KR102465421B1 - Molasses-biomass composite and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오매스 기반 복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오매스 특히, 식물성 바이오매스와의 가교 결합 특성이 우수한 당밀을 포함함으로써, 석유유래 화학성분을 전혀 포함하지 않고도 범용 플라스틱 수준의 기계적 강도 구현이 가능한 당밀-바이오매스 기반 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 또한, 당밀의 함량 및 성형온도 등의 조건들을 달리함으로써, 다양한 범위의 압축강도 및 굽힘강도의 구현이 가능한 당밀-바이오매스 기반 복합체 밀 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biomass-based composite, and more particularly, by including molasses having excellent cross-linking properties with biomass, in particular, vegetable biomass, realizing mechanical strength at the level of general-purpose plastics without including any petroleum-derived chemical components It relates to a possible molasses-biomass-based complex and a method for preparing the same. In addition, by varying conditions such as the content of molasses and the forming temperature, it relates to a method for manufacturing the molasses-biomass-based composite wheat capable of realizing various ranges of compressive strength and bending strength.
산업기술의 진보와 함께 화석자원인 석유의 대량소비가 진행된 결과, 지구온난화 화석자원 의존의 한계가 커다란 문제로서 대두되고 있으며, 이들을 해결할 수단으로서 재생 가능한 순환형 자원인 바이오매스를 원료로 전환하는 기술개발이 크게 요구되고 있다.As a result of the massive consumption of petroleum, which is a fossil resource, along with the progress of industrial technology, the limit of dependence on fossil resources for global warming is emerging as a big problem. development is in great demand.
일반적으로 플라스틱 또는 탄성체(고무)로 사용되는 합성 폴리머는 생산자재, 건축자재나 포장자재 등에 대량 사용되고 있어 지속적인 순환형 지구환경 구축에 큰 장애가 되고 있다.Synthetic polymers, which are generally used as plastics or elastomers (rubbers), are used in large quantities for production materials, construction materials, and packaging materials, which is a major obstacle to the establishment of a sustainable global environment.
이를 해결하기 위해 합성 폴리머의 재사용이나 리사이클이 시도되고 있으나 실질적인 문제해결에 크게 기여하지 못하고 있는 한편, 바이오 폴리머는 현실적인 대응책으로서 관심이 집중되고 있다.In order to solve this problem, reuse or recycling of synthetic polymers has been attempted, but they do not contribute much to the actual problem solving, while biopolymers are being focused on as a realistic countermeasure.
바이오 폴리머는 지속발전가능 사회 구축을 가능하게 하고 저탄소 녹색성장을 견인할 수 있는 친환경 소재로서 크게 두 가지로 구분할 수 있다.Biopolymers can be broadly classified into two categories as eco-friendly materials that can build a sustainable society and lead low-carbon, green growth.
하나는 일정한 조건에서 미생물에 의해 완전히 분해될 수 있는 생분해성 플라스틱(biodegradable plastic)이고, 다른 하나는 식물유래자원 등의 재생 가능한 물질인 바이오매스를 원료로 이용하여 화학적 또는 생물학적 공정을 거쳐 생산되는 바이오매스 기반 플라스틱(biomass-based plastic)이다.One is biodegradable plastic, which can be completely decomposed by microorganisms under certain conditions, and the other is bio produced through chemical or biological processes using biomass, a renewable material such as plant-derived resources, as a raw material. It is a biomass-based plastic.
보다 구체적으로 설명하자면 먼저 생분해성 플라스틱이란, 난분해성 플라스틱과 달리 일정한 조건에서 수분, 자연계에 존재하는 박테리아, 조류, 곰팡이와 같은 미생물이나 분해효소 등의 작용으로 물과 이산화탄소로 완전히 분해될 수 있는 플라스틱을 의미하며, 바이오매스 또는 화석연료 기반 화합물 등의 다양한 원료로부터 생산될 수 있다.To explain more specifically, first, biodegradable plastic is a plastic that can be completely decomposed into water and carbon dioxide under certain conditions by the action of moisture, microorganisms such as bacteria, algae, and mold or decomposing enzymes that exist in nature, unlike hard-to-decompose plastics. means, and can be produced from various raw materials such as biomass or fossil fuel-based compounds.
이러한 생분해성 플라스틱은 일반 플라스틱과 달리 사용 후 땅속에 매립할 수 있을 뿐만 아니라 연소시켜도 발생열량이 낮아서 다이옥신 등의 유해물질이 방출되지 않는 친환경 플라스틱이다.Unlike general plastics, these biodegradable plastics are eco-friendly plastics that not only can be buried in the ground after use, but also have low calorific value when burned, so that harmful substances such as dioxins are not emitted.
그 다음으로 바이오매스 기반 플라스틱이란, 식물유래자원인 바이오매스를 원료로 하여 화학적 또는 생물학적으로 합성된 것에 의해 얻어진 고분자 재료를 의미하며, 원료인 바이오매스가 광합성을 통해 생성되는 과정에서 공기중의 이산화탄소를 필요로 하게 되므로 탄소배출저감이라는 측면에서 매우 유용한 소재이다.Next, biomass-based plastic means a polymer material obtained by chemically or biologically synthesizing biomass, a plant-derived resource, as a raw material. It is a very useful material in terms of carbon emission reduction.
