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문제 정의
- 서로 다른 내첨충전제인 GCC와 PCC 투입비를 달리하여 생산한 commercial paper인 백상지의 제반 물성과 pore structure를 비교하였다. mill에서는 PCC 및 GCC 투입비율에 따른 Bulk차가 발생할 것으로 예상되므로, 이를 상쇄하고자 Machine Calender 선압을 달리하여 Pore structure를 유사한 수준으로 맞추고자 하였다. PCC와 GCC의 투입비율을 0/100, 50/50, 70/30%로 달리 적용한 결과, PCC 비율이 증가할 수록 평균 pore 직경은 감소하였고, 10마이크로미터 이상의 pore가 감소하고 10 마이크로미터 이하의 pore가 증가하며 총 pore의 면적이 증가하였다.
- 본 연구에서는 종이의 주원료인 펄프의 종류, 펄프섬유의 물리적인 처리, 대표적 부원료인 내첨충전제 처방이 종이 구조 즉, pore structure에 미치는 영향과 물리적, 광학적 특성에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- 종이의 pore는 AutoPore Ⅳ.series Mercury Porosimeter를 이용하여 측정하였다. 이때 각 압력 조건에 따라 0.
- 실시하였다. 각 원료조건에 따른 지료는 실험실용 semi-automatic 수초지기를 이용하여 평량 60응sm을 목표로 수초하였다. 종이의 물성은 Tappi standai건에 의거하여 bulk, 투기도, light scattering coefficient를 측정하였다.
- 본 실험에서는 원료특성 이외에 영향을 줄 수 있는 물리적인 압죽을 배제하였으나, commercial paper의 경우 과도한 pressing 또는 calendering 과정을 거치면서 밀도가 증가, 즉 pore structure가 변화하게 된다. 따라서 Lab에서 commercial paper의 pore 특성 변화를 simulation 하기 위하여 calendering 실시 전, 후의 특성을 비교하였다.
- 서로 다른 내첨충전제인 GCC와 PCC 투입비를 달리하여 생산한 commercial paper인 백상지의 제반 물성과 pore structure를 비교하였다. mill에서는 PCC 및 GCC 투입비율에 따른 Bulk차가 발생할 것으로 예상되므로, 이를 상쇄하고자 Machine Calender 선압을 달리하여 Pore structure를 유사한 수준으로 맞추고자 하였다.
- 표백화학열기계펄프 (Aspen, Temcell)를 사용하였다. 여수도에 따른 영향 연구에는 활엽수표백화학펄프를 실험실용 Valley beater# 이용하여 여수도 570, 490, 460, 400ml가 되도록 고해하여 사용하였다. 공시 내첨용 충전제로는 중국산 Talc (Aihai), GCC (오미아 Hydrocarb 75F), PCC (오미아한국케미칼, Syncarb F0474 On-17)를 사용하였다.
- series Mercury Porosimeter를 이용하여 측정하였다. 이때 각 압력 조건에 따라 0.003~6㎛ 범위와 3.6~900闆n의 범위로 측정한 후 측정 결과에 준하여 10마이크로미터를 기준으로 이상과 이하 pore size를 를 갖는 pore의 양과 total 양을 면적으로 계산하여 비교하였다.
- 이를 구조적인 측면에서 해석해보고자 Mercury intrusion porosimeter 측정 결과와 비교해보았다. 각 펄프종류별 Bulk 특성은 10마이크로미터 이상의 pore 량과 동일한 경향을 나타내고 있으며 total pore의 양과는 일치하지 않는다.
- 각 원료조건에 따른 지료는 실험실용 semi-automatic 수초지기를 이용하여 평량 60응sm을 목표로 수초하였다. 종이의 물성은 Tappi standai건에 의거하여 bulk, 투기도, light scattering coefficient를 측정하였다. 종이의 pore는 AutoPore Ⅳ.
- 충전제를 넣지 않은 종이 sheet와 우리나라에서 가정 널리 사용되는 내첨충전제인 Talc, GCC, PCO 충전한 아}eet의 제반 물성을 비교하였다.
대상 데이터
- 여수도에 따른 영향 연구에는 활엽수표백화학펄프를 실험실용 Valley beater# 이용하여 여수도 570, 490, 460, 400ml가 되도록 고해하여 사용하였다. 공시 내첨용 충전제로는 중국산 Talc (Aihai), GCC (오미아 Hydrocarb 75F), PCC (오미아한국케미칼, Syncarb F0474 On-17)를 사용하였다. 본 연구에 사용된 공시재료의 기본 물성표가 표 1, 2에 나타나 있다.
- 종이의 pore structure를 연구하기 위한 공시재료로 주원료인 펄프는 침엽수표백 크라프트펄프 (Radiatapine, Pacifico), 활엽수표백 크라프트펄프 (Eucalyptus, VCP), 활엽수 표백화학열기계펄프 (Aspen, Temcell)를 사용하였다. 여수도에 따른 영향 연구에는 활엽수표백화학펄프를 실험실용 Valley beater# 이용하여 여수도 570, 490, 460, 400ml가 되도록 고해하여 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 공시재료의 기본 물성표가 표 1, 2에 나타나 있다. 펄프 종류 및 여수도 변경 조건 이외의 수초 sheet 제작시 내첨양성전분, 초지용 첨가제인 AK①와 보류제 등을 사용하였다.
