WO2016159402A1 - 오일 팜 트렁크를 활용한 제지용 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

오일 팜 트렁크를 활용한 제지용 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2016159402A1
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oil palm
palm trunk
pulp
pulping
trunk
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PCT/KR2015/003125
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Inventor
신수정
박종문
윤수영
이재성
송우용
이창민
이규성
고영찬
Original Assignee
주식회사 아시아모빌
충북대학교 산학협력단
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    • 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
    • D21H17/02—Material of vegetable origin

Definitions

  • the present invention relates to a papermaking composition, and more particularly, to a papermaking composition in which parenchyma cells are removed from oil palm trunk fibers.
  • Cellulose is widely used in paper products such as printing paper, magazines, newspapers, boxes, toilet papers, beauty papers, towels, baby diapers, adult diapers, and women's sanitary napkins.
  • Typical examples include South African countries such as Brazil and Mexico, southern parts of the United States, Indonesia, Malaysia, India, and Kenya, Sisal, bamboo and Reeds, which are rich in Africa such as Kenya. Research is underway to replace trees with).
  • cellulose Cellulose
  • lignin Liignin
  • Hemicellulose hemicellulose
  • the palm tree is the waste after extracting the palm oil (Empty Fruit Bunch (EFB)) and the palm leaves (Tronds) and trunk (Trunk) is a huge amount of waste is discharged every year due to the nature of palm tree cultivation. However, only a part of it is recycled in the form of incineration or fertilizer, but most of it is left as garbage and causes environmental pollution.
  • the oil palm trunk corresponding to the palm tree trunk after extracting sap In use, the oil palm trunk consists of linear long and thin vascula bundles and short and round parenchyma cells of 50:50 to remove short and round parenchyma cells.
  • the tensile strength is significantly lowered because inter-fiber bonds are disturbed by parenchyma cells. There is a problem that can not be manufactured.
  • the present invention is for papermaking, including the oil palm trunk fibers (oil palm trunk) fibers that can sufficiently maintain the binding force between fibers by minimizing the content of parenchyma cells and containing a large linear long thin vascular bundle (vascular bundle) It is an object to provide a composition.
  • Another object of the present invention is to utilize an oil palm trunk including removing parenchyma cells from an oil palm trunk fiber and removing lignin. It is another object to provide a method for producing a papermaking composition.
  • the papermaking composition utilizing the oil palm trunk of the present invention is characterized in that it comprises a parenchyma cell and a vascular bundle.
  • the content of parenchyma cells in the entire papermaking composition is preferably included in an amount of 1 to 20% by weight, and more preferably to minimize the parenchyma cells.
  • the present invention also provides an oil palm trunk comprising the steps of: (1) removing parenchyma cells from oil palm trunk fibers, and (2) removing lignin. It is another feature to provide a method for manufacturing a composition for paper making (FIG. 1) utilizing.
  • the content of the parenchyma cell in the whole papermaking composition is preferably included in an amount of 1 to 20% by weight, more preferably, to minimize the parenchyma cell as much as possible.
  • the process of removing lignin may include a pulping process or a bleaching process, and when removing by pulping, any of soda, soda-anthraquinone, kraft, acid sulfite, and alkaline sulfite processes. It is irrelevant even if the chlorine dioxide, chlorine dioxide, oxygen, hydrogen peroxide, etc. may be used as bleach to remove by bleaching.
  • the bleaching method can be divided into a total chlorine free (TCF) process that does not use any form of chlorine and an element chlorine free (ECF) process that does not generate or use hypochlorous acid (HClO) and chlorine, which are particularly harmful to humans.
  • TCF total chlorine free
  • ECF element chlorine free
  • the ECF bleaching method D 0 -ED 1 -ED 2 is usually used for this purpose, wherein D 0 , D 1 and D 2 represent the first, second and third steps using chlorine dioxide as the bleaching and deligninant and E is Alkali extraction is indicated and each hyphen represents washing of the pulp, for example by addition of water and filtration of the resulting suspension.
