KR20160149929A

KR20160149929A - 신서란을 포함하는 벽지 및 제조 장치

Info

Publication number: KR20160149929A
Application number: KR1020150087781A
Authority: KR
Inventors: 이범석
Original assignee: 유한회사 팔복제지
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-12-28

Abstract

본 발명의 벽지는 아바카 펄프 10~30 중량부, 닥나무 펄프 또는 습윤인피 펄프 30~70 중량부, 신서란 펄프 20~40 중량부를 포함할 수 있다.

Description

신서란을 포함하는 벽지 및 제조 장치{PHORMIUM TENAX WALLPAPER AND APPARATUS FOR MANUFACTURING PHORMIUM TENAX WALLPAPER}

본 발명은 신서란을 포함하는 벽지 및 제조 장치에 관한 것이다.

현재의 섬유산업은 단순한 패션 기반의 의류제품에서 벗어나 고기능성을 가지거나 인체 친화적이고 환경을 보호하는 웰빙 소재 쪽으로 기술개발이 치열하게 이루어지고 있다.

신서란(Phormium tenax)은 제주도에서 자생하는 야생초로서 높이는 1-2m까지 자라고 옆으로 뻗은 뿌리 줄기에서 긴 칼모양의 끝이 뾰족한 잎이 뭉쳐나며, 섬유질이 잘 발달되어 있다. 그러나, 신서란 원료는 순수 섬유질로의 분리가 까다롭고, 종이 또는 방적사로 제조시 섬유막 형태의 웹 형성이 어렵고, 탄성이 낮아 적절한 인장 강도 및 신도를 갖는 직물로 가공하기 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 벽지 등의 제조에 이용되기 어렵다.

한국등록특허공보 제0489185호에는 압착법을 이용하여 신서란의 섬유질을 분리하는 기술이 개시되고 있으나, 신서란을 벽지에 이용하는 기술은 나타나지 않고 있다.

한국등록특허공보 제0489185호

본 발명은 신서란이 포함된 벽지 및 그 제조 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 벽지 제조 장치는 아바카 펄프를 생성하는 제1 가공부; 닥나무 펄프를 생성하는 제2 가공부; 신서란 펄프를 생성하는 제3 가공부; 및 상기 아바카 펄프, 상기 닥나무 펄프 및 상기 신서란 펄프를 혼합하는 혼합부;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 촉감이 우수하고 신서란을 재료로 하는 벽지가 제조될 수 있다. 천연 식물을 재료로 하므로 일반적인 화학 벽지에 비해 건강에 이롭고 아토피 예방에 좋다.

도 1은 신서란을 포함하는 벽지의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 가공되지 않은 닥나무 껍질을 보여주는 사진이다.
도 3은 1차 가공된 닥껍질 흑피를 보여주는 사진이다.
도 4는 2차 가공된 닥껍질 백피를 보여주는 사진이다.
도 5는 닥섬유 펄프를 보여주는 사진이다.
도 6은 닥섬유로 된 방직용 섬유를 나타낸 사진이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

신서란에서 분리된 섬유는 신서란 원료(10)를 정련 및 수세하여 섬유질을 분리하고 분섬화시켜 얻어낸 섬유를 의미할 수 있다. 신서란에서 섬유질을 분리해 내기 위해서는 신서란 잎을 압착기로 눌러 쪼개어 수분을 제거하고 섬유질과 껍질 등의 비섬유질을 제거한 후 분리된 섬유질을 방적이 가능한 단섬유로 절단할 수 있다.

신서란 섬유로부터 섬유질 이외의 물질을 제거하고 섬유화하여 방적원료로 사용하기 위해서는 불순물의 제거(degumming)가 반드시 필요하다. 신서란의 화학적 조성을 살펴보면 셀룰로오스, 홀로셀룰로오스, 리그닌, 펙틴 등으로 구성되어 있으며, 셀룰로오스 및 홀로셀룰로오스의 함량이 가장 많고, 리그닌 함량이 적은 대신 펙틴 함량이 높다. 방적을 위해서는 섬유의 효과적인 분섬이 필요한데, 이를 위해서는 펙틴질의 제거가 필수적이다. 이를 위해 신서란은 알칼리화합물의 용액으로 정련시켜 연감율을 증진시킬 수 있다. 이러한 알칼리화합물의 예로는 수산화나트륨 등과 같은 알칼리금속수산화물, 수산화칼슘 등과 같은 알칼리토 금속류 수산화물, 탄산나트륨등과 같은 알칼리 금속탄산염이 있다. 이러한 알칼리 화합물은 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 반응속도 조절제를 병용하여 사용할 수도 있다. 예를 들면, 4~6g/ℓ 수산화나트륨 및 8~12g/ℓ의 탄산나트륨을 혼합하여 이용할 수 있다.

