KR100403213B1 - 셀룰로스성액제의오염을감소하기위한방법 - Google Patents

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Abstract

셀룰로스성 물질의 펄핑 또는 탈잉크화로부터 발생되는 점성질은 점성질을 함유하는 셀룰로스성 액제에, 가교된 불용성, 이온화성 및 팽윤성 폴리머 입자의 수중 에멀젼을 첨가함에 의해서 조절된다.

Description

셀룰로스성 액제의 오염을 감소하기 위한 방법{PROCESS FOR REDUCING CONTAMINATION OF CELLULOSIC LIQUORS}
본 발명은 제지 및 탈잉크 공정에서 셀룰로스성 액제와 관련된 "스틱키스(stickies, 이하 점성질이라고 함)" 문제를 최소화하는 것에 관한 것이다.
탈잉크 액제를 포함하는 제지 액제는, 응집되는 경향을 갖고 점성 잔류물로 퇴적되는 경향을 갖는 콜로이드 소수성 물질에 의해 오염되는 경향이 있는 것은 잘 알려져 있다. 이들 잔류물은 액제를 처리하기 위해 사용되는 장치에 또는 액제로부터 제조되는 종이에 퇴적될 수 있다.
점성질은 본래의 펄핑 작동으로부터 일어날 수 있고, 펄핑되는 섬유질의 천연 점성물질에 기인하거나, 또는 펄핑 공정에 사용되는 섬유질 및 화학품 사이에 상호작용에 의해 발생될 수 있다. 대체로, 점성질은 탈잉크 공정에 의해 일어날 수 있다. 예를 들면, 탈잉크화는 종종 셀룰로스성 물질을 알칼리성의 조건에 노출시키는 것을 포함하고, 이것은 콜로이드 소수성 점성물질을 생성할 수 있다.
점성질 오염을 최소화하기 위한 여러 처리법이 공지되어 있다. 예를 들면,이 목적을 위해 벤토나이트(bentonite)로 진한(thick) 스톡을 처리하는 것이 공지되어 있다. 벤토나이트는 다양한 특성을 갖는 천연적으로 발생하는 물질이다. 조절 가능한 특성을 갖는 합성 물질을 사용하여 점성물질에 의한 오염을 감소할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 벤토나이트를 사용하여 얻어지는 것보다 더 양호한 결과를 얻는 것이 바람직하다.
또한, 여러가지 폴리머를 사용하는 것이 공지되어 있다. 실예로 저분자량 응집제와 US-A-5433824, 5368694, 5292403, 5246549 및 4184912 및 EP-A-280445 및 464993에 언급된 폴리머가 있다.
점성질을 조절하는 다양하고 개선된, 비용 효과적이며, 재생 가능한 방법이 여전히 요구된다.
본 발명에 의하면, 본 발명자들은 채집기 입자와 액제를 혼합하는 것으로 이루어진 방법에 의해 셀룰로스성 물질의 펄핑 또는 탈잉크로부터 발생하는 콜로이드성 점성물질에 의한 셀룰로스성 액제의 오염을 감소시켰으며, 이 방법에서 채집기 입자는 폴리머 입자의 수중 에멀젼으로 제공되며, 여기서 상기 폴리머는
(a) 20℃에서 5g/100cc이하의 수용해도를 갖는 소수성 모노머의 적어도 20중량%,
(b) 실질적으로 비이온화된 경우에는 모노머 혼합물 중에 우선적으로 용해되지만, 이온화된 경우에는 우선적으로 물에 용해되는 친수성 이온화성 모노머의 적어도 10중량%,
(c) 우선적으로 모노머 혼합물 중에 용해되고, 20℃에서 5g/100cc 이상의 수용해도를 갖는 비-이온화성 친수성 모노머의 0 내지 50중량%,
(d) 가교제 0.05 내지 10%으로 이루어진 수불용성 모노머 혼합물로 형성되며, 여기서 (a), (b), (c) 및 (d)의 비율은 모노머(b)를 이온화하기 위해 수중 에멀젼의 3%(폴리머 건조 중량)를 산 또는 알카리와 혼합하여 형성된, 수성 조성물이 팽윤 입자 형태의 폴리머를 함유하는 유동성 조성물이 되도록 한다.
이들 에멀젼과 특정한 신규 에멀젼을 사용하는 탈잉크화 공정이 이것과 동일하게 출원된 영국 특허출원 제 9423454.9호에 기재되어 있다.
공정 동안 (즉, 에멀젼을 첨가하고 폴리머 입자 위에서 콜로이드 입자를 채집하는 시간) 액제의 pH는 종종 거의 중성(예를 들면 pH 약 6 내지 8)이지만, 일부 예에서 액제는 더욱 산성(예를 들면 pH 4이하 또는 pH 3까지)일 수 있고, 또는 더욱 알칼리성(예를 들면 pH 9까지 또는 pH 10.5까지)일 수 있다.
