KR101510313B1 - 제지용 충전제의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 제지용 충전제를 포함하는 종이 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄산칼슘과, 칼슘화합물을 물에 희석시켜 희석액을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 희석액에 이온성 고분자를 첨가한 후, 이를 교반하여 선응집체를 형성시키는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 선응집체가 형성된 희석액에 이산화탄소를 주입하는 단계(단계 3);을 포함하는 제지용 충전제의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 제지용 충전제의 제조방법은 더욱 견고하고, 강한 와류에서도 크기가 더욱 안정된 충전제를 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 제지용 충전제를 포함하는 종이는 충전제를 다량 포함할 수 있어 원가가 절감되는 효과가 있다. 나아가, 종이의 벌크가 향상되어 건조 에너지가 감소하며, 우수한 열단장을 가지는 효과가 있다.
Description
본 발명은 제지용 충전제의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 제지용 충전제를 포함하는 종이에 관한 것이다.
종이를 제조할 때 사용되는 원료로는 목재펄프, 충전제, 기타첨가제들이 있다. 이중, 목재펄프가 주원료로 사용되고 다음으로는 충전제의 함량이 높다. 충전제는 종이의 불투명도(Opacity), 백색도(Brightness), 인쇄적성(Printability) 등의 종이 품질을 향상시키기 위해서도 사용되지만 충전제의 가격이 목재펄프에 비해 낮기 때문에 펄프를 대체함으로 인해 원가절감 효과도 기대할 수 있다.
최근 제지업계는 펄프 원료의 가격상승 뿐만 아니라 석유의 가격 또한 증가하고 있는 추세이기 때문에, 제지산업에서는 펄프에 비해 가격이 저렴할 뿐만 아니라 건조부하 측면에서도 펄프에 비해 유리한 충전제의 효율적인 활용 기술개발이 매우 중요한 과제라고 할 수 있다. 그러나, 이러한 충전제는 섬유간 수소 결합이 형성되는 것을 방해하고 종이의 스티프니스(Stiffness)를 감소시키는 등의 단점을 가지고 있기 때문에 충전제의 사용이 제한되고 있다.
상기와 같은 문제점들 때문에, 이를 극복하기 위하여 여러 방안들이 모색되어 왔다. 충전제의 함량을 증가시키면서 종이의 강도저하를 방지하기 위해 펄프와 충전제의 혼합체(Fiber-filler composite), 선응집(Preflocculation), 루멘충전(lumen loading) 등 많은 기술들이 개발되었지만 실제로 적용되기도 하고 있다.
이 중, 선응집(Preflocculation) 기술은 탄산칼슘과 고분자를 혼합하여 탄산칼슘 입자들끼리 덩어리를 형성시키고, 이후 강한 와류를 형성하여 일정한 크기를 가지는, 안정화된 선응집체(Prefloc)를 형성하는 기술을 의미한다. 이러한 선응집체는 제지용 원료로서 사용되며, 선응집체를 제지용 원료에 첨가하여 종이를 제조하는 경우, 일반적인 탄산칼슘을 사용한 종이보다 더욱 높은 인장강도를 가지는 종이를 제조할 수 있다.
상기와 같이, 제지용 충전제를 제조하는 종래 기술에 따르면, 대한민국 공개특허 제10-2009-0040682호에서는 양성 폴리아크릴아미드을 이용한 충전물 선응집이 적용된 종이의 제조방법이 개시된 바 있다. 상세하게는, 1백만 내지 8백만 g/mol인 분자량과 0.1 내지 5.0 meq/g인 전하밀도를 갖는 양이온성 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide)를 첨가하여 충전제를 선응집 시키고, 상기 충전물 선응집체를 펄프를 함유하는 지료에 첨가하는 것을 특징으로 하는 양성 폴리아크릴아미드를 이용한 충전물 선응집이 적용된 종이의 제조방법을 제공한다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2005-0023824호에서는 양이온성 전분을 이용한 종이 제조 방법이 개시된 바 있다. 상세하게는, 미세섬유가 포함된 공정 백수를 이용하여 충전제를 분산시키거나 또는 청수로 희석된 충전제에 미세섬유나 장섬유를 첨가한 후 치환도가 0.04~0.4인 양이온성 전분을 첨가하여 충전제를 선응집시키고, 상기 선응집된 충전제를 펄프를 함유하는 지료에 첨가하는 것을 특징으로 하는 종이 제조방법을 제공한다.
