KR100323165B1 - 미립 충전재를 함유하는 크레이프 처리되지 않은 활면 티슈 페이퍼의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
화장실용 티슈, 화장용 티슈, 흡수성 타월과 같은 부드럽고, 흡수성의 위생 제품의 제조에 유용한 크레이프 처리되지 않고, 강하고, 부드럽고 및 더스팅이 낮은 티슈 페이퍼 웹을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 티슈 페이퍼는 목재 펄프와 같은 섬유 및 카올린 점토와 같은 비셀룰로오즈성이고 수불용성인 특별한 충전재로 구성된다. 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 티슈 페이퍼에 조합시키기 위한 공정은: (a) 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재로 구성되는 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 공급하고, 여기서 상기 미립 충전재는 상기 티슈 페이퍼의 총중량의 약 1% 내지 50%로 구성되고, 점토, 탄산 칼슘, 이산화티탄, 활석, 알루미늄 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 알루미늄 트리하이드레이트, 활성 카본, 진주빛 전분, 황산 칼슘, 유리 미세구체, 규조토, 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 상기 미립성 충전재는 평균 등가 구경이 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛를 갖는 카올린 점토이고; (b) 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 이동하는 세공 형성 패브릭(85)의 표면에 침착시켜 습윤 초기 제지용 웹(98)이 형성되도록 하고; (c) 상기 습윤 초기 제지용 웹(98)을 상기 성형 패브릭(85)로부터 제 1 이동 패브릭(86)로 이동시키고, 상기 이동 패브릭(86)은 상기 성형 패브릭(85)의 속도에 약 5% 내지 약 75%의 속도로 느리게 이동하고; 및 (d) 상기 습윤 초기 제지용 웹을 상기 제 1 이동 패브릭(86)로부터 하나 이상의 이동장치를 경유하여 건조 패브릭(90)으로 이동시키고, 상기 건조 패브릭(90)에서 상기 습윤 초기 제지용 웹(98)은 비압축적으로 건조되어진다.
Description
위생 페이퍼 티슈 제품이 널리 사용되고 있다. 이러한 제품은 미용 티슈, 화장실용 티슈 및 흡수 타월와 같은 다양한 용도에 적합한 형태로 시판된다. 종종 상기 제품의 형태, 즉 기본 중량, 두께, 강도, 시이트 크기, 분배 매질 등은 매우 상이하다. 상기 제품은 주로 소위 크레이프 제지공정으로 불리우는 공정에 의해 제조되는 공통점을 갖는다. 그러나, 이와는 달리 본원에 기재된 방법에 의해 크레이프 처리하지 않고 상기 제품을 제조할 수 있다.
'크레이프 처리'란 페이퍼를 기계방향으로 기계 압축하는 방법이다. 크레이프 처리하는 경우 페이퍼의 평량(단위면적당 질량)이 증가할 뿐만 아니라, 특히 기계방향에서 측정한 많은 물성의 현저한 변화가 일어난다. 크레이프 처리는 일반적으로 기계 작동동안 양키 건조기(Yankee dryer)에 대향되게 위치한 가요성 블레이드(소위 닥터 블레이드라 함)를 사용하여 수행된다.
양키 건조기는 고온의 표면을 제공하는 증기에 의해 가압되도록 설계되어 제지공정의 최종 단계에서 제지용 웹의 건조를 완결시키는 일반적으로 240 내지 600㎝ (8 내지 20피트)의 장직경을 갖는 드럼이다. 섬유 슬러리의 분산에 필요했던 다량의 물을 제거시키는 포드리니어 와이어(Fourdrinier wire)와 같은 세공 형성 캐리어 위에 형성된 페이퍼 웹은, 일반적으로 페이퍼의 기계적 압축 또는 고온공기를 이용한 통기-건조(through-drying)와 같은 그 밖의 탈수방법에 의해 지속적으로 탈수가 일어나는 가압부내의 펠트(felt) 또는 패브릭(fabric)으로 이동된 후, 최종적으로 반건조 상태에서 양키 건조기 표면으로 이동되어 건조를 완결시킨다.
크레이프 처리하지 않고도 크레이프 처리된 티슈 페이퍼 웹에 상응하는 상기 웹을 제조하기 위해, 세공 형성 캐리어상에 위치한 초기 웹(embryoic web)을 보다 저속으로 이동하는 고섬유 지지성 이동 패브릭 캐리어로 이동시킨다. 이후, 웹을 건조 패브릭으로 이동시키고, 여기서 최종 건조상태로 건조시킨다. 이러한 웹은 크레이프 처리된 페이퍼 웹에 비해 활면 표면을 갖는 이점을 제공할 수 있다.
이런 방식으로 크레이프 처리되지 않은 티슈를 제조하는 기술이 선행기술에 교시되어 있다. 예를 들면, 참고로 본원에 인용된 1995년 10월 18일자로 공개된 벤트(Wendt) 등의 유럽특허원 제 0 677 612 A2 호에는 크레이프 처리하지 않고 부드러운 티슈 제품을 제조하는 방법을 교시하고 있다. 다른 경우에, 1994년 9월 28일자로 공개되고 본원에 참고로 인용된 힐렌드(Hyland) 등의 유럽특허원 제 0 617 164 A1 호는 크레이프 처리되지 않고 통기-건조된 활면 시이트의 제조방법을 교시하고 있다.
부드러움이란 소비자가 특정 제품을 잡거나, 피부에 문지르거나, 또는 손으로 구겼을 때 감지하게 되는 촉감이다. 이런 촉감은 여러 물성이 조합된 결과 제공된다. 당해 분야의 숙련자들은 대체로, 부드러움과 관련된 가장 중요한 물성중의 하나로서 제품을 구성하는 페이퍼 웹의 강성(剛性: stiffness)을 꼽는다. 또한, 강성은 일반적으로 웹의 강도에 직접적으로 영향을 받는다.
'강도(剛度: strength)'란 제품 및 이를 구성하는 웹이 물리적 일체성을 유지하고 사용 조건하에서 찢어지지 않는 능력을 나타낸다.
린팅(linting) 또는 더스팅(dusting)이란 취급 또는 사용동안에 웹의 결합이 풀리거나 느슨하게 결합된 섬유 또는 미립 충전재가 방출되는 경향이다.
일반적으로 티슈 페이퍼 웹은 필수적으로 제지용 섬유로 이루어진다. 종종 습윤 강도 또는 건조 강도 결합제, 보유 보조제, 계면활성제, 사이징제, 화학 유연제, 크레이프 촉진 조성물과 같은 화학 제제들이 소량 포함되지만 이들은 통상 최소량만이 사용된다. 티슈 페이퍼에 가장 자주 사용되는 제지용 섬유는 버진(virgin) 화학 목재 펄프이다.
전세계적으로 천연 자원의 공급에 대한 경제적 및 환경적 연구가 증가함에 따라, 위생 티슈와 같은 제품에 사용되는 버진 화학 목재 펄프의 제조를 위한 목재의 사용량을 줄여야 한다는 요구가 강해지고 있다. 제품 총량의 희생없이 주어진 목재 펄프 공급을 확대시키는 방법중 하나는 버진 화학 펄프 섬유를 기계적 또는 화학-기계적 펄프와 같은 고수율의 섬유로 대체하거나 또는 재생 섬유를 사용하는 것이다. 불행하게도, 이러한 대안은 통상적으로 제품의 품질을 비교적 심하게 저하시키는 단점을 갖는다. 이러한 섬유는 높은 조면화도를 갖는 경향이 있으며, 매우 부드러운 특성때문에 선택되어 사용되는 프라임 섬유로부터 얻어지는 매끄러운 감촉을 열화시킨다. 기계적 또는 화학-기계적으로 제조된 섬유는 리그닌 또는 소위 헤미셀룰로오즈를 포함하는 천연 목재 성분, 즉 비셀룰로오즈성 성분을 보유하기 때문에 매우 거칠다. 이는 섬유 길이를 증가시키지 않으면서 중량을 증가시킨다. 기계적 펄프 함량을 최소화하기 위하여 폐지 선택시에 가능한 모든 주의를 기울이는 경우에도 재생 페이퍼의 기계적 펄프 함량은 여전히 높을 수 있고 종종 매우 거칠다. 이러한 현상은, 여러 공급원으로부터 유래하는 페이퍼를 블렌딩하여 재생 펄프를 제조하는 경우, 섬유 형태가 불순하게 혼합되기 때문인 것으로 생각된다. 예를 들면, 일부 폐지는 원래 주로 북아메리카 침엽수인 이유로 선택되지만, 종종 보다 거친 연질목재 섬유, 심지어 미국 남부 소나무 변종과 같은 최하품종이 광범위하게 포함되어 있는 것으로 밝혀졌다. 참고로 본원에 인용된 1981년 11월 17일자로 카르스텐스(Carstens)에게 허여된 미국 특허 제 4,300,981 호에는 프라임 섬유에 의해 얻어지는 조직 및 표면 특성을 설명하고 있다. 참고로 본원에 인용된 1993년 7월 20일자로 빈슨(Vinson)에게 허여된 미국 특허 제 5,228,954 호 및 1995년 4월 11일자로 빈슨에게 허여된 미국 특허 제 5,405,499 호는 이러한 섬유 원료들의 품질을 높여서 유해 결과를 줄이는 방법을 개시하고 있으나, 여전히 대체물의 수준은 제한되고, 새로운 섬유 원료들 자체도 공급이 제한되어 그 사용 또한 제한된다.
위생 티슈 페이퍼의 목재 펄프 사용량을 줄이는 다른 방법으로서 카올린 점토 또는 탄산 칼슘과 같은 저렴하고 쉽게 구입가능한 충전재를 사용하여 목재 펄프의 사용량 일부를 대체하는 방법이 최근에 발견되었다. 당해 분야의 숙련자들은 상기 방법이 일부 페이퍼 산업 분야에서 지난 수 년 동안 통상적으로 실시되고 있음을 인식하기는 하였으나, 상기 방법을 위생 티슈 제품으로 확장시키는 데에는 이러한 확장 실시를 방해하는 난점이 있어왔다.
이러한 난점중 하나는 상기 충전재를 제지공정중에 보유시키는 문제이다. 페이퍼 제품중에서 위생 티슈는 극히 저평량을 갖는다. 티슈 웹은 티슈 제조기로부터 릴(reel)에 권취될 때 약 10g/㎡ 정도의 저평량을 가질 수 있으며, 상기 공정 고유의 수축 작용으로 인해 상기 제조기의 성형부에서 건조 섬유의 평량은 약 10％ 내지 80％까지 감소될 수 있다. 상기 저평량때문에 보유가 곤란해지는 현상을 심화시키는 것은, 티슈 웹이 극소 밀도를 가지며 릴에 권취되어 있는 동안 종종 약 0.1 g/㎤ 이하의 겉보기 밀도를 갖는점이다. 수축 작용 도중 이러한 로프트(loft)의 일부가 도입되는 것이 알려져 있으나, 구성되는 섬유는 일반적으로 고해(beating)시 약해지지 않는 비교적 자유로운 제지원료로부터 티슈 웹이 형성되는 것을 당해 분야의 숙련자들은 인지하고 있다. 티슈 제조기는 실제로 매우 고속에서 작동해야 되므로, 자유로운 제지원료에는 과도한 성형압력 및 건조 하중이 배제되어야 한다. 상기 자유로운 제지원료를 구성하는 비교적 강성의 섬유는 초기 웹 형성시에 웹의 개방을 유지시킬 수 있다. 당해 분야의 숙련자들은 이와 같이 저평량 및 저밀도 구조에 의해서는 상기 웹 형성시에 미립자를 많이 통과시킬 수 없음을 안다. 실질적으로 섬유 표면에 고착되어 있지 않은 충전재 입자는 고속 운반 시스템의 급류에 의해 분리되어 액상에 혼입된 후, 초기 웹 단계에서 제공된 후 성형 웹 단계에서 배출되는 물로 이동된다. 따라서, 웹 성형에 사용된 물을 계속 반복 재순환시키면, 페이퍼와 함께 배출되기 전까지 상기 충전재 미립자가 계속적으로 농축된다. 이러한 유출수에 고형물이 농축되는 것은 비실용적이다.
두 번째 중요한 문제점은 성형 웹의 건조시에 제지용 섬유가 서로 결합하는 방식으로 미립 충전재를 제지용 섬유에 자연스럽게 결합시키지 못한다는 것이다. 이는 제품 강도를 감소시킨다. 충전재가 포함되면 강도가 감소되며, 이를 그대로 방치한다면, 이미 상당히 약화된 제품을 크게 손상시킨다. 섬유 고해의 증가 또는 화학 보강제의 사용과 같이 강도 회복에 필요한 단계들도 또한 종종 제한된다.
시이트 일체성에 미치는 충전재의 유해 효과는 종종 기계장치의 천을 막히게 하거나 기계장치간의 이동을 저해함으로써 위생 문제를 초래한다.
최종적으로, 충전재를 포함하는 티슈 제품은 린팅되거나 더스팅되기 쉽다. 이는 충전재 자체가 웹에 불량하게 고정되어 있고, 또한 섬유가 구조로 고정되는 것을 부분적으로 약화시키는 전술된 결합 저해 효과를 갖기 때문이다. 이러한 경향은, 페이퍼 취급시에 더스트를 과도하게 발생시켜서, 제지 공정 및 후속적인 전환공정중에 작동 곤란을 초래할 수 있다. 그 밖에, 충전된 티슈로부터 제조된 위생 티슈 제품의 사용자가, 제품중에 린트 또는 더스트가 거의 없는 것을 요구하는 점을 고려해야 한다.
결론적으로, 위생 티슈 페이퍼에 충전재를 사용하는 것은 많은 측면에서 제한된다. 참고로 본원에 인용된 1940년 10월 1일자로 티엘레(Thiele)에게 허여된 미국 특허 제 2,216,143 호에 양키 기계상에서의 충전재의 제한요인을 설명하고 있고, 상기 제한을 극복하는 혼입 방법을 개시하고 있다. 불행하게도 상기 방법은, 양키 건조기와 접촉하고 있는 동안, 시이트 펠트면에 접착제로 결합된 입자층을 코팅하기 위해서 비실용적인 장치를 작동시켜야 한다. 이런 작동은 최근의 고속 기계에서는 비실용적이고, 양키 건조기를 사용하지 않고 위생 티슈 제품을 제조하는 수단을 고려하지 않고 있으며, 최종적으로는 당해 분야의 숙련자들은 티엘레의 방법이 충전된 티슈 제품이 아닌 코팅된 티슈 제품을 제조하는 것임을 인지하였다. '충전된 티슈 페이퍼'와 '코팅된 티슈 페이퍼'는 그 제조방법 측면에서 근본적으로 구별된다. 즉, '충전된 티슈 페이퍼'는 섬유가 웹으로 되기 전에 미립자를 섬유에 첨가하는 것인 반면, '코팅된 티슈 페이퍼'는 필수적으로 웹이 형성된 후에 미립자를 첨가하는 것이다. 이러한 차이를 갖는 결과, 충전된 티슈 페이퍼 제품은 충전재가 다층 티슈 페이퍼의 한층 이상으로 된 전체 두께에 걸쳐 또는 단층 티슈 페이퍼의 전체 두께에 걸쳐 분산되어 있는 비교적 저평량, 저밀도의 티슈 페이퍼로 기술된다. '에 걸쳐 분산'이란 용어는 충전된 티슈 제품의 특정층의 필수적으로 전부분이 충전재 입자를 포함하는 것을 의미하며, 그렇다고 하여 상기 분산이 상기 특정층에서 반드시 균일하다는 것은 아니다. 실제로, 충전재 농도를 충전된 티슈층 두께의 함수로 변화시켜서 특정 이점을 기대할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 선행기술의 전술한 문제점을 극복한 미립 충전재를 포함하는 티슈 페이퍼를 공급하는 것이다. 본 발명의 방법으로 보유성 충전재를 함유하는, 크레이프 처리되지 않은 부드러운 티슈 페이퍼를 생산한다. 티슈 페이퍼는 높은 인장도를 가지면서 더스트가 적다.
상기 및 다른 목적은 이후 본원에 설명되는 본 발명을 통하여 얻어진다.
발명의 요약
본 발명은 질기고 부드럽고 린트 및 더스트가 적고 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 포함하는, 크레이프 처리되지 않은 충전된 티슈 페이퍼를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 충전재는 티슈의 약 1중량% 내지 약 50중량%, 보다 바람직하게는 약 8중량% 내지 약 20중량%를 구성한다. 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼에 상기 수준의 미립 충전재를 충전함으로써 연성, 강도, 및 더스팅 저항성이 예상치 않게 우수하게 조합될 수 있다.
바람직한 양태에서, 본 발명의 충전된 티슈 페이퍼는 약 10g/㎡ 내지 약 50g/㎡, 보다 바람직하게는 약 10g/㎡ 내지 약 30g/㎡의 평량을 갖는다. 또한, 약 0.03g/㎤ 내지 약 0.6g/㎤, 보다 바람직하게는 약 0.05g/㎤ 내지 0.2g/㎤의 밀도를 갖는다.
바람직한 양태는 경질목재 및 연질목재의 유형의 제지용 섬유를 둘 다 추가로 포함하는 것으로, 여기서 제지용 섬유의 약 50% 이상이 경질목재이고 약 10% 이상이 연질목재이다. 경질목재와 연질목재 섬유는 가장 바람직하게는 각각을 별도의 층으로 분류시킴으로써 분리되는데, 이 경우 티슈는 하나의 내층과 하나 이상의 외층을 포함하게 된다.
본 발명의 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼는 비압축적으로 건조되고, 가장 바람직하게는 통기-건조에 의해 건조된다. 통기-건조 방식으로 제조된 웹은 패턴 밀집화되어서 비교적 고밀도 대역이 고 부피 영역내에 분산되어 있으며, 예컨대 비교적 고밀도 대역이 연속되어 있으며 고 부피 영역이 불연속되어 있는 패턴 밀집화된 티슈가 있다.본 발명은 제지용 섬유 및 미립 충전재를 포함하는 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼를 공급한다. 바람직한 양태에서, 미립 충전재는 점토, 탄산 칼슘, 이산화티탄, 활석, 알루미늄 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 알루미나 트리하이드레이트, 활성탄, 진주빛 전분, 황산 칼슘, 유리의 미세구체, 규조토 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 상기 군으로부터 충전재를 선택할 때, 몇몇 사항을 고려해야 한다. 이들 고려사항에는 비용, 구입 용이성, 상기 티슈 페이퍼 내로의 보유 용이성, 색깔, 산란성(scattering potential), 굴절률, 및 선택된 제지 환경과의 화학적 상용성이 포함된다.
특히 적합한 충전재는 카올린 점토이다. 가장 바람직하게는, 소위 '수화 알루미늄 실리케이트'의 카올린 점토 형태가, 하소공정에 의하여 추가적으로 가공처리되는 상기 카올린에 비해 바람직하다.
카올린의 형태는 자연에서는 판형 또는 블록형이지만, 이는 평균 입경을 감소시키는 경향이 있기 때문에 기계적 층분리 처리(delamination)하지 않은 점토를 사용하는 것이 바람직하다. 평균 입경은 등가 구경(equivalent spherical diameter)으로 언급하는 것이 일반적이다. 약 0.2㎛ 이상, 보다 바람직하게는 약 0.5㎛ 이상의 평균 등가 구경이 본 발명에서 사용하기에 바람직하다. 가장 바람직한 등가 구경은 약 1.0㎛ 이상이다.
본원의 모든 비율, 비 및 분율은 달리 한정하지 않는 한 중량을 기준으로 한다.
