KR20080102093A - Manufacturing method of shock-absorbing materials using thermomechanical pulping of wastewood and wastewood shock absorbing material using the same - Google Patents

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KR20080102093A KR20070048458A KR20070048458A KR20080102093A KR 20080102093 A KR20080102093 A KR 20080102093A KR 20070048458 A KR20070048458 A KR 20070048458A KR 20070048458 A KR20070048458 A KR 20070048458A KR 20080102093 A KR20080102093 A KR 20080102093A
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Abstract

A method for manufacturing shock-absorbing materials is provided to more soften woody tissue of small-diameter logs or waste residual logs by firstly performing a cooking process through a thermo- machine before pulping. A method for manufacturing shock-absorbing materials through thermo-mechanical pulping of waste logs comprises the following steps. The waste residual logs or small-diameter logs generated when processing timber are chipped so as to have cross section of 1.0 to 5.0mm and length of 5 to 20mm(S10). The chipped waste residual logs or small-diameter logs are cooked through a digester which is heated by the temperature of 120 to 140°C, and then are pulped by a predetermined refiner. Thermo-mechanical pulp is mixed with starch, and then is processed by dual vacuuming.

Description

폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법 및 이에 따른 폐목재 완충소재{Manufacturing Method of Shock-Absorbing Materials Using Thermomechanical Pulping of WasteWood and WasteWood Shock Absorbing Material Using The Same}Manufacturing Method of Shock-Absorbing Materials Using Thermomechanical Pulping of WasteWood and WasteWood Shock Absorbing Material Using The Same}

도 1은 종래기술에 따른 펄프 몰드가 이용된 계란 트라이 등을 나타낸 사진이고, 1 is a photograph showing an egg tri, etc. using a pulp mold according to the prior art,

도 2는 종래기술에 따른 펄프 몰드 제조장치를 나타내는 단면도이고,2 is a cross-sectional view showing a pulp mold manufacturing apparatus according to the prior art,

도 3은 종래기술에 따른 펄프 몰드의 사시도 및 내부 단면도이고,3 is a perspective view and an internal sectional view of a pulp mold according to the prior art,

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공성형 원리를 이용한 폐지 완충소재의 제조방법을 나타내는 흐름도이고,Figure 4 is a flow chart showing a method for producing a waste paper buffer material using the vacuum forming principle according to an embodiment of the present invention,

도 5는 본 발명의 일 실시예에서 폐목재 기본 원료로 사용되는 폐재 TMPC, 폐재 BTMP, 폐MDF가 건식해섬 된 상태를 보여주는 사진이고, Figure 5 is a photograph showing a state in which the waste wood TMPC, waste wood BTMP, waste MDF is used as the base material for waste wood in the embodiment of the present invention dry,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 상하 양방향으로 진공 탈수시키는 원리로 작동하는 진공성형장치의 일례를 나타내는 단면도이고,6 is a cross-sectional view showing an example of a vacuum forming apparatus that operates on the principle of vacuum dehydration in both up and down directions according to one embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 양방향 감압 성형된 완충소재의 내부구조를 나타내는 현미경 사진이고,Figure 7 is a micrograph showing the internal structure of the buffer material bi-directional pressure-molded according to an embodiment of the present invention,

도 8은 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 펄프 혼탁액 및 본 발명에 따라 진공성형단계를 거친 후의 폐지 완충소재 사이의 체적 변화를 보여주는 모식도이고,8 is a schematic diagram showing the volume change between the pulp turbidity used in one embodiment of the present invention and the waste paper buffer material after the vacuum forming step according to the present invention,

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 완충소재의 표면사이징 처리 과정을 나타내는 모식도이고, 9 is a schematic diagram showing a surface sizing process of the buffer material according to an embodiment of the present invention,

도 10a 내지 10d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 이진화 처리된 완충소재의 박편 사진이고, Figure 10a to 10d is a photograph of the lamella of the buffered material, respectively, according to an embodiment of the present invention,

도 11a, 11b, 11c는 종래의 펄프 몰드와 스티로품 및 본 발명의 일 실시예에 따른 TMP 완충소재의 단면을 보여주는 현미경 사진이고,11A, 11B, and 11C are micrographs showing a cross section of a conventional pulp mold and a styro product and a TMP buffer material according to an embodiment of the present invention.

도 12는 종래의 펄프 몰드와 본 발명의 일 실시예에 따른 완충소재에 가해진 외부 힘이 흡수 제거되는 기작을 나타내는 모식도이고,12 is a schematic diagram showing a mechanism in which a conventional pulp mold and an external force applied to a buffer material according to an embodiment of the present invention are absorbed and removed.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 감압성형기의 감압시간 변화에 따른 완충소재의 겉보기밀도 변화를 펄프 몰드와 스티로폼의 값과 비교하여 나타낸 그래프이고,FIG. 13 is a graph illustrating changes in apparent density of a buffer material according to changes in decompression time of a pressure reducing machine according to an embodiment of the present invention, compared with values of pulp mold and styrofoam. FIG.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 폐잔재 TMP로 제조된 완충소재의 탄성계수를 스티로폼의 탄성계수와 비교하여 나타낸 그래프이고, 14 is a graph showing the elastic modulus of the buffer material made of waste residual material TMP according to an embodiment of the present invention compared with the elastic modulus of styrofoam,

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 양이온성 전분의 첨가량에 따른 완충소재들의 겉보기밀도 변화를 나타낸 그래프이고, 15 is a graph showing changes in apparent density of buffer materials according to the amount of cationic starch added according to an embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 양이온성 전분의 첨가량에 따른 완충소재들의 탄성계수 변화를 나타낸 그래프이고, 16 is a graph showing the change in elastic modulus of the buffer material according to the amount of the cationic starch according to an embodiment of the present invention,

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라 전분 첨가량을 달리하였을 때 건조 직 전의 완충소재에 잔류하고 있는 수분의 양을 자동함수율측정기(MS45 Moisture Analyzer)로 측정한 그래프이고,17 is a graph measuring the amount of water remaining in the buffer material immediately before drying when the amount of starch added according to an embodiment of the present invention by an MS45 Moisture Analyzer,

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라 원료의 투입량에 따른 완충소재들의 겉보기밀도 변화를 나타낸 그래프이고, 18 is a graph showing the change in apparent density of the buffer material according to the input amount of the raw material according to an embodiment of the present invention,

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 완충소재 제조시 투입되는 섬유의 중량을 변화시켰을 때 완충소재의 탄성계수 변화를 나타낸 그래프이고, 19 is a graph showing a change in the elastic modulus of the buffer material when the weight of the fiber input during the manufacture of the buffer material in accordance with an embodiment of the present invention,

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 겉보기밀도 변화를 나타낸 그래프이고, 20 is a graph showing a change in apparent density according to an embodiment of the present invention,

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라 표면사이징 처리와 양이온성 전분의 첨가량 변화에 따른 완충소재의 탄성계수 변화를 나타낸 그래프이고, 21 is a graph showing a change in the elastic modulus of the buffer material according to the surface sizing treatment and the addition amount of the cationic starch according to an embodiment of the present invention,

도 22a와 도 22b는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면사이징 처리 전후 즉, 완충소재에 대해서 양이온성 전분이 필름막을 형성하기 전과 필름막 형성 후의 표면 구조를 Olympus (SZ61, Japan) 도시하고 있는 현미경 사진이고,22A and 22B are photomicrographs of Olympus (SZ61, Japan) showing the surface structure before and after the surface sizing process, that is, before the cationic starch forms the film film and after the film film is formed for the buffer material according to one embodiment of the present invention. ego,

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 양이온성 전분의 첨가량 변화에 따른 공극률 변화를 펄프 몰드와 스티로폼과 비교하여 나타낸 그래프이고, FIG. 23 is a graph illustrating a change in porosity according to a change in the amount of cationic starch, compared to a pulp mold and styrofoam, according to an embodiment of the present invention.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따라 내첨 사이즈제인 AKD를 TMP 원료와 함께 첨가하여 완충소재를 제조하였을 때 완충소재의 접촉각 변화를 나타낸 그래프이고, 24 is a graph showing a change in contact angle of a buffer material when a buffer material is prepared by adding AKD, an internal additive size agent, together with a TMP raw material according to an embodiment of the present invention.

도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 완충소재를 재활용함에 따른 겉보기밀도 변화를 양이온성 전분 첨가량 변화와 함께 나타낸 그래프이고, FIG. 25 is a graph showing changes in apparent density with changes in the amount of cationic starch added when recycling buffer materials according to an embodiment of the present invention.

도 26은 본 발명의 일 실시예에 따라 한 번 만들어진 TMP 완충소재를 원료로 활용하여 완충소재로 다시 제조하였을 때 그 완충소재가 갖는 탄성계수의 변화를 양이온성 전분 첨가량 변화에 따라 알아본 결과 그래프이고,FIG. 26 is a graph illustrating the change in the elastic modulus of the buffer material according to the amount of cationic starch when the buffer material is made again using the TMP buffer material made as a raw material according to an embodiment of the present invention. ego,

도 27은 본 발명의 일 실시예에 따라 TMP 완충소재를 재활용함에 따라 완충소재 내부의 공극률이 변하는 정도를 양이온성 전분 첨가량 변화와 함께 나타낸 그래프이고,27 is a graph showing the degree of change in porosity inside the buffer material with the change in the amount of cationic starch added as the TMP buffer material is recycled according to an embodiment of the present invention.

도 28은 본 발명의 일 실시예에 따라 원료의 표백처리에 의한 완충소재의 백색도 변화를 나타내는 그래프이고,28 is a graph showing the change in the whiteness of the buffer material by the bleaching of the raw material according to an embodiment of the present invention,

도 29는 본 발명의 일 실시예에 따라 전분 첨가량에 따른 TMP 완충소재의 열전도도 변화를 나타내는 그래프이고,29 is a graph showing a change in thermal conductivity of the TMP buffer material according to the amount of starch added according to an embodiment of the present invention,

도 30은 본 발명의 일 실시예에 따라 TMP 완충소재 표면을 전분으로 표면 사이징 처리를 했을 때 나타나는 열전도도의 변화를 나타내는 그래프이고,30 is a graph showing a change in thermal conductivity when the surface of the TMP buffer material surface sizing treatment according to an embodiment of the present invention,

도 31은 본 발명의 일 실시예에 따라 TMP와 EPS로 제조된 완충소재를 모서리 방향으로 낙하시킨 후 완충소재의 균열 상태와 내부 유리잔의 상태를 관찰한 결과를 보여주는 도면이고,31 is a view showing a result of observing the crack state of the buffer material and the state of the inner glass after dropping the buffer material made of TMP and EPS in the corner direction according to an embodiment of the present invention,

도 32는 본 발명의 일 실시예에 따라 TMP와 EPS로 제조한 완충소재를 측면으로 낙하시켰을 때 완충소재와 유리잔의 상태를 관찰한 결과를 보여주는 도면이고,32 is a view showing the results of observing the state of the buffer material and the glass when the buffer material made of TMP and EPS dropped to the side according to an embodiment of the present invention,

도 33은 본 발명의 일 실시예에 따라 TMP와 EPS로 제조한 완충소재를 평면으로 낙하시켰을 때 완충소재와 유리잔의 손상 여부를 관찰한 결과를 보여주는 도면이다.33 is a view showing the results of observing the damage of the buffer material and the glass when the buffer material made of TMP and EPS dropped in a plane according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 폐목재를 이용하여 완충소재를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 폐잔재나 소경재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법 및 이에 따른 폐목재 완충소재에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 폐잔재나 소경재를 해섬기(disintergating)로 펄프화(pulping)하기 전에, 소정의 온도 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 증해하는 과정을 선행시키는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a method for producing a buffer material using waste wood, and more particularly, to a method for producing a buffer material through thermomechanical pulping of waste remnant or small diameter material, and a waste wood buffer material accordingly. More specifically, the process of cooking through a cooking apparatus heated to a predetermined temperature range before the pulping of the waste residue or the small diameter material by disintergating is characterized by preceding.

종래에 시중에서 사용되고 있는 포장용 완충소재의 종류는 스티로폼, 펄프 몰드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등이 있다. 여기서 펄프 몰드를 제외하고는 자연상태에서 분해가 어려운 난분해성 포장소재들이다. 스티로폼은 거품폴리스티렌, 스티로폼(styrofoam), 발포스티렌, 스티로폴 등 여러 이름으로 불리며, 영문 머리글자를 따서 EPS (Expanded Polystyrene)로 약칭하기도 한다. 스티로폴은 독일의 종합화학회사인 바스프(BASF AG)의 상표명이고, 스티로폼은 미국 다우케미컬사(社)의 단열재 상표명으로, 한국에서는 스티로폴로 널리 알려져 있다. 스티로폼은 폴리스티렌 수지에 펜탄이나 부탄 등 탄화수소가스를 주입시킨 뒤 이를 증기로 팽연시킨 발포제품으로, 체적의 98%가 공기이고, 나머지 2%가 수지인 자원 절약형 소재이다.Types of packaging buffer materials conventionally used in the market include styrofoam, pulp mold, polypropylene, polyethylene, and the like. Here, except for pulp mold, hardly decomposable packaging materials are difficult to decompose in a natural state. Styrofoam is known by various names such as foam polystyrene, styrofoam, foamed styrene, styropol, and is sometimes abbreviated as EPS (Expanded Polystyrene) after the English initials. Styropol is a trademark of BASF AG, a German general chemical company, and Styrofoam is a trademark of insulation material of Dow Chemical Co., Ltd., and is widely known in Korea as Styropol. Styrofoam is a foamed product in which hydrocarbon gas such as pentane or butane is inflated with polystyrene resin and then expanded by steam, and 98% of the volume is air and the remaining 2% is a resin.

그러나, 상기한 난분해성 포장소재들은 화석원료로부터 만들어지고, 자연 상태에서 분해가 어렵다는 단점으로 인해서 선진국을 중심으로 스티로폼의 사용을 금지하려는 움직임이 강하게 대두되고 있다. 난분해성 포장재로 인한 환경오염의 문제는 자국의 환경규제뿐만 아니라 국가간 무역에서도 직접적인 영향을 끼치고 있다. 이에 따라, 전 세계적으로 난분해성 포장재에 대한 규제가 강화되면서 친환경 포장재의 수요가 급증할 것으로 예측되며, 폐지 섬유 등으로 제조되는 친환경 완충소재의 수요가 급속히 증가할 것으로 전망된다.However, the above-mentioned hardly decomposable packaging materials are made from fossil raw materials, and due to the disadvantage of being difficult to decompose in a natural state, there is a strong movement to prohibit the use of styrofoam in developed countries. The problem of environmental pollution due to hardly degradable packaging has a direct impact not only on domestic environmental regulations but also on trade between countries. Accordingly, as the regulations on hardly degradable packaging materials are tightened around the world, the demand for eco-friendly packaging materials is expected to increase rapidly, and the demand for eco-friendly buffer materials manufactured from waste paper fibers is expected to increase rapidly.

이러한 흐름에 따라, 근래에는 폐지 섬유를 이용하여 제조되는 완충소재가 펄프 몰드(pulp mold)라는 이름으로 생산되어 포장용 스티로폼의 대용으로 사용되고 있다. 도 1에 나타나 있는 것과 같이 펄프 몰드가 가장 처음 사용된 용도는 계란 트레이였고, 이 후 산업재 및 소비재 제품 포장에 널리 사용되고 있다. 이러한 펄프 몰드는 도 2에 나타나 있는 바와 같은 펄프 몰드 제조장치를 이용하여, 포장 물품 혹은 용도에 따라 금형을 제작한 뒤 해리된 일정량의 폐지 현탁액을 성형상자(forming box)에 부은 후 펄프 현탁액에 함유되어 있는 과량의 물을 가압과 함께 한 방향으로 탈수 및 건조시켜 만든 성형품을 말한다. According to this flow, in recent years, a buffer material manufactured using waste paper fibers is produced under the name of a pulp mold, and is used as a substitute for styrofoam for packaging. As shown in FIG. 1, the first use of the pulp mold was an egg tray, which has since been widely used for packaging industrial and consumer products. Such a pulp mold is manufactured using a pulp mold manufacturing apparatus as shown in FIG. 2, and then, after a mold is manufactured according to a packaged product or a purpose, a predetermined amount of dissociated waste paper suspension is poured into a forming box and then contained in the pulp suspension. Refers to a molded product made by dehydrating and drying excess water in one direction together with pressurization.

이렇게 제조된 펄프 몰드 자체는 도 3에 나타난 바와 같이 매우 치밀한 섬유 조직(dense structure)으로 되어 있어서 완충력이 부족하기 때문에, 금형을 통하여 펄프 몰드에 일정한 크기의 유리 공간(free space)을 형성시킴으로써, 외부 충격이 나 진동이 포장 물품에 직접 전달되는 것을 방지하도록 해야만 한다. Since the pulp mold itself is made of a very dense fiber structure (dense structure) as shown in FIG. 3 and lacks a buffering force, the pulp mold itself forms a free space of a predetermined size in the pulp mold through the mold. The shock or vibration must be prevented from being transmitted directly to the packaged goods.

또한, 상기와 같은 펄프 몰드 제조장치로 폐지 섬유를 팽연압출시켜 완충소재를 제조하는 방식 또한 팽연보조제로 사용된 전분이 갖는 특성으로 인하여, 완충소재 자체의 함수율을 일정 수준 이상 유지하지 않는다면 완충소재의 완충력을 유지하기가 매우 어렵다는 문제점이 있다.In addition, the method of manufacturing a buffer material by expanding and extruding the waste paper with the pulp mold manufacturing apparatus as described above also due to the characteristics of the starch used as the expanding aid, if the moisture content of the buffer material itself does not maintain a certain level or more There is a problem that it is very difficult to maintain the buffer force of.

이에 따라, 폐지 섬유 이외에 다양한 친환경 소재로 완충소재를 제작할 수 있는 기술의 필요성은 항시 존재하고 있는 실정이고, 본 발명은 폐목재나 소경재를 이용하여 완충소재를 제조하는 것에 대한 것이다. Accordingly, the necessity of a technology that can produce a buffer material in a variety of environmentally friendly materials in addition to the waste paper is always present situation, the present invention relates to the manufacture of a buffer material using waste wood or small diameter materials.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 종래와 같이 스티로폼이나 폐지를 이용하는 것이 아니라 산림이나 목재 가공시 발생하는 폐잔재 또는 소경재를 기본 재료로 이용하여 완충소재를 제조하고자 하는 것이다. 특별히, 치핑(chipping)된 폐잔재나 소경재를 해섬기(disintergating)로 펄프화(pulping)하기 전에 열기계로 증해(蒸解)하는 과정을 선행시킴으로써, 폐잔재나 소경재의 목질을 더욱 연화시켜서 해섬기를 통한 펄프화를 용이하고 우수하게 하고자 하는 것이다. The present invention has been made in order to solve the above problems, not to use styrofoam or waste paper as in the prior art, but to produce a buffer material using the waste residue or small diameter material generated during forest or wood processing as a base material will be. In particular, prior to pulping the chipped waste remnants or small hardwoods by pulping with disintergating, the process of cooking the waste residues or small hardwoods further softens the wood. It is intended to facilitate and excellent pulping through.

또한, 상기와 같이 가열된 증해장치와 해섬기로 펄프화된 열기계화펄프(TMP)를 전분과 혼합시킴에 있어서, 상기 열기계화펄프(TMP)와 전분을 소정의 용량 및 비율로 혼합시킴으로써, 완충소재의 일정한 형상을 유지하기에 충분하면서도 겉보기 밀도와 탄성계수의 변화 정도를 최소화하여 완충성능을 현저히 증가시키고자 하는 것이 목적이다. In addition, in mixing the hot-pulverized pulp (TMP) pulped with the heated cooking apparatus and the islander as described above with starch, by mixing the thermo-pulverized pulp (TMP) and starch at a predetermined capacity and ratio, The aim is to significantly increase the buffering performance by minimizing the change in the apparent density and elastic modulus while maintaining sufficient shape of the material.

나아가, 상기와 같은 방법으로 제조된 폐목재 완충소재의 밀도와 탄성계수를 종래의 발포 스티로폼 수준으로 하거나 종래의 펄프 몰드 및 발포 스티로폼 보다 낮게 가지도록 함으로써, 현저히 우수한 완충효과를 제공하고자 한다. Furthermore, by providing the density and modulus of elasticity of the waste wood buffer material produced in the above manner to the level of conventional foamed styrofoam or lower than the conventional pulp mold and foamed styrofoam, it is to provide a remarkably excellent buffering effect.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법은, 산림이나 목재 가공시 발생하는 폐잔재 또는 소경재를 1.0~5.0㎜ 범위 내의 단면적과 5~20㎜ 범위 내의 길이로 치핑(chipping)하는 단계; 상기 치핑된 폐잔재 또는 소경재를 120~140℃ 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 증해한 후, 소정의 해섬기(disintergating)를 이용하여 펄프화(pulping)하는 단계; 및 상기 가열된 증해장치와 해섬기로 펄프화된 열기계화펄프(Thermomechanical Pulp, TMP)를 전분(starch)과 혼합시킨 뒤, 양방향진공처리(dual vacuuming)가 가능한 진공성형장치를 이용하여 양방향으로 진공탈수시켜서 완충소재(shock absorbing material)를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것 을 특징으로 한다. Buffer material manufacturing method through the thermal system pulping of waste wood according to the present invention for achieving the above object, the cross-sectional area within the range of 1.0 ~ 5.0㎜ and 5 ~ 20 in the waste residue or small wood generated during forest or wood processing Chipping to a length in the mm range; Cooking the chipped waste residue or small hardwood through a cooking apparatus heated in a range of 120 to 140 ° C., and then pulping using a predetermined disintergating process; And mixing the heated cooker and the pulp heat-treated pulp (Thermomechanical Pulp, TMP) with starch, and then vacuuming in both directions using a vacuum forming apparatus capable of dual vacuuming. Dehydration to produce a shock absorbing material (shock absorbing material); characterized in that it comprises a.

여기서, 상기 펄프화하는 단계는, 상기 치핑된 폐잔재 또는 소경재를 120~140℃ 범위 내로 가열되고 3~4kg/cm2 범위 내의 작동능력을 가지는 증해(蒸解)장치를 통하여 1~5분간 증해한 후, 소정의 해섬기를 이용하여 펄플 섬유의 여수도(濾水度, freeness)가 650~700 mL CSF 되도록 펄프화하는 것이 바람직하다. Here, the step of pulping, cooking the chipped waste residue or small diameter material in the range of 120 ~ 140 ℃ and cooking for 1 to 5 minutes through a cooking apparatus having an operating capacity within the range of 3 ~ 4kg / cm 2 After that, it is preferable to pulp the freeness of the pulp fibers to 650 to 700 mL CSF using a predetermined sea island.

