KR102035969B1 - 커피박이 포함된 친환경 합성 목재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 커피박과, 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG), 코르크 칩 및 수산화 알루미늄을 포함하여, 합성 목재의 수축 팽창률 및 수분 흡수율을 감소시킬 수 있고, 에스테르계 유분의 장점은 활용하고 문제점을 방지할 수 있도록 하여, 친환경적인 합성 목재를 제공하면서도 합성 목재의 성형성, 후가공성 및 내후성을 향상시킬 수 있는 커피박이 포함된 친환경 합성 목재 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

커피박이 포함된 친환경 합성 목재 및 그 제조 방법{ECO-FRIENDLY SYNTHETIC WOOD CONTAINING COFFEE GROUNDS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 커피박이 포함된 친환경 합성 목재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특정 성분과 함량으로 한정된 과량의 커피박을 포함하여 커피박을 효과적으로 재활용할 수 있으며 합성 목재의 수축팽창률 및 수분흡수율을 감소시킬 수 있어 합성 목재의 하자를 줄일 수 있고, 합성 목재의 성형성, 후가공성 및 내후성도 향상시킬 수 있는 커피박이 포함된 친환경 합성 목재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

합성목재는 목질계 섬유를 50% 이상 포함하며, 주로 실외에 설치되는 바닥재를 말한다. 이 합성 목재는 다양한 종류가 있으며, 목분, 왕겨, 갈대 등을 주성분으로 한다.

상기 목분은 높은 리그닌 성분으로 시간이 경과함에 따라 합성 목재에 갈라짐, 팽윤, 깨짐, 휨 등의 하자가 발생될 수 있다. 상기 왕겨는 높은 비중과 거친 섬유질을 갖는 특성이 있어서, 이로 인하여 기계의 실린더 스크류의 수명을 단축시킬 수 있고 가공성이 낮아 가공이 쉽지 않은 문제가 있다. 상기 갈대는 갈대를 수거하고 분쇄하여 가공하는 과정이 너무 복잡하고, 파쇄시 미세분진이 발생하여 인체에 해가 될 수 있으며, 분말이 너무 가벼워 호퍼에서 이송이 어렵기 때문에 성형이 힘든 문제가 있다.

종래의 합성 목재는 이러한 갈대와 목분을 섞어서 제조하게 되는데, 이때 갈대와 목분의 비중 차이로 인해 혼합하여 성형하는데 큰 어려움이 있고, 더욱이 갈대와 목분의 입자 모양은 차이가 있어서 후가공인 샌딩(브러쉬) 처리 후 합성 목재가 미관상 좋지 않게 되는 문제가 있다.

또한, 이러한 합성목재의 하자를 발생시키는 가장 큰 원인 중 하나는 수축팽창률이다. 종래의 갈대와 목분을 섞어 제조된 합성 목재의 경우 이러한 수축 팽창률과 수분 흡수율이 일정 수준 이상이어서, 합성 목재 제조시 하자가 자주 발생하는 문제가 있다.

한편, 하버드 공중 보건 대학 연구팀에 따르면 매일 8온스(약 227㎖) 컵으로 4잔의 커피를 마시는 여성은 우울증 발병 위험이 20% 낮아지는 것으로 나타났으며, 커피에 들어있는 카페인 성분은 세로토닌이나 도파민 같은 뇌 화학 물질에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다.

또한, 8온스 커피 컵 2잔에는 약 200㎎의 카페인이 들어있는데 이 정도 양은 장기 기억력을 향상시킨다는 연구 결과도 있으며,　매일 200~300㎎의 카페인을 섭취하면 휴식을 취할 때 혈류량이 향상돼 심장이 기능을 더 잘 수행하도록 만들고, 하루에 2잔 정도의 커피를 마시면 간경변증과 같은 간 질환을 예방하는데도 도움이 되는 것으로 나타났다.

