[논문]Kneading 처리가 다양한 펄프 섬유들의 특성에 미치는 영향

김아람; 최경화; 조병욱

doi:10.7584/ktappi.2015.47.3.047

[국내논문] Kneading 처리가 다양한 펄프 섬유들의 특성에 미치는 영향
Effects of Kneading Treatment on the Properties of Various Pulp Fibers 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.47 no.3, 2015년, pp.47 - 54

김아람 (강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과) , 최경화 (강원대학교 창강제지기술연구소) , 조병욱 (강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, effects of kneading treatment on the properties of hardwood bleached kraft pulp (HwBKP), softwood bleached kraft pulp (SwBKP) and hardwood bleached chemi-thermo-mechanical pulp (HwBCTMP) were elucidated with a laboratory two-shaft kneader. Kneading treatment was performed at 30% (w/w) of pulp concentration and the number of passes through the kneader was adjusted from 0 to 10 passes. Then, changes in properties of pulp fibers were evaluated. It was found that fiber characteristics were influenced by kneading treatment. Fiber length was decreased with kneading while other morphological properties such as fiber width, curl and kink became increased as the number of passes through the kneader increased from 0 to 5 passes. The magnitude of changes in the morphological properties of softwood chemical pulp was the largest, followed by hardwood chemical pulp. The morphological properties of HwBCTMP were little influenced by kneading treatment. Swelling of fiber measured by WRV was increased with kneading except of HwBCTMP.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 펄프 수종 및 타입 별로 니딩처리 횟수가 펄프 섬유의 특성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 이를 위해 펄프 수종 및 종류를 달리하여 30%의 펄프농도에서 니딩처리 횟수를 달리하여 니딩처리를 실시한 후 형태학적 특성(섬유장, 섬유폭, curl, kink 등), 이미지 특성(현미경 및 SEM 등), WRV(water retention value), 섬유 표면전하 등을 분석하여 펄프 섬유의 특성 변화를 비교분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 펄프 수종 및 타입 별로 니딩처리 횟수가 펄프 섬유의 특성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 이를 위해 펄프 수종 및 종류를 달리하여 30%의 펄프농도에서 니딩처리 횟수를 달리하여 니딩처리를 실시한 후 형태학적 특성(섬유장, 섬유폭, curl, kink 등), 이미지 특성(현미경 및 SEM 등), WRV(water retention value), 섬유 표면전하 등을 분석하여 펄프 섬유의 특성 변화를 비교분석하였다.
섬유의 형태학적 특성은 L&W Fiber Tester (Sweden)를 사용하여 섬유장, 섬유폭, curl, kink, 미세분 함량 등을 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 브라질산 유칼립투스 활엽수 표백크라프트펄프(hardwood bleached kraft pulp, HwBKP), 캐나다산 소나무 침엽수 표백크라프트펄프(softwood bleached kraft pulp, SwBKP), 러시아산 사시나무 활엽수 표백화학열기계펄프(hardwood bleached chemi-thermomechanical pulp, HwBCTMP) 등의 펄프 시료들을 한국제지(주)에서 분양받아 사용하였다. L&W Fiber Tester(Sweden)를 사용하여 각 펄프 시료들의 섬유 특성을 분석하였으며, 그 결과는 Table 1과 같다.

이론/모형

니딩처리 유무에 따른 섬유의 형태 변화를 관찰하기 위해 광학현미경(GX51, Olympus, Japan) 및 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM, Hitachi, Japan)을 사용하였다. 광학현미경 분석을 위한 펄프 시료는 acetocarmine 용액으로 염색하였으며, SEM 분석을 위한 펄프 시료는 동결 건조하여 준비하였다.
섬유의 표면전하는 Fiber Potential Analyzer (AFG,Germany)를 사용하여 유동전위(streaming potential)법으로 측정하였다. 니딩 처리된 펄프를 0.
TAPPI Standard Useful Method 256과 Yiannos¹⁴⁾의 연구에 의거하여 펄프 섬유의 WRV 변화를 분석하였으며, 그 과정은 다음과 같다. 먼저 각 펄프 시료를 2 g 정량한 후 250 mL 광구병에 넣고 증류수 100 mL를 첨가하여 20분 간 팽윤시킨 후, 글라스 필터(1G2)를 이용하여 펄프 슬러리를 여과시켜 주었다.

