KR20000070157A - 섬유판을 제조하는 방법 - Google Patents

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라르스 개다
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코르피 크리스티나
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Abstract

본 발명은 수분 함량이 10 중량% 이상인 리그노셀룰로오스 원료로부터 섬유판 및 유사한 목재 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따라서, 수성 분획은 섬유 원료로부터 분리되고, 분획은 그 후에 공정에 재순환되어 섬유를 결합시키는데 사용되는 작용제의 일부 또는 전부를 형성한다. 섬유와 혼합되기 전에, 수성 유출물은 농축되고 산소의 존재하에서 효소작용으로 산화되어 용해된 목재를 중합시키고 농도를 증가시킨다. 리그닌은 물에 용해된 목재에 첨가되거나 용해된 목재가 또 다른 결합제와 함께 섬유에 첨가될 수 있다. 최종적으로, 혼합물은 판 및 경화물로 형성된다.

Description

섬유판을 제조하는 방법 {PROCESS FOR PREPARING FIBER BOARDS}
지난 10년 동안에, 파티클판, 플레이크 판 및 섬유판, 특히 중간 밀도 섬유판(이하에서는 MDF 판으로 약칭한다)의 제조가 급속히 증가하여, 저렴하고, 다량으로 사용할 수 있고, 미정제 오일과 무관한 접착제가 요구되고 있다. 리그닌은 이러한 요건들을 충족시키고, 통상적인 우레아-포름알데히드(UF) 접착제를 사용했을 때 심각한 문제점을 일으키는 것으로 보편적으로 우려되었던 어떠한 포름알데히드도 함유하지 않는다. 주요 목재 성분으로서, 천연 리그닌은 흡습성 물질도 아니고 수용성 물질도 아니다. 천연 리그닌은 폴리페놀의 구조를 갖기 때문에, 접착제로서의 리그닌은 페놀-포름알데히드(PF) 수지와 유사해야 한다. 이것은 목재중의 천연 리그닌에 있어서 그러한 반면에, 공업용 리그닌(리그노술포네이트 또는 크라프트 리그닌)은 이것의 저반응성(크라프트 리그닌) 또는 고흡습성으로 인해 심각한 제한이 있는 것으로 나타났다. 또한, 공업적 펄프화 과정에서, 리그닌은 분해 및 화학적 변화로 인해 수용성으로 된다.
종이, 목재 및 다른 리그노셀룰로오스 물질에 대한 접착제로서 소비용 아황산염액(spent sulphite liquor: SSL)의 사용은 당해 분야에 널리 공지되어 있으며, 통상적인 PE 또는 UF 접착제 대신에 파티클판, 합판 및 섬유판에 대한 접착제로서 리그닌 제품을 사용하는 것에 대한 수많은 특허 출원이 지난 30년 동안 출원되었다. 참고 문헌으로는 DE 특허 제 3 037 992호, 제 3 621 218호, 제 3 933 279호, 제 4 020 969호, 제 4 204 793호 및 제 4 306 439호 및 PCT 특허 출원 WO 93/25622호, WO 94/01488호, WO 95/23232호 및 WO 96/03546호가 있다.
섬유판 제조용 접착제로서 SSL을 사용한 경우의 주요 단점은 이것의 흡습성에 있다.
락카아제 효소 및 다른 과산화효소가 리그닌의 중합 또는 경화 촉매로서 사용될 수 있는 것으로 입증되었다(DE 특허 제 3 037 992호, WO 96/03546호). 그러나, 라디칼 반응을 일으키는 상기 효소들은 지금까지 제한된 성공을 나타냈다. 섬유판의 제조에 사용된 섬유 및 목재 칩은 물 5 내지 20%를 함유하며, 사용되는 락카아제는 섬유판의 광범위한 결합에 요구되었던 중합 반응을 효과적으로 촉진시키는 데에 약간의 물을 필요로 한다. 그러나, 대부분 천연 리그닌과 유사한 크라프트 리그닌은 물에 용해될 수 없어 2개의 고체상이 생산 라인에서 형성된다. 고체의 고르지 않은 분포는 가압 단계에서 형성되는 판의 강도에 있어서 주요 실패 및 스포팅을 일으킨다.
