종이 제조에서의 초음파

고출력 초음파는 현대 제지 공장에서 다목적의 에너지 효율적인 공정 기술로 자리 잡았습니다. 제지 공장은 액체 또는 슬러리 시스템에 고강도 초음파를 도입하여 캐비테이션 효과 – 미세 기포의 생성과 붕괴 – 를 활용함으로써 혼합, 물질 전달, 섬유 개질 및 오염물 제거를 개선할 수 있습니다. 천연 섬유 생산과 재생지 처리 모두 에너지 사용량, 물 소비량 및 약품 소요량을 줄여야 한다는 압력이 커지면서, 초음파 기술은 기존 설비에 추가 장착할 수 있는 매력적인 인라인 솔루션을 다양하게 제공합니다.

종이 제조에서의 초음파

종이 제조에서 초음파 시스템은 주로 지료 품질, 섬유 성능 및 공정 안정성을 개선하는 데 적용됩니다. 중요한 응용 분야 중 하나는 펄프 현탁액의 탈기입니다. 지료에 혼입된 공기는 물자국, 줄무늬 및 지합 결함을 유발하여 종이 품질을 직접적으로 떨어뜨릴 수 있습니다. 초음파 탈기는 펄프 슬러리에 용해되거나 혼입된 기체를 효율적으로 제거하여 웨트 엔드를 안정화하고 추가 약품 없이 외관 결함을 방지하는 데 도움을 줍니다.
또 다른 주요 응용 분야는 섬유의 피브릴화 향상입니다. 고출력 초음파는 캐비테이션을 통해 국소적으로 강력한 전단력을 발생시켜 펄프 섬유의 외부 및 내부 피브릴화를 촉진합니다. 이를 통해 기존의 고해 및 리파이닝 단계를 부분적으로 대체하거나 강화할 수 있습니다. 기계적 리파이닝만 수행하는 경우와 비교하면, 초음파 처리는 에너지를 덜 소비하면서도 유사하거나 더 우수한 섬유 발달을 달성할 수 있습니다. 특히 초음파는 과도한 섬유 절단 대신 제어된 피브릴화를 촉진하므로 섬유 강도가 유지되며, 경우에 따라서는 향상됩니다. 초음파 에너지는 산화 또는 표백 공정과 같은 섬유 개질 관련 화학 반응을 보조하여 반응 효율과 균일성을 높일 수도 있습니다.

초음파는 목재 칩을 펄프로 분해하는 과정이나 회수지를 재펄프화하는 과정에서 펄프 파쇄를 추가로 지원할 수 있습니다. 캐비테이션은 섬유 분리를 가속하고 섬유, 충전제, 잉크 및 코팅제 사이의 결합을 느슨하게 하여 펄프화 효율을 높이고 처리 시간을 줄입니다.

웨트 엔드에서의 초음파 처리

제지 현장에서는 웨트 엔드 성능 향상이 첨가제 투입량 증가보다 약품 이용 효율에 더 크게 좌우된다는 인식이 확산되고 있습니다. 이에 따라 초음파 분산은 웨트 엔드 첨가제를 지료에 투입하기 전에 제어된 방식으로 활성화하고 균질화하는 첨단 공정 기술로 주목받고 있습니다. 고출력 초음파는 캐비테이션에 의한 전단력을 발생시켜 입자의 응집을 해체하고 인라인 공정 흐름에서 고분자, 충전제 및 에멀젼의 균일한 분산을 촉진합니다. 이러한 분산 향상은 약품과 섬유 간 상호작용의 예측 가능성을 높이고, 보류율과 지합을 개선하며, 공정 안정성을 높이는 동시에 전체 약품 소요량과 에너지 소비량을 줄입니다. 선형적인 규모 확장성과 Hielscher Ultrasonics의 산업용 초음파 처리 시스템 공급에 힘입어, 초음파 분산은 실험실 규모 연구를 넘어 기술적으로 견고하고 경제성이 있는 웨트 엔드 최적화 전략으로서 본격적인 현장 적용 단계에 이르렀습니다.

