KR100336298B1 - 제지용 탈묵제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제지용 탈묵제 조성물에 관한 것으로서, 지방알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드가 블록형태로 부가된 화합물과 지방알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드가 렌덤형태로 부가된 화합물과 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 공중합체를 함유하는 비이온계 계면활성제, 지방산 및 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 제지용 탈묵제 조성물을 사용하여 폐지에 인쇄되어 있는 잉크입자를 제거하면 재생된 펄프의 백색도가 우수하고, 탈묵공정 중의 기포의 상태가 양호하고, 탈묵공정 중에 생성되는 스케일의 양이 적어 탈묵공정을 효율적으로 할 수 있다.
Description
[발명이 속하는 기술분야]
본 발명은 제지용 탈묵제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신문폐지 등을 재활용하여 펄프로 재생하는 과정에서 사용되며, 폐지에 인쇄되어 있는 잉크입자를 종이로부터 분리시키고 분리된 잉크입자를 기포에 흡착시켜 펄프의 섬유질로부터 제거하는 성능을 부여하도록 제조된 제지용 탈묵제 조성물에 관한 것이다.
[종래기술]
일반적으로 탈묵공정에서 탈묵제는 잉크를 섬유로부터 분리시키는 분리성, 기포에 포집된 잉크입자들을 부유셀에서 제거하기 위해서 거품을 발생시키는 기포성, 분리된 잉크입자를 부유셀에 모아주는 포집성, 부유셀에서 제거된 기포 등이 연속과정에서 재순환시 공정의 흐름을 원활히 하기 위해 순간적으로 파괴되는 기포의 파포성 등의 기능을 충분히 가져야 재생된 펄프에서 잉크입자가 완벽하게 분리되어 재생된 펄프가 재생지로 사용되기에 충분한 백색도를 가질 수가 있다.
이러한 목적으로 기존의 방법에서는 지방산의 비누화물을 탈묵제로 사용하여 왔으나 지방산 비누화물계의 탈묵제를 사용하는 경우에는 탈묵공정중에 잉크가 펄프에 재흡착되어 백색도가 저하되며 공정라인에 스케일이 발생되는 문제가 있고, 지방산비누화물이 상온에서 고체상태로 존재하므로 펄퍼에 투입시 용융하여 투입해야 하는 등의 문제점이 있었다.
상기 문제점을 이유로 대한민국 특허 제 96-077321호와 대한민국 특허 제 99-184609호에는 스테아린산이나 올레인산 등의 지방산비누화물로 이루어진 탈묵제 대신에 에틸렌 옥사이드나 프로필렌 옥사이드 부가물 등의 비이온계 계면활성제를 탈묵제로 사용하기도 한다. 그러나 이러한 비이온계 탈묵제를 사용하는 경우에는 공정상의 넓은 수소이온농도의 범위에서 기포가 균일하고 안정성이 유지되는 등의 장점이 있지만, 이 경우에 포집성이 지방산비누화물에 비해 상대적으로 다소 저하되어 분리된 잉크입자 성분의 응집이 불량하여 섬유질상에 잔류함으로서 백색도가 저하가 되는 등의 문제점이 있어 왔다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 백색도가 우수하고 탈묵공정 중에 형성된 기포상태 및 스케일 상태가 양호하여 작업의 효율성을 증가시킬 수 있는 제지용 탈묵제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 지방알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드가 블록형태로 부가된 화합물과 지방알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드가 렌덤형태로 부가된 화합물과 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 공중합체를 함유하는 비이온계 계면활성제, (b) 지방산 및 (c) 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 제지용 탈묵제 조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자는 상기 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해 노력한 결과 비이온계 계면활성제 성분으로 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 공중합체, 지방 알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드 부가물 및 지방산 성분을 함께 사용하되, 특히 상기 지방 알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드 공중합 부가물 성분으로 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드가 렌덤하게 부가되어 있는 렌덤형 비이온계 계면활성제 성분과 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드성분을 블록화 하여 부가시킨 블록형 비이온계 계면활성제 성분을 함께 사용하고, 여기에 스테아린산과 올레인산 등의 지방산을 함께 혼합하여 탈묵제 조성물을 제조하여 사용할 경우 기존의 비이온계 계면활성제만으로 조성된 탈묵제와 지방산의 비누화물만으로 조성된 탈묵제의 문제점을 개선할 수 있다는 사실을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에서 상기 비이온계 계면활성제 성분으로는 지방알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드를 블록형으로 부가시킨 화합물과 렌덤형으로 부가시킨 화합물과 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 공중합체를 함유한 비이온계 계면활성제 성분을 함께 사용한다.
