KR100662043B1 - 제지용 대나무 펄프의 제조방법과 그 펄프 및 그 지류제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대나무를 이용하여 목재 펄프를 대체할 수 있는 고품질 제지용 펄프 및 종이 제품 제조 기술로서 대나무로부터 산업용지, 인쇄 필기용지, 박엽 포장지, 화장지, 부직포 및 특수지 제조용으로 사용될 수 있는 각종 제지용 펄프의 생산 기술과 이로부터 각종 종이를 제조하는 방법을 포함하는 것으로 펄프 제조 시 그 증해단계에서 종래 일반 목재에서만 사용되는 크라프트법을 적용하여 증해시키되 그 최적의 반응조건을 개발하여 펄프 수율을 극대화하고, 펄프 섬유의 약화를 최소화하여 펄프의 품질을 극대화 할 수 있는 제지용 대나무 펄프의 제조방법과 그 펄프 및 그 지류 제조방법에 관한 것이다.
따라서 본 발명은 대나무를 세로 절단과 가로 절단을 통해 절단하거나 또는 드럼치퍼를 통해 균일한 두께의 대나무칩을 생산한 상태로, 크라프트법에 의한 증해공정을 통해 대나무의 펄프화에 적용함으로써 기존의 목재 펄프 생산방법에 따른 시설을 변경시킬 필요 없이 펄프 수율을 향상시키는 큰 효과를 얻을 수 있는 발명이다.
또한 더불어 펄프의 표백을 위하여 ECF 및 TCF 표백법을 적용함으로써 다이옥신의 발생과 같은 환경 오염 문제를 해결할 수 있으며, 증해 및 표백 조건을 조절함으로써 생산하고자 하는 종이의 특성에 부합하는 품질을 제공할 수 있도록 조절하는 것이 가능하다.
대나무, 치핑, 제지용 펄프, 종이 제품 제조, 산업용지, 박엽지, 화장지, 부직포, 특수지 등

Description

제지용 대나무 펄프의 제조방법과 그 펄프 및 그 지류 제조방법{The production method of pulps and its paper products from bamboo}
본 발명은 대나무를 이용하여 목재 펄프를 대체할 수 있는 고품질 제지용 펄프 및 종이 제품 제조 기술로서 대나무로부터 산업용지, 인쇄 필기용지, 박엽 포장지, 화장지, 부직포 및 특수지 제조용으로 사용될 수 있는 각종 제지용 펄프의 생산 기술과 이로부터 각종 종이를 제조하는 방법을 포함하는 것으로 펄프 제조 시 그 증해단계에서 종래 일반 목재에서만 사용되는 크라프트법을 적용하여 증해시키되 그 최적의 반응조건을 개발하여 펄프 수율을 극대화하고, 펄프 섬유의 약화를 최소화하여 펄프의 품질을 극대화 할 수 있는 제지용 대나무 펄프의 제조방법과 그 펄프 및 그 지류 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 제지용 펄프는 목재를 이용하여 생산되는 것으로 인식되고 있다.
즉, 목재 펄프가 대부분이었고, 최근에 그 목재자원이 부족하여 산림을 보호하고 환경을 유지하면서 종이원료 펄프를 생산하여야 한다는 것이 큰 과제로 떠오르고 있기에 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 볏짚을 이용한 펄프의 제조방법을 제시한 바 있다.
이 모든 노력들은 다 환경의 오염을 막을 수 있는 수목을 보존하고자 하는 노력들이라 볼 수 있다.
즉, 대기 중에 포함된 공해물질과 이산화 탄소를 광합성 작용을 통하여 흡수하고 한편으로 산소를 생산하여 공급하는 수목을 보호하자는데 있는 것이다.
그 중 최근 관심을 끌고 있는 부분이 대나무를 이용하여 펄프를 제조하는 방법이다.
본 발명에서 원료로 사용한 대나무는 중국, 미얀마 등의 동남아 국가에서 대량 생산되고 있으며, 단지 약 5개월 만에 충분히 활용할 수 있는 정도로 성장된다.
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.
또한 표백 공정에서 원소상의 염소를 사용하는 염소 표백 공정은 다이옥신 발생의 원인을 제공하고 있다.
그리고 장치 부식의 원인으로 작용하는 표백분을 표백약품으로 사용하여 그 제조장치의 내구성에도 많은 문제를 지니고 있다.
더불어 이러한 공정상의 문제는 단위 펄프 생산량 당 약품, 에너지의 소비 및 생산비를 증가시키는 원인으로 작용한다.
그럼 본 발명과 같은 대나무를 이용하여 제지용 펄프와 종이를 생산하는 방법이 종래에도 개발된 바 있으나 그 활용이 전면적으로 이루어지지 못해왔던 이유와 그 문제점을 살펴본다.
즉, 대나무는 조직이 매우 치밀하고 단단한 구조를 지니고 있음에도 불구하고 종래의 기술은 두께 3.2 mm, 길이와 폭을 각각 19 mm의 칩을 제조하였으며, 약액 침투의 문제를 해결하기 위하여 약액의 침투가 어려워 증해가 충분히 진행되지 않으며, 이 때문에 표백도 어렵다.
그리고 그 증해과정에서 대나무를 녹이는 과정을 명확히 실행할 수 있는 조건과 그 약액의 개발이 어려웠다.
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 제조하기 힘들다는 당업자의 오인된 생각이 이 방면의 기술을 퇴보시키는 결과를 가져오고 있다.
상기한 문제점을 해결한 본 발명은 대나무를 이용하여 목재 펄프를 대체할 수 있는 고품질 제지용 펄프 및 종이 제품 제조 기술로서 대나무로부터 산업용지, 인쇄 필기용지, 박엽 포장지, 화장지, 부직포 및 특수지 제조용으로 사용될 수 있는 각종 제지용 펄프의 생산 기술과 이로부터 각종 종이를 제조하는 방법을 포함하는 것으로 펄프 제조 시 그 증해단계에서 종래 일반 목재에서만 사용되는 크라프트 법을 적용하여 증해시키되 그 최적의 반응조건을 개발하여 펄프 수율을 극대화하고, 펄프 섬유의 약화를 최소화하여 펄프의 품질을 극대화 할 수 있는 제지용 대나무 펄프의 제조방법과 그 펄프 및 그 지류 제조방법에 관한 것이다.
