KR20200049268A

KR20200049268A - 종이 빨대 제작에 적합한 용지 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200049268A
Application number: KR1020180132304A
Authority: KR
Inventors: 허용대; 김태영; 이종현; 김준규
Original assignee: 한국조폐공사
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-05-08
Also published as: KR102562465B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 용지 제조 방법은, 린터 면펄프를 고해시키는 단계, 제1 첨가량의 습윤지력증강제를 첨가하여 지료를 제조하는 단계, 상기 제조된 지료를 이용하여 원지를 제조하는 단계, 제2 첨가량의 습윤지력증강제가 포함된 표면처리제를 이용하여 상기 원지를 표면 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시예에 따라 제조된 용지는 벌크가 높고 습윤 강도가 우수하여 종이 빨대 제작에 적합한 효과가 있다.

Description

종이 빨대 제작에 적합한 용지 및 그 제조 방법{PAPER FOR MANUFACTURING PAPER STRAW AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 종이 빨대 제작에 적합한 용지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

플라스틱 제품에 의한 환경 문제가 심각해지면서, 플라스틱을 대체할 수 있는 소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 추세에 따라, 음료 섭취를 위해 사용되는 일회용 빨대를 종이로 제작하려는 노력이 꾸준히 이루어지고 있다.

그러나 일반적으로 종이의 원료인 섬유는 친수성 작용기(OH)를 많이 가지고 있어, 물, 음료수 등 액체에 침지되면 수소결합이 쉽게 깨지기 때문에 작은 외력에도 낱개의 섬유로 풀어지는 특징이 있다. 빨대는 장시간 액체에 접촉한 상태에서 사용되므로, 종이 빨대 제작을 위해서는 장시간 액체에 침지된 상태에서도 낱개의 섬유로 풀어지지 않는 우수한 습윤 강도를 갖는 용지가 필요하다.

액체와 접촉할 가능성이 있는 용지의 경우 일시적으로 내수성을 제공하기 위해 소수성을 부여하는 약품을 용지 제조 공정에 첨가하기도 하지만, 이러한 방법은 장시간 액체에 접촉된 상태로 사용하는 빨대에는 적합하지 않다.

또한 영구적인 습윤 강도를 부여하기 위해 지료 공정 시 습윤지력증강제를 일정량 첨가하는 방법도 고려할 수 있으나, 습윤지력증강제의 첨가량이 적은 경우 효과가 크지 않고 첨가량이 너무 많은 경우 양(+)이온의 함량이 높아져 지합이 좋지 않게 된다.

또한 종이 빨대는 젖은 상태에서도 장시간 형태가 유지되는 형태 안정성도 반드시 요구되는 특성이다. 형태 안정성을 위해 용지를 여러 겹 중첩하여 종이 빨대를 제작할 수도 있으나, 이 경우 제작 공정이 복잡하고 비용 측면에서 불리하다.

따라서, 종이 빨대 제작에 적합한 정도의 우수한 습윤 강도 및 형태 안정성을 갖는 용지가 요구된다.

KR 10-2018-0089880 A

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 종이 빨대 제작에 적합한 정도의 우수한 습윤 강도를 갖는 용지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 액체와 장시간 접촉한 상태에서도 형태가 유지되는 우수한 형태 안정성을 갖는 용지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 용지 제조 방법은, 린터 면펄프를 고해시키는 단계, 제1 첨가량의 습윤지력증강제를 첨가하여 지료를 제조하는 단계, 상기 제조된 지료를 이용하여 원지를 제조하는 단계, 제2 첨가량의 습윤지력증강제가 포함된 표면처리제를 이용하여 상기 원지를 표면 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고해시키는 단계에서는 100% 린터 면펄프를 사용할 수 있다.

또한, 상기 제1 첨가량은 0.5~1.5wt%일 수 있고, 상기 제2 첨가량은 2wt% 이하일 수 있다.

상기 지료 제조 단계와 상기 표면 처리 단계에서 첨가되는 습윤지력증강제는 PAE(polyamide-epichlorohydrin) 수지일 수 있다.

