KR20220135907A - 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법은 커피찌꺼기를 건조하는 건조단계, 상기 건조단계를 통해 건조된 커피찌꺼기를 채거름하는 채거름단계, 석고 혼합물에 상기 채거름단계를 통해 채거름된 커피찌꺼기를 혼합하는 커피찌꺼기혼합단계 및 상기 커피찌꺼기혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 몰드에 투입하고 성형하는 성형단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 제조되는 성형품은 폐기처리되는 커피찌꺼기를 재사용하기 때문에 친환경적이며, 우수한 기계적 물성을 나타내어 화분, 캔들용기, 인테리어 소품, 인센스 홀더 및 휴대폰 거치대 등과 같은 다양한 용도로 활용될 수 있는 성형품을 제공한다.
상기의 과정을 통해 제조되는 성형품은 폐기처리되는 커피찌꺼기를 재사용하기 때문에 친환경적이며, 우수한 기계적 물성을 나타내어 화분, 캔들용기, 인테리어 소품, 인센스 홀더 및 휴대폰 거치대 등과 같은 다양한 용도로 활용될 수 있는 성형품을 제공한다.
Description
본 발명은 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기처리되는 커피찌꺼기를 재사용하기 때문에 친환경적이며, 우수한 기계적 물성을 나타내어 화분, 캔들용기, 인테리어 소품, 인센스 홀더 및 휴대폰 거치대 등과 같은 다양한 용도로 활용될 수 있는 성형품을 제공하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법에 관한 것이다.
커피찌꺼기는 원두커피를 가공하고 남은 찌꺼기로서, 상기 커피찌꺼기는 식물성인 원두커피를 일정온도 이상으로 가열하고 잘게 파쇄한 분말에서 커피 원액을 추출하고 남은 찌꺼기이므로, 식물의 주성분인 리그닌, 셀룰로오스 등을 포함하는 다공성 물질이다.
즉, 커피찌꺼기는 식물세포 조직의 특성상 통기성이 뛰어나고, 일정한 압축 성형을 통해 일정시간 이상 지속적인 발열이 가능하게 된다. 상기 커피찌꺼기는15 내지 25%의 커피오일이 함유되어 있고, 그 고형분은 kg당 6000 kcal 이상의 고열량을 가진 에너지 자원으로서, 이를 고형 연료의 주원료로 재활용하여 친환경적인 고형연료를 제조할 수 있다.
또한, 커피찌꺼기는 상기 고형연료 이외에도 퇴비나 방향제 등 여러 다양한 제품의 원료로 재활용 될 수도있어, 최근 들어 버려지는 커피찌꺼기를 재활용하여 제품 생산에 이용하려는 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
한편, 커피 한 잔을 내릴 때 사용되는 원두는 0.2% 수준으로, 나머지 99.8%는 커피찌꺼기(커피박)라는 이름으로 버려지며 제대로 활용되지 못하고 있는데, 커피산업이 대형화, 프랜차이즈화 및 고급화됨에 따라 커피소비가 급증하고 있다.
이에 따라 커피찌꺼기 발생량도 매년 증가하고 있으며, 커피찌꺼기는 주로 매립이나 소각처리 등의 과정을 통해 폐기처분 되는데, 이 과정에서 상당량의 이산화탄소가 발생되어 대기질을 악화시키는 문제점으로 인식되고 있다.
