KR101703476B1 - 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 인체에 유해한 화합물을 사용하지 않고서 각각의 다양한 재료 성질을 갖는 비목재 펄프 및 식물성 섬유로부터 다양한 성질의 펄프를 쉽고 빠르게 제조하여 다양한 재질의 종이를 제조할 수 있도록 하는 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 (a) 일정 크기로 절단된 비목재 원료 및 식물성 섬유소를 준비하는 단계와; (b) 상기 절단된 식물성 섬유소 100중량부를 기준으로, 비목재 원료 90~110중량부 물 4000~5000중량부를 혼합하는 단계; (c) 상기 혼합물을 상기 해섬기에 넣어 식물성 섬유소 및 비목재 원료를 교반하여 1차 해섬하는 단계와; (d) 상기 해섬된 혼합물을 물속에 넣고 세척한 후 체에 걸러 물 적당량과 이물질을 분리하여 섬유를 수득하는 단계와; (e) 상기 분리된 섬유를 물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계와; (f) 상기 혼합물을 해섬기에 넣고 작동하여 섬유에 남아있는 잔여 리그닌이나 영양소 등을 제거하며 2차 해섬하여 펄프를 제조하는 단계와; (g) 상기 펄프를 물로 다시 수세한 후 펄프를 물 적당량과 이물질을 분리하여 분리하는 단계와; (h) 상기 분리된 펄프를 물과 일정한 농도로 혼합되도록 믹싱하여 고르게 분산시키는 단계와; (i) 상기 물속에서 고르게 분산된 펄프를 종이를 뜨는 초지과정 및 탈수, 압착, 건조를 거쳐 종이를 완성시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이 및 그 제조방법{Methods for preparing non-wood pulp }

본 발명은 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 인체에 유해한 화합물을 사용하지 않고서 각각의 다양한 재료 성질을 갖는 비목재 펄프 및 식물성 섬유로부터 다양한 성질의 펄프를 쉽고 빠르게 제조하여 다양한 재질의 종이를 제조할 수 있도록 하는 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0924917호 "풀 섬유를 이용한 종이의 제조방법"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 '성장이 완료된 풀을 수득하여 건조시킨 후, 3∼5㎝의 길이로 절단하는 제1단계; 상기 제1단계에서 절단된 풀을 물속에 침지시켜 불리는 제2단계; 상기 제2단계의 물에 불린 풀을 건져낸 후, 상기 풀과 물을 전체 부피 대비 5∼10부피%의 풀과 90∼95부피%의 물로 혼합하는 제3단계; 10,000∼16,000rpm으로 회전시킬 수 있는 성능의 믹서(Mixer)와 동일한 기능의 기계에 믹서의 칼날 대신 0.1∼3㎝의 두께, 8∼20㎝ 길이의 회전날개를 부착하여 제작한 해섬기에 상기 제3단계의 혼합물을 넣은 후, 1∼3분간 교반시켜 해섬하는 제4단계; 상기 제4단계에서 해섬된 풀 섬유를 분리하여 물에 수세하는 제5단계; 상기 제5단계를 거쳐 수세된 3∼5㎝ 크기의 섬유를 알칼리성 용액에 담가 1∼2시간 동안 삶아(알칼리성 용액이 끓을 때 그릇 밖으로 거품이 넘치지 않을 정도의 농도를 유지하여 삶는다) 섬유속에 남아 있는 리그닌(Lignin), 녹말, 당분의 유기물을 제거하여 섬유질을 부드럽게 하는 제6단계; 상기 제6단계를 거쳐 부드러워진 섬유에 물을 뿌리면서 찧어 주어 종이를 만드는데 알맞은 원료로 만드는 제7단계; 상기 제7단계에서 만들어진 섬유 10% : 점제 15∼20% : 물 70∼75%의 비율로 혼합하는 제8단계; 상기 제8단계에서 점제 및 물과 혼합되어 곤죽상태로 된 섬유가 물과 골고루 섞이도록 한 방향으로 잘 저어주면서, 점제팜(PAM: Polyacrylamide), 페오(PEO: Polyethylene Oxide)를 넣고, 섬유가 전체적으로 일정한 농도를 유지할 수 있도록 다시 잘 저어 고르게 분산시키는 제9단계; 상기 제9단계에서 고르게 분산된 섬유로 종이를 뜨는 초지과정 및 탈수, 압착, 건조를 거쳐 종이를 완성시키는 제10단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀 섬유를 이용한 종이의 제조방법'를 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 해섬[解纖] 할 섬유소의 종류가 너무 제한적이고, 해섬 효과가 미비하여, 보다 다양한 종류의 식물에서 섬유를 효과적으로 제조할 수 없었으며, 또한, 종이를 제지할 수 있는 범위도 좁을 수밖에 없는 문제점이 있었다.

