KR20090031848A

KR20090031848A - 펄프 현탁액에 충전제를 충전하는 방법

Info

Publication number: KR20090031848A
Application number: KR1020087021090A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 도엘레; 요아힘 헨슬러
Original assignee: 보이트 파텐트 게엠베하
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2009-03-30
Also published as: DE102006029642B3; JP2009541604A; US20090056888A1; CA2636454A1; EP2038477A1; WO2008000308A1; CN101479427A; BRPI0712858A2

Abstract

본 발명은 펄프 현탁액(S)에 충전제, 특히 탄산칼슘을 충전하는 방법(섬유 충전)에 관한 것이다. 충전된 펄프 현탁액(S')은 본 발명에 따라 적어도 2가지 성분, 즉 가벼운 성분(light fraction)과 무거운 성분(heavy fraction)으로 분별되고, 이를 위해 한 바람직한 실시예에서는 하이드로사이클론(hydrocyclone)(13)이 사용된다. 상기 상이한 성분들은 충전율도 서로 상이하다. 즉, 섬유에 흡착되어 침전된 충전제의 양이 각각 상이하다. 충전율이 더 낮은 섬유의 경우 충전율을 더 높이기 위해 충전 프로세스로 복귀될 수 있다.

Description

펄프 현탁액에 충전제를 충전하는 방법{METHOD OF LOADING A PULP SUSPENSION WITH FILLER}

본 발명은 청구항 1항의 전제부에 따른 펄프 현탁액의 충전 방법에 관한 것이다.

펄프 섬유에 탄산칼슘을 충전하기 위한 수많은 섬유 충전 기법이 이미 공지되어 있다. US 5,223,090호에는, 공동을 둘러싸는 세포벽을 가진 긴 섬유들을 포함하는 섬유 재료를 사용하는 방법이 기술되어 있으며, 상기 방법에서는 섬유들이 펄프의 탈수 슬러리를 형성하기에 충분한 수분을 함유한다. 상기 섬유들은 섬유의 40 내지 50중량%의 비율에 상응하는 수분 함량을 갖는다. 수분은 실질적으로 섬유 내부 및 섬유 벽 내부에 존재한다. 이어서 펄프에 산화칼슘 또는 수산화칼슘이 선택적으로 첨가됨에 따라, 그 중 적어도 일부가 펄프 내에 존재하는 물과 결합한다. 이어서 섬유 형태의 셀룰로오스 물질이 이산화탄소와 결합하고, 그와 동시에 전단 혼합(shear mixing) 프로세스를 거침으로써 셀룰로오스 섬유의 공동 내부 및 섬유 벽 내부에 침전에 의해 상당량의 탄산칼슘을 함유한 섬유 재료가 생성된다.

DE 102 04 254 A1으로부터 또 다른 펄프 현탁액 충전 방법이 공지되어 있다. 이 방법은 펄프 현탁액에 액체 상태 또는 건조된 형태의 수산화칼슘 또는 산화칼슘 을 주입하는 단계, 펄프 현탁액에 가스상 이산화탄소를 주입하는 단계, 상기 이산화탄소에 의해 탄산칼슘이 침전되는 단계를 포함한다.

본 발명의 과제는, 충전 프로세스의 장점들이 더 강화되면서 경우에 따라 훨씬 더 높은 충전 효과도 달성될 수 있는 펄프 현탁액 충전 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1항에 언급된 조치들에 의해 해결된다.

상기 방법에 의해, 특히 제지시 펄프 제조 또는 펄프 사용의 목적으로 탄산칼슘이 충전된 펄프(FLPCC = fiber loaded precipitate calcium carbonate)를 제조할 수 있다. 충전될 섬유 원료는 예컨대 재생지, DIP(Deinked Paper), 재생 펄프, 미표백 펄프 또는 표백 펄프, 모든 타입의 목재 펄프, 모든 타입의 종이 원료, 표백 크라프트 펄프(kraft pulp) 또는 미표백 크라프트 펄프, 파지(broke), 리넨 펄프, 면 펄프 및/또는 마 펄프(hemp fiber, 주로 권련지로 사용됨) 및/또는 제지기에서 사용되는 다른 모든 종이 원료로부터 제조된다. 상기 방법은 충전될 섬유 원료에 관계없이 사용될 수 있다.

