KR20230096086A - 고휘도 비-목재 펄프 - Google Patents

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KR20230096086A
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토마스 지. 샤넌
사만다 씨. 아커리
즈잉 위
데이비드 제이. 폴슨
닝 웨이
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

약 1.70mm 초과의 섬유 길이 및 약 80% 이상의 휘도를 갖는 비-목재 펄프가 개시된다. 비교적 높은 정도의 휘도는 손실 섬유 길이 또는 펄프 수율 없이 달성된다. 높은 정도의 휘도와 비교적 긴 섬유 길이는 펄프를 습식 레이드 섬유 제품, 특히 습식 레이드 티슈 제품의 제조에 매우 적합하게 한다. 펄프는 기계적 펄프화에 의해, 보다 바람직하게는 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액을 사용하는 화학-기계적 펄프화에 의해 아스파라가세아(Asparagaceae) 과의 식물로부터 제조될 수 있고, 여기서 일차 펄프는 표백 전에 부스러기를 줄이기 위해 세정된다. 바람직하게는, 세정된 일차 펄프는 표백 전에 약 5% 미만의 부스러기를 갖는다.

Description

고휘도 비-목재 펄프
본 발명은 고휘도 비-목재 펄프에 관한 것이다.
펄프는 목재 또는 비-목재 섬유 공급원으로부터 셀룰로오스 섬유를 화학적 및/또는 기계적으로 분리함으로써 제조되는 리그노셀룰로스계 섬유 재료이다. 일반적으로, 펄프화 공정은, 기계적이든, 화학적이든, 또는 기계적 및 화학적의 조합에 의해서든, 소스 재료를 그의 성분 섬유로 감소시킨다. 바이오매스를 섬유로 분리하는 것 이외에, 펄프화는 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 부분을 유지하면서, 섬유로부터 리그닌의 일부를 제거한다. 화학적 펄프화는 리그닌을 작은 수용성 분자로 분해함으로써 이를 달성하는데, 이는 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 섬유로부터 이들을 탈중합화시키지 않고 세척될 수 있다. 리그닌의 제거는 펄프의 휘도를 증가시키는 이점을 갖는다.
목재 바이오매스로부터 유래된 섬유는 종종 비-목재 바이오매스에 비해 더 큰 농도의 리그닌을 함유한다. 이와 같이, 목재 바이오매스를 펄프화하기 위한 공정, 특히 고휘도 목재 펄프를 제조하기 위한 공정은 종종 고도로 화학 집약적이다. 동일한 공정은, 비-목재 바이오매스에 적용될 때, 종종 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스의 상당한 탈중합화를 초래하여 과도하게 약한 펄프를 야기한다. 따라서, 충분한 강도 및 휘도를 갖는 비-목재 펄프를 제조하기 위해 대안적인 펄프화 공정이 종종 요구된다.
비-목재 펄프의 제조에 사용하기 위해 화학 집약적 펄프화 공정에 대한 특정 대안이 개발되었지만, 비교적 긴 섬유 길이, 낮은 거칠기, 낮은 정도의 미세물, 양호한 분산성 및 고휘도와 같은 바람직한 특성을 갖는 펄프를 생산하는 공정에 대한 필요성이 당업계에 여전히 존재한다. 이는, 비섬유성 성질로 인해 종래의 공정을 사용하여 펄프화하기 어려운, 표피층을 포함하는 잎 또는 줄기를 갖는 비-목재에 대해 특히 그러하다.
본 발명은 비-목재를 펄프화하기 위한 신규한 공정 및 이에 의해 생산된 신규한 펄프를 제공한다. 본 발명의 비-목재 펄프는 비교적 긴 섬유 길이, 낮은 거칠기, 낮은 정도의 미세물, 양호한 분산성, 고휘도, 또는 낮은 정도의 부스러기와 같은 여러 유익한 특성을 갖는다. 유익한 특성을 달성하기 위해, 바이오매스는 일반적으로 펄프화 전에 처리되고, 기계적으로 펄프화되고, 선택적으로 표백된다. 소정의 예에서, 바이오매스는 크기에 맞게 절단되고, 수용성 추출물의 일부가 제거되어, 후속하여 기계적으로 펄프화되어 본 발명에 따른 비-목재 펄프를 생산할 수 있는 바가스를 생산한다.
일반적으로, 펄프는 기계식 펄프화에 의해, 보다 바람직하게는, 알칼리 및 과산화수소와 같은 화학물질이 기계식 리파이너 펄프화의 하나 이상의 단계 이전에 또는 그 동안 바가스에 첨가되는 기계식 펄프화 공정에 의해 제조된다. 펄프화 화학물질이 과산화수소와 같은 산소 기반 조성물을 포함하는 경우, 안정제는 리파이너에서 피브릴화 전 또는 도중에 바가스에 적용될 수 있다.
소정의 실시예에서, 본 발명의 비-목재 펄프는 정제 도중 또는 직후에 적어도 하나의 알칼리성 과산화물 화학물질 첨가가 발생하는 기계적 펄프화 공정에 의해 제조된다. 리파이너에서 또는 그 하류에서 화학물질의 도입은 정제 전 바가스에 화학물질, 특히 알칼리성 과산화물 화학물질의 적용과 조합될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명의 펄프는 알칼리성 과산화수소 용액으로 바가스를 사전 컨디셔닝한 다음, 알칼리성 과산화수소 용액을 추가로 첨가하여 정제함으로써 제조된다.
특히 바람직한 실시예에서, 본 발명의 비-목재 펄프는, 정제 전에 적어도 하나의 알칼리성 과산화물 화학적 첨가가 일어나고, 다른 하나가 정제 동안 또는 정제 직후에 발생하는 기계적 펄프화 공정에 의해 제조된다. 특히 바람직한 실시예에서, 펄프는 정제 후에 세정되어 부스러기를 제거하고, 제3 알칼리성 과산화물 화학물질 첨가가 발생하여 표백된 펄프를 생성한다. 바람직하게는, 세정은 표백 전에 펄프의 부스러기 함량을 약 5% 이하, 예컨대 약 3% 이하로 감소시킨다. 표백 전에 이러한 방식으로 펄프를 처리하는 것은, 무엇보다도 표백 효율을 개선하고/하거나 표백된 펄프의 휘도를 증가시킬 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 본 발명은, (a) 비-목재 바이오매스를 제공하는 단계; (b) 상기 비-목재 바이오매스를 공칭 길이로 절단하는 단계; (c) 상기 절단된 바이오매스로부터 수용성 고형분을 추출하여 바가스를 생산하는 단계; (d) 가성 용액으로 상기 바가스를 함침시키고 제1 반응 시간 동안 상기 함침을 유지하여 함침된 바가스를 생산하는 단계; 및 (e) 제1 정제 조건 하에서 함침된 바가스를 정제하여 펄프를 생산하는 단계를 포함하는, 비-목재 펄프를 제조하는 방법을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은, (a) 비-목재 바이오매스를 제공하는 단계; (b) 상기 비-목재 바이오매스를 약 20mm 미만의 공칭 길이로 절단하는 단계; (c) 상기 절단된 바이오매스로부터 수용성 고형분을 추출하는 단계; (d) 상기 추출된 바이오매스를 가압하여 점조도를 적어도 약 40%까지 증가시키는 단계; (e) 제1 알칼리성 과산화물 용액으로 상기 바이오매스를 함침시키고 제1 반응 시간 동안 상기 함침을 유지시켜 함침된 바가스를 생산하는 단계; (f) 제1 정제 조건 하에서 함침된 바가스를 정제하여 일차 펄프를 생산하는 단계; (g) 상기 일차 펄프를 세정하는 단계; 및 (h) 표백된 펄프를 생산하기 위해 상기 세정된 펄프에 제2 알칼리성 과산화물 용액을 첨가하는 단계를 포함하는, 비-목재 펄프를 제조하는 방법을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은, (a) 비-목재 바이오매스를 제공하는 단계; (b) 상기 비-목재 바이오매스를 약 20mm 미만의 공칭 길이로 절단하는 단계; (c) 상기 절단된 바이오매스로부터 수용성 고형분을 추출하는 단계; (d) 상기 추출된 바이오매스를 가압하여 점조도를 적어도 약 40%까지 증가시키는 단계; (e) 제1 알칼리성 과산화물 용액으로 상기 바이오매스를 함침시키고 제1 반응 시간 동안 상기 함침을 유지시켜 함침된 바가스를 생산하는 단계; (f) 제1 정제 조건 하에서 함침된 바가스를 정제하여 일차 펄프를 생산하는 단계; (g) 상기 일차 펄프를 세정하여 펄프의 건조 중량 기준, 약 5% 미만의 펄프를 포함하는 세정된 펄프를 생산하는 단계; 및 (h) 표백된 펄프를 제조하기 위해 상기 세정된 펄프를 표백하는 단계를 포함하는, 비-목재 펄프를 제조하는 방법을 제공한다. 선택적으로, 표백된 펄프는 습식 레이드 종이 제품의 제조에 유용할 수 있는 이차 펄프를 생성하도록 정제될 수 있다.
본 발명의 펄프는 바람직하게는 아스파라가세아(Asparagaceae) 과의 식물로부터 제조되고, 습식 레이드 섬유상 제품, 예컨대 티슈 제품의 제조에 매우 적합한 하나 이상의 물리적 특성을 갖는다. 따라서, 소정의 실시예들에서, 본 발명은 아스파라가세아(Asparagaceae) 과의 식물로부터 유래된 복수의 섬유를 포함하는 비-목재 펄프를 제공하며, 비-목재 펄프는 약 1.70mm 초과의 섬유 길이 및 약 80% 이상, 예컨대 약 80 내지 약 92%의 휘도를 갖는다. 소정의 경우에, 펄프는 헤스페라로에(Hesperaloe) 속의 더 많은 식물, 특히 H. funifera, H. parviflora, H. nocturna, H. chiangii, H. tenuifolia, H. engelmannii 및 H. malacophylla로부터 선택된 하나 이상의 식물로부터 제조된다.
