도공원지의 원료 조성 및 구조에 따른 고평량 도공지의 접힘 터짐 · • 서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부(Dept. of Forest Sciences, Seoul

펄프·종이기술 47(4) 201538 39J. of Korea TAPPI Vol.47 No.4 Aug. 2015

• 서울대학교농업생명과학대학산림과학부(Dept.ofForestSciences,SeoulNationalUniversity,Seoul,151-921,Korea)1 ㈜LG화학기술연구원(LGChem,Ltd,Daejeon,Korea)

†교신저자(CorrespondingAuthor):E-mail:[email protected]

도공원지의 원료 조성 및 구조에 따른 고평량 도공지의 접힘 터짐

심규정·윤혜정†·오규덕·이학래·여승욱1·이용민1

접수일(2015년 7월 17일), 수정일(2015년 8월 17일), 채택일(2015년 8월 19일)

Fold Cracking of High Grammage Coated Paper Depending on Pulp Composition and Structure of Base Paper

Kyujeong Sim, Hye Jung Youn†, Kyudeok Oh, Hak Lae Lee, Seung Uk Yeu1 and Yong Min Lee1

Received July 17, 2015; Received in revised form August 17, 2015; Accepted August 19, 2015

ABSTRACT

Foldcrackingisoneofqualitytroublesofcoatedpapers.Inthisstudy,thefoldcracking

ofhighgrammage(250g/m2)coatedpapermadewiththedifferentpulpcompositionand

layerstructureofbasepaperwasinvestigated.Thesinglelayered,highgrammagebase

paperwaspreparedbymixingofhardwoodandsoftwoodbleachedkraftpulpfiberswith

thedifferentratios.Thehighgrammagecoatedpapershowedthehigherfoldcracking

thanlowgrammagecoatedpaperbecauseoftheincreaseinthickness.Theincreasein

thecontentofsoftwoodpulpfibersreducedthefoldcrackinginthecaseofhighgram-

magecoatedpaper.Whenthecreasingprocesswasconductedbeforefoldingprocess,the

foldcrackingofcoatedpaperdecreased.Bymanufacturingthebasepaperwithmultiply

structure, the fold cracking of coated paper could be reduced significantly, especially

whentheBCTMPandOCCwereusedasamiddlelayerandthecreasingprocesswascar-

riedout.Thedelaminationoflayersinbasepaperaffectedthefoldcrackingpositively.

Keywords: Foldcracking,coatedpaper,highgrammage,multiplystructure,creasing

http://dx.doi.org/10.7584/ktappi.2015.47.4.038

Journal of Korea TAPPIVol. 47. No. 4, 2015, 38-45pISSN (Print): 0253-3200Printed in Korea


심규정 · 윤혜정 · 오규덕 · 이학래 · 여승욱 · 이용민

1. 서 론

종이의외양과인쇄적성을향상시키기위해원지표면

에안료를코팅하여도공지(아트지)를생산한다.국내에

서생산되는도공지는최소70g/m2에서최대400g/m2

에이르기까지다양한평량대로생산이되고있다.비교

적낮은평량대의도공지는백화점등의광고용전단지

로많이사용되고있으나,도공지의평량별최종용도가

항상정해져있는것은아니다.유사한수준의낮은평

량을가지는도공지라할지라도도공량에따라전단지

뿐만아니라고급인쇄물및달력등의용도로도사용될

수있다.200g/m2이상의비교적높은평량대의도공

지는주로화장품,식품,담배등의고급포장용기로많

이활용되며,달력및화보용으로도활용된다.도공지는

각종용도에따라인쇄소에서인쇄와접힘공정(folding

operation)을거치게된다.도공지는접힘공정중에종

이의접힘바깥쪽방향에서급격하게큰신장이이루어

지기때문에접힘에의한터짐(foldcracking)이발생

할수있다.1-3)이는최종제품의성능을저해하는대표

적품질불만으로,도공량이증가하거나원지원료조성

이열악해질수록더욱빈번하게발생한다.따라서이를

줄일수있는방안을찾고해결하는것이제조사의최근

가장큰관심사중의하나라고할수있다.

