KR100208923B1 - 글리옥실화 - 비닐아미드 중합체와 혼합된 폴리비닐 알콜을 포함하는 양키 건조기용 접착성 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 글리옥실화 비닐아미드 공중합체를 폴리비닐 알콜과의 혼합물 형태로 포함하는 개선된 크레이핑 조성물에 관한 것이다.

Description

글리옥실화-비닐 아미드 중합체와 혼합된 폴리비닐 알콜을 포함하는 양키 건조기용 접착성 조성물
제1도는 본 발명의 조성물을 선행 기술 분야의 조성물과 비교 도시한 것이고,
제2도는 유사한 데이타로서, 접착제 축적에 대한 내성을 도시한 것이고,
제3도는 접착제 축적에 대한 본 발명의 조성물의 내성을 보여주는 추가의 데이타이다.
본 발명은 티슈(tissue) 제조 공정에서 양키 건조기(Yankee dryer)용 피복제로서 사용되는 경우, 우수한 유용성을 나타내는 접착성 조성물을 포함한다. 당해 접착성 조성물은 수용성 폴리비닐 알콜과 글리옥실화-비닐 아미드 중합체의 혼합물로 이루어진다.
티슈 제조공정에서는, 종이 시이트를 양키라 불리우는 스팀 가열된 건조 실린더를 사용하여 건조시킨다. 건조기에 습윤 시이트를 부착시키기 위해, 접착성 물질로 양키 표면을 피복한다. 당해 피복 공정은 시이트를 보다 효과적으로 건조시키면서 열 전달을 개선시키고, 가장 중요하게는 요구되는 접착력을 제공하여 건조 시이트에 우수한 크레이핑(creping)을 제공한다. 크레이핑은 시이트를 금속 블레이드에 충전시켜, 접힌 시이트 구조물을 생성시키면서 시이트를 기계 방향으로 압축시키는 공정을 나타낸다. 크레이핑은 티슈의 특징인 벌크 특성, 신장성, 흡수성 및 유연성을 제공하면서 시이트 중의 다수의 섬유-대-섬유 결합을 파괴시킨다. 피복 접착제에 의해 제공되는 접착도는 이들 티슈 특성을 증진시키는데 상당히 중요한 역할을 한다.
또한, 양키 피막은 과도한 마모로부터 양키 및 크레이핑 블레이드(creping blade) 표면을 보호하는 역할을 한다. 당해 역할과 관련하여, 피복제는 티슈 제조기의 작동성을 증진시킨다. 크레이핑 블레이드가 마모됨에 따라, 이들 블레이드를 새로운 블레이드로 대체시켜야 한다. 블레이드를 교체할 때 크레이핑된 생성물을 제조할 수 없으므로, 당해 대체 공정은 티슈 제조기 비가동시간(downtime) 또는 생산률 저하의 중요한 원인이 된다. 또한, 폴리(아미노아미드)-에피클로로하이드린 형 크레이핑 접착제를 사용하는 경우의 문제점은 피복물 축적 현상이다. 이러한 유형의 수지는 본원에 참고로 인용되고 있는 미합중국 특허 제2,926,116호 및 제 3,058,873호에 기술되어 있다. 당해 문제점은 크레이프 블레이드의 차터링(chattering) 또는 반동을 유발시키는, 피복된 양키 표면에 대한 피막중의 많은 반점에 의해 증명된다. 블레이드 챠터는 시이트내에 피크(pick) 또는 구멍을 생기게 하면서, 크레이프 블레이드 아래에서 부분적인 시이트 이동을 야기시킨다. 당해 현상은 시이트 파손 및 기기 비가동시간을 유발시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 선행 기술 분야에 공지된 다른 접착성 조성물에 비해 접착력 및 기기 작동성이 개선된 크레이핑 접착성 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 셀룰로오즈 웹(web)을 크레이핑시키기 위한 크레이핑 접착성 조성물을 포함한다. 당해 조성물은, a) 활성 중합체를 기준으로 하여, 열경화되기에 충분한 아미드 치환체 및 글리옥살 치환체를 갖는 수용성 비닐 아미드 중합체(이때, 아미드 치환체의 수에 대한 글리옥살 치환체 수의 비는 0.06:1 을 초과한다) 5 내지 75중량%와 b) 폴리비닐알콜 25 내지 95중량%를 포함한다.