본 발명의 적용 영역은 종이 및 펄프 제조 그리고 충전제 제조를 포함한 프로세스 기술에까지 이르며, 포장지 등급을 포함한 모든 종이 등급의 사용 영역 및 생산 과정에서 발생하는 폐기물 중 충전제 함량이 1% 내지 60%인 폐기물 및/또는 충전제 함량이 1% 내지 60%인 백색 커버층을 가진 폐기물을 포함한다. 충전제 함량이 5% 내지 50%인 것이 바람직하다.

제지시 펄프 현탁액이 섬유 충전 기술로 처리되면, 시장에 출시되어 있는 제품들에 비해 개선된 새로운 특성들을 가진 완전히 새로운 제품이 만들어진다. 그러한 프로세스에 의해 제지 공장에서 원료 처리시 바로 충전제(탄산칼슘)를 침전시킬 수 있고, 상기 충전제는 섬유 원료, 특히 펄프에만 균일하게 분포되고 침전된다.

본 발명에 따른 방법에서는, 바람직하게 예컨대 지구 중력장의 200배에 상응하는 강력한 원심력장(centrifugal field)을 발생시키는 하이드로사이클론을 이용하여 분별(fractionation)이 실시될 수 있다.

또 다른 가능성 중 하나는, 특히 섬유 분별기로서 미세한 체구멍을 갖도록 설계된 가압 스크린(pressurized screen)을 사용하는 것이다. 물론 다단계 분리 설비 및/또는 여러 가지 분리 원리들의 결합도 고려될 수 있다.

특히 바람직하게는, 펄프 현탁액 충전의 상이한 효과가 활용되도록 또는 적절한 조치들을 통해 부분적으로 또는 완전히 다시 보상되도록 본 발명에 따른 방법이 수행된다. 본 발명의 기초를 이루는 충전 방법의 경우, 예컨대 여러 종류의 섬유들로 조성된 펄프 현탁액이 생성된다. 상이한 특성들로 인해, 관여된 모든 섬유의 경우 충전율이 상이할 수 있다. 또한, 침전 프로세스 동안의 (시간 또는 장소에 따른) 파라미터 변동으로 인해 침전이 불균일하게 수행되는 방식으로 통계적 영향이 고려될 수 있다. 상이한 충전율, 즉 섬유에 흡착되어 침전된 결정들의 양은 충전 프로세스 다음에 실시되는 분별을 가능케 하며, 상기 분별 프로세스에서는 충전율이 상이한 2개 이상의 성분이 생성된다. 충전율이 더 높은 섬유가 충전율이 더 낮은 섬유보다 더 무겁다는 사실에 근거하여, 본 발명에서는 충전율이 더 높은 섬유를 무거운 성분(heavy fraction)이라 칭하고, 충전율이 더 낮은 섬유를 가벼운 성분(light fraction)이라 칭한다.

방법에 대한 요건에 따라, 상이한 성분들을 추후 처리하는 데 있어 2가지 가능성이 고려될 수 있다.

첫 번째 가능성은, 충전 단계 이전에 위치한 한 설비 부분에서 가벼운 성분이 재순환됨으로써 충전 프로세스가 재수행되는 것으로, 이는 특히 가벼운 성분 내에 유도된 섬유들이 반복 충전에 의해 훨씬 더 높은 충전율을 달성할 수 있는 경우에 유리하다. 그 이유는, 섬유 특성상 더 오랜 충전 시간 또는 더 높은 농도의 화학물질이 더 유리할 수 있기 때문이다. 그러한 경우, 프로세스를 "가장 무거운 섬유"에 매칭시키지 않고 총체적으로 최적화하는 것이 더 경제적이다.

두 번째 가능성은, 생성된 성분들을 종이 또는 판지 제조시 목적에 따라 상이하게 사용하는 것이다. 알려진 바와 같이, 제지시 각각의 등급별로 그리고 경우에 따라서는 초지기에서의 위치별로도 상이한 품질 요건들이 요구된다. 즉, 분별 과정을 통해 전체 제지 프로세스를 개선할 수 있다.

