Current Issue

Journal of Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry - Vol. 54 , No. 6

[ Article ]
Journal of Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry - Vol. 54, No. 6, pp. 125-134
Abbreviation: J. Korea TAPPI
ISSN: 0253-3200 (Print)
Print publication date 31 Dec 2022
Received 02 Dec 2022 Revised 22 Dec 2022 Accepted 24 Dec 2022
DOI: https://doi.org/10.7584/JKTAPPI.2022.12.54.6.125

미이용 산림자원의 제지용 스페이서 적용성 평가 연구
이용주1 ; 차지은1 ; 이지민1 ; 김재협1 ; 김형진2,
1국민대학교 과학기술대학 임산생명공학과, 학생
2국민대학교 과학기술대학 임산생명공학과, 교수

A Study on Applicability of Wood Flour Spacers Made from Woody Waste
Yong Ju Lee1 ; Ji Eun Cha1 ; Ji Min Lee1 ; Jae Hyeop Kim1 ; Hyoung Jin Kim2,
1Department of Forest Products & Biotechnology, Colleage of Science and Technology, Kookmin University
2Department of Forest Products & Biotechnology, Colleage of Science and Technology, Kookmin University
Correspondence to : †E-mail: hyjikim@kookmin.ac.kr (Address: Department of Forest Products & Biotechnology, Colleage of Science and Technology, Kookmin University, Seoul, 02707, Republic of Korea)

Funding Information ▼

Abstract

Recently, the importance of wastepaper recycling has been emphasized and accordingly, several studies have been conducted to improve the quality of the Korean old corrugated container. A representative example is the application of wood flour-based organic fillers as the spacer. Therefore, if domestic woody waste, which is most commonly used as power plant fuels, can be applied to produce organic fillers, it is expected to become a new economic resource. In this study, we evaluated whether it is possible to manufacture wood flour from woody waste and use it as a spacer for papermaking. This study confirmed that if the wood flour made from woody waste is applied as the spacer for papermaking, the drying load can be reduced by the hydrophobic properties of lignin and securing bulk. In addition, from the analysis of the behavior of wood flour in the paper structure, the shape of the wood flour was found to bend after compression. Moreover, the wood flour was shown to adhere more flatly to the fibers or was located in-between, which minimized the interferences between fibers and stably increased the volume and the strength loss simultaneously. Based on the IR spectral analysis of the handsheets with wood powder being applied, it was confirmed that the intensity of the peaks weakened for the hydroxyl groups, such as OH bending and OH in-plane bending. Therefore, it can be concluded that the application of wood flour manufactured from unused forest resources can effectively increase the associated drying efficiency without chemical heterogeneity.


Keywords: Woody waste, wood flour, spacer, paper board, OCC, drying efficiency, drying energy, bulk, TCI(total crystallinity index), HBI(hydrogen-bond intensity)

1. 서 론

최근, 온라인 소비 시장의 성장에 따라 포장 및 운송 산업이 크게 성장하면서, 포장용지 및 골판지원지와 같은 포장재의 수요가 증가하고 있다.1) 국내 제지산업의 동향을 살펴보면 최근 5년 동안 포장용지 생산량은 약 40%, 골판지원지의 경우 약 18% 증가하였으며, 수출량은 50%에서 최대 400% 이상 증가한 것으로 확인된다.2) 이에 따라 나무를 베지 않고 목재 자원을 절약할 수 있는 폐지 재활용에 대한 중요성이 강조되고 있다.3-5) 그러나 국내 골판지 고지(KOCC, korean old corrugated container)의 경우 반복적인 재사용으로 인한 섬유의 hornification 및 미세분 함량의 증가로 강도 저하 및 탈수성 저하 등의 문제를 야기하고 있어,6,7) 이를 개선하기 위한 다각적인 연구들이 보고된 바 있다.3-5,8-10) 대표적으로 목분을 기반으로 한 유기 충전제를 스페이서로 적용한 경우를 예로 들 수 있다.8) 목분은 재생펄프에 비해 크기가 커서 종이의 두께 상승에 효과적이며 리그닌 함량이 상대적으로 높아 소수성을 띠어 건조에너지 절감에 유리하다고 알려져 있다.11) 그러나 목분 적용 시 섬유 간 간격이 벌어짐에 따라 결합 면적이 감소되어 강도 특성이 저하되는 것이 일반적이다.12,13) 따라서 이를 절충할 수 있는 상호보완적 기술 개발이 이루어져야 할 것으로 판단된다.

