KR20060056203A

KR20060056203A - 천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조방법 및 장치

Info

Publication number: KR20060056203A
Application number: KR1020040095573A
Authority: KR
Inventors: 장종엽
Original assignee: 주식회사 엔퓨리티
Priority date: 2004-11-20
Filing date: 2004-11-20
Publication date: 2006-05-24

Abstract

본 발명은 성형작업, 성형보존이 우수한 식물성 및 식용 고분자(곡물:시밀가루, 전분, 옥수수가루, 쌀겨 등)와, 성형제품의 조직결속력을 강화시켜주기 위한 갈대펄프, 펄프, 옥수수대, 목화솜 등의 식물성 섬유질로 이루어진 충전제와, 소량의 첨가제로 제품의 가공성 및 공정의 원할함을 위해 젤라틴, 한천, Na₂CO₃, NaOH, 글리세린, 유연제, 이형제의 식용기름 등으로 이루어진 첨가제와, 식물성 고분자의 부패방지를 위한 소량의 방부제 및 다양한 색상을 연출하기 위한 식용색소 등을 소정의 비율로 혼합하여서 된 조성물을 롤링(rolllng), 히팅(heating), 펠트(flat) 및 이형제 제거 공정을 이용하여, 시트화 할 수 있도록 한 천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 식물성 및 식용 고분자를 주원료로 하며, 식물성 섬유질의 충전제, 식용첨가제, 특수첨가제 및 식용색소가 소정 비율로 혼합되어진 조성물을 롤링(rolling), 히팅(heating), 펠트(flat) 및 이형제 제거 공정과 장치를 이용하여 시트화 하므로서, 1회용으로 사용되는 용기, 컵, 포장지, 또는, 농업용 포트 등과 같이, 주로, 1회용으로 사용되는 제품의 생분해성 시트지를 제공하고자 하는 것이다.

시트지, 주원료, 첨가제, 히팅로울러

Description

천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조방법 및 장치{Biodegradable Composition using the Manufacture Method and Device for Biodegradable Sheet}

도 1은 본 발명에 따른 천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조방법을 나타내는 공정도,

도 2는 본 발명에 따른 천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조 장치를 나타내는 블록도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

2:주입기 3:열풍 건조기

4:히팅로울러 5:펠트로울러

6a:상부건조부 6b:하부건조부

7:제 2펠트로울러 8:이형제 제거기

9:보조 히팅로울러 10:절단기

10':권취로울러

본 발명은 천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형작업, 성형보존이 우수한 식물성 및 식용 고분자(곡물:시밀가루, 전분, 옥수수가루, 쌀겨 등)와, 성형제품의 조직결속력을 강화시켜 주기 위한 갈대펄프, 펄프, 옥수수대, 목화솜 등의 식물성 섬유질로 이루어진 충전제와, 소량의 첨가제로 제품의 가공성 및 공정의 원할함을 위해 젤라틴, 한천, Na₂CO₃, NaOH, 글리세린, 유연제, 이형제의 식용기름 등으로 이루어진 첨가제와, 식물성 고분자의 부패방지를 위한 소량의 방부제 및 다양한 색상을 연출하기 위한 식용색소 등을 소정의 비율로 혼합하여서 된 조성물을 롤링(rolling), 히팅(heating), 펠트(flat) 및 이형제 제거 공정을 이용하여, 시트화 할 수 있도록 한 천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 석유화학제품, 특히, 플라스틱은 내약품성, 투명성, 유연성 및 강성 등의 우수한 특성으로 인해 거의 모든 산업분야 전반에 걸쳐 유용하게 사용되고 있으며, 대량생산과 저렴한 비용으로 대량생산이 용이한 장점이 부각되고 있어, 널리 사용되고 있다.

