[논문]접촉각 측정 원리를 이용한 새로운 사이즈도 측정기 (제2보) -자동 접촉각 측정 시스템의 신뢰성 및 재현성 -

이찬용; 김철환; 최경민; 박종열; 권오철

문제 정의

규정하고 있다. 이에 가공 송전선 지지물(60〔m〕이상 ~ 180〔m〕이하)에 설치되는 태양전지식 LED 항공장애등 및 그 조절장치에 대하여 적용하는 "태양전지식 LED 항공장애등에 대한 구매시방서에서 규정하고 있는 요구 성능에 대하여 정리하였다.
분석 기술이다.D 제 1보에서는 종이의 사이즈도를 간편하게 측정할 수 있는 새로운 측정 원리를 개발하여 소개하였다. 가우시안 미분법과 8방향 체인 코드를 활용한 접촉각 측정 원리2~3)는 종이와 같이 흡수성이 크고 표면 거칠기가 큰 재료의 접촉각 측정에 매우 효과적으로 적용할 수 있었다.
보다 우수한 측정법임이 확인되었다. 따라서 사이징 처리된 종이의 접촉각 측정을 통해서 Cobb 사이즈도 및 Stokigt 사이즈도와 상관 관계를 분석하여 접촉각 측정을 통한 이들 사이즈도의 예측 수단으로 이용될 수 있는가를 연구하였다.
본 연구에서는 새로운 원리를 적용하여 개발된 자동접촉각 측정 시스템이 갖는 신뢰성 및 재현성을 검증하고, 이것을 토대로 기존의 Cobb 시험법이나 Stokigt 시험법과의 시험 결과를 비교함으로써 범용 사이즈도 시험법으로 대체할 수 있는가를 검토할 뿐만 아니라 자동 접촉각 측정 시스템의 향후 개선 방향을 찾고자 하였다.

제안 방법

있다. 따라서 본 연구에서는 Stockigt 시험법의 재현성을 분석해 보고자 Fig. 4와 같이 A, B, C, D 4 명의 실험자가 동일 조건 하에서 동일 시료를 사용하여 각 5회씩 Stokigt 시험을 통하여 측정된 시간의 평균값을 나타내었다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이 동일 시료일지라도 발색 순간을 인지하는 시점이 측정자에 따라 매우 달라지기 때문에 Stokigt 시험법에 의한 사이즈도 측정법은 실험자에 따른 측정 오차의 편차가 매우 심한 것을 알 수 있다.
본 연구에서 개발된 자동 접촉각 측정 시스템의 신뢰성 및 재현성을 검증을 위하여 동일한 사이징 처리조건에서 네 명의 측정자로부터 얻어진 사이즈도를 각 측정 방법별로 비교 . 분석하였다.
초지하였다. 이때 AK①를 펄프 섬유의 전건 중량(g)에 대하여 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 3.0, 5.0% 첨가하였고, 분산제로서 양성 전분을 펄프 섬유의 전건 중량(g)에 대하여 0.2% 첨가하였다.

대상 데이터

공시재료로는 캐나다산 침엽수와 활엽수 표백 크라프트 펄프(Kinleith)와 국내 H사에서 공급하는 고형분 함량이 20%인 AKD 합성 사이즈제를 사용하였다.
펄프는 TAPPI T-205에 의거하여 실험실용 Valley beater로 300 mL CSF까지 고해한 후 평량 80 g/m² 로 초지하였다. 이때 AK①를 펄프 섬유의 전건 중량(g)에 대하여 0, 0.

이론/모형

특히 사이징이 강하게 처리된 종이의 경우에는 처리 수준별로 사이즈도의 유의성 있는 차이를 확인하기 어려울 수도 있었지만 접촉각이 0° 가 될 때까지 소요된 시간을 측정 함으로써 종이의 내수성을 측정할 수 있었다. 또한 Young의 식을 적용하여 사이징 처리된 종이 표면이 갖는 표면 에너지도 측정함으로써 종이와 잉크 사이의 흡수성의 정도를 평가하는데 이용할 수 있었다.
1과 같은 항목을 시험하였다. 접촉각 측정 시스템은 종이 상에 형성된 일정량의 증류수 액적(droplet) 이 형성하는 윤곽선을 추적하기 위해서 액적의 디지털 영상을 8방향의 화소 단위로 추적하는 방향 체인 코드 (chain code)와 가우시안(Gaussian) 함수를 적용하였다.

