KR100898407B1 - 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펄프 70 ~ 90 중량부에 대해 팽창된 펄라이트 10 ~ 30 중량부, 수분 2 ~ 10 중량부가 포함되도록 원지(10)를 구비하고, 상기 원지(10)의 일면 또는 양면으로 코팅층(20)이 포함되어 이루어지도록 하여, 제조된 종이가 가벼워 사용하기 편리하도록 하고, 팽창 펄라이트의 다수 기공에 의하여 인쇄성능이 우수하여 인쇄시에도 전력소모 및 부품의 마모 등을 적게 하도록 하는 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법에 관한 것이다.

팽창 펄라이트, 종이, 코팅, 고해

Description

팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF PAPER WITH EXPANDED PERLITE}

도 1a 및 도 1b는 본 발명 펄라이트를 이용한 일실시예에 따른 종이 구조에 대한 단면도.

도 2는 본 발명 펄라이트를 이용한 일실시예에 따른 종이의 제조방법에 대한 흐름도.

도 3은 본 발명 펄라이트를 이용한 일실시예에 따른 종이의 제조방법에 대한 구성도.

도 4는 본 발명 펄라이트를 이용한 다른 실시예에 따른 종이의 제조방법에 대한 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

A : 종이 10 : 원지

20 : 코팅층 31 : 고해기

32 : 초지기

본 발명은 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펄프와 함께 팽창된 펄라이트가 포함되도록 구비하고 양면으로 코팅층이 형성되도록 하여 제조된 종이가 가볍고 사용하기 편리하도록 하는 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 종이는 펄프로부터 제조되는 것으로, 그 원료로는 천연펄프 및 합성섬유 등으로 조성된다. 특히 천연펄프는 목재, 마, 닥나무, 볏짚, 사탕수수, 파피루스 등 다양한 재료가 이용되고 있다.

이러한 종이는 펄프의 섬유를 잘게 쪼개고 자르는 고해과정을 거치는데, 이러한 고해과정이 진행되는 고해기에는, 사이즈제, 첨가제, 안료, 염료 등의 다양한 첨가제가 부가되어 종이의 특성을 더욱 양호하게 향상시키게 된다.

그리고 고해과정 이후 초지기를 통하여 초지가 만들어지고, 초지를 원지로 하여 원지의 일면 또는 양면에 코팅과정을 거쳐 더욱 고급지 또는 특성에 알맞은 상태의 종이를 생산하게 된다. 물론 이러한 과정 중에는 다수의 롤러에 의한 건조과정이 있음은 당연한 것이다.

또한 종이의 제조과정 중에는 일부를 변경하거나 또는 부가하여 다양한 종류의 종이를 생산하게 된다. 이러한 종이의 종류로는 신문용지, 인쇄용지, 필기용지, 서화용지, 정보용지, 포장용지, 위생박엽지, 잡종지, 골판지, 백판지 등 다양한 종 류의 종이가 있다.

그리고 다양한 종류의 종이의 일면 또는 양면으로는 알맞게 선택되는 코팅제로 하여 코팅층이 형성될 수 있으며, 특히 사진과 같이 방수 목적으로 코팅되어 질 수 있는 것이다.

그러나 이러한 종래의 종이는 인쇄성능을 향상시키기 위하여 칼크, 탄산칼슘 등을 다량 포함되도록 조성하게 되며, 매끈한 종이 표면을 이루기 위하여 더욱 압축된 상태의 종이를 만들게 되어 종이의 무게가 더욱 무거워지는 문제가 있다. 또한 종이는 인쇄기, 프린터, 복사기 등에 이용할 경우에는 더욱 얇게 제조되어야 하나, 너무 얇게 되면 종이가 쉽게 찢어지고, 반대로 두껍게 하면 너무 무거워져, 다루기 곤란한 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 종이를 제조함에 있어 펄프와 함께 팽창 펄라이트가 함께 포함되어 조성되도록 구비한 것으로, 제조된 종이가 가벼워 사용하기 편리하도록 하는 목적이 있다.

또한 팽창 펄라이트의 다수 기공에 의하여 인쇄성능이 우수하여 인쇄시에도 전력소모 및 부품의 마모 등을 적게 하도록 하고, 인쇄상태도 양호한 상태로 인쇄되도록 하는 등의 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 팽창 펄라이트를 이용한 종이는 펄프, 팽창 펄라이트 및 수분이 포함되어 이루어지는 종이에 있어서, 상기 종이는 펄프 70 ~ 90 중량부에 대하여 2 ~ 50 ㎛ 크기의 팽창 펄라이트 10 ~ 30 중량부, 수분 2 ~ 10 중량부가 포함되어 이루어지며, 활석 10 ~ 20 중량부가 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 다른 실시예에 따른 팽창 펄라이트를 이용한 종이는 펄프, 팽창 펄라이트 및 수분이 포함되어 이루어지는 원지의 일면 또는 양면에 코팅층이 형성되어 이루어지는 종이에 있어서, 상기 종이는 펄프 70 ~ 90 중량부에 대하여 2 ~ 50 ㎛ 크기의 팽창 펄라이트 10 ~ 30 중량부, 수분 2 ~ 10 중량부 및 활석 10 ~ 20 중량부가 포함되어 펄라이트원지가 구비되고, 상기 코팅층은 팽창 펄라이트 70 ~ 80 중량부와 함께, 전분, 클레이 및 탄산칼슘 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 코팅첨가제 10 ~ 15 중량부가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 상기 코팅층(20)은 펄라이트 70 ~ 80 중량부와, 전분, 클레이 및 탄산칼슘 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 코팅첨가제 10 ~ 15 중량부를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 상기 코팅층(20)은 활석(Talc) 10 ~ 20 중량부를 더 포함하여 구비될 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 팽창 펄라이트를 이용한 종이는 펄프 70 ~ 90 중량부에 대하여 수분 2 ~ 10 중량부가 포함되는 원지(10')의 일면 또는 양면으로 코팅층(20)이 포함되어 이루어지고, 상기 코팅층(20)은 펄라이트(perliter)를 포함하여 이루어지며, 상기 펄라이트는 팽창된 펄라이트로 구비되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 코팅층(20)은 활석(Talc) 10 ~ 20 중량부를 더 포함하여 구비될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법은,
펄프 원료를 고해기(31)에 넣고 고해시키는 펄프고해단계(S011);