상기 충전 프로세스를 통해 종래의 펄프 현탁액 제조 프로세스들에 비해 에너지 측면에서 유리하게 더 높은 고해도가 달성될 수 있다. 예를 들어, 고해 에너지의 50%까지 절약될 수 있다. 이는 특히 제조시 고해 프로세스를 통과하는 모든 종이류, 특히 FL(Fiber Loading)-권련지, FL=B&P 용지, FL- 중포대용 크라프트지(Kraft Sack Paper) 및 FL-여과지와 같이 고해도가 높은 또는 매우 높은 종이류에 적용된다. 이처럼 충전제를 필요로 하지 않는 종이들의 경우, 고해 프로세스 이후 또는 펄프 현탁액이 헤드박스 통 내로 유입되기 전 또는 초지기로 공급되기 전에 섬유 또는 섬유 내부에 침전되지 않는 유리 충전제(loose filler)가 제거될 수 있다. 물론 섬유 자체의 외부에 및/또는 내부와 외부에 충전제가 제공됨으로써 섬유 충전 기술의 긍정적 효과는 유지된다.

초지기의 여러 섹션, 예컨대 압착부, 건조부 또는 지필(paper web)이 감기는 영역들에서 발생하는 프로세스에 기인한 물리적 하중에 의해, 제조된 중간 제품 및 제조될 최종 제품이 롤러, 와인더, 리와인더 및 전환기(conversion machine)의 사용을 통해 물리적으로 높은 하중을 받기 때문에, 충전은 모든 종이 타입의 제조에 긍정적으로 작용한다.

전술한 종이 타입들에 본 발명에 따른 기술을 도입하는 경우의 또 다른 장점은, 상기 종이들이 캘린더에서도 추가 처리될 수 있다는데 있다. 섬유 충전 기술의 사용시 섬유 충전 입자가 섬유 내부 및 섬유 주변에 침전됨으로써, 블래크닝(blackening), 즉 캘린더 반점(calender spot)이 방지된다.

하기에서는 펄프 현탁액 충전의 대표적 사례를 기술한다.

출발 물질로는 습식(moist) 섬유 재료, 특히 습식 펄프가 0.1 내지 20%의 농도로, 바람직하게는 2 내지 8%의 농도로 사용된다. 수용액 형태 또는 건조된 형태의 수산화칼슘 또는 산화칼슘이 기존의 고형물 함량의 약 0.01 내지 60%로 습식(moist) 펄프에 혼합된다. 혼합 과정을 위해 고정식 혼합기, 수액기(receiver tank) 또는 펄퍼 시스템이 사용된다. 이 경우, 약 7 내지 12, 바람직하게는 9 내지 12의 pH값이 사용된다. 수산화칼슘의 반응 시간은 0.01 내지 10분, 바람직하게는 1초 내지 3분이다. 미리 정해진 반응 파라미터들에 따라 희석수가 혼합된다.

반응 파라미터들에 상응하게 젖은 펄프 용적에 이산화탄소가 혼합된다. 이때 이산화탄소 분위기에서 탄산칼슘이 침전된다.

바람직하게는 프로세스 온도가 -15℃ 내지 120℃, 특히 20℃ 내지 90℃이다. 바람직하게는 마름모형 결정, 편삼각면체 결정 및 구상 결정이 생성되는데, 이때 상기 결정들은 0.05 내지 5㎛, 특히 0.3 내지 2.5㎛의 치수를 갖는다.

탄산칼슘이 충전된 펄프 현탁액을 제조하기 위해 고정식 혼합 부재 및/또는 가동식, 특히 회전식 혼합 부재가 사용된다..

상기 방법은 바람직하게 0 내지 15바아, 특히 0 내지 6바아의 압력 범위 내에서 수행된다. 또한, 상기 방법은 바람직하게 6 내지 10, 특히 6.5 내지 9.5의 pH 값에서 수행된다. 이 경우, 반응 시간은 0.03초 내지 1분, 특히 0.05초 내지 10초가 걸린다.

