KR20210063651A - Dissolving pulp from jute bast fiber and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a dissolving pulp and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a dissolving pulp derived from Corchorus capsularis bast fibers, and a method for manufacturing the same, wherein the present invention can provide the dissolving pulp derived from Corchorus capsularis bast fibers with high cellulose purity without a hemicellulose removal process, and thus the method for manufacturing the same.

Description

황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프 및 이의 제조방법{Dissolving pulp from jute bast fiber and preparation method thereof}Dissolving pulp from jute bast fiber and its manufacturing method {Dissolving pulp from jute bast fiber and preparation method thereof}

본 발명은 용해용 펄프 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dissolving pulp and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a dissolving pulp derived from jute bast fiber and a manufacturing method thereof.

지속적인 재생산이 가능한 생태계를 이루어가기 위해서는 안정적인 공급이 중요한 요소이다. 이를 해결하기 위하여 섬유기반 산업에서 재배 가능한 농업 기반 섬유에 대한 관심이 커져가고 있다. 농업용 섬유는 열가소성 수지에 강화 요소로 사용되기도 하지만 펄프 제지 산업이나 레이온 섬유 등 전통적인 섬유 산업에서도 수요가 커져가고 있다. Stable supply is an important factor to achieve an ecosystem that can sustainably reproduce. In order to solve this problem, interest in agricultural-based fibers that can be grown in the textile-based industry is growing. Agricultural fibers are often used as reinforcing elements in thermoplastics, but demand is also growing in traditional textile industries such as the pulp and paper industry and rayon fibers.

황마는 케나프와 함께 바이오매스 생장 속도가 빠르며 인도와 파키스탄 방글라데시아와 잘 자라는 일년생 식물로 인피에서 섬유를 채취한다. 원산지는 중국이며 파키스탄 벵골지방은 세계 생산량의 90%를 차지한다. 껍질을 물에 불려서 속대와 분리한 다음 방적한 섬유는 가늘고 부드러우나 마찰에 약하여 고품질로 가공하기 위하여 펄프화 한 후 용해용 펄프를 제조한 후 레이온 섬유로 가공할 수 있다. Jute, along with kenaf, has a fast biomass growth rate and is an annual plant that grows well in India, Pakistan and Bangladesh. The country of origin is China, and Bengal, Pakistan, accounts for 90% of the world's production. The fibers that are spun after soaking the skin in water to separate it from the bundle are thin and soft, but are weak against friction, so they are pulped for high-quality processing, and then pulp for dissolution can be produced and then processed into rayon fibers.

인피섬유는 목부와 달리 리그닌 함량이 낮으며 셀룰로오스 함량이 높아 목재에 비하여 고수율 화학 펄프 제조가 가능하며 리그닌 제거도 목질부보다 유리하다. 레이온 섬유를 제조하기 위하여 용해용 펄프를 17.5% 가성소다 용액에 침지하여 알칼리 셀룰로오스로 변환시킨 후 방치하여 물성을 조절시킨 후 이황화탄소와 반응시켜 cellulose xanthate 형태로 용해시킨 후 묽은 가성소다 용액에서 숙성시킨 후 방사하여 셀룰로오스로 재생된다. 레이온 섬유는 셀룰로오스를 용해시킨 다음, 다시 재생하는 공정으로 이황화탄소(CS2)가 전통적으로 사용되어 왔지만 이황화 탄소 증기에 의한 폐 손상으로 여러 가지 산업재해의 원인이 되었다. 이를 해결하기 위하여 친환경 용매를 사용하는 공정들이 시도되고 있다. Unlike wood, bast fiber has a low lignin content and a high cellulose content, making it possible to produce high-yield chemical pulp compared to wood, and lignin removal is also more advantageous than woody material. In order to manufacture rayon fiber, the dissolving pulp is dipped in 17.5% caustic soda solution, converted to alkali cellulose, left to adjust, and then reacted with carbon disulfide to dissolve in cellulose xanthate and aged in dilute caustic soda solution. After spinning, it is regenerated into cellulose. In rayon fiber, carbon disulfide (CS2) has been traditionally used as a process for dissolving cellulose and then regenerating it, but lung damage caused by carbon disulfide vapor has caused various industrial accidents. In order to solve this problem, processes using an eco-friendly solvent are being tried.

