KR101952316B1

KR101952316B1 - 용해용 펄프 제조방법

Info

Publication number: KR101952316B1
Application number: KR1020180092874A
Authority: KR
Inventors: 박시한; 이종훈; 곽기섭
Original assignee: 무림피앤피 주식회사
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2019-02-27

Abstract

본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법은 i) 표백 펄프의 농도가 5 내지 15 중량%인 펄프 조성물을 압착하거나, ii) 펄프의 농도가 80 중량% 이상인 마켓 펄프 조성물에 희석수를 투입하여, 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 준비하는 단계; 상기 펄프 조성물에 펄프 농도가 20 중량% 이상 및 NaOH 농도 5 내지 15 중량%가 되도록 NaOH 용액을 투입하여 교반하는 단계; 상기 NaOH 용액이 투입된 상기 펄프 조성물을 반응시키는 단계; 반응이 끝난 상기 펄프 조성물에 희석수를 투입하여 펄프 농도 5 내지 10 중량% 및 NaOH 농도 2 내지 5 중량%가 되도록 혼합하는 단계; 상기 펄프 농도가 5 내지 10 중량%인 펄프 조성물을 압착하여 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 얻고 추출액을 분리하는 단계; 및 상기 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 세척하여 용해용 펄프를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

용해용 펄프 제조방법 {METHOD OF MANUFACTURING A DISSOLVING PULP}

본 발명은 고농도 펄프 조건을 이용한 용해용 펄프 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 용해용 펄프는 셀룰로오스 함량이 매우 높고, 자일란과 같은 헤미셀룰로오스, 리그닌 및 기타 불순물의 함량이 매우 낮은 고순도 펄프를 일컬으며, 비스코스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 에테르 등을 포함하는 다수의 다른 제품을 제조할 때의 원료로 사용된다.

용해용 펄프를 제조하기 위한 증해 공정으로서, 통상 아황산 펄프화법(sulfite pulping) 또는 전 가수분해 크라프트 펄프화법(prehydrolysis-kraft pulping)이 이용되고 있는데, 증해를 마친 펄프에는 리그닌, 헤미셀룰로오스 등이 포함되어 있으며, 셀룰로오스 함량을 높이기 위해서는 이러한 성분을 제거해야 하다. 리그닌은 표백 공정을 통해 쉽게 제거할 수 있지만, 자일란과 같은 헤미셀룰로오스를 제거하기 위해서는 알칼리 추출을 추가적으로 실시해야 한다.

알칼리 추출 방법은 조건에 따라 저온 가성 추출(CCE, cold caustic extraction)과 고온 가성 추출(HCE, hot caustic extraction)로 구분될 수 있으며, 일반적으로 CCE는 온도 40℃ 이하, NaOH 농도 10 중량% 이하, 펄프 농도 3~5 중량% 조건에서 실시되며, HCE는 온도 100℃ 이상, NaOH 농도 1% 이하, 펄프 농도 10~15 중량% 조건에서 실시되고 있다.

특히, 크라프트 펄프화법의 경우, 고온 및 높은 pH로 처리되는 증해 공정에서 헤미셀룰로오스와 같은 탄수화물 성분들의 구조가 안정화되기 때문에 HCE 적용 시 헤미셀룰로오스 제거가 효과적이지 않으므로 주로 CCE 조건을 적용하게 되는데, 이 때 전건 펄프 톤당 약 1,000~2,000kg의 NaOH가 사용되기 때문에 제조 비용 중 NaOH가 차지하는 비율이 매우 높을 뿐만 아니라 추출에 사용된 NaOH를 회수하거나 또는 재활용하기도 어려운 실정이다.

일본공개특허 제2013-531139호는 고알파 용해 펄프의 제조를 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 반응조 내에서 사전가수분해를 거친 펄프 함유 유기 재료를 가공하는 방법으로서, 제1양의 백액을 반응조에 중화액으로서 첨가하는 공정과 상기 제1양의 백액을 첨가 후에 상기 중화액을 완성시키기 위해 다른 알칼리성 용액을 상기 반응조에 첨가하는 공정과 상기 중화액을 증해액으로 치환하는 공정과 상기 펄프 함유 유기 재료를 상기 반응조 내에서 증해하는 공정과 증해된 상기 펄프를 상기 반응조에서 취출하는 공정를 포함하는, 반응조 내에서 전가수분해를 받은 펄프 함유 유기 재료를 가공하는 방법에 관한 내용을 개시하고 있다.

