면섬유를 재활용한 에코형 용기 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 용기

면섬유를 재활용한 에코형 용기 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 용기{Method for making Eco-vessel reusing cotton fiber and Eco-vessel produced thereof}

본 발명은 면섬유를 재활용한 에코형 용기 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 용기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 섬유 및 의류의 제조공정에서 발생하는 부산물인 면섬유를 이용하여 폴리스티렌 일회용 용기를 대체할 수 있는 용기를 제조하되, 접착제나 기타 섬유간 결합력을 확보하기 위한 첨가물을 전혀 사용하지 않고 오직 면섬유만을 이용하여 용기를 제조함으로써, 폴리스티렌에 의한 환경오염과 인체유해성을 방지하고 산업폐기물을 재활용함은 물론, 생분해성과 성형성 및 형태안정성이 우수한 친환경 용기를 제조할 수 있는 면섬유를 재활용한 에코형 용기 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 용기에 관한 것이다.

섬유의 제조공정에서는 필수적으로 섬유 공정의 부산물인 폐섬유가 발생하게 된다. 이러한 폐섬유는 최근 섬유 고유의 뛰어난 흡음성을 다용도 판재, 합판, 바닥재 등에 융합시켜 흡음성과 난연성을 향상시킨 소재로 재활용하거나, 폐섬유를 시멘트에 혼합하여 재활용하는 등 다양한 방법으로 활용되고 있다.

한편, 각종 행사나 여행시 편의성 때문에 일회용 접시, 일회용 컵 등 일회용 용기가 빈번하게 사용되고 있다. 이러한 일회용 용기는 대부분 폴리스티렌을 이용하여 제조되고 있으며, 현재 컵라면 용기 등도 이러한 폴리스티렌 재질로 제조되고 있는 실정이다. 폴리스티렌은 석유화학계 열가소성 수지의 일종으로, 에틸렌과 벤젠을 반응시켜 생성된 액체 스티렌 단위체를 중합하여 제조되며, 플라스틱 중에서 가장 가공성이 우수하고 열차단성을 가지고 있어 일회용 용기, 완충재 등에 많이 사용된다.

폴리스티렌은 분해가 용이하지 않아 폐기시 심각한 환경오염을 유발하며, 사용시 인체에 유해한 환경호르몬이 배출되는 등 부작용이 많은 소재이다. 따라서, 이러한 폴리스티렌을 대체할 수 있는 용기 소재에 대한 개발이 시급한 상황이다.

일반적으로 폐섬유를 원료로 하여 제품을 제조하는 업체들은 섬유에 폴리프로필렌(PP)을 첨가하여 습식 형태의 시트를 제조한 후, 건조 공정을 거쳐 판상 형태의 시트를 제조한 다음, 폴리프로필렌이 용융될 수 있는 온도에서 가압함으로써 딱딱한 형태의 시트를 제조하고 있다. 이와 같이 제조된 시트는 용기로 활용하기에 부적합한 특성을 가지고 있다. 즉, 시트를 용기 형태로 변형하는 것이 불가능하고, 섬유 간의 접착력 때문에 성형이 불가능하며, 방수성이 없어 용기의 기능을 수행할 수 없을 뿐만 아니라, 생분해가 되지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 섬유 및 의류공정의 부산물인 면섬유의 활용성을 높이고 건강과 환경이 고려된 보다 합리적인 고부가 가치성 용기를 제고하며, 접착제를 과량으로 사용하는 니더(Kneader) 방식을 대체하여 환경친화적이고 인체에 무해한 용기를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 면섬유를 재활용한 에코형 용기 제조방법은 (a) 섬유 부산물인 면섬유(cotton fiber)를 습식 비팅(beating)을 통해 특정 범위의 길이로 절단하는 단계; (b) 상기 (a)단계를 통해 절단된 면섬유 단독으로 습식 몰드를 통해 습식 성형하여 1차적으로 성형 및 탈수하는 단계; (c) 상기 (b)단계를 통해 1차적으로 성형 및 탈수된 면섬유 단독으로 건식 몰드를 통해 건식 성형하여 2차적으로 성형 및 탈수하는 단계; (d) 상기 (c)단계의 결과물을 압축용기몰드를 통해 프레스 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (a)단계의 특정 범위의 길이는 3 ~ 5 mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 (a)단계의 습식 비팅 시간은 60 ~ 180분인 것이 바람직하다.