본 발명의 장점은 폴리머의 성분을 적합하게 선택함에 의해서 공정 동안 어떤 pH 환경에서도 폴리머를 최적화하는 것이 가능한 것이다.
폴리머는 점성질이 입자 위에 채집될 수 있도록 공정 동안 입자 형태를 실질적으로 보유해야 한다. 따라서, 모노머의 비율은 이것이 성취되도록 선택되어야 한다. 특히, 입자 물질의 특성이 실질적으로 유지되는 것을 보장하도록 충분한 가교제를 포함하여야 한다. 가교제의 양이 너무 낮은 경우, 폴리머는 사용시 완전히 용해될 수 있고 이것은 바람직하지 않다.
그들의 입자 형태가 실질적으로 유지되는지 여부는 점성을 관찰하여 평가될 수 있다.
바람직하기는 폴리머 에멀젼은, 3% 조성물을 제공하기 위해 물과 혼합되고 공정에 효과적인 pH로 조절하는 경우, 조성물은 Brookfield RVT Viscometer에 의해 측정된 50,000cps 이하의 점도, 바람직하게는 10,000 cps 이하 및 가장 바람직하기로는 2,000cps이하로 주어져야 한다. 일반적으로 점도는 50 내지 1000cps이다. 그러나 일부 공정에서, 폴리머가 공정에 편리하게 사용될 수 있는 농도를 갖는 조성물로 첨가된다면, 100,000cps 이상의 점도를 제공하는 폴리머가 사용될 수 있다.
폴리머는 공정에 효과적인 pH에서 15㎛ 이하, 가장 바람직하게는 10㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하고, 입자 크기가 5㎛ 이하, 특히 3㎛ 이하인 경우 최상의 결과를 통상 얻게 된다. 이것은 통상 0.1㎛이상 및 바람직하게는 0.3㎛ 이상이다.
폴리머 입자는 모노머(b) 유니트가 이온화되면서 팽윤한다. 에멀젼은 일반적으로 모노머(b) 유니트가 실질적으로 비이온화되는 pH에서 에멀젼 중합반응에 의해서 제조되고, 이 상태에서 폴리머의 입자크기는 바람직하기는 0.5㎛ 이하, 더욱 바람직하기는 0.3㎛이하이다. 이것은 통상 0.02㎛ 이상 및 일반적으로 0.05㎛ 이상이다. 공정에 효과적인 pH에서, 입자 크기는 일반적으로 비팽윤 입자 크기의 적어도 약 1.5배, 및 종종 적어도 2.5배인 것이 바람직하다. 보통 이것은 비팽윤된 입자의 약 5 또는 8배 이상이 아니며, 유용한 결과는 예를 들면 15 또는 20배 까지의 더 높은 팽윤 정도에서도 여전히 얻어질 수 있다. 본 명세서에 한정된 모든 입자 크기는 입자의 95중량%를 레이져 광 산란에 의해 측정된 입자 크기이다. 따라서, 통상적으로 상기 입자는 50 내지 300nm의 크기에서 300 내지 1500nm의 크기로 팽윤될수 있다.
입자의 전체 용해를 방지하고, 특히 사용시 원하는 크기로 입자 크기를 조절하고 및 점도 증가를 최소화하기 위해 충분한 가교제를 포함하는 것이 필요하다. 일반적으로 가교제의 양은 적어도 0.1중량% 및 통상 적어도 0.2중량%(2,000ppm)이다. 이러한 폴리머는 특히 공정이 모노머(b)가 단지 부분적으로만 이온화되는 실질적으로 중성 pH에서 실시되는 경우 유용하다. 예를 들면 공정은 이와 같은 조건하에서 원하는 입자 크기를 갖지만, pH가 높거나(pH 10) 또는 낮은(pH 3) 경우 추가로 팽윤되는 폴리머를 사용하여 pH 약 6.5 내지 8에서 실시될 수 있다.
그러나, 바람직하게 폴리머는, 가교제 일부와, 완전히 이온화되었을 때 비팽윤된 직경의 최대 15배 또는 20배 까지, 바람직하기로는 최대 8배까지 팽윤되는 다른 모노머들을 사용하여 제조된다. 이러한 모노머는 공정의 pH가 특히 높거나 또는 낮은 경우, 폴리머가 용해되거나 너무 높은 점도를 제공하는 위험 없이 공정에 사용될 수 있다.
