KR102390399B1 - 페이퍼 제조에서 살생물제를 사용함으로써 재활용 섬유를 보존하기 위한 방법 및 재활용 섬유를 사용하여 페이퍼를 제조하는 방법 - Google Patents

페이퍼 제조에서 살생물제를 사용함으로써 재활용 섬유를 보존하기 위한 방법 및 재활용 섬유를 사용하여 페이퍼를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 살생물제를 사용함으로써 재활용 섬유를 보존하기 위한 방법 및 재활용 섬유를 사용하여 페이퍼를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 원료로서 재활용 섬유를 사용하여 페이퍼를 제조하기 위한 방법은 재활용 섬유를 함유하는 원료를 펄프화하는 펄프화 과정, 및 펄프화 과정에서 얻어진 펄프 슬러리로 페이퍼를 생산하는 제지 과정을 포함하며; 재활용 섬유의 총 전분 함량은 재활용 섬유가 펄프화되기 전에 측정되고, 재활용 섬유의 총 전분 함량이 소정 값보다 높은 경우, 하나 이상의 살생물제가 펄프화 과정 동안 첨가된다.

Description

페이퍼 제조에서 살생물제를 사용함으로써 재활용 섬유를 보존하기 위한 방법 및 재활용 섬유를 사용하여 페이퍼를 제조하는 방법{METHOD FOR PRESERVING RECYCLED FIBER BY USING BIOCIDES IN PAPER MANUFACTUREING AND METHOD FOR MANUFACTURING PAPER USING RECYCLED FIBERS}
본 발명은 페이퍼 제조에서 살생물제를 사용함으로써 재활용 섬유에서 전분을 보존하기 위한 방법 및 재활용 섬유를 사용하여 페이퍼를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
최근, 제지 공정에서 섬유가 점점 더 많이 재활용되고 재사용되고 있다. 또한, 천연 환경, 산림 자원 보호 및 에너지 자원 보존의 지속가능한 개발이 점점 더 주목을 받고 있다. 재활용 섬유는 또한 목재 자원으로부터 직접적으로 발생하는 일차 섬유 또는 미가공 섬유에 대한 이차 섬유로도 불린다. 재활용 섬유는 사용된 폐지, 예를 들어, 헌 신문지, 잡지, 골판지, 및 페이퍼보드 등으로부터 발생된다. 재활용 섬유 및 그 안의 리그닌(lignin)은 펄프화(pulping), 스크리닝(screening), 정제, 스트립핑(stripping), 세척, 농축(또는 증점), 열분해(heat dispensing), 러빙(rubbing), 플로팅(floating), 정쇄(refining) 및 표백 등과 같은 가공 단계를 거친 후에 제지 공정에서 재사용된다.
제지 산업에서 페이퍼 또는 페이퍼보드 등에 재활용 섬유를 사용함으로써 벌목 및 에너지 소비가 유의하게 감소되고, 물 자원이 절약될 수 있으며, 섬유의 사용 효율이 점점 더 효과적이 될 수 있다[참조문헌 1 참조: Environmental Paper Network. Green Press Initiative. 2007. Retrieved 23 October 2011]. 유럽에서, 폐지는 전체 제지 섬유 원료의 60% 이상을 차지한다[참조문헌 2 참조: European declaration on paper recycling 2006-2010. Monitoring Report 2007. European recovered paper council. Retrieved 17 January 2009]. 중국의 여러 제지 공장에서는 그러한 비율이 70% 이상이다. 또한, 건조 지력 증강제(dry strength agent), 전분, 및 충전제와 같은 다수의 첨가제들이 재활용 섬유에 존재하기 때문에, 재활용 섬유의 재활용과 함께 재활용 섬유에 흡착된 다량의 첨가제를 재사용하는 것이 바람직하다. 첨가제의 재사용을 가능하게 하는 것은 추후 제지 과정에서 첨가되는 첨가제의 양을 감소시키고, 재활용 섬유의 사용 효율을 개선시키며, 경제 및 지속가능한 개발을 달성한다.
그러나, 페이퍼 및 페이퍼보드를 생산하기 위해 재활용 섬유를 사용하는 공정에서 펄프화 절차 동안 재활용 섬유는 파쇄되거나 섬유의 길이가 짧아지며, 재활용 섬유에 흡착된 첨가제가 파괴되거나 분해되어 어떠한 종류의 페이퍼의 품질 요건을 충족시키지 않는 섬유 품질을 초래한다. 따라서, 제품 품질의 요건을 충족시키기 위해 섬유 또는 첨가제의 양이 증가되어야 한다. 예를 들어, 재활용된 폐지가 펄프화된 후, 만족된 강도를 지니는 페이퍼를 생산시키기 위해 건조 지력 증강제 또는 전분과 같은 다량의 첨가제가 첨가되어야 한다. 따라서, 파괴 또는 분해로부터 재활용 섬유에 흡착된 첨가제를 보존하는 것은 재활용 섬유의 사용 효율을 개선시키기 위한 중요한 수단이다. 이는 비용을 절감하고, 페이퍼 제품의 품질을 증가시킬 수 있다.
현재, 재활용 섬유에서 첨가제의 재활용은 큰 주목을 받지 않았는데, 이는 재사용 효율의 저하를 초래하였다.
본 발명자들은 재활용 섬유의 사용으로 제지 공정에서 상기 문제들을 철저히 연구하였다. 전분은 많은 페이퍼 시트 및 펄프 산업 분야에서 광범위하게 사용된다. 안료를 제외하고, 전분은 제지 산업에서 거의 두 번째로 가장 큰 첨가제이다. 보유 보조제의 일부로서, 전분은 습윤 단부의 보유 및 탈수 효율을 개선시킨다. 전분은 또한 페이퍼의 건조 강도를 향상시키기 위해 건조 강도 첨가제로서 사용된다. 더욱이, 전분은 페이퍼 시트의 기능 특성을 개선시키기 위해 페이퍼 시트의 표면을 처리하도록 코팅에서 보조-결합제로서 그리고 사이징(sizing)에서 에멀젼화제로서 사용된다. 따라서, 본 발명자들은 재활용 섬유에서 전분이 전형적인 첨가제이기 때문에 이의 보호 및 재활용을 연구하였다.
전분이 제지 기계 시스템으로 첨가되는 경우, 전분이 생태계에 부정적으로 영향을 미치는 폐수로 배출되는 것을 방지하기 위해서 이는 사용 효율을 증가시키도록 섬유에 의해 효과적으로 흡착되어야 하고, 시스템에서 전분의 보유는 가능한 많이 감소되어야 한다. 그러나, 양이온성 전분이 섬유의 표면 상에 흡착되는 공정은 비가역적이기 때문에, 이차 섬유에서 흡착되는 총 전분 함량을 정량적으로 측정하는 것은 어렵다. 업계에서, 재활용 섬유에서 전분은 재활용 섬유에 의해 흡착되기 때문에, 일반적으로 이들을 정확하게 검출하는 것은 불가능하다. 재활용 섬유에서 총 전분의 변화를 효과적으로 모니터링할 수 있는 방법은 존재하지 않으며, 재활용 섬유에서 전분을 위한 보호 방법은 존재하지 않는다.
재활용 섬유에 흡착된 모든 전분을 표적으로 하여, 본 발명자들은 재활용 섬유 샘플, 펄프화 슬러리 샘플(pulping slurry sample) 및 제지 샘플에서 총 전분 함량을 측정하기 위한 특정 방법을 개발하였다. 펄프화 과정 및 제지 과정 동안 재활용 섬유에서 전체 전분의 모든 변화의 연구를 통해, 본 발명자들은 재활용 섬유에서 전분이 펄프화 및 제지 과정 동안 잘 보호되지 않았으며, 전분이 페이퍼 생산 동안 습윤 단부로 진입하는 경우에 유의하게 감소되었음을 발견하였다. 재활용 섬유에서 그러한 전분은 페이퍼를 제조하는 동안 효과적으로 사용되지 않았기 때문에, 페이퍼 시트의 강도를 유지하기 위해 다량의 전분 및 건조 지력 증강제를 첨가하는 것이 필요하다.
연구를 통한 상기 발견과 관련하여, 본 발명자들은 원료로서 재활용 섬유를 사용함으로써 페이퍼를 제조하기 위한 방법을 개발하였다. 본 방법을 이용함으로써, 재활용 섬유에서 전분은 효과적으로 보호되고, 그에 따라서 펄프화 과정 및 제지 과정으로 첨가되는 전분의 양은 상당히 감소될 수 있다.
특히, 본 개시내용은 하기 방법들에 관한 것이다.
(1). 원료로서 재활용 섬유를 사용하여 페이퍼를 제조하기 위한 방법으로서,
재활용 섬유를 함유하는 원료를 펄프화시키는, 펄프화 과정; 및
펄프화 과정에서 얻어진 펄프 슬러리를 지니는 페이퍼를 생산하는, 제지 과정을 포함하고,
재활용 섬유가 펄프화되기 전에 재활용 섬유 중의 총 전분 함량을 측정하고, 재활용 섬유 중의 총 전분 함량이 소정 값보다 높은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하는 방법.