한편, 국내 에너지 시장에서는 화석 연료의 고갈과 세계적 에너지 수요에 맞추어 미래의 에너지 공급을 재생 가능한 에너지원으로 확보해야 한다는 인식이 증가함에 따라14) 「신·재생에너지 공급의무화제도 관리 및 운영지침」을 개정하여 친환경에너지로의 안정적인 전환을 위해 노력하고 있다.15) 국내의 대표적인 친환경 에너지원으로는 잠재량이 풍부하여 활용 가치가 뛰어난 산림바이오매스가 있으며,16) 산림바이오매스의 경우 경제성이 뛰어날 뿐만 아니라 환경친화적인 자원으로 산업계의 주목을 받고 있다.17) 이에 산림청은 기존 수입산 바이오매스 사용을 축소하고 국내 산림자원의 자급률을 극대화하기 위해 「산림바이오매스 에너지의 이용·보급 촉진에 관한 규정」에 산림경영 활동으로 발생한 산물 내, 원목 규격에 적합하지 않거나 수집이 어려워 이용이 원활하지 않은 산물을 미이용 산림바이오매스로 정의하여,18) 발전 연료로서 국내 미이용 산림자원의 공급을 확대하기 위한 노력을 경주 중이다. 그러나 Park 및 Hwang 등19-21)은 미이용 산림바이오매스로 규정된 산물의 경우라 하더라도 일부 종의 경우 물리적 및 구조적 특성이 준수하여 발전 연료 이외에 타 소재로의 활용이 필요하다고 피력하였다. 따라서 목질계 소재인 미이용 산림 부산물을 펄프 및 제지 분야에서 활용한다면 보다 고부가가치의 새로운 자원으로 거듭날 수 있을 것으로 기대된다.22)

본 연구에서는 「산림바이오매스 에너지의 이용·보급 촉진에 관한 규정」에 의거, 미이용 산림자원으로 규정된 산림 부산물로 제조한 목분을 제지용 스페이서로 적용하였을 때, 판지의 주요 물리적 특성 변화를 관찰하고자 하였다. 이에 기존에 적용되던 목분과의 화학적 이질성을 파악하고자 본 연구에서 제조한 목분의 화학적 조성을 평가하였으며, 특히 판지 제조 시 필수적으로 요구되는 강도 증대와 건조 공정의 효율화를 달성하기 위해 압착 조건에 따른 판지의 주요 물성 변화를 관찰하였다. 이러한 연구 결과들을 바탕으로 미이용 산림바이오매스의 제지용 스페이서 적용 가능성을 확인하고자 하였다.


2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.1.1 지료

수초 실험을 위한 지료는 국내 T사에서 KOCC 펄프 기반 산업용지 원지를 실험실용 펄프해리기(L&W, Sweden)로 해리시킨 후 하이퍼워싱하여 사용하였다. 해리한 KOCC의 여수도는 540 mL CSF였다.

2.1.2 스페이서

본 실험에서는 스페이서로서 가지치기 과정 및 산림병해충 피해목 제거 등 방제 과정에서 발생한 미이용 산림자원을 적용하였다. 해당 미이용 산림자원은 우드 펠릿 제조 업체인 국내 D사로부터 칩 형태로 분양받았다. 가지치기 산물로 생성된 칩은 Hog, 산림병해충 피해목으로부터 제조한 칩을 Chipping으로 명명하였으며, 분양받은 칩의 이미지를 Fig. 1에 나타냈다. Fig. 1에서 확인할 수 있듯이 호그칩은 분쇄면이 무딘 장비를 이용하여 생산한 무정형 목재칩으로서 두께, 너비, 길이 등이 일정하지 않은 형상이었으며, 치핑칩은 디스크와 드럼식 칩퍼 등과 같은 장비를 통해 생산되어 비교적 일정한 형상을 보유하고 있었다.