특허등록 제0924917호 "풀 섬유를 이용한 종이의 제조방법"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 인체에 유해한 화합물을 사용하지 않고서 각각의 다양한 재료 성질을 갖는 비목재 펄프 및 식물성 섬유로부터 다양한 성질의 펄프를 쉽고 빠르게 제조하여 다양한 재질의 종이를 제조할 수 있으며, 인체에 무해한 공정에 의해 생산할 수 있어 환경을 살리고 자연을 보호할 수 있는 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 (a) 일정 크기로 절단된 비목재 원료 및 식물성 섬유소를 준비하는 단계와;
(b) 혼합물을 해섬기에 넣어 식물성 섬유소 및 비목재 원료를 교반하여 해섬하는 단계와;
(c) 상기 해섬된 혼합물을 물속에 넣고 세척한 후 체에 걸러 물 적당량과 이물질을 분리하여 섬유를 취득하는 단계와;
(d) 이물질을 분리하여 제조된 펄프를 물과 일정한 농도로 혼합되도록 믹싱하여 고르게 분산시키는 단계와;
(e) 상기 물에서 고르게 분산된 펄프를 종이형태로 뜨는 초지과정 및 탈수, 압착, 건조를 거쳐 종이를 완성시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이의 제조방법에 있어서,
(f) 절단된 식물성 섬유소 100중량부를 기준으로, 비목재 원료 90~110중량부 물 4000~5000중량부를 혼합하는 단계와;
(g) 상기 (c) 단계의 분리된 섬유를 물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계와;
(h) 상기 혼합물을 해섬기에 넣고 해섬한 후 물 적당량과 이물질을 분리하여 펄프를 제조하는 단계와;
(i) 상기 펄프를 물로 다시 수세한 후 펄프를 물 적당량과 이물질을 분리하여 분리하는 단계와

상기 (a) 단계에서, 비목재 원료는 케나프, 대나무, 옥수수대, 볏짚, 아마, 저마, 대마, 및 황마로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지고,

상기 (f) 단계에서, 패티 애시드 아마이드(fatty acid amide)를 0.05~0.5 중량부 추가로 혼입하고, 혼합물을 160~180℃의 온도로 2시간동안 증해하도록 하는 것을 특징으로 하는 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이의 제조방법.

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본 발명의 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이 및 그 제조방법은 별도의 인체에 유해한 화합물을 사용하지 않고서 각각의 다양한 재료 성질을 갖는 비목재 펄프 및 식물성 섬유로부터 다양한 성질의 펄프를 쉽고 빠르게 제조하여 다양한 재질의 종이를 제조할 수 있으며, 인체에 무해한 공정에 의해 생산할 수 있어 환경을 살리고 자연을 보호할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이 제조방법은 (a) 일정 크기로 절단된 비목재 원료 및 식물성 섬유소를 준비하는 단계와; (b) 혼합물을 해섬기에 넣어 식물성 섬유소 및 비목재 원료를 교반하여 해섬하는 단계와; (c) 상기 해섬된 혼합물을 물속에 넣고 세척한 후 체에 걸러 물 적당량과 이물질을 분리하여 섬유를 취득하는 단계와; (d) 상기 이물질을 분리하여 제조된 펄프를 물과 일정한 농도로 혼합되도록 믹싱하여 고르게 분산시키는 단계와; (e) 상기 물에서 고르게 분산된 펄프를 종이형태로 뜨는 초지과정 및 탈수, 압착, 건조를 거쳐 종이를 완성시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이의 제조방법에 있어서, (f) 절단된 식물성 섬유소 100중량부를 기준으로, 비목재 원료 90~110중량부 물 4000~5000중량부를 혼합하는 단계와; (g) 상기 (c) 단계의 분리된 섬유를 물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계와; (h) 상기 혼합물을 해섬기에 넣고 해섬한 후 물 적당량과 이물질을 분리하여 펄프를 제조하는 단계와; (i) 상기 펄프를 물로 다시 수세한 후 펄프를 물 적당량과 이물질을 분리하여 분리하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

먼저, (a) 일정 크기로 절단된 비목재 원료 및 식물성 섬유소를 준비한다.

제지용 원료로 사용되는 비목재 원료는 아마, 대마, 목면, 마닐라삼, 볏짚, 버개스(bagasse)등이 있으며, 바람직하게는 케나프, 대나무, 옥수수대, 볏짚, 아마, 저마, 대마, 및 황마 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

이와 같은 비목재 재료로 사용되는 식물은 펙틴(pectin), 헤미셀루로즈(hemicellulose), 무기물등이 많고 리그닌(lignin)이 적게 포함되어 있는 경향이 있으며 펄프화에는 케미칼(chemical), 세미케미칼(semichemical), 메카노케미칼(mechano-chemical) 등의 방법이 이용되며 목재에 비하여 매우 온화한 조건으로 미표백 혹은 표백 펄프를 얻을 수가 있다.

