KR20060113644A

KR20060113644A - 재생펄프의 제조방법, 펄프섬유 표면 및 협잡물의개질방법, 및 펄프처리장치

Info

Publication number: KR20060113644A
Application number: KR20067001724A
Authority: KR
Inventors: 시세이 고토; 게이고 와타나베; 히로미치 츠지; 다카노리 미야니시
Original assignee: 니뽄 세이시 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: US20100147479A1; RU2365693C2; KR100926819B1; EP1652999B1; RU2006106190A; US20070137804A1; JPWO2005012632A1; CN1839228A; CA2532584A1; CN1839228B; US7727355B2; WO2005012632A1; JP4291819B2; EP1652999A1; CA2532584C; US8088254B2

Abstract

본 발명은, 고지를 재생하는 공정에 있어서, 섬유 표면에 대하여 선택적으로 작용하는 힘을 사용하여 잉크를 박리하여, 섬유의 손상을 억제하고 고백색도이고 잔존잉크가 적은 고품질의 재생펄프를 제조하는 것이다. 또 섬유 표면만에 작용하는 힘을 사용하여, 섬유 표면을 개질하고 고품질의 펄프를 얻음과 동시에, 펄프품질을 손상하는 협잡물을 무해화한다.

고지를 재생하는 공정에 있어서, 캐비테이션을 발생시키고, 이것을 사용하여 섬유 및 회분에 부착되어 있는 오염물질을 박리하는 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법. 캐비테이션에 의하여 발생하는 기포를 적극적으로 펄프 현탁액에 도입함으로써, 미세한 기포 붕괴시의 충격력에 의하여 섬유 및 회분에 부착되어 있는 잉크 등의 오염물질을 박리·미세화한다. 용기 내에 섬유소로 이루어지는 물질을 포함하는 수성 슬러리를 분사하기 위한, 하나 이상의 노즐을 가지는 분류장치.

Description

재생펄프의 제조방법, 펄프섬유 표면 및 협잡물의 개질방법, 및 펄프처리장치{PROCESS FOR PRODUCING RECYCLED PULP, METHOD OF MODIFYING PULP FIBER SURFACE AND CONTAMINANT, AND PULP TREATING APPARATUS}

본 발명은 고지(古紙)로부터 재생펄프를 제조하는 방법, 및 그 방법에 의하여 제조된 펄프를 사용하여 제조된 종이 및 도피지 등의 인쇄용지에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 신문, 전단, 잡지, 정보기록용지, 복사, 컴퓨터 프린트아웃 등의 인쇄고지, 또는 잡지고지나 오피스(office)고지 등 이들 인쇄물의 혼합물로부터 재생펄프를 제조하는 공정에 있어서, 캐비테이션 기포를 펄프 현탁액에 적극적으로 도입하고, 그 기포 붕괴시의 충격력을 사용하여 펄프섬유 및 무기입자로부터 잉크 등의 오염물질을 박리·미세화하여, 고(高)백색도이고 잔존잉크가 적은 펄프를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제 2 발명(청구항 11 내지 24)은, 캐비테이션 기포를 펄프 현탁액에 적극적으로 도입하고, 그 캐비테이션 기포 붕괴시의 충격력을 사용하여 펄프의 개질 및 품질의 향상을 도모하는 방법, 또한 펄프처리장치에 관한 것이다.

액체 중의 펌프나 프로펠러의 흐름은 장소에 따라 가속되고 압력이 낮아지기 때문에, 조건에 따라서는 상온에서도 액체가 증발하여 기포가 되는 현상이 일어나는데, 이것을 캐비테이션(cavitation)이라고 한다.

탈잉크(Deinking)란, 고지로부터 잉크를 분리하는 것을 의미하고, 잉크박리와 잉크제거 전체를 포함하는 개념이다.

최근 자원절약 또는 지구규모에서의 환경보호라는 관점에서 고지의 재생이용이 강하게 요구되고 있고, 이용범위를 확대하는 것이 매우 중요한 문제가 되고 있다. 한편으로, 종래의 재생펄프의 용도는 신문·잡지용 종이인 것이 많았으나, 최근은 다양한 용도로 전개하도록 고지를 보다 고도로 처리하여, 고백색도이고 잔존잉크가 적은 재생펄프를 제조하는 것이 요구되고 있다.

고지의 재생방법은, 일반적으로 펄프섬유로부터 잉크를 박리하는 공정과, 박리된 잉크를 제거하는 공정으로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 펄퍼(pulper)에 있어서, 유체역학적 전단력 또는 펄프섬유끼리의 마찰력에 의하여 펄프섬유로부터의 잉크의 박리와 미세화를 촉진하고, 계속해서 프로테이션(flotation) 및/또는 세정에 의해 잉크의 제거를 행하는 방법이 주류이다. 이 과정에 있어서, 필요에 따라 수산화나트륨, 규산소다, 산화성 표백제 및/또는 환원성 표백제, 탈잉크제 등의 탈잉크 약품을 첨가하고, 알칼리성 pH값으로 고지의 처리를 행하는 것이 일반적이다. 고지를 보다 고도로 처리하는 경우, 상기 처리에서 제거할 수 없었던 펄프섬유상에 잔존하는 잉크를 박리하기 위하여, 예를 들면, 잉크박리공정 또는 잉크제거공정 후에 다시 기계력에 의하여 잉크의 박리·미세화를 촉진하는 방법, 및 그 후에 잉크제거를 행하는 방법(특허문헌 1) 등이 채용되고 있다.

그러나 고지의 다양화에 따라, 경시열화되고 산화중합이 진행된 옵셋잉크나 펄프섬유에 열융착한 토너잉크, 인쇄시의 처리에 의하여 경화된 UV 수지 잉크 등의 혼입이 증가하고 있어, 상기의 고지재생방법으로는 박리력이 불충분하고, 미박리잉크가 잔존하여 완성펄프품질이 현저하게 저하하는 것이 문제가 되고 있다. 이 대책으로서, 보다 큰 기계적 부하나 보다 고온에서의 처리, 또는 보다 많은 알칼리나 탈잉크제 등의 약품의 첨가를 부여하는 방법이 채용되고 있으나, 기계적 부하의 증대에 의하여 펄프섬유 자체의 단소화나 미세섬유의 증가, 펄프섬유의 비틀림 등에 의한 지력(紙力)이나 치수안정성의 저하, 종이의 컬, 고온에 의한 증기대(代)나 약품비의 증가에 의한 비용상승 등이 문제가 되고 있었다. 또 기계력에 의한 잉크박리공정과 프로테이션 및/또는 세정으로 이루어지는 잉크제거공정을, 목적으로 하는 펄프품질이 얻어지기까지 복수 회수 반복하여 행하는 방법도 있으나, 매우 큰 설비투자가 필요하고, 또한 배수부하의 증대를 초래하기 때문에, 비용면, 에너지면 및 환경면에서 단점이 커서 도입은 진행되고 있지 않다. 이 때문에, 특히 토너 인쇄물이나 UV 수지 잉크 인쇄물 등은 판지나 가정지로밖에 사용되고 있지 않고, 인쇄용지나 정보용지, 신문용지 등의 종이용 고지원료로서 적극적으로 사용되는 일이 없었다.

또한 고지이용률의 향상에 따라, 펄프섬유 자체의 리사이클회수가 증가하여, 오카야마 등의 보고(오카야마 타카유키, 제7회 펄프기초강좌 고지펄프(그 2), 종이펄프기술협회편, p101-111, 2002)에 있는 바와 같이, 펄프섬유의 손상이 심해지고 있다. 펄프섬유는 열건조에 의하여 수소결합형성능이 현저하게 저하하는 것이 알려져 있고, 한번 건조된 고지를 재생할 때에는, 이것을 보충하기 위하여 리파이너 (refiner) 등으로 고해(叩解; beating)하여 펄프섬유를 일어나게 함으로써 수소결합형성능을 향상시킬 필요가 있다. 그러나 이 과정에 있어서, 펄프섬유의 내부 구조는 현저하게 손상되고, 층형상 또는 고리형상에 금이 간 것과 같은 구조가 된다. 이와 같은 상태가 된 펄프섬유는, 고지의 재생과정에 있어서의 기계력에 의한 섬유끼리의 마찰이나 교반날개 등과의 접촉에 의하여 용이하게 절단되어, 펄프섬유의 단소화(短小化) 등을 촉진하는 것이라고 생각되고 있다. 이와 같이 종래의 기술에서는, 다양화하는 고지로부터 고품질의 펄프를 제조하기 위해서는 펄프섬유의 손상 또는 에너지소비량, 배수처리비 등의 비용상승을 피할 수 없었다.

또 종래 기계력을 사용하여 펄프를 고해처리함으로써, 펄프섬유를 피브릴(fibril)화시켜 섬유 표면의 미크로피브릴을 일으킴으로써 섬유간 결합면적을 증대시키고, 결합강도를 향상시켜 펄프섬유의 개질을 행하고 있었다. 그러나 이와 같은 방법에서는, 펄프섬유 자체의 컷팅에 의한 손상이 발생하기 때문에, 섬유길이의 저하에 따른 지력의 저하를 일으켰다.

종래, 니더(kneader) 등의 기계적 부하에 의한 펄프섬유간의 마찰과, 탈잉크제라 불리우는 계면활성제에 의한 계면화학적 작용에 의하여 잉크박리성을 향상시키고 있었다. 그러나 최근 난(難)박리성의 토너나 UV 수지 잉크가 증가하고 있고, 기계적 부하의 증가에 의한 펄프섬유 자체의 손상이 문제가 되고 있다.

크래프트 펄프의 표백에서는, 리그닌(lignin) 등에 유래하는 유기착색성분을 분해 제거하기 위하여 염소계 표백제가 사용되어 왔으나, 표백 배수가 환경에 주는 문제로부터 염소를 사용하지 않는 표백, 나아가서는 염소계 표백제도 사용하지 않 는 표백으로 전환되고 있고, 표백효율의 저하로부터 비용상승이 과제가 되고 있다.

이와 같이 종래의 기술에서는 펄프섬유 전체에 기계적 부하가 걸리기 때문에, 펄프품질을 향상시키기 위해서는 펄프섬유의 손상 또는 첨가약품비의 비용상승을 피할 수 없었다.

하기의 우크라이나의 비특허문헌에는, 판지고지펄프의 제조에 캐비테이션을 이용하고 있으나, 탈잉크처리를 행하는 것은 아니다.

또한 특허문헌 2에는, 펄프 현탁액을 특정의 형상을 가지는 반응기에 통하게 함으로써 캐비테이션을 이용한 펄프의 처리방법이 개시되어 있으나, 이 방법으로는 충분히 잉크를 박리·제거하는 것은 곤란하였다.

