[논문]산성 사이징된 재활용 섬유와 중성 사이징의 상용성

서만석; 이경호; 이학래

doi:10.7584/ktappi.2016.48.2.056

Abstract ▼ AI-Helper

Neutral or alkaline papermaking provides many advantages in paper strength and processing conditions. It also provides the opportunity of using calcium carbonate fillers in papermaking. These diverse advantages have made almost all paper machines of printing and writing papers run under neutral and ...

Neutral or alkaline papermaking provides many advantages in paper strength and processing conditions. It also provides the opportunity of using calcium carbonate fillers in papermaking. These diverse advantages have made almost all paper machines of printing and writing papers run under neutral and alkaline conditions. On the other hand, linerboard machines, which use recycled papers as a raw material, are running under acid conditions using a rosin sizing system. Because the recycled raw materials used by the linerboard industry contain significant amounts of alkaline papers, the linerboard industry has an interest in the possibility of using the neutral or alkaline papermaking opportunity. In this study, the compatibility of the recycled linerboards under neutral or alkaline papermaking conditions was examined by recycling them under various pH conditions. The sizing degree of the papers recycled under neutral or alkaline was significantly lower than that of acid formed papers indicating that during the neutral or alkaline recycling process the rosin sized papers lost their sizing efficiency. Recycling of acid formed linerboards under neutral or alkaline conditions increased the amount of foam, and the foam contained substantial amount of solid materials derived from the acid sizing systems. Use of cationic polyelectrolytes including PEI and poly-DADMAC improved the sizing degree of the recycled papers under neutral and alkaline conditions. PEI decreased the foam generation as well while poly-DADMAC did not show any reducing effect of the foam. These results suggest that PEI forms coordinate bonds with rosin acid and precipitate them onto the surface of recycled fibers, while the reaction products between poly-DADMAC and rosin acid ions still remain water soluble under neutral or alkaline conditions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 산업용지 공정의 중성화 시에 발생할 것으로 추정되는 거품 현상 등 문제점의 실제 발생 여부를 구명하고, 발생할 경우 그 기작을 밝히며, 이들의 효율적 제어 방안을 확립함으로써 산업용지 생산공정의 중성화를 위한 기초를 마련코자 하였다.

제안 방법

2.2.1에서 3 L의 여액을 받아낼 때 얻어진 섬유패드를 희석하여 평량 100 g/m²의 종이를 수초하였으며 TAPPI 시험법 T441 om-98에 의거하여 종이의 콥 사이즈도를 측정하였다.
교반이 완료된 지료를 200 mesh 와이어로 여과한 후 3 L의 여액을 기포발생 장치에 투입하고, 백수를 순환시켜 발생하는 거품의 부피를 측정하였다. 또한 각 pH 조건에서 양이온성 고분자인 poly-DADMAC과 PEI를 첨가하고 이에 따른 기포발생을 측정하였다.

대상 데이터

사이징 과정에서 지료의 pH는 NaOH와 HCl을 사용하여 조절하였다. 고분자 정착제로는 poly-DADMAC (polydially dimethyl ammonium chloride)과 PEI (polyethylene imine)을 사용하였다.
공시펄프로서 S사로부터 분양받은 북미산 미표백크라프트 펄프를 사용하였다. 산성 초지 시 사용되는 검화로진과 알람을 이용하여 사이징 원료로 사용하였다.
공시펄프로서 S사로부터 분양받은 북미산 미표백크라프트 펄프를 사용하였다. 산성 초지 시 사용되는 검화로진과 알람을 이용하여 사이징 원료로 사용하였다. 사이징 과정에서 지료의 pH는 NaOH와 HCl을 사용하여 조절하였다.

성능/효과

알칼리 초지시 발생하는 기포발생 문제는 고분자 종류에 따라 다른 양상을 나타내었다. poly-DADMAC은 기포발생을 심화시켰으나 PEI는 기포문제를 발생시키지 않았다.
중성초지 시스템에 산성 사이징된 재활용 섬유가 도입됨에 따라 섬유로부터 분리된 로진이 계 내에 증가하게 되어 중성초지의 효율성과 사이징 효과를 저하시켰다. 중성 및 알칼리 조건에서 양이온성 고분자인 PEI의 활용으로 로진의 보류와 사이즈도를 향상시킬 수 있었다. 알칼리 초지시 발생하는 기포발생 문제는 고분자 종류에 따라 다른 양상을 나타내었다.
산업용지 공정의 중성화를 위한 기초 연구의 일환으로 산성 사이징된 원료와 중성 사이징 시스템의 상용성을 검토하였다. 중성초지 시스템에 산성 사이징된 재활용 섬유가 도입됨에 따라 섬유로부터 분리된 로진이 계 내에 증가하게 되어 중성초지의 효율성과 사이징 효과를 저하시켰다. 중성 및 알칼리 조건에서 양이온성 고분자인 PEI의 활용으로 로진의 보류와 사이즈도를 향상시킬 수 있었다.