다른 실시예들에서, 본 발명의 비-목재 펄프는 비교적 낮은 정도의 부스러기, 예컨대 약 1% 이하의 부스러기를 가지며, 약 4.0 내지 약 10.0 mg/100 m의 거칠기 및 약 100 내지 약 450 cfm의 다공성과 같은 다른 바람직한 물리적 성질을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비-목재 펄프를 제조하기 위한 공정의 공정 흐름도이다;
도 2는 펄프 제조 공정 중에 제거된 수용성 추출물(WSE)의 양을 도시하는 플롯이다;
도 3은 펄프 휘도에 대한 수용성 추출물(WSE)의 효과를 도시하는 플롯이며, 상이한 정도의 WSE를 갖는 펄프의 휘도를 표백의 제1, 제2 및 제3 단계 후에 측정하였다;
도 4는 펄프 휘도에 대한 부스러기의 효과를 도시하는 플롯이며, 상이한 정도의 부스러기를 갖는 펄프의 휘도를 표백의 제1 및 제2 단계 후에 측정하였다;
도 5는 섬유 길이의 분포에 대한 펄프화 전에 바이오매스를 절단하는 효과를 도시한다; 그리고
도 6a 및 도 6b는 500X의 배율로 촬영된 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
정의
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "바이오매스"는 일반적으로 비-목질 식물로부터 유래된 유기물을 지칭하며, 전체 식물 및 식물 기관(즉, 잎, 줄기, 꽃, 뿌리 등) 모두를 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "바가스"는 일반적으로 바이오매스 수용성 고형분의 일부를 제거하기 위해, 예를 들어 압착, 밀링, 압축 또는 침연과 같은 가공 단계를 거친 바이오매스를 지칭한다. 소정의 실시예에서, 바가스는 바이오매스 수용성 고형분의 일부를 추출하기 위해 플러그 스크류 또는 다른 형태의 압축 스크류를 사용하여 바이오매스에 압축 및 침연을 가함으로써 제조된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "펄프"는 일반적으로 바이오매스로부터 유래된 복수의 셀룰로오스 섬유를 지칭하며, 섬유는 겉보기 길이가 겉보기 폭을 초과하는 세장형 형상을 갖는다. 일반적으로, 본 발명에 따라 제조된 펄프는 물에서 분산성이고, 측정 가능한 여수도를 가지며, 핸드시트를 형성하는 데 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "미세물(Fines)"은 일반적으로 약 1 내지 약 100의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 섬유성 수불용성 셀룰로오스 물질을 지칭하며, 여기서 섬유성 수불용성 물질의 길이는 약 0.2mm 미만이다. 소정의 경우에, 본 발명에 따라 제조된 펄프는 미세물을 포함할 수 있다. 소정의 실시예에서, 본 발명에 따라 제조된 펄프에 존재하는 미세물의 양은 약 2.0% 이하, 예컨대 약 1.5% 이하, 예컨대 약 1.0% 이하, 예컨대 약 0.5 내지 약 2.0%일 수 있다. 펄프의 미세물 함량은, 아래의 시험 방법 섹션에서 기술된 바와 같이 OpTest 섬유 품질 분석기-360(OpTest Equipment, Inc., Hawkesbury, ON)을 사용하여, 길이 가중 기준으로 측정될 수 있다. 일반적으로, 길이 가중 기준으로 미세물의 백분율은 미세물 길이의 합을 샘플 내 섬유 및 미세물의 총 길이로 나눈 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "휘도"는 일반적으로 ISO 2470-1:2016에 따라 측정된 펄프 샘플의 광학 휘도를 지칭한다. 휘도는 일반적으로 백분율(%)로 표현된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "부스러기"는 일반적으로 100 μm(0.004 인치)의 슬롯 크기를 갖는 스크린이 장착된 MasterScreen™ 장치 상에 보유된 고형분의 중량 백분율을 지칭한다. 주어진 펄프 샘플 내의 부스러기의 양은 일반적으로 아래의 시험 방법 섹션에 기재된 바와 같이 측정된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "다공성"은 일반적으로 샘플의 공기 투과성을 지칭한다. 다공성은 일반적으로 아래의 시험 방법 섹션에서 설명된 바와 같이 측정되며, 일반적으로 분당 입방 피트(cfm)와 같은 단위 시간 당 단위 면적 당 부피 단위를 갖는다. 주어진 펄프 샘플의 경우, 다공성은 일반적으로 (아래의 시험 방법 섹션에서 기술된 바와 같이) 펄프를 물에 분산시켜 핸드시트를 형성하고, 그런 다음 핸드시트의 다공성을 측정함으로써 측정된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "인장 지수"는 일반적으로 25.4mm당 그램 힘의 단위를 가지며, 제곱미터당 그램의 단위를 갖는, 완전 건조 평량으로 나눈, 샘플의 인장 강도를 지칭한다. 주어진 펄프 샘플의 경우, (아래의 시험 방법 섹션에서 기술된 바와 같이) 펄프를 물에 분산시켜 핸드시트를 형성한 다음, 핸드시트의 인장 및 평량을 측정함으로써 인장 지수를 일반적으로 측정한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "캘리퍼"는 펄프 시트의 대표적인 두께이며, 일반적으로 아래의 시험 방법 섹션에서 설명된 바와 같이 측정된다. 캘리퍼는 일반적으로 밀리미터 또는 미크론의 단위를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "여수도(freeness)"는 TAPPI 표준 T 227 OM-94에 따라 결정된 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness; CSF)를 지칭한다. 여수도는 일반적으로 밀리리터(mL) 단위를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "섬유 길이"는 일반적으로 아래의 시험 방법 섹션에서 설명된 바와 같이 OpTest 섬유 품질 분석기, 모델 FQA-360(OpTest Equipment, Inc., Hawkesbury, ON)을 사용하여 측정된 섬유의 길이 가중 평균 섬유 길이(LWAFL)를 지칭한다. 섬유 길이는 일반적으로 밀리미터 단위를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "거칠기"는 일반적으로 아래의 시험 방법 섹션에서 설명된 바와 같이 OpTest 섬유 품질 분석기-360(OpTest Equipment, Inc., Hawkesbury, ON)을 사용하여 측정된 섬유 단위 길이당 중량을 지칭한다. 거칠기는 일반적으로 단위 길이당 질량 단위, 예컨대 100 미터당 밀리그램(mg/100 미터)을 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "매우 긴 섬유 분율"은 일반적으로 6.0mm 초과의 길이(수 평균 섬유 길이)를 갖는 섬유의 백분율을 지칭하며, 일반적으로 아래의 시험 방법 섹션에서 설명되는 바와 같이 OpTest 섬유 품질 분석기-360(OpTest Equipment, Inc., Hawkesbury, ON)을 사용하여 결정된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "분산성 지수"는 일반적으로 길이 가중 평균 섬유 길이(Lw) 대 수 평균 섬유 길이(Ln)의 비율을 지칭한다. 이 비율은 주어진 펄프의 섬유 길이 분포를 나타낸다. 수 평균 섬유 길이(Ln)에 대한 길이 가중 평균 섬유 길이(Lw)는 일반적으로 아래의 시험 방법 섹션에서 설명된 바와 같이 OpTest 섬유 품질 분석기-360(OpTest Equipment, Inc., Hawkesbury, ON)을 사용하여 결정된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "공칭 크기"는 바이오매스 또는 바가스의 크기를 지칭할 때, 일반적으로 바이오매스 또는 바가스의 적어도 약 70%가 통과하는 주어진 스크린의 크기를 지칭한다. 일반적으로, 스크린은 크기에 따라 재료를 체질할 수 있는 부재이다. 스크린의 예는 천공된 플레이트, 실린더 등, 또는 와이어 메시 또는 천 직물을 포함한다. 바가스 및 바이오매스를 스크리닝하고 크기를 결정하는 바람직한 방법은 아래의 시험 방법 섹션에 기술되어 있다.
설명
본 발명은 비-목질 식물로부터 유래된 펄프 및 이를 제조하기 위한 공정에 관한 것이다. 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명은 고휘도, 비교적 긴 섬유 길이, 낮은 정도의 미세물, 또는 높은 다공성과 같은 개선된 특성을 갖는 펄프를 제공한다. 소정의 바람직한 실시예들에서, 펄프는, 펄프가 습식 레이드 섬유상 제품을 제조하는 데 사용될 때, 물에서 펄프의 분산을 억제하고 스트링잉 또는 뭉침을 유발할 수 있는 매우 긴 섬유를 소량 갖는다.
일반적으로, 본 발명의 펄프는 하나 이상의 비-목질 식물로부터 제조된다. 펄프는 단일 식물 종으로부터 유래된 섬유, 또는 대안적으로, 둘 이상의 상이한 식물 종으로부터 유래된 섬유를 포함할 수 있다. 본 발명에 유용한 바이오매스는 새롭게 수확된 비-목재 식물, 부분적으로 건조된 비-목재 식물, 완전히 건조된 비-목재 식물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 바이오매스는 본질적으로 식물의 상기 그라운드 부분, 보다 구체적으로 크라운 위의 식물의 부분, 더욱 더 바람직하게는 식물의 잎으로 이루어질 수 있다.
소정의 바람직한 실시예에서, 펄프는 아스파라가세아(Asparagaceae) 과의 하나 이상의 비-목재 식물로부터 제조되며, 적절한 비-목재 식물은 A. tequilana, A. sisalana 및 A. fourcroyde와 같은 아가베 속의 하나 이상의 식물, 및 H. funifera, H. parviflora, H. nocturna, H. chiangii, H. tenuifolia, H.　engelmannii, 및 H. malacophylla와 같은 헤스페라로에 속의 하나 이상의 식물을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명의 펄프는 헤스페라로에 속의 하나 이상의 식물, 예컨대 H. funifera, H. parviflora, H. nocturna, H. chiangii, H. tenuifolia, H. engelmannii, 및 H. malacophylla로부터 제조된다.
펄프는 바이오매스, 특히 식물의 비-시드 부분, 보다 구체적으로는 잎 및 보다 더 구체적으로는 식물의 크라운 위의 잎을 가공하고, 바이오매스로부터 수용성 고형분을 추출하여 바가스를 생성하고, 바가스를 화학물질로 함침시키고, 함침된 바가스를 기계적으로 정제하여 일차 펄프를 생산함으로써 비-목질 식물로부터 생산될 수 있다. 일차 펄프는 스크리닝 및 표백과 같은 추가 처리를 거쳐 매우 다양한 최종 용도에 적합한 표백된 펄프를 수득할 수 있다. 소정의 경우에, 정제 전에, 수용성 고형분은 압축 및 침연에 의해 비-목재 바이오매스로부터 제거될 수 있다. 또한, 압축 및 침연을 사용하여 바이오매스로부터 표피를 제거하고, 정제 전에 바이오매스를 일정한 크기로 절단할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 펄프는 기계식 리파이너 펄프화의 하나 이상의 단계 이전에 또는 그 동안에 알칼리성 과산화물 화학물질이 바가스에 첨가되는 기계식 펄프화 공정에 의해 제조된다. 과산화수소 및 알칼리는 다양한 양의 상이한 과산화물 안정제와 함께 이하에서 보다 상세히 개시되는 바와 같이 다양한 형태로 첨가될 수 있고, 리파이너에서 피브릴화 전 또는 동안 바가스에 적용될 수 있다. 적절한 과산화물 안정제는 PCT 공개 번호 WO2005042830A1에 개시된 것과 같은 금속과 복합체를 형성할 수 있는 능력을 갖는 화합물을 포함하며, 그 내용은 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에 포함된다. 특히 유용한 안정제는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA) 및 니트릴로트리아세트산(NTA)을 포함한다. 다른 경우에, 실리케이트 및 황산염이 적절한 안정제일 수 있다. 안정제는 단독으로 또는 필요에 따라 조합하여 사용될 수 있다.
소정의 경우에, 본 발명에 따라 제조된 펄프는 그의 광학적 특성, 특히 휘도를 증가시키기 위해 표백될 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예들에서, 본 발명은 75% 이상, 예컨대 약 77% 이상, 예컨대 약 79% 이상, 예컨대 약 75 내지 약 92%의 휘도를 갖는 헤스페라로에 속의 식물로부터 유래된 비-목재 펄프를 제공한다. 표백은 잘 알려진 펄프 표백 공정 중 어느 하나를 사용하여 수행될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 표백은 원소 염소를 사용하지 않고, 보다 바람직하게는 염소 함유 화합물을 사용하지 않고 수행된다. 표백은 단일 단계로 수행될 수 있거나, 다수의 단계로 수행될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 표백 공정은 적어도 하나의 비-염소 표백 단계를 포함하지만, 산소(산소 탈리그닌 포함), 오존, 과산화물, 하이드로설파이트 등을 갖는 것을 포함하여, 임의의 하나 이상의 종래의 비-염소 표백 단계 또는 시퀀스가 사용될 수 있다.
소정의 실시예들에서는, 본 발명이 제한되지 않는 하나 이상의 광학적 특성을 개선하기 위해 펄프를 표백하는 것이 바람직할 수 있고, 본 발명의 펄프는 표백되지 않고 약 75% 미만, 예컨대 약 50 내지 약 75%, 예컨대 약 55 내지 약 70%의 휘도를 가질 수 있다.
본 발명의 펄프 제품은, 비-목재 섬유로부터 생산되고 기계적 펄프화에 의해 생산되지만, 종래 기술의 비-목재 기계적 펄프와 동일한 여수도 문제를 겪지 않는다. 실제로, 소정의 경우에, 본 발명의 펄프 제품은 상대적으로 높은 여수도, 예컨대 적어도 약 400 mL의 CSF, 예컨대 적어도 약 450 mL의 CSF, 예컨대 적어도 약 500 mL의 CSF, 예컨대 약 400 내지 약 700 mL의 CSF, 예컨대 약 450 내지 약 600 mL의 CSF를 갖는다. 일반적으로, "여수도"는 펄프의 배수 속도, 또는 펄프가 얼마나 "자유롭게" 그 물을 방출할 것인지를 지칭한다. 여수도가 너무 낮으면, 양호한 시트 구조 및 강도를 달성하기 위해 종이 기계 상에서 충분한 물을 제거하는 것이 불가능하다는 점에서, 제지에서 여수도가 중요하다. 종종, 기계적 펄프, 특히 기계적 비-목재 펄프는, 시트로 습식 형성될 때 펄프의 배수를 억제하는 높은 정도의 미세물로 인해 낮은 여수도를 갖는다.
본 발명의 펄프 제품은 일반적으로 습식 랩으로 제공되거나, 시트, 베일 또는 롤형 형태로서 건조된 형태로 제공되며, 포장, 티슈, 서적, 잡지, 글자 등에 사용하기 위해 의도된 것과 같은 다른 섬유성 제품과 구별될 수 있다. 펄프 시트의 캘리퍼는 약 0.05 내지 0.50 cm, 예컨대 약 0.10 내지 약 0.25 cm의 범위일 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 펄프 시트의 완전 건조 평량은 약 200 내지 약 1,000 g/m2 범위일 수 있다.