특허문헌 1 : 일본국 특허 제3191828호 공보

특허문헌 2 : 일본국 특개소49-51703호 공보

비특허문헌 1 :

비특허문헌 2 :

비특허문헌 3 :

따라서 본 발명은 고지를 재생하는 공정에 있어서, 펄프섬유 표면에 대하여 선택적으로 작용하는 힘을 사용하여 잉크를 박리하여, 펄프섬유의 손상을 억제하고 고백색도이고 잔존잉크가 적은 고품질의 재생펄프를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조되는 펄프, 및 이것을 사용하여 제조된 종이 및 도피지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 2 발명은, 펄프섬유 표면만에 작용하는 힘을 사용하여 펄프섬유 표면을 개질하고 고품질의 펄프를 얻음과 동시에, 펄프품질을 손상시키는 협잡물(夾雜物)을 무해화하는 방법 및 펄프처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서 본 발명자는 대부분의 잉크가 펄프섬유 및/또는 도공층 표면에 부착되어 있는 것에 착안하여, 종래의 펄프섬유 전체에 대하여 부하를 부여하는 잉크박리방법이 아니라, 펄프섬유 표면에 대하여 선택적으로 부하를 부여하여 잉크를 박리하는 방법에 대하여 예의연구를 거듭한 결과, 펄프섬유 자체에의 손상을 억제하고 펄프섬유 표면에 부착되어 있는 잉크의 박리·미세화를 촉진하여, 고백색도이고 잔존잉크가 적은 고품질 펄프가 얻어지는 것을 발견하고, 이 지견에 의거하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명은 고지를 재생하는 공정에 있어서, 캐비테이션에 의하여 발생하는 기포를 적극적으로 펄프 현탁액에 도입함으로써, 미세한 기포 붕괴시의 충격력에 의해 펄프섬유 및 무기입자에 부착되어 있는 잉크 등의 오염물질을 박리·미세화하는 것이다.

즉, 본 발명은 고지를 재생하는 공정에 있어서, 캐비테이션에 의하여 기포를 발생시키고, 이것을 펄프 현탁액에 접촉시켜 펄프섬유 및 무기입자에 부착되어 있는 오염물질을 박리하는 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법이다.

여기서, 본 발명은 유체분류(流體噴流)를 사용하여 캐비테이션을 발생시킬 수 있고, 또 펄프 현탁액을 유체분류로서 분사시킴으로써 펄프 현탁액과 기포를 접촉시킬 수 있다. 상기 유체분류가 액체분류일 수 있고, 상기 오염물질은 잉크일 수 있다. 분류를 이루는 유체는, 유동상태이면 액체, 기체, 분체나 펄프 등의 고체 중 무엇이어도 좋고, 또 그들의 혼합물이어도 좋다. 또한 필요하면 상기의 유체에 새로운 유체로서 다른 유체를 더할 수 있다. 상기 유체와 새로운 유체는 균일하게 혼합하여 분사하여도 좋으나, 별개로 분사하여도 좋다.

액체분류란, 액체 또는 액체 중에 고체입자나 기체가 분산 또는 혼재하는 유체의 분류이고, 펄프나 무기물입자의 슬러리나 기포를 포함하는 액체분류인 것을 말한다. 여기서 말하는 기체는 캐비테이션에 의한 기포를 포함하고 있어도 좋다.

다시 또 본 발명은 캐비테이션을 사용한 잉크박리공정, 그것에 계속하여 프로테이션 공정 및/또는 세정법에 의한 잉크제조공정으로 이루어지는 고지를 재생하는 공정 중 어느 하나 이상의 공정에 있어서, 캐비테이션에 의하여 기포를 발생시키고, 이것을 펄프 현탁액에 접촉시켜 펄프섬유 및 무기입자에 부착되어 있는 오염물질을 박리시켜 분리하는 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법을 제공하는 것이다. 여기서, 상기 고지를 재생하는 공정이 탈잉크공정일 수 있다.

캐비테이션은, 카토의 성서(카토 요지편저, 신판 캐비테이션 기초와 최근의 진보, 마키쇼텐, 1999)에 있는 바와 같이, 캐비테이션 기포의 붕괴시에 수 ㎛ 오더의 국소적인 영역에 수 GPa에 이르는 높은 충격압을 발생시키고, 또 기포 붕괴시에 단열압축에 의하여 미시적으로 보면 수천℃로 온도가 상승한다. 그 결과, 캐비테이션을 발생시킨 경우에는 온도상승이 동반한다. 이들 때문에, 캐비테이션은 유체기계에 손상, 진동, 성능저하 등의 해악을 초래하는 면이 있어, 해결하여야 하는 기술과제가 되어 왔다. 최근, 캐비테이션에 대하여 연구가 급속히 진행되어, 캐비테이션 분류의 유체역학적 파라미터를 조작인자로 하여 캐비테이션의 발생영역이나 충격력까지 고정밀도로 제어할 수 있도록 되었다. 그 결과, 기포의 붕괴 충격력을 제어함으로써, 그 강력한 에너지를 유효 활용하는 것이 기대받기 시작하였다. 따라서 유체역학적 파라미터에 의거하는 조작·조정을 행함으로써 캐비테이션을 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 되었다. 이는 기술적 작용 효과의 안정성을 유지하는 것이 가능한 것을 나타내고 있고, 종래와 같이 유체기계로 자연발생적으로 생기는 제어불능의 해악을 초래하는 캐비테이션이 아니라, 제어된 캐비테이션에 의하여 발생하는 기포를 적극적으로 펄프 현탁액에 도입하고, 그 에너지를 유효 이용하는 것이 본 발명의 특징이다.

본 발명에서, 펄프섬유 표면에 국소적인 부하가 도입되고, 잉크가 박리되는 이유로서는, 다음과 같은 이유를 생각할 수 있다. 캐비테이션에 의하여 생기는 미세한 기포의 붕괴시에는, 상기 설명과 같이 수 ㎛ 오더의 국소적인 영역에 강력한 에너지가 발생한다. 따라서 미세한 기포 또는 기포구름이 펄프섬유 표면 또는 근방에서 붕괴할 경우, 그 충격력은 직접 또는 액체를 거쳐 펄프섬유 표면에 도달하고, 펄프섬유를 구성하는 셀룰로오스의 비정(非晶)영역에 흡수됨으로써, 외부 피브릴화와 펄프섬유의 팽윤을 촉진시키고, 동시에 펄프섬유 표면에 부착되어 있는 잉크 등의 이물을 박리시키는 것이라고 생각된다. 기포는 펄프섬유에 대하여 매우 작아, 그 충격력은 펄프섬유 전체를 손상시킬 정도로 크지 않다. 또한 펄프섬유는 액체 중에 분산되어 있고 고정되어 있지 않기 때문에, 기포구름의 연속붕괴와 같은 매우 큰 충격력이 있어도, 과잉한 에너지를 섬유 자체의 운동에너지로서 흡수한다. 따라서 본 발명에 의한 방법은, 기계적 작용에 의한 잉크박리방법에 비하여 펄프섬유의 단소화 등의 손상을 억제할 수 있다고 생각된다.

또한 일본국 특공평7-18109호 공보는, 탈잉크장치의 저판(底板)의 하면에 설치한 초음파발생장치를 설치하고, 그 저판을 거쳐 용기 내에 초음파를 조사하여, 그 초음파의 충격파에 의하여 발생하는 기포의 팽창·수축에 따르는 충격에 의하여 탈잉크하는 방법을 제안하고 있다. 일반적으로, 개방시스템에서 초음파 진동자를 사용한 경우, 그 캐비테이션의 발생효율은 낮기 때문에, 본 발명이 의도하는 바와 같은 고품질의 펄프를 얻을 수 없다.

또 고지의 재생공정에 있어서는, 기포를 이용한 분리장치로서 Doshi등(M.R. Doshi and J.M.Dyer, "Paper Recycling Challenge Vol.Ⅱ-Deinking and Bleaching", pp3, Doshi&Associates Inc., 1997)이 정리하고 있는 바와 같이, 프로테이터(flotator)나 가압부상장치가 있다. 프로테이터는 섬유와 잉크의 혼합물로부터 잉크의 선택적 포말분리를 행하는 것이고, 가압부상장치는 수중의 현탁물질을 미세기포로 분리하는 것이다. 따라서 어느 장치도 미리 분산되어 있는 물질의 분리를 목적으로 하고 있고, 박리·분산작용을 가지지 않는 것, 물질을 거품에 부착하여 부상하고 포말층으로서 분리하기 위하여 붕괴되기 어려운 안정된 거품이 필요한 것으로부터, 본 발명과 이들 기술과는 이용하는 작용영역이나 기구가 다르고, 목적도 다르기 때문에 본질적으로 상이한 기술이다.

본 발명의 제 2 발명에서는, 펄프섬유 표면의 선택적인 개질방법에 대하여 예의연구를 거듭한 결과, 미세기포를 적극적으로 펄프 현탁액에 도입함으로써, 미세기포(캐비테이션 기포) 붕괴시의 충격력에 의하여 펄프섬유 자체에 손상을 주지 않고, 펄프섬유 표면의 친수화, 펄프섬유의 피브릴화, 소수성 물질의 박리, 및 유기착색성분의 분해를 촉진하고, 고품질의 펄프가 얻어지는 것, 동시에 펄프품질을 손상시키는 협잡물을 무해화할 수 있는 것을 발견하고, 이 지견에 의거하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

캐비테이션의 붕괴압력이란, 캐비테이션 기포 붕괴시에 생기는 액중의 압력변동인 것으로, 통상 가청역(可聽域)으로부터 초음파역의 광범위한 파장에 걸치는 압력진동이다.

본 발명의 제 2 발명에서 말하는 캐비테이션 기포 붕괴시의 충격력에 의하여 펄프섬유 자체에 손상을 주는 일이 없다는 것은, 다른 유사한 효과가 얻어지는 처리와 비교해서, 단섬유가 절단되기 어렵고, 구부러지기 어려워, 강도저하를 일으키기 어렵다는 것이다.

협잡물이란, 고지 원료 중에 포함되는 펄프섬유소 이외의 거의 모든 물질의 것을 가리키고, 잉크, 충전료, 안료, 점착이물, 바인더 성분 등이다.

펄프섬유 표면 및 협잡물의 개질이란, 원래의 성질과 다른 성질로 함으로써, 예를 들면 친수성을 올리는 등에 의하여 제거 곤란한 협잡물의 제거를 용이하게 하기도 하고, 스케일 등의 디포지트(deposit)의 원인이 되는 응집을 억제하기도 할 수 있다. 여기서 말하는 디포지트란, 무기물, 유기물, 또는 그들의 복합물로 이루어지는 퇴적물, 석출물의 것이다.

