KR101242713B1

KR101242713B1 - 제지 공정용 충전제의 전처리 설비

Info

Publication number: KR101242713B1
Application number: KR1020110035618A
Authority: KR
Inventors: 박시한; 윤석기; 이성린
Original assignee: 무림피앤피 주식회사
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2013-03-12
Also published as: KR20120118191A

Abstract

본 발명은 초지공정라인으로 제공되는 충전제에 포함되는 고분자의 투입량을 최적의 상태로 조절함으로써 종이 내 충전제의 함량 증가 시에도 종이의 강도 및 벌크 성능을 유지하거나 보다 향상시키고, 또한 종이의 대량생산체제에 적합한 대용량의 충전제에 대한 전처리 작업을 가능하면서 전처리 공정에 있어 응집체의 크기 및 입도 분포의 조절까지도 실시간에 걸쳐 보다 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 설비를 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 초지공정라인(11)으로 충전제의 공급을 위해 배설되는 메인관로(12)를 구비하는 충전제 공급부(1); 상기 메인관로(12)에 분지되어 접속되고 고분자를 공급하는 서브관로(32)를 구비하는 고분자 공급부(3); 상기 충전제 공급부(1)를 통해 제공되는 충전제와 상기 고분자 공급부(3)를 통해 제공되는 고분자를 상호 교반시켜 충전제를 전처리하는 충전제 전처리부(5); 상기 충전제 전처리부(5)를 통해 교반된 응집체에 대한 입도 및 분포를 검출하는 입도 측정부(7); 및 상기 입도 측정부(7)를 통해 검출되는 응집체의 입도 및 분포에 따라 상기 고분자 공급부(3)에서 이루어지는 고분자의 투입량과 상기 충전제 전처리부(5)에서 이루어지는 교반 속도를 각각 조절하는 제어부(9)를 포함한다.

Description

제지 공정용 충전제의 전처리 설비{Filler preflocculation equipment for paper-manufacturing process}

본 발명은 종이 제조에 있어 초지공정으로 제공되는 충전제(Filler)에 대한 전처리 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펄프에 포함되는 충전제의 함량 증가와 함께 강도 및 벌크(Bulk) 특성이 대등하거나 보다 우수한 종이를 제조하기 위한 목적으로 고분자를 이용하여 충전제를 선응집시키고, 이렇게 응집된 충전제를 별도의 전처리 설비를 이용하여 일정한 크기와 입도 분포를 가지도록 조절한 다음 후공정인 초지공정으로 투입될 수 있도록 하는 충전제의 전처리 설비에 관한 것이다.

일반적으로 종이의 제조 공정에 있어 사용되는 충전제는 탄산칼슘, 클레이, 탈크 및 이산화티타늄 등이 있으며, 이러한 충전제는 종이의 필기적성 개선과 함께 불투명도 향상, 백색도 향상 및 인쇄적성 개선 등의 목적으로 사용된다.

이때, 종이 내 충전제에 대한 함량 증가는 종이의 강도를 발현하는 섬유간의 수소결합을 방해하기 때문에 종이의 강도적인 성질을 크게 저하시키게 되고, 이로부터 종이의 제조에 있어 생산성은 물론 취급간 편의성을 크게 저해시키게 되는 문제가 유발된다.

또한 종이의 제조에 있어 초지 공정 내에서 단순히 충전제의 함량 증가를 통한 회분 함량을 증가시킬 경우에는 충전제의 보류도 및 탈수성의 저하와 같은 문제를 발생시킬 수 있다.

이에 따라 충전제의 투입량 증가 시에도 섬유 간의 수소결합을 방해하지 않으면서도 높은 보류도를 가질 수 있도록 새로운 형태의 충전제 전처리 기술이 필요하다. 종래 충전제의 전처리를 설비는 도 1에 도시된 바와 같이 충전제 공급부(100)와 고분자 공급부(200) 및 전처리된 충전제의 저장용 슬러리(Slurry)탱크(300)를 포함하고, 상기 슬러리탱크(300) 내에 저장된 전처리된 충전제는 후공정인 초지공정라인(400)으로 필요시 제공된다.

