In order to investigate the applicability of lyocell fiber to filter paper, papper sheets were manufactured with the addition of lyocell fibers in various length(1.5 denier: 2, 3, 4mm) and content(10, 30, 50%) and their physical characters, such as fibrilation rate, adsorption efficiency of methylen...
In order to investigate the applicability of lyocell fiber to filter paper, papper sheets were manufactured with the addition of lyocell fibers in various length(1.5 denier: 2, 3, 4mm) and content(10, 30, 50%) and their physical characters, such as fibrilation rate, adsorption efficiency of methylene blue(MB), paper formation, and crimping ability, etc, were tested. The level of main fibrilation from lyocell fiber was higher in wet beating process than that in free beating because of the higher strength of lyocell fiber compared with wood fiber. Fibrilation could be observed at the degree of beating over 30$^{\circ}$ SR in wet beating with Valley beater. The air permeability and tear factor of the paper increased and the paper formation index decreased according to the increase of fiber length. The weak binding force of lyocell fiber in spite of its higher fiber strength, might be a limitng factor in addition of lyocell fiber to the natural wood pulp in manufacturing the paper having the needed physical properties. High contents of wood pulp decreased air permeability, the breaking length, tear factor, the bursting strength, and paper formation index in paper sheets. As the contents of lyocell increased from 10% to 100%, the adsorption efficiency of MB was elevated to 1.7-7.9 times compared with that in 100% wood pulp. But the length of lyocell fiber did not affect the MB adsorption.
In order to investigate the applicability of lyocell fiber to filter paper, papper sheets were manufactured with the addition of lyocell fibers in various length(1.5 denier: 2, 3, 4mm) and content(10, 30, 50%) and their physical characters, such as fibrilation rate, adsorption efficiency of methylene blue(MB), paper formation, and crimping ability, etc, were tested. The level of main fibrilation from lyocell fiber was higher in wet beating process than that in free beating because of the higher strength of lyocell fiber compared with wood fiber. Fibrilation could be observed at the degree of beating over 30$^{\circ}$ SR in wet beating with Valley beater. The air permeability and tear factor of the paper increased and the paper formation index decreased according to the increase of fiber length. The weak binding force of lyocell fiber in spite of its higher fiber strength, might be a limitng factor in addition of lyocell fiber to the natural wood pulp in manufacturing the paper having the needed physical properties. High contents of wood pulp decreased air permeability, the breaking length, tear factor, the bursting strength, and paper formation index in paper sheets. As the contents of lyocell increased from 10% to 100%, the adsorption efficiency of MB was elevated to 1.7-7.9 times compared with that in 100% wood pulp. But the length of lyocell fiber did not affect the MB adsorption.
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문제 정의
본 연구에서는 lyocell 섬유(Shepherd, 1993)를이용하여 필터에 적합한 적용방법을 조사하고 lyocell섬유 자체의 물리적성질과 고해도에 따른 흡착능을 조사하고자 하였다.
제안 방법
고찰하였다. Lycell 섬유자체의 물리적 특성을 관찰하고자 Valley beater로 고해 후 수초지를 제조하여 섬유길이별(1.5denier : 2, 3, 4imi-4종)로 고해도의 변화에 따른 fibrillation의 정도를 현미경사진을 통하여 관찰하였으며, lyocell 섬유의 fibril화 정도에 따른 methylene blue(MB) 흡착능을 UV spectrometer를 이용하여 측정하였다.
Lyocell 섬유를 함유한 종이필터의 적합한 적용 방법을 조사하기 위하여 먼저 스테플상의 lyocell 섬유의 제지 적성을 고해 및 초지 거동을 중심으로 고찰하였다. Lycell 섬유자체의 물리적 특성을 관찰하고자 Valley beater로 고해 후 수초지를 제조하여 섬유길이별(1.
사제품을 이용하여 분석하였으며, 비인열도와 열 단장은 아래와 같은 식을 인용하여 분석하였다. 또한 fibrill화 관찰은 일본 Nikon사의 현미경 S-2400을 이용하여 60배로 확대 관찰하였다.
사용하였고, 지합 시험기는 Canada의 Paprican Micro Scanner Optic Equipment Inc.사제품을 이용하여 분석하였으며, 비인열도와 열 단장은 아래와 같은 식을 인용하여 분석하였다. 또한 fibrill화 관찰은 일본 Nikon사의 현미경 S-2400을 이용하여 60배로 확대 관찰하였다.
초지 및 크림핑 적성에 요구되는 물성을 부여하고자 일반 목재펄프에 lyocell 섬유를 혼합하여 함량별(10, 30, 50%)로 수초지를 제조한 후 물성의 변화, 고해형태 및 MB 흡착능을 분석하였고, 일정 고해도에서 지합특성을 image analyzer로 관찰하였으며 Paprican 지합측정기로 분석하여 정량화하였다.
필터제조시 중요한 물리성 인자인 인장강도 및 인열도에서 우수한 특성을 보인 caliboo를 선정하여 lyoceU 함량을 10, 30, 50%로 증가시키면서 Mm를 이용하여 흡착시간 10분에서 흡착능을 분석하여 그림 6에 나타내었다. Lyocell의 함량이 증가함에 따라 Caliboo펄프만을 사용하는 경우에 비해 10% lyocell 함유시 1.
