WO2024010186A1 - 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재 및 그 제조 방법, 이를 이용한 제품과 제품의 특징 - Google Patents

커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재 및 그 제조 방법, 이를 이용한 제품과 제품의 특징 Download PDF

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plastic composite
coffee grounds
coffee
particle size
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이은경
이한겸
김두래
김민혁
김영남
김영오
김종화
박성호
박정석
송영준
오산희
옥재민
이호욱
조병희
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삼성전자 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/06—Making preforms by moulding the material
    • B29B11/10—Extrusion moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K11/00—Use of ingredients of unknown constitution, e.g. undefined reaction products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse

Definitions

  • plastic composite materials for example, plastic composite materials containing coffee waste, methods for manufacturing the same, products using the same, and the characteristics of the products.
  • a plastic composite material containing coffee grounds has a particle size distribution of the coffee grounds, and the proportion of coffee grounds particles having a particle size of more than 250 ⁇ m and less than 850 ⁇ m is 94% by weight or more.
  • the colorimeter value of the plastic composite material may be 4.4 or less.
  • a method of manufacturing a plastic composite material containing coffee waste includes a process of preparing coffee waste and biomass; A process of drying the coffee grounds and the biomass; A process of freeze-grinding the dried coffee grounds, wherein the particle size distribution of the ground coffee grounds is such that the proportion of coffee grounds particles having a particle size of more than 250 ⁇ m and less than or equal to 850 ⁇ m is 94% by weight or more; A process of first extruding a mixture of a polymer resin, the ground coffee grounds, the dried biomass, and a first additive; A process of mixing the primary extrudate and the second additive extruded through the primary extrusion process and performing secondary extrusion; And it may include a process of drying the secondary extrudate extruded by the secondary extrusion process.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a plastic composite material containing coffee grounds, according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a cylindrical drying device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3 is a graph showing the particle size distribution of coffee grounds before and after freeze grinding, according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 4a is a diagram showing a plastic composite material according to a comparative example of the present disclosure.
  • Figure 4b is a diagram showing a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 5 is a graph showing the impact strength of a plastic composite material according to a comparative example or an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 6a is a diagram showing a plastic composite material according to a comparative example of the present disclosure.
  • Figure 6b is a diagram showing a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 6c is a diagram showing a plastic composite material according to a comparative example of the present disclosure.
  • Figure 6d is a diagram showing a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 7b is a diagram showing a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 8c is a diagram showing a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 10 is a diagram showing a cover member made of a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • a method of manufacturing a plastic composite material including coffee grounds may include a process (P11) of preparing coffee grounds and biomass.
  • coffee grounds may be a by-product or residue remaining after extracting coffee liquid from coffee beans.
  • biomass may be plant by-products or plant waste.
  • the biomass is at least one of wood meal, rice straw, rice husk, rice bran, soybean hull, or wheat bran. It can contain one.
  • biomass is not limited to the above-described components, and may include various plant by-products or plant waste.
  • a method of manufacturing a plastic composite material containing coffee waste may include a process (P13) of drying the coffee waste and biomass.
  • a process (P13) of drying the coffee grounds and biomass separately may be performed.
  • the process (P13) of drying coffee grounds and biomass may include an infrared irradiation process or an ultraviolet irradiation process.
  • the infrared irradiation process or the ultraviolet ray irradiation process may be performed through a cylindrical drying device (eg, the cylindrical drying device 100 of FIGS. 2A and 2B).
  • the rotatable housing 110 may be a cylindrical housing with an internal space formed, and the central axis of the circular cross-section of the rotatable housing 110 is supported so that it is substantially parallel to the ground or floor surface. It may be installed in the structure 150. According to one embodiment, the rotatable housing 110 may be installed to be rotatable with respect to the support structure 150. According to one embodiment, the rotatable housing 110 may be rotated about the central axis to stir the coffee grounds or biomass introduced into the rotatable housing 110.
  • the input unit 120 is connected to the rotatable housing 110 directly or indirectly through a separate member and can input coffee grounds or biomass into the rotatable housing 110.
  • the discharge unit 130 is connected to the rotatable housing 110 directly or indirectly through a separate member and can discharge coffee grounds or biomass from the rotatable housing 110.
  • the infrared drying unit 140 may be disposed inside the rotatable housing 110.
  • the infrared drying unit 140 may include a panel 141 and at least one infrared lamp 142 disposed on the panel 141.
  • the panel 141 may not rotate when the rotatable housing 110 is rotated.
  • the panel 141 has a fixed position relative to the rotatable housing 110 and may rotate together when the rotatable housing 110 is rotated.
  • the at least one infrared lamp 142 of the infrared drying unit 140 may radiate infrared rays to the coffee grounds or biomass stirred inside the rotary housing 110.
  • the infrared irradiation process may be performed as a process of drying coffee grounds or biomass stirred inside the rotary housing 110.
  • the infrared drying process is not limited to being performed through at least one infrared lamp 142, and may be performed through various means capable of irradiating infrared rays.
  • an ultraviolet irradiation unit may irradiate ultraviolet rays to coffee grounds or biomass passing through the cylindrical drying device 100.
  • the ultraviolet irradiation unit may include at least one ultraviolet lamp (not shown). At least one ultraviolet lamp can irradiate ultraviolet rays of various wavelength bands to coffee grounds or biomass.
  • the at least one ultraviolet lamp may include a first ultraviolet lamp, a second ultraviolet lamp, and/or a third ultraviolet lamp.
  • the first ultraviolet lamp may be an ultraviolet lamp configured to irradiate ultraviolet rays in a first wavelength band.
  • the first wavelength band may be about 320 nm to about 400 nm, but is not limited thereto.
  • the first ultraviolet lamp may be a UV-A lamp that irradiates ultraviolet rays in the first wavelength band, but is not limited thereto.
  • the second ultraviolet lamp may be an ultraviolet lamp configured to irradiate ultraviolet rays in a second wavelength band different from the first wavelength band.
  • the second wavelength band may be about 290 nm to about 320 nm, but is not limited thereto.
  • the second ultraviolet ray lamp may be a UV-B lamp that irradiates ultraviolet rays in the second wavelength band, but is not limited thereto.
  • the third ultraviolet ray lamp may be an ultraviolet lamp configured to irradiate ultraviolet rays in a third wavelength band that is different from the first and second wavelength bands.
  • the third wavelength band may be about 200 nm to about 290 nm, but is not limited thereto.
  • the third ultraviolet ray lamp may be a UV-C lamp that irradiates ultraviolet rays in the third wavelength band, but is not limited thereto.
  • the first ultraviolet lamp, the second ultraviolet lamp, and the third ultraviolet lamp are installed in the input unit 120 and the discharge unit 130, respectively, and pass through the input unit 120 and the discharge unit 130.
  • Ultraviolet rays can be irradiated on coffee waste or biomass.
  • the first ultraviolet lamp, the second ultraviolet lamp, and the third ultraviolet lamp are installed inside the cylindrical housing 110 and apply ultraviolet rays to the coffee grounds or biomass stirred inside the cylindrical housing 110. You can also investigate.
  • the process of drying the coffee grounds may include an infrared irradiation process and an ultraviolet ray irradiation process.
  • the infrared irradiation process and the ultraviolet ray irradiation process of the coffee grounds may be performed substantially at the same time, or may be performed at different times.
  • the coffee grounds are stirred inside the rotatable housing 110 by the rotatable housing 110 and can be dried by irradiating infrared rays by the infrared lamp 142.
  • the infrared irradiation process of the coffee grounds may be performed until the moisture content of the coffee grounds is about 0.4% or less.
  • the infrared irradiation process of coffee grounds can be defined and interpreted as a process of drying coffee grounds through infrared radiant heat.
  • the infrared irradiation process of the coffee grounds may be performed within the rotatable housing 110 at a temperature range of about 90 degrees to about 95 degrees and a time range of about 30 minutes.
  • the process of drying biomass may include an infrared irradiation process and an ultraviolet ray irradiation process.
  • the infrared irradiation process and the ultraviolet ray irradiation process of biomass may be performed substantially simultaneously or may be performed at different times.
  • the biomass is stirred inside the rotatable housing 110 by the rotatable housing 110 and can be dried by irradiating infrared rays by the infrared lamp 142.
  • the infrared irradiation process of biomass may be performed until the moisture content of biomass is about 0.4% or less.
  • biomass may be discolored (or decolorized) by being irradiated with ultraviolet rays by a first ultraviolet lamp, a second ultraviolet lamp, and a third ultraviolet lamp.
  • the ultraviolet ray irradiation process of biomass may be performed by irradiating ultraviolet rays for about 10 minutes.
  • the infrared irradiation process of biomass may be defined and interpreted as a process of drying biomass through infrared radiant heat. According to one embodiment, the infrared irradiation process of biomass may be performed inside the rotatable housing 110 at a temperature range of about 60 degrees to about 65 degrees and for a time range of about 30 minutes.
  • the coffee grounds may be discolored (or discolored) by being irradiated with ultraviolet rays by a first ultraviolet lamp, a second ultraviolet lamp, and a third ultraviolet lamp.
