KR100662042B1 - 대나무 섬유용 펄프의 제조방법 및 그 펄프 - Google Patents

대나무 섬유용 펄프의 제조방법 및 그 펄프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대나무를 이용하여 용해용 펄프를 제조방법에 관한 것으로 특히, 대나무를 일단 세로와 가로 절단하거나 드럼치퍼를 이용하여 칩을 제조한 후 전 가수분해를 통해 헤미셀룰로오스를 용출시키고 크라프트법, 중성이나 또는 알카리성 아황산법을 적용하여 증해를 하며 환경오염이 적은 표백제를 이용하여 표백을 하기에 펄프생산의 수율이 높고 다이옥신 등의 환경오염물질을 방출하지 않는 질 좋은 용해용 펄프를 제조하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법 및 그 펄프에 관한 것이다.
따라서 본 발명은 대나무를 절단하여 칩화하여 전가수분해 및 증해가 용이하게 해줌으로써 더욱 온화한 조건에서 섬유용(용해용) 펄프의 생산이 가능하게 되었으며, 증해공정에서 목재의 펄프 제조공정에서 사용돼오던 크라프트법이나 아황산법을 대나무 펄프에도 적용 보다 손쉽게 펄프를 제작할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
이는 펄프의 제조설비를 갖추고자 할 경우 소자본이 아닌 대자본이 들어갈 수밖에 없는 상황을 고려하고, 기존의 설비를 용이하게 이용하되 목재가 아닌 대나무를 이용하여 섬유용 펄프를 제작할 수 있게 한 개량되고 진보된 발명이다.
대나무 칩, 전가수분해, 증해부(다이제스터), 펄프, 크라프트법, 중성 알칼리성 아황산법 등

Description

대나무 섬유용 펄프의 제조방법 및 그 펄프{The production method and pulp maked bamboos}
본 발명은 대나무를 이용하여 용해용 펄프를 제조방법에 관한 것으로 특히, 대나무를 일단 세로와 가로 절단하거나 드럼치퍼를 이용하여 칩을 제조한 후 전 가수분해를 통해 헤미셀룰로오스를 용출시키고 크라프트법, 중성이나 또는 알카리성 아황산법을 적용하여 증해를 하며 환경오염이 적은 표백제를 이용하여 표백을 하기에 펄프생산의 수율이 높고 다이옥신 등의 환경오염물질을 방출하지 않는 질 좋은 용해용 펄프를 제조하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법 및 그 펄프에 관한 것이다.
일반적으로 제지 및 용해용 펄프는 목재를 이용하여 생산되는 것으로 인식되고 있다.
여기서 상기 용해용 펄프란 섬유용 펄프를 칭하는 것으로, 상기 섬유용 펄프를 사용하여 후일 섬유로 제작할 수 있는 펄프를 말한다.
즉, 목재 펄프가 대부분이었고, 최근에 그 목재자원이 부족하여 산림을 보호하고 환경을 유지하면서 펄프를 생산하여야 한다는 것이 큰 과제로 떠오르고 있기 에 비 목재 식물섬유 등으로 펄프를 제작하고자 하는 노력들이 시행되고 있다.
이러한 비목재 식물류의 경우는 닥나무 인피, 대마, 목면, 마닐라 삼 등이 사용되고 있으며, 한국 특허공개 제 98-9651호와 93-2604호에서는 볏집을 이용한 펄프의 제조방법을 제시한 바 있다.
이 모든 노력들은 다 환경의 오염을 막을 수 있는 수목을 보존하고자 하는 노력들이라 볼 수 있다.
즉, 대기중에 포함된 공해물질과 이산화 탄소를 광합성 작용을 통하여 흡수하고 한편으로 산소를 생산하여 공급하는 수목을 보호하자는데 있는 것이다.
그중 최근 관심을 끌고 있으며 본 발명에서 원료로 사용한 대나무는 중국, 미얀마 등의 동남아 국가에서 대량 생산되고 있으며, 단지 약 5개월 만에 충분히 활용할 수 있는 정도로 성장된다.
최근 중국에서 특히 항균 특성을 지니는 대나무를 이용하여 용해용 펄프를 생산하고, 이를 이용하여 레이온 섬유를 제조하는 기술을 개발하였다.
그러나 대나무의 치밀한 구조적 특성을 고려하지 않아 펄프화가 만족스럽게 이루어지지 않고, 약품 및 에너지 소비가 많으며, 강한 조건으로 표백 처리하여 수율이 낮을 뿐만 아니라 섬유의 분해 및 파괴를 일으켜 섬유가 약한 단점을 지니고 있다.
표백 공정에서 원소상의 염소의 사용하는 염소 표백 공정은 다이옥신 발생의 원인을 제공하고 있다.
