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문제 정의
- 하지만 이러한 건식초지 개념의 정착을 위해서는 건식초지에 가장 적합한 펄프섬유를 찾는 작업, 건식초지된 종이의 지합과 물성 향상, 압착과 건조조건 등 공정의 최적화 등 건식초지기술의 실현을 위해 풀어야할 많은 근본적인 문제들이 산적해 있는 것이 사실이다. 본 연구에서는 건식초지와 관련된 이러한 중요한 문제를 풀기 위한 기초 연구로 건식초지 된 종이를 만들기 위한 건식초지 몰드를 개발하고, 이를 이용하여 건식초지의 가능성을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 건식초지 지필의 가습, 압착 압력, 압착 온도와 시간 등이 건식초지의 일반 특성에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
- 본 연구에서는 건식초지와 관련된 이러한 중요한 문제를 풀기 위한 기초 연구로 건식초지 된 종이를 만들기 위한 건식초지 몰드를 개발하고, 이를 이용하여 건식초지의 가능성을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 건식초지 지필의 가습, 압착 압력, 압착 온도와 시간 등이 건식초지의 일반 특성에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
제안 방법
- DFM 내부에서 발생하는 공기의 유속을 열선풍속계를 통해 측정하였다. 측정은 분산장치의 내벽, 천공 스크린 상하부, 형성부, 블로어(blower) 출구에서 이루어졌다.
- Forming board에 형성된 섬유패드는 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20 분 동안 가습하였다. 물 에어로졸과 수증기를 초음파 가습기를 이용하여 발생시켰다.
- 건식해리 섬유를 만들기 위하여 약 300 g의 Hw-BKP를 건식해리기에 넣고 30분간 해리한 결과 습식해리된 평균 섬유장과 매우 유사하였으나, 그 외형적인 모습은 크게 차이가 있었다. 건식초지 가능성을 평가하기 위해서 원주형 건식초지기를 설계, 제작하고 섬유의 균일한 분산 및 포밍을 유도할 수 있는 방안을 도출하였다. 형성된 섬유 패드는 조습하고 압착함으로써 지필을 형성할 수 있었다.
- 건식초지된 종이를 만들기 위한 건식초지 몰드를 개발하고, 이를 이용하여 건식초지의 가능성을 평가하였다. 건식초지를 위한 펄프 해섬, 포밍, 지층형성, 지필 가습, 압착 조건 등이 건식초지의 일반 특성에 미치는 영향을 파악하였다.
- 건식초지된 종이를 만들기 위한 건식초지 몰드를 개발하고, 이를 이용하여 건식초지의 가능성을 평가하였다. 건식초지를 위한 펄프 해섬, 포밍, 지층형성, 지필 가습, 압착 조건 등이 건식초지의 일반 특성에 미치는 영향을 파악하였다.
- 건식초지를 평가하기 위해서 원주형 건식초지기(DFM, dry forming mold)를 제작하였다 (Fig. 2). 건조 섬유 덩어리는 분산장치(disperser)에서 분산시켰다.
- 건식해리 된 섬유를 만들기 위하여 약 300 g의 Hw-BKP를 작은 조각으로 만들어 Fig. 1의 사진과 같은 건식해리기에 넣고 30분간 해리하였다. 내부에 위치한 두 부분으로 구성된 로터를 700 rpm으로 회전시켜 해리하였다.
- 건식해리 된 섬유를 만들기 위하여 약 300 g의 Hw-BKP를 작은 조각으로 만들어 건식해리기에 넣고 해리하였다. 로터에 의한 기계적인 힘과 섬유들의 마찰력에 의하여 펄프는 섬유들로 분리가 되었다.
- 또 일반 실험실적 고해기로 고해한 습식 고해섬유도 사용하였다. 건조된 고해섬유를 얻기 위해서 용매 치환을 실시하였다. 물을 에탄올로 치환하고 에탄올은 다시 헥산으로 치환하였다.
- 활엽수 표백 크라프트 펄프(Hw-BKP)를 공시 펄프로 사용하였다. 공시펄프는 건식해리기를 이용하여 해리하거나, 일반적인 습식고해 방법으로 고해한후 유기용매를 이용한 용매치환 건조 방법으로 건조한 후 사용하였다. 또 일반 실험실적 고해기로 고해한 습식 고해섬유도 사용하였다.
- 측정은 분산장치의 내벽, 천공 스크린 상하부, 형성부, 블로어(blower) 출구에서 이루어졌다. 또 가습시간에 따른 건식초지 된 섬유패드의 함수율을 측정하였다.
- 로터에 의한 기계적인 힘과 섬유들의 마찰력에 의하여 펄프는 섬유들로 분리가 되었다. 막대 모양의 상부 로터와 디스크 모양의 하부 로터는 마찰효과를 일으켜 펄프를 해섬시키고, 셀 안의 펄프섬유를 교반하도록 설계하였다. 건식해리 된 섬유는 40 mesh를 가지는 진동스크린을 통해 미해리분을 걸러내었다.
