KR19980049307A

KR19980049307A - 압축강도와 파열강도를 향상시키는 골판지고지의 처리방법

Info

Publication number: KR19980049307A
Application number: KR1019960067999A
Authority: KR
Inventors: 한신호; 김정은; 오세균; 김진두; 정영섭
Original assignee: 이서봉; 재단법인 한국화학연구소
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1998-09-15

Abstract

목적 : 고강도용 포장산업용지의 원료로 사용될 수 있는 골판지고지로부터 얻어지는 재생섬유펄프의 강도적 특성을 향상시킬 수 있는 골판지고지의 처리방법을 제공함을 목적으로 한다.

구성 : 골판지고지를 셀룰레이즈계 효소와/ 또는 헤미셀룰레이즈계 효소로 처리함을 특징으로 하는 압축강도와 파열강도가 향상되는 골판지원의 처리방법.

Description

[발명의 명칭]

압축강도와 파열강도를 향상시키는 골판지고지의 처리방법

[발명의 상세한 설명]

(산업상 이용분야)

본 발명은 압축강도와 파열강도를 향상시키는 골판지고지의 처리방법에 관한 것이다.

(종래의 기술)

종이란 식물원료의 조직을 용해시켜 분리된 섬유을 모은 펄프를 시트상으로 형성시킨 것을 말하는 것으로 일반적으로 제지용 펄프의 대부분을 점유하는 목재펄프는 목재섬유를 기계적 혹은 화학적으로 처리하여 섬유상으로 분리한 것이다. 펄프의 종류는 매우 다양하나 펄프제조화법에 따라 쇄목기나 리파이너(refiner)와 같은 기계적 처리만을 이용하여 제조된 기계펄프(mechanical pulp), 다이제스터를 이용하여 약품으로 화학적 처리하여 증해, 해섬한 화학펄프(chemical pulp), 먼저 약품으로 화학적 처리를 한 후 섬유간의 결합력을 느슨하게 한 후 리파이너의 기계적 작용으로 해섬한 반화학펄프(semichemical pulp)로 구분한다.

기계펄스는 다시 제조공정에 따라 쇄목석에 원목상태인 침엽수를 강하게 가압하여 섬유상으로 분리되도록 하여 제조하는 쇄목펄프(groundwood pulp; GP), 가압쇄목펄프(pressurized groundwood pulp; PGP), 칩 상태의 원료를 리파이너에 통과시킴으로써 얻는 리파이너펄프(refiner mechanical pulp; RMP), 리파이너펄프와 동일한 조건에서 증기를 이용하여 칩을 예열하여 얻는 열기계펄프(thermomechanical pulp; TMP)로 나뉘어진다. 화학펄프는 증해약품을 사용하여 리그닌을 용출시킴으로써 제조되는 펄프를 말하며 사용된 증해 약품 및 공정에 따라 크라프트 펄프(kraft pulp; KP)와 설파이트펄프(sulfite pulp; SP)로 나뉘어진다. 또한, 활엽수재를 이용하여 펄프를 제조하기 위하여 개발된 반화학펄프는 사용되는 화학약품에 따라서 산성아황산 반화학펄프(acid sulfite semichemical pulp), 중아황산 반화학펄프(bisulfite semichemical pulp), 중성아황산 반화학펄프(neutral sulfite semichemical pulp; NSSCP), 크라프트 반화학펄프(kraft semichemical pulp)로 구분된다. 이외에도 표백공정이 포함되어 있으면 표백펄프(bleached pulp; BP)라고 하며, 표백되지 않은 펄프를 미표백펄프(unbleached pulp; UP)라 한다.

