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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 서울대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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표면사이징 공정에 무기 안료를 첨가하는 기술은 미터링 사이즈 프레스의 개발과 더불어 본격적으로 연구되기 시작하였다. 초기에는 경량 도공지의 전처리 혹은 프리 코팅을 대체하기 위한 목적으로 개발, 적용되었으며 도공지의 품질 향상 효과로 주목받았으나 현장 시험 결과 위주의 연구 사례만 발표되어 지속적인 관심을 받지는 못하였다.
표면사이징 공정에 무기 안료를 사용하는 기술은 섬유 원료 절감과 에너지 절약에 대한 관심이 증가하면서 충전물 외첨 기술로 다시 주목을 받았고 종이의 광학적 특성 향상과 사이즈제의 고형분 함량 증가 효과도 언급되었다.
본 연구에서는 이러한 무기안료를 이용한 표면 사이징 기술에 기초 및 활용기술을 구명하기 위해 산화전분을 기반으로 하는 표면사이즈제에 무기 안료를 투입하고 무기안료의 종류와 투입량에 따른 표면사이징 호액의 유변학적 특성과 무기 안료의 거동, 종이에 도포하였을 때 무기 안료를 포함한 전분 필름의 형태, 피그멘타이징 효과를 실험하고 결과를 분석하였다.
연구 결과, 산화전분과 무기 안료 간 가교결합이 발생하였고 그로 인하여 응집 경향이 나타났다. 피그멘타이징 사이즈제의 점도가 상승하였으며 입자가 큰 중질탄산칼슘을 투입하였을 때의 점도 상승이 가장 낮게 나타났다. 계 내에 존재하는 무기 안료 입자의 입도 분포는 입도가 큰 중질탄산칼슘과 종횡비가 큰 클레이를 사용하였을 때 전분 중량 대비 60% 이상의 투입량 조건에서 크게 변화하였다. 제타 전위는 무기 안료의 투입량이 적을 때 가장 크게 변하였고 투입량이 증가할수록 무기 안료 자체의 제타 전위에 근접하는 방향으로 변화하였다. 이러한 결과들로 볼 때 산화전분 고분자와 무기 안료 간 흡착 및 약한 가교 결합이 발생하여 분산제의 효과가 악화되는 것을 알 수 있다.
무기 안료를 첨가하여 표면사이징을 한 결과 종이 표면에 형성되는 사이징필름의 면적이 증가하고 공극이 메워지는 현상이 관찰되었고 무정형 입자인 중질탄산칼슘은 종이 공극으로 일부 입자가 침투하면서 최외각 표면에서 무기 안료가 차지하는 면적이 20% 이하 수준으로 넓지 않은 반면 판상형의 클레이는 종이 표면에 남는 입자가 많고 무기 안료가 차지하는 면적이 실험 조건 내 최대 60% 수준으로 넓게 나타났다. 전분 필름 밖으로 안료 입자가 드러나는 현상은 입자가 큰 중질탄산칼슘과 종횡비가 작은 클레이를 투입한 조건에서 관찰되었다.
광학적 특성의 향상은 종횡비가 작은 클레이를 사용한 조건에서 가장 크게 나타났다. 이는 전분 필름 표면에 배치된 클레이 입자로 인하여 산란되는 빛의 양이 증가하였기 때문이다. 픽업량을 증량하고 투입량을 전분 중량 대비 100%까지 증가시킨 경우에는 종이 공극에 침투하고 남은 무기 안료 입자가 전분 필름 표면까지 채워지기 때문에 입자 자체의 광산란도가 높은 중질탄산칼슘을 사용한 조건의 백색도 결과가 높게 나타났다.
종이의 회분량 증가는 전분 중량 대비 60% 투입하였을 때 0.9% 이하의 증가율을 보였다. 이는 평량 180 g/m2의 라이너지를 기준으로 한 것으로 원지의 평량에 따라 회분 함량의 증가율은 달라질 수 있다. 회분 함량이 증가하였으나 종이의 기계적 강도는 감소하지 않았으며 이는 증가한 회분이 종이 표면에만 위치하여 내부결합면적에 영향을 끼치지 않았기 때문이라고 생각된다.
표면사이징 공정에 무기 안료를 사용하는 기술은 섬유 원료 절감과 에너지 절약에 대한 관심이 증가하면서 충전물 외첨 기술로 다시 주목을 받았고 종이의 광학적 특성 향상과 사이즈제의 고형분 함량 증가 효과도 언급되었다.
본 연구에서는 이러한 무기안료를 이용한 표면 사이징 기술에 기초 및 활용기술을 구명하기 위해 산화전분을 기반으로 하는 표면사이즈제에 무기 안료를 투입하고 무기안료의 종류와 투입량에 따른 표면사이징 호액의 유변학적 특성과 무기 안료의 거동, 종이에 도포하였을 때 무기 안료를 포함한 전분 필름의 형태, 피그멘타이징 효과를 실험하고 결과를 분석하였다.
