최소화한 특징을 갖는다.

(S13) 혼합물 제조 단계

혼합물 제조 단계(S13)는 믹서(2) 내에서 상술한 원재료와 해리액을 혼합 처리하여 혼합물을 제조한다. 이때 바람직하게 컨베이어를 통해 원재료가 믹서에 투입되므로, 원재료의 투입량에 맞게 해리액을 믹서에 투입하고 해리액과 원재료를 혼합 처리하여 혼합물을 제조하게 된다.

이때 바람직하게 해리액은 물을 포함하는 것으로서, 해리액의 경우 별도의 약품이 첨가되지 않은 순수한 물일 수도 있고, 혹은 물에 유화제나 습윤지력증강제, 염료, 기타 첨가제들이 더 첨가된 것일 수도 있다.

더불어 이때 원재료와 해리액의 중량부는 제한을 두지 않으나, 바람직하게는 원재료 80 내지 95 중량부와 해리액 5 내지 20 중량부를 혼합하고 고속 교반 처리하여 원재료를 구성하는 종이 장섬유가 해리액을 매개로 하여 해리되도록 할 수 있다.

즉 혼합물은 원재료를 구성하는 장섬유가 해리액 상에 분산된 것이라 할 수 있으며, 일종의 슬러지와 같은 형태가 된다고도 할 수 있다.

(S14) 성형 단계

성형 단계(S14)는, 원재료와 물이 혼합된 혼합물을 믹서(2)에서 성형기(3)로 이송한 뒤 성형틀을 통해 혼합물을 성형하여 펄프 몰드를 제조하는 과정이다. 이때 성형기(3)는 펄프 몰드를 통해 포장되는 포장상품의 형태에 따라 혼합물을 성형틀로 성형하여 펄프 몰드를 제조한다.

따라서 성형기(3)로 혼합물을 성형 처리하면서 혼합물에 포함된 해리액의 탈수가 일어나며, 포장상품의 형태에 따라 적절한 형상으로 혼합물을 성형기(3)의 성형틀, 즉 금형에 넣고 성형 처리하게 된다.

(S15) 건조 단계

마지막으로, 성형된 펄프 몰드를 건조하여 펄프 몰드를 완성한다. 이때 펄프 몰드를 성형기에서 분리하여 건조 처리하는 경우 건조 과정에서 펄프 몰드가 뒤틀리거나 휘어질 수 있어 건조용 금형(4) 내에서 펄프 몰드를 건조 처리하는 것이 가장 바람직하다. 이때 건조 시간이나 건조 온도에 대해서는 제한을 두지 않으므로, 10 내지 60℃ 범위에서 30분 내지 12시간 동안 건조가 수행될 수 있으며, 이때 건조 온도에 따라 건조 시간은 달라질 수 있다.

따라서 이와 같은 본 발명의 펄프 몰드의 제조 방법에 따르면, 컨베이어를 통해 원재료를 이송하고 이송 과정에서 중량을 측정한 뒤 믹서(2)에 투입하여 바로 해리시킬 수 있도록 한다.

즉 종래의 경우 원재료를 소량의 해리액과 혼합하여 탱크에 장시간 보관 처리하고, 보관 처리된 물질을 해리액과 다시 섞어 혼합물을 제조하는데, 이 과정에서 5mm 이상의 길이를 갖는 장섬유가 파괴되어 제조되는 펄프 몰드의 제품 강도가 낮아지게 되는 문제점이 있었다.

그러나 본 발명의 펄프 몰드의 제조 방법의 경우 원재료를 바로 믹서(2)에 투입하고 해리액과 혼합하여 펄프 몰드를 바로 제조함으로써, 장섬유가 파괴되지 않고 원형을 유지하게 함으로써 제품 강도를 높인 효과가 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.

[실시예]

펄프는 100% 신문지 고지(Korean Old Newspaper, KONP) 펄프를 사용하였다. 상술한 펄프 1kg를 컨베이어 벨트를 통해 믹서에 바로 이송하였으며, 이송된 펄프 1kg에 물 100g을 혼합 처리하고 7200rpm으로 교반 처리하여 펄프에 포함된 장섬유가 해리된 혼합물을 제조하고, 혼합물을 금형에 투입하여 펄프 몰드를 성형한 다음, 오존처리기에 침지시킨 후 금형 내에서 25℃의 온도 조건으로 12시간 동안 건조시켜 펄프 몰드를 제조하였다. 제조된 펄프 몰드는 원적외선이 발생되는 저장고에서 저장하였다.

