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Introduction
고급 특수 용지의 생산을 위해서는 요구되는 품질 또는 그 이상의 품질 개선을 달성하기 위해
셀룰로오스와 화학 첨가제를 경제적이고 효과적으로 사용하는 것이 바람직합니다.
투입되는 원료의 비용을 최적화 하기 위해서는 원료 혼합물내 구성 요소 간의 상호작용과 그것들의 침강 행동,
특히 다양한 미세 입자 함량을 가진 단섬유와 장섬유 펄프 간의 상호작용을 정량화하는 것이 매우 중요합니다.
STEP 기술을 기반으로 하는 Multisample Analytical Centrifugation 방법은 다양한 셀룰로오스 분산액의 침강 행동을
정성적 및 정량적으로 특성화하는 데 적합합니다. 아래 예시가 이를 보여줍니다.
[1] Fingerprinting of the Dispersions - Different Sedimentation Types
■ Polydisperse Sedimentation - Cellulose Dispersion A
Cellulose dispersion A, Evolution of transmission profiles with time at 2300 xg, 20 °C.
위 투과도 프로파일 (Transmission Profile) 을 보면, 층분리 과정은 심한 다분산성 침강현상 (Polydisperse Sedimentation) 을 보이고 있으며
입자들이 서로 다른 속도로 이동하고 있다는 것을 알 수 있습니다.
그러나 저장 중에 있는 Cellulose 분산액을 투과도 분석을 해보면 더 큰 입자 또는 더 높은 밀도의 고체의 침강현상에 의해 입자들이 서로 분리 (Segregation) 하는
현상이 발생할 수도 있습니다.
Transmission Profiles 의 초기 부분을 보면 (그래프의 First Profile 부분) 대부분 large particle fraction 들이 침강되었다는 것을 알 수 있는데,
이는 Tube Cell 바닥 근처에 생성된 낮은 Transmission Zone 이 이러한 현상을 의미하고 있습니다.
이 부분에 대한 더 상세한 분석을 원하면 시료를 6 g 값 이하의 낮은 중력하에서 측정하면 정확히 알 수 있습니다.
이 Transmission Profile 에서 상단 부위의 투과도 그래프가 수평으로 상단으로 올라가는 형태를 보이고 있는데 이는
미세 입자들이 서로 다른 속도로 분리되었다는 것을 의미합니다 (fine fraction 이 넓은 구역에서 본포).
이러한 Polydisperse Sedimentation 은 Particle Aggregation 이 일어나지 않는 안정된 상태의 Colloid Dispersion 에서 주로 보여지는 특성입니다.
■ Zone Sedimentation - Cellulose Dispersion B
Cellulose dispersion B, Evolution of transmission profiles with time at 2300 xg, 20 °C.
이 Transmission profiles 에서는 모든 입자들이 거의 같은 속도로 침강하고 있는 양상을 보여주고 있는데
이런 모습은 Zone Sedimentation, 그리고 입자들이 상호 결합하여 생긴 Flocculated Particle 들이 Network 을 형성한 후 침강하는 특성 두 가지를 보여주고 있습니다.
각 프로파일 사이의 간격이 줄어들고 있는 것은 추가 압축에 의해 각 층들이 압축 (compaction) 되고 있다는 것을 의미합니다.
침강 층의 압축 정도는 각각 다른 원심력 (다른 로터 속도) 을 가해주면 바로 알 수 있습니다.
[2] Fast Ranking of Demixing Stability by Integral Transmission
Separation kinetics (Change of transmission with time) for the range 107 - 119 mm, at 2300 xg, 20 °C
셀룰로오스 분산액 A, C, D 는 고형분 함량 (TG) 이 다르고, 샘플 B 는 화학 조성이 다릅니다.
측정된 Transmission 그래프를 바탕으로 Integration 분석 tool 을 사용하여 네개의 샘플 간의 Demixing 진행 속도를 비교하였습니다.
위의 그래프가 보여주듯이 5분 이내의 Integral Transmission Curves 의 기울기가 크면 클수록 시료의 맑아짐 (Clarification) 현상이 빠르게 나타나는 것을 의미합니다.
즉 시료 C는 가장 완만한 기울기를 나타내고 있으므로 다른 시료에 비해 Sedimentation 이 매우 느리게 진행되고 있고 Demixing 에 대해 가장 안정적인 분산 상태를 유지하고 있다는 것을 알 수 있습니다.
추가로 상기 시료에 대해 입자 크기 분포도를 측정하였고 그 결과에도 네개 시료 간의 동일한 차이가 측정되었습니다.
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