바이오매스 기반 플라스틱의 예로는 전분을 이용한 전분계 플라스틱과 옥수수로부터 포도당, lactic acid, lactide 등으로의 변환 과정을 거쳐 생산된 PLA(Poly Lactic Acid)가 대표적이며, 이들은 바이오매스 기반 플라스틱이면서 동시에 생분해성 플라스틱의 특성도 나타낸다.Examples of biomass-based plastics include starch-based plastics using starch and PLA (Poly Lactic Acid) produced through the conversion process from corn to glucose, lactic acid, lactide, etc. These are biomass-based plastics and biodegradable at the same time. It also shows the properties of plastics.
이러한 바이오매스 기반 플라스틱은 석유를 원료로 한 기존의 플라스틱에 비해 아직까지 난연소성, 내충격성, 내열성, 성형성 등의 물성이 낮으므로 현재로서는 일부 제품에만 극히 제한적으로 사용되고 있는 한계가 있다. 따라서, 자원을 재사용하면서 물성이 개량된 바이오매스 기반 플라스틱 제조가 필요한 실정이다.These biomass-based plastics have low physical properties such as flame retardancy, impact resistance, heat resistance, and moldability compared to conventional plastics made from petroleum. Therefore, there is a need to manufacture biomass-based plastics with improved physical properties while reusing resources.
이를 해결하기 위해 조성물 내 바이오 유래 성분이 아닌 기존의 석유유래 화학성분을 일정 함량 유지시켜 기계적 물성이 향상된 복합체를 제조하고 있으나, 이는 여전히 기존의 석유유래 화학성분을 사용하고 있으므로 친환경적인 면에서 바람직하지 못한 문제가 있다.In order to solve this problem, a complex with improved mechanical properties is manufactured by maintaining a certain amount of existing petroleum-derived chemical components, not bio-derived components, in the composition, but this is not desirable in terms of environment-friendliness because existing petroleum-derived chemical components are still used. There is a problem that has not been
또한, 최근 바이오매스 기반 플라스틱이면서 동시에 생분해성 플라스틱의 특성도 나타내는 복합체 제조 기술 중 하나로 곰팡이 균사체를 바이오매스에 접종하여 복합체를 제조하는 기술이 연구 개발되고 있으나, 이와 같이 곰팡이 균사체를 사용하는 경우 복잡하고 시간이 오래 소요되는 곰팡이 배양 과정이 불가피하게 수행되어야 하므로 공정의 효율성이 떨어질 뿐 아니라 바이오매스와의 가교 결합 특성이 낮아 범용 플라스틱 수준의 기계적 강도 구현이 어려워 외부 균열(crack)이 발생하는 등의 단점이 있다.In addition, recently, as one of the composite manufacturing technologies that are biomass-based plastics and also exhibit the characteristics of biodegradable plastics, a technology for producing a composite by inoculating a biomass with a fungal mycelium has been researched and developed. Since the time-consuming mold culture process must be inevitably performed, the efficiency of the process is reduced, and the cross-linking property with biomass is low, making it difficult to implement the mechanical strength equivalent to that of general-purpose plastics, resulting in external cracks There is this.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 바이오매스 특히, 식물성 바이오매스와의 가교 결합 특성이 우수한 당밀을 포함함으로써, 석유유래 화학성분을 전혀 포함하지 않고도 범용 플라스틱 수준의 기계적 강도 구현이 가능한 당밀-바이오매스 기반 복합체 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and the technical problem to be solved by the present invention is to include molasses having excellent cross-linking properties with biomass, especially vegetable biomass, so that it does not contain petroleum-derived chemical components at all. An object of the present invention is to provide a molasses-biomass-based composite capable of realizing mechanical strength at the level of general-purpose plastics, and a method for manufacturing the same.
