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Journal of Korea TAPPI Vol. 46. No. 4, 2014, 1-10p ISSN(Print) : 0253-3200 Printed in Korea http://dx.doi.org/10.7584/ktappi.2014.46.4.001 나노사이즈탄산칼슘이종이의물리 광학적특성에미치는영향 박정윤이태주김형진접수일 (2014년 6월 20일 ), 수정일 (2014년 8월 5일 ), 채택일 (2014년 8월 7일 ) Effects of Nano-sized Calcium Carbonate on Physical and Optical Properties of Paper Jung-Yoon Park, Tai-Ju Lee and Hyoung-Jin Kim Received June 20, 2014; Received in revised form August 5, 2014; Accepted August 7, 2014 ABSTRACT In papermaking industry, inorganic fillers are widely used for the purpose of improving opacity, brightness, printability, uniformity and dimensional stability. They are also useful for production costs and energy savings. In the past, inorganic fillers in papermaking industry only focused on micro-scale but recently, new trials on nano-powdered technology are applying. Even nano-powdered fillers are rapidly utilized for improving the optical and surface properties in coating and surface sizing, there still have some problems in wet-end process due to poor dispersibility and retention. In this study, nano-particled calcium carbonate was produced by milling the PCC and its applicability between micro sized and nano sized calcium carbonated was compared in wet-end process, and finally the sheet properties were evaluated. Nano-PCC was not retained in sheet structure without applying retention system, but with retention system nano-powdered PCC was absorbed on fiber surface with expanding the fiber networks. The application of PAM-bentonite system has resulted in high ash retention and bulky structure for copier paper, and good optical properties in brightness and opacity. However, it required to solve the weakness of low tensile property due to interruption of hydrogen bonding by nano fillers. Keywords: Nano-sized calcium carbonate, filler, papermaking, physical properties, optical properties 국민대학교삼림과학대학임산생명공학과 (Dept. of Forest products and biotechnology, College of Forest Science, Kookmin University, Seoul, Korea) 교신저자 (Corresponding Author): E-mail: hyjikim@kookmin.ac.kr

