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문제 정의
- 무기 충전제 첨가량 및 혼합비율이 연포장지 특성에 미치는 영향을 평가하였다. Table 3에 나타난것처럼 펄프 조성, 첨가제 고해조건은 동일하게 유지하였으며, 충전제 첨가량 및 혼합비율만을 달리하여 지료 조성 후 수초지를 제조하였다.
- 본 연구에서는 코팅, 인쇄, 표면 처리 이외의 방법으로 연포장지의 불투명도를 개선하고자 하였으며, 지료 조성 시 고려할 수 있는 펄프 조성 및 제지용 첨가제에 따른 연포장지의 광학 및 기계적 물성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 펄프 조성 및 무기물 충전제가 담배 연포장지의 광학 및 기계적 특성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다.
제안 방법
- 430 mL CSF와 450 mL CSF의 고해도에서 침엽수 및 활엽수 혼합비율에 따른 연포장지 물성을 평가하였다. 침엽수/활엽수 비율은 60/40과 40/60으로 각각 혼합하였다.
- 첨가제 투입 완료 후 65 g/m2 평량의 수초지를 제조하였으며, 23℃, 50% RH 조건에서 48 시간 조습처리를 진행하였다. TAPPI Test Methods에 의거하여 조습처리가 완료된 수초지의 불투명도 백색도, 스티프니스, 인장강무기물 함량을 각각 평가하였다.
- 고분자 첨가 완료 후 65 g/m2 평량의 수초지를 제조하였으며, 23 ℃, 50 % RH 조건에서 48 시간 조습처리를 진행하였다. TAPPI Test Methods에 의거하여 조습처리가 완료된 수초지의 불투명도, 백색도, 스티프니스, 인장강도를 각각 분석하였다.
- 미치는 영향을 평가하였다. Table 3에 나타난것처럼 펄프 조성, 첨가제 고해조건은 동일하게 유지하였으며, 충전제 첨가량 및 혼합비율만을 달리하여 지료 조성 후 수초지를 제조하였다.
- 5 %첨가하였다 (Table 2). 고분자 첨가 완료 후 65 g/m2 평량의 수초지를 제조하였으며, 23 ℃, 50 % RH 조건에서 48 시간 조습처리를 진행하였다. TAPPI Test Methods에 의거하여 조습처리가 완료된 수초지의 불투명도, 백색도, 스티프니스, 인장강도를 각각 분석하였다.
- 침엽수, 활엽수 펄프를 Valley beater를 이용하여 각각 해리한 후 430+10 mL CSF, 450+10 mL CSF가 되도록 각각고해하였다. 고해가 완료된 침엽수, 활엽수를 각각 60/40, 40/60으로 혼합하였다. 혼합된 지료를 800 rpm으로 교반하면서, 혼합된 지료에, 양이온성 전분, 알람, 로진을 전건 섬유 대비 각각 1.
- 침엽수, 활엽수 펄프를 Valley beater를 이용하여 각각 해리한 후 450+10 mL CSF가 되도록 고해하였다. 고해가 완료된 침엽수, 활엽수를 각각 60/40으로 혼합하였다. 혼합된 지료를 800 rpm으로 교반하면서, 혼합된 지료에, 무기 충전제, 보류제, 양이온성 전분, 알람, 로진을 전건 섬유 대비 각각 첨가하였다.
- 보류제로서 양이온성 PAM(Cationic polyacrylamide)을, 사이즈제로서 검화 로진 (G9H27 - 33COOH, Soaped rosin)과 Alum(Ah(S04)3 , nH© aluminium sulfate) 을 각각 사용하였다. 또한, 양이온성 전분(Cationic starch)을 지력증강제로 사용하였다.
- 제지용 첨가제는 Table 3에 수록하였다. 첨가제 투입 완료 후 65 g/m2 평량의 수초지를 제조하였으며, 23℃, 50% RH 조건에서 48 시간 조습처리를 진행하였다. TAPPI Test Methods에 의거하여 조습처리가 완료된 수초지의 불투명도 백색도, 스티프니스, 인장강무기물 함량을 각각 평가하였다.
