KR20210056421A

KR20210056421A - 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제

Info

Publication number: KR20210056421A
Application number: KR1020217010938A
Authority: KR
Inventors: 구이후아 양; 지아추안 첸; 레티안 키; 싱시앙 지; 가오진 류; 지안민 펭
Original assignee: 치루 유니버시티 오브 테크놀로지
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-05-18
Also published as: CN110747681B; CN110747681A; KR102582865B1; WO2021082306A1

Abstract

본 발명은 이온성 액체 기반 펄프 ECF 표백 보호제에 관한 것이다. 본 출원에서는 이온성 액체 기반 표백 보호제를 사용하여 유칼립투스 황산염 펄프를 전처리 한 다음 ECF 표백을 수행한다. 표백 보호제의 첨가량은 펄프의 5-15 %이다. 이 처리는 펄프 섬유에서 리그닌을 효과적으로 용해시켜 섬유 표면에 보호층을 형성하여 후속 표백 효율을 개선하고 표백 과정에서 섬유에 대해 보호 작용을 한다. 전처리는 펄프의 섬유소 함량을 높이는 동시에 리그닌 함량을 낮추고 펄프 형성 종이의 물리적 강도를 개선하는 효과가 있어, 유칼립투스 및 기타 활엽수의 적용 범위를 넓혔다. 이 처리는 표백효과를 높이고, 표백제 사용량을 줄이고, 표백 효율을 높여 오염을 줄일 수 있다. 본 발명은 조작이 간단하고, 효과가 뚜렷하며, 실용성이 강하고, 오염이 적어 널리 보급하기 쉽다.

Description

이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제

본 출원은 2019 년 11 월 1 일에 중국 특허청에 제출 된 출원 번호가 CN201911055224.1이고 발명의 명칭이 "이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제"인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 참조로 본 발명에 인용 및 결합된다.

본 발명은 제지 기술 분야에 속하며, 구체적으로는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제에 관한 것이다.

이 배경이 되는 기술 부분이 공개하는 내용은 본 발명의 전반적인 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 이 정보의 구성이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 종래 기술임을 인정하거나 임의의 형태로 암시하는 것은 아니다.

제지 기술 장비의 대규모화, 자동화, 고효율화 및 제지업계의 청정 생산, 순환 경제, 환경 오염 감소 및 지속 가능한 발전에 대하여 점차 중시함에 따라, 무염소원소(ECF) 표백 기술이 한층 성숙해졌다. 현재 제지공장에서는 오염물질 발생을 줄이기 위하여 다량 탈 리그닌, 산소 탈 리그닌 및 저염소 다중 표백 방법을 많이 사용하고 있다. 무염소원소 (ECF) 표백 기술은, 염소가스 대신 이산화 염소를 사용하여 표백하고, 다이옥신의 배출을 방지하고 폐수중의 유기 염화물의 함량을 크게 줄인다. 그러나 ECF는 주로 산화 반응을 통해 표백되어 탄수화물 분해를 일으키고 중합도를 저하시키고 섬유의 강도를 일정하게 손상시켜 낮은 종이 강도 성능, 특히 낮은 인장 강도를 초래한다.

일반적으로 사용되는 셀룰로오스 보호제는 무수 황산 마그네슘, 탄산 마그네슘, 규산 나트륨, 붕사, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 등이다. 그 중에서 무수 황산 마그네슘을 사용하는 것이 더 일반적이지만 표백 효율을 향상시키는데 효과가 없다. 또한 무수 황산 마그네슘을 첨가한 후의 산소 탈 리그닌 과정에서 펄프의 탄수화물이 여전히 많이 분해되며, 산소 탈 리그닌 효과가 50 % 이상이면 보호 효과가 크게 약화되어 펄프 섬유의 점도가 급격히 떨어진다.

이온성 액체는 완전히 음이온과 양이온으로 구성되고, 실온에서 액체상태인 일종의 저온 용융염이다. 이는 좋은 열 안정성, 재활용성, 비 휘발성 및 좋은 용출도의 특성을 가지고 있다. 이온성 액체는 목재 섬유의 리그닌을 용출 및 분리할 수 있다. 적절한 이온성 액체 선택 및 용액 배비를 통해 목재 섬유에서 리그닌을 선택적으로 추출할 수 있다. 이런 이온 액체를 펄프 표백 과정에 사용하면 표백의 효율을 높이고, 표백 효과를 높일 수 있다. 또한 펄프섬유를 효과적으로 보호하여 종이의 물리적 강도를 높인다.

세계 경제의 발전과 사람들의 생활 수준이 끊임없이 높아짐에 따라 종이와 판지에 대한 사람들의 질량 요구는 갈수록 높아지는데, 종래의 펄프 및 제지 산업에서의 ECF 표백 후 종이 섬유의 인장 저항 강도, 내파열성 및 찢김성이 높지 않은 문제는 시급히 해결해야 한다.

