거품의 정의와 제지 공정에서의 소포 및 탈기제 필요성
거품의 정의와 제지 공정에서의 소포 및 탈기제 필요성
1. 거품의 정의와 본질
거품은 액체 내에 공기와 같은 기체가 분산된 상태로, 일종의 콜로이드 형태를 이룹니다. 이를 세분하면, 단일 기체 입자는 **기포(bubble)**로 정의되고, 다수의 기포가 액체막 또는 고체막에 의해 분리된 상태는 **포말(foam)**이라 불립니다. 순수한 액체에서는 거품이 쉽게 파괴되지만, 계면활성제, 미세섬유, 충전 물질 등의 특정 성분을 포함한 액체는 안정화된 거품을 형성합니다. 제지 공정에서 사용하는 지료나 백수는 이러한 안정화된 거품의 대표적인 예라 할 수 있습니다.
2. 제지 공정에서 거품이 발생하는 원인과 문제점
펄프 제조부터 초지, 코팅, 폐수처리까지 제지 공정 전반에서 거품이 발생하며, 이는 작업성과 품질에 부정적인 영향을 미칩니다. 특히, 오늘날 초지 속도가 증가하고 백수 회수율을 높이는 추세에서는 발포 현상이 더욱 심각해집니다.
주요 문제는 다음과 같습니다:
- 표면 거품(surface foam): 거품이 안정화되어 표면에 떠오르면 반점 형성, 강도 저하, 외관 불균일 등의 품질 문제를 초래합니다.
- 내부 기체(entrained gas): 섬유 내강이나 표면에 붙어 배수 경로를 차단하고 탈수를 방해하며, 종이 밀도와 강도를 낮춥니다.
- 거품의 농축 물질: 기포 막에 농축된 미세 물질은 스케일, 슬라임, 핏치 퇴적을 일으켜 설비 오염을 유발합니다.
3. 거품 안정화에 영향을 미치는 요인
거품은 다양한 물리적, 화학적 요인에 의해 안정화됩니다. 제지 공정에서 주목할 만한 안정화 요인은 다음과 같습니다:
- 계면활성 물질: 지방산 혼합물, 리그닌 유도체, 탄수화물 유도체 등은 거품의 탄성을 증가시킵니다.
- 미세 입자: 충전제, 미세섬유, 사이즈 침전물 등은 거품 표면에 흡착해 안정화 작용을 합니다.
- 기계적 충격: 펄퍼, 초지 와이어 속도, 정선 장치 등 기계적 충격이 거품 형성에 기여합니다.
- 백수의 폐쇄화: 폐쇄 순환 시스템에서는 안정화 요인이 계속 축적됩니다.
4. 소포제와 탈기제의 정의와 필요성
**소포제(defoamer)**는 거품의 생성과 안정화 요인을 저해해 거품을 제거하거나 발생을 억제하는 화학 물질을 말합니다. 소포제는 거품 제거뿐 아니라 억포(거품 억제) 기능도 포함합니다. 한편, **탈기제(deaerator)**는 섬유에 부착된 미세 기포를 큰 기포로 합쳐 표면으로 떠오르게 하고, 최종적으로 이를 파괴하는 역할을 합니다.
탈기제를 사용하는 주요 목적은 다음과 같습니다:
- 지료 밀도 향상: 미세 기포를 제거해 고해 효율을 높이고, 압축성을 낮춰 작업 효율을 개선합니다.
- 품질 안정성 유지: 종이 강도와 밀도를 일정하게 유지하며, 불균일한 지합 형성을 방지합니다.
5. 소포제 및 탈기제 사용 시 중요한 고려사항
효과적인 소포 및 탈기 작용을 위해서는 적합한 제품 선택과 올바른 사용 방법이 중요합니다. 주요 조건은 다음과 같습니다:
- 거품 액체와 친화성을 가져야 합니다.
- 적당한 입자 크기(2~7㎛)로 설계되어야 합니다.
- 작업 환경에서 용해되지 않아야 하며, 다른 공정에 영향을 주지 않아야 합니다.
- 확장성과 치환성이 뛰어나야 합니다.
6. 탈기제의 장점
탈기제는 소포제보다 성능과 지속성이 우수하며, 다양한 장점을 제공합니다:
- 효율성: 기존 광유계 및 지방산 에스테르계 소포제보다 3~5배 효과적.
- 내구성: 고온 환경(45℃ 이상)에서도 성능 저하가 없으며, 핏치 크러블 발생이 적습니다.
- 경제성: 유화제 함량이 1% 미만으로 최소화되어 비용 절감 효과.
- 친환경적: 모포, 와이어 등의 오염을 감소시켜 유지보수 비용도 줄입니다.
결론
제지 공정에서 거품 문제를 해결하는 것은 작업성과 제품 품질을 높이는 데 있어 매우 중요합니다. 이를 위해 소포제 및 탈기제의 역할을 명확히 이해하고, 적합한 제품을 선택하여 체계적으로 사용하는 것이 필요합니다.