2 박정윤이태주김형진펄프종이기술 46(4) 2014 1. 서론 제지산업에서충전제의사용은종이의생산원가절감, 불투명도및백색도개선, 인쇄적성, 지합, 치수안정성등종이의구조적성질과관련된품질개선뿐만아니라최근에는에너지저감, 지구환경보호등다양한목적으로사용하고있다. 1,2) 충전제는대부분의지종에서펄프섬유자원못지않게중요한비중을차지하며사용량또한지속적으로증가되고있는추세이다. 3) 일반적으로충전제는유기계와무기계두형태로구분되며, 제지산업에서는주로무기계충전제로서탈크, 클레이, 중질탄산칼슘, 경질탄산칼슘등이사용되고있다. 오늘날제지공정에서널리이용되고있는탄산칼슘은제조방식에따라침강형 ( 경질탄산칼슘, precipitated calcium carbonate, PCC) 과분쇄형 ( 중질탄산칼슘, ground calcium carbonate, GCC) 으로분류된다. 종래의산성초지시스템에서는탄산칼슘의적용에한계가있었지만오늘날중성초지시스템으로제지공정이전환되면서인쇄용지에서표장용지, 특수기능지등에이르기까지다양하게적용되고있으며탄산칼슘의사용량또한급증하고있다. 제지산업에서널리사용되어오던충전제의크기는 1~10 µm 정도이었으나기능성을부여하기위한기술로서 1959년 Richard Feynman에의해소개된나노화기술 (nanotechnology) 이있으며, 2000년이후전자, 통신, 재료, 의료, 환경, 생명공학, 항공우주등다양한과학기술분야및산업분야에서접목하기위한연구가진행중이다. 4) 나노기술은크기가 1~100 nm인것을의미하며광범위하게는 1~400 nm 크기를의미한다. 나노물질을합성하거나나노구조를만드는방법에는 top-down process와 bottom-up process가있으며, 각방법의대표적인예로 top-down process는분쇄, bottom-up process는콜로이드분산방법이있다. 5) Bottom-up process는원자나분자혹은그집합체인클러스터로부터나노물질을합성하는것을의미한다. Bottom-up process에의해만들어진나노물질은화학적조성및입자의형태가균일하다. 반면, top-down process는외부에서물리적인힘을가해큰물질을나노구조로만드는비교적간단한방법이지만최저한계점이존재하며오염및불균일한입자형태등의결점 이있다. 5) 이러한나노기술을다양한분야에적용할때각분야에따라요구조건들이상이하다. 6) 따라서, 나노기술의적용에따른비표면적, 부피등나노크기의입자에서나타나는물리적특성을제지산업에서효율적으로활용할수있는기술개발을위한연구가지속적으로진행되어야할것으로판단된다. 제지산업에서도충전제에나노기술을활용하고자하는사례 7) 가보고된바있다. 제지산업에서의대표적인나노입자로는이산화티탄과콜로이달실리카등이있으며, 이들은높은광학적특성이장점이다. Fig. 1에서와같이입경이작아질수록산란과반사가많이일어나며가시광선파장 (380 780 nm) 과같은크기의입자일때산란과반사가가장크게나타낸다. 나노입자의우수한광학적특성때문에마이크로크기의충전제보다적은양으로도높은백색도와불투명도를나타낼수있다. Fig. 1. Scattering and reflex property according to particle size. 8) 종이는물에현탁된지료를와이어상에서탈수시켜지필을형성시키는과정을거쳐제조되는데, 이때와이어의눈금보다작은미세섬유나충전물, 각종화학첨가제는장섬유에흡착되거나응집하여그크기가증대되지않으면지필에잔류하지못하고와이어를통해백수로유출된다. 이에따라나노사이즈의충전물을지필에보류시키는기술이요구되었다. 이에 Deng 9) 은나노기술을제지산업에접목할수있는방향성을제시하였으며, Goldhalm 등 10) 은제지공정에나노입자적용을위한방법론을제시하였다. 이들선행연구의결

나노사이즈탄산칼슘이종이의물리 광학적특성에미치는영향 3 과는충전제의외첨적용에대한사례들로서사이즈프레스나코팅분야에서나노사이즈탄산칼슘을적용한연구결과이다. 그러나현재까지내첨용나노사이즈탄산칼슘을제지공정에적용하고자하는연구사례는많지않았다. 앞서언급한바와같이초미세입자인나노사이즈탄산칼슘은보류적성측면에서한계를가지고있었다. 그러나이산화티탄, 콜로이달실리카등고가의나노입자에비해상대적으로저렴한탄산칼슘에나노기술을접목함으로서나노사이즈탄산칼슘의새로운적용등에관한제지산업에서의지속적연구가필요할것으로사료된다. 이에본연구에서는충전제로서나노사이즈탄산칼슘을적용하여보류 탈수특성및종이의구조적, 광학적, 강도적특성측면에서나노사이즈탄산칼슘의적용가능성을평가하고자하였다. 2. 재료및방법 2.1 공시재료 2.1.1 펄프본실험에사용된펄프는 S사로부터분양받은시트형태의침엽수및활엽수표백크라프트펄프를사용하였다. KS M ISO 5264에따라표준해리기를이용하여 30분동안해리한후실험실용밸리비터를이용하여여수도 600, 500, 400, 300 ml CSF로각각고해하여사용하였다. 2.1.2 탄산칼슘탄산칼슘은 H사로부터분양받은 scalenohedral type의경질탄산칼슘 (spcc) 를사용하였다. 나노사이즈탄산칼슘 (npcc) 은 J사에서경질탄산칼슘에분산제를첨가하며습식분쇄과정을거쳐제조하였다. 나노사이즈탄산칼슘의입도와제타전위는 Zeta-potential Fig. 2. Particle size distribution of npcc. & Particle Size Analyzer ELSZ-2(Photal OTSUKA ELECTRONICS, Japan) 를이용하여측정하였으며, 평균입도분포를 Fig. 2에나타냈다. 