펄프와 협잡물의 분리는 캐비테이션 이외의 다른 방법에 의하여 부상·여과·비중분리 등이 있다. 구체적인 분리수단으로서는, 프로테이터, 세정기, 스크린, 클리너 등이 사용된다. 캐비테이션처리에 의한 박리 후, 다른 장치를 사용하여 분리조작을 행하여도 좋으나, 캐비테이션 발생기구를 분리장치의 일부에 조립하여 박리와 분리를 하나의 장치 내에서 연속적으로 행할 수도 있다.

본 발명의 제 2 발명에서, 펄프섬유 표면만이 개질되는 이유는 분명하지는 않으나, 예를 들면 다음과 같은 이유를 생각할 수 있다. 미시적으로 본 경우, 하나의 미세기포 붕괴시에는, 수 ㎛ 오더의 국소적인 영역에 수 GPa에 이르는 높은 충격압을 발생시키고, 또 기포 붕괴시에 단열압축에 의하여 수천℃로 온도가 상승한다. 따라서 1 ㎛ 내지 0.2 mm 정도의 미세한 기포가 펄프섬유 표면에서 붕괴할 경우, 그 충격력은 물을 거쳐 펄프섬유 표면에 도달하고, 펄프섬유를 구성하는 셀룰로오스의 비정영역에 흡수됨으로써, 펄프섬유의 외부 피브릴화와 팽윤을 촉진시키고, 동시에 펄프섬유 표면에 부착되어 있는 소수성 물질 등을 박리시킨다고 생각된다.

또한 협잡물이 무해화되는 이유로서는, 예를 들면 다음과 같은 이유를 생각할 수 있다. 미세기포 붕괴시의 충격파에 의한 반응장에 의하여 미소한 유기물은 극한상태의 반응장에서 열분해 또는 변성된다. 조대한 이물은 극한상태의 고에너지에 의하여 물분자로부터 생성한 OH 라디칼 등의 프리한 활성 라디칼종의 작용에 의하여 표면이 친수화, 또는 분해된다고 생각된다.

도 1은 골판지고지 펄프에 대하여, 본 발명의 캐비테이션처리를 하는 경우의 플로우차트의 일례를 나타내는 도,

도 2a는 잡지고지 펄프에 대하여, 본 발명의 캐비테이션처리를 하는 경우의 플로우차트의 일례를 나타내는 도,

도 2b는 잡지고지 펄프에 대하여, 본 발명의 캐비테이션처리를 하는 경우의 플로우차트의 일례를 나타내는 도,

도 3은 상질고지 DIP에 대하여, 본 발명의 캐비테이션처리를 하는 경우의 플로우차트의 일례를 나타내는 도,

도 4는 신문고지 DIP에 대하여, 본 발명의 캐비테이션처리를 하는 경우의 플로우차트의 일례를 나타내는 도,

도 5는 신문·잡지고지 고백색도 DIP(신문·잡지 등을 원료로 하여, 제품펄프의 ISO 백색도가 60% 이상인 펄프를 말함)에 대하여, 본 발명의 캐비테이션처리를 하는 경우의 플로우차트의 일례를 나타내는 도,

도 6은 본 발명의 방법에 있어서 사용하는 캐비테이션 분류식 세정장치의 일례를 나타내는 도,

도 7은 탈잉크시험 3에 관한 실기(實機) 플로우 및 실시예 플로우의 각각의 플로우차트를 나타내는 도,

도 8은 본 발명의 펌프와 노즐과 압력조절기구로 이루어지는 개략도,

도 9는 본 발명의 분류장치를 나타내는 도로서, 펌프와 노즐과 압력조절기구로 이루어지는 도 8에, 용기와 용기 내의 압력조절기구를 부가한 개략도,

도 10은 펌프와 노즐과 압력조절기구와, 용기와 용기 내의 압력조절기구로 이루어지는 도 2에, 노즐 이외의 유체의 유입구를 부가하여, 용기의 내벽을 콘형상으로 한 개략도,

도 11은 본 발명의 분류장치를 나타내는 도로서, 펌프와 노즐과 압력조절기구와, 용기와 용기 내의 압력조절기구로 이루어지는 도 9에, 노즐 이외의 유체의 유입구를 부가하여, 용기의 액체 배출구에 접속한 액체 이송로의 하류로부터 상기 용기에 액체를 반송하는 액체 이송로를 설치한 개략도,

도 12는 본 발명의 용기의 액체 배출구 또는 그 하류에 접속한 액체 이송로의 하류에 접속하고 있는 액체의 분리수단인 클리너를 나타내는 개략도,

도 13은 본 발명의 용기의 액체 배출구 또는 그 하류에 접속한 액체 이송로의 하류에 접속하고 있는 액체의 분리수단인 프로테이터를 나타내는 개략도,

도 14는 본 발명의 용기의 액체 배출구 또는 그 하류에 접속한 액체 이송로의 하류에 접속하고 있는 액체의 분리수단인 세정기를 나타내는 개략도,

도 15는 본 발명의 펄프처리장치의 개략도의 일례를 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 시료탱크 2 : 노즐

3 : 캐비테이션 분류셀 4 : 플랜저 펌프

5 : 상류측 압력제어밸브 6 : 하류측 압력제어밸브

7 : 상류측 압력계 8 : 하류측 압력계

9 : 급수밸브 10 : 순환밸브

11 : 배수밸브 12 : 온도센서

13 : 믹서

캐비테이션은 액체가 가속되어, 국소적인 압력이 그 액체의 증기압보다 낮아졌을 때에 발생하기 때문에, 유속 및 압력이 특히 중요하게 된다. 이 때문에 캐비테이션상태를 나타내는 기초적인 무차원수, 캐비테이션수(Cavitaion Number)(σ)는 다음과 같이 정의된다(카토 요지편저, 신판 캐비테이션 기초와 최근의 진보, 마키쇼텐, 1999)

(p∞: 일반류의 압력, U∞: 일반류의 유속, p_ν: 유체의 증기압, ρ: 유체의 밀도)

여기서, 캐비테이션수가 크다고 하는 것은, 그 유장이 캐비테이션을 발생하기 어려운 상태에 있다고 하는 것을 나타낸다. 특히 캐비테이션 분류와 같은 노즐 또는 오리피스관을 통하여 캐비테이션을 발생시키는 경우는, 노즐 상류측 압력(p₁), 노즐 하류측 압력(p₂), 시료수의 포화증기압(p_ν)으로부터, 캐비테이션수(σ)는 하기 화학식 2와 같이 쓸 수 있고, 캐비테이션 분류에서는 p₁, p₂, p_ν 간의 압력차가 커서 p₁》p₂ 》p_ν 가 되기 때문에, 캐비테이션수(σ)는 다시 이하와 같이 근사할 수 있다(H.Soyama, J.Soc.Mat.Sci.Japan, 47(4), 381 1998).

본 발명에 있어서의 캐비테이션의 조건은, 상기 설명한 캐비테이션수(σ)가 0.001 이상 0.5 이하인 것이 바람직하고, 0.003 이상 0.2 이하인 것이 바람직하며, 0.01 이상 0.1 이하인 것이 특히 바람직하다. 캐비테이션수(σ)가 0.001 미만인 경우, 캐비테이션 기포가 붕괴할 때 주위와의 압력차가 낮기 때문에 효과가 작아지고, 0.5보다 큰 경우는 흐름의 압력차가 낮아 캐비테이션이 발생하기 어렵게 된다.

또 노즐 또는 오리피스관을 통하여 분사액을 분사하여 캐비테이션을 발생시킬 때에는, 분사액의 압력(상류측 압력)은 0.01 MPa 이상 30 MPa 이하인 것이 바람직하고, 0.7 MPa 이상 15 MPa 이하인 것이 바람직하며, 2 MPa 이상 10 MPa 이하인 것이 특히 바람직하다. 상류측 압력이 0.01 MPa 미만에서는 하류측 압력과의 사이에서 압력차를 생기게 하기 어려워 작용효과는 작다. 또 30 MPa보다 높은 경우, 특수한 펌프 및 압력용기를 필요로 하고, 소비에너지가 커지기 때문에 비용적으로 불리하다.

또 분사액의 분류의 속도는 1m/초 이상 200m/초 이하의 범위인 것이 바람직하고, 20m/초 이상 100m/초 이하의 범위인 것이 바람직하다. 분류의 속도가 1m/초 미만인 경우, 압력저하가 낮고, 캐비테이션이 발생하기 어렵기 때문에 그 효과는 약하다. 한편 200m/초다 큰 경우, 고압을 요하고 특별한 장치가 필요하여 비용적 으로 불리하다.

본 발명은 원료로서 신문, 전단, 갱지(更紙)계 잡지, 코트지계 잡지, 감열·감압지, 모조·색상질지, 복사용지, 컴퓨터 아웃풋(computer output)용지, 또는 이들의 혼합고지에 적용할 수 있으나, 특히 여름철 등에 경시열화한 신문고지나 갱지계 잡지, 토너 인쇄물 등을 포함하는 오피스고지 등을 상기 고지와 동시에 또는 따로 처리하는 경우에 특히 우수한 효과를 발휘한다. 또한 상기 고지에 라미네이트 가공된 종이나 UV 수지 잉크 등으로 인쇄된 종이 등의 금기품이 혼입되어 있는 경우에 특히 우수한 효과를 발휘한다. 금기품이란, 고지재생촉진센터가 정의(재단법인 고지재생촉진센터편, 고지 핸드북 1999, p4)하는 A류, B류 전반을 가리킨다. 오피스고지로서는 고지재생촉진센터가 정의(고지 핸드북 1999, p3)하는 상질계 오피스고지 전반을 가리키는데, 사업소 및 가정으로부터 고지 또는 종이쓰레기로서 회수되는 고지이면, 이들에 한정하는 것은 아니다. 고지에 포함되는 토너 이외의 잉크로서는 공지의 인쇄잉크(일본인쇄학회편, "인쇄공학편람", 기호도, p606, 1983), 논임펙트프린팅잉크("최신·특수기능잉크", 씨엠씨, p1, 1990) 등을 들 수 있다. 신문이나 갱지계 잡지에 사용되는 비가열 침투건조방식의 옵셋잉크로서는 공지의 신문·갱지용 옵셋잉크(고토 토모유키, 일본인쇄학회지, 38(5), 7, (2001) 등)를 들 수 있으나, 이들에 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 특히 이와 같은 복수의 잉크에 의하여 인쇄된 고지를 처리하는 경우에 적합하다. 또 섬유와 회분(灰分)의 비율에 대해서는 특별히 제한은 없다. 또한 고지펄프에 대해서도 본 발명을 적용하고, 보다 고품질의 펄프를 얻을 수 있다.

