WO2018159980A1 - 알칼리 수용액으로 펄핑한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 이용하는 펄프의 제조방법 및 이로부터 제조된 종이 - Google Patents

알칼리 수용액으로 펄핑한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 이용하는 펄프의 제조방법 및 이로부터 제조된 종이 Download PDF

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WO2018159980A1
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red algae
pulp
residue
red
paper
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서영범
이윤우
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(주)마린팩
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    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/10—Organic non-cellulose fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C3/00—Pulping cellulose-containing materials
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    • D21C9/16—Bleaching ; Apparatus therefor with per compounds
    • D21C9/163—Bleaching ; Apparatus therefor with per compounds with peroxides

Definitions

  • the present invention relates to a method for preparing pulp using red algae or red algae residues pulped with an aqueous alkali solution and paper produced therefrom.
  • pulp fibers obtained by mechanically or chemically treating a plant raw material are called pulp.
  • wood cotton, hemp, flax, jute, german hemp, manila hemp, cedar, gingko, straw, esparto, bamboo or bagasse are used as raw materials for pulp.
  • Wood the main raw material for pulp, consists mainly of cellulose, hemicellulose and lignin, which are components of the cell wall and the cell, present in more than 90% of all species. Subcomponents include resins, essential oils, fats and oils, extracts such as tannins and flavonoids, and other inorganic substances.
  • cellulose is present in the largest amount of organic compounds present in nature, and is the main component of the plant cell wall.
  • Cellulose is a polymeric material that is insoluble in water, dilute acids and alkalis at room temperature.
  • wood cellulose In order to industrially use wood cellulose, it is used as wood sugar by manufacturing paper through hydrolysis, bleaching, refining, etc., or by hydrolyzing wood, and making and using cellulose derivatives through various chemical treatments. Doing.
  • Various operations are performed from raw materials to obtaining pulp, but they can be broadly classified into preparation of pulp raw materials, pulping, and purification of pulp.
  • the step of obtaining fibers from the finished raw material is called the pulping step and is the most important step in pulp production. Fibers can be obtained by breaking the layers between the composite cells of wood, which are pulp raw materials, with a wood mill or by softening them with water vapor and then breaking them using physical force.
  • the pulp obtained by simple mechanical treatment without chemical treatment is called mechanical pulp. Mechanical pulp has high yield and low production cost, but it is not suitable as a raw material of high grade paper because of high lignin content.
  • Pulp prepared in this way is called chemical pulp.
  • chemical pulp In the manufacture of chemical pulp, most of the cell membrane lignin as well as the lignin in the intercellular layers of the raw material are removed, and at the same time, many hemicelluloses are dissolved and some cellulose is also degraded.
  • Chemical pulp has high quality, i.e., high purity of cellulose, but has a disadvantage of low yield and high production cost compared to mechanical pulp.
  • Chemical pulp production methods include sulfurous acid method, soda method and sulfate method.
  • the selection step is a step of washing and screening the fiber obtained from the raw material which has been pulped to remove parts and impurities that are not completely pulped, and can be bleached if necessary. Specific refinement treatments are performed for those requiring high quality, such as rayon pulp.
  • the task of the industry is to produce paper stock pulp while protecting forests and the environment.
  • a technique for producing paper pulp from non-wood fibers has attracted attention.
  • it has to go through a difficult step, and there is a problem that the environment is polluted because a strong toxic chemical is used even when producing pulp.
  • Red algae on the other hand, contain red and purple algae in addition to chlorophyll, which are reddish or purplish seaweeds, which inhabit relatively deeper water than other algae, are relatively small in size, and are 4,000 species in variety. Red algae have a wider range of habitat than green algae and brown algae, and grow from shallow depths to deep water rays.
  • Red algae contain a large number of fibres, called muscle muscles, which are several microns in diameter and are almost constant in all red algae.
  • red algae fibers are excellent in whiteness and opacity and excellent binding ability between red algae fibers.
  • the crystallinity of red algae fibers is similar to cellulose fibers, in particular the thermal properties of bleached red algae fibers are superior to cellulose fibers.
  • the red algae include laver, woodworm, ox radish, buckwheat, braid, thorn radish, silk grass, sackcloth, gambling, noodle sprout, stone starfish, stone and Jinuari.
  • the internal gel extract of red algae is being used as an additive for food, health supplements, and agar.
  • the present invention has been made by the above-described demands, and an object thereof is to provide a method for producing pulp using red algae or red algae residues pulp with an aqueous alkaline solution, and a paper produced therefrom.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a paper having excellent density, thermal length, elongation, smoothness, opacity and whiteness while significantly reducing the amount of chemicals used without the use of environmentally harmful bleach.