[글리옥실화-비닐 아미드 중합체]
당해 중합체는 본원에 참고로 인용되고 있는 미합중국 특허 제3,556,932호에 기술되어 있다. 이들 중합체는 열경화되기에 충분한 -CHOHCHO 글리옥살 치환체를 갖는 수용성 폴리비닐아미드이다.
미합중국 특허 제3,556,932호에 지적되어 있는 바와 같이, 당해 중합체는 이온성 성분을 수성 현탁액중의 셀룰로오즈 섬유에 작용하기에 충분한 양으로 함유할 수 있다. 당해 중합체에서 이온성 그룹의 양은 통상적으로는, 예를 들어, 10㏖% 미만 정도로 작으나, 50㏖% 정도로 높을 수도 있다. 활성 주쇄 중합체의 중량을 기준으로 하여, 글리옥살을 1.0 내지 30.0중량% 범위의 양으로 가한다. 열경화성 수지를 제조하는데 필요한 최소량의 이온성 그룹과 관련하여 보다 구체적인 정보를 원한다면, 미합중국 특허 제3,556,932호에 기술되어 있는 내용을 파시 참조한다.
가장 바람직한 중합체는 25℃ 이상의 온도 및 50 내지 100℃ 정도의 고온에서 약 95㏖%의 아크릴아미드 및 5㏖%의 DADMAC를 함유하고 중량 평균 분자량이 약 10,000 내지 약 25,000인 아크릴아미드/DADMAC 공중합체를 글리옥살과 반응시켜 제조한 중합체이다. 글리옥살을 기재 중합체에 활성 주쇄 중합체를 기준으로 하여 중량비로 가한다. 바람직한 양키 건조기 접착제는 약 2.0 내지 약 10.0㏖%의 DADMAC를 함유하고 상기한 바와 같은 분자량을 갖는, 아크릴아미드와 디알릴디메틸 암모늄 클로라이드의 공중합체를 포함한다. 당해 DADMAC 공중합체를 (활성)주쇄 중합체를 기준으로 하여 약 1.0 내지 약 30중량%의 글리옥살과 반응시킨다.
이들 중합체를 제조하는 방법은 또한 미합중국 특허 제3,556,932호에 보다 상세히 기술되어 있다. 글리옥실화 중합체는 6 내지 10% 활성 물질의 수용액으로서 제공된다.
[폴리비닐 알콜]
본 발명에 유용한 가수분해된 폴리비닐 알콜은 분자량이 약 186,000 이하인 수용성 화합물이다. 예를 들면, 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)에 의해 시판되는 부분적으로 가수분해된 폴리비닐 알콜이 있다. 에어 프로덕츠의 팜플렛 번호 제152-8904호에 의하면, 에어 볼(Airvol)540은 평균 분자량이 124,000 내지 186,000이고 87 내지 89% 가수분해되며 4% 수용액에서의 점도가 40 내지 50cP인 것으로 알려져 있다. 에어볼 425는 평균 분자량이 85,000 내지 146,000이고 95.5 내지 96.5% 가수분해되며 점도가 25 내지 29cP인 것으로 알려져 있다. 상술한 폴리비닐 알콜 이외에, 문헌[참조: Polyvinyl Alcohol, C. Finch, John Wyley and Sons (New York, 1973)]에 기술되어 있는 다른 폴리비닐 알콜도 본 발명에 유용하다.
당해 조성물은 약 25 내지 95중량%, 바람직하게는 약 50 내지 87.5중량%, 가장 바람직하게는 약 75중량%의 폴리비닐 알콜을 함유한다. 물론, 조성물을 구성하는 나머지 성분은 활성 글리옥실화 비닐-아미드 중합체이다.