본 발명은 일반적으로 건식 크레이프 처리하지 않고 티슈 페이퍼 제품을 제조하는 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 건식 크레이프 처리하지 않고, 셀룰로오즈 펄프 및 비셀룰로오즈성 수불용성 미립 충전재로부터 티슈 페이퍼 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1A는 제지용 섬유 및 미립 충전재를 포함하고, 질기고 부드럽고 린트가 적게 발생하는, 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼를 제조하기 위한 본 발명의 제지 공정을 도시하는 개략도이다.
도 1B는 본 발명의 제지공정에 의해 제조된 티슈 페이퍼 웹의 층상 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 전분을 기재로 하는 본 발명의 양태에 따라 제지공정에 사용되는 제지용 수성 퍼니쉬를 제조하는 단계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 음이온성 다중전해질 중합체를 기재로 하는 본 발명의 다른 양태에 따라 제지공정에 사용되는 제지용 수성 퍼니쉬를 제조하는 단계를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 명세서는 본 발명을 구성하는 대상을 구체적으로 지적하고 분명하게 청구하는 청구항들로 결론지어지지만, 본 발명은 하기의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 수 있는 것으로 생각된다.
본원에 사용되는 '포함하다'란 용어는 여러 가지 구성요소, 성분 또는 단계들이 본 발명의 수행에 함께 사용되어질 수 있음을 의미한다. 따라서, '포함하다'란 용어는 '로 본질적으로 이루어지다' 및 '로 이루어지다'란 보다 제한적인 용어를 포괄한다.
본원에 사용되는 '수용성'이란 용어는 25℃의 물에 3중량％ 이상으로 용해되는 물질을 지칭한다.
본원에 사용되는 '티슈 페이퍼 웹, 페이퍼 웹, 웹, 페이퍼 시이트 및 페이퍼 제품'이란 용어 모두는 제지용 수성 퍼니쉬를 형성하는 단계, 상기 퍼니쉬를 포우르드리니어 와이어와 같은 세공 형성 표면에 침착시키는 단계, 비중 또는 진공-보조 배수장치에 의해 퍼니쉬로부터 물을 제거하는 단계, 초기 웹을 형성하는 단계, 형성 표면으로부터 이보다 저속으로 이동하는 이동표면으로 초기 웹을 이동시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 페이퍼 시이트를 지칭한다. 이후, 상기 웹은 릴에 권취된 후, 최종 상태로 통기-건조되면서 패브릭으로 이동된다.
본원에 사용한 바와 같이, '충전된 티슈 페이퍼'란 용어는 비교적 저평량, 저밀도의, 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼로 기술될 수 있는 페이퍼 제품중에서 다층 티슈 페이퍼의 한층 이상의 두께 전체에 또는 단층 티슈 페이퍼의 전체두께에 충전재가 분산되어 있는 페이퍼 제품을 말한다. '전체에 분산되다'란 용어는 충전된 티슈 제품의 특정층의 필수적으로 전부분이 충전재 입자를 함유하는 것을 의미하며, 그렇다고 해서 상기 층내에서 반드시 균일하게 분산되어 있음을 의미하지는 않는다. 실제로, 충전재 농도를 충전된 티슈 층의 함수로 변화시킴으로써 특정 이점을 기대할 수 있다.
'다층 티슈 페이퍼 웹, 다층 페이퍼 웹, 다층 웹, 다층 페이퍼 시이트 및 다층 페이퍼 제품'이라는 용어들은 바람직하게는 전형적으로 티슈 페이퍼 제조에 사용되는 비교적 긴 연질목재 및 비교적 짧은 경질목재 섬유인 서로 다른 섬유 유형들로 구성되는 두 층 이상의 제지용 수성 퍼니쉬로부터 제조되는 페이퍼 시이트를 지칭하는 것으로서 당해 분야에서는 모두 상호교환적으로 사용된다. 상기 층들은 하나 이상의 순환형 세공 형성 표면 위에 묽은 섬유 슬러리 스트림 각각을 침착시켜 형성하는 것이 바람직하다. 각각의 층이 분리된 세공 형성 표면 위에 초기에 형성되는 경우, 이어서 상기 층들은 습윤 상태로 결합되어 다층 티슈 페이퍼 웹을 형성할 수 있다.
본원에 사용한 바와 같이, '홑겹 티슈 제품'이란 용어는 크레이프 처리되지 않은 티슈 한겹으로 구성된 것을 의미한다. 겹은 본래 실질적으로 균질하다고 할 수 있거나, 다층 티슈 페이퍼 웹을 형성할 수도 있다. 본원에 사용한 바와 같이, '다겹 티슈 제품'이란 용어는 제품이 크레이프 처리되지 않은 티슈 한겹 이상으로 구성된다는 것을 의미한다. 다겹의 티슈 제품의 겹들은 본래 실질적으로 균질하다고 할 수 있거나, 다층 티슈 페이퍼 웹일 수도 있다.
가장 일반적으로, 본 발명은 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 티슈 페이퍼에 혼입하는 공정이다.
상기 공정은,
(a) 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재로 구성된 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 공급하는 단계;
(b) 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 순환 이동식 세공 형성 패브릭의 표면에 침착시켜 습윤 초기 제지용 웹을 형성하는 단계;
(c) 성형 패브릭상의 상기 습윤 초기 제지용 웹을 상기 성형 패브릭보다 약 5% 내지 약 75% 느린 속도로 이동하는 제 1 이동 패브릭으로 이동시키는 단계; 및
(d) 제 1 이동 패브릭상의 상기 습윤 초기 제지용 웹을 하나 이상의 추가적인 이동수단을 경유하여 건조 패브릭(여기서, 습윤 초기 제지용 웹은 비압축적으로 건조된다)으로 이동시키는 단계를 포함한다.
특히 바람직한 한 양태에서, 본 발명은 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 다층 티슈 페이퍼에 혼입하는 공정이고, 상기 공정은 (a) 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재로 구성된 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 공급하는 단계;
(b) 하나 이상의 추가적인 제지용 퍼니쉬를 제공하는 단계;
(c) 이동식 세공 형성 패브릭의 표면에 상기 제지용 퍼니쉬를 침착시켜서, 하나 이상의 층이 충전재-함유 제지용 수성 퍼니쉬로부터 형성되고, 하나 이상의 층이 그 밖의 제지용 퍼니쉬로부터 형성된 다층 페이퍼 웹을 형성하도록 충전재-함유 제지용 수성 퍼니쉬 및 그 밖의 제지용 퍼니쉬로부터 습윤 초기 제지용 웹을 형성하는 단계;
(d) 성형 패브릭상의 상기 습윤 초기 제지용 웹을 성형 패브릭보다 약 5% 내지 75% 느린 속도로 이동하는 제 1 이동 패브릭으로 이동시키는 단계; 및
(e) 제 1 이동 패브릭상의 습윤 초기 제지용 웹을 하나 이상의 추가적인 이동수단을 경유하여 건조 패브릭(여기서, 습윤 초기 제지용 웹은 비압축적으로 건조된다)으로 이동시키는 단계를 포함한다.
바람직한 미립 충전재는 티슈 페이퍼의 총 중량의 약 1% 내지 50%를 차지하고, 점토, 탄산 칼슘, 이산화티탄, 활석, 알루미늄 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 알루미나 트리하이드레이트, 활성탄, 진주빛 전분, 황산 칼슘, 유리의 미세구체, 규조토 및 이것들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명에 사용하기에 가장 바람직한 미립 충전재는 카올린 점토이고, 이의 바람직한 입경은 평균 등가 구경이 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛이다.
본 발명에 사용하기에 바람직한 비압축식 건조 기법은 통기-건조에 의해 습윤 초기 제지용 웹을 건조하는 것이다.
당해 분야의 숙련자는 본 발명에 사용할 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 포함하는 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 공급하는데 사용될 수 있는 다수의 방법이 존재함을 인식할 것이다. 본 발명은 상기 수성 현탁액을 제공하는데 유용한 2개의 방법을 실시한다. 제 1 방법은 (a) 비셀룰로오즈성 미립 충전재의 수성 분산액을 전분의 수성 분산액과 접촉시키는 단계;
(b) 상기 전분-접촉 충전재의 수성 분산액을 제지용 섬유와 혼합하여 제지용 섬유와 전분-접촉 충전재의 혼합물을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 제지용 섬유와 전분-접촉 충전재의 혼합물을 응집제(flocculant)와 접촉시켜서 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 형성하는 단계를 포함한다.
다른 양태는 (a) 비셀룰로오즈성 미립 충전재의 수성 분산액을 음이온성 다중전해질 중합체의 수성 분산액과 접촉시키는 단계;
(b) 음이온성 다중전해질 중합체-접촉 충전재를 제지용 섬유와 혼합하여 제지용 섬유와 중합체-접촉 충전재의 혼합물을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 제지용 섬유와 중합체-접촉 충전재의 혼합물을 양이온성 보유 보조제와 접촉시켜서 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 형성하는 단계를 포함한다.
하기는 본 발명의 상기 각각의 양태의 요소에 대한 보다 상세한 설명이다. 상이한 양태는 몇몇 바람직한 원료를 공통되게 사용하고 있다. 이들은 하기와 같이 기술된다.
미립 충전재
바람직한 양태에서, 본 발명은 비셀룰로오즈성 미립 충전재가 티슈의 약 1중량% 내지 약 50중량%, 보다 바람직하게는 약 8중량% 내지 약 20중량%를 구성하도록 혼입하고 있다. 본 발명의 방법에 의해 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼에 미립 충전재를 상기 수준으로 충전함으로써 연성, 강도, 및 더스팅 저항성의 예상치 못한 조합을 얻을 수 있었다.
본 발명은 제지용 섬유와 미립 충전재를 포함하는 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼를 제공한다. 바람직하게, 미립 충전재는 점토, 탄산 칼슘, 이산화티탄, 활석, 알루미늄 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 알루미나 트리하이드레이트, 활성탄, 진주빛 전분, 황산 칼슘, 유리의 미세구체, 규조토 및 이것들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 상기 군으로부터 충전재를 선택할 때, 몇몇 인자들을 감안해야 한다. 이러한 요소는 비용, 구입 용이성, 상기 티슈 페이퍼에서의 보유 용이성, 색깔, 산란능력, 굴절률, 선택된 제지 환경과의 화학적 친화성을 포함한다.
특히 적합한 미립 충전재가 카올린 점토라고 최근 알려졌다. 카올린 점토는 미립자로서 선별된 천연 알루미늄 실리케이트 광물의 한 부류의 관용명이다.
용어에 있어서, 종래 기술의 특허 문헌 뿐만 아니라 산업에서 카올린 제품 또는 그의 가공에 대해 언급할 때에, '수화'라는 용어는 하소 처리되지 않은 카올린을 지칭하기 위해 통상적으로 사용되는 것임을 유념한다. 점토를 450℃ 이상에서 하소시키는데, 상기 온도는 카올린의 기본적인 결정 구조를 변화시킨다. 소위 '수화' 카올린은 조질의 카올린으로부터 예를 들면 거품 부양, 자기 분리, 기계적 해적층 처리, 연마 또는 이와 유사한 분쇄하여 생성시킬 수 있으나 결정 구조를 손상시키는 상기 열처리는 적용하지 않았다.
기술적 의미를 정확히 하자면, 이들 물질을 '수화물'이라고 표현하는 것은 부적절하다. 보다 구체적으로, 카올리나이트 구조에는 실제로 물 분자가 존재하지 않는다. 따라서, 상기 조성이 2H2O·Al2O3·2SiO2의 형태로 표기될 수 있고 또한 종종 이렇게 표기되지만, 카올리나이트는 상기 수화된 화학식과 동일시되는 대략 Al2(OH)4Si2O5조성의 알루미늄 하이드록사이드 실리케이트로 오랫동안 알려져 왔다. 일단 카올린이 하소, 즉 본원의 경우, 하이드록실기를 제거하는데 충분한 시간 동안 카올린이 450℃ 이상으로 유지되도록 하면 카올린의 본래 결정 구조는 파괴된다. 그러므로, 기술적으로는 이러한 하소된 점토는 더 이상 '카올린'이 아니지만, 당해 분야에서는 이것을 통상 하소된 카올린이라고 지칭하고, 본원에서 '카올린' 물질 종류가 언급될 때에는 하소된 물질도 포함된다. 따라서, '수화 알루미늄 실리케이트'라는 용어는 하소되지 않은 천연 카올린을 의미한다.
수화 알루미늄 실리케이트은 본 발명의 수행에서 가장 바람직한 카올린 형태이다. 그러므로, 전술한 바와 같이 450℃ 이상에서 약 13중량%가 수증기로서 손실되는 것을 특징으로 한다.
상기 카올린의 형태는 본래 판상형 또는 블록형인데, 이는 천연적으로, '스택(stack)' 또는 '책' 형상을 형성하도록 서로 부착된 얇은 판의 형태로 생성되기 때문이다. 스택은 가공 동안에 어느 정도 개별적인 소판으로 분리되지만, 점토가 평균 입경을 감소시키기 쉽기 때문에 광범위한 기계적인 해적층 처리되지 않은 점토를 사용하는 것이 바람직하다. 평균 입경은 평균 등가 구경 측면에서 나타내는 것이 일반적이다. 본 발명의 수행에서 평균 등가 구경이 약 0.2㎛ 이상, 보다 바람직하게는 약 0.5㎛ 이상인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 평균 등가 구경이 약 1㎛ 내지 약 5㎛이다.
대부분의 채굴된 점토를 습식 공정으로 처리한다. 조질 점토의 수성 현탁액을 원심분리하여 거친 불순물을 제거하고, 화학적 표백을 위한 매질을 공급한다. 종종 폴리아크릴레이트 중합체 또는 포스페이트 염을 상기 슬러리에 첨가하여 점도를 낮추고 침강을 늦춘다. 생성된 점토는 일반적으로 건조없이 약 70%의 고형물 현탁액으로 선적되거나, 또는 분무 건조될 수 있다.
점토는 일반적으로 슬러리 안정제와 점도 조절제와 같은 시약의 첨가, 공기 부양, 거품 부양, 세정, 표백, 분무 건조로 처리할 수 있으며, 이러한 처리 방법은 특정 환경에서 구체적인 상업상의 사항을 고려하여 선택되어야 한다.
점토의 소판 각각은 자체적으로 다층의 알루미늄 폴리실리케이트 구조로 되어 있다. 산소 원자의 연속적인 정렬을 통해 기저층 각각의 한 면이 형성된다. 폴리실리케이트 시이트 구조의 가장자리는 상기 산소 원자에 의해 결합되어 있다. 결합된 팔면체 알루미나 구조중 하이드록실기의 연속적인 정렬은 이차원적 폴리알루미늄 옥사이드 구조를 형성하는 다른 면을 형성한다. 사면체 및 팔면체 구조를 공유하는 산소 원자는 알루미늄 원자를 규소 원자에 결합시킨다.
조립체의 불완전함은 천연 점토 입자가 현탁액중에 음이온성 전하를 갖고 있기 때문이다. 이는 다른 2가, 3가, 4가의 양이온이 알루미늄을 대신하기 때문에 발생한다. 표면상의 산소 원자의 일부가 음이온성으로 되고 약간 분리성인 하이드록실기가 된다는 점이 중요하다.
천연 점토는 바람직한 물질의 음이온을 교환시킬 수 있는 양이온성 특징을 갖는다. 이는 알루미늄 원자가 소판 주위 가장자리 근처에서 결합이 종종 완전히 이루어지지 않기 때문에 발생한다. 이들은 이를 포함한 수성 현탁액으로부터 음이온을 끌어 당겨 나머지 원자가를 충족시켜야 한다. 이들 양이온 부위가 용액중의 음이온으로 부합되지 않으면, 점토는 진한 분산액을 형성하는 '카드 하우스(card house)' 구조를 이루도록 점토의 가장자리를 마주보게 배향시킴으로써 전하 균형을 만족시킬 수 있다. 폴리아크릴레이트 분산제는, 점토에 반발력을 제공하여 조립을 방해하고, 점토의 생산, 선적 및 사용을 간편하게 하는 양이온 부위와 이온을 교환한다.
카올린 등급 WW 필(상품명, Fil)은 본 발명의 티슈 페이퍼 웹을 제조하기에 적합한, 조지아주 드라이 브랜치 소재의 드라이 브랜치 카올린 캄파니(Dry Branch Kaolin Company)에 의해 시판중인 카올린이다. 이는 분무 건조된 형태 또는 슬러리(고형물 70%) 형태로 구입할 수 있다.
전분
본 발명의 양태는 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 포함하는 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 형성하는데 있어서 전분을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 전분의 가장 바람직한 형태는 소위 '양이온성 전분'이라 불리는 것이다.
본원에 사용한 바와 같이, '양이온성 전분'이라는 용어는 예컨대 자연에서 유도된 후 추가로 화학적으로 개질되어 양이온성 성분의 잔기를 갖는 전분으로 정의된다. 전분은 옥수수 또는 감자로부터 유도되는 것이 바람직하지만, 쌀, 밀 또는 타피오카(tapicoa)와 같은 다른 원료로부터 유도될 수도 있다. 공업적으로는 아미오카(amioca) 전분으로도 알려져 있는 왁스성 옥수수로 제조된 전분이 특히 바람직하다. 아미오카 전분은 아밀로펙틴만으로 되어 있는 점에서 통상적인 덴트(dent) 옥수수 전분과 상이하지만, 이와 달리 통상적인 옥수수 전분은 아밀로펙틴과 아밀로즈를 모두 함유한다. 아미오카 전분의 다양한 독특한 특성은 문헌 ['Amioca - The Starch from Waxy Corn', H. H. Schopmeyer, Food Industries, December 1945, pp. 106-108]에 추가로 기술되어 있다.
양이온성 전분은 일반적으로 하기와 같이 분류될 수 있다: (1) 3급 아미노알킬 에테르, (2) 4급 아민, 포스포늄 및 설포늄 유도체를 포함하는 오늄 전분 에테르, (3) 1급 및 2급 아미노알킬 전분 및 (4) 기타(이미노 전분 등). 신규한 양이온성 제품들이 계속 개발되고 있지만, 상업적으로는 3급 아미노알킬 에테르 및 4급 암모늄 알킬 에테르가 주종을 이루고 있다. 양이온성 전분은 전분의 무수글루코오즈 단위체당 양이온성 치환체 약 0.01 내지 약 0.1의 치환도를 갖는 것이 바람직한데, 치환체는 전술한 유형중에서 선택되는 것이 바람직하다. 적합한 전분은 뉴 저어지주 브리지워터 소재의 내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니(National Starch and Chemical Company)에 의해 레디본드(RedBOND)라는 상표명으로 생산된다. 레디본드 5320 및 레디본드 5327과 같은 양이온성 잔기만을 갖는 등급이 적합하며, 이외에도 레디본드 2005과 같은 추가의 음이온성 작용기를 갖는 등급도 적합하다.
음이온성 다중전해질 중합체
본 발명의 각 양태는 '음이온성 다중전해질 중합체'를 사용하는 것이 유리할 수 있으며, 본원에서 사용될 때 상기 용어는 펜던트(pendant) 음이온성 그룹을 갖는 고분자량 중합체를 지칭한다.
음이온성 중합체는 종종 카르복실산(-COOH) 잔기를 갖는다. 이들은 직접 중합체의 주쇄에 펜던트 형태로 있거나, 전형적으로는 알칼렌기, 특히 탄소가 몇개 되지 않는 알칼렌기에 펜던트 형태로 있을 수 있다. 낮은 pH가 아닌 수성 매질에서 이러한 카르복실 산 그룹은 이온화되어 중합체에 음전하를 공급한다.
음이온성 응집제로 적합한 음이온성 중합체는 중합 반응하여 카르복실산 그룹을 생성하기 쉬운 단량체성 단위로 전적으로 또는 필수적으로 구성되는 대신 비이온성 및 음이온성 작용기 둘다를 생성하는 단량체의 조합으로 구성된다. 비이온성 작용기를 생성하는 단량체는, 특히 극성을 띠는 경우, 자주 이온성 작용기와 동일한 응집성을 나타낸다. 이러한 이유로 종종 상기 단량체를 혼입하게 된다. 종종 사용되는 비이온성 단위는 (메트(meth)) 아크릴아미드이다.