Hanif Uddin Syed, Ikechukwu Patrick Nebamoh, Ulf Germgaard, Vol 66, No 3, July-September, 2013, pp229-234는 최종 표백 전 용해용 아황산 펄프를 이용한 CCE 조건 및 HCE 조건을 비교한 문헌으로서, CCE 조건의 경우 NaOH가 건전펄프 톤당 1000-2000kg으로 개시되어 있다.

그러나, 상기 문헌과 같은 종래의 용해용 펄프 제조 공정의 경우, 증해 후 알칼리 추출 방법으로 제거된 자일란에 리그닌 성분도 포함되어 있어 분리, 정제가 다소 어려우며, 전건 펄프 톤당 NaOH가 차지하는 비율이 다소 높은 문제가 있다.

일본공개특허 제2013-531139호 (2013.08.01.)

Hanif Uddin Syed, Ikechukwu Patrick Nebamoh, Ulf Germgaard, Vol 66, No 3, July-September, 2013, pp229-234

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고농도 펄프 조건을 적용한 용해용 펄프 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 i) 표백 펄프의 농도가 5 내지 15 중량%인 펄프 조성물을 압착하거나, ii) 펄프의 농도가 80 중량% 이상인 마켓 펄프 조성물에 희석수를 투입하여, 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 준비하는 단계; 상기 펄프 조성물에 펄프 농도가 20 중량% 이상 및 NaOH 농도 5 내지 15 중량%가 되도록 NaOH 용액을 투입하여 교반하는 단계; 상기 NaOH 용액이 투입된 상기 펄프 조성물을 반응시키는 단계; 반응이 끝난 상기 펄프 조성물에 희석수를 투입하여 펄프 농도 5 내지 10 중량% 및 NaOH 농도 2 내지 5 중량%가 되도록 혼합하는 단계; 상기 펄프 농도가 5 내지 10 중량%인 펄프 조성물을 압착하여 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 얻고 추출액을 분리하는 단계; 및 상기 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 세척하여 용해용 펄프를 얻는 단계;를 포함하는 용해용 펄프 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법은 고농도 펄프 조건을 적용함으로써 용해용 펄프 제조 시 자일란을 추출하기 위해서 사용되는 NaOH의 투입량을 저감시킬 수 있으며, 공정 비용의 절감이 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법은 제조 방법 중 투입되는 NaOH 용액을 회수하여 재활용 가능하기 때문에 환경적인 측면에서도 우수한 이점이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 한 양태는 i) 표백 펄프의 농도가 5 내지 15 중량%인 펄프 조성물을 압착하거나, ii) 펄프의 농도가 80 중량% 이상인 마켓 펄프 조성물에 희석수를 투입하여, 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 준비하는 단계; 상기 펄프 조성물에 펄프 농도가 20 중량% 이상 및 NaOH 농도 5 내지 15 중량%가 되도록 NaOH 용액을 투입하여 교반하는 단계; 상기 NaOH 용액이 투입된 상기 펄프 조성물을 반응시키는 단계; 반응이 끝난 상기 펄프 조성물에 희석수를 투입하여 펄프 농도 5 내지 10 중량% 및 NaOH 농도 2 내지 5 중량%가 되도록 혼합하는 단계; 상기 펄프 농도가 5 내지 10 중량%인 펄프 조성물을 압착하여 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 얻고 추출액을 분리하는 단계; 및 상기 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 세척하여 용해용 펄프를 얻는 단계;를 포함하는 용해용 펄프 제조 방법을 제공한다.

일반적으로 용해용 펄프 제조 공정에서 증해 후 알칼리 추출 방법을 이용하여 자일란을 제거한다. 알칼리 추출 방법을 통하여 제거(추출)된 자일란은 자일로 올리고당, 자일로오스 등으로 활용이 가능한데, 이렇게 제거된 자일란에는 리그닌 성분도 포함되어 있기 때문에 분리, 정제가 다소 용이하지 않은 문제가 있다.

그러나, 본 발명은 표백 공정을 통해 리그닌 및 기타 불순물이 제거된 제지용 펄프, 요컨대 표백 펄프를 이용하여 용해용 펄프를 제조하기 때문에 알칼리 추출 시 자일란의 제거, 분리, 정제가 용이한 이점이 있다.