  • the present invention (1) red algae; Or extracting the radish component to wash the remaining red algae residue (residue); (2) immersing the washed red alga or red algae residue in an aqueous alkali solution and pulping; (3) after the pulping step, performing the fiberization through mechanical treatment in water of 40 ⁇ 100 °C; (4) bleaching the fiberized residue; And (5) selecting the bleached residue using a cleaner and a screen.
  • the present invention comprises the steps of (1) preparing a pulp prepared by the method for producing pulp using the red algae; And (2) preparing a paper sheet using the pulp.
  • the present invention (1) red algae; Or extracting the radish component to wash the remaining red algae residue (residue); (2) immersing the washed red alga or red algae residue in an aqueous alkali solution and pulping; (3) after the pulping step, performing a fiberization through mechanical treatment in water of 40 ⁇ 100 °C; (4) bleaching the fiberized residue; And (5) selecting the bleached residue using a cleaner and a screen.
  • the method relates to a pulp manufacturing method using red alga, including;
  • step (3) In the pulping step of step (2), without using an acid solution, using an alkaline solution, and in step (3) a beater, a homomixer, a high concentration mixer, a homogenizer, a dispulser ( By carrying out the fiberization through the mechanical treatment of the disperser, cleaner, fractionator and screen, hydrogen peroxide, caustic soda and silicic acid, without using the chlorine dioxide used in the prior art in the step (4) It is characterized by using a mixture of soda.
  • the present invention not only has the advantage of not using chlorine dioxide which is expensive and causes environmental pollution, and has an effect of excellent opacity, smoothness and whiteness as compared with paper prepared using pulp prepared by the prior art.
  • 1 is a flow chart showing the manufacturing step of the pulp.
  • the present invention (1) red algae; Or extracting the radish component to wash the remaining red algae residue (residue);
  • the red algae is preferably at least one selected from the group consisting of Locust spruce tree, Dolphin spree, Gambling tree, and Noodle sprout tree, but is not limited thereto.
  • step (2) it is preferable to immerse one dry part of red algae residue in an aqueous solution of 2 to 50 parts by weight of alkali, and the aqueous alkali solution preferably contains 0.1 to 20% by weight of alkali chemicals, and the alkali chemicals are hydrated. It is preferably at least one selected from sodium, potassium hydroxide and sodium metasilicate, but is not limited thereto.
  • the fiberization step of the step (3) is performed by beating using a beater to make the residue (residue) in the form of porridge, thinly separated using a homo mixer (homo mixer), separated by a mesh screen 1 ⁇ It is preferable to perform five times, but it is not limited to this.
  • Bleaching in the step (4) is preferably performed 1 to 4 times using hydrogen peroxide, caustic soda and sodium silicate, more preferably 5 to 30% by weight of hydrogen peroxide at 40 to 100 °C relative to the dry weight of the residue , Primary bleaching with 1-10% by weight caustic soda and 0.5-5.0% by weight sodium silicate, 5-20% by weight hydrogen peroxide, 1-10% by weight caustic soda at 40-100 ° C and Secondary bleaching is performed by adding 0.25 to 5.0% by weight of sodium silicate, but is not limited thereto.
  • the present invention comprises the steps of (1) preparing a pulp prepared by the method for producing pulp using the red alga of the present invention; And (2) preparing a paper sheet using the pulp.
  • the pulp prepared from red algae in the step (1) may further comprise the step of mixing the red algae pulp and wood pulp by providing wood pulp.
  • the present invention relates to a paper produced by the manufacturing method of the paper.
  • the residue of the radish extract was extracted and washed sufficiently, and the impurities were removed as much as possible, followed by pulping with 1 kg (dry weight).
  • 1 kg (dry weight) of the residue was put into a pulping machine which endured high pressure, and 20 liter of aqueous alkali solution containing 1 weight% of caustic soda (sodium hydroxide) was put into the pulping machine. Thereafter, pulping was performed at 120 ° C. for 2 hours.
  • the residue was separated from the extract and subjected to fiberization (beating) with a beater at 80 ° C. to make the residue into porridge.
  • the porridge-like residue was finely separated using a homo mixer at 80 ° C. and separated through a 200 mesh screen. At this time, the dry weight of the residue remaining on the screen is reduced to 28.2%, based on the dry weight of the residue after the washing step, compared to the residue dry weight after washing before pulping. Therefore, the amount of residue to be bleached with the drug was reduced to 28.2%.
  • Bleaching was carried out at a concentration of 10% of the fibrillated residue, 20% by weight of hydrogen peroxide (35% concentration) relative to the dry weight of the residue; 3% caustic soda; And 1% by weight of sodium silicate (sodium metasilicate); was added to carry out the first bleaching at 90 ° C. for 1 hour.
  • Paper of 60 g / m 2 basis weight was prepared according to the ISO 5269/1 standard method using red algae pulp prepared as described above, and the characteristics of red algae pulp were compared.
