신문용지의 불투명도 향상에 관한 연구

- 충전제의 적용 -

김 성 권 □ 류   훈

(주) 세풍 공학연구소

Studies on Improving the Opacity of Newsprint with Fillers

- Application of various filler -

Sung Kweon Kim □ Hoon Ryu

Sepoong Engineering R & D Center

I.  서   론

세계적으로 경제수준이 상승하고 정보매체에 관한 관심이 증대됨에 따라 종이의 소비가 증가되면서 양질의 종이를 선호하고 있다. 특히 신문용지는 질적인 개선과 더불어 경량화 추세가 계속되고 있다. 신문용지의 경량화는 신문의 증면, 신문 배달시 노동 부하 경감, 용지면적당 원목과 펄프 사용량의 감소 같은 자원보호의 측면과 물류비의 절감 차원에서 진행되고 있다.

그러나 신문용지가 경량화되면 불투명도(opacity)의 저하와 이에 따른 뒤비침(show through)의 문제 등이 발생한다. 그 해결방안으로 충전제(filler)를 첨가하여 빛의 산란과 굴절을 크게하여 불투명도를 향상시키는 방법이 많이 연구되고 있다[1, 2].

본 연구에서는 신문용지의 경량화에 따라 불투명도가 저하되는 심각한 문제를 해결하기 위하여 여러가지 충전제를 적용하여 그 효과를 비교하였다.

II. 재료 및 방법

충전제의 불투명도 향상능을 비교하기 위하여 시트머신을 이용하여 탈묵펄프 100%를 이용하여 평량 45 □ 0.5 g/m2의 수초지를 제작하여 실험을 실시하였다. 지료의 pH는 pH 7.5 □ 0.2로 조절하였다. 실험에 사용된 충전제는 Precipitated Carcium Carbonate(PCC), Silica, Ground Carcium Carbonate(GCC) 및 Talc로써 절건펄프당 각각 0, 2, 4, 6 및 10%씩 첨가하였다. 보류율을 향상시키기 위하여 보류향상제로 polyethyleneimine(PEI)을 첨가하였다.

지료는 펄프를 약 0.1%가 되도록 희석한 후, 충전제를 첨가하여 교반한 후에 보류향상제를 첨가하여 1분간 혼합한 후 수초하였다. 수초한 종이의 평량을 측정한 후에 광학적 특성으로 Hunter 측정기를 이용하여 불투명도와 백색도를 측정하였고, 강도 특성으로 인장지수를 측정하였다. 보류되는 충전제의 양을 추정하기 위하여 회분함량을 측정하였다.

III. 결과 및 고찰

1. 불투명도

지료를 0.1%로 희석한 후에 PCC, Silica, GCC 및 Talc를 각각 0, 2, 4, 6 및 10%씩 처리하여 교반하고, 보류향상제를 0.1%씩 첨가하여 혼합한 후에 수초하여 불투명도의 변화를 측정하였다.

충전제의 농도가 증가함에 따라, PCC는 4.4%, Silica는 1.0%, GCC는 2.0%, 그리고 Talc는 2.6%의 증가를 보였다. 이처럼 충전제의 농도가 증가함에 따라 종이의 불투명도가 증가하는 것은 충전제의 광산란계수가 섬유보다 크기 때문이며 처리구 사이의 차이는 자체 광산란계수와 size 효과때문으로 사료된다[3].

위와 같이 불투명도의 증가량은 PCC > Talc ≥ GCC > Silica의 순으로 나타나 PCC가 불투명도 향상에 가장 효과가 좋았다.

2. 백색도

불투명도와 마찬가지로 충전제를 0, 2, 4, 6 및 10%씩 첨가하고 수초지의 백색도를 측정하였다. 백색도는 PCC에서 2.4%, Silica에서 3.3%, GCC에서 1.8%, 그리고 Talc에서 0.8%의 증가를 나타냈다.

백색도는 충전제 첨가량이 증가함에 따라 증가하였다. 그 증가량은 Talc가 가장 낮아 0.8%의 증가에 그쳤으며, Silica는 증가량이 가장 높아 3.3%의 증가를 나타냈다. 즉, 백색도 향상에는 자체백색도가 높은 Silica가 가장 좋은 것으로 나타났다.

