[논문]다기능성 멀칭지의 개발 및 적용성 평가(제3보) -시제품 생상시 공정 백수의 거품제거 처리 및 그 영향에 관하여-

이학래; 이진희

문제 정의

본 연구에서는 멀칭지 생산에 있어서 가장 큰조업성 문제를 야기시키는 공정의 거품을 효과적으로 제거할 수 있는 방안으로서 소포제의 활용방안을 검토하였다. 이를 위해서 각종 소포 제의비교 평가를 통하여 적합한 소포제를 선정하고 이를 실제 멀칭지 초지 현장에 적용하여 그 효과 및 영향을 평가, 조사하였다.
본연구에서는 이러한 농업용 멀칭지의 본격적인 보급과 생산시에 생길 수 있는 초지공정의 문제점을 진단하고, 그 해결방안을 모색, 적용하는 실험과 시험생산을 실시하였다. 특히 농업용 멀칭지의 생산 시 가장 크게 대두된 문제점 가운데 하나인 습윤지력증강제로 인한 백수의 거품발생을 해결하기 위하여 멀칭지의 생산 조건에 가장 적합한 소포성약품을 적용하는 실험을 실시하였다.
본연구에서는 이러한 농업용 멀칭지의 본격적인 보급과 생산시에 생길 수 있는 초지공정의 문제점을 진단하고, 그 해결방안을 모색, 적용하는 실험과 시험생산을 실시하였다. 특히 농업용 멀칭지의 생산 시 가장 크게 대두된 문제점 가운데 하나인 습윤지력증강제로 인한 백수의 거품발생을 해결하기 위하여 멀칭지의 생산 조건에 가장 적합한 소포성약품을 적용하는 실험을 실시하였다. 그 결과 실리콘계 소포제와 지방산계 억포제를 병용하는 것이 가장 우수한 소포 효과를 나타내었다.

가설 설정

습윤지력증강제의 첨가량을 결정하기 위해서 먼저 PPE 레진을 펄프에 대하여 0.75%를 첨가한다고 가정하고, 이 가운데 약 50%에 해당하는 습윤지력증강제가 지필에 보류되고, 그 나머지가 백수 내에 잔류, 순환한다고 가정하였다. 이와 같은 백수를 제조하기 위해서는 실험에 사용된 백수의 습윤지력증강제 농도가 40 ppm이 필요하였으므로 이에 해당하는 PPE 레진을 백수에 첨가하였다.

