KR101383528B1

KR101383528B1 - 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101383528B1
Application number: KR1020130096256A
Authority: KR
Inventors: 구본철; 오현도; 양동혁
Original assignee: 플러스폴리 주식회사
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2014-04-10

Abstract

본 발명은 커피 폐기물에 포함된 지질 성분을 추출하여 제거한 후에 분쇄함으로써 분쇄 입자를 작게 할 수 있는 수지 펠릿 제조방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법은, 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법에 있어서, 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계; 상기 지질 성분을 추출한 커피 폐기물을 건조하는 단계; 상기 건조한 커피 폐기물을 분쇄하는 단계;상기 분쇄한 커피 폐기물을 수지와 교반 및 용융하는 단계; 및 상기 교반 및 용융된 물질을 압출기에 통과시켜 수지 펠릿을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
커피 폐기물에 포함된 지질 성분을 제거한 후에 분쇄 과정을 거치므로 분쇄 입자를 매우 작고 균일하게 할 수 있고, 이로 인해 고품질의 수지 펠릿을 제조할 수 있다.

Description

커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 및 그 제조방법{Resin Pellet Comprising Coffee Wastes And Method Thereof}

본 발명은 지질 성분을 추출한 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 버려지는 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출한 후, 추출한 커피 폐기물과 범용 플라스틱 수지를 이용하여 수지 펠릿을 제조하는 방법 및 이를 통해 제조된 수지 펠릿에 관한 것이다.

일반적으로, 커피는 전 세계인의 기호식품으로서 국내에 거의 전량 수입되고 있는 실정이다. 커피의 수입량 증감은 당해 연도의 경제 상황에 따라 변화가 있기는 하지만 수입은 지속적으로 이루어지고 있다. 농림부 유형별 수입통계현황을 살펴보면, 96년에는 58,200톤을 수입하였으며, 그 지출액은 1억4천만달러이다 또한, 97년에는 전년도보다 증가된 65,000톤을 수입하였으며, 지출액은 2억700만달러였다.

이러한 커피의 소비 증가추세에도 불구하고 커피의 공급이 소비에 맞추어 공급되는 이유는 상기 커피가 열대성 식물로 연중 계속하여 생산되는 농산물이므로 원료가 풍부하기 때문이다. 현재 커피의 국내 수입에 따른 지출비용은 막대하며, 커피의 은은한 향과 카페인 중독으로 인해 수입은 계속 증가추세에 있다.

그러나 비교적 고가로 수입되어 판매되고 있는 원두커피는 한번 사용 후 그대로 버려지고 있는 실정이다. 특히 원두커피의 사용 후, 재활용으로서 인정될 만한 것은 재떨이에 소량의 커피 찌꺼기(커피 폐기물)를 담아 사용되고 있는 것이 거의 전부이며, 재떨이의 사용 후에도 그대로 버려지게 되는 것이 일반적이다.

이에 따라, 버려지는 커피 폐기물은 커피고유의 향이 강해 다른 음식물 쓰레기와 혼합될 경우 상당한 악취를 발생하게 되는 것이다. 뿐만 아니라, 상기 커피의 입자가 보통 0.5 ~ 2mm 내외로 분쇄됨에 따라 커피 폐기물이 실내 및 도로상에 떨어지게 될 경우에는 청소가 매우 번거롭고 어려우며 상당히 불청결한 이미지를 제공 하는 되는 것이었다.

또한, 플라스틱은 석유에서 나오는 물질이고 석유는 전량 수입되고 있는 것이 현 실정이다.

이렇게 버려지는 커피 폐기물을 이용하여 섬유 또는 수지를 제조하는 종래 기술로 커피추출물 찌꺼기를 이용하여 피엘에이 섬유를 제조하는 방법(한국공개특허공보 제10-2010-0035032호)이 있다. 이 기술에 의하면 버려지는 커피추출물 찌꺼기를 이용하여 섬유를 제조함으로써 섬유 제조 단가를 낮추고, 생분해성 섬유인 피엘에이(PLA) 섬유의 신축성을 향상시킨다.