단리된 리그닌의 사용과 관련된 또 다른 문제는 크라프트 리그닌의 높은 가격이며, 이것은 파티클판의 경제적인 생산을 거의 제한시킨다.
이러한 이유들로, 리그닌 기재 판 생산 방법은 지금까지 그다지 실시되고 있지 않다.
리그닌 기재 접착제 대신에, 목재 섬유의 리그닌을 락카아제로 활성화시키고, 목재 섬유판을 제조하는데 어떠한 부가적 결합제 없이 상기 섬유를 그 자체로 사용하는 것이 제안되었다 [참조: EP 특허 출원 제 0 565 109호]. 이러한 기술과 관련된 주요 문제는 장시간(7일 까지 또는 그 이상)의 인큐베이션이 필요하다는 점이다.
페룰로일라라빈옥실란(feruloylarabinoxylan)과 같은, 한해살이 식물로부터 유도된 성분이 또한 파티클판에 접착제용 첨가제로서 사용될 수 있다. 펠트만(Feldman) 등의 특허 출원 WO 96/03546호에 따르면, 목재 섬유 및 칩은 산화된 페놀성 다당류를 사용하여 함께 결합될 수 있다. 이러한 크실란은 한해살이 식물에서만 얻을 수 있으며, 침엽수 또는 활엽수에서는 얻을 수 없다. 이들은 산업적으로 이용될 수 없다.
본 발명의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점을 극복하는 것에 있다. 특히, 본 발명의 목적은 섬유판을 제조하기 위한 신규 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 및 다른 목적은 이하의 상세한 설명으로부터 자명해질, 공지된 리그닌 기재 접착제 보다 우수한 장점과 더불어, 이하에서 설명되고 청구범위에서 청구되는 본 발명에 의해 달성된다.
MDF 섬유의 제조 과정에서, 정제 동안에 목재의 성분들을 함유하는 정제 동안에 수용성 분획이 형성되는 것은 당해 분야에 공지되어 있다. 이러한 분획은 섬유가 건조되기 전에 섬유로부터 분리된다. 분획은 섬유의 본래 건조 물질 약 1 내지 2 중량%를 함유한다. 보편적인 방법에서, 이러한 분획은 유출물의 BOD 및 COD 부하물에 첨가되어 생물학적 정제의 필요성을 증가시킨다.
본 발명은 접착성 결합제와 혼합되고 결합되는 미립 리그노셀룰로오스 파티클 및 섬유를 포함하는 섬유판 및 유사한 목재 제품의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 섬유판을 제조하는 신규 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기 분획을 공정에 재순환시켜서, 섬유의 결합에 사용된 접착성 결합제의 일부 또는 전부를 형성시킨다는 착상을 기초로 한 것이다. 분획의 접착성을 개선시키기 위해서, 분획의 성분은 산화성 효소와 함께 중합된다.
신규 방법에 의한 접착 결과는 시판되고 있는 아교(합성 수지)로부터 수득되는 결과와 비교할만하다.
한 마디로 말해, 본 발명에 따라서, 페놀포름알데히드 또는 우레아포름알데히드와 같이 일반적으로 외부에서 생성되는 접착제가 본 발명의 방법에 따라 목재 천연 물질을 정제함으로써 분리되는 천연 나무 추출 분획에 의해 대체될 수 있음이 밝혀졌다. 섬유판을 제조하는 방법은 다음 단계들을 포함한다:
- 수분 함량이 10 중량% 이상인 리그노셀룰로오스 원료를 정제하여, 용해된 목재를 함유하는 수성 유출물 및 리그노셀룰로오스 섬유를 함유하는 탈섬유 펄프를 제공하는 단계;
- 수성 유출물로부터 정제된 리그노셀룰로오스 섬유를 분리하는 단계;
- 수성 유출물을 농축시켜 용해된 목재의 농도를 증가시키는 단계;
- 용해된 목재를 산소의 존재하에서 효소로 처리하여 용해된 목재를 산화시키는 단계;
- 산화된 목재를 섬유와 혼합시키는 단계;
- 섬유 혼합물을 판으로 성형시키는 단계; 및
- 상기 판을 경화시켜 섬유판을 형성시키는 단계.
