KR20230093303A - 제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법 - Google Patents

제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230093303A
KR20230093303A KR1020237017425A KR20237017425A KR20230093303A KR 20230093303 A KR20230093303 A KR 20230093303A KR 1020237017425 A KR1020237017425 A KR 1020237017425A KR 20237017425 A KR20237017425 A KR 20237017425A KR 20230093303 A KR20230093303 A KR 20230093303A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pulp
polymer
cationic
organic polymer
lignin
Prior art date
Application number
KR1020237017425A
Other languages
English (en)
Inventor
대빗 에드워드 샤로얀
존 찰스 4세 해링턴
발미르 프라우체스 데 프레이타스
플라비오 엔히크 가조티 부에노 데 올리베이라
Original Assignee
솔레니스 테크놀러지스 케이맨, 엘.피.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US17/084,895 external-priority patent/US11926966B2/en
Application filed by 솔레니스 테크놀러지스 케이맨, 엘.피. filed Critical 솔레니스 테크놀러지스 케이맨, 엘.피.
Publication of KR20230093303A publication Critical patent/KR20230093303A/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • D21H17/44—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups cationic
    • D21H17/45—Nitrogen-containing groups
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/02—Chemical or chemomechanical or chemothermomechanical pulp
    • D21H11/04—Kraft or sulfate pulp
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C11/00—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
    • D21C11/0007—Recovery of by-products, i.e. compounds other than those necessary for pulping, for multiple uses or not otherwise provided for
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/08—Mechanical or thermomechanical pulp
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/37—Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. polyacrylates
    • D21H17/375—Poly(meth)acrylamide
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • D21H17/44—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups cationic
    • D21H17/45—Nitrogen-containing groups
    • D21H17/455—Nitrogen-containing groups comprising tertiary amine or being at least partially quaternised
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/46—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/54—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen
    • D21H17/55—Polyamides; Polyaminoamides; Polyester-amides
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/46—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/54—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen
    • D21H17/56—Polyamines; Polyimines; Polyester-imides
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/66—Salts, e.g. alums
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/64—Paper recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

제지 시스템에서 화학 첨가제의 화학적 효율을 증가시키는 방법은 가용성 리그닌, 공정수, 및 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는 농후 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하여 그 안의 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 단계를 포함한다. 상기 유기 중합체는 양이온성 중합체, 비-이온성 중합체 및 이들의 조합으로부터 선택된다.

Description

제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법
본 개시내용은 제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 상기 방법은 특정 중합체의 사용을 통하여 펄프화 및 제지 시스템의 공정수 중의 가용성 리그닌의 양을 관리한다.
제지업자는 버진 펄프를 이용하는 페이퍼 밀(paper mill), 고도 또는 완전 폐쇄 재순환 라인보드 밀(linerboard mill)과 같은 다양한 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 최대화고, 펄프화 및 제지에서의 담수(fresh water) 소비를 최소화하며, 폐수 방출을 최소화할 필요가 있다. 펄프화 효율 증가, 예컨대 펄프 수율 증가, 갈색 스톡(brown stock) 세척 효율 증가, 흑액(black liquor) 증발기에서의 에너지 효율 증가 등에 대한 필요성도 존재한다. 첨가제의 화학적 효율 감소와 관련된 문제는 광범위하다. 담수 공급원의 부족, 그리고 계속 증가하는 담수 사용 및 폐수 방출 비용은 담수 소비를 감소시키고 공정수를 재순환하도록 제지업자를 유도한다. 많은 재순환 라인보드 (RLB) 밀들이 오늘날 생산되는 종이 1 톤당 5 m3 이하의 담수를 소비하고 있다.
종이 제조에서, 수중 용해 불순물의 양은 기하급수적으로 증가하여 많은 문제점을 야기할 수 있다. 상기 문제점에는 침착물의 형성, 냄새의 증가, 그리고 높은 VFA 수준, COD 및 전도도가 포함된다. 증가된 수준의 용해 성분 및 콜로이드성 성분은 화학 첨가제, 예컨대 강도(strength), 유지(retention) 및 배수(drainage) 중합체, 사이징제 등의 효율을 손상시킨다. 결과적으로, 제지업자는 화학 첨가제의 소비를 증가시켜야 한다. 그러나, 소정 시점에는, 특히 완전 폐쇄 페이퍼 밀에서, 중합체 적재량의 증가가 바람직한 성능에 도달하는 데에 도움을 주지 않는다.
버진 라인보드 밀은 재순환 라인보드 밀의 것에 비해 더 많은 담수를 소비하면서도 여전히 감소된 화학적 효율이라는 동일한 문제에 직면한다. 많은 버진 라인보드 밀에서, 화학 첨가제는 충분하게 기능하지 않으며, 일부 경우에는 그것이 전혀 기능하지 않는다.
유지 및 배수 중합체, 건조 강도 작용제, 사이징제 및 폐수 처리 중합체와 같은 화학 첨가제들의 효율은 음이온성 폐기물의 제거에 의해, 더 구체적으로는 가용성 리그닌 종의 제거에 의해 증가할 수 있다.
셀룰로스 및 헤미셀룰로스에 더하여, 리그닌은 목질의 주 성분들 중 1종이다. 리그닌은 천연의 고도로 방향족인 소수성 중합체이다. 인쇄 등급 종이 제조의 경우, 대부분의 리그닌은 크라프트(Kraft) 펄프화에 의해 분해되어 셀룰로스로부터 제거된다. 추가량의 리그닌은 일련의 표백 및 세척 단계들에 의해 추가로 감소된다. 그러나, 포장지 등급 제조의 경우, 다른 펄프 공급원이 사용된다. 여기에는 버진 펄프, 기계 펄프, 준-화학 기계 펄프, 그리고 재순환 섬유 예컨대 OCC (낡은 골판지 용기) 등이 포함된다. 이러한 등급의 펄프들은 상당량의 리그닌을 포함할 수 있다.
리그노셀룰로스 종이 품질의 개선을 위한 몇 가지 조성물 및 적용물들이 선행 기술에 기술되어 있다. 상기 선행 기술은 섬유 또는 섬유 표면상에 존재하는 잔류 리그닌 및/또는 기타 오염물들을 다루고 있다. 그러나, 공정수 중의 가용성 리그닌 문제 및 제지 공정에 대한 많은 양의 가용성 리그닌을 함유하는 공정수의 효과 문제를 해소한 선행 기술은 없다. 공정수의 품질이 훼손되는 경우, 화학 첨가제의 효율은 섬유 중 오염물의 존재에 관계없이 손상되게 된다.
또한, 공정수 중의 가용성 리그닌 단편의 존재는 상당 분율의 저분자량 리그닌 종들의 축적으로 인하여 상당히 문제가 된다. 밀 공정수에 존재하는 더 작은 가용성 리그닌 단편들은 셀룰로스 섬유에 대하여 충분한 친화성을 가지지 않으며, 그에 따라 밀 용수 시스템 중에서 계속하여 순환한다. 따라서, 개선의 기회는 남아 있다.
본 개시내용은 중합체 접근법을 통하여 밀 공정수 중 가용성의 용해된 콜로이드성 리그닌 문제를 해소한다. 더 구체적으로, 본 개시내용은 제지 시스템에서 화학 첨가제의 화학적 효율을 증가시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 가용성 리그닌, 공정수, 및 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는 농후 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하여 그 안의 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 유기 중합체는 양이온성 중합체, 비-이온성 중합체 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
본 개시내용은 또한 제지 시스템에서 화학 첨가제의 화학적 효율을 증가시키는 추가적인 방법을 제공한다. 이와 같은 방법은 가용성 리그닌, 공정수, 및 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는 농후 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 무기 응고제를 첨가하여 그 안의 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 단계를 포함한다.
이하, 동일 숫자가 동일 요소를 나타내는 하기 도면들과 연계하여 본 개시내용을 기술할 것인 바,
도 1은 실시예에서 언급되는 표 1이며, 처리 유형의 함수로서의 ABS, 리그닌 ppm 및 % 리그닌 감소를 나타내며;
도 2a는 실시예에서 언급되는 표 2이며, 처리 유형 및 처리 수의 함수로서의 용수 중 리그닌 ppm을 나타내고;
도 2b는 실시예에서 언급되는 막대 그래프이며, 처리 유형의 함수로서의 % 리그닌 감소를 나타내며;
도 3은 실시예에서 언급되는 표 3이며, 처리 유형의 함수로서의 ABS, 리그닌 ppm, % 리그닌 감소, COD ppm 및 % COD 감소를 나타내고;
도 4a는 실시예에서 언급되는 표 4이며, 농후 스톡 및 묽은 스톡 처리 및 중합체 처리의 함수로서의 % 배수 개선을 나타내며;
도 4b는 실시예에서 언급되는 막대 그래프이며, 처리의 함수로서의 초로 나타낸 배수를 나타내고;
도 4c는 실시예에서 언급되는 막대 그래프이며, 처리의 함수로서의 배수 중합체 효율의 % 개선을 나타내며;
도 5a는 실시예에서 언급되는 표이며, 처리의 함수로서의 리그닌 ppm, % 리그닌 감소, 뮤텍 전하 및 % 감소를 나타내고;
도 5b는 실시예에서 언급되는 선 그래프이며, 측정 일자의 함수로서의 리그닌 감소를 나타내며;
도 6a는 실시예에서 언급되는 표 6a이며, 처리 유형의 함수로서의 리그닌 ppm, % 리그닌 감소, 탁도 및 탁도의 % 감소를 나타내고;
도 6b는 실시예에서 언급되는 선 그래프이며, 측정 일자의 함수로서의 리그닌 감소를 나타내며;
도 6c는 실시예에서 언급되는 선 그래프이며, 측정 일자의 함수로서의 피치 억제 투여량을 나타내고;
도 6d는 실시예에서 언급되는 선 그래프이며, 측정 일자의 함수로서의 사이징제 투여량을 나타내며;
도 6e는 실시예에서 언급되는 표 6e이며, 다양한 실험 시도 전 및 후에 측정된 다양한 특성들을 나타낸다.
