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문제 정의
- 본 논문에서는 음이온성 PAM과 양이온성 전분으로 개질된 충전제를 사용하여 고충전지 제조 가능성을 평가하고자 하였다. 개질된 PCC와 미개질된 PCC를 사용하여 수초지를 제조하고 종이 물성과 보류도, 탈수에 미치는 영향을 비교하고자 하였다.
- 음이온성 PAM이 흡착된 PCC 표면에 흡착시킨 양이온성 전분이 음이온성의 섬유표면과 결합 가능하여 충전제에 의한 종이의 내부결합강도 저하를 완화시켜 줄 것으로 기대하였다. 본 논문에서는 음이온성 PAM과 양이온성 전분으로 개질된 충전제를 사용하여 고충전지 제조 가능성을 평가하고자 하였다. 개질된 PCC와 미개질된 PCC를 사용하여 수초지를 제조하고 종이 물성과 보류도, 탈수에 미치는 영향을 비교하고자 하였다.
- 본 연구에서는 음이온성 폴리아크릴아마이드(anionic polyacrylamide, A-PAM)과 양이온성 전분(cationic starch)의 이중 고분자 시스템을 사용하여 PCC표면에 순차 흡착시켜 PCC 표면을 개질하고자 하였다. 음이온성 PAM이 흡착된 PCC 표면에 흡착시킨 양이온성 전분이 음이온성의 섬유표면과 결합 가능하여 충전제에 의한 종이의 내부결합강도 저하를 완화시켜 줄 것으로 기대하였다.
제안 방법
- Figs. 2-5에 개질된 PCC와 미개질된 PCC를 사용하여 초지 시 회분율 증가에 따른 종이의 강도적 특성 변화를 나타내었다. 일반적으로 수초지의 회분율이 증가할수록 종이의 강도는 감소되었다.
- Particle charge detector (PCD-03, Mütek)을 사용하여 상등액 내의 고분자 농도를 측정하고, PCC 표면에의 흡착량을 계산하였다.
- 초지된 종이는 온도 23±1℃, 상대습도 50±2%의 항온항습실에서 24시간 이상 조습처리 후 물성을 분석하였다. TAPPI Test Methods에 의해서 평량, 두께, 인장강도, 파열강도, 내절도, 인열강도를 측정하였다. 종이의 지합지수는 OpTest Equipment Inc.
- Particle charge detector (PCD-03, Mütek)을 사용하여 상등액 내의 고분자 농도를 측정하고, PCC 표면에의 흡착량을 계산하였다. 고분자 투입량을 증가시킴에 따라 PCC 표면에의 흡착량이 급격히 감소하는 지점을 첨가량으로 결정하였다.
- 미개질된 충전제를 사용하는 경우에는 충전제 개질에 사용되는 양만큼의 양이온성 전분을 지력증강제로 고농도 지료(3.5%)에 투입하여 개질된 충전제를 사용하는 경우와 동일한 양의 양이온성 전분이 사용되도록 조절하였다. 지력증강제가 첨가된 고농도 지료를 0.
- 와이어부에서의 탈수도는 RDA를 사용하여 FAP(final air permeability)를 측정하여 평가하였다. 탁도는 초지 후, RDA에서 탈수되는 백수를 모아서 측정하였다.
- 와이어부에서의 탈수도는 RDA에서의 FAP(final air permeability)를 측정하여 평가하였다 (Fig. 10). FAP의 수치가 높으면 와이어부에서 탈수 속도가 느린 것을 의미한다.
- 본 연구에서는 음이온성 폴리아크릴아마이드(anionic polyacrylamide, A-PAM)과 양이온성 전분(cationic starch)의 이중 고분자 시스템을 사용하여 PCC표면에 순차 흡착시켜 PCC 표면을 개질하고자 하였다. 음이온성 PAM이 흡착된 PCC 표면에 흡착시킨 양이온성 전분이 음이온성의 섬유표면과 결합 가능하여 충전제에 의한 종이의 내부결합강도 저하를 완화시켜 줄 것으로 기대하였다. 본 논문에서는 음이온성 PAM과 양이온성 전분으로 개질된 충전제를 사용하여 고충전지 제조 가능성을 평가하고자 하였다.
- 5%)에 투입하여 개질된 충전제를 사용하는 경우와 동일한 양의 양이온성 전분이 사용되도록 조절하였다. 지력증강제가 첨가된 고농도 지료를 0.5%로 희석하여 RDA에 투입하고, 충전제, 보류제 순으로 투입하고 수초지를 제조하였다.
- 초지된 종이는 온도 23±1℃, 상대습도 50±2%의 항온항습실에서 24시간 이상 조습처리 후 물성을 분석하였다.
