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문제 정의
- 본 연구에서는 국산 골판고지에 다량으로 함유되어 있는 미세분이 이러한 층분리 현상의 주된 원인이라 판단되어 이를 실증코자 미세분의 종류, 함량 및 분포에 따른 Condebelt 건 조시 지필의 층분리 현상을 조사하였다.
가설 설정
- 상층지의 경우 평량 50 g/m2이 되도록 장섬유과 미세분을 일정량 혼합하여, 장섬유에 대한 미세분 함량이 30, 40, 50, 60, 70%가 되도록 초지하였다. 초지시 장섬유는 완전히 보류 된다고 가정하고 여기에 미세분을 평량이 50 g/m2가 될 수 있도록 가하였다. 예를 들어 미 세분 함량이 50%인 경우에는 장섬유를 25g/m2가 되도록 하고 미세분을 평량이 50 g/m?이 될 수 있도록 가하고 초지하였다.
제안 방법
- 각 미세분의 평균 입자 크기는 Mal.,ern사의 입도 분석기로 측정하였다. 또 보수도(Water Retention Value, WRV)는 TAPPI urn 256에 의거하여 측정하였고, 회분 함량은 TAPPI Test MethodT211 om-93에 의거하여 평가하였다.
- TAPPI Test Method T 402 om-83에 의거 시편을 조습처리한 후, TAPPI 시험법에 의거 밀 도(T 220 om-88), 인장강도(T 494 om-88), 파열강도(T 403 om-85), Short Column Test 압 축강도(T 826 pm-92) 및 투기도(T 536 pm-79)를 측정하였다.
- 단층지에 있어 두께방향으로의 미세분 분포가 Condebelt 건조 시층분리 현상에 미치는 영향을 파악하기 위해서 와이어 면(wire side)과 상부 면(top side)이 각각 상부 플레이트에 접하도록 하여 건조하고 층분리 면적을 측정하였다.
- 단층지의 경우 미세분 분포에 따른 영향을 확인하기 위하여 상부 플레이트와 접촉되는 면 을 수초지상에서의 top면과 wire면을 구별하여 압착건조 하였다.
- 또한 미세분 함량이 Condebelt 건조 효과에 미치는 영향을 확인하기 위해서 일정한 장섬 유(평량 90 g/rf)에 미세분 A의 양을 20 g/m?씩 증가시켜 가며 각각 실린더 건조와 Condebelt 건조한 훈 제반 물성을 측정하고 Condebelt로 건조된 종이의 강도 증가 비율을 구하였다. 그 결과 밀도, 인장강도, 압축강도 모두 미세분 함량이 증가할수록 실린더 건조한 종이에 비해 Condebelt로 건조한 종이의 강도 증가폭이 감소하였다.
- 5 cm로 절단한 후 실험실용 Condebelt를 이용하여 압착건조하였다. 본 실험에서는 Condebelt의 상부 플레이트의 온도 와 하부 플레이트의 온도는 각각 180℃와 80℃로, 압체 압력은 7 bar로 고정시켰으며 유 입지 건조도는 40%로 조절하였고, 층분리 현상을 관찰하기 위해서 압체 시간을 변화시켜가 며 실험을 실시하였다.
- 또한 미세분 함량이 Condebelt 건조 효과에 미치는 영향을 확인하기 위해서 일정한 장섬 유(평량 90 g/rf)에 미세분 A의 양을 20 g/m?씩 증가시켜 가며 각각 실린더 건조와 Condebelt 건조한 훈 제반 물성을 측정하고 Condebelt로 건조된 종이의 강도 증가 비율을 구하였다. 그 결과 밀도, 인장강도, 압축강도 모두 미세분 함량이 증가할수록 실린더 건조한 종이에 비해 Condebelt로 건조한 종이의 강도 증가폭이 감소하였다.