본연구에사용한경질탄산칼슘과나노사이즈탄산칼슘의물리 화학적특성을 Table 1에나타냈다. 평균입도는 407.03 nm이며비표면적은 13.85 m 2 /g으로 spcc에비해약 2.8배높은값을나타냈다. 2.1.3 첨가제보류시스템에사용된약품은 C-starch(DS : 0.06), AKD(alkyl ketene dimer), PAC(poly-aluminium chloride), bentonite, micropolymer, anionic polyacrylamide(molecular weight : 13.0 10 6, charged group : 10%), cationic polyacrylamide(molecular weight : 13.0 10 6, charged group : 10%) 이다. 2.2 실험방법 2.2.1 나노사이즈탄산칼슘의보류특성종이내에서충전제는 filling, inlay, expansion 등의형태로존재한다. 11) Filling은지층구조에서공극내에충전되어섬유간결합에영향하지않으며빛의산란을유도하여광학적특성을개선할수있는형태인반면 expansion은섬유와섬유의결합사이에충전되어지 Table 1. Basic properties of spcc & npcc Properties spcc npcc Average particle size, nm 4,852 407.30 Specific surface area, m 2 /g 5.00 13.85 Zeta potential, mv +4.03-39.11 Chemical structure calcite, 98% calcite, 98%

4 박정윤이태주김형진펄프종이기술 46(4) 2014 Fig. 3. Experimental process for evaluation of retention behavior of spcc and npcc. 층구조를확장시키는형태로종이의두께는향상시키고광학적특성을개선시킬수있으나강도적특성을감소시킨다. Inlay는얇은판상형의충전제가충전되는형태로섬유간결합및광학적특성에영향을미치지않는다. 이렇듯충전제의다양한충전형태가존재하므로본실험에서는세척공정을통해미흡착된충전물을제거시켜섬유자체또는지층구조에존재하는충전물의충전형태를 FE-SEM 분석 (SUPRA 55VP, Carl Zeiss, Germany) 을통해관찰하고자하였다. 종이내충전물이보류되는경향을분석하기위하여 Fig. 3에서와같은보류시스템을구성하였다. DDJ (Dynamic drainage jar) 를이용하여지료에보류시스템을적용시킨후여액의탁도를측정하였으며그에따른보류도의변화를분석하였다. 지필의 FE-SEM 분석을통하여나노사이즈탄산칼슘의보류형태를관찰하였다. 2.2.2 나노사이즈탄산칼슘의최적보류조건탐색 나노사이즈탄산칼슘을종이에적용하고자 RDA (Retention and drainage analyzer) 를이용하여보류도를향상시키기위한최적보류시스템을탐색하였다. 수초지는 KS M ISO 5269에의거하여평량 70 g/m 2 으로제작하였다. Table 2는수초지제작에사용된보류시스템이다. 보류, 지합, 탈수세가지특성을종합적으로분석하여최적보류시스템을선정하였다. 보류도평가는초지과정에서발생한백수의탁도를측정하여상대비교하였으며초지된수초지의지합 (2D lab formation sensor, Techpap, France) 을측정하였다. 또한탈수거동은 RDA에서습지필이생성될때나타나는압력인 FAP(final air permeability) 를측정하여상대비교하였다. 최적보류시스템의평가는 Jeon 등 9) 이제시한방법을이용하였다. 보류거동의지표분석에있어보류, 지합, 탈수의 3 가지특성은그값이낮을수록우수하며 3 가지특성의 impact factor가동일하다는가정하에 3 값의합이가장낮은보류시스템을선정하였다. 그러나변이가큰백수의탁도에의해 3 값의합이영향을받을수있기때문에각수치의평균에대한백분율로환산한값을합산하여도출하였다. 12,13) 2.2.3 나노사이즈탄산칼슘적용에따른종이특성평가 제작된수초지는 KS M ISO 187에따라온도 23± 1, 상대습도 50±2% 항온항습조건에서 24 시간이상조습처리를실시하였다. 조습처리가완료된종이는평량, 두께, 밀도의물리적특성과인장강도, 백색도, 불투명도등과같은강도적, 광학적특성을평가하였으며회분함량을측정하여나노사이즈탄산칼슘의보류도를평가하였다. 3. 결과및고찰 3.1 탄산칼슘의지층구조내에서의분포거동 탄산칼슘은흡착및여과기작을통하여지필내에보류되며, 이는탄산칼슘의입자크기, 비표면적, 표면전하등의물리 화학적특성에따라다르게나타난다. Table 2. Retention systems for handsheet papermaking No. C-starch AKD npcc C-PAM Bentonite 1 1.5 0.4 15 0.010 0.050 2 1.5 0.4 15 0.015 0.075 3 1.5 0.4 15 0.020 0.100 4 1.5 0.4 15 0.030 0.150

