KR100694293B1 - 미분체 펄프의 진공 성형방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적인 해리기 등을 이용하여 얻은 폐지, 목재 등으로 부터 얻어진 펄프를 건식으로 미세 분쇄하여 미분체를 얻고, 상기 미분체 펄프를 이용하여 건식법에 의한 펄프 몰드를 성형하는 미분체 펄프를 이용한 진공 성형방법 및 장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 통상의 방법으로 얻어진 펄프를 미세 분쇄하여 미분체로 얻고 펄프 몰드 제조를 위한 접착제를 건식으로 충분히 혼합하여 미분체 혼합펄프를 얻고, 상기 미분체 혼합펄프는 일정량만큼 하부 저장챔버(14)에 저장시켜 공기와의 혼합물 형태로 송풍용 팬(12)에 의해 부유된 상태로 유동하도록 한 후, 플런져(7)을 아래로 내려 상부챔버(2)와 하부저장챔버(14)가 서로 통하게 한 후 진공 및 가압구(1)을 통해 진공 상태로 급격히 감압함으로써 하부 저장챔버(14)내에서 유동하던 미분체 혼합펄프가 미세기공을 갖는 상형금형(3)에 진공에 의해 흡수되어 부착되도록 하고, 하형금형(5)가 상부챔버(2)내부로 삽입되고 플런져(7)의 상승에 의해 상형금형(3)에 부착된 미분체 펄프 적층층을 가온 압착하여 밀도 높은 펄프몰드로 성형하고, 진공 및 가압구(1)을 통해 가압 공기를 공급하여 상형금형(3)으로부터 성형체를 분리시켜 하형금형(5)에 놓이게 하고, 플런져(7)의 하강과 함께 하형금형(5)이 출입구(8)을 통해 상부챔버(2)밖으로 빠져나오도록 성형방법을 제시하는 것이 특징인 미분체 펄프의 진공 성형방법 및 장치에 관한 것이다.

미분체 펄프, 미분체 혼합펄프, 상부챔버, 하부저장챔버,송풍용 팬, 플런져, 진공 및 가압구, 진공성형, 가온 가압, 가습 및 가압구, 이형 분리

Description

미분체 펄프의 진공 성형방법 및 장치{vacuum formation method of fine particled pulp and its apparatus}

도1은 본 발명의 성형장치의 일부절개 사시도이며,

도2는 본 발명의 성형장치의 진공 성형 공정중의 예시도이며 a)는 펄프 혼합물 이송 및 진공흡착공정, b)는 가압성형 및 건조 후 하형금형의 이동 공정, c)는 성형물 이형(離型) 후의 펄프 몰드 배출 공정을 나타낸다.

도안 3은 공정흐름도 이며,

도 4 는 펄프와 전분첨가제로 이루어진 혼합펄프의 형상.

도 5, 6은 본 발명에서 성형한 펄프몰드의 형상

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 진공 및 가압구 2 : 상부챔버

3 : 상형금형 4 : 가습 및 가압구

5 : 하형금형 7 : 플런져

8 : 출입구 11 : 혼합펄프 공급로

12 : 송풍용 팬 14 : 하부저장챔버

본 발명은 일반적인 해리기 등을 이용하여 얻은 폐지, 목재 등으로 얻어진 펄프를 건식으로 미세 분쇄하며 미분체를 얻고, 상기 미분체 펄프를 이용하여 건식법에 의한 펄프 몰드를 성형하는 미분체 펄프의 진공 성형방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 펄프몰드의 종류는 제조공정에 따라 2가지로 나누어진다. 펄프몰드는 크게 진공탈수성형 방식과 프레스탈수성형 방식으로 나누어지고 진공탈수성형 방식에는 회전식 기계에 의한 소프트몰드(soft mould)와 프레스식 기계에 의한 하드몰드(hard mould)로 나누어진다. 소프트몰드는 흔히 습식 펄프몰드라 하고, 하드몰드는 건식 펄프몰드라고 한다.

