KR101715236B1 - 골판지 합판, 골판지 합판 제조용 원지 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

강도 및 친환경성이 향상된 골판지 합판 및 골판지 합판용 원지가 제공된다. 본 발명에 따른 골판지 합판 또는 골판지 합판용 원지는, 제1 골판지 원지에 소정 크기의 골을 형성하여 생성되는 골심지와, 제2 골판지 원지로부터 생성되며 상기 골심지의 적어도 하나의 면과 접합되는 적어도 하나의 라이너지를 포함하며, 상기 제1 및 제2 골판지 원지 중에서 적어도 하나의 골판지 원지는 적어도 3개의 층으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 골판지 원지가 골심지 용인 경우에는 2개 이상의 계층으로 제조되고, 상기 골판지 원지가 라이너지(표면지) 용인 경우에는 3개 이상의 계층으로 제조된다. 상기 2개 이상의 계층으로 제조된 골심지 용 골판지 원지는 배면지로 사용될 수도 있다.

Description

골판지 합판, 골판지 합판 제조용 원지 및 그 제조 방법{Corrugated paper, raw paper for corrugated paper board and the method thereof}

본 발명은 골판지 합판 및 골판지 합판 제조용 원지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조적 강도 및 환경 친화도가 향상된 골판지 합판 및 골판지 합판 제조용 원지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 내외장재는 건축물의 실외 및 실내에 설치되어 설치된 벽면을 미려하게 장식한다. 이러한 내외장재는 목재, 석고보드, 플라스틱, 금속, 석재 따위의 다양한 소재들을 이용하여 샌드위치 패널, 우레탄, 합판 등으로 실내공간을 각각의 별도공간으로 분리하거나 칸막이 등의 용도로 사용되고 있다.

이러한 내외장재의 일종으로, 목재 합판이나 칩보드를 열경화성 수지에 침지시켜 절곡 강도, 인장 강도 및 내부식성을 향상시킨 내외장재 제조 방법이 알려져 있다. 그러나 이와 같이, 목재 합판이나 칩보드를 수지에 함침시켜 제조되는 건축용 내외장재의 경우 수지의 침투 시간, 건조 시간 등 공정에 소요되는 시간이 늘어나서 생산성이 떨어질 뿐만 아니라, 원자재의 구입 단가도 높아져 결과적으로 제조 원가가 상승하는 원인이 된다.

또한, 목재 합판이나 칩보드는 원자재 자체가 인화성이 매우 높을 뿐만 하니라 수지 또한 인화성이 높게 되어 화재에 취약하여 내외장재로서 사용이 부적합하며, 원자재 자체의 중량과 경화된 수지의 중량으로 인하여 운반이나 보관 시공상에도 어려움이 있다. 특히, 상기 목재 합판이나 칩보드에 침투되는 수지 내지 화학약품이 유발하는 환경 문제도 무시할 수 없는 큰 문제이다.

이러한 점을 고려하여, 최근에는 인장 강도나 절곡 강도를 향상시킨 골판지를 건축용 내장재나 가구용 소재로 이용하는 기술이 제시되고 있다. 그러나, 종래기술에 따른 골판지 원지로 제조된 골판지를 이용하여 건축용 내외장재 또는 가구용 내외장재를 제작하는 경우에는 라이너지와, 골심지 및 표면지의 접착력만으로는 건축용 내외장재 또는 가구용 내외장재에서 요구하는 강도를 유지시키는 것이 어려워 실질적으로 종래기술의 골판지를 건축용 내외장재에 적용하는데 한계가 있었다. 또한 상기 골판지의 강도 향상을 위해 사용되는 침지용 물질이 끼치는 환경적인 악영향이 문제가 되기도 한다.

따라서, 골판지 합판을 이용한 내외장재에 있어서, 인장 강도나 절곡 강도를 기본적으로 향상시키면서도 환경에 끼치는 악영향을 줄 일 수 있는 기술을 개발할 필요성이 있다.

한국특허공보 1378746호 (등록일자: 2014. 3. 21)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 골판지의 인장 강도 및 절곡 강도를 기본적으로 향상시킬 수 있는 골판지 합판을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 골판지의 인장 강도 및 절곡 강도를 향상시키면서도 환경에 미치는 악영향을 최소화하는 골판지 합판을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 골판지 합판은, 제1 골판지 원지에 소정 크기의 골을 형성하여 생성되는 골심지와, 제2 골판지 원지로부터 생성되며 상기 골심지의 적어도 하나의 면과 접합되는 적어도 하나의 라이너지를 포함하며, 상기 제1 및 제2 골판지 원지 중에서 적어도 하나의 골판지 원지는 적어도 3개의 층으로 형성된다.