그러나, 이러한, 플라스틱은 모든 산업분야에 걸쳐 유용하게 사용되고 있으나, 자연상태에서 자체 분해가 전혀 불가능하므로, 사용 후, 폐기처리를 위해서는 반드시 회수하여 별도의 소각 및 재활용을 위한 처리고정을 거쳐야 되는 바, 현재, 사용되고 있는 플라스틱을 이용한 제품의 100%회수가 불가능하고, 특히, 식품 용기(포장지)나 농업용 포토 등과 같은 1회용 제품들은 회수율이 저조하고, 1회용이라는 특성상 사용수명이 짧으므로, 쉽게 버려지고 있으며, 이로 인해 전체 쓰레 기량의 대부분을 찾이하고 있으므로, 이들 사용을 규제하고 있다.

뿐만 아니라, 플라스틱으로 이루어진 제품들은 내식성 및 내약품성이 우수하고 부식성이 거의 없어, 자연상태, 즉, 토양에 묻히거나 하천 등에 버려지게 되면, 전혀 썩지 않으므로, 토양 및 수질을 오염시켜, 자연환경을 훼손시키게 되는 매우 심각한 환경오염의 주범으로 대두되고 있다.

전세계적으로 자연 생분해성 제품에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 토양 매립지의 한계와 재활용의 문제가 어려워짐에 따라, 플라스틱 제품의 폐기처리에 따른 문제점을 경감시키기 위한 노력이 다방면으로 활발히 전개되고 있으나, 자연상태에서 환경오염없이 생분해가 가능한 제품에 대한 획기적인 개발이 이루어 지지 못한 실정이다.

현재, 생분해성 제품으로서, 전분을 이용한 분해성 수지로는 미국특허 제 4755,397호, 제 4,812,445호, 제 4,838,944호, 제 4,863,655호 등에 의해 출원되어 공지되어 있으나, 이들은 전분의 변성법으로 에스테르화전분, 에티르화전분, 산화전분, 산가수분해전분 및 가교전분 등이 언급되어 있지만, 현재로서, 생분해성 제품에 대한 만족할 만한 효과를 얻지 못하고 있다.

이러한, 천연재료를 이용한 생분해성 조성물에 대해서는 본 출원인에 의해 2004년 특허출원 제 호에 의해 기 출원된 바, 있다.

본 발명은 천연재료를 이용한 생분해성 조성물을 이용하여, 인체에 무해하고 자연상태에서 생분해가 가능하며 환경친화적인 생분해 시트지를 제공하기 위한 것 으로서, 식물성 및 식용 고분자를 주원료로 하며, 식물성 섬유질의 충전제, 식용첨가제, 특수첨가제 및 식용색소가 소정비율로 혼합되어진 조성물을 롤링(rolling), 히팅(heating), 펠트(flat) 및 이형제 제거 공정과 장치를 이용하여 시트화 하므로서, 1회용으로 사용되는 용기, 컵, 포장지, 또는, 농업용 포트 등과 같이, 주로, 1회용으로 사용되는 제품의 생분해성 시트지를 제공할 수 있도록 된 새로운 형태의 천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 생분해 시트지는 자연상태에서, 생분해가 용이함은 물론, 가압 ·압착성형과정을 통해 최대한 얇고 유연성과 질긴성질질을 가지며, 특히, 가공성이 우수하고, 롤 형태로 권취되는 생분해지를 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 생분해성 시트지 제조방법은 식물성 및 식용 고분자로 이루어진 주원료 50∼80%, 식물성 섬유질의 충전제 10∼50%, 식용첨가제 0.1∼2%, 식용색소 0.001％의 혼합비율로 이루어진 생분해성 조성물을 가공처리하여 생분해성 시트화 함에 있어, 겔(gel)상태의 조성물을 원통형태의 히팅로울러 외주면에 주입하는 공정; 히팅로울러가 회전되면서, 외주면에 주입된 조성물을 건조하는 공정; 히팅로울러에 외주면에 주입 ·건조됨에 따라, 겔상태의 조성물이 1차 시트화되는 공정; 분리장치에 의해 1차 시트화된 시트지를 분리하는 공정; 히팅로울러 표면세척하는 공정; 분리장치에 의해 분리된 1차 시트화된 시트지를 이송하여 1단계 가압 ·압착하여 소정 두께를 갖도록 하는 공정; 소정의 두께를 갖는 시트지를 1, 2, 3차 가열 ·건조하는 공정; 이송되는 시트지를 2단계 가압 ·압착하는 공정; 2단계 가압 ·공정을 거쳐 이송되는 시트지의 이형제를 제거하는 공정; 이형제가 제거된 시트지를 2차 히팅로울러를 이용하여 가압 ·건조하는 공정; 시트지 표면에 코팅하는 공정; 시트지의 커팅 및 롤 형태로 권취하는 공정으로 이루어진 특징을 갖는다.

