KR20160134251A - 수용성 소재를 이용한 고형체 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 숯 분말과 천연펄프 또는 한지 중 선택되는 수용성 소재와 수액 및 천연바인더를 혼합하는 혼합단계(S10)와, 상기 혼합단계(S10)에 의해 얻게 되는 혼합조성물을 발효시키는 발효단계(S20)와, 상기 발효단계(S20)를 거친 혼합조성물을 성형하는 고형체 성형단계(S30)와, 상기 고형체 성형단계(S30)에 의해 형상이 완성된 고형체를 건조시키는 건조단계(S40)로 이루어지는 것을 특징으로 하여,
천연펄프와 숯 분말등을 함유하여서 되는 인체에 무해한 소재를 이용하여, 베개와 같은 침구류를 제조하거나 또는 침대 보드와 같은 판형태의 가구재 등을 얻을 수 있어, 자연 친화적인 소재에 의한 제품을 얻을 수 있는 효과는 물론, 통상적인 합판 또는 MDF 패널과 같은 소재의 표면에 덧칠하는 형태의 도포 과정에서 탈피하여, 완성되는 제품 자체를 자연 친화력이 강한 천연펄프와 숯 등을 이용하여 제작 가능하도록 하므로서, 숯 자체의 입증된 원적외선 방사 효과는 물론, 집안 공기의 습도 조절 효과, 혈액순환 촉진, 신진대사의 원할한 환경을 조성하는 등, 실생활에서의 건강 지양적 효과를 기대할 수 있는, 천연펄프를 이용한 고형체 제조방법에 관한 것이다.

Description

수용성 소재를 이용한 고형체 제조방법{Solid dynamics manufacture method make use of natural material wood pulp}

본 발명은 침대보드, 베개와 같은 침구류 등과 같은 용품에 채택하여 제조 가능하도록 하는 고형체의 제조 방법에 관한 것으로 특히 천연펄프나 한지 중 선택되는 소재인 수용성 소재를 이용하여 숯과 천연바인더를 혼합하여 얻게 되는 천연펄프를 이용한 고형체 제조방법에 관한 것이다.

통상 천연펄프나 숯 등을 이용하여 용기나 기타 마감재 등을 제조하는 기술 들은 개시되어 있다.

이러한 통상의 기술들 예컨데 인체 건강 등에 유익한 숯가루를 함침하여 제조되는 지류가 대한민국 특허등록 제 10-1999-0045954 호에 개시되어 있는 것과, 파라핀 왁스, 전분, 미경화 멜라민 수지 혼합물을 스테아린산 수용액에 첨가하여 유화시킨 액을 제올라이트 분말에 첨가하여 라이너에 코팅시킨 대한민국 공개특허 제 10-1998-087686 호와 같은 내용들이 있다.

상기한 기술 내용들은 주로 박스로 제조되는 포장용 박스 등에 채택되는 것으로 항균성 및 탈취성, 포장되는 내용물의 신선도 등을 유지하기 위한 목적으로 사용되는 것으로, 상기한 기술 내용들은 지류 형태를 제조하는데에는 적합할 수 있어도 주변의 생활적 도구 예컨데 침구류나, 침대보드 등과 같은 경우에는 적용될 수 없다.

보통 목분 등을 이용하여 침대 보드 등을 얻기 위해서 잘 알려진 경우를 예로 들면, 목분 또는 MDF 등의 재료를 이용하여 판재 형태로 제조할 때 숯 분말 등을 함유하여 압착하는 방법을 생각할 수 있으나, 이러한 경우는 주로 판재형태와 같은 경우만 해당되고, 침구류 예컨데 베개와 같은 경우에는 상기한 방법에 의해 제조될 수 없다.

대한민국 특허등록 제 10-1999-0045954 호 대한민국 공개특허 제 10-1998-087686 호

본 발명은 상기한 바와 같이, 숯 분말을 이용하되 그 숯 분말에 천연펄프 또는 한지 중 선택되는 소재를 혼합 적용하여 고형화 하는 과정을 거쳐 인체에 유익한 생활 제품 예컨데 침구류인 베개나 침대 보드 등과 같이, 판재 형태 또는 인체와 직접 접하며 사용 가능한 침구류 등의 제조가 가능한 수용성 소재를 이용한 고형체 제조방법에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