상기 고해기(31)에 사이징제 또는 충전제를 넣어 고해시키고, 고해된 펄프를 이용하여 초지기(32)를 이용하여 원지(10')를 제조하는 초지제조단계(S012);

상기 원지(10')의 일면 또는 양면으로 2 ~ 15 ㎛ 크기의 팽창된 펄라이트 70 ~ 80 중량부와, 전분, 클레이 및 탄산칼슘 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 코팅첨가제 10 ~ 15 중량부를 포함하여 이루어지는 코팅층(20)이 형성되도록 코팅시키는 코팅단계(S013);

상기 원지(10')에 상기 코팅층(20)이 형성된 상태에서 건조하여 제조를 완료하는 완정단계(S014)가 포함되어 이루어지고,

상기 초지제조단계(S012)의 충전제로는 펄프 70 ~ 90 중량부에 대하여 10 ~ 20 중량부의 활석이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

나아가 다른 실시예에 따른 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법은,

펄프 70 ~ 90 중량부를 포함하는 종이원료를 수분 80 ~ 99 중량부와 함께 고해기(31)에 넣고 고해시키는 펄프고해단계(S021);

상기 고해된 펄프에 더하여 로진, 알럼(Alum) 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어지는 사이즈제를 넣어 펄프 섬유의 표면에 사이즈제가 입혀지도록 하는 사이징단계(S022);

상기 고해기(31)에 펄프 70 ~ 90 중량부에 대해 2 ~ 50 ㎛ 크기의 팽창된 펄라이트 10 ~ 15 중량부 및 활석 10 ~ 20 중량부가 포함되어 이루어지는 첨가제를 넣어 고해시키는 첨가제투입단계(S023);

고해된 상기 고해기(31) 내의 펄프 섬유를 이용하여 초지기(32)를 이용하여 초지를 제조하는 초지제조단계(S024);

상기 초지제조단계를 거친 습지를 건조하여 제조를 완료하는 완정단계(S025)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 펄프 70 ~ 90 중량부를 포함하는 종이원료를 수분 80 ~ 99 중량부와 함께 고해기(31)에 넣고 고해시키는 펄프고해단계; 상기 고해된 펄프에 더하여 사이즈제를 넣어 펄프 섬유의 표면에 사이즈제가 입혀지도록 하는 사이징단계; 상기 고해기(31)에 펄프 70 ~ 90 중량부에 대해 2 ~ 50 ㎛ 크기의 팽창된 펄라이트 10 ~ 15 중량부 및 활석 10 ~ 20 중량부가 포함되어 이루어지는 첨가제를 넣어 고해시키는 첨가제투입단계; 고해된 상기 고해기(31) 내의 펄프 섬유를 이용하여 초지기(32)를 이용하여 초지를 제조하는 초지제조단계; 상기 초지제조단계를 거친 습지를 건조하여 제조를 완료하는 완정단계가 포함되어 이루어지고, 상기 사이징단계(S022)의 사이즈제는 송진, 젤라틴, 강화로진, 석유수지, 알키드수지, 스티렌 아크릴 수지, 아크릴 수지, 전분, 산화전분, 변성전분 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되며, 상기 첨가제투입단계(S023)의 첨가제는, 증해약제, 표백제, 표면지질향상제, 지력증강제, 수율·여수성 향상제, 소포제가 포함되어 구비되고, 상기 증해약제는 수산화나트륨, 탄산나트륨, 아황산나트륨, 황화나트륨, 메탄올, 에탄올, 페놀 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되고, 상기 표백제는 염소, 이산화염소, 과산화수소, 산소 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되며, 상기 표면지질향상제는 전분, 산화전분, 변성전분, 피브이에이 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되고, 상기 지력증강제는 전분, 산화전분, 변성전분, 피브이에이, 폴리아크릴아미드, 요소수지, 멜라민수지, 폴리에틸렌 이미드, 에폭시화폴리아미드 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되고, 상기 수율·여수성 향상제는 황산알루미늄, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 옥사이드 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되며, 상기 소포제는 고급알코올, 실리콘, 폴리에틸렌옥사이드 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법을 제공한다.
그리고 상기의 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법에 의하여 제조된 종이에 있어서, 상기 종이는 펄프 70 ~ 90 중량부에 대하여 2 ~ 50 ㎛ 크기의 팽창 펄라이트 10 ~ 30 중량부, 수분 2 ~ 10 중량부 및 활석 10 ~ 20 중량부가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 팽창 펄라이트를 이용한 종이을 제공한다.

이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명 펄라이트를 이용한 일실시예에 따른 종이 구조에 대한 단면도이고, 도 2는 본 발명 펄라이트를 이용한 일실시예에 따른 종이의 제조방법에 대한 흐름도이며, 도 3은 본 발명 펄라이트를 이용한 일실시예에 따른 종이의 제조방법에 대한 구성도를 각각 도시한 것이다.

그리고 도 4는 본 발명 펄라이트를 이용한 다른 실시예에 따른 종이의 제조방법에 대한 흐름도이다.

즉 본 발명 팽창 펄라이트를 이용한 종이(A)(A')는 도 1a 내지 도 4에서와 같이, 펄프 70 ~ 90 중량부에 대해 팽창된 펄라이트 10 ~ 30 중량부, 수분 2 ~ 10 중량부가 포함되어 이루어지는 것이다.