본 발명의 생분해성 시트지 제조장치는 겔상태의 조성물을 공급하는 주입기와; 내부에 히터가 내장되고 일측 상부에는 열풍건조기가 설치된 원통형태의 메인 히팅로울러와; 상기 히팅로울러의 하부 측단부에 설치되는 시트분리부와; 상기 히팅로울러의 하부에 설치된 세척부와; 다수개의 상 ·하부 로울러로 이루어지며 상,하부 간격조절이 가능하게 이루어진 제 1펠트로울러와; 1차, 2차, 3차 열풍 건조를 위한 상부건조부와; 벨트방식에 의해 순환회동되는 컨베이어 방식의 하부건조부와; 다수개의 상 ·하부 로울러로 이루어지며 상,하부 간격조절이 가능하게 이루어진 제 2펠트로울러와; 수분 흡수력이 우수한 재질의 흡수부재가 순환회동되며 이형제 제거를 위한 이형제 제거기와; 내부에 히터가 내장되어 열처리 및 가압을 위한 보조 히팅로울러와; 시트지를 절단하기 위한 절단기 및 권취로울러가 구비된 특징을 갖는다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조방법을 나타내는 공정도로서, 공정(S10)을 통해 식물성 및 식용 고분자로 이루어진 주원료 50∼80%, 식물성 섬유질의 충전제 10∼50%, 식용첨가제 0.1∼2%, 식용색소 0.001%의 혼합비율로 이루어진 겔(gel)상태의 조성물을 원통형태의 히팅로울러에 주입하여 외주면에 감싸지도록 하면, 공정(S20)에서 히팅로울러가 회전되면서, 외주면에 주입된 조성물이 히터에 의해 건조되어 겔상태의 조성물이 1차 시트화되는 것이다.

이때, 상기 공정(S10)을 통해 겔상태의 조성물이 히팅로울러에 주입되는 과정에서, 외주면에 주입되지 않고 흘러내리게 되는 조성물은 별도의 회수수단에 의해 회수처리되고, 상기 히팅로울러는 공정(S40')을 통하여 외주면에 잔류하고 있는 1차 시트지의 잔해 및 이물질 등이 세척된다.

그리고, 공정(S40)을 통하여 1차 시트화된 시트지가 히팅로울러로부터 분리되고, 분리된 1차 시트지는 공정(S50)으로 이송되어 펠트로울러에 의해 소정의 두께를 갖도록 가압 ·압착되며, 공정(S60)을 통해 시트지가 1, 2, 3차 가열 ·건조된 후, 다시 공정(S70)을 통해 2단계 가압 ·압착된 상태에서, 공정(S80)을 거치면서 시트지에 잔류된 수분, 즉 이형제로서의 식용기름이 제거된다.

이와 같이, 공정(S90)을 통하여 이형제가 제거된 시트지는 2차 히팅로울러에 의해 얇은 두께를 갖도록 가압 ·건조처리된 후, 공정(S100)에서 절단기에 의해 일정한 길이를 갖도록 절단되거나 또는, 롤 형태를 이루도록 권취되는 것이다.