- 압착이 완료된 습지필을 절단기를 사용하여 12.5 X 12.5 cm로 절단한 후 실험실용 Condebelt를 이용하여 압착건조하였다. 본 실험에서는 Condebelt의 상부 플레이트의 온도 와 하부 플레이트의 온도는 각각 180℃와 80℃로, 압체 압력은 7 bar로 고정시켰으며 유 입지 건조도는 40%로 조절하였고, 층분리 현상을 관찰하기 위해서 압체 시간을 변화시켜가 며 실험을 실시하였다.
- 따라서, 장섬유와 미세분을 분급하여 활용하는 방안을 마련하는 것이 바람직하다고 생각되었다. 이러한 방법의 일환으로 분급된 미세분을 상, 하층에 달리 분포시켜 이층지를 제조하는 방안을 검토하였다.
- 단층지의 건조 방향을 변화시킴으로써 지필 하부에 미세분 함량이 높은 경우 수증기의 투 과가 불량하여 층분리가 발생한다는 사실은 지필 하부의 미세분 함량을 낮게 유지시켜 층분 리를 방지할 수 있다는 것과 같다. 이에 하부 지필의 투기도를 조절하는 방안으로, 층별 미 세분 함량을 다르게 조절한 이층지를 제조하여 평가하였다. 이러한 이층지 제조 방법은 미 세분 분급이 가능한 공정에서 특히 효과적 원료 운용을 가능하게 할 것으로 판단된다.
- 이를 평가하기 위해 미세분 A 와 미세분 B를 .이용하여 미세분 함량이 40%, 평량 150 g/n/인 단층지를 제작하고 Condebelt 건조하였다.
- 미세분이 제거된 장섬유를 얻기 위하여 먼저 라이너지를 고농도 펄퍼에서 30분간 해리한 후 실험실용 Valley beater를 이용하여 여수도 290 ml CSF가 되도록 고해하였다. 이후 미세 분 제거장치를 이용하여 미세분을 제거하고 장섬유를 얻었다. 미세분 제거를 위해 하부에 100 mesh 와이어가 설치된 지료통에 펄프 슬러리를 넣은 후, 배출수가 완전히 투명해질 때까지 연속적으로 여과시켰다.
- 장섬유에 대한 미세분의 배합 비율을 30, 40, 50%로 변화시켜 지료를 조성하고, 교반기를 이용하여 충분히 교반시킨후 실험실용 사각 수초지기를 이용하여 크기 25 X 25 cm, 평량 150 g/m2 이 되도록 초지하였다. 수초지기상에서 쿠치된 습지필은 실험실용 평판압착기를 이용하여 3.
- 본 실험에서는 200 mesh 와이어를 통과한 물질을 미세분으로 사용하였다. 지료 조성 방법에 따라 실험에 사용한 미세분을 장시간 고해를 통해 얻어진 미세분 a와 해리만을 통해 얻은 미세분 B로 나누었다. 미세분 A와 미세분 B의 특성은 Table 1에 나타내었다.
- 지필에 함유된 미세분 함량이 Condebelt 건조 시 층분리 발생에 미치는 영향을 확인하기 위해서 미세분 함량을 30%에서 40%, 50%까지 변화시켜가며 단층지를 제작하였고, 건조 시간 변화에 따른 층분리 현상을 평가하였다. 미세분 함량이 50%인 경우 층분리 현상을 억제 하기 위해서는 미세분 A의 경우 5초 이상의 건조시간이 필요하였으나, 미세분의 함량이 30%로 감소하였을 경우에는 4초 이상의 건조시간으로도 충분히 층분리 현상을 억제할 수 있었다.
- 층분리가 발생한 시편은 육안적으로 관찰이 가능하였으며 이를 정량화 하기 위해서, 층분 리가 발생한 시편에서 10 cm X 10 cm 을 scanner를 이용하여 scan 한 후 image analyzer 을 이용하여 육안적으로 층분리가 발생한 것으로 관찰되는 면적을 전체면적에 대한 백분율 로 계산하여 증분리 면적을 구하였으며, 층분리가 발생한 경우 강도의 평균값이 급격하게 떨어지거나 측정부위간 변이가 크게 나타날 것으로 예상되어 각 시편에서 다섯 지점에 대한 파열강도를 측정하여 평가하였다.
