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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 종이의 표면사이즈제로 가격이 저렴하고 널리 사용되고 있는 산화전분을 골판지 구성 원지 인 표면라이너지와 이면라이너지에 코팅하여 산화전분 코팅이 라이너지의 물성 변화에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- Taber식 stiffness 시험기(Teledyne Taber Model 150-B, N. Tonawanda, N.Y., U.S.A.)에 시험편을 고정한 다옴 stiffness를 측정하였다.
- 도공액은 3, 5, 7, 10 및 15%의 산화전분 용액을조제하여 사용하였으며 일정한 두께의 stainless steel wire가 감겨 있는 실험실용 도공 rod(RDS05, Webster, U.S.A.)를 사용하여 균일하게 도공하였다. 표면라이너지와 이면라이너지 각각의 표면에 도공한다음 건조하였으며, 이때 산화전분 용액의 농도별도공량은 Table 3에, 그리고 도공처리에 따른 원지의두께변화는 Table 4에 나타내었다.
- 산화전분을 골판지 구성원지인 표면라이너지와 이면라이너지에 각각 코팅하였으며 산화전분 코팅에 따른 골판지 구성원지의 물성변화를 조사, 산화전분 코팅의 효과를 분석하였다. 산화전분 코팅에 의해 골판지 물성과 관련된 각 라이너지의 물성이 개선되었고링 크러시 강도의 경우 표면라이너지보다 이면라이너지에서 개선의 효과가 더욱 컸으며 도공하지 않은 경우에 비해 최대 19.
대상 데이터
-
1.1 도공액
도공액으로는 시판 중인 산화전분을 호화하여 사용하였으며 그 대표적인 특성은 Table 1에 나타내었다
. - 표면라이너지는 6충으로 초지된 다겹지로서 표충으로부터 [충과 2층은 미표백 크라프트 펄프롤 사용하였고 나머지 충은 국산 회수골판지(Korean old corrugated container, KOGC)로 구성되었다. °1 면라이너지는 2충으로 초지된 이겹지로서 KOCC로만구성되었으며 각 라이너지의 특성은 Table 2에 나타내었다.
이론/모형
- 파열강도는 KS M 7017-'80(종이 및 판지의 저압 파열강도 시험방법), KS M 7082"79(종이 및 판지의 고압 파열강도 시험방법)를 참조하여 뮬렌형 파열강도 시험기에 시험편을 고정하고 이것이 파열될 때까지 압력을 가하였으며 이 때의 최대 압력을 측정하였다.
- KS M 7*80 020 (종이의 투기도 시험방법에 따라 투기 도를 측정하였다.
- KS M 7016-'80(종이 및 판지의 인열강도 시험방법)에 따라 인열강도를 측정하였다.
- KS M 7025-'63(종이의 사이즈도 시험 방법(스테키히트))에 따라 사이즈도를 측정하였다.
- 라이너지의 인장강도는 KS M 7014-'80(종이 및판지의 인장강도 시험방법)에 따라 측정하였고 신장률은 KS M 7015-'80(종이 및 판지의 신장률 시험방법)에 따라 측정하였다. 인장강도 시험시 시험편의길이는 200mm, 시험편의 폭은 15.
- 링 크러시 강도는 KS M 7051-79(판지의 압축강도 시험방법)에 따라 측정하였다.
성능/효과
- 58g/m2의 도공량에 이를 때까지 TEA는 크게 증가하였고, 두 라이너지 모두 도공량이 많아질 경우 오히려 TEA가 감소되는 경향을보이기도 하였으며 인장강도가 중가함에 따라 링 크러시 강도도 대체적으로 증가되었다. 낮은 도공량에서 stiffness가 중가하였고 도공량의 증가에 따라 인열지수는 큰 변화가 없었으나 이면라이너지의 경우일부 도공량에 있어서는 무처리 라이너지에 비해 낮은 인열지수를 나타내었다. 도공처리로 라이너지의투기도는 감소하였지만 원지 간 결합에 장애를 일으킬 만큼의 염려는 없을 것으로 판단되었다.
- 일반적으로 고성능 라이너지는 구조가 치밀하여 골심지와의 고속접착공정상에 장애가 있을 수 있으므로 결합력을 높이기 위해서는 라이너지의 투기도를 조절하는 것이필수적이며 Gurley형의 투기도 시험에서 100초 미만일 경우 적절한 원지 간 결합이 가능한 것으로 보고된 바 있다(Kroeschell, 1992). 따라서 본 연구에서수행된 도공처리로 라이너지의 투기도는 감소하였지만 원지 간 결합에 장애를 일으킬 만큼의 염려는 없을 것으로 판단된다.
