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펄프

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펄프(pulp)의 섬유 구조

펄프(pulp)는 종이 등을 만들기 위해 나무 등의 섬유 식물에서 뽑아낸 재료이다. 종이의 원료로는 여러 가지 목재가 사용되며, 그 중에서 가장 많이 사용되는 침엽수는 약 50%가 셀룰로오스이며, 그 밖에 리그닌(lignin) 25%, 펜토산(pentosan) 20%, 기타의 것이 소량 함유되어 있다. 목재로부터 셀룰로오스 이외의 성분을 화학처리로 녹여 제거하고 셀룰로오스만을 남게 한 것이다.

펄프를 만드는 데는, 먼저 목재를 잘게 부수고,(이것을 chip이라고 한다.) 이것을 아황산수소칼슘의 수용액 중에서 130 ~ 160°C의 온도로 약 8시간 동안 쪄서 리그닌·펜토산, 그 밖의 것을 제거한다. 그리고 다시 표백 등의 처리를 거친다. 이렇게 해서 만들어진 펄프를 아황산 펄프라고 한다. 이것 외에도 가성소다법·황산소다법 등의 방법이 있다. 황산소다법에 의한 펄프를 크래프트(craft) 펄프라고 하는데, 이것은 질이 견고하여 포장지(크래프트지)로 사용된다. 또 이상과 같은 약품처리를 하지 않고, 물과 함께 치프를 갈아 부수기만 한 것도 있다. 이것을 쇄목(碎木) 펄프라고 하는데 리그닌과 그 밖의 성분을 함유하고 있어 값이 싸기는 하나 변색되기 쉬워 신문용지 등으로 사용된다.

개요

펄프는 목재나 그 밖의 섬유 식물에서 기계적·화학적 또는 그 중간 방법에 의하여 얻는 셀룰로오스 섬유의 집합체이다.

원래는 많은 수분을 포함하고 있어서 죽 모양으로 되어 있거나, 압착 등의 방법에 의하여 탈수한 습윤물(濕潤物)을 말하는데, 좁은 의미로는 식물을 구성하고 있는 섬유를 추출하여 모은 것을 말한다. 현재 이용되는 펄프의 원료로는 솜 같은 종모섬유(種毛纖維)와 대나무·짚·에스파르토·버개스 등과 같은 벼과식물의 줄기, 마닐라삼의 줄기, 대마·아마·닥·삼아·안피 등의 나무껍질[靭皮部]과 나무의 가지나 잎을 제외한 줄기 등 매우 다양하다. 분류법에는 사용한 원료의 이름을 따서 분류하는 법과 제조법에 의하여 분류하는 법이 있다. 원료에 따른 분류로는 먼저 목재펄프와 비목재펄프로 구분하고, 목재펄프는 다시 침엽수펄프(NP)와 활엽수펄프(LP)로, 비목재펄프는 짚펄프(straw pulp)·버개스펄프(bagasse pulp)·갈대펄프·대나무펄프·인피섬유(靭皮纖維)펄프·넝마펄프·면펄프 등으로 구분한다.

제조법에 의한 분류는 먼저 기계펄프(MP)와 화학펄프(CP) 두 가지 방법을 병행하여 생산한 것이 있는데, 기계펄프는 다시 쇄목펄프(GP)·리파이너펄프(RGP)·열처리기계펄프(TMP) 등으로 구분하며, 화학펄프는 아황산펄프(SP)·크라프트펄프(KP)·소다펄프(soda plup)로 구분한다. 기계와 화학 두 가지 방법을 병행하는 것은 화학쇄목펄프(CGP)·세미케미컬펄프(SCP)로 구분한다. 제조법에 의하여 구분할 경우는 펄프의 표백 정도에 따라 명칭의 앞에 표백(B)·반표백(S)·미표백(U) 등을 붙여서 사용한다. 또 펄프를 용도에 따라 구분할 때에는 제지용과 용해용(DP)으로 나눈다.

펄프의 성분

목재의 주성분

목재의 3대 주성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌이다. 목재의 부성분은 수지(resin), 정유(oil), 탄닌 등의 추출물과 무기물(10% 수준) 등이 있다.

리그닌

리그닌은 고분자의 무정형물질로써 산에 의해 가수분해되기 어려운 특징을 가지고 있다. 실제 활엽수재20~25%, 침엽수재27~30% 만큼씩 존재한다고 알려져 있다. 리그닌은 셀룰로오스라는 뼈대를 지탱하고 있는 시멘트로 생각하는 것이 용이하다.