이때, 상기 충전제 공급부(100)는 소정량의 충전제를 저장하는 제1탱크(110)와, 상기 제1탱크(110)로부터 초지공정라인(400)에 이르기까지 배설되는 메인관로(112), 상기 메인관로(112) 상에서 충전제를 이송시키기 위해 설치되는 제1정량펌프(114), 및 상기 메인관로(112) 상에 설치되어 메인관로(112)를 통해 이송되는 충전제의 양을 실시간으로 검출하는 제1유량계(116)를 구비한다.

또한, 상기 고분자 공급부(200)는 소정량의 전처리용 고분자를 저장하는 제2탱크(210)와, 상기 제2탱크(210)에 저장된 고분자를 상기 메인관로(112)에 공급하기 위해 상기 메인관로(112)에 대해 분지되어 접속되는 서브관로(212), 상기 서브관로(212) 상에서 고분자를 이송시키기 위해 설치되는 제2정량펌프(214), 및 상기 서브관로(212) 상에 설치되어 서브관로(212)를 통해 이송되는 고분자의 양을 실시간으로 검출하는 제2유량계(216)를 구비한다.

그런데 충전제의 전처리 설비를 제지공정과 같은 대규모의 생산 라인에 적용하기 위해서는 별도의 투입설비가 필요한데, 종래에는 도 1과 같이 정량펌프(114,214)와 유량계(116,216)를 이용하여 충전제와 응집제를 일정비율로 조정후 투입한 다음, 이를 저장용 슬러리탱크(300)에 일정량 보관한 상태에서 탱크내 교반기의 교반력으로 충전제를 전처리하여 초지공정라인(400)에 투입하는 방식을 채택하였다.

그러나 상기와 같은 방법을 적용한 종래 충전제의 전처리 설비에서는 다음과 같은 기술적 한계가 존재하게 된다. 첫째, 전처리된 충전제의 크기 조절이 매우 어렵기 때문에 입자 및 입도분포가 매우 불균일하여 초지공정에 적용시 다양한 공정상의 문제를 초래할 가능성이 농후하다. 둘째, 전처리된 충전제의 크기 및 입도분포의 형태가 균일하게 조절되었다 하더라도 저장탱크에 보관되는 동안 전처리된 충전제의 크기 및 입도분포에 있어 변화가 수반될 가능성이 농후하다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 종이의 제조과정에 있어 초지공정라인으로 제공되는 충전제에 포함되는 고분자의 투입량을 최적의 상태로 조절함으로써 종이 내 충전제의 함량 증가에도 종이의 강도 및 벌크 성능을 유지하거나 보다 향상시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 초지공정라인으로 제공되는 충전제와 고분자 사이의 혼합 정도를 최적화하는 데에 있어 종이의 대량생산체제에 적합한 대용량의 충전제에 대한 전처리 작업을 가능하게 함과 더불어 전처리 공정에 있어 응집체의 크기 및 입도 분포의 조절까지도 실시간에 걸쳐 보다 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 설비를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 충전제를 전처리하여 초지공정라인으로 공급하기 위한 설비로서,

상기 초지공정라인으로 충전제의 공급을 위해 배설되는 메인관로와, 상기 메인관로에 설치되어 충전제를 이송시키는 제1정량펌프, 및 상기 메인관로를 통해 이송되는 충전제의 양을 검출하는 제1유량계를 구비하는 충전제 공급부;

상기 메인관로에 고분자를 공급하기 위해 상기 메인관로에 분지되어 접속되는 서브관로와, 상기 서브관로에 설치되어 고분자를 이송시키는 제2정량펌프, 및 상기 서브관로를 통해 이송되는 고분자의 양을 검출하는 제2유량계를 구비하는 고분자 공급부;

상기 충전제 공급부를 통해 공급되는 충전제와 상기 고분자 공급부를 통해 공급되는 고분자를 상호 교반시켜 충전제를 전처리하기 위해 상기 메인관로와 상기 서브관로의 분지지점 이후의 메인관로에 설치되는 충전제 전처리부;

상기 충전제 전처리부의 유출측에 설치되어 상기 충전제 전처리부를 통해 교반된 응집체에 대한 입도 및 분포를 검출하는 입도 측정부; 및

상기 입도 측정부를 통해 검출되는 응집체의 입도 및 분포에 따라 상기 고분자 공급부에서 이루어지는 고분자의 투입량과 상기 충전제 전처리부에서 이루어지는 교반 속도를 각각 조절하는 제어부를 포함한다.

