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문제 정의
- 술폰기의 개수에 따라 다이(di), 테트라(tetra), 헥사(hexa)타입으로 나뉘고 다이타입은 내첨용, 테트라타입은 표면사이징용 혹은 내첨용, 헥사타입은 코팅용으로 사용된다.7) 본 연구에서는 3종류의 형광증백제 중 열에 의해 가장 많은 변화를 보이는 형광증백제를 찾는 것을 목적으로 하였기 때문에 각 형광증백제를 함유하고 있는 종이를 실험실적으로 제조하였다. 다이타입은 펄프슬러리에 투입하여 종이를 제조하였고 나머지 두 종류는 표면처리용이기 때문에 필터페이퍼를 테트라, 헥사타입 액상 형광증백제 용액에 담가 표면처리된 종이를 준비하였다.
- 본 연구에서는 다양한 영향인자 중에 백감도와 백색도에 직접적인 영향을 주는 형광증백제의 열적 안정성에 대해 집중하였는데 이는 형광증백제가 열과 빛에 대해 안정성이 떨어지기 때문이다.6) 시중에 판매되고 있는 인쇄용지인 백상지, 매트지, 아트지를 수집하여 일정한 온도 조건에서 열처리를 하여 백감도와 백색도의 변화를 관찰하였다.
- 그리고 인쇄용지 생산공정에서 사용되는 다이(di), 테트라(tetra), 헥사(hexa)타입의 형광증백제을 이용하여 실험실적으로 모델 종이를 제조하였고 종이에 열처리를 가하여 열 견뢰도를 측정하였다. 이러한 실험을 통해 인쇄용지에 사용되고 있는 형광증백제 중 가장 낮은 열적 안정성을 갖는 형광증백제의 종류를 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 6) 시중에 판매되고 있는 인쇄용지인 백상지, 매트지, 아트지를 수집하여 일정한 온도 조건에서 열처리를 하여 백감도와 백색도의 변화를 관찰하였다. 그리고 인쇄용지 생산공정에서 사용되는 다이(di), 테트라(tetra), 헥사(hexa)타입의 형광증백제을 이용하여 실험실적으로 모델 종이를 제조하였고 종이에 열처리를 가하여 열 견뢰도를 측정하였다.
- 각 종이샘플의 열적 견뢰도 변화를 평가하기 위하여 백감도, 백색도, 형광지수의 값을 이용하여 열적 견뢰도를 평가하였다. 상온에서 측정한 백감도, 백색도, 형광지수와 각 온도조건에서 일정시간 열처리한 종이의 백감도, 백색도, 형광지수의 차이인 Δ CIE whiteness, Δ ISO brightness, Δ fluorescence index를 구하였고 이 측정결과를 통해 열 견뢰도를 평가하였다.
- 6) 시중에 판매되고 있는 인쇄용지인 백상지, 매트지, 아트지를 수집하여 일정한 온도 조건에서 열처리를 하여 백감도와 백색도의 변화를 관찰하였다. 그리고 인쇄용지 생산공정에서 사용되는 다이(di), 테트라(tetra), 헥사(hexa)타입의 형광증백제을 이용하여 실험실적으로 모델 종이를 제조하였고 종이에 열처리를 가하여 열 견뢰도를 측정하였다. 이러한 실험을 통해 인쇄용지에 사용되고 있는 형광증백제 중 가장 낮은 열적 안정성을 갖는 형광증백제의 종류를 파악하고자 하였다.
- 내첨처리된 종이와 표면처리된 종이를 실험실적으로 제조하였다. 우선 내첨처리된 종이를 제조하기 위해 0.
- 상업용 인쇄용지와 실험실에서 제조한 종이를 샘플마다 각 10 × 15 cm의 사이즈로 4매씩 재단 한 후 오븐드라이어 온도를 25℃, 50℃, 75℃ 조건으로 설정하고 24시간 측정하였으며 3시간 간격으로 L&W사의 Elrepho 분광광도기를 이용하여 D65조건에서의 백감도(CIE whiteness), 백색도(ISO brightness), 광원 D65에서 백감도 측정을 통해 계산되는 형광지수(fluorescence index)를 측정하였다.
- 상온에서 측정한 백감도, 백색도, 형광지수와 각 온도조건에서 일정시간 열처리한 종이의 백감도, 백색도, 형광지수의 차이인 Δ CIE whiteness, Δ ISO brightness, Δ fluorescence index를 구하였고 이 측정결과를 통해 열 견뢰도를 평가하였다.
- 다이타입은 펄프슬러리에 투입하여 종이를 제조하였고 나머지 두 종류는 표면처리용이기 때문에 필터페이퍼를 테트라, 헥사타입 액상 형광증백제 용액에 담가 표면처리된 종이를 준비하였다. 앞선 일반 인쇄용지의 결과에서 볼 수 있듯이, 종이의 백감도 저하는 형광지수의 감소에 기인하기 때문에 백감도차와 형광지수차를 함께 측정하였다. Figs.