본 발명에 따른 압착 전의 펄프 조성물은 농도가 5 내지 15 중량%, 바람직하게는 10 내지 12 중량%가 되도록 표백 펄프를 포함하여 제공될 수 있다. 일반적으로 펄프란, 기계적, 화학적 또는 그 중간 방법을 통해 목재나 그 밖의 섬유식물로부터 얻어진 셀룰로오스 섬유의 집합체를 총칭하는 것일 수 있으며, 화학펄프화법을 통해 제조된 펄프는 잔류 리그닌 및 리그닌 유래 물질로 인하여 착색이 되는데, 이러한 착색 물질을 염소, 이산화염소, 과산화수소, 오존 등의 약품을 통해 제거한 펄프를 표백 펄프라 한다.

상기 표백 펄프는 당업계에서 통상적으로 이용하는 방법에 의하여 제조될 수 있으며, 본 발명에서는 그 종류를 한정하지 않는다. 예컨대, 상기 표백 펄프는 LBKP(Ladelholze Bleached Kraft Pulp, 활엽수 표백 펄프), NBKP(Nadelholze Bleached Kraft Pulp, 침엽수 표백 펄프) 및 CTMP(Chemical-Thermo Mechanical Pulp, 화학열기계 펄프) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 통상적으로 목재칩을 크라프트 펄프화법 등의 화학펄프화법을 이용하여 증해하는 단계를 거친 뒤, 염소를 사용하여 염소 표백을 적용하거나, 표백단을 사용하여 환경친화적인 ECF(elemental chlorine free) 또는 TCF(totally chlorine free) 표백법을 사용하여 표백 펄프를 제조할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 상기 표백 펄프는 해리 단계를 거친 상태일 수도 있다.

압착 전의 표백 펄프 조성물은 상기 표백 펄프 조성물 전체 100 중량%에 대하여 표백 펄프 5 내지 15 중량%, 바람직하게는 10 내지 12 중량% 및 잔부의 물 또는 증류수를 포함할 수 있다. 상기 표백 펄프의 농도가 상기 범위를 만족하는 경우, 일반적인 크라프트 펄프화법이 적용되는 공정에서 표백을 마친 표백 펄프, 예컨대 10 내지 12 중량%의 표백 펄프를 추가 공정 없이 그대로 사용할 수 있어, 용해용 펄프로의 변환을 위한 연속적인 공정 구성을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.

상기 표백 펄프의 농도가 상기 범위 미만인 경우, 잔부의 물과 같은 액상성분을 더 많이 제거해야 하므로 공정 소요 시간이 증가하여 생산성이 감소되거나, 다음 단계인 압착 공정의 공정 비용이 증가될 수 있는 문제가 다소 발생할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 상기 표백 펄프의 농도가 다소 높아 이송의 어려움 및 해리와 같은 추가 공정들이 필요하므로 상기 범위를 만족하는 것이 좋다.

상기 물 또는 증류수는 청수 또는 공정수일 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기 펄프 조성물은 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%, 바람직하게는 30 내지 45 중량%, 더욱 바람직하게는 40 내지 45 중량%가 되도록 압착하는 단계를 거칠 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 펄프 조성물이 5 내지 15 중량%의 펄프 농도를 가지는 조성물로 제공되는 경우, 상기 펄프 조성물은 상기 범위의 펄프 농도를 나타내도록 압착하는 단계를 포함한다.

더욱 구체적으로, 제공되는 펄프 조성물이 5 내지 15 중량%인 경우, 본 발명의 용해용 펄프 제조 방법은 상기 펄프 조성물을 제1 프레스기에 투입하여 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%, 바람직하게는 30 내지 45 중량%, 더욱 바람직하게는 40 내지 45 중량%가 되도록 압착하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 펄프의 농도가 상기 범위를 만족하도록 압착함으로써 추후 NaOH 반응 시 펄프 농도를 20 중량% 이상 조건에서 실시 가능하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 후단의 추출액을 더 많이 활용할 수 있으므로 전건 펄프 톤당 NaOH 사용량을 저감할 수 있다. 상기 압착하는 단계를 거친 펄프의 농도가 상기 범위 미만인 경우 전건 펄프 톤당 NaOH 사용량 저감 효과가 다소 미비할 수 있다.

