KR20230018190A - 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 커피를 만들고 남은 부산물인 커피박을 이용하여 심미성이 우수하고, 친환경적인 합성피혁을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 커피박을 90 내지 100℃의 온도조건에서 20 내지 28시간동안 건조하는 제1 건조단계, 상기 건조된 커피박을 로스팅하고, 상기 로스팅된 커피박을 200 내지 250℃의 온도조건에서 8 내지 12분간 착유하여, 커피박 내 잔존 커피박유를 제거하는 커피박유 제거단계, 상기 커피박유가 제거된 커피박을 60 내지 80℃의 온도조건에서 5 내지 7시간동안 건조시키는 제2 건조단계, 상기 건조된 커피박을 150 내지 300㎛의 크기로 분쇄하는 분쇄단계 및 상기 분쇄된 커피박과 용액형 폴리우레탄 수지를 배합하여 복합 코팅액을 제조하고, 상기 복합 코팅액을 원단 일면에 코팅하여 합성피혁을 제조하는 합성피혁 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 커피를 만들고 남은 부산물인 커피박을 이용하여 심미성이 우수하고, 친환경적인 합성피혁을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근에 커피는 일반 사람들이 즐겨 찾는 음료가 되고 있다. 국내의 커피를 찾는 인구가 늘어남에 따라 커피시장이 증가함에 따라, 커피숍은 엄청난 숫자로 늘어나고 있는 상태이다. 에스프레소 한잔을 만들면 버려지는 커피박(커피 찌꺼기)은 20g 정도이고, 이러한 배출량이 전국에서 연간 15만톤이 버려지고 있으며, 커피박을 처리하는 비용도 연간 30억원에 해당한다고 한다. 앞으로도 커피를 마시는 인구는 계속적으로 늘어날 추세이기 때문에, 버려지는 커피박은 차츰 증가할 전망이다.
이에 따라 커피박의 처리가 새로운 골칫거리로 떠오르고 있다. 또한, 커피박이 통상 70%의 수분을 함유하고 있기 때문에 보관시 쉽게 곰팡이가 발생한다는 문제점도 있다. 또한, 커피박이 산성이기 때문에 토양에 버려지는 경우, 토양의 산성화를 초래한다는 문제점도 있다.
이러한 문제점을 인식하고, 현재 많은 사람들이 커피박을 재활용하는 기술을 연구하고 있으며, 비료, 또는 바이오 원료, 플라스틱 및 합성섬유 원료로 사용하기 위한 기술을 제시하고 있으나, 커피박에 포함된 잔류 수분 및 커피박유를 효율적으로 제거하여, 적절한 함수율 및 함유율을 지님과 동시에 적용되는 최종 제품의 가공성 및 물성이 보장될 수 있는 개발 방안이 요구되나, 아직 이에 대한 대안은 없는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 커피박에 포함된 잔류 수분 및 커피박유를 효율적으로 제거하여, 적절한 함수율 및 함유율을 지님과 동시에 적용되는 최종 제품의 가공성 및 우수한 물성을 확보할 수 있는 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은, 커피박을 90 내지 100℃의 온도조건에서 20 내지 28시간동안 건조하는 제1 건조단계와, 상기 건조된 커피박을 로스팅하고, 상기 로스팅된 커피박을 200 내지 250℃의 온도조건에서 8 내지 12분간 착유하여, 커피박 내 잔존 커피박유를 제거하는 커피박유 제거단계와, 상기 커피박유가 제거된 커피박을 60 내지 80℃의 온도조건에서 5 내지 7시간동안 건조시키는 제2 건조단계와, 상기 건조된 커피박을 150 내지 300㎛의 크기로 분쇄하는 분쇄단계 및 상기 분쇄된 커피박과 용액형 폴리우레탄 수지를 배합하여 복합 코팅액을 제조하고, 상기 복합 코팅액을 원단 일면에 코팅하여 합성피혁을 제조하는 합성피혁 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 복합 코팅액을 1차 이형지 일면에 도포하는 코팅액 도포단계와, 상기 도포된 코팅액의 상부에 원단을 압착하여, 상기 1차 이형지와 원단을 합포시키는 제1 합포단계와, 상기 1차 이형지로부터 상기 합포된 원단을 분리하고, 상기 분리된 원단을 일정 형태의 패턴이 