이 때, 상기 골판지 원지가 골심지 용인 경우에는 2개 이상의 계층으로 제조되고, 상기 골판지 원지가 라이너지(표면지) 용인 경우에는 3개 이상의 계층으로 제조될 수 있다. 상기 2개 이상의 계층으로 제조된 골심지 용 골판지 원지는 배면지로 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 골판지 합판에 의하면, 골판지 합판의 인장 강도 및 절곡 강도를 기본적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 골판지 합판이 건축용 내외장재로 사용될 경우 상기와 같은 강성을 향상시키면서도 인체나 환경에 미치는 악영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 1a 내지 도 1c는 단일의 양면 골판지의 다양한 형상을 도시한 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 이중양면 골판지의 다양한 형상을 도시한 사시도이다.
도 2d는 삼중양면 골판지의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 2e는 이중양면 골판지에서 골의 방향이 서로 직각을 이루는 예를 보여주는 사시도이다.
도 3 및 4는 골판지 원지 또는 골판지를 침지액에 침지시켜 강도를 향상시키는 공정을 보여주는 도면이다.
도 5는 침지액 저장조 방식으로 골판지 원지에 용액을 흡수하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 6은 윤전 방식으로 골판지 원지에 용액을 도포하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따라 4겹으로 된 골판지 원지의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 7b는 그물 격자 계층을 포함하여 3겹으로 형성된 골판지 원지의 예를 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 3겹으로 된 골판지 원지를 생산하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 3겹으로 된 골판지 원지를 생산하는 공정을 보여주는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 사시도, 단면도, 측면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한, 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

내외장재나 포장용으로 이용되는 골판지 합판은 그 적용 조건에 따라 골판지의 안쪽, 바깥쪽 또는 이중 양면 골판지의 중간층 판지에 사용되는 라이너지와, 두 개의 라이너지 사이에서 물결모양의 골을 구성하는데 쓰이는 골심지로 크게 구분되며, 이러한 라이너지와 골심지는 기본적으로 골판지 원지로부터 형성된다.

상기 골판지 원지는 펄프 또는 고지로부터 재생되는데, 펄프로는 미백 크라프트 펄프(UKP, Unbleached Kraft Pulp), 표백 크라프트지(BKP, Bleached Kraft Pulp)이 사용되고, 고지로는 OCC(Old Corrugated Container), KOCC, AOCC, JOCC, EOCC 등이 사용되고 있다. 상기 크라프트 펄프(Kraft Pulp)란 목재나 식물성 섬유원료를 수산화나트륨과 황화나트륨의 약액으로 고해(beating)한 화학펄프를 의미한다.

상기 골판지 원지는 전반적으로, 다음과 같은 복수의 공정을 통해 재생된다. 다만, 상기 단계들 중 일부의 단계는 의도하는 골판지 원지의 성질에 따라 생략되거나 다른 단계로 변경될 수 있다.

(1) 원료 및 물을 투입하여 필요한 농도의 죽 상태로 풀어주는 해리(Plulping) 공정,

(2) 원료 내의 미해리 물질이나 이물질 등을 수회에 걸쳐 걸러내는 정선(Cleaning) 공정,

(3) 묽게 걸러진 원료를 다음 공정의 효율 상승 및 종이 형성에 맞게 필요한 상태로 농축하는 농축(Thickening) 공정,

(4) 원료를 강한 마찰, 전단을 가하여, 섬유를 비비고 끊어서 얇은 종이 면을 형성할 때 퍼짐성을 부여하여 미려성을 향상시키는 고해(Refining) 공정,

(5) 종이 원료에 약품을 혼합하는 조약(Chemical) 공정,

(6) 화학적, 물리적으로 조성이 완료된 원료를 각 각의 원료 별로 지필을 형성하는 공정으로, 1㎡ 당 적게는 15g 에서 많게는 150g정도 까지 얇은 지층을 형성하여 겹치는 초조(Foming) 공정,

(7) 초조 과정에서 여러 층을 겹쳐 형성된 지필로부터 흡입, 압착 혹은 기타의 방법으로 물을 배출시켜, 지필 안정과 건조 효율 증대 시키는 탈수(Pressing) 공정,

(8) 상기 지필이 7~8% 내외의 기준 수분을 갖도록 건조시키는 건조(Drying) 공정,

(9) 형성된 지필을 최종 마무리 하는 공정으로, 넓게는 6~7m가되는 폭의 지필을 전후의 두께 편차를 줄이고, 겉부분 면을 처리하여 광택과 미려성, 이후 가공 작업시 인쇄성 등 제작성을 향상 시키는 광택(Calendering) 공정,

(10) 재생된 종이를 롤러에 권취하는 권취(Winding) 공정.

이상의 과정을 통해 재생된 골판지 원지는 골판지를 생성하는 데에 사용된다. 상기 골판지 원지는 먼저 중앙의 골심지(medium) 및 외면의 라이너지로 형성되고, 상기 골심지와 라이너지 간의 접착을 통해 완성된 골판지가 얻어지는 것이다.

이러한 골판지는 대량 생산이 가능하고, 가볍고 체적이 작아 보관이 편리하므로 운송중 물류비가 절감되며, 포장작업이 용이하고 기계화, 자동화가 가능하고, 포장조건에 맞는 강도 및 형태를 임의로 제작할 수 있으며, 외부충격에 탄력을 주어 내용물의 손상을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 이에 비해, 골판지가 갖는 단점으로는, 습기에 약하며 수분을 흡수하므로 압축강도가 저하될 수 있고, 소단위 생산시 비용이 비교적 높으며, 화물의 취급시 강한 압력에 파손되거나 휘기 쉽다.

이러한 골판지가 갖는 구조적 강도면에서의 약점은 골판지가 단순히 완충재나 포장지로만 사용되게 하며, 건축 내외장재나 기타 상당한 강도를 요하는 분야에 적용되는 데에는 기본적인 한계로 작용할 수 있다.

