KR102603275B1 - 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법 - Google Patents
항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 일라이트 분말을 대신하면서도 항균성 과일봉지의 제조시간이 축소되도록 시나몬 분말과 매실 분말 중 하나 이상의 분말을 이용하여 항균성 과일봉지를 제조하는 항균성 과일봉지의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 일라이트 분말을 대신하면서도 항균성 과일봉지의 제조시간이 축소되도록 시나몬 분말과 매실 분말 중 하나 이상의 분말을 이용하여 항균성 과일봉지를 제조하는 항균성 과일봉지의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 첨부되는 도면과 함께 배경기술에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로, 과일봉지 사용은 과일의 생육기간 중 일정기간을 찰상과 일소현상 및 병충해로부터 보호하고 나아가 착색 조절을 통한 수확시기 조절, 과일의 미려도 향상을 통한 상품성을 증대시켜 수익증대의 목적으로 사용하고 있다.
이를 위하여, 과일봉지는 생육중인 과일을 보호하기 위하여 봉지에 화학제인 살균제, 살충제 농약을 코팅액과 혼합하여 코팅처리 후 병원균 또는 해충으로 부터 피해를 방지하는 한편, 과일봉지를 씌움으로써 찰상피해를 줄이고 병해충을 차단하는 효과와 강한 햇빛에 과피가 타는 현상인 일소현상을 방지하고 과일수확시기 조절을 하게 된다.
특히, 과일봉지 중 사과봉지는 수확전까지 과피의 착색을 억제한 후 수확 30～40일전에 겉지봉지를 벗기고 수확 7일전에 속지봉지를 벗겨서 과일 전체에 고른 착색을 유도할 수도 있다.
이와 함께, 과일 봉지내의 온도와 습도를 적절히 조절하여 과일의 생육을 촉진시키거나 생육을 억제시켜 출하시기 조절을 할 수 있게 되므로, 고품질 과일생산을 통한 농가의 수입을 증대시킨다.
국내 등록특허공보 제10-1056177호에는 항균성 무기물 과일봉지 및 이의 제조방법에 관한 구성이 기재되어 있다. 상기 특허에 공개된 항균성 무기물을 포함하는 과일봉지 제조방법은, 기초지에 파라핀왁스, 파라핀왁스 에멀젼, 유지, 유지에멀젼 중에서 선택된 어느 하나로 코팅된 위에 항균성을 갖는 무기물로서 석회유황합제, 석회보르도액, 유황, 생석회, 소석회 중에서 선택된 어느 하나의 무기물을 과일봉지에 살포한 다음 무기물의 탈리를 방지하도록 건조 및 압착시켜 준다.
과일 봉지는 상기한 작용 외에도 과일의 당도를 높이고 과피의 터짐을 방지하여 고품질 과일을 생산하기 위한 중요 농자재로 널리 사용되고 있다.
한편, 과수재배 기술의 핵심은 병해충과의 전쟁이라고 할 수 있을 만큼 과수재배 기간 동안 많은 화학제인 살균제, 살충제 농약을 사용하게 된다. 이에 과일봉지를 사용함으로써 과일에 직접 접촉되는 농약은 차단할 수 있으나, 과일을 병해충으로부터 보호하기 위하여 봉지제조시 원료에 화학제인 살균제, 살충제 농약을 혼합하여 사용함으로써 봉지 내부의 과일로 병해충이 전이되는 것을 방지하도록 하고 있다. 그러나, 과일 봉지의 농약이 과피에 잔류하게 되어 농약에 대한 안전성 문제가 있다.
이러한 문제점을 근본적으로 해결하기 위해서는 과일봉지 생산에 있어서 화학제인 살균제, 살충제와 같은 농약의 효능을 대체할 수 있는 친환경 농법에 사용되고 있는 향균성과 살충성이 우수한 무기물을 활용하는 방안이 요구되고 있다.
또한 재배시 뿐만아니라 보관하거나 시장에 출하하는 경우에 항균성 과일봉지를 사용할 수 있다면 과일봉지를 계속 사용할 수 있어서 친환경적이며, 경제적으로 사용할 수 있게 된다.
상기의 요구에 대처하기 위하여 등록특허 제10-2412186호(2022.06.20.)에서는 그 청구항 제5항을 통해 "항균성 과일봉지의 제조방법에 있어서, 상기 항균성 과일봉지는 일라이트를 이용한 항균성 과일봉지용 원지를 사용하며, 상기 과일봉지용 원지는 종이를 제조하는 펄프에 일라이트 추출수를 혼합하되, 상기 펄프는 나무를 2.5바의 압력에서 80~100℃의 온도로 기계적펄핑하여 아릴 에테르(aryl ether) 구조로 개열하면서 저분자화시키는 펄핑을 하되, 상기 펄핑은 수산화이온(hydroxide ion)으로 나무의 리그닌 성분을 수용성으로 용출시키는 크라프트펄핑 또는 소다펄핑을 사용하여 제조된 펄프를 사용하며, 상기와 같이 제조된 펄프에 일라이트 추출수를 혼합하는 경우 물 100중량부에 0.01~ 500㎛ 크기 일라이트 분말 5~30중량부를 혼합한 후 24~72시간 침지시킨 일라이트 침출수 1~10중량부를 펄프 원액 100중량부에 혼합시킨 항균성 과일봉지용 원지를 제조하며, 상기 항균성 과일봉지용 원지의 한쪽에 코팅재로 코팅하여 코팅층을 형성할 때 상기 항균성 과일봉지용 원지 100중량부에 파라핀왁스, 파라핀왁스 에멀젼, 유지, 유지에멀젼 중 하나를 포함하는 코팅재 0.00001~0.01중량부로 코팅하는 것을 특징으로 하는 항균성 과일봉지의 제조방법"을 제안하였다.