연구 결과, 산화전분과 무기 안료 간 가교결합이 발생하였고 그로 인하여 응집 경향이 나타났다. 피그멘타이징 사이즈제의 점도가 상승하였으며 입자가 큰 중질탄산칼슘을 투입하였을 때의 점도 상승이 가장 낮게 나타났다. 계 내에 존재하는 무기 안료 입자의 입도 분포는 입도가 큰 중질탄산칼슘과 종횡비가 큰 클레이를 사용하였을 때 전분 중량 대비 60% 이상의 투입량 조건에서 크게 변화하였다. 제타 전위는 무기 안료의 투입량이 적을 때 가장 크게 변하였고 투입량이 증가할수록 무기 안료 자체의 제타 전위에 근접하는 방향으로 변화하였다. 이러한 결과들로 볼 때 산화전분 고분자와 무기 안료 간 흡착 및 약한 가교 결합이 발생하여 분산제의 효과가 악화되는 것을 알 수 있다.
무기 안료를 첨가하여 표면사이징을 한 결과 종이 표면에 형성되는 사이징필름의 면적이 증가하고 공극이 메워지는 현상이 관찰되었고 무정형 입자인 중질탄산칼슘은 종이 공극으로 일부 입자가 침투하면서 최외각 표면에서 무기 안료가 차지하는 면적이 20% 이하 수준으로 넓지 않은 반면 판상형의 클레이는 종이 표면에 남는 입자가 많고 무기 안료가 차지하는 면적이 실험 조건 내 최대 60% 수준으로 넓게 나타났다. 전분 필름 밖으로 안료 입자가 드러나는 현상은 입자가 큰 중질탄산칼슘과 종횡비가 작은 클레이를 투입한 조건에서 관찰되었다.
광학적 특성의 향상은 종횡비가 작은 클레이를 사용한 조건에서 가장 크게 나타났다. 이는 전분 필름 표면에 배치된 클레이 입자로 인하여 산란되는 빛의 양이 증가하였기 때문이다. 픽업량을 증량하고 투입량을 전분 중량 대비 100%까지 증가시킨 경우에는 종이 공극에 침투하고 남은 무기 안료 입자가 전분 필름 표면까지 채워지기 때문에 입자 자체의 광산란도가 높은 중질탄산칼슘을 사용한 조건의 백색도 결과가 높게 나타났다.
종이의 회분량 증가는 전분 중량 대비 60% 투입하였을 때 0.9% 이하의 증가율을 보였다. 이는 평량 180 g/m2의 라이너지를 기준으로 한 것으로 원지의 평량에 따라 회분 함량의 증가율은 달라질 수 있다. 회분 함량이 증가하였으나 종이의 기계적 강도는 감소하지 않았으며 이는 증가한 회분이 종이 표면에만 위치하여 내부결합면적에 영향을 끼치지 않았기 때문이라고 생각된다.
목차
제 1 장 서 론 11. 연구 배경 21.1 무기 안료를 첨가한 표면사이징 기술 21.1.1 표면사이징 기술 개요 21.1.2 표면사이징 공정 51.1.3 표면사이징과 전분 81.1.4 피그멘타이징(Pigmentizing) 121.2 충전물 증량 기술 171.2.1 증량 목적 171.2.2 충전물 증량 기술 소개 181.2.3 충전물로 사용되는 무기 안료 191.3 종이의 광학적 특성과 표면사이징 212. 연구사 222.1 피그멘타이징 연구 222.2 전분 필름에 관한 연구 232.3 종이에 대한 전분 및 무기 안료의 적용 연구 233. 연구 목적 24제 2 장 피그멘타이징 사이즈액 유체 특성 분석 261. 서론 272. 재료 및 방법 292.1 실험 재료 292.2 실험 방법 312.2.1 피그멘타이징 사이즈액의 제조 312.2.2 점도 측정 322.2.3 제타 전위 측정 342.2.4 입도 측정 353. 결과 및 고찰 363.1 점도 363.1.1 무기 안료의 종류와 투입량의 영향 363.1.2 pH의 영향 393.2 제타 전위 463.3 입도 484. 결론 60제 3 장 피그멘타이징 필름 특성 분석 611. 서론 622. 재료 및 방법 632.1 실험 재료 632.1.1 필름사이징 632.1.2 종이사이징 632.2 실험 방법 642.2.1 시편 제조 642.2.2 이미지 촬영 662.2.3 광학적 특성 측정 662.2.3.1 백색도 측정 662.2.3.2 빛 투과도 측정 662.2.4 기계적 물성 측정 672.2.5 피그멘타이징 시료 표면의 무기 안료 면적 측정 672.2.6 회분 함량 측정 703. 결과 및 고찰 713.1 피그멘타이징을 적용한 사이징필름 및 종이 표면 관찰 713.1.1 필름에 적용한 피그멘타이징 713.1.2 종이에 적용한 피그멘타이징 773.2 피그멘타이징 적용 후 광학적 특성 변화 873.3 피그멘타이징 적용 후 기계적 물성 변화 943.4 피그멘타이징 시료 표면에서의 무기 안료 면적 983.5 피그멘타이징으로 인한 회분 함량 변화 1034. 결론 107제 4 장 총괄 결론 108참고 문헌 111Abstract 115
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