현재 산업계에서 사용되는 골판지는 사용되는 다양한 용도에 따라 다양한 두께, 골높이 및 겹수를 갖는다. 도 1a 내지 도 1c는 단일의 양면 골판지의 다양한 구조를 나타낸다. 이러한 양면 골판지는 파도 모양을 한 중심의 골심지 양측에 라이너지를 붙인 것으로, 포장용 상자로서 사용되는 경우가 가장 많다.

도 1a에 도시된 A골 양면 골판지는 골높이가 4.5~4.8mm 정도이고, 골수가 30cm 당 대략 34개인 중앙의 골심지(16)와 외면의 두 라이너지(12, 14)가 접착된 형태이다.

이에 비해, 도 1b에 도시된 B골 양면 골판지(20)는 골높이가 2.5~2.8mm 정도이고, 골수가 30cm 당 대략 50개인 중앙의 골심지(26)와 외면의 두 라이너지(22, 24)가 접착된 형태이다. A골 양면 골판지(10)에 비해, B골 양면 골판지(20)는 상대적으로 골높이가 작고 단위 길이당 골수가 적어서 전체적으로 얇은 형상을 갖는다.

한편, 도 1c에 도시된 E골 양면 골판지(30)는 골높이가 1.0~1.2mm 정도이고, 골수가 30cm 당 대략 93개인 중앙의 골심지(36)와 외면의 두 라이너지(32, 34)가 접착된 형태이다. 따라서 상대적으로 A골 양면 골판지(10)나 B골 양면 골판지(20)에 비해 가장 얇은 형상을 갖는다. 상기 A, B, E 등의 골 크기는 골판지 업계에서는 어느 정도 규격화되어 있지만, 본 발명에서는 이에 한하지 않고 본 발명에 따른 골판지의 용도에 따라 골 크기를 다양하게 형성하는 것도 가능하다.

이상과 같이 도 1a 내지 도 1c와 같은 단일의 골판지 구조의 강도 및 완충성을 향상시키기 위해 도 2a 내지 2c와 같은 이중양면 골판지나 도 2d와 같은 삼중양면 골판지도 사용되고 있다.

이중양면 골판지는, 파도 모양으로 성형한 2개의 골심지를 사용하여 만든 골판지로서, 같은 편면 골판지와 양면 골판지를 겹친 구조라고 볼 수 있다. 이중양면 골판지의 호칭은 성형한 골심지를 주체로 하며, 구조적으로는 다양한 골을 조합하여 만드는 것이 가능하므로 어떠한 골과 조합하는지에 따라 완성된 골판지의 물성이 달라진다. 도 1a 내지 1c에 도시된 단일의 양면골판지보다 두께가 증가해 이른바 물성면에서 양면골판지보다 강하고, 특히 수직압축강도에서 상당한 증가를 나타낸다. 따라서, 깨지기 쉬운 물건이나 중량물의 포장에 사용되며, 장기간에 걸쳐 보존되는 내용물이나, 청과물과 같이 수분 포함률이 많은 내용물의 포장에도 많이 사용된다.

이러한 이중 양면 골판지의 일 예로서, 도 2a는 BA골 이중양면 골판지(40)로서 B골판지(42) 및 A골판지(44)가 조합되어 있고, 도 2b는 BB골 이중양면 골판지(50)로서 B골판지(52, 54)이 이중으로 조합되어 있으며, 도 2c는 EB골 이중양면 골판지(60)로서 E골판지(62) 및 B골판지(64)가 조합되어 있다.

한편, 삼중양면 골판지는, 파도 모양으로 성형한 3개의 골심지를 사용하여 만들어지면, 2개의 동일한 편면 골판지와 이중양면 골판지를 합성한 구조를 가진다. 삼중양면 골판지의 호칭은 성형한 골심지를 중심으로 정해지며, 사용하는 골은 이중양면 골판지와 같은 모양으로 A, B, E 등의 각종 골을 조합하여 만들 수 있다. 삼중양면 골판지는 기본적으로 3종류의 골을 사용하므로 이중양면 골판지보다도 높은 강성을 갖는다. 삼중양면 골판지는 상자로 사용될 경우 나무상자로 포장되던 중량물의 포장을 대신한 포장재료로 많이 사용된다. 또한, 목재 파레트나 스키드(skid) 등과 병용되는 경우가 많고, 양자의 조합으로 스틸밴드 등 특수한 와셔를 이용하여 못을 박아 사용하기도 한다. 이러한 삼중 양면 골판지의 예로서, 도 2c는 AAA골 삼중양면 골판지(70)를 도시한다. 이러한 AAA골 삼중양면 골판지(70)는 사실상 3개의 A골판지(72, 74, 76)의 3겹으로 형성되어 있다.

이상의 도 2a 내지 도 2d에 도시된 골판지 종류들은 이를 구성하는 개별 골심지가 갖는 골의 방향이 서로 나란한 방향으로 되어 있다. 하지만, 이에 한할 필요 없이 본 발명에서는 도 2e에 도시된 바와 같이 골판지(80) 내의 골의 방향이 서로 어긋나거나 바람직하게는 직각 방향으로 배치하는 것도 포함한다. 이와 같이 골의 방향이 서로 직각 방향으로 배치된다면, 골 간의 간섭이 줄어들어 최종 골판지의 두께가 적절히 감소되도록 조절할 수 있다는 장점이 있다.