또한, 상기 (d)단계는 70 ~ 150 도씨의 온도와, 40 ~ 150 kgf/㎠ 의 압력에서 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 섬유 및 의류의 제조공정에서 발생하는 부산물인 면섬유를 이용하여 폴리스티렌 일회용 용기를 대체할 수 있는 용기를 제조하되, 접착제나 기타 섬유간 결합력을 확보하기 위한 첨가물을 전혀 사용하지 않고 오직 면섬유만을 이용하여 용기를 제조함으로써, 폴리스티렌에 의한 환경오염과 인체유해성을 방지하고 산업폐기물을 재활용함은 물론, 생분해성과 성형성 및 형태안정성이 우수한 친환경 용기를 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 면섬유를 재활용한 에코형 용기 제조방법의 흐름도,
도 2는 습식 성형몰드의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 면섬유를 재활용한 에코형 용기 제조방법의 흐름도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 면섬유를 재활용한 에코형 용기의 제조방법은, 도 1을 참조하면, 습식 비팅 단계(S10), 습식 성형 단계(S20), 건식 성형 단계(S30), 및 프레스 성형 단계(S40)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에서는 섬유 및 의류의 제조공정에서 발생하는 부산물인 면섬유(cotton fiber)를 이용하여 폴리스티렌 일회용 용기를 대체할 수 있는 용기를 제조하되, 접착제나 기타 섬유간 결합력을 확보하기 위한 첨가물(폴리프로필렌 등)을 전혀 사용하지 않고 오직 면섬유만을 이용하여 용기를 제조함으로써, 폴리스티렌에 의한 환경오염과 인체유해성을 방지하고 산업폐기물을 재활용함은 물론, 생분해성과 성형성 및 형태안정성이 우수한 친환경 용기를 제조한다.

습식 비팅 단계(S10)는 섬유 및 의류의 제조공정에서 발생하는 산업폐기물 중 면섬유를 습식 비팅(beating)을 통해 특정 범위의 길이로 절단하여 단섬유로 미세화하는 과정이다. 이와 같이 면섬유를 미세화함으로써 섬유간 결합력을 향상시키고, 제품의 표면을 부드럽게 하여 감촉과 터치감을 개선하며, 탈수가 용이해지고 성형성이 우수하게 된다.

습식 비팅 단계(S10)에서 절단된 면섬유의 사이즈는 대략 3 ~ 5 mm 인 것이 바람직하다. 면섬유의 사이즈가 3 mm 미만이면 면섬유의 사이즈가 지나치게 작아 면섬유 사이에 공극이 거의 없게 되어 탈수가 어려워지는 문제점이 있고, 5 mm 를 초과하는 경우에는 섬유간 결합력이 저하되어 형태안정성이 불량하고, 성형성이 떨어지며, 용기 뒷면이 터지는 현상이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 습식 비팅 시간은 대략 60 ~ 180 분인 것이 바람직하다. 비팅 시간이 60분 미만이면 제품의 표면이 거칠어져 감촉과 터치감이 떨어지는 문제점이 있고, 180분을 초과하면 면섬유가 지나치게 미세화되어 탈수가 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.

습식 성형 단계(S20)는 습식 비팅 단계(S10)를 통해 절단된 면섬유 단독으로 습식 몰드를 통해 습식 성형하여 1차적으로 성형 및 탈수하는 과정이다.

도 2는 습식 성형몰드의 사시도이다.

습식 성형몰드는 바닥용기와 상판용기로 이루어지며, 바닥용기의 내주면과 상판용기의 외주면은 상호 부합하는 형상을 취하고 있다. 바닥용기는 하부로 탈수가 이루어질 수 있도록 다수의 홀을 구비하고 있다.

습식 성형 단계(S20)에서는 바닥용기의 내부에 절단된 면섬유를 적정량 투입한 후, 바닥용기에 상판용기를 결합시켜 면섬유를 가압함으로써 성형을 하게 된다. 습식 성형시 접착물질은 전혀 첨가하지 않으며, 수분이 있는 상태로 성형함으로써 섬유 자체의 결합력으로 성형성을 부여하게 된다.

도 2와 같은 성형몰드에서 면섬유의 투입량은 최종 건조 후 중량 기준으로 대략 5 ~ 20 g 인 것이 바람직하다. 면섬유의 투입량이 5g 미만이면 성형몰드의 형태 안정성이 떨어져 용기의 일부분이 얇아지게 되어 균일한 두께의 용기가 제조될 수 없으며, 심한 경우 구멍이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 반면, 면섬유의 투입량이 20g을 초과하면 습식 성형에서 탈수력이 떨어지는 문제점이 있다.

습식 성형 단계(S20)에서 1차적인 수분 제거시 잔여 수분의 함량은 20% 미만인 것이 바람직하다. 잔여 수분의 함량이 20% 이상이면 충분히 수분이 제거되지 않아 이후의 건식 성형이 진행되기 어려워진다.

건식 성형 단계(S30)는 습식 성형 단계(S20)를 통해 1차적으로 성형 및 탈수된 면섬유 단독으로 건식 몰드를 통해 건식 성형하여 2차적으로 성형 및 탈수를 수행하는 과정이다. 건식 성형을 통해 잔여 수분을 제거하고 진공 조건에서 압착함에 의해 형태 안정성과 내구성이 향상되며, 더불어 성형성이 극대화된다.