또한, 상기 열기계화펄프(TMP)를 전분과 혼합시키는 것은, 상기 열기계화펄프(TMP) 75~100g을 상기 열기계화펄프(TMP) 중량 대비 10~30% 범위 내의 전분과 혼합시키는 것이 더욱 바람직하다. In addition, the thermosetting pulp (TMP) is mixed with starch, it is more preferable to mix 75-100 g of the thermosetting pulp (TMP) with starch within the range of 10 to 30% by weight of the thermosetting pulp (TMP). .

나아가, 상기한 폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법은 상기 완충소재를 건조(Drying)시키는 단계; 및 상기 건조된 완충소재의 표면에 표면사이징(surface sizing) 처리를 하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것일 수 있다. Furthermore, the method for producing a buffer material through thermo-system pulping of the waste wood comprises the steps of: drying the buffer material; And performing a surface sizing treatment on the surface of the dried buffer material.

이와 함께, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시형태는, 상술한 폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법에 의하여 제조된 것으로, 탄성계수가 300~900kPa 범위 내이거나, 밀도가 0.08~0.12g/cm3 범위 내인 것을 특징으로 하는 폐목재 완충소재이다.In addition, another embodiment for achieving the other object of the present invention is manufactured by the above-described method for producing a buffer material through the thermomechanical pulping of the waste wood, the elastic modulus is in the range of 300 ~ 900 kPa, or the density Is a waste wood buffer material, characterized in that in the range of 0.08 ~ 0.12g / cm 3 .

이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, one preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The invention may be better understood by the following examples, which are intended for purposes of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐지 완충소재의 제조방법은 먼저, 산림이나 목재 가공시 발생하는 폐잔재 또는 소경재를 1.0~5.0㎜ 범위 내의 단면적과 5~20㎜ 범위 내의 길이로 치핑(chipping)하고(S10), 상기 치핑된 폐잔재 또는 소경재를 120~140℃ 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 증해한 후, 소정의 해섬기(disintergating)를 이용하여 펄프화(pulping)하며(S20), 상기 가열된 증해장치와 해섬기로 펄프화된 열기계화펄프(Thermomechanical Pulp, TMP)를 전분(starch)과 혼합시킨 뒤(S30), 양방향진공처리(dual vacuuming)가 가능한 진공성형장치를 이용하여 양방향으로 진공탈수시켜서 완충소재(shock absorbing material)를 형성(S40)하는 것을 특징으로 한다. Figure 4 is a flow chart showing a buffer material manufacturing method through the thermo-system pulping of waste wood according to an embodiment of the present invention. As shown here, the manufacturing method of the waste paper buffer material according to the present invention first, chipping the waste residues or small-size materials generated during forest processing or wood processing to a cross-sectional area within the range of 1.0 ~ 5.0mm and length within the range of 5 ~ 20mm. After chipping (S10) and cooking the chipped waste residue or small diameter material through a cooking apparatus heated in the range of 120 to 140 ° C., pulping using a predetermined disintergating process. (S20), and mixed with the starch of the heated cooker and the pulp thermothermal pulp (TMP) with the starch (S30), a vacuum capable of two-way vacuum (dual vacuuming) Vacuum dehydration in both directions using the molding apparatus to form a shock absorbing material (S40).

그 중에서도 본 발명은 산림이나 목재 가공시 발생하는 폐잔재 또는 소경재로 완충소재를 제조하기에 적합하도록, 치핑된 폐잔재 또는 소경재를 120~140℃ 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 증해한 후, 소정의 해섬기(disintergating)를 이용하여 펄프화(pulping)하는 단계(S20)를 거치는 것이 특징이다. In particular, the present invention through the cooking equipment heated the chipped waste residue or small diameter material within the range of 120 ~ 140 ℃ to be suitable for producing a buffer material with waste residue or small diameter material generated during forest or wood processing After cooking, it is characterized in that the step (S20) of pulping (pulping) using a predetermined disintergating (disintergating).

본 발명은 완충소재 제조시 종래와 같이 스티로폼이나 폐지를 이용하는 것이 아니라 산림이나 목재 가공시 발생하는 폐잔재 또는 소경재를 기본 재료로 이용하는 것이며, 이를 위하여 특별히 치핑(chipping)된 폐잔재나 소경재를 해섬기(disintergating)로 펄프화(pulping)하기 전에, 소정의 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 증해하는 과정을 거치게 한 것이다. The present invention does not use styrofoam or waste paper as a conventional material for manufacturing buffer materials, but uses waste residues or small hardwoods generated during processing of forests or wood as basic materials, and for this purpose, specially chipped waste residues or small hardwoods are used. Before pulping with disintergating, the process of cooking through a cooking apparatus heated to a predetermined range is performed.

구체적으로, 본 발명은 먼저 도 4에 나타난 바와 같이, 산림이나 목재 가공시 발생하는 폐잔재 또는 소경재를 1.0~5.0㎜ 범위 내의 단면적과 5~20㎜ 범위 내의 길이로 치핑(chipping)하는 단계(S10)를 거치는 것이다. Specifically, as shown in FIG. 4, firstly, chipping waste residues or small hardwoods generated during processing of forests or wood into a cross-sectional area within a range of 1.0 to 5.0 mm and a length within a range of 5 to 20 mm ( It goes through S10).

본 발명에 따라 완충소재를 제조하는데 사용되는 기본 재료인 폐잔재 또는 소경재는 산림이나 기타 목재 가공공장에서 발생되는 폐목재(waste log)를 말하는 것으로, 목분(saw dust)이나 칩(chip)으로 처리되는 사료나 삭편판 등을 포함하는 것이다. 또한, 근래에는 건물 내부의 리모델링이나 인테리어 작업이 진행될 때 상당한 양의 폐MDF가 발생하고 있고, 본 발명은 이러한 폐MDF를 재활용하여 완충소재로 제조할 수도 있다. Waste residue or small diameter, which is a basic material used to manufacture a buffer material according to the present invention, refers to waste logs generated in forests or other wood processing plants, and is treated with saw dust or chips. It includes a feed or a cut plate. In addition, in recent years, a considerable amount of waste MDF is generated when remodeling or interior work in a building is in progress, and the present invention may recycle such waste MDF to manufacture a buffer material.

이러한 폐목재 등을 이용하여 완충소재를 제조하기 위해서는 먼저 원재료를 펄프화 하는 것이 필요하고, 이를 위하여 본 발명에서는 폐목재 등을 소정의 크기로 치핑(chipping)하는 것이다. 펄프화를 위해 원재료를 일정한 크기로 분쇄하고 다듬는 과정은 일반적이지만, 본 발명에서는 특별히 후술하는 바와 같은 목재의 증해 과정을 위하여, 폐목재 등의 단면적이 가로, 세로 1.0~5.0㎜ 범위 내의 면적을 가지고, 길이는 5~20㎜ 범위 내인 것이 바람직하다. 이는 폐목재 등의 크기가 상기한 범위보다 작은 면적 또는 길이를 가지는 경우 후술하는 증해과정과 펄프화 과정에서 폐목재 섬유간 결합이 약해지는 단점이 있을 뿐만 아니라 완성된 제품의 형성과정에서 상기한 범위보다 작은 면적이나 길이를 가질 필요가 없고, 상기한 범위보다 큰 면적 또는 길이를 가지는 경우 후술하는 증해과정과 해섬과정에 따른 효과가 미흡하게 나타나기 때문이다. In order to manufacture a buffer material using such waste wood, it is necessary to first pulp raw materials, and for this purpose, in the present invention, the waste wood is chipped to a predetermined size. The process of pulverizing and trimming the raw materials to a certain size for pulping is common, but in the present invention, for the process of cooking wood, which will be described later, the cross-sectional area of the waste wood has an area in the horizontal and vertical range of 1.0 to 5.0 mm. The length is preferably in the range of 5 to 20 mm. If the size of the waste wood has an area or length smaller than the above-mentioned range, the bonding between the waste wood fibers is weakened in the cooking process and the pulping process described below, as well as the aforementioned range in the process of forming the finished product. This is because it is not necessary to have a smaller area or length, and if the area or length is larger than the above range, the effects of the cooking process and the sea island process described later are insufficient.

그리고, 상기와 같이 폐목재 등을 치핑한 이후에는, 상기 치핑된 폐목재 등을 120~140℃ 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 증해한 후, 소정의 해섬기(disintergating)를 이용하여 펄프화(pulping)함으로써, 열기계화펄프(Thermomechanical Pulp, TMP)를 얻는 것이다(S20). After chipping the waste wood as described above, the chipped waste wood and the like are cooked through a cooking apparatus heated in the range of 120 to 140 ° C., and then subjected to predetermined disintergating. By pulping, a thermomechanical pulp (TMP) is obtained (S20).

본 발명은 종래와 같이 스티로폼이나 폐지를 이용하는 것이 아니라 산림이나 목재 가공시 발생하는 폐잔재 또는 소경재를 기본 재료로 이용하여 완충소재를 제조하는 것으로, 이를 위하여 특별히 치핑(chipping)된 폐잔재나 소경재를 해섬 기(disintergating)로 펄프화(pulping)하기 전에, 120~140℃ 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 증해하는 과정을 거치는 것이 특징이다. 이러한 본 발명에 의하는 경우 펄프화 전에 열기계로 증해하는 과정을 선행시켜서 폐잔재나 소경재의 목질을 더욱 연화시킴으로써, 해섬기를 통한 펄프화를 용이하고 우수하게 할 수 있는 효과가 있다. The present invention does not use styrofoam or waste paper as in the prior art, but manufactures a buffer material using waste residues or small hardwoods generated during forest or wood processing as basic materials, and for this purpose, waste chipped or narrowly chipped for this purpose. Before pulping the ash to disintergating, it is characterized in that it is cooked through a cooking apparatus heated in the range of 120 to 140 ° C. According to the present invention by prior to the process of cooking by hot air before pulping by further softening the wood of the waste residues or small diameter wood, there is an effect that can be easily and excellent pulping through the sea island.

여기서, 상기 증해(蒸解)라는 것은 펄프 원료에 화학 약품을 넣고 가마에 삶아서 펄프를 만드는 공정을 말하는 것으로, 이렇게 삶는 과정에서 식물 원료 속에 들어 있는 비섬유소 물질이 녹아 나오고, 섬유가 비교적 순수한 상태로 분리되는 것이 특징이며, 화학 약품의 종류와 처리 조건에 따라 삶는 방법이 여러 가지이다. 이와 비교하여, 상기 해섬기로 펄프화 하는 과정은 앞서 증해된 폐목재 등을 기계적인 힘에 의해 더욱 미세한 크기로 분쇄하는 것이다. Here, the cooking (蒸 解) refers to the process of making a pulp by putting a chemical in the pulp raw material and boiled in a kiln, in this process, the non-fibrous material contained in the plant raw material melts, the fibers are separated in a relatively pure state There are many ways to boil depending on the type of chemicals and the treatment conditions. In comparison, the process of pulping with the sea island is to crush the previously cooked waste wood into finer sizes by mechanical force.

종래에 폐종이 등을 이용하여 완충소재를 제조하는 경우에는 상기 폐종이 등을 단순히 블렌더로 절단하여 분쇄하면 족하였지만, 본 발명과 같이 폐목재 등으로 완충소재를 제조하고자 하는 경우에는 단순히 블렌더로 절단하여 분쇄하는 것만으로는 폐목재 등을 효과적으로 해섬할 수 없었고, 이에 따라 전분과의 결합도 제대로 이루어지지 않아 진공탈수에 적합한 펄프 혼탁액을 준비할 수가 없었다. Conventionally, when manufacturing the buffer material using the waste paper, etc., it is enough to simply cut the waste paper, etc. with a blender and pulverize, but if you want to manufacture the buffer material with waste wood, such as the present invention, simply cut with a blender By pulverizing alone, waste wood and the like could not be effectively decomposed, and thus, the starch could not be properly combined with the starch to prepare a pulp turbid liquid suitable for vacuum dehydration.

그러나, 폐목재 등으로 완충소재를 제조하는 경우에도 본 발명과 같이 먼저 증해과 정을 거치고 이어서 일정한 크기로 분쇄하는 펄프화 단계를 거치면, 그 구성 성분간의 결합이 강해서 다양한 성형이 가능한 열기계화펄프(TMP)를 준비할 수 있는 것이다. 특히, 증해를 위한 증해장치의 온도는 120~140℃ 범위 내인 것이 바람직한데, 온도가 120℃ 보다 낮으면 치핑된 폐목재등에서 섬유를 분리해내는 것이 힘들고, 온도가 140℃ 보다 높으면 구성 섬유간의 결합이 매우 약해지기 때문에, 섬유간 결합이 힘들기 때문이다.However, even in the case of manufacturing the buffer material from waste wood, such as the present invention, first through the cooking process, and then through a pulping step of pulverizing to a certain size, thermosetting pulp that can form a variety of strong bond between the components ( TMP) can be prepared. In particular, the temperature of the cooking apparatus for cooking is preferably in the range of 120 ~ 140 ℃, if the temperature is lower than 120 ℃ it is difficult to separate the fibers from the chipped waste wood, etc., if the temperature is higher than 140 ℃ bond between the constituent fibers Because this becomes very weak, the bond between the fibers is difficult.

본 발명은 이와 같이 치핑된 폐목재 등을 증해하고 미세하게 분쇄하여 펄프화하는 것을 특징으로 하는바, 이러한 펄프화 단계는 더욱 구체적으로, 치핑된 폐잔재 또는 소경재를 3~4kg/cm2 범위 내의 작동능력을 가지고 120~140℃ 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 1~5분간 증해한 후, 소정의 해섬기를 이용하여 펄플 섬유의 여수도(濾水度, freeness)가 650~700 mL CSF 되도록 펄프화하는 것이 바람직하다. 상기 증해장치의 증해 시간은 온도를 120~140℃ 범위 내로 유지하는 경우 폐목재 등에 포함된 섬유의 강도를 위해 1~5분간 수행하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3~4kg/cm2 범위 내의 폐목재 양을 처리하는 것이 적합하였다. 또한, 폐목재 등의 해섬시 해섬 정도에 따라 섬유 형상에 큰 영향을 주기 때문에, 펄프 섬유의 여수도(濾水度, freeness)는 약 650-700 mL CSF가 되도록 해섬하는 것이 바람직하다.The present invention is characterized in that the chipped waste wood, such as cooking and finely pulverized by pulping, such a pulping step, more specifically, chipped waste residue or small hardwood in the range of 3 ~ 4kg / cm 2 After cooking for 1 to 5 minutes through a cooking apparatus heated within the range of 120 to 140 ° C with an operating capability within, the freeness of the pulp fibers is 650 to Pulping to 700 mL CSF is preferred. The cooking time of the cooking apparatus is preferably carried out for 1 to 5 minutes for the strength of the fibers contained in the waste wood, etc., if the temperature is maintained within the range of 120 ~ 140 ℃, more preferably within the range of 3 ~ 4kg / cm 2 It was appropriate to treat the amount of waste wood. In addition, since the fiber shape is greatly influenced by the degree of sea island at the time of sea islands such as waste wood, it is preferable to seam so that the freeness of the pulp fibers is about 650-700 mL CSF.

나아가, 본 발명에 있어서, 상기 열기계화펄프(TMP)를 전분과 혼합시키는 것은, 상기 열기계화펄프(TMP) 75~100g을 상기 열기계화펄프(TMP) 중량 대비 10~30% 범위 내의 전분과 혼합시키는 것이 더욱 바람직한데, 이는 완충소재의 일정한 형상을 유지하기에 충분하면서도 겉보기 밀도와 탄성계수의 변화 정도를 최소화하여 완충성능을 현저히 증가시킬 수 있는 것이기 때문이다. 이에 대해서는 후술하는 실시예에서 상세하게 설명하기로 한다. Further, in the present invention, mixing the thermomechanized pulp (TMP) with starch, 75 to 100 g of the thermomechanized pulp (TMP) mixed with starch within the range of 10 to 30% by weight of the thermomechanized pulp (TMP). It is more preferable to do this because it is sufficient to maintain a constant shape of the buffer material while minimizing the change in the apparent density and modulus of elasticity to significantly increase the buffering performance. This will be described in detail in the following examples.

한편, 현재 가장 널리 사용되는 완충소재인 발포 스티로폼은 흰색을 띠고 있어 소비자들에게 시각적으로 각인되어 있는 상태이다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기 TMP 펄프를 완충소재의 원료로 전분과 혼합하기 전에 표백 처리를 한 후 완충소재로 제조하여 표백 전후의 물성을 비교하였다. 폐잔재 TMP의 표백 조건은 환경적 및 경제적 영향을 최소화하기 위하여 알칼리 및 과산화수소 표백만을 실시하였다. Meanwhile, foamed styrofoam, which is the most widely used cushioning material, is white and is visually imprinted to consumers. Accordingly, in the present invention, before mixing the TMP pulp with the starch as a raw material of the buffer material, after the bleaching treatment was prepared as a buffer material to compare the physical properties before and after bleaching. Bleaching conditions of the waste residue TMP were subjected to alkali and hydrogen peroxide bleaching to minimize environmental and economic impacts.

또한, 상술한 바와 같이 본 발명에서는 폐목재로서 건물 내부의 리모델링이나 인테리어 작업이 진행될 때 발생되는 폐MDF를 이용할 수도 있는데, 도 5의 (가)는 폐재 및 소경재로부터 만들어진 TMP 펄프 섬유, (나)는 TMP 펄프 섬유를 표백한 섬유, 그리고 (다)는 폐MDF가 건식해섬된 섬유를 도시하고 있다. In addition, as described above, in the present invention, waste MDF generated when remodeling or interior work inside a building is performed as waste wood may be used. FIG. 5 (a) shows TMP pulp fibers made from waste and small diameter materials, (b) ) Shows fibers bleached TMP pulp fibers, and (c) shows fibers from which waste MDF is dry.

상기와 같은 펄프화 단계(S20)는 위와 같이 펄프화된 시료를 희석하여 펄프 혼탁액(pulp suspension)으로 준비하는 과정을 더 포함할 수 있고, 이것은 펄프화된 폐 목재 시료에 대하여 양이온성 전분을 첨가하고 진공성형으로 원하는 모양을 제조하기 위해 선행될 수 있는 과정이다. 펄프화된 폐지시료를 희석하는 농도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 3% 농도로 희석하여 현탁액 상태로 제조하는 것이 바람직하다. The pulping step (S20) as described above may further include preparing a pulp suspension by diluting the pulped sample as described above, which includes cationic starch against the pulped waste wood sample. This is a process that can be followed to add and produce the desired shape by vacuum forming. The concentration for diluting the pulped waste paper sample is not particularly limited, but it is preferable to dilute to 3% to prepare a suspension.

다음으로는, 상기와 같이 가열된 증해장치와 해섬기로 펄프화된 열기계화펄프(Thermomechanical Pulp, TMP)를 전분(starch)과 혼합시키는 과정을 거친다(S30). 이렇게 양이온성 전분을 혼합하는 것은 TMP 섬유의 결합력 강화를 위한 것으로, 치환도(DS) 0.06인 양이온성 전분(삼양제넥스)을 해리 섬유의 전건중량에 대하여 0%, 10%, 20% 그리고 30%로 배합하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 사용되는 상기 양이온성 전분은 성형상자에 투입되기에 앞서서 약 80-85℃ 온도에서 호화(gelatinization)시킨 후(S21), 1%로 희석된 것(S22)이 더욱 바람직하다. Next, a mixture of starch and thermomechanical pulp pulped with a heated cooking apparatus and a sea island is processed as described above (S30). This mixing of cationic starch is to enhance the binding force of TMP fibers. Cationic starch (Samyang Genex) having a degree of substitution (DS) of 0.06 is 0%, 10%, 20% and 30% based on the total weight of the dissociated fiber. It is preferable to mix | blend with. In addition, the cationic starch used herein is more preferably gelatinized at a temperature of about 80-85 ° C (S21), diluted to 1% (S22) prior to being put into the molding box.

이어서, 본 발명은 상기 양이온성 전분이 혼합된 펄프 혼탁액을 양방향진공처리(dual vacuuming)가 가능한 진공성형장치를 이용하여 상하 양방향으로 진공탈수 시켜서 완충소재(shock absorbing material)를 제조하는 단계(S40)를 포함한다. Subsequently, the present invention is to prepare a shock absorbing material by vacuum-dehydrating the pulp turbid liquid mixed with the cationic starch up and down in both directions using a vacuum forming apparatus capable of two-way vacuuming (S40). ).

본 발명에 있어서, 상기한 진공성형 방식은 전분의 사용으로 인하여 압축강도가 과도하게 증가하는 것을 방지하기 위하여, 폐목재 현탁액을 일정한 형상으로 성형한 후 5-10초 정도 진공을 가하여 섬유 현탁액에 포함된 과량의 수분을 제거하는 방식 으로 완충소재를 제조하는 원리를 이용한 것이다. 물론 소재의 결합력을 향상시키기 위하여 팽연완충소재와 마찬가지로 성형 보조제로서 전분(starch)을 사용할 수도 있지만, 이러한 전분은 단순한 성형 보조제 혹은 결합 향상제의 역할만 하기 때문에 과도한 압축강도의 상승을 초래하지 않는다. 압축강도의 상승은 완충소재의 고밀화(densification)를 촉진시켜 압축강도 및 탄성계수의 상승을 유도하여 소재의 완충성능을 떨어뜨리는 역할을 하게 된다.In the present invention, the vacuum forming method is included in the fiber suspension by applying a vacuum for about 5-10 seconds after molding the waste wood suspension into a predetermined shape in order to prevent excessive increase in compressive strength due to the use of starch. It utilizes the principle of producing a buffer material by removing excess water. Of course, starch may also be used as a molding aid to improve the bonding strength of the material, but the starch does not cause excessive increase in compressive strength because it only serves as a molding aid or a bonding enhancer. Increasing the compressive strength promotes densification of the buffer material, induces an increase in the compressive strength and the elastic modulus, thereby lowering the buffering performance of the material.