  • Example 2 was performed in the same manner as in Example 1 except that the beater, homomixer and screen were used in the step of fiberizing the beaten residue using a beater, homomixer and screen. Finally, the dry weight of the residue remaining on the screen decreased to 24.1% after the washing step, based on the dry weight of the residue at 100%. Therefore, the amount of residue to be bleached with the drug was 24.1%, which is reduced compared to the residue dry weight after washing before pulping. The bleaching step of the residue was carried out in the same manner as in Example 1, and the amount of bleach used was further reduced by a decrease in the dry weight of the residue. Paper was prepared in the same manner as in Example 1 using the selected red algae residue pulp through a screen and a cleaner.
  • Example 3 was carried out in the same manner as in Example 1 except for using the beater, homomixer and the screen three times in the step of fiberizing the pulped residue using a beater, homomixer and screen. Finally, the dry weight of the residue remaining on the screen was reduced to 21.7% after the washing step, based on the dry weight of the residue at 100%. Therefore, the amount of the residue to be bleached with the drug is 21.7%, which is reduced compared to the residue dry weight after washing before pulping.
  • the bleaching step of the residue was carried out in the same manner as in Example 1, and the amount of bleach used was further reduced by a decrease in the dry weight of the residue. Paper was prepared in the same manner as in Example 1 using the selected red algae residue pulp through a screen and a cleaner.
  • the residue of the radish extract step was taken, washed thoroughly, the impurities were removed as much as possible, and 1 kg (dry weight) was taken to pulp.
  • 20 L of an aqueous solution of 0.2% by weight of sulfuric acid (purity 95%) and the residue were put in a pulping machine, raised to a temperature of 120 ° C., and then pulped for 2 hours.
  • the dry weight of the residue after the pulping step was reduced to 68.2% of the dry weight of the washed residue.
  • the bleaching step of Comparative Example 1 was carried out three times, and the first bleaching using chlorine dioxide, 12.5% by weight of chlorine dioxide (concentration 8%) and 3% by weight of acetic acid (purity 98) %) was used in combination, and treated at 90 ° C. for 1 hour at a concentration of 10%.
  • As the second bleaching step hydrogen peroxide was used, 20% by weight of hydrogen peroxide (concentration 35%) and 2% caustic soda (purity 99%) to dry weight of the residue were used.
  • hydrogen peroxide was used, 10% by weight of hydrogen peroxide (concentration 35%) and 1% caustic soda (purity 99%) were used for the dry weight of the residue.
  • a paper of 60 g / m 2 basis weight was prepared in the same manner as in Example 1 using the red algae residue pulp after the bleaching step was completed and the screen and cleaner were selected.
  • Comparative Example 7 was the same as in Example 1, but sulfuric acid was used in place of caustic soda, 20 L of an acidic solution containing 0.2% by weight of sulfuric acid was used for pulping. To prepare paper.
  • Examples 1 to 3 using red algae pulp and Comparative Examples 1 to 7 compared thereto were prepared, and were prepared using the red algae residue pulp of Examples 1 to 3 of the present invention.
  • One paper was found to have significantly higher opacity, whiteness and smoothness.
  • the step of fiberizing at a temperature of 80 ° C. after the alkali pulping step of the red algae residue is repeated one or more times (Examples 1 to 3)
  • Comparative Example 1 it was confirmed that the required amount of the bleaching drug was significantly reduced.
  • Comparative Example 1 it was found that the chemical cost of using a large amount of expensive chlorine dioxide greatly increased, and greatly increased environmental pollution.
  • Example 1 was treated once, Example 2 was 2 Treatment, Example 3 was three treatments).
  • Comparative Example 3 Comparative Example 4, and Comparative Example 5, 30%, 40%, and 50% of red algae fibers of Example 2 were added without adding calcium carbonate, respectively, and the opacity was not compared with that of Comparative Example 6 containing 30% of calcium carbonate. It can be seen that it does not fall off, and that the strength and smoothness are better. That is, the red algae fibers produced by the present invention show that the paper has high opacity and high strength. Comparative Example 7 shows that the whiteness is remarkably inferior when the amount of hydrogen peroxide is increased when pulped with an acid other than alkali.

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Abstract

알칼리 수용액으로 펄핑한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 이용하는 펄프의 제조방법이 개시된다. 본 발명은 (1) 홍조류; 또는 우무 성분을 추출하고 남은 홍조류 잔사(residue);를 세척하는 단계; (2) 상기 세척한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 알칼리 수용액에 침지하여 펄핑하는 단계; (3) 상기 펄핑 단계 이후에, 40~100℃의 물속에서 기계적 처리를 통한 섬유화를 수행하는 단계; (4) 상기 섬유화된 잔사를 표백하는 단계; 및 (5) 상기 표백된 잔사를 크리너와 스크린을 이용하여 정선하는 단계;를 포함한다.

