[논문]크라프트 펄프 섬유의 다단 고해와 니딩 처리에 따른 종이 신장률 및 파괴인성의 변화

임종혁; 채희재; 박창순; 박종문

크라프트 펄프 섬유의 다단 고해와 니딩 처리에 따른 종이 신장률 및 파괴인성의 변화
Effects of Refining and Kneading of Kraft Pulp Fibers on Elongation and Fracture Toughness of Paper 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.42 no.4 = no.137, 2010년, pp.39 - 44

임종혁 (충북대학교 농업생명환경대학 임산공학과) , 채희재 (충북대학교 농업생명환경대학 임산공학과) , 박창순 (충북대학교 농업생명환경대학 임산공학과) , 박종문 (충북대학교 농업생명환경대학 임산공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

To increase the fracture toughness of paper made of Sw-BKP, refining and kneading conditions were analyzed. Curl and kink was known to increase the strain at break and the fracture touhness. Sequence of multiple stage beating, beating load and kneading were compared. When we applied a kneading treatment using a kneader at the final step, the most of the fiber transformation such as curl and kink occurred, the more the bulk and air-permeability improved. Physical strength and TEA(tensile energy absorption) were increased higher when kneading treatment before refining than only refining treatment was performed. TEA was increased because of higher elongation. It was found that the highest fracture toughness was obtained when applying the kneading treatment to the fibers in the pre-treatment step rather than in the middle step of beating or in the final step of beating.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 종이의 강도발현을 위해 섬유의 다단고해와 kneading처리같은 물리적인 처리가 종이의 신장률 및 파괴인성에 끼치는 영향에 대해서 연구하였다.
본 연구는 종이의 사용 목적에 적합한 특히 종이의 신장률과 파괴인성 향상을 위한 고해 방법 및 kneading을 고해 전에 처리한 경우와, 고해 후에 처리한 경우에 종이의 물리적인 특성변화에 대하여 연구하였다.
본 연구의 목적은 Sw-BKP를 이용하여 고해하중을 변화시킨 다단고해와 섬유의 kneading 처리를 병행하여 curl 및 kink의 발생을 늘려 종이의 신장률과 파괴인성을 높이는 최적의 고해조건을 탐색하는 것이다. 섬유의 kneading 처리를 최종단계에 가한 T-3은 가장 많은 섬유변형 즉 curl과 kink가 발생하였다.

제안 방법

Valley beater로 고해한 펄프를 0.3%로 희석한 후 TAPPI T205 sp-95에 의거하여 평량 80 g/m²의 수초지를 제작하였다.
본 실험에서 사용한 pulp는 Sw-BKP로써 1.5%의 농도로 TAPPI T200 om-98에 의거하여 고해를 실시하였고, 최종 여수도는 TAPPI T227 om-97에 의거하여 550 ml C.S.F.로 하였다.
섬유장, 섬유폭, 조도, curl, kink 등을 MorFi LaBo(LB-01)로 측정하였다.
해리한 펄프를 35%로 농축하여 미리 80℃로 내부온도를 맞춘 kneader에 투입하여 1회 처리하였다.

이론/모형

로 공기 100 cc가 투과하는 시간을 측정하였으며, 종이의 인장 및 파괴시험은 SCAN-P 67 / P 77에 의거하여 L&W사의 tensile tester with fracture toughness를 이용하여 측정하였으며 Page식에 의해 섬유의 결합강도를 계산하였다.
수초지의 물성을 측정하기 위해 TAPPI standard T402 sp-98에 따라 조습처리한 후 수초지의 평량, 두께, bulk를 측정하였다.