이때, 상기 시트지는 필요에 따라, 공정(S90')을 통해 표면에 코팅처리가 이루어지지는 바, 코팅재료는 지방족 폴리에스테르를 응용하여 인체에 무해하고 점착성이 좋은 재료를 사용하게 되므로, 친수성이 강한 시트지의 표면을 보호하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 천연재료를 이용한 생분해성 시트지 제조 장치를 나타내는 블록도로서, 생분해성 시트지 제조장치(1)는 겔상태의 조성물을 공급하는 주입기(2)와; 내부에 히터가 내장되고 일측 상부에는 열풍건조기(3)가 설치되며 외주면에 겔상태의 조성물이 주입되어 가열, 건조되는 원통형태의 히팅로울러(4)와; 상기 히팅로울러(4)의 하부 측단부에 설치되어 가열 건조된 1차 시트지를 외주면으로부터 분리하여 이송되도록 하는 시트분리부(4a)와; 상기 히팅로울러(4)의 하부에 설치되어 1차 시트지가 분리된 후, 외주면에 잔류되어 있는 잔여물 및 각종 이물질을 제거하는 세척부(4b)가 설치된 구성을 이룬다.

이때, 상기 겔상태의 조성물이 주입되는 주입기(2)의 하방에는 조성물이 주입되는 과정에서 흘러내리게 되는 조성물을 회수하기 위한 회수용기(2')가 설치되고, 상기 시트분리부(4a)는 히팅로울러(4)의 외주면에 근접되도록 분리칼날이 구비되며, 세척부(4b)에는 모(毛) 또는 부드러운 천이나 고무 등으로 이루어진 브러쉬가 구비된다.

또한, 상기 히팅로울러(4)를 통해 성형된 1차 시트지를 가압하여 소정의 균일한 두께를 갖도록 하기 위한 것으로, 다수개의 상 ·하부 로울러(5a, 5b)로 이루어지며 상,하부 간격조절이 가능하게 이루어진 제 1펠트로울러(5)와; 소정 두께를 갖도록 가압 ·성형된 1차 시트지를 1차, 2차, 3차 열풍 건조를 위한 상부건조부(6a)와; 밸트방식에 의해 순환회동되는 컨베이어 방식의 하부건조부(6b)와; 다수개의 상 ·하부 로울러(7a, 7b)로 이루어지며 1차 시트지의 두께를 보다 더, 얇게 성형하기 위한 제 2펠트로울러(7)와: 1차 시트지에 함유된 이형제, 즉, 식용기름을 제거하기 위해 수분 흡수력이 우수한 재질의 흡수부재가 순환회동되도록 이루어진 이형제 제거기(8)와; 내부에 히터가 내장되어 열처리 및 가압을 위한 보조 히팅로울러(9)와; 시트지를 절단하기 위한 절단기(10) 및 권취로울러(10')로 이루어진 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 생분해성 시트지는 물과 Na₂CO₃,를 용해한 알칼리성 용액에 충전재를 해리시킨 후, 필요이상의 수분을 제거한 다음, 충전제가 해리되어 있는 표면위에 쇼팅처리된 고분자를 균일한 분포로 뿌린 후, 첨가제와 동시에 혼합 반죽하여 겔 상태의 조성물을 위에서 언급한 제조방법 및 제조장치(1)를 이용하여 시트지를 완성하게 되는 것이다.

본 발명의 제조방법 및 제조장치를 이용하여 생분해성 시트지를 완성함에 있어, 겔상태의 조성물을 히팅로울러(4)에 공급하여 외주면에 점착시키는 방법으로는 여러가지의 점착방법을 응용할 수 있는 바, 본 발명에서는 히팅로울러(4)의 일측 하방에서 모터를 이용해 펌핑하여 겔상태의 조성물을 외주면에 점착시키거나, 또는, 히팅로울러의 일측 상부에서 주입기를 설치하되, 주입기에서 스크류를 이용하여 원하는 두께와 넓이의 노즐로 밀어내어 점착시키는 방법을 사용함이 바람직하다.

