KR20230048697A - 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료 및 이를 이용한 성형방법 - Google Patents

균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료 및 이를 이용한 성형방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카사바 분말, 옥수수 껍질, 대두피, 탈지강, 소맥피, 면실박 및 밀짚으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 것을 5kg당 펙티나아제 및 셀룰라아제를 포함하는 pH 6.2 ~ 6.5인 상온수 7000mL에 11 ~ 13 시간 침지한 것을 수분함량 35 ~ 40%로 탈수 및 건조한뒤 10 ~ 100mm^2로 분쇄된 모재와 담자균류 또는 자낭균류에서 선택되거나 담자균류와 자낭균류를 혼합한 개체에서 추출되어 배양된 균사체를 혼합하되, 그 혼합 비율은 모재 1중량% 기준으로 하여 균사체가 1 내지 3 중량%로 혼합하여 구성되어 성형과정에 제공되는 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료와 모재 준비 단계; 청구항 1에 따른 균사체를 준비하는 균사체 준비 단계; 청구항 1에 따라 상기 모재와 균사체를 혼합한 후 균사체가 모재에 분지되어 고정시키도록 1시간 내지 3시간 동안 15 ~ 18 ℃ 저온 저장하는 혼합 및 고정 단계; 상기 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 최종 성형 형상 부피의 115 ~ 125% 큰 성형 몰드에 주입하는 성형 몰드 주입 단계; 상기 균사체가 모재를 재료로 생장하여 키틴성분을 형성하는 생장 성형 단계; 상기 성형 몰드에서 탈거된 모재와 균사체 혼합체를 생장반응을 정지시키기 위해 수분함량을 낮추는 건조 및 전처리 하는 건조 및 전처리 단계; 및 상기 건조 및 전처리 단계를 거친 모재와 균사체 혼합체를 고온에서 최종 성형 형상 부피에 대응되는 성형 몰드에 거치하여 압축성형한 후 탈거하여 경도를 부여하는 열처리 정밀 성형 단계;로 구성되는 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법에 관한 것이다.

Description

균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료 및 이를 이용한 성형방법{Plastic Alternative Mmixed Material Using Mycelium And Molding Method Using Same}
본 발명은 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카사바 분말, 옥수수 껍질, 대두피, 탈지강, 소맥피, 면실박 및 밀짚으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 것을 5kg당 펙티나아제 및 셀룰라아제를 포함하는 pH 6.2 ~ 6.5인 상온수 7000mL에 11 ~ 13 시간 침지한 것을 수분함량 35 ~ 40%로 탈수 및 건조한뒤 10 ~ 100mm^2로 분쇄된 모재와 담자균류 또는 자낭균류에서 선택되거나 담자균류와 자낭균류를 혼합한 개체에서 추출되어 배양된 균사체를 혼합하되, 그 혼합 비율은 모재 1중량% 기준으로 하여 균사체가 1 내지 3 중량%로 혼합하여 구성되어 성형과정에 제공되는 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료와 모재 준비 단계; 청구항 1에 따른 균사체를 준비하는 균사체 준비 단계; 청구항 1에 따라 상기 모재와 균사체를 혼합한 후 균사체가 모재에 분지되어 고정시키도록 1시간 내지 3시간 동안 15 ~ 18 ℃ 저온 저장하는 혼합 및 고정 단계; 상기 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 최종 성형 형상 부피의 115 ~ 125% 큰 성형 몰드에 주입하는 성형 몰드 주입 단계; 상기 균사체가 모재를 재료로 생장하여 키틴성분을 형성하는 생장 성형 단계; 상기 성형 몰드에서 탈거된 모재와 균사체 혼합체를 생장반응을 정지시키기 위해 수분함량을 낮추는 건조 및 전처리 하는 건조 및 전처리 단계; 및 상기 건조 및 전처리 단계를 거친 모재와 균사체 혼합체를 고온에서 최종 성형 형상 부피에 대응되는 성형 몰드에 거치하여 압축성형한 후 탈거하여 경도를 부여하는 열처리 정밀 성형 단계;로 구성되는 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법에 관한 것이다.