이와 같이 본 발명에 이용되는 펄라이트(Perlite)는 구리질 화산암의 일종으로 진주암(眞珠岩, Perlite)라고도 한다. 작은 진주모양의 조각으로 부서지는 동심원 또는 소용돌이 모양의 균열을 가지는데, 균열 구조를 진주상이라고 한다. 이러 한 펄라이트는 점성이 큰 용암이나 마그마의 냉각시의 수축 또는 냉각 후의 가수(加水)로 인한 것으로, 펄라이트에 포함된 수분의 함량은 2 ~ 5% 정도된다. 그리고 이러한 펄라이트(진주암)은 밀립광택 또는 진주광택을 가지며 회색, 녹색을 띠지만 갈색, 청색, 적색을 띠는 것도 있다. 이러한 펄라이트의 성분을 보면, 규산(SiO2)(대략 68 ~ 77 중량비), 알루미늄(Al2O3)(대략 12 ~ 18 중량비), 칼리(K2O)(대략 4 ~ 6 중량비), 결합수분 2 ~ 5 중량비 등으로 조성된다.

특히 본 발명에 이용되는 펄라이트는 열처리된 팽창 펄라이트를 이용하는 것으로, 수분 함량이 2 ~ 5 % 정도되는 펄라이트를 870 ~ 1100℃ 정도의 열을 가하면, 수분을 포함하는 휘발성분이 기화하면서 생기는 증발압력이 각각의 과립(granule)입자를 원형의 유리질 입자로 약 10 ~ 20 배 정도 팽창하여 팽창된 펄라이트(Expanded Perlite)가 만들어 진다. 이러한 팽창된 펄라이트(Expanded Perlite)는 휘발입자의 팽창으로 생긴 미세한 틈에 의하여 부피가 증가되고 비중이 적어져서 상대적으로 가벼운 상태의 재질이 되는 것이다.

이러한 본 발명에 이용되는 팽창된 펄라이트(Expanded Perlite)는 비중이 0.04 ~ 0.2 g/cm2, 열전도율이 0.04 ~ 007 W/m·K, 평균 흡음 계수(N.R.C.) 0.06 ~ 0.7 의 특성을 보이고 있다. 따라서 체적대비 중량이 작아 고층건물 등의 건축재로 이용될 경우에는 전체 하중을 줄일 수 있으며, 열전도율이 낮아 단열 성능이 우수하여 난연 성능이 뛰어남을 알 수 있다. 그리고 화학적으로 중성(pH 6 ~ 7)으로 무독성이며 불연성 무기질로 되어 있어 유독가스 발생이 없는 등의 우수함을 갖고 있다. 또한 보온 보냉재로 이용될 경우에는 사용온도범위가 -250 ~ 1000 ℃ 범위를 가지고 있어 이용범위가 다양함을 알 수 있다.

따라서 이와 같은 팽창된 펄라이트(Expanded Perlite)를 포함하여 제조된 종이는 상태적으로 가볍고 수분 흡수성능이 좋아 양질의 종이를 만들 수 있는 장점이 있다.

특히 이와 같은 팽창된 펄라이트(Expanded Perlite)를 2 ~ 50 ㎛ 정도로 작게 분쇄하여 종이 제조에 함께 넣어 종이를 제조하기 때문에 다양한 형태의 종이를 제조할 수 있는 것이다.

일반적으로 종이는 복사용지와 같은 고급용지, 포장지와 같은 일반 용지 및 박스와 같은 판지 등으로 구분될 수 있으며, 또한 이들에 부가하여 인쇄성능, 방수 성능, 코팅 성능 등이 부가되도록 하는 특수 종이 등, 다양한 형태로 하여 제조된다. 이와 같이 다양한 형태의 종류의 종이에 팽창된 펄라이트를 포함하여 제조하게 되면, 종이의 특성이 더욱 우수하게 된다. 즉 복사용지와 같은 고급용지의 경우, 프린터 및 복사기 등에 의한 인쇄 및 복사 성능이 우수하면서 부드럽고 얇으며, 고른 흰색을 띠어야 한다. 이에 팽창된 펄라이트를 2 ~ 30 ㎛ 정도로 분쇄하여 포함되도록 구비하면, 복사용지의 프린트 성능이 더욱 우수하게 된다. 즉 팽창된 펄라이트가 포함되어 있으므로 종이는 얇아지면서 더욱 가벼워진다. 그리고 수분 및 잉크의 흡수 특성이 있어 프린트시 인쇄물이 용이하게 인쇄되어지기 때문에, 인쇄시 가열온도를 낮게 하여도 인쇄품질이 떨어지지 않는 장점이 있다.

마찬가지로 포장지 및 판지 등에서도 이와 같은 인쇄 성능이 우수하면서 가벼워지는 특성은 동일하다.

이러한 본 발명에 따른 팽창 펄라이트를 이용한 종이는, 제조과정 중 펄프와 함께 고해기에 팽창 펄라이트를 함께 포함하여 고해시킨 후 초지를 생산하여 구비할 수 있다. 그리하여 도 1a와 같이 초지를 건조하여 생산이 완료된 종이(A)를 구비하되, 그 조성이 펄프 70 ~ 90 중량부에 대해 팽창된 펄라이트 10 ~ 30 중량부, 수분 2 ~ 10 중량부가 포함되도록 펄라이트 원지(10)를 구비할 수 있다. 이에 펄라이트가 10 중량부 이하로 포함되면 펄라이트 특성이 미미하고, 펄라이트가 30 중량부 이상으로 투여될 경우에는 펄라이트가 과다하게 포함되어 종이로써의 특성을 나타내기 곤란하다. 그리고 상기 펄라이트 원지(10)는 활석(Talc) 10 ~ 20 중량부를 더 포함하여 구비될 수 있다.