구리암모늄 레이온 섬유는 황산구리, 암모니아, 가성소다 혼합용액으로 셀룰로오스를 용해시킨 후 물속으로 사출하여 만들어진 레이온 섬유로 가늘고 광택이 좋아 품질이 우수하지만 생산비가 상대적으로 높다. Lyocell은 아민옥사이드계 용매를 사용하여 셀룰로오스 섬유를 용해시킨 후 재생하여 만들며 95% 이상의 용매가 회수되어 재사용되기 때문에 기존 레이온 섬유 산업의 각종 환경 공해와 인체에 유해한 성분으로 일어나는 산업재해를 해결할 수 있는 공정으로 산업에서 채택되어 몇 가지 상품으로 생산되고 있다. 용해용 펄프로 사용되기 위하여 펄프 내 셀룰로오스의 순도가 높아야 되기 때문에 화학펄프를 헤미셀룰로오스를 제거하는 후 가공 공정을 거쳐야 하는 문제점이 있다.Copper ammonium rayon fiber is a rayon fiber made by dissolving cellulose with a mixed solution of copper sulfate, ammonia, and caustic soda and then injecting it into water. It is thin and has good gloss, but the production cost is relatively high. Lyocell is made by dissolving cellulose fiber using an amine oxide solvent and then regenerating it. Since more than 95% of the solvent is recovered and reused, it is a process that can solve various environmental pollution and industrial accidents caused by components harmful to the human body in the existing rayon fiber industry It has been adopted by industry and produced as several commodities. Since the purity of cellulose in the pulp must be high in order to be used as pulp for dissolution, there is a problem in that the chemical pulp must be processed after removing hemicellulose.

등록특허공보 제10-1282830호Registered Patent Publication No. 10-1282830 등록특허공보 제10-1391032호Registered Patent Publication No. 10-1391032 등록특허공보 제10-1952316호Registered Patent Publication No. 10-1952316

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 헤미셀룰로오스 함량은 낮으면서도 셀룰로오스 함량은 높은 황마 인피섬유를 유래의 용해용 펄프를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a pulp for dissolution derived from jute bast fiber having a low hemicellulose content and a high cellulose content.

또한, 상기 펄프를 제공하기 위해 기존의 펄프 제조 방법보다 간단한 황마 인피 유래의 용해용 펄프의 제조 방법을 제공하고자 한다.In addition, in order to provide the pulp, it is intended to provide a method for producing a pulp for dissolution derived from jute bast, which is simpler than a conventional method for producing pulp.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pulp for dissolution derived from jute bast fibers.

또한 본 발명은 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing pulp for dissolution derived from jute bast fibers.

상기 펄프의 셀룰로오스 순도는 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 85% 이상, 더욱 바람직하게는 90%이상일 수 있다. The cellulose purity of the pulp may be preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more.

또한, 상기 펄프에 포함되는 섬유의 길이는 1.4 내지 1.8mm, 바람직하게는 1.45 내지 1.7mm이다. 상기 섬유의 폭은 18 내지 23㎛, 바람직하게는 19 내지 22㎛이다. In addition, the length of the fibers included in the pulp is 1.4 to 1.8mm, preferably 1.45 to 1.7mm. The width of the fiber is 18 to 23 μm, preferably 19 to 22 μm.

본 발명의 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프는 약액을 투여하여 고온에서 증해하여 제조된다.The pulp for dissolution derived from jute bast fiber of the present invention is prepared by administering a chemical solution and cooking at a high temperature.

상기 약액은 바람직하게는 알칼리 용액이며, 상기 알칼리 용액은 수산화나트륨(NaOH), 산화나트륨(Na2O), 황화나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 등의 알칼리를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. The chemical is preferably an alkali solution, and the alkali solution includes, but is not limited to, alkalis such as sodium hydroxide (NaOH), sodium oxide (Na 2 O), sodium sulfide, potassium hydroxide, and potassium carbonate.

상기 알칼리 용액은 제한되지는 않지만 바람직하게는 10 내지 30%(v/v)의 농도일 수 있다. The alkali solution is not limited, but may preferably have a concentration of 10 to 30% (v/v).

또한, 상기 알칼리 용액은 인피 섬유 : 알칼리 용액을 1: 5 내지 7의 중량비로 포함될 수 있다. In addition, the alkali solution may include bast fiber: alkali solution in a weight ratio of 1: 5 to 7.

상기 알칼리 용액에 추가적으로 안트라퀴논이 더 포함될 수 있으며, 이 경우 안트라퀴논은 인피 섬유 100 중량부 대비 0.001 내지 0.3 중량부, 바람직하게는 0.05 내지 0.2 중량부가 포함될 수 있다. Anthraquinone may be additionally included in the alkaline solution. In this case, the anthraquinone may be included in an amount of 0.001 to 0.3 parts by weight, preferably 0.05 to 0.2 parts by weight, based on 100 parts by weight of the bast fiber.

증해 온도는 각각 170 내지 190℃, 바람직하게는 170 내지 180℃이다. 상기 증해 온도보다 낮은 경우 셀룰로오스 이외의 성분들이 분해되지 않아 셀룰로오스 순도가 낮아질 수 있으며, 상기 온도보다 높은 경우 셀룰로오스가 과도하게 분해되어 품질저하 우려가 있다. The cooking temperature is 170 to 190°C, preferably 170 to 180°C, respectively. When the temperature is lower than the cooking temperature, components other than the cellulose are not decomposed and the purity of the cellulose may be lowered.

상기 방법에 의해 제조된 용해용 펄프는 기존의 용해용 펄프의 제조 방법과 달리 헤미셀룰로오스의 제거 단계를 거치지 않고도 셀룰로오스 순도가 높은 펄프를 제조할 수 있어 공정이 간단해진다.The pulp for dissolution prepared by the above method can produce pulp with high cellulose purity without going through a step of removing hemicellulose, unlike the conventional method for producing pulp for dissolution, thereby simplifying the process.

