KR100288119B1

KR100288119B1 - 부상부유 및 효소처리를 이용한 골판지 고지의 재생방법

Info

Publication number: KR100288119B1
Application number: KR1019980024525A
Authority: KR
Inventors: 류정용; 서형일; 지경락; 김진두; 신종호; 오세균
Original assignee: 김충섭; 한국화학연구원
Priority date: 1998-06-27
Filing date: 1998-06-27
Publication date: 2001-05-02
Also published as: JP3044234B2; JP2000027083A; EP0967320B1; DE69906185T2; US6093282A; DE69906185D1; CA2276242A1; KR20000003300A; EP0967320A1

Abstract

본 발명은 부상부유 및 효소처리를 이용한 골판지 고지의 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 골판지 고지에 부상부유 처리 및 가수분해 효소 처리를 하고, 재생지료를 기계적으로 고해 처리하는 것을 특징으로 하는 골판지 고지의 재생방법으로서, 골판지 원지의 탈수성을 개선하며, 분급된 장섬유분만에 대한 고해 처리에 의해 강도를 향상시키는 효과가 있고, 아울러 고해 동력비 및 효소 처리 비용을 절감하며, 고강도의 골판지 원지 제조에 소요되는 수입 골판지 고지 및 미 표백 크라프트 펄프를 국산 골판지 고지로 대체하는 효과가 있는 골판지 고지의 재생방법에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]

부상부유 및 효소처리를 이용한 골판지 고지의 재생방법

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 부상부유 및 효소처리를 이용한 골판지 고지의 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 골판지 고지에 부상부유 처리 및 가수분해 효소 처리를 하고, 재생지료를 기계적으로 고해 처리하여, 탈수성의 저하 없이 골판지 원지의 강도를 향상시키는 골판지 고지의 재생방법에 관한 것이다.

우리 나라의 전체 지류 생산량은 1997년을 기준하여 약 800만 톤에 달하고 있고, 이에 세계 10위권의 지류 생산국에 진입하였다. 한편, 상품 포장의 중핵을 담당하고 있는 골판지 원지 생산량은 지류 총 생산량의 30% 이상을 차지하고 있으며, 포장재로서의 골판지는 인쇄 및 가공이 용이하고, 중량대비 강도가 우수하며 재활용이 가능하다는 장점이 있다. 현재 우리 나라의 고지 재활용율은 세계 최고수준으로서, 95년 기준으로 제지산업 규모 상위 10개국 가운데 종이 재활용 비율은 72%로 가장 높은 바[Vital Signs, 1998], 특히 골판지 원지는 주로 국산 골판지 고지를 주원료로하여 제조되고 있으며, 이에 따라 국산 골판지 고지의 재활용율은 매우 높다는 특징이 있다. 그러나 골판지 고지의 재활용율이 높은 만큼, 재생펄프의 품질은 급격히 저하되는 문제점이 있다.

골판지의 주원료가 되는 국산 골판지 고지(KOCC)는 거듭된 재생처리로 인하여 미세분의 함량이 전체 지료의 절반에 달할 만큼 많으며, 아울러 섬유가 각질화됨에 따라 재생처리가 거듭 될수록 미세분의 형성이 더욱 조장되고 있다. 일반적으로 미세분이라 함은 75㎛이하의 무기물 및 단섬유를 일컫는 것으로서, 이는 골판지 원지의 초지시 습지필의 탈수를 저해하여 생산성을 저하시키는 요인이 되어 왔다.

한편, 골판지 고지의 탈수성을 개선하기 위해 초지기의 헤드박스 농도를 높이거나 탈수 촉진용 고분자 첨가제를 적용하는 시도가 계속되어 왔으나, 이러한 종래의 방법은 지합을 저해함으로써 종이의 강도와 후 가공 적성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 골판지 생산 공정의 백수가 최근 용수 절감과 환경보전을 위해 폐쇄화되고 있는 추세임에 비추어 볼 때, 각종 제지용 첨가제의 보류는 갈수록 저하될 것이며 축적된 첨가제에 의한 공정수의 화학적 및 생물학적 산소 요구량의 증가가 우려된다. 따라서 종래의 골판지 원지 제조기술로는 국산 골판지 고지를 주원료로 삼는 한, 골판지 원지의 초지 시 미세분으로 인한 탈수 저하의 문제점을 피할 수 없으며, 이에 기존의 화학 첨가제와 다른 새로운 환경친화적인 고지 처리기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.