Fig. 1. 
Images of wood chip. (left: Hog chip, right: Chipping chip)

2.2 실험방법
2.2.1 스페이서 제조

입수한 미이용 산림바이오매스 칩을 실험실용 분쇄기(FRITSCH, Germany)를 이용해 입자크기 0.5 mm 이하로 분쇄된 분말을 제조하였으며, 이들을 100 메쉬 스크린으로 스크리닝하여 100 메쉬 통과분을 사용하였다. 크기가 100 메쉬 이상인 목분들은 수초 후 지층 내에 보류하지 않고 종이 표면으로 돌출될 수 있어 상기와 같은 조건을 설정하였다.23)

2.2.2 목분의 화학 조성 분석

제조된 목분의 유기용매에 의한 추출물 함량은 KS M 7039에 의거하여 알코올-벤젠 가용분을 분석하여 Eq. 1에 따라 계산하였다. 리그닌 함량은 Klason 리그닌 정량법24)으로 측정하여 Eq. 2에 따라 계산하였고, 회분 함량의 경우 KS M ISO 1762에 의거하여 Eq. 3에 따라 분석하였다.

E=WS×100[1] 
  • E: Content of extractives (%)
  • S: Dry weight of samples (g)
  • W: Weight of extractives (g)
L=WS×100[2] 
  • L: Content of Klason lignin (%)
  • S: Dry weight of samples (g)
  • W: Weight of residues (g)
A=WS×100[3] 
  • A: Content of ash (%)
  • S: Dry weight of samples (g)
  • W: Weight of residues (g)
2.2.3 수초지 제조 및 건조에너지 감소율 평가

수초지 제조 시 지료의 농도는 0.3%로 조절하여 사용하였으며, 목분은 수초 전 지료에 투입하여 충분한 교반을 통해 분산시킨 후, 전건 섬유 대비 무게비로 3%와 5%를 첨가하여 사용하였다. 상기와 같이 준비된 지료를 이용하여 평량 100 g/m2의 수초지를 제조(wet end process simulator, SAMBO, Korea)하였으며, 이때, Final air permeability(FAP)를 측정하여 습지필의 탈수성을 평가하였다. 수초지 제조 시 보류 및 강도 보완을 목적으로 C-PAM을 펄프 섬유 전건 중량 대비 0.1% 첨가하였다. 대조군으로는 목분을 첨가하지 않은 지료를 상기와 동일한 조건으로 제작하여 비교하였다.

이후, 상기 조건과 같이 습지필을 제조하고 초지 프레스기(auto sheet press, HANTECH, Korea)를 이용하여 압착 압력에 따른 습지필의 고형분 변화를 비교 평가함으로써 건조에너지 감소율을 평가하였다. 압착탈수 공정에서의 습지필 고형분 1% 증가는 건조 공정에서의 부하를 4-5% 개선시켜 건조에너지를 저감 할 수 있는 것으로 보고된 바 있다.5,11,23) 고형분 함량은 압착 이후 지필을 실험실용 실린더 건조기로 건조하여 Eq. 4에 따라 계산하였다. 이상으로 제작된 수초지의 종류와 프레스 압력 조건을 각각 Table 1Table 2에 요약하였다.

Solid content %=100-M1-M0M1[4] 
  • M0: Weight of after drying (g)
  • M1: Weight of after pressing (g)
Table 1. 
Handsheets prepared for the experiment
Materials Code Wood flour input, %
KOCC 100% K0 -
Hog chip H3 3
H5 5
Chipping chip C3 3
C5 5

Table 2. 
Wet pressing conditions for the experiment
Abbreviation Press condition, kg/cm2
1st
pressing
2nd
pressing
3rd
pressing
P1 40 - -
P2 40 60 -
P3 40 60 80

2.2.4 목분 및 수초지의 형태학적 특성 분석

Tables 12의 조건으로 제조한 압착 조건에 따른 수초지의 표면 이미지 변화와 지층 내 목분의 거동을 관찰하기 위해 주사전자현미경(scanning electron micro-scope, Jeol, JSM-7401F, Japan)을 통해 형태학적 특성을 분석하였다.

2.2.5 스페이서 적용에 따른 수초지 물리적 특성 평가

제조한 각 수초지 샘플은 KS M ISO 187에 따라 온도 23℃, 상대습도 50%의 표준 대기조건에서 48 h 이상 조습 처리한 후, KS M ISO 534에 의거하여 수초지의 두께와 무게를 측정하여 벌크를 계산하였다. 100 mesh 이하의 목분을 적용하였기 때문에 앞서 언급하였던 목분의 표면 돌출 현상은 관찰되지 않았다. 이후 KS M ISO 1924-3 및 KS M ISO 2759에 의거하여 열단장과 파열강도(L&W, Sweden)를 측정하였으며, 압축강도의 경우 Crush Tester (L&W, Sweden)를 사용하여 KS M ISO 12192에 따라 링크러시법으로 측정하였다.

