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문제 정의
- 본 연구에서는 기존 적용하고 있는 전자제품의 완충포장재 원료인 OCC의 배합비율에 따른 제품의 완충성능을 분석하여 경제적인 측면과 포장물성을 고려한 최적 원료배합비율을 가지는 완충포장재를 개발하고자하였다. 이를 위해 배합비율을 달리하여 4종류의 샘플을 생산하였고 유통조건별로 보관하여 펄프몰드 물성변화를 분석하였다.
제안 방법
- 고지의 배합조건과 유통조건에 따른 펄프몰드 제품의 완충특성을 분석하기 위해 압축강도기(compression test-er, Dae Kyung Tech., Korea) 이용하여 성형된 제품의 압축강도를 측정하였고, 측정값에 각 시편의 평량을 나눈 압축강도지수로 완충 특성을 분석하였다. 그리고 온습도 변화에 대한 펄프몰드의 물리적 특성은 계측된 각 요인에 대한 연관성을 Origin (MicrocalTM사, ver.
- 본 연구는 신문고지(ONP)와 골판지고지(OCC)의 혼합 비율을 달리하여 완충포장 소재 펄프몰드를 성형하였으며, 온도와 습도조건을 달리하여 각 시료별 수분흡수율 변화, 완충포장재와 관련된 물성을 측정하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같다.
- , Japan)를 사용하여 수분 흡수율(%)과 겉보기 밀도(apparent density, g/cm3) 를 측정하였다. 시편에 대한 인장강도(tensile force, kgf) 측정은 만능시험기(KTM5, Kea Pae Co., Korea)를 사용하였으며 측정된 인장강도에 각 시편의 평량을 나눈 인장강도지수로 물성을 분석하였다.
- 이를 위해 배합비율을 달리하여 4종류의 샘플을 생산하였고 유통조건별로 보관하여 펄프몰드 물성변화를 분석하였다. 최적 원료 혼합 비율을 분석한 펄프 몰드를 실제 제조공정에 적용하기 위해 제조된 펄프몰드의 흡수특성, 겉보기밀도, 파열강도, 인장강도, 압축강도 그리고 충격가속도를 측정하여 OCC의 배합별 완충소재의 물성을 연구하였다.
- 펄프몰드의 수분에 대한 흡수 특성을 분석하기 위해 가전제품이 가지는 유통경로와 유사한 온도와 습도 조건을 설정하여 폐지의 혼합비율별 시료에 대하여 수분 흡수율을 측정 분석하였다. 전처리 온도 범위는 30℃에서 60℃ 까지 설정하였고 항온항습기의 습도는 60%RH에서 90%RH의 습도 조건에서 각 시료를 24시간동안 전 처리하여 보관전 시료의 초기중량과 전처리 후의 시료 무게의 차이를 측정하는 방법으로 수분 흡수율을 계산한 결과를 Fig. 2에 나타내었다.
- , Korea)를 이용하여 적정 유통조건으로 온습도 조건을 설정하여 24시간 동안 전처리하였다. 전처리 온도 조건은 30℃에서 60℃ 까지 10℃씩 증가시켰고, 상대습도는 각 온도 조건에서 60%에서 90%까지의 조건으로 전처리한 시료를 사용하여 고지 배합별 펄프몰드 물성변화를 연구하였다.
- 전처리된 공시재료의 기초물성을 측정하기 위해 절단 치구를 이용하여 생산된 펄프몰드의 측면 부위를 일정한 크기(12.7 mm × 100 mm)로 절단하였고, 정밀전자저울 (SC25P, CAS Co., Korea) 및 디지털두께측정기(No.293805, Mitytoyo Co., Japan)를 사용하여 수분 흡수율(%)과 겉보기 밀도(apparent density, g/cm3) 를 측정하였다. 시편에 대한 인장강도(tensile force, kgf) 측정은 만능시험기(KTM5, Kea Pae Co.
- 이를 위해 배합비율을 달리하여 4종류의 샘플을 생산하였고 유통조건별로 보관하여 펄프몰드 물성변화를 분석하였다. 최적 원료 혼합 비율을 분석한 펄프 몰드를 실제 제조공정에 적용하기 위해 제조된 펄프몰드의 흡수특성, 겉보기밀도, 파열강도, 인장강도, 압축강도 그리고 충격가속도를 측정하여 OCC의 배합별 완충소재의 물성을 연구하였다.