본 발명은 종래의 고농도 펄프 등의 기계력을 수반하는 잉크박리공정과, 프로테이션 및/또는 세정법에 의한 잉크제거공정으로 이루어지는, 고지를 재생하기 위하여 사용되는 탈잉크공정의 어떠한 장소에도 적용할 수 있다. 또 상기 공정 내에서 발생하는 착수(搾水) 등을 포함하는 공정 백수(白水), 프로테이션 후의 리젝트 또는 세정 후의 회수수 등에 대해서도 적용할 수 있다.

기계력에 의하여 잉크를 박리하는 장치로서는, 터브(tub)식 또는 드럼식 펄퍼(pulper)나 니더, 마이카 프로세서(MICA processor), 디스퍼저(disperser) 등이나 Carre등의 문헌(B. Carre, Y.Vernac and G.Galland, Pulp and Paper Canada, 99(9), 46(1998).)에 나타나는 각종 이해(離解), 혼련, 분산기술에 의거하는 장치를 들 수 있다. 특히 기계력에 의한 잉크박리장치와 본 발명을 조합함으로써, 2종의 다른 기계에 의하여 잉크박리를 행하기 때문에, 보다 작용효과가 커진다. 또한 필요에 따라 수산화나트륨, 규산소다, 그 외의 알칼리약품, 탈잉크제, 산화성 표백제, 환원성 표백제를 더할 수 있다. 또한 염료, 형광증백제, pH 조정제, 소포제, 피치콘트롤제, 스라임(slime)콘트롤제 등도 필요에 따라 첨가하여도 아무런 문제는 없다. 사용하는 잉크박리장치 및 잉크제거장치, 또는 처리조건에 대해서는 특별히 제한은 없다. 또 이물제거나 고백색도화가 필요하면, 상기 탈잉크공정에 통상 사용되고 있는 이물제거공정 또는 표백공정 등을 끼워 넣을 수 있다.

본 발명에 있어서의 캐비테이션의 발생수단으로서는, 액체분류에 의한 방법, 초음파 진동자를 사용하는 방법, 초음파 진동자와 뿔(horn)형상의 증폭기를 사용하는 방법, 레이저 조사에 의한 방법 등을 들 수 있으나, 이들에 한정하는 것은 아니 다. 바람직하게는 액체분류를 사용하는 방법이 캐비테이션 기포의 발생효율이 높고, 보다 강력한 붕괴 충격력을 가지는 캐비테이션 기포구름을 형성하기 때문에, 잉크 등의 오염물질에 대한 작용효과가 크다. 상기 방법에 의하여 발생하는 캐비테이션은, 종래의 유체기계에 자연발생적으로 생기는 제어불능의 해악을 초래하는 캐비테이션과 분명히 다르다. 본 발명에 있어서의 펄프섬유란, 상기 고지에 유래하는 섬유형상의 물질을 가리키고, 예를 들면 화학펄프나 기계펄프, 고지펄프 등의 셀룰로오스섬유를 들 수 있다. 또 펄프섬유 이외의 화학섬유나 유리섬유 등에도 적용할 수 있다. 또 무기입자란 종이의 제조시에 내첨된 충전료, 또는 도공(coating)된 안료 등 종이를 회화(灰化)로 하였을 때에 회분으로서 잔존하는 물질이다. 예를 들면, 탄산칼슘, 탈크(talc), 카오린, 이산화티탄 등을 들 수 있으나, 이들에 한정하는 것은 아니다. 오염물질이란, 펄프섬유 또는 충전료·안료에 부착되어 있는 이물을 가리키고, 예를 들면 상기 잉크에 더하여, 형광염료나 일반 염료, 도료나 전분, 고분자 등의 도공층 잔류물, 라미네이트 등의 가공층 잔류물, 접착제 및 점착제, 사이즈제 등을 들 수 있다. 또한 종이를 제조할 때에 사용하는 수율향상제, 여수성 향상제, 지력증강제나 내첨 사이즈제 등의 초지용 내첨조제 등을 들 수 있으나, 이들에 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 있어서의 유체(액체) 분류에 의한 캐비테이션의 발생방법에서는, 펄프 현탁액에 대하여 분사액체로서, 예를 들면 증류수, 수도물, 공업용수, 제지공정에서 회수되는 재용수, 펄프착수, 백수, 펄프 현탁액, 알콜 등을 분사할 수 있으나, 이들에 한정하는 것은 아니다. 바람직하게는 펄프 현탁액 자체를 분사함으로 써, 분류 주위에 발생하는 캐비테이션에 의한 작용효과에 더하여, 고압에서 오리피스로부터 분사할 때의 유체역학적 전단력에 의한 오염물질의 박리효과가 얻어지기 때문에, 보다 큰 작용효과를 발휘한다. 또한 펌프나 배관으로부터 받는 전단력에 의한 박리효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서의 캐비테이션 발생 장소로서는 탱크 등 임의의 용기 내 또는 배관 내를 고를 수 있으나, 이들에 한정하는 것은 아니다. 또 원 패스(one-pass)로 처리하는 것도 가능하나, 필요 회수만큼 순환함으로써 더욱 박리효과를 증대할 수 있다. 또한 복수의 발생수단을 사용하여 병렬로 또는 순열로 처리할 수 있다. 캐비테이션을 발생하는 피분사액인 펄프 현탁액의 고형분 농도는 3 중량% 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량%의 범위에서 처리하는 것이 기포의 발생효율의 점에서 바람직하다. 피분사액의 고형분 농도가 3 중량%보다 높고 40 중량%보다 낮은 경우는, 분사액 농도를 3% 이하로 함으로써 작용효과를 얻을 수 있다. 또 피분사액의 pH가 알칼리조건인 쪽이 펄프섬유의 팽윤성이 좋고, 박리한 오염물질의 재정착이 일어나기 어려우며, OH 활성 라디칼의 생성량이 증가하기 때문에 바람직하다.

본 발명은 종래의 탈잉크기술에서는 곤란한, 비교적 저농도, 저온에서의 더트(dirt)의 박리·미세화에 효과를 발휘한다. 따라서 본 기술을 사용함으로써, 펄프를 과도하게 탈수하여 고농도화하는 일 없이 고품질의 펄프를 제조할 수 있다.

종래의 탈잉크기술에서는 저농도의 잉크박리장치로서 저농도 펄퍼가 알려져 있으나, 그 잉크박리능력은 고농도 펄퍼나, 또한 고펄프농도의 니더, 디스퍼저에 비하여 현저하게 낮다. 또 니더나 디스퍼저에 있어서, 더트를 효율좋게 미세화하기 위해서는 적어도 25 중량% 이상, 30 중량% 전후의 높은 펄프농도로 할 필요가 있다. 또한 50℃ 이상의 온도에서 처리하는 것이 일반적이다. 그러나 특히 프로테이션 후의 고형분 농도 1 중량% 전후의 펄프를 30 중량% 정도까지 탈수하기 위해서는, 복수의 탈수장치가 필요하고, 다대한 동력을 필요로 한다.

이에 대하여, 본 발명에서는 프로테이션 후의 펄프를 그대로 농도조정하는 일 없이 처리하는 것이 가능하고, 니더와 같은 정도의 잉크 및 더트의 박리·미세화 효과가 얻어지기 때문에, 탈수에 관계된 설비 및 동력을 줄일 수 있다. 또한 종래 기술에서는, 펄프를 가열하기 위해서는 다대한 증기가 필요하나, 본 발명에서는 반드시 펄프를 가열할 필요는 없어, 증기에너지를 저감할 수 있다. 공정 내에서 사용하는 순환용수를 분리하는 점에서 어느 정도의 탈수를 행한 후에 별종의 용수로 희석하여 이용하여도 아무런 문제는 없다.

또 본 발명은 펄프섬유로부터 잉크를 박리함에 있어서, 특히 탈잉크약품을 사용하지 않고도 잉크를 박리할 수 있다. 종래의 탈잉크공정에서 사용되는 니더와 같은 기계적 잉크박리방법에서는 펄프섬유를 고농도에서 함께 문지르기 때문에, 잉크의 박리와 동시에 펄프섬유 내부로 잉크가 발리기 때문에, 잔존잉크량이 감소하여도 백색도가 향상하지 않는다는 현상을 일으키나, 본 발명에 의한 방법에서는 저농도에서 잉크의 박리·분산을 촉진하기 때문에, 펄프섬유 내부에의 발림이 발생하기 어려워, 백색도가 높은 펄프가 얻어진다.

본 발명에 있어서의 분사액이란, 고압에서 오리피스로부터 분사하는 액체를 가리키고, 피분사액이란 용기 내 또는 배관 내에서 분사되는 액체를 가리킨다.

본 발명에서는 캐비테이션을 발생하는 공정과, 그 이상으로 계속해서 프로테이션 및/또는 세정으로 이루어지는 잉크제거공정을 적절하게 조합함으로써, 박리한 잉크 등이 효과적으로 제거되기 때문에, 보다 백색도가 높은 고품질의 펄프를 얻을 수 있다. 또한 복수의 잉크박리공정과 잉크제거공정과 본 발명을 조합함으로써 보다 좋은 효과를 얻을 수 있다. 프로테이션 및 세정장치로서는, 공지 또는 신규의 섬유로부터 오염물질의 분리를 목적으로 한 어떠한 장치를 사용하여도 좋다.

