KR840000095B1 - 종이와 판지의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

종이와 판지의 제조방법

여러등급의 종이류에는 각각 상당한 양의 고령석, 탄산칼슘, 이산화티탄과 같은 무기질충전체가 함유되어 있다. 예를 들러 백상지(fine paper)와 같은 고급지는 고도로 표백된 화학펄프로부터 만들어지고 건조중량의 5 내지 35%의 무기질충전제를 함유하고 있다. 이와 같은 종이류의 생산에는 일반적으로 잔류보조제와 탈수보조제(drainage aids)를 사용하고 있는바, 이들 재료에 기인하는 비용은 특히 제지원료 가격의 상승과 페기물 배출을 제한하는 환경법규의 규제가 있다는 점을 감안하더라도 충전제잔류율의 증가, 백수(white water)의 충전제감소 및 그에 따르는 폐기물 배출의 감소로서 상쇄되고 남는다.

종래의 충전 및 탈수의 보조제로는 폴리아크릴아미드류, 폴리에틸렌아민류, 폴리아미드류 및 폴리아민류 등이 알려져 있다.

미국특허 제3052595호에는 폴리아크릴아미드류를 충전제와 함께 사용하는 것이 특별히 설명되어 있고, 벤토나이트를 광물성 충전제의 1 내지 20% 사용하므로써 유익한 결과가 얻어진다는 것이 언급되어 있다.

영국특허 제1265496호에는 무기질 충전제와 셀룰로오스섬유를 간직하도록 하기위해 폴리아크릴아미드류를 사용하는 방법과 이를 위해 엄격한 조건이 준수되어야 한다는 것이 설명되어 있고 변형된 특수한 아크릴아미드류가 기술되어 있다.

잔류보조제와 탈수보조제는 일반적으로 건조종이중량에 대해 중합체중량이 톤당 100 내지 500g의 비율로 사용되며, 이 정도의 양이면 충전제사용지 또는 백상지의 생산에 있어 생산비 절감이익(경제성)이 있다는 것은 쉽게 입증된다.

그러나 본질적으로 충전제를 사용하지 않는 종이, 예를들면 신문인쇄용지, 크라프트지, 골판지 및 판지들이 대규모로 생산되고 있으며, 이러한 종이는 사실상 충전제가 사용되지 않으므로 종이의 건조중량에 대해 5%이하의 충전제가 함유되어 있고, 종이 또는 판지를 만드는 펄프에 충전제를 첨가하지 않는 경우도 흔하다. 일반적으로 신문인쇄용지, 크라프트지 및 골판지등을 만드는 펄프는 카나다 또는 스칸디나비아산으로서 펄프성분의 소모량을 최소화하는 것, 다시 말해서 종이에 대한 펄프성분의 잔류율을 높이는것이 바람직하지만 펄프는 높은 양이온 요구도(highcationic demand)을 가지고 있으므로 현재 알려진 잔류 또는 탈수보조제를 이러한 목적으로 사용하여서는 경제성이 없다. 양이온 요구도는 섬유질 잔류율을 뚜렷이 높이고 성형금망(forming wire)상에서 탈수율은 높이기 위해 첨가되어야 하는 양이온 중합체의 양으로서, 양이온 요구도는 0.1%이상 되는 것이 보통이며, 건조종이중량 1톤에 대해 건조중합체는 1,000g이상을 사용해야 뚜렷하므로 이러한 양으로는 경제성이 없다.

카나다와 스칸디나비아에서 사용되는 신문인쇄용지, 골판지 및 크라프트지의 제지용 섬유는 저급품이고 대부분 메카니칼타잎이며, 펄프와 종이의 일관공장에서 원래 생산되는 쇄목펄프, 열기계펄프, 탈잉크재생섬유, 세미케미칼펄프, 반표백화학크라프트펄프 등이 있다. 셀룰로오스섬유는 펄프제조과정에서 파생된 유기질 및 무기질 불순물과 목재에 자연적으로 존재하고 있는 수지로부터 완전히 분리시키는 것이 매우 어렵다.

