KR101561879B1 - 인쇄용지의 보류율 향상을 위한 제지용 펄프(Kraft pulp)의 펄프내 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성반응방법 - Google Patents

인쇄용지의 보류율 향상을 위한 제지용 펄프(Kraft pulp)의 펄프내 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성반응방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101561879B1
KR101561879B1 KR1020140166556A KR20140166556A KR101561879B1 KR 101561879 B1 KR101561879 B1 KR 101561879B1 KR 1020140166556 A KR1020140166556 A KR 1020140166556A KR 20140166556 A KR20140166556 A KR 20140166556A KR 101561879 B1 KR101561879 B1 KR 101561879B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pulp
calcium carbonate
pcc
gcc
precipitated calcium
Prior art date
Application number
KR1020140166556A
Other languages
English (en)
Inventor
안지환
이현재
Original Assignee
한국지질자원연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국지질자원연구원 filed Critical 한국지질자원연구원
Priority to KR1020140166556A priority Critical patent/KR101561879B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101561879B1 publication Critical patent/KR101561879B1/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/01—Waste products, e.g. sludge
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C5/00—Other processes for obtaining cellulose, e.g. cooking cotton linters ; Processes characterised by the choice of cellulose-containing starting materials
    • D21C5/02—Working-up waste paper
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/02—Chemical or chemomechanical or chemothermomechanical pulp
    • D21H11/04—Kraft or sulfate pulp
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/64—Alkaline compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

본 발명은 인쇄용지를 제조할 때 인쇄용지의 원료인 순수 화학펄프 내에서 침강성탄산칼슘(PCC)를 직접 합성하여 사용되는 펄프의 양을 줄이고 제조 공정시 발생하는 이산화탄소를 재사용하여 환경오염을 줄이고 광학적 백색도는 높여 우수한 인쇄용지를 제공하는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법에 관한 것이다.

Description

인쇄용지의 보류율 향상을 위한 제지용 펄프(Kraft pulp)의 펄프내 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성반응방법{In-situ process of the Kraft pulp for improving the loading ratio of the printing paper}
본 발명은 펄프의 사용량을 감소시키고 인쇄용지의 보류율을 향상시키기 위한 펄프 내 침강성탄산칼슘(Precipitated Calcium Carbonate, PCC)을 합성하는 2단계 연속합성반응방법에 관한 것이다.
종이의 수요는 문화의 발달과 함께 꾸준히 증가하였으며 그 중에서도 특히 산업의 발달로 인해 문서를 출력하여 보관할 수 있는 인쇄용지의 수요가 가장 눈에 띄게 증가하였다.
하지만 증가되는 종이의 수요에 비해 종이의 원료가 되는 산림자원은 매우 한정적으로 지구 온난화의 주요원인 중 가장 대표적으로 여겨지고 있다. 지구온난화에 막대한 영향을 미치는 이산화탄소를 대기중에서 흡수하고 산소를 공급해줄 수 있는 산림자원의 무분별한 벌채는 범국가적으로 제한되어 지고 있는 실정이다. 또한 국내 제지 산업의 경우 펄프와 같은 목질 가공품의 95%를 수입에 의존하고 있는 실정이며 소비량에 증가함에 따라 원자재의 해외 의존성이 극히 높은 실정이다. 따라서 펄프의 비율을 낮추고 다양한 충전제 및 기타 첨가제의 사용을 증가시켜 적용하여 펄프와 같은 목재사용량을 감소시키고자 하는 노력이 계속 진행되어 왔다.
위와 같은 문제점을 해결하고 인쇄용지에서 인쇄적성을 늘리기 위해 주로 펄프에 중질탄산칼슘(Ground Calcium Carbonate, GCC)을 첨가하여 사용하였으나 공정중에서 중질탄산칼슘(GCC)이 떨어져 나가 CaCO₃이 손실된다는 문제점을 가지고 있다.
또한 종래에는 재생용지에 펄프내 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성 반응 (In-situ) 방법을 사용하여 인쇄용지를 제조하는 방법을 시도하였으나 순수한 화학펄프의 절약을 위한 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 시도하지는 않았다.
제지산업은 다량의 에너지를 소비하는 에너지를 많이 소비하는 다소비형 산업뿐 아니라 또한 대량의 오염물질을 배출하는 고위험군 산업군으로 제지공정에서 배출되는 대량의 이산화탄소는 역시 환경파괴의 주 원인으로 손꼽히고 있는 실정이다.
