KR20090048989A

KR20090048989A - 펄라이트를 이용하여 벌크가 증가된 인쇄용지 및 이의제조방법

Info

Publication number: KR20090048989A
Application number: KR1020070115134A
Authority: KR
Inventors: 김정수; 이영준; 윤경태; 이지영
Original assignee: 한솔제지주식회사
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-05-15

Abstract

본 발명은 충전제로 펄라이트를 이용하여 벌크가 증가된 인쇄용지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주로 건축, 원예 등의 소재산업에 사용되고, 제지산업에서 사용된 적이 없는 무기질인 펄라이트(perlite)를 인쇄 용지 제조공정에서 충전제로 사용함으로써 기존의 인쇄용지에 비해 벌크가 월등히 향상되어 종이의 품질과 원가 절감 측면에서 매우 효율적인 인쇄용지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

충전제, 펄라이트, 벌크, 인쇄용지

Description

펄라이트를 이용하여 벌크가 증가된 인쇄용지 및 이의 제조방법{Manufacturing Method for Increasing Bulk of Printing Paper by Using Perlite}

본 발명은 충전제로 펄라이트를 이용하여 벌크가 증가된 인쇄용지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

제지산업에서 인쇄적성, 광학특성 향상과 원가절감을 위해 충전제가 사용되고 있다. 그러나, 충전제의 함량이 증가하게 되면 종이강도나 사이즈도가 저하되고 표리차가 커지게 되나 가장 큰 문제점은 종이의 벌크(bulk)가 감소하게 된다는 것이다. 이는 제지용 충전제의 비중이 약 2.2 이상이기 때문에 충전제의 함량이 증가함에 따라 종이의 밀도가 증가하게 되어 벌크는 감소하게 되는 것이다. 벌크의 감소는 펄프의 사용량 증가와 직결된 문제이고 종이 물성에도 관련 있기 때문에 여러 측면에서 부정적이라 할 수 있다.

인쇄용지 원지는 천연펄프로 구성된다. 우선, 수입산 천연펄프를 물에 희석한 후, 종이의 강도를 높이기 위해 리파이닝(refining)이라는 멧돌과 같이 기계적으로 가는 공정을 거친다. 기계적 처리된 펄프에 충전제, 보류제, 사이즈 제 등과 같은 부원료가 투입된다. 이러한 과정을 거친 펄프는 초지기라는 종이를 형성하는 공정에 투입되는데 이 공정을 통해 탈수, 압착, 건조 공정을 거쳐 원지가 형성된다. 초지공정을 거쳐 형성된 원지는 사이즈프레스라고 하는 도공기를 거치면서, 표면처리 되거나 도공기에서 피그먼트 코팅이 이루어지게 된다.

특히, 펄프의 가격이 불안정함에 따라 펄프 대체로 충전제의 투입량을 높이려고 하나 종이의 회분함량이 증가하게 되면 종이의 강도나 사이즈도가 저하되고 표리차가 커지게 되나 가장 큰 문제점은 종이의 벌크(bulk)가 감소하게 된다는 것이다.

현재 사용되는 충전제로는 GCC(Ground Calcium Carbonate), PCC(Precipitated Calcium Carbonate), 탈크, 크레이, 티타늄 다이옥사이드, 소성점토(Calcined clay), 합성 실리케이트(synthetic silicates), 수산화 알루미나(Alumium hydroxide), 유기안료, 석고, 황산칼슘 등이 있으며, 이들의 첨가는 대부분 벌크의 감소가 나타타는 문제점을 가지고 있고, 그 중 벌크에 효과가 있다고 알려져 있는 PCC(Precipitated Calcium Carbonate)도 만족할 만한 벌크의 상승은 보여주지 못하고 있다.

이를 극복하기 위해서는 신규 부원료의 개발이 필요하며 본 발명에서는 건축산업이나 원예산업 등에서 사용되는 소재인 펄라이트를 내첨 충전제로 적용하여 기존 충전제의 한계를 극복하고자 한다.

따라서, 본 발명은 충전제로서 적합한 입도와 입도 분포를 갖는 펄라이트를 물에 균일하게 분산시키고 인쇄용지 생산 시 지료에 투입하여 습지필에 보류시킴으로써 종이의 벌크를 향상시킨 인쇄용지 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은

펄프에 충전제를 혼합한 원료를 초지기에서 성형, 압착탈수, 건조, 가공, 광택 처리하여 인쇄용지를 제조하는 방법에 있어서,

상기 충전제로 전체 원료 100 중량% 대비 펄라이트(Perlite) 1 ~ 30 중량%를 혼합하여 인쇄용지를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 인쇄용지를 그 특징으로 한다.

