1. 서 론
인터넷의 보급이 확산되면서 현대사회는 정보기술(information technology, IT) 사회로 급속히 변화중이다. 2000년대 후반에 스마트폰이 개발된 후, 스마트폰의 보급이 급격하게 확산되어가고 있다. 미래창조과학부에 따르면 국내에서도 스마트폰 이용자는 2015년 2월 기준으로 4,100만명을 넘어서고 있다. 인터넷의 보급과 스마트폰의 사용으로 언론의 정보 제공 분야가 기존의 인쇄된 신문지에서 디지털화된 매체로 급격하게 전환되고 있다. 스마트폰의 보급률이 높아지고 있으며 이에 따라 Fig. 1에 나타난 바와 같이 국내 신문용지의 소비량이 큰 폭으로 감소하는 추세이다.
인쇄된 신문 구독이 감소되어 국내 신문용지 소비량이 급격하게 감소하고 이로 인해 국내 신문용지 기반 산업의 원료 수급에 어려움을 겪고 있다. 이를 해결하기 위하여 신문용지의 감산과 신문용지의 수출량을 늘려나가고 있다.
이로 인하여 탈묵 ONP를 원료로 사용하는 분야에서는 원료가 부족하다. 이를 보충하기 위하여 해외 ONP 원료를 수입하고 있으며 Fig. 3에서 최근 국산 및 수입산 ONP의 사용량을 나타내고 있다.
ONP는 주로 북미나 유럽 지역에서 수입되고 있으며 운반비용 등을 고려하여 동남아시아권이나 일본에서도 수입되고 있다. ONP의 재사용률 및 사용 원료에 따라 원료 자체의 물성이 달라지는데, 국내의 경우 폐지 회수율이 90%에 육박하여 재활용 횟수의 증가에 따라 품질 저하를 수반한다.
따라서, 신문용지 시장 구조의 변화와 수입산 ONP 원료의 사용량의 증가 추세에 대응하기 위하여 본 연구를 진행하였으며 국가별 ONP의 원료적 특성을 조사하기 위하여 펄핑과 탈묵을 통하여 제조한 신문용지 원료를 이용, 국가별 ONP 7종에 대한 물리적, 광학적 특성을 분석하였다.1)
2. 재료 및 방법
2.1 공시 재료
각 국가별로 ONP 샘플을 분양받았다. 아시아, 북미, 유럽 지역의 ONP 7종을 국내 신문용지 생산업체인 D 제지회사에서 분양받아 본 연구의 공시재료로 사용하였으며, 지역에 따른 국가별 ONP를 Table 1에 표기하였다. 탈묵 및 표백에 사용된 가성소다, 규산나트륨, 과산화수소 및 지방산 탈묵제를 D 제지회사에서 분양받아 사용하였다.
2.2 실험 방법
2.2.1 ONP 탈묵 펄프 제조
국가별로 분류한 ONP를 전건 100 g 기준으로 실험실용 저농도 펄퍼를 이용하여 가성소다 1%, 규산나트륨 1%, 지방산 탈묵제를 0.35% 투입 후 5% 농도, 50℃에서 10분간 펄핑 과정을 거쳤다.2) 펄핑된 지료는 1% 농도에서 2단계로 탈묵(flotation machine test)3)을 실시하였으며, 탈묵 단계별로 pilot flotation EFOU-KT(4.5 L)를 이용, 2분 공회전 후 30초마다 air를 공급하고 거품을 제거하는 공정을 15회 거쳤다. 1차 탈묵 후 가성소다 0.3%, 규산나트륨 0.3%, 과산화수소 5%, 온도 70℃ 조건에서 표백을 실시하였다.4,5)
2.2.2 국내산 및 수입산 ONP 원료 특성 분석
펄핑 과정을 거친 ONP 지료를 섬유장 분석기(KajaaniFiberLabTM Fiber Analyzer, Finland)6)를 이용, 섬유장과 미세분을 측정하였다. 탈묵된 ONP 탈묵 펄프의 탈수성을 측정하기 위하여 KS M ISO 5267-2에 의거하여 여수도를 측정하였다. 폐지 내 점착성 이물질을 측정하기 위하여 Hantech 사의 PDT(pitch deposit potential tester)를 이용하여 45℃ 지료 조건에서 3회 saturation air를 주입, 5분간 반응 후 펄핑 과정을 거친 지료에 대한 분석을 실시하였으며, 청수를 사용하여 세척 후 점착성 이물질을 측정하였다. 통상적으로 150 ㎛ 이하의 점착성 이물질을 micro pitch라 하는데, 점착된 micro pitch를 스캐너를 이용하여 스캔하였다. 스캔된 micro pitch의 양을 GSA image analyzer 프로그램을 이용하여 상대적으로 분석하였으며 폐지 내 PDA(pitch deposit potential area)7)를 측정하였다. Thermolyne 48000 회화로를 이용하여 500℃에서 4시간 반응 후 회분 함량을 측정하였다.