비목재 펄프는 그 섬유형태, 화학적 조성, 비섬유세포의 종류와 양에 따라 각각 특징이 있다. 따라서 비목재 펄프 단독, 혹은 목재 펄프와의 적정 배합에 의해 만들어지는 종이는 강도, 내구성, 전기적 특징, 광택, 치수 안정성 및 인쇄적 성능의 특징에 따라서 보다 다양한 용도로 이용될 수 있다.

식물성 섬유소라 함은, 초본식물(쌍떡잎식물, 외떡잎식물)에 속하는 모든 식물과 나무(대패 밥 형태로 얇게 켠 상태), 나무의 속껍질, 나무의 잎 등을 말하는 것으로, 질이 연한 식물성 섬유소는 모두 섬유를 해섬하여 펄프로 제조한 후 종이로 제지가 가능하다.

이때, 섬유의 길이가 짧은 것을 사용하기 위해서는 쌍떡잎식물의 잎이나 줄기, 나무(대패 밥 형태로 얇게 켠 상태)를 사용하는 것이 바람직하고, 섬유의 길이가 긴 것을 사용하기 위해서는 외떡잎식물의 잎이나 줄기를 사용하는 것이 길이가 길고 두께가 균일한 섬유로 해섬 하여 인장강도가 뛰어난 종이로 제지하기 용이하다.

또한, 쌍떡잎식물의 잎이나 줄기, 나무(대패 밥 형태로 얇게 켠 상태)는 1-2cm의 길이로 절단하여 해섬기로 해섬 하면 0.01-1cm길이의 섬유를 제조할 수 있으며, 외떡잎식물의 잎이나 줄기는 1-5cm의 길이로 절단하여 해섬기로 해섬 후 0.1-3cm의 길이의 섬유를 제조할 수 있다. 즉, 해섬기로 해섬한 후의 섬유의 길이가 짧아지는 것을 감안해야 한다.

동일한 이유로 비목재 원료 역시 1~5cm의 길이로 절단하여 사용하도록 한다.

이후, 상기 절단된 식물성 섬유소 100중량부를 기준으로, 비목재 원료 90~110중량부 물 4000~5000중량부를 혼합하도록 한다(b).

식물성 섬유소와 비목재 원료는 다양한 성질의 펄프를 제조하기 위하여 대략 1:1의 비율로 혼합하며, 섬유질을 풀어해치는 해섬(解纖)을 용이하도록 하기 위하여 4000~5000중량부의 물을 혼합한다. 물을 충분히 혼합하지 않으면 식물성 섬유소와 비목재 원료가 충분히 혼합되지 않으며, 과다하게 혼합되면 해섬시간이 너무 오래걸리기 때문에 물 4000~5000중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

또한, 패티 애시드 아마이드(fatty acid amide)를 0.05~0.5 중량부 추가로 혼입하도록 할 수도 있다.

이와 같이 패티 애시드 아마이드(fatty acid amide)를 혼합한 혼합물을 160~180℃ 바람직하게는 170℃의 온도로 2시간동안 증해하여 보다 높은 수율로 양질의 펄프를 제조할 수 있다. 이때 패티아마이드의 첨가량은 0.05∼0.5중량부를 혼합하는 것이 바라직하며, 0.05중량부 미만이나 0.5중량부 이상 첨가하면 펄프 수율이 저하되게 된다.

패티 애시드 아마이드(fatty acid amide)를 혼합하고 증해함으로서 알칼리에 의해 저분자로 되어 용출된 리그닌의 친전자적 반응 부위에 선택적으로 반응함으로서 용출 리그닌의 재축합을 방지하게 되므로 탈리그닌을 촉진하게 된다

이후, 상기 혼합물을 해섬기(解纖機)에 넣어 식물성 섬유소 및 비목재 원료를 교반하여 1차 해섬한다(c).

해섬기(解纖機)는 회전날개의 끝(회전축을 중심으로 회전날개의 한쪽길이 중 바깥쪽 길이로 3분의1-10분의1의 길이에 해당하는 끝부분)부분 표면에 다이아몬드(Diamond), CBN(Cubic Boron Nitride), AL203(Alumina), SIC(Silicon Carbide) 등의 경도가 강한 물질의 지립(砥粒)을 사용하여 단층 또는 다층으로 코팅하거나, 강도가 강한 원통형의 끝이 둥근 철 등을 성기게 돌출되게 부착하여 제작한 회전날개를, 교반용기 안쪽 회전축에 부착한 후 모터로 구동시켜 회전날개의 회전으로 섬유소를 타격하며 분리하는 기계를 통칭하는 것으로 공지의 다양한 해섬기를 사용할 수 있다.