이러한 불순물은 액상과 콜로이드써스펜션으로 존재하고 리그노술폰산염, 송진산, 헤미셀룰로오스 및 휴민산과 같은 물질을 함유하고 있으며, 제지공정에 있어서 전형적인 공정과 같이 물에 분산시키면 셀룰로오스섬유에 대량의 음전하를 띄게 한다. 제지공장에서 백수시설이 중요시되고 백수를 가능한한 많이 재순환시키는 경향이 증가함에 따라 제지공정에서 위와 같은 불순물의 양은 더욱 증가한다. 따라서 종래의 보조제보다 개선된 섬유질 잔류보조제 및 탈수보조제가 필요하여 새로운 보조제 개발을 위한 광범위한 연구가 행해져 왔으나 지금까지는 부분적인 성공을 거두었을 뿐이다.

독일특허 제2262906호의 명세서에는 복합전해질로 사용되는 저분자량 양이온 종합체와 벤토나이트를 첨가하므로써 셀룰로오스슬러리의 수분제거를 개선하는 방법이 소개되어 있으나 그 결과는 만족스럽지 못하며 본질적으로 충전제는 사용하지 않는 저급펄프의 섬유질 잔류율과 탈수율을 향상시키는 경제적인 문제에 있어서 해결책을 제공하지 못하고 있다.

그러나 본 발명에 의해서 만일 중합체가 고분자량의 비이온성 중합체인 경우에는 특수한 충전제, 즉 벤토나이트형 점토를 본질적으로 충전제가 첨가되지 않는 셀룰로오즈써스펜션에 첨가하는 경우에 수분제거 특성과 섬유질 잔류율이 극적으로 개선된다는 놀라운 사실이 밝혀졌다.

따라서 본 발명은 셀룰로오스섬유의 수성써스펜션(aqueous suspension)으로부터 종이나 판지를 제조하는데 관한 것이며, 본 발명은 수성써스펜션과 종이 또는 판지에 본질적으로 충전제가 첨가되지 않고 수용성, 고분자량의 비이온 중합체와 벤토나이트형 점토를 수성써스펜션에 참가하므로서 탈수 및 잔류특성이 개선된다는 점을 특징으로 하고 있다.

여기서 써스펜션은 통상적인 기술에 의해 펌프로부터 만들어지며, 종이와 판지도 통상적인 기술에 의해 써스펜션으로부터 만들 수 있다.

본 명세서에서는 달리 표시되어 있지 않는한 모든 백분이 써스펜션이나 최종 제품인 종이의 건조중량에 대하여 참가물질의 건조중량으로 계산, 표시되어 있다.

본 발명에 따른 써스펜션과 제품인 종이나 판지에는 거의 충전제가 사용되지 않고 벤토나이트형 점토를 포함한 충전제의 총량이 일반적으로 5중량%이하이다.

벤토나이트형 점토를 제외하고는 일반적으로 무기질 충전제가 써스펜션에 함유되지 않는 것이 바람직하며, 만약 함유시킨다면 그 양은 일반적으로 3%이하, 가장 좋기로는 2%미만이나, 특히 1.5%미만이어야 한다.

벤토나이트 이외의 충전제를 더 사용하는 경우에는 그 양은 벤토나이트의 2배이하인 것이 적당하며, 좋기로는 벤토나이트의 첨가량이하이며, 미국특허 제3052595호에 기재된 것과 같은 미리 건조된 통상의 충전제가 사용된다. 펄프에 첨가되는 벤토나이트의 양은 일반적으로 종이나 펄프의 건조중량에 대해 0.02 내지 2%이며, 가장 바람직하기로는 0.1 내지 1%이다.