(2). (1)의 방법에 있어서, 소정 값이 0.1~100g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 1~80g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 1~10g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 5~20g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 5~30g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 1~40g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 1~50g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 1~60g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 1~70g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 10~95g 전분/kg 재활용 섬유, 바람직하게는 10~30g 전분/kg 재활용 섬유인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(3). (1) 또는 (2)의 방법에 있어서, 펄프화 과정에서 펄프 슬러리의 총 전분 함량을 모니터링하고,
펄프화 과정에서 펄프 슬러리의 총 전분 함량이 펄프화 전의 재활용 섬유 중의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하거나;
펄프화 과정의 이후 단계들 중 하나에서 펄프 슬러리의 총 전분 함량이 펄프화 과정의 이전 단계들 중 하나에서 펄프화 슬러리의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(4). (3)의 방법에 있어서, 펄프화 과정이
원료를 파쇄하는 단계; 및
파쇄 단계에서 얻어진 펄프를 스크리닝하고, 증점(thickening)하고, 탈슬러지화(desludging)하는 단계를 포함하고;
펄프화 과정에서,
파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량을 모니터링하고, 파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량이 펄프화 전의 재활용 섬유의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하거나;
파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량 및 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 후의 펄프의 총 전분 함량을 모니터링하고, 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프화 물질의 총 전분 함량이 파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(5). (4)의 방법에 있어서, 펄프화 과정이
스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후에 얻어진 펄프 슬러리에서 섬유를 단섬유 및 장섬유로 분리하는 분리 단계를 추가로 포함하고,
펄프화 과정에서,
파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량 및 분리 단계 후에 얻어진 장섬유 및/또는 단섬유 중의 총 전분 함량을 모니터링하고, 장섬유 및/또는 단섬유 중의 총 전분 함량이 파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하거나;
스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프 슬러리의 총 전분 함량 및 분리 단계 후에 얻어진 장섬유 및/또는 단섬유 중의 총 전분 함량을 모니터링하고, 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량이 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프화 물질의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(6). (5)의 방법에 있어서, 펄프화 과정이
분리 단계로부터 얻어진 단섬유를 그라인딩(grinding)하고,
열분산시키고, 장섬유를 그라인딩하고,
이어서, 그라인딩된 장섬유 및 단섬유를 각각 제지 과정으로 옮기는 것을 추가로 포함하고;
펄프화 과정에서,
파쇄 단계에서 펄프화 물질의 총 전분 함량 및 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량을 모니터링하고, 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량이 파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하거나;
스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프화 물질의 총 전분 함량 및 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량을 모니터링하고, 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량이 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프화 물질의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하거나;
분리 단계 후에 얻어진 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량 및 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량을 모니터링하고, 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량이 분리 단계 후에 얻어진 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(7). (1) 내지 (6) 중 어느 한 방법에 있어서, 제지 과정에서의 펄프 슬러리의 총 전분 함량을 모니터링하고,
제지 과정에서의 펄프 슬러리의 총 전분 함량이 펄프화 전의 재활용 섬유 중의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 및/또는 제지 과정 동안 첨가하거나;
제지 과정의 이후 단계들 중 하나에서 펄프 슬러리의 총 전분 함량이 펄프화 과정에서 펄프 슬러리의 총 전분 함량 및/또는 제지 과정의 이전 단계에서의 펄프 슬러리의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 및/또는 제지 과정 동안 첨가하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(8). (1) 내지 (7) 중 어느 한 방법에 있어서, 재활용 섬유의 총 전분 함량이
측정하고자 하는 재활용 섬유의 샘플을 물에 넣고, 이들을 교반하여 측정하고자 하는 샘플의 슬러리를 얻는 단계;
얻어진 슬러리에 알칼리를 첨가하고, 가열 조건에서 반응시키는 단계, 및
반응 후 슬러리의 전분 함량을 측정하되, 전분 함량이 측정을 위한 샘플의 총 전분 함량인 단계를 포함하는 방법에 의해 측정되는 방법.
(9). (8)의 페이퍼를 제조하기 위한 방법에 있어서, 알칼리가 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화바륨 및 수산화암모늄로 이루어진 군으로부터 선택되는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(10). (8) 또는 (9)의 법에 있어서, 알칼리가 0.05 mol/L~10 mol/L, 바람직하게는 0.1 mol/L~5 mol/L, 바람직하게는 0.1 mol/L~1 mol/L, 바람직하게는 0.2 mol/L~0.5mol/L의 최종 농도로 슬러리에 첨가되는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(11). (1) 내지 (7) 중 어느 한 방법에 있어서, 살생물제를 펄프화 과정의 하기 단계들 중 하나 이상에 첨가하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법:
파쇄 단계가 시작되는 때에 살생물제를 첨가하는 단계;
파쇄 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계;
스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계;
분리 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계;
그라인딩 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계; 및
살생물제를 혼합 체스트(mixing chest)에 첨가하는 단계.
(12). (1) 내지 (7) 중 어느 한 방법에 있어서, 살생물제를 펄프화 과정에서 첨가하는 위치가 하기 위치들 중 하나 이상을 포함하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법:
하이드라펄핑(hydrapulping) 장치, 폐품-세정 장치, 굵은 입자(coarse) 스크리닝 및 미세 입자(fine) 스크리닝 장치, 펄프 저장 장치, 섬유 분리 장치, 섬유 저장 장치, 증점 장치, 그라인딩 장치 및/또는 희석수 또는 백수(white water)를 위한 유입구
(13). (7)의 방법에 있어서, 살생물제를 제지 과정에서 첨가하는 위치가 하기 위치들 중 하나 이상을 포함하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법:
펄프 저장 장치, 파쇄 풀(broken pool), 재활용 펄프 탑(recycled pulp tower), 장섬유 또는 단섬유 저장탑, 전분 저장탑, 혼합 체스트, 기계 체스트, 헤드박스(headbox), 하이 레벨 박스(high level box), 와이어 피트(wire pit), 백수탑, 백수풀, 혼탁한 백수풀, 여과 백수풀, 청정수 폰드(clarified water pond), 팬 펌프(fan pump) 및/또는 폴리 디스크 필터(poly disc filter)의 유출구, 온수 체스트, 청정수 체스트 및 분무 폰드.
(14). (1) 내지 (13) 중 어느 한 방법에 있어서, 재활용 섬유가 제지 공정의 파쇄된 페이퍼 장치로부터 파쇄된 페이퍼를 추가로 포함하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(15). (1) 내지 (14) 중 어느 한 방법에 있어서, 살생물제가 연속식 또는 회분식 방법으로 첨가되는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(16). (1) 내지 (15) 중 어느 한 방법에 있어서, 살생물제가 산화성 살생물제 또는 안정화된 산화성 살생물제인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(17). (16)의 방법에 있어서, 산화성 살생물제가 산화성 할로겐-형 물질, 과아세트산 및 과산화수소를 포함하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(18). (16)의 방법에 있어서, 안정화된 산화성 살생물제가 설팜산 및/또는 암모늄 설페이트 안정화된 산화성 할로겐-형 물질인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(19). (17) 또는 (18)의 방법에 있어서, 산화성 할로겐-형 물질이 산화성 염소-형 물질 또는 산화 브롬-형 물질인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(20). (17) 내지 (19) 중 어느 한 방법에 있어서, 산화성 염소-형 물질이 염소, 소듐 하이포클로라이트, 칼슘 하이포클로라이트, 트리클로로이소시아누르산(TCCA), 디클로로이소시아누르산(DCCA), 1-브로모-3-클로로-5,5-디메틸 하이단토인(BCDMH) 또는 1,3-디클로로-5,5-디메틸하이단토인(DCDMH)인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(21). (1) 내지 (20) 중 어느 한 방법에 있어서, 살생물제를 첨가한 후 총 할로겐 농도로 표시되는 펄프화 과정 및/또는 제지 과정에서 살생물제의 양이 0.01 ppm 내지 10 ppm이거나, 바람직하게는 0.01~2.0ppm이거나, 바람직하게는 0.1~2.0ppm이거나, 바람직하게는 0.5~2.0ppm이거나, 바람직하게는 0.5~5.0ppm이거나, 바람직하게는 0.1-5.0ppm인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
(22). (16) 내지 (21) 중 어느 한 방법에 있어서,
산화성 살생물제를 첨가하고, 이어서 안정화된 산화성 살생물제를 첨가하거나;
안정화된 산화성 살생물제를 첨가하고, 이어서 산화성 살생물제를 첨가하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
본 방법의 이용을 통해, 즉, 재활용 섬유를 사용하는 제지 공정에서 적절하게 살생물제를 첨가함으로써, 재활용 섬유에서 전분이 효과적으로 보존된다. 전분은 펄프화 및 제지 과정에서 분해가 방지된다.
재활용 섬유에서 전분은 제조된 페이퍼 시트 및 페이퍼 보드의 강도를 향상시키는 것을 돕고, 제지 공정에서 사용되는 전분의 양은 상당히 감소된다. 이는 재활용 섬유 중의 전분 함량의 재순환 및 재활용을 최대화시키고, 제지 첨가제의 양을 감소시키며, 비용을 절약한다.
본 발명의 다른 목적은 본 명세서에서 본 발명의 설명으로부터 자명해질 것이다. 또한, 본 발명의 다른 특징 및 이점은 하기 설명에서 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 시간에 대한 안정화된 산화성 살생물제가 첨가된 실시예 2의 펄프 슬러리 및 블랭크 샘플의 펄프 슬러리의 ORP 및 pH의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 2는 시간에 대한 안정화된 산화성 살생물제가 첨가된 실시예 2의 펄프 슬러리 및 블랭크 샘플의 펄프 슬러리의 호기성 세균수 및 ATP의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 3은 9일 동안 처리한 후 실시예의 펄프의 ATP 농도, 총 호기성 세균수, 및 전분 함량을 도시하는 그래프이다.
도 4a는 실시예 2의 여러 펄프에 의해 생산된 페이퍼 시트의 파열 강도 지수를 도시하는 그래프이다.
도 4b는 실시예 2의 여러 펄프에 의해 생산된 페이퍼 시트의 인장 강도 지수를 도시하는 그래프이다.
도 5는 시간에 대한 안정화된 산화성 살생물제가 첨가된 실시예 3의 펄프 슬러리 및 블랭크 샘플의 펄프 슬러리의 ORP 및 pH의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 6은 실시예 3의 여러 펄프에 의해 생산된 페이퍼 시트의 파열 강도 지수를 도시하는 그래프이다.
도 7은 여러 산화성 살생물제 구체예에서 전분의 분해율을 도시하는 그래프이다.
본 발명의 상세한 설명 및 구체예가 하기와 같이 기술된다.
본 출원에서 사용된 용어의 의미는 명세서에서 구체적으로 기재되지 않는 한 당업자에 대한 일반적인 의미와 동일한 것으로 이해되어야 한다. 혼동되는 경우, 의미는 본 명세서에서의 정의에 따라 이해되어야 한다. 본 개시 내용에서 양은 구체적으로 정의되지 않는 한 중량부 또는 중량%를 의미한다.
제지 공정
제지 공정은 펄프를 생산하고 펄프를 사용하여 페이퍼 제품을 제조하는 공정이다. 상이한 종류의 원료에 따라, 상이한 제지 공정 및 사용된 장치, 제지 공정은 주로 두 과정, 즉, 펄프화 과정 및 제지 과정을 포함한다.
