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골판지 불량의 원인과 그 해결책
코루게이터를 통한 골판지의 품질
골판지 시트의 접착과 인쇄에 관한 표면의 품질, 특히 이 표면의 품질은 최근 시장에서 늘어나고 있는 경량 원지를 사용한 골판지나 미니플루트(mini flute)의 골판지에서 그 중요성이 커지고 있다. 다음에 두께의 로스 및 그 결과로써의 골판지상자의 강도 저하에 관해서 서술한다. - 편집자 주 -

◎ 접착과 인쇄면

골판지의 인쇄 적성의 중요도가 높아짐에 따라 양호한 표면의 품질 기준은 무엇인가 라는 문제가 제기되고 있다. 인쇄면의 품질은 풀의 도포나 접착의 문제 이상으로 중요하다. 따라서 이 두 가지 문제는 우리가 논할 최초의 테마로써 피할 수 없는 것이다.

◎ 워시 보드(washboading)

싱글 페이서(single facer)나 더블 페이서(double facer)의 글루 머신(glue machine)으로 골 위에 풀을 과잉으로 도포하면, 골의 측면까지 풀이 침투하여 워시 보드의 원인이 된다.

인쇄되는 표면은 대부분 보텀 라이너(bottom liner)로, 글루 머신 후에 접착된다.

글루 머신에서 풀이 골정(段頂)에 과잉으로 도포되면, 풀이 골정에서부터 골의 측면까지 흘러서 침투하고, 그것이 건조되면 라이너를 골의 양 측면으로 잡아당겨져 파도가 치는 모양의 표면이 되어버린다.

인쇄 잉크는 파도의 머리(波頂) 부분에는 다량으로 부착하고, 파도의 바닥(波谷) 부분에는 소량으로 부착한다. 이러한 파도는 수분에 의해서만 생기는 것으로, 종이가 수분에 의해 늘어나기 때문에 일어나며, 라이너의 표면에 옅은 선이 되어 나타난다.

그래서 풀 중의 남는 수분(전분을 겔화하는 데에 필요한 수분 이상의 여분의 수분)을 최소로 하여, 풀의 도포량을 최소로 하는 것이 중요하다.

풀이 과잉하게 도포되는 주요한 원인은
· 독터 롤과 글루 롤 사이의 갭이 너무 넓다.
· 라이더 롤의 눌림이 너무 강해서 골정을 눌러 평면 모양이 되어버려 풀이 부착하는 면을 넓힌다.
· 어플리케이터 롤의 회전 속도보다 웹의 통과 속도가 너무 빠르면 골 정이 어플리케이터 롤의 풀을 닦아내서 골의 한쪽에만 다량의 풀이 부착한다.

또한, 복양면 골판지의 센터 라이너가 워시 보드를 만든 경우에는 센터 라이너의 양쪽 골 정이 일치할 만큼 가까운 거리에 있는 부분은 풀의 접착이 강하고, 양측의 골정 위치가 어긋나 있는 부분은 접착력이 강하기 때문에 워시 보드를 만드는 부분과 만들지 않는 부분이 발생한다.

적어도 매주 요오드 테스트를 해 볼 필요가 있다. 이 테스트를 하는 것으로 글루 라인이 확실하게 보여 많은 것을 가르쳐준다. 요오드 테스트를 실시하려면 골판지를 물에 담가 라이너와 골심지를 분리하고, 연한 요오드 액을 라이너에 도포한다. 전분과 요오드가 섞이면 청자색이 되기 때문에 글루 라인이 확실히 보인다.

글루 라인의 폭은 B플루트의 경우, 더블 페이서의 글루 머신으로 80thou, 1/16인치(2㎜) 이하가 이상적으로, 플루트가 이것보다 작은 경우에는 그에 따라 세밀해진다. 싱글 페이서에서는 다소 넓어 B플루트의 경우에 90thou(2.3㎜)정도가 좋다.

글루 라인이 이것보다 넓은 경우에는 독터 롤과 어플리케이터 롤의 갭을 작게 하든지, 또는 라이더 롤이 웹을 너무 눌러 골정을 평평하게 하고 있지는 않은지 체크한다.

싱글 페이서에서는 골정의 접촉 압력이 크기 때문에 글루 라인이 다소 두껍게 된다. 만약 한쪽 글루 라인이 다른 쪽보다 현저하게 두꺼워지면 글루 롤과 종이의 속도가 달라서 풀이 닦이고 있기 때문으로, 이것을 줄이기 위해 어플리케이터 롤의 속도를 올리거나 내려 같은 속도가 되도록 조정할 필요가 있다.