후속연구

pH가 높은 조건에서 로진이 섬유로부터 분리될 경우 재활용된 원료를 가지고 초지한 종이의 사이징효과가 저하되며 계 내에 용해되어 존재하는 로진에 의해 후에 첨가될 약품의 효력이 감소될 수 있다.⁶⁾ 이러한 가능성은 산성초지된 원료를 중성조건에서 재활용할 경우에는 적절한 대응책을 마련하는 것이 필요함을 보여준다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산성초지기술을 중성초지 기술로 전환할 시, 얻을 수 있는 장점은 무엇인가?	일반적으로 산성초지기술을 중성초지기술로 전환시키면 제품의 강도향상, 공정폐쇄화를 통한 공정 청정화 및 탄산칼슘을 함유한 재생자원의 활용도 증가와 같은 다양한 이점을 얻을 수 있다.1) 하지만 충전물을 사용하지 않는 산업용지의 경우에는 탄산칼슘 사용에 따른 이점을 얻을 수 없어, 전통적으로 사용하던 로진-알람에 의한 산성사이징 방식이 오랜 동안 채용되고 있다.
	로진과 알람으로 사이징된 고지를 충성초지 조건에서 재활용할 경우의 문제점은 무엇인가?	로진과 알람으로 사이징된 고지를 중성초지 조건에서 재활용할 경우에 계 내의 pH 등 공정 변화에 의해 로진알람 침전물을 구성하는 로진이 로진비누로 변화되어 기포를 발생시키며 알람은 Al(OH)3의 침전물 형태로 변화되어 침적물을 발생시키고1,2) AKD 사이징 효과를 저해하는 등 공정 및 품질상의 문제를 유발할 우려가 있다고 예단하고 산업용지 초지계의 중성화를 주저하는 경향이 있다.
	산성사이징 방식이 포장재로 가지는 적합한 특성은 무엇인가?	이러한 산성사이징 방식은 원료나 공정 변화에 대한 사이즈도의 변화가 적어 품질의 균일성을 확보하기에 매우 적합한 방식이기 때문이다. 또한 사이즈도가 즉각적으로 발현되기 때문에 제품의 내수성에 대한 경시변화가 없으며, 포장재로 사용될 경우 종이의 마찰계수를 크게 저하시키는 AKD와는 달리 마찰계수를 저하시키지 않기 때문에 포장재로서 매우 적합한 특성도 가지고 있다. 그러나 날로 열악해지고 있는 고지자원의 품질저하에 의해 발생되는 산업용지의 강도저하 등 문제점을 극복하기 위해서는 국내 산업용지공정의 중성화가 강도하락을 방지할 수 있는 방안이 될 수 있다고 판단된다.

참고문헌 (6)

Lee, H. L., Fundamentals of rosin and alkaline sizing, J. KTAPPI, 21(1):32-38 (1989).
Marton, J., Fundmental aspects of the rosin sizing process, Nordic Pulp and Paper Res. J., 4(2):77-80 (1989).

상세보기
Lee, H. L., and Lee, J. H., Development of multi-functional mulch papers and evaluation of their performance (part 3) -Defoaming treatment during trial production of mulch papers and their influence on wet end system- J. KTAPPI, 32(3):25-31 (2000).
Kitaka, T., Isogai, A., and Onabe, F., Sizing mechanism of emulsion rosin size-alum system, Nordic Pulp and Paper Res. J., 10(4):253-260 (1995).

상세보기
Gees, J. M., Rosin sizing of papermaking fibers, TAPPI J., 72(7):77-80 (1999).
Wang, F., and Tanaka, H., Mechanisms of neutral-alkaline paper sizing with usual rosin size using alum-polymer dual retention aid system, JPPS, 27(1):8-13 (1994).

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