[대조예]

펄프는 100% 신문지 고지(Korean Old Newspaper, KONP) 펄프를 사용하였으며, 상기 펄프는 파쇄기를 사용하여 0.35mm 홀의 스크린을 통하여 미세분말화하였다. 상기 미세분말화 된 펄프 1kg에 물 100g을 혼합하여 수시간 침지시킨 후 실험실용 표준해리기(disintegrator)인 valley beater를 이용하여 7,200rpm으로 완전히 해리시켰다. 해리된 혼합액을 금형에 투입하여 펄프몰드를 성형한 다음, 오존처리기에 침지시킨 후 탈수 및 금형 내에서 25℃의 온도 조건으로 12시간 동안 건조시켜 펄프 몰드를 제조하였다. 제조된 펄프 몰드는 원적외선이 발생되는 저장고에서 저장하였다.

제작된 실시예 및 대조예의 펄프 몰드의 완충성능을 조사하기 위하여 포장완충시험기(D0300010, Da-Wha Testing machine, Gyeonggi, Korea)를 이용하였다. 완충성능 측정시험은 단축 가속도센서(353B32, PCB Piezotronics, NY, USA)가 부착된 9.8 N 무게추를 높이 0.5 m 에서 실시예 및 대조예의 펄프 몰드에 자유낙하시킨 후 무게추에 전달되는 가속도를 계측하였다.

이때 펄프 몰드에 가해지는 힘은 무게추의 동적 하중이므로, 가속도에 의해 펄프 몰드에 가해지는 충격량을 속도 변화량으로 표현될 수 있다. 이때 속도 변화량의 단위로는(m/s²·s)를 이용하였다.

나아가 실시예 및 대조예의 펄프 몰드의 압축강도를 조사하기 위해서는 상자압축강도시험기(KE-250, Kyung Do Precision Co., Gyeonggi, Korea)를 이용하여 조사하였으며, 하중재하속도 10 mm/min로 실시예 및 대조예의 펄프 몰드를 10회 압축한 결과를 평균하여 나타내었다. 압축강도의 단위는 N(Newton)으로 측정하였다.

	속도 변화량(m/s2·s)	압축강도(N)
실시예	0.148	2,895
대조예	0.162	2.427

표 1은 실시예 및 대조예의 펄프 몰드에 대한 속도 변화량 및 압축강도를 나타낸 표이다.

표 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 펄프 몰드는 대조예의 펄프 몰드에 비하여 속도 변화량이 낮아 펄프 몰드에 가해지는 충격량이 상대적으로 낮은 것을 확인할 수 있으며, 나아가 높은 압축강도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 펄프 몰드의 경우 장섬유가 유지되어 제품 강도가 향상되어 압축강도가 향상된 것을 확인할 수 있으며, 상대적으로 자유낙하에 의해 발생한 충격량 역시 적은 것으로 판단되어 제품에 대한 완충성능이 높은 것을 확인할 수 있다.

더불어, 본 발명의 펄프 몰드의 제조 방법 중 원재료와 해리액을 혼합 처리하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조 단계는, 교반 효율성을 보다 높이기 위해 1차 혼합물을 제조하는 단계 및 혼합물을 완성하는 단계로 단계적 교반을 수행할 수도 있다.

1차 혼합물을 제조하는 단계는 믹서 내에서 원재료와 해리액을 1차 교반 처리하여 1차 혼합물을 제조한다. 이때 1차 혼합물 제조를 위해서는, 바람직하게 원재료 90 내지 95 중량부와 해리액 5 내지 10 중량부를 5 내지 20분 동안 1차 교반 처리하게 된다.

이는 1차적 교반 처리이므로, 교반 속도에 있어서는 제한이 없으나 1000 내지 3000 rpm으로 1차 교반을 수행하여 원재료를 해리액과 혼합하여 원재료 내에 포함된 장섬유를 1차적으로 해리시키게 된다.

이어지는 혼합물을 완성하는 단계의 경우 제조된 1차 혼합물 85 내지 95 중량부에 정제수 5 내지 15 중량부를 혼합하고 5 내지 15분 동안 동안 2차 교반 처리하여 상술한 혼합물을 완성한다.