나노사이즈탄산칼슘이종이의물리 광학적특성에미치는영향 5 본연구에서는나노사이즈탄산칼슘을내첨하였을경우에나타나는보류거동을분석하기위해마이크로크기의 scalenohedral 탄산칼슘과나노사이즈탄산칼슘을지료에첨가하고펄프의고해도, 세척과정및보류시스템적용에따른충전거동을분석하기위하여 DDJ 를활용하였다. Figs. 4 및 5에나타낸바와같이탄산칼슘의보류조건에따른지료의 200 mesh 여액의탁도를비교분석하였으며 FE-SEM 이미지를통해지필내의탄산칼슘분포거동을분석하였다. Fig. 4는보류시스템을적용하지않은조건에서지료의세척횟수에따른여액의탁도결과이다. 보류시스템을적용하지않았을경우 spcc를첨가한지료는초기탈수여액의탁도가최대 241 NTU 였으며세척에따라탁도는서서히 감소하는경향을나타냈으나 (Fig. 4(a)) npcc를첨가한지료는보류시스템을적용하지않았을경우초기여액의탁도는 1,224 NTU 였으며세척을진행함에따라여액의탁도는 spcc에비해급격히저하되는특성을보였다 (Fig. 4(b)). 이는 Fig. 5의 FE-SEM 이미지에서도확인할수있듯이 spcc는상대적으로입자의크기가조대하여섬유와섬유사이에보류되고입자가양전하를띠기때문에전하에의해마이크로피브릴과응집하였으나세척과정을거치면서지필내에보류되지못한충전제가점차적으로유출되어나타난결과로사료된다. 반면상대적으로입자의크기가작은 npcc는 2 회정도세척처리후초기여액의탁도에비해약 83.3% 이상감소한것으로보아섬유와섬유사이에전 300 1400 Turbidity of filtrate, NTU 250 200 150 100 300 ml CSF 400 ml CSF 500 ml CSF 600 ml CSF Turbidity of filtrate, NTU 1200 1000 800 600 400 200 300 ml CSF 400 ml CSF 500 ml CSF 600 ml CSF 50 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Number of washing, times (a) Number of washing, times Fig. 4. Turbidity of filtrate from pulp slurry added spcc(a) and npcc(b) without retention system. (b) (a) (b) Fig. 5. SEM image of fiber pad added spcc(a) and npcc(b) without retention aids( 5,000).

6 박정윤이태주김형진펄프종이기술 46(4) 2014 혀보류되지못하고초기세척단계에서여액으로모두용출된것으로사료된다. Fig. 6은보류시스템을적용했을경우지료의보류도를분석하기위해세척과정후여액의탁도거동을나타낸결과이다. spcc와 npcc를적용한경우모두여수도 300 ml CSF인지료에서가장낮은탁도를나타냈다. 이는고해도가증가할수록섬유층간의구조가치밀해져섬유와섬유, 마이크로피브릴간의결합이증가되고이에따라여과기작에의한탄산칼슘의보류도가향상되었을것으로판단한다. 세척과정후여액의탁도는초기 1회세척에서 spcc는 95 NTU, npcc는 272 NTU를나타냈다. 보류시스템을적용하지않은조건인 Fig. 4의결과와비교했을때보류시스 템을적용한지료와적용하지않은조건에서의여액의탁도는각각 spcc의경우약 60%, npcc의경우약 83.3% 정도감소하였다. Fig. 7은보류시스템을적용한지료로부터의섬유패드에서의 FE-SEM 이미지결과이다. Fig. 7(a) 에서와같이 spcc 첨가지료에서는마이크로피브릴에의한응집및섬유와섬유의공극사이에보류되는형태가나타났으나 npcc를첨가한경우 Fig. 7(b) 에서와같이보류시스템적용에따라주로섬유의표면층에서 npcc를관찰할수있었다. 일반적으로충전제는섬유표면층에서의흡착또는여과기작에의해지층내에보류된다. 본연구에서마이크로크기의 spcc는주로마이크로피브릴에의한응집및섬유와섬유의공극사이에서여과작용에의 100 300 Turbidity of filtrate, NTU 80 60 40 300 ml CSF 400 ml CSF 500 ml CSF 600 ml CSF Turbidity of filtrate, NTU 250 200 150 100 300 ml CSF 400 ml CSF 500 ml CSF 600 ml CSF 20 50 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Number of washing, times (a) Number of washing, times Fig. 6. Turbidity of filtrate from pulp slurry added spcc(a) and npcc(b) with retention system. (b) (a) (b) Fig. 7. SEM image of fiber pad added spcc(a) and npcc(b) with retention aids( 5,000).