이에, 본 발명자들은 제지용 충전제의 제조방법을 연구하던 중, 탄산칼슘과 칼슘화합물을 혼합하여 선응집체를 제조하고, 제조된 선응집체에 이산화탄소를 주입하여 칼슘화합물과 반응시켜 제지용 충전제를 제조하는 방법을 개발하였으며, 이를 종이의 제조원료로서 적용하는 경우, 열단장 및 벌크가 향상되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 제지용 충전제의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 제지용 충전제를 포함하는 종이를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
탄산칼슘과, 칼슘화합물을 물에 희석시켜 희석액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 희석액에 이온성 고분자를 첨가한 후, 이를 교반하여 선응집체를 형성시키는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 선응집체가 형성된 희석액에 이산화탄소를 주입하는 단계(단계 3);을 포함하는 제지용 충전제의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
탄산칼슘과, 칼슘화합물을 물에 희석시켜 희석액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 희석액에 이온성 고분자를 첨가한 후, 이를 교반하여 선응집체를 형성시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 선응집체가 형성된 희석액에 이산화탄소를 주입하여 제지용 충전제를 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 제조된 제지용 충전제와, 천연 펄프 또는 재생 펄프를 혼합하는 단계(단계 4); 및
상기 단계 4의 혼합물을 초지기에 투입하여 종이를 제조하는 단계(단계 5);를 포함하는 종이의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제지용 충전제의 제조방법은 더욱 견고하고, 강한 와류에서도 크기가 더욱 안정된 충전제를 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 제지용 충전제를 포함하는 종이는 충전제를 다량 포함할 수 있어 원가가 절감되는 효과가 있다. 나아가, 종이의 벌크가 향상되어 건조 에너지가 감소하며, 우수한 열단장을 가지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 제지용 충전제를 이용하여 종이를 제조하는 과정을 간략하게 나타낸 순서도이다.
본 발명은
탄산칼슘과, 칼슘화합물을 물에 희석시켜 희석액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 희석액에 이온성 고분자를 첨가한 후, 이를 교반하여 선응집체를 형성시키는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 선응집체가 형성된 희석액에 이산화탄소를 주입하는 단계(단계 3);을 포함하는 제지용 충전제의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 제지용 충전제의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 제지용 충전제의 제조방법에 있어서, 단계 1은 탄산칼슘과, 칼슘화합물을 물에 희석시켜 희석액을 제조하는 단계이다.
상기 단계 1의 탄산칼슘은 경질탄산칼슘(PCC) 또는 중질탄산칼슘(GCC)을 사용할 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 칼슘화합물은 산화칼슘, 수산화칼슘, 염화칼슘, 황산칼슘 및 인산칼슘 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 칼슘화합물로 산화칼슘 및 수산화칼슘을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 칼슘화합물로 수산화칼슘이 사용되는 경우, 수산화칼슘은 수산화 나트륨과 염화칼슘을 반응시켜 제조된 수산화칼슘을 사용할 수 있다. 즉, 수산화나트륨과 염화칼슘을 반응시켜, 수산화칼슘이 형성될 수 있기 때문에 수산화칼슘을 직접 첨가하지 않더라도, 이산화탄소와 반응시켜 탄산칼슘을 형성할 수 있다.
한편, 상기 탄산칼슘과 함께, 칼슘화합물을 포함하여, 추후 이산화탄소를 가해 칼슘화합물이 탄산칼슘으로 반응할 경우에 이들이 서로 엉겨 붙는 결과를 야기하여 궁극적으로 탄산칼슘이 더욱 견고하게 형성되어, 강한 와류에서도 크기가 더욱 안정한 효과가 있다.
