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문제 정의
- 본 연구에서는 재생 골판지 원지의 강도에 미치는 계절적 요인을 분석하기 위하여 첫 번째 단계로 폐지의 해리 온도가 종이의 강도에 영향하는 바를 파악하고자 OCC의 해리 온도에 따른 해섬 정도를 분석하고 수초지 후 강도를 평가하였다. 상기한 과정을 통해 해리공정에 대한 이해를 향상시키고, 폐지 재활용 현장에서 발생하는 계절별 종이 강도변화의 원인을 파악하고자 하였다.
- 본 연구에서는 재생 골판지 원지의 강도에 미치는 계절적 요인을 분석하기 위하여 첫 번째 단계로 폐지의 해리 온도가 종이의 강도에 영향하는 바를 파악하고자 OCC의 해리 온도에 따른 해섬 정도를 분석하고 수초지 후 강도를 평가하였다. 상기한 과정을 통해 해리공정에 대한 이해를 향상시키고, 폐지 재활용 현장에서 발생하는 계절별 종이 강도변화의 원인을 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 골판지 원지의 온도별 해리성을 분석하기 위하여 3가지 측정방법을 이용하였다. 첫 번째로 펄퍼에서 18 ℃와 51℃ 온도조건으로 각각 해리된 지료를 3 mm 홀 스크린을 통과하지 못한 미해리물과 0.
- 본 실험에서는 OCC 재활용 현장의 해리 및 정선처리를 실험실적으로 최대한 재현하기 위하여 프랑스 국립 펄프제지연구소 CTP(Centre Technique Du Paper)에서 고안한 스크린 시스템인 LAM’RCF를 재활용한 파일럿 펄퍼-스크린 시스템 장비를 활용하였다. 골판지 원지의 해리 농도 및 교반속도를 8%, 300 rpm으로 동일하게 하고 각각 18℃, 51℃ 온도 조건에서 골판지 원지를 9분간 해리하였다.
- 골판지 원지의 해리 시 해섬 특성을 분석하기 위하여 파일럿 펄퍼-스크린 시스템으로 정선된 지료를 조성한 후 썸머빌 스크린(Somerville-type screen)을 이용하여 미해리물, 섬유분, 미세분으로 분급하였다. 우선 파일럿 펄퍼-스크린 시스템 펄퍼에서 해리된 지료를 3 mm 홀 스크린과 0.
- 두 번째로 스크린에서 미해리물을 제거한 억셉트 지료의 섬유 조성을 섬유 장분석기를 이용하여 측정, 분석하였다. 그리고 세 번째로 썸머빌 스크린으로 억셉트 지료의 섬유와 미세분 함량을 정량하여 OCC의 온도에 따른 해리성을 평가하였다.
- 3 mm 슬롯 스크린을 통과하지 못한 미해리물 그리고 두 종류의 스크린을 통과한 억셉트 지료로 구분하여 정량하였다. 두 번째로 스크린에서 미해리물을 제거한 억셉트 지료의 섬유 조성을 섬유 장분석기를 이용하여 측정, 분석하였다. 그리고 세 번째로 썸머빌 스크린으로 억셉트 지료의 섬유와 미세분 함량을 정량하여 OCC의 온도에 따른 해리성을 평가하였다.
- 조성된 지료의 섬유 특성 분석을 위해 섬유장 측정기 (L & W fiber tester PLUS, Lorentzen & Wettre사, Sweden)를 이용하여 섬유장, 미세분 함량 등을 측정 하였고, 마지막으로 TAPPI test method T275 – UM 242에 따라 썸머빌 스크린(Korea special machinery & const사, Korea)을 이용하여 0.15 mm 슬롯 스크린을 통화하지 못한 미해리물과 스크린 통과 후 200 mesh에 잔류하는 섬유를 채취하여 정량함으로써 해리된 지료 조성 분의 해섬특성을 평가하였다.