본 발명에 따른 완충소재의 제조 원리는 성형박스에 폐지 시료 현탁액을 투입한 후 상단 압착 플레이트(hot press plate)에 의한 압착 과정이 필요없다는 점에서 종래의 펄프 몰드 제조방법과 큰 차이가 있다. 본 발명은 도 6에 나타난 바와 같은 진공성형장치의 원리를 이용하여 상하 양방향으로 진공 탈수시켜 완충소재의 구조가 비용적(bulk)이 큰 상태(밀도가 낮은 상태)가 되도록 성형하는 방법이다. 도 6은 본 발명에 따라 상하 양방향으로 진공 탈수시키는 원리로 작동하는 진공성형장치를 나타내는 단면도이다. 이와 같은 진공성형장치의 구체적인 일예는 본 발명자에 의해 출원되어 등록받은 대한민국 등록특허 제710876호에 기재되어 있는 것을 예로 들 수 있다.The manufacturing principle of the buffer material according to the present invention is largely different from the conventional pulp mold manufacturing method in that a pressing process by a hot press plate is not required after a waste sample suspension is put into a molding box. The present invention is a method of forming a buffer material to a large state (low density) by vacuum dehydration in both up and down directions using the principle of the vacuum molding apparatus as shown in FIG. Figure 6 is a cross-sectional view showing a vacuum forming apparatus that operates on the principle of vacuum dehydration in the vertical direction in accordance with the present invention. Specific examples of such a vacuum molding apparatus may be described in the Republic of Korea Patent No. 710876 filed and registered by the present inventors.

본 발명에 따라 양방향으로 진공 성형된 완충소재의 조직에서는 펄프 몰드와는 달리 양 방향 진공처리(dual vacuuming)를 통하여 완충소재의 내부 조직으로부터 물이 제거되면 이곳에서 섬유간 수소결합(interfiber bonding)이 일어나는 것을 최대 한 억제할 수 있어서, 많은 수의 빈 공간을 만들 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, unlike the pulp mold, when the water is removed from the internal structure of the buffer material, unlike the pulp mold, the tissue of the buffer material vacuum-formed in both directions is formed between the interfiber bonding. It is possible to suppress as much as possible so that there is an effect of creating a large number of empty spaces.

완충소재의 내부구조에서 섬유간 수소결합이 억제된 곳들은 도 7의 (가)와 (나)에 도시된 바와 같이 느슨한 섬유 네트워크를 형성하기 때문에 완충소재의 조직 내부에 많은 작은 공간들(voids)로 남게 되고 이것이 외부 충격, 진동, 혹은 소음 등을 흡수하는 기능을 하는 것이다.In the internal structure of the buffer material, the hydrogen bonds between the fibers are suppressed to form a loose fiber network as shown in Figs. 7A and 7B, so that many voids inside the tissue of the buffer material It remains as a function of absorbing external shocks, vibrations, or noises.

도 8은 본 발명에서 사용되는 펄프 혼탁액 및 본 발명에 따라 진공성형단계를 거친 후의 폐지 완충소재 사이의 체적 변화를 보여주는 모식도이고, 이것은 성형상자에서 3% 폐지 지료 현탁액을 넣은 후 탈수 및 건조시켰을 때 체적이 감소된 사각 완충소재를 보여준다. 전체적인 크기(가로×세로)는 감소하지 않고 전체적으로 두께 감소가 일어나면서 체적이 줄어들게 된다. 이러한 상태에서 종래와 같이, 과도한 진공 혹은 압착(press) 과정이 적용되면 큰 고밀화(densification) 현상이 일어나 완충소재의 조직 내부로부터 공극(또는 유리 공간)이 폐쇄됨으로써 완충 능력(shock-absorbing ability)이 사라지게 된다.Figure 8 is a schematic diagram showing the volume change between the pulp turbidity used in the present invention and the waste paper buffer material after the vacuum molding step according to the present invention, which was dehydrated and dried after putting a 3% waste paper suspension in the molding box It shows a square buffer material with reduced volume. The overall size (width × length) does not decrease, but as the overall thickness decreases, the volume decreases. In this state, as in the conventional case, when excessive vacuum or press processes are applied, a large densification phenomenon occurs and the voids (or glass spaces) are closed from inside the tissue of the buffer material, so that the shock-absorbing ability is increased. It will disappear.

본 발명은 탈수 및 건조 동안에 불가피한 두께 감소로 인한 체적 변화를 피할 수는 없지만 진공 적용 시간의 적절한 조절을 통하여 완충소재의 조직 내부에서 공극이 사라지게 않게 하는 것, 즉 밀도를 최소한으로 유지하는 것이 완충소재의 핵심 제조 기법이 된다. 본 발명에 따라 두께가 작은 완충소재를 제조할 때에는 성형박스 에 투입되는 폐지 지료 현탁액의 투입량을 줄여서 제조하는 것이 바람직하다. While the present invention cannot avoid volume changes due to unavoidable thickness reduction during dehydration and drying, it is necessary to properly control the vacuum application time so that the voids disappear within the tissue of the buffer material, that is, keep the density to a minimum. Become a key manufacturing technique. When manufacturing a buffer material having a small thickness according to the present invention, it is preferable to reduce the amount of the waste paper suspension added to the molding box.

이와 함께, 본 발명은 상기한 바와 같이 제조된 완충소재를 건조(Drying)시키는 단계(S50)와 상기 건조된 완충소재의 표면에 표면사이징(surface sizing) 처리를 하는 단계(S60)를 거칠 수도 있다. 상기 완충소재를 건조시키는 것은 완충소재에 잔류되어 있는 과량의 수분을 제거하기 위한 것이고, 상기 표면사이징은 완충소재의 표면에서 미세섬유가 떨어지는 것을 방지하기 위한 것이다. In addition, the present invention may be subjected to a step (S50) of drying the buffer material prepared as described above (S50) and a surface sizing treatment (S60) on the surface of the dried buffer material. . Drying the buffer material is to remove excess moisture remaining in the buffer material, and the surface sizing is to prevent the microfibers from falling on the surface of the buffer material.

실시예Example 1:  One: 폐잔재Waste residue 또는  or 소경재를Small hardwood 이용한 완충소재의 제조 Manufacture of buffer material using

본 발명에 따라 폐목재 등으로 감압성형방식을 이용하여 완충소재를 제조하기 위한 폐잔재는, 경상대학교 덕산(지리산) 학술림에서 수거한 직경이 15 cm 미만의 침엽수류(Pinus rigida, Pinus densiflora), 참나무류( Fagus multinervis, Quercus acutissima, Quercus variabilis) 등을 이용하였다. 이들 침엽수류, 참나무류 등의 폐잔재를 펄프화하기 위하여 약 2.5×2.5×10 mm 크기로 치핑한 다음, 증해장치(대일기공의 다이제스터)에서 120-140℃, 3-4 kg/cm2로 2분간 가열하여 증해한 뒤, 해섬기(대일기공의 싱글디스크 리파이너)에서 2분간 펄프화함으로써 열기계펄프(Thermomechanical Pulp, TMP)를 준비하였다. 여기서, 폐잔재의 펄프화는 섬유의 여수도(濾水度, freeness)가 약 650-700 mL CSF 되도록 해섬하였다.According to the present invention for producing a cushioning material using the pressure molding method in a closed timber such as waste remnants, Division of Deoksan (Mt) softwood acids is less than 15 cm in diameter which collect in an academic rim (Pinus rigida , Pinus densiflora , Oak ( Fagus) multinervis , Quercus acutissima , Quercus variabilis ) and the like. In order to pulp waste residues such as conifers and oaks, chipping is about 2.5 × 2.5 × 10 mm and then 120-140 ° C., 3-4 kg / cm 2 , in a cooking equipment After heating for 2 minutes to cook, and then pulping for 2 minutes in a sea island machine (Taeil Pore single disk refiner) to prepare a thermomechanical pulp (TMP). Here, the pulping of the waste residues was resolved such that the freeness of the fibers was about 650-700 mL CSF.

나아가, 이렇게 준비된 TMP 펄프의 일부를 표백 처리 하였는데, 폐잔재 TMP의 표백 조건은 하기의 표 1에 나타난 바와 같이, 환경적 및 경제적 영향을 최소화하기 위하여 알칼리 및 과산화수소 표백만을 실시하였다. Furthermore, a part of the TMP pulp thus prepared was bleached, and the bleaching conditions of the waste residue TMP were subjected to alkali and hydrogen peroxide bleaching to minimize environmental and economic effects, as shown in Table 1 below.

[표 1: 폐잔재의 표백 조건]Table 1: Bleaching Conditions of Waste Residues

표백 약품Bleach medication 약품 첨가량 (%)* Drug addition amount (%) * 표백           bleaching NaOHNaOH 2.0 2.0 H2O2 H 2 O 2 2.02.0 처리 조건           Processing conditions 표백 온도: 80℃Bleaching Temperature: 80 ℃ pH 7.5pH 7.5 표백 시간: 60 minBleaching Time: 60 min 표백 농도: 1%(v/v)Bleaching Concentration: 1% (v / v)

* 첨가량은 펄프 섬유의 전건 중량(g) 기준 * Addition amount based on the total weight (g) of pulp fibers

이어서, 상기와 같이 펄프화한 폐잔재 및 소경재를 3%농도로 희석하였다. 이렇게 폐잔재를 이용하여 제조된 TMP의 경우 리그닌이 다량 함유된 열기계펄프 자체의 강직함 때문에 수소결합만으로는 섬유간 결합이 매우 약하기 때문에 성형이 매우 어렵다. 그래서, TMP 섬유의 결합 성능을 보조하기 위하여 치환도(DS) 0.06인 양이온성 전분(삼양제넥스)을 섬유의 전건중량에 대하여 0%, 10%, 20% 그리고 30% 첨가하였다. 전분은 완충소재 성형상자에 투입하기에 앞서서 약 80-85℃ 온도에서 20-25분간 호화(gelatinization)시킨 후 1%로 희석하여 사용하였다. 전분이 혼합된 펄프 현탁액은 감압성형장치의 성형상자에 투입되기에 앞서서 교반기를 이용하여 800 rpm에서 1분간 해리시켜 이용하였다. 전분이 배합된 3% 지료는 전건중량 약 50 g, 75 g, 그리고 100 g이 되도록 약 1,670 mL, 2100mL, 그리고 3,330 mL를 취하여 감압성형장치에 넣은 후 평판(사각) 완충소재를 제작하였다. 감압 시간에 따른 완충소재의 물성 변화를 알아보기 위하여 감압 시간을 10-60 초 범위(10초 간격)에서 변화시켜 완충소재를 제조하였다.Subsequently, the pulped waste residue and the small diameter material were diluted to 3% concentration as described above. In the case of the TMP manufactured using the waste residue, molding is very difficult because the bond between the fibers is very weak due to the hydrogen bond alone because of the rigidity of the thermo-based pulp itself containing a large amount of lignin. Thus, in order to assist the binding performance of the TMP fibers, cationic starch (Samyang Genex) having a degree of substitution (DS) of 0.06 was added to 0%, 10%, 20% and 30% of the total dry weight of the fiber. Starch was used after diluting to 1% after gelatinization at a temperature of about 80-85 ° C. for 20-25 minutes prior to feeding into the buffer material molding box. Starch-mixed pulp suspension was used by dissociation at 800 rpm for 1 minute using a stirrer prior to being put into the molding box of the pressure reducing apparatus. The starch-containing 3% stock was prepared by taking 1,670 mL, 2100 mL, and 3,330 mL of the total weight of about 50 g, 75 g, and 100 g into a reduced pressure molding machine, and then making a plate (square) buffer material. The buffer material was prepared by changing the decompression time in the range of 10-60 seconds (10 second intervals) to determine the change in physical properties of the buffer material according to the decompression time.

성형된 완충소재는 약 150℃의 온도로 가열된 공기를 송풍기를 통하여 완충소재 쪽으로 10분간 강제 송풍시켜 완충소재에 잔류되어 있는 과량의 수분을 제거한 후 건조 오븐(drying oven)에서 대기상태의 함수율(5-8%)까지 건조시켰다. 건조된 완충소재의 표면은 약한 수소결합에 의하여 결합된 미세섬유들로 구성되어 있기 때문에 사용 중 접촉 혹은 마찰로 인하여 지분의 형태로 쉽게 탈리되는 경향이 있었다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 호화된 1% 전분용액으로 완충소재의 표면을 3회 반복 표면사이징(surface sizing) 처리를 한 후 완충소재의 물성을 측정하였다. The molded buffer material is forced to blow air heated to a temperature of about 150 ℃ to the buffer material through the blower for 10 minutes to remove the excess moisture remaining in the buffer material and then the moisture content of the atmospheric state in the drying oven ( 5-8%). Since the surface of the dried buffer material was composed of fine fibers bonded by weak hydrogen bonds, it tended to detach easily in the form of a stake due to contact or friction during use. To compensate for these drawbacks, the physical properties of the buffer material were measured after three repeated surface sizing treatments on the surface of the buffer material with gelatinized 1% starch solution.

실시예Example 2: 완충소재의 제조를 위한 제조 조건 2: Manufacturing conditions for the preparation of the buffer material

완충소재 제조를 위한 폐잔재 제조 조건은 하기의 표 2에 정리하였다. Waste residue manufacturing conditions for the preparation of the buffer material are summarized in Table 2 below.

[표 2: 완충소재 제조에 사용된 폐지 종류별 제조 조건]Table 2: Manufacturing Conditions by Type of Waste Paper Used to Manufacture Buffer Materials]

감압시간 (sec)Decompression time (sec) 양이온성 전분 (%)Cationic Starch (%) 표면사이징 횟수2 ) Number of surface sizing 2 ) NaOH, H2O2 (%)3) NaOH, H 2 O 2 (%) 3) 원료1 ) Raw material 1 ) TMPTMP 10, 20, 30, 40, 50, 6010, 20, 30, 40, 50, 60 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 300, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 0, 1, 2, 30, 1, 2, 3 BTMPBTMP 1010 10, 20, 3010, 20, 30 NaOH 2% H2O2 2%NaOH 2% H 2 O 2 2% MDFMDF 1010 10, 20, 3010, 20, 30

※ 모든 첨가량(%)은 원료의 전건 중량을 기준으로 하였다.※ All additions (%) were based on the total weight of the raw materials.

1) 원료는 TMP, BTMP, 그리고 MDF를 사용하였다. 1) TMP, BTMP, and MDF were used as raw materials.

2) 표면사이징 처리는 TMP에만 적용되었다. 2) Surface sizing was only applied to TMP.

3) 표백은 TMP에만 적용되었다. 3) Bleaching only applied to TMP.

상기한 표 2에 나타난 바와 같이, 감압 지속 시간(suctioning time)에 따른 완충소재의 물성 변화를 알아보기 위하여 각각 양이온성 전분의 첨가량을 10%로 고정하고, 폐잔재 TMP 현탁액에 대하여 10-60초의 범위(10초 간격)에서 감압 시간을 달리하여 완충소재를 제조하였다.As shown in Table 2 above, in order to determine the change in the physical properties of the buffer material according to the desorption time (suctioning time), the amount of cationic starch was fixed at 10%, and 10-60 seconds for the waste residue TMP suspension. A buffer material was prepared by varying the decompression time in the range (interval of 10 seconds).

그리고, 폐잔재 TMP에 대한 양이온성 전분의 적정 혼합비율과 양이온성 전분의 첨가에 따른 완충소재의 물성 변화를 알아보기 위하여 양이온성 전분 첨가량을 0% 부터 30%까지 2% 간격으로 증가시켜 첨가하였다. 양이온성 전분이 첨가될 때 일정한 조건 하에서 완충소재를 제조하기 위하여 감압탈수 시간(suction time)은 10초로 고정하였다.In addition, in order to investigate the proper mixing ratio of cationic starch to the waste residue TMP and the change of the physical properties of the buffer material according to the addition of cationic starch, the amount of cationic starch was increased from 0% to 30% at 2% intervals. . When the cationic starch was added, the vacuum dehydration time was fixed at 10 seconds to prepare a buffer material under constant conditions.

또한, 폐잔재 TMP로 제조되어진 완충소재의 표면은 약한 수소결합에 의하여 결합된 미세섬유들로 이루어져 있으므로 건조 오븐을 이용하여 대기상태의 함수율(5-8%)까지 건조 후 호화된 1% 전분용액으로 완충소재의 표면을 1회, 2회, 그리고 3회씩 롤을 이용하여 표면사이징 처리(도 9 참조)를 한 후 각각의 물성변화를 측정비교하였다. In addition, since the surface of the buffer material made of waste residue TMP is composed of fine fibers bonded by weak hydrogen bonds, 1% starch solution that was gelatinized after drying to dry moisture (5-8%) using a drying oven. The surface of the buffer material was subjected to the surface sizing treatment (see FIG. 9) using a roll once, twice, and three times, and then the change of physical properties was measured and compared.

또한, 폐잔재를 이용하여 완충소재를 제조 후 제품화 하였을 경우 표백공정이 완충소재의 물성에 미치는 영향을 고려하여 NaOH 와 H2O2를 각각 2% 첨가 후 pH(7.5)에서 1 hour 동안 반응시켜 표백 TMP (BTMP)로 제조 되어진 완충소재와 미표백 TMP로 제조 되어진 완충소재의 백색도와 탄성계수를 비교 분석하였다. 각각의 완충소재에 대한 물성 비교를 위하여 양이온성 전분을 10%, 20%, 그리고 30% 첨가하였다. In the case hayeoteul using the waste remnant commercialized after producing a cushioning material in consideration of the effect of the bleaching process on the properties of the vibration damping materials were reacted for 1 hour in pH (7.5) after the 2% addition of NaOH and H 2 O 2 The whiteness and modulus of elasticity of the buffer material made of bleached TMP (BTMP) and the buffer material made of unbleached TMP were compared and analyzed. 10%, 20%, and 30% of cationic starch was added to compare the physical properties of each buffer material.

또한, 폐MDF를 원료로 하여 완충소재를 제조하기 위해서는 감압탈수 시간을 10초로 고정하여 양이온성 전분을 10%, 20%, 그리고 30% 첨가하여 물성을 비교비교 분석하였다. In addition, to prepare a buffer material using waste MDF as a raw material, the decompression dehydration time was fixed at 10 seconds, and 10%, 20%, and 30% of cationic starch was added for comparative analysis.

또한, 완충소재의 재활용에 따른 물성 변화를 알아보기 위하여 TMP 원료 중량의 10%에 해당하는 양이온성 전분을 첨가하여 제조한 완충소재를 2회까지 리사이클링 처리를 한 후 각 처리 횟수마다 완충소재의 겉보기밀도 및 탄성계수를 측정하여 물성 변화를 알아보았다.In addition, the buffer material prepared by adding cationic starch equivalent to 10% of the weight of TMP raw material was recycled up to two times in order to examine the change in physical properties according to the recycling of the buffer material. Density and modulus of elasticity were measured to determine the change in physical properties.

또한, 완충소재에 내수성을 부여하기 위한 발수 처리를 위하여 반응성 사이즈제인 Alkenyl Succinic Anhydride (AKD)를 TMP 섬유의 전건 중량에 대하여 0-1.0%까지 첨가하여 완충소재를 제조하였고, 발수성을 측정하기 위하여 접촉각 측정기(AMS-2001, 미래로시스템)를 이용하여 접촉각을 측정하였다.In addition, for the water-repellent treatment to impart water resistance to the buffer material, Alkenyl Succinic Anhydride (AKD), a reactive sizing agent, was added to 0-1.0% of the total weight of the TMP fiber to prepare a buffer material, and the contact angle was measured to measure the water repellency. The contact angle was measured using a measuring instrument (AMS-2001, Miraero System).

실험예Experimental Example 1: 완충소재의 물성 측정 1: Measurement of physical properties of buffer material

본 발명에 따라 제조된 완충소재의 물성을 측정하기 위하여 수분증발율(drying rate), 백색도(brightness), 겉보기밀도(apparent density), 압축강도(compressive strength), 복원율(restoring ratio), 탄성계수, 그리고 공극률(porosity)을 측정하였다.Drying rate, brightness, apparent density, compressive strength, restoring ratio, modulus of elasticity, and the like to measure the physical properties of the buffer material prepared according to the present invention. Porosity was measured.

수분 증발율은 스위스 Ohaus사의 자동함수율 측정기(MB45)를 RS232 케이블을 통하여 PC의 하이퍼터미널에 연결하여 진공성형장치에 제조된 완충소재의 수분 제거속도를 측정하였다. 완충소재의 백색도는 미국 Technidyne사의 Brighterimeter Micro S-5/BOC를 이용하였다. 완충소재의 겉보기밀도를 계산하기 위해서 버니어캘 리퍼스를 이용하여 완충소재의 두께를 측정한 후 완충소재의 상하 면적의 평균값을 계산하였다. 그 후 아래의 계산식에 의하여 겉보기밀도를 계산하였다.Moisture evaporation rate was measured by the Ohaus company's automatic water content rate meter (MB45) connected to the hyper terminal of the PC via an RS232 cable to measure the water removal rate of the buffer material manufactured in the vacuum molding apparatus. Whiteness of the buffer material was used Brighterimeter Micro S-5 / BOC of Technidyne, USA. In order to calculate the apparent density of the buffer material, the thickness of the buffer material was measured using a vernier caliper, and then the average value of the upper and lower areas of the buffer material was calculated. Then, the apparent density was calculated by the following formula.

Figure 112007036577122-PAT00001
(1)
Figure 112007036577122-PAT00001
(One)

(W = Weight (g) of a shock-absorbing material( W = Weight (g) of a shock-absorbing material

T = Thickness(m) of a shock-absorbing material T = Thickness (m) of a shock-absorbing material

A t = Area(m2) of a top side of a shock-absorbing material A t = Area (m 2 ) of a top side of a shock-absorbing material

A b =Area(m2) of a bottom side of a shock-absorbing material.) A b = Area (m 2 ) of a bottom side of a shock-absorbing material.)

폐잔재 섬유를 이용하여 제조되어진 완충소재의 물성을 측정하기 위하여 물성 분석기(TA-XT2i, Stable Micro Systems Ltd.)를 사용하였다. 만약 완충소재가 포장 물품을 보호하기 위해서는 외부 충격을 흡수하는 뛰어난 완충력을 가져야 하므로 매우 낮은 압축강도를 지녀야 한다. 또한 충격 흡수 후 완충소재의 완충 효능을 어느 정도 유지하기 위해서는 자체 복원력도 우수해야 하기 때문에 적정 범위의 탄성계수도 가져야 할 것으로 보인다. 따라서 팽연소재의 물성 분석에 사용된 항목들은 복원율, 압축강도(kgf), 탄성계수(kPa)였다. 압축강도 측정은 평판 압축실험으로 수행하였으며, 하중 재하속도(loading speed)는 ASAES368.3에서 규정하고 있는 2.530 mm/min의 범위 내인 30 mm/min으로 하였다. 탄성계수를 산출하기 위하여 적용된 공식은 아래와 같다.The physical property analyzer (TA-XT2i, Stable Micro Systems Ltd.) was used to measure the physical properties of the buffer material manufactured using the waste residue fibers. If the cushioning material has to have excellent buffering capacity to absorb external shocks in order to protect the packaged goods, it must have very low compressive strength. In addition, in order to maintain the buffering effect of the shock absorbing material to some extent after shock absorption, the self-resilience must be excellent, so it is necessary to have an elastic modulus within a proper range. Therefore, the items used for the physical properties analysis of the inflated material were the recovery rate, compressive strength (kgf), and modulus of elasticity (kPa). The compressive strength was measured by flat plate compression test, and the loading speed was 30 mm / min within the range of 2.530 mm / min as defined in ASAES 368.3. The formula applied to calculate the elastic modulus is as follows.

