KR101872142B1 - 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는 섬유 보드 생성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 50.0 내지 99.0 중량부(d/d)의 양의 섬유, 1.0 내지 50.0 중량부(d/d)의 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료, 0.05 내지 25.0 중량부(d/d)의 양의 적어도 1종의 바인더, 0 내지 5.0 중량부(d/d)의 양의 적어도 1종의 왁스를 포함하는 섬유 보드 생성물로서, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 합이 100.0 중량부(d/d)인 섬유 보드 생성물, 이러한 섬유 보드 생성물의 제조 방법 및 섬유 보드 생성물에서, 바람직하게는 고밀도 섬유(HDF) 보드, 중밀도 섬유(MDF) 보드, 저밀도 섬유(LDF) 보드 또는 입자 보드에서 섬유 대체물로서 0.5 내지 150.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50을 갖는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 용도에 관한 것이다.

Description

탄산칼슘 함유 재료를 포함하는 섬유 보드 생성물{FIBER BOARD PRODUCT COMPRISING A CALCIUM CARBONATE-CONTAINING MATERIAL}
본 발명은 50.0 내지 99.0 중량부(d/d, 건조/건조)의 양의 섬유, 1.0 내지 50.0 중량부(d/d)의 양의 적어도 1종의 입자상(particulate) 탄산칼슘 함유 재료, 0.05 내지 25.0 중량부(d/d)의 양의 적어도 1종의 바인더, 0 내지 5.0 중량부(d/d)의 양의 적어도 1종의 왁스를 포함하는 섬유 보드 생성물로서, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 합이 100.0 중량부(d/d)인 섬유 보드 생성물, 이러한 섬유 보드 생성물의 제조 방법 및 섬유 보드 생성물에서, 바람직하게는 고밀도 섬유(HDF: high-density fiber) 보드, 중밀도 섬유(MDF: medium-density fiber) 보드, 저밀도 섬유(LDF: low-density fiber) 보드 또는 입자 보드에서 섬유 대체물로서 0.5 내지 150.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50을 갖는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 용도에 관한 것이다.
섬유 보드 생성물 예컨대 중밀도 섬유 보드(MDF) 및 고밀도 섬유 보드(HDF)는 이들의 강도의 일관성, 치수 안정성, 낮은 분할 경향, 탄성 특성 및 마무리의 용이성으로 인해 실내 적용을 위해 예컨대 가구, 도어, 장식용 벽 안감, 마루 또는 분리 벽에서 널리 사용된다. 이러한 섬유 보드 생성물은, 전형적으로 바인더를 사용하여, 열과 압력 하에 합쳐지는 목재(wood) 섬유를 주로 포함하는 복합 생성물이다. 이러한 생성물 및 이의 제조 방법은 다수의 문헌에 기재되어 있다. 예를 들면, WO 2006/042651 A1은 밝은 색 내지 백색의 목재 재료 패널이 표백된 목재 섬유로부터 제조되고/거나 백색 안료로 건염 염색(vat-dyed)되는 것을 언급하고 있다. DE 43 10 191 A1은 무기 다공질(cellular) 재료 및 난연제를 포함하는 목재-기반 패널 보드에 관한 것이다. 무기 다공질 재료는 무기 재료로 제조된 다공질 재료를 포함한다. 예를 들면, 이들은 미세한 폐쇄 셀들로 충전된 알갱이 구조를 가지면서, 주 성분으로서 무기 산화물 예컨대 산화규소 또는 산화알루미늄을 갖는 재료일 수 있다. US 5,422,170 A 및 US 5,705001 A는 목재 기반 패널을 언급하며 목재 섬유, 무기 다공질 재료, 난연제 및 이들 재료를 결합시키기 위한 유기 바인더가 함께 혼합되고 고온 프레스 성형되어 그러한 목재 기반 패널을 얻는다. WO 2006/016416 A1은 제조시에, 목재 섬유 및 접착제뿐만 아니라 난연재를 첨가하여 얻어지는 MDF(중밀도 섬유 보드)의 표면 상에 0.2 내지 2 mm의 두께를 갖는 공기 투과성 무기 코팅 필름을 형성하고, 고온 프레싱에 의해 성형함으로써 얻어지는 불연성 MDF에 관한 것이다. WO 2006/111458 A1은 수지 함침된 페이퍼의 제1 층 및 섬유 보강 베일의 적어도 하나의 층을 포함하는 고압 라미네이트를 언급한다. WO 2012/038076 A1은 상이한 작용가 및 구성분을 갖는 복수의 미네랄 양털 또는 유리 섬유 매트를 포함하는 ISO 1716에 따라 ≤ 3 MJ/kg의 낮은 발열량을 특징으로 하는 내화성 라미네이트를 언급한다. US 2004/0258898 A1은 부분적으로 가용성인 붕소 염의 수계 슬러리를 생성하는 단계; 접착제를 목질 재료에 첨가하는 단계; 및 독립적으로 상기 목질 재료에 이의 방화를 위해 상기 수계 슬러리를 도입하는 단계를 포함하는 난연성 복합 패널을 제작하는 방법에 관한 것이다.