본 발명의 펄프 제품은 일반적으로 섬유를 소비자에 의해 사용될 최종 제품으로 변환하기 위한 추가 처리를 거친다. 예를 들어, 펄프 제품은 교반하면서 물에 분산되고, 헤드박스에 펌핑되고, 습식 레이드되어 섬유상 웹을 형성할 수 있는 시트 형태로 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 펄프를 제조하기 위한 하나의 비제한적인 공정이 도 1에 도시되어 있다. 상기 공정은 일반적으로 원료 헤스페라로에 바이오매스(10)를 제공하는 단계 및 절단 장치(20)를 사용하여 크기에 맞게 바이오매스(10)를 절단하는 단계를 포함한다. 이하에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 절단은 다양한 수단에 의해 달성될 수 있고, 일반적으로 약 20mm 이하, 예컨대 적어도 약 10mm 이하의 크기를 갖는 절단된 바이오매스를 초래한다. 절단에 더하여, 바이오매스는 바람직하게는 펄프화 전에 수용성 추출물의 일부를 추출하도록 처리된다. 도 1에 도시된 바와 같은 소정의 예에서, 절단된 바이오매스(30)는, 추출 용매(45)로 세척하면서 프레스(40)를 통과해서 바이오매스(30)로부터 수용성 추출물(47)을 제거할 수 있다. 소정의 경우에, 수용성 고형분의 적어도 약 40%가 펄프화 전에 바이오매스로부터 제거된다.
도 1을 계속 참조하면, 추출된 바이오매스(50)는 스크류 프레스(60)를 사용하여 압축되고, 압축된 바이오매스는 스크류 프레스(60)를 빠져나온 후 제1 알칼리성 과산화물 용액(55)으로 함침된다. 함침된 바가스(70)는 제1 정제 조건 하에 제2 알칼리성 과산화물 용액을 첨가하여 리파이너(80)를 사용하여 펄프화되어 일차 펄프(90)를 생산한다. 특히 바람직한 실시예에서, 제1 정제 조건은 일차 펄프가 약 50% 이상의 휘도를 갖도록 한다. 따라서, 제1 정제 조건은 바이오매스를 펄프로 피브릴화하고 펄프의 휘도를 증가시키도록 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 정제 조건은 펄프의 일차 표백이 정제 단계에서 일어나도록 할 수 있다. 예를 들어, 일차 펄프는 적어도 약 50%의 휘도를 갖는 일차 펄프를 생산하는 조건 하에서 정제될 수 있다.
정제 후, 일차 펄프를 희석하고, 이차 표백 전에 부스러기를 제거하기 위해 세척 또는 스크리닝할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 표피 부스러기(105)는 펄프를 클리너(100)를 통과시킴으로써 일차 펄프(90)로부터 제거될 수 있다. 그런 다음, 세척된 일차 펄프(110)를 표백 타워(120)로 옮기고, 제3 알칼리성 과산화물 용액(125)을 첨가하여 표백되어 표백된 펄프(130)를 생산할 수 있다.
일반적으로, 추출, 압착, 밀링, 또는 펄프화와 같은 가공 전에 바이오매스를 크기에 맞게 절단하는 것이 바람직하다. 소정의 경우에, 바이오매스는 크기에 맞게 절단되고 밀링 및 추출 직전에 세척되어 바이오매스의 수용성 분획을 제거할 수 있다. 다른 실시예에서, 바이오매스는 원하는 크기의 바이오매스 칩을 생산하도록 설계된 수확 장비, 특히 단일 작동으로 바이오매스를 절단하고 칩화하도록 설계된 장비를 사용하여 수확할 때 크기에 맞게 절단될 수 있다.
특정 실시예에서, 바이오매스는 목초 수확기를 사용하여 수확시 크기에 맞게 절단될 수 있다. 목초 수확기는 일반적으로 헤더 및 커터 휠 또는 드럼을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 바이오매스는 왕복 나이프, 디스크 또는 회전식 모워 또는 대형 톱형 블레이드를 사용하여, 수확기 헤더에 의해 직접 절단된다. 헤더는 절단 높이가 지면 위로 약 10 내지 약 30 cm와 같이 식물의 크라운 위에 있도록 구성된다. 헤더로부터, 바이오매스가 커터 휠에 공급된다. 커터 휠에는 여러 개의 나이프가 고정되어 있어, 사일리지를 절단하여 수확기의 활송 장치에서 수확기 또는 함께 운전하는 다른 차량과 연결된 화물차 안으로 불어 넣는다. 나이프의 구성, 커터 휠에 부착된 나이프의 수 및 커터 휠의 속도는 바이오매스의 절단 크기를 결정한다. 일 실시예에서, 바이오매스 크기는 공칭 촙 길이가 5 내지 약 50mm, 예컨대 5 내지 약 30mm, 예컨대 약 5 내지 약 20mm가 되도록 선택된다. 공칭 촙 길이는 수확기에 의해 설정되고, 재료의 실제 촙 길이는 커터 휠 내로 공급되는 바이오매스의 배향의 일관성뿐만 아니라 다른 인자에 따라 달라질 수 있음을 주목해야 한다.
다른 경우에, 바이오매스는, 해머 밀, 회전 파쇄기, 전단 파쇄기, 나이프 호그, 통 그라인더, 우드칩퍼, 또는 진입하는 바이오매스의 공칭 크기를 감소시키는 임의의 다른 장치와 같은 기계적 크기 감소 공정을 사용하여 수확 후 일정 크기로 절단될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 바이오매스는 해머밀을 사용하여 일정 크기로 절단된다. 예를 들어, 수확된 바이오매스는, 통 그라인더, 수평 그라인더/파쇄기, 또는 단순 목재칩퍼와 같은 것들을 사용하여 해머밀 작동에 의해 보다 쉽게 취급될 수 있는 포맷으로 변형될 수 있다. 이들 제1 단계 시스템은 전형적으로, 원하는 크기로 쉽게 밀링할 수 있는 덜 조밀하고 느슨한 포맷으로 신속하게 재료를 전단하거나 파쇄하는 큰 무딘 해머를 갖는 큰 회전 드럼을 갖는다. 대형 스크린은 일반적으로 제1 단계 분쇄에 사용되어, 오버사이즈 재료가 분쇄 챔버를 빠져나오는 것을 방지한다. 이들 스크린은 약 5 내지 약 15 cm의 크기 범위의 개구를 가질 수 있다. 치퍼는 일반적으로 드럼 축에 평행한 고정식 나이프가 있는 회전 드럼을 사용한다. 절단된 바이오매스의 크기는 일반적으로 공급 속도에 의해 제어된다. 일단 제1 단계 분쇄 또는 치핑이 완료되면, 원료물질은 해머밀을 사용하여 원하는 입자 크기로 밀링된다. 해머밀은 재료 입자를 파쇄하고 찢을 수 있는 고속으로 재료에 영향을 미치는 돌출된 금속 막대(즉, 해머)가 있는 큰 회전 드럼을 사용한다. 일반적으로, 금속 막대는 드럼으로부터 자유롭게 스윙하지만, 고정된 해머는 또한 해머 밀 설계에서 흔하다. 해머밀을 빠져나오는 바이오매스의 크기는 5 내지 약 50mm, 예컨대 5 내지 약 30mm, 예컨대 약 5 내지 약 20mm의 범위일 수 있다.
일반적으로, 특히 바이오매스가 펄프화되거나 표백되기 전에, 바이오매스를 절단하는 것은 생성된 펄프의 하나 이상의 물리적 특성을 개선한다. 예를 들어, 바이오매스를 절단하는 것은 펄프 내의 긴 섬유의 분율을 감소시켜 펄프를 보다 쉽게 분산성으로 그리고 순응적으로 만들고, 습식 레이드 종이 제품, 특히 습식 레이드 티슈 제품의 제조에 사용될 수 있게 한다. 소정의 예에서, 긴 섬유 분율의 감소는 섬유 길이의 상당한 감소 없이 달성될 수 있어서, 펄프는 약 1.75mm 이상, 예컨대 약 1.80mm 이상, 예컨대 약 1.85 mm 이상, 예컨대 약 1.90 mm 이상, 예컨대 약 1.95 mm 이상, 예컨대 약 2.0mm 이상, 예컨대 약 1.75 내지 약 2.50mm, 예컨대 약 1.85 내지 약 2.50 mm의 섬유 길이를 가질 수 있다. 펄프화 전에 절단하거나 절단하지 않고 제조된 헤스페라로에 펄프뿐만 아니라 종래의 북부 연질목 크래프트 펄프에 대한 펄프 섬유 길이의 비교가 아래 표 1에 나타나 있다.
펄프의 설명 매우 긴 섬유 (%) 섬유 길이 3-6 mm (%)
미절단 0.8 17.55
기계식 치퍼로 크기에 맞게 절단 0.08 5.73
수확기로 크기에 맞게 절단 0.05 3.52
북부 연질목 크래프트 펄프 0.01 8.09
펄프화 전에 바이오매스를 절단하는 것은 또한 매우 긴 섬유 길이를 갖는 펄프 섬유의 분율, 즉 6.0mm 이상의 섬유 길이를 갖는 펄프 섬유의 분율을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따라 제조된 펄프는 약 0.25% 미만의 매우 긴 섬유, 보다 바람직하게는 약 0.20% 미만의 매우 긴 섬유, 보다 바람직하게는 약 0.15% 미만의 매우 긴 섬유를 포함할 수 있다. 헤스페라로에 바이오매스를 절단하지 않고 제조된 펄프와 비교하여 본 발명에 따른 헤스페라로에 바이오매스를 절단하여 제조된 펄프의 매우 긴 섬유 분율을 비교한 것이 아래 표 2에 나타나 있다.
펄프화 공정 알칼리성 과산화물 기계적 펄프화 알칼리성 과산화물 기계적 펄프화 알칼리성 과산화물 기계적 펄프화 알칼리성 과산화물 기계적 펄프화 기계적 교반을 이용한 산 촉매 가수분해
표백 예 예 예 예 아니요 아니요
절단 예 예 아니요 아니요 아니요 아니요
휘도 (%) - 82 78 - - 55
여수도 (mL) 576 604 - 529 170 512
섬유 길이 (mm) 2.09 1.75 2.73 2.73 1.73 1.45
거칠기 (mg/100m) 5.5 4.5 NA - - 5.1
중량 평균 미세물 0.8 1.3 0.9 1.1 4.6 4.3
매우 긴 섬유 (%) 0.08 0.05 0.56 0.54 0.09 0.01
또 다른 예에서, 펄프화 전에 바이오매스를 절단하면 섬유 길이의 분포를 감소시키거나 좁혀서, 분산 지수가 약 2.00 이하, 보다 바람직하게는 약 1.90 이하, 보다 더 바람직하게는 약 1.80 이하, 예컨대 약 1.50 내지 약 2.00, 예컨대 약 1.50 내지 약 1.90, 예컨대 약 1.50 내지 약 1.80이다. 약 2.00 미만, 보다 바람직하게는 약 1.80 미만의 분산 비율을 갖는 것은, 섬유의 길이가 비교적 균일하여, 물에 펄프를 분산시키는 것을 개선하고, 습식 레이드 종이 제품을 형성할 때 섬유 뭉침 및 스트링잉을 감소시키는 것을 보장한다.
바이오매스는 절단되거나 미절단된 상태로 임의의 적절한 추출 공정에 의해 추출될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 추출은 용매 추출, 특히 수성 추출, 보다 특히 물과 같은 수성 극성 용매이다. 당업자는, 용매, 추출될 바이오매스의 양, 및 추출 절차에 기초하여 추출 용매 대 바이오매스의 비율이 달라질 것임을 인식할 것이다. 소정의 바람직한 실시예에서, 추출 용매는 물이고, 추출 용매 대 바이오매스의 비율은, 추출 용매의 리터 대 완전 건조 바이오매스의 킬로그램에 기초하여, 약 1:5 내지 약 1:100, 예컨대 약 1:5 내지 약 1:50, 보다 바람직하게는 약 1:5 내지 약 1:20이다.
추출 용매의 pH는 약 pH 5.0 내지 8.0, 예를 들어, 약 pH 6.0 내지 약 8.0, 약 pH 6.5 내지 약 7.5일 수 있다. 특정 실시예에서, 추출 용매는 약 pH 6.5 내지 약 7.5의 pH를 갖는 물이다. 추출이 미정제 주스를 이용한 흡수를 포함하는 실시예에서, 흡수 유체는 약 4.0 내지 약 5.0의 pH를 가질 수 있다.
추출 공정이 배치 추출 공정인 실시예에서, 추출 지속시간은 예를 들어, 약 0.5 내지 약 2시간, 약 1 내지 약 8시간, 또는 약 1 내지 약 6시간과 같은 약 0.25 내지 약 24시간의 범위일 수 있다.