성능/효과

6가지의 처리 중 5개의 시료는 큰 변화가 없었지만 T-3의 경우 섬유장과 조도가 낮아지는 반면, kink와 curl이 급격히 증가하였고, T-4, T-6은 kink와 curl이 약간 증가하였다. 이는 kneading처리를 전처리와 중간처리로 하였을 경우 고해에 의하여 섬유의 변형이 이루어진 것으로 판단된다^6,7).
3은 고해조건에 따른 수초지의 투기도를 나타낸 것이다. 고해의 조건이 달라짐에 따라 투기도가 달라짐을 알 수가 있는데, kneading을 후처리로 할수록 높은 투기도를 보였다. 이러한 이유로는 섬유의 curl, kink의 발생으로 인해 bulk가 증가하고 내부공극 형성이 많이 되었기 때문으로 판단된다.
섬유의 kneading 처리를 최종단계에 가한 T-3은 가장 많은 섬유변형 즉 curl과 kink가 발생하였다. 섬유변형이 가장 많이 일어날수록 bulk 및 투기도가 향상됨을 알 수 있었으나, 섬유의 curl과 kink의 발생이 증가함에 따라 종이의 물리적 강도를 현저하게 감소시킴을 확인할 수 있었다. 하지만, kneading처리를 고해 전 단계에 했을 경우 신장율의 증가로 TEA값이 크게 증가하였으며, 종이의 물리적 강도와 파괴인성이 증가함을 확인할 수 있었다.
8은 결합강도를 나타내는 그래프인데, zero-span tensile strength와 변화추세가 비슷한 결과를 나타냈으며, 섬유자체 강도와 유사하게 결합강도가 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 섬유의 kneading 처리에 의한 변형이 섬유자체강도와 결합강도에 부정적인 영향을 끼치는 것으로 판단되었다.
4는 고해조건에 따른 신장률의 변화를 나타낸 것이다. 신장률의 증가효과는 kneading처리를 중간단계와 전처리에 하였을 때 효과가 나타나며, 후처리시 오히려 신장률이 떨어지는 경향을 보였다. 이는 과도한 kink와 curl이 섬유결합에 있어서 부정적인 영향을 끼쳤으며, 다단고해 시 저하중 고해와 고하중 고해보다 높은 신장률을 보이는데, 이는 2.
신장률의 증가효과는 kneading처리를 중간단계와 전처리에 하였을 때 효과가 나타나며, 후처리시 오히려 신장률이 떨어지는 경향을 보였다. 이는 과도한 kink와 curl이 섬유결합에 있어서 부정적인 영향을 끼쳤으며, 다단고해 시 저하중 고해와 고하중 고해보다 높은 신장률을 보이는데, 이는 2.8 kgf에서는 섬유의 팽윤이 주를 이루다가 5.6 kgf으로 고하중이 가해짐으로써 섬유가 급속히 파괴되면서 신장률이 감소하였고, kneading 처리를 전처리로 하였을 경우에 높은 신장률을 보였다.
이는 다단고해 후 kneading처리를 할 경우 섬유 손상의 원인이 되는 것을 알 수가 있었으며, 섬유에 kneading 처리를 고해 중간에 또는, 고해 후에 하는 것보다, kneading처리를 고해 전에 실시한 T-6의 경우 종이의 물리적 강도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한, kneading처리를 고해 전에 실시한 경우 신장률, TEA, 투기도, 파괴인성 상승에 따라 수입산 고급 지대지를 대체할 수 있을 것이라고 사료된다.
적절한 양의 kink, curl이 존재하는 T-4, T-6는 일반적인 고해시보다 다소 높은 강도발현을 보였다. 동일한 최종 여수도 조건에서 고해의 전처리로 그리고 고해의 중간 공정으로 kneading을 하는 경우가 curl과 kink를 고해처리 후에도 어느 정도 잔류되고, 동시에 curl과 kink로 인해 신장률이 증가하였기 때문에 TEA index가 상승하였다고 판단된다.
섬유변형이 가장 많이 일어날수록 bulk 및 투기도가 향상됨을 알 수 있었으나, 섬유의 curl과 kink의 발생이 증가함에 따라 종이의 물리적 강도를 현저하게 감소시킴을 확인할 수 있었다. 하지만, kneading처리를 고해 전 단계에 했을 경우 신장율의 증가로 TEA값이 크게 증가하였으며, 종이의 물리적 강도와 파괴인성이 증가함을 확인할 수 있었다.