2.2.3 수초지 제조 및 물리적, 광학적 성질 측정
실험실용 원형 수초지기를 이용하여 평량 56 g/m2의 수초지를 제작하였다. 수초지를 KS M ISO 5269-1에 의거하여 조습처리 한 후, 강도적 특성을 측정하였다. Hounsfield 社의 tensile test equipment를 이용하여 인장강도와 신장률(KS M ISO 1924-3)을 측정하였으며, MIT folding endurance tester를 이용하여 내절도(KS M ISO 5626)를 측정하였다. Gurley densometer를 이용하여 투기도(KS M ISO 5636-5)를 측정하였다. KS M ISO 2470에 의거, 백색도 측정기(Elrepho, L&W)를 이용하여 ISO Brightness를 측정하였다. 또한 잔류 잉크량(ERIC: effective residual ink contents)를 측정, 분석하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 국가별 ONP 원료 특성 비교
국가별 ONP 펄프의 섬유장 측정 결과를 Fig. 4에서 확인 했을 때, 국산 ONP가 수입산 ONP보다 섬유장이 짧은 것이 확인되었다. 미국이나 멕시코의 ONP의 경우 섬유장이 높게 나타났는데, 이는 신문용지 제조 시 미국 또는 멕시코에서 침엽수 열 기계 펄프 함량이 높기 때문8)으로 판단된다. 국내 ONP의 경우 해외에 비해 폐지 재활용률이 높기 때문에 단섬유화가 많이 일어났고, 이로 인하여 수입산 ONP에 비해 섬유장이 짧은 것으로 판단된다. 미세분 측정 결과를 확인 했을 때, Fig. 5와 같이 국내 ONP가 수입산 ONP에 비해 높은 것을 확인하였다. 이는 국내 ONP가 다른 지역에 비해 재활용 횟수가 높아 그 과정에서 미세분이 축적되어 다른 지역에 비해 높은 미세분 함량을 나타낸 것으로 판단된다.
ONP 펄프의 탈묵 단계에 따른 여수도 변화를 Fig. 6에 나타내었다. ONP는 열기계펄프가 포함되어 있기 때문에 낮은 탈수성을 보인다.8) 이로 인하여 신문용지 제조 시 주의가 필요하다. 탈묵 과정에서 잉크 입자와 같은 이물질 제거됨에 따라 모든 ONP의 여수도 값이 상승하는 결과가 나타났다. 여수도 값이 높은 한국이나 일본, 필리핀의 ONP를 탈묵하여 신문용지를 제조 시, 상대적으로 탈수가 잘 될 것으로 판단되었다.
폐지 내 점착성 이물질을 측정한 결과를 Fig. 7에 나타내었다. 신문지 내 점착성 이물질의 경우 목재 펄프의 추출물이나 인쇄용지와 같은 고급용지의 제조 시 사용된 라텍스나 전분과 같은 물질의 혼입 등으로 생성된다. PDA의 경우 유럽산 및 싱가포르산, 필리핀산 ONP가 높은 값을 나타내었는데, 유럽산 ONP 경우 인쇄성 향상을 위하여 전분이 사용되었고,9) 싱가포르나 필리핀과 같은 동남아 지역의 경우 자원의 부족으로 인하여 수입 용지의 활용 비중이 높기 때문인 것으로 판단됐다. Micro pitch의 경우 신문지 지종의 생산 시 구멍, 오염, 지절과 같은 생산성 저하의 원인10)이 되기 때문에 유럽이나 동남아 지역의 ONP를 사용하여 초지할 경우 점착성 이물질 제거가 필요하다.
회분은 탈묵 과정에서 제거되기 때문에 회분함량이 높을수록 수율이 감소하게 된다.11) 유럽지역 ONP원료는 상대적으로 다른 지역에 비해 회분 함량이 높지만, 탈묵공정 이후 회분함량이 크게 감소한 것이 확인되었다(Fig. 8). 미국과 멕시코 ONP의 경우 다른 지역에 비해 회분함량이 낮게 나타났다. 미국과 멕시코의 경우 신문용지 제조에 TMP가 사용되어 다른 지역에 비해 회분함량이 낮은 것으로 판단된다. 다른 지역에 비해 회분 함량이 미국과 멕시코의 ONP를 원료로 사용할 경우 다른 지역의 ONP를 원료에 비해 높은 수율 함량을 보일 것으로 판단된다.