추출 공정이 연속 공정인 실시예에서, 추출 지속 시간은 약 0.25 내지 약 5시간, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 3시간의 범위일 수 있다.
본 발명의 조성물을 제조하기 위해, 단순 수성 추출이 바람직할 수 있지만, 다른 추출 방법도 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 바이오매스의 단순 물 추출은 본 발명에 따라 추가로 가공될 수 있는, 본원에서 바가스로 지칭되는 불용성 바이오매스 분획을 달성하는 데 적합할 수 있다. 다른 경우에, 추출제 용액은, 물 이외에, 계면활성제, 추가 용매 또는 추출물-함유 주스를 포함할 수 있다. 추출물 함유 주스는, 예를 들어, 더 초기의 추출 단계 또는 더 초기의 밀링 단계로부터 유래될 수 있다.
특정 실시예에서, 바이오매스의 추출과 밀링을 조합하는 것이 바람직할 수 있다. 바이오매스는 롤, 스크류, 및 다른 형태의 프레스를 사용하여 밀링될 수 있다. 소정의 바람직한 실시예에서, 바이오매스는 수용성 분획의 기계적 제거 및 후술하는 바와 같이 추가 처리를 거칠 수 있는 바가스의 생산을 최대화하기 위해 대향하는 역회전 롤의 하나 이상의 닙 사이로 통과한다. 바가스가 다수의 가압을 받는 이들 실시예에서, 통상적으로 주스로 지칭되는, 하나의 밀링 단계에서 제거된 수용성 분획은 후속 밀링 단계에서 바가스를 세척하는데 사용될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 헤스페라로에 바이오매스는 일정한 크기로 절단되고, 밀링되고, 수성 용매로 추출되어 무기 염, 당류, 다당류, 유기산 및 사포닌과 같은 수용성 추출물을 제거할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 수용성 고형분은 선택적으로 흡수와 함께 일렬로 배열된 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 밀과 같은 일련의 밀에 의해 펄프화되기 전에 바이오매스, 특히 헤스페라로에 잎으로부터 제거된다. 일반적으로, 추출 단계는 단독으로 또는 밀링과 조합하여, 바이오매스로부터 적어도 약 25%의 수용성 고형분을, 보다 바람직하게는 적어도 약 50%, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 75%, 예컨대 약 25 내지 약 98%, 예컨대 약 50 내지 약 90%, 예컨대 약 75 내지 약 90%를 제거한다.
바이오매스로부터 수용성 추출물의 제거는 바람직하게는 펄프화 전에, 보다 바람직하게는 표백 전에 수행된다. 바이오매스로부터 수용성 추출물을 제거하는 것은 펄프화 및/또는 표백의 효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 일차 펄프로부터 그의 수용성 추출물의 상당한 부분, 예컨대, 적어도 약 85%, 및 더욱 더 바람직하게는 수용성 추출물의 적어도 약 90%를 제거하는 것이 표백된 펄프의 휘도를 개선하는 것으로 입증되었다. 소정의 예에서, 본 발명은 표백 전에 펄프로부터 수용성 추출물의 적어도 85%, 예컨대 적어도 약 90%, 예컨대 적어도 약 95%를 제거하는 것을 제공한다. 표백 전에 수용성 추출물을 제거함으로써, 표백된 펄프는 약 80% 이상의 휘도를 가질 수 있다. 표백에 대한 수용성 추출물의 효과 및 결과적인 펄프의 휘도의 예시가 도 3에 나타나 있다.
다른 실시예들에서, 수용성 고형분은 확산에 의해 펄프화 전에 바이오매스로부터 제거될 수 있다. 확산시, 바이오매스는 수용성 고형분을 추출하기 위해 용매와 접촉하게 된다. 일반적으로, 바이오매스는 섬유에 대한 손상을 최소화하고 과도한 양의 미세물이 발생하는 것을 피하기 위해, 먼저 절단하되 전단이나 파쇄는 하지 않고 제조된다. 그런 다음, 제조된 바이오매스를 확산기 내의 용매로 반복적으로 세척하여 바이오매스로부터 수용성 고형분을 추출한다. 용매는 전술한 용매 중 임의의 것일 수 있다. 예시적인 용매는 물, 특히 뜨거운 물, 보다 특히 약 40 내지 약 90℃의 온도를 갖는 물이다.
다양한 유형의 확산기가 당업계에 공지되어 있고, 본원에 기술된 바와 같은 바이오매스와 함께 사용하도록 구성될 수 있다. 적합한 확산기는 링 확산기, 타워 확산기, 또는 드럼 확산기를 포함한다. 예시적인 확산 시스템은, 예를 들어, 미국 특허 제4,182,632호, 제4,751,060호, 제5,885,539호 및 제6,193,805호에 논의되어 있으며, 그 내용은 본 개시와 일치하는 방식으로 본원에 통합된다. 다수의 다른 확산 방법 및 확산 방법을 위한 장치가 공지되어 있고, 본원에 기술된 방법에서 사용하도록 구성될 수 있다. 이러한 확산기 중 하나는, 미국 미네소타주 블레인 소재의 크라운 아이언 웍스로부터 상업적으로 입수 가능한, 연속 루프, 카운터 전류, 얕은 베드의 크라운 모델 III 퍼컬레이션 추출기이다.
또 다른 실시예들에서, 바이오매스의 수용성 분획은 압축 및 침연에 의한 펄프화 전에 제거될 수 있다. 압축 및 침연은 다수의 장치 또는 단일 압축 및 침연 장치, 예로, 플러그 스크류 피더, 예를 들어, Alpharetta, GA의 Andritz, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능한 MSD Impressafiner®, 또는 절단 및 세척된 바이오매스를 압축하고 침연하기에 적합한 다른 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 절단된 바이오매스는, 수용성 분획을 제거하고 펄프화를 위한 바이오매스를 제조하기 위해 적어도 2.5:1 압축비, 예컨대 4:1 압축비, 예컨대 5:1 압축비(그 사이에 모든 압축비를 포함함)를 가질 수 있는 장치에 의해 압축될 수 있다. 압축비는 압축 구역의 유출부 부피와 관련된 압축 구역의 유입구 부피로서 정의된다. 이러한 압축비는 펄프화 동안 적절한 화학적 흡수를 보장하기 위해 바이오매스 상에서 충분한 가압을 허용한다.
압축에 사용되는 장치는 침연에 추가로 사용될 수 있거나, 침연 단계에 별도의 장치가 사용될 수 있다. 침연은 물리적 기계적 처리의 적용에 의해 바이오매스를 부드럽게 하고 섬유로 분리시킨다. 침연은 후속 펄프화 단계 동안 화학물질을 흡수하기 위해 이용 가능한 바가스의 표면적을 증가시킬 수도 있다.
추출된 바가스는 알칼리계 화학물질과 같은 화학물질의 첨가 여부에 관계없이 기계적 정제에 의해 펄프로 변환된다. 소정의 실시예들에서, 추출된 바가스가 침연되어 섬유를 형성하지만 여전히 압축 상태로 있는 후에 화학물질을 첨가하는 것이 바람직할 수 있다. 일단 화학물질이 도입되면, 압축력이 해제되어 화학물질이 침연된 섬유의 세포 내로 끌어당겨질 수 있어서, 압축되고, 분쇄되고, 함침된 바가스를 형성할 수 있다. 단지 침연 후 및 압축 하에서 화학물질을 도입함으로써, 세척되고 탈수된 리그노셀룰로스 물질에 의해 흡수된 화학물질의 부피는, 화학물질이 단지 압축 후 또는 단지 침연 후에 첨가되는 공지된 공정에서보다 크다.
소정의 실시예에서, 펄프화는 당업계에 공지된 바와 같은 알칼리성 과산화물 기계적 펄프화(APMP) 공정을 사용하여 수행된다. 적절한 APMP 공정은, 예를 들어, 미국 특허번호 4,270,976 및 8,048,263에 설명되어 있으며, 그 내용은 본 발명과 일치하는 방식으로 참조로서 본원에 원용된다. 일반적으로, APMP 공정은 다양한 양의 상이한 과산화물 안정제와 함께 다양한 형태의 과산화수소 및 알칼리를 리파이너에서 피브릴화 전 또는 동안 바가스에 첨가하는 단계를 포함한다.
특히 바람직한 실시예에서, 바가스는 제1 알칼리성 과산화물 용액에 의해 함침된다. 함침은 바람직하게는 제1 반응 시간 동안 압축 및 침연 장치에서 수행된다. 그런 다음, 함침된 바가스를 케이싱 내에 유입구 및 회전 디스크를 갖는 다이제스터에 공급한다. 바가스가 다이제스터에 공급될 때 제2 알칼리성 과산화물 용액을 침지된 바가스에 첨가한다. 제2 알칼리성 과산화물 용액 및 함침된 바가스를 다이제스터 케이싱 내의 회전 디스크에 의해 제2 반응 시간 동안 다이제스터에서 혼합하여 함침된 바가스를 일차 펄프로 정제한다.
다이제스터 단계는 연속 또는 배치 모드로 작동할 수 있다. 연속 모드가 사용되는 경우, 단일 다이제스터 또는 복수의 다이제스터가 직렬 또는 병렬로 작동될 수 있다. 배치 모드가 사용되는 경우, 함침된 바가스를 다이제스터로 연속적으로 옮기고 일차 펄프를 다이제스터로부터 연속적으로 공급할 수 있도록 다수의 다이제스터가 교대로 작동한다.
다이제스터는 약 120 내지 약 190℃의 온도에서 작동될 수 있다. 다이제스터는 수평, 수직 또는 경사 배향될 수 있다. 또한, 다이제스터는 동시 또는 역류, 또는 동시 및 역류 모드의 조합으로 작동할 수 있다. 이러한 맥락에서, 다이제스터 내의 동시 유동은 바이오매스의 유동이 임의의 첨가된 알칼리성 과산화물 용액과 동일한 방향으로 이루어짐을 의미한다. 또한, 다이제스터는 높거나 낮은 점조도로 작동될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 다이제스터 용기는 적어도 약 20%, 예컨대 적어도 약 30%, 예컨대 약 35 내지 약 45%의 점조도와 같은 높은 점조도로 작동된다. 다이제스터 용기가 높은 점조도로 작동되는 실시예에서, 리큐어 대 바이오매스 비율은 약 2.0 내지 약 5.0의 범위일 수 있다.
일차 펄프는 알칼리성 과산화물 화학물질과 일차 펄프 사이의 지속적인 반응을 허용하는 조건 하에서 다이제스터로부터 방출될 수 있다. 이러한 방식으로, 일차 펄프는 이차 표백 전에 세척을 용이하게 하기 위해 희석되기 전 비교적 높은 점조도로 표백의 제1 단계를 거칠 수 있다. 예를 들어, 일차 펄프는 적어도 약 20%, 예컨대 적어도 약 30%, 예컨대 약 35 내지 약 45%의 점조도로 유지될 수 있고, 알칼리성 과산화물 화학물질과 반응하여 약 50 내지 약 60%의 휘도를 갖는 일차 펄프를 생산할 수 있다. 그런 다음, 일차 펄프를 희석하고, 세척하여 부스러기를 제거하고, 추가 표백하여 약 80% 이상의 휘도를 갖는 표백된 펄프를 생성할 수 있다.
소정의 경우에, 알칼리성 과산화물 화학물질과 일차 펄프 간의 지속적인 반응을 허용하기 위해, 일차 펄프가 혼합되고 이차 표백을 위해 표백 타워로 전달되는 동안 첨가된 물과 혼합 스크류를 사용함으로써 일차 펄프의 방출 동안 온도 조건이 유지될 수 있다. 일차 펄프의 온도는 또한 액체 또는 기체의 첨가에 의해 또는 일차 펄프가 표백 타워로 직접 방출되는 경우 열 전달 구성 요소의 사용을 통해 표백 타워 내에서 열적으로 조정될 수 있다.
소정의 예에서, 일차 펄프는 전달 스크류, 슈트 등에 의해 대기 조건 하에서 다이제스터로부터 표백 타워로 전달될 수 있다. 다이제스터가 가압된 케이싱을 포함하는 경우, 일차 펄프는 블로우 밸브를 통해 표백 타워로 배출될 수 있다.
다이제스터 조건은, 일차 펄프가 표백 타워로 배출되기 전에 약 80℃ 초과, 예컨대 약 80℃ 내지 약 85℃의 온도를 가지고, 약 8.5 초과, 더욱 바람직하게는 약 9.0 초과, 더욱 더 바람직하게는 약 9.5 초과의 pH를 갖도록 유지될 수 있다. 일단 일차 펄프가 방출되면, 예를 들어 냉각에 의해 펄프가 퀀칭될 수 있다. 예를 들어, 일차 펄프는 표백 타워에 전달되거나 표백 타워에 의해 수용됨에 따라 약 80℃ 미만으로 냉각될 수 있다.