제지 시스템에서의 가용성 리그닌의 제거 방법을 개시한다. 상기 방법은 강도 첨가제, 유지 및 배수 중합체, 사이징제 등을 포함한 제지 첨가제의 화학적 효율 증가를 가능하게 한다. 또한, 상기 신규 방법은 갈색 스톡 세척에서의 용수 사용의 감소에 의해 펄프화 부문에서의 개선 역시 가능하게 한다. 본 개시내용은 제지 공정에서의 농후 스톡 펄프로부터의 가용성 리그닌 제거 방법을 개시한다. 상기 방법은 양이온성 또는 비-이온성 중합체를 농후 스톡 펄프에 첨가하는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한 고도로 폐쇄된 제지 시스템에서 제지 시스템 중 농후 스톡 펄프에 무기 응고제 양이온성 또는 비-이온성 중합체를 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 농후 스톡 펄프로부터의 리그닌 감소 및 섬유상에의 그의 고정은 강도, 사이징, 유지 및 배수 작용제의 것을 포함하여, 화학 첨가제 효율의 상당한 개선을 초래한다. 다양한 실시양태에서, 상기 농후 스톡 펄프는 효소, 예컨대 라카제 효소 또는 관련 기술분야에 알려져 있는 임의의 다른 효소를 약 5, 4, 3, 2, 1, 0.5 또는 0.1 중량% 미만으로 포함하거나, 또는 완전히 포함하지 않는다. 대안적으로, 농후 스톡 펄프는 상기 제시된 양으로 관련 기술분야에 알려져 있는 임의의 효소를 포함할 수 있다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
농후 스톡에서의 리그닌 감소 및 섬유에의 그의 고정은 펄프화 부문에서의 개선을 초래할 수도 있다. 이러한 개선은 갈색 스톡 세척에서의 용수 사용 감소에 기인할 수 있다. 이러한 개선에는 더 효율적인 펄프 세척, 흑액 증발기에서의 증가된 효율, 펄프화에서의 증가된 효율 및 펄프 수율 증가도 포함될 수 있다.
조절 제한 또는 용수 부족 중 어느 하나로 인한 용수 폐쇄도(degree of water closure) 증가에 따라, 화학 첨가제의 효율은 감소한다. 화학적 효율의 감소, 그리고 일부 경우에서의 중합체성 첨가제 성능의 완전한 결핍은 일반적으로 집합적으로 음이온성 폐기물로 지칭되는 광범위하게 정의되는 밀 공정수 중 종인 유기 오염물에 기인한다. 음이온성 폐기물은 통상적으로 미세질(fines)로 지칭되는 극히 짧은 섬유, 분해된 전분, 분해되거나 변형된 화학 첨가제 예컨대 중합체는 물론, 가용성의 용해된 콜로이드성 리그닌을 포함한다. 이러한 성분들은 화학 첨가제, 특히 양이온성 중합체의 성능에 차별적으로 영향을 준다. 모델 백수(white water) 시스템을 사용하고 시중 몇 곳 재순환 페이퍼 밀의 조성 분석을 바탕으로 하여, 본 출원인은 양이온성 중합체에 대한 몇 가지 문제가 되는 성분들의 효과를 조사하였다. 밀 공정수 중 가장 흔한 종은 아니지만, 리그닌은 화학적 효율에 대하여 가장 부정적인 영향을 나타내었다.
고도로 폐쇄된 재순환 페이퍼 밀에서, 공정수 중 리그닌 수준은 축적될 수 있다. 불충분한 펄프 세척으로 인하여, 그것은 상대적으로 개방된 버진 밀에서 매우 높을 수도 있다. 모든 경우에서, 리그닌 수준은 중합체성 첨가제를 완전히 또는 부분적으로 불활성화하고 그의 성능을 훼손하기에 충분하게 높을 수 있다.
본 개시내용은 중합체 접근법을 통하여 농후 스톡 펄프 중 가용성 리그닌 문제를 해소한다. 가용성 리그닌은 농후 스톡 펄프에의 비-이온성 및/또는 양이온성 중합체의 첨가를 포함하는 처리에 의해 제지 공정수로부터 제거될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 건조 퍼니시(furnish) 고체라는 용어는 대안적으로는 오븐 건조된 셀룰로스 섬유로 기술될 수도 있다.
본 개시내용에서 유용한 비-이온성 중합체에는 폴리-옥사졸린, 폴리에틸렌 옥시드 (PEO), 폴리에틸렌 옥시드 또는 폴리프로필렌 옥시드 (PO)의 공중합체, 폴리에틸렌 옥시드와 폴리프로필렌 옥시드의 공중합체 (EO/PO), 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌이민 (PEI) 및/또는 이들의 조합이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 PEO는 에틸렌 옥시드의 단독중합체, 또는 에틸렌 옥시드의 프로필렌 옥시드 및/또는 부틸렌 옥시드와의 공중합체일 수 있다. 폴리에틸렌 옥시드의 단독중합체가 가장 전형적이다. 그와 같은 생성물의 예는 솔레니스(Solenis) LLC 사 (델라웨어 윌밍턴 소재)로부터 퍼폼(Perform) PB 8714로서의, 그리고 다우 케미칼(Dow Chemical) 사 (미시간 미들랜드 소재)로부터 우카플록(Ucarfloc) 300, 302, 304 및 309로서의 건조 분말 생성물로서 가용하다. PEO 단독중합체는 PEO가 매체 중에 분산되어 있는 슬러리로서도 가용하다. 상기 매체는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(프로필렌 글리콜), 글리세롤 등 및/또는 이들의 조합 중 임의의 1종 이상일 수 있다. PEO 슬러리의 예에는 솔레니스 LLC 사 (델라웨어 윌밍턴 소재)의 잘타(Zalta) MF 3000이 포함된다.
본 개시내용에서 유용한 비-이온성 또는 양이온성 중합체는 하기 화학식 I 또는 II 또는 III의 것일 수 있다.
Figure pct00001
B는 1종 이상의 비이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 상이한 비이온성 반복 단위를 나타낸다.
C는 1종 이상의 양이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 상이한 양이온성 반복 단위를 나타낸다.
화학식 I 및 II의 비이온성 중합체 분절 B는 1종 이상의 비이온성 단량체의 중합 후에 형성된 반복 단위이다. 본 개시내용에 유용한 B에 의해 포괄되는 예시적인 단량체에는 아크릴아미드; 메타크릴아미드; N-알킬아크릴아미드, 예컨대 N-메틸아크릴아미드; N,N-디알킬아크릴아미드, 예컨대 N,N-디메틸아크릴아미드; 메틸 메타크릴레이트; 메틸 아크릴레이트; 아크릴로니트릴; N-비닐 메틸아세트아미드; N-비닐포름아미드; N-비닐메틸 포름아미드; 비닐 아세테이트; N-비닐 피롤리돈, 및 전기 중 어느 것의 혼합물이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 개시내용은 다른 유형의 비이온성 단량체가 사용될 수 있는 것, 또는 1종을 초과하는 종류의 비-이온성 단량체가 사용될 수 있는 것을 고려한다. 사용되는 바람직한 비이온성 단량체는 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-비닐포름아미드이다.
화학식 II 및 III의 양이온성 중합체 분절 C는 1종 이상의 양이온성 단량체의 중합 후에 형성된 반복 단위이다. 본 개시내용에 유용한 C에 의해 포괄되는 예시적인 단량체에는 양이온성 에틸렌형 불포화 단량체 예컨대 디알릴디알킬맘모늄 할로겐화물, 예컨대 디알릴디메틸암모늄 클로라이드; 디알킬아미노알킬 화합물의 (메트)아크릴레이트, 예컨대 디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 디메틸 아미노프로필 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시디메틸 아미노프로필 (메트)아크릴레이트, 아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 그리고 이들의 염 및 사차물들; N,N-디알킬아미노알킬 (메트)아크릴아미드, 예컨대 N,N-디메틸아미노에틸아크릴아미드, 그리고 이들의 염 및 사차물, 및 전기의 혼합물이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 가장 전형적인 것은 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (DADMAC) 및 디메틸아미노프로필 (메트)아크릴아미드 (DIMAPA), 디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트 (ADAME), 그리고 이들의 염 및 사차물들, 및 전기의 혼합물이다.
구조 II의 양이온성 중합체를 제조하는 또 다른 방법은 단량체(들)의 중합 후 이어지는 가수분해에 의하는 것이다. 가수분해 수준은 몰 기준 "% 가수분해" 또는 "가수분해 %"로 표현될 수 있다. 이에 따라, 가수분해된 중합체는 "% 가수분해"로 기술될 수 있다. 또한, 가수분해 수준은 개산될 수 있다. 본 출원 개시내용의 목적상, "50% 가수분해된"으로 지칭되는 폴리(비닐아민)은 약 40 내지 약 60% 가수분해된 것을 의미한다. 마찬가지로, 약 100% 가수분해된 폴리(비닐아민)은 약 80 내지 약 100% 가수분해된 것을 의미한다. 가수분해 반응은 단량체(들) 중 일부 또는 전부의 아민으로의 전환을 초래하는데, 가수분해 반응을 조절하는 것이 아민 관능기를 갖는 단량체의 결과적인 백분율을 변화시킬 수 있기 때문이다. 본 개시내용에서는, 폴리(비닐아민)이 유용하다. 폴리(비닐아민)을 제조하는 데에 사용되는 단량체의 예에는 N-비닐포름아미드, N-비닐 메틸 포름아미드, N-비닐프탈이미드, N-비닐숙신이미드, N-비닐-t-부틸카르바메이트, N-비닐아세트아미드, 및 전기 중 어느 것의 혼합물이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 가장 전형적인 것은 N-비닐포름아미드의 가수분해에 의해 제조되는 중합체이다. 공중합체의 경우, 상기한 것들과 같은 비이온성 단량체들이 전형적인 공단량체이다. 대안적으로, 폴리(비닐아민)은 중합체의 유도체화에 의해 제조될 수 있다. 이와 같은 과정의 예에는 폴리아크릴아미드의 호프만(Hofmann) 반응이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 폴리(비닐아민) 또는 폴리아민으로의 다른 합성 경로가 이용될 수 있을 것으로 고려된다.