  • Preferred bleaching process comprises (1) decomposing lignin contained in pulp using chlorine dioxide (ClO 2 ), and (2) extracting lignin decomposed in step (1); (3) removing the transition metal at the same time as the primary bleaching by using chlorine dioxide (ClO 2 ) and a chelate compound in the pulp from which lignin has been removed by step (2); 4)
  • the bleaching and the primary metal bleached by the step (3) can be made by the second bleaching using a water peroxide (H 2 O 2 ) in the pulp.
  • step (3) chlorine dioxide (ClO 2 ) bleaching and transition metal removal can be carried out simultaneously in a single process, thereby increasing the bleaching efficiency as well as compared to the conventional ECF bleaching DEDED bleaching step sequence.
  • the advantage is that the bleaching step is simplified.
  • the present invention comprises the steps of (1) manufacturing oil palm trunk fibers into chips, (2) pulping the oil palm trunk chips, and (3) Another aspect of the present invention is to provide a method for manufacturing a composition for making paper (FIG. 2) using an oil palm trunk including removing parenchyma cells from the pulp.
  • Pulping (pulping) in the step (2) can be used Soda pulping, preferably Soda-AQ pulping with the addition of Anthraquione.
  • the content of the parenchyma cells in the whole papermaking composition is preferably included in an amount of 1 to 20% by weight, more preferably, to minimize the parenchyma cells as much as possible.
  • the present invention since it contains a high content of short and rounded parenchyma cells, which are an inherent problem of oil palm trunk material, the inter-fiber bonds are disturbed, so that the tensile strength is excellent. Not only can it solve the problem of not being used as a raw material for producing paper, but it can also create added value of oil palm trunk which has been treated as waste.
  • FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a papermaking composition using an oil palm trunk according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a manufacturing process of the papermaking composition utilizing the oil palm trunk (oil palm trunk) according to another embodiment of the present invention.
  • Example 4 is a pulp produced by the Soda pulping method in Example 2.
  • Example 5 is a pulp produced by the Soda-AQ pulping method in Example 2.
  • FIG. 6 shows equipment for classifying oil palm trunk pulp fibers in Example 3.
  • FIG. 7 is a result of classifying oil palm trunk pulp fibers in Example 3.
  • FIG. 8 is a result of classifying oil palm trunk pulp fibers in Example 3.
  • Figure 9 is the result of measuring the whiteness after bleaching the oil palm trunk (oil palm trunk) pulp according to the present invention.
  • EFB empty fruit bunch
  • Frons leaves of the oil palm tree
  • trunk trunk
  • the oil palm trunk (OPT) generated during the renewal process is 80% of the weight of sap.
  • Most sap consists of monosaccharides and disaccharides such as glucose, sucrose, fructose, galactose and xylose. Therefore, it is necessary to first remove the sap of the cut OPT to remove the sugar present in the OPT.
  • the sap removed is high in sugar and can be used to produce other byproducts, such as by fermentation.
  • FIG. 3 the oil palm trunk crushed after removing the sap used as the raw material for pulp in the present invention is shown in FIG. 3.
  • the pulping of the oil palm trunk chip manufactured by the first embodiment may use a Soda pulping method or a Soda-AQ pulping method containing Anthraquinoe.
  • the pulping was performed using both the above methods, and specific pulping process conditions are as follows.
  • Soda pulping method is 300.0g (based on oven dry) of oil palm trunk chip prepared in Example 1, 73.55g, 81.29g (based on chip weight 19, 21% active NaOH) in 1500ml of water Alkali, Na 2 O) was added to make the pulping chemicals were used for Soda pulping, the temperature was raised to 160 °C for 2h, and maintained for 1.5h. The pulp was produced by washing after the type of pulping process, and the resulting pulp is shown in FIG. 4.
  • Soda-AQ pulping method is 300.0g (based on oven dry) of oil palm trunk chip manufactured by Example 1, 65.81g, 73.55g of NaOH in 1500ml of water (17, 19 based on chip weight) 0.3 g anthraquinone (0.1% of the chip weight) was added to the pulping chemical solution prepared by dissolving% active alkali, Na 2 O, and used for Soda-AQ pulping.