본 발명의 목적은 폐기처리되는 커피찌꺼기를 재사용하기 때문에 친환경적이며, 우수한 기계적 물성을 나타내어 화분, 캔들용기, 인테리어 소품, 인센스 홀더 및 휴대폰 거치대 등과 같은 다양한 용도로 활용될 수 있는 성형품을 제공하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원적외선이 방출되어 사용자의 건강을 증진시킬 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 커피찌꺼기를 건조하는 건조단계, 상기 건조단계를 통해 건조된 커피찌꺼기를 채거름하는 채거름단계, 석고 혼합물에 상기 채거름단계를 통해 채거름된 커피찌꺼기를 혼합하는 커피찌꺼기혼합단계 및 상기 커피찌꺼기혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 몰드에 투입하고 성형하는 성형단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 건조단계는 60 내지 80℃의 온도에서 7 내지 9시간 동안 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 채거름단계는 구멍의 직경이 1.5 내지 2 밀리미터인 채반을 이용하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 커피찌꺼기혼합단계는 석고 혼합물 100 중량부에 상기 채거름단계를 통해 채거름된 커피찌꺼기 8 내지 10 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 석고 혼합물은 치과용 석고 100 중량부, 물 35 내지 45 중량부 및 올리브리퀴드 0.3 내지 0.5 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 석고 혼합물에는 상기 치과용 석고 100 중량부 대비 산화그래핀은 분산액 0.1 내지 0.5 중량부, 황산칼륨 0.1 내지 10 중량부 및 열경화성수지 1 내지 5 중량부가 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 산화그래핀은 분산액은 이온수 100 중량부, 그래핀 0.1 내지 1 중량부 및 분산제 0.01 내지 0.1 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 열경화성수지는 멜라민수지, 페놀수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지 및 폴리에스터수지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 성형단계는 상기 커피찌꺼기혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 몰드에 투입하고 28 내지 32℃의 온도에서 140 내지 160분 동안 경화한 후에, 50 내지 70분 동안 상온으로 서냉하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법은 폐기처리되는 커피찌꺼기를 재사용하기 때문에 친환경적이며, 우수한 기계적 물성을 나타내어 화분, 캔들용기, 인테리어 소품, 인센스 홀더 및 휴대폰 거치대 등과 같은 다양한 용도로 활용될 수 있는 성형품을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 원적외선이 방출되어 사용자의 건강을 증진시킬 수 있는 성형품을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 건조단계에서 사용되는 건조장치를 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 성형단계에서 사용되는 몰드 중 하나를 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 건조단계에서 사용되는 건조장치를 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 성형단계에서 사용되는 몰드 중 하나를 촬영하여 나타낸 사진이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법은 커피찌꺼기를 건조하는 건조단계(S101), 상기 건조단계(S101)를 통해 건조된 커피찌꺼기를 채거름하는 채거름단계(S103), 석고 혼합물에 상기 채거름단계(S103)를 통해 채거름된 커피찌꺼기를 혼합하는 커피찌꺼기혼합단계(S105) 및 상기 커피찌꺼기혼합단계(S105)를 통해 제조된 혼합물을 몰드에 투입하고 성형하는 성형단계(S107)로 이루어진다.
상기 건조단계(S101)는 커피찌꺼기를 건조하는 단계로, 커피전문점이나 커피 공장 등에서 수거된 커피찌꺼기의 이물질을 제거한 후에, 60 내지 80℃의 온도에서 7 내지 9시간 동안 건조하는 과정으로 이루어지는데, 더욱 상세하게는 건조장치에 수거된 커피찌꺼기를 얇게 펼쳐서 투입하고 60 내지 80℃의 온도에서 7 내지 9시간 동안 건조하는데, 이때, 건조과정을 효율성을 향상시키기 위해 건조과정 중간에 2회 정도 섞어주며 덩어리져 뭉쳐있는 부분을 풀어주는 것이 바람직하며, 건조가 완료된 커피찌꺼기는 건조장치에서 빼낸 후에 상온에서 약 1시간 정도 냉각한 후에 사용하는 것이 바람직하다.
최초에 수거된 커피찌꺼기는 물기가 있고, 덩어리져 있는 상태인데, 수거된 커피찌꺼기의 경우 수분이 함유되어 있기 때문에, 계절에 따라 가변적이긴 하지만 2 내지 3일 내에 건조과정을 진행하지 않으면 곰팡이나 세균이 증식하기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명의 건조단계(S101)에서 사용되는 건조장치를 촬영하여 아래 도 2에 나타내었다.
상기 채거름단계(S103)는 상기 건조단계(S101)를 통해 건조된 커피찌꺼기를 채거름하는 단계로, 상기 건조단계(S101)를 통해 건조된 커피찌꺼기를 구멍의 직경이 1.5 내지 2 밀리미터인 채반을 이용하여 채거름 하는 과정으로 이루어지는데, 상기와 같이 채반을 이용하여 채거름된 커피찌꺼기는 균일한 입자크기를 나타내어 균일한 물성의 성형품이 제공될 수 있도록 하는 역할을 한다.
채거름되지 않은 커피 찌거기는 건조의 과정을 거치더라도, 뭉쳐진 부분에 수분이 남아있을 수 있는데, 이러한 경우 커피찌꺼기의 혼합성이 저하되고, 수분 함량의 증가로 인해 성형품의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 채반의 구멍크기가 1.5 밀리미터 미만이면 커피찌꺼기의 채거름이 제대로 진행되지 못하고, 상기 채반의 구멍크기가 2 밀리미터를 초과하게 되면 커피찌꺼기의 뭉쳐진 부분이 제대로 풀어지지 못한다.