비교적 고분자량인 음이온성 폴리아크릴아미드는 만족할만한 응집제이다. 그러한 음이온성 폴리아크릴아미드에는 (메트) 아크릴아미드와 (메트) 아크릴산의 조합물을 함유하고, 이중 (메트) 아크릴산은 중합 반응에서 (메트) 아크릴산 단량체를 혼입하는 방법, 중합 반응 후에 일부 (메트) 아크릴아미드 단위체를 가수분해 하는 방법, 또는 이들 두 가지 방법을 결합한 방법으로부터 유도될 수 있다.
중합체는 음이온성 전분의 구형 구조보다는 실질적으로 선형인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 광범위한 전하 밀도가 허용되지만, 중간 밀도가 바람직하다. 본 발명의 제품을 제조하는데 유용한 중합체는 중합체 1g당 약 0.2 내지 약 7 이상의 밀리당량, 보다 바람직하게는 약 2 내지 약 4의 밀리당량의 양이온 작용기를 함유한다.
본 발명에 따른 공정에 유용한 중합체는 분자량 약 500,000 이상, 바람직하게는 약 1,000,000 이상, 유리하게는 5,000,000 이상이다.
허용가능한 음이온성 다중전해질 중합체의 예로 레텐 235(상품명, RETEN 235)을 들 수 있는데, 이는 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르쿨레스 인코포레이티드(Hercules Inc.)의 제품으로서 고형 과립로 공급된다. 다른 허용가능한 음이온성 다중전해질은 코넥티컷주 스탬포드 소재의 시텍 인코포레이티드(Cytec, Inc.)의 제품인 아쿠락 62(상품명, Accurac 62) 및 아쿠락 171RS이다. 이들 제품 모두는 폴리아크릴아미드, 구체적으로는 아크릴아미드와 아크릴산의 공중합체이다.
제지용 섬유
모든 변종이 포함된 목재 펄프에는 일반적으로 본 발명에 사용되는 제지용 섬유가 포함되리라고 예상된다. 그러나, 면화 린터(linter), 바가세(bagasse), 레이온 등과 같은 다른 셀룰로오즈성 섬유 펄프도 사용될 수 있으며, 이중 어느 것도 제외되지는 않는다. 본원에 유용한 목재 펄프에는 예컨대, 분쇄 목재인 열-역학적 펄프(ThermoMechanical Pulp(TMP))와 화학-역학적 펄프(Chemi-ThermoMechanical Pulp(CTMP)와 같은 기계적인 펄프 외에도 설파이트 및 설페이트(간혹 크래프트(Kraft)라고 불리기도 함) 펄프와 같은 화학 펄프가 사용된다. 낙엽수와 침엽수 둘다로부터 유도된 펄프가 사용될 수 있다.
경질목재 펄프 및 연질목재 펄프 둘다 뿐만아니라 이의 조합물이 본 발명의 티슈 페이퍼의 제지용 섬유로 사용될 수 있다. 본원에 사용되는 '경질목재 펄프'란 용어는 낙엽수(속씨 식물)의 목재 물질로부터 유도된 섬유 펄프를 지칭하지만, '연질목재 펄프'는 침엽수(겉씨 식물)의 목재 물질로부터 유도된 섬유 펄프를 지칭한다. 경질목재 크래프트 펄프(특히, 유칼립투스)와 북방 연질목재 크래프트(NSK) 펄프의 블렌드가 본 발명의 티슈 웹을 제조하는데 적합하다. 본 발명의 바람직한 양태는 가장 바람직하게는 유칼립투스와 같은 경질목재 펄프가 외층을 이루고, 북방 연질목재 크래프트 펄프가 내층을 이루는 적층 티슈 웹을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 섬유 일부 또는 전부를 함유할 수 있는 재생 페이퍼에서 유도된 섬유도 본 발명에 적용할 수 있다.
제지용 섬유는 일차적으로 종래 기술에 적절히 기술된 통상적인 펄프 제조방법에 의해 각 섬유를 수성 슬러리내에 유리시킴으로써 제조된다. 이후, 필요한 경우에는 제지용 퍼니쉬의 선택된 부분을 정제한다. 이후에 미립 충전재를 흡착하는데 사용될 제지용 섬유의 수성 슬러리가 적어도 카나디안 스탠다드 프리니스(Canadian Standard Freeness)의 등가물 약 600㎖ 정도, 보다 바람직하게는 약 550㎖ 이하에서 정제된다면, 보유능 측면과 린트 감소 측면에서 이점이 있다고 알려져 있다.
다중 제지용 퍼니쉬를 사용하는 본 발명의 한 바람직한 양태에서, 미립 충전재에 접촉될 제지용 섬유를 함유하는 퍼니쉬는 주로 경질목재이며, 바람직하게는 약 80% 이상의 경질목재 함유량을 갖는다.
전분을 사용하여 미립 충전재를 티슈 페이퍼에 혼입하는 공정
하기에 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 포함하는 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 공급하는 본 발명의 제 1 양태가 상세히 설명되어 있다. 이 양태는 (a) 비셀룰로오즈성 미립 충전재의 수성 분산액을 전분의 수성 분산액과 접촉시키는 단계;
(b) 전분-접촉 충전재의 수성 분산액을 제지용 섬유와 혼합하여 제지용 섬유와 전분-접촉 충전재의 혼합물을 형성하는 단계;
(c) 제지용 섬유와 전분-접촉 충전재의 혼합물을 응집제와 접촉시켜 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 형성하는 단계를 포함한다.
미립 충전재를 전분과 접촉시키는 공정
선택된 미립 충전재는 우선 수성 슬러리에 분산시켜서 준비한다. 희석은 일반적으로 중합체 및 보유 보조제를 고형물 표면에 흡수시키고, 제조시 상기 시점에서 미립 충전재의 슬러리는 바람직하게는 약 10중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 1 내지 5중량%의 고형물 함량을 갖는 것이 바람직하다.
유사하게, 전분은 미립 충전재와 접촉되기 전에 물에 적절히 분산되는 것이 바람직하다. 상기 단계에 사용된 미가공 전분은 다양한 유형일 수 있다. 비셀룰로오즈성 미립 충전재의 현탁액에서 제한된 수용해도를 갖는 전분이 바람직하다. 전술한 바와 같은 양이온성 전분이 가장 바람직하다.
본 발명의 상기 양태에 사용된 전분은 과립 형태, 젤라틴화 이전의 과립 형태 또는 분산된 형태일 수 있다. 분산된 형태는 사용 용이함의 측면에서는 바람직하지만, 미가공 전분도 어떤 형태로 존재하는가에 관계없이 사용될 수 있다. 미가공 전분이 젤라틴화 이전의 과립 형태인 경우, 사용 전에 냉수에 분산하기만 하면 되지만, 이 때 분산액을 형성하는 중에 겔-블록킹(gel-block)하려는 경향을 극복하는 장치를 사용하는데 있어서 주의를 기울이어야 한다. 유리제(eductors)로 알려져 있는 적합한 분산제가 이 분야에서는 공지되어 있다. 만약 전분이 과립 형태로 존재하고 젤라틴화 이전의 형태로 존재한 적이 없다면, 전분을 소성시켜(cook) 과립의 팽윤을 유도할 필요가 있다. 바람직하게는, 이러한 전분 과립은 소성에 의해 전분 과립이 분산되는 직전까지 팽윤된다. 이와 같이 고 팽윤된 전분 과립은 '완전히 소성되었다'라고 말할 수 있을 것이다. 일반적인 분산 조건은 전분 과립의 크기, 과립의 결정성 정도, 아밀로즈 함유량에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면 완전히 처리된 아미오카 전분은 약 30 분 내지 40 분간 약 190℉(약 88℃)에서 전분 과립의 농도가 약 4%인 수성 슬러리를 가열함으로써 제조될 수 있다.
전분이 물에 적절히 분산된 후, 사용하기에 적절한 농도로 희석시키기만 하면 된다. 희석액은 고형물 약 0.1% 내지 10%가 되도록 하는 것이 바람직하다. 고형물 약 1%인 희석액이 가장 바람직하다.
미립 충전재 및 전분 둘다가 상기 조건에 이르면, 2개의 분산액을 혼합할 수 있다. 양이온성 전분과 음이온성 충전재를 사용하는 경우 이 둘간의 반응은 비교적 빠르고, 상기 두 물질을 완전히 혼합하는데 필요한 최소 시간은 상기 물질 간의 반응이 일어나게 하기에 충분한 시간이다.
전분은 미립 충전재의 중량을 기준으로하여 바람직하게는 약 0.1중량% 내지 약 5중량%, 가장 바람직하게는 약 0.25중량% 내지 0.75중량% 첨가된다.
이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 양이온성 전분은 충전재 표면에 음이온 부위에 대한 인력이 있기 때문에 초기에 물에 용해성인 양이온성 전분이 충전재의 존재하에서는 불용성인 것으로 보인다. 이로 인해 충전재는 부시(bushy) 전분 분자로 덮여지게 되어 보다 많은 충전재 입자를 끌어당기는 표면을 제공하게 되고, 그 결과 충전재 응집체가 형성된다. 전분의 전하 특성이 응집체의 형성을 돕는데 중요한 반면에, 전분의 본질적인 특성은 전적으로 전하 특성에 의존하기 보다는 전분 분자의 크기 및 형상에 관련된 것으로 알려진다. 예를 들면, 양이온성 전분의 합성 선형 다중전해질과 같은 전하 바이어싱(biasing) 화합물 종을 치환하면 나쁜 결과가 나타날 것이다.
전분 및 충전재와 제지용 섬유의 혼합공정
희석액이 일반적으로 중합체 및 보유 보조제의 흡수에 유리하므로, 본 제조 시점에서 제지용 섬유의 슬러리는 고형물 약 3 내지 5중량%인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용된 제조방법에서, 통상적인 리펄퍼(repulper)에서 상기 제조방법을 사용하여 수성 슬러리를 형성시킴으로써 제지용 섬유를 제조하는 것만이 필요하다. 상기 형태에서, 섬유를 물에 약 15% 미만, 보다 바람직하게는 약 3% 내지 5%가 되게 슬러리화시키는 것이 가장 편리하다.
제지용 섬유의 수성 슬러리를 형성한 후, 이들은 통상적인 일괄처리 또는 연속처리 공정에 의해 미리 형성된 전분과 미립 충전재가 합쳐진 조성물과 혼합될 수 있다.
이 때, 생성된 제지용 수성 퍼니쉬를 양이온성 응집제와 접촉하도록 준비한다.
응집제와 제지용 수성 퍼니쉬의 접촉공정
응집제
본원에 사용되는 '응집제'라는 용어는 제지 공정동안 웹에 미세 퍼니쉬 고형물이 보유되는 정도를 증가시키는데 사용되는 첨가제를 지칭하는데 사용된다. 미세 고형물의 보유도가 충분하지 않으면, 공정 유출액으로 유실되거나 재순환하는 담수 루프에서 지나치게 고 농도로 축적되어서, 침착물 누적 및 배수 불량을 비롯한 제조 곤란함을 야기시킨다. 본원에서 참고문헌으로 인용된 윌리 인터사이언스 출판사(A Wiley Interscience Publication)의 언베핸드(J. E. Unbehend) 및 브리티(K. W. Britt)의 문헌[Chapter 17 entitled 'Retention Chemistry' of 'Pulp and Paper, Chemistry and Chemical Technology', 3rd ed. Vol. 3.]은 중합체성 보유 보조제가 작용하는 유형 및 메카니즘의 필수적인 이해를 제공한다. 응집제는 일반적으로 브리징 메카니즘에 의해 부유하는 입자들을 응집시킨다. 특정 다가 양이온은 통상적인 응집제로 간주되지만, 대체로 이들 양이온은 중합체 쇄를 따라 많은 전하를 갖는 우수한 중합체로 대체된다.
본 발명의 양태는 양이온성 또는 음이온성 또는 이 둘이 합쳐진 다수의 전하를 갖는 응집제 화합물 종을 응집제로서 사용하여, 수성 현탁액중의 하전된 입자들을 함께 가교시킬 수 있다. 제지 분야에서 전단 단계는 응집제에 의해 형성된 플록(floc)을 파괴하므로, 제지용 수성 슬러리가 가능한한 많은 전단 단계를 거친 후 응집제를 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되도록 허용되는 유형의 응집제는 상기 물질인 '음이온성 다중전해질 중합체'이다. 본 발명에서 사용하기에 더 더욱 바람직한 유형의 응집제는 '양이온성 다중전해질 중합체'이며, 상기 용어는 본원에서 사용될 때 펜던트형 양이온성 그룹을 갖는 고분자량 중합체를 지칭한다.
본원에서 사용되는 '양이온성 응집제'란 용어는 일반적으로 하나 이상의 에틸렌성 불포화 단량체, 일반적으로 아크릴성 단량체가 공중합되어 생성되는 다중전해질 종류(양이온성 단량체로 이루어지거나 양이온성 단량체를 포함한다)를 지칭한다.적합한 양이온성 단량체는 산염 또는 4급 암모늄염과 같은 디알킬 아미노 알킬-(메트) 아크릴레이트 또는 -(메트) 아크릴아미드이다. 적합한 알킬기는 디알킬아미노에틸(메트) 아크릴레이트, 디알킬아미노에틸(메트) 아크릴아미드 및 디알킬아미노메틸(메트) 아크릴아미드 및 디알킬아미노-1,3-프로필(메트) 아크릴아미드를 포함한다. 이들 양이온성 단량체는 바람직하게는 비이온성 단량체, 바람직하게는 아크릴아미드와 공중합된다. 다른 적합한 중합체는 폴리에틸렌 이민; 폴리아미드 에피클로로하이드린 중합체; 및 디알릴 디메틸 암모늄클로라이드와 같은 단량체의 단독중합체 또는 상기 단량체와 대체로는 아크릴아미드와의 공중합체이다.
바람직하게 응집제는 예를들면 양이온화된 전분의 구형 구조에 비해 실질적으로 선형인 중합체이다.
광범위한 전하밀도가 바람직하지만, 중간 밀도가 바람직하다. 본 발명의 제품을 제조하는데 유용한 중합체는 중합체 1g당 약 0.2 내지 2.5밀리당량, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 1.5밀리당량의 양이온성 작용기를 포함한다.
본 발명에 따른 티슈 제품을 제조하는데 유용한 중합체는 분자량 약 500,000 이상, 바람직하게는 약 1,000,000 이상, 유리하게는 5,000,000 이상을 가져야 한다.
허용가능한 물질의 예는 레텐 1232(상품명, RETEN 1232) 및 마이크로폼 2321(상품명, Microform 2321)(이들 둘다는 유화 중합된 양이온성 폴리아크릴아미드이다) 및 레텐 157(고형 과립로서 공급됨)이며, 이들 모두는 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드의 제품이다. 다른 허용가능한 양이온성 응집제는 코넥티컷주 스탬포드 소재의 시텍 인코포레이티드의 제품인 아큐락 91이다.
수성 퍼니쉬와 응집제의 접촉공정
응집제는 제지용 섬유와 전분-처리된 미립 충전재 조성물의 혼합물을 포함하는 제지용 수성 퍼니쉬에 첨가된다. 이는 제지 공정의 원료 제조 시스템의 접근 흐름의 임의의 적합한 시점에서 첨가될 수 있다. 특히 바람직하게는 공정으로부터 복귀된 재순환된 기계수(machine water)에 의해 최종 희석이 이루어지는 팬펌프 이후에 양이온성 응집제를 첨가하는 것이 특히 바람직하다. 전단 단계가 응집제에 의해 형성된 가교결합을 파괴하므로, 가능한한 많은 전단 단계를 수성 제지용 슬러리에 적용시킨 후 응집제를 첨가하는 것이 바람직하다.
팬 펌프에서 이루어지는 희석에 의해 농도는 고형물 약 0.5% 미만, 가장 바람직하게는 약 0.05% 내지 0.2%로 감소되는 것이 바람직하다.
응집제는 수성 분산액으로서 공급된다. 응집제가 비교적 고분자량이기 때문에 수성 분산액의 고형물 함량은 낮아야 한다. 바람직하게는 양이온성 응집제의 수성 분산액의 고형물 함량은 약 0.3% 미만이다.
본 발명을 위해 선택된 중합체가 음이온성 유형 또는 양이온성 유형인지에 상관없이, 이들은 필적할만한 농도 및 총사용률로 수용액으로 공급될 것이다. 바람직하게는 이들 중합체의 농도는 제지용 수성 퍼니쉬와 접촉시키기 전에 고형물 약 0.3% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.1% 미만이다. 당해 분야의 숙련자는 이들 중합체의 바람직한 사용률은 매우 다양함을 인식할 것이다. 중합체의 건조 중량 및 티슈 페이퍼의 마무리처리된 건조 중량을 기준으로하여 중합체 약 0.005% 정도의 양이 유용한 결과를 가져올 것이지만, 보통 사용률은 본 발명의 목적에 있어서 이들 물질을 적용하여 통상적으로 수행될 때보다 더 높아질 것으로 예상된다. 약 0.5% 정도로 많은 양이 사용될 수 있지만 보통 약 0.1%가 가장 적합하다.
본 발명에서, 다수의 제지용 수성 슬러리를 이용할 수 있으며, 이중 하나 이상의 슬러리가 본 발명에 따른 미립 섬유를 흡착시키는데 사용될 수 있다. 제지 공정에서 제지용 섬유의 하나 이상의 수성 슬러리는 팬 펌프에 이르기 전에 미립 충전재를 비교적 함유하지 않도록 유지되더라도, 이러한 슬러리의 팬 펌프 단계 이후에 응집제를 첨가하는 것이 바람직하다. 이는 다공성 스크린 상의 이전 통과에서 보유되지 못한 충전재 응집체를, 팬 펌프에 사용된 재순환된 물이 함유하기 때문이다. 다수의 묽은 섬유 슬러리가 크레이프 제지 공정에 사용될 때, 양이온성 또는 음이온성 응집제 유동물이 모든 묽은 섬유 슬러리에 첨가되는 것이 바람직하고, 이는 각각의 묽은 섬유 슬러리의 제지용 수성 퍼니쉬내의 고형 유동물과의 비율과 유사하게 되는 방식으로 첨가되어야 한다.
제지용 수성 퍼니쉬의 제조방법을 도 2와 도 3을 참조하여 더 고찰해볼 수 있는데, 도 2는 전분을 기재로 한 본 발명의 양태에 따른 제품을 생산하는 제지 조작에 사용되는 제지용 수성 퍼니쉬의 제조예를 도시한 개략도이며, 도 3은 음이온성 응집제를 기재로 한 본 발명에 다른 양태에 따른 제품을 생산하는 제지 조작에 사용되는 제지용 수성 퍼니쉬의 제조를 도시한 개략도이다. 도 2를 참조하여 하기에 설명한다.
저장 용기(1)는 비교적 긴 제지용 섬유의 수성 슬러리의 공정을 개시하기 위하여 제공된다. 슬러리는 펌프(2), 및 선택적으로는 정제기(3)를 통해 수송되어 긴 제지용 섬유의 강도를 완전히 상승시킨다. 마무리처리된 생성물의 필요에 따라, 부가 파이프(4)는 수지를 제공하여 습윤강도 또는 건조강도를 제공한다. 이후, 슬러리는 믹서(5)에서 더 컨디셔닝되어 수지의 흡수를 돕는다. 이후, 적합하게 컨디셔닝된 슬러리는 팬 펌프(6)에서 담수(7)로 희석되어 긴 제지용 섬유의 묽은 슬러리(15)를 형성한다. 파이프(20)는 슬러리(15)에 양이온성 응집제를 첨가하여 응집된 긴 섬유로 된 슬러리(22)를 생성한다.