나노사이즈탄산칼슘이종이의물리 광학적특성에미치는영향 7 해보류특성이나타난것으로사료되며 npcc는 spcc 보다입자의크기가작고상대적으로비표면적이크기때문에보류시스템을적용함에따라섬유에서의표면흡착을통해보류도를향상시킬수있음을확인하였다. 즉, 적절한보류시스템을적용하고펄프의고해도조절을통해 npcc의보류도를향상시킬수있을것으로사료된다. 3.2 나노사이즈탄산칼슘에서의최적보류조건의탐색초지공정에서보류, 탈수, 지합의 3 인자는공정효율뿐만아니라최종생산품의품질을결정하는주요요소이다. 그러나이들공정인자들은각각작용하는것이아니라초지공정시스템에따라 3 인자가서로상관적인영향을주기때문에나노사이즈탄산칼슘을내첨용으로적용하기위한 3 인자들의특성을분석하였으며이에따른나노사이즈의최적보류조건을탐색하였다. Table 2에서와같이나노사이즈탄산칼슘의최적보류조건을탐색하기위해나노사이즈탄산칼슘을전건섬유대비 15% 를첨가하고보류향상제로서 C-PAM 과 bentonite를각각 0.01 0.03%, 0.05 0.15% 정도점진적으로증량하여첨가하였다. 마이크로파티클보류시스템적용에따른나노사이즈탄산칼슘의보류도를분석하기위해제작된수초지를 525 에서 3시간동안회화시켜회분함량을비교분석하였다. Fig. 8은보류시스템적용에따른수초지의회분함량으로서 C-PAM, bentonite의첨가량을증가했을경우종이내회분함량은 7.09% 에서 8.61% 로증가하였다. RDA의진공해압정도에따라탈수성을평가하는지표인 FAP(Final air permeability) 는 Table 3에서와같이보류시스템적용에따라약 45 mmhg 정도로큰차이를나타내지않았다. 또한지합지수는 52.44에서 69.71로 증가되었으며, 이는보류향상제를과량첨가할경우지료구성성분들이서로과도한응집을야기하여오히려지합이불균일하게되어나타난것으로판단된다. 14) Table 3은보류향상제첨가량을증가함에따라여액의탁도, FAP, 수초지의지합특성을나타낸결과로써탁도, FAP, 지합지수모두값이클수록불량한특성을의미한다. 3 인자의상호 impact factor가동일하다는가정하에보류시스템적용에따라각인자들의총합이가장낮은조건을최적보류조건으로선정하였다. Jeon 등 12) 은최적의보류향상제를적용하기위한방법으로보류향상제종류및투입량에따른보류, 탈수, 지합특성, 공정효율성등을비교하였다. 그러나 3 인자의측정에의한합계는최적보류조건평가에서한가지변수의편차에따라해석오류가발생할수있어이로인한왜곡된해석을방지하기위해각항목을평균기준백분율로변환하였으며그값을 Table 4에나타냈다. 그결과 3 요소의합이 316.03으로가장낮은보류시스템 3 조건을나노사이즈탄산칼슘 Ash content, % 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.03 Dosage level of C-PAM on O.D. pulp, % Fig. 8. Ash content in handsheet by addition of retention aid. Table 3. Changes in turbidity, final air permeability and formation index by application of different retention system No. Turbidity, NTU Final air permeability, mmhg Formation index, LT 1 46.5 49.24 52.44 2 44.4 45.27 55.02 3 34.0 45.69 59.62 4 27.1 45.71 69.71

8 박정윤이태주김형진펄프종이기술 46(4) 2014 Table 4. Changes in turbidity, final air permeability and formation index by application of different retention system and sum of 3 converted factors No. Turbidity, NTU Final air permeability, mmhg Formation index, LT Sum of 3 factors 1 122.36 105.94 112.82 341.14 2 116.84 97.41 118.37 332.62 3 89.47 98.31 128.25 316.03 4 71.32 98.34 149.97 319.63 적용최적보류조건으로선정하였다. 34 3.3 나노사이즈탄산칼슘이종이의특성변화에미치는영향 3.3.1 물리적특성일반적으로종이의벌크특성은강도및광학적특성에상호지대한영향을미친다. 특히종이의휨강성과직접적인상관관계가있으며인쇄및산업용지의가공특성측면에서중요시되고있다. 