따라서 본 발명은 대나무로 생산하는 펄프의 제조방법에 있어서, 제 1단계 : 대나무에서 그 잎을 제거하고, 대를 세절하며 절단하거나 또는 드럼치퍼를 이용하여 균일한 두께의 칩으로 제조하는 단계와; 제 2단계 : 상기 절단된 대나무 칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝과 대나무 칩에 붙어 있는 이물질을 물로 제거하는 세척의 단계와; 제 3단계 : 증해부(다이제스터)에 상기 대나무 칩을 투여하고, 크라프트 증해법을 적용하여 상기 전건 대나무칩 대비 활성알칼리 10-25%를 투입하고, 황화도는 15-30%범위 내에서 조절하며 고온으로 증해시켜 대나무 칩을 연화시켜 펄프화하는 증해단계와; 제 4단계 : 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심 제진기를 이용하여 제거하는 제진단계와; 제 5단계 : 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선단계와; 제 6단계 : 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척 및 농축단계와; 제 7단계 : 다음으로 산업용지나 골판지 라이너용 미표백 화학 및 반화학펄프를 완성하는 단계들로 이루어진 제지용 대나무 펄프의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은, 대나무로 생산하는 펄프의 제조방법에 있어서, 제 1단계 : 대나무에서 그 잎을 제거하고, 대를 세절하며 절단하거나 또는 드럼치퍼를 이용하 여 균일한 두께의 칩으로 제조하는 단계와; 제 2단계 : 상기 절단된 대나무 칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝과 대나무 칩에 묻어 있는 이물질을 물로 제거하는 세척의 단계와; 제 3단계 : 증해부(다이제스터)에 상기 대나무 칩을 투여하고, 크라프트 증해법을 적용하여 상기 전건 대나무칩 대비 활성알칼리 15-21%를 투입하고, 황화도는 15-30% 범위 내에서 조절하며 고온으로 증해시켜 대나무칩을 연화시켜 펄프화하는 증해단계와; 제 4단계 : 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심 제진기를 이용하여 제거하는 제진단계와; 제 5단계 : 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선단계와; 제 6단계 : 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척 및 농축단계와; 제 7단계 : 상기 펄프를 표백시키는 표백단계와; 제 8단계 : 다음으로 박엽지, 백상지, 아트지, 부직포, 특수지 또는 화장지의 제조를 위한 표백 화학펄프를 완성하는 단계들로 이루어진 제지용 대나무 펄프의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 펄프를 이용하여 제지를 생산하는 방법에 있어서, 전술된 제법으로 생산된 대나무 미표백 화학 및 반화학 펄프를 해리하는 단계와; 해리된 펄프를 고해시키는 단계와; 고해된 펄프에 약품(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)를 넣는 단계와; 스크리닝을 하는 단계와; 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계와; 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계와; 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계와; 종이나 판지의 두께를 균일하게 해주는 칼렌더링 단계와; 최종적으로 건조되고 칼 렌더링된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 대나무 미표백 화학 및 반화학펄프를 원료로 사용하여 산업용지나 골판지용 라이너지를 생산하는 제지용 대나무 펄프로 생산하는 지류 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 대나무 펄프를 이용하여 지류 제품을 생산하는 방법에 있어서, 전술된 제법으로 생산된 대나무 표백 화학 펄프를 해리하는 단계와; 해리된 펄프를 고해시키는 단계와; 고해된 펄프에 목재펄프(활엽수 표백 화학 펄프)와 배합하는 단계와; 배합의 단계 후에 약품(사이즈제, 충전제, 보류제, 탈수제, 기타 첨가제 등)를 넣는 단계와; 스크리닝을 하는 단계와; 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계와; 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계와; 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계와; 건조된 지필의 표면 사이징하는 단계와; 재차 건조하는 단계와; 종이나 판지의 두께를 균일하게 해주는 칼렌더링 단계와; 안료 도공의 단계와; 재차 건조하는 건조의 단계와; 표면의 평활도 뿐만 아니라 광택을 주기 위한 슈퍼 칼렌더링 단계와; 최종적으로 건조되고 슈퍼 칼렌더링된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 대나무 표백 화학펄프를 원료로 하여 백상지와 아트지를 생산하는 제지용 대나무 펄프로 생산하는 지류 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 펄프를 이용하여 지류제품을 생산하는 방법에 있어서, 제 3항의 제법으로 생산된 대나무 표백 화학펄프를 해리하는 단계와; 해리된 펄프를 고해시키는 단계와; 고해된 펄프에 약품(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)를 넣는 단계와; 스크리닝을 하는 단계와; 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계와; 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계와; 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계와; 최종적으로 건조된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 3대나무 표백 화학펄프를 원료로 하여 박엽지를 생산하는 제지용 대나무 펄프로 생산하는 지류 제조방법을 제공하고자 한다.
더불어 본 발명은 펄프를 이용하여 지류제품을 생산하는 방법에 있어서, 제 3항의 제법으로 생산된 대나무 표백 화학펄프를 해리하는 단계와; 해리된 펄프를 고해시키는 단계와; 고해된 펄프에 약품(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)를 넣는 단계와; 스크리닝을 하는 단계와; 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계와; 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계와; 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계와; 최종적으로 건조된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 대나무 표백 화학펄프를 원료로 하여 화장지를 생산하는 제지용 대나무 펄프로 생산하는 지류 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 대나무를 이용하여 아주 다양한 지류의 생산을 위한 펄프의 생산방법과, 그 펄프 및 그를 이용한 지류 제조 기술에 관한 것으로 큰 특징이 있기에 하기 그 생산방법들을 상세히 설명한다.
우선 본 발명은 대나무로 생산하는 펄프의 제조방법에 있어서, 산업용지나 골판지 라이너용 미표백 화학 및 반화학펄프의 제조방법을 순서대로 설명한다.
즉, 이 산업용지나 골판지 라이너용 미표백 화학 및 반화학펄프의 제조방법은 제 1단계 : 대나무에서 그 잎을 제거하고 세절(Splitting)하며 절단(Cutting)하거나 또는 드럼치퍼를 이용하여 균일한 두께의 칩으로 제조하는 단계를 거치고, 제 2단계 : 상기 절단된 대나무 칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝(Screening)과 대나무 칩에 묻어 있는 이물질을 물로 제거하는 세척(Washing)의 단계를 거친다.
또한 제 3단계 : 증해부(다이제스터)에 상기 대나무 칩을 투입하고, 크라프트 증해법을 적용하여 상기 전건 대나무칩 대비 활성알칼리 10-25%를 투입하고, 황화도는 15-30%범위 내에서 조절하며 고온으로 증해시켜 대나무칩을 연화시켜 펄프화하는 증해단계(Cooking)를 거치고, 제 4단계 : 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심 제진기(centrifugal cleaner)를 이용하여 제거하는 제진단계(Cleaning)를 거친다.
또한 제 5단계 : 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선단계(Screening)를 거치고, 제 6단계 : 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척(Washing)농축(Thickening)단계를 거친다.
더불어 제 7단계 : 상기 세척 농축된 펄프로부터 시트를 제조 건조하여 산업용지나 골판지 라이너용 미표백 화학 및 반화학펄프를 완성하는 것이다.
상기의 단계를 보다 구체적으로 설명을 하자면, 상기 제 3단계의 증해의 단 계는 물이 포함된 증해약액은 전건(대나무 칩에 함유되어 있는 수분을 제외한 순수한 질량) 대나무 칩 대비 3-6:1의 액비를 가진다.
즉, 증해약액이 3-6이고 이에 비한 전건 대나무칩이 1이다.
그럼 각 단계를 보다 상세히 설명한다.
