KR950013691B1 - 2차 파이버 회수에서의 산소에 의한 색소의 제거 방법 - Google Patents

2차 파이버 회수에서의 산소에 의한 색소의 제거 방법 Download PDF

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1995년11월13일
윌리암 에프.마쉬
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Abstract

내용 없음.

Description

2차 파이버 회수에서의 산소에 의한 색소의 제거 방법
본 발명은 재생지 제품을 제조하는데 사용되는 2차 펄프로부터의 색소의 제거, 특히 색소 제거시 산소의 사용에 관한 것이다.
백색도가 높은 재생지 제품을 제조하기 위해서 폐휴지 물질에 함유된 색소를 제거하여 탈색된 2차 펄프를 제조한다. 색소는 최종 종이 제품의 제조 및 프린팅에 첨가된 염료, 안료, 잉크, 및 다른 색소 유발 화합물에 관한 것이다.
또한 신문 인쇄 용지, 마분지, 표백하지 않은 크라프트 종이등과 같은 표백하지 않은 종이를 함유한 폐휴지 물질로부터 제조된 2차 펄프에 존재하는 잔류 리그닌에 의해 색소가 유발될 수도 있다. 2차 펄프에 염소 또는 염소를 주성분으로 하는 표백제, 예컨대, 차아염소산 나트륨, 차아염소산, 및 이산화염소로 처리하는 경우, 대체로 색소가 제거된다. 환경 규제 및 소비자의 기호에 기인하여 염소를 주성분으로 하는 표백 방법을 감소시키거나 사용하지 않는 추세이기 때문에, 염소를 주성분으로 하는 표백제를 감소시키거나 제거하는 신규한 색소 제거 방법을 2차 파이버 회수 산업에서 필요로 하고 있다.
파형 용기로부터의 펄프를 산소 탈리그닌화시키는 방법은 문헌[A. de Ruvo의 "파형 용기에서 펄프를 산소 탈리그닌화시킨 품질 개량(Upgrading of Pulp from Corrugated Containers by Oxygen Delignification)"라는 명칭의 논문, Tappi Journal, 1986년 6월, 페이지, 100-103]에서 설명된다. 카파(Kappa) 수의 감소로 측정된 바와 같이, 승온에서 펄프를 산소 및 알칼리와 접촉시키면 리그닌이 제거되고, 개선된 인장 강도 및 파열 지수를 갖는 종이를 얻게 된다.
미합중국 특허 제4,416,727호는 알칼리 용액세서 퍼니쉬(furnish)를 펄프로 만들고, 생성된 펄프를 산소와 접촉시켜 중합체 습윤 강력 수지를 용해한 후 세척 단계에서 허용 가능한 파이버를 회수함으로써 습윤 강력 수지 코우팅 쓰레기 종이 퍼니쉬의 백색도를 회복하고 유지하는 방법을 개시한다.
독일 특허 출원 DD 247 934 A1은 승온에서 산소와 알칼리를 첨가하여 잉크를 제거한 폐휴지 물질의 광학 균질성을 개선시키는 방법을 개시한다. 그리하여 처리된 파이버 물질은 부가로 처리하는데 이용 가능하며, 그래프용 종이에 바람직하다.
엘. 디이. 마르크함(L.D.Markham) 및 시이. 이이. 쿠르겐(C.E.Courchene )의 문헌["2차 파이버 등급의 산소 표백(Oxygen Bleaching of Secondary Fiber Grades)"이라는 논제의 논문, Tappi Journal, 1988년 12월, 페이지 168 -174]은 더러움을 제거하고 재생된 펄프의 백색도 및 표백성을 개선시키기 위한 산소 표백을 개시한다. 카파수 및 백색도 측정에 의해 측정된 바와 같이 수많은 혼합 폐휴지 물질의 산소 탈리그닌화를 실험실 테스트 및 실험 공장 테스트에서 실시했다. 산소-차아염소산염 및 산소-과산화물 시퀀스의 사용을 간략하게 연구했다. 저자는 적당한 스크리닝과 세척 기술을 구비한 산소 표백은 저 등급 폐휴지 물질 퍼니쉬로부터 고품질의 표백 또는 표백되지 않은 펄프를 제조할 수 있는 것으로 결론을 내렸다.
문헌[토론토, 1990년 10월 14-17일의 타피펄프 회의(Tappi Pulping Coference)에서 교부된 "사용후 소비재 폐휴지 물질의 환경적으로 안전한 표백(Environmentally Safe Bleaching of Post Consumer Waste Papers)"이라는 논제의 논문]에서, 제이 .이. 앵굴로(Angulo)는 다양한 2차 파이버를 위한 염소를 주성분으로 하는 표백 시퀀스(sequence) 및 염소를 주성분으로 하지 않는 표백 시퀀스를 설명한다. Ep(과산화물을 사용하는 추출 단계) 및 Epo(과산화물 및 산소를 사용하는 추출 단계)와 같은 산화 강화 추출 단계를 사용하는 다양한 시퀀스는 표백 시퀀스 조합에서 염소를 주성분으로 하는 화학적 용량의 환원에 대해서 개시한다. 게다가, Epo-Z-P, Epo-P, Z-Epo-P, 및 Epo-P-Y 시퀀스에 대한 데이터를 개시한다(Z는 오존을 표시하며, Y는 히드로설피트를 표시한다.)
2차 파이버에 대한 비염소, 비산소 표백 시퀀스는 최근의 4가지 다른 논문에서 설명된다. 티.조아치미드스(Joachimides) 및 엠.하체(Hache)의 문헌[1990 Pulping Conference, TAPPI Proceedings, 페이지 507-513, "표백 탈잉크 펄프"라는 논제의 논문]은 신분 인쇄 용지를 탈잉크 표백시키기 위한 나트륨 히드로설피트, 포름아미딘 설핀산, 및 과산화수소의 사용에 대해서 논하고 있다. 엠. 티. 버저(Berger) 등은 문헌[1990년 가을, 카나다, 하우 사운드(Howe Sound), 엠비, Pacific Paper Expo에서 출판된 "2차 파이버의 개선된 표백 기술(Advanced Bleaching Technology for Secondary fibers)"라는 논제의 논문]에서 2차 펄프의 표백용 과산화수소 및/ 또는 나트륨 히드로설피트의 사용을 개시한다.
더블유. 에이치. 마쯔케(matzke) 및 에이치.에이치.셀더(Selder)는 문헌[1990년, TAPPI Press, 페이지 698-708, Recycling Paper : From Fiber to Finished Product에서, "2차 파이버의 백색도에 대한 견해 및 개선을 위한 다양한 접근(Various Approaches for understanding and Improving Secon dary fiber Brightmess)"라는 논제의 논문]에서 낮은 백색도의 폐휴지 물질 저장품으로부터 2차 파이버를 표백하기 위한 과산화수소 및/또는 나트륨 히드로설피트의 사용을 논한다. 엔. 리베르고트(liebergott)의 문헌[1991년 3월 18-20일, North carolina Chlorine-free Bleaching Workshop에서 교부된 "환원제를 사용한 vyqor(Bleaching with Reductive Agents)"라는 논제의 논문]에서 오존, 과산화수소, 나트륨 히드로설피트 및 포름아미딘 설핀산을 포함하는 다양한 시퀀스를 사용하여 착색된 2차 파이버 펄프를 표백시키는 조건 및 결과들을 개시한다.
