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문제 정의
- 이를 위해 국내에서 주로 사용되고 있는 1급 클레이, 중질탄산칼슘, 3종류의 유기안료를 사용하였고. 이들의 배합 비율이 도공지의 광학적 • 물리적 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 특히 도공지의 광학적 물성개선 에 우수한 효과가 있는 것으로 알려진 유기안료의 경우, 그 종류에 따라 도공지 품질에 미치는 영향을 비교하였고 아울러 유기안료 일정량을 첨가하고 클레이와 탄산칼슘의 배합비율을 변화시켰을 때 제 조된 도공지 표면물성과 이에 따른 유기안료의 적 용효과에 대해서도 검토하였다.
제안 방법
- 1) 무기안료의 특성을• 비교하기 위하여 클레이와 탄산칼슘의 배합비율을 100/0, 70/30, 50/50, 30/70, 0/100으로 변화시켰다.
- 2) 클레이/탄산칼슘을 70/30(Control)의 배합 비율로 고정한 것과 유기안료를 첨가한 경우와 비 교하기 위해 무기안료(클레이/탄산칼슘)의 배합비 율을 73/22로 고정하고 여기에 3가지 타입의 유 기안료를 각 5part씩 첨가하였다.
- 3) 2)의 배합비율에 따라 물성 개선효과가 우수 하게 나타난 밀실형과 중공형 유기안료의 특성을 좀더 자세하게 평가하기 위해 유기안료의 투입량(5 part)을 고정시키고 클레이와 탄산칼슘의 배합비 율을 95/0, 73/22, 47/48, 22/73, 0/95로 변 화시켜 제조한 도공지 물성을 검토하였다.
- 각각의 배합조건에 따라 제조한 도공액을 평량 46g/m2의 중성 원지위에 편면 8g/m2의 도공량으 로 도포한 후, 105P에서 30초간 열풍 건조시켰 다. 건조된 도공지는 슈퍼칼렌더를 이용, 선압 150kg/cm • 온도 70P의 조건으로 SteelCotton filled roll을 2nip 통과시켜 칼렌더 처 리를 하였다.
- 도공액의 저전단 점도는 Brookfield형 점도계 (No.34 spindle, 100 rpm)로 측정하였고 도공 액의 pH는 pH meter(Mettler Delta 340)를 사용하여 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 안료의 종류 및 형태, 비 중, 그 밖의 영향요소가 도공충의 적충구조 형성에 미치는 영향을 검토하여 이론적으로 도공층의 수직 방향(cross section)의 두께를 계산하는 데 활용 하였으며 실제 실험을 통해 제조한 도공지의 광학 적 물성과 서로 비교 평가하였다. 이를 위해 국내에서 주로 사용되고 있는 1급 클레이, 중질탄산칼슘, 3종류의 유기안료를 사용하였고.
- 일반적으로 미세하고 균일한 입자분포를 가지는 유기안료는 무기안료에 비해 비중이 낮아 도공지의 경량화에 유리할 뿐 아니라 열가소성적인 특성으로 칼렌더 처리를 통해 도공지 표면에 보다 우수한 광 택 개선 효과를 부여할 수 있다. 본 연구에서는 3 가지의 타입의 유기안료를 무기안료 주배합의 도공 액에 첨가하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 본 연구에서는 유 • 무기안료의 배합형태를 다양 하게 설계하여 도공액을 제조하였고, 각각의 경우 도공지의 광학적 물리적 특성에 미치는 영향을 살 펴본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 클레이에 비해 밀도가 높은 탄산칼슘의 배합 량이 증가함에 따라 체적이 감소되는 경향을 나타내었다. 실제의 도공충은 안료와 공극이 혼합된 형태로 되어 있으며 밀도값을 이용해 계산된 체적에 적층형태의 차이에 따라 나타나는 공극부피를 포함 시켜 계산하였다.
- 안료의 배합형태에 따라 공극률이 다르기 때문에 상대침강체적을 측정하여 얻어진 값을 계산에 이용 하였다. 식 (4)로부터 얻어진 값을 이용하여 도공 량(%)이 8g/m2인 경우 도공충 수직부(cross section)의 두께# 식(5)와 같이 계산하였다.
- 특히 판상형의 클레이와 중질탄산칼슘과 같이 안료의 형태가 이형(異形)인 경우 배합비율에 따라 도공층의 공극률이 다르다. 클레이 • 탄산칼슘의 배 합비율 변화에 의한 공극비율의 변화를 측정하기 위해 각각의 안료 슬러리의 상대침강체적을 측정하였고 그 값을 계산에 이용하였다.