에너지 환경에 대한 중요성이 대두되면서 다양한 산업 분야에 있어 환경을 오염시키지 않는 기술에 대한 개발이 필수적인 요소로 자리 잡고 있다.
생활 필수품인 플라스틱은 썩지 않아 환경오염의 주범으로 이에 대한 사용 규제가 법제화되고 있다.
이러한 사용 규제와 재활용 노력으로 플라스틱 폐기물 양이 감소되고 있으나 여전히 많은 일회용품이 편리성에 의해 사용될 수밖에 없는바, 이에 대한 대체재가 요구되고 있는 시점이다.
이와 관련하여, 최근 플라스틱에 볏짚, 왕겨, 톱밥 분쇄물과 함께 전분을 첨가시킨 조성물을 이용하여 제조된 1회용 플라스틱 용기 등이 개발된 바 있으나 이 경우 사출제품, 시트 및 진공성형 제품의 물성 개선에는 효과가 있지만, 얇은 박막 포장재로 사용하기 위한 필름 형태로 제작되는 경우 제조된 필름의 물리적 특성이 떨어지는 단점이 있고, 여전히 플라스틱이 비록 일부이긴 하나 포함되어 있어, 자연에서 생분해되는 시간이 그렇게 짧지도 않을 뿐더러, 제조비용이 높다는 단점이 있다.
이를 해결하기 위한 선행기술로 한국등록특허 제 10-2111285호(공고일 : 20.05.18 발명의 명칭 : 생분해성 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 플라스틱의 제조 방법)는 a) 옥수수 껍질, 콩깍지, 고구마순, 감자순, 쌀겨, 보릿겨, 대두박, 채소박, 주정박, 과일박, 볏집, 밀짚, 서숙대, 보릿대 및 버섯부산물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 농업 부산물을 150~300 메쉬의 입도로 분말로 분쇄하는 단계; b) 분쇄된 상기 농업 부산물을 후 80~110℃에서 60분~150분 동안 함수율이 3% 이하가 되도록 건조시키는 단계; c) 건조된 농업부산물에 왁스를 첨가하여 교반속도 300 내지 800 RPM으로 교반하여 코팅하여 왁스 코팅된 농업 부산물 분말을 생성하는 단계; d) 왁스코팅된 농업 부산물 20~50 중량부, 전분 10~20 중량부, 리그닌 분말 5~10중량부, 점토 분말 0.5~2 중량부, 황산알루미늄 5~10 중량부, 폴리유산 15~45 중량부, 카르복시메틸셀룰로오스 3~7 중량부, 폴리비닐알코올 7~13 중량부, 젤라틴 1~5중량부, 솔비톨 0.5~3 중량부, 탄산나트륨 0.5~3 중량부, 탄산칼슘 0.5~3 중량부, 이산화티탄 0.1~2 중량부 및 안료를 혼합하여 펠릿용 조성물을 형성하는 단계; e) 상기 펠릿용 조성물을 150~250℃에서 용융시켜 혼련시키고 분산 니더에서 분산시켜 잔류 수분을 1% 이하로 조절하고 휘발분 가스를 제거한 다음, 이축 압출기를 이용하여 150 내지 250℃의 온도에서 스크류 회전속도 300 내지 800rpm으로 압출하여 펠릿을 형성하는 단계; f) 상기 펠릿 100 중량부를 기준으로 고분자 수지 100~1,000 중량부를 혼합하여 성형용 혼합물을 얻는 단계; 및 g) 성형용 혼합물을 사출 성형하여 생분해성 플라스틱을 얻는 단계;를 포함하고, 상기 전분은 옥수수 전분, 카사바 전분, 타카오 전분, 또는 고구마 전분이고, 상기 f) 단계에서 사용되는 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필레, 폴리스틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱의 제조 방법에 관한 것인바, 생분해되는 특성이 개선되긴 하였으나 여전히 강성을 부여하기 위한 부재료로서 플라스틱 중합체를 포함하고 있어 온전한 플라스틱 대체재가 되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 기후변화가 가속화되는 현 시대에 환경오염원이 되는 않는 재료의 필요성과 사회적 요구를 위함인바, 플라스틱을 대체할 수 있는 성형재료 및 성형방법의 개발이 절실한 형편이다.