하지만, 상기 종래의 등록특허 제10-2412186호의 일라이트를 이용한 항균성 과일봉지용 원지의 제조방법은 위에서 보는 바와 같이 펄프에 일라이트 추출수를 혼합하는 경우 물 100중량부에 0.01~ 500㎛ 크기 일라이트 분말 5~30중량부를 혼합한 후 24~72시간 침지시키고나서 다시 침지시킨 일라이트 침출수 1~10중량부를 펄프 원액 100중량부와 혼합하는 공정에서 적어도 24~72시간보다 더 많은 시간이 소요되어 항균성 과일봉지의 제조시간이 과다해지는 문제점이 있었다.
이에 따라 항균성 과일봉지의 제조시간이 단축됨과 동시에, 일라이트 분말을 대신하면서도 항균성을 가지도록 하는 항균성 과일봉지의 제조방법에 대한 필요성이 점증하고 있다.
또한, 상기의 필요성을 만족하는 항균성 과일봉지의 제조방법으로서 시나몬 분말과 매실 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법은 아직까지 개시된 바가 없다.
본 발명의 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법은 다음 사항을 해결하고자 한다.
본 발명의 목적은, 일라이트 분말을 대신하면서도 항균성 과일봉지의 제조시간이 단축되도록 시나몬 분말과 매실 분말 중 하나 이상의 분말을 이용하여 항균성 과일봉지를 제조하는 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 항균성 식물 분말 과 발수제를 혼합한 항균성 식물 혼합수 5~15 중량부를 제조된 상기 펄프 원액에 혼합하여 제조된 항균성 과일봉지용 원지가 항균성 과일봉지용 원지 제조공정에서 사용되는 항균성 식물 혼합수가 파장변환색소와 계면활성제를 더 포함하게 구성함으로써, 파장변환색소를 이용하여 과일에 바람직하지 않은 자외선 또는 가시광선의 파장을 과일에 유익한 파장으로 변환함과 동시에, 계면활성제를 이용하여 파장변환 색소가 과실 봉지용 종이에 균일하게 분산되도록 하는 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 파장변환색소로 수분에 용해되지 않는 형광 안료를 사용함으로써, 비를 포함하는 수분이 과실 봉지에 부착되었을 때에도 과실 봉지에 함유된 색소가 유출되는 것을 방지하도록 한 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은, 항균성 과일봉지용 원지 제조공정에서 제조되는 항균성 과일봉지용 원지가 습윤지력증강제를 포함하도록 구성함으로써, 항균성 과일봉지용 원지의 강도를 높이는 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 항균성 과일봉지의 제조방법은 상기 과제를 해결하기 위해서,
나무를 2.5바의 압력에서 80~100℃의 온도로 기계적 펄핑하여 아릴 에테르(aryl ether) 구조로 개열하면서 저분자화시키는 펄핑을 하되, 상기 펄핑은 수산화이온(hydroxide ion)으로 나무의 리그닌 성분을 수용성으로 용출시키는 크라프트펄핑 또는 소다펄핑을 사용하여 펄프를 제조하는 펄프 제조공정(S1)과; 물 100중량부에 10 ~ 150㎛ 크기 항균성 식물 분말 10~40 중량부와 발수제 20~40 중량부를 혼합한 항균성 식물 혼합수 5~15 중량부를 제조된 상기 펄프 100 중량부에 혼합하여 항균성 과일봉지용 원지를 제조하는 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)과; 100 중량부의 상기 항균성 과일봉지용 원지 한쪽면에 0.00001~0.05 중량부의 코팅재를 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅층 형성공정(S3);을 포함하고, 상기 항균성 식물 분말은 시나몬 분말과 매실 분말을 1:1의 중량비로 혼합하여 형성된 시나몬 분말과 매실 분말의 혼합분말, 시나몬 분말, 또는 매실 분말이며, 상기 코팅재는 파라핀왁스, 파라핀왁스 에멀젼, 유지, 유지에멀젼 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서 사용되는 상기 항균성 식물 혼합수는, 과일에 바람직하지 않은 자외선 또는 가시광선의 파장을 과일에 유익한 파장으로 변환하는 0.5 ∼ 25.0 중량부의 파장변환색소와; 파장변환색소 100 중량부에 대하여 계면활성제 0.5 ~ 45.0 중량부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 파장변환색소는, 비를 포함하는 수분이 과실 봉지에 부착되었을 때에도 과실 봉지에 함유된 색소가 유출되는 것을 방지하도록, 수분에 용해되지 않는 형광 안료인 것을 특징으로 한다.
상기 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서 제조되는 상기 항균성 과일봉지용 원지는, 항균성 과일봉지용 원지의 강도를 높이기 위해 상기 펄프 원액 100 중량부에 대하여 습윤지력증강제 1 ∼ 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음의 효과를 가진다.
