KR100948372B1 - 사탕수수 찌꺼기를 이용한 펄프의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사탕수수 찌꺼기(버개스)를 이용한 펄프의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사탕수수 제당공정의 부산물로 수득되는 버개스(bagasse)를 건조시켜 물의 함량이 20중량% 미만인 버개스로 가공하는 단계, 가공된 버개스를 스크린이 장착된 컨베이어 벨트에 올려놓아 심지를 제거하고 섬유질만을 수집하는 단계, 수집된 섬유질에 물을 넣고 찧어 연질화시키는 단계, 연질화된 섬유질을 정련기로 분쇄하는 단계, 및 분쇄된 섬유질에 물을 넣고 증해하는 단계를 포함함으로써 화학적 첨가제를 전혀 사용하지 않고도 품질이 우수한 펄프를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 다른 공정의 폐기물인 버개스를 활용하여 생활필수품인 제지용 펄프를 제조할 수 있다는 점과 제조상 화학 약품을 전혀 사용하지 않는다는 점에서 경제적일 뿐만 아니라 친환경적인 장점이 있다.

사탕수수, 버개스, 펄프

Description

사탕수수 찌꺼기를 이용한 펄프의 제조방법 {Process for producing pulp using bagasse}

본 발명은 사탕수수 제당공정의 부산물로 얻어지는 버개스를 오직 기계적 방법으로만 가공하여 경제적이고 친환경적으로 펄프를 제조하는 방법에 관한 것이다.

종이 및 판지 제조 산업용 섬유의 주된 공급원은 나무이다. 목질 섬유는 벌목과 운송 그리고 펄프화에서의 높은 화학적 비용, 쿠킹 및 정제(refining)에 투입되는 높은 에너지, 및 화학적 회수 시스템에서의 고비용이 요구되므로 비용이 비싸다. 또한 목질 섬유는 시간이 지나면 지날수록 소비량이 증가하고 있어 사용에 한계가 있다.

그리하여 식물 폐기물을 이용하여 펄프를 제조하는 것에 대해 몇 가지 방법이 제안되었다. 예컨대 한국에서는 1960년대에는 보리짚이나 밀짚을 재료로 사용하여 품질이 좋은 펄프를 제공하는 방법이 제안된 바 있고, 1970년대에는 피마자 줄기로부터 펄프를 제조하는 방법이 특허출원된 바 있었다. 또한, 1980년대에는 볏짚을 이용하여 펄프를 제조하는 방법이 한국 공개특허 제1998-0009651호(1998. 4. 30. 공개)로 공개된 바 있다.

위 공개특허 제1998-0009651호에 기재된 방법에 따르면 불순물을 선별처리한 볏짚을 일정 크기로 파쇄하여 수산화 나트륨 수용액에 침지시킨 후 탈수 및 수세에 의해 펄프 성분을 분리한 다음, 펄프를 표백 처리하는 공정에 의해 펄프를 제조한다. 이 방법은 재료의 입수가 용이하여 펄프의 제조 단가를 낮출 수는 있을 것이나, 재료의 분쇄 및 증해 과정에서 섬유질의 파괴로 인한 손실이 많고 증해액의 처리에 있어서도 다량의 화학 약품의 사용을 요하였고, 표백 처리시 과량의 화학 약품을 사용하였으므로, 발생하는 폐기물들이 환경에 절대적으로 악영향을 미치는 등의 심각한 문제점들이 있었다.

또한, 한국 공개특허 제2001-0104030호(2001. 11. 24.)에서는 사탕수수 찌꺼기를 이용한 펄프의 제조방법이 기재되어 있으나, 여전히 화학 약품들이 사용되어야 했기 때문에 세척수의 재활용이 불가능하고 친환경적이지 않은 한계가 있었다.

따라서 화학적 첨가제를 전혀 사용하지 않고도 품질이 우수한 펄프를 제조할 수 있는 방법에 대한 연구가 추가로 필요한 상황이다.

본 발명은 사탕수수 제당공정의 부산물로 얻어지는 버개스를 오직 기계적 방법으로만 가공하여 경제적이고 친환경적으로 펄프를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 화학적 첨가제를 전혀 사용하지 않고도 품질이 우수한 펄프를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 위 펄프의 제조방법으로 제조된 펄프를 제공하고자 한다.

1. 사탕수수 제당공정에서 부산물로 얻은 버개스를 건조시켜 물의 함량이 20중량% 미만인 버개스로 가공하는 단계, 가공된 버개스를 스크린이 장착된 컨베이어 벨트에 올려놓아 심지를 제거하고 섬유질만을 수집하는 단계, 수집된 섬유질에 물을 넣고 찧어 연질화시키는 단계, 연질화된 섬유질을 정련기로 분쇄하는 단계, 및 분쇄된 섬유질에 물을 넣고 증해하는 단계를 포함하는 펄프의 제조방법.

