KR20180044927A - 마이크로피브릴화 셀룰로스 섬유를 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

마이크로피브릴화 셀룰로스 섬유를 제조하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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헨리 카스티넨
라스 액스러프
사이쟈 폴라넨
쟈니 코로넨
페트리 수호넨
티무 티아이넨
마티 바케바이넨
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Abstract

다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로피브릴화 셀룰로스 (MFC)를 제조하기 위한 방법:
- 펄프가 50 초과의 Schopper-Riegler (SR) 값에 도달하도록 화학적 펄프의 예비 처리, 및
- 리파이너 블레이드로 리파이너 내에서 3-6%의 농도에서 펄프를 리파이닝, 여기서 리파이너 블레이드의 높이는 2-3　mm 범위임.

Description

마이크로피브릴화 셀룰로스 섬유를 제조하기 위한 방법 및 장치
본발명은 마이크로피브릴화 셀룰로스 섬유를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
다음에서, 용어 “화학적 펄프”는 응용용도에서 종종 사용된다. 화학적 펄프는 섬유-함유 재료로부터 셀룰로스 섬유를 화학적으로 분리하여 제조된 리그노셀룰로스성 섬유성 재료이다. 화학적 펄프는 섬유-함유 재료 및 화학물질을 분해장치로서 공지된 큰 용기 내에서 조합하여 제조되고, 분해장치에서 열 및 화학물질은 셀룰로스 섬유의 심한 분해 없이, 셀룰로스 섬유를 함께 결합시키는 리그닌을 분해시킨다.
용어 “섬유-함유 재료”는 이하에서, 목재 칩, 잔디 및 식물계로부터 기원하는 기타 섬유-함유 재료를 포함하는 넓은 용어로 이해되고, 이는 장치 내로 공급될 수 있도록 적절한 크기의 조각으로 분쇄된 상태이다.
용어 “마이크로피브릴화 셀룰로스” (MFC)는 또한 나노셀룰로스로서 공지되어 있다. 마이크로피브릴화 셀룰로스는 전형적으로, 경질목재 또는 연질목재 섬유 둘 다로부터의, 목재 셀룰로스 섬유로부터 제조된 재료이다. 마이크로피브릴화 셀룰로스는 또한 미생물 공급원, 농업 섬유 가령 밀짚 펄프, 버개스, 대나무 또는 기타 비-목재 섬유 공급원으로부터 제조될 수 있다. 마이크로피브릴화 셀룰로스에서 개별 마이크로피브릴은 서로로부터 부분적으로 또는 전체적으로 탈착된다. 마이크로피브릴화 셀룰로스 섬유는 통상 매우 얇고 (~20 nm) 그 길이는 종종 100 nm 내지 10 ㎛ 사이이다. 그러나, 마이크로피브릴은 또한, 예를 들어 10-200 ㎛ 사이처럼 더 길 수 있지만, 심지어 2000 ㎛의 길이도 넓은 길이 분포로 인해 발견될 수 있다. 슬러리의 수상 내에 분리 및 위치하는 마이크로피브릴도 정의 MFC 내에 포함된다.
리파이너 내 화학적 펄프의 “리파이닝”은 소정의 특성의 종이 또는 보드로 제제화 될 수 있도록 하는 기계적 처리 및 섬유 개질이다.
리파이너를 통해 화학적 펄프의 다중 패스로 MFC를 제조하는 것이 공지되어 있다, 예를 들어 WO2012089930A1 및 US7381294B2 참조. 모든 패스는 에너지 손실, 소위 무-로딩 에너지를 유도하고, 물이 리파이너를 통해 작동할 때 에너지가 필요하도록 측정된다. 이 에너지 손실은 매우 높고, 전형적으로 총 에너지의 약 20-40% 일 수 있다. 리파이너를 통해 펄프가 작동하는 패스가 많을수록, 리파이너를 로딩하는 것이 더 어렵지만 (펄프가 리파이너 블레이드 사이에 머물지 않기 때문에), 무-로딩 에너지가 동일하게 유지되고, 이는 총 에너지의 더 많은 양이 소실(전형적으로 열로 전환)되는 것을 유도한다.
그래서, 에너지 손실을 감소시키기 위해 리파이너를 통해 필요한 패스의 양을 감소시키기는 강한 필요가 있다. 더우기, 높은 Schopper-Riegler (SR) 화학적 펄프의 더욱 균질 리파이닝을 할 필요가 있다.
리파이닝 섬유가 6-10 mm 범위일 때 리파이너 블레이드의 표준 높이. 이는 가동성 문제로 인한 것이고 압력 차이가 유지되어야만 하기 때문이다. 리파이너 블레이드의 마모는 중요한 또다른 문제이고 따라서, 특정의 블레이드 높이가 필요하다.