습식 펄프몰드는 하나의 금형으로 틀을 잡은 후 라인을 통해 이동하면서 자연 건조되는 방식을 말한다. 통풍성이 뛰어나나 표면이 매끄럽지 못하여 주로 계란 트레이나 농산물 포장에 사용되고 있다.

반면에 건식 펄프몰드는 제조법은 습식 이후에 나온 방법으로 금형의 형상에 따라 어떠한 모양도 성형하여 만들 수 있기 때문에 치수 정밀도가 요구되는 각종 공산품 포장완충재, 정보통신기기 완충재, 식품용기, 과일쟁반 등의 용도로 사용된다. 표면은 부드럽고 매끄럽게 처리되어 상품의 가치를 높이고 있으며 완충성을 겸비할 수 있으며 몰드를 통한 성형으로 이음매도 없는 입체구조를 지닐 수 있는 특성이 있다. 이런 특성들로 인해 건식 펄프몰드는 많은 연구가들로부터 개발 대상으로 부상되고 있으며 그 사용이 확대되고 있는 추세에 있다.

이미 알려진 바와 같이 펄프 몰드는 재활용이 가능한 친환경성이 높은 장점을 가지고 있으므로 유럽을 필두로 선진국에서의 포장재로서의 수요가 급증하고 있는 실정이다.

일반적으로 펄프몰드의 제조방법은 습식, 건식 모두 펄프 원료에 대해 50-120배정도의 물을 첨가하여 교반조에 해리 분산시킨 후 STS망이 부착된 금형을 이용하여 상기 반죽상태의 펄프액을 흡입하거나 스프레이 법으로 분산시켜 펄프를 부착시키고 이것을 금망으로부터 탈착하고 다시 일정한 형태의 금형에서 가온 및 가압시킨 후 열기 중에서 다시 건조시켜 제조한다.

상기와 같은 물을 이용한 습식 해리방법은 막대한 양의 용수가 필요하며, 교반조 및 저장조 등의 부대설비가 필요하여 공간이 크게 많이 필요할 뿐만 아니라 동 장비의 설비비 또한 아주 큰 편이며, 펄프액의 부패 등의 방지를 위해 방부제 등의 첨가가 필요하므로 폐수발생을 피할 수 없으며, 그 처리에 있어서도 큰 문제점으로 부각되고 있다. 또한 공정이 복잡하고 펄프액의 이송 및 성형에 있어 여러 단계의 공정이 요구됨에 따라 제조 속도가 느리며, 설비가격이 아주 높기 때문에 펄프몰드 제조단가의 상승 요인 등으로 작용하고 있어 저가의 펄프몰드 제조에는 아직 문제점이 많이 남아 있다.

또 다른 방법으로는 다량의 점결제와 혼합하여 반죽상태를 만들어 가압 성형하거나, 미리 판재를 성형한 후 이 판재를 다시 성형틀에서 2차 성형하는 방법이 있으나 반죽상태를 이용할 경우 성형 후 금형에서 이형하여 건조할 경우 성형체의 뒤틀림 등의 변형 및 균열의 발생이 심하여, 이를 방지하기 위해서는 건조 시간을 30분 이상으로 유지해야 하는 등의 단점이 있으며, 한편, 판재를 미리 제조하여 2차가공을 하여 포장용기 등을 제조하는 경우에도 환경에 문제가 될 수 있는 열가소성 합성수지계를 다량 사용하거나 아니면 잔존하는 수분이 많이 남긴 반 건조 상태를 유지해야 한다. 또한 상기 두 가지의 건식 성형법인 반죽이용법 및 판재성형 등의 예비성형법 모두 형상이 복잡한 펄프몰드를 제조하는 경우에는 균열의 발생 및 파손 현상이 대량 발생하는 문제점이 있어 실용화에는 제대로 적용되지 못하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명에서는 상기 단점들은 개선하기 위해 통상의 건식 지류해리기 등을 이용하여 얻은 여러 종류의 펄프를 건식으로 미세 분쇄함으로서 미분체 펄프를 얻고, 상기 미분체 펄프에 접착제 등을 혼합하여 미분체 혼합펄프를 얻고, 상기 건조된 상태의 미분체 혼합펄프를 공기로 부유시켜 이송시킴으로 물 등의 습식 매체를 전혀 사용하지 않고 진공장치에 의해 금형에 부착한 다음 또 다른 금형을 이용하여 가압 및 가열하여 펄프몰드를 제조하는 방법 및 장치에 대하여 제안하고자 한다.

