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문제 정의
- 이러한 전장 펄프화법의 문제점은 절단하지 않은 긴 섬유를 펄프화에 이용함으로써 고해가 곤란하고 고해된 섬유의 품질이 불량하여 제조된 한지의 품질 또한 불량한 결과를 가져온다. 따라서 본 연구는 닥나무 인피섬유의 절단장이 펄프화 및 한지의 품질에 미치는 영향을 평가하고 절단장 변화를 통하여 제조된 한지의 물성과 기존 한지의 물성을 비교함으로써 작업성 및 고해 특성이 보다 효율적이며 고품질의 한지 제조법 개발을 목적으로 하였다.
- 본 연구는 한지 제조시 고해특성 및 작업성의 향상을 통한 고품질의 한지 제조법 개발을 목적으로 국산닥 백피의 절단장이 펄프 및 한지의 품질에 미치는 영향을 비교 검토하였으며 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 알칼리-과산화수소 펄프화(AP; alkali-hydrogen peroxide pulping)4,5)는 활성 알칼리 농도 18%의 NaOH와 H2O2 (3%)를 첨가한 증해약액을 사용하여 액비 8:1로 증해온도 150℃에서 1시간 증해하였으며, 킬레이트제로 1% EDTA를 첨가하였다.
- 증해가 끝난 펄프를 해리기를 이용하여 해리한 다음, 부흐너 여과기로 여과하고 충분히 세척한 후 105℃의 항온 건조기에서 소정시간 건조하여 전수율을 구하였다.
- 한지 제조용 초지기와 화선지발을 사용하여 평량 30 g/㎡이 되도록 초지하였다. 이때 분산제인 PAM의 농도는 0.
- 한지 제조용 펄프화법으로 가장 널리 사용되고 있는 알칼리 펄프화법과 새로운 펄프화법으로 알려져 있는 알칼리-과산화수소법 및 설포메틸화법을 이용하여 국산닥 백피의 절단장 변화에 따른 펄프화 특성을 조사하였다.
- 제조된 한지는 TAPPI T 402 am-88에 의거하여 조습 처리 하였으며, 한지의 제물성은 TAPPI Test Methods에 의거하여 측정하였다. 한지의 지합은 2D-F-sensor를 사용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 한지의 원료인 닥(Broussonetia kazinoki Siebold) 백피는 경북 안동산을 1, 2, 3, 4, 5, 10 cm 단위로 절단하여 사용하였으며, 한지 초지용 분산제는 시판 한지 제조용 음이온성 polyacrylamide(PAM; 중림상사)을 사용하였다.
이론/모형
- 제조된 한지는 TAPPI T 402 am-88에 의거하여 조습 처리 하였으며, 한지의 제물성은 TAPPI Test Methods에 의거하여 측정하였다. 한지의 지합은 2D-F-sensor를 사용하여 측정하였다.
성능/효과
- 1. 닥 백피의 절단장 변화가 펄프의 수율에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으며, 펄프의 수율은 설포메틸화법이 평균 57.4%, 알칼리-과산화수소법이 평균 55.4%, 일반적인 알칼리법이 53.5%로 가장 낮게 나타났다.
- 13) 제조된 한지의 광산란계수 및 광흡수계수는 3가지 펄프화법 모두 인피섬유의 절단장이 증가할수록 다소 증가하는 경향을 나타냈으며, 광산란계수보다 광흡수계수가 좀 더 뚜렷한 경향을 나타냈으나 절단장에 따른 차이는 미미한 것으로 나타났다. 펄프화법별 특성을 검토한 결과 광산란계수는 설포메틸화법 및 알칼리-과산화수소법이 비슷한경향을 나타냈으며, 광흡수계수의 경우는 설포메틸화법 및 알칼리법이 비슷한 경향을 나타냈다.
- 2. 인피섬유의 절단장이 증가할수록 광학적 특성인 백색도, 불투명도, 광산란계수 및 광흡수계수는 다소 증가하는 경향을 나타냈으나 그 차이는 미미한 것으로 나타났다.
- 일반적으로 종이의 파열강도는 섬유장과 섬유간 결합이 깊이 관여하는 강도로서 섬유장이 길고 질긴 원질로부터는 밀도가 낮고 파열강도가 높은 종이가 만들어지고, 섬유장이 짧고 수화된 원질로부터는, 밀도와 파열강도가 높은 종이가 제조된다.3) 제조된 한지의 파열강도는 설포메틸화법이 가장 우수하였으며, 알칼리법이 가장 낮은 것으로 나타났다. 인피섬유의 절단장에 따른 한지 파열강도의 변화는 설포메틸화법 및 알칼리법이 유사한경향을 나타냈으며, 알칼리 과산화수소법은 절단장이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈다.
- 3. 인피섬유의 절단장 1-3 cm의 범위에서는 절단장이 증가할수록 지합이 불량해지는것으로 나타났으나, 그 이상의 범위에서는 지합의 변화가 미미하였다. 펄프화법에 따른 지합은 알칼리펄프화법이 가장 불량하였으며, 알칼리-과산화수소법이 가장 양호하였다.
