KR102404803B1

KR102404803B1 - 목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법

Info

Publication number: KR102404803B1
Application number: KR1020220032201A
Authority: KR
Inventors: 이우현
Original assignee: 이우현
Priority date: 2022-03-15
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2022-05-31

Abstract

본 발명은『목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법』에 관한 것으로, 이의 목적은 소정두께의 베니아 원단에서 용기소재를 떼어내고 이것을 소성가공하여 용기를 성형하는 과정에서 연화처리와 함께 탄화열처리를 병행 실시함으로써 가공성과 제품 강도를 월등하게 향상시킬 수 있는 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 『목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법』에 의하면; 목재를 슬라이스로 썰어서 만든 소정두께의 베니아 원단(WF)에서 떼어낸 용기소재(100A)를 통해 식품을 담거나 포장할 수 있는 친환경 용기(100)로 성형함은 물론이며, 용기소재(100A)를 소성가공하는 과정에서 연화처리와 함께 탄화열처리를 병행 실시함으로써 친환경 용기(100)의 가공성과 제품 강도를 월등하게 향상시킬 수 있다. 특히, 상부몰드(300)에 마련된 스팀노즐(310)을 통해 용기소재(100A)를 연화처리함으로써 소성 가공하는 과정에서 성형성을 향상시킬 수 있으며, 용기(100)를 가압하여 성형하는 과정에서 탄화열처리함으로써 제품강도를 향상시키면서 성형된 형상이 그대로 유지되는 이점이 있다.

Description

목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법{An eco-friendly container manufacturing method using wood fabric}

본 발명은 목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법에 관한 것으로; 더욱 상세하게는 친환경 소재인 목재원단을 통해 제작되며 강도를 높이면서 식품을 담거나 포장할 수 있는 용도로 사용할 수 있는 『목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법』에 관한 것이다.

일반적으로 식품을 담거나 보관하는데 사용하는 용기는 가볍고 보관이 용이하여 실내외에서 간편하게 사용할 수 있으며, 원형 이외에도 다양한 형상과 모양으로 제작되고 있다. 이러한 용기는 합성수지, 알루미늄 박판, 천연 펄프 등을 소재로 만들어지며, 가격이 저렴하고 어느 곳에서나 장소에 구애없이 쉽게 구입하여 사용할 수 있는 장점이 있다. 그러나 합성수지나 알루미늄 박판 등으로 제작된 용기는 친환경적인 부분에서 문제점을 갖고 있다. 특히, 발포 합성수지(일명 스티로폼)로 만들어진 일회용 용기는 사용상 취급이 용이하나 무게에 비해 그 부피가 커 쓰레기 발생을 확대시키며, 반영구적으로 썩지 않아 심각한 환경문제를 야기시키고 있다. 또한, 종이로 제작된 일회용 용기는 물기에 취약해 식품을 담거나 보관하는데 그 한계가 있다.

대한민국 특허등록 제10-1728061호(2017년 04월 12일 등록)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 발명의 목적은 친환경 소재인 목재를 소정두께로 슬라이스처리하여 만든 베니아 원단에서 용기소재를 떼어내고 이것을 소성가공하여 용기를 성형하는 과정에서 연화처리와 함께 탄화열처리를 병행 실시함으로써 가공성과 제품 강도를 월등하게 향상시킬 수 있는 『목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법』을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 『목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법』은; 식품을 담거나 포장할 수 있는 용기의 제조방법에 있어서; 목재를 슬라이스처럼 썰어서 만들어진 한쌍의 베니아-외피 사이에 상,하면이 10~35미크론의 두께로 합성수지 코팅처리된 펄프지를 배치한 후 열을 가하면서 합지하여 제작된 3플라이(3-PLY) 원단으로 이루어진 0.2~0.5mm 두께의 베니아 원단을 압연하여 표면을 고르게 하면서 두께를 균일하게 처리하는 압연단계와; 상기 압연단계를 지난 상기 베니아 원단에서 용기를 성형할 수 있는 사이즈로 용기소재를 떼어내되, 용기의 성형이 용이하게 이루어지도록 상기 용기소재의 가장자리에 방사상으로 주름을 형성하는 블랭킹단계와; 상기 블랭킹단계에서 만들어진 상기 용기소재를 히터를 통해 160 ~ 200℃로 예열된 용기성형장치의 하부몰드 상부에 올려놓은 후 하부몰드에 진공압을 가해 상기 용기소재를 위치 고정시키는 소재 로딩단계와; 상기 소재 로딩단계 이후에 상기 용기성형장치의 상부몰드 하면에 마련된 스팀노즐을 통해 용기성형장치의 하부몰드에 올려진 상기 용기소재의 상면 전역에 고온의 스팀을 소정시간 직접 분사하여 상기 용기소재를 연화 처리하는 소재 연화단계와; 상기 소재 연화단계 이후에 상기 용기소재가 올려진 용기성형장치의 하부몰드 직상부에서 히터를 통해 160 ~ 200℃로 예열된 용기성형장치의 상부몰드를 하강시켜 상기 용기소재를 압착하면서 탄화열처리하여 바닥면과 벽면을 갖는 용기를 성형하는 열가압 성형단계와; 상기 열가압 성형단계 이후에 용기성형장치의 상부몰드를 상승시킨 후 성형된 상기 용기를 취출하는 취출단계를; 구비하는 것을 특징으로 한다.