- water)를 사용하였다. 침엽수, 활엽수 펄프를 Valley beater를 이용하여 각각 해리한 후 430+10 mL CSF, 450+10 mL CSF가 되도록 각각고해하였다. 고해가 완료된 침엽수, 활엽수를 각각 60/40, 40/60으로 혼합하였다.
- water)를 사용하였다. 침엽수, 활엽수 펄프를 Valley beater를 이용하여 각각 해리한 후 450+10 mL CSF가 되도록 고해하였다. 고해가 완료된 침엽수, 활엽수를 각각 60/40으로 혼합하였다.
- 침엽수/활엽수 비율은 60/40과 40/60으로 각각 혼합하였다. 430 mL CSF와 450 mL CSF의 고 해도에서 침엽수/활엽수 혼합 비율이 60/40에서 40/60으로 증가함에 따라 불투명도는 77.
- 고해가 완료된 침엽수, 활엽수를 각각 60/40으로 혼합하였다. 혼합된 지료를 800 rpm으로 교반하면서, 혼합된 지료에, 무기 충전제, 보류제, 양이온성 전분, 알람, 로진을 전건 섬유 대비 각각 첨가하였다. 제지용 첨가제는 Table 3에 수록하였다.
- 고해가 완료된 침엽수, 활엽수를 각각 60/40, 40/60으로 혼합하였다. 혼합된 지료를 800 rpm으로 교반하면서, 혼합된 지료에, 양이온성 전분, 알람, 로진을 전건 섬유 대비 각각 1.0 %, 1.0 %, 0.5 %첨가하였다 (Table 2). 고분자 첨가 완료 후 65 g/m2 평량의 수초지를 제조하였으며, 23 ℃, 50 % RH 조건에서 48 시간 조습처리를 진행하였다.
대상 데이터
- 033 ㎛ 였다 (Table 1). 보류제로서 양이온성 PAM(Cationic polyacrylamide)을, 사이즈제로서 검화 로진 (G9H27 - 33COOH, Soaped rosin)과 Alum(Ah(S04)3 , nH© aluminium sulfate) 을 각각 사용하였다. 또한, 양이온성 전분(Cationic starch)을 지력증강제로 사용하였다.
- 수초지 조성을 위해서 S 제지회사의 제지 공정수 (White water)를 사용하였다. 침엽수, 활엽수 펄프를 Valley beater를 이용하여 각각 해리한 후 430+10 mL CSF, 450+10 mL CSF가 되도록 각각고해하였다.
- 지료 조성을 위해서 표백 침엽수 크라프트펄프(Softwood bleached kraft pulp)와 표백 활엽수 크라프트 펄프(Hardwood bleached kraft pulp)를 사용하였다. 충전제로 Talc(Mg3Si4Oio(OH)2, hydrous magnesium silicate)와 TiO2(Titanium dioxide)# 사용하였으며, BECKMAN COULTER(LS-230)를 이용하여 입도를 측정한 결과 Talc와 Ti€) 2입자크기는각각 0.
- 충전제로 Talc(Mg3Si4Oio(OH)2, hydrous magnesium silicate)와 TiO2(Titanium dioxide)# 사용하였으며, BECKMAN COULTER(LS-230)를 이용하여 입도를 측정한 결과 Talc와 Ti€) 2입자크기는각각 0.029 ㎛와 0.033 ㎛ 였다 (Table 1). 보류제로서 양이온성 PAM(Cationic polyacrylamide)을, 사이즈제로서 검화 로진 (G9H27 - 33COOH, Soaped rosin)과 Alum(Ah(S04)3 , nH© aluminium sulfate) 을 각각 사용하였다.
성능/효과
- 430 mL CSF 고해도에서의 인장강도는 침엽수혼합비율이 60 %의 경우 6.8 kgf로서 활엽수 비율이 60 %인 6.5 kgf 보다 높았다 (Fig. 2). 이는 침엽수펄프가 활엽수 펄프에 비해 섬유의 강직성이 적어서 섬유간 결합 형성에 유리하기 때문이다(Levlin, 1999; Lee, 2007, ; Jo, 2008).