본 발명자의 이전 특허 CN201811466096.5에서는, 미 표백한 황산염 펄프를 이온성 액체 협동 초음파로 전처리 하고, 전처리한 황산염 펄프를 ECF표백하는, 황산염 펄프를 이온성 액체 협동 초음파 처리 및 ECF표백하여 종이기반 재료를 만드는 방법을 개시하였다. 그러나 후속 연구에서 발명자는, 초음파 기술의 추가로 인해 이온성 액체의 효과는 리그닌 제거효과를 강화하는데 있기에, 처리 후 펄프중의 리그닌의 함량은 적어지지만, 이 처리는 펄프 표면의 리그닌 농축에 도움이되지 않는다. 따라서 효과적으로 보호할 수 없다.

상기 문제를 극복하기 위하여, 본 발명은 이온성 액체가 펄프 표백 보호제로서의 응용을 제공하였다.

본 발명은 또한 이온성 액체와 제2성분으로 구성되며, 상기 제2성분은 탄산 마그네슘, 규산 나트륨, 붕사, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 무수 황산 마그네슘 중 하나 이상으로 구성되는 이온성 액체의 펄프 표백 보호제를 제공하였다.

본 발명은 펄프를 펄프 표백 보호제로 전처리 한 후 ODP 표백하는 이온성 액체 기반의 펄프 표백 보호제를 제공한다. 표백 보호제로 전처리하면 펄프에서 리그닌을 용출시킬수 있고, 또한 ODP 표백 과정에서 섬유를 보호한다. 이러한 방식으로 펄프 표백 효과가 향상되고 펄프로 된 종이의 물리적 강도를 개선한다.

상기 기술적 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서 채택한 기술방안은 다음과 같다:

이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제는 이온성 액체와 제 2 성분으로 구성되며, 상기 제 2 성분은 탄산 마그네슘, 규산 나트륨, 붕사, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 무수 황산 마그네슘 중 하나 이상으로 구성된다.

바람직하게는 상기 이온성 액체의 음이온은 황산 수소 이온, 포름산 이온 및 염소 이온 중 하나 이상을 포함하거나;

상기 이온성 액체의 양이온은 1-부틸3-메틸-이미다졸 이온, 2-히드록시 에틸 트리메틸 암모늄 및 트리에틸 암모늄 이온 중 하나 이상을 포함한다.

바람직하게는 상기 이온성 액체는 황산수소화 트리 에틸 암모늄 이온성 액체 또는 1-부틸 3-메틸 황산수소염 이온성 액체를 포함한다.

바람직하게는 상기 펄프 표백 보호제의 제2성분이 무수 황산 마그네슘인 경우, 상기 펄프 표백 보호제 중 무수 황산 마그네슘의 함량이 0.6 %이다.

본 발명은 또한 상기 기술 방안에 따른 펄프 표백 보호제를 사용하여 펄프를 전처리하는 단계;

전처리 된 펄프를 ECF표백하고, 표백 공정이 ODP 표백 순서인 단계;

제지하여 수득하는 단계를 포함하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 이용한 종이 강도 향상방법을 제공하였다.

바람직하게는 상기 펄프 표백 보호제의 사용량은 펄프의 절건 질량의 5-15 %이다.

바람직하게는 상기 ODP 표백 순서의 O 단계 산소 탈 리그닌 공정은: 펄프 농도 10 %, NaOH 사용량 3 %, 산소 압력 0.5MPa, 온도 100 ℃, 시간 60 분, MgSO₄ 사용량 0.6 %이다.

바람직하게는 상기ODP 표백 순서에서 D 단계 이산화 염소 표백 공정은: 이산화 염소의 사용량은 0.7 %, pH 값은 2-3, 온도는 70 ℃, 펄프 농도는 10 %, 시간은 30 분이다.

바람직하게는 상기 ODP 표백 순서에서 P 단계 과산화수소 표백 공정은: 과산화수소 사용량은 1 %, 펄프 농도는 10 %, pH 값은 11-12, 온도는 90 ℃, 산소 압력은 0.4 MPa이다.

바람직하게는 상기 펄프는 황산염 펄프이고, 증자 공정은 길이 15-25mm, 너비 10-20mm, 두께 3-5mm의 나무 조각을 취하여, 자연 건조시킨 후 증자하여 황산염 원초 펄프를 얻고, 증자 조건은 절건 원료에 비해 Na₂O계로 사용되는 알칼리 양은21%, 황화도는 25 %, 액체 비율 1:5, 최대 증자 온도는 170℃, 105 ℃에서 15 분간 가스 방출 하고, 가열 시간 90 분, 온도 유지 시간 90분; 증자 후 충분히 세척 및 선별하여 펄프를 얻는다.

본 발명은 또한 릴리프 인쇄 용지, 신문 용지, 오프셋 인쇄 용지, 코트지, 책 표지 용지, 사전 용지, 복사 용지 또는 보드 용지의 제조에서의 상기 기술적방안에 기재된 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제의 응용을 제공하였다.