일반적으로, 일차 펄프는 이차 표백 단계에서 추가적인 표백을 거친다. 일차 표백 단계 후에, 일차 펄프를 희석하고, 세척하여 부스러기를 제거하고, 추가로 표백하여 약 80% 이상의 휘도를 갖는 표백된 펄프를 생성할 수 있다. 다른 경우에, 일차 펄프의 점조도는 변하지 않을 수 있고, 표백된 일차 펄프는 이차 표백 전에 높은 점조도의 정제를 거칠 수 있다. 또 다른 경우에, 표백된 일차 펄프는 이차 표백 전에 높은 농도 및 낮은 농도 정제 둘 다를 거칠 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 표백된 일차 펄프는 트윈-플로우, 비가압, 리파이너를 사용하여 약 3.0 내지 약 5.0%의 점조도와 같은 낮은 점조도로 희석되고 정제될 수 있다.
이차 표백은 바람직하게는 염소 또는 염소 함유 화합물을 사용하지 않고 수행된다. 보다 바람직하게는, 이차 표백은 시안아미드 또는 시안아미드 염의 첨가와 함께 과산화물, 산소 및/또는 오존과 같은 비-염소 산화제를 사용하여 수행된다. 이차 표백이 표백제로서 과산화물을 포함하는 경우, 공정은 또한 과산화물의 분해를 피하기 위해 하나 이상의 안정제 또는 복합체 형성제를 포함할 수 있다. 일차 펄프로부터의 중금속 염이 표백 전에 세척에 의해 제거되는 경우, 안정제 또는 복합체 형성제의 첨가는 생략될 수 있다.
소정의 실시예에서, 이차 표백 전에 일차 펄프로부터 표피 부스러기를 분리하는 것이 바람직할 수 있다. 표피 부스러기는 일반적으로 바이오매스 잎의 큐티클로부터 유래하며, 셀룰로오스 표피의 추가 층을 포함할 수 있다. 표피 부스러기는 셀룰로오스, 큐틴, 큐탄, 다당류, 지질 및 왁스를 포함할 수 있다. 표피 부스러기는 소수성일 수 있고, 종이 제품에서 바람직하지 않은 색상 또는 촉감을 가질 수 있다. 예를 들어, 표피 부스러기는 갈색 또는 황색을 띠고 거친 촉감을 가질 수 있다.
이차 표백 전에 표피 부스러기를 제거하면 이차 표백 효율을 개선하고 완성된 펄프의 휘도를 증가시킬 수 있다. 또한, 표피 부스러기의 제거는 펄프로 제조된 종이 제품의 물리적 특성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 펄프로부터 표피 부스러기를 제거하는 것은 그로부터 제조된 티슈 제품의 촉감 및 부드러움을 개선할 수 있다. 다른 경우에, 종종 소수성 부스러기가 종이 제품을 형성하는 셀룰로오스 섬유와의 결합에 매우 적합하지 않기 때문에, 펄프로부터 표피 부스러기를 제거하는 것은 최종 제품에서의 보풀의 양을 감소시킬 수 있다.
소정의 실시예들에서, 일차 펄프의 부스러기 함량은 약 5중량% 이하, 예컨대 약 3중량% 이하, 예컨대 이차 표백 전 약 2.5중량% 미만, 예컨대 약 2.0중량% 미만인 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 일차 펄프는 낮은 부스러기 함량을 가지며, 이와 같이 일반적으로 부스러기의 양에 대한 특정 하한은 없다. 그러나, 소정의 경우에, 소정의 양의 표피 부스러기가 가공 후에도 남아있을 수 있고, 일차 펄프는 약 0.5중량% 이상, 예컨대 약 1.0 내지 약 5.0중량%의 부스러기 함량을 가질 수 있다.
이차 표백 전에 부스러기를 감소시킴으로써, 생성된 표백된 펄프는 개선된 휘도 및 허용 가능한 수준의 부스러기를 가질 수 있다. 이러한 펄프는 고휘도의 종이 제품, 특히 고도의 휘도와 낮은 보풀을 요구하는 티슈 제품을 생산하기에 매우 적합하다. 따라서, 소정의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 표백된 펄프는 적어도 약 80%의 휘도 및 약 1.0 wt% 이하, 예컨대 약 0.90 wt% 이하, 예컨대 약 0.80 wt% 이하, 예컨대 약 0.60 wt% 이하의 부스러기 함량을 갖는다. 소정의 경우에, 표백된 펄프가 검출 가능한 부스러기를 갖지 않도록 표백 전에 펄프로부터 실질적으로 모든 부스러기를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
일차 펄프로부터 표피 부스러기를 제거하는 데 유용한 장치의 비제한적인 예는 하나 이상의 스크린, 클리너, 세척기, 또는 서지 탱크를 포함한다. 소정의 예에서, 부스러기는 스크린, 특히 슬롯을 갖는 제1 스크린 및 구멍을 갖는 제2 스크린을 구비한 본체를 갖는 압력 스크린을 사용하여 제거될 수 있어서, 슬롯 및 구멍 둘 모두가 일차 펄프를 스크리닝하는 데 사용될 수 있다. 다수의 스크린이 다수의 상이한 구성 및 흐름으로 사용될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 부스러기는 적어도 하나의 슬롯을 갖는 압력 스크린을 사용하여 펄프를 스크리닝함으로써 일차 펄프로부터 제거된다. 슬롯은 약 0.3 mm 이하, 예컨대 약 0.25 mm 이하, 예컨대 약 0.10 내지 약 0.15 mm의 폭 치수를 가질 수 있다.
부스러기는 또한 하나 이상의 원뿔형 클리너, 특히 하나 이상의 하이드로사이클론에 의해 일차 펄프로부터 제거될 수 있다. 당업자는 하이드로사이클론이 밀도에 기초하여 불용성 고형분을 분리하기 위해 원심력 및 다른 유체역학적 힘을 사용하는 세정 장비에 대한 일반적인 설명이라는 것을 인식할 것이다. 일반적으로, 원뿔형 클리너는 감소하는 (단면) 직경을 제공하는 기하학적 구조를 갖는다. 다수의 클리너가 다양한 배향으로 조합되어 공통의 공급 및 배출 챔버를 공유할 수 있다.
원뿔형 클리너는 전방 유동(일반) 클리너; 저밀도 클리너, 역방향 클리너, 관통 유동 클리너, 코어 블리드 클리너, 비대칭 클리너, 및 회전 바디 클리너 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 표피 부스러기는 약 25 내지 약 120 cm의 직경, 및 약 100 내지 약 210 kPa의 작동 압력 강하를 갖는 적어도 하나의 저밀도 클리너에 의해 일차 펄프로부터 제거된다. 저밀도 클리너는 전방 피드 구성으로 약 0.5 내지 약 2.0%의 펄프 콘시스터턴시로 작동될 수 있다.
세정 후, 세정된 펄프는 이차 표백을 받을 수 있다. 이차 표백은 중간 또는 높은 점조도에서 수행될 수 있고, 완성된 펄프의 원하는 휘도에 따라 1, 2 또는 3단계의 표백으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 중간 점조도 표백은 약 16% 미만, 예컨대 약 8% 내지 약 16%, 예컨대 약 8 내지 약 12%의 펄프 점조도로 수행된다. 반면에, 높은 점조도의 표백은 약 16%, 예컨대 약 16 내지 약 30%, 예컨대 약 16 내지 약 22%의 펄프 점조도로 수행될 수 있다.
소정의 바람직한 실시예에서, 이차 표백은 과산화물 안정제를 첨가하거나 첨가하지 않은 알칼리성 과산화물 용액, 즉 규산나트륨 및 DTPA으로 약 10%의 점조도로 2단계로 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 이차 표백은 약 10%의 점조도로 제1 단계가 수행되고 약 20%의 점조도로 제2 단계가 수행되고, 과산화물 안정제, 즉 규산나트륨 및 DTPA를 갖거나 갖지 않는 알칼리성 과산화물 용액을 사용하여 두 단계 모두 수행되는 2개의 단계로 수행될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 이차 표백은, 예를 들어, 약 20%의 점조도에서, 하나의 높은 점조도 단계에서 수행될 수 있다. 단계 수 또는 펄프의 점조도에 상관없이, 전체 과산화물 투여량은 약 8 내지 약 12%의 범위일 수 있고, 가성 대 과산화물 비율은 약 0.4 내지 약 0.6의 범위일 수 있다.
이차 표백은 약 80℃ 내지 약 85℃의 온도에서 수행될 수 있고, 총 유지 시간은 약 1 내지 약 5시간의 범위일 수 있다. 표백된 펄프의 최종 pH는 약 9 내지 약 11, 보다 바람직하게는 약 9 내지 약 10일 수 있다.
표백된 펄프는 추가 가공 단계에 공급될 수 있으며, 이는 습식 레이드 종이 제품의 제조와 같은 최종 용도에 적합한 이차 표백된 펄프를 제조하기 위한 기계적 정제, 스크리닝 및 세척을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 작업을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 표백된 펄프는 트윈-플로우, 비가압, 리파이너를 사용하여 약 3.0 내지 약 5.0%의 점조도와 같은 낮은 점조도로 희석되고 정제될 수 있다. 그런 다음, 정제된 표백된 펄프를 탈수하고, 건조시키고, 시트로 형성할 수 있다.
옵션으로, 본 발명에 따라 제조된 표백된 펄프 및 표백되지 않은 펄프 둘 다 건조된 시트 또는 롤로 형성될 수 있다. 펄프는 물로 희석되어, 팬 펌프를 통해 헤드박스로 펌핑될 수 있는 희석된 펄프를 생성할 수 있다. 희석된 펄프는 약 0.1 내지 약 5% 고형분, 예컨대 약 0.5 내지 약 3% 고형분, 예컨대 약 1 내지 약 2.5중량% 고형분 범위의 점조도로 헤드박스에 공급될 수 있다.
헤드박스로부터, 희석된 펄프를 와이어 상에 분무하고 부분적으로 탈수시켜 부분적으로 탈수된 펄프 시트를 형성할 수 있다. 와이어는 루프로 이동하는 유공성 연속 금속 스크린 또는 플라스틱 메시일 수 있다. 와이어는, 예를 들어, 플랫 와이어 Fourdrinier, 트윈 와이어 형성제, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 낮은 진공 박스 및 흡입 박스가 종래의 방식으로 와이어와 함께 사용될 수 있다. 와이어 상에서 탈수한 후의 펄프 시트의 점조도는 약 2 내지 약 35% 고형분, 예컨대 약 10 내지 약 30% 고형분 범위일 수 있다.
부분적으로 탈수된 펄프 시트는 습식 가압 섹션으로 운반될 수 있다. 추가의 물을 가압할 수 있고, 습식 가압 섹션에서 펄프로부터 진공 처리될 수 있다. 습식 가압 섹션은, 펄프 시트를 지지하고 가압된 물을 흡수할 수 있는 가압 펠트에 의해 서로 가압되는 롤에 의해 형성된 닙 시스템으로 펄프로부터 물을 제거할 수 있다. 진공 박스는, 펠트가 다음 사이클에서 닙으로 복귀할 때, 시트에 수분을 첨가하지 않도록, 수분을 제거하기 위해 가압 펠트에 진공을 인가하는 데 선택적으로 사용될 수 있다. 습식 가압 섹션은 부분적으로 탈수된 펄프 시트의 점조도를 약 40% 이상의 고형분, 예컨대 약 50% 이상의 고형분까지 증가시킬 수 있다.
가압된 펄프는 열 건조기 섹션에 의해 건조될 수 있다. 펄프 시트는 더 많은 물을 제거하기 위해 100℃를 초과하는 온도에서 열 건조기 섹션에서 건조될 수 있다. 열 건조기는, 예를 들어, 펄프가 가열된 실린더 위로 전진함에 따라 펄프의 수분을 증발시키는 일련의 내부 증기 가열된 실린더를 포함할 수 있다. 일반적으로, 열 건조기는 가압된 펄프의 점조도를 약 80중량% 이상, 예컨대 약 90중량% 이상, 예컨대 약 80 내지 약 95중량%로 증가시킨다.