경험을 쌓은 오퍼레이터는 워시 보드의 원인을 바로 알아차린다. 이것을 체크하는 가장 신속한 방법은 코루게이터의 커트 오프에서부터 나와 쌓인 시트의 가장 위의 시트가 아직 조금 눅눅할 때에 라이너와 골심지를 분리하고, 글루 라인을 눈으로 확인하여 원인이 풀인지 종이인지를 알아본다.

글루 머신의 풀의 도포 상황이나 접착 불량 여부를 체크하는 가장 유용한 기기는 스트로보스코프 램프로, 이것은 영상을 정지시켜 현재 일어나고 있는 상황을 눈으로 보고 확인하고, 조정하는 것이 가능하다.

◎ 블리스터(blistering)

블리스터는 시트 위의 약 1평방피트(0.1㎡)이내의 부분적 접착 불량을 말한다. 이 부분은 라이너와 골심지가 접착하지 않고 떨어져 있다. 이것은 싱글 페이서에서 일어나는 경우는 적다. 만약 이곳에서 일어났다면, 그것은 싱글 페이서의 가압(加壓) 또는 감암(減壓)의 부족이거나, 혹은 풀의 질이 나빠서 이다.

일반적으로는 블리스터는 더블 배커에서 일어나며, 그 원인은 수분, 장력, 온도의 불균일 또는 풀의 문제이다. 이러한 것은 기본적으로는 수분이 종이 또는 풀에서부터 제거되는 것과 관계가 있다.

따라서 경량의 원지, 평활(平滑)한 종이, 코트지 또는 미니 플루트에서 일어나기 쉽다. 다음에 이러한 각각의 원인이나 조건에 관해 서술한다.

〇 수분 - 웹의 폭 방향에 걸친 수분이 많은 띠 모양의 부분이나, 또는 수분이 불균일한 부분이 있으면, 그 부분에서부터 여분의 수분이 열판에서 여분의 수증기가 되어 증발한다.

그 수증기가 바로 골 안이나 벨트로 피하는 것이 불가능하다면, 그 증기압으로 수분이 많은 곳의 접착을 방해한다. 이것을 없애기 위해서는 벨트가 풀이나 지분, 그 밖의 부착물로 오염되고 있는지의 여부를 체크하고, 오염되어 있다면 세척한다.

또한 벨트의 끝부분이 골판지 웹의 끝부분을 눌러 수분이 도망가는 것을 방해하고 있는지 어떤지를 체크하여 확인한다.

〇 장력 - 보텀 라이너의 폭 방향의 불균일한 장력은 접착이 약한 부분이 생기는 원인이 될 수 있다. 이것은 앞에서 서술한 라이너의 폭 방향의 수분 불균일 때문에 자주 일어난다.

〇 온도 - 더블 페이서의 열판의 폭 방향의 온도에 격차가 있으면, 접촉 불균일이 일어난다.

〇 풀 - 풀 내의 전분 고형분, 점도, 겔화 온도는 항상 일정하지 않다. 예컨대 잘못해서 물을 많이 넣으면 고형분이 내려가고, 점도가 내려가서 겔화 온도가 올라간다. 풀의 상태가 나쁘면 대부분 블리스터의 원인이 되기 때문에 바로 수정해야만 한다.

풀이 종이에 충분히 침투하지 않은 경우에는 이것은 원지 쪽의 문제이다. 싱글 페이서 측에서 블리스터가 일어났다면, 라이너, 골심지 원지를 프리 컨디셔너로 6~8%의 수분을 유지하도록 하는 것이 좋다.

블리스터가 일어난 경우, 라이너의 프리 히팅을 줄이는 것도 도움이 된다. 다공질의 원지의 경우, 풀의 침투가 너무 빠르면 역시 블리스터의 원인이 된다.

이것은 더블 배커로 풀이 도포되기 때문에 호화할 때까지의 시간이 너무 걸리기 때문에 전분이 겔화하는 데에 필요한 수분이 부족하게 되는 것이 원인이다. 이 경우에는 풀의 점도를 올리거나, 또는 겔화 온도를 낮추면 좋다.

〇 경량 원지 - 종이의 평량과 풀의 수분에는 큰 관계가 있으며, 경량 원지는 열이 빨리 전달되기 때문에 수분의 증발도 빠르다. 이에 대한 대책으로써는 고형분이 많은 풀을 사용하는 것이 좋다.

〇 표면이 평활한 원지 - 백색 라이너, 클레이 코트지, 프리 프린트지 등은 표면이 평활하기 때문에 열판에 밀착하고, 따라서 열의 전도가 빠르다.

따라서 일반 운전 조건에서는 블리스터가 일어나기 쉽다. 이것의 대책으로써는 열판의 온도를 낮춘다. 특히 열판의 처음 부분의 온도를 낮춘다. 이것은 클레이 코트지에서는 특히 필요하다.

