초지기

3. 주요 구조 및 공정

초지기는 크게 5개의 주요 작동 구역으로 구성된다.^[7]

• 성형부(습부): 펄프 현탁액을 연속적으로 회전하는 와이어 메쉬 위에 얇게 펴서 진공으로 물을 제거하여 종이의 기본 형태를 만든다. 헤드박스를 통해 섬유 뭉침을 방지하고 슬러리를 균일하게 분산시킨다.
• 압착부: 습윤 섬유 웹이 고압 롤 사이를 통과하며 물이 짜내진다. 펠트는 습지를 지지하고 압착된 물을 흡수한다.
• 건조부: 압착된 시트가 증기 가열 건조 실린더를 통과하며 수분 함량이 약 6% 수준으로 줄어든다. 필요시 적외선 건조기가 추가 사용될 수 있다.
• 사이즈 압착부: 반건조된 종이에 전분 및/또는 기타 화학 물질을 도포하여 분진 및 공기 투과성을 줄이고, 강성, 파열 강도 및 단경간 압축 강도를 높인다.
• 캘린더부: 건조된 종이를 고하중 및 압력 하에서 매끄럽게 만든다. 여러 닙(두 롤 사이에서 시트가 압착되는 곳)을 통과하며 평활도가 증가하지만, 종이 강도는 약간 감소할 수 있다. 캘린더부는 기계 내부(온라인) 또는 별도(오프라인)일 수 있다.
• 권취부: 완성된 종이를 추가 가공을 위해 스풀에 감는다.

3. 1. 공정 개요

• 충전제 첨가: 점토, 탄산 칼슘, 이산화 티타늄 등의 충전제를 첨가하여 불투명도를 높여 인쇄 품질을 향상시킨다.^[5]

• 성형부(습부): 연속적으로 회전하는 와이어 메쉬 위에 펄프 현탁액을 얇게 펴서 진공으로 물을 제거한다. 이때, 섬유가 뭉치는 것을 방지하고 슬러리를 와이어 전체에 균일하게 분산시키기 위해 난류를 생성한다. 이를 위해 헤드박스가 사용된다.^[7][8][9]
• 압착부: 습윤 섬유 웹이 고압으로 하중을 받는 대형 롤 사이를 통과하면서 물이 짜내진다. 이때, 펠트가 습지를 지지하고 압착된 물을 흡수하는 역할을 한다.^[7]
• 건조부: 압착된 시트가 증기 가열 건조 실린더를 통과하면서 수분 함량이 약 6% 수준으로 줄어든다. 필요한 경우 적외선 건조기가 추가로 사용될 수 있다.^[7]

• 사이즈 압착부: 반건조된 종이에 전분 및/또는 기타 화학 물질을 도포하여 분진 및 공기 투과성을 줄이고, 강성, 파열 강도 및 단경간 압축 강도를 증가시킨다.^[7]
• 캘린더부: 건조된 종이를 고하중 및 압력 하에서 매끄럽게 만든다. 여러 개의 닙(두 개의 롤 사이에서 시트가 압착되는 곳)을 통과하면서 평활도가 증가하지만, 종이 강도는 약간 감소할 수 있다. 캘린더부는 기계의 일부(온라인)이거나 별도 부분(오프라인)일 수 있다.^[7]
• 권취부: 기계에서 나온 종이를 추가 가공을 위해 개별 스풀에 감는다.^[7]

3. 2. 주요 구성 요소

4. 펄프 종류 및 준비

펄프에 사용되는 식물 섬유는 대부분 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로 구성되어 있으며, 물이 존재할 때 섬유 간에 분자 결합을 형성하는 경향이 있다. 물이 증발한 후 섬유는 결합된 상태로 남는다. 대부분의 종이 등급에는 추가적인 접착제를 첨가할 필요는 없지만, 습윤 강도 및 건조 강도 첨가제를 첨가할 수 있다.

목면과 린넨 헝겊은 목재 펄프 이전에는 종이 펄프의 주요 원료였다. 오늘날에는 거의 모든 펄프가 목재 섬유로 만들어진다. 면 섬유는 이력서 및 지폐와 같은 특수 용지에 사용된다. 헝겊 원료는 데님 조각이나 장갑 재단과 같은 다른 제조 과정의 폐기물로 나타난다. 의류의 섬유는 면 실에서 나오며, 섬유의 길이는 면 재배지에 따라 3~7cm 정도이다.