본 발명의 경우, 천연펄프를 이용하여 제조되는 종이에 내첨 충전제로 펄라이트를 적용하여 기존 충전제에 비해 높은 벌크를 갖는 인쇄용지를 제조하는 기술이다. 이 기술을 통해 기존 충전제가 갖는 한계를 극복할 수 있을 것으로 판단된다.

따라서 생산되는 종이의 벌크를 향상시켜 과평량을 해소시킴으로써 고가의 천연펄프 사용량을 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 주로 건축, 원예 등의 소재산업에 사용되고, 제지산업에서 사용된 적이 없는 무기질인 펄라이트(perlite)를 인쇄용지 제조공정에서 충전제로 사용함으로써 기존의 인쇄용지에 비해 벌크가 월등히 향상되어 종이의 품질과 원가 절감 측면에서 매우 효율적인 인쇄용지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 제지산업에서 사용된 적이 없는 무기질인 펄라이트(perlite)를 인쇄용지 제조공정에서 충전제로 사용하고자 한다. 펄라이트는 화산석인 진주암을 약 700 ~ 1200 ℃의 고온에서 본래의 부피를 10 ~ 20배 팽창시킨 것으로 단열성, 방음성, 통기성, 보습성 등이 우수한 첨단소재이다. 팽창의 원리는 화산암 내에는 휘발성분(대체로 수분)을 일반적으로 3~4% 함유하고 있고, 휘발분을 많이 함유하게 된 이유는 펄라이트가 호수의 침전시 연속적인 응고와 함께 휘발분이 함유되기 때문이다. 이러한 성질을 가진 원석을 미세하게 분세하여 갑자기 열을 가하면(700 ~ 1200 ℃) 함유된 휘발성분이 가스화 하여 연화된 입자의 내부에서 팽창하여 내부기공이 형성되며, 입자의 표면에 형성된 것은 밖으로 분출되면서 본래 부피의 약 10~20배 정도로 팽창하게 된다.

지금까지 펄라이트는 주로 건축, 원예 등 소재산업에 사용되었으나 제지산업에서는 한번도 사용된 적이 없는 소재이다. 특히, 겉비중이 0.1 ~ 0.2 g/cm³수준으로 기존 충전에 비해 낮기 때문에 내첨 충전제로 사용시 벌크 향상에 도움이 되는 것으로 나타났다.

기존 제지 공정 상에 알루미노 실리케이트를 적용한 예도 있으나, 본 발명과 같이 펄라이트를 사용할 경우 벌크 향상이 더욱 우수하였음을 확인할 수 있었다.

같은 동량인 20 중량%을 투입하였을 때에도, 벌크의 향상이 알루미노 실리케이트의 경우에는 4.5%의 향상을 보였으나 펄라이트의 경우 11%의 향상을 보여 많은 차이가 있음을 확인할 수 있었다.

좀 더 구체적으로 설명하기 위하여, 펄라이트(Perlite)와 알루미노 실리케이트(Alumino silicate)의 물리적 특성을 다음 표 1로 정리하였다.

구분	펄라이트 (Perlite)	알루미노 실리케이트 (Alumino silicate)
화학 조성 (Chemical composition)	SiO₂ : 71-75% Al₂O₃ : 12-18% Na₂O : 3-4% K₂O : 4-5% Fe₂O₃ : 0.5-1.5% MgO : 0.1-1.5%	SiO₂ : 66-71% Al₂O₃: 9-13% Na₂O : 6-8% Fe₂O₃ : 0.1-0.25% MgO : 1.5-2.5% Na₂SO₄ : 5%
진비중(specific gravity), g/cm³	1.2-2.4	2.1
겉비중, g/cm ³	0.15	0.67
굴절율	1.50	1.55
강열감량(ignition loss), %	1.5	8-11
입자 형태	불규칙적인 조각형태	구형입자의 응집체 형태
제조방법	소성팽창 (800∼1,200℃)	규산염 반응(siliceous reaction) 후 침전

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 겉비중의 경우 펄라이트가 알루미노 실리케이트에 비해 비중이 낮아 벌크 향상이 월등히 우수한 것을 본 발명자들에 의해 확인되었다.

본 발명에 따른 인쇄용지의 제조방법을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

1) 펄라이트를 물에 균일하게 분산시킨다.