이상과 같이 목재로부터 펄프를 얻는 펄프화법은 여러 방법이 있으며, 이러한 방법들에 따라 각각 펄프의 특성도 다르다. 기계 펄프는 펄프수율이 85~98%로 리그닌(lignin)을 20~35% 정도 포함하고 있다. 이 펄프는 섬유길이가 짧고 미세분의 함량이 높아 인쇄적성은 좋으나 리그닌 함량이 많아 표백성이 나쁘고 황변현상이 생기는 특성이 있어 대부분 신문용지의 원료로 사용된다. 화학펄프는 목재로부터의 수율이 40~55% 정도 밖에 되지 않으며, 리그닌도 3~10%만 함유하고 있다. 이중 수종에 제한을 받지 않으며 강도가 우수한 장점이 있어 현재 생산량이 급증하고 있는 크라프트 펄프는 제지산업에 있어서 가장 중요한 펄프라할 수 있으며 라이너지와 같은 고강도용 포장산업용지에 사용되고 있는 미표백 크라프트펄프(UKP)와 고급인쇄용지에 쓰이는 표백 크라프트펄프(BKP)로 나뉘어진다. 반화학펄프의 경우에는 수율이 55~85%되고, 리그닌의 함량은 10~30%이다. 이 펄프는 대부분 신문용지와 저급지의 원료로 사용된다.

또한, 이러한 펄프는 사용횟수에 따라 천연섬유펄프(virgin fiber pulp)와 재생섬유펄프(recycled fiber pulp)로 구분할 수 있다. 보통 천연섬유펄프는 고강도 고품질의 종이를 제조하는데 사용되지만 임산자원의 부족과 환경보존에 대한 의식이 높아지면서 폐지로만 생각하여 왔던 고지를 다시 재생하여 사용하는 것의 중요성이 강조되고 있다. 재생섬유펄프로는 펄프대용, 등급, 탈묵된 등급, 신문지 등급, 골판지고지 등급 등이 있다.

이와 같이 종이의 원료로 사용되는 펄프는 여러 가지 종류가 있으며, 앞에서 밝힌 바와 같이 각 펄프의 종류에 따라 함유하고 있는 셀룰로으즈(cellulose), 헤미셀룰로으즈(hemicellulose)와 리그닌의 양에 커다라 차이가 있다. 이러한 펄프 특성의 차이에 의하여 펄프를 원료로 하여 제조되는 종이의 물성도 커다란 차이가 있다. 특히 재생섬유펄프는 종이로 사용되는 기간동안 열화되고 재생시에 고지를 해리하기 위하여 사용되는 화학약품들에 의하여 함유하고 있는 성분이 천연섬유펄프와 크게 다르며, 전반적인 강도도 감소한다. 감소하는 강도적 특성을 보완하고 향상시키기 위하여 기존에는 지력증강제로 알려진 화학약품을 사용하고 있으나, 지력증강제의 과다한 사용은 환경오염을 유발하므로 사용량이 제한되고 있다. 이에 따라 특히 고강도가 요구되는 포장산업용지의 제조시에는 천연섬유펄프의 원료 의존도가 높다.

공지의 사실은 효소의 가수분해 특성을 제지공정에 이용하는 기술의 일부는 이미 알려져 있다. 일차적으로 셀룰레이즈계 효소의 가수분해 특성을 이용하여 종이제조시에 재생섬유의 여수도를 향상시키는 기술이 개발되었고(US Patents 5,110,3412), 또한 고지에 포함되어 있는 잉크를 제거하는 기술에도 적용되었다(1989년 특허 출원 제6514호). 이상과 같은 특허에서 효소의 셀룰로으즈 가수분해 특성을 이용하였으나, 일반적으로 효소를 이용하여 종이의 강도를 향상시키는 것은 불가능한 것으로 알려져 있다. 특히 미표백 크라프트 펄프가 주된 원료로 제조되는 종이에 효소를 이용하면 강도적 특성이 나빠지는 것으로 알려져 있다(Tappi Journal 1989(6), p. 187과 Mat. Res. Soc, Symp, Proc. Vol. 266. 1992, p. 277).

(본 발명이 해결하려는 과제)

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 환경적인 문제에 의하여 고지의 재생화률이 높아지고 있는 상황에서는 고강도용 포장산업용지의 원료로 사용될 수 있는 골판지고지로부터 얻어지는 재생섬유펄프의 강도적 특성을 향상시킬 수 있는 골판지고지의 재생방법을 제공함을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 기술수단)

위와 같은 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 목재펄프의 주성분들인 셀룰로으즈와 헤미셀룰로으즈를 분해시키는 효소로 알려진 셀룰레이즈(cellulase)계 효소와/ 또는 헤미셀룰레이즈(hemicelullase)계 효소를 사용함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