여기서 정제수를 혼합 처리하는 것은, 해리액 내에 물 외에도 추가적인 약품이 포함될 수 있는 점을 감안하여 기타 물질이 첨가되지 않은 순수한 정제수만을 2차적으로 추가해 약품 농도를 세부 제어하도록 하기 위함이다.

이때 2차 교반 처리에 있어서도 교반 속도에 있어서는 제한이 없으나 3000 내지 8000 rpm으로 1차 혼합물과 정제수를 교반 처리하여 원재료에 포함된 장섬유가 혼합물 내에서 완전히 해리될 수 있도록 한다.

이와 같은 2차 교반 과정을 통해, 해리액을 통해 원재료를 상대적 저속으로 오랜 시간동안 1차 교반 처리하여 원재료 내에 포함된 장섬유를 일부 해리시키고, 정제수를 첨가하여 고속으로 보다 짧은 시간동안 2차 교반 처리하여 장섬유를 완전히 해리시킴과 더불어 빠른 시간 안에 원재료에 포함된 장섬유를 완전히 해리시킬 수 있다.

나아가 상술한 해리액은 물 외에도 추가적인 조성을 더 포함할 수 있는데, 바람직하게 해리액의 경우 물 90 내지 95 중량부, 습윤지력증강제 0.1 내지 5 중량부, 유화제 0.5 내지 5 중량부, 로진(rosin)을 포함하는 내수성 증강제 1 내지 5 중량부를 포함하는 조성물로 구성될 수 있다.

물은 해리액에서의 용매 역할을 수행하며, 습윤지력증강제는 제조되는 펄프 몰드의 습윤 강도와 지력 강도를 향상시키기 위해 첨가되는 물질이다. 이때 습윤지력증강제는 음이온성수지, 양이온성 요소 수지, 멜라민-포름알데히드 수지 및 비포르말린계의 에폭시화 폴리아미드 폴리아민계 수지로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게 습윤지력증강제는 멜라민-포름알데히드 수지 또는 에폭시화 폴리아미드 수지 중 어느 하나일 수 있다.

유화제는 혼합물에 포함된 다양한 성분의 혼합성을 높이고 균질한 혼합물을 제조하기 위해 첨가되는 것으로, 이때 유화제의 경우 바람직하게 양친매성의, 즉 분자 중에 친유성기와 친수성기를 가지고 있는 화합물을 포함하는 것을 이용할 수 있다. 보다 바람직하게는 유화제로써 모노 주석산 또는 디아세틸 주석산, 유산 또는 초산 중 하나를 사용할 수 있다.

내수성 증강제는 로진(rosin)을 유효 성분으로 포함하는데, 이는 제조된 펄프 몰드의 내수성을 증가시키기 위해 첨가된다. 이때 내수성 증강제의 유효 성분인 로진은 송진을 증류하여 얻는 천연 수지로서, 종이의 사이즈제(劑), 비누·도료·합성수지의 첨가제로도 쓰이며 내수성이 뛰어난 특징이 있다.

따라서 이와 같은 조성의 해리액과 원재료를 혼합함에 따라 원재료의 해리 성능을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라 제조되는 펄프 몰드에 내수성을 부가하여 펄프몰드의 강도를 보다 증가시킬 수 있다.

나아가 내수성 증강제는 바람직하게 로진(rosin)을 포함하는 내수성 베이스 80 내지 95 중량부 및, 트리글리세라이드(triglycerides)를 포함하는 발수성 첨가제 5 내지 20 중량부를 포함하도록 구성될 수 있는데, 이에 따라 내수성 증강제에 발수 기능을 더할 수 있다.

내수성 베이스는 상술한 로진을 유효 성분으로 하여 내수성을 높인 것이며, 발수성 첨가제는 글리세롤에 3분자의 지방산이 에스테르 합한 것으로서 자연계에서 찾아낼 수 있는 지방산유도체 가운데서 가장 분포가 넓은 트리글리세라이드를 유효 성분으로 포함하여 발수성을 높일 수 있는 효과를 제공한다.

따라서 이와 같은 내수성 증강제의 구성을 통하여 내수성과 함께 발수성을 더함으로써 펄프 몰드로 하여금 내수 및 발수 기능을 더하도록 하여, 펄프 몰드의 강도를 보다 높일 수 있게 된다.

