KR20170067222A - 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 - Google Patents

Abstract

고분자 수지를 용융시키는 단계; 커피폐기물을 잔류 수분 1% 이하로 건조시킨 후 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 커피폐기물을 진공 상태로 보관하는 단계; 상기 진공상태로 보관된 커피폐기물을 상기 용융상태의 고분자 수지에 투입하는 단계; 상기 투입된 커피폐기물을 상기 용융된 고분자 수지와 혼합하는 단계; 상기 고분자 수지를 압출하여 펠렛을 제조하는 단계; 및 상기 펠렛을 사출성형하여 플라스틱 제품을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 커피폐기물을 투입하는 단계 및 혼합하는 단계는, 상기 펠렛을 제조하기 위한 압출기 내에서 진행되는 것을 특징으로 하는, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법이 제공된다.

Description

커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품{Method for producing plastic goods containing coffee waste and plastic goods contating coffee waste}

본 발명은 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품에 관한 것으로, 커피가 가지는 흡습성을 억제하여 사출성형시 물에 의하여 발생하는 기포 등의 문제를 해결할 수 있는, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품에 관한 것이다.

일반적으로, 커피는 전 세계인의 기호식품으로서 국내에 거의 전량 수입되고 있는 실정이다.

비교적 고가로 수입되어 판매되고 있는 원두커피는 커피를 내린 후 99.8%는 찌꺼기가 발생하고, 커피 찌꺼기는 생활쓰레기로 분류돼 땅속에 묻거나, 소각을 하고 있는 실정이다. 특히 원두커피의 사용 후, 재활용으로서 인정될 만한 것은 재떨이에 소량의 커피 찌꺼기(커피 폐기물)를 담아 사용되고 있는 것이 거의 전부이며, 재떨이의 사용 후에도 그대로 버려지게 되는 것이 일반적이다.

이에 따라, 버려지는 커피 폐기물은 커피고유의 향이 강해 다른 음식물 쓰레기와 혼합될 경우 상당한 악취를 발생하게 되는 것이다. 뿐만 아니라, 상기 커피의 입자가 보통 0.5 ~ 2mm 내외로 분쇄됨에 따라 커피 폐기물이 실내 및 도로상에 떨어지게 될 경우에는 청소가 매우 번거롭고 어려우며 상당히 불청결한 이미지를 제공 하는 되는 것이었다.

이렇게 버려지는 커피 폐기물을 이용하여 섬유 또는 수지를 제조하는 종래 기술로 "커피추출물 찌꺼기를 이용하여 피엘에이 섬유를 제조하는 방법"(한국공개특허공보 제10-2010-0035032호)이 있다. 이 기술에 의하면 버려지는 커피추출물 찌꺼기를 이용하여 섬유를 제조함으로써 섬유 제조 단가를 낮추고, 생분해성 섬유인 피엘에이 (PLA) 섬유의 신축성을 향상시킨다.

또한, 일반적으로 PVC(Polyvinyl chloride), PVA(Polyvinyl alcohol), PET(Poly Ethylene Terephthalate), 나일론(Nylon), PBT, PC, PCB(Polychlorinated biphenyl), ABS 등과 같은 플라스틱류를 포함한 각종의 열가소성합성수지 제품의 원료를 재생하기 위해서는, 그 원료인 동질의 폐합성수지를 성상별로 적합한 용융온도를 가하고 다시 냉각시켜 적당한 크기로 절단한 재생합성수지 펠릿(pellet)을 제조한다.

하지만, 커피폐기물이 가지는 고유의 특성인 높은 흡습성에 의하여 실제 고온을 진행되는 사출성형시 커피폐기물일 가지는 수분에 의하여 기포가 발생하며 에에 따라 사출성형된 플라스틱 제품에 불량이 발생하는 문제가 발생한다.

도 1은 커피폐기물을 건조 후 자연상태로 수지에 용융상태로 혼합시킨 후의 사진이다.

도 1을 참조하면, 건조된 커피폐기물의 투입시 발생하는 자연 흡습에 의하여 사출성형기 기공 등으로 인하여 충분한 제품 형태로 성형되지 않는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 커피 폐기물을 이용한 플라스틱 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플라스틱 제품을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고분자 수지를 용융시키는 단계; 커피폐기물을 잔류 수분 1% 이하로 건조시킨 후 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 커피폐기물을 진공 상태로 보관하는 단계; 상기 진공상태로 보관된 커피폐기물을 상기 용융상태의 고분자 수지에 투입하는 단계; 상기 투입된 커피폐기물을 상기 용융된 고분자 수지와 교반하여 혼합하는 단계; 상기 고분자 수지를 압출하여 펠렛을 제조하는 단계; 및 상기 펠렛을 사출성형하여 플라스틱 제품을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 커피폐기물을 투입하는 단계 및 혼합하는 단계는, 상기 펠렛을 제조하기 위한 압출기 내에서 진행되는 것을 특징으로 하는, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 커피폐기물은 상기 건조 전 2회 이상 헥산으로 처리된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 커피폐기물은 상기 고분자 수지 대비 5 내지 50 중량%이다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 플라스틱 제품은 유리섬유를 더 포함하며, 상기 유리섬유는 상기 고분자 수지 대비 5 내지 30 중량%이다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 플라스틱 제품은 파레트 또는 컨테이너 박스이다.