또한, 일반적으로 PVC(Polyvinyl chloride), PVA(Polyvinyl alcohol), PET(Poly Ethylene Terephthalate), 나일론(Nylon), PBT, PC, PP, PCB(Polychlorinated biphenyl), ABS 등과 같은 플라스틱류를 포함한 각종의 열가소성 합성수지 제품의 원료를 재생하기 위해서는, 그 원료인 동질의 폐합성수지를 성상별로 적합한 용융온도를 가하고 다시 냉각시켜 적당한 크기로 절단한 재생합성수지 펠릿(pellet)을 제조한다.

즉, 상기와 같은 범용 플라스틱을 포함하는 수지 펠릿을 제조하는데 커피 폐기물을 이용하는 기술에 대해서는 종래 기술이 개시하고 있지 않고, 상기의 종래 기술은 생분해성 섬유인 피엘에이 섬유에만 적용될 수 있는 기술이고, 일반적인 수지나 특히 플라스틱 수지의 제조 단가를 효율적으로 낮추는 방법에 대해서는 구체적으로 개시하고 있지 않은 문제점이 있다.

또한, 커피와 플라스틱 수지는 모두 수입에 의존하고 있는 것이 현 실정이고, 이러한 실정에서 전량 수입되는 두 가지(커피와 플라스틱 수지)를 이용하여 역으로 수출할 수 있는 수지 펠릿에 대한 기술은 종래에 없었다.

또한, 종래에는 수지 펠릿을 제조하는데 있어서 여러 가지 불순물을 이용하였으나, 불순물에 포함되는 지질 성분으로 인해 분쇄가 정밀하게 이루어지지 않았고, 이로 인해 결국 수지 펠릿의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

한국공개특허공보 제10-2010-0035032호(2010. 04. 02. 공개)

상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다양한 섬유(수지) 또는 플라스틱 제품을 만드는데 기본 재료가 되는 수지 펠릿을 제조하는데 있어서, 커피 폐기물을 효과적으로 이용하여 수지 펠릿 제조 단가를 낮출 수 있고 범용 플라스틱에 적합한 수지 펠릿 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 커피 폐기물에 포함된 지질 성분을 추출하여 제거한 후에 분쇄함으로써 분쇄 입자를 작게 할 수 있는 수지 펠릿 제조방법을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법은, 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법에 있어서, 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계; 상기 지질 성분을 추출한 커피 폐기물을 건조하는 단계; 상기 건조한 커피 폐기물을 분쇄하는 단계;상기 분쇄한 커피 폐기물을 수지와 교반 및 용융하는 단계; 및 상기 교반 및 용융된 물질을 압출기에 통과시켜 수지 펠릿을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계는, 상기 커피 폐기물에 잔존하는 지질 성분이 5%이하가 되도록 지질 성분을 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계는, 상기 커피 폐기물에 노르말 헥산(N-Hexane), 2-메틸펜탄(2-Methylpentane)과 3-메틸펜탄(3-Methylpentane)을 첨가하여 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 첨가되는 노르말 헥산(N-Hexane), 2-메틸펜탄(2-Methylpentane)과 3-메틸펜탄(3-Methylpentane)의 비율이, 노르말 헥산(N-Hexane) 64%, 2-메틸펜탄(2-Methylpentane) 11%, 3-메틸펜탄(3-Methylpentane) 15%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계는, 상기 커피 폐기물에 클로로폼(Chloroform)과 메탄올(Methanol)을 첨가하여 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계는, 상기 커피 폐기물에 클로로폼(Chloroform)이 95%인 용매와 메탄올(Methanol)이 95%인 용매를 4:1 비율로 배합하여 첨가하고, 교반 추출기에서 상온으로 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계는, 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 1회 이상 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계는, 초임계 이산화탄소 추출장치를 통해 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 건조한 커피 폐기물을 분쇄하는 단계는, 상기 건조한 커피 폐기물을 250마이크로 이하로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수지는, 폴리프로필렌(polypropylene)수지(이하 PP수지라 한다), 아크릴로니트릴(acrylonitrile)-부타디엔(butadiene)-스티렌(styrene)수지(이하 ABS수지라 한다), 폴리에틸렌(polyethylene)수지 또는 폴리스티렌(polystyrene)수지를 포함하는 범용 플라스틱 수지인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 수지 펠릿은 상기 어느 하나의 제조방법으로 제조한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 범용 플라스틱과 커피 폐기물을 효율적으로 혼합하여 수지 펠릿의 제조 단가를 낮출 수 있다.