이를 해결하기 위해 한국 공개특허 10-2008-0005202 에서는 중질탄산칼슘(GCC)보다 인쇄 용지 코팅에 효과적인 침강성탄산칼슘(PCC)를 합성해 인쇄용지를 제조할 때 첨가하여 펄프의 사용을 줄이며 펄프외 충전제를 충전시키는 방법을 제안하고 있다. 하지만 이 방법은 침강성탄산칼슘(PCC)의 합성을 완료하여 만들어진 침강성탄산칼슘(PCC)을 인쇄 용지를 제조할 때 첨가를 하므로 인쇄용지 제조과정에서 중질탄산칼슘(GCC)와 마찬가지로 손실될 가능성이 크고, 인쇄 용지의 원료인 펄프와 밀착도 및 보류량을 증가시키기 위해서 추가적으로 첨가물질을 넣어 줘야하는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명은 인쇄용지 제조 과정에서 펄프 내에서 침강성탄산칼슘(PCC)를 합성하여 펄프의 사용량을 줄이고 공정 시 발생하는 이산화탄소를 재사용할 수 있어 환경을 보호하며 광학적 백색도가 높은 인쇄용지 제조하며 제조 과정을 줄여 제조 시간을 단축시키고 추가적인 첨가물 없이 인쇄용지를 제조하는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 제공하고 있다.
또한 본 발명은 기존의 폐지의 재사용을 통한 펄프의 재사용적 관점이 아닌 천연펄프를 원료로 사용하여 고급인쇄용지의 원료 절감 및 고부가 가치 창출을 목적으로 진행되었다.
본 발명의 목적은 펄프의 사용량을 감소시키고 또한 공정 내 부산물인 이산화탄소를 활용하여 2단계 연속합성 반응에 적용하여 펄프에 직접적으로 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성하여 CaCO₃의 손실을 최소화 하여 인쇄용지의 보류율을 향상시키고 인쇄적성을 늘리는데 있다.
본 발명은 중질탄산칼슘(GCC)이나 침강성탄산칼슘(PCC)을 첨가 할 경우 공정과정을 진행함에 따라 CaCO₃가 손실 되는 문제점을 보안하기 위해 펄프 내 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성시켜 인쇄용지 제조 공정이 진행 되어도 CaCO₃가 손실되지 않아 용지 내 펄프의 양을 줄이고 보류율을 높이는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 제공한다.
본 발명은 침강성탄산칼슘(PCC)의 원재료인 석회석(CaCO₃)을 소성시켜 탈탄산이 일어난 소석회(CaO)를 물에 반응시켜 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 상태로 수화시킨 후 펄프 슬러리에 혼합시키고, 이때 이산화탄소를 불어 넣어주면서 교반시켜 펄프 슬러리내에서 Ca(OH)₂와 이산화탄소가 반응하여 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성하여 사용되는 펄프의 양을 줄이고 광학적으로 우수한 인쇄용지 제조하는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 제공한다.
본 발명은 펄프 내에 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성하는 2단계 연속합성 반응 방법을 제공하며, 기존의 중질탄산칼슘(GCC)이나 침강성탄산칼슘(PCC)를 첨가하여 제조된 용지보다 탄산칼슘(CaCO₃) 손실이 없어 인쇄 용지 내 펄프의 양은 감소되고 인쇄용지의 보류율은 향상되며, 광학적으로 백색도가 우수한 인쇄 용지를 제조하는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 제공한다.
도 1. 단계 연속합성 반응(In-situ process) 방법
도 2. 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방식의 모식도
도 3. 합성제 또는 충전제의 종류 및 량에 따른 백색도 측정치를 나타낸 그래프
도 4. 합성제 또는 충전제의 종류 및 량에 따른 인장강도 측정치를 나타낸 그래프
도 5. 합성제 또는 충전제 종류 및 량에 따른 신장률 측정치를 나타낸 그래프
도 6. 합성제 또는 충전제 종류 및 량에 따른 펄프 애쉬(ash)율(%)을 나타낸 그래프
도 7. 합성제 또는 충전제 종류 및 량에 따른 수초지 애쉬(ash)율(%)을 나타낸 그래프
도 8. 합성제 또는 충전제 종류 및 양에 따른 펄프 대비 수초지의 애쉬(ash) 비율(%)을 나타낸 그래프
본 발명은 인쇄용지를 제조할 때 펄프의 비율을 낮추고 충전제의 사용을 증가시켜 적용하여 펄프와 같은 목재 사용량을 감소시키고 제지공정에서 배출되는 대량의 이산화탄소를 활용하는 펄프 슬러리내 침강성탄산칼슘(PCC) 2단계 연속합성 반응 (In-situ) 방법을 제공한다.
펄프 슬러리내 침강성탄산칼슘(PCC) 2단계 연속합성 반응 (In-situ) 방법은 종이의 기계적 성질이 감소하는 것을 감안하더라도 종이의 광학적 특성 향상 측면에서 아주 효율적인 공정임을 본 발명에서 도출하였으며, 충전량의 증가로 인해 종이의 펄프 비율을 낮춰 목재 사용량을 감소시키고, 배출되는 이산화탄소의 재사용으로 환경오염을 낮추는 방안을 도출하였다.
또한 본 발명은 침강성탄산칼슘(PCC)을 인쇄용지 제조과정에서 직접 합성을 하므로 침강성탄산칼슘(PCC)을 따로 만드는 과정을 없애 인쇄용지 제조과정이 단축되며, 충전제 외의 추가적인 첨가물 없이도 광학도가 우수한 인쇄용지 제조를 할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 도 1을 참조하면서 설명한다.