본 발명의 또 다른 장점은 외부 정제를 필요로 하는 폐수의 용량이 감소되는 점이다. 또한, 강도가 우수한 MDF 판이 수득될 수 있다.
본 발명은 이제 이하의 상세한 설명에 의해서, 첨부되는 도면을 참조로 하여, 그리고 여러 가지 작용 실시예와 관련하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
첨부되는 도면은 흐름도 형식으로, 본 발명에 따른 바람직한 방법의 구체예에 대한 간단한 처리 과정을 도시하는 것이다.
본 발명과 관련하여, 용어 "접착제", "접착성 결합제" 및 "수지"는 예를 들어 파티클 및 섬유판 제조의 습식 단계에서 파티클, 섬유 또는 플레이크 사이의 접착을 제공하는 화학적 조성물을 가리킨다. 판 제조 과정에서 열압축 후에, 중합된 수지를 함유하는 조성물은 함께 결합된 파티클 또는 섬유 또는 플레이크를 유지시키는 결합제로서 작용한다.
용어 "목재 제품"은 리그노셀룰로오스 기재 제품, 예를 들어 파티클판, 섬유판(고밀도 및 중간 밀도 섬유판, 즉 하드 판 및 MDF 판을 포함), 플레이크 판, 합판, 및 특히 접착성 결합제와 함께 혼합되고 결합되는 나무,한해살이 또는 다년생 식물로부터 유래하는 식물 파티클, 섬유 또는 플레이크로 구성되는 유사한 제품을 가리키는 것이다.
가용성 목재 분획의 탄수화물 및 리그닌을 중합시키기 위해서 페놀성기의 산화를 촉진시킬 수 있는 산화성 효소가 사용될 수 있다. 이들 효소는 과산화효소 및 산화효소와 같은 산화환원 효소이다. "과산화효소"는 이들의 기질로서 과산화수소를 사용하여 산화 반응을 촉진시키는 효소인 반면에, "산화효소"는 이들의 기질로서 산소 분자를 사용하여 산화 반응을 촉진시키는 효소이다. 페놀산화효소(EC 1.10.3.2 벤젠디올:산소 산화환원효소)는 단량체 및 중합체 방향족 화합물중의 o- 및 p-치환된 페놀성 히드록실기 및 아미노/아민기의 산화를 촉진시킨다. 산화 반응은 페녹시 라디칼을 형성시키고, 최종적으로 리그닌 및 가능하게는 탄수화물 물질의 중합반응을 일으킨다. 본 발명의 방법에서, 사용되는 효소는 락카아제, 티로시나아제, 과산화효소 또는 산화효소와 같은, 저분자량의 생물학적 라디칼 형성 및 리그닌의 2차 화학 중합 반응을 촉진하는 효소 중 어느 하나일 수 있다.
산화효소의 구체적인 예로는 락카아제(EC 1.10.3.2), 카테콜 산화효소(EC 1.10.3.1), 티로시나아제(EC 1.14.18.1) 및 빌리루빈 산화효소(EC 1.3.3.5)가 있다. 락카아제가 특히 바람직한 산화효소이다. 이들은 예를 들어 아스페르질루스(Aspergillus), 뉴로스포라(Neurospora), 포도스포라(Podospora), 보트리티스(Botrytis), 렌티누스(Lentinus), 폴리포러스(Polyporus), 라이조크토니아(Rhizoctonia), 코프리누스(Coprinus), 코리올루스(Coriolus), 플레비아 (Phlebia), 플루오로투스(Pleurotus), 푸사륨(Fusarium) 및 트라메테스(Trametes)에 속하는 진균류 및 박테리아로부터 수득될 수 있다.
적합한 과산화효소는 식물, 진균류 또는 박테리아롤부터 수득될 수 있다. 바람직한 과산화효소는 식물로부터 유래되는 것, 특히 양고추냉이 과산화효소 및 대두 과산화효소이다.
용어 "계면활성제" 또는 "표면 활성화제"는 물 및 소수성(예를 들어, 지방) 물질에 친화성이 있어 소수성 물질을 물중에 현탁시키는 것을 보조하는 화합물을 가리키는데 동일한 의미로 사용된다.