양키 건조기에 조성물을 적용하는 방법
양키 건조기에 본 발명의 조성물을 적용하는 공정은 a) 상술한 본 발명의 조성물의 수성 혼합물을 크레이핑 실린더 표면에 도포하는 단계, b) 상술한 혼합물을 이용하여 크레이핑 실린더에 셀룰로오즈 웹을 부착시키는 단계 및 c) 닥터 블레이드를 사용하여 크레이핑 실린더로부터 부착된 웹을 분리시키는 단계를 포함하는 3단계 공정이다.
본 발명의 조성물은 묽은 수용액 형태로 사용된다. 바람직하게는, 양키를 피복하는데 사용된 조성물의 묽은 수성 혼합물은 약 0.05 내지 약 4중량% 고체, 가장 바람직하게는 약 0.1중량% 고체를 함유한다. 크레이핑 접착제 기술 분야의 숙련가라면, 혼합물에 고비율의 물이 존재하는 이유가 부분적으로는 분무 붐(boom)에 의해 가장 용이하게 수득되는 크레이핑 실린더에 초박형 접착제 층을 침착시키는 데에만 필요함을 인지할 것이다.
본 발명의 장점은 하기 실시예를 통해 명백해질 것이다. 실시예 1 및 2는 당해 화합물들의 증진된 접착성에 관한 것이다.
[실시예 1]
크레이핑 접착성 조성물의 상대적인 접착력을 박리 시험을 통해 측정한다. 시험 공정에 따라, 종이 샘플을 해당 접착제를 사용하여 금속 판넬에 부착시킨 다음, 90° 각도로 박리시킨다. 시험에 사용된 종이 기재는 여과지 등급의 종이이다. 당해 종이의 기본 중량은 78g/㎡이다. 종이를 부착시킬 금속 판넬은 저탄소강으로 제조한, 표준화된 시험 판넬로서, 평활하게 가공처리(표면 조도 : 0.2 내지 0.3㎛)하여 공급한다.
당해 공정에 따라, 두께가 76㎛인 접착제 막을 도포기를 사용하여 강철 시험 판넬에 균일하제 도포시킨다. 종이 시험 스트립을 막에 조심스럽게 부착시킨 다음, 가중 롤러로 1회 롤링시켜 종이, 접착제 및 금속 판넬을 균일하게 접촉시킨다. 이어서, 종이 스트립이 부착된 판넬을 표면 온도가 100℃로 조절된 박리 시험기에 탑재시킨다. 당해 온도에서 샘플이 안정화되면, 판넬로부터 종이 스트립을 박리시키고 박리시키는 데 필요한 평균 힘을 기록한다. 43㎝/min의 일정한 유효 속도로 판넬로부터 스트립을 박리시킨다.
표 1 에는 선행 기술 분야에 공지된 접착성 혼합물과 비교한, 본 발명의 혼합 성분의 증가된 접착력을 보여주는 데이타를 명시하였다. 특히, 표 1은 글리옥실화-폴리(아크릴 아미드/DADMAC) 수지와 혼합된 폴리비닐 알콜(PVA, Airvol 540)과 비교한, 키멘(Kymene) 557H 및 레제솔(Rezesol) 8223[폴리(아미노아미드)-에피클로로하이드린 수지]와 배합된 PVA에 대한 접착력 실측치를 명시한 것이다. PVA는 에어 프로덕츠로 부터 구입할 수 있는 시판 생성물인 반면, 키멘 557H 및 레제솔 8223은 각각 헤르쿨레스(Hercules) 및 이. 에프. 휴톤(E. F. Houghton)으로부터 구입할 수 있다. 글리옥실화-폴리(아크릴 아미드/DADMAC)와 PVA의 혼합물이 미합중국 특허 제4,501,640호에 교시되어 있는 바와 같이 폴리(이미노아미드)-에피클로로하이드린 수지를 사용하여 수득할 수 있는 것보다 강한 접착력을 제공함을 명백히 알 수 있다. 심지어는, 글리옥실화-폴리(아크릴아미드/ DADMAC) 수지를 10% 정도의 소량으로 사용하는 경우에도 접착력이 증진된다.
