골심지와 테스트라이너 공정의 백수 고형분은 한 덩어리의 ‘폐기물’이 아니다. 회수 위치에 따라 섬유·미세분·충전재 비율이 달라지고, 그 차이가 나노화 에너지, 보류, 배수와 최종 강도를 바꾼다. 따라서 백수를 다시 지력 원료로 쓰려면 그라인더부터 사는 것이 아니라 회수지점과 고형분 조성을 먼저 고정해야 한다.
2026년 서울대학교 석사학위논문은 골심지 생산 공정의 백수 고형분을 그라인더로 나노화해 백수 유래 셀룰로오스 나노섬유(White water-originated cellulose nanofibrils, WCNF)를 만들고, 이를 내첨 지력증강제와 산화전분 기반 표면사이징 첨가제로 평가했다. 같은 연구진의 한국펄프·종이공학회 발표자료는 보류제 조건에서 WCNF를 넣은 KOCC 수초지의 물성 변화를 다뤘다.
이 연구는 가능성을 보여주지만 곧바로 공장 처방이 되지는 않는다. 수초지와 연구실 조성에서 얻은 결과이므로, 현장에서는 백수 로트·초지 조건·보류제·배수·사이즈프레스 운전성을 함께 확인해야 한다. 이 글은 공개된 연구결과와 현장 파일럿 권고를 분리해 정리한다.
연구에서 확인된 범위
| 연구 항목 | 공개자료에서 확인된 결과 | 그대로 일반화하면 안 되는 이유 |
|---|---|---|
| 회수지점 | DAF에서 회수한 백수 고형분은 사일로 고형분보다 유기물 함량이 높고 무기물 함량이 낮아 나노화에 더 적합했다 | 공장별 원료 배합·충전재·DAF 약품과 회수 운전이 다름 |
| 그라인딩 | 점도는 약 25패스에서 포화했고, SEM으로 나노화 진행을 확인했다 | ‘25패스’는 해당 원료와 장비의 결과이며 현장 최적값이 아님 |
| 내첨·무보류제 | 10·20패스 WCNF가 30패스보다 더 큰 강도 개선을 보였으며, 연구는 상대적으로 큰 피브릴의 보류 차이로 해석했다 | 나노화가 더 진행돼도 시트에 남지 않으면 효과가 줄 수 있음 |
| 내첨·보류제 | 보류제를 적용한 KOCC 수초지의 WCNF 5 | 단일 ‘종합 강도’가 19~26% 개선됐다는 뜻이 아니며 물성별 시험표가 필요함 |
| 경량 수초지 | 5·10패스 WCNF 1 wt% 조건에서 평량 91~97 g/m²로 낮추면서 원지 수준 기계적 강도를 유지했고, 문헌값 기반 비용모델은 면적당 제조비 약 5% 절감 가능성을 추정했다 | 연구의 수초지·모델 계산 결과이며 실제 초지기 생산비 절감을 보장하지 않음 |
| 표면사이징 | 산화전분 기반 조성에서 WCNF 5 wt% 조건이 가장 큰 강도 향상을 보였다 | 사이즈액 고형분·점도·픽업·건조부하와 종이 표면이 달라질 수 있음 |
| 적용 효율 | 논문이 선정한 각 방식의 최고 실험조건을 WCNF 질량으로 정규화했을 때 지력 향상 효율 지표가 약 22.7배 차이 났다 | 내첨의 압축강도와 표면사이징의 MD 인장강도를 사용한 연구 지표이며 공정 생산성·총비용의 비율이 아님 |
표의 모든 정량 결과는 국내 한 골심지 공정에서 채취한 시료를 특정 연구 장비·수초지·조성 조건으로 평가한 값이며, 연속식 초지기나 공장 규모에서 입증된 성능이 아니다.
숫자의 핵심은 ‘얼마나 좋아졌다’보다 어떤 조건에서 좋아졌는가다. 특히 나노화 정도와 보류, 내첨량과 배수, 표면사이징 농도와 운전성은 따로 최적화할 수 없다.
1단계: 백수의 출처와 물질수지를 고정한다
백수 시료명만 ‘DAF’로 적으면 재현성이 부족하다. 최소한 아래 경계를 함께 기록한다.
- 원료 배합과 KOCC 비율, 주요 충전재·전분·보류제
- 시료 채취 위치, 채취 시각, 초지기 운전상태와 생산 지종
- 백수 유량, 총고형분, 회수고형분량과 폐기량
- 회수고형분의 회분·유기물·섬유분 및 수분
- pH, 전도도, 온도와 최근 약품 변경 이력
- DAF 부상슬러지·사일로 백수 등 회수지점별 구분
같은 공장 안에서도 지종이나 약품이 바뀌면 백수 고형분의 나노화 적합성이 달라질 수 있다. 파일럿은 하루 평균 시료 하나보다 대표 생산조건별 로트를 나눠야 한다.
