KR20140127240A - 목재 추출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 목재를 추출하는 방법에 대한 것으로, 목재 추출 방법은 적어도 1등급 및 2등급의 목재 삭편을 제공하는 단계, 상기 1등급 목재 삭편으로 구성된 미세층을 상기 2등급의 목재 삭편으로 구성된 심화층에 적층하는 단계, 미세 층을 통해서 상부로부터 하부로 흘러 심화층까지 도달하는 액체 용매를 사용하여 상기 목재 삭편을 추출하는 단계 및 상기 1등급 목재 삭편은 2등급 목재 삭편보다 더 조밀하며, 미세층이 심화층보다 더 낮은 투과성을 가지고 있는 특징을 포함한다.

Description

목재 추출 방법{METHOD FOR AN EXTRACTION FROM WOOD}
본 발명은 목재를 추출하는 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 탁시폴린 및/또는 아라비노갈락탄을 목재로부터 추출하는 방법에 대한 것이다.
일반적으로 목재는 추출되기 전에 조각나거나 혹은 잘게 썰어진다. 이렇게 만들어진 목재칩 및/또는 목재칩 제품은 퍼컬레이터 내에 채워지고 적절한 추출액이 사용된다.
본 발명의 목적은 특히 저렴하고 신뢰할 수 있는 방법을 사용하여, 목재로부터 각각의 성분에 대한 빠르고, 생산성이 높고, 에너지 효율적인 물질 추출 방법을 제공하기 위함이다.
특히, 에탄올을 사용하여, 탁시폴린은 목재로부터 가능한 효율적으로 추출되어야 하며/하거나, 물을 사용하여 아바리노갈락탄은 목재로부터 가능한 효율적으로 추출되어야 한다.
상기 문제점은 청구항 1의 구성에 의해서 해결된다. 본발명에 따른 바람직한 실시예가 종속항의 대상(object)이다. 따라서, 본 발명의 목적은 목재로부터의 추출 방법에 의해서 도출 가능하며, 본 발명은
(i) 적어도 제 1 등급 및 제 2 등급인 목재 삭편을 제공하는 단계
(ii) 상기 제 1 등급의 목재 삭편으로 구성된 미세층을 상기 제 2 등급의 목재 삭편으로 구성된 심화층(further layer)에 적재하는 단계
(iii) 상기 목재 삭편을 추출용 용매 (용제 혹은 용해액)를 사용하여 추출하는 단계를 포함하며, 상기 용매는 미세층을 통해서 상부로부터 하부로 흘러 심화층까지 도달한다. 본원 발명에 따르면, 두가지 등급의 목재 삭편은 조밀도에 있어서 차이가 있다. 상기 제 1등급의 목재 삭편은 제 2등급의 목재 삭편보다 더 조밀하다. 따라서, 미세층은 심화층보다 더 낮은 투과성을 가지고 있다. 층의 "투과성"은 동일한 두께를 가진 층을 동일한 압력으로 동시에 투과하는 용매의 양을 의미한다. 각기 다른 층의 투과성을 비교하기 위하여, 동일한 두께를 가진 층을 동일한 압력으로 동시에 투과하는 용매의 유속이 측정되어야 한다. 더 낮은 유속은 각 층의 투과성이 더 낮다는 것을 의미한다. 혹은, 각기 다른 층의 "투과성"은 일정한 유속과 가변적 압력으로 측정될 수 있다. 동일한 유속에 대해 더 높은 압력이 필요한 경우, 상기 층은 더 낮은 투과성을 갖는 것으로 여겨진다. 본원 발명에 따른 방법을 실시할 때, 개별 층은, 특히 바람직하게는, 퍼컬레이터 안에서 수평방향의 층으로 나열된다. 이러한 경우, 상기 용매는 퍼컬레이터의 최상부로부터 이용된다. 상기 미세층은, 상기 미세층을 통해 상기 추출액이 먼저 흐른 뒤에, 제 2등급의 목재 삭편으로 구성된 심화층으로 상기 추출액이 흐르도록 구성된다. 상기 미세층의 더 낮은 투과성은 미세층보다 더 높게 압력을 증가시키며, 상기 층들의 높이에 따라서 압력 강하를 감소시킨다. 이로 인해 용매의 순환 기능이 향상된다.
도1은 입자 크기에 따른 이론적 순 입자의 특성을 나타낸다.
도 2는 농도 경사의 함수에 따른 이론적 순입자 흐름의 특성을 나타낸다.
도3은 목재 삭편의 공칭 스크린 크기에 따른 낙엽송으로부터 탁시폴린을 추출하는 과정을 보여준다.