골판지원지의 제조공정에서 골판지고지의 해리시에 트리코더마 롱지브라치아텀(Trichoderma Longibrachatum)에서 생산된 셀룰레이즈계 효소를 골판지고지 중량에 대하여 0.01~0.2중량%를 첨가한 후, 다시 해리된 재생섬유펄프에 트리코더마 롱지브라치아텀(Trichoderma Longibrachatum)에서 생산된 헤미셀룰레이즈계 요소를 골판지고지 중량에 대하여 0.001~0.1%중량%를 첨가하여 처리하여 골판지원지를 제조하는 것이다. 이때 온도는 30~80℃의 범위에서 실시되며 pH는 4.0~10.0의 범위에서 유지된다. 골판지고지로부터 이와 같이 처리되어 얻어진 재생섬유펄프로 제조되는 골판지원지는 기존의 방법으로 골판지고지로부터 제조된 골판지원지보다 파열강도와 압축강도가 우수하였다.

실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

골판지고지 건조중량 300g에 대하여 셀룰레이즈계 효소를 0.01중량%를 첨가하여 농도 3%, 온도 45℃와 pH 6.5의 조건하에서 펄퍼를 이용하여 3분간 해리하였다. 해리된 지료를 농도 10%로 농축한 후 고해기(PFI-mill)로 여수도(Tappi standard method T 227 om-85)가 400 CSF ml 되도록 고해하였다. 고해된 지료에 0.001중량%의 헤미셀룰레이즈계 효소를 첨가하여 1시간 숙성후 평량 150g/㎡로 수초지(Tappi standard method T 205 om-88)하였다.

[실시예 2]

골판지고지 건조중량 300g에 대하여 셀룰레이즈계 효소를 0.1중량%를 첨가하여 농도 3%, 온도 45℃와 pH 6.5의 조건하에서 펄퍼를 이용하여 3분간 해리하였다. 해리된 지료를 농도 10%로 농축한 후 고해기(PFI-mill)로 여수도(Tappi standard method T 227 om-85)가 400 CSF ml 되도록 고해하였다. 고해된 지료에 0.05중량%의 헤미셀룰레이즈계 효소를 첨가하여 1시간 숙성후 평량 150g/㎡로 수초지(Tappi standard method T 205 om-88)하였다.

[실시예 3]

골판지고지 건조중량 300g에 대하여 셀룰레이즈계 효소를 0.2중량%를 첨가하여 농도 3%, 온도 45℃와 pH 6.5의 조건하에서 펄퍼를 이용하여 3분간 해리하였다. 해리된 지료를 농도 10%로 농축한 후 고해기(PFI-mill)로 여수도(Tappi standard method T 227 om-85)가 400 CSF ml 되도록 고해하였다. 고해된 지료에 0.1중량%의 헤미셀룰레이즈계 효소를 첨가하여 1시간 숙성후 평량 150g/㎡로 수초지(Tappi standard method T 205 om-88)하였다.

[실시예 4]

골판지고지 건조중량 300g에 대하여 셀룰레이즈계 효소를 0.1중량%를 첨가하여 농도 3%, 온도 45℃와 pH 6.5의 조건하에서 펄퍼를 이용하여 3분간 해리하였다. 해리된 지료를 농도 10%로 농축한 후 고해기(PFI-mill)로 여수도(Tappi standard method T 227 om-85)가 400 CSF ml 되도록 고해하였다. 고해된 지료를 1시간 숙성후 평량 150g/㎡로 수초지(Tappi standard method T 205 om-88)하였다.

[실시예 5]

골판지고지 건조중량 300g을 농도 3%, 온도 45℃와 pH 6.5의 조건하에서 펄퍼를 이용하여 3분간 해리하였다. 해리된 지료를 농도 10%로 농축한 후 고해기(PFI-mill)로 여수도(Tappi standard method T 227 om-85)가 400 CSF ml 되도록 고해하였다. 고해된 지료에 0.05중량%의 헤미셀룰레이즈계 효소를 첨가하여 1시간 숙성후 평량 150g/㎡로 수초지(Tappi standard method T 205 om-88)하였다.