도공지의접힘터짐에대한원인을찾기위해도공층

또는도공원지측면에서연구가진행되었다.도공층의

경우도공원지에비해상대적으로두께가얇고강도가

약하기때문에접힘터짐에대해매우취약하다고할수

있다.도공량,안료종류,바인더종류및첨가량등이

도공지의접힘터짐에영향할수있는주요인자들인것

으로보고되고있다.1,4-7)특히이중,삼중도공으로전체

적인도공량이늘어나고,전분또는바이오라텍스와같

은코바인더의사용량이증가하면서접힘터짐문제가

더욱심화되고있는실정이다.도공원지의경우접힘시

도공층보다안쪽에위치하기때문에원지에문제가생

길경우전체적인터짐이더심화될수있다.침엽수섬

유함량을늘리거나지력증강제첨가를통해원지의강

도를무조건높이는것이접힘터짐에대한해결책이될

것으로생각할수있으나,150g/m2평량대원지로제조

된도공지의경우소량의침엽수섬유를혼합하는것이

접힘터짐을최소화할수있었고지속적인원지의강도

증가는오히려접힘터짐을심화시키는것으로보고되었

다.8)Barbier등2)은원지의두께가접힘터짐에영향한

다고보고하였으며,따라서평량200g/m2이상의고평

량도공지의경우동일한원료조건에서도터짐의정도

가증가하거나원지조건에따른터짐의변화양상이다

르게나타날수있으므로이에대한연구가필요하다.

따라서본연구에서는평량250g/m2의고평량도공

원지를이용하여도공지를제조하고,원료구성이도공

지의접힘터짐에미치는영향을평가함으로써기존의

연구8)와비교,분석하였다.또한고평량도공지중에서

도상자로사용되는경우는접힘공정이전에괘선처리

(creasing)가이루어지지만,그밖의용도로활용될경

우에는목적및인쇄소에따라괘선처리유무가상이하

다.따라서접힘공정이전에도공지에대해괘선처리

를실시하여괘선처리가접힘터짐에미치는영향을평

가하였다.또한고평량도공지의도공원지를다층구조

로제조하고다양한원료를사용함으로써접힘터짐을

완화시킬수있는방안을모색하고자하였다.

2. 재료 및 방법

2.1 공시재료도공원지제조를위해공시펄프로서활엽수표백크라

프트펄프(HwBKP),침엽수표백크라프트펄프(Sw-

BKP),표백화학열기계펄프(BCTMP)및국산골판고

지(KOCC)를사용하였다.내첨사이즈제로AKD(alkyl

ketonedimer)를사용하였다.도공액제조시2㎛미

만입자의비율이각각61%와98%인두종류의중질

탄산칼슘을각각pre도공층과top도공층의도공안료

로사용하였다.바인더로SBlatexA(Tg:-19.0℃)와

B(Tg:-6.0℃)를사용하였고,코팅용에스테르전분과

CMC를사용하였다.그밖에분산제,내수화제,윤활제

그리고NaOH용액을사용하였다.

2.2 실험방법

2.2.1 도공원지 제조

실험용Valleybeater를이용하여활엽수표백크라

프트펄프와침엽수표백크라프트펄프를해리한후각

각여수도450mLCSF,600mLCSF가되도록고해

하였다.고해된활엽수및침엽수표백크라프트펄프



의무게비가각각100:0,90:10,80:20,70:30,60:40,

50:50이되도록혼합하여교반한후,내첨사이즈제인

AKD를전건섬유무게대비0.1%투입하여1분간반응

하였다.AKD반응직후사각수초지기를이용하여평량

250g/m2이되도록수초하였다.쿠치및압착후120℃

의드럼드라이어를이용하여건조하였다.