환경 규제 및 소비자의 요구에 따라 염소를 주성분으로 하는 표백제의 사용은 앞으로 제한하고 감소될 것이다. 더욱이, 폐휴지 재생 장려 운동은 더 많은 양의 착색된 종이 제품을 함유하는 낮은 품질 등급 폐휴지의 더 많은 사용을 요구하며, 이러한 경향은 2차 파이버 회수 산업에서의 색소 제거의 더욱 경제적이고 효율적인 방법을 필요로 할 것이다. 본 발명은 재생지 제품의 제조에 사용되는 2차 펄프로부터 색소를 제거하는 신규하고 유용한 방법을 기술함으로써 상기의 필요성을 만족시킨다.
본 발명은, 첫번째 단계로서, 약 8 미만 또는 약 10보다 높은 pH에서 펄프를 사놋-함유 기체와 접촉(이때, 산소가 펄프내에 존재하는 하나 이상으 색소 유발 화합물과 반응한다.)시켜 색소를 제거함으로써 재생지 제품을 만들기에 적합한 탈색 펄프를 수득하는 단계를 포함하는, 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프에서 색소를 제거하는 방법에 관한 것이다. 임의로, 산소-함유 기체와 함께 과산화수소를 펄프에 첨가시킬 수 있다. 상기의 임의 공정에서, 두번째 단계에서 과산화수소 또는 오존으로 처리하거나 또는 두번째 단계에서 오존으로 처리하고 세번째 단계에서 과산화수소로 처리할 수 있다.
본 방법은 산소와 펄프를 접촉시키는 첫번째 단계 이전에 pH 범위 약 1 내지 6의 산을 펄프와 접촉시키는 예비처리 단계를 추가로 포함할 수 있다. 추가의 처리 공정은 산으로 예비 처리하고 산소로 처리한 펄프를 과산화수소와 접촉시키는 두번째 단계를 임의로 포함한다. 또한, 본 방법은 펄프를 과산화수소와 접촉시키는 두번째 단계 이후에 나트륨 히드로설피트와 펄프를 접촉시키는 세번째 단계를 포함한다.
또 다른 임의 공정으로서, 첫번째 단계의 산소 접촉후, 약 1 내지 6의 pH 범위에서의 산과 펄프를 접촉시키는 두번째 단계가 뒤따른다. 세번째 임의 공정에서는 산소, 과산화수소, 및 오존으로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제를 펄프와 접촉시킨다. 네번째 임의 공정에서, 산소, 과산화수소 및 나트륨 히드로 설피트로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제를 펄프와 접촉시킨다. 선택적인 다섯번째 임의 공정에서, 과산화수소 및 나트륨 히드로설피트로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제를 펄프와 접촉시킨다.
본 발명의 다른 양태로서, 첫번째 단계에서 펄프를 산소-함유 기체, 과산화수소, 및 하나 이상의 용해된 알칼리 화합물과 접촉(이때, 산소, 및 과산화수소는 펄프에 존재하는 하나 이상의 색소-유발 화합물과 반응한다.) 시켜 색소를 제거함으로써 재생지 제품을 제조하기에 적합한 탈색 펄프를 수득하는 단계를 포함하는, 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프에서 색소를 제거하는 방법을 포함한다. 상기 양태에서, 두번째 단계의 펄프를 오존으로 추가 처리하고, 세번째 임의 공정에서 과산화수소로 추가 처리한다.
또한, 본 발명은 ,
(a) 펄프를 산소-함유 기체 및 하나 이상의 용해된 알칼리 화합물과 접촉시켜 펄프에 존재하는 하나 이상의 색소 유발 화합물과 산소가 반응하도록 하고,
(b) 펄프를 과산화수소와 접촉시켜 펄프에 존재하는 색소 유발 화합물과 반응시킴으로써 색소를 제거하여, 재생지 제품을 제조하기에 적합한 탈색 펄프를 수득하는 단계를 포함하는, 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프에서 색소를 제거하는 방법을 포함한다. 임의 공정(b) 이후 펄프를 나트륨 히드로설피트와 접촉시킨다. 세번째 방법 및 나트륨 히드로설피트와 추가로 접촉시키는 임의 공정에 있어서, 임의 공정(a)에서의 산소-함유 기체와 함께 과산화수소를 펄프에 첨가시킬 수 있다.
또한 본 발명은,
(a) 펄프를 pH 약 1 내지 6 범위의 산과 접촉시키고,
(b) 단계(a)로부터 펄프를 산소-함유 기체와 하나 이상의 용해된 알칼리 화합물과 접촉(이때, 산소는 펄프에 존재하는 하나 이상의 색소 유발 화합물과 반응한다)시켜 색소를 제거함으로써 재생지 제품을 제조하기에 적합한 탈색 펄프를 수득하는 단계를 포함하는, 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프에서 색소를 제거하는 방법을 포함한다. 임의 공정(b) 이후에, 펄프를 과산화수소와 첩촉시키는 단계를 추가로 실시한다. 상기 추가 단계 이후에 펄프를 나트륨 히드로설피트와 접촉시킨다. 변형 공정으로서, 산소 및 알칼리와 함께 과산화수소를 산소 단계에 투입시킬 수 있다. 상기 변형 공정 이후에, 오존 또는 과산화수소를 접촉시키는 세번째 단계를 실시할 수 있다. 산소/과산화물 임의 공정 이후에 연속으로 오존 단계 및 과산화수소 단계를 실시할 수 있다.
본 발명은,
(a) 펄프를 산소-함유 기체 및 하나 이상의 용해된 알칼리 화합물과 접촉시켜 펄프에 존재하는 하나 이상의 색소 유발 화합물과 산소가 반응하도록 하고,
(b) 펄프를 약 1 내지 6의 pH 범위의 산과 접촉시켜 색소를 제거하여 재생지 제품을 제조하기에 적합한 탈색 펄프를 수득한다. 세번째 임의공정에서 산소, 과산화수소 및 오존으로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제를 펄프와 접촉시킨다. 네번째 임의 공정에서, 산소, 과산화수소 및 나트륨 히드로설피트로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제와 펄프를 접촉시킨다. 다섯번째 임의 공정에서는 과산화수소와 나트륨 히드로설피트로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제와 펄프를 접촉시킨다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 물을 사용하여 폐휴지 물질을 미분쇄시켜 셀룰로오스 파이버 및 색소 유발 화합물을 포함하는 펄프를 형성하고, 물을 사용하여 미분쇄하는 동안 pH를 약 8 미만 또는 10보다 큰 값으로 조절하는 것을 포함하는 색소체를 함유한 폐휴지 물질로부터 2차 펄프를 제조하는 방법을 포함한다. 상기 양태는 임의의 연속 색소 단계 이전에 약 8 미만, 또는 약 10보다 큰 값으로 펄프의 pH를 조절하는 단계를 임의로 포함한다.
마지막으로, 본 발명은,
(a) 물을 사용하여 폐휴지 물질을 미분쇄시켜 셀룰로오스 파이버 및 색소 유발 화합물을 포함하는 펄프를 형성하고
(b) 약 8 미만 또는 10보다 높은 pH에서 펄프를 산소-함유 기체 및 하나 이상의 용해된 알칼리 화합물과 접촉시켜 색소 유발 화합물과 산소를 반응시킴으로써 탈색된 펄프를 수득하고,
(c) 세정, 스크링닝, 부유 분리, 세척, 분산 및 제지로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 단계에서 탈색된 펄프를 가공하여, 티슈, 타올, 장부용지, 필기용지, 컴퓨터용지, 신문인쇄용지, 골판원지, 및 종이 백으로 구성된 그룹으로부터 선택된 상기 재생지 제품을 수득하는 것을 포함하는 방법에 의해 하나 이상의 색소 유발 화합물을 함유하는 폐휴지 물지로부터 제조된 재생지 제품을 포함한다.
