KR930003394B1 - 셀룰로오즈 펄프의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

셀룰로오즈 펄프의 제조방법

도면은 본 발명의 방법의 개략적인 공정도이다.

본 발명은 셀룰로오즈 기계 펄프(cellulose mechanical pulps)의 제조방법에 관한 것이다.

셀룰로오즈 펄프 및 더욱 특히 고수율의 셀룰로오즈 기계 펄프를 제조하는 많은 방법이 공지되어 있다. 이들 방법에는 리파이너 기계적 방법(refiner mechanical processes: RMP), 열-기계적 방법(thermo-mechanical processes : TMP), 화학-기계적 방법(chemi-mechanical processes : CMP), 열-화학 기계적 방법(thermo-chemi mechanical processes : TCMP) 및 화학-열-기계적 방법(chemi-thermo-mechanical processes : CTMP)가 있으며, 이로써 제한되는 것은 아니다. 수년에 걸쳐 개발되어온 이들 방법은 본질적으로 기본적인 RMP법을 발진시킨 방법이며, 이들 방법간의 차이점은 작은 것으로 나타나면서도, 이들 방법은 펄프의 품질이 개량되는 개선점을 나타낸다(항상 그런것은 아니지만, 종종, 펄프수율이 감소된다). 그러나, 일반적으로 대부분의 개량된 방법은 필수적인 종이 제조특성 또는 기타 최종 용도특성을 만족시키기 위해 필요한 리파이닝(refining) 에너지가 증가하는 부담이 있다.

기계펄프는 화학 펄프의 경우보다, 통상적으로 공장 설립자본비용이 작으며 수율이 높고 제조원가가 저렴할 수 있다. 또한, 기계펄프는 화학펄프의 경우 발생하는 오염문제를 유발시키지 않는다. 일반적으로, 기계펄프는 품질이 화학펄프와 같이 고급이 아니며, 따라서, 요구되는 품질인 동시에 경제적으로 제조되는 최종 펄프를 수득하기 위해 기계펄프와 화학펄프를 결합시키는 것은 익히 공지된 기술이다. 기본적인 RMP법에서 유래한 기계펄프법의 전술한 개선점으로 인하여 어떤 기계펄프가 화학펄프에 가까운 특성을 갖게 되었으며, 따라서, 이와같은 이들 기계펄프는 전통적으로 화학펄프의 사용되던 분야에서 부분적으로 또는 전체적으로 화학펄프의 대체품으로서 사용될 수 있다.

예를들면, 온타리오 페이퍼 캄파니 리미티드(Ontario Paper Company Ltd)의 캐나다 특허 명세서 제1071805호, 제1145106호 및 제1145107호에는 화학펄프의 대체품으로서 유용한 것으로 청구된 기계펄프의 제조방법이 기술되어 있다. 상기 공정들은 리파이닝 단계 후에, TMP, RMP 또는 TCMP 타입의 기계펄프를 비교적 많은 도입량의 증해(digestion)용 화학약품[예를들면, 아황산 나트륨 수용액]으로 처리하거나 이 수용액과 혼합하고, 증해 단계 후, 처리된 펄프를 임의로 추가로 리파이닝시킴으로써 가압증해시킴을 필요로 한다.

맥밀란 블로에델 리미티드(MacMillan Bloedel LTD)의 미합중국 특허 명세서 제 45 02 918호에는 목재 입자를 아황산나트륨 수용액으로 처리한 후, 처리된 입자를 증해 및 리파이닝시킨 후, 생성된 펄프를 합격 단편 및 불합격 단편 또는 장섬유 단편으로 분리시키는 펄프화 방법이 기술되어 있다. 이후, 불합격 단편을 아황산나트륨용액으로 추가로 처리하고 증해 및 리파이닝 후 적어도 일부의 합격 단편과 추가로 처리된 불합격 단편들을 결합시켜 최종 펄프를 제조한다.