펄프화 과정에는 일반적으로 공장으로부터 섬유 원료를 분리한 후, 본래의 색을 지니는 펄프(비표백된 펄프)를 형성시키거나 표백된 펄프를 형성시키기 위해 화학적 방법 또는 기계적 방법 또는 이러한 방법들의 조합이 이용된다. 펄프화 과정에 의해 생산된 제품은 펄프(또는 페이퍼 펄프)라 불린다. 펄프는 기계적 펄프, 화학적 펄프, 화학적-기계적 펄프, 및 재활용 폐펄프 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 펄프화를 위한 원료는 재활용 섬유를 포함한다. 당업자는 재활용 섬유와 공장 섬유 사이의 비율을 생산하고자 하는 페이퍼 시트의 요건에 따라 선택할 수 있다.
본 발명은 펄프를 생산하기 위한 재활용 섬유의 용도에 관한 것이므로, 본 발명에서 펄프화 과정은 하이드라펄퍼 콤비네이션 시스템(hydrapulper combination system)에 의해 재활용 섬유를 파쇄하고; 스크리닝, 증점 및 세정(탈슬러지화) 시스템에 캘린더링에 의해 파쇄 단계로부터 펄프 슬러리를 스크리닝(예, 굵은 입자 스크리닝 및 미세 입자 스크리닝)하고, 증점하고, 탈슬러지화하고; 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 후에 얻어진 펄프에서의 섬유를 섬유 분리 시스템에 의해 단섬유 및 장섬유로 분리하고; 버링 밀(burring mill)을 통해 단섬유를 그라인딩 한 후 제지 과정으로 단섬유를 옮기고, 버링 밀을 통해 장섬유를 그라인딩한 후 열분산 시스템에 통과시키고, 이어서, 장섬유를 제지 과정으로 옮기는 것을 포함한다.
하이드라펄퍼 콤비네이션 시스템은 폐지 원료를 파쇄하기 위해 펄프 체인 컨베이어(pulp chain conveyor), 하이드라펄퍼, 폐기물-가이딩 웰(waste-guiding well), 하이드라-클리닝 머신(hydra-cleaning machine), 실린더 스크린(cylinder screen), 와이어 스트랜딩 머신(wire stranding machine), 무거운 폐품 제거기(heavy trash eliminator) 등을 포함할 수 있다. 스크린 시스템은 분해되기 전에 더 많은 불순물을 제거해야 하고, 압력 스크린, 부유 폐품 제거기, 진동 스크린 등이 불순물을 굵은 입자 스크리닝하고 미세 입자 스크리닝하도록 선택될 수 있다. 세정 시스템은 여러 종류의 폐품 제거 장치(또는 탈슬러지화 장치), 예컨대, 고밀도 클리너, 굵은 입자 스크린, 중간 밀도 클리너 및 경량 클리너를 포함한다. 불순물이 제거된 후, 섬유가 이러한 시스템에 의해 정제되고 세척된다. 섬유는 분리 스크린에 의해 장섬유 및 단섬유로 분리된다. 그러나, 불순물은 스크리닝, 정제 및 세척 단계 등을 통해 폐지가 처리된 후 완전히 제거되지 않을 수 있고, 순수한 높은 결합성 섬유를 얻기 위해 접착제 물질, 예컨대, 열 용융 접착제, 왁스 및 피치(pitch)가 열 분산 시스템에 의해 제거된 후에 정쇄 시스템, 예컨대, 더블 디스크 리파이너(double disc refiner)에서 처리되어야 한다. 상기 펄프화 과정으로부터 얻어진 펄프는 제지 과정에서 사용되기 위해 체스트에서 저장된다.
생산하고자 하는 페이퍼 시트의 특성에 따라, 재활용 섬유로부터 생산된 펄프는 섬유로부터 생산된 기계적 펄프, 화학적 펄프 및 화학적-기계적 펄프로 혼합 체스트에서 혼합되고, 이어서 제지 과정을 위한 요건에 따라 체스트에 첨가제, 예를 들어, 전분, 건조 지력 증강제가 첨가된다.
당업자는 펄프에 따라 적절한 제지 과정을 선택할 수 있다. 제지 과정은, 예를 들어, 다음 단계들을 포함한다: (1) 보유, 즉, 펄프가 성형 섹션(와이어 섹션)으로 헤드박스를 통해 이동된다. 헤드박스는 섬유를 고르게 분배시킬 뿐만 아니라 슬러리가 안정하게 보내지는 것을 도울 수 있다. 펄프의 스트리밍 동안, 제지 첨가제, 예컨대, 페이퍼 건조 강도 어쥬번트, 페이퍼 습윤 강도 어쥬번트가 첨가된다. (2) 성형, 즉, 헤드박스로부터 이동된 페이퍼 물질은 와이어에 의해 여과되고, 와이어 섹션으로도 불리는 성형 섹션에서 습식 페이퍼 웹으로 성형된다. (3) 압착 탈수, 즉, 성형 섹션으로부터의 습윤 페이어 웹은 기계적 압착되고, 습식 페이퍼 시트로 성형된다. (4) 건조, 즉, 습식 페이퍼 시트가 건조기에 의해 건조되어 물 함량을 없애고 건조 섹션에서 페이퍼 시트로 성형된다.
추가로, 페이퍼 시트는, 필요 시, 캘린더링(calendering)되고, 롤링(rolling)되고, 절단되고, 선택되거나 재롤링되고, 패키징(packaging)되는 것과 같이 추가로 처리되어 플레이트 또는 롤 형태의 페이퍼 제품으로 만들 수 있다. 또한, 페이퍼 시트의 품질을 개선시키기 위해서, 표면 사이징, 코팅, 현장에서의 연질 , 기계 외부의 수퍼 캘린더링(super calendering)이 건조 섹션에서 실시될 수 있다.
상기 열거된 펄프화 과정 및 제지 과정은 단지 예시이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 의도된 것이 아니다. 주목할 점은 본 발명에 따른 펄프화 과정의 원료가 재활용 섬유를 포함한다는 것이다. 본 발명에 따른 페이퍼를 제조하기 위한 방법은 적어도 재활용 섬유를 함유하는 원료를 펄프화하는 펄프화 과정, 및 펄프화 과정에서 얻어진 펄프로 페이퍼를 생산하는 제지 과정을 포함한다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 본 발명에 따른 페이퍼를 제조하기 위한 방법의 펄프화 과정에서의 장치는 하이드라펄핑 장치, 세정 장치(폐품-세정 장치), 스크리닝 장치, 펄프 저장 장치, 섬유 분리 장치, 섬유 저장 장치, 농축 장치(증점기) 및 정쇄 장치(그라인딩 장치) 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 페이퍼를 제조하기 위한 방법의 제지 과정에서의 장치는 펄프 저장 장치, 파쇄 풀, 재순환 슬러리탑, 장섬유 및 단섬유 저장탑, 전분 저장탑, 혼합 체스트, 기계 체스트, 헤드박스, 하이 레벨 박스, 와이어 피트, 백수탑, 백수풀, 혼탁한 백수풀, 여과 백수풀, 청정수 폰드, 팬 펌프 및/또는 폴리 디스크 필터의 유출구, 온수 체스트, 청정수 체스트 및 분무 폰드 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 재활용 섬유는 제지 공정의 파쇄 장치로부터 파쇄된 페이퍼의 섬유를 추가로 포함한다. 파쇄된 페이퍼는 연속적인 제지 공정에서 페이퍼 기계의 비정상적인 작동으로 인한 페이퍼 시트의 파쇄로부터 유래된 페이퍼이다. 이는 일반적으로 재활용되고 재사용된다. 파쇄된 페이퍼가 생산된 페이퍼 시트와 유사한 조성을 지니기 때문에, 즉, 파쇄된 페이퍼가 다량의 첨가제, 예컨대, 전분, 건조 지력 증강제를 지니기 때문에, 그러한 파쇄된 페이퍼의 일부를 회수하는 것은 중요하다. 파쇄된 페이퍼의 섬유 함유물을 재순환시키는 것이 필요할 뿐만 아니라 전분과 같은 첨가제가 재활용 및 재사용 공정 동안 분해로부터 보존하는 것이 필요하다.
전분 및 원료의 재활용 섬유에서의 전분
전분은 안료를 제외하고 제지 산업에서 두 번째로 가장 큰 사용량의 첨가제이다. 보유 보조제의 일부로서 전분은 습윤 단부에서 보유 및 탈수 효율을 개선시킨다. 전분은 또한 건조 강도를 향상시키기 위해 건조 강도 첨가제로서 사용된다. 더욱이, 전분은 페이퍼 시트의 기능 특성을 개선시키기 위해 페이퍼 시트의 표면을 처리하도록 코팅에서 보조-결합제로서 및 사이징에서 에멀젼화제으로서 사용된다. 일반적인 제지 공정에서, 첨가된 전분의 양은 매우 많으며, 일반적으로 페이퍼 시트 중의 최종 전분 농도는 5g/kg 또는 그 초과, 10 g/kg 또는 그 초과, 20 g/kg 또는 그 초과, 및 50 g/kg 또는 그 초과(1 킬로그램의 페이퍼 당 전분의 양)일 수 있다.
본 발명은 폐지가 다량의 전분을 함유하기 때문에 펄프화 원료의 하나로서 재활용 섬유(재활용 폐지)를 활용한다. 그리고, 재활용 섬유는 일반적으로 다량의 전분을 함유하며, 그러한 전분은 전형적으로 재활용 폐지에 의해 흡착된다. 재활용 섬유를 사용하는 기존의 폐지 공정에서, 재활용 섬유에 흡착된 다량의 전분은 일반적으로 무시된다. 펄프화 과정 및 제지 과정 동안 전분이 분해되거나 변질되는 것을 방지하는 재활용 섬유에서의 전분의 보존에 대한 필요성을 사람들은 알지 못했다. 본 발명자들은 재활용 섬유에서의 전분에 초점을 맞췄고, 재활용 섬유 원료에서 전분을 보존하는 방법을 개발하였다. 본 방법은 제지 공정 동안 첨가될 첨가량의 전분을 효과적으로 감소시키고, 최종 페이퍼 시트의 강도를 향상시킨다.