또한 장치 부식의 원인으로 작용하는 표백분을 표백약품으로 사용하여 그 제 조장치의 내구성에도 많은 문제를 지니고 있다.
*또한 이러한 공정상의 문제는 단위 펄프 생산량 당 약품, 에너지의 소비 및 생산비를 증가시키는 원인으로 작용한다.
그리고 가장 중요한 문제점으로는 대나무의 조직이 치밀하여, 그를 분쇄시키거나 갈아서 사용하는 방법이 많이 있었기에 제작된 펄프의 섬유질이 파괴되는 현상이 발생되어 그 질이 많이 떨어지며, 대나무로는 펄프를 제작하기 힘들다는 당업자의 오인된 생각이 이 방면의 기술을 퇴보시키는 결과를 가져오고 있다.
상기한 문제점을 해결한 본 발명은, 대나무를 이용하여 용해용 펄프를 제조방법에 관한 것으로 특히, 대나무를 일단 세로와 가로 절단하거나 드럼치퍼를 이용하여 칩을 제조한 후 전 가수분해를 통해 헤미셀룰로오스를 용출시키고 크라프트법, 중성이나 또는 알카리성 아황산법을 적용하여 증해를 하며 환경오염이 적은 표백제를 이용하여 표백을 하기에 펄프생산의 수율이 높고 다이옥신 등의 환경오염물질을 방출하지 않는 질 좋은 용해용 펄프를 제조하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법 및 그 펄프를 제공하고자 한다.
따라서 본 발명은 대나무에서 그 잎을 제거하는 대나무 잎 제거의 단계와; 대나무를 쪼개되 세로와 가로로 일정간격으로 절단하거나, 드럼 치퍼를 이용하여 균일한 두께를 지니는 칩을 제조하는 단계와; 상기 절단된 대나무칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝의 단계와; 대나무칩에 묻어 있는 불순물, 이물질과 먼지 등을 물로 세척하는 세척단계와; 세척된 대나무칩을 전가수분해를 위해서 물이나 수증기를 사용하여 행하고, 요구되는 전가수분해의 반응 정도에 따라 이산화황이나 황산을 첨가하여 전가수분해를 촉진시켜 헤미셀룰로오스를 녹여내는 전가수분해 단계와; 증해부(다이제스터)에 상기 대나무칩을 투여하고, 크라프트법이나 중성, 알카리성 아황산법을 적용하여 고온으로 쪄서 대나무칩을 연화시켜 펄프화하는 증해단계와; 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심 제진기를 이용하여 제거하는 제진단계와; 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선단계와; 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척 및 농축단계와; 상기 펄프를 표백시키는 표백단계와; 펄프의 표면과 내부에 존재하는 금속이온을 제거하는 산처리 및 세척단계와; 상기 펄프를 시트나 롤펄프로 제조하는 씨트제조단계들로 이루어져 고질의 섬유용(용해용) 펄프를 제작하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명의 상기 전가수분해단계에는, 물이 포함된 액과 대나무칩과의 액비가 1.5-7:1인 상태에서 전가수분해하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명의 증해단계에서 사용하는 크라프트법에는, 물에 투입되는 활성알칼리(Na2O로 환산)는 전건(대나무칩에 함유되어 있는 수분을 제외한 순수한 질량) 대나무칩 대비 10-25%이고, 황화도는 12-30% 범위 내에서 조절되고; 중성 또는 알 카리성 아황산법에는, 전건(대나무칩에 함유되어 있는 수분을 제외한 순수한 질량) 대나무칩 대비 아황산 소다(sodium sulfite)가 12-23%, 일반 소다(sodium)가 3-12% 범위 내에서 조절되는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법을 제공하고자 한다.
더불어 본 발명은 상기 제조방법을 통해 제조된 대나무를 이용하여 생산하는 섬유용 펄프를 제공하고자 한다.
본 발명은 섬유용 펄프의 제조방법이라는 점에서는 종래의 그것과 유사하다.
그러나 본 발명은 비목재 식물인 대나무를 이용하여 펄프를 제조한다는 점과, 그 펄프의 제조시 전가수분해 및 증해가 용이하도록 대나무를 처리함으로써 약품 및 에너지 소비를 감소시켰다는 점, 표백의 과정에서 발생될 수 있는 다이옥신등의 유해한 물질을 최소화 시켰다는 점 및 이에 따라 지구상에 존재하는 목재를 벌목하지 않아도 되는 효과와 대나무로 제조된 펄프 자체의 놀라운 질에서 큰 현저성이 있기에 상세히 설명한다.
본 발명, 대나무를 이용하여 생산하는 섬유용(용해용) 펄프의 제조방법은 제 1단계 : 대나무에서 그 잎을 제거하는 대나무 잎 제거의 단계를 거친다.