다층구조의도공원지를제조하기위해여수도450

mLCSF의활엽수표백크라프트펄프와표백화학열기

계펄프및국산골판고지를사용하였다.표백화학열기

계펄프와국산골판고지는각각저농도해리기를이용하

여해리한후사용하였다.다층구조및펄프섬유구성

은Fig.1과같이하였다.먼저도공원지평량250g/m2

에대하여활엽수표백크라프트펄프를이용하여동일

평량으로나누어2-ply,3-ply다층원지를제조하고,

이를통해다층구성에따른접힘터짐양상을평가하고

자하였다.또한top,middle,bottom층의평량을각

각50g/m2,150g/m2,50g/m2으로달리하여평량구

성에따른영향을,그리고middle층의원료를BCTMP

(HBH)또는OCC(HOH)로달리하여원료구성에따른

영향을평가하고자하였다.내첨사이즈제인AKD를전

건섬유무게대비0.1%투입하여1분간반응시킨후,

사각수초지기를이용하여각각의층을수초하였다.수

초후각층의경계면에충분한물을분사한후5분간압

착시키고,120℃의드럼드라이어를이용하여건조하였

다.건조된수초지는온도23℃,상대습도50%의항온

항습조건에서24시간이상조습처리하였다.코팅하기

에앞서,제조된도공원지는실험용소프트닙캘린더를

이용하여선압42N/m,온도60℃에서캘린더링처리

하였다.

2.2.2 도공액 조제 및 코팅

제조된도공원지위에일정한조성분의도공액으로편

면이중도공하기위해Table1과같이pre도공층과top

도공층의도공액을조제하였다.Maiyocoater를이용하

여100m/min의속도에서rod-blade코팅을실시하였

다.도공후130℃의열풍과100℃IR을이용하여건조

하였고온도23±1℃,상대습도50±2%의항온항습조

건에서24시간이상조습처리하였다.Pre도공층의도

공량은약18g/m2,top도공층은약21g/m2이었다.

2.2.3 도공지 인쇄

RItester를이용하여붉은색잉크(Tackvalue:10)를

도공면에인쇄하여발생한터짐의식별이용이하도록하

였다.다층도공지의경우층간분리를피하기위해롤

을이용하여수동으로인쇄를실시하였다.한번인쇄

시0.6cc의잉크량으로총2회인쇄를실시하였다.

2.2.4 괘선 처리

Fig.2의실험용괘선기기를이용하여도공면에괘선

처리를실시하였다.괘선기기상단부에존재하는괘선

을넣을수있는룰러(ruler)를아래에놓인종이쪽으로

하강하여종이와닿게한후압력을가하면괘선이발생

한다.폭이약0.95mm인룰러를이용하여괘선처리를

실시하였다.

Fig. 1. Layer composition of base paper.

Pre-coatingcolor Top-coatingcolor

Pigment GCC(61%<2㎛) GCC(98%<2㎛)

BinderSBlatexA 7pph SBlatexB 12pph

Starch 4pph CMC 0.15pph

Dispersant 0.1pph 0.1pph

Insolu-biliser

0.5pph 0.5pph

Lubricant 0.5pph 0.5pph

NaOH 0.1pph 0.15pph

Total solids content, %

60% 67%

Table 1. The formulations of pre- and top-coat-ing colors

Fig. 2. Laboratory creasing apparatus.



2.2.5 도공지의 접힘 터짐 평가

Gravimetricwaterretentionmeter(AA-GWR)또

는실험용프레스를이용하여1초동안도공지의접힘을

실시하였다.괘선처리된샘플의경우도공면(인쇄면)에

괘선처리후괘선이들어간면이바깥쪽이되도록AA-

GWR을이용하여접힘을실시하였다.접힘이후접힘면

안쪽의각도가30°가되도록거치대에샘플을올린후

터짐이발생한부분을스캔하였다.스캔하여얻어진이

미지를binary이미지로전환후이미지분석을실시하

였으며,Eq.1과같이전체이미지면적대비터짐이발

생된부분의면적비를foldcracking라고정의하고이

를평가하였다.8)

2.2.6 도공지의 단면 관찰

도공지의접힘터짐부분의단면을관찰하기위해서

연삭(grinding)과연마(polishing)를실시하였다.일반

적으로사용하는razorblade를사용하여시편을제작하

면접힘과정에서이미파괴된도공층이추가적으로파

괴될가능성이있기때문에,본연구에서는레진으로함

침고정하여시편을제작하였다.Epofixresin(Struers)