- 침엽수/활엽수 비율은 60/40과 40/60으로 각각 혼합하였다. 430 mL CSF와 450 mL CSF의 고 해도에서 침엽수/활엽수 혼합 비율이 60/40에서 40/60으로 증가함에 따라 불투명도는 77.5 %, 78.0 % 어】서 79.4 %, 79.4 %로서 각각 2.4%, 1.9% 증가하였다 (Fig. 1). 종이를 구성하고 있는 섬유는 공기층에 의해 분리되어 있으며, 섬유에서 공기층으로, 공기층에서 섬유로 통과할 때 발생되는 빛의 굴절 및 산란으로 불투명도의 특성이 발현된다.
- 종이의 인장강도는 섬유의 결합면적과 결합수에 비례하며 (Niemo, 1999; Jo et al, 2008), 충전제는 섬유와 섬유사이에 위치하여 섬유의 결합면적과 결합수를 감소시키므로 인장강도가 저하된 것으로 판단된다. 9 % TiOz와 Talc 첨가 시 인장강도 감소율은 각각 23 %, 16 %로 TiCh 9 % 첨가 시료의 인장강도 감소폭이 컸다. 이는 종이에 잔류된 TiOz의 함량이 Talc 대비 2 % 증가되어, 섬유간의 결합을 방해하는 요소로 작용하였기 때문이다.
- 따라서, 연포장지의 불투명도 향상을 위해서는 충전물 자체의 굴절율이높은 충전제를 선정, 적용하는 것이 중요하며 Table 1에 Talc 와 TiG의 굴절율 및 특성을 나타내었다. Table 4에서 알 수 있는 바와 같이 연 포장지의 불투명도는 Talc 와 TiOa의 첨가량을 3 %-9 %로증가시킴에 따라 향상되었으겨, TiO2>TiO2+Talc> Talc 첨가의 순으로 불투명도가 향상되는 것으로 나타났다. Talc만을 단독 첨가하였을 경우 0.
- 미치는 것으로 확인되었다. Talc 단독 첨가 시백 색도는 83.7 %~85.1 %로 Talc 미첨가 대비 약 1.5 % 감소율을 보였다. 이는 Table 5에 나타난 바와 같이 종이에 잔류된 Talc 자체의 낮은 백색도가종이의 백색도에 영향을 미쳤기 때문으로 판단된다.
- Talc 및 TiO2 첨가량은 연포장지의 백색도에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. Talc 단독 첨가 시백 색도는 83.
- Table 4에서 알 수 있는 바와 같이 연 포장지의 불투명도는 Talc 와 TiOa의 첨가량을 3 %-9 %로증가시킴에 따라 향상되었으겨, TiO2>TiO2+Talc> Talc 첨가의 순으로 불투명도가 향상되는 것으로 나타났다. Talc만을 단독 첨가하였을 경우 0.6 %~ 2.1 %의 불투명도가 향상되었으나, TiO2 단독 첨가 시에는 5.5 %~9.7 %의 불투명도가 향상되어, 충전제가 불투명도에 미치는 영향이 높은 것을 확인하였다. 충전제가 첨가된 수초지의 경우 섬유-공기, 충전제-공기, 충전제-섬유와 같이 빛을 산란시켜주는 세가지 계면이 형성되며, 이 세가지 겨)면 중 특히 충^제_공기의 계면에서 빛을 가장 많이 굴절 및 산란시켜 준다.
- Ti02 의 무기물 함량은 2.9~6.8 %로 높은 반면, Talc 의무 기물 함량은 2.0 %-4.7 %로 낮았으며, 종이에 보류된 굴절지수가 높은 TiC>2의 함량도 불투명도 향상에 기여한 것으로 확인되었다. 충전제가 첨가되지 않은 연포장지의 무기물 함량은 0.