- 2에 나타냈다. 3가지 펄프화법 모두 인피섬유의 절단장이 증가할수록 지합이 불량해지는 것으로 나타났다. 펄프화법에 따른 지합의 변화는 기존의 알칼리 펄프화법이 가장 지합이 불량하였으며, 알칼리-과산화수소법이 가장 양호한 지합을 형성하는 것으로 나타났다.
- 종이의 열단장은 단섬유의 강도, 섬유장, 지합 및 섬유간 결합의 양과 질에 의하여 크게 영향을 받는다. 3가지 펄프화법 모두 인피섬유의 절단장이 증가할수록 한지의 열단장은 다소 증가하였으나 그 차이는 미미한 것으로 나타났다. 펄프화법별 열단장의 변화는 일반적인 알칼리 펄프화법이 가장 불량하였으며, 설포메틸화법이 알칼리-과산화수소법보다 다소 양호한 인장강도를 나타냈다.
- 3가지 펄프화법 모두 절단장이 증가할수록 백색도가 약간 증가하는 경향을 나타냈으나 그 차이는 미미한 것으로 분석되었다. 이것은 절단장이 증가할수록 섬유간 결합면적이 감소하고 산란율이 증가하기 때문으로 사료된다.
- Table 1은 펄프화법의 종류에 따른 닥 백피 절단장별 펄프 수율을 나타낸 것이다. 3가지 펄프화법 중 설포메틸화법의 펄프 수율이 평균 57.4%로 가장 높았으며, 우리나라에서 일반적으로 사용하고 있는 알칼리 펄프화법이 평균 53.5%로 가장 낮은 수율을 나타냈다. 알칼리-과산화수소법의 펄프 수율은 평균 55.
- 4. 인피섬유의 절단장이 증가할수록 일반적인 강도적 특성인 열단장, 인장에너지흡수, 인열강도, 파열강도 및 내절도가 대체적으로 다소 향상되는 경향을 나타냈다. 펄프화법에 있어서는 종래의 알칼리법의 강도적 특성이 가장 불량하였으며, 개량법인 설포메틸화법 및 알칼리-과산화소수법의 강도적 특성이 우수한 것으로 나타났다.
- 각각의 펄프화법으로 제조한 한지의 불투명도는 인피섬유의 잘단장이 증가할수록 다소 증가하는 경향을 나타냈으나 그 차이는 크지 않은 것으로 분석되었다. 펄프화법별로는 설포메틸화법이 평균 75.
- 닥 백피의 절단장이 1 cm에서 10 cm로 증가하더라도 펄프의 수율 변화에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. 따라서 한지 제조의 작업성, 고해성 및 품질적 특성을 고려할 때, 닥백피를 10 cm 전후로 절단하여 이용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
- 5%로 가장 낮은 수율을 나타냈다. 알칼리-과산화수소법의 펄프 수율은 평균 55.6%로 설포메틸화법보다 낮지만 알칼리 펄프화법보다는 높은 것으로 나타났다. 이와 같은 펄프 수율은 닥 흑피를 펄프화 했을 때, 설포메틸화법 50.
- 인장강도가 가장 낮았던 알칼리 펄프화법이 인장에너지흡수 역시 가장 낮았으며, 절단장간의 차이는 크지 않았다. 열단장이 가장 높았던 설포메틸화법의 인장에너지흡수가 가장 높았으며, 인피섬유의 절단장이 증가할수록 인장에너지흡수가 증가하는 것으로 나타났다. 알칼리-과산화수소법은 절단장이 증가할수록 인장에너지흡수가 감소하는 경향을 나타냈다.
- 2%로 가장 낮게 나타났다. 이상의 결과로 볼 때, 한지의 불투명도는 인피섬유의 절단장보다 펄프화법에 더 큰 영향을 받는 것으로 생각된다.
- 이상의 결과로부터 검토할 때, 기존의 알칼리 펄프화법 대신 새로운 펄프화법의 도입이 필요하며 가능한한 흑피 대신 백피를 증해에 이용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
- 6%로 설포메틸화법보다 낮지만 알칼리 펄프화법보다는 높은 것으로 나타났다. 이와 같은 펄프 수율은 닥 흑피를 펄프화 했을 때, 설포메틸화법 50.2%, 알칼리-과산화수소법 39.5% 및 알칼리법 38.1%의 결과보다 2) 상당히 높게 나타났다. 이것은 펄프화시 닥 흑피의 외피제거가 펄프 수율 향상에 상당히 기여한다는 것을 알 수 있다.
- 일반적으로 섬유장이 길수록 강하고 고해가 진행되어 섬유간 결합면적이 증가되어 최적면적을 초과하면 인장강도나 파열강도와는 달리 역으로 저하되는 경향을 나타낸다. 인열강도는 알칼리 과산화수소법이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 인피섬유의 절단장이 증가할수록 향상되는 경향을 나타냈다. 알칼리법 및 설포메틸화 펄프법은절단장 1-4 cm의 범위에서 인열강도가 증가하다가 5-10 cm 범위에서는 감소하는 경 향을 나타냈는데 이것은 섬유장의 영향보다 섬유간 결합면적의 영향에 기인된 것으로 생각된다.