[실시예 6]

미표백 크라프트펄프 건조중량 300g에 대하여 셀룰레이즈계 효소를 0.1중량%를 첨가하여 농도 3%, 온도 45℃와 pH 6.5의 조건하에서 펄퍼를 이용하여 3분간 해리하였다. 해리된 지료를 농도 10%로 농축한 후 고해기(PFI-mill)로 여수도(Tappi standard method T 227 om-85)가 400 CSF ml 되도록 고해하였다. 고해된 지료에 0.05중량%의 헤미셀룰레이즈계 효소를 첨가하여 1시간 숙성후 평량 150g/㎡로 수초지(Tappi standard method T 205 om-88)하였다.

[비교예 1]

골판지고지 건조중량 300g을 농도 3%, 온도 45℃와 pH 6.5의 조건하에서 펄퍼를 이용하여 3분간 해리하였다. 해리된 지료를 농도 10%로 농축한 후 고해기(PFI-mill)로 여수도(Tappi standard method T 227 om-85)가 400 CSF ml 되도록 고해하였다. 고해된 지료를 첨가하여 1시간 숙성후 평량 150g/㎡로 수초지(Tappi standard method T 205 om-88)하였다.

[비교예 2]

미표백 크라프트펄프 건조중량 300g을 농도 3%, 온도 45℃와 pH 6.5의 조건하에서 펄퍼를 이용하여 3분간 해리하였다. 해리된 지료를 농도 10%로 농축한 후 고해기(PFI-mill)로 여수도(Tappi standard method T 227 om-85)가 400 CSF ml 되도록 고해하였다. 고해된 지료를 첨가하여 1시간 숙성후 평량 150g/㎡로 수초지(Tappi standard method T 205 om-88)하였다.

[실험예 1]

실시예와 비교예에서의 얻어진 수초지의 파열강도와 압축강도를 측정하였다(Tappi standard method T-403om-85와 T-818om-87) 이상에서 얻어진 결과들을 아래의 표 1에 나타내었다.

[표 1]

(발명의 효과)

이상의 결과에서 골판지원지의 제조시에 기존의 방법보다 본 발명에서 사용한 효소를 첨가하는 방법이 골판지원지의 파열강도와 압축강도를 향상시켰다.

특히, 천연펄프인 미표백 크라프트펄프를 원료로 골판지원지를 제조하는 경우에는 효소 첨가시에 파열강도와 압축강도가 향상되지 않았으나, 골판지고지를 원료로 골판지원지를 제조하는 경우에는 1차적으로 셀룰레이즈계 효소로 골판지고지를 처리하고 2차로 헤미셀룰레이즈계 효소로 처리하므로서 파열강도와 압축강도가 크게 향상되었다. 또한, 셀룰레이즈계 효소와 헤미셀룰레이즈계 효소를 각각 단독으로 골판지고지 처리시에 첨가하여도 파열강도와 압축강도가 향상되었다.

Claims

골판지고지를 원료로 골판지원지를 제조함에 있어서, 골판지고지를 셀룰레이즈계 효소와/ 또는 헤미셀룰레이즈계 효소로 처리함을 특징으로 하는 압축강도와 파열강도를 향상되는 골판지원지의 처리방법.
제1항에 있어서, 셀룰레이즈계 효소는 트리코더마 롱지브라치아텀이 생산하는 효소 임을 특징으로 하는 압축강도와 파열강도를 향상되는 골판지원지의 처리방법.
제1항에 있어서, 헤미셀룰레이즈계 효소는 트리코더마 롱지브라치아텀이 생산하는 효소 임을 특징으로 하는 압축강도와 파열강도를 향상되는 골판지원지의 처리방법.
제1항에 있어서, 셀룰레이즈계 효소를 골판지고지 건조중량에 대하여 0.01~0.2중량%이고, 헤미셀룰레이즈계 효소를 골판지고지 건조중량에 대하여 0.001~0.1중량% 임을 특징으로 하는 압축강도와 파열강도를 향상되는 골판지원지의 처리방법.
제1항에 있어서, 30~80℃에서 해리시킴을 특징으로 하는 압축강도와 파열강도가 향상되는 골판지원지의 처리방법.
제1항에 있어서, pH가 4~10 임을 특징으로 하는 압축강도와 파열강도가 향상되는 골판지원지의 처리방법.