상기 커피찌꺼기혼합단계(S105)는 석고 혼합물에 상기 채거름단계(S103)를 통해 채거름된 커피찌꺼기를 혼합하는 단계로, 석고 혼합물 100 중량부에 상기 채거름단계(S103)를 통해 채거름된 커피찌꺼기 8 내지 10 중량부를 혼합하여 이루어진다.
상기 석고 혼합물 대비 커피찌꺼기의 함량이 8 중량부 미만이면 커피찌꺼기의 소비량이 지나치게 낮아지고, 상기 커피찌꺼기의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 커피찌꺼기의 소비량은 증가하지만 성형품의 성형성이나 기계적 물성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 석고 혼합물은 치과용 석고 100 중량부, 물 35 내지 45 중량부 및 올리브리퀴드 0.3 내지 0.5 중량부로 이루어지는데, 상기의 성분으로 이루어지는 치아용 석고 혼합물을 약 1분 정도 우선 혼합한 후에, 커피 찌꺼기를 투입하겨 혼합하는 것이 바람직하며, 상기 올리브리퀴드는 상기 치아용 석고와 상기 물 및 커피 찌꺼기가 잘 혼합되어 균일한 물성의 성형품이 제공될 수 있도록 하는 윤활제의 역할을 한다.
또한, 상기 석고 혼합물에는 상기 치과용 석고 100 중량부 대비 산화그래핀은 분산액 0.1 내지 0.5 중량부, 황산칼륨 0.1 내지 10 중량부 및 열경화성수지 1 내지 5 중량부가 더 함유될 수도 있는데, 상기와 같이 산화그래핀 분산액, 황산칼륨 및 열경화성 수지가 혼합되면 원적외선을 방출하여 사용자의 건강을 증진시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기계적 강도가 더욱 향상된 성형품을 제공할 수 있다.
상기 산화그래핀 분산액은 0.1 내지 0.5 중량부가 함유되며, 본 발명을 통해 제조되는 성형품이 원적외선을 방출할 수 있도록 하는 역할을 하는데, 이온수 100 중량부, 그래핀 0.1 내지 1 중량부 및 분산제 0.01 내지 0.1 중량부로 이루어지며, 상기 이온수는 흑연에서 박리된 나노수준의 얇은 판산형인 그래핀을 중화하는 역할을 하며, 상기 분산제는 아민계 및 스테아르산계 분산제를 사용하는 것이 바람직하며 상기 그래핀이 상기 이온수에 고르게 분산되어 균질한 물성을 나타내는 산화그래핀 분산액이 제공될 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 황산칼륨은 0.1 내지 10 중량부가 함유되며, 팽창억제제로써 치과용 석고 혼합물이 경화되는 시간을 단축하고 강도를 높여주며 팽창률을 억제하는 역할을 한다.
상기 열경화성 수지는 1 내지 5 중량부가 함유되며, 멜라민수지, 페놀수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지 및 폴리에스터수지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 치과용 석고 혼합물의 혼수량(Water-carrying capacity)을 낮춰주고 기계적 강도를 향상시켜주는 역할을 한다.
상기 성형단계(S107)는 상기 커피찌꺼기혼합단계(S105)를 통해 제조된 혼합물을 몰드에 투입하고 성형하는 단계로, 상기 커피찌꺼기혼합단계(S105)를 통해 제조된 혼합물을 몰드에 투입하고 28 내지 32℃의 온도에서 140 내지 160분 동안 경화한 후에, 50 내지 70분 동안 상온으로 서냉하는 과정으로 이루어진다.
상기의 성형단계(S107)에서 경화 후에 냉각 시간이 50분 미만이면, 냉각속도가 지나치게 빨라 몰드에서 성형된 제품이 수축되는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 성형단계(S107)에서 사용되는 몰드 중 하나를 촬영하여 아래 도 3에 나타내었다.
이하에서는, 본 발명에 따른 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 성형품의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<제조예 1>
치과용 석고(초경석고) 100 중량부, 물 40 중량부 및 올리브리퀴드 0.4 중량부를 혼합하여 석고 혼합물을 제조하였다.