즉, 제 1단계에는, 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 펄프의 생산 공정에 투입되기 전에 그 잎을 제거하는 것이다.
즉, 본 발명의 대나무 펄프 제조방법에서는 대나무 잎은 사용을 하지 않고, 단지 그 대나무 대만을 사용하는 것이다.
그리고 대나무를 쪼개되 세로로 1.5-3mm 간격으로 절단하는 세로 절단(splitting)의 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 쪼갠 상태에서 그 쪼개진 대나무를 다시 좁은 폭으로 절단하는 것이다.
이때 상기 대나무의 폭은 1.5-2.0mm의 폭으로 절단하는 것이 좋다.
이 세로 절단은 본 발명에서 상당히 특징이 있는 과정으로 무작정 방향성을 무시한 상태로 대나무를 절단하게 되면, 제조되는 섬유질이 획일적으로 절단되는 것이 아니라 섬유질 자체가 파괴되는 현상이 발생될 소지가 많다.
따라서 제조된 펄프의 강도를 약하게 하여, 그 질적인 수준도 떨어지는 것이다.
결국 본 발명의 제조방법에서는 대나무를 좁은 폭을 가지게 세로로 다수 번 절단하여 사용을 한다.
물론 대나무를 다수의 날이 장착된 장치를 이용하여 한번에 세절하는 방법도 사용이 가능하다.
그 후 세로로 절단된 대나무를 10-30mm 의 길이로 가로 절단하여 대나무 칩을 생산하는 절단(cutting)단계를 거친다.
즉, 작은 형태의 대나무 칩을 생산하여 증해부(다이제스터)에 충전 및 패킹이 용이하도록 하기 위하여 회전 날이 달린 절단기를 이용하여 10-30mm의 길이로 절단하는 것이다.
여기서 상기 대나무 칩의 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 드림 치퍼를 이용하여 균일한 두께를 지니는 칩을 제조할 수 있다.
즉, 종래에는 치퍼 날의 재질로 사용되는 금속재질이 물러 치퍼의 사용시 날 이 부서지는 현상이 발행하여 드럼치퍼를 대나무에서는 사용을 못하였다.
그러나 요즘은 그 강한 강도의 합금 등의 금속재질(실례로 티탄합금이나 금속형의 소재로 사용되는 금속들)이 개발되어 있고, 향후에도 이 재질의 발전이 많이 향상될 것이 예상되기에 드럼치퍼를 통해서도 대나무를 칩화시킬 수 있다.
다음으로 제 2단계 : 상기 절단된 대나무 칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝(screening)과 대나무 칩에 묻어 있는 이물질을 물로 제거하는 세척(Washing)의 단계를 거친다.
즉, 대나무를 절단하는 과정에서 발생되는 부스러기들은 펄프로 제조되어도 그 섬유질이 파괴된 상태이기에 펄프의 강도를 약하게 할 뿐만 아니라 약품의 소비를 증가시킬 소지가 많고 초지기에서의 탈수에 악 영향을 미친다.
또한 절단하는 과정에서 투입된 이물질들도 펄프의 제조에 아무런 도움을 주지 못한다.
따라서 이들을 모두 펄프의 제조 원료로 사용한다면 펄프의 수율(얻어지는 펄프의 생산율)을 크게 감소시킬 뿐만 아니라 펄프의 품질에도 해롭기 때문에 스크리닝을 통하여 이를 제거하는 것이다.
또한 이 단계에서는, 대나무 칩에 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.
한편 다음으로 본 발명은 제 3단계 : 증해부(다이제스터)에 상기 대나무 칩 을 투여하고, 크라프트 증해법을 적용하여 상기 전건 대나무칩 대비 활성알칼리 10-25%를 투입하고, 황화도는 15-30%범위 내에서 조절하며 고온으로 증해시켜 대나무 칩을 연화시켜 펄프화하는 증해(Cooking)단계를 거친다.
그리고 그 증해의 조건은 물이 포함된 상기 증해약액과 대나무칩(전건 중량 기준, oven dry weight)과의 액비(liquor ratio)가 3-6:1이고, 증해 온도는 110-150℃ 이고, 증해시간은 90-120분 내에서 조절하는 것이 바람직하다.
즉, 이상의 조건은 생산하고자 하는 펄프의 품질에 따라 각 조건을 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 크라프트 증해법에 의한 증해단계는 상당히 중요한 단계로, 상기 크라프트 증해법은 종래 목재를 이용하여 펄프를 생산하는데 있어서 사용되고 있던 방식이기는 하나, 대나무를 이용하여 제지용 펄프를 제작하는 데는 한번도 사용되어 본 적이 없다.
이 공지된 크라프트법을 간략하게 설명하자면, NaOH와 Na2S로 조성된 용액을 이용하여 증해하는 방법인데 목재에 적용할 경우 그 효과가 높다.
그러나 이 법을 대나무에 사용할 경우에는 후 가공단계인 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.
그럼 이러한 크라프트법을 적용하여 본 발명에서 사용한 증해단계를 상세히 설명한다.
상기 크라프트법에는 물이 포함된 증해약액과 전건(대나무칩에 함유되어 있는 수분을 제외한 순수한 질량) 대나무칩 대비 10-25%이고, 황화도는 15-30% 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 제지용 대나무 펄프가 제조될 수 있다.
그런데 그 중 가장 중요한 조건이 수분을 제외한 순수한 대나무칩 만의 중량비에 대비하여 활성알칼리를 10-25% 투입하는 것이다.
물론 상기의 투입비율에서 가장 중요하게 고려해야할 사항은 황화도인데, 이 황화도란 증해의 촉매로 사용될 수 있는 황성분이 얼마나 포함되어 있느냐를 수치화한 것을 말한다.
결국 본 발명에서는 상기 황의 포함비율이 약 15-30%에 있을 만큼 상기 활성 알칼리를 투입하게 되는데, 다양한 실험을 통해 실험한 결과 그 투입량은 활성알칼리가 전건 대나무칩 대비 10-25%로 측정되었던 것이다.
그리고 이 증해단계에서 액비는 3-6:1이다.
즉, 증해약액이 3-6이고 이에 비한 전건 대나무칩이 1이다.
또한 그 증해온도는 110-150℃이고, 그 증해시간은 90-120분 내에서 중합도 등 생산하고자 하는 펄프의 품질에 따라 각 조건을 조절하는 것이 바람직하다.
이 증해온도와 액비 및 그 시간은 상기 크라프트법에 적용되는 조건으로 모 두 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, 다음 단계의 조건이 바뀌어야 한다.
그리고 본 출원인은 이를 먼저 강원대학교 실험실을 통해 실험실에서의 생산으로 펄프의 제작을 완성했으며, 나아가 이를 확대시켜 직접적인 펄프 제조공장에서 시뮬레이션을 한 상태이다.
그 제조공장은 **펄프에서 연구 실험을 했으며, 상기한 조건들은 실험실의 조건을 벗어나 실질적으로 **펄프에서 설치된 설비에 맞추어 최적화된 조건들임을 밝힌다.