중간 밀도 섬유판(MDF)는 건축 및 가구 제조에 사용된다. 이것은 두께가 2.5 내지 40mm 또는 그 이상인 패널로서 제조된다. 파티클판와 비교하여, MDF 처리는 파티클판 보다 더 균일한 구조 및 더 강한 강도를 갖는 패널을 제공한다.
첨부된 도면과 관련하여, MDF 판을 제조하기 위한 본 발명에 따른 바람직한 방법의 구체예는 대부분 통상적인 방법과 공통적인 다음 단계들을 포함한다.
먼저 원료, 식림지 또는 유사한 목재 원료를 박피시키고 칩핑하여, 스크리닝 및 세척하여 먼지 및 오염물을 제거할 수 있는 상당히 균일한 칩 공급물을 생성한다. 본 발명에 따르면, 침엽수가 가장 일반적인 원료일지라도, MDF 제조에 다양한 종류의 나무를 사용할 수 있다. 요즘, 원료로서 식물의 약 절반을 침엽수로 사용하고 있으며, 20%를 활엽수로 사용하고, 20%는 활엽수 및 침엽수의 혼합물을 사용하고 있다. 식물의 10% 미만은 버개스 및 목화나무 줄기와 같은 다른 물질이다.
그 다음, 세척기로부터의 칩을 TMP 처리에 사용되는 것들과 유사한 정제기에 공급한다. 그러나, 정제 조건은 제지용 섬유를 제조하는데 사용되는 것과는 매우 상이하며, 더 높은 세기로 열처리한 후에 저에너지 수준으로 정제된다. 보편적으로, 칩은 6 내지 20분, 바람직하게는 8 내지 10분 동안 대기압에서 예비 스팀화시킨 다음, 5bar 보다 큰 압력, 바람직하게는 6 내지 15bar, 특히 약 8bar에서 1 내지 10분 동안 예열시킨다. 정제시 에너지 소비는 약 200 내지 250 kWh/t이며, 이것은 종이 섬유 등급용 칩을 정제시키는 경우 소비되는 에너지의 10배이다.
정제기에서 소량의 왁스(일반적으로 1 중량% 미만)가 섬유와 혼합될 수 있다.
보편적으로, 섬유는 정제기로부터의 스팀이 섬유를 운반하고 블로우라인내로 펌핑되는 접착제를 혼합시키는 고속도의 블로우라인중에서 접착제와 혼합시킨다. 그 다음 섬유를 건조시키고 저장 상자로 이송시킨다. 건조기는 일반적으로 이송 기체로부터 섬유 물질을 분리시키는 시클론으로 이어지는 길다란 관이다. 저장 후에, 프레스라인의 폭을 갖는 연속 매트를 프레스라인 처리의 초기에 매트 형성체중에서 형성한다. 섬유는, 보편적으로 섬유를 프레싱 후에 패널의 원하는 밀도를 제공할 중량으로 균일한 매트로서 놓는 기계적 배치 또는 에어 제트를 이용하여 매트 형성체의 폭을 가로질러 분포시킨다. 매트 형성 후에, 밀도는 매트 두께가 패널의 최종 두께의 20 내지 25배가 되어 낮다. 예비 압축기는 매트를 두께가 원하는 패널 두께의 8 내지 10배가 되도록 압축시킨다.
최종 프레싱은 접착성 결합제를 경화시켜 패널을 완전하게 하는 결합을 형성시키도록 열을 사용하여 수행한다. 일반적으로, 매트를 압축시키는데 요구되는 힘을 적용시키기 위해 수직으로 배열된 판을 갖는 일렬의 배치 프레스를 사용한다. 프레싱 후에, 패널 피니시 처리의 조작 전에 패널을 냉각시키고 적층시킨다. 평탄한 표면 피니시를 제공하기 위해 샌딩(sanding)을 사용한다.