또한, 범용 플라스틱 수지와 커피 폐기물을 적정 온도에서 혼합시켜 가열 시에 발생하는 유해 가스 발생량을 효과적으로 줄일 수 있다.

또한, 커피 폐기물에 포함된 지질 성분을 제거한 후에 분쇄 과정을 거치므로 분쇄 입자를 매우 작고 균일하게 할 수 있고, 이로 인해 고품질의 수지 펠릿을 제조할 수 있다.

또한, 커피의 비중은 0.5정도인데 커피 폐기물을 수지와 혼합하여 수지 펠릿을 제조하면, 종래의 수지 펠릿 보다 무게가 가벼운 수지 펠릿을 제조할 수 있다. 즉, 종래 수지 펠릿은 대부분 펠릿에 첨가하는 첨가제로 돌가루(탈크)와 유리섬유를 사용하여서 비중이 높고 결국 무게가 무겁다는 단점이 있었다.

또한, 천연 성분인 커피와 버진 수지와 혼련을 하기 때문에 환경호르몬이 검출되지 않는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지질 성분을 추출한 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 지질 성분을 추출하지 않은 커피 폐기물의 입도를 분석한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지질 성분을 추출한 커피 폐기물의 입도를 분석한 그래프이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제조방법을 통해 제조된 수지 펠릿의 일 예를 각각 도시한 물성표이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.

한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. '~부' 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들로 분리되거나, 다른 '~부'와 통합되는 형태로 제공될 수 있다.

본 명세서에서 어떤 구성이 다른 구성에 '연결'된다는 의미는 반드시 두 구성이 직접적으로 연결되는 것뿐만 아니라, 또 다른 구성이 매개되어 간접적으로 연결되는 것까지 포함한다. 본 명세서에서 공지된 구성에 대한 일반적인 내용에 관한 설명은 본 발명의 요지를 흐르지 않기 위해 생략될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법에 대해 도 1을 기초로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지질 성분을 추출한 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법을 도시한 순서도이다.

먼저 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출한다(S100).

다만, 지질 성분을 추출하기 전에 커피 폐기물을 얻는 과정은 다음과 같다.

커피에서 수용성 성분과 색소 성분을 제거하여 커피 폐기물을 획득한다. 구체적으로 섭씨 90도 이상(통상 섭씨 93도 내지 94도) 고온의 온도로 8~10 bar 의 압력으로 1분 이상 고온고압 추출을 수행하여 커피의 수용성 성분(Reducing Sugar, Crude Protein, Citric acid, Lipids 등)과 고온에서 추출되는 색소 성분을 제거한 커피 부산물(폐기물)을 획득한다. 이런 일련의 과정을 거친 후 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출한다.

커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 이유는, 분쇄할 때 보다 균일하고 작은 입자를 얻기 위해서이다. 실질적으로 커피 입자가 작을수록 플라스틱 등에 분산이 잘되며, 교반과 혼련이 잘 이루어져서 고품질의 수지 펠릿이 생산될 수 있다.

즉, 소정 비율의 지질 성분이 추출된 커피 폐기물을 그 분쇄가 용이하고, 분쇄된 입도 크기가 균일하며 그 크기도 작게 할 수 있다.

또한, 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 방법은 아래의 네 가지 방법이 적용될 수 있다. 다만, 이러한 지질 성분 추출법에 한정되는 것은 아니고 다른 지질 추출법이 적용될 수 있음은 물론이다.

첫 번째로, 헥산(Hexane)을 이용한 지질 성분 추출법이다.