다양한 비-제한적 실시양태에서 본원에 참조로 명시적으로 개재되는 US 특허 7323510호에 기술되어 있는 것들과 같은 중합체 분산액들이 본 개시내용에서 사용될 수 있다. 예를 들면, (i) 약 1,000,000을 초과하는 중량 평균 분자량을 갖는 고분자량 양이온성 폴리아크릴아미드 및 (ii) 약 100,000 내지 약 500,000 사이의 분자량을 갖는 고도 하전 (약 50% 초과, 통상적으로는 약 60%의 양이온성 단량체로부터 유래) 저분자량 양이온성 분산제 중합체를 함유하는 분산액이 본 개시내용에서 사용될 수 있다. 분산액 성분용의 전형적인 양이온성 단량체는 중합체 분절 C용으로 열거되어 있는 것들이다. 다양한 비-제한적 실시양태에서, 상기에서 제시된 것들을 포함한 그 사이의 모든 값 및 값 범위는 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
화학식 II 중 비이온성 단량체 대 양이온성 단량체 B:C의 몰 백분율은 약 99:1 내지 약 1:99, 또는 약 80:20 내지 약 20:80, 또는 약 75:25 내지 약 25:75, 또는 약 40:60 내지 약 60:40, 또는 약 99:1 내지 50:50 범위 내에 속할 수 있으며, 가장 전형적으로는 약 99:1 내지 약 90:10이고, 여기서 B와 C의 몰 백분율은 합쳐서 약 100%이다. 1종을 초과하는 종류의 비이온성 또는 양이온성 단량체가 화학식 II 또는 III 중에 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
본 개시내용에서 사용되는 양이온성 또는 비-이온성 중합체는 건조형 또는 과립형 분말, 수성 용액, 분산액 또는 역전 에멀젼(inverse emulsion)으로서 제조되어 최종 사용자에게 공급될 수 있다.
양이온성 또는 비-이온성 중합체의 분자량은 약 100,000 내지 약 1천만 Da, 통상적으로는 약 250,000 초과일 수 있다. 양이온성 또는 비-이온성 중합체의 분자량은 약 400,000 내지 약 1천만 Da일 수 있다. 보통, 비-이온성 중합체의 더 높은 분자량은 더 효율적인 가용성 리그닌 제거를 제공한다. 예를 들어, 비-이온성 중합체 또는 분산 중합체를 사용하는 경우, 약 백만 이상의 분자량이 전형적이다. 고도 하전 (60% 초과 양이온성 단량체) 양이온성 중합체 (DADMAC 또는 DIMAPA 또는 EPI-DMA)의 경우, 분자량은 약 100,000 내지 최대 약 1,000,000, 또는 통상적으로는 약 200,000 내지 최대 약 500,000일 수 있다. 통상적으로, 저하전 양이온성 중합체 (10 몰% 이하의 양이온성 단량체)의 경우, 분자량은 약 1,000,000 내지 최대 약 10,000,000 달톤일 수 있다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
비-이온성 또는 양이온성 중합체 투여량은 오븐 건조된 펄프 (예컨대 건조 퍼니시 고체) 톤당 중합체 고체 0.01 lbs 내지 10 lbs, 또는 오븐 건조된 펄프 (예컨대 건조 퍼니시 고체) 톤당 중합체 고체 (예컨대 활성 유기 중합체) 약 0.01 내지 약 10, 또는 약 0.05 내지 약 5, 또는 약 0.1 내지 약 3 lbs, 또는 약 0.1 내지 약 2 lbs일 수 있다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
가용성 리그닌 제거는 비-이온성 또는 양이온성 중합체를 폴리알루미늄 클로라이드, 알룸 (알루미늄 술페이트), 알루미늄 클로로술페이트, 알루미늄 클로로히드레이트, 철(III) 클로라이드, 철(III) 술페이트, 철(II) 클로라이드, 철(II) 술페이트, 폴리페로우스 술페이트, 관련 기술분야 통상의 기술자에게 알려져 있는 임의의 다른 알루미늄 또는 철 기재 양이온성 응고제와 같은 무기 양이온성 응고제의 첨가와 조합하는 것에 의해 추가로 강화될 수 있다. 무기 양이온성 응고제 첨가 투여량은 건조된 섬유 고체 당 건조 고체 약 0.01 lb 내지 약 12 lb, 또는 더 구체적으로는 건조된 섬유 고체 당 건조 고체 약 0.05 내지 약 6 lb일 수 있다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
가용성 리그닌 감소는 실험실 생성 또는 페이퍼 밀 공정수 모두의 음성 뮤텍(Mutek) 전하 강하를 동반한다. 뮤텍 전하는 여과액 중 콜로이드 종의 표면 전하로 정의된다. 가용성 리그닌이 음성 뮤텍 전하의 상당한 기여자들 중 1종이기 때문에, 가용성 리그닌 감소는 공정수의 음성 뮤텍 전하를 적어도 약 -50 μequ/L, 어쩌면 약 -100 μequ/L, 또는 약 -200 μequ/L 이상 감소시킬 것으로 예상된다.
중합체 또는 중합체 조합 처리에 의한 농후 스톡 펄프에서의 가용성 리그닌 감소는 화학적 효율 개선을 초래한다. 여기에는 유지 및 배수 중합체, 강도 작용제, 사이징제 등의 효율이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
농후 스톡 펄프에서의 가용성 리그닌 감소는 화학적 효율 증가에서 뿐만 아니라, 통상적인 수질 개선 방법에 의해 산화 제거하기 어려운 종들의 제거로 인하여, 일차 정화기, 혐기 및 호기 분해기 플랜트, 전체적인 폐수 처리의 작업에서도 이점을 가질 것으로 예상된다. 가용성 리그닌 제거 및 그에 따른 화학적 효율 증가는 또한 담수 사용 및 용수 폐쇄 증가를 감소시킬 것으로 예상된다.
가용성 리그닌 제거는 산화 (또는 감소)시키기가 더 어려우며 종종 산화제의 사용에 의한 삼차 처리를 필요로 하는 COD 분율을 포함한 공정수의 COD (화학적 산소 요구량) 및 폐수 스트림의 COD를 감소시킬 것으로 예상된다. 이는 다시 폐수 처리를 더 효과적이고 덜 고가가 되도록 할 것으로 예상된다.
중합체는 농후 스톡 펄프, 또는 공정수가 셀룰로스 섬유와 혼합되는 제지 부분, 즉 묽고/거나 농후 스톡에 적용될 수 있다. 농후 스톡이 일차 팬 펌프에서 공정 백수와 혼합되는 경우, 중합체는 묽은 스톡에 첨가될 수도 있다. 묽은 스톡에의 중합체 첨가 지점에는 일차 또는 이차 팬 펌프의 유입구 또는 방출구 측, 클리너(cleaner), 또는 압력 스크린의 유입구 또는 방출구가 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
그러나, 최고의 효율은 농후 스톡, 예컨대 블렌드 체스트(chest), 기계 체스트에의 직접적인 중합체 생성물 조합의 중합체 생성물의 적용에 의해 달성된다. 농후 스톡 펄프는 약 2% 이상, 예컨대 약 2 내지 약 3, 약 3 내지 약 4, 약 2 내지 약 4, 또는 약 4%인 섬유 점조도를 갖는 공정수와 셀룰로스 섬유의 혼합물로 정의될 수 있다. 농후 스톡에의 중합체의 적용은 섬유상에의, 그리고 그에 따른 마감된 종이에의 가용성 리그닌 제거를 가능하게 한다. 묽은 스톡 펄프는 약 2%, 1.5%, 1% 또는 0.5% 미만인 섬유 점조도를 갖는 공정수와 셀룰로스 섬유의 혼합물로 정의될 수 있다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
제안되는 처리는 주로 OCC를 이용하는 RLB 페이퍼 밀, 또한 비표백 크라프트 펄프 (UKP)를 이용하는 버진 밀, 중성 술파이트 준-화학물질 (NSSC)과 같은 준-화학 기계 펄프, 재순환 및 버진 펄프의 조합 (예컨대 NSSC/OCC), 또한 탈잉크 펄프 (DIP), 열 기계 펄프 (TMP)와 같은 기계 펄프, 회수된 신문지, 회수된 티슈 또는 기타 섬유 공급원에서 중합체 첨가제 효율상의 이점을 찾을 수 있다.
역시 제공되는 것은 적어도 1종의 중합체 및 적어도 1종의 무기 응고제를 농후 스톡 펄프에 첨가함으로써 농후 스톡 펄프 중 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 것을 포함하는, 제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법이다.
다양한 실시양태에서, 상기 방법은 제지 기계에 선행하는 펄프화 부문 및 제안되는 농후 스톡에서의 가용성 리그닌 처리를 통하여 제지 공정의 펄프화 부문에 추가적인 이점을 제공할 수 있다. 이는 효과적인 리그닌 관리가 갈색 스톡 세척에서 응축수 및/또는 담수를 덜 사용할 수 있게 하고 그에 따라응축수 및/또는 담수 사용의 감소를 초래할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 방법은 더 높은 세척 공정으로부터의 흑액 중 고체를 생성시킬 수 있다.