이상과 같이 골판지를 다양한 용도로 사용하기 위해 다양한 골의 크기 및 골판지 겹수를 조합하고 있으나, 기본적으로 종이로 만들어진 골판지가 갖는 강도의 한계를 극복하기 어렵기 때문에, 건축 내외장재나 기타 목재 합판이나 칩보드를 대체하기 위해서는 골판지의 구조적 강도 향상을 위한 특별한 처리가 필요하다. 이를 위해 본 발명에서는 골판지 원지 또는 골판지를 특별히 조성된 침지액(용액)에 침지시켜 강도를 향상시키는 방식과, 골판지 원지의 구조를 개선하여 강도를 향상시키는 방식을 제시하고자 한다.

도 3 및 4는 골판지 원지를 침지액에 침지시키고 건조시켜 강도를 향상시키는 공정을 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 골판지를 형성하기 전에 골판지 원지(110a, 110b, 110c) 자체를 침지액 저장조(120a, 120b, 120c) 내에서 침지시키는 과정이 도시된다. 이러한 침지 과정은 완성된 골판지(112)에 적용하는 것 보다는 골판지 원지(110a, 110b, 110c) 자체에 적용하는 것이 바람직하다. 생성된 골판지(112)를 침지시키는 방식은 침지 작업에 다소 많은 시간이 소요될 수 있고, 혼합물의 흡수과정에서 골판지 자체의 원형이 변형될 수 있으므로, 골판지 단계에서 침지 과정을 적용하는 것은 효율적이라고 보기 어렵기 때문이다. 이에 비해, 골판지 원지(110a, 110b, 110c)를 침지시키는 방식은 골판지 원지의 제조 및 골판지의 제조 과정이 분리되고, 침지액의 흡수 속도가 상대적으로 빠르며 빠른 시간 내에 건조가 가능하므로 전술한 골판지의 원형이 변형되는 문제가 적기 때문에, 대량 생산에 적용될 수 있는 장점이 있다.

도 3을 참조하면, 골판지 원지 권취릴들(90a, 90b, 90c, 90d, 90e)로부터 공급되는 골판지 원지는 예를 들어, 3겹(최소 2겹)으로 병렬적으로 공급된다. 즉, 골판지 양면의 라이너지로 사용될 골판지 원지(110a, 110c)와 그 사이에서 골심지로 형성될 골판지 원지(110b)가 각각 골판지 원지 권취릴들(90a, 90b, 90c, 90d, 90e)로부터 제공될 수 있다.

이러한 골판지 원지들(110a, 110b, 110c)은 각각 침지액 저장조(120a, 120b, 120c) 내에서 소정 시간 동안 각각 침지된 후 다음의 건조 챔버(119a, 119b, 119c)로 공급되어 건조 과정 또는 건조 및 가열 과정을 거치게 된다. 이상과 같이 골판지 원지(110a, 110b, 110c)를 침지액 저장조(120a, 120b, 120c)에서 침지하는 과정에 추가하여 상기 침지액 성분의 적어도 일부를 포함하는 용액을 스프레이(121a, 121b, 121c)에 의해 골판지 원지에 도포하는 것도 가능하다. 침지액 저장조에서 침지하는 방식에 비해 이러한 스프레이 방식은 구조적으로 간단하고 신속한 도포 및 건조가 가능한 장점이 있다. 물론, 침지액 저장조를 사용하지 않고 스프레이 방식에 의해서만 골판지 원지에 침지액을 흡수시키는 것도 가능하다.

한편, 도 3에서는 모든 골판지 원지들(110a, 110b, 110c)이 침지되는 것으로 도시하였으나 요구조건에 따라서는 골심지로 사용될 중앙의 골판지 원지(110b)만 침지시키는 것도 고려될 수 있다. 이러한 침지액은 골판지 합판을 건축 내외장재 대용으로서 MDF(Medium Density Fiberboard)나 PB(Particle Board) 대용으로 사용하는 경우와, 종이 파레트 대용으로 사용하는 경우에 따라 그 조성 성분이 달라질 수 있다.

MDF나 PB 대용의 경우 침지액(수용성)은 다음의 표 1과 같이, 30~45 중량%의 실리카와, 10~20%의 LIMESTONE(탄산칼슘)과, 5~15 중량%의 맥반석, 5~10%의 알루미나, 5~12 중량%의 아크릴, 9~18 중량%의 에나멜수지, 6~13 중량%의 규산칼슘, 13~20 중량%의 물, 7~15 중량%의 알코올(메탄올, 에탄올 또는 벤젠)로 구성될 수 있다.

성분	중량% 하한	중량% 상한
실리카	30	45
LIMESTONE(탄산칼슘)	10	20
맥반석	5	15
알루미나	5	10
아크릴	5	12
에나멜 수지	9	18
규산칼슘	6	13
물	13	20
알코올	7	15

한편, 이러한 표 1의 성분에 더하여, 표 2에 기재된 성분들이 선택적으로 추가됨으로써 골판지의 강도를 한층 더 향상시킬 수 있다. 여기서, 발수제의 종류로는 왁스, 파라핀, 니그린 등이 사용될 수 있다. 표 2의 성분들중 전부 또는 일부가 추가되는 경우에는, 표 1에 있는 나머지 성분들의 중량%는 추가되는 성분에 따라 그 중량%가 일률적으로 축소될 수 있다. 또한, 표 2에는 기재되지 않았으나 여기에는 피톤치드와 같은 자연향을 함유한 캡슐형 성분이 더 추가될 수도 있다. 이러한 캡슐형 성분은 시간이 경과함에 따라 캡슐의 외곽이 점차적으로 파손됨으로써 자연향을 발산하게 된다.

