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문제 정의
- 본 연구에서는 고해부하가 탈수 특성에 미치는 영향에 대하여 보고한 전보1,8)와 관련하여 제지공정의 조절에 사용할 수 있는 기초 자료를 얻기 위하여 고해부하가 종이 물성에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- 제지공정 조절을 위하여 사용되는 고해부하가 종이의 성질에 미치는 영향을 조사하기 위하여 PFI Mill로 SwBKP, HwBKP 및 SwUKP에 대한 고해 실험을 실 시하였다. 고해 농도는 10%로 고정시키고, 고해부하는 바아의 압력을 3.33 N/mm와 6.00 N/mm로 조절하여 변화시켰고, 고해 수준은 PFI Mill의 회전수를 2, 000, 4, 000, 6, 000, 8, 000회로 하여 조절하였다.
- 공시 펄프로는 침엽수 미표백 크라프트 펄프 (SwUKP)와 침엽수 및 활엽수 표백 크라프트 펄프 (SwBKP, HwBKPX 사용하였다. 고해기로는 PFI Mill을 사용하였으며, 펄프 농도는 10%로 조절하고, 회전수를 2000, 4000, 6000 및 8000회로 변화시켰다. 고해부하의 변화는 바아의 압력을 3.
- 고해한 각 펄프에 대하여 종이의 물성을 측정하기 위하여 실험실용 수초지기(Formax H, Adirondack Machine Co.)로 평량 80 g/m?의 수초지를 제조한 후 formation index(Paprican Micro-scanner, Optest Equipment), fiber mass, fiber crowding factor, 광산란계수(Erlepho 3000), 상대결합면적, 투기도(L & W densometer), 인장강도(M350, Testometric Co.), 제로-스팬 열단장(TS-1000, Pulmac) 및 인열강도(L & W tearing tester)를 측정하였다. 상대결합면적은 Ingmanson 등&이 이용 한 바와 같이 인장강도에 대하여 광산란계수를 도시하 여 각 펄프에 대하여 So 값을 구한 후 다음 ⑴ 식에 의 하여 산출하였다.
- 제지공정 조절을 위하여 사용되는 고해부하가 종이의 성질에 미치는 영향을 조사하기 위하여 PFI Mill로 SwBKP, HwBKP 및 SwUKP에 대한 고해 실험을 실 시하였다. 고해 농도는 10%로 고정시키고, 고해부하는 바아의 압력을 3.
대상 데이터
- 공시 펄프로는 침엽수 미표백 크라프트 펄프 (SwUKP)와 침엽수 및 활엽수 표백 크라프트 펄프 (SwBKP, HwBKPX 사용하였다. 고해기로는 PFI Mill을 사용하였으며, 펄프 농도는 10%로 조절하고, 회전수를 2000, 4000, 6000 및 8000회로 변화시켰다.
성능/효과
- Fiber mass의 펄프 종류별, 고해부하별 및 고해 수준별 변화를 조사한 결과 Fig. 5에서 보는 바와 같이 활엽수 표백 크라프트 펄프가 가장 낮은 값을 나타내었고, 침엽수 미표백 크라프트 펄프가 가장 높은 값을 나타내어 지필도 측정 결과와 잘 일치하는 경향을 나 타내었으나 고해부하에 따른 변화는 명백하지 않았고, 대체로 고해 수준이 높아질수록 fiber mass가 감소되 어 지필도의 개선에 기여한 것으로 사료된다.
- 섬유간 결합은 고해 방법 및 정도에 따라 일어나는 섬유 특성의 변화에 의하여 좌우되며, 결국 종이 성질 의 대부분에 중대한 영향을 미친다. 각 고해조건별로 처리된 공시펄프로 제조된 종이의 내부 결합강도를 측 정한 결과 Fig. 1과 같이 침엽수 표백 크라프트 펄프 가 가장 높은 값을 나타내었으며, 전반적으로 고해부 하와 고해 수준이 높을수록 높은 값을 나타내 었다. 섬 유간 결합을 간접적으로 평가할 수 있는 광산란계수는 Fig.
- 간접적인 섬유장 및 섬유간 결합 정도를 비교하는 데 사용될 수 있는 제로-스팬 인장지수는 Fig. 9와 같이 침엽수 미표백 크라프트 펄프가 가장 높았고, 활엽 수 표백 크라프트 펄프가 가장 낮은 값을 나타내었다. 전반적으로 고해 수준이 증가됨에 따라 제로-스팬인 장지수가 다소 증가된 것은 어느 정도까지는 섬유간 결합의 영향을 받기 때문이다.
- 침엽수 및 활엽수 표백 크라프트 펄프의 경우 고해부하가 높을수록 지필도가 개선되었는데, 이는 Kim 등18)에 의한 연구 보고와 같이 고해를 통하여 섬 유장의 감소가 일어났기 때문인 것으로 생각된다. 고 해 수준의 증가에 따른 변화는 비록 침엽수 표백 크라프트 펄프의 경우 다소 벗어나는 결과를 나타내었으나 대부분이 고해부하 및 펄프 종류에 관계없이 고해가 진행될수록 지필도가 다소 개선되었다.