첫째, 항균성 과일봉지의 제조시간이 단축됨과 동시에, 일라이트 분말을 대신하면서도 항균성을 가지도록 시나몬 분말과 매실 분말 중 하나 이상의 분말을 이용하여 항균성 과일봉지를 제조하는 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
둘째, 항균성 식물 분말 과 발수제를 혼합한 항균성 식물 혼합수 5~15 중량부를 제조된 상기 펄프 원액에 혼합하여 제조된 항균성 과일봉지용 원지가 항균성 과일봉지용 원지 제조공정에서 사용되는 항균성 식물 혼합수가 파장변환색소와 계면활성제를 더 포함하게 구성함으로써, 파장변환색소를 이용하여 과일에 바람직하지 않은 자외선 또는 가시광선의 파장을 과일에 유익한 파장으로 변환함과 동시에, 계면활성제를 이용하여 파장변환 색소가 과실 봉지용 종이에 균일하게 분산되도록 하는 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
셋째, 파장변환색소로 수분에 용해되지 않는 형광 안료를 사용함으로써, 비를 포함하는 수분이 과실 봉지에 부착되었을 때에도 과실 봉지에 함유된 색소가 유출되는 것을 방지하도록 한 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
넷째, 항균성 과일봉지용 원지 제조공정에서 제조되는 항균성 과일봉지용 원지가 습윤지력증강제를 포함하도록 구성함으로써, 항균성 과일봉지용 원지의 강도를 높이는 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법의 순서도이다.
이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 대해 살펴보고, 바람직한 실시예를 참고하여 본 발명을 상세히 기술하면 다음과 같다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고, 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법의 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법은, 펄프 제조공정(S1)과, 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)과, 코팅층 형성공정(S3)을 포함한다.
<펄프 제조공정(S1)>
1. 펄프 제조
상기 펄프 제조공정(S1)에서는, 나무를 2.5바의 압력에서 80~100℃의 온도로 기계적 펄핑하여 아릴 에테르(aryl ether) 구조로 개열하면서 저분자화시키는 펄핑을 하되, 상기 펄핑은 수산화이온(hydroxide ion)으로 나무의 리그닌 성분을 수용성으로 용출시키는 크라프트펄핑 또는 소다펄핑을 사용하여 펄프를 제조한다.
이와 관련하여 펄프(pulp)는 종이 등을 만들기 위해 나무 등의 섬유 식물에서 뽑아낸 재료이다. 종이의 원료로는 여러 가지 목재가 사용되며, 그 중에서 가장 많이 사용되는 침엽수는 약 50%가 셀룰로스이며, 그 밖에 리그닌(lignin) 25%, 펜토산(pentosan) 20%, 기타의 것이 소량 함유되어 있다. 목재로부터 셀룰로스 이외의 성분을 화학처리로 녹여 제거하고 셀룰로스만을 남게 한 것이다.
펄프를 만드는 데는, 먼저 목재를 잘게 부수고,(이것을 chip이라고 한다.) 이것을 아황산수소칼슘의 수용액 중에서 130 ~ 160℃의 온도로 약 8시간 동안 쪄서 리그닌·펜토산, 그 밖의 것을 제거한다. 그리고 다시 표백 등의 처리를 거친다. 이렇게 해서 만들어진 펄프를 아황산 펄프라고 한다. 이것 외에도 가성소다법·황산소다법 등의 방법이 있다. 황산소다법에 의한 펄프를 크래프트(craft) 펄프라고 하는데, 이것은 질이 견고하여 포장지(크래프트지)로 사용된다. 또 이상과 같은 약품처리를 하지 않고, 물과 함께 치프를 갈아 부수기만 한 것도 있다. 이것을 쇄목(碎木) 펄프라고 하는데 리그닌과 그 밖의 성분을 함유하고 있어 값이 싸기는 하나 변색되기 쉬워 신문용지 등으로 사용된다.
목재의 3대 주성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌이다. 목재의 부성분은 수지(resin), 정유(oil), 탄닌 등의 추출물과 무기물(10% 수준) 등이 있다.
리그닌은 고분자의 무정형물질로써 산에 의해 가수분해되기 어려운 특징을 가지고 있다. 실제 활엽수재20~25%, 침엽수재27~30% 만큼씩 존재한다고 알려져 있다. 리그닌은 셀룰로오스라는 뼈대를 지탱하고 있는 시멘트로 생각하는 것이 용이하다.
중요한 유기자원물질로 사용하기 위해서, 특히 펄프에 목재를 사용하기 위해서 필수적으로 제거되어야 하는 성분이다. 펄프를 만들다 보면 리그닌이 녹여져 나온 폐액이 나오는데, 이 폐액은 화학약품제조 및 농축연료 등 에너지화에 이용가능하다.
셀룰로오스는 펄프의 주성분이다. 셀룰로오스의 함량이 높을수록 좋은 펄프라고 할 수 있다. 셀룰로오스는 6탄당으로 이루어진 탄화수소화합물이다.
목재에서 셀룰로오스를 추출하기 위해서는 글루코오스의5번 탄소의 OH기가 1번 탄소(알데하이드기)를 공격하여야 한다. 이 고리화 반응의 가장 중요한 두 가지 결과는 새로운 비대칭탄소가 생긴다는 것과 한 쌍의 부분입체 이성질체가 형성된다는 것인데 즉, 1번 탄소에서의 배열만이 다른 모노사카라이드들을 서로 아노머(anomer)라한다. 순수한 글루코오스는 두 가지 결정형으로 존재한다. (α-D-glucose, β-D-glucose) D?glucose의 아노머들은 α 아노머보다 β아노머가 더 많이 존재하는데, β아노머가 더 안정하기 때문이다.
헤미셀룰로오스란, 산에 의해 쉽게 가수분해 되어 추출되는 다당류의 총칭이다. 셀룰로오스와 같이 다당류이나 다른 특징을 가지고 있으며, 목재세포막을 구성하는 물질이다. 냉수에 추출되지 않고 알칼리 및 열수에 의해 쉽게 추출되는 특성을 가진다.
침엽수의 경우galactoglucomannan, arabino-4-O-methylglucuronoxylan 이 활엽수의 경우O-acetyl-4-O?methylglucuronoxylan이 가장 많이 분포하고 있다.