또한, 상기 고해 단계에서는 45~50 ^oSR 범위의 고해도로 고해시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 용지는, 상기한 제조 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하며, 벌크가 1.3 ㎤/g 이상이고 150 g/㎡의 평량에서 습윤 강도가 6.0 kgf 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 종이 빨대는, 상기한 용지로 제작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 용지 제조 과정 중 지료 제조 단계와 표면처리 단계에 습윤지력증강제를 분할하여 첨가함으로써, 종이 빨대 제작에 적합한 정도의 우수한 습윤 강도를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 동일한 평량에서 상대적으로 벌크를 높일 수 있는 린터 면펄프를 사용하여 용지를 제조함으로써 액체와 장시간 접촉한 상태에서도 형태가 유지되는 우수한 형태 안정성을 제공할 수 있는 효과가 있다.

다만, 본 발명의 효과는 위에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용지 제조방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용지 제조방법은, 고해 단계(S10), 지료 제조 단계(S20), 초지 단계(S30), 표면 처리 단계(S40), 경화 단계(S50) 및 건조 단계(S60)를 포함할 수 있다.

고해(Beating) 단계(S10)는 펄프의 섬유를 잘게 절단하는 기계적 처리 과정으로, 고해기(Beater)를 사용하여 진행할 수 있다. 고해기는 일반적으로 통 내부에 다수의 톱니가 있는 금속제 또는 석제의 회전롤을 구비한다. 고해 대상인 펄프를 물에 섞어 통 내부를 흐르도록 하면, 펄프가 회전롤과 그 아래에 구비된 통 바닥의 톱니 사이를 지나가면서 고해된다. 고해 과정에서 섬유들은 균일한 크기로 절단됨과 동시에 유연해지고, 표면에 피브릴들이 형성된다.

본 발명의 실시예에서는 고해 단계에 투입하는 펄프로 린터 면펄프를 사용한다. 린터 면섬유는 침엽수 섬유나 활엽수 섬유에 비해 세포벽이 두꺼워 용지로 제조하였을 때 동일한 평량에서 높은 벌크를 얻기가 용이하다. 즉 동일한 평량에서 용지의 체적이 상대적으로 커질 수 있으므로, 종이 빨대로 제작 시 상대적으로 단단하고 형태가 오래 유지될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 벌크를 최대화할 수 있도록 100% 린터 면펄프만을 사용할 수 있다.

고해 정도는 고해도(Freeness)로 표현하는데, 제지용으로 사용되는 펄프는 통상 16 내지 20 ^oSR(Schopper Riegler) 수준으로 처리한다. 그러나 본 발명의 실시예에서는, 고해도가 40~55 ^oSR, 바람직하게는 45~50 ^oSR이 되도록 고해 단계를 진행할 수 있다.

고해도가 40^oSR 이하가 되면 벌크는 높일 수 있지만 습윤 강도가 많이 나오지 않는 단점이 있고, 55^oSR 이상이 되면 반대로 습윤인장강도는 높일 수 있지만 벌크가 떨어지는 단점이 있다.

고해 단계(S10) 진행 후에는 지료 제조 단계(S20)를 수행한다. 지료 제조 단계(S20)는 고해된 펄프를 물에 용해시켜 희석시키는 단계로, 지료 중의 펄프 농도는 약 0.1~0.5wt%가 되도록 용해시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 지료 제조 단계(S20)에 습윤지력증강제를 첨가한다. 습윤지력증강제로는 PAE(polyamide-epichlorhydrin) 수지를 사용할 수 있다. PAE 수지는 인체에 무해하므로 종이 빨대 제작을 위한 용지의 습윤 강도를 향상시키기 위해 적합한 물질이다.

한편, 습윤 강도를 증가시키기 위해 지료 제조 단계에서 습윤지력증강제를 지나치게 많이 첨가하는 경우, 습윤 강도 증가 효과는 크지 않은 반면 양(+)이온의 함량이 높아져 지합이 좋지 않게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 습윤지력증강제를 지료 제조 단계(S20)와 후술하는 표면 처리 단계(S40)에 분할하여 첨가한다. 지료 제조 단계에서 첨가되는 습윤지력증강제의 첨가량은 0.5~1.5wt% 범위일 수 있다.