- 2항에서 제시된 방법에 의해 합지하여 압착한 후 Condebelt 건조하였다. 하층의 투기 도를 향상을 위하여 하층의 미세분 함량을 감소시켰으며 상대적으로 감소한 양만큼의 미세 분을 상층에 투입하여 상층의 미세분 함량을 증가시켜 지필 내 미세분 함량은 동일하게 유 지하였다.
- 예를 들어 미 세분 함량이 50%인 경우에는 장섬유를 25g/m2가 되도록 하고 미세분을 평량이 50 g/m?이 될 수 있도록 가하고 초지하였다. 하층지는 장섬유와 미세분의 양을 조절하여 장섬유에 대한 미세분 함량이 20, 25, 30, 35, 40%이 되도록, 평량은 100 g/m2o| 되도록 초지하였다 이와 같이 초지된 평량 50 g/m2의 상층지와 평량 100 g/m2의 하층지의 습지필을 와이 어가 이면에 있는 상태에서 표면이 서로 마주하도록 겹친 다음 쿠치를 거치지 않은 채 실험 실용 평판압착기를 이용하여 3.5kg/cm2의 압력에서 5분간 압착하였다.
대상 데이터
- 미세분 분급을 위해서는 200 mesh 와이어가 설치되어 있는 미세분 콜렉터를 사용하였다. 200 mesh 와이어를 통과한 배출수는 400 mesh 와이어 를 이용하여 10% 정도의 농도로 농축시켜 미세분을 수집하였다. 라이너지를 단순히 해리한 후 얻어진 미세분 B는 저농도 펄퍼에서 30분간 해리한 후 200 mesh 와이어를 통과한 배출 수를 침전시킨 후 농축하여 준비하였다.
- 본 실험에서는 200 mesh 와이어를 통과한 물질을 미세분으로 사용하였다. 지료 조성 방법에 따라 실험에 사용한 미세분을 장시간 고해를 통해 얻어진 미세분 a와 해리만을 통해 얻은 미세분 B로 나누었다.
- 본 실험에서는 AOCC 20%와 KOCC 80%로 제조된 라이너지를 고해하거나, 단순 해리한 다음 분급하여 얻어진 두 종류의 미세분을 실험에 사용하였다. 라이너지를 고농도 펄퍼에서 30분간 해 리하고 Valley beater에서 여수도 10 mL CSF가 되도록 고해시 킨 지 료로부터 분획 한 미세분을 미세분 A로 칭하였다.
- 본 연구에서는 (쥐동일제지에서 분양받은 AOCC 20%와 KOCC 80%로 제조된 라이너지를 OCC 원료로 사용하였다.
이론/모형
- ,ern사의 입도 분석기로 측정하였다. 또 보수도(Water Retention Value, WRV)는 TAPPI urn 256에 의거하여 측정하였고, 회분 함량은 TAPPI Test MethodT211 om-93에 의거하여 평가하였다.
성능/효과
- 결과적으로 고해에 의해 발생된 피브릴 형태의 미세분이 Condebelt 건조 시 층분리 현상 에 더욱 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 따라서 Condebelt 공정 상 미세분 분급 운용 시 이를 고려하여야 할 것으로 판단되었다.
- 고해에 의해 생성된 미세분과 해리만 하여 얻은 미세분을 현미경을 통해 관찰한 결과 고 해를 통해 얻은 미세분은 피브릴 형태의 미세분이, 해리를 통해 얻은 미세분은 플레이크 형태의 미세분이 다량으로 포함되어 있음을 확인하였다. 이러한 미세분의 형태적인 차이에 의해서 고해에 의해 생성된 미세분을 장섬유에 혼합하여 초지하였을 경우 투기도가 크게 저하 되었으며 이는 Condebelt 건조시 층분리 현상을 심화시키는 원인이 될 것으로 판단되었다.
