KR20210081553A

KR20210081553A - 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 및 건조펄프 제조방법 및 이의 펄프로 제조된 종이

Info

Publication number: KR20210081553A
Application number: KR1020190173641A
Authority: KR
Inventors: 김인용
Original assignee: 김인용
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2021-07-02

Abstract

본 발명은 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 및 건조펄프 제조방법 및 이의 펄프로 제조된 종이에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 커피박 펄프를 제조하는 단계; 폐지 펄프를 제조하는 단계;및 상기 커피박 펄프와 폐지 펄프를 각각 60 ~ 90wt% 및 10 ~ 40wt% 혼합하는 단계를 포함하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 제조방법 및 상기 제조방법에 의하여 제조된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 닥풀 수용액과 혼합하여 해리하는 단계;및 상기 해리된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 종이 형태로 초지하는 단계;및 상기 종이를 압축탈수 후 고온건조하는 단계를 포함하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 건조펄프 제조방법 및 상기 제조된 건조펄프를 가공하여 제조된 종이를 제공하며, 본 발명의 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 종이 제조방법은 버러지는 커피박과 폐지를 재활용하여 종이를 제조함으로써 천연 펄프를 대체하여 종이를 제조할 수 있어 쓰레기의 양도 줄일 수 있고, 폐기비용도 절약할 수 있으며, 종이를 만드는 자원도 절약할 수 있다는 효과가 있다.

Description

커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 및 건조펄프 제조방법 및 이의 펄프로 제조된 종이{MANUFACTURING METHOD OF NON-WOOD ENVIRONMENT-FRIENDLY PULP AND DRIED PULP USING COFFEE GROUND AND WASTE PAPERS AND PAPER MANUFACTURED BY THE PULP}

본 발명은 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 및 건조펄프 제조방법 및 이의 펄프로 제조된 종이에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 커피박 펄프를 제조하는 단계; 폐지 펄프를 제조하는 단계;및 상기 커피박 펄프와 폐지 펄프를 각각 60 ~ 90wt% 및 10 ~ 40wt% 혼합하는 단계를 포함하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 제조방법 및 상기 제조방법에 의하여 제조된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 닥풀 수용액과 혼합하여 해리하는 단계;및 상기 해리된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 종이 형태로 초지하는 단계;및 상기 종이를 압축탈수 후 고온건조하는 단계를 포함하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 건조펄프 제조방법 및 상기 제조된 건조펄프를 가공하여 제조된 종이를 제공한다.

전 세계적인 환경에 대한 관심의 증대로 산림보호를 위한 천연펄프 생산억제와 함께 환경 폐자원인 폐지의 활용에 대한 수요 및 요구는 전 세계적으로 지속적으로 증가하고 있다. 실제 이러한 폐지의 활용은 펄프의 자급률이 낮은 국내여건에서는 더욱 중요한 이슈가 되고 있고 전 세계적으로 가장 높은 수준의 폐지 활용을 이루어내고 있으나, 2010년 기준으로 실제 886 만톤의 폐지를 회수하여 재사용했으나 국내고지 품질의 저하 및 부족분에 대한 보완을 위해 133 만톤의 외국고지를 추가로 수입하는 상황이다.

펄프로 종이를 만드는 제지공정은 원료공정, 초지공정, 가공공정으로 나뉜다. 원료공정은 펄프의 종류가 무엇인가에 따라 달라진다. 폐지(재생펄프)를 사용해 종이원료를 만들려면, 물에 풀어 종이 죽을 만들고 불순물을 걸러내고 잉크를 빼내고 농축시키고 표백하는 과정을 걸친다. 원목을 갈아 종이원료를 만들려면 나무를 그라인더로 갈아 섬유질을 뽑고 불순물을 걸러내고 농축해서 표백한다. 작은 크기로 원목을 쪼개놓은 목칩으로 종이원료를 만들려면 씻고 열과 기계힘으로 섬유질을 뽑고 이물질을 거르고 농축해서 표백한다.