본 발명은 종래의 펄프몰드 제조방법이 가지고 있는 여러 가지 단점을 완전히 해결할 수 있는 새로운 펄프몰드 제조공정에 관한 것으로서, 물을 사용하지 않고 분쇄기를 이용하여 건식으로 미분체 펄프를 얻고, 상기 미분체 펄프에 용도에 따라 여러 가지 접착제를 건식으로 혼합한 다음 이들 미분체 혼합물을 공기로 이동시키고, 진공방법을 이용하여 금형에 부착시킨 후, 가압 가열하여 성형하는 미분체 펄프의 진공 성형방법 및 장치에 관 한 것이다.

또한 본 미분체 펄프 몰드의 제조 공정은 기존의 건식 펄프몰드의 성형공정과 달리 물을 거의 사용하지 않는 새로운 방식의 건식 펄프몰드 제조 기술로 폐수의 발생이 전혀 없는 완전한 친환경성 공정이며, 펄프의 이송 매체도 물을 전혀 사용하지 않으므로 건조공정이 거의 필요 없게 되므로 에너지 효율이 높고 콤팩트한 설비공간이 가능하게 되어 생산효율이 우수하며 생산단가를 줄여 줄 수 있음은 물론, 완전 건조된 미분체 펄프 혼합체를 사용하여 매회의 단위 공정 당 일정량씩만 공급하여 성형하므로 제품의 두께 조절 및 치수 안정성이 우수한 장점들을 가지고 있는 펄프 성형공정방법을 제공하여 상품성이 우수한 건식 펄프몰드를 얻을 수 있도록 함을 목적으로 한 것이다.

본 발명은 일반적인 폐지, 목재 등으로 얻어진 펄프를 건식으로 미세 분쇄하여 미분체를 얻고, 상기 미분체 펄프를 이용하여 건식법에 의한 펄프 몰드를 성형함에 있어 그 제조 방법과 성형장치에 관한 것으로, 펄프 몰드 제조를 위한 접착제를 건식으로 충분히 혼합하여 미분체 혼합펄프를 얻고, 상기 미분체 혼합펄프는 도1의 장치를 이용하며 성형장치의 작동단계는 도2와 같으며 장치의 구성 및 전체공정을 설명하면 아래와 같다.

상기한 도1의 미분체 펄프의 진공성형 장치의 구성을 설명하면, 미분체 혼합펄프는 일정량만큼을 하부저장챔버(14)에 저장시켜 공기와의 혼합물 형태로 송풍용 팬(12)에 의해 부유된 상태로 계속 유동하도록 하면서, 플런져(7)를 아래로 내려 상부챔버(2)와 하부저장챔버(14)가 서로 연결되게 한 후 진공 및 가압구(1)을 통해 진공 상태로 감압함으로써 하부 저장챔버(14)내에서 유동하던 미분체 혼합펄프가 미세기공을 갖는 상형금형(3)에 진공 흡수되어 부착되도록 함과 동시에 가습 및 가압구(4)를 통해 수증기를 혼합하는 기능을 갖는 장치와,

하형금형(5)이 측면에서 상부챔버(2)내부로 이동하여 상승하는 플런져(7)위에 놓여지게 되고 계속되는 플런져(7)의 상승에 의해 가온된 하형금형(5)의 상층부가 상형금형(3)에 부착된 미분체 펄프 적층층을 가온 가합하여 밀도 높은 펄프몰드로 성형하는 기능을 갖는 장치와,

진공 및 가압구(1)을 통해 가압 공기를 이용하여 상형금형(3)으로부터 성형된 펄프몰드 분리시켜 하형금형(5)에 놓이게 하고, 플런져(7)의 하강과 함께 하형금형(5)이 출입구(8)을 통해 상부 챔버(2)밖으로 빠져나오도록 하는 기능을 갖는 장치로 구성된 것이 특징이다.

