경상국립대, 친환경 발수 기술로 'AKD 난제' 풀었다

내첨 사이즈제 한계 극복…수분산형 기술 실용화

[진주=뉴시스]경상국립대 김철환 교수, 발수처리 전후 종이의 표면 접촉각 비교 이미지.(사진=경상국립대 제공).2026.01.06.photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[진주=뉴시스] 정경규 기자 = 세계적으로 플라스틱 대체 포장재 수요가 폭발적으로 증가하는 가운데 제지업계의 숙원 과제인 중성사이즈제(AKD, Alkyl Ketene Dimer) 효율성 문제를 해결할 수 있는 새로운 기술이 개발됐다.

경상국립대 환경재료과학과 김철환 교수 연구팀은 케이엔에스케미칼(주)(대표 신경식), 에스엘팩연구소(대표 김범진)와의 공동연구로 내첨 AKD 사용량을 크게 줄이면서도 우수한 내수성과 발수 성능을 구현하는 '표면 발수제 개발 및 발수 처리기술'을 개발했다고 6일 밝혔다.

연구진에 따르면 실제로 내첨 AKD 0.1%만 적용했을 때 접촉각이 약 65도 수준인 반면 동일 조건에서 표면 발수 처리를 병행하면 접촉각이 약 108도까지 비약적으로 증가해 내첨 AKD 사용량을 최대 70%까지 절감할 수 있음을 확인했다.

이번 기술은 공정 내 AKD 축적과 그로 인한 침착·장해를 줄여 설비 세정 주기와 비용을 완화하고 백수 품질을 개선하는 데 기여할 수 있다.

동시에 종이 표면 에너지를 조절함으로써 물방울은 튕겨내면서도 점착제나 코팅제와의 결합력은 용도에 맞게 설계할 수 있어, 미끄럼 방지와 내용물 보호가 동시에 필요한 화장품·식품 등 고부가가치 패키징에서 높은 경쟁력을 제공한다.

연구팀이 공동 개발한 기술은 원지에 투입하는 AKD를 공정에 필요한 최소 수준으로 줄이는 대신, 종이 표면에 발수제를 단독 혹은 전분과 혼합해 도포하는 '표면 발수 처리' 방식이다. 이미 형성된 종이 시트 표면에 전분과 발수제가 포함된 사이즈액을 공급함으로써, 표면 에너지와 발수 성능을 정밀하게 설계하는 것이 특징이다.

현재 대부분의 제지 공정에서는 종이 내수성을 확보하기 위해 AKD를 지료 내에 직접 투입(내첨)하지만, 공정 조건에 따라 AKD 보류율이 대략 50% 내외로, 투입량의 상당 부분이 종이에 정착되지 못하고 백수로 유출되는 것으로 보고되고 있다.

이렇게 미보류된 AKD는 공정수 내에서 가수분해돼 케텐기가 사라지면서 발수 기능을 상실하고 지방산 케톤으로 전환된다.

이 가수분해 산물은 소수성이 강한 왁스 형태로 응집되어 종이 표면에 왁스 스폿과 같은 결점을 유발하고, 펠트, 롤러, 와이어, 배관, 필터 등 설비 표면에 침착돼 공정 장애를 일으킨다. 또한 백수 내 축적된 AKD 잔류물은 폐수의 화학적 산소요구량(COD)을 증가시켜 폐수 처리 부담을 가중시키며, 공정수 재순환 시스템의 안정성을 저하시키는 원인이 된다.

김철환 교수는 "보류와 반응 효율이 낮은 상태에서 투입량만 늘리는 방식은 비용 대비 효과가 낮고, 공정수 오염과 설비 문제를 키울 수 있다"라며 "습부(wet-end) 중심 내수 처리의 한계를 넘어 공정 후단의 표면 제어 기술로 전환하는 것이 시급하다"고 강조했다.

이어 "표면 처리는 내첨과 달리 종이 전체가 아닌 표면에만 집중되므로 적은 양으로도 높은 효과를 내어 일반적으로 화학 약품 효율이 더 높다"고 밝혔다.

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