초지 단계(S30)는 지료로부터 원지를 제조하는 단계로, 수초지기를 이용하여 수초지를 제조하는 단계일 수 있으며 통상적인 종이 제조 단계와 동일한 방법을 사용할 수 있다. 바람직하게는 섬유의 크기가 고르게 선별된 펄프를 수초지기에 보내 흡인 및/또는 여과하여 축축한 상태의 원지를 제조할 수 있다.

초지 단계에는 압착 탈수 단계가 포함될 수 있다. 압착 탈수 단계는 원지를 압착하여 원지에 포함되어 있는 수분을 제거하는 단계로, 원지가 연속된 프레스 롤 사이를 지나가면서 기계적인 힘에 의해 압착이 이루어지도록 할 수 있다.

다음으로는 표면 처리 단계(S40)를 진행한다. 표면 처리 단계(S40)는 폴리비닐알콜(PVA)과 같은 고강도를 구현할 수 있는 물질이 포함된 표면처리제로 원지를 처리하는 단계이다. 표면 처리 단계(S40)는 표면처리제가 원지 내에 충분히 침투될 수 있도록 원지를 표면처리제에 함침 처리하는 단계일 수 있다. 이러한 함침 처리를 위해 환망초지 시스템을 이용할 수 있다.

표면 처리 단계(S40)는 투롤(two roll) 사이즈 또는 게이트롤 방식으로 사이징 처리하는 단계일 수도 있다. 사이징 처리는 원지가 두 개의 롤 사이를 지나가면서 표면처리제가 원지 양면에 코팅되도록 하는 것일 수 있다. 사이징 처리를 위해서는 장망초지 시스템이 이용될 수 있다.

표면처리제로서 PVA 대신에 페놀수지, 젤라틴 등이 포함된 용액이 이용될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 표면처리제에는 소정 량의 습윤지력증강제를 첨가한다. 습윤지력증강제로는 지료 제조 단계에서 첨가된 것과 동일한 물질이 첨가될 수 있다. 예를 들어, PAE(polyamide-epichlorhydrin) 수지를 첨가할 수 있다.

한편, 습윤 강도를 증가시키기 위해 표면 처리 단계에서 습윤지력증강제를 지나치게 많이 첨가하는 경우, 표면처리제의 점도 및 접착력이 증가하여 생산 효율성이 저하되고 공정 오염이 심하여 역효과가 발생할 수 있다. 따라서, 표면 처리 단계에서 첨가되는 습윤지력증강제의 첨가량은 표면처리제 중에 2.0wt 이하, 바람직하게는 1.0~2.0wt% 범위일 수 있다.

또한, 표면 처리 단계에는 압착 탈수 단계가 포함될 수 있다. 압착 탈수 단계는 표면 처리된 수초지를 압착하여 수초지에 포함되어 있는 수분을 제거하는 단계일 수 있다.

표면 처리 단계 후에는, 선택적으로 경화 단계(S50)가 수행될 수 있다. 경화 단계(S50)는 3~6wt%의 붕사액에 3~7초간 함침함으로써 폴리비닐알콜 등을 포함하는 표면처리제를 경화시키는 단계일 수 있다. 즉, 표면 처리된 원지를 붕사액에 함침한 후 압착 탈수하여 과량의 붕사액을 제거함으로써 수행될 수 있다.

다음으로는 건조 단계(S60)를 수행하여 종이 빨대 제조에 적합한 용지를 제조할 수 있다. 건조 단계(S60)는 압착 탈수된 원지를 50~120℃ 온도 범위에서 건조시키는 단계일 수 있다. 50℃ 미만의 온도에서는 건조에 시간이 오래 걸리고, 120℃를 초과하게 되면 급속한 기화로 용지가 뒤틀릴 수 있다. 구체적으로는 표면 온도가 100℃가 되도록 건조기를 이용하여 응력 건조하는 단계일 수 있다.