또한, 표백 단계에서도 적은 단계의 표백제 사용으로도 표백이 잘되어 전체적인 제조 공정이 단순화될 수 있다.In addition, even in the bleaching stage, bleaching is performed well even with a small amount of bleach, so that the overall manufacturing process can be simplified.

본 발명에서의 용해용 펄프는 정제된 화학펄프로서 제지용 펄프에 비하여 화학적으로 특별히 정제되어 순도가 규정되어 있다. 목재를 증해하여 제조하며, 증해법에는 아황산법과 전가수분해-크라프트법이 있으며, 용도에 따라서 선택될 수 있으며 특별히 제한되지는 않는다. The pulp for dissolution in the present invention is a refined chemical pulp, and is chemically specifically purified compared to paper pulp, and the purity is regulated. It is produced by cooking wood, and the cooking method includes a sulfurous acid method and an electrohydrolysis-kraft method, and may be selected according to the use, and is not particularly limited.

상기 용해용 펄프의 용도는 화학섬유·셀로판·플라스틱·합성풀 등 셀룰로오스계 유도체의 원료 또는 인조 견사, 스테이플 파이버, 필름 등 셀룰로오스 화학제품의 원료로 사용될 수 있으며, 레이온 펄프, 아세테이트 펄프 등의 종류가 있다.The use of the pulp for dissolution can be used as a raw material for cellulose derivatives such as chemical fiber, cellophane, plastic, synthetic glue, or as a raw material for cellulose chemical products such as artificial silk, staple fiber, and film, and there are different types of rayon pulp, acetate pulp, etc. have.

본 발명은 헤미셀룰로오스 제거 공정 없이 셀룰로오스 순도가 높은 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프를 제공할 수 있으며, 또한 이의 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a dissolving pulp derived from jute bast fiber having high cellulose purity without a hemicellulose removal process, and also can provide a manufacturing method thereof.

도 1은 기존의 용해용 펄프 제조 공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 용해용 펄프 제조 공정을 도시한 것이다.
1 shows a conventional dissolving pulp manufacturing process.
Figure 2 shows the pulp manufacturing process for dissolution of the present invention.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following Examples and Experimental Examples.

<실시예 1 내지 3><Examples 1 to 3>

방글라데시아 산 황마 인피 섬유를 한국 섬유기계융합연구원에서 제공받아 사용하였다. 상기 황마 인피 섬유를 충분하게 건조한 후 인피섬유를 5cm 이하로 절단하여 실험에 사용하였다. Jute bast fiber from Bangladesh was provided by the Korea Textile Machinery Convergence Research Institute and used. After the jute bast fiber was sufficiently dried, the bast fiber was cut to 5 cm or less and used in the experiment.

인피섬유(150.0g 전건기준)를 약액 농도 활성알칼리 20% (Na2O 기준), 액비(1:6, S:L), 안트라퀴논 (0.150g) 첨가 조건에서 소다-안트라퀴논 증해를 실시하였다. 증해는 증해 온도는 각각 172, 176, 180℃로 설정하여 상온에서 목표 온도 도달에 90분, 목표온도 도달 후 60분간 증해시켰다. 증해 후 해섬, 정선과정을 잔류 폐액을 제거하고 세척된 펄프를 원심분리기로 탈수 후 냉장 보관하였다. Soda-anthraquinone cooking was performed for bast fiber (150.0 g dry basis) under the conditions of adding 20% active alkali (based on Na 2 O), liquid ratio (1:6, S:L), and anthraquinone (0.150 g) of chemical solution. . The cooking temperature was set to 172, 176, and 180℃, respectively, and the cooking was carried out at room temperature for 90 minutes to reach the target temperature and for 60 minutes after reaching the target temperature. After cooking, the remaining waste liquid was removed in the fibrillation and selection process, and the washed pulp was dehydrated in a centrifuge and stored in a refrigerator.

<실시예 4 내지 9><Examples 4 to 9>

상기의 실시예 1 내지 3의 황마 인피 섬유를 표백하였다. 표백 조건별 백색도의 변화를 탐색하기 위하여 각 단계별 이산화염소의 투입량을 달리하였다. 총 이산화염소 사용량은 전건 펄프 기준으로 1.0%(실시예 4 내지 6)와 1.5%(실시예 7 내지 9) 두 가지 조건을 사용하였고 Do 단계에서 66.7%의 이산화염소를 투입하고 나머지를 D1단계에서 투입하였다. 이산화염소 표백 사이에 염기성 세척조건에서 가성소다 전건 펄프 기준 1.0% 첨가하여 추출 후 세척하였다. 각 반응은 75℃에서 60분간 실시하여 제조하였다. The jute bast fibers of Examples 1 to 3 were bleached. In order to explore the change in whiteness by bleaching conditions, the amount of chlorine dioxide input was varied at each stage. Total chlorine dioxide consumption was 1.0% (Examples 4 to 6) and 1.5% (Examples 7 to 9), two usage conditions was introduced a chlorine dioxide of 66.7% in the Do stage, and D stage 1 the rest to the antecedent pulp based was put in Between chlorine dioxide bleaching, 1.0% of caustic soda based on whole dry pulp was added under basic washing conditions, followed by extraction and washing. Each reaction was carried out at 75° C. for 60 minutes.

