[논문]보류, 탈수, 지합을 종합적으로 고려한 Retention and Drainage Analyzer (RDA) 활용 보류향상제의 선정사례

전창훈; 류정용; 송봉근; 서영범; 정성현

[국내논문] 보류, 탈수, 지합을 종합적으로 고려한 Retention and Drainage Analyzer (RDA) 활용 보류향상제의 선정사례
An Instance of Selecting Retention Chemicals Based on Simultaneous Analysis of Retention, Drainage and Formation of RDA (Retention and Drainage Analyzer) Sheets 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.42 no.3 = no.136, 2010년, pp.7 - 13

전창훈 (한국화학연구원, 산업바이오화학연구센터) , 류정용 (한국화학연구원, 산업바이오화학연구센터) , 송봉근 (한국화학연구원, 산업바이오화학연구센터) , 서영범 (충남대학교 임산공학과) , 정성현 (전주페이퍼)

Abstract ▼ AI-Helper

KOptimization and control of wet-end process provide a key solution to improve paper quality and production efficiency at the same time. Wet-end of paper machine is to determine three important influencing factors of papermaking i.e., retention, drainage and formation. Good formation of paper could be made at the cost of deteriorated retention or drainage. In the same manner increase of retention aid could cause the bad formation of paper. It is very important to find a proper retention chemical which may satisfy one of three factors without the sacrifice of other two. Laboratory scale analyzing or screening chemical additives of wet-end was reported in this study based on RDA sheet molding. Different from the conventional test method, simultaneous consideration of three important wet-end properties could be made by RDA and consequently more reliable prediction of actual paper machine wet-end could be expected.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

3은 다양한 보류 시스템 적용에 따른 RDA Sheet의 보류와 지합 변화 및 그 관계를 도시한 그래프이다. 본 그래프를 통해 살펴보고자 하는 바는 각각의 양이온성 PAM과 micro particle, 음이온성 PAM의 첨가수준이 달라짐에 따른 보류도, 지합의 변화가 아니라보류와 지합의 관계이다.
보류, 탈수, 지합으로 대별되는 초지특성을 종합적으로 고려할 때 목적하는 종이물성을 개선하면서도 다른 특성을 크게 저하시키지 않는 보류향상제를 찾는 일은 매우 중요하다. 본 연구에서는 보류 시스템의 선정과 그 사용을 최적화하는 실험실적 분석 방안으로서 RDA 활용사례를 보고하였다.
본 연구에서는 전술한 RDA를 활용하여 보류, 탈수, 균일성을 측정, 수치화하고 세가지 물성을 종합, 비교하는 방법으로 최적의 첨가제를 탐색하고자 하였다. 아울러 상기한 실험과정을 통해 RDA를 활용한 보류향상 시스템의 실험실적 분석 가능성과 효율에 대하여 알아보고자 하였다.
본 연구팀은 RDA시편의 지합을 개선하기 위해서 pre-filling water를 forming tank에 미리 채워두는 초지 방법을 제안하여 이를 평가 후 보고하고, pre-filling water를 자동으로 도입하는 부대설비를 개발, 제품화한 바 있다. Fig.
본 연구에서는 전술한 RDA를 활용하여 보류, 탈수, 균일성을 측정, 수치화하고 세가지 물성을 종합, 비교하는 방법으로 최적의 첨가제를 탐색하고자 하였다. 아울러 상기한 실험과정을 통해 RDA를 활용한 보류향상 시스템의 실험실적 분석 가능성과 효율에 대하여 알아보고자 하였다.

