펄프(용지)

Pulp (paper)
펄프 섬유 구조
1947년 펜사콜라 인근 제지 공장의 펄프

펄프는 목재, 섬유작물, 폐지 또는 누더기에서 셀룰로오스 섬유를 화학 또는 기계적으로 분리하여 제조한 리그노셀룰로스 섬유 재료입니다.펄프는 물과 다른 화학 또는 식물성 첨가물과 혼합되어 제지 및 다른 종이 [1][2][3]제품의 산업 생산에 사용되는 주요 원료입니다.

역사

서기 105년경 중국에서 채륜에 의해 널리 알려진 종이와 같은 필기 재료는 대부분 가공되지 않은 식물 재료를 사용하여 고대 문명에 의해 생산되었다.나무껍질이나 바스트 재료를 함께 엮어 거친 시트로 두들겨 말린 다음 손으로 [4][5]닦았다.현대 및 전통 제지에서 사용되는 펄프는 액정에서 추출하여 시트 또는 [6][3][7]롤을 형성하기 위해 건조하는 셀룰로오스 섬유의 미세하고 규칙적인 슬러리를 생성하는 침지 공정으로 구분된다.중국에서 생산된 최초의 종이는 삼베 헝겊과 [6][8][9]그물 조각과 함께 종이 뽕나무(코조) 식물의 바스트 섬유로 구성되었다.6세기까지, 뽕나무는 특히 제지 공정에서 사용될 펄프를 생산하기 위해 중국의 농부들에 의해 길들여졌다.뽕나무 외에도 대나무, 히비스커스 나무껍질, 푸른 백단나무, , [9]으로 과육이 만들어졌다.누더기 옷과 그물, 직물 가방에서 나온 삼베와 아마포 섬유로 만든 펄프를 사용한 제지술은 13세기에 유럽으로 퍼져 나갔고,[1] 누더기의 사용이 늘면서 인쇄의 발전의 한 요소인 누더기 종이 제조와 가격 면에서 중요한 역할을 했다.1800년대까지, 새롭게 산업화된 제지 및 인쇄 산업에 대한 생산 수요는 원재료, 특히 오늘날 전 세계 펄프 [10]생산의 95% 이상을 차지하는 펄프 목재와 다른 나무 제품의 사용으로 이어졌다.

18세기 후반과 19세기 초에 목재 펄프의 사용과 자동 제지기의 발명은 현대에서 [1][11][12]종이가 값싼 상품으로서의 지위를 얻는 데 기여했다.일부 종이 목재 펄프로 만들어진 가장 초창기 예들 중의 작품 야곱 크리스티안 Schäffer에 의해 1765년과 마티아스 Koops 1800,[1][13]대규모 나무 종이 생산의 1840s에서 기계 pulping에 독특한, 동시에 발전 프리드리히 고틀 로프 켈러의 Germany[14]의 찰스 Fenerty에 의해 싫어요에서 시작된 포함한다잘 지내니 소코티아.[11]화학적인 과정이 빠르게 뒤따랐는데, 처음에는 J. 로스가 황산을 사용해 목재를 처리했고, 그 다음에는 벤자민 틸만이 [2]1867년 펄프 목재에 칼슘 이황산염, Ca(HSO3)2사용하는 것에 대한 미국 특허에 의해 이루어졌다.거의 10년 후, 최초의 상업용 아황산 펄프 공장이 스웨덴에 세워졌다.그것은 마그네슘을 대향 이온으로 사용했고 칼 다니엘 에크만의 작품을 기반으로 했다.1900년까지 아황산맥진은 기계적인 맥핑 방법을 능가하는 목재 펄프를 생산하는 지배적인 수단이 되었습니다.경쟁하는 화학 펄핑 공정인 황산염 또는 크래프트 공정은 Carl F에 의해 개발되었습니다. 1879년 달; 최초의 크래프트 밀은 [2]1890년 스웨덴에서 시작되었습니다.1930년대 [14]초 G.H. Tomlinson에 의한 회수 보일러의 발명은 크래프트 공장들이 거의 모든 펄핑 화학물질을 재활용할 수 있게 했다.이것은 다양한 종류의 나무를 수용하고 더 강한 [15]섬유를 생산하는 크래프트 공정의 능력과 함께 1940년대부터 [2]크래프트 공정을 지배적인 펄핑 공정으로 만들었습니다.