폐휴지 물질은 주로 색소를 함유하고 있으며, 이를 제거하여 고백색도인 재생지 제품을 제조하는 탈색된 2차 펄프를 제조한다. 상기 논의된 바와같이, 상기 색소는 염료, 안료, 잉크 및 다른 색소 유발 화합물 또는 최종 종이 제품의 제조 및 프린팅에서 첨가된 색소체에 의해 야기될 수 있다. 또한 색소는, 신문인쇄 용지, 판지 및 표백하지 않은 크라프트 종이와 같이 표백하지 않은 물질을 함유한 폐휴지 물질 퍼니쉬로부터 제조된 2차 펄프에 존재하는 리그닌 잔유물에 의해 야기 될 수 있다. 염료 및 안료와 함께 리그닌이 존재하는 경우, 2차 펄프가 탈색되거나 또는 산소, 과산화수소, 오존, 나트륨 히드로설피트 등과 같은 표백제로 색소가 제거될 때 발생할 수 있는 반응 사이의 착화 상호작용을 야기시킬 수 있다. 리그닌이 존재하는 경우, 2차 펄프로부터의 색소체의 제거를 어렵게 한다.
이러한 이유 때문에, 색소체를 함유하지는 않지만, 리그닌을 함유하는 2차 펄프의 표백 및 탈리그닌화에서의 종래 방법의 경우, 리그닌과 색소체를 함유하는 2차 펄프에 또는 리그닌을 함유하지 않고 색소제를 함유하는 2차 펄프의 경우로 직접 외삽시킬 수가 없었다. 본 발명의 방법의 구체예는, 펄프내의 리그닌의 존재 또는 부재에도 불구하고, 2차 펄프내의 염료, 안료, 잉크 및 다른 색소 유발 화합물에 의해 야기되는 색소의 제거시에 직접 사용할 수 있다. 본 발명은 상당한 양의 색소체를 함유하지 않는 2차 펄프로부터의 리그닌 제거시 직접 사용할 수 없다.
본 명세서에서 색소체 및 색소 유발 화합물이란 용어는 동등한 의미를 지니며, 상기 종이 제품을 함유하는 퍼니쉬로부터 제조된 종이 시이트에 대한 표준 광학 테스트 절차에 의 해 검출될 수 있는 색소를 유발하는 종이 제품을 제조하는데 첨가되는 임의의 물질 또는 화합물로 정의된다. 상기 테스트는 주로 색소(L, a, b, 45°0°비색법-Tappi 테스트 방법 T 524 om-86)을 포함하며, 또한 Tappi 백색도 T217 wd-71을 포함한다. 색소 제거(color stripping 또는 color removal) 및 표백이라는 용어는 동등한 의미를 지니며, 2차 펄프로부터 색소체 및 색소 유발 화합물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 용어 2차 펄프는 본 명세서에서 분류된 폐휴지 물질 및 제지 공장의 파지를 포함한 사용전 소비재 폐휴지 물질(1) 및/또는 장부용지, 착색된 장부용지, 컴퓨터 출력용지, 신문인쇄 용지, 낡은 파형용기 (OCC), 판지, 잡지, 광고전단 및 포장지의 혼합물을 포함한 사용후 소비재 폐휴지 물질(2)로부터 제조된 펄프로 정의된다.
하기에서는 색소 제거 시퀀스를 설명할 때, 펄프 및 종이 산업의 표준 용어를 사용했다. 대문자로 표시된 문자는 장치의 분리된 부품에서 또는 장치의 단일 부품의 서로 다른 부품에서 실시되는 방법 또는 단계를 분리하여 처리하는 것을 나타내며, 하기의 특별한 의 미를 갖는다 : O는 산소를 나타내고, P는 과산화물, 특히 과산화수소를 나타내고, C는 염소를 나타내고, Z는 오존을 나타내고 Y는 나트륨 히드로설피트를 나타내고, A는 산을 나타내고, H는 차아염소산나트륨을 나타내고, D는 이산화염소를 나타낸다. 소문자로 표시된 문자는 대문자로 표시된 문자에 의해 나타낸 한 방법에서의 부가적인 특정 화합물 또는 화합물들의 사용을 나타낸다. 예를 들어, 시퀀스 방법 Op는 과산화물을 투입하는 산소 처리 방법 또는 단계를 나타낸다. 대문자 E는 염소화 단계후 전통적으로 리그닌을 추출하기 위해 사용되는 가성 추출 방법을 나타낸다. 용어 Eo는 산소-가성 추출 방법을 나타내고, 용어 Eop는 과산화물을 첨가하는 산소-가성 추출방법을 나타낸다.
당 분야에서 공지된 Eo 방법에서의 작동조건은 대표적으로 5-15분의 보유시간, 펄프 중량에 대한 0.5 내지 1.5중량%의 NaOH 분량, 50-80℃의 온도, 및 대기압 부근의 압력이다. 상기 조건들은 본 명세서에서 개시된 O 방법과는 다르며, 대표적으로 2-120분의 보유시간, 펄프 중량에 대한 0.5 내지 15중량 %의 NaOH 분량, 60-180℃의 온도 및 20-400psig의 압력에서 작동된다. 그래서 본 발명의 O 방법은 당분야의 Eo 방법보다 더 강력한 작동조건을 필요로 한다.
본 명세서에서는 논제["L, a, b, 45°0° Colorimetry of White and Near-White Paper and paperboard"]의 Tappi Official 테스트 방법 T 524 om-86에 의해 색소를 결정하며, 그결과들은 헌터(hunter) L, a, b 색소 등급을 사용하여 보고하였다. 상기 색소 등급의 의미는 하기와 같다 :
L은 O(흑색)에서 100(백색)까지의 명도를 나타내며, a는 양성일 때 적색, 음성일 때 녹색, O일 때 회색을 나타내고; b는 양성일 때 황색, 음성일 때 푸른색, O일 때 회색을 나타낸다. 백색 및 거의 백색인 종이는 대개 80이상의 L 값과 10 또는 10 미만의(a2+b2)0.5의 값을 갖는다. 본 명세서에서 개시된 연구에서, 매개변수 L 및 b는 다양한 색소 제거 방법의 효과를 비교하는데 가장 유용하며, L의 값은 가능한한 커야하며, b의 값은 가능한한 O에 가까워야 한다는 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 펄프로부터 색소를 제거하는 것은 펄프로부터 제조된 시이트와 비교하여 L의 값이 증가하고, b의 값은 감소했다.
b 색소의 값은 색소 제거를 결정하는데 가장 중요한 매개 변수가 되는 것으로 밝혀졌다. 또한 색소의 존재는 백색도에 영향을 주기 때문에. 색소 제거 방법을 비교하는 2차 매개 변수로서 상기 매개변수(색소)를 사용한다. 백색도는 특정 표준 조건하에서 측정된 푸른 빛에 대한 종이 시이트의 반사도를 측정한 것이며, 본 명세서에서, 표준 Tappi 테스트 방법 T 217 wd-71 백색도 측정에 사용된다.