한국등록특허 제 10-2111285호(공고일 : 20.05.18 발명의 명칭 : 생분해성 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 플라스틱의 제조 방법)
본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료 및 이를 이용한 성형방법은 다음과 같은 목적을 가진다.
(1) 본 발명의 목적은 생명공학과 재료공학의 복합적 메커니즘을 통해 생분해성 재료를 생성하여 석유화학폴리머 재료의 사용을 대체하고 환경경오염원 배출을 저감하고자 하는 플라스틱 대체 혼합 재료를 제공함에 있다.
(2) 본 발명의 또다른 목적은 석유에서 생산되는 폴리머 화합물로 이뤄진 플라스틱 및 발포폼 등을 대체하기 위한 재료를 활용하는 방법에 관한 것으로서, 균사체의 섬유화에 의한 부산물이 석유화학 폴리머 재료의 특성과 유사한 성능을 나타내도록 제조하는 방법을 제공함에 있다.
(3) 본 발명의 또다른 목적은 균사체재배의 부산물로 제조비용이 저렴하고 생분해성이며, 몰딩을 통해 다양한 모양으로 제조가 가능하며, 모재의 종류에 따라 재료의 성능을 조절하여 포장재 및 단열, 충격흡수, 댐핑, 부품가공 등에 적용이 가능한 재료를 제공함에 있다.
본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료는 과일박, 카사바 분말, 옥수수 껍질, 대두피, 탈지강, 소맥피, 면실박 및 밀짚으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 것을 5kg당 펙티나아제 및 셀룰라아제를 포함하는 pH 6.2 ~ 6.5인 상온수 7000mL에 11 ~ 13 시간 침지한 것을 수분함량 35 ~ 40%로 탈수 및 건조한뒤 10 ~ 100mm^2로 분쇄된 모재와 담자균류 또는 자낭균류에서 선택되거나 담자균류와 자낭균류를 혼합한 개체에서 추출되어 배양된 균사체를 혼합하여 구성된다.
그 혼합 비율은 모재 1중량% 기준으로 하여 균사체가 1 내지 3 중량%로 혼합하여 구성되어 성형과정에 제공됨이 바람직하다.
본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법은 모재를 준비하는 모재 준비 단계(S10); 균사체를 준비하는 균사체 준비 단계(S11); 상기 모재와 균사체를 혼합한 후 균사체가 모재에 분지되어 고정시키도록 1시간 내지 3시간 동안 15 ~ 18 ℃ 저온 저장하는 혼합 및 고정 단계(S20); 상기 혼합 및 고정 단계에서 혼합된 혼합물을 최종 성형 형상 부피의 115 ~ 125% 큰 성형 몰드에 주입하는 성형 몰드 주입 단계(S30); 상기 균사체가 모재를 재료로 생장하여 키틴성분을 형성하는 생장 성형 단계(S40); 상기 성형 몰드에서 탈거된 모재와 균사체 혼합체를 생장반응을 정지시키기 위해 수분함량을 낮추는 건조 및 전처리 하는 건조 및 전처리 단계(S50); 및 상기 건조 및 전처리 단계를 거친 모재와 균사체 혼합체를 고온에서 최종 성형 형상 부피에 대응되는 성형 몰드에 거치하여 압축성형한 후 탈거하여 경도를 부여하는 열처리 정밀 성형 단계(S60);로 구성된다.
상기 생장 성형 단계(S40);는 온도 22 ~ 26 ℃, 습도 60 ~ 90% RH를 유지하고, 450nm 이하의 파장을 차단하되, 조도 100 - 250 lux에서 생장시키는 것이 바람직하다.
상기 건조 전처리 단계(S50);는 탈거된 모재와 균사체 혼합체를 90 ~ 95 ℃에서 수분 함량 25 ~ 30%로 건조하는 것을 특징으로 한다.