  • the process of irradiating coffee grounds with ultraviolet rays may be performed by irradiating ultraviolet rays for about 10 minutes.
  • the drying process for coffee grounds (P13) and the drying process for biomass (P13) may be performed separately due to differences in material and moisture content of the coffee grounds and biomass.
  • a plastic composite material manufactured using coffee waste and biomass on which an ultraviolet irradiation process was performed is, compared to a plastic composite material manufactured using coffee waste and biomass on which an ultraviolet irradiation process was not performed.
  • the degree of discoloration upon exposure may be relatively low. A detailed explanation of this will be provided later.
  • a method of manufacturing a plastic composite material containing coffee grounds may include a process (P15) of freeze-grinding dried coffee grounds.
  • the process of freeze-grinding dried coffee grounds may include a freezing process or a grinding process.
  • the freezing process of coffee grounds may be performed by freezing dried coffee grounds using nitrogen gas.
  • the process of freezing coffee grounds can be defined and interpreted as a process of freezing dried coffee grounds in a temperature range of about -195 degrees using nitrogen gas.
  • the grinding process of coffee grounds may be performed by grinding frozen coffee grounds.
  • the grinding can be performed more smoothly compared to when the coffee grounds are ground without the freezing process being performed.
  • the coffee grounds on which the freeze grinding process (P15) was performed may have a particle size distribution in which the proportion of coffee grounds particles having a particle size of about 250 ⁇ m to about 850 ⁇ m (micrometer) is about 94% by weight or more.
  • Figure 3 is a graph showing the particle size distribution of coffee grounds before and after freeze grinding, according to an embodiment of the present disclosure.
  • Table 1 below is a table showing the particle size distribution of coffee grounds before and after freeze grinding, according to an embodiment of the present disclosure.
  • Particle size range ( ⁇ m) Before freeze grinding (% by weight) After freeze grinding (% by weight) 150 or less 0.0 0.0 Above 150 but below 180 0.2 0.1 Above 180 but below 250 0.8 1.7 Above 250 but below 425 19.7 48.6 Above 425 but below 850 67.9 46.2 over 850 11.4 3.4
  • the coffee grounds have a proportion of coffee grounds particles with a particle size of about 150 ⁇ m or less of about 0.0% by weight, and coffee grounds with a particle size of more than about 150 ⁇ m to about 180 ⁇ m or less.
  • the proportion of particles is about 0.2% by weight, the proportion of coffee waste particles with a particle size of more than about 180 ⁇ m and less than about 250 ⁇ m is about 0.8% by weight, and the proportion of coffee waste particles with a particle size of more than about 250 ⁇ m and less than about 425 ⁇ m is about 19.7% by weight.
  • the proportion of coffee grounds particles having a particle size greater than about 425 ⁇ m and less than or equal to about 850 ⁇ m is about 67.9% by weight, and the proportion of coffee grounds particles having a particle size greater than about 850 ⁇ m is about 11.4% by weight.
  • the coffee grounds on which freeze grinding was performed have a proportion of coffee grounds particles having a particle size of about 150 ⁇ m or less of about 0.0% by weight, and a proportion of coffee grounds particles having a particle size of more than about 150 ⁇ m to about 180 ⁇ m or less.
  • the proportion of coffee waste particles having a particle size of more than about 180 ⁇ m and less than or equal to about 250 ⁇ m is about 1.7% by weight
  • the proportion of coffee waste particles having a particle size of more than about 250 ⁇ m and less than or equal to about 425 ⁇ m is about 48.6% by weight
  • the proportion of coffee grounds particles having a particle size greater than about 850 ⁇ m is about 3.4% by weight.
  • the coffee grounds on which the freeze grinding process (P15) has been performed may have a proportion of coffee grounds particles having a particle size of more than about 250 ⁇ m and less than or equal to about 850 ⁇ m of about 95% by weight.
  • the weight ratio of the first particle size range (e.g., greater than about 250 ⁇ m and less than or equal to about 850 ⁇ m) may be greater than the weight ratio of the remaining particle size ranges.
  • the plastic composite material including the coffee grounds on which the freeze grinding process (P15) was performed has a weight ratio of the first particle size range greater than that of the remaining particle size ranges, so that it is a plastic composite material.
  • the appearance of the formed molded product can have a uniform distribution of coffee grounds.
  • the method of manufacturing a plastic composite material containing coffee waste includes a process (P17) of first extruding a first mixture of polymer resin, ground coffee waste, dried biomass, and a first additive. may include.
  • a method of manufacturing a plastic composite material containing coffee grounds may include a process (P19) of secondary extrusion of a second mixture of the first extrudate and the second additive.
  • the primary extrusion process (P17) and/or the secondary extrusion process (P19) may be performed through an extruder.
  • the extruder may be a twin extruder.
  • the first extrusion process (P17) involves extruding a first mixture of polymer resin, ground coffee grounds, dried biomass, and a first additive to produce a first extrudate (or primary It can be performed by a process of molding an extrudate).
  • the secondary extrusion process (P19) is performed by extruding a second mixture of the first extrudate and the second additive to form a second extrudate (or secondary extrudate). It can be.
  • Table 2 below is a table showing the weight ratio of additives added in the first extrusion process (P17) and the second extrusion process (P19) according to an embodiment of the present disclosure.
  • the first extrusion process (P17) involves first extruding a first mixture of ground coffee grounds, dried biomass, and a first additive to a high molecular polymer (resin) to produce a first extrusion process. It can be performed by a process of molding the extrudate.
  • the first additive may include at least one of an antioxidant, a compatibilizer, or an impact modifier.
  • the first extrusion In the process (P17) the first mixture of polymer resin (or polymer), ground coffee grounds, dried biomass, and the first additive is introduced into the extruder through the main feeder and sub-feeder, and the first mixture is added to the extruder.
  • the materials can be extruded to form the first extrudate.
  • the weight ratio of materials fed through the main feeder and the sub feeder may be about 80 to 20.
  • the primary extrusion process (P17) may be performed through an extrusion screw of a twin-screw extruder with a diameter ( ⁇ ) of about 32 or more in a temperature range of about 170 degrees to about 180 degrees.
  • the weight ratio of the materials input in the first extrusion process (P17) is about 3 parts by weight to about 30 parts by weight of ground coffee grounds, based on about 100 parts by weight of polymer resin (or polymer), It may be about 3 to 10 parts by weight of dried biomass and about 3.4 parts by weight to about 37 parts by weight of the first additive.
  • the polymer resin is a polypropylene-based polymer resin, a polyethylene-based polymer resin, a polystyrene-based polymer resin, and acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer.
  • )-based polymer resin polyoxymethylene-based polymer resin, polyketone-based polymer resin, thermoplastic elastomer-based resin, or biodegradable polymer resin. It can be included.
  • the first additive may include at least one of an antioxidant, a compatibilizer, or an impact modifier.
  • the antioxidant may include at least one selected from the group including phenol-based primary antioxidants or phosphorous-based secondary antioxidants.
  • the weight ratio of the antioxidant added in the first extrusion process (P17) may be about 0.1 parts by weight to about 2 parts by weight based on about 100 parts by weight of the polymer resin (or polymer).
  • the compatibilizer may include at least one selected from the group including a polypropylene compatibilizer or a polyolefin-based compatibilizer used in polyethylene.
  • the weight ratio of the compatibilizer added in the first extrusion process (P17) may be about 3 parts by weight to about 5 parts by weight based on about 100 parts by weight of the polymer resin (or polymer).
  • the impact modifier is an olefin-based impact modifier, a silicon-based impact modifier, and an ABS (acrylonitrile, butadiene, styrene)-based impact modifier.
  • it may include at least one selected from the group including a polyester-based elastomer impact modifier.
  • the weight ratio of the impact modifier added in the first extrusion process (P17) may be about 8 parts by weight to about 35 parts by weight, based on about 100 parts by weight of the polymer resin (or polymer).
  • the secondary extrusion process (P19) may be performed as a process of forming a secondary extrudate by secondary extrusion of a second mixture mixed with a second additive to the first extrudate.
  • the second mixture of the first extrudate and the second additive is input into the extruder through the main feeder, and the input materials are extruded to form the second extrudate.
  • An extrudate can be formed.
  • the weight ratio of the second additive added in the secondary extrusion process (P19) is about 0.2 weight of the second additive, based on about 100 parts by weight of the polymer resin added in the first extrusion process (P17). parts by weight to about 20 parts by weight.
  • the second additive may include at least one of a UV stabilizer or a pigment.
  • the UV stabilizer is an absorption-based UV stabilizer, a HALS (hindered amine light stabilizers)-based UV stabilizer, a peroxide decomposer UV stabilizer, a radical inhibitor UV stabilizer, or a quencher UV stabilizer. It may contain at least one selected from the group containing stabilizers.
  • the weight ratio of the UV stabilizer added in the second extrusion process (P19) is about 0.1, based on about 100 parts by weight of the polymer resin (or polymer) added in the first extrusion process (P17). It may be from about 18 parts by weight to about 18 parts by weight.
  • the pigment may include at least one selected from the group including organic pigments and inorganic pigments.