- 또한 미세분 함량이 Condebelt 건조 효과에 미치는 영향을 확인하기 위해서 일정한 장섬 유(평량 90 g/rf)에 미세분 A의 양을 20 g/m?씩 증가시켜 가며 각각 실린더 건조와 Condebelt 건조한 훈 제반 물성을 측정하고 Condebelt로 건조된 종이의 강도 증가 비율을 구하였다. 그 결과 밀도, 인장강도, 압축강도 모두 미세분 함량이 증가할수록 실린더 건조한 종이에 비해 Condebelt로 건조한 종이의 강도 증가폭이 감소하였다.
- 그 결과, 하층의 미세분 양이 감소할수록 층분리 현상이 완화되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과를 토대로 미세분을 계 외로 배출시키지 않고도 섬유 분급을 통하여 미세분의 분포를 변화시킨다면 층분리 현상을 억제하며 공정에 투입되는 에너지를 절감시키고, 더욱 운전 가능한 공정변수의 폭을 넓힐 수 있다고 기대된다.
- 두 종류의 미세분을 광학현미경으로 관찰한 결과 미세분 A에는 피브릴 형태의 미세분이, 미세분 B에는 플레이크 형태의 미세분이 상대적으로 많이 분포하고 있는 것을 확인할 수 있었다. Table 1에서 미세분 A의 보수도가 미세분 B에 비해 2배 이상 큰 것으로 보아 미세 분 A는 이차 미세섬유, 미세분 B는 일차 미세섬유의 성질을 가지고 있다고 생각할 수 있다.
- 미세분 함량이 50%인 경우 층분리 현상을 억제 하기 위해서는 미세분 A의 경우 5초 이상의 건조시간이 필요하였으나, 미세분의 함량이 30%로 감소하였을 경우에는 4초 이상의 건조시간으로도 충분히 층분리 현상을 억제할 수 있었다. 따라서 지필 내 미세분을 감소시킨다면 층분리 현상을 억제 할 수 있을 것이라고 판단되었다. 미세분 B의 경우에도 미세분 A와 동일한 경향을 나타내었다.
- 미세분 함량이 증가함에 따라 미세분이 섬유간 공극을 메우고 있음을 SEM 사진을 통해 확인하였으며 이에 따른 투기도 저하로 층분리 현상이 심화됨을 확인하였다. 또한 이러한 미세분 함량이 증가함으로 Condebelt 건조에 의한 강도 향상 효과도 감소하였다
- 미세분 종류에 따른 단층지의 층분리 현상을 파열강도와 층분리 발생 면적으로 평가한 결과 미세분 A가 미세분 B에 비해 강도는 낮으나 층분리 현상은 적게 발생시켰다. 미세분 A 의 경우 건조시간이 4초 이하로 짧아질 경우 층분리 현상이 발생하였으며, 미세분 B의 경우에는 1.
- 지필에 함유된 미세분 함량이 Condebelt 건조 시 층분리 발생에 미치는 영향을 확인하기 위해서 미세분 함량을 30%에서 40%, 50%까지 변화시켜가며 단층지를 제작하였고, 건조 시간 변화에 따른 층분리 현상을 평가하였다. 미세분 함량이 50%인 경우 층분리 현상을 억제 하기 위해서는 미세분 A의 경우 5초 이상의 건조시간이 필요하였으나, 미세분의 함량이 30%로 감소하였을 경우에는 4초 이상의 건조시간으로도 충분히 층분리 현상을 억제할 수 있었다. 따라서 지필 내 미세분을 감소시킨다면 층분리 현상을 억제 할 수 있을 것이라고 판단되었다.
- 미세분 함량이 증가함에 따라 미세분이 섬유간 공극을 메우고 있음을 SEM 사진을 통해 확인하였으며 이에 따른 투기도 저하로 층분리 현상이 심화됨을 확인하였다. 또한 이러한 미세분 함량이 증가함으로 Condebelt 건조에 의한 강도 향상 효과도 감소하였다
- 미세분의 종류와 함량 차이에 의한 종이의 투기도 차이가 Condebelt 건조 시 발생하는 지필의 수증기에 대한 투과성을 변화시킴으로 층분리 현상에도 영향을 미칠 것이라 예상되었다. 특히 Condebelt 건조시간이 충분하지 못했을 경우에는 지필 밖으로 배출되지 못한 지 필 내의 기화 수증기가 층분리를 유발할 것으로 예상되었다.