표백 후 초지공정이 시작된다. 이 공정은 이물질 제거-탈수-압착-건조-사이징(종이의 미세한 구멍 메우기)-광택내기-재단하는 과정 전체를 일컫는다. 원료별로 혼합된 종이원료 속의 이물질을 다시 한번 걸러내고 여러 가지 약품을 섞는데 이들 약품은 종이의 유연성, 강도, 평활성 등을 강화하는 것들이다. 그 뒤 종이 죽을 긴 망에 고루 펴서 종이의 원형을 얻는다. 여기에 열을 가해 수분을 증발시킨 뒤 다양한 종류의 물질(화학물질, 식물성·광물성 물질)로 종이 사이의 공간을 메운다. 코팅을 한 뒤 거대한 크기의 종이를 필요에 따라 자르고 포장하여 판매한다.

셀룰로오스는 고해와 해리, 증해와 같은 과정을 지날수록 파괴가 일어나게 된다. 그래서 재생용지를 만들 때 천연펄프를 반드시 섞어서 만들게 된다. 100%의 재생용지는 셀룰로오스의 부족으로 인해 종이로써의 가치를 갖기가 어렵기 때문이다.

커피박이란 단어는 우리나라에서 매우 생소하지만 외국에서는 coffee waste, coffee meal, coffee ground 등 다양한 이름으로 불리고 있다. 다양하게 불리고 있는 커피박은 커피원두로부터 커피액을 추출하고 남은 찌꺼기를 말하는데 커피박에는 유기물뿐만 아니라 풍부한 섬유소, 리그닌, 카페인, 폴리페놀화합물 등 다양한 기능성 물질을 다량 함유되어 있어 재활용 가치가 높은 유기성 자원 중의 하나로 평가받고 있다.

따라서 본 발명자는 커피박으로 대체하여 천연펄프의 사용을 줄이고 나무와 환경을 보호하고자 하는 것을 목적으로 한다.

대한민국 공개특허 제10-2001-00786934호

일반 재생펄프의 경우 필수적으로 천연펄프를 섞어 제조할 수밖에 없는데 따라서 재생용지라고 하지만 나무의 사용으로 환경에 큰 도움이 된다고 말할 순 없을 것이다. 본 발명자는 이를 폐기물인 커피박으로 천연펄프를 대체하여 환경과 천연펄프의 사용을 줄이므로 환경보호에 큰 도움이 되는 비목재 친환경 펄프 및 건조펄프 제조방법 및 그의 펄프로 제조되는 종이를 제공하는 것을 목적으로 한다. 커피박의 성분은 목재와 유사하여, 커피박은 종이의 주재료인 셀룰로오스와 리그닌 등을 함유하고 있으며, 커피박에 포함되어 있는 셀룰로오스를 화학적으로 피브릴화하고 폐지의 셀룰로오스도 피브릴화하여 건조펄프 및 종이를 제조할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 커피박 펄프를 제조하는 단계; 폐지 펄프를 제조하는 단계;및 상기 커피박 펄프와 폐지 펄프를 각각 60 ~ 90wt% 및 10 ~ 40wt% 혼합하는 단계를 포함하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 제조방법을 제공한다.

상기 커피박 펄프를 제조하는 단계는 커피박의 함수율이 1 ~ 30%가 되도록 열풍 건조한 후, 커피박의 최종 입자가 0.1 ~ 0.5mm가 되도록 고해하는 단계; 상기 커피박을 황산나트륨 수용액과 혼합하고 150 ~ 200℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 증해하는 단계; 최종 pH가 9.0이 될 때까지, 상기 커피박을 4 ~ 10℃ 온도의 물로 세척하는 단계;및 상기 커피박을 2회 체로 걸러 정선하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폐지 펄프를 제조하는 단계는 폐지를 물에 불린 후 폐지의 최종 입자가 15 ~ 20mm가 되도록 고해하는 단계; 상기 폐지를 황산나트륨 수용액과 혼합하고 150 ~ 200℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 증해하는 단계; 최종 pH가 9.0이 될 때까지, 상기 폐지를 4 ~ 10℃ 온도의 물로 세척하는 단계;및 상기 폐지를 2회 체로 걸러 정선하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 커피박의 정선 단계는 0.5 ~ 0.7mm의 체의 크기로 1차 정선한 후 0.2 ~ 0.6 mm의 체의 크기로 2차 정선하는 것을 특징으로 하며, 상기 폐지의 정선 단계는 17 ~ 20mm의 체의 크기로 1차 정선한 후 13 ~ 17mm의 체의 크기로 2차 정선하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 펄프 제조방법에 의하여 제조된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 닥풀 수용액과 혼합하여 해리하는 단계;및 상기 해리된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 종이 형태로 초지하는 단계;및 상기 종이를 압축탈수 후 고온건조하는 단계를 포함하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 건조펄프 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 건조펄프 제조방법에 의하여 제조된 건조펄프 및 상기 건조펄프를 가공하여 제조된 종이를 제공한다.

