KR101057947B1 - 아미노-작용기화 펄프 섬유 - Google Patents

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Abstract

개시된 발명은 수성 상에서 비-추출성인 아미노-작용기화 웨트-레이드 종이 제품을 위해 적절한 펄프 섬유에 관한 것이다. 펄프 섬유는 펄프 밀에서 마무리 작업에 앞서서 아미노 작용성 첨가제를 섬유 웹(33, 36)에 적용함(35a, 35b, 35c)으로써 제조될 수도 있다. 섬유 웹(33, 36)을 제지 기계(38)에서 재펄프화하여 본 발명의 아미노-작용기화 섬유를 포함하는 종이 웹(64)을 형성할 수 있다. 아미노-작용기화 섬유로 형성된 종이 웹은 특정한 제지 첨가제에 대해 특유하고(특유하거나) 개선된 반응성을 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 개시된 발명의 종이 웹은 폴리아민 에피클로로히드린 습윤 강도제와 같은 영구적인 습윤 강도제로 처리될 때 40％ 초과의 건조 인장 강도 증가를 나타내는 반면, 본 발명의 아미노-작용기화 섬유를 포함하지 않는 종이 웹은 동일한 강도제로 처리될 때 강도 성질에서 20％ 미만의 증가만을 나타낼 수 있다.
Figure R1020057010920
아미노-작용기, 펄프 섬유, 종이 웹, 습윤 강도제

Description

아미노-작용기화 펄프 섬유{AMINO-FUNCTIONALIZED PULP FIBERS}
일반적으로 티슈 제조 및 제지 기술에서, 많은 첨가제들이 특정한 목적, 예컨대 습윤 강도를 증가시키거나, 유연성을 개선시키거나 또는 습윤 성질을 조절하는 목적을 위해 제안되어 왔다. 예를 들어, 과거에는, 강도를 증가시키거나 또는 물과의 접촉시 및(또는) 습윤 환경에서 사용시에 제품의 성질을 조절하기 위하여, 습윤 강도제가 종이 제품에 첨가되었다. 예를 들어, 습윤 강도제를 종이 타월에 첨가하면, 종이 타월의 분해 없이도 습윤 후에 표면을 닦고 문지르기 위해 종이 타월을 사용할 수 있다. 유체와의 접촉 시에 티슈가 찢어지는 것을 막기 위하여, 습윤 강도제를 또한 얼굴용 티슈에 첨가한다. 일부 적용에서, 사용되는 동안에 티슈에 강도를 제공하기 위하여 습윤 강도제를 목욕 티슈에 또한 첨가한다. 그러나, 목욕 티슈에 첨가될 때, 습윤 강도제는, 변기에 넣어 하수구 배관으로 씻어내릴 때 목욕 티슈가 분해되는 것을 막아서는 안된다. 목욕 티슈에 첨가된 습윤 강도제는, 특정한 시간 길이 동안에만 티슈에서 습윤 강도를 유지하기 때문에, 때때로 일시적인 습윤 강도제로 언급된다.
전형적으로, 최종 제품에 특정한 속성을 부여하기 위하여, 제조 또는 전환 단계 동안에 제지 기계의 헤드박스의 섬유 슬러리 상류에 연화제, 착색제, 증백제, 강도제 등과 같은 제지 첨가제를 첨가한다. 이러한 첨가제를, 섬유 슬러리는 약 0.15 내지 약 5％의 섬유 농도를 갖는 스톡 체스트(stock chest) 또는 스톡 라인(stock line)에서 혼합할 수도 있거나, 또는 제조 동안에 습윤 또는 건조 종이 또는 티슈 상에 분무할 수도 있다.
습부 (wet end) 첨가제 첨가와 연관된 한가지 곤란점은, 첨가제가 물에 현탁되고 셀룰로스 상에서 비교적 적은 수의 카르복실산 및(또는) 알데히드기를 통해 셀룰로스와 반응되어야 하거나 대안적으로 화합물이 양이온성이어야 하고 그 자체 및 음이온성 섬유 사이의 이온성 인력을 통해 부착되어야 한다는 것이다. 습부 첨가제의 흡수를 개선하기 위하여, 수 중에 있을 때 전하를 부여하는 작용기로 첨가제를 종종 개질시킨다. 하전된 첨가제와 음이온성 하전된 섬유 표면 사이의 동전기적 인력은, 섬유 상에 첨가제가 침착되고 보유되는데 도움이 된다. 그럼에도 불구하고, 일반적으로 초지기 습부에 흡수되거나 보유될 수 있는 첨가제의 양은, 섬유 상의 음이온성 부위의 수 및(또는) 섬유 상의 반응성 작용기의 수로 제한된다. 그 결과, 첨가제의 흡수는, 특히 고 첨가제 적재 수준을 달성하고자 노력할 때, 100％보다 상당히 낮을 수도 있다.
결국, 임의의 화합물 수준에서, 특히 높은 첨가 수준에서, 첨가제의 일부가 섬유 표면 위에 보유된다. 첨가제의 나머지 부분은 현탁수상에 용해되거나 분산된 채로 있다. 이러한 흡수되지 않거나 보유되지 않은 첨가제들은 제지 공정에서 여러 문제를 일으킬 수도 있다. 첨가제의 정확한 성질이 발생가능한 특정한 문제들을 결정하지만, 흡수되지 않거나 보유되지 않은 첨가제로부터 생길 수 있는 문제의 일부는: 발포, 침착, 다른 섬유 흐름의 오염, 기계 상의 불량한 섬유 체류, 다층 제품에서 손상된 화합물 층 순도, 수계 (water system)에서 용해된 고형물 축적, 다른 공정 화합물과의 상호작용, 펠트 또는 직물 충전(plugging), 건조기 표면 상의 과다한 접착 또는 방출, 및 최종 제품에서의 물리적 성질 가변성을 포함한다.
또한, 섬유 상에 보유될 수 있는 첨가제의 양은, 섬유 표면 상에 있는 반응성 부위의 수에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 섬유의 반응성에 의해 제한될 수도 있다. 그로써, 예를 들어 습윤 및 건조 강도 특징과 같은 종이 제품의 바람직한 특징이 제한된다.
과거에는 특정한 첨가제와 섬유의 반응성을 증가시키기 위하여 셀룰로스 섬유를 화학적 처리 또는 효소 처리를 통해 물리적으로 개질시킨 반면, 이러한 공지된 처리는 비용이 많이 들고 제어가 곤란할 수도 있다.
따라서, 당 기술분야에서 부족하고 필요한 것은, 제지 섬유의 반응성을 증가시켜, 섬유 및 제지 첨가제 간의 증가된 반응성으로 인하여 섬유로 이루어진 웹의 물리적 특징을 개선시키는 방법이다. 또한, 제지 섬유의 증가된 반응성은, 제지 공정에서 사용될 수 있는 가능한 첨가제의 수를 확장시킬 뿐만 아니라 제지 섬유에 의한 첨가제의 흡수 효율 증가로 인해 현탁수상에서 과량의 첨가제를 최소화시킬 수도 있다.
발명의 요약
본 발명의 한가지 구현양태에 따라, 제지 첨가제에 대해 개선된 반응성을 나타내는 제지 섬유가 개시된다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 제지 섬유는 셀룰로스 섬유 및 셀룰로스 섬유에 부착된 아미노-작용성 첨가제를 포함한다.
아미노-작용성 첨가제는 일반적으로 첨가제 그램 당 약 0.90 밀리당량(m-eq)을 초과하는 1차 아민 함량을 가질 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 아미노-작용성 첨가제는 첨가제 그램 당 0.94 m-eq을 초과하는 1차 아민 함량을 가질 수도 있다.
아미노-작용성 첨가제는 일반적으로 수성 매질에서 셀룰로스 섬유로부터 추출되지 않을 수도 있다. 즉, 아미노-작용성 첨가제는 수성 조건하에서 약 50％ 이상의 셀룰로스 섬유 상의 보유 수준을 가질 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 아미노-작용성 첨가제는 수성 조건하에서 약 60％ 이상의 셀룰로스 섬유 상의 보유 수준을 가질 수도 있다. 다른 구현양태에서, 아미노-작용성 첨가제는 수성 조건하에서 약 75％ 이상의 셀룰로스 섬유 상의 보유 수준을 가질 수도 있다.
하나의 구현양태에서, 아미노-작용성 첨가제는 예를 들어 폴리비닐아민 또는 폴리옥시알킬폴리아민과 같은 중합체 아미노-작용성 첨가제일 수도 있다.
아미노-작용성 첨가제는 적절한 방법을 통해 셀룰로스 섬유에 부착될 수도 있다. 예를 들어, 이것이 본 발명의 요건은 아니지만, 하나의 구현양태에서 첨가제가 예를 들어 공유 결합에 의해 섬유에 결합될 수도 있다.
본 발명의 아미노-작용성 제지 섬유는 특정한 구현양태에서 약 200 초과의 캐나다 표준 여유도 값을 가질 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 아미노-작용기화 제지 섬유는 약 500 초과의 CSF를 가질 수도 있다.
아미노-작용기화 섬유는 적절한 제지 섬유로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 아미노-작용기화 섬유는 미사용 섬유(virgin fiber) 또는 고 수율 펄프 섬유일 수 도 있다.
본 발명은 아미노-작용기화 섬유로부터 형성된 종이 웹에 관한 것이다. 종이 웹은 일반적으로 아미노-작용기화 섬유 및 아미노-작용기화 제지 섬유와 반응할 수 있는 제지 첨가제를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제지 첨가제는 일시적 또는 영구적 습윤 강도제인 습윤 강도제 또는 대안적으로 중합체 음이온 반응성 화합물 또는 중합체 알데히드 작용성 화합물일 수도 있다. 제지 첨가제는 일반적으로 웹의 중량을 기준으로 하여 약 0.1％ 내지 약 10％의 양으로 웹에 첨가될 수도 있다.
하나의 구현양태에서, 종이 웹은 습윤 강도제지 첨가제를 포함할 수도 있고, 습윤 강도제로 처리되지 않은 균등한 웹의 건조 인장 지수에 비해 약 40％ 이상 큰 건조 인장 지수를 나타낼 수도 있다.
본 발명의 종이 웹은 본 발명의 아미노-작용기화 섬유의 단독으로 형성될 수 있거나, 또는 대안적으로 제지 섬유의 혼합물로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 종이 웹은 약 10％ 내지 약 100％ 아미노-작용기화 제지 섬유를 포함할 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 종이 웹은 다른 제지 섬유와 혼합된 약 50중량％의 아미노-작용기화 제지 섬유를 포함할 수도 있다.
종이 웹은 예를 들어 비크레이프화 통기-건조 종이 웹, 크레이프화 웹, 성층 웹 등을 포함하는 임의의 원하는 양식 또는 유형의 종이 웹일 수도 있다.