이러한 모노머는 더 많은 양의 가교제, 바람직하게는 통상 적어도 0.5중량%, 전형적으로 1 또는 2중량% 내지 5중량%을 사용하여 얻게된다. 가교제의 양과 다른 모노머의 비율은, 폴리머가 최대 가능한 팽윤을 성취하기에 충분한 알카리 또는 산(예를 들면 pH 3 또는 pH 10)에 노출될 때, 3% 조성물에 대해 필수적인 비교적 낮은 팽윤 속도 및 필수적인 비교적 낮은 점도를 갖도록 선택된다.
폴리머 에멀젼은 모노머(b)가 실질적으로 비이온화되고, 얻어진 폴리머가 실질적으로 비이온화 및 비팽윤되는 pH에서 모노머 혼합물의 편리한 수중-오일 에멀젼 중합반응에 의해 바람직하게 제조되고, 이로 인해 모노머(b)는 이 pH에서 모노머 혼합물에 우선적으로 용해된다. 그러나, 최종 조성물의 pH를 모노머가 이온화 되는 pH로 조절한 후에, 폴리머는 팽윤한다.
모노머는 통상 모든 에틸렌형으로 불포화된 모노머이다.
모노머가 모노머 혼합물에서 우선적으로 용해된다고 언급함으로써, 본 발명자들은 상기 모노머가 수중 오일 에멀젼 중합반응 혼합물에서 수층보다 오일층을 더 선호한다는 의미로, 즉 수층에서는 실제적으로 모노머의 중합반응이 없다는 것을 의미한다.
수중 오일 에멀젼 중합 반응은 중합 반응 pH에서 실시되며, 이것은 친수성 이온화성 모노머가 비이온화되고, 모노머 혼합물 중 우선적으로 용해되는 pH이며, 통상적으로 pH 2 내지 pH 11의 범위이다.
모노머(b)가 음이온성인 경우(일반적으로 카르복실 모노머), 중합 반응 pH는 통상적으로 산성, 전형적으로 약 2 내지 5 또는 6이어야 하고, 생성된 폴리머는 pH가 알카리성, 전형적으로 7이상, 예를 들면 7.5 또는 8 내지 10이 되도록 계속적으로 조절되는 경우, 팽윤 된다.
모노머가 양이온성인 경우(일반적으로 아민 모노머), 중합 반응 pH는 일반적으로 알카리성, 통상적으로 8 내지 10, 종종 9이고, 이어서 폴리머는 산성 매체, 전형적으로 pH 4 내지 6에서 완전히 팽윤된 상태가 될 수 있다.
소수성 모노머(a)의 양은 일반적으로 20 내지 80%이다. 통상 이것은 40% 이상이다. 일반적으로 이것은 70%이하이고, 종종 60%이하이다. 약 50%의 양이 종종바람직하다.
친수성 이온성 모노머(b)의 양은 일반적으로 10 내지 80중량%이다. 통상적인 양은 적어도 20%이고, 보통 적어도 30%이고, 종종 적어도 40중량%이다. 모노머(b)의 양이 너무 많이 포함되는 경우, 모노머(b)가 수성층에 용해되는 것을 막는 모노머(a)를 선택하는 것이 어려워질 수 있고, 따라서 일반적으로 모노머(b)의 양은 60% 이하이다. 약 50%의 양이 종종 바람직하다.
모노머(c)는 선택적이지만, 필요에 따라 pH 감도를 증가함 없이 친수성 특성을 개선하기 위하여 포함될 수 있다. 일반적으로 모노머(c)의 양은 30%이하, 통상 10%이하이고, 통상 생략된다.
가교제의 양은 일반적으로 0.1% 이상이다. 상기 양은 모노머(a), (b) 및 (c)의 상대 비율에 따른다. (b)의 양 증가는 과도한 팽윤을 막기 위하여 요구되는 가교제(d)의 양을 증가시킨다. 바꾸어 말하면, 모노머(a)의 양 증가는 요구되는 가교제(d)의 양을 감소시키기 쉽다. 양은 실질적으로 폴리머가 폴리머 입자로부터 용해될 수 없을 만큼 충분하게 큰 것이 바람직하다. 따라서, 바람직한 가용성 비율은 겔 함량으로 측정하여 1%이하이다.
소수성 모노머(a)는 20℃에서 5g/100cc 이하의 수용해도를 가져야만 하고, 이 용해도는 중합 반응 pH와 실질적으로 독립적이고, 소수성 모노머는 예를 들면, pH 2 내지 10 범위에서 이와 같은 낮은 용해도 값을 갖는다. 소수성 모노머의 바람직한 수용해도는 더 낮고, 예를 들면 1.5g/100cc이하 이다.
어떤 비-이온성 친수성 모노머(c)의 용해도는 일반적으로 소수성 모노머의경우 최대 한정 용해도보다 큰 어떤 값이고, 전형적으로 20℃에서 10g/100cc이상 이지만, 20℃에서 200g/100cc이하 이다. 이들 용해도는 통상 pH에 실질적으로 관계없다.