실험기기는 IKA overhead stirrer Eurostar Power control visc, 2liter beaker, pyrex galss for extraction, pyrex flask for extraction reservoir, 거름종이, 7mbar MZ2C Vacuubrand vacuum pump, Cold trap(Jeoitech, CTB-10)을 사용하였다.

먼저 커피 폐기물 1kg에 N-Hexane 64%, 2-Methylpentane 11%, 3-Methylpentane 15% 을 첨가하여, 교반 추출기에서 상온으로 추출하여 여과한 후 진공 농축기(Agilent Solvent Filtration Kit 250ml Glass Reservoir Tapered Funnel Base, 1liter Flask, Clamp, USA)를 통해 유기용매를 증발시켜 제거한 후 남은 것을 추출물로 사용하였다.

두 번째로, 클로로폼-메탄올(Chloroform-Methanol)을 이용한 지질 성분 추출법이다.

먼저 커피 폐기물 20kg에 Chloroform 95%와 Methanol 95%를 4:1로 배합하여 첨가하고, 교반 추출기에서 상온으로 추출하여 여과한 후 진공 농축기(Agilent Solvent Filtration Kit 250ml Glass Reservoir Tapered Funnel Base, 1liter Flask, Clamp,USA)를 사용하여 40의 조건에서 유기용매를 증발시켜 제거한 후 남은 것을 추출물로 사용하였다.

Chloroform-Methanol은 끓는점이 60 정도인 유기용매이다.

세 번째로, 초임계이산화탄소를 이용한 지질 성분 추출법이다.

초임계 이산화탄소 추출장치로는 Uto Engineering Co. Ltd., Nangyangju City, Korea의 추출장치를 사용하였다.

먼저, 커피 폐기물 1kg을 2liter용량의 추출조에 주입하여 밀봉하고, 초임계유체로 이산화탄소를 사용하였다. 이산화탄소 cylinder에서 나온 가스는 응축기에서 액화된 후 압축되어 추출조로 투입된다. 추출조에서 나온 추출물과 이신화탄소는 압력이 상압으로 저하되어 가스는 날아가고 수액기에 모인 추출물을 초임계 이산화탄소 추출물로 사용하였다.

또한, 추출압력은 각각 100bar, 250bar, 500bar이며 추출온도는 40, 70, 100로 각각 달리하여 시행하였다.

초임계 유체(Supercritical fluids)를 이용한 지질 분리는 커피 폐기물을 공급하여 초임계 유체와 혼합시키면서 물질을 용해시키고 온도와 압력을 점차 감소시키면서 물질을 순차적으로 석출하는 것이다.

이때, 커피 폐기물을 공급받아 초임계 유체를 유지하고 순환시키면서 압력과 온도를 이용해 커피 폐기물에서 물질을 분리하고 차례로 석출하기 위해 구성된다.

이때, 상기 초임계 유체는 온도와 압력의 변화를 통하여 물질에 대한 용해도 변환이 자유로워 물질의 분리에 활용이 용이한 물질로 일정한 고온과 고압의 한계를 넘어선 상태에 도달하여 액체와 기체를 구분할 수 없는 시점의 유체를 의미하는 것으로, 초임계 상태로 변환이 비교적 쉽고 용해도 변환이 자유로워 지질에 대한 분리 효과가 뛰어난 초임계 이산화탄소 유체를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

또한, 초임계유체(超臨界流體, supercritical fluid)는 혼합물에서 특정 성분을 추출분리하는 능력이 뛰어나서 식품 분야에서 응용이 활발하다. 현재 맥주용 홉 엑스 추출, 커피의 탈 카페인 프로세스에 이용되며, 식품의 비가열살균 시스템에 응용하는 것도 연구 중에 있다

최근 기능성 물질 추출법에 각광 받고 있는 초임계 유체 추출 방법은 임계점 이상의 유체를 추출체로 사용한 추출법이다. 초임계 유체는 많은 물질에 대하여 용해성이 우수하며, 단순히 온도와 압력의 조절에 의하여 물질의 용해성을 변화시킬 수 있는 특성을 가지고 있기 때문에 분리기술의 한 분야로 주목을 받고 있다.