본 발명에 따른 페이퍼를 제조하기 위한 방법에서, 재활용 섬유의 총 전분 함량이 소정 값보다 높은 경우, 살생물제 또는 살균 방식이 제지 물질인 펄프화에서의 미생물을 제어하기 위해 하기 설명에 따라 사용되며, 여기서 재활용 섬유의 총 전분 함량은 재활용 섬유가 펄프화되기 전에 하기 기술된 방법에 의해 측정된다. 이는 재활용 섬유의 전분이 펄프화 및 제지 과정 동안 미생물에 의해 소비되는 것을 보호할 것이고, 전체 제지 공정에서 첨가되는 첨가제, 예컨대, 전분, 건조 지력 증강제의 양을 상당히 감소시킬 것이다.
본 발명에서 소정 값은 0.1~100g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 1~80g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 1~10g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 5~20g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 5~30g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 1~40g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 1~50g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 1~60g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 1~70g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 10~95g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있거나, 10~30g 전분/kg 재활용 섬유일 수 있다. 본 발명자들은 새롭게 첨가되는 전분을 감소시키고, 마지막으로 재활용 페이퍼를 사용하는 경우 페이퍼 강도의 향상을 달성하기 위해서, 재활용 폐지 또는 페이퍼 보드의 총 전분 함량이 상기 소정 값보다 높은 경우, 재활용 섬유에서 그러한 전분을 보호하는 것이 필요하다는 것을 연구를 통해 발견하였다.
제지 공정 동안 원료 중의 전분 함량의 변화.
본 발명에서, 원료로서 사용되는 재활용 섬유 중의 총 전분 함량을 측정하는 것을 제외하고, 제지 공정 동안 전분 함량의 변화를 모니터링하였다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 제지 과정 동안 펄프의 총 전분 함량 변화를 모니터링하고, 펄프화 과정에서 펄프의 총 전분 함량이 펄프화 전의 재활용 섬유의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정에 첨가하거나; 펄프화 과정의 다음 단계에서 펄프의 총 전분 함량이 펄프화 과정의 이전 단계에서의 펄프의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 후술되는 살생물제가 펄프화 과정에 첨가된다. 상기 구체예에 따르면, 재활용 섬유 원료에서 전분은 펄프화 과정에서 분해되는 것이 효율적으로 방지된다.
특히, 예를 들어, 펄프화 과정은 원료를 파쇄하는 단계, 및 파쇄 단계에서 얻어진 펄프를 증점하고 탈슬러지화하는 단계를 포함한다. 한 가지 특정 구체예에서, 펄프화 과정에서, 파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량을 모니터링하고, 파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량이 펄프화 전의 재활용 섬유의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정에 첨가하거나, 예를 들어, 파쇄 단계 전에 또는 파쇄 단계 동안 하나 이상의 살생물제를 첨가하거나; 파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량을 모니터링하고, 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프의 총 전분 함량을 모니터링하고, 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 총 전분 함량이 파쇄 단계에서의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정에 첨가하고, 예를 들어, 하나 이상의 살생물제를 파쇄 단계 및/또는 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 및/또는 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프 저장 장치에 첨가한다.
또한, 펄프화 과정은 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후에 얻어진 펄프에서의 섬유를 단섬유 및 장섬유로 분리하는 분리 단계를 포함한다. 한 가지 특정 구체예에서, 파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량을 모니터링하고, 분리 단계 후에 얻어진 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량을 모니터링하고, 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량이 파쇄 단계에서의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정에 첨가하거나, 예를 들어, 하나 이상의 살생물제를 파쇄 단계 및/또는 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 및/또는 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프화 저장 장치 및/또는 장섬유 및/또는 단섬유를 위한 펄프 저장 장치에 첨가하거나; 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프의 총 전분 함량을 모니터링하고, 분리 단계 후에 얻어진 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량을 모니터링하고, 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량이 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정에 첨가하고, 예를 들어, 하나 이상의 살생물제를 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 및/또는 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프 저장 장치 및/또는 장섬유 및/또는 단섬유를 위한 펄프 저장 장치에 첨가한다.
더욱이, 펄프화 과정은 분리 단계로부터 얻어진 단섬유를 그라인딩하고, 열분산시키고, 장섬유를 그라인딩하고, 이어서 그라인딩된 장섬유 및 단섬유를 제지 과정에 개별적으로 보내는 그라인딩 단계를 추가로 포함한다. 한 가지 특정 구체예에서, 파쇄 단계에서의 펄프화 물질의 총 전분 함량을 모니터링하고, 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량을 모니터링하고, 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량이 파쇄 단계에서의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정에 첨가하거나, 예를 들어, 하나 이상의 살생물제를 파쇄 단계 및/또는 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 및/또는 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프 저장 장치 및/또는 장섬유 및/또는 단섬유를 위한 펄프 저장 장치 및/또는 그라인딩 단계에 첨가하거나; 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프화의 총 전분 함량을 모니터링하고, 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량을 모니터링하고, 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량이 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정에 첨가하거나, 예를 들어, 하나 이상의 살생물제를 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 및/또는 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 후의 펄프 저장 장치 및/또는 장섬유 및/또는 단섬유를 위한 펄프 저장 장치 및/또는 그라인딩 단계에 첨가하거나; 분리 단계 후에 얻어진 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량을 모니터링하고, 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량을 그라인딩 단계에서 모니터링하고, 그라인딩 단계에서의 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량이 분리 단계 후에 얻어진 장섬유 및/또는 단섬유의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정에 첨가하고, 예를 들어, 하나 이상의 살생물제를 장섬유 및/또는 단섬유를 위한 펄프 저장 장치 및/또는 그라인딩 단계에 첨가한다.
펄프화 과정의 어떠한 단계에서의 전분 함량의 변화를 모니터링함으로써, 미생물 및 세균 등을 사멸시켜 그러한 미생물 및 세균에 의한 분해로부터 전분을 보호하기 위해 조건에 따라 적절하게 살생물제가 사용될 수 있다. 따라서, 첨가제, 예컨대, 전분 및 건조 지력 증강제의 추후 첨가량이 감소될 수 있으며, 궁극적으로 그러한 재활용 섬유로부터 생산된 페이퍼 시트의 강도가 향상될 것이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 제지 과정 동안 총 전분 함량을 모니터링하고, 제지 과정에서의 펄프의 총 전분 함량이 펄프화 전의 재활용 섬유의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 후술되는 살생물제를 펄프화 과정 및/또는 제지 과정에 첨가하거나; 제지 과정의 이후 단계에서의 펄프의 총 전분 함량이 펄프화 과정에서의 펄프의 총 전분 함량 및/또는 제지 과정의 이전 단계에서의 펄프의 총 전분 함량보다 낮은 경우, 하나 이상의 후술되는 살생물제를 펄프화 과정 및/또는 제지 과정에 첨가한다. 상기 구체예에 따르면, 원료로서 사용된 재활용 섬유의 전분은 제지 과정에서 분해되는 것이 효율적으로 방지된다.
제지 과정의 어떠한 단계에서의 전분 함량의 변화를 모니터링함으로써, 미생물 및 세균 등을 사멸시켜 그러한 미생물 및 세균에 의한 분해로부터 전분을 보호하기 위해 조건에 따라 적절하게 살생물제가 사용될 수 있다. 따라서, 전분 및 건조 지력 증강제와 같은 첨가제의 추후 첨가량은 감소될 수 있고, 궁극적으로 그러한 재활용 섬유로부터 생산된 페이퍼 시트의 강도는 향상될 것이다.
추가로, 당업자는 총 전분 함량이 변화되는 경우에 살생물제가 펄프화 및 제지 공정 자체에 따라 어떠한 적절한 위치에서 상기 열거된 위치 및 공정에 대한 제한 없이 첨가될 수 있음을 인지한다. 더욱이, 펄프화 및 제지 과정에서 기술된 상기 단계 또는 장치는 단지 예이며, 당업자는 펄프화 및 제지 과정이 상이한 원료 및 공정에 따라 변화될 것임을 이해할 수 있다.
총 전분 함량에 대한 측정 방법
재활용 섬유에서 전분을 연구하는 경우, 재활용 섬유의 총 전분 함량을 정확하게 검출하는 것이 필요하다. 전분 측정 방법은 업계에서 효소 가수분해 방법, 산 가수분해 방법과 같이 분리될 수 있다. 효소 가수분해 방법은 전분을 가수분해하기 위해 아밀라아제를 사용하며, 산 가수분해 방법은 전분을 단당류로 가수분해하기 위해 산을 사용한다. 이러한 방법 둘 모두는 감소된 당을 검출한 후 전분의 함량으로 전환시킨다. 상기 검출 방법은 복잡하며, 실험 기간이 비교적 길다. 더욱이, 효소는 전분과 섬유를 동시에 분해시킬 것이며, 이는 측정의 오류로 이어질 수 있다. 산 가수분해는 섬유에 의해 흡착된 전분을 분리하기에 적합하지 않다. 따라서, 이러한 방법은 섬유에 의해 흡착된 전분을 검출하기에 적합하지 않다. 제지에서 전분을 검출하기 위해서, TAPPI(Technical Association of the Pulp and Paper Industry(펄프 및 페이퍼 산업 기술 협회), U.S.A.)는 전분과 요오드-요오드화칼륨으로부터 형성된 복합물에 따른 비색 측정을 실시하여 표면 사이징 및 펄프화 공정으로 첨가된 비개질된 전분 또는 전형적인 산화 또는 효소 전환에 의해 개질된 전분을 측정하였다. JP 2010-100945A에서 페이퍼를 제조하기 위한 방법에서, 펄프화 과정으로부터 수용액으로 방출된 전분의 함량이 측정된다. 측정 방법으로 HPLC에 의한 전분 분해로부터 유래된 유기산이 검출되고, 전분 함량이 이에 따라 계산된다.
섬유에 대한 제지 첨가제로서 양이온성 전분의 흡착 공정이 비가역적 공정이므로, 재활용 섬유에서의 대부분의 전분은 흡수 형태이고, 재활용 섬유로부터 수용액으로 방출된 전분의 함량이 제한된다. 따라서, 현재 존재하는 전분 측정 방법에 의해 재활용 섬유에서 모든 전분을 검출하는 것은 불가능하다. 전분을 검출하기 전에, 재활용 섬유로부터 전분이 탈착되게 함으로써 재활용 섬유의 총 전분 함량을 측정하는 특정 전처리 단계를 수행하는 것이 필요하다.