흑액 부피 감소 역시 더 높은 흑액 중 유기 및 무기 고체 및 더 낮은 갈색 스톡 세척에서의 용수 사용으로 인하여, 흑액 증발기에서의 적은 에너지 소모를 초래할 수 있다. 흑액 증발은 에너지 집약적 공정이다. 이와 같은 공정에서, 흑액은 스팀으로의 증발에 의해 단계적으로 용수가 제거되는 몇 개의 흑액 증발기를 통과하는 것에 의해, 약 15% 고체로부터 약 70% 이상으로 농축된다. 원래 흑액 % 고체의 작은 증가도 상당한 에너지 절약을 초래할 수 있다.
대안적으로, 상기 방법은 또한 제지 부문에서의 리그닌 고정 및 제거에 의해 갈색 스톡 세척이 더 효율적이 되는 것으로 인하여, 더 많은 펄프를 생성시키는 것을 돕고/거나 쿡(cook) 수의 증가 또는 쿠킹 효율 증가를 초래할 수 있다. 예를 들면, 펄프 수율 증가는 펄프화 및 제지상의 필요에 따라 약 1% 내지 약 2%, 약 3% 내지 약 4%, 약 4% 내지 약 6%, 약 7% 내지 약 8%, 약 9 내지 약 10% 또는 그 이상, 또는 약 1 내지 약 10, 약 2 내지 약 9, 약 3 내지 약 8, 약 4 내지 약 7, 또는 약 5 내지 약 6%일 수 있다. 효과적인 리그닌 관리로 인하여, 펄프화 부문은 더 낮은 카파수(Kappa number) 값으로의 펄프를 쿠킹함에 있어서의 더 큰 효력을 가질 수 있다.
다양한 실시양태에서, 본 개시내용은 제지 부문, 예컨대 블렌드 체스트, 기계 체스트, 또는 스터프 박스(stuff box)에서의, 또는 제지 공정의 다양한 지점에서의 동시 적용을 통한 농후 스톡에서의 중합체(들)의 사용에 대해 기술한다. 그러나, 이와 같은 방법은 제지 또는 펄프화 부문의 대안적인 분절에서의 리그닌 고정 중합체 또는 중합체들의 적용에서 이점을 가질 수도 있다. 여기에는 갈색 스톡 세척의 최종 단계, 예컨대 드럼 대체 (DD) 세척 또는 표백 플랜트의 최종 단계, 예컨대 추출 단계 후, 또는 탈수 단계의 전 또는 후의, 또는 제지 공정의 묽은 스톡에의 리그닌 고정 중합체의 적용이 포함될 수 있다.
표백 플랜트에서, 펄프가 표백 및 세척된 후, 그것은 탈수되고 (데커(decker) 사용), 보통 페이퍼 밀에 의해 그것이 요구될 때까지 고밀도 (HiD) 저장 체스트에서 저장된다. 리그닌 고정 및 제거 중합체의 적용은 세척 후, 그러나 탈수 데커 전에 첨가되는 경우에 이점을 가질 수 있는데, 그 시점에는 대부분의 불순물이 세척수에 의해 제거되었을 것이기 때문이다. 그 시점에는 접촉 시간이 상당히 더 높을 수 있기는 하지만, 펄프 증점 후에 리그닌 고정 및 제거 중합체가 첨가될 수도 있다.
표백 단계가 사용되지 않는 경우라면, 갈색스톡 세척 및 탈수 후의 비표백 펄프의 저장 탱크가 리그닌 고정 및 제거를 위하여 중합체(들)가 첨가되는 위치로 이용될 수 있다. 대안적으로, 중합체(들)는 갈색스톡 세척의 최종 단계에 첨가될 수 있다. 이와 같은 접근법은 갈색스톡 세척에서의 더 적은 물 또는 더 짧은 세척 시간 (또는 둘 다)을 사용하는 것을 가능하게 함으로써, 전체적으로 펄프 생성 속도 증가를 가능하게 할 수도 있다.
추가적인 실시양태:
다양한 실시양태에서, 이는 제지 시스템에서 화학 첨가제의 화학적 효율을 증가시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 증가된 펄프 생성 효율, 보일러에서의 버닝(burning)시의 증가된 펄프 세척 및 흑액 재순환 효율은 물론, 증가된 스팀 생성의 형태로 펄프화 부문에서의 개선도 제공한다. 상기 방법은 가용성 리그닌, 공정수, 및 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는 농후 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하여 그 안의 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 유기 중합체는 양이온성 중합체, 비-이온성 중합체 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 이와 같은 방법은 또한 제지 시스템에서 화학 첨가제의 화학적 효율을 증가시키는 추가적인 방법도 제공한다. 이와 같은 방법은 가용성 리그닌, 공정수, 및 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는 농후 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 중합체 및 적어도 1종의 무기 응고제를 첨가하여 그 안의 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 단계를 포함한다.
일 실시양태에서, 상기 유기 중합체는 양이온성이다. 또 다른 실시양태에서, 상기 양이온성 중합체는 [B co C-]의 화학식 II를 가지며, 여기서 B는 1종 이상의 비이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 상이한 비이온성 반복 단위를 나타내며, C는 1종 이상의 양이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 상이한 양이온성 반복 단위를 나타낸다. 또 다른 실시양태에서, 화학식 II 중 비이온성 단량체 대 양이온성 단량체 B:C의 몰 백분율은 약 99:1 내지 약 1:99, 또는 약 80:20 내지 약 20:80, 또는 약 75:25 내지 약 25:75, 또는 약 40:60 내지 약 60:40, 또는 약 99:1 내지 약 50:50이다. 다른 실시양태에서, 화학식 II 중 비이온성 단량체 대 양이온성 단량체 B:C의 몰 백분율은 약 99:1 내지 약 90:10이다. 또 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 [C-]의 화학식 II를 가지며, 여기서 C는 1종 이상의 양이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 상이한 양이온성 반복 단위를 나타낸다. 다른 실시양태에서, 양이온성 또는 비-이온성 중합체는 양이온성 폴리아크릴아미드, 폴리비닐아민, 폴리에틸렌이민, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 중합체, 트리알킬아미노알킬 (메트)아크릴아미드 중합체, 에피클로로히드린-디메틸아민 공중합체, 폴리에틸렌옥시드 중합체, 폴리에틸렌옥시드/폴리프로필렌옥시드 공중합체, 폴리-옥사졸린 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 대안적으로, 양이온성 폴리아크릴아미드는 디알릴디메틸암모늄 클로라이드, N,N,N-트리알킬아미노알킬 (메트)아크릴레이트, N,N,N-트리알킬아미노알킬 (메트)아크릴아미드, 에피클로로히드린-디메틸아민 및 이들의 조합으로부터 선택되는 적어도 1종의 단량체로부터 유래한다. 또한, 양이온성 중합체에는 폴리비닐아민이 포함될 수 있으며, 여기서 상기 폴리비닐아민은 N-비닐포름아미드, N-비닐 메틸 포름아미드, N-비닐프탈이미드, N-비닐숙신이미드, N-비닐-t-부틸카르바메이트, N-비닐아세트아미드, 및 전기 중 어느 것의 혼합물로부터 선택되는 적어도 1종의 단량체로부터 유래하는데, 여기서 통상적으로 적어도 1종의 단량체는 N-비닐포름아미드이다. 또 다른 실시양태에서, 양이온성 중합체는 (i) 고분자량 양이온성 폴리아크릴아미드 및 (ii) 저분자량 고도 하전 양이온성 분산제 중합체를 포함하는 중합체 분산액이다. 또 다른 실시양태에서, 비-이온성 또는 양이온성 중합체의 중량 평균 분자량은 약 100,000 내지 약 1천만 Da, 통상적으로는 약 400,000 내지 약 1천만 Da이다. 대안적으로, 유기 중합체는 비-이온성이다. 또한, 비-이온성 중합체의 중량 평균 분자량은 약 400,000 내지 약 1천만 Da, 통상적으로는 약 1,000,000 내지 약 10,000,000 Da일 수 있다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
다른 실시양태에서, 본 개시내용은 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하여 농후 스톡 펄프 중 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 것으로서, 여기서 유기물질은 약 1,000,000 초과 내지 약 1천만 달톤 미만의 중량 평균 MW를 갖는 폴리에틸렌옥시드 중합체를 포함하는 것을 포함하는 제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법을 제공한다. 대안적으로, 본 개시내용은 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하여 농후 스톡 펄프 중 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 것으로서, 여기서 유기 중합체는 약 200,000 초과 내지 약 1천만 달톤 미만의 중량 평균 MW를 갖는 양이온성 폴리아크릴아미드를 포함하는 것을 포함하는 제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법을 제공한다. 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 오븐 건조된 펄프 (예컨대 건조 퍼니시 고체) 톤당 중합체 고체 0.01 lbs 내지 10 lbs, 또는 오븐 건조된 펄프 (예컨대 건조 퍼니시 고체) 톤당 중합체 고체 (예컨대 활성 유기 중합체) 약 0.01 내지 약 10, 또는 약 0.05 내지 약 5, 또는 약 0.1 내지 약 3 lbs의 양으로 농후 스톡 펄프에 첨가된다. 또 다른 실시양태에서는, 적어도 1종의 유기 중합체가 농후 스톡 펄프에 첨가되며, 여기서 농후 스톡 펄프는 공정수와 약 2% 이상의 점조도를 갖는 셀룰로스 섬유의 슬러리일 수 있다. 대안적으로는, 적어도 1종의 유기 중합체 및 적어도 1종의 무기 응고제가 동시에 또는 병용 방식으로 농후 스톡 펄프에 첨가되는데, 여기서 농후 스톡 펄프는 공정수와 약 2% 이상의 점조도를 갖는 셀룰로스 섬유의 슬러리로 정의될 수 있다. 다른 실시양태에서, 유기 중합체에는 단독중합체가 포함된다. 대안적으로, 유기 중합체에는 공중합체가 포함된다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