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상기와 같은 본 발명에 따른 『목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법』에 의하면; 소정두께의 베니아 원단에서 떼어낸 용기소재를 통해 식품을 담거나 포장할 수 있는 친환경 용기가 성형하는데, 용기소재를 소성가공하는 과정에서 연화처리와 함께 탄화열처리를 병행 실시함으로써 가공성과 제품 강도를 월등하게 향상시킬 수 있다. 특히, 상부몰드에 마련된 스팀노즐을 통해 용기소재를 연화처리함으로써 소성 가공하는 과정에서 용기의 성형성을 향상시킬 수 있으며, 용기를 가압하여 성형하는 과정에서 탄화열처리함으로써 제품강도를 향상시키면서 성형된 형상이 그대로 유지되는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 『목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법』에 의하면; 베니아 원단이 목재를 얇게 슬라이스처럼 썰어서 만들어진 한쌍의 베니아-외피 사이에 상,하면이 10~35미크론의 두께로 합성수지 코팅처리된 펄프지를 배치한 후 열을 가하면서 합지하여 제작된 3플라이 레이어 원단으로 이루어져 있어서, 용기의 강성을 향상시킬 수 있는 것은 물론이며 합성수지 코팅으로 인해 방수성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 『목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법』에 의하면; 열가압 성형단계에서 용기성형장치의 하부몰드와 상부몰드에 설치된 히터를 통해 160 ~ 200℃로 하부몰드와 상부몰드를 예열함으로써, 용기소재는 용기로 성형됨과 동시에 탄화 열처리가 동시에 수행되어 제품 생산성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 목재원단을 이용한 친환경 용기를 개략적으로 보인 단면사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법을 순차적으로 보인 공정블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 친환경 용기의 제조방법에서 압연단계를 개략적으로 보인 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 친환경 용기의 제조방법에서 적용되는 베니아 원단의 구성을 개략적으로 보인 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 친환경 용기의 제조방법에서 블랭킹단계를 개략적으로 보인 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 친환경 용기의 제조방법에서 소재 로딩단계를 개략적으로 보인 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 친환경 용기의 제조방법에서 소재 연화단계를 개략적으로 보인 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 친환경 용기의 제조방법에서 열가압 성형단계를 개략적으로 보인 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 친환경 용기의 제조방법에서 취출단계를 개략적으로 보인 것이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

<본 발명에 따른 친환경 용기의 구성 설명>

도 1에 도시한 바와 같이; 본 발명에 따른 친환경 용기(100)는 친환경 소재인 베니아 원단에서 떼어낸 용기소재를 소성가공하여 바닥면(110)과 벽면(120)을 갖도록 구성되며, 용기(100)의 용기소재는 가장자리에 방사상의 주름을 갖도록 베니아 원단에서 떼어내어 제작된 것을 사용한다. 즉, 본 발명에 따른 친환경 용기(100)는 위생적이고 친환경적인 목재를 소정두께로 슬라이스 처리하여 만든 베니아 원단에서 용기를 성형할 수 있는 사이즈로 용기소재를 원판형으로 떼어내고, 이러한 용기소재들이 용기 성형장치에 연속적으로 공급되어 만들어진다.

