KR102109441B1 - 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파지를 분쇄하는 파지분쇄단계 및 상기 파지분쇄단계를 통해 분쇄된 파지분말에 물, 녹말 및 접착제를 혼합하는 액상화단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 제조되는 액상혼합물은 백상지의 제조과정에서 발생하는 파지를 이용하여 물성이 우수한 재생지, 점토 첨가제 및 3D프린터의 필라멘트용 원료 등으로 재사용하므로 자원을 절감하며 친환경적인 효과를 나타낸다.

Description

액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법 {RECYCLING METHOD OF SCRAP PAPER USING LIQUID PHASE PROCESS}
개시된 내용은 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 백상지의 제조과정에서 발생하는 파지를 이용하여 물성이 우수한 재생지, 점토 첨가제 및 3D프린터의 필라멘트용 원료 등으로 재사용하므로 자원을 절감하며 친환경적인 효과를 나타내는 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법에 관한 것이다.
제지업계의 경우, 현재 전세계적으로 문제가 되고 있는 산림자원의 빠른 고갈 문제의 해결 및 환경 문제를 위하여 폐지의 재생 및 재활용에 대한 인식이 높아지고 있고, 이에 따라 폐지 재활용 기술에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다.
특히, 우리나라의 제지업계는 대부분의 화학펄프와 막대한 양의 폐지를 수입에 의존하고 있으며, 천연 목재 자원의 부족으로 다른 나라에 비하여 상당한 부분의 폐지를 제지용 원료로 사용하여 왔다.
또한, 백상지의 경우 유색 잉크와 같은 성분들이 적용되기 전 상태로, 다른 폐지에 비해 재생화공정이 간소하면서도 우수한 품질의 재생지를 얻을 수 있으나, 현재 백상지의 제조과정에서 발생하는 파지를 이용한 재생지의 제조에 대한 기술은 전무한 실정이다.
상기 백상지는 원지(原紙)를 롤 형태로 공급받아 자동화 재단기를 통해 A4복사용지 사이즈로 재단공정을 거쳐 포장하는 단계로 가공되는데, 상기의 재단공정에는 필연적으로 파지(Scrap)가 발생하며, 상기 파지는 오염이 되지 않은 고품질의 파지이지만 백상지 원지의 1/10 수준으로 거래되고 있다.
백상지 외에 폐지로부터 재생펄프를 제조하는 공정은 몇 가지 단점을 가지고 있어 사용량 증가에 제한을 받고 있는데, 대표적인 점이 탈묵공정과 재생종이의 강도저하 문제이다. 상기의 탈묵공정은 폐지의 잉크를 제거하는 공정인데, 잉크는 일반적으로 안료, 전색제(Vehicle) 및 보조제를 포함하는데, 안료는 잉크의 색을 표현하는 물질로 유기안료, 무기안료, 체질안료 등이 있다. 전색제(Vehicle)는 바니스의 성분으로 유동성과 건조성을 부여하며 안료와 마찬가지로 잉크의 대부분을 차지하며, 도료속에서 안료를 분산시키고 고착시켜 주는 역할을 한다. 또한 보조제는 안료와 전색제의 기능을 보조하는 성분으로서, 인쇄적성, 건조성, 색상조정 등을 위해 잉크 성분 중 5 %이하로 소량 첨가되는 물질로 상기의 세 가지 성분의 혼합으로 다양한 인쇄용 잉크가 만들어지는데, 상기와 같이, 여러 종류의 중합체 성분들이 복합적으로 작용된 폐지는 잉크를 종이성분으로부터 제거하는 것은 폐지를 재생펄프로 제조하는 과정에서 해결하기 어려운 점 중의 하나다.
또한, 폐지의 탈묵공정에서 발생하는 섬유질의 파손은 제조된 재생종이의 강도저하 현상을 발생시킬 수 있다. 재생종이의 강도는 섬유 자체의 강도와 섬유간의 결합에 의해 좌우되는데 섬유 자체의 강도는 재생함에 따라 거의 변함이 없으나 섬유간의 결합은 섬유가 뻣뻣해지고, 팽윤성 및 유연성이 떨어지는 등의 열화 현상에 의해 상당히 감소한다. 특히, 재생 횟수가 증가할 경우 인장강도, 밀도, 신장율, 내절도, 파열강도가 떨어지고 인장강도와 뻣뻣함이 상승하기 때문에, 고품질의 재생지를 제조하기 어려운 문제점이 있었다.
한국특허등록 제10-0497600호(2005.06.17) 한국특허등록 제10-0273932호(2000.09.06)
개시된 내용은 백상지의 제조과정에서 발생하는 파지를 이용하여 물성이 우수한 재생지, 점토 첨가제 및 3D프린터의 필라멘트용 원료로 재사용하므로 자원을 절감하며 친환경적인 효과를 나타내는 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법을 제공하는 것이다.