제안 방법

성형된 습지필은 압착탈수 후 드럼드라이어((주)지스트)를 이용하여 105℃로 건조하였다. RDA 시편의 지합은 2D-F sensor(TECHPAP 社)를 이용하여 측정하였다.
공시재료의 특성은 Table 1에 나타낸 바와 같다. RDA 초지에 적용한 첨가제는 양이온성 PAM 5종과 음이온성 PAM 2종, micro particle 3종으로 구성된 총 16가지 보류 시스템이었다. 첨가수준과 조합은 Figs.
각 보류시스템 적용에 따른 지료의 탈수특성은 RDA의 감압탈수 시 얻어지는 탈수곡선(Fig. 2)의 최종 잔존 진공도를 측정, 비교하는 방법으로 평가하였다. 이때 감압 탈수처리는 Main과 Sub tank의 진공압력을동일하게 350 mmHg로 설정하고 실시하였으며 이때 얻어지는 탈수여액의 탁도를 HACH 社의 탁도계로 측정하여 지료의 보류도를 비교하였다.
2)의 최종 잔존 진공도를 측정, 비교하는 방법으로 평가하였다. 이때 감압 탈수처리는 Main과 Sub tank의 진공압력을동일하게 350 mmHg로 설정하고 실시하였으며 이때 얻어지는 탈수여액의 탁도를 HACH 社의 탁도계로 측정하여 지료의 보류도를 비교하였다. 성형된 습지필은 압착탈수 후 드럼드라이어((주)지스트)를 이용하여 105℃로 건조하였다.
이때 단순히 탁도와 FAP, LT값을 더하여 그 합이 최소가 되는 경우를 찾는다면 값의 변이가 160-260 NTU인 보류도가 150-190 LT인 지합이나 50-85 mmHg인 탈수성보다 3종의 합에 크게 영향함으로 지나치게 보류도만을 중시한 결정을 내리기 쉽다. 이러한 오류를 피하기 위하여 본 연구에서는 탁도와 FAP, LT값 각각의 평균을 구한 후 각 평균에 대한 백분율로서 보류, 탈수, 지합특성을 환산하여 다시 3종의 총합을 구하는 방법을 사용하였다. 물론 세 가지 초지인자 중 어느 하나가 다른 두 가지보다 중요하게 간주되어야하는 경우도 있을 수 있다.
2%까지 희석하기 위해 CaCl₂를 투입하여 Silo백수의 칼슘 경도 및 전기전도도로 조정된 청수를 지료에 배합하였다. 이로써 H/B지료의 칼슘경도와 음이온성 전해질량, 전기 전도도의 변화없이 농도만 희석된 RDA 초지용 지료를 조성하였다. 나머지 RDA의 교반시간과 교반 rpm을 포함한 운전조건은 Table 3에 나타내었다.
나머지 RDA의 교반시간과 교반 rpm을 포함한 운전조건은 Table 3에 나타내었다. 초지 시 보류 향상용 PAM과 micro particle은 Step 3과 Step 5에 각각 투입되었으며 RDA시편의 지합을 개선하기 위해서 forming tank에 미리 채워두는 pre-filling water의 양은 1000 mL로 설정하였다.

대상 데이터

J사로부터 제공받은 M/C 지료와 Silo백수를 혼합하여 H/B의 농도로 조성한 후, RDA초지를 실시하였다. 지료의 온도는 현장과 유사하게 45℃로 동일하게 조정하였다.
본 연구에서는 주원료로서 TMP와 신문지 폐지를 배합하여 재생 신문지를 생산하는 국내 J사에서 Machine Chest(M/C) 지료, Head Box(H/B) 지료 그리고 Silo백수를 제공받아 공시재료로 삼았다. 공시재료의 특성은 Table 1에 나타낸 바와 같다.

성능/효과

즉 1번 C-PAM을 증량하는 것은 보류도 개선 측면에서 도움이 될지는 모르나 기타 탈수와 지합은 불량해지는 단점이 있기에 3 Factor를 균등하게 PAM가격으로 인한 생산 원단위 상승만을 가져올 뿐 큰 이득이 없음을 의미하는 결과이다. C-PAM의 투입량을 242ppm에서 381ppm으로 증가시킨 Case 2와 Case 7의 사례를 비료해보면 3 Factor의 합이 293.5에서 317.9로 오히려 증가하였음을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 Case 1과 Case 6의 경우에서 설명한 바와 같이 PAM 증량에 따른 보류도 개선이라는 이점이 탈수와 지합의 저하로 상쇄 되었을 뿐만 아니라 오히려 보류, 탈수, 지합의 전체적인 면에서 악화되는 부작용을 유발하였음을 의미한다.
4 역시 같은 맥락에서 설명할 수 있다. RDA 탈수곡선의 마지막 진공도를 의미하는 final air permeability가 높을수록 습지필의 기공이 막힌 상태로 탈수성이 불량함을 의미하는데,이처럼 탈수성이 불량할 때 RDA Sheet의 지합 또한 불균일하다는 것을 그래프를 통해 확인하였다. 이러한 결과는 지합이 저하되도록 섬유의 응집이 일어나는 우수한 보류 조건 하에서 미세분의 보류가 개선됨에 따른 choking 현상으로 습지필의 기공이 막히고 탈수성이 저하될 수 있음을 의미한다.
본 연구에서는 Fig. 6에서 확인할 수 있듯이 case 16의 경우 가장 적은 값을 나타내어 16가지 보류 system 중 보류, 탈수, 지합 측면에서 가장 우수한 습부 첨가제로 선택되었다. 1번 양이온성 PAM을 462 ppm 첨가한 Case 1과 동일한 PAM을 726 ppm 첨가한 Case 6을 비교해보면 Table 4에서 확인할 수 있듯이 3 Factor의 총합이 각각 309.
6은 16가지 보류 시스템 적용에 따른 RDA초지 시 여액의 탁도와 습지필의 final air permeability, RDA sheet의 지합을 종합적으로 분석한 사례를 나타낸 것이다. 세 가지 측정값 모두 그 값이 클수록 물성이 불량함을 나타내기에 세 값의 합이 적은 첨가제가 보류, 탈수,지합 측면에서 종합적으로 가장 효율적인 보류 시스템이라 할 수 있다. 이때 단순히 탁도와 FAP, LT값을 더하여 그 합이 최소가 되는 경우를 찾는다면 값의 변이가 160-260 NTU인 보류도가 150-190 LT인 지합이나 50-85 mmHg인 탈수성보다 3종의 합에 크게 영향함으로 지나치게 보류도만을 중시한 결정을 내리기 쉽다.