유체 중 이산화탄소는 임계온도가 31이므로 낮은 온도에서 추출이 가능하고 추출된 유효 성분의 열에 의한 손상을 막을 수 있고, 공정 중 에너지 비용도 현저히 줄일 수 있는 등 이 외의 여러 가지 장점이 있기 때문에 초임계 유체용매로 사용되고 있다. 본 발명의 지질 성분 추출법의 하나로 사용한 이산화탄소 초임계 추출법을 통해 추출물의 안전성 확보, 추출비용 절감 및 추출시간 단축을 이루었다.

네 번째로, 속살렛(Soxhlet) 지질 추출법이다. 속살렛 추출법에 대해서는 공지의 내용이므로 이하 설명은 생략한다.

이외에도 지질을 추출하기 위한 방법에는 유기용매나 이온성 액체를 이용한 방법 등이 있고, 이상에서 설명한 추출법을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

유기용매를 이용한 지질 추출은 유기용매를 이용하여 커피 폐기물 중의 지질을 용해시켜 상분리를 통해 분리하는 것으로, 공급되는 유기용매로는 아세톤, 에테르, 알코올 등의 유기용매로 이루어진 용매를 이용하며, 상기 유기용매는 지질을 녹이는 성질이 강한 물질을 사용할 수 있다.

또한, 이온성 액체를 이용한 지질 추출은 이온성 액체를 이용하여 커피 폐기물 중의 친수성 물질을 용해시키고, 지질을 침전시켜 커피 폐기물과 지질을 상분리를 통해 분리하는 것이다.

이때, 공급되는 이온성 액체는 다양한 유기물, 무기물, 고분자 물질을 녹일 수 있는 높은 용해력을 지니고 있으며, 친수성 물질의 대부분을 매우 잘 녹일 수 있는 반면에 지질 성분과 같은 소수성 물질에 대해서는 매우 낮은 용해도를 지니는 특징을 가지고 있는 것을 사용할 수 있다

또한, 커피 폐기물과 지질을 상분리하기 위한 용매를 유기용매와 이온성 액체를 동시에 공급하여 지질을 추출할 수도 있다.

이때, 커피 폐기물로부터 지질을 분리처리하기 위해 이온성 액체를 이용하여 커피 폐기물 중의 친수성 물질을 제거하고, 유기용매를 통해 지질을 용해시켜 지질이 추출된 폐기물과 지질로 상분리할 수 있어 유기용매와 이온성 액체를 통해 지질 추출을 증가시킬 수 있다

상기와 같은 실험방법을 통해 지질이 추출된 커피 폐기물에 실제로 지질 성분이 얼마나 추출되었는지 아래의 실험방법을 통해 분석해 본다.

사용한 분석방법은 석유에테르를 이용하여 로스팅한 커피 시료에 포함된 지질을 추출하는 방법(AOAC Official Method 920.97-Petroleum Ether Extract of Roasted Coffee)을 이용하였다.

실험 준비물로는 Ohaus Pioneer Balace, Siphon Tube(원통여과지), Pyrex Glass(34/45), 추출관, 냉각관, 데시케이터, dry oven, 거름종이, 항온수조, 농축기, 핀셋, 은박호일, 장갑, 수성펜, 도가니집게, 시약스폰, ethyl ether(끓는 점 34.6)를 구비하였다.

먼저, 노르말 헥산(N-Hexane), 클로로폼-메탄올(Chroloform-Methanol), CO2 초임계시스템에서 각각 지질 추출한 커피 커피 폐기물 0.5gram을 측정하여 거름종이에 싸준다.

원통여과지에 시료를 싼 종이를 넣은 다음 탈지면으로 위의 구멍을 막아준다.

원통 여과지에 시료의 이름을 유선펜이 아닌 수성펜으로 표시한다.

함량 값을 구한 수기에 ethyl ether를 150ml 넣고 호일로 날아가지 않도록 입구를 막아준다.