NA = 접착되지 않음
표 2에는 고도로 가수분해된 저분자량의 추가의 PVA 및 양이온성 감자 전분(상표명 : Solvitose N, 제조회사 : AVEBE America, Inc.)에 대한 유사한 데이타가 명시되어 있다. 당해 표에 명시된 값들은 표 1에 명시된 값들과 직접 비교될 수 없는데, 이는 기본 박리 데이타를 수집 및 분석하는데 이용된 방법들이 상이하기 때문이다. 통상적으로, 표 2에서 사용된 방법은 표 1에서 사용된 방법보다 낮은 값을 제공한다. PVA 및 전분 성분과 혼합되는 경우, 글리옥실화-폴리(아크릴아미드/ DADMAC)수지는 단일 성분에 비해 개선된 접착력을 제공한다.
하기 실시예는 본 발명의 조성물에 의해 달성되는 개선된 작동성을 기술하기 위한 것이다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 실험실용 장치를 사용하여 크레이핑 공정을 모의 실험한다. 실험실용 장치 또는 양키는 직경이 약 8in이고 너비가 4in인, 내부 가열된 주조 철 실린더로 구성된다. 당해 실린더에 크레이핑 블레이드 및 토크 감지 장치를 장착시킨다. 통상적인 작동 공정에 따라, 실험실용 양키를 95℃의 표면 온도, 1rpm의 속도 및 6.5pli의 크레이프 블레이드압하에서 작동시킨다. 미리 제조한, 건조된 종이 시험 스트립을 묽은 접착액으로 포화시키고, 실린더에 대해 압축시키며, 건조시킨 다음, 크레이핑 제거한다.
실린더에 대해 블레이드를 사용하여 3회의 토크 측정치를 기록한다. 종이 시험 스트립을 적용하기 전에, 토크 측정치(t)를 투명한 실린더에 대해 기록하며, 당해 측정치를 기준 토크 값으로 정한다. 값(T)은 시험 스트립을 실린더로부터 크레이핑시킬 때 기록하고, 이때 이 값은 양키 실린더로부터 스트립을 제거하는데 있어서의 상대적인 내성과 관련이 있다. 최종적으로, 값(t)은 시험 스트립을 제거한 후에 기록하며, 실린더에 남아 있는 접착제 잔류물의 상대적 측정치로서 구한다.
이어서, 계산값(T-t및 t-t)을 각각 양키 실린더에 대한 종이의 접착력 및 실린더에 남아있는 잔류 접착제의 존재량의 상대적 측정치로서 구한다. T-t값의 증가는 긍정적인 것으로서 해석되는데, 이는 당해 값의 증가가 접착력의 증가를 나타내고 시이트 특성을 개선시키기 때문이다. 반대로, t-t값의 증가는 부정적으로 해석되는데, 이는 t-t값의 증가가 양키상에서의 접착제 축적과 관련이 있는 것으로 해석될 수 있기 때문이다. 산업적 측면에서, 접착제 축적은 궁극적으로 크레이프 블레이드의 챠터를 유발시키며, 후속적으로 피킹(picking)에 기인하는 불량한 크레이핑 및 시이트 품질을 유발시킨다.
제1도는 글리옥실화-폴리(아크릴아미드/DADMAC)[5㏖e% DADMAC, 주쇄 중합체에 대해 30중량% 글리옥살; 조성물 1 로서 나타냄], 키멘 557H, 레제솔 8223 및 PVA에 대한 이들 값을 비교한 데이타를 명시한 것이다. 이들 값을 비교한 결과, 조성물 1은 최고의 접착력 또는 최고의 T 값을 나타낸다. 한편, PVA는 접착제 축적면에서 최소의 악영향을 나타내며, 실제로는 윤활 효과(네가티브 t-t)을 나타낸다.
제2도에는 PVA와 배합된 접착제(66.6% 접착제/33.3% PVA)에 대한 유사한 데이타를 명시하였다. 당해 시험에서, 조성물 1-PVA 혼합물은 최고의 접착력을 제공하는 동시에, 잔류 접착제의 축적 현상을 나타내지 않는다.