성능/효과

1) 등구는 광원의 중심을 포함하는 수평면 아래 15° 상방의 360° 모든 방향에서 일정하게 보여야 하며, 등의 광색은 항공법에 적합하여야 한다.
2) 중광도 등구는 1분당 20회 ~60회 점멸하는 적색등으로서 실효 광도가 1600[cd] 이상, 저광도 등 구는 1분당 60회 ~90회 점멸하는 황색등으로서 실효 광도가 40〔cd〕이상이어야 한다.
분석하였다. Cobb 사이즈도는 일정 사이징 처리 후에는 유의성 있는 차이를 확인하기 어 려웠고, Stokigt 사이즈도는 사이즈 처리 조건별 유의성 있는 차이를 확인할 수는 있었지만 측정자들 사이의 오차가 매우 크게 나타났다. 반면에 자동 접촉각 측정 시스템에 의하여 측정된 접촉각은 사이징 처리 수준별로 측정자들 사이의 편차가 매우 적게 나타나 재현성 있는 측정 결과를 얻을 수 있었다.
이것은 과량의 사이즈제 첨가시 섬유 상에 제대로 정착되지 않은 AKD로 인하여 불균일한 사이즈도가 나타난 것에 기인한 것으로 사료된다. 그러나 Fig. 4에서 드러난 Stokigt 시험법과는 달리 AKD 첨가량이 1% 이하에서는 동일한 사이즈도 첨가 수준에서 측정자에 따른 차이가 매우 적게 나타나 재현성이 높은 사이즈도가 얻어진 것을 쉽게 확인할 수 있었다. 이를 통해볼 때 새로이 개발된 자동 접촉각 시스템에 의한 사이즈도 측정법은 현재 사용되고 있는 여러 방법의 사이즈도 측정법에 비교하여 종이 시편의 내수 특성 혹은 사이즈도를 평가하는데 있어서 더욱 높은 수준의 신뢰성 및 재현성을 갖는 측정 시스템이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
95 보다 더 크게 나타났지만 두 측정 방법 모두 접촉각과 매우 높은 상관관계를 보였다. 따라서 측정 방법별 오차에 대한 보정만 하여 준다면 접촉각 측정을 통한 Cobb 및 Stockigt 사이즈도의 예측이 가능할 것으로 확신할 수 있었다.
Cobb 사이즈도는 일정 사이징 처리 후에는 유의성 있는 차이를 확인하기 어 려웠고, Stokigt 사이즈도는 사이즈 처리 조건별 유의성 있는 차이를 확인할 수는 있었지만 측정자들 사이의 오차가 매우 크게 나타났다. 반면에 자동 접촉각 측정 시스템에 의하여 측정된 접촉각은 사이징 처리 수준별로 측정자들 사이의 편차가 매우 적게 나타나 재현성 있는 측정 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구를 통하여 개발된 자동 접촉각 시스템은 현재까지 범용적으로 사용되고 있는 Cobb 시험법과 Stokigt 시험법에 비교하여 재현성이나 신뢰성에 있어서 보다 우수한 측정법임이 확인되었다. 따라서 사이징 처리된 종이의 접촉각 측정을 통해서 Cobb 사이즈도 및 Stokigt 사이즈도와 상관 관계를 분석하여 접촉각 측정을 통한 이들 사이즈도의 예측 수단으로 이용될 수 있는가를 연구하였다.
8의 Stokigt 사이즈도와 접촉각 사이의 회귀곡선에서도 Cobb 사이즈도와 유사한 관계를 볼 수 있다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이 Stokigt 사이즈도는 Cobb 사이즈도에 비하여 보다 높은 상관계수(R)인 0.97를 나타내었고, 이것은 본 연구에서 개발된 자동접촉각 측정 시스템을 통하여 Stokigt 사이즈도의 예측에 보다 유용하게 사용될 수 있음을 의미하는 것이다.
4에서 드러난 Stokigt 시험법과는 달리 AKD 첨가량이 1% 이하에서는 동일한 사이즈도 첨가 수준에서 측정자에 따른 차이가 매우 적게 나타나 재현성이 높은 사이즈도가 얻어진 것을 쉽게 확인할 수 있었다. 이를 통해볼 때 새로이 개발된 자동 접촉각 시스템에 의한 사이즈도 측정법은 현재 사용되고 있는 여러 방법의 사이즈도 측정법에 비교하여 종이 시편의 내수 특성 혹은 사이즈도를 평가하는데 있어서 더욱 높은 수준의 신뢰성 및 재현성을 갖는 측정 시스템이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
접촉각과 Cobb 사이즈도 및 Stockigt 사이즈도 사이의 상관 관계를 비교한 결과는 접촉각과 Stockigt 사이즈도 사이의 상관계수(R)가 0.97로 Cobb 사이즈도와 상관계수인 0.95 보다 더 크게 나타났지만 두 측정 방법 모두 접촉각과 매우 높은 상관관계를 보였다. 따라서 측정 방법별 오차에 대한 보정만 하여 준다면 접촉각 측정을 통한 Cobb 및 Stockigt 사이즈도의 예측이 가능할 것으로 확신할 수 있었다.

후속연구

물론 종이 원료나 첨가제 종류 등과 같은 다양한 변수들에 따라 회귀식의 경향이 달라질 수 있기 때문에 이들 변수를 고려하기 위한 충분한 검토가 이루어져야 할 것이다. 결론적으로 새로이 개발된 자동 접촉각 측정 시스템은 종이나 판지의 내수 특성을 평가하거나 인쇄 잉크 침투 시간을 예측하는데 유용한 도구로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
예측할 수 있게 될 것이다. 물론 종이 원료나 첨가제 종류 등과 같은 다양한 변수들에 따라 회귀식의 경향이 달라질 수 있기 때문에 이들 변수를 고려하기 위한 충분한 검토가 이루어져야 할 것이다. 결론적으로 새로이 개발된 자동 접촉각 측정 시스템은 종이나 판지의 내수 특성을 평가하거나 인쇄 잉크 침투 시간을 예측하는데 유용한 도구로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
위의 연구결과를 모델로 하여 Cobb 사이즈도와 Stokigt 사이즈도를 동시에 예측할 수 있는 프로그램을 부가하여 자동 접촉각 측정 시스템을 성능 개선을 시도할 예정이고, 이렇게 향상된 성능을 바탕으로 접촉각 측정 하나만으로 Cobb 및 Stokigt 사이즈도를 동시에 예측할 수 있게 될 것이다. 물론 종이 원료나 첨가제 종류 등과 같은 다양한 변수들에 따라 회귀식의 경향이 달라질 수 있기 때문에 이들 변수를 고려하기 위한 충분한 검토가 이루어져야 할 것이다.

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