본 발명은 또한 섬유 슬러리를 생성하는 것을 포함하는 아미노-작용기화 펄프 섬유의 형성 방법에 관한 것이다. 섬유 슬러리는 물 및 제지 섬유를 포함한다. 섬유 슬러리를 펄프 시트 기계의 웹-성형장치로 통과시키고, 이 곳에서 섬유 슬러 리로부터 습윤 섬유 웹이 형성된다. 습윤 섬유 웹을 소정의 농도로 탈수시켜 이에 의해 탈수된 섬유 웹을 형성한다. 이어서, 아미노-작용성 첨가제를 탈수된 섬유 웹에 적용한다. 얻어진 화학적으로 처리된 섬유 웹은, 아미노-작용기화 펄프 섬유가 물에 재분산될 때, 아미노-작용성 첨가제의 적용된 양의 약 50％ 이상을 보유할 수도 있는 아미노-작용기화 펄프 섬유를 함유한다.
하나의 구현양태에서, 화학적으로 처리된 건조 섬유 웹을 공정수 (process water)와 혼합하여 아미노-작용기화 펄프 섬유 슬러리를 형성한다. 슬러리는 그것에 고정된 아미노-작용성 첨가제를 가진 섬유를 함유한다. 아미노-작용성 펄프 섬유가 특정한 제지 첨가제, 예를 들어 습윤 강도제와 반응하는 능력의 증가로 인하여, 화학적으로 처리된 펄프 섬유 슬러리로부터 향상된 품질을 가진 최종 제품이 제조될 수도 있다.
정의 및 시험 방법
용어 "건조된 섬유 웹"이란, 약 65 내지 약 100％의 농도를 가진 섬유 웹을 가리킨다. 일부 구현양태에서, 건조된 섬유 웹의 농도는 약 80 내지 약 100％ 또는 약 85 내지 약 95％일 수도 있다.
용어 "탈수된 섬유 웹"이란, 약 20 내지 약 65％의 농도를 가진 섬유 웹을 가리킨다. 일부 구현양태에서, 탈수된 섬유 웹의 농도는 약 40 내지 약 65％ 또는 약 50 내지 약 65％일 수도 있다.
용어 "크럼(crumb) 형태"란 약 30 내지 약 85％의 농도를 가진 펄프 섬유를 가리킨다. 일부 구현양태에서, 크럼 형태의 농도는 약 30 내지 약 60％ 또는 약 30 내지 약 45％일 수도 있다.
용어 "보유된" 이란, 섬유의 재분산 또는 재펄프화 동안에 섬유가 물에 현탁된 후에 펄프 섬유에 의해 보유된 첨가제의 일부를 가리킨다.
웨트-레이드 웹 형성 공정의 습부에서 사용될 때, 제지 섬유 상에서 화학 첨가제의 체류는 다음과 같은 방식으로 결정되었다. 본 발명의 방법에 따라 처리된 25그램의 유칼립투스 섬유를 브리티시 펄프 붕해장치 (미국 조지아주 아틀란타 소재의 로렌젠 앤드 웰트 인코포레이티드(Lorentzen and Werte, Inc.)로부터 입수가능함)에서 약 40℉에서 2000cc 증류수에 5분 동안 분산시켰다. 펄프 슬러리를 약 0.3％ 농도로 희석하였다. 정사각형(9"×9") 밸리 핸드시트 몰드 (Valley Handsheet Mold) (미국 위스콘신주 애플톤 소재의 비오쓰 인코포레이티드(Vioth, Inc.)로부터 입수가능함) 상에서 60gsm 핸드시트를 형성하기에 필요한 적절한 양의 0.3％ 슬러리를, 물로 부분적으로 충진된 몰드 내에 쏟아부었다. 이어서, 몰드를 약 8리터 총 부피까지 물로 충진하였다. 핸드시트 몰드 수에 현탁된 섬유를 핸들에 부착된 천공 판을 사용하여 혼합하여, 몰드의 전체 부피 내에서 섬유를 균일하게 분산시켰다. 혼합 후에, 몰드에서 물을 배수하고, 섬유를 90×90 메쉬 성형 와이어 상에 침착시킴으로써 시트를 제조하였다. 압지 및 카우치 롤을 사용하여 성형 와이어로부터 시트를 제거하였다. 이어서, 습윤 시트를 100psi에서 2분 동안 와이어 면을 위로 하여 가압한 다음, 213℉(±2℉)로 유지된 스팀 가열된 오목면 금속 건조기(예를 들어, 미국 위스콘신주 애플톤 소재의 보이쓰 인코포레이티드(Voith, Inc.)로부터 입수가능한 밸리 스팀 핫플레이트 (Valley Steam Hotplate) 건조기)로 옮겼다. 장력 하에서 덮개를 사용하여 건조기에 대해 시트를 고정시켰다. 금속 표면 상에서 2분 동안 시트를 건조시킨 다음 제거하였다. 핸드시트 제조 전 및 후에, 처리된 펄프 섬유 중의 첨가제 함량을 결정하였다. 하기 수학식의 측면에서 보유율을 표현할 수 있다:
보유율 = (핸드시트 중의 첨가제 ％) ÷ (처리된 섬유 중의 첨가제 ％)
용어 "습윤-성형 장치"는 당업자에게 공지된 펄프 단계에서 사용되는 장망 (fourdrinier) 성형장치, 이중 와이어 성형장치, 실린더 기계, 프레스 성형장치, 크레슨트 성형장치 등을 포함한다.
용어 "물"이란 물 또는 물 및 제지 공정에서 요망되는 기타 처리 첨가제를 함유하는 용액을 가리킨다.
용어 "첨가제"란 단일 처리 화합물 또는 처리 화합물의 혼합물을 가리킨다.
용어 "수용성"이란, 물에서 용액을 형성하는 고체 또는 액체를 가리키고, 용어 "수 분산성"이란 수성 매질로 분산될 수도 있는 콜로이드성 크기 또는 그보다 큰 크기의 고체 또는 액체를 가리킨다.
용어 "결합제"란, 시트에서 섬유간 또는 섬유내 결합 수준을 증가시키거나 향상시키기 위하여 티슈 내로 혼입될 수도 있는 화합물을 가리킨다. 증가된 결합은 이온, 수소 또는 공유 결합 특성일 수도 있다. 결합제는 건조 및 습윤 강도 향상 화학 첨가제 양쪽 모두를 가리키는 것으로 이해된다.
여기에서 사용된 "점도"는 유형 MIVI-6001 측정 패널에 연결된 소프라서(Sofrasser) SA 점도계 (프랑스 빌르망두르)로 측정된다. 점도계는 주변 유체의 점도에 반응하는 진동 막대를 사용한다. 측정을 수행하기 위하여, 점도계로 보충된 30ml 유리 관 (Corex H No. 8445)을 10.7ml 유체로 충진하고, 막대를 유체에 침지시키기 위해 진동 막대 위에 관을 놓아 둔다. 막대 주위의 강철 도자가 유리관을 수용하고 관이 장치 내로 완전히 삽입되어 진동 막대 위의 액체 깊이를 재실현할 수 있도록 한다. 관을 30초 동안 원위치에 유지시켜, 안정한 값에 이를 때까지 측정 패널 상에서 센티포이즈 판독이 가능하도록 한다.
달리 규정되지 않는 한 "인장 강도"는, 3인치 조(jaw) 폭, 4인치의 조 간격, 및 10인치/분의 크로스헤드 속도를 가진 인장 시험기를 사용하도록 변형된 Tappi 시험 방법 T494 om-88에 따라 측정된다. 습윤 강도는, 샘플의 중간선 주위에 주름이 잡히지 않은 채로 티슈 샘플을 접고 말단에 고정시키고 탈이온수에 약 0.5초 동안 약 0.5cm의 깊이로 침지시켜 샘플의 중심 부분을 습윤시키는 것 이외에는, 건조 강도와 동일한 방식으로 측정되며, 이 때 습윤된 영역을 흡수성 타월에 대해 약 1초 동안 접촉시켜 과다한 방울의 유체를 제거하고, 샘플을 펼치고, 인장 시험기 조에 고정시킨 직후 시험하였다. 시험 전에 TAPPI 조건(50％ RH, 22.7℃) 하에서 상태조절하였다. 일반적으로, 습윤 인장 시험을 위해 3개 샘플을 조합하여, 하중 셀 판독값이 정확한 범위에 있도록 하였다. 달리 규정되지 않는 한, 기계-제작 웹의 건조 및 습윤 인장 성질을 웹의 기계 방향에서 취하였다.
"인장 지수"(TI)는 건조 및 습윤 상태에서 시험된 웹의 기본 중량에 대해 표준화된 인장 강도의 측정값이다. 인장 강도는, 3인치 당 힘의 그램 단위로 결정된 인장 강도를 미터 당 뉴튼의 단위로 전환하고, 결과를 티슈의 평방 미터 당 그램으 로 기본 중량으로 나누어 인장 지수를 뉴튼-미터/그램(Nm/g)으로 수득함으로써, 인장 지수로 전환될 수 있다.
당업자에게 최선의 양태를 포함하여 본 발명의 전체적인 가능한 개시내용을 첨부된 도면에 관한 언급과 함께 이하 명세서에서 더욱 구체적으로 기재한다. 도면에서:
도 1은 아미노-작용기화 펄프 섬유를 생성하기 위한 본 발명에 따른 방법의 개략적인 공정 흐름도를 나타낸다.
도 2는 아미노-작용기화 펄프 섬유를 생성하기 위한 본 발명에 따른 다른 방법의 개략적인 공정 흐름도를 나타낸다.
도 3은 크레이프화 티슈 시트의 제조 방법의 개략적인 공정 흐름도를 나타낸다.
본 명세서 및 도면에서 참조 번호의 반복 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위한 것이다.
이제, 본 발명의 구현양태에 관해 상세히 언급할 것이며, 본 발명의 하나 이상의 실시예를 이하에 기재한다. 각각의 실시예는 본 발명의 설명을 위해 제공된 것이며 본 발명을 제한하지 않는다. 사실상, 본 발명의 범위 또는 범주에서 벗어나지 않으면서 본 발명에 대해 다양한 변형 및 변화를 행할 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 추가의 구현양태를 얻기 위하여, 하나의 구현양태의 일부로서 예증되거나 기재된 특징들이 다른 구현양태에서도 사용될 수 있다. 즉, 본 발명은 첨부된 청구의 범위 및 그의 균등 범위에 속할 때 이러한 변형 및 변화를 포함하는 것으로 해석된다.
