KR0129680B1 - 비 목질계 식물섬유로부터 제지용 펄프의 제조방법 - Google Patents

Abstract

목적 : 화합물을 사용하지 않고 볏짚이나 버개스와 같은 비 목질계 식물섬유로부터 제지용 펄프를 인체에 무해한 공정에 의해 생산하는 기술을 제공함을 목적으로 한다.

구성 : 비 목질계 식물섬유의 펄프화 함에 있어서 패티 아마이드를 증해 조제로 첨가하여 알칼리에 의한 비 목질계 식물로부터 제지용 펄프를 생산한다.

Description

비 목질계 식물섬유로부터 제지용 펄프의 제조방법

본 발명은 비 목질계 식물섬유로 부터 제지용 펄프의 제조방법에 관한 것이다.

(종래 기술)

제지용 원료로 이용되는 비 목질계 식물은 닥나무 인피(靭皮), 아마, 대마, 목면, 마닐라삼, 볏짚, 버개스(bagasse)등이 있다.

일반적으로 비목재 식물은 펙틴(pectin), 헤미셀루로즈(hemicellulose), 무기물등이 많고 리그닌(lig-nin)이 적게 포함되어 있는 경향이 있으며 펄프화에는 케미칼(chemical), 세미케미칼(semichemical), 메카노케미칼(mechano-chemical) 등의 방법이 이용되며 목재에 비하여 매우 온화한 조건으로 미표백 혹은 표백 펄프를 얻을 수가 있다.

비목재 펄프는 그 섬유형태, 화학적 조성, 비섬유세포의 종류와 양에 따라 각각 특징이 있다. 따라서 비목재 펄프 단독, 혹은 목재 펄프와의 적정 배합에 의해 만들어지는 종이는 강도, 내구성, 전기적 특징, 광택, 치수 안정성 및 인쇄적 성능의 특징에 따라서 보다 다양한 용도로 이용되고 있으며 이용 범위도 확대 되고 있다.

한편, 세계적으로 목재차원의 부족이 심화되고 있음에 따라서 최근에는 삼림을 보호하고 환경을 유지하면서 종이원료 펄프를 생산하여야 한다는 점이 큰 과제이다. 이러한 과제를 해결하는 방안으로서 1, 2년생 식물을 주체로, 하는 비목재 식물섬유로부터 제지용 펄프의 생산기술이 주목을 받고 있다.

현재 사용되고 있는 비목재 식물섬유로부터 제지용 화학 펄프의 제조 방법은 주로 소다법, 아황산염법, 크라프트법등이 사용되고 있으나 아황산염법 및 크라프트법은 증해액으로서 다량의 Na₂SO₃혹은 Na₂S와 같은 황화합물을 사용하지 않으면 안된다. 따라서 이들 화합물에 의한 악취 및 폐수오염이 심각한 수준에 이르고 있어 이를 대체할 수 있는 증해 약품 및 기술개발이 절실히 요구되어 왔다. 탈황 펄프화법으로서는 소다에 의한 증해방법이 개발되고 있으나 소다 단독으로는 헤미셀루로즈등 탄수화합물의 분해가 극심하여 펄프 수율이 떨어질 뿐만아니라 종이의 강도도 저하되는 문제점이 있다. 이러한 점을 보완하기 위하여 최근 소다와 함께 안트라퀴논을 조제로서 사용하고 있는데 안트라퀴논은 비수용성이어서 증해액 조제상에 어려움이 많으며 방향족 화합물이기 때문에 생분해되기가 매우 어렵다. 또 안트라퀴논은 매우 고가이므로 비목재 펄프의 생산비를 증가시키는 원인이 되기도 한다.

이상과 같은 문제점을 해결하기 위해 화합물을 사용하지 않고 볏짚이나 버개스와 같은 비 목질계 식물섬유로부터 제지용 펄프를 인체에 무해한 공정에 의해 생산하는 기술을 제공함을 목적으로 한다.

(과제를 해결하는 수단)

이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자들은 안트라퀴논에 대체하는 소다증해의 조제로서 N,N -디메틸오레아마이드(N,N -dimethyloreamide), N,N-디메틸스터아마이드(N,N-dimethylsteramide)등과 같은 피티아마이드(fattyamide)를 사용하여 비목재 식물섬유를 증해하여 제지용 원료 펄프를 제조함을 특징으로 한다.

다음 본원 발명에 대해 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

비목재 식물의 건조중량에 대하여 16∼20wt%의 가성소다용액에 0.05∼1.0wt%의 패티 아마이드를 첨가하여 170℃의 온도로 2시간동안 증해하여 보다 높은 수율로 양질의 펄프를 제조할 수 있다. 이때 패티아마이드의 첨가량은 0.05∼0.4wt%이나 0.1wt% 전후가 가장 효과적이며 그 이상 첨가하면 펄프 수율이 저하되게 된다. 패티 아마이드를 0.1wt% 첨가하여 증해하였을 때 탈리그니율은 80wt%에 달하고 있으며 잔존 탄수화물은 비목재 식물에 포함된 탄수화물의 80wt%에 달하고 있으며 잔존 탄수화물은 비목재 식물에 포함된 탄수화물의 80wt%이상이 된다. 비목재 섬유의 증해에 있어서 패티아마이드를 첨가함으로서 알칼리에 의해 저분자로 되어 용출된 리그닌의 친전자적 반응 부위에 선택적으로 반응함으로서 용출 리그닌의 재축합을 방지하게 되므로 탈리그닌을 촉진하게 되는 것으로 생각된다.