Figure 112007036577122-PAT00002
(2)
Figure 112007036577122-PAT00002
(2)

여기서 P = 압축강도(N), A = 면적(m2), △l = 변위(m), l = 직경(m)을 의미한다. 완충소재의 복원율(restoring ratio)은 아래의 공식으로 계산하였다.Where P = compressive strength (N), A = area (m 2 ), Δl = displacement (m), and l = diameter (m). The restoring ratio of the buffer material was calculated by the following formula.

Figure 112007036577122-PAT00003
(3)
Figure 112007036577122-PAT00003
(3)

l 1 = Distance of a load cell applied (=5 mm)l 1 = Distance of a load cell applied (= 5 mm)

Δl 2 = Distance when compressive strength is zero.)Δ l 2 = Distance when compressive strength is zero.)

실험예Experimental Example 2: 완충소재의 공극률 계산 2: Calculation of porosity of buffer material

본 발명에 따른 완충소재의 공극률을 계산하기 위해서 완충소재를 다음과 같은 방법으로 먼저 완충소재를 포매(embedding)시켰다. 에폭시의 일종인 에폰 812 (Epon 812, Polysciences, Inc.)의 경우 경화제는 무수도데세닐숙신산(DDSA, Dodecenyl Succinic Anhydride, Polysciences, Inc)과 무수메틸나딕(MNA, Methyl Nadic Anhydride, Polysciences, Inc.)이 사용 되고 경화가속제로는 DMP-30 (bis-Dimethylaminomethyl phenol, Polysciences, Inc.)이 사용된다. In order to calculate the porosity of the buffer material according to the present invention, the buffer material was first embedded in the buffer method as follows. For Epon 812 (Polysciences, Inc.), a type of epoxy, the curing agent is dodecenyl succinic anhydride (Polysciences, Inc.) and methyl anhydride (MNA, Methyl Nadic Anhydride, Polysciences, Inc) DMP-30 ( bis- Dimethylaminomethyl phenol, Polysciences, Inc.) is used as a curing accelerator.

에폰 812 100 g에 무수도데세닐숙신산 112 g을 혼합한 A액과 에폰 812 100 g에 무수메틸나딕 75 g을 혼합한 B액을 만들어 서로 혼합하여 사용하였다. A액이 많이 들어가면 경화에폭시가 부드럽게 되고 B액이 많이 들어가면 에폭시가 단단히 경화한다. 두 액을 그 혼합비대로 조절한 후 경화반응(중합반응)을 촉진시키기 위하여 두 혼합액의 1.5-2%에 해당하는 가속화제 DMP-30을 첨가하여 균일하게 혼합하였다. 가속화제를 첨가한 후 진공오븐을 사용하여 차례로 35℃에서 12시간, 45℃에서 12시간, 마지막으로 60℃에서 48시간동안 각각 중합이 일어나도록 방치하였다(UV광을 조사하여 중합시켜도 된다). A solution obtained by mixing 112 g of dodecenyl succinic anhydride in 100 g of EPON 812 and B liquid in which 75 g of methylnadic anhydride was mixed in 100 g of EPON 812 was used and mixed with each other. A large amount of liquid A softens the epoxy, while a large amount of liquid B hardens the epoxy. After the two liquids were adjusted to their mixing ratio, in order to promote the curing reaction (polymerization reaction), the accelerator DMP-30 corresponding to 1.5-2% of the two liquid mixtures was added and mixed uniformly. After the addition of the accelerator, the polymerization was allowed to proceed for 12 hours at 35 ° C., 12 hours at 45 ° C., and finally at 60 ° C. for 48 hours using a vacuum oven (you may polymerize by irradiation with UV light).

포매된 완충소재는 미국 Reichert사에서 제조한 회전형 마이크로톰(HistoSTAT-820)을 이용하여 약 20 ㎛ 두께의 미세 박편을 만든 후 1% Toludine Blue 용액에서 염색시켰고, 염색된 박편을 Olympus의 광학현미경을 이용하여 단면 사진을 촬영하였다(도 10a, b). 완충소재의 단면 사진 영상은 Carl Zeiss사(Germany)의 Axiovision 4.4 화상분석프로그램에 의하여 이진화 영상(도 10c, d)으로 전환된 후 검은색 영역에 해당하는 면적이 공극(voids)에 해당되므로 화상분석 프로그램에 의하여 이들 면적을 구한 후 완충소재의 공극률을 계산하였다. 도 10c, d와 같이 섬유(흰색 부분) 외의 공간을 섬유가 채워지지 않은 공극으로 간주할 때 완충소재의 공극률(porosity)은 전체 면적으로부터 섬유가 채워지지 않은 공간(공극)의 면적으로 나누어 아래의 식 (4)와 같이 계산할 수 있다:Embedded buffer material was made by using a rotating microtome (HistoSTAT-820) manufactured by Reichert, USA, and made a micro flake of about 20 μm thick, and then dyed in 1% Toludine Blue solution, and the stained flakes were subjected to Olympus optical microscope. The cross-sectional photograph was taken using (FIG. 10A, b). The cross-sectional image of the buffer material is converted to a binarized image (Fig. 10c, d) by Axiovision 4.4 image analysis program of Carl Zeiss (Germany), so that the area corresponding to the black area corresponds to voids. After calculating these areas by the program, the porosity of the buffer material was calculated. When the space other than the fiber (white part) is regarded as the void not filled with fibers as shown in FIGS. 10C and d, the porosity of the buffer material is divided from the total area by the area of the void (filled) space below We can calculate it as (4):

Figure 112007036577122-PAT00004
(4)
Figure 112007036577122-PAT00004
(4)

여기서, V t - V s = Volume of voids이고, V t = Total volume 이다.Where V t -V s = Volume of voids, V t = Total volume.

실제의 공극률은 부피 개념이지만, 20 ㎛ 두께의 단면이 갖는 공극률을 계산하여 완충소재 전체가 갖는 공극의 수를 예측하고자 하였다. Although the actual porosity is a volume concept, the porosity of the cross section having a thickness of 20 μm was calculated to predict the number of pores of the entire buffer material.

실험예Experimental Example 3: 완충소재의 단열실험 3: Insulation test of buffer material

열기계펄프 섬유로 만든 완충소재의 열전도도를 측정하기 위해 본 연구에서는 ISO 8894-1,2에 근거하여 쾌속 열전도도 측정기(QTM-500, Kyoto Electronics)와 열선이 부착된 표준 Probe (PD-13,Kyoto Electronics)를 사용 하여 열전도도를 측정하였다. 열전도 측정기는 0.013-12 W/m℃의 측정범위 및 ±3%의 재현성을 갖는다. 프로브의 크기는 가로 95 mm, 세로 40 mm이며 시료 표면과 직접 접촉하는 프로브의 표면은 재질은 유리섬유(glass fiber)이고 표면의 폭이 1 mm인 콘스탄탄(constantan) 열선이 부착되어 있다. 열전도도 시험을 위해 10%의 양이온성 전분이 첨가된 TMP 완충소재를 제조하여 시편을 담는 몰드에 빈공간이 생기지 않도록 100×50×20 mm의 크기로 정확히 완충 소재를 절단하여 열전도도를 측정하였다. 또한 측정 시스템 주변의 온도변화에 의한 측정 결과의 오차를 최소화하기 위해서 실 내 온도를 20-23℃로 일정하게 유지 하였으며 아래의 식 (5)에 근거하여 전용 프로그램(SOFT-QTM5EW)으로 열전도도를 산정하였다. In order to measure the thermal conductivity of a buffer material made of thermo-mechanical pulp fibers, this study used a rapid thermal conductivity meter (QTM-500, Kyoto Electronics) and a standard probe (PD-13) with a heating wire based on ISO 8894-1,2. , Kyoto Electronics) was used to measure the thermal conductivity. The thermal conductivity meter has a measuring range of 0.013-12 W / m ° C and a reproducibility of ± 3%. The probe is 95 mm wide and 40 mm long, and the surface of the probe that is in direct contact with the surface of the sample is made of glass fiber, and a constantan hot wire having a surface width of 1 mm is attached. TMP buffer material containing 10% cationic starch was prepared for the thermal conductivity test, and the thermal conductivity was measured by precisely cutting the buffer material to a size of 100 × 50 × 20 mm so as not to form a void in the mold containing the specimen. . In addition, in order to minimize the error of the measurement result due to the temperature change around the measurement system, the room temperature was kept constant at 20-23 ℃, and the thermal conductivity was developed using the dedicated program (SOFT-QTM5EW) based on the following equation (5). Calculated.

Figure 112007036577122-PAT00005
(5)
Figure 112007036577122-PAT00005
(5)

λ : 열전도율(W/mK) λ : thermal conductivity (W / mK)

K, H : Probe 정수 K , H : Probe integer

R : Probe 히터의 단위 길이당 전기저항(Ω/m) R : Electric resistance per unit length of probe heater (Ω / m)

I : 가열전류(A) I : heating current (A)

t 1 , t 2 : 전류를 인가한 후부터의 시간(s) t 1 , t 2 : Time since application of current (s)

T 1 , T 2 : 에서의 온도(℃). T 1 , T 2 : Temperature at (° C).

실험예Experimental Example 4: 완충소재의 낙하 실험 4: Dropping test of buffer material

완충 소재의 가장 큰 목적은 외부 충격으로부터 제품을 보호하는 것이다. 이러한 충격은 주로 낙하 충격 시 발생되고, 이러한 충격력에 의해 제품의 파손 및 성능 저하가 초래된다. 완충재를 포장재로 사용하였을 경우 낙하 시 충격에 견딜 수 있는 정도를 측정하기 위해 완충소재의 내부에 유리잔을 넣은 후 KS A 1011 포장 화물의 낙하시험 중 자유낙하 시험을 통해 완충재와 EPS (Expanded Polystyrene, 발포 스티로폼)의 성능을 비교 분석하였다. 자유낙하 시험 때는 모서리 낙하, 측면 낙하, 그리고 평면 낙하방식을 적용하여 완충소재의 파손 유무 및 유리잔의 상태 등을 관찰하였다.The main purpose of the cushioning material is to protect the product from external shocks. These shocks are mainly generated during drop impacts, and the impact force causes breakage and deterioration of the product. When the cushioning material is used as a packing material, the glass is placed inside the buffering material to measure the degree of resistance to impact during the dropping, and the freezing test during the dropping test of KS A 1011 packaged cargo is carried out using the buffering material and EPS (Expanded Polystyrene, Performance of the foamed styrofoam). In the free fall test, edge drop, side drop, and plane drop were used to observe the presence of breakage of the cushioning material and the state of the glass.

실험예Experimental Example 5: 완충소재의 단면 형상 5: cross-sectional shape of cushioning material

완충소재는 외부로부터 충격이 가해졌을 때 그 충격을 흡수하여 포장된 물품에 손상이 가해지지 않도록 해야 한다. 충격 흡수를 위해서는 완충소재의 내부 구조가 매우 큰 다공성 구조(porous structure)를 지녀야 하고, 결국 밀도가 낮은 구조(bulky structure)가 되어야 한다. 현재 유통되어지고 있는 몰드 형태로 만들어진 완충소재의 경우 그 조직이 매우 규칙적이면서도 치밀하여 외부 충격을 흡수하는 것이 매우 어렵다(도 11a). 즉, 펄프 몰드는 외부 충격이 그대로 포장물품에 전달되는 중간 매개체 역할을 하게 된다. 이에 반해 스티로폼은 도 11b와 같이 외부 충격을 흡수하기 위해 98%이상의 공극을 가지고 있음을 확인 할 수 있다. 폐잔재 섬유를 원료로 하여 제조되어진 완충소재의 경우 도 11c 에서 보는 바와 같이 펄프 몰드의 단면 조직과는 달리 내부 구조가 무질서하면서도 느슨하게 형성되어 수많은 공극(voids)들이 존재하므로 발포 스티로폼과 같이 유사하다.The cushioning material shall absorb the shock when it is impacted from the outside to prevent damage to the packaged goods. In order to absorb shock, the internal structure of the buffer material must have a very large porous structure, and eventually a bulky structure. In the case of a buffer material made of a mold that is currently in circulation, its structure is very regular and dense, so it is very difficult to absorb external shock (FIG. 11A). That is, the pulp mold serves as an intermediate medium through which the external impact is transmitted to the packaged product as it is. On the contrary, it can be seen that the styrofoam has pores of 98% or more to absorb external shock as shown in FIG. 11B. As shown in FIG. 11C, the buffer material manufactured from the waste residue fibers is similar to the foamed styrofoam, because unlike the cross-sectional structure of the pulp mold, the internal structure is disorderly and loosely formed and numerous voids exist.

펄프 몰드와 매우 치밀한 내부 구조를 갖는 완충소재는 도 12의 (a)에서 보는 바와 같이 외부 충격이 펄프 몰드에 가해지게 되면 펄프 몰드 자체가 그 충격을 흡수할 수 있는 구조를 가지고 있지 않기 때문에 외부에서 가해진 충격(F)과 동일한 힘(F')을 그대로 포장 물품에 전달하게 된다. 결국 포장 물품의 손상을 가져와 포장 물품의 최초 가치를 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 그러나 감압 성형된 완충소재에는 외부로부터 완충소재에 충격이 가해지더라도 그 충격을 흡수할 수 있는 여유 공간들이 형성되어 있기 때문에 도 12의 (b)와 같이 외부충격의 대부분이 완충소재 내부에서 흡수제거되어 최초에 가해진 힘(F)보다 훨씬 작은 힘(F')이 포장 물품에 전달되기 때문에 포장 물품에는 아무런 손상이 일어나지 않게 된다. 따라서 완충소재가 외부 충격으로부터 포장 물품을 보호하는 역할을 하게 된다.As shown in (a) of FIG. 12, the cushioning material having a very close internal structure with the pulp mold has a structure in which the pulp mold itself does not have a structure that can absorb the impact when an external impact is applied to the pulp mold. The same force F 'as the impact F applied is transmitted to the package as it is. This results in damage to the packaged product, resulting in a loss of the original value of the packaged product. However, since the buffer material formed under reduced pressure has free spaces capable of absorbing the shock even when the shock is applied to the buffer material from the outside, most of the external shock is absorbed and removed from the inside of the buffer material as shown in FIG. Since no force F 'is transmitted to the packaged article, much less than the initially applied force F, no damage occurs to the packaged article. Therefore, the cushioning material serves to protect the packaged product from external impact.

실험예Experimental Example 6: 진공탈수 시간에 따른 완충소재의 물성 변화 6: Change of Physical Properties of Buffer Material with Vacuum Dehydration Time

평판형 완충소재의 제조시 3% 농도의 펄프 현탁액을 성형상자(forming box)에 넣은 후 감압을 가하면 탈수(drainage)가 이루어진다. 감압을 통하여 펄프 현탁액에 포함된 수분이 많이 제거될수록 성형 후 건조시간을 줄일 수 있게 되고, 결국은 완충소재의 제조단가를 낮추는데 기여한다. 폐잔재로 제조한 TMP의 경우 감압탈수 시간이 증가하여도 일정 시간 이상이 되면 완충소재의 물성에는 거의 영향을 미치지 않는 다는 것을 확인 할 수 있었다. 따라서 감압 시간과 제조단가와는 밀접한 관련이 있는 매우 중요한 공정의 일부이므로 세심한 주의가 요구된다.      In the manufacture of a flat buffer material, a 3% concentration of pulp suspension is placed in a forming box, followed by depressurization, and drainage is performed. As the moisture contained in the pulp suspension is removed through the reduced pressure, drying time after molding can be reduced, which contributes to lowering the manufacturing cost of the buffer material. In the case of TMP manufactured from waste residues, it could be confirmed that even if the decompression dehydration time increases, the physical properties of the buffer material are hardly affected when the dehydration time increases. Therefore, careful attention is required because it is part of a very important process that is closely related to decompression time and manufacturing cost.

완충소재가 효과적인 내충격성을 가지기 위해서는 일정 체적 내에 존재하는 섬유의 양이 가능한 적어야 한다. 적절한 내충격성을 가지기 위해 완충소재의 밀도를 낮추게 되면 완충소재의 조직을 구성하는 폐지 섬유의 양도 적어지게 되고, 결국 제조단가의 감소에도 기여하게 되는 것이다. 그러므로 완충소재의 건조시간과 밀도는 완충소재의 경제성을 평가하는데 있어서 매우 중요한 요인으로 이용된다. In order for the cushioning material to have effective impact resistance, the amount of fibers present in a certain volume should be as small as possible. If the density of the buffer material is lowered to have an appropriate impact resistance, the amount of waste paper fibers constituting the tissue of the buffer material is also reduced, which in turn contributes to a reduction in manufacturing cost. Therefore, the drying time and density of the buffer material are very important factors in evaluating the economics of the buffer material.

물리적 측면에서 완충소재로서의 기능을 평가하는데 있어서 가장 중요한 요소는 완충소재의 탄성계수(kPa)와 밀도(g/cm3)이다. 표 3은 폐잔재로 만든 TMP를 성형할 때 완충소재의 형상유지에 필요한 양이온성 전분의 양을 10% 첨가하여 감압시간(suction time)에 따른 탄성계수(Elastic modulus)와 겉보기 밀도(apparent density)의 변화를 스티로폼(styrofoam)과 펄프 몰드(pulp mold)의 값들과 비교한 결과를 나타낸 것이다. 도 13은 감압성형기의 감압시간 변화에 따른 완충소재의 겉보기밀도 변화를 표 3에 나타낸 결과에 근거하여 펄프 몰드와 스티로폼의 값과 비교하여 나타낸 것이다.The most important factors in evaluating the function as a buffer material in physical terms are the elastic modulus (kPa) and density (g / cm 3 ) of the buffer material. Table 3 shows the elastic modulus and apparent density according to the decompression time by adding 10% of the amount of cationic starch required to maintain the shape of the buffer material when molding TMP made from waste residue. The change of is compared with the values of styrofoam and pulp mold. Figure 13 shows the change in the apparent density of the buffer material with a change in the decompression time of the pressure reducing machine compared with the values of the pulp mold and styrofoam based on the results shown in Table 3.

[표 3: 진공시간에 따른 완충소재의 물성 변화]Table 3: Changes in Physical Properties of Buffer Materials with Vacuum Time

Figure 112007036577122-PAT00006
Figure 112007036577122-PAT00006

완충소재를 제조할 때에는 경제적 측면을 고려하여 짧은 감압 탈수 시간 하에서 폐잔재 섬유를 적게 사용하여 완충소재의 비용적이 큰 상태(bulky state)를 유지하는 것이 무엇보다 중요하다. 도 13에서 볼 수 있듯이 감압 시간이 길어지면서 완충소재의 겉보기 밀도가 증가하지만 30초 이후부터 큰 증가폭을 나타내지 않았다. 이것은 완충소재를 구성하는 TMP 섬유들은 표면에 많은 양의 리그닌을 함유하고 있기 때문에 이들 섬유들 자체가 갖는 강직성으로 인하여 임계 수준 이상의 밀도에서 는 섬유들의 조직이 치밀해지는 경향이 거의 없는 것에서 그 원인을 찾을 수 있을 것 같다. 즉, 저진공 탈수(low vacuum) 하에서는 리그닌을 다량 함유한 섬유들 사이에 Campbell력(Campbell's force)이 작용하지 않아 완충소재의 내부 조직이 치밀해지는 경향이 거의 없어지는 것으로 판단된다. 따라서 TMP 섬유로 완충소재를 제조할 때에는 30초 이하의 감압시간이 적절한 것으로 판단되었다.When manufacturing the buffer material, it is important to maintain the bulky state of the buffer material by using less waste residue fiber under short decompression dehydration time in consideration of economic aspects. As can be seen in FIG. 13, the apparent density of the buffer material increased as the decompression time increased, but did not show a large increase after 30 seconds. This is because the TMP fibers constituting the buffer material contain a large amount of lignin on the surface, and thus, due to the rigidity of these fibers themselves, there is little tendency for the fibers to be dense at a density above the critical level. I think I can. That is, under low vacuum, Campbell's force is not applied between the fibers containing a large amount of lignin, and thus, the internal structure of the buffer material is almost eliminated. Therefore, it was judged that a decompression time of 30 seconds or less was appropriate when preparing a buffer material from TMP fibers.

또한 발포 스티로폼의 밀도는 약 0.03 g/cm3 정도로 펄프 몰드의 0.3 g/cm3에 비하여 10배 정도 작은 값을 보이고 있다. 반면에 폐잔재 TMP로 만든 완충소재는 감압 시간의 변화에 따라 0.08-0.12 g/cm3의 밀도를 가짐으로써 스티로폼의 밀도에 비하여 2-4배 정도 더 크지만 펄프 몰드에 비해서는 훨씬 더 작은 상태로 제조된다. TMP 완충소재를 제조하는 방식이 발포 스티로폼이 갖는 제조 원리와는 차이가 있다는 점을 고려한다면 TMP 완충소재의 겉보기 밀도는 상당히 낮게 형성되어 있다는 것을 쉽게 유추할 수 있다. 펄프 몰드의 경우에는 제조 과정 중에서 감압압착 공정 동안에 섬유들의 고밀화가 진행되어 펄프 몰드의 밀도를 상당히 증가시켰다. 반면에 TMP 완충소재는 감압 단계에서 압착 과정이 생략되기 때문에 섬유들의 고밀화가 거의 진행되지 않은 상태로 성형이 이루어진다. 또한 원료로 사용되는 TMP 섬유들은 리그닌이 거의 제거되지 않은 상태로 사용되기 때문에 표백된 섬유들에 비하여 유연성이 매우 떨어진다. 섬유가 강직 할수록 섬유간 결합력은 느슨하게 되며 이러한 강직한 섬유를 원료로 제조되어진 완충소재는 외부로부터 충격이 가해졌을 때 그 충격을 흡수할 수 있는 다공성의 내부 구조(bulky structure)를 가지게 된다.In addition, the density of the foamed styrofoam is about 0.03 g / cm 3 It is about 10 times smaller than the 0.3 g / cm 3 of the pulp mold. On the other hand, the buffer material made of waste residue TMP has a density of 0.08-0.12 g / cm 3 with the change of decompression time, which is about 2-4 times larger than the density of styrofoam but much smaller than the pulp mold. Is manufactured. Considering that the manufacturing method of the TMP buffer material is different from the manufacturing principle of the foamed styrofoam, it can be easily inferred that the apparent density of the TMP buffer material is formed to be very low. In the case of the pulp mold, the densification of the fibers during the pressure reduction process during the manufacturing process significantly increased the density of the pulp mold. On the other hand, since the compression process is omitted in the decompression step, the TMP buffer material is formed in a state where the densification of the fibers is hardly performed. In addition, TMP fibers used as raw materials are very inflexible compared to bleached fibers because they are used with little lignin removed. The more rigid the fiber is, the more loose the inter-fiber bonding force is, and the buffer material made of such rigid fiber has a porous internal structure that can absorb the impact when an impact is applied from the outside.