- 또한, 탄성계수는 골판지 라이너지의 가장 중요한 성질의 하나로서 라이너지의 탄성계수를 중가시킬 경우 골판지의 stiffness가 중가하고 따라서 압축 저항성이 높은 강직한 골판지 상자를 제조할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구 결과에 따르면 라이너 지에 대한 산화전분 도공에 있어서 낮은 도 공량으로도 stiffness를 효과적으로 개선할 수 있었으며 특히, 이면라이너지의 경우에는 이 효과가 뚜렷하였다.
- 58g/m2의 도공량에 이를 때까지 TEA는 크게 중가하였고, 이때 표면 라이너 지가 이면라이너지에 비해 약간 높은 결과를 보였으며 두 라이너지 모두 도공량이 많아질 경우 오히려 TEA가 감소되는 경향을 보이기도 하였다. 본 연구에서는 무처리에 비해 낮은 도공량일 경우 인장강도, 신장를, TEA 모두 중가, 개선되었으나 도공량이 높아지면서 오히려 감소하는 경향을 나타내었다.
- 따라서, 전분과 같은 첨가제의 사용온 섬유 stiffness를중가시켜 인열강도를 감소시키게 된다. 본 연구에서도 일부 도공량에서 무처리에 비해 인열강도가 저하되는 결과를 나타내었는데 이는 섬유간 결합의 효과가 있는 산화전분의 사용이 섬유의 강직성을 중가시키고 이에 따라 인열 중 섬유의 파괴를 일으키는 하중이 작은 면적에 집중하게 되어 결국 인열강도 저하가 발생하는 것으로 사료된다.
- 7%의 중가를 보였다. 비교적 낮은도공량으로도 파열지수는 증가하였으며 일정 수준의도공량 이상에서는 더 이상 증가하지 않는 것으로 조사되었다. 파열강도가 중가함에 따라 링 크러시 강도도 증가하는 경향을 보였다.
- 산화전분 용액의 도공처리에 있어서 파열강도와 링크러시의 관계를 살펴보면 Fig. 3에 나타난 바와 같이 전반적으로 파열강도가 증가함에 따라 링 크러시강도도 증가하는 경향을 보였다. 재생섬유의 함량이증가할 경우 동일한 파열강도를 얻기 위해서는 라이너 지의 평량을 증가시키는 것이 필수적인 것으로 알려져 있는데(Jbnson, 19%), 산화전분의 소량 사용으로 파열강도가 효과적으로 개선된 본 연구의 결과를 근거로 한다면 산화전분 도공을 통해서 라이너지 평량율 증가시키지 않고도 이와 유사한 파열강도 개선의 효과를 거뚤 수 있을 것으로 판단된다.
- 효과를 분석하였다. 산화전분 코팅에 의해 골판지 물성과 관련된 각 라이너지의 물성이 개선되었고링 크러시 강도의 경우 표면라이너지보다 이면라이너지에서 개선의 효과가 더욱 컸으며 도공하지 않은 경우에 비해 최대 19.7%의 중가를 보였다. 비교적 낮은도공량으로도 파열지수는 증가하였으며 일정 수준의도공량 이상에서는 더 이상 증가하지 않는 것으로 조사되었다.
- 산화전분의 도공량에 따른 인장강도와 링 크러시강도의 관계를 살펴보면 Fig. 7에 나타낸 바와 같이표면라이너지와 이면라이너지에 있어서 인장강도가중가함에 따라 링 크러시 강도도 대체적으로 증가되었다.
- 418/0?의 도공량에서 파열지수 또한 급격히증가하였다. 이면라이너지의 경우에 있어서도 유사한변화 형태를 보여 낮은 도공량에서 파열지수는 증가하다가 도공량이 높아지면서 일정 수준을 유지하거나오히려 감소하는 경향을 보였다. 본 연구에서 산화전분 도공에 의한 파열강도의 증가는 일반적으로 산화전분을 처리함으로써 섬유의 결합이 증가되어 파열강도 등이 개선되었다는 연구결과(Metha 등, 1973)와유사한 것으로 분석된다.
- 한편, 무처리의 경우 표면라이너지와 이면라이너지 간의 링 크러시 값에는 큰 차이가 없었으나 도공에 의해 이면라이너지의 링 크러시 강도가 표면라이너지에 비해 상대적으로 크게 증가하는 결과를나타내었다. 즉, 이면라이너지외 경우 산화전분 용액의 도공에 의해 압축강도가 더 많이 상승될 수 있음을 보여주었고 도공량이 비교적 낮은 수준에서도 그효과를 거둘 수 있는 것으로 분석된다.
- 비교적 낮은도공량으로도 파열지수는 증가하였으며 일정 수준의도공량 이상에서는 더 이상 증가하지 않는 것으로 조사되었다. 파열강도가 중가함에 따라 링 크러시 강도도 증가하는 경향을 보였다. 표면라이너지, 이면라이너지 각각 1.