상기 열처리 정밀 성형 단계(S60);는 모재와 균사체 혼합체를 100 ~ 150 ℃인 상태에서 최종 성형 형상 부피에 대응되는 성형 몰드에 거치하여 2 ~ 3초 동안 압축성형한 후 탈거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
(1) 본 발명은 생명공학과 재료공학의 복합적 메커니즘을 통해 생분해성 재료를 생성하여 석유화학폴리머 재료의 사용을 대체하고 환경경오염원 배출을 저감하고자 하는 플라스틱 대체 혼합 재료를 제공한다.
(2) 본 발명은 석유에서 생산되는 폴리머 화합물로 이뤄진 플라스틱 및 발포폼 등을 대체하기 위한 재료를 활용하는 방법에 관한 것으로서, 균사체의 섬유화에 의한 부산물이 석유화학 폴리머 재료의 특성과 유사한 성능을 나타내도록 제조하는 방법을 제공한다.
(3) 본 발명은 균사체재배의 부산물로 제조비용이 저렴하고 생분해성이며, 몰딩을 통해 다양한 모양으로 제조가 가능하며, 모재의 종류에 따라 재료의 성능을 조절하여 포장재 및 단열, 충격흡수, 댐핑, 부품가공 등에 적용이 가능한 재료를 제공한다.
(4) 본 발명은 균사체와 생화학적 재료를 통해 균사체의 모재로 사용되는 재료의 성분 즉 다당류, 지질, 단백질 및 키틴 등의 구성된 성분의 상대 농도에 따라 최종 결과물의 경도, 영률, 연신율, 소수성 등이 결정되는바, 이로부터 재료의 형태 및 기계적 특성조절이 가능한바, 즉 균사체와 모재의 종류와 비율, 조합에 의해 재료의 특성 조절이 가능하며, 이러한 특성 조절을 통해 일반적인 석유화학 폴리머의 특성과 동등한 수준의 재료를 제조할 수 있어 결과적으로 플라스틱과 발포폼을 대체하는 용도로 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법을 시계열적인 순서도로 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법에 따라 제조된 면 형태인 성형품의 사진이다.
도 3은 본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법에 따라 제조된 면 형태인 성형품의 표면 AFM(Atomic Force Microscope) 사진이다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료 및 이를 이용한 성형방법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 일면에 있어서, 도 1은 본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법을 시계열적인 순서도로 간략하게 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법에 따라 제조된 면 형태인 성형품의 사진이며, 도 3은 본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법에 따라 제조된 면 형태인 성형품의 표면 AFM(Atomic Force Microscope) 사진이다.
도 1을 참조하면 본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료는 과일박, 카사바 분말, 옥수수 껍질, 대두피, 탈지강, 소맥피, 면실박 및 밀짚으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 것을 5kg당 펙티나아제 및 셀룰라아제를 포함하는 pH 6.2 ~ 6.5인 상온수 7000mL에 11 ~ 13 시간 침지한 것을 수분함량 35 ~ 40%로 탈수 및 건조한뒤 10 ~ 100mm^2로 분쇄된 모재와 담자균류 또는 자낭균류에서 선택되거나 담자균류와 자낭균류를 혼합한 개체에서 추출되어 배양된 균사체를 혼합하여 구성된다.
상기 침지액에 펙티나아제 및 셀룰라아제를 포함시킨 것은 모재를 연화시키기 위한 것이며, pH 6.2 ~ 6.5는 자실체의 최적 생장 pH농도에 해당하기에 설정된 것이다.
과일박은 보통 주스 또는 기름을 누른 후 포도, 올리브 또는 기타 과일의 단단한 잔해를 말하는데, 여기에서는 일반적인 열매의 껍질, 과육, 씨앗 및 줄기를 포함하는 것으로 하되, 건조시켜 수분함량 15% 이하인 것을 사용함이 바람직하다.