역시 도 2를 참조하면, 저장 용기(8)는 미립 충전재 슬러리의 저장소이다. 부가 파이프(9)는 양이온성 전분 첨가제의 수성 분산액을 수송한다. 펌프(10)는 미립 슬러리를 수송할 뿐만 아니라 전분 분산액을 제공한다. 슬러리는 믹서(12)에서 컨디셔닝되어 부가물의 흡수를 돕는다. 생성된 슬러리(13)는 정제된 짧은 섬유 제지용 섬유의 수성 분산액과 혼합되는 곳으로 수송된다.
역시 도 2를 참조하면, 짧은 제지용 섬유 슬러리는 저장소(11)로부터 생성되며, 펌프(14)에 의해 파이프(49)를 거쳐 정제기(14)를 통과하여 수송되고, 여기서 짧은 제지용 섬유 슬러리는 짧은 제지용 섬유(16)의 정제된 슬러리가 된다. 미립 충전재(13)의 컨디셔닝된 슬러리와 혼합한 후, 짧은 섬유를 기재로 한 제지용 수성 슬러리(17)가 된다. 담수(7)는 슬러리가 묽은 제지용 수성 슬러리가 되는 곳에서 팬 펌프(18)내의 슬러리(17)와 혼합된다. 파이프(21)는 양이온성 응집제를 슬러리(19)로 이동시키며, 이후 슬러리는 응집된 제지용 수성 슬러리(23)가 된다.
바람직하게는, 응집된 짧은 섬유를 기재로 한 제지용 수성 슬러리(23)는 도 1에 도시된 제지 공정으로 이동되고, 거의 비슷한 2개의 스트림으로 나뉘어진 후 강하고, 부드럽고, 저 더스팅의 충전된 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼(71)가 와이어측 층(73)과 비와이어측 층(72) 사이에서 전개되면서 최종적으로는 헤드박스 챔버(81) 및 (83)내로 이동된다. 유사하게, 도 2를 참조하면, 바람직하게는 응집된 수성 제지용 긴 섬유 슬러리(22)는 강하고, 부드럽고, 저 더스팅의 충전된 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼(71)의 중심층(74)으로 전개되면서 최종적으로는 도 1의 헤드박스 챔버(82)내로 이동한다.
음이온성 다중전해질 중합체를 사용한 티슈 페이퍼내로 미립 충전재를 혼입하는 공정
하기는 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 포함하는 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 제공하는 본 발명의 제 2 양태를 설명한다. 본 양태는 (a) 비 셀룰로오즈성 미립 충전재의 수성 분산액을 음이온성 다중전해질 중합체의 수성 분산액과 접촉시키는 단계;
(b) 음이온성 다중전해질 중합체-접촉 충전재의 수성 분산액을 제지용 섬유와 혼합하여서, 제지용 섬유와 중합체-접촉 충전재의 혼합물을 형성하는 단계; 및
(c) 제지용 섬유와 중합체-접촉 충전재의 혼합물을 양이온성 보유 보조제를 접촉시켜 제지용 퍼니쉬의 상기 수성의 수성 현탁액을 형성하는 단계를 포함한다.
미립 충전재와 음이온성 다중전해질 중합체의 접촉공정
본 발명에서 사용하기에 바람직한 비셀룰로오즈성 미립 충전재 및 음이온성 다중전해질 중합체의 특징은 상기에 충분하게 전술되었다.
미립 충전재를 음이온성 다중전해질 중합체와 접촉시키기 위해서는 먼저 충전재를 수성 분산액에 제공한다. 상기 분산액의 농도는 이용가능한 펌핑 및 수송수단으로 편의상 가능한한 높게 조작되는 것이 바람직하다. 보통 WW 필 슬러리와 같은 미립 충전재의 슬러리 70 중량%가 제공된다.
이어, 상기 슬러리는 일괄 혼합 탱크내에서 또는 예를 들면 인-라인(in-line) 믹서에 의해 연속적으로 음이온성 다중전해질과 접촉된다.
음이온성 다중전해질 중합체의 바람직한 사용률은 광범위하게 변할 수 있다. 미립 충전재의 건조 중량을 기준으로하여 중합체 약 0.05중량% 정도로 낮은 양도 유용한 결과를 가져올 수 있지만, 보통 최적의 사용률은 더 높아질 것으로 기대된다. 미립 충전재의 건조 중량을 기준으로하여 중합체 약 2중량% 정도로 많은 양이 사용될 수 있지만 보통 약 0.2% 내지 약 1%가 가장 적합하다.
음이온성 다중전해질 및 충전재와 제지용 섬유의 혼합공정
본 발명에서 사용된 제조방법에서, 통상적인 리펄퍼에서 상기 물질을 사용하여 수성 슬러리를 형성시킴으로써 제지용 섬유를 제조하는 것만이 필요하다. 상기 형태에서, 섬유는 물에 약 15% 미만, 보다 바람직하게는 약 3% 내지 약 5%로 슬러리화시키는 것이 가장 편리하다.
제지용 섬유의 수성 슬러리를 형성한 후, 이들은 통상적인 일괄처리 또는 연속처리에 의해, 이미 형성된 미립 충전재 조성물과 접촉된 음이온성 다중전해질 중합체와 혼합될 수 있다.
이로써, 생성된 제지용 수성 퍼니쉬는 양이온성 보유 보조제와 접촉하도록 준비된다.
제지용 수성 퍼니쉬와 양이온성 보유 보조제의 접촉공정
양이온성 보유 보조제
본원에서 사용된 '양이온성 보유 보조제'라는 용어는 본 발명의 음이온성 다중전해질과 이온 쌍을 형성할 수 있는 다수의 양이온성 전하를 포함하여서 수 용해도를 낮추는 임의의 첨가제를 지칭한다.
적합한 물질의 예가 많이 있다.
특정 다가 양이온, 특히 알룸으로부터 비롯된 알루미늄이 적합하지만, 보다 바람직하게는 중합체 쇄를 따라 많은 전하를 갖는 중합체이다. 합성에 의해 제조된 적합한 중합체 종은 양이온성 단량체로 이루어지거나 이를 포함하는 하나 이상의 에틸렌성 불포화 단량체, 일반적으로 아크릴성 단량체의 공중합으로부터 생성된다.
적합한 양이온성 단량체는 산염 또는 4급 암모늄염과 같은 디알킬 아미노 알킬-(메트) 아크릴레이트 또는 -(메트) 아크릴아미드이다. 적합한 알킬기는 디알킬아미노에틸(메트) 아크릴레이트, 디알킬아미노에틸(메트) 아크릴아미드 및 디알킬아미노메틸(메트) 아크릴아미드 및 디알킬아미노-1,3-프로필(메트) 아크릴아미드를 포함한다. 이들 양이온성 단량체는 비이온성 단량체, 바람직하게는 아크릴아미드와 공중합되는 것이 바람직하다. 다른 적합한 중합체는 폴리에틸렌 이민, 폴리아미드 에피클로로하이드린 중합체, 및 디알릴 디메틸 암모늄클로라이드와 같은 단량체의 단독중합체, 또는 상기 단량체와 대체로는 아크릴아미드와의 공중합체이다.
바람직하게는 분자량 약 500,000 이하, 보다 바람직하게는 약 200,000 이하 또는 약 100,000 정도인 비교적 저분자량 양이온성 합성 중합체가 바람직하다. 이러한 저분자량 양이온성 합성 중합체의 전하 밀도는 비교적 높다. 이들 전하 밀도는 중합체의 1 킬로그램당 양이온성 질소의 약 4 내지 약 8 당량의 범위이다. 하나의 적합한 물질은 코넥티컷주 스탬포드 소재의 시텍 인코포레이티드의 제품인 시프로 514(Cypro 514)이다.
본 발명에서 사용하기에 가장 바람직한 양이온성 보유 보조제는 양이온성 전분이다. 바람직하게 본 발명은 티슈 페이퍼의 중량을 기준으로하여 약 0.05중량% 내지 약 2 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.2중량% 내지 약 1 중량%로 첨가된 양이온성 전분을 이용한다. 양이온성 전분은 상기에 충분하게 전술되었다.
수성 퍼니쉬와 양이온성 보유 보조제의 접촉공정
양이온성 보유 보조제는 제지용 섬유와 음이온성 다중전해질 중합체-접촉 미립 충전재 조성물의 혼합물로 구성된 제지용 수성 퍼니쉬에 첨가된다. 양이온성 보유 보조제, 바람직하게는 양이온성 전분은 제지 공정의 원료 제조 시스템의 접근 유동시에 적합한 시점에서 첨가될 수 있다. 공정으로부터 복귀된 재순환된 기계수를 사용한 최종 희석이 이루어지는 팬펌프 이전에 양이온성 보유 보조제를 첨가하는 것이 특히 바람직하다. 희석으로 인해 효과가 늦게 나타나는 것뿐만 아니라, 기계수는 보유 보조제를 우선적으로 끌어당길 수 있고 그의 효과를 저하시키는 다량의 미세 물질을 함유한다. 양이온성 보유 보조제의 첨가 시점에서의 제지용 수성 퍼니쉬의 농도는 바람직하게는 약 1% 이상 및 가장 바람직하게는 약 3% 이상이다.
양이온성 보유 보조제는 수성 분산액으로서 공급된다. 바람직하게는 양이온성 보유 보조제의 수성 분산액의 고형물 함량은 약 10% 미만이다. 보다 바람직하게는 약 0.1% 내지 약 2%일 것이다.
하기는 도 3을 참조하여 설명한다.
저장 용기(24)는 비교적 긴 제지용 섬유의 수성 슬러리를 수송하기 위하여 제공된다. 슬러리는 펌프(25) 및 선택적으로는 정제기(26)를 통해 수송되어 제지용 긴 섬유의 강도를 충분히 상승시킨다. 부가 파이프(27)는 수지를 수송하여서, 마무리처리된 제품에 요구되는 습윤강도 또는 건조강도를 제공한다. 이후, 슬러리는 믹서(28)에서 추가로 컨디셔닝되어 수지의 흡수를 돕는다. 이후, 적합하게 컨디셔닝된 슬러리를 팬 펌프(30)에서 담수(29)로 희석하여 묽은 제지용 긴 섬유 슬러리(31)를 형성한다. 선택적으로, 파이프(32)는 슬러리(31)와 혼합될 응집제를 수송하여, 응집된 긴 섬유의 수성 제지용 슬러리(33)를 형성한다.
역시 도 3을 참조하면, 저장 용기(34)는 미립 충전재 슬러리의 저장소이다. 부가 파이프(35)는 음이온성 다중전해질 중합체의 수성 분산액을 수송한다. 펌프(36)는 중합체의 분산액을 제공할 뿐만 아니라 미립자 슬러리를 수송한다. 슬러리는 믹서(37)에서 컨디셔닝되어 부가물의 흡수를 돕는다. 생성된 슬러리(38)는 짧은 섬유 제지용 섬유의 수성 분산액과 혼합되는 곳으로 수송된다.
역시 도 3을 참조하면, 짧은 제지용 섬유 슬러리는 저장소(39)에서 생성되어, 이로부터 펌프(40)에 의해 파이프(48)를 통해, 컨디셔닝된 미립 충전재 슬러리(38)와 혼합되는 곳까지 수송되어서, 짧은 섬유를 기재로 한 제지용 수성 슬러리(41)로 된다. 파이프(46)은 인-라인 믹서(50)에 의해 슬러리(41)와 혼합되는 양이온성 전분의 수성 분산액을 수송하여 응집된 슬러리(47)을 형성한다. 담수(29)는 응집된 슬러리내로 이동되어 팬펌프(42)에서 혼합되어서 응집된 짧은 섬유를 기재로 한 묽은 제지용 수성 슬러리(43)가 된다. 선택적으로, 파이프(44)는 응집제를 추가로 수송하여 묽은 슬러리(43)의 응집 수준을 증가시켜서 슬러리(45)를 형성한다.
바람직하게는, 도 3으로부터 짧은 제지용 섬유 슬러리(45)는 도 1에 도시된 바람직한 제지 공정으로 이동되고, 거의 동일한 2개의 스트림으로 나뉘어진 후 강하고, 부드럽고, 더스팅이 낮은, 충전된 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼(71)로 이루어진 와이어측 층(73)과 비와이어측 층(72) 내로 전개되면서, 최종적으로는 헤드박스 챔버(81) 및 (83)내로 이동된다. 마찬가지로 도 3에서, 바람직하게는 긴 제지용 섬유 슬러리(22)는 강하고, 부드럽고, 더스팅이 낮은, 충전된 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼(71)의 중심층(74)내로 전개되면서 최종적으로는 도 1의 헤드박스 챔버(82)내로 전해진다.
부가적인 퍼니쉬
본 발명의 양태에서, 바람직하게는 다수의 제지용 퍼니쉬가 제공된다. 이 경우, 사용된 제지용 섬유는 경질목재 유형, 바람직하게는 경질목재 약 80% 이상인 미립 충전재와 접촉되는 것이 바람직하다. 이러한 측면에서, 바람직하게는 보다 길고 거친 섬유로 주로 이루어진, 바람직하게는 연질목재 80% 이상으로 된 하나 이상의 부가적인 퍼니쉬가 제공된다. 바람직하게는 연질목재 유형인 퍼니쉬는 미립 충전재를 비교적 함유하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 가장 바람직한 양태에서, 이들 퍼니쉬는 페이퍼 형성 공정을 거쳐 분리된 층으로 유지되도록 다공성 제지 덮개상으로 배출된다. 특히 바람직한 하나의 양태는 미립 충전재와 접촉된 제지용 섬유를 다층 티슈 페이퍼 패브릭(여기서는 3개 층이 제공된다)으로 분리하는 것이다. 3개 층은 미립 충전재를 비교적 포함하지 않은 퍼니쉬로 형성된 하나의 내층을 둘러싸고 있는 미립 충전재와 접촉된 제지용 섬유 주변로 형성된 2개의 외층을 포함한다.
선택적 화학 첨가제
선택된 미립 충전재의 화학성과 양립할 수 있고, 본 발명의 연성, 강도 또는 저 더스팅 특징에 크게 악영향을 미치지 않는 다른 물질을 수성 제지용 퍼니쉬 또는 초기 웹에 첨가하여서, 제품에 다른 특성을 부여하거나 또는 제지 공정을 개선시킬 수 있다. 하기 물질이 명시되어 있으나, 포함되는 모든 물질을 언급한 것은 아니다. 본 발명의 이점을 경감시키거나 이에 역행하지 않는 그 밖의 물질도 포함될 수 있다.
통상, 양이온 전하 바이어싱 화합물을 제지 공정에 첨가하여, 수성 제지용 퍼니쉬가 제지 공정에 운반될 때 수성 제지용 퍼니쉬의 제타(zeta) 전위를 조절하고 있다. 이들 재료는 셀룰로오즈성 섬유, 미세 입자 및 대부분의 무기 충전재의 표면을 비롯한 고형물 대부분이 음(-)의 표면 전하 특징을 갖기 때문에 사용된다. 당해 분야의 숙련자는 양이온성 전하 바이어싱 종이 고형물을 부분적으로 중화하여, 전술한 양이온 전분 및 양이온 다중전해질과 같은 양이온 응집제에 의한 고형물 응집을 보다 용이하게 하므로 바람직하다고 생각하고 있다. 통상적으로 사용되는 양이온 전하 바이어스 종의 하나로서 알룸이 있다. 보다 최근 기술 분야에서는 비교적 저분자량, 바람직하게는 약 500,000 이하이며, 보다 바람직하게는 약 200,000 이하, 또는 약 100,000 이하의 양이온 합성 중합체를 사용하여 전하 바이어싱을 실시한다. 이러한 저분자량의 양이온 합성 중합체의 전하 밀도는 비교적 높다. 이들 전하 밀도는 중합체 1Kg당 약 4 내지 약 8당량의 양이온 질소를 갖는다. 하나의 적합한 물질은 코넥티컷주 스탬포드 소재의 시텍 인코포레이티드로부터 시판중인 시프로 514(Cypro 514)가 있다. 상기 물질을 사용함은 명백히 본 발명의 실시 범위내에 있다. 그러나, 상기 물질의 적용시에는 주의를 기울여야 한다. 소량의 상기 시약은 보다 큰 분자의 응집제에 접근 불가능한 음이온 중심부를 중화시켜, 입자 반발력을 감소시킴으로써 실제로 보유능을 향상시킬 수 있으나, 상기 물질은 음이온 결합 부위를 놓고 양이온성 응집제와 경쟁할 수 있기 때문에, 음이온 부위가 제한되었을 때에는 보유능에 부정적인 영향을 줌으로써 실제로는 의도한 바와 정반대의 효과를 가질 수 있음이 널리 공지되어 있다.
형성성, 배수, 강도 및 보유능을 개선시킬 목적으로 고 표면 영역 및 고 음이온 전하 미립자를 사용하는 것이 상세히 교시되어 있다. 예를 들면, 본원에 참고로 인용된, 1993년 6월 22일자로 스미스(Smith)에게 허여된 미국 특허 제 5,221,435 호를 참고한다. 이를 위한 통상적인 물질은 실리카 콜로이드 또는 벤토나이트 점토이다. 이러한 물질의 혼입은 명백히 본 발명의 범주에 포함된다.
영구적 습윤 강도를 원하는 경우, 예를 들면, 폴리아미드-에피클로로하이드린, 폴리아크릴아미드, 스티렌-부타디엔 라텍스, 불용화된 폴리비닐 알콜, 우레아-포름알데히드, 폴리에틸렌이민, 키토산 중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 화합물 군을 제지용 퍼니쉬 또는 초기 웹에 첨가할 수 있다. 폴리아미드-에피클로로하이드린 수지는 특정한 용도를 갖는 것으로 알려진 양이온성 습윤 강도 수지이다. 이러한 수지의 적절한 유형이 1972년 10월 24일자로 허여된 미국 특허 제 3,700,623 호 및 1973년 11월 13일자로 허여된 미국 특허 제 3,772,076 호에 개시되어 있고, 이들 특허는 모두 카임(Keim)에게 허여되었으며 본원에 참고로 인용된다. 시판되는 유용한 폴리아미드-에피클로로하이드린 수지중 하나는 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드에서 키멘 557H(Kymene 557H)이라는 상표로 시판되는 수지이다.
다수의 크레이프 페이퍼 제품은 이를 변기를 거쳐 오수 또는 하수 시설로 처리되어야 하므로 습윤시 제한된 강도를 가져야 한다. 이들 제품에 특정 습윤 강도가 제공되는 경우, 수분에 젖은 상태에서 상기 제품의 일부 또는 전체가 분해되는 것을 특징으로 하는 일시적 습윤 강도인 것이 바람직하다. 일시적 습윤 강도를 원하는 경우, 디알데히드 전분, 또는 내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니(National Starch and Chemical Company)로부터 시판중인 코-본드 1000(Co-Bond 1000), 코넥티컷주 스탬포드 소재의 시텍으로부터 시판중인 파레즈 750(Parez 750), 및 본원에 참고로 인용되고 1991년 1월 1일자로 브조르크퀴스트(Bjorkquist)에게 허여된 미국 특허 제 4,981,557 호에 개시된 수지와 같이 알데히드 작용기를 갖는 그 밖의 수지로 이루어진 군으로부터 결합제 물질을 선택할 수 있다.