본 발명에 따른 방법은 섬유의 접착성 결합제의 일부 또는 전부가 정제로부터 수득되고 수용성인 목재 또는 리그노셀룰로오스 원료의 분획으로 대체되는 점에서 통상적인 섬유판 제조와는 상이하다. 앞서 설명한 정제 방법 과정에서, 목재 원료의 일부는 예컨대, 고온으로 인해 용해된다. 정제 후의 섬유의 수득율은 사용되는 목재 종류 및 처리 온도에 따라 좌우되지만, 일반적으로 96 내지 98% 이다. 이것은 목재의 2 내지 4%가 물의 스팀중에 용해되는 것을 의미하는 것이다. 이러한 물은 본질적으로 본래 축축한 목재의 10% 이상, 일반적으로는 30 내지 70%, 더욱 일반적으로는 약 50% 까지 구성하는 목재중의 천연물로 이루어진다. 이전의 경우에, 이것은 건조 중량 함량이 1 내지 2%인 폐기 스트림이 형성될 수 있는 것을 의미하는 것이다.
건조 물질 분획은 목재의 기본 성분, 즉 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌으로 이루어지며, 목재 종류 및 정제 조건에 따라 사용되는 양이 좌우된다. 대략적으로, 침엽수 칩의 처리 물은 40 내지 70%의 탄수화물, 10 내지 30%의 환원 화합물, 10 내지 25% 리그닌 및 1 내지 10%의 추출물을 함유한다. 대조적으로, 활엽수의 펄프 처리 물은 20 내지 60%의 탄수화물, 20 내지 40%의 환원 화합물, 10 내지 25%의 리그닌 및 10 내지 40%의 추출물을 함유한다. 이러한 비율은 단지 예시의 방식으로 제공되는 것이며, 이것들은 고체 물질의 건조 중량으로부터 계산된다.
이러한 분획은 처리 과정에서 섬유로부터 분리된다. 즉, 섬유를 적합한 접착제로 교착시켜 수집하고, 용해된 분획을 섬유로부터 분리시킨다. 통상적인 방법에서, 가용성 분획의 형성은 원하지 않는 환경 부하를 초래한다. 상기 분획은 외부의 폐수 처리 플랜트에 의해 정제되어야 하는 주요 폐수 스트림을 형성한다.
본 발명과 관련하여, 다양한 성분의 가용성 분획은 산화효소 효소의 존재하에서 산화반응에 대해 모두 반응성인 것으로 판명되었다. 표(3)의 결과에 의해 증명되는 바와 같이, MDF 처리 물 뿐만 아니라 기타 다른 분획은 락카아제를 사용하는 효소적 산화의 결과로서 상당량의 산소를 소비한다. 어떠한 특정 이론에 의해 한정되지 않고서도, 예를 들어 리그노셀룰로오스 파티클 및 섬유에 접착성을 제공하고 중합반응에 참여하는 페녹시 라디칼을 함유하는 여러 가지 산화된 화합물이 형성되는 것이 제시되었다.
MDF 패널은 목재 섬유를 처리하고, 이것을 적당한 아교 또는 접착성 결합제 약 20 중량% 이하, 바람직하게는 약 1 내지 10 중량%(섬유의 중량을 기준으로 하여 계산한다)와 혼합시킴으로써 제조한다. 접착성 결합제를 첨가하지 않고서는, 프레스된 패널을 생성하는 것이 불가능하다.
본 발명에 따라서, 분리되는 가용성 분획을 산화효소와 혼합시켜 존재하는 탄수화물, 리그닌 및 추출물의 산화반응 및 중합반응을 제공함으로써 접착성 결합제내로 제형화시킨다. 첨부되는 도면에 제시된 바와 같이, 본 발명의 목적을 위해, 가용성 분획은 섬유로부터 분리되고 수성상은 여과, 한외 여과, 증발 또는 다른 적합한 분리 기술에 의해 농축된다. 가용성 분획의 건조 물질 함량은 일반적으로 10 중량% 미만, 더욱 일반적으로는 5 중량% 미만이다. 결과적으로, 사용전에 더욱 많이 농축시키는 것이 고려되어야 한다. 보편적으로, 효소로 처리되는 접착제 조성물의 건조 물질 함량은 약 20 내지 80 중량% 이다. 접착성 결합제의 제조를 위해 사용되는 가용성 분획은 바람직하게는 약 10 내지 70%의 탄수화물, 약 1 내지 30%의 리그닌을 포함하며, 이 비율은 수용성 분획의 건조 중량을 기준으로 하여 계산된 것이다.