이상 설명한 방법으로 제조된 본 발명의 실시예에 따른 용지는 린터 면펄프를 사용함으로써 동일한 평량에서 상대적으로 높은 벌크를 가질 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 용지는 벌크가 1.3 ㎤/g 이상일 수 있다. 이러한 높은 벌크로 인해 본 발명의 실시예에 따른 용지는 액체에 젖은 상태에서도 장시간 형태를 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 용지는 지료 제조 단계 및 표면 처리 단계로 분할하여 습윤지력증강제를 첨가해줌으로써 150 g/㎡의 평량에서 6.0 kgf 이상의 우수한 습윤 강도 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 용지는 이와 같은 우수한 형태 안정성 및 습윤 강도 특성으로 인해, 종이 빨대 제작에 적합한 특성을 갖고 있다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 용지의 이러한 우수한 특성은, 린터 면펄프를 사용하고 지료 제조 단계와 표면 처리 단계에 모두 습윤지력증강제를 첨가하는 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 따른 효과이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 상세히 설명한다.

1. 실시예 및 비교예

(실시예 1)

린터 면섬유 100wt%를 사용하고 고해도 45 ^oSR로 고해 처리하였다. 물로 희석한 후 PAE 수지를 0.5wt% 첨가한 지료를 이용하여 원지를 제조하였다. 표면 처리 단계에서는 폴리비닐알콜과 1.2wt%의 PAE 수지가 첨가된 표면처리제에 함침시켜 표면처리하고, 압착 탈수 및 건조 단계를 거쳐 평량 150 g/㎡의 용지를 제조하였다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 고해도를 50 ^oSR로 조절하였다.

(실시예 3)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 평량을 200 g/㎡로 변경하였다.

(실시예 4)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 고해도를 50 ^oSR로, 평량을 200 g/㎡로 변경하였다.

(실시예 5)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 지료 제조 단계에서 첨가되는 PAE 수지의 첨가량을 1.0wt%로 변경하였다.

(실시예 6)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 지료 제조 단계에서 첨가되는 PAE 수지의 첨가량을 1.5wt%로 변경하였다.

(실시예 7)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 지료 제조 단계에서 첨가되는 PAE 수지의 첨가량을 1.5wt%로, 표면 처리 단계에서 첨가되는 PAE 수지의 첨가량을 2.0wt%로 변경하였다.

(비교예 1)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 지료 제조 단계에서만 PAE 수지를 첨가하고 표면 처리 단계에서는 PAE 수지를 첨가하지 않았다.

(비교예 2)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 지료 제조 단계에서는 PAE 수지를 첨가하지 않고 표면 처리 단계에서만 PAE 수지를 첨가하였다.

(비교예 3)

비교예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 린터 면섬유 대신 침엽수 섬유를 사용하였다.

(비교예 4)

비교예 2와 동일한 조건으로 제조하되, 린터 면섬유 대신 침엽수 섬유를 사용하였다.

(비교예 5)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 린터 면섬유 대신 침엽수 섬유를 사용하였다.

(비교예 6)

비교예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 린터 면섬유 대신 활엽수 섬유를 사용하였다.

(비교예 7)

비교예 2와 동일한 조건으로 제조하되, 린터 면섬유 대신 활엽수 섬유를 사용하였다.

(비교예 8)

실시예 1과 동일한 조건으로 제조하되, 린터 면섬유 대신 활엽수 섬유를 사용하였다.

2. 용지 특성 비교

실시예 및 비교예에 의해 제조된 용지의 벌크 특성과 습윤 강도를 측정하였다. 그 결과는 아래 표 1과 같다.

	원료	평량 (g/㎡)	지료조건		표면처리	벌크 (㎤/g)	습윤강도 (kgf)
	원료	평량 (g/㎡)	고해도 (^oSR)	PAE수지 (wt%)	PAE수지 (wt%)	벌크 (㎤/g)	습윤강도 (kgf)
실시예1	린터 면섬유	150	45	0.5	1.2	1.35	6.2
실시예2	린터 면섬유	150	50	0.5	1.2	1.32	6.4
실시예3	린터 면섬유	200	45	0.5	1.2	1.35	6.8
실시예4	린터 면섬유	200	50	0.5	1.2	1.32	7.0
실시예5	린터 면섬유	150	45	1.0	1.2	1.35	6.4
실시예6	린터 면섬유	150	45	1.5	1.2	1.35	6.6
실시예7	린터 면섬유	150	45	1.5	2.0	1.35	6.6
비교예1	린터 면섬유	150	45	0.5	-	1.35	5.8
비교예2	린터 면섬유	150	45	-	1.2	1.35	5.4
비교예3	침엽수 섬유	150	45	0.5	-	1.10	5.1
비교예4	침엽수 섬유	150	45	-	1.2	1.10	4.8
비교예5	침엽수 섬유	150	45	0.5	1.2	1.10	5.5
비교예6	활엽수 섬유	150	45	0.5	-	1.20	4.5
비교예7	활엽수 섬유	150	45	-	1.2	1.20	4.0
비교예8	활엽수 섬유	150	45	0.5	1.2	1.20	5.1

