KR20200009427A - 숯분말을 이용한 친환경 착화탄 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연 숯분말을 주원료로 하는 연기 및 유해 가스의 발생을 최소화한 친환경 착화탄에 관한 것이다.
본 발명의 착화탄은 숯분말과 강화된 점결력을 갖는 변성전분으로 이루어진 성형체를 고온의 파라핀조에 침적시켜 성형체 표면부로의 파라핀 함침을 통한 착화성 부여, 성형체의 강도강화 및 지속시간의 증대가 이루어지도록 한 친환경 착화탄 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

숯분말을 이용한 친환경 착화탄 및 그 제조방법{NATURAL IGNITION CAHRCOAL USING CHARCOAL PODWER AND MAKING THE SAME}

본 발명은 천연 숯분말을 주원료로 하는 착화탄에 관한 것으로, 보다 자세하게는 숯분말과 강화된 점결력을 갖는 변성전분으로 이루어진 성형체를 고온의 파라핀에 침적시켜 파라핀의 표면부 함침을 통한 착화성 부여, 성형체의 강도강화 및 발열 지속시간의 증대가 이루어지도록 한 친환경 착화탄 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 연탄이나 숯 또는 화목 등의 고형 연료는 휘발유 등과 같은 액상 연료에 비해 착화가 잘 이루어지지 특성을 지니고 있다.

이에 상기 고형 연료의 착화를 위해서는 불쏘시개나 흔히 번개탄으로 불리워지고 있는 착화제 또는 착화탄이 이용되고 있다. 이와 같은 착화탄은 주로 분쇄된 목질 재료를 연소재로 하여 여기에 전분 등의 점결제와 산화제 및 점화제가 혼합되어 특정 형태로 성형된 상태로 시중에 유통되고 있다.

상기 착화탄에 관한 최근의 문제점과 수요자들의 관심은 착화탄에서 착화제로 사용되고 있는 질산바륨 등이 연소과정에서 인체에 해로운 유해가스를 생성한다는 사실이다.

한편, 종래 착화탄에서 제기되고 있는 유해(또는 유독)가스의 발생에 따른 문제점을 해결하기 위한 방편으로 유해가스 발생원으로 지목되고 있는 질산바륨 등의 착화제를 사용하지 않고서도 착화성능이 간직된 착화제에 대한 여러 기술이 알려지고 있다.

이러한 유해가스 저감형 착화탄의 하나로 공개특허 제10-2013-0016533호에는 목재칩을 주성분으로 하는 연소재에 착화제로서 기존의 질산바륨이나 질산나트륨을 사용하는 대신에 인체에 무해한 것으로 알려진 질산칼륨을 사용한 착화제가 알려져 있다.

그리고, 등록특허 제10-1665596호의 "유독가스저감형 친환경 착화탄 및 그 제조장법"에는 부분적으로 탄소화 열처리된 목분에 기존의 유해한 착화제를 사용하는 대신에 착화성능을 발휘하는 천연접착제를 혼합하여 이를 프레스에서 압축성형해서 친환경적인 착화탄을 얻는 방안이 개시되고 있다.

다음, 등록특허 제10-1753893호에는 톱밥을 가열재의 주성분으로 하여 이에 유해가스의 발생이 거의 없다고 알려진 식물성 팜유와 코코넛유를 착화제로, 그리고 전분을 점결재로 배합하여 소정 형태로 성형한 착화제가 알려져 있다.