본 발명에 사용되는 벤토나이트형 검토는 와이오밍벤토나이트와 표포토(Fuller's Earth)와 같이 보통의 상품화된 점토류(몬모릴로나이트 점토라고 함)의 하나로서, 칼슘벤토나이트를 본질적으로 알칼리(나트륨, 칼륨 또는 암모늄)벤토나이트로 변화시키는 알리카처리를 하여도 좋고 안해도 무방하며, 물에서 팽윤되는 특성을 가진 것이 좋다.

본 발명에 사용되는 중합체들은 고분자이어야 하며, 이는 다시 말해서 100,000이상의 고분자량을 가지므로서 브릿징효과(bridging effect)를 가져오게 되는 것이다. 분자량은 보통 500,000이상, 일반적으로 약 1백만 또는 그 이상이 된다.

또한 중합체들은 본질적으로 비이온물질이어야 하며, 완전히 비이온물질이거나 소량의 음이온 또는 양이온 단위(units)를 가질 수도 있다. 일반적으로 중합체는 각각 10몰퍼센트이하의 음이온단위와 양이온단위를 함유하게 되며 중합체내에 두가지 이온이 병존하는 경우 하나의 이온의 몰양(mole amount)이 다른 이온의 몰양보다 10%, 바람직하게는 5%가 안되는 양만큼 많다고 가정할때 각 이온의 몰양은 위의 양보다 높을 수 있기는 하다. 양이온단위가 함유된 경우 그 몰양은 일반적으로 5몰퍼센트이하이고 중합체가 양이온단위를 갖지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 적합한 중합체는 10몰퍼센트까지의 음이온단위, 일반적으로 아크릴산단위를 함유하는 폴리아크릴아미드류이며, 예를 들면 적합한 중합체는 아크릴산 1 내지 8몰퍼센트와 그 나머지 함량이 아크릴아미드로 된 것이며, 가장 좋은 것은 흔히 아크릴산나트륨인 아크릴산 3몰퍼센트와 아크릴아미드 97몰퍼센트로 된 중합체이다.

중합체, 특히 폴리아크릴아미드드류에 함유될 수 있는 다른 혼성단량체에는 디메틸황산염 또는 알킬할로겐화물 등과 함께 4분자수를 가진 디알킬아미노알킬아크릴산염류와 메타아트릴산염류, 4분자수를 가진 디메틸아미노에틸아크릴산염 또는 메타아크릴산염, 메타아크릴산, 메타아크릴산나트륨, 디알킬디메틸염화암모늄 등이 있다. 메타아크릴아미드는 아크릴아미드의 일부 또는 전부 대신에 주단량체(main monomer)로 사용가능하다. 아크릴아미드와 아크릴산(또는 아크릴산나트륨)의 적합한 공중합체는 단일중합체의 가수분해에 의해 만들어질 수 있고 그것은 초기합성 과정에서나 그 후등 어느 경우에도 가능하다. 본 발명에 사용할 수 있는 비이온중합체로는 그 외에 폴리에틸렌 산화물이 있다.

중합체류와 각종 벤토나이트의 이상적인 혼합물을 선택하는 것은 일상적인 시험으로 충분히 가능하며, 놀랍게도 펄프에 벤토나이트나 중합체중 하나만을 첨가하는 것이 펄프자체만 사용하는 것보다 나쁜 결과를 가져오는 반면 중합체- 벤토나이트의 혼합물을 사용하므로써 우수한 잔류 및 탈수효과를 쉽게 얻을 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서 벤토나이트와 중합체 사이에는 놀다운 상승효과가 있는 것이다. 첨가되는 중합체의 양은 건조종이중량 1톤에 대하여 적어도 50그람, 일반적으로 1,000그람이하로서 0.005 내지 0.1%인데 보통 0.01 내지 0.05%이다.