이때, 상기 단계 1의 탄산칼슘은 전체 희석액에 대하여 1 내지 20 중량%를 첨가할 수 있다. 만약, 상기 단계 1의 탄산칼슘을 전체 희석액에 대하여 1 중량% 미만으로 첨가할 경우에는 추후 선응집 효율이 떨어져서 보류 향상이나 강도 개선효과를 기대할 수 없는 문제가 있으며, 20 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 추후 선응집되어 형성되는 응집체의 크기가 비대하여 종이를 제조 시 균일한 분포가 어려우며, 이로 인해 종이의 물성이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 1의 칼슘화합물은 전체 희석액에 대하여 1 내지 20 중량%를 첨가할 수 있다. 만약, 상기 단계 1의 칼슘화합물을 전체 희석액에 대하여 1 중량% 미만으로 첨가할 경우에는 추후 이산화탄소를 가해 탄산화 반응을 수행하기 어려운 문제가 있으며, 20 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 추후 이산화탄소를 가해 탄산화 반응으로 탄산칼슘을 형성함에 있어서, 선응집체에 부착되지 않는 과량의 탄산칼슘이 형성되는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 제지용 충전제의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 희석액에 이온성 고분자를 첨가한 후, 이를 교반하여 선응집체를 형성시키는 단계이다.
종이의 충전제 함량을 높이는 것은 제품 품질 향상뿐만 아니라 원료 및 에너지 비용 감소의 큰 이점이 있다. 그러나, 원료섬유인 펄프를 탄산칼슘과 같은 충전제로 치환하는 것은 완성된 시트(sheet)의 강도를 감소시킬 수 있다. 또한, 충전제 함량이 높아지면 3 차원적인 시트 구조에 걸쳐서 충전제의 균일한 분포를 유지하기가 어려워진다는 문제가 있다.
상기 단계 2는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 충전제를 첨가하기 이전에 충전제를 선응집하는 단계이다. 이때, 선응집(Preflocculation)이란, 충전제 입자를 응고제(Coagulants) 및 응집제(Flocculant)로 처리함으로써 응집체(Aggregate)로 변경시키는 것을 의미한다.
따라서, 상기 단계 2에서는 탄산칼슘 및 칼슘화합물이 포함된 희석액에 이온성 고분자를 첨가하여 교반을 통해 강한 와류를 형성하고, 이를 응집시켜 적절한 크기의 선응집체를 형성시킴으로써 더욱 견고하고, 일정한 크기를 가지는 탄산칼슘을 형성하는 단계이다.
구체적으로, 상기 단계 2의 이온성 고분자는 음이온성 고분자, 양이온성 고분자 또는 음이온성 고분자 및 양이온성 고분자를 모두 사용할 수 있으며, 음이온성 고분자 및 양이온성 고분자를 모두 사용하는 경우, 이들을 순차적으로 희석액에 첨가하여 사용할 수 있다.
이때, 상기 양이온성 고분자로는 폴리아미도아민-에피할로하이드린 중합체, 폴리알킬디알릴아민-에피할로하이드린 중합체, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드, 폴리아민, 폴리비닐아민 및 양이온성 전분 등의 고분자를 사용할 수 있으며,
상기 음이온성 고분자로는 다당류, 단백질, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로즈 유도체, 에폭시아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에스테르아크릴레이트, 폴리에테르아크릴레이트, 폴리올레핀 분산액, 폴리아미드, 비닐 공중합체, 폴리아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
이때, 상기 다당류의 예로는 한천, 나트륨 알기네이트, 개질된 전분(카복시메틸화 전분, 하이드록시에틸화 전분, 산화 전분 등)이 있으며,
선응집체를 용이하게 형성할 수 있다면, 상기 양이온성 고분자와 음이온성 고분자가 이에 제한되는 것은 아니다.
아울러, 상기 단계 2의 이온성 고분자는 희석액에 대하여 0.01 내지 10 중량%의 비율로 첨가되는 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 2의 이온성 고분자가 희석액에 대하여 0.01 중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 선응집 효율이 떨어져서 보류 향상이나 강도 개선효과를 기대할 수 없는 문제가 있으며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 종이의 생산단가가 높아질 뿐만 아니라 응집력이 너무 높아지는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 2의 교반은 500 내지 5,000 RPM에서 수행할 수 있으며, 선응집체가 형성될 수 있는 강한 와류를 형성할 수 있는 회전속도로 수행할 수 있다. 만약, 상기 단계 2의 교반을 500 RPM 미만으로 수행하는 경우에는 형성되는 응집체 입자의 크기가 매우 크기 때문에 이를 사용하여 종이를 제조할 경우에 종이의 물성이 떨어지는 문제가 있고, 5,000 RPM을 초과하여 수행하는 경우에는 입자의 크기가 너무 작아져서 효과적이지 못한 문제가 있다.