2.2.6 목분이 첨가된 수초지의 화학적 특성 변화 평가

목분 첨가에 따른 수초지의 화학적 특성 변화를 평가하기 위해 감쇠 전반사 적외선 분석기(attenuated total reflection infrared spectroscopy, ATR-IR, Bruker Optics, Germany)를 이용하여 4000-400 cm-1 영역을 4 cm-1 단위로 측정하였다. 최종 데이터는 16회 반복 스캔을 통해 얻은 평균값을 사용하였다. 측정된 IR 스펙트럼 데이터로부터 피크 세기(intensity)를 이용하여 목분 적용에 따른 TCI(total crystallinity index)와 HBI(hydrogen-bond intensity)를 계산하였다. TCI와 HBI는 Široky 등24)이 적용한 바 있으며, TCI는 섬유의 결정화도를 나타내는 지표로 C-H bending에 대응하는 1367 cm-1의 값을 C-H 및 CH2 stretching에 대응하는 2893 cm-1의 값으로 나눈 비로 계산한다. HBI는 셀룰로오스 내 수산기의 결합지수를 나타내며 분자 간 수소결합을 나타내는 수산기의 흡수강도 3330 cm-1과 수산기의 평면 변형(plane deformation)을 나타내는 1334 cm-1의 비로 나타냈으며, TCI와 HBI의 계산식을 각각 Eq. 5Eq. 6에 나타냈다.

TCI total crystallinity index=1367cm-12893cm-1[5] 
HBI hydrogen-bond intensity=3330cm-11334cm-1[6] 

3. 결과 및 고찰
3.1 미이용 산림바이오매스로 제조된 목분의 화학 조성

Table 3은 본 연구에서 스페이서로 사용된 목분의 화학 조성 분석 결과이다. 각 결과값은 각각의 시료에 대해 3회의 반복 실험을 통해 평균하여 얻었다. 일반적으로 알코올-벤젠 유기용매 추출 시 목분 내에 포함된 유지, 색소 물질, 수지, 정유 등이 용출된다.25) Hog chip으로 제조한 목분의 추출물 함량의 경우 4.92%, Chipping chip의 경우에는 10.23%로 나타났다. 목재의 지방족 화합물, 방향족 화합물, 테르펜류 등의 부성분은 심재부보다 변재부 및 사부(수피)에 많이 함유되어 있으므로 박피(debarking) 되지 않은 미이용 산림바이오매스 칩의 경우 추출물 함량이 높을 것으로 예상되었으나 수집 및 제조공정에 따라 현저한 차이가 있는 것으로 확인되었다. 이는 Hog chip의 제조 특성상 여러 수종이 혼재하는 반면, Chipping chip의 경우 상대적으로 활엽수재보다 알코올-벤젠 추출물의 양이 많은 침엽수재로 수종이 한정되어 있음에 따른 결과로 판단된다. 따라서 Chipping chip의 경우 초지 과정 중 야기될 수 있는 오염 및 건조 과정에서의 수지 장애 등을 방지하기 위한 주의가 필요할 것으로 사료된다.

Table 3. 
Chemical composition properties of wood flour spacers made from woody waste
Sample Extractive content,
%
Lignin content,
%
Ash content,
%
Hog chip 4.92±0.1 34.37±1.7 2.1±0.7
Chipping chip 10.23±0.2 30.82±0.4 0.9±0.3

리그닌 함량 분석 결과 Hog chip 34.37%, Chipping chip 30.82%로 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있다.26-29) 이는 박피 공정(debarking)을 거치지 않은 여러 수종이 혼재하고 있음에 따른 결과로 추정된다. 따라서 제지용 스페이서로 미이용 산림바이오매스로 제조한 목분을 적용한다면 소수성 특성 발현을 통한 건조 부하 절감에 도움을 줄 수 있을 것으로 전망된다.

525℃ 회화로에서 연소시킨 후 측정한 회분 함량 분석 결과는 Hog chip 2.1%, Chipping chip 0.9%로 분석되었다. 회분 함량이 높은 경우 정선 공정에 부하를 높일 수 있으며, 최종 제품의 수율 및 강도 저하로 이어질 수 있는 것으로 알려져 있다.30) 따라서 목분 적용에 있어 회분 함량에 대한 검토가 필요하다.