- 가장 중요한 요인으로 작용한다. 펄프몰드의 수분에 대한 흡수 특성을 분석하기 위해 가전제품이 가지는 유통경로와 유사한 온도와 습도 조건을 설정하여 폐지의 혼합비율별 시료에 대하여 수분 흡수율을 측정 분석하였다. 전처리 온도 범위는 30℃에서 60℃ 까지 설정하였고 항온항습기의 습도는 60%RH에서 90%RH의 습도 조건에서 각 시료를 24시간동안 전 처리하여 보관전 시료의 초기중량과 전처리 후의 시료 무게의 차이를 측정하는 방법으로 수분 흡수율을 계산한 결과를 Fig.
- 항온항습기(KPD-002, Kea Pae Co., Korea)를 이용하여 적정 유통조건으로 온습도 조건을 설정하여 24시간 동안 전처리하였다. 전처리 온도 조건은 30℃에서 60℃ 까지 10℃씩 증가시켰고, 상대습도는 각 온도 조건에서 60%에서 90%까지의 조건으로 전처리한 시료를 사용하여 고지 배합별 펄프몰드 물성변화를 연구하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 공시재료는 경북 칠곡군에 소재한 (주)우진팩에서 사용하고 있는 신문고지(ONP)와 골판지고지(OCC)를 일정비율로 혼합하여 설계한 제품의 금형을 제작하여 펄프몰드의 원료 배합비율을 달리하여 Fig. 1에 나타난 형태로 생산한 제품을 사용하였다. 각 고지별 배합비율에 따른 공시재료의 기본 물성을 측정한 평균값을 Table 1에 나타내었다.
- 전자제품은 포장과 유통단계에서의 파손 발생을 최소화하기 위해 기존에 사용되고 있는 완충재(shock absorbing material)로 EPS(expanded polystyrene; 발포스티로폼), EPE(expanded polyethylene; 발포폴리에틸렌) 및 EPP(expanded polypropylene; 발포폴리프로필렌)과 같은 합성수지를 사용하였다. 합성수지는제조시 소요되는 재료비에 상응하는 완충 흡수 능력이 우수한 소재로 범용으로 완충포장재로 성형되어 전기전자제품에 많이 사용되고 있다.
데이터처리
- , Korea) 이용하여 성형된 제품의 압축강도를 측정하였고, 측정값에 각 시편의 평량을 나눈 압축강도지수로 완충 특성을 분석하였다. 그리고 온습도 변화에 대한 펄프몰드의 물리적 특성은 계측된 각 요인에 대한 연관성을 Origin (MicrocalTM사, ver. 6.0) 프로그램을 이용한 다중회귀 기법으로 분석하였다.
성능/효과
- 1) 습도변화 조건에 따라 분석된 펄프몰드의 물리적특성 상관관계는 흡수율(R=0.958), 인장강도(R=-0.681) 및 압축강도(R=-0.866)에서 높았으며, 온도변화 조건에 따른 펄프몰드의 물성 변화에 큰 영향이 없는 것으로 분석되었다.
- 2) 수분 흡수율은 30℃, 90%RH 조건에서 시료에 따라 증가하는 경향이 있었으며, OCC 의 혼합 비율이 증가할수록 수분 흡수율 현저하게 증가하는 경향을 보였다.
- 3) ONP 함량이 높은 펄프몰드의 경우 습도에 의한 인장강도 특성은 현저하게 저하되는 것으로 나타났으며, ONP 50%로 배합된 제품의 경우 습도에 의한 인장강도지수 변화가 가장 적은 것으로 분석되었다.
- 4) 압축강도지수는 30℃, 70%RH 조건에서 약 20% 정도 증가하였으며 90%RH 까지 습도에 의한 압축강도지수는 현저하게 저하되는 경향을 보였다.
- 5) 펄프몰드 제조에 있어 ONP 와 OCC 원료 적정 혼합 비율은 각각 50%일 때 가장 큰 효과가 있는 것으로 분석되었다.