즉, 대나무 잎은 펄프를 제조하는데 불필요한 추출물이 많은 반면에 실질적인 섬유질이 적다.
따라서 펄프의 생산에 도움이 된다기 보다는 약품의 소비를 증가시키는 원인으로 작용될 소지가 많기 때문에 용해용 펄프의 생산 공정에 투입되기 전에 그 잎은 제거하는 것이다.
즉, 본 발명의 대나무 펄프 제조방법에서는 대나무 잎은 사용을 하지 않고, 단지 그 대나무 대만을 사용하는 것이다.
다음으로 제 2단계 : 대나무를 쪼개되 세로와 가로로 일정간격으로 절단(splitting)하거나, 드럼 치퍼를 이용하여 균일한 두께를 지니는 칩을 제조하는 단계를 거친다.
대나무는 치밀한 구조적 특성 때문에 목재에 비하여 약품의 침투가 상당히 어렵다.
따라서 분쇄를 하여 펄프의 제조를 시작해야 하는데, 먼저 대나무 길이 방향으로 반으로 쪼갠상태에서 그 쪼개진 대나무를 다시 좁은 폭으로 절단하는 것이다.
이때 상기 대나무의 폭은 1.5-3mm의 폭으로 절단하는 것이 좋다.
이 세로 절단은 본 발명에서 상당히 특징이 있는 과정으로 무작정 방향성을 무시한 상태로 대나무를 절단하게 되면, 대나무의 섬유질이 획일적으로 절단되는 것이 아니라 섬유질 자체가 파괴되는 현상이 발생될 소지가 많다.
따라서 제조된 펄프의 강도를 약하게하여, 그 질적인 수준도 떨어지는 것이다.
결국 본 발명의 제조방법에서는 대나무를 좁은 폭을 가지게 세로로 다수번 절단하여 사용을 한다.
물론 대나무를 다수의 날이 장착된 장치를 이용하여 한번에 세절하는 방법도 사용이 가능하다.
그리고 이렇게 세로 절단된 대나무를 10-30mm 의 길이로 절단하는 가로 절단 하여 대나무 칩을 생산하는 절단(cutting)단계를 거친다.
즉, 작은 형태의 대나무 칩을 생산하여 증해부(다이제스터)에 충전 및 패킹이 용이하도록 하기 위하여 절단기를 이용하여 가로로도 10-30mm의 길이로 절단하는 것이다.
여기서 상기 대나무칩의 길이가 너무 길면 증해부(다이제스터)에 효율적으로 팩킹할 수 없는 반면에 너무 짧게 절단할 경우에는 섬유의 손상이 많이 생기기에 펄프의 강도를 약하게 하는 결과를 가져올 수 있다.
또한 본 발명의 대나무는 전술된 것처럼, 세로와 가로를 절단하는 복수의 단계를 통해 절단하는 방법과는 달리 공지된 드럼 치퍼를 이용하여 균일한 두께를 지니는 칩을 제조할 수 있다.
즉, 종래에는 치퍼 날의 재질로 사용되는 금속재질이 물러 치퍼의 사용시 날이 부서지는 현상이 발생하여 드럼 치퍼를 대나무에서는 사용을 못하였다.
그러나 요즘은 강한 강도의 합금 등의 금속재질(실례로 티탄합금이나 금형의 소재로 사용되는 금속들)이 개발되어 있고, 향후에도 이 재질의 발전이 많이 향상될 것이 예상되기에 드럼 치퍼를 통해서도 대나무를 칩화시킬 수 있다.
그 후 제 3단계 : 상기 절단된 대나무칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝(screening)의 단계를 거친다.
즉, 대나무를 절단하는 과정에서 발생되는 부스러기들은 펄프로 제작되어도 그 섬유질이 파괴된 상태이기에 펄프의 강도를 약하게 할 뿐만 아니라 약품의 소비를 증가시킬 소지가 많다.
또한 절단하는 과정에서 투입된 이물질들도 펄프의 제작에 아무런 도움을 주지 못한다.
따라서 이들을 모두 섬유용(용해용) 펄프의 사용에 사용한다면 펄프의 수율(얻어지는 펄프의 생산율)에 전혀 도움을 주지 않을 뿐만 아니라 펄프의 품질에도 해롭기 때문에 스크리닝을 통하여 이를 제거하는 것이다.
다음으로 제 4단계 : 대나무칩에 묻어 있는 불순물, 이물질과 먼지 등을 물로 세척하는 세척단계를 거친다.
즉, 대나무칩에 묻어 있는 이물질, 먼지 등을 물로 제거한다.