3.2 목분 적용에 따른 수초지의 건조에너지 감소율

Fig. 2는 목분의 종류 및 첨가량에 따른 FAP 변화 분석 결과이다. FAP가 높을수록 습지필의 탈수성이 불량함을 의미한다. Fig. 2에서 확인할 수 있듯이 종류에 상관없이 목분의 적용은 탈수 특성 개선에 효과적인 것으로 나타났다. OCC 지료는 미세분 함량이 높아 탈수성이 낮고 건조에너지가 많이 소비되는 것으로 알려져 있으나,3,4) 목분 적용 시 상대적으로 높은 리그닌 함량으로 인한 소수성 부여와 섬유 사이에 위치한 목분이 지필 형성 시에 섬유 간 거리를 증가시켜 탈수 특성을 개선할 수 있는 것으로 판단된다.


Fig. 2. 
Final air permeability of the RDA wet web according to the type and amount of wood flour added.

Fig. 3은 압착 조건에 따른 지필의 고형분 변화를 나타낸 것이다. Fig. 3에서 압착 압력과 횟수를 증가시킴에 따라 지필의 고형분 함량이 상승하는 것을 확인할 수 있다. 특히 높은 압착 압력을 가하지 않고 1차 압착만 진행하더라도 목분의 첨가는 고형분 함량 증대에 효과적인 것으로 분석되었다. 압착 압력과 횟수를 증가시킴에 따라 고형분 함량은 연속적으로 증가하였다. 이는 동일 평량의 지층 내에서 목분이 첨가되었을 경우 목분의 중량만큼 수분을 보유할 수 있는 섬유가 감소함에 따른 결과로 해석된다. 또한 압착 초기에는 목분 자체에 포함된 수분이 빠져나가지 못하여 5% 첨가조건의 고형분 함량이 상대적으로 낮았으나, 추가적인 압착을 거치면서 섬유에 비해 WRV가 다소 떨어지는 목분의 영향으로 고형분이 점진적으로 상승한 것으로 판단된다. 따라서 미이용 산림자원을 통해 제조된 목분의 첨가는 산업용지 제조 시 건조에너지 저감에 기여할 수 있을 것으로 전망되며, 제지용 스페이서로서 적용이 가능할 것으로 기대된다.


Fig. 3. 
Solid content of wood flour containing OCC web after wet pressing.

3.3 목분 및 수초지의 형태학적 특성 분석

Fig. 4는 목분 및 목분이 포함된 수초지의 형태학적 특성을 관찰하기 위하여 전자현미경으로 분석한 이미지이다. Fig. 4에서 확인할 수 있듯이 Chipping chip으로 제조한 목분은 Hog chip으로 제조한 것과 달리 가늘고 긴 형태의 분말상을 지닌 것으로 나타났다.


Fig. 4. 
SEM image of wood flour input 5% handsheets. (H: Hog chip, C: Chipping chip)

Fig. 4에서 압착 전후의 수초지 표면과 수초지 내 목분의 거동을 살펴보면, 압착이 진행됨에 따라 수초지 표면이 눌려 밀도가 증가하고 표면이 매끄러워지는 것을 관찰할 수 있다. 더불어 압착 진행에 따른 목분의 거동 변화에서는 두 종류의 목분 모두 압착 이후 형태가 우그러지면서 더 납작하게 달라붙거나 섬유 사이로 밀려 들어가는 모습을 확인할 수 있다.

수초지 표면의 밀도 증가는 목분 적용에 따른 강도 저하를 보완할 수 있으며, 목분의 거동은 벌크를 확보하는데 효과적일 것으로 예상되는데, 이와 같은 현상은 물리적 특성 결과에서 서술하고자 한다.

3.4 스페이서 적용 및 압착 조건에 따른 물리적 특성

Fig. 5는 목분 투입 및 압착 조건에 따른 벌크 특성 변화를 나타낸 것이다. Fig. 5에서 목분 투입량이 증가할수록 두께 상승률이 증가하여 벌크가 증가하였음을 확인할 수 있다. 압착 강도 증가에 따른 변화를 살펴보면, 압착 압력이 증가할수록 수초지의 밀도가 증가하면서 벌크 특성이 감소하였으나, 목분이 투입된 모든 조건이 KOCC 100%로 제조된 조건에 비하여 높은 벌크를 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 압착 이후에도 목분이 지층의 두께 감소를 보완할 수 있음에 따른 결과로 해석된다.