2006년 세계 목재 펄프 생산량은 1억7500만t(1억6000만t)[16]이었다.전년도의 시장용 펄프는 6300만 t(5700만 t)이 판매됐으며 캐나다(21%), 미국이 16%로 뒤를 이었다.펄프에 필요한 목재 섬유 공급원은 "제분 잔여물 45%, 로그 및 칩 21%, 재생지 34%"입니다(캐나다, 2014).[17]화학 펄프는 시장 [18]펄프의 93%를 차지한다.

목재펄프

목재 펄프의 섬유

목재 펄프를 만드는 데 사용되는 목재 자원은 펄프 [19]목재라고 불립니다.이론적으로 어떤 나무든 펄프를 만드는데 사용될 수 있는 반면 침엽수는 이러한 종의 펄프에 있는 셀룰로오스 섬유가 더 길기 때문에 더 강한 [20]종이를 만들기 때문에 선호된다.종이를 만드는 데 가장 일반적으로 사용되는 부드러운 나무들 중 일부가문비나무, 소나무, 전나무, 낙엽송, 헴록 그리고 유칼립투스, 아스펜, [21]자작나무와 같은 단단한 나무들을 포함합니다.또한 유전자 변형 나무 종(GM 유칼립투스, GM 포플러 등)에 대한 관심이 높아지고 있는데, 이는 리그닌 분해 용이성 및 성장률 증가와 같은 몇 가지 주요 이점 때문이다.

펄프 밀은 목재 칩이나 다른 식물 섬유원을 두꺼운 섬유판으로 변환하는 제조 시설로, 제지 공장에 보내서 더 많은 가공을 할 수 있습니다.펄프는 기계적, 반화학적 또는 완전 화학적 방법(크래프트 및 아황산염 공정)을 사용하여 제조할 수 있습니다.완제품은 고객의 요구 사항에 따라 표백 또는 비표백 중 하나입니다.

펄프를 만드는 데 사용되는 목재 및 기타 식물 재료는 세 가지 주요 성분인 셀룰로오스 섬유(제지에 필요한 것), 리그닌(셀룰로오스 섬유를 결합하는 3차원 폴리머) 및 헤미셀룰로스(짧은 분지 탄수화물 폴리머)를 포함한다.펄프의 목적은 파이버 소스의 벌크 구조를 칩, 줄기 또는 기타 플랜트 부품에 관계없이 구성 섬유로 분해하는 것입니다.

화학 펄프는 리그닌과 헤미셀룰로오스를 수용성 작은 분자로 분해하여 셀룰로오스 섬유를 탈중합하지 않고 셀룰로오스 섬유에서 씻어낼 수 있다(셀룰로오스를 화학적으로 탈중합하면 섬유가 약해진다).그라운드우드(GW) 및 리파이너 메카니컬 펄핑(RMP)과 같은 다양한 기계적 펄핑 방법은 셀룰로오스 섬유를 물리적으로 서로 찢어 놓습니다.리그닌의 대부분은 섬유에 달라붙어 있다.섬유가 절단될 수 있기 때문에 강도가 저하됩니다.화학 및 열처리를 조합하여 약식 화학펄프 프로세스를 시작한 후 바로 기계적 처리를 통해 섬유를 분리하는 하이브리드 펄프 방법이 많이 있습니다.이러한 하이브리드 방법에는 TMP라고도 하는 열기계식 펄핑과 CTMP라고도 하는 화학기계식 펄핑이 있습니다.화학 및 열처리는 기계처리에 필요한 에너지의 양을 감소시키고 섬유에 의해 발생하는 강도 손실의 양을 감소시킵니다.