본 발명인 2단계 연속합성 반응(In-situ)방법은
(a) 펄프 준비 단계와,
(b) (a)단계의 펄프 슬러리와 소석회 혼합 단계와,
( CaO + H2O → Ca(OH)2, 수화단계, 1단계)
(c) (b) 단계의 펄프, 소석회 혼합 슬러리에 이산화탄소(CO) 분사 단계와,
(d) 탄산화 반응으로 침강성탄산칼슘(PCC) 합성 단계와,
( CaO + CO2 → CaCO3 , PCC 합성 단계, 2단계)
(e) (d)단계의 반응이 완료된 후 슬러리 회수 단계와,
(f) 인쇄 용지 제조 단계와,
(g) 분석 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서 상기 (a)단계에는 펄프 원료로써 종이를 제조하는 주 원료이며 목재에서 추출한 펄프인 순수한 화학펄프인 크래프트(Kraft) 펄프를 사용하는 것을 특징으로 한다. 크래프트(Kraft) 펄프는 5~7%의 농도로 해리하여 준비한다.
본 발명에 있어서 상기 (b)단계의 소석회(CaO) 혼합 단계는 침강성탄산칼슘(PCC)의 원재료인 석회석(CaCO₃)을 소성 시킨 소석회(CaO)를 물에 반응 시켜 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 상태로 수화 시킨 후 이물질 제거를 위해 체거름 과정을 거쳐 상기(a)단계의 펄프 슬러지와 혼합하는 것을 특징으로 한다. 침강성탄산칼슘(PCC)의 원 재료인 석회석(CaCO₃)은 소성시 CaCO₃에서 탈탄산이 일어나면서 소석회(CaO)가 생성된다. 생성된 소석회(CaO)를 물에 반응시켜 수화시키면 Ca(OH)₂상태로 되는데, 펄프 슬러지에 혼합하는 소석회(CaO)는 물에 수화 시킨 Ca(OH)₂ 상태로 사용한다. 석회석(CaCO₃)을 소성시키고 만들어진 소석회(CaO)를 물과 반응 시켜 수산화칼슘(Ca(OH)₂)으로 수화시킨 후 침강성탄산칼슘(PCC)합성 또는 펄프 내 침강성탄산칼슘(PCC) 보류를 방해하는 이물질 제거를 위한 체거름 단계를 거친다.
혼합되는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)은 이산화탄소와 결합하여 PCC가 생성될 시 펄프 건조 중량에 대비하여 0.1배에서 3배 사이로 생성되도록 첨가 되는 것을 특징으로 한다. 합성되는 PCC의 양이 펄프 건조 중량 대비하여 0.1배 미만으로 생성되면 충분한 침강성탄산칼슘(PCC)이 만들어지지 않아 종이 내 0.1배 이상 합성되도록 사용되어야 한다.
또한, Ca(OH)₂의 양이 펄프 건조 중량에 대비하여 3배초과의 침강성 탄산칼슘이 생성되도록 첨가하는 경우 펄프 내 너무 많은 침강성탄산칼슘(PCC)이 함유되어 섬유간 결합을 억제하므로 종이의 인장강도와 신장률이 낮아져 인쇄용지로 사용하기에 어려움이 있으므로 펄프 건조 중량 대비하여 침강성 탄산칼슘이 3배 이하로 합성되도록 사용 되어야 한다.
본 발명에 있어서 상기(c)단계에서는 펄프와 수산화칼슘(Ca(OH)₂)가 혼합된 슬러리에 이산화탄소를 분사하는 것을 특징으로 한다. 이때, 분사되는 이산화탄소는 99v%의 고순도 가스를 사용하고, 1L/min 의 속도로 분사 되는 것을 특징으로 한다. 침강성탄산칼슘(PCC)의 원활한 합성을 위해서는 99v%의 고순도 가스를 사용하여야 한다.
또한, 본 발명에 있어서 분사되는 이산화탄소는 침강성탄산칼슘(PCC)의 원재료인 석회석(CaCO₃)을 소성시키는 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO₂)를 이용할 수 있음을 특징으로 한다. 석회석 (CaCO₃)을 소성시키는 과정에서 탈탄산이 일어나면서 CaO가 생성된다. 탈탄산 과정에서 발생한 이산화탄소(CO₂)를 이용하면 기존 제지 과정에서 발생하는 이산화탄소 (CO₂)를 줄여 환경오염을 줄일 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 (d)단계에서는 펄프 슬러리 내에서 Ca(OH)₂가 이산화탄소와 만나 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성하는 것을 특징으로 한다. Ca(OH)₂는 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘(CaCO)₃인 침강성탄산칼슘(PCC)를 합성한다. 이때 일어나는 반응은 칼슘이온과 이산화탄소가 만나는 탄산화 반응이다.