<본 발명에 따른 친환경 용기의 제조방법 설명>

다음에는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 친환경 용기의 제조방법을 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법은 도 2에 도시한 바와 같이, 베니아 원단을 압연하여 표면을 고르게 하면서 두께를 균일하게 처리하는 압연단계(S10)와; 압연단계(S10) 이후에 베니아 원단에서 용기를 성형할 수 있는 사이즈로 용기소재를 원판형으로 떼어내는 블랭킹단계(S20)와; 블랭킹단계(S20)에서 만들어진 용기소재를 용기성형장치의 하부몰드에 올려놓는 소재 로딩단계(S30)와, 하부몰드에 올려진 용기소재에 고온의 스팀을 분사하여 용기소재를 연화 처리하는 소재 연화단계(S40)와, 용기소재를 압착하면서 탄화 열처리하여 바닥면과 벽면을 갖는 용기로 성형하는 열가압 성형단계(S50)와, 성형된 용기를 취출하는 취출단계(S60)로 이루어진다.

도 3을 참조하면; 압연단계(S10)는 목재를 소정두께로 썰어서 만들어진 베니아 원단(WF)을 압연(ROLLING)하여 표면을 고르게 하면서 두께를 균일하게 처리하는 공정이다. 도 4에 도시한 바와 같이; 본 발명의 실시 예에서 압연단계(S10)를 수행하는 베니아 원단(WF)은 목재를 얇게 슬라이스 처럼 썰어서 만들어진 한쌍의 베니아-외피(A) 사이에 상,하면이 10~35미크론의 두께로 합성수지 코팅 처리된 펄프지(P)를 배치한 후 열을 가하면서 합지하여 제작된 3플라이(3-PLY) 레이어(LAYER) 원단으로 이루어져 있다. 펄프지(P)는 친환경 소재인 베니아-외피(A)와 합지되어 베니아-외피(A)가 찢어지는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 이러한 펄프지(P)는 상,하면이 10~35미크론(㎛) 정도의 두께로 합성수지 코팅처리된 단층 펄프지로 적용함이 바람직하며, 합성수지 코팅층으로 인해 베니아-외피(P)와의 열-가압 합지공정에서 별도의 접착제가 요구되지 않는다. 펄프지(P)에 처리된 합성수지 코팅은 체내에 흡수될 수 없어 건강상 위해가 없는 고분자 물질의 친환경 합성수지 소재를 적용함이 바람직한데; 폴리에틸렌(PE;polyethylene), 폴리프로필렌(PP;polypropylene), 폴리락틱 에시드(PLA;Polylactic Acid), 피이티(PET;poly ethylene terephthlate), 아크릴계수지(아크릴베이스의 수분산성 코팅제), 실리콘 등에서 채택하여 사용할 수 있다. 펄프지(P)의 합성수지 코팅은 베니아 원단(WF)에 수분 침투를 방지하는 것은 물론이며 용기의 성형에도 도움을 준다.

이와 같이 구성된 3플라이 베니아 원단(WF)은 압연 공정을 통해 두께가 균일해지면서 밀도가 치밀해져 소성가공을 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 베니아 원단(WF)은 성형성을 고려하여 0.2 ~ 0.5㎜정도의 두께로 구성함이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서는 베니아 원단(WF)의 두께를 0.45mm로 구성하였다.

도 5를 참조하면; 블랭킹단계(S20)는 압연단계(S10)를 지난 베니아 원단(WF)에서 용기를 성형할 수 있는 사이즈로 용기소재(100A)를 원판형으로 떼어내는 공정이다. 소정두께의 베니아 원단(WF)에서 목형을 통해 용기소재(100A)를 원판형으로 떼어내는데(일명 '톰슨 공정'이라고 칭함), 이 과정에서 용기 성형이 용이하게 이루어지도록 용기소재(100A)의 가장자리에 방사상으로 주름(130)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 용기소재(100A)의 가장자리에 방사상으로 압력을 가해 주름(130)을 성형하면, 이 주름(130) 선들을 따라 변형되면서 용기 성형이 용이하게 이루어지게 된다.

소재 로딩단계(S30)는 도 6에 도시한 바와 같이, 블랭킹단계(S20)에서 만들어진 용기소재(100A)를 용기성형장치의 하부몰드(200) 상부에 올려놓은 후 하부몰드(200)에 진공압을 기해 용기소재(100A)를 위치 고정시키는 공정이다. 즉, 용기성형장치 인접부에 적재된 용기소재(100A)를 픽업유닛(210)을 통해 픽업하여 하부몰드(200) 상부에 올려놓는다. 그리고 진공펌프(220)를 구동시켜 용기성형장치의 하부몰드(200)에 진공압을 가함으로써, 하부몰드(200) 상부에 올려진 용기소재(100A)를 위치 고정시킨다.