28개의 연구 결과를 조사한 하버드대 연구팀에 따르면 커피를 마시면 2형 당뇨병 발병 위험을 33% 낮출 수 있고, 매일 커피를 마시는 남성의 경우 통풍 위험을 59% 낮출 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 커피는 혈액 속의 요산 수치를 낮추는 효능이 있으며, 2012년에 나온 연구 결과에 따르면, 매일 3잔 이상의 커피를 섭취하는 여성은 기저 세포암에 걸린 위험이 크게 낮아지는 것으로 나타났다.

이와 같이 커피의 효능이 알려지면서 매년 커피 소비량이 급증하고 있으며, 이에 커피 수입량의 증가와 함께 커피를 내리고 난 뒤 버려지는 커피박(찌꺼기)의 발생량도 매년 크게 늘고 있다. 커피박은 주로 커피숍, 커피 제조 공장 등에서 나오는데, 2017년 3월 통계자료에 의하면 국내 커피숍은 9만개가 넘고, 이는 치킨집과 편의점을 합친 숫자보다 많다.

그러나, 환경부의 커피박 재활용 대책은 아직 걸음마 단계에 불과한 실정이다. 커피박은 폐기물 관리법에 따라 생활 폐기물로 분류되어 대부분 매립 또는 소각 처리되어왔고, 환경부는 최근에서야 폐기물 처리 신고자 등이 커피박을 수집, 운반, 재활용할 수 있도록 하는 폐기물 관리법 관련 규정을 개정하였다.

한편, 커피박은 습기 조절 능력이 우수하고 방향성을 가지고 있기 때문에 이를 합성 목재로 활용하면 상기 특성을 활용할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 커피박에는 다량의 유분이 함유되어 있어서, 건조시켜 합성 목재의 재료로 재활용하더라도, 남아 있는 유분이 너무 많으면 수지와의 배합이 어렵기 때문에 아직까지 제대로 된 합성 목재로 제조하기 곤란하고, 이에 커피박을 재활용하더라도 그 함량을 최소화한 후 별도의 화학적 첨가제를 다량으로 첨가하여 합성 목재를 제조하게 되므로, 친환경적이지 못하며, 커피박을 재활용하는 효율이 저하되고 있는 실정이다.

국내공개특허공보 2017-0030163호 국내공개특허공보 2016-0057934호 국내등록특허공보 10-1381158호

본 발명은 폐기물이 되는 커피박을 최대한 활용하면서 화학적 첨가제는 최대한 배제하여 친환경적이며, 합성 목재의 수축팽창률 및 수분흡수율을 감소시킬 수 있어 제품의 하자를 줄일 수 있고, 합성 목재의 성형성, 후가공성 및 내후성을 향상시킬 수 있도록 한 커피박이 포함된 친환경 합성 목재 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면은, 커피박; 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG) 70 내지 80 중량부; 코르크 칩 5 내지 7 중량부; 및 수산화 알루미늄 10 내지 15 중량부; 를 포함하는 커피박이 포함된 친환경 합성 목재를 제공한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 커피박은, 함수율이 5% 미만이고, 에스테르계 유분의 함량이 커피박의 총 중량에서 14 내지 16 중량%일 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG), 코르크 칩 및 수산화 알루미늄을 혼합하고 90 내지 110℃에서 가열하여 제1 혼합물을 마련하는 제1 단계; 상기 제1 혼합물에 상기 제1 혼합물과 60℃ 이상 온도 차이가 나는 커피박을 혼합하고 냉각시켜 제2 혼합물을 마련하는 제2 단계; 상기 제2 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 펠릿화하는 제3 단계; 및 펠릿화된 제2 혼합물을 성형기에 넣어 합성 목재로 성형하는 제4 단계; 를 포함하고, 상기 재1 혼합물은, 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG) 70 내지 80 중량부; 코르크칩 5 내지 7 중량부; 및 수산화 알루미늄 10 내지 15 중량부; 가 포함되도록 혼합하는 커피박이 포함된 친환경 합성 목재의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 제2 단계 이전에, 커피박의 함수율이 5% 미만이 되도록 스크류 히터 방식으로 커피박의 건조 작업을 진행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 커피박과, 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG), 코르크 칩 및 수산화 알루미늄을 포함하여, 합성 목재의 수축팽창률 및 수분흡수율을 감소시킴으로써 제품의 하자를 줄일 수 있고, 에스테르계 유분의 장점은 활용하고 문제점을 방지할 수 있도록 하여 커피박의 함량을 최대한 늘리면서도 화학적 첨가제의 사용을 배제하여 친환경적으로 제조될 수 있으며, 합성 목재의 성형성, 후가공성 및 내후성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성 목재의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 합성 목제 제조시 사용되는 건조된 커피박을 나타낸 사진이다.
도 3은 커피숍에서 나오는 커피박을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 합성 목제 제조시 사용되는 수산화 알루미늄을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 합성 목제 제조시 사용될 수 있는 폴리에스터 블렌드 수지의 일 예를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조 방법에서 커피박을 건조하기 위한 건조기를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조 방법에서의 펠릿을 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 합성 목재를 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 합성 목재는 예를 들어 보드, 각목 등의 형태로 이루어질 수 있으며, 커피박, 수산화 알루미늄, 코르크칩 및 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 커피박은 주변의 습기를 조절하는 특성이 있고 방향성을 가지고 있기 때문에 합성 목재로 활용시 이러한 특성이 다른 합성 목재와 차별화되는 장점으로 작용할 수 있다.