아울러 미세분 형성에 따른 탈수성 저하로 인해 각질화된 골판지 고지 펄프는 충분히 고해 처리될 수 없는 바, 국산 골판지 고지를 주원료로 하는 경우에는 골판지 원지의 강도를 증가시킬 수 없었다. 비록 선진국에서는 골판지 고지를 스크린 또는 클리너 등으로 정선 처리하여 장단 섬유를 분급한 다음, 장섬유분을 선택적으로 고해하여 종이의 강도를 향상시키는 기술이 개발되어 적용돼 왔으나[Bliss T., Pulp and paper, 88, 104(1987); Clark L. E. and Iannazzi F. D., Tappi, 57, 59(1974)], 상기 기술은 양질의 미 표백 크라프트 펄프와 중성 아황산 반화학 펄프로 구성되는 고급 골판지 고지에 적합한 기술일 뿐, 우리 나라와 같이 장섬유보다 미세분 함량이 많은 저급의 골판지 고지를 골판지 원지의 주원료로 삼는 경우에는 골판지 원지의 강도는 개선될 수 없었다.

상기 이유로 인해 강도가 우수한 고급 골판지 원지는 지금까지 수입에 의존해 왔으며, 국민 생활수준의 향상에 따라 최근 고급 골판지 원지 수입량은 1995년에 16만 6천 톤에서 1996년에 19만 3천 톤으로 급속히 증가하는 추세이다[Pulp ＆ Paper International, 39, 65(1997)]. 상기한 바와 같이 급속히 증가하고 있는 고품질의 수입 골판지 원지에 대한 수요를 국산 원지로 대체하고자 하는 경우, 종래의 기술만으로는 국산 골판지 고지를 이용하지 못하고, 전량 수입에 의존하는 미표백 크라프트 펄프를 원료로 사용하는 방법이외에 다른 대안이 없었다. 실제로 지난 1996년 한해 동안 크라프트지 및 각종 골판지 제조를 위해 수입된 미 표백크라프트 펄프의 총량은 27만 톤에 달하였다[Pulp ＆ Paper International, 39, 65(1997)]. 따라서, 외화 절약 차원에서도 미세분이 많은 국산 골판지 고지의 탈수성을 개선하여 생산효율을 증가시키면서 강도를 향상시키고 고품질의 골판지원지로 재생하는 새로운 기술의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명의 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 부상부유 처리로 국산 골판지 고지에 포함된 다량의 미세분을 효과적으로 분리한 다음, 미세분에 대한 신규한 효소 처리 및 장섬유분에 대한 고해 처리를 함께 실시하는 경우에 골판지 원지의 탈수성 및 강도가 개선됨을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 골판지 고지 펄프의 탈수성은 저하시키지 않으면서 섬유의 유연성을 향상시키고, 궁극적으로 골판지 원지의 생산 효율을 증가시킬뿐만 아니라 파열강도와 압축강도 등 주요한 물리적 성질을 개선하는 새로운 환경 친화적 골판지 고지의 재생방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

[발명의 구성 및 작용]

본 발명은 a) 골판지 고지의 부상부유 처리하는 과정 ; b) 상기 부상부유 처리과정에서 분리된 미세섬유 함유 리젝트분에 다당류 가수분해 효소를 처리하는 과정 ; 그리고 c) 상기 부상부유 처리과정에서 분급된 장섬유를 고해 처리하는 과정을 포함하는 골판지 고지의 재생방법을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 각 공정별로 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 적용하고 있는 부상부유 처리과정은 종전에 인쇄물의 탈묵처리에 적용되어 왔던 것으로서, 본 발명에서는 골판지 고지의 미세분 분리에 이용한데에 가장 큰 특징이 있다.