카테고리별 전 세계 펄프 생산량(2000년)[22]
펄프 카테고리 생산량 [M톤]
화학의 131.2
크래프트 117.0
아황산염 7.0
반화학 7.2
기계 37.8
논우드 18.0
버진 파이버 총계 187.0
회수된 섬유 147.0
총펄프 334.0

나무 수확

대부분의 펄프 공장은 나무를 수확할 때 원료의 지속 가능한 원천을 확보하기 위해 좋은 산림 관리 방식을 사용합니다.펄프 공장을 위한 목재 수확에 대한 주요 불만 중 하나는 수확한 숲의 생물 다양성을 감소시킨다는 것이다.세계 펄프 생산량의 16%를 차지하는 펄프나무 농원, 9%가 노림, 2세대, 3세대 이상의 숲이 나머지를 [23]차지한다.산림 재생은 대부분의 지역에서 행해지고 있기 때문에 나무는 재생 가능한 자원이다.FSC(산림관리위원회), SFI(지속가능임업구상), PEFC(산림인증을 위한 프로그램) 등은 우수한 임업관행을 [24]보장하기 위한 가이드라인에 따라 수확한 나무로 만든 종이를 인증한다.

소비되는 나무의 수는 기계적 과정과 화학적 과정 중 어느 것이 사용되는지에 따라 달라집니다.높이 12m(40ft) 및 직경 15-20cm(6-8인치)의 연재경재의 혼합물을 기준으로 크래프트 공정(화학 펄핑)을 사용하여 0.9톤(1t)의 인쇄 및 필기 용지를 생산하는 데 평균 24그루의 나무가 필요할 것으로 추정되었습니다.거의 모든 목재가 섬유질을 만드는데 사용되기 때문에 기계 펄프는 나무를 사용하는 데 약 두 배 효율적입니다. 따라서 0.9톤의 기계 펄프나 신문 [25]인쇄물을 만드는데 약 12그루의 나무가 필요합니다.

나무줄에는 대략 2톤 정도의 짧은 양이 들어 있다.[26]

펄핑 준비

목재 칩핑은 펄프를 위해 나무를 깎는 행위와 산업이지만 다른 가공 목재 제품 및 멀티치에도 사용됩니다.오직 심재와 수목만이 펄프를 만드는데 유용하다.나무껍질은 비교적 몇 가지 유용한 섬유를 포함하고 있으며 펄프 밀에서 사용할 수 있는 증기를 제공하기 위해 제거 및 연료로 사용됩니다.대부분의 펄핑 공정에서는 균일한 크기의 칩을 제공하기 위해 나무를 깎고 스크리닝해야 합니다.

펄핑

목재 섬유를 분리하는 데 사용할 수 있는 다양한 프로세스가 있습니다.

기계 펄프

탄화규소 또는 산화알루미늄내장제조된 숫돌은 돌펄프(SGW)를 만들기 위해 "볼트"라고 불리는 작은 목재 통나무를 분쇄하는 데 사용될 수 있습니다.나무를 연마하기 전에 찐 경우 압력 분쇄 목재 펄프(PGW)라고 합니다.대부분의 현대식 제분소들은 통나무보다는 칩을 사용하고 숫돌 대신 정제판이라고 불리는 리지드 금속 원반을 사용한다.칩을 플레이트와 함께 갈면 펄프는 정제기 기계 펄프(RMP)라고 불리며 칩을 정제하는 동안 찐다면 펄프는 열기계 펄프(TMP)라고 불립니다.증기처리는 펄프를 만드는 데 필요한 총 에너지를 크게 줄이고 섬유에 대한 손상(절단)을 줄입니다.기계식 펄프는 신문 용지나 판지와 같이 강도가 낮은 제품에 사용됩니다.

열기계 펄프

기계적 펄핑 프로세스[27]

열기계 펄프는 열(thermo-)과 기계 정제 운동(thermo-mechanical)을 사용하여 목재 칩을 가공하여 생산된 펄프입니다.이것은 통나무가 먼저 껍질을 벗기고 작은 조각으로 변하는 2단계 과정이다.이 칩들은 수분 함량이 약 25~30%입니다.나무칩에 파쇄 또는 연삭작용으로 기계적 힘을 가하여 열과 수증기를 발생시켜 리그닌을 연화시켜 개별섬유를 분리한다.그런 다음 펄프를 선별 및 세척하고 섬유 덩어리를 재처리합니다.이 공정은 목재에서 높은 섬유 산출량(약 95%)을 제공하며 리그닌이 제거되지 않았기 때문에 섬유는 단단하고 [27]단단합니다.