신서란 섬유의 알칼리 정련 과정은 구체적으로 신서란 섬유를 정련기에 투입한 후, 20℃ 물에서 10~15분간 유지시키고, 0.8~1.2℃/min의 속도로 90~100℃까지 승온시킨 후 알칼리 성분을 넣은 후 50~80분간 유지하면서 정련하고, 마지막으로 20~30분간 냉수세하는 방법으로 진행할 수 있다. 이러한 조건에서 최적의 신서란 정련이 가능하다. 또한 상기 알칼리 용액의 농도는 신서란 원료(10) 총 중량에 대해 5~6%(o.w.f.)가 되도록 조절할 수 있으며, 바람직하게는 5%(o.w.f.)이다. 이러한 함량범위에서 최소비용으로 적절한 정련 연감율을 얻을 수 있으며 펙틴질 및 리그닌을 효과적으로 정련할 수 있다. 또한, 정련 횟수는 여러 번 정련할수록 정련 연감율이 증가하며, 2번 이상 수행하는 것이 바람직하며, 수세시 맑은 물이 배수될 때까지 정련하는 것이 좋다.

또한, 수세 과정은 냉수를 이용하여 오버플로우 방법으로 진행될 수 있다. 알칼리 용액으로 침지시킨 신서란에는 미끌거리는 반투명한 얇은 막의 비섬유질이 도포 되어져 있어 수회 수세를 반복하여 제거한 후 건조시켜 이용할 수 있다. 즉, 정련기 속에서 알칼리에 의해 섬유질과 비섬유질들이 분리되었다고는 하나 여전히 정련기 속에 머물러 있기 때문에 수세공정을 통해 이러한 불순물들을 섬유질과 완전히 분리시켜 정련기 외부로 배출시켜야 하며, 부유물을 효과적으로 제거하기 위해서는 투입되는 물이 아래로 들어가서 정련기 상단으로 흘러나가게 하는 오버플로우(Over-flow)방법이 유효하며, 이러한 작업을 수회에 걸쳐 반복한 후 건조시켜야 한다.

또한, 신서란 섬유는 알칼리 정련과정을 거친 이후, 표백 과정을 추가로 진행할 수 있다. 표백 과정은 신서란 섬유 상태를 하얗게 만들어 제지(종이) 또는 직물로 이용시 색상이 깨끗하고, 염색이 수월하게 해주는 역할을 한다. 이러한 표백 과정은 구체적으로 20℃ 물에서 10~15분간 유지시키고, 0.8~1.2℃/min의 속도로 90~100℃까지 승온시킨 후 표백제(예를 들어, 과산화수소수)를 넣은 후 40~60분간 유지하면서 표백하고, 마지막으로 20~30분간 냉수세하는 방법으로 진행할 수 있다.

분섬 작업이 완료된 신서란은 본 발명의 벽지 제조 장치에 의해 벽지 등의 제지로 제조될 수 있다.

신서란을 벽지 등으로 제작할 경우 벽지의 형성을 위해 특수한 함량비를 가질 수 있다.

신서란은 뉴질랜드가 원산지인 여러해살이풀로, 길이가 1~2m이고 뿌리줄기에서부터 끝이 뾰족한 긴 칼모양의 잎이 사방으로 뭉쳐 자라며 섬유질이 잘 발달되어 있다. 우리나라는 제주도에서 오래전부터 재배된 대표적인 제주도 유용섬유자원식물로 고지대에서는 겨울에 동사하나 바닷가 부근에서는 뉴질랜드와 거의 동일한 생육상태를 보이며 잘 자란다. 번식은 주로 포기나누기를 이용하고 심은 후 2년째부터 매년 1회씩 잎을 수확할 수 있으며 섬유가 유연하고 탄력성이 있고 잘 썩지 않으며 소금기에 강한 특징이 있다. 신서란은 유연하고 탄력성이 있고 잘 썩지 않는 좋은 성질을 갖는 반면 그 자체만으로 벽지를 형성하기는 어렵다. 따라서, 다른 요소와 혼합되어 벽지를 형성할 수 있다.

본 발명의 신서란을 포함하는 벽지는 100중량부 기준으로 10~30 중량부의 제1 부재, 30~70 중량부의 제2 부재, 20~40 중량부의 제3 부재를 포함할 수 있다.

제1 부재와 제2 부재는 서로 다른 종류의 펄프를 포함할 수 있다.

