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표면처리용 형광증백제의 정량분석법에 대한 연구
Development of Quantitative Analysis of the Fluorescent Whitening Agents Used for Surface Treatments 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.47 no.3, 2015년, pp.34 - 39  

이지영 (경상대학교 환경재료과학과) ,  김철환 (경상대학교 환경재료과학과) ,  박종혜 (경상대학교 임산공학과) ,  김은혜 (경상대학교 임산공학과) ,  위상욱 (경상대학교 임산공학과) ,  성용주 (충남대학교 농업생명과학대학 환경소재공학과) ,  허영준 (깨끗한나라(주)) ,  김연오 (깨끗한나라(주)) ,  황인영 (깨끗한나라(주))

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Fluorescent whitening agents (FWAs) are widely applied in the papermaking process to improve the CIE whiteness and the ISO brightness of papers. Large amounts of FWAs are used in the paper and paperboard industry, but no standard method exists for quantitative FWA analysis. Therefore, a new method i...

주제어

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제안 방법

  • 본 연구에서는 표면처리용 원지를 실험실적으로 제조하였다. 내첨용 형광증백제를 투입하지 않고 수초지를 제조한 후 형광증백제를 이용하여 표면처리를 실시하였다. 표면처리용 원지는 TAPPI Standard Method T205에 의거하여 제조하였다.
  • 두 종류의 형광증백제를 동일 수준으로 투입하여 산화전분 호액을 제조한 후 양면 표면사이징처리를 실시한 후 픽업량을 측정하여 종이로 전이된 형광증백제 함량을 정확하게 측정하였다. 또한 종이의 주요 광학특성인 백감도와 백색도를 측정하였고 형광증백제의 정량 분석 항목으로 보고된 형광지수와 440 nm 파장의 반사율을 측정하였다.
  • 본 연구에서는 제지공정에서 표면처리공정에서 사용되는 테트라 타입과 헥사 타입 형광증백제를 이용하여 실험실적으로 표면사이징된 종이를 제조하였다. 표면사이징 처리시 픽업량을 측정하여 종이로 전이된 형광증백제 함량을 정확하게 파악하였고 조습처리 이후 분광광도계를 이용하여 백감도, 백색도, 형광지수, 반사율을 측정하였고 형광증백제 함량과 형광지수, 반사율의 각각의 상관관계를 분석하여 형광증백제 정량분석에 필요한 정량 회귀식을 유도하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 표면처리용 원지를 실험실적으로 제조하였다. 내첨용 형광증백제를 투입하지 않고 수초지를 제조한 후 형광증백제를 이용하여 표면처리를 실시하였다.
  • 본 연구에서는 표면처리용 형광증백제인 테트라 타입(T-FWA)와 헥사 타입(H-FWA) 형광증백제를 이용하여 실험실적으로 표면처리된 종이를 제조하였고 종이의 광학적 특성과 형광현상을 분석하고 형광현상을 이용하여 표면처리용 형광증백제를 정량적으로 분석할 수 있는 회귀식을 유도하고자 하였다.
  • 또한 종이의 주요 광학특성인 백감도와 백색도를 측정하였고 형광증백제의 정량 분석 항목으로 보고된 형광지수와 440 nm 파장의 반사율을 측정하였다. 이후 측정된 형광증백제 함량과 형광지수, 형광증백제 함량과 반사율간의 상관관계를 분석하였고 정량분석에 필요한 회귀식을 유도하였다.
  • 정량분석을 위한 회귀식은 픽업량 측정을 통해 계산된 형광증백제 함량과 형광지수, 형광지수 함량과 반사율 간의 상관관계를 분석한 후 상관관계가 가장 높은 회귀식을 유도하였다.
  • 종이에 잔류하는 표면처리용 형광증백제의 함량을 평가하기 위해 픽업량을 측정하였다. 전분호액의 픽업량을 알게 되면 T-FWA나 H-FWA의 혼합비율이 정해져 있기 때문에 종이에 잔류하는 표면처리용 형광증백제의 함량을 분석할 수 있다.
  • 본 연구에서는 제지공정에서 표면처리공정에서 사용되는 테트라 타입과 헥사 타입 형광증백제를 이용하여 실험실적으로 표면사이징된 종이를 제조하였다. 표면사이징 처리시 픽업량을 측정하여 종이로 전이된 형광증백제 함량을 정확하게 파악하였고 조습처리 이후 분광광도계를 이용하여 백감도, 백색도, 형광지수, 반사율을 측정하였고 형광증백제 함량과 형광지수, 반사율의 각각의 상관관계를 분석하여 형광증백제 정량분석에 필요한 정량 회귀식을 유도하고자 하였다.
  • 실험실에서 제조한 표면처리용 원지에 표면사이징을 실시하였다. 표면사이징은 산화전분과 표면처리용 형광증백제인 T-FWA와 H-FWA를 각각 사용하여 실시하였다. 고형분 10%, 온도 90-95℃ 조건에서 산화전분은 30분간 가열호화한 후 전분호액의 온도를 50℃로 낮추고 pH 8.
  • 표면처리용 형광증백제를 함유하고 있는 종이는 온도 23℃, 상대습도 50% 조건에서 조습처리(conditioning)을 실시한 후 분광광도계(Elrepho spectrophotometer, L&W, Sweden)를 이용하여 주요 광학특성과 형광지수를 측정하였다. 광학특성은 백감도(CIE whiteness), 백색도(ISO brightness), 반사율(Reflectance)을 측정하였는데 반사율을 선행연구결과에 따라 D65 광원하에서 440 nm 파장에서 수치를 사용하였다7).
  • 형광증백제를 함유하고 있는 전분호액과 실험실용 표면코팅기(SB100, Hannamchemical, Korea)를 이용하여 표면처리용 원지에 표면사이징을 실시하였다. 종이의 편면에 표면사이징을 실시한 후 송풍건조기를 사용하여 건조하였고 컬을 방지하기 위해 실린더 건조기를 이용하여 건조하였다.