추출관에 시료를 담은 원통 여과지를 넣고 위에는 냉각관을 아래는 ethyl ether가 들은 수기를 연결한다.

항온수조의 온도를 ether가 냉각기로부터 1분간 약 80방울 떨어지게 온도를 조절하여 주고 냉각관에 물이 흐를 수 있도록 기계를 작동시킨다.

증기상의 ether는 냉각관에서 응축되어 원통 여과지위의 탈지면에 떨어진다. 추출관내의 ether량이 적당량이 되면 사이폰의 원리에 의하여 지방질이 녹은 ether가 수기에 흘러내리고 다시 ether는 증발되어 연속적으로 추출된다. 지질이 완전히 추출되는데 약 10~30시간이 소요된다.

냉각관에서 원통여과지를 핀셋으로 꺼내고 들어있는 ethyl ether를 수기에 모은다

농축기를 이용하여 수기에 있는 ethyl ether를 날려 보내 지질만이 남도록 한다

Dry oven의 온도를 105로 맞추고 최소 1시간이 지난 후 데시케이터에 정확히 30분을 방냉시킨 뒤 무게를 측정한다. 수기의 무게가 0.5mg이하가 올라가게 되면 올라가기 전 값이 함량값이 된다.

1차 측정한 값이 2차 측정값과 0.5mg의 차이가 나므로 1차값을 함량값이라 본다.

시료, 수기의 함량, 수기+지질 함량을 구한 후 정해진 식에 대입하여 커피 폐기물에 잔존하는 지질(%)을 구한다.

실험결과는 아래와 같다.

N-Hexane 추출법을 수행한 후의 커피 폐기물의 잔존 지질함량

지질을 추출하지 않은 커피 폐기물(Raw Material)의 지질함량 : 16.48%

1차 추출 후 커피 폐기물의 잔존 지질함량 : 9 %

2차 추출 후 커피 폐기물의 잔존 지질함량 : 4.5 %

Chloroform-Methanol 추출법을 수행한 후의 커피 폐기물의 잔존 지질함량

1차 추출 후 커피 폐기물의 잔존 지질함량 : 6.39 %

2차 추출 후 커피 폐기물의 잔존 지질함량 : 3 %

다음으로, 지질 성분을 추출한 커피 폐기물을 건조한다(S110).

건조 과정은 다양하게 이루어질 수 있고, 일 예로 아래와 같은 과정을 통해 건조될 수 있다.

커피 폐기물에 함유된 수분이 2 퍼센트 이하가 되도록 커피 폐기물을 건조한다. 구체적으로 추출과정에서 수분이 함유된 커피 폐기물을 건조기를 이용해 건조시킨다. 건조 과정은 커피 폐기물에 함유되는 수분이 2% 이하가 되도록 한다. 이는 추후 고분자 수지와 고온 용융될 때 물성 변화가 없도록 하기 위함이다.

아래의 표 1은 원두커피에서 커피 추출 후에 남은 커피 폐기물(지질이 추출되기 전)의 성분 비율을 분석한 결과이다.

탄수화물	수분	회분	조단백질	조지방
29.57%	55.52%	0.7%	7.06%	7.15%

상기 표 1에서 보듯이, 커피 폐기물의 수분 함유량은 50%가 넘는다. 이렇게 절반이 넘는 수분을 제거하기 위해 커피 폐기물을 건조시킨다.

건조한 커피 폐기물을 분쇄한다(S120). 바람직하게는 건조한 커피 폐기물을 250마이크로미터 이하로 분쇄한다. 지질을 추출한 커피 폐기물은 분쇄가 용이하게 이루어질 수 있다. 즉, 지질 성분이 일정 부분 제거된 커피 폐기물은 지질 성분을 그대로 포함하고 있는 커피 폐기물 보다 짧은 시간에 250마이크로미터 이하로 분쇄가 가능하다. 이는 커피 폐기물에 포함된 지질 성분이 분쇄를 방해하고 있기 때문이다.