2. 위 1에 있어서, 연질화시키는 단계 이전에 수집된 섬유질을 물로 세척하는 단계를 추가로 포함하는 펄프의 제조방법.

3. 위 1에 있어서, 증해하는 단계 후에 펄프를 스크린 위에 놓고 압력을 가하여 수분을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 펄프의 제조방법.

4. 위 1에 있어서, 사탕수수 제당공장에서 부산물로 얻은 버개스는 물을 20~40중량% 포함하고 있는 펄프의 제조방법.

5. 위 1에 있어서, 섬유질만을 수집하는 단계에서 사용되는 스크린은 크기가 4.0~6.0mm인 것인 펄프의 제조방법.

6. 위 1에 있어서, 연질화시키는 단계는 나무 절구에 의해 수행되는 펄프의 제조방법.

7. 위 6에 있어서, 나무 절구의 찧는 압력은 1~2㎏/㎠ 펄프의 제조방법.

8. 위 1에 있어서, 분쇄하는 단계는 섬유질의 더 많은 부풀기를 위한 정련기의 역방향으로 수행되는 펄프의 제조방법.

9. 위 1에 있어서, 증해하는 단계는 100~130℃에서 수행되는 펄프의 제조방법.

10. 위 3에 있어서, 수분을 제거하는 단계에서 사용되는 스크린은 크기가 0.08~0.1mm인 것인 펄프의 제조방법.

11. 위 1 내지 10 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 펄프.

본 발명은 위 수단을 포함함으로써 화학적 첨가제를 전혀 사용하지 않고도 품질이 우수한 펄프를 제조할 수 있고, 다른 공정의 폐기물인 버개스를 활용하여 생활필수품인 제지용 펄프를 제조할 수 있다는 점과 제조상 화학 약품을 전혀 사용하지 않는다는 점에서 경제적일 뿐만 아니라 친환경적인 장점이 있다.

본 발명에 따른 펄프는 저급지, 골판지(corrugated cardboard), 포장지 등의 제조에 적합하게 사용될 수 있다.

본 발명은 사탕수수 찌꺼기(버개스)를 이용한 펄프의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사탕수수 제당공정의 부산물로 수득되는 버개스(bagasse)를 건조시켜 물의 함량이 20중량% 미만인 버개스로 가공하는 단계, 가공된 버개스를 스크린이 장착된 컨베이어 벨트에 올려놓아 심지를 제거하고 섬유질만을 수집하는 단계, 수집된 섬유질에 물을 넣고 찧어 연질화시키는 단계, 연질화된 섬유질을 정련기로 분쇄하는 단계, 및 분쇄된 섬유질에 물을 넣고 증해하는 단계를 포함함으로써 화학적 첨가제를 전혀 사용하지 않고도 품질이 우수한 펄프를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

이하 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명은 사탕수수 제당공정에서 부산물로 얻은 버개스를 건조시켜 물의 함량이 20중량% 미만인 버개스로 가공하는 단계, 가공된 버개스를 스크린이 장착된 컨베이어 벨트에 올려놓아 심지를 제거하고 섬유질만을 수집하는 단계, 수집된 섬유질에 물을 넣고 찧어 연질화시키는 단계, 연질화된 섬유질을 정련기로 분쇄하는 단계, 및 분쇄된 섬유질에 물을 넣고 증해하는 단계를 포함하는 펄프의 제조방법을 그 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 버개스는 사탕수수 제당공정에서 부산물로 얻은 것을 활용한다. 버개스(bagasse)는 사탕수수의 줄기(대)에서 자당(蔗糖)을 짜고 남은 찌꺼기를 의미하는 것으로서, 사탕수수 제당공정을 모두 마치면 물이 20~40중량% 정도 포함되게 되고 백색 또는 약간 노란색을 띈다.

이러한 버개스는 목재, 섬유 등을 대체할 원료로 충분한 가치가 있으며, 특히 인쇄용지, 기록용지, 최상층 라이너보드, 라이너, 화장지 및 기타 여러 특급 종이를 포함하는 종이 제품의 제조용으로 농산물계 자원을 활용함으로써 농장의 수익성을 향상시키고 소각으로 인한 대기오염을 줄이는데 중요한 역할을 할 수 있다. 또한, 사탕수수 제당공정 후 수득된 버개스는 밀도와 부피가 수송과 저장에 적합하여 사용하기 편리하다.