  • anthraquinone it is possible to improve pulping efficiency and yield by decomposing lignin in wood chips and reducing carbohydrate degradation due to continuous oxidation and reduction of anthraquinone.
  • Temperature and time were the same as Soda pulping process. The pulp was produced by washing after the type of pulping process, and the resulting pulp is shown in FIG. 5.
  • the digester used for pulping used a rotary digester, and there were six vessels in the digester, and the chip and the pulping chemical were added to each vessel in a 1: 5 ratio.
  • Digest reaction conditions were maintained at 100 °C for 1 h after raising the temperature for 30 minutes to 100 °C. After the maintenance, the temperature was raised to 160 ° C. for 30 min and then maintained at 160 ° C. for 1.5 h.
  • Example 2 In order to use the pulp prepared in Example 2 as a papermaking composition, it is necessary to remove parenchyma cells.
  • the non-classified oil palm trunk pulp did not remove parenchyma cells, so the average fiber length was 0.819 mm, and thus the low fiber length was confirmed due to the flow cells.
  • 28mesh and 48mesh were mostly removed from the parenchyma cell, and the average fiber length was 1.148mm and 0.964mm.
  • the strength properties of the classified fibers confirmed that 28mesh was the most high strength.
  • the result is that the longest fibers of the oil palm trunk pulp are caught in a mesh of 28 mesh, and the parenchyma cell, which interferes with the interfiber binding, is removed, which does not appear to interfere with the interfiber binding. Therefore, the pulp caught in the mesh of 28mesh was excellent in most paper properties, and the smaller the size of the mesh, the lower the strength.
  • Example 4 The pulp treated in Example 4 was subjected to bleaching to remove residual lignin in the pulp to be utilized in the papermaking process, and measured whiteness based on Tappi 525 to confirm that the whiteness was improved.
  • the pulp according to Example 4 was prepared and bleached using chlorine dioxide. 5.0 g of dried pulp and 50.0 ml of distilled water were put in a plastic bag, and chlorine dioxide corresponding to 5.0% and 6.0% of the total dried pulp was added, and the pH was adjusted to 3.0 using acetic acid. At this time, the acid used for the purpose of adjusting the pH may use other types of acid such as hydrochloric acid and sulfuric acid.
  • the vacuum-packed vinyl bag was reacted in a constant temperature water bath at 75 ° C. for 1 hour, and sufficient stirring was performed so that a uniform bleaching reaction could occur in the plastic bag during the reaction.
  • the washed chemical pulp is prepared at a concentration of 10%, and vinyl using 0.5 times of sodium hydroxide (NaOH) of the amount of chlorine dioxide (ClO 2 ) used in i).
  • NaOH sodium hydroxide
  • the reaction was carried in a bag.
  • the reaction temperature was reacted for 1 hour under 75 ° C., and after washing, the lignin was removed to prevent the oxidant from being used in the degraded lignin.
  • the washed chemical pulp was prepared in 10% concentration and reacted with 1.0% and 1.5% chlorine dioxide (ClO 2 ) based on the dry pulp weight.
  • the reaction temperature was reacted for 1 hour under 75 °C condition, and the pH was adjusted to 4.0 using acetic acid.
  • the acid used for the purpose of adjusting the pH may use other types of acid such as hydrochloric acid and sulfuric acid.
  • the washed chemical pulp was prepared at a concentration of 10% and reacted with 0.3% and 0.5% of chlorine dioxide (ClO 2 ) based on the dry pulp weight.
  • the reaction temperature was reacted for 1 hour under 75 °C condition, and the pH was adjusted to 4.0 using acetic acid.
  • the acid used for the purpose of adjusting the pH may use other types of acid such as hydrochloric acid and sulfuric acid.
  • oil palm trunk (oil palm trunk) pulp whiteness of 87.0 ⁇ 88.9% ISO showed a better bleaching characteristics than the yellow pulp pulp under the same bleaching conditions. This shows that oil palm trunk pulp prepared by the above method has no problem in bleaching.