성능/효과

니딩 처리에 따라 섬유장은 감소하고, WRV, 섬유폭,curl, kink 등은 증가되었는데, 이는 니딩 처리 시 발생되는 섬유 절단, 피브릴화, 섬유 팽창 등에 의한 결과로 판단된다. 이와 같은 니딩 처리에 의한 섬유의 특성 변화들은 특히 침엽수 섬유의 변화가 활엽수 보다 높게 나타났으며, 기계펄프보다 화학펄프가 보다 높게 나타났다.
니딩 처리에 따라 섬유장은 감소하고, WRV, 섬유폭,curl, kink 등은 증가되었는데, 이는 니딩 처리 시 발생되는 섬유 절단, 피브릴화, 섬유 팽창 등에 의한 결과로 판단된다. 이와 같은 니딩 처리에 의한 섬유의 특성 변화들은 특히 침엽수 섬유의 변화가 활엽수 보다 높게 나타났으며, 기계펄프보다 화학펄프가 보다 높게 나타났다. 이는 먼저 침엽수 섬유가 활엽수 섬유에 비해 섬유 장이 길고 섬유폭이 두꺼운 특성을 가지는 것에 기인한 결과로 판단되며, 기계펄프의 경우 화학펄프에 비해 보다 뻣뻣하고 리그닌 함량이 높은 것에 기인한 결과로 판단된다.

후속연구

Jacquelin 등²²⁾의 연구결과에 의하면 고해 시 금속성의 장비로부터 금속 양이온이 흡수됨으로 인해 고해에 의해 제타전위가보다 낮은 음의 값을 나타낸다고 보고하여 본 연구결과에 상응하였다. Cho 등은 OCC (old corrugated container) 지료의 니딩 처리 후 펄프의 크롬(Cr)함량이 증가한다고 보고하였다.²³⁾ 펄프 타입 별 니딩 처리에 따른 제타전위 변화 원인 분석에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	종이의 벌크에는 어떤 요인들이 영향을 주는가?	종이의 기본 골격은 펄프 섬유에 의해서 결정된다. 동일 펄프 양으로 종이를 제조하였을 때 압착이 덜 발생하면 벌크가 높은 종이가 생산된다.10) 초지 시 유연성이 적은 펄프를 사용하거나 섬유 사이의 공극이 많이 발생하도록 제조한다면 벌크가 높은 종이를 생산할 수 있다. 펄프 섬유의 curl이나 kink와 같은 휘거나 꺾이는 현상은 섬유와 섬유간의 결합면적에 영향을 미치며 궁극적으로 종이의 밀도에 영향을 미칠 수 있다.11) Chae 등12)의 연구에 의하면 SwUKP(softwood unbleached kraft pulp)를 1회 니딩(kneading)처리 했을 때 섬유의 꼬임과 변형을 알 수 있는 curl 및 kink의 수치가 증가한다고 보고하였다.
	펄프 사용량 저감 기술 개발이 국내에 필수적인 이유는 무엇인가?	최근 제지산업에서는 환경적, 경제적 측면에서 원료를 효율적으로 이용하여 원가를 절감시키기 위한 노력들이 이루어지고 있다. 특히 펄프의 대부분을 수입에 의존하고 있는 국내의 경우 펄프 사용량 저감 기술 개발이 필수 불가결하다고 볼 수 있다. 펄프 사용량을 저감하는 방법 중 하나로 종이의 벌크를 향상시키는 방법이 있다.
	종이의 벌크 향상을 위한 여러 방법(PCC, 벌키화제, CTMP 등 사용)들의 문제점은 무엇인가?	종이의 벌크를 향상시키는 주요 방법으로는 침강성 탄산칼슘(precipitated calcium carbonate, PCC)을 사용하거나벌키화제(bulking agents)를 첨가하거나 화학열기계펄프(chemi-thermomechanical pulp, CTMP)를 혼합하는 방법 등이 있다.1-9) 그러나 이러한 방법들은 종이 제조 시 강도적 특성이 감소되거나 CTMP의 경우 리그닌을 다량 함유하고 있는 기계펄프이기 때문에 황색화 및 강도 손상 등 다양한 문제를 발생시킬 수 있다.9) 따라서 이와 같은 문제점을 최소화하고 효율적으로 벌크를 향상시키는 새로운 기술 개발이 시급하다.

참고문헌 (23)

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상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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