본 발명의 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 및 건조펄프 제조방법은 버려지는 커피박과 폐지를 재활용하여 종이를 제조함으로써 천연 펄프를 대체하여 종이를 제조할 수 있어 쓰레기의 양도 줄일 수 있고, 폐기비용도 절약할 수 있으며, 종이를 만드는 자원도 절약할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.

이하, 도 1을 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 예로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 실시 예에 따른 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 제조방법은 커피박 펄프를 제조하는 단계(S100); 폐지 펄프를 제조하는 단계(S200);및 상기 커피박 펄프와 폐지 펄프를 각각 60 ~ 90wt% 및 10 ~ 40wt% 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 커피박 펄프를 제조하는 단계와 폐지 펄프를 제조하는 단계는 시간적으로 동시에 수행될 수 있고, 또는 둘 중 어느 하나의 단계가 먼저 수행될 수도 있다.

그러나 상기 커피박 펄프를 제조하는 단계와 폐지 펄프를 제조하는 단계는 별도의 공정으로 분리되어 수행되는 것이 바람직하다. 하기 실시예를 참조하면 커피박과 폐지를 혼합하여 증해, 세척 및 정선 과정을 수행한 경우(비교예 1), 커피박과 폐지를 별도의 공정으로 증해, 세척 및 정선 과정을 수행한 실시예에 비하여 인장강도와 인열강도가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 커피박과 폐지의 셀룰로오스의 크기가 상이함에 따라서 증해 및 정선과정에서 제대로 된 순수한 셀롤로오스를 걸러낼 수 없기 때문인 것으로 판단된다.

따라서 크기가 다른 커피박과 폐지의 셀룰로오스를 별도의 공정으로 분리하여 증해, 세척 및 정선함으로써 더욱 순수한 셀롤로오스를 추출할 수 있고, 이에 따라서 최종적으로 종이의 물성을 향상시킬 수 있다.

상기 커피박 펄프를 제조하는 단계(S100)는 커피박의 함수율이 1 ~ 30%가 되도록 열풍 건조한 후, 커피박의 최종 입자가 0.1 ~ 0.5mm가 되도록 고해하는 단계(S110); 상기 커피박을 황산나트륨 수용액과 혼합하고 150 ~ 200℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 증해하는 단계(S120); 최종 pH가 9.0이 될 때까지, 상기 커피박을 4 ~ 10℃ 온도의 물로 세척하는 단계(S130);및 상기 커피박을 2회 체로 걸러 정선하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.

커피박을 고해하는 단계(S110)는 커피박을 분쇄하는 단계로 고해 단계 이전에 균일한 건조를 위해 함수율 50~60%의 압축된 형태로 수거된 커피박을 습식분쇄기를 이용하여 분말형태로 다시 해체 및 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 일반적으로 커피 추출은 원두를 0.6mm 내외로 분쇄한 후 열수를 첨가하여 커피를 추출하며 추출하는 단계에서 추출율을 높이기 위해 압축하여 탈수시키는 방법을 이용하기 때문에 커피추출 후 발생하는 커피박은 원반형태로 압축되어 있어 건조 효율을 높이기 위해서는 압축된 커피박을 다시 해체하는 공정이 반드시 필요하며 커피박의 함수율이 50% 이상이므로 습식분쇄기를 이용하여 해체 및 분쇄하고, 이때 분쇄된 커피박의 최종 입자는 0.1 ~ 0.5mm인 것이 바람직하다.

커피박의 입자가 0.1 mm 미만인 경우 증해과정에서 황산나트륨의 과다 침투로 섬유소까지 파괴되어 펄프화 과정에 지장을 초래할 수 있으며 0.5mm를 초과하는 경우에는 황산나트륨이 커피박 내부로 잘 침투되지 않아 시간이 오래 걸리고 약품의 소비를 증가시키고 증해 단계 이후에 불순물이 남아 생산 효율이 떨어질 수 있다.