그런데, 상기 종래의 착화탄들은 이들 기술에서 의도하고 있는 바의 유해 또는 유독 가스의 발생을 저감시킨다는 측면에서는 어느 정도 진보된 것으로 보여지기는 하나, 이들 착화제들에서는 연소재로 목질분이 주성분으로 사용되고 있음에 따라 착화 후 불꽃의 지속시간이 짧아서 그 위에 숯 등을 올려 놓았을 때 숯에 불이 완전하게 옮겨 붙기도 전에 불이 꺼져 버리거나 하는 문제점과 형태 보존을 위한 강도가 약하여 운반이나 사용 중에 으깨어지는 단점을 비롯한 다공성 조직의 특성 중 하나인 높은 흡습성으로 인한 수분 함입이 결과로 착화탄의 본래 기능을 제대로 발휘하지 못하는 등의 결점과 문제점들이 지적되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 종래의 착화탄에서 지적되고 있는 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 발화 지속시간의 짧음과 자체 지지강도 저하의 요인으로 작용하는 목질분 연소재를 대신하여 활성도가 높은 천연 숯분말만을 연소재로 사용하여 발화 지속시간의 증대를 도모한 고열량의 천연 착화제를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 연소재로서의 숯분말을 3차원 형상으로 성형하기 위한 점결제로서 기존의 전분이나 공지의 접착제와는 달리 향상된 결합력을 지닌 변성전분을 사용하여 성형체의 결합력을 증대시킴으로써 최종 성형되어 나오는 착화제의 취급강도 강화를 도모한 고강도 천연 착화제를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연소재로서의 숯분말과 변성전분 점결제를 혼합하여 가압성형된 1차 성형체를 고온의 액상 파라핀조에 침적시켜 성형체의 표면 및 그 내부로 파라핀의 침투가 이루어지도록 함으로써 최종 성형체의 표면이 파라핀으로 코팅되도록 하여 성형체의 자체 강도가 더욱 강화되는 한편 공기 중에서 장시간 노출되더라도 성형체의 내부로 습기가 스며드는 것이 방지되도록 한 방습특성을 갖는 천연 착화제를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기의 여러 목적들이 경제적이면서도 최적화된 일련의 공정을 통해서 일거에 달성하도록 한 숯분말을 이용한 천연 착화제 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적은 연소재로서의 숯분말 70 ∼ 85중량%와, 점결제로서의 변성전분 8 ∼ 12중량% 및 착화제 및 경화제로서의 파라핀 7 ∼ 11중량%로 이루어진 착화제에 의해 달성된다.

상기 본 발명의 착화제에서, 숯분말은 베어낸 나무 그대로를 탄화시켜 얻어진 천연 숯분말이고, 상기 변성전분은 전분을 압출기나 드럼 건조기를 이용하여 물리적으로 가열처리하여 증강된 점결력 및 보형력 특성을 지닌다.

다음, 상기 파라핀은 상온에서 고체 상태를 유지하는 것으로서, 본 발명의 착화탄에서는 숯가루와 변성전분 혼합 성형체의 표면 및 표면으로부터 안쪽 일부 깊이에 이르기까지 스며들어 성형체의 외부가 고상의 파라핀으로 코팅되도록 하여 방습기능을 부여하는 한편 착화제로서의 역할도 하게 된다.

상기 본 발명의 천연 착화탄을 제조하는 방법은, 20메쉬 이하의 천연 숯가루를 마련하는 단계; 상기 숯가루에 변성전분과 물을 혼합하여 교반하는 단계; 상기 숯가루와 변성전분 슬러리를 성형틀을 이용하여 소정 형상으로 성형하는 단계; 성형체를 건조시키는 단계; 건조가 완료된 성형체를 120 ∼ 150℃로 가열된 액상 파라핀조에 10 ∼15분 동안 침적시켜 성형체의 표면부에 파라핀이 스며들도록 하는 단계; 상기 파라핀으로 코팅된 성형체를 건조시키는 단계로 이어지는 일련의 순차적인 공정 단계로 이루어진다.

본 발명의 착화탄은 탄화되지 않은 목질분의 사용을 배제하고 천연 숯가루를 연소재로 하고 있음과 아울러 유독 가스를 발생시키는 어떠한 착화제나 산화제 또는 촉매제를 사용함이 없이 성형체의 파라핀 코팅층이 착화제로서의 역할을 하기 때문에 친환적이면서도 연소시 연기의 발생을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

그리고, 본 발명은 증점 및 보형 특성이 있는 변성전분을 점결제로 사용함으로써 착화탄 성형체의 구성성분간 결합강도가 높아서 성형체가 높은 지지강도를 나타냄으로서 착화탄의 운반이나 사용 등의 취급과정에서 원래의 형태로부터 깨지거나 파손될 위험이 크게 줄어들며, 특히 연소시에는 원래의 형태를 지속적으로 유지한 가운데 연소가 이루어게 된다.

이에 더하여, 본 발명의 착화탄은 연소재가 활성화된 숯가루만으로 구성되고 높은 조직 치밀도를 지님에 따라서, 종래의 착화탄이 단지 불쏘시개로서의 기능만을 발휘하는 것과는 달리 높은 발열량을 유지한 가운데 약 한시간이라는 상대적으로 긴 시간동안 연소가 이루어지므로, 경우에 따라서는 다른 연소재 없이 본 발명의 착화탄만으로도 음식물의 조리를 수행할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 착화탄은 착화 기능과 함께 가열재로서의 가열원으로 사용될 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 착화탄은 파라핀 침적조에서의 열처리(일종의 튀김 공정)를 거치면서 성형체의 우수한 보형성, 높은 취급강도 및 파라핀 코팅층 형성에 의한 방습 특성을 지님과 아울러 취급 중에 손에 숯가루가 묻어나거나 하는 일이 없게 된다.