제지 첨가제에 대해 증가된 반응성을 갖기 위하여 셀룰로스 섬유를 전처리할 수도 있음을 알아내었다. 특히, 아민 작용기, 구체적으로 1차 아민 작용기화 섬유가 제조될 수 있음을 알아내었다. 본 발명에 따라 제조된 아미노-작용기화 섬유를 웨트-레이드 종이 제품의 형성에서 사용할 수도 있다. 아미노-작용기화 섬유는, 아미노-작용기를 갖도록 처리되지 않은 펄프 섬유에 비하여, 특정한 제지 첨가제와의 증가된 반응성을 나타낼 수 있다. 일반적으로, 섬유의 아미노-작용기화는 펄프 밀에서의 마무리 공정에 앞서서 섬유 웹을 마무리 공정 동안에 섬유에 부착되는 아미노-작용성 화합물 또는 중합체 첨가제로 처리하고, 마무리 공정을 완결하고, 마무리처리된 펄프를 재분산시키고 (또는 재펄프화하고), 웨트-레이드 종이 제품의 제조에서 아미노-작용기화 펄프를 사용함으로써 달성될 수도 있다.
일반적으로, 본 발명은 웨트-레이드 제지 공정에서 사용될 수 있는 제지 섬유에 적용될 수 있다.
여기에서 사용된 "제지 섬유"는 모든 공지된 셀룰로스 섬유 또는 셀룰로스 섬유를 포함하는 섬유 혼합물을 포함한다. 여기에서 사용된 용어 "셀룰로스"란, 주 성분으로서 셀룰로스를 갖고, 구체적으로 5중량％ 이상의 셀룰로스 또는 셀룰로스 유도체를 포함하는 임의의 물질을 포함하는 것을 의미한다. 즉, 용어는 면, 전형적인 목재 펄프, 비목재 셀룰로스 섬유, 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 트리아세테이트, 레이온, 열기계적 목재 펄프, 화학적 목재 펄프, 박리된 화학 목재 펄프, 유액 분비 식물(milkweed), 또는 세균 셀룰로스 (bacterial cellulose)를 포함한다.
본 발명의 웹을 형성하기 위해 적절한 섬유는, 이에 한정되지는 않지만 비목질 섬유, 예컨대 면, 아바카, 케나프, 사바이 그라스(sabai grass), 아마, 에스파르토 그라스(esparto grass), 밀짚, 황마 대마, 바가스, 유액 분비 식물 명주솜 섬유, 및 파인애플 잎 섬유; 및 목질 섬유, 예컨대 연질목재 섬유, 예컨대 북부 및 남부 연질목재 크래프트 섬유; 경질목재 섬유, 예컨대 유칼립투스, 단풍나무, 자작나무 및 사시나무 섬유를 포함하여 낙엽수 및 침엽수로부터 수득된 섬유를 포함할 수도 있다. 목질 섬유는 고-수율 또는 저-수율 형태로 제조될 수도 있고, 그래프트, 설파이트, 고-수율 펄프화 방법 및 기타 공지된 펄프화 방법을 포함한 공지된 방법으로 펄프화될 수 있다. 오르가노솔브(organosolv) 펄프화 방법으로부터 제조된 섬유가 또한 사용될 수 있다. 또한, 안트라퀴논 펄프화에 의하여 유용한 섬유가 제조될 수 있다.
모든 종류의 레이온 및 비스코스 또는 화학적으로 개질된 셀룰로스로부터 유래된 기타 섬유를 포함하는 합성 셀룰로스 섬유 유형은, 본 발명에 따라 아미노-작용기화될 수도 있다. 머서화 펄프, 화학적 강화되거나 가교된 섬유 또는 술포네이트화 섬유와 같은 화학적으로 처리된 천연 셀룰로스 섬유가 사용될 수도 있다. 아미노-작용기화 섬유로 만들어진 제품에서의 양호한 기계적 성질을 위하여, 섬유는 비교적 손상되지 않고 대부분 정련되지 않거나 단지 약간 정련된 것이 바람직할 수 있다. 재생 섬유가 사용될 수도 있긴 하지만, 기계적 성질 및 오염물의 결여를 위해 미사용 섬유가 일반적으로 유용하다. 머서화 섬유, 재생 셀룰로스 섬유, 미생물에 의해 생성된 셀룰로스, 레이온, 및 기타 셀룰로스성 물질 또는 셀룰로스성 유도체가 사용될 수도 있다. 적절한 제지 섬유는 재생 섬유, 미사용 섬유 또는 이들의 혼합물을 포함할 수도 있다. 고 벌크 및 양호한 압축 성질이 가능한 특정한 구현양태에서, 섬유들은 200 이상, 더욱 특별하게는 300 이상, 더욱 더 특별하게는 400 이상, 가장 특별하게는 500 이상의 캐나다 표준 여유도를 가질 수 있다.
여기에서 사용된 "고 수율 펄프 섬유"는 약 65％ 이상, 더욱 특별하게는 약 75％ 이상, 더욱 더 특별하게는 약 75 내지 약 95％의 수율을 제공하는 펄프화 공정에 의해 제조된 펄프의 제지 섬유이다. 수율은, 초기 목재 량의 퍼센트로서 표현된 가공 섬유의 얻어지는 양이다. 고 수율 펄프는 표백된 화학열기계적 펄프(BCTMP), 화학열기계적 펄프(CTMP), 압력/압력 열기계적 펄프(PTMP), 열기계적 펄프(TMP), 열기계적 화학 펄프(TMCP), 고 수율 설파이트 펄프, 및 고 수율 크래프트 펄프를 포함하며, 이들은 모두 다량의 리그닌을 가진 섬유를 함유한다. 특징적인 고-수율 섬유는 약 1질량％ 이상, 더욱 특별하게는 약 3질량％ 이상, 더욱 더 특별하게는 약 2질량％ 내지 약 25질량％의 리그닌 함량을 가질 수도 있다. 유사하게, 고 수율 섬유는 예를 들어 20 초과의 카파 수를 가질 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 고-수율 섬유는 주로 목재 섬유, 예컨대 북부 연질목재 또는 더욱 구체적으로 북부 연질목재 BCTMP이다.
하나의 측면에서, 본 발명은 펄프 섬유에 부착되는 아미노-작용성 화합물 또는 중합체 첨가제로 제지 섬유를 전처리하는 방법에 있다. 방법은 일반적으로 물 및 펄프 섬유를 포함하는 섬유 슬러리를 생성하는 것을 포함한다. 이어서, 웹 성형 장치를 사용하여 섬유 슬러리를 습윤 섬유 웹으로 형성할 수도 있다. 습윤 섬유 웹을 미리 결정된 농도로 탈수하고, 이에 의해 탈수된 섬유 웹을 형성한다. 아미노-작용성 첨가제를 탈수된 섬유 웹에 적용하여 전처리된 탈수 섬유 웹을 형성한다. 본 발명의 다른 구현양태에서, 공정은 탈수된 섬유 웹을 더욱 탈수하여, 아미노-작용성 첨가제의 적용 전 또는 후에 크럼-형태를 형성하는 것을 더 포함할 수도 있다.
일반적으로, 본 발명에서 유용한 아미노-작용성 첨가제는 1차 아민기를 함유하는 화합물, 예를 들어 1차 아민기를 함유하는 폴리아민을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 첨가제 그램 당 약 0.90 m-eq 이상의 1차 아민을 함유하는 아미노-작용성 첨가제를 사용할 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 첨가제 그램 당 약 0.94 m-eq 이상의 1차 아민을 함유하는 아미노-작용성 첨가제가 사용된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 가능한 아미노-작용성 첨가제의 비-한정적 목록은 예를 들어 폴리비닐아민, 폴리알릴아민, 키토산, 폴리에틸렌이민, 폴리옥시알킬폴리아민 또는 폴리아민의 혼합물을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 첨가제는 수용성, 수-불용성 또는 부분적 수용성일 수도 있다. 일단 섬유에 부착된 아미노-작용성 첨가제는 필수적으로 수용액 중에서 비-추출성이어야 한다. 본 개시내용의 목적을 위하여, 수용액 중의 비-추출성이란, 섬유가 수용액으로 포화될 때 첨가제의 약 50％ 이상이 섬유에 부착된 채로 유지됨을 의미하는 것을 정의된다.
수용성 아미노-작용성 첨가제가 사용되는 구현양태에서, 첨가제가 수용액 중에 비-추출성이 되도록 하기 위해서는, 섬유와 첨가제 사이에 결합 메카니즘이 존재할 수도 있다. 예를 들어, 첨가제와 섬유 사이에 이온, 공유, 배위 공유, 또는 수소 결합이 존재할 수도 있다. 어떠한 이론에 의해서도 구속되지 않길 원하지만, 아미노-작용성 첨가제 상의 아미노기는 셀룰로스 상의 히드록실기와 수소 결합을 형성하거나 셀룰로스 상의 작용기, 예컨대 효소적 또는 화학적 처리에 의해 첨가될 수 있는 알데히드기, 또는 특정한 표백 또는 오존화와 같은 화학 처리에 의해 제공될 수 있는 셀룰로스 상의 카르복실기와 공유 결합을 형성할 수 있는 것으로 생각된다. 아미노-작용성 첨가제 및 섬유 사이에서 형성된 공유 결합 메카니즘을 사용하는 구현양태에서, 니트의 형성 없이 재펄프화되는 섬유의 능력을 유지하기 위해서는 최소량의 섬유 대 섬유 결합이 바람직하다.
다른 구현양태에서, 아미노-작용성 첨가제는 셀룰로스 섬유에 결합될 필요가 없지만, 예를 들어 섬유와 아미노-작용성 첨가제 간의 정전 인력과 같은 다른 메카니즘을 통해 섬유에 부착될 수도 있다.
여기에서 사용된 수 불용성 첨가제는 물에서 용해도를 거의 또는 전혀 갖지 않는 물질을 가리킨다. 예를 들어, 본 발명의 수 불용성 첨가제는 약 3g/100cc 탈이온수 미만, 구체적으로 약 2g/100cc 탈이온수 미만, 및 하나의 구현양태에서 약 1g/100cc 탈이온수 미만의 수 용해도를 가질 수도 있다. 여기에서 언급된 용해도는, 화학 첨가제가 전달되는 부형제를 포함하지 않는 활성 화학 첨가제의 용해도를 가리킨다. 특정한 활성 소수성 첨가제가 여전히 수 불용성이긴 하지만, 본 발명에서 유용한 소수성 화합물의 일부는 충분한 유화제 첨가제의 사용에 의해 수 분산성이 될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 여기에서 사용된 첨가제는 아미노-작용성 첨가제 뿐만 아니라 기타 제지 첨가제를 가리킬 수도 있다.
본 발명의 특정한 구현양태에서 수성 용액 또는 에멀젼의 사용에 의하여 아미노-작용성 첨가제를 제지 섬유에 적용할 수도 있긴 하지만, 이것은 본 발명의 요건이 아니다. 예를 들어, 유기 용매 또는 초임계 CO2와 같은 기타 유체를 사용하여 아미노-작용기화가 달성될 수도 있다. 아미노-작용성 첨가제를 펄프 섬유에 적용하는 대안적인 방법이 본 발명에 따라 계획된다. 예를 들어, 첨가제를 건조 상태에서 섬유에 적용할 수 있고 이어서 열, 운동 또는 빛 에너지의 적용을 통해 섬유에 부착한다.