이때, 상기 단계 2의 교반은 1 내지 60 분 동안 수행할 수 있다. 만약, 상기 단계 2의 교반을 1 분 미만으로 수행하는 경우에는 응집체 입자가 제대로 형성되지 못할 수 있으며, 이를 사용하여 종이를 제조할 경우에 종이의 물성이 떨어지는 문제가 있고, 60 분을 초과하여 수행하는 경우에는 더 이상 입자의 크기가 변하지 않으므로 경제적이지 못한 문제가 있다.
또한, 상기 단계 2에서 형성되는 선응집체의 입도는 1 내지 100 ㎛일 수 있다. 만약, 상기 단계 2에서 형성되는 선응집체의 입도가 1 ㎛ 미만일 경우에는 선응집체의 크기가 매우 작아, 이를 사용하여 제조되는 종이의 물성이 향상되는 효과가 없는 문제가 있으며, 100 ㎛를 초과하는 경우에는 이를 사용하여 종이를 제조할 경우, 충전제가 균일하게 분포하기 힘든 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 제지용 충전제의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 선응집체가 형성된 희석액에 이산화탄소를 주입하는 단계이다.
본 발명에 따른 제지용 충전제의 제조방법은 탄산칼슘과 칼슘화합물을 혼합한 희석액을 사용하여, 상기 단계 2에서 탄산칼슘과 이온성 고분자를 사용하여 선응집을 통해 견고하고, 일정한 크기를 가지며 안정화된 선응집체를 제조하였다.
다음으로, 상기 단계 3에서는 상기 단계 2에서 선응집체가 형성된 희석액에 이산화탄소를 주입하여 칼슘화합물과 이산화탄소의 탄산화 반응을 통해 이를 선응집체에 결합시킴으로써, 더욱 견고하고, 강한 와류에서도 안정된 크기를 가지는 제지용 충전제를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 3에서 선응집체가 형성된 희석액에 칼슘화합물 성분에 함유된 칼슘은 수산화칼슘과 같은 염의 형태로 녹아 있는데 여기에 이산화탄소를 불어 넣음으로써 탄산화 반응을 통해 탄산칼슘이 합성될 수 있다. 이때, 상기 단계 3에서 이산화탄소는 일반적으로, 상기 희석액의 pH가 7.0에 이를 때까지 반응시키는 것이 바람직하며, 주입되는 이산화탄소가 반응하지 않을 때까지 실시하는 것이 바람직하다.. 또한, 상기 단계 3에서 이산화탄소를 주입하여 희석액을 반응시키는 온도는 10 내지 80 ℃인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 상기 제조방법은 희석액을 여과하여 얻은 제지용 충전제를 물로 세척한 후, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계 3까지 수행되고난 후, 적정 크기의 응집체를 형성하지 않은 탄산칼슘이 존재할 수 있다. 이와 같이 적정 크기의 응집체를 형성하지 않은 칼슘화합물로 인해 추후 종이 제조시 탄산칼슘의 보류도가 떨어지고, 백색도가 고르지 않거나, 열단장이 부족한 문제가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 상기 제조방법은 이러한 문제를 방지하기 위하여, 적정 크기의 응집체를 형성하지 않은 탄산칼슘과 이산화탄소와 반응하지 않은 칼슘화합물을 여과 및 세척을 통해 제거하고, 건조하는 과정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은
탄산칼슘과, 칼슘화합물을 물에 희석시켜 희석액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 희석액에 이온성 고분자를 첨가한 후, 이를 교반하여 선응집체를 형성시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 선응집체가 형성된 희석액에 이산화탄소를 주입하여 제지용 충전제를 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 제조된 제지용 충전제와, 천연 펄프 또는 재생 펄프를 혼합하는 단계(단계 4); 및
상기 단계 4의 혼합물을 초지기에 투입하여 종이를 제조하는 단계(단계 5);를 포함하는 종이의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 종이의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 종이의 제조방법에 있어서, 단계 1 내지 단계 3은 제지용 충전제를 제조하는 단계이다.
단계 1 내지 단계 3은 본 발명에 따른 제지용 충전제를 제조하는 단계로서, 상기에서 기재된 제조방법으로 제조할 수 있다.
이때, 상기 단계 1 내지 단계 3에서는 종이의 제조 시 충전제의 함량을 높이고, 제조되는 종이의 강도를 높일 수 있는 충전제를 제조할 수 있다.