Description

알칼리 수용액으로 펄핑한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 이용하는 펄프의 제조방법 및 이로부터 제조된 종이
본 발명은 알칼리 수용액으로 펄핑한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 이용하는 펄프의 제조방법 및 이로부터 제조된 종이에 관한 것이다.
일반적으로, 식물 원료를 기계적 또는 화학적으로 처리하여 얻어진 섬유를 펄프라고 한다. 실제로, 목재 외에 면, 대마, 아마, 황마, 저마, 마닐라삼, 삼지닥나무, 닥나무, 짚, 에스파르토, 대나무 또는 버개스 등이 펄프의 원료로 사용되고 있다. 펄프의 주요 원료인 목재는 주로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌으로 구성되어 있으며, 이들 성분은 세포벽과 세포 사이의 층을 구성하는 물질로서 모든 수종에 90% 이상으로 존재한다. 부성분으로는 수지, 정유, 유지, 탄닌, 플라보노이드 등의 추출물과 그 밖의 무기물이 있다. 이 가운데, 셀룰로오스는 천연에 존재하는 유기 화합물 중 가장 많은 양으로 존재하며, 식물 세포벽을 이루는 주성분이다. 셀룰로오스는 상온에서 물, 묽은 산 및 알칼리에 녹지않는 고분자 물질이다. 목재 셀룰로오스를 공업적으로 이용하기 위하여 증해, 표백, 정제 등의 과정을 걸쳐 종이를 제조하거나 목재를 가수분해시켜서 목재당(wood sugar)으로 이용하기도 하며, 여러 가지 화학 처리를 하여 셀룰로오스 유도체를 만들어 활용하고 있다. 원료에서 펄프를 얻기까지 여러 가지 작업이 행하여지나, 크게 펄프 원료의 준비, 펄프화 및 펄프의 정제로 분류할 수 있다.
목재 원료를 펄프화하기 쉬운 상태로 가공하는 단계에는 절단, 박피, 선별 등의 작업이 있으며, 이는 원료의 종류에 따라 적절히 행한다. 준비 단계를 마친 원료로부터 섬유를 얻는 단계를 펄프화 단계라고 하며, 펄프 제조에서 가장 중요한 단계이다. 펄프 원료인 목재의 복합 세포 사이의 층을 쇄목기 등으로 파괴하거나, 수증기로 연화한 후 물리력을 사용하여 이를 파괴하여 섬유를 얻을 수 있다. 이렇게 화학적 처리 없이 간단한 기계적 처리만으로 얻어지는 펄프를 기계 펄프라고 한다. 기계 펄프는 수율이 높고 생산비가 저렴하나, 리그닌 함량이 많아 고급 지종의 원료로는 적당하지 않다. 펄프 원료를 탈 리그닌 약품으로 처리하면 복합 세포 사이의 층이 용해되어 섬유상으로 해리된다. 이러한 방법으로 제조한 펄프를 화학 펄프라고 한다. 화학 펄프 제조시 원료의 세포 사이의 층에 있는 리그닌은 물론 세포막 리그닌의 대부분이 제거됨과 동시에 많은 헤미셀룰로오스도 용해되고, 약간의 셀룰로오스도 분해된다. 화학 펄프는 품질, 즉 셀룰로오스의 순도는 높지만, 기계 펄프에 비해 수율이 낮고 생산비가 높은 단점이 있다. 화학 펄프의 제조법으로 아황산법, 소다법, 황산염법 등이 있다. 정선 단계는 펄프화 단계를 거친 원료에서 얻어진 섬유를 세척하고 선별하여 완전히 펄프화 되지 않은 부분과 협잡물을 제거하는 단계이며, 이후 필요에 따라 표백할 수 있다. 레이온 펄프와 같이 고도의 품질을 필요로 하는 것에 대해서는 특정한 정제 처리를 행한다. 그러나, 전세계적으로 목재 자원 고갈이 심각해짐에 따라, 삼림과 환경을 보호하면서 종이 원료 펄프를 생산하는 것이 당 업계가 직면하고 있는 과제이다. 이러한 과제를 해결하기 위한 방안으로서, 비-목질계 섬유로부터 제지용 펄프를 생산하는 기술이 주목을 받게 되었다. 그러나, 기존 비-목질계 펄프를 제조하기 위해서는 까다로운 단계를 거쳐야하며, 펄프를 제조할 때에도 독성이 강한 화학물질이 사용되므로 환경이 오염된다는 문제점이 있다.
한편, 홍조류는 엽록소 외에 홍조소와 남조소를 함유하고 있어 붉은 빛 또는 자줏빛을 띤 해초로서, 다른 조류보다 비교적 깊은 물에 서식하고, 크기가 비교적 작으며, 종류는 4,000여 종으로 매우 다양하다. 홍조류는 녹조류, 갈조류보다 서식 범위가 넓어 얕은 수심에서부터 광선이 닿는 깊은 수심에까지 자생한다.