하나의 일 실시예로서 이 개시의 내용은, 파지를 분쇄하는 파지분쇄단계 및 상기 파지분쇄단계를 통해 분쇄된 파지분말에 물, 녹말 및 접착제를 혼합하는 액상화단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법에 대해 기술하고 있다.
바람직하기로는, 상기 액상화단계 이후에는 상기 액상화단계를 통해 제조된 액상혼합물을 평판에 균일한 두께로 도포한 후에 건조하는 제지단계가 더 진행될 수 있다.
더 바람직하기로는, 상기 제지단계는 85 내지 95℃의 온도에서 1 내지 2분 동안 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하기로는, 상기 액상화단계는 파지분말 100 중량부에 물 30 내지 120 중량부, 녹말 5 내지 20 중량부 및 접착제 5 내지 20 중량부를 혼합하여 이루어질 수 있다.
더욱 더 바람직하기로는, 상기 접착제는 폴리비닐아세테이트로 이루어질 수 있다.
이상에서와 같은 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법은 백상지의 제조과정에서 발생하는 파지를 이용하여 물성이 우수한 재생지, 점토 첨가제 및 3D프린터의 필라멘트용 원료 등으로 재사용하므로 자원을 절감하며 친환경적인 효과를 나타낸다.
도 1은 개시된 일 실시예에 따른 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 개시된 다른 실시예에 따른 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 개시된 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법에 사용되는 분쇄 및 혼합장치를 나타낸 사진이다.
도 4는 개시된 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법에서 액상화단계를 통해 제조된 액상혼합물을 평판에 균일한 두께로 도포하는 과정을 나타낸 사진이다.
도 5 내지 8은 개시된 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법을 통해 제조된 재생지로 제조된 시트가 적용된 연필, 명함, 아트지 및 봉투를 나타낸 사진이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
개시된 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법은 파지를 분쇄하는 파지분쇄단계(S101) 및 상기 파지분쇄단계(S101)를 통해 분쇄된 파지분말에 물, 녹말 및 접착제를 혼합하는 액상화단계(S103)로 이루어진다.
상기 파지분쇄단계(S101)는 백상지의 제조공정에서 발생하는 파지를 수거하여 분쇄하는 단계로, 백상지의 제조공정에서 측면 등을 절단하면서 발생하는 파지를 수거한 후에 파쇄기를 이용하여 입자크기가 0.01 내지 0.05 밀리미터를 나타내는 백상지 분말로 분쇄하는 단계다.
상기 백상지 분말의 입자크기가 0.01 밀리미터 미만이면 쉽게 비산되어 작업장을 오염시키며, 상기 액상화단계(S103)에서 물, 녹말 및 접착제 성분과 균질하게 혼합되지 못하고 뭉치는 현상이 발생할 수 있으며, 상기 백상지 분말의 입자크기가 0.05 밀리미터를 초과하게 되면 상기 액상화단계(S103)에서 물, 녹말 및 접착제 성분에 완전하게 용해되지 못하기 때문에 재생지나 3D 프린터용 원료로 사용되는 경우에 표면이 고르게 형성되지 못하기 때문에 상품성이 저하될 수 있다.
상기 액상화단계(S103)는 상기 파지분쇄단계(S101)를 통해 분쇄된 파지분말에 물, 녹말 및 접착제를 혼합하는 단계로, 상기 파지분쇄단계(S101)를 통해 분쇄된 파지분말 100 중량부에 물 30 내지 120 중량부, 녹말 5 내지 20 중량부 및 접착제 5 내지 20 중량부를 교반장치가 구비된 혼합기에 투입하고, 100 내지 200rpm의 속도로 10 내지 20분 동안 교반하여 액상혼합물을 제조하는 과정으로 이루어진다.
상기 물은 상기 파지분말을 분산시킴과 동시에 파지분말의 조직을 와해시켜 액상혼합물이 균질한 물성을 나타낼 수 있도록 하는 역할을 하는데, 상기 물의 함량이 30 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 물의 함량이 120 중량부를 초과하게 되면 상기 파지분말 대비 지나치게 많은 양이 투입되는 것으로 액상혼합물의 점도가 지나치게 낮아져 재생지나 3D 프린터의 필라멘트용으로 사용하기가 곤란할 뿐만 아니라, 건조시간이 지나치게 증가하기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 녹말은 5 내지 20 중량부가 함유되며, 상기 액상혼합물의 점도를 증가시킬 뿐만 아니라, 상기 액상혼합물을 통해 제조되는 재생지나 3D 프린터 필라멘트의 강도와 인장력을 향상시키기 때문에, 고품질의 재생지나 3D 프린터용 필라멘트를 제공하는 역할을 한다.
상기 녹말의 함량이 5 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 녹말의 함량이 20 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 재생지나 3D 프린터용 필라멘트의 상품성이 저하될 수 있다.