또한, 본 발명은 곰팡이 균사체 대신 당밀을 사용함으로써, 복잡하고 시간이 오래 소요되는 곰팡이 배양 과정이 불필요하게 되므로 제조 시간 단축, 제조의 용이성 등 공정상의 효율성이 향상된 당밀-바이오매스 기반 복합체 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, the present invention uses molasses instead of the fungal mycelium, thereby eliminating the need for a complicated and time-consuming fungal culture process, and thus the molasses-biomass-based complex with improved process efficiency, such as shortening of manufacturing time and ease of manufacturing, and a method for manufacturing the same is to provide
또한, 본 발명은 곰팡이 균사체보다 식물성 바이오매스와의 가교 결합 특성이 우수한 당밀을 사용함으로써, 범용 플라스틱 수준의 기계적 강도 구현이 가능하며, 당밀의 함량을 조절하거나, 성형온도를 제어하는 등의 공정조건들을 달리함으로써, 다양한 범위의 압축강도 및 굽힘강도의 구현이 가능하여 다양한 용도로 적용이 가능한 당밀-바이오매스 기반 복합체 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, the present invention uses molasses, which has better cross-linking properties with vegetable biomass than fungal mycelium, so that mechanical strength at the level of general-purpose plastics can be realized, and process conditions such as controlling the content of molasses or controlling the molding temperature It is to provide a molasses-biomass-based composite and a method for manufacturing the same, which can be applied to a variety of uses because it is possible to implement a wide range of compressive and bending strengths by differentiating them.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 명세서 전반의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으나 명시적으로 언급되지 않은 다른 기술적 과제들 역시 포함한다.The problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical problems that can be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the description throughout the specification are also included.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따라 (a) 하나 이상의 바이오매스 물질을 혼합하여 바이오매스 기질을 제조하는 단계, (b) 상기 제조된 바이오매스 기질에 당밀을 혼합하여 기질-당밀 혼합물을 제조하는 단계 및 (c) 상기 제조된 기질-당밀 혼합물을 열처리하여 성형하는 단계를 포함하는 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, (a) preparing a biomass substrate by mixing one or more biomass materials, (b) mixing molasses with the prepared biomass substrate, the substrate- It provides a method for producing a molasses-biomass-based composite, comprising the steps of preparing a molasses mixture and (c) heat-treating the prepared substrate-molasses mixture to shape the molasses mixture.
상기 (a) 단계에서, 바이오매스 물질은 식물성 바이오매스 물질인 것을 특징으로 한다.In step (a), the biomass material is characterized in that the plant biomass material.
상기 식물성 바이오매스 물질은 볏짚, 밀기울, 사탕수수, 보리짚, 갈대, 밀대, 옥수수대, 코코넛, 목초, 산야초, 목화솜, 왕겨, 톱밥, 콩줄기, 폐목재, 억새, 거대억새, 스위치그라스 및 포플라로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 혼합물인 것을 특징으로 한다.The plant biomass material is rice straw, bran, sugar cane, barley straw, reed, wheat straw, corn stalk, coconut, grass, wild grass, cotton wool, rice husk, sawdust, bean stalk, waste wood, pampas grass, giant pampas grass, switchgrass and It is characterized in that one or two or more selected from the group consisting of poplar is a mixture.
상기 (a) 단계에서, 바이오매스 기질은 볏짚과 밀기울을 5:5 내지 8:2의 부피비로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.In step (a), the biomass substrate is characterized in that it is prepared by mixing rice straw and bran in a volume ratio of 5:5 to 8:2.
상기 (b) 단계에서, 기질-당밀 혼합물은 바이오매스 기질과 당밀을 5:5 내지 8:2의 부피비로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.In step (b), the substrate-molasses mixture is characterized in that it is prepared by mixing the biomass substrate and molasses in a volume ratio of 5:5 to 8:2.
상기 (c) 단계에서, 열처리 시간은 10 내지 20시간인 것을 특징으로 한다.In step (c), the heat treatment time is characterized in that 10 to 20 hours.
상기 (c) 단계에서, 열처리 온도는 100 내지 200℃인 것을 특징으로 한다.In the step (c), the heat treatment temperature is characterized in that 100 to 200 ℃.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따라 하나 이상의 바이오매스 물질을 혼합하여 제조된 바이오매스 기질에 당밀을 혼합한 기질-당밀 혼합물을 열처리하여 제조되는 당밀-바이오매스 기반 복합체를 제공한다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, there is provided a molasses-biomass-based complex prepared by heat-treating a substrate-molasses mixture in which molasses is mixed with a biomass substrate prepared by mixing one or more biomass materials.
상기 바이오매스 물질은 볏짚, 밀기울, 사탕수수, 보리짚, 갈대, 밀대, 옥수수대, 코코넛, 목초, 산야초, 목화솜, 왕겨, 톱밥, 콩줄기, 폐목재, 억새, 거대억새, 스위치그라스 및 포플라로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 혼합물인 것을 특징으로 한다.The biomass material is rice straw, bran, sugar cane, barley straw, reed, wheat straw, corn stalk, coconut, grass, wild grass, cotton wool, rice husk, sawdust, bean stalk, waste wood, pampas grass, giant pampas grass, switchgrass and poplar. It is characterized in that one or two or more selected from the group consisting of a mixture.
상기 기질-당밀 혼합물은 바이오매스 기질과 당밀이 5:5 내지 8:2의 부피비로 혼합된 것을 특징으로 한다.The substrate-molasses mixture is characterized in that the biomass substrate and molasses are mixed in a volume ratio of 5:5 to 8:2.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 본 발명의 당밀-바이오매스 기반 복합체 및 그 제조방법은 바이오매스 특히, 식물성 바이오매스와의 가교 결합 특성이 우수한 당밀을 사용함으로써, 석유유래 화학성분을 전혀 포함하지 않고도 범용 플라스틱 수준의 기계적 강도 구현이 가능한 효과가 있다.According to the present invention as described above, the molasses-biomass-based composite of the present invention and its manufacturing method use molasses having excellent cross-linking properties with biomass, particularly plant biomass, without including any petroleum-derived chemical components. It has the effect of realizing the mechanical strength of general-purpose plastics.