본 발명에 있어서 상기 (e)단계는 슬러리 회수 단계로, 펄프 사이에서 침강성탄산칼슘(PCC)이 합성되는 탄산화 반응이 종결되는 시점은 pH meter로 확인하는 것을 특징으로 한다. 염기성물질인 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 이산화탄소와 반응을 진행하게 되면 침강성탄산칼슘(CaCO₃,PCC)가 생성되어 슬러리내의 pH는 염기성에서 점차 중성으로 떨어지게 된다. 따라서 pH가 7이하의 수치를 나타낼 때 침강성탄산칼슘(PCC) 합성이 완료되었다고 보고 탄산화 반응을 종결한 후, 펄프 슬러리를 회수한다.
본 발명에 있어서 (f)단계는 침강성탄산칼슘(PCC)합성이 끝난 펄프 슬러리를 회수하여 용지를 제조하는 것을 특징으로 한다. 회수 된 슬러리는 수초기를 이용하여 제조하고, 온도와 습도가 조절되는 항온 항습실에서 조습 처리 후, 건조 단계를 거쳐 인쇄용지로 제조된다.
본 발명에 있어서 (g)단계는 분석 단계로 제조 된 용지를 광학적 특성와 물리적 특성을 분석하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명에 적용되는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 반응기의 개략도를 도시한 것이다. 이 반응기 내에 펄프 슬러리와 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 혼합하여 넣어준 뒤, 이산화탄소를 분사하여 펄프 내 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성하는 탄산화 반응을 진행시킨다. 이때, 반응이 일어나는 용기는 25~35℃로 유지해주는 것을 특징으로 한다. 이 온도 범위를 벗어나면 탄산화 반응이 현격히 떨어지는 것을 보여준다. 바람직하게는 30℃로 유지해 준다.
또한, 반응기의 용기에 교반기를 설치해 탄산화 반응을 진행할 때 600rpm으로 교반기를 회전시켜 반응을 돕는다. 반응의 종결시점을 확인하기 위해 교반기의 용기 내부에 pH meter를 설치하여 pH가 7이하가 될 경우 반응을 종결하고 펄프 슬러리는 회수한다.
실시예 1
본 발명의 실시예를 적용하기 위한 재료로 펄프 원료로써 표백된 화학펄프(Bleached Kraft pulp, BKP)를 국내 H사에서 제공받아 사용하였다. 제공받은 BKP는 5~7wt%의 농도로 해리된 펄프를 샘플링 하였으며, 보관시 함수율 및 부패를 막기 위해 밀봉 후 냉장 보관 하였다.
일반적으로 2단계 연속합성 반응(In-situ) 과정의 침강성탄산칼슘(PCC)의 원재료인 석회석(CaCO₃)은 소성시 석회석(CaCO₃) 성분이 탈탄산이 일어나면서 소석회(CaO)가 생성된다. 이후 소성된 소석회(CaO)를 물에 반응 시켜 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 상태로 수화시킨 후 이물질 제거를 위한 체거름 과정을 거쳐 2단계 연속합성 반응(In-situ) 과정에 사용하여 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 이산화탄소를 반응시켜 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성한다. 하지만 본 발명의 실시 예에서는 소석회(CaO) 시약(순도 98wt%, J사)과 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 시약(순도 98wt%, J사)을 사용하여 소성 및 수화, 체거름 단계를 생략하고 진행하였으며 표 1의 조건으로 도 1과 같은 순서로 진행하였다.
실험 조건
물 2000㎖
첨가물질 CaO / Ca(OH)₂ / GCC 2㎛ / GCC 5㎛
이산화탄소 1L/min
온도 30℃
교반속도 600rpm
펄프 슬러리내 합성되는 침강성탄산칼슘(PCC) 충진량과 중질탄산칼슘(GCC)의 첨가량에 따른 펄프내의 보류율을 비교하기 위해 표 2에서 보는 바와 같이 합성량 및 충전량을 달리하였으며 이때 충전에 사용한 중질탄산칼슘(GCC)은 2㎛, 5㎛의 중질탄산칼슘(GCC : Ground Calcuim carbonate)이다.
소석회(CaO) 및 수산화칼슘(Ca(OH)₂)은 각각 크래프트 펄프의 건조중량 에 대비하여 0.1배 0.5배 1배 3배의 침강성 탄산칼슘이 생성되도록 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법으로 펄프내에서 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성하며, 비교 방법으로 중질탄산칼슘(GCC)을 각각 크래프트 펄프의 건조중량에 대비하여 0.1배 0.5배 1배 3배씩 첨가되도록 하고, 2단계 연속합성 반응 방법을 사용하지 않고 단순히 반응기에 충전하는 조건으로 실험을 진행하였다.
크래프트 펄프 건조 중량에 대한 탄산화 소재 비율
2단계 연속합성 반응(In-situ) 공정 합성제 단순 충전제

CaO,
Ca(OH)₂		 0.1배 합성
GCC 2㎛,
GCC 5㎛ 		0.1배 첨가
0.5배 합성 0.5배 첨가
1배 합성 1배 첨가
3배 합성 3배 첨가
반응기의 용량은 4L 이며, 교반기를 사용하여 펄프 슬러리와 침강성탄산칼슘(PCC)합성원료를 혼합하였으며 탄산화 반응 시 나타나는 pH의 변화를 측정하기 위해 pH meter를 설치하였고 99%의 고순도 이산화탄소를 사용하였으며 본 실험에 사용한 반응기는 도 2와 같다. 반응의 완료는 pH가 7이하의 수치를 나타낼 때 침강성탄산칼슘(PCC)합성의 완료로 판단하고 실험을 종료하였다.