나아가 내수성 베이스는 로진 이외에도 추가적인 조성을 더 포함할 수 있는데, 이러한 내수성 베이스를 제조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 내수성 베이스를 제조하는 단계를 나타낸 순서도이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 내수성 베이스는 제 1 용액을 제조하는 단계, 제 2 용액을 제조하는 단계, 내수성 베이스를 완성하는 단계를 통해 제조될 수 있다.

제 1 용액을 제조하는 단계

먼저, 로진(rosin) 30 내지 50 중량부, 아크릴계 에멀젼 20 내지 40 중량부, 이소프로필알코올 10 내지 30 중량부를 혼합하여 제 1 용액을 제조한다.

로진은 상술한 설명에서와 같이 송진을 증류하여 얻는 천연 수지로서, 종이의 사이즈제(劑), 비누·도료·합성수지의 첨가제로도 쓰이며 내수성이 뛰어난 특징이 있다.

아크릴계 에멀젼은 내수성 및 방수성이 있어 펄프 몰드에 내수성 피막을 형성시키는 기능을 함과 동시에 로진과 혼합이 가능한 특성을 가지는데, 이러한 아크릴계 에멀전은 기본적으로 아크릴산 에스테르나 메타크릴산 에스테르, 나아가 불포화 카르복실산, 아크릴 단량체 등을 포함하여 구성될 수 있다.

불포화 카르복실산으로서는 아크릴릭애씨드, 메타크릴릭애씨드, 크로토닉애씨드, 이타코닉애씨드, 말레익애씨드 중 적어도 하나 이상이 이용될 수 있다. 아크릴 단량체로써는 아크릴로니트릴, 아크릴아마이드, N-하이드록시아크릴아마이드, N-뷰톡시 메틸아크릴아마이드, 스티렌, 비닐아세테이트 중 적어도 어느 하나가 이용될 수 있다.

아크릴계 에멀젼은 이소프로필알코올에 잘 용해되는 특성을 지니므로, 아크릴계 에멀젼의 용매로서 이소프로필알코올을 이용하도록 한다. 더불어 이소프로필알코올은 휘발성이 있어, 이소프로필알코올을 포함한 수밀성 향상제의 경우 건조속도의 향상 효과를 기대할 수 있다.

제 2 용액을 제조하는 단계

이어서, 제 1 용액 80 내지 95 중량부와, 알루미늄뷰톡사이드(Aluminium Butoxide) 1 내지 10 중량부 및, 유기폴리실라잔 3 내지 10 중량부를 혼합하여 제 2 용액을 제조한다.

알루미늄뷰톡사이드는 금속 알콕사이드로써 내수성 베이스에 포함 시 펄프 몰드의 표면에서 아크릴계 에멀젼 및 로진과 함께 피막을 형성하여 제조된 펄프 몰드의 내수성 및 수밀성을 높이고, 나아가 내구성을 증대시키는 효과가 있다.

유기폴리실라잔은 탄소 및 수소 등의 유기 작용기가 결합되어 있는 실라잔 고분자로써 유연성이 뛰어나여 첨가 시 형성되는 피막의 유연성을 높일 수 있을 뿐 아니라 수밀성을 강화시키는 역할을 하여 내수성을 보다 높이는 효과가 있다.

내수성 베이스를 완성하는 단계

마지막으로, 제 2 용액 85 내지 98 중량부와, 디쿠밀페록사이드(dicumyl peroxide) 1 내지 5 중량부 및 폴리이소부틸렌(Polyisobutylene)을 포함하는 경도 조절제 1 내지 10중량부를 혼합하여 내수성 베이스를 완성한다.

디쿠밀페록사이드는 유기폴리실라잔이 포함된 피막에 있어 유기폴리실라잔의 경화속도를 높이는 효과가 있어, 펄프 몰드 표면에 형성되는 내수성 피막의 건조속도를 높여 결과적으로는 펄프 몰드에 대한 건조 속도 향상을 기대할 수 있도록 한 효과를 가진다.