또 다른 실시양태에서는, 약 280 nm인 UV-VIS 스펙트럼에서의 흡광도 감소에 의해 가용성 리그닌의 제거가 모니터링되는데, 흡광도의 상기 감소는, 라카제 및 양이온성 또는 비-이온성 중합체가 농후 스톡에 첨가되기 전의 시스템과 비교하였을 때, 약 24시간 후 약 5% 이상이다. 대안적으로, 농후 스톡 펄프는 셀룰로스 섬유 공급원을 포함하며, 여기서 셀룰로스 섬유 공급원은 OCC, 탈잉크 펄프, 버진 섬유, 기계 펄프, 비표백 크라프트 펄프 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 더 나아가, 농후 스톡 펄프는 셀룰로스 섬유 공급원을 포함할 수 있으며, 여기서 셀룰로스 섬유 공급원에는 재활용 종이가 포함된다. 다른 실시양태에서, 제지 시스템에서의 적어도 1종의 화학 첨가제는 유지 및 배수 중합체, 강도 작용제 및 사이징제, 그리고 이들의 조합으로부터 선택된다. 또 다른 실시양태에서는, 양이온성 또는 비-이온성 중합체 또는 중합체 조합이 농후 스톡에 첨가되기 전의 시스템에 비교된 COD와 비교하였을 때, 공정수 또는 폐수 스트림에서 COD가 적어도 약 5% 감소된다. 더 나아가, 상기 방법은 추가로 농후 스톡에의 무기 응고제의 첨가를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 무기 응고제는 알루미늄 술페이트, 알루미늄 클로라이드, 알루미늄 클로로히드레이트, 폴리알루미늄 클로라이드, 폴리알루미늄 술페이트, 철(III) 클로라이드, 철(III) 술페이트, 철(II) 클로라이드, 철(II) 술페이트, 폴리페로우스 술페이트 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
본 개시내용은 또한 가용성 리그닌, 공정수, 및 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는 농후 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체 및 적어도 1종의 무기 응고제를 첨가하여 그 안의 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 다른 실시양태에서, 무기 양이온성 응고제는 건조된 섬유 고체 톤당 건조 고체 약 0.01 lb 내지 약 12 lb, 또는 더 구체적으로는 건조된 섬유 고체 톤당 건조 고체 약 0.05 내지 약 6 lb의 양으로 제지 시스템에 첨가된다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
다양한 실시양태에서, 본 개시내용은 제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법을 제공하며, 여기서 상기 방법은 가용성 리그닌, 공정수, 및 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는 농후 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하여 그 안의 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 유기 중합체는 양이온성 중합체, 비-이온성 중합체 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 또 다른 실시양태에서, 농후 스톡 펄프는 공정수의 총 중량을 기준으로 적어도 약 3 또는 4 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함한다. 그와 같은 실시양태에서, 셀룰로스 섬유는 NSSC 펄프, OCC 펄프, 탈잉크 펄프, 버진 섬유, 기계 펄프, 비표백 크라프트 펄프 또는 이들의 조합으로부터 유래한다. 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 양이온성이며, [B-co-C] (II)의 화학식 II를 가지고, 여기서 B는 1종 이상의 비이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 비이온성 반복 단위이며, C는 1종 이상의 양이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 상이한 양이온성 반복 단위이고, -co-는 중합체가 B와 C의 공-중합체라는 것을 나타낸다. 또 다른 실시양태에서, 화학식 II 중 비이온성 단량체 대 양이온성 단량체 B:C의 몰 백분율은 약 75:25 내지 약 25:75이다. 또 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 [-C-]의 화학식 III을 가지며, 여기서 C는 1종 이상의 양이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 상이한 양이온성 반복 단위이다. 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 양이온성 폴리아크릴아미드, 폴리비닐아민, 폴리에틸렌이민, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 중합체, 트리알킬아미노알킬 (메트)아크릴아미드 중합체, 에피클로로히드린-디메틸아민 공중합체, 폴리에틸렌옥시드 중합체, 폴리에틸렌옥시드-폴리프로필렌옥시드 공중합체, 폴리-옥사졸린 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 또 다른 실시양태에서, 상기 양이온성 폴리아크릴아미드는 디알릴디메틸암모늄 클로라이드, N,N,N-트리알킬아미노알킬 (메트)아크릴레이트, N,N,N-트리알킬아미노알킬 (메트)아크릴아미드, 에피클로로히드린-디메틸아민 및 이들의 조합으로부터 선택되는 적어도 1종의 단량체로부터 유래한다. 또 다른 실시양태에서, 양이온성 중합체에는 N-비닐포름아미드, N-비닐 메틸 포름아미드, N-비닐프탈이미드, N-비닐숙신이미드, N-비닐-t-부틸카르바메이트, N-비닐아세트아미드, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 적어도 1종의 단량체로부터 유래하는 폴리비닐아민이 포함된다. 또 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 (i) 약 1,000,000 g/mol을 초과하는 중량 평균 분자량을 갖는 고분자량 양이온성 폴리아크릴아미드 및 (ii) 약 50 중량% 초과의 양이온성 단량체로부터 유래하며 약 100,000 내지 약 500,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 저분자량 양이온성 분산제 중합체를 포함하는 중합체 분산액이다. 추가적인 실시양태에서, 비-이온성 또는 양이온성 중합체의 중량 평균 분자량은 약 100,000 내지 약 1천만 Da이다. 또 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 비-이온성이며, 약 1,000,000 내지 약 10,000,000 Da의 중량 평균 분자량을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 약 1,000,000 초과 내지 약 1천만 Da 미만의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌옥시드 중합체이다. 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 약 200,000 초과 내지 약 1천만 Da 미만의 중량 평균 분자량을 갖는 양이온성 폴리아크릴아미드이다. 또 다른 실시양태에서, 유기 중합체는 건조된 퍼니시 고체, 즉 오븐 건조된 셀룰로스 섬유 톤당 유기 중합체 (예컨대 활성 유기 중합체) 약 0.05 내지 약 5 파운드의 양으로 농후 스톡 펄프에 첨가된다. 다른 실시양태에서, 농후 스톡 펄프 중 가용성 리그닌 양의 감소는, 적어도 1종의 유기 중합체를 함유하지 않는 공정수와 비교하였을 때, 24시간 후에 약 280 nm에서 측정된 UV-VIS 스펙트럼에서의 흡광도의 적어도 5% 감소에 의해 입증된다. 또 다른 실시양태에서, 공정수는 적어도 1종의 유기 중합체를 함유하지 않는 공정수의 화학적 산소 요구량과 비교하였을 때, 적어도 약 5% 감소된 화학적 산소 요구량을 나타낸다. 다른 실시양태에서, 상기 방법은 농후 스톡 펄프에 무기 응고제를 첨가하는 단계로서, 무기 응고제가 알루미늄 술페이트, 알루미늄 클로라이드, 알루미늄 클로로히드레이트, 폴리알루미늄 클로라이드, 폴리알루미늄 술페이트, 철(III) 클로라이드, 철(III) 술페이트, 철(II) 클로라이드, 철(II) 술페이트, 폴리페로우스 술페이트 및 이들의 조합으로부터 선택되는 단계를 포함한다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
본 개시내용은 또한 펄프화 부문에서의 개선, 예컨대 펄프화 수율 및 효율을 증가시키는 것, 흑액 증발기에서의 개선 및 에너지 감소, 갈색 스톡 세척에서의 용수 사용 감소 등의 달성 방법을 제공한다. 이러한 개선들은 가용성 리그닌, 공정수, 및 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는 농후 스톡 펄프를 제공하는 것, 및 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하여 그 안의 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 것에 의해 도달된다. 또한, 상기 유기 중합체는 양이온성 중합체, 비-이온성 중합체 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
또 다른 실시양태에서, 상기 방법은 추가로 묽은 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및 농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하는 단계와 동시에 묽은 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하는 단계를 포함한다.
다른 실시양태에서, 본 개시내용의 방법은 하루에 생성되는 펄프의 톤수로 측정 시 적어도 약 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5 또는 10% (또는 그 이상) 펄프 수율을 증가시킨다. 예를 들면, 이와 같은 방법은 다른 방법에 비해 더 효율적이기 때문에, 공정의 준비 단계에서, 즉 농후 스톡 펄프를 제공하는 단계 전에 추가적인 펄프가 생성될 수 있다. 펄프 수율의 증가는 적어도 1종의 본 개시내용의 유기 중합체를 이용하지 않는 비교용 방법과 비교하였을 때 측정될 수 있다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
다른 실시양태에서, 상기 방법은 추가로 적어도 1종의 유기 중합체를 이용하지 않는 비교용 방법에 비해 적어도 0.5% 더 높은 % 고체를 갖는 흑액을 제공하는 단계를 포함한다. 달리 말하자면, 본 개시내용은 "더 더러운" 용액이 이용되는 것을 가능하게 한다. 다양한 실시양태에서, 이와 같은 방법에 이용될 수 있는 흑액은 적어도 1종의 유기 중합체를 이용하지 않는 비교용 방법에 비해 적어도 약 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5% 더 큰 (또는 그 이상인) % 고체를 가질 수 있다. 이와 같은 고체의 증가는 더 더러운 흑액 스트림이 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 이는 제조 시간, 복잡성 및 비용을 감소시킨다. 다양한 비-제한적 실시양태에서는, 상기에서 제시된 것들을 포함하며 그 사이인 모든 값 및 값 범위가 본원에서의 용도로 의거 명시적으로 고려된다.