- 골판지 고지를 사용한 N0 의 경우 각 습도조건에 따른 열화가 가장 뚜렷하게 관찰되었으며, 신문 고지를 배합한 제품에서도 일정한 경향으로 상대습도가 증가함에 따라 압축강도가 저하되는 일치된 경향을 가지는 것을 알 수 있었다. N50의 경우 온도 습도조건 변화에서 다른 시료에 비해 대체적으로 우수한 압축강도 특성을 유지하였으며 수분에 의한 강도 열화가 가장 적은 것으로 분석되었다. 이는 골판지고지의 섬유질 내부의 공극을 신문 고지의 미세분이 적정하게 보충해주는 역할 때문인 것으로 판단되며, N75와 N25에서도 N100 의 경우보다 저하되는 경향이 낮은 것으로 관찰되었으나 N50 에서와 같이 뚜렷한 유의차가 없어, 펄프몰드 제조에 있어 ONP 와 OCC 원료 적정 혼합 비율은 각각 50% 일 때 가장 큰 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 4(a) - (d) 에는 각 온도조건에서 습도에 따른 압축강도지수 변화를 나타내었으며 인장강도 특성 분석결과와 유사한 경향이 관찰되었다. 골판지 고지를 사용한 N0 의 경우 각 습도조건에 따른 열화가 가장 뚜렷하게 관찰되었으며, 신문 고지를 배합한 제품에서도 일정한 경향으로 상대습도가 증가함에 따라 압축강도가 저하되는 일치된 경향을 가지는 것을 알 수 있었다. N50의 경우 온도 습도조건 변화에서 다른 시료에 비해 대체적으로 우수한 압축강도 특성을 유지하였으며 수분에 의한 강도 열화가 가장 적은 것으로 분석되었다.
- 3의 값으로 OCC 의 배합비가 낮을수록 인장강도가 우수한 것을 알 수 있었다. 동일온도에서 90% RH 조건에서 N100, N75, N50, N25 및 N0 은 각각 14.51, 16.41, 16.75, 14.95 및 13.12로 ONP 함량이 높은 몰드에서 습도에 의한 인장강도 저하가 현저하였으며, ONP 50%로 배합된 제품의 경우 습도에 의한 인장강도 변화가 가장 적은 것으로 나타났다. N100을 제외하고는 대부분 70% RH 이상의 습도 조건에서 수분에 의한 인장강도 저하가 현저하게 저하되는 것을 알 수 있었다.
- 이는 100% 신문 고지를 원료로 사용하고 있는 N100에는 미세분이 많이 함유되어 있어 초기에는 N0에 비해 20%이상 높은 인장강도 특성을 갖지만, 성형을 유지하기 위해 사용되었던 접착제에 수분이 흡수되어 급격한 강도저하를 일으키는 것으로 판단된다. 따라서 동일한 금형과 성형조건에서 제조된 몰드에 있어서 ONP 와 OCC의 배합비율에 따라 인장강도 특성 변화는 온도와 습도의 영향이 큰 것을 알 수 있었으며, 특히 여름철과 수출용 제품에 펄프몰드가 사용 될 경우 적정한 배합비율을 선택하여 수분에 대한 영향을 최소화할 수 있다고 분석되었다.
- 일반 골판지로 사용되는 종이의 경우 수분과 파열강도와의 상관관계가 높은 특성을 갖고 있는데 반해, 두께와 평량이 높은 펄프몰드는 파열강도에 있어 수분의 영향이 크지 않은 것으로 나타났다. 따라서 전자제품의 완충소재로 사용되고 있는 펄프몰드 품질 열화 요인으로는 물류 및 유통조건에서의 온도 요인보다는 상대습도 요인이 더 크게 작용하는 것임을 알 수 있었다.
- 비해 떨어진다는 것을 의미한다. 따라서 핸드폰, LCD 등과 같이 수분에 민감한 전자제품은 완충 성능보다는 수분에 강한 재질이어야 하고, 세탁기 밥솥 등과같이 충격 방지가 우선 고려되는 전기제품 포장에는 ONP 와 OCC 를 적정비율 (50%) 배합하여 포장재를 제작하는 것이 좋을 것으로 판단된다.
