KR0165528B1 - 종이류의 용액화 방법및 용액화된 화합물로부터 고분자 성형물을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학처리 되지 않은 종이류 및 목재를 유기용제와 반응시켜 용액화하고, 용액화된 화합물로부터 반응액을 얻고, 상기 반응액을 이용하여 고체상의 고분자 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

즉 종이류나 목재류를 크레졸, 인산 및 증류수를 혼합한 유기용제에 투입한 후 고온, 고압으로 처리하여 용액화된 용액화 물을 얻고, 상기 용액화물로부터 다시 반응액을 얻고, 반응액에 포름알데히드, 0.5노르말 농도의 염산, 및 인산을 첨가하여 가열하므로서 고체상의 고분자 성형물을 얻도록 한 것이다.

Description

종이류의 용액화 방법 및 용액화된 화합물로부터 고분자 성형물을 제조하는 방법

본 발명은 화학처리 되지 않은 종이류 및 목재를 유기용제와 반응시켜 용액화 하고, 용액화된 화합물로부터 반응액을 얻고, 상기 반응액을 이용하여 고분자 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종이류 및 목재는 셀룰로오스 분자쇄의 다발이 응집되어 섬유상으로 존재하며 주위를 리그닌 및 헤미셀룰로오스가 충진하고 있는 형태로서 금속이나 플라스틱 그리고 유리와는 달리, 열과 압력을 가하는 등의 처리에 의하여 변형시킨다거나 용해시켜 성형하는 가공수단을 사용할 수 없는 불용불융의 재료로 인식되고 있다.

그러나 목재를 고급 지방산 에스텔화, 벤질화와 같은 에텔화 등의 화학적 전처리를 수행하면 셀룰로오스가 유도체화하여 수소결합의 정도가 약해지고 이로 인하여 열유동성 및 용제가용성을 나타내게 된다.

이러한 화학적 전처리가 이루어진 종이류 및 목재는 고온 고압 처리에 의해 가용화 되어 액상의 물질로 변환되고, 변환된 액상의 물질로서 접착제, 필름상을 비롯한 여러가지 형태의 열 압성형물, 발포성형, 탄소섬유, 및 3차원의 구조로 경화시킨 여러가지 형태의 열경화성 물질을 제조할 수 있다.

또한, 목재에 화학처리를 하지 않고 용해하는 방법으로는, 유기용제로 사용하여 250℃ 이상의 고온 및 고압에서 30-50분간 처리하는 방법과, 150℃정도의 중온에서 강한 촉매의 존재하에 120분 이상 반응시키는 방법이 알려져 있다.

또 다른 예로서는 본 발명인이 특허 출원제 92-22770호(크레졸-인산혼액처리에 의한 목재의 용액화 방법)로 출원한 방법에 의하면 크레졸-인산혼액, 수용액을 7:3-3:7의 중량비로 목재와 혼합하여 200℃이하의 온도에서 반응시켜 직접 용액을 제조할 수 있다는 결과가 알려져 있다.

그러나, 기존의 용액화 방법은 목재를 직접 용액화 하지 못하고, 화학적 전처리 수행이 필수적이거나, 250℃ 이상의 높은 온도 및 120분 이상의 많은 시간이 소요되는 단점이 있으며, 아직까지 종이류에 대한 용액화 연구는 알려진 것이 없었다.

본 발명은 선출원한 크레졸-인산용액 처리에 의한 목재의 용액화 방법을 개량하여 유기용제와 목재와의 혼합비가 2:1 이하가 되도록 개량함과 동시에, 크레졸과 인산의 혼합액을 종이류와 함께 밀폐용기에 넣고 가열하여 반응시킴으로서, 지금까지 전혀 시도된 바 없는 종이류의 직접 용액화하는 조건을 규명하였으며, 종이류 및 목재의 용액화액으로부터 포름알데히드와 인산 및 염산을 가하여 Tg(유리전이온도)가 30-70℃ 사이에 형성되는 상온고체형 고분자 물질을 제조하였다.

이하 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

시료의 준비로서 목재와 종이류로 분류되나, 목재의 경우 두께 0.4mm의 자동대패밥과, 4mm×5mm×2cm의 칩(chip)을 사용하였고, 종이류는 3cm×3cm 크기로 절단하여 사용하였다.