천연펄프 또는 한지 소재 중 어느 하나로 택하여서 되는 수용송 소재와, 숯 분말과 수액 및 천연바인더를 혼합하는 혼합단계(S10)와,

상기 혼합단계(S10)에 의해 얻게 되는 혼합조성물을 발효시키는 발효단계(S20)와,

상기 발효단계(S20)를 거친 혼합조성물을 성형하는 고형체 성형단계(S30)와,

상기 고형체 성형단계(S30)에 의해 형상이 완성된 고형체를 건조시키는 건조단계(S40)로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 천연펄프 또는 한지 중 선택되는 수용성 소재와 숯 분말등을 함유하여서 되는 인체에 무해한 소재를 이용하여, 베개와 같은 침구류를 제조하거나 또는 침대 보드와 같은 판형태의 가구재 등을 얻을 수 있어, 자연 친화적인 소재에 의한 제품을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면 통상적인 합판 또는 MDF 패널과 같은 소재의 표면에 덧칠하는 형태의 도포 과정에서 탈피하여, 완성되는 제품 자체를 자연 친화력이 강한 천연펄프와 숯 등을 이용하여 제작 가능하도록 하므로서, 숯 자체의 입증된 원적외선 방사 효과는 물론, 집안 공기의 습도 조절 효과, 혈액순환 촉진, 신진대사의 원할한 환경을 조성하는 등, 실생활에서의 건강 지양적 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 제작 과정을 시계열순으로 도시한 공정 흐름도

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않으며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 점에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아닌바, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이를 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 가능하거나 존재할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

본 발명은 천연펄프 또는 한지 중 선택되는 수용성 소재와, 숯 분말과 수액과 천연바인더 등 자연 친화적 소재를 이용하여서 되는 조성물에 의한 고형체를 제공하여, 인체에 무해하고 유익한 침구류 등의 제품 제작이 가능하도록 하였다.

이를 위해 본 발명은, 먼저 천연펄프 또는 한지 중 선택되는 수용성 소재와, 숯 분말과 수액 및 천연바인더를 적정 비율로 혼합하는 혼합단계(S10)를 거치게 된다.

여기서 상기 숯 분말은, 목탄이나 참 숯 등을 미세하게 분쇄하여 사전에 얻을 수 있을 것이고, 또는 죽탄(대나무 숯)을 이용할 수도 있다.

상기 수액은 전술한 숯 분말과 천연펄프 또는 한지 및 천연바인더의 혼합 과정이 원할히 이루어지도록 가교 역할을 하는 것으로, 혼합 된 후 성형단계에서 대부분 고온에 의해 소실되며 숯 분말 및 천연펄프간 결합력을 증대시키는 역할을 하게 된다.

상기 천연펄프이외에 침엽수펄프(NP), 활엽수펄프(LP) 등의 목재 펄프와, 짚펄프(Straw pulp), 버개스펄프(Bagasse pulp), 갈대펄프, 대나무펄프 등의 비목재펄프도 포함될 수 있다.

한편 천연펄프, 목재 펄프 및 비목재 펄프 이외에, 쇄목펄프(GP), 리파이너펄프(RGP), 열처리기계펄프(TMP) 등의 기계펄프(MP)와, 아황산펄프(SP), 크라프트펄프(KP), 소다펄프(Soda pulp) 등의 화학펄프(CP)는 포함되지 않는다.

아울러 표백(B), 반표백(S), 미표백(U) 펄프를 포함할 수 있으며, 재생펄프도 가능하다 할 것이다.

또한 본 발명은 천연펄프 이외에 한지를 소재로 하여 제작 가능하다.

한지는 한지 자체를 사용할 수도 있으며 한지 재료를 이용하여 제작 가능할 수 있음은 물론이다.

한편 상기 천연바인더는 친환경적인 천연 미분 재료의 결합력을 획기적으로 증대시킨 결합제인 천연 바인더를 의미한다.

통상 천연바인더 중 하나로 알려져 있는 것으로는, 식물성 원료인 콩, 쌀이나 밀기울의 풀, 송진 등과 알긴산이 포함되어 있는 해조류는 예로부터 접착제로 사용되어 왔으며, 최근 친환경 소재 개발의 영향으로 천연바인더에 대한 기술개발이 큰 관심이 되고있다. 국내에서는 재지분야에서 천연바인더 기술개발이 이루어진 바 있으며, 잉크 고착제로써 개발이 시도된 적이 있으나 숯 및 펄프 등을 주 원료로 하여 접착력을 강화시킨 천연 바인더는 발견되지 않고 있다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해소하고, 숯 분말과 천연 펄프의 결합 및 접착력을 증대시키기 위해, 전술한 바와 같이 천연 바인더를 구성하는 조성원소들은 천연 카르복시메틸셀룰로오스 전분과 천연 셀락(shellac)과 천연 카세인과 천연 소르비탄에스테르 전분과 천연 쿠마롱과 천연 스테아르산이 혼합되어 조성하여 본 발명에 채택 실시하였다.