이는 증해 과정에서의 불필요한 약품 소비를 감소시켜 주며, 또한 순수한 펄프를 얻을 수 있게 해주기에 결국 제조되는 펄프의 질을 향상시킬 수 있다.
그 후 제 5단계 : 세척된 대나무칩을 전가수분해를 위해서 물이나 수증기를 사용하여 행하고, 요구되는 전가수분해의 반응 정도에 따라 이산화황이나 황산을 첨가하여 전가수분해를 촉진시켜 헤미셀룰로오스를 녹여내는 전가수분해 단계를 거친다.
즉, 대나무 칩 내의 섬유용(용해용) 펄프의 수율을 극대화하면서 헤미셀룰로오스를 용출시키기 위해 가수분해를 하는 것이다.
이 가수분해를 위해서는 일반적으로 액상의 물이나 수증기로 가수분해를 하고, 그 촉매로서 상기 이산화황(sulfur dioxide)이나 황산(sulfuric acid)을 첨가하여 사용하는 것이다.
이 전 가수분해의 목적은 대나무칩 내의 헤미셀룰로오스를 녹여내기 위한 작 업이기에 만일 산을 단독으로 사용하게 되면 산 가수분해가 너무 심하게 일어나서 셀룰로오스까지 심하게 파괴가 될 소지가 있다.
따라서 적당한 비율로 작업상황에 따라 조절하며 사용하여야 한다.
여기서 액비 즉 액상의 물과 촉매의 투여와, 상기 대나무칩의 투여비율은 요구되는 가수분해의 정도에 따라 1.5-7 : 1의 범위 내에서 조절함이 바람직하다.
즉, 물이 포함된 액과 대나무칩과의 액비가 1.5-7:1인 상태에서 전가수분해하는 것이다.
여기서 주의할 점은 상기 전가수분해를 실시하는 동안 대나무를 구성하는 화학 조성분 중 헤미셀룰로오스가 분해되면서 유기산이 발생되며, 이 유기산은 대나무의 가수분해를 주도하게 된다.
따라서 상기 액비를 높일수록 가수분해가 완만하게 진행되는 특성을 이용하여 목적으로 하는 중합도, 헤미셀룰로오스의 가수분해 정도 등에 따라 조절되어야 한다.
다시 말해서 상기 액비(liquor ratio)는 대나무칩(전건 중량 기준, oven dry weight)을 1이라고 할 때 수용액(만일 촉매 등의 약품이 포함된다면 약품이 물에 녹여진 상태)의 부피가 1.5-7이라는 것이다.
그리고 상기 액비를 조성하는 목적은 첫째, 상기 대나무칩이 반응을 진행하는 동안 약액과 균일하게 접촉이 잘 일어나도록 하는 것이고, 둘째, 액비의 정도에 따라 대나무칩과 접촉하는 약액의 세기(농도)가 달라지도록 하여 반응의 정도를 조절하는 것이다.
또한 이 전가수분해 단계에서의 분해조건으로 요구되는 품질에 따라 약간의 차이가 발생할 수 있겠지만, 온도는 100-200℃로 설정하고, 가수분해의 시간은 40-300분의 시간적 범위 내에서 조절함이 바람직하다.
물론 이러한 조건은 본 출원인의 많은 실험을 통해서 증명되었다.
그리고 상기 전건이라는 문구가 있는데 그 전건이라 함은 상기 대나무칩에는 많은 수분이 포함되어 있기에 그 수분을 제외한 순수한 대나무칩의 질량을 의미한다.
또한 이 수율을 계산하기 위해서는 대나무 칩의 함수율(moisture content)을 측정하고 역으로 환산하여 순수한 대나무 칩만의 무게를 계산하게 되는 것이다.
그리고 본 발명에서 제일 중요한 제 6단계 : 증해부(다이제스터)에 상기 대나무칩을 투여하고, 크라프트법이나 중성, 알카리성 아황산법을 적용하여 고온으로 쪄서 대나무칩을 연화시켜 펄프화하는 증해단계를 거친다.
실례로 상기 크라프트법은 목재를 이용하여 펄프를 생산하는데 있어서 사용되고 있던 방식이기는 하나 대나무를 이용하여 섬유용 펄프를 제작하는 데는 한번도 사용되어 본 적이 없다.
이 공지된 크라프트법을 간략하게 설명하자면, NaOH와 Na2O로 조성된 용액을 이용하여 증해하는 방법인데 목재에 사용되어서는 그 효과가 높다.
그러나 이 법을 대나무에 사용할 경우 표백이 어렵고, 조직이 파괴될 소지가 많아 사용을 못하고 있던 실정이다.
물론 본 발명에서는 이러한 문제점을 해소하기 위한 반응 조건을 찾았으며, 후술될 표백의 단계를 통해 표백의 효과도 말끔히 해소하였다.