이러한 활석(Talc)은 단사정계 광물로 탤크라고도 한다. 판상 또는 섬유상 집합체를 이루는 마그네슘 점토광물이다. 층상구조 광물로 굳기 1.0, 비중 2.6 ~ 2.8이다. 순수한 것은 흰색을 띠고 진주광택이며, 가장 부드러운 광물의 하나이다. 흰색의 품질 좋은 것으로 하여 미분(微粉)으로 만들어 사용한다. 따라서 활석이 부가되면 종이의 품질이 향상되어 매끄럽게 되고, 더욱 희게 되며 종이의 면이 고르게 형성되는 것이다. 이러한 활석을 10 중량부 미만으로 넣으면 그 효곽 미미하고, 20 중량부 이상 넣으면 효과에 비하여 투여량이 너무 많게 된다.

이러한 펄라이트 원지(10)로만 이루어지는 종이를 제조할 경우에는 종이의 표면이 고른면을 이루어야 하기 때문에, 팽창된 펄라이트도 2 ~ 15 ㎛ 정도로 고운 것을 이용할 수 있다. 그러나 외면에 코팅층을 이루는 경우에는 원지에는 10 ~ 40 ㎛ 정도의 팽창된 펄라이트를 이용하여 가볍고 양호한 상태의 종이를 제조할 수 있는 것이다.

또한 상기 펄라이트 원지(10)의 일면 또는 양면으로 코팅층(20)이 포함되어 이루어질 수 있으며, 이러한 펄라이트 원지(10)에 포함되는 팽창된 펄라이트는 종이의 형태에 따라 알맞은 것을 선택할 수 있다.

즉 얇은 종이를 생산하고자 할 경우에는 펄라이트 원지(10) 만으로 되는 종이와 같이 2 ~ 15 ㎛ 정도로 고운 것을 사용함이 바람직하고, 두꺼운 종이를 만들되 전체적으로 가볍게 하고자 할 경우에는 공극이 상대적으로 많게 되도록 하기 위하여 20 ~ 40 ㎛ 정도로 중간 크기의 팽창된 펄라이트를 이용함이 바람직하다. 물론 특별히 제한을 두지 않을 때에는 30 ~ 50 ㎛ 정도 또는 그 이상의 큰 크기입자를 갖는 팽창된 펄라이트를 이용할 수도 있다. 이와 같이 큰 크기의 팽창된 펄라이트를 이용하더라도 공극율이 크기 때문에 제조된 종이 전체의 무게는 종래에 비하여 무겁지 않으면서도 우수한 인쇄성능을 갖기 때문에 사용상 장점이 있는 것이다.

이에 더하여 상기 코팅층(20)에도 펄라이트를 함께 포함하여 조성할 수 있다. 즉 상기 코팅층(20)은 팽창된 펄라이트 50 ~ 90 중량부, 바람직하게는 70 ~ 80 중량부와 함께, 전분, 클레이 및 탄산칼슘 중 어느 하나 이상의 성분이 포함되는 코팅첨가제가 10 ~ 30 중량부, 바람직하게는 10 ~ 15 중량부로 포함되어 이루어질 수 있다. 물론 이러한 코팅층(20)은 종이의 외면을 이루기 때문에 표면이 곱고 매끄러워야 하며, 따라서 펄라이트(특히 팽창된 펄라이트)도 2 ~ 15 ㎛, 바람직하게는 2 ~ 5 ㎛로 고운 것을 이용함이 바람직하다. 특히 종이는 대부분이 원지가 중간에 위치되어 두께를 이루고, 코팅층은 얇은 두께를 이루기 때문에 고운 입자크기의 펄라이트를 이용함이 바람직하다. 그리하여 종이의 표면이 곱고 부드러우면서 탈 크(활석)과 함께 백색도가 높으며, 또한 인쇄성능도 양호한 상태의 종이가 되는 것이다.

그리고 펄라이트가 50 중량부 이하로 포함되면 펄라이트 특성이 미미하고, 펄라이트가 90 중량부 이상으로 투여될 경우에는 펄라이트가 과다하게 포함되어 종이로써 특성을 나타내기 곤란하다. 또한 결합제가 10 중량부 이하로 투여되면 결합특성이 미미하고, 30 중량부 이상 포함되면 과다하게 포함되어 종이의 특성을 타나내기 곤란하다.

나아가 도 1b와 같이 펄라이트가 포함되는 종이(A')는 코팅층(20)에만 포함되도록 하여 구비할 수 있다. 즉 펄프를 포함하는 원지(10')의 일면 또는 양면으로 코팅층(20)이 포함되어 이루어지고, 상기 코팅층(20)은 팽창된 펄라이트(perliter)를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 팽창된 펄라이트 70 ~ 80 중량부에 대하여, 전분, 클레이 및 탄산칼슘 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 코팅첨가제 10 ~ 15 중량부를 포함하여 이루어질 수 있으며, 활석(Talc) 10 ~ 20 중량부를 더 포함하여 구비될 수 있다.

이와 같이 구비되는 본 발명에 따른 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법에 대해 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

우선 일반적으로 제조되는 초지를 원지(10')로 하여 제조한 후, 이러한 원지(10')에 팽창 펄라이트가 포함되는 코팅층(20)이 함께 구비되는 제조과정을 살펴보면 다음과 같다.

즉 도 1b 내지 도 3에서와 같이, 펄프 원료를 고해기(31)에 넣고 고해시키는 펄프고해단계(S011)를 진행한다.

그리고 상기 고해기(31)에 사이징제, 충전제 등을 부가하여 넣어 고해시키고, 고해된 펄프를 이용하여 초지기(32)를 이용하여 초지인 원지(10')를 제조하는 초지제조단계(S012)를 진행한다.