건식 성형 단계(S30)에서 2차적인 수분 제거시 잔여 수분의 함량은 5% 미만인 것이 바람직하다. 잔여 수분의 함량이 5% 이상이면 충분히 건조되지 않아 이후 프레스 성형시 압착 공정에서 면섬유간의 강한 결합이 이루어지기 어렵다.

프레스 성형 단계(S40)는 건식 성형 단계(S30)를 통해 2차적으로 수분이 제거된 면섬유를 압축용기몰드를 통해 압착하여 프레스 성형을 수행하는 과정이다. 프레스 성형 단계(S40)에서도 접착물질로 사용하는 화학물질인 폴리프로필렌이나 화학적인 접착제를 전혀 사용하지 않고 면섬유 자체의 결합력을 통해 성형한다.

프레스 성형 단계(S40)는 적정 온도와 압력에서 수행되는 것이 매우 중요하다. 프레스 성형 단계(S40)에서의 온도와 압력은 최종 제품의 성형성가 형태 안정성을 결정하는 요인이 된다. 프레스 성형은 70 ~ 150 도씨의 온도와, 40 ~ 150 kgf/㎠ 의 압력에서 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 벗어날 경우 면섬유의 황변 현상으로 인하여 원하는 색상을 얻기 어렵고, 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

압착 공정의 시간은 30 ~ 300 초인 것이 바람직하다. 압착 공정의 시간이 30초 미만이면 용기의 성형성이 불량하고 수분이 완전히 제거되지 않는 문제점이 있고, 300초를 초과하면 생산성의 저하뿐만 아니라 지속적인 열에 의한 황변 가능성 등의 문제점이 있다.

이와 같이 함으로써 면섬유의 활용성을 높이고 건강과 환경이 고려된 보다 합리적인 고부가 가치성 용기가 제조된다. 본 발명에 의하면 접착제를 과량으로 사용하는 니더(Kneader) 방식을 대체하여 환경친화적이고 인체에 무해한 용기가 제조될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예와 비교예에 대하여 설명한다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 범위를 한정하려는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하려고 하는 것이다.

[실시예 1]

면섬유를 120분간 습식 비팅 처리하여 3 ~ 5 mm로 단섬유화 시킨 다음, 단섬유화시킨 면섬유 혼합물 10g(최종 건조 후 중량 기준)을 습식 몰드에 투입하여 1차적으로 수분을 제거하여 잔여 수분의 함량이 20% 미만이 되도록 하고, 건식 몰드 성형을 통해 잔여 수분을 5% 미만이 되도록 재차 수분을 제거한다.

이후, 100 도씨의 온도와 120 kgf/㎠ 의 압력에서 건식 몰드를 이용하여 압착 공정을 거쳐 용기를 제조하였다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일한 방법에 의해 처리하되, 비팅 공정에서 섬유의 길이를 5mm 이상으로 비팅하고, 습식 몰드에 투입하여 1차적으로 수분을 제거하여 잔여 수분의 함량이 20% 미만이 되도록 하고, 건식 몰드 성형을 통해 잔여 수분을 5% 미만이 되도록 재차 수분을 제거한다.

이후, 100 도씨의 온도와 120 kgf/㎠ 의 압력에서 건식 몰드를 이용하여 압착 공정을 거쳐 용기를 제조하였다.

실시예 1과 비교예 1의 결과물을 아래 표 1에 정리하였다.

실시예 1과 비교예 1에 대하여 표면강도와 터짐성을 평가하여 표 2와 같은 결과를 얻었다.

표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1과 같이 비팅 공정에서 면섬유의 길이를 3 ~ 5 mm 로 절단한 경우가 비교예 1에 비해 우수한 성형성과 형태 안정성을 나타냄을 확인할 수 있다.

표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1과 같이 비팅 공정에서 면섬유의 길이를 3 ~ 5 mm로 조정하여 절단한 경우가 형태 안정성이 우수하였고, 표면 터짐성과 같은 내구성 면에서도 성형성이 우수하고 터짐 현상이 발생하지 않는 특성을 보였다. 반면, 비교예 1은 면섬유의 길이가 상대적으로 긴 관계로 섬유의 결합력이 극히 저하되어 습식 몰드에서 분리되지 않아 형태 안정성과 성형성이 모두 불량한 특성을 나타내었다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 환경친화적이고 인체에 무해하면서도 폐섬유를 재활용할 수 있는 일회용 용기의 제조 분야에 광범위하게 적용될 수 있다.

S10 - 습식 비팅 단계 S20 - 습식 성형 단계
S30 - 건식 성형 단계 S40 - 프레스 성형 단계