본 발명에서는 액체의 분사압력을 높임으로써, 분사액의 유속이 증대하여, 보다 강력한 캐비테이션이 발생한다. 또한 피분사액을 수납하는 용기를 가압함으로써, 캐비테이션 기포가 붕괴하는 영역의 압력이 높아지고, 기포와 주위의 압력차가 커지기 때문에, 기포는 격렬하게 붕괴하여 충격력도 크게 된다. 캐비테이션은 액체 중의 기체량에 영향을 받아, 기체가 너무 많은 경우는 기포끼리의 충돌과 합일(合一)이 일어나기 때문에 붕괴충격력이 다른 기포에 흡수되는 쿠션효과를 일으키므로 충격력이 약해진다. 따라서 용존기체와 증기압의 영향을 받기 때문에, 그 처리온도는 융점 이상 비점 이하이어야 한다. 액체가 물을 매질로 하는 경우, 바람직하게는 0 내지 80℃, 더욱 바람직하게는 10℃ 내지 60℃의 범위로 함으로써 높은 효과를 얻을 수 있다. 일반적으로는 융점과 비점의 중간점에서 충격력이 최대가 된다고 생각되기 때문에, 수용액의 경우, 50℃ 전후가 가장 적합하나, 그 이하의 온도이어도 증기압의 영향을 받지 않기 때문에, 상기 범위이면 높은 효과가 얻어진다. 80℃보다도 높은 온도에서는 캐비테이션을 발생하기 위한 압력용기의 내 압성이 현저하게 저하하기 때문에, 용기의 파괴를 일으키지 쉬우므로 부적합하다. 본 발명에 있어서는, 계면활성제 등의 액체의 표면장력을 저하시키는 물질을 첨가함으로써, 캐비테이션을 발생시키 위하여 필요한 에너지를 저감할 수 있다. 첨가하는 물질로서는, 공지 또는 신규의 계면활성제, 예를 들면 지방산염, 고급 알킬황산염, 알킬벤젠술폰산염, 고급 알콜, 알킬페놀, 지방산 등의 알킬렌옥시드 부가물 등의 비이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 양성 계면활성제, 및 유기용제, 단백질, 효소, 천연고분자, 합성고분자 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이들의 단일 성분으로 이루어지는 것이어도 2종 이상의 성분의 혼합물이어도 좋다. 첨가량은 분사액 및/또는 피분사액의 표면장력을 저하시키기 위하여 필요한 양이면 된다. 또 첨가장소로서는 캐비테이션을 발생시키는 장소보다도 전(前)공정의 어떠한 장소이어도 좋고, 액체를 순환시키는 경우는 캐비테이션을 발생시키는 장소 이후이어도 상관없다.

상기 공정을 거쳐 제조된 재생펄프는 오염물질이 매우 적고, 이 펄프를 100% 사용하여 인쇄용지를 제조할 수 있다. 그 경우의 인쇄용지는 공지의 초지기로 초지되나, 그 초지조건은 특별히 규정되는 것은 아니다. 또 본 발명에 의하여 얻어진 도공지는 지면의 이물이 적어, 이것을 사용하여 고품질의 도공지를 제조할 수 있다.

액체분사의 방법은, 펄프섬유로 이루어지는 물질이 액체에 침지한 상태에서는, 고속의 유체를 펄프섬유로 이루어지는 물질 근방에 분사하면 좋으나, 분사에 의하여 발생하는 캐비테이션 기포가 펄프섬유로 이루어지는 물질에 접하도록 분사 하는 것이 바람직하고, 분류가 직접 닿도록 분사하는 것이 가장 바람직하다. 여기서 캐비테이션 기포란, 캐비테이션에 의하여 발생하는 미세기포이고, 직경 1 ㎛ 내지 1 mm, 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.5 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.2 mm의 기포이다.

펄프섬유로 이루어지는 물질이 액체에 침지되어 있지 않은 상태이면, 분류가 직접 닿도록 분사하는 것이 가장 바람직하다.

펄프섬유로 이루어지는 물질 전체가 완전하게 물에 침지한 상태이어도 좋고, 전체가 물에 침지되어 있지 않고, 일부만이 물에 침지되어 있는 상태이어도 좋으며, 또 이 중 어느 경우에도 분류로 처리된 물질이 떠내려가는 것을 이용하여 작은 분류로 처리대상을 순차 처리하는 것도 가능하다.

펄프섬유로 이루어지는 물질은 미리 분쇄되어 있어도 좋으나, 특별히 사전에 분쇄되어 있을 필요는 없다. 처리에 수반하여 분쇄하는 경우, 분쇄는 캐비테이션이나 분류에 의하여 일어나도 좋고, 교반 등의 다른 방법에 의하여도 좋다.

펄프섬유로 이루어지는 물질의 슬러리를 처리대상으로 하는 경우, 그 농도는 특별히 규정하지 않으나, 30 중량% 이하인 것이 바람직하고, 0.01 중량%(백수 레벨) 내지 20 중량%(고농도 펄퍼 레벨)인 것이 바람직하다.

캐비테이션을 발생시키기 위한 분사는 펄퍼와 같은 대기개방의 용기 내에서 이루어져도 좋으나, 캐비테이션을 조절하기 위한 압력용기 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

분사액의 압력(노즐의 상류측 압력)은 높으면 높을수록 좋으나, 통상의 펌프 를 사용하기 위해서는 정압에서 0.5 MPa 이상 30 MPa 이하가 바람직하고, 압력에 대한 효과를 가미하면 3 MPa 이상 10 MPa 이하가 특히 바람직하다. 한편 용기 내의 압력(노즐의 하류측 압력)은 정압에서 0.05 MPa 이상 0.3 MPa 이하가 바람직하다. 또 용기 내의 압력과 분사액의 압력과의 압력비는 0.001 내지 0.5의 범위가 바람직하다.

캐비테이션을 발생시키기 위하여 분사하는 분사액은 물을 사용하는 것이 바람직하나, 그 외의 용질, 현탁물 등을 포함하는 재용수를 사용하여도 좋고, 이해를 돕는 계면활성제나 알칼리 등이 배합되어 있는 경우도 있다. 의도적으로 이들을 배합한 약액을 사용하여도 좋고, 또 필요에 따라 물 이외의 액체를 사용할 수도 있다. 또 제지공정에서 회수되는 재용수, 펄프착수, 백수, 또는 펄프 현탁액 등의 펄프섬유소를 포함하는 수성 슬러리를 사용하여도 좋다.

펄프의 원료가 되는 물질이란, 고지원료 그것 또는 고지원료를 이해하여 얻어지는 슬러리형상의 물질이고, 공정을 통과함에 따라 서서히 정제되어 완성펄프가 된다. 공정 내에는 통상 펄프섬유를 많이 포함하는 섬유 고형분 농도가 비교적 높은 흐름과, 여과 등의 분리조작으로 펄프섬유를 그다지 포함하지 않은 섬유 고형분 농도가 낮은 흐름이 있다. 캐비테이션처리는 이 처리과정의 어느 단계에서 가하여도 좋으나, 펄프섬유 또는 무기입자로부터 협잡물이 박리되어 있지 않은 협잡물이 많은 상태에서의 처리가 바람직하다. 또한 무기입자란, 종이의 제조시에 내첨된 충전료, 또는 도공된 안료 등 종이를 회화하였을 때에 회분으로서 잔존하는 물질이다. 예를 들면, 탄산칼슘, 탈크, 카오린, 이산화티탄 등을 들 수 있으나, 이들에 한정하는 것은 아니다.

펄프의 원료가 되는 물질에는 신문, 잡지 등의 그것이나, 그것이 공정 내에서 처리되어 생기는 정제도중단계의 펄프, 백수 등도 포함된다.

본 발명에 있어서 캐비테이션을 발생시키기 위하여 사용되는 노즐은, 급격한 유속변화를 시키기 위하여, 분사유체의 유동방향에 대하여 수직방향의 조임을 갖는 구조이어도 좋으나, 벤추리관과 같이 경사진 조임을 가질 수 있다. 전자에는 J.Soc.Mat.Sci., Japan, vol.47, No.4, pp381 내지 387, Apr. 1998 기재의 소야마 등의 금속세정용 캐비테이션 세정장치의 노즐을 사용하여도 좋고, 일본국 특개소54-125703호 공보 기재와 같이 벤추리관을 사용하여도 좋다. 노즐구멍형상은 특별히 규정하지 않는데, 원형이어도 좋고, 다각형이어도 좋고, 슬릿형상이어도 좋다. 또한 노즐은 2개 이상 설치하여도 좋다.

임의형상의 미스트를 발생시키기 위하여 다양한 노즐이 시판되고 있는데, 적당한 내압을 가지는 것이면, 이들 노즐 중으로부터 바람직한 것을 선택하여 사용할 수도 있다. 노즐은 통상의 단일 유체를 분사하는 노즐이어도 좋으나, 다른 유체를 분류에 혼합하기 위한 분출구를 분류 근방이나 내부에 가지는, 소위 다류체 노즐이어도 좋다.

캐비테이션을 조절하기 위한 압력용기의 형상은 특별히 규정하는 것은 아니나, 프로테이터, 클리너, 세정기 등의 일부를 이루기 위하여 특수한 형상을 하고 있어도 좋고, 예를 들면 분류의 힘을 이용하여 내부를 효율적으로 교반하고, 또 분류를 용기 내의 넓은 범위에 작용시키기 위하여 일본국 특개평11-319819호 공보, 특개2000-563호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 특수한 형상을 하고 있어도 좋다.

노즐의 상류에 압력이 걸려 있는 것은 분사압을 얻기 위함이고, 노즐 바로 앞의 유체압력을 제어함으로써 분사압(분사속도)을 조절하고 있다.

캐비테이션의 조절에는 노즐의 오리피스 바로 앞의 압력과 오리피스 통과 후의 압력을 제어하는 것이 바람직하다. 노즐 통과 전의 압력조정은 압력제어기구에 의하나, 노즐 통과 후의 압력제어에는 압력제어기구를 가지는 용기를 사용할 수 있다.

압력제어기구는 수주압(水柱壓) 등에 의해서도 좋고, 압력검출기구와 배출유량제어기구의 조합 등에 의해서도 좋다.

캐비테이션은 속도가 다른 복수 유체가 접할 때에 발생하나, 용기를 출입하는 유체에는 (1) 용기 중에 멈춰 있는 유체와, (2) 노즐로부터 분출되는 유체와, (3) 용기로부터 나가는 유체가 있고, 각각의 조성은 달라도 좋다. (1)은 (2)에 대해서 충분히 느린 속도로 용기의 분사노즐 이외의 유체유입구를 사용하여 의도적으로 교체하여도 좋고, (2)에 의하여 옮겨질 뿐이어도 좋다. (1) 내지 (3)의 3개의 유체의 조성이 동일하고, (2)만에 의하여 (1)이 치환되는 경우에는 펄프가 노즐 상류⇒노즐⇒노즐 하류⇒용기⇒용기 출구의 순서로 통과하게 된다.

용기로부터 적당히 액체를 배출하면서 용기 내의 압력을 제어하는 기구는, 수주압을 일정하게 유지하면서 유입물을 배출하는 오버플로우 출구이어도 좋고, 압력검출기구와 배출유량제어기구의 조합 등에 의하여도 좋다.

배출기구를 통과하는 유체의 조성이 단일한 경우에는, 펄프, 협잡물, 물은 혼합된 상태에서 배출되나, 용기가 분리기구를 수반하는 경우에는 펄프, 협잡물, 물은 일정한 배분으로 분리되고, 다른 조성의 것으로서 다른 배출구로부터 따로 배출되어도 좋다.

본 발명의 장치의 용기에, 노즐 이외에 적어도 하나의 유체의 유입구를 설치함으로써, 피처리유체와는 다른 조성의 유체를 캐비테이션을 일으키기 위하여 고압에서 분사하는 유체로서 사용할 수 있다.