본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다:

(1) 본 발명은 유칼립투스 황산염 펄프를 이온성 액체 기반 보호제로 전처리하여 ODP 표백 공정 중에 표면 보호 층을 형성하여 섬유 분해 정도를 줄이고 섬유 줄기를 보호한다.

(2) 이온성 액체 기반 보호제로 전처리하여 제조된 종이 기반 재료는 높은 접힘 저항성, 높은 인장 저항 강도, 높은 파열 저항성, 높은 찢김성 등의 장점을 가지고 있어, 다양한 종류의 종이 기반 재료의 제조에 적합하다.

(3) 이온성 액체 기반 보호제의 전처리는 리그닌을 선택적으로 용출시켜, 섬유의 리그닌 함량을 현저히 감소시켜, 표백제의 효과에 유익하다. 상기 처리는 표백 효과를 제고하고, 표백제 사용량을 줄이고, 표백 효율을 높여 오염을 줄일 수 있다. (4) 본 발명에서 사용되는 이온성 액체는 구조가 안정하고 증기압이 0이며 재활용이 가능하고 친환경적이다.

(5) 본 발명의 처리 방법은 간단하고, 원가가 낮으며, 실용성이 강하고 널리 보급하기 쉽다.

다음의 상세한 설명은 모두 예시적인 것이며, 본 출원에 대한 추가 설명을 제공하기 위한 것임을 지적해야한다. 달리 명시되지 않는 한, 본 출원에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 출원이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다.

여기서 사용된 용어는 구체적인 구현을 설명하기 위한 것이며 본 출원에 따른 예시적인 구현을 제한하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 문맥상 달리 명시하지 않는 한, 단수형식은 복수형식을 포함하려는 의도이며, 또한 본 설명서에서 "포함" 및/또는 "포괄" 용어를 사용할 경우 특징, 절차, 조작, 기기, 조립품 및/또는 그 조합을 가리키는 것도 이해해야 한다.

배경이 되는 기술에서 소개한 바와 같이, ECF 표백 후 종이 섬유의 인장 저항 강도, 파열 저항성 및 찢김성이 높지 않은 문제를 대상으로 한다. 따라서 본 발명은 펄프를 전처리 후 ODP 표백을 수행하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 제공한다. 표백 보호제의 전처리는 리그닌을 용출시키고 표백과정에서 섬유질을 보호하는 작용을 한다. 이러한 방식으로 표백 효과가 향상되고 펄프로된 종이의 물리적 강도가 개선된다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서 채택한 기술적 방안은 다음과 같다: 다음에 언급된 펄프의 농도는 달리 명시되지 않는 한 질량 백분율이며; 취급하는 시약 및 약품의 투여량은 달리 명시되지 않는 한 절건 펄프에 상대적으로 표시하였다.

현재의 이온성 액체 협동 초음파 처리가 표면의 리그닌 농축에 불리한 문제를 극복하기 위하여 본 출원에서는 그 처리 방법 및 효과의 작용규칙에 대하여 체계적으로 연구한 결과, 이온성 액체와 구체적인 표백순서의 조화로 중등강도 초음파 협동 이온액체 처리와 유사한 종이 강도와 백도의 상승효과를 얻을 수 있으며, 고강도 초음파 협동 이온성 액체 처리의 효과보다 약간 낮다는 사실을 발견하였다.

본 발명은 이온성 액체, 탄산 마그네슘, 규산 나트륨, 붕사, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 무수 황산 마그네슘 중 하나 이상으로 구성된 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 제공하였다.

일부 실시 양태에서, 상기 이온성 액체의 음이온은 황산 수소 이온, 포름산 이온 또는 염소 이온 중 하나 이상을 함유하고; 본 출원에서 개발 된 펄프 표백 보호제는 리그닌을 선택적으로 용출시키고, 표백 효율를 향상시킬수 있으며, 동시에 용출된 셀룰로오스는 펄프 섬유의 표면에 농축되어 표백 과정에서 과도한 산화 분해로부터 섬유를 보호한다.

일부 실시 양태에서, 상기 이온성 액체의 양이온은 1-부틸 3-메틸-이미다졸이온, 2-히드록시 에틸 트리메틸 암모늄 이온 및 트리 에틸 암모늄 이온 중 하나 이상을 포함하며, 여기서 1-부틸 3-메틸-이미다졸 이온, 2-히드록시 에틸 트리메틸 암모늄 이온 및 트리에틸 암모늄 이온의 구조식은 각각 다음과 같다.

본 출원의 가공 방법은 이전 출원과 유사하지만, 그 효과에 따라 두 출원은 다른 펄프 제품에 적용 가능하다. 그 이유는 다음과 같다.