  • the weight ratio of the pigment introduced in the second extrusion process (P19) is about 0.1 weight based on about 100 parts by weight of the polymer resin (or polymer) introduced in the first extrusion process (P17). parts to about 2 parts by weight.
  • the secondary extrusion process (P19) may be performed through an extrusion screw of a twin-screw extruder with a diameter ( ⁇ ) of about 32 or more in a temperature range of about 110 degrees to about 160 degrees.
  • a method of manufacturing a plastic composite material containing coffee grounds may include a process (P21) of infrared drying the secondary extrudate.
  • the process (P21) of infrared drying the secondary extrudate is performed by drying the secondary extrudate inside the rotary housing 110 at a temperature range of about 85 degrees to about 90 degrees for a time range of about 30 minutes. It can be performed in According to one embodiment, an infrared drying process is performed to form a plastic composite material in which the secondary extrudate is dried.
  • a method of manufacturing a plastic composite material containing coffee grounds may include a process (P23) of packaging the dried composite material.
  • Figure 4a is a diagram showing a plastic composite material according to a comparative example of the present disclosure.
  • Figure 4b is a diagram showing a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 4A-4B can be combined with the embodiments of FIGS. 1-3.
  • the comparative example of Figure 4a is a plastic composite material manufactured by adding a UV stabilizer without performing ultraviolet irradiation on the dried coffee waste in the method of manufacturing a plastic composite material containing coffee waste of Figure 1, and the embodiment of Figure 4b.
  • An example may be a plastic composite material manufactured by irradiating dried coffee grounds with ultraviolet rays and adding a UV stabilizer in the method of producing a plastic composite material containing coffee grounds in FIG. 1.
  • the discoloration degree ( ⁇ E) value which is the colorimeter value of the plastic composite material in which the ultraviolet irradiation process has not been performed, can be confirmed to be about 5.35 for UV-A and about 3.95 for UV-B.
  • the discoloration degree ( ⁇ E) value which is the color difference value of the plastic composite material on which the ultraviolet irradiation process was performed, can be confirmed to be about 4.4 for UV-A and about 3.0 for UV-B.
  • a plastic composite material on which an ultraviolet irradiation process has been performed may have a lower degree of discoloration upon long-term exposure to ultraviolet rays compared to a plastic composite material on which an ultraviolet irradiation process has not been performed.
  • Figure 5 is a graph showing the impact strength of a plastic composite material according to a comparative example or an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 can be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 4B.
  • Table 3 below is a table showing physical property values of plastic composite materials according to a comparative example or an example of the present disclosure.
  • the plastic composite material of Comparative Example 1 may be a plastic composite material manufactured using undried coffee grounds without using biomass in the method for producing a plastic composite material including coffee grounds in FIG. 1.
  • the plastic composite material of Comparative Example 2 may be a plastic composite material manufactured using biomass and undried biomass and coffee grounds.
  • the plastic composite material of Example 1 may be a plastic composite material made using biomass and dried biomass and coffee grounds. A plastic composite material made using biomass and dried biomass and coffee grounds.
  • the plastic composite material (Example 1) has impact strength, tensile strength, youngs modulus, flexural strength, or flexural modulus of Comparative Example 1 or Comparative Example. It can be confirmed to be an improvement over Example 2.
  • Figure 6a is a diagram showing a plastic composite material according to a comparative example of the present disclosure.
  • Figure 6b is a diagram showing a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 6c is a diagram showing a plastic composite material according to a comparative example of the present disclosure.
  • Figure 6d is a diagram showing a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 6A to 6D can be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 5 .
  • the plastic composite material of FIG. 6A is a process of primary extrusion (P17) using a twin-screw extruder (extrusion screw diameter ( ⁇ ) 32) in the method of manufacturing a plastic composite material containing coffee waste of FIG. 1. It can be confirmed that it is a plastic composite material manufactured without performing the secondary extrusion process (P19), and its impact strength is 152 (J/m).
  • the plastic composite material of FIG. 6B is a process of first extruding using a twin-screw extruder (extrusion screw diameter ( ⁇ ) 32) in the method of manufacturing a plastic composite material containing coffee waste of FIG. 1 (P17) and 2. It is a plastic composite material manufactured by performing the secondary extrusion process (P19), and its impact strength can be confirmed to be 180 (J/m).
  • the plastic composite material of FIG. 6C is a process of primary extrusion (P17) using a twin-screw extruder (extrusion screw diameter ( ⁇ ) 75) in the method of manufacturing a plastic composite material containing coffee waste of FIG. 1. It can be confirmed that it is a plastic composite material manufactured without performing the secondary extrusion process (P19), and its impact strength is about 152 (J/m).
  • the plastic composite material of FIG. 6D is a process of first extrusion (P17) and 2 using a twin-screw extruder (extrusion screw diameter ( ⁇ ) 75) in the method of manufacturing a plastic composite material containing coffee waste of FIG. 1. It is a plastic composite material manufactured by performing the secondary extrusion process (P19), and its impact strength can be confirmed to be 180 (J/m).
  • the cross section of the plastic composite material of FIG. 6B or the plastic composite material of FIG. 6D can be found to have a relatively uniform surface (or appearance). You can.
  • the plastic composite material of FIG. 6B or the plastic composite material of FIG. 6D can be confirmed to have relatively improved impact strength.
  • Figure 7a is a diagram showing a plastic composite material according to a comparative example of the present disclosure.
  • Figure 7b is a diagram showing a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 7A-7B can be combined with the embodiments of FIGS. 1-6D.
  • the plastic composite material of FIG. 7A may be a plastic composite material manufactured without performing the freeze-grinding process (P15) in the method of manufacturing a plastic composite material including coffee grounds of FIG. 1.
  • the plastic composite material 1000 of FIG. 7B may be a plastic composite material manufactured by performing the grinding process (P15) of the plastic composite material containing coffee grounds of FIG. 1.
  • the cross section of the plastic composite material 1000 of FIG. 7B can be confirmed to have a surface (or appearance) with a relatively uniform particle size distribution.
  • FIGS. 8A to 8C can be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 7B.
  • the plastic composite material of FIG. 8A may be a plastic composite material manufactured without performing the freeze grinding process (P15) and the secondary extrusion process (P19) in the method of manufacturing a plastic composite material containing coffee grounds of FIG. 1.
  • the plastic composite material of FIG. 8b is a plastic composite material manufactured by performing the secondary extrusion process (P19) without performing the freeze grinding process (P15) in the method of producing a plastic composite material containing coffee grounds of FIG. 1. You can.
  • the plastic composite material 1000 of FIG. 8C is a plastic composite material manufactured by performing a freeze grinding process (P15) and a secondary extrusion process (P19) in the method of manufacturing a plastic composite material containing coffee grounds of FIG. 1. You can.
  • the plastic composite material 1000 of FIG. 8C does not cause crowding of one end (or end) of the plastic composite material and has a relatively uniform surface (or appearance). It can be confirmed.
  • the plastic composite material 1000 of FIG. 8C can be confirmed to have a relatively uniform surface (or appearance).
  • FIGS. 9A to 9B are diagrams showing a cover member made of a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 10 is a diagram showing a cover member made of a plastic composite material according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 9A to 10 can be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 8B.
  • the cover member 210 may include a first cover 211 and a second cover 212.
  • the first cover 211 and the second cover 212 may each be a cover member molded from a plastic composite material manufactured by the method of manufacturing a plastic composite material including coffee grounds of FIG. 1. .
  • the cover member 210 may be used as a cover member for an electronic device 220 (eg, a foldable smartphone) configured to be folded or unfolded at least in part.
  • an electronic device 220 eg, a foldable smartphone
  • the cover member 210 may be used as a cover member for an earphone-type electronic device (eg, wireless Bluetooth earphone).
  • an earphone-type electronic device eg, wireless Bluetooth earphone
  • the plastic composite material is not limited to being used as a cover member for an electronic device, and may be used for an exterior member for a vehicle or for various other members.
  • Plastic composite materials containing coffee waste in related technologies have a problem in that the particle size of the coffee waste is uneven and the surface of the plastic composite material is uneven, resulting in poor marketability.
  • the plastic composite material containing coffee waste of related technologies has a non-uniform particle size of the coffee waste, so that the additives added when manufacturing the plastic composite material are not evenly mixed, resulting in a decrease in the physical properties of the plastic composite material. There was a problem.
  • a plastic composite material including coffee grounds having an even surface (or appearance), a manufacturing method thereof, a product using the same, and the characteristics of the product can be provided.
  • a plastic composite material including coffee grounds having improved physical properties and a method for manufacturing the same can be provided.
  • a plastic composite material can have an attractive product surface by including coffee grounds having a uniform particle size distribution.
  • discoloration due to ultraviolet rays can be alleviated in the plastic composite material.
  • the physical properties of the plastic composite material may not be deteriorated even if coffee grounds are included.
  • a plastic composite material may include coffee grounds.
  • the proportion of coffee grounds particles having a particle size of more than 250 ⁇ m and less than or equal to 850 ⁇ m may be 94% by weight or more.
  • the colorimeter value of the plastic composite material may be 4.0 or less.