또한 본 발명의 상기 장치를 이용하여 도3의 공정을 이용한 실시예로, 도4에는 본 발명에서 제조된 미분체 혼합분말의 주사전자현미경 사진이며,

도5와 도6은 각 실시예의 펄프몰드의 형상을 나타내고 있으며, 각 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1공정 : 미분체 펄프제조공정

폐지 및 지류를 통상의 지류해리기를 이용하여 얻어진 적합한 상태로 해리된 펄프를 이용하여 미분체 펄프를 제조하는 공정이다.

일정한 크기로 절단된 폐지류를 건식 미세 분쇄기에 투입한 다음 커터날이 부착된 임펠러의 회전속도를 분당 500-3000rpm의 조건으로 5-30분간 작동시켜 폐지 및 지류를 미세 분쇄하여 펄프몰드 제조에 사용될 미분체 펄프를 얻는 공정이다.

제2공정 : 미분체 혼합펄프의 제조공정

본 공정은 제1공정에서 얻어진 미분체 펄프에 전분, CMC(carboxy methyl Cellulose)등의 접착제와 혼합하여 미분체 혼합분말을 얻는 공정이다.

즉 전분의 경우 상기 미분체 펄프 100g에 대하여 0.01-50g을 첨가하고, 상기 미세 분쇄기에 투입한 다음 임펠러의 회전속도를 분당 500-1000rpm의 조건으로 1-20분간 동안 재분쇄하면서 균일하게 혼합하는 공정으로 상기 전분을 첨가하여 얻은 미분체 혼합펄프의 형상은 도4에 나타냈으며 구형의 미분체 분말이 펄프와 분산되어 부착되고 있음을 보여주고 있다.

CMC의 경우는 상기 미분체 펄프 100g에 대하며 1-50g을 첨가하고, 상기 미세 분쇄기에 투입한 다음 임펠러의 회전속도를 분당 500-1000rpm의 조건으로 1-20분간 동안 재분쇄하면서 균일하게 혼합한다.

제3공정 : 혼합펄프 이송 및 흡착 공정

본 공정은 도2의 a)에 나타내고 있으며, 공기와의 미분체 혼합펄프의 혼합물이 균일하게 유동하도록 상부챔버(2)를 0.8-0.2기압으로 감압시켜 하부저장용기(14)중에 부유하는 미분체 혼합펄프 혼합물을 이동시키면서 가습 및 가압구(4)를 통해 80-180℃의 온도와 상대습도 50-100％의 수증기를 유입되도록 하여 이동되는 상기 미분체 혼합펄프에 수분이 부착되면서 이동되도록 하고 이어 0.1-0.001기압의 진공 상태로 급격하게 감압함으로써 가습된 미분체 혼합펄프가 상형금형(3)에 진공 흡수되어 부착되도록 하고 이어 부착된 미분체 혼합펄프는 가습 및 가압구(4)를 통해 10-50기압의 압력으로 1-30초동안 다시 가압하여 혼합 펄프 부착층을 치밀화하는 혼합펄프 이송 및 금형에 흡착시키는 공정이다.

즉 첨가제가 혼합된 미분체 혼합펄프를 공기를 이용하여 일정한 음량의 미 분체 혼합 펄프 와 공기의 혼합물을 보관할 수 있으며 부피변화를 줄 수 있는 주름장치(10)가 부착되어 있어 하부저장챔버(14)의 부피변화가 가능하여 미분체 혼합펄프 혼합물의 겉보기 밀도를 조절할 수 있으며, 플런져(7)의 하강에 의해 하부저장챔버(14)와 상부챔버(2)가 서료 연결되고 이어 진공 및 가압구(1)을 통해 진공 상태로 급격히 감압함으로써 하부 저장챔버(14)내에서 유동하던 미분체 혼합펄프가 미세기공을 갖는 상형금형(3)에 진공 흡수되어 부착되도록 하는 혼합펄프 이송 및 진공흡착하는 공정이다.