Fig. 5. 
Bulk of wood flour containing OCC web after wet pressing.

Figs. 6-7은 목분 투입 및 압착 조건에 따른 수초지의 열단장과 파열강도를 분석한 결과이다. Fig. 5에서 확인하였듯이 압착 강도가 증가할수록 벌크가 감소함에 따라 수초지 내의 밀도가 증가하여 열단장 및 파열강도가 상승하였다. Fig. 4에서 확인하였던 목분의 우그러짐 현상 또한 수초지의 밀도 증가에 영향을 미쳤을 것으로 추측된다. 목분이 지층으로 밀려 들어감에 따라 섬유 간 간격이 벌어짐으로 인한 강도 저하가 미미하였던 이유는 목분의 표면적이 상대적으로 작았기 때문인 것으로 사료된다. 목분이 우그러지거나 밀려 들어가는 현상은 목분의 리그닌 함량에 따른 강성과 관련이 있을 것으로 추정되며, 이와 관련된 해석은 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.


Fig. 6. 
Breaking length of wood flour containing OCC web after wet pressing.


Fig. 7. 
Burst index of wood flour containing OCC web after wet pressing.

Fig. 8은 압착 압력 증가에 따른 압축강도 변화를 나타낸 것이다. 압축강도는 열단장 및 파열강도와 함께 판지에 요구되는 주요 물성 항목 중 하나이다. 열단장과 파열강도의 경우 압착 압력을 강하게 설정하지 않아도 목분을 첨가하지 않은 K0와 견주었을 때 비슷한 물성을 갖는 경향을 보였으나, 압축강도의 경우 Fig. 5의 벌크 감소 추세에 비례하여 목분 투입 조건이 목분을 투입하지 않은 조건에 비하여 낮은 압축강도를 갖는 것으로 분석되었다. Fig. 4에서 확인하였던 목분의 거동 변화는 압축강도 보완에는 그 효과가 미미한 것으로 사료된다. Fig. 5의 벌크 결과를 고려하였을 때 압축강도의 경우 지층 내 원료의 거동보다 벌크 자체와 직접적 연관이 있는 것으로 판단된다. 따라서 압축강도를 고려할 경우, 목분 투입 시 지력증강제 등을 동시에 적용하는 방법 등을 검토해야 할 것으로 판단된다. 압착 압력이 증가할수록 강도가 상승하는 경향은 열단장과 파열강도의 결과와 동일하였다.


Fig. 8. 
Specific ring crush of wood flour containing OCC web after wet pressing.

3.5 목분이 첨가된 수초지의 화학적 특성 변화

Fig. 9는 본 연구에서 제작한 수초지의 IR 스펙트럼 데이터의 평균값을 나타낸 것으로, 이를 이용해 섬유 결정화도(TCI)와 수소결합 강도(HBI)를 계산하여 Fig. 10-11에 나타냈다. Fig. 10에서 목분이 첨가됨에 따라 전반적으로 TCI가 상승한 것을 확인할 수 있었다. 이는 수초지 표면의 리그닌 함량 증가에 따라 표면이 소수화 및 뻣뻣해짐에 따른 결과로 해석된다. 이와는 반대로 Fig. 11의 HBI의 경우 목분이 첨가됨에 따라 감소하는 경향을 나타냈다. Fig. 10-11을 통해 TCI와 HBI의 값은 서로 반비례 관계임을 파악할 수 있는데, Široky 등24)은 이러한 현상을 거울효과(mirror effect)라고 지칭하였다. Table 4는 수산기 및 주요 작용기에 대한 정보를 나타낸 것이다. 앞선 고형분 함량 분석 결과에 서술한 바와 같이, 동일 평량 내에 목분이 첨가됨에 따라 수분을 보유할 수 있는 섬유가 감소하고, WRV 역시 감소하여 이와 같은 결과가 나타난 것으로 판단된다. 더불어 1800-800 cm-1 영역에서 조건별 피크의 intensity 차이는 전반적으로 크지 않았으며 이에 따라 미이용 산림자원으로 제조한 목분의 적용을 통해 화학적 이질성 없이 효과적으로 건조효율을 증대할 수 있을 것으로 사료된다.