나아가, 섬유 및 입자상 재료를 포함하는 페이퍼 제품이 시판중에 있다. 예를 들면, WO 2009/074491 A1은 밀리미터 범위의 길이를 갖는 유기 섬유를 포함하는 표면-미네랄화된 유기 섬유(이의 표면은 바인더에 의해 미분된(finely divided) 알칼리토 카보네이트 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅됨), 이러한 표면-미네랄화된 유기 섬유의 제조 방법, 이의 수성 슬러리, 제지에서, 페이퍼, 플라스틱, 시멘트 및 점토 표면의 표면 마무리에서, 페인트 및 바니시에서 이의 용도에 관한 것이다. US 2010/183890 A1은 적어도 1종의 폴리머 라텍스 및 특정 분자량 분포를 갖는 적어도 1종의 변성 전분을 함유하는 함침용 수지 용액으로 장식용 베이스 페이퍼를 함침시킴으로서 얻어질 수 있는 프리프레그를 언급한다. EP 1 036 881 A1은 비변성된 및 양이온 변성된 셀룰로스를 함유하는 셀룰로스 혼합물의 페이퍼 매스로부터 셀룰로스 섬유 및 충전 재료로 구성된 원료 라미네이션 페이퍼를 언급한다. 셀룰로스 섬유는 글리시딜 작용기를 갖는 4급 암모늄 화합물로 변성(개질)된다. 양이온 변성된 셀룰로스는 변성을 위해 단섬유 셀룰로스를 사용하여 셀룰로스 혼합물의 적어도 5 중량%를 형성한다. 충전 재료는 산화티타늄, 탄산칼슘, 카올린, 활석 또는 이들의 혼합물이다. EP 0 705 939 A1은 셀룰로스 섬유, 충전제(들) 및 습윤 강도 향상제로서 양이온성 수지를 함유하고, 또한 음이온성 무기 입자를 함유하는 페이퍼 재료로 제조되는 장식용 코팅 시스템용 베이스 페이퍼를 언급한다.
비록 강도, 탄성 특성, 난연성 및 추가 가공성을 포함한 맞춤형 성질을 가진 굉장히 다양한 섬유 보드 생성물이 이미 시판 중에 있지만, 상기 섬유 보드 생성물의 일반적인 단점은 주성분, 즉, 목재 섬유가 바이오매스 에너지 부문으로부터의 증가된 요구로 인한 증가된 비용으로 유용성이 감소된 유기 재생가능 자원을 기반으로 한다는 점이다.
따라서, 굽힘 강도, 내부 결합 강도, 두께 팽창, 탄성 특성 및 추가 가공성과 같은 중요한 성질들이 유지되거나 개선되면서 유기 재생가능 자원을 기반으로 하는 원료의 적어도 일부가 대체 재료로 교체되는 섬유 보드 생성물에 대한 당업계의 계속된 니즈가 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 유기 재생가능 자원을 기반으로 하는 원료의 적어도 일부가 대체 재료에 의해 교체되는 섬유 보드 생성물을 제공하는데 있다. 추가 목적은 굽힘 강도, 내부 결합 강도, 두께 팽창, 탄성 특성 및 추가 가공성과 같은 여타의 중요한 성질들이 세트로 유지되거나 개선되어진 섬유 보드 생성물을 제공하는데 있다.
상기 및 여타의 목적은 본원의 청구항 1에서 정의된 바와 같은 주제에 의해 해결된다.
본 발명의 섬유 보드 생성물의 유리한 실시양태들은 상응하는 종속 청구항들에서 정의되어 있다.
본 출원의 일 양태에 따르면 섬유 보드 생성물이 제공된다. 섬유 보드 생성물은
a) 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 50.0 내지 99.0 중량부(d/d)의 양의 섬유로서, 체(sieve) 분석으로 측정시,
i) 건조 섬유의 총량을 기준으로 0 내지 20.0 중량%의 양의 섬유가 0.05 mm의 메쉬 체 폭(mesh sieve width)에서 분획되는 크기이고,
ii) 건조 섬유의 총량을 기준으로 50.0 내지 90.0 중량%의 양의 섬유가 1.0 mm의 메쉬 체 폭에서 분획되는 크기이며,
iii) 건조 섬유의 총량을 기준으로 70.0 내지 100.0 중량%의 양의 섬유가 3.0 mm의 메쉬 체 폭에서 분획되는 크기인 섬유,
b) 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 1.0 내지 50.0 중량부(d/d)의 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로서, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 0.5 내지 150.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50을 갖는 것인 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료, 및 추가적으로
c) 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.05 내지 25.0 중량부(d/d)의 양의 적어도 1종의 바인더, 및
d) 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0 내지 5.0 중량부(d/d)의 양의 적어도 1종의 왁스
를 포함하고,
섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 양의 합이 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 100.0 중량부(d/d)이다.
본 발명자들은 놀랍게도 본 발명에 따른 상기 섬유 보드 생성물이 굽힘 강도, 내부 결합 강도, 두께 팽창, 탄성 특성 및 추가 가공성과 같은 여타의 중요한 성질들을 유지하거나 심지어 개선하면서 유기 재생가능 자원 기반 원료를 감소된 양으로 포함한다는 것을 밝혀내었다. 보다 정확히 말하면, 본 발명자들은 섬유 보드 생성물 중 건조 섬유의 총량의 최대 25.0 중량부가 0.5 내지 150.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50을 갖는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 대체될 수 있음을 밝혀내었다.
본 발명의 목적상 하기 용어들은 하기 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다:
용어 "탄산칼슘 함유 재료"는 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 적어도 50.0 중량% 탄산칼슘을 포함하는 재료를 지칭한다.