또한, 상기 커피박은 커피 고유의 천연 색상을 가지고 있기 때문에 합성 목재로 제조시 별도의 무기 안료를 사용하지 않아도 되고, 이렇게 합성 목재가 커피 고유의 천연 색상을 가지면 자외선에 의해 탈색이 잘 되지 않는 효과도 기대할 수 있다.

또한, 상기 커피박은 5% 미만의 함수율을 가져야 한다. 상기 커피박의 함수율이 5% 이상이 되면 수분으로 인해 커피박과 수지 간의 결합력이 저하되어 합성 목재를 제작하기에 적합한 강도가 나오기 어렵다. 그리고, 상기 커피박은 일정한 입자 크기를 가질 수 있다. 커피 제조 공장에서 나오는 커피박은 60% 이상의 함수율을 가지므로, 본 실시 예에서는, 도 3에서와 같이, 30% 정도의 함수율을 가지는 커피숍에서 나오는 커피박을 활용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 커피박은 총 중량에 대해 14 내지 16중량%의 에스테르계 유분을 포함할 수 있다. 상기 에스테르계 유분은 기존의 합성 목재 제조시 첨가되는 UV차단제, 안정제, 활제, 산화방지제 및 안료 등의 모든 역할을 할 수 있다. 본 실시 예에서는 합성 목재 제조시 UV 차단제, 안정제, 활제, 산화 방지제 및 안료와 같은 화학적 첨가제를 첨가하지 않아도 되며, 이에 친환경적인 합성 목재를 제조할 수 있다.

상기 에스테르계 유분의 함량이 14 중량% 미만인 경우 이러한 UV차단제, 안정제, 활제, 산화방지제 및 안료의 역할이 제대로 구현되지 않게 되고, 상기 에스테르계 유분의 함량이 16 중량%를 초과하면 이러한 UV차단제, 안정제, 활제, 산화방지제 및 안료의 효과가 더 이상 크게 증가하지 않게 되므로, 제조 비용을 고려하여 상기 에스테르계 유분의 함량의 최대 값은 16 중량%로 하는 것이 바람직하다.

그러나, 상기 커피박에 포함되는 에스테르계 유분은 다른 원료와의 혼합을 어렵게 만드는 원인이 될 수 있다. 본 실시 예에서는, 상기 코르크 칩이 이러한 에스테르계 유분의 문제를 해소하여 커피박이 다른 원료, 특히 폴리에스터 블렌드 수지와 잘 혼합될 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.