예컨데, 본 발명은 히팅로울러(4)의 외주면에 점착된 상태로 가열 건조되어진 1차 시트지는 펠트로울러(5)에 의해 소정의 균일한 두께를 갖도록 시트화된 후, 상부 건조부와 하부 건조부에 의해 여러차려 가열 건조되는 과정에서, 급격한 온도 상승에 의해 시트지 재료의 기능파괴 및 기능저하를 방지하기 위해서는 1차, 2차, 3차의 가열 건조 온도의 적절한 조절이 요구되는 바, 1차 가열 건조시에는 약 60∼120℃의 온도로 가열 건조하고, 2차 가열 건조시에는 약 100∼200℃의 온도가 적절하며, 3차 가열 건조시에는 약 60∼120℃의 가열 건조 온도 유지가 이상적이며, 점진적인 온도상승과 완만한 온도하강 건조과정을 통해 온도변화에 의한 조성물 재료의 기능이 파괴 및 저하되는 것을 예방할 수 있는 것이다.

그리고, 1차 시트지는 펠트로울러(5)를 통과하면서, 소청의 두께 조절이 이루어지며, 제조하고자 하는 시트지의 두께를 보다 더 얇게 하기위해서는 여러개의 펠트로울러(5)를 단계적으로 설치하여, 반복되는 가압공정을 거쳐 원하는 두께를 갖도록 조절하게 된다.

본 발명에 따른 제조방법과 제조장치에 의해 완성된 시트지는 일정한 크기를 갖도록 절단되거나 롤 형태로 권취시킨 상태로, 운송되어 기설치되어 사용되고 있는 기존의 종이컵이나 1회용 트레이, 접시, 용기 등의 제품 가공장치에 공급하게 되면, 원하는 생분해성 제품을 제조하게 되는 것이며, 생분해성 조성물에 의해 제조되어진 종이컵이나 1회용 트레이, 접시, 용기 등의 생분해성 제품은 사용 후, 회수처리 되지 않더라도, 자연상태, 즉 토양의 미생물에 의해 자연 생분해 되는 것이다.

본 발명에 따른 생분해성 시트지는 1회용품은 물론, 다양한 형태의 생분해성 제품으로 사용되는 것으로서, 각종 페스트 후드점의 1회용 포장재(피자, 치킨 등), 휴대용 전화기 완충재(종이)대체, 음식점의 1회용 용기(자장면, 냉면 등) 등으로도 활용할 수 있다.

본 발명은 생분해성 조성물을 이용하여 생분해성 제품을 제조하기 위한 생산 공정이 간단하고, 기존의 설비를 그대로 활용하여 제조할 수 있으므로, 효율적이며, 또한, 생분해성 제품의 물류비용이 적게 소요되고, 다양한 제품에 대한 응용이 가능한 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 생분해성 시트지 제조방법 및 그 장치를 이용함에 따라, 자연상태에서, 생분해성이 우수한 조성물을 이용하여 재사용되지 않거나, 1회용으로 사용되는 용기, 컵, 포장지, 또는, 농업용 포트 등과 같이, 주로, 1회용으로 사용되는 제품을 별도의 폐기처리 공정을 거치지 않더라도, 토양의 미생물에 의해 자연 생분해가 이루어지도록 하므로서, 1회용으로 버려지는 쓰레기 양을 줄일 수 있어 환경오염을 예방할 수 있는 환경친화적이며, 시트지를 회수하거나 폐기처리하지 않아도 되므로, 사용자로하여금 1회용품 사용에 따른 편리함과 경제적인 효과를 제공할 수 있는 것이다.