본 발명의 목적상, 중량 중앙 입자 직경 "d 50"은 입자의 x 중량%가 d x 미만의 직경을 갖는 것과 관련한 그러한 직경을 나타낸다. 이는, d 20 값은 모든 입자의 20.0 중량%가 해당 입자 크기보다 더 작은 입자 크기이고, d 80 값은 모든 입자의 80.0 중량%가 해당 입자 크기보다 더 작은 입자 크기임을 의미한다. 이에 d 50 값은 중량 중앙 입자 크기이며, 즉, 모든 입자의 50.0 중량%가 이 입자 크기보다 더 크거나 더 작다. 본 발명의 목적상 입자 크기는 달리 언급이 없다면 중량 중앙 입자 크기 d 50으로서 명시된다. 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 중량 중앙 입자 직경은 레이저 회절에 의해 측정되었다. 이 방법에서, 입자 크기는 레이저 빔이 분산된 입자상 샘플을 통과함에 따라 산란되는 광의 세기를 측정함으로써 결정된다. 측정은 Malvern Instruments Ltd.의 Mastersizer 2000 또는 Mastersizer 3000(작동 기기 소프트웨어 버젼 1.04)을 사용하여 이루어진다. 섬유의 크기는 체 분석을 통한 분획화(fractioning)에 의해 측정되었다. 측정은 독일의 HOSOKAWA ALPINE AG의 에어 제트 체 Alpine e200 LS를 사용하여 이루어졌다.
본 발명에서 사용시 용어 "바인더"는 2 이상의 다른 재료를 함께 결합하여 복합재를 형성하는데 통상적으로 사용되는 화합물 또는 화합물 혼합물이다.
용어 "포함하는"이 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 경우, 주된 또는 사소한 기능적 중요성의 다른 명시되지 않은 요소를 배제하는 것이 아니다. 본 발명의 목적상, 용어 "~로 이루어지는"은 용어 "~를 포함하는"의 바람직한 실시양태인 것으로 간주된다. 이하 어떤 그룹이 적어도 특정 수의 실시양태들을 포함하는 것으로 정의된다면, 이는 또한 어떤 그룹(바람직하게는 그러한 실시양태들로만 이루어진 그룹)을 개시하는 것으로 이해될 수 있다.
용어 "함유하는" 또는 "갖는"이 사용될 때마다, 이들 용어는 앞서 정의된 바와 같은 "포함하는"과 등가적인 것으로 의도된다.
단수 명사를 언급하면서, 부정 관사 또는 정관사(예를 들면, "a", "an" 또는 "the")가 사용되는 경우, 달리 명시되어 있지 않는 한 이는 복수의 그러한 명사를 포함한다.
"얻어질 수 있는" 또는 "정의(규정)가능한" 및 "얻어진" 또는 "정의(규정)된"과 같은 용어들은 상호교환적으로 사용된다. 이는 문맥상 명백하게 달리 지시하는 바가 없는 한, 예를 들어 "얻어진" 이라는 용어는 예컨대, "얻어진" 이라는 용어 앞의 단계들의 순서에 의하여 실시양태가 얻어져야만 하는 것을 의미하는 것은 아니지만, 이러한 제한적인 이해는 "얻어진" 또는 "정의(규정)된" 이라는 용어에 의해 바람직한 실시양태로서 항상 포함되어진다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 섬유 보드 생성물의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 하기 단계들을 포함한다:
a) 섬유를 건조한 형태로 또는 수성 현탁액의 형태로 제공하는 단계,
b) 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 제공하는 단계,
c) 적어도 1종의 바인더, 및 경우에 따라 적어도 1종의 왁스를 제공하는 단계,
d) 단계 a)의 섬유를 단계 b)의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 단계 c)의 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 동시에 또는 별도로 임의의 순서로 배합하여 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물을 형성하는 단계,
e) 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물로부터 매트(mat)를 형성하는 단계, 및
f) 매트를 고체 섬유 보드 생성물로 프레싱하는 단계.
본 방법의 일 실시양태에 따르면, 공정 단계 d)는 섬유가 단계 b)의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 단계 c)의 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 동시에 배합되도록 수행된다. 본 방법의 또 다른 실시양태에 따르면, 공정 단계 d)는 섬유가 단계 b)의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 단계 c)의 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 별도로 배합되도록 수행되며, 바람직하게는 섬유가 우선 단계 c)의 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 배합된 다음 단계 b)의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 배합되도록 수행된다. 본 방법의 또 다른 실시양태에 따르면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 a) 분말 형태로, 또는 b) 수성 슬러리의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 80.0 중량%, 바람직하게는 30.0 내지 78.0 중량%, 더 바람직하게는 50.0 내지 78.0 중량% 및 가장 바람직하게는 70.0 내지 78.0 중량% 양의 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는 수성 슬러리의 형태로 제공된다. 본 방법의 일 실시양태에 따르면, 공정 단계 d)는 블로우라인(blowline) 시스템 및/또는 블렌더에서 수행된다. 본 방법의 또 다른 실시양태에 따르면, 공정 단계 d)에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 섬유의 배합은 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에의 첨가 이전 또는 도중 또는 이후에 수행되며, 바람직하게는 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에의 첨가 도중 또는 이후에 수행된다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 섬유 보드 생성물에서, 바람직하게는 고밀도 섬유(HDF) 보드, 중밀도 섬유(MDF) 보드, 저밀도 섬유(LDF) 보드 또는 입자 보드에서 섬유 대체물로서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 용도가 제공된다. 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 중량 중앙 입자 크기 d 50이 0.5 내지 150.0 ㎛이다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 돌로마이트 및/또는 적어도 1종의 중질 탄산칼슘(GCC: ground calcium carbonate), 바람직하게는 대리석, 백악, 석회석 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 중질 탄산칼슘(GCC), 및/또는 적어도 1종의 침강성 탄산칼슘(PCC: precipitated calcium carbonate), 바람직하게는 아라고나이트, 바테라이트 및 칼사이트 광물학 결정형 중 하나 이상을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 침강성 탄산칼슘(PCC)이다.