<실험예 1> 황마 인피 섬유의 화학적 조성 분석<Experimental Example 1> Chemical composition analysis of jute bast fibers

황마 인피 섬유의 화학적 조성 분석을 위하여 소수성 추출물 함량 분석 (Tappi 204 cm-97), 친수성 추출물 함량 분석 (Tappi 207 cm-99), 산 불용성 리그닌 함량 분석 (Tappi 222 om-88) 실험법을 기준으로 분석을 실시하였다. 펄프 내 존재하는 리그닌을 정량하기 위하여 카파 값 분석 (Tappi 236 om-99)에 따라 실험하였고, 백색도 분석 수초지 제작(Tappi 205 sp-95)와 백색도 측정 (Tappi 525 om-92) 방법을 사용하여 표백 전 후 백색도 변화를 확인하였다. 섬유의 수분 유지력을 측정하기 위하여 수분유지력 측정(Water Rention Value, WRV, Tappi Useful Method UM 256)을 실시하였다. 황마 인피 섬유 펄프의 섬유특성 분석을 분석하기 위하여 섬유분석기 (Kajaani Fiber Lab Fiber Analyzer, Metso, Finland)를 사용하여 섬유의 길이, 폭을 측정하였다. 인피 섬유, 미표백 펄프, 표백 펄프의 탄수화물 조성을 분석하기 위하여 진한 황산으로 1차 가수분해 후 희석하여 2차 가수분해를 실시하였다. 1H-NMR분석을 위하여 산 가수분해에서 증류수 대신 중수(D2O)를 사용하였다. 2차 가수분해 후 가수분해 산물을 1H-NMR 분석을 통하여 탄수화물 조성을 측정하였다(K TAPPI 48(2): 13-19, 이규성외 2016).Analysis of hydrophobic extract content (Tappi 204 cm-97), hydrophilic extract content analysis (Tappi 207 cm-99), acid-insoluble lignin content analysis (Tappi 222 om-88) for chemical composition analysis of jute bast fiber was carried out. In order to quantify the lignin present in the pulp, it was tested according to the kappa value analysis (Tappi 236 om-99), and the whiteness analysis handicraft paper production (Tappi 205 sp-95) and whiteness measurement (Tappi 525 om-92) methods were used. Changes in whiteness were observed before and after bleaching. In order to measure the moisture retention of the fibers, a moisture retention measurement (Water Rention Value, WRV, Tappi Useful Method UM 256) was performed. To analyze the fiber characteristics of jute bast fiber pulp, the length and width of the fiber were measured using a fiber analyzer (Kajaani Fiber Lab Fiber Analyzer, Metso, Finland). To analyze the carbohydrate composition of bast fiber, unbleached pulp, and bleached pulp, primary hydrolysis was performed with concentrated sulfuric acid, followed by dilution and secondary hydrolysis. For 1 H-NMR analysis, heavy water (D 2 O) was used instead of distilled water in acid hydrolysis. After the secondary hydrolysis, the carbohydrate composition of the hydrolyzed product was measured through 1 H-NMR analysis (K TAPPI 48(2): 13-19, Kyuseong Lee et al. 2016).

본 황마 인피 섬유의 화학 조성 분석 결과는 표 1에 제시하였다. 아세톤 추출물 함량, 리그닌 함량, 다당류 함량으로 전형적인 황마 인피 섬유의 화학적 조성을 보였다. 황마 껍질 부 섬유를 분석한 결과 추출물 함량이 목부보다 낮으며 리그닌 함량은 13.5%로 목부의 23.9-25.%보다 낮으며 jute caddis 14.7%보다 적게 분포하였다. The chemical composition analysis results of this jute bast fiber are presented in Table 1. Acetone extract content, lignin content, and polysaccharide content showed the chemical composition of typical jute bast fiber. As a result of analyzing jute hull part fibers, the extract content was lower than that of xylem, and the lignin content was 13.5%, which was lower than 23.9-25.% of xylem and less than jute caddis 14.7%.

다당류 조성의 조성을 비교해 보면 셀룰로오스 함량이 64.6%로 황마의 속대부분 보다 높다. 산 가수분해 후 단당 및 가수분해 산물 분석에서 헤미셀룰로오스의 고분자에 결합되어 있는 아세틸기에서 기원하는 아세트산의 함량이 5.0%로 침엽수나 활엽수의 헤미셀룰로오스에 비하여 아세틸 치환기의 함량이 높은 것으로 생각된다. 자일란의 함량은 대마 인피섬유나 속대 모두 활엽수보다 함량이 낮은 것으로 보고되었다. Comparing the composition of the polysaccharide composition, the cellulose content is 64.6%, which is higher than most of the jute. In the analysis of monosaccharides and hydrolysis products after acid hydrolysis, the content of acetic acid originating from acetyl groups bound to the polymer of hemicellulose was 5.0%, which is considered to be higher than that of conifers or hardwoods hemicellulose. It was reported that the content of xylan was lower in both hemp bast fibers and cob fibers than in hardwoods.