버개스는 제당공정 직후에는 물을 20~40중량% 정도 포함하고 있으나 본 발명에서 심지(속대)와 섬유질로 분리하기 위해서는 버개스의 물 함량이 20중량% 미만인 것이 바람직하다. 물의 함량이 20중량% 이상인 경우에는 심지가 섬유질에 붙어서 섬유질만을 분리하여 얻는데 어려울 수 있다.

물의 함량이 20중량% 미만으로 건조된 버개스는 스크린이 장착된 컨베이어 벨트에서 이동하면서 심지와 섬유질로 분리된다. 컨베이어 벨트 상에는 크기가 4.0~6.0mm인 스크린이 설치되어 있어 심지는 스크린을 통과하여 90% 이상 아래로 떨어지고 섬유질은 스크린을 통과하지 못하고 컨베이어 벨트를 따라 이동하여 한 곳에 수집된다. 스크린을 통해 분리된 심지는 버개스의 약 1/3, 섬유질은 약 2/3이다.

스크린은 심지는 통과하고 섬유질은 통과하지 못하는 크기의 망목을 구비한 것이어야 하며, 위와 같이 크기가 4.0~6.0mm인 것이 바람직하다. 스크린은 컨베이 어 벨트 상에 장착되며 장착 방법은 특별히 한정되지 않는다.

컨베이어 벨트는 통상 약간 흔들리는 경향이 있어 버개스가 심지와 섬유질로 분리되는데 유리하다. 그러나 버개스를 컨베이어 벨트 상에 올려 놓을 때에는 약간 흔든 후 올려 놓는 것이 심지와 섬유질의 분리를 위해 보다 바람직하다.

위와 같이 분리된 섬유질은 충분한 양의 물로 세척한다. 이는 섬유질에 포함된 먼지와 제당후 섬유질에 붙어있는 당분 등의 이물질을 제거하기 위한 것이며, 버개스의 상태에 따라 선택적으로 수행할 수 있고 그 반복 횟수도 조절할 수 있다. 종래에는 화학 약품에 의한 세척과정이 필요했으나 본 발명에서는 물로도 충분하다. 세척 후에는 물과 섬유질을 따로 모아서 다음 단계를 수행하며, 세척을 위해 사용된 물은 추후에 필터링을 통해 세척용으로 재활용된다.

이물질이 제거된 섬유질에 물을 다시 넣고 찧고 다지는 과정을 거쳐 연질화시킨다. 물의 함량은 특별히 한정되지 않으나 섬유질 대 물의 중량비가 약 1 : 1이 되도록 넣는 것이 찧을 때 바람직하다. 연질화 과정에서 물은 섬유질이 축축한 상태로 되게 하여 화학 약품을 사용하지 않고도 연질화가 가능하게 하는 역할을 한다. 이 단계에서 사용된 물도 역시 재활용이 가능하다.

연질화를 위한 수단은 특별히 한정되지 않으나, 금속류 장비를 이용하는 것보다는 나무로 된 장비, 예컨대 나무 절구 등이 바람직하다. 금속류로 찧게되면 섬유질이 심하게 상하거나 압축되어 찌그러질 수 있다. 연질화 압력은 섬유질의 양에따라 1~2㎏/㎠에서 수행할 수 있다.

연질화된 섬유질은 물을 짜내고 정련기(refinery)로 분쇄한다. 정련기는 당 업계에서 통상 사용되는 것을 사용할 수 있다. 통상 목재를 분쇄할 때는 정련기를 정방향으로 가동시키나 본 발명에서는 섬유질이 보다 잘 부풀어오르도록 하기 위해 역방향으로 가동하는 것이 보다 바람직하다.

버개스는 경질의 성격이므로 충분한 양의 물을 흡수한 상태에서 다지게 되면 연질화가 되고, 정련기안에서 디스크의 방향이 정방향 보다는 섬유질이 뒤틀릴 수 있도록 반대방향, 예컨대 역방향으로 회전시킴으로써 섬유질이 더 많이 부풀거나 풀어 헤치게 되어 섬유간에 결합을 강하게 만들어 주는 역할을 할 수 있다. 따라서 섬유질이 많이 부풀어오를수록 펄프로 만들 때 섬유질 사이의 결합력이 증대되어 인장강도가 우수해진다.

그 다음으로는 증해관으로 이송된 분쇄된 섬유질에 물을 넣고 증해한다. 증해 과정에서 섬유질 대 물의 중량비는 약 1 : 2인 것이 바람직하다. 증해를 시작할 때 섬유질의 약 2배의 물을 넣고 가열을 시작하며, 증해 과정에서 물이 끓어 수증기로 바뀌면서 물의 양이 줄어들면 끓는 물을 추가하여 증해 과정 내내 섬유질과 물의 중량비가 약 1 : 2로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

증해 온도는 100~130℃ 정도가 바람직하고, 105~115℃ 정도가 보다 바람직하다. 버개스는 사탕수수 제당공정에서 고온(150℃ 이상)으로 이미 증해된 바 있기 때문에 100~130℃ 정도의 비교적 저온에서 증해되어도 양질의 펄프 제조에 문제가 없다. 증해 시간은 100~130℃ 정도로 가열할 때 약 30~90분 정도가 바람직하며, 50~70분 정도가 보다 바람직하다.