- 클레이와 탄산칼슘의 밀도(g/cc)를 이용하여 안 료 100 pph당 체적 (cmD을 계산하였다(Table 4). 클레이에 비해 밀도가 높은 탄산칼슘의 배합 량이 증가함에 따라 체적이 감소되는 경향을 나타내었다.
- 이들의 배합 비율이 도공지의 광학적 • 물리적 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 특히 도공지의 광학적 물성개선 에 우수한 효과가 있는 것으로 알려진 유기안료의 경우, 그 종류에 따라 도공지 품질에 미치는 영향을 비교하였고 아울러 유기안료 일정량을 첨가하고 클레이와 탄산칼슘의 배합비율을 변화시켰을 때 제 조된 도공지 표면물성과 이에 따른 유기안료의 적 용효과에 대해서도 검토하였다.
대상 데이터
- 도공용 안료로써 No.l 등급(Kaofine-90)의 클레이와 탄산칼슘(Hydrocarb-90K) 슬러리, 유 기안료로는 밀실형 (DPP 722, 울산퍼시픽(주)), 바인더형 (Lutex 472, LG화학(주)), 중공형 (HSP-1055, Romm & Hass사)의 3가지 형태의 합성유기안료를 사용하였다(Table 1, 2). 바 인더로는 음이온성 라텍스와 CMC를 사용하였다 (Table 3).
- 무기안료의 분산을 위해 polyacrylic acid 계 통의 WY-117을 사용하였으며 윤활제로는 calcium stearate류의 Nopcote CT04를 사용하였 고, 내수화제로는 urea formaldehyde계의 Insol-A를 사용하였다. 도공액의 pH를 조절하기 위해서 NaOH와 HCl을 사용하였다.
- l 등급(Kaofine-90)의 클레이와 탄산칼슘(Hydrocarb-90K) 슬러리, 유 기안료로는 밀실형 (DPP 722, 울산퍼시픽(주)), 바인더형 (Lutex 472, LG화학(주)), 중공형 (HSP-1055, Romm & Hass사)의 3가지 형태의 합성유기안료를 사용하였다(Table 1, 2). 바 인더로는 음이온성 라텍스와 CMC를 사용하였다 (Table 3).
- 실험에 사용된 도공액은 안료 100 part에 라텍 스 10 part, CMC 0.4 part, 분산제 0.15 part를 배합하여 최종 고형분 농도를 50%로 하였다. 도공액의 경우 3가지의 배합비율로 설계하 였으며 안료의 배합비율은 다음과 같다.
- 따라서 본 연구에서는 안료의 종류 및 형태, 비 중, 그 밖의 영향요소가 도공충의 적충구조 형성에 미치는 영향을 검토하여 이론적으로 도공층의 수직 방향(cross section)의 두께를 계산하는 데 활용 하였으며 실제 실험을 통해 제조한 도공지의 광학 적 물성과 서로 비교 평가하였다. 이를 위해 국내에서 주로 사용되고 있는 1급 클레이, 중질탄산칼슘, 3종류의 유기안료를 사용하였고. 이들의 배합 비율이 도공지의 광학적 • 물리적 특성에 미치는 영향을 검토하였다.
이론/모형
- 도공지의 광학적인 성질은 Tappi standard에 의거하여 백색도, 불투명도, 평활도, 광택 등을 측정하였다.
성능/효과
- 1. 도공충의 적층구조 해석을 위해 안료 슬러리 의 공극률을 측정하는 것은 유효한 방법으로 사료된다. 또한 도공지 표면구조(평활성)와 도공층의 수직방향의 두께와 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났으며, 이는 안료배합의 기 초적인 기준을 마련하는데 유효할 것으로 판단된다.
- 2. 유기안료를 사용할 경우 탄산칼슘 사용시 나타나는 도공지의 품질결함을 보완할 수 있고 특히 도공량이 적은 경우에도 품질개선 효과가 뛰어나 경량등급의 도공지를 제조할 경우 에도 탄산칼슘의 배합비율을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
- 3. 중공형 유기안료의 경우 가장 우수한 도공지 품질을 나타내었고 비중이 0.5 정도로 아주 낮기 때문에 특히 경량등급의 도공지 제조 분 야에서 적용성이 우수할 것으로 판단된다. 또한 내부가 공극형태로 이루어져 다른 유기안 료에 비해 칼렌더 열과 압력에 의한 피복층의 구조변형이 훨씬 쉽다.