상기 접착제는 5 내지 20 중량부가 함유되며, 상기 액상혼합물의 접착성능을 향상시키기 때문에, 상기 액상혼합물로 재생지나 3D 프린터용 필라멘트를 제조하는 공정의 효율성을 향상시키며, 상기 액상혼합물에 함유된 파지분말을 결속시켜 우수한 기계적 물성을 나타내는 재생지나 3D 프린터용 필라멘트를 제공하는 역할을 한다.
상기 접착제의 함량이 5 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 접착제의 함량이 20 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 액상 혼합물의 끈적임 현상이 지나치게 증가하여 가공성을 저하시킬 수 있다.
상기 액상화단계(S103)를 통해 제조되는 액상혼합물을 재생지의 원료로 사용하고자 하는 경우에는 파지분말 100 중량부에 물 90 내지 120 중량부, 녹말 5 내지 7 중량부 및 접착제 5 내지 7 중량부를 혼합하여 점도가 낮은 형태의 액상혼합물을 제조하여 사용하는 것이 바람직하며, 상기 액상화단계(S103)를 통해 제조되는 액상혼합물을 점토 첨가제로 사용하고자 하는 경우에는 파지분말 100 중량부에 물 40 내지 90 중량부, 녹말 7 내지 10 중량부 및 점착제 7 내지 10 중량부를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 액상화단계(S103)를 통해 제조되는 액상혼합물을 3D프린터의 필라멘트용 원료로 사용하고자 하는 경우에는 파지분말 100 중량부에 물 30 내지 40 중량부, 녹말 10 내지 20 중량부 및 접착제 10 내지 20 중량부를 혼합하여 점도가 높은 상태로 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 접착제는 재생지나 3D프린터의 필라멘트용 원료로 사용되는 성분이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나, 재생지나 3D프린터의 필라멘트의 물성을 고려하여 폴리비닐아세테이트로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 분쇄단계와 상기 액상화단계에서 사용되는 장치를 아래 도 3에 나타내었다.
또한, 상기 액상화단계(S103) 이후에는 상기 액상화단계(S105)를 통해 제조된 액상혼합물을 평판에 균일한 두께로 도포한 후에 건조하는 제지단계(S105)가 더 진행될 수도 있는데, 제지단계(S105)는 상기 액상화단계(S103)를 통해 제조된 액상혼합물을 평판에 균일한 두께로 도포한 후에 건조기 내로 이송하면서 85 내지 95℃의 온도에서 1 내지 2분 동안 건조하는 과정으로 이루어진다.
상기의 제지단계(S105)는 아래 도 4에 나타낸 장치를 통해 액상혼합물을 평판의 균일한 두께로 도포한 후에 건조하는 과정으로 이루어지며, 개시된 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법 중 파지를 이용하여 재생지를 제조하는 과정에서 진행되는데, 상기의 과정 및 장치를 통해 이루어지는 제지단계(S105)를 거치면 표면품질이 우수하며 강도 및 인장력이 우수한 재생지가 제공된다.
또한, 상기 제지단계(S105)를 통해 제조된 재생지는 표면인쇄 등의 과정을 통해 연필용 시트, 명함, 아트지 및 봉투 등으로 적용될 수 있는데, 상기의 시트가 적용된 연필, 명함, 아트지 및 봉투를 아래 도 5 내지 8에 나타내었다.
아래 도 5 내지 8에 나타낸 것처럼, 개시된 제지단계를 통해 제조된 재생지는 우수한 품질을 나타내는 제품으로 제공되는 것을 알 수 있다.
따라서, 개시된 액상화 공정을 이용한 파지의 재활용 방법은 백상지의 제조과정에서 발생하는 파지를 이용하여 물성이 우수한 재생지, 점토 첨가제 및 3D프린터의 필라멘트용 원료 등으로 재사용하므로 자원을 절감하며 친환경적인 효과를 나타낸다.
S101 ; 파지분쇄단계
S103 ; 액상화단계
S105 ; 제지단계

Claims (5)

  1. 백상지 파지를 0.01 내지 0.05 밀리미터로 분쇄하는 파지분쇄단계;
    상기 파지분쇄단계를 통해 분쇄된 파지분말에 물, 녹말 및 접착제를 혼합하는 액상화단계; 및
    상기 액상화단계를 통해 제조된 액상혼합물을 평판에 균일한 두께로 도포한 후에 건조하는 제지단계로 이루어지고,
    상기 액상화단계는 파지분말 100 중량부에 물 30 내지 120 중량부, 녹말 5 내지 20 중량부 및 접착제 5 내지 20 중량부를 혼합하여 이루어지며,
    상기 접착제는 폴리비닐아세테이트로 이루어지고,
    상기 제지단계는 85 내지 95℃의 온도에서 1 내지 2분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 액상화 공정을 이용한 백상지 파지의 재활용 방법.
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  3. 삭제
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