상기 블록형 비이온계 계면활성제 성분은 지방알코올에 에틸렌옥사이드나 프로필렌옥사이드중의 한 성분을 원하는 몰 비만큼 반응시킨 후, 다른 성분을 다시 원하는 몰 비만큼 반응시켜 이들 성분을 지방알코올에 블록형태로 부가시킨 화합물이다. 일반적으로 블록형태의 비이온계 계면활성제는 잉크의 박리력이 강하고 탈묵공정 중에 생길 수 있는 섬유의 손실을 적게 해주며, 잉크의 포집성이 큰 것으로 알려져 있다.
또한 상기 렌덤형 비이온계 계면활성제 성분은 지방알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드를 원하는 몰 비만큼 동시에 반응시켜 이들 성분을 지방알코올에 렌덤형태로 부가시킨 화합물이다. 본 발명에서 지방알코올에 에칠렌옥사이드와 프로필렌옥사이드를 렌덤형태로 공중합시킨 렌덤형태의 비이온계 계면활성제를 블록형태의 비이온계 계면활성제와 함께 사용하게된 것은 종래기술의 비이온계 계면활성제의 사용에 따른 문제점을 개선하기 위하여 지방산을 함께 혼합시키는데 있어서, 블록형태의 계면활성제만을 사용하는 경우에는 지방산 성분을 비이온계 탈묵제 조성물에 분산 및 혼합시키기가 매우 어려웠기 때문이다. 그러나 블록형태의 계면활성제와 지방산 성분에 더하여 지방알코올에 에칠렌옥사이드와 프로필렌옥사이드를 렌덤형태로 공중합시킨 렌덤형태의 비이온계 계면활성제를 사용할 경우에는 지방산성분을 쉽게 탈묵제 조성물에 분산 및 혼합시킬 수가 있다는 사실을 발견하였고, 또한 지방알콜에 렌덤형태로 부가시킨 렌덤형태의 비이온계 계면활성제 성분은 섬유질에 대한 탈묵제 성분의 침투력을 증가시키고, 펄프의 해리성을 촉진시켜, 단시간 내에 잉크성분을 섬유질로부터 분리시키며 또한 기포의 지속성을 연장시켜 부유셀에서 잉크입자가 흡착된 기포를 수면위로 부상시켜주는 역할도 한다는 사실도 함께 발견하게 되었다. 즉 본 발명은 비이온계 탈묵제의 단점을 보완하기 위해 지방산성분을 탈묵제 조성물에 혼합시키고, 블록형 비이온계 계면활성제의 탈묵제로서의 기능을 향상시키기 위해 렌덤형 비이온계 계면활성제 성분을 함께 사용함으로써 완성하게 된 것이다.
상기 비이온계 계면활성제에 사용되는 지방알코올 성분으로는 탄소수 8 내지 35 사이의 지방알코올이 사용되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 라우릴알코올, 올레일알코올, 스테아릴알코올, 세틸알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 2 종 이상의 혼합물이 좋다.
본 발명에서 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 공중합체 및 지방알코올에 부가되는 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 몰수는 각각 3 내지 45 몰 사이가 바람직하다. 상기 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드 성분의 부가 몰비가 3 몰보다 작을 경우에는 물에 대한 용해성과 분산성이 불량해지거나 기포성과 파포성이 불량해질 우려가 있으며, 45 몰보다 많을 경우에는 기포성이 과다하여 부유공정에서 펄프중의 섬유성분의 손실이 커지거나 점도가 증가하여 역시 기포성과 파포성이 불량해질 수 있다.
본 발명에서 상기 비이온계 계면활성제의 함량은 전체 탈묵제 조성물에 대하여 50 내지 95 중량%가 바람직하다.
또한 본 발명의 제지용 탈묵제 조성물은 지방산을 포함하는 바, 상기 지방산은 탄소수가 4 내지 35인 지방산이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 상기 지방산이 라우릴산, 스테아린산, 올레인산, 팔미틴산로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 2 이상의 혼합물이면 더욱 좋다. 본 발명에서 투입되는 지방산의 투입량은 제조되는 탈묵제 조성물의 수소이온농도가 3.5 내지 5.5 사이의 범위에 오도록 조절한다. 이에 적합한 지방산 성분의 투입량은 전체 탈묵제 조성물의 1 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 상기 수소이온농도가 3.5 내지 5.5 의 범위를 벗어나면 탈묵제 조성물의 운점(Cloud Point)이 넓은 온도범위에 존재하게되어 탈묵제로서의 기능이 저하되게 된다. 더욱 바람직하기로는 상기 수소이온농도가 4.5 내지 5.2 사이인 것이 좋다.
본 발명의 제지용 탈묵제 조성물은 물을 포함한다. 본 발명에서 물의 함량은 전체 탈묵제 조성물의 3 내지 50 중량% 사이가 적당하다. 물의 함량이 3 중량% 미만이면 각 성분들을 효율적으로 혼합하기가 어렵고 상안정성이 불량해질 우려가 있으며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 운반 및 보관상에 비경제적이다.