<제조예 2>
치과용 석고(초경석고) 100 중량부, 물 40 중량부, 올리브리퀴드 0.4 중량부, 산화그래핀은 분산액(이온수 100 중량부, 그래핀 0.5 중량부 및 아민계 분산제 0.05 중량부) 0.3 중량부, 황산칼륨 5 중량부 및 열경화성수지(멜라민수지) 3 중량부를 혼합하여 석고 혼합물을 제조하였다.
<실시예 1>
커피찌꺼기의 이물질을 제거하고, 70℃의 온도에서 8시간 동안 건조한 후에 상기 건조단계를 통해 건조된 커피찌꺼기를 직경이 1.5 내지 2 밀리미터인 채반을 이용하여 채거름하고, 채거름된 커피찌꺼기를 상기 제조예 1을 통해 제조된 석고 혼합물 100 중량부 대비 9 중량부 혼합하고 150rpm의 속도로 10분 동안 교반하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 몰드에 주입한 후에 30℃의 온도에서 150분 동안 경화한 후에, 60분 동안 상온으로 서냉하여 경화시키고 몰드에서 탈거하여 커피찌꺼기를 이용한 성형품을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 2를 통해 제조된 석고 혼합물을 사용하여 커피찌꺼기를 이용한 성형품을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 제조예 1을 통해 제조된 석고혼합물을 몰드에 주입한 후에 30℃의 온도에서 150분 동안 경화한 후에, 60분 동안 상온으로 서냉하여 경화시키고, 몰드에서 탈거하여 성형품을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1을 통해 제조된 성형품의 팽창율과 건조압축강도를 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 팽창율 및 건조압축강도는 KSP 5202의 시험방법을 이용하여 측정하였다.}
<표 1>
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 2를 통해 제조되는 성형품은 커피찌꺼기가 함유되었음에도 불구하고 팽창율이 낮고 건조압축강도가 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 2를 통해 제조된 성형품의 원적외선 방출량을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
{단, 원적외선 방출량은 니코(NICO) 코퍼레이션사의 원적외선측정기인 TSS-5XN을 이용하여 측정하였다.}
<표 2>
상기 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 2를 통해 제조된 성형품은 원적외선 방출량이 높은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법은 폐기처리되는 커피찌꺼기를 재사용하기 때문에 친환경적이며, 우수한 기계적 물성을 나타내어 화분, 캔들용기, 인테리어 소품, 인센스 홀더 및 휴대폰 거치대 등과 같은 다양한 용도로 활용될 수 있는 성형품을 제공한다.
또한, 원적외선이 방출되어 사용자의 건강을 증진시킬 수 있는 성형품을 제공한다.
S101 ; 건조단계
S103 ; 채거름단계
S105 ; 커피찌꺼기혼합단계
S107 ; 성형단계
S103 ; 채거름단계
S105 ; 커피찌꺼기혼합단계
S107 ; 성형단계
Claims (9)
- 커피찌꺼기를 건조하는 건조단계;
상기 건조단계를 통해 건조된 커피찌꺼기를 채거름하는 채거름단계;
석고 혼합물에 상기 채거름단계를 통해 채거름된 커피찌꺼기를 혼합하는 커피찌꺼기혼합단계; 및
상기 커피찌꺼기혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 몰드에 투입하고 성형하는 성형단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 건조단계는 60 내지 80℃의 온도에서 7 내지 9시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 채거름단계는 구멍의 직경이 1.5 내지 2 밀리미터인 채반을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 커피찌꺼기혼합단계는 석고 혼합물 100 중량부에 상기 채거름단계를 통해 채거름된 커피찌꺼기 8 내지 10 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법.
- 청구항 1 또는 4에 있어서,
상기 석고 혼합물은 치과용 석고 100 중량부, 물 35 내지 45 중량부 및 올리브리퀴드 0.3 내지 0.5 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 석고 혼합물에는 상기 치과용 석고 100 중량부 대비 산화그래핀은 분산액 0.1 내지 0.5 중량부, 황산칼륨 0.1 내지 10 중량부 및 열경화성수지 1 내지 5 중량부가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 산화그래핀은 분산액은 이온수 100 중량부, 그래핀 0.1 내지 1 중량부 및 분산제 0.01 내지 0.1 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 열경화성수지는 멜라민수지, 페놀수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지 및 폴리에스터수지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 성형단계는 상기 커피찌꺼기혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 몰드에 투입하고 28 내지 32℃의 온도에서 140 내지 160분 동안 경화한 후에, 50 내지 70분 동안 상온으로 서냉하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 성형품의 제조방법.
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