구체적으로, 탄산칼슘과 칼슘화합물을 혼합한 희석액을 제조하고 이온성 고분자를 사용하여 교반을 통해 이를 응집시켜 적절한 크기의 선응집체를 형성시킨다. 이에 따라, 더욱 견고하고, 일정한 크기를 가지는 응집체를 형성할 수 있다. 이어서, 상기와 같이 제조된 칼슘화합물을 포함하는 선응집체에 이산화탄소를 주입함으로써, 칼슘화합물과 이산화탄소의 탄산화 반응을 통해 선응집체에 탄산칼슘이 결합되어 더욱 견고하고, 강한 와류에서도 안정된 크기를 가지는 제지용 충전제를 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 종이의 제조방법에 있어서, 단계 4는 상기 단계 3에서 제조된 제지용 충전제와, 천연 펄프 또는 재생 펄프를 혼합하는 단계이다.
일반적으로 종이의 제조원료로 목재 펄프만을 사용하는 경우, 높은 가격으로 인하여 종이의 제조비용이 증가하는 문제가 있다. 이에, 일부 목재 펄프를 충전제로 대체함으로써 가격이 비싼 목재 펄프의 사용량을 줄여 종이의 제조원가를 낮출 수 있다. 하지만, 충전제는 목재 펄프와 결합이 되지 않고, 밀도가 목재 펄프보다 높으므로 많이 넣을수록 종이의 강도는 떨어지고, 종이의 밀도는 상승하는 문제가 있다. 이에 따라 발생하는 종이의 스티프니스(Stiffness)의 저하는 충전제를 종이에 많이 넣을 수 없는 조건을 형성하게 된다.
이에, 상기 단계 4에서는 종이의 물성을 유지하면서 많은 양을 첨가할 수 있는 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 제지용 충전제와, 천연 펄프 또는 재생 펄프를 종이의 원료로 이용하여 혼합한다. 상기 제지용 충전제를 종이의 원료로 사용함으로써, 백색도 등의 종이의 성능을 유지하며, 벌크 및 열단장을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 단계 4의 혼합은 제지용 충전제 1 내지 50 중량%, 및 천연 펄프 또는 재생 펄프를 50 내지 99 중량%의 비율로 수행될 수 있다.
종이 제조시 원료물질로 제지용 충전제를 더욱 많이 이용할수록 천연 펄프 또는 재생 펄프의 사용량이 감소하여 종이의 제조비용을 낮출 수 있다. 그러나, 과량의 제지용 충전제가 사용되는 경우에는 종이의 성능이 저하될 수 있기 때문에, 상기 단계 2에서는 제지용 충전제를 1 내지 50 중량%의 함량으로 포함하도록 하였다.
다음으로, 본 발명에 따른 종이 제조방법에 있어서, 단계 5는 상기 단계 4의 혼합물을 초지기에 투입하여 종이를 제조하는 단계이다.
상기 단계 4에서 혼합된 제지용 충전제와, 천연 펄프 또는 재생 펄프는 일반적인 종이 제조장치인 초지기에 투입되며, 상기 초기기를 통해 제지용 충전제, 및 천연 펄프 또는 재생 펄프를 포함하는 종이를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법으로 제조되는 종이는 제지용 충전제를 다량 포함함에 따라 낮은 제조비용으로 제조될 수 있으며, 더욱 견고한 제지용 충전제를 사용함으로써 목재 펄프와 용이하게 결합될 수 있다. 이에 따라, 높은 열단장과 벌크를 보이는 종이를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 제지용 충전제의 제조 1
단계 1: 중질탄산칼슘(GCC) 25 g과 산화칼슘(CaO) 25 g을 물 500 ml에 혼합하여 희석액을 제조하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 희석액에 양이온성 고분자인 폴리아크릴아미드(PAM, 한국 시바케미컬)를 전체 고형분의 약 0.1 중량% 를 첨가하여 전체적인 제타포텐셜, 즉 전하가 중성에서 약간 양이온성을 띠게 하였으며, 와류를 형성한 가운데, 음이온성 고분자인 마이크로폴리머(한국 에카케미컬)를 역시 전체 고형분의 약 0.1% 중량을 첨가하여 전체적인 제타포텐셜, 즉 전하가 중성을 유지하도록 하였다. 여기서 정확한 이온성 고분자의 첨가량은 제타포텐셜을 기준으로 하였다.
