KR102200241B1 - 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물 및 이를 이용한 한지 제조방법 - Google Patents

한지의 장섬유화를 위한 고해조성물 및 이를 이용한 한지 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 한지 제조장법 중 고해 공정 단계에 첨가되는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물에 있어서, 상기 고해조성물은, 물 및 유연제를 포함하며, 상기 유연제는, 계면활성제, 안정화제 및 정제수를 포함하는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물을 제공할 수 있다.

Description

한지의 장섬유화를 위한 고해조성물 및 이를 이용한 한지 제조방법{Composition for the long-term fibrosis of Korean paper and method of manufacturing Korean paper using the same}
본 발명은 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물 및 이를 이용한 한지 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한지 제조방법 중 고해(beating) 공정을 진행하면서 단섬유화되어 강도가 저하되고 미세분에 의한 손실이 발생하는 문제를 한지의 장섬유화를 통해 강도를 개선하고자 첨가되는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물 및 이를 이용한 한지 제조방법에 관한 것이다.
기계한지의 주재료로 사용되는 닥섬유나 아비카의 경우 해외에서 펄핑 및 표백의 절차만 거쳐서 국내에 수입되고 있는 실정이다.
국내에서는 이를 원지의 목적에 맞게 사용하기 위하여 섬유를 해리시키는 고해 공정을 적용하여 사용한다.
고해 공정은 물에 섬유를 넣고 칼비터(knife beater)라는 기계를 이용하여 섬유를 기계적인 힘으로 섬유 한 가닥씩 분리하여 섬유의 차벽을 파괴하여 연화시킴으로써 섬유간의 결합력을 향상시키는 공정이다.
즉, 고정날 위를 회전날이 지나가면서 그 좁은 간격 사이에 낀 섬유를 문지르고 두드려서 섬유를 절단하거나 피브릴화 하는 장치로써 칼비터로 들어오는 지료의 농도는 일반적인 저농도 고해의 경우 3~5%정도 인데 이들 섬유 응집체가 칼비터 내부의 바(bar)와 바사이의 홈을 지나거나 칼날(knife) 사이를 통과할 때 원심력에 의한 와류와 역류가 생기고 회전날의 모서리에 걸려서 고해가 이루어지게 된다.
상기와 같은 고해 공정은 제지공정에서 건조 공정 이 외에 가장 전력소모가 많은 공정으로 고해 공정을 줄일수록 에너지 절감효과를 이룰 수 있다.
또한, 고해 공정이 길어지게 되면 미세섬유의 양이 많아지면서 원료로써의 섬유의 손실이 발생한다.
따라서, 고해시 소모되는 에너지를 절감시키면서 저 고해도 수준에서 고품질의 한지를 생산할 수 있는 방법이 개발되어야 한다.
상기 과제를 해결하고자 고안된 본 발명은 한지 제조방법 중 고해(beating) 공정을 진행하면서 단섬유화되어 강도가 저하되고 미세분에 의한 손실이 발생하는 문제를 한지의 장섬유화를 통해 강도를 개선하고자 첨가되는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물 및 이를 이용한 한지 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 한지 제조장법 중 고해 공정 단계에 첨가되는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물에 있어서, 상기 고해조성물은, 물 및 유연제를 포함하며, 상기 유연제는, 계면활성제, 안정화제 및 정제수를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고해조성물은, 물 93 내지 97중량%, 유연제 3 내지 7중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유연제는, 계면활성제 9 내지 11중량%, 안정화제 0.52 내지 0.54중량%, 정제수 88.44 내지 90.48 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 계면활성제는, 제4급 암모늄염계 또는 고급 알코올계인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 안정화제는, 에탄올인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고해조성물은, 오일제를 더 포함하고, 상기 오일제는, 디메틸 실리콘 오일, 메틸페닐 실리콘 오일 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 고해조성물이 고해 공정 단계에서 고해기에 첨가되어 고해를 진행하는 것을 특징으로 하는 한지 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물 및 이를 이용한 한지 제조방법은 고해 공정을 개선하여 한지의 장섬유화를 통해 한지의 강도를 개선할 수 있다.
또한, 미세분 발생률이 적어 고밀도화된 원지를 생산할 수 있다.