화학열기계펄프

목재 칩은 기계식 제분기와 유사한 장치로 정제하기 전에 탄산나트륨, 수산화나트륨, 황산나트륨 및 기타 화학 물질로 전처리할 수 있습니다.화학 처리의 조건은 화학 펄핑 공정에서보다 훨씬 덜 강력합니다(낮은 온도, 짧은 시간, 낮은 pH). 완전한 화학 공정에서처럼 리그닌을 제거하는 것이 아니라 섬유를 정제하기 쉽게 만드는 것이 목표이기 때문입니다.이러한 하이브리드 공정을 사용하여 만들어진 펄프는 화학 열역학 펄프(CTMP)로 알려져 있습니다.

화학펄프

크래프트 공정으로 흡수성 제품에 사용되는 보풀 펄프를 만드는 펄프 공장인 국제 제지 회사

화학 펄프는 목재 조각과 화학 물질을 디지스터라고 불리는 큰 용기에 결합함으로써 생산된다.그곳에서 열과 화학물질이 셀룰로오스 섬유를 심각하게 손상시키지 않고 결합하는 리그닌을 분해한다.화학 펄프는 제품에 다른 특성을 부여하기 위해 더 강해야 하거나 기계적 펄프와 결합해야 하는 재료에 사용됩니다.크래프트 공정은 지배적인 화학적 펄핑 방법이며, 아황산염 공정은 두 번째입니다.역사적으로 소다 펄핑은 최초의 성공적인 화학적 펄핑 방법이었다.

재생펄프

재활용된 펄프는 DIP라고도 불린다.DIP는 화학약품에 의해 처리된 재생지이며, 인쇄잉크 및 기타 불필요한 요소를 제거하고 용지 섬유를 제거합니다.이 프로세스를 디잉크라고 합니다.

DIP는 제지 원료로 사용됩니다.많은 신문용지, 화장지, 얼굴 티슈 등급은 일반적으로 100% 잉크가 제거된 펄프를 포함하고 있으며, 오프셋을 위해 코팅된 경량, 사무실과 가정에서 사용하는 인쇄 및 필기 용지와 같은 다른 등급에서는 DIP가 가구의 상당 부분을 차지하고 있습니다.

오르가노솔브 펄핑

유기졸브 펄핑은 140°C 이상의 온도에서 유기 용제를 사용하여 리그닌과 헤미셀룰로오스를 용해성 조각으로 분해합니다.펄프주는 증류하면 쉽게 회수된다.용제를 사용하는 이유는 조리용액에 리그닌이 더 잘 녹도록 하기 위해서입니다.가장 일반적으로 사용되는 용제는 메탄올, 에탄올, 포름산아세트산입니다.

대체 펄핑 방법

화학 펄핑과 비슷하지만 원치 않는 리그닌을 분해할 수 있는 특정 의 곰팡이를 사용하는 바이오펄핑(생물학적 펄핑)을 개발하기 위한 연구가 진행 중이지만 셀룰로오스 [28]섬유는 아니다.바이오풀핑 공정에서 진균효소 리그닌 페르옥시다아제는 리그닌을 선택적으로 소화하여 남은 셀룰로오스 섬유를 남긴다.이것은 화학적 펄핑과 관련된 오염을 줄이는 데 큰 환경적 이점을 가져올 수 있다.펄프는 이산화염소 단계를 거쳐 중화차아염소산칼슘을 사용하여 표백됩니다.어느 경우든 산화제는 나무의 타닌에서 형성되어 황화물에 의해 강조(강화)된 염료를 산화 및 파괴한다.

스팀은 나무와 다른 섬유 유기 물질에 적용된 광통신은 pulping와 추출 기술 폭발했다.[29]

표백

그 펄프 이때까지 이중섭이 그 과정에서 만들어 낸 하얀 종이 제품 생산에 표백될 수 있다.환경 문제의 화학 물질 표백 펄프에 원천, 그리고 최근의 펄프 산업 2산화염소, 산소, 오존이나 과산화 수소 같은 대안 chlorine에,를 이용해 왔다.