카사바 분말은 신선한 카사바를 세척하고 내외부 껍질을 탈피하는 세척 및 탈피 단계, 탈피된 카사바를 1cm 두께로 썰어 카사바 조각을 만드는 세절 단계, 카사바 조각 5kg당 온수 7500mL에 침지하는 침지 단계, 초음파 주파수를 이용하여 초음파 처리하는 초음파 처리 단계, 10 ~ 15분동안 수분함량 33%로 탈수 및 건조하는 탈수 및 건조 단계, 카사바 조각을 습식 분쇄기를 이용하여 습식 분말로 만든후 교반하면서 80메쉬 강체를 통과시키는 습식 분말화 단계, 습식 분말에 물을 첨가하여 45% ~ 60%의 고형분 함량을 갖는 슬러리로 희석하여 35 ~ 45분 동안 교반하는 슬러리 희석 단계, 상기 슬러리를 증기 압력 7.5kg, 입구 온도 170℃, 출구 온도 40℃ 로 한 열풍 건조기를 통과 시켜, 수분함량 9.3 ~ 11.3%으로 건조하는 열풍 건조 단계 및 열풍 건조후 분쇄장치를 이용하여 120 메쉬 강체를 통과시키는 분말로 분쇄하는 분쇄 단계를 거쳐 시안화수소산이 제거된 분말을 이용함이 바람직하다.
옥수수 껍질과 밀짚은 섬유소를 제공하여 최종 성형품에 인장강도를 높이는 역할을 한다.
대두피는 균사체 생장에 있어서 타요소 대비 풍부한 철을 제공하며, 탈지강은 마그네슘을, 소맥피는 망간을, 면실박은 구리를 보다 풍부하게 제공하는 구성인바, 이를 혼합하여 제공함이 균사체의 빠르면서 균형있는 생장에 바람직하다.
균사체는 빠르게 성장하는 균류와 곰팡이의 (이를테면) 줄기와 잎에 해당되는 부분이며, 불활성, 재생 가능 및 생체에 안전성을 갖으며, 분지되어 섬유 덩어리 형태로 성장한다.
균류 중 육안으로 식별이 가능한 크기의 자실체를 갖는 종류의 총칭을 버섯이라 하는데, 실제 고등식물의 줄기와 잎에 해당하는 것이 균사체로 버섯의 실체라 할 수 있으며, 눈에 띄는 자실체 부분은 고등식물의 꽃에 해당하며 실 생활에서 버섯이라 불린다.
보통 균류는 조균류, 담자균류, 자낭균류, 불완전균류로 분류되는데, 버섯은 대부분 담자균류와 자낭균류에 속하며, 균사체의 세포벽에 키틴을 갖는 종으로 구분이 되는데, 본 발명에서는 담자균류와 자낭균류에 속하는 균사체를 모두 포함하는 것으로 한다.
균사체는 자가조립 결합을 통해 생화학적 재료(모재)에 분지되어 생화학적 재료를 고정시켜 결과적으로 석유화학 폴리머 재료와 유사한 특성과 강도를 나타낸다.
그 혼합 비율은 모재 1중량% 기준으로 하여 균사체가 1 내지 3 중량%로 혼합하여 구성되어 성형과정에 제공됨이 바람직하다.
모재에 따라 플라스틱 대체 재료로서의 최종결과물에 경도와 연률, 연신율, 소수성 등이 결정되며, 결과적으로 재료의 형태 및 기계적 특성조절이 가능하다.
즉 균사체와 모재의 종류와 비율, 조합에 의해 재료의 특성 조절이 가능한 것이며, 이러한 특성 조절을 통해 일반적인 석유화학 폴리머의 특성과 동등한 수준의 재료를 제조할 수 있어 결과적으로 플라스틱과 발포폼을 대체하는 용도로 사용이 가능케 한다.