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Abstract

본 발명은 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유에서 유세포(parenchyma cell) 함량을 최소화한 제지용 조성물을 제공한다. 본 발명에 따르면 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 소재가 가지는 내재적인 문제인 짧고 둥근 모양의 유세포(parenchyma cell)를 높은 함량으로 포함하고 있기 때문에, 섬유간 결합이 방해를 받아 인장력 등이 우수한 제지를 생산하기 위한 원료로 사용할 수 없는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 폐기물로 취급되어 오던 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)의 부가가치를 창출할 수 있는 효과가 있다.

Description

오일 팜 트렁크를 활용한 제지용 조성물 및 그 제조방법
본 발명은 제지용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유에서 유세포(parenchyma cell)을 제거한 제지용 조성물에 관한 것이다.
셀룰로오스는 인쇄용지, 잡지, 신문, 상자와 같은 종이 제품과 일회용 위생용품인 화장지, 미용지, 타월, 아기용 기저귀, 성인용 기저귀, 여성 생리대 등에 널리 사용되고 있다.
현재까지 위와 같은 제품의 셀룰로오스를 제조하는 원료로는 나무를 거의 대부분 사용한다. 그러나 최근 환경보호 대책 및 온난화 방지 대책의 일환으로서 미국, 캐나다 및 북유럽 선진국의 주도로 나무 대신 비목재성(Non-Wood) 식물을 원료로 셀룰로오스를 개발하려는 연구가 진행 중이다.
그 중 대표적인 예로서, 브라질과 멕시코와 같은 남미 국가, 미국의 남부, 인도네시아, 말레이시아, 인도, 및 케냐와 같은 아프리카에 풍부한 키나프(Kenaf), 시살(Sisal), 대나무(Bamboo) 및 갈대(Reeds)로 나무를 대체하려는 연구가 진행 중이다.
이와 같은 비목재성 식물로 나무를 대체하려는 움직임은, 산림보호 차원에서 뿐만 아니라, 나무에 비하여 훨씬 성장이 빠르고 관리가 편리하며, 경제성도 매우 우수하다는 점을 고려하면, 매우 바람직하다고 할 수 있다.
주지하는 바와 같이, 나무 및 비목재성 식물의 주성분은 셀룰로오스(Cellulose), 리그닌(Lignin) 및 헤미셀룰로오스(Hemicellulose)이고, 식물의 종류, 생장지역, 성장기 등에 따라 그 조성이 다르지만, 대체로 셀룰로오스가 전체 조성비의 약 40~50%를 차지한다.
한편, 팜 나무는 팜오일을 추출한 후의 폐기물인 빈 열매 껍질(Empty Fruit Bunch, EFB)과 팜나무의 잎(Fronds)과 줄기(Trunk)는 팜나무 재배의 특성상 매년 엄청난 양이 폐기물로 배출되고 있는데, 극히 일부만이 소각 또는 비료 등의 형태로 재활용되고 있을 뿐 그 대부분은 쓰레기로 방치되어 환경오염을 야기하는 문제가 있으며, 수액을 추출한 후의 팜나무 줄기에 해당되는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용함에 있어도 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)는 선형의 길고 얇은 유관속(vascula bundle)과 짧고 둥근 모양의 유세포(parenchyma cell)이 50 : 50으로 구성되어 있어 짧고 둥근 모양의 유세포(parenchyma cell)를 제거하는 공정 없이 제지용 조성물으로 활용할 경우 유세포(parenchyma cell)에 의해 섬유간 결합이 방해를 받아 인장 강도 등이 현저하게 떨어짐으로써 고품질의 제지를 제조할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 소재가 가지는 내재적인 문제로 인하여 쓰레기로 방치되는 등 환경오염을 야기함에도 불구하고 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유를 제지용으로 사용하고자 하는 시도가 전혀 없었으며, 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 제지용 조성물로 활용하는 선행문헌은 찾아 볼 수 없다.