보다 상세하게는 오링이 부착된 밀폐구(13)을 통해 플런져(7)가 위로 이동하여 하부저장챔버(14)를 밀폐한 후 송풍용 팬(12)을 이용하여, 하부저장챔버(14)내에 공기와의 미분체 혼합펄프의 혼합물이 균일하게 유동하도록 한 후 플런져(7)을 하강시켜 상부챔버(2)와 하부저장챔버(14)가 서로 연결되도록 하고 상부챔버(2)내를 감압시켜 하부저장용기(14)중에 부유하는 미분체 혼합펄프 혼합물을 상부챔버 (2)로 이동시키며, 이와 동시에 가온 및 가습된 수증기를 가습 및 가압구(4)를 통해 유입되도록 하며 이동되는 분체에 부착되도록 부유하면서 이동되도록 하고, 진공 및 가압구(1)을 통해 진공 상태로 상부챔버(2)내부를 급격 감압함으로써 상부챔버(2)내에서 부유하고 있는 미분체 혼합펄프가 미세기공을 갖는 상형금형(3)에 진공 흡수되어 부착되도록 하고 이어 부착된 미분체 혼합펄프의 안착을 위해 일정한 압력으로 짧은 시간동안 가습 및 가압구(4)를 통해 가압하는 혼합펄프 이송 및 진공흡착하는 공정이다.

제4공정 : 하형금형의 이송 및 가압성형 공정

본 공정은 도2의 b)에 나타내고 있으며, 상형금형(3)에 진공 흡착되어 부착된 미분체 혼합펄프의 성형을 위해 하형금형(5)을 플런져(7)를 이용하여 이동시키며, 또한 20-150기압의 압력으로 80-180℃ 온도를 갖는 하형금형(5)을 이용하여 1-5분동안 가온 가압하면서 이때 발생된 수증기 등의 기체 등이 배출되도록 진공 및 가압구(1)를 통해 0.1-0.001기압의 진공 상태를 유지하면서 성형 및 건조를 동시에 신속하게 행하여 펄프몰드를 가온 가압 성형하는 공정이다.

즉 상기의 제3공정에서 상형금형(3)에 진공 흡착되어 부착된 미분체 혼합펄프의 성형을 위해 플런져(7)를 이용하여 진공 및 가압에 대해 실링기능을 갖는 출입구(8)을 통해 하형금형(5)을 롤러식 받침대(6)위를 이동축(9)으로 이동시켜 상부챔버(2)에 일정한 높이로 위치되어 있는 플런져(7)위에 정치시키고 이동축(9)를 후퇴시키고 출입구(8)을 닫은 후 가온 및 가압이 가능한 하형금형(5)을 플런져(7)를 이용하여 가압하여 상부금형(3)과 밀착시키고 각 상형금형(3) 및 하형금형(5)사이의 내부공간은 밀폐되고 오직 진공 및 가압구(1)에만 통하도록 연결된 상태에서 성형하며, 이때 발생된 수증기 등의 기체는 진공 및 가압구(1)를 통해 배출되도록 진공 상태를 유지하면서 성형 및 건조를 신속하게 하는 펄프몰드 성형 공정이다.

제5공정 : 펄프몰드의 이형 및 하형금형의 이송 공정

본 공정은 도2의 c)에 나타내고 있으며, 상형금형(3)과 하형금형(5)내에서 성형이 완료된 펄프몰드를 꺼내기 위해 진공 및 가압구(1)를 통해 5-50기압의 가압공기를 불어 넣어 상형금형(3)에서 성형된 펄프몰드를 이탈시켜 하형금형(5)에 안치시키고 동시에 플런져(7)를 하강시킨 후 출입구(8)를 통하며 꺼내어 롤러식 받침대(6)위에 위치시킨 후 성형 및 건조가 완료된 펄프몰드를 하형금형(5)에서 꺼내는 공정이다.