본 발명은 또한 상술한 방법에 의하여 제조된, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품은 파레트 또는 컨테이너 박스이다.

본 발명은 커피폐기물이 가지는 흡습성을 최소화하기 위하여 커피폐기물을 건조 후 진공상태에서 보관하고, 진공상태로 보관된 커피폐기물을 고분자 수지가 용융되기 시작하는 압출단계에서 투입하여 교반/혼합한다. 이로써 커피폐기물이 가지는 흡습성으로 인한 문제, 즉, 펠렛화되기 전 자연상태로 고온의 사출성형에 노출되기 전에 발생하는 수분에 의한 기포발생의 문제를 효과적으로 해결하여 물리적 특성이 우수한 플라스텍 제품의 제조가 가능하다.

도 1은 커피폐기물을 건조 후 자연상태로 수지에 용융상태로 혼합시킨 후의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피폐기물 함유 플라스틱 제품 제조방법의 단계도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 커피폐기물 함유 수지 펠렛의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펠렛을 이용, 사출성형시킨 파레트의 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품에 대하여 설명하기로 한다.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 커피폐기물과, 고분자 수지, 예를 들어 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 혼합수지 등을 용융시켜 플라스틱 제품을 제조한다. 특히 본 발명은 커피폐기물이 가지는 흡습성을 최소화하기 위하여 커피폐기물을 건조 후 진공상태에서 보관하고, 진공상태로 보관된 커피폐기물을 고분자 수지가 용융되기 시작하는 압출단계에서 투입하여 교반/혼합한다.

이로써 커피폐기물이 가지는 흡습성으로 인한 문제, 즉, 펠렛화되기 전 자연상태로 고온의 사출성형에 노출되기 전에 발생하는 수분에 의한 기포발생의 문제를 효과적으로 해결한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피폐기물 함유 플라스틱 제품 제조방법의 단계도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 커피폐기물 함유 플라스틱 제품 제조방법은, 고분자 수지를 용융시키는 단계(S100); 커피폐기물을 잔류 수분 1% 이하로 건조시킨 후 파쇄하는 단계(S200); 및 상기 파쇄된 커피폐기물을 진공 상태로 보관하는 단계(S300); 상기 진공상태로 보관된 커피폐기물을 상기 용융상태의 고분자 수지에 투입하는 단계(S400); 상기 투입된 커피폐기물을 상기 용융된 고분자 수지와 교반하여 혼합하는 단계(S500); 상기 고분자 수지를 압출하여 펠렛을 제조하는 단계(S600); 및 상기 펠렛을 사출성형하여 플라스틱 제품을 제조하는 단계(S700)를 포함한다.

특히 본 발명에서 진공상태로 흡습이 최대로 억제된 커피폐기물 분말은 고분자 수지가 용융되기 시작하는, 압출기 내에서 진행된다. 이로써 혹시 투입시 발생하는 습기가 고온의 펠렛 압출 단계에서 증발할 수 있으며, 융융단계에서의 혼합 효과가 극대화된다.

즉, 본 발명은 사출성형 전 커피폐기물을 건조시켜 진공상태에서 보관한 후, 용융된 고분자 수지에 혼합하여 펠렛을 성형하며, 이를 이용하여 커피폐기물에 함유된 수분에 의한 문제를 해결한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 커피폐기물 함유 수지 펠렛의 사진이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펠렛은 충분한 크기와 일정한 형태로 성형되어 있는 것을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펠렛을 이용, 사출성형시킨 파레트의 사진이다.

도 4를 참조하면, 도 1과 달리 수분에 의한 사출성형시의 기포 발생과 이에 의한 기공 발생이 억제되어 원하는 수준과 형태의 파레트와 같은 플라스틱 제품이 제조되는 것을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌 수지이었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명은 특히 수분 함량이 1% 이하로 건조된 커피폐기물을 이용하며, 수분 함량이 특정 수치 이하의 커피폐기물은 용융된 상태에서 별도의 기공(보이드)을 형성하지 않고, 수지 내에 효과적이고 균일하게 분산되어, 플라스틱 제품의 충격강도와 인장강도를 크게 향상시킨 플라스틱 제품이 제조 가능하다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 커피폐기물의 수분 함량은 기설정된 수치, 예를 들어 1 중량%를 초과하지 않는데, 만약 상기 기설정된 수치를 초과하는 경우, 사출 성형시 수분이 기화되어 기공이 과량형성된다.