본 발명은 종이의 제조 시 초지공정으로 제공되는 충전제를 전처리함에 있어 투입되는 고분자의 양을 응집된 충전제에 대한 크기와 입도 분포의 실시간 검출을 통해 최적의 상태로 조절할 수 있으므로, 초지공정라인으로 이송되는 응집체에 대한 크기 및 입도 분포를 원하는 일정 수준으로 유지할 수 있게 된다.

특히, 본 발명은 충전제에 대한 고분자의 투입량을 후공정인 초지공정라인에서 필요로 하는 최적의 양으로 조절할 수 있음에 따라 종이의 대량생산체제에 적합한 대용량의 충전제 전처리 작업을 가능하게 하고, 이와 더불어 종이 내 충전제의 함량 증가 시에도 강도 및 벌크 특성이 대등하거나 보다 우수한 종이의 제조를 구현할 수 있게 된다.

도 1은 종래 충전제의 전처리 설비에 대한 구성을 도식화하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 충전제의 전처리 설비에 대한 구성을 도식화하여 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 충전제 전처리 설비에 대한 상세 구성을 도시한 도면.
도 4는 도 3의 측면도.
도 5는 도 3의 A-A선 단면도.
도 6은 도 2에 도시된 고분자 공급 설비에 대한 상세 구성을 도시한 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 충전제의 전처리 설비는 초지공정으로 제공되는 충전제를 전처리 작업 후 공급하기 위한 장치로서, 충전제 공급부(1)와 고분자 공급부(3), 충전제 전처리부(5), 입도 측정부(7), 및 제어부(9)를 포함하여 구성된다. 이 경우, 충전제에 대한 전처리 속도는 초지공정에서 필요로 하는 양 만큼 연동하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 충전제 공급부(1)는 소정량의 충전제(Filler)를 저장하는 제1탱크(10)와, 상기 제1탱크(10)로부터 초지공정라인(11)에 이르기까지 배설되는 메인관로(12), 상기 메인관로(12) 상에서 충전제를 이송시키기 위해 설치되는 제1정량펌프(14), 및 상기 메인관로(12) 상에 설치되어 메인관로(12)를 통해 이송되는 충전제의 양을 실시간으로 검출하는 제1유량계(16)를 구비한다. 이때 상기 제1정량펌프(14)는 후공정인 초지공정라인(11)에서 요구하는 양만큼의 충전제를 공급하기 위해 초지공정라인(11)과 연동하도록 제어된다.

상기 고분자 공급부(3)는 소정량의 전처리용 고분자(천연 또는 합성 고분자)를 저장하는 제2탱크(30)와, 상기 제2탱크(30)에 저장된 고분자를 상기 메인관로(12)에 공급하기 위해 상기 메인관로(12)에 대해 분지되어 접속되는 서브관로(32), 상기 서브관로(32) 상에서 고분자를 이송시키기 위해 설치되는 제2정량펌프(34), 및 상기 서브관로(32) 상에 설치되어 서브관로(32)를 통해 이송되는 고분자의 양을 실시간으로 검출하는 제2유량계(36)를 구비한다.

상기 충전제 전처리부(5)는 상기 메인관로(12) 중에서 상기 서브관로(32)와의 분지지점 이후에 위치한 메인관로(12) 상에 설치되는 것으로, 상기 메인관로(12)를 통해 공급되는 충전제와 상기 서브관로(32)를 통해 공급되는 고분자를 상호 교반시켜 충전제를 선응집시킨 상태에서 상기 초지공정라인(11)으로 제공하기 위한 장치이다.

상기 입도 측정부(7)는 상기 메인관로(12) 중에서 상기 충전제 전처리부(5)의 유출측에 설치되는 것으로, 상기 충전제 전처리부(5)를 통해 교반된 충전제와 고분자 사이의 혼합물에 해당하는 응집체에 대한 입도 및 그 분포를 실시간으로 검출하는 장비이다. 이때 상기 입도 측정부(7)는 상기 충전제 전처리부(5)를 거쳐 선응집된 충전제에 대한 입도와 분포를 측정할 수 있는 다양한 형태의 공지의 광학 장비로 구현될 수 있다.