본 출원은 이온성 액체를 사용하여 리그닌을 선택적으로 용출시켜 섬유 표면에 농축하여 글리칸 구조의 손상을 줄이고 섬유 중합도를 높인다. 전처리는 섬유를 느슨하게 하고 팽창 정도를 증가시켜 후속 표백제의 침투, 발색 그룹의 파괴 및 반응물의 확산 및 용출에 도움이된다. 동시에, 전처리는 미세 섬유 성분의 형태를 개선하고 섬유 간의 가교를 향상시켜 표백 효율을 개선하고 종이 기반 재료의 성능을 향상시킬 수 있다.

그중에서 리그닌을 용출하여 섬유 표면에 농축하는 것은 내부 셀룰로오스 섬유 줄기를 보호하는데 중요한 역할을 한다. 그러나 이전 출원한 특허는 초음파 기술이 추가됨에 따라 이온성 액체의 효과는 리그닌 제거를 강화하는 것이며, 처리후 리그닌 함량이 낮아 표면 리그닌의 농축에 도움이 되지 않는다. 따라서 섬유를 효과적으로 보호할 수 없다. 따라서, 일부 실시 양태에서, 상기 이온성 액체의 양이온은 1-부틸3-메틸-이미다졸 이온, 2- 히드록시 에틸 트리메틸 암모늄 이온 및 트리 에틸 암모늄 이온 중 하나 이상을 함유하여, 표백 효율을 높이고 종이 기반 재료의 성능을 향상시켰다.

제지하여 수득하는 단계를 포함하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 이용한 펄프 제작 종이 강도를 향상시키는 방법을 제공하였다.

일부 실시예에서, 본 발명은 다음 단계를 포함한 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 이용한 펄프 제작 종이 강도를 향상시키는 방법을 제공하였다.

(1)증자: 나무 조각을 취하여, 찜솥에 넣어 증자하여 원초 펄프(primary pulp)를 얻는다. 충분한 세척과 선별을 거쳐 황산염 펄프를 얻는다. 펄프의 카파값은 12 - 16이고;

(2) 이온성 액체 기반 표백 보호제로 전처리하고;

(3) ECF표백: 상기 이온성 액체 기반 표백 보호 제로 처리된 후의 펄프를 ECF 표백하고, 표백 공정의 표백 순서는 ODP이며:

먼저, 이온성 액체기반 표백 보호제로 처리된 펄프에 대해 O 단계 산소 탈 리그닌을 수행하고;

O 단계 산소 탈 리그닌이 완료된 후, 펄프를 세척 하고, D 단계 이산화 염소 표백 단계를 수행하고;

D 단계 이산화 염소 표백이 완료된 후, 펄프를 세척한 다음 P 단계 과산화 수소 표백을 수행하고;

P 단계 과산화수소 처리가 완료된 후 펄프를 세척하여 완성한다.

표백 후 얻은 최종 펄프는 제지 공정에 사용된다.

상기 기술적 방안은 구체적인 공정 매개 변수를 포함하지 않지만, 본 발명의 발명 구상은, 특히 이온성 액체 기반 표백 보호제로 전처리 한 뒤, 표백 공정의 산화 반응에서 섬유를 보호하여, 섬유의 산화 분해 정도를 낮추고, 표백 효과를 개선하고, 고성능 펄프를 얻는 것을 목표로 한다.

일부 실시예에서, 상기 단계(1)에서 증자의 구체적인 방식은 다음과 같다: 길이 15-25mm, 너비 10-20mm, 두께 3-5mm의 비교적 균일한 나무 조각을 취하여, 자연 건조시킨 후 증자하여 황산 염 원초 펄프를 얻고, 증자 조건은 절건 원료에 비해 Na₂O계로 사용되는 알칼리 양은21 %이고, 황화도가 25 %이고, 액체 비율이 1 : 5이며, 최대 증자 온도가 170 ℃이고, 105 ℃에서 15 분간 가스를 배출하고, 가열 시간 90 분, 유지 시간 90 분이고; 증자 후 증자효률과 종이 강도 성능을 향상시키기 위하여 충분한 세척 및 선별을 수행하여 펄프를 얻는다.

황산염 펄프（sulphate wood pulp）는 수산화나트륨과 황화나트륨 혼합액을 증자제로 사용한다. 증자 과정에서 약액의 효과가 비교적 약하고 섬유가 강하게 부식되지 않기 때문에 섬유는 강하고 질기며 높은 인장 저항 강도, 파열 저항성, 찢김성 및 기타 기계적 강도 지수를 가지고 있으며, 내열성 과 내구성이 비교적 높다.

일부 실시예에서, 상기 단계 (2)에서 전처리의 구체적인 단계는 다음과 같다: 상기 단계 (1)에서 수득한 펄프를 표백보호제의 사용량이5-15 %의 조건하에서 처리한 후, 일정한 조건에서 ODP 표백한다.