표 1에 의하면, 린터 면섬유를 사용하고 지료 제조 단계와 표면 처리 단계에서 모두 습윤지력증강제를 첨가한 실시예 1~7의 경우 1.3 ㎤/g 이상의 벌크와 150 g/㎡ 평량 기준으로 6.0 kgf 이상의 우수한 습윤 강도를 나타냈다.

실시예 1과 3, 실시예 2와 4를 비교하면, 평량이 150 g/㎡에서 200 g/㎡으로 증가하는 경우 습윤 강도가 약 10% 증가하였다.

또한 실시예 1과 2, 실시예 3과 4를 비교하면, 고해도를 45 ^oSR에서 50 ^oSR로 증가시키는 경우 벌크는 약간 감소하고 습윤 강도는 약간 증가하였다. 고해도 50 ^oSR에서도 벌크는 1.32 ㎤/g으로 여전히 높은 값을 나타냈다.

실시예 5, 6에 의하면 지료 제조 단계에서 첨가되는 습윤지력증강제의 첨가량을 1.5wt%까지 증가시킬 경우 습윤 강도도 함께 증가하였다. 그러나 실시예 6과 실시예 7을 비교하면, 표면 처리 단계에서 첨가되는 습윤지력증강제의 첨가량이 1.2wt%에서 2.0wt%로 증가하였음에도 습윤 강도는 변화가 없었다.

지료 제조 단계와 표면 처리 단계 중 어느 한 단계에만 습윤지력증강제를 첨가한 비교예 1, 2를 실시예 1과 대비해 보면, 습윤 강도가 6.0 kgf 이하로 확연히 떨어지는 것으로 나타났다.

또한, 린터 면섬유 대신 침엽수 섬유를 사용한 비교예 3~5, 활엽수 섬유를 사용한 비교예 6~8의 결과에 의하면, 벌크 및 습윤 강도 특성이 모두 좋지 않은 것으로 나타났다.

이상 한정된 실시예 및 도면을 참조하여 설명하였으나, 이는 실시예일뿐이며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다는 점은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위의 기재 및 그 균등 범위에 의해 정해져야 한다.

Claims

린터 면펄프를 고해시키는 단계;
제1 첨가량의 습윤지력증강제를 첨가하여 지료를 제조하는 단계;
상기 제조된 지료를 이용하여 원지를 제조하는 단계;
제2 첨가량의 습윤지력증강제가 포함된 표면처리제를 이용하여 상기 원지를 표면 처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 용지 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 고해시키는 단계에서는 100% 린터 면펄프를 사용하는 것을 특징으로 하는 용지 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 첨가량은 0.5~1.5wt%인 것을 특징으로 하는 용지 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 첨가량은 2wt% 이하인 것을 특징으로 하는 용지 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 지료 제조 단계와 상기 표면 처리 단계에서 첨가되는 습윤지력증강제는 PAE 수지인 것을 특징으로 하는 용지 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 고해 단계에서 40~55 ^oSR 범위의 고해도로 고해시키는 것을 특징으로 하는 용지 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따라 제조된 용지.
제7항에 있어서,
벌크가 1.3 ㎤/g 이상인 것을 특징으로 하는 용지.
제7항에 있어서,
150g/㎡의 평량에서 습윤 강도가 6.0 kgf 이상인 것을 특징으로 하는 용지.
제7항의 용지로 제작된 종이 빨대.