상기 제어부(9)는 상기 입도 측정부(7)를 통해 실시간으로 검출되는 응집체에 대한 입도와 그 분포에 따라 상기 고분자 공급부(3)에서 이루어지는 고분자의 투입량과 상기 충전제 전처리부(5)에서 이루어지는 교반 속도를 각각 제어함으로써 후공정인 초지공정라인(11)으로 제공되는 응집체에 대한 입도 및 그 분포를 최적의 상태로 조절할 수 있게 된다. 이 결과 종이 내 포함되는 충전제의 함량을 증가 시에도 종이의 강도와 벌크 성능을 충전제의 함량을 증가시키지 않는 종전 대비 동일한 상태로 유지하거나, 오히려 충전제의 함량을 증가시킴에도 불구하고 종이의 강도와 벌크 성능을 보다 더 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 종이의 대량생산체제에 적합한 대용량의 충전제 전처리 작업을 가능하게 해 준다.

이를 위해 상기 충전제 전처리부(5)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 입체 구조로서 사각틀 형상으로 이루어지는 제1프레임(51)과, 상기 제1프레임(51)의 상부에서 연직 하방향으로 수직하게 설치되는 다수의 제1지지로드(52), 상기 제1지지로드(52)를 매개로 상기 제1프레임(51)에 대해 고정 설치되는 상부 개방형상의 원통형 챔버(53), 상기 챔버(53)의 상단부를 마감하여 내부에 소정의 밀폐 공간을 형성하도록 상기 제1프레임(51)에 대해 다수의 수평로드(54)를 매개로 고정되는 제1베이스 플레이트(55), 상기 제1베이스 플레이트(55)에 대해 연직 상방향으로 수직하게 설치되는 다수의 제2지지로드(56), 상기 제2지지로드(56)를 매개로 고정되는 제2베이스 플레이트(57), 상기 제2베이스 플레이트(57)의 상부에 지지되어 수직한 방향으로 설치되는 제1모터(58), 상기 제1모터(58)의 구동축과 커플링 부재(59)를 매개로 연결되고 상기 제1베이스 플레이트(55)를 관통하여 상기 챔버(53) 내부를 향해 길게 연장되도록 배치되는 회전축(60), 및 상기 챔버(53) 내부에서 상기 회전축(60)의 길이방향을 따라 방사상으로 상호 교호적으로 배치되어 고정되는 다수의 임펠러(61)를 구비한다.

이때 상기 임펠러(61)는 로드 또는 프로펠러와 같이 적정의 곡률을 가지는 등 다양한 형태로 구현될 수 있고, 특히 상기 회전축(60)에 대한 상기 임펠러(61)의 설치 수량은 단일의 개소에서 단일의 수량으로 설정될 수도 있다. 즉, 상기 임펠러(61)는 상기 챔버(53) 내에서 충전제의 교반 시 최적의 효율을 얻기 위해서라면 상기 회전축(60)에 대해 수직한 방향으로 돌출된 형상의 로드 형태 또는 로드 대신 프로펠러와 같은 특정의 곡률을 가진 형태로도 구현할 수 있고, 또한 수량의 측면에서도 교반에 대한 최적의 효율을 얻기 위해 단일 또는 다수의 수량 중에서 적절하게 선택하여 적용할 수 있다.

여기서, 상기 제1베이스 플레이트(55)의 관통부위 내주면과 상기 회전축(60)의 외주면 사이에는 상기 챔버(53)의 내부 공간에 대한 기밀 작용을 수행하기 위한 실링재(62)가 설치되는 바, 상기 실링재(62)는 상기 임펠러(61)의 회전 시 응집체의 외부 누수에 따른 기기의 손상을 방지하는 역할을 수행한다. 이 경우 상기 실링재(62)는 상기 제1베이스 플레이트(55)의 저면에 나사 체결되는 실링 하우징(63)에 의해 견고하게 지지된다. 또한 상기 실링재(62)는 충전제의 누수를 최소화하기 위한 메카니칼실로 이루어지고, 탄산칼슘과 같은 충전제에 의한 마모율을 최소화하기 위해 카본 대 초경금속이 아닌 초경금속 대 초경금속의 구성으로 이루어져 있다.