도 14는 폐잔재 TMP로 제조된 완충소재의 탄성계수를 스티로폼의 탄성계수와 비교하여 나타낸 그래프이다. 완충성능을 평가하는데 있어서 탄성계수가 지나치게 높게 나타나면 외부 충격을 포장 물품 쪽으로 전이하는 힘이 커지는 것을 의미하기 때문에 포장 물품의 파손을 초래할 수 있다. 따라서 완충소재로 사용되기 위해서는 가능하면 탄성계수가 낮은 것이 유리하다. 겉보기 밀도의 결과와는 달리 감압탈수시간이 증가하면서 완충소재의 탄성계수도가 지속적으로 증가하였다. 감압탈수 시간의 증가가 완충소재의 밀도 상승에는 큰 영향을 미치지 않지만 결합보조제로 첨가된 전분과 섬유들 사이의 결합력을 상승시켜 탄성계수를 상승시키는데 기여한 것으로 보인다. 14 is a graph showing the elastic modulus of the buffer material made of waste residue TMP compared with the elastic modulus of styrofoam. Too high an elastic modulus in evaluating the buffering performance may result in a breakage of the packaged article because it means that a force for transferring an external impact toward the packaged article is increased. Therefore, in order to be used as a cushioning material, it is advantageous to have a low modulus of elasticity if possible. Contrary to the results of the apparent density, the elastic modulus of the buffer material increased continuously as the decompression dehydration time increased. Increasing the depressurization time did not have a significant effect on the density increase of the buffer material, but it seemed to contribute to increase the modulus of elasticity by increasing the bonding force between the starch and the fibers added as a binding aid.

또한 스티로폼(computer case)의 탄성계수가 약 941 kPa로 감압탈수시간에 관계없이 TMP로 제조된 완충소재에 비하여 더 높은 값을 보였다. 펄프 몰드의 탄성계수(약 1768 kPa)에 비해서도 TMP 완충소재는 훨씬 작은 값을 나타내었다. 이는 폐잔재 TMP로 제조 되어진 완충소재가 펄프 몰드나 스티로폼보다 더 우수한 완충성능을 보유하고 있음을 의미하는 것이다. 앞서 언급한 바와 같이 폐잔재 TMP로 제조 되어진 완충소재의 경우 TMP 자체가 리그닌을 다량 함유한 강직한 섬유로 이루어져 있기 때문에 저감압(Rough Vacuum)의 짧은 감압탈수 시간 동안에는 섬유간 결합에 필요한 Campbell력(Campbell force)이 강하게 작용하지 못하였을 것으로 판단된다. 따라서 느슨한 결합 조직을 갖는 완충소재가 만들어져서 스티로폼보다 낮은 탄성계수를 갖는 완충소재가 만들어 진 것으로 보인다. 그러나 완충소재의 탄성계수가 너무 낮게 되면 외부 충격에 의하여 완충소재의 구조 자체가 파괴되는 현상이 발생하여 포장물품에 손상을 초래할 가능성이 매우 높아진다. 따라서 최소한의 탄성계수를 유지하는 내부 구조가 되도록 성형이 이루어져야 하기 때문에 밀도에 큰 변화가 없다면 약 30초 정도의 감압탈수 시간을 적용할 필요가 있다.In addition, the elastic modulus of the styrofoam (computer case) was about 941 kPa, which was higher than that of the buffer material made of TMP regardless of the decompression dehydration time. Compared to the elastic modulus of the pulp mold (about 1768 kPa), the TMP buffer material showed a much smaller value. This means that the buffer material made of waste residue TMP has better buffering performance than pulp mold or styrofoam. As mentioned above, in the case of the buffer material made of waste residue TMP, since the TMP itself is made of rigid fiber containing a large amount of lignin, Campbell force required for bonding between fibers during a short depressurization time of rough vacuum ( Campbell force may not be strong. Therefore, a buffer material with loose connective tissue was made, and it seems that a buffer material having a lower elastic modulus than styrofoam was made. However, if the elastic modulus of the cushioning material is too low, the structure itself of the cushioning material is destroyed by an external impact, which is very likely to cause damage to the packaged goods. Therefore, it is necessary to apply a reduced pressure dehydration time of about 30 seconds if there is no significant change in density because the molding must be made to have an internal structure that maintains a minimum elastic modulus.

감압시간에 따른 완충소재의 탄성계수 변화를 보면 감압탈수 시간은 10초가 가장 이상적인 탄성계수를 나타내었다. 하지만 감압탈수에 의한 건조비용 절감 측면에서 경제적인 탈수 시간을 고려한다면 감압탈수 시간은 30초가 가장 적합할 것으로 사료되었다. 그러므로 감압탈수 시간을 늘려도 일정 시간이후 겉보기밀도의 증가나 탄성계수의 증가를 유발하지 않는다하여 감압 시간을 늘리는 것은 탈수에 의한 완충소재의 건조비용 측면에서 동력소비만 늘어날 뿐 실질적인 건조비용의 감소는 얻을 수 없다. In the change of elastic modulus of the buffer material with decompression time, decompression dehydration time was the most ideal elastic modulus. However, considering the economical dehydration time in terms of reducing the drying cost by decompression dehydration, 30 seconds of decompression dehydration time would be most suitable. Therefore, increasing the decompression dehydration time does not cause an increase in apparent density or elastic modulus after a certain period of time, so increasing the decompression time only increases the power consumption in terms of the drying cost of the buffered material by dehydration, but does not reduce the actual drying cost. Can't.

폐잔재 TMP로 제조 되어진 완충소재는 원료 자체의 강직성으로 인해 적정 시간의 감압탈수와 함께 형상유지를 위한 결합보조제의 첨가량의 결정이 가장 중요한 부분이라 사료된다.Buffer material made of waste residue TMP is considered to be the most important part because of the rigidity of the raw material itself, and the determination of the amount of binding aid added to maintain shape together with depressurization dehydration of appropriate time.

실험예Experimental Example 7: 전분첨가량에 따른  7: according to starch 폐잔재Waste residue TMPTMP , , BTMPBTMP  And MDFMDF 완충소재의 물성 변 화 Change of physical properties of buffer material

전분(starch)은 제지 분야에서 가장 오랫동안, 그리고 가장 광범위하게 사용되어 온 건조지력증강제들(dry-strength additives) 중의 하나이다. 천연 전분은 섬유와 마찬가지로 음이온을 띠고 있기 때문에 보류 효율이 매우 떨어지기 때문에 사용이 빠르게 격감하였다. 따라서 전분에 양이온기가 도입된 새로운 변성전분의 필요성이 강하게 대두되었고, 그 대안으로 개발된 것이 양이온성 전분(cationic starch)이다. 양이온성 전분은 4가 암모늄기(quaternary ammonium group)를 갖는 에폭시 계통 약품을 사용하여 pH와 온도를 높여가면서 에테르화 반응을 일으켜 제조한다. 이러한 양이온성 전분이 지료 현탁액(fiber suspension)에 투입되면 양이온성 전분 분자들이 섬유들 사이에 정착하여 섬유간 수소결합(interfiber bonding)을 증진시켜 종이의 강도를 향상시켜 주는 역할을 한다.Starch is one of the longest and most widely used dry-strength additives in the paper industry. Natural starch, like fibers, has negative ions, so its retention efficiency is very low, so its use is rapidly declining. Therefore, the necessity of a new modified starch having a cationic group introduced into the starch has emerged strongly, and cationic starch has been developed as an alternative. Cationic starch is prepared by using an epoxy-based chemical having a quaternary ammonium group and causing an etherification reaction at elevated pH and temperature. When the cationic starch is introduced into the fiber suspension, the cationic starch molecules are settled between the fibers to promote interfiber bonding, thereby improving the strength of the paper.

완충소재는 일반 종이류와는 달리 비용적(bulk)이 큰 상태로 제조되기 때문에 이웃한 섬유들 사이의 결합이 매우 약하게 이루어진다. 만약 이러한 상태로 완충소재가 제조된다면 완충성능은 상당히 개선될 것으로 기대할 수 있지만 완충소재의 형상이 쉽게 파괴되는 현상이 일어날 개연성이 매우 높다. 따라서 이러한 부분을 개선하기 위해서는 섬유간 수소결합을 향상시킬 수 있도록 건조지력증가제의 첨가가 필요하다. 그러나 적정 수준 이상의 건조지력증강제를 첨가하게 된다면 완충소재 조직의 과도한 고밀화(excessive consolidation)를 촉진시켜 완충성능의 손실을 초래하게 된다. 따라서 적정 첨가 수준을 결정하기 위한 연구가 필요할 것으로 판단되어 양이온성 전분 첨가량에 따른 완충소재의 물성 변화를 알아보고자 하였다.Unlike general papers, the buffer material is manufactured in a bulky state, and thus the bonding between neighboring fibers is very weak. If the buffer material is manufactured in such a state, the buffering performance can be expected to be significantly improved, but the probability that the shape of the buffer material is easily destroyed is very high. Therefore, in order to improve such a part, it is necessary to add a dry strength increasing agent to improve hydrogen bonding between fibers. However, the addition of more than an appropriate dry strength enhancer promotes excessive consolidation of the buffer material tissues, leading to loss of buffering performance. Therefore, it is necessary to study to determine the proper addition level, and to investigate the change of physical properties of the buffer material according to the amount of cationic starch.

폐잔재 TMP를 원료로 하여 제조되어진 완충소재는 리그닌 발색단에 의해 백색도가 현저히 낮은 경향이 있어 백색도 향상을 목적으로 TMP 섬유들을 NaOH와 H2O2를 사용하여 표백 처리 하였다. 백색도 증진을 목적으로 표백 처리한 BTMP (Bleached Thermomechanical Pulp)로 만들어진 완충소재와 기존의 미표백 TMP를 원료로 하여 제조되어진 완충소재의 물성을 비교하기 위해 각각의 완충소재 대해 10%, 20%, 그리고 30% 양이온성 전분을 첨가하여 물성 변화를 알아보았다.The buffer material prepared from the waste residue TMP was significantly lower in whiteness by lignin chromophores, and the BMP was treated with NaOH and H 2 O 2 for the purpose of improving whiteness. 10%, 20%, and 20% for each buffer material to compare the physical properties of the buffer material made of bleached thermomechanical pulp (BMP) treated with bleached thermomechanical pulp for the purpose of improving whiteness, and the buffer material prepared from conventional unbleached TMP. 30% cationic starch was added to investigate the change in physical properties.

또한 현재 국내에서 생산되는 섬유판(fiberboard)의 대부분을 차지하는 중밀도 섬유판(Medium Density Fiberboard)을 재활용 하는 방안을 모색하고자 MDF를 이용하였다. 국내에서 생산되는 MDF는 그 원료가 목재를 비롯한 식물성 섬유상의 물질로서 이들을 해섬하여 열경화성수지 접착제를 첨가하거나, 그 밖의 접착성 소재를 혼합해서 열압, 경화시킨 목재 판상 제품을 말한다. 따라서 폐잔재를 해섬하여 제조되어진 TMP와 원료조성이 유사하므로 충분히 완충소재의 원료로 이용가능하다고 판단하여 폐MDF를 원료로 하여 완충소재를 제조하였다. 폐MDF를 재활용하기 위하여 건식해섬기(Blender)를 이용하여 TMP와 유사한 섬유상 원료를 제조하였다. 또한 폐 MDF와 폐잔재 TMP를 원료로 하여 완충소재를 제조할 때 각각의 완충소재 대하여 섬 유의 전건중량에 대하여 10%, 20%, 그리고 30%의 양이온성 전분을 첨가하여 물성 변화를 알아보았다.In addition, MDF was used to find ways to recycle medium density fiberboard, which takes up most of the domestically produced fiberboard. MDF produced in Korea refers to wood plate products whose raw materials are wood fiber and other vegetable fibrous materials, which are prepared by adding them to thermosetting resin adhesives or by mixing other adhesive materials. Therefore, since TMP prepared by dissolving the waste residue material is similar to the raw material composition, it was judged that it could be sufficiently used as a buffer material. TMP-like fibrous raw materials were prepared by using a blender to recycle waste MDF. In addition, when the buffer material was prepared from waste MDF and waste TMP, 10%, 20%, and 30% of cationic starch was added to the total dry weight of the seaweed for each buffer material.

표 4에는 스티로폼과 비교하여 결합보조제인 양이온성 전분을 사용함에 따른 폐잔재 TMP, BTMP, 그리고 폐MDF를 원료로 하여 제조되어진 완충소재의 겉보기밀도와 탄성계수 값을 나타내었다Table 4 shows the apparent density and modulus of elasticity of the buffer material prepared from waste residue TMP, BTMP, and waste MDF by using cationic starch as a binding aid compared to styrofoam.

[표 4: 전분 첨가량에 따른 완충소재의 물성 변화 ]Table 4: Changes in Physical Properties of Buffered Materials According to Starch Addition

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도 15는 표 4에 나타나 있는 값들에 근거하여 양이온성 전분의 첨가량에 따른 완충소재들의 겉보기밀도 변화를 그래프로 나타낸 것이다. 원료 종류에 관계없이 양이온성 전분의 첨가량이 증가하면서 겉보기밀도가 조금씩 증가하였다. 양이온성 전분이 섬유간 수소결합을 증가시켜 밀도 상승에 기여한 것으로 판단된다. MDF, TMP 및 BTMP 중에서는 MDF로 만들어진 완충소재가 가장 높은 밀도 값을 나타내었고, TMP로 제조된 완충소재가 가장 낮은 밀도 값을 나타내었다. MDF 섬유들은 건식 해섬 단계에서 만들어지는 미세 섬유들과 원료 중에 함유되어 있는 열경화성 수지와 이들 수지의 접착력 발현을 위하여 행해지는 열압 처리의 영향으로 건식해리된 섬유들 중에서 미해리된 결속섬유가 다량 존재하게 되고, 이러한 결속 섬유들이 섬유 네트워크 내부에 보류되어 완충소재의 겉보기밀도를 상승시킨 것으로 보인다. 따라서 MDF를 재활용하여 완충소재를 제조하기 위해서는 접착제로 첨가된 요소수지나 페놀수지 등과 같은 합성수지를 일차적으로 제거하는 공정이 추가되어야 하기 때문에 제조단가의 상승을 유발할 수 있다. 따라서 완충소재를 제조할 때 폐MDF를 재활용하는 것은 바람직하지 않은 것으로 판단되었다.15 is a graph showing the change in the apparent density of the buffer material according to the addition amount of the cationic starch based on the values shown in Table 4. Regardless of the type of raw materials, the apparent density increased little by little as the amount of cationic starch increased. It is believed that cationic starch contributed to the increase in density by increasing the hydrogen bonds between the fibers. Among MDF, TMP and BTMP, the buffer material made of MDF showed the highest density value, and the buffer material made of TMP showed the lowest density value. MDF fibers have a large amount of undissociated bundling fibers among dry fibers dissociated due to the effect of the thermosetting resin contained in the raw materials and the thermosetting resin contained in the raw material and the adhesiveness of these resins. These binding fibers appear to be retained inside the fiber network, increasing the apparent density of the buffer material. Therefore, in order to recycle the MDF to manufacture the buffer material, a process of first removing a synthetic resin such as urea resin or phenol resin added as an adhesive may cause an increase in manufacturing cost. Therefore, it was judged that recycling waste MDF was not desirable when preparing buffer materials.

BTMP로 만들어진 완충소재의 경우에는 BTMP 섬유들이 표백 단계에서 리그닌이 제거되어 섬유의 유연성과 함께 결합력을 증가시켜 겉보기밀도의 상승을 유도하였고, 결국 BTMP로 만들어진 완충소재의 겉보기밀도가 TMP로 만들어진 완충소재의 겉보기밀도에 비해서 전분 첨가량에 관계없이 다소 증가하였다. 그러나 상승의 폭이 매우 작고, 환경친화적 관점에서 표백 약품을 사용하여 환경친화적 완충소재를 제작하는 것은 이율배반적인 논리가 적용되기 때문에 미표백 펄프의 상태로 사용하는 것이 더 바람직한 것으로 사료되었다.In the case of the buffer material made of BTMP, the lignin was removed in the bleaching step of the BTMP fibers to increase the apparent density by increasing the binding strength with the flexibility of the fiber, and eventually the apparent density of the buffer material made of the BTMP was made of TMP. Compared to the apparent density of, it increased slightly regardless of the amount of starch added. However, it is considered that the use of unbleached pulp is more desirable because the rate of rise is very small and the environment-friendly buffer material is manufactured using bleaching chemicals from an environmentally friendly point of view.

BTMP, TMP 및 폐MDF로 제조된 완충소재의 겉보기밀도는 발포 스티로폼의 겉보기밀도 보다 모두 높게 나타났다. 폐MDF로 만들어진 완충소재의 겉보기밀도는 스티로폼 에 비해서 약 6배 이상 높게 나타났고, 높은 밀도를 갖는 상태에서 포장 완충재로 사용되면 포장상자의 전체 중량을 상승시켜 물류비용의 상승을 유발할 우려가 매우 높다. 이에 반해 TMP로 제조된 완충소재는 스티로폼에 비하여 약 3배 정도 높은 밀도를 나타내었지만 밀도가 0.1 g/cm3 미만이기 때문에 포장 중량의 상승에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 사료되었다. 따라서 미표백 TMP 섬유로 제조한 완충소재는 밀도가 스티로폼에 비해서 약 2-3배 정도 크기는 하지만 난분해성 포장 완충재인 발포 스티로폼을 대체할 수 있는 환경친화적 완충소재로 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다.The apparent densities of buffer materials made of BTMP, TMP and waste MDF were higher than those of foamed styrofoam. The apparent density of the buffer material made of waste MDF is about 6 times higher than that of styrofoam. When used as a packing buffer under high density, there is a high possibility of raising the logistics cost by increasing the total weight of the box. . On the contrary, the buffer material made of TMP showed about 3 times higher density than styrofoam, but the density of the buffer material was less than 0.1 g / cm 3 . Therefore, it was confirmed that the buffer material made of unbleached TMP fibers can be used as an environmentally friendly buffer material that can replace foamed styrofoam, which is about 2-3 times the density of styrofoam, but is a hardly decomposable packaging buffer.

도 16은 표 4에 나타나 있는 값들에 근거하여 양이온성 전분의 첨가량에 따른 완충소재들의 탄성계수 변화를 그래프로 나타낸 것이다. 양이온성 전분 첨가 시에 완충소재에 대한 탈수 시간은 최적의 비용적을 위해 10초로 고정하였다. BTMP로 제조한 완충소재의 경우 양이온성 전분 10% 첨가 시에 탄성계수 값이 가장 작게 나타났으며, 전분 첨가량이 증가할 지라도 MDF나 TMP 보다는 낮은 탄성계수를 가졌다. 폐MDF로 제조한 완충소재의 경우 양이온성 전분 첨가량에 관계없이 가장 높은 탄성계수를 보였고, 특히 30% 첨가시 발포 스티로폼보다도 높은 탄성계수를 나타내었다. 여기서 한 가지 주목할 점은 미표백 TMP에 양이온성 전분을 10% 첨가하였을 때 탄성계수가 스티로폼에 비해서 3배 정도 낮게 나왔다는 점이다. 탄성계수가 지나치게 낮으면 외부로부터 충격을 받았을 때 완충소재가 파괴되어 포장 물품에 손상을 초 래할 가능성이 있다. 따라서 양이온성 전분을 일정량 이상 첨가하여 적정 수준 이상의 탄성계수를 유지할 필요가 있다. 도 17의 결과를 통해서 보면 양이온성 전분의 구입가격(약 3000원/kg)이 그렇게 높지 않다고 본다면 양이온성 전분의 첨가를 통하여 완충소재 자체의 탄성계수를 유지하는 것이 바람직할 것으로 사료되었다.16 is a graph showing the change in the elastic modulus of the buffer material according to the addition amount of the cationic starch based on the values shown in Table 4. The dehydration time for the buffer material upon addition of cationic starch was fixed at 10 seconds for optimal cost. In the case of the buffer material made of BTMP, the elastic modulus value was the smallest when 10% of the cationic starch was added, and the modulus was lower than that of MDF or TMP even though the amount of starch was increased. The buffer material made from waste MDF showed the highest modulus of elasticity regardless of the amount of cationic starch added, especially higher than that of foamed styrofoam. One thing to note here is that when the cationic starch is added 10% to unbleached TMP, the modulus of elasticity is about 3 times lower than that of styrofoam. If the modulus of elasticity is too low, the shock absorbing material may be destroyed when impacted from the outside, which may cause damage to the packaged product. Therefore, it is necessary to maintain the elastic modulus more than the appropriate level by adding a predetermined amount or more cationic starch. From the results of FIG. 17, it may be desirable to maintain the elastic modulus of the buffer material itself through the addition of cationic starch, considering that the purchase price of cationic starch (about 3000 won / kg) is not so high.