표백 보호제를 사용하는 양이 증가함에 따라, 표백 효율 및 펄프 성능이 향상되지만, 표백 보호제의 양이 일정 값에 도달하면, 표백 보호제의 양을 계속 증가시켜도 펄프 성능은 크게 향상시키지 못하고 표백 비용만 증가시킨다.

일부 실시예에서는 최적의 효과를 얻기 위하여 보호제 사용량이 10%이다.

일부 실시예에서, 상기 절차(3)에서 ODP 표백 공정의 구체적인 방식은 다음과 같다: O 단계 산소 탈 리그닌 공정은: 펄프 농도 10 %, NaOH 사용량 3 %, 산소 압력 0.5MPa, 온도 100 ℃, 시간 60 분, MgSO₄ 사용량 0.6 %이고; D 단계 이산화 염소 표백 공정은 : 이산화 염소 투여 량 0.7 %, pH 값 2 - 3, 온도 70 ℃, 펄프 농도 10 %, 시간 30 분이고; P 단계 과산화수소 표백 공정은: 과산화수소 사용량 1 %, 펄프 농도 10 %, pH 값 11 - 12, 온도 90 ℃ , 산소 압력은 0.4MPa이다.

산소 탈 리그닌 공정은 미 표백 펄프중의 리그닌 함량을 줄이고, 표백제의 사용량을 줄이며 표백 폐수의 오염 부하를 줄일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 O단계 산소 탈 리그닌 공정은: 펄프 농도 10 %, NaOH 사용 량 3 %, 산소 압력 0.5MPa, 온도 100 ℃, 시간 60 분이며, 이는 산소 표백 효율 및 펄프 성능을 개선하였다.

이산화염소는 강한 산화성을 가지고 있으며, 비교적 강한 탈 리그닌 능력과 탈 리그닌 선택성을 가지고 있다. 동일한 유효 염소용량 하에서, 이산화 염소 표백에 의해 생성되는 흡착성 유기 할로겐화물(AOX)은 염소가스 표백의 5분의 1에 불과하며, 리그닌 제거에 영향을 미치지 않는다. ClO₂표백 과정에서 완충체계의 구축은 pH의 안정성을 유지하는 데 도움이 된다. 일부 실시예에서, 상기 D단계 이산화염소 표백공정은: 이산화 염소의 양은 0.7 %, pH는 2 - 3, 온도는 70 ℃, 펄프 농도는 10 %, 시간은 30 분이고, 펄프의 표백 효율을 향상시키고, 유기 할로겐화물 (AOX)의 발생을 줄인다.

과산화수소 표백 공정은 섬유에 대한 손상이 적고, 수율이 높으며, 공정 적응성이 강하며, 표백 폐수에는 유기 염소 화합물이 포함되어 있어 처리가 용이하고 표백 단계 폐수의 완전한 재활용이 가능하다. 일부 실시예에서, 펄프 강도를 효과적으로 보호하고, 백색도를 향상시키기 위한 상기 P단계 과산화수소 표백 공정은: 과산화수소의 사용량은 1 %이고, 펄프 농도는 10 %, pH 값은 11-12, 온도는 90 ℃, 산소 압력은 0.4 MPa이다.

본 출원의 연구에 따르면: ODP 표백 순서를 사용하면 공정이 더 짧을뿐만 아니라 비용도 더 저렴하다. 동시에 이온성 액체 기반 표백 보호제의 조합을 통해 이전 OAD₁ED₂ 공정과 유사한 펄프 백색도 및 펄프 제작 종이의 강도를 얻을 수 있다.

본 발명의 설계 구상은: 표백 과정에서 펄프 섬유의 산화 반응 손상으로 인한 펄프 강도가 낮아지는 문제에 대하여, 본 발명에서는 이온성 액체기반 보호제를 이용한 전처리 방법을 제안하여, 펄프중의 리그닌을 용출시켜 섬유 표면에 부착시키고, 표백제와 리그닌을 충분히 작용시켜, 표백 과정에서 섬유의 산화 손상을 피하고, 종이 재료의 우수한 물리적 강도를 확보한다.

아래에 구체적인 실시예를 결합하여 본 발명에 대해 진일보 설명한다.

본 발명의 실시예에서 사용한 분석 방법은 다음과 같다:

백색도의 측정: 펄프가 섬유 분해기에 의해 분해 된 후 오스트리아에서 제조 된 카이세파 필사키에서 종이로 복사한 후 YQ-Z-48B 화이트 그래프로 측정;

접힘 저항 횟수: 중국에서 만든 MIT 접힘저항도 테스터로 측정;

파열 저항 인덱스: 스웨덴 회사 L & W에서 생산한 파열 저항 테스터로 측정;

인장 저항 지수: 중국산 XLWA (B) 지능형 전자 인장 시험기로 측정;

찢김 지수: 중국산 MIT 찢김도 테스터로 측정.

섬유 표면 리그닌 함량: 미국에서 생산된 XPS로 측정.