흡수성 보강이 필요한 경우, 본 발명의 티슈 페이퍼 웹을 처리하기 위해 계면활성제를 사용할 수 있다. 계면활성제를 사용할 경우, 이 계면활성제의 수준은 바람직하게는 티슈 페이퍼의 건조 섬유 중량을 기준으로 약 0.01중량% 내지 약 2.0중량%이다. 이 계면활성제는 바람직하게는 8개 이상의 탄소 원자의 알킬 쇄를 갖는다. 음이온 계면활성제의 예로는 선형 알킬 설포네이트 및 알킬벤젠 설포네이트가 있다. 비이온성 계면활성제의 예로는, 뉴욕주 뉴욕 소재의 크로다 인코포레이티드(Croda Inc.)로부터 시판중인 크로데스타 SL-40(Crodesta SL-40)와 같은 알킬글리코사이드 에스테르; 1977년 3월 8일자로 랑돈(W.K. Langdon) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,011,389 호에 개시된 바와 같은 알킬글리코사이드 에테르; 및 코넥티컷주 그리니치 소재의 글리코 케미칼스, 인코포레이티드(Glyco Chemicals, Inc.)로부터 시판중인 페고스페르세 200 ML(Pegosperse 200 ML); 및 뉴저지주 크랜버리 소재의 롱프랑 코포레이션(Rhone Poulenc Corporation)으로부터 시판중인 이게팔 RC-520(IGEPAL RC-520)과 같은 알킬폴리에톡실화된 에스테르를 포함하는 알킬글리코사이드가 있다.
구체적으로 화학적 연화제가 선택적 성분으로 명백히 포함된다. 허용가능한 화학적 연화제로는 디탈로우디메틸암모늄 클로라이드, 디탈로우디메틸암모늄 메틸 설페이트, 디(수소화된) 탈로우 디메틸 암모늄 클로라이드와 같은 잘 알려진 디알킬디메틸암모늄염이 포함되며, 그중 디(수소화) 탈로우 디메틸 암모늄 메틸 설페이트가 바람직하다. 이러한 특정 물질은 오하이주 더블린 소재의 위트코 케미칼 캄파니 인코포레이티드(Witco Chemical Company, Inc.)에서 바리소프트 137(상품명, Varisoft 137)로 시판되고 있다. 4급 암모늄 화합물의 모노- 및 디-에스테르 생분해성 변종이 또한 사용가능하며, 4급 암모늄 화합물도 본 발명의 범주 내에 있다.
이상 열거한 임의의 화학 첨가제는 단순히 설명만을 위한 것으로, 본 발명의 범주를 한정하기 위한 것이 아니다.
크레이프 처리되지 않은 티슈 제지공정
도 1A는 강하고, 부드럽고, 저 더스팅의 충전된 크레이프 티슈 페이퍼를 제조하는 크레이프 제지공정을 예시하는 개략도이다. 바람직한 양태를 도 1A를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1A는 본 발명에 따른 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼 웹을 제조하는 바람직한 제지 장치의 측면도이다. 도 1A에서, 제지기계는 상부 챔버(81), 중간 챔버(82) 및 기저 챔버(83)를 구비하는 층상 헤드박스(80); 슬라이스 루우프(84); 및 브리스트 롤(88) 및 복수개의 터닝 롤(도시는 하였지만 간략화를 위해 도면번호를 첨부하지 않음)을 중심으로 순환되는 다공성 성형 패브릭(즉, 포드리니어 와이어)(85)을 포함한다. 작동시, 제 1 제지 퍼니쉬는 상부 챔버(81)를 통해 펌핑되며, 제 2 제지 퍼니쉬는 중앙 챔버(82)를 통해 펌핑되는 동시에, 제 3 퍼니쉬는 기저 챔버(83)를 통해 펌핑되어, 포드리니어 와이어(85)의 위아래에서 슬라이스 루우프(84)로부터 배출되어, 다층 초기 웹(98)을 형성한다. 탈수는 포드리니어 와이어(85)를 통해 발생하며, 설명의 편의상 도시하지 않는 검출기 또는 진공 박스에 의해 도움을 받을 수 있다. 포드리니어 와이어는 순환되기 때문에, 브리스트 롤(88)을 또 다시 통과하기 전에 도시되지 않은 샤워기에 의해 세척된다. 포드리니어 와이어(85)에 의해 지지된 초기 웹은 진공 이동 박스(87)의 작용에 의해 다공성 이동(즉, 캐리어) 패브릭(86)로 이동된다. 그러므로, 캐리어 패브릭(86)은 포드리니어 와이어(85)보다 더 느리게 이동한다. 캐리어 패브릭(86)의 목적은 포드리니어 와이어(85)상에 지지되어 있는 초기 웹(98)의 길이를 단축시키는 것이다. 캐리어 패브릭(86)의 또 다른 목적은 송풍 통기-건조 패브릭(90)으로 초기 웹을 수송하는 것이다. 이러한 이동중에, 초기 웹은 도시되지 않은 진공 박스에 의해 임의로 추가 탈수될 수 있다. 캐리어 패브릭(86)의 통로는 간략화를 위해 참조번호를 붙이지 않은 도시된 복수개의 터닝 롤에 의해 제어된다. 이러한 송풍 통기-건조 패브릭(90)으로의 수송은 진공 박스(91)에 의해 이루어진다. 캐리어 패브릭(86)은 진공 박스(87)에 의해 촉진되는 웹 수송 대역으로 복귀하기 전에 도시하지 않은 수단에 의해 충분히 침윤되는(showered) 것이 바람직하다. 송풍 통기-건조 패브릭(90)으로 수송된 후, 습윤 웹은 송풍 통기 건조기(92)를 거쳐 수송되고, 이 때 도시되지 않은 수단에 의해 고온 공기가 건조 패브릭 및 결과적으로는 이에 존재하는 초기 웹을 통과한다. 건조된 웹(93)은 예비 건조기의 출구에서 건조기 패브릭(90)로부터 이동된다. 이때, 건조된 웹(93)은 비교적 느리게 건조되어 운반되는 2개의 패브릭, 즉 상부 패브릭(96)및 하부 패브릭(94) 사이를 이동한다. 건조된 웹(93)은 패브릭(96)과 (94) 사이에 고착되어 있는 동안, 대향하는 롤러(95) 쌍 사이에 형성된 일련의 고정 갭 칼랜더링 닙에 의해 칼랜더링될 수 있다. 이러한 닙들은 표면을 매끄럽게 하고, 티슈 페이퍼의 두께를 조절한다.
도 1A에 있어서, 칼랜더링되어 마무리처리된 웹(71)은 여전히 캐리어 패브릭(94)에 의해 지지된 상태로 대향 캐리어 패브릭(96)과 (94) 사이의 공간으로부터 빠져나온 후 릴(98)에 권취된다. 마무리처리된 웹(71)은 도 1B에 상세도에 도시된 바와 같은 3개 층으로 구성된다. 도 1B는 와이어측 층(73)과 비와이어측 층(72)으로 구성된 외층(73, 72)과 외층(73, 72) 사이의 내층(74)을 도시하고 있다. 이러한 층(73, 72, 74)은 각각 헤드박스 챔버(83, 81, 82)의 퍼니쉬에서 발생된다. 도 1A는 3개 층으로 이루어진 웹을 만들기에 적합한 헤드박스(80)를 가지는 제지기를 도시하고 있으나, 이와 달리 헤드박스(80)는 비적층 웹, 2층 웹 또는 기타 다층 웹을 제조하도록 변형될 수 있다.
더구나, 도 1의 제지기상에서 본 발명을 구체화하는 페이퍼 시이트(71)의 제조에 있어서, 포드리니어 와이어(85)는 짧은 섬유 퍼니쉬를 구성하는 섬유의 평균길이에 대해 비교적 짧은 스팬을 가지는 미세한 메쉬를 가져야 하며, 이에 따라 양호한 조성이 발생한다. 이러한 종류의 제지방법에 특정되는 천종류 원소(86, 90, 94 및 96)의 바람직한 특징은 종래기술의 설명부분에 적절히 개시되어 있다. 예를 들면, 1994년 9월 28일자로 공개된 힐랜드의 EP 특허출원 0 617 164 A1 호에는 전술한 천의 바람직한 특징을 개시하고 있고, 본원에서 이를 참조하고 있다.
본 발명에 따른 충전된 페이퍼 웹은 10g/m2내지 약 100g/m2의 기본 중량을 가진다. 바람직한 양태에 있어서, 본 발명에 의한 충전된 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼는 약 10g/m2내지 약 50g/m2의 기본 중량을 가지는 것이이며, 가장 바람직하게는, 약 10g/m2내지 약 30g/m2의 기본 중량을 가지는 것이다. 본 발명에 의해 제조된 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼 웹은 약 0.60g/cm3이하의 밀도를 가진다. 바람직한 양태에 있어서, 본 발명의 충전된 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼는 약 0.03g/cm3내지 약 0.6g/cm3의 밀도를 가지며, 가장 바람직하게는 약 0.05g/cm3내지 약 0.2g/cm3이다.
본 발명은 다층 티슈 페이퍼 웹의 제조에도 적용할 수 있다. 다층 티슈 구조 및 그 형성 방법은 1976년 11월 30일자로 모간 쥬니어 등에게 허여된 미국 특허 제 3,994,771호, 1981년 11월 17일자로 카르스텐에게 허여된 미국 특허 제 4,300,981 호, 1979년 8월 28일자로 던닝 등에게 허여된 미국 특허 제 4,166,001 호 및 1994년 9월 7일자로 공개된 웨드워드 등의 유럽특허 공보 제 0 613 979 A1 호에 개시되어 있으며, 이들 모두가 본원에서 참조되고 있다. 층들은 다른 섬유 유형으로 구성되는 것이 바람직하며, 이러한 섬유들은 다층 티슈 페이퍼의 제지에 사용되는 비교적 긴 연질목재 및 비교적 짧은 경질목재 섬유가 대표적이다. 본 발명에 의해 얻어지는 다층 티슈 페이퍼 웹은 2개 이상의 겹쳐진 층, 즉 내층 및 내층과 이어진 하나 이상의 외층으로 이루어진다. 바람직하게, 다층 티슈 페이퍼들은 3개의 겹쳐진 층, 내층 또는 중앙층 및 2개의 외층을 포함하며, 내층은 2개의 외층 사이에 위치한다. 이들 2개의 외층은 약 0.5 내지 약 1.5mm, 바람직하게는 약 1.0mm 미만의 평균 섬유 길이를 가지는 비교적 짧은 제지용 섬유의 주요 필라멘트 구성요소를 포함한다. 이러한 짧은 제지용 섬유는 기본적으로, 경질목재 섬유를 포함하며, 바람직하게는 경질 크래프트 섬유이며, 가장 바람직한 것은 유칼립투스로부터 추출된 것이다. 내층은 약 2.0mm 이상의 평균 섬유 길이를 가지는 비교적 긴 제지용 섬유의 주요 필라멘트 구성요소를 포함한다. 이러한 긴 제지용 섬유는 기본적으로, 연질목재 섬유이며, 바람직하게는 북방 연질목재 크래프트 섬유이다. 본 발명의 미립 충전재의 대부분이 본 발명의 다층 티슈 페이퍼 웹의 외층중 하나 이상에 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 본 발명의 미립 충전재의 외층은 양 외층에 포함된다.
단층 또는 다층 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼 웹으로 만든 크레이프 처리되지 않은 티슈 페이퍼 제품은 홑겹 티슈 제품 또는 다겹 티슈 제품일 수 있다.
본 발명의 전형적인 실시에 있어서, 저 농도 펄프 퍼니쉬가 가압 헤드박스내에 제공된다. 헤드박스는 펄프 퍼니쉬의 얇은 침착물을 포드리니어 와이어로 이동시켜서 습윤 웹이 형성되도록 한다. 이러한 웹을 총 웹 중량을 기준으로 약 7% 내지 약 25%의 섬유 농도가 되게 진공 탈수시킨다.
본 발명의 방법에 따라 충전된 티슈 페이퍼 제품을 제조하기 위해, 수성 제지 퍼니쉬를 세공 형성 표면상에 침착시켜 초기 웹을 형성시킨다. 본 발명은 또한 다수의 페이퍼 층을 형성시켜 티슈 페이퍼 제품을 제조하는 제조방법을 포함하는데, 이들 페이퍼 층은 2개 이상의 제품 층이 예를 들면 멀티 채널 헤드박스내의 묽은 섬유 슬러리의 분리된 스트림을 침착시켜 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 층들은 다른 형태의 섬유로 구성되는 것이 바람직하며, 섬유는 다층 티슈 페이퍼 제조에 사용된 바와 같은 비교적 긴 연질목재 섬유 및 비교적 짧은 경질목재 섬유인 것이 대표적이다. 각각의 층이 초기에 개별 와이어 상에서 형성되는 경우, 이어서 상기 층들은 습윤시 결합되어 다층 티슈 페이퍼 웹을 형성한다. 제지용 섬유는 다른 형태의 섬유로 구성되는 것이 바람직하며, 이러한 섬유들은 비교적 긴 연질목재와 비교적 짧은 경질목재 섬유인 것이 대표적이다. 보다 바람직한 것은 경질목재 섬유가 제지용 섬유의 약 50% 이상을 구성하고, 연질목재 섬유가 제지용 섬유의 약 10% 이상을 구성하는 것이다.
본 발명의 실시에 관련된 이점은 일정량의 티슈 페이퍼 제품을 제조하는데 필요한 제지용 섬유의 양을 감소시킬 수 있는 것을 포함한다. 더구나, 티슈 제품의 광학 특성, 특히 불투명도가 개선된다. 이러한 이점을 고 강도 및 저 더스팅의 티슈 페이퍼에서 실현된다.
본원에서 사용된 바와 같은 '불투명도'의 용어는 전자기 스펙트럼의 가시광선에 상응하는 파장의 투과광을 티슈 페이퍼 웹이 차단하는 것을 의미한다. '비불투명도'는 티슈 페이퍼 웹의 기본 중량 단위 1g/mm2각각에 대해 부여되는 불투명도의 측정치이다. 불투명도의 측정방법과 비불투명도의 계산 방법은 이후의 단락에 상세히 개시되어 있다. 본 발명에 따른 티슈 페이퍼 웹은 약 5% 이상의 비불투명도를 가지는 것이 바람직하며, 약 5.5% 이상이 보다 바람직하며, 가장 바람직게는 약 6%이다.
본원에서 사용된 바과 같은 '강도'라는 용어는 총 비인장도를 의미하며, 그 측정을 위한 결정방법은 이후의 단락에 개시되어 있다. 본 발명에 따른 티슈 페이퍼 웹은 강하다. 이는 일반적으로 총 비인장도가 약 0.25m 이상인 것을 의미하며, 약 0.40 m 이상이 보다 바람직하다.
'린트' 및 '더스트'라는 용어는 본원에서 상호교환가능하게 사용되는 것으로, 제어된 마모 시험에서 측정될 때 티슈 페이퍼 웹이 섬유 또는 미립 충전재를 방출시키는 경향을 말하며, 이에 대한 방법은 이후에 상세히 개시한다. 린트와 더스트는 섬유 또는 입자를 방출시키는 경향은 섬유 또는 입자들이 구조물에 고착되는 정도에 직접적으로 관계되기 때문에, 강도에 관계되는 것이다. 전체적인 고착 정도가 증가될 때, 강도 역시 증가한다. 하지만, 허용불가능한 린트 및 더스트 수준을 갖는 것을 제외하고는 허용가능한 것으로 간주되는 강도 수준을 가질 수 있다. 이는 린팅 또는 더스팅이 편재화될 수 있기 때문이다. 예를 들면, 티슈 페이퍼 웹의 표면이 쉽게 린팅 또는 더스팅될 수 있는 반면, 표면아래의 결합정도는 전체 강도 수준을 거의 허용가능한 수준으로 올리기에 충분할 수 있다. 다른 경우에 있어서, 강도는 비교적 긴 제지용 섬유로부터 발생될 수 있는 반면, 섬유 미립자 또는 특정 충전재는 구조물내에서 불충분하게 결합되어 있을 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 충전된 티슈 페이퍼 웹은 비교적 적은 린트를 갖는다. 약 12 미만의 린트수준이 바람직하며, 약 10 미만이 보다 바람직하고, 8 미만이 가장 바람직하다.
본 발명에 따라 제조된 다층 티슈 페이퍼 웹은 부드러운 흡수성 다층 티슈 페이퍼 웹이 요구되는 임의의 용도에서 사용될 수 있다. 본 발명의 다층 티슈 페이퍼 웹의 특히 유리한 용도는 화장실용 티슈 및 화장용 티슈 제품에서이다. 홑겹 및 다겹 티슈 페이퍼 제품 모두가 본 발명의 웹으로부터 제조될 수 있다.
분석 및 시험 절차.
A. 밀도
본원에 사용된 용어로서의 다층 티슈 페이퍼의 밀도는 페이퍼의 기본 중량을 캘리퍼로 나누어 계산된 평균 밀도이며, 적절히 단위변환시킨다. 본원에서 사용된 다층 티슈 페이퍼의 캘리퍼는 페이퍼가 15.5 g/cm2(95 g/in2)의 압축하중을 받을 때의 두께이다.
B. 분자량 결정
중합체 물질의 본질적인 식별 특징은 분자 크기이다. 중합체가 다양한 용도에서 사용될 수 있도록 하는 성질은 거의 전적으로 거대한 분자 특성으로부터 유도된다. 이들 물질을 완전히 특성화하기 위해서는 분자량과 분자량 분포를 정의하고 결정하는 수단을 가지는 것이 필수적이다. '분자량'보다는 '상대 분자 질량'이라는 용어를 사용하는 것이 보다 정확하지만, '분자량'이라는 용어가 중합체 기술분야에서 보다 일반적으로 사용된다. 분자량 분포를 측정하는 것이 항상 실용적이지는 않다. 하지만, 이는 크로마토그래픽 기법을 사용하여 보편적으로 실시되고 있다. 오히려 분자량 평균에 의거하여 분자 크기를 표현하게 된다.
분자량 평균
상대 분자량(Mi)을 갖는 분자량 분율(Wi)을 나타내는 단순 분자량 분포를 고려하는 경우, 몇 개의 유용한 평균값을 정의할 수 있다. 특정 분자량(Mi)의 분자수(Ni)를 근거로 하여 실시된 평균화는 수평균 분자량을 제공한다:
이러한 정의의 중요한 결과는 수평균 분자량(g 단위)이 아보가드로수의 분자를 포함하는 것이다. 이러한 분자량의 정의는 일분산성 분자종, 즉 동일한 분자량을 가지는 분자의 분자량과 일치한다. 다분산 중합체의 일정 질량 범위의 분자수가 임의의 방식으로 결정될 수 있다면 Mn은 용이하게 계산될 수 있음을 인식하는 것이 보다 중요하다. 이는 총괄적인 성질 측정의 기본이다.
일정 분자량(Mi)을 갖는 분자량 분율(Wi)을 기준으로 한 평균화는 중량 평균 분자량의 정의를 유도해낸다:
Mw는 중합체의 용융 점성과 기계적 성질과 같은 성질을 보다 정확하게 나타내기 때문에 중합체 분자량을 표현하는데 있어서 Mn보다 더욱 유용한 수단이며, 따라서 본 발명에서 사용된다.
C. 충전재 입경 결정
충전재 입경은 특히 페이퍼 시이트에 충전재가 보유되는 능력에 관련되어 있으므로, 충전재 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 특히, 점토 입자는 구형이 아닌 판형 또는 블록형이며, '등가 구형 직경'이라 불리우는 측정치가 불균일한 형상의 입자의 상대적인 측정치로서 사용될 수 있으며, 이 방법은 당해 분야에서 점토 및 기타 미립 충전재의 입경을 측정하는데 사용하는 주된 방법중 하나이다. 충전재의 등가 구형 직경의 결정은 등록상표 세디그래프(Sedigraph) 분석에 근거한, 조지아주 노르크로스 소재의 마이크로메리틱스 인스트루먼트 코오포레이션(Micrometritics Instrument Corporation)에서 구입가능한 장비에 의해 TAPPI 이용 방법 655를 이용하여 제조될 수 있다. 이러한 장비는 미립 충전재의 분산된 슬러리의 중력 침착율을 결정하기 위해 소프트 X-레이를 사용하고, 등가 구형 직경을 계산하고자 스트로크 법칙을 이용한다.