본 방법에 의해 버개스(bagasse)로 부터 얻어지는 펄프의 수율은 60wt% 이상으로서 크라프트법의 53∼55wt%이나 설파이트법의 55∼58wt%보다 높으며 강도적 성질도 보다 우수하며 보다 높은 백색도를 나타낸다.

본 방법의 장점은 황합물을 사용하지 않고 볏짚이나 버개스와 같은 비 목질계 식물섬유로부터 제지용 펄프를 생산할 수 있으므로 환경오염을 방지할 수 있는 점과 또 패티아마이드는 안트라퀴논에 비하여 저가이며 독성이 약하기 때문에 인체에 보다 무해한 공정에 의하여 경제적으로도 보다 낮은 생산원가로 비목재 섬유로부터 제지용 펄프를 생산할 수 있다는 점이다.

이하 실시예를 들어 본 방법은 설명하면 다음과 같으며 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 볏짚의 펄프화

탈지한 건조 볏짚 50g을 1ℓ의 로타리 디이제스터(digester)에 넣고 볏짚건조 중량에 대해 13wt%의 NaOH와 0.1wt%의 N,N-디메틸오레아마이드(N,N-dimethyloreamide)를 첨가한 후 이온교환수를 첨가하여 액비 1 : 4로 조절한 다음 170℃에서 2시간 동안 회전시키면서 중해하였다. 볏짚의 건조 중량 대해 NaOH의 함량이 13wt% 되게끔 증해후 반응액을 여과하고 증류수로 충분히 세척한 후 표준 해리기에 의해 해섬시킨 다음 수초지를 제조하였다.

그리고, 펄프수율, 백색도, 인장강도, 인열강도를 측정한 결과는 표1에 나타내었다.

비교예 1 크라프트법

실시예 1에서 NaOH와 N,N-디메틸오레아마이드 대신에 NaOH와 Na₂S를 건조볏짚에 대해 13wt% 되게끔 대치 하였으며, NaOH : Na₂S의 비는 3 : 1이 되게 한 외에는 실시예 1과 마찬가지로 실시한 결과는 표1에 나타내었다.

비교예 2 알킬리-안트라퀴논법

실시예 1에서 N,N-디메틸오레아마이드 대신에 안트라퀴논을 대치한 외에는 실시예 1과 마찬가지로 실시한 결과는 표1에 나타내었다.

[표 1] 볏짚의 증해 효과 비교

표 1에서 보는 바와 같이 본 방법에 의해 제조된 펄프의 수율, 백색도, 강도적 성질이 종래의 방법에 비해 매우 뛰어난 효과가 있음을 할 수 있다.

실시예 2 버개스의 펄프화

실시예 1에서 볏짚 대신에 버개스를 대치하고 증해조제로서 N,N-디메틸올아미이드 대신에 N,N-디메틸스터아마이드를 대치한 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 실시한 결과를 표 2에 나타내었다.

비교예 3

비교예 1에서 볏짚 대신에 버개스를 대치한 외에는 비교예 1과 마찬가지로 실시한 결과를 표 2에 나타내었다.

비교예 4

비교예 2에서 볏짚 대신에 버개스를 대치한 외에는 비교예 2와 마찬가지로 실시한 결과는 표 2에 나타내었다.

[표 2] 버개스의 중해 효과 비교

버개스로부터 제조된 본 방법에 의한 종래의 방법에 비해 백색도, 표백적성, 강도적 성질 등에서 우수한 효과가 있음을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 비 목질계 식물섬유의 펄프화 함에 있어서 패티 아마이드를 증해 조제로 첨가 하여 알칼리에 의한 비 목질계 식물섬유로 부터 제지용 펄프의 제조 방법.
2. 제1항의 패티 아마이드로서는 N,N-디메틸오레아마이드(N,N-dimethyloreamide) 혹은 N,N-디메틸스터아마이드(N,N-dimethylsteramide)임을 특징으로 하는 비 목질계 식물섬유로 부터 제지용 펄프의 제조방법.
3. (정정) 제1항의 패티 아마이드의 첨가량은 비 목질계 식물의 건조중량에 대하여 0.05wt%∼0.4wt%임을 특징으로 하는 비 목질계 식물 섬유로부터 제지용 펄프의 제조 방법.
4. (신설) 제1항에 있어서, 비 목질계 식물섬유가 볏짚이나 혹은 버개스임을 특징으로 하는 비 목질계 식물섬유로부터 제지용 펄프의 제조 방법.