- 8에 나타내었다. 표면라이너지, 이면 라이너 지 모두 낮은 도공량에서는 stiffness 수치가 중가하였으며 도공량이 증가하면서 표면라이너지의 경우에는 일정하게 유지되다가 다시 증가하는 것으로 나타났고 이면 라이너 지의 경우 일정한 값을 유지한 후 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 전반적으로 이면 라이너 지의 stiffness가 표면라이너지의 경우보다 높은 것으로 조사되었다.
- 파열강도가 중가함에 따라 링 크러시 강도도 증가하는 경향을 보였다. 표면라이너지, 이면라이너지 각각 1.41g/㎡, 1.58g/m2의 도공량에 이를 때까지 TEA는 크게 증가하였고, 두 라이너지 모두 도공량이 많아질 경우 오히려 TEA가 감소되는 경향을보이기도 하였으며 인장강도가 중가함에 따라 링 크러시 강도도 대체적으로 증가되었다. 낮은 도공량에서 stiffness가 중가하였고 도공량의 증가에 따라 인열지수는 큰 변화가 없었으나 이면라이너지의 경우일부 도공량에 있어서는 무처리 라이너지에 비해 낮은 인열지수를 나타내었다.
- 11에 나타내었다. 표면라이너지의 경우 도 공량의 증가에 따라 사이즈도는 전반적으로 크게 중가하는 경향을 나타내었으며 이면라이너지의 경우에도 전반적으로 증가하는 결과를 나타내었다. 또한, 무처리의 경우에도 표면라이너지와 이면라이너지 간의 사이즈도 차이는 크게 존재하였지만 도공에 의해 그 차이가 더 커졌으며 이것으로 보아 표면라이너지의 경우 산화전분 코팅에 의한 사이징 효과가 더 크게 나타나는 것으로 이해할 수 있다.
- 4, 5 및 6에 나타내었다. 표면라이너지의 경우 도공량이 1.41g /m2에 이를 때까지 인장지수는 증가하는 경향을 보였으며 이면라이너지의 경우예는 484g/nj의 도공량에 이를때까지 인장지수는 점차 증가하는 경향울 보이다가그 이상의 도공량에서는 더 이상의 증가없이 다시 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 한편 신장률은 표면라이너지와 이면라이너지 각각 L41g/m2, 1.
- 2에 나타내었다. 표면라이너지의 경우 비교적 낮은 도공량으로도 파열지수는 중가하였으며 일정수준의 도공량 이상에서는 더 이상 증가하지 않는 것으로 조사되었다. 특히, 링 크러시의 급격한 중가를보인 1.
- 41g /m2에 이를 때까지 인장지수는 증가하는 경향을 보였으며 이면라이너지의 경우예는 484g/nj의 도공량에 이를때까지 인장지수는 점차 증가하는 경향울 보이다가그 이상의 도공량에서는 더 이상의 증가없이 다시 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 한편 신장률은 표면라이너지와 이면라이너지 각각 L41g/m2, 1.58g/m2의도공량에 이를 때까지 중가하였으며, 이때 표면 라이너 지가 이면라이너지에 비해 약간 높은 결과를 보였고 그 이상의 도공량에서 신장률은 더 이상 증가하지 않았다. 최대변형시까지 인장변형에 따른 인장 에너지 흡수 총량인 TEA(tensile energy absorption) (Mal- tenfort, 1988)의 변화를 살펴보면 표면라이너지, 이면 라이너지 각각 1.
- 7%의 증가를 보였다. 한편, 무처리의 경우 표면라이너지와 이면라이너지 간의 링 크러시 값에는 큰 차이가 없었으나 도공에 의해 이면라이너지의 링 크러시 강도가 표면라이너지에 비해 상대적으로 크게 증가하는 결과를나타내었다. 즉, 이면라이너지외 경우 산화전분 용액의 도공에 의해 압축강도가 더 많이 상승될 수 있음을 보여주었고 도공량이 비교적 낮은 수준에서도 그효과를 거둘 수 있는 것으로 분석된다.
후속연구
- 3에 나타난 바와 같이 전반적으로 파열강도가 증가함에 따라 링 크러시강도도 증가하는 경향을 보였다. 재생섬유의 함량이증가할 경우 동일한 파열강도를 얻기 위해서는 라이너 지의 평량을 증가시키는 것이 필수적인 것으로 알려져 있는데(Jbnson, 19%), 산화전분의 소량 사용으로 파열강도가 효과적으로 개선된 본 연구의 결과를 근거로 한다면 산화전분 도공을 통해서 라이너지 평량율 증가시키지 않고도 이와 유사한 파열강도 개선의 효과를 거뚤 수 있을 것으로 판단된다.
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