과hardner(Struers)를무게비로25:3으로섞은후도

공지단면샘플을함침시키고,-0.99bar의진공조건

에서약8분동안시료내에존재하는기포를제거한후

상온에서24시간이상건조하였다.LaboPol-5(Stru-

ers)연삭·연마장비로연마지와다이아몬드입자를이

용하여단면을연삭및연마처리하였다.FE-SEM(-

SUPRA,CarlZeiss,Germany)를이용하여다층지의

단면을관찰하였다.20mA에서100초동안백금코팅

을실시하였고,가속전압15kV및BSE(Backscatter-

ingelectron)모드에서이미지를얻었다.

3. 결과 및 고찰

3.1 펄프 섬유 혼합비 및 평량에 따른 도공지의 접힘 터짐

본연구에서는평량250g/m2도공원지로제작한도

공지의접힘터짐양상을평량150g/m2도공원지로제

작한도공지결과8)와비교하고자하였다.Fig.3은펄프

섬유구성성분을달리하고최종원지평량을각각150

g/m2,250g/m2으로하여제작된도공지의접힘터짐

결과를비교한그래프이다.Fig.3(a)는AA-GWR을이

용하여도공지접힘을,Fig.3(b)는실험용프레스를이

용하여도공지접힘을실시한결과이다.접는방법에관

계없이도공원지의평량이상대적으로더높은250g/

m2에서접힘터짐이더많이발생하였다.이는도공원지

의평량이150g/m2에서250g/m2으로증가함에따라

두께가증가했기때문으로판단된다.Fig.4에제시된

도공원지의두께를보면동일한원지평량에서펄프섬

유혼합비에따른두께차이는미비하지만,동일한혼합

비에서원지평량이150g/m2에서250g/m2으로증가

[1]

Fig. 3. Effect of grammage and pulp composition of base paper on fold cracking of coated paper. Coated paper was folded by using (a) AA-GWR and (b) laboratory press. The data on 150 gsm base paper was re-ported in reference [8].



할때두께가약2배이상증가하였다.기존연구에따르

면종이두께가증가하면접힘시더큰응력이접힘면

바깥쪽에가해진다고알려져있다.1)따라서두조건모

두도공층의구성성분과도공량이동일하기때문에도

공층특성에의한차이는없지만,원지두께가증가함에

따라더큰접힘응력이접힘면바깥쪽에가해지고이에

따라원지에비해상대적으로얇고약한도공층이더터

지는것으로판단된다.

원지평량150g/m2조건에서는침엽수펄프함량

10%일때가장낮은접힘터짐을보였고그이상의침엽

수펄프의혼합은오히려접힘터짐을더크게야기하였

으나,원지평량이250g/m2인경우침엽수펄프함량

증가함에따라접힘터짐이감소하는경향을보였다.침

엽수펄프섬유가40%-50%혼합된경우에는접는방

법에따라일정한경향을나타내지않았다.두께가얇은

경우과도한강도향상은접힘터짐에좋지않은영향을

미치나,평량이높아두께가두꺼운경우에는터지지않

고견디기위해서더높은강도를필요로하는것으로

판단된다.따라서접힘터짐을줄이기위해서는원지평

량에따라적절한펄프원료배합비를선정해야할필요

가있으며,250g/m2수준의고평량도공지의경우침

엽수펄프섬유가약30%-40%혼합되는것이접힘터

짐을완화시키는데에도움이되는것으로판단된다.

접힘에의해발생한터짐의절대적인양은프레스를

이용하여접은경우동일한섬유혼합비에서AA-GWR

을사용한경우보다모두크게나타났다.이는실험용

프레스의압력이AA-GWR에비해크기때문에접힘시

터짐이더많이발생하는것으로판단된다.동일한펄프

섬유혼합비조건에서접힘터짐의편차는AA-GWR을

이용하여접은경우가프레스에비해다소작은값을나

타냈다.