  • the particle size distribution of the coffee grounds may be such that the proportion of coffee grounds particles having a particle size of more than 250 ⁇ m and less than or equal to 425 ⁇ m may be 48.6% by weight or more.
  • the proportion of coffee grounds particles having a particle size of more than 425 ⁇ m and less than or equal to 850 ⁇ m may be 46.2% by weight or more.
  • the weight ratio of coffee grounds particles having a particle size of more than 250 ⁇ m and 850 ⁇ m or less may be 52 times or more than the weight ratio of coffee grounds particles having a particle size of more than 180 ⁇ m and 250 ⁇ m or less.
  • the weight proportion of coffee grounds particles having a particle size greater than 850 ⁇ m may be 3.4% by weight or less.
  • the colorimeter value of the plastic composite material may be 4.4 or less for UV-A. According to one embodiment, the colorimetric value of the plastic composite material may be 3.0 or less for UV-B.
  • the impact strength of the plastic composite material may be 123.4 (J/m) to 190.4 (J/m).
  • the tensile strength of the plastic composite material may be 14.5Mpa to 16.1Mpa.
  • the tensile modulus of the plastic composite material may be 1,291Mpa to 1,561Mpa.
  • the flexural strength of the plastic composite material may be 19.3Mpa to 21.1Mpa.
  • the flexural modulus of the plastic composite material may be 955Mpa to 1,135Mpa.
  • a method of manufacturing a plastic composite material containing coffee waste includes a process of preparing coffee waste and biomass (e.g., process P11 in FIG. 1); A process of drying the coffee grounds and the biomass (e.g., process P13 in FIG. 1); In the process of freeze-grinding the dried coffee grounds (e.g., process P15 in FIG. 1), the particle size distribution of the ground coffee grounds is such that the proportion of coffee grounds particles having a particle size of more than 250 ⁇ m and less than 850 ⁇ m is 94% by weight.
  • freeze-grinding process A process of mixing a polymer resin, the ground coffee grounds, the dried biomass, and a first additive and performing primary extrusion (e.g., process P17 in FIG. 1); A process of mixing the primary extrudate and the second additive extruded by the primary extrusion process and performing secondary extrusion (e.g., process P19 in FIG. 1); And it may include a process of drying the secondary extrudate extruded by the secondary extrusion process (eg, process P21 in FIG. 1).
  • the drying process may be a process of drying the coffee grounds and the biomass separately.
  • the drying process may include an infrared irradiation process and an ultraviolet ray irradiation process.
  • the ultraviolet irradiation process may be a process of irradiating at least one of UV-A, UV-B, or UV-C to the coffee grounds or the biomass.
  • the infrared irradiation process may be performed until the moisture content of the coffee grounds or the biomass is 4% or less.
  • the biomass is selected from wood meal, rice straw, rice husk, rice bran, soybean hull, or wheat bran. It can contain at least one.
  • the polymer resin is a polypropylene-based polymer resin, a polyethylene-based polymer resin, a polystyrene-based polymer resin, and acrylonitrile-butadiene-styrene. At least one selected from the group consisting of copolymer-based polymer resin, polyoxymethylene-based polymer resin, polyketone-based polymer resin, thermoplastic elastomer-based resin, or biodegradable polymer resin It can be included.
  • the first additive may include at least one of an antioxidant, a compatibilizer, or an impact modifier.
  • the second additive may include at least one of a UV stabilizer or a pigment.
  • the ground coffee grounds added in the first extrusion process may be 3 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin.
  • the dried biomass introduced in the primary extrusion process may be 3 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin.
  • the first additive added in the primary extrusion process may be 3.4 parts by weight to 37 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin.
  • the second additive introduced in the secondary extrusion process may be 0.2 parts by weight to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin introduced in the primary extrusion process.

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따르면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재 및 그 제조 방법은, 상기 커피박의 입도 분포는, 250μm 초과 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 94 중량 % 이상이고, 상기 플라스틱 복합 소재의 색차계 값은, 4.4 이하일 수 있다. 이외에 다양한 실시예들이 가능할 수 있다.

Description

커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재 및 그 제조 방법, 이를 이용한 제품과 제품의 특징
본 문서에 개시된 다양한 실시예는 플라스틱 복합 소재에 관한 것으로, 예를 들면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재 및 그 제조 방법, 이를 이용한 제품과 제품의 특징에 관한 것이다.
경제와 산업이 발전함에 따라 플라스틱으로 구성된 다양한 소재 또는 다양한 성형품들이 사용되고 있다. 플라스틱으로 구성된 다양한 성형품들은, 쉽게 산화되거나 분해되지 않음으로써, 내구성이 우월하지만, 자연적으로 분해되지 않아 환경 오염을 유발하는 원인을 제공하고 있다.
이에 따라, 친환경 플라스틱 기술이 대두되고 있으며, 식물체 부산물 또는 식물 유기체와 같은 바이오매스를 활용한 플라스틱에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 커피박(coffee grounds)을 포함하는 플라스틱 복합 소재는, 상기 커피박의 입도 분포는, 250μm 초과 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 94 중량 % 이상이고, 상기 플라스틱 복합 소재의 색차계 값은, 4.4 이하일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 커피박과 바이오매스를 준비하는 공정; 상기 커피박과 상기 바이오매스를 건조하는 공정; 상기 건조된 커피박을 동결 분쇄하는 공정으로서, 상기 건조된 커피박이 분쇄된 커피박의 입도 분포는 250μm 초과 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 94 중량 % 이상인, 동결 분쇄하는 공정; 고분자 수지, 상기 분쇄된 커피박, 상기 건조된 바이오매스, 및 제1 첨가물을 혼합하여 1차 압출하는 공정; 상기 1차 압출하는 공정에 의해 압출된 1차 압출물 및 제2 첨가물을 혼합하여 2차 압출하는 공정; 및 상기 2차 압출하는 공정에 의해 압출된 2차 압출물을 건조하는 공정을 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에 관한 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 원통형 건조 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른, 동결 분쇄 전과 동결 분쇄 후의 커피박의 입도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 개시의 비교예 또는 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재의 충격 강도를 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 6c는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 6d는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 7a는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 8c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 9a 내지 도 9b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재로 구성된 커버 부재를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재로 구성된 커버 부재를 나타낸 도면이다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에 관한 흐름도이다. 도 2a 및 도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 원통형 건조 장치를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른, 동결 분쇄 전과 동결 분쇄 후의 커피박의 입도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 커피박과 바이오매스를 준비하는 공정(P11), 커피박과 바이오매스를 건조하는 공정(P13), 건조된 커피박을 동결 분쇄하는 공정(P15), 고분자 수지, 분쇄된 커피박, 건조된 바이오매스 및 제1 첨가물을 혼합한 제1 혼합물을 1차 압출하는 공정(P17), 제1 압출물 및 제2 첨가물을 혼합한 제2 혼합물을 2차 압출하는 공정(P19), 제2 압출물을 적외선 건조하는 공정(P21), 및/또는 건조된 복합 소재를 포장하는 공정(P23)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박(coffee grounds)을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 커피박과 바이오매스를 준비하는 공정(P11)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커피박은, 커피콩에서 커피액을 추출하고 남은 부산물 또는 찌꺼기일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 바이오매스는, 식물체 부산물 또는 식물체 폐기물일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 바이오매스는, 목분(wood meal), 볏짚(rice straw), 왕겨(rice husk), 쌀겨(rice bran), 대두피(soybean hull), 또는 소맥피(wheat bran) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 바이오매스는, 전술한 구성들에 한정하지 않고, 다양한 식물체 부산물 또는 식물체 폐기물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 커피박과 바이오매스를 건조하는 공정(P13)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커피박과 바이오매스는 각각 별도로 건조하는 공정(P13)이 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커피박과 바이오매스를 건조하는 공정(P13)은 적외선 조사 공정 또는 자외선 조사 공정을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적외선 조사 공정 또는 자외선 조사 공정은 원통형 건조 장치(예: 도 2a 내지 도 2b의 원통형 건조 장치(100))를 통해 수행될 수 있다.