상기 제1 프레스기는 탈수기, 더블 와이어 프레스, 스크류 프레스 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 상기 제1 프레스기가 탈수기일 경우 펄프의 농도가 25 내지 30 중량%이 되도록 제조할 수 있으며, 상기 제1 프레스기가 더블 와이어 프레스, 스크류 프레스와 같은 고성능의 압착 장비일 경우 30 내지 50 중량%의 펄프 농도가 되도록 제조할 수 있다.

본 발명에서 "전건 펄프"란 수분을 제외한 순수한 질량의 펄프를 일컬을 수 있다.

본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법은 펄프의 농도가 80 중량% 이상인 마켓 펄프 조성물을 제공하고, 펄프 조성물에 증류수를 투입하여 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%가 되도록 희석하는 단계;를 포함할 수도 있다.

상기 "마켓 펄프"란, 펄프 농도가 80 중량% 이상의 형태로 판매되는 펄프를 일컫는 것으로, 예컨대, 상기 마켓 펄프는 펄프 농도가 90 중량% 이상인 시트 상태 또는 페이스트, 파우더와 같은 형태일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 마켓 펄프의 펄프는 표백 펄프일 수도 있으나, 역시 이에 한정되지는 않는다. 요컨대, 본원 발명의 i)에서 표백 펄프란, 전술한 펄프를 염소, 이산화염소, 과산화수소, 오존 등의 약품을 통해 제거한 펄프를 일컫는 것일 수 있으며, 마켓 펄프의 펄프는 표백 펄프일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 마켓 펄프의 제조사, 종류 등을 한정하지는 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 마켓 펄프를 구입하여 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법으로서, 마켓 펄프를 사용하는 경우 펄스 조성물에 희석수를 투입하여 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 준비한다.

상기 희석수는 고농도 펄프 조성물을 희석하기 위하여 투입되는 것으로서, 물 또는 증류수일 수 있다. 또한, 상기 희석수는 추후 용해용 펄프를 얻기 위해 세척하는 단계에서 사용되는 세척수를 재활용한 것일 수 있다. 상기 희석수가 재활용된 세척수를 포함하는 경우, 일반적인 희석수를 사용하는 경우에 비하여 NaOH 및 자일란 농도를 소폭 상승시켜 NaOH 재활용 효율 및 자일란 회수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

구체적으로, 제공되는 펄프 조성물이 펄프의 농도가 80 중량% 이상인 마켓 펄프 조성물인 경우, 본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법은 압착하는 단계를 포함하지 않고 바로 희석수를 투입하는 과정을 거칠 수 있다.

본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법은 상기 펄프 조성물에 펄프 농도가 20 중량% 이상 및 NaOH 농도 5 내지 15 중량%가 되도록 NaOH 용액을 투입하여 교반하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 NaOH 용액은 15 내지 50 중량% 농도의 용액일 수 있으나 이에 한정되지는 않으며, 상기 펄프 조성물의 펄프 농도가 20 중량% 이상이 되고, NaOH 농도는 5 내지 15 중량%가 될때까지 첨가할 수 있다.

상기 NaOH 용액의 농도가 상기 범위 내인 경우 NaOH 농도 2 내지 5 중량%의 후단 추출액을 재활용하여 투입함으로써 NaOH 사용량을 절감할 수 있으며, 상기 범위 내에서 NaOH 농도가 높을수록 후단 추출액의 재활용 투입량을 증가시킬 수 있다. 상기 NaOH 용액이 상기 범위 미만인 경우 후단 추출액의 재활용이 어려워 NaOH 사용량의 저감 효과를 얻을 수 없는 단점이 있다.

상기 펄프 조성물에 상기 NaOH 용액을 상기 조건, 요컨대 상기 펄프 조성물의 펄프 농도가 20 중량% 이상이 되고, NaOH 농도는 5 내지 15 중량%가 되도록 첨가하면서 함께 교반함으로써 펄프와 NaOH가 균일하게 혼합이 가능하고, 이에 따라 전건 펄프 톤당 NaOH 사용량이 최소화되면서도 자일란과 같은 헤미셀룰로오스의 제거가 용이한 이점이 있다.

상기 NaOH 농도가 상기 범위 미만인 경우, 자일란과 같은 헤미셀룰로오스의 제거가 다소 용이하지 않을 수 있고, 상기 NaOH 농도가 상기 범위를 초과하는 경우 헤미셀룰로오스 제거 효율 감소와 더불어 전건 펄프 톤당 NaOH 사용량의 저감 효과가 다소 떨어질 수 있으므로, 상기 펄프 조성물의 NaOH 농도는 5 내지 15 중량%를 만족하는 것이 바람직하다.

