크라프트법

3. 공정

수산화나트륨(가성 소다), 황화나트륨, 폴리황화나트륨^[27]이 주성분인 알칼리성 약제를 칩으로 만든 목재에 첨가하여 고온·고압에서 끓인다.^[26] 퀴논, 황산나트륨, 황화수소나트륨 등을 첨가한 약제(백액)를 조제로 사용하기도 한다.

가성 소다의 알칼리 성분은 끓이는 과정에서 리그닌을 수용화하고, 분해된 유기산을 중화시킨다. 황화나트륨은 가수분해를 통해 가성 소다가 되므로, 끓이는 동안 감소하는 가성 소다를 보충한다. 끓인 후 용액을 분리하면 흑액이 생성되고, 남은 펄프를 씻어 불순물을 제거하면 "강한 펄프"라는 뜻의 '''크라프트 펄프'''가 된다.

흑액에는 리그닌이 다량 함유되어 있으며, 소다 회수 보일러의 연료로 사용된다. 연소 후 잔사(스멜트 혹은 녹액)는 수용성이며, 생석회를 섞어 백액으로 재활용한다.

3. 1. 전처리

3. 2. 증해 (Cooking)

3. 3. 회수 (Recovery)

3. 4. 표백 (Bleaching)

3. 5. 선별 (Screening)

3. 6. 세척 (Washing)

• 압력 디퓨저
• 대기압 디퓨저
• 진공 드럼 세척기
• 드럼 변위기
• 워시 프레스

4. 공정 화학 물질

계면활성제는 칩의 조리액 침투를 개선하기 위해 사용될 수 있다. 안트라퀴논은 소화조 첨가제로 사용된다. 이는 셀룰로스를 산화하고 리그닌을 환원시켜 산화 환원 촉매로 작용한다.^[17] 셀룰로스가 분해되는 것을 보호하고 리그닌을 더 수용성으로 만든다. 응집제는 비누 분리 공정에 첨가되어 응집을 통해 사용된 조리액에서 비누의 분리를 가속화하고 개선할 수 있다.^[18] 소포제는 거품을 제거하고 생산 공정을 가속화한다. 세척 장비의 배수를 개선하고 더 깨끗한 펄프를 제공한다. 분산제, 이형제 및 착화제는 시스템을 더 깨끗하게 유지하고 유지 보수 중단의 필요성을 줄인다. 고착제는 미세하게 분산된 잠재적 침전물을 섬유에 고착시켜 공정 밖으로 운반한다.

칩으로 만든 목재에 알칼리성 약제를 첨가하여 고온·고압 하에서 끓인다.^[26] 이 알칼리성 약제는 수산화나트륨(가성 소다)과 황화나트륨·폴리황화나트륨^[27]이 주성분이며, 조제로 퀴논, 황산나트륨, 황화수소나트륨 등이 첨가된 약제(백액)를 첨가하기도 한다.

5. 다른 펄프화 공정과의 비교

크라프트 공정으로 생산된 펄프는 다른 펄프 공정으로 만들어진 펄프보다 강하며, 종이의 강도를 결정하는 중요한 요소인 높은 유효 황 비율(황화도)을 유지한다. 산성 아황산염 공정은 크라프트 공정보다 셀룰로스를 더 많이 분해하여 섬유를 약하게 만든다.^[6] 크라프트 펄프 공정은 목재에 원래 존재하는 대부분의 리그닌을 제거하는 반면, 기계적 펄프 공정은 대부분의 리그닌을 섬유에 남겨둔다. 리그닌의 소수성 특성은 종이의 강도에 필요한 섬유 내 셀룰로오스(및 헤미셀룰로오스) 간의 수소 결합 형성을 방해한다.^[19] (강도는 인장 강도 및 찢김 저항을 의미한다).

크라프트 펄프는 다른 목재 펄프보다 어둡지만 표백하여 매우 흰색 펄프를 만들 수 있다. 완전히 표백된 크라프트 펄프는 강도, 백색도 및 황변 저항이 중요한 고급 종이를 만드는 데 사용된다.

크라프트 공정은 대부분의 다른 펄프 공정보다 더 광범위한 섬유 공급원을 사용할 수 있다. 남부 소나무^[20]와 같이 수지가 많은 종류를 포함한 모든 종류의 목재와 대나무, 케나프와 같은 비목재 종을 크라프트 공정에 사용할 수 있다. 크라프트 공정은 원료인 목재를 가리지 않고 펄프화할 수 있으며, 얻을 수 있는 펄프 또한 강도가 우수하다. 또한 아황산·아황산염(주로 아황산 칼슘)을 사용한 아황산법(설파이트 펄프), 아황산염 기반의 약액에 완충제로서 탄산 나트륨이나 중탄산 나트륨을 섞어 중성 액체로 만든 중성 아황산 세미 케미컬법에 비해 증해에 사용하는 약액의 재생이 용이하다는 점, 그리고 가성 소다를 단독으로 사용하는 소다법처럼 유기산에 의한 약액 알칼리분의 중화에 대한 저항성이라는 이점이 있어, 표백 공정의 고도화와 함께 화학 펄프 제조에서 우위를 점하게 되었다.

6. 부산물 및 배출

크라프트법은 펄프 공장에서 특징적인 악취를 발생시키는 대기 배출의 원인이 된다. 여기에는 황화 수소, 메틸 메르캅탄, 다이메틸 설파이드, 다이메틸 다이설파이드 및 기타 휘발성 황 화합물이 포함된다.^[22][23] 그러나 크라프트 펄프 공장의 이산화 황 배출량은 아황산염 공장의 배출량보다 훨씬 적다. 현대식 크라프트 펄프 공장에서는 공장 가동 중단이나 정전과 같은 예외적인 상황을 제외하고는 이산화 황 냄새를 거의 맡을 수 없다. 악취는 흑액과 함께 회수 보일러에서 악취 가스를 모아 태워 제어한다. 현대식 공장에서는 보일러에서 이산화 황이 거의 배출되지 않으며, 고온에서 흑액 방울에서 나온 나트륨이 이산화 황과 반응하여 무취의 황산 나트륨을 만든다.

펄프 공장은 많은 물을 필요로 하기 때문에 대규모 수역 근처에 위치한다. 화학 펄프 제조 과정에서 리그닌을 제거하면 상당량의 유기 물질이 강이나 호수로 배출된다. 폐수에는 리그닌, 높은 생화학적 산소 요구량(BOD) 및 용존 유기 탄소(DOC) 외에도 알코올, 염소산염, 중금속, 킬레이션 제제 등이 포함되어 주요 오염원이 될 수 있다. 이러한 공정 폐수는 생물학적 산업 폐수 처리 시설에서 처리하여 독성을 줄일 수 있다.^[24][25]

6. 1. 부산물

6. 2. 환경 문제

7. 응용 분야

응용품으로는 표백한 양지는 물론, 표백하지 않고 강도를 높인 크라프트지가 있다. 크라프트지는 골판지의 원료가 되기도 한다.

참조

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