황마 인피 섬유의 조성. 단위: % The composition of jute bast fibers. unit: % 성분ingredient 황마 인피 섬유jute bast fiber 황마jute 황마 섬유jute fiber 가지Branch 섬유fiber 셀룰로오스cellulose 64.664.6 39.339.3 63.163.1 63.163.1 리그닌lignin 13.513.5 25.125.1 12.712.7 12.712.7 헤미셀룰로오스hemicellulose 자일렌xylene 11.211.2 15.815.8 13.513.5 14.114.1 아세틸 기acetyl group 5.05.0 만난met 1.11.1 아라비노갈락탄 Arabinogalactan 4.34.3 기타Etc 12.412.4 11.011.0 11.011.0 추출물extract 0.30.3 0.80.8 0.20.2 0.30.3

<실험예 2> 펄핑 조건에 따른 황마 인피 섬유의 수율과 조성물 변화 <Experimental Example 2> Changes in yield and composition of jute bast fibers according to pulping conditions

상기 표 1의 화학조성 분석 결과 인피 섬유는 셀룰로오스 함량이 높고 자일란과 리그닌 함량이 낮아 염기성 조건에서 펄프를 만들 때 활엽수와 비교하여 수율이 높고 카파 값이 낮을 것으로 추정할 수 있다. 온도를 달리한 소다 안트라퀴논 펄핑 결과를 표 2에 제시하였다. 수율은 170℃ 증해에서 62.1%이고 증해 온도가 높아질수록 수율은 감소하였다 (178℃ 증해 56.7%). 20% 활성 알칼리 농도로 증해된 소다-안트라퀴논 펄프는 수율이 56.7-62.1%, 카파 값은 7.8-13.8%로 활엽수에 비하여 수율이 높고 카파 값은 낮았다. 황마의 목부를 크라프트 펄프화 하였을 때 수율은 41.1%, 카파 값은 25.1 이었지만 인피섬유 크라프트화 공정에서는 수율이 51.6%, 카파 값은 16.4이었다. 황마 인피 섬유를 구성하고 있는 리그닌 성분이 염기성 조건에서 용이하게 분해될 수 있을 뿐만 아니라 염기성 조건에서 가수분해 반응에 대한 저항성이 높은 셀룰로오스와 자일란 성분이 황마 인피 섬유의 주성분이기 때문이다. 황마 인피섬유의 구조 분석 결과 S/G 비율이 2.1로 sinapyl alcohol 유래로 구성되어 있는 S 형 리그닌의 비율이 높고 리그닌 결합양식 중 72%가 β-0-4로 염기성 조건에서 용이하게 분해될 수 있다. 황마 속대의 경우 알칼리 니트로벤젠 산화물 분석에서 목부에서 conifery alcohol계 분해산물과 synapyl alcohol계 분해산물의 비율이 13.0%: 25.2% 비율이었지만 인피섬유에서는 10.8%: 36.0%로 인피섬유의 경우 분해되기 쉬운 syringyl 형 리그닌의 비율이 더 높았다. As a result of the chemical composition analysis in Table 1, it can be estimated that the bast fiber has a high cellulose content and low xylan and lignin content, so that when making pulp under basic conditions, the yield is higher and the kappa value is lower than that of hardwoods. The results of soda anthraquinone pulping at different temperatures are presented in Table 2. The yield was 62.1% for cooking at 170°C, and the yield decreased as the cooking temperature increased (56.7% for cooking at 178°C). The soda-anthraquinone pulp cooked at 20% active alkali concentration had a yield of 56.7-62.1% and a kappa value of 7.8-13.8%, which was higher than that of hardwoods and had a lower kappa value. When the neck of jute was kraft pulped, the yield was 41.1% and the kappa value was 25.1, but in the bast fiber krafting process, the yield was 51.6% and the kappa value was 16.4. This is because the lignin components constituting jute bast fibers can be easily decomposed under basic conditions, and cellulose and xylan components, which have high resistance to hydrolysis under basic conditions, are the main components of jute bast fibers. As a result of structural analysis of jute bast fibers, the S/G ratio is 2.1, and the ratio of S-type lignin derived from sinapyl alcohol is high, and 72% of the lignin binding forms are β-0-4, which can be easily decomposed under basic conditions. . In the case of jute cork, the ratio of conifery alcohol-based and synapyl alcohol-based decomposition products was 13.0%: 25.2% in the xylem in the alkali nitrobenzene oxide analysis, but 10.8%: 36.0% for bast fibers. The proportion of the type lignin was higher.