도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 원통형 건조 장치(100)는 회전형 하우징(110), 투입부(120), 토출부(130), 적외선 건조부(140) 및/또는 자외선 조사부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 회전형 하우징(110)은 내부 공간이 형성된 원통형의 하우징일 수 있고, 회전형 하우징(110)의 원형의 단면에 대한 중심축이 지면 또는 바닥면에 대해 실질적으로 평행하도록 지지 구조물(150)에 설치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 회전형 하우징(110)은 상기 지지 구조물(150)에 대해 회전 가능하게 설치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 회전형 하우징(110)은 상기 중심축을 기준으로 회전되면서, 회전형 하우징(110)의 내부로 투입된 커피박 또는 바이오매스를 교반할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 투입부(120)는 회전형 하우징(110)과 직접적으로 또는 별도의 부재를 통해 간접적으로 연결된 구성으로 커피박 또는 바이오매스를 회전형 하우징(110)으로 투입할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 토출부(130)는 회전형 하우징(110)과 직접적으로 또는 별도의 부재를 통해 간접적으로 연결된 구성으로 회전형 하우징(110)으로부터 커피박 또는 바이오매스를 토출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적외선 건조부(140)는 회전형 하우징(110)의 내부에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적외선 건조부(140)는 패널(141) 및 패널(141)에 배치된 적어도 하나의 적외선 램프(142)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 패널(141)은, 회전형 하우징(110)이 회전될 때, 회전되지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 패널(141)은, 회전형 하우징(110)에 대해 고정된 위치를 가지고, 회전형 하우징(110)이 회전될 때, 함께 회전될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 적외선 건조부(140)의 상기 적어도 하나의 적외선 램프(142)는 회전형 하우징(110)의 내부에서 교반되는 커피박 또는 바이오매스에 대해 적외선을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적외선 조사 공정은, 회전형 하우징(110)의 내부에서 교반되는 커피박 또는 바이오매스를 건조하는 공정으로 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적외선 건조 공정은, 적어도 하나의 적외선 램프(142)를 통해 수행되는 것에 한정하지 않고, 적외선을 조사할 수 있는 다양한 수단을 통해 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자외선 조사부(미도시)는 원통형 건조 장치(100)를 통과하는 커피박 또는 바이오매스에 대해 자외선을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 자외선 조사부는 적어도 하나의 자외선 램프(미도시)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 자외선 램프는, 커피박 또는 바이오매스에 대해 다양한 파장대역의 자외선을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 자외선 램프는, 제1 자외선 램프, 제2 자외선 램프 및/또는 제3 자외선 램프를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 자외선 램프는, 제1 파장대역의 자외선을 조사하도록 구성된 자외선 램프일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 파장대역은 약 320nm 내지 약 400nm일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 일 실시예에 따르면, 제1 자외선 램프는, 제1 파장대역의 자외선을 조사하는 UV-A 램프일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 제2 자외선 램프는, 제1 파장대역과 다른 제2 파장대역의 자외선을 조사하도록 구성된 자외선 램프일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 파장대역은, 약 290nm 내지 약 320nm일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 일 실시예에 따르면, 제2 자외선 램프는, 제2 파장대역의 자외선을 조사하는 UV-B 램프일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 제3 자외선 램프는, 제1 파장대역 및 제2 파장대역과 다른 제3 파장대역의 자외선을 조사하도록 구성된 자외선 램프일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제3 파장대역은, 약 200nm 내지 약 290nm일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 일 실시예에 따르면, 제3 자외선 램프는, 제3 파장대역의 자외선을 조사하는 UV-C 램프일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 제1 자외선 램프, 제2 자외선 램프 및 제3 자외선 램프는, 투입부(120) 및 토출부(130)에 각각 설치되어 투입부(120) 및 토출부(130)를 통과하는 커피박 또는 바이오매스에 대해 자외선을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 자외선 램프, 제2 자외선 램프 및 제3 자외선 램프는, 원통형 하우징(110)의 내부에 설치되어 원통형 하우징(110)의 내부에서 교반되는 커피박 또는 바이오매스에 대해 자외선을 조사할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박을 건조하는 공정은, 적외선 조사 공정 및 자외선 조사 공정을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커피박의 적외선 조사 공정 및 자외선 조사 공정은 실질적으로 동시에 수행되거나, 또는 다른 시간대에 수행될 수도 있다. 일 실시예에서, 커피박은, 회전형 하우징(110)의 내부에서 회전형 하우징(110)에 의해 교반되며, 적외선 램프(142)에 의해 적외선이 조사되어 건조될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커피박의 적외선 조사 공정은, 커피박의 수분 함량이 약 0.4% 이하가 될 때까지 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박의 적외선 조사 공정은, 적외선 복사열을 통해 커피박을 건조하는 공정으로 정의 및 해석될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커피박의 적외선 조사 공정은, 회전형 하우징(110)의 내부에서 약 90 도 내지 약 95도의 온도 범위에서 약 30분의 시간 범위에서 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 커피박은, 제1 자외선 램프, 제2 자외선 램프 및 제3 자외선 램프에 의해 자외선이 조사되어 변색(또는 탈색)될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커피박의 자외선 조사 공정은, 약 10분간 자외선이 조사되는 공정으로 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 바이오매스를 건조하는 공정은, 적외선 조사 공정 및 자외선 조사 공정을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 바이오매스의 적외선 조사 공정 및 자외선 조사 공정은 실질적으로 동시에 수행되거나 또는 다른 시간대에 수행될 수도 있다. 일 실시예에서, 바이오매스는, 회전형 하우징(110)의 내부에서 회전형 하우징(110)에 의해 교반되며, 적외선 램프(142)에 의해 적외선이 조사되어 건조될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 바이오매스의 적외선 조사 공정은, 바이오매스의 수분 함량이 약 0.4% 이하가 될 때까지 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 바이오매스는, 제1 자외선 램프, 제2 자외선 램프 및 제3 자외선 램프에 의해 자외선이 조사되어 변색(또는 탈색)될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 바이오매스의 자외선 조사 공정은, 약 10분간 자외선이 조사되는 공정으로 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 바이오매스의 적외선 조사 공정은, 적외선 복사열을 통해 바이오매스를 건조하는 공정으로 정의 및 해석될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 바이오매스의 적외선 조사 공정은, 회전형 하우징(110)의 내부에서 약 60 도 내지 약 65도의 온도 범위에서 약 30분의 시간 범위에서 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 커피박은, 제1 자외선 램프, 제2 자외선 램프 및 제3 자외선 램프에 의해 자외선이 조사되어 변색(또는 탈색)될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커피박의 자외선 조사 공정은, 약 10분간 자외선이 조사되는 공정으로 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박에 대한 건조 공정(P13)과 바이오매스에 대한 건조 공정(P13)은 커피박과 바이오매스의 재질의 차이 및 수분 함량 차이로 인해 각각 별도로 진행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자외선 조사 공정이 수행된 커피박과 바이오매스를 통해 제조된 플라스틱 복합 소재는, 자외선 조사 공정이 수행되지 않은 커피박과 바이오매스를 통해 제조된 플라스틱 복합 소재와 비교할 때, 자외선 노출시의 변색 정도가 상대적으로 낮을 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
도 1을 참조하면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 건조된 커피박을 동결 분쇄하는 공정(P15)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 건조된 커피박을 동결 분쇄하는 공정은, 동결 공정 또는 분쇄 공정을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박의 동결 공정은, 건조된 커피박을 질소 가스를 이용하여 동결시키는 공정으로 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커피박의 동결 공정은, 질소 가스를 이용하여 약 -195도의 온도 범위에서 건조된 커피박을 동결시키는 공정으로 정의 및 해석될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박의 분쇄 공정은, 동결된 커피박을 분쇄하는 공정으로 수행될 수 있다. 동결 공정이 수행된 후 커피박이 분쇄될 때, 동결 공정이 수행되지 않은 상태에서 커피박이 분쇄될 때와 비교하여, 보다 원활하게 분쇄가 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 동결 분쇄 공정(P15)이 수행된 커피박은 약 250μm 내지 약 850μm(micrometer)의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 94 중량% 이상인 입도 분포를 가질 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른, 동결 분쇄 전과 동결 분쇄 후의 커피박의 입도 분포를 나타낸 그래프이다.
하기의 표 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 동결 분쇄 전과 동결 분쇄 후의 커피박의 입도 분포를 나타낸 표이다.
입도 범위(μm) 동결 분쇄 전(중량%) 동결 분쇄 후(중량%)
150 이하 0.0 0.0
150 초과 180 이하 0.2 0.1
180 초과 250 이하 0.8 1.7
250 초과 425 이하 19.7 48.6
425 초과 850 이하 67.9 46.2
850 초과 11.4 3.4
도 3 및 표 1을 참조하면, 동결 분쇄가 수행되기 전 커피박은, 약 150 μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 0.0 중량%, 약 150μm 초과 내지 약 180μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 0.2 중량%, 약 180 μm 초과 약 250μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 0.8 중량%, 약 250μm 초과 약 425μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 19.7 중량%, 약 425μm 초과 약 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 67.9 중량%, 및 약 850μm 초과의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 11.4 중량% 인 입도 분포를 가질 수 있다.도 3 및 표 1을 참조하면, 동결 분쇄가 수행된 커피박은, 약 150 μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 0.0 중량%, 약 150μm 초과 내지 약 180μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 0.1 중량%, 약 180 μm 초과 약 250μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 1.7 중량%, 약 250μm 초과 약 425μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 48.6 중량%, 약 425μm 초과 약 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 46.2 중량%, 및 약 850μm 초과의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 3.4 중량% 인 입도 분포를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 동결 분쇄 공정(P15)이 수행된 커피박은, 약 250μm 초과 약 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 약 95 중량% 일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 동결 분쇄 공정(P15)이 수행된 커피박은, 제1 입도 범위(예: 약 250μm 초과 약 850μm 이하)의 중량 비율이, 나머지 입도 범위의 중량 비율보다 클 수 있다.