[ 실시예 ]
본 시험에서 사용되는 중합체 생성물은 모두 솔레니스 LLC 프라덕츠 사의 것인 생성물 A (양이온성 폴리아크릴아미드의 수 분산액, 28% 활성물질), 그리고 생성물 B (25% 활성 폴리에틸렌 옥시드 분산 생성물), 생성물 C (40% 활성물질, 폴리다드막 기재 생성물), 생성물 D (24% 활성 폴리에틸렌이민), 생성물 E (13% 활성 음이온성 아크릴아미드), 생성물 F (20% 활성 양쪽성 아크릴아미드), 및 생성물 G (양이온성 폴리아크릴아미드의 수 분산액, 33% 활성물질)이다. 중합체의 첨가 수준은 건조된 종이 톤당 활성 중합체의 파운드수 (또는 kg)로 제공된다. 실험실 환경에서, 중합체 생성물을 물에 용해시켜, 공정수 또는 스톡에의 그의 첨가 전에 2,500 ppm 용액을 제조한다.
종이 기계의 블렌드 체스트로부터의 3.6 내지 4%의 점조도를 갖는 농후 스톡 펄프 (OCC, UKP, TMP) 및 헤드박스(headbox)로부터 수집된 백수를 사용하여 시험을 수행하거나, 또는 셀룰로스 섬유를 합성 백수와 혼합하는 것에 의해 합성 퍼니시를 제조하였다. 농후 스톡 및 백수 샘플의 pH는 6.0 내지 7.5 내에서 가변적이었다.
시험에 사용된 합성 백수는 몇 가지 무기 성분 (칼슘 클로라이드, 소듐 술페이트 및 소듐 아세테이트) 및 유기 성분 (음이온성 전분, 가용성 리그닌, 소듐 폴리아크릴레이트, 소듐 올레에이트, 아세트산 및 갈락타우론산)의 첨가에 의해 제조하였다. 생성 혼합물의 전도도는 4,700-5,000 uS/cm이었으며, pH는 6.1-6.5이었다. 실험은 중간 정도의 혼합 및 대략 40-45℃인 온도를 사용하여 250 또는 500 g 규모로 수행하였다. 4% 점조도의 OCC (낡은 골판지 용기)를 섬유 공급원으로 사용한 경우, 사용 전에 그것을 340 C.S.F. 여수도로 고해처리하였다.
모든 실시예의 UV-VIS 흡광도는 하기와 같이 수행하였다. 처리 후, 355 마이크로미터 체를 통하여 섬유 슬러리를 여과하고, 여과액을 10배 희석한 후, 가용성 리그닌 함량에 대하여 280 nm에서 UV-VIS 분광측정법에 의해 분석하였다. UV-VIS 흡광도를 바탕으로, % 가용성 리그닌 감소 값을 계산하였다.
뮤텍 전하는 적정액으로서 폴리다드막 0.001 mol/L 용액을 사용한 뮤텍 PCD-02 입자 전하 검출기를 사용하여 측정하였다. 여과액은 뮤텍 측정 전에 5배 희석하였다. 탁도는 하치(Hach) 사의 TD-300에 의해 측정하고, FTU 단위로 기록하였다.
실시예 1
4% 점조도를 갖는 페이퍼 밀로부터의 비표백 크라프트 펄프 (UBK)를 시험에 사용하였다. 250 g의 펄프 샘플을 열 평형화를 위하여 45℃ 조에 배치한 다음, 6종의 상이한 중합체 1 lb/톤을 사용하여 개별적으로 처리하였다. 이들 중합체는 상기한 중합체 A-F였다.
추가 10분 동안 샘플을 교반한 후, 이어서 그것을 조로부터 제거하여, 실온으로 냉각하고, 355 마이크로미터 체를 통해 여과하였다. 여과액을 UV-VIS 측정에 의해 리그닌 함량에 대하여 평가하였다. 처리가 없는 샘플에 대비하여 % 리그닌 감소를 계산하였다. 리그닌 값 및 % 리그닌 감소를 도 1에 제시되어 있는 표 1에 요약하였다.
시험 결과는 특정 중합체가 공정수 (여과액)로부터의 리그닌 고정 및 제거에 더 효율적이라는 것을 나타낸다. 목록은 양이온성 (중합체 A) 및 비-이온성 (중합체 B) 중합체를 포함하고 있다. 음이온성 중합체 (중합체 E) 또는 양쪽성 중합체 (중합체 F)는 공정수로부터의 리그닌 제거에 있어서 효율적이 아니었다.
실시예 2
탈수된 OCC 섬유 및 합성 백수를 시험에 사용하였다. 셀룰로스 섬유와 백수를 조합하여, 4%에 가까운 농후 스톡 점조도를 생성시켰다. 4% 점조도의 스톡을 1 lb/톤의 중합체 A로 처리하고 매 사이클마다 30분 동안 혼합한 다음 여과하는 3개 사이클로 농후 스톡 처리 시험을 연장하였다.
실험은 2원으로 실행하였다: 각 사이클 후 백수를 중력 여과에 의해 농후 스톡 셀룰로스 섬유로부터 단리하였음. 다음에, 여과된 백수를 이어지는 단계에서 신규 펄프와 함께 재-사용하거나 (이는 도 2a 및 2b의 표 2에 처리 1 계열로 나타내었음), 또는 동일한 섬유를 이어지는 3개 단계에서 재사용하였다 (이는 도 2a 및 2b의 표 2에 처리 2 계열로 나타내었음). 모든 수집된 여과액을 리그닌 함량에 대하여 분석하였다. 두 경우에서, 70%에 가까운 최종 감소와 함께 가용성 리그닌 함량의 점차적인 감소가 관찰되었다.
최종적으로, 농후 스톡을 3.0 lb/톤의 중합체 A를 사용하여 한꺼번에 처리한 다음, 농후 스톡을 여과하고, 리그닌 함량에 대하여 여과액을 분석하는 1 단계 시험에서 시험을 반복하였다. 리그닌 감소는 이전의 전개에 가까웠다 (이는 도 2a 및 2b의 표 2에 처리 3으로 나타내었음).
이러한 실시예는 신규 펄프가 몇 개의 단계로 리그닌 고정 및 제거에 사용되는지 또는 동일한 펄프가 하나 또는 몇 개의 리그닌 제거 단계로 사용되는지에 관계없이, 유사한 방식으로 리그닌 감소가 이루어진다는 것을 예시한다. 페이퍼 밀 환경에서는, 더 점차적인 (단계적인) 가용성 리그닌의 감소가 예상될 수 있는데, "처리된" 공정수가 스톡 희석을 위하여 "비-처리" 용수와 조합될 수 있기 때문이다.
실시예 3
본 시험에서는, 합성 백수를 사용하였다. 탈수된 OCC 섬유를 백수에 첨가하여 4%에 가까운 농후 스톡 점조도를 생성시켰다. 다음에, 500 g의 샘플을 45℃ 조에 30분 동안 배치하였는데, 그 중 일부 샘플은 처리하지 않았으며, 다른 것들은 1 lb/톤의 중합체 A, 2 lb/톤의 중합체 A 또는 3.0 lb/톤의 중합체 A를 사용하여 처리하였다. 30분 후, 모든 샘플을 조로부터 제거하여, 실온으로 냉각하고, 355 마이크로미터 체를 통하여 여과하였다. 여과액을 수집하고, 가용성 리그닌 측정을 위하여 280 nm에서 UV-VIS에 의해 분석하였다. 또한, 여과액을 COD 함량에 대하여 분석하였다. 결과를 도 3의 표 3에 요약하였는데, 중합체 농후 스톡 처리에 의한 리그닌 감소가 백수 COD 함량의 추가적인 12, 14 및 21% 감소로 전환된다는 것을 나타냈다. 실시예는 중합체 처리에 의한 효과적인 리그닌 감소가 공정수 COD 함량의 상당한 감소 역시 초래한다는 것을 예시한다.
실시예 4
하기 시험에서는, 4% 점조도의 열기계 (TMP) 펄프를 사용하였다. TMP 스톡을 3개 부분으로 분할하였다. 제1 부분은 처리하지 않았으며, 제2 부분은 1 lb/톤의 중합체 D로 처리하였고, 제3 부분은 1 lb/톤의 중합체 A로 처리하였다. 처리 후, 농후 스톡 샘플을 45℃ 가온 조에 30분 동안 배치하였다. 다음에, 샘플을 여과하고, 여과액을 수집한 후, 배수 시험에 사용하였다.
배수 활성은 스웨덴 순즈발 소재 AB 아크리비 케미콘술터(Akribi Kemikonsulter) 사로부터 구입가능한 시험 장비인 다이나믹(Dynamic) 배수 분석기를 이용하여 측정하였다. 상기 시험 장치는 분리 매체의 저부에 300 mbar 진공을 적용한다. 상기 장치는 진공의 적용과 진공 파괴점 사이의 시간, 즉 공기/용수 경계면이 증점 섬유 매트를 통과하는 시간을 전기적으로 측정한다. 그것은 배수 시간으로서 상기 값을 기록한다. 더 짧은 배수 시간이 통상적이다. 500 ml 스톡을 DDA에 첨가하고, 300 mbar 압력의 총 기기 진공으로 배수 시험을 수행한다.
배수 시험을 위하여, 탈수된 TMP 섬유 (25% 점조도)를 처리 또는 비-처리 여과액에 첨가함으로써, 0.7% 점조도의 섬유/용수 슬러리를 생성시켰다. 배수 조제 없이, 1 및 2 lb/톤으로의 중합체 D 첨가를 동반하여, 그리고 1 및 2 lb/톤의 중합체 A 첨가를 동반하여 배수 시험을 수행하였다. 배수 결과 (초로 나타냄)는 물론, % 개선 (중합체 효율)도 도 4a-c의 표 4 및 그래프에 요약하였다. 도 4b는 중합체 D 및 중합체 A에 의한 농후 스톡 사전-처리에 따른 배수 시간을 나타낸다. 도 4c는 중합체 D 및 중합체 A를 사용한 농후 스톡 사전-처리에 따른 배수 중합체 효율 증가 (%)를 나타낸다. 하기 식을 사용하여 비-처리 스톡의 배수 시간에 대비한 비-처리 스톡과 처리된 스톡의 배수 시간 사이의 차이를 기준으로 % 개선(들)을 계산하였다:
Figure pct00002
(여기서, T1 및 T2는 각각 중합체 조제가 없고 있는 배수 시간임).