본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 a) 0.7 ㎛ 내지 100.0 ㎛, 더 바람직하게는 1.0 ㎛ 내지 50.0 ㎛ 및 가장 바람직하게는 2.1 ㎛ 내지 40.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50 및/또는 b) BET 질소법으로 측정시 0.5 내지 200.0 ㎡/g, 더 바람직하게는 0.5 내지 100.0 ㎡/g 및 가장 바람직하게는 0.5 내지 50.0 ㎡/g의 비표면적을 갖는다.
본 발명의 한층 더 또 다른 실시양태에 따르면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 ≥ 50.0 중량%, 바람직하게는 90.0 중량%, 더 바람직하게는 ≥ 95.0 중량% 및 가장 바람직하게는 ≥ 97.0 중량%의 양의 탄산칼슘으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 섬유는 침엽수 종, 활엽수 종, 비목재(non-wood) 섬유 식물 및 이들의 혼합물에서 유래한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진 섬유 재료를 포함하며, 상기 섬유 재료 중 섬유의 중량 분율이 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 99.0 내지 50.0 중량%, 바람직하게는 99.0 내지 75.0 중량%, 더 바람직하게는 99.0 내지 80.0 중량% 및 가장 바람직하게는 97.0 내지 88.0 중량%이다.
본 발명의 한층 더 또 다른 실시양태에 따르면, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 75.0 내지 99.0 중량부(d/d) 양의 섬유 및 1.0 내지 25.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함한다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 적어도 1종의 바인더는 페놀-포름알데히드 수지(PF), 우레아-포름알데히드 수지(UF), 멜라민-포름알데히드 수지(MF), 멜라민-우레아-포름알데히드 수지(MUF), 우레아-멜라민-포름알데히드 수지(UMF), 우레아-멜라민-페놀-포름알데히드 수지(UMPF), 에폭시 수지, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 수지(MDI), 폴리우레탄 수지(PU) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 섬유 보드 생성물은 착색제, 충전제, 분산제, 살생물제, 경화제 및 난연제를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 더 포함한다.
본 발명의 한층 더 또 다른 실시양태에 따르면, 섬유 보드 생성물은 35　내지 1100　kg/㎥, 바람직하게는 250 내지 900 kg/㎥, 및 가장 바람직하게는 600 내지 800 kg/㎥의 밀도 및/또는 1.0 내지 300.0 mm, 바람직하게는 2.0 내지 40.0 mm, 더 바람직하게는 4.0 내지 20 mm의 두께를 갖는다.
앞서 기재한 바와 같이, 본 발명의 섬유 보드 생성물은 항목 a), b) 및 c)에서 제시한 바와 같은 섬유, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더를 포함한다. 이하에서는, 본 발명의, 특히 본 발명의 섬유 보드 생성물의 전술한 항목들에 관한 추가의 상세한 설명이 제공된다.
본 발명의 항목 a)에 따르면, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 50.0 내지 99.0 중량부(d/d) 양의 섬유를 포함한다.
섬유 보드 생성물은 1종 이상의 섬유를 포함할 수 있는 것으로 인식된다.
따라서, 섬유 보드 생성물은 1종의 섬유를 포함할 수 있다. 대안으로, 섬유 보드 생성물은 2종 이상의 섬유들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 섬유 보드 생성물은 2종 또는 3종의 섬유들의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 1종의 섬유를 포함한다.
나아가, 섬유는 개별 섬유 또는 섬유 다발의 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 섬유 보드 생성물에 존재하는 섬유는 섬유 보드 생성물의 제조에 적합하다면 특정 섬유에 한정되지 않는 것으로 인식된다.
바람직하게는, 섬유는 목재 또는 비목재 섬유이다. 본 발명의 의미에서 용어 "목재" 섬유는 일반 정의를 지칭하며, 즉, 목재는 침염수 및 활엽수 종의 나무 줄기 및 가지의 대부분을 구성하는 섬유질의, 경질 물질이다. 본 발명의 의미에서 용어 "비목재" 섬유는 목재에서 유래하지 않는 임의의 섬유질 재료를 지칭하며, 즉, 비목재는 식물(plants)의 대부분을 구성하는 섬유질 물질이다.
본 발명의 일 실시양태에서, 섬유는 침엽수 종, 활엽수 종, 비목재 섬유 식물 및 이들의 혼합물에서 유래한다.
본 섬유 보드 생성물의 일 요건은 상기 보드가 특정 크기를 가진 섬유를 포함하는데 있다. 따라서,
i) 건조 섬유의 총량을 기준으로 0 내지 20.0 중량% 양의 섬유가 0.05 mm의 메쉬 체 폭에서 분획되는 크기이고,
ii) 건조 섬유의 총량을 기준으로 50.0 내지 90.0 중량%의 양의 섬유가 1.0 mm의 메쉬 체 폭에서 분획되는 크기이며,
iii) 건조 섬유의 총량을 기준으로 70.0 내지 100.0 중량%의 양의 섬유가 3.0 mm의 메쉬 체 폭에서 분획되는 크기일 것이 요구된다.