3.2 국가별 ONP의 강도적 특성 비교
국가별 ONP를 펄핑과 스크린을 통하여 탈묵 후, 초지하여 물리적 특성을 비교, 분석하였다. Figs. 9와 10은 국가별 ONP로 제조된 수초지의 인장지수, 신장률 측정 결과로 국산 신문지 폐지를 이용하여 제조한 수초지는 싱가포르와 유럽 지역의 ONP보다 낮은 인장강도를 보였다. 하지만, 북미 지역 대비 높은 강도를 나타내었으며 높은 신장률을 나타내었다. 유럽산 ONP로 제조한 수초지의 강도 값이 높게 측정되었는데, 이는 회분 함량 및 micro pitch의 영향을 받았기 때문으로 판단됐다. 탈묵 과정에서 회분이 가장 많이 감소하였고, 이는 강도에 악영향을 주던 이물질의 감소량이 크기 때문에 강도가 높게 나타난 것으로 판단됐다. 위의 결과에 따르면 유럽산 ONP의 강도가 가장 높게 측정되었다. 유럽산 ONP의 경우 인쇄성과 백색도의 향상을 위하여 OMG(old magazine)가 혼입되어 제조되었고, 이로 인하여 라텍스와 같은 성분이 ONP의 강도에 영향을 주었기 때문에 타 지역 대비 향상되었다고 판단됐다. 신장률의 경우 동남아 지역의 ONP가 낮게 측정되었는데, 이는 원료의 상대적 품질 저하에 따른 것으로 판단됐다.
3.3 국가별 ONP의 광학적 특성 비교
신문용지 폐지의 경우 섬유에 직접 잉크가 인쇄되는 특성을 보이는데, 이는 도공 층을 가지는 인쇄용지와 다르다.12) 이로 인하여 탈묵 시 잉크 입자의 제거가 타 지종 대비 상대적으로 어렵기 때문에 고백색도를 필요로 하는 지종의 생산에 쓰이기는 어렵지만 수율에서 유리한 특성을 가진다고 판단됐다. 국가별, 지역별 ONP의 백색도 및 잔류 잉크량을 Fig. 11에 나타내었다. 백색도의 경우 탈묵단계를 거치지 않은 펄핑 단계(pulper)의 경우 국산 신문지 폐지의 백색도가 가장 높게 측정되었으며 북미 지역의 ONP는 높은 열기계펄프 함량으로 인하여 낮은 백색도를 나타냈다.13) 탈묵, 표백 후(DIP final) 국산과 유럽산 ONP의 백색도가 높은 특성을 보였다. 이는 유럽산 ONP의 회분 함량이 높아 탈묵 시 백색도에 악영향을 끼치는 잉크 입자와 같은 이물질의 제거가 국산 ONP보다 더 많이 이루어졌기 때문으로 판단되며 수율 저하 문제가 있을 수 있으나 광학적 특성의 향상을 가져올 수 있을 것으로 판단됐다. ERIC값을 Fig. 12에서 확인하였을 때, 국산 ONP의 값이 펄핑 단계에서 가장 낮은 값을 보였으나 탈묵 및 표백 과정을 거친 후 최종 단계의 지료 상태(DIP final)에서는 유럽산 ONP의 ERIC값이 가장 낮게 측정되었다. 상대적으로 한국 시장에서 요구하는 백색도의 값이 가장 높은 경향을 보였으며 고 백색도의 신문용지 생산 시 유럽산 신문용지 폐지를 사용한다면 광학적 특성이 향상될 것으로 판단된다.
4. 결 론
신문용지 폐지의 섬유 특성의 경우 국산 폐지가 수입산 폐지 대비 섬유장은 짧고 미세분 함량은 높은 것으로 나타났는데, 이는 ONP의 재활용률이 90%에 육박해 타 국가 대비 높기 때문으로 판단됐다. ONP의 탈묵 시 잉크입자 및 이물질의 제거에 따라 회분 함량은 감소하였으며 북미 지역의 회분 함량이 가장 낮게 측정되었고, 유럽 지역의 회분 함량이 가장 높게 나타났다. 수율을 고려한다면 북미 지역의 ONP를 첨가하는 것이 바람직한 특성을 보였다. 강도 및 광학적 특성의 경우 유럽 지역의 ONP가 가장 좋은 특성을 보였는데, 이는 가장 고품질의 원료를 사용한 유럽의 신문지 폐지가 스크린 시 잉크 입자와 이물질을 효과적으로 제거하였기 때문으로 판단됐다. 따라서, 원료의 사용에서 국산 신문용지 폐지에 북미산, 유럽산 신문용지를 용도에 맞게 혼합하여 사용한다면 신문용지 지종의 생산 시 향상된 강도 및 백색도를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