또한, 상기 코르크칩은, 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 5 내지 7 중량부를 포함할 수 있다. 상기 코르크칩의 함량이 5 중량부 미만인 경우 에스테르계 유분에 의한 혼합 불량의 문제가 발생할 수 있고, 상기 코르크칩의 함량이 7 중량부를 초과하면 에스테르계 유분에 의한 혼합 불량 문제 방지 효과가 더 이상 크게 향상되지 않게 되므로, 제조 비용을 고려하여 상기 코르크 칩의 함량의 최대 값은 7 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하면, 상기 수산화 알루미늄은 코르크 칩에 열 안정성을 제공하여 코르크 칩이 탄화되는 것을 방지하고, 이와 동시에 탄산 칼슘과 같은 충진제로서의 역할을 할 수 있다.

이러한 수산화 알루미늄은 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 10 내지 15 중량부를 포함할 수 있다. 상기 수산화 알루미늄의 함량이 10중량부 미만이면 열 안정성이 충분히 제공되지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 상기 수산화 알루미늄의 함량이 15중량부를 초과하면 목재 성형시 부하량이 증가되면서 성형 장치의 스크류의 수명을 단축시키고 콤파운드 다이스의 구멍이 막히게 되는 문제를 발생시킬 수 있다.

상기 폴리에스터 블렌드 수지는 본 실시 예에서 합성 목재를 만드는 주성분 중 하나로서, 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 70 내지 80 중량부를 포함할 수 있다.

이러한 폴리에스터 블렌드 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate)에 코폴리에스테르(PCTG: Poly-Cyclohexylenedimethylene Terephthalate Glycol-modified)를 컴파운딩하여 얻은 PET/PCTG 블렌드 칩을 결정화시킨 후 고상 중합하여 얻은 코폴리에스터 블렌드 수지로서 BPA가 검출되지 않는 친환경적인 수지이다. 상기 PETG의 구조는 아래 구조식 1과 같다.

[구조식 1]

이러한 폴리에스터 블렌드 수지는 우수한 계면 접착력을 가지고 있어서 별도의 결합제를 사용하지 않더라도 제조된 합성목재의 강도를 향상시켜 견고하고 수축 팽창률이 적어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 별도의 UV 안정제를 사용하지 않더라도 UV를 혼합한 PE 또는 PP에 비해 우수한 내후성을 제공하여 오랜 세월 기후에 노출되더라도 팽윤, 휨 및 깨짐 등의 문제가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.

이러한 폴리에스터 블렌드 수지는 커피박 100 중량부에 대하여 70 내지 80 중량부를 포함할 수 있다. 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 함량이 커피박 100 중량부에 대하여 70 중량부 미만인 경우 합성 목재의 내후성과 강도 향상 및 수축 팽창률 감소 효과가 발생되기 어렵고, 그 함량이 80 중량부를 초과하는 경우 너무 많은 수지 첨가량으로 인한 수축 팽창이 커질 수 있으며 제품의 가격 또한 올라가는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 커피박의 함량이 상대적으로 적어져 본 발명의 합성 목재가 커피박이 가지는 우수한 습기 조절 능력 및 방향성을 제공하는 조건을 충족하기 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 합성 목재의 강도를 결정하는 역할을 하므로, 만들고자 하는 합성 자재의 강도를 강하게 하고 싶은 경우에는 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 양을 늘리면 되고, 반대로 높은 강도 보다는 친환경에 가까운 합성 자재를 만들고자 하는 경우에는 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 양을 줄이면 된다.

또한, 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 커피박의 천연 유분과 결합하여 대기의 수분 침투를 방지하는 오일스테인의 역할을 할 수 있어서, 마루판과 같이 기존의 목재를 활용하는 제품으로 제조하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 도 5에 도시된 SK케미칼의 제품(상품명 에코젠)을 사용할 수 있으며, 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 에코젠은 높은 T_g와 굴곡강도를 가지고 실내외용으로 모두 사용 가능한 열변형온도(HDT)를 가진다. 이때, 상기 열변형온도는 85 내지 109℃일 수 있다. 또한, 상기 에코젠은 난연성이 UL-94기준으로 V2로서 본 발명의 친환경 합성 목재의 내열성 및 난연성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 커피박이 포함된 친환경 합성 목재를 제조하는 방법에 대해 일 실시 예를 들어 구체적으로 설명한다.