이 목재의 주성분 중 펄프를 이루는 셀룰로오스를 최대한 남기고 리그닌 및 기타 다른 물질들을 제거하는 과정을 펄프화 공정이라 한다. 이 펄프화 공정은 크게 화학적 펄프와 기계적 펄프로 나눌수 있다.
2. 펄프를 만드는 순서
박피(debarking), 조각만들기(chipping), 스크리닝, 펄핑(화학적, 기계적) 순으로 펄프를 만든다. 이렇게 만들어진 펄프는 대게 종이를 만드는 원료로 많이 이용되나, 휴지나 그밖의 위생용품등으로 만들어진다.
Debarking(외부 껍질 벗기기)
박피(debarking) - 원목에 부착된 수피를 제거하는 작업이다. 외부 껍질은 종이에 들어가는 나무를 가공하는 과정에서 상당히 부정인자들을 많이 포함한다. 외부에 노출되어있기 때문에 이물질을 다량 포함하여 기계의 고장을 야기하며, 종이에 필요한 셀룰로오스의 함량이 적기 때문에 굳이 사용하지 않고 벗겨서 버린다.
Chipping of wood(목재의 칩 만들기)
쇄목기계펄프(Groundwoodmechanical pulp)를 제외하고 박피된 원목을 사용하 는 공정은 작은 나무조각(Chip)이 필요하다. 추후, 나무에 약품 혹은 압력을 가해서 처리하는 과정이 필요한데, 그때 사용하는 기계를 리파이너라 한다. 리파이너 기계펄프 공정의 경우 디스크 리파이너에 원목이 들어갈 수 없으므 로 칩으로 기계펄프화하여야 한다. 결국, 화학약품 및 증기가 목재내에 급속하고 균일하게 침투하도록 목재를 작은 조각(chip)으로 만드는 것이 본 공정의 목적이라 할 수 있다.
Screening(스크리닝)
칩의 크기는 일반적으로 섬유 방향의 길이가 15~25 mm, 두께 4mm로 만들지만, 공정중에 이 사이즈 보다 크거나 작은 물질(fines-미세분)들이 생성이 된다. 미세분은 약액의 증가를 초래하고 공정에 도움이 되지 않기 때문에 없애는 것이 좋다. 또한 사이즈가 너무 크면 약액의 침투가 용이하지 않기 때문에, 원하는 크기보다 큰 칩을 거른다. 그 거리는 과정을 스크리닝 이라고 하며, 스크리닝은 쉽게 말해 촘촘하 망에 거르는 것이다. 스크리닝은 망의 크기에 따라 달라지며, 대부분의 공정에서 여러 번의 스크리닝을 통해 최대한 버리는 목재가 있지 않도록 노력한다.
스크린은 기계펄프를 생산하는데 있어 매우 중요한 역할을 수행한다. 이를테면, Shives(미세한 섬유조각들)의 제거, 섬유 분급, 중량 이물질 제거 및 리젝트(reject)의 리파이닝을 수행하기 위 한 단위 공정이다. 결론적으로 Shives의 제거가 본 스크린 공정의 주요 목적이다.
펄프화(pulping)
펄프화 (pulping)란, aryl ether 구조를 개열하면서 저분자화시키는 것을 말한다.
기계적 펄핑(MechanicalPulping)
기계적 펄핑은 펄핑 방법 중에서 리그닌을 빼기 위해 물리적인 온도 혹은 힘등을 가하는 과정을 뜻한다. 목재를 부시고 강한 압력을 주는과정이 수반되기 때문에 많은 에너지를 소비하고 대신에 고수율이다. 고수율이기는 하지만 질높은 셀룰로오스를 얻는 것이 아니기 때문에 현대에는 화학적 펄핑 방법과 혼합하여 품질과 수율을 높이려 한다.
또한, 기계 펄핑은 화학 펄핑과는 다른게 리그닌의 크기 분포가 넓고, 많으며 뻣뻣하다.
부숴지지 않는 섬유조각들은 뻣뻣하기 때문에, 적절한 종이강도를 위해서 기계펄프는 반드는 높은 결합력을 가지는 다량의 양질의 섬유를 포함해야한다. 그렇기 때문에, 기계펄프는 화학펄프와 함께 사용되는데, 기계펄프에 비해 유연한 화학펄프를 첨가함으로써 종이의 강도를 더욱 향상시킬 수 있기 있다. 만약 기계펄프만을 사용한다면 다량의 리그닌이 함유되어 양질의 종이를 얻을 수 없다.
기계적 펄핑의 종류는 다음과 같다.
쇄목 기계펄프(GW)
목재의 칩을 만들지 않고 목재를 통째로 사용하는 기계적 펄핑 방법이다. 돌을 사용하여 목재를 처리하기 때문에 쇄목펄핑이라 부른다. 섭씨 온도70-75℃에서 사용하며, 수율은 98.5% 정도로 상당히 높은 편이지만 리그닌의 함량이 굉장히 크다. 따라서 쇄목펄프는 주로 신문용지, 저급 잡지, 화장지, 벽지 등에 일부 혼합되어 사용한다. 왜냐하면 종이의 불투명도와 두께를 증가시키는 데 효과적이며, 단섬유 및 미세섬유 함량이 높고, 내구성이 낮다. 또한, 공기나 빛에 의해 쉽게 황변(yellowing) 되며 잉크 흡습성이 높기 때문이다.
순수한 쇄목펄핑 뿐만 아니라 압력, 열을 전처리 하여 사용하기도 한다.
-쇄목 기계펄프(SGW): 돌을 사용하여 목재를 처리하는 과정이다.