제안 방법

그 결과 습윤지력증강제로 사용되는 PPE 레진이 발포에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 소포 효과 평가를 위해서는 백수에 PPE 레진을 일정량 투입한 후 실험에 사용하였다.
그 결과 실리콘계 소포제와 지방산계 억포제를 병용하는 것이 가장 우수한 소포 효과를 나타내었다. 따라서 이를 시험생산에 적용하고 그 효과를 평가하였다. 또 투입된 소포성 약품이 계 내에 미치는 습부화학적 영향을 평가하기 위해 각종 공정인자를 일정 시간별로 측정하여 조사하였다.
이때 소모된 소포제 약품의 양은 전술한 바와 같이 구하였다. 또 거품을 제거시킨 후에도 일정 시간 백수를 순환 시켜 거품이 재발생되는 양을 측정하였다.
사용하였다. 또 경우에 따라서는 이들 소포제를 혼합, 조제하여 소포성 실험을 실시하였다.
따라서 이를 시험생산에 적용하고 그 효과를 평가하였다. 또 투입된 소포성 약품이 계 내에 미치는 습부화학적 영향을 평가하기 위해 각종 공정인자를 일정 시간별로 측정하여 조사하였다.
있었다. 백수는 순환 펌프를 이용하여 순환시켰고, 약품의 첨가는 압축공기를 이용한 노즐을 통해 일정한 속도로 분사하였다. 소포에 요구되는 소포제 투입량은 발생된 거품을 완전히 제거시킬 때까지의 시간을 측정하고 유량 및 농도 자료를 이용하여 계산하였다.
백수를 순환시키기 이전에 현장에서 멀칭지를 시험생산할 때 첨가되는 약품들을 첨가하여 각 첨가제에 의한 발포현상을 비교하였다. 그 결과 습윤지력증강제로 사용되는 PPE 레진이 발포에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
본 실험 결과에서 밝혀진 바와 같이 소포 성이나 거품 발생 억제 측면에서 가장 좋은 효율을 나타낸 실리콘계 소포제와 지방산계 억포제를 병용하여 현장시험 생산에 적용하였다.
선정된 소포성 약품을 시험생산에 적용할 때는 와이어 파트의 백수가 백수 사일로로 유입되기 직전 부분, 즉 백수 트레이 출구에 소포성 약품을 분무할 수 있는 스프레이 장치를 설치하여 투입하였다. 스프레이 장치는 실험실적 평가에서 우수한 성능을 나타내었던 실리콘계 소포제와 지방산계억포제의 두 가지 약품을 혼합하여 일정한 양을 공급할 수 있도록 약품탱크, 혼합장치 및 공급 장치로 구성하였다.
소포성 약품 8종류와 두 종류의 소포성 약품을 조합한 4종류, 총 11종류의 소포성 약품의 소포 효과를 평가하였다. 그중에서 가장 효과가 좋았던 4종의 시험 결과를 다음 Fig.
소포성 약품의 적용 이후에 나타나는 초지계의변화를 평가하기 위해 농도와 일과보류도, 탁도, 전기전도도 등을 조사하였다.
백수는 순환 펌프를 이용하여 순환시켰고, 약품의 첨가는 압축공기를 이용한 노즐을 통해 일정한 속도로 분사하였다. 소포에 요구되는 소포제 투입량은 발생된 거품을 완전히 제거시킬 때까지의 시간을 측정하고 유량 및 농도 자료를 이용하여 계산하였다.
스프레이 장치는 실험실적 평가에서 우수한 성능을 나타내었던 실리콘계 소포제와 지방산계억포제의 두 가지 약품을 혼합하여 일정한 양을 공급할 수 있도록 약품탱크, 혼합장치 및 공급 장치로 구성하였다.
실험실적으로 평가된 소포성 약품 중에서 멀칭지를 시험생산하는 현장 백수에 가장 효율이 높은 소포제를 선정하여 이전에 실시한 시험생산¹⁾과 유사한 조건의 멀칭지 시험생산에 적용하였다. 그리고, 소포제 적용에 따른 영향을 30분 간격으로 이전의 방법¹⁾과 동일하게 측정하였다.
검토하였다. 이를 위해서 각종 소포 제의비교 평가를 통하여 적합한 소포제를 선정하고 이를 실제 멀칭지 초지 현장에 적용하여 그 효과 및 영향을 평가, 조사하였다.
75%를 첨가한다고 가정하고, 이 가운데 약 50%에 해당하는 습윤지력증강제가 지필에 보류되고, 그 나머지가 백수 내에 잔류, 순환한다고 가정하였다. 이와 같은 백수를 제조하기 위해서는 실험에 사용된 백수의 습윤지력증강제 농도가 40 ppm이 필요하였으므로 이에 해당하는 PPE 레진을 백수에 첨가하였다.
그리고, 소포제 적용에 따른 영향을 30분 간격으로 이전의 방법¹⁾과 동일하게 측정하였다. 측정시에는지료의 농도, 보류도, 탁도, 양이온요구도, 전기전도도, pH 등 공정인자들을 모니터링하는 방법을 활용하였다.

대상 데이터

멀칭지를 생산할 동일제지(주)의 백수를 현장에서 대량으로 채취한 뒤 건냉소에 보관하면서 실험에 사용하였다. 건냉소에 보관한 백수를 실험에 사용할 때에는 백수의 온도를 실제 현장의 온도와 같은 수준인 55℃로 맞춘 후 사용하였다.
1 에 나타내었다. 본 시험 장치는 거품발생 및 소포용 셀, 백수 순환장치, 그리고 소포성 약품의 공급 및 분무장치의 3부분으로 구성된 것이었다.
소포실험용 셀은 투명 아크릴로 만들어졌으며, 셀 표면에는 1 cm 간격으로 눈금이 그려져 있어 셀 안에 들어있는 용액 및 거품의 부피를 측정할 수 있었다. 백수는 순환 펌프를 이용하여 순환시켰고, 약품의 첨가는 압축공기를 이용한 노즐을 통해 일정한 속도로 분사하였다.
소포제로는 Table 1에 나타낸 소포제 2종류와 억포제 6종류, 총 8종류의 소포성 약품을 단독으로 사용하였다. 또 경우에 따라서는 이들 소포제를 혼합, 조제하여 소포성 실험을 실시하였다.