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종이 재활용에서의 초음파

재활용 분야에서 고출력 초음파는 회수 섬유 처리 과정에서 가장 끈질기게 지속되는 몇 가지 과제를 해결합니다. 핵심 용도 중 하나는 섬유 세정과 오염물 제거입니다. 초음파 캐비테이션은 섬유 표면에서 먼지, 오일, 인쇄 잉크, 착색제 및 래커 잔류물을 분리하는 데 도움을 줍니다. 탈묵 작업에서 초음파는 잉크 입자의 분리와 분산을 향상시켜 부유선별 또는 세척 효율을 높이고, 약품 투입량을 줄이면서 더 높은 백색도를 달성할 수 있게 합니다.
초음파는 백수 시스템의 미생물 저감에도 기여합니다. 초음파 처리는 미생물 세포와 생물막을 기계적으로 파쇄하여 살생물제에만 의존하지 않고도 미생물 부하를 낮출 수 있습니다. 이는 공정수 순환 계통을 더 청결하게 유지하는 데 도움이 되며, 악취, 슬라임 형성 및 생물오염 위험을 줄일 수 있습니다.
재활용과 관련된 또 다른 중요한 응용 분야는 탈수입니다. 초음파 에너지는 섬유 네트워크를 변화시키고 결합수를 줄여 섬유 현탁액의 배수 특성을 개선할 수 있습니다. 탈수 성능 향상은 프레스와 와이어의 효율을 높여 후속 건조 단계의 열에너지 소요량을 낮출 수 있습니다.
 

나노페이퍼 제조 시 초음파 처리 에너지에 따른 배수 시간(분 단위, CNF(1)LA 시료에 해당).
초음파 처리 에너지 100 J/ml는 초음파 처리 시간 100초에 해당하며, 다른 값도 같은 관계를 따릅니다.
(연구 및 이미지: ©Sethi et al., 2018)

추가 공정 응용 분야

고출력 초음파는 섬유 및 수처리 외에도 제지용 슬러리와 첨가제의 균질화 및 분산에 사용됩니다. 초음파 균질화는 충전제, 안료, 고분자 및 기능성 첨가제의 균일한 분포를 보장하여 약품 효율과 제품의 일관성을 높입니다. 초음파는 분무 및 코팅 공정에도 적용되며, 초음파 노즐은 미세하고 균일한 액적을 생성하여 종이 표면에 코팅제, 사이즈제 또는 기능성 층을 정밀하게 도포합니다.

인라인 통합 및 산업 현장 적용

초음파 기술의 핵심 장점은 대부분의 응용 분야에서 인라인으로 구현할 수 있어, 대대적인 재설계 없이 기존 공정 순환 계통에 초음파 반응기를 추가 장착할 수 있다는 점입니다. 유통식 초음파 시스템은 선형적으로 규모를 확장할 수 있으며, 특정 지료 농도, 유량 및 공정 목표에 맞게 조정할 수 있습니다.
적절한 시스템 선정과 통합을 통해 고출력 초음파는 독립적인 처리 수단을 넘어 유연한 공정 강화 도구가 됩니다. Hielscher Ultrasonics와 같은 장비 공급업체는 제지 공장이 특정 종이 제조 또는 재활용 과제에 맞춘 산업용 초음파 시스템을 선정하고 구성할 수 있도록 지원합니다.

종이 품질 향상 및 비용 절감

고출력 초음파는 섬유 발달과 분산 개선부터 더 청결한 재활용 및 더 안정적인 웨트 엔드 운전까지 제지 공장에 폭넓은 응용 가능성을 제공합니다. 에너지, 물 및 약품 소비를 줄이면서 물리적·화학적 공정을 향상시키는 능력 덕분에 초음파는 신규 설비와 기존 설비 개조 모두에서 점점 더 매력적인 기술이 되고 있습니다. 지속가능성과 효율성이 제지 산업의 방향을 계속 이끌어 가면서, 초음파 처리는 현대 제지를 위한 실용적이고 규모 확장이 가능한 솔루션으로 자리매김하고 있습니다.

아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다:

설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

Hielscher 초음파 처리기는 최고 수준의 품질과 설계 기준으로 잘 알려져 있습니다. 견고함과 손쉬운 조작으로 당사 초음파 처리기를 산업 설비에 원활하게 통합할 수 있습니다. Hielscher 초음파 처리기는 거친 조건과 까다로운 환경에도 쉽게 대응합니다.

Hielscher Ultrasonics는 ISO 인증 기업으로, 최첨단 기술과 사용자 편의성을 갖춘 고성능 초음파 처리기에 특히 중점을 둡니다. 물론 Hielscher 초음파 처리기는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구사항을 충족합니다.