상기 커피박은 함수율이 1 ~ 30%가 되도록 건조기로 건조하는 것이 바람직하고 건조기는 기류식건조기 외에 열풍식건조기, 유동층건조기 등이 사용될 수 있으며, 건조 온도는 80 ~ 120℃가 바람직하다.

상기 고해 단계 이후에는 상기 커피박을 증해기(digester)에 넣고 황산나트륨 수용액과 첨가하여 150 ~ 200℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 증해하는 단계(S120)가 수행될 수 있다. 증해 단계는 리그닌 성분을 제거함으로써 고순도의 셀룰로오스를 수득하기 위함이고 또한 표백의 효과도 있다. 따라서 일반적으로 폐지를 이용하여 펄프를 제조하는 공정에는 탈묵 공정을 수행하게 되는데 본 발명은 상기 증해 단계에서 표백의 효과를 발휘하므로 탈묵 공정을 수행하지 않고도 종이를 제조할 수 있는 장점이 있다.

이때 황산나트륨은 커피박과 황산나트륨 혼합 수용액이 pH 10 ~ 12가 되도록 첨가되는 것이 바람직하다.

일반적으로 펄프는 만드는 방법에 따라 기계펄프(쇄목공정)와 화학펄프(크라프트 공정)로 나뉜다. 크라프트 공정은 황산나트륨 또는 수산화나트륨과 같은 알칼리성 약품을 섞어 약 170도에서 쪄 죽 상태로 만든다. 이때 리그닌이 녹아 분해되고 종이를 제조하기 위한 셀룰로오스를 수득할 수 있다.

"증해"의 사전적 의미는 펄프 원료에 화학약품을 넣고 가마에 삶아서 펄프를 만드는 과정을 말한다. 그러나 본 명세서에서 증해는 가마에 한정되지 않고, 바람직하게는 증해기(다이제스터)에 커피박을 넣고 고온으로 쪄서 펄프화하는 과정을 의미한다.

상기 증해 단계는 황산나트륨(Na₂SO₄) 이외에도 수산화나트륨 수용액이 사용될 수 있으며, 상기 황산나트륨 또는 수산화나트륨은 증해에 사용되는 수용액이 pH 10 ~ 12가 되도록 첨가될 수 있다.

증해 단계의 온도는 150 ~ 200℃이고 증해 시간은 1 ~ 3시간이 바람직하다. 상기 온도가 너무 낮거나(150℃ 미만) 끓이는 시간이 너무 짧으면(1시간 미만) 증해가 불완전하게 되고, 온도가 너무 높거나(200℃ 초과) 끓이는 시간이 너무 길면(3시간 초과) 커피박의 섬유가 손상을 입어 펄프의 강도 및 수득률이 떨어질 수 있다.

상기 증해 단계 이후에는 증해된 상기 커피박을 최종 pH가 9.0이 될 때까지, 4 ~ 10℃의 온도에서 물로 세척하는 단계(S130)를 수행할 수 있다. 세척 단계는 10℃의 이하의 온도에서 수행되는 것이 바람직하고, 물의 온도는 특별히 제한되지 않는다. 세척 공정은 증해 공정을 거친 커피박 펄프를 pH 9.0 정도의 중성지로 만들기 위함으로 증해된 커피박 펄프에서 물기를 제거한 후에 물이 들어 있는 교반기에 넣고 세척한다. 이 경우 pH 9.0가 되면 세척 공정을 종료한다.

상기 세척 단계 이후에 커피박을 2회 체로 걸러 정선하는 단계(S140)를 포함할 수 있으며, 상기 정선 단계는 0.5 ~ 0.7mm의 체의 크기로 1차 정선한 후 0.2 ~ 0.6 mm의 체의 크기로 2차 정선하는 것이 바람직하다. 상기 정선 단계는 불순물제거와 일정한 크기의 피브릴화가 진행된 셀룰로오스를 수득하기 위한 것이다.