중합 반응은 에틸렌형으로 불포화된 모노머를 포함하는 추가 중합 반응이다. 이것은 가교제의 부재하에 분자량이 겔 침투 크로마토그래피에 의해 측정된 100,000 내지 500,000 범위인 것으로 일반적으로 유도된다.
소수성 모노머(a)는 수중 오일의 에멀젼 중합 반응의 에틸렌형으로 불포화된 카르복실 모노머와의 혼성 중합반응을 위해 편리하게 사용되는 모노머 중 어느 것일 수 있다. 따라서, 이들은 알킬(메트) 아크릴레이트, 스티렌, 비닐에스테르, 아크릴로니트릴, 회합 모노머(예를 들면, 지방의 알킬 또는 알카릴 또는 아랄킬과 같은 소수성 기에 의해 말단화된 매달린 폴리에톡시 사슬을 갖는 아크릴 에스테르 또는 알릴 에테르) 또는 비닐 에테르로부터 선택될 수 있다. 바람직한 모노머(a)는 스티렌과 알킬(메트)아크릴레이트로부터 선택되고, 여기서 알킬기는 일반적으로 탄소수 1 내지 8이지만, 지방 알킬(fatty alkyl)일 수 있다. 바람직한 모노머(a)는 에틸아크릴레이트 이지만, 다른 적합한 모노머는 스티렌, 메틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트를 포함한다. 모노머(a)의 혼합물이 사용될 수 있다.
이온성 모노머(b)는 통상 에틸렌형으로 불포화된 카르복실산 또는 아민이다. 적합한 카르복실산은 메타크릴산, 아크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 말레산(또는 무수물)이다. 바람직한 산은 메타크릴산 이다. 적합한 이온성 아민은 모노알킬 및 디알킬 아미노알킬(메트)아크릴레이트 및 디알킬 아미노알킬(메트)아크릴아미드이다.전형적인 물질은 디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트이다.
비-이온성 친수성 모노머(c)는 예를 들면, 하이드록시 알킬(메트)아크릴레이트, 전형적으로 하이드록시에틸(메트) 아크릴레이트 일 수 있다.
가교제(d)는 수중 오일의 에멀젼 중합 반응 동안 가교결합을 일으키기에 적합한 오일 용해성 폴리에틸렌형으로 불포화된 가교제 또는 다른 어느 가교제일 수 있다. 전형적인 물질은 디비닐벤젠, 디알릴프탈레이트 및 디, 트리, 및 테트라-관능(메트)아크릴 레이트이다. 바람직한 물질은 디알릴프탈레이트(DAP)이다.
수중 오일의 에멀젼 중합 반응은 에멀젼 중합 반응에 의해 형성된 폴리머 입자가 0.5㎛이하의 건조 크기(레이저 광 산란에 의해 측정된) 및 일반적으로 0.3㎛이하 및 바람직하게 0.02㎛이상, 전형적으로 0.05 내지 0.2㎛의 건조 크기를 갖는 방식으로 실시되는 것이 바람직하다. 따라서, 입자의 적어도 90중량%, 종종 적어도 95중량%, 바람직하게 적어도 100중량%가 상기와 같은 크기를 갖는다.
에멀젼 폴리머는 바람직한 입자 크기를 제조하기에 적합한 광범위하고 통상적인 수중 오일의 에멀젼 중합 반응 기술에 의해 제조될 수 있다. 따라서, 전형적인 모노머 혼합물이 형성되고 적합한 에멀젼화제의 존재하에 중합반응 pH에서 물로 에멀젼화 된다. 에멀젼화제는 전형적으로 음이온계, 바람직하게는 지방 알콜 에톡시레이트 설페이트이다. 에멀젼화제의 양은 통상적으로 약 3%이다. 에멀젼화는 통상적인 방식으로 에멀젼화제를 함유하는 물 중 모노머 혼합물을 균질화 시킴으로써 성취될 수 있다.
중합반응은 암모늄 퍼설페이트와 같은 전형적인 수용성 개시제를 포함시킴으로써 개시될 수 있다.
중합 반응은 적어도 70℃ 내지 90℃의 온도에서 바람직하게 유도된다. 중합 반응은 통상 1 내지 3시간 동안 계속된다. 임의로, 모노머는 중합 반응중, 중합 반응 혼합물 내로 공급될 수 있다.
최종 폴리머 에멀젼 중 폴리머의 총량은 일반적으로 20 내지 40중량%이다. 전체 모노머가 중합 반응 이전에 에멀젼 상태인 경우, 그 양은 바람직하게 동일한 범위이다.