상기 NaOH 용액이 투입된 상기 펄프 조성물은 NaOH 추출 반응기로 공급될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 NaOH 용액이 투입된 상기 펄프 조성물의 공급 온도는 30 내지 40℃일 수 있다. 구체적으로, 상기 NaOH 추출 반응기의 공급 온도는 30 내지 40℃일 수 있으며, 추출 시간은 30분 내지 2시간일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 투입된 펄프 조성물의 상태에 따라 당업자가 적절히 조절할 수 있다.

상기 펄프 조성물의 공급 온도가 상기 범위를 만족하는 경우 저온 가성 추출이 가능하며, 이로 인하여 높은 순도의 용해용 펄프 제조가 가능하고, 자일란과 같은 헤미셀룰로오스의 제거가 우수한 이점이 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 NaOH 용액이 투입된 상기 펄프 조성물을 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 요컨대, 펄프 농도가 20 중량% 이상, NaOH 농도가 5 내지 15 중량%인 펄프 조성물을 제조한 뒤 교반하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 펄프 농도가 20 중량% 이상, NaOH 농도가 5 내지 15 중량%인 펄프 조성물을 제조하면서 동시에 교반하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 공정 시간의 감축 면에서 펄프 농도가 20 중량% 이상, NaOH 농도가 5 내지 15 중량%인 펄프 조성물을 제조하기 위하여 상기 NaOH 용액을 투입함과 동시에 교반하는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 NaOH 추출 반응기의 내부에는 교반기를 더 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

그 후, 본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법은 공급된 상기 펄프 조성물에 희석수를 투입하여 펄프 농도 5 내지 10 중량% 및 NaOH 농도 2 내지 5 중량%가 되도록 혼합하는 단계를 포함한다.

구체적으로, 상기 NaOH 추출 반응기에 공급된 상기 펄프 조성물은 투입된희석수에 의하여 펄프 농도 5 내지 10 중량% 및 NaOH 농도 2 내지 5 중량%가 되도록 혼합기에서 혼합될 수 있다.

이때, 희석수는 전술한 내용을 적용할 수 있다.

상기 고농도 펄프 조성물이 펄프 농도 5 내지 10 중량% 및 NaOH 농도 2 내지 5 중량%가 되도록 희석됨으로써 상기에서 제거된 자일란과 같은 헤미셀룰로오스의 추출이 용이한 이점이 있다. 상기 펄프 및 NaOH 농도가 각각 상기 범위 미만일 경우 제조되는 용해용 펄프의 수율이 다소 저하될 수 있고, 후단 추출액의 NaOH 농도가 감소하여 재활용 효율이 저하될 수 있으며, 희석수의 사용량 증가로 인한 공정 비용이 다소 상승할 수 있는 문제점이 있다. 상기 펄프 및 NaOH 농도가 상기 범위를 초과하는 경우 추후 압착 시 회수되는 추출액의 양이 감소하여 NaOH 및 자일란 회수율이 저하될 수 있으므로, 상기 희석수는 상기 펄프 및 NaOH 농도가 상기 범위를 만족하도록 투입되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법은 상기 펄프 농도가 5 내지 10 중량%인 펄프 조성물을 압착하여 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 얻고 추출액을 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 압착은 상기 펄프 농도가 5 내지 10 중량%인 펄프 조성물을 제2 프레스기에 투입하여 압착함으로써 이루어질 수 있으나 이에 한정되지는 않으며, 상기 압착을 촉진하기 위해 진공이 가해질 수도 있다.

상기 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물과 상기 추출액은 서로 분리되어 추후 공정을 위하여 이동될 수 있다.

요컨대, 상기 펄프 농도가 5 내지 10 중량%인 펄프 조성물은 상기 제2 프레스기에 투입되어 압착되어 펄프의 농도가 25 내지 50 중량% 수준으로 탈수되어 세척을 위하여 세척기로 이동될 수 있으며, 상기 펄프 조성물을 압착하여 발생하는 추출액은 상기 자일란과 같은 헤미셀룰로오스를 분리 및 회수하고, NaOH를 회수 및 재활용하기 위하여 상기 펄프 조성물과 별개로 이동될 수 있다.