상기와 같이 구성된 장치와 성형방법을 이용한 제품의 성형방법으로서는 아래와 같이 할 수 있다.

실시예(1),

접착제가 혼합된 미분체 펄프 혼합분말을 0.05기압의 진공으로 금형에 부착하고 하부금형(5)을 이용하여 20기압의 압력과 150℃의 온도의 조건하에서 성형하며 제조한 예를 도5에 나타냈다.

실시예(2),

접착제가 혼합된 미분체 펄프 혼합분말을 혼입된 펄프를 0.01기압의 진공으로 금형에 부착하고 하부금형(5)을 이용하여 80기압의 압력과 150℃의 온도의 조건하에서 성형하여 제조한 예를 도6에 나타낸 것으로서, 실시예(1)에 비해 제품의 균질성이 높으며 성형성이 우수하고 인장감도가 크게 증가하는 것으로 나타났으며, 표 1에는 실시예2의 성형조건하에서 접착제의 종류 및 함량에 따른 인장강도의 변화를 보여주고 있다.

따라서 본 발명은 폐지 등을 건식으로 미세 분쇄하여 미분체 펄프를 얻고, 여기에 필요한 접착제를 첨가하여 미분체 혼합펄프를 제조하고 상기 미분체 혼합펄프를 이용하여 펄프몰드를 물을 거의 사용하지 않는 친환경적이면서 성형 및 건조를 신속하게 행할 수 있어 각종 포장재 및 완충재 및 건자재로의 활용이 가능하게 됨으로서 자원재활용 효과는 물론 친환경성이 증배되어, 습식 펄프몰드 성형공정은 물론 기존의 건식 펄프몰드 성형공정 에 비해 물을 거의 사용하지 않으면서 미분체 펄프를 공기를 이용하여 이송시킴으로서 자동화가 가능하게 되어 공장의 콤팩트화 및 폐수발생의 방지, 공정단축, 생산효율향상 및 압력 및 온도의 조절이 용이함에 따른 제품의 두께 조절 및 강도조절의 가능성 증대 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 통상의 건식펄프를 미세 분쇄하여 얻은 미분체 펄프와 접착제를 건식으로 혼합하여 미분체 혼합펄프를 이용하여 공기와의 혼합물로 제조하는 단계와, 이 혼합물을 금형사이에 공기와의 혼합물을 진공으로 이송시켜 상형금형(3)에 부착시키는 단계와, 이 부착된 혼합펄프위에 하형금형(5)을 이동하여 밀착시키는 단계와, 상형금형(3)과 가온된 하형금형(5)을 밀착시킨 상태에서 펄프몰드를 가온 가압하며 이때 발생된 수증기 등이 배출되도록 진공 상태를 유지하면서 성형 및 건조를 동시에 행하는 단계와, 성형 및 건조가 완료된 펄프몰드를 상형금형(3)을 통해 가압된 공기를 이용하여 이형시키고 이형된 펄프몰드를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분체 펄프의 진공 성형방법.
2. 청구항1에서 공기와의 혼합물 상태로 이송시켜 상형금형(3)에 부착시키는 단계에 있어서, 미분체 펄프에 접착제를 건식으로 혼합하여 얻은 미분체 혼합펄프를 송풍용 팬(12)을 이용하여 부유된 상태의 공기와 혼합펄프의 혼합물을 만들고 플런져(7)의 하강과 동시에 상기 공기와의 혼합물을 진공 및 가압구(1)를 진공상태를 유지하여 상부금형(3)쪽으로 이동하게 하면서 가습 및 가압구(4)를 통해서 공급된 가온된 수증기를 미분체의 혼합펄프에 흡착되도록 하여 상형금형(3)에 부착시키는 것이 특징인 진공을 이용하여 공기와의 혼합물을 이송하여 부착시키는 방법
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