열 건조기를 빠져나오는 건조된 펄프는 연속적인 건조된 펄프 시트의 형태일 수 있으며, 이는 시트, 베일, 롤 또는 다른 형태로 결합될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 생성된 펄프 시트는 약 3% 미만, 보다 바람직하게는 20% 미만, 보다 더 바람직하게는 약 10% 미만의 수분 함량을 갖는다. 펄프 시트는 임의의 주어진 평량으로 생산될 수 있지만, 소정의 실시예들에서 펄프 시트는 적어도 약 150g/m2(gsm), 예컨대 약 150 내지 약 600gsm, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 약 500gsm의 평량을 가질 수 있다.
충분한 배수가 일어나지 않는 경우, 종이 기계의 속도가 감소되어야 하거나, 습식-형성된 웹이 유공성 표면 상에서 함께 유지되지 않을 것이기 때문에, 시트 형성 동안 배수 및 물을 분산할 수 있는 펄프 시트의 능력은 매우 중요하다. 이러한 배수 파라미터의 척도는 여수도, 보다 구체적으로는 캐나다 표준 여수도(CSF)이다. 따라서, 소정의 실시예에서, 본 발명에 따라 제조된 펄프는 약 400 mL 초과, 보다 바람직하게는 약 450 mL 초과, 예컨대 약 400 내지 약 600 mL의 캐나다 표준 여수도(CSF)를 갖는다.
본 발명에 따라 생산된 펄프는 습식 레이드 종이 제품 및 보다 특히 습식 레이드 티슈 제품의 제조에 사용하기에 매우 적합하도록 하는 하나 이상의 개선된 물리적 특성을 가질 수 있다. 본 발명의 펄프는 원하는 속성을 갖는 습식 레이드 제품을 형성하기 위해 필요에 따라 다른 목재 및 비-목재 펄프와 배합될 수 있다. 배합된 펄프는 화학적(설파이트, 크래프트), 열적, 기계적, 또는 이들 기술의 조합과 같은 여러 가지 잘 알려진 방법 중 어느 하나에 의해 생산된 목재 펄프 섬유를 포함할 수 있다. 소정의 예에서, 본 발명의 펄프는 종래의 제지 지료에서 하나 이상의 펄프, 특히 목재 펄프를 대체할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 펄프는 표백된 연질목 크래프트(NBSK) 펄프 섬유를 대체할 수 있다. 이러한 경우에, 생성된 제품은, 기계 방향 인장 강도와 같은 증가된 강도를 가질 수 있으며, 이는 본 발명의 섬유의 정제를 조정함으로써 변형될 수 있다.
소정의 실시예들에서, 본 발명은 비-목재 펄프, 특히 본원에 기술된 바와 같은 기계적 펄프화에 의해 제조되고, 약 1.75mm 이상, 예컨대 약 1.80mm 이상, 예컨대 약 1.85mm 이상, 예컨대 약 1.90mm 이상, 예컨대 약 1.95mm 이상, 예컨대 약 2.0mm 이상, 예컨대 약 1.75mm 내지 약 2.50mm, 예컨대 약 1.85mm 내지 약 2.50mm의 섬유 길이를 갖는 헤스페라로에 펄프를 제공한다. 전술한 섬유 길이에서, 펄프는 약 0.25% 미만, 보다 바람직하게는 약 0.20% 미만, 보다 더 바람직하게는 약 0.15% 미만의 매우 긴 섬유 분율을 가질 수 있다.
다른 실시예들에서, 비-목재 펄프는 비교적 낮은 정도의 미세물 및 높은 여수도, 예컨대 약 2.0% 미만, 보다 바람직하게는 약 1.5% 미만, 보다 더 바람직하게는 약 1.0% 미만, 예컨대 약 0.5 내지 약 2.0%의 미세물 함량을 갖는다. 저 함량의 미세물을 갖는 것 이외에, 비-목재 펄프는 약 400 mL 이상, 예컨대 약 450 mL 이상, 예컨대 약 500 mL 이상의 여수도를 가질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 약 80% 이상, 예컨대 약 81% 이상, 예컨대 약 82% 이상, 예컨대 약 80 내지 약 92%, 예컨대 약 80 내지 약 90%, 예컨대 약 80 내지 약 85%의 휘도를 갖는 비-목재 펄프를 제공한다. 전술한 휘도 수준에서, 펄프는 약 1.0 wt% 이하, 예컨대 약 0.90 wt% 이하, 예컨대 약 0.80 wt% 이하, 예컨대 약 0 내지 약 0.80 wt%의 부스러기 함량을 가질 수 있다.
또 다른 실시예들에서 본 발명은 약 5.0 wt% 미만의 수용성 추출물, 보다 바람직하게는 약 3.0 wt% 미만의 수용성 추출물, 보다 더 바람직하게는 약 2.0 wt% 미만의 수용성 추출물을 포함하는 비-목재 펄프를 제공한다. 비-목재 바이오매스를 펄프로 가공하는 동안 수용성 추출물을 제거하는 것은, 표백된 비-목재 펄프가 약 5.0 wt% 미만으로 낮은 양의 수용성 추출물, 및 적어도 80% 이상, 예컨대 약 80 내지 약 92%의 휘도와 같은 높은 정도의 휘도를 가지도록 섬유의 표백을 개선할 수 있다.
다른 실시예들에서 본 발명은 높은 다공성, 특히 상대적으로 낮은 인장 지수에서 높은 다공성을 갖는 비-목재 펄프를 제공한다. 예를 들어, 본 발명에 따라 제조된 펄프는 약 20 내지 약 50의 인장 지수 및 약 100cfm 이상의 다공성, 예컨대 약 100 내지 약 450cfm의 다공성을 가질 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 펄프, 특히 표백되지 않은 펄프에서 일반적으로 관찰되는 다공성의 개선은 펄프 섬유의 단면 형상에 기인할 수 있다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 주사 전자 현미경(SEM) 이미지에 나타난 바와 같이, 본 발명의 미표백된 섬유는 개방되고, 접히지 않은 루멘을 갖는 원형 단면 형상을 갖는다. 섬유의 형상은 시트가 시트를 통한 공기의 통과를 용이하게 하는 상당한 양의 빈 공간을 갖도록 한다. 한편, 도 6b에 도시된 바와 같은 본 발명의 표백된 섬유는, 더 평평하고, 더 직사각형의 단면을 가지며, 더 적은 개방되고, 접히지 않은 루멘을 갖는다. 이들 섬유는 개선된 섬유-섬유 결합 및 증가된 인장 강도, 그러나 더 낮은 다공성을 갖는 더 조밀한 시트를 형성한다.
시험 방법
펄프 핸드시트
8.5인치 x 8.5인치 크기의 Valley Ironwork 실험실 핸드시트 성형기를 사용하여 펄프 핸드시트를 준비하였다. 펄프를 증류수와 혼합해서, 펄프 25g(건조 기준) 대 물 2L의 비율로 슬러리를 형성하였다. 펄프/물 혼합물을 2975±25RPM의 속도로 5분간 L&W 분쇄기 유형 965583을 사용하여 분쇄되게 하였다. 분쇄 후, 상기 혼합물을 4 L의 물을 첨가하여 더욱 희석시켰다. 60gsm의 평량을 갖는 핸드시트를 상기 습식 레잉 핸드시트 성형기를 사용하여 형성하였다. 핸드시트를, 스크린에서 카우칭시키고, 흡착 시트를 구비한 프레스에 넣고, 1분간 평방 인치당 75 파운드의 압력으로 가압하고, 2분간 증기 건조기 상에서 건조시키고, 최종적으로 오븐에서 건조시켰다. 핸드시트를 7.5 평방 인치로 절단하고 테스트를 실시했다.
섬유 특성
길이, 거칠기, 미세물 백분율, 및 매우 긴 섬유의 분율과 같은 섬유 특성은 일반적으로 제조업체의 지침에 따라 OpTest 섬유 품질 분석기-360(OpTest Equipment, Inc., Hawkesbury, ON)을 사용하여 결정된다. 샘플은 일반적으로 먼저 펄프 샘플을 정확하게 칭량함으로써 준비된다. 샘플 질량은 약 10 내지 약 50 mg(완전 건조)의 범위일 수 있고, 핸드시트 또는 펄프 시트로부터 취해질 수 있다. 칭량된 샘플을 알려진 점조도(약 2 내지 약 10 mg/l)로 희석한다. 희석된 샘플의 부분 표본(보통 200 ml)을 추가로 600 ml의 최종 부피로 희석하고 분석기 내에 둔다. 그런 다음, 제조사의 지침에 따라 샘플을 분석하고, 분석기의 출력, 예를 들어 길이 가중 평균 섬유 길이, 거칠기, 길이 가중 미세물, 및 주어진 샘플에 대한 다양한 섬유 특성의 분포를 나타내는 히스토그램을 기록한다. 일반적으로, 각각의 보고된 섬유 특성은 3개의 복제물의 평균이다.
섬유 품질 분석기의 출력은 6 내지 14.95 mm의 섬유 수를 총 섬유 수로 나눈 값인 매우 긴 섬유(VLF) 분율을 계산하는 데 사용된다. 일반적으로, 주어진 섬유 길이 범위 내에서 계수된 개별 섬유의 수를 제공하는, 기기에 의한 빈 데이터 출력은 VLF를 결정하는 데 사용된다. 계수된 개별 섬유의 총 수(N) 및 6 mm 이상의 길이를 갖는 계수된 개별 섬유의 총 수(n)는 빈 데이터로부터 결정된다. %VLF = n/N*100.
섬유 품질 분석기의 출력은 또한 길이 가중 평균 섬유 길이(Lw) 대 수 평균 섬유 길이(Ln)의 비율을 계산하는 데 사용된다. Lw 및 Ln은 다음 식을 사용하여 FQA 소프트웨어에 의해 계산된다:
Figure pct00001
Figure pct00002
여기서, n 및 L은 시료를 분석하는 과정에서 기기에 의해 결정된다. 길이 가중 평균 섬유 길이(Lw) 대 수 평균 섬유 길이(Ln)의 비율은 샘플의 섬유 길이 분포를 나타낸다. 더 높은 비율은 더 넓은 섬유 길이 분포를 나타낸다. 값 1은 샘플 내의 모든 섬유가 동일한 길이를 갖는다는 것을 나타낸다.
섬유 거칠기는 FQA 기기를 사용하여 측정되며, 미세물을 제거하지 않고 "있는 그대로" 측정된다. 펄프 샘플의 점조도는 TAPPI 방법 T-240 또는 등가물을 사용하여 결정되고, 점조도(%)는 0.01%에 근접하여 기록된다. 측정된 점조도에 기초하여, 대략 0.015 그램의 오븐 건조된 펄프를 수득하는 데 필요한 건조되지 않은 샘플의 양을 계산하고 칭량하고, 중량을 0.0001 g에 가장 가깝게 기록한다. 칭량된 건조되지 않은 펄프를 영국 펄프 분쇄기 또는 등가의 펄프 분쇄기에 옮기고, 샘플의 총 부피를 탈이온수로 2 리터로 희석하고, 제조사의 지침에 따라 15,000 회전 동안 분쇄한다. 분쇄된 샘플을 탈이온수로 5 리터 ± 50 mL의 총 부피까지 추가로 희석하고, 부피를 10 mL까지 기록한다. 희석된 샘플을 스터어링에 의해 교반하고, 약 600 그램을 칭량하여 깨끗한 비이커에 넣는다. 비이커에 넣은 칭량한 샘플의 질량을 0.1g 단위로 기록한다. 그런 다음, 분석될 펄프 샘플의 오븐 건조 중량을 아래 식에 나타낸 바와 같이 계산하고, 제조사의 지침에 따라 섬유 분석을 수행한다.
Figure pct00003
캘리퍼
일반적으로, 핸드 시트를 건조시키고, TAPPI T 205 sp-02에 기재된 바와 같이 시험을 위해 준비한다. 펄프 시트는 있는 그대로 시험될 수 있다. 캘리퍼는 L & W 모델 코드 SE 050 마이크로미터 또는 등가물을 사용하여 측정된다. 마이크로미터는 2.0 cm2의 면적, 1.0 mm/초의 하강 속도 및 50 kPa의 압력을 갖는 원형 압력 풋을 갖는다. 일반적으로, 캘리퍼는 5개의 샘플의 평균으로서 보고된다.
평량
일반적으로, 핸드 시트를 건조시키고, TAPPI T 205 sp-02에 기재된 바와 같이 시험을 위해 준비한다. 펄프 시트는 있는 그대로 시험될 수 있다. 일반적으로, 완전 건조 평량은 적절한 절단 도구를 사용하여 대략 19.05 x 19.05 cm의 시편 크기로 샘플을 먼저 절단함으로써 측정된다. 그런 다음, 절단된 샘플을 105 ± 2℃로 예열된 오븐에서 저울에 놓는다. 일단 샘플의 중량이 안정화되면, 중량은 0.01g까지 기록된다. 완전 건조 평량은 측정된 중량(W)에 27.56을 곱한 것과 같다.