그리고 상기 전건이라는 문구가 있는데 그 전건이라 함은 상기 대나무 칩에는 많은 수분이 포함되어 있기에 그 수분을 제외한 순수한 대나무 칩의 질량을 의미한다.
또한 이 수율을 계산하기 위해서는 대나무 칩의 함수율(moisture content)을 측정하고 역으로 환산하여 순수한 대나무 칩만의 무게를 계산하게 되는 것이다.
다음으로 제 4단계 : 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심 제진 기(centrifugal cleaner)를 이용하여 제거하는 제진(Cleaning)단계를 거친다.
즉, 상기 대나무과 함께 유입되거나 공정에 유입된 이물질을 제거하기 위하여 원심제진기를 통해 이물질을 제거하는 것이다.
그 후 제 5단계 : 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선(Screening)단계를 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 6단계 : 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척(Washing) 및 농축(Thickening)단계를 거친다.
미도시된 상기 데커는 상기 펄프를 세척함과 동시에 물을 짜내어 농축시키는 기계인데, 이 데커를 이용하여 펄프를 세척하고 다음 공정에 적합한 농도로 농축한 펄프를 제작한다.
이때 세척은 증해 잔류 약액, 미세분 및 유세포를 가능한한 많이 제거하기 위하여 최소한 3단으로 실시한다.
다음으로 제 8단계 : 다음으로 세척된 펄프를 시트 또는 롤상으로 만들기 위하여 시트의 제조 및 건조 과정을 거침으로써 산업용지나 골판지 라이너용 미표백 화학 및 반화학펄프의 제조를 완료하는 것이다.
나아가 상기 산업용지나 골판지 라이너용 미표백 화학 및 반화학펄프나 후술될 박엽지, 백상지, 아트지 또는 화장지의 제조를 위한 표백 화학펄프들은 재단과 포장의 단계를 거칠 수 있다.
그러나 이러한 재단과 포장의 단계를 거치지 않고, 바로 제지공정으로 투입되어 종이 및 판지 제품을 생산하는 것이 바람직하다.
물론 펄프의 생산공장과 지류의 생산공장이 별도로 구분되어 있다면 상기 재단과 포장의 단계는 반드시 있어야 할 것이다.
이때 상기 펄프를 포장함에 있어서 롤형이나 시트의 형태로 포장되는 것이 일반적이다.
다시말해서 종이(지류) 제조는 가능한 한 펄프 공정에서 생산된 펄프가 건조 처리를 거치지 않고 바로 제지 공정으로 공급되어 종이 제조 원료로 사용하는 것이 바람직하다.
대나무 펄프 섬유는 목재 펄프와 다소 다른 구조와 치수를 지니고 있다.
이러한 성질들이 용도에 따라 일부는 장점이 될 수 있는가하면 다른 측면에서는 단점도 될 수 있다.
따라서 제조하고자 하는 종이의 품질 요구 특성에 따라 적절한 펄프의 배합 또는 처리가 필요하다.
앞에서 산업용지 및 라이너 제조용 대나무 미표백 화학 및 반화학펄프를 제조하는 방법을 설명하였기에 하기에는 박엽지, 백상지, 아트지, 부직포, 특수지 또 는 화장지의 제조를 위한 표백 화학펄프를 완성하는 단계를 설명한다.
즉, 대나무로 생산하는 박엽지, 백상지, 아트지 또는 화장지의 제조를 위한 표백 화학펄프의 제조방법에 있어서, 제 1단계 : 대나무에서 그 잎을 제거하고 세절하며 절단하고, 대를 세절하며 절단하거나 또는 드럼치퍼를 이용하여 균일한 두께의 칩으로 제조하는 단계를 거치고, 제 2단계 : 상기 절단된 대나무 칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝과 대나무 칩에 묻어 있는 이물질을 물로 제거하는 세척의 단계를 거친다.
또한 제 3단계 : 증해부(다이제스터)에 상기 대나무 칩을 투여하고, 크라프트 증해법을 적용하여 상기 전건 대나무칩 대비 활성알칼리 15-21%를 투입하고, 황화도는 15-30% 범위 내에서 조절하며 고온으로 증해시켜 대나무칩을 연화시켜 펄프화하는 증해단계를 거치고, 제 4단계 : 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심 제진기를 이용하여 제거하는 제진단계를 거친다.
또한 제 5단계 : 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선단계를 거치고, 제 6단계 : 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척 및 농축단계를 거친다.
또한 제 7단계 : 상기 펄프를 표백시키는 표백단계를 거치고, 제 8단계 : 다음으로 세척된 펄프를 시트 또는 롤상으로 만들기 위하여 시트의 제조 및 건조 과정을 거침으로써 박엽지, 백상지, 아트지 또는 화장지의 제조를 위한 표백 화학펄프를 완성하는 단계들로 펄프로 완성된다.
즉, 이 박엽지, 백상지, 아트지 부직포, 특수지 또는 화장지의 제조를 위한 표백 화학펄프의 제조방법은 전술된 산업용지나 골판지 라이너용 미표백 화학 및 반화학펄프를 제조하는 방법과 거의 모든 단계가 동일하지만 본 발명에서 가장 중요한 증해단계에서 그 조건에 약간의 차이가 있고, 제 7단계인 펄프를 표백시키는 단계를 거치는 점에서 차이가 있다.
이유는 산업용지와 골판지의 경우 표백할 필요가 없고, 박엽지, 백상지, 아트지, 부직포, 특수지 또는 화장지의 경우는 그 질감도 좋아야 하고 그 색상적인 미감도 훌륭해야 하기에 당연히 따르는 결과일 것이다.
따라서 이 이 박엽지, 백상지, 아트지, 부직포, 특수지 또는 화장지의 제조를 위한 표백 화학펄프의 제조방법에서는 상기 증해의 단계와, 상기 표백의 단계만을 설명한다.
즉, 상기 제 3단계인 증해의 단계는, 증해부(다이제스터)에 상기 대나무 칩을 투여하고, 크라프트 증해법을 적용하여 상기 전건 대나무칩 대비 활성알칼리 15-21%를 투입하고, 황화도는 15-30% 범위 내에서 조절하며 고온으로 증해시켜 대나무칩을 연화시켜 펄프화한다.
결국 이 단계도 전술된 산업용지나 골판지 라이너용 미표백 화학 및 반화학펄프의 제조방법에서 사용되는 크라프트 증해법을 사용하지만, 그 조건에 약간의 차이가 있기에 더 이상의 설명은 자제한다.
그러나 이러한 조건의 차이는 생산되는 펄프의 질이나 생산량에서 아주 큰 차이가 있기에 아주 중요한 사항이다.
또한 다음으로 본 발명에서 아주 중요한 제 7단계 : 상기 펄프을 표백시키는 표백단계는, 환경호르몬인 다이옥신의 발생 등 환경 문제를 배제하기 위하여 ECF(elementary chlorine free) 또는 TCF(total chlorine free) 표백법을 적용한다.