그리고 상기 챔버(53)는 하부에 상기 메인관로(12)와 교통하여 충전제와 고분자 혼합물을 제공받는 제1인입부(64)를 구비함과 더불어, 측부에 상기 메인관로(12)와 다시 교통하여 상기 임펠러(61)의 회전에 의해 교반된 응집체를 상기 초지공정라인(11)으로 공급하기 위해 상기 메인관로(12)와 접속되는 제1인출부(65)를 구비한다.

또한, 상기 제1베이스 플레이트(55)와 상기 제2베이스 플레이트(57) 사이에는 상기 커플링 부재(59)와 상기 회전축(60)을 내장하는 중공의 하우징(66)이 설치되는 바, 상기 하우징(66)은 내부에 상기 제1모터(58)의 구동에 따른 상기 회전축(60)의 회전시 이를 보다 안정적으로 축 지지하기 위해 설치된 베어링(67)을 구비한다.

이에 따라 상기 메인관로(12)를 통해 제공되는 충전제와 상기 서브관로(32)를 통해 제공되는 고분자는 상기 충전제 전처리부(5)의 제1인입부(64)를 통해 상기 챔버(53) 내부로 공급되고, 상기 챔버(53) 내에 공급된 충전제와 고분자는 상기 제어부(9)에 의한 상기 제1모터(58)의 구동 제어를 통한 상기 임펠러(61)의 회전으로부터 유체에서 발생하는 전단력을 매개로 원활하게 혼합될 뿐만 아니라 상기 고분자 공급부(3)를 통한 고분자의 공급량 조절을 통해 응집체의 입도가 균일하게 조정될 수 있게 된다.

한편, 상기 고분자 공급부(3)는 도 6에 도시된 바와 같이, 입체 구조의 사각틀 형상으로서 내부에 상기 서브관로(32)를 설치하기 위한 제2프레임(41)과, 상기 제어부(9)의 제어를 받아 동작하는 제2모터(42)를 구비한다. 이에 따라 상기 제2모터(42)는 상기 제어부(9)의 제어에 따라 그 회전속도가 조절되고, 상기 제2정량펌프(34)는 상기 제2모터(42)의 작동에 따라 연동되어 그 구동속도가 제어됨으로써 상기 서브관로(32)를 통해 고분자를 상기 메인관로(12)로 송출하게 되고, 이때 상기 서브관로(32)로 이송되는 고분자의 양은 상기 제2유량계(36)에 의해 실시간으로 검출된다.

이때 상기 서브관로(32)는 상기 제2탱크(30)와의 접속을 통해 상기 제2탱크(30) 내에 저장된 고분자를 공급받기 위한 제2인입부(43)와, 상기 메인관로(12)에 대해 접속이 이루어져 고분자를 제공하기 위한 제2인출부(44)를 각각 양단부에 구비한다.

그리고 상기 서브관로(32)는 내부로 유동하는 고분자에 의한 급격한 유동 변화를 감안하여 상기 서브관로(32) 중에서 상기 제2인입부(43)측으로 분지되어 교통됨으로써 관로 내로 유동되는 고분자를 바이패스 시키기 위한 바이패스 관로(45)를 구비한다.

또한, 상기 서브관로(32)는 관로 내부의 청소를 위한 세척수의 주입을 위해 상기 서브관로(32)의 제2인출부(44) 부근에서 상기 메인관로(12)와 교통하도록 접속되는 보조 인입부(46)를 설치하고, 상기 보조 인입부(46)는 관로의 개폐를 조절하여 관로 내에 세척수의 주입을 허용 내지 차단하기 위한 조작밸브(47)를 구비한다. 도 6에 있어 상기 제2프레임(41)의 상부에 도시된 박스 형태의 구조물은 상기 충전제 전처리부(5)의 제1모터(58)와 상기 고분자 공급부(3)의 제2모터(42)에 대한 회전속도를 각각 조절하는 제어부(9)를 구성하는 컨트롤 박스에 해당한다.