그리고 공지된 증해의 방법으로 산성의 아황산법이 사용된 바 있다.
그러나 이는 본 출원인이 대나무에 적용하여 실험한 결과, 대나무 섬유질의 파괴가 심하고 배출되는 패기물의 독성이 강해 2차 처리하는데 막대한 비용을 양산할 수밖에 없었다.
따라서 중성의 아황산법이나 또는 알카리성 아황산법을 사용하게 되었다.
그럼 본 발명에서 사용하는 상기 크라프트법, 중성 아황산법, 알카리성 아황산법의 조건 등을 상세히 살펴본다.
즉, 상기 크라프트법에는, 물에 투입되는 활성알칼리(Na2O로 환산)는 전건(대나무칩에 함유되어 있는 수분을 제외한 순수한 질량) 대나무칩 대비 10-25%이고, 황화도는 12-30% 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다.
즉, 이러한 펄프의 제조방법은 그 지역의 조건과 설비된 기기의 종류 등 다양한 조건들이 존재하게 되는 데, 이들에 따라 모두 다른 형태의 조건을 조성해야 최적의 대나무 섬유용 펄프가 제조될 수 있다.
그런데 그 중 가장 중요한 조건이 수분을 제외한 순수한 대나무칩 만의 중량비에 비하여 활성알카리를 10-25% 투입하는 것이다.
물론 상기의 투입비율에서 가장 중요하게 고려해야할 사항은 황화도인데, 이 황화도란 증해의 촉매로 사용될 수 있는 황성분이 얼마나 포함되어 있느냐를 수치 화한 것을 말한다.
결국 본 발명에서는 상기 황의 포함비율이 약 12-30%에 있을 만큼 상기 활성알카리를 투입하게 되는데, 다양한 실험을 통해 실험한 결과 그 투입량은 활성알카리가 전건 대나무칩 대비 10-25%로 측정되었던 것이다.
그리고 본 발명에서 다음에 사용하는 방법인 중성 또는 알카리성 아황산법에은 전건(대나무칩에 함유되어 있는 수분을 제외한 순수한 질량) 대나무칩 대비 아황산 소다(sodium sulfite)가 12-23%, 일반 소다(sodium)가 3-12% 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다.
이도 수많은 실험을 통해 제조된 펄프의 생산량과 그 질적인 면을 고려하여 산출된 수치인데, 전건 대나무칩 대비 황산 소다(sodium sulfite) 12-23%를 투입하고 일반적인 소다(sodium)를 3-12% 투입하는 것이 바람직하다.
이는 전가수분해 단계에서 헤미셀률로우스를 얼마만큼 녹여 내였느냐가 중요한 관건이며, 또 그 파괴된 정도가 얼마냐에 따라 상기 투입량을 조절하고, 후단계에서 사용될 표백의 효과를 예측하기 위해서도 상기의 투입비율 내에서 조절하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 중성 또는 알카리성 아황산법에서 사용되는 일반 소다(sodium)는, 가성소다(sodium hydroxide), 탄산소다(sodium carbonate), 중탄소다(sodium bicarbonate), 티오황산소다(sodium thiosulfate), 황화소다(sodium sulfide), 중아황산소다(sodium bisulfite) 중 하나 이상이 섞여 사용될 수 있다.
즉, 다양한 소다가 사용이 가능하며, 그 소다들 중 하나 이상을 섞어 투입하 여도 무방하다.
단 그 투입량은 3-12%를 유지시킴이 바람직하다.
그리고 이 증해단계에서 그 증해온도는 140-180℃이고, 그 증해시간은 90-200분의 범위 내에서 중합도 등 생산하고자 하는 펄프의 품질에 따라 각 조건을 조절하는 것이 바람직하다.
이 증해온도와 시간은 상기 크라프트법, 중성 아황산법, 알카리성 아황산법에 모두 적용되는 조건이며, 이 조건도 역시 수많은 실험을 통해서 최적치를 얻은 것이다.
여기서 최적치란 생산량, 표백의 성공률, 섬유질이 살아 있는 정도 및 그 밖의 수많은 조건들을 고려한 것이며, 특히 일정한 투입에서 생산되는 산출량의 확대를 최대로 고려했다.
더욱 상세히 설명하자면, 특별히 어는 조건을 꼬집어서 설명하긴 힘들지만 본 제조방법의 각 단계를 수행하면서 발생되는 모든 조건은 서로 유기적으로 연결이 된 상태이기에 하나의 단계에서 발생된 조건을 보정하게 되면, 다음의 단계의 조건이 바뀌어야 한다.