일예로, 제1 부재는 아바카 펄프를 포함할 수 있다.

제2 부재는 닥나무 또는 습윤인피 펄프를 포함할 수 있다.

인피섬유(bast fiber)는 흔히 껍질이라 부르는 것으로 목재섬유와 달리 중합도와 결정화도가 높고, 셀룰로오스 이외의 성분으로 헤미셀룰로오스의 함유량이 높고 유해성분인 리그닌의 함유량이 적어 껍질 표피를 제거하여 알칼리 펄프화 함으로써 제지의 원료로 사용되어 왔으며 이 외에도 전통섬유 소재, 밧줄, 포대, 산업용 직물 제조에도 이용된다.

닥나무는 한지의 주원료이다.

제3 부재는 전처리 장치에서 제조된 신서란 섬유를 포함할 수 있다.

도 1은 신서란을 포함하는 벽지의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 벽지 제조 장치는 제1 가공부(210), 제2 가공부(220), 제3 가공부(230) 및 혼합부(250)를 포함할 수 있다. 이들 구성 요소를 통해 본 발명의 제조 장치는 신서란이 포함된 초지를 제조할 수 있다.

제1 가공부(210)는 습윤 지력 증강제 등을 투입한 상태에서 아바카를 잘게 쪼개거나 분해하는 해리 작업을 수행할 수 있다. 이를 통해 제1 가공부(210)에서는 아바카 펄프가 출력될 수 있다.

제2 가공부(220)는 닥나무 껍질을 알칼리로 처리하여 흑피를 제거하는 공정, 준비된 흑피가 제거된 닥나무 껍질을 표백제로 표백하여 백피를 제조하는 공정, 닥나무 백피를 알카리제 및/또는 펙틴분해효소를 가함으로써 닥나무 인피섬유의 섬유결속물질을 제거하는 공정, 섬유결속물질을 제거한 닥나무 인피섬유를 세척, 건조하는 공정 및 건조된 닥나무 인피섬유를 혼타면하는 공정을 수행할 수 있다.

닥나무 펄프를 제조하는 방법은 1차가공 및 정련공정으로 닥나무 껍질을 가성소다와 같은 알카리로 처리하여서 겉피를 우선적으로 제거하여 섬유질이 포함된 속피 재료를 준비한다. 상기 알카리 처리로는 바람직하게는 10 내지 15중량%의 가성소다수 용액에 침적하여 1 내지 3 시간 끓인다 . 닥껍질은 보다 유연해지고 섬유결속물질 및 비섬유질이 어느 정도 제거되며 겉피(흑피)는 완전히 제거된다.

2차가공 및 정련공정으로 1차 가공한 속피를 표백제 예를 들면 차아염소산 수용액에 담가 백피로 가공한다.

닥나무 백피는 3차가공 및 고해 공정에 의하여 펄프가 된다. 닥나무 백피의 펄프화공정은 전통적인 방법으로는 닥방망이로 40∼50분정도 두들겨서 닥섬유를 찧는 방법으로 섬유를 풀어주는 해섬과정을 거치는데 이 과정을 고해라고 한다. 이렇게 직접 원료를 두들겨서 고해하는 것 외에 원료를 잘게 잘라 펄프화시키는 방법으로 비터(고해기)를 사용하는 기계적인 방법이 있다. 비터에는 마루비터, 나이프비터(칼비터) 등 여러 가지 형태가 사용될 수 있다.

고해공정은 고해기에 물을 채우고 백피를 적당량 넣어 통상 3∼5시간 바람직하게는 2∼3시간정도 회전시켜 준다.

그러나 이러한 닥섬유 펄프를 섬유상태로 활용하기 위해서는 최우선적으로 솜 상태로 만들어야 하는데, 고해과정을 거친 닥섬유 펄프(젖은 상태)를 그대로 건조하게 되면, 섬유와 섬유가 엉킨 상태로 매우 딱딱하게 굳어져 솜 상태로 만들 수 없다. 이는 섬유와 섬유질을 결속시키는 펙틴, 리그닌 등의 물질들이 잔류하여 건조과정에서 섬유를 결속시켜 딱딱하게 만들기 때문인데 이러한 성질은 닥섬유를 종이제조용으로 사용하기엔 적합한 성질로 작용하지만, 다른 섬유제품 용도로 활용하는데 있어서는 가장 큰 장애요인이 되고 있다.