따라서 본 발명은 유세포(parenchyma cell)의 함량을 최소화하고 선형의 길고 가는 유관속(vascular bundle)이 대부분 포함됨으로써 섬유간 결합력을 충분히 유지시킬 수 있는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유를 포함하는 제지용 조성물을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유에서 유세포(parenchyma cell)를 제거하는 단계와, 리그닌(lignin)을 제거하는 단계를 포함하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유를 칩으로 제조하는 단계와, 상기 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 칩을 펄핑(pulping)하는 단계와, 상기 펄프(pulp)에서 유세포(parenchyma cell)을 제거하는 단계를 포함하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 본 발명의 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물은 유세포(parenchyma cell)와 유관속(vascular bundle)을 포함하여 이루어지는 것을 일 특징으로 한다.
상기 제지용 조성물 전체 중에 유세포(parenchyma cell)의 함량이 1 내지 20중량%로 포함되도록 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 유세포(parenchyma cell)을 최대한 최소화하는 것이다.
또한, 본 발명은 (1) 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유에서 유세포(parenchyma cell)를 제거하는 단계와, (2) 리그닌(lignin)을 제거하는 단계를 포함하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법(도 1)을 제공하는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 (1)단계에서 상기 제지용 조성물 전체 중에 유세포(parenchyma cell)의 함량이 1 내지 20중량%로 포함되도록 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 유세포(parenchyma cell)을 최대한 최소화하는 것이다.
상기 (2)단계에서 리그닌(lignin)을 제거하는 공정은 펄핑공정 또는 표백공정을 포함할 수 있으며, 펄핑에 의해 제거하는 경우에는 soda, soda-anthraquinone, kraft, acid sulfite, alkaline sulfite 공정 중 어떠한 공정에 의하더라도 무관하며, 표백에 의해 제거하고자 하는 경우에 표백제로는 chlorine dioxide, oxygen, hydrogen peroxide 등이 사용될 수 있다.
한편, 표백 방법은 어떠한 형태의 염소도 사용, 발생하지 않는 TCF(Total chlorine free)공정과 인체에 특히 유해한 하이포아염소산(HClO)과 염소가 사용, 발생되지 않는 ECF(element chlorine free)공정으로 구분할 수 있다. ECF 표백 방법인 D0-E-D1-E-D2는 이러한 목적에 대개 사용되고, 상기 D0, D1 및 D2는 표백 및 탈리그닌제로서 이산화염소를 사용한 제 1, 2 및 3단계를 나타내고 E는 알칼리 추출을 나타내며, 각각의 하이픈은 펄프의 세척, 예를 들어 물의 첨가 및 생성된 현탁액의 여과에 의한 세척을 나타낸다. 바람직한 표백공정은 (1) 이산화염소(ClO2)를 이용하여 펄프에 포함된 리그닌(lignin)을 분해하는 단계와, (2) 상기 (1)단계에서 분해된 리그닌(lignin)을 추출하는 단계와, (3) 상기 (2)단계에 의해 리그닌(lignin)이 제거된 펄프에 이산화염소(ClO2)와 킬레이트(chelate) 화합물를 사용하여 1차 표백과 동시에 전이금속을 제거를 제거하는 단계와, (4) 상기 (3)단계에 의해 1차 표백 및 전이금속이 제거된 펄프에 과산화수로(H2O2)를 사용하여 2차 표백하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 (3)단계와 같은 공정에 의할 경우 이산화염소(ClO2) 표백과 전이금속 제거를 하나의 공정에서 동시에 진행할 수 있어 표백효율성이 증대될 뿐만 아니라 종래의 ECF 표백인 D-E-D-E-D 표백단계 순서에 비해 표백단계가 간소화되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 (1) 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유를 칩으로 제조하는 단계와, (2) 상기 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 칩을 펄핑(pulping)하는 단계와, (3) 상기 펄프(pulp)에서 유세포(parenchyma cell)을 제거하는 단계를 포함하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법(도 2)을 제공하는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 (2)단계에서 펄핑(pulping)은 Soda pulping을 이용할 수 있고, 바람직하게는 Anthraquione를 첨가한 Soda-AQ pulping을 하는 것이다.