대상 데이터
Lyocell 섬유(1.5 denier)는 섬유의 길이가 2, 3, 4, 5mm의 staple 상으로 제조된 상태로 영국 Courtaulds 사에서 구입하여 사용하였고 고해는 Valley beater를 사용하여 wet beating 법으로 20, 30, 40, 50°SR 까지 변화 시켰고 지류농도 1%를 유지하여 실시하였으며 또한 분리 고해하였고 펄프는 NBKP(Cariboo)를 이용하여 lyocell 함량별 (10, 30, 50%)로 제지하여 시험에 이용하였다.
성능/효과
MB 흡착능은 고해도 및 lyocell 섬유의 함유량이 증가할수록 상승하였고, 목제펄프를 사용한 경우에 비해 lyocell 섬유를 혼합사용(10~50%)하면 약 1.7~3.7배 정도 증가하였고, lyocell 섬유만을 사용할 경우 약 7.9배 증가하였으나, 섬유길이에 대한 영향은 구분할 수 없었다.
고해도와 lyocell섬유의 길이 증가 즉 섬유의 길이가 길고 고해도가 상승할수록 섬유간 수소결합의 증가로 열단장은 증가하였으나, lyocell 섬유는 함량이 증가할수록 이 섬유의 특징인 섬유간 결합력이 약하기 때문에 반대의 경향을 보였다.
비인열도, 기공도는 섬유의 길이가 증가함에 따라 증가하였고, 지합지수는 감소하였다. 그리고 lyocell 섬유는 섬유 자체 강도는 강하지만 섬유간 결합력은 약하므로 sheet 제조시 제반 물리적 특성을 보강하기 위해 천연목재 펄프의 병용이 바람직하였으며, 목재펄프의 비율이 증가함에 따라 열단장, 비인열도, 파열강도, 지합지수는 증가한 반면 기공도는 감소하였다.
하얀색으로 나타난 부위는 섬유가 모여있는 부위이며, 검은색으로 나타난 부위는 섬유가 부족한 부위이다. 따라서, 하얀색과 검은색이 균일하게 분포하면 지합이 우수한 것으로 평가할 수 있는데 두 그림에서와 같이 lyocell 섬유와 NBKP(Caliboo) 펄프에 혼합한 섬유 모두에서 섬유장의 길이가 증가할수록 지합이 나빠지는 경향을 보였으며 이는 신동수 등(1996)의 결과와 일치하였다.
또한 lyocell섬유 및 함량별 기공도는 섬유의 길이가 증가할수록 증가하는 경향을 보였으며 이는 단 섬유가 많을수록 지층구조가 치밀해져 종이의 밀도를 증가시킨다고 한 Waterhouse의 연구결과와 부합되었다. 그러나 고해도가 증가함으로서 기공도가 감소하였는데 이는 미세섬유의 발달로 인하여 지층구조가 치밀해져 기공이 감소하기 때문으로 볼 수 있다.
비인열도는 필터제조시 크림핑 과정을 통하기 때문에 중요한 물성 인자로서 고해도 30°SR까지는 비인열도가 증가하였으나, 그 이상에서는 감소하였다. 또한 섬유길이가 증가할수록 비인 열도가 증가하였으나, 20°SR, 5mm에서 감소하는 것은 지합의 영향인 것으로 생각된다.
fibrillation이 가속화되었다. 비인열도, 기공도는 섬유의 길이가 증가함에 따라 증가하였고, 지합지수는 감소하였다. 그리고 lyocell 섬유는 섬유 자체 강도는 강하지만 섬유간 결합력은 약하므로 sheet 제조시 제반 물리적 특성을 보강하기 위해 천연목재 펄프의 병용이 바람직하였으며, 목재펄프의 비율이 증가함에 따라 열단장, 비인열도, 파열강도, 지합지수는 증가한 반면 기공도는 감소하였다.
상기의 image analyzer에서 관측된 바와 같이 장섬유 일수 록 섬유간 뭉치는 경향이 두드러져 지합지수의 값은 감소하는 경향을 보였으며 고해도가 높을수록 지합지수는 증가되는 경향이었으나, 고해도는 Caliboo 펄프를 사용한 경우가 lyocell 섬유만을 사용한 것과 같은 경향을 보였으나 지합지수는 lyocell 함량이 증가함에 따라 감소하였는데 이는 lyocell 섬유가 일반 제지용 pulp보다 장섬유이기 때문이다.
아래에 제시한 그림과 같이 fibrill화 정도를 관찰한 결과 고해도가 30°SR이상에서 fibrill 화가 가속화된다는 것을 확인할 수 있었으며, 미세섬유의 수가 증가함에 따라 표면적이 커지므로 담배 필터에 이용시 연기성분 흡착능을 크게할 수 있을 것으로 생각된다. 일반적으로 목재펄프는 50°SR에서 섬유의 절단(free beating)이 주로 발생하지만, lyocell섬유는 자체강도가 강하기 때문에 주로 fibrill화(wet beating)가 일어난다.
이상의 연구결과 lyocell 섬유는 일반 목재 섬유보다 섬유자체 강도가 높기 때문에 섬유의 절단(free beating)보다는 fibril화 되는 점상고해 (wet beating)가 주로 발생하게 된다는 사실을 현미경사진을 통하여 확인하였으며, 30°SR 이상의 고해도에서 fibrillation이 가속화되었다. 비인열도, 기공도는 섬유의 길이가 증가함에 따라 증가하였고, 지합지수는 감소하였다.
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