재활용 섬유의 총 전분 함량에 대한 측정 방법은 검출하고자 하는 샘플을 물에 넣고 이들을 교반하여 검출하고자 하는 샘플의 슬러리를 얻는 단계, 얻어진 슬러리에 알칼리를 첨가하고, 재활용 섬유에 의해 흡착된 전분을 탈착시킬 열 조건에서 반응시키는 단계(전처리 단계) 및 반응 후 슬러리의 전분 함량을 측정하되 전분 함량이 재활용 섬유의 총 전분 함량인 단계를 포함한다.
제지 과정에서 펄프화 물질, 펄프 또는 원료의 총 전분 함량에 대한 측정 방법은 검출하고자 하는 샘플을 물에 넣고, 이들을 교반하여 검출하고자 하는 샘플의 슬러리를 얻는 단계, 얻어진 슬러리에 알칼리를 첨가하고, 재활용 섬유에 의해 흡착된 전분을 탈착시킬 열 조건에서 반응시키는 단계(전처리 단계) 및 반응 후 슬러리의 전분 함량을 측정하되 전분 함량이 재활용 섬유의 총 전분 함량인 단계를 포함한다.
상기 방법에서, 흡착된 전분은 특정량의 알칼리를 첨가함으로써 탈착된다. 탈착 후, 전분 함량은 당업계에 공지된 상기 방법에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 전분 및 요오드-요오드화칼륨으로부터 형성된 복합물을 기초로 하여 비색 측정을 실시한다. 재활용 폐지, 페이퍼보드(즉, 재활용 섬유) 중의 총 전분 함량은 상기 측정 방법에 의해 정확하게 측정될 수 있다. 펄프화 및 제지 과정에서 펄프화 및 제지 원료와 관련하여, 펄프화 및 제지 원료의 총 전분 함량은 모든 전분들이 펄프화 또는 제지 과정에서 소비되고 분해되는 지의 여부를 알기 위해 모든 전분들을 정확히 모니터링하기 위해 상기 측정 방법에 의해 정확하게 측정될 수 있다.
전처리에서 사용된 알칼리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화바륨 및 수산화암모늄 등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 알칼리는 재활용 섬유에서 전분을 탈착시키기 위해 0.05 mol/L~10 mol/L, 또는 0.1 mol/L~5 mol/L, 또는 0.1 mol/L~1 mol/L, 또는 0.2 mol/L~0.5mol/L의 최종 농도로 재활용 섬유로부터 생산된 슬러리에 첨가된다. 탈착은 가열 조건하에 실시될 수 있으며, 가열 온도는 50℃~100℃, 바람직하게는 60~99℃일 수 있다. 탈착 처리 시간은 첨가되는 알칼리 양 및 슬러리의 양에 따라 적절하게 측정될 수 있다. 예를 들어, 시간은 1분 내지 10시간, 또는 10분 내지 2시간, 또는 10분 내지 1시간 등일 수 있다.
상기 총 전분 함량 측정 방법을 본 발명에 따른 페이퍼를 제조하기 위한 방법에 적용함으로써, 재활용 섬유 원료의 전분 함량, 및 펄프화 과정 및 제지 과정에서의 공정 원료의 총 전분 함량의 변화가 효과적인 방법을 이용하여 적절한 경우에 재활용 섬유에서 전분을 보호하기 위해 정확하게 모니터링된다.
살생물제
미생물(세균 등)이 제지 공정 동안 성장하기 때문에, 다수의 성장된 미생물이 제지 공정에서 원료를 변질시킬 것이고, 이는 점액과 같은 것을 생성시키고, 최종 페이퍼 제품의 강도에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 일반적으로 펄프화 및 제지 과정에서 미생물의 성장을 제어하기 위해 제지 공정 동안 살생물제를 첨가할 필요가 있다.
미생물의 성장이 페이퍼 제품에 대한 이의 영향을 방지하기 위해 억제될 필요가 있지만, 전분과 같은 첨가제의 첨가량을 감소시키기 위해 재활용 섬유에서 전분을 보호하고 재사용하는 것에 대한 제지 공정은 종래에 개시되지 않았다.
본 발명에 따른 페이퍼를 제조하기 위한 방법에서, 재활용 섬유는 원료로서 사용되며, 재활용 섬유에서 함유하는 전분을 보호하는 것이 요망된다. 상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따라 페이퍼를 제조하기 위한 방법에서, 재활용 섬유의 총 전분 함량을 측정하고, 그러한 총 전분 함량이 소정 값보다 높은 경우, 살생물제를 첨가하는 방법이 펄프화 공정 동안 미생물의 갯수를 제어하여 전분을 효율적으로 보호하기 위해 펄프화 공정에 적용된다.
본 발명에 사용된 살생물제는 당업자에게 알려진 어떠한 살생물제일 수 있다. 본 발명의 한 가지 구체예에서, 살생물제는 산화성 살생물제 및 안정화된 산화성 살생물제이다.
산화성 살생물제는 산화성 할로겐-형 물질, 과아세트산 및 과산화수소 등을 포함한다. 적어도 하나의 구체예에서, 산화성 할로겐-형 물질은 산화성 염소-형 물질 및 산화 브롬-형 물질이다. 산화성 염소-형 물질 및 산화 브롬-형 물질은 염소, 이산화염소, 차아염소산 및 이의 염, 아염소산 및 이의 염, 염소산 및 이의 염, 과염소산 및 이의 염, 염화 이소시아누르산 및 이의 염, 하이포아브롬산 및 이의 염, 아브롬산 및 이의 염, 브롬산 및 이의 염, 과브롬산 및 이의 염, 브롬화 이소시아누르산 및 이의 염, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 염은 차아염소산과 하이포아브롬산의 알칼리 금속 염, 예컨대, 소듐 하이포클로라이트, 소듐 하이포브로마이트, 포타슘 하이포클로라이트 및 포타슘 하이포브로마이트; 차아염소산과 하이포아브롬산의 알칼리 토금속 염, 예컨대, 칼슘 하이포클로라이트, 칼슘 하이포브로마이트, 바륨 하이포클로라이트 및 바륨 하이포브로마이트; 아염소산과 아브롬산의 알칼리 금속 염, 예컨대, 소듐 클로라이트, 소듐 브로마이트, 포타슘 클로라이트 및 포타슘 브로마이트; 아염소산과 아브롬산의 알칼리 토금속 염, 예컨대, 칼슘 클로라이트, 칼슘 브로마이트, 바륨 클로라이트 및 바륨 브로마이트; 아염소산과 아브롬산의 다른 금속 염, 예컨대, 니켈 클로라이트; 암모늄 클로레이트 및 암모늄 브로메이트; 염소산 및 브롬산의 알칼리 금속 염, 예컨대, 소듐 클로레이트, 소듐 브로메이트, 포타슘 클로레이트 및 포타슘 브로메이트; 염소산과 브롬산의 알칼리 토금속 염, 예컨대, 칼슘 클로레이트, 칼슘 브로메이트, 바륨 클로레이트 및 바륨 브로메이트일 수 있다. 이러한 산화성 살생물제들 중 하나는 단독으로 사용될 수 있거나 이러한 산화 살생물들의 둘 이상이 사용을 위해 조합될 수 있다. 본 발명의 한 가지 구체예에서, 산화성 염소-형 물질은 염소, 소듐 하이포클로라이트, 칼슘 하이포클로라이트, 트리클로로이소시아누르산 (TCCA), 디클로로이소시아누르산 (DCCA), 1-브로모-3-클로로-5,5-디메틸 하이단토인 (BCDMH) 또는 1,3-디클로로-5,5-디메틸하이단토인 (DCDMH)이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 안정화된 산화성 살생물제는 설팜산 및/또는 암모늄 설페이트 안정화된 산화성 할로겐-형 물질이다. 본 발명에 사용된 설팜산은 화학식 (1)로 표현되는 설팜산 및 이의 염일 수 있다.
Figure 112016092910675-pct00001
화학식 (1)
상기 식에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 지니는 탄화수소 기를 나타낸다. 상기 화학식 (1)로 표현되는 설팜산의 특정 예로서, R1 및 R2가 각각 독립적적으로 수소를 나타내는 설팜산, N-메틸 설팜산, N,N-디메틸 설팜산 및 N-페닐 설팜산이 열거될 수 있다. 본 발명의 설팜산의 예로서, 알칼리 금속 염, 예컨대, 나트륨 염 및 칼륨 염; 알칼리 토금속 염, 예컨대, 칼슘 염, 스트론튬 염 및 바륨 염; 그 밖의 금속 염, 예컨대, 망간 염, 구리 염, 아연 염, 페릭 염, 코발트 염 및 니켈 염; 암모늄 염 및 구아니딘 염 등이 사용될 수 있다. 특히, 소듐 설파메이트, 포타슘 설파메이트, 칼슘 설파메이트, 스트론튬 설파메이트, 바륨 설파메이트, 페릭 설파메이트 및 아연 설파메이트 등이 사용될 수 있다. 설팜산 및 이의 염 중 하나는 단독으로 사용될 수 있거나, 설팜산 및 이의 염의 둘 이상이 사용을 위해 조합될 수 있다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 산화성 살생물제는 산화성 할로겐-형 물질이고, 안정화된 산화성 살생물제는 암모늄 설페이트 안정화된 산화성 할로겐-형 물질이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 산화성 살생물제는 산화성 할로겐-형 물질이고, 안정화된 산화성 살생물제는 설팜산 안정화된 산화성 할로겐-형 물질이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 산화성 살생물제는 과아세트산이고, 안정화된 산화성 살생물제는 암모늄 설페이트 안정화된 산화성 할로겐-형 물질이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 산화성 살생물제는 과아세트산이고, 안정화된 산화성 살생물제는 설팜산 안정화된 산화성 할로겐-형 물질이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 산화성 살생물제는 과산화수소이고, 안정화된 산화성 살생물제는 암모늄 설페이트 안정화된 산화성 할로겐-형 물질이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 산화성 살생물제는 과산화수소이고, 안정화된 산화성 살생물제는 설팜산 안정화된 산화성 할로겐-형 물질이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서，암모늄 설페이트 안정화된 산화성 할로겐-형 물질은 암모늄 설페이트 안정화된 산화성 염소-형 물질, 예를 들어, 암모늄 설페이트 안정화된 소듐 하이포클로라이트이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 설팜산 안정화된 산화성 할로겐-형 물질은 설팜산 안정화된 산화성 염소-형 물질, 예를 들어, 설팜산 안정화된 소듐 하이포클로라이트이다.