닥나무 인피섬유의 조성을 살펴보면, 홀로셀룰로오스 약 70∼85%, 추출물(물, 알칼리, 유기용매 등) 7∼10%, 펙틴 7∼10%, 리그닌 3∼5%, 회분 2∼5%등으로 되어 있으며, 이 가운데 식물계에 널리 분포되어 있는 펙틴질은 주로 세포간층이나 어린 세포의 1차벽 과 결합하여 식물조직을 구성하기 위한 풀의 역할을 하여 대마, 아마 및 저마 등과 같은 인피섬유계의 중요한 섬유결착물질로 작용한다. 닥나무 인피섬유의 경우에도 다량의 펙틴이 존재하며 이러한 섬유간 펙틴은 리그닌 등과 결합하여 불용화된 펙틴으로 인피섬유 상호간을 결속시키는데 중요한 역할을 수행하고 특히 더욱 복잡한 화학구조를 가지게 되어 쉽게 제거되지 않는다.

본 발명에서는 해섬된 닥나무 펄프를 알칼리제로 예를 들자면 가성소다, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 과황산칼륨으로 처리하는 화학적 방법을 사용하거나 펙티나제 등의 펙틴분해 효소로 처리하는 생화학적 방법 또는 상기 화학적 방법이나 생화학적 방법을 병행하여 상기 닥나무의 섬유결착물질을 효과적으로 제거한다.

가성소다수로 화학적 처리를 하는 경우에는 닥나무 펄프를 20배 내지 60배 바람직하게는 약 40배 물로 희석하고 가성소다를 1 내지 10g/ℓ 바람직하게는 약 2.5g/ℓ 비율로 첨가하여 95℃에서 30분 내지 4시간 가열한다. 필요한 경우에는 금속이온봉쇄제 0.5 내지 2g/ℓ, 침투제 및/또는 정련제 0.5 내지 2g/ℓ 과황산칼륨 1 내지 10g/ℓ를 첨가한다. 상기 처리 후에 수차례 수세한 다음 섬유의 성질을 개선하기 위하여 필요한 경우에는 유연제 및 대전방지제로 된 처리액으로 50 내지 60℃에서 10분 내지 1시간 추가하여 처리할 수 있다.

생화학적으로 처리하는 방법으로는 닥나무 펄프를 20배 내지 60배 바람직하게는 약 40배 물로 희석하고 펙틴분해효소 0.1 내지 10g/ℓ 바람직하게는 약 1g/ℓ 비율로 첨가하고 처리액의 pH를 약산성으로 조절하여 50 내지 70℃에서 1시간 내지 3 시간 처리한 후, 95℃ 이상에서 10분간 처리하여 효소의 활성을 제거(실활처리)한 다음, 탈수하고, 온수 및 냉수로 수 차례 세척한다. 필요한 경우에는 분산제 0.5 내지 2g/ℓ, 시판 전분 분해효소 5∼10g/ℓ비율로 펙틴분해효소에 첨가한다. 섬유의 특성을 개선하기 위하여 상기 처리 후에 수차례 수세한 다음 섬유의 성질을 개선하기 위하여 필요한 경우에는 유연제 및 대전방지제로 된 처리액으로 50 내지 60℃에서 10분 내지 1시간 추가하여 처리할 수 있다.

알카리처리와 효소처리를 병용하는 경우에는 먼저 닥나무 펄프를 20배 내지 60배 바람직하게는 약 40배 물로 희석하고 펙틴분해효소 0.1 내지 10g/ℓ 바람직하게는 약 1g/ℓ 비율로 첨가하고 처리액의 pH를 약산성으로 조절하여 50 내지 70℃에서 1시간 내지 3 시간 처리한다. 필요한 경우에는 분산제 0.5 내지 2g/ℓ, 전분 분해효소 5∼10g/ℓ비율로 펙틴분해효소에 첨가한다. 효소처리 후에 가성소다를 1 내지 10g/ℓ 바람직하게는 약 2.5g/ℓ 비율로 첨가하여 95℃에서 30분 이상 가열하 여 효소의 실활처리와 알카리처리를 병행한다. 필요한 경우에는 금속이온봉쇄제 0.5 내지 2g/ℓ, 침투제 및/또는 정련제 0.5 내지 2g/ℓ 및/ 또는 과황산칼륨 1 내지 10g/ℓ를 첨가한다.

이하, 본 고안의 첨부도면을 설명하면 도 2는 가공되지 않은 닥나무 껍질을 보여주는 사진이고, 도 3은 1차 가공된 닥껍질 흑피를 보여주는 사진이고, 도 4는 2차 가공된 닥껍질 백피를 보여주는 사진이고 도 5는 닥섬유 펄프를 보여주는 사진이다. 도 6은 닥섬유로 된 방직용 섬유를 나타낸 사진이다.