- 우선 내첨처리된 종이를 제조하기 위해 0.1%의 농도로 희석된 다이타입과 테트라타입의 형광증백제를 펄프슬러리에 지료대비 각각 0.1%를 투입한 후 600 rpm으로 2분간 교반 한 후 평량 100 ± 5 g/m2의 수초지를 제작하였다.
- 1%로 희석한 후 필터페이퍼를 함침시켰다. 이후 송풍건조기를 이용하여 건조를 실시하였다.
- 1%를 투입한 후 600 rpm으로 2분간 교반 한 후 평량 100 ± 5 g/m2의 수초지를 제작하였다. 형광증백제로 표면처리된 모델 종이를 제조하기 위해 테트라타입과 헥사타입 형광증백제를 0.1%로 희석한 후 필터페이퍼를 함침시켰다. 이후 송풍건조기를 이용하여 건조를 실시하였다.
- 본 연구에서는 K사로부터 분양받은 제지용 형광증백제인 다이타입(D-FWA), 테트라타입(T-FWA), 헥사타입(H-FWA) 용액을 사용하였다. 형광증백제를 일정농도로 희석하기 위하여 증류수를 사용하였고 내첨 형광증백제를 함유한 종이를 실험실적으로 제조하기 위하여 활엽수표백크라프트펄프(HwBKP)와 침엽수표백크라프트(SwBKP)를 사용하였다. 표면처리된 종이를 실험실적으로 모사하기 위하여 필터페이퍼(Whatman No.
- 활엽수 BKP와 침엽수 BKP가 각각 450 ± 10 mL CSF의 여수도 수준을 갖도록 실험실용 밸리비터(valley beater)를 이용하여 고해를 실시하였다.
대상 데이터
- 활엽수 BKP와 침엽수 BKP가 각각 450 ± 10 mL CSF의 여수도 수준을 갖도록 실험실용 밸리비터(valley beater)를 이용하여 고해를 실시하였다. 고해된 활엽수 BKP와 침엽수 BKP를 80:20 비율로 혼합한 후 농도가 0.5%가 되도록 희석을 실시하여 펄프지료를 준비하였다.
- 7) 본 연구에서는 3종류의 형광증백제 중 열에 의해 가장 많은 변화를 보이는 형광증백제를 찾는 것을 목적으로 하였기 때문에 각 형광증백제를 함유하고 있는 종이를 실험실적으로 제조하였다. 다이타입은 펄프슬러리에 투입하여 종이를 제조하였고 나머지 두 종류는 표면처리용이기 때문에 필터페이퍼를 테트라, 헥사타입 액상 형광증백제 용액에 담가 표면처리된 종이를 준비하였다. 앞선 일반 인쇄용지의 결과에서 볼 수 있듯이, 종이의 백감도 저하는 형광지수의 감소에 기인하기 때문에 백감도차와 형광지수차를 함께 측정하였다.
- 제지용 형광증백제를 함유하고 있는 상업용 인쇄용지를 수집하였고 Table 1에 종이의 종류와 평량을 나타내었다. 본 연구에서는 K사로부터 분양받은 제지용 형광증백제인 다이타입(D-FWA), 테트라타입(T-FWA), 헥사타입(H-FWA) 용액을 사용하였다. 형광증백제를 일정농도로 희석하기 위하여 증류수를 사용하였고 내첨 형광증백제를 함유한 종이를 실험실적으로 제조하기 위하여 활엽수표백크라프트펄프(HwBKP)와 침엽수표백크라프트(SwBKP)를 사용하였다.
- 제지용 형광증백제를 함유하고 있는 상업용 인쇄용지를 수집하였고 Table 1에 종이의 종류와 평량을 나타내었다. 본 연구에서는 K사로부터 분양받은 제지용 형광증백제인 다이타입(D-FWA), 테트라타입(T-FWA), 헥사타입(H-FWA) 용액을 사용하였다.
- 형광증백제를 일정농도로 희석하기 위하여 증류수를 사용하였고 내첨 형광증백제를 함유한 종이를 실험실적으로 제조하기 위하여 활엽수표백크라프트펄프(HwBKP)와 침엽수표백크라프트(SwBKP)를 사용하였다. 표면처리된 종이를 실험실적으로 모사하기 위하여 필터페이퍼(Whatman No. 40)를 원지(base paper)로 사용하였다.
성능/효과
- 2) 도공지(coated paper)는 상당수가 초지공정과 도공공정이 분리되어 있는 오프머신 코터(off-machine coater)방식으로 도공된다.3) 초지공정에서 생산된 도공원지는 일단 두루마리로 한 다음 별도로 설치되어 있는 코터로 이동하여 도공이 진행되는데 이 두루마리 형태로 도공원지가 저장될 경우 두루마리의 중심부에서는 고온의 열이 존재한다. 또한 생산된 도공지의 경우 포장되어 있는 상태에서 소비자에게 전달될 때까지 여러 물류단계를 거치게 되기 때문에 외부의 열에 노출되게 된다.