펄프 슬러리내 침강성탄산칼슘(PCC)의 합성이 완료된 펄프를 TAPPI 표준 원형 수초기를 이용하여 TAPPI Standard 205 om-88에 의거하여 동일하게 평량 60g/㎡ 수초지를 제작하여 KS MISO 187에 따라 온도 23±1℃, 상대습도 50±2로 조절된 항온 항습실에서 24시간 이상 조습 처리한 후 광학적 특성과, 물리적 특성을 비교하였다.
또한 펄프내 중질탄산칼슘(GCC)의 첨가는 펄프 슬러리 내에 계산된 중질탄산칼슘(GCC)을 넣고 교반기를 통해 혼합한 후 앞서 언급한 수초지 제작 과정 및 광학적 특성과 물리적 특성을 비교하였다.
크래프트(Kraft) 펄프 내 침강성탄산칼슘(PCC)/중질탄산칼슘(GCC)의 합성 및 충전량에 따른 수초지의 백색도 변화량을 측정하기 위해 Technidyne사 COLOR TOUCH2를 이용하여 백색도(ISO 2470)를 측정하였으며 ISO에 의거하여 Testrometric 사의 Micro 350을 사용하여 수초지의 인장강도(ISO 1924)와 신장률을 측정하여 펄프 내 중질탄산칼슘(GCC)을 첨가 시켰을 경우와 펄프 내에 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성시켰을 때의 광학적, 물리적 특성을 비교하였다.
또한 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법으로 합성된 펄프 및 수초지와 중질탄산칼슘(GCC)을 충전한 펄프 및 수초지는 TAPPI Standard T413 om-93에 따라 525±25℃의 온도에서 4시간 소성 후 105℃에서 24시간 건조 후 각 시료들의 애쉬(Ash) 함량을 측정하여 회분함량을 통해 보류율 차이를 비교하였다.
(1) 광학적 특성
COLOR TOUCH2를 이용하여 백색도를 측정한 결과는 표 3에서 보는 바와 같이 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 사용하여 펄프 슬러리 내에 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성시킨 경우가 가장 백색도가 우수한 것을 확인할 수 있었으며 합성된 침강성탄산칼슘(PCC)과 같은 양의 중질탄산칼슘(GCC)을 충전하였을 경우보다 펄프 내 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성시키는 방법이 합성 비율이 높아짐에 따라 최대 약 7% 정도의 백색도 향상 효과를 확인할 수 있었다.
표 3 및 도 3에서 알 수 있는 것처럼 크래프트 펄프에 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 원료로 2단계 연속합성 반응(In-situ)으로 합성시킨 경우(KP-Ca(OH)2)의 백색도는 크래프트 펄프의 건조중량에 대하여 2단계 연속합성 반응 (In-situ)을 통해 3배의 PCC 가 합성된 경우가 백색도 93.39%로 가장 높았고, 소석회(CaO)를 사용하여 3배의 PCC를 2단계 연속합성 반응(In-situ)으로 합성한 경우 백색도가 92.64%로 그 다음 높은 것으로 나타났다. 한편, 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 사용하지 아니하고 단순히 반응기에 충전하는 경우의 백색도는 크래프트 펄프 건조중량에 대하여 중질탄산칼슘(GCC) 2㎛를 3배를 충전하는 경우 백색도가 88.13%로 가장 높고, 중질탄산칼슘(GCC) 5㎛를 3배 충전하는 경우의 백색도가 86.15%로 그 다음 높은 것으로 나타났다.
또한 합성량의 증가는 광학적 특성에서 유리함을 확인 할 수 있었으며 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 소석회(CaO)는 합성에 따른 많은 차이가 존재 하지 않았다. 또한 수산화칼슘을 사용한 침강성탄산칼슘(PCC)의 합성량이 펄프 건조중량 대비 0.1배의 경우 백색도가 82.97%로 중질탄산칼슘(GCC)을 펄프 건조중량대비 0.1배 충전하였을 경우의 백색도 84.47%보다 백색도가 낮음을 확인할 수 있었다.
또한 펄프 내 첨가되는 중질탄산칼슘(GCC)의 입자 크기에 따라 백색도의 차이 역시 발견되었다. 2㎛의 중질탄산칼슘(GCC)이 첨가되는 경우가 5㎛의 중질탄산칼슘(GCC)을 첨가하는 경우에 비해 백색도의 증가량이 우수함을 확인 할 수 있어 펄프 내에 충전되는 입자의 크기가 백색도의 향상에 중요한 요소임을 판단 할 수 있었다. 이는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 통해 펄프에 침강성탄산칼슘(PCC)을 형성시킬 경우 역시 생성되는 침강성탄산칼슘(PCC) 입자의 크기가 수초지의 광학적 특성에 중요한 요소로 판단 할 수 있다.
