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[국내논문] 기능성 유기충전제로서 오일팜 EFB 미세분 적용특성
Evaluation of the applicability of oil palm EFB fines as a functional organic filler 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.46 no.1 = no.156, 2014년, pp.56 - 64  

김동섭 (충남대학교 농업생명과학대학 환경소재공학과) ,  성용주 (충남대학교 농업생명과학대학 환경소재공학과) ,  김철환 (경상대학교 임산공학과) ,  김세빈 (충남대학교 농업생명과학대학 산림환경자원학과)

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The applicability of oil palm EFB(Empty Fiber Bunch) to the papermaking process as a functional organic filler was investigated in this study. Since the EFB has similar chemical composition to the lignocellulose materials such as wood fiber, the fines of EFB was applied to the handsheet paper as an ...

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문제 정의

  • 현재 일반적으로 판지제조 등에 적용되고 있는 목분 기반 유기성 벌크향상제용 충전제의 경우 복합소재원료, 목재펠릿용, 축산용 등 다양한 분야에서 더욱 목분의 수요가 커지고 있기 때문에 가격상승요인이 크고 실제 추가적인 기능성을 확보하기 어려운 단점이 있다. 따라서 다양한 목분 대체 유기성 벌크향상 충전제에 대한 관심이 커지고 있고 이러한 목표로 본 연구에서는 상대적으로 발생량이 많고 경제성이 우수한 오일팜 EFB(Empty Fruit Bunch)의 적용성을 알아보고자 하였다.
  • 본 연구에서는 EFB를 제지 충전제로써 활용하기 위해 분쇄를 통해 섬유입자상으로 제조하고 성분 조성을 조사하여 적용가능성을 평가하였으며, 기존에 사용되는 목분과의 차이점을 분석하기 위해 입도, 수초지의 물성 변화 및 건조 적성을 평가하여 제지산업에서 활용 가능성에 대하여 분석하였다.
  • 본 연구에서는 이렇게 제조되는 방식에 따른 EFB 미세분의 적용특성을 비교평가하고자 하였다. 섬유상의 미세분의 적용시 과대한 입자로 인한 영향을 최소화하고자 각각의 EFB 미세분과 목분은 60 mesh로 조대한 입자를 제거한 후 적용하였다.
  • 4절에서 EFB가 기존의 목분보다 높은 성능의 벌크향상 효과를 가져오지만, 강도적 측면에서는 상대적으로 강도의 감소폭이 큰 것을 확인할 수 있었다. 본 실험에서는 EFB의 분쇄방식을 달리하였을 때, 이러한 강도저하를 완화할 수 있는지에 대해 평가하여 보았다. 고해기를 적용한 습식 미세분화를 통해 EFB 미세분을 제조한 경우에는 그라인더를 적용하여 건식 분쇄를 한 경우와는 다른 특성이 나타나는 것을 볼 수 있었다.
  • 특히, 섬유상 형태를 내부적으로 가지고 있는 오일팜 EFB의 경우 90% 이상의 섬유 다발로 형성된 유기 소재로서 다양한 용도로 활용이 가능한 바이오매스이다. 본 연구에서는 이러한 EFB의 새로운 용도로서 재활용 고지 등의 탈수적성과 벌크특성을 향상시키는 유기충전제로서 적용성을 알아보기 위하여 현재 유기충전제로 일반적으로 적용되고 있는 목재분말과 EFB 미세분을 각각 적용하여 압착탈수 특성 및 종이품질에 미치는 영향을 비교 평가하여 보았다. 그 결과 EFB 미세분은 기존의 유기 충전제인 목분과는 다르게 입자형태가 미세 섬유 형태로 형성되어 있어 목분보다 높은 탈수성 증대 효과를 가져오며, 벌크 향상 효과도 우수한 것으로 나타났다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
오일팜 바이오매스 EFB란 무엇인가? 오일팜 바이오매스 EFB(Empty Fruit Bunch)는 적도부근 열대지방에서 집중적으로 재배되는 오일팜 나무의 열매로부터 팜유를 생산하는 과정 중 발생되는 섬유뭉치로서 바이오에너지 원료 및 다양한 바이오매스 소재로서 활용을 위한 집중적인 연구와 기술개발이 이루어지고 있는 대표적인 바이오매스 자원이라고 할 수 있다(Fig. 1).
미세분에 의한 탈수성 악화와 구조 내 벌크의 감소로 인한 건조에너지 증가 문제를 해결하기 위한 방법에는 어떠한 것이 있는가? 이러한 문제들의 해결을 다양한 기술들이 개발되어 왔는데 그중 대표적인 방법인 종이 구조내 벌크를 증가시켜줌으로써 공극성을 개선하고 이에 따라 탈수성 및 건조에너지를 향상시키는 벌크향상제의 적용이라고 할 수 있다.3) 특히, 친환경적인 목재분말을 일반적으로 적용하는데 이외에도 다양한 무기 및 유기 벌크향상제의 적용을 위한 연구 및 기술개발이 지속적으로 진행되고 있는 실정인데, 실제 무기성 벌크향상제로는 펄라이트, 인산석고와 유기성 벌크향상제로는 목분, 왕겨 섬유, MDF 섬유 등의 다양한 원재료들의 적용기술과 적용효과 등이 연구되고 보고된 바 있다.4-6)
목분 기반 유기성 벌크향상제용 충전제의 단점은 무엇인가? 현재 일반적으로 판지제조 등에 적용되고 있는 목분 기반 유기성 벌크향상제용 충전제의 경우 복합소재원료, 목재펠릿용, 축산용 등 다양한 분야에서 더욱 목분의 수요가 커지고 있기 때문에 가격상승요인이 크고 실제 추가적인 기능성을 확보하기 어려운 단점이 있다. 따라서 다양한 목분 대체 유기성 벌크향상 충전제에 대한 관심이 커지고 있고 이러한 목표로 본 연구에서는 상대적으로 발생량이 많고 경제성이 우수한 오일팜 EFB(Empty Fruit Bunch)의 적용성을 알아보고자 하였다.
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참고문헌 (14)