본 발명의 첫번째 구체예에서, 반응 용기 또는 파이프라인 반응기내에서 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프를 하나 이상의 알칼리 화합물 및 산소와 접촉시키고, 이때, 펄프에 있는 색소체는 산소와 반응하여 색소를 유발하지 않는 부산물을 생성하며, 그리하여 탈색 펄프를 사용하여 재생지 제품을 만든다. 펄프내에 존재하는 색소체는 염료, 안료, 잉크 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 약 25℃ 내지 200℃ 범위내의 온도, 바람직하게는 약 80℃ 내지 130℃범위내의 온도, 약 20 내지 400psig 범위내의 반응기의 총압 및 약 0.1 내지 45중량%의 펄프 경점도(consistency)에서 접촉을 실시한다. 펄프를 예열시키거나 반응기내에서 증기 분사에 의해 가열할 수 있다. 목적하는 범위내로 pH를 조절할 필요가 있을 때, 산 또는 알칼리를 첨가할 수 있다. 알칼리가 요구될 때, 수산화 나트륨, 규산 나트륨, 티오 황산나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 나트륨 히드로설피트, 수산화암모늄 및 이들의 혼합물로부터 하나 이상의 알칼리 화합물이 선택될 수 있다. 산소단계 또는 다른 단계에서, 선택적으로 백색 액제(나트륨 설피드 및 수산화나트륨의 수용액), 산화된 백색 액제(티오황산나트륨 및/또는 황산나트륨의 수용액), 또는 녹색 액제(나트륨 설피드 및 탄산나트륨의 수용액)를 사용하여 상기 알카리 화합물을 얻을 수 있다. 건조 펄프 중량의 약 0.5 내지 15중량% 범위내의 분량으로 알칼리 화합물을 펄프에 첨가한다. 적어도 10부피%의 산소, 바람직하게 약 85 내지 99.5부피%의 산소를 함유하는 산소-함유 기체로서 산소를 첨가한다. 반응기의 체류시간은 약 1 내지 120분 범위내이다. 산소 분압은 첨가된 기체의 산소 농도 및 물의 증기압을 결정하는 반응기 온도에 의존하며; 산소 분압은 대표적으로 약 5 내지 90psig이다.
본 발명의 구체예에서, 반응기에 알칼리를 첨가하는 것은 반응기내의 pH가 약 8 미만 또는 약 10보다 높도록 조절되어야만 하며, pH는 상당한 시간 동안 약 8 내지 10의 범위내가 되어서는 안된다. 펄프가 8 미만의 초기 pH가 약 10보다 높은 최종 pH까지 되도록 알칼리를 첨가시켜야할 경우, 상기 전이는 가능한한 빠르게 실시되어야만 한다. 대개 pH가 내려가면 색소 산화 반응이 일어나기 때문에 충분한 양의 알칼리를 첨가하여 pH가 약 10미만으로 내려가지 않게 해야만 한다. 상당한 시간 동안 반응기내의 pH가 약 8 내지 10이 될 경우, 색소 제거는 억제되며, pH가 상기 범위 밖으로 조절되더라도 이후의 임의 색소 제거단계를 더욱 강력하게 억제한다. pH가 약 8 내지 약 10 사이에 더 오래 머물수록, 하류색소제거는 더욱 강력하게 억제된다. 이러한 놀라운 발견은 완전하게 이해되지는 않았지만, pH가 약 8 내지 10인 상기 반응기 조건에서 특정 염료 및 다른 색소체는 고정되어, 적당한 체류시간 및 펄프 수득률에서 산화를 더욱 방해하게 된다. 이러한 pH 효과는 퍼니쉬에 존재하는 판지, 낡은 파형 용기(OCC), 크라프트 펄프, 또는 신문인쇄용지와 같은 표백하지 않은 물질로부터의 리그닌의 존재에 의해 배합된 것으로서 나타난다. 또한 산소 단계의 임의의 가공단계의 상류에서 pH를 조절하여 pH가 약 8 내지 10 범위내가 되지 않도록 하여야 하며, 이는 임의의 색소 제거 단계에서의 pH 값에도 불구하고 산소단계에서 및 부가적인 색소 제거 단계에서의 색소 제거를 억제하기 때문이다. 상기 상류 가공 단계는 물을 사용하여 폐휴지 물질을 미분쇄하여 펄프를 형성시키는 펄프화 방법을 포함한다.
수많은 변형 또는 부가적인 색소 제거 단계는 상기 설명된 기본적인 구체예와 함께 사용될 수 있다. 임의의 선택적인 변형에서, 건조 펄프 중량의 약 0.1 내지 3.0중량%의 분량으로 과산화수소를 산소단계에 직접 첨가하여 Op 단계의 조합을 만들 수 있으며, 이는 주어진 반응기 조건의 세트와 최대의 허용 가능한 펄프 체류 시간에서 색소 제거를 증가시킬 수 있다. 상기 산소/과산화물 Op 단계는 60-130℃ 범위내의 온도, 펄프 중량의 0.25 내지 0.50중량% 분량의 과산화수소, 1 내지 120분의 체류시간, 20-100psig 압력, 펄프 중량의 0.5 내지 15중량%의 NaOH로 작동된다. 다른 임의의 선택적인 변형에서는, Op 단계이후 OpP, OpZ 및 OpZP 시퀀스의 분리된 과산화수소 및/또는 오존 단계가 실시된다.
O 또는 Op 단계 이후에 P 단계가 실시되는 것은 상기 온도 및 잔류 NaOH가 과산화물 처리에 최적이기 때문에 이상적이다. P 단계는, 펄프 중량의 1.0 내지 2.0중량%이 NaOH 또는 Na2SiO3, 펄프 중량의 0.25중량% DTPA(디에틸렌 트리아민 펜타아세트산의 나트륨염) 또는 EDTA(에틸렌 디아민 테트라아세트산의 나트륨염), 60 내지 85℃의 온도, 및 60 내지 120분의 보유시간을 필요하지 않으며, O 또는 Op 단계 이후에 P 단계 사이에서 세척할 필요가 없다.
대개 O 단계는 20 내지 100℃, 0.1 내지 60분의 보유시간, 0 내지 100psig 의 압력, 및 2 내지 9의 pH에서 작동된다. 다른 선택으로는, AO 시퀀스에서 산성 단계에 이어서 산소 단계가 실시될 수 있으며, 이때 펄프를 약 1 내지 6 범위내에서 pH로 산성화한다. 산으로는 황산, 아세트산, 질산, 염산 또는 옥살산으로부터 선택된 무기산 또는 유기산이 사용될 수 있으며, 그밖의 산 공급처는 산성 표백 세척 단계로부터의 여과액이 된다. 산성 단계는 20 내지 100℃의 온도 및 2 내지 120분의 보유시간에서 작동된다.
상기 처리는 색소 제거를 증가시키고, 부가의 표백 단계에서의 분해로부터 파이버를 보호한다. 대안적으로, 산성처리는 좀더 강력한 조건하에서 표백 단계를 실시하여 허용 가능한 펄프 수득률 및 펄프 강도에서 높은 정도의 색소 제거를 실시케 한다. 상기 부가의 표백 단계는 AOP, AOPY, 또는 AOZPY 시퀀스에서 과산화수소 처리, 오존처리, 및 나트륨 히드로설피트 처리를 포함한다. Y 단계의 조건은 40 내지 90℃의 온도 15 내지 120분의 보유시간, 및 4 내지 8 범위내의 pH이다.
첫번째 구체예의 다른 선택에서 OA 시퀀스에서의 산소 단계 이후에 산성 단계 이후에 산성 단계를 실시할 수 있으며, 이때, 선택된 산과 상기에서 이미 설명된 작동조건을 사용하여 약 1 내지 6의 pH로 펄프를 산성화시킬 수 있다. 상기 처리는 색소 제거를 증가시키며, 부가의 표백단계에서의 분해로부터 파이버를 보호하는 것으로 나타났다. 대안적으로, 상기 산 처리는 좀더 강력한 조건에서 작동되는 부가의 표백단계를 실시하여, 허용 가능한 펄프 수득률 및 펄프 강도에서 더 높은 정도의 색소 제거를 실시한다. 상기 부가의 표백 단계는 산소, 과산화수소, 또는 오존으로 처리하여 OA(O,P 또는 Z)시퀀스를 실시하는 세번째 단계를 포함한다.