-압력쇄목 기계펄프(PGW): 2.5바의 압력을 가한 이후 100℃ 이하의 물로 세척하는 전처리 이후 쇄목기계에 들어간다. 수율은 98.5%이다.
-열쇄목 기계펄프(TGW:): 약 섭씨 80℃의 물과 증기로 열을 가한 이후 쇄목기계에 들어간다. 수율은 98.5%이다.
돌로 목재를 처리하는데 뾰족하게 솟아나온 곳을 돌기라고 한다. 지속적으로 목재를 처리함에 따라 돌기가 무뎌지기 때문에 날카롭게 하는 샤프닝(sharpning)과정이 필요하다.
리파이너 펄프
리파이너(Refiner)에 의해 섬유화 되는 리파이닝(refining) 공정이 리파이너 쇄목펄프 공정의 가장 중요한 핵심부분이다. 리파이너의 좁은 틈(gap)을 칩(chip)이 통과하면서 물리적으로 처리되는 것을 뜻한다. 평행으로 설치된 회전하는2개의 원반 중심에 칩을 물과 함께 보내 전단력에 의해 칩을 분쇄하는 과정이라 할 수 있다. 디스크 리파이너의 일반적인 회전속도는 1500 내지 1800rpm이다.
실제 공정에서는 직렬로 연결하여 다단으로 사용하는 경우가 많으며, 1단의 농도는18~20%, 2단의 농도는 20% 이상에서 운전된다. 1차 리파이닝은 칩을 단섬유화, 2차 리파이닝은 단섬유를 피브릴화 (fibrillation)시켜 섬유간 결합력 증대시킨다. 수율을 97.5%정도이다.
리파이너 공정전에 압력을 한번 가하는 전처리를 한 것을 압력리파이너펄프(PRMP: Pressure Refiner Mechanical Pulp)라 한다.
그 외 열 및 화학기계펄프
단순한 기계 펄프는 마쇄 중 물리적인 힘을 많이 주어 섬유의 단섬유화 및 미세섬유가 많이 일어나고, 강도가 저하될 뿐만 아니라 리그닌이 용출이 잘 되지 않는다. 따라서 열이나 화학약품 등을 전처리를 하는데 그 전처리 유무에 따라 약어가 달라지게 된다.
열기계펄프(TMP: ThermoMechanicalPulp)
칩을 높은 온도로 전처리하고 가압 리파이닝 하여 제조되는 펄프이다.
열을 가함으로써 리그닌의 연화를 일으켜 용출에 용이하게 한다. 리파이너는 전처리 없이 대기압하에서 리파이닝하여 제조되는 펄프인 반면 열기계펄프는 리파이닝 전 고온의 수증기를 이용하여 전처리 해 주는 공정이 추가된 것으로 리파이너기계펄프에 비해 섬유가 잘 보존되고 강도 특성이 우수한 펄프라 할 수 있다.
화학기계펄프(CMP: ChemimechanicalPulp) 화학약품으로 전처리한 후 마쇄하는 펄프
화학열기계펄프(CTMP: Chemi-thermo-mechanical Pulp) : 화학약품 및 고온의 수증기로 전처리한 후 마쇄하는 펄프이다.
화학적 펄핑(chemical pulping)
화학적 펄핑은 펄핑 방법 중에서 리그닌의 용출을 도와주는 화학약품을 첨가한후 증해(cooking)하는 과정을 뜻한다. 즉, 화학약품을 투입하여 일정 시간 및 온도에서 리그닌을 제거하는 것이다. 원하는 온도를 달성하기 위하여 일정 압력하에 실시하고, 증해 후 화학약품은 다시 회수된다. 기계적 펄핑에 비해 상대적으로 에너지를 저소비하고, 수율이 낮다는 특징이 있다. 하지만 수율이 낮다는 것이 부정적인 뜻은 아니다. 수율은 낮지만 순수한 셀룰로오스의 비율이 크기 때문에 기계적 펄핑보다 더 효율적인 펄핑 방법이다.
화학펄핑은 화학약품(황산이온(hydrosulfide ion), 중아황산 이온 (bisulfite ion), 수산화이온(hydroxide ion))의 작용에 의해 리그닌은 수용성이 되어 용출이 되는데, 대표적으로 크라프트 펄핑, 소다펄핑, 설파이트 펄핑이 있다.
크라프트 펄핑(kraft pulping)
수산화나트륨(NaOH)과 황화나트륨(Na2S)의 혼합액으로 증해하여 얻는 화학 펄프를 뜻한다. 약액이 알칼리성이기 때문에 소다펄프와 함께 알칼리펄프로 분류하기도 한다.
목재내에서 팽윤된 리그닌은 OH-와 SH-에 의해 화학적으로 분해되어 페놀레이트 (phenolate)나 카르복실레이트 이온(carboxylate ion)으로 용출된다.
크라프트 펄핑이 가장 효율적이고 현재 가장 많이 사용된다. 하지만 순수하게 리그닌만 용출되는 것은 아니다.
탄수화물분해가 일어나면서 탄수화물도 용출이 되는데, 탄수화물(헤미셀룰로오스와 일부 셀룰로오스) 또한 화학적으로 분해되어 결론적으로 크라프트 펄핑중에 리그닌 80%, 헤미셀룰로오스 50%, 셀룰로오스 10%가 용출된다.
펄핑 중에 축합반응이 일어날 수 있으나 SH-는 반응기(벤질알코올의수산기)를 보호하여 축합반응을 감소시킬 수 있다. 축합반응은 분해된 리그닌를 간에 혹은 용해되지 않는 리그닌과 셀룰로오스 계열의 탄수화물간의 축합이 일어나는 것이다. 이러한 축합반응이 일어나게 되면 목재내에서 리그닌을 제거하는 것이 더욱 어려워진다.