D. 페이퍼내의 충전재 정량 분석
당해 분야의 숙련자라면, 페이퍼내의 비셀룰로오즈성 충전재의 정량분석을 위해 여러 방법이 있음을 안다. 본 발명의 실시를 돕기 위해 가장 바람직한 무기질 충전재에 적용가능한 두 방법을 상세히 설명한다. 제 1방법인 회분화(ashing)는 일반적으로 무기질 충전재에 적용가능한 것이고, 제 2 방법인 XRF를 사용한 카올린 측정은 본 발명을 실시하기에 특히 적합한 것으로 밝혀진 충전재, 즉 카올린에 특히 적합하게 한다.
회분화
회분화는 머플로(muffle furnace)를 사용하여 실시한다. 이러한 방법에 있어서, 4-플레이스 저울을 세척하고, 눈금 보정한 후 타르를 바른다. 이후, 세척된 빈 백금 접시를 4-플레이스 저울의 팬위에서 칭량한다. 빈 백금 접시의 중량을 10/10000자리까지 기록한다. 저울에 타르를 다시 바르지 않고, 충전된 티슈 페이퍼 샘플 약 10g를 백금 접시에 조심스럽게 접어 놓는다. 백금 접시 및 페이퍼의 중량은 g단위로 10/10000 자리까지 기록된다.
백금 접시내의 페이퍼는 저온에서 번슨(Bunsen) 버너 불꽃으로 예비 회분화시킨다. 이 작업을 천천히 실시하여 에어-본(air-borne) 회분이 형성되지 않도록 주의를 기울여야 한다. 에어-본 회분이 관찰되면, 새로운 샘플을 준비해야 한다. 이러한 예비-회분화 단계에서의 불꽃이 잠잠해진후, 샘플을 머플로내에 놓는다. 머플로는 575℃ 온도로 있어야 한다. 샘플은 약 4시간 동안 머플로에서 완전히 게 회분화시킨다. 이후, 샘플을 끈으로 꺼내고, 세척된 난염성 표면위에 놓는다. 이후 샘플을 30분동안 냉각시킨다. 냉각후, 백금 접시/회분을 합한 중량을 g단위로 10000 플레이스까지 칭량한다.
충전된 티슈 페이퍼내의 회분 함량은 백금 접시/회분을 합한 중량으로부터 비어있는 깨끗한 백금 접시의 무게를 감해서 계산한다. 이러한 회분 함량 무게를 g단위로 10/10000 플레이스까지 기록한다.
회분 함량 무게는 예를 들면 카올린내에 손실된 수증기로 인한 회분시의 충전재의 손실을 인식함으로써 충전재 중량으로 전환될 수 있다. 이를 결정하기 위해, 4-플레이스 저울의 팬위에서 우선 비어있는 깨끗한 백금 접시를 칭량한다. 비어있는 백금 접시 10/10000 자리까지 g단위로 기록한다. 저울에 타르를 다시 바르지 않고, 충전재 약 3g를 백금 접시에 조심스럽게 붓는다. 백금 접시/충전재를 합한 중량을 g단위로 10/10000 플레이스까지 기록한다.
이후, 이러한 샘플을 575℃의 머플로내에 조심스럽게 위치시킨다. 샘플을 약 4시간 동안 머플로내에서 완전하게 회분화한다. 이후, 샘플을 끈으로 꺼내고, 깨끗한 난염성 표면상에 놓는다. 샘플을 30분 동안 냉각한다. 냉각 후, 백금 접시/회분 전체의 중량을 g 단위로 10/10000 플레이스까지 칭량한다. 이 무게를 기록한다.
하기 수학식 3에 의해 회분화시에 원래의 충전재 샘플의 손실율(%)을 계산한다.
회분화시에 카올린내의 손실율(%)은 10 내지 15%이다. g단위의 원래의 회분화 무게는 하기 수학식 4에 따라 g단위의 충전재 중량으로 전환된다.
원래 충전된 티슈 페이퍼내의 충전재(%)는 하기 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
XRF에 의한 카올린 점토의 측정
머플로 회분화 방법에 대해 XRF 방법이 갖는 중요한 이점은 속도이지만, 보편적으로 적용될 수 있는 것은 아니다. VRF 스펙트럼은 머플로 회분화법에서의 시간에 비해 5분내에 페이퍼 샘플내의 카올린 점토의 수준을 정량화한다.
X-선 형광투시법은 X-선 튜브 공급원으로부터 X-선 광자에너지를 대상 샘플과 충돌시키는 것에 근거한다. 이러한 고에너지 광자에 의한 충격은 코어 수준의 전자가 샘플내에 존재하는 원소에 의해 광방출되도록 한다. 이러한 비어있는 코어 수준들은 외부 셀 전자에 의해 충전된다. 이러한 외부 셀 전자에 의한 충전 결과 형광 공정이 발생되어, 추가의 X-선 광자는 샘플내에 존재하는 원소에 의해 방출된다. 각각의 원소는 이러한 X-선 형광 전이에 대해 뚜렷한 '핑거프린트(fingerprint)' 에너지를 갖는다. 상기 에너지, 및 이로 인해 이와 같이 방출된 X-선 형광 광자중 대상 원소의 확인은 리튬 도핑된 규소 반도체 검출기로 결정된다. 이러한 검출기로 충돌 광자의 에너지를 측정할 수 있으며, 따라서 샘플내에 존재하는 원소를 확인할 수 있다. 나트륨으로부터 우라늄까지의 원소를 대부분의 샘플 매트릭스에서 확인할 수 있다.
점토 충전재의 경우에 있어서, 검출된 원소들은 규소와 알루미늄이다. 이러한 점토 분석에 사용된 특정 X-선 형광 장비는 캘리포니아주 마운틴 뷰 소재의 베이커-휴즈 인코포레이티드(Baker-Hughes Inc.)의 스펙트라스(Spectrace) 5000이다. 점토 정량분석의 제 1 단계는 예를 들면, 8 내지 20%의 점토를 포함하는 물질을 이용하는 공지된 점토-충전된 티슈 표준물질 한 세트를 이용하여 도구를 보정한다.
이러한 표준 페이퍼 샘플내의 정확한 점토 수준은 전술한 머플로 회분화법으로 결정된다. 블랭크 페이퍼 샘플은 하나의 표준물질로서 포함된다. 목적하는 점토 수준을 대표하는 5개 이상의 표준물질이 상기 장비를 보정하는데 사용되어야 한다.
실제 보정전에, X-선 튜브 13㎸ 및 0.20mA이 되게 동력이 제공된다. 이러한 장비는 또한 점토내에 포함된 알루미늄 및 규소에 대해 검출된 신호를 통합하도록 설정되어 있다. 페이퍼 샘플은 우선 5.1㎝ x 10.2㎝(2' ×4') 스트립을 절단하여 준비된다. 이후, 이러한 스트립은 5.1㎝ x 5.1㎝(2' ×2')이 되도록 절첩되며, 양키면과 접촉되지 않은 부분이 외부를 향해 있다. 이러한 샘플은 샘플 컵의 상부에 위치되어 부속 링에 의해 적소에 고정된다. 샘플을 제조하는 동안, 샘플컵의 상부에 샘플이 편평하게 유지되도록 주의한다. 이어서, 공지된 표준물질 세트를 이용하여 장비를 보정한다.
공지된 표준물질 세트를 사용하여 장비를 보정한 후, 선형 보정 곡선을 컴퓨터 시스템의 메모리에 저장시킨다. 이러한 선형 보정 곡선은 미공지 물질중의 점토수준을 계산하는데 이용된다. X-선 투시 시스템의 안정성 및 적절한 작동성을 확보하기 위하여, 공지된 점토 함량의 검사 샘플은 미공지된 물질 각 세트를 사용하여 실행한다. 검사 샘플의 분석 결과가 부정확하면(공지된 점토 함량으로부터 10 내지 15% 차이남), 장비를 고장 수리하거나 재보정한다.
모든 제지 조건에 있어서, 3개 이상의 미공지된 샘플에서의 점토 함량을 결정한다. 3개의 샘플로부터 평균 및 표준편차를 취한다. 페이퍼의 횡방향(CD) 또는 기계방향(MD)에서 점토 함량이 변하도록 점토 적용 절차를 의도적으로 설정하는 경우, 보다 많은 샘플을 상기 CD 및 MD 방향으로 측정해야 한다.
E. 티슈 페이퍼 린트의 측정
서덜랜드 마찰 시험기(Sutherland Rub tester)를 사용하여, 티슈 제품으로부터 발생된 린트의 양을 측정한다. 이러한 시험기는 고정형 화장실용 티슈에 칭량된 펠트로 5번 문지르도록 모터를 사용한다. 헌터 칼라(Hunter Color) L값은 마찰 시험 전후에 측정된다. 이러한 2개의 헌터 칼라 L값 사이의 차이는 린트로서 계산된다.
샘플 제조공정
린트 마찰 시험전에, 시험하려는 페이퍼 샘플들은 탑피법(Tappi Method) #T402OM-88에 따라 조건화되어야 한다. 여기서, 샘플들은 10 내지 35%의 상대 습도 수준과 22 내지 40℃에서 24시간동안 예비 조건화된다. 이러한 예비 조건화 단계 이후에, 48 내지 72%의 상대 습도와 22 내지 24℃에서 24시간동안 조건화해야 한다. 이러한 마찰 시험은 항온항습실에서 발생한다.
서덜랜드 마찰 시험기는 뉴욕주 아미티빌 소재의 테스팅 머신즈 인코포레이티드(Testing Machines, Inc.)로부터 구입할 수 있다. 티슈는 먼저, 예컨대 롤 바깥쪽에 있어 취급시에 마모되었을 수 있는 제품을 제거하고 폐기하여 준비된다. 다겹 완성 제품의 경우, 다겹 제품중 2개 시이트를 각각 함유하는 3개 구획을 제거하고 벤치-상부에 설치한다. 홑겹 제품의 경우, 홑겹 제품중 2개 시이트를 각각 함유하는 6개 구획을 제거하여 벤치-상부에 설치한다. 각각의 샘플은 티슈 샘플의 횡방향(CD)을 따라 접힌 선(crease)이 생기도록 절반으로 접는다. 다겹 제품의 경우에는, 샘플이 접힌후에도 대향면이 계속 대향되도록 한다. 즉, 상기 겹들을 분리시키지 않으면서 제품 안쪽의 대향면에 대해 마찰 시험한다. 홑겹 제품에 대해서는 와이어 사이드가 바깥으로 향해있는 3개의 샘플과 비와이어 사이드가 바깥으로 향해있는 3개의 샘플을 준비한다. 와이어 사이드가 바깥으로 향해있는 샘플과 비와이어 사이드가 바깥으로 향해있는 샘플을 기억해둔다.
오하이오주 45217 신시네티 이스트 로스 로드 800이 소재의 코데지 인코포레이티드(Cordage Inc.)의 크레센트(Cresent) #300의 76.2㎝ x 101.6㎝(30' × 40') 시편을 수득한다. 페이퍼 커터를 이용하여, 6.35㎝ x 15.2㎝(2.5' × 6') 치수의 카드보드로부터 6개 시편을 잘라낸다. 서덜랜드 마찰 시험기의 고정핀위로 카드보드를 눌러서 6개 카드지 각각에 2개의 구멍을 뚫는다.
홑겹 완성 제품으로 작업하면, 이미 접혀있는 6개 샘플의 상부에 6.35㎝ x 15.2㎝(2.5' × 6') 치수의 카드보드 시편 각각을 중앙에 조심스럽게 놓는다. 15.2㎝ (6') 치수의 카드보드는 각각의 티슈 샘플의 기계방향(MD)에 평행하게 위치시킨다. 다겹 완성 제품으로 작업하면, 6.35㎝ x 15.2㎝(2.5' × 6') 카드보드의 단 3개 시편만이 필요하다. 이미 3번 접은 샘플의 상부 중앙에 카드보드 시편 각각을 조심스럽게 놓는다. 또 다시, 15.2㎝(6')치수의 카드보드가 각각의 티슈 샘플의 기계방향(MD)에 확실히 평행하도록 한다.
티슈 샘플의 노출부의 한 가장자리를 카드보드 이면쪽으로 접는다. 미네소타주 세인트폴 소재의 3M 인코포레이티드(3M Inc.)의 1.9㎝ (3/4') 와이드 스카치 브랜드 접착 테이프를 사용하여 상기 가장자리를 카드보드에 고정시킨다. 다른 돌출 티슈 가장자리를 조심스럽게 잡고 카드보드의 이면쪽으로 꼭 맞게 접는다. 카드보드 쪽으로 페이퍼가 꼭 맞게 유지되도록 하면서, 제 2 가장자리를 카드보드의 이면에 테이프로 붙인다. 각각의 샘플에 대해 이러한 절차를 반복한다.
각각의 샘플을 뒤집고, 티슈 페이퍼의 횡방향 가장자리를 카드보드에 테이프로 붙인다. 접착 테이프의 절반은 티슈 페이퍼와 접해야 하는 반면, 나머지 절반은 카드보드에 접착되어 있다. 각각의 샘플에 대해 이러한 절차를 반복한다. 이러한 샘플 제조의 절차동안 티슈 샘플이 파손되어 찢어지거나 너덜너덜해지면, 이를 폐기하고 새로운 티슈 샘플 스트립으로 새로운 샘플을 만든다.
다겹 전환된 제품으로 작업하면, 카드보드에 3개의 샘플이 있다. 홑겹 완성 제품에 대해, 카드보드에 3개의 와이어 사이드아웃 샘플이 있고, 카드보드에 3개의 비와이어 사이드아웃 샘플이 있다.
펠트 제조
오아이오주 45217 신시네티 이스트 로스 로드 800 소재의 코데이지 인코포레이티드(Cordage Inc.)의 크레센트 #300의 76.2㎝ x 101.6㎝(30' × 40') 시편을 얻는다. 페이퍼 커터를 사용하여, 5.72㎝ x 18.4㎝(2.25' × 7.25') 치수의 카드보드 6개 시편을 절단한다. 카드보드의 백색면상의 최상부 및 최하부 가장자리로부터 2.8㎝ (1.125') 약간 아래에 단치수에 평행한 2개의 라인을 긋는다. 가이드로서 직선 가장자리를 이용하여 면도날로 선 길이를 조심스럽게 새긴다. 시이트 두께 방향으로 약 절반 정도의 깊이로 새긴다. 이와 같이 새겨서 카드보드/펠트 조합이 서덜랜드 마찰 시험기의 추 주위에 꼭 맞게 정합된다. 이러한 새겨진 카드보드 면위에, 카드보드의 장 치수에 평행한 화살표를 그린다.
흑색 펠트[코넥티컷주 06010 브리스톨 브로드 스트리트 550 소재의 뉴 잉글랜드 가스켓(New England Gasket)으로부터의 F-55 또는 이에 상응하는 물품]를 5.7㎝ x 21.6㎝ x 1.6㎝(2.25' × 8.5' × 0.0625')의 치수의 6개 시편으로 절단한다. 그 흑색 펠트를 새겨지지 않은 카드보드의 녹색 측면의 상부에 놓아서, 펠트 및 카드보드 둘다의 긴 가장자리가 평행하도록 나란히 놓는다. 펠트의 보풀면이 위쪽을 향하게 한다. 또한 카드보드의 최상부 및 최하부 가장자리를 약 1.25㎝ (0.5') 돌출시킨다. 스카치 테이프를 사용하여 돌출된 펠트 가장자리를 카드보드의 이면쪽으로 꼭 맞게 접는다. 이러한 펠트/카드보드 조합을 총 6개 준비한다.
재현성을 가장 좋게 하기위해, 모든 샘플은 동일한 롯트의 펠트로 실시한다. 분명히, 1종 롯트의 펠트가 완전하게 소모되는 경우가 있다. 새로운 롯트의 펠트를 구입해야 하는 경우, 새로운 롯트의 펠트에 대해서 보정 인자가 결정되어야 한다. 보정인자를 결정하기 위해, 대표적인 단일 티슈 샘플와, 새 롯트와 기존 롯트에 대해 24개의 카드보드/펠트 샘플을 만들기에 충분한 펠트를 얻는다.
후술한 바와 같이 마찰이 발생하기 전에, 새 롯트와 기존 롯트 펠트의 24개 카드보드/펠트 샘플의 각각에 대한 헌터 L 눈금을 얻는다. 새로운 롯트의 24개 카드보드/펠트 샘플 및 구형 롯트의 24개 카드보드/펠트 샘플 둘다의 평균을 계산한다.
이어서, 이하에 설명된 바와 같은 구형 롯트의 24개 카드보드/펠트보드와 새 롯트의 24개 카드보드/펠트보드를 마찰 시험한다. 새 롯트와 기존 롯트에 대한 24개 샘플의 각각에 대해 동일한 티슈 롯트수가 확실히 사용되도록 한다. 또한, 카드보드/티슈 샘플의 제조시에 페이퍼의 샘플링이 실시되어야 하며, 따라서 새 롯트의 펠트 및 기존 롯트의 펠트는 가능한한 대표적인 티슈 샘플로서 노출된다. 홑겹 티슈 제품의 경우, 손상되거나 마모된 제품은 폐기한다. 이후, 48개의 티슈 스트립을 얻되, 각각은 2개의 모두 이용가능한 단위체(시이트라고도 함)이다. 랩 벤치의 가장 왼쪽에 처음 2개의 이용가능한 단위체 스트립을 놓고, 벤치의 가장 오른쪽에 48개 샘플 스트립중 마지막을 놓는다. 샘플 모서리의 1cm × 1cm 영역내에 가장 왼쪽 샘플에 1번을 표시한다. 샘플에 연속하여 48번까지 표시하여서 가장 오른쪽의 마지막 샘플을 48로 표시한다.
새 펠트에 대해서는 24개의 홀수 번호 샘플을 사용하고, 기존 펠트에 대해서는 24개의 짝수 번호 샘플을 사용한다. 홀수 샘플들을 가장 낮은 번호의 샘플부터 가장 높은 번호의 샘플 순서대로 놓고, 짝수 샘플들 역시 가장 낮은 것부터 가장 높은 것으로 순서대로 놓는다. 각각에 대해 가장 낮은 수를 문자 'W'로 표시한다. 두 번째로 높은 수를 문자 'N'으로 표시한다. 이와 같은 'W'/'N' 교대 패턴으로 샘플을 계속해서 표시한다. 와이어 사이드아웃 린트 분석을 위해 'W' 샘플을 사용하고, 비와이어 사이드 린트 분석을 위해 'N' 샘플을 사용한다. 홑겹 제품에 대해, 새 펠트 롯트 및 기존 펠트 롯트에 대해 총 24개의 샘플이 있다. 24개중에서, 12개는 와이어 사이드아웃 린트 분석용이고, 12개는 비와이어 측면 린트 분석용이다.
후술한 바와 같이, 마찰에 의해 구형 펠트의 24개 샘플 전체의 헌터 칼라 L값을 측정한다. 구형 펠트의 12개 와이어 사이드 헌터 칼라 L값을 기록한다. 12값의 평균을 낸다. 구형 펠트에 대한 12개 비와이어 사이드 헌터 칼라 L값을 기록한다. 12값의 평균을 낸다. 와이어 사이드 마찰된 샘플의 평균 헌터 칼라 L값에서 평균 초기의 비마찰된 헌터 칼라 L 펠트 값을 뺀다. 이것이 와이어 사이드 샘플의 델타 평균 차이이다. 비와이어 사이드 마찰된 샘플의 평균 헌터 칼라 L 값에서 평균 초기의 비마찰된 헌터 칼라 L 펠트값을 뺀다. 이것이 비와이어 측면 샘플의 델타 평균 차이이다. 와이어 사이드에서의 델타 평균 차이와 비와이어 사이드에서의 델타 평균 차이의 합을 계산하고, 그 합을 2로 나눈다. 이것이 구형 펠트의 보정되지 않은 린트값이다. 구형 펠트에 대한 공지된 펠트 보정 인자가 있으면, 그것을 구형 펠트에 대한 보정되지 않은 린트값에 더한다. 이 값이 구형 펠트에 대한 보정된 린트값이다.
