2.1 공시재료

본 실험에서는 S사에서 입수한 색상 파지를 사용하였다. 색상파지는 적색, 밤색, 곤색, 황색, 회색을 가지는 색지로 구성하였고 순서대로 샘플 A, B, C, D, E로 결정하였다. 샘플명과 샘플 이미지를 Fig. 1에 도시하였고 기본 물성을 Table 1에 도시하였다. 평량은 색상파지 종류에 따라 다양하였고 벌크의 경우에는 샘플 D가 가장 낮았고 샘플 A, B, C는 비슷하였다. 파지의 색상은 색상마다 각기 다른 L, a, b를 나타냈는데 백색도는 황색을 나타내는 샘플 D가 60% 이상을 나타냈지만 샘플 A, B, C는 백색도가 10%보다 낮은 수치를 보여주었다. 종이 종류에 따라 색상이 다르고 색상이 진할수록 백색도는 크게 중요한 물성이 아니기 때문에 백색도는 큰 의미가 없는 것으로 판단된다.

Fig. 1.

Image of colored broke used in this study.

2.2 실험방법

2.2.3 전자선 조사된 색상파지의 해리, 수초지 제조 및 물성 측정

실험실용 해리기를 이용하여 40,000 revolution 조건으로 전자선 조사 처리된 색상파지 시료의 해리를 실시하였다. 해리된 색상파지 지료를 0.5%로 희석한 후 TAPPI standard method T 205에 의거하여 80±4 g/m²의 수초지를 제작하였다. 제조된 습지필은 3.5 kgf/cm2의 압력조건에서 5분간 압착한 후 실험실용 실린더 건조기로 건조시켰다. 수초지를 조습처리한 후 분광광도계(Elrepho spectrophotometer)를 이용하여 광원 C하에서 색상과 백색도를 측정하였다. 또한, 색상파지 종류별, 처리 조건별로 측정된 색상값을 이용하여 색상차(ΔE)를 Eq. 1을 이용하여 계산하였다.¹⁰⁾ 색상파지의 물성 측정방법을 Fig. 2에 도시하였다.

[1]

∆E=∆L2+∆a2+∆b2

Fig. 2.

Flow diagram of experiments for the measurement of color and ISO brightness.

3.1 전자선 조사 처리에 따른 색상파지의 자체 특성 변화

전자선 조사 처리가 색상파지 물성에 미치는 영향을 평가하기 위해 50 kGy의 전자선 조사 처리 전후 색상파지의 색상과 백색도를 분석한 결과를 Table 2에 도시하였다. 색상별로 살펴보면 상대적으로 붉은색을 나타내는 샘플 A는 전자선이 조사됨에 따라 a, b값이 표준편차 범위를 벗어날 정도로 변화하였다. 그러나 샘플 B, C의 경우에는 전자선 조사에 따른 유의한 색상변화를 보여주지 못하였다. 황색인 샘플 D의 경우에는 전자선 조사에 따라 a, b값이 다소 증가하였지만 백색도는 거의 변화하지 않았다. 그러나 회색인 샘플 E는 전자선 조사에 따라 a, b값은 유의한 변화를 보여주지 않았지만 L값이 증가함에 따라 백색도는 다소 증가하는 경향을 보여주었다. 이러한 변화를 색상차로 계산하였고 Fig. 3에 도시하였는데 샘플 A, E가 가장 높은 색상변화를 나타냈고 샘플 D가 다음 수준으로 변화하였지만 샘플 B, C는 상대적으로 매우 낮은 색상변화를 보여주었다. 그러나 전체적으로 전자선 조사에 따른 색상파지의 자체 색상변화는 그리 크지 않는 것으로 판단된다.

Fig. 3.

Effect of electron beam irradiation on the color difference of colored brokes.

3.2 전자선 조사 및 해리에 따른 색상파지로 제조된 수초지의 특성 변화

색상파지의 해리 후 수초지의 색상변화는 색상파지의 재활용성을 판단하는데 중요한 인자이다. 따라서 본 연구에서는 전자선 조사 처리가 색상 파지의 해리 후 제조된 수초지 특성 변화에 미치는 영향을 평가하기 위해 전자선 조사 처리 색상파지와 미처리 색상 파지를 해리한 후 수초지를 제조하고 이들의 색상변화를 비교분석한 결과를 Table 3에 도시하였다. 먼저 전자선 조사하지 않은 색상파지의 해리 후 수초지의 색상과 백색도를 분석한 결과, 붉은색 파지인 샘플 A는 해리에 따라 L값과 백색도는 상승하였지만 a, b값은 감소하였다. 갈색인 샘플 B는 해리되지 않은 색상파지와 비교했을 때 색상인 L, a, b값과 백색도가 유의하게 상승하였다. 해리된 후 곤색인 샘플 C의 L값은 증가하였지만 a, b값이 감소하였는데 L값이 15% 이상 크게 상승하였다. L값이 상승하고 b값이 감소함에 따라 백색도도 10%이상 증가하였다. 황색 샘플D는 해리함에 따라 L, b값은 감소한 반면에 a값과 백색도는 증가하였다. 회색 샘플 E는 재사용에 따라 a, b값은 증가한 반면에 L값과 백색도는 급격히 감소하는 경향을 보여주었다. 이러한 결과를 바탕으로 Fig. 4와 같이 색상차를 계산했을 때 샘플 C, E가 가장 큰 색상변화를 보여주었는데 특히 곤색을 가지는 샘플 C는 색상이 밝아지지만 회색인 샘플 E는 더욱 어두운 색으로 변화하는 것을 알 수 있었다. 해리에 따른 색상변화는 주로 염료의 탈착에 의해 나타나는 것으로 판단된다.¹¹⁾

Fig. 4.

Effect of re-disintegration on the color difference of colored brokes without electron beam irradiation.

전사선 조사 처리된 색상파지를 해리한 후 제조한 수초지의 색상과 백색도를 분석한 결과, 전체적으로 모든 색상파지에서 해리처리에 따른 색상 L, a, b값과 백색도의 변화와 동일한 경향을 보여주었다. 그러나 전자선이 조사됨에 따라 색상과 백색도가 더 높은 폭으로 변화하는 것을 볼 수 있었다. 전자선 조사와 해리를 통한 색상파지의 색상차를 Fig. 5에 도시하였는데 붉은색 샘플 A는 전자선 미처리와 비교했을 때 상대적으로 더 높은 색상차를 보여주었고 곤색인 샘플 C의 경우에도 전자선 미처리보다 더 높은 색상차를 보여주었다. 특히 샘플 A, C는 백색도가 상승하였기 때문에 전자선 조사와 해리과정을 통해 붉은색과 곤색 보다는 더 밝은 색상으로 변화함을 확인할 수 있었다. 그러나 갈색, 황색, 회색을 나타내는 샘플들은 전자선 조사에 따른 추가적인 색상변화가 유의하지 않았다. 해리에 따라 염료의 탈착에 의해 색상변화는 큰 것으로 판단되나 전자선 조사에 따라 해리하지 않았을 때는 두 색상파지의 색변화가 크지 않은 것으로 볼 때 전자선은 두 종류 염료의 추가적인 탈색을 유도하는 것으로 판단된다.

Fig. 5.

Effect of electron beam irradiation and re-disintegration on the color difference of colored brokes.