〇 미니 플루트 - 이것은 글루 라인의 수가 많고(따라서 풀의 도포량이 많고, 수분이 다량으로 가해진다), 수분이 도망가는 골 사이의 공간이 적다. 따라서 풀 안의 여분의 수분을 줄이는 데에 충분한 주의를 기울여야한다.

이를 위해서는 글루 머신의 롤과 스크레이퍼를 최대한 주의를 기울여 청결하게 하고, 더블 페이서의 벨트를 청결하고, 다공질의 것으로 하여 수분이 주행 중에 빨리 도망갈 수 있도록 해야만 한다.

◎ 거품 (puckling or cockling)

이것은 경량 라이너를 사용한 경우, 표면에 생기는 작은 블리스터 또는 작은 거품 모양의 접착하지 않은 부분이다. 이것은 대부분의 경우 더블 배커로 보텀 라이너에 발생하고, 앞의 블리스터와 같은 조건인 경우에 발생한다. 이 현상은 경량 원지(종이에 이행하는 수분이 많기 때문에)와 미니 플루트에서 자주 발생한다.

이와 같은 “거품”이 웹의 흐름 방향에서 발생되면, 그 부분의 수분이 많은지 어떤지 및 어플리케이터 롤의 풀 도포가 불균일한지 어떤지를 조사하고, 세척 교정하는 것이 필요하다.

“거품”이 광범위하게 발생한 경우에는 풀의 유동성(rheology)을 체크할 필요가 있다. 먼저 긴 접착 부분(long tak)을 찾는다. 그것은 종이가 닙의 접점을 지나간 후에 나타내며, 보텀 라이너에 풀을 스프레이한 모양이 되고 있다. 이것을 조사할 가장 좋은 기기는 앞에서 서술한 스트로보스코프 램프로, 이것을 사용하는 것은 확실히 볼 수 있다.

◎ 박리(delamination)

라이너(대부분의 경우 보텀 라이너)가 골심지와 정상적으로 접착하지 않은 경우, 이것은 확실히 접착력의 문제이다. 풀의 처방이 적정하다고 생각될 경우, 박리는 보통 풀을 도포할 때의 온도가 너무 높거나, 너무 낮은 경우, 또는 글루 머신과 더블 페이서 입구 사이에서 골심지에 과잉한 수분이 침투한 경우에 일어난다.

풀의 도포 시의 온도가 너무 높은 경우, 전분이 라이너에 단단하게 접착함으로써 이전에 겔화해버린다. 온도가 너무 낮으면, 전분이 호화 온도에 도달하지 못해서 접착은 일어나지 않는다.

이 경우 시트를 벗겨 보면, 라이너 위에 건조한 겔화 전의 전분의 하얀 선(white bond)이 보인다. 더블 페이서의 열이 부족한 경우, 증기의 압력과 흐름을 체크할 것. 압력은 정상이지만 온도가 낮은 경우, 트랩이 차있거나 열판에 물이 고여 있다.

풀 안의 수분 부족은 글루 머신과 더블 페이서 사이에서 골심지에 수분이 과도하게 침투하는 것에 의해 일어난다. 한 번 더 체크해야만 하는 중요한 것은 라이너와 골심지가 더블 페이서에 들어가기 전에 펄럭거려(fluttering) 잘 맞는지 않는지 어떤지 이다. 그와 같은 상태가 되면 접착은 매우 약하다.

웹의 끝부분만이 접착 불량인 경우는 단면 웹의 끝부분이 휘어있어서 글루 머신에서 이 부분에 대한 풀을 적게 도포하기 때문이다.

◎ 지퍼 보드(zipper board)

이 현상은 접착이 원인이라는 점에서 박리와 같은 문제이지만, 접착이 약해서 잡아당기면 깨끗하게 박리한다는 점에서 다르다. 따라서 스코어링이나 그 후의 가공 공정을 통과하는 것이 어렵고, 생산을 저해하고, 손지나 기계 정전의 원인이 된다.

지퍼 보드는 풀이 종이 안에 충분히 머물고 있지 않기 때문에 일어난다. 즉, 풀이 종이 안에 침투하여 액상 상태로 충분한 시간동안 머물지 않기 때문에 일어난다. 먼저 풀의 도포량이 충분한지 여부를 체크한다.

원지의 프리 히트가 부족하다면, 조속히 교정한다. 하지만 그것보다도 풀의 겔화 온도나 점도를 점검하고, 붕사(硼砂)나 가성소다의 양을 조정하는 방법이 중요하다.

◎ 부드러운 시트(soft board)

이것은 코루게이터 라인의 기계 장치를 개선하면 고쳐진다. 이것의 주요 원인은 웹이 더블 페이서에 들어가기 전에 수분이 과잉하게 들어가기 때문에, 또는 웹이 브리지, 글루 머신, 더블 페이서를 통과할 때 골이 눌려 찌그러지기 때문에, 또는 오퍼레이터가 갭을 조정하는 오래된 타입의 커트 오프 풀 롤에 있다.