과산화수소, 오존, 또는 나트륨 히드로설피트로 처리하여 OA(O,P 또는 Z)시퀀스를 실시하는 네번째 단계가 첨가될 수 있다. 과산화수소 또는 나트륨 히드로설피트로 처리하여 OA(O,P 또는 Y)(O,P 또는 Z)(P 또는 Y) 시퀀스를 실시하는 다섯번째 단계가 첨가될 수 있다.
본 발명의 두번째 구체예에서, 반응 용기 또는 파이프라인 반응기내에서 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프를 하나 이상의 알칼리 화합물, 산소 및 과산화수소와 접촉시키고, 이때 펄프내의 색소체는 산소 및 과산화수소와 반응하여 색소를 유발하지 않는 부산물을 산출하여, 재생지 제품을 제조하는데 사용되는 탈색 펄프를 산출한다. 펄프에 존재하는 색소체는 염료, 안료, 잉크, 및 이들의 혼합물을 포함할 수있다. 상기 설명된 첫번째 구체예와 유사한 조건하에서 접촉을 실시한다. 건조 펄프중량의 약 0.1 내지 1.0중량% 분량인 과산화수소가 바람직하다. 선택적으로 상기 Op 단계는 각각 부가적인 오존단계(OpZ), 과산화수소 단계(OpP), 오존과 과산화수소 단계(OpZP), 및 과산화수소 및 나트륨 히드로설피트 단게(OpPY)를 활용할 수 있다. 상기 단계에 대한 작동 조건은 상기 언급된 바와 같다.
본 발명의 세번째 구체예에서,
(a) 펄프를 산소-함유 기체와 하나 이상의 용해된 알칼리 화합물과 접촉시켜 펄프에 존재하는 하나 이상의 색소 유발 화합물과 산소가 반응하도록 하고,
(b) 펄프에 존재하는 색소 유발 화합물과 반응하게 되는 과산화수소와 펄프를 접촉시켜 색소를 제거함으로써 재생지 제품을 제조하기에 적합한 탈색 펄프를 수득하는 단계를 포함하는, 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프에서 색소를 제거한다.
상기 정의된 바와 같이 알칼리 화합물을 선택했다. 상기 구체예는, 탈리그닌화 시키기 위한 OP 시퀀스를 사용하는 통상의 실시에 비해서,
(1) 단계들 사이에 세척 단계가 없고,
(2) 가성 또는 규산 나트륨을 과산화물 단계에 첨가하지 않는 점에서 다르다. 선택적으로 상기 OP 시퀀스 이후에 OPY 시퀀스에서의 나트륨 히드로설피트 처리단계를 실시한다. 특정 퍼니쉬의 경우, 8 이하 또는 10 이상의 pH에서 산소 단계를 실시하여 상기 논의된 바와 같은 염색 과정을 피해야만 하는 경우를 제외하고는 본 구체예 및 이에 대한 임의의 변형에서 pH에 대한 제한은 없다.
본 발명의 네번째 구체예는,
(a) 약 1 내지 6 범위내의 pH에서 펄프를 산과 접촉시키고,
(b) 단계(a)로부터의 펄프를 산소-함유 기체와 하나 이상의 용해된 알칼리 화합물과 접촉시키고, 이때, 산소는 펄프에 존재하는 하나 이상의 색소 유발 화합물과 반응시키고 ; 그후, 색소를 제거하여 재생지 제품을 제조하기에 적합한 탈색 펄프를 산출시키는 것을 포함하는 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프에서 색소를 제거하는 방법을 포함한다. 선택적으로 상기 AO 시퀀스 이후에 펄프를 과산화수소와 접촉시켜 AOP 시퀀스를 실시하는 부가적인 단계를 실시한다.
상기 부가적인 단계 이후에 펄프를 나트륨 히드로설피트와 접촉시켜 AOPY 시퀀스를 실시한다. 대안적으로, 산소 및 알칼리와 함께 과산화수소를 산소 단계에 투입시킬 수 있다. 상기 대안적인 AOp 시퀀스 이후에, 오존 또는 과산화수소의 세번째 단계를 실시하여 AOpZ 또는 AOpP 시퀀스를 실시한다. 선택적으로 산소/과산화수소단계 이후에 AOpZP 시퀀스에서의 오존 단계와 과산화수소 단계를 연속해서 실시했다. 본 발명의 다섯번째 구체예는,
(a) 펄프는 산소-함유 기체 및 하나 이상의 용해된 알칼리 화합물과 접촉시켜 펄프에 존재하는 하나 이상의 색소 유발 화합물과 산소가 반응하도록 하고,
(b) 약 1 내지 6 범위내이 pH인 산과 펄프를 접촉시켜 OA 시퀀스에서 색소를 제거함으로써 재생지 제품을 제조하기게 적합한 탈색 펄프를 수득하는 단계를 포함하는, 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프에서 색소를 제거하는 방법을 포함한다. 상기 산성 단계는 상기 설명된 조건에서 실시된다.
상기 산성 단계는 색소 제거를 증가시켜 부가적인 표팩 단계에서의 분해로부터 파이버를 보호하는 것으로 밝혀졌다. 이와달리, 산 처리는 부가적으로 표백 단계를 좀더 강력한 조건에서 실시하여, 허용가능한 펄프 수득률과 펄프 강도에서 높은 정도의 색소 제거를 할 수 있다. 상기 부가적인 표백 단계는 OA 시퀀스(O,P 또는 Z)에서 산소, 과산화수소 및 오존으로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제와 펄프를 접촉시키는 선택적인 세번째 단계를 포함한다. 네번째 임의 공정은 OA 시퀀스(O,P 또는 Y)(O,P 또는 Z)에서 산소, 과산화수소 및 나트륨 히드로설피트로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제를 펄프와 접촉시킨다. 다섯번째 임의 공정은 OA 시퀀스(O,P 또는 Y)(O,P 또는 Z)(P 또는 Y)에서 과산화수소및 나트륨 히드로설피트로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제를 펄프와 접촉시킨다.
상기 설명된 다섯가지의 양태에서, 각각의 방법들은 알칼리 첨가를 요할 수 있다. 이는, 수산화나트륨, 규산나트륨, 티오황산나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 나트륨 히드로설피트, 수산화암모늄 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 알칼리 화합물을 첨가하여 실시될 수 있다. 선택적으로 상기 알칼리 화합물은 산소단계 또는 다른 단계에서 백색 액제(황화나트륨 과 수산화나트륨의 수용액), 산화된 백색 액제(티오황산나트륨 및/또는 황산나트륨의 수용액), 또는 녹색 액제(황화나트륨 과 탄산나트륨의 수용액)을 사용하여 얻을 수 있다. 건조 펄프 중량의 약 0.5 내지 15중량% 분량의 범위인 알칼리 화합물을 펄프에 첨가한다. 산소-함유 기체로서 적어도 10부피%의 산소, 바람직하게 약 85 내지 99.5부피%의 산소를 첨가한다.