본 발명에 따른 황마 인피섬유로 만들어지는 펄프는 펄프화 공정과 조건에 따라 수율과 카파 값이 다양하게 만들어졌다. 아세트산 펄핑에서 카파값 42-56, 수율 76-90%로 증해되었고, 에탄올 펄핑에서는 카파값 66-69, 수율 60-79%로 증해되었다. 소다 펄핑의 경우 카파값 50-78범위에서 수율은 68-75%로 증해되었고 이들 조건에서 만들어진 펄프는 잔류 리그닌이 높아 본 공정과 비교하여 표백 공정의 비용이 매우 높을 것으로 추정된다. 크라프트 공정으로 제조된 황마 인피 섬유 펄프는 카파값 9.4-15.3 범위에서 수율은 58.5-62.2%로 본연구와 유사한 경향을 보였다. The pulp made from the jute bast fiber according to the present invention was made in various yields and kappa values according to the pulping process and conditions. In acetic acid pulping, it was cooked to a kappa value of 42-56 and a yield of 76-90%, and in ethanol pulping, it was cooked to a kappa value of 66-69 and a yield of 60-79%. In the case of soda pulping, the yield is 68-75% in the kappa value range of 50-78, and the pulp made under these conditions has high residual lignin, so it is estimated that the cost of the bleaching process is very high compared to this process. The jute bast fiber pulp produced by the kraft process showed a similar trend as in this study, with a yield of 58.5-62.2% in the range of kappa value of 9.4-15.3.

원료와 비교하여 셀룰로오스와 자일란의 분해율을 계산한 결과 셀룰로오스의 분해 정도는 170℃에서 15.5%, 174도에서 16.6%, 178℃에서 19.8%로 동일한 증해 시간으로 증해할 경우 고온 증해에서 더 많은 셀룰로오스의 분해가 일어났다. 자일란의 분해정도는 170℃에서 33.0%, 174℃에서 46.4%, 178℃에서 56.3%로 마찬가지로 증해 온도가 증가할수록 더 심하게 분해가되었다. 표 3에서와 같이 온도가 증가할수록 셀룰로오스 보다는 자일란의 분해 정도가 더 심하였다. 따라서 셀룰로오스 순도가 높은 용해용 펄프 원료를 만들기 위해서는 고온 증해가 더 유리하며 178℃ 증해 조건에서 91.4%의 셀룰로오스 순도로 용해용 펄프 원료로 적합하다.As a result of calculating the decomposition rates of cellulose and xylan compared to the raw material, the decomposition degree of cellulose was 15.5% at 170°C, 16.6% at 174°C, and 19.8% at 178°C. decomposition occurred. The degree of decomposition of xylan was 33.0% at 170°C, 46.4% at 174°C, and 56.3% at 178°C. Similarly, the decomposition became more severe as the cooking temperature increased. As shown in Table 3, as the temperature increased, the degree of decomposition of xylan was more severe than that of cellulose. Therefore, high-temperature cooking is more advantageous to make pulp raw materials for dissolution with high cellulose purity, and it is suitable as a pulp raw material for dissolution with a cellulose purity of 91.4% under cooking conditions of 178°C.

본 발명의 펄프 특성 Pulp properties of the present invention 온도 (℃)Temperature (℃) 수율 (%)Yield (%) 카파 값kappa value 명도(백색도)(% ISO)Brightness (whiteness) (% ISO) 170170 62.162.1 13.813.8 37.937.9 174174 59.959.9 11.611.6 40.640.6 178178 56.756.7 7.87.8 43.543.5

본 발명의 펄프의 화학 성분Chemical composition of the pulp of the present invention 온도 (℃)Temperature (℃) 수율 (%)Yield (%) 셀룰로오스 (%)Cellulose (%) 자일란 (%)Xylan (%) 셀룰로오스 순도 (%)Cellulose purity (%) 170170 62.162.1 54.654.6 7.57.5 87.987.9 174174 59.959.9 53.953.9 6.06.0 90.090.0 178178 56.756.7 51.851.8 4.94.9 91.491.4

<실험예 3> 본 발명의 펄프의 이산화염소 표백 특성<Experimental Example 3> Chlorine dioxide bleaching properties of the pulp of the present invention

본 발명의 펄프의 이산화염소 표백Chlorine dioxide bleaching of pulp of the present invention 펄핑 온도(℃)Pulp Temperature (℃) D0 단계 Step D0 D1 단계Step D1 ClO2 농도%ClO 2 Concentration% 백색도 whiteness ClO2 농도 %ClO 2 Concentration % 백색도whiteness 170170 0.670.67 53.453.4 0.330.33 67.767.7 1.001.00 58.658.6 0.500.50 76.676.6 174174 0.670.67 56.556.5 0.330.33 73.573.5 1.001.00 64.464.4 0.500.50 81.881.8 178178 0.670.67 68.868.8 0.330.33 83.183.1 1.001.00 76.476.4 0.500.50 84.984.9

실시예 4 내지 9의 펄프의 이산화염소 표백 특성을 비교하였다. 1.0%의 이산화염소를 사용하여 3단계 표백을 진행한 경우 170℃에서 만들어진 펄프는 67.7% ISO, 174℃ 펄프는 73.5% ISO 백색도에 도달하였지만 178℃에서 증해된 펄프는 83.1% ISO 백색도에 도달하였다. 고온에서 증해한 펄프의 표백이 더욱 용이하였다.Chlorine dioxide bleaching properties of the pulps of Examples 4 to 9 were compared. In the case of 3-step bleaching using 1.0% chlorine dioxide, the whiteness of the pulp made at 170°C reached 67.7% ISO and the pulp at 174°C reached 73.5% ISO whiteness, but the pulp cooked at 178°C reached 83.1% ISO whiteness. . The bleaching of the pulp cooked at high temperature was easier.