종래에는 용해용 펄프를 제조하기 위하여 상기 펄프 조성물을 압착하는 단계를 거치지 않고, 곧바로 상기 펄프 조성물을 세척기로 이동시킨 후, 펄프 조성물과 추출액을 분리하였기 때문에 세척 공정 중 투입된 세척수에 의해 추출액에 함유된 NaOH 농도가 낮아져 NaOH의 재활용 효율이 저하될 수 있으며, 자일란 농도가 낮아져 자일라 분리/회수 공정 시 효율이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.

그러나, 본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법은 희석수에 의하여 희석된 상기 펄프 조성물을 압착하여 고농도의 펄프 조성물과 그로 인해 생성되는 추출액을 서로 분리한 뒤, 상기 고농도의 펄프 조성물만을 세척기로 이동시키고, 상기 추출액을 분리하여 NaOH 회수 및 자일란 분리 공정을 위하여 이동시키기 때문에 NaOH 재활용 효율 및 자일란 회수율이 높은 이점이 있다.

상기 세척기는 당업계에서 통상적으로 사용하는 세척기를 사용할 수 있으며, 예컨대 수평 벨트식, 회전 드럼식 워터, 진공 필터, 세정 프레스, 압밀(compaction) 배플 필터, 대기압 디퓨저 및 압력식 디퓨저를 포함하는 임의의 상업용 타입일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이때, 세척수는 물 또는 증류수 또는 청수 또는 공정수일 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 세척수는 고농도 펄프 조성물을 희석하기 위하여 투입되는 희석수로 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 추출액은 자일란 및 NaOH를 포함하는 것일 수 있다. 상기 추출액은 자일란 및 NaOH 외에도 투입된 NaOH 용액에 의하여 제거된 그 밖의 헤미셀룰로오스, 리그닌 또는 기타 불순물을 포함하고 있는 상태일 수도 있다.

상기 추출액은 분리 공정을 통하여 상기 자일란과 같은 고형분 성분과 NaOH 용액으로 분리가 가능하고, 이 중 상기 자일란은 회수된 후 추가 공정을 통하여 자일로 올리고당 또는 자일로오스로 제조가 가능하다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 추출액 중에서 자일란을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추출액은 초미세여과(ultrafiltration), 정용여과(diafiltration) 등의 여과 방법을 통하여 자일란의 분리 및 정제가 가능하다. 예컨대, 자일란 및 NaOH 용액이 포함된 상기 추출액을 초미세여과법을 통하여 여과한 뒤, 추가적인 분리 또는 정제 공정을 통하여 자일란 고형분을 획득할 수 있으나 본 발명에서 상기 자일란을 추출하는 방법을 한정하는 것은 아니며, 요컨대 상기 자일란을 추출하는 방법은 당업계에서 알려진 통상적인 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 이때 상기 초미세여과법을 통하여 여과된 NaOH 용액이 회수되어 재활용 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 "자일란의 추출"은 "자일란의 제거"와 혼용되는 용어일 수 있다.

본 발명에 따라 회수된 상기 NaOH 용액은 재활용이 가능하기 때문에 공정 비용의 절감은 물론 환경적인 측면에서도 우수한 이점이 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 NaOH 용액은 상기 자일란이 추출된 추출액을 포함하는 것일 수 있다. 예컨대 상기 회수된 NaOH 용액은 상기 펄프 농도가 20 중량% 이상 및 NaOH 농도 5 내지 15 중량%가 되도록 NaOH 용액을 투입할 때 사용될 수 있다.

상기 세척 단계를 거친 상기 펄프 조성물은 건조 단계를 더 거칠 수 있으며, 상기 건조는 당업자가 적절히 상기 건조 온도 및 시간을 조절함으로써 수행할 수 있다.

본 발명의 용해용 펄프 제조 방법에 의하여 제조된 용해용 펄프는 셀룰로오스 함량이 90% 이상으로 매우 높고, 자일란과 같은 헤미셀룰로오스, 리그닌 및 기타 불순물의 함량이 매우 낮은 이점이 있다.

또한, 전건 펄프 톤당 사용되는 NaOH 함량의 저감이 가능하기 때문에 공정 단가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, NaOH의 회수 및 재활용이 용이하고, 용해용 펄프 제조 과정 중 발생하는 부산물인 자일란을 손쉽게 추출 가능한 이점이 있다.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 이하에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.