상기 폐지 펄프를 제조하는 단계(S200)는 폐지를 물에 불린 후 폐지의 최종 입자가 15 ~ 20mm가 되도록 고해하는 단계(S210); 상기 폐지를 황산나트륨 수용액과 혼합하고 150 ~ 200℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 증해하는 단계(S220); 최종 pH가 9.0이 될 때까지, 상기 폐지를 4 ~ 10℃ 온도의 물로 세척하는 단계(S230);및 상기 폐지를 2회 체로 걸러 정선하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.

폐지는 일반적인 종이로서, 신문 등 석유 유래 자원을 의미한다. 폐지는 미분체의 크기를 조절하는 것이 바람직하며, 일반적으로 물에 불린 후에 분쇄기로 분쇄할 수 있으며 최종 입자의 크기는 15 ~ 20mm인 것이 바람직하다(S210). 이후 증해(S220) 및 세척 단계(S230)는 상기 커피박 펄프의 제조단계와 동일한 조건에서 수행할 수 있다.

상기 세척 단계 이후에 폐지를 2회 체로 걸러 정선하는 단계(S240)를 포함할 수 있으며, 상기 정선 단계는 17 ~ 20mm의 체의 크기로 1차 정선한 후 13 ~ 17mm의 체의 크기로 2차 정선하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 상기 정선 단계는 불순물제거와 일정한 크기의 피브릴화가 진행된 셀룰로오스를 수득하기 위한 것이다.

본 발명의 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프를 제조하기 위하여 상기 제조된 커피박 펄프와 폐지 펄프는 각각 60 ~ 90wt% 및 10 ~ 40wt% 혼합하는 것이 바람직하다. 본 발명자는 하기의 실험예에서 다양한 비율로 커피박과 폐지 펄프를 혼합하여 종이를 제조하였는데 대체적으로 커피박 펄프의 함량이 증가할수록 종이의 인장강도 및 인열강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 커피박 펄프의 함량이 40wt% 이하인 경우에는 급격하게 종이의 인장강도 인열강도가 저하되는 것을 확인할 수 있었는데, 상기 실험예에 의하면 커피박은 적어도 50wt% 이상 첨가되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 제조된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 닥풀 수용액과 혼합하여 해리하는 단계(S300);및 상기 해리된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 종이 형태로 초지하는 단계(S400);및 상기 종이를 압축탈수 후 고온건조하는 단계(S500)를 포함하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 건조펄프 제조방법을 제공한다.

건조펄프를 제조하기 위하여, 상기 커피박 펄프를 제조하는 단계와 폐지 펄프를 제조하고, 상기 커피박 펄프와 폐지 펄프를 각각 60 ~ 90wt% 및 10 ~ 40wt% 혼합하여 해리하는 단계(S300)가 수행될 수 있다.

상기 닥풀의 원재료는 황촉규(黃蜀葵)라는 식물인데 중국이 원산지이며 밭에서 재배한다. 닥풀은 상기 황촉규 뿌리에 함유되어 있는 점성물질을 이용하는 것인데, 물에 불린 황촉규 뿌리를 짓이기게 되면 점성물질이 생성된다. 주로 가을에 수확한 황촉규의 뿌리에서 추출하는 것이 좋다. 한편, 황촉규의 뿌리에서 추출되는 천연 점성물질 이외에 PEO(Polyethylene oxide), CMC(Carboxymethyl cellulose), 양성전분(Cation-ic starch), 아세틸전분(Acethyl starch)을 사용할 수 있다.

상기 닥풀 수용액은 물 100 중량부에 대하여 닥풀 10 ~ 20 중량부로 혼합되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 물 100 중량부에 대하여 닥풀 15 중량부로 혼합된다. 닥풀이 10 중량부 미만으로 첨가되는 경우 점성이 약하여 종이의 강도가 약해지는 단점이 있으며, 20 중량부를 초과하여 첨가되는 경우에는 점성이 너무 강하여 초지 공정을 수행하기 어려운 단점이 있다.