형성된 2차 이형지 일면에 압착하여 합포시키는 제2 합포단계와, 상기 합포된 2차 이형지와 원단을 80 내지 90℃의 온도조건에서 22 내지 26시간동안 숙성시키고, 상기 2차 이형지로부터 상기 합포된 원단을 분리하여 최종 합성피혁을 제조하는 숙성 및 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 건조단계에서, 상기 커피박은 함수율이 8 내지 12%가 되도록 건조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 커피박유 제거단계에서, 상기 로스팅된 커피박은 함유율이 0.5 내지 1.5%가 되도록 착유되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법은 커피박을 90 내지 100℃의 온도조건에서 20 내지 28시간동안 건조하는 제1 건조단계와, 상기 건조된 커피박을 로스팅하고, 상기 로스팅된 커피박을 200 내지 250℃의 온도조건에서 8 내지 12분간 착유하여, 커피박 내 잔존 커피박유를 제거하는 커피박유 제거단계와, 상기 커피박유가 제거된 커피박을 60 내지 80℃의 온도조건에서 5 내지 7시간동안 건조시키는 제2 건조단계와, 상기 건조된 커피박을 150 내지 300㎛의 크기로 분쇄하는 분쇄단계 및 상기 분쇄된 커피박과 용액형 폴리우레탄 수지를 배합하여 복합 코팅액을 제조하고, 상기 복합 코팅액을 원단 일면에 코팅하여 합성피혁을 제조하는 합성피혁 제조단계를 구비하여, 커피박에 포함된 잔류 수분 및 커피박유를 효율적으로 제거하여, 적절한 함수율 및 함유율을 지님과 동시에 적용되는 최종 제품의 가공성 및 우수한 물성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 커피박을 재활용한 합성피혁의 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 커피박을 재활용한 합성피혁의 사진이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법의 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법은 제1 건조단계(S100), 커피박유 제거단계(S200), 제2 건조단계(S300), 분쇄단계(S400) 및 합성피혁 제조단계(S500)를 포함한다.
먼저, 제1 건조단계(S100)는 커피박을 90 내지 100℃의 온도조건에서 20 내지 28시간동안 건조하는 단계이다.
보다 상세하게는, 상기 제1 건조단계(S100)는 커피를 만들고 남은 부산물인 커피박 내 잔존하는 수분을 제거하기 위하여 수행되며, 90℃ 미만의 온도범위에서 20 시간 미만으로 건조시키는 경우, 커피박 내 수분이 충분이 건조되지 못하여, 커피박 내 잔존하게 되는 수분으로 인하여 곰팡이가 쓸게 되며, 반면 100℃ 초과의 온도범위에서 28시간 초과하여 건조시키는 경우에는 커피박 표면의 수분만 급격하게 건조되어, 커피박 내부에 수분이 갇혀 증발하지 못하는 현상이 발생한다.
즉, 상기의 조건은 커피박 내 잔존하는 수분이 전체적으로 안정적인 증발이 가능하도록 하는 범위로서, 본 발명인이 다수의 실험으로 얻어낸 결과이다.
또한, 상기 제1 건조단계(S100)에서, 상기 커피박은 함수율이 8 내지 12%가 되도록 건조됨이 바람직하며, 커피의 함수율이 상기 범위를 벗어나는 경우, 후술할 커피박유 제거단계(S200) 수행 시, 잔존 수분으로 인하여 내부 압력이 높아져 커피박유의 충분한 제거가 어려워지는 문제점이 발생한다.
커피박유 제거단계(S200)는 상기 건조된 커피박을 로스팅하고, 상기 로스팅된 커피박을 200 내지 250℃의 온도조건에서 8 내지 12분간 착유하여, 커피박 내 잔존 커피박유를 제거하는 단계로서, 로스팅 시에는 200 내지 250℃의 온도조건에서 15 내지 30분간 수행됨이 바람직하다.
커피박의 경우, 원두 종류와, 원두의 초기 로스팅 온도 및 방식에 따라 색상이 다르므로 이를 동일한 색상 범주로 통일함은 물론, 커피원두 내 산화물질을 제거하여 추가 산화로 인한 변색을 방지하기 위하여 상기의 조건에서 로스팅된다.