폴리머 입자는 소수성 및 친수성 성분을 가지므로 양극성으로 간주될 수 있다. 아마도 이들의 소수성 특징 때문에 콜로이드 입자들이 폴리머 입자들에 의해 수집될 수 있도록 폴리머 입자의 소수성 성분이 콜로이드성 점성물질과 접촉할 수 있고, 따라서 응집을 형성하는 것으로 간주된다.
이들 응집체의 형성은 어떤 특별한 환경에서 오염을 감소시키기에 충분할 수 있고, 즉, 예를 들면 일부 다른 공정에서 액제가 통과되기 이전에 액제의 오염을 방지할 수 있고, 여기서 오염 위험은 일부 추가적인 처리에 의해 줄어들거나 감소될 수 있다.
그러나, 일반적으로 액제의 셀룰로스성 섬유질에 응집된 점성질을 고정시키거나, 또는 액제로부터 응집된 점성질을 분리하는 것이 바람직하다.
폴리머가 양이온성인 경우, 점성질 및 폴리머 입자의 응집체는 액제의 셀룰로스성 섬유질에 존재하도록 충분하게 양이온성일 수 있으므로, 특별하게 섬유질 함량이 비교적 높은, 예를 들면 0.1%이상인 경우 추가적인 처리 없이 섬유질에 고정될 수 있다. 그러나 섬유질에 대한 응집체의 견고도는 입자성 폴리머성 물질을 첨가하기 이전 또는 이후에 액제에 양이온성 폴리머 물질을 병합함에 의해서 개선될 수 있다. 이것은 통상적인 경우와 같은 입자성 물질이 음이온성인 경우 특히 바람직하다.
점성질을 액제 중의 셀룰로스성 섬유질에 고정시키는 대신, 액제로부터 점성질을 제거하는 것이 바람직할 수 있고, 채집된 점성질의 제거는 입자성 폴리머 물질을 첨가하기 이전 또는 더욱 통상적으로 이후에 액제에 수용성 응고제(coagulant) 또는 엉김제(flocculant)를 첨가함에 의해서 촉진될 수 있다. 일반적으로 이 응고제 또는 엉김제는 입자성 폴리머 물질에 대해 상대 이온(counter-ionic)이다. 일반적으로 입자성 물질은 음이온성이고 응고제 또는 엉김제는 양이온성이다.
본 발명에 따른 바람직한 공정은 액제로부터 예를 들면, 침강 또는 여과 또는 부유선별에 의해 그들의 제거를 촉진하기 위해 점성질의 채집을 위한 음이온 입자성 폴리머 및 섬유질에 점성질을 고정하거나 또는 양이온성 점성질을 부여하기 위한 저분자량 양이온성 응집제를 사용하는 것으로 이루어진다. 전형적으로 현탁물의 셀룰로스성 함량은 2%이하이다. 일부 예에서, 침강, 여과 또는 부유선별(flotation)에 의한 제거를 더욱 개선하기 위하여 엉김제, 일반적으로 양이온성 엉김제를 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.
양이온성 응고제는 다가 금속염(예를 들면, 명반)과 같은 무기 응고제일 수 있지만, 양이온성 폴리머 물질이 바람직하다. 전형적으로 이것은 2백만 이하의 분자량, 종종 1백만 이하의 분자량(겔 침투 크로마토그라피로 측정된)을 갖는다. 고유점도는 3dℓ/g이하 및 종종 1.5dℓ/g이하의 고유 점도(pH 7.5로 완충된 1N 수산화나트륨 중 25℃에서 현탁된 수준 점도계로 측정된)를 나타낸다.
응고제는 폴리에틸렌 이민, 폴리아민(예를 들면, 에피클로히드린과 디아민의 응축물) 및 에틸렌형으로 불포화된, 선택적으로 최대 50%까지의 다른 모노머와 혼성중합된 양이온성 모노머, 일반적으로 아크릴아미드 또는 다른 비-이온성 모노머의 폴리머와 같은 통상적인 양이온성 응고제의 어느 것일 수 있다. 적합한 양이온성 모노머는 일반적으로 산 첨가 또는 사차 암모늄 염으로 디알릴 디알킬 사차염, 특히 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드 및 디알킬아미노알킬(메트)-아크릴레이트 또는 아크릴아미드 이다. 한 예는 디메틸아미노에틸(메트) 아크릴레이트의 사차 염이다. 양이온성 모노머는 바람직하기는 폴리머를 형성하기 위해 사용되는 모노머의 적어도 80중량%이고, 일반적으로 100%이다. 바람직한 물질은 폴리 DADMAC이다.