중합체는 고체상 또는 캐리어오일(carrieroil)에 분산된 형태의 진용액(true solution)으로 물에 첨가되는데 어느 경우에도 물에 용해시켜 묽은 수용액으로 제지공정의 펄프써스펜션에 첨가되어야 한다. 중합체용액은 쉬이트성형(Sheet formation)전의 마지막 고전단(high shear)후에 첨가되는 것이 이상적이며, 혼합을 잘 되게 하고 잔류 및 탈수효과에 나쁜 영양을 줄 수 있는 과도한 전단을 피하기 위해 전형적으로 센트리스크린(centri-screes)후에 그리고 플로우 박스(flow box)직전에 첨가된다.

벤토나이트는 미리 수화된 수성슬러리로서 직접 진한 제지원료에 분산시켜 첨가될 수 있고 첨가중에 수화가 적당히 이루어지고 독특한 팽윤특성이 나타나도록 잘 분산된다는 전제하에 고체로서 하이드로펄퍼(hydropulper), 또는 재순환 백수에 분산시켜 첨가될 수도 있다. 본 발명에서 황산알미늄과 같은 통상적인 첨가제는 사용하지 않는 것이 바람직하고, 위에 설명한 중합체와 벤토나이트를 주로 사용하거나, 흔히는 그것만을 첨가제로 사용하는 것이 좋으며, 따라서 본질적으로 셀룰로오스펄프, 물, 중합체와 벤토나이트형점토, 그리고 선택적으로 위에 기재된 양의 추가 첨가제로 써스펜션을 만드는 것이 좋다. 본 발명은 크라프트지, 골판지, 판지의 생산에 쓸모가 많고 특히 신문인쇄용지 생산에 큰 가치가 있으며, 특히 양이온요구도가 적어도 0.1%인, 흔히는 1%를 넘는 불순물함유 펄프로부터 종이나 판지를 생산하는 경우에 큰 가치가 있다. 또한 본 발명에 따르면 기계가 동율이 놀라울 정도로 크게 개선되고 따라서 기계정지의 위험성을 증가시키지 않고 막대한 양의 저급섬유가 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 본 발명은 잔류율과 탈수율을 개선할뿐만 아니라 제지기계 백수설비의 골치아픈 물질로서 용제에 의해 추출되는 수지성 피치의 함량을 크게 감소시킨다. 제지공장에서의 시험결과 이러한 피치함량이 75% 감소되는 것이 관찰되었다.

본 발명을 실시예에 의해 설명하면 다음과 같다.

이하의 설명에서 PAM은 폴리아크릴아미드를 말하며, 사용되는 PAM과 폴리에틸렌 산화물은 10⁶과 10⁷사이의 분자량을 갖는다. PAM 3% SA는 97몰퍼센트의 아크릴아미드와 3몰퍼센트의 아크릴산나트륨의 공중합체를 말한다. 벤토나이트가 첨가되는 실시예의 경우 벤토나이트는 중합체 첨가에 앞서 미리 수화처리된 수성슬러리로서 첨가되었다. 어느 실시에서도 황산알미늄은 사용되지 않고, 그 대신에 수성써스펜션은 본질적으로 물, 셀룰로오스파이버(펄프의 부수불순물 포함)로 이루어지며 필요한 경우 중합체가 첨가되고 벤토나이트는 첨가되기도 하고 제외되기도 한다.

[실시예 1]

다음과 같은 성분으로 되어 있고 리그노술폰산염과 같은 불순물을 상당량 함유하고 있는 스웨덴 신문인쇄용지공장의 묽은 제지원료를 샘플로 사용했다.

여러가지 종래의 중합체의 탈수효율과 본 발명에 의한 벤토나이트-중합체의 탈수효율을 비교하였다.

계량실린더에 담긴 1리터의 제지원료에 중합체함유량이 효과적인 0.05%가 되도록 묽은 중합체용액을 참가하고 혼합이 잘 되도록 실린더를 세번 뒤집은 후 내용물을 금망위에 붓고 250ml의 백수가 탈수되는데 소요된 시간을 측정했다. 그 시간이 짧을수록 처리는 더 효과적이며, 그 결과는 표 1과 같다.