성능/효과

pH는 시산 말기로 갈수록 서서히 감소하여 습윤지력증강제의 효과발현에 효과적인 pH 6 부근에서 안정화되는 경향을 보였다. 전체적으로 사일로가.
백수를 순환시키기 이전에 현장에서 멀칭지를 시험생산할 때 첨가되는 약품들을 첨가하여 각 첨가제에 의한 발포현상을 비교하였다. 그 결과 습윤지력증강제로 사용되는 PPE 레진이 발포에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 소포 효과 평가를 위해서는 백수에 PPE 레진을 일정량 투입한 후 실험에 사용하였다.
특히 농업용 멀칭지의 생산 시 가장 크게 대두된 문제점 가운데 하나인 습윤지력증강제로 인한 백수의 거품발생을 해결하기 위하여 멀칭지의 생산 조건에 가장 적합한 소포성약품을 적용하는 실험을 실시하였다. 그 결과 실리콘계 소포제와 지방산계 억포제를 병용하는 것이 가장 우수한 소포 효과를 나타내었다. 따라서 이를 시험생산에 적용하고 그 효과를 평가하였다.
6). 그리고 공정 내 경도와 전기전도도는 각 부분 모두 일정 수준에서 안정된 경향을 나타냈다(Figs, 7, 8).
성공리에 마칠 수 있었다. 또 생산된 시제품 멀칭 지의 특성도 외국에서 생산되는 제품보다 강도적 특성이 월등히 우수하였다.
투입됨에 따라 점차 감소하였다. 세 곳의 측정 지점 가운데 초기에는 사일로가 가장 높은 양이온 요구량을 나타내었으며, 다음으로 헤드박스, stuff box의 순이었다. 하지만 시간이 경과하면서 stuff box의 양이온 요구량이 가장 높아졌다.
소포성 약품으로 실리콘계 소포제와 지방산계억포제를 병용한 결과 백수 표면 및 내부에 존재하는 거품을 상당량 감소시켜 멀칭지의 시험생산을 성공리에 마칠 수 있었다. 또 생산된 시제품 멀칭 지의 특성도 외국에서 생산되는 제품보다 강도적 특성이 월등히 우수하였다.
소포제를 적용하는 스프레이 장치의 바로 뒷부분에서 거품의 발생 정도를 관찰한 결과 소포제를 적용하기 전에 비하여 적용한 후에 백수 표면에 있는 거품의 양이 감소된 것을 확인할 수 있었다. 또 과거의 멀칭지 시험생산에서 큰 문제가 되었던 백수 사일로와 와이어 피트의 거품 발생이 현격히 감소되었다(Photo 1, Photo 2).
그리고 JMe 일본멀칭지를 의미한다. 시산 준비단계에서부터 소량씩 건조지력증강제 및 습윤지력증강제를 증량시켜 나갔기 때문에 건조 열 단장과 습윤열단장이 서서히 증가하였으며 최종적으로 생산된 멀칭지의 경우는 우수한 수치는 보였다. 특히 일본멀칭지 보다 강도적 특성이 월등히 우수하였다.
2는 습윤지력증강제를 투입한 백수를 실험용 셀에 넣고 10분 동안 거품을 발생시킨 후 소포제를 투입하고 다시 10분 동안 백수를 순환시키면서 거품의 재발생 현상을 관찰한 결과이다. 여기에서 보는 것과 같이 도시한 4종류 약품 모두 투입 직후 순간적으로 거품을 완벽하게 소멸시키는 효과를 나타내었다. 이후 소포제의 투입을 중단하고 10분간 순환시킨 결과 B와 D를 조합 사용한 경우에는 거품의 발생이 거의 완벽하게 방지되었다.
여기에서 보는 것과 같이 도시한 4종류 약품 모두 투입 직후 순간적으로 거품을 완벽하게 소멸시키는 효과를 나타내었다. 이후 소포제의 투입을 중단하고 10분간 순환시킨 결과 B와 D를 조합 사용한 경우에는 거품의 발생이 거의 완벽하게 방지되었다.
사일로의 농도가 감소된 것은 멀칭지 생산을 위해 장섬유를 많이 함유하고 있는 원료가 유입되기 시작하였기 때문이라 판단된다. 하지만 본격적인 멀칭지 시산이 이루어지는 시산시작 후 90분 지점부터는 보류시스템의 효과가 사라졌을 뿐 아니라 평량이 감소하였으므로 헤드박스와 사일로의 농도가 점차 증가하다가 안정되는 경향을 보였다. 일과보류도 경우에는 보류제의 투입을 중단하였던 관계로 준비 단계인 0~60분 사이에서는 급격한 감소를 일으켰지만 시산 과정에는 안정된 수치를 나타내었다.

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