본 발명은 셀룰로오즈 물질의 리파이너로의 도입 전 또는 도입시에 또는 1차 리파이닝 단계(이 리파이너 단계 후에 화학약품을 첨가 한 다음, 증해시킨다)후에 아황산나트륨 수용액을 2차 첨가하는 2단계 증해 및 리파이닝 공정을 전체 펄프로 수행할 수 있다는 놀라운 발견에 근거한다. 본 발명의 방법은 전체 펄프로 두 증해 및 리파이닝 단계로 가공하더라도 에너지 소요량은 현저히 감소시키는 반면, 최종 용도에 바람직한 많은 특성을 증가시키면서 수행될 수 있다. 본 발명의 방법은 단독의 또는 혼합된 피너스 라디에타(pinus radiata) 코어우드(corewood) 및/또는 피너스 라디에타 슬랩우드(slabwood), 유칼리나무 및 뉴지랜드산경목(hardwoods)에 특별히 적용할 수 있으며, 기타 목재 형태 및 종류에도 유사하게 적용할 수 있을 것으로 생각된다.

본 발명이 비교적 많은 총 도입량의 증해용 화학약품을 필요로 하지만, 총 도입량은 2개의 분리된 도입량으로 분할되며, 바람직하게는 1차 도입량이 더 적고, 바람직하게는 단순한 혼합 단계가 아닌 함침 공정시에 도입한다. 생성된 펄프는 미분(fines)함량이 낮으며 고강도 특성을 지니고 에너지 소요량이 낮다. 예를들면, 본 발명에서 화학약품의 총 도입량은 어떤 나무 형태, 특히 소나무 종류 및 경목/연목 혼합물의 경우, CMP법에서 필요한 정도의 도입량일 수 있으며, CMP법의 경우와 같은 고에너지를 필요로 하지는 않는다.

프랑스공화국 특허 명세서 제2544757호에는 섬유, 예를들면, 바르가스(bargasse) 및 대나무로부터 펄프를 제조하는 방법이 기술되어 있으며, 이 방법은 적어도 두개의 증해 단계가 포함되며, 각각의 단계 전에 증해용 화학약품을 첨가한다. 섬유속의 분리를 위해, 두 증해 단계 사이에 "블로우다운(Blowdown)", 즉 감압을 발생시킨다.

본 발명의 목적은 화학펄프 대체물로서 사용될 수 있는 품질이 개선된 펄프를 고수율로 제공하고 리파이닝 에너지 소요량을 증가시키지 않거나 보다 적게 증가시키면서 성취되는 셀룰로오즈 기계펄프의 제조방법을 제공하는 것이다.

광범위하게 말하면, 본 발명이 두개 이상의, 화학약품 첨가단계 및 증해단계들을 기계펄프화 방법과 함께 사용하는 셀룰로오즈 펄프 제조방법을 구성한다고 말할 수 있다.

본 명세서에서 "기계 펄프화(mechanical pulping)"란 용어는 본 분야에서 통상적인 의미를 가지며, 기계적 작용에 의해 셀룰로오즈 물질을 분쇄시켜 주로 유리되고 분리된 단일 셀룰로오즈 섬유 및 이들의 단편들로 이루어지고, 종이 및 기타 제품 제조용으로 적합한 생성물을 수득하는 방법을 의미한다.

더욱 특히, 본 발명은 입자상 물질을 증해용 화학약품으로 함침시키고, 함침된 물질을 증해시키고 추가로 증해용 화학약품을 가하고 생성된 혼합물을 기계적으로 리파이닝시킴으로써 상기 물질을 전부 섬유로 분쇄하고, 함침 및 리파이닝된 혼합물을 증해시킨 후, 경우에 따라, 생성된 펄프 생성물을 추가로 리파이닝시키는 단계를 포함하여 입자상 물질로부터 셀룰로오즈 펄프를 제조하는 방법을 구성한다.

하기에 본 발명의 공정의 도식적 유동 다이아그램인 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 태양을 보다 상세히 설명한다.