상기 (3)단계에서 제지용 조성물 전체 중에 유세포(parenchyma cell)의 함량이 1 내지 20중량%로 포함되도록 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 유세포(parenchyma cell)을 최대한 최소화하는 것이다. 또한, 표백공정을 통해 리그닌을 제거하여 백색도를 증가시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 백색도를 88.0 이상으로 확보하는 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 소재가 가지는 내재적인 문제인 짧고 둥근 모양의 유세포(parenchyma cell)를 높은 함량으로 포함하고 있기 때문에, 섬유간 결합이 방해를 받아 인장력 등이 우수한 제지를 생산하기 위한 원료로 사용할 수 없는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 폐기물로 취급되어 오던 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)의 부가가치를 창출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물의 제조공정도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물의 제조공정도이다.
도 3은 펄프용 원료로 사용되는 수액을 제거한 후 파쇄한 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)이다.
도 4는 실시예 2에서 Soda pulping 방법으로 생산된 펄프이다.
도 5는 실시예 2에서 Soda-AQ pulping 방법으로 생산된 펄프이다.
도 6은 실시예 3에서 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프 섬유의 분급을 실시한 장비이다.
도 7은 실시예 3에서 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프 섬유를 분급한 결과이다.
도 8은 실시예 3에서 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프 섬유를 분급한 결과이다.
도 9는 본 발명에 의한 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프를 표백한 후 백색도를 측정한 결과이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시 할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발며에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
한편, 오일 팜(oil palm) 나무로부터 수액을 추출한 후의 폐기물인 빈 열매 껍질을 EFB(empty fruit bunch), 오일 팜 나무의 잎을 Frons, 줄기를 Trunk라 하는데 본 발명에서 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)는 수액을 추출한 후의 오일 팜 트렁크(oil palm trunk, OPT)를 의미한다.
실시예 1. 수액를 제거한 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 이용하여 칩의 제조
갱신 과정에서 발생한 오일 팜 트렁크(oil palm trunk, OPT)는 무게의 80%가 수액이 차지하고 있다. 수액은 glucose, sucrose, fructose, galactose, xylose등 단당과 이당류가 대부분을 차지하고 있다. 때문에 잘라낸 OPT의 수액을 먼저 제거하여 OPT내 존재하는 당을 미리 제거할 필요가 있다. 제거한 수액은 당이 많기 때문에 발효 등의 방법을 통해 다른 부산물을 생산 하는데 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서 펄프용 원료로 사용되는 수액을 제거한 후 파쇄한 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)는 도 3에 나타낸 바와 같다.
실시예 2. 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 칩의 펄핑
상기 실시예 1에 의해 제조된 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 칩의 펄핑은 Soda pulping 방법이나, Anthraquinoe를 첨가한 Soda-AQ pulping 방법을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 상기 두가지 방법을 모두를 이용하여 펄핑을 실시하였으며 구체적인 펄핑공정 조건은 아래와 같다.
i) Soda pulping 방법은 실시예 1에 의해 제조된 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 칩 300.0g(oven dry기준)과, 물 1500㎖에 NaOH 73.55g, 81.29g(칩 중량 기준 19, 21% active alkali, Na2O기준)를 넣어 펄핑 약액을 만든 후 Soda pulping에 사용하였으며, 온도는 160℃까지 2h동안 온도를 올리고, 1.5h동안 유지하여 반응 하였다. 펄핑 과정 종류 후 세척 과정을 거쳐 펄프를 생산하였고, 그 결과 생산된 펄프는 도 4에 나타내었다.
ii) Soda-AQ pulping 방법은 실시예 1에 의해 제조된 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 칩 300.0g(oven dry기준)과, 물 1500㎖에 NaOH 65.81g, 73.55g(칩 중량 기준 17, 19% active alkali, Na2O기준)을 녹여서 만든 펄핑 약액에 0.3g anthraquinone(칩 중량의 0.1%)을 첨가하여 Soda-AQ pulping에 사용하였다. anthraquinone을 첨가함으로써 anthraquinone의 연속적인 산화, 환원반응으로 인해 목재칩 내의 리그닌을 분해시키고 탄수화물의 분해는 감소시킴으로 펄핑 효율을 향상시키고 수율도 향상 시킬 수 있다. 온도와 시간은 Soda pulping 과정과 동일하게 진행하였다. 펄핑 과정 종류 후 세척 과정을 거쳐 펄프를 생산하였고, 그 결과 생산된 펄프는 도 5에 나타내었다.