중요한 유기자원물질로 사용하기 위해서, 특히 펄프에 목재를 사용하기 위해서 필수적으로 제거되어야 하는 성분이다. 펄프를 만들다 보면 리그닌이 녹여져 나온 폐액이 나오는데, 이 폐액은 화학약품제조 및 농축연료 등 에너지화에 이용가능하다.

셀룰로오스

셀룰로오스는 펄프의 주성분이다. 셀룰로오스의 함량이 높을수록 좋은 펄프라고 할 수 있다. 셀룰로오스는 6탄당으로 이루어진 탄화수소화합물이다.

목재에서 셀룰로오스를 추출하기 위해서는 글루코오스의5번 탄소의OH기가1번 탄소(알데하이드기)를공격하여야 한다. 이 고리화 반응의 가장 중요한 두 가지 결과는 새로운 비대칭탄소가 생긴다는 것과 한 쌍의 부분입체 이성질체가 형성된다는 것인데 즉, 1번 탄소에서의 배열만이 다른 모노사카라이드들을 서로 아노머(anomer)라한다. 순수한 글루코오스는 두 가지 결정형으로 존재한다. (α-D-glucose, β-D-glucose) D-glucose의 아노머들은 α 아노머보다 β아노머가 더 많이 존재하는데, β아노머가 더 안 정하기 때문이다.

헤미셀룰오스

헤미셀룰로오스란, 산에 의해 쉽게 가수분해 되어 추출되는 다당류의 총칭이다. 셀룰로오스와 같이 다당류이나 다른 특징을 가지고 있으며, 목재세포막을 구성하는 물질이다. 냉수에 추출되지 않고 알칼리 및 열수에 의해 쉽게 추출되는 특성을 가진다.

침엽수의 경우galactoglucomannan, arabino-4-O-methylglucuronoxylan 이 활엽수의 경우O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan이 가장 많이 분포하고 있다.

이 목재의 주성분 중 펄프를 이루는 셀룰로오스를 최대한 남기고 리그닌 및 기타 다른 물질들을 제거하는 과정을 펄프화 공정이라한다. 이 펄프화 공정은 크게 화학적 펄프와 기계적 펄프로 나눌수 있다.

펄프를 만드는 순서

박피(debarking) – 조각만들기(chipping) – 스크리닝 – 펄핑(화학적, 기계적) 순으로 펄프를 만든다. 이렇게 만들어진 펄프는 대게 종이를 만드는 원료로 많이 이용되나, 휴지나 그밖의 위생용품등으로 만들어진다.

Debarking(외부 껍질 벗기기)

박피(debarking)는 원목에 부착된 수피를 제거하는 작업이다. 외부 껍질은 종이에 들어가는 나무를 가공하는 과정에서 상당히 부정인자들을 많이 포함한다. 외부에 노출되어있기 때문에 이물질을 다량 포함하여 기계의 고장을 야기하며, 종이에 필요한 셀룰로오스의 함량이 적기 때문에 굳이 사용하지 않고 벗겨서 버린다.

Chipping of wood(목재의 칩 만들기)

쇄목기계펄프(Groundwoodmechanical pulp)를 제외하고 박피된 원목을 사용하는 공정은 작은 나무조각(Chip)이 필요하다. 추후, 나무에 약품 혹은 압력을 가해서 처리하는 과정이 필요한데, 그때 사용하는 기계를 리파이너라 한다. 리파이너 기계펄프 공정의 경우 디스크 리파이너에 원목이 들어갈 수 없으므 로 칩으로 기계펄프화 하여야 한다. 결국, 화학약품 및 증기가 목재내에 급속하고 균일하게 침투하도록 목재를 작은 조각(chip)으로 만드는 것이 본 공정의 목적이라 할 수 있다.

Screening(스크리닝)

칩의 크기는 일반적으로 섬유 방향의 길이가 15~25 mm, 두께 4mm로 만들지만, 공정중에 이 사이즈 보다 크거나 작은 물질(fines-미세분)들이 생성이 된다. 미세분은 약액의 증가를 초래하고 공정에 도움이 되지 않기 때문에 없애는 것이 좋다. 또한 사이즈가 너무 크면 약액의 침투가 용이하지 않기 때문에, 원하는 크기보다 큰 칩을 거른다. 그 거리는 과정을 스크리닝 이라고 하며, 스크리닝은 쉽게 말해 촘촘하 망에 거르는 것이다. 스크리닝은 망의 크기에 따라 달라지며, 대부분의 공정에서 여러 번의 스크리닝을 통해 최대한 버리는 목재가 있지 않도록 노력한다.