섬유의 크기는 독일의 HOSOKAWA ALPINE AG의 에어 제트 체 Alpine e200 LS에서 체 분석을 통한 분획화에 의해 측정된다.
섬유 보드 생성물에 적합한 섬유의 구체적인 예는 소나무, 전나무, 가문비나무, 웨스턴 헴록, 백양나무, 유칼립투스, 사이프러스, 포플러, 삼나무, 너도밤나무, 오크 나무, 자작나무, 단풍나무, 대나무, 시리얼 섬유, 해조류 섬유, 종자 섬유, 과실 섬유 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본 섬유 보드 생성물의 추가 요건은 그 생성물이 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 50.0 내지 99.0 중량부(d/d) 양의 섬유를 포함하는데 있다. 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 75.0 내지 99.0 중량부(d/d) 양의 섬유를 포함한다. 더 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 80.0 내지 99.0 중량부(d/d) 양의 섬유를 포함한다. 가장 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 88.0 내지 97.0 중량부(d/d) 양의 섬유를 포함한다.
본 섬유 보드 생성물의 또 다른 필수 성분은 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료이다. 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 섬유 대체물로서 기능하며 이에 섬유 보드 생성물에서 유기 재생가능 자원에 기초한 원료의 양을 감소시킨다.
본 발명의 의미에서 용어 "적어도 1종의" 입자상 칼슘 함유 재료는 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는, 바람직하게는 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어지는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는, 바람직하게는 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진다. 대안으로, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 2종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는, 바람직하게는 2종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진다. 예를 들면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 2종 또는 3종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는, 바람직하게는 2종 또는 3종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진다.
바람직하게는, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는, 더 바람직하게는 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진다.
본 발명의 의미에서 용어 적어도 1종의 "입자상 탄산칼슘 함유 재료"는 탄산칼슘을 포함하는 고체 컴파운드를 지칭한다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 돌로마이트, 적어도 1종의 중질 탄산칼슘(GCC), 적어도 1종의 침강성 탄산칼슘(PCC) 및 이들의 혼합물에서 선택된다.
본 발명의 의미에서 "돌로마이트"는 CaMg(CO3)2("CaCO3ㆍMgCO3")의 화학 조성을 가진 탄산 칼슘-마그네슘-미네랄이다. 돌로마이트 미네랄은 돌로마이트의 총 중량을 기준으로 적어도 30.0 중량% MgCO3, 바람직하게는 35.0 중량% 초과, 40.0 중량% 초과, 전형적으로 45.0 내지 46.0 중량% MgCO3을 함유한다.
본 발명의 의미에서 "중질 탄산칼슘"(GCC)은 천연 공급원, 예컨대 석회석, 대리석 또는 백악에서 얻어지고, 예를 들면 사이클론 또는 분급기에 의해, 습식 및/또는 건식 처리 예컨대 연마, 스크리닝 및/또는 분별을 통해 가공처리된 탄산칼슘이다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면 GCC는 건식 연마에 의해 얻어진다. 본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면 GCC는 습식 연마 및 후속의 건조에 의해 얻어진다.
일반적으로, 연마 단계는 임의의 통상적인 연마 디바이스를 사용하여, 예를 들면, 세분(개량)(refinement)이 주로 세컨더리 바디와의 충돌에 기인하는 조건하에, 즉, 볼 밀, 로드 밀, 진동 밀, 롤 크러셔, 원심 충격 밀, 수직 비드 밀, 마찰 밀, 핀 밀, 해머 밀, 분쇄기, 파쇄기, 디-클럼퍼(de-clumper), 나이프 커터, 또는 당업자에게 공지된 여타의 그러한 장비 중 하나 이상에서 수행될 수 있다. 탄산칼슘 함유 재료가 습윤 중질 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는 경우, 연마 단계는 자생 연마가 일어나도록 하는 조건하에 및/또는 수평 볼 밀링, 및/또는 당업자에게 공지된 여타의 그러한 공정에 의해 수행될 수 있다. 이렇게 얻어진 습식 가공된 중질 탄산칼슘 함유 재료는 건조 이전에 익히 알려진 공정에 의해, 예를 들면 응집, 여과 또는 강제 증발에 의해 세척 및 탈수될 수 있다. 건조의 후속 단계는 단일 단계 예컨대 분무 건조로, 또는 적어도 2 단계로 수행될 수 있다. 이러한 탄산칼슘 재료는 불순물 제거를 위한 선광(beneficiation) 단계(예컨대 부유 선별, 표백 또는 자기 분리 단계)를 겪는 것이 또한 일반적이다.
본 발명의 일 실시양태에서, GCC는 대리석, 백악, 석회석 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된다.
본 발명의 의미에서 "침강성 탄산칼슘"(PCC)은 수성 환경에서 이산화탄소와 석회의 반응 이후에 침전에 의해 또는 물에 칼슘 및 카보네이트 이온 공급원의 침전에 의해 일반적으로 얻어지는 합성된 재료이다. PCC는 아라고나이트, 바테라이트 및 칼사이트 광물학 결정형 중 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는, PCC는 아라고나이트, 바테라이트 및 칼사이트 광물학 결정형 중 하나이다.
