초록 ▼

○ 연구결과
산지 폐잔재의 펄프화를 통하여 친환경 포장 완충소재를 제조하는 기술은 두 가지로 접근하고자 한다. 먼저 수집된 산지 폐잔재를 펄프화하기 위하여 기계펄프 방식을 적용하였고, 이들 폐잔재를 목분 제조 장치를 이용하여 목분으로 만들었다. 이들 각각의 원료에 결합보조제인 전분을 첨가한 후 단축식 스크루 (single screw extruder)의 성형 다이(forming die)를 통하여 압출 및 팽연시켜 충격흡수능력을 갖는 원형 팽연완충소재(circular expanded cushioning materials)를 제조하

○ 연구결과
산지 폐잔재의 펄프화를 통하여 친환경 포장 완충소재를 제조하는 기술은 두 가지로 접근하고자 한다. 먼저 수집된 산지 폐잔재를 펄프화하기 위하여 기계펄프 방식을 적용하였고, 이들 폐잔재를 목분 제조 장치를 이용하여 목분으로 만들었다. 이들 각각의 원료에 결합보조제인 전분을 첨가한 후 단축식 스크루 (single screw extruder)의 성형 다이(forming die)를 통하여 압출 및 팽연시켜 충격흡수능력을 갖는 원형 팽연완충소재(circular expanded cushioning materials)를 제조하였고, 이들 완충소재의 물성을 평가하기 위하여 밀도, 탄성계수, 공극률 등을 측정하였다.
또한 산지 폐잔재로 만들어진 펄프에 전분과 같은 결합보조제를 첨가한 후 감압성 형방식(suction-forming method)을 적용하여 평판형 완충소재(plate-like cushioning materials)를 제조하는 기술을 개발하였다. 제조된 완충소재들은 EPS와 펄프 몰드의 물성과 비교하여 포장용 완충소재로서 사용할 수 있는 물성을 지니고 있는 지를 비교분석하였다. 펄프 완충소재가 재활용되는 경우 완충물성이 어떻게 변하는 지를 분석하였고, 완충성능을 시험하기 위하여 표준 시험법에 근거하여 낙하 시험을 실시하여 펄프 완충재의 효능을 평가하였다. 또한 폐잔재로부터 만들어진 완충소재의 경제성을 분석하여 EPS와 펄프 몰드에 비하여 가격 경쟁력이 있는 지를 환경편익적 관점에서 조사하여 폐잔재로부터 만들어진 포장용 완충소재가 경제적으로 유용한 포장 소재임을 보여주고자 하였다.
팽연압출방식을 이용하여 제조한 원형 완충소재는 결합보조제인 전분을 펄프 혹은 목분의 전건 중량에 대하여 20% 미만 첨가하였을 때 가장 우수한 완충성능을 나타내었고, 대기 중의 함수율 상태에서는 EPS에 근접한 완충 성능을 발현하였다. 감압 성형 방식을 이용하여 제조한 평판형 완충소재는 전분 첨가량이 10% 수준에서 가장 뛰어난 완충성능을 발현하였고, 재활용이 반복될수록 섬유의 결합력이 감소되면서 완충소재의 충격흡수능력을 향상시켰다. 낙하시험에서도 펄프 완충소재는 EPS에 준하는 충격흡수성능을 발현하였다. 최종적으로 EPS 완충재 사용으로 인해 발생하는 환경오염 비용을 고려한다면 폐잔재를 이용한 포장용 완충재가 사회적 측면에서 보다 경제적인 것으로 나타났다.

Abstract ▼

Environment-friendly cushioning materials were made using an expansion method as well as a suction-forming method from waste wood collected from local mountains in Korea. The waste wood was pulped by thermomechanical pulping. The cushioning materials manufactured by expansion and suction forming wer