자세히 설명하지 않은 나머지 실험 방법은 해당 분야의 관용 실험 방법이다.

본 발명의 원리는: 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 사용하여 리그닌을 선택적으로 용출시키고 섬유 표면에 농축시켜, 섬유질 글리칸의 구조 파괴를 감소하고, 섬유질 중합도를 제고한다. 전처리는 섬유를 느슨하게 하고 팽창 정도를 증가시킬 수 있으며, 이는 후속적인 표백제의 침투, 발색 그룹의 파괴 및 반응물의 확산 및 용출에 유익하다. 동시에, 전처리는 미세 섬유 성분의 형태를 개선하고, 섬유 간의 교착 능력을 향상시켜 표백 효율을 향상시키고, 종이 기반 재료의 성능을 향상시킬 수 있다.

실시예1:

절차는 다음과 같다.

(1)증자: 유칼립투스 조각을 Na₂O계, 알칼리 사용량이 21%이고, 황화도가 25%이고, 액체비 1:5이고, 최고 증자 온도170 ℃에서 증자하고, 105℃에서 기체를 방출하며, 가열시간은 90분이고, 보온시간은 90분이다. 증자후 충분히 세척하고 선별하여 펄프를 얻는다.

(2)보호제 전처리: 정확히 25g의 상기 유칼립투스 황산염 펄프 (절건 펄프계)를 세 봉지 취하고, 10 % 황산 수소화 트리에틸 암모늄 이온성 액체 (TEA-HSO₄)기반 표백 보호제 (상기 표백 보호제는 TEA-HSO₄외에 추가로 소량의 무수 황산 마그네슘 (0.6 %)을 포함)를 펄프에 넣고, ,폴리에틸렌 백에서 펄프 농도를 10 %로 조정하고 균일하게 혼합 될 때까지 반죽한다.

(3) ECF표백: 상기 전처리 후 펄프를 표백하고, 표백 공정의 표백 순서가 ODP이고, 표백 공정의 절차는: 먼저 유칼립투스 황산염 펄프에 대해 O단계 산소 탈 리그닌을 수행하고, 공정은: 펄프 농도 10 %, NaOH 사용량 3 %, 산소 압력 0.5MPa, 온도 100 ℃, 시간 60 분, MgSO₄ 사용량 0.6 %이고; 뒤이어 D단계 이산화염소 표백을 수행하고, 공정은: 이산화 염소의 사용량은 0.7 %, pH 값은 2-3, 온도는 70 ℃, 펄프 농도는 10 %, 시간은 30 분이고; 처리된 펄프를 세척한 다음, P단계 과산화수소 표백을 수행하고, 공정은: 과산화수소의 양은 1 %, 펄프 농도는 10 %, pH 값은 11-12, 온도는 90 ℃, 산소 압력은 0.4MPa이고; 처리된 펄프를 세척한다.

(4) 제지: 펄프를 40 ° SR의 고동도(beating degree)에 따라 두드린 다음 섬유 분해기에 의해 분해하여 균일하게 혼합한 다음 종이장 성형기에 80g/m²원지 종이바탕의 재료로 만든다.

표1: TEA-HSO₄기반 보호제 전처리가 펄프 성능에 미치는 영향

표2 TEA-HSO₄기반 보호제 전처리가 ODP 표백 후의 펄프로 된 종이성능에 미치는 영향

결과: 펄프로 된 종이의 성능을 테스트 한 후, 표 1의 데이터에서 TEA-HSO₄ 이온성 액체 기반 표백 보호제 전처리의 사용은 펄프가 수율이 거의 변하지 않은 상태에서 성능이 비교적 크게 향상되었고, 그중 산소 표백 단계 (O): 카파 수가 8.06에서 7.89로 감소하여 2 % 감소되었고; 펄프 점도가 885mL/g에서 999mL/g으로 13 % 증가되었고; 중합도는 1313에서 1501로 증가하여, 14 % 증가되었다. 표백 완료 후 (ODP): 카파 수가 1.54에서 0.48로 감소하여 69 % 감소; 점도가 684mL/g에서 806mL/g으로 증가하여 18 % 증가; 중합도는 988에서 1184로 증가하여 20%증가하였다.

종이형성 성능 테스트를 거쳐, 표 2의 데이터에 따르면, TEA-HSO₄ 이온성 액체 기반 표백 보호제를 사용한 전처리로 인해 펄프는 백색도가 거의 변하지 않은 상태에서 물리적 성능이 크게 향상되었다. 그중: 펄프로 완성된 종이의 인장 저항 지수는 4.22kN·m^-1에서 4.81kN·m^-1로 14 % 증가하였으며, 찢김 지수는 6.927mN·m²·g^-1에서 7.866mN·m^2*g^-1로 증가하여14%증가하였고; 내접힘차수가 126번에서 319번으로 2.5배 증가했다.