이후 상기 원지(10')의 일면 또는 양면으로 2 ~ 15 ㎛ 크기의 펄라이트 70 ~ 80 중량부, 전분, 클레이 및 탄산칼슘 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 코팅첨가제 10 ~ 15 중량부를 포함하여 이루어지는 코팅층(20)이 형성되도록 코팅시키는 코팅단계(S013)를 진행한다. 특히 상기 펄라이트는 팽창된 펄라이트(Expanded Perlite)로 그 크기를 2 ~ 15 ㎛ 정도로 작은 크기의 것을 이용함이 바람직하다.

그리고 이와 같이 상기 원지(10')에 상기 코팅층(20)이 형성된 상태에서 건조하여 제조를 완료하는 완정단계(S014)를 진행하여 종이(A')의 제조를 완료하게 된다.

이와 같이 팽창 펄라이트가 포함되는 종이의 제조과정 중, 상기 원지(10')의 제조시에, 펄프와 함께 고해기(31)에 넣고 고해시키는 과정에서 부가되는 첨가제로는, 증해약제, 표백제, 사이즈제, 표면지질향상제, 지력증강제, 수율·여수성 향상제, 소포제 등 다양한 종류의 첨가제가 함께 투여된 상태에서 고해과정을 진행하게 된다.

이러한 첨가제의 구체적인 성분의 예를 보면, 증해약제로는 수산화나트륨, 탄산나트륨, 아황산나트륨, 황화나트륨, 메탄올, 에탄올, 페놀 등이 포함될 수 있다. 또한 표백제로는 염소, 이산화염소, 과산화수소, 산소 등이 포함될 수 있으며, 사이즈제로는 내첨사이즈제로 로진, 강화로진 등이 있으며, 중성사이즈제로는 에이케이디(AKD, Alkyl Ketene Dimer), 에이에스에이(ASA, Alkyl Succinic Anhydrid) 등이 있다. 그리고 초지에 대한 표면사이즈제로는 석유수지, 알키드수지, 스티렌 아크릴 수지, 아크릴 수지, 전분, 산화전분, 변성전분 등이 포함될 수 있다.

또한 종이제조과정 중에 포함되는 표면지질향상제로는 전분, 산화전분, 변성전분, 피브이에이(PVA) 등이 포함될 수 있으며, 지력증강제로 건조지력증강제로는 전분, 산화전분, 변성전분, 피브이에이(PVA), 폴리아크릴아미드 등이 포함될 수 있으며, 습윤지력증강제로는 요소수지, 멜라민수지, 폴리에틸렌 이미드, 에폭시화폴리아미드 등이 포함될 수 있다. 그리고 수율·여수성 향상제로는 황산알루미늄, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 옥사이드 등이 있으며, 소포제로는 고급알코올, 실리콘, 폴리에틸렌옥사이드 등이 포함될 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조로 다른 실시를 보면, 펄프를 고해시키는 고해기(31)에 펄프와 함께 첨가제로 팽창된 펄라이트를 포함하여 투여하여 종이를 제조할 수 있다.

즉 펄프 70 ~ 90 중량부를 포함하는 종이원료를 수분 80 ~ 99 중량부와 함께 고해기(31)에 넣고 고해시키는 펄프고해단계(S021)를 진행하는 것으로, 이에 팽창된 펄라이트를 함께 포함하는 첨가제를 투입하는 단계가 진행된다.

이에 상기 고해된 펄프에 더하여 펄프 섬유에 사이즈제에 의하여 코팅되도록 구비할 수 있다. 또한 이러한 사이즈제는 초지로 제조된 상태에서 초지의 양면으로 사이즈제가 코팅되도록 제조할 수도 있다. 우선 고해기에서의 사이징 단계의 사이즈제를 보면, 로진, 알럼(Alum), AKD 및 ASA 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어지는 사이즈제를 넣어 펄프 섬유의 표면에 사이즈제가 입혀지도록 하는 사이징단계(S022)를 진행한다. 물론 상기 제1제조방법에서와 같은 첨가제들이 함께 부가될 수 있음은 당연한 것이다.

또한 이러한 상기 고해기(31)에 펄프 70 ~ 90 중량부에 대해 2 ~ 50 ㎛ 크기, 바람직하게는 10 ~ 30 ㎛ 크기의 팽창된 펄라이트 10 ~ 15 중량부를 포함하여 이루어지는 첨가제를 넣어 고해시키는 첨가제투입단계(S023)를 함께 수행할 수 있다.

그리고 고해된 상기 고해기(31) 내의 펄프 섬유를 이용하여 초지기(32)를 이용하여 초지를 제조하는 초지제조단계(S024)를 진행하고, 상기 초지제조단계를 거친 습지인 초지를 건조하여 제조를 완료하는 완정단계(S025)를 진행하여 종이의 제조를 완료하게 된다.

이와 같이 제조되는 본 발명에 따른 팽창된 펄라이트를 이용한 종이의 제조과정에 대해 일 실시예로 하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

종이는 일반적으로 목재나 식물체의 펄프 섬유를 기계적으로 가공하거나 또는 화학적으로 처리하여 만든 합성섬유의 펄프 섬유를 원료로 하여 종이를 만드는 것이다. 이러한 천연섬유, 합성섬유 또는 폐지를 재생한 재생펄프 등으로 되는 펄 프 섬유로부터 종이를 제조하는 공정은 크게, 1) 고해(叩解, beating), 2) 사이징(sizing), 3) 충전제 및 약품·염료 등의 첨가제 첨가, 4) 정정(精整, refining)과 정선, 5) 초지(抄紙), 6) 완정 등의 순서로 하여 제조하게 된다.