또한 골이 기울어져서 시트가 부드럽게 되는 일이 있다. 그 원인은 많이 있지만, 주로 프리 히터 트램에 접촉할 때에 골 정에 여분의 장력이나 인장력이 걸린 경우, 또는 톱과 보텀의 더블 페이서 벨트의 속도가 다른 경우에 일어난다.

웹의 수분이 너무 많은 경우에는 어떤 부분에서 그렇게 되고 있는지를 체크하고, 그 부분을 교정한다. 싱글 페이서의 스팀 샤워, 브리지 위의 스톡이 너무 많지는 않는지, 더블 페이서 벨트의 수분 흡수나 공기의 투과, 열판의 온도 등을 체크해야만 한다.

원인이 골의 찌그러짐이라면 체크는 비교적 용이하다. 각 라인에서 웹의 두께를 측정하면, 어디서 찌그러짐이 일어나고 있는지를 알 수 있다. 그 결과, 갭의 수정 등 원인을 제거하면 된다. 이 문제는 품질 문제로 이어진다.

◎ 두께의 로스(caliper loss)

골판지 시트의 두께는 이론적으로는 3장의 원지의 두께 플러스 골의 높이이지만, 실제로는 순물리학적 이유로 인해 이것보다 약간 작게 된다. 그 주요 이유는 골심지가 골 롤로 골성형될 때에 일어나는 “수축”이다.

이 수축은 2배로 확대한다. 먼저 그것은 건조하기 때문에 수축한다. 그리고 골심지는 골 롤과 골 롤 사이에 들어갈 때에 장력이 일어나 반드시 정확한 골의 모양으로 성형된다고 할 수가 없고, 다소 늘어나기 때문에 그것만으로도 골이 낮게 된다.

또한 원지는 일반 프레스 롤의 하중에 의해 약간 찌그러져 두께가 감소한다. 하지만 이러한 영향에 의해 시트가 부드러워지는 것은 아니다.

골판지 시트의 두께를 감소시키는 주요 원인은 코루게이터 통과 중에 골의 찌그러짐이 일어날 가능성이 있는 몇 개 부분에 있다. 따라서 이들에 관하여 정기적인 감시, 메인터넌스를 하는 것이 필요하다.

웨트 엔드의 브리지나 프리 히터 스택에 많은 원인이 있고, 싱글 페이서에서 성형된 단면 웹이 브리지로 올라가는 경사 컨베이어, 브리지 가이드, 웹 브레이크, 글루 머신 전의 프리 히터 드럼 등이 있다.

골이 비스듬하기 때문에 일어나는 두께의 저하도 이러한 부분에서 일어나며, 그러한 것은 골판지를 찌그러트리는 힘에 대한 저항성을 약하게 한다. 글루 머신의 라이더 롤이 너무 무거우면, 그것은 골을 찌그러트린다.

더블 페이서도 골판지의 두께에 많은 위험성을 주며, 그것은 특히 열판에 있다. 웨트 롤을 겸비한 장치에서는 둥그런 롤, 수평하지 않는 롤, 하중이 너무 무거운 롤, 마모한 롤이나 얇은 벨트는 모든 골을 찌그러트리는 원인이 될 수 있다. 그러한 것들은 수분을 많이 포함하여 시트를 부드럽게 한다.

열판이 폭 방향으로 변형하고 있으면(일반적으로 아래 방향의 활 모양이 된다) 시트의 끝부분이 찌그러진다. 이것은 시트를 쌓았을 때 쉽게 볼 수 있다.

또한 열판 중에서 표면이 수평하지 않는 것이 있거나, 벨트 리프트 바의 아래에 쓰레기가 부착하여 정상적으로 위치하지 않으면, 골이 찌그러질 가능성이 생긴다.

오퍼레이터나 직장(職長)이 종이의 특성이나 공정의 원리를 이해하고, 골판지나 기계의 상태를 항상 주의 깊게 보고, 쌓아온 경험에서부터 얻은 이해와 직관이 얼마나 중요한 지는 아무리 강조해도 과언이 아니다. 이것은 양호한 기계의 메인터넌스와 조작이라는 그 주변의 환경에 의해 지지되어야만 한다.

코루게이터에서부터 나온 골판지의 품질이 생산성과 그 후의 가공 공정의 효율을 결정하고, 완성된 상자의 강도와 손지의 감소를 결정하는 큰 역할을 한다.

이상 서술한 것은 제품의 품질이나 서비스의 레벨을 높여서 비용을 내리고, 거래처의 불평을 줄이고, 시장의 점유율을 확대한다.

(월간포장 2008년 8월호)


[2008-08-06]
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