- 골판지 원지의 온도별 해리성을 분석하기 위하여 3가지 측정방법을 이용하였다. 첫 번째로 펄퍼에서 18 ℃와 51℃ 온도조건으로 각각 해리된 지료를 3 mm 홀 스크린을 통과하지 못한 미해리물과 0.3 mm 슬롯 스크린을 통과하지 못한 미해리물 그리고 두 종류의 스크린을 통과한 억셉트 지료로 구분하여 정량하였다. 두 번째로 스크린에서 미해리물을 제거한 억셉트 지료의 섬유 조성을 섬유 장분석기를 이용하여 측정, 분석하였다.
- 3%의 농도로 평량 150±3 g/m2의 수초지를 실시한 후 종이 강도를 분석하였다. 초지과정에서 탈수된 백수의 탁도(2100AB IS Turbidimeter, Hach사, USA)를 측정하고 RDA를 활용하여 탈수곡선을 측정하였다.
- 파일럿 스크린을 통과한 스크린 억셉트 지료의 수초지 물성을 분석하기 위하여 미세분 제거 전 지료 1차와 미세분 영향을 최소화기 위해 썸머빌 스크린에서 200 mesh 스크린을 이용하여 미세분을 제거한 지료 2차를 대상으로 RDA(Retention and drainage analyzer, GIST사, Korea)를 이용하여 0.3%의 농도로 평량 150±3 g/m2의 수초지를 실시한 후 종이 강도를 분석하였다.
대상 데이터
- 6에 나타내었다. 0.15 mm 슬롯 스크린을 통과하지 못한 미해리물과, 200 mesh(75 ㎛) 이상인 섬유, 200 mesh 이하 미세분으로 지료를 구분하여 정량하였다. 파일럿 스크린으로 걸러내 미해리물이 제거된 깨끗한 억셉트 지료이기 때문에 0.
- 본 실험의 시료로 실제 OCC를 대신하여 태림페이퍼 (주)에서 분양 받은 골판지 원지(라이너지, 180 g/m2)를 사용하였다.
이론/모형
- 2.2.4에 따라 초지된 종이를 온도 23±1℃, 상대습도 50±2%의 항온항습조건에서 24시간 이상 조습처리한 후 KS 표준 시험법에 따라 인장강도(KS M ISO 1924-2, L&W tensile tester, Lorentzen & Wettre사, Sweden), 압축강도(KS M ISO 12192, L & W bursting strength tester, Lorentzen & Wettre사, Sweden)를 평가하였다.
- 본 실험에서는 OCC 재활용 현장의 해리 및 정선처리를 실험실적으로 최대한 재현하기 위하여 프랑스 국립 펄프제지연구소 CTP(Centre Technique Du Paper)에서 고안한 스크린 시스템인 LAM’RCF를 재활용한 파일럿 펄퍼-스크린 시스템 장비를 활용하였다.
성능/효과
- 4는 파일럿 스크린을 통과한 원료의 물질수지를 나타낸 것이다. 0.3 mm 크기의 슬롯 스크린을 통과한 억셉트 지료가 99% 이상으로 미해리물이 1% 미만인 결과를 얻었고, 온도에 따른 미해리물 함량 차이는 거의 없었다. Fig.
- 1) 골판지 원지 생산에 주원료로 사용되는 OCC(Old Corrugated Containers)는 압축베일 형태로 이송되어 펄퍼에서 슬러리로 분산된다.
- 15 mm 이상 미해리물은 미량 측정되었다. 200 mesh로 나눈 섬유분과 미세분의 비율을 측정한 결과 해리온도가 18℃일 때와 51℃일 때의 미세분 함량이 각각 18%와 14%로써 해리온도가 낮을 때 미세분 함량이 약 4% 증가됨을 알 수 있었다. 미 세분 함량이 증가된 만큼 200 mesh로 걸러진 섬유 비율은 감소하였다.