상기 펄라이트는 너무 고농도일 경우 분산 및 이송에 문제가 있을 수 있으므로 5 ~ 15%의 농도로 물에 분산시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 펄라이트의 입자크기는 너무 크게 되면 제품 표면이 불균일해 질 우려가 있으므로 평균입도가 2 ~ 25 ㎛인 것이 60 ~ 250 ㎛인 인쇄용지의 두께를 고려할 때 적절한 사이즈이다.

2) 주원료인 펄프에 총 원료 중량 대비 펄라이트를 1 ~ 30 중량%로 원료라인에 혼합시킨다.

상기 펄프로는 HW-BKP(Hard Wood Bleached Kraft Pulp), SW-BKP(Soft Wood Bleached Kraft Pulp), BCTMP(Bleached Chemi Thermo Mechanical Pulp) 등이 바람직하다. 또한, 펄라이트 1 중량% 미만으로 소량 사용할 경우에는 목적하는 벌크 향상의 효과가 거의 없고, 30 중량%를 초과하면 강도 특성이 크게 하락하는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.

3) 균일하게 혼합된 원료를 이용하여 기존 초지기로 이송하여 성형부(Forming), 압착탈수부(Pressing), 건조부(Drying), 가공부(Coating), 광택처리(Calendering)를 거쳐 인쇄용지를 생산한다.

상기와 같이 제지산업에서 사용된 적이 없는 신규 소재인 펄라이트는 비중이 낮기 때문에 인쇄용지 생산 공정에서 기존의 충전제를 대체하여 사용할 경우 인쇄용지의 벌크를 향상시켜 펄프 사용을 절감시킬 수 있다.

이하, 본 발명은 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 다음 실시예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 펄라이트를 5 중량% 사용한 인쇄용지 제조

펄라이트를 10% 농도로 물에 균일하게 분산시켰다.

주원료인 Hw-BKP(Hard Wood Bleached Kraft Pulp) 펄프에 총 원료 중량 대비 펄라이트를 5 중량%로 원료라인에 혼합시키고 Kumagai사의 수초지기를 이용하여 TAPPI Test Method T205 sp-02에 의거, 습지필을 형성하고 3.5 kgf로 압착탈수 후 건조과정을 거쳐 평량 100 g/m²의 인쇄용지를 제조하였다.

실시예 2: 펄라이트를 10 중량% 사용한 인쇄용지 제조

상기 실시예 1의 제조과정과 동일하게 실시하되, 전체 원료 중량 대비 펄라이트 10 중량%를 Hw-BKP(Hard Wood Bleached Kraft Pulp) 펄프와 혼합하여 평량 100 g/m²의 인쇄용지를 제조하였다.

실시예 3: 펄라이트를 20 중량% 사용한 인쇄용지 제조

상기 실시예 1의 제조과정과 동일하게 실시하되, 전체 원료 중량 대비 펄라이트 20 중량%를 Hw-BKP(Hard Wood Bleached Kraft Pulp) 펄프와 혼합하여 평량 100 g/m²의 인쇄용지를 제조하였다.

비교예 1: 기존 사용필러인 GCC(Ground Calcium Carbonate)를 20 중량% 사용한 인쇄용지 제조

상기 실시예 1의 제조과정과 동일하게 실시하되, 전체 원료 중량 대비 GCC 20 중량%를 Hw-BKP(Hard Wood Bleached Kraft Pulp) 펄프와 혼합하여 평량 100 g/m²의 인쇄용지를 제조하였다.

비교예 2: 알루미노 실리케이트를 20 중량% 사용한 인쇄용지 제조

상기 실시예 1의 제조과정과 동일하게 실시하되, 전체 원료 중량 대비 알루미노 실리케이트 20 중량%를 Hw-BKP(Hard Wood Bleached Kraft Pulp) 펄프와 혼합하여 평량 100 g/m²의 인쇄용지를 제조하였다.

비교예 3: PCC ( Precipitated Clacium Carbonate )를 20 중량% 사용한 인쇄용지 제조

상기 실시예 1의 제조과정과 동일하게 실시하되, 전체 원료 중량 대비 PCC 10 중량%를 Hw-BKP(Hard Wood Bleached Kraft Pulp) 펄프와 혼합하여 평량 100 g/m²의 인쇄용지를 제조하였다.

비교예 4: 펄라이트를 35 중량% 사용한 인쇄용지 제조

상기 실시예 1의 제조과정과 동일하게 실시하되, 전체 원료 중량 대비 펄라이트 35 중량%를 Hw-BKP(Hard Wood Bleached Kraft Pulp) 펄프와 혼합하여 평량 100 g/m²의 인쇄용지를 제조하였다.