다공성
다공성은 제조업체의 지침에 따라 Textest FX 3300 공기 투과성 기기(Textest AG, Schwerzenbach, 스위스)를 사용하여 측정한다. 일반적으로, 다공성은 본원에서 설명된 바와 같이, 특정 펄프의 핸드시트를 형성한 다음, 생성된 핸드시트를 시험함으로써 측정된다. 핸드시트의 다공성을 측정할 때, 시험 압력은 2,500 Pa이고, 시험 헤드 크기는 38 cm2이다. TAPPI 조건(50 ± 2% 상대 습도 및 72 ± 1.8°F) 하에 시험을 수행하고, 시험 전에 샘플을 밤새 미리 컨디셔닝한다. 테스트 샘플 크기는 바람직하게는 적어도 19.05 x 19.05 cm이다.
인장
일반적으로 인장은 본원에서 설명된 바와 같이, 특정 펄프의 핸드시트를 형성한 다음, 생성된 핸드시트를 시험함으로써 측정된다. 일반적으로, 핸드시트를 건조시키고, TAPPI T 205 sp-02에 기재된 바와 같이 시험을 위해 준비한다. TAPPI T 402에 기재된 바와 같이 TAPPI 조건(50 ± 2% 상대 습도 및 72 ± 1.8°F) 하에 샘플을 사전 컨디셔닝하고 시험한다. 인장 시험은 실질적으로 MTS Systems Sintech 11S, 일련 번호 6233 인장 시험 기기를 사용하여 TAPPI T 494 om-01에 기술된 바와 같이 수행된다. 데이터 획득 소프트웨어는 윈도우즈 3.10 버전용 MTS Testworks® (MTS Systems Corp., 노스캐롤라이나주 리서치 트라이앵글 파크)이었다. 일반적으로, 5개의 샘플의 인장 강도가 측정되고 평균된다. 인장 강도는 일반적으로 g/25.4mm와 같은 단위 샘플 폭당 그램 힘의 단위를 갖는다.
부스러기
부스러기는 일반적으로 Pulmac Systems International(Williston, VT)의 MasterScreenTM을 사용하여 측정된다. MasterScreenTM은 섬유를 오염 물질로부터 기계적으로 분리하도록 설계된 저점조도 스크리닝 장치이다. MasterScreenTM에는 100 μm(0.004 인치)의 슬롯 크기를 갖는 스크린(부품 번호 3390P)을 구비한다. MasterScreen 유형 기기를 사용한 펄프의 스크리닝은 일반적으로 T-274에 기술되어 있다.
약 5.0의 완전 건조된 섬유 그램이 분석에 사용된다. 샘플은 핸드시트, 펄프시트 또는 습식 랩 펄프로부터 취할 수 있다. 5.0 g 샘플을 2 L의 물과 혼합하고, 시험 전에 15,000 회전으로 벤치탑 분쇄기를 사용하여 분쇄한다. 샘플이 2 mm를 초과하는 섬유 길이를 갖는 것으로 알려진 특정 경우에, 양이온성 탈결합제, 예컨대 양이온성 올레일이미다졸린이 희석된 샘플에 첨가되어 덩어리 또는 스트링의 형성을 방지할 수 있다. 탈결합제가 첨가되는 경우, 이는 일반적으로 완전 건조 섬유 메트릭톤 당 160 kg의 탈결합제로 첨가된다. 제조사의 지침에 따라 샘플을 스크리닝하고, 150 메시 스테인리스 스틸 스크린이 장착된 수집 컵에 불량품을 수집한다. 세척 사이클은 스크린에 의해 보유된 모든 부스러기가 캡처되도록 하기 위해 초기 사이클 후에 실행된다. 마지막으로, 수집 컵을 물로 헹구고 헹굼액을 비이커에 수집한다. 비이커에 수집된 불량품 및 세척액을 미리 칭량된 필터 패드를 사용하여 진공 하에 여과한다. 부스러기를 필터 패드 상에 수집하고, 이를 105℃로 예열된 오븐에서 밤새 건조시킨다. 건조된 필터 패드를 가장 가까운 0.01 g까지 칭량하고, 부스러기의 중량 백분율을 계산한다. 일반적으로, 부스러기는 wt%로 보고되고, 3개의 시료의 평균이다.
수용성 고형분
총 바이오매스 수용성 고형분은, DionexTM ASETM 350(Thermo Fisher Scientific, 미국 매사추세츠주 월섬 소재)과 같은 가속 용매 추출 시스템(ASE)을 사용하여 결정될 수 있다. 대략 10 그램의 수확된 바이오매스를 오븐에서, 통상적으로 125℃에서 4시간 동안 일정한 중량으로 건조시킨다. 건조 후, 약 0.2 그램의 완전 건조 바이오매스를 정확하게 칭량하고, 중량(Wb)을 0.001 그램에 가장 가깝게 기록한다. 물을 용매로서 사용하여, 아래 표 3에 기재된 조건을 사용하여 바이오매스를 추출한다. 바이오매스 대 용매의 비율은 일반적으로 100:1이고, 2개의 연속 물 추출 사이클이 수행된다.
압력 (psi) 1500
온도 (℃) 40
정적 시간 (분) 5
사이클 (수) 2
추출 공정의 종료 시, 액상을 수집하고, 따뜻한 수조에서 대략 80℃로 진공 하에 건조시키고, 건조된 물질(Wi)의 중량을 0.001g까지 기록한다. 수용성 고형분(We)의 총 중량은 추출 공정(Wi)으로부터 회수된 고형분의 중량에 의해 계산된다. 그런 다음, 완전 건조 바이오매스의 백분율로서 총 수용성 고형분을 다음 식을 사용하여 결정한다:
Figure pct00004
크기 분류
아래 표 4에 제시된 바와 같이 다양한 크기의 일련의 스크린 각각에 보유된 바이오매스 또는 바가스의 상대적 비율을 중량 퍼센트로 나타내는, TAPPI 유용한 방법 21에 실질적으로 기술된 바와 같이, TMI Chip ClassTM Model 71-01(Testing Machines Inc., New Castle, DE)을 사용하여, 바이오매스 및 바가스의 상대적 크기뿐만 아니라 공칭 크기를 윌리엄스 스크린 분석을 사용하여 결정하였다.
스크린 번호 개구 사이즈
인치 mm
1 1 25.4
2 3/4 19.1
3 5/8 15.9
4 1/2 12.7
5 1/4 6.4
6 1/8 3.2
팬 - -
Williams 스크린 분석은 주어진 스크린 상에 보유된 바이오매스 또는 바가스의 길이방향 또는 횡방향 치수를 측정한다. 칩 균일성에 관한 2개의 중요한 값이 상기 스크린 분획 데이터로부터 수득될 수 있다. 제1 값은 적어도 70%의 바이오매스 또는 바가스가 통과하는 스크린 크기, 즉 공칭 크기이다. 두 번째는 각 스크린 상의 칩의 상대적인 분포 및 분포가 극대화되는 스크린의 상대적인 위치이다.
예
본 발명의 펄프는 알칼리성 과산화물 기계적 공정을 사용하여 H. Funifera 바이오매스로부터 제조하였다. 표백된 펄프 및 표백되지 않은 펄프 모두를 제조하였다. 예시적인 펄프를 제조하는 데 사용된 공정은 아래 표 5에 요약되어 있다.
예 절단 수용성 고형분 추출 부스러기를 줄이기 위해 처리 표백
1 N N N N
2 N N Y Y
3 Y, 수확기 Y Y Y
4 Y, 기계적 치퍼 N Y Y
5 N Y Y N
6 N Y Y N
7 N N Y Y
소정의 경우에, 펄프화 전에 바이오매스를 일정한 크기로 절단하였다. 예를 들어, 바이오매스를 약 150mm의 공칭 길이로 절단하도록 설계된 절단 헤드가 구비된 수확기를 사용하여 바이오매스를 크기에 맞게 절단하였다(실시예 3). 다른 경우에, 약 150 mm의 공칭 길이를 갖는 수확된 바이오매스의 길이는 약 6.5 mm의 공칭 크기로 기계적 치퍼를 사용하여 감소되었다(실시예 4).소정의 경우에, 수확된 바이오매스를 가압하고 세척하여 펄프화 전에 수용성 추출물을 제거하였다(실시예 3, 5 및 6). 펄프화 전에 바이오매스를 추출한 경우, 물로 세척하고/하거나 추출된 주스로 흡수하면서 탠덤 밀로 통과시켰다. 일반적으로, 수용성 추출물의 약 40%는 펄프화 전에 바이오매스를 가압하고 세척함으로써 제거된다.
모든 경우에, 바이오매스를 물과 혼합하여 세척하고, 탈수시킨 다음, Andritz 560 Impressafiner를 사용하여 2:1의 압축 비율로 가압하였다. 탈수되고 가압된 바이오매스는 약 40 내지 약 45%의 점조도를 가졌다.
탈수되고 가압된 바이오매스를 공급 스크류 및 송풍기를 사용하여 가압된 고 점조도 리파이너에 공급하였다. 고 점조도 정제 전에 약 30분의 유지 시간을 허용하기 위해, 함침 용액(2% 과산화수소, 2% 수산화나트륨, 1% 규산나트륨 및 0.4% DTPA)을 송풍기에 첨가하였다.
함침된 바이오매스를 30-35 psi의 압력 및 1800 rpm의 회전 디스크 속도로 작동하는 Andritz 36-1CP 가압된 단일 디스크 리파이너에서 섬유화하였다. 정제 점조도는 25 내지 45% 범위였다.
높은 점조도의 정제 후, 펄프를 사이클론으로 불어 방출하였다. 블로우라인 표백은 3% 과산화수소, 1.2% 수산화나트륨, 3% 규산나트륨 및 0.4% DTPA를 포함하는 표백 용액을 블로우라인의 입구에 첨가함으로써 수행하였다. 유지 시간은 약 1시간이었다.
소정의 경우에, 블로우라인 표백 후, 펄프를 2%의 점조도로 물로 희석하고, 황산을 첨가하여 pH를 7.0으로 조정하였다. 희석된 펄프를 압력 스크린에 통과시켰다. 압력 스크린은 0.1 mm 슬롯을 갖는 PG25-03 마이크로 슬롯 스크린 바스켓이 구비된 돌핀 로터 설계를 갖는다. 스크린은 펄프를 합격품 및 불량품으로 세분하였다. 후속 처리를 위해 불량품을 트윈-플로우 저 점조도 리파이너로 보냈다. 저 점조도 정제 후, 정제된 펄프를 스크리닝 합격품과 합치고 20%의 점조도로 탈수하였다.
일차 및 표백된 펄프의 섬유 및 인장 강도 특성은 아래 표 6 및 표 7에 요약되어 있다.
예　 1 2 3 4 5 6 7
휘도 (%) 50.9 78.4 82.2 77.8 64.8 80.1 78.53
섬유 길이 (mm) 2.58 2.73 1.75 2.09 1.87 1.97 2.73
거칠기 (mg/100m) NA NA 4.50 5.53 6.80 5.70 NA
미세물 (%) 2.40 0.90 1.30 0.8 2.20 1.80 1.1
수분 보유 값 (%) 1.96 1.93 1.98 2.13 1.73 2.02 2.29
예 2 3 4 7
분산도 지수 1.72 1.71 1.59 2.73
매우 긴 섬유 (%) 0.56 0.05 0.08 0.54
여수도 (mL) - 604 576 529
본 발명의 펄프의 물리적 특성을 추가로 평가하기 위해, 샘플을 정제를 거치고, 본원에 기술된 바와 같은 핸드시트로 형성하였다. 핸드시트는 본원에서 설명된 바와 같이 인장 및 다공성 시험을 거쳤다. 인장 및 다공성 시험 결과를 아래 표 8에 요약한다.
예 1 2 3 5
PFI 정제 인장 지수 다공성 (cfm) 인장 지수 다공성 (cfm) 인장 지수 다공성 (cfm) 인장 지수 다공성 (cfm)
Rev 100 30.92 203.2 54.33 85.4 40.35 137.8 27.66 437.8
Rev 500 38.37 118 66.39 58.36 45.23 101.8 31.1 365
Rev 1000 47.61 79.9 70.91 32.18 49.01 85.38 35.29 317.2
Rev 2000 47.25 51.88 76.53 12.8 66.64 36.96 36.83 246.2
비교예 1
H. Funifera 펄프의 비교 샘플을 종래의 소다-안트라퀴논 펄프화 공정을 사용하여 제조하였다. H. Funifera 바이오매스를 수산화나트륨(오븐 건조 바이오매스의 20중량%) 및 안트라퀴논(오븐 건조 바이오매스의 건조 중량 대비 0.3중량%)으로 약 7(약 12.5%의 점조도)의 건조 섬유에 대한 물의 비율로 약 175℃의 최대 온도에서 35분 또는 40분 동안 처리하였다. 세척하고 청소하였지만 표백하지 않았다. 표백되지 않은 펄프의 섬유 및 인장 강도 특성은 아래 표 9에 요약되어 있다.