또한, 고해의 이차효과를 방지하여 고품질의 기계한지를 생산할 수 있다.
또한, 고해 시간의 감소로 에너지 세이빙 및 원료손실의 저감에 의한 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물을 고해기에 투입하여 고해 공정을 진행하는 상태를 보여주는 예시도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 한지의 장섬유화를 위한 유연제의 농도별 첨가 여수도 측정 결과와 NaCl(염화나트륨)의 농도별 첨가 여수도 측정 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서 사용된 용어 "조성물"은 특정 성분을 포함하는 산물뿐만 아니라, 특정 성분의 배합에 의해 직접 또는 간접적으로 만들어지는 임의의 산물을 포함하는 것으로 간주된다.
기계한지 제조 과정 중 고해 공정은 물에 섬유를 넣고 칼비터(knife beater)라는 기계를 이용하여 섬유를 기계적인 힘으로 섬유 한 가닥씩 분리하여 섬유의 차벽을 파괴하여 연화시킴으로써 섬유간의 결합력을 향상시키는 공정이다.
즉, 고정날 위를 회전날이 지나가면서 그 좁은 간격 사이에 낀 섬유를 문지르고 두드려서 섬유를 절단하거나 피브릴화 하는 장치로써 칼비터로 들어오는 지료의 농도는 일반적인 저농도 고해의 경우 3~5%정도 인데 이들 섬유 응집체가 칼비터 내부의 바(bar)와 바사이의 홈을 지나거나 칼날(knife) 사이를 통과할 때 원심력에 의한 와류와 역류가 생기고 회전날의 모서리에 걸려서 고해가 이루어지게 된다.
상기와 같은 고해 공정은 제지공정에서 건조 공정 이 외에 가장 전력소모가 많은 공정으로 고해 공정을 줄일수록 에너지 절감효과를 이룰 수 있다.
또한, 고해 공정이 길어지게 되면 미세섬유의 양이 많아지면서 원료로써의 섬유의 손실이 발생시키는 문제가 있었다.
이를 개선하기 위해서 본 발명은 고해 공정 시간과 미세분 발생을 줄이면서 장섬유화시킬 수 있도록 고해 공정 단계에서 고해기에 본 발명의 고해조성물을 첨가하여 진행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물은 물 및 유연제를 포함할 수 있다.
이때, 물 93 내지 97중량%, 유연제 3 내지 7중량%를 포함할 수 있다.
유연제가 3중량%미만으로 물에 혼합될 경우에는 장섬유화, 미세분 저감효과 및 고해 공정 시간 단축효과를 얻기 어렵고, 7중량%를 초과하여 물에 혼합할 경우 버블에 의해 한지의 닥섬유가 정체하여 고해기에서 순환이 잘되지 않아 고해에 악영향을 줄 수 있다.
따라서, 유연제 5중량%를 물에 혼합하여 고해 공정 단계에 첨가하는 것이 가장 바람직할 수 있다.
상기 유연제는 계면활성제, 안정화제 및 정제수를 포함할 수 있다.
이때, 유연제는 계면활성제 9 내지 11중량%, 안정화제 0.52 내지 0.54중량%, 정제수 88.44 내지 90.48 중량%를 포함할 수 있다.
계면활성제는 제4급 암모늄염계 또는 고급 알코올계일 수 있다.
제4급 암모늄염계는 질소원자에 4개의 탄화수소기가 결합하여 생긴 제4급 암모늄 이온의 염으로, 예를 들면 (CH3)4 N+Cl-. 복소 고리 내의 질소원자가 이웃 탄소원자 사이에서 이중결합을 이루고, 고리 내에서 제4급 암모늄 염의 구조를 하고 있는 화합물도 많다. 예를 들면 피리디늄 염을 말할 수 있다.
즉, 제4급 암모늄염계는 살균, 소독과 보존력이 있어 본 발명에서 사용 시 고해 공정에서 단섬유화되는 것을 방지할 수 있다.
고급 알코올계는 탄소 수가 6 이상인 지방족 알코올을 포함한 것을 의미하며, 탄소 수가 12에서 16의 지방족 알코올이 사용될 수 있다.