또한 지종(紙種), 용도 등에 따라서 2) 사이징공정, 3) 충전제 및 약품·염료 등의 첨가제 첨가공정 및 첨가제 성분의 종류 등의 일부 또는 전부가 적절하게 변형되어 선택되어질 수 있는 것임은 당연한 것이다.

1) 고해(叩解, beating) 단계.

: 펄프는 그대로 종이를 만들기에는 적합하지 않으므로, 펄프를 펄퍼기계를 써서 물에 풀어 필요로 하는 지종을 제조할 수 있도록 만드는 작업을 수행한다. 여기에 사용하는 기계를 고해기(beater)(31)라고 하고, 고해기(31)는 너무 긴 섬유를 알맞게 절단하거나, 가로로 길게 째거나, 눌러서 으깨는 방법으로 콜로이드화 한다.

그리고 고해기(31)는 일반적으로 탱크 안에 많은 이(爾)가 있는 금속 또는 돌로 된 회전롤러를 장착하여 회전시키면서, 물속에 들어있는 펄프 섬유를 고해시키는 것으로, 롤러의 이(爾)와 탱크에 있는 다른 롤러의 이(爾)들이 서로 맞물려 돌아가는 사이를 펄프 섬유가 통과되면서 고해되는 것이다.

이때 롤러의 이들이 날카롭고 두 롤러의 사이가 좁으면, 섬유에 주로 절단되는 변화가 일어나게 되어 물빠짐이 좋은 원료를 얻을 수 있으며, 그와 반대로 되어 있을 때에는 섬유에 으깨지는 변화가 주로 일어남으로써 같은 콜로이드 상태지만 물빠짐이 나빠진다. 앞의 것을 유리상(遊離狀) 고해라 하고, 뒤의 것을 점상(粘狀) 고해라고 한다. 또한 그 중간방법에 의하여 제조되기도 한다.

재질로 보면 솜섬유는 유리상 고해, 짚펄프는 점상 고해, 목재펄프는 중간방법에 의하여 고해되는 것이 일반적이다. 따라서 유리상으로 고해하여 제조한 종이는 양감이 있으면서 부드러운 감을 주는 여과지·흡수지 등으로 제조될 수 있으며, 점상으로 고해하여 제조된 종이는 단단하며 짜임새가 있는 감을 주는 황산지원지와 글라신지로 제조될 수 있다.

2) 사이징(sizing) 단계.

: 펄프 섬유만을 사용하여 제조한 종이는 흡수성이 있어서 필기·인쇄를 하면 번지는 문제가 발생된다.

따라서 펄프에 내수성이 있는 콜로이드 물질을 혼합함으로써 섬유의 표면이나 섬유사이의 틈을 메워 잉크가 침투확산하는 것을 방지해야 한다. 이와 같은 작업을 사이징이라고 하며, 첨가하는 물질을 사이즈제라고 한다.

이러한 사이징의 방법에는 고해작업과 함께 고해기 안에 있는 펄프 섬유에 사이즈제를 첨가시킴으로써 개개의 섬유 표면에 입히는 방법으로, 이를 엔진사이징이라 한다. 그리고 고해기로부터 일단 종이로 초지한 뒤에 사이즈제를 입히는 방법으로, 표면 사이징 또는 탑사이징이라 한다.

그리고 두 가지 방법을 병용하는 이중 사이징을 할 수도 있다.

이러한 엔진사이징제로는 송진이 이용될 수 있으며, 표면사이징에는 젤라틴이 사용될 수 있다. 또한 기타 에이케이디(AKD), 에이에스에이(ASA), 석유수지, 알키드수지, 스티렌, 아크릴 수지, 전분, 라텍스, 비스코스 등이 함께 이용될 수 있다.

3) 충전제 및 약품·염료 등의 첨가제 첨가단계.

: 일반적으로 종이에 어느 정도의 불투명성을 주고 그 표면을 평활하게 하여 인쇄에 적합한 성질을 주기 위하여 사이징 처리와 함께, 고해기 안의 펄프에 광물질 흰색 가루 등을 함께하는 등 첨가제를 첨가한다. 이러한 첨가제 중에는 충전제 또는 눈메움제(filler)가 첨가될 수 있다. 이러한 충전제로는 백토·활석·석고·백악 등의 천연산과, 과황산바륨·탄산염 등의 인조재가 포함되어 조성될 수 있다.

이에 특히 본 발명에서는 이러한 충전제로는 팽창된 펄라이트(Expanded Perlite)가 펄프 70 ~ 90 중량부에 대해 10 ~ 15 중량부의 팽창된 펄라이트가 함께 포함되어 조성될 수 있다. 이러한 팽창된 펄라이트는 2 ~ 50 ㎛ 또는 그 이상의 크기로 하여 분쇄하여 이용할 수 있다. 따라서 이러한 팽창된 펄라이트에 의하여 불투명성 및 표면 평활 등의 특성에 더하여 종이의 재질 특성이 향상되도록 구비되는 것이다. 즉 종이 전체의 무게를 가볍게 하고, 종이의 백색도를 좋게 하며, 기공이 많아 인쇄시 인쇄잉크를 잘 흡수하여 양호한 인쇄상태를 나타내는 장점이 있는 것이다.

또한 부가될 수 있는 첨가제로는, 증해약제, 표백제, 사이즈제, 표면지질향상제, 지력증강제, 수율·여수성 향상제, 소포제 등 다양한 종류의 첨가제로 함께 투여될 수 있다.

이러한 첨가제의 구체적인 성분의 예를 보면, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 아황산나트륨, 황화나트륨, 메탄올, 에탄올, 페놀, 염소, 이산화염소, 과산화수소, 산소, 로진, 강화로진, 에이케이디(AKD, Alkyl Ketene Dimer), 에이에스에이(ASA, Alkyl Succinic Anhydrid), 석유수지, 알키드수지, 스티렌 아크릴 수지, 아크릴 수지, 전분, 산화전분, 변성전분, 피브이에이(PVA), 요소수지, 멜라민수지, 폴리에틸렌 이미드, 에폭시화폴리아미드, 황산알루미늄, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 옥사이드, 고급알코올, 실리콘 등이 포함될 수 있다.