하나의 구현양태에서, 제지 섬유에 아미노-작용기를 첨가하기 위하여 폴리비닐아민이 사용될 수도 있다. 일반적으로, 약 0.90 m-eq 1차 아민/그램 이상을 함유하는 적절한 폴리비닐아민이 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐아민 중합체는 단독중합체일 수 있거나 공중합체일 수 있다.
폴리비닐아민의 유용한 공중합체는 폴리비닐포름아미드를 다양한 정도로 가수분해하여 폴리비닐포름아미드 및 폴리비닐아민의 공중합체를 생성함으로써 제조된 공중합체를 포함한다. 일례의 물질은 BASF (독일 루드빅샤펜)에 의해 통상적으로 시판되는 캐티오패스트(Catiofast) (등록상표) 계열을 포함한다.
하나의 구현양태에서, 실제 분자량 범위를 가진 폴리비닐아민 화합물이 사용될 수도 있긴 하지만, 약 300,000 내지 1,000,000 달톤 범위의 분자량을 가진 폴리비닐아민 중합체가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 폴리비닐아민 중합체는 약 5,000 내지 5,000,000, 더욱 특별하게는 약 50,000 내지 3,000,000, 가장 특별하게는 약 80,000 내지 500,000의 분자량 범위를 가질 수도 있다. 폴리비닐포름아미드의 가수분해 또는 폴리비닐포름아미드 또는 그의 유도체의 공중합체의 가수분해에 의해 형성된 폴리비닐아민에 대한 가수분해 정도는 대략 하기 값: 10％, 20％, 30％, 40％, 50％, 60％, 70％, 80％, 90％ 및 95％ 또는 그 이상일 수도 있으며, 일례의 범위는 약 30％ 내지 100％ 또는 약 50％ 내지 약 95％이다.
하나의 구현양태에서, 상표명 제파민(Jeffamine) (등록상표) (헌츠만 코포레이션 (Huntsman Corporation))으로 시판되는 "폴리에테르 아민"과 같은 폴리옥시알킬폴리아민은 본 발명의 아미노-작용성 첨가제로서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 구현양태에서, 본 발명의 아미노-작용기화 펄프 섬유를 형성하기 위하여, 화학식
Figure 112005031491175-pct00001
(여기서, x는 2 내지 100임)을 갖고, 약 2,000의 평균 분자량을 가진 아민-종결 폴리옥시프로필렌 디올이 사용될 수도 있다.
다른 구현양태에서, 예를 들어 하기 화학식을 가진 프로필렌 옥사이드 기재 트리아민과 같은 제파민(등록상표)이 사용될 수 있다.
Figure 112005031491175-pct00002
상기 식에서,
R은 H, C2H5이고,
n은 0, 1이다.
펄프 섬유에 아미노-작용성 첨가제를 적용하는 것은, 예를 들어 건조 랩 펄프, 습윤 랩 펄프, 크럼 펄프 및 플래시 건조된 펄프 작업을 포함한 각종 펄프 마무리 공정에서 수행될 수도 있다. 예증을 위하여, 각종 펄프-마무리 공정 (또한, 펄프 가공이라 일컬어짐)은 문헌 [Pulp and Paper Manufacture: The Pulping of Wood, 제2판, Vol 1, 제 12장, Ronald G. MacDonald 편저] (본원에 참고문헌으로 인용됨)에 개시되어 있다. 이에 한정되지는 않지만 분무, 코팅, 발포, 인쇄, 사이즈 프레싱 또는 당 기술분야에 공지된 기타 방법을 포함한 각종 방법을 사용하여 본 발명에서 아미노-작용성 첨가제를 적용할 수 있다.
도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명할 것이다. 펄프화 단계, 펄프 가공 및 펄프 섬유의 건조에 대한 각종 통상적인 펄프화 장치 및 작업을 사용할 수도 있다. 펄프 섬유는 미사용 펄프 섬유 또는 재생 펄프 섬유일 수 있는 것으로 이해된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 다양한 구현양태들이 사용될 수 있는 내용을 제공하기 위하여 특정한 통상적인 성분들이 예시된다.
도 1은 본 발명에 따른 펄프 섬유에 아미노-작용성 첨가제를 적용하기 위해 사용될 수 있는 펄프 가공 제조 장치의 한가지 가능한 구현양태를 나타낸다. 섬유 슬러리(10)를 제조한 후, 적절한 도관(도시되지 않음)을 통해 헤드박스(28)로 보내고, 이곳에서 섬유 슬러리(10)를 장망 구획(30)에 주입 또는 침착시켜 습윤 섬유 웹(32)을 형성한다. 습윤 섬유 웹(32)을 기계적 압력 처리하여 공정수를 제거할 수도 있다. 웹 성형 단계에 앞서서 공정수는 섬유 슬러리(10)를 처리하는데 사용되는 공정 화합물을 함유할 수도 있는 것으로 이해된다. 예증된 구현양태에서, 닙 농축 장치와 같은 대안적인 탈수 장치를 펄프 시트 기계에서 사용할 수도 있긴 하지만, 장망 구획(30)은 프레스 구획(44) 앞에 있다. 섬유 슬러리(10)를 다공성 직물(46) 상에 침착시켜 장망 구획 여액(48)을 습윤 섬유 웹(32)으로부터 제거한다. 장망 구획 여액(48)은 공정수의 일부를 포함한다. 프레스 구획(44) 또는 당 기술분야에 공지된 기타 탈수 장치가 습윤 섬유 웹(32)의 섬유 농도를 약 30％ 이상, 특히 약 40％ 이상으로 증가시켜, 이에 의해 탈수된 웹(33)을 생성한다. 웹-성형 단계 동안에 장망 구획 여액(48)으로서 제거된 공정수를 펄프 공정 동안의 희석 단계를 위해 희석수로서 사용할 수도 있거나 버릴 수도 있다.
탈수된 섬유 웹(33)을 추가의 프레스 구획(44) 또는 당 기술분야에 공지된 기타 탈수 장치에서 더 탈수할 수도 있다. 적절히 탈수된 섬유 웹(33)을 건조기 구획(34)으로 옮길 수 있고, 이곳에서 탈수된 섬유 웹(33) 상에서 공기 건조 농도까지 증발 건조를 수행하여 이에 의해 건조된 섬유 웹(36)을 형성한다. 건조된 섬유 웹(36)을 얼레(37) 또는 슬릿 위에 감고, 시트로 절단하고, 초지기(38) (도 3 참조)로의 전달을 위하여 포장기(40) (도 2 참조)를 통해 꾸러미로 꾸린다.
아미노-작용성 첨가제(24)를 도 1에 나타낸 다양한 첨가 지점(35a, 35b 및 35c)에서 탈수된 섬유 웹(33) 또는 건조된 섬유 웹(36)에 첨가 또는 적용할 수도 있다. 단지 3개의 첨가 지점(35a, 35b 및 35c) 만을 도 1에 나타내었으나, 건조된 섬유 웹(36)이 얼레(37) 위에 감기고 초지기(38)로의 수송을 위해 운반될 때, 습윤 섬유 웹(32)의 초기 탈수 지점 사이의 임의의 지점에서 아미노-작용성 첨가제(24)가 적용될 수 있다. 첨가 지점(35a)은 프레스 구획(44) 내에서 아미노-작용성 첨가제(24)의 첨가를 나타낸다. 첨가 지점(35b)은 프레스 구획(44)과 건조기 구획(34) 사이에서 아미노-작용성 첨가제(24)의 첨가를 나타낸다. 첨가 지점(35c)은 건조기 구획(35c)과 얼레(37) 또는 포장기(40) 사이에서 아미노-작용성 첨가제(24)의 첨가를 나타낸다. 특정한 구현양태에서, 펄프 섬유에 작용성 첨가제를 안전하게 부착하고, 제지 수성 섬유 슬러리에서 섬유의 재펄프화 또는 재분산 동안에 섬유로부터 첨가제가 추출되지 않도록 하기 위하여 경화 단계를 사용할 수도 있다.
일반적으로, 섬유 웹(36)의 건조 또는 단순 노화는, 섬유 상에서 바람직한 기능성 화합물의 체류를 유지하기 위하여 충분한 경화를 제공할 수도 있다.
일반적으로, 본 발명의 아미노-작용기화 펄프 섬유는, 전처리된 섬유를 재펄프화, 웨트-레이드, 탈수 및 건조시켜 종이 웹을 형성한 후에, 50％ 초과의 아미노-작용성 첨가제 보유 수준을 가질 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 첨가제는 섬유 상에서 60％ 초과의 체류 수준을 가질 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 첨가제는 약 75％ 초과의 섬유 상 체류 수준을 가질 수도 있다.
재펄프화 후에 섬유에 보유된 아미노-작용성 첨가제의 수준은, 건조된 섬유의 약 0.05중량％ 내지 약 5중량％ 범위일 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 아미노-작용성 첨가제는 섬유 중량의 약 0.1중량％ 내지 약 2.5중량％의 수준으로 섬유에 체류될 수도 있다. 다른 구현양태에서, 아미노-작용성 화합물이 섬유의 약 0.25중량％ 내지 약 1.0중량％의 수준으로 섬유에 존재할 수도 있다.
도 2는 펄프를 제조하고 처리하기 위해 상이한 건조 랩 기계를 사용하는 본 발명의 대안적인 구현양태를 나타낸다. 섬유 슬러리(10)를 제조한 후에 적절한 도관(도시되지 않음)을 통하여 헤드박스(28)로 옮기고, 이곳에서 섬유 슬러리(10)를 장망 구획(30)으로 주입하거나 침착시켜 이에 의해 습윤 섬유 웹(32)을 형성한다. 공정수를 제거하기 위하여 습윤 섬유 웹(32)을 기계적 압력으로 처리할 수도 있다. 예증된 구현양태에서, 장망 구획(30)이 프레스 구획(44)의 앞에 있지만, 닙 농축 장치 또는 당 기술분야에 공지된 기타 장치와 같은 대안적인 탈수 장치가 펄프 시트 기계에서 사용될 수도 있다. 섬유 슬러리(10)를 다공성 직물(46) 상에 침착시켜, 장망 구획 여액(48)을 습윤 섬유(32)로부터 제거한다. 장망 구획 여액(48)은 공정수의 일부를 포함한다. 프레스 구획(44) 또는 기타 탈수 장치는 습윤 섬유 웹(32)의 섬유 농도를 약 30％ 이상, 특히 약 40％ 이상으로 증가시키고, 이에 의해 탈수된 섬유 웹(33)을 형성한다. 웹-성형 단계 동안 장망 구획 여액(48)으로서 제거된 공정수는 펄프 가공에서의 희석 단계를 위한 희석수로서 사용하거나 버릴 수도 있다.