이에 따라, 상기 서브관로(32)를 통해 제공되는 고분자는 상기 제어부(9)의 제어에 따른 상기 제2모터(42)의 회전속도의 조절을 통해 상기 제2정량펌프(34)의 작동을 매개로 상기 메인관로(12)로 유입되는 양을 조절받을 수 있게 되고, 특히 상기 제어부(9)는 상기 입도 측정부(7)를 통해 검출되는 응집체에 대한 크기와 입도 분포를 매개로 상기 제2모터(42)의 회전속도를 적절하게 제어함으로써 상기 서브관로(32)를 거쳐 상기 메인관로(12)로 유입되는 고분자의 공급량을 원활하게 조절할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 충전제의 전처리 설비에 의해 전처리된 충전제의 투입공정에 대한 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

[제 1실시 예]

상기 충전제 전처리부(5)에서 제1모터(58)의 회전속도를 일정하게 유지상태에서 전처리용 고분자의 투입비율을 변경함에 따른 응집체의 크기 변화를 측정하면 다음과 같다.

- 실험에 사용된 탄산칼슘의 기초 물성

평균입경, D(4,3)	중간입경, d50	점도	pH
3.20 ㎛	1.28㎛	21cPs	9.75

- 실험결과

고분자 투입비 (% for dry Filler)	평균입경, D(4,3)	중간입경, d50	점도	pH
0.014	15.79㎛	4.20㎛	48 cPs	9.77
0.021	41.14㎛	26.64㎛	106 cPs	9.77
0.029	54.59㎛	43.96㎛	142 cPs	9.73

- 입경 측정장치: Marvern Mastersizer

- 점도 측정: Brookfield low shear Viscometer, 60RPM

즉, 상기 충전제 전처리부(5)에서 임펠러(61)의 회전수를 1,000RPM으로 고정한 상태에서 상기 고분자 공급부(3)에서 고분자의 투입비율을 변경함에 따른 탄산칼슘의 기초 물성 변화를 측정하였다. 측정결과 고분자 투입에 따라 충전제의 기초 물성 대비 pH는 큰 변화가 없으나, 평균입경이 작게는 5배에서 크게는 270배로 증가함을 확인하였다. 또한 고분자 투입비율의 증가에 따라 충전제의 평균입경, 중간입경 및 충전제의 점도가 증가하며, 고분자 투입비율을 0.029%로 설정한 경우 중간입경 및 평균입경 간의 크기 차이가 적은 것으로 보아 고분자에 의해 충전제가 충분히 응집된 상태에서 상기 충전제 전처리부(5)를 통해 입도 분포가 균일하게 조절되는 것을 확인할 수 있었다.

[제 2실시 예]

상기 고분자 공급부(3)에서 고분자의 투입비율을 일정하게 유지하는 상태에서 상기 충전제 전처리부(5)에서의 회전속도(RPM) 변경에 따른 응집체의 크기 변화를 측정하면 다음과 같다.

- 실험에 사용된 탄산칼슘의 기초 물성

평균입경, D(4,3)	중간입경, d50	점도	pH
3.20 ㎛	1.28㎛	21 cPs	9.75

- 실험결과

입도 rpm	평균입경, D(4,3)	중간입경, d50	점도	pH
500	72.29㎛	69.53㎛	123 cPs	9.73
1000	54.59㎛	43.96㎛	142 cPs	9.73
1400	37.18㎛	22.48㎛	246 cPs	9.72
1700	17.66㎛	9.44㎛	228 cPs	9.76

상기 고분자 공급부(3)에서의 고분자 투입비율을 0.029%(for dry Filler)로 고정한 상태에서 상기 충전제 전처리부(5)의 임펠러(61) 회전수 변화에 따른 응집체의 기초물성 변화를 측정하였다. 실험결과 기기의 RPM 증가에 따라 응집체의 중간입경 및 평균입경이 감소하며, 그 감소율이 매우 유의성 있게 선형으로 감소하고 있음을 확인할 수 있었다.

[제 3 실시 예]

위 실시 예 1과 2에서 전처리된 응집체를 실제 제지 공정에 투입하여 그에 따른 종이의 물리/강도적 성질 변화를 측정하였다.

- 측정결과

구분	단위	Control	응집체 적용	응집체 적용 및 Filler 1% 증량
평량 #1	g/m²	107.9	107.6	108.1
두께	㎛	128	128	128
벌크 #2	cm³/g	1.19	1.19	1.18
Ash #3	%	22.1	21.5	23.3
열단장 #4	km	5.20	5.31	5.15
내부결합강도 #5	lb.ft/in²*1000	85	84	83

#1 평량: 단위 입방 미터 당 종이 1장의 무게

#2 벌크: 종이의 일정 중량에 대한 용적 (밀도의 역수)

#3 Ash(Ash content): 종이를 고온에서 연소 후 남은 무기물의 양으로 종이 내 Filler의 함량을 나타낸다.