크라프트 펄핑 중에 리그닌은 리그닌 연화(Lignin softening)에 의해 일어난다.
리그닌 내에는 수소결합이 이루어지고 있다. 이 리그닌이 팽윤되면서 연화가 되는 온도를 연화온도, 탄성계수를 수소결합이 결정한다.
펄핑과정에서 리그닌의 분자chain간 수소결합이 리그닌과 물의 결합으로 대 체되었기 때문에 연화온도와 탄성계수가 낮아지게 된다.
즉, sulfonation에 의해 연화온도와 탄성계수가 낮아지는 현상은 분자chain 간 결합을 형성할 수 없는 sulphonategroup이 ether group과 hydroxyl group을 치환 함에 따라 나타나는 현상이라고 할 수 있다.
리그닌 용출은 크게 3단계로 나누어 진다.
초기단계: 탄수화물과 리그닌을 포함하는 성분을 추출한다. (리그닌의 용출보다 탄수화물의 소실이 더 크다.)
중간단계: 20%의 탄수화물과 리그닌이 용출되는데, 리그닌은 선택적으로 거의 90%까지 용출된다.
잔사단계: 남아있는 리그닌이 최대한 용출되려고 하기는 하나, 이 과정에서 탄수화물의 손실이 더 많이 일어난다.
따라서 리그닌의 손실과 탄수화물의 손실률을 적절히 활용하여 적당한 시간 및 온도만큼 펄핑을 하는 것이 중요하다.
소다펄핑(soda pulping)
단지 가성소다(NaOH, sodium hydroxide)만을 사용한 방법은 소다 펄핑방법이 라고 한다.
활엽수 주로 이용 하며 Cooking liquor (증해액)은 caustic soda (NaOH, 25-27%/가성소다) sodium carbonate(Na2CO3, 2-4%) 를 4:1의 비로 섞어서 사용한다. 140 내지 170℃ 사이에 온도에서 진행된다. 2 내지 6 시간정도 증해를 한다. 수율은 40 내지 55%이다. 섭씨 180도 이상이 되면 탄수화물의 탄화가 일어나기 때문에 180도 이상이 되지 않아야 한다. 가성소다를 첨가해서 증해를 하게 되면 팽윤(swelling), 벗김(peeling), 멈춤(stopping), 체인 분열(chain cleavage)를 일으켜 리그닌의 용출을 야기한다.
설파이트 펄핑(sulfite pulping)
설파이트 펄핑: 슬폰산기(sulphurousacid,H2SO3)를 이용하여 증해를 하는 펄핑이다. bisulphiteions 이온이 탈리그닌 작용에 관여(pH 1-2)한다.
유기용매(anthraquinone, ethanol, methanol, and peraceticacid)를 활용한 펄핑이기도 한다.
표백
표백(bleaching)이란, 탄소와탄소의개열, 벤젠고리의 퀴논화 및 개열로 분해시켜 잔사고 있는 기그닌을 용출하는 과정이다. 리그닌의 경우 자외선에 노출되거나 시간이 지나면 황변이 이루어지기 때문에 표백을 하는 것은 종이의 밝기를 조절하는데 필수적이다.
표백에 영향을 미치는 인자에는 표백반응조의 압력, 펄프이동방향 (up-flow, down-flow or upflow-downflow), 펄프농도, 반응조의 크기 및 체류시간 등이 있다.
<항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)>
상기 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서는, 물 100중량부에 10 ~ 150㎛ 크기 항균성 식물 분말 10~40 중량부와 발수제 20~40 중량부를 혼합한 항균성 식물 혼합수 5~15 중량부를 제조된 상기 펄프 100 중량부에 혼합하여 항균성 과일봉지용 원지를 제조한다. 이러한 구성에 따르면, 종래의 일라이트를 이용한 항균성 과일봉지용 원지의 제조방법은 펄프에 일라이트 추출수를 혼합하는 경우 물 100중량부에 0.01~ 500㎛ 크기 일라이트 분말 5~30중량부를 혼합한 후 24~72시간 침지시키고나서 다시 침지시킨 일라이트 침출수 1~10중량부를 펄프 원액 100중량부와 혼합하는 공정에서 적어도 24~72시간보다 더 많은 시간이 소요되어 항균성 과일봉지의 제조시간이 과다해지는 문제점이 있었지만, 본 발명의 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서는 위와 같은 침지하는 공정이 생략되고 상기 혼합 후에 바로 항균성 과일봉지용 원지를 제조하므로 항균성 과일봉지의 제조시간이 단축되는 효과를 가지게 된다.
구체적인 일 실시예에 있어서, 상기 항균성 식물 분말은 시나몬 분말과 매실 분말을 1:1의 중량비로 혼합하여 형성된 시나몬 분말과 매실 분말의 혼합분말, 시나몬 분말, 또는 매실 분말이다. 여기서, '항균성 식물 분말'이라는 용어 자체로부터 알 수 있듯이 항균성 식물 분말은 항균성을 가지는 식물을 분말화 한 것이므로 항균성을 가지는 것이다. 이러한 항균성 식물 분말의 구체적인 일 실시 예가 시나몬 분말과 매실 분말을 1:1의 중량비로 혼합하여 형성된 시나몬 분말과 매실 분말의 혼합분말, 시나몬 분말, 또는 매실 분말이다. 시나몬 분말은 항산화 효과와 염증완화 효과와 기관지염 예방과 위장강화 효과와 심장질환 위험 감소효과와 혈압저하 효과 등의 효과 외에도 강력한 항균효과를 가지고 있으며, 매실 분말은 피로회복과 식욕증진 및 해독 등의 효과 외에 항균 효과를 가지고 있어, 항균성 성분을 가지는 항균성 식물 분말이 포함된 과일봉지 원지를 제조하여 과일 봉지로 사용할 수 있도록 하여, 항균성 과일봉지를 재배 또는 과일을 보관할 때 과일의 부패를 방지하고, 보관기간을 길게 할 수 있다. 또한, 항균성 식물 분말, 예컨대, 시나몬 분말, 또는 매실 분말은 천연 재료이므로 인체에 무해하고 구입이 용이하다.