탈수된 섬유 웹(33)을 추가의 프레스 구획(44) 또는 당 기술분야에 공지된 기타 탈수 장치에서 더 탈수할 수도 있다. 적절히 탈수된 섬유 웹(33)을 건조 구획(34)으로 옮길 수 있고, 이 곳에서 탈수된 섬유 웹(33) 상에서 공기-건조 농도까지 증발 건조가 수행되어, 이에 의해 건조된 섬유 웹(36)을 형성한다. 그 후, 건조된 섬유 웹(36)을 세로로 자르고, 시트로 절단하고, 초지기(38)로의 전달을 위하여 포장기(40)를 통해 꾸러미로 꾸리거나 얼레(37) 위에 감거나 얼레(37) 위(도 1)로 감는다 (도 3 참조).
아미노-작용성 첨가제(24)를 도 2에 나타낸 것과 같이 각종 첨가 지점(35a, 35b 및 35c)에서 탈수된 섬유 웹(33) 또는 섬유 웹(36)에 첨가하거나 적용할 수도 있다. 단지 3개의 첨가 지점(35a, 35b 및 35c)을 도 2에 나타내었으나, 습윤 섬유 웹(32)의 초기 탈수 지점 사이의 임의의 지점에서 아미노-작용성 첨가제(24)의 적용이 일어날 수도 있으며, 이 지점에서 건조된 섬유 웹(36)이 얼레(37) 위에 감기거나 초지기(38)로의 운반을 위해 꾸러미로 꾸러지는 것으로 이해된다. 첨가 지점(35a)은 프레스 구획(44) 내에서 아미노-작용성 첨가제(24)의 첨가를 나타낸다. 첨가 지점(35b)은 프레스 구획(44)과 건조기 구획(34) 사이에서 아미노-작용성 첨가제(24)의 첨가를 나타낸다. 첨가 지점(35c)은 건조기 구획(34) 및 얼레(37) 또는 포장기(40) 사이에서 아미노-작용성 첨가제(24)의 첨가를 나타낸다.
초지기(38)에서, 아미노-작용기화 펄프 섬유 슬러리(49)를 형성하기 위하여 (도 3 참조) 건조된 섬유 웹(36)을 물 및 재펄프화된 섬유와 혼합할 수도 있다. 아미노-작용기화 펄프 섬유 슬러리(49)는 각각의 섬유에 의해 보유된 아미노-작용성 첨가제(24)를 가진 전-처리된 펄프를 함유한다. 하나의 구현양태에서, 작용기화 섬유는 재펄프화 공정 후에 상당한 섬유 분해를 갖지 않을 수도 있다.
초지기(38)에서 형성된 종이 웹은 100％ 아미노-작용기화 섬유로 형성될 수도 있거나, 원한다면 다른 제지 섬유와 혼합된 아미노-작용기화 섬유를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 구현양태에서, 약 10중량％ 내지 약 100중량％의 본 발명의 아미노-작용기화 섬유를 포함하는 종이 웹이 형성될 수도 있다.
원한다면, 기본 웹은 임의로 섬유 공급물의 다층으로부터 형성될 수도 있고, 이렇게 하여 하나 이상의 웹 층에서 본 발명의 아미노-작용기화 섬유가 형성된다. 성층 헤드박스로부터 제조된 것과 같은 적층된 웹을 통해 강도 및 유연성이 모두 달성될 수 있다. 하나의 구현양태에서, 헤드박스에 의해 전달된 적어도 하나의 층은 연질목재 섬유를 포함하는 반면 다른 층은 경질목재 또는 다른 섬유 유형을 포함한다. 당 기술분야에 공지된 임의의 수단에 의해 제조된 적층된 구조는 본 발명의 범위 내이다.
도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 아미노-작용기화 섬유를 포함한 섬유 슬러리(49)를 초지기(38)를 통해 통과시키고, 미성숙한 웹에 원하는 제지 첨가제를 적용하여 최종 생성물(64)을 형성한다. 일례로서, 다양한 종이 또는 티슈 제조 공정은 미국 특허 5,667,636호 (1997년 9월 16일 특허부여, Engel 등); 미국 특허 5,607,551호 (1997년 3월 4일 특허부여, Farrington,Jr. 등); 미국 특허 5,672,248호 (1997년 9월 30일 특허부여, Wendt 등); 및 미국 특허 5,494,554호 (1996년 2월 27일 특허부여, Edwards 등) (이들은 모두 참고문헌으로 인용된다)에 기재되어 있다.
본 발명의 아미노-작용기화 섬유는 특정한 제지 첨가제에 대해 독특하고(독특하거나) 개선된 반응성을 나타낼 수도 있다. 구체적으로, 섬유의 아민 작용기는 셀룰로스 섬유 상에서 발견되는 히드록실기와 유사한 반응을 겪을 수도 있다. 따라서, 본 발명의 아미노-작용기화 섬유는 비-작용기화 섬유와 유사한 산, 무수물, 알데히드, 아제티딘 등과 반응할 수도 있다. 그러나, 양쪽 기가 존재할 때 아민기는 히드록실기에 비해 더욱 친핵성이기 때문에, 아미노-작용기화 섬유가 제지 첨가제에 대해 우선적으로 작용하여, 종이 웹에서 제지 첨가제에 의해 향상되는 특징을, 아미노-작용기를 갖지 않은 셀룰로스 섬유와 반응될 때 첨가제에 의해 수득되는 것 이상으로 개선시킨다. 추가로, 아미노-작용기화 섬유는, 비-작용기화 섬유 상에 존재하는 것에 비하여 섬유 상에서 많은 수의 반응 부위를 제공할 수도 있으며, 하나의 첨가제가 섬유에 의해 흡수되도록 할 뿐만 아니라 추가량의 상이한 첨가제들이 섬유에 의해 흡수되도록 할 수 있다.
종이 웹을 형성함에 있어서 본 발명의 아미노-작용기화 섬유와 반응할 수 있는 제지 첨가제는, 아민 작용성으로 인해 웹에서 고정될 수 있는 임의의 바람직한 첨가제를 포함한다. 예를 들어, 종이 웹에서 개선된 반응성을 나타낼 수 있는 제지 첨가제는 중합체 음이온 반응성 화합물, 중합체 알데히드-작용성 화합물, 영구적 습윤 강도제 및 각종 음이온성 또는 비양이온성(예를 들어, 양쪽성) 계면활성제를 포함할 수도 있다.
여기에서 사용된 중합체 음이온 반응성 화합물(PARC)은, 아미노-작용기를 갖는 셀룰로스 섬유 상의 아민기와 정전기적으로 고정되거나 결합될 수 있는 2개 이상의 음이온성 작용기를 함유하는 반복 단위를 가진 중합체이다. 이러한 화합물은 개개의 셀룰로스 섬유 사이에서 섬유간 가교를 일으킬 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 작용기는 카르복실산, 무수물기 또는 이들의 염이다. 하나의 구현양태에서, 반복 단위는 인접한 원자, 특히 인접한 탄소 원자 상에서 2개의 카르복실산기를 포함하고, 여기에서 카르복실산기는 고리형 무수물, 구체적으로 5-원 고리 무수물을 형성할 수 있다. 이러한 고리형 무수물은, 승온에서 작용기화 섬유 상에 아민기의 존재하에서, 아민기와 에스테르 결합을 형성할 수도 있다. 아크릴산 및 말레산의 공중합체를 포함하여, 말레산의 공중합체, 삼원공중합체, 블록 공중합체 및 단독중합체를 포함한 중합체가 하나의 구현양태를 나타낸다. 상당한 부분의 중합체 (예를 들어, 15％의 단량체 단위 이상, 더욱 특별하게는 40％ 이상, 더욱 더 특별하게는 70％ 이상)가 머리 대 꼬리가 아닌 머리 대 머리로 연결된 단량체를 포함한다면, 인접한 탄소 위에 카르복실산기가 존재하도록 보장하기 위하여 폴리아크릴산이 본 발명을 위해 유용할 수 있다. 하나의 구현양태에서, 중합체 음이온 반응성 화합물은 폴리-1,2-이산이다.
일례의 중합체 음이온 반응성 화합물은, 미국 특허 4,210,489호 (Markofsky) (본원에 참고문헌으로 인용됨)에 기재된 에틸렌/말레산 무수물 공중합체를 포함한다. 비닐/말레산 무수물 공중합체 및 에피클로로히드린과 말레산 무수물 또는 프탈산 무수물의 공중합체가 다른 예이다. 독일 특허 2,936,239호에 개시된 것과 같이 폴리(스티렌/말레산 무수물)을 포함하여 말레산 무수물과 올레핀의 공중합체가 또한 고려될 수 있다. 사용될 수 있는 말레산 무수물의 공중합체 및 삼원공중합체가 미국 특허 4,242,408호 (Evani 등) (본원에 참고문헌으로 인용됨)에 개시되어 있다. 중합체 음이온 반응성 화합물의 예는 벨크렌(BELCLENE; 등록상표) DP80 (내구성 프레스 80) 및 벨크렌(등록상표) DP60 (내구성 프레스 60) (미국 펜실바니아주 필라델피아 소재의 FMC 코포레이션 (FMC Corporation))로서 공지된 말레산, 비닐 아세테이트 및 에틸 아세테이트의 삼원공중합체를 포함한다.
다른 중요한 중합체들은 말레산 무수물-비닐 아세테이트 중합체, 폴리비닐 메틸 에테르-말레산 무수물 공중합체, 예컨대 인터내셔날 스페셜티 프러덕츠(International Specialty Products; 미국 켄터키주 칼버트 시티 소재)로부터 통상적으로 입수가능한 간트레즈(Gantrez)-AN119, 이소프로페닐 아세테이트-말레산 무수물 공중합체, 이타콘산-비닐 아세테이트 공중합체, 메틸 스티렌-말레산 무수물 공중합체, 스티렌-말레산 무수물 공중합체, 메틸메타크릴레이트-말레산 무수물 공중합체 등을 포함할 수 있다.
중합체 음이온 반응성 화합물은 화합물이 웹에 적용될 수 있는 이상 임의의 점도를 가질 수 있다. 하나의 구현양태에서, 중합체 음이온 반응성 화합물은 비교적 낮은 분자량을 갖고 따라서 웹 위에 효과적으로 분무 또는 인쇄되도록 낮은 점도를 갖는다. 본 발명에 따른 유용한 중합체 음이온 반응성 화합물은 약 5,000 미만의 분자량을 가질 수 있고, 일례의 범위는 약 500 내지 5,000, 더욱 특별하게는 약 3,000 미만, 더욱 더 특별하게는 약 600 내지 약 2,500, 가장 특별하게는 약 800 내지 2,000 또는 약 500 내지 1,400이다. 중합체 음이온 반응성 화합물 벨크렌@ DP80은 예를 들어 약 800 내지 약 1,000의 분자량을 갖는 것으로 생각된다. 여기에서 사용된 분자량이란 겔 투과 크로마토그래피(GPC) 또는 당량 방법에 의해 결정된 수 평균 분자량을 가리킨다.