성분	대략적 중량%
제올라이트	5
이산화티탄	2
실리게이트	2
발수제	7
폴리머	7
음이온제	3
목초액	3
나트륨	5

한편, 종이 파렛트 대용의 경우 침지액은 다음의 표 3과 같이, 15~20 중량%의 멜라민 수지와, 20~30 중량%의 페놀 수지, 10~15 중량%의 우레탄 수지, 5~15 중량%의 에나멜 수지, 4~7 중량%의 폴리졸, 5~10 중량%의 규산칼슘, 2~3%의 목초액, 3~5%의 트리아졸, 7~15 중량%의 아크릴, 3~7 중량%의 폴리머, 10~15 중량%의 알코올(메탄올, 에탄올 또는 벤젠), 5~7% 중량의 발수제로 구성될 수 있다. . 여기서, 발수제의 종류로는 전술한 바와 같이 왁스, 파라핀, 니그린 등이 사용될 수 있다.

성분	중량% 하한	중량% 상한
멜라민 수지	15	20
페놀 수지	20	30
우레탄 수지	10	15
에나멜 수지	5	10
폴리졸	4	7
규산칼슘	5	10
목초액	2	3
트리아졸	3	5
아크릴	7	15
폴리머	3	7
알코올	10	15
발수제	5	7

이와 같은 성분을 갖는 침지액 저장조(120a, 120b, 120c) 내에서 골판지 원지는 대략 10초 미만으로 완전히 침지된다. 그 후 침지된 골판지 원지는 대략 섭씨 100~150도로 건조 챔버 내에서 건조된다. 이렇게 건조된 골판지 원지는 대략 70~80%의 건조율을 보이므로 상기 골판지 원지가 서로 접촉하더로도 접착되지 않으면서 릴에 권취될 수 있는 상태가 된다. 이 때, 골판지 원지가 함유한 수분량은 6~8% 범위 내에서 안정적으로 유지된다.

한편, 이러한 건조 공정에 소요되는 시간을 줄이기 위해, 용액이 흡수된 골판지 원지를 짜주는 공정을 추가로 적용할 수도 있다. 이러한 공정은 골판지 원지가 침지액을 흡수한 후 한 쌍의 롤러를 지날 때 이루어지며, 롤러 간의 간극을 조절함에 의해 상기 골판지 원지에 함유된 침지액의 양(코팅 량)이 원하는 목표로 조절될 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기와 같이 침지후 건조된 골판지 원지는 골게터(130b)를 통과하면서 골이 형성되며, 주변의 라이너지는 단순히 롤러(130a, 130c)를 통과한 후, 골판지 접합부(140) 내에서 가열 및 가압 방식으로 접합되어 하나의 골판지로 형성된다.

종래의 골판지는 골심지와 라이너지(또는 배면지)를 접합함에 있어서 별도의 바인더를 반드시 필요로 하였지만, 본 발명에 따라 침지되어 코팅된 골판지 원지는 별도의 바인더 없이도 가열 및 가압만에 의해서도, 골판지 원지에 함유된 침지액 성분간의 융착에 의해 골판지의 접합이 이루어질 수 있는 것이다. 물론, 종래와 마찬가지로 골심지와 라이너지를 접합함에 있어서 별도의 바인더를 골심지 또는 라이너지의 일면에 도포하는 과정(미도시 됨)을 이용할 수도 있다.

이러한 골판지는 그 용도나 기계 성능에 따라 단일의 양면 골판지, 이중양면 골판지, 삼중양면 골판지 또는 사중양면 골판지 등 원하는 골수만큼 생성될 수 있다.

골판지 접합부(140)를 통해 생성된 골판지(112)는 이후, 슬리터(slitter, 160)를 통과하면서 괘선이 형성되고, 커터(170)에서 소정의 크기로 절단되어 스태커(180) 내에 적층되어 보관될 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 침지액(특히, 표 1, 2에 열거된 성분)을 함유하여 생성된 골판지를 기존의 건축 내외장재로 사용되는 MDF나 PB와 강도를 비교하여 보면 다음과 같다. 아래의 시험결과는 샘플크기는 270x270mm로, 지간 거리는 220mm로 KS F 2208에 따른 목제 휨 시험 방법에 따라 진행한 것이며, 19.5±1.5℃ 및 (48±1)% R.H. 환경에서 진행되었다.

구분	시료	두께(mm)	휨 파괴하중(N)
비교실시예 1	MDF	12.3	2.689
비교실시예 2	PB	15.2	2.544
실시예 1	2EB	12.1	2.594
실시예 2	2EBBB	18.2	3.935

비교실시예 1은 두께 12.3mm의 MDF 시료이고, 비교실시예 2는 두께 15.2의 PB 시료이다. 이에 비해, 본 발명의 실시예 1은 E골판지와 B골판지를 교대로 여러장을 겹쳐서 두께 12.1mm로 만든 다중 골판지이며, 본 발명의 실시예 2는 E골판지 하나와 B골판지 3장을 기본 단위로 여러장을 겹쳐서 두께 18.2mm로 만든 다중 골판지이다.