홍조류는 해조류 중에서도 근양사라고 불리우는 섬유를 많이 포함하고 있으며, 이들 섬유는 지름이 수 마이크론으로 모든 홍조류에서 거의 일정한 크기로 이루어져 있다. 또한, 홍조류 섬유는 백색도 및 불투명도가 우수하고 홍조류 섬유 간의 결합능력도 우수하다. 홍조류 섬유의 결정성은 셀룰로오스 섬유와 유사하며, 특히 표백된 홍조류 섬유의 열적 특성은 셀룰로오스 섬유보다 우수하다. 홍조류로는 김, 우뭇가사리, 개우무, 새발, 꼬시래기, 가시우무, 비단풀, 단박, 도박, 국수나물, 돌가사리, 석묵 및 지누아리 등이 있다. 홍조류의 내부 젤 추출물은 식품의 첨가제, 건강보조식품, 한천 재료 등으로 모두 활용되고 있다.
이에 알칼리 수용액으로 펄핑한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 펄프의 제조시 활용하는 방법의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 알칼리 수용액으로 펄핑한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 이용하는 펄프의 제조방법 및 이로부터 제조된 종이를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 환경에 유해한 표백제를 사용하지 않고도 약품사용량을 현저히 줄이면서 밀도, 열단장, 신장율, 평활도, 불투명도 및 백색도가 우수한 종이를 제조하는 방법의 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 홍조류; 또는 우무 성분을 추출하고 남은 홍조류 잔사(residue);를 세척하는 단계; (2) 상기 세척한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 알칼리 수용액에 침지하여 펄핑하는 단계; (3) 상기 펄핑단계 이후에, 40~100℃의 물속에서 기계적 처리를 통한 섬유화를 수행하는 단계; (4) 상기 섬유화된 잔사를 표백하는 단계; 및 (5) 상기 표백된 잔사를 크리너와 스크린을 이용하여 정선하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명은 (1) 상기 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법으로 제조된 펄프를 마련하는 단계; 및 (2) 상기 펄프를 이용하여 수초지를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은, (1) 홍조류; 또는 우무 성분을 추출하고 남은 홍조류 잔사(residue);를 세척하는 단계; (2) 상기 세척한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 알칼리 수용액에 침지하여 펄핑하는 단계; (3) 상기 펄핑 단계 이후에, 40~100℃의 물속에서 기계적 처리를 통한 섬유화를 수행하는 단계; (4) 상기 섬유화된 잔사를 표백하는 단계; 및 (5) 상기 표백된 잔사를 크리너와 스크린을 이용하여 정선하는 단계;를 포함하는 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법에 관한 것으로,
상기 단계 (2)의 펄핑 단계에서, 산 용액을 이용하지 않고, 알칼리 용액을 이용하며, 상기 단계 (3)에서 비터, 호모믹서(homomixer), 고농도 믹서, 호모게나이저(homogenizer), 디스펄서(disperser), 크리너(cleaner), 분급기 (fractionator) 및 스크린의 기계적 처리를 통한 섬유화를 수행함으로써, 상기 단계 (4)에서 종래 기술에서 사용하고 있는 이산화염소를 이용하지 않고, 과산화수소, 가성소다 및 규산소다를 혼합하여 사용하는 것이 특징이다.
따라서 본 발명은 고가이면서 환경오염을 유발하는 이산화염소를 사용하지 않는 이점이 있을 뿐만 아니라, 종래의 기술로 제조한 펄프를 사용하여 제조한 종이에 비해 불투명도, 평활도 및 백색도가 우수한 효과가 있다.
도 1은 펄프의 제조단계를 나타낸 순서도이다.
본 발명은 (1) 홍조류; 또는 우무 성분을 추출하고 남은 홍조류 잔사(residue);를 세척하는 단계;
(2) 상기 세척한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 알칼리 수용액에 침지하여 펄핑하는 단계;
(3) 상기 펄핑 단계 이후에, 40~100℃의 물속에서 기계적 처리를 통한 섬유화를 수행하는 단계;
(4) 상기 섬유화된 잔사를 표백하는 단계; 및
(5) 상기 표백된 잔사를 크리너와 스크린을 이용하여 정선하는 단계;를 포함한다.
상기 홍조류는 우뭇가사리목, 돌가사리목, 도박목 및 국수나물목으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 단계 (2)에서 1 건조중량부의 홍조류 잔사를 2~50 중량부의 알칼리 수용액에 침지하는 것이 바람직하며, 알칼리 수용액은 0.1~20중량%의 알칼리 약품을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 알칼리 약품은 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 메타규산나트륨 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하지만 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 단계 (3)의 섬유화 단계는 비터를 이용하여 고해를 실시하여 잔사(residue)를 죽의 형태로 만든 후, 호모 믹서(homo mixer)를 이용하여 가늘게 분리하고, 메쉬 스크린으로 분리하기를 1~5회 수행하는 것이 바람직하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 단계 (4)에서 표백은 과산화수소, 가성소다 및 규산소다를 이용하여 1~4회 수행하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 잔사의 건조중량에 대해 40~100℃에서 5~30중량%의 과산화수소, 1~10중량%의 가성소다 및 0.5~5.0중량%의 규산소다를 첨가하여 1차 표백을 수행하고, 40~100℃에서 5~20중량%의 과산화수소, 1~10 중량%의 가성소다 및 0.25~5.0중량%의 규산소다를 첨가하여 2차 표백을 수행하는 것이지만 이에 한정하지 않는다.