- 내부 결합강도를 나타내는 Scott bond는 전반적으 로 고해부하와 고해 '수준이 높을수록 높은 값을 나타내었으며, 침엽수 표백 크라프트 펄프가 가장 높은 값 을 나타내었다. 광산란계수는 고해부하에 따른 변화가 관찰되지 않았으며, 단섬유인 활엽수 표백 크라프트 펄프로 만든 종이의 광산란계수가 가장 높게 나왔다. 상대결합면적에 대한 고해부하의 영향은 비록 SwBKP의 경우에 뚜렷하지 않았지만, HwBKP 및 SwUKP는 고해부하가 낮을수록 높은 상대결합면적을 나타내었다.
- 내부 결합강도를 나타내는 Scott bond는 전반적으 로 고해부하와 고해 '수준이 높을수록 높은 값을 나타내었으며, 침엽수 표백 크라프트 펄프가 가장 높은 값 을 나타내었다. 광산란계수는 고해부하에 따른 변화가 관찰되지 않았으며, 단섬유인 활엽수 표백 크라프트 펄프로 만든 종이의 광산란계수가 가장 높게 나왔다.
- 1과 같이 침엽수 표백 크라프트 펄프 가 가장 높은 값을 나타내었으며, 전반적으로 고해부 하와 고해 수준이 높을수록 높은 값을 나타내 었다. 섬 유간 결합을 간접적으로 평가할 수 있는 광산란계수는 Fig. 2와 같이 여수도에 대하여 도시할 경우 고해부하 에 따른 변화가 관찰되지 않았으며, 단섬유인 활엽수 표백 크라프트 펄프로 만든 종이의 광산란계수가 가장 높게 나왔고, 침엽수 표백 크라프트 펄프, 침엽수 미표 백 크라프트 펄프의 순으로 감소되었다. 이와 같은 결 과가 나온 것은 Fig.
- 특히 높은 고해부하 적용시 낮은 여수도가 얻어졌는데, 이는 Kim 드&의 보고와 같이 높은 고해부 하를 적용할 경우 단섬유화 및 미세분 발생이 보다 많이 일어났기 때문인 것으로 사료된다. 이미 Fig. 1에 서 높은 고해부하 적용시 높은 Scott bond가 얻어질 수 있음이 밝혀진 바 있으며, 이와 같은 결과를 통하여 낮은 고해부하에서 주로 일어나는 소섬유화에 의한 섬 유간 결합 및 강도개선 효과도 중요하지만, 미세분 함량이 많지 않은 환경에서는 높은 고해부하에 의하여 발생되는 미세분에 의한 개선 효과가 크게 나타날 수 있음을 알 수 있었다. 인장지수를 겉보기 밀도에 대하 여 도시한 결과 Fig.
- 종이의 대표적인 물성이라고 할수 있는 밀도는 제지공정 조건뿐만 아니라 섬유장, 조도 및 유연성과 같은 섬유의 특성에 의하여 영향을 받는다. 펄프 종류별, 고해부하별 및 고해 수준별로 밀도를 측정한 결과 Fig. 7과 같이 침엽수 표백 크라프트 펄프가 가장 높았고, 활엽수 표백 크라프트 펄프가 가장 낮은 값을 나 타내었다. 이와 같은 결과가 나타난 것은 섬유 자체의 섬유간 결합 특성도 중요하지만 섬유의 조도가 중요한 영향인자로 작용하였기 때문이다.
- 펄프 종류별, 고해부하별 및 고해 수준에 따른 for mation index는 Fig. 4에서 보는 바와 같이 펄프 종류별로는 활엽수 표백 크라프트 펄프가 가장 우수하였고, 침엽수 미표백 크라프트 펄프가 가장 낮은 값을 나 타내었다. 침엽수 및 활엽수 표백 크라프트 펄프의 경우 고해부하가 높을수록 지필도가 개선되었는데, 이는 Kim 등18)에 의한 연구 보고와 같이 고해를 통하여 섬 유장의 감소가 일어났기 때문인 것으로 생각된다.
- 비록 침엽수 미표백 크라프트 펄프의 경우 낮은 고해 수준에서만 비교되었기 때 문에 고해부하의 영향을 논하기 어려우나, 침엽수 및 활엽수 표백 크라프트 펄프의 경우 고해부하가 높을수 록 높은 밀도를 나타내었다. 한편 밀도와 밀접한 관계를 나타내는 투기도는 Fig. 8과 같이 활엽수 표백 크라프트 펄프의 경우 가장 우수한 투기도를 나타내었으며, 낮은 고해부하 적용시 다소 우수한 투기도가 얻어졌다.
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