실시예 1: 용해용 펄프의 제조

<표백 펄프의 준비>

활엽수 목재칩을 크라프트 펄프화법으로 처리한 후 산소 탈리그닌화 및 표백 공정을 거침으로써 슬러리 형태의 펄프 1kg을 준비하였다. 이때 펄프의 농도는 10 중량%이며, 그 외 전건 펄프 기준으로 글루칸 78 중량%, 자일란 18 중량% 및 회분 잔량이다.

<압착>

준비된 표백 펄프 조성물을 25 중량%의 펄프 농도가 되도록 압착하였다. 이때, 압착은 탈수기를 사용하여 수행하였다.

압착된 표백 펄프 조성물에 NaOH 용액을 투입한 뒤, 펄프 조성물을 니더(혼합기)를 사용하여 상온에서 1시간 동안 교반시켜 20 중량%의 펄프 농도 및 10 중량%의 NaOH 농도의 펄프 조성물을 제조하였다.

이때, 투입한 NaOH 용액은 50 중량%의 농도를 가지는 NaOH 용액과 물을 혼합하여 제조하였으며, 그 중 일부는 재활용한 NaOH 용액을 사용하였다.

<희석>

반응(교반)이 끝난 펄프 조성물에 동일한 무게의 희석수를 혼합시켜 펄프 농도 8.0 중량% 및 NaOH 농도 4.3 중량%의 펄프 조성물을 얻었다.

<재압착 및 펄프와 추출액의 분리>

희석된 펄프 조성물을 탈수기로 압착하여 펄프의 농도가 30 중량%인 펄프 조성물을 얻고 추출액을 분리하였으며, 추출액에 함유된 자일란을 회수하기 위해 초미세여과 방법을 사용하여 재활용 가능한 NaOH 용액을 분리하였다. 이때, 분리된 NaOH 용액은 NaOH 투입시 재활용이 가능하다.

<세척>

압착된 펄프에 함유된 NaOH 및 자일란과 같은 잔여물을 제거하기 위하여 증류수로 세척을 실시하였으며, 최종적으로 용해용 펄프로 제조하였다. 세척은, 세척수의 pH가 7.5 정도가 될 때까지 세척을 실시하였다.

실시예 2: 용해용 펄프의 제조

<표백 펄프의 준비>

시트 형태의 마켓 펄프 105.3g (95 중량%의 펄프 농도)에 증류수를 94.7g을 추가하여 펄프 농도가 50 중량%가 되도록 표백 펄프 조성물을 제조하였다. 그 후, 압착 단계를 생략한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 용해용 펄프를 제조하였다.

비교예 1: 용해용 펄프의 제조

<표백 펄프의 준비>

실시예 1과 동일한 공정으로 제조한 슬러리 형태의 펄프 1kg (펄프 농도 10 중량%)을 준비하였으며, 압착 단계는 생략하였다.

펄프 조성물의 펄프 농도를 5 중량%, NaOH 농도를 10 중량%가 되도록 조절하여 혼합 및 반응시켰다.

<압착 및 펄프와 추출액의 분리>

반응이 끝난 펄프 조성물에 희석수를 혼합시키지 않고 탈수기로 압착하여 펄프의 농도가 30 중량%인 펄프 조성물을 얻고 추출액을 분리하였다.

비교예 2: 용해용 펄프의 제조

<표백 펄프의 준비>

실시예 1과 동일한 공정으로 제조한 슬러리 형태의 펄프 1kg (펄프 농도 10 중량%)을 준비하였다.

<압착>

준비된 표백 펄프 조성물을 12.2 중량%의 펄프 농도가 되도록 압착하였다.

펄프 조성물의 펄프 농도를 10 중량%, NaOH 농도를 10 중량%가 되도록 조절하여 혼합 및 반응시켰다.

<압착 및 펄프와 추출액의 분리>

비교예 3: 용해용 펄프의 제조

<표백 펄프의 준비>

펄프 조성물의 펄프 농도를 5 중량%, NaOH 농도를 5 중량%가 되도록 조절하여 혼합 및 반응시켰다.

<압착 및 펄프와 추출액의 분리>

실험예 : NaOH 함량 저감 효과 및 자일란 제거율

실시예 및 비교예에 따라 제조된 용해용 펄프의 NaOH 함량의 저감 효과를 하기 표 1에 나타내었다.