[실시예 4]
제3도는 접착제 축적에 대한 내성면에서의 PVA/조성물 1 배합물의 바람직한 양태를 추가로 예시한다. 제3도에서, 시험 중간 중간에 양키 실린더를 세정하지 않으면서 20회의 연속 시험을 수행한다. 주지하는 바와 같이, 개개 접착제의 t값은 연속 시험에 따라 증가하는데, 이는 접착제가 축적됨을 나타낸다. PVA 접착제에 대한 t값만은 일정하게 유지된다. PVA 와 휴톤 8223 폴리(아미노아미드) 에피클로로 하이드린 중합체의 배합물의 t값은 증가하는데, 이 역시 접착제가 축적되었음을 나타낸다. PVA 조성물 1 배합물을 가장 강한 접착력을 제공하며, t값은 20회의 시험 후에 일정하게 유지된다. 이러한 현상은 접착제가 거의 축적되지 않았음을 나타내고, 티슈 제조기의 작동성이 증진된 것으로 해석된다.
[실시예 5]
본 발명의 조성물을 파일롯트(pilot) 티슈 제조기에서 시험한다. 당해 기기의 트림(trim)은 24이고 3500ft/min의 선속도로 작동시킨다. SSWK/SHWK의 50/50 퍼니시(furnish) 블렌드로부터 티슈를 9.61b/3,000ft2의 기본 중량으로 제조한다. 시이트를 수분 함량 4% 및 크레이프 비 18%에서 크레이핑시킨다. 본 발명의 접착성 물질을 접착제 0.4 건조 1b/ton (생성물)의 속도로 양키 건조기에 직접 분무한다. 또한, 탄화수소 방출 오일을 1 내지 31b/ton의 속도로 양키위에 분무한다. 사용된 접착성 조성물은 PVA가 87.5 내지 25% 범위로 존재하고 나머지가 글리옥실화-폴리(아크릴아미드/DADMAC)로 이루어진 블렌드인 조성물이다. 그러나, 육안으로 관찰한 바에 따르면, 최상의 작동성은 PVA가 87.5 내지 75%의 범위로 존재할 경우 나타난다. 당해 범위내에서는, 피복물 축적이 관찰되지 않으며 크레이프 블레이드에서 시이트의 피킹도 발생하지 않는다.

Claims (9)

  1. a) 열경화되기에 충분한 아미드 치환체와 글리옥살 치환체를 갖는 수용성 비닐 아미드 중합체(이때, 아미드 치환체의 수에 대한 글리옥살 치환체 수의 비는 0.06:1을 초과한다) 5 내지 75중량%와 b) 폴리비닐 알콜 25 내지 95중량%를 포함하는, 셀룰로오즈 웹을 크레이핑(creping)시키기 위한 크레이핑 접착성 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 수용성 비닐 아미드 중합체가 양이온성 수용성 중합체인 크레이핑 접착성 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 양이온성 수용성 공중합체가 아크릴 아미드와 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드를 95%:5%의 몰 비로 포함하는 크레이핑 접착성 조성물.
  4. 제1항에 있어서, (b)가 70 내지 95중량%의 양으로 존재하는 크레이핑 접착성 조성물.
  5. a) 회전 클레이핑 실린더에 제1항에 따르는 조성물의 묽은 수용액을 적용하고, b) 크레이핑 실린더에 대해 셀룰로오즈 웹을 압축시켜 실린더 표면에 웹을 부착시킨 다음, c) 크레이핑 실린더로부터 닥터 블레이드와 접촉시켜 웹을 분리함을 특징으로 하여, 셀룰로오즈 웹을 크레이핑시키는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 조성물이 제2항에 따른 조성물인 방법.
  7. 제5항에 있어서, 조성물이 제1항에 따른 조성물인 방법.
  8. 제5항에 있어서, 조성물이 제3항에 따른 조성물인 방법.
  9. 제5항에 있어서, 조성물이 제4항에 따른 조성물인 방법.
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