TMP 섬유 현탁액을 성형상자(forming box)에 넣고 감압탈수를 행하면 섬유 현탁액에 들어있던 과량의 물(자유수)이 진공에 의하여 배수관 쪽으로 배출된다. 감압 탈수 후 두터운 판상형으로 성형된 완충소재에 잔류하고 있는 수분의 양은 완충소재의 건조속도에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 가능하다면 감압탈수 후 완충소재 내부에 잔류하고 있는 수분의 양은 적어야 한다. 표 5와 도 17은 전분 첨가량을 달리하였을 때 건조 직전의 완충소재에 잔류하고 있는 수분의 양을 자동함수율측정기(MS45 Moisture Analyzer)로 측정한 그래프이다. 잔류 함수율 측정 실험의 반복 횟수에 관계없이 전분 첨가량이 증가할수록 완충소재에 잔류하고 있는 수분의 양이 감소하였다. 전분 첨가량이 섬유의 전건중량에 대하여 20% 이상 과량 첨가하면 펄프 섬유의 셀룰로오스 분자가 가지고 있는 수산기(-OH)가 물과 결합하기에 앞서서 전분 분자의 수산기와 결합하여 섬유 분자들이 물과 결합할 수 있는 기회를 감소시킨다. 또한 전분 분자들이 물과 결합능력이 우수한(비표면적이 큰) 미세 섬유들을 응집시켜 물 분자와의 결합면적을 감소시키고, 동시에 완충소재의 내부 구조에 형성되는 공극의 수를 감소시켜 자유수가 잔류할 수 있는 공간이 줄어들게 된다. 이러한 원인으로 인해 전분 분자가 많이 첨가될수록 완충소재에 잔류하고 있는 수분 의 양이 감소하는 것으로 사료되었다.When the TMP fiber suspension is placed in a forming box and subjected to dehydration under reduced pressure, excess water (free water) contained in the fiber suspension is discharged to the drain pipe by vacuum. The amount of water remaining in the buffer material formed into a thick plate-like shape after dehydration under reduced pressure greatly affects the drying speed of the buffer material. Therefore, if possible, the amount of water remaining inside the buffer material after dehydration under reduced pressure should be small. Table 5 and FIG. 17 are graphs of the amount of water remaining in the buffer material immediately before drying when the amount of starch added is different by using an MS45 Moisture Analyzer. Regardless of the number of repetitions of the residual moisture content measurement experiments, the amount of water remaining in the buffer material decreased as the amount of added starch increased. If the starch is added in excess of 20% of the total weight of the fiber, the hydroxyl groups (-OH) of the cellulose molecules of the pulp fibers may bind to the hydroxyl groups of the starch molecules before binding to the water, thereby allowing the fiber molecules to bind with the water. Reduces the chance of being In addition, starch molecules agglomerate fine fibers with high binding capacity (high specific surface area) to reduce the bonding area with water molecules, and at the same time reduce the number of voids formed in the internal structure of the buffer material to free water. Less space is available. For this reason, it is thought that the amount of water remaining in the buffer material decreases as more starch molecules are added.

[표 5: 전분 첨가량에 따른 완충소재의 함수율 변화][Table 5: Changes in Water Content of Buffer Materials According to Starch Addition]

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실험예Experimental Example 8: 원료 투입량 변화에 따른 완충소재의 물성변화 8: Change of Physical Properties of Buffer Material According to Change of Raw Material Input

완충소재 제조시 경제적인 측면을 고려한다면 가장 우선시 되는 부분이 원료 투입량을 최소화 하면서 완충소재의 비용적을 극대화 하는 것이다. 따라서 우선적으로 겉보기 밀도와 탄성계수 측정 결과를 바탕으로 결합보조제인 양이온성 전분은 10%, 감압탈수 시간은 10초로 고정하여 원료의 투입량을 변화시켜 완충소재를 제조한 후 탄성계수의 물성변화를 분석하였다.Considering the economic aspects of buffer material manufacturing, the first priority is to maximize the cost of the buffer material while minimizing the input of raw materials. Therefore, based on the results of the measurement of apparent density and modulus of elasticity, the cationic starch as a binding aid is fixed at 10% and decompression dehydration time is fixed at 10 sec. It was.

표 6은 TMP 원료의 투입량을 50 g, 75 g, 그리고 100 g으로 조절하여 완충소재를 제조한 후 물성을 측정한 결과 값이다. 도 18은 표 6에 나타나 있는 값들에 근거하여 원료의 투입량에 따른 완충소재들의 겉보기밀도 변화를 그래프로 나타낸 것이다. Table 6 shows the results of measuring physical properties after the buffer material was prepared by adjusting the dosage of TMP raw materials to 50 g, 75 g, and 100 g. 18 is a graph showing the change in the apparent density of the buffer material according to the input amount of the raw material based on the values shown in Table 6.

[표 6: 원료 투입량 변화에 따른 완충소재의 물성 변화][Table 6: Change of Physical Properties of Buffered Material According to Raw Material Input Change]

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도 18에서 보는 바와 같이 TMP 섬유의 첨가량을 달리하여 제조한 완충소재의 겉보 기밀도는 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 전분 첨가량이 증가하면서 TMP 100 g으로 만들어진 완충소재의 겉보기밀도가 완만하게 증가하는 것으로 나타났다. 섬유 고형분 함량이 많아지면서 전분과 섬유들이 서로 결합할 수 있는 확률도 높아지고, 이로 인해 섬유간 결합이 증가하면서 밀도 상승을 초래한 것으로 보인다. 결론적으로 완충소재를 구성하는 고형분 함량이 일정 수준(100 g) 미만이면 섬유 및 전분 첨가량에 따른 밀도 차이는 크게 나타나지 않는 것으로 확인되었다. As shown in FIG. 18, the apparent airtightness of the buffer material prepared by varying the amount of TMP fibers was not significantly different. However, as the amount of added starch increased, the apparent density of the buffer material made of 100 g of TMP increased slowly. As the fiber solids content increases, the probability that the starch and the fibers can be bonded to each other increases, resulting in an increase in density due to the increase in the bonds between the fibers. In conclusion, when the solid content of the buffer material is less than a certain level (100 g) it was confirmed that the difference in density according to the fiber and starch addition amount does not appear significantly.

도 19는 완충소재 제조시 투입되는 섬유의 중량을 변화시켰을 때 완충소재의 탄성계수 변화를 나타낸 것이다. 겉보기밀도의 결과와는 달리 투입된 섬유 중량 변화에 따른 탄성계수의 차이는 확연하게 나타났다. 섬유 투입량과 전분 첨가량이 증가할수록 탄성계수가 더 크게 나타났다. 일정 면적 및 두께를 갖는 완충소재를 만들기 위하여 고형분이 투입될 때 투입되는 고형분의 양이 많아지면 외부 충격(힘)으로 인한 변형에 저항하는 힘(즉, 탄성계수)도 커지게 된다. 따라서 100 g의 섬유를 이용하여 만든 완충소재가 가장 큰 탄성계수를 나타낸 것이다. 그러나 스티로폼의 탄성계수에 비해서는 여전히 낮은 값을 나타내어 전분과 같은 결합보조제를 첨가하여 완충소재의 물리적 성질을 증가시키는 방법은 한계가 있는 것으로 나타났다. 따라서 부원료의 첨가에 의한 탄성계수 증가 방법보다는 섬유 자체에 리파이닝과 같은 물리적 처리를 가하여 섬유 자체의 결합력을 향상시키는 방법이 유리할 것으로 판단되었다. Figure 19 shows the change in the elastic modulus of the buffer material when the weight of the fiber input during the manufacture of the buffer material. Unlike the results of apparent density, the difference of elastic modulus according to the weight change of the injected fiber was obvious. The modulus of elasticity increased as fiber input and starch content increased. When the solid content is added to make the buffer material having a certain area and thickness, the amount of solid content added increases the force (that is, the elastic modulus) to resist deformation due to external impact (force). Therefore, the buffer material made from 100 g of fiber shows the largest modulus of elasticity. However, compared to the elastic modulus of styrofoam, it is still low, and there is a limit to the method of increasing the physical properties of the buffer material by adding a bonding aid such as starch. Therefore, it was determined that a method of improving the bonding strength of the fiber itself by applying a physical treatment such as refining to the fiber itself rather than the method of increasing the elastic modulus by adding the subsidiary materials.

그러나 고형분의 중량에 무관하게 전분 첨가량을 증가시킴에 따라 완충소재의 탄성계수가 증가하였지만, 100 g의 섬유로 제조한 완충소재를 제외하고는 그 증가폭이 크지 않았다. 전분 첨가에 따른 탄성계수 증가 효과를 보다 더 크기 위해서는 섬유 고형분 중량도 더 많을 필요가 있음을 확인하였다.However, the elastic modulus of the buffer material increased as the amount of added starch increased regardless of the weight of the solid, but the increase was not large except for the buffer material made of 100 g of fiber. In order to further increase the modulus of elasticity according to the addition of starch, it was confirmed that the weight of the fiber solid content needs to be higher.

도 18의 겉보기밀도 그래프와 도 19의 탄성계수 그래프에서 주목할 점은 원료의 투입량이 감소할수록 양이온성 전분 첨가량에 따른 겉보기밀도 및 탄성계수의 변화 폭이 줄어든다는 사실이다. 이러한 결과를 놓고 판단해 볼 때 원료 투입량을 줄이는 것이 경제적 측면이나 완충소재의 물성 측면에서 매우 유리하겠지만, 원료의 투입이 75 g 이하일 경우에는 TMP 섬유가 갖는 고유 특성으로 인하여 완충소재의 형상을 유지하기가 매우 어렵다는 심각한 문제점을 나타내었다. 이는 미표백 TMP 섬유들은 리그닌이 다량 함유되어 있어 섬유 결합력이 매우 약하기 때문으로 적은 양의 TMP 섬유만으로 완충소재를 성형하기가 매우 어렵다. 따라서 완충소재를 구성하는 고형분의 양을 줄이는 방안으로 리파이닝(refining)과 같은 기계적 전처리가 필요할 것으로 판단되었다. Note that in the apparent density graph of FIG. 18 and the elastic modulus graph of FIG. 19, the change in the apparent density and elastic modulus according to the amount of cationic starch decreases as the amount of raw material is decreased. Judging from these results, it would be very advantageous to reduce the amount of raw material in terms of economics or physical properties of the buffer material.However, if the amount of raw material is less than 75 g, the shape of the buffer material may be maintained due to the inherent characteristics of the TMP fiber. Has shown a serious problem that it is very difficult. This is because unbleached TMP fibers contain a large amount of lignin, and thus the fiber binding force is very weak, so it is very difficult to form a buffer material with only a small amount of TMP fibers. Therefore, mechanical pretreatment such as refining was needed to reduce the amount of solids constituting the buffer material.

실험예Experimental Example 9: 완충소재에 대한  9: buffer material 표면사이징Surface sizing 처리 후 물성 변화 Property change after treatment

완충소재는 외부로부터 충격이 가해졌을 때 그 충격을 흡수하여 포장된 물품에 손상이 가해지지 않도록 해야 한다. 충격 흡수를 위해서는 완충소재의 내부 구 조가 다공성 구조를 지녀야 하고, 결국 밀도가 낮은 구조가 되어야 한다. 하지만 다공성 구조에 의해 밀도가 낮아질 경우 완충소재의 형상 유지가 어려워질 가능성이 커진다. 이는 앞서 완충소재 원료 투입량을 줄일 경우에 발생하는 문제인 결합 면적의 감소가 원인이 될 수도 있지만, 가장 큰 문제는 외부의 충격이 완충소재가 가지고 있는 내부 결합력을 뛰어 넘을 경우 형상의 변형을 초래할 수도 있다는 것이다. 따라서 완충소재를 제조할 때 완충소재의 품질 향상 및 외부충격에 의한 변형을 최소화하기 위하여 건조공정 후 완충소재의 표면에 표면사이징 처리를 하는 것이 필요하다. 또한 건조된 완충소재의 표면은 약한 수소결합에 의하여 결합된 미세섬유들로 구성되어 있기 때문에 사용 중 접촉 혹은 마찰로 인하여 탈리되는 경향이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 호화된 1% 전분용액으로 완충소재의 표면을 사이징 처리하였다.The cushioning material shall absorb the shock when it is impacted from the outside to prevent damage to the packaged goods. To absorb shocks, the internal structure of the cushioning material must have a porous structure, and eventually a low density structure. However, if the density is lowered due to the porous structure, it is more difficult to maintain the shape of the buffer material. This may be caused by the reduction of the bonding area, which is a problem that occurs when the input of the buffer material is reduced earlier, but the biggest problem is that the external impact may cause deformation of the shape when the shock exceeds the internal bonding force of the buffer material. will be. Therefore, when manufacturing the buffer material, it is necessary to perform a surface sizing treatment on the surface of the buffer material after the drying process in order to improve the quality of the buffer material and minimize deformation due to external impact. In addition, since the surface of the dried buffer material is composed of fine fibers bonded by weak hydrogen bonds, it tends to detach due to contact or friction during use. To compensate for this drawback, the surface of the buffer material was sized with 1% starch solution.

완충소재의 제조에 있어서 최종 완충소재의 품질은 표면사이즈제의 특성과 완충소재의 표면특성에 따라 크게 좌우된다. 완충소재 표면 특성과 흡수 특성에 따라 완충소재로 표면사이즈제의 수분이 침투하는 정도와 부동화 정도가 크게 달라지며 결과적으로는 완충소재 품질과 직결된다. 완충소재의 표면 특성은 감압탈수 정도 및 건조과정에 따라 표면의 상태가 변할 수 있기 때문에 이러한 표면 변이를 최소화하기 위해서는 표면사이징 처리가 필요하다. 실제 종이의 경우에도 표면구조 및 흡수 특성은 각종 표면 사이즈제를 사용하여 효과적으로 변화시킬 수 있으며, 표면 사이즈제 가운데 표면 잔류성이 큰 경우 종이 표면의 광택도, 표면 피복성 등을 향상시 킨다고 보고된 바 있다. In the preparation of the buffer material, the quality of the final buffer material depends greatly on the characteristics of the surface sizing agent and the surface properties of the buffer material. Depending on the surface properties and absorption characteristics of the buffer material, the penetration of the surface size agent into the buffer material and the degree of passivation vary greatly. Since the surface properties of the buffer material may change depending on the degree of dehydration and drying process, the surface sizing treatment is necessary to minimize the surface variation. Even in the case of actual paper, the surface structure and absorption characteristics can be effectively changed by using various surface sizing agents, and when the surface residualness among the surface sizing agents is large, it is reported to improve the glossiness and surface coating property of the paper surface. There is a bar.

이전까지는 표면 사이징을 위한 도공약품으로 취급이 용이하고 우수한 호화 안정성을 지닌 산화전분을 많이 이용하였으나 전분액이 표면에 내부까지 깊이 침투하는 단점 때문에 현재 양이온성 전분을 이용하여 표면 사이징하는 기술에 관심이 모이고 있다. 양이온성 전분을 이용하여 표면사이징을 할 경우 전분의 침투가 적게 일어나며 표면 잔류성이 대단히 높기 때문에 불투명도는 물론 여러 가지 광학적 성질의 향상을 기대 할 수 있게 된다. 하지만 이러한 양이온성 전분도 활용 조건에 따라서 그 효과가 달라지며 특히 소재의 표면에 잔류하는 음이온과 양이온성 전분의 양이온 성질에 의해서 발현되는 완충소재의 표면 구조가 다르게 형성될 수도 있다. Previously, the coating chemicals for surface sizing used many starch oxides with easy gelatinization and excellent geological stability. However, due to the disadvantage that the starch liquid penetrates deeply into the surface, it is currently interested in the technology of surface sizing using cationic starch. Are gathering. When the surface sizing using cationic starch occurs less penetration of starch and very high surface residuals can be expected to improve the opacity and various optical properties. However, the cationic starch also has a different effect depending on the application conditions, and in particular, the surface structure of the buffer material expressed by the anion remaining on the surface of the material and the cationic properties of the cationic starch may be formed differently.

완충소재의 표면사이징처리는 폐잔재 TMP를 원료로 제조된 완충소재(전건 기준 100 g)에 대해서 완충소재의 이면을 롤러(roller)를 이용하여 1회, 2회, 그리고 3회 처리하여 그 물성을 비교하였다. 양이온성 전분의 표면 도포량은 양면에 대하여 약 3.6 g/m2가 되도록 하였다. The surface sizing treatment of the buffer material is carried out once, twice, and three times by using a roller on the back surface of the buffer material with respect to the buffer material (100 g of dry condition) made of waste TMP. Was compared. The surface coating amount of the cationic starch was about 3.6 g / m 2 on both sides.

표 7은 표면사이징 처리 후 완충소재의 물성을 측정한 결과 값이다. 도 20은 표 7에 나타나 있는 값들에 근거하여 겉보기밀도 변화를 그래프로 나타낸 것이며, 도 21은 탄성계수 변화를 그래프로 나타낸 것이다.Table 7 shows the result of measuring the physical properties of the buffer material after the surface sizing treatment. 20 is a graph showing the apparent density change based on the values shown in Table 7, and FIG. 21 is a graph showing the change of the elastic modulus.

도 20에 나타난 바와 같이 표면사이징 처리 횟수에 관계없이 겉보기밀도의 차이가 뚜렷하게 나타났고, 또한 표면사이징 처리를 하면 양이온성 전분의 첨가량 변화에 따른 겉보기밀도가 증가하였지만 증가폭은 크지 않았다. 이는 완충소재 표면에 대한 일차 표면사이징 처리 후 양이온성 전분이 표면 공극에 대해서 표면막(coated layer)을 형성하여 2차 표면사이징 이후부터는 표면 공극을 통한 전분의 표면침투가 어렵게 되어 얇은 필름막(thin film)을 형성함으로써 겉보기밀도의 변화 폭을 줄인 것으로 판단된다. 또한 섬유 현탁액에 양이온성 전분이 첨가된 완충소재 표면에 전분으로 표면사이징 처리를 했을 때 전분 분자들 사이의 친화력이 향상되면서 겉보기밀도를 향상시킨 것으로 보인다. 그러나 섬유 현탁액에 첨가된 전분의 양이 많아지더라도 표면사이징 처리에 따른 겉보기밀도 상승효과는 일회(No.1 coating)를 제외하고는 그다지 크게 나타나지 않았다. 이는 위에서 언급한 바와 같이 일차 표면사이징으로 형성된 표면막이 이후에 처리된 전분 분자들의 침투를 방해하였기 때문으로 사료된다. As shown in FIG. 20, the difference in apparent density was remarkable regardless of the number of surface sizing treatments, and the surface sizing treatment increased the apparent density according to the change in the amount of cationic starch, but the increase was not large. This is because cationic starch forms a coated layer on the surface pores after the first surface sizing treatment on the surface of the buffer material, and since the surface penetration of the starch through the surface pores becomes difficult after the second surface sizing, a thin film It is judged that the change of the apparent density is reduced by forming). In addition, when surface sizing treatment was performed on the surface of the buffer material in which the cationic starch was added to the fiber suspension, the affinity between the starch molecules appeared to improve the apparent density. However, even if the amount of starch added to the fiber suspension was increased, the apparent density increase effect by the surface sizing treatment was not so large except for one time (No. 1 coating). This is presumably because the surface film formed by the primary surface sizing, as mentioned above, prevented the penetration of the subsequently processed starch molecules.

[표 7: 표면사이징 처리 횟수에 따른 완충소재의 물성 변화][Table 7: Change of Physical Properties of Buffer Material According to Number of Surface Sizing]

Figure 112007036577122-PAT00010
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도 21에 나타난 바와 같이 표면사이징 처리와 양이온성 전분의 첨가량 변화에 따른 완충소재의 탄성계수 변화를 나타낸 것이다. 표면사이징 처리를 반복함에 따라 탄성계수가 증가하였지만, 도 20의 겉보기밀도 결과에서 본 것만큼 뚜렷한 차이를 나타내지는 않았다. 그러나 표면사이징 처리 횟수에 관계없이 양이온성 전분 첨가량을 증가시킴에 따라 완충소재의 탄성계수가 가파르게 증가함으로써 전분 첨가에 따 른 효과 발현이 매우 우수한 것으로 나타났다. 앞서 언급한 바와 같이 내첨된 전분 분자들과 표면사이징에 이용된 전분들 사이의 결합이 증가하면서 완충소재의 탄성계수 증가에 기여한 것으로 사료된다. 일반적으로 표면사이징 처리를 가하면 재료의 강성(stiffness)을 향상시키고, 액체 흡수성은 감소시키는 것으로 알려져 있다. 완충소재에 대한 표면사이징을 통하여 외부 충격으로부터 완충소재가 쉽게 파괴되어 포장 물품의 변형을 초래하는 것을 방지하게 하고, 대기 중의 습기를 흡수하여 완충소재의 물성이 열화되는 것을 막아주는 역할을 한다. 또한 완충소재에 첨가된 전분의 효과가 효율적으로 발현될 수 있도록 긍정적 영향을 미치는 것으로 나타났다.As shown in Figure 21 shows the change in the elastic modulus of the buffer material according to the surface sizing treatment and the addition amount of the cationic starch. The modulus of elasticity increased as the surface sizing was repeated, but did not show a significant difference as seen in the apparent density results of FIG. 20. However, as the amount of cationic starch was increased regardless of the number of surface sizing treatments, the modulus of elasticity of the buffer material was increased so that the effect of starch addition was very excellent. As mentioned above, the bond between the embedded starch molecules and the starches used for the surface sizing increases the elastic modulus of the buffer material. It is generally known that applying a surface sizing treatment improves the stiffness of the material and reduces the liquid absorbency. The surface sizing of the buffer material prevents the buffer material from being easily destroyed by the external impact and causes deformation of the packaged product, and absorbs moisture in the air to prevent deterioration of the physical properties of the buffer material. In addition, the effect of starch added to the buffer material appeared to have a positive effect so that it can be efficiently expressed.

결론적으로 포장 완충재의 경우 충격을 흡수할 수 있는 능력이 가장 우선시 되는 부분이기는 하나 외부 충격에 의해 완충소재가 변형되어 내부의 물품에 손상을 준다면 포장용 완충소재로서의 가치는 전무하다 하겠다. 따라서 완충소재의 탄성계수 변화를 최소화 하면서 완충소재 자체의 물성을 증진시키기 위해서는 표면사이징이 매우 유리한 것으로 확인하였다. 특히 섬유 원료의 전건중량에 대하여 양이온성 전분 첨가량이 10%인 완충소재의 경우 일회 표면사이징 처리시 탄성계수는 물론 겉보기밀도 변화 또한 최소화 할 수 있으므로 가장 유용한 첨가 비율인 것으로 밝혀졌다. In conclusion, in the case of the packing cushion material, the ability to absorb shock is the most important part, but if the shock absorbing material is deformed by external shock and damages to the goods inside, the value of the packing cushion material is of no value. Therefore, it was confirmed that the surface sizing is very advantageous to minimize the change in the elastic modulus of the buffer material and to improve the physical properties of the buffer material itself. In particular, the buffer material with 10% cationic starch added to the total dry weight of the fiber raw material was found to be the most useful addition ratio since the elastic modulus as well as the apparent density change could be minimized during the one-time surface sizing treatment.