< 자일란 제거율>

실시예 및 비교예에 따라 제조된 용해용 펄프의 자일란 제거율을 하기 표 1에 나타내었다. 자일란 제거율은 초기 투입 펄프에 함유된 자일란 함량을 기준으로 초기 투입 대비 자일란이 제거된 비율로 계산하였으며, 초기 투입 펄프 및 최종 제조된 용해용 펄프에 함유된 자일란은 황산 가수분해를 통한 HPLC 정량법으로 측정하였다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3
펄프 농도 (중량%)	20	20	5	10	5
투입된 표백 펄프(전건 펄프, g)	100	100	100	100	100
펄프 조성물의 총량(g)	500	500	2,000	1,000	2,000
NaOH 용액의 총량(g)	400	400	1,900	900	1,900
NaOH 농도 (중량%)	10	10	10	10	5
NaOH 사용량(g)	40	40	190	90	95
전건 펄프 톤당 NaOH 사용량(kg NaOH / 1톤 전건 펄프)	400	400	1,900	900	950
펄프 추출율(%)	79.2	80.0	78.5	78.8	89.0
자일란 제거율(%)	71.7	71.4	71.9	71.8	37.9

표 1을 참고하면, 본 발명에 따른 용해용 펄프 제조 방법에 의하여 제조된 용해용 펄프는 초기 투입 표백 펄프와 대비하였을 때 71.7%의 자일란이 제거되었으며, 압착 과정을 거치지 않은 마켓 펄프를 사용한 경우에도 71.4%의 자일란이 제거된 것을 알 수 있다.

비교예에 따라 제조된 용해용 펄프 중 비교예 3을 참고하면, NaOH 농도가 5 중량%로 낮아지면, 자일란 제거율이 37.9%로 감소한 것을 알 수 있으며, 자일란 제거율을 높이기 위해서는 적절한 수준의 NaOH 농도가 적용되어야 함을 알 수 있다. 반면 비교예 1, 2의 경우, 펄프 농도를 5, 10 중량% 수준으로 낮게 조절하고 희석 과정을 생략하더라도 동일한 NaOH 농도 수준에서는 자일란 제거율이 비슷함을 알 수 있다.

그러나, 비교예 1, 2의 자일란 제거율이 실시예와 비슷하더라도 실시예에 따른 용해용 펄프는 그 제조 방법 중에서 전건 펀프 톤당 사용되는 NaOH 함량의 효율적인 저감이 가능하지만, 비교예에 따른 용해용 펄프는 전건 펄프 톤당 NaOH 사용량이 매우 높은 것을 알 수 있다.

Claims

i) 표백 펄프의 농도가 5 내지 15 중량%인 펄프 조성물을 압착하거나, ii) 펄프의 농도가 80 중량% 이상인 마켓 펄프 조성물에 희석수를 투입하여,
펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 준비하는 단계;
상기 펄프 조성물에 펄프 농도가 20 중량% 이상 및 NaOH 농도 5 내지 15 중량%가 되도록 NaOH 용액을 투입하여 교반하는 단계;
상기 NaOH 용액이 투입된 상기 펄프 조성물을 반응시키는 단계;
반응이 끝난 상기 펄프 조성물에 희석수를 투입하여 펄프 농도 5 내지 10 중량% 및 NaOH 농도 2 내지 5 중량%가 되도록 혼합하는 단계;
상기 펄프 농도가 5 내지 10 중량%인 펄프 조성물을 압착하여 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 얻고 추출액을 분리하는 단계; 및
상기 펄프의 농도가 25 내지 50 중량%인 펄프 조성물을 세척하여 용해용 펄프를 얻는 단계;
를 포함하는 용해용 펄프 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 NaOH 용액이 투입된 상기 펄프 조성물의 공급 온도는 30 내지 40℃인 것인 용해용 펄프 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 NaOH 용액이 투입된 상기 펄프 조성물을 교반하는 단계를 더 포함하는 것인 용해용 펄프 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 추출액은 자일란 및 NaOH를 포함하는 것인 용해용 펄프 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 추출액 중에서 자일란을 추출하는 단계를 더 포함하는 것인 용해용 펄프 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 NaOH 용액은 상기 자일란이 추출된 추출액을 포함하는 것인 용해용 펄프 제조 방법.