노즐 이외의 유체유입구란 그것을 위하여 설치된 것으로, 노즐로부터 공급되는 유체와 동일 조성의 것을 여기부터 공급하여도 좋으나, 노즐로부터 공급되는 것과는 다른 조성의 유체를 여기부터 공급하는 것이 바람직하고, 노즐로부터 농도가 낮은 유체를 분출하고, 농도가 높은 유체를 노즐 이외의 유체유입구로부터 도입하는 것이 더욱 바람직하다. 노즐과 노즐 이외의 유체 유입구로부터 도입하는 유체는, 공정 내의 유체이면 무엇이어도 좋고, 또 공정 외로부터 도입한 청수 등을 사용하여도 좋다.

상기 용기의 액체 배출구에 접속한 액체 이송로의 하류로부터 상기 용기에 액체를 반송하는 액체 이송로를 설치할 수 있다. 여과기에서 용기로부터 배출된 펄프를 여과하여, 펄프 농도가 높은 유체와, 펄프 농도가 낮은 유체를 얻을 수 있다. 또 용기로부터 배출된 펄프를 원심분리기에 의하여, 고비중의 고형분 농도가 높은 유체와, 고비중의 고형분 농도가 낮은 유체를 얻을 수도 있다. 또한 용기로부터 배출된 펄프를 스크린을 사용하여 잉크 덩어리가 많은 유체와 적은 유체로 분리할 수 있고, 용기로부터 배출된 펄프를 부상처리(flotation treatment)에 의하여 잉크가 많은 유체와 적은 유체로 분리할 수도 있다.

본 발명의 용기로부터 배출된 펄프의 분리장치는 그 목적에 따라 어떠한 것도 사용할 수 있고, 본 발명의 캐비테이션 분류장치와 직접 또는 간접적으로 접속된 별체의 장치이어도 좋고, 캐비테이션 분류장치를 구성하는 용기의 구성의 일부로서 일체화되어 있어도 좋다.

용기 내로 되돌아오는 유체는 협잡물을 포함하고 있어도 아무런 문제가 없으나, 용기로부터 배출되는 유체 중의 협잡물보다도 협잡물이 적은 것이 바람직하다.

이와 같은 분리수단은 입구가 캐비테이션 분류장치의 유출구에 접속되어 있어도 좋고, 분리수단의 적어도 하나의 출구가 캐비테이션 분류장치의 유입구(노즐을 포함)에 접속되어 있어도 좋고, 그 양쪽이어도 좋다. 또 분리장치가 캐비테이션 분류장치를 구성하는 용기의 구성의 일부로서 일체화되어 있어도 좋다.

예를 들면 캐비테이션에 의하여 박리된 비중이 높은 협잡물을 제거하는 경우에는, 분리기구의 입구는 캐비테이션 분류장치의 유출구에 접속되어 있거나, 분리기구의 입구 또는 그 근방에 노즐을 배치하는 형으로 일체화되어 있는 것이 바람직하고, 또 예를 들면 노즐로부터 분출하는 유체로부터 미리 비중이 높은 협잡물을 제거하는 경우에는, 분리기구의 출구가 캐비테이션 분류장치의 노즐 유입구에 접속되어 있거나, 분리기구의 출구, 또는 그 근방에 노즐을 배치하는 형으로 일체화되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 부상탱크는, 본 발명의 용기를 부상탱크로 치환한 것으로, 내압의 조절기구를 가지는 밀폐형의 부상탱크이어도 좋고, 저부에서 적당한 수주압을 얻을 수 있는 개방형의 부상탱크이어도 좋다.

부유조(浮遊漕)를 사용하는 경우, 분류에 의한 자연흡입력을 이용하여 부유조로 기체공급을 행할 수 있다. 노즐로부터 고속의 유체를 분출할 때, 그 흐름 중에 다른 노즐을 배치하면, 안쪽의 노즐을 향하여 유체를 흡입하는 힘이 생긴다. 이는 벤추리관의 원리에 의거하는 흡인으로, 노즐의 후부(喉部)에 생기는 저압부에 공기를 공급하고, 노즐로부터 미세한 기포로서 분출시킴으로써 부상을 행한다.

수중분류에 의한 방법에서는, 펄프 현탁액에 액체로서 청수, 공업용수, 제지공정에서 회수되는 재용수, 펄프섬유를 포함하는 착수 등을 분사할 수 있다. 또한 펄프 현탁액 자체를 분사할 수 있다.

또 계면활성제를 첨가함으로써 캐비테이션 기포를 발생시키기 위하여 필요한 에너지를 저감할 수 있다. 또 계면활성제의 첨가에 의하여 노즐 하류측 압력이 낮아도 효과적인 캐비테이션을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 캐비테이션에 의한 처리에 있어서, 용기 내의 펄프섬유소의 고형분 농도는 0.01 내지 20 중량%가 바람직하고, 바람직하게는 0.1 내지 3%의 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량%의 범위에서 처리한다. 3 중량%보다 높은 농도에서는 기포의 확산성이 나쁘고, 0.1 중량%보다 낮은 농도에서는 처리량이 많아 경제적으로 불리하다.

캐비테이션에 의한 처리는 셀룰로오스섬유의 팽윤성이 좋고, 박리한 이물의 재정착이 일어나기 어려우며, OH 활성 라디칼의 생성량이 증가하기 때문에, 알칼리 조건인 쪽이 바람직하나, 캐비테이션 분류에 의한 강한 박리작용을 이용하여 굳이 중성영역에서 처리를 행하고, 약품절감이나 배수부하절감의 장점을 얻을 수도 있다.

본 발명의 캐비테이션을 이용한 펄프처리장치는. 예를 들면 도 8 내지 도 11에 나타난다.

도면 중, 실선 화살표는 유체의 흐름을 나타낸다.

칠해진 사다리꼴은 분류를 분사하는 노즐을 나타낸다.

압력조절기 기호로부터 연장되는 실선은, 압력조절기가 실선 끝부의 압력을 검출하고 있는 것을 나타낸다.

압력조절기 기호로부터 연장되는 점선 화살표는, 압력조절기가 검출한 압력신호를 기초로, 화살표가 가리키는 위치의 밸브 등을 조절하는 것을 나타낸다.

압력조절기 기호의 PC 문자의 아래의 연결된 번호는, 그 도면 중에 있는 압력조절기의 번호이다.

도 8은 본 발명의 펌프와 노즐과 압력조절기구로 이루어지는 개략도이다. 펌프, 노즐 및 압력조절기구를 하나의 세트로 하여 사용할 수 있으나, 그것에 더하여 그 3종의 기기의 어느 하나를 복수로 사용할 수 있고, 또는 그 3종의 어느 2개 이상을 복수로 사용할 수 있고, 또는 그 세트를 복수로 사용할 수 있다. 21의 위치로부터 유입한 원료가 펌프로 공급되고, 펌프에 의하여 가압되어 노즐로부터 토출된다.

또 펌프로부터 토출된 유체의 일부를 22의 위치로부터 펌프 입구로 되돌려, 압력의 조절이 가능하게 된다.

압력조절은 압력조절기가 23의 위치의 압력을 검지하고, 밸브(24)의 개방도를 조절하여, 펌프흡입측으로 되돌리는 유체의 양을 가감함으로써, 23의 위치의 압력을 일정하게 조절한다.

압력조절은 도시한 자동의 기구에 의해서도 좋고, 압력지시를 보면서 수동으로 밸브를 조절하는 것과 같은 수동방법에 의해서도 좋다.

흡입압의 변동을 방지하기 위하여, 21의 위치에는 탱크를 설치하는 것이 일반적이다.

도 9는 본 발명의 분류장치를 나타내는 도로서, 펌프와 노즐과 압력조절기구로 이루어지는 도 8에 용기와 용기 내의 압력조절기구를 부가한 구성이다.

펌프, 노즐, 압력조절기구, 용기는 병렬로 복수 배치되어 있어도 좋다.

용기(45)는 밀폐형의 용기이고, 용기 내의 압력을 조절할 수 있는 기구(PC2)를 가진다. PC2는 용기 내의 압력을 검지하고, 용기 출구밸브(6)의 개방도를 조절함으로써, 용기 내의 압력을 가감한다.

압력조절은 도시한 자동의 기구에 의해서도 좋고, 압력지시를 보면서 수동으로 밸브를 조절하는 것과 같은 수동의 방법에 의해서도 좋고, 수주압 등에 의한 다른 방법에 의해서도 좋다.

용기 중에는 47에 나타내는 바와 같은 노즐로부터 용기 출구로의 흐름을 임의로 조정하기 위한 정류판이 있어도 좋고, 노즐은 압력이 조절된 용기(45) 내부이면 어느 위치에 있어도 좋다.

도 10은 펌프와 노즐과 압력조절기구와, 용기와 용기 내의 압력조절기구로 이루어지고, 노즐 이외의 유체의 유입구를 부가한 구성이다. 펌프, 노즐, 압력조절기구, 용기는 병렬로 복수 배치되어 있어도 좋다. 노즐 이외의 유체의 유입구(48)는 용기 외로부터 용기 내에 유체를 공급하는 기능을 가지면 어느 위치에 배치되어 있어도 좋고, 49에 나타내는 바와 같이 하나의 용기에 복수개가 배치되어 있어도 좋다.

또 유입구마다 다른 유체를 공급하여도 좋다.

실시예

이하에 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 나타내나, 본 발명은 이와 같은 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<탈잉크시험 1>

탈잉크시험의 시료로서, 인쇄 후 1년 반 이상 경과한 열화신문고지를 2㎝×2㎝로 잘게 잘랐다. 고지 절대 건조 중량 660g에 대하여 수산화나트륨 1.0 중량%를 더하고, 물로 펄프농도 15 중량%로 조정한 후, 펄퍼를 사용하여 40℃에서 6분간 이해하여 이해원료(A)로 하였다. 이해한 시료에 물을 더하여 고지 농도가 3%가 되도록 희석하고, 임의의 농도로 조정한 펄프 현탁액에, 도 6에 나타나는 캐비테이션 분류식 세정장치를 사용하여 약 1 중량%의 펄프 현탁액을 분사하고, 일정시간 처리하였다. 얻어진 분획(fraction)에 대하여 캐나다 표준 여수도를 측정하고, 처리 후의 펄프를 150 메시 와이어 상에서 충분히 세정하였다. 세정 후의 펄프에 대하여 Tappi 표준법에 의거하여 60 g/㎡의 핸드시트 5매를 제작하였다. 핸드시트의 백색도 및 색상을 JIS P-8148의 방법에 준하여 색차계(무라카미 색채제)로 측정하 고, 제작하였다. 또한 잔존잉크를 측정하기 위하여, 미세잉크에 대하여 잔존잉크측정장치(컬러 터치:테크니다인제)를 사용하여 ERIC(유효 잔존잉크 농도)값으로서 측정하였다. 조대잉크에 대해서는 협잡물 측정장치(스펙 스캔 2000:아포지 테크놀로지제)를 사용하여, 다른 5매의 핸드시트 상의 0.05 ㎟ 이상의 더트를 화상처리로 측정하고, 그 평균값으로부터 미박리 잉크면적을 산출하였다. 비교예로서 동시에 원료(A)에 대하여, 물로 10%로 희석하고, PFI 밀을 사용하여 클리어런스 0.2 mm로 일정 카운트 고해하였다. 고해 후의 펄프에 대하여 상기와 동일한 조작에 의하여 핸드시트를 제작하고, 그 백색도 및 잔존잉크에 대하여 동일한 규정을 행하였다. 실시예 1 내지 8, 및 비교예 1 내지 4의 결과를 표 1에 나타내었다.