엉김제가 사용되는 경우, 이것은 일반적으로 4dℓ/g이상, 종종 6dℓ/g이상의 고유 점도를 갖는 물질이다. 이것은 비이온성 아크릴아미드 또는 이온성 아크릴아미드이며, 예를 들면, 소듐아크릴레이트 또는 상기 양이온성 모노머 중 어느 하나의 적합한 양과 아크릴아미드의 코폴리머일 수 있다.
본 발명에 적용할 수 있는 액제 중 하나는 탈잉크 공정에서 유래된 세척 액제이다. 탈잉크 공정은 펄프를 형성하는 단계 및 잉크 입자가 예를 들면, 세척 또는 부유선별에 의해, 펄프로부터 분리됨에 의해 펄프를 분리 공정 처리하는 단계로 이루어진다. 본 발명에서 처리된 액제는 펄프로부터 잉크 입자를 제거하기 위해 사용되어진(종종 액제로부터 잉크 입자의 여과 또는 다른 분리 후) 세척제 일 수 있고, 이것은 탈잉크된 펄프로부터 배출된 액제일 수 있다.
본 발명은 탈잉크 펄핑 공정이 예를 들면 pH 8 내지 10.5, 종종 9 내지 10.5의 알카리성 조건하에서 실시되므로 특별한 가치가 있는데 이것은 이들 알칼리 조건이 셀룰루스성 물질로부터 콜로이드성 점성물질의 방출을 촉진시키기 때문이다.
탈잉크 공정의 세척 액제(예를 들면, 공정 동안 펄프를 세척하기 위해 사용되거나 또는 공정 후 펄프로부터 분리되는 액제)는 일반적으로 0.01 내지 1중량% 범위의 셀룰로스성 함량을 갖는다. 이러한 액제의 처리를 위하여 본 발명을 사용하는 경우, 일반적으로 채집기 입자를 첨가한 후, 응고제를 첨가하여 제거를 촉진하면서, 부유선별 또는 침강 공정에 의해 액제로부터 셀룰로스성 성분의 일부 또는 전부를 갖는 수집된 점성물질을 제거하는 것이 통상적이다.
본 발명이 탈잉크 공정, 펄프로부터 잉크의 제거를 촉진하기 위해 폴리머 입자가 펄퍼(pulper) 또는 탈잉크 공정에 병합되는 공정으로 확장되지는 않는다는 것에 주의해야 한다. 이 단계에서 잉크 입자들은 콜로이드 점성물질이 아니다.
또한, 본 발명은 펄핑 셀룰로스성 물질로부터 유도되는 오염을 처리하는데 가치가 있다. 따라서 입자성 폴리머 물질이 펄핑 공정 동안 첨가될 수 있고, 더욱 통상적으로 종이의 제조 동안 진한 스톡 또는 묽은(thin) 스톡 또는 백수(예를 들면, 재생된 배출수)에 첨가될 수 있다. 이와 같은 공정에서, 이것은 폴리머 입자의 첨가 이전 또는 더욱 통상적으로 이후에 양이온 응고제의 첨가 또는 양이온 폴리머 입자의 사용에 의존하여 백수(白水), 묽은 스톡 또는 진한 스톡 중 섬유질에 점성물질과 입자성 물질을 고정하기에 일반적으로 바람직하다. 액제가 백수인 경우, 셀룰로스성 물질의 농도는 일반적으로 0.01 내지 1%이다. 액제가 묽은 스톡인 경우, 농도는 일반적으로 0.2 내지 2%이고, 액제가 진한 스톡 또는 진한 스톡 성분인 경우, 농도는 일반적으로 1.5 내지 5%이다.
입자성 물질의 투입량은 보통 액제의 총중량에 대해 1 내지 50ppm 범위, 또는 액제의 셀룰로스성 함량을 기준으로 1 내지 5,000ppm, 종종 50 내지 1000ppm 범위로 된다. 에멀젼은 일반적으로 0.005 내지 0.5%, 종종 0.01 내지 0.1% 폴리머의 폴리머 농도로 희석 후 첨가된다.
사용되는 양이온성 폴리머 응고제의 양은 일반적으로 1 내지 200ppm 활성 폴리머 범위이고(액제의 중량을 기준), 또는 셀룰로스성 섬유질을 기준으로 1 내지 2000ppm, 종종 20 내지 1000ppm 범위이다.
이하, 본 발명을 실시예로 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
이것은 폴리머 에멀젼의 제조를 나타낸다.