합성제 또는 충전제의 종류 및 량에 따른 백색도 측정치
백색도(%) 건조펄프대비 3배 건조펄프대비 2배 건조펄프대비 1배 건조펄프대비 0.5배 건조펄프대비 0.1배
KP-Ca(OH)2 93.39 89.37 89.13 86.30 82.97
KP-CaO 92.64 91.49 90.62 85.83 84.90
KP-GCC 2㎛ 88.13 87.47 85.43 85.25 84.47
KP-GCC 5㎛ 86.15 85.56 85.91 83.91 84.54
(2) 강도적 특징
표 4는 펄프에 침강성탄산칼슘(PCC)의 충전량에 따른 인장강도의 변화를 나타내며, 표 5는 신장률을 나타낸다. 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 통해 펄프 내에 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성시키는 경우뿐만 아니라 중질탄산칼슘(GCC)을 펄프에 충전시켜 사용하는 경우 합성되는 침강성탄산칼슘(PCC)양 및 중질탄산칼슘(GCC)의 충전량이 증가함에 따라 인장강도가 감소하게 된다.
즉 표4에서 크래프트 펄프 건조중량에 대하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용하여 0.1배의 침강성탄산칼슘(PCC)를 2단계 연속합성 반응(In-situ) 공정에서 합성하는 경우 인장강도는 25.68N.m/g 인데 비하여 3배를 합성하는 경우 인장강도가 1.39N.m/g 로 현저히 낮아지며, 신장율에서도 크래프트 펄프의 건조중량 대하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용하여 0.1배의 침강성탄산칼슘(PCC)를 2단계 연속합성 반응 방법에서 합성하는 경우 신장율은 2.81mm 인데 비하여 3배의 PCC를 합성하는 경우 신장율이 2.04mm 로 낮아지는 것을 알 수 있다. 이와 같은 현상은 중질탄산칼슘(GCC)의 경우도 동일하게 나타나는 것을 표4 및 표5의 실험 결과로부터 확인할 수 있다.
이와같은 현상은 섬유 간 결합구간이 침강성탄산칼슘(PCC) 및 중질탄산칼슘(GCC)에 의해 줄어들게 되어 강도의 감소로 이어지게 되기 때문이며 중질탄산칼슘(GCC)을 첨가하여 제작된 수초지에 비해 2단계 연속합성 반응(In-situ)을 통해 침강성탄산칼슘(PCC)가 펄프 내 합성된 수초지의 경우가 강도적 특성 감소 폭이 더욱 큰 것을 볼 수 있다.
이는 단순히 펄프에 혼합되어 사용되는 중질탄산칼슘(GCC)에 비해 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 통해 펄프 내에 직접적으로 침강성탄산칼슘(PCC)을 합성시켜 사용할 경우 펄프에 직접적으로 침강성탄산칼슘(PCC)이 증착되기 때문에 섬유간 결합이 상대적으로 감소하여 강도적 손실을 야기하는 것으로 볼 수 있다.
합성제 또는 충전제의 종류 및 량에 따른 인장강도 측정치
인장강도
Nm/g		 펄프대비 3배 펄프대비 2배 펄프대비 1배 펄프대비 0.5배 펄프대비 0.1배
KP-Ca(OH)2 1.39 5.76 7.72 13.33 25.68
KP-GCC 2㎛ 14.6 18.68 25.01 29.88 32.81
합성제 또는 충전제 종류 및 량에 따른 신장률 측정치
신장률
mm		 펄프대비 3배 펄프대비 2배 펄프대비 1배 펄프대비 0.5배 펄프대비 0.1배
KP-Ca(OH)2 2.04 1.9 2.61 2.88 2.81
KP-GCC 2㎛ 2.72 3.01 3.33 3.92 4.48
(3) 애쉬(ash) 함량 (침강성탄산칼슘(PCC)/중질탄산칼슘(GCC) 보류율)
앞서 합성 및 첨가된 각각의 펄프 슬러리를 105℃의 온도에서 24시간 건조시켜 펄프 내 수분을 증발 시킨 후 TAPPI Standard T413 om-93에 따라 525±25℃의 온도에서 4시간 소성 후 105℃에서 24시간 건조 후 각 펄프시료들의 ash함량을 측정하였다. 또한 조습 처리된 수초지 역시 105℃의 온도에서 24시간 건조시킨 후 525±25℃의 조건에서 4시간 소성 후 건조한 뒤 수초지의 애쉬(ash) 함량을 측정하였으며 표 6과 표 7에서 펄프와 수초지의 애쉬(ash) 함량을 나타내었으며 표 8에서 펄프대비 수초지의 애쉬(ash) 함량을 비교하여 보류율(로딩율)로 나타내었다.
표 6에서 보는 바와 같이 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 통해 펄프 내에 합성시킨 침강성탄산칼슘(PCC) 양(KP-Ca(OH)2)과 단순 충전에 의한 중질탄산칼슘(GCC) 펄프 애쉬(ash)의 함량은 거의 유사함을 보인다.