- 충전제 개질은 농도가 15%인 PCC 슬러리에 0.1%로 희석한 음이온성-PAM을 충전제 대비 0.3%의 양을 투입 한 후 600 rpm으로 20분간 교반을 실시하여 음이온성 PAM이 PCC 입자 표면에 충분히 흡착될 수 있도록 하였다. 음이온성 PAM이 흡착된 PCC 현탁액에 0.
- 와이어부에서의 탈수도는 RDA를 사용하여 FAP(final air permeability)를 측정하여 평가하였다. 탁도는 초지 후, RDA에서 탈수되는 백수를 모아서 측정하였다. 종이의 회분율은 525℃의 회화로에서 4시간 태워서 측정하였다.
- 5%), 개질된 PCC, 보류제를 순차적으로 투입하고 초지하였다. 평량은 80 g/m2으로 조절하였고, 충전제는 펄프 대비 10, 20, 30, 40%를 투입하였다. 보류제 투입 순서는 PAC, A-PAM, micro-polymer 순이었다.
대상 데이터
- 2 µm)를 H사에서 분양받아 사용하였다. 개질에 사용된 고분자는 음이온성 PAM과 양이온성 전분을 사용하였다. 음이온성 PAM은 O사에서 분양받아 사용하였다.
- 개질에 사용된 충전제는 슬러리 형태의 PCC(평균입경: 2.2 µm)를 H사에서 분양받아 사용하였다.
- 06%이었다. 보류제 시스템으로는 PAC(poly- aluminum chloride)와 음이온성 PAM(anionic polyacrylamide), micro-polymer를 H사에서 분양받아 사용하였다. PAC의 농도는 12%, Al2O3 환산함량은 10.
- 2이었다. 보류향상 제용 음이온성-PAM은 파우더 형태로 분양받아 사용하였다. 음이온성-PAM의 평균분자량은 1,000×104-1,200×104 g/mol, 전하밀도는 –0.
- 의 Micro-Scanner를 이용하여 측정하였다. 불투명도와 백색도는 Elrepho 3300를 이용하여 측정하였다.
- /g, 다분지성이었다. 양이온성전분은 지력증강제용을 S사에서 분양받아 사용하였고, 치환도는 0.06%이었다. 보류제 시스템으로는 PAC(poly- aluminum chloride)와 음이온성 PAM(anionic polyacrylamide), micro-polymer를 H사에서 분양받아 사용하였다.
- 개질에 사용된 고분자는 음이온성 PAM과 양이온성 전분을 사용하였다. 음이온성 PAM은 O사에서 분양받아 사용하였다. 분자량은 약 100만 g/mol, 전하밀도는 3∼5 meq.
- /g이었다. 음이온성 고분지상의 PAM인 micro-polymer는 35% 농도의 액상형태로 분양받아 사용하였다. Micro-polymer의 평균분자량은 600×104-700×104 g/mol, 전하밀도는 –1.
- 펄프는 활엽수 표백 크라프트 펄프(HwBKP)와 침엽수 표백 크라프트 펄프(SwBKP)를 H사에서 분양받아 사용하였다. 개질에 사용된 충전제는 슬러리 형태의 PCC(평균입경: 2.
이론/모형
- HwBKP와 SwBKP를 각각 여수도 450 mL CSF로 고해하고 80:20 으로 혼합하여 사용하였다. 수초지는 RDA(retention and drainage analyzer)를 이용하여 제조하였다. 개질된 충전제를 사용하는 경우에는 RDA에 펄프 슬러리 (0.
성능/효과
- 보류제 시스템으로는 PAC(poly- aluminum chloride)와 음이온성 PAM(anionic polyacrylamide), micro-polymer를 H사에서 분양받아 사용하였다. PAC의 농도는 12%, Al2O3 환산함량은 10.5%, %염기도(percent basicity)는 44.7%, pH는 4.2이었다. 보류향상 제용 음이온성-PAM은 파우더 형태로 분양받아 사용하였다.
- 의 Micro-Scanner는 수치가 높을수록 지합이 우수하다는 것을 의미한다. 개질된 충전제를 사용한 종이의 지합지수가 미개질된 충전제를 사용한 종이의 지합지수보다 조금 높으나 큰 차이는 관찰되지 않았다. 그러나 보류향상제를 사용한 경우에 개질된 충전제를 사용한 경우와 미개질 충전제를 사용한 경우 모두 지합이 크게 낮아지는 것을 확인하였다.