도 1을 참조하면 본 발명인 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법은 모재를 준비하는 모재 준비 단계(S10); 균사체를 준비하는 균사체 준비 단계(S11); 상기 모재와 균사체를 혼합한 후 균사체가 모재에 분지되어 고정시키도록 1시간 내지 3시간 동안 15 ~ 18 ℃ 저온 저장하는 혼합 및 고정 단계(S20); 상기 혼합 및 고정 단계에서 혼합된 혼합물을 최종 성형 형상 부피의 115 ~ 125% 큰 성형 몰드에 주입하는 성형 몰드 주입 단계(S30); 상기 균사체가 모재를 재료로 생장하여 키틴성분을 형성하는 생장 성형 단계(S40); 상기 성형 몰드에서 탈거된 모재와 균사체 혼합체를 생장반응을 정지시키기 위해 수분함량을 낮추는 건조 및 전처리 하는 건조 및 전처리 단계(S50); 및 상기 건조 및 전처리 단계를 거친 모재와 균사체 혼합체를 고온에서 최종 성형 형상 부피에 대응되는 성형 몰드에 거치하여 압축성형한 후 탈거하여 경도를 부여하는 열처리 정밀 성형 단계(S60);로 구성된다.
상기 혼합 및 고정 단계(S20)는 균사체가 모재에 편재하여 분지 및 고정될 수 있는 시간적 여지를 주기 위함이나, 이를 저온에서 하게 함은 필요이상으로 빠른 초기 생장 속도를 지양하게 함이다.
상기 생장 성형 단계(S40);는 온도 22 ~ 26 ℃, 습도 60 ~ 90% RH를 유지하고, 450nm 이하의 파장을 차단하되, 조도 100 - 250 lux에서 생장시키는 것이 바람직하다.
상기 건조 전처리 단계(S50);는 탈거된 모재와 균사체 혼합체를 90 ~ 95 ℃에서 수분 함량 25 ~ 30%로 건조하는 것을 특징으로 한다.
상기 건조 전처리 단계(S50);는 몰드 안에서 완전히 생장을 한 것이므로 최종 단계에 이르기까지의 시간동안 불필요한 생장을 방지하기 위한 것이며, 90 ~ 95 ℃ 온도 범위를 유지하면서 수분 함량 25 ~ 30%로 건조하는 것은 생장에 의해 형성된 키틴질이 고온에 의해 파괴됨을 방지하면서 최종 단계로 이행케 하기 위함이다.
상기 열처리 정밀 성형 단계(S60);는 모재와 균사체 혼합체를 100 ~ 150 ℃인 상태에서 최종 성형 형상 부피에 대응되는 성형 몰드에 거치하여 2 ~ 3초 동안 압축성형한 후 탈거하는 것을 특징으로 한다.
상기 열처리 정밀 성형 단계(S60);는 최종 성형 형상외에 부착되어 있는 불필요한 부분을 제거하는 과정도 포함됨이 바람직하다.
(1) 아래의 실시예는 모재 A, B와 균사체 A, B로 나누어 실시되되, 각 실시된 단계는 모두 본 발명에서 제시한 수치범위내에서 실시되었다.
모재 A : 과일박, 카사바 분말, 대두피, 탈지강을 모두 같은 중량으로 하여 혼합하되, 50mm^2로 분쇄된 것을 사용함.
모재 B : 카사바 분말, 옥수수 껍질, 밀짚, 대두피를 모두 같은 중량으로 하여 혼합하되, 50mm^2로 분쇄된 것을 사용함.
균사체 A : 전체를 담자균류의 균사체를 사용함.
균사체 B : 담자균류와 자낭균류를 동일 중량으로 혼합하여 추출된 균사체를 사용함.