농후 스톡 사전-처리가 없는 경우, 중합체 A 및 중합체 D를 사용한 배수 시간 (각각 43.21 및 44.65초)이 임의의 첨가제가 없는 샘플의 배수 시간 (46.93초)과 매우 유사하였다. 1 lb/톤에서의 두 중합체의 % 개선 (즉 배수 조제 효율)은 상당히 낮아서, 각각 4.86% 및 7.93%이었다.
1 lb/톤의 중합체 A를 사용한 농후 스톡 사전-처리 후 이어지는 배수 조제로서의 묽은 스톡에의 중합체 A의 첨가는 43.21초로부터 아래 27.07초 (1 lb/톤) 및 20.95초 (2 lb/톤)로의 배수 시간 감소를 초래하였다. 전체적인 배수 중합체 효율은 42-55% 개선되었다. 그러나, 1 lb/톤의 중합체 D를 사용한 농후 스톡 사전-처리는 배수 시간 개선을 초래하지 않았다. 배수 시간은 원래의 44.65초로부터 1 lb/톤 중합체 D의 첨가에 의한 51.07초, 및 2 lb/톤에 의한 52.20초로 변화하였다. 배수 중합체 효율은 9-11% 감소되었다.
본 실시예는 특정 중합체만이 화학적 효율 증가에 있어서 효율적이라는 것을 예시한다. 본 사례에서는, 중합체 A가 배수 시간 감소 및 배수 중합체 효율 증가에 있어서 매우 효율적이었다.
실시예 5
컨테이너보드 밀로부터의 4% 점조도 비표백 크라프트 펄프 (UBK)를 0.25, 0.50 및 1.0 kg/톤의 중합체 G로 처리하였다. 중합체 첨가 후, 500 g의 농후 스톡 샘플을 45℃에서 추가 20분 동안 교반한 다음, 여과하였다. 여과액을 리그닌 함량 및 뮤텍 전하에 대하여 분석하였다. 리그닌 및 뮤텍 전하 값 (각각 ppm 및 μequ/l로 나타냄)은 물론, 리그닌 및 뮤텍 전하 감소 (%로 나타냄)도 도 5a의 표 5에 요약하였다. 데이터는 중합체 G 생성물이 리그닌 감소에 효율적이며, 중합체 적재량이 증가함에 따라 리그닌 감소가 증가한다는 것을 나타낸다. 리그닌이 뮤텍 전하에 대하여 주요 기여자이기 때문에, 공정수로부터의 효과적인 리그닌 제거는 뮤텍 전하의 상당한 감소 역시 동반한다.
실험실 평가 후, 리그닌 관리 기술을 페이퍼 밀에 적용하였다. 수일의 과정 동안, UBK 펄프를 이용한 컨테이너보드(containerboard) 제조 공정의 농후 스톡에 중합체 G를 1.0 kg/톤의 투여량으로 첨가하였다. 중합체 G의 첨가는 최대 30%의 리그닌 감소를 초래하였다. 리그닌 감소는 다시 기계 속도 증가를 가능하게 하고, 최대 20%의 강도 중합체 공급의 점차적인 감소를 가능하게 하였다. 보조 음이온성 중합체의 사용은 완전히 배제되었다. 강도 중합체로는, 보조 음이온성 중합체와 함께 폴리비닐아민 기재 생성물이 사용될 수 있다. 기계 속도는 종이 강도 (STFI) 요건을 유지하는 동안 증가하였다.
도 5b의 그래프는 상부 층(ply) 및 베이스 층 백수에서의 가용성 리그닌의 감소를 보여준다. 제조는 2개의 장망초지기(Fourdrinier) 기계 PM #3 및 PM #4를 사용하는 2개의 제조 계열로 구성된다. 실험 과정 동안, 고해장치(refiner) 전의 베이스 층의 농후 스톡 점조도 펄프에는 중합체 G를 첨가한 반면, 상부 층의 경우 고해장치 후 기계 체스트 직전의 농후 스톡에 중합체 처리를 첨가하였다. 가용성 리그닌 감소 경향은 고해장치 후 첨가가 고해장치 전의 것에 비해 더 효과적임을 나타낸다. 더 구체적으로, 도 5b는 PM#4의 베이스 및 상부 층을 생성시키는 종이 기계의 헤드박스 영역으로부터 수집된 백수에서의 리그닌 감소를 보여준다. 이는 리그닌 고정 중합체 생성물(들)의 적용에 의한 공정수에서의 리그닌의 부분적인 감소조차도 제지에 있어서의 기계 속도 증가 및 강도 첨가제 효율 증가의 상당한 개선을 초래할 수 있다는 것을 예시한다.
실시예 6
본 실시예에서는, 실험실 시험 및 페이퍼 밀 시험 둘 다를 수행하였다. 실험실 시험은 비표백 크라프트 펄프 (UBK)를 사용하여 전개하였다. UBK 펄프는 통합 페이퍼 밀의 펄프화 부문에서의 배치 쿠킹에 의해 생성된다. 다음에, 그것은 포장지의 제조에서 2개의 종이 기계 PM#1 및 PM#3에 의해 사용된다.
실험실 시험에서는, UKP 펄프 샘플을 0.25, 0.50 및 1.0 kg/톤의 중합체 G로 처리하였다. 중합체 첨가 후, 500 g의 농후 스톡 샘플을 45℃에서 추가 20분 동안 교반한 다음, 여과하였다. 여과액을 리그닌 함량 및 탁도에 대하여 분석하였다. 리그닌 및 탁도 값 (ppm 및 FTU 단위로 나타냄)은 물론 리그닌 및 탁도 감소 (%로 나타냄)도 도 6a의 표 6a에 요약하였다.
리그닌 관리 기술을 페이퍼 밀에서의 제지 공정에도 적용하였다. 0.9-1.2 kg/톤의 투여량으로 2개 종이 기계 (PM#1 및 PM#3)의 농후 스톡에 중합체 G를 첨가하였다. 중합체 처리의 결과로서, 두 종이 기계 모두의 공정수에서의 상당한 리그닌 감소가 관찰되었다. 도 6b의 그래프 6b는 종이 기계들 중 하나 (PM#1)에서의 리그닌 감소를 보여준다. 더 구체적으로, 이와 같은 그래프는 PM#1의 2-층 종이 제조 중 베이스 층을 생성시키는 종이 기계 헤드박스의 공정수에서의 리그닌 수준을 나타내는 상부 선, 및 상부 층을 생성시키는 종이 기계 헤드박스의 공정수에서의 평균 리그닌 수준을 나타내어 보여주는 저부 선을 포함하고 있다. 평균 리그닌 수준은 시험 전 (7월 전)에는 400 ppm에 가까웠으며, 중합체 G의 첨가 후에는 그것이 평균 150 ppm (7월 초부터)으로 떨어졌다. 유사한 리그닌 감소가 PM#3에서 관찰되었다. 전체적으로, 리그닌 감소는 PM#1에서는 62%, 그리고 PM#3에서는 57%에 가까웠다.
농후 스톡에의 중합체 G의 적용은 공정수 중 리그닌의 상당한 감소로 이어졌으며, 그것은 제지 공정의 추가적인 개선을 가능하게 하였다. 그러한 개선에는 28 내지 62%의 상당한 탁도 감소가 포함되었다 (도 6e의 표 6e 참조). 리그닌 감소에 따라, 갈색 스톡 세척에서의 용수 사용이 20% 감소되었다. 그와 같은 변화는 2800으로부터 3500 μS/cm 이상으로의 전도도 증가를 초래하였다. 이는 67% 만큼 더 적은 양의 피치/스티키(stickies) 오염물 제어제 (데탁(Detac) DC786C + 퍼폼(Perform) DC1871, 둘 다 솔레니스 프라덕츠 사) (예컨대 도 6c의 그래프 6c 참조), 및 25% 만큼 더 적은 양의 사이징제 (AKD (알킬 케텐 이량체)) (예컨대 도 6d의 그래프 6d 참조)의 사용을 가능하게 한다. 전체적인 종이 기계 전개성(runnability)이 개선되었다. 주요 강도 파라미터들은 원하는 제원 내에 존재하였다.
더 구체적으로, 도 6c의 그래프 6c는 공정수 중 리그닌 함량의 효과적인 감소에 따른 피치/스티키 제어제 (데탁 DC786C + 퍼폼 DC1871) 사용의 감소를 예시한다. 상부 선은 첨가 하루 평균 투여량을 나타내며, 회색 선은 월간 평균 값을 나타낸다. 또한, 도 6d의 그래프 6d는 공정수 중 리그닌 함량의 효과적인 감소에 따른 AKD (알킬 케텐 이량체) 사이징제 사용의 감소를 예시한다. 상부 선은 첨가 하루 평균 투여량을 나타내며, 회색 선은 월간 평균 값을 나타낸다. 도 6e의 표 6e는 리그닌 관리 중합체 G의 적용에 따라 펄프화 및 제지 부문에서 관찰된 개선을 예시한다.
제지 부문에서의 개선에 더하여, 펄프화 부문에서 상당한 진전이 달성되었다. 갈색 스톡 세척에서의 용수 사용의 감소는 흑액 부피의 감소를 초래하였다. 그것은 다시 더 많은 목질 칩 쿡 및 셀룰로스 제조 증가를 가능하게 하며, 표 6e의 결과를 참조하라. 하루에 생성되는 펄프의 평균 양은 8.7%로 상승하였으며, 일당 최고 값은 12%에 도달하였다. 또한, 갈색 스톡 세척 부피의 감소는 흑액 중 % 고체의 1.5% 증가를 초래하였다. 이와 같은 변화는 흑액 증발기 효율의 개선, 스팀 생성 증가 (16.4%) 및 오일 소비 감소 (25%)를 초래하였다. 제지 부문에서의 리그닌 관리는 셀룰로스 펄프 생성 증가, 에너지 절약 및 신규/농축 용수 사용 감소를 가능하게 하였다.