목재 펄프 대체품

펄프non-wood은 식물 원천, 재생 섬유 오늘 fine-printing과 예술 목적으로 전업 제품은 대부분으로 제조된다로 만들어 졌다.[10][30]근대까지의 온도로 수공예품이에요 예술 신문 면, 모시와 삼베,abaca, kozo고 나머지 섬유 종종 더 긴, 더 강력한 섬유와 그들의 더 낮은 리그닌 내용에 대해 평가된다.리그닌, 사실상 모든 식물 재료에 가면 종이 제품의 산성화이고 궁극적인 고장, 종종 신문 용지와 같은 높은 리그닌 콘텐츠로 갈변과 종이 embrittling이 특징에 기여하게 된다.[31일][32]100%면이나 무명과 린넬의 펄프의 조합 널리 서류 자격증, 통화 및 여권 같은 장기 사용을 위한 도구를 만드는데 사용된다.[33][34][35]

오늘날, 어떤 그룹 생산을 보다 지속 가능한 수단으로 농작물 섬유 또는 농업 잔류물 대신 나무 섬유 사용을 주장한다.[표창 필요한]

충분한 짚 북 아메리카의 책, 잡지, 카탈로그와 복사 용지 수요의 많은 만나는 것이다.[표창 필요한]Agricultural-based 종이 나무 농장에서 나오지 않는다.몇몇 농업 잔류 pulps 나무 pulps보다 요리하는 시간을 덜.그agricultural-based 종이 적은 에너지와 물과 화학물들을 더 적게를 사용한다는 뜻.펄프 밀과 아마를 빨대로 만든 치수의 절반의 생태 발자국 숲에서 만들었다.[36]

삼은 논문은 대체, 하지만 처리 기반 구조, 저장 비용 그리고 공장의 낮은 가용성 비율이 아닌 준비가 되어 대용품을 의미한다.[표창 필요한]

하지만, 목재는 또한 재생 가능한 자원이며, 펄프의 약 90 퍼센트가 농장이나 다시 조림된 [23]지역에서 나온다.비목질 섬유 공급원은 계절적 가용성, 화학적 회수 문제,[18][37] 펄프의 밝기 등 다양한 이유로 전세계 펄프 생산의 약 5~10%를 차지한다.2009년 현재 중국에서는 비목질 펄프 가공의 비율이 높아짐에 따라 [38]물과 에너지 사용이 증가하고 있다.

비와벤은 여과지티백같은 목재 펄프로 만든 종이 대신 사용될 수 있습니다.

펄핑에[39] 사용되는 일반적인 공급 원료의 비교
요소 나무 논우드
탄수화물 65–80% 50–80%
– 셀룰로오스
40–45% 30–45%
– 헤미셀룰로오스
23–35% 20–35%
리그닌 20–30% 10–25%
추출물 2–5% 5–15%
단백질 0.5% 미만 5–10%
유기물 0.1–1% 0.5–10%
– SiO2
0.1% 미만 0.5–7%

시장용 펄프

시장용 펄프는 한 장소에서 생산되어 건조된 후 추가 [40]가공을 위해 다른 곳으로 운송되는 펄프입니다.섬유와 직접 관련이 없는 펄프의 중요한 품질 매개변수는 밝기, 오염 수준, 점도 및 회분 함량입니다.2004년에 그것은 시장 [40]펄프의 약 5천 5백만 미터톤을 차지했다.

에어 드라이 펄프는 펄프를 파는 가장 흔한 형태이다.이것은 과육 건조로 수분 함량이 10% 정도 됩니다.보통 250kg의 시트 포장으로 배송됩니다.펄프에 10%의 수분을 남기는 이유는 파이버 대 파이버 결합을 최소화하고 펄프를 물에 분산시켜 [40]종이로 가공하기 쉽기 때문입니다.

롤 펄프 또는 릴 펄프는 전통적인 펄프 시장이 아닌 시장에 공급되는 펄프의 가장 일반적인 형태입니다.보풀 펄프는 보통 롤(릴)로 배송됩니다.이 과육은 5~6%의 수분 함량으로 건조된다.고객님의 경우 추가 [40]처리를 준비하기 위한 분쇄 프로세스로 진행됩니다.