탈묵공정에서의 부상부유 처리과정은 섬유와 표면화확적 성질이 다른 잉크입자를 지료로부터 분리시키는 목적으로 수행되며, 이러한 탈묵공정의 부상부유 처리를 위해 목재 섬유의 부상율을 줄이고 잉크 입자의 탈착과 기포의 형성 및 안정화를 촉진시키는 용도로서 계면활성제류의 각종 탈묵제를 첨가해야 하지만, 본 발명에 따른 골판지 고지 펄프에 대한 부상부유 처리과정은 탈묵공정에서의 부상부유 처리과정보다 비교적 낮은 유속 및 공기 유량 조건하에서 화학 첨가제를 전혀 첨가하지 않고, 동일한 표면화학적 성질을 지니는 섬유를 단지 그 크기를 기준으로 분급하고자 하는 목적으로 수행된다는 점에서 탈묵공정에서의 부상부유 처리과정과 근본적인 차이가 있으며, 또한 여기에 본 발명의 우수성이 있다할 것이다.

본 발명에 따른 부상부유 처리과정은 0.5∼2.0% 골판지 고지의 농도, 20∼55 ℃온도, 10∼50 L/min 유속 및 5∼20 L/min 공기 유량의 조건으로 실시하는 것이 바람직하고, 부상부유 처리과정이 상기 한정범위를 벗어나는 경우에는 미세분이 효과적으로 분리되지 못한다.

한편, 부상부유 처리과정에 의해 농축된 상태로 분리된 리젝트가 지료 내에 잔존하게되면 심각한 탈수부하를 유발할 뿐만 아니라 공정수의 오염 및 폐기물의 양을 증가시키게 된다. 이에 본 발명에서는 상기한 부상부유 처리과정에서 분리된 리젝트에 효소처리함으로써 이러한 문제를 미연에 방지하는 것이다.

본 발명에 따른 다당류 가수분해 효소 처리과정에서는 골판지 고지내 골심(Corrugated) 부분의 천연 옥수수 전분 접착제 및 목재 섬유로부터 유래된 미세분을 분해한다. 이러한 가수분해 효소처리는 농축된 리젝트분만에 대해 부분적으로 실시하게 되므로 종래의 전체 지료에 대한 효소 적용법과는 달리 매우 효과적이며, 효소 투입량이 감소되므로 그 처리 비용을 절감시키는 장점이 있다.

또한, 가수분해 효소처리 결과로 탈수성이 크게 향상되므로 종래 방법에서 흔히 적용되어온 탈수 촉진용 화학 첨가제를 추가로 투입할 필요가 없으므로 탈수 촉진용 화학 첨가제 사용에 따른 골판지 원지의 강도 저하의 문제가 더 이상 우려되지 않으며, 공장수의 오염도 방지할 수 있다.

본 발명에서는 다당류 가수분해 효소로서 아밀라아제, 셀룰라아제 및 헤미셀룰라아제를 사용하며, 이는 20∼55℃에서 처리하는 것이 바람직하다. 상기 아밀라아제는 천연 옥수수 전분 접착제를 분해하기 위한 것으로서, 부상부유 처리과정의 리젝트분에 대하여 0.01∼0.06 중량%를 처리하는 것이 바람직하고, 상기 셀룰라아제 및 헤미셀룰라아제는 목재 섬유로부터 비롯된 미세분을 분해하기 위한 것으로서 상기 부상부유 처리과정의 리젝트분에 대하여 0.01∼0.1 중량%를 처리하는 것이 바람직하다. 효소 처리량에 있어서, 그 처리량이 너무 적으면 전분접착제 및 미세분을 효과적으로 제거할 수 없고, 그 처리량이 과다하면 효소에 의한 미세분 제거 효과가 효소 투입비용에 미치지 못한다.