후술한 바와 같이, 마찰에 의해 새 펠트의 24개 샘플 모두에 대한 헌터 칼라 L값을 측정한다. 새 펠트에 대해 12개의 와이어 사이드 헌터 칼라 L값을 기록한다. 12값의 평균을 낸다. 새 펠트에 대한 12개의 비와이어 사이드 헌터 칼라 L값을 기록한다. 12값의 평균을 낸다. 와이어 사이드 마찰된 샘플의 평균 헌터 칼라 L 값으로부터 초기의 마찰되지 않은 헌터 칼라 L 펠트 값의 평균을 뺀다. 이것이 와이어 사이드 샘플의 델타 평균 차이이다. 비와이어 사이드 마찰된 샘플의 평균 헌터 칼라 L 값으로부터 초기의 마찰되지 않은 헌터 칼라 L 펠트 값의 평균을 뺀다. 이것이 비와이어 사이드 샘플의 델타 평균 차이이다. 와이어 사이드에서의 델타 평균 차이와 비와이어 사이드에서의 델타 평균 차이의 합을 계산하고, 그 합을 2로 나눈다. 이것이 새 펠트의 보정되지 않은 린트값이다.
기존 펠트의 보정된 린트값과 새 펠트의 보정되지 않은 린트값의 차이를 구한다. 이러한 차이는 새 롯트의 펠트의 펠트 보정인자이다.
이러한 펠트 보정 인자를 새로운 펠트의 보정되지 않은 린트값에 더한 값은 기존 펠트의 보정된 린트값과 동일해야 한다.
동일한 절차가 기존 펠트에 대한 24개 샘플 실험과 새 펠트에 대한 24개 샘플 실험과 함께 2겹 티슈 제품에 적용된다. 그러나, 사용자가 사용하는 겹들의 외층만을 마찰 시험한다. 전술한 바와 같이, 기존 펠트와 새 펠트에 대한 대표적인 샘플이 얻어지도록 샘플을 준비한다.
1.8㎏(4파운드) 추
1.8㎏(4파운드) 추는 6.5㎠(1in2)당 0.4㎏(1파운드)의 접촉 압력을 제공하는 26㎠(4in2) 유효 접촉면적을 갖는다. 접촉 압력은 추 측면에 설치된 고무 패드 변화에 의해 변동될 수 있으므로, 제조업자[미시간주 칼라마 소재의 브라운 인코포레이티드(Brown Inc.), 기계 용역부]에서 제공된 고무 패드만을 사용하는 것이 중요하다. 이 패드는 딱딱해지거나 경화되거나 부스러지면 교체되어야 한다.
상기 추는 사용중이 아닐 때에는 패드가 전체 추의 중량을 지지하지 않도록 놓아야 한다. 추를 옆으로 세워 보관하는 것이 가장 좋다.
마찰 시험기 장비의 보정
서덜랜드 마찰 시험기는 사용전에 보정되어야 한다. 우선, 서덜랜드 마찰 시험기의 스위치를 '콘트(cont)' 위치로 놓아 서덜랜드 마찰 시험기를 켠다. 시험기 아암(arm)이 사용자에게 가장 가까운 위치에 있을 때, 시험기의 스위치를 '오토(auto)' 위치로 돌린다. 큰 다이얼의 포인터 아암을 '파이브(five)' 위치 세팅으로 이동시켜 시험기가 5회 스트로크를 실시하도록 시험기를 셋팅한다. 1회의 스트로크는 추가 완전히 앞뒤로 1회 이동하는 것을 의미한다. 마찰 블록의 단부는 각 시험의 시작과 끝에 조작자에 가장 가까운 위치에 있어야만 한다.
전술한 바와 같이, 카드보드 샘플위에 티슈 페이퍼를 준비한다. 또한, 전술한 바와 같이 카드보드 샘플위에 펠트를 준비한다. 이 두 샘플들은 장비 보정에 사용되며, 실제 샘플에 대한 데이터 입수에는 사용되지 않을 것이다.
보드 구멍이 고정핀을 따라 내려가게 하여 시험기의 베이스판위에 보정 티슈 샘플을 위치시킨다. 고정핀은 샘플이 시험되는 동안에 이동하는 것을 방지한다. 카드보드면이 추의 패드에 접촉시키면서, 보정 펠트/카드보드 샘플을 4파운드 추 위에 클립으로 고정시킨다. 카드보드/펠트 조합물이 추와 마주보며 편평한 상태로 있다. 이 추를 시험기 아암에 걸고, 추/펠트 조합물 아래에 티슈 샘플을 조심스럽게 놓는다. 조작자에게 가장 가까운 쪽의 추의 단부는 티슈 샘플 위가 아니라 티슈 샘플의 카드보드 위에 있어야 한다. 펠트는 티슈 샘플위에 편평한 상태로 있어야 하고, 티슈 표면과 100% 접촉해 있어야 한다. '푸쉬' 버튼을 눌러 시험기를 작동시킨다.
스트로크의 횟수를 세면서 관찰하고, 샘플과 관련하여 펠트가 덮혀진 추의 시작 및 정지 위치를 기억해둔다. 스트로크의 총횟수가 5회이고 이 시험의 시작과 종료에서 펠트가 덮혀진 추의 단부중 조작자에게 가장 가까운 단부가 티슈 샘플의 카드보드 위에 있다면, 시험기는 이미 보정되어 사용 준비가 된 것이다. 만약 스트로크의 총횟수가 5회가 아니거나, 이 시험의 시작 또는 종료시에 펠트가 덮혀진 추의 단부중 조작자에게 가장 가까운 단부가 실제적으로 페이퍼 티슈 샘플 위에 있다면, 횟수가 5회가 되고 펠트가 덮혀진 추의 단부중 조작자에게 가장 가까운 단부가 이 시험의 시작과 종료 두 시점에서 카드보드 위에 있게 될 때까지 상기 보정 절차를 반복한다.
샘플의 실제적인 시험 동안에, 스트로크의 횟수, 및 펠트가 덮혀진 추의 시작과 종료점을 주시 관찰 한다. 필요하다면 재보정한다.
헌터 칼라 미터의 보정
장비의 작동설명서에 기술된 절차에 따라 기준 흑백판(black and white standard plate)에 대해 헌터 색차계(Hunter Color Difference Meter)를 조절한다. 또한, 지난 8 시간 동안 실행되지 않았다면, 매일의 칼라 안정성 검사 및 표준화를 위한 안정성 검사를 실행한다. 또한, 반사율 0을 확인해야 하며 필요하다면 재조정한다.
도구 포트 아래의 샘플 스테이지 위에 기준 백색판을 놓는다. 샘플 스테이지를 떼어내고 샘플판이 샘플포트 바로 아래까지 올라오도록 한다.
'L-Y', 'a-X', 'b-Z' 표준화 노브를 사용하여 장비를 조정하고, 'L', 'a', 'b' 푸쉬버튼을 차례로 눌러사 'L','a', 'b'의 기준 백색판 눈금을 읽도록 도구를 조절한다.
샘플 측정
린트의 측정에서의 첫 번째 단계는 티슈에 마찰하기 전에 흑색 펠트/카드보드 샘플의 헌터 칼라값을 측정하는 것이다. 이 측정에서의 첫 번째 단계는 헌터 칼라 장비의 장비포트 아래로부터 기준 백색판을 하강시키는 것이다. 기준판의 상부의 중앙에 펠트가 덮혀진 카드보드를 중앙에 위치시키고, 화살표가 칼라 미터의 후방을 가지키도록 한다. 샘플 스테이지를 떼어내고, 펠트가 덮혀진 카드보드를 샘플 포트 아래까지 상승시킨다.
펠트의 폭이 노출 영역의 직경보다 약간만 더 크기 때문에, 펠트가 노출 영역을 완전하게 덮도록 한다. 완전히 덮힌 것을 확인한 후에, L 푸쉬버튼을 누르고, 눈금이 안정하게 될 때까지 기다린다. 0.1 단위 근처까지 L값을 읽고 기록한다.
D25D2A 헤드가 사용중이면, 펠트가 덮혀진 카드보드 및 판을 내리고, 펠트가 덮혀진 카드보드를 90°회전시켜 화살표가 칼라 미터의 오른쪽을 가리키도록 한다. 이후, 샘플 스테이지를 떼내고 노출 영역이 펠트로 완전히 덮혀 있는지 한번 더 확인한다. L 푸쉬버튼을 누른다. 0.1 단위 근처까지 L값을 읽고 기록한다. D25D2M 장치의 경우, 기록된 값이 헌터 칼라 L값이다. 회전된 샘플 눈금이 또한 기록되는 D25D2A 헤드의 경우, 헌터 칼라 L값은 기록된 두 값의 평균이다.
이러한 기술을 이용하여 펠트로 덮힌 카드보드 전체에 대한 헌터 칼라 L값을 측정한다. 헌터 칼라 L값들이 모두 0.3 단위내에 있으면, 평균을 취하여 초기 L 눈금을 얻는다. 헌터 칼라 L값이 0.3 단위내에 있지 않으면, 한계치 밖의 펠트/카드보드 조합물을 폐기한다. 새로운 샘플을 준비하고, 모든 샘플들이 0.3 단위내에 있게 될 때까지 헌터 칼라 L의 측정을 반복한다.
실제적인 티슈 페이퍼/카드보드 조합물의 측정을 위해, 보드 구멍을 고정핀을 따라 아래로 이동시켜 시험기의 베이스 판위에 티슈 샘플/카드보드 조합물을 위치시킨다. 고정핀은 샘플이 시험 동안에 이동하지 않도록 한다. 카드보드 측면이 중량체의 패드에 접촉시키면서, 보정 펠트/카드보드 샘플을 4파운드 추위에 클립으로 고정시킨다. 카드보드/펠트 조합물이 추에 의해 편평한 상태로 있게 한다. 이 추를 시험기 아암에 걸고 중량체/펠트 조합물 아래에 티슈 샘플을 부드럽게 위치시킨다. 조작자에게 가장 가까운 쪽의 중량체 단부는 티슈 샘플 자체가 아닌 티슈 샘플의 카드보드 위측으로 있어야 한다. 펠트는 티슈 샘플위에 편평한 상태로 있어야 하고, 티슈 표면과 100% 접촉해 있어야 한다. 이후, '푸쉬' 버튼을 가압하여 시험기를 작동시킨다. 5회의 최종의 시험기는 자동으로 정지할 것이다. 샘플과 관련하여 펠트가 덮혀진 중량체의 정지 위치를 주목한다. 만약 펠트가 덮혀진 중량체의 조작자를 향하고 있는 단부가 카드보드 위에 있다면, 시험기는 적절히 수행되고 있는 것이다. 만약, 펠트가 덮혀진 중량체의 조작자를 향하고 있는 단부가 카드보드 위에 있다면, 측정치를 버리고, 서덜랜드 마찰 시험기 보정 부분에서 언급한 대로 재보정한다.
펠트가 덮혀진 카드보드로 중량체를 제거한다. 티슈 샘플을 검사한다. 만약 찢어졌다면, 펠트와 티슈를 버리고 다시 시작한다. 만약 티슈 샘플이 휴식상태라면, 중량체로부터 펠트가 덮혀진 카드보드를 제거한다. 블랭크 펠트에 대해 전술한 바와 같이, 펠트가 덮혀진 카드보드에 대해 헌터 칼라 L값을 결정한다. 문지르고 난 후에 펠트에 대한 헌터 칼라 L 눈금을 기록한다. 남아있는 모든 샘플에 대해 문지르고 측정하여 헌터 칼라 L값을 기록한다.
모든 티슈가 측정된 후, 모든 펠트를 제거하여 버린다. 펠트 스트립은 다시 사용되지 않는다. 카드보드는 굽혀지고 찢어지고, 부드러워지고, 더 이상 매끄러운 표면을 가지지 않을 때 까지 사용된다.
계산
샘플의 와이어 측면 및 비와이어 측면에 대한 각각의 측정치로부터 사용되지 않은 펠트에 대해 측정하여 찾아진 평균 초기 L 눈금값을 빼서 델타 L값을 결정한다. 다겹 제품은 페이퍼의 하나의 측면을 마찰할 뿐 이라는 것을 기억한다. 따라서, 3개의 델타 L값이 다겹을 위해 얻어질 것이다. 3개의 델타 L값의 평균을 구하고 이 최종 평균값으로부터 펠트 인자를 뺀다. 이 최종 결과치가 2겹 제품을 위한 린트천으로 규정된다.
와이어 측과 비와이어측 측정이 얻어지는 홑겹 제품에 대해, 3개의 와이어측 L 눈금치의 각각과 3개의 비와이어측 L 눈금치의 각각으로부터 사용되지 않는 펠트에 대해 찾아지는 평균 초기 L 눈금을 뺀다. 3개의 와이어측 값의 평균 델타를 계산한다. 3개의 비와이어 측청치들에 대해 평균 델타값을 계산한다. 3개의 평균값 각각으로부터 펠트인자를 뺀다. 최종 결과치는 홑겹 제품의 비와이어측에 대한 린트천과 와이어측에 대한 린트천으로 규정된다. 이 2개의 값의 평균을 취함으로써, 전체적인 홑겹 제품에 대한 최종의 린트천이 얻어진다.
F. 티슈 페이퍼의 연성 측정
이상적으로는, 연성 측정을 하기 전에, 시험할 페이퍼 샘플은 탑피법 #402OM-88 에 따라 조건화되어야 한다. 여기에서, 샘플들은 22 내지 40℃에서 10 내지 35%의 상대습도 수준에서 24시간 동안 예비 조건화되어야 한다. 이 예비 조건화 단계 후에, 샘플은 22 내지 24℃에서 48 내지 52%의 상대습도 수준에서 24시간 동안 조절되어져야 한다.
이상적으로는, 연성 패널 시험은 항온항습실 영역내에서 실시된다. 이 것이 불가능하다면, 조절기를 포함한 모든 샘플은 동일한 노출 환경조건하에서 행해져야 한다.
연성 시험은 본원에 참고로 인용되고 1968 년 아메리칸 소사이어티 포 테스팅 앤드 머티리얼즈(American Society For Testing and Materials)에 의해 출판된 ASTM 특별 기술 출판번호 434의 '관능 시험 방법에 대한 지침서(Manual on Sensory Testing Methods)'에 기술된 것과 유사한 형태에서의 쌍으로의 비교과 같이 실행되어진다. 연성은 페어드 디퍼런스 시험로 언급되는 것을 사용하는 주관적인 시험에 의해 평가된다. 이 방법은 시험 물질 그 자체에 대해 기준 외관을 이용한다. 촉각으로 인지되는 연성에 대해서는, 2개의 샘플이 제공되어 피실험자는 샘플을 볼 수 없고, 피실험자는 촉각에 의한 인지방법에 근거하여 그 것들 중 하나를 선택하도록 요구되어진다. 시험의 결과는 패널 스코어 유닛(Panel Score Unit;PSU)라고 일컬어지는 형태로 보고되어진다. 여기에서 PSU 형태로 보고되는 연성 데이터를 얻기 위한 연성 시험과 관련하여, 다수의 연성패널 시험이 실행된다. 각각의 시험에서, 실시된 열개의 연성 판단들은 쌍으로된 샘플의 3개의 세트의 상대적인 연성을 평가하도록 요구되어진다. 샘플쌍들은 각각의 판단시 한 번에 한 쌍식 평가되어지는데: 각 쌍의 하나의 샘플은 X로 지정되고, 나머지는 Y로 지정된다. 간단하게 설명하면, 각 X 샘플은 이의 짝 Y 샘플에 대해 하기와 같이 등급이 매겨진다:
1. 만약 X가 Y보다 혹시 약간 부드러울수도 있다고 판단되면 +1의 등급이 주어지고, 만약 Y가 X보다 혹시 약간 부드러울수도 있다고 판단되면 -1의 등급이 주어진다;
2. 만약 X가 Y보다 분명히 약간 부드럽다고 판단되면 +2의 등급이 주어지고, 만약 Y가 X보다 분명히 약간 부드럽다고 판단되면 -2의 등급이 주어진다;
3. 만약 X가 Y보다 꽤 많이 부드럽다고 판단되면 +3의 등급이 주어지고, 만약 Y가 X보다 분명히 꽤 많이 부드럽다고 판단되면 -3의 등급이 주어진다;
4. 만약 X가 Y보다 상당히 약간 부드럽다고 판단되면 +4의 등급이 주어지고, 만약 Y가 X보다 상당히 약간 부드럽다고 판단되면 -4의 등급이 주어진다.
등급은 평균을 구하고 그 결과 값은 PSU 단위로 나타내진다. 결과 데이터는 하나의 패널 시험의 결과로 고려되어진다. 하나 이상의 샘플 쌍이 평가되면 모든 샘플 쌍이 짝을 이용한 통계분석에 의해 그들의 등급에 따라 순서적으로 정렬된다. 그 후 등급은 값, 즉 제로 PSU값을 주도록 요구되어져 제로 PSU값에 대해 샘플이 제로 베이스 기준이 되도록 선택되는 값에 따라 상향 또는 하향 조정된다. 다른샘플들은 그 후 제로 베이스 기준과 관련된 상대적인 그 들의 등급에 의해 결정되는 +값 또는 -값을 갖는다. 수행되어 평균이 구해진 패널 시험의 횟수는 약 0.2 PSU 가 주관적으로 인식된 연성에 있어서의 상당한 차이를 의미하는 것이 된다.
G. 티슈 페이퍼의 불투명도 측정
불투명도(%)은 칼러퀘스트(Colorquest) DP-9000 스펙트로칼러미터(Spectrocolormeter)를 사용하여 측정된다. 프로세서의 후방에 온/오프 스위치를 위치시키고 그것을 켠다. 장비를 두 시간 동안 예열시킨다. 시스템이 만약 스탠바이 모드에 와 있으면, 키 패드의 임의의 키를 누르고 장비를 30분정도 더 예열시킨다. 흑색 유리(black glass) 및 백색 타일(whitle tile)을 사용하여 장비를 표준화한다. DP9000 장비 지침서의 표준화 부분에 주어진 지시사항에 따라, 읽기 모드에서 표준화가 행해지는 것을 주지한다. DP-9000을 표준화하기 위해 , 프로세서의 CAL 키를 누르고 화면에 나타난 프롬프트(prompt)를 따른다. 그 후, 흑색 유리와 백색 타일을 읽도록 프롬프트될 것이다.
DP-9000 장비는 DP-9000 장비 지침서에 주어진 지시사항에 따라 또한 영점조절되어야 한다. 셋업 모드로 들어가기 위해 셋업 키를 누른다. 하기와 같은 변수들을 정의한다:
UF 필터: OUT
디스플레이: ABSOLUTE
읽기 간격: SINGLE
샘플 ID: 온 또는 오프
평균: 오프
통계: SKIP
색상 범위: XYZ
색상 지수: SKIP
색상차 범위: SKIP
색상차 지수: SKIP
CMC율: SKIP
CMC 인자: SKIP
관측자: 10 등급
광원: D
M1 제 2 광원: SKIP
표준: WORKING
목표값: SKIP
내성: SKIP
색상 범위가 XYZ로 셋팅되고, 관측자는 10 단계로 셋팅되고, 광원이 D로 셋팅된 것을 확인한다. 백색의 보정되지 않은 타일위에 홑겹 샘플을 위치시킨다. 백색의 보정된 타일이 또한 사용될 수 있다. 샘플 포트 아래로 샘플과 타일을 상승시키고 Y값을 결정한다.