아라고나이트는 흔히 침상 형태인 반면, 바테라이트는 육각형 결정계에 속한다. 칼사이트는 편삼각면체, 각기둥, 구 및 능면체 형태를 형성할 수 있다. PCC는 다양한 방식으로, 예를 들면 이산화탄소를 이용한 침전, 석회 소다 공정, 또는 PCC가 암모니아 생성의 부산물인 솔베이 공정에 의해 생성될 수 있다. 얻어진 PCC 슬러리는 기계적으로 탈수 및 건조될 수 있다.
적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 적어도 1종의 중질 탄산칼슘(GCC), 바람직하게는 대리석, 백악, 석회석 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 중질 탄산칼슘(GCC)을 포함하는 것이 바람직하다. 일 바람직한 실시양태에서, 적어도 1종의 중질 탄산칼슘(GCC)은 대리석 또는 백악이다.
탄산칼슘 이외에, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 추가 금속 산화물 예컨대 티타늄 디옥시드 및/또는 알루미늄 트리옥시드, 금속 수산화물 예컨대 알루미늄 트리히드록시드, 금속 염 예컨대 설페이트, 실리케이트 예컨대 탈크 및/또는 카올린 점토 및/또는 미카, 카보네이트 예컨대 마그네슘 카보네이트 및/또는 석고, 새틴 화이트 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 중 탄산칼슘의 양은 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 ≥ 50.0 중량%, 바람직하게는 90.0 중량%, 더 바람직하게는 ≥ 95.0 중량% 및 가장 바람직하게는 ≥ 97.0 중량%이다.
본 발명의 특정 요건은 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 Mastersizer 2000 또는 Mastersizer 3000에 의해 측정되는 중량 중앙 입자 크기 d 50 이 0.5 내지 150.0 ㎛라는 점이다.
본 발명의 일 실시양태에서, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 Mastersizer 2000 또는 Mastersizer 3000에 의해 측정되는 중량 중앙 입자 크기 d 50 이 0.7 ㎛ 내지 100.0 ㎛, 더 바람직하게는 1.0 ㎛ 내지 50.0 ㎛ 및 가장 바람직하게는 2.1 ㎛ 내지 40.0 ㎛이다.
본 발명의 일 실시양태에서, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 Mastersizer 2000 또는 Mastersizer 3000에 의해 측정되는 중량 중앙 입자 크기 d 50 이 2.1 ㎛ 내지 150.0 ㎛, 바람직하게는 2.1 내지 100.0 ㎛, 더 바람직하게는 2.1 내지 50.0 ㎛ 및 가장 바람직하게는 2.1 ㎛ 내지 40.0 ㎛ 이다.
적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 예를 들면, 150.0 ㎛ 아래의 탑컷(top cut)을 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "탑컷"(또는 탑 사이즈)는 재료 입자의 적어도 98.0 중량%가 그러한 사이즈 미만인 입자 크기 값을 의미한다. 바람직하게는, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 140.0 ㎛ 아래, 더 바람직하게는 120.0 ㎛ 아래의 탑컷을 갖는다.
추가적으로 또는 대안으로, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 BET 질소법으로 측정되는 비표면적이 0.5 내지 200.0 ㎡/g, 더 바람직하게는 0.5 내지 100.0 ㎡/g 및 가장 바람직하게는 0.5 내지 50.0 ㎡/g이다.
본 발명의 의미에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 "비표면적" (㎡/g)이라는 용어는 당업자에게 익히 알려진 BET 방법(ISO 9277:1995)을 사용하여 결정된다.
섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 1.0 내지 50.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는 것으로 인식된다.
적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 관련한 용어 "건조"는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 중량에 대해 0.3 중량% 미만의 물을 가진 재료인 것으로 이해된다. % 물은 전량분석 칼피셔 측정법에 따라 결정되며, 여기서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 220℃로 가열되고, 증기로서 방출되고 (100 ml/min에서) 질소 가스 스트림을 사용하여 분리되는 수분 함량은 전량분석 칼피셔 유닛에서 결정된다.
섬유와 관련한 용어 "건조"는 섬유의 중량에 대해 0 중량%의 물을 갖는 절대적 건조 섬유인 것으로 이해된다. "절대적 건조 섬유"는 섬유를 103℃에서 DIN 52 183에 따라 일정 중량으로 처리함으로써 결정된다.
바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 1.0 내지 25.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함한다. 더 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 1.0 내지 20.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함한다. 가장 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 3.0 내지 12.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함한다.
본 섬유 보드 생성물의 일 요건은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 양의 합이 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 100.0 중량부(d/d)라는데 있다.
이에, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 50.0 내지 99.0 중량부(d/d) 양의 섬유 및 1.0 내지 50.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함한다. 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 섬유를 75.0 내지 99.0 중량부(d/d)의 양으로 및 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 1.0 내지 25.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다. 더 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 섬유를 80.0 내지 99.0 중량부(d/d)의 양으로 및 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 1.0 내지 20.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다. 가장 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 섬유를 88.0 내지 97.0 중량부(d/d)의 양으로 및 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 3.0 내지 12.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다.