상기 해리 단계 이후에는 상기 해리된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 종이 형태로 초지하는 단계(S400)가 수행될 수 있다. 정선의 과정을 거친 펄프는 화장지를 직접 생산하기 위해서 시트화된 형태로 제작을 해야만 한다. 이 시트화 형태를 위해서는 넓은 표면적을 가진 공간에 상기 커피박 및 폐지 혼합 펄프를 일정량씩 펼치는 공정이 필요한데, 정선된 펄프의 경우 다량의 수분을 함유하고 있어 이러한 작업이 어렵다. 따라서 수분이 다량 포함된 펄프를 망위에 고르게 펼치는 작업을 수행하게 된다. 바로 이러한 작업이 초지공정의 단계이다. 이때 사용되는 망의 하단으로는 다량의 수분이 빠지고, 종이의 형태로 고르게 펼쳐지게 된다. 이때 망을 하나로 설치되는 방식이 있고, 2개가 설치되는 방식이 사용 가능한데, 이는 공지된 사항이기에 선택적으로 사용이 가능하다.

상기 초지 공정 이후에는 상기 종이를 압축탈수 후 고온건조하는 단계(S500)가 수행될 수 있다. 상기 초지 공정을 거친 종이를 압력 800kgf/cm, 속도 40mm/sec로 롤프레스에 통과시켜 압출 탈수한 후 건조기를 통과시켜 함수율이 5 ~ 8%가 되도록 건조펄프를 제조하는 것이 바람직하다. 상기 제조된 건조펄프(초지)는 롤형이나 시트의 형태로 포장될 수 있으며, 통상의 기술자에게 알려진 가공 방법에 의하여 가공하여 종이로 제조될 수 있다.

이하에서 본 발명에 대한 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하며, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

<실시예>

커피박을 수거하여 커피박의 함수율이 1 ~ 30%가 되도록 100℃의 온도에서 열풍 건조한 후, 커피박의 최종 입자가 0.1 ~ 0.5mm가 되도록 분쇄하였다. 상기 분쇄된 커피박을 5%(v/v) 황산나트륨(Na₂SO₄) 수용액에 넣고, 최종 pH를 10 ~ 12로 맞춘 다음 170℃의 온도에서 2시간 동안 증해하였다. 상기 증해된 커피박 펄프를 4 ~ 10℃ 온도의 물로 pH가 9.0이 될 때까지 세척하고, 건져낸 커피박 펄프를 0.6mm 체로 거른 다음, 다시 0.4mm의 체로 걸러 정선하였다.

폐지를 수거하여 폐지를 물에 불린 후 폐지의 최종 입자가 15 ~ 20mm가 되도록 분쇄하였다. 분쇄된 폐지를 5%(v/v) 황산나트륨(Na₂SO₄) 수용액에 넣고 최종 pH를 10 ~ 12로 맞춘 다음 170℃의 온도에서 2시간 동안 증해하였다. 상기 증해된 폐지 펄프를 4 ~ 10℃ 온도의 물로 pH가 9.0이 될 때까지 세척하고, 건져낸 폐지 펄프를 18mm 체로 거른 다음, 다시 15mm의 체로 걸러 정선하였다.

상기 커피박 펄프와 폐지 펄프를 [표 1]에 기재된 바와 같이 혼합하고 닥풀수용액(닥풀과 물이 15:100의 중량비로 혼합)을 혼합 펄프 100 중량부에 대하여 10 중량부 첨가하고 잘 저어 주었다. 이후 종이의 형태로 초지하고 압력 800kgf/cm, 속도 40mm/sec로 롤프레스에 통과시켜 압출 탈수한 후 건조기를 통과시켜 함수율이 5 ~ 8%가 되도록 건조하여 건조펄프를 제조하고 이를 일정 크기로 절단하여 종이를 제조하였다. 상기 건조기는 60℃의 온도에서 시작하여 130℃까지 10분당 2℃씩 올려주었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6
커피박	40wt%	50wt%	60wt%	70wt%	80wt%	90wt%
폐지	60wt%	50wt%	40wt%	30wt%	20wt%	10wt%

<비교예>

커피박을 수거하여 커피박의 함수율이 1 ~ 30%가 되도록 100℃의 온도에서 열풍 건조한 후, 커피박의 최종 입자가 0.1 ~ 0.5mm가 되도록 분쇄하고, 폐지를 수거하여 폐지를 물에 불린 후 폐지의 최종 입자가 15 ~ 20mm가 되도록 분쇄하였다.