도1은 본 발명 착화탄의 제조공정도.
도2는 본 발명 착화탄 제품에 대한 사진.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 실제 제작하여 시험한 자료를 토대로 하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 착화탄은, 연소재로서의 천연 숯분말 70 ∼ 85중량%와, 점결제로서의 변성전분 8 ∼ 12중량% 및 착화제 및 방습경화제로서의 파라핀 7 ∼ 11중량%로 조성되고, 표면부에 파라핀 코팅층이 형성된 3차원 형상의 성형체로 이루어진다.

이때, 상기 천연 숯 분말은 일반적인 숯으로서의 참나무, 대나무, 소나무 또는 야자수를 건조시킨 후 숯가마에서 탄화시켜 얻어진 숯을 분쇄하여 얻어지게 되며, 경우에 따라서는 이들 숯의 제조 또는 가공 과정에서 부산물로 발생되는 숯가루가 이용될 수도 있다. 상기 숯가루의 입도는 원만한 성형공정의 수행을 위하여 20메쉬 이하가 바람직하며, 더욱 바람직한 입자크기는 20 ∼ 70메쉬이다.

한편, 상기 변성전분은 전분을 압출기나 드럼 건조기를 이용하여 물리적으로 가열처리하여 냉수가용성으로 열변성시켜 알파(α)화한 것으로서 성형체가 증대된 점결력 및 보형력을 나타내도록 하는 역할을 함과 아울러 냉수에서의 가용성을 지니고 있어서 물의 첨가하에 천연 숯분말과 변성전분을 혼합하여 슬러리 상태의 교반시에 혼합물 슬러리의 높은 점도를 유지하여 이후의 성형틀을 이용한 성형이 용이함과 아울러 성형 후 성형체가 상대적으로 높은 취급 강도를 나타내게 된다. 상기 변성전분의 변성가공 전 원료 전분으로는 옥수수, 소맥, 고구마, 감자 등을 포함한 기존의 전분이 이용될 수 있다.

이때, 상기 변성전분의 함량이 8중량%에 미치지 못하게 되면 성형체 내부에서 숯분말을 잡아주는 결합강도가 요구되는 수준에 이르지 못하게 되며, 반대로 12중량%를 초과하게 되는 경우 결합력 증대 효과에 비해 변성전분의 과량사용에 따른 비용 증가의 부담 요인이 따르기 때문에 변성전분의 함량은 8 ∼ 12중량% 범위가 바람직하다.

다음, 상기 파라핀은 상온에서 고체 상태를 유지하는 것으로서, 본 발명의 착화탄에서는 숯가루와 변성전분 혼합 성형체의 표면 및 표면으로부터 안쪽 일부 깊이에 이르기까지 스며들어 성형체의 외부가 고상의 파라핀으로 코팅되도록 하여 방습기능을 부여하는 한편, 파라핀의 점화 특성을 이용한 착화제로서의 역할을 하게 된다. 상기 파라핀은 그 융점 보다 훨씬 높은 고열 상태의 파라핀 액상 가열조에 상기 숯가루와 변성성분 성형체를 침적시키는 과정을 통해서 성형테의 표면부에 스며들어 코팅층을 형성하게 된다.

이때, 상기 파라핀의 함량이 7중량%에 미만인 경우에는 충분한 착화성능 및 성형체 방습효과를 기대하기가 어렵고, 반대로 11중량%를 넘는 경우에는 파라핀의 사용량 증가에 따른 제조비용의 상승이 초래되어 그 함량을 8 ∼ 12중량% 로 하는 것이 적절하다.

상기 본 발명의 천연 착화탄 제조방법은 도1의 제조공정도에서와 같이, 20메쉬 이하의 천연 숯가루를 마련하는 단계; 상기 숯가루에 변성전분과 물을 혼합하여 교반하는 단계; 상기 숯가루와 변성전분 슬러리를 성형틀을 이용하여 소정 형상으로 성형하는 단계; 성형체를 건조시키는 단계; 건조가 완료된 성형체를 120 ∼ 150℃로 가열된 액상 파라핀조에 10 ∼15분 동안 침적시켜 성형체의 표면부에 파라핀이 스며들도록 하는 단계; 상기 파라핀으로 코팅된 성형체를 건조시키는 단계로 이어지는 일련의 순차적인 공정 단계로 이루어진다.