실시예 1 : 모재 A와 균사체 A를 혼합하여 실시
실시예 2 : 모재 B와 균사체 A를 혼합하여 실시
실시예 3 : 모재 A와 균사체 B를 혼합하여 실시
실시예 4 : 모재 B와 균사체 B를 혼합하여 실시
Wavenumber(강도)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
O-H stretching 3360(강) 3342(강) 3315(강) 3294(강)
CH2 asymmetric Stretching 2932(중) 2926(강) 2922(중) 2924(중)
CH2 symmetric Stretching 2855(중) 2855(강) 2855(중) 2853(중)
Ester C=O stretching 1743(중) 1736(약) 1734(약)
Amide I 1686(중) 1668(중) 1670(중) 1670(중)
Amide II 1545(약) 1543(약) 1543(약) 1543(약)
CH2 bending 1452(중) 1454(중) 1454(중) 1454(중)
C-H bending 1375(약) 1373(약) 1371(약) 1371(약)
Amide III 1275(약) 1282(약)
PO2 Asymmetric Stretching 1248(약) 1248(약) 1252(약) 1248(약)
C-O Stretching 1063(매우 강) 1068(매우 강) 1063(매우 강) 1067(매우 강)
C-C Stretching 1044(매우 강) 1042(매우 강) 1030(매우 강) 1030(매우 강)
Mannan band 800(약) 800(약) 800(약) 800(약)
상기 표 1은 실시예 1 내지 4에 대한 대략적인 성분표를 나타내고 있는바, 실시예 모두 C-O 결합과 C-C 결합요소에 대한 파장이 매우 강하게 나타남을 알 수 있고, 특이 사항으로 실시예 1은 에스테르 결합이 검출되지 않았고, 실시예 3 및 4는 아미드 III 결합에 대해서는 검출되지 않았고, 그외에 있어서는 모두 대동소이한 구성을 나타내고 있다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
생장후 각 균사체 직경 0.6-0.9um
 1.5-4um
파괴압력(MPa) 1.1 0.8 1.1 1.0
연율(%) 14 33 4 9
온도내구성(℃) 294 293 295 295
표 2에 따르면 균사체를 담자균류로만 구성한 실시예 1 및 2가 얇았고, 균사체를 담자균류와 자낭균류를 동일하게 혼합한 것이 더 굵게 생장한 것을 알 수 있고, 파괴압력은 모재를 과일박, 카사바 분말, 대두피, 탈지강을 모두 같은 중량으로 하여 혼합하되, 50mm^2로 분쇄된 것을 사용한 것을 혼합한 것이 약간 더 좋은 특징을 가졌으며, 연율 특성에 있어서는 실시예 2(모재 B + 균사체 A)가 가장 좋았는데, 타 실시예에 비해 모재에 식물 섬유소가 상대적으로 더 많게 함유된 것이 기인한 것으로 사료되며, 인장강도가 요구되는 곳에 사용되는 플라스틱 대체제로서 효과가 있을 것으로 보인다.
대체적으로 온도내구성은 모두 좋은 특성을 가지고 있었으며 서로 대비되는 유의미한 차이는 없었다.
이로써, 본 발명에 따른 재료 및 성형방법에 따라 생성된 최종결합물의 물성은 재료로 사용되는 균사체와 생화학적 재료를 통해 균사체의 모재로 사용되는 재료의 성분 즉 다당류, 지질, 단백질 및 키틴 등의 구성된 성분의 상대 농도에 따라 최종 결과물의 경도, 연률 등이 결정되는 것으로 보이며, 이로부터 재료의 형태 및 기계적 특성조절이 가능한 것으로 증명되었고, 이에 따라 여러 영역에서 충분히 플라스틱 대체재로서 활용될 수 있음이 확인되었다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
(1) 본 발명은 생명공학과 재료공학의 복합적 메커니즘을 통해 생분해성 재료를 생성하여 석유화학폴리머 재료의 사용을 대체하고 환경경오염원 배출을 저감하고자 하는 플라스틱 대체 혼합 재료를 제공한다.
(2) 본 발명은 석유에서 생산되는 폴리머 화합물로 이뤄진 플라스틱 및 발포폼 등을 대체하기 위한 재료를 활용하는 방법에 관한 것으로서, 균사체의 섬유화에 의한 부산물이 석유화학 폴리머 재료의 특성과 유사한 성능을 나타내도록 제조하는 방법을 제공한다.
(3) 본 발명은 균사체재배의 부산물로 제조비용이 저렴하고 생분해성이며, 몰딩을 통해 다양한 모양으로 제조가 가능하며, 모재의 종류에 따라 재료의 성능을 조절하여 포장재 및 단열, 충격흡수, 댐핑, 부품가공 등에 적용이 가능한 재료를 제공한다.