2단계: ‘패스 수’보다 나노화 곡선을 만든다
그라인더 패스 수만 기록하면 장비 규모가 바뀔 때 비교하기 어렵다. 각 패스에서 다음을 같은 시료 기준으로 묶는다.
- 패스 수와 처리량
- 전력·시간 또는 단위 건고형분당 에너지
- 고형분 농도와 온도
- 점도 변화와 점도 증가의 포화 여부
- 섬유·피브릴 형태와 조대분 잔존
- 펌핑·배관·필터 막힘과 세척성
- 내첨 또는 표면사이징 시험에서의 실제 효과
연구의 5% 현탁액·지정 그라인더 조건에서는 약 25패스부터 저전단 점도 증가가 포화됐다. 이는 좋은 출발점이지만 현장 합격기준은 아니다. 점도는 계속 오르지 않는데 에너지와 온도만 증가하거나, 배수·펌핑·세척이 나빠지면 그 앞 구간을 파일럿 상한으로 검토해야 한다.
3단계: 내첨은 보류제와 배수를 한 실험으로 본다
WCNF 내첨 시험을 강도만으로 판정하면 운전성이 빠진다. 최소한 무첨가 기준, WCNF 단독, WCNF+현재 보류제, WCNF+조정 보류제 조건을 같은 지료로 비교한다.
| 입력 조건과 측정값 | 판정 질문 / 중단·보류 조건 |
|---|---|
| WCNF 투입량·나노화 단계 / 인장·압축·파열 등 현장 핵심 물성 | 기준 평량에서 필요한 물성이 개선되는가 / 강도 개선이 재현되지 않으면 보류 |
| 보류제 종류·투입순서 / 총보류·회분보류·백수 탁도 | WCNF와 미세분이 시트에 남는가 / 백수 고형분이 증가하거나 변동이 커지면 중단 |
| 지료 농도·전하·전도도 / 약품 요구량·플록 상태 | 기존 습부 약품과 충돌하지 않는가 / 과응집·지합 악화·약품 급증 시 중단 |
| 초지·진공 조건 / 배수시간·진공부하·프레스 고형분 | 생산속도를 유지할 수 있는가 / 배수 지연·프레스 부하 증가 시 보류 |
| 건조 조건 / 증기·건조부하·수분프로파일 | 강도 이익이 에너지 증가보다 큰가 / 건조부하·수분편차가 내부 한계를 넘으면 중단 |
연구에서 보류제가 효과를 키운 점은 ‘보류제를 더 넣자’는 뜻이 아니다. 투입순서, 전하, 전도도와 회분이 바뀌면 같은 약품도 반응이 달라질 수 있다. 현장에서는 물성 향상과 함께 백수 고형분·배수·지합을 같은 시트 번호로 연결해야 한다.
4단계: 경량화는 같은 평량 비교와 같은 강도 비교를 분리한다
경량화 시험에는 두 개의 비교군이 필요하다.
- 같은 평량 비교: WCNF가 물성을 얼마나 바꾸는지 확인
- 같은 목표 강도 비교: 평량을 어디까지 낮출 수 있는지 확인
두 비교를 섞으면 ‘강도가 올랐다’와 ‘원료가 줄었다’를 구분하기 어렵다. 연구의 91~97 g/m², 원지 수준 강도와 약 5% 비용절감 가능성은 해당 수초지 조건의 결과다. 공장 파일럿에서는 섬유 원가뿐 아니라 그라인딩 전력, 회수·탈수, 약품, 세척, 건조, 불량과 생산속도를 포함해 계산해야 한다.
5단계: 표면사이징은 효율과 운전성을 함께 확인한다
표면사이징은 WCNF를 시트 내부에 보류시키는 문제를 줄일 수 있지만, 사이즈프레스의 점도·여과·픽업·거품·오염 문제가 새로 생길 수 있다.
확인 항목은 다음과 같다.