한편, 펄핑에 사용한 다이제스터는 rotary digester를 사용하였으며, 다이제스터 안에 6개의 vessel이 있고, 각 vessel에 칩과 펄핑 약액을 1:5비율로 넣고 진행 하였다. 다이제스터 반응 조건은 100℃까지 30min동안 온도를 올린 후 100℃에서 1h동안 유지 하였다. 유지 후 160℃까지 30min동안 온도를 올린 후 160℃에서 1.5h동안 유지하였다.
실시예 3. 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프에서 유세포(parenchyma cell)의 제거
상기 실시예 2에서 제조된 펄프(pulp)를 제지용 조성물로 사용하기 위해서 유세포(parenchyma cell)를 제거가 반드시 필요하다.
이에 도 6에 도시된 바와 같이 Bauer Mcnet를 이용하여 실시예 2에서 제조한 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프 섬유의 분급을 실시하였고, 각 망의 크기는 28mesh, 48mesh, 100mesh, 200mesh인 것을 사용하였다.
그 결과 유세포(parenchyma cell)의 분리 결과는 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이 짧고 둥근 형태의 유세포(parenchyma cell)는 대부분이 분리되었고, 선형의 가늘고 긴 형태의 유관속(vascular bundle)만이 남아 있음을 알 수 있었다.
실시예 4. 유세포(parenchyma cell)가 제거된 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프
상기 실시예 3에서 분급된 오일 팜 트렁크 펄프에서 유세포(parenchyma cell)가 제거 된 것을 확인하기 위해 각 분급된 섬유의 길이와 폭을 측정하였다.
측정된 결과를 확인하였을 때 분급되지 않은 오일 팜 트렁크 펄프는 유세포(parenchyma cell)가 제거되지 않아 평균 섬유 길이가 0.819mm로 유세포로 인해 낮은 섬유길이를 확인할 수 있었다. 분급 후 28mesh와 48mesh에는 유세포(parenchyma cell)가 대부분 제거되어 평균 섬유 길이가 1.148mm, 0.964mm로 유세포가 대부분 제거되고 긴 섬유로 되어있는 것을 확인 할 수 있었다.
분급된 섬유의 강도적 성질은 28mesh가 대부분의 강도가 높은 것을 확인 하였다. 이 결과는 28mesh의 망에서 오일 팜 트렁크 펄프 중 가장 긴 섬유들이 걸렸고, 섬유 간 결합을 방해하는 유세포(parenchyma cell)이 제거되어 섬유 간 결합을 방해 받지 않은 것으로 보인다. 때문에 28mesh의 망에서 걸린 펄프가 대부분의 종이 물성에서 우수했고, 망의 크기가 작아질수록 강도가 떨어지는 것을 확인 할 수 있었다.
[표 1]
Figure PCTKR2015003125-appb-I000001
실시예 5. 유세포(parenchyma cell)가 제거된 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프의 표백
상기 실시예 4에서 처리된 펄프는 제지공정에 활용되기 위해 표백공정을 거쳐 펄프 내 잔류 리그닌을 제거하고 백색도가 향상 된 것을 확인하기 위해 Tappi 525에 의거한 백색도를 측정하였다.
또한 일반적으로 통용되는 활엽수를 이용한 펄프의 표백특성을 측정하여 해당 재료와의 표백 특성을 비교하였다.