전기한 상세한 설명에서 적어도 하나의 예시적인 실시양태가 제시되기는 하였지만, 수많은 변형들이 존재한다는 것을 알아야 한다. 예시적인 실시양태 또는 예시적인 실시양태들은 단지 예이며 어떠한 방식으로도 영역, 적용성 또는 구성을 제한하고자 하는 것이 아니라는 것 또한 알아야 한다. 그보다는, 전기 상세한 설명은 예시적인 실시양태를 실행하기 위한 편리한 로드맵을 관련 기술분야 통상의 기술자에게 제공하게 된다. 첨부된 청구범위에서 제시되는 바와 같은 영역에서 벗어나지 않고도, 예시적인 실시양태에서 기술된 요소들의 기능 및 배열에 있어서 다양한 변화들이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다.
또한, 상기한 모든 개별 성분, 방법 단계, 조건, 물리적 특성 등은 그것이 상기에서는 함께 기술되지 않았을 수 있다 할지라도 하나 이상의 비-제한적 실시양태에서 함께 사용하도록 의거 명시적으로 고려된다. 다른 말로 하면, 상기언급된 성분, 방법 단계, 조건, 물리적 특성 등의 모든 조합이 다양한 비-제한적 실시양태에서 사용하도록 의거 명시적으로 고려된다.

Claims (20)

  1. 제지 시스템에서 화학 첨가제의 화학적 효율을 증가시키는 방법으로서,
    가용성 리그닌, 공정수, 및 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는 농후 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및
    농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하여 그 안의 가용성 리그닌의 양을 감소시키는 단계
    를 포함하며, 여기서 유기 중합체는 양이온성 중합체, 비-이온성 중합체 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 농후 스톡 펄프가 효소를 함유하지 않는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 농후 스톡 펄프가 농후 스톡 펄프의 총 중량을 기준으로 적어도 약 3 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하며, 여기서 셀룰로스 섬유는 NSSC 펄프, UBK 펄프, OCC 펄프, 탈잉크 펄프, 버진 섬유, 기계 펄프, 열기계 펄프 또는 이들의 조합으로부터 유래하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 유기 중합체가 양이온성이며, 화학식 II를 갖는 것인 방법:
    [B-co-C] (II)
    여기서 B는 1종 이상의 비이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 비이온성 반복 단위이며, C는 1종 이상의 양이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 상이한 양이온성 반복 단위이고, -co-는 중합체가 B와 C의 공-중합체라는 것을 나타낸다.
  5. 제4항에 있어서, 화학식 II 중 비이온성 단량체 대 양이온성 단량체의 B:C의 몰 백분율이 약 99:1 내지 약 50:50인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 유기 중합체가 하기 화학식 III을 갖는 것인 방법:
    [-C-]
    여기서 C는 1종 이상의 양이온성 단량체의 중합 후에 형성된 1종 이상의 상이한 양이온성 반복 단위이다.
  7. 제1항에 있어서, 유기 중합체가 양이온성 폴리아크릴아미드, 폴리비닐아민, 폴리에틸렌이민, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 중합체, 트리알킬아미노알킬 (메트)아크릴아미드 중합체, 에피클로로히드린-디메틸아민 공중합체, 폴리에틸렌옥시드 중합체, 폴리에틸렌옥시드-폴리프로필렌옥시드 공중합체, 폴리-옥사졸린 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 양이온성 폴리아크릴아미드가 디알릴디메틸암모늄 클로라이드, N,N,N-트리알킬아미노알킬 (메트)아크릴레이트, N,N,N-트리알킬아미노알킬 (메트)아크릴아미드, 에피클로로히드린-디메틸아민 및 이들의 조합으로부터 선택되는 적어도 1종의 단량체로부터 유래하는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 양이온성 중합체가 N-비닐포름아미드, N-비닐 메틸 포름아미드, N-비닐프탈이미드, N-비닐숙신이미드, N-비닐-t-부틸카르바메이트, N-비닐아세트아미드, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 적어도 1종의 단량체로부터 유래하는 폴리비닐아민을 포함하는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 유기 중합체가 (i) 약 1,000,000 g/mol을 초과하는 중량 평균 분자량을 갖는 고분자량 양이온성 폴리아크릴아미드 및 (ii) 약 50 중량% 초과의 양이온성 단량체로부터 유래하며 약 100,000 내지 약 500,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 저분자량 양이온성 분산제 중합체를 포함하는 중합체 분산액인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 유기 중합체가 비-이온성이며, 약 1,000,000 내지 약 10,000,000 Da의 중량 평균 분자량을 갖는 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 유기 중합체가 약 1,000,000 초과 내지 약 1천만 Da 미만의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌옥시드 중합체인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 유기 중합체가 약 200,000 초과 내지 약 1천만 Da 미만의 중량 평균 분자량을 갖는 양이온성 폴리아크릴아미드인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 유기 중합체가 오븐 건조된 펄프 톤당 유기 중합체 약 0.05 내지 약 5 파운드의 양으로 공정수에 첨가되는 것인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 공정수 중의 가용성 리그닌 양의 감소가, 적어도 1종의 유기 중합체를 함유하지 않는 공정수와 비교하였을 때, 24시간 후에 약 280 nm에서 측정된 UV-VIS 스펙트럼에서의 흡광도의 적어도 5% 감소에 의해 입증되는 것인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 공정수가, 적어도 1종의 라카제 효소 및 적어도 1종의 유기 중합체를 함유하지 않는 공정수의 화학적 산소 요구량과 비교하였을 때, 적어도 약 5% 감소된 화학적 산소 요구량을 나타내는 것인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 공정수에 무기 응고제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 무기 응고제는 알루미늄 술페이트, 알루미늄 클로라이드, 알루미늄 클로로히드레이트, 폴리알루미늄 클로라이드, 폴리알루미늄 술페이트, 철(III) 클로라이드, 철(III) 술페이트, 철(II) 클로라이드, 철(II) 술페이트, 폴리페로우스 술페이트 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    묽은 스톡 펄프를 제공하는 단계, 및
    농후 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하는 단계와 동시에 묽은 스톡 펄프에 적어도 1종의 유기 중합체를 첨가하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 하루에 생성되는 펄프의 톤수로 측정 시 펄프 수율 생성을 적어도 1% 증가시키는 것인 방법.
  20. 제1항에 있어서, 적어도 1종의 유기 중합체를 이용하지 않는 비교용 방법에 비해 적어도 0.5% 더 높은 % 고체를 갖는 흑액을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
KR1020237017425A 2020-10-30 2021-10-29 제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법 KR20230093303A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/084,895 2020-10-30
US17/084,895 US11926966B2 (en) 2017-10-03 2020-10-30 Method of increasing efficiency of chemical additives in a papermaking system
PCT/US2021/072114 WO2022094597A1 (en) 2020-10-30 2021-10-29 Method of increasing efficiency of chemical additives in papermaking systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230093303A true KR20230093303A (ko) 2023-06-27

Family

ID=74566690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237017425A KR20230093303A (ko) 2020-10-30 2021-10-29 제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP4237617A1 (ko)
KR (1) KR20230093303A (ko)
CN (1) CN116635589A (ko)
AU (1) AU2021369739A1 (ko)
BR (1) BR112023008253A2 (ko)
CA (1) CA3196967A1 (ko)
CL (1) CL2023001218A1 (ko)
MX (1) MX2023005021A (ko)
WO (1) WO2022094597A1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7807021B2 (en) * 2006-06-21 2010-10-05 Blackstone Michael M Compositions and processes to increase pulp yield, reduce extractives, and reduce scaling in a chemical pulping process
BR112013004430B1 (pt) * 2010-08-25 2021-03-02 Solenis Technologies Cayman, L.P método para produção de papel, papelão ou cartolina, e usos de polímero iônico e biocida
FI125714B (en) * 2012-11-12 2016-01-15 Kemira Oyj Process for the treatment of fiber pulp for the manufacture of paper, cardboard or the like and product
US10876254B2 (en) * 2017-10-03 2020-12-29 Solenis Technologies, L.P. Chemical efficiency increase in papermaking process
CN108864440A (zh) * 2017-10-13 2018-11-23 济宁明升新材料有限公司 一种从碱法制浆黑液中提取木素的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CL2023001218A1 (es) 2023-12-01
MX2023005021A (es) 2023-05-24
AU2021369739A1 (en) 2023-06-22
BR112023008253A2 (pt) 2024-02-06
EP4237617A1 (en) 2023-09-06
CN116635589A (zh) 2023-08-22
WO2022094597A1 (en) 2022-05-05
CA3196967A1 (en) 2022-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3481994B1 (en) Process for making paper, paperboard or the like
CN111406136B (zh) 造纸工艺中化学效率的提高
US11535985B2 (en) Method for manufacture of paper or board and paper or board obtained by the method
US6468396B2 (en) Dendrimeric polymers for the production of paper and board
AU2002359488B2 (en) Papermaking process using enzyme-treated sludge,and products
US11926966B2 (en) Method of increasing efficiency of chemical additives in a papermaking system
CA2405649C (en) Papermaking furnish comprising solventless cationic polymer retention aid combined with phenolic resin and polyethylene oxide
KR20230093303A (ko) 제지 시스템에서 화학 첨가제의 효율을 증가시키는 방법
WO2023236185A1 (en) Method for treating paper or board mill sludge for reuse
Wegner Polymeric additive performance in closed whitewater systems
Gigac et al. Drainability, permeability and formation of RCF pulps blended with sugar beet pulps
Ordóñez Sanz et al. Influence of Water Quality on the Efficiency of Retention Aids Systems for the Paper Industry