경도 조절제는 폴리이소부틸렌을 유효 성분으로 포함하는데, 이때 폴리이소부틸렌은 2-메틸-1-프로펜의 중합체로 이루어진 합성고무이다. 무색 또는 엷은 노란색의 끈기가 있고 탄력성 있는 고무 모양의 반고체이며 식품에 첨가할 수 있을 정도로 친환경적이며 인체에 무해하는 특성을 지닌다. 따라서 해리액에 첨가되는 내수성 베이스로 첨가 시 점착성을 향상시켜 펄프 몰드 섬유의 결착력을 높이고, 적당한 수준의 경도를 나타내도록 경도를 조절하며 유연성을 부여함으로써 외부에서 충격이 가해지더라도 펄프 몰드가 바로 깨져버리는 것이 아닌 적당한 탄성을 통해 외부 충격을 흡수할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

이와 같은 내수성 베이스의 조성을 통해 펄프 몰드의 표면에 내수성의 치밀한 피막을 형성할 수 있도록 함으로써 내수성 향상을 기반으로 한 내구성 향상을 기대할 수 있으며, 나아가 피막을 형성하는 조성물의 빠른 건조 속도 뿐 아니라 적당한 수준으로의 내구성 조절 기능 역시 기대할 수 있게 된다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

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1 : 컨베이어 2 : 믹서
3 : 성형기 4 : 금형
50 : 모터 51 : 하부 프레임
52 : 구동롤러 53 : 피동롤러
54 : 컨베이어 벨트 55 : 측부 프레임
56 : 외측 프레임 60 : 로드셀
S11 : 컨베이어 준비 단계 S12 : 믹서 투입 단계
S13 : 혼합물 제조 단계 S14 : 성형 단계
S15 : 건조 단계

Claims (8)

1. 원료 투입 자동화를 통해 제품 강도를 높인 펄프 몰드의 제조 방법으로서,
   로드셀이 구비된 컨베이어를 준비하는, 컨베이어 준비 단계;
   목재펄프, 비목재펄프, 신문지, 백상지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 원재료를 상기 컨베이어에 탑재하고 중량을 측정한 뒤 믹서에 투입하는, 믹서 투입 단계;
   상기 믹서에서 상기 원재료와 물을 포함하는 해리액을 혼합 처리하여 혼합물을 제조하는, 혼합물 제조 단계;
   상기 혼합물을 성형기에 이송한 뒤 성형하여 펄프 몰드를 제조하는, 성형 단계;
   상기 성형된 펄프 몰드를 건조하는, 건조 단계;를 포함하되,
   상기 해리액은,
   물 90 내지 95 중량부, 습윤지력증강제 0.1 내지 5 중량부, 유화제 0.5 내지 5 중량부, 내수성 증강제 1 내지 5 중량부를 포함하고,
   상기 내수성 증강제는,
   로진(rosin)을 포함하는 내수성 베이스 80 내지 95 중량부 및, 트리글리세라이드(triglycerides)를 포함하는 발수성 첨가제 5 내지 20 중량부를 포함하며,
   상기 내수성 베이스는,
   로진(rosin) 30 내지 50 중량부, 아크릴계 에멀젼 20 내지 40 중량부, 이소프로필알코올 10 내지 30 중량부를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 단계;
   상기 제 1 용액 80 내지 95 중량부와, 알루미늄뷰톡사이드(Aluminium Butoxide) 1 내지 10 중량부 및, 유기폴리실라잔 3 내지 10 중량부를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 단계;
   상기 제 2 용액 85 내지 98 중량부와, 디쿠밀페록사이드(dicumyl peroxide) 1 내지 5 중량부 및 폴리이소부틸렌(Polyisobutylene)을 포함하는 경도 조절제 1 내지 10중량부를 혼합하여 내수성 베이스를 완성하는 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 펄프 몰드의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 컨베이어는,
   하부 프레임과,
   상기 하부 프레임의 상측에 설치되어 회전되는 구동롤러 및 피동롤러와,
   상기 구동롤러와 피동롤러를 연결하고 상기 원재료를 상기 믹서로 이송하는 컨베이어 벨트와,
   상기 구동롤러 및 피동롤러의 회전축 양 측면에 각각 설치되어 일체로 상하 이동되는 측부 프레임과,
   상기 하부 프레임에 설치되어 상기 측부 프레임의 하강량을 통해 상기 원재료의 중량을 계량하는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄프 몰드의 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 혼합물 제조 단계는,
   상기 믹서에서 상기 원재료 90 내지 95 중량부와 상기 해리액 5 내지 10 중량부를 5 내지 20분 동안 1차 교반 처리하여 1차 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 1차 혼합물 85 내지 95 중량부와 정제수 5 내지 15 중량부를 혼합하고 5 내지 15분 동안 2차 교반 처리하여 혼합물을 완성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄프 몰드의 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 유화제는,
   모노 주석산, 디아세틸 주석산, 유산, 초산 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 펄프 몰드의 제조 방법.
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