물론 이때 사용되는 표백단은 DED, DEDD, DEDP, DEZP, DEOP, DEOZ, PEOZ, DEDED, DED(EO)D, DEDOP 또는 DEDZP를 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 표백공정에서 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 떨어뜨리게 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 하는 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 늘리거나, 약품의 사용량을 증가시키면 되고, 동일한 수준이 요구된다고 할지라도 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 펄프화(pulping 또는 cooking) 정도에 따라 표백공정으로 공급되는 펄프의 상태가 다르기 때문에 절대적인 수치를 표현하기는 어렵다.
그러나 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.
실지로 본 발명의 실험에 의해 가장 바람직한 형태의 백상지, 아트지, 화장지 부직포, 특수지 및 박엽지 제조에 사용하기 위한 크라프트법을 적용할 경우, 활성 알칼리 15 - 21%, 황화도는 15-30% 내에서 조절하여 증해 온도 110 - 150℃, 증해 시간 90 - 120분의 범위 내에서 증해를 실시하며, ECF 또는 TCF 표백을 실시한다.
그리고 생산된 제지용 펄프의 수율, 섬유의 특성, 제지 특성 등은 증해 조건과 표백 조건 및 방법을 조합하여 조절하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명은 전술된 모든 펄프의 생산방법으로 제조된 물건 즉, 대나무를 이용하여 생산하는 펄프도 그 청구대상이다.
또한 상기 펄프는 시트나 롤형으로 만들어지는데, 상기 시트형 펄프는 그 두께가 0.1-5mm이고, 상기 롤형의 펄프는 그 두께가 0.1-3.5mm의 두께의 지필로 만들어 감겨진다.
즉, 상기 시트나 롤형의 펄프는 전술된 것처럼 제지공정에 투입되어 다시 종이로 완성되어야 할 중간생성물이다.
따라서 만일 펄프 제조공장과 제지공장이 거리상 많이 떨어져 있다면, 이렇게 시트나 롤형으로 포장된 상태로 이송되어야 하지만, 일관공장인 경우에는 특별한 포장이 필요 없음은 앞에서 설명한 바 있다.
그럼 이렇게 제작된 중간생산물을 종이로 완성시키는 단계를 종이제품의 형태에 따라 분류하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 상기 대나무 미표백 화학 및 반화학펄프를 이용하여 산업용지나 골판지 용 라이너를 생산하는 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
즉, 대나무 미표백 화학 및 반화학펄프를 해리하는 단계를 거치고, 해리된 펄프를 고해시키는 단계를 거친다.
또한 고해된 펄프에 약품(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)를 넣는 단계를 거치고, 스크리닝을 하는 단계를 거친다.
또한 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계를 거치고, 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계를 거친다.
또한 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계를 거치고, 종이나 판지의 두께를 균일하게 해주는 칼렌더링 단계를 거친다.
더불어 최종적으로 건조되고 칼렌더링된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 산업용지나 골판지용 라이너지를 생산하는 것이다.
그럼 상기의 단계를 보다 상세히 하나씩 설명하면 다음과 같다.
먼저 상기 대나무 미표백 화학 및 반화학펄프를 해리하는 단계에서 펄프의 해리(Repulping, disintegration)란 펄퍼(pulper 또는 hydrapulper)를 이용하여 펄프 시트를 개개의 섬유 상태로 풀어주는 것이다.
만약 펄프 제조 공정에서 시트를 제조하지 않고 파이프 라인 등을 통하여 제지 공정으로 바로 공급될 경우 이 단위 공정은 생략되어도 무방하다.
그리고 해리된 펄프를 고해시키는 단계에서 고해(Refining)란, 종이의 구조적, 강도적 및 광학적 성질을 조절하기 위하여 지종에 따라 요구되는 조건에 따라 디스크 형 리파이너 또는 콘 형 리파이너를 이용하여 목재 펄프와 대나무 펄프의 고해를 실시한다.
활엽수 화학펄프는 보통 0.1 - 5.0 Ws/m 정도의 SEL로 고해를 실시한다.
그러나 대나무 펄프의 경우에는 비록 수종에 따라 다르기는 하지만 비교적 리그닌 함량이 낮을 뿐만 아니라 섬유가 가늘기 때문에 목재 펄프와 다르게 처리할 필요가 있다.
따라서 제조하고자 하는 종이의 요구되는 성질에 따라 0.01 - 2.5 Ws/m 정도의 약한 SEL(specific edge load : 리파이너에서 펄프에 가해지는 에너지의 세기를 표시하는 수단으로 사용되는 값)로 고해를 실시하거나 단순히 디플레이킹(deflaker를 사용하여 처리)을 실시한다.
이와 같은 낮은 SEL로 고해를 실시하는데 적합한 리파이너로는 multidisk refiner, Conflo 등이 있다.
반면에 고해가 보다 많이 요구되는 경우에는 보다 높은 SEL을 적용하여 고해를 실시한다.
그리고, 상기 고해된 펄프에 약품투입(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)즉, 약품을 넣는 단계에서 약품 투입(Additionn of wet end chemicals and additives)이란, 제지 공정에서의 약품의 사용은 공정 조절뿐만 아니라 각 종이의 종류 또는 용도에 따라 만족시켜주어야 할 성질들이 다르기 때문에 이를 만족시켜주기 위한 수단으로 사용된다.
산업용지, 라이너 원지, 화장지 및 박엽 포장지의 경우에는 충전제를 전혀 사용하지 않으며, 단지 요구되는 사이즈도, 습강도 또는 건조강도에 따라 약품의 투입을 조절한다.
사이즈도 조절용으로는 로진 에멀젼, AKD, ASA 등이 사용될 수 있으며, 습강제로는 요소수지, 멜라민수지, 알칼리 경화형 polyamide epichlorohydrin, acrylamide glyoxal 등이 사용될 수 있으며, 첨가량은 요구되는 습강도 또는 건조강도에 따라 0.1 - 3% 범위 내에서 조절된다.
백상지, 도공 원지 신문용지 및 중질지에는 인쇄 품질의 향상을 위하여 10 - 30%의 충전제가 사용되며, 충전제로는 탄산칼슘(중탄: ground calcium carbonate 또는 경탄: precipitated calcium carbonate), 활성, 백토, 이산화티탄이 사용될 수 있다.
사이즈제로는 로진 에멀젼, AKD, ASA 등이 사용될 수 있다.
사이즈제 및 충전제의 보류를 위하여 마이크로 파티클 시스템(양이온성 전분, PAM, 벤토나이트, 콜로이달 실리카, 유기 마이크로 파티클 등)을 적용한다.
그리고 스크리닝을 하는 단계에서 스크리닝(Screening)이란, 스크리닝은 초지기로 원료가 공급되기 전에 지료 조성 공정 또는 초지기로 공급되는 파이프 라인에서 형성되는 응집체를 부수어주고, 잘게 풀어지지 않는 덩어리를 제거하여 지필 형성을 양호하게 해주기 위한 공정으로 보통 초지기 바로 전 단계에 설치하여 지료를 통과시키는 것을 말한다.