3.2 괘선 처리된 도공지의 접힘 터짐동일한평량(250g/m2)조건에서괘선처리유무와펄

프섬유혼합비에따른접힘터짐결과를Fig.5에나타

냈다.접힘시도공층에급격한인장력이가해지고신장

이발생하여상대적으로약한도공층이깨지기쉬운상

태에놓이게된다.그러나접힘이전에괘선처리를할

경우룰러가도공층및도공원지를누르고들어가면서

일부분을미리신장시키게되고원지내부가분리되기

쉬운상태에놓이게되면서강한인장력의전달이어려

워지게된다.따라서AA-GWR로동일하게접힘을실

시했음에도불구하고괘선처리를한경우전체적으로

접힘터짐의절대적인양이상당히감소하였다(Fig.5).

침엽수펄프섬유의함량이0%-30%인범위에서는괘

선처리에의해본래터짐비율대비약60%-70%가량

터짐을감소시킬수있었다.침엽수펄프섬유의함량이

40%-50%인경우에있어서는이전의결과들과마찬가

지로터짐이뚜렷한경향을나타내지않았다.또한괘선

처리유무에관계없이모두침엽수펄프섬유의함량이

증가함에따라접힘터짐이감소하는경향을나타냈다.

따라서고평량도공지의경우접힘이전에괘선처리를

Fig. 4. Thickness of base paper after calender-ing. The data on 150 gsm base paper was reported in reference [8].

Fig. 5. Effect of creasing on fold cracking of coated paper. Coated paper was folded by using AA-GWR.



실시하고침엽수펄프섬유의함량을증가시킴으로써접

힘터짐을상당량완화시킬수있는것으로판단된다.

3.3 다층 구조 및 괘선 처리에 따른 도공지의 접힘 터짐

동일한원료(HwBKP)를사용했을때다층초지가접

힘터짐에미치는영향을평가하고자,2-ply및3-ply

로도공원지를제조하고이를1-ply(control)와비교하

였다.또한,도공원지를다층으로제조할때평량의구

성과중간층(middlelayer)의원료구성이접힘터짐에

미치는영향을평가하였다.Top,middle,bottom층의

평량을각각50g/m2,150g/m2,50g/m2으로하고중

간층의원료를HwBKP(H),BCTMP(B),OCC(O)펄프

섬유로구성하였다.Fig.6에다층원료구성에따른도

공지의접힘터짐결과를제시하였다.동일한원료를사

용하고원지를다층으로구성할경우접힘터짐이점점

완화되는경향을나타냈다.접힘시결합력이가장취

약한층경계부분에서층분리가발생할가능성이크기

때문에바깥쪽으로전달되는인장력이완화되어접힘터

짐이감소하는것으로판단된다.원료종류와원지의전

체평량이동일하지만층별평량구성이상이한경우(3-

ply,HHH)에는터짐에있어서큰차이가발생하지는않

았다.동일한수의층으로구성시층별평량변화는접

힘터짐에크게영향하지않는것으로판단된다.3층으

로도공원지제조시중간층을기계펄프(HBH)또는재

활용펄프(HOH)로구성한경우접힘터짐이완화되는

결과를나타냈다.괘선처리가다층도공지의접힘터짐

에미치는영향을평가한결과,모든조건에있어서괘

선처리에의해접힘터짐이절반이상완화되었다.동

일원료구성에서다층구조가될수록접힘터짐이감소

하는경향을나타냈고,top층의평량이50g/m2으로낮

은경우터짐이추가적으로감소하는현상을나타냈다.

또한중간층을BCTMP또는OCC로구성한경우접힘

터짐비율이0%에가까웠다.이를바탕으로다층구성,

중간층원료구성의변화및괘선처리등을통해서도

공지의접힘터짐을완화할수있을뿐만아니라미연에

방지할수있을것으로기대한다.

3.4 다층 도공지의 단면 관찰도공원지의다층구성및괘선처리시접힘에의해도

공지의두께방향으로어떠한구조적변화가발생하는지

를알아보고자접힌도공지의단면을관찰하였다.Fig.