즉 본 발명에 채택되는 천연바인더를 좀 더 구체적으로 설명하면, 천연 바인더의 조성비는 45~56wt% 천연 카르복시메틸셀룰로오스 전분과, 천연 9~14wt% 셀락과, 천연 8~13 wt% 카세인과, 20~28 wt% 천연 소르비탄에스테르 전분과, 0.5~2wt% 천연 쿠마롱과, 0.5~2 wt% 천연 스테아르산으로 조성된다.

상기 천연 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose)전분은 셀룰로오스 분자의 단위(C6)당 0.8개 이하의 글리콜산나트륨 ·에테르기(基)를 가지며, 수용성(水溶性)인 셀룰로오스이다. 기본적인 물성은 물에 녹이면 점조(粘稠)한 액체가 되며, 곰팡이나 썩는 것을 방지하는 성질이 있다.

천연 카르복시메틸셀룰로오스가 본원 발명의 천연바인더에 첨가되는 이유는 전분, 섬유소, 아미노산 등과 결합을 쉽게 하며, 에멀젼의 점도를 부여하여 고온에서 흐름성이 좋게 하며 압출성형이 용이하게 하는 목적을 위해서이다.

또한 첨가시 45~56wt%가 첨가되는데 이와 같은 첨가수치의 한정이유는 이유는 45wt%보다 적으면 결합력이 약화되고, 표면이 거칠어지며 결합 후 변형이 발생되는 원인이 되기도 하기 때문이다.

아울러 56 wt% 보다 크면 생분해력이 지연되는 문제점이 있다.

바람직하게는 상기 카르복시메틸셀룰로오스 전분의 첨가량은 50 wt% 이다.

상기 천연 셀락(shellac)은 인도에 많이 사는 깍지벌레인 락깍지벌레(Laccifer lacca)의 분비물에서 얻는 것으로, 담황색 또는 황갈색이며, 얇은 판·입자·가루 등 여러 형태의 것이 있다. 기본적인 물성은 녹는점 150℃, 연화점(軟化點) 95℃, 비중 1.113∼1.214, 간값 60, 비누화값 200, 요오드값 18. 알코올·붕산액에 녹고, 에테르·아세톤·이황화탄소 등에는 일부 녹으나, 물에는 녹지 않는다. 니스·접착제·전기 절연재·레코드 등의 성형(成形) 재료, 봉랍(封蠟) 등으로 사용된다.

이와 같은 천연 셀락(shellac)이 본원 발명의 천연바인더에서 첨가되는 이유는 암을 유발하고 새집 증후군의 주범인 포름알데히드를 차단하고 성형에서 흐름성을 향상시키고 변형이 되지 않게하는 목적을 위해서이다.

또한 첨가시 9~14wt%가 첨가되는데 이와 같은 첨가수치의 한정 이유는 9wt%보다 적으면 성형이 용이하게 형성이 되지 않는 문제점이 있고 14wt%보다 크면 반응기에서 솜모양으로 침전이 형성되는 문제점이 있기 때문이며, 바람직하게는 상기 천연 셀락의 첨가량은 12wt%이다.

상기 천연 카세인(Casein)은 건락소(乾酪素)라고도 하는데 유즙(乳汁)의 주성분이며, 우유의 카세인에 대해서 가장 잘 연구되어 있다.

사람이나 양의 카세인도 비슷한 성질을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 카세인은 우유 속에 약 3% 함유되어 있으면서 우유에 함유된 전단백질의 약 80%를 차지한다. 우유에 산을 가해서 pH 4.6으로 하면 등전점에 도달하여 침전하므로, 쉽게 조제(調製)할 수 있다.

카세인은 세 가지의 성분, 즉 α-카세인(카세인 전체의 70%), β-카세인(27%), γ-카세인(3%)이 알려져 있다.

카세인의 화학적 조성은 아미노산 외에 1%의 인과 1%의 당(糖)을 함유하고 있다. 분자량은 α-카세인이 2만 5000∼2만 7000, β-카세인이 1만 7000∼2만이다. 이 두 카세인끼리는 회합체(會合體)를 매우 잘 형성하는 성질이 있다.