다음으로 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지(Sheet forming)의 단계는, 종이 또는 판지 상태의 제품을 생산하기 위한 공정으로 앞에서 지료 조성 공정을 마친 원료를 지필의 형태로 만드는 공정이다.
그리고 상기 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계를 거치는데, 그 압착(Wet pressing)의 공정을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
즉, 초지 공정에서 형성된 지필로부터 수분을 제거하고, 지필을 보다 치밀하게 만들어주며, 섬유간 결합을 도와주는 역할을 한다.
이 공정에서 제품의 품질을 악화시키지 않는 범위 내에서 가능한 한 많은 물을 제거하는 것이 건조부에서의 증기 사용량을 줄여줌으로써 원단위를 낮추어 경제성을 향상시키는 측면에서 매우 중요하다.
하지만 이때 적용되는 압착 압력은 지종에 따라 매우 다양하다.
판지, 화장지 등은 벌크가 중요하기 때문에 다른 인쇄 필기 용지나 산업용지에 비하여 낮은 선압을 적용한다.
그리고 상기 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조(Drying)의 단계를 거치는데, 초지 및 압착 공정을 거쳐온 지필 내 함유 수분을 더욱 제거하여 종이 또는 판지 고유의 성질을 지니게 해준다.
또한 본 발명은 다음의 종이나 판지의 두께를 균일하게 해주는 칼렌더링(Calendering) 단계를 거친다.
여기서 이 칼렌더링 공정은 종이 및 판지의 두께를 균일하게 해주고 표면을 평활하게 해주는 공정이다.
더불어 최종적으로 건조되고 칼렌더링된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 산업용지나 골판지용 라이너지를 생산하는 것이다.
즉, 재단 및 포장(Slitting, cutting and packing)을 통해 최종적으로 건조 및 칼렌더링 처리가 끝난 종이 또는 판지를 수요자의 요구에 따라 시트상 또는 롤상으로 재단하여 포장함으로 마무리 한다는 것이다.
이렇게 전술된 종이의 제조방법은 먼저 포장용 산업용지와 골판지용 라이너지를 생산하는 방법을 설명하였다.
그러나 본 발명의 지류 생산방법은 상기 포장용 산업용지와 골판지용 라이너지만을 청구하는 것이 아니다.
따라서 이와는 별개로 백상지 또는 아트지를 제조하는 방법을 상세히 설명한다.
즉, 본 발명에 기술된 방법에 의하여 제조된 대나무 화학펄프를 해리하는 단계를 거치고, 해리된 펄프를 고해시키는 단계를 거친다.
또한 고해된 펄프에 목재펄프(활엽수 표백 화학 펄프)와 배합하는 단계를 거치고, 배합의 단계 후에 약품(사이즈제, 충진제, 보류제, 탈수제, 기타 첨가제)를 넣는 단계를 거친다.
또한 스크리닝을 하는 단계를 거치고, 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계를 거친다.
또한 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계를 거치고, 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계를 거친다.
또한 건조된 지필의 표면 사이징하는 단계를 거치고, 재차 건조하는 단계를 거치며, 종이나 판지의 두께를 균일하게 해주는 칼렌더링 단계를 거친다.
더불어 안료 도공의 단계와; 재차 건조하는 건조의 단계를 거치고, 표면의 평활도 뿐만 아니라 광택을 주기 위한 슈퍼 칼렌더링 단계를 거친다.
물론 최종적으로 건조되고 슈퍼 칼렌더링된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 백상지와 아트지를 생산하는 것이다.
그럼 이 과정을 보다 상세히 설명하자면, 대나무 표백 화학펄프를 해리하는 단계를 거치고, 해리된 펄프를 고해시키는 단계를 비롯하여 많은 단계에서 전술된 포장용 산업용지와 골판지용 라이너지를 제작하는 제조방법과 동일하다.
다만, 고해된 펄프에 목재펄프(활엽수 표백 화학 펄프 등)와 배합하는 단계와, 건조된 지필의 표면 사이징하는 단계와, 안료도공 및 슈퍼칼렌더링의 단계만이 다르다.
따라서 상기 상이한 단계만을 상세히 설명한다.
즉, 상기 고해된 펄프에 목재펄프(활엽수 표백 화학 펄프 등)와 배합하는 단계에서 펄프의 배합(Blending of pulp)은, 생산하고자 하는 종이의 성질을 만족시키기 위하여 활엽수 표백 크라프트 펄프, 열기계펄프, 화학 열기계펄프, 표백 화학 열기계펄프 등을 요구되는 성질에 따라 적절한 비율로 배합하여 종이의 제반 성질을 조절하는 것을 말한다.
필기 인쇄용지와 같은 백상지, 도공지 원지 등의 제조 시에는 양호한 인쇄 품질을 제공하기 위하여 우수한 종이의 평활도(smoothness) 및 지필도(formation)를 얻을 수 있도록 해야 하기 때문에 활엽수 표백 크라프트 펄프를 50 - 80% 정도 혼합해준다.
또한 신문용지 및 중질지 제조 시에는 충분한 강도적 성질을 제공하여 주기 위하여 침엽수 표백 크라프트 펄프, 대나무 표백 화학펄프 또는 white ledger 나 CPO(computer printout)탈묵 펄프를 10 - 25% 혼합해준다.
산업용지, 화장지 및 박엽지의 경우에는 대나무 펄프 단독 사용이 가능하며, 상황에 따라 폐지를 혼합 사용할 수 있다.
또한 건조된 지필의 표면 사이징하는 단계에서, 표면 사이징(Surface sizing)이란, 유체의 침투 특성을 조절해줄 뿐만 아니라 종이의 표면 특성을 개선하여 표면 강도 및 인쇄 품질을 개선시켜주는 효과를 얻을 수 있다.
이 공정에서는 보통 산화전분을 이용하나, 필요에 따라서 도공용 안료를 사이즈 프레스에서 처리를 함으로써 도공 공정을 거치지 않고도 인쇄 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고 안료도공 및 슈퍼칼렌더링의 단계가 있는데, 여기서 슈퍼 칼렌더링(Supercalendering)이란 도공원지에 도공 처리를 실시 한 후 표면을 평활하게 해줄 뿐만 아니라 광택을 내주기 위한 공정을 말한다.
결국 본 발명의 백상지나 아트지의 제조되는 과정은 전술된 박엽지, 백상지, 아트지, 또는 화장지의 제조를 위한 표백 화학펄프 제조방법을 통해 제조된 중간생성물인 펄프를 가지고, 전술된 백상지나 아트지의 제조방법을 거쳐서 최종생산물인 백상지나 아트지가 되는 것이다.
더 나아가 상기의 백상지, 도공원지 등의 인쇄 필기용지를 제조하는 실시예를 보다 구체적으로 설명하자면, 요구되는 인쇄 품질에 따라 활엽수 표백 화학펄프, 표백 화학 열기계 펄프 등의 목재 펄프와 대나무 표백 화학 펄프를 혼합한다.