샘플과 타일을 하강시킨다. 샘플 자체를 회전시키지 말고, 백색의 타일을 제거하고 흑색 유리로 대체시킨다. 다시, 샘플과 흑색 유리를 상승시키고 Y값을 결정한다. 홑겹 티슈 샘플은 백색의 타일 눈금과 흑색 유리 눈금사이에서 회전되지 않는다는 것을 주지한다.
불투명도(%)는 백색 타일위의 Y 눈금에 대한 흑색 유리위의 Y 눈금의 비율을 취함으로써 계산되어진다. 이 값에 100을 곱하여 불투명도 값(%)이 얻어진다.
명세서를 위해서, 불투명도의 측정치는 기본 중량의 변화에 대한 불투명도를 실질적으로 바로잡게 되는 '특정 불투명도'로 변환된다. 불투명도(%)를 특정 불투명도(%)로 변환하는 수학식 6은 하기와 같다.
상기 식에서,
특정 불투명도 단위는 단위 g/m2에 대한 %이고, 불투명도는 %이고, 기본 중량은 g/m2이다.
특정 불투명도는 0.01%로 보고되어야 한다.
G. 티슈 페이퍼의 강도 측정
건조 상태의 인장도
인장도는 스윙-알버트 인텔릭트(Swing-Albert Intelect) II 표준 인장도 시험(펜실베니아주 19534 필라델피아 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation))를 이용하여 1in 폭의 스트립으로 결정된다. 이 방법은 페이퍼 완제품, 릴 샘플, 미가공 제지원료에 사용되도록 의도된다.
샘플 조정 및 제조
인장도 시험 전에, 시험할 페이퍼 샘플은 탑피법 #T402OM-88 에 따라 조절되어야 한다. 모든 플라스틱 및 페이퍼 보드 패키지 재료는 시험하기 전에 페이퍼 샘플로부터 조심스럽게 제거되어야 한다. 페이퍼 샘플들은 22 내지 24℃에서 48 내지 52%의 상대습도 수준에서 2시간 이상 동안 조절되어야 한다. 샘플 준비 및 인장도 시험의 모든 양태들은 항온 항습실내에 제한되어 실시되어야 한다.
완제품들에 있어서는, 손상된 제품을 버린다. 이후, 사용가능한 4개의 단위체(또한 시이트라고 불려지는)으로부터 5개의 스트립을 제거하고, 하나를 다른 하나의 상부에 쌓아 일치된 시이트 사이에 관통구로써 긴 스택을 형성한다. 기계방향 인장도 측정을 위해 시이트 1 및 시이트 3을 확인하고, 횡방향 인장도 측정을 위해 시이트 2 및 시이트 4 를 확인한다. 다름으로, 4개의 분리된 제지원료를 만들기 위해, 페이퍼 절단기(펜실베니아주 19534 필라델피아 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation)의 안전 차단장치를 갖춘 JDC-1-10 또는 JDC-1-12)를 이용하여 관통구 라인을 절단한다. 스택 1 및 스택 3 은 여전히 기계방향 인장도 시험을 위한 것으로 확인되고, 스택 2 및 스택 4 는 횡방향 시험을 위한 것으로 확인된다. 스택 1 및 스택 3으로부터 기계방향으로 2개의 2.54㎝(1in) 폭의 스트립을 절단한다. 스택 2 및 4로부터 횡방향으로 2개의 2.54㎝(1in) 폭의 스트립을 절단한다. 지금 기계방향 인장도 시험을 위한 4개의 2.54㎝(1in) 폭의 스트립과, 횡방향 인장도 시험을 위한 4개의 2.54㎝(1in) 폭의 스트립이 존재한다. 완제품 샘플에 대해서, 8개의 2.54㎝(1in) 폭의 스트립은 사용가능한 5 단위체(또한 시이트로 지칭됨) 두께이다.
미가공 제조원료 및/또는 릴 샘플에 대하여, 샘플의 관심있는 부분으로부터 8겹 두께를 갖는 38.1㎝ x 38.1㎝(15in × 15in) 크기를 페이퍼 절단기(펜실베니아주 19534, 필라델피아, 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation)의 안전차단장치를 갖춘 JDC-1-10 또는 JDC-1-12)를 이용하여 절단한다. 하나의 38.1㎝ (15in) 절단은 기계방향에 평행한 방향으로 수행되고, 다른 38.1㎝ (15in) 절단은 횡방향에 평행한 방향으로 수행되어야한다는 것을 주지한다. 페이퍼 샘플들은 22 내지 24℃에서 48 내지 52%의 상대습도 수준에서 2시간 이상 동안 조절되어야 한다. 샘플 준비 및 인장도 시험의 모든 양태들은 항온항습실내로 제한되어 실시되어야 한다.
8겹 두께를 가지며 사전 조절된 이 38.1㎝ x 38.1㎝(15in × 15in) 규격의 샘플로부터, 4개의 2.5㎝ x 17.8㎝(1in × 7in) 크기의 스트립을 절단하되, 긴 17.8㎝ (7in) 측은 기계방향에 평행하게 한다. 이 샘플들을 기계방향 릴 또는 미가공 제조원료 샘플로 기억한다. 또 다른 4개의 2.5㎝ x 17.8㎝(1in × 7in) 크기의 스트립을 절단하되, 긴 17.8㎝ (7in) 측은 횡방향에 평행하게 한다. 이러한 샘플들은 횡방향 릴 또는 미가공 제조원료 샘플로 기억한다. 이미 자른 모든 절단부들은 페이퍼 절단기(펜실베니아주 19534 필라델피아 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation)의 안전 차단장치를 갖춘 JDC-1-10 또는 JDC-1-12)를 이용하여 자른 것임을 주지한다. 이제 총 8개의 샘플이 된다: 그 중 4개는 8겹 두께의 2.5㎝ x 17.8㎝(1in × 7in) 크기의 스트립으로서, 17.8㎝(7in) 측이 기계방향에 평행한 것이고, 4개는 8겹 두께의 2.5㎝ x 17.8㎝(1in × 7in) 크기의 스트립으로서, 17.8㎝(7in)측이 횡방향에 평행하게 된다.
인장도 시험 작업
인장도의 실제적인 측정에 대해서, 스윙 알버트 인텔릭트 II 인장도 시험기(펜실베니아주 19534 필라델피아 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation))를 사용한다. 장치 내로 평면 클램프(flat face clamp)를 삽입하고, 스윙 알버트 인텔릭트 II의 조작 지침서에 주어진 지시사항에 따라 시험기를 보정한다. 장비 크로스헤드 속도를 10.6㎝/분(4.00in/분)으로 셋팅하고 제 1 및 제 2 게이지 길이를 5.1㎝(2in)으로 셋팅한다. 파열 민감도는 20g로 셋팅되어야 하고, 샘플 폭은 2.5㎝(1in), 샘플 두께는 0.635㎜(0.025in)로 셋팅되어야 한다.
로드 셀(load cell)은 시험될 샘플 결과에 대한 예상 인장도가 사용시의 25% 내지 75%에 오도록 선택된다. 예를 들면, 5000g 로드 셀이 1250g(5000g의 25%) 내지 3750g(5000g의 75%)의 예상 인장도 범위를 갖는 샘플에 대해 사용될 수도 있다. 인장도 시험기는 125g 내지 375g의 예상 인장도를 갖는 샘플이 시험될 수 있도록 인장도 시험기는 5000g 로드 셀의 10% 범위에서 셋팅되어질 수 있다.
인장 스트립들 중 하나를 취하여 이의 한 단부를 인장도 시험기의 하나의 클램프에 위치시킨다. 페이퍼 스트립의 다른 단부는 다른 클램프에 위치시킨다. 스트립의 긴 측이 인장도 시험기의 측면에 평행하도록 되는 것을 주지한다. 또한, 스트립들은 2개의 클램프의 어떠한 측면에도 걸리지 않는다는 것을 주지한다. 또한, 클램프의 각각의 압력은 페이퍼 샘플과 완전하게 접촉시켜야 한다.
페이퍼 시험 스트립을 2개의 클램프에 삽입한 후에, 장비의 인장도가 주시되어질 수 있다. 만약 장비의 인장도가 5g 이상의 값을 보인다면, 샘플이 너무 팽팽한 것이다. 달리, 만약 시험을 시작하고 나서 어떠한 값이 기록되기전에 2-3 초의 기간이 지났다면, 인장 스트립이 너무 늘어진 것이다.
인장도 시험기 장비 지침서에 기술된 바와 같이 인장도 시험기를 구동시킨다. 크로스헤드가 그 초기 시작위치로 자동으로 복귀한 후 시험은 완료된다. 장비 눈금 또는 장비 인접부의 디지털 패널 미터(digital panel meter)로부터 g단위로 인장도 로드를 읽고 기록한다.
리셋 상태가 장비에 의해 자동적으로 수행되지 않으면, 장비 클램프를 그 초기 시작위치로 셋팅하는 필요한 조절과정을 수행한다. 전술한 바와 같이, 하기 페이퍼 스트립을 두 클램프내로 삽입하고 g단위의 인장도 측정치를 수득한다. 모든 페이퍼 시험 스트립으로부터 인장도 측정치를 수득한다. 시험 중에, 클램프의 가장자리에서 스트립이 슬립되거나 파열되면 눈금읽기를 안해야 함을 알아야만 한다.
계산
4개의 기계방향 2.5㎝ (1in) 폭 완제품 스트립에 대해서, 4개의 개별 기록된 인장도 측정치를 합한다. 이 합계를 시험된 스트립수로 나눈다. 이 숫자는 보통 4이어야만 한다. 또한, 인장 스트립 당 사용가능한 단위의 숫자로 기록된 인장도 값의 합계를 나눈다. 이는 홑겹 및 이겹 제품 모두에 대하여 일반적으로 5이다.
횡방향 완제품 스트립에 대해서 계산을 반복한다.
기계방향의 미가공 제조원료 또는 릴 샘플에 대해, 4개의 개별적으로 기록된 인장도 측정치를 합한다. 이 합계를 시험된 스트립의 숫자로 나눈다. 이 숫자는 보통 4이어야만 한다. 또한, 인장 스트립 당 사용가능한 단위의 숫자로 기록된 인장도 값의 합계를 나눈다. 이는 일반적으로 8이다.
이 계산을 횡방향 변환되지 않은 또는 릴 샘플 페이퍼 스트립에 대해 반복한다.
모든 결과치는 g/㎝ (g/in) 단위이다.
본원에서, 인장도는 기계방향 및 횡방향에서 측정되고 기본 중량으로 나누어 미터단위로 바로잡아진 인장도의 합으로 정의된 '구체적 총 인장도'로 변환되어야만 한다.
Claims (35)
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- (a) 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재로 구성된 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 제공하는 단계;(b) 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 이동식 세공 형성 패브릭의 표면에 침착시켜 습윤 초기 제지용 웹을 형성하는 단계;(c) 상기 세공 성형 패브릭으로부터의 습윤 초기 제지용 웹을 세공 형성 패브릭에서 보다 약 5% 내지 약 75% 느린 속도로 제 1 이동 패브릭으로 이동시키는 단계; 및(d) 상기 제 1 이동 패브릭으로부터의 습윤 초기 제지용 웹을 하나 이상의 추가적인 이동 수단을 통해 건조 패브릭으로 이동시키면서 상기 습윤 초기 제지용 웹을 0.6g/㎤ 미만의 벌크 밀도를 갖는 충전된 티슈 페이퍼를 제공하도록 비압축적으로 건조시키는 단계를 포함하는,비셀룰로오즈성 미립 충전재를 티슈 페이퍼에 혼입하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,미립 충전재가 크레이프 티슈 페이퍼의 총중량의 약 1% 내지 약 50%를 구성하고, 점토, 탄산 칼슘, 이산화티탄, 활석, 알루미늄 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 알루미나 트리하이드레이트, 활성 탄소, 진주빛 전분(pearl starch), 황산 칼슘, 유리의 미세구체, 규조토 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
- 제 12 항에 있어서,미립 충전재가 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛의 평균 등가 구경(average equivalent spherical diameter)을 겊는 카올린 점토인 방법.
- 제 13 항에 있어서,습윤 초기 제지용 웹이 통기-건조(throughdrying)에 의해 건조되는 방법.
- 제 12 항에 있어서,단계 (a)의 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액이(a) 비셀룰로오즈성 미립 충전재의 수성 분산액을 전분의 수성 분산액과 접촉시키는 단계;(b) 전분-접촉된 충전재의 수성 분산액을 제지용 섬유와 혼합하여 제지용 섬유와 전분-접촉된 충전재의 혼합물을 형성하는 단계; 및(c) 상기 제지용 섬유와 전분-접촉된 충전재의 혼합물을 응집제(flocculant)와 접촉시킴으로써, 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제공되는 방법.
- 제 15 항에 있어서,전분이 그의 무수글루코오즈 단위체 당 양이온성 치환체 약 0.01 내지 약 0.1의 치환도를 겊고, 양이온 치환체가 3급 아미노알킬 에테르, 4급 암모늄 알킬 에테르 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
- 제 16 항에 있어서,비셀룰로오즈성 미립 충전재의 수성 분산액이 미립 충전재를 약 0.1중롬% 내지 약 5중롬% 함유하고, 전분의 수성 분산액이 전분을 약 0.1중롬% 내지 약 10중롬% 포함하는 방법.
- 제 17 항에 있어서,전분이 미립 충전재의 중롬을 기준으로하여 약 0.1중롬% 내지 약 5중롬%로 구성되는 방법.
- 제 18 항에 있어서,제지용 섬유를 미립 충전재와 접촉시키기 전에 약 600㎖의 캐나다 기준 프먕니스(Canadian Standard Freeness)보다 작은 프먕니스로 정제시키는 추가의 단계를 포함하는 방법.
- 제 19 항에 있어서,응집제가 중합체 1g당 양이온성 치환체 약 0.2 내지 약 2.5밀먕당롬을 함유하고 약 1,000,000 이상의 분자롬을 겊는 양이온성 폴먕아크릴아미드 중합체인 방법.
- 제 20 항에 있어서,미립 충전재가 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛의 평균 등가 구경을 겊는 카올린 점토인 방법.
- 제 21 항에 있어서,습윤 초기 제지용 웹이 통기-건조에 의해 건조되는 방법.
- 제 12 항에 있어서,단계 (a)의 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액이(a) 비셀룰로오즈성 미립 충전재의 수성 분산액을 음이온성 다중전해질 중합체의 수성 분산액과 접촉시키는 단계;(b) 음이온성 다중전해질 중합체-접촉된 충전재의 수성 분산액을 제지용 섬유와 혼합하여 제지용 섬유와 중합체-접촉된 충전재의 혼합물을 형성하는 단계; 및(c) 상기 제지용 섬유와 중합체-접촉된 충전재의 혼합물을 양이온성 보유 보조제와 접촉시킴으로써 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제공되는 방법.
- 제 23 항에 있어서,음이온성 다중전해질 중합체가 약 1,000,000보다 큰 분자롬을 겊고 중합체 1g당 약 2 내지 약 4밀먕당롬의 전하밀도를 겊는 방법.
- 제 24 항에 있어서,음이온성 다중전해질 중합체가 미립 충전재 중량을 기준으로하여 약 0.2중량% 내지 약 1중량%로 구성되는 방법.
- 제 25 항에 있어서,단계 (c)의 양이온성 보유 보조제가 전분의 무수글루코오즈 단위체 당 양이온성 치환체 약 0.01 내지 약 0.1의 치환도를 겊는 양이온성 전분이고, 상기 양이온성 치환체가 3급 아미노알킬 에테르, 4급 암모늄 알킬 에테르 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
- 제 26 항에 있어서,전분을, 크레이프 티슈 페이퍼 중롬을 기준으로하여 약 0.2중롬% 내지 약 1중롬%의 비율로 첨가하는 방법.
- 제 27 항에 있어서,제지용 섬유와 중합체-접촉된 충전재의 혼합물을 양이온성 보유 보조제와 접촉시키는 단계가 응집제의 첨가를 추가로 포함하고, 여기서 상기 응집제를 상기 양이온성 보유 보조제가 첨가된 후에 첨가함으로써 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 형성하는 방법.
- 제 28 항에 있어서,단계 (c)에서, 제지용 수성 퍼니쉬를 양이온 보유 보조제가 첨가된 후이지만 응집제가 첨가되기 전에 0.5중롬% 미만으로 희소하는 방법.
- (a) 제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재로 구성된 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 제공하는 단계;(b) 하나 이상의 추가적인 제지용 퍼니쉬를 제공하는 단계;(c) 이동식 세공 형성 패브릭의 표면에 상기 제지용 퍼니쉬를 침착시켜 상기 충전재-함유 제지용 수성 퍼니쉬 및 상기 추가의 제지용 퍼니쉬로부터, 다층 페이퍼 웹을 이루도록 습윤 초기 제지용 웹을 형성(이때, 하나 이상의 층은 충전재-함유 제지용 수성 퍼니쉬로부터 형성되고, 하나 이상의 층은 상기 추가의 제지용 퍼니쉬로부터 형성된다)하는 단계;(d) 상기 세공 형성 표면으로부터의 습윤 초기 제지용 웹을 세공 형성 패브릭에서 보다 약 5% 내지 75% 속도로 느린 속도로 제 1 이동 패브릭으로 이동시키는 단계; 및(e) 상기 제 1 이동 패브릭으로부터의 습윤 초기 제지용 웹을 하나 이상의 추가적인 이동수단을 통해 건조 패브릭으로 이동시키면서 상기 습윤 초기 제지용 웹을 비압축적으로 건조시키는 단계를 포함하는,비셀룰로오즈성 미립 충전재를 다층 티슈 페이퍼에 혼입하는 방법.
- 제 30 항에 있어서,미립 충전재가 크레이프 티슈 페이퍼의 총중량의 약 1% 내지 약 50%로 구성되고, 점토, 탄산 칼슘, 이산화티탄, 활석, 알루미늄 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 알루미나 트리하이드레이트, 활성 탄소, 진주빛 전분, 황산 칼슘, 유리의 미세구체, 규조토 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
- 제 31 항에 있어서,제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 포함하는 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액이(a) 비셀룰로오즈성 미립 충전재의 수성 분산액을 전분의 수성 분산액과 접촉시키는 단계;(b) 전분-접촉된 충전재의 수성 분산액을 제지용 섬유와 혼합하여 제지용 섬유와 전분-접촉된 충전재의 혼합물을 형성하는 단계; 및(c) 상기 제지용 섬유와 전분-접촉된 충전재의 혼합물을 응집제와 접촉시킴으로써 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제공되는 방법.
- 제 31 항에 있어서,제지용 섬유 및 비셀룰로오즈성 미립 충전재를 포함하는 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액이(a) 비셀룰로오즈성 미립 충전재의 수성 분산액을 음이온성 다중전해질 중합체의 수성 분산액과 접촉시키는 단계;(b) 음이온성 다중전해질 중합체-접촉된 수성 분산액을 제지용 섬유와 혼합하여 제지용 섬유와 중합체-접촉된 충전재의 혼합물을 형성하는 단계; 및(c) 상기 제지용 섬유와 중합체-접촉된 충전재의 혼합물을 양이온성 보유 보조제와 접촉시킴으로써 상기 제지용 퍼니쉬의 수성 현탁액을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제공되는 방법.
- 제 31 항 내지 제 33 항중 어느 한 항에 있어서,미립 충전재가 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛의 평균 등가 구경을 겊는 카올린 점토인 방법.
- 제 34 항에 있어서,습윤 초기 제지용 웹이 통기-건조에 의해 건조되는 방법.
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