- 3) 제조된 한지의 파열강도는 설포메틸화법이 가장 우수하였으며, 알칼리법이 가장 낮은 것으로 나타났다. 인피섬유의 절단장에 따른 한지 파열강도의 변화는 설포메틸화법 및 알칼리법이 유사한경향을 나타냈으며, 알칼리 과산화수소법은 절단장이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈다.
- 펄프화법에 따른 지합의 변화는 기존의 알칼리 펄프화법이 가장 지합이 불량하였으며, 알칼리-과산화수소법이 가장 양호한 지합을 형성하는 것으로 나타났다. 인피섬유의 절단장에 있어서는 3가지 펄프화법 모두 1 cm로 절단한 펄프로 제조한 한지가 가장 양호한 지합을 나타냈다. 인피섬유의 절단장 1-3 cm의 범위에서는 절단장이 증가할수록 지합이 불량해지는 것으로 나타났으나, 그 이상의 범위에서는 지합의 변화가 미미하였다.
- 7은 인피섬유의 절단장과 내절도와의 관계를 나타낸 것이다. 제조된 한지의 내절도는 설포메틸화법이 가장 우수하였으며, 절단장에 따른 내절도의 변화 경향은 설포메틸화법과 알칼리-과산화수소법이 절단장이 증가할수록 내절도가 증가하는 유사한 경향을 나타냈다. 현재 일반적으로 사용되는 알칼리법의 내절도가 가장 불량하였으며.
- 3가지 펄프화법 모두 인피섬유의 절단장이 증가할수록 한지의 열단장은 다소 증가하였으나 그 차이는 미미한 것으로 나타났다. 펄프화법별 열단장의 변화는 일반적인 알칼리 펄프화법이 가장 불량하였으며, 설포메틸화법이 알칼리-과산화수소법보다 다소 양호한 인장강도를 나타냈다.
- 13) 제조된 한지의 광산란계수 및 광흡수계수는 3가지 펄프화법 모두 인피섬유의 절단장이 증가할수록 다소 증가하는 경향을 나타냈으며, 광산란계수보다 광흡수계수가 좀 더 뚜렷한 경향을 나타냈으나 절단장에 따른 차이는 미미한 것으로 나타났다. 펄프화법별 특성을 검토한 결과 광산란계수는 설포메틸화법 및 알칼리-과산화수소법이 비슷한경향을 나타냈으며, 광흡수계수의 경우는 설포메틸화법 및 알칼리법이 비슷한 경향을 나타냈다.
- 각각의 펄프화법으로 제조한 한지의 불투명도는 인피섬유의 잘단장이 증가할수록 다소 증가하는 경향을 나타냈으나 그 차이는 크지 않은 것으로 분석되었다. 펄프화법별로는 설포메틸화법이 평균 75.2%로 가장 높게 나타났으며 알칼리법이 평균 73.4%,알칼리-과산화수소법이 평균 61.2%로 가장 낮게 나타났다. 이상의 결과로 볼 때, 한지의 불투명도는 인피섬유의 절단장보다 펄프화법에 더 큰 영향을 받는 것으로 생각된다.
- 이것은 절단장이 증가할수록 섬유간 결합면적이 감소하고 산란율이 증가하기 때문으로 사료된다. 펄프화법별로는 알칼리-과산화수소법이 평균 45.0%로 가장 높았으며, 설포메틸화법 평균 36.1%, 알칼리법평균 35.6%의 순으로 나타났다. 일반적으로 백색도가 가장 우수한 펄프화법으로 알려져 있는 설포메틸화법의 백색도가9-11) 알칼리-과산화수소법보다 낮게 나타난 이유는 세척 시 철분이 함유된 수돗물을 사용함으로써 펄프에 착색을 야기했기 때문이라 생각된다.
- 3가지 펄프화법 모두 인피섬유의 절단장이 증가할수록 지합이 불량해지는 것으로 나타났다. 펄프화법에 따른 지합의 변화는 기존의 알칼리 펄프화법이 가장 지합이 불량하였으며, 알칼리-과산화수소법이 가장 양호한 지합을 형성하는 것으로 나타났다. 인피섬유의 절단장에 있어서는 3가지 펄프화법 모두 1 cm로 절단한 펄프로 제조한 한지가 가장 양호한 지합을 나타냈다.
- 인피섬유의 절단장이 증가할수록 일반적인 강도적 특성인 열단장, 인장에너지흡수, 인열강도, 파열강도 및 내절도가 대체적으로 다소 향상되는 경향을 나타냈다. 펄프화법에 있어서는 종래의 알칼리법의 강도적 특성이 가장 불량하였으며, 개량법인 설포메틸화법 및 알칼리-과산화소수법의 강도적 특성이 우수한 것으로 나타났다.
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