약전(藥典)에 기재되어 있는 카세인은 100℃에서 건조시킨 것의 질소 함유량이 15.2∼16.0%로 규정되어 있다. 영양제 ·에멀션으로 소화력 시험 ·마사지 크림 등에 사용한다. 또한 상아 ·산호 ·진주 등의 모조품을 비롯하여 단추와 양산의 자루 등의 제조에 사용된다. 이 밖에 카세인섬유(라니탈 등)의 제조와 페인트 ·접착제 ·종이의 코팅 등에도 사용된다.

이들은 카세인이 유즙의 등전점 침전법에 의해서 얻을 수 있는 단백질인 데에 바탕을 두고 있다.

이와 같은 천연 카세인이 본원 발명의 천연바인더에서 첨가되는 이유는 호화성과 접착성이 좋기 때문이며, 또한 첨가시 8~13wt%가 첨가되는데 이와 같은 첨가수치의 한정 이유는 8wt%보다 적으면 수용성 고분자의 액정 에멀젼 공중합체 형성에 어려운 문제점이 있고 13wt%보다 크면 공중합체의 안정과 결합력이 약화되어 농도와 계면장력의 변화가 발생하는 문제점이 있기 때문으로, 바람직하게는 상기 천연 카세인의 첨가량은 11 wt%이다.

상기 천연 소르비탄에스테 전분이 본원 발명의 천연바인더에서 첨가되는 이유는 에멀젼 고분자에 친수성을 부여하여 에멀젼의 분산 및 안정화를 위할 뿐만 아니라 소수성 단량체들조차 공중합시켜 내수성 및 내후성이 양호해지는 목적을 위해서이며, 첨가시 20~28 wt%가 첨가되는데 이와 같은 첨가수치의 한정 이유는 20wt%보다 적으면 내수성 및 내후성이 약해지는 문제점이 있고, 28wt%보다 크면 내수성과 내후성이 좋아지는 반면 생분해도가 낮아지는 문제점이 있기 때문이다. 바람직하게는 상기 소르비탄에스테르 전분의 첨가량은 25 wt%이다.

상기 천연 쿠마롱은 열대지방 나무나 닥나무에서 추출되는 천연 접착제로 이러한 천연 쿠마롱이 본원 발명의 천연바인더에서 첨가되는 이유는 저장 안정성과 열압 성형을 위한 목적을 위해서이다.

또한 첨가시 0.5~2 wt%가 첨가되는데 이와 같은 첨가수치의 한정 이유는 0.5wt%보다 적으면 충분한 접착력이 떨어지는 문제점이 있고 2wt%보다 크면 인장강도 및 내수성에 한계가 있어 150℃ 이상에서는 견디지 못하는 문제점이 있기 때문으로, 바람직하게는 상기 천연 쿠마롱의 첨가량은 1 wt%이다.

상기 천연 스테아르산(stearic acid)은 화학식 C18H36O2. 상온에서는 백색의 엽상(葉狀) 결정으로, 녹는점 71∼71.5℃, 응고점 69.4℃. 물에는 녹지 않으나, 유기용매(有機溶媒)에는 잘 녹는다. 글리세롤과의 에스테르로서 널리 동식물계의 유지(油脂)나 인지질(燐脂質)에 함유되어 있고 천연으로는 가장 다량으로 존재하는 지방산이다. 소나 양 등의 상온에서 고체인 지방에는 특히 함유량이 많고, 액체상태인 식물유에는 비교적 적다. 비누는 유지를 수산화나트륨으로 비누화하여 만드는

데, 그 주성분은 스테아르산의 나트륨염이다.

이와 같은 천연 스테아르산이 본원 발명의 천연바인더에서 첨가되는 이유는 흐름성을 양호하게 하여 열압을 용이하게 하는 목적을 위해서이다.

또한 첨가시 0.5~2 wt%가 첨가되는데 이와 같은 첨가수치의 한정 이유는 0.5wt%보다 적으면 흐름성이 나빠지는 문제점이 있고 2wt%보다 크면 흐름성은 양호해지나 기포가 발생하는 문제점이 있기 때문이다

바람직하게는 천연 스테아르산의 첨가량은 1wt%이다.