또한 상기 캐비테이션 분류식 세정장치는, 캐비테이션 분류식 세정장치에 관한 기술(소야마 히토시, 초음파 TECHNO, 2001(11-12), 66) 및, 그 장치구성의 개요(소야마 히토시, 터보기계, 29(4), 1(2001))를 참고로, 상기 세정장치를 개조한 것이다. 분사액을 노즐(2)로부터 통하여 캐비테이션 분류를 발생시킨다. 노즐지름은 1.5 mm 이다.

[실시예 1 내지 4]

원료(A)에 대하여, 캐비테이션 분류식 세정장치로, 피분사용기 내의 압력(하류측 압력)을 0.1 MPa로 하고 분사액의 압력(상류측 압력)을 3 MPa(분류의 유속 46m/초), 5 MPa(분류의 유속 60m/초), 7 MPa(분류의 유속 70m/초), 9 MPa(분류의 유속 78m/초)로 하고 5분간 처리하였다. 처리 후의 시료에 대하여 상기 설명한 방법에 따른 여수도, ERIC값, 미박리 잉크면적, 백색도 및 b값을 측정하였다.

[실시예 5 내지 8]

원료(A)에 대하여, 캐비테이션 분류식 세정장치로, 피분사용기 내의 압력(하류측 압력)을 0.3 MPa로 하고 분사액의 압력(상류측 압력)을 3 MPa 내지 9 MPa로 하고 5분간 처리하였다. 처리 후의 시료에 대하여 상기 설명한 방법에 따른 여수도, ERIC값, 미박리 잉크면적, 백색도 및 b값을 측정하였다.

[비교예 1]

원료(A)를 0.5%로 희석하고, 상기 설명한 방법에 따른 여수도, ERIC값, 미박리 잉크면적, 백색도 및 b값을 측정하였다.

[비교예 2 내지 4]

원료(A)에 대하여, PFI 밀을 사용하여 클리어런스 0.2 mm의 조건에서, 3000 내지 7000 카운트 처리하였다. 처리 후의 시료에 대하여 상기 설명한 방법에 따른 여수도, ERIC값, 미박리 잉크면적, 백색도 및 b값을 측정하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 4, 실시예 5 내지 8의 결과로부터 상류측 압력을 증대시킴에 따라 ERIC값, 미박리 잉크면적은 저하하고, 백색도는 향상하였다. 여수도는 저하하였으나, 비교예 2 내지 3의 PFI 밀에 의한 처리에 비하면, 저하는 완만하였다. 또 실시예 1 내지 4와 실시예 5 내지 8을 비교하면, 상류측 압력과 하류측 압력의 차가 큰 실시예 1 내지 4쪽이 탈잉크의 효과는 우수하였다.

<탈잉크시험 2>

탈잉크시험의 시료로서, 표준패턴을 카피(GP605:캐논제)한 토너 인쇄물을 2㎝×2㎝로 잘게 잘랐다. 고지 절건 660g에 대하여 수산화나트륨 1.0 중량%를 더하고, 물로 펄프농도 15 중량%로 조정한 후, 펄퍼를 사용하여 40℃에서 6분간 이해하여 이해원료(B)로 하였다. 이해한 시료에 물을 더하여 고지 농도가 3%가 되도록 희석하고, 임의의 농도로 조정 후, 탈잉크시험 1에서 사용한 캐비테이션 분류식 세정장치를 사용하여 일정시간 처리하였다. 얻어진 펄프의 일부에 대하여 150 메시 와이어 상에서 충분히 세정하였다. 세정 후의 펄프에 대하여 Tappi 표준법에 의거하여 60 g/㎡의 핸드시트 5매를 제작하였다. 얻어진 펄프의 잔분에 대하여, 박스 타입의 프로테이터를 사용하여 2분간 프로테이션을 행하였다. 프로테이터 후의 펄프에 대하여, Tappi 표준법에 의거하여 60 g/㎡의 핸드시트 5매를 제작하였다. 핸드시트 상의 잔존 토너에 대하여 화상해석장치(스펙 스캔 2000:아포지 테크놀로지사)를 사용하여 계측하고, 다른 5매의 핸드시트 상의 육안으로 볼 수 있는 100 ㎛ 이상의 협잡물의 평균값을 더트개수로 하였다. 마찬가지로 더트의 평균입경을 산출하였다.

[실시예 9 내지 10]

원료(B)에 대하여, 캐비테이션 분류식 세정장치로, 분사액의 압력(상류측 압력)을 8 MPa, 피분사용기의 압력(하류측 압력)을 0.2 MPa로 하고 5분간 처리하였다. 처리 후의 시료에 대하여 상기 설명한 방법에 따른 더트개수 및 더트평균입경을 측정하였다.

[비교예 5 내지 8]

비교예로서, 원료(B)를 초음파 세정기에 넣고 5분간 처리하였다. 얻어진 펄프 및 미처리의 펄프에 대하여 상기의 처리를 행하고, 세정 후의 펄프와 프로테이션 후의 펄프에 대하여 핸드시트를 제작하고, 더트개수를 측정하였다.

실시예 9 내지 10, 및 비교예 5 내지 8의 결과를 표 2에 나타내었다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 9 내지 10의 캐비테이션처리에 의한 더트개수의 저감효과는, 비교예 7 내지 8의 초음파 세정기에 의한 처리에 비하여 우수한 것은 명백하였다. 또한 처리 후에 프로테이션 처리에 의하여 더트의 제거를 행함으로써, 더트개수를 현저하게 저감할 수 있었다.

<탈잉크시험 3>

공장(A)으로부터, 실기 DIP 공정의 니더 전 압착기의 출구원료를 사용하여, 탈잉크시험 1에서 사용한 캐비테이션 분류식 세정장치를 사용하여 캐비테이션 처리(상류측 압력 7 MPa, 하류측 압력 0.3 MPa)를 행하고, 실기 니더 출구와 비교하였다. 미처리(압착기 출구), 및 캐비테이션 처리(캐비처리) 후, 실기 니더 후의 펄프를 150 메시 와이어 상에서 충분히 세정한 후, 파이버라보(fiberLab)를 사용하여 섬유길이 및 컬을 측정하였다. 또한 핸드시트를 제작하여 0.05 ㎟ 이상의 더트 개수 및 ISO 백색도를 측정하였다.

탈잉크시험 3에 관한 실기 플로우 및 실시예 플로우의 각각의 플로우차트를 도 7에 나타내었다. 실시예 11 내지 13, 및 비교예 9 내지 10의 결과를 표 3에 나타내었다.

* 탈잉크약품의 내용:탈잉크제(전체 중량, 펄프에 대해 0.15 중량%), 과산화수소(순수 함량, 펄프에 대해 0.35 중량%), 가성소다(순수 함량, 펄프에 대해 0.35 중량%), 규산소다(전채 중량, 펄프에 대하여 0.84 중량%)

표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 11 내지 13에 있어서는, 탈잉크약품을 첨가하지 않고 저농도, 저온에서 조대한 더트를 현저하게 저감할 수 있는 것이 분명하다. 또한 잉크박리에 우수하고, 표백약품을 첨가하지 않고 완전 세정 백색도를 향상시킬 수 있었다. 게다가, 고농도, 고온, 약품을 첨가하고 있는 실기 니더 처리후에 비하여 섬유의 단소화가 작고, 컬이 적었다. 따라서 섬유의 손상을 억제하고 고품질의 펄프를 얻을 수 있었다.

<탈잉크시험 4>

UV 코트에서 광택가공한 인쇄물을 고농도 펄퍼로 이해하고, 펄프 슬러리를 10 커트 플랫 스크린과 그것에 계속하여 6 커트 플랫 스크린 처리를 행하고, 미이해편 및 조대코트편을 제거하였다. 스크린을 통과한 펄프를 다시 사분시험기(篩分試驗機)에 넣고, 24 메시를 통과한 펄프를 회수하였다. 이것을 미처리펄프로서, 탈잉크시험 1에서 사용한 캐비테이션 분류식 세정장치를 사용하여 캐비테이션 분류처리, 또는 PFI 밀을 사용하여 처리를 행하고, 각각 미처리 펄프의 캐나다 표준 여수도로부터 약 100 ㎖ 저하시켰다. 처리 후의 펄프를 150 메시 와이어상에서 충분히 세정하고, 박리·미세화한 더트를 제거한 후, 핸드시트를 제작하였다. 또한 처리 후의 펄프를 박스형의 프로테이터(F/T)로 2분간 처리를 행한 후, 핸드시트를 제작하였다. 제작한 핸드시트의 더트에 대하여 화상해석장치를 사용하여 0.1 ㎟ 이상, 및 0.2 ㎟ 이상의 큰 더트의 개수를 비교하였다. 실시예 14 및 비교예 11 내지 13의 결과를 표 1에 나타내었다.

표 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 14의 캐비테이션 처리에 의한 더트의 저감효과는, 비교예의 PFI 밀에 의한 처리에 비하여 매우 크고, 특히 조대한 더트 개수의 저감에 우수한 것은 명백하였다. 또한 처리 후에 프로테이션을 사용하여 더트의 제거를 행함으로써, 조대한 더트를 현저하게 저감할 수 있었다.