7은괘선처리되지않은다층도공지의단면을보여주고

있다.먼저크게눈에띄는점은원지의층구성에따른

층분리(delamination)이다.단층으로구성된1-ply도

공지의경우두께방향으로원지의뚜렷한분리가발생

하지않았으나,2-ply에서는중간부분에,3-ply의경

우1/3과2/3지점에각각층분리가발생하였다.앞서

Fig.6의접힘터짐결과에서2-ply및3-ply로원지를

다층으로구성할때접힘터짐이감소한것은Barbier1)

가제안한것처럼원지내에서의이러한층분리가원인

인것으로생각된다.Barbier1)는판지의경우다층구조

로되어있기때문에접힘시층간분리를통해접힘바

깥쪽으로의응력이완화되어접힘터짐이감소될수있

을것으로보고한바있다.다층구성시단층구성에비

해층간결합력이떨어지게되고,따라서접힘시바깥

쪽으로발생하는인장력이층과층의경계가벌어진곳

에서완화되는것으로판단된다.HHH,HBH,HOH구

성인도공지의경우,원지의top층과bottom층의평량

이각각50g/m2으로얇기때문에층간분리되는지점

이2-ply및3-ply도공지와는다르게나타났다.특히

중간층이OCC로구성된경우기존에첨가되었던무기

충전물이그대로남아있기때문에이러한부분들이이

미지상에서하얀부분으로나타났다.다층구성에의한

Fig. 6. Effect of layer structure on the fold cracking of coated board.



층분리뿐만아니라충전물또한섬유와섬유사이에존

재함으로써강도를떨어뜨린다.따라서층분리,충전물

에의한결합력약화,저급펄프사용에따른결합력약

화등을통해접힘터짐이더욱완화되는효과를나타낸

것으로판단된다.

Fig.8은괘선처리된다층도공지의단면구조변화

를나타낸다.도공면쪽에서들어오는괘선처리에의해

접힘이후안쪽방향으로비드(bead)가굉장히크게형

성되었음을관찰할수있다.Fig.7의1-ply이미지와는

달리괘선처리시1-ply도공지에서도원지내에서층

분리가발생하였으며이로인해터짐이감소한것으로

판단된다.2-ply,3-ply,HHH,HBH,HOH모두층간

Fig. 8. Cross-sectional images of coated multiply-board after creasing and folding: (a) 1-ply, (b) 2-ply, (c) 3-ply, (d) HHH, (e) HBH, (f) HOH.

Fig. 7. Cross-sectional images of coated multiply-board after folding: (a) 1-ply, (b) 2-ply, (c) 3-ply, (d) HHH, (e) HBH, (f) HOH.



경계부분에서분리가훨씬더크게발생하였으며,도공

층바로밑의원지부분은대부분온전하게보존되어있

었다.이를통해다층구성및괘선처리를통해터짐을

크게완화시키거나방지할수있는것으로판단된다.

4. 결 론

도공원지의평량,섬유구성및다층구조가도공지의

접힘터짐에미치는영향을평가하였다.도공원지의평

량이증가함에따라두께가증가하였으며이로인해접

힘터짐의절대적인양이증가하였다.서로다른평량

조건에서펄프섬유의혼합비에따라접힘터짐양상이

서로다르게발생하였다.도공원지의평량이높을수록

침엽수펄프섬유함량을늘리는것이도공지의접힘터

짐을완화하는데에도움이되었다.괘선처리를실시하

여펄프섬유혼합비에따른고평량도공지의접힘터짐

양상을평가한결과,접힘공정이전에괘선처리를실

시함에따라바로접는경우에비해터짐의절대적인양

이감소하였다.도공원지의다층구성시도공지접힘

터짐이감소하는경향을나타냈고,특히중간층을기계

펄프또는재활용펄프로구성하는경우추가적인터짐

완화를이룰수있었다.다층구성및원료구성변화뿐

만아니라괘선처리까지실시한경우접힘터짐을크게

감소시키거나완전히방지할수있는효과를거둘수있

었다.도공지단면을관찰한결과다층구조,원료구성

변화및괘선처리에의한내부층분리가접힘터짐완

화에영향을미치는것으로판단된다.

사 사

본연구는㈜LG화학의지원을받아수행된연구임.

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도공원지의 원료 조성 및 구조에 따른 고평량 도공지의 접힘 터짐 · • 서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부(Dept. of Forest Sciences, Seoul