스크린은 기계펄프를 생산하는데 있어 매우 중요한 역할을 수행한다. 이를테면, Shives(미세한 섬유조각들)의 제거, 섬유 분급, 중량 이물질 제거 및 리젝트(reject)의 리파이닝을 수행하기 위 한 단위 공정이다. 결론적으로 Shives의 제거가 본 스크린 공정의 주요 목적이다.

펄프의 종류

원료에 따른 분류

  • 목재펄프 : 유칼립투스, 포플라, 자작나무, 소나무, 전나무, 낙엽송 등 목재로 제조한 펄프
  • 비목재펄프 : 짚, 대나무, 사탕수수대, 갈대 등 식물섬유로 제조한 펄프

제조방법에 따른 분류

  • 기계펄프(Mechanical Pulp) : 통나무나 칩을 기계적으로 분쇄시켜 제조하는 펄프. 펄프 내에 셀룰로오스뿐만 아니라 헤미셀룰로오스와 리그닌과 같은 목재성분이 대부분 포함되어 있음
  • GP(쇄목펄프) : 쇄목기로 나무를 연마하여 만든 펄프
  • TMP(열기계펄프) : 목재 칩을 열처리한 다음 기계적으로 해섬한 펄프
  • CMP(화학기계펄프) :목재 칩을 화학약품으로 전처리한 다음 기계적으로 해섬한 펄프
  • CTMP(화학열기계펄프) : 목재 칩을 화학약품으로 전처리한 다음 열기계펄프법으로 처리하여 만든 펄프
  • 화학펄프(Chemical Pulp) :
  • Sulfate Pulp(황산염 펄프) : 펄프 제조시 황화나트륨(Na2s)과 수산화나트륨(NaOH)을 약제로 사용하여 생산된 펄프.크라프트펄프(Kraft Pulp)라고도 함. 현재 가장 많이 생산 및 소비되는 펄프임.
  • Sulfite Pulp(아황산염 펄프) : 아황산염 펄프는 아황산과 혼합액을 약제로 하여 생산하는 펄프임
  • Soda Pulp(소다 펄프) : 수산화나트륨(NaOH)과 탄산칼슘(CaCO3)을 약제로 하는 펄프화법으로 생산되며, 최초의 화학펄프화법이며, 주로 활엽수의 펄프화에 사용됨
  • 반화학펄프(Semi Chemical Pulp : SCP) : 반화학펄프란 화학펄프와는 달리 가벼운 약품처리를 통해 목재성분 중 헤미셀룰로오스나 리그닌의 일부를 제거한 후, 리파이너로 분쇄시켜 제조하는 펄프임.

표백 유무에 따른 분류

화학펄프화법을 통해 제조된 펄프는 약액이 목재와 반응하여 착색이 되는데, 이러한 착색 물질을 약품으로 제거하는 것을 표백이라 한다

  • 표백 크라프트 펄프(BKP : Bleached Kraft Pulp)
  • 침엽수표백펄프 (SwBKP : Softwood Bleached kraft Pulp)
  • 활엽수표백펄프 (HwBKP : Hardwood Bleached kraft Pulp)

용도에 따른 분류

  • 제지용 펄프(PP : Paper grade Pulp)
  • 용해용 펄프(DP : Dissolving Pulp) : 레이온, 셀로판지, 스펀지 등의 원료로 사용

지역에 따른 분류

펄프제조에 사용된 목재원료의 주요 산지나 사용원료에 근거해 명명한 것으로 표백펄프를 말하며, 국제 펄프시장에서 주로 사용되고 있는 용어임

  • NBSK(Northern Bleached Kraft Pulp) : 캐나다 침엽수 펄프
  • SBSK(Southern Bleached Kraft Pulp) : 미국 남부산 침엽수 펄프
  • BEKP(Bleached Eucalyptus Kraft Pulp) : 주로 브라질, 칠레 등의 남미에서 유칼립투스로 생산된 펄프

폐지

  • ONP(Old Newsprint) 폐신문용지
  • OCC(Old Corrugated Container) 폐골판지원지
  • CPO(Computer Printout) 폐인쇄용지
  • Mixed 혼합폐지

참고자료

같이 보기


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