모노머 공급물을 에틸아크릴레이트 155 중량부, 메타크릴산 155 중량부 및 디알릴프탈레이트 5.9 중량부(약 2%)로부터 형성하였다. 이 모노머 공급물을 물 310 중량부, 설페이트화 에톡시화 C12-14지방 알콜 계면활성제의 나트륨염 27% 용액의 5.7 중량부 및 격리제 0.1 중량부와 균질화 하였다. 물 30 중량부 및 암모늄 퍼설페이트 0.55 중량부의 용액과 함께 얻어진 에멀젼을 약 85℃에서 중합 반응 혼합물을 유지하는 동안 약 90분간 이상, 물 360 중량부, 계면 활성제 5.75 중량부, 격리제 0.1 중량부 및 암모늄 퍼설페이트 0.38 중량부의 용액에 서서히 공급하였다. 중합 반응 혼합물을 약 1시간 동안 이 온도에서 유지하고 이어서 냉각하였다.
생성물 에멀젼은 약 30중량%의 폴리머 함량을 갖는다. 임의로, 이것은 거친 입자를 제거하기 위하여 여과시킬 수 있다. 만들어진 에멀전은 약 입자의 95중량%가 약 100nm(0.1㎛)인 입자 크기 범위(레이저 광 산란에 의해 측정된)를 갖는다.
에멀젼이 pH 8에서 3% 고형물 함량으로 물에 의해 희석되는 경우, 입자 크기는 적어도 95%가 약 3㎛이고, 점도(Brookfield RVT Viscometer로 측정된)는 약 150cps이다.
공정이 다른 양의 가교제를 사용하여 반복되는 경우, 중성화되지 않은 에멀젼 입자 크기는 일정(약 0.1㎛의 평균)하게 남지만, 중성화된, 팽윤된 입자 크기는 가교제의 양에 따라 변하며, 다음 표 1은 pH 8이상으로 중화한 후 다양한 양의 가교제에 따른 대략적인 평균 입자 크기를 나타낸다.
표 1
알카리에서 팽윤 정도가 높은 실시예 1에 나타난 폴리머(일반적으로 0.25% 및 그 이하의 가교제 양으로 제조되는)는 농축제로 상업적으로 사용 가능하다. 많은 양의 가교제를 갖는 폴리머는 신규한 물질이다. 그들은 낮은 팽윤 특성으로 인하여, 농축물로 사용되지 못한다.
실시예 2
점성질을 제거하는 폴리머 에멀젼의 능력을 설명하기 위해, 실험실 규모의 실험을 실시예 1(1.9% DAP를 사용하는)에 의한 폴리머 에멀젼을 사용하여 실행하였다.
셀룰로스성 섬유질 현탁물은 종이 펄프 진한 스톡을 일으키도록 제조되었다. 진한 스톡은 2% 농도 보드 스톡으로부터의 섬유질 분류물 플러스 2% 농도 라벨 스톡으로부터의 여과액 만으로 구성된다. 75㎛이하의 치수를 모두 갖는 섬유질 미세물 및 충전물을 함유하는 여과액은 용해된 수반물과 점성질을 포함하는 콜로이드 물질을 갖는다. 실험은 중성 pH와 주위 온도에서 처리하였다.
에멀젼을 진한 스톡에 희석 현탁물(0.3% 폴리머 농도)로서 첨가하였고, 5분간 교반하였고, 그 후에 양이온성 폴리머 응고제의 용액을 첨가하고, 다이나믹 배수 용기를 통해 여과에 의해 스톡 성분을 분리하기 이전에 5분간 교반하였다. 사용한 양이온 폴리머 응고제는 폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드 용액이었다.
여과는 섬유질 미세물, 충전제, 및 용해되고 점성질을 포함하는 콜로이드 물질을 함유하는 여과액으로부터 섬유질 분류물을 분리하는 효과를 갖는다. 이 여과액의 혼탁도를 측정 하였다(FTU로 나타난 결과에 의해). 이어서 여과액을 용해 및 콜로이드 물질로부터 섬유질 미세물 및 충전제를 분리하기 위하여 원심분리 하였고, 용해 및 콜로이드 물질을 함유하는 농축물을 총유기탄소(Total Organic Carbon)(mg/ℓ중 TOC로 나타난 결과에 의해)에 대해 평가하였다.
결과를 표 2에 나타냈고, 에멀젼 및 응집제 용액의 투입량을 섬유질에 기초한 백분율로 나타냈다.
표 2
이것은 공정에서 한정된 에멀젼을 포함하는 이점을 명확하게 나타낸다.
실시예 3
이 실시예는 통상의 방법으로, 고점도 펄핑, 진한 스톡의 스크리닝 및 세정, 잉크와 하류를 함유하는 폐기 분획을 제공하기 위한 부유선별 탈잉크, 묽은 스톡의 스크리닝 및 세정 및 세척 탈잉크되는 재생펄프 탈잉크방법의 예이다. 부유선별 탈잉크 및 묽은 스톡 정화로부터의 하류는 본 발명에서 에멀젼을 첨가하는 지점으로 원심분리 단계를 거쳐 통과되고, 이어서 처리된 액제는 세척 탈잉크 하류와 혼합된다. 에멀젼 입자를 함유하는 생성된 혼합 액제는 양이온성 폴리머 응고제(폴리 DADMAC 용액 폴리머)와 섞이고, 계속적으로 고분자량 엉김제가 투여되고 이어서 용해된 공기 청정법으로 처리된다. 용해된 공기 정화제로부터의 허용 분획의 혼탁도를 측정하였다. 결과를 다음 표 3에 나타냈다.