본 실시 예의 커피박이 포함된 친환경 합성 목재를 제조하기 위해서는, 먼저 커피박을 적절한 상태로 가공해야 한다.

도 1에서와 같이, 처음 수거된 커피박은 함수율이 높아 밝은 갈색을 띄게되는데, 이렇게 함수율이 높은 커피박은 합성 목재의 원료로 사용할 수 없기 때문에, 이 수거된 커피박을 도 6에 도시된 대형 건조기 등을 이용하여 함수율이 5% 미만으로 낮춰지도록 건조 작업을 진행한다(S1).

이때, 처음 수거된 커피박의 높은 함수율로 인해 열풍 건조 방식은 건조 효율이 매우 낮기 때문에 바람직하게는 건조 효율이 우수한 스크류 히터 방식으로 커피박의 건조 작업을 진행하게 된다.

본 실시 예에 사용되는 스크류 히터 방식의 건조 장치는, 상부가 개방된 반원의 전기로, 전기로에 길이 방향으로 설치되는 스크류 및 전기로의 아래 쪽에 설치되는 히터를 포함하고, 스크류에 의해 커피박이 이송되도록 하되, 스크류의 아래 쪽에 설치된 히터의 가열로 인해 커피박에 포함된 수분이 증발되는 방식으로 커피박의 건조가 이루어지게 된다.

이와 같은 방법으로 건조가 이루어진 커피박은 진한 다크 브라운 색상을 가지게 되고, 이때 커피박의 총 중량에 대해 에스테르계 유분이 14 내지 16 중량% 포함될 수 있다.

상기 에스테르계 유분은 종래의 합성 목재 제조시 첨가되는 UV 차단제, 안정제, 활제, 산화 방지제 및 안료 등의 모든 역할을 대신할 수 있기 때문에, 본 실시 예에서는 합성 목재 제조시 UV 차단제, 안정제, 활제, 산화 방지제 및 안료와 같은 화학적 첨가제를 첨가하지 않아도 되며, 이에 친환경적인 합성 목재를 제조할 수 있다.

그러나, 상기 에스테르계 유분은 커피박이 서로 엉겨 붙도록 하고 커피박과 타 원료 간의 혼합을 어렵게 만드는 원인이 되므로, 이에 커피박과 주원료인 수지 간의 결합력을 떨어트려 후술하는 펠릿화 및 성형 과정에서 합성 목재의 성형이 제대로 되지 않는 원인으로 작용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 후술한 커피박과 타 원료 간의 배합 순서에 의해 해결할 수 있다.

그리하여, 본 실시 예에서는, 커피박을 합성 목재의 총 중량에 대해 70 중량%까지 첨가하여도 앞서 설명한 커피박과 타 원료 간의 혼합이 어렵게 되는 문제 및 커피박과 수지 간의 결합력이 저하되는 문제가 방지될 수 있다.

이를 위해서는 합성 목재를 제조하기 위한 원료의 배합 순서가 매우 중요하다. 본 실시 예에서는, 먼저 커피박을 제외한 나머지 원료를 혼합하여 제1 혼합물을 마련한다(S2).

이때, 나머지 원료 중 주성분은 수지로서 열가소성 수지여야 하고 바람직하게는 열가소성 수지 중에서도 비결정성 수지를 사용할 수 있다. 상기 비결정성 수지는 ABS, PC, PETG 및 PCTG 등 여러 종류가 있고, 본 실시 예에서는 가공성이 용이하고 냉각 속도가 빠르며 계면 접착력이 뛰어난 PET/PCTG를 활용할 수 있다.

이러한 폴리에스터 블렌드 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate)에 코폴리에스테르(PCTG: Poly-Cyclohexylenedimethylene Terephthalate Glycol-modified)를 컴파운딩하여 얻은 PET/PCTG 블렌드 칩을 결정화시킨 후 고상 중합하여 얻은 코폴리에스터 블렌드 수지로서 BPA가 검출되지 않는 친환경적인 수지를 사용할 수 있다.