면 섬유의 또 다른 원료는 면화 씨 제거 과정에서 나오는 린터이다. 린터는 짧은 섬유로 씨앗을 둘러싸고 있으며, 솜털과 유사한 특징을 가진다. 린터는 섬유로 사용하기에는 너무 짧아, 주로 1차 및 2차 절단으로 사용되며 1차 절단된 린터가 더 길다.

펄프는 크게 화학 펄프와 기계 펄프로 분류된다. 통합 펄프 및 제지 공장에서는 펄프를 재고 준비 전에 고밀도 타워에 저장하고, 비통합 공장에서는 건조 펄프 또는 습식 랩(압축) 펄프를 묶음으로 받아 [재]펄퍼에서 슬러싱한다.

4. 1. 펄프 종류

5. 제지기의 종류

초지기는 섬유를 초지하는 망(와이어)의 방식에 따라, 와이어 파트가 컨베이어 형태인 장망 초지기와 와이어 파트가 실린더 형태인 원망 초지기로 크게 구분된다.^[18] 장망 초지기는 신문 용지나 인쇄 용지 등 고속으로 대량 제지에 적합하며, 원망 초지기는 두꺼운 종이나 다양한 용도의 종이를 초지할 수 있다.^[19][20]

6. 주요 제조사

• 메츠오 (핀란드)
• 포이트 (독일)
• 가와노에 조기 주식회사 (가정용지)

7. 환경 문제 및 지속 가능한 발전

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8. 기타 용어 (Glossary)

• '''파지(broke):''' 제지 과정에서 발생하는 폐지 조각으로, 시트가 찢어지거나 트리밍 과정에서 발생한다. 이를 수거하여 펄프 재투입을 위해 리펄퍼에 넣는다.
• '''농도(consistency):''' 펄프 슬러리 내 건조 섬유의 비율.
• '''코치(couch):''' 프랑스어로 "눕다"라는 뜻이다. 코치 롤을 통과한 후 시트는 와이어에서 들어 올려 프레스 섹션으로 옮겨진다.
• '''댄디 롤''': 포드리니어 위에 놓인 메쉬로 덮인 속이 빈 롤. 섬유 덩어리를 분해하여 시트 형성을 개선하며, 결무늬 종이와 같이 무늬를 만들 때에도 사용될 수 있다. 수침도 참조.
• '''팬 펌프''': 백수(white water)를 백수 체스트에서 헤드박스로 순환시키는 대형 펌프. 이 펌프는 베인 펄스(vane pulses)의 영향을 최소화하는 특수한 저펄스 설계로, 이는 "바링(barring)"이라고 알려진 기계 방향으로 종이의 불균등한 평량을 유발할 수 있다. 팬 펌프에서 나온 유량은 사용 시 스크린과 클리너를 통과할 수 있다. 대형 제지 기계에서는 팬 펌프가 분당 수만 갤런을 처리할 수 있다.
• '''펠트''': 프레스 롤 사이에 위치하는 직물 또는 합성 물질의 루프이며, 압착된 물을 받는 역할을 한다. 펠트는 또한 젖은 종이 웹을 지지하고 프레스 섹션을 통과하도록 안내한다. 펠트는 건조기 섹션에서도 시트가 건조기에 밀착되도록 유지하고 열 전달을 증가시키는 데 사용된다.
• '''충전제''': 종이 형성 과정에서 첨가되는 미세하게 분할된 물질. 충전제는 인쇄 품질, 밝기 및 불투명도를 향상시킨다. 가장 흔한 충전제는 점토와 탄산 칼슘이다. 이산화 티타늄도 충전제이지만 밝기와 불투명도를 향상시키기도 한다. 탄산 칼슘 충전제는 알칼리성 제지에서 일반적으로 사용되는 반면, 카올린 점토는 산성 제지에서 널리 사용된다. 알칼리성 종이는 노화 특성이 우수하다.
• '''형성(formation):''' 완성된 종이에서 섬유 분포의 균일성 정도. 종이를 빛에 비춰보면 쉽게 확인할 수 있다.
• '''헤드박스''': 슬러리 내 섬유 덩어리를 분해하기 위해 난류를 가하는 압력 챔버. 헤드박스의 주요 역할은 섬유 슬러리를 와이어 전체에 균일하게 분산시키는 것이다.
• '''닙(nip)''': 프레스나 캘린더에서와 같이 서로 마주보는 두 개의 롤이 만나는 접촉 영역.
• '''pH''': 용액의 산성 또는 알칼리성 정도. 알칼리성 종이는 수명이 매우 길다. 산성 종이는 시간이 지남에 따라 열화되어 도서관에서 보존 조치를 취하거나 많은 오래된 책을 교체해야 하는 원인이 되었다.
• '''사이즈''': 종이에 적용되어 물 침투 속도를 늦추는 화학 물질 또는 전분. 사이징은 인쇄 중 잉크의 "번짐"을 방지하여 인쇄 선명도를 향상시킨다.
• '''슬라이스''': 와이어에 백수 제트가 방출되는 헤드박스 하단에 있는 조절 가능한 직사각형 구멍. 슬라이스 개구부와 수압은 함께 슬라이스를 통과하는 백수 흐름의 양과 속도를 결정한다. 슬라이스에는 일반적으로 기계 전체의 종이 무게 프로파일을 균등하게 조정하는 조정 메커니즘이 있지만(CD 프로파일), 헤드박스 슬라이스 영역 전체에 물을 주입하여 CD 무게 프로파일을 제어하는 국부적인 농도를 사용하는 새로운 방법도 있다.
• '''원료(stock)''': 필요한 첨가물, 정련 및 pH 조절을 통해 원료 준비 영역에서 처리된 펄프 슬러리로, 종이 제조 준비가 완료되었다.
• '''웹(web)''': 코치 롤에서 종이 기계로 내려오는, 건조되지 않은 섬유의 연속적인 흐름.
• '''백수(white water)''': 배수 테이블에서 나오는 여과액. 테이블에서 나온 백수는 일반적으로 백수 체스트에 저장되며, 여기서 팬 펌프에 의해 헤드박스로 펌핑된다.
• '''와이어''': 헤드박스에서 펄프 슬러리를 배수하는 데 사용되는 직조 메쉬 천 루프. 1970년대까지 청동 와이어가 사용되었지만, 현재는 낚싯줄과 유사하지만 매우 뻣뻣한 거친 모노 필라멘트 합성 섬유로 직조된다.