준비된 시료 1g에 크레졸, 증류수 및 인산을 혼합한 일정량의 용제를 10ml의 스테인레스 용기내에 투입하고 밀폐한 다음 약 200℃에서 60분 정도 처리하게 되면 내압용기내에 투입된 시료가 용액화된다. 상기와 같은 방법으로 용액화가 완료되면, 통상의 유리여과기(Glass filter)로 여과하여 여과기상에 남은 부분과 처음 반응에 사용된 시료와의 중량비로 용액화율을 구하며, 유리여과기를 통과한 액상의 물질이 시료의 용액화물이 된다.

여과된 용액화물은 분별 갈대기를 이용하여 비중차이에 의해 유기층과 수층으로 분리한 다음, 유기층을 회수하여 고분자 성형을 위한 반응액으로 준비하였다.

상기 공정에서 얻어진 반응액 20g에 포름알데히드 20g, 0.5 노르말 농도의 염산 및 인산을 첨가하여 90℃-95℃ 정도의 온도에서 30분-60분간 가열하여 30℃-70℃의 Tg(유리전이온도)를 가지는 고체상의 고분자 물질을 제조하였다.

본 발명에 있어서 각각의 시료에 가장 알맞은 크레졸과 인산 및 증류수의 첨가비는 아래의 표(1)에 나타나 있다.

한편 표(1)에 나타난 최적 첨가량을 초과하거나 미달되면, 일정한 범위까지는 용액화율이 저하하고, 표(2)에 나타난 범위를 초과하게 되면 용액화가 진향되지 않으며, 실제 용액화가 가능한 인산, 크레졸 및 증류수의 첨가량은 다음과 같다.

본 발명에서 가열온도는 200℃가 가장 알맞은 온도이며, 그 이상의 온도에서는 용액화가 가능하지만 이하의 온도에서는 용액화가 불가능 하다.

반응시간은 60분이 가장 알맞은 시간이며 60분을 기준으로 어느 정도까지는 용액화가 진행되고, 범위를 벗어나게 되면 용액화가 진해오디지 않는다.

실제 용액화가 가능한 시간은 45분-90분 사이에 형성된다.

반응액을 이용한 고체상의 고분자 물질의 제조 방법은 다음과 같다.

용액화가 완료된 반응액 20g과 포름알데히드, 0.5노르말 농도의 염산 및 인산을 표(3)과 같이 첨가하여 90℃-95℃ 온도에서 30분에서 60분간 반응시키면 Tg(유리전이온도)가 30℃-70℃에서 형성되는 고체상의 고분자 물질을 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 종이류 및 목재를 화학적 전처리 과정을 거치지 않고 직접 용액화함으로써, 보다 간단한 공정으로 목재를 용액화할 수 있고, 본 발명인이 발명한 목재의 용액화 방법을 개량하여 유기 용매와 시료의 비율이 1:1이 되도록 하였으며, 특히 이제까지 전혀 연구된 바 없는 종이류의 직접 용액화 하는 조건을 규명하였다.

또한 직접 용액화한 반응액을 이용하여 상온에서 고체상태를 유지하는 고분자 물질을 제조함으로써, 종이류 및 목재의 새로운 이용 방안을 개발하였다.

따라서 본 발명은 화학 처리되지 않은 종이류 및 목재를 용액화 하고, 용액화된 용액화물로부터 반응액을 얻고, 상기 반응액을 이용하고 고분자 성형물을 제조할 수 있게 되는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 종이류를 크레졸과 인산의 수용액 및 증류수를 혼합한 혼합용액과 함께 밀폐된 용기에 넣고, 고온 고압으로 반응하여 용액화하는 종이류의 용액화 방법에 있어서, 밀폐용기에 투입되는 시료(종이류, 목재)와 혼합용액(크레졸, 인산, 증류수)의 투입비율이 시료 1g에 대하여 크레졸 0.1∼1.0(ml), 인산 1.0∼10(ml), 증류수2.0∼8.0(ml)의 비율로 투입하여 용액화하는 종이류의 용액화 방법.
2. 종이류 및 목재를 이용하여 용액화한 용액화물로부터 반응액을 얻고, 상기 반응액을 포름알데히드, 염산 및 인산과 함께 용기에 투입한 다음, 가열하므로서 고체상태를 유지하는 고분자 물질을 제조하는 종이류 및 목재를 이용한 용액화물로부터 고분자 성형물을 제조하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 반응액과 포름알데히드 및 인산의 투입비율 및 반응 조건은 반응액 20g에 대하여 포름알데히드 10∼30g, 0.5N HCL 3∼8(ml), 0.5N 인산 0.5(ml)를 각각 투입한 다음 90∼95℃로 30∼60분간 처리하여서 됨을 특징으로 하는 종이류 및 목재를 이용한 용액화물로부터 고분자 성형물의 제조하는 방법.