또한, 본 발명에서는 부상부유 처리로 미세분을 분리시킨 장섬유분에 대해서 선택적으로 고해 처리를 행하는 바, 장섬유분은 이미 거듭된 재생 처리로 각질화되어 섬유의 유연성이 크게 저하된 상태에 있기 때문에 그 유연성 회복을 목적으로 고해 처리를 실시하는 것이다. 본 발명의 고해 처리과정에서는 부상부유 처리된 장섬유분을 2∼6%로 농축시킨 후 20∼70℃의 온도 조건하에서 리파이닝 처리하며, 고해 처리과정이 상기 한정범위를 벗어나는 경우에는 섬유의 과다한 절단등으로 효과적인 섬유의 고해 처리가 불가능하다. 한편, 부상부유 처리과정을 거치지 않은 지료를 고해하면 고지 펄프의 탈수시간이 급격히 증가하는 양상을 보여 고해에 의한 기계적 처리를 충분히 실시할 수 없으나, 본 발명에 따라 부상 부유 처리과정을 거치는 경우에는 탈수성이 감소되지 아니하므로 충분한 고해 처리를 할 수 있어 골판지 원지의 강도가 감소되지 않는다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 골판지 고지는 부상부유 처리하여 분리시킨 리젝트분만을 다당류 가수분해 효소처리하여 가수분해 효과를 극대화하고, 또한 미세분이 분급된 장섬유만을 별도로 고해 처리하여 탈수성 저하없이 강도를 향상시키는 효과를 가지고 있어 국산 골판지 고지(KOCC) 재생에 특히 유용하다할 것이다.

이와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

골판지 원지 생산 현장의 헤드박스(headbox)에서 라이너지의 이면 지료를 채취한 다음, E형 부상부유기(Voith사, 독일)를 사용하여 농도 1%, 온도 45℃, 유속 30 L/min 및 공기유량 15 L/min의 조건으로 2분간 부상부유 처리하여 17%의 리젝트를 분리하였다.

분리된 리젝트는 3% 농도로 농축된 것으로 이에 포함된 섬유 미세분과 접착용 전분을 분해하기 위하여 트리코더마 롱기브라키아텀(Trichoderma longibrachiatum)에서 분리·정제된 셀룰라아제 및 헤미셀룰라아제의 복합효소(제넨코사, 핀란드, Pergalase FL-60)와, 바실러스 리체니포미스(Bacillus licheniformis)에서 분리·정제된 알파-아밀라아제계 효소(NOVO사, 덴마크, Termamyl LS ; 1, 4-α-D-글루칸 글루카노-하이드로라아제)를 각각 0.05 및 0.03 중량% 수준으로 첨가하여 온도 45℃에서 1시간 동안 저속으로 교반하며 숙성 처리하였다. 이어, 효소에 의해 가수분해 처리된 미세분을 다시 장섬유분에 혼합하여 지료를 제조하고, 이 지료를 태피표준시험법(Tappi standard method) T-205 om-88에 따라 평량 150 g/m²으로 수초지하였다.

[실시예 2]

부상부유 처리과정 및 다당류 가수분해 효소 처리과정은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 이어, 부상부유 처리된 장섬유분을 다시 4%로 농축시킨 후, 실험실용 디스크 리파이너(Disk Refiner ; 대일기공사, 대한민국)를 이용하여 온도 45℃ 조건으로 2회 리파이닝 처리하였다. 그런 다음, 리파이닝 처리된 지료를 농축시 회수해 두었던 백수로 다시 희석하여 1% 농도로 조정하고, 가수분해 효소처리된 미세분과 혼합하여 태피표준시험법(Tappi standard method) T-205 om-88에 따라 평량 150g/㎡으로 수초지하였다.

[비교예 1]

골판지 원지 생산 현장의 헤드박스(headbox)에서 라이너지의 이면 지료를 채취한 후, 태피표준시험법(Tappi standard method) T-205 om-88에 따라 평량 150g/㎡으로 수초지하였다.

[비교예 2]

골판지 원지 생산 현장의 헤드박스(headbox)에서 라이너지의 이면 지료를 채취한 후, 농도 4%로 농축시키고 대일기공사의 실험실용 디스크 리파이너(Disk Refiner ; 대일기공사, 대한민국)를 이용하여 온도 45℃ 조건으로 2회 리파이닝 처리하였다. 이어, 리파이닝 처리된 지료를 농축시 회수해 두었던 백수로 다시 희석하여 1% 농도로 조정한 다음, 태피표준시험법(Tappi standard method) T-205 om-88에 따라 평량 150 g/㎡으로 수초지하였다.

[실험예]

부상부유 처리로 분리된 미세분의 가수분해 효소 처리에 따른 골판지 고지펄프의 각종 물성 변화를 확인하기 위하여 실시예 1 및 비교예 1에서 초지시 탈수속도를 측정하였고, 수초지의 파열강도와 압축강도를 각각 태피표준시험법(Tappi standard method) T-403 om-85 및 T-818 om-87에 준하여 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.