  1. Shin, T.G., Kim, C.H., Chung, H.K., Seo, J.M. and Lee, Y.R., Fundamental Study on Developing Lignocellulosic Fillers for Papermaking (I), Journal of Korea TAPPI 40(2): 8-15 (2008). 

  2. Seo, D.J., Promote Energy Saving Trend in Paper Industry, 2009 Korea TAPPI Colloquium, Journal of Korea TAPPI, 47-67 (2009). 

  3. Lee, J.Y., Kim, C.H., Kim, S.Y., Kim, B.H., Lim, G.B. and Kim, J.S., Development of New Powdered Additive and Its Application for Improving the Paperboard Bulk and Reducing Drying Energy (II), Journal of Korea TAPPI 45(2): 33-40 (2013). 

  4. Lee, J.Y., Lim, G.B., Kim, Y.H., Lee, S.R., Kim, M.Y., Kim, C.H., Kim, S.Y. and Kim, J.S., Evaluation of the physical properties of organic fillers made from agricultural byproducts, Journal of Korea TAPPI 45(4): 34-41 (2013). 

  5. Lee, J.Y., Lee, E.K., Lee, D.Y., Yun, K.T. and Sung, Y.J., Study on the Application of Inorganic Byproduct from Fertilizer Manufacture Process as an Alternative Filler, Journal of Korea TAPPI 44(1): 52-57 (2012). 

  6. Chae, H.J., Park, J.M., Study on Drainage and Physical Properties of KOCC Handsheet Containing Pretreated Wooden Fillers, Journal of Korea TAPPI 43(3) (2011). 

  7. Kim, C.H., Kim, D.S., Sung, Y.J., Hong, H.E. and Kim, S.B., Evaluation of Defiberation by Organosolv Ethanolamine Pulping for Integral Utilization of Oil Palm EFB,Journal of Korea TAPPI 45(1): 67-74 (2013). 

  8. Kim, D.S., Sung, Y.J., Kim, C.H. and Kim, S.B., Effects of Pre-treatments on the Oil Palm EFB Fibers,Journal of Korea TAPPI 44(6): 36-42 (2012). 

  9. Sung, Y.J., Kim, C.H., Cho, H.S., Sim, S.W., Lee, G.S., Cho, I.J. and Kim, S.B., Study of Oil Palm Biomass Resources (Part 1), Journal of Korea TAPPI 45(1): 13-20 (2013). 

  10. Sung, Y.J., Kim, C.H., Cho, H.S., Kim, S.H., Sim, S.W., Yim, S.J., Lee, J.Y. and Kim, S.B., Study of Oil Palm Biomass Resources (Part 2), Journal of Korea TAPPI 45(1): 42-51 (2013). 

  11. Yamada, H., Tanaka, R., Sulaiman, O., Hashim, R., Hamid, Z. A. A., Yahya, M. K. A. and Mori, Y. Old oil palm trunk: a promising source of sugars for bioethanol production. Biomass and bioenergy, 34(11): 1608-1613 (2010). 

  12. Shinoj, S., Visvanathan, R., Panigrahi, S. and Kochubabu, M. Oil palm fiber (OPF) and its composites: A review, Industrial Crops and Products, 33(1): 7-22 (2011). 

  13. Sreekala, M. S., Kumaran, M. G. and Thomas, S., Oil palm fibers: Morphology, chemical composition, surface modification, and mechanical properties, Journal of Applied Polymer Science, 66(5): 821-835 (1997). 

  14. Law, K. N., Daud, W. R. W. and Ghazali, A., Morphological and chemical nature of fiber strands of oil palm empty-fruit-bunch (OPEFB), BioResources, 2(3): 351-362 (2007). 

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