- 미세분이 종이의 두께 방향으로 다르게 분포하고 있다는 종이의 양면성에 착안하여 수초 지의 와이어면과 상부면을 각각 Condebelt의 상부 플레이트에 접촉하도록 하여 건조한 결과 지필 하부의 미세분 함량이 높을수록 층분리 현상이 심화됨을 확인하였다. 지필 하부의 미세분 함량을 변화시키기 위해서 이층지를 제작하여 하층의 미세분 함량을 감소시키고 그 양만큼을 상층지에 투입하여 지필내의 미세분 함량은 동일하게 유지하여 Condebelt 건조하 였을 때 하층의 미세분양이 감소할수록 층분리 현상을 억제할 수 있었다.
- 미세분이 종이의 두께 방향으로 다르게 분포하고 있다는 종이의 양면성에 착안하여 수초 지의 와이어면과 상부면을 각각 Condebelt의 상부 플레이트에 접촉하도록 하여 건조한 결과 지필 하부의 미세분 함량이 높을수록 층분리 현상이 심화됨을 확인하였다. 지필 하부의 미세분 함량을 변화시키기 위해서 이층지를 제작하여 하층의 미세분 함량을 감소시키고 그 양만큼을 상층지에 투입하여 지필내의 미세분 함량은 동일하게 유지하여 Condebelt 건조하 였을 때 하층의 미세분양이 감소할수록 층분리 현상을 억제할 수 있었다.
후속연구
- 그러므로 지필 내의 미세분양을 감소시키면 지필의 탈수성과 투기도 개선은 물론 층분리 현상도 억제할 수 있으며 Condebelt 건조에 의한 강도 향상 효과도 더욱 크게 발휘 될 수 있을 것이다. 그러나 재활용이 반복되는 국산골판지에는 미세분이 다량 함유되어 있으며 강 도 개선을 위해 고해를 실시할 경우 또한 다량의 미세분이 발생하므로 미세분을 제거시켜 계 외로 배출시키는 것은 효율적이지 못하다.
- 이러한 결과를 토대로 미세분을 계 외로 배출시키지 않고도 섬유 분급을 통하여 미세분의 분포를 변화시킨다면 층분리 현상을 억제하며 공정에 투입되는 에너지를 절감시키고, 더욱 운전 가능한 공정변수의 폭을 넓힐 수 있다고 기대된다. 또한 현재 운전되고 있는 Condebelt의 경우 이러한 층분리 문제로 인해 유입지의 건조도를 높게 유지하고 있지만, 본 연구에서 얻어진 결과를 바탕으로 초지할 경우 유입지의 건조도를 낮추면서 최적의 Condebelt 건조 효과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
- 그 결과, 하층의 미세분 양이 감소할수록 층분리 현상이 완화되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과를 토대로 미세분을 계 외로 배출시키지 않고도 섬유 분급을 통하여 미세분의 분포를 변화시킨다면 층분리 현상을 억제하며 공정에 투입되는 에너지를 절감시키고, 더욱 운전 가능한 공정변수의 폭을 넓힐 수 있다고 기대된다. 또한 현재 운전되고 있는 Condebelt의 경우 이러한 층분리 문제로 인해 유입지의 건조도를 높게 유지하고 있지만, 본 연구에서 얻어진 결과를 바탕으로 초지할 경우 유입지의 건조도를 낮추면서 최적의 Condebelt 건조 효과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
- 이에 하부 지필의 투기도를 조절하는 방안으로, 층별 미 세분 함량을 다르게 조절한 이층지를 제조하여 평가하였다. 이러한 이층지 제조 방법은 미 세분 분급이 가능한 공정에서 특히 효과적 원료 운용을 가능하게 할 것으로 판단된다.
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