또한, 상기 폴리에스터 블렌드 수지는 제1 혼합물의 특성 중 강도를 결정하는 역할을 하므로, 만들고자 하는 합성 목재의 강도를 강하게 하고 싶은 경우에는 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 양을 늘리면 되고, 반대로 높은 강도 보다는 친환경에 가까운 합성 목재를 만들고자 하는 경우에는 상기 폴리에스터 블렌드 수지의 양을 줄이면 된다.

상기 제1 혼합물은, 배합기에 커피박 100 중량부에 대하여, PET/PCTG 70 내지 80 중량부와, 코르크 칩 5 내지 7 중량부와, 수산화 알루미늄 10 내지 15 중량부를 넣고 90 내지 110℃에서 가열하여 마련할 수 있다.

이때, 가열 온도가 90℃ 미만이면 제1 혼합물이 충분히 가열되지 않아 후술하는 커피박과의 혼합시 혼합이 제대로 되지 않아 폴리에스터 블렌드 수지와의 결합력이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 가열 온도가 110℃를 초과하면 수분이 증발된 코르크 칩이 탄화되는 문제가 발생할 수 있다.

이때, 상기 코르크 칩은 칩 내부에 공기 구멍이 있어 비중이 0.2 정도 되어 중량 대비 부피가 상대적으로 커지게 된다. 따라서 7 중량부 이하만 첨가하더라도 커피박의 유분을 충분히 흡수할 수 있는 효과를 구현할 수 있다. 다만, 이러한 코르크 칩은 80 ℃ 이상이 되면 탄화되는 성질을 가지고 있기 때문에 이러한 탄화를 막기 위해서는 열 안정제를 반드시 사용해야 한다.

일반 납 계 안정제의 경우 성능은 좋지만 중금속이 포함되어 있기 때문에 본 실시 예에서는 알루미늄계 안정제를 사용하고, 이러한 알루미늄계 안정제로 바람직하게 수산화 알루미늄을 사용할 수 있다.

상기 수산화 알루미늄은, 앞서 설명한 코르크 칩에 열 안정성을 제공하여 코르크 칩이 탄화되는 것을 방지하고, 이와 동시에 탄산 칼슘과 같은 충진제의 역할을 수행할 수 있다.

또한, 상기 수산화 알루미늄은 추가로 보조 난연제로서의 역할을 수행할 수 있고, 이에 완성된 합성 목재에 난연성을 더 부여할 수 있다.

상기 수산화 알루미늄의 함량이 10 중량부 미만이면 열 안정성이 충분히 제공되지 않아 코르크 칩 중 일부에 탄화가 발생될 수 있고, 상기 수산화 알루미늄의 함량이 15 중량부를 초과하면 합성 목재 성형시 부하량이 증가되면서 성형 장치의 스크류의 수명을 단축시키고 콤파운드 다이스의 구멍이 막히게 되는 문제를 발생시킬 수 있다.

다음으로, 이렇게 마련된 제1 혼합물을 냉각 장치에 넣는다. 이때, 냉각 장치에 커피박을 함께 넣어 냉각하여 제2 혼합물을 마련한다(S3).

이 과정에서 가열된 코르크 칩이 커피박에 남아 있는 수만 개의 공기 구멍으로부터 수분과 유분을 흡수하게 되고, 이에 에스테르계 유분에 의해 발생하는 원료 간의 엉킴으로 인한 여러 가지 문제점을 해결할 수 있게 된다.

이때, PET/PCTG, 코르크 칩 및 수산화 알루미늄을 포함하는 제1 혼합물을 먼저 마련하고, 이후에 커피박을 따로 넣으면서 냉각을 하여 제2 혼합물을 마련하는 이유는, 커피박에 있는 유분이 제1 혼합물과의 온도 차로 인하여 코르크 칩에 골고루 잘 흡수되도록 하기 위함이다.

또한, 냉각 장치에 투입되기 전의 커피박의 온도는 가열된 코르크 칩과의 온도 차가 60 ℃ 이상 되도록 하여야 하며 대체로 30 ℃ 미만이어야 한다.