[표 1]

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 제지원료 샘플을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 여러가지 종래의 중합체의 잔류효율과 본 발명에 의한 벤토나이트-중합체의 잔류효율을 비교하였다. 금망을 통해 탈수되는 백수를 모아 고체 함유량을 측정하였으며, 고체함유량이 낮을수록 잔류보조제 처리효과가 더 좋은 것으로 나타났으며 그 결과는 표 2와 같다.

[표 2]

[실시예 3]

실시예 1과 실시예 2에 사용된 것과 동일한 제지원료 샘플을 사용하여 PAM 3% SA의 사용량은 동일하게 유지하고 벤토나이트 첨가량을 변경하면서 탈수효과를 측정하였다. 탈수율은 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였으며 탈수시간이 짧을수록 그 처리효과가 양호한 것으로 나타났으며 그 결과는 표 3에 나타나 있다.

[표 3]

[실시예 4]

실시예 3과 동일한 제지원료 샘플을 사용하여 벤토나이트첨가량은 동일하게 유지하고 중합체(PAM 3% SA) 첨가량을 변경시키면서 탈수효과를 측정했다. 탈수율은 실시예 3과 동일한 방법으로 측정하였으며 탈수시간이 짧을수록 그 처리효과도 양호한 것으로서 그 결과는 표 4에 나타내었다.

[표 4]

[실시예 5]

고분자량 PAM 3% SA의 사용량을 항상 0.04%로 유지하고 벤토나이트의 첨가량은 0.5%를 유지하되 그종류에 따른 성능범위를 측정하였다. 실시예 3과 실시예 4에서 사용된 것과 동일한 제지원료샘플을 사용하여 벤토나이트-중합체의 성능을 탈수시간 측정에 의해 다시 한번 평가하였으며 탈수시간이 짧을수록 보다 효과적으로 처리되는 것으로 나타났으며 그 결과는 표 5과 같다.

[표 5]

[실시예 6]

앞에서 설명한 바와 같이 좋지 못한 불순물이 함유되지 않은 실험용 제지원료를 여수도(freeness)가 45°S. R. 이 되도록 밸리 고해기(Valley beater)에서 고해(두드려서 분해함)하고 2%농도의 탈이온수(deionised water)에 분산시킨 100% 표백크라프트 화학펄프로부터 만들어 탈이온수에 다시 1%로 희석하였다. 각종 폴리아크릴아미드의 탈수효율을 폴리에틸렌 산화물 탈수효율과 물팽윤성(water swelling) 벤토나이트의 존재 또는 부존재하에 측정하였는바 표 6에 표시된 바와 같이 본 발명의 상승효과가 잘 나타나 있다.

[표 6]

[실시예 7]

신문인쇄용지공장에서 아크릴아미드 단일중합체, 아크릴산나트륨(음이온 PAM)과의 아크릴아미드 공중합체, 디메틸황산염(양이온 PAM)과 함께 4분자수를 가진 아크릴산 디메틸아미노에틸과의 아크릴아미드 단일중합체 등의 각종 중합체와 함께 벤토나이트를 첨가한 후에 센트리스크린 다음에서 제지원료 샘플을 채취하여 수정 쇼퍼+라이글러 여수도측정기(modified Schopper-Reigler freeness tester)로 탈수시간을 측정했다. 후면출구를 폐쇄한 상태에서 일정량의 수분이 1리터의 제지원료로부터 탈수되는 시간을 기록하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

[표 7]

Claims (1)

1. 셀룰로오스섬유의 수성서스펜션으로부터 종이 또는 판지를 제조함에 있어서 충전제가 함유되지 않은 서스펜션에 본질적으로 비이온성인 수용성 고분자 중합체를 써스펜션의 건조중량에 대하여 0.005 내지 0.1 건조중량% 첨가하고, 벤토나이트형 검토를 0.02-2 건조중량% 첨가시키므로써 탈수 및 잔류특성이 개선된 써스펜션으로 종이 또는 판지를 제조하는 방법.