표 3
실시예 1의 에멀젼이 사용되는 경우, 얻어진 낮은 혼탁도는 개선된 실행을 나타낸다.
실시예 4
분쇄 시험은 실시예 3에 기재된 일반적인 공정을 사용하여 처리되었고, 이것은 동일한 양이온 응고제와 엉김제의 광범위한 등가량을 사용하는 경우, 실시예 1의 에멀젼의 추가적인 사용은 퍼센트 TOC를 상당히 감소시킬 수 있음을 나타냈다.

Claims (12)

  1. 셀룰로스성 물질의 펄핑 또는 탈잉크로부터 나오는 콜로이드성 점성물질에 의한 셀룰로스성 액제의 오염을 감소시키는 방법으로, 상기 방법은 채집기 입자와 액제를 혼합하는 것으로 이루어지며, 상기 채집기 입자는 폴리머 입자의 수중 에멀젼 상태로 제공되는 폴리머 입자이며, 상기 폴리머 입자는
    (a) 5g/100cc이하의 수용해도를 갖는 소수성 모노머의 적어도 20중량%,
    (b) 실질적으로 비이온화된 경우에는 모노머 혼합물 중에 우선적으로 용해되지만, 이온화된 경우에는 우선적으로 물에 용해되는 친수성 이온화성 모노머의 적어도 10중량%,
    (c) 우선적으로 모노머 혼합물 중에 용해되고, 5g/100cc 이상의 수용해도를 갖는 비-이온화성 친수성 모노머의 0 내지 50중량%, 및
    (d) 가교제 0.05 내지 10%으로 이루어지는 수불용성 모노머 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하며, 여기서 (a), (b), (c) 및 (d)의 비율은, 모노머(b)를 이온화하기 위해 수중 에멀젼의 3%(폴리머 건조 중량)를 산 또는 알카리와 혼합하여 형성된 수성 조성물이 팽윤 입자 형태의 폴리머를 함유하는 유동성 조성물이 되도록 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액제는 탈잉크 공정에서 유래된 세척수인 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 액제는 종이 제조 공정에서 유래된 진한 스톡, 묽은 스톡 또는 백수인 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 수용성 응고제 또는 엉김제가 상기 액제에 첨가되는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 폴리머 입자는 음이온성이고, 수용성 양이온 응고제가 액제에 순차적으로 첨가되는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 점성질은 폴리머 입자로 채집되고, 침강, 여과 또는 부유선별에 의해 상기 액제로부터 제거되는 방법.
  7. 제 4항에 있어서, 응고제가 상기 액제에 첨가되고, 상기 응고제는 폴리아민, 폴리에틸렌 이민, 및 80 내지 100%의 에틸렌형으로 불포화된 양이온성 모노머, 바람직하기는 DADMAC와 0 내지 20%의 에틸렌형으로 불포화된 비-이온성 모노머의 코폴리머로부터 선택되는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 에멀젼은 0.02 내지 0.5㎛의 비팽윤 입자크기를 갖고, 펄프에서 만연된 pH에서의 입자크기는 비팽윤 입자 크기의 적어도 1.5배이며 0.1 내지 5㎛인 방법.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 폴리머 에멀젼은 펄프에서 만연된 pH에서 브룩필드 RVT 점도계로 측정시 10,000 cps 이하의 점도를 갖는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 가교제의 양이 적어도 0.5중량%인 방법.
  11. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 모노머(a)의 양은 40 내지 70%이고, 모노머(b)의 양은 30 내지 60%이고 및 모노머(c)의 양은 0 내지 30%이며, 각 모노머(a), (b) 및 (c)는 에틸렌형으로 불포화된 것인 방법.
  12. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 모노머(a)는 알킬(메트)아크릴레이트, 스티렌, 비닐에스테르, 아크릴로니트릴, 회합성 에틸렌형으로-불포화된 모노머 및 비닐 에스테르로부터 선택되고, 상기 모노머(b)는 에틸렌형으로 불포화된 카르복실산 및 아민으로부터 선택되고, 모노머(c)는 히드록시알킬(메트)아크릴레이트이고, 그리고 모노머(d)는 유-용해성 폴리에틸렌형으로 불포화된 모노머인 방법.
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