펄프의 화학적 조성을 테스트 한 결과, TEA-HSO₄ 이온성 액체 기반 표백 보호제 전처리로 인해 펄프의 리그닌 함량이 현저히 감소되었으며, 여기서 산소 표백 단계 (O)의 섬유 리그닌 함량은 6.76 %에서 3.52 %로, 48 % 감소되었고; 표백 완료 후 (ODP) 섬유 리그닌 함량은 1.97 %에서 1.62 %로 18 % 감소했다. XPS에 의해 검측된 산소 표백 단계 후의 섬유 표면의 O/C 비율이 0.53에서 0.48로 감소하여, 표백 과정에서 섬유 표면에 리그닌의 보호층이 형성되었음을 설명한다.

XRD 분석을 통해, ODP 표백 후, TEA-HSO₄ 이온성 액체 기반 표백 보호제를 사용한 전처리는 셀룰로오스의 결정도는 36.2에서 46.0으로, 27% 높아졌다.

실시예2:

절차는 다음과 같다.

(1)증자: 조건은 Na₂O계, 알칼리 사용량이 21%이고, 황화도가 25%이고, 액체비 1:5이고,최고 증자 온도는 170 ℃이고, 105℃에서 기체를 방출하며, 가열시간은 90분이고, 보온시간은 90분이다. 증자후 충분히 세척하고 선별하여 펄프를 얻는다.

(2)정확히 25g의 펄프 (절건 펄프계)를 세 봉지 취하고, 각각 5%, 10%, 15%의 1-부틸3-메틸 황산 수소 염이온 액체(BMIM-HSO₄)를 펄프에 넣고, 폴리에틸렌 주머니에서 펄프 농도를 10%로 조절하여 잘 섞일 때까지 문지른다.

(3) ECF표백: 상기 전처리를 거친 펄프를 표백하고, 표백 공정의 표백 순서가 ODP이고, 표백 공정의 절차는: 먼저 유칼립투스 황산염 펄프에 대해 O단계 산소 탈 리그닌을 수행하고, 공정은: 펄프 농도 10 %, NaOH 사용량 3 %, 산소 압력 0.5MPa, 온도 100 ℃, 시간 60 분, MgSO₄ 사용량 0.6 %이고; 뒤이어 D단계 이산화염소 표백을 수행하고, 공정은: 이산화 염소의 사용량은 0.7 %, pH 값은 2-3, 온도는 70 ℃, 펄프 농도는 10 %, 시간은 30 분이고; 처리된 펄프를 세척한 다음, P단계 과산화수소 표백을 수행하고, 공정은: 과산화수소의 양은 1 %, 펄프 농도는 10 %, pH 값은 11-12, 온도는 90 ℃, 산소 압력은 0.4MPa이고; 처리된 펄프를 세척한다.

(4) 제지: 펄프를 40 ° SR의 고동도에 따라 두드린 다음 섬유 분해기에 의해 분해하여 균일하게 혼합한 다음 종이장 성형기에 80g/m²원지 종이바탕의 재료로 만든다.

표3: BMIM-HSO₄기반 보호제 처리가 펄프 성능에 미치는 영향

표4 BMIM-HSO₄기반 보호제 전처리가 ODP 표백 후의 펄프로 된 종이성능에 미치는 영향

결과 : 펄프로 된 종이의 성능 테스트를 거쳐, 표 3의 데이터에서 BMIM-HSO₄ 이온성 액체 기반 표백 보호제 전처리의 사용은 펄프가 수율이 거의 변하지 않은 상태에서 펄프 성능이 비교적 크게 향상되었고, 그중 산소 표백 단계 (O) : 카파 수가 8.06에서 7.47로 감소하여 7 % 감소되었고; 점도가 885mL/g에서 905mL/g으로 2 % 증가되었고; 중합도는 1313에서 1346로 증가하여, 3 % 증가되었다. 표백 완료 후 (ODP): 카파 수가 1.54에서 0.67로 감소하여56 % 감소; 점도가 684mL/g에서721mL/g으로 증가하여 5% 증가; 중합도는 988에서 1047로 증가하여 6%증가하였다.

종이형성 성능 테스트를 거쳐, 표 4의 데이터에 따르면, BMIM-HSO₄이온성 액체 기반 표백 보호제를 사용한 전처리로 인해 펄프는 백색도가 거의 변하지 않은 상태에서 물리적 성능이 비교적 크게 향상되었다. 그중: 종이 펄프의 인장 저항 지수는 4.22kN·m^-1에서 4.57kN·m^-1로 8 % 증가하였으며, 찢김 지수는 6.927mN·m²·g^-1에서 7.598mN·m^2*g^-1로 증가하여10%증가하였고; 내접힘 차수가 126번에서 252번으로 2배 증가했다.