또한, 물 100중량부에 10 ~ 150㎛ 크기 항균성 식물 분말 10~40 중량부가 혼합되는 것이 바람직하며, 10 중량부보다 항균성 식물 분말이 적게 혼합되는 경우에는 항균효과가 저하되며, 항균성 식물 분말이 40 중량부 초과로 과도하게 혼합되는 경우 과일봉지의 질감이 저하되고 코팅재의 코팅이 곤란해 질 수 있다.
또한, 상기 발수제는 과일봉지에 침투하여 건조된 후 과일봉지 내의 수분이나 치수 변화를 방지하는 액상의 물질로서, 내, 외부에 공기는 통과하면서 수분은 차단해주는 불소함유 수지로 이루어진 발수제를 사용하는 것이 바람직하다.
<코팅층 형성공정(S3)>
상기 코팅층 형성공정(S3)에서는 100 중량부의 상기 항균성 과일봉지용 원지 한쪽면에 0.00001~0.05 중량부의 코팅재를 코팅하여 코팅층을 형성한다.
구체적인 일 실시 예에 있어서, 상기 코팅재는 파라핀왁스, 파라핀왁스 에멀젼, 유지, 유지에멀젼 중 하나를 포함한다. 이와 같이 파라핀왁스, 파라핀왁스 에멀젼, 유지, 유지에멀젼 중 하나를 포함하는 코팅재는 과일봉지에 침투하여 건조된 후 과일봉지 내의 수분이나 치수 변화를 방지하는 발수제로서의 역할을 하는 것 외에, 이러한 코팅재에 의해 본 발명의 과일봉지는 과일봉지로서 사용가능한 기계적 성질을 나타내면서도, 종래의 살균제 또는 살충제가 처리된 과일봉지에 비해 친환경적이어서 환경오염을 발생하지 않고, 이러한 과일봉지로 재배된 과일은 친환경 농산물로서 안전하여 상품가치가 향상되는 효과가 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서 사용되는 상기 항균성 식물 혼합수는, 과일에 바람직하지 않은 자외선 또는 가시광선의 파장을 과일에 유익한 파장으로 변환하는 0.5 ∼ 25.0 중량부의 파장변환색소와; 파장변환색소 100 중량부에 대하여 계면활성제 0.5 ~ 45.0 중량부;를 더 포함한다. 이러한 구성에 따르면, 본 발명의 항균성 과일봉지용 원지에 포함된 파장변환색소는 과일에 바람직하지 않은 자외선 및 가시광을 저감하고 과일에 유리한 파장으로 가시광을 증가시키며 이를 통해 과일의 당도, 외관, 맛을 개선하고 양질의 과일을 안정적으로 수확할 수 있게 된다. 또한, 상기 계면활성제에 의해 파장변환색소가 과일봉지에 균일하게 분산되게 되며, 이와 같이 파장변환색소가 균일하게 분산됨으로써 농도 소광에 의한 파장변환 효율의 저하가 억제되어 과일의 당도와 외관의 향상에 효과적으로 작용하고, 또한 과일의 색의 농담의 들쑥날쑥함이 없이 균일한 색의 과일을 얻는 효과가 있다. 상기 파장변환색소의 함량이 0.5 중량부보다 낮으면 파장 변환이 불충분해지고, 25.0 중량부보다 높으면 농도 소광에 의한 파장 변환 효율이 떨어지므로, 상기 파장변환색소의 함량은 0.5 ∼ 25.0 중량부인 것이 바람직하다. 또한, 상기 계면활성제의 함량은 파장변환색소 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만일 경우 파장변환색소가 충분히 분산되지 않고 45.0 중량부 초과일 경우 항균성 과일봉지용 원지의 내수성을 낮출 수 있으므로, 상기 계면활성제의 함량은 파장변환색소 100 중량부에 대하여 계면활성제 0.5 ~ 45.0 중량부인 것이 바람직하다.
또한, 상기 파장변환색소는 370 ∼ 390nm의 파장을 가지는 자외선과 380 ~ 780nm의 파장을 가지는 가시광선을 각각 460 ∼ 520nm, 800 ∼ 830nm의 파장을 가지는 빛으로 변환하는 것이 바람직하다. 이와 같이 파장변환색소를 이용하여 과일에 바람직하지 않은 자외선 또는 가시광선의 파장을 과일에 유익한 파장으로 변환하는 것이 가능해진다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 파장변환색소는, 비를 포함하는 수분이 과실 봉지에 부착되었을 때에도 항균성 과일봉지용 원지에 함유된 색소가 유출되는 것을 방지하도록, 수분에 용해되지 않는 형광 안료이다. 이러한 형광안료는 수분에 용해되지 않으므로 수분이 과실 봉지에 부착되었을 때에도 항균성 과일봉지용 원지에 함유된 형광안료가 유출되는 것이 방지된다.