12쪽으로 갈수록 거품력이 증대되고, 16쪽으로 갈수록 세정력이 증대된다.
탄소가 12인 경우는 팜커넬 오일이며, 16이면 팜 오일이 만들어 진다. 본 발명에서는 상업력으로 사용하는 것이 좋으므로 가성비가 좋은 팜커넬 오일을 사용하는 것이 좋다.
참고로, 고급은 질(quality)를 나타내는 것이 아닌 소수성 부위로 지방족 알코올의 탄소 수가 상대적으로 많은 것을 사용하였다는 의미이다. 즉, 최소 10이상을 탄소 수를 가진 지방족 알코올이 사용되기 때문에 고급이라는 어휘를 사용한 것이며, 정확하게는 소듐라우릴 설페이트라고 할 수 있다.
본 발명에서 계면활성제는 9 내지 11중량% 첨가될 수 있으며, 계면활성제가 9% 미만으로 첨가될 경우 섬유의 분섬이 진행되지 않으며 고해시간의 증가로 인해서 섬유장이 감소하는 단섬유화 현상이 발생한다.
11중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 용액 상부에 거품(bubble)이 발생하여 용액과 버블사이에 섬유가 정체되어 고해기의 칼날에 섬유가 통과하지 않아 고해가 안 되는 문제가 발생한다.
따라서, 계면활성제는 9 내지 11 중량%가 첨가되는 것이 바람직하며 보다 바람직하게는 10 중량%가 첨가될 수 있다.
안정화제는 화합물 따위의 변질을 방지하기 위해서 첨가되는 첨가물이며, 본 발명에서는 에탄올일 수 있다.
본 발명에서 안정화제는 0.52 내지 0.54중량% 첨가될 수 있으며, 0.52중량% 미만으로 첨가될 경우 용액내의 섬유 전체적인 약품의 효과발현에 문제가 있고, 0.54중량%를 초과하여 첨가될 경우 고점도로 인하여 희석의 문제가 있을 수 있다.
따라서, 안정화제는 0.52 내지 0.54 중량%가 첨가되는 것이 바람직하며 보다 바람직하게는 0.53 중량%가 첨가될 수 있다.
정제수는 상기 계면활성제와 안정화제가 희석되어 유연제를 액화하는 용도로 사용되는 것이므로 상기 계면활성제와 안정화제를 제외한 나머지 중량%로 첨가될 수 있다.
바람직하게는 정제수 88.44 내지 90.48 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 고해조성물은 오일제를 더 포함할 수 있고, 오일제는 디메틸 실리콘 오일, 메틸페닐 실리콘 오일 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 오일제는 여러 물질 표면에서 쉽게 퍼지는 소포효과가 있고, 미세 이물질이 섬유에 점착되는 것을 방지하는 이형성 및 비점착성 효과가 있다.
또한, 내열성이 좋아 형이나 성형재료를 오염시키지 않는 공통적인 효과가 있다.
추가적으로 상기 디메틸 실리콘 오일, 메틸페닐 실리콘 오일의 다른 효과를 설명하면 디메틸 실리콘 오일은 광택, 실킹을 방지할 수 있는 효과가 있는 것으로 본 발명에서는 섬유 겉면의 보호막 역할을 하여 섬유의 강도를 향상시킬 수 있다.
메틸페닐 실리콘 오일은 내산화성, 내약품성이 좋으며, 열산화에 뛰어난 효과가 있다.
본 발명에서는 섬유 겉면의 보호막 역할을 하여 섬유의 강도를 향상시킬 수 있고, 내열성이 있어 고온에서도 보호할 수 있다.
상기 디메틸 실리콘 오일과 메틸페닐 실리콘 오일은 오일제로써 단일로 사용될 수도 있으나, 바람직하게는 디메틸 실리콘 오일 0.2 내지 0.4중량%, 메틸페닐 실리콘 오일 0.2 내지 0.4중량%를 혼합하여 사용하는 것이 동일한 효과 외에 각각의 개별적인 효과까지 함께 나타낼 수 있다.
즉, 상기 오일제는 상기 고해조성물 전체 중량에 있어서, 0.4 내지 0.8중량% 더 첨가될 수 있으며, 0.4중량% 미만, 0.8중량%를 초과하여 첨가될 경우 상기 효과를 나타낼 수 없다.