참조

_[1] 서적 Papermaking in Britain 1488–1988 Athlone Press 1988
_[2] 서적 American Paper Mills, 1690–1832: A Directory of the Paper Trade with Notes... http://www.upne.com/[...] Dartmouth College Press 2013
_[3] 간행물 Historic American Engineering Record Essex Mill NJ-6 http://cdn.loc.gov/m[...] National Park Service Department of the Interior Washington D.C. 20240
_[4] 서적 A Nation of Steel: The Making of Modern America 1865–1925 https://archive.org/[...] Johns Hopkins University Press
_[5] 서적 Wet End Operations Short Course Notes TAPPI Press
_[6] 문서
_[7] 서적 Paper Machine Operations Short Course Notes TAPPI Press
_[8] 서적 Paper Machine Wet End, The TAPPI Press
_[9] 서적 Wet End Operations Short Course Notes TAPPI Press
_[10] 논문 Technology choice in a global industry : the case of the twin-wire in Canada http://ir.lib.sfu.ca[...] 1989
_[11] 서적 Paper Machine Clothing: Key to the Paper Making Process CRC Press, Asten 1997
_[12] 웹사이트 Cylinder machine {{!}} device https://www.britanni[...] 2020-04-05
_[13] 서적 The Paper Machine Dry End TAPPI Press
_[14] 서적 Pressing and Drying course notes TAPPI Press
_[15] 간행물 Papermaking: Papermachine – Pressing http://www.fibrelab.[...] UBC Fibre Lab 2014-08-25
_[16] 간행물 Barre granite quarries, Barre, Vermont 1987
_[17] 웹사이트 Stainless Steels and Specialty Alloys for Modern Pulp and Paper Mills https://nickelinstit[...] 2017
_[18] 서적 オフセット印刷技術作業手順と知識 日本印刷技術協会 2005
_[19] 웹사이트 竹尾製紙/抄紙機 http://www.takeo.co.[...]
_[20] 웹사이트 ミューズ/紙が出来るまで http://www.muse-pape[...]
_[21] 간행물 柔軟媒体の搬送技術とその展望 https://www.jstage.j[...] 2012