제2 가공부(220)에서는 도 8과 같은 닥섬유 펄프가 출력될 수 있다.

다시 도 1로 돌아가서, 제3 가공부(230)는 앞에서 설명된 신서란 전처리 섬유로부터 출력된 신서란을 펄프화할 수 있다.

이를 위해 제3 가공부(230)에는 증해 수단(231), 해리 수단(232), 표백 수단(233), 스쿠퍼(234), 레벨 박스(235)가 마련될 수 있다.

증해 수단(231)은 전처리 장치에서 섬유화된 신서란 원료(10)에 가성 소다를 넣어 신서란 원료(10)를 증해할 수 있다. 증해는 펄프 원료에 화학 약품을 넣고 가마에 삶아서 펄프를 만드는 공정을 지칭한다. 삶는 과정에서 식물 원료 속에 들어 있는 비섬유소 물질이 녹아 나오고, 섬유가 비교적 순수한 상태로 분리될 수 있다.

해리 수단(232)은 칼비터를 이용해 섬유를 잘게 쪼개는 것일 수 있다.

표백 수단(233)은 해리 수단(232)으로부터 출력된 원료에 표백제를 넣어 원하는 색을 만들 수 있다.

스쿠퍼(234)는 표백 수단(233)으로 출력되는 원료를 건져서 레벨 박스(235)에 담을 수 있다. 레벨 박스(235)에는 분산제 등의 추가 약품이 투입되어 신서란을 펄프 상태로 만들 수 있다.

이상의 제1 가공부(210)에서 출력된 아바카 펄프, 제2 가공부(220)에서 출력된 닥나무 펄프, 제3 가공부(230)에서 출력된 신서란 펄프는 혼합부(250)에서 혼합되어 초지가 될 수 있다.

이때, 혼합부로 유입되는 전체 재료 100중량부 중에는 아바카 펄프 10~30 중량부, 닥나무 펄프 30~70 중량부, 신서란 펄프 20~40 중량부가 포함될 수 있다.

따라서, 본 발명에서 제조되는 신서란이 포함된 벽지는 대략 아바카 펄프 20중량%, 닥나무 펄프 50%, 신서란 펄프 30% 정도를 함유할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10...신서란 원료 90...물
110...압착부 111...롤러
113...이송 수단 130...분쇄부
131...저수조 133...칼 비터
150...제거부 151...분사 수단
170...건조부 171...히터
173...팬 210...제1 가공부
220...제2 가공부 230...제3 가공부
231...증해 수단 232...해리 수단
233...표백 수단 234...스쿠퍼
235...레벨 박스 250...혼합부

Claims

아바카 펄프 10~30 중량부, 닥나무 펄프 또는 습윤인피 펄프 30~70 중량부, 신서란 펄프 20~40 중량부를 포함하는 벽지.
아바카 펄프를 생성하는 제1 가공부;
닥나무 펄프를 생성하는 제2 가공부;
신서란 펄프를 생성하는 제3 가공부; 및
상기 아바카 펄프, 상기 닥나무 펄프 및 상기 신서란 펄프를 혼합하는 혼합부;
를 포함하는 벽지 제조 장치.
제2항에 있어서,
상기 혼합부로 유입되는 전체 재료 100중량부 중에는 상기 아바카 펄프 10~30 중량부, 상기 닥나무 펄프 30~70 중량부, 상기 신서란 펄프 20~40 중량부가 포함되는 벽지 제조 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 가공부는 지력 증강제를 투입한 상태에서 아바카를 잘게 쪼개거나 분해하는 해리 작업을 수행하고,
상기 제2 가공부는 닥나무 껍질을 알칼리로 처리하여 흑피를 제거하는 공정, 상기 흑피가 제거된 닥나무 껍질을 표백제로 표백하여 백피를 제조하는 공정, 닥나무 백피에 알카리제 또는 펙틴분해효소를 가해서 닥나무 인피섬유의 섬유결속물질을 제거하는 공정, 섬유결속물질을 제거한 닥나무 인피섬유를 세척 및 건조하는 공정, 건조된 닥나무 인피섬유를 혼타면하는 공정을 수행하는 벽지 제조 장치.
제2항에 있어서,
상기 제3 가공부에는 신서란 원료에 가성 소다를 넣어 상기 신서란 원료를 증해하는 증해 수단, 증해된 상기 신서란 원료를 잘게 쪼개는 해리 수단, 상기 해리 수단으로부터 출력된 상기 신서란 원료에 표백제를 부가하는 표백 수단이 마련되는 벽지 제조 장치.