Fig. 9. 
IR spectra in 1800-800 cm-1 of wood flour containing OCC web.


Fig. 10. 
TCI of wood flour containing OCC web.


Fig. 11. 
HBI of wood flour containing OCC web.

Table 4. 
Assignment and main component of wood flour containing OCC web IR bands
Wavenumber,
cm-1
Assignment Component
1645 OH bending adsorbed water
1451 OH in plane bending carbohydrates
1337
1055 C3-OH stretching cellulose
1031 C6-O6H stretching dominant
983 C6-O6 stretching minor


4. 결 론

본 연구에서는 미이용 산림바이오매스 부산물을 미분화한 목분을 첨가하여 제조한 시트의 물성 변화와 화학적 특성을 분석하여 제지용 스페이서로서의 적용 가능성을 평가하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.

  • 1. 제지용 스페이서로 미이용 산림바이오매스로 제조한 목분을 적용한다면 리그닌의 소수성 특성 발현을 통한 건조 부하 절감에 도움을 줄 수 있을 것으로 전망된다. 그러나 목분 선정 시 정선 공정에 부하를 높일 수 있는 회분 함량에 대한 검토 및 건조 과정에서의 수지 장애 등을 방지하기 위한 검토가 요구된다.
  • 2. 압착 진행에 따라 변화된 목분의 거동은 수분이 빠져나갈 수 있는 공간을 확보함과 동시 고형분 증대를 유도하였다. 또한 안정적으로 벌크를 확보하여 지층 내 섬유 간 거리 증가에 따른 열단장과 파열강도의 저하를 최소화할 수 있었다. 그러나 압축강도 보완에는 그 효과가 미미한 것으로 분석되어, 지력증강제와 같은 화학첨가제를 동시에 적용하는 방법 등을 검토해야 할 것으로 사료된다.
  • 3. IR 스펙트럼 분석을 통하여 고분자적(TCI) 그리고 화학적(HBI) 성질에 따라 목분이 첨가된 수초지의 특성 변화를 관찰할 수 있었다. 결론적으로 미이용 산림자원으로 제조한 목분의 적용을 통해 화학적 이질성 없이 효과적으로 건조효율을 증대할 수 있을 것으로 전망된다.

Acknowledgments

본 연구는 산림청(한국임업진흥원) 산림과학기술 연구개발사업(2019150B10-2223-0301)의 지원에 의하여 이루어진 것입니다.