도면에 나타낸 공정에 따라 목재 칩(chips)을 세척기(10)에서 세척하고 서지(surge)/예비-스티밍(steaming)용기(11)로 이동시킨다. 이 용기에 활발한 스팀을 가하여 공기를 제거하고 칩을 80 내지 100℃의 온도로 예열한다. 용기(11)로 부터 조절된 속도로 칩을 가압스크루 도입장치(2)로 배출시키며, 이때 과량의 액체가 제거되고 칩이 탈수되어 20%이상 건조된다. 칩이 40%이상 건조되도록 탈수되는 것이 바람직하다. 이후에 칩을 함침장치(13)(바람직하게는 경사진 스크루 컨베이어)로 운반한다.

증해용 화학약품은 도입장치(12) 및/또는 함침장치(13)에 또는 이들 사이에 100℃미만, 바람직하게는 50℃미만의 온도에서 운반한다. 이들 액상 탈목질화 화학약품들은 주로 아황산나트륨계의 공지된 조성물이며, 이것은 무수 섬유를 기준으로 하여 0.5 내지 5%의 활성 화학약품의 농도로 가한다. 칩내의 스팀을 응축시키면 액체가 칩내에 흡수된다. 함침장치(13)의 액체 존(zone)에서의 체류시간은 5 내지 20분, 바람직하게는 7분이다.

함침장치(13)의 액체 존을 이탈할 때, 칩을 직접 스팀 가열시켜 칩의 온도를 80℃ 내지 100℃의 범위로 상승시킨다. 다음에, 함침된 칩을 가압밀폐장치(13a) 예를들면, 가압스크루, 로타리발브 등에 의해 제1증해기(14)에 도입한다. 증해기(14)에서의 체류시간은 3 내지 20분, 바람직하게는 5 내지 10분이며, 스팀을 직접 주입하여 가열함으로써 증기상 반응시킨다. 제1증해기(14)의 압력은 0 내지 800Kpa의 과압, 보다 바람직하게는 200 내지 400Kpa의 과압이다.

공지된 방법에 따라 조종 계량하여 제1증해기(14)로부터 생성물을 꺼내고 도입장치/가압밀폐장치(15)를 통해 0 내지 600Kpa의 과압, 보다 바람직하게는 200 내지 300Kpa의 과압에서 조작되는 제1리파이너(16)(예 : 디스크 라파이너)에 도입한다. 제2리파이너(19)에서의 후속 반응을 위해 공지된 조성물인 증해 또는 쿡킹(cook-ing)용 화학약품을 제1리파이너(16)의 생성물 도입물에 추가로 가한다. 리파이너를 조작시켜 쿡킹용 화학약품을 제1리파이너(16)에 존재하는 칩/펄프 혼합물과 혼합한다. 아황산염계 쿡킹용 화학약품을 무수 섬유를 기준으로 하여 2 내지 20%의 활성 화학약품의 농도, 바람직하게는 5 내지 10%의 농도로 가한다.

제1리파이너(16)에서 생성된 펄프 및 스팀을 통상적인 블로우라인(blowline)을 통해 후속 증해단계 동안의 농도 조절을 위해 물 및/또는 소모공정액을 가할 수 있는 사이클론(cyclone)(17)으로 배출시킨다. 도입장치/가압밀폐장치(18)(바람직하게는 가압스크루)에 의해 펄프 및 액체를 사이클론(17)으로부터 배출시켜 제2증해기(19)에 도입시킨다. 제2증해기(19)에서의 체류시간은 100 내지 800Kpa의 과압, 보다 바람직하게는 300 내지 600Kpa의 과압에서 20 내지 120분, 보다 바람직하게는 30 내지 60분의 범위이다.

제2증해기(19)로부터의 배출은 물/소모액을 라인(20) 및 (21)을 통해 제2증해기(19)의 저부로 주입하고 이를 펄프와 함께 혼합시킴으로써 보조될 수 있다. 펄프를 배출시키는 원동력은 증해기의 내부 압력에 의해 제공된다. 또한, 스크루 컨베이어 또는 기타 방법에 의해 증해기로부터 배출할 수 있다.

