[논문]펄프의 전처리 및 그라인더 간격이 MFC 제조 특성에 미치는 영향

용성문; 곽건호; 조병욱; 이용규; 원종명

doi:10.7584/ktappi.2015.47.2.061

펄프의 전처리 및 그라인더 간격이 MFC 제조 특성에 미치는 영향
Effects of Pulp Pre-treatment and Grinder Clearance on the Manufacturing Characteristics of Microfibrillated Cellulose 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.47 no.2, 2015년, pp.61 - 69

용성문 (강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과) , 곽건호 (강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과) , 조병욱 (강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과) , 이용규 (강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과) , 원종명 (강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A number of researches have been carried out regarding the utilization of nanocellulose(crystalline nanocellulose, microfibrillated cellulose, nanofibrillated cellulose) for the manufacture of various kinds of composites and functional products. However, only few research works on the manufacturing characteristics of nanocellulose could be found, although some companies started already the production of nanocellulose in commercial scale. However, the most important thing in commercializing of production and utilization of nanocellulose is to develop the economical and efficient process. Thus, this study was carried out in order to investigate the effects of refining, alkaline pre-treatment and grinder clearance on the characteristics of microfibrillated cellulose and energy consumption. There was no significant differences in crystalline index with the degree of microfibrillation. The initial fibrillation could be improved by refining pre-treatment, but its effect was not observed anymore since the fibrillation was done up to certain level by grinding. Refining pre-treatment did not improved the energy efficiency. Alkaline pre-treatment can be helpful because the swelling of pulp fiber will facilitate fibrillation. It was found that the decrease in grinder clearance was helpful to improve the energy efficiency.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 에너지소비를 절감하면서 효율적으로 MFC를 제조하기 위한 기초 정보를 얻기 위한 일환으로 고해, 알칼리 처리 및 그라인더 간격 등이 MFC의 특성 및 에너지 소비에 미치는 영향을 조사하였다.

제안 방법

MFC를 포함한 나노셀룰로오스가 다른 소재에 비하여 여러 측면에서 다양한 장점을 지니고 있고, 그 용도도 무궁무진하지만, MFC 제조에 있어서 가장 큰 문제는 에너지 소비가 많은 것이다. 따라서 본 연구에서는 그라인더를 이용하여 MFC를 제조할 경우 에너지 소비를 절감할 수 있는 방안을 찾기 위한 일환으로 고해 및 알칼리 전처리, 그리고 그라인더 간격 변화가 피브릴화 특성 및 에너지 소비에 미치는 영향을 조사를 실시하였다.

대상 데이터

MFC 제조용 원료로는 침엽수 표백 크라프트펄프(Radiata pine, Pacifico Pulp, Chile)를 사용하였으며, 알칼리 처리는 시약용 가성소오다(순도 97%)를 사용하였다.

성능/효과

펄프의 전처리 수단으로 고해를 실시하는 작업은 많은 연구자들에 의하여 이루어져 왔으나 본 연구 결과 비록 피브릴화 초기에는 도움이 되나 일정 수준 이상 피브릴화하여 MFC를 제조할 경우 별 효과가 없음이 확인되었다. 특히 에너지 소비 측면에서 고해 유무 또는 고해 정도가 피브릴화에 요구되는 에너지 소비에 별 영향을 미치지 않고 오히려 에너지 효율을 감소시키는 결과를 초래하여 표백화학펄프를 원료로 사용하고, 그라인더를 이용하여 MFC를 제조할 경우 고해 전처리는 무익함을 확인할 수 있었다. 알칼리 전처리의 경우 섬유의 팽윤을 초래하기 때문에 피브릴화를 용이하게 해주어 에너지 소비 절감에 도움이 될수 있을 것으로 예상되기는 하지만 에너지 효율에 대하여는 아직 확인되지 않았다.
알칼리 전처리의 경우 섬유의 팽윤을 초래하기 때문에 피브릴화를 용이하게 해주어 에너지 소비 절감에 도움이 될수 있을 것으로 예상되기는 하지만 에너지 효율에 대하여는 아직 확인되지 않았다. 펄프섬유의 피브릴화 시 그라인더 간격이 좁혀질수록 피브릴화가 급속히 진행되었고, 에너지 효율도 개선되어 에너지 절감 측면에서는 도움이 될 것으로 사료된다.
펄프의 전처리 수단으로 고해를 실시하는 작업은 많은 연구자들에 의하여 이루어져 왔으나 본 연구 결과 비록 피브릴화 초기에는 도움이 되나 일정 수준 이상 피브릴화하여 MFC를 제조할 경우 별 효과가 없음이 확인되었다. 특히 에너지 소비 측면에서 고해 유무 또는 고해 정도가 피브릴화에 요구되는 에너지 소비에 별 영향을 미치지 않고 오히려 에너지 효율을 감소시키는 결과를 초래하여 표백화학펄프를 원료로 사용하고, 그라인더를 이용하여 MFC를 제조할 경우 고해 전처리는 무익함을 확인할 수 있었다.

후속연구

6의 경우에도 피브릴화가 진행됨에 따라 점도가 증가하다가 감소하는 경향을 나타내어 이러한 원인을 규명하기 위하여 AFM 분석을 실시하였다. 비록 AFM 특성 상 주관적인 판단이 개입될 여지가 있기는 하지만 Fig. 7에 예시된 바와 같이 그라인딩이 진행됨에 따라 피브릴화가 더욱 진행되고, 절단 현상이 일어나면서 전단력에 대한 저항이 감소된 것으로 판단되며, 좀 더 명확하게 현상을 해석하기 위해서는 추가적인 연구가 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MFC 제조에 있어서의 가장 큰 문제점은 무엇인가?	비록 MFC를 이용한 다양한 소재 및 제품들의 제조를 위한 실험실적 또는 파일롯 규모에서 상당한 진전을 보이기는 했지만 산업화 및 상용화하는데는 아직 몇몇 장벽이 남아있다. 그 중 가장 큰 문제는 에너지 소비가 많고, 생산 비용이 높다는 것이다. 물론 많은 연구자들이 화학적 또는 효소 전처리를 시도함으로써 에너지 소비를 상당히 줄일 수 있는 가능성을 보여주기도 했지만 아직 실용화단계에는 이르지 못했다.
	나노셀룰로오스란 무엇인가?	나노셀룰로오스는 직경이 10-100 nm 범위에 포함되는 피브릴 상태의 것을 지칭한다. 화학적으로 나노셀룰로오스를 추출하는 NCC (Nanocrystalline cellulose) 또는 CNC (Crystalline Nanocellulose)로 불리는 나노크리스탈 셀룰로오스를 제외한 다른 나노셀룰로오스들은 기계적으로 제조를 하다 보니 NCC에 비하여 균일한 크기의 나노셀룰로오스를 얻기가 어렵다.
	나노셀룰로오스는 어떠한 특징을 가지는가?	나노셀룰로오스는 자연에서 쉽게 확보할 수 있고 풍부한 천연 소재이며, 재생산이 가능하고, 생분해성과 생체 호환성을 지니고 있다. 또한 나노셀룰로오스는 강도 및 탄성계수가 높고, 높은 장폭비와 표면적을 지니며, 화학적인 기능성 및 가공성을 지니는 등 석유화학 제품 및 다른 천연소재가 지니지 못하고 있는 장점을 지니고 있기 때문에 그 잠재성이 매우 높다.

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