- 개질된 충전제를 사용한 종이의 지합지수가 미개질된 충전제를 사용한 종이의 지합지수보다 조금 높으나 큰 차이는 관찰되지 않았다. 그러나 보류향상제를 사용한 경우에 개질된 충전제를 사용한 경우와 미개질 충전제를 사용한 경우 모두 지합이 크게 낮아지는 것을 확인하였다. 이는 보류향상제가 충전제를 섬유와 흡착시켜 보류시키는 역할을 하고, 또한 섬유표면에 흡착되어 섬유와 섬유 사이의 응집을 증가시키기 때문으로 사료된다.
- 7과 8에 충전제의 개질이 수초지의 백색도와 불투명도에 미치는 영향을 나타내었다. 백색도와 불투명도는 종이의 회분율이 증가할수록 높아졌다. 이는 충전제함량이 증가함에 따라 빛이 산란할 수 있는 충전제-공기의 계면이 증가되어 종이의 광산란이 증가되었기 때문으로 판단된다.
- 이는 충전제 사용량이 증가하면, 충전제가 섬유 사이에서 물의 이동 경로를 막아 탈수 속도가 느려지기 때문으로 사료된다. 보류향상제를 사용하면 섬유의 응집과 충전제들의 응집, 그리고 충전제의 섬유 표면에의 흡착에 의해서 탈수 속도가 증가하고, 결과적으로 FAP 값은 감소하였다. 개질된 충전제를 사용한 경우에 FAP 값이 조금 높으나, 뚜렷한 차이는 관찰되지 않았다.
- 일반적으로 수초지의 회분율이 증가할수록 종이의 강도는 감소되었다. 보류향상제를 사용하지 않았을 경우에, 미개질된 충전제를 사용하여 초지한 종이의 인장강도, 파열강도, 내절도가 개질된 충전제를 사용한 종이보다 우수하였다 (Figs. 2-4). 미개질된 충전제를 사용하였을 경우 강도가 우수한 것은 충전제 개질에 사용되는 양 만큼의 양성 전분을 지력증강제로 펄프 현탁액에 첨가하였고, 이 양성전분이 섬유표면에 흡착되어 섬유 간 결합을 향상시켰기 때문으로 사료된다.
- 5). 보류향상제를 사용하지 않은 경우에 지력증강제의 영향으로 인하여 미개질 충전제를 사용한 종이가 개질된 충전제를 사용한 경우보다 인열강도가 우수하였으나, 보류향상제를 사용한 경우에는 개질된 충전제를 사용한 종이의 인열강도가 더 높게 나타났다. 회분율 26% 정도에서 인열강도는 116.
- 55% 증가하였다. 위의 결과들은 충전제 개질 기술을 사용하여 충전제 함량을 증가시키고, 증가된 강도만큼 회분을 더 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다.
- 음이온성 PAM과 양이온성 전분의 이중고분자를 PCC 표면에 순차적으로 흡착시켜 개질한 PCC를 사용한 경우에 미개질된 PCC를 사용한 경우보다 동일 회분량에서 인장강도, 파열강도, 내절도, 인열강도가 우수함이 관찰되었다. 이는 충전제가 섬유와의 결합을 방해하여 종이의 강도를 저하시키지만, 충전제 표면에 고분자로 개질된 경우에는 흡착된 고분자에 의해서 섬유 사이를 결합시킬 수 있다는 것을 의미한다.
- 9). 즉, 보류도가 높았다. 이는 개질된 충전제의 경우에 PCC 표면이 양이온성 전분으로 코팅되어 음이온성을 띄는 섬유 표면과 정전기적인 인력이 증가되었기 때문으로 판단된다.
- 충전제의 보류도를 높이기 위해서 보류향상제를 사용한 경우에, 개질된 충전제를 사용한 종이의 강도가 미개질된 충전제를 사용한 경우보다 우수한 인장강도, 파열강도, 내절도를 나타내었다 (Figs. 2-4). 회분율 26%에서 비교를 하면, 개질된 충전제를 사용하여 인장강도는 10.
- 회분율 26%에서 비교를 하면, 개질된 충전제를 사용하여 인장강도는 10.56 Nm/g에서 13.61 Nm/g로 약 28.9%가 증가하였고 파열강도는 0.651 kPa·m2/g에서 0.801 kPa·m2/g로 약 23.0%가 증가하였고, 내절도는 2.6 회에서 4 회로 53.9% 증가하였다.
후속연구
- 반면에 개질된 PCC를 사용하면 종이의 벌크가 감소되는 경향을 보이는데, 이는 초지 시 다른 인자들을 조절해서 해결해야 할 문제라고 판단된다. 결론적으로, 충전제 개질 기술을 사용하여 종이의 회분율을 증가시키면서 수반되는 종이의 강도 저하를 완화시킬 수 있고, 고충전지를 제조할 수 있을 것으로 사료된다.
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