도 22a와 도 22b는 표면사이징 처리 전후 즉, 완충소재에 대해서 양이온성 전분이 필름막을 형성하기 전과 필름막 형성 후의 표면 구조를 Olympus (SZ61, Japan) 실체 현미경을 통해 촬영한 것이다. 현미경 사진에서 보는 바와 같이 표면사이징 처리 전후의 완충소재 표면 구조가 차이가 나타나는 것을 쉽게 관찰할 수 있다. 표면사이징 처리된 완충소재의 표면 구조가 전분 입자들이 피복되면서 표면에서 관찰되던 공극들이 많이 사라지면서 더욱 치밀해졌다. 표면사이징으로 인해 완충소재의 표면으로부터 섬유들이 탈리되어 나오는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 외부 마찰 혹은 충격으로 완충소재의 형상이 파괴되는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있을 것이다.22A and 22B are photographed through an Olympus (SZ61, Japan) stereo microscope before and after the surface sizing process, that is, before the cationic starch forms the film film and after the film film is formed on the buffer material. As shown in the micrographs, it is easy to observe the difference in the surface structure of the buffer material before and after the surface sizing treatment. The surface structure of the surface-sized buffer material became more dense as the starch particles were coated and many of the pores observed on the surface disappeared. The surface sizing may not only prevent the fibers from detaching from the surface of the buffer material, but also may have an effect of preventing the shape of the buffer material from being destroyed by external friction or impact.

실험예Experimental Example 10:  10: 압성형Pressing 공정에 의한 완충소재의 공극률 변화 Change of Porosity of Buffer Material by Process

완충소재의 완충성능은 완충소재의 내부 조직이 갖는 구조와 밀접한 연관이 있다. 발포 스티로폼의 내부구조는 스티로폼을 구성하는 단위 비드(bead)들이 팽창하여 형성된 거대한 공극들이 외부 충격을 흡수하는 역할을 하게 된다. 따라서 폐잔재 혹은 소경목 등을 이용하여 만든 TMP 섬유들을 가공하여 완충소재를 만들 때에도 내부조직이 다공성의 구조를 형성하는 것이 바람직할 것이다.The buffering performance of the buffer material is closely related to the structure of the internal structure of the buffer material. The internal structure of the foamed styrofoam serves to absorb external shocks by the huge voids formed by the expansion of unit beads constituting the styrofoam. Therefore, it may be desirable to form a porous structure of the internal structure even when the buffer material is processed by processing TMP fibers made of waste residue or small hardwood.

표 8은 양이온성 전분 첨가량을 달리하여 TMP 완충소재와 시중에서 사용되는 펄프 몰드가 갖는 공극률을 계산한 후 그 결과를 나타낸 것이다. 도 23은 양이온성 전분의 첨가량 변화에 따른 공극률 변화를 펄프 몰드와 스티로폼과 비교하여 그래프로 나타낸 것이다. 완충소재 제조시 첨가되는 양이온성 전분의 양을 달리하더라도 완충소재의 공극률에는 큰 차이를 나타내지 않음을 보여주고 있다. 이러한 결과는 도 18의 겉보기밀도 결과에서 본 바와 같이 양이온성 전분의 첨가량을 증가시키더라도 완충소재의 밀도는 크게 변하지 않은 것에서 원인을 찾을 수 있을 것이다. 이는 TMP 섬유로 이루어진 완충소재에 양이온성 전분을 첨가하면 섬유간 결합력의 향상에는 기여하지만 조직의 고밀화에는 큰 영향을 미치지 않음을 의미하는 것이다. 앞서 살펴본 바와 같이 양이온성 전분 첨가량이 증가할 때 탄성계수가 증가하는 것이 바로 결합력 향상과 관련이 있는 것이다(도 19 참조).Table 8 shows the results after calculating the porosity of the pulp mold used in the TMP buffer material and commercially available by varying the amount of cationic starch. FIG. 23 is a graph showing the change in porosity according to the change in the amount of cationic starch compared to the pulp mold and styrofoam. It is shown that the porosity of the buffer material does not show a significant difference even if the amount of cationic starch added during the preparation of the buffer material is different. This result can be found in the fact that the density of the buffer material does not change significantly even if the amount of cationic starch is increased as shown in the apparent density results of FIG. 18. This means that the addition of cationic starch to the buffer material consisting of TMP fibers contributes to the improvement of the inter-fiber adhesion but does not significantly affect the densification of the tissue. As discussed above, the increase of the modulus of elasticity when the amount of cationic starch is increased is related to the improvement of the bonding force (FIG. 19). Reference).

[표 8: 전분 첨가량에 따른 완충소재의 공극률 변화]Table 8: Variation of Porosity of Buffer Material According to Starch Addition

Figure 112007036577122-PAT00011
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한 가지 흥미로운 사실은 펄프 몰드와 TMP 완충소재의 공극률 차이이다. TMP 완충 소재의 공극률은 스티로폼보다 작기는 하지만 펄프 몰드의 공극률에 비하여 약 3배 정도 더 크게 나타났다. 이러한 차이만을 놓고 볼 때에도 완충소재의 완충성능, 즉 내충격성이 펄프 몰드보다 훨씬 더 우수하다는 것을 쉽게 확인할 수 있다. 따라서 폐재 섬유로 만든 완충소재는 스티로폼을 대체할 수 있는 뛰어난 완충성능을 가졌음을 공극률 결과에서 검증되었다.One interesting fact is the difference in porosity between pulp molds and TMP buffer materials. Although the porosity of the TMP buffer material was smaller than that of styrofoam, it was about three times larger than the porosity of the pulp mold. In view of these differences, it is easy to confirm that the buffering performance of the buffer material, that is, the impact resistance, is much better than that of the pulp mold. Therefore, the porosity results proved that the buffer material made from waste fiber has an excellent buffering capacity to replace styrofoam.

또 공극률이 높으면 감압 탈수할 때에도 탈수 속도가 커지게 되고 이는 건조비용의 감소에도 큰 기여를 하게 된다. 완충소재의 조직 내부에 공극이 많으면 감압 탈수시 수분의 이동 속도가 빠르게 되어 짧은 시간의 감압으로도 많은 양의 수분을 제거 할 수 있게 된다. 건조시간의 단축으로 완충소재의 제조단가도 낮출 수 있기 때문에 물리적 측면이나 경제적 측면에서 완충소재의 공극 형성은 완충소재의 제조 공정에서 매우 중요한 요소(key factor)라 할 수 있다.In addition, if the porosity is high, the dehydration rate is increased even when depressurized and dewatered, which contributes to the reduction of the drying cost. If there are many voids inside the tissue of the buffer material, the movement speed of the water is increased when dehydration under reduced pressure, so that a large amount of water can be removed even with a short time of decompression. Since the manufacturing cost of the buffer material can be lowered by shortening the drying time, the void formation of the buffer material is a key factor in the manufacturing process of the buffer material in terms of physical and economic aspects.

실험예Experimental Example 11:  11: 내첨Internal 사이징Sizing 처리에 따른  According to treatment TMPTMP 완충소재의 내수성 변화 Water Resistance Change of Buffer Material

표 9와 도 24는 내첨 사이즈제인 AKD를 TMP 원료와 함께 첨가하여 완충소재를 제조하였을 때 완충소재의 접촉각 변화를 나타낸 것이다. AKD가 첨가된 완충소재의 접촉각은 AKD 0.4% 첨가시 가장 큰 103.72°를 나타내었고 대체로 83-92°의 접촉각을 나타내었다. 완충소재가 80° 이상의 접촉각을 가지게 되면 완충소재에 어느 정도의 내수성을 갖게 되고 수분이 많은 포장 물품의 완충을 위해 사용될 때 수분 에 의해 완충성능을 쉽게 잃지 않고 유통 과정 동안 포장 물품을 보호할 수 있게 된다. EPS의 접촉각은 84.2°로써 AKD 처리된 TMP 완충소재에 비해서 낮은 값을 나타내었다.     Table 9 and Figure 24 shows the change in the contact angle of the buffer material when the buffer material was prepared by adding AKD, an internal addition size agent, together with the TMP raw material. The contact angle of the AKD-added buffer material showed the largest 103.72 ° with AKD 0.4%, and the contact angle of 83-92 °. When the cushioning material has a contact angle of 80 ° or more, the buffer material has a degree of water resistance, and when used for the buffering of a watery packaged product, it is possible to protect the packaged product during distribution without easily losing the buffering performance by moisture. do. The contact angle of EPS was 84.2 °, which was lower than that of AKD-treated TMP buffer material.

그러나 TMP 완충소재의 표면을 전분 용액으로 표면 사이징을 실시했을 때는 전분에 의한 물 흡수 능력이 더 커지면서 접촉각이 표면 사이징 처리되지 않은 완충소재에 비하여 급격히 줄어드는 것을 관찰할 수 있다. 그러나 크라프트지로 만들어진 라이너지의 접촉각(3.2°)에 비해서 표면 사이징된 TMP 완충소재가 훨씬 더 큰 접촉각을 갖는다. 즉, 상당히 많은 양의 리그닌을 함유하고 있는 TMP 섬유로 만든 완충소재는 그 자체만으로 어느 정도의 내수성을 보이지만 전분과 같은 친수성 수산기(-OH)를 갖는 고분자로 표면 사이징 처리를 하면 완충소재의 내수성을 떨어뜨리는 역할을 하게 된다. 따라서 고도의 발수성을 요하는 완충소재를 제조하고자 할 때에는 표면 사이징을 할 때 발수성을 나타내는 생분해성 고분자를 사용하여 처리할 필요가 있다.However, when the surface of the TMP buffer material was subjected to surface sizing with starch solution, the water absorption capacity of the starch increased, and the contact angle was sharply reduced compared to the buffer material without surface sizing treatment. However, the surface-sized TMP buffer material has a much larger contact angle compared to the contact angle (3.2 °) of liner paper made of kraft paper. That is, the buffer material made of TMP fiber containing a considerable amount of lignin shows a certain degree of water resistance by itself, but if the surface size is treated with a polymer having a hydrophilic hydroxyl group (-OH) such as starch, the water resistance of the buffer material It will act as a drop. Therefore, in order to manufacture a buffer material requiring high water repellency, it is necessary to use a biodegradable polymer showing water repellency when surface sizing.

[표 9: AKD 투입량에 따른 접촉각 변화] [ Table 9: Change of Contact Angle According to AKD Input]

Figure 112007036577122-PAT00012
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실험예Experimental Example 12: 완충소재의 재활용 횟수에 따른 물성 변화 12: Changes in Physical Properties According to the Number of Recycled Buffer Materials

발포 스티로폼과 달리 TMP 완충소재가 갖는 장점 중의 하나는 사용 후 재활용이 가능하다는 것이다. 일반 지류를 구성하는 목재 섬유들은 재활용이 반복되면서 섬유의 각질화(hornification)가 반복되어 종이의 품질을 급격히 떨어뜨리게 된다. 또한 재활용에 따른 섬유의 컬화(curling)가 진행되면서 개개 섬유의 결합력을 급격히 감소시킨다. 섬유의 결합력이 감소되면 완충소재의 내부에 많은 공극들을 남기게 됨으로써 완충소재의 완충성능을 향상시키는 데 기여하게 될 것이다.     Unlike foamed styrofoam, one of the advantages of TMP buffer materials is that they can be recycled after use. The wood fibers that make up the tributary are recycled repeatedly, resulting in repeated hornification of the fibers, which dramatically degrades the quality of the paper. In addition, as the curling (curling) of the fiber according to the recycling is rapidly reduced the bonding strength of the individual fibers. Reducing the binding force of the fiber will leave a large number of voids in the interior of the buffer material will contribute to improving the buffer performance of the buffer material.

표 10과 도 25는 완충소재를 재활용함에 따른 겉보기밀도 변화를 양이온성 전분 첨가량 변화와 함께 나타낸 것이다. 예상한 바와 같이 완충소재의 리사이클링을 반복함에 따라 완충소재의 겉보기밀도가 감소하는 것을 쉽게 관찰할 수 있고, 전분 첨가가 완충소재를 구성하는 섬유들의 결합력을 향상시켜 리사이클링 횟수와 상관없이 완충소재의 겉보기밀도 상승에 기여하였다. 그러나 반복된 리사이클링이 완충소재의 밀도를 감소시키고 이를 통해 완충소재 조직 내부에 많은 유리 공간(free space)을 만들게 된다. 이러한 유리 공간들은 포장 상자에 가해진 외부 충격을 완충소재가 쉽게 흡수하게 하여 포장 물품에 손상이 일어나지 않게 한다. 결론적으로 TMP 완충소재를 반복하여 재활용하게 되면 완충소재의 완충성능을 떨어뜨리는 것이 아니라 오히려 향상시킴으로써 TMP 완충소재가 친환경 소재로 인식되는데 큰 기여를 하게 된다.Table 10 and FIG. 25 show the change in apparent density of the buffer material with the amount of cationic starch added. As expected, it is easy to observe that the apparent density of the buffer material decreases as the buffer material is repeatedly recycled, and starch addition improves the binding force of the fibers constituting the buffer material, so that the apparent appearance of the buffer material is independent of the number of recycling cycles. Contributed to the increase in density. However, repeated recycling reduces the density of the buffer material, which creates a lot of free space inside the buffer tissue. These glass spaces make it easy for the cushioning material to absorb the external impacts applied to the packaging box to prevent damage to the packaged article. In conclusion, if the recycled TMP buffer material is recycled repeatedly, it will not reduce the buffering performance of the buffer material but rather improve the TMP buffer material to be recognized as an environmentally friendly material.

[표 10: 전분 투입량과 재활용 횟수에 따른 겉보기 밀도 변화][Table 10: Apparent Density Variation with Starch Dose and Number of Recycles]

Figure 112007036577122-PAT00013
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표 11과 도 26은 한 번 만들어진 TMP 완충소재를 원료로 활용하여 완충소재로 다시 제조하였을 때 그 완충소재가 갖는 탄성계수의 변화를 양이온성 전분 첨가량 변화에 따라 알아본 결과이다. 재활용 횟수에 따른 겉보기밀도 변화에서 알아본 것과 같이 TMP 완충소재를 재활용함에 따라 완충소재가 갖는 탄성계수가 급격히 감소하고, 과량의 전분을 첨가하여도 탄성계수에는 큰 영향을 미치지 않았다. TMP 완충소재를 재활용하면 섬유의 각질화와 컬화가 촉진되어 섬유들 사이의 결합(interfiber bonding)이 매우 감소하여 완충소재의 탄성계수를 감소시키게 된다. 특히 TMP 섬유들은 리그닌이 다량 함유되어 있는 화학적 특성 때문에 섬유 자체의 결합력은 매우 작을 수밖에 없다. 여기에 결합 보조제인 전분을 첨가하여도 재활용에 따른 섬유 결합력을 보완하는 수준에 머물고 완충소재 전체의 물성을 향상시키는 데는 큰 기여를 하지 못하였다. 따라서 재활용된 TMP 섬유로 완충소재를 다시 제조할 때에는 결합보조제인 전분을 과량 첨가할 필요가 없을 것으로 판단되었다.Table 11 and FIG. 26 show the change in the elastic modulus of the buffer material according to the amount of cationic starch when the buffer material was made again using the TMP buffer material as a raw material. As seen in the change in apparent density according to the number of recycling, the elastic modulus of the buffer material was drastically decreased as the TMP buffer material was recycled, and the addition of excess starch did not significantly affect the elastic modulus. Recycling the TMP buffer material promotes keratinization and curling of the fiber, which greatly reduces the interfiber bonding, thereby reducing the elastic modulus of the buffer material. In particular, TMP fibers have a very small binding force due to the chemical properties of the lignin containing a large amount. The addition of starch, a binding aid, did not contribute much to the improvement of the physical properties of the entire buffer material, while remaining at a level that complements the fiber binding force due to recycling. Therefore, it was judged that it is not necessary to add excessive amount of starch as a binding aid when the buffer material is prepared from recycled TMP fibers.

[표 11: 전분 투입량과 재생횟수에 따른 탄성계수 변화] [ Table 11: Change of modulus of elasticity according to starch input and regeneration times]

Figure 112007036577122-PAT00014
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표 12와 도 27은 TMP 완충소재를 재활용함에 따라 완충소재 내부의 공극률이 변하는 정도를 양이온성 전분 첨가량 변화와 함께 나타낸 것이다. 겉보기밀도의 결과에서 예측한 바와 같이 TMP 완충소재를 반복해서 재활용함에 따라 재활용을 한 번도 하지 않은 것에 비해서 공극률이 증가한 것을 쉽게 알 수 있다. 섬유의 결합력이 약해지면서 내부에 느슨한 구조를 형성하게 됨으로써 완충소재 내부 조직에 많은 공극을 남기게 된다. 이들 공극은 완충소재가 외부 충격을 흡수하는데 중요한 역할을 하게 될 것이다. Table 12 and FIG. 27 show the degree of change in porosity inside the buffer material with the amount of cationic starch added as the TMP buffer material is recycled. As expected from the results of apparent density, it is easy to see that the porosity increased as the TMP buffer material was recycled repeatedly, compared to the case where the recycling was never performed. As the bond strength of the fiber becomes weak, a loose structure is formed inside, which leaves many voids in the internal structure of the buffer material. These voids will play an important role in the cushioning material to absorb external shocks.

도 27에서 볼 수 있듯이 완충소재의 공극률은 완충소재를 재활용하는 횟수만큼 증가하는 것이 아니다. 1회 재활용했을 때의 공극률과 2회 재활용했을 때의 공극률은 큰 차이를 보이지 않았다. 완충소재가 재활용되는 순간 섬유의 열화가 시작되어 섬유의 결합력에 영향을 주어 완충소재의 밀도 감소 및 공극률 감소를 초래하지만 재활용이 반복되더라도 계속된 섬유 열화에 의한 공극률 증가로는 이어지지 않는다. 즉, 반복된 재활용 처리는 완충소재의 내부 구조만 느슨하게 할 뿐 공극률에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그러나 재활용 처리를 하지 않은 것에 비해서는 완충소재의 공극률이 향상되는 것은 완충 효능 발현이라는 면에서 매우 유리한 특성 중의 하나라 할 수 있다. 또 한 가지 흥미로운 사실은 양이온성 전분을 첨가하더라도 재활용 횟수에 관계없이 완충소재의 공극률에는 큰 영향을 끼치지 않았다. 따라서 양이온성 전분은 10% 내외로 첨가하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다.As can be seen in Figure 27, the porosity of the buffer material does not increase by the number of times the buffer material is recycled. The porosity at the time of recycling once and the porosity at the time of recycling twice did not show a big difference. As soon as the buffer material is recycled, the fiber starts to deteriorate and affects the bond strength of the fiber, resulting in a decrease in the density of the buffer material and a decrease in the porosity, but even if recycling is repeated, it does not lead to an increase in the porosity due to the continuous fiber deterioration. In other words, the repeated recycling treatment only loosened the internal structure of the buffer material and did not significantly affect the porosity. However, the improvement in the porosity of the buffer material as compared to the non-recycled treatment is one of the very advantageous characteristics in terms of the expression of buffering efficacy. Another interesting fact is that the addition of cationic starch did not significantly affect the porosity of the buffer material regardless of the number of recycles. Therefore, it was determined that cationic starch should be added at around 10%.

[표 12: 완충소재의 재활용에 따른 공극률의 변화][Table 12: Variation of Porosity According to Recycling of Buffer Material]

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실험예Experimental Example 13: 표백 전후 완충소재의 백색도 변화 13: Change of whiteness of buffer material before and after bleaching

폐잔재 혹은 소경재의 펄프화 있어 TMP(Thermomechanical Pulp)를 사용하면 화학펄프화법에 비해 수율이 월등히 높고 공해가 적은 장점이 있으나 강도적인 문제를 안고 있다. TMP는 리파이너 기계펄프를 대표하는 개량된 기계펄프화법이라 할 수 있으며 이 방법은 원료를 해섬 전과 해섬 중에 증기 처리 하는 것이 특징이라 할 수 있다. 따라서 완충소재의 원료인 폐잔재의 펄프화는 증기 처리에 의해 칩을 연화시켜 일반 기계펄프보다 장섬유분이 많고 결속섬유가 적은 TMP를 도입하였다. 그러나 TMP는 리파이닝 전에 수행되는 높은 온도의 열처리에 의한 열화학 작용에 의해 펄프의 백색도(brightness)가 감소되고 표백 효율도 상당히 저하되는 단점을 가진다.      The use of TMP (Thermomechanical Pulp) for waste pulp or small hardwood has the advantages of higher yield and less pollution than chemical pulping, but it has strength problems. TMP is an advanced mechanical pulping method that is representative of refiner mechanical pulp, which is characterized by steam treatment of raw material before and during sea island. Therefore, the pulping of waste residue, which is a raw material of the buffer material, softens the chip by steam treatment, and introduced TMP with more long fiber content and less binding fiber than general mechanical pulp. However, TMP has the disadvantage that the pulp's brightness is reduced and bleaching efficiency is considerably reduced by thermochemical action by high temperature heat treatment performed before refining.

현재 가장 널리 사용되고 있는 포장 완충재인 발포 스티로폼은 흰색을 띠고 있고 있어서 완충소재를 사용하는 소비자들도 포장 완충재가 흰색이어야 된다는 각인된 인식을 하고 있다. 물론 신문이나 방송 등과 같은 미디어를 통하여 포장 완충소재가 흰색이어야 된다는 잘못된 인식을 개선할 필요가 있고, 여기에 덧붙여 환경적인 측면을 고려한다면 색상에 대한 고정관념도 바뀌어야 함을 홍보하여야 할 것이다.Foam styrofoam, the most widely used packaging cushioning material, is white in color, and consumers using the cushioning material have a recognized recognition that the packaging buffer should be white. Of course, it is necessary to improve the misperception that the packaging buffer material should be white through media such as newspapers or broadcasts, and in addition, it should be promoted that the stereotype of color should be changed in consideration of environmental aspects.

TMP 섬유로 제조한 완충소재도 리그닌이 다량 함유하고 있기 때문에 갈색을 띠게 된다. 갈색을 소비자들이 선호하는 밝은 색 계통으로 바뀌기 위하여 표백을 하였을 때 완충소재의 완충성능이 어떻게 변하는지 알아보고자 하였다. 일반적으로 기계펄프의 표백은 표백 이후에도 고수율을 유지하기 위해서 리그닌 보존표백을 하는 것이 일반적이다. 표백제로는 과산화수소(H2O2)가 주로 사용되고 있다. 그러나 과산화수소 단독 표백은 표백 비용이 적게 들지만 백색도 상승폭 낮은 단점을 지닌다. 따라서 완충소재의 원료인 TMP는 과산화수소와 함께 수산화나트륨(NaOH)을 처리하는 2단 표백처리를 하였다. 표백약품의 농도는 각각 원료의 전건중량에 대하여 각각 2% 첨가하였으며, 반응시간은 1시간, pH는 7.5 의 조건으로 표백처리를 하였다. The buffer material made of TMP fiber is brown because it contains a large amount of lignin. The purpose of this study was to investigate how the buffering performance of the buffer material changed when bleached to change the color of brown to the light color system preferred by consumers. In general, bleaching of mechanical pulp is usually performed by lignin preservation bleaching to maintain high yield even after bleaching. Hydrogen peroxide (H2O2) is mainly used as a bleach. However, hydrogen peroxide bleaching is less expensive to bleach but has a lower whiteness rise. Therefore, TMP, a raw material of the buffer material, was subjected to a two-stage bleaching treatment of sodium hydroxide (NaOH) together with hydrogen peroxide. The concentration of the bleaching agent was added 2% to the total weight of the raw materials, respectively, and the reaction time was bleached under the conditions of 1 hour and pH 7.5.