시험예 1: 물성 확인

실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 4의 종이를 23℃, 50% RH에서 조습처리 후 평량, 두께를 측정하여 벌크를 계산하고(벌크=두께/평량), 인장강도를 측정하였다.

구분	벌크(cm³/g)	벌크 향상율(%)	인장강도
실시예 1	1.61	3.9	-3.6%
실시예 2	1.64	5.8	-5.0%
실시예 3	1.72	11.0	-8.6%
비교예 1	1.55	-	-
비교예 2	1.62	4.5	-7.1%
비교예 3	1.60	3.2	-14.3%
비교예 4	1.77	14.2	-28.6%

상기 표 2에서 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 3은 기존 적용조건인 GCC를 20% 사용하는 비교예 1에 비해 3.9 ~ 11.0%의 벌크 향상을 확인할 수 있었고, 알루미노 실리케이트(비교예 2)와 벌크의 효과가 좋다고 알려져 있는 PCC(비교예 3)와 동일 중량% 투입 비교 시에도 2~3배의 벌크상승 효과를 확인할 수 있었다(실시예 3).

또한, 펄라이트를 너무 많이 적용한 비교예 4는 추가적인 벌크 향상은 기대할 수 있으나 강도특성의 과도한 하락으로 30%를 초과하는 펄라이트의 투입은 바람직하지 않음을 확인할 수 있었다.

실시예 4: 펄라이트 6 중량%를 혼합하여 사용한 인쇄용지 제조

인쇄용지를 생산하는 일반 포드리니어 초지기에서 펄라이트를 적용하여 인쇄용지를 생산하였다. 원료는 100% HW-BKP(Hard Wood Bleached Kraft Pulp)이고 기존 펄프라인에서 고해되어 오는 원료에 펄라이트를 10%의 농도로 분산하여 원료라인에 균일하게 혼합하였다. 혼합된 원료에 대하여 보류제 등의 약품을 투입하고 태광기계 사의 포드리니어 초지기 헤드 박스(Head Box)에서 분출 후 포밍(Forming) 과정에서 습지필을 형성 후, 프레스 공정에서 3~4 kgf로 가압된 롤 사이로 통과시키면서 압착 탈수하고, 100 ℃ 이상의 드라이어 실린더(Dryer cylinder)를 단계적으로 통과하면서 건조하였다. 이후 가공(Coating) 및 광택 처리(Calendering) 공정으로 거쳐 평량 150 g/m²의 인쇄용지를 제조하였다.

인쇄용지 생산시 전체 원료 중량 대비 6 중량%의 펄라이트를 혼합하였다.

비교예 5: 펄라이트를 사용하지 않고 기존 PCC를 사용한 인쇄용지 제조

상기 실시예 4의 제조과정과 같이 실시하되, 전체 원료 중량 대비 6 중량%의 PCC를 혼합하여 전체 평량 150 g/m²의 종이를 제조하였다.

시험예 2: 현장 적용 결과

인쇄용지의 생산공정에서 펄라이트를 혼합하여 초지기에서 종이를 제조하고 두께, 평량을 측정하여 벌크를 계산하고 인장강도를 측정하였다.

구분	벌크 (cm³/g)	벌크향상율(%)	인장강도
실시예 4	1.35	4.7	-6.2%
비교예 5	1.29	-	-

상기 표 3에서 알 수 있듯이, 실시예 4는 기존 생산조건인 비교예 5에 비해 약 5% 가까운 벌크 향상을 확인할 수 있었고, 강도특성의 경우 하락폭이 10% 미만으로 과도한 하락은 없음을 확인하였다.

이는 수십만톤의 원료를 사용하는 제지공장에서 5% 정도의 원료 절감이라면 수만톤의 원료를 절감할 수 있는 효과이고 이는 경제적 효과뿐만 아니라 원료의 수급이나 가격이 불안정한 상황에서 괄목한 만한 효과라고 할 수 있겠다.

도 1은 본 발명에 따른 인쇄용지의 제조과정을 나타낸 간략도이다.

Claims

펄프에 충전제를 혼합한 원료를 초지기에서 성형, 압착탈수, 건조, 가공, 광택 처리하여 인쇄용지를 제조하는 방법에 있어서,

상기 충전제로 전체 원료 100 중량% 대비 펄라이트(Perlite) 1 ~ 30 중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 인쇄용지의 제조방법.
청구항 1의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 벌크가 향상된 인쇄용지.