예컨대 각각 약 0.05 내지 2㎛의 입방면체 크기를 가진 마름모형 침전물 입자가 생성될 수 있다. 특정한 경우, 약 0.05 내지 2㎛의 길이 및 0.01 내지 0.05㎛의 지름을 가진 편삼각면체 침전물 입자를 생성시키는 것도 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 한 바람직한 실시예에 따르면, 침전을 위해 제공되는 펄프 현탁액의 고형물 농도가 약 0.1 내지 60%로, 바람직하게는 약 15 내지 35%로 선택된다.

충전 방법의 한 바람직한 실시예에 따르면, 약 -15 내지 120℃의 온도에서, 바람직하게는 약 20 내지 90℃의 온도에서 이산화탄소가 펄프 현탁액에 첨가된다.

이제 도면들을 참고로 본 발명 및 본 발명의 장점들을 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 한 예를 설명하기 위한 설비도이다.

도 2는 본 발명에 따른 방법의 한 변형예이다.

도 1에는 가장 중요한 방법 단계들 및 장치들을 가진 설비의 예가 도시되어 있다. 상기 설비에서 펄프(P), 예컨대 탈묵 재생지는 물(W)과 함께 펄퍼(10) 내로 들어간다. 상기 펄퍼(10)는 종래 방식에 따라, 즉 바닥 영역에 펄퍼 스크린(11) 및 펄퍼 회전자(12)를 포함하고, 상기 펄퍼 회전자는 펄퍼 내에서의 회전을 위해 제공되며, 상기 펄퍼 스크린(11)을 막히지 않게 유지하도록 설계될 수 있다. 그렇게 하여 용해된 펄프는 도시된 예에서 원료 세척기(14) 및 원료 선별기(15)로 도시된 다수의 세척 장치들로 공급된다. 상기 세척 장치들 다음에는 펄프 현탁액(S)의 농도를 다시 증가시키기 위해 스크루 프레스(16)가 배치되어 있다. 스크루 프레스(16)의 압착 여과액(18)은 용해를 위해 펄퍼(10)로 회송될 수 있다. 그런 다음 농후화된 펄프(19)는 결정화기(20)에 도달하고, 상기 결정화기는 이산화탄소 가스(24)를 이용하여 탄산칼슘의 미립화된 충전제 형태의 침전을 활성화하는데 사용된다. 이산화탄소 가스는 이산화탄소 공급 장치(21)에 의해 제공되며, 열 교환기(22) 내에서 냉각제 또는 발열제(23)에 의해 원하는 온도에 맞춰진다. 또는 다른 템퍼링 방법도 가능한데, 예컨대 온도를 상승시키려는 경우 증기를 직접 첨가할 수 있다. 보관통(26) 내에는 충전된 펄프 현탁액이 수집되고, 경우에 따라 희석수(27)를 사용하여 희석된다.

이어서 곧바로 또는 예컨대 분쇄와 같은 중간 처리 후에, 충전된 펄프 현탁액(S')의 분별이 실시된다. 이를 위해 예컨대 고성능 하이드로사이클론(13)을 구비한 클리너 설비가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 클리너 설비는 무거운 성분(2)과 가벼운 성분(1)을 형성한다. 점착성 충전제로 더 강하게 충전된 섬유가 더 약하게 충전된 섬유보다 특히 더 무겁고, 강성도 더 높을 수 있다. 본 발명에 따라 수행된 분별은, 특히 침전 또는 원심력의 사용시, 그러한 차이점을 이용한다. 따라서 무거운 성분(2)이 가벼운 성분(1)에 비해 충전율이 더 높은 섬유를 함유한다는 사실이 전제된다.

여기서 가벼운 성분(1)은 충전 프로세스로 재순환된다. 즉, 스크루 프레스(16)의 유입부로 안내된다. 무거운 성분(2)은 예컨대 -도시되지 않은- 초지기의 펄프 현탁액(28)으로서 이용된다.

도 1에 도시된 충전제, 특히 탄산칼슘을 충전하기 위한 설비부는 단지 매우 단순화한 예시일 뿐이다. 많은 경우 표백 프로세스도 통합될 수 있다. 충전 프로세스의 수행과 관련한 더 상세한 내용은 도입부에 언급한 간행물들을 참고하기 바란다. 충전 프로세스는 바람직하게 제지 공장에서 온라인 프로세스로서 실시된다.