그 후, 상기 희석액을 2,000 RPM의 회전 속도로 10 분간 교반하여 중질탄산칼슘-산화칼슘 선응집체를 형성하였다.
단계 3: 상기 단계 2에서 형성된 선응집체를 2,000 RPM의 와류 하에서 이산화탄소를 지속적으로 희석액 속에 주입하여 pH가 7.0에 이를 때까지 반응시켜 제지용 충전제를 제조하였다. 여기서, 이산화탄소의 주입속도와 배출속도가 같아지는 지점으로 반응 종말점을 잡을 수도 있다.
<실시예 2> 제지용 충전제의 제조 2
상기 실시예 1의 단계 1에서 중질탄산칼슘(GCC) 15 g과 산화칼슘(CaO) 35 g을 물 500 ml에 혼합하여 희석액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 제지용 충전제를 제조하였다.
<실시예 3> 제지용 충전제를 포함하는 종이의 제조 1
단계 1: 종이를 만들기 위한 펄프로서, 표백침엽수펄프와 표백활엽수펄프를 1 : 1로 섞어서, 여수도가 500 CSF(Canadian Standard Freeness)가 되도록 고해를 실시하고, 상기 실시예 1에서 제조된 제지용 충전제와 펄프를 25 : 75의 중량비로 혼합하였다.
단계 2 : 상기 단계 1에서 혼합된 제지용 충전제 및 펄프를 이용하여 종이시험법(ISO 5269/1)에 의거하여 종이를 제조하였다.
<실시예 4> 제지용 충전제를 포함하는 종이의 제조 2
상기 실시예 3의 단계 1에서 제지용 충전제와 펄프를 35 : 65의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<실시예 5> 제지용 충전제를 포함하는 종이의 제조 3
상기 실시예 3의 단계 1에서 제지용 충전제를 상기 실시예 2에서 제조된 제지용 충전제를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<실시예 6> 제지용 충전제를 포함하는 종이의 제조 4
상기 실시예 5의 단계 1에서 제지용 충전제와 펄프를 35 : 65의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<비교예 1>
단계 1: 중질탄산칼슘(GCC) 50 g을 물 500 ml에 혼합하여 희석액을 제조하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 희석액에 양이온성 고분자인 폴리아크릴아미드(PAM, 한국 시바케미컬)를 전체 고형분의 약 0.1 중량% 를 첨가하여 전체적인 제타포텐셜, 즉 전하가 중성에서 약간 양이온성을 띠게 하였으며, 와류를 형성한 가운데, 음이온성 고분자인 마이크로폴리머(한국 에카케미컬)를 역시 전체 고형분의 약 0.1% 중량을 첨가하여 전체적인 제타포텐셜, 즉 전하가 중성을 유지하도록 하였다. 여기서 정확한 이온성 고분자의 첨가량은 제타포텐셜을 기준으로 하였다.
그 후, 상기 희석액을 2,000 RPM의 회전 속도로 10 분간 교반하여 중질탄산칼슘-산화칼슘 선응집체를 형성하였다.
<비교예 2>
상기 비교예 1의 단계 1에서 중질탄산칼슘을 사용하지 않고, 경질탄산칼슘(PCC) 50 g을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 수행하여 선응집된 탄산칼슘을 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 3의 단계 1에서 상기 실시예 1에서 제조된 제지용 충전제를 사용하지 않고, 중질탄산칼슘(GCC)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<비교예 4>
상기 비교예 3의 단계 1에서 중질탄산칼슘과 펄프를 35 : 65의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 상기 비교예 3과 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<비교예 5>
상기 비교예 3의 단계 1에서 중질탄산칼슘을 사용하지 않고, 경질탄산칼슘을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 3과 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<비교예 6>
상기 비교예 5의 단계 1에서 경질탄산칼슘과 펄프를 35 : 65의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 상기 비교예 5와 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<비교예 7>
상기 실시예 3의 단계 1에서 상기 실시예 1에서 제조된 제지용 충전제를 사용하지 않고, 상기 비교예 1에서 제조된 선응집된 탄산칼슘을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<비교예 8>
상기 비교예 7의 단계 1에서 선응집된 탄산칼슘과 펄프를 35 : 65의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 상기 비교예 7과 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<비교예 9>
상기 실시예 3의 단계 1에서 상기 실시예 1에서 제조된 제지용 충전제를 사용하지 않고, 상기 비교예 2에서 제조된 선응집된 탄산칼슘을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<비교예 10>
상기 비교예 9의 단계 1에서 선응집된 탄산칼슘과 펄프를 35 : 65의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 상기 비교예 9와 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.