그리고 본 출원인은 이를 먼저 강원대학교 실험실을 통해 실험실에서의 생산을 통해 펄프의 제작을 완성했으며, 나아가 이를 확대시켜 직접적인 펄프 제조공장에서 시뮬레이션을 한 상태이다.
그 제조공장은 **펄프에서 연구 실험을 했으며, 상기한 조건들은 실험실 조건을 벗어나 실질적으로 **펄프에 설치된 설비에 맞추어 최적화된 조건들임을 밝힌 다.
다음으로 제 7단계 : 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심제진기(centri cleaner)를 이용하여 제거하는 제진단계를 거친다.
즉, 상기 대나무와 함께 유입되거나 공정에 유입된 이물질을 제거하기 위하여 공지된 원심제진기를 통해 이물질을 제거하는 것이다.
그 후 제 8단계 : 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선단계를 거친다.
즉, 압력스크린을 이용하여 해리되지 않은 섬유속 또는 이물질을 제거한다.
스크린을 통과한 부분은 다음 공정으로 보내지고, 스크린에 걸린 리젝트는 진동 스크린에서 다시 걸러서 리젝트는 폐기하고, 섬유속 또는 증해가 덜된 것은 증해부(다이제스터)로 다시 보내지는 것이다.
또한 다음으로 제 9단계 : 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척 및 농축단계를 거친다.
미도시된 상기 데커는 상기 펄프를 세척함과 동시에 물을 짜내어 농축시키는 기계인데, 이 데커를 이용하여 펄프를 세척하고 표백에 적합한 농도로 농축한 펄프를 제작한다.
이때 세척은 미세분 및 유세포를 가능한한 많이 제거하기 위하여 최소한 3단으로 실시한다.
다음으로 본 발명에서 아주 중요한 제 10단계 : 상기 펄프을 표백시키는 표 백단계를 거친다.
즉, 환경호르몬인 다이옥신의 발생 등 환경 문제를 배제하기 위해여 ECF(elementary chlorine free) 또는 TCF(total chlorine free) 표백법을 적용한다.
물론 이때 사용되는 표백단은 DED, DEDD, DEDP, DEZP, DEOP, DEOZ, PEOZ 를 선택적으로 적용할 수 있는데, 표백 요구도에 따라 표백 방법, 표백단의 수 및 표백조건을 조절한다.
여기에서 D(chlorine dioxide)는 이산화 염소 표백, E(alkaline extraction)는 알칼리 추출, P(peroxides)는 과산화물 표백, O(oxygen)은 산소표백 및 Z(ozone)은 오존표백을 의미한다.
상기 금속 이온의 함량이 높을 경우 표백효율을 향상시키기 위하여 표백을 실시하기 전에 킬레이트제(EDTA, DTPA, DTPMPA 등)로 펄프를 처리하여 금속이온을 불활성화 시킨다.
여기서 상기 킬레이트제는 금속이온의 반응성을 무력화시키기 위한 약품인데, 만일 펄프에 금속이온이 다량 존재한다면 표백을 위하여 사용된 표백 약품의 성능을 현저히 떨어트리게 된다.
따라서 금속 이온의 함량이 표백 효율을 떨어뜨릴 정도로 많을 경우 표백을 하기 전에 킬레이트제로 펄프를 먼저 처리하는 것이다.
*상기 표백단을 통한 표백의 방식의 실례를 들자면, 만일 표백단이 DEDD라면 1. 이산화염소 표백, 2. 알칼리 추출, 3. 이산화염소 표백, 4. 이산화염소 표백의 순으로 표백이 4단계로 진행됨을 의미한다.
즉, 상기에는 여러가지 표백단이 나열되어 있는데, 이는 펄프를 생산하고자 한는 생산자가 생산될 펄프에서 요구되는 백색도(brightness), 화학적 순수성(chemical purity), 또는 작업자의 선호도에 따라 선택적으로 사용될 수 있다는 것이다.
그리고 상기 표백단을 증가시키는 목적에 대해서 설명하자면, 전술된 백색도, 화학적 순수성 등이 많이 요구될 때에는 표백단의 수를 증가시키거나, 약품의 사용량을 늘이면 되고, 동일한 수준이 요구된다고 할 지라도 펄프에 대한 악영향(펄프의 손상, 분해)을 최소화하기 위하여 각 단에서 사용되는 약품의 양을 줄이고 대신 단수를 늘리는 방법이 사용될 수 있다.
결국 이상과 같이 동일한 수준의 품질이 요구되더라도, 표백단의 수 또는 약품의 사용량의 조절이 가능하며, 앞 공정에서 실시된 전 가수분해(prehydrolysis)와 펄프화(pulping 또는 cooking) 정도에 따라 표백공정으로 공급되는 펄프의 상태가 다르기 때문에 절대적인 수치를 표현하기는 어렵다.