성능/효과
- 10 마이크로미터 이상과 이하의 pore가 모두 감소하였으며 특히 약 5마이크로미터 이상의 pore가 큰폭으로 감소하고 약 P5 마이크로미터의 pore가 다수를 이루고 있었다. 따라서 light scattering coefficient가 감소하였다.
- porosity로 정의한 Moura 등의 연구 결과와 같은 해석을 할 수 있다. 3) Light scattering coefficient 역시 10 마이크로미터 이상의 large size pore양과 비 례관계를 보였다. Alince 등은 0.
- Bulk 특성은 calendering을 함에 따라 당연히 감소하였고, 특이사항으로는 mercury intrusion 측정 결과 calendering을 실시함에 따라 total pore의 양이 큰 폭으로 감소하였다. 10 마이크로미터 이상과 이하의 pore가 모두 감소하였으며 특히 약 5마이크로미터 이상의 pore가 큰폭으로 감소하고 약 P5 마이크로미터의 pore가 다수를 이루고 있었다.
- Mercury intrusion을 이용한 Pore structure 확인 결과 Total pore volumee filler로 충전한 sheet들이 증가하여 PCC, GCC, Talc, 미충전지의 순의 Pore 양을 나타내었다. Talc, GCC로 충전한 sheet의 경우 10 마이크로미터 이상의 큰 pore가 소폭 증가하였다.
- mill에서는 PCC 및 GCC 투입비율에 따른 Bulk차가 발생할 것으로 예상되므로, 이를 상쇄하고자 Machine Calender 선압을 달리하여 Pore structure를 유사한 수준으로 맞추고자 하였다. PCC와 GCC의 투입비율을 0/100, 50/50, 70/30%로 달리 적용한 결과, PCC 비율이 증가할 수록 평균 pore 직경은 감소하였고, 10마이크로미터 이상의 pore가 감소하고 10 마이크로미터 이하의 pore가 증가하며 총 pore의 면적이 증가하였다. 따라서 mill에서도 Lab과 동일한 결과를 나타내었다.
- 각각의 고유 특성을 갖는 침엽수표백 크라프트펄프 (SwBKP), 활엽수 표백 크라프트펄프(HwBKP), 표백화학열기계펄프(BCTMP)로 제작한 수초지의 물성을 비교한 결과, Bulk 특성은 BCTMP가 가장 우수하고, HwBKP, SwBKP 순이었으며, 종이의 투기도는 반대의 경향을 나타내었다. 이는 섬유 자체 특성으로는 SwBKP가 가장 굵고 긴 특성을 가지나 sheet를 형성하면서 가장 치밀한 구조를 가지고, 상대적으로 가장 짧은 섬유장으로 가지는 BCTMP 가 좀더 bulk 한 구조를 갖는다.
- (그림3) 이는 펄프 고유의 특성으로 인해 아내 형성된 pore size 분포가 현저히 다르기 때문이다. 고해가 진행되면서 소섬유화가 되어 아ieet의 밀도가 감소하고 그에 따라 특히 1#20 마이크로미터 영역의 pore가 크게 감소하고 P10 마이크로미터 영역의 pore가 증가하여, Bulk와 pore 양과의 상관관계가 성립함을 확인하였다. 또한 bulk와 pore 사이즈와의 상관관계도 성립함을 보여준다(그림 4).
- (그림 1) 대표펄프로 HwBKP를 선정한 후 각각의 여수도별로 고해한 후 수초한 수초지의 물성 비교 결과를 그림 2에 나타내었다. 고해가 진행될수록 Bulk가 감소하고 투기도가 증가하였으며 불투명도와 light scattering coefficient가 감소하였다.
- 확인하였다. 서로 다른 원료조건 조합에 따른 새로운 structure를 형성한 아ieet에서 mercury intrusion porosimeter 측정 결과에 의하여 pore size를 10 마이크로미터 이상과 이하의 영 역으로 구분 지을 경우, 10 마이크로미터 이상의 large pore는 bulk에, 10 마이크로미터 이하의 small pore는 광학적 특성에 조금더 밀접한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다.
- 서로 다른 제지용 주요원료와 제조조건을 달리한 종이의 물성과 pore structure를 분석한 결과, 각 조건별 pore structure와 종이 물성간의 상관관계가 밀접함을 확인하였다. 서로 다른 원료조건 조합에 따른 새로운 structure를 형성한 아ieet에서 mercury intrusion porosimeter 측정 결과에 의하여 pore size를 10 마이크로미터 이상과 이하의 영 역으로 구분 지을 경우, 10 마이크로미터 이상의 large pore는 bulk에, 10 마이크로미터 이하의 small pore는 광학적 특성에 조금더 밀접한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다.
- 이를 확인하고자 PCC 투입량을 달리하여 비교한 결과, PCC 투입량이 증가할수록 동일한 결과를 나타내었다. High Bulk에 유리한 PCC이므로 bulk 저하는 미미하였으나 PCC 투입량 증가에 따른 pore량 증가로 인해 light scattering coefficient가 비례적으로 증가하였다.
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