상기 혼합 및 교반 단계에서 숯가루와 변성전분 및 물의 혼합비는 숯가루 65 ∼ 75중량%, 변성전분 6 ∼ 8중량% 및 물 20 ∼ 25중량%로서, 이때 숯가루의 입도가 20 메쉬 이하의 미분말이고 변성전분은 그 특성상 수분과의 접촉시에 높은 점결력을 발휘하여 혼합분말이 교반을 거치면서 찰진 반죽상태로 된다.

다음 공정으로서의 성형 공정에서는 혼합 및 교반을 마친 분말혼합체를 성형틀 내에 장입한 상태에서 압착성형함으로써 소정의 형태를 갖춘 성형체가 얻어지게 된다.

이어서 성형틀로부터 배출된 성형체는 상온에서 3 내지 5시간에 걸쳐 건조가 이루어지게 되는 바, 이와 같은 건조과정을 통해 이전의 원료 분말의 혼합시에 첨가되었던 수분의 상당 부분이 제거된다.

이와 같이 수분이 제거된 성형체는 변성전분, 특히 호화된 알파전분이 지니고 있는 증점제 특성에 기인한 강력한 점결력으로 숯가루와 일체가 되어 성형체 자체가 종전의 목질분을 주성분으로 하는 착화탄에 비해 높은 강도를 나타내게 된다.

이어서, 상기 건조가 완료된 성형체는 파라핀의 융점보다 훨씬 높은 온도범위인 120 ∼ 150℃로 가열된 액상 파라핀조에 10 ∼15분 동안의 침적을 통해서 성형테 표면부에 파라핀 코팅층의 형성이 이루어지게 된다.

이때, 액상 파라핀의 온도가 120℃ 미만으로 되면 성형체 내의 숯분말 성분과 변성전분이 열처리를 통한 결합력 강화 및 조직의 치밀화에 강도 증대효과를 충분히 기대하기 어렵고, 반대로 150℃를 넘게 되면 파라핀의 과열에 따른 공정상의 위험요인 증가 및 비용의 증가가 불가피하게 된다.

다음, 상기의 온도 범위로 유지된 액상 파라핀조에 성형체를 침적시키는 시간은 10 ∼15분 정도가 적절한 바, 10분 미만으로 되면 성형체 표면부에 대한 파라핀의 코팅효과를 충분히 기대하기 어렵고, 15분을 초과하는 경우에는 의도하는 더 이상의 파라핀 코팅이 거의 이루어지지 않게 된다.

상기의 숯분말 성형체에 대한 고온파라핀조 침적에 의한 코팅 공정을 통해서 조직 내에서 분말들을 결속하고 있는 알파전분의 재융해 및 재배치되는 과정이 이루어지게 되어 조직 자체의 치밀화 및 결합력 증가가 이루어지게 된다. 그 결과롤 상기 파라핀 침적조에서의 열처리(일종의 튀김 공정)를 거쳐 나와 건조된 최종 상태로 성형된 본 발명의 착화탄은 우수한 보형성, 높은 취급강도 및 파라핀 코팅층 형성에 의한 방습 특성을 지니게 된다.

《실시예》

주원료로서 코코넛 숯가루와 일반목재(참나무) 숯가루가 3:7의 비율로 혼합된 30메쉬 정도의 혼합 숯분말을 마련하였다. 상기 숯분말 70중량% 및 변성전분 7중량%에 물 23중량%를 가하여 혼합 및 교반하였다.

상기 배합된 혼합분말 슬러리를 성형틀에 장입해서 고압하에서 원판상 성형체로 성형하였다. 성형틀을 빠져나온 상태의 성형체 중량은 140g이었다.

상기 성형체를 상온에서 4시간가량 건조시켰다. 건조가 완료된 성형체의 중량은 건조 전에 비해 20g이 감소된 120g이었는바, 이같이 감소된 중량은 성형체로부터 제거된 수분(물)이다.

다음, 상기 건조된 성형체를 145℃로 가열된 파라핀조에 13분간 침적시켜서 성형체의 표면 및 그 표면으로부터 안쪽의 일부깊이에 이르기까지 파라핀이 스며들도록 한 후에 꺼내어 공기중에서 2시간 동안 건조를 행하였다. 건조가 완료된 성형체의 중량은 130g이었던 바, 이는 파라핀 침적 열처리 이전의 성형체 중량인 120gdp 비해 10g이 증량된 것으로셔, 그 증량분은 파라핀 코팅층을 이루고 있는 파라핀의 중량에 해당된다.

