펄프의 전세계 생산량, 구성 성분, 화학적 단리법, 셀룰로오스 섬유의 특성, 결합 차이

 

1. Bryan Donkin이 설계한 연속식 초지기의 모식도로 Fourdrinier(장망식 초지기)의 기초가 됨

1803년 매우 간단한 구조 현대 펄프, 제지 공업 특성

1.     원료부족 및 자원 재활용으로 인해 목질 폐잔재와 폐지섬유의 활용

2.     규모의 경제성 원리에 입각하여 : 초지기의 고속화와 특수화 추세

3.      개도국은 소규모 생산 설비로 현지 상황에 적합한 시설을 다품종 생산이 가능

4.     원료 및 펄프, 제지의 일괄 제조공정 도입

5.     약액 화수공정에서 발생하는 에너지로 펄프 및 제지공장 운영에 필요한 전기 및 스팀 자급자족

6.     공장 가동에 필요한 용수 및 폐수처리 비용 절감을 위해 용수의 폐쇄화 및 정교한 폐수처리시설

7.     저렴한 펄프 용재의 대량 공급을 위해 단벌기 펄프용재 식재하여

8.     세계 펄프 사용량은 연간 약 3% 성장하는 지속 성장 추세

 

북미 펄프 및 종이 생산량

지속적으로 생산량이 증가하는 추세임을 볼 수 있다.

1.     미국과 캐나다의 펄프 제지산업은 펄프 제지공장의 대형화, 고속화, 지동화로 공장과 종사자는 감소하는 경향을 나타냄

2.     캐나다가 가장 큰 펄프 종이 수출국임을 알 수 있다.

3.     GDP가 증가할 수록 종이의 소비량도 증가하는 것을 알 수 있다.

4.     참고로 우리나라의 종이 생산량은 세계 6위 정도로 현재의 종이의 량은 선진국 수준에 도달

 

1.     펄프 섬유의 종류별 평균 섬유장, 장폭비를 나타낸 것이다.

2.     펄프 제지의 주원료인 목재 섬유의 경우 침엽수가 길고 넓고, 활엽수는 짧고 얇더.

3.     초본류 섬유 : 목재보다 얇고, 짧다

4.     사탕수수 및 갈대 : 목재보다 좁고 짧다..

5.     인피섬유는 마류와 목본계로 나눌 수 있다, 식물의 내수피섬유로 섬유장이 길고 질긴 특징을 지니며, 대표적으로 한지의 원료인 닥섬유, 삼베의 원료인 대마섬유 등을 들 수 있다

6.     잎섬유 : 아바카는 배에 로프로 사용, 섬유중 티백, 필터의 원료

7.     목화는 주로 직물제조에 사용되는 반면, 단섬유인 린터는 특수지 원료로 사용되며, 우리나라 지폐의 원료이기도 하다.

 

식물 세포벽을 구성하는 리그닌의 주요 구조

1.     코니페릴알콜(구아이아실 리그닌)은 침엽수 리그닌의 주성분으로 3번 탄소에 메톡실기를 가지고 잇는 것이 특징

2.     시나필알콜(시린길리그닌)은 활엽수 리그닌의 주성분으로 3번 및 5번 탄소에 메톡실기를 가지고 있는 것이 특징

3.     쿠마릴알콜은 초본류 리그닌의 주성분으로 메톡실기를 가지고 있지 않다.

 

페닐프로판 단위간 결합 양식  비율

1.     리그닌 탄수화물 결합 양식 (LCC)을 나타낸 것이다.

2.     벤질 에테르는 리그닌의 프로판과 헤미셀룰로오스의 당간의 결합형태를 말함. 주로 침엽수의 리그닌 결합 형태

3.     벤질 에스테르는 리그닌의 프로판과 헤미셀룰로오스의 우론산간의 결합형태를 말함. 침엽수, 활엽수 결합형태

4.     페닐글리코시드는 리그닌의 페닐기와 헤미셀룰로오스의 당간의 결합형태를 말함, 침엽수 및 활엽수의 결합 형태

 

다양한 결합을 하면서 3차원적 형태를 가진다.