<실험예 1> 종이의 특성 분석
본 발명에 따른 제지용 충전제를 포함하여 제조된 종이의 특성을 분석하기 위하여, 하기의 실험들을 수행하였다.
(1) 종이의 평량 및 벌크 분석
본 발명에 따른 실시예들과, 비교예들에서 제조된 종이의 유효성을 평가하기 위하여, 제조된 종이들의 평량 및 벌크를 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
이때, 상기 평량은 가로 및 세로길이가 1 m인 종이의 질량을 측정함으로써 수행되었으며, 상기 벌크는 두께를 평량으로 나눈 단위 질량당 부피이다.
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 충전제를 사용하여 제조된 종이인 비교예 5 내지 비교예 10의 경우에는 평균 약 61.76 g/m2의 평량이 나타났다. 아울러, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 제지용 충전제를 사용하여 제조된 종이인 실시예 3 내지 실시예 6의 경우에는 약 62.20 g/m2의 평량을 나타내었다.
이에 따라, 비교예에서 제조된 충전제를 사용하여 제조된 종이와 비교하여 본 발명에 따른 실시예에서 제조된 충전제를 사용하여 제조된 종이는 평량의 큰 차이가 없음을 알 수 있다.
또한, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 충전제를 사용하여 제조된 종이인 비교예 5 내지 비교예 10의 경우에는 평균 약 1.73 cc/g의 벌크를 나타낸다. 반면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 제지용 충전제를 사용하여 제조된 종이인 실시예 3 내지 실시예 6의 경우에는 약 1.87 cc/g의 벌크를 나타내었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 제지용 충전제를 사용하여 제조된 종이는 높은 벌크를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
(2) 종이의 백색도 분석
본 발명에 따른 실시예들과, 비교예들에서 제조된 종이의 유효성을 평가하기 위하여, 제조된 종이들의 백색도를 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
이때, 상기 백색도의 분석은 종이의 백색도 측정방법인 ISO 2470 방법을 통해 수행되었다.
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 5 및 비교예 6의 경우와 비교예 9 및 비교예 10의 경우에는 모두 경질탄산칼슘(PCC)을 100 % 이용한 경우이며, 이러한 경우 경질탄산칼슘 자체의 백색도가 매우 높음으로 백색도가 약간 높아짐을 볼 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 제지용 충전제를 사용하여 제조된 종이인 실시예 3 내지 실시예 6의 경우에는 동일한 중질탄산칼슘(GCC)을100 % 이용하여 제조된 경우들보다 같거나 더 높은 백색도를 나타내었다.
이에 따라, 비교예에서 제조된 충전제를 사용하여 제조된 종이와 비교하여 본 발명에 따른 실시예에서 제조된 충전제를 사용하여 제조된 종이는 백색도의 큰 차이가 없음을 알 수 있다.
(3) 종이의 열단장 분석
본 발명에 따른 실시예들과, 비교예들에서 제조된 종이의 유효성을 평가하기 위하여, 제조된 종이들의 열단장을 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
열단장은 종이의 인장 강도를 표시하는 표시방법의 일종으로, 상기 열단장은종이를 규정 치수로 자른 시험편의 끝을 고정시키고, 한쪽 끝으로 하중을 점점 늘려가며 잡아당겼을 때, 끊어지는 시점에서의 종이 길이를 측정함으로써 수행하였다 (ISO 1924-2).
표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 충전제를 사용하여 제조된 종이인 비교예 5 내지 비교예 10의 경우에는 평균 약 1.77 km의 열단장을 나타낸다.
반면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 제지용 충전제를 사용하여 제조된 종이인 실시예 3 내지 실시예 6의 경우에는 약 2.27 km의 높은 열단장을 나타내었다.