상기 구체예에서 활용된 퍼니쉬는, 쇄록(groundwood), 신문인쇄용지, 특정잡지, 낡은 파형 용기등과 같은 적어도 0.1중량%의 하나 이상의 표백하지 않은 물질을 포함할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이. 염료 및 안료와 함께 리그닌의 존재는 산소, 과산화수소, 오존, 나트륨 히드로설피트 등과 같은 표백제를 사용하여 2차 펄프를 탈색 또는 색소 제거시킬 때 일어날 수 있는 반응들의 착물 상호작용을 일으킬 수 있다. 리그닌의 존재는, 2차 펄프로부터의 색소체의 제거를 어렵게 한다. 이러한 이유 때문에, 리그닌은 함유하지만 색소체를 함유하지 않는 미가공 펄프 또는 2차 펄프의 탈리그닌화 및 표백에서의 종래 기술 방법의 결과는, 리그닌과 색소체를 함유한 2차 펄프, 또는 색소체를 함유하지만 상당한 리그닌을 함유하지 않은 2차 펄프에 대해서 직접적으로 외삽시킬 수 없다. 본 발명 방법의 구체예는, 펄프내의 리그닌의 존재 또는 부재와 무관하게, 2차 펄프내의 염료, 안료, 잉크 및 다른 색소 유발 화합물에 의해 야기되는 색소의 제거에 관한 것이다. 그러나, 리그닌이 본 발명의 구체예에 의해서 처리될 펄프내의 색소체와 함께 존재할 때, 리그닌은 적어도 부분적으로 제거되며 하기 논의된 색소제거 방법에 영향을 줄 수 있다. 본 발명은 상당한 양의 색소체를 함유하지 않는 2차 펄프로부터의 리그닌 제거하는 것에 관한 것이 아니다. 상기와 같은 펄프는 근본적으로 착색되지 않은 종이를 함유한 폐휴지 물질로부터 얻은 것이다.
색소체와 리그닌 모두를 함유한 펄프를 색소 제거시킬 때, 리그노셀룰로스의 존재 때문에 산소 단계에서 옥살레이트 염이 형성되고 이러한 옥살산염의 형성은 산소단계에서 완전 산화된 백색액제(황산나트륨 수용액)를 사용하여 최대화할 수 있다. 상기 펄프를 연속적으로 산 단계에서 산성화시킬 때 표백을 돕는 옥살산이 형성되며, 이는 오존 및 다른 산화제에 의한 분해로부터 셀룰로스 파이버를 보호할 수 있다. 그래서, 연속적인 산 단계의 사용과 함께 산소 단계에서 산화된 백색 액제의 사용은 리그닌 뿐만 아니라 색소체를 함유한 2차 펄프의 색소 제거를 증가시킨다. 대안적으로 산소단계에 알칼리보다 산을 첨가시키는 산소처리로 동시에 산 처리를 실시할 수 있다.
하기 실시예들은 설명된 바와 같은 본 발명을 부가로 명확하게 하고 뒷받침할 것이다.
[실시예 1]
수돗물을 사용하여 60중량%의 백색 장부용지, 30중량%의 착색된 장부용지 및 10중량%의 쇄목을 함유한 폐휴지 물질로부터 펄프 샘플을 제조하여 pH 7.3에서 12%의 경점도를 갖는 펄프를 얻었다. 1차 펄프샘플(비처리)을 사용하여 핸드시이트를 제조하여 부가의 테스트를 실시한다. 16시간 동안 2차 펄프 샘플을 충분한 양의 NaOH로 처리하여 pH를 8.5로 증가시켰다. 그후, 펄프 중량의 3.0중량%인 NaOH와 펄프를 혼합하여 밀폐된 실험실 반응기에 공급하고 99.8부피%의 순도를 갖는 산소로 가압하고, 증기로 가열했다. 반응기의 내용물을 800rpm에서 1분동안 혼합하여, 산소로 반응을 개시한다. 130℃의 온도, 60psig의 총압, 40분의 보유시간 동안 산소처리를 실시했다. 처리된 펄프를 반응기로부터 꺼내어 세척하고, 일부를 사용하여 핸드시이트를 제조하여 부가의 테스트를 실시한다. 나머지의 상기 산소-처리된 펄프를, 1.0중량의 과산화수소, 0.3중량%의 NaOH, 2.0중량%의 규산나트륨 및 0.25중량%의 EDTA를 사용하여 70℃에서 처리하여 초기의 pH 11.4가 되게 한다. 120분의 보유시간후, 펄프를 꺼내어 냉각시키고, 핸드시이트로 제조하여 부가의 테스트를 실시한다. 3차 펄프 샘플을 충분한 양의 NaOH로 4시간 동안 처리하여, pH를 10.0으로 상승시킨다. 그후, 상기 설명된 바와 같은 동일한 절차에 의해 실험실 반응기에서 상기 펄프를 처리하고, 상기 처리된 펄프를 사용하여 핸드시이트를 제조하여 부가의 테스트를 실시했다.
4차, 5차, 및 6차 펄프 샘플을 산소로 처리하기 이전에 중간 pH에서 처리하지않는 것을 제외하고, 상기 설명된 바와 같은 동일한 절차에 의해 상기 펄프 샘플들을 실험실 반응기에서 산소로 처리하고, 수초동안 NaOH를 급속 첨가하여 상기 펄프 샘플의 pH 값을 12.2 또는 12.2 이상으로 상승시킨다. 그리하여, 처리된 펄프 샘플들을 사용하여 핸드시이트를 제조하여 부가의 테스트를 실시했다. 산소 처리후 상기 6차 펄프 샘플의 일부를 70℃에서 1.0중량%의 과산화수소, 0.3중량%의 NaOH, 2.0중량%의 규산나트륨 및 0.25중량%의 EDTA를 사용하여 처리하여 초기의 pH 11.6에서 처리하였다. 120분의 보유시간후, 펄프를 꺼내어 냉각시키고, 핸드시이트로 제조하여 부가의 테스트를 실시했다. 0.3중량%의 수산화나트륨 및 2.0중량%의 규산나트륨을 펄프에 첨가한 것을 제외하고는 유사한 절차를 산소를 사용하여 7차 펄프 샘플을 처리하고, 핸드시이트를 제조했다. 알칼리를 첨가하지 않은 것을 제외하고 유사한 절차로 8차 펄프 샘플을 처리하고, 핸드시이트를 제조했다 상기 언급된 모든 펄프 처리 단계에서 펄프 샘플의 pH를 처리 전후에서 측정했다. 그후, 모든 핸드시이트를 Tappi T 524 om-86 및 T 217 wd-71 방법을 각각 사용하여 색소 및 백색도에 대해서 테스트했다.
테스트 조건 및 핸드시이트 결과를 표 1에 나타냈다. 상기 결과들은 펄프가 색소 제거 이전의 상당한 시간 동안 8.5 내지 10.0의 pH에서 유지되었을 때 산소 단계에서 색소 제거가 억제되며, 펄프 샘플 2 및 3에 대한 중요 색소 매개 변수는 처리되지 않은 펄프와 비교하여 실제로 증가했다는 것을 나타낸다.
이는 산소 처리후 L, b 및 백색도 값에 대해서, 펄프 샘플 2 및 3과 펄프 샘플 4, 5, 6 및 7을 비교함으로써 명백하게 나타난다. 펄프 샘플 8로부터의 결과는 반응기의 pH가 산소처리 단계의 상당한 시간 동안 약 8 또는 8 이상일 때, 또는 펄프가 산소처리 이전에 약 8 내지 약 10의 임계 pH 범위에서 유지되지 않을 때 조차도 b 색소 값에서의 유사한 증가가 일어날 수 있다는 것을 나타낸다.
