KR101446078B1 - 왕겨를 포함하는 종이용 조성물 및 종이 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕겨를 포함하는 종이용 조성물 및 종이 제조방법에 관한 것으로, 400㎛이하인 왕겨 분말을 이용하여 표면이 매끄럽고 얼룩이 발생하지 않는 종이를 제조하기 위한 왕겨를 포함하는 종이용 조성물 및 이를 이용한 종이 제조 방법을 제공하는 것이다.

Description

왕겨를 포함하는 종이용 조성물 및 종이 제조방법{Method for manufacturing paperboard material using chaff}

본 발명은 왕겨를 포함하는 종이 원료 조성물 및 종이 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 왕겨 분말을 이용하여 종이를 제조함에 있어 왕겨분말로 인하여 울퉁불퉁한 질감이 표시되지 않도록 하는 왕겨를 포함하는 종이 원료 조성물 및 종이 제조방법에 관한 것이다.

종이는 통상 나무를 원재료로 하여 제조되는 것으로, 최근 종이사용량 증가와 환경오염 등으로 인하여 나무를 원료로 사용하는 데 부담이 발생하고 있어서, 최근에는 종이 원료로 나무외의 원료 사용에 대한 방안이 모색됨과 아울러, 사용한종이의 재활용 기술에 대한 연구가 다양하게 이루어지고 있는 실정이다.

이에 따라 본원발명의 발명자는 종래 왕겨를 이용한 판지용 원료의 제조 방법을 대한민국 특허출원 10-2011-0129074호로 출원하였으며, 그 내용을 살펴보면, 왕겨 분말과 강도 보강제를 서로 혼합하여 비목재 원료를 형성하며, 펄프를 정선 및 고해하여 생성된 제지 원료에 상기 비목재 원료 및 보류제를 투입하여 습지를 제조하고, 상기 습지를 압착, 탈수 및 건조하여 판지를 형성하기 위하여 사용되는 다수의 종이 중 하나를 제조하는 것이다.

이러한 본원발명자의 선출원에서는 왕겨를 이용한 판지용 원료 및 그 제조방법을 제시하고 있으나, 왕겨분말을 사용함에 있어 분말크기에 따라 종이의 표면거칠기는 크게 차이가 나게 되고, 이러한 왕겨분말을 판지가 아닌 다른 종이에 사용하고자 하는 경우 상기 표면거칠기는 종이 품질을 좌우하는 매우 중요한 요소로 판단되므로, 본원 발명자는 왕겨를 이용하면서 표면이 매끄럽고 얼룩이 발생하지 않는 종이를 제조하기 위한 연구결과로 본원출원에 이르게 되었다.

본 발명은 왕겨 분말을 이용하면서 표면이 매끄럽고 얼룩이 발생하지 않는 종이를 제조하기 위한 왕겨를 포함하는 종이용 조성물을 제공하는 데 목적이 있다.

그리고, 상기한 왕겨를 포함하는 종이용 조성물을 이용한 종이 제조방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 건조펄프와, 상기 건조펄프 100중량부기준 1~50중량부의 파티클 사이즈가 400㎛이하인 왕겨분말과, 상기 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 1중량부의 강도보강제와, 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 0.3중량부의 보류제를 포함하되, 상기 강도보강제는 전분 또는 지력증강제 중에서 택일된 하나 혹은 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

삭제

그리고, 본 발명의 다른 특징은 건조펄프를 정선 및 고해하여 생성된 제지원료액을 제조하는 단계, 상기 건조펄프 100중량부기준 1~50중량부의 파티클 사이즈가 400㎛이하인 왕겨분말을 물에 희석한 왕겨원료액을 제조하는 단계, 상기 제지원료액과 왕겨원료액에 상기 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 1중량부의 강도보강제를 혼합하고, 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 0.3중량부의 보류제를 더 혼합하여 물에 대한 고형분 함량이 0.1~5%되도록 물로 희석하여 혼합액을 형성하는 혼합단계 및, 상기 혼합단계의 혼합액으로부터 습지를 제조하여 압착, 탈수 및 건조하는 종이 제조 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면 파티클 사이즈가 400㎛이하인 왕겨분말을 사용하므로, 백판지를 포함한 종이 제조 공정의 마지막 단계인 칼렌다 처리 과정에서 반점이 생기지 않고 표면이 매끄럽다.

또한, 종이의 두께가 왕겨원료에 의하여 두꺼워지지 않고 원하는 두께로 제조가 가능하게 되므로 이후 판지 등의 생산과정에서 원하는 두께의 판지를 얻을 수 있게 되어 판단 생산 공정의 제어가 용이한 효과가 있다.