250마이크로미터 이하의 크기로 분쇄한 커피 폐기물 성분은 수지와 잘 교반된다. 일반적으로 250마이크로미터를 초과하는 크기의 성분은 수지와 잘 교반되지 않으며 최종적으로 생산되는 수지 펠릿의 품질을 현저히 떨어뜨린다.

분쇄한 커피 폐기물을 수지와 교반 및 용융한다(S130).

구체적으로 액체 상태의 수지와 교반 및 용융하거나, 고체 상태의 수지와 교반 및 용융하거나, 또는 고온에서 반액체화한 수지와 교반 및 용융할 수 있다. 일 예로, 섭씨 170도 내지 190도에서 반액체화 된 범용 플라스틱 수지와 교반 및 용융시킬 수 있다.

여기서 범용 플라스틱 수지는 폴리프로필렌(polypropylene)수지(이하 PP수지라 한다), 아크릴로니트릴(acrylonitrile)-부타디엔(butadiene)-스티렌(styrene)수지(이하 ABS수지라 한다), 폴리에틸렌(polyethylene)수지 또는 폴리스티렌(polystyrene)수지 등을 포함한다.

상기 범용 플라스틱 수지는 성형성이 우수하고 비교적 값이 싸다는 장점이 있다. 이러한 이유로 범용 플라스틱 수지는 커피 폐기물과 균일하게 교반 및 용융될 수 있고 이를 통해 품질이 좋은 수지 펠릿을 제조할 수 있다.

특히, 분쇄된 커피 폐기물을 소정의 온도에서 반액체화한 고분자 수지와 교반 및 용융시키는데, 여기서 소정의 온도가 중요하다. 즉 상기 소정의 온도는 섭씨 170도 내지 섭씨 190도 사이가 될 수 있다.

또한, 커피 폐기물은 가해지는 온도에 따라 그 무게가 변화한다. 커피 폐기물의 무게가 변화하는 것은 소정의 온도 이상에서 커피 폐기물이 기체로 변환되기 때문이다.

이와 같이 커피 폐기물 소실을 방지하기 위해서 무게 변환점인 섭씨 200도 보다 낮은 소정의 온도(섭씨 170도 내지 섭씨 190도 사이)에서 지질이 추출된 커피 폐기물과 반액체화한 고분자 수지를 교반 및 용융한다.

마지막으로 교반 및 용융된 물질을 압출기에 통과시켜 최종적으로 수지 펠릿을 제조한다(S140).

교반 및 용융된 것(혼합 플라스틱 수지)을 압출기에 통과시켜 수지 펠릿을 제조한다. 이렇게 제조된 수지 펠릿은 플라스틱 성형품 생산 등 다양한 분야에서 재료 또는 원료로 사용될 수 있다.

다음으로 지질 성분을 제거하지 않은 커피 폐기물과 지질 성분을 추출한 커피 폐기물을 분쇄한 입도의 크기 및 균일 정도를 비교하는 것을 도 2 내지 도 3을 기초로 이하에서 설명한다.

도 2는 지질 성분을 추출하지 않은 커피 폐기물의 입도를 분석한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지질 성분을 추출한 커피 폐기물의 입도를 분석한 그래프이다.

도 2 내지 도 3의 그래프에서, 가로축은 분쇄된 입도의 크기를 나타내며, 좌측 세로축은 각각의 크기를 갖는 입도에 상응하는 누적 입도량(%)를 나타낸다(그래프 상의 실선).

또한, 우측 세로축은 다른 크기를 갖는 각 입도의 Channel(%)을 나타낸다(그래프 상의 히스토그램).

도 2에 도시된 바와 같이, 커피 폐기물에서 지질을 추출하지 않은 것은 입도의 크기가 균일하지 못하고, 크기도 큰 것이 일정 부분을 차지한다.

즉, 커피 폐기물에 포함된 지질 성분으로 인해서 분쇄가 용이하지 않고 분쇄가 용이하지 않아서 입도 크기가 불균일하고 그 크기도 작아질 수 없는 것이다. 이러한 이유로 인해서 지질 성분이 추출되지 않은 입도를 수지와 섞으면, 최종적으로 나오는 수지 펠릿의 품질이 저하될 수밖에 없다.