이미 설명한 것처럼, 충전된 펄프의 분별은 상이한 재료 품질을 발생시키기 위해 또는 제지시 상이한 품질을 부여하기 위해서도 사용된다. 이러한 처리 방식을 위한 설비 구조의 한 예가 도 2에 도시되어 있으며, 여기에는 펄프 현탁액의 용 해 및 예비 세정 단계는 도시되지 않았다. 도 2는 도 1 또는 이미 공지된 필적하는 설비 부분들과 유사할 수 있다. 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 초지기 또는 판지 제조기의 헤드박스(32)에 도달할 때까지 예컨대 가벼운 성분(1), 즉 충전율이 더 낮은 섬유들이 무거운 성분(2)과 분리되어 안내된다. 이때, 통상 추가 성분(30, 31)(펄프 또는 첨가제)의 첨가가 실시되어야 한다. 상기 분리 성분들에 상이한 처리(예: 분쇄)를 할 수도 있다(도면에는 도시되지 않음).

본 실시예에서 헤드박스(32)는 3개의 층을 형성한다. 바람직하게는, 특히 충전율이 더 높은 섬유의 더 높은 강도 및/또는 가벼운 성분(1)은 내층으로, 무거운 성분(2)은 외층으로 안내된다. 더 많은 헤드박스를 이용하여 더 많은 층이 형성될 수도 있다.

초지기 구성중 변하지 않는 부분들은 도시하지 않았다.

Claims

펄프 현탁액(S)에 충전제, 특히 탄산칼슘을 충전하는 방법으로서, 상기 펄프 현탁액(S)에 액체 상태 또는 건조된 형태의 수산화칼슘이 주입되고, 화학 반응에 의해 상기 충전제가 펄프 현탁액 내에 침전되고,

상기 충전된 펄프 현탁액(S')은 충전율이 상이한 적어도 2가지 성분으로 분별되고, 상기 성분들은 서로 상이하게 처리되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항에 있어서,

상기 분별은 원심력을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 2항에 있어서,

상기 분별은 하이드로사이클론(hydrocyclone)(13)에서 수행되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 3항에 있어서,

상기 하이드로사이클론(13)이 적어도 지구 중력장의 200배에 상응하는 원심 력장(centrifugal field)을 발생시키는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

충전율이 더 낮은 1개 이상의 가벼운 성분(light fraction)(1) 및 충전율이 더 높은 1개 이상의 무거운 성분(heavy fraction)(2)이 형성되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 5항에 있어서,

상기 가벼운 성분(1)은 다시 충전되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 6항에 있어서,

상기 가벼운 성분(1)은 이미 통과한 동일한 충전 프로세스로 재순환되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 6항에 있어서,

상기 가벼운 성분(1)은 다른 충전 프로세스에서 충전되는 것을 특징으로 하 는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가벼운 성분(1)과 무거운 성분(2)은 서로 다른 방식으로 분쇄되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 5항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가벼운 성분(1)과 무거운 성분(2)은 상이한 종류의 종이 제품 또는 판지 제품에 사용되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
상기 가벼운 성분(1)과 무거운 성분(2)은 종이 또는 판지 제조시 상이한 층에 사용되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

출발 재료로서 습식(moist) 섬유 재료, 특히 0.1 내지 20%, 바람직하게는 2 내지 8%의 농도를 갖는 습식 펄프가 사용되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 침전시 프로세스 온도가 -15℃ 내지 120℃, 특히 20℃ 내지 90℃인 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 충전제의 화학적 침전은 가스상 이산화탄소에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

마름모형, 편삼각면체 및 구상의 결정이 생성되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 15항에 있어서,

상기 결정들은 0.05 내지 5㎛, 특히 0.3 내지 2.5㎛의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 충전은 0 내지 15바아, 특히 0 내지 6바아의 압력 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 충전은 0 내지 15바아, 특히 0 내지 6바아의 압력 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 충전은 건조 고형 분량이 약 0.1 내지 60%, 바람직하게는 약 15 내지 35%가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.
제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 침전 반응 시간은 0.03초 내지 1분, 특히 0.05초 내지 10초가 걸리는 것을 특징으로 하는,

펄프 현탁액 충전 방법.