그리고 소재 연화단계(S40)는 도 7에 도시한 바와 같이, 용기성형장치의 상부몰드(300)에 마련된 스팀노즐(310)을 통해 용기소재(100A)에 고온의 스팀을 소정시간 분사하여 용기소재(100A)를 연화 처리하는 공정이다. 즉, 용기성형장치의 유압실린더(미도시) 하단부에 체결되어 상하로 작동하는 상부몰드(300)에는 고온의 스팀을 아래로 분사할 수 있는 스팀노즐(310)이 복수개 마련되며, 이를 통해 하부몰드(200)에 올려진 용기소재(100A)의 상면 전역에 고온의 스팀을 일정시간(본 발명의 실시 예에서는 2 ~ 4초 이내) 직접 분사한다. 따라서 베니아 원단(WF)으로 제작된 용기소재(100A)는 수분을 흡수하여 연화처리됨으로써 성형과정에서 터지거나 갈라짐을 방지할 수 있다. 본 발명의 소재 연화단계(S40)에서는 상부몰드(300)를 서서히 하강시키면서 스팀 노즐(310)을 통해 고온의 스팀을 분사하여 용기소재(100A)를 연화처리하는 것이 용기 생산성을 높이는데 유리하다.

열가압 성형단계(S50)는 도 8에 도시한 바와 같이, 용기소재(100A)가 올려진 용기성형장치의 하부몰드(200) 직상부에서 예열된 용기성형장치의 상부몰드(300)를 하강시켜 용기소재(100A)를 압착하면서 탄화처리하여 바닥면(110)과 벽면(120)을 갖는 용기(100)를 성형하는 공정이다. 본 발명의 실시 예에서 용기성형장치의 하부몰드(200)와 상부몰드(300)는 각각 내장된 히터(230)(320)를 통해 160 ~ 200℃로 예열된 상태이며(본 발명의 실시 예에서는 180℃로 설정됨), 예열 상태의 하부몰드(200)와 상부몰드(300)를 통해 주름(130)이 잡힌 용기소재(100A)에 열을 가하면서(탄화 열처리) 압착함이 바람직하다(본 발명의 실시 예에서는 열가압 시간을 2 ~ 4초로 설정함). 이러한 단시간 가열 압착 공정으로 용기(100)가 성형되면서 탄화 열처리된다. 보다 상술하면; 목재를 슬라이스처리하여 만들어진 베니아 원단(WF)은 대략 50%의 셀롤로우스, 23%의 헤미셀롤로우스, 20%의 리그닌, 7%의 다른 추출 물질로 구성되어 있는데, 열처리(탄화)를 하면 목재로부터 수지, 기타 화학물질 및 습기(수산기)가 제거된다. 이러한 열처리 과정을 통해 베니아 원단(WF;용기소재)의 수분흡수율을 감소시키며, 부후(腐朽)에 대한 저항성이 향상되고, 굽힘과 팽윤의 위험성을 최소화하게 된다. 또한, 용기(100)의 열처리 과정에서 용기소재(100A;베니아 원단)의 셀롤로우스가 결정화되며, 이러한 것은 내구력 향상에 큰 도움을 준다. 또한, 헤미셀롤로우스 또한 변형되어 오일과 카르복시산의 두 가지로 나누어지는데, 이는 용기(100)의 내구성 향상에도 큰 도움이 된다. 또한, 고온에서 리그닌이 캐러맬화 되어 용기에 어두운 색상을 제공하게 된다. 이러한 열가압 성형단계(S40)에서의 단시간 가열 압착 공정을 통해 베니아 원단(WF)에서 떼어낸 용기소재(100A)가 탄화 연처리되면서 용기(100)로 성형됨으로써, 용기 성형이 완료되면 성형상태(소성 변형된 상태) 그대로 유지된다. 특히, 용기 성형이 완료되어 펄프지(P)의 합성수지 코팅층이 냉각되면, 성형 상태가 그대로 유지되면서 전체적인 강성 역시 월등히 높아진다.

취출단계(S60)는 도 9에 도시한 바와 같이, 열가압 성형단계(S50) 이후에 용기성형장치의 상부몰드(300)를 상승시킨 후 성형된 용기(100)를 취출하는 픽업유닛(210)을 통해 자동 취출하여 적재하는 공정이다.