그리고 10 - 30%의 충전제(탄산칼슘, 백토, 활석, 이산화티탄 등), 0.1 - 3%의 사이즈제(로진 에멀젼, AKD, 또는 ASA 등), 보류제(양이온성 전분, PAM, 벤토나이트, 콜로이달 실리카, 유기 마이크로 파티클 등) 등의 제지용 약품을 필요에 따라 첨가한다.
또한 표면 강도 및 인쇄 품질을 개선하기 위하여 산화전분을 이용하여 표면 사이징을 실시하며, 필요에 따라 도공용 안료를 대신 사용할 수 있다.
이때 표백 활엽수 화학 펄프는 0.1 - 5.0 Ws/m 정도의 SEL로 고해를 실시하며, 대나무 화학 펄프는 종이의 요구되는 성질에 따라 0.01 - 2.5 Ws/m 정도의 약한 SEL로 고해를 실시하거나 단순히 디플레이킹을 실시한다.
한편 본 발명은 상기 전술된 표백 화학펄프 제조방법을 통해 제조된 대나무 표백 화학펄프를 이용하여 박엽지 및 화장지도 제조할 수가 있다.
따라서 그 과정을 설명하면 다음과 같다.
즉, 먼저 상기한 대나무 표백 화학펄프를 해리하는 단계를 거치고, 해리된 펄프를 고해시키는 단계를 거친다.
또한 고해된 펄프에 약품(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)를 넣는 단계를 거치고, 스크리닝을 하는 단계를 거친다.
또한 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계를 거치고, 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계를 거친다.
더불어 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계를 거 치고, 최종적으로 건조된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 수행하여 최종적으로 박엽지를 생산하는 것이다.
그리고 이 박엽지와 화장지의 제조 단계들은 모두 전술된 포장용 산업용지와 골판지용 라이너지 제조방법과 백상지와 아트지의 제조방법을 통해 그 세부적인 사항도 다 설명된 상태이기에 더 이상의 상세한 설명은 피한다.
그리고 본 발명은 대나무 표백 화학펄프를 이용하여 화장지를 제조하는 방법도 그 청구의 대상인데, 그를 아래에서 상세히 설명한다.
즉, 먼저 본 발명에 의하여 제조된 대나무 표백 화학펄프를 해리하는 단계를 거치고, 해리된 펄프를 고해시키는 단계를 거친다.
또한 고해된 펄프에 약품(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)를 넣는 단계를 거치고, 스크리닝을 하는 단계를 거친다.
또한 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계를 거치고, 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계를 거친다.
더불어 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계를 거치고, 최종적으로 건조된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 화장지를 제조하는 것이다.
박엽지 또는 화장지를 건조할 때는 양키 건조기(Yankee Dryer)를 사용하며, 낮은 평량으로 제조되어 강도가 낮기 때문에 사용시 가해지는 힘에 견딜 수 있는 성질을 부여하기 위하여 독터 블레이드(doctor blade)를 양키 건조기의 끝부분에 부착하여 박엽지 또는 화장지에 눈에는 잘 보이지 않는 잔주름을 만들어 준다.
물론 이 화장지의 제조 단계들은 모두 전술된 포장용 산업용지와 골판지용 라이너지 제조방법과 백상지와 아트지의 제조방법을 통해 그 세부적인 사항도 다 설명된 상태이기에 더 이상의 상세한 설명은 피한다.
끝으로 본 발명의 출원인이 수많은 실험을 통해서 밝혀진 종이의 질과 그 생산성 등의 최적치를 얻기 위한 방식과 실험들을 통해 얻어진 지식을 본 발명의 설명을 위해 첨부하면 다음과 같다.
화장지 또는 박엽 포장지는 대나무 표백 화학 펄프를 0.01 - 1.0 Ws/m의 SEL로 고해를 실시하고, 사이즈제는 필요에 따라 0 - 0.5%, 증강제는 0 - 0.5%를 사용하여 제조한다.
필요에 따라 양키 건조기에서 닥터 블레이드를 이용하여 주름을 만들어주거나, 건조 후 엠보싱 가공을 실시한다.
또한 대나무 표백 화학 펄프 자체의 항균 특성을 이용하여 각종 특수지(위생용, 의류용, 병원용 가운, 자동차 내장 등 다양한 용도로 사용 가능한 부직포, 식품 또는 약품 포장 등)를 제조할 수도 있다.
실시 예 1.
미얀마 산 대나무를 약 2 mm 폭으로 세절 한 후 15-25 mm로 절단한 후 60메시의 망이 부착된 통을 이용하여 먼저 스크린을 실시하여 이물질 및 대나무 부스러기를 제거한 후 세척을 실시하였다.
세척된 대나무를 전건 400g에 해당되는 량을 취하여 다이제스터에 넣고 활성알칼리 16%(Na2O로 환산), 황화도 20%, 액비 4:1로 조절하여 170℃에서 120분간 증해를 실시하였다.
증해가 완료된 펄프를 세척하여 DED(EO)D 5단 표백을 하였으며, 그 결과 얻어진 펄프를 400 ml CSF로 고해하여 제조한 평량 60 g/m2의 수초지 특성은 표 1과 같다.
표 1. 대나무의 소다 및 소다-퀴논 펄프화 실험 결과 1
표백 전 펄프 정선 수율(%) 카파가 표백 후 펄프 정선 수율(%) 백색도(% ISO) 열단장(km) 인열지수(mN m2/g) 파열지수(kPa m2/g) 48.8 10.9 46.6 91.6 9.2 8.4 5.1
* 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
이상의 설명에서처럼, 본 발명은 대나무를 세로 절단과 가로 절단을 통해 절단하거나 또는 드럼치퍼를 통해 균일한 두께의 대나무칩을 생산한 상태로, 크라프트법에 의한 증해공정을 통해 대나무의 펄프화에 적용함으로써 기존의 목재 펄프 생산방법에 따른 시설을 변경시킬 필요 없이 펄프 수율을 향상시키는 큰 효과를 얻을 수 있는 발명이다.
또한 더불어 펄프의 표백을 위하여 ECF 및 TCF 표백법을 적용함으로써 다이옥신의 발생과 같은 환경 오염 문제를 해결할 수 있으며, 증해 및 표백 조건을 조절함으로써 생산하고자 하는 종이의 특성에 부합하는 품질을 제공할 수 있도록 조절하는 것이 가능하다.
또한 이상과 같은 방법을 적용하여 고품질의 제지용 펄프를 제조하는 기술을 발명함으로써 수십년간 자란 목재를 벌채하여 생산되는 목재 펄프를 단지 5개월만에 사용이 가능할 정도로 생육이 빠른 대나무로부터 생산된 펄프로 대체하는 것이 가능하게 되어 특히 지구 환경 보존과 함께 대두되고 있는 온실 가스 배출 감축 효과가 매우 클 것으로 기대된다.