(4) 본 발명은 균사체와 생화학적 재료를 통해 균사체의 모재로 사용되는 재료의 성분 즉 다당류, 지질, 단백질 및 키틴 등의 구성된 성분의 상대 농도에 따라 최종 결과물의 경도, 연률, 연신율, 소수성 등이 결정되는바, 이로부터 재료의 형태 및 기계적 특성조절이 가능한바, 즉 균사체와 모재의 종류와 비율, 조합에 의해 재료의 특성 조절이 가능하며, 이러한 특성 조절을 통해 일반적인 석유화학 폴리머의 특성과 동등한 수준의 재료를 제조할 수 있어 결과적으로 플라스틱과 발포폼을 대체하는 용도로 사용이 가능하다.
S10 : 모재 준비 단계 S11 : 균사체 준비 단계
S20 : 혼합 및 고정 단계
S30 : 성형 몰드 주입 단계
S40 : 생장 성형 단계
S50 : 건조 전처리 단계
S60 : 열처리 정밀 성형 단계

Claims (5)

  1. 과일박, 카사바 분말, 옥수수 껍질, 대두피, 탈지강, 소맥피, 면실박 및 밀짚으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 것을 5kg당 펙티나아제 및 셀룰라아제를 포함하는 pH 6.2 ~ 6.5인 상온수 7000mL에 11 ~ 13 시간 침지한 것을 수분함량 35 ~ 40%로 탈수 및 건조한뒤 10 ~ 100mm^2로 분쇄된 모재와
    담자균류 또는 자낭균류에서 선택되거나 담자균류와 자낭균류를 혼합한 개체에서 추출되어 배양된 균사체를 혼합하되,
    그 혼합 비율은 모재 1중량% 기준으로 하여 균사체가 1 내지 3 중량%로 혼합하여 구성되어 성형과정에 제공되는 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료.
  2. 청구항 1에 따른 모재를 준비하는 모재 준비 단계;
    청구항 1에 따른 균사체를 준비하는 균사체 준비 단계;
    청구항 1에 따라 상기 모재와 균사체를 혼합한 후 균사체가 모재에 분지되어 고정시키도록 1시간 내지 3시간 동안 15 ~ 18 ℃ 저온 저장하는 혼합 및 고정 단계;
    상기 혼합 및 고정 단계에서 혼합된 혼합물을 최종 성형 형상 부피의 115 ~ 125% 큰 성형 몰드에 주입하는 성형 몰드 주입 단계;
    상기 균사체가 모재를 재료로 생장하여 키틴성분을 형성하는 생장 성형 단계;
    상기 성형 몰드에서 탈거된 모재와 균사체 혼합체를 생장반응을 정지시키기 위해 수분함량을 낮추는 건조 및 전처리 하는 건조 및 전처리 단계; 및
    상기 건조 및 전처리 단계를 거친 모재와 균사체 혼합체를 고온에서 최종 성형 형상 부피에 대응되는 성형 몰드에 거치하여 압축성형한 후 탈거하여 경도를 부여하는 열처리 정밀 성형 단계;로 구성되는 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 생장 성형 단계는 온도 22 ~ 26 ℃, 습도 60 ~ 90% RH를 유지하고, ㅈ조명은 450nm 이하의 파장을 차단하되, 조도 100 - 250 lux에서 생장시키는 것을 특징으로 하는 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 건조 및 전처리 단계;는 탈거된 모재와 균사체 혼합체를 90 ~ 95 ℃에서 수분 함량 25 ~ 30%로 건조하는 것을 특징으로 하는 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 열처리 정밀 성형 단계;는 모재와 균사체 혼합체를 100 ~ 150 ℃인 상태에서 최종 성형 형상 부피에 대응되는 성형 몰드에 거치하여 2 ~ 3초 동안 압축성형한 후 탈거하는 것을 특징으로 하는 균사체를 이용한 플라스틱 대체 혼합 재료를 이용한 성형방법.
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