살균 방식
본 발명의 한 가지 구체예에서, 상기 살생물제를 첨가한 후, 총 할로겐 농도로 표시되는 제지 과정 및/또는 펄프화 과정에서의 살생물제의 양은 0.01 ppm 내지 10 ppm이고, 바람직하게는 0.01~2.0ppm이고, 바람직하게는 0.1~2.0ppm이고, 바람직하게는 0.5~2.0ppm이고, 바람직하게는 0.5~5.0ppm이고, 바람직하게는 0.1-5.0ppm이다.
편의 상 본 발명에서, 산화성 살생물제 및 안정화된 산화성 살생물제의 총 첨가량이 0.01ppm~10ppm으로 하기 방법에 따라 제지 시스템에서 측정되는 총 할로겐 농도를 유지할 수 있는 경우, 산화성 살생물제 및 안정화된 산화성 살생물제의 첨가량이 총 할로겐 농도를 기초로 하여 계산된다.
추가로, 당업자는 제지 시스템에 존재하는 미생물의 활성에 따라 살생물제의 투입량을 선택할 수 있다.
하기에서, 소듐 하이포클로라이트가 사용되어 할로겐-형 산화제의 예로서 기재된다. 예를 들어, 소듐 하이포클로라이트와 같은 산화제를 물에 첨가하는 경우, 원소 염소가 물 중에 유리 염소(자유 잔여 염소, 하기 설명에서 종종 FRC로서 약칭됨)의 형태 및 결합 염소의 형태로 존재한다. 전형적으로, 유리 염소와 결합 염소의 합은 총 염소(총 잔여 염소, 하기 설명에서 종종 TRC로 약칭됨)로 알려져 있다. 총 염소 농도(양)는 하기 방법에 따라 검출될 수 있다. 결합 염소는 요오드화물을 요오드로 산화시킬 수 있다. 요오드 및 유리 염소는 DPD (N,N-디에틸-p-페닐렌디아민)와 반응하여 적색 물질을 형성시키고, 이는 총 염소의 농도를 나타내는데 사용될 수 있다(총 염소의 농도를 나타내기 위해 530 nm 측정에서 얻어지는 흡광도 사용). 유리 염소 농도(양)는 하기 방법에 의해 결정될 수 있다. 차아염소산 또는 하이포클로라이트 이온의 형태로 존재할 수 있는 유리 염소는 DPD (N,N-디에틸-p-페닐렌디아민) 지시제와 빠르게 반응하여 분홍색 물질을 형성시키고, 그러한 색의 강도는 유리 염소의 양을 나타내는데 사용될 수 있고, 예를 들어, 유리 염소의 농도는 530 nm에 대한 흡광도의 측정에 의해 결정된다. 본 발명에서, TRC 및 FRC는 예를 들어 HACH DR2400 또는 DR2800 분광광도계에 의해 측정된다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 상기 살생물제를 첨가한 후, 상기 방법에 의해 측정되는 제지 시스템에서 총 염소 농도는 0.01 ppm 내지 10 ppm이거나, 0.01~2.0ppm이거나, 0.1~2.0ppm이거나, 0.5~2.0ppm이거나, 0.5~5.0ppm이거나, 0.1-5.0ppm이다.
다른 종류의 산화성 살생물제가 본 발명에 적용되는 경우, 산화성 살생물제의 총 농도는 또한 총 할로겐(또는 총 염소)를 검출함으로써 결정될 수 있다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 산화성 살생물제가 첨가되고, 이어서, 안정화된 산화성 살생물제가 첨가된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 안정화된 산화성 살생물제가 첨가되고, 이어서, 산화성 살생물제가 첨가된다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 상기 살생물제는 제지 공정에 연속식 또는 회분식 방식으로 첨가될 수 있다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 살생물제는 펄프화 과정의 다음 단계들 중 하나 이상에 첨가된다: 파쇄 단계가 시작되는 경우 살생물제를 첨가하는 단계; 파쇄 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계; 스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계; 분리 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계; 그라인딩 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계; 및 혼합 체스트에 살생물제를 첨가하는 단계.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 펄프화 과정에서 살생물제를 첨가하는 위치는 하기 위치들 중 하나 이상을 포함한다: 하이드라펄핑 장치, 세정 장치, 굵은 입자 스크리닝 및 미세 입자 스크리닝 장치, 펄프 저장 장치, 섬유 분리 장치, 섬유 저장 장치, 농축 장치, 그라인딩 장치 및/또는 희석 수 또는 백수를 위한 유입구 등.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 제지 과정에서 살생물제를 첨가하는 위치는 다음 위치들 중 하나 이상을 포함한다: 펄프 저장 장치, 파쇄 풀, 재순환 슬러리 탑, 장섬유 또는 단섬유 저장탑, 전분 저장탑, 혼합 체스트, 기계 체스트, 헤드박스, 하이 레벨 박스, 와이어 피트, 백수탑, 백수 풀, 혼탁한 백수 풀, 여과 백수 풀, 청정수 폰드, 팬 펌프 및/또는 폴리 디스크 필터의 유입구, 온수 체스트, 청정수 체스트, 분무 폰드 등.
페이퍼를 생산하기 위해 본 발명에 따른 페이퍼를 제조하기 위한 방법을 이용함으로써, 페이퍼를 생산하고 폐지 재사용을 달성하기 위해 재활용 섬유가 효과적으로 사용될 뿐만 아니라 재활용 섬유에서 다량의 전분이 효율적으로 보호된다. 따라서, 전분 및 건조 지력 증강제와 같은 첨가제의 첨가량이 상당히 줄어들고, 생산된 페이퍼의 강도가 개선되며, 추가로 비용이 절약된다.
실시예
본 발명은 하기에서 실시예를 제공함으로써 추가로 설명된다.
실시예 1 재활용 섬유 중의 총 전분 농도에 대한 측정 방법
펄프를 제조하기 위해 전분을 함유하지 않는 100% 표백된 크라프트 활엽수 펄프를 사용하였다. 양이온성 전분을 페이퍼를 제조하기 위한 펄프에 1톤의 페이퍼보드 당 25 kg의 전분의 투입량으로 첨가하였다. 본 발명의 실시예에서는 가열하고, 산을 첨가하고, 알칼리를 첨가하고, 전도도를 증가시키는 것과 같이 상이한 수단을 적용하여 상기 펄프로부터 생산된 페이퍼에서 흡착된 전분을 탈착시키고, 요오드-요오드화칼륨을 사용하여 전분 농도를 직접적으로 검출하였다.
(1) 가열하고, 알칼리를 첨가하고, NaCl을 첨가하는 것과 같은 세 가지 상이한 전처리 방법을 적용하여 펄프에 의해 흡착된 전분을 분리하였다.
2.47 g의 상기 생산된 페이퍼를 칭량하고, 조각으로 절단한 후, 300 ml의 물을 첨가하였다. 이를 800 rpm으로 교반하고, 펄프화하였다. 얻어진 슬러리를 유리 용기에 분배하였다. 섬유에 의해 흡착된 전분을 가열하거나, 알칼리(수산화나트륨)를 첨가하거나, 염(NaCl)을 첨가함으로써 개별적으로 처리하고, 이어서 요오드-요오드화칼륨 복합물을 첨가하여 620 nm 및 660 mm에서 발색시켰다. 결과는 하기 표 1에 나타나 있다.
표 1
Figure 112016092910675-pct00002
표 1의 결과는 가열하거나 NaCl을 첨가하여 전도도를 증가시키는 것이 섬유에 의해 흡착된 전분을 효과적으로 분리시키는 것을 도울 수 없으며, 알칼리를 첨가하는 것으로 전분의 최대 분리가 얻어졌음을 나타낸다.
(2) 섬유에 대한 알칼리 처리
버진 섬유, 표백 펄프, 반표백 펄프를 가열하는 동안 알칼리에 의해 처리하고, pH를 조절하고, 이어서 요오드-요오드화칼륨 복합물을 첨가하여 620 nm 및 660 mm에서 발색시켰다. 결과는 전분이 없다는 것을 보여주었다. 상기 결과는 전처리가 전분과 구조가 유사한 셀룰로오스를 분해시키지 않음을 나타낸다. 이는 실험에서 오류를 발생시키지 않을 것이다.
실시예 2
재활용 폐수(재활용 섬유)로의 제지
150 g의 표준 미국 골판지 원지(American Old Corrugated Container)(종종 AOCC로 불림)을 칭량하고, 조각으로 절단하였다. 조각을 15킬로그램의 물에 밤새 침지하였다. 얻어진 샘플을 Valley Beater에 의해 30분 동안 분해시키고, 20분 동안 펄프화하였고, 이의 펄프 농도는 약 1%였다. 전분 80kg/톤 페이퍼의 농도로 만들도록 양이온성 전분을 보충하였다. 고함량의 전분을 지니는 재활용 폐지를 사용하여 페이퍼를 제조하였다.
여기서, 재활용 미국 골판지 원지의 총 전분 함량을 검출하였고, 검출 방법은 실시예 1과 유사하였다. 수산화나트륨 농도는 0.5mol/l로 유지하였다. 샘플을 60℃에서 약 20분 동안 유지하였다. 그 후에, 전분의 함량을 요오드-요오드화칼슘 복합물 방법에 의해 검출하였다. 결과는 미국 골판지 원지의 총 전분 함량은 9.1%라는 것을 보여주었다.