(1) 실시예 4에 의한 펄프를 준비하고 이산화염소를 사용하여 표백하였다. 5.0g의 전건 펄프와 50.0㎖의 증류수에 비닐백에 넣어 전건 펄프 대비 5.0%, 6.0%에 해당하는 이산화염소를 투입하고 아세트산을 이용하여 pH를 3.0으로 조절 하였다. 이 때 pH를 조절하기 위한 목적으로 사용되는 산은 염산과 황산 등 다른 종류의 산을 이용할 수 있다.
이후 진공 포장 시킨 비닐백을 항온수조에서 1시간 동안 75℃ 조건에서 반응하였으며 반응 중 비닐백 내에서 균일한 표백 반응이 일어날 수 있도록 충분한 교반을 진행하였다.
(2) 상기 (1)에 의한 공정을 마친 후 세척된 화학펄프를 10% 농도로 준비하여 상기 i)에서 사용된 이산화염소(ClO2) 사용량의 0.5배의 수산화나트륨(NaOH)을 이용하여 비닐백에 넣어 반응시켰다. 반응온도는 75℃ 조건하에 1시간 반응시켰으며, 반응 종류 후 세척하여 리그닌(lignin)을 제거하여 다음 공정에서의 산화제가 분해된 리그닌에 사용되지 않도록 방지하였다.
(3) 상기 (2) 과정을 마치고 세척 된 화학펄프를 10% 농도로 준비하여 건조 펄프 중량에 대해 1.0%, 1.5%의 이산화염소(ClO2)와 반응시켰다. 반응온도는 75℃ 조건하에 1시간 반응 시켰으며, 아세트산(acetic acid)을 사용하여 pH를 4.0으로 조절하였다. pH를 조절하기 위한 목적으로 사용되는 산은 염산과 황산 등 다른 종류의 산을 이용할 수 있다.
(4) 상기 (2)의 공정과 같은 공정을 반복하였다.
(5) 상기 (4) 과정을 마치고 세척 된 화학펄프를 10% 농도로 준비하여 건조 펄프 중량에 대해 0.3%, 0.5%의 이산화염소(ClO2)와 반응시켰다. 반응온도는 75℃ 조건하에 1시간 반응 시켰으며, 아세트산(acetic acid)을 사용하여 pH를 4.0으로 조절하였다. pH를 조절하기 위한 목적으로 사용되는 산은 염산과 황산 등 다른 종류의 산을 이용할 수 있다. 반응 종료 후 증류수로 세척하여 잔류 화학약품을 제거하였다.
그 결과 도 9에 도시한 바와 같이, 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프의 백색도는 87.0~88.9% ISO로 동일한 표백 조건에서 백합나무 펄프 보다 우수한 표백 특성을 보였다. 이는 위의 방법으로 제조한 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 펄프가 표백에 문제가 없음을 보여준다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 유세포(parenchyma cell)와 유관속(vascular bundle)으로 이루어진 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유를 포함하는 제지용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유세포(parenchyma cell)는 1 내지 20중량% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 제지용 조성물.
  3. (1) 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유에서 유세포(parenchyma cell)를 제거하는 단계와,
    (2) 리그닌(lignin)을 제거하는 단계를 포함하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (1)단계에서 유세포(parenchyma cell)의 함량이 1 내지 20중량%가 되도록 제거하는 것을 특징으로 하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 (2)단계는 펄핑공정 또는 표백공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법.
  6. (1) 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 섬유를 칩으로 제조하는 단계와,
    (2) 상기 오일 팜 트렁크(oil palm trunk) 칩을 펄핑(pulping)하는 단계와,
    (3) 상기 펄프(pulp)에서 유세포(parenchyma cell)을 제거하는 단계를 포함하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (2)단계에서 펄핑(pulping)은 Soda pulping 또는 Anthraquione를 첨가한 Soda-AQ pulping인 것을 특징으로 하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (3)단계에서 유세포(parenchyma cell)의 함량이 1 내지 20중량%가 되도록 제거하는 것을 특징으로 하는 오일 팜 트렁크(oil palm trunk)를 활용한 제지용 조성물 제조방법.
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