추가의 실시예에 있어서, 상기 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서 제조되는 상기 항균성 과일봉지용 원지는, 항균성 과일봉지용 원지로 제조된 과일봉지의 강도를 높이기 위해 상기 펄프 100 중량부에 대하여 습윤지력증강제 1 ∼ 10 중량부를 포함한다. 이에 따르면, 상기 습윤지력증강제에 의해 본 발명의 항균성 과일봉지용 원지로 제조된 과일봉지가 물에 젖었을 때의 강도인 습윤지력이 높아져서 비 등의 수분으로 인하여 본 발명의 항균성 과일봉지용 원지로 제조된 과일봉지는 물에 젖었을 때에도 잘 찢어지지 않는다. 상기 습윤지력증강제가 상기 펄프 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만이면 과일봉지의 강도가 약해져서 본 발명의 항균성 과일봉지용 원지는 물에 젖었을 때에 잘 찢어지게 되며 10 중량부를 초과하면 거품이 다량 발생하므로, 상기 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서 제조되는 상기 항균성 과일봉지용 원지는 상기 펄프 100 중량부에 대하여 습윤지력증강제 1 ∼ 10 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이 실시예에 있어서, 상기 습윤지력증강제는 폴리아민-폴리아미드-에피클로로하이드린 수지 계열 FINEX-414이다.
다른 추가의 실시예에 있어서, 상기 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서 사용되는 상기 항균성 식물 혼합수는, 비파나무잎과 산초잎을 혼합하여 1차 혼합물을 생성하고, 혼합된 1차 혼합물에 추출용매를 1: 80∼160의 중량비로 투입하여 2차 혼합물을 생성하며, 추출용매가 투입된 2차 혼합물을 80∼110℃에서 4∼8시간 동안 추출하여 추출물을 생성하도록 여과하고, 추출된 추출물을 0.9×103Pa ∼ 1.2×102Pa 로 감압농축하여 엑기스로 만들며, 농축된 엑기스를 건조하여 분말로 만들고, 상기 분말을 부형제, 합성 살균제 또는 살충제에 혼합하여 가공하여 제조되는 살충, 살균 및 해충기피 작용을 갖는 천연 추출물을 더 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 비파나무잎과 산초잎의 천연물질로부터 엑기스를 추출하여 이를 본 발명의 항균성 과일봉지용 원지로 제조된 과일봉지로 이용함으로써 사과나 배 등의 과일에 기생하여 작물에 피해를 주는 해충으로부터 농작물을 보호하는 것은 물론, 인간과 가축에 무해한 과일봉지 원지 및 이 과일봉지 원지로 제조되는 과일봉지를 제조할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 추출용매는 메틸알코올, 에틸알코올, 엔부틸알코올, 프로필알코올, 에틸아세테이트, 엔-헵탄 및 정제수로 이루어진 군 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합용매이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S1. 펄프 제조공정
S2. 항균성 과일봉지용 원지 제조공정
S3. 코팅층 형성공정
S2. 항균성 과일봉지용 원지 제조공정
S3. 코팅층 형성공정
Claims (4)
- 나무를 2.5바의 압력에서 80~100℃의 온도로 기계적 펄핑하여 아릴 에테르(aryl ether) 구조로 개열하면서 저분자화시키는 펄핑을 하되, 상기 펄핑은 수산화이온(hydroxide ion)으로 나무의 리그닌 성분을 수용성으로 용출시키는 크라프트펄핑 또는 소다펄핑을 사용하여 펄프를 제조하는 펄프 제조공정(S1)과;
물 100중량부에 10 ~ 150㎛ 크기 항균성 식물 분말 10~40 중량부와 발수제 20~40 중량부를 혼합한 항균성 식물 혼합수 5~15 중량부를 제조된 상기 펄프 100 중량부에 혼합하여 항균성 과일봉지용 원지를 제조하는 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)과;
100 중량부의 상기 항균성 과일봉지용 원지 한쪽면에 0.00001~0.05 중량부의 코팅재를 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅층 형성공정(S3);을 포함하고,
상기 항균성 식물 분말은 시나몬 분말과 매실 분말을 1:1의 중량비로 혼합하여 형성된 시나몬 분말과 매실 분말의 혼합분말, 시나몬 분말, 또는 매실 분말이며,
상기 코팅재는 파라핀왁스, 파라핀왁스 에멀젼, 유지, 유지에멀젼 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 식물의 분말을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서 사용되는 상기 항균성 식물 혼합수는, 370 ∼ 390nm의 파장을 가지는 자외선과 380 ~ 780nm의 파장을 가지는 가시광선을 각각 460 ∼ 520nm, 800 ∼ 830nm의 파장을 가지는 빛으로 변환하는 0.5 ∼ 25.0 중량부의 파장변환색소와;
파장변환색소 100 중량부에 대하여 계면활성제 0.5 ~ 45.0 중량부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 식물을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법. - 제2항에 있어서,
상기 파장변환색소는, 비를 포함하는 수분이 과실 봉지에 부착되었을 때에도 과실 봉지에 함유된 색소가 유출되는 것을 방지하도록, 수분에 용해되지 않는 형광 안료인 것을 특징으로 하는 항균성 식물을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 항균성 과일봉지용 원지 제조공정(S2)에서 제조되는 상기 항균성 과일봉지용 원지는, 항균성 과일봉지용 원지의 강도를 높이기 위해 항균성 식물 혼합수와 펄프가 혼합된 펄프 원액 100 중량부에 대하여 습윤지력증강제 1 ∼ 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 식물을 이용한 항균성 과일봉지의 제조방법.
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2023
- 2023-03-28 KR KR1020230040166A patent/KR102603275B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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