또한, 상기의 로스팅 온도 범위는 커피원두 내 산화물질을 제거하면서, 커피원두의 외벽을 깨뜨려 커피박유의 충분한 추출이 가능하도록 하는 범위로서, 상기 커피박이 200℃ 미만의 온도범위에서 15분 미만으로 로스팅되는 경우, 커피박 착유 시 커피박유가 제대로 제거되지 않아, 커피박의 색상이 균일하지 않으며, 후술할 합성피혁 제조 단계에서 원단 및 복합 코팅액의 접착 불량으로 인하여 박리 현상이 발생할 우려가 존재하며, 반면, 상기 커피박이 250℃ 초과의 온도범위에서 30분 초과하여 로스팅되는 경우, 커피박이 완전 탄화되는 등의 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
또한, 커피박유 제거시에는 200 내지 250℃의 온도조건에서 8 내지 12분동안 착유되며, 착유 시 착유기 내 압출스크류의 내부 압력은 550 내지 650kgf/cm2로 조정됨이 바람직하다.
보다 상세하게는, 200℃ 미만의 온도범위에서 8분 미만으로 착유되거나, 550kgf/cm2 미만으로 가압되는 경우, 커피박 내 잔존 커피박유가 제대로 제거되지 않아 후술할 합성피혁 제조단계(S500) 시 원단 및 복합 코팅액의 접착 불량문제가 발생함은 물론, 최종 건조된 커피박의 색상이 균일하지 않을 수 있으며, 반면, 250℃ 초과의 온도범위에서 12분 초과되어 착유되거나, 650kgf/cm2 초과하여 가압되는 경우, 커피박이 완전 탄화되는 등의 문제가 발생할 수 있어 사용이 불가한 문제점이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
또한, 상기 커피박유 제거 시에는, 상기 로스팅된 커피박은 함유율이 0.5 내지 1.5%가 되도록 착유됨이 바람직하며, 커피박의 함유율이 상기 범위를 벗어나는 경우, 후술할 합성피혁 제조 단계 시 원단 및 복합 코팅액의 접착 불량으로 인하여 박리 현상이 발생할 우려가 존재함에 따라 생산성이 저하되는 문제점이 존재한다.
제2 건조단계(S300)는 상기 커피박유가 제거된 커피박을 60 내지 80℃의 온도조건에서 5 내지 7시간동안 냉각 건조시키는 단계로서, 커피박 내부 잠열로 인한 화재 및 추가 탄화를 방지하여 커피박 내 존재하는 천연계 고분자인 셀룰로이즈 성분을 보호하기 위하여 진공상태 하에서 수행됨이 바람직하다.
또한, 상기 제2 건조단계(S300)는 상기 커피박유 제거단계(S200) 대비하여 보다 낮은 온도 조건에서 냉각 및 건조 목적으로 수행되며, 커피박 내부 잠열로 인한 화재 및 추가 산화로 인한 커피박 변색을 방지하기 위하여 공기 중 산소와의 접촉을 방지하도록 덮개가 구비된 배스 내에서 이루어짐이 바람직하다.
보다 상세하게는, 상기 제2 건조단계(S300) 시에는 덮개의 내측 상부에 잔류 유증기를 흡착하기 위한 극세섬유 부직포인 흡착포가 구비된 배스 내에서 수행되며, 유증기를 최대한 흡착 수용할 수 있도록 상기 극세섬유 부직포의 밀도는 200g/m2이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유증기의 원활한 흡착이 가능하도록 상기 덮개는 10kgf/cm 이상의 압력에 의하여 폐쇄 동작됨이 바람직하다.
또한, 상기 덮개는 열방출이 쉬운 알루미늄 재질로 구비됨이 바람직하다.