일 실시예에 따르면, 동결 분쇄 공정(P15)이 수행된 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재는, 상기 제1 입도 범위의 중량 비율이, 나머지 입도 범위의 중량 비율보다 크게 마련되므로, 플라스틱 복합 소재로 구성된 성형품의 외관에서 균일한 커피박의 분포를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 고분자 수지, 분쇄된 커피박, 건조된 바이오매스 및 제1 첨가물을 혼합한 제1 혼합물을 1차 압출하는 공정(P17)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 제1 압출물 및 제2 첨가물을 혼합한 제2 혼합물을 2차 압출하는 공정(P19)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 1차 압출하는 공정(P17) 및/또는 2차 압출하는 공정(P19)은, 압출기를 통해 수행될 수 있다. 압출기는, 2축 압출기(twin extruder)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 1차 압출하는 공정(P17)은, 고분자 수지, 분쇄된 커피박, 건조된 바이오매스, 및 제1 첨가물을 혼합한 제1 혼합물을 압출하여 제1 압출물(또는 1차 압출물)을 성형하는 공정으로 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 2차 압출하는 공정(P19)은, 제1 압출물 및 제2 첨가물을 혼합한 제2 혼합물을 압출하여 제2 압출물(또는 2차 압출물)을 성형하는 공정으로 수행될 수 있다.
하기의 표 2는 본 개시의 일 실시예에 따른, 1차 압출하는 공정(P17)과 2차 압출하는 공정(P19)에서 첨가되는 첨가물들의 중량 비율을 나타내는 표이다.
공정 소재 중량부
1차 압출 공정(P17) 고분자 수지 100
커피박 3 ~ 30
바이오매스 3 ~ 10
산화방지제 0.1 ~ 2
상용화제 3 ~ 5
충격 보강제 8 ~ 35
2차 압출 공정(P19) UV 안정제 0.1 ~ 18
안료 0.1 ~ 2
일 실시예에 따르면, 1차 압출하는 공정(P17)은, 고분자 폴리머(수지)에 대해 분쇄된 커피박, 건조된 바이오매스, 및 제1 첨가물을 혼합한 제1 혼합물을 1차 압출하여 1차 압출물을 성형하는 공정으로 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 첨가물은, 산화방지제(anti-oxidant), 상용화제(compatibilizer) 또는 충격 보강제(impact modifier) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.일 실시예에 따르면, 1차 압출하는 공정(P17)은, 고분자 수지(또는 폴리머), 분쇄된 커피박, 건조된 바이오매스, 및 제1 첨가물이 혼합된 제1 혼합물을 압출기에 메인 피더(feeder) 및 서브 피더를 통해 투입하고, 투입된 소재들을 압출 성형하여 제1 압출물을 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메인 피더 및 서브 피더를 통해 투입되는 소재들의 중량 비율은, 약 80 대 20일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 1차 압출하는 공정(P17)은, 약 170도 내지 약 180도의 온도 범위에서 직경(Ψ) 약 32 이상인 2축 압출기의 압출 스크류를 통해 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 1차 압출하는 공정(P17)에서 투입되는 소재들의 중량 비율은, 고분자 수지(또는 폴리머) 약 100 중량부를 기준으로, 분쇄된 커피박 약 3 중량부 내지 약 30 중량부, 건조된 바이오매스 약 3 중량부 내지 10 중량부 및 제1 첨가물 약 3.4 중량부 내지 약 37 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고분자 수지는, 폴리프로필렌(polypropylene)계 고분자 수지, 폴리에틸렌(polyethylene)계 고분자 수지, 폴리스타이렌 (polystyrene)계 고분자 수지, 아크릴로나이트릴 부타디엔 스티렌코 폴리머(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer)계 고분자 수지, 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene)계 고분자 수지, 폴리케톤(polyketone)계 고분자 수지, 열가소성 엘라스토(thermoplastic elastomer)계 수지 또는 생분해성(biodegradable) 고분자 수지를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 첨가물은 산화방지제, 상용화제 또는 충격 보강제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 산화방지제는, 페놀(phenol)계 1차 산화 방지제 또는 인(phosphorous)계 2차 산화 방지제를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 1차 압출하는 공정(P17)에서 투입되는 산화방지제의 중량 비율은, 고분자 수지(또는 폴리머) 약 100 중량부를 기준으로, 약 0.1 중량부 내지 약 2 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상용화제는, 폴리프로필렌(polypropylene) 상용화제 또는 폴리에틸렌(polyethylene)에 사용되는 폴리올레핀(polyolefin)계 상용화제를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 1차 압출하는 공정(P17)에서 투입되는 상용화제의 중량 비율은, 고분자 수지(또는 폴리머) 약 100 중량부를 기준으로, 약 3 중량부 내지 약 5 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 충격 보강제는, 올레핀(olefin)계 충격 보강제, 실리콘(silicon)계 충격 보강제, ABS(아크릴로나이트릴, 뷰타다이엔, 스타이렌(acrylonitrile, butadiene, styrene)) 계 충격 보강제 또는 폴리에스터(polyester)계 엘라스토머(elastomer) 충격 보강제를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 1차 압출하는 공정(P17)에서 투입되는 충격 보강제의 중량 비율은, 고분자 수지(또는 폴리머) 약 100 중량부를 기준으로, 약 8 중량부 내지 약 35 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2차 압출하는 공정(P19)은, 제1 압출물에 대해 제2 첨가물을 혼합한 제2 혼합물을 2차 압출하여 2차 압출물을 성형하는 공정으로 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2차 압출하는 공정(P19)은, 제1 압출물, 및 제2 첨가물이 혼합된 제2 혼합물을 압출기에 메인 피더를 통해 투입하고, 투입한 소재들을 압출 성형하여 제2 압출물을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2차 압출하는 공정(P19)에서 투입되는 제2 첨가물의 중량 비율은, 1차 압출하는 공정(P17)에서 투입된 고분자 수지 약 100 중량부를 기준으로, 제2 첨가물 약 0.2 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 첨가물은, UV 안정제(UV stabilizer), 또는 안료(pigment) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, UV 안정제는, 흡수계 UV 안정제, HALS(hindered amine light stabilizers)계 UV 안정제, 과산화물분해제(peroxide decomposer) UV 안정제, 라디칼저해제(radical inhibitor) UV 안정제 또는 퀜쳐(quencher) UV 안정제를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 2차 압출하는 공정(P19)에서 투입되는 UV 안정제의 중량 비율은, 1차 압출하는 공정(P17)에서 투입되는 고분자 수지(또는 폴리머) 약 100 중량부를 기준으로, 약 0.1 중량부 내지 약 18 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 안료는, 유기 안료 또는 무기 안료를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 2차 압출하는 공정(P19)에서 투입되는 안료의 중량 비율은, 1차 압출하는 공정(P17)에서 투입되는 고분자 수지(또는 폴리머) 약 100 중량부를 기준으로, 약 0.1 중량부 내지 약 2 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2차 압출하는 공정(P19)은, 약 110도 내지 약 160도의 온도 범위에서 직경(Ø) 약 32 이상인 2축 압출기의 압출 스크류를 통해 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 2차 압출물을 적외선 건조하는 공정(P21)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 2차 압출물을 적외선 건조하는 공정(P21)은, 회전형 하우징(110)의 내부에서 2차 압출물을 약 85 도 내지 약 90 도의 온도 범위에서 약 30분의 시간 범위에서 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적외선 건조하는 공정이 수행되어 2차 압출물이 건조된 플라스틱 복합 소재가 성형될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 건조된 복합 소재를 포장하는 공정(P23)을 포함할 수 있다.
도 4a는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다. 도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4b의 실시예들은, 도 1 내지 도 3의 실시예들과 결합될 수 있다.
도 4a의 비교예는 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서 건조된 커피박에 대해 자외선 조사를 수행하지 않고, UV 안정제를 투입하여 제조된 플라스틱 복합 소재이고, 도 4b의 실시예는 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서 건조된 커피박에 대해 자외선 조사를 수행하고, UV 안정제를 투입하여 제조된 플라스틱 복합 소재일 수 있다.
도 4b를 참조하면, 도 4a와 비교할 때, 플라스틱 복합 소재의 변색율이 낮은 것으로 확인될 수 있다.
자외선 조사 공정이 수행되지 않은 플라스틱 복합 소재의 색차계 값인 변색도(△E) 값은, UV-A에 대해 약 5.35, UV-B에 대해 약 3.95인 것으로 확인될 수 있다.
자외선 조사 공정이 수행된 플라스틱 복합 소재의 색차계 값인 변색도(△E) 값은, UV-A에 대해 약 4.4, UV-B에 대해 약 3.0 인 것으로 확인될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자외선 조사 공정이 수행된 플라스틱 복합 소재는, 자외선 조사 공정이 수행되지 않은 플라스틱 복합 소재와 비교할 때, 자외선 장기 노출시의 변색 정도가 낮을 수 있다.
도 5는 본 개시의 비교예 또는 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재의 충격 강도를 나타낸 그래프이다.
도 5의 실시예는, 도 1 내지 도 4b의 실시예들과 결합될 수 있다.