이러한 결과를 보면, 동등한 두께를 갖는 실시예 1과 비교실시예 1(MDF)은 거의 동일한 휨 파괴하중을 나타내고 있고, 실시예 1에 비해 비교실시예 2(PB)가 더 두꺼운 두께를 가짐에도 실시예 1과 비슷한 휨 파괴하중을 보여주고 있다. 또한, 실시예 2와 같이 비교실시예 1, 2보다 두께를 다소 두껍게 한 경우(18.2mm)에 휨 파괴하중은 현저하게 향상되었음을 알 수 있다. 이러한 휨 파괴하중 내지 절곡 강도의 향상 이외에 인장 강도에 관한 별도의 시험은 없었지만, 골판지의 속성(길이방향으로 골판지 원지가 배치되는 특성)상 MDF나 PB에 비해 상대적으로 인장강도가 높다는 것은 쉽게 파악할 수 있다.

이와 같이 골판지의 절곡 강도 기존의 MDF나 PB에 비해 상대적으로 높거나 동등하다면, 경량으로서 높은 인장 강도를 가지며, 생산 원가가 상대적으로 저렴한 골판지를 건축용 내외장재나 목재 대용 판재로 사용하기에 매우 적합하다고 볼 수 있다.

건축용 내외장재 등으로 본 발명에 따른 골판지를 사용함에는 강도 측면 이외에도, 환경에 유해한 물질을 배출하지 않는지도 함께 고려되어야 한다. 다중이용시설 등의 실내공기질관리법에서 건축자재에서 방출되는 오염물질에 관한 제10조 제1항에 따르면, 일반자재는 포름알데히드, 총휘발성 유기화합물(TVOC, total volatile organic compounds), 톨루엔은 각각 0.12, 4.0 및 0.08 mg/m²h로 상한이 규정되어 있다.

다음의 표 5는 본 발명에 따른 실시예들에 대한 포름알데히드, TVOC 및 톨루엔의 방출량을 보여준다(단위: mg/m²h). 이 결과에 따르면 본 발명의 실시예들은 각각의 성분에 대한 규정을 만족하고 있음을 알 수 있으며, 특히 포름알데히드와 TVOC의 경우 기준치를 훨씬 밑도는 수치를 보여준다.

구분	포름알데히드	TVOC	톨루엔
실시예 1	0.009	0.171	0.069
실시예 2	0.006	0.111	0.001

이와 같이, 본 발명에 따른 침지액을 이용하여 생산된 골판지는 건축 내외장재나 목재 대용으로 사용되기에 충분한 강도를 가지고 있을 뿐만 아니라, 환경 오염물질의 배출량도 매우 낮아서 그 효용성이 매우 높다고 볼 수 있다.

이상의 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서는, 골판지 원지가 침지액 저장조(120a, 120b, 120c)에 침지되는 방식으로 처리되는 공정을 설명하였다. 그러나, 이러한 침지 방식에 한하지 않고 전술한 바와 같은 용액을 다른 방식으로 골판지 원지에 흡수시키는 것도 가능하다.

이상의 도 3 및 도 4에서는 이미 생성된 골판지 원지로부터 골판지가 생성되는 과정 중에, 골판지 원지에 침지액을 흡수시키는 실시예를 설명하였지만, 다른 실시예로서 골판지 원지를 생산하는 공정에서 침지액을 흡수시켜 강도가 향상된 골판지 원지를 얻는 것도 가능하다. 후자의 경우라면, 권취 릴(90a 내지 90e)에 장착된 골판지 원지 자체가 이미 침지액에 의해 강화된 상태이므로 별도의 스프레이, 침지 및 건조 과정이 생략되어 생산 속도가 향상될 수 있다. 이와 같이 골판지 원지 자체의 강도 및 제작성을 강화하기 위한 추가 공정으로 인하여, 단순히 펄프나 고지를 이용하여 재생된 원지를 이용하는 것보다 원가면에서는 추가적인 부담이 될 수 있다. 하지만, 기본적으로 건축 내외장재나 종이 파레트로 사용되는 MDF나 PB의 가격과 비교할 때 골판지가 가격면에서 현저히 낮기 때문에 이러한 추가 비용은 전체적으로 보면 문제가 되지 않을 것이다.

도 5 및 도 6은 골판지 원지의 생산 공정 자체에 침지액을 적용하는 실시예들을 보여준다. 먼저, 도 5를 참조하면, 권취 릴(90f)에서 공급되는 골판지 원지(110a)는 침지액 저장조(120)에서 소정 시간 동안 침지된다. 그 후, 침지액을 흡수한 골판지 원지는 한 쌍의 롤러에 의해 짜주는 공정을 거쳐 일정한 수분이 제거될 수 있다. 이러한 골판지 원지는 가열 롤러(122)에 의해 가열되고 건조 챔버(119)에서 건조되는 과정을 거쳐 수분량이 적절히 조절되고 강화되어 완성된다.