배출된 펄프를 세척기(22), 바람직하게는 가압 세척 시스템으로 운반하여, 펄프를 세척하고 도입장치/가압밀폐장치(23)에 의해 제2리파이너(24)로 가압 통과시킨다. 제2리파이너(24)는 0 내지 600Kpa의 과압, 바람직하게는 200 내지 300Kpa 과압의 압력하에서 작동될 수 있다. 스팀 및 펄프를 통상적인 블로우라인을 통해 제2리파이너(24)로부터 사이클론(25)으로 배출시키고, 제1리파이너(16)에서와 거의 같은 방법으로 분리 및 배출시킨다.

다음에, 생성된 펄프를 통용되는 펄프화 시행, 예를들면, 잠재 제거(latency removal), 선별(screening), 세정 및 표백 처리할 수 있다. 생성된 펄프 생성물은 의도하는 최종 용도를 위해 건조시키거나 직접적으로 또는 간접적으로 사용할 수 있다.

전술한 바와 같은 방법으로 변형하기 쉽다. 예를들면, 리파이너(16) 및 (24)에서의 리파이닝 단계의 어느 하나 또는 둘다는 대기압하에서 스크루 또는 기타 배출 및 운반장치를 사용하여 수행할 수 있으며; 제2증해기(19)로의 도입 전 또는 후에 둘 이상의 리파이닝 단계가 존재할 수 있고; 제2증해기(19)로부터의 펄프는 중간-리파이닝 단계 또는 후-리파이닝 단계로서 개설되는 펄프화 공정 후에 직접 배출될 수 있으며; 제1증해 단계와 제1리파이닝 단계 사이에 중간-세척단계 및 탈수 단계를 포함시킬 수 있으며; 추가의 화학약품첨가 단계, 중간-세척단계 및 탈수 단계를 갖거나 갖지 않는 증해 단계 및 리파이닝 단계(들)가 추가될 수 있다.

제1증해 단계용 함침/쿡킹용 화학약품은 기계 혼합 시스템을 사용하여 가할 수 있으며, 제1증해 단계에 있어서 유사하게, 기계적 혼합 시스템중에서 제1리파이너 이후의 셀룰로오즈 물질에 가할 수 있다.

중간-증해 단계 또는 후-증해 단계의 효과는 섬유 특성이 변화되고, 약간의 개선이 있는 것이며, 중요한 것은 희망하는 최종 용도 특성을 성취하기 위해 필요한 리파이닝 에너지가 상당히 감소되는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 리파이닝 에너지 투입량을 증가시키지 않거나 보다 적게 증가시키면서도, 유사한 공지된 방법에 의해 수득된 펄프보다 품질이 일반적으로 향상되거나 적어도 유사한 기계펄프를 고수율로서 제공한다. 따라서, 몇몇 화학-기계적 방법(CMP) 또는 화학-열기계적 방법(CTMP)의 경우에서도 일반적인 높은 전력 사용없이 동일한 여수도(freeness)에서 고농도의 황과 결합시킬 수 있다. 펄프는 다음 표에서 설폰화 화학-열기계 펄프(SCTMP)로서 언급된다.

증해/리파이닝 공정 처리는 고설폰화에 의해, 리파이닝 에너지 소요량이 현저히 감소되게 하고 광택, 흡수도, 유연성 및 섬유 굴곡성이 보다 우수해지게 한다. 또한, 상기 방법은 깨끗한 섬유 분리, 미분 함량이 감소된 섬유 수율의 향상 및 벌크성, 인열지수, 인장지수, 신장성, 파열성 및 기타 습윤 및 건조 웹 특성의 개선을 제공한다.

본 발명의 공정을 시험 수행하고 60g/㎡의 핸드시트를 사용하여 ISO표준에 따라 시험한, 공정, 비표백 선별 세정 펄프로서의 RMP 및 CTMP 펄프의 특성에 대한 결과를 하기 표에 기재한다.

표백 단계전에 생성된 펄프는 섬유속의 양이 적으며, 즉, 거의 10% 미만, 바람직하게는 거의 함유하지 않는다.