적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 높은 중량 중앙 입자 크기 d 50 값을 갖는다면 섬유 보드 생성물은 바람직하게는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 높은 양으로 포함하는 것으로 인식된다. 다시 말해, 섬유 보드 생성물 중 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료에 의해 대체될 수 있는 섬유의 양은, 상기 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 Mastersizer 2000 또는 Mastersizer 3000으로 측정시 2.1 ㎛ 내지 150.0 ㎛, 바람직하게는 2.1 내지 100.0 ㎛, 더 바람직하게는 2.1 내지 50.0 ㎛ 및 가장 바람직하게는 2.1 ㎛ 내지 40.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50 을 갖는다면 Mastersizer 2000 또는 Mastersizer 3000으로 측정시 0.5 ㎛ 내지 2.1 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50 을 가진 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는 섬유 보드 생성물과 비교해서 더 높다.
바람직하게는, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 Mastersizer 2000 또는 Mastersizer 3000으로 측정시 2.1 ㎛ 내지 150.0 ㎛, 바람직하게는 2.1 내지 100.0 ㎛, 더 바람직하게는 2.1 내지 50.0 ㎛ 및 가장 바람직하게는 2.1 ㎛ 내지 40.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50 을 갖는다면, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 3.0 내지 12.0　중량부(d/d)의 양으로 포함한다.
이에 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진 섬유 재료를 포함하는 것으로 인식되며, 즉, 섬유의 일부가 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 대체된다.
이에, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진 섬유 재료는 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 99.0 내지 50.0 중량%의 섬유의 중량 분율을 포함한다.
바람직하게는, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진 섬유 재료는 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 섬유의 중량 분율을 99.0 내지 75.0 중량%, 더 바람직하게는 99.0 내지 80.0 중량% 및 가장 바람직하게는 97.0 내지 88.0 중량% 포함한다.
본 섬유 보드 생성물의 또 다른 필수 성분은 적어도 1종의 바인더이다.
섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 적어도 1종의 바인더를 0.05 내지 25.0 중량부(d/d)의 양으로 포함하는 것으로 인식된다. 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 적어도 1종의 바인더를 0.5 내지 15.0 중량부(d/d) 및 가장 바람직하게는 1.0 내지 15.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 50.0 내지 99.0 중량부(d/d) 양의 섬유, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 1.0 내지 50.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료, 및 추가적으로 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.05 내지 25.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 바인더를 포함하며, 바람직하게는 이들로 이루어지고, 여기서 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 양의 합은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 100.0 중량부(d/d)이다.
본 발명의 의미에서 용어 "적어도 1종의" 바인더는 바인더가 1종 이상의 바인더를 포함하는, 바람직하게는 1종 이상의 바인더로 이루어지는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 적어도 1종의 바인더는 1종의 바인더를 포함하는, 바람직하게는 1종의 바인더로 이루어진다. 대안으로, 적어도 1종의 바인더는 2종 이상의 바인더를 포함하는, 바람직하게는 2종 이상의 바인더로 이루어진다. 예를 들면, 적어도 1종의 바인더는 2종 또는 3종의 바인더를 포함하는, 바람직하게는 2종 또는 3종의 바인더로 이루어진다.
바람직하게는, 적어도 1종의 바인더는 1종의 바인더를 포함하는, 더 바람직하게는 1종의 바인더로 이루어진다.
본 발명에 따른 섬유 보드 생성물에 존재하는 적어도 1종의 바인더는 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 결합시키기에 적합하다면, 즉, 섬유 보드 생성물의 제조를 위해 적합하다면 특정 바인더에 한정되지 않는 것으로 인식된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 적어도 1종의 바인더는 경화 반응이 고온하에, 예를 들어 150 내지 250℃, 더 바람직하게는 180 내지 220℃ 범위의 고온하에, 및/또는 경화제 예컨대 암모늄 클로라이드, 암모늄 설페이트 또는 마그네슘 클로라이드의 존재하에 일어나는 바인더이다. 바람직하게는, 적어도 1종의 바인더는 경화 반응이 고온하에, 예를 들어 150 내지 250℃, 더 바람직하게는 180 내지 220℃ 범위의 고온하에, 및 경화제의 존재하에 일어나는 바인더이다.
경화제는 섬유 보드 생성물의 제조를 위해 적어도 1종의 바인더를 경화시키기에 적합하다면 특정 경화제에 제한되지 않는 것으로 인식된다. 이에, 경화제는 섬유 보드 생성물의 제조에 전형적으로 사용되는 경화제로부터 선택될 수 있으며 이는 당업자에게 익히 알려져 있다. 예를 들면, 경화제는 암모늄 클로라이드, 암모늄 설페이트 및 마그네슘 클로라이드를 포함하는 군에서 선택된다.
예를 들면, 적어도 1종의 바인더는 페놀-포름알데히드 수지(PF), 우레아-포름알데히드 수지(UF), 멜라민-포름알데히드 수지(MF), 멜라민-우레아-포름알데히드 수지(MUF), 우레아-멜라민-포름알데히드 수지(UMF), 우레아-멜라민-페놀-포름알데히드 수지(UMPF), 에폭시 수지, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 수지(MDI), 폴리우레탄 수지(PU), 폴리아미드-에피클로로히드린 수지, 라텍스계 바인더, 리그닌계 바인더, 전분계 바인더, 탄닌계 바인더, 콩(soya)계 바인더, 카르복시메틸셀룰로스계 바인더 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된다.