본 발명에 의한 탈묵제 조성물을 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저 온도조절이 가능한 교반기가 부착된 반응조에 비이온계 계면활성제 성분과 물을 투입하여 이들 성분의 수용액을 준비하고 여기에 지방산 성분을 투입, 혼합하여 본 발명에 의한 탈묵제 조성물을 제조한다. 지방산 성분이 상온에서는 고체상태로 존재하므로 지방산 성분을 미리 용융시켜 투입한다. 상기에서 용융온도가 지나치게 높은 경우에는 지방산 성분이 산화되거나 변색되는 문제가 있으므로 되도록 낮은 온도에서 용융시키는 것이 바람직하다. 또한 효율적으로 이들 성분들을 혼합하기 위해서는 반응조의 온도는 상온 내지 65 ℃가 적합한데 이보다 온도가 높으면 혼합물중의 성분이 산화하여 변색되는 등의 문제가 생길 수 있다.
이하 본 발명에 따른 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
가열장치가 부착된 교반가능한 반응기에 스테아릴알코올에 에틸렌옥사이드 18 몰과 프로필렌옥사이드 11 몰을 블록형태로 부가시킨 비이온계 계면활성제 50 kg, 스테아릴알코올에 에틸렌옥사이드 10 몰과 프로필렌옥사이드 20 몰을 블록형태로 부가시킨 비이온계 계면활성제 3 kg, 스테아릴알코올에 에틸렌옥사이드 12 몰과 프로필렌옥사이드 9 몰을 렌덤형태로 부가시킨 비이온계 계면활성제 17 kg, 에틸렌옥사이드 4 몰과 프로필렌옥사이드 33 몰의 블록공중합체 4 kg 및 물 12 kg을 투입한 후 반응기의 온도를 50 ℃로 유지하면서 가급적 빠른 속도로 교반하였다. 또한 별도의 용기에 스테아린산과 올레인산을 각각 3 kg과 5 kg을 60 ℃에서 용융 혼합시킨 지방산 혼합물을 준비하였다. 상기 지방산 혼합물을 비이온계 계면활성제의 수용액을 교반중인 반응기에 투입한 후 10 시간동안 교반혼합하여 탈묵제 조성물을 제조하였다. 상기 방법에 의하여 제조된 탈묵제 조성물의 수소이온농도는 4.8 이었다.
[실시예 2-8 및 비교예 1-5]
실시예 1과 같은 방법으로 탈묵제 조성물을 제조하되 탈묵제 조성물의 성분비를 표 1과 같이 하였다. 이때 상기 실시예 및 비교예에 따라 제조되는 탈묵제 조성물의 수소이온농도는 4.5 내지 5.2 사이가 되도록 조절하였다.
[실험 1] 탈묵공정 중의 기포상태 측정
폐지 건조중량 100 중량부에 대하여 상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조한 탈묵제 조성물 0.2 중량부, 가성소다 1.3 중량부, 규산소다 3호 1.4 중량부, 과산화수소 2.0 중량부와 적당량의 물을 실험실 규모의 펄퍼에 투입하고 약 5분간 처리하여 잉크를 섬유로부터 해리시킨 후 부유셀에서 기포를 발생시켜 발생되는 기포의 상태를 육안으로 측정하였다. 기포의 상태는 기포의 크기와 기포의 양을 전체적으로 고려하여 우수, 양호, 보통, 불량으로 나타내었다. 기포의 크기 분포도가 너무 큰쪽으로 또는 너무 작은쪽으로 치우칠 경우에는 잉크의 포집 및 부유력이 약해져서 백색도가 떨어지며, 기포의 양 역시 과다할 경우에는 섬유의 손실이 많이 발생하는 경우를 초래한다. 상기 기포 상태 측정의 결과는 표 1에 나타내었다.
[실험 2]
폐지 건조중량 100 중량부에 대하여 상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조한 탈묵제 조성물 0.2 중량부, 가성소다 1.3 중량부, 규산소다 3호 1.4 중량부, 과산화수소 2.0 중량부와 적당량의 물을 실험실 규모의 펄퍼에 투입하여 폐지의 잉크를 제거하였다. 상기 잉크가 제거된 펄프슬러리를 채취하여 200 g/m2평량 시트상으로 시편을 제조한 후 상기 시편의 백색도를 헌터타입 측정기로 측정하였다. 상기 측정의 결과는 표 1에 나타내었다.