- 이러한 열은 종이의 여러 물성에 영향을 주게 되는데4) 그 중에서 인쇄용지의 백감도나 백색도가 저하되는 현상이 발생하게 된다.5) 백감도와 백색도 저하(brightness reversion)는 종이가 빛, 산소, 물, 열과 같은 외부 자극에 노출되었을 때 나타나게 되고 그 영향인자로는 원료, 공정수, 금속이온, pH, 염료 등 다양하다.6)
- 또한 동일한 지종에서 100과 300 g/m2를 비교해 보면 매트지와 아트지의 경우 동일하게 평량이 높을수록 높은 백감도와 백색도를 나타내었다. 50℃ 조건에서 열처리할 경우 처리시간이 증가함에 따라 모든 지종에서 백감도와 백색도가 다소 감소하는 것을 볼 수 있었고 75℃ 조건에서 열처리할 경우 더 높은 백감도와 백색도 저하가 나타남을 볼 수 있었다. Fig.
- 형광증백제 종류별 제조된 종이에 열을 가했을 경우 테트라타입의 형광증백제가 가장 낮은 열적 안정성을 나타내었고 헥사타입의 형광증백제가 가장 높은 열적 안정성을 나타내었다. 그리고 테트라타입의 형광증백제를 내첨용으로 사용할 경우 표면처리용에 비해 더 높은 열적 안정성을 나타내었다. 따라서 인쇄용지의 열적 안정성을 높이기 위해서는 표면사이징용 테트라타입 형광증백제의 열 견뢰도를 높일 수 있는 방안이 필요할 것으로 판단된다.
- 상온에서 나타내는 백감도와 백색도를 살펴보면 백상지가 가장 낮았고 매트지, 아트지 순으로 백감도와 백색도가 높은 것을 볼 수 있었다. 또한 동일한 지종에서 100과 300 g/m2를 비교해 보면 매트지와 아트지의 경우 동일하게 평량이 높을수록 높은 백감도와 백색도를 나타내었다. 50℃ 조건에서 열처리할 경우 처리시간이 증가함에 따라 모든 지종에서 백감도와 백색도가 다소 감소하는 것을 볼 수 있었고 75℃ 조건에서 열처리할 경우 더 높은 백감도와 백색도 저하가 나타남을 볼 수 있었다.
- 4에서는 75℃ 조건에서 열처리함에 따른 인쇄용지의 백감도차와 형광지 수차, 백색도차와 형광지수차간의 상관관계를 도시하였다. 백감도차가 증가함에 따라 형광지수차가 증가하고 있는 것을 볼 수 있었고 백감도차와 형광지수차의 높은 상관관계를 나타냄을 알 수 있었다. 이로 볼 때 인쇄용지의 백감도 저하는 주로 형광증백제의 형광지수가 감소함에 나타난다고 판단되고 백색도는 상대적으로 상관관계가 낮다고 생각된다.
- 2∼3에 나타내었다. 상온에서 나타내는 백감도와 백색도를 살펴보면 백상지가 가장 낮았고 매트지, 아트지 순으로 백감도와 백색도가 높은 것을 볼 수 있었다. 또한 동일한 지종에서 100과 300 g/m2를 비교해 보면 매트지와 아트지의 경우 동일하게 평량이 높을수록 높은 백감도와 백색도를 나타내었다.
- 전반적으로 볼 때 테트라타입의 형광증백제가 가장 낮은 열적 안정성을 나타내는 것으로 판단되었다. 그런데 테트라타입의 경우 내첨용과 표면사이징용으로도 사용이 가능하기 때문에 어느 방식으로 사용할 경우 더 우수한 열적 안정성을 나타내는지를 판단해볼 필요가 있다.
- 형광증백제를 함유하고 있는 상업용 인쇄용지에 외부 열이 가해짐에 따라 백감도와 백색도 저하가 나타나는 것을 확인하였고 특히 백감도의 저하는 형광증백제의 형광저하에 의해 나타난다. 형광증백제 종류별 제조된 종이에 열을 가했을 경우 테트라타입의 형광증백제가 가장 낮은 열적 안정성을 나타내었고 헥사타입의 형광증백제가 가장 높은 열적 안정성을 나타내었다. 그리고 테트라타입의 형광증백제를 내첨용으로 사용할 경우 표면처리용에 비해 더 높은 열적 안정성을 나타내었다.
- 형광증백제를 함유하고 있는 상업용 인쇄용지에 외부 열이 가해짐에 따라 백감도와 백색도 저하가 나타나는 것을 확인하였고 특히 백감도의 저하는 형광증백제의 형광저하에 의해 나타난다. 형광증백제 종류별 제조된 종이에 열을 가했을 경우 테트라타입의 형광증백제가 가장 낮은 열적 안정성을 나타내었고 헥사타입의 형광증백제가 가장 높은 열적 안정성을 나타내었다.
후속연구
- 그리고 테트라타입의 형광증백제를 내첨용으로 사용할 경우 표면처리용에 비해 더 높은 열적 안정성을 나타내었다. 따라서 인쇄용지의 열적 안정성을 높이기 위해서는 표면사이징용 테트라타입 형광증백제의 열 견뢰도를 높일 수 있는 방안이 필요할 것으로 판단된다.
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