펄프의 화학적 조성을 테스트 한 결과, TEA-HSO4 이온성 액체 기반 표백 보호제전처리로 인해 펄프의 리그닌 함량이 현저히 감소되었으며, 여기서 산소 표백 단계 (O)의 섬유 리그닌 함량은 6.76 %에서5.96 %로, 12 % 감소되었고; 표백 완료 후 (ODP) 섬유 리그닌 함량은 1.97 %에서 1.83 %로 7 % 감소했다. XPS에 의해 검측된 산소 표백 단계 후의 섬유 표면의 O/C 비율이 0.53에서 0.51로 감소하여, 표백 과정에서 섬유 표면에 리그닌의 보호층이 형성되었음을 설명한다.

XRD 분석을 통해, ODP 표백 후, BMIM-HSO₄ 이온성 액체 기반 표백 보호제를 사용한 전처리로 인해 셀룰로오스 결정도가 36.2에서 48.8로 35% 높아졌다.

상기 실시예의 설명은 본 발명의 방법 및 핵심 아이디어를 이해하는 데 도움을 주기 위해서만 사용된다. 당업자라면 본 발명의 원리를 벗어나지 않고서 본 발명에 대해 몇 가지 개선 및 수정이 이루어질 수 있으며, 이러한 개선 및 수정은 또한 본 발명의 청구범위의 보호 범위 내에 속한다는 점에 유의해야 한다. 이러한 실시 예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 자명하며, 여기서 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고서 다른 실시예에서 구현될 수있다. 따라서, 본 발명은 이 문서에 제시된 실시예에 제한되지 않고, 이 문서에 개시된 원리 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합되어야 한다.

Claims

이온성 액체가 펄프 표백 보호제로서의 응용.
이온성 액체와 제 2 성분으로 구성되며, 상기 제 2 성분은 탄산 마그네슘, 규산 나트륨, 붕사, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 무수 황산 마그네슘 중 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제.
제2항에 있어서, 상기 이온성 액체의 음이온이 황산 수소 이온, 포름산 이온 및 염소 이온 중 하나 이상을 포함하거나;
상기 이온성 액체의 양이온이 1-부틸3-메틸-이미다졸 이온, 2-히드록시 에틸 트리메틸 암모늄 이온 및 트리에틸 암모늄 이온 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제.
제3항에 있어서, 상기 이온성 액체는 황산수소화 트리에틸 암모늄 이온성 액체 또는 1-부틸3-메틸 황산수소염 이온성 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제.
제2항에 있어서, 상기 펄프 표백 보호제의 제 2 성분이 무수 황산 마그네슘인 경우, 상기 펄프 표백 보호제 중 무수 황산 마그네슘의 함량이 0.6 %인 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 펄프 표백 보호제를 사용하여 펄프를 전처리하는 단계;
전처리 된 펄프를 ECF표백하고, 표백 공정이 ODP 표백 순서인 단계;
제지하여 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 이용한 종이 강도 향상 방법.
제6항에 있어서, 상기 펄프 표백 보호제의 사용량은 펄프의 절건 질량의 5-15 %인 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 이용한 종이 강도 향상 방법.
제6항에 있어서, 상기 ODP 표백 순서의 O 단계 산소 탈리그닌 공정은: 펄프 농도 10 %, NaOH 사용량 3 %, 산소 압력 0.5MPa, 온도 100℃, 시간 60 분, MgSO₄ 사용량 0.6 %인 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 이용한 종이 강도 향상 방법.
제6항에 있어서, 상기ODP 표백 순서에서 D 단계 이산화 염소 표백 공정은: 이산화 염소의 사용량은 0.7 %, pH 값은 2-3, 온도는 70℃, 펄프 농도는 10%, 시간은 30 분인 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 이용한 종이 강도 향상 방법.
제6항에 있어서, 상기 ODP 표백 순서에서 P 단계 과산화수소 표백 공정은: 과산화수소 사용량은 1%, 펄프 농도는 10%, pH 값은 11-12, 온도는 90℃, 산소 압력은 0.4MPa인 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 이용한 종이 강도 향상 방법.
제6항에 있어서, 상기 펄프는 황산염 펄프이고, 증자 단계가: 길이 15-25mm, 너비 10-20mm, 두께 3-5mm의 비교적 균일한 나무 조각을 취하여, 자연 건조시킨 후 증자하여 황산염 원초 펄프를 얻고, 증자 조건은 절건 원료에 비해 Na₂O계로 사용되는 알칼리 양은21%이고, 황화도 25%, 액체 비율 1:5, 최대 증자 온도 170℃, 105 ℃에서 15 분간 가스 방출하고, 가열 시간 90분, 온도 유지 시간 90분; 증자 후 충분한 세척 및 선별을 수행하여 펄프를 얻는 것을 특징으로 하는 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제를 이용한 종이 강도 향상 방법.
릴리프 인쇄 용지, 신문 용지, 오프셋 인쇄 용지, 코트지, 책 표지 용지, 사전 용지, 복사 용지 또는 보드 용지의 제조에서의 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 이온성 액체 기반 펄프 표백 보호제의 응용.