그러나 섬유용(용해용) 펄프를 표백할 때에는 항상 증해부(다이제스터)에서 제조된 펄프에 함유되어 있는 잔류 리그닌(lignin)의 함량을 먼저 측정하고, 그 함량으로부터 표백 약품 투입량을 계산하여 요구되는 품질에 따라 그 양을 증감시키는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명은 상기 표백제를 사용함으로 그 환경오염 물질인 다이옥신의 발생을 방지할 수 있으며, 표백의 효과는 훌륭하다.
다음으로 제 11단계 : 펄프의 표면과 내부에 존재하는 금속이온을 제거하는 산처리 및 세척단계를 거친다.
즉, 상기 섬유용(용해용) 펄프의 표면과 내부에 존재하는 금속이온을 제거하기 위해 pH를 3-5로 조절하고 상온에서 20-110분간 산처리하며, pH가 중성이 될 때까지 깨끗한 물로 세척하는 것이다.
이때 그 상기 처리시간은 금속이온의 함량 및 제거 어려움의 정도에 따라 가감함이 바람직하다.
마지막으로 본 발명은 제 13단계 : 상기 펄프를 시트나 롤로 제조하는 시트제조단계를 거치며 끝이 난다.
또한 본 발명은 천연 펄프에 있어서, 전술된 모든 제조방법을 통해 제조된 대나무를 이용하여 생산하는 섬유용(용해용) 펄프도 그 청구의 대상이며, 상기 펄프는 시트나 롤형인 것으로 제작하여도 무방하다.
그리고 상기 시트형 펄프는 그 두께가 0.1-5mm로 제작하는 것이 바람직하며, 상기 롤형의 펄프는 그 두께가 0.1-3.5mm의 두께의 지필(web)로 만들어 롤의 상태로 감겨진 것이 바람직하다.
즉, 롤형의 펄프는 롤 상에 감아야 하기에 시트형 펄프에 비하여 얇은 형태로 제조됨이 바람직하다.
그럼 여기서 본 발명의 실시예를 도시된 표와 함께 살펴본다.
[실시예 1]
미얀마 산 대나무를 약 2mm 폭으로 세절한 후 15-25mm로 절단한 후 60메쉬의 망이 부착된 통을 이용하여 먼저 스크린을 실시하여 이물질 및 대나무 부스러기를 제거한 후 세척을 실시하였다.
세척된 대나무를 전건 400g에 해당되는 량을 취하여 다이제스터에 넣고 물을 채워 액비를 6:1로 조절한 후 대나무가 물에 충분히 잠길 수 있도록 스테인레스 추를 얹는다.
다이제스터의 덮개를 덮고 나사를 조인 후 170℃에서 90분간 가수분해를 실시하였다.
가수분해가 끝난 내용물을 세척한 후 다시 다이제스터에 투입하고, 활성알칼리 18%, 황화도는 20%를 유지하며, 액비는 4:1로 조절하여 165℃에서 120분간 증해를 실시하였다.
증해가 완료된 펄프를 세척하여 DEDD 4단 표백을 하였으며, 그 결과 얻어진 펄프의 특성은 표 1과 같다.
표 1. 대나무의 전가수분해 및 펄프화 실험 결과 1
표백 전 펄프 수율(%) 40.2
카파가* 11.3
표백 후 펄프 수율(%) 38.1
백색도(% ISO) 84.7
알파 셀룰로오스(%) 94.8
점도 (cps) 5.2
중합도 865
* 카파가(kappa number) : 다이제스터에서 제조된 펄프에 남아있는 리그닌(lignin)의 양을 측정하여 그 정도를 나타내는 방법으로 표백을 할 때 약품 투입량을 결정하는 기준으로 사용되며, 산화-환원 적정을 통하여 과망간산 칼륨이 소비된 양으로부터 계산된 것
[실시예 2]
대나무 처리 및 대부분의 조건은 상기 실시예 1과 동일하게 하였으며, 가성소다 8%, 아황산 소오다 15%, 액비 4:1로 조절하여 170℃에서 120분간 증해를 실시하였다.
증해가 완료된 펄프를 세척하여 DEDD 4단 표백을 실시하여 얻는 결과는 표 2와 같다.
표 2. 대나무의 전가수분해 및 펄프화 실험 결과 2
표백 전 펄프 수율(%) 39.6
카파가 10.8
표백 후 펄프 수율(%) 36.8
백색도(% ISO) 86.1
알파 셀룰로오스(%) 93.6
점도(cps) 4.8
중합도 836
이상의 설명에서처럼, 본 발명은 대나무를 절단하여 칩화하여 전가수분해 및 증해가 용이하게 해줌으로써 더욱 온화한 조건에서 섬유용(용해용) 펄프의 생산이 가능하게 되었으며, 증해공정에서 목재의 펄프 제조공정에서 사용돼오던 크라프트법이나 아황산법을 대나무 펄프에도 적용 보다 손쉽게 펄프를 제작할 수 있는 시스 템을 제공할 수 있다.