- 산화전분 고형분과 온도, WCNF 투입 전후 점도
- WCNF 분산 순서와 교반시간
- 필터·노즐·배관 막힘, 거품과 순환 안정성
- 양면 픽업량과 폭 방향 편차
- 사이즈프레스 롤 오염·닥터링·세척시간
- 건조 후 수분, 컬, 표면강도와 인쇄·접착 적합성
- 단위 WCNF 투입량당 물성 개선과 총 운전비
연구의 ‘약 22.7배’는 표면사이징 공정 전체가 그만큼 경제적이라는 뜻이 아니다. 내첨 최고 조건의 압축강도와 표면사이징 최고 조건의 MD 인장강도를 각각 WCNF 질량으로 정규화한 지력 향상 효율 지표의 비교다. 실제 선택은 같은 물성·같은 대조군으로 다시 시험하고, 내첨 라인의 단순성, 사이즈프레스 보유 여부, 목표 물성과 세척·정지 비용까지 포함해야 한다.
6단계: 현장 파일럿 매트릭스
아래 표는 숫자를 복사하는 처방이 아니라, 공장 조건을 채우는 실행 틀이다.
| 게이트와 입력 | 반드시 기록할 결과 / 다음 단계 통과조건 |
|---|---|
| G0 회수원 적격성 / 회수지점·지종·약품·로트 | 고형분·회분·유기물·수분·회수량 / 대표 로트 범위와 제외조건 승인 |
| G1 나노화 / 장비·패스·처리량·농도 | 에너지·온도·점도곡선·형태·세척성 / 효과 포화 전 운전 가능 구간 확정 |
| G2 내첨 / WCNF량·보류제·투입순서 | 물성·보류·백수·배수·지합 / 물성 이익과 습부 안정성 동시 통과 |
| G3 경량화 / 평량 단계·초지·건조조건 | 목표강도·속도·증기·불량·원가 / 같은 강도 기준 총비용 우위 확인 |
| G4 표면사이징 / 전분·WCNF·점도·픽업 | 물성·편차·막힘·거품·세척·건조 / 연속운전과 품질이 내부 한계 내 유지 |
| G5 확대 / 대표 지종·교대·원료로트 | 재현성·작업성·보전·폐기·탄소 데이터 / 품질·생산·보전·원가 공동 승인 |
각 게이트는 한 부서가 단독으로 넘기지 않는다. 생산은 속도·배수·건조를, 품질은 물성·재현성을, 보전·에너지는 처리량·전력·세척을, 구매·원가는 약품·원료·총비용을 같은 시험번호로 기록해야 한다.
먼저 멈춰야 하는 신호
다음 중 하나가 나타나면 투입량을 늘리기보다 원인을 분리한다.
- 회수 고형분의 회분·유기물 또는 수분이 대표 로트 범위를 벗어남
- 점도 개선은 멈췄는데 단위 고형분당 에너지와 온도만 증가함
- 보류 개선보다 배수·지합·백수 변동 악화가 큼
- 사이즈액 점도·거품·필터 막힘 또는 롤 오염이 연속운전을 방해함
- 강도 향상이 특정 로트나 시험자에서만 재현됨
- 원료 절감보다 그라인딩·약품·건조·세척·불량 비용이 더 큼
결론
백수 고형분을 WCNF로 되돌리는 핵심은 ‘더 잘게 갈기’가 아니다. 어디에서 회수한 무엇을, 어느 정도까지 나노화하고, 어떤 보류·배수·사이징 조건에서 시트에 남길 것인지를 하나의 파일럿으로 연결하는 일이다.
서울대 연구는 DAF 회수원, 나노화 포화, 보류제와 내첨, 경량 수초지, 표면사이징 효율을 연결한 유용한 출발점을 제공한다. 현장 적용의 다음 행동은 연구 수치를 합격기준으로 복사하는 것이 아니라, G0~G5 매트릭스에 우리 공장의 로트·에너지·물성·운전성·총비용을 채우는 것이다.
작성자 소개
PackingMaster: 페이퍼팩로그 편집자. 종이 포장재 산업의 시장 동향, 제품 정보와 제조 기술 인사이트를 모아 정리합니다.
참고자료
- 서울대학교 S-Space, 박승욱, 「고도 활용을 위한 골심지 생산 공정 유래 백수 고형분의 나노화 연구」 (석사학위논문, 2026), https://s-space.snu.ac.kr/handle/10371/233546
- 한국펄프·종이공학회 학술발표논문집, 박승욱·이학명·이건희·윤혜정, 「보류제 첨가에 따른 백수 유래 나노섬유(WCNF) 투입 KOCC 수초지의 물성 평가」 (2025년 추계학술대회), https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeId=NODE12432881
자료 확인일: 2026-08-18. 두 자료는 같은 연구 흐름에 속하므로 독립적인 현장 재현성 검증으로 보지 않았습니다. 공개된 수치는 해당 연구의 원료·수초지·장비·조성 조건에서 얻은 결과이며, 본문의 G0~G5 파일럿과 중단조건은 이를 공장에 복사하지 않기 위한 실무 권고입니다.