- 4 %로 증가하였다. 동일 고해도에서 침엽수 펄프가 인장강도 스티프니스 향상에 효과적이었으나, 백색도는 고해도 및 침엽수/활엽수 혼합비율의 영향을 크게 받지 않았다. 충전물 종류 및 함량에 따른 종이의 불투명도와 백색도는 충전제 자체의 백색도 와 굴절지수에 영향을 받았다.
- 동일한 침엽수/활엽수 혼합비율에서 고해도가 각각 450 mL CSF에서 430 mL CSF로 증가하였을 때 60 %의 활엽수가 혼합된 경우 불투명도가 각각 79.4 %, 79.4 %로 동일하였으나, 침엽수 혼합비율이 높은 60 %인 경우 미세하게 감소하는 경향을 보였다. 이는 고해가 진행됨에 따라 침엽수 펄프의 유연성 증가로 섬유간 결합이 개선되어 빛의 산란능력이 감소한 것으로 판단된다.
- 극성은 낮은 편이다. 따라서, 양이온성 아크릴아마이드를 첨가하였을 때, Talc의 보류도는 Tift 대비 낮았으며, Talc가 아크릴아마이드에 의하여 응집이 되거나 섬유에 정착이 되더라도, Talc와 아크릴아마이드의 결합력이 약하고, Talc 자체가 카드하우스 형태로 응집체를 형성하기 때문에 전단력 안정성이 저하되어, 보류도가 감소하는 것으로 판단된다. (Lee and Huh, 1997; Lee et al, 2007).
- 모든 시료의 백색도는 84.7 %-85.3 % 였으며, 고해도 및 침엽수/활엽수 혼합비율의 영향을 크게 받지 않았다 (Fig. 4).
- 수초지의 스티프니스는 충전물 미첨가 시 7.0 mNm, 충전물 첨가 시 5.9 mNm~6.9 mNm 범위였으며, 종이내 충전물 함량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다.
- 충전물 종류 및 함량에 따른 종이의 불투명도와 백색도는 충전제 자체의 백색도 와 굴절지수에 영향을 받았다. 연포장지의 불투명도와 백색도는 TiO2>TiO2+Talc>Talc 첨가의 순으로 향상되었으며, 인장강도와 스티프니스는 종 이내 충전제 함량이 높을수록 감소하는 경향을 나타내었다.
- 종이내의 무기물 함량은 첨가된 충전물에 비례하여 증가하였으며, Tit》가 첨가된 무기물 함량은 Talc 및 TiCMTak가 첨가된 종이 대비 높았다. Talc는 실리카 층과 산화마그네슘 층으로 이루어져 있으며, aspect ratio 가 30인 판상형 물질이다 (Lasmarias, 2004; Neimo, 1999; Lee et al, 2(X)7).
- 동일 고해도에서 침엽수 펄프가 인장강도 스티프니스 향상에 효과적이었으나, 백색도는 고해도 및 침엽수/활엽수 혼합비율의 영향을 크게 받지 않았다. 충전물 종류 및 함량에 따른 종이의 불투명도와 백색도는 충전제 자체의 백색도 와 굴절지수에 영향을 받았다. 연포장지의 불투명도와 백색도는 TiO2>TiO2+Talc>Talc 첨가의 순으로 향상되었으며, 인장강도와 스티프니스는 종 이내 충전제 함량이 높을수록 감소하는 경향을 나타내었다.
- 활엽수 펄프가 침엽수 펄프에 비해 불투명도 향상에 효과적이었으며, 활엽수 혼합 비율이 40 %에서 60 %로 증가함에 따라 불투명도는 각각 1.9 %~ 2.4 %로 증가하였다. 동일 고해도에서 침엽수 펄프가 인장강도 스티프니스 향상에 효과적이었으나, 백색도는 고해도 및 침엽수/활엽수 혼합비율의 영향을 크게 받지 않았다.
후속연구
- 결론적으로, 담배 연포장지 제조 시 펄프의 종류및 조성, 첨가되는 무기 충전제의 종류 및 함량 등을 고려하여 지료를 조성해야 될 것으로 사료된다.
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