이는 또한 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.

Claims (12)

  1. 대나무로 생산하는 펄프의 제조방법에 있어서,
    제 1단계 : 대나무에서 그 잎을 제거하고, 대를 세절하며 절단하거나 또는 드럼치퍼를 이용하여 균일한 두께의 칩으로 제조하는 단계와,
    제 2단계 : 상기 절단된 대나무 칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝과 대나무 칩에 묻어 있는 이물질을 물로 제거하는 세척의 단계와,
    제 3단계 : 증해부(다이제스터)에 상기 대나무 칩을 투여하고, 크라프트 증해법을 적용하여 상기 전건 대나무칩 대비 활성알칼리 10-25%를 투입하고, 황화도는 15-30%범위 내에서 조절된 증해약액으로 고온으로 증해시켜 대나무 칩을 연화시켜 펄프화하는 증해단계와,
    제 4단계 : 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심 제진기를 이용하여 제거하는 제진단계와,
    제 5단계 : 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선단계와,
    제 6단계 : 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척 및 농축단계와,
    제 7단계 : 다음으로 산업용지나 골판지 라이너용 미표백 화학 및 반화학펄프를 완성하는 단계들로 이루어진 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 3단계의 증해의 단계에 있어서,
    물이 포함된 상기 증해약액와 대나무칩과의 액비가 3-6:1이고, 증해 온도는 110-150℃ 이고, 증해시간은 90-120분 내에서 조절하는 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프의 제조방법.
  3. 대나무로 생산하는 펄프의 제조방법에 있어서,
    제 1단계 : 대나무에서 그 잎을 제거하고, 대를 세절하며 절단하거나 또는 드럼치펴를 이용하여 균일한 두께의 칩으로 제조하는 단계와,
    제 2단계 : 상기 절단된 대나무 칩에서 부스러기나 불순물을 걸러주는 스크리닝과 대나무 칩에 묻어 있는 이물질을 물로 제거하는 세척의 단계와,
    제 3단계 : 증해부(다이제스터)에 상기 대나무 칩을 투여하고, 크라프트 증해법을 적용하여 상기 전건 대나무칩 대비 활성알칼리 15-21%를 투입하고, 황화도는 15-30% 범위 내에서 조절하며 고온으로 증해시켜 대나무칩을 연화시켜 펄프화하는 증해단계와,
    제 4단계 : 대나무와 함께 유입된 이물질을 원심 제진기를 이용하여 제거하는 제진단계와,
    제 5단계 : 상기 증해하여 제조된 펄프로부터 압력스크린을 이용하여 이물질 을 제거하고, 증해가 덜된 부분은 다시 증해부(다이제스터)에 투입하는 정선단계와,
    제 6단계 : 데커를 이용하여 상기 펄프로부터 약액을 씻어내는 세척을 실시하고, 물을 짜내어 농축시키는 세척 및 농축단계와,
    제 7단계 : 상기 펄프를 표백시키는 표백단계와,
    제 8단계 : 다음으로 박엽지, 백상지, 아트지, 부직포, 특수지 또는 화장지의 제조를 위한 표백 화학펄프를 완성하는 단계들로 이루어진 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 7단계의 표백단계는,
    표백단을 이용하여 ECF(elementary chlorine free) 또는 TCF(total chlorine free) 표백법을 적용하는 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프의 제조방법.
  5. 천연 펄프에 있어서,
    상기 제 1항 내지 4항의 제조방법 중 어느 한 항을 통해 제조된 제지용 대나무 펄프.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 펄프는 시트나 롤형인 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 시트형 펄프는,
    그 두께가 0.1-5mm인 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 롤형의 펄프는,
    그 두께가 0.1-3.5mm의 두께의 지필로 만들어 감겨진 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프.
  9. 펄프를 이용하여 제지를 생산하는 방법에 있어서,
    제 1항의 제법으로 생산된 대나무 미표백 화학 및 반화학 펄프를 해리하는 단계와; 해리된 펄프를 고해시키는 단계와; 고해된 펄프에 약품(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)를 넣는 단계와; 스크리닝을 하는 단계와; 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계와; 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계와; 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계와; 종이나 판지의 두께를 균일하게 해주는 칼렌더링 단계와; 최종적으로 건조되고 칼렌더링된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 대나무 미표백 화학 및 반화학펄프를 원료로 사용하여 산업용지나 골판지용 라이너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프로 생산하는 지류 제조 방법.
  10. 대나무 펄프를 이용하여 제지를 생산하는 방법에 있어서,
    제 3항의 제법으로 생산된 대나무 표백 화학 펄프를 해리하는 단계와; 해리된 펄프를 고해시키는 단계와; 고해된 펄프에 목재펄프(활엽수 표백 화학 펄프)와 배합하는 단계와; 배합의 단계 후에 약품(사이즈제, 충전제, 보류제, 탈수제, 기타 첨가제 등)를 넣는 단계와; 스크리닝을 하는 단계와; 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계와; 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계와; 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계와; 건조된 지필의 표면 사이징하는 단계와; 재차 건조하는 단계와; 종이나 판지의 두께를 균일하게 해주는 칼렌더링 단계와; 안료 도공의 단계와; 재차 건조하는 건조의 단계와; 표면의 평활도 뿐만 아니라 광택을 주기 위한 슈퍼 칼렌더링 단계와; 최종적으로 건조되고 슈퍼 칼렌더링된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 대나무 표백 화학펄프를 원료로 하여 백상지와 아트지를 생산하는 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프로 생산하는 지류 제조방법.
  11. 펄프를 이용하여 제지를 생산하는 방법에 있어서,
    제 3항의 제법으로 생산된 대나무 표백 화학펄프를 해리하는 단계와; 해리된 펄프를 고해시키는 단계와; 고해된 펄프에 약품(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)를 넣는 단계와; 스크리닝을 하는 단계와; 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계와; 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계와; 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계와; 최종적으로 건조된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 대나무 표백 화학펄프를 원료로 하여 박엽지를 생산하는 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프로 생산하는 지류 제조방법.
  12. 펄프를 이용하여 제지를 생산하는 방법에 있어서,
    제 3항의 제법으로 생산된 대나무 표백 화학펄프를 해리하는 단계와; 해리된 펄프를 고해시키는 단계와; 고해된 펄프에 약품(사이즈제, 보류제, 증강제, 기타 첨가제)를 넣는 단계와; 스크리닝을 하는 단계와; 종이 또는 판지 상태의 제품을 만들기 위한 초지의 단계와; 초지의 공정에서 얻어진 지필을 압착하여 물을 짜내는 압착의 단계와; 압착의 단계를 거친 지필의 수분을 더욱 제거하는 건조의 단계와; 최종적으로 건조된 지류를 시트상이나 롤상으로 재단하여 포장하는 단계를 더하여 대나무 표백 화학펄프를 원료로 하여 화장지를 생산하는 것을 특징으로 하는 제지용 대나무 펄프로 생산하는 지류 제조방법.
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