사용되는 효소는 락카아제, 티로시나아제 또는 다른 산화효소와 같이, 방향족 화합물 또는 리그닌의 산화반응 및 중합반응을 촉진시키는 것으로 이전에 공지되어 있는 효소 중 어느 하나일 수 있다. 사용되는 효소의 양은 효소의 활성 및 조성물의 건조 물질 함량의 양에 따라 좌우된다. 일반적으로, 산화효소는 건조 물질 g 당 0.001 내지 10mg의 단백질, 바람직하게는 0.1 내지 5mg의 단백질의 양으로 사용된다. 산화효소의 양은 약 1 내지 100,000 nkat/mg 이며, 바람직하게는 100 nkat/mg을 초과한다.
본 발명과 관련하여, 산소는 모든 기원의 탄수화물, 추출물 및 리그닌의 효소적 중합반응에서 결정적인 역할을 하는 것을 밝혀졌다. 이것은 섬유판, 파티클판, 플레이크 판 및 기타 다른 유사한 목재 제품의 제조를 위한 접착제 생성에서 특히 중요하다. 이와 같이, 탄수화물 또는 리그닌 물질 이외에도, 산소가 충분한 양으로 요구된다. 산화 반응은 산화된 라디칼(예를 들어, 페녹시 라디칼)의 형성을 초래하며, 최종적으로는 물질의 중합반응을 초래한다.
앞서 설명한 공지된 방법에서, 산소의 이용률에 대한 명백한 한계로 인해 가교는 단지 부분적으로만 달성되었다. 산소에 의한 반응의 한계는 그 자체가 사용되는 장시간의 반응시간 및 수득되는 불량한 강도 때문에, 효소 보조 중합반응의 결과가 손상되는 것을 증명하는 것이다.
산소 공급은 여러 가지 수단, 예를 들어 효율적인 혼합, 기포화, 또는 효소적 또는 화학적 수단에 의해 공급된 산소 또는 산소 부화 공기를 용액에 유입하는 것에 의해 개선될 수 있다. 모든 산소 함유 기체가 사용될 수 있을지라도, 공기, 산소 부화 공기, 산소 기체 또는 이들의 가압된 스트림을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따라서, 가용성 분획을 포함하는 혼합물은 예를 들어 공기주입에 의한 산소의 존재하에서 활발하게 혼합된다. 혼합 시간은 일반적으로약 1분 내지 24시간이며, 바람직하게는 약 5분 내지 10시간이다.
또 다른 구체예에 따라서, 산소 공급은 리그닌의 가용성 분획을 물과 혼합하여 혼합물을 형성하고 현탁액을 통해 기체를 발포화시켜 중간 직경이 0.001 내지 1mm, 특히 약 0.01 내지 0.1mm인 기포를 형성함으로써 접착성 결합제의 포움을 생성함으로써 달성된다. 포움 생성에 의해, 분산액의 용적은 원래 용적의 1.1 내지 10배로 증가할 수 있다.
포움은 음이온, 양이온 또는 비이온일 수 있는 표면 활성제를 사용함으로써 형성된다. 이와 같이, 계면활성제는 알킬술포네이트 또는 알킬 벤젠 술포네이트, 트윈(등록상표명) 및 다른 시판되는 폴리소르베이트 화합물, 지방산 비누, 리그노술포네이트, 사르코시네이트, 지방산 아민, 아민(옥시에틸렌 알코올), 폴리(옥시에틸렌 알코올), 나무 추출물 및 식물 추출물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 포움 안정화제 및 고체 계면활성제, 예를 들어 CMC, 겔라틴, 펙틴, 나무 추출물 및 유사한 화합물이 포움 안정성을 형성하고 개선시키는데 사용될 수 있다. 소량의 표면 활성제, 즉 약 0.01 내지 10%, 특히 약 0.05 내지 5%가 요구된다.
포움은 공지된 혼합 기술을 사용하는 정지 발포기 또는 난류 포움 세포내에서의 포움 형성에 의해 생성될 수 있다.