본 발명의 방법은 연목(soft woods), 연목들의 혼합물 및 연목과 경목의 혼합물에 대해 사용될 수 있다. 최종적으로, 기타의 고수율 공정을 사용하는 경우 보다 탁월한 품질이 수득된다.

다음 표에서 메쉬(mesh) 크기는 바우어 맥네트(Bauer NcNett)법에 따라 측정된다. 결속 섬유 함량은 썸머빌(Sommerville)법에 의해 측정된다. 표의 모든 결과는 피너스 라디에타(Pinus Radiata) 슬랩 우드(제재소 잔유물) 칩, 쥬베닐 피너스 라디에타, 및 피너스 라디에타 슬랩우드 쥬베닐 우드, 유칼립투스 레그난즈 및 타와의 각종 혼합물에 대한 실험결과이다. 모든 실험은 I.S.O.표준에 따라 60g/㎡ 핸드시트에 대해 수행한다.

본 발명의 다음 실시예 및 통상적인 화학-열기계적 펄프방법(CTMP) 및 리파이너 기계 펄프법(RMP)은 통상적으로 구입할 수 있는 뉴질랜드산 목재종류를 사용하여 파일로트 플랜트에서 수행한다.

[비교 실시예 1]

수분 함량 약 60%인 연질 목재 칩[피너스 라디에타(Pinus Radiata), 제재소 슬랩 잔유물]을 RMP법으로 처리하고, 대기압하 더블디스크 리파이너를 통해 두 경로로 리파이닝한다. 그 결과를 표중 "RMP"라고 표시한 난에 나타내고 다른 펄프화 공정과 비교하기 위한 기초로 삼는다.

[비교 실시예 2]

통상적인 CTMP 공정을 실시한다. 상이한 종류의 목재칩의 혼합물 및 일종의 칩(다음 표의 1행 참조)을 스티밍 용기중에서 약 95℃에서 10분 동안 처리하고 응축액을 배수시키고, 용기에 충분한 농도의 냉각된 함침용 화학약품, 아황산나트륨을 충전시켜 희망하는 최종 황함량을 제공한다. 함침액을 외부 열교환기를 통해 재순환시켜 약 95℃로 가열한 다음, 액체를 배수시킨다. 함침된 칩에 스팀을 직접 주입하여 약 130℃에서 5분 동안 증해시킨다. 증해된 칩을 수크루 컨베이어에 의해 배출시키고 약 2bar의 과압에서 작동하는 가압 더블디스크 리파이너에 도입한다. 생성된 펄프를 동일한 압력조건하에서 동일한 리파이너를 통해 2차 통과시켜 다시 리파이닝한다. 이 방법의 결과는 다음 표의 CTMP난들에 기재한다.

[실시예 3]

본 발명에 따라 공정을 수행한다. 상이한 종류의 목재 칩의 혼합물 및 일종의 칩(다음 표의 1행 참조)을 스티밍용기중에서 약 95℃에서 10분 동안 처리하고 응축액을 배수시키고, 용기에 충분한 농도의 냉각된 함침용 화학약품, 아황산나트륨을 충전시켜 희망하는 최종 황함량을 제공한다. 함침액을 외부 열교환기를 통해 재순환시켜 약 95℃로 가열한 다음, 액체를 배수시킨다. 함침된 칩에 직접 스팀을 주입하여 약 130℃에서 5분 동안 증해시킨다.

증해된 칩을 스크루 컨베이어에 의해 배출시키고 가압 더블디스크 리파이너에 도입한다. 리파이너에 도입할 때, 2차 증해용 화학약품(아황산나트륨용액)을 필요한 농도로 가하여 목적하는 최종 펄프 황 함량을 제공한다. 펄프/액체 혼합물을 리파이너에서 생성된 부푼 스팀에 의해 제1쿡킹 용기로 다시 운반시키고 160℃에서 약 60분 동안 증해시킨다. 증해된 펄프를 배출시키고 2차 리파이닝시킨다. 상기의 두 리파이닝 단계들은 약 2bar의 과압으로 가압된다. 공정의 결과는 다음 표의 SCTMP난들에 표시한다.