#4 열단장: 종이의 인장강도를 나타내는 하나의 방법으로 일정 폭의 시험편의 일단을 고정하여 펼쳐 내릴 때, 그 자중으로 절단되는 때의 시험편의 길이를 나타낸다. 실제로는 인장강도 측정값을 바탕으로 산술적으로 환산하여 구한다.

#5 내부결합강도: 종이 및 판지의 높이방향 인장강도

상기 고분자 공급부(3)와 상기 충전제 전처리부(5)를 실제 제지공정에 적용하여 생산된 종이의 물리/강도적 특성 변화를 비교한 결과, 일반적으로 종이 내 충전제의 함량을 의미하는 충전제 함량이 증가할 경우 동일 평량 대비 두께의 감소에 따른 벌크 감소 및 강도적 성질 저하가 크게 발생하나, 응집체 적용의 경우 Ash 1% 증가함에도 제어(Control) 대비 벌크 및 강도적 성질의 변화가 크지 않아 충전제의 전처리 장치가 실제공정에서 작동됨을 확인하였다. 또한 전처리된 충전제의 투입 전/후 종이 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 상기와 같이 일반 충전제를 투입한 종이의 표면은 기존의 미세한 충전제 입자가 관찰되는 반면 전처리된 충전제를 투입한 종이의 경우 응집된 형태의 충전제들이 존재함을 확인할 수 있었다.

상기 고분자 공급부(3)와 상기 충전제 전처리부(5)를 실제 제지공정에 적용간 시간 경과에 따른 응집체 입경변화 및 유량변화를 측정하였다. 측정결과 본 설비를 적용 시 응집체의 크기가 일정하게 유지된 상태로 공정 내 투입됨을 확인할 수 있었으며, 유량 역시 일정량을 유지하는 것으로 보아 본 설비 적용에 따른 공정상의 부하는 관찰되지 않았다.

이상에서와 같이, 기존 충전제에 대한 전처리 방식이 가지고 있던 응집체의 크기 조절이 어렵고 그 크기 및 입도분포의 형태 또한 매우 불균일하여 초지 공정에 적용 시 다양한 공정상의 문제를 초래할 가능성이 있으며, 또한 응집체가 저장탱크에 보관되는 동안 응집체의 크기 및 입도분포가 변화할 가능성이 농후한 문제가 있었으나, 본 발명에서와 같이 응집체에 대한 균일한 입도 조절을 실시간으로 수행하고, 특히 후공정인 초지공정라인(11)으로 전처리된 응집체에 대한 안정적이면서도 지속적인 공급을 통해 기존과 같이 응집체를 저장하기 위한 별도의 설비가 불필요함을 알 수 있게 된다. 아울러, 본 발명은 상기와 같은 사안들로부터 제지공정의 설비를 구축함에 있어 기존 대비 시설의 간소화를 도모함과 더불어 이에 따른 경제적 장점을 획득할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1-충전제 공급부 3-고분자 공급부
5-충전제 전처리부 7-입도 측정부
9-제어부 10-제1탱크
11-초지공정라인 12-메인관로
14-제1정량펌프 16-제1유량계
30-제2탱크 32-서브관로
34-제2정량펌프 36-제2유량계
41-제2프레임 42-제2모터
43-제2인입부 44-제2인출부
45-바이패스 관로 46-보조 인입부
47-조작밸브 51-제1프레임
52-제1지지로드 53-챔버
54-수평로드 55-제1베이스 플레이트
56-제2지지로드 57-제2베이스 플레이트
58-제1모터 59-커플링 부재
60-회전축 61-임펠러
62-실링재 63-실링 하우징
64-제1인입부 65-제1인출부
66-하우징 67-베어링