이산화염소의 사용량을 1.5%로 증가시키면 각각 펄프의 3단계 표백 후 도달 백색도가 76.6%, 81.8%, 84.9% ISO 에 도달하였다. 산업적으로 만족스러운 표백 펄프를 생산하기 위해서는 고온 증해 (178℃)와 1.5%의 이산화염소 표백이 필요하다. 황마 인피 섬유는 표백에 쉽게 반응하기 때문에 적은양의 이산화염소로 표백이 가능하다. 크라프트 펄프화공정으로 만들어진 인피섬유 펄프는 1.5%의 이산화염소 표백으로 84.6-85.4% ISO 백색도에 도달하였지만 황마 속대로 만든 펄프는 3.0%의 이산화염소 표백으로 80.8-85.6% ISO 백색도에 도달하였다. When the amount of chlorine dioxide used was increased to 1.5%, the whiteness reached 76.6%, 81.8%, and 84.9% ISO after three-step bleaching of the pulp, respectively. High temperature cooking (178°C) and 1.5% chlorine dioxide bleaching are required to produce industrially satisfactory bleached pulp. Because jute bast fibers react easily to bleaching, they can be bleached with a small amount of chlorine dioxide. The bast fiber pulp made by the kraft pulping process reached 84.6-85.4% ISO whiteness with 1.5% chlorine dioxide bleaching, whereas the pulp made from jute bundle reached 80.8-85.6% ISO whiteness with 3.0% chlorine dioxide bleaching.

<실험예 4> 본 발명의 펄프의 물리적 특성<Experimental Example 4> Physical properties of the pulp of the present invention

4-1. 수분 보유력(Water Retention Value)4-1. Water Retention Value

표 1의 화학 조성 분석 결과에서와 같이 황마 인피 섬유의 다당류내 아세틸기의 함량이 높아 다른 소재에 비하여 수분 유지력이 낮은 특성을 보였다. 펄프화 과정에서 아세틸기와 소수성 리그닌이 제거되기 때문에 펄프화가 진행됨에 따라 수분 유지력이 증가하였다. 표 5와 같이 이런 경향은 높은 온도에서 증해할 때와 표백 후 더욱 뚜렷하게 나타났다. As shown in the chemical composition analysis results in Table 1, the high content of acetyl groups in the polysaccharide of jute bast fiber showed low water retention compared to other materials. Since the acetyl group and the hydrophobic lignin were removed during the pulping process, water retention increased as the pulping progressed. As shown in Table 5, this trend was more pronounced when cooking at high temperature and after bleaching.

열기계 펄프를 입자 크기별로 분리한 후 표백을 진행하면서 수분 보유력을 측정한 결과 작은 입자의 WRV값이 큰 입자 보다 높고 차아염소산-과산화 수소표백이나 차아염소산-오존표백 펄프의 수분 보유력이 미 표백 펄프보다 우수하였다.After separating thermo-mechanical pulp by particle size and measuring the water retention while bleaching, the WRV value of small particles was higher than that of large particles, and the moisture retention of hypochlorous acid-hydrogen peroxide bleaching or hypochlorous acid-ozone bleaching pulp was higher than that of unbleached pulp was better.

미건조 표백 펄프의 WRV는 171%에서 기건 펄프는 150%, 건조 온도에 따라 WRV 값이 132-149%로 건조 온도가 높을수록 수분 보유력이 떨어지며 이는 섬유의 각질화 현상에서 유래한 것으로 분석된다.The WRV of undried bleached pulp is 171%, that of dry pulp is 150%, and the WRV value is 132-149% depending on the drying temperature, and the higher the drying temperature, the lower the water retention.

본 발명의 펄프의 수분 유지력Water retention power of the pulp of the present invention 온도(℃)Temperature(℃) WRV (%)WRV (%) 미표백 unbleached 표백 bleaching 170170 116116 165165 174174 154154 176176 178178 167167 197197

섬유 수분 보유력이 떨어지는 펄프는 표백 과정에서 수분 보유력이 다시 회복되는 것을 확인하였다.It was confirmed that the pulp with poor fiber water retention was restored to water retention during the bleaching process.