본 단계에서는 식물성 섬유소 및 비목재 원료를 해섬하여 혼합하도록 하며, 충분한 시간으로 해섬하도록 한다.

이후, 상기 해섬된 혼합물을 물에 넣고 세척한 후 체에 걸러 물 적당량과 이물질을 분리하여 섬유를 수득하도록 한다(d).

상기 단계에서 해섬된 혼합물은 일정량의 물과 분쇄된 리그닌과 영양소 등의 거품을 제거하여 섬유만을 수득하도록 한다.

이후, 상기 분리된 섬유를 물과 혼합하여 혼합물을 형성하도록 한다 (e).

이는 식물성 섬유소 및 비목재 원료가 혼합된 섬유에 물을 혼합하여 식물성 섬유소 및 비목재 원료가 더욱 균일하게 혼합되도록 하는 것으로, 물의 혼합량은 상기단계에서의 혼합량과 유사하게 혼합되도록 할 수 있다.

이후, 상기 혼합물을 해섬기에 넣고 해섬한 후 물 적당량과 이물질을 분리하여 펄프를 제조한다(f).

다시 2차로 해섬하여 섬유질을 균일화 시키고 재료가 균일하게 혼합되도록 하며, 체 등으로 걸러 물과 리그닌 등의 잔여물을 제거하도록 한다.

이후, 상기 펄프를 물로 다시 수세한 후 펄프를 물 적당량과 이물질을 분리하여 분리한다(g).

특정 목적을 위하여 유색인 펄프가 요구될 수도 있으나, 비목재 원료 및 식물성 섬유 물질의 색으로부터 유래하는 펄프의 색을 제거하기 위하여 표백하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 표백 단계는 염소계 표백, 과산화물계 표백, 아황산계 표백, 또는 형광 표백과 같이 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명한 방법으로 수행될 수 있다. 상기 표백 단계는 펄프의 백색도를 증진시킬 뿐만 아니라, 리그닌과 헤미 셀룰로오스의 제거 및 피브릴화를 촉진하는 역할을 수행할 수 있다. 펄프의 백색도를 더욱 증진시키기 위하여 일차 표백 후 이차 표백을 수행하는 것이 바람직하다.

이후, 상기 분리된 펄프를 물과 일정한 농도로 혼합되도록 믹싱하여 고르게 분산시키고(h), 상기 물속에서 고르게 분산된 펄프를 종이를 뜨는 초지과정 및 탈수, 압착, 건조를 거쳐 종이를 완성시키도록 한다(i).

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

Claims (6)

1. (a) 일정 크기로 절단된 비목재 원료 및 식물성 섬유소를 준비하는 단계와;
   (b) 혼합물을 해섬기에 넣어 식물성 섬유소 및 비목재 원료를 교반하여 해섬하는 단계와;
   (c) 상기 해섬된 혼합물을 물속에 넣고 세척한 후 체에 걸러 물 적당량과 이물질을 분리하여 섬유를 취득하는 단계와;
   (d) 이물질을 분리하여 제조된 펄프를 물과 일정한 농도로 혼합되도록 믹싱하여 고르게 분산시키는 단계와;
   (e) 상기 물에서 고르게 분산된 펄프를 종이형태로 뜨는 초지과정 및 탈수, 압착, 건조를 거쳐 종이를 완성시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이의 제조방법에 있어서,
   (f) 절단된 식물성 섬유소 100중량부를 기준으로, 비목재 원료 90~110중량부 물 4000~5000중량부를 혼합하는 단계와;
   (g) 상기 (c) 단계의 분리된 섬유를 물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계와;
   (h) 상기 혼합물을 해섬기에 넣고 해섬한 후 물 적당량과 이물질을 분리하여 펄프를 제조하는 단계와;
   (i) 상기 펄프를 물로 다시 수세한 후 펄프를 물 적당량과 이물질을 분리하여 분리하는 단계를 더 포함하고,
   상기 (a) 단계에서,
   비목재 원료는 케나프, 대나무, 옥수수대, 볏짚, 아마, 저마, 대마, 및 황마로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지고,
   상기 (f) 단계에서,
   패티 애시드 아마이드(fatty acid amide)를 0.05~0.5 중량부 추가로 혼입하고, 혼합물을 160~180℃의 온도로 2시간동안 증해하도록 하는 것을 특징으로 하는 비목재 펄프와 식물성 섬유를 이용한 비목재 종이의 제조방법.
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