- 3가지 종류의 유기안료를 첨가하여 제조된 도공 지의 물성을 검토한 결과 내부가 공극형태로 이루 어져 있어 빛의 투과시 이중벽과 내부 공극에 의한 광산란 효과가 우수한 중공형 유기안료의 경우가 그 밖의 유기안료（밀실형, 바인더형）의 경우에 비해 도공층의 불투명도 개선 효과가 우수하였다.
- 도공충의 적층구조 해석을 위해 안료 슬러리 의 공극률을 측정하는 것은 유효한 방법으로 사료된다. 또한 도공지 표면구조(평활성)와 도공층의 수직방향의 두께와 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났으며, 이는 안료배합의 기 초적인 기준을 마련하는데 유효할 것으로 판단된다.
- 무기안료인 클레이와 탄산칼슘만을 배합한 경우 70:30의 배합비율에서 광택 및 평활도가 가장 우 수하였고 탄산칼슘의 배합비율이 증가됨에 따라 도 공지의 물리적 특성이 저하되는 경향을 나타내었으 나 유기안료를 일정량 배합함으로써 도공지 표면의 물성저하 현상을 개선시킬 수 있었다（Fig. 6）.
- 실제로 측정된 도공지의 광학적, 물리적 특성과 도공층의 수직방향의 두께를 비교해 본 결과, 다른 물성보다 평활도와 수직방향의 두께(bulk도)와는 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었으며 광택과 달리 도공지의 평활도는 도피층의 수직방향의 bulk도와 많은 연관성이 있는 것으로 판단된다. 또한 이형(異形)의 안료를 배합하여 도공층을 형성시킬 경우에는 안료의 비중 및 형상이 도공층의 적충구조에 미치는 영향이 상당히 큰 것으로 사료된다(Fig.
- 6）. 유기안료가 첨가된 경우에는 앞서 고찰한 도공지의 광학적 특성에서 나타난 결과와 마찬가지로 탄산칼 슘의 배합비율이 상당히 높더라도 도공지 표면의 확산반사율을 상당히 감소시킬 수 있어 광택도가 개선되는 결과를 얻을 수 있었다.
- 탄산칼슘은 클레이에 비해 안료 자체의 백색도가 높기 때문에 도공액 제조시 탄산칼슘의 배합비율이 증가될수록 제조된 도공지 표면의 백색도는 우수하 게 나타났다. 클레이에 비해 공극비율이 적은 적충 구조를 형성하는 탄산칼슘의 경우, 그 배합비율이 중가함에 따라 도공층에 분포하는 내부 공극의 크기가 작아지고 빛을 산란시킬 수 있는 공극의 능력 이 상대적으로 감소함에 따라 도공지의 불투명도는 다소 저하되는 것으로 생각된다(Fig.
- 무기안료만 배합한 경우 탄산칼 슘의 배합비율이 높아짐에 따라 원지에 의한 영향을 많이 받지만 유기안료를 첨가한 경우에는 전반적으로 우수한 물성을 나타내었다. 특히 중공형 유 기안료를 사용한 경우 평활도가 현저히 개선되는 결과를 나타내었으며 클레이보다 탄산칼슘의 배합 비율이 높은 경우 피복층의 적충구조 및 표면구조 개선에 효과적인 것으로 나타났다(Fig. 7).
후속연구
- 또한 도공지의 품질을 향상시키기 위하여 최근 들어 유기안료의 사용량이 증가하고 있다.국내 에서도 이들 유 • 무기안료의 특성과 배합조건에 의한 적충구조가 도공지의 표면특성에 미치는 원인에 대한 적절한 분석이 선행되고 아울러 지종 및 등 급, 요구수준에 적합한 도공액 배합비가 설계되야 품질개선 및 유지에 효과적인 대처가 가능할 것으로 판단된다.
- 또한 내부가 공극형태로 이루어져 다른 유기안 료에 비해 칼렌더 열과 압력에 의한 피복층의 구조변형이 훨씬 쉽다. 효과적인 적용을 위해서는 안료의 입자경 및 내부 공극율 그리고 칼렌더 조건이 도공지의 품질 특성에 미치는 영향에 대해 좀더 구체적인 검토가 필요할 것으로 판단된다.
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