도2는 상기의 제조공정을 통해서 얻어진 본 발명 실시예에 따른 착화탄에 대한 사진이다. 사진에 도시된 바와 같이, 그 형태는 원판상으로서 직경이 8cm이고, 높이가 2.5cm이며, 내부에 직경 1cm의 통공이 7개 형성되어 있다. 상기 성형체의 중량은 앞서 밝힌바와 같이 130g이다.

이와 같이 해서 얻어진 실시예 착화탄에 대한 특성시험 결과는 다음과 같다.

[외관특성]

전체적으로 검은색으로서, 손으로 잡고 엄지 손가락을 이용하여 그 표면을 문질러 보았던 바, 숯가루나 숯검정이 묻어나거나 숱가루가 성형체 표면으로부터 떨어져 나감이 없었다.

[강도특성]

단단한 바닥에 1m 높이에서 떨어뜨리는 시험을 10개의 실시예 착화탄을 가지고 행하였다. 심하게 깨어지거나 파손된 것은 하나도 없었으며, 단지 바닥에 부딧히면서 모서리 일부가 변형되거나 살짝 떨어져 나간 3-4개 정도가 관찰되었다.

[착화특성]

착화성을 알아보기 위해 라이터로 실시예 착화탄에 불꽃을 접촉시켰던 바, 약 15초가 경과한 후에 착화탄 표면에서 불꽃이 피어 올랐다.

불꽃의 점화 후에 그 불꽃의 높이를 측정하여 보았던바, 약 25cm 정도로 관찰되었으며, 그 불꽃의 지속시간은 20분 정도이었다. 이와 같은 20분 정도의 불꽃 유지시간은 그 위에 숯이나 그 외의 연소재를 올려놓아 불이 옮겨 붙기에 충분한 시간에 해당되어 착화탄으로서의 제기능을 충분히 발휘함이 확인되었다.

[발열특성]

착화에서 소화에 이르기까지의 전체 시간은 약 1시간이었다. 그 중 최초 20분은 앞서 살펴본 바의 25cm 정도의 불꽃이 피어올라 지속된 시간이고 나머지는 불꽃이 사그러들고 탄 자체가 달구어져서 열을 발산하는 연소재로서의 지속시간을 의미한다. 이에 본 발명의 착화탄은 별도의 연소재(숯이나 목재 등)이 없이 그 자체만으로도(경우에 따라서는 복수개를 사용하여) 야외에서의 바베큐나 각종 음식물의 조리를 비롯한 고기능성 연소재임이 확인되었다.

[흡습특성]

흡습특성에 대한 시험은 대기 중에 실시예 착화탄을 10간 방치한 후에 방치 전후의 무게를 측정하여 방식을 채택하였다. 실시예 착화탄은 방치 전에 130g이었고 10일간 경과 한 후에 측정한 결과에서도 거의 동일한 중량을 나타내었다. 이로서 착화탄의 표면에 형성된 파라핀 코팅층이 강력한 방수피막으로 작용하는 것이 확인되었다.

Claims (5)

1. 연소재로서의 천연 숯분말 70 ∼ 85중량%와, 점결제로서의 변성전분 8 ∼ 12중량% 및 착화 및 방습제로서 파라핀 7 ∼ 11중량%로 조성되고, 표면부에 파라핀 코팅층이 형성된 3차원 형상의 성형체로 이루어짐을 특징으로 하는 숯분말을 이용한 친환경 착화탄.
2. 제1항에 있어서, 상기 숯분말은 20메쉬 이하인 것을 특징으로 하는 숯분말을 이용한 친환경 착화탄.
3. 제1항에 있어서, 상기 변성전분은 알파전분인 것을 특징으로 하는 숯분말을 이용한 친환경 착화탄.
4. 20메쉬 이하의 천연 숯가루를 마련하는 단계;
   상기 숯가루에 변성전분과 물을 혼합하여 교반하는 단계;
   상기 숯가루와 변성전분 슬러리를 성형틀을 이용하여 소정 형상으로 성형하는 단계;
   성형체를 건조시키는 단계; 건조가 완료된 성형체를 120 ∼ 150℃로 가열된 액상 파라핀조에 10 ∼15분 동안 침적시켜 성형체의 표면부에 파라핀이 스며들도록 하는 단계;
   상기 파라핀으로 코팅된 성형체를 건조시키는 단계; 로 이루어짐을 특징으로 하는 숯분말을 이용한 친환경 착화탄의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 혼합 단계에서 숯가루와 변성전분 및 물의 혼합비는 숯가루 65 ∼ 75중량%, 변성전분 6 ∼ 8중량% 및 물 20 ∼ 25중량%인 것을 특징으로 하는 숯분말을 이용한 친환경 착화탄의 제조방법.
   
   
   

Images