또한, 곰팡이 균사체 대신 당밀을 사용함으로써, 복잡하고 시간이 오래 소요되는 곰팡이 배양 과정이 필요하지 않으므로 곰팡이 균사체를 사용하는 복합체 제조공정에 비해 제조 시간 단축, 제조의 용이성 등 공정상의 효율성이 높다. In addition, since the use of molasses instead of the fungal mycelium does not require a complicated and time-consuming fungal culture process, the process efficiency such as shortening of the manufacturing time and ease of manufacture is high compared to the complex manufacturing process using the fungal mycelium.
또한, 당밀을 함량을 조절하거나, 성형온도를 제어하는 등의 공정조건들을 달리함으로써, 다양한 범위의 압축강도 및 굽힘강도의 구현이 가능하여 다양한 용도로 적용이 가능한 특징이 있다.In addition, by varying the process conditions such as controlling the content of molasses or controlling the forming temperature, a wide range of compressive strength and bending strength can be realized, so that it can be applied to various purposes.
또한, 바이오매스 기반 플라스틱이면서 동시에 생분해성 플라스틱의 특성을 가지므로 지속발전가능 사회 구축을 가능하게 하고 저탄소 녹색성장을 견인할 수 있는 친환경 소재로서 석유를 원료로 한 기존의 플라스틱을 대체할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, since it is a biomass-based plastic and has the characteristics of biodegradable plastic, it is possible to build a sustainable society and is an eco-friendly material that can lead low-carbon green growth. has
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 명세서 전반의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으나 명시적으로 언급되지 않은 다른 효과들 역시 포함한다.Effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and can be clearly understood by those skilled in the art from the description throughout the specification, but other effects that are not explicitly mentioned are also included.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 당밀-바이오매스 기반 복합체의 모습을 보여주는 사진이다.1 is a flowchart showing a method for preparing a molasses-biomass-based complex according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing the appearance of a molasses-biomass-based complex according to an embodiment of the present invention.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부 합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, but should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복 수형도 포함한다.In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular. The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated in the phrase.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니 라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명 백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.In each step, the identification code is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of each step, and each step is performed differently from the specified order unless the specific order is clearly stated in the context. can be That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법을 보여주는 순서도이다.1 is a flowchart showing a method for preparing a molasses-biomass-based complex according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법은 (a) 하나 이상의 바이오매스 물질을 혼합하여 바이오매스 기질을 제조하는 단계, (b) 제조된 바이오매스 기질에 당밀을 혼합하여 기질-당밀 혼합물을 제조하는 단계 및 (c) 제조된 기질-당밀 혼합물을 열처리하여 성형하는 단계를 포함하여 진행된다.As shown in FIG. 1 , the method for preparing a molasses-biomass-based composite according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of (a) mixing one or more biomass materials to prepare a biomass substrate, (b) manufacturing Mixing the molasses with the biomass substrate to prepare a substrate-molasses mixture and (c) the prepared substrate-molasses mixture is heat-treated and molded.
(a) 바이오매스 기질을 제조하는 단계는, 하나 이상의 바이오매스 물질을 혼합하여 최종적으로 제조되는 당밀-바이오매스 기반 복합체의 기질(substrate)이 되는 바이오매스 기질을 제조하는 단계를 포함하여 진행된다.(a) The step of preparing a biomass substrate is performed by mixing one or more biomass materials to prepare a biomass substrate that is a substrate of the molasses-biomass-based complex finally produced.
상기 (a) 단계에서 사용하는 바이오매스 물질은 환경 친화적 기준에서 에너지에 이용 가능한 소정의 식물 유래의 유기물을 의미하는 식물성 바이오매스 물질인 것이 바람직하며, 구체적으로는 섬유소계 또는 리그노셀룰로오스계 바이오매스 물질일 수 있다.The biomass material used in step (a) is preferably a plant biomass material, which means a predetermined plant-derived organic material that can be used for energy in an environmentally friendly standard, and specifically, a cellulose-based or lignocellulosic biomass It may be a substance.
보다 구체적으로 일 실시예에 따른 식물성 바이오매스 물질은 볏짚, 밀기울, 사탕수수, 보리짚, 갈대, 밀대, 옥수수대, 코코넛, 목초, 산야초, 목화솜, 왕겨, 톱밥, 콩줄기, 폐목재, 억새, 거대억새, 스위치그라스 및 포플라로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으며, 필요한 경우 소정의 크기로 절단하거나, 분쇄하여 사용할 수 있다.More specifically, the plant biomass material according to an embodiment is rice straw, bran, sugar cane, barley straw, reed, wheat straw, corn stalk, coconut, grass, wild grass, cotton wool, rice husk, sawdust, bean stem, waste wood, silver grass , may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of giant pampas grass, switchgrass and poplar, and may be used by cutting or pulverizing to a predetermined size if necessary.