증해된 섬유질은 크게 부풀어올라 섬유질 사이의 결합력이 강화되고, 이에 따라 펄프로 제조될 때 증점제 등을 넣지 않고도 높은 강도, 청결성, 높은 배수율을 가진 고품질의 특성을 나타낸다.

증해과정을 거친 섬유질은 건조된다. 건조 방법은 특별히 한정되지 않으나 스크린 위에 올려 놓고 하부에 압력을 걸어 수분을 제거하는 방법이 바람직하다. 이때 사용되는 스크린은 크기가 0.08~0.1mm인 것이 바람직하다.

본 발명의 제조방법에 따라 얻은 펄프는 원재료인 버개스가 백색 또는 약간 노란색이고 일련의 공정에서 모두 기계적 방법(반 화학적 방법)만이 사용되므로 탈색이 필요 없고, 그 속에 화학 성분이 실질적으로 포함되어 있지 않다.

본 발명의 제조방법에 따라 얻은 펄프는 통상의 방법에 따라 종이로 제조되며, 저급지, 골판지(corrugated cardboard), 포장지 등으로 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 첨부된 특허청구범위에 의하여 확정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

버개스를 물의 함량이 15중량%가 되도록 가공한 후 크기가 6.0mm인 스크린이 장착된 컨베이어 밸트에 버개스를 올려놓아 심을 분리한다. 그러면 크기가 6.0mm 초과인 섬유질만 걸러지고 나머지 잔섬유와 심은 분리된다. 이때 섬유질은 버개스의 2/3만큼이다. 이렇게 얻어진 섬유질을 3cm로 절단한 후 잔류하고 있는 당분과 먼지를 제거하기 위해 세척을 한다. 세척을 마친 섬유질은 1 : 1의 비율로 물과 함께 5분 동안 2㎏/㎠압력으로 찧고 다짐으로써 연질의 섬유질이 된다. 이때 장비는 금속류 장비 대신에 나무 절구를 이용한다.

그 후 연질화된 섬유질을 고해공정으로 정련기를 이용하여 섬유를 분쇄한다. 이때 섬유질의 부풀기를 더 하기위해 정방향이 아닌 역방향으로 분쇄한다. 버개스는 밝고 옅은 노란색의 성질을 띠고 있으므로 표백의 과정이 필요치 않다. 정련기로 분쇄된 섬유질은 1 : 2의 비율로 물과 함께 증해관 속에서 110℃로 60분 동안 증해 시킨다. 이를 크기가 0.08~0.1mm인 스크린 망을 통해 건조 시켜 밝고 옅은 노란색을 띤 고품질의 펄프를 생산하였다.

도 1은 본 발명에 따른 펄프의 제조방법을 도시한 블록도이다.

Claims (11)

1. 사탕수수 제당공정에서 부산물로 얻어져 물을 20~40중량% 포함하는 버개스를 건조시켜 물의 함량이 20중량% 미만인 버개스로 가공하는 단계,

   가공된 버개스를 스크린이 장착된 컨베이어 벨트에 올려놓아 심지를 제거하고 섬유질만을 수집하는 단계,

   수집된 섬유질에 물을 넣고 찧고 다져서 연질화시키는 단계,

   연질화된 섬유질을 정련기로 분쇄하는 단계, 및

   분쇄된 섬유질에 물을 넣고 증해하는 단계를 포함하는 펄프의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 연질화시키는 단계 이전에 수집된 섬유질을 물로 세척하는 단계를 추가로 포함하는 펄프의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 증해하는 단계 후에 펄프를 스크린 위에 놓고 압력을 가하여 수분을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 펄프의 제조방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 섬유질만을 수집하는 단계에서 사용되는 스크린은 크기가 4.0~6.0mm인 것인 펄프의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 연질화시키는 단계는 나무 절구에 의해 수행되는 펄프의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 나무 절구의 찧는 압력은 1~2㎏/㎠ 펄프의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 분쇄하는 단계는 정련기의 역방향으로 수행되는 펄프의 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 증해하는 단계는 100~130℃에서 50~70분간 수행되는 펄프의 제조방법.
10. 제3항에 있어서, 수분을 제거하는 단계에서 사용되는 스크린은 크기가 0.08~0.1mm인 것인 펄프의 제조방법.
11. 삭제

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