이로 인하여, 왕겨원료를 이용하지만 판지외에 다양한 용도의 종이로 가공이 가능하게 되므로 펄프 사용량이 감소되므로 종이 생산비가 감소되고 자연을 보호하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 왕겨를 포함하는 종이 제조 방법에 따라 제조된 종이의 실시예를 나타낸다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 왕겨를 포함하는 종이용 조성물은 크게 건조펄프, 상기 건조펄프 100중량부기준 1~50중량부의 파티클 사이즈가 400㎛이하인 왕겨분말을 포함하여 구성된다.

상기에서 펄프는 재활용 또는 신규펄프를 사용할 수 있다.

그리고, 상기한 종이용 조성물에는 첨가제로서 강도보강제 또는 보류제가 상기 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 1중량부 더 포함될 수 있다.

상기 강도보강제는 전분 또는 지력증강제 중에서 택일된 하나 혹은 이들의 혼합물이 사용되는데, 상기에서 전분으로는 양성전분, 양쪽성 전분 등이 사용될 수 있고, 상기 지력 증강제로는 공지된 다양한 제재(ex, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 레진(resin))가 사용될 수 있다.

그리고, 보류제로는 폴리아크릴아미드를 사용한다.

상기한 바와 같이 구성된 종이용 조성물을 이용한 본 발명의 종이 제조방법을 하기에서 살펴본다.

우선, 건조펄프를 물에 3~4%농도(즉, 중량비로 물 96~97: 건조펄프 3~4)로 정선 및 고해하여 제지원료액을 제조한다.

그리고, 상기 건조펄프 100중량부기준 1~50중량부의 파티클 사이즈가 400㎛이하인 왕겨분말을 물에 1~30중량%의 농도로 희석하여 왕겨분말 슬러리를 제조한다.

이를 왕겨를 예로서 살펴보면, 우선 왕겨를 분쇄기를 통해 분체(powder)로 형성시킨 다음, 체(sieve)나 스크린(screen)을 이용하여 파티클 사이즈가 400㎛이하인 분말을 제조한다. 이 후 상기 왕겨 분말을 희석 체스트 상에서 농도가 1~30중량%가 되도록 물과 희석한다.

상기한 왕겨분말을 종이 제조에 투입할 경우 종이의 벌크가 상승하게 되는데, 종이의 벌크가 상승하면 인장강도, 파열강도 등이 감소하는 단점이 있으므로, 이러한 점을 보완하기 위하여 강도보강제를 왕겨분말에 혼합한다.

이때, 상기 강도보강제는 상기 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 1중량부 첨가하되, 그 예로서 전분은 건조펄프 100중량부기준 0.1~0.5중량부, 지력증강제는 건조펄프 100중량부기준 0.1~0.3중량부 사용하는데, 상기 전분은 물에 희석하여 사용한다.

이와 같이 제조된 제지원료액과 왕겨원료액에 보류제를 더 혼합하고 물을 첨가하여 고형분 함량이 0.1~5%되도록 혼합액을 형성한다.

이때 보류제는 건조펄프 100중량부기준 0.1~0.3중량부 사용한다.

한편, 상기 지력 증강제로서 폴리아크릴아미드 재료를 사용한 경우에도 상기 보류제를 투입한다. 이는 상기 폴리아크릴아미드는 보류제나 지력증강제로 모두 사용 가능한데, 재료는 같으나 분자량이나 전하밀도와 같은 특성이 다르기 때문에 두 종류의 폴리아크릴아미드를 모두 다 투입해야 한다.

상기한 바와 같이 혼합된 혼합액으로부터 습지를 제조하여 압착, 탈수 및 건조하여 종이를 제조하는데, 이러한 종이 제조 단계는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

이상과 같이, 왕겨를 사용하는 경우 기존의 펄프와는 달리, 물에서 펄프를 개개의 섬유로 분리하는 해리(disintegration) 공정이 전혀 필요 없게 되므로 제지원료액에 '왕겨 분말'을 바로 투입하여 사용할 수도 있고, 이로 인하여 제지 공정에서 초기 원료의 처리 비용을 절감할 수 있게 한다.

그리고, 상기한 바와 같이 제조된 왕겨분말이 포함된 종이를 판지의 중간층 또는 필러층에 첨가하는 경우 섬유사이의 간격을 높여서 판지의 벌크를 향상시킬 수 있으며, 동일 두께의 판지 생산 시 원료의 사용량이 감소하여 원가를 절감할 수 있고 고지 사용량의 감소에 따라 건조 에너지도 절감할 수 있다.

이하의 표 1은 상기 제지 원료의 건조 펄프 94g기준, 왕겨를 6g 투입한 조건에서, 양성 전분을 0.5g, 1.0g 투입한 경우와, 지력증강제를 0.1~0.3g 투입한 경우의 판지의 품질 결과를 나타낸다. 표 1에서 왕겨와 양성전분 및 자력증강제 투입량의 단위는 g이다.