상기 (a) 단계에서 앞서 설명한 바이오매스 물질을 하나 이상, 구체적으로는 둘 이상을 일정비율로 혼합하여 바이오매스 기질을 제조할 수 있으며, 특히 볏짚 또는 밀기울 또는 이 둘의 혼합물을 사용하여 바이오매스 기질을 제조하는 것이 바람직하며, 볏짚과 밀기울의 혼합물을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 복합체의 밀도를 보다 용이하게 조절할 수 있으며, 성형성이 우수하여 성형의 용이성 측면에서도 우수하기 때문이다. One or more, specifically, two or more of the biomass materials described above in step (a) may be mixed at a certain ratio to prepare a biomass substrate, and in particular, a biomass substrate using rice straw or bran or a mixture of the two It is preferable to produce a rice straw, and it is more preferable to use a mixture of rice straw and bran. This is because the density of the composite can be more easily controlled, and the moldability is excellent in terms of ease of molding.
본 발명의 일 실시예에 따라 볏짚과 밀기울의 혼합물을 사용하여 바이오매스 기질을 제조하는 경우, 볏짚과 밀기울 중 볏짚의 비중이 높은 것이 좋다. 볏짚이 상대적으로 많은 양이 함유될 경우 복합체의 강한 내구성을 유도하기에 적합하기 때문이다. 볏짚과 밀기울의 구체적인 혼합비율은 다양하게 채택될 수 있는데, 바람직하게는 5:5 내지 8:2의 부피비로 혼합될 수 있다. 이는 볏짚과 밀기울의 혼합물에 대하여 볏짚의 부피함량이 50 부피% 이상인 것이 강한 내구성을 얻는데 더욱 유리하기 때문이며, 그렇다고 볏짚의 비중을 너무 높이게 되면 복합체의 밀도가 너무 높아질 수 있기 때문에 볏짚과 밀기울의 혼합물에 대하여 볏짚의 부피함량이 80 부피%를 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.When preparing a biomass substrate using a mixture of rice straw and bran according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the specific gravity of rice straw among rice straw and bran is high. This is because when rice straw is contained in a relatively large amount, it is suitable for inducing strong durability of the composite. The specific mixing ratio of rice straw and bran may be variously adopted, and preferably, it may be mixed in a volume ratio of 5:5 to 8:2. This is because it is more advantageous to obtain strong durability when the volume content of rice straw is 50% by volume or more with respect to the mixture of rice straw and bran. It is preferable that the volume content of the rice straw does not exceed 80% by volume.
한편, 상기 (a) 단계에서 필요에 따라 바이오매스 기질에는 NCO 가교제(이소시아네이트계 가교제), 합성 고분자 등의 첨가물이 더 첨가될 수도 있다.On the other hand, additives such as NCO crosslinking agent (isocyanate-based crosslinking agent) and synthetic polymer may be further added to the biomass substrate as needed in step (a).
(b) 기질-당밀 혼합물을 제조하는 단계는, 상기 (a) 단계에서 제조된 바이오매스 기질에 당밀을 혼합하여 기질-당밀 혼합물을 제조하는 단계를 포함하여 진행된다.(b) the step of preparing the substrate-molasses mixture, mixing the molasses with the biomass substrate prepared in step (a) proceeds including the step of preparing the substrate-molasses mixture.
본 명세서 전체에서 "당밀(molasses)"은 감서당, 정제당, 비트당을 제조할 때 당액을 정석하여 얻은 설탕 결정과 모액의 혼합물에서 설탕을 회수한 후의 농후 당액을 의미한다.In the present specification, "molasses" refers to a concentrated sugar solution after recovering sugar from a mixture of sugar crystals and mother liquor obtained by crystallizing the sugar solution when preparing gamseo sugar, refined sugar, and beet sugar.
이와 같은 당밀은 당밀에 포함된 고분자 성분이 바이오매스 기질 특히 식물성 바이오매스 기질과의 가교 결합 특성이 우수한 이유로, 식물성 바이오매스 기질에 당밀을 혼합 사용하는 경우 당밀이 실질적인 결합재 역할을 수행하여 식물성 바이오매스 기질과 가교됨으로써, 삼차원적인 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조가 가능하며, 제조된 복합체의 기계적 강도를 향상시키는 효과를 일으킬 수 있다.The reason for such molasses is that the high molecular component contained in molasses has excellent cross-linking properties with biomass substrates, especially vegetable biomass substrates. By crosslinking with the substrate, a three-dimensional molasses-biomass-based composite can be prepared, and the effect of improving the mechanical strength of the prepared composite can occur.
보다 구체적으로 설명하면 본 발명의 일 실시예에 따른 당밀은 점성을 보여 식물성 바이오매스 기질과 혼합되어 삼차원적인 구조를 반죽 형태로 제조할 수 있는 특성과 100℃ 이상의 온도에서 마이야르(Maillard) 반응이 유도될 수 있는 당과 아미노산 구조를 포함하는 구조적 특징을 가진다.More specifically, the molasses according to an embodiment of the present invention shows viscosity and can be mixed with a vegetable biomass substrate to produce a three-dimensional structure in a dough form, and a Maillard reaction at a temperature of 100° C. or higher. It has structural features including derivable sugar and amino acid structures.