유사하지만 더욱 크게 착색된 퍼니쉬로 부가적인 테스트를 실시하여 약 pH 8에서의 색소 제거의 외견상의 불연속점을 알아낸다. 60중량%의 백색 장부용지, 30중량%의 착색된 장부용지, 및 10중량%의 쇄목을 함유한 퍼니쉬를 처리하지 않고 펄프로 만들고, 이의 일부분을 핸드시이트로 만들었다. 색소 측정은 12.9의 b 값, 83.3의 L 값, 54.4의 백색도를 나타났다. 급속 산 첨가하여 나머지 펄프의 pH를 5.4로 감소시키고, 8차 펄프 샘플과 동일한 방법으로 산소로 샘플을 즉시 처리하여 7.9의 최종 pH를 얻었다. 그후, 처리된 펄프를 핸드시이트로 제조하고, 색소 및 백색도에 대해서 테스트했다. 결과는 중요 b 색소 값이 10.2로 감소하고, 적당한 L 색소 값은 83.8로, 백색도는 58.4로 각각 증가했다는 것을 보여준다. 이는 처리후 중요 b 색소 값이 실지로 증가한 펄프 샘플 8의 결과와는 다르며, 약 pH 8에서의 색소 제거가 불연속적임을 나타낸다. 그러므로, 상기 테스트와 펄프 샘플 2 내지 8의 테스트로부터, 산소를 사용한 색소 제거는, 초기의 펄프 처리조건에도 불구하고, 약 10 이상 및 약 8 이하의 반응기내 pH 값에서 실시되어야만 한다는 결론에 도달했다.
과산화수소로 펄프 샘플 6을 부가로 처리한 것은 펄프 샘플 2의 동일한 과산화수소처리후 제조된 것보다 훨씬 더 품질이 좋은 핸드시이트를 산출했다.
이는 색소 제거 이전에 상당한 시간 동안 8.5 내지 10.0 범위내의 pH에서 펄프를 유지시킬 때 내과산화물성 색소체가 형성됐다는 것을 나타낸다. 펄프 샘플 1 내지 8에 대한 상기 테스트의 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
색소제거에 대한 pH 효과
(12% 경점도)
*O 이후에 P로 처리하여 OP 시퀀스로 처리된 펄프
[실시예 2]
60중량%의 백색 장부용지, 30중량%의 착색된 장부 용지, 5중량%의 신문 인쇄 용지 및 5중량%의 표백된 쇄목을 함유한 퍼니쉬 A 및 25중량%의 낡은 파형 용기, 25중량%의 착색된 장부 용지, 35중량%의 백색 장부 용지 및 15중량%의 신문 및 잡지를 함유한 퍼니쉬 B에 대해서 실시예 1의 4차, 5차, 및 6차 펄프 샘플을 제조하기위해 사용된 절차를 반복했다. 이외에, 세번째 단계에서 나트륨 히드로설피트로 펄프를 처리하고 산소 단계의 경우에는 과산화수소를 첨가했다. 퍼니쉬 A의 경우, 펄프 중량의 3중량% 분량인 수산화 나트륨을 사용하여 95℃, 60psig 및 40분의 보유시간 동안 산소 단계를 실시했고 : 펄프중량의 0.5중량%의 수산화나트륨, 1.0중량%의 과산화수소, 0.25중량%의 EDTA, 및 2.0중량%의 규산나트륨 분량을 사용하여, 70℃, 대기압 및 120분의 보유시간 동안 과산화물 단계(두번째 단계)를 실시했고 ; 펄프 중량의 1.0중량% 분자량의 나트륨 히드로설피트를 사용하여 65℃, 대기압, 및 30분의 보유시간 동안 히드로설피트 단계(세번째 단계)를 실시했다. 퍼니쉬 B에 대해서, 5.0중량% 분량의 수산화나트륨 및 0.5중량%분량의 과산화수소를 사용하여, 130℃, 90psig 및 30분의 보유시간 동안 Op 첫번째 단계를 실시했고 : 0.8중량% 분량의 수산화나트륨 및 1.0중량% 분량의 과산화수소를 사용하여 85℃, 대기압 및 60분의 보유시간동안 과산화물 단계(두번째 단계)를 실시했다.
퍼니쉬 A에 대해서, O단계는 12.2의 초기 pH 및 10.3의 최종 pH에서 실시하며, P단계는 11.5의 초기 pH 및 약 10의 최종 pH에서 실시한다. 퍼니쉬 B에 대해서, O단계는 12.6의 초기 pH 및 10.2의 최종 pH에서 실시되며, P단계는 pH 값은 퍼니쉬 A에 대한 것과 동일하다. 핸드시이트를 제조하고, 색소 및 백색도를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
상기 결과들은, 염소를 주성분으로 하는 표백제를 사용하지 않고 상기 시퀀스들을 사용하여 우수한 색소 제거 및 백색도를 얻을 수 있다는 것을 나타낸다.
[실시예 3]
실시예 1 및 실시예 2의 퍼니쉬 A 및 B의 절차를 사용하여 다양한 시퀀스의 산 처리 효과를 측정하는 부가적인 색소 제거 테스트를 실시했다. 퍼니쉬 A 및 B의 산 단계에서 옥살산 및 황산을 각각 사용했다. 다양한 O, A, P 및 Y 단계에 대한 작업 조건을 표 3 및 표 4에 요약하였으며, 분량은 건조 펄프의 중량에 대한 중량%으로 나타냈다. 상기 테스트의 결과를 표 5에 나타냈다.
[표 3]
퍼니쉬 A에 대한 단계별로 조건
[표 4]
퍼니쉬 B에 대한 단계별 조건
[표 5]
산처리 시퀀스의 결과
퍼니쉬 A에 대한 결과는 산처리와 비산성화 표백 시퀀스를 비교하여 백색도를 얻을 수 있는 것으로 나타냈다. 퍼니쉬 B에 대한 결과는 산소 및 과산화물 단계의 산처리와 산소-과산화물-차아염소산염 시퀀스와 비교하여 개선된 백색도를 갖는 것으로 나타났다.
25의 초기 카파 수를 갖는 표백하지 않은 크라프트 펄프의 퍼니쉬를 사용하여 부가적인 산소 색소 제거 실시를 수행했다. 실험실 반응기내에서, 95℃, 90psig, 45분의 보유시간 동안 펄프 중량의 2.5중량%의 NaOH를 사용하여 펄프를 처리했다. 상기 NaOH의 원은 100g/ℓ의 NaOH 및 35g/ℓ의 Na2S를 함유한 유사 백색 액제이다. NaOH의 원으로서 유사 산화된 백색 액제를 사용하여 상기 테스트를 반복했고 ; 상기 액제는 100g/ℓ의 NaOH 및 40g/ℓ의 Na2SO4를 함유한다. 동일한 조건에서 상기 2가지 테스트를 반복했다. 4개의 처리된 펄프에 대해서 옥살레이트염의 농도를 측정했고, 이를 표 6에 나타냈다.
[표 6]
옥살레이트 염 대 알칼리 공급원
상기 결과들은, 산소 단계에서의 리그닌과 산화된 백색 액제의 조합물이, 상기에 논의된 바와 같이 부가의 색소 제거 단계에서 유용한 상당한 양의 옥살레이트염을 생성한다는 것을 나타낸다.
[실시예 4]
실시예 1의 절차를 사용하는 색소 제거 테스트를 실시하여 O, P 및 Y의 3가지 시퀀스에서의 산 처리 효과를 평가했다. 획스트 셀레니즈(Hoechst Celanese)에 의해 판매되는, 나트륨 히드로설피트와 미지의 억제제를 함유한 표백제인 나트륨 히드로설피트(Y)를 V-브라이트(Brite) B로서 첨가했다. ASTM 테스트 번호 E313에 의해 핸드시이트를 부가로 테스트하여 황색도를 측정했다. 상기 테스트에 대한 퍼니쉬는 81중량% 탈잉크된 세척 펄프, 14.5중량%의 착색된 펄프, 1.6중량%의 낡은 파형 용기(OCC), 및 2.9중량%의 신문 인쇄 용지를 함유한다. 상기 테스트에 대한 처리조건을 표 7에 요약했으며, 그 결과를 표8에 나타냈다.