이와 같이 준비되는 숯 분말과 천연펄프 또는 한지와 수액과 천연바인더는 각각 전체 혼합되는 혼합조성물 전체 중량부 대비, 숯 분말 50 %중량부와 천연펄프 50 %중량부와 수액 5~10 %중량부와, 천연바인더 2 %중량부로 되는 비율로 혼합하게 된다.(혼합단계 ; S10)

여기서 상기 천연펄프 대신에 한지로 대체 가능하다.

상기와 같은 혼합단계(S10)를 거친 혼합조성물은, 80~100 ℃의 고온 상태에서 24시간 발효되는 발효과정을 거친 후(S20; 발효단계), 발효가 완료된 혼합조성믈을 성형틀에 투입하여 성형하게 되는 고형체 성형단계(S30)를 거치게 된다.

여기서 상기 고형체 성형단계(S30)에서는 다양한 형태의 제품군을 얻을 수 있을 것이다.

예컨데, 베게와 같은 경우 베게 형태를 갖는 성형틀(금형)에 상기 발효된 혼합조성물을 투입, 가압하여 베게의 제품으로 성형 가압하여 원하는 제품을 얻을 수 있을 것이며, 침대 보드와 같은 경우 판형체를 얻을 수 있는 성형틀에 상기 발효된 혼합조성물을 투입, 가압하여 얻을 수 있을 것이다.

이와 같이, 발효된 혼합조성물은 다양한 형태의 제품군을 얻을 수 있으며 베게나 침대 보드 이외에 각종 생활 용품들의 생산도 가능할 수 있다.

한편 상기와 같이 고형체 성형단계(S30)를 거쳐 얻게 된 고형체는 자연 건조에 의해 제품을 얻을 수 있다(S40).

건조 단계(S40)를 거친 고형체는 그 표면에 코팅이나 색상 도포 등의 추가적인 작업을 통하여 완성된 제품을 얻을 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

따라서 본 발명에서의 기술적 사상은 아래에 기재되는 청구범위에 의해 파악되어야 하되 이의 균등 또는 등가적 변형 모두 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속함은 자명하다 할 것이다.

S10; 혼합단계
S20; 발효단계
S30; 고형체 성형단계
S40; 건조단계

Claims (6)

1. 수용성 소재와 숯 분말과 수액 및 천연바인더를 혼합하는 혼합단계(S10)와,
   상기 혼합단계(S10)에 의해 얻게 되는 혼합조성물을 발효시키는 발효단계(S20)와,
   상기 발효단계(S20)를 거친 혼합조성물을 성형하는 고형체 성형단계(S30)와,
   상기 고형체 성형단계(S30)에 의해 형상이 완성된 고형체를 자연 건조시키는 건조단계(S40)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수용성 소재를 이용한 고형체 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합단계(S10)는, 숯 분말과 수용성 소재 및 수액과 천연바인더는 각각 전체 혼합되는 혼합조성물 전체 중량부 대비, 숯 분말 50 %중량부와 수용성 소재 50 %중량부와 수액 5~10 %중량부와, 천연바인더 2 %중량부로 되는 비율로 혼합하는 것을 포함하는, 천연펄프를 이용한 고형체 제조방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 혼합단계(S10)에서의 수용성 소재는 천연펄프 또는 한지 중 어느 하나로 선택하여 혼합되는 것을 특징으로 하는, 수용성 소재를 이용한 고형체 제조방법.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 혼합조성물에 첨가되는 천연바인더는 천연 카르복시메틸셀룰로우스 전분, 천연 셀락, 천연 카세인, 천연 소르비탄에스테르 전분, 천연 쿠마롱, 천연 스테아르산으로 조성되는 것을 포함하는, 천연펄프를 이용한 고형체 제조방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 혼합조성물 전체 %중량부 대비 첨가되는 천연 바인더 2 % 중량부의 조성비는, 천연 카르복시메틸셀룰로우스 전분 45~56 wt%, 천연 셀락 9~14 wt%, 천연 카세인 8~13 wt%, 천연 소르비탄에스테르 전분 20~28 wt%, 천연 쿠마롱 0.5~2 wt%, 천연 스테아르산 0.5~2 wt% 의 조성비로 이루어지는 것을 포함하는, 천연펄프를 이용한 고형체 제조방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 발효단계(S20)에서, 혼합조성물을 발효시키기 위해 80~100 ℃의 고온 상태에서 24시간 발효되는 발효과정을 거치도록 하는 것을 포함하는, 천연펄프를 이용한 고형체 제조방법.
   

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