Claims

충전제를 전처리하여 초지공정라인으로 공급하기 위한 설비로서,
상기 초지공정라인(11)으로 충전제의 공급을 위해 충전제를 저장하는 제1탱크(10)와 연결되는 메인관로(12), 상기 메인관로(12)에 설치되어 충전제를 이송시키는 제1정량펌프(14), 및 상기 메인관로(12)를 통해 이송되는 충전제의 양을 검출하는 제1유량계(16)를 구비하는 충전제 공급부(1);
상기 메인관로(12)에 분지되어 접속되고 고분자의 공급을 위해 전처리용 고분자를 저장하는 제2탱크(30)와 연결되는 서브관로(32),상기 서브관로(32)에 설치되어 고분자를 이송시키는 제2정량펌프(34), 및 상기 서브관로(32)를 통해 이송되는 고분자의 양을 검출하는 제2유량계(36)를 구비하는 고분자 공급부(3);
상기 충전제 공급부(1)를 통해 제공되는 충전제와 상기 고분자 공급부(3)를 통해 제공되는 고분자를 상호 교반시켜 충전제를 전처리하기 위해 상기 메인관로(12)와 상기 서브관로(32)의 분지지점 이후의 메인관로(12)에 설치되는 충전제 전처리부(5);
상기 충전제 전처리부(5)의 유출측에 설치되어 상기 충전제 전처리부(5)를 통해 교반된 응집체에 대한 입도 및 분포를 검출하는 입도 측정부(7); 및
상기 입도 측정부(7)를 통해 검출되는 응집체의 입도 및 분포에 따라 상기 고분자 공급부(3)에서 이루어지는 고분자의 투입량과 상기 충전제 전처리부(5)에서 이루어지는 교반 속도를 각각 조절하는 제어부(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 1에 있어서,
상기 충전제 전처리부(5)는 충전제와 고분자를 저장하기 위해 제1프레임(51)에 설치되는 챔버(53), 상기 제1프레임(51)에 설치되어 상기 제어부(9)의 제어에 따라 회전속도가 조절되는 제1모터(58), 상기 제1모터(58)의 구동축과 커플링 부재(59)를 매개로 연결되는 회전축(60), 및 상기 회전축(60)에 설치되어 상기 챔버(53) 내부에 배치되는 임펠러(61)를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 2에 있어서,
상기 임펠러(61)는 상기 챔버(53) 내에서 상기 회전축(60)의 길이방향을 따라 방사상으로 상호 교호적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 2에 있어서,
상기 임펠러(61)는 상기 챔버(53) 내에서 상기 회전축(60)으로부터 돌출된 형태로서 상기 회전축(60)에 대해 단일의 수량으로 설치되는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 2에 있어서,
상기 챔버(53)는 제1베이스 플레이트(55)에 의해 마감되어 내부에 폐공간을 형성하고, 상기 회전축(60)은 상기 제1베이스 플레이트(55)를 관통하여 상기 챔버(53) 내부로 설치되며, 상기 제1베이스 플레이트(55)의 관통부위 내주면과 상기 회전축(60)의 외주면 사이에는 기밀 유지를 위한 실링재(62)가 설치되는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 5에 있어서,
상기 실링재(62)는 상기 제1베이스 플레이트(55)의 저면에 나사 체결되는 실링 하우징(63)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 2에 있어서,
상기 챔버(53)는 하부에 상기 메인관로(12)와 교통하여 충전제와 고분자 혼합물을 제공받는 제1인입부(64)를 구비하고, 측부에 상기 메인관로(12)와 교통하여 응집체를 공급하는 제1인출부(65)를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 2에 있어서,
상기 제1모터(58)의 구동축과 상기 임펠러(61)의 회전축(60)을 축지지하는 베어링(67)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 공급부(3)는 상기 서브관로(32)를 설치하는 제2프레임(41), 상기 제2프레임(41)에 설치되어 상기 제어부(9)의 제어에 따라 회전속도가 조절되어 상기 제2정량펌프(34)에 의한 고분자의 토출량을 조절하는 제2모터(42), 상기 제2탱크(30)와의 접속을 통해 고분자를 제공받는 제2인입부(43), 및 상기 메인관로(12)와의 접속을 통해 고분자를 제공하는 제2인출부(44)를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 9에 있어서,
상기 서브관로(32)는 관로 중에서 상기 제2인입부(43)로 분지되어 교통되는 바이패스 관로(45)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
상기 서브관로(32)는 세척수 주입을 위해 보조 인입부(46)와, 상기 보조 인입부(46)의 개폐를 위한 조작밸브(47)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전제의 전처리 설비.