상기 (b) 단계에서 기질-당밀 혼합물 전체 부피에 대하여 바이오매스 기질의 비중이 당밀보다 높은 것이 좋다. 바이오매스 기질이 상대적으로 많은 양이 함유될 경우 내구성이 우수한 복합체를 제조할 수 있기 때문이다. 바이오매스 기질과 당밀의 구체적인 혼합비율은 다양하게 채택될 수 있는데, 바람직하게는 5:5 내지 8:2의 부피비로 혼합될 수 있다. 이는 기질-당밀 혼합물에 대하여 당밀의 부피함량이 50 부피% 초과이면 혼합물의 수분함량이 증가하여 질어져서 성형성이 저하되는 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 그렇다고 당밀을 너무 적게 첨가하면 결합력이 낮아져 제조된 복합체의 기계적 강도를 향상시키는 효과가 미미할 수 있으므로 기질-당밀 혼합물에 대하여 당밀의 부피함량이 적어도 20 부피% 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.In step (b), the specific gravity of the biomass substrate relative to the total volume of the substrate-molasses mixture is higher than that of molasses. This is because, when the biomass substrate is contained in a relatively large amount, a composite having excellent durability can be prepared. The specific mixing ratio of the biomass substrate and molasses may be variously adopted, and preferably, it may be mixed in a volume ratio of 5:5 to 8:2. This is because, when the volume content of molasses with respect to the substrate-molasses mixture exceeds 50% by volume, the water content of the mixture increases and becomes tough, resulting in deterioration of moldability. However, if too little molasses is added, the binding force may be lowered and the effect of improving the mechanical strength of the prepared composite may be insignificant.
한편, 당밀의 함량을 제시된 범위 내에서 조절함으로써, 다양한 범위의 암축강도 및 굽힘강도의 구현이 가능한 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조가 가능하다.On the other hand, by controlling the content of molasses within the suggested range, it is possible to prepare a molasses-biomass-based composite capable of realizing various ranges of axial strength and bending strength.
한편, 상기 (b) 단계에서 필요에 따라 바이오매스 기질에는 NCO 가교제(이소시아네이트계 가교제), 합성 고분자 등의 첨가물이 더 첨가될 수도 있다.On the other hand, additives such as NCO cross-linking agent (isocyanate-based cross-linking agent) and synthetic polymer may be further added to the biomass substrate as needed in step (b).
(c) 기질-당밀 혼합물을 열처리하여 성형하는 단계는, 상기 (b) 단계에서 제조된 기질-당밀 혼합물을 열처리하여 성형함으로써 최종적인 당밀-바이오매스 기반 복합체를 제조하는 단계를 포함하여 진행된다.(c) The step of heat-treating the substrate-molasses mixture to shape the substrate-molasses mixture prepared in step (b) above, thereby preparing a final molasses-biomass-based composite by heat-treating the mixture.
구체적으로 상기 (c) 단계는 기질-당밀 혼합물을 만들고자 하는 모양을 가진 성형몰드에 넣고 이를 퍼니스(furnace)에 넣어줌으로써 열처리를 진행한다. 이때 열처리 시간은 10 내지 20 시간인 것이 바람직하며, 열처리 온도는 100 내지 200℃ 인 것이 바람직하다. 열처리 시간이 10 시간 미만일 경우 마이야르 반응이 덜 일어나 가교 구조가 형성이 잘 안 되는 문제가 있을 수 있으며, 20시간 초과일 경우 바이오매스 기질의 탄화가 과도하게 진행되는 문제가 있을 수 있다. 열처리 온도 역시 100℃ 미만일 경우 마이야르 반응이 덜 일어나 가교 구조가 형성이 잘 안 되는 문제가 있을 수 있으며, 200℃ 초과일 경우 바이오매스 기질의 탄화가 과도하게 진행되는 문제가 있을 수 있다.Specifically, in step (c), the substrate-molasses mixture is put into a molding mold having a desired shape, and the heat treatment is performed by putting it in a furnace. In this case, the heat treatment time is preferably 10 to 20 hours, and the heat treatment temperature is preferably 100 to 200 °C. If the heat treatment time is less than 10 hours, there may be a problem in that the Maillard reaction is less likely to form a cross-linked structure, and if it is more than 20 hours, there may be a problem in that the carbonization of the biomass substrate is excessively progressed. If the heat treatment temperature is also less than 100 ℃, there may be a problem that the Maillard reaction is less likely to form a cross-linked structure, and if it is more than 200 ℃, there may be a problem that carbonization of the biomass substrate is excessively progressed.
한편, 열처리 온도 또는 열처리 시간을 제시된 범위 내에서 조절함으로써, 다양한 범위의 압축강도 및 굽힘강도의 구현이 가능한 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조가 가능하다.On the other hand, by controlling the heat treatment temperature or heat treatment time within the suggested range, it is possible to manufacture a molasses-biomass-based composite capable of implementing various ranges of compressive strength and bending strength.
한편, 상기 (c) 단계에서 기질-당밀 혼합물을 열처리한 후 퍼니스에서 꺼내어 상온에서 일정시간 이상 냉각시키는 과정을 추가적으로 진행할 수 있다.On the other hand, after heat-treating the substrate-molasses mixture in step (c), a process of taking it out of the furnace and cooling it at room temperature for a predetermined time or longer may be additionally performed.