[실시예 4]

실시예 3의 공정을 수행한다. 펄프를 제2단계의 리파이너에 도입할 때 추가의 증해용 화학약품을 가하고 제3단계의 증해단계를 수행하고 대기압하에서 제3단계의 리파이닝 단계를 수행한다. 이 공정의 결과는 다음 표의 오른쪽 맨끝의 SCTMP난에 표시한다.

전술한 실시예들에 있어서 통상적인 기계펄프 밀(mill)의 선별/세정 작용을 모방하기 위해 모든 최종 펄프를 특성 시험 전에 세척하고 0.16mm의 평판 스크린에 의해 선별한다.

본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 펄프는 의외로 여러가지의 특성, 특히 인장 지수, 파열성 및 기밀도를 개선시키기 위한 추가의 리파이닝 단계에 대해 적절하며, 이는 선택된 최종 용도에서 이의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 펄프의 비개발단계 및 개발단계에서, 본 발명의 펄프는 전체적으로 또는 부분적으로 화학펄프 대체품으로서, 예를들면, 플러핑 펄프(fluffing pulp)와 같은 제품 및 각종 종이, 비제한적으로 예를들면, 티슈, 기계인쇄용 등급, 라이너 판지 및 판지로서 최종 용도에 적절하다.

주 :

1) 슬랩 피너스 라디에타 : 피너스 라디에타 제재소 잔사 : 쥬베닐 피너스 라디에타 : 피너스 라디에타 농장에서 15년 이하 가늘게 양생함 : 유칼립투스 레그난즈 : 유칼립투스 레그난즈 농장 재배 경목 : 타와 : 뉴질랜드산 경목

2) 모든 실험은 60g/㎡ 핸드시트에 대하여 ISO표준으로 수행함.

Claims (9)

1. (a) 입자상 목재물질에 증해(digestion)용 화학약품을 가하고, (b) 물질을 증해시키고, (c) 증해된 물질 혼합물에 추가의 증해용 화학약품을 가하고, (d) 혼합물을 추가로 증해시키는 단계를 포함하여 셀룰로오즈 펄프를 제조하는 방법에 있어서, 단계(c)의 전, 중 또는 후에 혼합물을 기계적으로 리파이닝시켜 완전히 섬유로 분쇄함으로써, 단계(d)를 리파이닝된 혼합물상태에서, 수행함을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 증해 단계(d)로부터 생성된 펄프를 기계적 처리에 의해 추가로 리파이닝시키는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계(d)의 증해용 화학약품을 100℃이하의 온도에서 무수 섬유를 기준으로 하여 약 0.5 내지 5% 범위의 활성 성분의 농도로 입자상 물질에 가하여 이를 함침시키는 방법.
4. 제3항에 있어서, 입자상 물질을 약 5 내지 20분 동안에 걸쳐 함침시키는 방법.
5. 제3항에 있어서, 함침된 물질을 약 80 내지 100℃의 온도에서 제1증해기에 도입하고 약 0 내지 800Kpa의 과압하에서 약 5 내지 10분 동안 스팀을 직접 주입하여 가열함으로써 단계(b)를 수행하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 제1증해기로부터 배출된 생성물을 제1리파이너에서 리파이닝시키고, 상기 증해기로부터의 혼합물에 활성 화학약품이 무수 섬유를 기준으로 하여 약 2 내지 20%의 농도로 존재하는 아황산염계 증해용 화학약품을 추가로 가하여 단계(c)를 수행하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 혼합물이 제1리파이너에서 리파이닝되기 전에 추가의 증해용 화학약품을 가하여 단계(c)를 수행하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 추가의 증해용 화학약품을 제1리파이너중의 혼합물에 가하여 단계(c)를 수행하는 방법.
9. 제6항에 있어서, 제1리파이너로부터의 펄프 및 액체를 약 100 내지 800Kpa의 과압하에서 약 30 내지 60분 동안 증해시킴으로써 단계(d)를 수행하는 방법.

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