후속연구

이는 다단고해 후 kneading처리를 할 경우 섬유 손상의 원인이 되는 것을 알 수가 있었으며, 섬유에 kneading 처리를 고해 중간에 또는, 고해 후에 하는 것보다, kneading처리를 고해 전에 실시한 T-6의 경우 종이의 물리적 강도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한, kneading처리를 고해 전에 실시한 경우 신장률, TEA, 투기도, 파괴인성 상승에 따라 수입산 고급 지대지를 대체할 수 있을 것이라고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고해가 많은 연구의 대상이 된 이유는?	고해는 제지 기술 중 다른 어느 공정보다도 많은 연구의 대상이었는데, 그 주요 이유는 고해과정이 제지공정에 있어서 중요한 공정임과 동시에 상당히 많은 에너지를 소비하기 때문이다1,2). 또한, 고해에 의한 섬유의 변형은 섬유의 물리화학적 성질, 해부학적 성질 등 고해 조건에 따라 다양한 형태로 제지 공정에 영항을 끼치게 된다3).
	고해에 의한 섬유의 변형은 제지공정에 어떠한 영향을 미치는가?	고해는 제지 기술 중 다른 어느 공정보다도 많은 연구의 대상이었는데, 그 주요 이유는 고해과정이 제지공정에 있어서 중요한 공정임과 동시에 상당히 많은 에너지를 소비하기 때문이다1,2). 또한, 고해에 의한 섬유의 변형은 섬유의 물리화학적 성질, 해부학적 성질 등 고해 조건에 따라 다양한 형태로 제지 공정에 영항을 끼치게 된다3). 그 대표적인 예로 Seth4)의 연구에서 제시된 SEM 사진을 통하여 관찰할 수 있는 바와 같이 펄프 자체의 특성에 따라 고해에 대하여 다르게 반응을 보인다고 하였으며, Manfredi5)는 펄프종류에 따른 고해방법이 종이의 품질과 관련된 여러 가지 특성에 영향을 끼친다고 하였다.
	고해 전 단계에서 섬유의 kneading 처리를 고해 전 단계에 했을 경우의 결과는?	섬유변형이 가장 많이 일어날수록 bulk 및 투기도가 향상됨을 알 수 있었으나, 섬유의 curl과 kink의 발생이 증가함에 따라 종이의 물리적 강도를 현저하게 감소시킴을 확인할 수 있었다. 하지만, kneading처리를 고해 전 단계에 했을 경우 신장율의 증가로 TEA값이 크게 증가하였으며, 종이의 물리적 강도와 파괴인성이 증가함을 확인할 수 있었다.

참고문헌 (11)

조헌정 외, 펄프.제지공학, 선진 문화사, pp.203-456 (1997).
이학래 외, 제지과학, 광일문화사, pp.115-461 (1996).
박종문, 종이특성 관련식에 대한 고찰, 한국펄프.종이공학회, 펄프.종이기술 국제 세미나, 33:155-172 (2008).
Seth, R. S., Beating and refining responses of some reinforcement pulps, Tappi J. 82(3):147-155(1999).

상세보기
Manfredi, V., Evaluation of refining strategies for combined use of softwood and eucalyptus pulp in papermaking, Proceedings of Pan Pacific Conference, pp.37-42(2006).
Tam Doo, P. A. and Kerekes, R. J., The effect of beating and low-amplitude flexing on pulp fiber flexibility. J. Pulp Paper Sci. 15(1):J36 (1989).
Luner, P., The relationships of wet fiber flexibility to fiber and pulp properties. In Proc. 1992 Paper Physics Seminar, Helsinki, June, 8-11 (1992).
Danforth, D. W., Pira International Conference: Advances in Refining Technology, Birmingham, England, Dec. 9-11 (1986).
Claudio-da-silva, E., Jr., Pira International Conference: Advances in Refining Technology, Birmingham, England, Dec. 9-11 (1986).
이진호, 박종문, 섬유 특성에 따른 종이의 물리적, 파괴 역학적 특성 변화, 펄프.종이기술, 35(3):37-42 (2003).

원문보기 상세보기
장현성, 고해하중변화에 의한 탈수성과 종이물성변화, 충북대학교, 석사학위논문 (2003).

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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