아주 작은 목재 삭편은, 특히 1 mm 미만인, 투과성으로 인해 절차상의 관점에서 바람직하지 않으나, 분쇄 동안에 이를 방지할 수는 없다. 본원 발명에 따른 미세층의 주요 장점은 추출 도중에 지나친 압력 강하를 방지하는 것이다. 특히, 미세층은 퍼컬레이터 베드를 초과하는 압력 강하를 감소시키며, 이는 액체 용매의 순환 기능을 향상시킨다. 상기 액체 용매는 특히 몇몇 주기 내로 상기 퍼컬레이터를 투과한다. 미세 목재 삭편을 비롯한 불순물이 미세층에 남아있도록 상기 미세층을 통해 상기 용매가 통과한다. 결과적으로, 퍼컬레이터로부터 나온 용매에는 가능한 한 미세 목재 삭편과 불순물이 남아있지 않아야 한다. 바람직하게는, 퍼컬레이터에서 나온 후에 용매는 더 이상 걸러질 필요가 없거나, 본원 발명에 따른 방법은 현저하게 필터링 유닛의 수명을 단축시키고/거나 퍼컬레이터의 다음 단계인 필터 유닛의 크기(Size)를 현저하게 감소시킨다. 따라서, 상기 미세층은 전처리 필터의 역할도 수행한다.
바람직한 실시예에서, 입자 크기(Size) 분포의 중간값을 이용하여 미세한 목재 삭편과 거친 목재 삭편이 구별된다. 따라서, 제 1 등급의 모든 목재 삭편의 입자 크기 분포의 상기 중간 값이(제 1중간값)이 제 2등급의 모든 목재 삭편의 입자 크기 분포의 상기 중간값(제 2 중간값) 보다 작은 것이 바람직하다.
입자 크기는 특히, 목재 입자의 공치 스크린 크기(Size)를 나타낸다. 상기 목재 입자의 공칭 스크린 크기는 재료의 적어도 95%의 질량 분율이 스크린을 통해 빠져나갈 수 있는 구멍의 크기를 의미한다.
상기 공칭 스크린 크기를 결정하는 데 있어서 바람직한 방법은 DIN EN 15149-1: 2010 및/또는 DIN EN 15149-2: 2010A표준을 따르는 것이다. 상기 표준에 따르면, 적절한 수의 적층 스크린은 상기 공칭 스크린 크기와 이에 해당하는 크기의 분포를 결정할 때 사용되어야 한다. 이러한 경우, 구멍의 지름 및/혹은 각각의 스크린에 있는 그물망의 크기는 상부에서 하부로 갈수록 감소한다. 스크린팩에 수평의 1차원 혹은 2차원의 진동이 발생한다. 또한, 상기 두가지 표준은 입자 크기 분포의 중간값을 정의한다. 따라서, 상기 중간값은 분포값을 두개의 동일한 부분으로 나누고, 50%의 수평선으로 누적 크기 분포 곡선의 교차점을 그래픽으로 나타낸다. 더 작은 입자 크기 분포의 중간값을 가지는 목재 삭편은 "미세 목재 삭편"에 더 적합하므로 미세층에 사용된다.
바람직하게는, 제 1 등급의 중간값 (제 1 중간값)이 3 mm 이하이거나, 2mm 이하이거나, 1mm 이하이며, 특히 바람직하게는, 0.5mm 이하일 수 있다. 제 1등급의 중간값이 작을수록, 미세층을 투과하는 용제의 속도가 더 느리다. 따라서, 압력 강하는 미세층의 높이와 중간값을 선택하여 조절 가능하다.
목재가 다양한 크기의 목재 삭편으로 조각난 목재 삭편을 제공하기 위한 상기 방법은 다음의 단계로 구성되는 것이 바람직하다. 분쇄는 썰기 및/또는 자르기 및/또는 갈기 동작으로 실행된다. 잘라지거나 썰려지거나 갈아진 목재는 그 후 분류된다. 이러한 분류는 특히 스크리닝에 의해 실행된다. 상기 분류로 인해 적어도 1등급의 목재 삭편과 2등급의 목재 삭편간의 구별이 지어진다. 상기 분류에서 충분히 미세한 1등급의 목재 삭편이 분리되는 것이 필수적이다. 모든 미세한 목재 삭편이 2등급의 목재 삭편으로부터 분리될 필요는 없다.
상기 썰기 또는 자르기 또는 갈기의 분류에 따른 재료에 부가하여, 톱밥 및/또는 부스러기가 1등급 목재에 첨가될 수 있다. 또한, 분류의 대안으로서, 미세층만이 톱밥으로 형성되고/거나 목재 부스러기 및/또는 목재 가루는 다른 방법으로 가공될 수 있다.