이를 참조하면, 왕겨에 양성전분이나 지력증강제가 혼합된 경우(b,c)가 그렇지 않은 경우(a)에 비하여 판지의 벌크, 열단장, 압축강도, 비파열 강도가 증가한 것을 확인할 수 있다. 또한, 양성전분 또는 지력증강제의 투입비가 높아질수록 벌크, 열단장, 강도 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.

표 1에서 왕겨와 양성전분 및 지력증강제 투입량의 단위는 g이다.

이하에서는 왕겨 분말과 전분 용액의 혼합 비율과, 상기 왕겨 분말과 지력 증강제의 혼합 비율에 따른 판지의 품질 결과를 비교하여 본다.

표 2를 참조하면, 왕겨 분말과 전분의 혼합 비율은 6 : 1 이하로 한다.

즉, 상기 혼합되는 왕겨 분말의 중량은 상기 전분의 1배 내지 6배의 중량 범위가 되도록 한다. 그 이유는 6:1 수준에서 충분히 높은 강도를 나타내었고, 전분 비율이 과도하게 높아지면 응집체가 과도하게 형성됨에 따라 균일성과 강도가 저하되고 생산원가가 상승하기 때문이다.

표 3을 참조하면, 왕겨 분말과 지력증강제의 혼합 비율은 20 : 1 이하로 한다. 즉, 상기 혼합되는 왕겨 분말의 중량은 상기 지력증강제의 1배 내지 20배의 중량 범위가 되도록 한다. 이 수준보다 "왕겨 분말"이 적게 투입되게 되면 종이의 균일성과 강도가 지력증강제를 투입한 만큼 개선되지 않는다.

표 4는 왕겨분말을 사용하지 않은 경우와 왕겨분말이 건조펄프와 95:5 중량비로 혼합된 경우로서, 파티클사이즈 400㎛이하 450g/㎡이상 코팅적용이 없는 판지의 경우 왕겨분말 사용으로 벌크성이 향상되고 스팀사용량이 감소함을 알 수 있다.

표 5는 왕겨분말을 사용하지 않은 경우와 왕겨분말과 목분을 건조펄프와 91:9 중량비로 혼합한 경우로서, 파티클사이즈 300㎛이하 500g/㎡이상 코팅적용이 없는 판지의 경우 왕겨분말 또는 목분의 사용으로 벌크성이 향상되고 건조특성 즉, 건조로 증발시켜야 할 수분의 %중량이 감소됨을 알 수 있다.

한편, 도 1은 본 발명의 왕겨를 포함하는 종이 제조 방법에 따라 제조된 종이의 실시예를 나타내는 것으로, 왕겨를 첨가하지 않은것(blank)과, 400㎛이하왕겨를 사용한것(40mesh pass) 및 400㎛이상 왕겨를 사용한 종이(40mesh on)의 표면을 나타내는 사진으로, 본발명의 400㎛이하 왕겨분말을 사용한 경우는 왕겨분말을 사용하지 않은 종이와 마찬가지로 표면이 매끄럽지만, 400㎛이상 왕겨분말이 사용된 경우에는 왕겨 분말부분에 과도한 압력이 걸려서 그 부분에 흑색 반점이 생기는 현상이 나타나면서 그부분이 다른부분보다 두꺼워서 위로 튀어나와 표면이 거칠어짐을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 건조펄프와,
   상기 건조펄프 100중량부기준 1~50중량부의 파티클 사이즈가 400㎛이하인 왕겨분말과,
   상기 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 1중량부의 강도보강제와, 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 0.3중량부의 보류제를 포함하되, 상기 강도보강제는 전분 또는 지력증강제 중에서 택일된 하나 혹은 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 종이용 조성물.
2. 삭제
3. 건조펄프를 정선 및 고해하여 생성된 제지원료액을 제조하는 단계,
   상기 건조펄프 100중량부기준 1~50중량부의 파티클 사이즈가 400㎛이하인 왕겨분말을 물에 희석한 왕겨원료액을 제조하는 단계,
   상기 제지원료액과 왕겨원료액에 상기 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 1중량부의 강도보강제를 혼합하고, 건조펄프 100중량부기준 0.1 내지 0.3중량부의 보류제를 더 혼합하여 물에 대한 고형분 함량이 0.1~5%되도록 물로 희석하여 혼합액을 형성하는 혼합단계 및,
   상기 혼합단계의 혼합액으로부터 습지를 제조하여 압착, 탈수 및 건조하는 종이 제조 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 왕겨를 포함하는 종이 제조 방법.

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