본 발명은 지금까지 설명한 제조방법으로 제조된 당밀-바이오매스 기반 복합체를 포함하며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 당밀-바이오매스 기반 복합체의 모습을 보여주는 사진이다.The present invention includes the molasses-biomass-based complex prepared by the manufacturing method described so far, and FIG. 2 is a photograph showing the appearance of the molasses-biomass-based complex prepared according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 당밀-바이오매스 기반 복합체 및 그 제조방법에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나 이는 본 발명 의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변 하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, examples of the molasses-biomass-based complex of the present invention and a manufacturing method thereof will be described. However, since this is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, it is understood that there may be various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of filing of the present invention. shall.
실시예 1 : 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조(1)Example 1: Preparation of molasses-biomass-based complex (1)
4cm로 자른 볏짚을 믹서기에 넣어 3분간 분쇄해주었다. 이후 분쇄된 볏짚과 밀기울을 6:4의 부피비(v/v)로 혼합하여 바이오매스 기질을 제조하였다. 이후 제조된 바이오매스 기질과 당밀을 5.6:4.4의 부피비(v/v)로 혼합하여 기질-당밀 혼합물을 제조하였다. 이후 제조된 기질-당밀 혼합물을 성형몰드에 넣고 이를 퍼니스에 넣어 160℃에서 15시간 열처리하였다. 이후 퍼니스에서 꺼내 상온에서 냉각시킨 뒤 성형몰드에서 꺼내어 최종적으로 당밀-바이오매스 기반 복합체를 제조하였다.Rice straw cut into 4 cm was put in a blender and pulverized for 3 minutes. Thereafter, the pulverized rice straw and bran were mixed in a volume ratio (v/v) of 6:4 to prepare a biomass substrate. Then, the prepared biomass substrate and molasses were mixed in a volume ratio (v/v) of 5.6:4.4 to prepare a substrate-molasses mixture. Then, the prepared substrate-molasses mixture was put into a molding mold, and the mixture was put into a furnace and heat-treated at 160° C. for 15 hours. After taking it out of the furnace and cooling it at room temperature, it was taken out from the molding mold and finally a molasses-biomass-based composite was prepared.
실시예 2 : 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조(2)Example 2: Preparation of molasses-biomass-based complex (2)
바이오매스 기질과 당밀을 7:3의 부피비(v/v)로 혼합한 것 외 실시예 1과 동일하게 제조하여 당밀-바이오매스 기반 복합체를 제조하였다.A molasses-biomass-based complex was prepared in the same manner as in Example 1 except that the biomass substrate and molasses were mixed at a volume ratio (v/v) of 7:3.
비교예 : 곰팡이-바이오매스 기반 복합체의 제조Comparative Example: Preparation of mold-biomass-based complexes
4cm로 자른 볏짚을 믹서기에 넣어 3분간 분쇄해주었다. 이후 분쇄된 볏짚과 밀기울을 6:4의 부피비(v/v)로 혼합하여 바이오매스 기질을 제조하였다. 이후 볏짚과 밀기울이 배합된 agar에서 배양된 곰팡이Irpex lacteus를 접종하여 약 3주간 25℃의 성형몰드에서 배양 하였다. 배양된 곰팡이 균사-바이오매스 복합체를 퍼니스에 넣어 150℃에서 12시간 열처리하였다. 이후 퍼니스에서 꺼내 상온에서 냉각시킨 뒤 성형몰드에서 꺼내어 최종적으로 곰팡이-바이오매스 기반 복합체를 제조하였다.Rice straw cut into 4 cm was put in a blender and pulverized for 3 minutes. Thereafter, the pulverized rice straw and bran were mixed in a volume ratio (v/v) of 6:4 to prepare a biomass substrate. After that, the mold Irpex lacteus cultured on agar mixed with rice straw and bran was inoculated and cultured in a molding mold at 25℃ for about 3 weeks. The cultured fungal mycelium-biomass complex was put into a furnace and heat-treated at 150° C. for 12 hours. After taking it out of the furnace and cooling it at room temperature, it was taken out from the molding mold and finally a mold-biomass-based composite was prepared.
실험예 : 굽힘강도 및 압축강도 측정Experimental example: Measurement of bending strength and compressive strength
실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 당밀-바이오매스 기반 복합체와 비교예에 의해 제조된 곰팡이-바이오매스 기반 복합체를 대상으로 각각의 굽힘강도 및 압축강도를 측정하였고, 이를 아래 표 1에 나타내었다.The molasses-biomass-based composite prepared in Examples 1 and 2 and the mold-biomass-based composite prepared in Comparative Example were each measured for bending strength and compressive strength, which are shown in Table 1 below. It was.