중합체 음이온 반응성 화합물은 단독중합체 단독에 비해 분자의 유연성을 개선시키기 위한 공중합체 또는 삼원중합체일 수 있다. 분자의 개선된 유연성은 시차 주사 열량법에 의해 측정된 감소된 유리 전이 온도에 의해 명백할 수 있다. 수용액 중에서, 벨크렌(등록상표) DP80과 같은 저 분자량 화합물은 일반적으로 낮은 점도를 갖고, 이것은 공정 및 화합물의 적용을 단순하게 한다. 특히, 분무가 균일하게 또는 불균일하게(예를 들어, 주형 또는 마스크를 통해) 제품에 적용되든지 간에, 분무 적용을 위해서는 낮은 점도가 유용하다. 예를 들어 벨크렌(등록상표) DP80의 포화된(50중량％) 용액은 약 9센티포이즈의 실온 점도를 갖는 반면, 1％ SHP 촉매를 사용하여 2％로 희석된 용액의 점도는 대략 1 센티포이즈이다 (순수한 물의 것보다 단지 약간 높다).
본 발명의 중합체 음이온 반응성 화합물의 다른 유용한 측면은, 촉매가 존재할 때 비교적 높은 pH 값이 사용될 수 있다는 것이고, 이것은 화합물을 중성 및 알칼리성 제지 공정을 위해 더 적절하게 만들고 각종 공정, 기계 및 섬유 유형을 위해 더 적절하게 만든다. 특히, 첨가된 촉매를 가진 중합체 음이온 반응성 화합물은 3 이상의 pH, 더욱 구체적으로 3.5 이상, 더욱 특별하게는 3.9 이상, 가장 특별하게는 약 4 이상일 수 있고, 그의 일례의 범위는 3.5 내지 7 또는 4.0 내지 6.5이다.
본 발명의 중합체 음이온 반응성 화합물은 본 발명의 아미노-작용기화 섬유를 함유하는 웹에서 매우 높은 습윤:건조 인장 비율을 생성할 수 있고, 도달하는 값은 예를 들어 30％ 내지 85％ 정도로 높은 범위이다. 웹에 적용하기 전에 PARC는 중화될 필요가 없다. 특히, PARC는 고정된 염기로 중화될 필요가 없다. 여기에서 사용된 고정된 염기는 처리 조건 하에서 실질적으로 비휘발성인 1가 염기, 예컨대 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 탄산나트륨 및 수산화 t-부틸암모늄을 포함한다. 그러나, 하이포아인산나트륨 또는 기타 촉매와 함께 이미다졸 또는 트리에틸 아민과 같은 휘발성 염기성 화합물을 포함하는 조-촉매를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
하기 이론에 의해 구속되길 원하지 않지만, 아미노-작용기화 섬유 상의 아미노 기가 중합체 음이온 반응성 화합물, 특히 카르복실기와 반응되어 다전해질 착물 (때때로, 코아세르베이트라 일컬어짐)을 생성하며, 이것은 가열 시에 반응되어 2개의 분자를 가교시키는 아미드 결합을 형성하여 소수성 주쇄를 남길 수 있다. 중합체 음이온 반응성 화합물 상의 다른 카르복실기는 셀룰로스 상의 히드록실기와 에스테르 가교를 형성할 수도 있다. 그 결과, 반응된 중합체 상에서 친수성 기의 소실로 인해 고도의 소수성과 함께 습윤 및 건조 강도 성질을 위해 첨가된 가교를 갖는 처리된 웹이 얻어진다.
하나의 구현양태에서, 중합체 음이온 반응성 화합물을 촉매와 함께 사용할 수 있다. PARC와 함께 사용하기 위해 적절한 촉매는 PARC 및 아미노-작용성 섬유 사이에서 결합 형성 속도를 증가시키는 촉매를 포함한다. 유용한 촉매는 알칼리 금속 하이포포스파이트, 알칼리 금속 포스파이트, 알칼리 금속 폴리포스포네이트, 알칼리 금속 포스페이트, 및 알칼리 금속 술포네이트와 같은 인 함유 산의 알칼리 금속 염을 포함한다. 특히 바람직한 촉매는 알칼리 금속 폴리포스페이트, 예컨대 소듐 폴리포스포네이트, 알칼리 금속 포스페이트 및 알칼리 금속 술포네이트를 포함한다. 이미다졸(IMDZ) 및 트리에틸 아민(TEA)을 포함한 몇몇 유기 화합물이 촉매로서 효과적으로 작용하는 것으로 공지되어 있다. 알루미늄 클로라이드와 같은 무기 화합물 및 히드록시에탄 이인산과 같은 유기 화합물이 가교를 촉진할 수 있다. 효과적인 촉매의 다른 특정한 예는 디소듐 산 피로포스페이트, 테트라소듐 피로포스페이트, 펜타소듐 트리폴리포스페이트, 소듐 트리메타포스페이트, 소듐 테트라메타포스페이트, 리튬 이수소 포스페이트, 소듐 이수소 포스페이트 및 포타슘 이수소 포스페이트이다.
결합 형성을 촉진하기 위해 촉매가 사용될 때, 촉매는 전형적으로 PARC의 약 5 내지 약 100중량％의 양으로 존재한다. 촉매는 PARC의 약 25 내지 75중량％의 양, 가장 바람직하게는 PARC의 약 50중량％의 양으로 존재한다.
중합체 음이온 반응성 화합물 이외에, 본 발명에 따른 웹 성질을 개선하기 위해 아미노-작용기화 섬유와 함께 사용될 수 있는 다른 부류의 화합물은 중합체 알데히드-작용성 화합물이다.
일반적으로, 얻어진 웹에서 물리적 및 화학적 성질을 발생시키기 위하여, 중합체 알데히드-작용성 화합물이 본 발명의 아미노-작용기화 섬유와 함께 사용될 수 있다. 중합체 알데히드-작용성 화합물은 글리옥실화 폴리아크릴아미드, 알데히드-풍부 셀룰로스, 알데히드-작용성 다당류, 및 알데히드 작용성 양이온, 음이온 또는 비-이온 전분을 포함할 수 있다. 일례의 물질은 미국 특허 4,129,722호 (Lovine 등) (본원에 참고문헌으로 인용됨)에 개시된 것을 포함한다. 통상적으로 입수가능한 가용성 양이온 알데히드 작용성 전분의 예는 내셔날 스타치사(National Starch)에 의해 시판되는 코본드(Cobond)(등록상표) 1000이다. 일반적으로, 중합체 알데히드-작용성 화합물은 약 10,000 이상, 더욱 특별하게는 약 100,000 이상, 더욱 특별하게는 약 500,000 또는 그 이상의 분자량을 가질 수 있다. 대안적으로, 중합체 알데히드-작용성 화합물은 약 200,000 미만, 예컨대 약 60,000 미만의 분자량을 가질 수 있다.
본 발명에서 사용되는 알데히드-작용성 중합체의 다른 예는 디알데히드 구아, 카르복실기를 더 포함하는 알데히드-작용성 습윤 강도 첨가제, 디알데히드 이눌린, 및 디알데히드-개질 음이온 및 양쪽성 폴리아크릴아미드를 포함한다. 알데히드-함유 계면활성제가 또한 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용될 때, 알데히드-작용성 화합물은 중합체 100 그램 당 5 밀리당량 이상, 더욱 특별하게는 중합체 100 그램 당 10 m-eq 이상, 더욱 더 특별하게는 약 20 m-eq 이상, 가장 특별하게는 약 25 m-eq 이상의 알데히드를 가질 수 있다.
하나의 구현양태에서, 웹에서 알데히드-작용성 화합물과 조합될 때 아미노-작용성 섬유는 웹의 습윤 및 건조 강도를 상당히 증가시킬 수 있고, 종이 웹의 정상적인 건조 온도(예를 들어, 약 100℃) 이상의 온도를 필요로 하지 않으면서 목적이 달성될 수 있다.
다른 구현양태에서, 중합체 알데히드-작용성 화합물은 글리옥실화 폴리아크릴아미드, 예컨대 양이온성 글리옥실화 폴리아크릴아미드일 수 있다. 이러한 화합물은 파레즈(Parez) 631 NC 습윤 강도 수지 (미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이텍 인더스트리즈 (Cytec Industries)로부터 입수가능함), 클로로옥실화 폴리아크릴아미드, 및 헤르코본드(HERCOBOND) 1366 (미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 허큘리스사 (Hercules, Inc.))를 포함한다. 글리옥실화 폴리아크릴아미드의 다른 예는 파레즈 745 (이것은 글리옥실화된 폴리(아크릴아미드-코-디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드이다)이다. 이때, 원하는 효과를 얻기 위하여 고 분자량 및 저 분자량 글리옥실화 폴리아크릴아미드의 혼합물을 사용하는 것이 유리할 수도 있다.
상기 기재된 양이온 글리옥실화 폴리아크릴아미드는 과거에 습윤 강도제로서 사용되었다. 특히, 상기 화합물들은 일시적인 습윤 강도 첨가제로서 공지되어 있다. 여기에서 사용된 일시적 습윤 강도제는, 영구적 습윤 강도제와 달리, 종이 또는 티슈 제품에 혼입될 때 5분 이상의 기간 동안 물에 노출된 후 원래의 습윤 강도의 50％ 미만을 보유하는 제품을 제공할 것이다. 다른 한편, 영구적인 습윤 강도제는 5분 이상 동안 물에 노출된 후 원래의 습윤 강도의 50％ 초과를 보유하는 제품을 제공한다. 본 발명의 하나의 구현양태에서, 일시적 습윤 강도제로 공지된 글리옥실화된 폴리아크릴아미드가 종이 웹 내의 아미노-작용성 섬유와 조합될 때, 2개 성분의 조합이 영구적인 습윤 강도 특징을 일으킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 다양한 기타 제지 첨가제를 아미노-작용성 섬유와 조합할 수 있다. 예를 들어, 하나의 적용에서 상기 확인되지 않은 다른 습윤 강도제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리아민-아미드 에피클로로히드린 습윤 강도제 (예컨대 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 허큘리스사의 카이멘(Kymene; 등록상표) 라벨로 입수가능함)를 본 발명의 아미노-작용성 섬유와 조합하여 개선된 습윤 강도 특징을 가진 종이 웹을 제공할 수 있다.