이는 펄프의 제조설비를 갖추고자 할 경우 소자본이 아닌 대자본이 들어갈 수밖에 없는 상황을 고려하고, 기존의 설비를 용이하게 이용하되 목재가 아닌 대나무를 이용하여 섬유용 펄프를 제작할 수 있게 한 개량되고 진보된 발명이다.
또한 ECF 및 TCF 표백법을 적용함으로써 환경 문제를 해결할 수 있으며, 전가수분해, 증해 및 표백 조건을 조절함으로써 생산하고자 하는 레이온 섬유의 특성에 따라 각 단계를 조절할 수 있는 활용가능성이 높은 발명이다.

Claims (12)

  1. 펄프의 제조방법에서 다음의 순서로 이루어진 대나무 섬유용 펄프의 제조방법.
    제 1단계 : 대나무에서 그 잎을 제거하는 대나무 잎 제거의 단계.
    제 2단계 : 대나무를 쪼개되 세로와 가로로 일정간격으로 절단하거나, 드럼 치퍼를 이용하여 균일한 두께를 지니는 칩을 제조하는 단계.
    제 3단계 : 상기 절단된 대나무칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝의 단계.
    제 4단계 : 대나무칩에 묻어 있는 불순물, 이물질과 먼지 등을 물로 세척하는 세척단계.
    제 5단계 : 세척된 대나무칩을 전가수분해를 위해서 물이나 수증기를 사용하여 행하고, 요구되는 전가수분해의 반응 정도에 따라 이산화황이나 황산을 첨가하여 전가수분해를 촉진시켜 헤미셀룰로오스를 녹여내는 전가수분해 단계.
    제 6단계 : 증해부(다이제스터)에 상기 대나무칩을 투여하고, 크라프트법이나 중성, 알카리성 아황산법을 적용하여 고온으로 쪄서 대나무칩을 연화시켜 펄프화하는 증해단계.
    제 7단계 : 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심 제진기를 이용하여 제거하는 제진단계.
    제 8단계 : 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질 을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선단계.
    제 9단계 : 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척 및 농축단계.
    제 10단계 : 상기 펄프를 표백시키는 표백단계.
    제 11단계 : 펄프의 표면과 내부에 존재하는 금속이온을 제거하는 산처리 및 세척단계.
    제 12단계 : 상기 펄프를 시트나 롤펄프로 제조하는 씨트제조단계
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 5단계의 전가수분해단계에는,
    물이 포함된 액과 대나무칩과의 액비가 1.5-7:1인 상태에서 전가수분해하는 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 6단계의 크라프트법에는,
    물에 투입되는 활성알칼리(Na2O로 환산)는 전건(대나무칩에 함유되어 있는 수분을 제외한 순수한 질량) 대나무칩 대비 10-25%이고, 황화도는 12-30% 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 6단계의 중성 또는 알카리성 아황산법에는,
    전건(대나무칩에 함유되어 있는 수분을 제외한 순수한 질량) 대나무칩 대비 아황산 소다(sodium sulfite)가 12-23%, 일반 소다(sodium)가 3-12% 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 일반 소다(sodium)은,
    가성소다(sodium hydroxide), 탄산소다(sodium carbonate), 중탄소다(sodium bicarbonate), 티오황산소다(sodium thiosulfate), 황화소다(sodium sulfide), 중아황산소다(sodium bisulfite) 중 하나 이상이 섞여 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 10단계의 표백단계는,
    표백단을 이용하여 ECF(elementary chlorine free) 또는 TCF(total chlorine free) 표백법을 적용하는 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 표백단은,
    DED, DEDD, DEDP, DEZP, DEOP, DEOZ, PEOZ 를 선택적으로 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    제 11단계의 산처리 및 세척단계는,
    pH를 3-5로 조절하고 상온에서 20-110분간 산처리하며, pH가 중성이 될 때까지 깨끗한 물로 세척하는 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프의 제조방법.
  9. 천연 펄프에 있어서,
    상기 제 1항 내지 8항의 제조방법 중 선택된 하나를 통해 제조된 대나무 섬유용 펄프.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 펄프는,
    시트나 롤형인 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 시트형 펄프는,
    그 두께가 0.1-5mm인 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 롤형의 펄프는,
    그 두께가 0.1-3.5mm의 두께의 지필로 만들어 감겨진 것을 특징으로 하는 대나무 섬유용 펄프.
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