벌크는종이의두께를평량으로나눈값으로동일한두께를유지하면서평량을낮출수있다면원가절감및에너지저감도구현할수있어객관적인지표로활용가능하다. Fig. 9에서와같이충전제함량이증가할수록벌크는 1.89 cm 3 /g에서 2.03 cm 3 /g으로향상되었으나 Fig. 10에서와같이인장지수는 33.50 Nm/g에서 27.79 Nm/g으로감소하였다. 이러한결과는 3.1항의결과에서확인할수있으며나노사이즈탄산칼슘이지층구조를확장시키는형태 (expansion) 로종이내에충전되며, 이로인해충전제함량이증가할수록벌크는증가되지만섬유 Tensile index, Nm/g 33 32 31 30 29 28 27 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6 8.8 Ash contents, % Fig. 10. Tensile strength of handsheet by npcc content. 간수소결합을방해하여인장강도는감소된것으로사료된다. Figs. 11 및 12는동일한함량의 spcc와 npcc가충전된종이의벌크및인장지수결과이다. npcc가충전된종이의벌크는 2.03 cm 3 /g이었으며이는 spcc 대비약 20% 의벌크특성이증가된효과를나타냈다. 반면 2.10 2.2 2.05 2.0 2.00 1.8 Bulk, cm 3 /g 1.95 Bulk, cm 3 /g 1.6 1.90 1.4 1.85 1.2 1.80 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6 8.8 Ash contents, % Fig. 9. Bulk property of handsheet by npcc content. 1.0 npcc Fillers spcc Fig. 11. Bulk property of handsheet by addition of spcc and npcc.

나노사이즈탄산칼슘이종이의물리 광학적특성에미치는영향 9 50 90 90 40 85 ISO brightness Opacity 85 Tensile index, Nm/g 30 20 Brightness, % ISO 80 75 70 80 75 70 Opacity, % 10 65 65 0 npcc Fillers spcc 60 spcc Fillers npcc 60 Fig. 12. Tensile strength of handsheet by addition of spcc and npcc. 인장강도는 npcc가내첨된종이에서 27.79 Nm/g으로 spcc에비해약 37.39% 감소한결과를나타냈다. 이는 npcc가섬유표면에흡착되어 expansion의충전형태를주로나타내기때문에벌크특성은증가하지만섬유간수소결합능력이저하되어강도가저하된것으로사료된다. 3.3.2 광학적특성 종이내무기입자를충전시키는다양한이유중하나는종이의광학적특성을개선시키기위한목적이있다. 불투명도는섬유층간의빛의굴절율차이에따라변화되며, 충전제를첨가할경우섬유, 공극, 충전제계면의특성변화에따라빛의굴절및반사특성이변화하게된다. 따라서불투명도의상승은빛의굴절과반사가크게변화되었음을의미하며, 또한백색도특성에영향을미치게된다. 8) Fig. 13은 spcc와 npcc의백색도와불투명도의상관관계를나타낸결과이다. npcc를첨가한종이가 spcc를첨가한종이에비해백색도는 1.7% ISO, 불투명도는 3.5% 증가하였다. 이는 spcc와 npcc 자체의굴절율은유사하나빛을굴절시킬수있는입자의수즉, 공기-충전제-섬유의계면이많이형성됨으로서나타난결과로사료된다. 또한 Fig. 1에나타낸바와같이입자의크기가 1 μm이하일경우가시광선영역대의크기인 380 780 nm에서빛의산란및반사가매우증가한다. 따라서나노사이즈탄산칼슘을종이에적용할경우마이크로크기의 spcc에비해종이로부터빛의 Fig. 13. Optical properties of handsheet by addition of spcc and npcc. 산란과반사가많이발생하여불투명도및백색도가개선될수있을것으로판단된다. 4. 결론 최근제지산업에서나노기술의응용및적용기술에대한연구가많이진행되고있다. 본논문에서는나노기술을충전제에활용하여보류시스템에적용하고자하였다. 제지용충전제중널리사용되고있는탄산칼슘에나노기술을접목하여기존마이크로사이즈의탄산칼슘과나노사이즈탄산칼슘과의보류특성과종이에미치는영향을비교분석하였으며, 그결과로서다음과같은결론을도출하였다. 1. 지층구조내충전물의거동을분석한결과 npcc는보류시스템을적용하지않았을경우에는지필에전혀보류되지못했으나, 보류시스템을적용하였을경우 npcc는주로섬유표면에흡착하여지층구조를확장시키는 expansion의형태로보류됨을확인하였다. 2. PAM-bentonite의마이크로파티클시스템에 npcc 를적용한최적보류조건탐색에서보류제의첨가량이증가할수록보류도는상승하였으나지합은좋지않은결과를야기하였다. 따라서최적보류조건으로서백수의탁도 (NTU), 습지필에의해형성된 RDA 내압력 (mmhg), 종이의지합지수 (LT) 의값을백분율로보정하여합산한값의타당성을검토하였다.