그리고 필요한 빛깔을 내기 위하여 염료(染料)와 안료(顔料)를 착색제로 첨가하게 된다. 이러한 안료는 색상이 곱고, 종이의 양감을 더해주어 생산원가를 낮추는 등의 장점이 있으나, 빛깔의 종류가 다양하지 못하고, 용도가 한정되어 있으며 염색력이 약할 뿐만 아니라, 첨가량이 많을 경우에는 종이의 강도를 저하시키는 등의 단점이 있기 때문에 착색제로는 염료가 널리 사용된다. 착색제는 색종이 제조시에는 물론 흰종이의 제조시에도 황색기를 없애고, 종이를 더욱 희게 하기 위하여 소량의 청색염료를 사용될 수 있다.

4) 정정(精整, refining)과 정선 단계.

: 상기에서와 같은 공정을 끝내고 고해기에서 나오는 것을 조합원질(調合原質) 또는 '씨'라고 한다. 조합원질에는 덜 풀리거나 거칠고 큰 섬유가 아직 포함되어 있으며, 여러 가지 이물이 혼입되어 있으므로, 초지기로 이송되기 전에 마무리 고해를 하여 섬유의 크기를 고르게 하고 선별하게 된다. 이러한 마무리 고해과정을 정정(精整)이라고 하며, 정정기에는 조르단식이 사용된다. 정정의 최종단계에 체와 같이 이물질을 걸러주는 장치를 정선기(screen)라고 한다. 조르단에서 다시 한번 고해된 조합원질은 혼합탱크에 들어가, 이곳에서 몇 대의 다른 고해기에서 온 원질과 혼합되며, 초지한 지층의 두께가 균일하게 이루어지도록 농도조절기를 통하여 일정하게 농도를 조절하고 스크린을 거치면 조정원료(調合原料)가 되어 유송함(chest)에서 초지기에 이송될 수 있다.

5) 초지(抄紙) 단계.

: 상기의 단계를 거친 후, 고해된 펄프 섬유로부터 초지기(32)를 이용하여 초지(원지(10))를 제조하게 된다. 이러한 초지기(parer machine, 32)에는 여러 형식이 있으나, 중요한 부분은 지층(습지)을 형성시키는 금망부(金網部, wire part), 지층을 압축하여 탈수시키는 압착부(壓搾部, press part), 이것을 건조시키는 건조부(乾燥部, dryer part)로 되어 구성될 수 있다.

즉 금망부가 엔드리스상(endless 狀)의 긴 망으로 되어 있는 것을 장망식(長網式) 초지기, 혹은 최초 제작자의 이름을 따서 푸어드리니어머신(Fourdriner machine)일고 하며, 큰 원통형으로 된 것을 환망식(丸網式) 초지기(cylinder mahcine)라고 한다. 환망식은 장망식에 비하여 구조가 간단하며, 주로 초합지의 원지·판지, 기계식으로 초조하는 한지·편광지 등을 생산하는데 사용한다. 초지기 생산능력은 금망너비와 초지속도에 따라 정해진다. 초지의 과정을 설명하면 유송함 속에 있는 지료(조정원료)가 초지기에 들어가 철망 위에 뿌려지면, 흡인여과현상이 일어나면서 지층을 형성하게 되고, 이어 금망을 떠나 모포(felt)에 실리게 된다.

모포에 실린 습지(濕紙)는 2 ~ 3 쌍의 연속된 롤 사이를 지나면서 압축·탈수되어 다시 건조부에 들어간다. 건조부는 증기로 가열시킨 건조원통들이 병렬로 장치되는데, 압착부에서 나온 습지는 원통 사이에 엔드리스상으로 걸린 모포를 타고 가면서 건조된다. 건조원통의 온도는 맨 앞의 제1원통이 60 ~ 70℃이며, 뒤로 갈수록 점차로 높아진다. 어떤 초지기는 대형의 건조원통 1개만이 장치되는데, 이것을 양키머신이라고 한다. 금망의 끝 가까이에 댄디롤이 장치되는 것도 있는데 이것은 금망 위의 지층을 가볍게 눌러 줌으로써 지면을 균일하도록 하거나 문양을 넣는 구실을 한다. 그리고 이때 금망의 탈수작용에 의하여 지료에서 나온 물은 미세한 섬유가 섞여 있으므로 희게 보이기 때문에 백수(白水)라고 한다.

6) 코팅 및 완정.

: 건조된 종이는 필요에 따라 펄라이트 원지(10)의 표면 일면 또는 양면에 코팅층(20)이 형성되도록 구비할 수 있다. 물론 초지만으로 하여 이루어진 종이를 제조할 수도 있다.

그러나 고급의 종이를 제조하기 위해서 코팅층(20)을 포함하여 이루어지도록 구비함이 바람직하다.

이러한 코팅층(20)을 이루는 코팅제로는 팽창된 펄라이트가 포함되도록 구비되는 것이다. 이에 2 ~ 15 ㎛, 바람직하게는 2 ~ 5 ㎛ 정도의 크기로 분쇄된 팽창 된 펄라이트를 이용할 수 있으며, 이러한 팽창된 펄라이트 70 ~ 80 중량부에 대해, 10 ~ 15 중량부의 코팅첨가제로 전분, 클레이(Clay), 탄산칼슘(CaCo3) 등이 함께 선택되어 포함될 수 있다. 또한 코팅첨가제로 일반적으로 알려진 AKD, ASA, 석유수지, 알키드수지, 스티렌, 아크릴 수지, 라텍스, 비스코스 등이 함께 이용될 수 있다.