또한, 부상부유 처리로 분급된 장섬유분의 고해 처리에 따른 골판지 고지 펄프의 각종 물성 변화를 확인하기 위하여 실시예 2 및 비교예 2에서 초지시 탈수속도를 측정하였고, 수초지의 파열강도 및 압축강도를 각각 태피표준시험법(Tappi standard method) T-403 om-85 및 T-818 om-87에 준하여 측정하여 다음 표 2에 나타내었다.

상기 표 1 및 표 2에서 확인할 수 있듯이, 국산 골판지 고지(KOCC)의 부상부유 처리로부터 분리되는 리젝트에 대한 선택적인 다당류 가수분해 효소의 처리는 탈수시간을 23%이상 단축시키는 효과가 있었으며, 효소 투입비용을 기존의 효소처리의 경우보다 80%이상 절감시킬 수 있었다. 이러한 탈수시간 단축효과는 골판지 고지 펄프내에 존재하면서 탈수를 방해하는 전분 접착제 및 목재 단섬유 등의 미세분이 부상부유 처리로 걷혀진 다음, 효소에 의해 효과적으로 가수분해되어 제거되었기 때문이다.

한편 본 발명의 재생방법에 따라 부상부유 처리과정에 의해 골판지 고지에서 탈수부하를 유발하는 미세분이 감소된 만큼 상대적으로 장섬유의 구성비가 증가한 실시예 1은 비교예 1에 비교하여 고지 펄프의 강도가 증가된 결과를 나타내나, 그 증가 정도가 미약하여 효소 처리만으로는 강도를 충분히 증가시킬 수 없음을 알 수 있었다.

이에 반하여, 초지의 강도 향상을 위해 고해 처리를 실시한 실시예 2 및 비교예 2의 측정값을 살펴보면, 실시예 1과 비교예 1에 비교하여 압축강도 및 파열강도가 각각 20% 및 30% 이상 증가함을 확인할 수 있었다. 특히 부상부유 처리를 선행하고 리젝트분에 대한 다당류 가수분해 효소의 처리를 실시한 실시예 2는 강도의 증가뿐만 아니라 고해동력을 20%이상 절감하고 탈수성까지 개선되는 효과가 있음을 알 수 있었다. 아울러 부상부유 처리 및 가수분해 효소의 처리가 선행되지 않는다면, 고해처리는 탈수시간의 급격한 증가를 초래하기 때문에 실제 공정에 적용할 수 없음을 비교예 2의 탈수시간 측정 결과로부터 확인하였다.

[발명의 효과]

이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 부상부유 및 효소처리에 의한 골판지 고지의 재생방법을 제공한다. 본 발명의 골판지 고지 재생방법은 종래의 재생방법과는 상이하게, 국산 골판지 고지(KOCC)에 화학 첨가제를 전혀 첨가하지 않고 골판지 고지내의 미세분을 효율적으로 분리·제거함으로써 탈수성을 개선하며, 분급된 장섬유분만에 대한 고해 처리에 의해 강도를 향상시키는 효과가 있고, 아울러 고해 동력비 및 효소 처리 비용을 절감하며, 고강도의 골판지 원지제조에 소요되는 수입 골판지 고지 및 미 표백 크라프트 펄프를 국산 골판지 고지로 대체하는 효과가 있다.

Claims

효소처리를 하여 골판지 고지를 재생하는 방법에 있어서,

a) 0.5∼2.0% 골판지 고지의 농도, 20∼55℃ 온도, 10∼50 L/min 유속 및 5∼20 L/min

공기 유량 조건하에서 골판지 고지를 첨가제 없이 부상부유 처리하는 과정 ;

b) 상기 부상부유 처리과정에서 분리된 미세섬유 함유 리젝트분에 대하여 셀룰라아제 및 헤미셀룰라아제 0.01∼0.1 중량%와 아밀라아제 0.01∼0.06 중량%를 이용하여 20∼50℃ 조건하에서 다당류 가수분해 효소를 처리하는 과정 ; 그리고

c) 상기 부상부유 처리과정에서 분급된 장섬유를 2∼6%로 농축시킨 후 20∼70℃ 온도 조건하에서 고해 처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 골판지 고지의 재생방법.