10 박정윤이태주김형진펄프종이기술 46(4) 2014 3. npcc에의한시트의구조적특성은충전형태가지층구조를확장시키는 expansion의형태로벌크는향상되었지만인장강도는감소하였으며나노입자의거동으로광학적특성은우수한결과를나타냈다. 사사 본연구는지식경제부 에너지기술개발사업 ( 과제번호 :2010201010037A) 의지원에의해이루어졌습니다. Literature Cited 1. Bøhmer, E., Filling and loading, In Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology, 3rd ed., Casey, J. P. (ed.), Vol. 3, Wiley-Interscience Publication, New York, pp. 1515-1546 (1981). 2. Bown, R., Physical and chemical aspects of the use of fillers in paper, In Paper Chemistry, Roberts, J. C. (ed.), 2nd Ed., Blackie Aacademic & Professional, London, pp. 194-230 (1996). 3. Shen, J., Song, Z., Qian, X., and Liu, W., Modification of papermaking grade fillers: a brief review, BioResources 4(3):1190-1209 (2009). 4. Nützenadel, C., Züttel, A., Chartouni, D., Schmid, G., and Schlapbach, L., Critical size and surface effect of the hydrogen interaction of palladium clusters, Eur. Phys. J. D 8(2):245-250 (2000). 5. Cao, G., Nanostructures and Nanomaterials: Synthesis, Properties & Applications, Imperial College Press, London, pp. 329-390 (2004). 6. Huaizhi, Z., and Yuantao, N., Techniques used for the preparation and application of gold powder in ancient China, Gold bulletin 33(3):103-105 (2000). 7. Shen, J., Song, Z., Qian, X., Yang, F., and Kong, F., Nanofillers for papermaking wet end applications, BioResources 5(3):1328-1331 (2010). 8. Lee, H. L., Lee, B. J., Shin, D. S., Seo, Y. B., Lim, K. P., Won, J. M., and Sohn, C. M., Papermaking Science (JeJi KwaHak), Kwang-Il Publisher, Suwon, Korea (1996). 9. Deng, Y., Potentials of nanotechnologies in forest and paper industry, Retrieved Jan. 16 (2010). URL: http://www.esf.edu/joachim/2005forum/ydeng.ppt 10. Goldhalm, G., and Drexler, G., Method for application of nano-particles during a papermaking process, E.P. patent, 1921207 (2008). 11. Björn, K., Fillers and pigment, In Papermaking Chemistry, Neimo, L. (ed.), Papermaking Science and Technology Series Book 4, Finnish Paper Engineers Association & Tappi Press, Helsinki, pp. 117-149 (1999). 12. Jeon, C. H., Ryu, J. Y., Song, B. K., Seo, Y. B., and Chung, S. H., An instance of selecting retention chemicals based on simultaneous analysis of retention, drainage and formation of RDA (retention and drainage analyzer) sheets, Journal of Korea TAPPI 42(3):7-13 (2010). 13. Youn, H. J., and Chin, S. M., Effect of basis weight of handsheet and machine made sheet on formation, Journal of Korea TAPPI 38(4):24-30 (2006). 14. Niskanen, K., and Kärenlampi, P., In-plane tensile properties, In Paper Physics, Niskanen, K. (ed.), Paper making Science and Technology Series Book 16, Finnish Paper Engineers Association & Tappi Press, Helsinki, pp. 139-191 (1998).