따라서, 이를 해결하기 위하여 본 발명은 건조기를 사용하여 수분함유율 1% 이하가 되도록 하고, 이를 진공보관 한 후 펠렛제조시 사용되는 고온의 압출기내로 상기 커피폐기물을 투입, 혼합하여 커피폐기물의 수분 재흡습의 문제를 해결한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 커피폐기물은 2회 이상의 헥산 용매로 액상 처리되어, 제품 생산시 발생하는 필요 이상의 커피향 발생을 억제할 수 있었다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 고분자수지에는 탈크, 탄산칼슘, 유리섬유, 기타수지 등이 별도로 첨가될 수 있다. 예를 들어 본 발명의 일 실시예에서, 상기 펠렛의 상기 커피 폐기물의 함량은 상기 고분자 수지 대비 5 내지 50 중량%일 수 있다. 만약 커피 폐기물의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 커피폐기물에 의한 물성 및 경제성 개선 효과가 미미하며, 상기 범위 초과인 경우, 성형시 문제가 발생한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 플라스틱 제품은 강도를 보다 강화하기 위한 유리섬유를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 유리섬유는 상기 고분자 수지 대비 5 내지 30 중량%인 것이 바람직하다.

실시예

펠렛제조

폴리프로필렌을 압출기에서 용융시키면서, 고분자 수지 대비 커피폐기물 10 중량%를 투입하였다. 이때 상기 커피폐기물의 수분은 0.5중량% 수준이었다. 이후 상기 투입된 커피폐기물을 상기 압출기에서 혼합(교반 방식)하고, 압출시켜 도 2에서 도시된 것과 같은 펠렛을 제조하였다.

실험예

상기 제조된 펠렛을 이후 다시 자연상태에서 용융시켜 실시예의 Test sample을 사출 성형하였다(실시예). 비교예로서 커피폐기물을 함유하지 않은 PP 컴파운드 수지(FC2300) 펠렛을 용융시켜, 비교예의 Test sample를 제조하였다(비교예).

실시예의 Test sample 대비 비교예의 Test sample의 비중은 1.130으로 커피폐기물을 함유하지 않은 비교예의 Test sample의 중량이 더 나가는 것을 확인하였다.

인장강도

ASTM D638 방식에 따라 인장강도를 테스트하였고, 그 결과는 아래와 같다.

	실시예	비교예
인장강도(kg/cm2)	289	250

상기 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 커피폐기물을 함유한 Test sample 충격강도가 크게 개선되는 것을 알 수 있다.

파단신율

ASTM D638 방식에 따라 파단신율을 테스트하였고, 그 결과는 아래와 같다.

	실시예	비교예
파단신율(%)	56	35

상기 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 커피폐기물을 함유한 Test sample의 파단신율이 거의 2배 가까이 늘어나는 것을 알 수 있다.

휨강도

본 발명에 따른 커피폐기물을 함유한 플라스틱 제품으로 휨강도를 측정한 결과는 아래와 같다.

규격	중량	휨강도	휨강도(실시예)	휨강도(비교예)
1100x1100	6.8kg	12KN	1,224.kgf	1.115 kgf
1100x1100	6.8kg	11.8KN	1,203.6kgf	1.117 kgf
1100x1100	6.8kg	11.9KN	1,213.8kgf	1.13 kgf

상기 결과를 참조하면, 커피폐기물을 Test sample에 사용함에 따라, 인장강도, 파단신율 및 휨 강도가 크게 개선되는 것을 알 수 있다. 특히 버려지는 커피폐기물의 흡습성을 최대한 억제하는 방식으로 파레트에 사용함으로써 파레트의 경제성을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 고분자 수지를 용융시키는 단계;
   커피폐기물을 잔류 수분 1% 이하로 건조시킨 후 파쇄하는 단계; 및
   상기 파쇄된 커피폐기물을 진공 상태로 보관하는 단계;
   상기 진공상태로 보관된 커피폐기물을 상기 용융상태의 고분자 수지에 투입하는 단계; 및
   상기 투입된 커피폐기물을 상기 용융된 고분자 수지와 교반하여 혼합하는 단계;
   상기 고분자 수지를 압출하여 펠렛을 제조하는 단계; 및
   상기 펠렛을 사출성형하여 플라스틱 제품을 제조하는 단계를 포함하며,
   상기 커피폐기물을 투입하는 단계 및 혼합하는 단계는, 상기 펠렛을 제조하기 위한 압출기 내에서 진행되는 것을 특징으로 하는, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 커피폐기물은 상기 건조 전 2회 이상 헥산으로 처리된 것을 특징으로 하는, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 커피폐기물은 상기 고분자 수지 대비 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 플라스틱 제품은 유리섬유를 더 포함하며, 상기 유리섬유는 상기 고분자 수지 대비 5 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 플라스틱 제품은 파레트 또는 컨테이너 박스인 것을 특징으로 하는, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품 제조방법.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품은 파레트 또는 컨테이너 박스인 것을 특징으로 하는, 커피 폐기물을 함유한 플라스틱 제품.

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