대상 데이터

  • 본 연구에서는 K사에서 분양받은 테트라타입 형광증백제(T-FWA)와 헥사타입 형광증백제(H-FWA)를 사용하였다. 형광증백제로 표면처리된 수초지를 제조하기 위해 활엽수 표백크라프트펄프(Hw-BKP)를 사용하였고 형광증백제의 표면처리를 위해 S사에 분양받은 산화전분을 사용하였다.
  • 본 연구에서는 K사에서 분양받은 테트라타입 형광증백제(T-FWA)와 헥사타입 형광증백제(H-FWA)를 사용하였다. 형광증백제로 표면처리된 수초지를 제조하기 위해 활엽수 표백크라프트펄프(Hw-BKP)를 사용하였고 형광증백제의 표면처리를 위해 S사에 분양받은 산화전분을 사용하였다.

이론/모형

  • 내첨용 형광증백제를 투입하지 않고 수초지를 제조한 후 형광증백제를 이용하여 표면처리를 실시하였다. 표면처리용 원지는 TAPPI Standard Method T205에 의거하여 제조하였다. 밸리비터(Valley beater)를 이용하여 활엽수 표백크라프트 펄프를 여수도 450±5 mL CSF로 고해한 후 최종농도가 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제지용 형광증백제 화학적 구조의 특징은 무엇인가? 형광증백제는 제지산업 뿐만 아니라 섬유, 세제 등 다양한 산업에서도 사용되고 화학구조도 매우 다양하다. 제지산업에서 사용되는 제지용 형광증백제는 diamino-distilbene를 기본 구조로 하고 있는데 술폰기의 개수에 따라 형광증백제의 특성 및 적용법이 달라진다3).
제지용 형광증백제란 무엇인가? 제지용 형광증백제(fluorescent whitening agent; FWA)는 자외선을 흡수하고 푸른색 계열의 가시광선을 방출하여 종이의 백감도와 백색도를 향상시키는 유기 화학물질이다1-2). 형광증백제는 제지산업 뿐만 아니라 섬유, 세제 등 다양한 산업에서도 사용되고 화학구조도 매우 다양하다.
제지용 형광증백제의 효율적인 사용 방안 및 정량적 분석기법 개발이 시급한 이유는 무엇인가? 최근 삶의 질에 대한 관심이 고조되고 일반 소비자들의 의식 수준이 향상함에 따라 종이 제품에 잔류하는 형광증백제에 대한 관심이 증가하고 있다. 형광물질의 유해성에 대해서는 논란이 지속적으로 제기됨에 따라 국가기관에서도 종이제품에 잔류하는 형광증백제의 품질기준을 제정하고자 하였으나 현재까지 형광증백제를 분석할 수 있는 표준법이 부재하기 때문에 형광증백제가 사용되는 지종에 대한 정량 기준을 제시하지 못하고 있다. 따라서 제지산업에서 형광증백제의 효율적인 사용 방안을 마련하고 종이제품 소비자들에게도 형광증백제의 함유량에 대한 정보를 제공하기 위해서는 제지용 형광증백제를 정량적으로 분석할 수 있는 분석기법 개발이 시급하다.
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참고문헌 (7)

  1. Signh, N., Membrane technology in optical brightener production, Filtration and Separation 36(9):38-39 (1999). 

  2. Ma, D., Carter, R.D., Haefner, D. and Dogariu A., The influence of fine kaolin and ground calcium carbonates on the efficiency and distribution of fluorescence whitening agents (FWA) in paper coating, Nordic Pulp and Paper Research Journal 23(3):327-332 (2008). 

  3. Jiang, D., Chen, L., Fu, W. and Qiu, H., Simultaneous determination of 11 fluorescent whitening agents in food-contact paper and board by ion-pairing high-performance liquid chromatography with fluorescence detection, J. of Separation Science 38(4):605-611 (2015). 

  4. Weaver, H., Surface brightening of paper in surface application of paper chemicals, Ch. 8, pp. 156-174, Blackie Academic & Professional Press (1997). 

  5. Holmberg, M., Dyes and fluorescent whitening agents in Papermaking Chemistry, Papermaking Science and Technology, Vol. 4, Ch. 14, TAPPI Press, Atlanta, pp. 304-320 (1997). 

  6. Lee, J.Y., Youn, H.J. and Lee, H.L., Fundamental study for quantitative analysis of the fluorescent whitening agent (FWA) content of paper and process water, Bioresources 7(1):315-326 (2012). 

  7. Lee, J.Y., Kim, C.H., Lee, H.J. and Gwak, H.J., Fundamental study on the quantitative analysis of fluorescent whitening agent used for papermaking, Journal of Korea TAPPI 43(2):9-15 (2011). 

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