하기의 표 3은 본 개시의 비교예 또는 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재의 물성 값들을 나타낸 표이다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1
충격 강도(J/m) 123.4 148.4 156.9
인장 강도(MPa) 14.5 15.2 15.3
인장 탄성률(MPa) 1,303 1,291 1,426
굴곡 강도(MPa) 19.3 19.7 20.2
굴곡 탄성률(MPa) 997 955 1,045
비교예 1의 플라스틱 복합 소재는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서, 바이오매스를 사용하지 않고 건조되지 않은 커피박을 사용하여 제조된 플라스틱 복합 소재일 수 있다. 비교예 2의 플라스틱 복합 소재는, 바이오매스를 사용하고 건조되지 않은 바이오매스 및 커피박을 사용하여 제조된 플라스틱 복합 소재일 수 있다. 실시예 1의 플라스틱 복합 소재는, 바이오매스를 사용하고 건조된 바이오매스 및 커피박을 사용하여 제조된 플라스틱 복합 소재일 수 있다.바이오매스를 사용하고 건조된 바이오매스 및 커피박을 사용하여 제조된 플라스틱 복합 소재(실시예 1)는, 충격 강도(impact strength), 인장 강도(tensile strength), 인장 탄성률(youngs modulus), 굴곡 강도(flexural strength) 또는 굴곡 탄성률(flexural modulus)이 비교예 1 또는 비교예 2보다 개선된 것으로 확인될 수 있다.
도 6a는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다. 도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다. 도 6c는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다. 도 6d는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6d의 실시예들은, 도 1 내지 도 5의 실시예들과 결합될 수 있다.
도 6a의 플라스틱 복합 소재는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서, 2축 압출기(압출 스크류의 직경(Ø) 32)를 사용하여 1차 압출하는 공정(P17)이 수행되고 2차 압출하는 공정(P19)이 수행되지 않고 제조된 플라스틱 복합 소재이고, 그 충격 강도는 152(J/m)인 것으로 확인될 수 있다. 도 6b의 플라스틱 복합 소재는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서, 2축 압출기(압출 스크류의 직경(Ø) 32)를 사용하여 1차 압출하는 공정(P17) 및 2차 압출하는 공정(P19)이 수행되어 제조된 플라스틱 복합 소재이고, 그 충격 강도는 180(J/m)인 것으로 확인될 수 있다.
도 6c의 플라스틱 복합 소재는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서, 2축 압출기(압출 스크류의 직경(Ø) 75)를 사용하여 1차 압출하는 공정(P17)이 수행되고 2차 압출하는 공정(P19)이 수행되지 않고 제조된 플라스틱 복합 소재이고, 그 충격 강도는 약 152(J/m)인 것으로 확인될 수 있다. 도 6d의 플라스틱 복합 소재는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서, 2축 압출기(압출 스크류의 직경(Ø) 75)를 사용하여 1차 압출하는 공정(P17) 및 2차 압출하는 공정(P19)이 수행되어 제조된 플라스틱 복합 소재이고, 그 충격 강도는 180(J/m)인 것으로 확인될 수 있다.
도 6a의 플라스틱 복합 소재 또는 도 6c의 플라스틱 복합 소재의 단면과 비교할 때, 도 6b의 플라스틱 복합 소재 또는 도 6d의 플라스틱 복합 소재의 단면은, 상대적으로 균일한 표면(또는 외관)을 가진 것으로 확인될 수 있다.
도 6a의 플라스틱 복합 소재 또는 도 6c의 플라스틱 복합 소재와 비교할 때, 도 6b의 플라스틱 복합 소재 또는 도 6d의 플라스틱 복합 소재는, 상대적으로 개선된 충격 강도를 가진 것으로 확인될 수 있다.
도 7a는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다. 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7b의 실시예들은, 도 1 내지 도 6d의 실시예들과 결합될 수 있다.
도 7a의 플라스틱 복합 소재는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서 동결 분쇄 공정(P15)이 수행되지 않고 제조된 플라스틱 복합 소재일 수 있다. 도 7b의 플라스틱 복합 소재(1000)는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 분쇄 공정(P15)이 수행되어 제조된 플라스틱 복합 소재일 수 있다.
도 7a의 플라스틱 복합 소재와 비교할 때, 도 7b의 플라스틱 복합 소재(1000)의 단면이 상대적으로 균일한 입도 분포를 갖는 표면(또는 외관)을 가진 것으로 확인될 수 있다.
도 8a 내지 도 8b는 본 개시의 비교예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다. 도 8c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8c의 실시예들은, 도 1 내지 도 7b의 실시예들과 결합될 수 있다.
도 8a의 플라스틱 복합 소재는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서, 동결 분쇄 공정(P15) 및 2차 압출 공정(P19)이 수행되지 않고 제조된 플라스틱 복합 소재일 수 있다. 도 8b의 플라스틱 복합 소재는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서, 동결 분쇄 공정(P15)이 수행되지 않고 2차 압출 공정(P19)이 수행되어 제조된 플라스틱 복합 소재일 수 있다. 도 8c의 플라스틱 복합 소재(1000)는, 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에서, 동결 분쇄 공정(P15) 및 2차 압출 공정(P19)이 수행되어 제조된 플라스틱 복합 소재일 수 있다.
도 8a의 플라스틱 복합 소재와 비교할 때, 도 8c의 플라스틱 복합 소재(1000)는, 플라스틱 복합 소재의 일단(또는 말단)의 몰림 현상이 발생되지 않고, 상대적으로 균일한 표면(또는 외관)을 가진 것으로 확인될 수 있다.
도 8b의 플라스틱 복합 소재와 비교할 때, 도 8c의 플라스틱 복합 소재(1000)는, 상대적으로 균일한 표면(또는 외관)을 가진 것으로 확인될 수 있다.
도 9a 내지 도 9b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재로 구성된 커버 부재를 나타낸 도면이다. 도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재로 구성된 커버 부재를 나타낸 도면이다.
도 9a 내지 도 10의 실시예들은, 도 1 내지 도 8b의 실시예들과 결합될 수 있다.
도 9a 내지 도 10을 참조하면, 커버 부재(210)는 제1 커버(211) 및 제2 커버(212)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 커버(211) 및 제2 커버(212)는 각각 도 1의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에 의해 제조된 플라스틱 복합 소재로 성형된 커버 부재일 수 있다.
도 9a 내지 도 9b를 참조하면, 커버 부재(210)는 적어도 일 부분이 접히거나 또는 펼쳐지도록 구성된 전자 장치(220)(예: 폴더블 스마트폰)의 커버 부재로 사용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 커버 부재(210)는 이어폰 타입 전자 장치(예: 무선 블루투스 이어폰)의 커버 부재로 사용될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재는, 전자 장치의 커버 부재로 사용되는 것에 한정되지 않고, 차량용 외장 부재를 위해 사용되거나 또는 이외에도 다양한 부재를 위해 사용될 수 있다.
커피콩에서 커피를 추출한 찌꺼기인 커피박(coffee grounds)을 활용한 플라스틱 복합 소재에 대한 관련 기술들이 제시되고 있다. 관련 기술들은, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재를 제시하기는 하나, 단순히 커피박만을 포함할 뿐, 커피박이 첨가됨으로써 필요한 별도의 공정들은 제시되지 않고 있다.