상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 고해조성물을 한지 제조방법 중 고해 공정 단계에 첨가하여 고해를 진행함에 따라 고해 공정에 의해 발현되는 문제인 섬유장의 감소, 미세섬유의 발생, 외부 및 내부 피브릴화 등을 해소할 수 있다.
즉, 닥섬유에 기계적 작용이 가해지면 섬유가 절단되고(단섬유화), 외부의 세포벽이 벗겨지며(외부 피브릴화), 세포벽 내부가 여러층으로 분리되거나(내부 피브릴화), 미세한 조각으로 떨어져 나오는(미세섬유의 생성) 등 다양한 변화가 발생하게 되는 데 이를 고해의 일차효과라고도 부르며 고해의 일차효과 이외에 섬유가 꼬이거나, 비틀리는 현상, 접히는 변화, 길이 방향으로 갈라지는 현상, 닥 섬유가 길이 방향으로 신장되거나 압축되는 변화, 세포벽 구성성분의 부분적 용해와 같은 다양한 변화도 발생할 수 있다. 이는 고해의 이차효과라고 칭하며, 상기 고해의 일차효과를 도 1을 참조하면, 본 발명의 고해조성물을 고해기에 첨가하여 고해를 진행하여 고해의 일차효과 발현이 방지됨에 따라 고해의 이차효과 발현을 방지할 수 있어 품질이 향상된 기계한지를 보다 빠르게 생산할 수 있다.
이하, 하기의 다수의 실험 예를 통하여 상기에서 제시된 재료 및 최적배합비율을 입증하기로 한다.
이하, 실시되는 실험예들은 이해를 돕기 위하여 제시되는 것으로서, 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 하기 실험 예들에 한정되는 것은 아니다.
[ 실험예 1] 고해 공정 단축 효과를 위한 여수도( CSF ) 측정
본 실험에서는 여수도 측정을 통해 고해 시간 단축효과를 알아보기 위해 하기와 같이 실험을 진행하였다.
실험은 여수도 시험기(freeness tester)를 이용하여 실시예(유연제 3,5,7중량%, 물 97,95,93중량% 혼합), 비교예 1(미처리) 및 2(NaCl 1,2,3중량%, 물 99,98,97중량%)를 각각 30분, 60분, 90분 동안 고해 공정을 진행하였다.
여수도 측정 조건 및 측정 결과는 하기 표 1 및 도 2에 나타내었다.
시간 30분 60분 90분
약품(%) 비교예1
(미처리)		 - - -
실시예
(유연제+물)		 3 5 7 3 5 7 3 5 7
비교예2 (NaCl +물) 1 2 3 1 2 3 1 2 3
CSF측정결과(㎖) 비교예1
(미처리)		 620 580 540
실시예
(유연제+물)		 610 600 600 560 540 540 500 490 495
비교예2 (NaCl +물) 615 620 620 575 570 570 535 540 540
상기 표 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 비교예 1(미처리)는 여수도가 고해 공정을 90분 진행해야 540ml가 되었고, 비교예 2(NaCl)도 비교예 1과 마찬가지로 여수도가 NaCl 2중량%를 물과 혼합하고 고해 공정 90분을 진행하였을 때가 540ml가 되는 반면에 실시예 유연제 5ml를 물에 혼합하여 고해 공정 60분만에 상기 비교예 1 및 2와 동일한 여수도(540ml)가 되었으므로 고해 공정을 단축시키는 효과가 있는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 2를 참조하면 비교예 2에 혼합되는 NaCl(염화나트륨)의 경우, 농도가 변경되어도 여수도가 급격하게 변하지 않는 것을 알 수 있어 고해 공정 단축 효과가 미비하다.
[ 실험예 2] 미세분 발생량에 따른 원지 두께
본 실험에서는 실시예, 비교예 1 및 2를 이용해 미세분 발생량에 따른 원지 두께를 알아보기 위해 하기와 같이 실험을 진행하였다.
실험은 실시예(유연제 5중량%, 물 95중량% 혼합), 비교예 1(미처리) 및 2(NaCl 5중량%, 물 95중량%)를 시간별(30분, 60분, 90분)로 각각 발생하는 미세분 함량(g)을 측정하였고, 그에 따른 원지 두께를 측정하였다.