[표 7]
시퀀스 조건
[표 8]
백색도 및 색소 결과
상기 테스트로부터의 결과들은, 상기 시퀀스에서의 첫번째 산소 단계 이후의 산 활성화 단계가 측정된 모든 매개변수의 경우에서 색소 제거를 향상시키며, 뿐만 아니라 높은 수득률을 얻는다는 것을 나타낸다. 그래서 산 처리는 2차 펄프에 대한 다단계 색소 제거 시퀀스에서 바람직한 선택이 된다.
[실시예 5]
상기 설명된 절차를 사용하여 색소 제거 테스트를 실시하여 과산화물 및 오존 단계를 포함한 시퀀스에서의 산처리 효과를 측정했다. 본 실시예에서, 산소 단계는 과산화물의 첨가를 포함한다. 사익 테스트에 대한 퍼니쉬는 75중량%의 탈잉크화 그레이드(grade)(잉크화 장부 용지), 10중량%의 착색된 장부 용지. 10중량%의 쇄목, 및 5중량%의 미정질 종이를 포함한다. 백색도 및 색소의 측정 이외에, Tappi 테스트 방법 T-294 om-88을 사용하여 각각의 핸드시이트의 인장 강도를 측정하였다. 상기 테스트에 대한 조건을 표 9에 요약하였으며, 그 결과를 표 10에 나타냈다.
[표 9]
A, Op, Z, P 단계에 대한 조건
[표 10]
A, Op, Z, P, Z 시퀀스의 결과
상기 결과들은 색소 제거에서의 산 활성화 단계의 타당성을 입중하였으며, 첫번째 산소 단계 이전의 산단계의 사용을 통해서 더 우수한 색소 제거 및 백색도를 얻는 것으로 나타났다. 또한 상기 결과들은, 2가지 산화단계를 갖는 AOpP 시퀀스가 3가지의 산화단계를 갖는 Opzp 시퀀스 보다 다소 더 우수한 색소 제거를 나타낸다는 것을 나타낸다. 불행하게도, 산처리된 펄프는 무-산 시퀀스로 부터의 펄프로 제조된 시이트보다 더 높은 인장 강도를 갖는 시이트를 제조한다. 따라서, 산 처리는 색소 제거를 촉진시키는 것뿐 아니라 파이버 결합을 증가시킨다.
[실시예 6]
상기 설명된 절차들을 사용하여 색소 제거 테스트를 실시하여, 본 발명의 AOpP 및 OpP 시퀀스와 염소를 주성분으로 하는 표백 시퀀스를 비교한다. 상기 테스트에 대한 퍼니쉬는 80중량%의 잉크화 장부 용지, 10중량%의 쇄목, 5중량%의 염색된 장부 용지, 및 5중량%의 미정질 종이를 함유한다. pH 3.5, 20분의 보유시간동안 염소 단계를 실시하고, 염소 단계에 이어서 Op 단계를 40분의 보유시간동안 실시했다. Op 단계(염소 단계에 앞서지 않는다.) 및 P 단계를 각각 25분 및 60분의 보유시간동안 실시했다. 50psig의 초기 압력에서 모든 Op 단계를 실시하여 20psig의 최종 압력으로 감압하여 펄프가 상류 표백 탑을 향해 이동하는 압력변화에 대한 모의실험을 하였다. 단계 조건 및 백색도 측정의 요약을 표 11에 나타냈다. 상기 결과들은, 본 발명의 단일 산화 단계 AOp 시퀀스가 특정 조건하의 3가지 산화 단계를 갖는 염소를 주성분으로 하는 시퀀스와 동등한 백색도에 의해 측정되는 색소를 제거하는 것을 나타낸다.
게다가, 상기 결과들은 본 발명의 2가지 산화 단계 AOpP 시퀀스가 더 높은 염소량에서의 3가지 산화단계의 염소를 주성분으로 하는 시퀀스와 거의 동등한 결과를 나타내는 것으로 나타났다.
[표 11]
염소 대 비-염소 색소 제거
그러므로, 본 발명의 구체예는 폐휴지 물질로부터 2차 파이버를 회수하는 탈색 펄프를 산출하는 색소 제거의 신규하고 유용한 방법을 포함한다. 상기 방법은 염소를 주성분으로 하는 표백 약품을 사용하지 않고 색소를 제거하며, 그리하여 염소가 없는 재생지 제품의 제조에 대한 요구조건을 충족시킨다.
본 발명의 주요 특징은 상기에서 충분하고 완벽하게 설명되었다. 당 분야의 전문가들은 본 발명을 이해할 수 있으며, 하기에 제시된 특허청구의 범위와의 동등한 영역과 범위를 벗어나지 않고, 본 발명의 근본 정신에 위배되지 않는 다양한 변화와 변경을 제시할 수 있다.

Claims (16)

  1. 제 1 단계로서 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프를 8 미만 또는 10 보다 높은 pH에서 산소 기체와 접촉(여기에서, 산소는 상기 펄프에 존재하는 하나 이상의 색소와 반응한다)시켜 상기 펄프로부터 색소를 제거하여 재생지 제품을 제거하기에 적합한 탈색 펄프를 수득하는 단계를 포함하는, 폐휴지 물질로부터 제조된 펄프에서 색소를 제거하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 수산화나트륨, 티오황산나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 나트륨 히드로설피드, 수산화암모늄 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 알칼리 화합물을 펄프가 산소와 접촉하는 동안 펄프에 첨가하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 펄프가 산소 기체와 접촉하는 제 1 단계 수행전에, 8 미만 또는 10 보다 높은 pH에서 하나 이상의 단계를 거쳐 펄프를 처리하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 단계에서 산소 기체와 함께 과산화수소를 펄프에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 제 1 단계 이후의 제 2 단계에서 과산화수소를 펄프에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 제 1 단계 이후의 제 2 단계에서 오존을 펄프에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 제 2 단계 이후의 제 3 단계에서 과산화수소를 펄프에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 1 단계를 수행하기 전에, 펄프를 1 내지 6의 pH 범위내의 산과 접촉시키는 예비처리 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 펄프를 산소 기체와 접촉시키는 제 1 단계 수행후에 펄프를 과산화수소와 접촉시키는 제 2 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 펄프를 과산화수소와 접촉시키는 제 2 단계 수행후에 펄프를 나트륨 히드로설피트와 접촉시키는 제 3 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 펄프를 산소 기체와 접촉시키는 제 1 단계 수행후에, 펄프를 1 내지 6의 pH 범위내의 산과 접촉시키는 제 2 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 수산화나트륨, 티오황산나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 나트륨 히드로설피드, 수산화암모늄 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 알칼리 화합물을 펄프가 산소 기체와 접촉하는 동안 펄프에 첨가하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 펄프가 총합하여 0.1중량% 이상의 쇄목, 신문 인쇄 용지, 낡은 파형 용기, 또는 이들의 혼합물을 함유하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 펄프를 산소, 과산화수소, 및 오존으로 구성된 그룹으로부너 선택된 표백제와 접촉시키는 제 3 단계를 추가로 포함하며, 상기 제 3 단계는 산과 접촉시키는 제 2 단계 이후에 수행되는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 제 3 단계 수행후에, 펄프를 산소, 과산화수소, 및 나트륨 히드로설피트로 구성된 그룹으로부너 선택된 표백제와 접촉시키는 제 4 단계를 추가로 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 제 4 단계 수행후에, 펄프를 과산화수소 및 나트륨 히드로설피트로 구성된 그룹으로부터 선택된 표백제와 접촉시키는 제 5 단계를 추가로 포함하는 방법.
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