간단한 설명 표백되지 않은 소다 AQ
휘도 (%) 35
섬유 길이 (mm) 2.86
거칠기 (mg/100m) 6.4
미세물 (%) 2.2
수분 보유 값 (%) 2.43
PFI 정제 인장 지수 다공성 (cfm)
Rev 100 67 37
Rev 500 69 39
Rev 1000 75 19
Rev 2000 82 12
비교예 2
H. Funifera 펄프의 비교 샘플을, 실질적으로 미국 특허 제7,396,434호에 기술된 바와 같이 기계적 섬유분리와 바이오매스의 산 촉매된 가수분해를 이용하는 화학 기계적 펄프화 공정을 사용하여 제조하였다. 펄프를 세척하고 청소하였지만 표백하지 않았다. 표백되지 않은 펄프의 섬유 및 인장 강도 특성은 아래 표 10에 요약되어 있다.
간단한 설명 표백되지 않은 화학-기계적 비-목재
휘도 (%) 55
섬유 길이 (mm) 1.45
거칠기 (mg/100m) 5.1
미세물 (%) 4.3
수분 보유 값 (%) 1.77
PFI 정제 인장 지수 다공성 (cfm)
Rev 100 22 30
Rev 500 24 23
Rev 1000 29 12
Rev 2000 30 7
비교예 3 및 4
H. Funifera 펄프의 비교 샘플을 Taizen America(Macon, GA)로부터 상업적으로 입수 가능한 3단계 비-목재 펄프화 공정을 사용하여 제조하였다. 펄프화 공정은, 바이오매스를 섬유분리하고 펄프를 생산하는 기계적 작용 및 화학적 처리 둘 다를 포함하였다. 일반적으로, 섬유는 길로틴 스타일 커터를 사용하여 약 20 mm의 공칭 크기로 절단하였다. 절단된 섬유를 기계식 마셔로 운반하고 약 40%의 점조도로 물로 희석하였다. 으깬 섬유를 니더로 운반하고, 점조도를 약 30%로 조정하였다. 으깬 섬유를 제1 니딩 실린더에 7% NaOH를 첨가하고 제2 니딩 실린더에 5% H2O2를 첨가하여 니더를 사용하여 기계적으로 펄프화하였다. 생성된 펄프를 세척하고 스크리닝하였다. 표백되지 않은 펄프의 섬유 및 인장 강도 특성은 아래 표 11에 요약되어 있다.
전술한 바와 같이 제조한 펄프를 추가로 표백하였다. 표백된 펄프의 섬유 및 인장 강도 특성은 아래 표 11에 요약되어 있다.
간단한 설명 표백된 기계적
비목재 펄프		 표백되지 않은 기계적
비목재 펄프
휘도 *%) 82 40
섬유 길이 (mm) 1.89 2.34
매우 긴 섬유 (%) 0.09 -
분산도 지수 1.97 -
미세물 (%) 4.4 1.9
수분 보유 값 (%) 1.40 2.08
PFI 정제 인장 지수 다공성 (cfm) 인장 지수 다공성 (cfm)
Rev 100 32 70 36 72
Rev 500 43 41 39 43
Rev 1000 46 27 40 45
Rev 2000 55 10 - -
본 발명을 본 발명의 특정 실시예들에 관하여 상세히 설명하였지만, 통상의 기술자라면, 전술한 바를 이해함에 따라, 이러한 실시예들에 대한 대체예, 변형예, 균등예를 쉽게 구상할 수 있다는 점을 알 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위와 그것의 임의의 균등물 및 하기 실시예의 범위로서 평가되어야 한다:
실시예 1: 아스파라가세아(Asparagaceae) 과의 식물로부터 유래된 복수의 섬유를 포함하는 비-목재 펄프로, 상기 비-목재 펄프는 약 1.70mm 초과의 섬유 길이 및 약 80% 이상, 예컨대 약 80% 내지 약 92%의 휘도를 갖는, 비-목재 펄프.
실시예 2: 실시예 1에 있어서, 1% 이하의 부스러기와 보다 바람직하게는 0.6% 이하의 부스러기를 포함하는, 비-목재 펄프.
실시예 3: 실시예 1 또는 2에 있어서, 약 1.70 내지 약 2.50mm의 섬유 길이, 약 4.0 내지 약 10.0mg/100m의 거칠기 및 약 100 내지 약 450cfm의 다공성을 갖는, 비-목재 펄프.
실시예 4: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 적어도 약 20Nm/g의 인장 지수 및 약 100 내지 약 450cfm의 다공성을 갖는, 비-목재 펄프.
실시예 5: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 복수의 섬유는 헤스페라로에 속의 하나 이상의 식물로부터 유래되는, 비-목재 펄프.
실시예 6: 선행하는 것 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 식물은 H. funifera, H. parviflora, H. nocturna, H. chiangii, H. tenuifolia, H. engelmannii 및 H. malacophylla로부터 선택되는, 비-목재 펄프.
실시예 7: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 약 400 내지 약 600 mL의 여수도를 갖는, 비-목재 펄프.
실시예 8: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 약 2.0% 미만의 미세물 함량 및 약 400 mL 이상의 여수도를 갖는, 비-목재 펄프.
실시예 9: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄프는 화학-기계적 공정에 의해 생산되는, 비-목재 펄프.
실시예 10: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 비-목재 펄프는 요소 염소를 사용하지 않고 표백되는, 비-목재 펄프.
실시예 11: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 약 0.10% 이하의 매우 긴 섬유(VFL) 함량을 갖는, 비-목재 펄프.
실시예 12: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄프는 약 10% 이하의 수분 함량 및 적어도 약 2.0cc/g의 시트 벌크를 갖는 실질적으로 건조 시트인, 비-목재 펄프.
실시예 14: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 약 1.50 내지 약 2.00과 같은, 약 2.00 이하의 분산도 지수를 갖는, 비-목재 펄프.

Claims (26)

  1. 아스파라가세아(Asparagaceae) 과의 식물로부터 유래된 복수의 섬유를 포함하는 비-목재 펄프로, 상기 비-목재 펄프는 약 1.70mm 초과의 섬유 길이 및 약 80% 이상의 휘도를 갖는, 비-목재 펄프.
  2. 제1항에 있어서, 1% 이하의 부스러기를 포함하는, 비-목재 펄프.
  3. 제1항에 있어서, 0.6% 이하의 부스러기를 포함하는, 비-목재 펄프.
  4. 제1항에 있어서, 약 80 내지 약 92%의 휘도를 가지는, 비-목재 펄프.
  5. 제1항에 있어서, 약 1.70 내지 약 2.50mm의 섬유 길이, 약 4.0 내지 약 10.0mg/100m의 거칠기 및 약 100 내지 약 450cfm의 다공성을 갖는, 비-목재 펄프.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 약 20Nm/g의 인장 지수 및 약 100 내지 약 450cfm의 다공성을 갖는, 비-목재 펄프.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 섬유는 헤스페라로에 속의 하나 이상의 식물로부터 유래되는, 비-목재 펄프.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 식물은 H. funifera, H. parviflora, H. nocturna, H. chiangii, H. tenuifolia, H. engelmannii 및 H. malacophylla로부터 선택되는, 비-목재 펄프.
  9. 제1항에 있어서, 약 400 내지 약 600 mL의 여수도를 가지는, 비-목재 펄프.
  10. 제1항에 있어서, 약 2.0% 미만의 미세물 함량 및 약 400 mL 이상의 여수도를 가지는, 비-목재 펄프.
  11. 헤스페라로에 속의 하나 이상의 식물로부터 유래된 복수의 섬유를 포함하고 약 2.00 mm 초과의 섬유 길이, 적어도 약 80%의 휘도, 및 약 1% 이하의 부스러기를 갖는, 화학-기계적 비-목재 펄프.
  12. 제11항에 있어서, 약 2.00 내지 약 2.50mm의 섬유 길이를 가지는, 화학-기계적 비-목재 펄프.
  13. 제11항에 있어서, 약 10.0 mg/100 m 미만의 거칠기를 갖는, 화학-기계적 비-목재 펄프.
  14. 제11항에 있어서, 약 400 내지 약 600 mL의 여수도를 가지는, 화학-기계적 비-목재 펄프.
  15. 제11항에 있어서, 약 2.0% 미만의 미세물 함량 및 약 400 mL 이상의 여수도를 가지는, 화학-기계적 비-목재 펄프.
  16. 제11항에 있어서, 약 0.10% 이하의 매우 긴 섬유(VFL) 함량을 가지는, 화학-기계적 비-목재 펄프.
  17. 비-목재 펄프를 제조하는 방법으로,
    a. 아스파라가세아 과의 식물로부터 유래된 비-목재 바이오매스를 제공하는 단계;
    b. 상기 비-목재 바이오매스를 공칭 길이로 절단하는 단계;
    c. 상기 절단된 바이오매스로부터 수용성 고형분을 추출하여 바가스를 생산하는 단계;
    d. 제1 수산화나트륨 알칼리성 과산화물로 상기 바가스를 함침시키고 제1 반응 시간 동안 상기 함침을 유지시켜 함침된 바가스를 생산하는 단계;
    e. 유입구 및 유출구를 갖는 하우징 내에 담긴 정제 디스크를 포함하는 리파이너에 상기 함침된 바가스를 공급하는 단계;
    f. 제1 정제 조건 하에서 함침된 바가스를 정제하여 일차 펄프를 생산하는 단계;
    g. 상기 유출구를 통해 상기 정제 하우징으로부터 상기 일차 펄프를 배출하고 제2 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액을 상기 배출된 일차 펄프에 첨가하는 단계;
    h. 상기 일차 펄프를 세정하여 약 5% 미만의 부스러기를 갖는 세정된 일차 펄프를 수득하는 단계;
    i. 상기 세정된 일차 펄프를 표백 용기에 전달하는 단계; 및
    j. 상기 표백 용기 내의 세정된 일차 펄프에 제3 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액을 첨가하여 약 1.70 mm 초과의 섬유 길이 및 약 80% 이상의 휘도를 갖는 표백된 일차 펄프를 생산하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액은 상기 바가스의 건조 중량을 기준으로, 적어도 약 2%의 과산화물, 적어도 약 1.5% 수산화나트륨, 적어도 약 1%의 안정제를 포함하고, 상기 제2 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액은 상기 일차 펄프의 건조 중량을 기준으로, 적어도 약 3%의 과산화물, 적어도 약 2% 수산화나트륨, 및 적어도 약 2% 안정제를 포함하고, 상기 제3 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액은 상기 세정된 일차 펄프의 건조 중량을 기준으로, 적어도 약 5% 과산화물 및 4% 수산화나트륨을 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 바이오매스는 헤스페라로에 속의 하나 이상의 식물로부터 유래되는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 하나 이상의 식물은 H. funifera, H. parviflora, H. nocturna, H. chiangii, H. tenuifolia, H. engelmannii 및 H. malacophylla로부터 선택되는, 방법.
  21. 제17항에 있어서, 적어도 2:1의 압축비를 갖는 플러그 스크류를 사용하여 상기 바가스를 압축하고 분쇄하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제17항에 있어서, 상기 리파이너 하우징은 초대기압 케이싱을 포함하고, 상기 정제하는 단계는 약 20 내지 약 60%의 점조도를 갖는 함침된 바가스를 상기 리파이너에 공급하는 단계 및 적어도 약 240 kP의 압력에서 정제하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제17항에 있어서, 상기 제2 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액이 첨가될 때 상기 일차 펄프 온도는 적어도 약 80℃인, 방법.
  24. 제17항에 있어서, 상기 제2 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액이 첨가된 후 상기 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액과 상기 일차 펄프를 혼합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액 및 상기 일차 펄프는 적어도 1시간 동안 혼합되는, 방법.
  26. 제17항에 있어서, 상기 표백된 일차 펄프를 세척하고, 상기 표백된 일차 펄프를 농축시키고, 상기 세척되고 농축된 표백된 일차 펄프에 제4 수산화나트륨 알칼리성 과산화물 용액을 첨가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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