관련 기술들의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재는, 커피박의 입자 크기가 불균일하게 마련되어 플라스틱 복합 소재의 표면이 고르지 않아 상품성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 관련 기술들의 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재는, 커피박의 입자 크기가 불균일하게 마련됨으로써, 플라스틱 복합 소재를 제조할 때, 첨가되는 첨가물들이 골고루 섞이지 않음으로써 플라스틱 복합 소재의 물성 값이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 고른 표면(또는 외관)을 갖는 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재 및 그 제조 방법, 이를 이용한 제품과 제품의 특징을 제공할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 개선된 물성 값을 갖는 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
다만, 본 개시에서 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확정될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재는, 균일한 입도 분포를 갖는 커피박을 포함함으로써 미려한 제품 표면을 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재는, 자외선에 대한 변색이 완화될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른, 플라스틱 복합 소재는, 커피박이 포함되더라도 물성이 저하되지 않을 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 플라스틱 복합 소재(예: 도 7b의 플라스틱 복합 소재(1000) 또는 도 8c의 플라스틱 복합 소재(1000))는, 커피박(coffee grounds)을 포함할 수 있다. 상기 커피박의 입도 분포는, 250μm 초과 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 94 중량 % 이상일 수 있다. 상기 플라스틱 복합 소재의 색차계 값은, 4.0 이하이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 커피박의 입도 분포는, 250μm 초과 425μm 이하의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 48.6 중량 % 이상일 수 있다. 상기 커피 박의 입도 분포는, 425μm 초과 850μm 이하의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 46.2 중량 % 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 250μm 초과 850μm 이하의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 중량 비율은, 180μm 초과 250μm 이하의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 중량 비율보다 52 배 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 850μm 초과의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 중량 비율은, 3.4 중량 % 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라스틱 복합 소재의 색차계 값은, UV-A에 대해 4.4 이하 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 플라스틱 복합 소재의 색차계 값은, UV-B에 대해 3.0 이하 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라스틱 복합 소재의 충격 강도는, 123.4(J/m) 내지 190.4(J/m)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라스틱 복합 소재의 인장 강도는, 14.5Mpa 내지 16.1Mpa일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라스틱 복합 소재의 인장 탄성률은, 1,291Mpa 내지 1,561Mpa일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라스틱 복합 소재의 굴곡 강도는, 19.3Mpa 내지 21.1Mpa일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라스틱 복합 소재의 굴곡 탄성률은, 955Mpa 내지 1,135Mpa일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법은, 커피박과 바이오매스를 준비하는 공정(예: 도 1의 공정 P11); 상기 커피박과 상기 바이오매스를 건조하는 공정(예: 도 1의 공정 P13); 상기 건조된 커피박을 동결 분쇄하는 공정(예: 도 1의 공정 P15)으로서, 상기 건조된 커피박이 분쇄된 커피박의 입도 분포는 250μm 초과 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 94 중량 % 이상인, 동결 분쇄하는 공정; 고분자 수지, 상기 분쇄된 커피박, 상기 건조된 바이오매스, 및 제1 첨가물을 혼합하여 1차 압출하는 공정(예: 도 1의 공정 P17); 상기 1차 압출하는 공정에 의해 압출된 1차 압출물 및 제2 첨가물을 혼합하여 2차 압출하는 공정(예: 도 1의 공정 P19); 및 상기 2차 압출하는 공정에 의해 압출된 2차 압출물을 건조하는 공정(예: 도 1의 공정 P21)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 건조하는 공정은, 상기 커피박과 상기 바이오매스를 각각 별도로 건조하는 공정일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 건조하는 공정은, 적외선 조사 공정 및 자외선 조사 공정을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자외선 조사 공정은, 상기 커피박 또는 상기 바이오매스에 대해 UV-A, UV-B 또는 UV-C 중 적어도 하나를 조사하는 공정일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적외선 조사 공정은, 상기 커피박 또는 상기 바이오매스의 수분 함량이 4% 이하가 될 때까지 수행되는 공정일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 바이오매스는, 목분(wood meal), 볏짚(rice straw), 왕겨(rice husk), 쌀겨(rice bran), 대두피(soybean hull), 또는 소맥피(wheat bran) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 고분자 수지는, 폴리프로필렌(polypropylene)계 고분자 수지, 폴리에틸렌(polyethylene)계 고분자 수지, 폴리스타이렌 (polystyrene)계 고분자 수지, 아크릴로나이트릴 부타디엔 스티렌코 폴리머(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer)계 고분자 수지, 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene)계 고분자 수지, 폴리케톤(polyketone)계 고분자 수지, 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer)계 수지 또는 생분해성(biodegradable) 고분자 수지를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 첨가물은, 산화방지제, 상용화제 또는 충격 보강제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 첨가물은, UV 안정제 또는 안료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 1차 압출하는 공정에서 투입되는 상기 분쇄된 커피박은, 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로, 3 중량부 내지 30 중량부일 수 있다. 상기 1차 압출하는 공정에서 투입되는 상기 건조된 바이오매스는, 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로, 3 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 상기 1차 압출하는 공정에서 투입되는 상기 제1 첨가물은, 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로, 3.4 중량부 내지 37 중량부일 수 있다. 상기 2차 압출하는 공정에서 투입되는 상기 제2 첨가물은, 상기 1차 압출하는 공정에서 투입되는 고분자 수지 100 중량부를 기준으로, 0.2 중량부 내지 20 중량부일 수 있다.
이상, 본 문서의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 문서의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

Claims (15)

  1. 커피박(coffee grounds)을 포함하는 플라스틱 복합 소재(예: 도 7b의 플라스틱 복합 소재(1000) 또는 도 8c의 플라스틱 복합 소재(1000))에 있어서,
    상기 커피박의 입도 분포는, 250μm 초과 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 94 중량 % 이상이고,
    상기 플라스틱 복합 소재의 색차계 값은, 4.4 이하인 플라스틱 복합 소재.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 커피박의 입도 분포는, 250μm 초과 425μm 이하의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 48.6 중량 % 이상이고, 425μm 초과 850μm 이하의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 46.2 중량 % 이상인 플라스틱 복합 소재.
  3. 제1 항 내지 제2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    250μm 초과 850μm 이하의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 중량 비율은, 180μm 초과 250μm 이하의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 중량 비율보다 52 배 이상인 플라스틱 복합 소재.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    850μm 초과의 입자 입도를 갖는 커피박 입자의 중량 비율은, 3.4 중량 % 이하인 플라스틱 복합 소재.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합 소재의 색차계 값은,
    UV-A에 대해 4.4 이하이하이고, UV-B에 대해 3.0 이하인 플라스틱 복합 소재.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합 소재의 충격 강도는,
    123.4(J/m) 내지 190.4(J/m)인 플라스틱 복합 소재.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합 소재의 인장 강도는,
    14.5Mpa 내지 16.1Mpa 인 플라스틱 복합 소재.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합 소재의 인장 탄성률은,
    1,291Mpa 내지 1,561Mpa인 플라스틱 복합 소재.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합 소재의 굴곡 강도는,
    19.3Mpa 내지 21.1Mpa인 플라스틱 복합 소재.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합 소재의 굴곡 탄성률은,
    955Mpa 내지 1,135Mpa인 플라스틱 복합 소재.
  11. 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법에 있어서,
    커피박과 바이오매스를 준비하는 공정(예: 도 1의 공정 P11);
    상기 커피박과 상기 바이오매스를 건조하는 공정(예: 도 1의 공정 P13);
    상기 건조된 커피박을 동결 분쇄하는 공정(예: 도 1의 공정 P15)으로서, 상기 건조된 커피박이 분쇄된 커피박의 입도 분포는 250μm 초과 850μm 이하의 입도를 갖는 커피박 입자의 비율이 94 중량 % 이상인, 동결 분쇄하는 공정;
    고분자 수지, 상기 분쇄된 커피박, 상기 건조된 바이오매스, 및 제1 첨가물을 혼합하여 1차 압출하는 공정(예: 도 1의 공정 P17);
    상기 1차 압출하는 공정에 의해 압출된 1차 압출물 및 제2 첨가물을 혼합하여 2차 압출하는 공정(예: 도 1의 공정 P19); 및
    상기 2차 압출하는 공정에 의해 압출된 2차 압출물을 건조하는 공정(예: 도 1의 공정 P21)을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 건조하는 공정은,
    상기 커피박과 상기 바이오매스를 각각 별도로 건조하는 공정인 플라스틱 복합 소재의 제조 방법.
  13. 제11 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건조하는 공정은,
    적외선 조사 공정 및 자외선 조사 공정을 포함하는 플라스틱 복합 소재의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 자외선 조사 공정은,
    상기 커피박 또는 상기 바이오매스에 대해 UV-A, UV-B 또는 UV-C 중 적어도 하나를 조사하는 공정인 플라스틱 복합 소재의 제조 방법.
  15. 제13 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적외선 조사 공정은,
    상기 커피박 또는 상기 바이오매스의 수분 함량이 4% 이하가 될 때까지 수행되는 공정인 플라스틱 복합 소재의 제조 방법.
PCT/KR2023/005114 2022-07-05 2023-04-14 커피박을 포함하는 플라스틱 복합 소재 및 그 제조 방법, 이를 이용한 제품과 제품의 특징 WO2024010186A1 (ko)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011057920A (ja) * 2009-09-14 2011-03-24 Aska Company コーヒー残渣混合プラスチック成形品
KR101217599B1 (ko) * 2011-12-31 2013-01-02 주식회사 다산 식물체 바이오매스를 이용한 친환경 바이오 베이스 필름 및 그 제조방법
KR101344471B1 (ko) * 2012-01-13 2013-12-24 주식회사 에버그린 커피 부산물을 이용한 바이오 플라스틱 및 그 제조방법
KR102163344B1 (ko) * 2019-10-10 2020-10-12 주식회사 안센 바이오플라스틱의 제조 방법, 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 및 이를 사용한 필름, 쉬트 또는 용기
KR20220046912A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 차진혁 목질계 바이오매스 및 전분계 바이오매스를 함유하는 바이오플라스틱의 제조 방법, 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 및 이를 사용한 필름, 쉬트 또는 용기

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011057920A (ja) * 2009-09-14 2011-03-24 Aska Company コーヒー残渣混合プラスチック成形品
KR101217599B1 (ko) * 2011-12-31 2013-01-02 주식회사 다산 식물체 바이오매스를 이용한 친환경 바이오 베이스 필름 및 그 제조방법
KR101344471B1 (ko) * 2012-01-13 2013-12-24 주식회사 에버그린 커피 부산물을 이용한 바이오 플라스틱 및 그 제조방법
KR102163344B1 (ko) * 2019-10-10 2020-10-12 주식회사 안센 바이오플라스틱의 제조 방법, 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 및 이를 사용한 필름, 쉬트 또는 용기
KR20220046912A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 차진혁 목질계 바이오매스 및 전분계 바이오매스를 함유하는 바이오플라스틱의 제조 방법, 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 및 이를 사용한 필름, 쉬트 또는 용기

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