즉, 표6에서와 같이 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법에서 크레프트 펄프의 건조중량에 대비하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용하여 펄프대비 3배의 PCC를 합성하는 경우 펄프 애쉬는 85%이고, 단순 반응기에서 크래프트 펄프 건주중량에 대하여 중질탄산칼슘(GCC) 2㎛를 3배 충전한 경우 펄프 애쉬가 83%로서 유사한 수치를 나타냄을 확인할 수 있다.
하지만 이들 펄프를 사용하여 수초지를 제작할 경우 표 7과 같은 차이를 확인할 수 있으며 표 8에서 보는 바와 같이 침강성탄산칼슘(PCC)의 펄프 내 합성 방식에 따른 침강성탄산칼슘(PCC)의 로딩율과 중질탄산칼슘(GCC)을 펄프 내에 첨가하는 방식에 따른 중질탄산칼슘(GCC)의 로딩율을 확인할 수 있다.
즉, 표7에서와 같이 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법에서 크레프트 펄프 건조 중량대비 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 사용하여 3배의 PCC를 합성하는 경우 페이퍼 애쉬는 61%이고, 단순 반응기에서 크래프트 펄프 건조 중량대비 중질탄산칼슘(GCC) 2㎛를 3배 충전한 경우 페이퍼 애쉬가 28%로서 차이가 크게 나는 것을 확인할 수 있으며, 표8에서는 이와 같은 차이점 즉 펄프대비 수초지의 보류율(로딩율)의 차이가 건조 중량대비 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법에서 크레프트 펄프 건조중량에 대비하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용하여 3배의 PCC를 합성하는 경우 로딩율은 71.8%이고, 단순 반응기에서 크래프트 펄프에 대하여 중질탄산칼슘(GCC) 2㎛를 3배 충전한 경우 로딩율은 33.7%로서 차이가 크게 나는 것을 확인할 수 있다.
이는 펄프에 중질탄산칼슘(GCC)을 단순히 첨가하여 사용하는 사용 시 수초과정에 의해 중질탄산칼슘(GCC)이 떨어져 나가지만, 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법을 통해 펄프 내에 중질탄산칼슘(PCC)을 합성시킬 경우 수초과정을 통해 침강성탄산칼슘(PCC)의 손실을 최소화 할 수 있음을 확인 할 수 있었으며, 단순히 중질탄칼슘(GCC)을 첨가하여 사용하는 것에 비해 2단계 연속합성 반응 방법을 통해 펄프 내 침강성탄산칼슘(PCC)를 합성하여 사용 시 더 효율적으로 펄프와 혼합하여 사용할 수 있음을 보여준다.
합성제 또는 충전제 종류 및 량에 따른 펄프 애쉬(ash)율 (%)
pulp ash(%) KP-Ca(OH)2 KP-GCC 2㎛
건조펄프대비 3배 85 83
건조펄프대비 2배 79 78
건조펄프대비
1배		 66 65
건조펄프대비 0.5배 50 49
건조펄프대비 0.1배 20 20
합성제 또는 충전제 종류 및 량에 따른 수초지 애쉬(ash)율 (%)
paper ash(%) KP-Ca(OH)2 KP-GCC 2㎛
건조펄프대비 3배 61 28
건조펄프대비 2배 43 20
건조펄프대비 1배 33 11
합성제 또는 충전제 종류 및 양에 따른 펄프 대비 수초지의 애쉬(ash) 비율 (%)
loading(%) KP-Ca(OH)2 KP-GCC 2㎛
건조펄프대비 3배 71.8 33.7
건조펄프대비 2배 54.4 25.6
건조펄프대비 1배 50.0 16.9
-

Claims (4)

  1. (a) 화학펄프(크래프트 펄프) 준비 단계와,
    (b) (a)단계의 펄프 슬러리와 소석회(CaO) 혼합 단계는 펄프 슬러리와 소석회(CaO)를 물에 반응시켜 수화된 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 혼합하는 단계와,
    (c) (b) 단계의 펄프, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 혼합 슬러리에 이산화탄소(CO₂) 분사 단계와,
    (d) 탄산화 반응기의 교반기를 600rpm으로 회전시키고, 반응용기의 온도를 25~35℃로 유지해주는 탄산화 반응으로 침강성탄산칼슘(PCC) 합성 단계로서, 합성되는 참강성탄산칼슘(PCC)의 양은 펄프 건조 중량에 대비하여 0.1배 내지 3배가 합성되는 단계와,
    (e) (d)단계의 반응이 완료된 후 pH 7이하에서 슬러리 회수 단계와,
    (f) 인쇄 용지 제조 단계와,
    (g) 분석 단계를 걸쳐 펄프 슬러리 내에서 침강성탄산칼슘(PCC)를 직접 합성시켜 인쇄용지를 제조하는 것을 특징으로 하는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 혼합되는 소석회(CaO)는 석회석(CaCO₃)을 소성시킨 후 물에 반응 시켜 수화 된 상태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 2단계 연속합성 반응(In-situ) 방법.