본발명에 따르는 방법은 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 펄프가 50 초과의 Schopper-Riegler (SR) 값에 도달하도록 화학적 펄프의 예비 처리, 및
- 리파이너 블레이드로 리파이너 내에서 3-6%의 농도에서 펄프를 리파이닝, 여기서 리파이너 블레이드의 높이는 2-3　mm 범위이다.
본발명에 따르는 장치는 리파이너 블레이드의 높이가 2-3 mm 범위이고 리파이너의 절단 모서리 길이 (CEL) 값이 70 km/rev 초과인, 리파이너 블레이드를 갖는 화학적 펄프 리파이닝용 리파이너임을 특징으로 한다.
리파이너 블레이드의 2-3 mm와 같은 낮은 높이는 리파이너를 통한 흐름이 감소되고 블레이드 봉쇄가 발생하기 때문에 통상 사용되지 않는다.
본발명에 따라서 펄프는 고도로 리파이닝되고 50 초과의, 바람직하게는 60 초과의 SR 값을 가진다. 더 낮은 섬유 길이 및 감소된 뭉침 및 펄프 탈수 경향으로 인해 리파이너 블레이드 봉쇄가 방지된다.
50 초과의 SR 값을 갖는 펄프에 대해, 더 긴 높이를 갖는 종래의 리파이너 블레이드를 사용하면, 리파이너를 로딩하는 것이 불가능하다. 이는 펄프 뭉침이 덜하고 펄프가 리파이너 블레이드 사이에 머물지 않고 리파이너가 너무 많이 로딩되면 기계적 접촉이 발생하기 때문이다.
그러나, 리파이너 블레이드의 낮은 높이로 인해, 본발명에 따라서, 리파이너 블레이드 사이에 펄프를 유지하고 그래서 리파이너 로딩을 증가시키는 것이 가능하다. 그래서, 단지 하나의 리파이너만으로, 섬유 내로 더 많은 에너지를 투입할 수 있고, 리파이너 양을 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 2-3 리파이너 사용 대신, 본발명은 단지 하나의 리파이너를 사용하는 것을 가능하게 한다.
단지 하나의 리파이너를 사용할 때, 섬유 톤 생산 당 무-로딩 에너지 (즉 펄프 없이 리파이너가 취한 에너지, 무 로딩은 단지 물로 리파이너를 가동시킴에 의해 측정된다)는 몇 개의 리파이너를 사용할 때보다 훨씬 작다.
MFC를 제조하기 위해 통상 하나는 몇 번 (동일한 블레이드로) 또는 몇 개의 단계 (블레이드의 상이한 타입)로 펄프를 리파이닝해야만 한다. 이는 높은 에너지, 높은 투자를 요구하고 불균일 MFC 품질을 유발한다.
그러나, 50, 바람직하게는 60과 같이 높은 SR 값으로 펄프로부터 리파이닝을 시작함에 의해, 특이적 블레이드의 사용은 펄프 품질을 상당히 향상시킨다.
실시예
본발명의 하나의 구체예에서, 본 방법은 다음 단계를 포함한다:
펄프가 50 초과의 Schopper-Riegler (SR) 값에 도달하도록 화학적 펄프의 예비 처리. 이는 화학적 펄프의 예비-리파이닝에 의해 행해질 수 있다.
펄프는 리파이너 블레이드를 갖는 리파이너 내에서 3-6%의 농도에서 리파이닝되고, 여기서 리파이너 블레이드의 높이는 2-3　mm 범위이다.
리파이닝 동안 리파이너의 절단 모서리 길이 (CEL)는 바람직하게는 70 km/rev 초과이다.
리파이닝 동안 표면 모서리 로딩 (SEL)은 바람직하게는 0.5 미만 및 더욱 바람직하게는 0.3 미만이다.
리파이닝은 pH가 8 초과, 바람직하게는 9 초과인 알칼리 환경에서 수행된다. 알칼리 환경 및 짧은 리파이너 블레이드는 리파이닝된 섬유가 리파이너를 통해 미끄러지는 것을 촉진한다.
리파이닝 동안의 온도는 40ºC 초과, 바람직하게는 50ºC 초과이다. 종래, 이들 높은 온도를 유지하는 것은 어려웠지만, 리파이너 블레이드의 낮은 높이 덕분에 이 문제가 해결된다. 낮은 높이는 또한 심지어 리파이닝 동안 더욱 균일한 온도를 부여한다.
회전 동안 리파이너 블레이드의 회전 속도는 약 1000-1600 rpm이다.
리파이너는 바람직하게는 원뿔형 리파이너이다.
본발명 (방법 및 장치)은 선행기술에 비해 몇 개의 강점을 가지는데, 가령:
· 더 적은 리파이닝 단계를 요구.
· 비리파이닝된 섬유의 분획이 더 적음.
· 더 적은 투자 비용을 요구 (상이한 블레이드를 요구하지 않음).
· 더 높은 모서리 로딩을 가질 가능성.
상기에서, 본발명은 일부구체예에 기초하여 기술되었다. 그러나, 기타 구체예 및 변형예가 다음 청구범위의 범위 내에서 가능함이 이해된다.