한편, 도 6은 윤전 방식에 의해 골판지 원지에 용액을 흡수시키는 과정을 보여주는 도면이다. 전술한 침치액 방식이나 스프레이 방식 이외에도 도 6과 같은 윤전 방식에 의해 골판지 원지에 용액을 흡수시키는 것도 가능하다. 이 때, 골판지 원지(110a)는 1쌍의 제1 이송 롤러(116a, 116b)에 의해 이송되는 동안, 침지액 저장조(117a)로부터 공급된 용액을 윤전 롤러(116c)가 바로 위의 이송 롤러(116b)로 전달하고, 이러한 이송 롤러(116b)에 의해 골판지 원지(110a)의 하면에는 상기 용액이 도포되는 것이다. 이러한 도포 과정 이후에 골판지 원지(110a)는 건조 챔버 또는 다층 냉각 프레스(119)에서 소정 시간의 건조 과정을 거친 후 1쌍의 제2 이송 롤러(118a, 118b)로 공급된다. 이러한 과정에서, 골판지 원지(110a)는 가이드 롤러들에 의해 1회 뒤집혀진다. 따라서, 침지액 저장조(117b)로부터 공급된 용액을 윤전 롤러(118c)가 바로 위의 이송 롤러(118b)로 전달하고, 상기 이송 롤러(118b)에 의해 골판지 원지(110a)의 다른 면에도 상기 용액이 도포될 수 있는 것이다. 이후 추가적인 가열 또는 건조 과정을 거칠 수 있음은 물론이다.

본 발명에서는 기본적으로 2겹 또는 그 이상의 겹수를 갖는 다층 구조의 골판지 원지를 이용하고자 한다. 도 7a는 4겹으로 된 골판지 원지(110)의 구조를 보여주는 도면이다.

기본적으로 본 발명에 따른 골판지 원지(110)는 외부의 표면층(115a) 및 후면층(115c)과, 상기 표면층(115a) 및 후면층(115c)의 사이에 개재하는 적어도 하나 이상의 심면층(115b-1, 115b-2)으로 구성된다. 이러한 복수의 층에는 성능 향상을 위해 사이징제, 탈수 촉진제, 지력 증강제, 표면 처리제 등 케미컬이 적용될 수 있으나 환경 요인을 고려할 때 이러한 케미컬의 사용은 억제하는 것이 바람직하다.

다음의 표 6은 도 7a와 같이 4겹으로 된 골판지 원지(110)의 성분을 보여준다. 여기서, 표면층(115a)과 후면층(115c)은 각각 천연섬유와 광섬유로 구성될 수 있고, 2개의 심면층(115b-1, 115b-2)은 각각 재생섬유와 합성섬유로 구성될 수 있다.

상기 천연섬유는 면, 마, 견사, 모, 앙고라 등을 포함하고, 상기 광섬유는 탄소섬유, 유리섬유, 금속섬유, 미네랄 섬유, 암석섬유 등을 포함한다. 그리고, 상기 재생섬유는 레이온 섬유가 바람직하고, 상기 합성섬유는 나이론, 폴리에스터, 우레탄, 아크릴 등을 포함한다.

계층	구분	사용 가능한 원료
표면층	천연섬유	면, 마, 견사, 모, 앙고라
제1 심면층	재생섬유	레이온 섬유
제2 심면층	합성섬유	나이론, 폴리에스터, 우레탄, 아크릴
후면층	광섬유	탄소섬유, 유리섬유, 금속섬유, 미네랄 섬유, 암석섬유

이러한 표면층(115a)과 후면층(115c)에 사용되는 섬유는 서로 반대로 될 수 있으며, 제1 심면층(115b-1)과 제2 심면층(115b-2)이 하나의 심면층으로 통합되어 재생섬유나 합성섬유가 사용될 수도 있다. 다만, 이상의 표 6은 하나의 예시에 불과하며, 2겹 이상의 골판지 원지(110)가 사용되는 이상, 그 섬유의 종류는 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 심면층으로 천연섬유나 광섬유가 채택될 수도 있을 것이다. 또한, 상기 표면층(115a), 심면층(115b), 후면층(115c) 중 어느 하나의 계층의 원재료를 재생 펄프와 함께 혼합하여 제조하는 것도 가능하다. 현실적으로, 상기 골판지 원지(110)가 골심지 용인 경우에는 2개 이상의 계층으로 제조되고, 상기 골판지 원지(110)가 라이너지 용인 경우에는 3개 이상의 계층으로 제조되는 것이 바람직하다. 또는, 상기 2개 이상의 계층으로 제조된 골심지 용 골판지 원지는 배면지로 사용될 수도 있다.

도 7b는 그물 격자 계층(115f)을 포함하여 3겹으로 형성된 골판지 원지(110a)의 예를 보여주는 도면이다. 여기서, 표면층(115e)과 후면층(115g) 사이에는 그물 격자 계층(115f)가 형성되어 있는데, 상기 그물 격자 계층(115f)은 상호간에 교차하는 격자 형태(115h)로 이루어진 섬유사들로 형성된다. 이러한 격자의 크기는 상기 격자의 일변이 0.5-3cm 정도인 것이 바람직하다. 이러한 그물 격자 계층(115)이 추가됨에 의해 골판지 원지(110a)의 인성 및 인장 강도가 추가적으로 뚜렷이 향상될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 3겹의 계층으로 된 골판지 원지(110)를 생성하는 공정을 보여준다. 당업자라면 골판지 원지의 계층 수가 증가되더라도 마찬가지의 방식으로 골판지 원지(110)을 생성할 수 있음을 충분히 이해할 수 있을 것이다.