또한, 본 발명은 (1) 본 발명의 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법으로 제조된 펄프를 마련하는 단계; 및 (2) 상기 펄프를 이용하여 수초지를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 단계 (1)에서 홍조류로부터 제조된 펄프 이외에 목재 펄프를 추가로 마련하여 홍조류 펄프 및 목재 펄프를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 종이의 제조방법으로 제조된 종이에 관한 것이다.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
실시예 1
우무를 추출한 우뭇가사리(홍조류)의 잔사를 취하여 충분히 세척하고 불순물을 최대한 제거한 후, 1kg(건조중량)을 취하여 펄프화 하였다. 잔사 1kg(건조중량)을 높은 압력에 견디는 펄핑기에 넣고, 가성소다(수산화나트륨) 1중량%를 포함하는 20ℓ의 알칼리 수용액을 펄핑기에 투입하였다. 이후, 120℃에서 2시간동안 펄핑을 실시하였다.
펄핑 단계 이후, 잔사는 추출액과 분리시키고 80℃에서 비터(beater)로 섬유화(고해)를 실시하여 잔사들을 죽과 같은 형태로 만들었다.
죽과 같이 된 잔사는 80℃에서 호모 믹서를 이용하여 가늘게 분리시켜 200 메쉬 스크린을 통해 분리하였다. 이때, 스크린에 남은 잔사의 건조중량은 세척 단계 이후 잔사의 건조중량을 100%로 기준했을 때, 28.2% 정도로, 펄핑 전 세척 후의 잔사 건조중량에 비해 감소한 것이다. 따라서, 약품으로 표백해야 할 잔사의 양이 28.2%로 감소한 것이다. 표백은 섬유화가 끝난 잔사를 10% 농도로 실시하였고, 잔사(residue) 건조중량에 대해 20중량%의 과산화수소(35% 농도); 3중량%의 가성소다; 및 1중량%의 규산소다(메타규산나트륨);를 첨가하여 1차 표백을 90℃에서 1시간 동안 실시하였다.
반응이 끝난 잔사에, 10중량%의 과산화수소(35% 농도); 1.5중량%의 가성소다; 및 0.5중량%의 규산소다;를 첨가하여 2차 표백을 90℃에서 1시간 동안 실시하였다. 표백이 끝난 섬유는 스크린과 크리너를 사용하여 불순물을 제거한 후에 농축 탈수시켜 펄프를 획득하였다.
상기한 바와 같이 제조된 홍조류 펄프를 이용하여 ISO 5269/1 표준 방법에 따른 평량 60g/m2의 종이를 제조하였으며, 홍조류 펄프의 특성을 비교하였다.
실시예 2
본 실시예 2는 펄핑이 끝난 잔사를 비터, 호모믹서 및 스크린을 이용하여 섬유화시키는 단계에서, 비터, 호모믹서와 스크린을 2회 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 최종적으로 스크린에 남은 잔사의 건조중량은 세척 단계 이후, 잔사의 건조중량을 100%로 기준했을 때, 24.1%로 감소하였다. 따라서 약품으로 표백해야 할 잔사의 양이 24.1%로, 펄핑 전 세척 후의 잔사(residue) 건조중량에 비해 감소한 것이다. 잔사의 표백 단계도 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 사용되는 표백제의 양은 잔사의 건조중량의 감소만큼 더 줄었다. 스크린과 크리너를 통한 정선이 끝난 홍조류 잔사 펄프를 이용하여 실시예 1과 동일하게 종이를 제조하였다.
실시예 3
본 실시예 3은 펄핑이 끝난 잔사를 비터, 호모믹서 및 스크린을 이용하여 섬유화시키는 단계에서, 비터, 호모믹서와 스크린을 3회 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 최종적으로 스크린에 남은 잔사의 건조중량은 세척 단계 이후, 잔사의 건조중량을 100%로 기준했을 때, 21.7%로 감소하였다. 따라서 약품으로 표백해야 할 잔사의 양이 21.7%로, 펄핑 전 세척 후의 잔사(residue) 건조중량에 비해 감소한 것이다. 잔사의 표백 단계도 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 사용되는 표백제의 양은 잔사의 건조중량의 감소만큼 더 줄었다. 스크린과 크리너를 통한 정선이 끝난 홍조류 잔사 펄프를 이용하여 실시예 1과 동일하게 종이를 제조하였다.