여기에서 사용된 "습윤 강도제"는 습윤 상태에서 섬유 사이의 결합을 고정화하는데 사용되는 물질이다. 전형적으로, 섬유들을 종이 및 티슈 제품에서 함께 고정시키는 수단은 수소 결합과 관련되고 때때로 수소 결합 및 공유 및(또는) 이온 결합의 조합과 관련된다. 본 발명에서, 섬유-대-섬유 결합 지점을 고정화시키고 이들을 습윤 상태에서 붕괴에 대해 저항성이 되도록 하는 방식으로, 섬유를 결합시키는 물질을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 경우에, 습윤 상태는 보통 제품이 물 또는 기타 수용액으로 대부분 포화될 때를 의미하지만, 뇨, 혈액, 점액, 월경 분비물, 흐르는 대장 운동, 림프 및 기타 신체 분비물과 같은 체액으로 완전히 포화되는 것을 의미할 수도 있다.
본 발명의 목적을 위하여, 종이 웹 또는 시트에 첨가될 때, 0.1을 초과하는 평균 습윤 기하 인장 강도:건조 기하 인장 강도 비율을 가진 시트를 제공하는 임의의 물질을 습윤 강도제라 일컫는다. 상기 기재된 바와 같이, 전형적으로 이러한 물질들은 영구적 습윤 강도제 또는 일시적 습윤 강도제라 일컬어진다.
단지 일례로서, 예를 들어 하기 방법을 포함하여 당 기술분야에 공지된 임의의 방법에 의하여, 제지 첨가제가 본 발명의 아미노-작용성 섬유를 함유하는 종이 웹에 첨가될 수도 있다:
·헤드박스 내에 도입되기에 앞서서 슬러리에 첨가제를 주입하는 것과 같은, 섬유 슬러리로의 직접적인 첨가. 슬러리 농도는 0.2％ 내지 약 50％, 특별하게는 약 0.2％ 내지 10％, 더욱 특별하게는 약 0.3％ 내지 약 5％, 가장 특별하게는 약 1％ 내지 4％일 수 있다.
·섬유 웹에 적용된 분무. 예를 들어, 습윤되거나 실질적으로 건조 상태일 수 있는 웹에 원하는 분량의 첨가제를 적용하기 위하여 이동 종이 웹 상에 분무 노즐을 장착할 수도 있다.
·분무 또는 기타 수단에 의하여 이동 벨트 또는 직물에 첨가제를 적용하고, 이것을 다시 티슈 웹과 접촉시켜 화합물을 웹에 적용한다.
·웹 상으로의 인쇄, 예컨대 오프셋 인쇄, 그라비야 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄, 잉크젯 인쇄, 임의의 종류의 디지탈 인쇄 등.
·웹의 한쪽 또는 양쪽 표면 상으로의 코팅, 예컨대 블레이드 코팅, 에어 나이프 코팅, 단시간 체류(short dwell) 코팅, 주조 코팅 등.
· 용액, 분산액 또는 에멀젼 형태, 또는 첨가제 및 왁스를 포함한 점성 혼합물, 연화제, 박리제, 오일, 폴리실록산 화합물 또는 기타 실리콘 제, 에몰리언트, 로션, 잉크 또는 기타 첨가제 형태의 첨가제를 다이 헤드로부터 압출.
· 개별적인 아미노-작용기화 섬유로의 적용. 예를 들어, 웹 또는 다른 섬유 생성물 내로의 혼입에 앞서서 각각의 섬유를 처리하기 위하여 화합물의 에어로졸 또는 분무와 조합된 공기 흐름 내에 분쇄되거나 플래시 건조된 섬유가 비말동반될 수도 있다.
· 용액 또는 슬러리에 습윤 또는 건조 웹의 함침, 여기에서 첨가제가 웹의 두께 내로 상당한 거리, 예컨대 웹 두께의 20％ 이상, 더욱 특별하게는 약 30％ 이상, 가장 특별하게는 웹 두께의 약 70％ 이상을 침투하며, 두께의 전체에 걸쳐 웹이 완전히 침투하는 것을 포함한다.
· 국소 적용을 위해, 또는 압력 차이의 영향 하에서 웹 안으로 첨가제의 함침(발포체의 진공-보조 함침)을 위해, 섬유 웹에 첨가제의 발포체 적용 (예를 들어, 발포체 마무리)
· 기존의 섬유 웹 내에 첨가제 용액의 충전.
· 웹에 적용하기 위해 첨가제 용액의 롤러 유체 공급.
종이 웹의 표면에 적용될 때, 양키 건조 또는 통풍 건조에 앞서서, 그리고 임의로 최종 진공 탈수를 적용한 후에, 미발달 웹 위에서 첨가제를 국소 적용할 수 있다.
첨가제의 적용 수준은 일반적으로 웹의 건조 질량에 대해 약 0.1중량％ 내지 약 10중량％일 수 있다. 더욱 특별하게는, 적용 수준은 약 0.1％ 내지 약 4％, 또는 약 0.2％ 내지 약 2％일 수 있다. 더 높고 낮은 적용 수준은 본 발명의 범위 내이다. 일부 구현양태에서, 예를 들어 5％ 내지 50％ 또는 그 이상의 적용 수준이 고려될 수 있다.
당 기술분야에 공지된 적절한 웨트-레이드 공정에 따라 본 발명의 종이 웹을 형성할 수 있다. 예를 들어, 종이 웹을 형성하기 위한 한가지 구현양태를 도 3에 나타낸다. 도면에 나타낸 것과 같이, 초지기(38)에서, 건조된 섬유 웹(36)을 물과 혼합하여 아미노-작용기화 펄프 섬유 슬러리(49)를 형성한다. 아미노-작용기화 펄프 섬유 슬러리(49)는 각각의 섬유에 의해 보유된 아미노-작용성 첨가제를 가진 펄프 섬유를 함유한다. 화학적으로 처리된 펄프 섬유 슬러리(49)를 초지기(38)를 통해 통과시키고 가공하여 최종 생성물(64)을 형성한다.
도 3을 참조하면, 성형 직물(52)과 성형 롤(54) 및 프레스 롤(58) 주위를 적어도 부분적으로 감싸는 통상적인 습윤 프레스 제지 (또는 캐리어) 펠트(56) 사이에서 2-층 헤드박스(50)를 사용하여 티슈 웹(64)을 형성한다. 이어서, 티슈 웹(64)을 제지 펠트(56)로부터 양키 건조기(60)로 전달하여 진공 프레스 롤(58)을 적용한다. 프레스 롤(58)에 의해 양키 건조기(60)에 티슈 웹을 적용하기 직전에, 스프레이 붐(59)을 사용하여 접착제 혼합물을 양키 건조기(60)의 표면 상에 분무한다. 천연 기체 가열된 후드(도시되지 않음)가 양키 건조기(60)를 부분적으로 둘러싸고 티슈 웹(54)을 건조시키는 것을 돕는다. 크레이프화 닥터 블레이드(62)에 의해 양키 건조기로부터 티슈 웹(64)을 제거한다. 2개의 티슈 웹(64)을 함께 쌓고 캘린더가공할 수도 있다. 얻어진 2-겹 티슈 제품을 경질 롤 위에 감을 수 있다.
대안적인 구현양태에서, 습윤-가압된 종이 웹보다는 오히려, 종이 웹이 고 벌크, 통기 건조된 종이 웹, 예를 들어 당 기술분야에 공지된 비크레이프화 통풍 건조 종이 웹(UCTAD 웹)일 수 있다.
본 발명에 따라 처리된 펄프 섬유로부터 무수한 종이 제품이 형성될 수 있다. 본 명세서에서 용어 "종이"는 넓은 범위에서 기록, 인쇄, 포장, 위생 및 공업용 종이, 신문인쇄, 라이너보드, 티슈, 목욕 티슈, 얼굴용 티슈, 냅킨, 와이퍼, 습윤 와이퍼, 타월, 흡수성 패드, 기저귀, 침대 패드, 육류 및 가금류 패드, 여성 위생 패드, 및 이러한 제품의 제조를 위해 통상적인 방법에 따라 만들어진 기타 제품과 같은 흡수성 물품 내의 흡입 웹를 포함하기 위해 사용된다. 여기에서 사용된 용어 "종이"의 사용에 있어서, 이것은 아미노-작용기화 셀룰로스 섬유의 단독 또는 다른 천연 또는 합성 섬유와의 조합을 함유하는 임의의 섬유 웹을 포함한다. 이것은 적층되거나 적층되지 않고, 크레이프화되거나 비크레이프화될 수도 있으며, 단일 겹 또는 다층 겹으로 구성될 수도 있다. 또한, 종이 또는 티슈 웹은 일체화 및 강도를 위하여 강화 섬유를 함유할 수도 있다.
이제, 본 발명의 다양한 구현양태에 관해 언급할 것이며, 하나 이상의 실시예가 하기에 기재된다. 각각의 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 제공된 것이며 본 발명을 제한하지 않는다. 사실상, 본 발명의 범위 또는 범주에서 벗어나지 않는 한, 본 발명의 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있음이 당업자에게 분명할 것이다.
실시예 1
당 기술분야에 일반적으로 공지된 것과 같이, 핸드시트를 제조하고 표준 방법에 따라 습윤 강도 수지로 처리하였다. 펄프화 공정 동안에, 유칼립투스 섬유 웹을 63kg/MT의 다우 코닝 아미노-작용성 실리콘 유체(Q2-8220)으로 처리한 다음 재펄프화하여 아미노-작용기화 유칼립투스 펄프를 형성하였다. 이어서, 하기 표 1 에 나타낸 것과 같이, 100％ 비-작용기화 유칼립투스 펄프 또는 비-작용기화 펄프 및 아미노-작용기화 펄프의 50/50 혼합물로부터 핸드시트를 제조하였다. 핸드시트를 20파운드/톤의 카이멘(등록상표) 557LX, 폴리아민-폴리아미드-에피클로로히드린 수지 (미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 허큘리스사로부터 입수가능함)으로 처리하였으며, 이것은 핸드시트의 형성에 앞서서 펄프에 첨가되었다.
하기 표 1에 기록된 바와 같이 인장 지수가 수득되었다.
코드 번호 섬유 혼합물
(％ 비-작용기화/％ 아미노-작용기화)		 첨가된 카이멘(등록상표) 557 LX
(파운드/톤)		 인장 지수(Nm/g)
대조용 100 0 13.80
1 100 20 14.93
2 50/50 20
3 50/50 20
4 50/50 20
실시예 2
220 lbs/MT의 수준으로 브러쉬로 웹에 적용된 제파민(등록상표) D-2000 (미국 텍사스주 휴스턴 소재의 헌츠만 코포레이션으로부터 입수가능한 아민 말단 폴리옥시프로필렌 디올)을 가진 유칼립투스 섬유 웹을 재펄프화함으로써 아미노-작용기화 펄프를 제조하였다.
당 기술분야에 일반적으로 공지된 것과 같은 표준 방법에 따라 핸드시트를 제조하였다. 핸드시트는 100％ 비-작용기화 유칼립투스 펄프로 형성되거나 대안적으로 100％ 아미노-작용기화 유칼립투스 펄프로 형성되었다.