표 13은 MDF를 원료로 제조된 완충소재와 표백 전?후의 TMP 완충소재의 백색도를 측정한 결과 값을 정리한 것이다. 완충소재의 백색도 측정은 미국 Technidyne사의 Brighterimeter Micro S-5/BOC를 이용하였다.Table 13 summarizes the results of measuring the whiteness of the buffer material prepared from MDF as a raw material and the TMP buffer material before and after bleaching. The whiteness of the buffer material was measured using Brighterimeter Micro S-5 / BOC of Technidyne, USA.

도 28은 표 13에 나타나 있는 값들에 근거하여 완충소재의 백색도 변화를 그래프로 나타낸 것이다. TMP 섬유를 표백처리한 BTMP 섬유로 완충소재를 제조하였을 때 TMP 및 MDF 완충소재에 비하여 BTMP 완충소재가 훨씬 더 높은 백색도를 나타내었다. BTMP 완충소재는 전분 첨가량 증가에 따른 백색도 변이도 거의 나타나지 않았다. 그러나 MDF와 TMP 완충소재는 전분 첨가량이 증가할수록 백색도가 향상되었는데, 이는 백색 분말의 전분이 다량 첨가되어 백색도 증가에 영향을 미친 것으로 사료되었다.28 is a graph showing the change in the whiteness of the buffer material based on the values shown in Table 13. When buffer materials were prepared from BTMP fibers bleached with TMP fibers, BTMP buffer materials showed much higher whiteness than TMP and MDF buffer materials. BTMP buffer material showed little whiteness variation with increasing starch amount. However, the whiteness of MDF and TMP buffers increased with increasing starch content, which was thought to affect the increase of whiteness due to the addition of starch of white powder.

결론적으로 폐잔재나 소경재를 펄프화하여 완충소재를 제조할 때 표백을 통하여 흰색 계통의 완충소재를 제조할 수 있지만, 표백 약품의 사용으로 인한 폐수 처리 비용과 추가적인 표백 비용의 발생으로 인한 제조단가의 상승을 초래할 수 있기 때문에 표백 공정은 피하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다. 또한 환경적인 측면에서도 표백으로 인한 수질오염 문제도 발생할 우려가 있기 때문에 표백은 바람직하지 않은 것으로 사료되었다. 소비자들이 느끼는 미적인 감각보다는 환경을 생각하는 철학적 사고가 더 필요한 것으로 인지시킬 필요가 있다.In conclusion, white buffer system can be manufactured through bleaching when buffer material is manufactured by pulping waste residue or small diameter material, but manufacturing cost due to waste water treatment cost and additional bleaching cost due to the use of bleaching chemicals It was judged that it would be desirable to avoid the bleaching process, as this could lead to an increase in. In addition, it is considered that bleaching is not desirable because there is a possibility of water pollution problem caused by bleaching from the environmental point of view. It is necessary to recognize that philosophical thinking about the environment is more necessary than the aesthetic sense that consumers feel.

[표 13: 원료의 표백처리에 의한 완충소재 백색도 변화] [ Table 13: Change of Whiteness of Buffer Material by Bleaching of Raw Material]

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실험예Experimental Example 14: 완충소재의 단열성 평가 14: Evaluation of thermal insulation of cushioning material

포장 물품이 골판지 상자에 완충소재와 함께 포장된 후 유통될 때 외부 온도 변화에 노출된다. 포장 물품이 갖는 최초 가치를 보존하기 위해서는 가혹한 조건에 해당하는 온도에 노출되지 않는 것이 가장 바람직하겠지만 그렇지 않을 경우에는 완충소재에 의해 어느 정도 단열이 되도록 해야 한다. 그래서 TMP 섬유로 만든 완충소재가 갖는 단열성을 평가하여 완충소재가 외부 열을 어느 정도 차단할 수 있는 가를 분석하였다.     The packaged goods are packaged with a cushioning material in a cardboard box and then exposed to external temperature changes when distributed. In order to preserve the original value of the packaged goods, it is most desirable not to be exposed to temperatures corresponding to harsh conditions, but otherwise, some degree of insulation should be provided by the cushioning material. Therefore, the thermal insulation properties of the buffer material made of TMP fibers were evaluated to analyze how much the buffer material can block external heat.

일반적으로 단열재로 사용되기 위해서는 열전도도가 0.1 W/m·K 이하가 되어야 한다. 따라서 열전도도 값이 작을수록 우수한 단열성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 발포성 단열재인 EPS는 열전도도가 약 0.04 W/m·K로써 펄프 몰드의 열전도도에 비해서 두 배 이상 높은 단열성을 나타내었다. 이에 반해 TMP 완충소재는 약 0.05 W/m?K의 열전도도를 가졌는데 EPS의 열전도도와 비교해서 조금 높은 수치를 나타내었다. TMP 완충소재는 조직 내부에 수많은 공극들을 가지고 있는 다공성 구조를 형성하고 있고 또한 개개 섬유 자체의 세포내강이 붕괴되지 않고 개방된 상태로 되어 있기 때문에 뛰어난 단열성을 가지는 것으로 보인다. 이러한 완충소재에 결합보조제인 전분의 첨가량을 증가시키면 섬유들 사이의 결합력이 향상되면서 열전달(heat transfer) 속도가 빨라지게 되고 결국 단열 효과를 감소시키는 결과를 초래하였다(도 29 참조).In general, the thermal conductivity must be less than 0.1 W / m · K to be used as the insulation. Therefore, it is known that the smaller the thermal conductivity value, the better the thermal insulation property. EPS, which is a foamable insulation, exhibited a thermal conductivity of about 0.04 W / m · K, which is more than twice as high as that of the pulp mold. In contrast, the TMP buffer material had a thermal conductivity of about 0.05 W / m · K, which was slightly higher than that of EPS. The TMP buffer material appears to have excellent thermal insulation because it forms a porous structure with numerous pores inside the tissue, and the intracellular lumen of each fiber itself is not collapsed and remains open. Increasing the amount of starch as a binding aid to the buffer material increased the bonding strength between the fibers, the heat transfer rate was increased and eventually reduced the thermal insulation effect (see Fig. 29).

결론적으로 TMP 펄프로 완충소재를 제조할 때 결합보조제의 첨가량을 조절한다면 TMP 완충소재는 EPS 완충재와 마찬가지로 포장용 완충 효과뿐만 아니라 단열 효과를 함께 갖는 훌륭한 친환경 소재로 이용될 수 있을 것이다.In conclusion, TMP buffer material can be used as an excellent eco-friendly material having not only a buffering effect but also a thermal insulation effect like the EPS buffer material, if the amount of binding aid is adjusted when preparing the buffer material with TMP pulp.

[표 14: 전분투입량에 따른 열전도도의 변화와 다른 완충소재와의 비교][Table 14: Comparison of Thermal Conductivity According to Starch Dose with Other Buffer Materials]

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표 15와 도 30은 TMP 완충소재 표면을 전분으로 표면 사이징 처리를 했을 때 나타나는 열전도도의 변화를 보여준다. 완충소재의 표면을 사이징하게 되면 표면의 공극이 채워지고 밀도가 높아지기 때문에 열의 전달이 더욱 빨라진다. 도 30에서 보는 바와 같이 표면 사이징된 완충소재가 무처리 완충소재에 비하여 더 낮은 열전도도를 갖는 것을 쉽게 알 수 있다. 내첨한 전분 첨가량이 증가할수록 표면 사이징된 완충소재의 열전도도를 조금씩 감소시켰지만 표면 사이징되지 않은 소재에 비하여 유의성 있는 차이를 보이지는 않았다.Table 15 and Figure 30 show the change in thermal conductivity when the surface sizing treatment of the TMP buffer material surface with starch. Sizing the surface of the buffer material fills the voids on the surface and increases the density, resulting in faster heat transfer. As shown in FIG. 30, it can be easily seen that the surface-sized buffer material has a lower thermal conductivity than the untreated buffer material. As the amount of added starch was increased, the thermal conductivity of the surface-sized buffer material was slightly decreased, but there was no significant difference compared to the non-sized surface material.

[표 15: 표면 사이징에 의한 TMP 완충소재의 열전도도 변화]Table 15: Thermal conductivity change of TMP buffer material by surface sizing

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실험예Experimental Example 15: 완충소재의 낙하시험 15: Dropping test of cushioning material

완충소재의 내부에 깨지기 쉬운 유리잔을 넣고 KS A 1011에 준하여 모서리 낙하, 낙하시험, 그리고 평면 낙하시험을 실시하였다. 도 31은 TMP와 EPS로 제조된 완충소재를 모서리 방향으로 낙하시킨 후 완충소재의 균열 상태와 내부 유리잔의 상태를 관찰한 결과를 나타내고 있다. TMP로 제조한 완충소재는 모서리로 낙하하였을 때 모서리로부터 약한 변형이 발생하기 시작하였고, 3차 이상의 낙하를 반복하였을 때 완충소재를 구성하는 조직의 일부가 유실되면서 10회 낙하 시에는 약 1.8 cm의 변형이 발생하였다. 그러나 충격을 받은 부위에서 발생한 완충소재의 조직 변형과는 무관하게 완충소재의 내부에 들어 있는 유리잔에는 손상이 전혀 일어나지 않았기 때문에 완충소재의 충격 흡수 능력(cushioning performance)이 우수함을 확인할 수 있었다. EPS의 경우에도 1차 낙하 시험 때부터 3 mm에 달하는 변형이 발생하였고, 10회 낙하 시험 후에는 변형 부위가 1.6 cm에 이르기까지 크게 확대되어 심한 조직 변형이 나타났다. 결론적으로 반복된 모서리 낙하 시험에서는 TMP 완충소재와 EPS 완충소재 모두 모서리 조직에 변형이 일어나 모서리 방향으로 충격이 전달될 때 약한 경향을 나타내었다.     A fragile glass was placed inside the buffer material, and corner drop, drop test, and plane drop test were conducted according to KS A 1011. FIG. 31 shows the results of observing the cracked state of the buffer material and the state of the inner glass after dropping the buffer material made of TMP and EPS in the corner direction. When the buffer material made of TMP fell to the edge, weak deformation began to occur from the edge. When repeated three or more drops, part of the tissue constituting the buffer material was lost, and the drop was about 1.8 cm when dropped ten times. Deformation occurred. However, irrespective of the tissue deformation of the buffer material at the impacted site, no damage occurred to the glass in the buffer material, and thus the shock absorbing performance of the buffer material was excellent. In the case of EPS, deformation of 3 mm occurred from the first drop test, and after 10 drops, the deformation area was greatly enlarged to 1.6 cm, resulting in severe tissue deformation. In conclusion, in the repeated edge drop test, both the TMP buffer material and the EPS buffer material showed a weak tendency when the shock was transmitted in the corner direction due to deformation of the edge tissue.

도 32는 TMP와 EPS로 제조한 완충소재를 측면으로 낙하시켰을 때 완충소재와 유리잔의 상태를 관찰한 결과를 보여주고 있다. TMP 완충소재의 경우에는 낙하를 반복하였을 때 모서리 낙하보다는 작지만 미세한 변형이 발생하였고, 특히 완충소재의 표면 중심부에 미세한 균열이 발생하기 시작하였다. 그러나 10번 정도의 반복적인 낙하 충격에도 불구하고 중심부 균열은 완충소재의 내부 조직으로는 진행되지 않았고 결국 완충소재의 내부에 포장되어 있는 유리잔에도 충격이 전달되지 않아 유리잔이 원형 그대로 보존되어 있었다. 따라서 TMP로 제조한 완충소재의 측면 쪽으로 충격이 가해지더라도 외부 조직 부위와 표면에서 약한 변형이 발생하기는 하지만 충격이 내부까지 전달되기 전에 흡수 제거되어 유리잔을 보호할 수 있었다. EPS 완충소재의 경우에는 5차까지의 낙하시험 후에도 외부 조직에 전혀 변형이 일어나지 않았지만 10회 정도의 과도한 낙하 시험 후에는 5 mm 정도의 변형이 발생하였다. 이상의 결과로 보아 EPS 완충소재가 TMP 완충소재에 비해서 측면 부위로 전달되는 충격에 대해서는 변형에 대한 저항성이 더 큰 것으로 나타났다. FIG. 32 shows the results of observing the state of the buffer material and the glass when the buffer material made of TMP and EPS dropped to the side. In the case of the TMP buffer material, when the drop was repeated, smaller but smaller deformation occurred than the edge drop, and in particular, a small crack began to occur at the center of the surface of the buffer material. However, despite 10 times of repeated drop impacts, the central crack did not proceed to the internal structure of the buffer material, and the glass was kept in its original form because the impact was not transmitted to the glass packaged inside the buffer material. . Therefore, even if the impact was applied to the side of the buffer material made of TMP, although weak deformation occurs at the external tissue site and surface, the glass was protected by being absorbed and removed before the impact was transferred to the inside. In the case of EPS buffer material, no deformation occurred in the external tissues even after the drop test up to 5th, but deformation of about 5 mm occurred after 10 excessive drop tests. The results show that the EPS buffer material is more resistant to deformation than the impact delivered to the side of the TMP buffer material.

도 33은 TMP와 EPS로 제조한 완충소재를 평면으로 낙하시켰을 때 완충소재와 유리잔의 손상 여부를 관찰한 결과를 보여준다. TMP 완충소재를 5차까지 낙하시켰을 때 완충소재 자체는 손상이 전혀 발생하지 않았고 내부에 포장되어 있는 유리잔도 원형 그대로 잘 보존되었다. 그러나 완충소재를 10번까지 낙하 충격을 주었을 경우에는 완충소재의 형상이 조금 뒤틀려지는 부위가 발생하였지만 전체적인 외관에는 아무런 변형이 일어나지 않았고 유리잔에도 손상이 전혀 일어나지 않았다. EPS로 제조된 완충소재의 경우에는 10회까지의 낙하시험에도 불구하고 완충소재의 외부조직에 변형이 전혀 일어나지 않았다. 평면 낙하 시험의 경우에는 TMP 완충소재나 EPS 완충소재 모두 충격에 대한 저항성이 매우 우수하여 완충소재 조직 자체도 잘 보존할 수 있었을 뿐만 아니라 내부에 포장된 물품까지도 안전하게 보호할 수 있었다.FIG. 33 shows the results of observing the damage of the buffer material and the glass when the buffer material made of TMP and EPS falls to the plane. When the TMP buffer material was dropped to the 5th, the buffer material itself was not damaged at all, and the glass packaged inside was well preserved. However, in the case of dropping the shock absorbing material up to 10 times, the shape of the shock absorbing material was slightly distorted, but there was no deformation in the overall appearance and no damage to the glass. In the case of the buffer material made of EPS, no deformation occurred in the outer structure of the buffer material despite the drop test of up to 10 times. In the case of the planar drop test, both the TMP buffer material and the EPS buffer material were very resistant to impact, which not only preserved the structure of the buffer material itself but also securely protected the packaged goods.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진에게 명백한 것이다. On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments, the invention is variously modified and modified without departing from the technical features or fields of the invention provided by the claims below It will be apparent to those skilled in the art that such changes can be made.

상술한 바와 같은 본 발명은 종래와 같이 스티로폼이나 폐지를 이용하는 것 이 아니라 산림이나 목재 가공시 발생하는 폐잔재 또는 소경재를 기본 재료로 이용하여 완충소재를 제조하는 것으로, 특별히 치핑(chipping)된 폐잔재나 소경재를 해섬기(disintergating)로 펄프화(pulping)하기 전에, 120~140℃ 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 증해하는 과정을 거치는 것이 특징이다. 이러한 본 발명에 의하는 경우 펄프화 전에 열기계로 증해하는 과정을 선행시켜서 폐잔재나 소경재의 목질을 더욱 연화시킴으로써, 해섬기를 통한 펄프화를 용이하고 우수하게 할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention is not to use styrofoam or waste paper as in the prior art, but to manufacture a buffer material using waste residues or small diameter materials generated during processing of forests or wood as a base material. Before the pulping of the remnants or the small hardwoods by disintergating, the process is performed through a cooking apparatus heated in the range of 120 to 140 ° C. According to the present invention by prior to the process of cooking by hot air before pulping by further softening the wood of the waste residues or small diameter wood, there is an effect that can be easily and excellent pulping through the sea island.

또한, 상기와 같이 가열된 증해장치와 해섬기로 펄프화된 열기계화펄프(TMP)를 전분과 혼합시킴에 있어서, 상기 열기계화펄프(TMP) 75~100g을 상기 열기계화펄프(TMP) 중량 대비 10~30% 범위 내의 전분과 혼합시킴으로써, 완충소재의 일정한 형상을 유지하기에 충분하면서도 겉보기 밀도와 탄성계수의 변화 정도를 최소화하여 완충성능을 현저히 증가시킬 수 있는 것이다. In addition, when mixing the hot-pulverized thermopulled pulp (TMP) pulped with a cooking apparatus and a sear as described above with starch, 75-100 g of the thermomelted pulp (TMP) compared to the weight of the thermosetting pulp (TMP). By mixing with starch in the range of 10 to 30%, it is sufficient to maintain a constant shape of the buffer material while minimizing the change in the apparent density and modulus of elasticity can significantly increase the buffer performance.

나아가, 상기와 같은 방법으로 제조된 폐목재 완충소재는 감압 시간의 변화에 따라 0.08~0.12g/cm3 범위 내의 밀도를 가지고 있고, 이것은 종래의 펄프 몰드 밀도 0.3 g/cm3보다 현저히 작은 것으로 발포 스티로폼의 밀도 크기와 비슷할 정도로 우수한 것이며, 탄성계수는 300~900kPa 범위여서 종래의 발포 스티로폼(941kPa)이나 펄프 몰드(1768kPa)보다도 현저히 작은 수치를 가지고 있다. Furthermore, the waste wood buffer material produced by the above method has a density within the range of 0.08 ~ 0.12g / cm 3 according to the change in the decompression time, which is significantly smaller than the conventional pulp mold density 0.3 g / cm 3 It is superior to the density of styrofoam, and its elastic modulus is in the range of 300 to 900 kPa, which is significantly smaller than conventional foamed styrofoam (941 kPa) or pulp mold (1768 kPa).

Claims (5)

산림이나 목재 가공시 발생하는 폐잔재 또는 소경재를 1.0~5.0㎜ 범위 내의 단면적과 5~20㎜ 범위 내의 길이로 치핑(chipping)하는 단계;Chipping waste residues or small hardwoods generated during processing of forests or wood into a cross-sectional area within a range of 1.0 to 5.0 mm and a length within a range of 5 to 20 mm; 상기 치핑된 폐잔재 또는 소경재를 120~140℃ 범위 내로 가열된 증해(蒸解)장치를 통하여 증해한 후, 소정의 해섬기(disintergating)를 이용하여 펄프화(pulping)하는 단계; 및Cooking the chipped waste residue or small hardwood through a cooking apparatus heated in a range of 120 to 140 ° C., and then pulping using a predetermined disintergating process; And 상기 가열된 증해장치와 해섬기로 펄프화된 열기계화펄프(Thermomechanical Pulp, TMP)를 전분(starch)과 혼합시킨 뒤, 양방향진공처리(dual vacuuming)가 가능한 진공성형장치를 이용하여 양방향으로 진공탈수시켜서 완충소재(shock absorbing material)를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법.The heated cooker and the pulp puffed with a thermosetting pulp (Thermomechanical Pulp, TMP) is mixed with starch and then vacuum dewatered in both directions using a vacuum forming apparatus capable of dual vacuuming. To produce a shock absorbing material (shock absorbing material); through the thermo-system pulping of the waste wood comprising a buffer material manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 펄프화하는 단계는,The method of claim 1, wherein the pulping step, 상기 치핑된 폐잔재 또는 소경재를 120~140℃ 범위 내로 가열되고 3~4kg/cm2 범위 내의 작동능력을 가지는 증해(蒸解)장치를 통하여 1~5분간 증해한 후, 소정의 해섬기를 이용하여 펄플 섬유의 여수도(濾水度, freeness)가 650~700 mL CSF 되도록 펄프화하는 것임을 특징으로 하는 폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조 방법.The chipped waste residue or small diameter material is heated within a range of 120 to 140 ° C. and cooked for 1 to 5 minutes through a cooking apparatus having an operating capability within a range of 3 to 4 kg / cm 2 , and then using a predetermined sea island. Method for producing a cushioning material through the thermo-based pulping of waste wood, characterized in that the pulping so that the freeness of the pulp fibers 650 ~ 700 mL CSF. 제1항에 있어서, 상기 열기계화펄프(TMP)를 전분과 혼합시키는 것은,The method of claim 1, wherein the thermomechanical pulp (TMP) is mixed with starch, 상기 열기계화펄프(TMP) 75~100g을 상기 열기계화펄프(TMP) 중량 대비 10~30% 범위 내의 전분과 혼합시키는 것을 특징으로 하는 폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법.Method for producing a buffer material through the thermo-based pulp of the waste wood, characterized in that the thermo-based pulp (TMP) 75 ~ 100g mixed with starch in the range of 10 to 30% by weight of the thermo-based pulp (TMP) weight. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 완충소재를 건조(Drying)시키는 단계; 및Drying the buffer material; And 상기 건조된 완충소재의 표면에 표면사이징(surface sizing) 처리를 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법.And a surface sizing treatment on the surface of the dried buffer material. The method of manufacturing a buffer material through thermomechanical pulping of waste wood, comprising: a step of surface sizing. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 폐목재의 열기계펄프화를 통한 완충소재 제조방법에 의하여 제조된 것으로, 탄성계수가 300~900kPa 범위 내이거나, 밀도가 0.08~0.12g/cm3 범위 내인 것을 특징으로 하는 폐목재 완충소재.It is manufactured by a method for producing a buffer material through the thermomechanical pulping of the waste wood according to any one of claims 1 to 4, the elastic modulus is in the range of 300 ~ 900kPa, density is 0.08 ~ 0.12g / cm Waste wood buffer material, characterized in that within three ranges.
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