1.     벤질에테르는 리그닌의 프로판과 헤미셀룰로오스의 당간의 결합형태를 말함

2.     벤질에스테르는 리그닌의 프로판과 헤미셀룰로오스의 우론산간의 결합형태를 말함

3.     페닐글리코시드는 리그닌의 페닐기와 헤미셀룰로오스의 당간의 결합형태를 말함

 

목재의 조성분을 나타낸 것으로 크게 탄수화물, 리그닌 및 추출물로 나눌 수 있다.

1.     리그닌은 활엽수에서 21%, 침엽수 25 % 존재한다.

2.     추출물은 비섬유상 물질로 목재 중에 약 2-8% 존재하며 주요 구성성분은 테르펜, 수지산,지방산, 페놀, 불포화 금화물이다.

3.     탄수화물인 홀로셀룰로오스 중 셀룰로오스는 침엽수 및 활엽수 모두 약 45% 존재하며, 주성분은 glucose이다.

4.     헤미셀룰로오스는 활엽수에 약 35%, 침엽수에 약 25% 존재하며, 주요 구성성분 글루코오스, 자일로오스, 갈락토오스 만노스, 아라비아노스이다.

 

목재 조성분의 화학적 단리 방법

1.     목재를 중성 용매 또는 증기 처리하면 가용성 또는 휘발성 물질인 추출물 약 5%와 잔사인 탈추출물 목재(탈지목재) 95%가 얻어짐

2.     탈추출물 목재를 회화(연소)하면 무기물 약 0.5% 얻어짐.

3.     탈지목재를 약산화 및 추출 처리하면 분해 용출 물질로 리그닌 약 25%와 잔사로 홀로셀룰로오스 약 70%가 얻어짐

4.     홀로셀룰로오스를 묽은 수용성 알칼리 처리하면 가용성 물질로 헤미셀룰로오스 약 25%와 잔사로 목재 셀룰로오스 약 45% 얻어짐

5.     목재 셀룰로오스를 산가수분해 하면 glucose와 소량의 기타 탄수화물과 불순물이 얻어지는 데 이 공정을 당화라 함

6.     헤미셀룰로오스를 산가수분해 하면 glucose, mannose, xylose, galactose, arabinose 및 우로산이 얻어지는 데 이 공정 역시 당화라 함

 

셀룰로오스 섬유의 특성

높은 인장 강도

유연성

소성 변형에대한 저항성

친수성

물에 불용성

섬유 치수범위의 다양성

고유 결합성

개질 첨가제를 흡수하는 성질

화학적으로 안정

비교적 무색(백색)

고해에 따른 침엽수 화학펄프의 특성변화

1.     고해(beating, refining)란 섬유의 1차막 제거로 2차벽의 내부 피브릴화로 수화를 촉진시켜 섬유의 팽윤과 유연성 및 결합력의 증대를 도모하는 처리 공정을 말한다.

2.     고해 시간이 증가하면 섬유의 친수성이 증가하여 여수도는 감소한다.

3.     고해시간이 증가하면, 섬유간의 결합이 관여하는 인장강도, 파열강도 및 내절강도는 증가하는 반면, 섬유자체 강도가 관계하는 인열강도는 초기 섬유간 결합의 증가로 강도가 증가하나 고해가 진행될수록 섬유의 손상으로 인하여 강도가 감소하는 특성을 나타낸다.

셀룰로오스 결합 .차이를 나타낸 것으로

 

1.     수소결합이란 물에 분산 된 섬유 현탁액 중에서 물분자간 및 셀룰로오스 표면의 수산기간의 극성결합이 건조에 의해 물이 증발됨으로써 최종적으로 셀룰로오스 표면의 수산기가 서로 수소결합을 형성하는 것을 말함.

2.     (a)다수의 물분자층이 포함된 느슨한 수소 결합

3.     건조가 진행되면

4.     (b)하나의 물분자 층을 통한 더 강한 수소 결합

5.     셀룰로오스 분자간의 직접 결합한 수소결합을 나타냄