하기 표 2에 나타낸 것과 같이, 섬유의 중량을 기준으로 한 퍼센트로서 핸드시트의 형성에 앞서서 펄프에 첨가된 카이멘(등록상표) 557LX (미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 허큘리스사로부터 입수가능한 폴리아민-아미드 에피클로로히드린 수지)로 실시예 2 및 4 를 처리하였다.
4개의 핸드시트 제제를 강도 성질에 대해 시험하였다. 결과를 하기 표 2에 요약한다.
섬유 유형 카이멘(등록상표)
첨가 비율		 건조 인장 지수
(Nm/g)
유칼립투스 0％ 13
유칼립투스 1％ 15
아미노-작용기화 유칼립투스 0％ 13
아미노-작용기화 유칼립투스 1％ 5
표에서 알 수 있듯이, 1％ 카이멘(등록상표)을 첨가하면 비-작용기화 유칼립투스 펄프로 이루어진 시트의 건조 인장 지수를 약 15％ 증가시키는 반면, 본 발명의 아미노-작용기화 펄프로 형성된 핸드시트에 1％ 카이멘(등록상표)을 첨가하면 건조 인장 지수를 약 48％ 증가시킨다.
실시예 3
30 lbs/MT의 수준에서 블러시로 웹에 적용된 제파민(등록상표) T-3000 (미국 텍사스주 휴스턴 소재의 헌츠만 코포레이션으로부터 입수가능한 프로필렌 옥사이드-기재 트리아민)을 가진 유칼립투스 섬유 웹을 재펄프화함으로써 아미노-작용기화 펄프를 제조하였다.
아미노-작용기화 섬유 웹을 재펄프화하고 아미노-작용기화 펄프를 핸드시트로 만들었다. 하나의 샘플은 아미노-작용기화 펄프로 형성된 핸드시트에 첨가된 강도제를 갖지 않았으며, 다른 샘플은 핸드시트 형성에 앞서서 1％ 첨가 수준으로 아미노-작용기화 펄프에 첨가된 카이멘(등록상표)을 포함하였다. 카이멘(등록상표)을 포함하는 핸드시트의 건조 인장 지수는 15.15Nm/g이고, 핸드시트의 형성에 앞서서 강도제가 펄프에 첨가되지 않은 아미노-작용기화 펄프 단독으로부터 제조된 핸드시트에 대해 수득된 9.31Nm/g의 인장 지수로부터 63％ 상승되었다.
실시예 4
실시예 3에서 제조된 것과 같은 아미노-작용기화 섬유를 사용하여 핸드시트를 제조하였다. 카이멘(등록상표)의 3개의 상이한 첨가 수준: 섬유의 중량을 기준으로 하여 0중량％, 0.1중량％ 및 0.5중량％를 가진 3개의 핸드시트를 형성하였다. 결과를 하기 표 3에 나타낸다. 표에서 알 수 있듯이, 심지어 낮은 수준의 카이멘(등록상표) 첨가에서, 카이멘 및 아미노-작용기화 섬유의 조합에 의해 예상 밖으로 큰 퍼센트 강도 증가가 나타났다.
％ 카이멘(등록상표) 첨가 건조 인장 지수(Nm/g) 대조군에 비해 강도 증가 ％
대조용 0 6.1
0.1 8.8 46
0.5 10.1 68
실시예 5
실시예 3에 제조된 것과 같은 아미노-작용기화 섬유를 사용하여 핸드시트를 제조하였다. 100％ 아미노-작용기화 유칼립투스 섬유 뿐만 아니라 비처리된 유칼립투스 섬유와 아미노-작용기화 섬유의 혼합물로부터 핸드시트를 형성하였다. 시험된 섬유 혼합물의 비율은 100:00, 50:50, 25:75 및 10:90이었다. 각각의 비율에 대하여, 2개의 핸드시트, 즉 0.5％ 카이멘(등록상표) 첨가를 가진 것과 카이멘(등록상표)을 갖지 않은 것을 제조하고, 동일한 섬유 형성을 가진 핸드시트 사이에서 강도 특징을 비교하였다. 결과를 하기 표 4에 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 강도 증가는 모두 40+％ 범위에 있었다.
섬유 비율
아미노-작용기화 섬유:비-작용기화 섬유		 ％ 카이멘(등록상표) 첨가 수준 (섬유의 중량 기준) 건조 인장 지수(Nm/g) ％강도 증가
100:0 0 4.1 -
50:50 0 6.1 -
50:50 0.5 9.0 45％
25:75 0 7.8 -
25:75 0.5 10.7 42％
10:90 0 8.2 -
10:90 0.5 11.8 42％
실시예 6
실시예 3에서 제조된 아미노-작용기화 섬유를 사용하여 핸드시트를 제조하였다. 100％ 아미노-작용기화 유칼립투스 섬유 뿐만 아니라 비처리 유칼립투스 섬유 및 아미노-작용기화 섬유의 50/50 혼합물로부터 핸드시트를 제조하였다. 각각의 샘플에 대하여, 2개의 핸드시트, 즉 0.5％ 파레즈(등록상표)(글리옥실화 폴리아크릴아미드 습윤 강도제)를 갖는 것과 파레즈(등록상표)를 갖지 않는 것을 제조하였다.
결과를 하기 표 5에 나타낸다.
섬유 비율
아미노-작용기화 섬유:비-작용기화 섬유		 파레즈(등록상표)
첨가 비율		 건조 인장 지수 (Nm/g) 건조 인장 지수의 증가 ％
100:0 0％ 4.1
100:0 0.5％ 12 182％
50:50 0％ 5.8
50:50 0.5％ 13.9 145％
비-작용기화 섬유 및 0.5％ 파레즈로 형성된 핸드시트는 이 시험 동안에 시행되지 않았다. 그러나, 0.5％ 파레즈가 첨가된 65％ Euc/35％ LL19 배합물 상에서 초기 핸드 시트 작업은 16으로부터 25로의 인장 지수 증가, 56％ 강도 증가를 나타내었다.
예증을 위해 주어진 상기 실시예들이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 단지 몇몇 구현양태들이 상기에서 상세히 설명되었으나, 당업자라면 본 발명의 신규 교시 내용 및 장점에서 근본적으로 벗어나지 않으면서 일례의 구현양태에서 많은 변형이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형은 하기 청구의 범위 및 그의 모든 균등 범위에서 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 해석된다. 또한, 일부 구현양태의 모든 장점을 달성하지 않는 많은 구현양태들이 고안될 수 있지만, 특정한 장점이 부재하는 것이, 반드시 이러한 구현양태들이 본 발명의 범위 밖에 있음을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (49)

  1. 셀룰로스 섬유 및 셀룰로스 섬유에 부착된 아미노-작용성 첨가제를 포함하며, 아미노-작용성 첨가제가 아미노-작용성 첨가제 그램 당 0.90 밀리당량(m-eq)을 초과하는 1차 아민의 1차 아민 함량을 갖고 수성 조건하에서 50％ 이상의 셀룰로스 섬유 상의 보유 수준을 가지며,
    상기 아미노-작용성 첨가제는 폴리옥시알킬폴리아민을 포함하는 실질적으로 수-불용성인 중합체 아미노-작용성 첨가제인,
    제지 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 아미노-작용성 첨가제가 아미노-작용성 첨가제 그램 당 0.94 m-eq을 초과하는 1차 아민의 1차 아민 함량을 갖는 것인 제지 섬유.
  3. 제1항에 있어서, 제지 섬유가 200 초과의 캐나다 표준 여유도 값을 갖는 것인 제지 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 제지 섬유가 500 초과의 캐나다 표준 여유도 값을 갖는 것인 제지 섬유.
  5. 제1항에 있어서, 실질적으로 수-불용성인 중합체 아미노-작용성 첨가제가 3g/100cc 탈이온수 미만의 용해도를 갖는 것인 제지 섬유.
  6. 제1항에 있어서, 셀룰로스 섬유 및 아미노-작용성 첨가제가 함께 공유 결합되어 있지 않은 제지 섬유.
  7. 제1항에 있어서, 아미노-작용성 첨가제가 수성 조건하에서 60％ 이상의 셀룰로스 섬유 상의 보유 수준을 갖는 것인 제지 섬유.
  8. 제1항에 있어서, 셀룰로스 섬유의 0.05중량％ 내지 5중량％의 양으로 아미노-작용성 첨가제를 포함하는 제지 섬유.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 다수의 제지 섬유; 및
    아미노-작용기화 제지 섬유와 반응할 수 있는 제지 첨가제
    를 포함하는 종이 웹.
  10. 제9항에 있어서, 제지 첨가제가 습윤 강도제인 종이 웹.
  11. 제9항에 있어서, 제지 첨가제가 중합체 음이온 반응성 화합물인 종이 웹.
  12. 제9항에 있어서, 제지 첨가제가 중합체 알데히드 작용성 화합물인 종이 웹.
  13. 제9항에 있어서, 종이 웹의 0.1중량％ 내지 10중량％의 제지 첨가제를 포함하는 종이 웹.
  14. 제9항에 있어서, 종이 웹의 10중량％ 내지 100중량％의 아미노-작용기화 제지 섬유를 포함하는 종이 웹.
  15. 공정수 (process water) 및 제지 섬유를 포함하는 섬유 슬러리를 생성하고;
    상기 제지 섬유를 포함하는 습윤 섬유 웹을 형성하고;
    습윤 섬유 웹을 30％ 이상의 농도 (consistency)로 탈수시키고;
    탈수된 섬유 웹에 폴리옥시알킬폴리아민을 포함하는 실질적으로 수-불용성인 중합체 아미노-작용성 첨가제를 적용하고, 이때 아미노-작용성 첨가제가 제지 섬유에 부착되고 이에 의해 아미노-작용기화 제지 섬유를 포함하는 탈수된 섬유 웹이 형성되며;
    아미노-작용기화 제지 섬유를 포함하는 건조된 섬유 웹을 재펄프화하여, 아미노-작용기화 제지 섬유의 슬러리를 형성하는 것을 포함하며, 이때 아미노-작용기화 제지 섬유가 섬유의 재펄프화 시에 섬유에 적용된 50％ 이상의 아미노-작용성 첨가제를 보유하는 것인,
    아미노-작용기화 펄프 섬유의 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서, 아미노-작용기화 제지 섬유를 경화시키는 것을 더 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 아미노-작용성 첨가제가 제지 섬유의 0.05 중량％ 내지 5 중량％의 양으로 종이 웹에 적용되는 것인 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 아미노-작용기화 제지 섬유의 슬러리로부터 종이 웹을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 종이 웹에, 아미노-작용기화 제지 섬유와 반응가능한 제지 첨가제를 적용하는 것을 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 제지 첨가제가 습윤 강도제인 방법.
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