1등급과 2등급의 분류를 위해 특정한 그물망 크기 또는 특정한 구멍 지름을 가진 스크린이 사용되는 특히 바람직한 실시예가 제공된다. 스크린 크기 또는 구멍의 지름은 바람직하게는 0.5 mm 와 7 mm 사이이다. 특히, 1mm와 6mm 사이의 그물망 크기 또는 구멍 지름과 (바람직하게는, 1mm와 4mm 사이의) 두 가지 등급의 실용적인 분류를 실행할 수 있다는 실험 결과가 나타나있다. 물과 수지 함량, 분쇄 대상 목재의 성질에 따라, 미분류된 물질은 입자크기 분류에 관해서 각기 다른 성질을 가진다. 따라서, 1등급의 스크리닝은 바람직한 그물망 크기 또는 구멍의 지름으로 도달될 수 있다.
또한, 미세 목재와 거친 목재간의 구별이 등급 내의 과대 크기의 목재 삭편의 양에 기초하여 이루어질 수 있다. 미세층 내에 너무 많은 양의 과대 크기의 목재 삭편이 존재하지 않는 편이 유리하다. 이는 전체 미세층의 투과성이 일정하다는 것을 보장한다. 따라서, 1등급 목재 삭편의 70% 이상의 질량분율이 공칭 스크린 크기 4mm를 (바람직하게는 2mm, 특히 바람직하게는 1mm) 갖는 것이 바람직하다. 목재의 분쇄 도중에, 1등급 목재 삭편의 양은, 예를 들어, 응용된 분쇄 기술뿐 아니라 물과 수지함량에 따라 달라진다. 그러므로, 분쇄 도중의 목재삭편의 크기 분포는 임의적으로 설정될 수 없다.
용매가 심화층을 방해받지 않으며, 상대적으로 정의된 방식으로 흐르는 것이 유리하다. 이것은 왜 2등급이 가능한 한 적은 목재 삭편을 포함해야하는가에 대한 이유를 말해준다. 적어도 공칭 스크린 크기 2mm (바람직하게는 3mm)를 가진 2등급의 질량 분율 30%를 초과하는 목재 삭편이 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 미세층의 목재 삭편의 미세 정도가 충분히 낮으며 가능한 한 적은 숫자의 크거나 과대 크기의 목재 삭편이 존재하는 것이 바람직하다. 따라서, 1등급 목재 상편 중에 60% 를 넘는 공칭 스크린 크기의 상한 (바람직하게는 70% 초과, 특히 80% 초과) 이 정의된다. 심화층에서 용매가 정의된 충분한 흐름으로 흐를 수 있도록 충분히 많은 양의 목재 삭편이 존재해야 한다. 제 2 등급 목재 삭편의 질량분율 10% 초과 (바람직하게는 10% 초과, 특히 바람직하게 30% 초과) 하는 목재 삭편의 공칭 스크린 크기에 대해 하한이 정의된다. 바람직하게는, 1등급의 상한이 2등급의 하한 이하이다. 특히 바람직하게, 1등급의 상한은 4mm (바람직하게는 2 mm, 가장 바람직하게는 1mm).
썰어지거나, 잘라지거나, 갈아진 목재의 성질에 따라서, 더 많은 혹은 더 적은 1등급 재료가 생산된다. 바람직하게는, 미세층의 층 높이는 특정된다. 첫째로, 용매의 충분한 흐름을 위해서 미세층은 너무 높아서는 안된다. 반면에, 충분한 여과 효과를 얻고, 너무 많은 압력 강하를 방지하기 위해 특정 높이의 미세층이 필요하다. 모든 층의 전체 높이에 기초하여 미세층의 높이가 5-70% (바람직하게는 5-50%, 특히 바람직하게는 5-40%) 인것이 유리한것으로 나타났다.
바람직하게는, 목재 삭편이 퍼컬레이터 안에서 적층된다. 본 발명에 따른 방법은 대량의 추출에 이용된다. 이 경우 미세층의 높이는 0.5m가 유리하다(바람직하게는 1-3m).
바람직하게는, 낙엽송 나무의 추출이 실행된다. 심재 몸통과/또는 낙엽송의 근경만을 사용하는 것이 매우 바람직하다.
또한, 본발명에 따른 방법에 의해, 유기용제, 바람직하게는 에탄올을 사용하여, 목재로부터 탁시폴린을 추출할 수 있다. 또한, 물을 용제로 하여 목재로부터 아라비노갈락탄을 추출할 수 있다.
잘라지거나 썰어지거나 갈아진 목재로부터의 샘플링은 DIN EN 14778: 2011 표준에 따라, 그리고 목재 삭편의 크기의 결정과 입자 크기의 분포는 DIN EN 15149-1: 2010 및/또는 DIN EN 15149-2: 2010 에 따라서 실시될 수 있다.
필요한 경우, 몇 개의 미세층 또는 심화층이 적층될 수 있다.