상기 분쇄된 커피박과 폐지를 각각 1:1의 중량비로 혼합하고 5%(v/v) 황산나트륨 수용액에 넣고 최종 pH를 10 ~ 12로 맞춘 다음 170℃의 온도에서 2시간 동안 증해하였다. 상기 증해된 커피박 및 폐지 혼합 펄프를 4 ~ 10℃ 온도의 물로 pH가 9.0이 될 때까지 세척하고, 건져낸 커피박 및 폐지 혼합 펄프를 15mm 체로 거른 다음, 다시 0.4mm의 체로 걸러 정선하였다. 이후 해리 및 건조 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하여 종이를 제조하였다.

<실험예>

상기 실시예 1 ~ 6의 방법으로 제조된 종이의 인장강도, 인열강도 및 표면 거칠기를 측정하였다.

인장강도는 Universal Testing Machine(UTM, LLOYD Instruments, Model No. LR10K)을 이용하여, ASTM D-638에 준하여 10 mm/분의 테스트 속도로 측정하였다.

인열강도는 ASTM D-1922에 준하여 500 mm/분의 테스트 속도로 측정하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예
인장강도	2.1kN/m	3.1kN/m	3.3kN/m	3.5kN/m	3.6kN/m	3.7kN/m	1.5kN/m
인열강도	420mN	510mN	520mN	540mN	550mN	560mN	210mN

상기 표 1의 실험 결과를 참조하면 커피박 펄프가 50wt% 이상 첨가되는 경우 첨가되는 커피박 펄프의 함량에 비례하여 인장강도와 인열강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 커피박 펄프를 40wt%를 첨가하는 경우 50wt%를 첨가한 경우에 비하여 인장강도와 인열강도가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 커피 펄프는 적어도 50wt%를 혼합하여 종이를 제조하는 것이 바람직할 것으로 생각된다.

또한 커피박과 폐지를 혼합하여 증해, 세척 및 정선 과정을 수행한 경우(비교예 1), 커피박과 폐지를 별도의 공정으로 증해, 세척 및 정선 과정을 수행한 실시예에 비하여 인장강도와 인열강도가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 커피박과 폐지의 셀룰로오스의 크기가 상이함에 따라서 증해 및 정선과정에서 제대로 된 순수한 셀롤로오스를 걸러낼 수 없어서 최종 완성된 종이의 물성이 저하되는 것을 생각된다.

Claims

커피박 펄프를 제조하는 단계;
폐지 펄프를 제조하는 단계;및
상기 커피박 펄프와 폐지 펄프를 각각 60 ~ 90wt% 및 10 ~ 40wt% 혼합하는 단계를 포함하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 커피박 펄프를 제조하는 단계는
커피박의 함수율이 1 ~ 30%가 되도록 열풍 건조한 후, 커피박의 최종 입자가 0.1 ~ 0.5mm가 되도록 고해하는 단계;
상기 커피박을 황산나트륨 수용액과 혼합하고 150 ~ 200℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 증해하는 단계;
최종 pH가 9.0이 될 때까지, 상기 커피박을 4 ~ 10℃ 온도의 물로 세척하는 단계;및
상기 커피박을 2회 체로 걸러 정선하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 폐지 펄프를 제조하는 단계는
폐지를 물에 불린 후 폐지의 최종 입자가 15 ~ 20mm가 되도록 고해하는 단계;
상기 폐지를 황산나트륨 수용액과 혼합하고 150 ~ 200℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 증해하는 단계;
최종 pH가 9.0이 될 때까지, 상기 폐지를 4 ~ 10℃ 온도의 물로 세척하는 단계;및
상기 폐지를 2회 체로 걸러 정선하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 정선 단계는 0.5 ~ 0.7mm의 체의 크기로 1차 정선한 후 0.2 ~ 0.6 mm의 체의 크기로 2차 정선하는 것을 특징으로 하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 정선 단계는 17 ~ 20mm의 체의 크기로 1차 정선한 후 13 ~ 17mm의 체의 크기로 2차 정선하는 것을 특징으로 하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 펄프 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 닥풀 수용액과 혼합하여 해리하는 단계;및
상기 해리된 커피박 및 폐지의 혼합 펄프를 종이 형태로 초지하는 단계;및
상기 종이를 압축탈수 후 고온건조하는 단계를 포함하는 커피박과 폐지를 활용한 비목재 친환경 건조펄프 제조방법.
제6항의 방법에 의하여 제조된 건조펄프.
제7항의 건조펄프를 가공하여 제조된 종이.