후속연구

기존의 실험실적 분석법과 달리 RDA를 활용한 일회의 초지로 보류, 탈수, 지합을 모두 고려한 실험실적 보류향상제 탐색이 가능하며 이를 바탕으로 실제 현장초지기의 운전효율을 개선시킬 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	보류시스템은 어떻게 구분할 수 있는가?	보류시스템은 크게 단순 고분자전해질을 적용하는 경우와 이중 고분자 시스템 혹은 마이크로파티클 시스템 등을 적용하는 사례로 구분할 수 있다. 일반적으로 보류향상용 고분자 전해질의 투입량을 증가시키는 경우 보류도가 증가할수록 지합이 불균일해지고, 과도한 응집이 형성됨에 따라 진공박스에서의 탈수성이 저하되는 문제점이 발생한다.
	RDA의 특징은 무엇인가?	이러한 선별작업을 위해서 본 연구팀은 실험실적인 수초지 작업을 자동화한 초지기 RDA(Retention and Drainage Analyzer)를 개발한 바 있다. RDA는 기존의 보류, 탈수성만을 분석하는 보편화된 자연탈수측정 장치와는 달리 지료 조성에서 초지까지 현장 조건에 가까운 종이를 형성하여 물성을 파악할 수 있도록 고안된 장치이며 이는 종이의 균일성을 가늠할 수 있는 시편이 제작된다는 장점이 있다. 그러나 초지기의 초지 농도와 유사한 농도 조건으로 RDA에 의해 초지된 시편의 지합은 실제 종이의 경우보다 불균일하기에 지합의 비교 측면에서 불합리하다는 지적이 있었다.
	양이온성 고분자전해질과 음이온성을 띄는 마이크로파티클로 구성되는 보류시스템이란 무엇인가?	4) 이를 극복하기 위해 최근에는 양이온성 고분자전해질과 음이온성을 띄는 마이크로파티클로 구성되는 보류시스템이 많이 사용되고 있다. 이 보류시스템은 양이온성 고분자 전해질로 지료조성분을 응집시킨 후에 강한 전단력을 가하여 이를 파괴하고, 여기에 다시 음이온성 마이크로파티클을 첨가함으로서 지료 조성분의 순간적인 재응집을 유도하는 방법으로 미세 응집체(micro-floc)의 형성을 유도하여 보류도 향상과 종이의 지합 개선이라는 상반되는 효과를 동시에 거둘 수 있는 장점이 있기 때문에 근래 들어 널리 사용되고 있다. 이러한 마이크로파티클 시스템은 양이온성 전분 혹은 구아검과 함께 콜로이달 실리카를 사용하는 콤포질 시스템(Compozil system)과 양이온성 전분과 알루미늄 수산화물을 이용하는 하이드로질시스템(Hydrosil system), 양이온성 PAM과 벤토나이트를 사용하는 하이드로콜 시스템(Hydrocol system)등으로 구분할 수 있다.

참고문헌 (5)

Hee-Jae Chae, Retention Drainage Formation and Fracture Toughness Depending on Rention System, Molecular Weights of Polyelectrolytes and Dosage Sequences, J. Korea TAPPI 41(2)(2009).
강진기, 박시한, 이창원, 김정현, 에멀젼 표면사이즈 제 현장 적용 사례, 무림페이퍼(주) 연구소. J. Korea TAPPI 2006.(3): 125-130
Won-Ho Yoon, Jeong-Yong Ryu, Operating Condition of RDA for the Simultaneous Analysis of Retention, Drainage and Uniformity of Various Kind of Papers, J. Korea TAPPI 33(2)(2008).
Dong-Jin Son and Bong-Yong Kim, New Retenion System Using Branched Polymer, Pan Pacific Conference. pp 251-256(2006)
Byoung-Uk Cho, Dynamic Modeling and Control Strategies for Retention and Formation on a Paper Machine using a Micropartculate Retention Aid System, J. Korea TAPPI Vol 4(2006):103-112

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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