- N100 의 경우 초기에는 인장강도가 가장 높은 경향을 보였으나 습도조건에 따라 강도 특성이 급격하게 저하되는 것을 알 수 있었다. 또한 골판지 고지만 사용한 N0 의 경우 가장 낮은 인장강도 특성을 보였으나, 습도조건 변화에 따라 강도지수 변화 특성은 가장 낮은 것으로 분석 되었고, N50 에서는 온도 습도조건 변화에서도 다른 시료에 비해 비교적 우수한 강도를 유지하는 것을 알 수 있었다.
- N100 의 경우 초기에는 인장강도가 가장 높은 경향을 보였으나 습도조건에 따라 강도 특성이 급격하게 저하되는 것을 알 수 있었다. 또한 골판지 고지만 사용한 N0 의 경우 가장 낮은 인장강도 특성을 보였으나, 습도조건 변화에 따라 강도지수 변화 특성은 가장 낮은 것으로 분석 되었고, N50 에서는 온도 습도조건 변화에서도 다른 시료에 비해 비교적 우수한 강도를 유지하는 것을 알 수 있었다.
- 10% 증가하는 경향이 있었으며, OCC 의 혼합 비율이 증가할수록 수분 흡수율 증가 경향이 현저하였다. 상대습도 60%RH 조건에서는 측정 시료 모두 수분을 흡수하기보다는 자체 수분을 배출하였으며, 전처리 온도가 증가함에 따라 이러한 경향이 높아지는 것을 알 수 있었다.
- 2 (a) - (d) 의 결과에 따르면 온도와 배합비율에 관계없이 상대습도가 높아짐에 따라 수분을 흡수하는 경향은 현저하게 증가됨을 알 수 있다. 온도 30℃, 상대습도 90%RH의 조건에서의 수분 흡수율은 시료에 따라 4.01 - 7.10% 증가하는 경향이 있었으며, OCC 의 혼합 비율이 증가할수록 수분 흡수율 증가 경향이 현저하였다. 상대습도 60%RH 조건에서는 측정 시료 모두 수분을 흡수하기보다는 자체 수분을 배출하였으며, 전처리 온도가 증가함에 따라 이러한 경향이 높아지는 것을 알 수 있었다.
- N50의 경우 온도 습도조건 변화에서 다른 시료에 비해 대체적으로 우수한 압축강도 특성을 유지하였으며 수분에 의한 강도 열화가 가장 적은 것으로 분석되었다. 이는 골판지고지의 섬유질 내부의 공극을 신문 고지의 미세분이 적정하게 보충해주는 역할 때문인 것으로 판단되며, N75와 N25에서도 N100 의 경우보다 저하되는 경향이 낮은 것으로 관찰되었으나 N50 에서와 같이 뚜렷한 유의차가 없어, 펄프몰드 제조에 있어 ONP 와 OCC 원료 적정 혼합 비율은 각각 50% 일 때 가장 큰 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 866)에서 높았으며, 온도변화 조건에 따른 펄프몰드의 물성 변화에 큰 영향이 없는 것으로 분석되었다. 일반 골판지로 사용되는 종이의 경우 수분과 파열강도와의 상관관계가 높은 특성을 갖고 있는데 반해, 두께와 평량이 높은 펄프몰드는 파열강도에 있어 수분의 영향이 크지 않은 것으로 나타났다. 따라서 전자제품의 완충소재로 사용되고 있는 펄프몰드 품질 열화 요인으로는 물류 및 유통조건에서의 온도 요인보다는 상대습도 요인이 더 크게 작용하는 것임을 알 수 있었다.
- 표에서 보는 바와 같이 습도변화 조건에 따라 분석된 펄프몰드의 물리적 특성 상관관계는 흡수율(R=0.958), 인장강도(R=-0.681) 및 압축강도(R=-0.866)에서 높았으며, 온도변화 조건에 따른 펄프몰드의 물성 변화에 큰 영향이 없는 것으로 분석되었다. 일반 골판지로 사용되는 종이의 경우 수분과 파열강도와의 상관관계가 높은 특성을 갖고 있는데 반해, 두께와 평량이 높은 펄프몰드는 파열강도에 있어 수분의 영향이 크지 않은 것으로 나타났다.
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