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2가 비교예에 비해 굽힘강도 및 압축강도 모두 우수한 것을 볼 수 있었다. 이와 같이 본 발명에 따른 당밀-바이오매스 기반 복합체는 친환경성은 그대로 유지하면서도 곰팡이-바이오매스 기반 복합체보다 훨씬 더 강한 기계적 강도(굽힘강도 및 압축강도)를 구현하는 것이 가능하다. As shown in Table 1, it can be seen that Examples 1 and 2 according to the present invention are superior to both the bending strength and the compressive strength compared to the comparative example. As such, the molasses-biomass-based composite according to the present invention can implement much stronger mechanical strength (bending strength and compressive strength) than the mold-biomass-based composite while maintaining environmental friendliness.
또한, 제조방법에서 확인할 수 있듯이 본 발명은 곰팡이 균사체 대신 당밀을 사용함으로써, 복잡하고 시간이 오래 소요되는 곰팡이 배양 과정이 필요하지 않으므로 제조 시간 단축, 제조의 용이성 등 공정상의 효율성이 높은 장점이 있다.In addition, as can be seen from the manufacturing method, the present invention uses molasses instead of the fungal mycelium, so that a complicated and time-consuming mold culture process is not required, so there is an advantage of high process efficiency such as shortening of manufacturing time and ease of manufacturing.
한편, 바이오매스 기질과 당밀을 5.6:4.4의 부피비로 혼합하여 기질-당밀 혼합물을 제조한 실시예 1이 바이오매스 기질과 당밀을 7:3의 부피비로 혼합하여 기질-당밀 혼합물을 제조한 실시예 2에 비해 굽힘강도가 더 우수한 것을 볼 수 있다. 즉, 압축강도와 굽힘강도를 모두 고려하였을 때, 기질-당밀 혼합물에 대하여 당밀의 부피함량이 30 부피% 이상, 더욱 구체적으로 40 부피% 이상이 되도록 제조하는 것이 굽힘강도의 향상 측면에서 바람직하다는 것을 알 수 있다.On the other hand, Example 1 prepared a substrate-molasses mixture by mixing a biomass substrate and molasses in a volume ratio of 5.6:4.4. Example 1 prepared a substrate-molasses mixture by mixing a biomass substrate and molasses in a volume ratio of 7:3 It can be seen that the bending strength is better than that of 2. That is, when both compressive strength and bending strength are considered, it is preferable in terms of improving the bending strength to prepare the substrate-molasses mixture so that the volume content of molasses is 30% by volume or more, and more specifically, 40% by volume or more. Able to know.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the specific embodiments and descriptions described above, and various modifications can be made by anyone with ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. and such modifications shall fall within the protection scope of the present invention.
Claims (10)
(b) 상기 제조된 바이오매스 기질에 당밀을 혼합하여 기질-당밀 혼합물을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 제조된 기질-당밀 혼합물을 열처리하여 성형하는 단계를 포함하되,
상기 (a) 단계에서, 바이오매스 기질은 볏짚과 밀기울을 5:5 내지 8:2의 부피비로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법.(a) mixing one or more biomass materials to prepare a biomass substrate;
(b) mixing the prepared biomass substrate with molasses to prepare a substrate-molasses mixture; and
(c) heat-treating the prepared substrate-molasses mixture to shape it,
In the step (a), the biomass substrate is molasses, characterized in that prepared by mixing rice straw and bran in a volume ratio of 5:5 to 8:2 - Method of producing a biomass-based complex.
상기 (a) 단계에서, 바이오매스 물질은 식물성 바이오매스 물질인 것을 특징으로 하는 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법.According to claim 1,
In the step (a), the biomass material is a plant biomass material, characterized in that the molasses - a method of producing a biomass-based composite.
상기 식물성 바이오매스 물질은 볏짚, 밀기울, 사탕수수, 보리짚, 갈대, 밀대, 옥수수대, 코코넛, 목초, 산야초, 목화솜, 왕겨, 톱밥, 콩줄기, 폐목재, 억새, 거대억새, 스위치그라스 및 포플라로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 혼합물인 것을 특징으로 하는 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법.3. The method of claim 2,
The plant biomass material is rice straw, bran, sugar cane, barley straw, reed, wheat straw, corn stalk, coconut, grass, wild grass, cotton wool, rice husk, sawdust, bean stalk, waste wood, pampas grass, giant pampas grass, switchgrass and Molasses, characterized in that the mixture of one or two or more selected from the group consisting of poplar-a method of producing a biomass-based complex.
상기 (b) 단계에서, 기질-당밀 혼합물은 바이오매스 기질과 당밀을 5:5 내지 8:2의 부피비로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법.According to claim 1,
In step (b), the substrate-molasses mixture is prepared by mixing the biomass substrate and molasses in a volume ratio of 5:5 to 8:2. Method for producing a biomass-based complex.
상기 (c) 단계에서, 열처리 시간은 10 내지 20시간인 것을 특징으로 하는 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법.According to claim 1,
In step (c), the heat treatment time is 10 to 20 hours, characterized in that the molasses- biomass-based composite manufacturing method.
상기 (c) 단계에서, 열처리 온도는 100 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 당밀-바이오매스 기반 복합체의 제조방법.According to claim 1,
In step (c), the heat treatment temperature is 100 to 200 ℃ molasses, characterized in that the manufacturing method of the biomass-based composite.
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