결과는 각각 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.
　 조건 미세분 발생량(g)
1 30분 비교예1(미처리) 0.555
실시예(유연제+물) 0.43
비교예2(NaCl +물) 0.46
2 60분 비교예1(미처리) 0.75
실시예(유연제+물) 0.45
비교예2(NaCl +물) 0.515
3 90분 미처리 0.77
실시예(유연제+물) 0.39
비교예2(NaCl +물) 0.63
조건 측정(mm) 평균
1 2 3
실시예(유연제+물) 0.08 0.06 0.07 0.07
비교예1(미처리) 0.10 0.10 0.10 0.10
비교예2(NaCl +물) 0.10 0.09 0.08 0.09
상기 표 2에 표시된 바와 같이 모든 시간(30분, 60분, 90분)조건에서 실시예가 비교예 1 및 2보다도 미세분 함량이 적은 것을 알 수 있고, 표 3에 도시된 원지 두께 또한 실시예가 비교예 1 및 2보다 얇게 형성되는 것을 알 수 있다.
이는 고해 공정 시 섬유의 연화를 통해 미세분 발생률이 감소한 것으로, 원지의 두께도 실시예가 비교예 1 및 2 보다도 고밀도화됨에 따라 얇게 형성되는 것을 알 수 있다.
즉, 장섬유에 의해 미세분 발생률이 감소하고, 고밀도화 되어 원지의 두께도 얇게 형성되어 고 품질의 기계한지를 생산할 수 있다.
[ 실험예 3] 섬유 강도 측정(내열성)
본 실험에서는 섬유 강도 측정을 통해 내열성 효과를 알아보기 위해 하기와 같이 실험을 진행하였다.
실험은 고해 공정 단계에서 실시예(유연제 5중량%, 물 95중량%이 혼합된 고해조성물에 오일제(디메틸 실리콘 오일 0.3중량%, 메틸페닐 실리콘 오일 0.3중량%더 첨가) 0.6중량% 혼합)를 첨가하여 진행하여 제조된 기계한지(가로 X 세로 : 10cm X 10cm)와, 비교예 1(미처리)하여 제조된 기계한지(가로 X 세로 : 10cm X 10cm)를 각각 500℃의 불에 10초, 20초, 30초 동안 가열하여 실시하였다.
실험 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
10초 20초 30초
실시예(물+유연제+오일제) 일부연소 일부연소 완전연소
비교예1(미처리) 완전연소 완전연소 완전연소
상기 표 4에 표시된 바와 같이 실시예는 비교예1에 비해 완전연소되는 시간이 지연되었음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 오일제가 첨가되어 고해 공정을 진행할 경우에는 미처리할 경우보다 내열성이 뛰어나 고온에서도 견딜 수 있는 효과가 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

Claims (6)

  1. 한지 제조방법 중 고해 공정 단계에 첨가되는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물에 있어서,
    상기 고해조성물은,
    물 93 내지 97중량%, 유연제 3 내지 7중량%를 포함하고,
    상기 유연제는,
    계면활성제, 안정화제 및 정제수를 포함하는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물.


  2. 삭제
  3. 한지 제조방법 중 고해 공정 단계에 첨가되는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물에 있어서,
    상기 고해조성물은,
    물 및 유연제를 포함하며,
    상기 유연제는,
    계면활성제 9 내지 11중량%, 안정화제 0.52 내지 0.54중량%, 정제수 88.44 내지 90.48 중량%를 포함하는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물.
  4. 삭제
  5. 한지 제조방법 중 고해 공정 단계에 첨가되는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물에 있어서,
    상기 고해조성물은,
    물 및 유연제를 포함하며,
    상기 유연제는,
    계면활성제, 안정화제 및 정제수를 포함하고,
    상기 안정화제는,
    에탄올인 것을 특징으로 하는 한지의 장섬유화를 위한 고해조성물.
  6. 제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 한 항의 고해조성물이 고해 공정 단계에서 고해기에 첨가되어 고해를 진행하는 것을 특징으로 하는 한지 제조방법.
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