가용성 분획으로부터 수득되는 결합제는 블로우 라인에서, 즉 본질적으로 섬유이 건조 전에 섬유와 혼합될 수 있다. 이것은 첨부되는 도면에서 택일적인 '1'로서 도시되어 있다. 대안적으로, 결합제는 저장 상자내에 저장되는 건조 침상에 분무될 수 있다(참조: 택일적인 '2'). 2가지 경우에서, 섬유 또는 칩을 결합제 조성물의 성분을 혼합시키면서 동시에 결합제를 산화시키는 것이 가능하다. 조성물은 전체 건조 중량의 0.1 내지 30%, 바람직하게는 약 1 내지 10%의 양으로 섬유에 첨가된다.
상기에 언급된 바와 같이, 가용성 분획은 섬유판을 제조하는데 사용되는 통상적인 결합제의 일부 또는 전부를 대체할 수 있다. 이와 같이, 특히 바람직한 구체예에 따라서, 리그닌은 효소적 산화 이전에 결합제 조성물과 혼합된다. 리그닌의 양은 조성물의 건조 물질의 1 내지 99% 일 수 있으며, 바람직하게 조성물은 5 내지 95%의 리그닌 및 95 내지 5%의 가용성 분획을 함유한다 (이미 그 자체가 일부 리그닌을 함유한다). 리그닌의 일부는 리그닌 함유 섬유의 형태로 첨가될 수 있다. 물론, 통상적인 UF 또는 PF의 일부를 상기 가용성 분획으로 대체하는 것이 또한 가능하다.
하기의 비제한적인 작용 실시예는 본 발명의 방법 및 이것의 장점을 보다 상세하게 예시하는 것이다.
실시예 1: 가용성 분획의 분리
가용성 분획을 정제 과정 후에 침엽수 또는 활엽수 섬유로부터 단리시키고, 필요에 따라, 증발에 의해 다양한 건조 중량 농도로 농축시켰다.
실시예 2: 가용성 MDF 분획의 조성물
활엽수로부터의 용해된 분획의 조성을 리그닌, 추출물 및 탄수화물에 대해 분석하였다. 그 결과를 표(1)에 기재하였다.
활엽수로부터의 MDF 처리 물의 조성
조성 건조 중량%
리그닌산 불용성산 가용성추출물 21.41.922
확인된 당람노오스아라비노오스갈락토오스글루코오스크실로오스만노오스당산전체 0.81.82.720.68.72.22.739.5
또 다른 경우에, 용해된 분획을 침엽수로부터 단리시켰다. 조성을 표(2)에 요약하였다.
침엽수로부터의 용해된 성분의 조성
조성 건조 중량%
리그닌추출물탄수화물환원 화합물 18225724
확인된 당아라비노오스갈락토오스글루코오스크실로오스만노오스당산 1.31.77.20.710.80.5
실시예 3: 효소성 중합반응에 대한 가용성 분획의 반응성
효소성 중합반응에 대한 용해된 분획의 반응성을 물질의 특이적 산소 소비에 의해 분석하였다. 반응성을 크라프트 리그닌 및 리그노술포네이트의 상응하는 값과 비교하였다. 표(3)으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 반응성은 상당히 높았다.
용해된 분획, 크라프트 리그닌 및 리그노술포네이트의 반응성
용해된 분획/기질 산소 소비 mg/기질 g
MDF 물, 가용성 부분크라프트 리그닌리그노술포네이트 0.92.54.3
실시예 4: 효소가 촉매화된 교착 반응에서 가용성 분획을 이용한 MDF 섬유의 교착화
실시예 1 및 2에 설명한 바와 같이 제조된 가용성 분획을 파티클판 및 MDF 시험 패널 교착에 대한 결합제로서 사용하였다. 리그닌 분획 4.0g을 활발하게 혼합하고, 2M 아세트산 나트륨 완충액(pH 4.5) 2.0g중의 락카아제 농축물(활성도 4000 nkat/g) 4.0g을 사용하여 30분간 공기주입시켰다. 파티클판 패널의 경우에, 혼합물 1.4g을 파티클판 칩 4.4g상에 분무시키거나 이것과 기계적으로 혼합시켰고, MDF 패널의 경우에는 혼합물 5.5g을 건조 섬유 20g 상에 분무시키거나 이것과 기계적으로 혼합시켰다. 섬유 또는 칩을 섬유 건조 중량의 0.7%의 왁스(모빌렉스(Mobilex) 54, 수중의 60% 에멀션)로 먼저 처리하였다. 락카아제를 사용하지 않고(물을 대신 사용하였다), 시판되는 우레아포름알데히드 수지를 사용하는 기준 시험을 수행하였다. 가용성 분획을 공업용 리그닌과 함께 농축시켰다.