또한, 상기 커피박은 60℃ 미만의 온도조건에서 5시간 미만으로 건조되는 경우, 잔류 유증기가 충분히 흡착되지 못하며, 반면, 80℃ 초과의 온도조건에서 7시간 초과하여 건조되거나, 비진공상태에서 건조될 경우에는 커피박이 추가 탄화되어 숯화됨으로써 사용이 불가한 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
분쇄단계(S400)는 상기 건조된 커피박을 150 내지 300㎛의 크기로 분쇄하는 단계이며, 분쇄된 커피박 입자의 크기가 150㎛ 미만일 경우, 입자들이 분산이 안되고 서로 뭉치는 문제가 발생하여 후술할 복합 코팅액 제조가 어려우며, 반면 300㎛ 초과하는 경우, 입자의 크기가 커 복합 코팅액 도포 시 코팅바에 입자가 걸려 코팅이 불균일하게 나타나는 등의 코팅 작업성이 저하되는 문제점이 존재할 수 있으므로, 상기의 조건에서 복합 코팅액이 코팅된 합성피혁의 외관이 가장 자연스럽게 나타난다.
또한, 분쇄된 커피박 입자는 원형, 또는 타원형으로 형성됨이 바람직하며, 이는 원심력과 구심력으로 인하여 미분 형태가 원형, 또는 타원형을 유지함에 따라 후술할 합성피혁 제조단계(S500)시 가공이 용이한 이점이 있다.
또한, 상기 분쇄단계(S400)는 20 내지 30℃ 온도 조건에서 수행됨이 바람직하며, 분쇄단계(S400) 수행 시 커피박 내부 온도가 상승하게 됨은 물론, 상기 온도 조건 하에서 커피박 입자가 깨지면서 입자 내부 격벽에 있던 유증기가 추가 휘발됨에 따라 상기 분쇄단계(S400)를 거친 커피박은 최종 함유율이 0.1% 이하가 됨이 특징이다.
아울러, 상기 분쇄된 커피박의 함유율이 상기 범위를 벗어나는 경우, 후술할 합성피혁 제조 단계 시 원단 및 복합 코팅액의 접착 불량으로 인하여 박리 현상이 발생할 우려가 존재함에 따라 생산성이 저하되는 문제점이 존재하여 바람직하지 않다.
합성피혁 제조단계(S500)는 상기 분쇄된 커피박과 용액형 폴리우레탄 수지를 배합하여 복합 코팅액을 제조하고, 상기 복합 코팅액을 원단 일면에 코팅하여 합성피혁을 제조하는 단계로서, 코팅액 도포단계, 제1 합포단계, 제2 합포단계, 숙성 및 분리단계로 구성된다.
코팅액 도포단계는 상기 분쇄된 커피박과 용액형 폴리우레탄 수지가 배합된 복합 코팅액을 1차 이형지 일면에 도포하는 단계이다.
상기 용액형 폴리우레탄 수지의 경우, 1액형 및 2액형 폴리우레탄(PU, Poly Urethane) 수지가 일정 비율로 혼합된 1.5액형 폴리우레탄 수지를 사용됨이 바람직하다.
1.5액형 폴리우레탄 수지의 경우, 1액형 및 2액형 폴리우레탄 수지의 장점이 융합됨은 물론, 특유의 유연성과 강인성을 갖는 고분자 구조로, 내구성 및 우수한 기계적 물성을 부여할 수 있다.
제1 합포단계는 상기 도포된 복합 코팅액의 상부에 원단을 압착하여, 상기 1차 이형지와 원단을 합포시키는 단계로서, 상기 복합 코팅액 상부에 원단을 가압착하기 위하여 실시되며, 1차 이형지의 표면은 민무늬임이 바람직하다.
제2 합포단계는 상기 1차 이형지로부터 상기 합포된 원단을 분리하고, 상기 분리된 원단을 일정 형태의 패턴이 형성된 2차 이형지 일면에 압착하여 합포시키는 단계로서, 원단 분리 시에는 1차 이형지로부터 합포된 원단의 일면으로 복합 코팅액이 전사되어 분리됨을 특징으로 한다.
아울러, 상기 분리된 원단 및 2차 이형지 합포 시에는 상기 복합 코팅액이 전사된 면이 상기 2차 이형지의 일면과 마주보도록 압착되어 합포됨이 바람직하다.
또한, 2차 이형지 및 원단 압착시에는 망글 머신(Mangle Machine)을 통과시켜 압착시킴이 바람직하며, 이는 상기 복합 코팅액을 경화하여 원단과의 접착성 향상을 도모하기 위함이며, 여기서 망글 머신이란 두개의 롤러로 원단을 압착하여 탈수하는 탈수기를 뜻한다.