미생물 배양
상기 얻어진 펄프를, 1 내지 1000 비율로 세균으로 오염된 펄프로 접종한 후, 37℃에서 3시간 동안 배양하였다. 하기 실험에 사용하기 위해 미생물로 오염된 시뮬레이션 펄프를 얻었다. 초기에 미생물로 오염된 펄프의 pH, 산화-환원 전위(oxidation-reduction potential: ORP), 아데노신 트리포스페이트(adenosine triphosphate: ATP)의 농도 및 총 호기성 세균 군집 수를 검출하였다. 검출 방법은 당해 분야의 일반적인 방법을 따랐다.
살생물제 처리
암모늄 설페이트 안정화된 소듐 하이포클로라이트(살생물제)를 제조한 후, 제조된 살생물제의 총 염소 농도를 측정하였다(상기 DPD 검출 방법). 암모늄 설페이트 안정화된 소듐 하이포클로라이트를 미생물로 접종한 펄프에 첨가하였다. 살생물제를 펄프에 1일 2회 첨가하고, 총 염소(활성 염소)의 농도를 첨가량을 제어함으로써 각각 5 ppm, 10 ppm 및 20 ppm에서 유지시켰다. 따라서, 3개의 상이한 처리 샘플을 상이한 수준의 세균으로 유지시켰다. 어떠한 안정화된 산화성 살생물제도 첨가하지 않은 상기 동일한 방법에 따라 미생물로 접종된 또 다른 펄프를 블랭크 샘플로서 사용하였다. 전체 실험을 9일 동안 실시하였다.
실험 동안, 처리된 샘플 및 블랭크 샘플의 pH, 산화-환원 전위(ORP), 아데노신 트리포스페이트(ATP)의 농도 및 총 호기성 세균 군집 수를 매일 검출하였다. 관찰의 마지막 날(9일째)에, 상기 펄프 샘플의 총 전분 농도를 상기 방법에 따라 검출하였다.
도 1은 시간(1일째 내지 9일째)에 대한 pH 및 ORP의 변화를 도시한 것이다. 도 2는 시간(1일째 내지 9일째)에 대한 ATP 및 호기성 세균 수의 변화를 도시한 것이다.
생산된 페이퍼에 대한 페이퍼 강도 시험
9일째 처리된 펄프 샘플 및 블랭크 샘플을 모니터링하고 사용하여 HandSheet Former에 의해 페이퍼를 생산하였다. 추가 전분을 강도를 증가시키는데 첨가하지 않고, 단지 보유 보조제 및 건조 지력 증강제를 동일한 투입량으로 첨가하였다. 페이퍼 펄프를 탈수시키고, 성형하고, 건조하고, 이어서 페이퍼 두께, 파열 강도, 압축 강도 및 인장 강도를 포함한 페이퍼 강도 특성을 시험하였다. 결과는 도 4a 및 4b에 각각 나타나 있다. 여기서, 페이퍼의 인장 강도 지수를 인장 시험기(Lorentzen & Wettre)로 시험하고, 페이퍼의 파열 강도 지수를 파열 강도 시험기(Lorentzen & Wettre)에 의해 시험하였다.
도 3은 9일째 처리된 펄프의 ATP 농도, 총 호기성 세균 군집, 전분 농도를 도시한 것이다.
도 4a는 9일째 처리된 펄프로부터 생산된 페이퍼의 파열 강도 지수를 도시한 것이다.
도 4b는 9일째 처리된 펄프로부터 생산된 페이퍼의 인장 강도 지수를 도시한 것이다.
도 1 내지 4는 안정화된 산화성 살생물제-처리된 재활용 섬유에 의해 생산된 펄프의 pH 및 산화-환원 전위가 블랭크 샘플의 것보다 높다는 것을 보여준다. 블랭크 샘플의 낮은 pH는 블랭크 샘플이 미생물 작용으로 인해 샘플의 산성 증가를 초래하는 산성 가스를 생산시킨다는 것을 나타낸다. 안정화된 산화성 살생물제를 첨가한 후, ATP 및 총 세균수를 포함하는 미생활 활성은 효과적으로 억제되었다(도 2 참조). 그러한 억제 작용은 안정화된 산화성 살생물제의 투입량(총 염소로 표시됨)에 대한 것이다. 총 염소가 높을수록 이것이 지니는 유의한 효과가 더 많아진다.
총 전분 함량을 상기 방법에 따라 측정하였다. 블랭크 샘플 펄프의 총 전분 함량은 8%에서 2.87%로 감소하였다. 안정화된 산화성 살생물제가 첨가된 펄프의 전분 함량은 단지 약간만 줄어들었고, 이의 전분은 보호되었다. 총(활성) 염소 농도가 각각 10 ppm 및 20 ppm인 경우, 전분 농도는 6.81% 및 6.57%로 유지되었다.
페이퍼를 상기 상이한 펄프를 사용하여 생산하였다. 안정화된 산화성 살생물제-첨가 펄프로 생산된 페이퍼의 강도는 블랭크 샘플의 것보다 높았다. 파열 강도 및 인장 강도는 블랭크 샘플의 것에 비해 각각 24.3% 및 19.5% 증가하였다. 실시예 2의 결과는 산화성 살생물제를 연속적으로 첨가한 펄프의 pH 및 산화-환원 전위가 안정하다는 것을 보여준다. 재활용 섬유는 분해로부터 보호되었는데, 이는 전분과 같은 흡착된 첨가제의 손실을 감소시키고, 페이퍼 강도를 개선시킨다.
실시예 3
재활용 폐수(재활용 섬유)로의 제지
150 g의 표준 미국 골판지 원지(종종 AOCC로 불림)를 칭량하였다. 재활용 미국 골판지 원지의 총 전분 함량을 실시예 2의 동일한 전분 측정 방법에 따라 검출하였고, 결과는 3.01%였다.
상기 폐지를 조각으로 절단하고, 15kg의 물로 밤새 침지시켰다. 얻어진 샘플을 Valley Beater에 의해 30분 동안 분해시키고, 20분 동안 펄프화하였고, 이의 펄프 농도는 약 1%였다.
미생물 배양
상기 펄프 샘플을 제지 공장으로부터 몇 개의 버진 펄프로 접종한 후, tryptic soy broth로 37℃에서 밤새 배양하였다. 하기 실험에 사용하기 위해 시뮬레이션 펄프를 얻었다. 초기에 미생물로 오염된 펄프의 pH, 산화-환원 전위(ORP), 아데노신 트리포스페이트(ATP)의 농도 및 총 호기성 세균 군집 수를 검출하였다.
살생물제 처리
암모늄 설페이트 또는 설팜산 안정화된 소듐 하이포클로라이트(살생물제)를 제조하고, 이어서, 제조된 살생물제의 총(활성) 염소를 실시예 2와 동일한 방법으로 측정하였다. 암모늄 설페이트 또는 설팜산 안정화된 소듐 하이포클로라이트를 상기 시뮬레이션 펄프에 1일 1회 첨가하고, 총 염소의 농도를 첨가 투입량을 제어함으로써 각각 5 ppm 및 20 ppm로 유지시켰다. 따라서, 펄프를 상이한 수준의 세균으로 유지시켰다. 어떠한 안정화된 산화성 살생물제도 첨가하지 않은 상기 동일한 방법에 따라 미생물로 접종된 또 다른 펄프를 블랭크 샘플로서 사용하였다. 전체 실험을 9일 동안 실시하였다.
실험 동안, 처리된 샘플 및 블랭크 샘플의 pH, 산화-환원 전위(ORP), 아데노신 트리포스페이트(ATP)의 농도 및 총 호기성 세균 군집 수를 실시예 2와 동일한 방법에 따라 매일 검출하였다. 관찰 마지막 날에, 상기 펄프의 총 전분 농도를 상기 방법에 따라 검출하였다. pH 및 ORP 데이터는 도 5에 나타나 있다.
생산된 페이퍼에 대한 페이퍼 강도 시험
9일째 처리된 펄프 샘플 및 블랭크 샘플을 모니터링하고 사용하여 HandSheet Former에 의해 페이퍼를 생산하였다. 추가 전분을 강도를 증가시키는데 첨가하지 않고, 단지 보유 보조제 및 건조 지력 증강제를 동일한 투입량으로 첨가하였다. 펄프를 탈수시키고, 성형하고, 건조시키고, 이어서 페이퍼 농도, 파열 강도, 압축 강도 및 인장 강도를 포함한 페이퍼 강도 특성을 시험하고, ATP, 전분 함량 및 총 호기성 세균수를 시험하였다. 결과는 도 6에 나타나 있다. 도 6은 상이한 샘플의 파열 강도 지수를 나타낸다(파열 강도 지수 검출 방법은 실시예 2와 동일함).
도 5 및 도 6은, 암모늄 설페이트 또는 설팜산 안정화된 산화성 살생물제-처리된 재활용 섬유에 의해 생산된 시스템의 pH 및 산화-환원 전위가 각각 블랭크 샘플의 것보다 높다는 것을 보여준다. 어떠한 산화성 살생물제도 첨가하지 않은 블랭크 샘플의 ORP는 -200 mV 또는 그 미만으로 감소되었다. 페이퍼 강도 시험 결과는 암모늄 설페이트 또는 설팜산 안정화된 산화성 살생물제-첨가 펄프에 의해 생산된 페이퍼의 파열 강도가 블랭크 샘플의 것에 비해 유의하게 증가된다는 것을 보여준다.
실시예 3의 결과에 따르면, 암모늄 설페이트 또는 설팜산 안정화된 산화제에 의해 처리된 후 재활용된 전분 등이 보호된다는 것이 분명하다. 제조 공정 동안 추가의 전분을 첨가하지 않으면서 생산되는 얻어진 페이퍼의 파열 강도는 블랭크 샘플의 것보다 높았다.
실시예 4
재활용 폐수(재활용 섬유)로의 제지
150 g의 표준 미국 골판지 원지(종종 AOCC로 불림)을 칭량하였다. 재활용 미국 골판지 원지의 총 전분 함량을 실시예 2의 동일한 전분 측정 방법에 따라 검출하였고, 결과는 9.1%였다.
펄프화 및 제지 공정에서, 상기 폐지를 조각으로 절단하고, 15kg의 물로 밤새 침지시켰다. 얻어진 샘플을 Valley Beater에 의해 30분 동안 분해시키고, 20분 동안 펄프화하였고, 이의 펄프 농도는 약 1%였다.