- RDA 수초지의 인장강도를 측정한 결과 Fig. 9에 나타난 바와 같이 미세분을 제거하기 전의 지료는 펄핑 온도와 상관없이 유사한 인장강도 측정치를 보였으나, 미세 분을 세척한 decrilled stock의 경우에는 펄핑 온도가 낮은 지료로 초지한 RDA 수초지의 강도가 우수하였다. 신장률을 나타낸 Fig.
- 해리온도가 낮을 때 백수의 탁도 증가는 해리 시 단섬유화가 더 많이 진행되면서 미세 분이 증가했음을 의미한다. 그리고 미세분의 증가는 초지시 탈수를 지연시키는데 Fig. 8에서 보는 바와 같이 미세 분이 제거되지 않은 지료가 미세분이 제거된 지료와 비교 하여 탈수성이 떨어지는 것을 확인할 수 있었고, 미세분이 많은 18℃에서 해리된 지료의 탈수곡선이 51℃의 경우와 비교하여 진공도가 높게 나타난 것으로 볼 때 탈수성이 다소 둔화되었음을 확인할 수 있었다.
- OCC의 해리 온도를 18℃와 51℃로 달리함에 따라 저온에서 미세분의 발생이 다소 조장되었으나 스크린 리젝트량이나 탈수성의 변화가 미미하였다. 미세분을 세척한 지료의 강도를 비교한 결과 저온에서 펄핑한 경우의 종이 강도가 밀도의 변화없이 우수함을 확인하였다. 이것은 저온 펄핑 시 이미 보고한 바와 같이 재생섬유 표면의 수화가 촉진되었기에 비롯된 결과로 판단된다.
- 7은 펄퍼의 해리온도를 달리한 각각의 지료를 파일럿 스크린을 통과시켜 정선한 다음 RDA 초지하고 썸머빌 스크린을 이용하여 200 mesh 이하의 미세분을 제거하고 RDA 초지하였을 때 발생하는 백수의 탁도를 측정한 결과이다. 미세분의 제거 전과 후 해리온도에 따른 백수 탁도를 비교한 결과 미세분 제거 후 온도에 따른 백수의 탁도는 차이가 없었고 미세분 제거 전 백수 탁도는 해리온도가 낮을 때 증가함을 확인하였다. 해리온도에 의한 백수의 탁도 변화는 섬유의 해리정도에 온도가 영향을 미치고 있음을 의미한다.
- 9에 나타난 바와 같이 미세분을 제거하기 전의 지료는 펄핑 온도와 상관없이 유사한 인장강도 측정치를 보였으나, 미세 분을 세척한 decrilled stock의 경우에는 펄핑 온도가 낮은 지료로 초지한 RDA 수초지의 강도가 우수하였다. 신장률을 나타낸 Fig. 10의 경우는 Fig. 9의 인장강도와 유사한 경향을 나타내어 미세분이 존재할 때는 펄핑 온도에 따른 신장률 차이가 미미하였으나 미세분을 세척함에 따라 저온에서 펄핑한 지료의 신장률이 현저히 우수한 결과를 확인할 수 있었다. 인장흡수 에너지와 파열강도를 나타낸 Fig.
- 재생 골판지 원지의 강도에 미치는 계절적 요인을 분석하기 위하여 첫 번째 단계로 폐지의 해리온도가 종이의 강도에 영향하는 바를 파악하고자 OCC의 해리 온도에 따른 해섬 정도를 분석하고 수초지 후 강도를 평가한 결과, 해리 온도의 차이가 OCC 재활용 현장에서 발생하는 계절별 종이 강도변화의 원인 중 하나임을 확인하였다.
후속연구
- 만일 펄퍼에서 충분히 해리되지 못할 경우 미 해리물이 발생되어 순환제지자원의 재활용 효율저하와 최종 제품의 강도 저하를 유발하게 된다. 이러한 문제점 들을 극복하기 위하여 정선설비의 효율성을 개선하고 고해 등의 기계적 처리 및 강도개선용 첨가제를 적용하여 재생지의 품질향상을 꾀할 수 있지만 무엇보다 일차적으로 원료가 해섬되는 해리공정의 운전 최적화가 선행되어야 할 것이다.
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