이때, 중질탄산칼슘(GCC)을 충전제로 사용한 비교예 5의 열단장은 2.13 km를 보이고, 중질탄산칼슘이 선응집된 충전제를 사용한 비교예 7의 열단장은 2.24 km를 보임으로써 선응집을 통해 열단장이 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제지용 충전제를 사용한 실시예 3의 열단장은 2.45 km로 매우 높은 열단장을 보이는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 제지용 충전제를 사용하여 제조된 종이는 우수한 열단장을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 제지용 충전제를 포함하는 종이는 충전제를 다량 포함할 수 있어 원가를 절감할 수 있으며, 종이의 벌크가 향상되어 건조 에너지가 감소하며, 우수한 열단장을 가지는 효과가 있다.
| 충전제의 종류 | 충전제:펄프 | 평량 (g/m2) |
백색도 (%) |
벌크 (cc/g) |
열단장 (km) |
|
| 실시예 3 | 실시예 1 | 25:75 | 62.2 | 86.0 | 1.89 | 2.45 |
| 실시예 4 | 실시예 1 | 35:65 | 63.1 | 86.5 | 1.82 | 2.23 |
| 실시예 5 | 실시예 2 | 25:75 | 61.6 | 86.5 | 1.90 | 2.33 |
| 실시예 6 | 실시예 2 | 35:65 | 61.9 | 86.6 | 1.85 | 2.07 |
| 비교예 3 | GCC | 25:75 | 60.5 | 86.3 | 1.74 | 2.13 |
| 비교예 4 | GCC | 35:65 | 60.4 | 86.9 | 1.65 | 1.74 |
| 비교예 5 | PCC | 25:75 | 62.9 | 88.2 | 1.77 | 1.65 |
| 비교예 6 | PCC | 35:65 | 63.4 | 89.2 | 1.76 | 1.33 |
| 비교예 7 | 비교예 1 | 25:75 | 59.9 | 85.6 | 1.69 | 2.24 |
| 비교예 8 | 비교예 1 | 35:65 | 62.1 | 86.4 | 1.63 | 1.85 |
| 비교예 9 | 비교예 2 | 25:75 | 60.7 | 87.9 | 1.85 | 1.76 |
| 비교예 10 | 비교예 2 | 35:65 | 64.2 | 89.2 | 1.73 | 1.47 |
Claims (10)
- 경질탄산칼슘(PCC) 또는 중질탄산칼슘(GCC)을 포함하는 제지용 탄산칼슘과, 탄산칼슘을 제외한 칼슘화합물을 물에 희석시켜 희석액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 희석액에 이온성 고분자를 첨가한 후, 이를 교반하여 선응집체를 형성시키는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 선응집체가 형성된 희석액에 이산화탄소를 주입하는 단계(단계 3);을 포함하는 제지용 충전제의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 칼슘화합물은 산화칼슘, 수산화칼슘, 염화칼슘, 황산칼슘 및 인산칼슘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 칼슘화합물인 것을 특징으로 하는 제지용 충전제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 단계 1의 탄산칼슘은 전체 희석액에 대하여 1 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 제지용 충전제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 단계 1의 칼슘화합물은 전체 희석액에 대하여 1 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 제지용 충전제의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 이온성 고분자는 음이온성 고분자, 양이온성 고분자 또는 음이온성 고분자 및 양이온성 고분자 모두인 것을 특징으로 하는 제지용 충전제의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 음이온성 고분자는 다당류, 단백질, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로즈 유도체, 에폭시아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에스테르아크릴레이트, 폴리에테르아크릴레이트, 폴리올레핀 분산액, 폴리아미드, 비닐 공중합체 및 폴리아크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 제지용 충전제의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 양이온성 고분자는 폴리아미도아민-에피할로하이드린 중합체, 폴리알킬디알릴아민-에피할로하이드린 중합체, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드, 폴리아민, 폴리비닐아민 및 양이온성 전분으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 제지용 충전제의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 이온성 고분자는 희석액에 대하여 0.01 내지 10 중량%의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는 제지용 충전제의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 교반은 500 내지 5,000 RPM에서 1 내지 60 분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 제지용 충전제의 제조방법.
- 탄산칼슘과, 칼슘화합물을 물에 희석시켜 희석액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 희석액에 이온성 고분자를 첨가한 후, 이를 교반하여 선응집체를 형성시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 선응집체가 형성된 희석액에 이산화탄소를 주입하여 제지용 충전제를 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 제조된 제지용 충전제와, 천연 펄프 또는 재생 펄프를 혼합하는 단계(단계 4); 및
상기 단계 4의 혼합물을 초지기에 투입하여 종이를 제조하는 단계(단계 5);를 포함하는 종이의 제조방법.
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