미생물 배양
상기 얻어진 펄프를, 1 내지 1000 비율로 세균으로 오염된 펄프로 접종한 후, 37℃에서 3시간 동안 배양하였다. 하기 실험에 사용하기 위해 미생물로 오염된 시뮬레이션 펄프를 얻었다. 초기에 미생물로 오염된 펄프의 pH, 산화-환원 전위(ORP), 아데노신 트리포스페이트(ATP)의 농도 및 총 호기성 세균 군집 수를 검출하였다.
살생물제 처리
암모늄 설페이트 또는 설팜산 안정화된 소듐 하이포클로라이트(살생물제)를 제조한 후, 제조된 살생물제의 총 염소 농도를 측정하였다(상기 DPD 검출 방법). 상기 접종된 펄프를 6개의 샘플로 나누고, 여기서 샘플 중 하나를 블랭크 샘플로서 사용하였다. 펄프 샘플 중 3개에 암모늄 설페이트 안정화된 소듐 하이포클로라이트, 설팜산 안정화된 소듐 하이포클로라이트 및 소듐 하이포클로라이트를 각각 첨가하였다. 세 개의 펄프 샘플 모두의 총 염소 투입량을 20 ppm으로 제어하였다.
다른 두 개의 샘플에 대하여, 하나에는 먼저 소듐 하이포클로라이트(10 ppm의 펄프의 총 염소로 제조된 소듐 하이포클로라이트의 첨가량)를 첨가하고, 이어서 안정화된 할로겐 산화제인 Cl2/설팜산 (즉, 설팜산 안정화된 소듐 하이포클로라이트, 10 ppm의 펄프의 총 염소 농도로 제조된 Cl2/설팜산의 첨가량)을 첨가하였다. 이에 따라서 샘플의 총 염소는 20 ppm이었다. 또 다른 하나에 먼저 소듐 하이포클로라이트를 첨가하고(10 ppm의 펄프의 총 염소로 제조된 소듐 하이포클로라이트의 첨가량), 이어서 안정화된 할로겐 산화제인 Cl2/ 암모늄 설페이트를 첨가하였다(즉, 암모늄 설페이트 안정화된 소듐 하이포클로라이트, 10 ppm의 펄프의 총 염소 농도로 제조된 Cl2/암모늄 설페이트의 첨가량. 이에 따라서 샘플의 총 염소는 20 ppm이었음).
상기 물질을 1일 1회 펄프에 첨가하고, 총 염소의 농도를, 첨가량을 제어함으로써 20 ppm으로 유지시켰다. 전체 실험을 5일 동안 실시하고, 총 전분 함량을 모니터링하였다.
도 7에 나타나 있는 바와 같이, 소듐 하이포쿨로라이트, 안정화된 산화제 Cl2/설팜산, 및 안정화된 산화제 Cl2/암모늄 설페이트에 의해 처리된 재활용 섬유의 전분 분해율은 블랭크 샘플에 비해 개선되었다(25%에서 각각 5%, 14.46% 및 1.32%로 감소). 소듐 하이포클로라이트 (표백수)와 안정화된 소듐 하이포클로라이트를 함께 사용하는 경우, 전분에 대한 보호는 단일 살생물제(동일한 투입량)에 비해 추가로 향상되었다. 표백수+Cl2/설팜산으로 처리된 샘플의 전분 분해율은 단지 1.2%였다. 전분은 샘플이 표백수+Cl2/암모늄 설페이트에 의해 처리된 후 분해되는 것이 관찰되지 않았다.
동일한 총 염소 농도에서 제어하는 경우, 살생물제와 안정화된 살생물제를 함께 첨가하는 것은 전분이 분해되는 것을 보다 효과적으로 보호할 것이다.
본 발명이 본 발명의 특정 바람직한 구체예로 본원에서 상세하게 기재된 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있지만, 본 개시 내용은 본 발명의 원리의 예시이며, 예시된 특정 구체예로 본 발명의 제한하려고 의도된 것이 아니다. 모든 특허, 특허 출원, 과학 논문, 및 본원에서 언급된 어떠한 그 밖의 참조된 물질은 전체가 참조로 포함된다 추가로, 본 발명은 본원에 기재되고 본원에 포함된 다양한 구체예들 중 일부 또는 이들 모두의 어떠한 가능한 조합을 포함한다.
상기 개시 내용은 예시적인 것으로 의도된 것이며, 배제적인 것이 아니다. 이러한 설명은 당업자에게 다양한 변형 및 대안을 제시할 것이다. 모든 이러한 대안 및 변형은 용어 "~를 포함하는"이 "~을 포함하지만, 이로 제한되지 않는"을 의미하는 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 당업자는 등가물이 또한 청구범위에 포함되는 것으로 의도되는 본원에 기술된 특정 구체예에 대한 다른 등가물을 인식할 수 있다.
본원에서 개시된 모든 범위 및 파라미터는 그 안에 포괄된 어떠한 및 모든 하위범위, 및 끝점들 사이의 모든 수를 포함하는 것으로 이해된다. 예를 들어, "1 내지 10"의 명시된 범위는 최소값 1과 최대값 10(포함) 사이의 어떠한 및 모든 하위범위, 즉, 최소값 1 또는 그 초과(예, 1 내지 6.1)에서 시작하여 최대값 10 또는 그 미만(예, 2.3 내지 9.4, 3 내지 8, 4 내지 7)로 끝나는 모든 하위범위 및 마지막으로 그러한 범위 내에 포함된 각각의 수 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 및 10까지를 포함하는 것으로 여겨져야 한다.
본원은 본 발명의 바람직한 및 대안적인 구체예에 대한 설명을 마친다. 당업자는 본원에 기재된 특정의 구체예에 대한 다른 등가물을 인지할 수 있으며, 그러한 등가물은 본원에 첨부된 청구범위에 의해서 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 재활용 섬유를 원료로서 사용하여 페이퍼를 제조하기 위한 방법으로서,
    재활용 섬유를 함유하는 원료를 펄프화시키고, 원료를 파쇄하는 단계를 포함하는 펄프화 과정,
    파쇄 단계에서 얻어진 펄프를 스크리닝, 증점(thickening) 및 탈슬러지화(desludging)하는 단계,
    스크리닝, 증점 및 탈슬러지화하는 단계 후에 얻어진 펄프 슬러리에서 섬유를 단섬유 및 장섬유로 분리하는 단계,
    분리 단계로부터 얻어진 단섬유를 그라인딩(grinding)하여 그라인딩된 단섬유를 형성시키는 단계, 및
    장섬유를 열 분산시키고 그라인딩하여 그라인딩된 장섬유를 형성시키고, 이어서 그라이딩된 장섬유 및 그라이딩된 단섬유를 상기 그라이딩된 장섬유 및 그라이딩된 단섬유로 페이퍼를 제조하는 것을 포함하는 제지 과정으로 옮기는 단계를 포함하며,
    재활용 섬유를 펄프화하기 전에 재활용 섬유 중의 총 전분 함량을 측정하고, 재활용 섬유 중의 총 전분 함량이 소정 값보다 높은 경우, 제 1의 양의 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정 동안 첨가하고,
    재활용 섬유의 총 전분 함량이,
    재활용 섬유의 샘플을 물에 혼합하여 측정하고자 하는 샘플의 슬러리를 형성시키고,
    얻어진 슬러리에 알칼리를 첨가하고, 50℃ 내지 100℃의 온도에서 반응시키고,
    반응 후 슬러리의 전분 함량을 측정함으로써 측정되고, 상기 전분 함량이 측정을 위한 샘플의 총 전분 함량인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 소정 값이 0.1 내지 100g 전분/kg 재활용 섬유인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 알칼리가 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화바륨, 및 수산화암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 알칼리가 0.05 mol/L 내지 10 mol/L의 최종 농도로 슬러리에 첨가되는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 제 1의 양의 하나 이상의 살생물제를 펄프화 과정의 하기 단계들 중 하나 이상에 첨가하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법:
    파쇄 단계가 시작되는 때에 살생물제를 첨가하는 단계;
    파쇄 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계;
    스크리닝, 증점 및 탈슬러지화 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계;
    분리 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계;
    그라인딩 단계 동안 살생물제를 첨가하는 단계; 및
    살생물제를 혼합 체스트(mixing chest)에 첨가하는 단계.
  6. 제 1항에 있어서, 펄프화 과정에서 제 1의 양의 하나 이상의 살생물제를 첨가하는 위치가 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법:
    하이드라펄핑(hydrapulping) 장치, 폐품-세정 장치, 굵은 입자(coarse) 스크리닝 장치, 미세 입자(fine) 스크리닝 장치, 펄프 저장 장치, 섬유 분리 장치, 섬유 저장 장치, 증점 장치, 그라인딩 장치, 희석수를 위한 유입구, 백수(white water)를 위한 유입구, 및 이들의 임의의 조합.
  7. 제 1항에 있어서, 재활용 섬유가 제지 공정의 파쇄된 페이퍼 장치로부터의 파쇄된 페이퍼를 추가로 포함하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 살생물제가 산화성 살생물제 또는 안정화된 산화성 살생물제인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 산화성 살생물제가 산화성 할로겐-형 물질, 과아세트산 및 과산화수소를 포함하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 안정화된 산화성 살생물제가 설팜산 및/또는 암모늄 설페이트 안정화된 산화성 할로겐-형 물질인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 산화성 할로겐-형 물질이 산화성 염소-형 물질 또는 산화성 브롬-형 물질인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 산화성 염소-형 물질이 염소, 소듐 하이포클로라이트, 칼슘 하이포클로라이트, 트리클로로이소시아누르산 (TCCA), 디클로로이소시아누르산 (DCCA), 1-브로모-3-클로로-5,5-디메틸 하이단토인(BCDMH) 또는 1,3-디클로로-5,5-디메틸하이단토인(DCDMH)인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 살생물제를 첨가한 후 총 할로겐 농도로 표시되는 펄프화 과정 및/또는 제지 과정에서의 제 1의 양의 살생물제가 0.01 ppm 내지 10 ppm인, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    산화성 살생물제를 첨가하고, 이어서 안정화된 산화성 살생물제를 첨가하거나;
    안정화된 산화성 살생물제를 첨가하고, 이어서 산화성 살생물제를 첨가하는, 페이퍼를 제조하기 위한 방법.
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