만약 커피박의 온도가 30℃ 이상이거나 커피박의 온도와 코르크 칩 간의 온도 차가 60℃ 미만이면 커피박에 있는 유분이 코르크 칩에 충분히 흡수되지 않아 제2 혼합물 마련시 커피박과 PET/PCTG 간의 결합력이 저하될 수 있고, 이는 합성 목재 성형시 성형이 제대로 되지 않는 원인으로 작용할 수 있다.

다음으로, 제2 혼합물을 압출기에 투입하고 고압으로 압출하여 도 7에서와 같은 펠릿 상태로 만든다(S4). 그리고, 도 8에서와 같이 이 펠릿화된 제2 혼합물을 이송 스크류 실린더 등의 성형기에 넣어 원하는 형상을 가지는 합성 목재 제품으로 성형한다(S5).

제2 혼합물은 압출 성형기로의 이송이 쉬워 펠릿을 성형하기 용이할 뿐만 아니라 코르크 칩에 흡수된 커피박의 에스테르계 유분이 활제의 역할을 하여 따로 활제를 넣지 않아도 수지의 흐름을 좋게 한다. 따라서, 압출 성형기의 실린더 스크류의 수명을 연장시킬 수 있다.

한편, 일반적으로 방부목이나 천연 목재의 경우 수명 연장을 위해 6개월에 한번씩 오일 스텐 작업을 하는데, 본 실시 예의 합성 목재는 코르크 칩에 흡수된 에스테르계 유분이 이러한 오일 스텐 작업 효과를 제공하기 때문에 별도의 UV 차단제를 첨가하지 않아도 자외선 차단이 가능하고, 비가 와도 제품에 수분이 흡수되지 않아 산화 방지 작용이 이루어지므로 우수한 내후성을 가질 수 있다.

또한, 본 실시 예에서는, 코르크 칩이 커피박에 있는 유분을 골고루 흡수하게 되므로, 커피박과 폴리에스터 블렌드 수지의 혼합이 용이하게 이루어질 수 있고, 이에 커피박과 폴리에스터 블렌드 수지의 장점을 모두 가지는 합성목재를 제공할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

S1: 커피박 건조 단계
S2: 제1 혼합물 마련 단계
S3: 제2 혼합물 마련 단계
S4: 펠릿화 단계
S5: 성형 단계

Claims (4)

1. 커피 고유의 천연 색상을 가지며, 함수율이 5% 미만이고, 에스테르계 유분의 함량이 커피박의 총 중량에 대해 14 내지 16 중량%인 커피박;
   상기 커피박 100 중량부에 대하여, 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG) 70 내지 80 중량부;
   코르크 칩 5 내지 7 중량부; 및
   수산화 알루미늄 10 내지 15 중량부; 를 포함하는 커피박이 포함된 친환경 합성 목재.
   
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3. 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG), 코르크칩 및 수산화 알루미늄을 혼합하고 90 내지 110℃에서 가열하여 제1 혼합물을 마련하는 제1 단계;
   전기로에 길이 방향으로 설치되는 스크류 및 전기로의 아래 쪽에 설치되는 히터를 포함하는 스크류 히터 방식으로 커피박을 건조하여, 진한 다크 브라운 색상을 가지고 함수율이 5% 미만이고 에스테르계 유분의 함량이 커피박의 총 중량에 대해 14 내지 16 중량%인 커피박을 마련하고, 상기 제1 혼합물에 상기 제1 혼합물과 60℃ 이상 온도 차이가 나는 커피박을 혼합하고 냉각시켜 제2 혼합물을 마련하는 제2 단계;
   상기 제2 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 펠릿화하는 제3 단계; 및
   펠릿화된 제2 혼합물을 성형기에 넣어 합성 목재로 성형하는 제4 단계; 를 포함하고,
   상기 재1 혼합물은, 상기 커피박 100 중량부에 대하여, 폴리에스터 블렌드 수지(PET/PCTG) 70 내지 80 중량부; 코르크칩 5 내지 7 중량부; 및 수산화 알루미늄 10 내지 15 중량부; 가 포함되도록 혼합하는 커피박이 포함된 친환경 합성 목재의 제조 방법.
   
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