비교예 1
우무 추출단계가 끝난 우뭇가사리의 잔사를 취하여 충분히 세척하고 불순물을 최대한 제거한 후 1kg (건조중량)을 취하여 펄프화 하였다. 본 단계에서는 0.2중량%의 황산(순도 95%) 수용액 20ℓ와 잔사를 펄핑기에 넣고, 120℃의 온도로 올린 후에 2시간 동안 펄핑하였다. 펄핑 단계가 끝난 잔사의 건조중량은 세척이 끝난 잔사의 건조중량의 68.2%로 줄어져 있었다. 이는 약품으로 표백해야할 잔사의 양이 68.2%로, 펄핑 전 세척 후의 잔사(residue) 건조중량에 비해 감소하였으나, 본 발명의 실시예 1~3에 비해서는 감소량이 적어, 상기 실시예 1~3에 비해 엄청나게 많은 양의 표백 약품이 필요하였다. 또한, 본 발명의 실시예 1~3에서 처리한 과산화수소만으로는 백색도를 충분히 높일 수 없어 고가의 이산화염소를 사용하였다.
비교예 1의 표백 단계는 3차에 걸쳐 진행하였고, 이산화염소를 이용하여 1차 표백하였는데, 우뭇가사리 잔사의 건조중량대비 12.5중량%의 이산화염소(농도 8%)와 3중량%의 초산(순도 98%)을 혼합하여 사용하였으며, 10%의 농도에서 90℃로 1시간 처리하였다. 2차 표백단계는 과산화수소를 이용하였으며, 잔사의 건조중량 대비 20중량%의 과산화수소 (농도 35%)와 2%의 가성소다 (순도 99%)를 사용하였고, 10%의 농도에서 90℃로 1시간 처리하였다. 3차 표백은 과산화수소를 이용하였으며, 잔사의 건조중량 대비 10 중량%의 과산화수소(농도 35%) 와 1%의 가성소다(순도 99%)를 사용하였고, 10% 농도에서 90℃로 1시간 처리하였다. 표백단계가 끝나고 스크린과 크리너를 통한 정선이 끝난 홍조류 잔사 펄프를 이용하여 실시예 1과 동일하게 평량 60g/m2의 종이를 제조하였다.
비교예 2
목재펄프 100%를 이용한 종이로서 침엽수 화학펄프와 활엽수 화학펄프를 무게비로 30:70으로 혼합하여 비터로 여수도 450㎖까지 고해하였으며, 이 지료를 이용하여 평량 60g/m2의 종이를 제조하였다.
비교예 3
비교예 2와 동일하지만 고해된 목재펄프를 무게비로 70%, 실시예 2에서 제조된 홍조류 잔사 펄프를 무게비로 30% 혼합하여 평량 60g/m2의 종이를 제조하였다.
비교예 4
비교예 3과 동일하지만 고해된 목재펄프를 무게비로 60%, 실시예 2에서 제조된 홍조류 잔사 펄프를 무게비로 40% 혼합하여 평량 60g/m2의 종이를 제조하였다.
비교예 5
비교예 3과 동일하지만 고해된 목재펄프를 무게비로 50%, 실시예 2에서 제조된 홍조류 잔사 펄프를 무게비로 50% 혼합하여 평량 60g/m2의 종이를 제조하였다.
비교예 6
비교예 2와 동일하지만 고해된 목재펄프를 무게비로 70%, 중질탄산칼슘(직경 2~3μm)을 무게비로 30% 혼합하여 평량 60g/m2의 종이를 제조하였다.
비교예 7
비교예 7은 실시예 1과 동일하지만 가성소다 대신에 황산을 사용하였으며, 황산 0.2 중량%를 포함하는 산성 용액 20ℓ를 펄핑에 사용하였고, 펄핑이 끝난 홍조류 잔사는 실시예 1과 동일한 방법으로 펄프를 제조하여 종이를 제조하였다.
각 제조방법에 의해 제조된 종이의 밀도, 열단장, 신장율, 평활도, 불투명도, 백색도 및 회분(%)을 확인한 결과이며, 각 실시예 및 비교예에서 사용한 35% 과산화수소 용액 및 8% 이산화염소 수용액의 사용량을 표 1에 나타내었다.