[실험 3] 스케일 상태 측정
폐지 건조중량 100 중량부에 대하여 상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조한 탈묵제 조성물 0.2 중량부, 가성소다 1.3 중량부, 규산소다 3호 1.4 중량부, 과산화수소 2.0 중량부와 적당량의 물을 실험실 규모의 펄퍼에 투입하고 반응시켜 약 세 달 동안 운전을 한 후 부유셀 공정 라인의 축적된 스케일의 양을 육안으로 관찰하였다. 축적된 스케일의 양이 매우 적은 경우에는 우수, 적은 경우에는 양호, 보통인 경우에는 보통, 많은 경우에는 불량으로 나타내었다. 상기 측정의 결과는 표 1에 나타내었다.
[표 1]
항목 | 실시예(중량비kg) | 비교예(중량비kg) | ||||||||||||||
구분 | 부가물형태 | 알킬기 | EO/PO 몰수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
조성성분 | 블록 | STEAL | 18/11 | 50 | 50 | 55 | 55 | 40 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | |||
10/20 | 3 | 5 | 3 | 3 | 5 | 3 | 3 | 3 | ||||||||
13/16 | 3 | 3 | ||||||||||||||
OLEAL | 18/11 | 10 | ||||||||||||||
CETAL | 18/11 | |||||||||||||||
EO/PO 4/33 공중합체 | 4 | 5 | 3 | 4 | 3 | 4 | 4 | 3 | 4 | 5 | ||||||
렌덤 | STEAL | 12/9 | 17 | 17 | 17 | |||||||||||
15/7 | 17 | |||||||||||||||
8/17 | 17 | 17 | 17 | |||||||||||||
OLEAL | 12/9 | 17 | 17 | |||||||||||||
CETAL | 12/9 | 17 | ||||||||||||||
지방산 | STEAC | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | |||||||
OLEAC | 5 | 6 | 5 | 5 | 5 | |||||||||||
LARAC | 5 | 5 | 5 | |||||||||||||
지방산비누화물 | STEAS | 80 | 20 | |||||||||||||
OLEAS | 80 | 60 | ||||||||||||||
물 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 20 | 20 | 20 | |||
결과 | 스케일 상태 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | × | △ | △ | |||||
기포상태 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ | |||||||
pH | 4.8 | 5.0 | 4.7 | 4.8 | 5.0 | 4.9 | 5.1 | 4.8 | ||||||||
백색도(%) | 60 | 61 | 60 | 61 | 62 | 60 | 61 | 60 | 57 | 56 | 55 | 56 | 54 | |||
단:STEAL: 스테아릴알코올, OLEAL: 올레일알코올, CETAL: 세틸알코올STEAC: 스테아린산, OLEAC: 올레인산, LARAC: 라우릴산STEAS: 스테아린산 나트륨 비누화물, OLEAS: 올레인산 나트륨 비누화물◎: 우수,: 양호, △: 보통, ×: 불량 |
상기 표 1에서 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 8은 탈묵과정 중에 형성된 기포의 상태가 양호하며, 부유셀에 축적되는 스케일의 양도 적음을 알 수 있다.또한 탈묵제 성능의 지표라고 할 수 있는 백색도 측정의 결과에서 실시예 1 내지 8은 60 내지 62 %의 결과를 나타내었으나, 비교예 1 내지 5는 54 내지 57 %의 결과를 나타내어 본 발명에 따른 실시예가 비교예에 비하여 월등한 탈묵 효과를 보여 주었다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 탈묵제를 탈묵공정에 사용할 경우 백색도가 우수한 펄프를 얻을 수 있으며, 또한 탈묵과정 중에 형성된 기포상태 및 스케일 상태가 양호하여 작업의 효율성을 증가시킬 수 있다.
Claims (6)
- (a) 지방알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드가 블록형태로 부가된 화합물과 지방알코올에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드가 렌덤형태로 부가된 화합물과 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 공중합체를 함유하는 비이온계 계면활성제;(b) 지방산 및;(c) 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 제지용 탈묵제 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 제지용 탈묵제 조성물의 수소이온농도가 4.5 내지 5.2인 것을 특징을 하는 제지용 탈묵제 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 제지용 탈묵제 조성물에 대하여 상기 비이온계 계면활성제의 함량은 5 내지 50 중량%이고, 상기 지방산의 함량은 1 내지 20 중량%이고, 상기 물의 함량은 3 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 제지용 탈묵제 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 지방알코올의 탄소수가 8 내지 35 사이이며, 라우릴알코올, 스테아릴알코올, 올레일알코올 및 세틸알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 제지용 탈묵제 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 지방산의 탄소수가 4 내지 35 사이이며, 스테아린산, 올레인산, 라우릴산 및 팔미틴산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 제지용 탈묵제 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 지방알코올에 부가된 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드성분의 몰비 및 상기 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 공중합체성분의 몰비가 각각 3 내지 45 몰 사이인 것을 특징으로 하는 제지용 탈묵제 조성물.
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