- Forming board에 형성된 섬유패드는 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20 분 동안 가습하였다. 물 에어로졸과 수증기를 초음파 가습기를 이용하여 발생시켰다. 측정당시 석션의 유량은 1250 cm3/sec 이고 압축공기는 작동시키지 않았다.
- 열압 시 섬유패드와 프레스의 열판 사이의 상부에 100 mesh 와이어를 둠으로써 섬유패드가 둘러붙는 현상을 막았고 수분과 수증기의 흡수를 위하여 하부에 2장의 압지를 두었다. 압착과정 이후 종이는 건조도를 측정하고 실린더 드라이어를 통해 완전건조 시켰다. Fig.
- 열압을 적용할 경우, 온도는 120°C, 시간은 10초를 적용하였다. 열압 시 섬유패드와 프레스의 열판 사이의 상부에 100 mesh 와이어를 둠으로써 섬유패드가 둘러붙는 현상을 막았고 수분과 수증기의 흡수를 위하여 하부에 2장의 압지를 두었다. 압착과정 이후 종이는 건조도를 측정하고 실린더 드라이어를 통해 완전건조 시켰다.
- 2%의 슬러리 2000 mL를 저농도 해리기에 넣고 3000 revolutions 동안 해리하여 준비하였다. 이후 건조해리 된 섬유와 습식해리 된 섬유는 각각 섬유장과 분포, 외형을 현미경과 섬유장 측정기(Kajaani FiberLab V.3)를 통하여 평가하였다.
- 지름 25 cm의 원형의 형태를 가지는 압착된 섬유패드는 지름 20 cm로 외곽을 제거하고 컨디셔닝을 거쳐 평량을 측정하였다. DFM에서 얻어진 섬유패드는 두개의 압지가 상하로 위치된 프레스에서 압착하였다.
- DFM 내부에서 발생하는 공기의 유속을 열선풍속계를 통해 측정하였다. 측정은 분산장치의 내벽, 천공 스크린 상하부, 형성부, 블로어(blower) 출구에서 이루어졌다. 또 가습시간에 따른 건식초지 된 섬유패드의 함수율을 측정하였다.
- 천공스크린 하부에는 압축공기를 주기적으로 분출시켜 섬유가 스크린 홀과 하부에 부착되는 것을 방지 하였다. 형성된 섬유 패드는 에어로졸 형태로 물을 분사하는 가습장치를 통해 조습하였다.
- 유속과 그 변화는 공기의 흐름이 감소함에 따라 크게 낮아졌으며 수평방향의 결과에서도 보였듯이 forming zone에서 유속도 낮아졌다. 회오리 현상이 발생하지 않는 이러한 완화된 조건에서 DFM의 건식초지를 실시하였다.
대상 데이터
- 이는 섬유가 없는 상황에서 실제 건식초지 시의 조건으로 60개의 위치에서 측정된 것이다. 유속 데이터는 수평으로 5개 수직으로 12개의 지점에서 측정되었다.
- 활엽수 표백 크라프트 펄프(Hw-BKP)를 공시 펄프로 사용하였다. 공시펄프는 건식해리기를 이용하여 해리하거나, 일반적인 습식고해 방법으로 고해한후 유기용매를 이용한 용매치환 건조 방법으로 건조한 후 사용하였다.
성능/효과
- 함수율의 기준은 가습이후의 섬유패드의 무게 기준에 대한 퍼센트를 나타낸다. 가습시간에 따라 섬유패드의 함수율은 증가를 하였으며 섬유패드의 평량에 따른 함수율의 변화는 상대적으로 그다지 크지 않았다.
- 형성된 섬유 패드는 조습하고 압착함으로써 지필을 형성할 수 있었다. 결론적으로 물을 사용하지 않고 종이를 제조할 수 있음을 실증하였다.
- 건조 섬유 덩어리는 분산장치(disperser)에서 분산시켰다. 다양한 형태의 교반장치를 이용하여 평가한 결과 가벼운 무게와 넓은 교반 면적을 가지는 알루미늄제 사각 교반장치가 가장 효과적이었다. 분산된 섬유는 1.
- 스크린은 disperser의 스터러 밑에 위치하여 있으며 2 mm의 천공이 뚫려 있는 것이었다. 스크린의 열린 공간을 제한함으로써 스크린 상부와 하부의 압력차를 유지할 수 있었고, 또한 disperser에서 효과적으로 분산된 섬유의 스크린을 통한 이동경로를 균일하게 할 수 있었다.
- 5sec일 때, 수직 및 수평방향 유속을 나타낸다. 유속과 그 변화는 공기의 흐름이 감소함에 따라 크게 낮아졌으며 수평방향의 결과에서도 보였듯이 forming zone에서 유속도 낮아졌다. 회오리 현상이 발생하지 않는 이러한 완화된 조건에서 DFM의 건식초지를 실시하였다.
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