펄프를 급속 건조시킨 것도 있습니다.이것은 펄프를 약 50%의 수분 함량으로 누른 다음 15-17m 높이의 사일로에 떨어지도록 함으로써 이루어집니다.가스 연소식 열풍은 일반적인 열원입니다.온도는 셀룰로오스의 을 훨씬 웃돌지만 섬유 벽과 내강에 많은 양의 습기가 섬유가 소각되는 것을 방지합니다.10%의 수분(공기 건조)까지 건조되지 않는 경우가 많습니다.포장은 공기 건조 펄프만큼 [40]촘촘하지 않다.

환경에 관한 우려

목재 펄프 생산의 주요 환경적 영향은 산림 자원과 폐기물에 대한 영향에서 비롯됩니다.

포레스트 리소스

목재 펄프의 원료를 제공하기 위한 벌목의 영향은 격렬한 논쟁의 영역이다.산림 관리를 사용하는 현대의 벌목 관행펄프 공장에 신뢰할 수 있는 재생 가능한 원료 공급원을 제공합니다.클리어 컷의 실행벌목의 가시적인 효과이기 때문에 특히 민감한 문제입니다.벌목된 지역에 나무 묘목을 심는 재림은 또한 재림된 지역이 단일 재배지이기 때문에 생물 다양성을 감소시킨다는 비판을 받아왔다.오래된 생육림의 벌목은 목재 [23]펄프의 10퍼센트 미만을 차지하지만, 가장 논란이 많은 이슈 중 하나이다.

펄프 공장의 배수

프로세스 폐수는 생물학적 폐수 처리 시설에서 처리되며, 이 처리 시설은 해당 폐수가 수용자에게 독성이 없음을 보증합니다.

기계 펄프는 대부분의 유기 물질이 펄프에 남아 있고 사용된 화학 물질(과산화수소 디티온산나트륨)은 양성 부산물(각각 물과 황산나트륨(최종))을 생성하기 때문에 환경에 대한 우려의 주요 원인이 되지 않습니다.

화학 펄프 공장, 특히 크래프트 공장은 에너지 자급자족적이며 무기 화학 물질에 대해 매우 폐쇄적인 사이클입니다.

염소로 표백하면 폴리염화디벤조-p-다이옥신, 폴리염화디벤조푸란스(PCDD/[41][42]Fs)를 포함한 유기염소화합물이 다량 생성된다.많은 공장들이 염소 표백제의 대체제를 채택하여 유기 염소 [43]오염의 배출을 줄이고 있습니다.

냄새 문제

특히 크래프트 펄핑 반응은 악취가 나는 화합물을 방출한다.리그닌 구조를 분해하는 황화수소 시약은 또한 메타네티오르, 디메틸 황화물 및 디메틸 황화물을 생성하기 위해 약간의 탈메틸화를 일으킨다.크래프트 과정은 화학적 과정이며 미생물 분해를 수반하지 않지만, 이러한 동일한 화합물은 카망베르 치즈 내부 미생물 작용을 포함한 다양한 형태의 미생물 부패 과정에서 방출됩니다.이 화합물들은 극도로 낮은 냄새 문턱과 불쾌한 냄새를 가지고 있다.

적용들

펄프의 주요 용도는 종이와 보드 생산입니다.사용되는 펄프는 완성된 종이의 품질에 따라 달라집니다.중요한 품질 매개변수는 목재 가구, 밝기, 점도, 추출물, 먼지 수 및 강도입니다.

나노셀룰로오스 [citation needed]제조에는 화학 펄프가 사용된다.

특수 펄프 등급은 다른 많은 응용 분야를 가지고 있다.용해펄프는 섬유 및 셀로판 생산에 사용되는 재생 셀룰로오스를 만드는 데 사용됩니다.그것은 또한 셀룰로오스 유도체를 만드는데 사용된다.보풀펄프는 기저귀, 여성 위생용품, 비보풀 등에 사용된다.

종이 제작

Fourdrinier Machine은 대부분의 현대 제지 기술의 기초이며, 그 개념 이후 몇 가지 변형으로 사용되어 왔다.펄프를 최종 종이제품으로 변환하는 데 필요한 모든 단계를 수행합니다.

경제학

2009년 미국에서 NBSK 펄프는 톤당 650달러에 팔렸다.불경기로 [44]신문이 크기를 줄이자 수요 감소로 가격이 떨어졌다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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참고 문헌

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