Claims (9)

  1. 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로피브릴화 셀룰로스 (MFC)를 제조하기 위한 방법:
    - 펄프가 50 초과의 Schopper-Riegler (SR) 값에 도달하도록 화학적 펄프의 예비 처리, 및
    - 리파이너 블레이드로 리파이너 내에서 3-6%의 농도에서 펄프를 리파이닝, 여기서 리파이너 블레이드의 높이는 2-3　mm 범위임.
  2. 제 1항에 있어서, 리파이닝 단계는 리파이닝 동안 절단 모서리 길이 (CEL)가 70 km/rev 초과인 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1-2항 중 어느 한 항에 있어서, 리파이닝 동안 표면 모서리 로딩 (SEL)은 0.5 미만, 바람직하게는 0.3 미만임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1-3항 중 어느 한 항에 있어서, 리파이닝 동안 pH는 8 초과, 바람직하게는 9 초과임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1-4항 중 어느 한 항에 있어서, 리파이닝 단계 동안 온도가 40ºC 초과, 바람직하게는 50ºC 초과임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1-5항 중 어느 한 항에 있어서, 리파이닝 단계는 리파이너 블레이드가 1000-1600 rpm의 회전 속도로 회전하는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1-6항 중 어느 한 항에 있어서, 예비 처리 단계는 화학적 펄프의 예비-리파이닝을 포함하는 방법.
  8. 리파이너 블레이드의 높이가 2-3 mm 범위이고 리파이너의 절단 모서리 길이 (CEL) 값이 70 km/rev 초과인, 리파이너 블레이드를 갖는 화학적 펄프 리파이닝용 리파이너임을 특징으로 하는, 화학적 펄프로부터 마이크로피브릴화 셀룰로스 (MFC)를 제조하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 리파이너가 원뿔형 리파이너임을 특징으로 하는 장치.
KR1020187007157A 2015-08-27 2016-08-23 마이크로피브릴화 셀룰로스 섬유를 제조하기 위한 방법 및 장치 KR20180044927A (ko)

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