Claims

식물성 및 식용 고분자로 이루어진 주원료 50∼80%, 식물성 섬유질의 충전제 10∼50%, 식용첨가제 0.1∼2%, 식용색소 0.001%의 혼합비율로 이루어진 생분해성 조성물을 가공처리하여 생분해성 시트화 함에 있어서,

겔(gel)상태의 조성물을 원통형태의 히팅로울러 외주면에 주입하는 공정(S10);

히팅로울러가 회전되면서, 외주면에 주입된 조성물을 건조하는 공정(S20); 히팅로울러에 외주면에 주입 ·건조됨에 따라, 겔상태의 조성물이 1차 시트화 되는 공정(S30);

분리장치에 의해 1차 시트화된 시트지를 분리하는 공정(S40);

분리장치에 의해 분리된 1차 시트화된 시트지를 이송하여 1단계 가압 ·압착하여 소정 두께를 갖도록 하는 공정(S50);

소정의 두께를 갖는 시트지를 1, 2, 3차 가열 ·건조하는 공정(S60);

이송되는 시트지를 2단계 가압 ·압착하는 공정(S70);

2단계 가압 ·공정을 거쳐 이송되는 시트지의 이형제를 제거하는 공정(S80);

이형제가 제거된 시트지를 2차 히팅로울러를 이용하여 가압 ·건조하는 공정(S90);

시트지의 커팅 및 롤 형태로 권취하는 공정(S100)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 생분해 시트지 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 공정(S40)을 통해 1차 시트화된 시트지를 분리되는 과정에서, 히팅로울러 표면이 세척되는 공정(S40')을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 생분해 시트지 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 공정(S90)을 통해 가압 ·건조된 시트지의 표면에 코팅하는 공정(S90')을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해 시트지 제조 방법.
겔상태의 조성물을 공급하는 주입기(2)와;

내부에 히터가 내장되고 일측 상부에는 열풍건조기가 설치된 원통형태의 히팅로울러(4)와;

상기 히팅로울러의 하부 측단부에 설치되는 시트분리부(4a)와;

다수개의 상 ·하부 로울러(5a, 5b)로 이루어지며 상,하부 간격조절이 가능하게 이루어진 제 1펠트로울러(5)와;

1차, 2차, 3차 열풍 건조를 위한 상부건조부(6a)와;

벨트방식에 의해 순환회동되는 컨베이어 방식의 하부건조부(6b)와;

다수개의 상 ·하부 로울러(7a, 7b)로 이루어지며 상,하부 간격조절이 가능하게 이루어진 제 2펠트로울러(7)와;

수분 흡수력이 우수한 재질의 흡수부재가 순환회동되며 이형제 제거를 위한 이형제 제거기(8)와;

내부에 히터가 내장되어 열처리 및 가압을 위한 보조 히팅로울러(9)와;

시트지를 절단하기 위한 절단기(10) 및 권취로울러(10')가 구비된 것을 특징으로 하는 생분해 시트지 제조 장치.
제 4항에 있어서,

상기 히팅로울러(4)의 하부에는 세척부(4b)가 설치된 것을 특징으로 하는 생분해 시트지 제조 장치.
제 4항에 있어서,

상기 히팅로울러(4)의 일측부위에는 외주면에 주입, 점착되지 않고 흘러내리는 조성물을 회수하기 위한 회수수단(2')이 설치된 것을 특징으로 하는 생분해 시트지 제조 장치.
식물성 및 식용 고분자로 이루어진 주원료 50∼80%, 식물성 섬유질의 충전제 10∼50%, 식용첨가제 0.1∼2%, 식용색소 0.001%의 혼합비율로 이루어진 것을 특징으로 하는 생분해 시트지.
제 7항에 있어서,

상기 주원료는 성형작업, 성형보존이 우수한 식물성 및 식용 고분자인 밀가루, 전분, 옥수수가루, 쌀겨 등으로 이루어지고,

상기 충전제는 성형제품의 조직결속력을 강화시켜주기 위한 갈대펄프, 펄프, 옥수수대, 목화솜 등의 식물성 섬유질로 이루어지며,

상기 첨가제는 제품의 가공성 및 공정의 원할함을 위해 젤라틴, 한천, Na₂CO₃, NaOH, 글리세린, 유연제, 이형제의 식용기름 등으로 이루어진 것을 특징으로 하는 생분해성 시트지.
제 7항에 있어서,

상기 시트지의 표면에는 지방족 폴리에스테르를 응용하여 점착성이 우수한 재료의 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 생분해성 시트지.