김철환 경상국립대학교 교수 연구팀이 제지업계 숙원 과제인 중성사이즈제(AKD) 효율성 문제를 해결할 신기술을 개발했다.

김철환 농업생명과학대학 환경재료과학과 교수 연구팀은 케이엔에스케미칼, 에스엘팩연구소와 공동으로 내첨 AKD 사용량을 대폭 줄이면서도 우수한 내수성과 발수 성능을 구현하는 '표면 발수제 개발 및 발수 처리 기술'을 선보였다고 7일 밝혔다.

플라스틱 대체 포장재 수요가 전 세계적으로 급증하는 가운데 나온 이번 성과는 제지 공정의 경제성과 안정성을 동시에 높일 것으로 기대된다.

현재 제지 공정에서는 종이 내수성 확보를 위해 AKD를 지료에 직접 투입하지만, 보류율이 약 50% 수준에 그쳐 투입량 상당 부분이 백수로 유출된다.

미보류된 AKD는 가수분해되며 발수 기능을 잃고 지방산 케톤으로 전환돼 왁스 스폿 같은 결점을 유발하고 설비 침착으로 공정 장애를 일으킨다. 백수 내 AKD 잔류물은 폐수의 화학적 산소요구량(COD)을 증가시켜 처리 부담을 가중시킨다.

김 교수는 "보류와 반응 효율이 낮은 상태에서 투입량만 늘리는 방식은 비용 대비 효과가 낮고 공정수 오염과 설비 문제를 키울 수 있다"며 "습부 중심 내수 처리의 한계를 넘어 공정 후단의 표면 제어 기술로 전환하는 것이 시급하다"고 강조했다.

연구팀이 개발한 기술은 원지에 투입하는 AKD를 최소 수준으로 줄이는 대신 종이 표면에 발수제를 단독 또는 전분과 혼합해 도포하는 '표면 발수 처리' 방식이다. 형성된 종이 시트 표면에 전분과 발수제가 포함된 사이즈액을 공급해 표면 에너지와 발수 성능을 정밀 설계하는 것이 특징이다.

신경식 케이엔에스케미칼 대표는 "현장의 기존 표면사이징 설비를 활용하면 발수 성분이 인쇄용지 및 종이 기반 포장재 표면에 균일한 보호층을 형성해 물의 침투를 효과적으로 줄일 수 있을 뿐 아니라 표면 강도와 인쇄 적성도 함께 향상시킬 수 있다"고 설명했다.

실제로 내첨 AKD 0.1%만 적용 시 접촉각이 약 65° 수준이지만, 표면 발수 처리를 병행하면 접촉각이 약 108°까지 증가해 내첨 AKD 사용량을 최대 70%까지 절감할 수 있다.

김범진 에스엘팩연구소 대표는 "종이 기반 포장재 생산 현장에서 요구하는 경제성을 최우선으로 고려해 수분산형 발수제를 기반으로 한 발수 처리 기술을 개발했다"며 "내첨 사이즈제의 비효율적 낭비를 줄이고 화학약품 사용 효율과 공정 제어 편의성을 높인 것이 이번 기술의 강점"이라고 밝혔다.

연구진은 "인쇄용지부터 산업용지, 친환경 패키징까지 제지업계가 새로운 선택지를 갖게 될 것"이라며 "국내외 제지 현장에 해당 기술을 차례대로 확산해 나갈 계획"이라고 말했다.