강도 시험을 위해, 크기가 50mm×50mm×2mm(중량-약 5g)인 파티클판 패널을 30kp/cm2의 압력 및 190℃의 온도에서 2분 프레싱시킴으로써 제조하였고, 크기가 90mm×90mm×2mm(중량-약 22g)인 MDF 패널을 50kp/cm2의 압력 및 190℃의 온도에서 2분 프레싱시킴으로써 제조하였다. 프레싱 후에, 패널을 4개의 조각으로 절단하였다(50mm×12mm×2mm). 이들 조각들을 쯔빅크(Zwick) 인장 강도 시험 기기를 사용하여 대등한 인장 강도에 대해 시험하였다.
MDF 섬유에 대한 소규모의 교착화 결과
접착성 결합제 인장 강도 (MPa)
물가용성 부분가용성 부분 + 락카아제가용성 부분(10%) + 인듈린 15±224±230±245±2
AT(90%) + 락카아제기준 UF 수지 38.9±2
실시예 5: 가용성 분획 및 리그닌에 첨가되는 가용성 분획을 이용한 파티클판의 교착화
파티클판 칩을 실시예 5에 기재한 공정에 따라 교착시켰다. 교착된 시험 패널의 강도 값을 하기 표(5)에 기재하였다.
파티클판 칩에 대한 소규모의 교착 시험의 결과
생아교 인장 강도 (MPa)
가용성 부분가용성 부분 + 락카아제가용성 부분(10%) + 인듈린 3.8±0.66.2±0.413.8±0.4
AT(90%) + 락카아제인듈린 AT + 락카아제물기준 UF 수지 12.7±0.73.0±0.512.5±0.7

Claims (11)

  1. 섬유판 및 유사한 목재 제품을 제조하는 방법으로서,
    - 수분 함량이 10 중량% 이상인 리그노셀룰로오스 원료를 정제하여, 용해된 목재를 함유하는 수성 유출물 및 리그노셀룰로오스 섬유를 함유하는 탈섬유 펄프를 제공하는 단계;
    - 수성 유출물로부터 정제된 리그노셀룰로오스 섬유를 분리하는 단계;
    - 수성 유출물을 농축시켜 용해된 목재의 농도를 증가시키는 단계;
    - 용해된 목재를 산소의 존재하에서 효소로 처리하여 용해된 목재를 산화시키는 단계;
    - 산화된 목재를 섬유와 혼합시키는 단계;
    - 섬유 혼합물을 판으로 성형시키는 단계; 및
    - 상기 판을 경화시켜 섬유판을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 수성 유출물이 수용성 분획의 건조 중량을 기준으로 계산하여 10 내지 70%의 탄수화물 및 1 내지 30 중량%의 리그닌을 함유함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 용해된 목재가 섬유와 혼합되기 전에 5 내지 95 중량%의 리그닌과 혼합됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 용해된 목재가 리그노셀룰로오스 원료의 화학적 펄프화로부터 단리된 리그닌과 혼합됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 용해된 목재가 산화효소에 의해 산화되고 중합됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 유출물의 건조 물질이 20 내지 60%의 건조 중량 농도로 농축됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 용해된 목재가 공기, 산소 부화 공기, 산소 기체, 또는 이들의 혼합물의 존재하에서 산화됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 산소 함유 기체가 현탁액을 발포시킴으로써 유입됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 산화된 목재가 섬유의 건조 전에 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 산화된 목재가 섬유의 건조 후에 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 산화된 목재가 다른 접착성 결합제와 함께, 섬유의 전체 건조 중량의 1 내지 10%의 양으로 섬유에 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
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