골판지 원지(110)의 계층을 형성하는 각각의 원재료는 호퍼(91a, 91b, 91c)에 투입되고 호퍼(91a, 91b, 91c)로부터 배출되는 복수의 층(115a, 115b, 115c)은 송풍로(92a, 92b, 92c)에서 냉각된다. 상기 복수의 층(115a, 115b, 115c)은 복수의 롤러(93a, 93b, 93c)를 통과하면서 일부의 층(115a, 115b)의 배면에는 바인더(예: 전분)가 도포된다. 도 8에서는 롤러(93a, 93b)의 일부가 바인더를 수용하는 저장조(94a, 94b)에 침잠되는 호부기 방식을 예시하고 있으나, 이에 대체하여 또는 이와 더불어 스프레이(121a, 121b, 121c)에 의해 바인더를 도포하는 것도 가능하다. 또한, 이와 같이 단순히 바인더만을 도포할 수도 있지만, 표 1 또는 2와 같은 성분을 갖는 용액(침지액)을 상기 바인더와 혼합하여 도포하거나, 상기 용액만을 도포하는 것도 가능할 것이다.

이와 같이 바인더의 도포 과정 이후에, 복수의 층(115a, 115b, 115c)은 원지 생성 롤러(95)에서 상호 접착됨으로써 하나의 골판지 원지(110)로 생성된다.

한편, 도 8에서 예컨대, 복수의 계층 중에서 일부 계층(115b)은 다른 계층과는 달리 별도의 호퍼(91a, 91c)에서 생성되지 않고, 미리 제공되어 릴(90)에 권취되어 있을 수도 있다(도 9 참조). 특히, 상기 계층(115b)이 직접 생산하기 보다는 공급받는 것이 유리하거나, 다른 계층(115a, 115c)에 비해 생산 과정에 시간이 많이 소요되는 경우(예: 그물 격자 원단, 탄소 섬유 시트 등)에는 다른 계층과는 달리 별도로 생산 또는 입수하여 직접 릴(90)에 권취해 두는 것이 바람직할 것이다.

이와 같이 골판지 원지를 하나의 계층으로 만들기 보다는 복수의 계층을 합지하는 방식으로 생산하게 되면, 바인더나 침지액이 보다 잘 흡수될 수 있기 때문에 골판지 합판용으로 제작되는 골판지의 원지의 강도가 더 높아지는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

90a, 90b, 90c, 90d, 90e: 권취릴 91a, 91b, 91c: 호퍼
92a, 92b, 92c: 송풍로 93a, 93b, 93c: 롤러
94a, 94b: 바인더 저장조 95: 원지 생성 롤러
110, 110a, 110b, 110c: 골판지 원지 115a, 115b, 115c: 복수의 층
120a, 120b, 120c, 150: 침지액 저장조 160: 슬리터
170: 커터 180: 스태커

Claims (11)

1. 제1 골판지 원지에 소정 크기의 골을 형성하여 생성되는 골심지; 및
   제2 골판지 원지로부터 생성되며 상기 골심지의 적어도 하나의 면과 접합되는 적어도 하나의 라이너지를 포함하는 골판지 합판으로서,
   상기 제1 및 제2 골판지 원지 중에서 적어도 하나의 골판지 원지는,
   서로 다른 섬유 조직으로 이루어지는 적어도 3개의 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 골판지 합판.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 3개의 층은
   천연섬유층과 광섬유층을 포함하며, 재생섬유층과 합성섬유층 중 적어도 하나를 포함하는 골판지 합판
4. 제3항에 있어서,
   상기 천연섬유층은 면, 마, 견사, 모, 앙고라 중 적어도 하나의 성분을 포함하고, 상기 광섬유층은 탄소섬유, 유리섬유, 금속섬유, 미네랄 섬유, 암석섬유 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 골판지 합판.
5. 제4항에 있어서,
   상기 재생섬유층은 레이온 섬유를 포함하고, 상기 합성섬유층은 나이론, 폴리에스터, 우레탄, 아크릴 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 골판지 합판.
6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 3개의 층 중에서
   표면층은 천연섬유층이고 후면층은 광섬유층이며, 심면층은 재생섬유층 또는 합성섬유층인 골판지 합판.
7. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 3개의 층은 표면층, 후면층, 제1 심면층 및 제2 심면층으로 구성되며,
   상기 표면층은 천연섬유층이고 상기 후면층은 광섬유층이며, 상기 제1 심면층은 재생섬유층이고, 상기 제2 심면층은 합성섬유층인 골판지 합판.
8. 서로 접합되어 골판지 합판을 형성하는 골심지와 라이너지 중 적어도 하나에 사용되는 골판지 원지로서,
   상기 골판지 원지는 적어도 2개의 계층으로 형성되고,
   상기 적어도 2개의 계층은 서로 다른 섬유 조직으로 이루어지며,
   상기 적어도 2개의 계층은 상호간에 바인더에 의해 접합됨으로써 강도가 향상되는 골판지 원지.
9. 제8항에 있어서, 상기 섬유 조직은 재생 펄프에 광섬유를 일정 비율로 혼합하여 생성되는 골판지 원지.
10. 제8항에 있어서,
    상기 골판지 원지가 골심지 용인 경우에는 2개 이상의 계층으로 제조되고, 상기 골판지 원지가 라이너지 용인 경우에는 3개 이상의 계층으로 제조되는 골판지 원지.
11. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 계층 중에서 적어도 하나의 계층은 상호간에 교차하는 격자 형태로 이루어진 섬유사들로 형성되는 골판지 원지.
    
    

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