이에 반해 도 3에 도시된 그래프를 보면, 분쇄된 커피 폐기물의 입도 크기가 약250마이크로 이하이고, 중간 정도 크기의 입도를 중심으로 균일하게 분포하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 지질 성분이 추출됨으로써 분쇄 자체가 용이해 졌고, 분쇄 과정이 신속하게 처리될 수 있으며, 분쇄된 입도의 크기도 전체적으로 작아진 것을 확인할 수 있다.

결론적으로 커피 폐기물에서 지질 성분이 추출되면 분쇄가 용이하게 이루어질 수 있고(분쇄 시간 단축), 분쇄된 입도가 균일하고(균일한 입도), 그 크기도 고품질의 수지 펠릿 생산에 적합하게 된다(입도 크기가 최적).

마지막으로, 본 발명의 실시예 따라 제조된 수지 펠릿의 예를 도 4 내지 도 5를 기초로 이하에서 설명한다.

도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제조방법을 통해 제조된 수지 펠릿의 일 예를 각각 도시한 물성표이다.

도 4에 도시된 물성표는 종래 수지 펠릿에 포함되는 각종 불순물과 수지와, 지질이 추출된 커피 폐기물을 혼합하여 만든 수지 펠릿의 물성표이다.

도 5에 도시된 물성표는 수지와 지질이 추출된 커피 폐기물만을 혼합하여 만든 수지 펠릿의 물성표이다.

도 4 내지 도 5의 물성표에서 보듯이, 지질이 추출된 커피 폐기물을 이용한 수지 펠릿은 종래 수지 펠릿과 비교하여, 그 품질이 높은 것을 알 수 있다.

또한, 커피 폐기물은 원두커피에서 필요한 성분을 추출하고 남은 것으로써, 그 처리 과정은 매립이나 소각을 통한다. 그런데 커피 폐기물을 매립 또는 소각의 방법으로 처리하면 토양 오염 또는 대기 오염의 문제가 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 수지 펠릿 제조방법을 통하면 버려지고 환경오염의 가능성이 있는 커피 폐기물을 효율적으로 활용할 수 있다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

Claims

커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법에 있어서,
상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계;
상기 지질 성분을 추출한 커피 폐기물을 건조하는 단계;
상기 건조한 커피 폐기물을 분쇄하는 단계;
상기 분쇄한 커피 폐기물을 수지와 교반 및 용융하는 단계; 및
상기 교반 및 용융된 물질을 압출기에 통과시켜 수지 펠릿을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계는,
상기 커피 폐기물에 노르말 헥산(N-Hexane), 2-메틸펜탄(2-Methylpentane)과 3-메틸펜탄(3-Methylpentane)을 첨가하여 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 방법,
상기 커피 폐기물에 클로로폼(Chloroform)과 메탄올(Methanol)을 첨가하여 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 방법,
초임계 이산화탄소 추출장치를 통해 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 방법 중 어느 한 방법에 따라 상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계는,
상기 커피 폐기물 1g(그램) 당 존재하는 지질 성분이 5%(0.05g)이하가 되도록 지질 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
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삭제
제1항에 있어서,
상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 추출하는 단계는,
상기 커피 폐기물에서 지질 성분을 1회 이상 추출하는 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 건조한 커피 폐기물을 분쇄하는 단계는,
상기 건조한 커피 폐기물을 250마이크로 이하로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 수지는,
폴리프로필렌(polypropylene)수지(이하 PP수지라 한다), 아크릴로니트릴(acrylonitrile)-부타디엔(butadiene)-스티렌(styrene)수지(이하 ABS수지라 한다), 폴리에틸렌(polyethylene)수지 또는 폴리스티렌(polystyrene)수지를 포함하는 범용 플라스틱 수지인 것을 특징으로 하는 커피 폐기물을 포함하는 수지 펠릿 제조방법.
제1항, 제2항, 제7항 및 제9항 내지 제10항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조한 것을 특징으로 하는 수지 펠릿.