<탈잉크시험 5>

중량비로 신문/잡지=70/30으로 이루어지는 고지를 고농도 펄퍼로 이해하고, 펄프농도가 30%가 되도록 탈수한 펄프를 미처리펄프로 하였다. 이 펄프에 탈잉크제를 고형분에 대해 0.1%, 0.06% 첨가한 것과, 탈잉크제를 첨가하지 않은 것에 대해서 희석한 후에, 탈잉크시험 1에서 사용한 캐비테이션 분류식 세정장치를 사용하여 캐비테이션처리(상류측 압력 7 MPa, 하류측 압력 0.3 MPa)를 행하였다. 비교로서, 탈잉크제를 0.1% 첨가한 것을 라보 2축 니더로 처리하였다. 처리 전후의 펄프를 150 메시 와이어 상에서 충분히 세정한 후, 핸드시트를 제작하고, 잔존잉크량을 Color Touch2(테크니다인사제)를 사용하여 ERIC 값으로서 측정하고, 다시 ISO 백색도를 측정하였다. 섬유손상의 영향에 대하여 파이버라보(메소 오토메이션제)를 사용하여 섬유길이 및 섬유의 컬을 조사하였다. 실시예 15 내지 17, 및 비교예 14 내지 15의 결과를 표 1에 나타내었다.

표 5에 나타내는 바와 같이, 미처리펄프에 대하여 캐비테이션처리를 행함으로써, 탈잉크제 첨가율의 영향을 받지 않고 ERIC 값이 약 40% 감소하고, 완전 세정 백색도가 2 포인트 상승하였다. 또 섬유길이는 거의 동등하고, 미처리에 비하여 컬이 적어져 있었다. 한편 니더처리에서는, ERIC 값이 작아져도 백색도가 상승하지 않고, 섬유길이가 짧아져 있었다. 따라서 본 발명에 의한 잉크박리효과는 탈잉크약품의 영향을 받지 않아, 섬유의 손상을 억제하고 백색도를 향상시킬 수 있어, 종래 기술에 비하여 우수하였다.

[실시예 18]

도 15에 나타낸 장치를 사용하여, 반응탱크의 입구압(PI-1)을 배압밸브로 조절하고, 출구압(PI-3)을 CV-4로 조절하고, 실험을 실시하였다. PU-1은 플랜저형의 정량펌프이기 때문에, PI-1을 변화시키면 자기순환(여수(余水))량과 용기를 흐르는 유량의 비율이 변화한다. 처리강도 일정에서의 평가로 하기 위하여, 적당한 시간간격으로 샘플을 뽑아내어, 일정량(40리터)이 용기를 통과한 시점에서의 효과를 평가하였다.

처리대상의 펄프 슬러리는 오피스고지(토너 인쇄물을 약 25% 포함하는 선별 오피스믹스고지)로부터 조제하고 1% 농도의 슬러리로 하였다. 0.15 mmΦ의 구멍지름의 노즐을 사용하여, 배압밸브를 조절하여 입구압을 3 MPa로 설정하고, CV-4를 조절하여 출구압을 0.1 MPa로 설정하고, 장치를 운전하였다.

효과의 평가는, 처리 전후의 펄프를 100 메시 와이어 상에서 완전하게 세정한 후에, 0.05 ㎟ 이상의 더트를 화상해석으로 계수하고, 감소 정도를 봄으로써 실시하였다. 0.05 ㎟ 이상의 더트의 감소율은 71% 이었다.

[실시예 19]

배압밸브를 조절하여 입구압을 7 MPa로 설정하고, CV-4를 조절하여 출구압을 0.05 MPa로 하는 이외는, 실시예 18과 모두 동일한 조건으로 장치를 운전하였다. 0.05 ㎟ 이상의 더트의 감소율은 69%이었다.

[실시예 20]

배압밸브를 조절하여 입구압을 7 MPa로 설정하고, CV-4를 조절하여 출구압을 0.3 MPa로 하는 이외는, 실시예 18과 모두 동일한 조건으로 장치를 운전하였다. 0.05 ㎟ 이상의 더트의 감소율은 79%이었다.

[비교예 16]

펌프, 배압밸브 통과의 영향을 확인하기 위하여, 배압밸브를 완전개방으로 하고, 토출액이 모두 여수로서 자기순환하도록 하여 장치를 운전하였다. 0.05 ㎟ 이상의 더트의 감소율은 40%이었다.

본 발명에 의한 펄프의 제조방법에서는, 고지를 원료로 하는 재생펄프에 대하여 섬유 표면에 부착되어 있는 오염물질을 박리함으로써, 보다 섬유에의 손상이 적고, 백색도가 높으며, 오염물질에 의한 품질저하가 적은 고품질의 펄프 및 종이, 도피지를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 2 발명에 의한 펄프의 제조방법에서는, 크래프트펄프, 기계펄프 등의 목재를 원료로 하는 펄프 및 고지를 원료로 하는 재생펄프에 대하여, 펄프섬유 자체의 손상을 억제하여 표면을 개질함으로써, 보다 강도가 있고, 백색도가 높으며, 협잡물에 의한 품질저하가 적은 고품질의 펄프 및 종이, 도피지를 얻을 수 있다.

Claims

고지를 재생하는 공정에 있어서, 캐비테이션에 의하여 기포를 발생시키고, 이것을 펄프 현탁액에 접촉시켜 펄프섬유 및 무기입자에 부착되어 있는 오염물질을 박리하는 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법.
제 1항에 있어서,

유체분류를 사용하여 캐비테이션을 발생시키는 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법.
제 2항에 있어서,

펄프 현탁액을 유체분류로서 분사시킴으로써 펄프 현탁액과 기포를 접촉시키는 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 오염물질이 잉크인 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법.
캐비테이션을 사용한 잉크박리공정, 그것에 계속해서 프로테이션공정 및/또는 세정법에 의한 잉크제거공정으로 이루어지는 고지를 재생하는 공정 중 어느 하나 이상의 공정에 있어서,

캐비테이션에 의하여 기포를 발생시키고, 이것을 펄프 현탁액에 접촉시켜 펄프섬유 및 무기입자에 부착되어 있는 오염물질을 박리시켜 분리하는 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

분사액을 분사하여 캐비테이션을 발생시키는 상태가, 하기 화학식 1 또는 화학식 2:

[화학식 1]

(단, p∞: 일반류의 압력, U∞: 일반류의 유속, p_ν: 유체의 증기압, ρ: 밀도)

[화학식 2]

(단, p₁: 노즐 상류측 압력, p₂ : 노즐 하류측 압력, p_ν: 시료수의 포화증기압)

으로 나타내어지는 캐비테이션수(σ)가 0.001 이상 0.5 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법.
제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

노즐 또는 오리피스관을 통하여 분사액을 분사하여 캐비테이션을 발생시키고, 그 분사액의 압력(상류측 압력)이 0.01 MPa 이상 30 MPa 이하인 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법.
제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

노즐 또는 오리피스관을 통하여 분사액을 분사하여 캐비테이션을 발생시키고, 그 분사액의 분류의 속도가 1m/초 이상 200m/초 이하인 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법.
제 5항에 있어서,

상기 고지를 재생하는 공정이 탈잉크공정인 것을 특징으로 하는 재생펄프의 제조방법.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한항의 방법에 의하여 제조된 펄프, 또는 상기 펄프를 사용한 종이, 또는 도피지.
용기 내의 펄프섬유로 이루어지는 물질에 대하여 가압된 분사액을 분사하고, 상기 분사에 의하여 캐비테이션을 발생시키고, 그 캐비테이션 기포의 붕괴압력을 이용함으로써, 펄프섬유에 손상을 주는 일 없이 펄프섬유 표면 및 협잡물을 개질하 고, 또는 펄프섬유 표면에 부착된 협잡물을 박리하는 것을 특징으로 하는 방법.
용기 내의 펄프섬유로 이루어지는 물질에 대하여, 펄프섬유소를 포함하는 수성 슬러리를 가압된 분사액으로서 분사하고, 상기 분사에 의하여 캐비테이션을 발생시키고, 그 캐비테이션 기포의 붕괴압력을 이용함으로써, 섬유에 손상을 주는 일 없이 펄프섬유 표면 및 협잡물을 개질하고, 또는 펄프섬유 표면에 부착된 협잡물을 박리하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11항 내지 제 12항에 있어서,

캐비테이션을 발생시키기 위한 분사액을 노즐을 통하여 펄프섬유로 이루어지는 물질을 가지는 용기 내에 분사하고, 상기 분사액의 압력(노즐 상류측 압력)이 0.5 MPa 이상 30 MPa 이하이고, 또한 펄프섬유소를 처리하는 용기 내의 압력(노즐 하류측 압력)이 0.05 MPa 이상 0.3 MPa 이하이고, 또한 분사액의 압력에 대한 용기 내의 압력의 비가 0.001 내지 0.5인 것을 특징으로 하는 방법.
제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

용기 내에 있어서의 펄프섬유로 이루어지는 물질의 농도가 0.01 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
용기; 용기 내에 존재하는 펄프섬유로 이루어지는 물질에 대하여 가압된 분 사액을 분사하기 위한 하나 이상의 노즐; 노즐의 상류에 위치하고, 상기 노즐의 분사압력을 제어하는 압력제어기구; 및 상기 압력제어기구의 상류에 위치하고, 상기 노즐에 분사압력을 가압하는 펌프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄프처리장치.
제 15항에 있어서,

상기 용기는 밀폐식, 비밀폐식, 배치식 또는 연속식으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 펄프처리장치.
제 16항에 있어서,

상기 용기는 압력을 제어하는 것이 가능한 밀폐식 용기이고, 상기 용기로부터 적절히 액체를 배출하면서, 용기 내의 압력을 제어하는 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 펄프처리장치.
제 17항에 있어서,

상기 용기는 상기 노즐 이외의 액체유입구를 가지는 것을 특징으로 하는 펄프처리장치.
제 15항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노즐이 접합하는 상기 용기의 내벽이 콘형상이고, 이에 의하여 펄프 현탁액이 동적 와류(渦流)에 의하여 균일하게 교반되는 것을 특징으로 하는 펄프처리 장치.
제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용기의 액체 배출구에 접속한 액체 이송로의 하류로부터 분리수단을 거쳐 상기 용기에 액체를 반송하는 액체 이송로를 설치한 것을 특징으로 하는 펄프처리장치.
제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,

액체 배출구에 접속한 액체 이송로는 2개 이상으로 분기된 액체 이송로이고, 그 적어도 하나의 액체 이송로를 분리수단을 거쳐 상기 용기의 상기 노즐에 접속하고, 액체를 용기에 다시 분사할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 펄프처리장치.
제 16항 내지 제 21항에 있어서,

상기 용기에 유입하는 액체와 배출되는 액체를 동량으로 유지하고, 상기 용기 내에 존재하는 액체 레벨을 일정하게 유지하는 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 펄프처리장치.
제 20항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분리수단이 프로테이터, 세정기, 스크린 또는 클리너 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펄프처리장치.
제 14항에 있어서,

상기 용기가 프로테이터, 세정기, 스크린 또는 클리너 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펄프처리장치.