숙성 및 분리단계는 상기 합포된 2차 이형지와 원단을 숙성시키고, 상기 2차 이형지로부터 상기 합포된 원단을 분리하여 최종 합성피혁을 제조하는 단계이며, 분리 시 2차 이형지의 일정 형태의 패턴이 전사되어 합성피혁에서 낼 수 있는 패턴효과가 구현될 수 있도록 한다.
또한, 숙성 시에는 80 내지 90℃의 온도조건에서 22 내지 26시간 숙성됨이 바람직하며, 이는 복합 코팅액의 경화성을 증대하여, 합성피혁을 열화학적으로 안정화시켜 내구성을 향상시키기 위한 과정이다.
보다 상세하게는, 80℃ 미만의 온도조건에서 22시간 미만으로 숙성될 경우, 경화성 증대가 지연되어 복합 코팅액층의 접착성이 현저히 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 반면, 90℃ 초과의 온도조건에서 26시간 초과되어 숙성될 경우, 급속한 경화반응으로 인하여 복합 코팅액층 내 기포가 과다하게 발생될 수 있어, 생산성이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
최종 제조된 합성피혁은 본 발명에 따라 제조된 커피박을 재활용한 합성피혁의 사진인 도 2를 참조한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 커피 부산물인 커피박을 이용하여 심미성이 우수하고, 친환경적인 합성피혁을 제공할 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법에 관한 설명을 마친다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
S100 : 제1 건조단계
S200 : 커피박유 제거단계
S300 : 제2 건조단계
S400 : 분쇄단계
S500 : 합성피혁 제조단계
S200 : 커피박유 제거단계
S300 : 제2 건조단계
S400 : 분쇄단계
S500 : 합성피혁 제조단계
Claims (4)
- 커피박을 90 내지 100℃의 온도조건에서 20 내지 28시간동안 건조하는 제1 건조단계;
상기 건조된 커피박을 로스팅하고, 상기 로스팅된 커피박을 200 내지 250℃의 온도조건에서 8 내지 12분간 착유하여, 커피박 내 잔존 커피박유를 제거하는 커피박유 제거단계;
상기 커피박유가 제거된 커피박을 60 내지 80℃의 온도조건에서 5 내지 7시간동안 건조시키는 제2 건조단계;
상기 건조된 커피박을 150 내지 300㎛의 크기로 분쇄하는 분쇄단계; 및
상기 분쇄된 커피박과 용액형 폴리우레탄 수지를 배합하여 복합 코팅액을 제조하고, 상기 복합 코팅액을 원단 일면에 코팅하여 합성피혁을 제조하는 합성피혁 제조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 합성피혁 제조단계는,
상기 복합 코팅액을 1차 이형지 일면에 도포하는 코팅액 도포단계;
상기 도포된 코팅액의 상부에 원단을 압착하여, 상기 1차 이형지와 원단을 합포시키는 제1 합포단계;
상기 1차 이형지로부터 상기 합포된 원단을 분리하고, 상기 분리된 원단을 일정 형태의 패턴이 형성된 2차 이형지 일면에 압착하여 합포시키는 제2 합포단계;
상기 합포된 2차 이형지와 원단을 80 내지 90℃의 온도조건에서 22 내지 26시간동안 숙성시키고, 상기 2차 이형지로부터 상기 합포된 원단을 분리하여 최종 합성피혁을 제조하는 숙성 및 분리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 건조단계에서,
상기 커피박은 함수율이 8 내지 12%가 되도록 건조되는 것을 특징으로 하는 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 커피박유 제거단계에서,
상기 로스팅된 커피박은 함유율이 0.5 내지 1.5%가 되도록 착유되는 것을 특징으로 하는 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210100064A KR20230018190A (ko) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법 |
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| KR1020210100064A KR20230018190A (ko) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법 |
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|---|---|
| KR20230018190A true KR20230018190A (ko) | 2023-02-07 |
Family
ID=85221436
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| KR1020210100064A KR20230018190A (ko) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 커피박을 재활용한 합성피혁의 제조방법 |
Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR20230018190A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100035032A (ko) | 2008-09-25 | 2010-04-02 | 이홍구 | 커피추출물 찌꺼기를 이용하여 피엘에이 섬유를 제조하는 방법 |
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2021
- 2021-07-29 KR KR1020210100064A patent/KR20230018190A/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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