추출은 이론적으로 픽의 확산 법칙(Fick? diffusion laws)에 근거한다. 이로부터, 용제 안의 추출 물질로부터 확산 거리가 짧을수록, 추출 물질로부터 원하는 결과물이 더 빠르게 추출된다는 것을 유추할 수 있다. 이로부터, 사용된 추출 물질의 입자가 작을수록, 확산 거리가 더 줄어들고, 따라서, 용제로 흘러들어가는 이론적인 순 입자가 더 크다는 결론을 얻을 수 있다. 도1은 입자 크기에 따른 이론적 순 입자의 특성을 나타낸다.
반면에, 용제에 대한 분자 내의 농도의 농도 경사가 클수록, 추출 물질로부터 원하는 결과물을 더 빠르게 추출할 수 있다는 추론에 도달할 수 있다.
이로부터, 유동 속도가 더 높거나 용제의 양이 많을수록, 확산과 관련된 농도 경사가 더 크며, 따라서, 용제 안의 이론적 순입자가 더 크다는 결론에 도달할 수 있다. 도 2는 농도 경사의 함수에 따른 이론적 순입자 흐름의 특성을 나타낸다.
사용된 입자크기의 함수에 따른 낙엽송으로부터 탁시플린의 추출율에 대하여 일련의 실험들이 수행되었다. 이 경우, 추출 횟수, 추출 온도, 혼합, 추출물에 대한 용매의 비율이 일정하게 유지되었다. 도3은 목재 삭편의 공칭 스크린 크기의 함수에 따른 낙엽송으로부터 탁시폴린을 추출하는 과정을 보여준다.

Claims (12)

  1. 목재를 추출하는 방법에 있어서,
    - 적어도 1등급 및 2등급의 목재 삭편을 제공하는 단계;
    - 상기 1등급의 목재 삭편으로 구성된 미세층을 상기 2등급의 목재 삭편으로 구성된 심화층에 적층하는 단계; 및
    - 상기 미세 층을 통해서 상부로부터 하부로 흘러 상기 심화층까지 도달하는 유체 용매를 사용하여 상기 목재 삭편을 추출하는 단계; 를 포함하고
    - 상기 1등급 목재 삭편은 상기 2등급 목재 삭편보다 더 조밀하며, 상기 미세층이 상기 심화층보다 더 낮은 투과성을 가지고 있는 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1등급의 모든 목재 삭편의 입자 크기 분포의 제 1 중간값이 상기 2등급의 모든 목재 삭편의 입자 크기 분포의 제 2중간 값보다 작으며, 특히, 상기 입자 크기는 공칭 스크린 크기인 것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 중간값은 3mm 이하이며, 바람직하게는 2mm 이하이며, 특히 바람직하게는 1mm인 것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 목재 삭편을 제공하는 단계는
    - 상기 목재 삭편을 다양한 크기로 분쇄하는 단계; 및
    - 상기 목재 삭편을 적어도 1등급 및 2등급으로 분류하거나, 바람직하게는 스크리닝하는 단계; 를 포함하는 목재 추출 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 1등급과 상기 2등급의 분류는 0.5mm에서 7mm 사이의, 바람직하게는 1mm 와 6mm 사이, 특히 바람직하게는 1mm와 4mm 사이의 그물망 크기 또는 구멍의 지름을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 1등급 목재 삭편의 70%를 초과하는 질량분율이 최대 4mm, 바람직하게는 최대 2mm, 특히 바람직하게는 1mm의 공칭 스크린 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 2등급 목재 삭편의 30% 를 초과하는 질량분율이 적어도 2mm의, 바람직하게는 적어도 3mm의 공칭 스크린 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 모든 1등급 목재 삭편의 60%, 바람직하게는 70%, 특히 바람직하게는 80%를 초과하는 질량분율을 가진 상기 목재 삭편의 상기 공칭 스크린 크기가 제 1 한계값 이하이며,
    상기 모든 2등급 목재 삭편의 10%, 바람직하게는 20%, 특히 바람직하게는 30%를 초과하는 질량분율을 가진 상기 목재 삭편의 상기 공칭 스크린 크기가 제 2 한계값 이상이며, 상기 제 1 한계값은 상기 제 2 한계값 이하인 것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제 1 한계값은 4mm, 바람직하게는 2mm, 특히 바람직하게는 1mm의 공칭 스크린 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 미세층의 층높이는 모든 층의 총 높이의 5-70%, 특히 5-50%, 특히 5% to 40% 인것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 목재 삭편은 퍼컬레이터에 적층되며, 상기 미세층의 높이는 적어도 0.5m, 바람직하게는 적어도 1m 인것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    탁시폴린은 특히 에탄올을 용매로 하여 목재로부터 추출되고/거나 아라비노갈락탄은 특히 물을 용매로 사용하여 목재로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 목재 추출 방법.
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