그리고 선택되어지는 과정 중 캘린더(calendar)를 통과시켜 광택을 내는 과정이 추가될 수 있다. 이후 권취기(reel)로 감는 과정을 거쳐 종이의 제조를 완료하게 된다. 또한 강한 광택을 내려면 감은 종이를 슈퍼캘린더에 다시 통과시킬 수 있다. 이와 같이 감긴 종이(권취기)는 재단기(cutter)로 필요한 지폭으로 자르고 포장하고 운반하고, 또한 윤전기로 인쇄용으로 하거나, 일정한 치수의 평판(sheet)으로 만들어서 연(連) 단위로 판매할 수 있다. 그러나 아트지와 같은 가공지를 필요로 할 경우는 캘린더를 통과시키지 않고 권취한 종이를 가공기에 걸어 풀어가면서 필요한 가공을 할 수 있다.

상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 팽창 펄라이트를 이용한 종이는 펄라이트 원지(10)의 양면 또는 일면으로 코팅층(20)을 형성하는 것을 예로 하였으며, 또한 펄라이트 원지(10)를 만드는 과정 중 고해과정에서 첨가제로 팽창된 펄라이트(Expanded Perlite)가 포함되도록 하고, 또한 초지로부터 만들어지는 펄라이트 원지(10)의 양면 또는 일면으로 형성되는 코팅층(20)에도 팽창된 펄라이트(Expanded Perlite)가 포함되도록 구성하였다. 이와 같이 조성되는 본 발명에 따른 종이는 그 재질이 가볍고, 백색도가 높으며 인쇄 특성이 좋은 것이어서, 프린터, 복사기, 윤전기 등에서 인쇄하더라도 인쇄잉크가 잘 흡수되어 원하는 도안이 잘 표현되기 때문에 인쇄시 예열온도를 높이지 않아도 되는 장점이 있다. 따라서 불필요하게 롤러의 온도를 높이지 않기 때문에 인쇄 전력소모가 적게 소모되고, 롤러의 마모도 적게 되는 등 인쇄성능이 양호한 특성이 있는 것이다.

물론 상기의 상세한 설명을 한 일 실시예에서는 도 1a와 같이 펄라이트 원지(10) 및 코팅층(20)에 모두 팽창 펄라이트가 포함되도록 조성하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 원지 또는 코팅층에 선택적으로 팽창 펄라이트가 개별적으로만 포함되어 조성될 수도 있음은 당연한 것이다.

나아가 펄라이트가 포함된 펄라이트 원지(10) 및 코팅층(20)에 펄라이트가 포함됨을 보임에, 펄라이트를 가열하여 팽창된 팽창 펄라이트를 이용함을 예로 하였으나, 팽창되지 아니한 펄라이트를 이용하여, 상기의 다양한 실시예와 같이 하여 종이를 제조할 수 있음도 당연한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

상기와 같이 구비되는 본 발명은 종이를 제조함에 펄프와 함께 팽창 펄라이트가 함께 포함되어 조성되도록 구비한 것으로, 제조된 종이가 가벼워 사용하기 편리한 장점이 있다.

또한 팽창 펄라이트의 다수 기공에 의하여 인쇄성능이 우수하여 인쇄시에도 전력소모 및 부품의 마모 등을 적게 할 수 있을 뿐만 아니라 인쇄상태도 양호한 상태로 인쇄되도록 하는 등의 효과가 있다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 펄프원료와 함께 팽창펄라이트 및 활석이 포함되는 첨가제가 투입되어 제조되는 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법에 있어서,

   펄프 70 ~ 90 중량부를 포함하는 종이원료를 수분 80 ~ 99 중량부와 함께 고해기(31)에 넣고 고해시키는 펄프고해단계(S021);

   상기 고해된 펄프에 더하여 사이즈제를 넣어 펄프 섬유의 표면에 사이즈제가 입혀지도록 하는 사이징단계(S022);

   상기 고해기(31)에 펄프 70 ~ 90 중량부에 대해 2 ~ 50 ㎛ 크기의 팽창된 펄라이트 10 ~ 15 중량부 및 활석 10 ~ 20 중량부가 포함되어 이루어지는 첨가제를 넣어 고해시키는 첨가제투입단계(S023);

   고해된 상기 고해기(31) 내의 펄프 섬유를 이용하여 초지기(32)를 이용하여 초지를 제조하는 초지제조단계(S024);

   상기 초지제조단계를 거친 습지를 건조하여 제조를 완료하는 완정단계(S025)가 포함되어 이루어지고,

   상기 사이징단계(S022)의 사이즈제는 송진, 강화로진, 석유수지, 알키드수지, 스티렌 아크릴 수지, 아크릴 수지, 전분, 산화전분, 변성전분 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되며,

   상기 첨가제투입단계(S023)의 첨가제는, 증해약제, 표백제, 표면지질향상제, 지력증강제, 수율·여수성 향상제, 소포제가 포함되어 구비되고,

   상기 증해약제는 수산화나트륨, 탄산나트륨, 아황산나트륨, 황화나트륨, 메탄올, 에탄올, 페놀 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되고,

   상기 표백제는 염소, 이산화염소, 과산화수소, 산소 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되며,

   상기 표면지질향상제는 전분, 산화전분, 변성전분, 피브이에이 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되고,

   상기 지력증강제는 전분, 산화전분, 변성전분, 피브이에이, 폴리아크릴아미드, 요소수지, 멜라민수지, 폴리에틸렌 이미드, 에폭시화폴리아미드 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되며,

   상기 수율·여수성 향상제는 황산알루미늄, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 옥사이드 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되고,

   상기 소포제는 고급알코올, 실리콘, 폴리에틸렌옥사이드 중 어느 한 가지 이상이 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 팽창 펄라이트를 이용한 종이의 제조방법.
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