Literature Cited
1. Liu, K., Wang, H., Liu, H., Nie, S., Du, H. and Si, C., COVID-19: Challenges and perspectives for the pulp and paper industry worldwide, Bioresources 15(3):4638-4641 (2020).
2. Ahn, J. H., Internal Status of Paper Industry, Korea Paper Association, Seoul, Republic of Korea (2021).
3. Kim, J. M., Hwang, I. J., Han, J. K., Lee, Y. K. and Won, J. M., Influence of KOCC swelling by soaking after beating on pulp and paper properties, Journal of Korea TAPPI 50(4):110-115 (2018).
4. Han, J. K., Hwang, I. J., Kim, J. M., Choi, J. J., Lee, Y. K. and Won, J. M., Fibrillation characteristics of KOCC and its effect on the physical properties of linerboard, Journal of Korea TAPPI 50(5):93-99 (2018).
5. Kang, L. H. and Seo, Y. B., Study of drying energy and yield lmprovement for OCC linerboard, Journal of Korea TAPPI 49(4):55-64 (2017).
6. Ackermann, C., Göttsching, L. and Pakarinen, H., Papermaking potential of recycled fiber in recycled fiber and deinking, Papermaking Science and Technology, Vol. 7, Ch. 10, TAPPI Press, Atlanta, pp. 359-433 (1997).
7. Kermanian, H., Razmpour, Z., Ramezani, O., Mahdavi, S., Rahmaninia, M. and Ashrari, H., The influence of refining history of waste NSSC paper on its recyclability, BioResources 8(4):5424-5434 (2013).
8. Lee, J. Y., Kim, C. H., Seo, D. J., Lim, G. B., Kim, S. Y., Park, J. H. and Kim, E. H., Fundamental study on developing wood powder as an additive of paperboard, Journal of Korea TAPPI 13(11):17-22 (2014).
9. Skalicky, C. and Milichovsky, M., Dehydration behavior of pulp during pressing, Cellulose Chemistry and Technology 26(1):85-98 (1992).
10. Kim, D. S., Yoon, D. H. and Sung, Y. J., The changes in drying efficiency and paper properties of linerboard by the application of the fractions of wood powder as a bulking agent, Journal of Korea TAPPI 46(5):61-68 (2014).
11. Lee, J. Y., Seo, D. J. and Yoon, K. T., Method for wood powder for use in papermaking and method for bulky paper having thereof, Korea Patent 10-0898383 (2009).
12. Fairchild, H. G., Increasing the filler content of PCC-filled alkaline papers, Tappi Journal 75(8):85-90 (1992).
13. Mabbe, S. and Harvey, R., Filler flocculation technology - Increasing filler content without loss in strength or runnability parameters, 2000 Tappi Papermakers Conference and Trade Fair 2, pp. 797-809 (2000).
14. Demirbas, A. and Arin, G., An overview of biomass pyrolysis, Energy Sources 24(5):471-482 (2002).
15. Management and operation of the mandatory supply system for new and renewable energy, Ministry of Trade, Industry and Energy (2011).
16. Annual Report on Forestry and Forestry Trends, Korea Forest Service (2008).
17. Bae, J. H., Regional economic impact of potential utilization of ligneous biomass, Proceeding of Fall Conference of the Korea Society for New Renewable Energy, pp. 217-220 (2006).
18. Regulations on Promoting the Use and Spread of Forest Biomass Energy, Korea Forest Service (2019).
19. Park, J. H., Park, B. S., Shim, K. B. and Jo, T. S., Variation of material properties of firekilled timber (Ⅰ) - Mechanical properties of fire-killed Korean red pine in the east coast area -, Journal of the Korean Wood Science and Technology 33(6):8-16 (2005).
20. Park, J. H., Park, B. S., Kim, K. M. and Lee, D. S., Variation of material properties of firekilled timber (Ⅱ) - Impact of time on degradation of mechanical properties -, Journal of the Korean Wood Science and Technology 36(1):30-35 (2008).
21. Hwang, K. H., Park, B. S. and Park, M. J., Wood quality and strength properties of old structural members, Journal of the Korean Wood Science and Technology 36(1):36-44 (2008).
22. Lee, J. Y., Jo, H. M., Kim, D. H., Lee, S. H., and Sung, Y. J., Evaluation of the physical properties of unbleached kraft pulp produced from persimmon byproducts, Journal of Korea TAPPI 54(4):5-10 (2022).
23. Seo, Y. B., Jung, J. G., Lee, Y. H. and Sung, Y. J., Utilization of wood flour for drying energy saving of old corrugated container, Journal of Korea TAPPI 46(6):8-15 (2014).
24. Široky, J., Blackburn, R. S., Bechtold, T., Taylor, J. and White, P., Attenuated total reflectance Fourier-transform Infrared spectroscopy analysis of crystallinity changes in lyocell following continuous treatment with sodium hydroxide, Cellulose 17:103-115 (2010).
25. Seo, J. H. and Kim, H. J., Component analysis of paper mulberry bark for the automation of bark peeling process, Journal of Korea TAPPI 43(1):74-82 (2011).
26. Song, W. Y., Kwon, H. A., Kim, B. R. and Shin, S. J., Hemicelluloses comparison between Korean red pine and Geumgang red pine, Journal of Korea TAPPI 48(4):86-91 (2016).
27. Song, W. Y., Han, S. H. and Shin, S. J., Studies on chemical composition and calrorimetric value of four Polpulus Enuramericana clones in reclaimed land for short rotation coppice production, Journal of Korea TAPPI 48(6):137-143 (2016).
28. Yoon, S. Y. and Shin, S. J., Impact of alkali pretreatment to enzymatic hydrolysis of cork oak (Quercus Variabilis), Journal of Korea TAPPI 46(6):1-7 (2014).
29. Lee, J. Y., Kim, C. H., Kim, E. H., Park, T. W., Jo, H. M. and Sung, Y. J., Effect of bulking agent properties on bulk and drying energy of duplex board, Journal of Korea TAPPI 49(2):49-55 (2017).
30. Lee, J. Y., Kim, C. H., Kim, E. H., Park, T. U., Jo, H. M. and Sung, Y. J., Effect of rice husk organic filler and wood powder on the bulk and the drying energy of paperboard, Journal of Korea TAPPI 49(2): 69-75 (2017).