본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조한 종이의 밀도, 열단장, 신장율, 평활도, 백색도 및 회분(%)을 확인한 결과
밀도g/cm3 열단장km 신장율% Bekk평활도sec 불투명도% 백색도% 회분% 과산화수소(35%)g/원료kg 이산화염소(8%)g/원료kg
Top Wire
실시예1 0.59 4.35 4.3 68.2 35.3 94.3 86.9 2.3 221.7
실시예2 0.61 5.12 4.7 75.4 35.7 93.3 87.2 1.5 189.4
실시예3 0.60 5.06 3.8 78.2 39.8 96.7 88.3 2.6 170.6
비교예1 0.58 4.37 4.2 59.8 32.5 92.6 86.2 3.2 258.8 1066.3
비교예2 0.72 7.42 2.7 7.8 6.3 72.1 82.3 1.2
비교예3 0.68 6.88 2.7 22.8 18.5 83.2 83.5 1.8 51.1
비교예4 0.67 6.45 3.0 34.2 21.3 85.3 86.2 1.6 68.3
비교예5 0.65 5.98 3.1 43.2 22.8 86.6 84.5 1.6 85.4
비교예6 0.57 3.17 2.2 18.3 10.4 84.3 84.8 29.8
상기 표 1에 개시한 바와 같이, 홍조류 펄프를 100% 사용한 실시예 1~3 및 이에 대비되는 비교예 1~7을 비교한 결과, 본 발명의 실시예 1~3의 홍조류 잔사 펄프를 이용하여 제조한 종이가 불투명도, 백색도 및 평활도가 현저히 높은 것을 알 수 있었다. 특히 홍조류 잔사의 알칼리 펄핑 단계 후에 80℃의 온도에서 섬유화시키는 단계를 1회 이상 반복하는 경우(실시예 1~3)가, 산을 이용한 펄핑 단계 후에 섬유화 단계를 거치지 않고 바로 표백 단계를 실시한 경우(비교예 1)에 비해 표백 약품의 소요량이 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1의 경우, 고가의 이산화염소를 다량 사용함에 따른 약품비용이 크게 늘어났으며, 환경오염을 크게 증대시키는 것을 알 수 있었다.
또한, 펄핑 후 홍조류 잔사의 섬유화 단계를 2회 이상 반복함에 따라 홍조류 펄프의 평활도와 백색도가 증가하며, 약품 소요량이 감소하는 모습을 볼 수 있었다 (실시예 1은 1회 처리, 실시예 2는 2회 처리, 실시예 3은 3회 처리).
비교예 3, 비교예 4, 비교예 5는 탄산칼슘을 넣지 않고 실시예 2의 홍조류섬유를 각각 30%, 40%, 50% 넣었는데, 탄산칼슘을 30% 넣은 비교예 6에 비해 불투명도가 전혀 떨어지지 않으며, 강도적 성질과 평활도가 더 우수한 것을 볼 수 있다.즉 본 발명에 의해 제조된 홍조류 섬유가 불투명도가 높고, 강도도 높은 종이를 만들 수 있음을 보이고 있다. 비교예 7은 알칼리가 아닌 산으로 펄핑한 경우, 과산화수소의 사용량이 커짐에도 불구하고, 백색도가 현저히 떨어짐을 보이고 있다.

Claims (10)

  1. (1) 홍조류; 또는 우무 성분을 추출하고 남은 홍조류 잔사(residue);를 세척하는 단계;
    (2) 상기 세척한 홍조류 또는 홍조류 잔사를 알칼리 수용액에 침지하여 펄핑하는 단계;
    (3) 상기 펄핑 단계 이후에, 40~100℃의 물속에서 기계적 처리를 통한 섬유화를 수행하는 단계;
    (4) 상기 섬유화된 잔사를 표백하는 단계; 및
    (5) 상기 표백된 잔사를 크리너와 스크린을 이용하여 정선하는 단계;를 포함하는 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홍조류는 우뭇가사리목, 돌가사리목, 도박목 및 국수 나물목으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (2)에서 1 건조중량부의 홍조류 또는 홍조류 잔사를 2~50 중량부의 알칼리 수용액에 펄핑하는 것을 특징으로 하는 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (2)에서 알칼리 수용액은 0.1~20중량%의 알칼리약품을 포함하는 것을 특징으로 하는 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 알칼리 약품은 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 메타규산나트륨 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계 (3)의 섬유화 단계는 비터, 호모 믹서(homomixer), 호모게나이저(homogenizer), 고농도 믹서 또는 디스펄스(disperser)를 이용하여 가늘게 분리하고, 40~100℃의 온도에서 크리너, 분급기(fractionator) 또는 메쉬 스크린으로 우무 성분과 불순물을 분리하기를 1~5회 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계 (4)에서 표백은 과산화수소, 가성소다 및 규산소다를 이용하여 1~4회 수행하는 것을 특징으로 하는 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법.
  8. (1) 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 홍조류를 이용하는 펄프의 제조방법으로 제조된 펄프를 마련하는 단계; 및
    (2) 상기 펄프를 이용하여 종이를 제조하는 단계;를 포함하는 종이의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 단계 (1)에서 홍조류로부터 제조된 펄프 이외에 목재펄프를 추가로 마련하여 홍조류 펄프 및 목재 펄프를 혼합하는 단계를 포함하는 종이의 제조방법.
  10. 제8항의 종이의 제조방법으로 제조된 종이.
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