  4. 삭제
KR1020140166556A 2014-11-26 2014-11-26 인쇄용지의 보류율 향상을 위한 제지용 펄프(Kraft pulp)의 펄프내 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성반응방법 KR101561879B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140166556A KR101561879B1 (ko) 2014-11-26 2014-11-26 인쇄용지의 보류율 향상을 위한 제지용 펄프(Kraft pulp)의 펄프내 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성반응방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140166556A KR101561879B1 (ko) 2014-11-26 2014-11-26 인쇄용지의 보류율 향상을 위한 제지용 펄프(Kraft pulp)의 펄프내 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성반응방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101561879B1 true KR101561879B1 (ko) 2015-10-23

Family

ID=54427389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140166556A KR101561879B1 (ko) 2014-11-26 2014-11-26 인쇄용지의 보류율 향상을 위한 제지용 펄프(Kraft pulp)의 펄프내 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성반응방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101561879B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101873933B1 (ko) 2017-12-07 2018-07-03 주식회사 에코프로이노베이션 탄산리튬을 이용한 수산화리튬의 제조방법
KR102134800B1 (ko) * 2019-12-26 2020-07-17 한국지질자원연구원 판상엽 제조 방법
KR20210083412A (ko) * 2019-12-26 2021-07-07 한국지질자원연구원 제지식 판상엽 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101290604B1 (ko) * 2011-08-10 2013-07-30 한국지질자원연구원 석회석 원석을 이용한 침강성탄산칼슘(ｐｃｃ)의 합성 및 폐지 적용을 통한 광학적 특성 향상 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101290604B1 (ko) * 2011-08-10 2013-07-30 한국지질자원연구원 석회석 원석을 이용한 침강성탄산칼슘(ｐｃｃ)의 합성 및 폐지 적용을 통한 광학적 특성 향상 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101873933B1 (ko) 2017-12-07 2018-07-03 주식회사 에코프로이노베이션 탄산리튬을 이용한 수산화리튬의 제조방법
KR102134800B1 (ko) * 2019-12-26 2020-07-17 한국지질자원연구원 판상엽 제조 방법
KR20210083412A (ko) * 2019-12-26 2021-07-07 한국지질자원연구원 제지식 판상엽 제조 방법
KR102431056B1 (ko) * 2019-12-26 2022-08-11 한국지질자원연구원 제지식 판상엽 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3245159B1 (en) A process for converting natural calcium carbonate into precipitated calcium carbonate
FI101217B (fi) Saostettu kalsiumkarbonaatti
FI125278B (fi) Menetelmä kalsiumkarbonaatin saostamiseksi sekä menetelmän käyttö
CN1982537A (zh) 纸张填料或颜料或矿物质、其制造方法及其组合物与应用
CN101218395A (zh) 涂布纤维素颗粒的方法、涂布的纤维素颗粒及其在纸和纸板制造中的用途
KR101561879B1 (ko) 인쇄용지의 보류율 향상을 위한 제지용 펄프(Kraft pulp)의 펄프내 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성반응방법
US5647902A (en) Stabilized calcium carbonate composition using sodium carbonate and mixtures of acids and uses therefor
CA2230158A1 (en) Acid resistant calcium carbonate composition and uses therefor
US5364610A (en) Process for preparation of high opacity precipitated calcium carbonate by reacting sodium carbonate with calcium hydroxide
US5593489A (en) Acid resistant carbonate composition containing an aluminum or magnesium hydroxide methods of preparation and uses therefor
US5913973A (en) Method for producing high solids aqueous acid-resistant calcium carbonate suspensions and product thereof
US3592674A (en) Method of preparing a calcium carbonate-magnesium hydroxide pigment and the pigment produced
KR101232633B1 (ko) 골판지 고지 품질향상을 위한 Ｉｎ－ｓｉｔｕㅤＰＣＣ 합성방법
US3869299A (en) Method of preparing a calcium carbonate-magnesium hydroxide pigment
AU712682B2 (en) Acid resistant calcium carbonate filler
KR20160129281A (ko) 침강성탄산칼슘 2단계 연속합성 반응 방법(In-situ Process)을 활용한 미표백 펄프의 다층지 제조방법
KR101290604B1 (ko) 석회석 원석을 이용한 침강성탄산칼슘(ｐｃｃ)의 합성 및 폐지 적용을 통한 광학적 특성 향상 방법
KR101865569B1 (ko) 고흡유 다공성 탄산칼슘 제조방법
AU754382B2 (en) Kaolin products and their preparation and use in paper making and coating
CA2438039A1 (en) Process for reductive bleaching of alkaline earth metal carbonates
US20040109811A1 (en) Process for reductive bleaching of alkaline earth metal carbonates
CN110980787B (zh) 一种碳酸钙-硫酸钙纳米复合链状材料的制备方法
US20230357036A1 (en) Production of calcium carbonate via solid-state calcium hydroxide particles and carbon dioxide, and associated systems and methods
CN107001062A (zh) 生产沉淀碳酸钙的改进方法
FI126299B (fi) Menetelmä kalsiumkarbonaatin saostamiseksi sekä menetelmän käyttö

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180927

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 5