<실험예 5> 본 발명의 펄프의 섬유 특성 분석 <Experimental Example 5> Analysis of the fiber properties of the pulp of the present invention

본 발명에 따른 섬유의 폭과 길이를 분석한 결과를 표 6에 제시하였다. 실험결과 섬유의 길이는 1.49-1.68 mm의 범위였고 섬유의 폭은 증해 온도가 높아짐에 따라 섬유의 폭이 감소하였다. Table 6 shows the results of analyzing the width and length of the fibers according to the present invention. As a result of the experiment, the fiber length was in the range of 1.49-1.68 mm, and the fiber width decreased as the cooking temperature increased.

반면 기존의 공정에 따른 아세트산 펄핑으로 만든 섬유의 길이는 2.5mm와 폭 20.0㎛로 본 발명의 펄프에 포함되는 섬유보다 긴 섬유를 회수하였지만 섬유의 폭은 본 발명의 섬유와 유사하였다.On the other hand, the fibers made from acetic acid pulping according to the existing process were 2.5 mm in length and 20.0 μm in width, which was longer than the fibers included in the pulp of the present invention, but the width of the fibers was similar to the fibers of the present invention.

본 발명에 따른 펄프의 섬유 형태Fiber form of pulp according to the invention   170℃170℃ 174℃174℃ 178℃178℃ 섬유 길이(㎜)Fiber length (mm) 1.681.68 1.491.49 1.641.64 섬유 폭(㎛)Fiber width (μm) 21.121.1 20.520.5 19.619.6 정제도(%)Refinement (%) 2.552.55 4.424.42 1.081.08

섬유 형태-Nicem Fiber form - Nicem

상기 실험예 결과를 종합하면 본 발명은 셀룰로오스 함량이 높은 레이온 섬유의 원료로 사용될 수 있는 용해용 펄프를 제조할 수 있었다. 170℃ 증해에서는 셀룰로오스의 순도는 약 88%였으며, 174℃ 증해 및 표백에서 90.0%에 도달하였고, 178℃에서는 셀룰로오스의 순도가 91.4%에 도달하여 용해용 펄프 원료로 사용이 가능함을 확인하였다. 본 발명에 따른 펄프는 이산화염소 표백도 용이하여 적은 양의 이산화염소를 사용하여 백색도 80% ISO 기준 도달이 가능하였다.Combining the results of the above experimental examples, the present invention was able to prepare a dissolving pulp that can be used as a raw material for rayon fibers having a high cellulose content. The purity of cellulose was about 88% in cooking at 170°C, reaching 90.0% in cooking and bleaching at 174°C, and the purity of cellulose reached 91.4% at 178°C, confirming that it can be used as a raw material for dissolving pulp. The pulp according to the present invention was also easily bleached with chlorine dioxide, so that it was possible to reach the ISO standard of 80% whiteness using a small amount of chlorine dioxide.

Claims (10)

황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프.Dissolving pulp derived from jute bast fibers. 제1항에 있어서, 상기 펄프는 셀룰로오스 순도가 85% 이상인 것을 특징으로 하는 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프.The pulp for dissolution derived from jute bast fiber according to claim 1, wherein the pulp has a cellulose purity of 85% or more. 제1항에 있어서, 상기 펄프는 증해 온도가 170 내지 190℃인 것을 특징으로 하는 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프.The pulp for dissolution derived from jute bast fiber according to claim 1, wherein the pulp has a cooking temperature of 170 to 190°C. 황마 인피 섬유에 약액을 투여하고, 증해시켜 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프를 제조하는 방법.A method for producing a pulp for dissolution derived from jute bast fibers by administering a chemical solution to the jute bast fibers and cooking them. 제4항에 있어서, 상기 약액은 알칼리 용액인 것을 특징으로 하는 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프를 제조하는 방법.5. The method according to claim 4, wherein the chemical solution is an alkaline solution. 제4항에 있어서, 상기 알칼리 용액은 수산화나트륨, 황화나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 중 선택되는 것을 특징으로 하는 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프를 제조하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the alkali solution is selected from sodium hydroxide, sodium sulfide, potassium hydroxide, and potassium carbonate. 제4항에 있어서, 상기 약액은 황마 인피 섬유 : 알칼리 용액을 1: 5 내지 7의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프를 제조하는 방법.[Claim 5] The method of claim 4, wherein the chemical solution contains jute bast fiber: alkali solution in a weight ratio of 1: 5 to 7. 제7항에 있어서, 상기 알칼리 용액은 10 내지 30%(v/v)의 농도인 것을 특징으로 하는 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프를 제조하는 방법.The method according to claim 7, wherein the alkali solution has a concentration of 10 to 30% (v/v). 제4항에 있어서, 상기 약액은 추가적으로 안트라퀴논을 더 포함할 수 있으며, 안트라퀴논은 인피 섬유 100 중량부 대비 0.001 내지 0.3 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프를 제조하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the chemical may further contain anthraquinone, and the anthraquinone is included in an amount of 0.001 to 0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of the bast fiber. Way. 제4항에 있어서, 증해 온도는 170 내지 190℃인 것을 특징으로 하는 황마 인피 섬유 유래의 용해용 펄프를 제조하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the cooking temperature is 170 to 190°C.
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