이와 같이, 본 발명에서는 목재를 슬라이스로 썰어서 만든 베니아 원단(WF)을 압연하는 압연단계(S10) ⇒ 베니아 원단(WF)에서 용기소재(100A)를 떼어내는 블랭킹단계(S20) ⇒ 용기소재(100A)를 하부몰드(200)에 올려놓는 소재 로딩단계(S30) ⇒ 용기소재(100A)에 고온의 스팀을 분사하여 연화시키는 소재 연화단계(S40) ⇒ 연화처리된 용기소재(100A)를 가압하여 탄화열처리하는 열가압 성형단계(S50) ⇒ 성형된 용기(100)를 취출하는 취출단계(S60)를 거치면서 친환경 용기(100)가 연속적으로 성형됨으로써, 가공성과 제품 강도를 월등하게 향상시킬 수 있다. 특히, 상부몰드(300)에 마련된 스팀노즐(310)을 통해 용기소재(100A)를 연화처리함으로써 소성 가공하는 과정에서 성형성을 향상시킬 수 있으며, 용기소재(100A)를 가압하여 성형하는 과정에서 탄화열처리함으로써 용기(100)의 제품강도를 향상시키면서 성형된 모양이 그대로 유지된다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 목재원단을 이용한 친환경 용기를 접시 형태로 제조하는 방법으로 설명하였지만, 이에 국한하지 않고 바닥면이 넓은 트레이 또는 밥 공기 형태 등과 같이 다양한 용기에 적용할 수 있음은 물론이다.

100..용기 110..바닥면
120..벽면 WF..베니아 원단
100A..용기소재 200..하부몰드
210..픽업유닛 220..진공펌프
230..히터 300..상부몰드
310..스팀노즐 320..히터
S10..압연단계 S20..블랭킹단계
S30..소재 로딩단계 S40..소재 연화단계
S50..열가압 성형단계 S60..취출단계

Claims

식품을 담거나 포장할 수 있는 용기의 제조방법에 있어서;
목재를 슬라이스처럼 썰어서 만들어진 한쌍의 베니아-외피(A) 사이에 상,하면이 10~35미크론의 두께로 합성수지 코팅처리된 펄프지(P)를 배치한 후 열을 가하면서 합지하여 제작된 3플라이(3-PLY) 원단으로 이루어진 0.2~0.5mm 두께의 베니아 원단(WF)을 압연하여 표면을 고르게 하면서 두께를 균일하게 처리하는 압연단계(S10)와;
상기 압연단계(S10)를 지난 상기 베니아 원단(WF)에서 용기(100)를 성형할 수 있는 사이즈로 용기소재(100A)를 떼어내되, 용기(100)의 성형이 용이하게 이루어지도록 상기 용기소재(100A)의 가장자리에 방사상으로 주름을 형성하는 블랭킹단계(S20)와;
상기 블랭킹단계(S20)에서 만들어진 상기 용기소재(100A)를 히터(230)를 통해 160 ~ 200℃로 예열된 용기성형장치의 하부몰드(200) 상부에 올려놓은 후 하부몰드(200)에 진공압을 가해 상기 용기소재(100A)를 위치 고정시키는 소재 로딩단계(S30)와;
상기 소재 로딩단계(S30) 이후에 용기성형장치의 상부몰드(300) 하면에 마련된 스팀노즐(310)을 통해 상기 용기성형장치의 하부몰드(200)에 올려진 상기 용기소재(100A)의 상면 전역에 고온의 스팀을 소정시간 직접 분사하여 상기 용기소재(100A)를 연화 처리하는 소재 연화단계(S40)와;
상기 소재 연화단계(S40) 이후에 상기 용기소재(100A)가 올려진 용기성형장치의 하부몰드(200) 직상부에서 히터(320)를 통해 160 ~ 200℃로 예열된 용기성형장치의 상부몰드(300)를 하강시켜 상기 용기소재(100A)를 압착하면서 탄화열처리하여 바닥면(110)과 벽면(120)을 갖는 용기(100)를 성형하는 열가압 성형단계(S50)와;
상기 열가압 성형단계(S50) 이후에 용기성형장치의 상부몰드(300)를 상승시킨 후 성형된 상기 용기(100)를 취출하는 취출단계(S60)를; 구비하는 것을 특징으로 하는 목재원단을 이용한 친환경 용기의 제조방법.
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