3. 인장지수

충전제의 투입에 따른 인장지수의 변화를 측정하였다. 4종류의 충전제 모두 그 함량이 증가함에 따라 인장지수가 감소하였다. 충전제의 처리량이 증가함에 따라 PCC는 29.1 N□m/g에서 26.3 N□m/g, Silica는 28.8 N□m/g에서 24.0 N□m/g, GCC는 28.5 N□m/g에서 25.0 N□m/g, 그리고 Talc는 29.1 N□m/g에서 25.4 N□m/g으로 감소하였다. 인장지수의 감소 폭은 PCC가 가장 낮았으며, Silica가 가장 크게 나타났다.

이처럼 충전제 투입량이 증가함에 따라 인장지수가 감소하는 것은 섬유간 수소결합을 방해하여 내부응력을 감소시키기 때문이다[3,4]

4. 회분함량

여러가지 충전제가 광학적 특성, 즉 불투명도 및 백색도와 원가에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요소로써 작영하기 때문에 보류율을 간접적으로 조사하기 위하여 회분함량을 측정하였다.

충전제의 첨가량이 0, 2, 4, 6 및 10%로 증가함에 따라 PCC는 각각 3.82, 4.28, 4.42, 5.77 및 7.84%로 증가하였으며, Silica는 각각 3.98, 4.43, 5.64, 6.47 및 7.94%로 증가하였고, GCC는 각각 3.84, 4.60, 5.93 6.40 및 7.60%로 증가하였으며, 그리고 Talc는 각각 3.67, 4.65, 6.77, 7.92 및 8.98%로 증가하였다.

각 처리구의 회분함량을 측정하여 보류율을 추정한 결과, Talc와 Silica 처리구가 비교적 높은 보류율을 나타내었으며, 탄산칼슘, 즉 PCC와 GCC가 비교적 낮은 보류율을 나타냈다. 그러나 그 차이는 크지 않았다. 이처럼 보류율에 다소 차이가 난 것은 각 충전제의 입자경이 큰 요인으로 작용한 것으로 추정된다. 즉, 입자경이 8.5 □m인 Talc와 6.5 □m인 Silica가 크기가 작은 GCC(3.2 □m)와 PCC(1.2 □m)보다 더 많이 보류되는 것은 입자가 크기 때문에 여과 효과가 크고, 상대적으로 표면적이 작아서 같은 양의 보류향상제로 더 큰 효과를 나타냈기 때문으로 사료된다[5].

Table 1. Effects of fillers on the sheet physical properties

Filler	Opacity (%)	Brightness (%)	T. I.* (N□m/g)	Ash content (%)
PCC	+ 4.4	+ 2.4	- 2.8	+ 4.02
Silica	+ 1.0	+ 3.3	- 4.8	+ 3.96
GCC	+ 2.0	+ 1.8	- 3.5	+ 3.76
Talc	+ 2.6	+ 0.8	- 3.7	+ 5.31

* T.I. : Tensile Index.

IV. 결    론

1. 불투명도 향상능력은 PCC > Talc ≥ GCC > Silica의 순이었다.

2. 백색도는 Silica처리구에서 가장 높았으며, Talc 처리구에 가장 낮았다.

3. 충전제의 첨가량이 증가함에 따라 강도가 감소하였다.

4. 신문용지에 적절한 충전제의 투입량은 6% 내외로 사료된다.

V. 참고문헌

1. 小川正英 : 제17회 국제펄프□종이기술세미나, 29 (1987)

2. Evans, D.B., D.K. Drummond, M.H. Koppelman : Papermakers Conference, 321 (1991)

3. Scott, W.E. : Tappi J., 71(11), 30 (1988)

4. 원종명, 남기영, 염은석 : J. Tappik, 26(4), 15 (1994)

5. Brown, R. : Paper Technology, 32 (1990)

Fig. 1. Effect of fillers on the opacity.   Fig. 2. Effect of fillers on the

brightness.

Fig. 3. Effect of fillers on the tensile    Fig. 4. Effect of fillers on the ash

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