Environment-friendly cushioning materials were made using an expansion method as well as a suction-forming method from waste wood collected from local mountains in Korea. The waste wood was pulped by thermomechanical pulping. The cushioning materials manufactured by expansion and suction forming were a circular type and a plate type. respectively. The TMP cushions showed superior shock-absorbing performance with lower elastic moduli compared to EPS and pulp mold. The circular-type displayed the best performance of shock absorption when cationic starch was added in 20% based on the oven-dried pulp weight. The shock-absorption ability of the circular-type cushions was extremely increased under atmospheric moisture content, 8-10%.
Even though the plate-type cushions made using different suction times had many free voids in their inner fiber structure, their apparent densities were a little higher than EPS and much lower than pulp mold. The addition of cationic starch increased the elastic modulus of the TMP cushions without increasing the apparent density, which was different from the effect of surface sizing with starch. The porosity of the TMP cushion was a little less than EPS and much greater than pulp mold. As the TMP cushions were recycled, their cushioning performance was improved with less bonding ability of recycled pulp fibers due to fiber hornification. The thermal conductivity of TMP cushions are a little less than EPS, but it was clearly confirmed that they could be used as insulating materials. Finally, it was confirmed that the TMP cushions had great potential to endure external impacts occurring during goods distribution when used for packing.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 7
• 목차 ... 13
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 17
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 17
• 제 2 절 연구개발의 필요성 및 범위 ... 18
• 1. 산지 폐잔재의 경제적 이용 ... 18
• 2. 산지 폐목재 재활용 현황 ... 20
• 3. 산지폐잔재의 수집을 통한 경제적 이용 ... 21
• 4. 산지폐잔재의 경제적 가치 ... 22
• 5. 산지폐잔재를 활용한 팽연 완충 포장재 개발.활용의 경제적 효과 ... 23
• 6. 연구개발의 범위 ... 24
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 27
• 제 1 절 국내외 관련기술개발현황 ... 27
• 1. 포장 완충재 관련 국내 연구 ... 27
• 2. 포장 완충재 관련 국외 연구 ... 29
• 제 2 절 연구결과의 국내외적 위치 ... 31
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 33
• 제 1 절 원료 섬유의 물리.화학적 성질 분석 ... 33
• 1. 원료 섬유의 제조 및 물성 분석 ... 33
• 1.1 폐잔재를 이용한 열기계펄프 및 목분 제조 ... 33
• 1.2. 원료 섬유의 결정화도 측정 ... 33
• 1.3 원료 섬유의 열분해 성질 ... 34
• 1.4 원료 섬유의 보수도 측정 ... 34
• 1.5 원료 섬유의 원소 분석 ... 35
• 2. 결과 및 고찰 ... 35
• 2.1 원료 섬유의 조직 관찰 ... 35
• 2.2 원료 섬유의 열분해 특성 분석 ... 39
• 2.3 원료의 결정화도 분석 ... 39
• 2.4 원료 섬유의 성분 분석 ... 40
• 제 2 절 폐잔재 및 소경재를 이용한 팽연완충소재 제작 ... 42
• 1. 압출기 제작 ... 42
• 2. 압출 특성 분석 ... 44
• 2.1 열기계펄프 섬유의 압출 특성 ... 44
• 2.2 목분의 압출 특성 ... 45
• 2.3 팽연보조제 혼합에 따른 압출 특성 분석 ... 45
• 2.4 함수율에 따른 압출 특성 분석 ... 46
• 2.5 팽연완충소재의 물리적 성질 분석 ... 46
• 3. 열기계펄프 섬유와 목분의 팽연 특성 ... 47
• 3.1 열기계펄프 섬유의 압출 특성 ... 47
• 3.2 목분의 압출 특성 ... 52
• 3.3 팽연보조제 혼합에 따른 압출 특성 분석 ... 56
• 3.4 함수율에 따른 압출 특성 분석 ... 59
• 제 3 절 폐잔재 및 소경재를 이용한 평판형 완충소재 제작 ... 67
• 1. 서론 ... 67
• 2. 평판형 감압성형장치 설계 ... 68
• 2.1 감압성형장치의 구성68 ... 68
• 2.2 감압성형의 원리(principal theory of vacuum forming) ... 71
• 3. 완충소재 제조용 폐잔재 및 소경목 시료 ... 77
• 3.1 원료 펄프화 ... 77
• 3.2 완충소재 제조 과정 ... 78
• 3.3 완충소재의 제조 조건 ... 79
• 3.4 감압성형된 완충소재의 물성 측정 ... 81
• 3.5 완충소재의 공극률 계산 ... 82
• 3.6 완충소재의 단열 실험84 ... 84
• 4. 결과 및 고찰 ... 85
• 4.1 완충소재의 단면 형상 ... 85
• 4.2 완충소재의 물성 ... 88
• 4.2.1 감압탈수 시간에 따른 완충소재의 물성 변화 ... 88
• 4.2.2 전분첨가량에 따른 폐잔재 TMP, BTMP 및 MDF 완충소재의 물성변화 ... 93
• 4.2.3 원료의 투입량 변화 따른 완충소재의 물성 변화 ... 99
• 4.2.4 완충소재에 대한 표면사이징 처리 후 물성 변화 ... 103
• 4.2.5 감압성형 공정에 의한 완충소재의 공극률 변화 ... 109
• 4.2.6 내첨 사이징 처리에 따른 TMP 완충소재의 내수성 변화 ... 110
• 4.2.7 완충소재의 재활용 횟수에 따른 물성 변화 ... 112
• 4.2.8 표백 전.후 완충소재의 백색도 변화 ... 117
• 4.2.9 완충소재의 단열성 평가 ... 119
• 4.2.10 완충소재의 낙하시험 ... 122
• 제 4 절 실용화를 위한 완충소재 제조 공정 설계 ... 125
• 1. 감압성형 완충소재 제조공정 ... 125
• 2. 팽연압출형 완충소재 제조공정 ... 126
• 제 5 절 완충소재의 경제성 분석 ... 127
• 1. 포장 폐기물에 대한 국내외 정책 및 무역규제 ... 127
• 2. 포장용 완충재 제조비용 비교 ... 131
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 137
• 제 1 절 목표 달성도 ... 137
• 1. 폐재/간벌재의 최적 펄프화를 위한 탐색 - 100% 달성 ... 137
• 2. 펄프 현탁액을 이용한 완충소재 제조 기술 개발 - 100% 달성 ... 138
• 제 2 절 관련분야에의 기여도 ... 138
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 141
• 제 1 절 연구개발결과의 활용계획 ... 141
• 제 2 절 추가연구의 필요성 ... 141
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 143
• 제 7 장 참고문헌 ... 145
• 끝페이지 ... 148