바람직하게는, 적어도 1종의 바인더는 페놀-포름알데히드 수지(PF), 우레아-포름알데히드 수지(UF), 멜라민-포름알데히드 수지(MF), 멜라민-우레아-포름알데히드 수지(MUF), 우레아-멜라민-포름알데히드 수지(UMF), 우레아-멜라민-페놀-포름알데히드 수지(UMPF), 에폭시 수지, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 수지(MDI), 폴리우레탄 수지(PU) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된다.
더 바람직하게는, 적어도 1종의 바인더는 페놀-포름알데히드 수지(PF), 우레아-포름알데히드 수지(UF), 멜라민-우레아-포름알데히드 수지(MUF), 폴리우레탄 수지(PU) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된다. 가장 바람직하게는, 적어도 1종의 바인더는 우레아-포름알데히드 수지(UF) 및/또는 멜라민-우레아-포름알데히드 수지(UMF)로부터 선택된다.
본 발명의 섬유 보드 생성물은 경우에 따라 적어도 1종의 왁스를 더 포함한다. 이에, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 적어도 1종의 왁스를 0 내지 5.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다. 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 적어도 1종의 왁스를 0 내지 4.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다. 더 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 적어도 1종의 왁스를 0 내지 3.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다.
섬유 보드 생성물이 적어도 1종의 왁스를 포함한다면, 섬유 보드 생성물은 적어도 1종의 왁스를, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.01 내지 5.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다. 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 적어도 1종의 왁스를, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.05 내지 4.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다. 더 바람직하게는, 섬유 보드 생성물은 적어도 1종의 왁스를, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.05 내지 3.0 중량부(d/d)의 양으로 포함한다.
이에, 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 50.0 내지 99.0 중량부(d/d) 양의 섬유, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 1.0 내지 50.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료, 및 추가적으로 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.05 내지 25.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 바인더 및 경우에 따라 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0 내지 5.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 왁스를 포함하고, 바람직하게는 이들로 이루어지며, 여기서 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 양의 합은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 100.0 중량부(d/d)이다.
섬유 보드 생성물이 적어도 1종의 왁스를 포함한다면, 섬유 보드 생성물은 바람직하게는 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 50.0 내지 99.0 중량부(d/d) 양의 섬유, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 1.0 내지 50.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료, 및 추가적으로 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.05 내지 25.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 바인더 및 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.01 내지 5.0 중량부(d/d) 양의 적어도 1종의 왁스를 포함하고, 더 바람직하게는 이들로 이루어지며, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 양의 합은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 100.0 중량부(d/d)이다.
적어도 1종의 왁스는 섬유 보드 생성물에서 사용하기 적합하다면 특정 왁스에 한정되지 않는 것으로 인식된다. 이에, 적어도 1종의 왁스는 섬유 보드 생성물 분야에 전형적으로 사용되는 왁스 중에서 선택될 수 있고 이는 당업자에게 익히 알려져 있다. 예를 들면, 적어도 1종의 왁스는 파라핀 왁스, 왁스-에멀젼 및 왁스 분산물, 예를 들어 폴리에틸렌 왁스 에멀젼 예컨대 Poligen® (독일 BASF) 또는 Hydrowax®(독일 SASOL GmbH)로부터 선택된다.
본 발명의 섬유 보드 생성물은 하나 이상의 추가의 임의적인 첨가제를 포함할 수 있다. 이들은 바람직하게는 섬유 보드 생성물의 제조에 전형적으로 사용되는 첨가제들 중에서 선택될 것이며 이는 당업자에게 익히 알려져 있다. 이들은 착색제, 충전제, 분산제, 살생물제, 경화제 예컨대 암모늄 클로라이드, 암모늄 설페이트 또는 마그네슘 클로라이드 및 난연제를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
임의적으로 포함되는 이들 첨가제 각각의 양은 최종 섬유 보드 생성물의 원하는 성질 및 표준 실시에 따라 결정될 수 있다. 유리하게도, 본 발명의 섬유 보드 생성물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 바람직하게는 10.0 중량부(d/d) 미만, 더 바람직하게는 5.0 중량부(d/d) 미만 및 가장 바람직하게는 2.0 중량부(d/d) 미만, 예컨대 0.1 내지 1.0 중량부(d/d)의 상기 첨가제를 포함할 것이다.
본 발명의 섬유 보드 생성물은 35　내지 1100　kg/㎥의 밀도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 섬유 보드 생성물은 250 내지 900 kg/㎥ 및 가장 바람직하게는 600 내지 800 kg/㎥의 밀도를 갖는다.
추가적으로 또는 대안으로, 본 발명의 섬유 보드 생성물은 두께가 0.2 내지 300.0 mm, 바람직하게는 2.0 내지 40.0 mm 및 가장 바람직하게는 4.0 내지 20 mm이다.
본 발명의 일 실시양태에서, 섬유 보드 생성물은 밀도가 35　내지 1100　kg/㎥, 바람직하게는 250 내지 900 kg/㎥ 및 가장 바람직하게는 600 내지 800 kg/㎥이고 두께가 1.0 내지 300.0 mm, 바람직하게는 2.0 내지 40.0　mm 및 가장 바람직하게는 4.0 내지 20 mm이다. 예를 들면, 섬유 보드 생성물은 밀도가 35　내지 1100　kg/㎥이고 두께가 1.0 내지 300.0 mm, 바람직하게는 2.0 내지 40.0 mm 및 가장 바람직하게는 4.0 내지 20 mm이다. 대안으로, 섬유 보드 생성물은 밀도가 250 내지 900 kg/㎥이고 두께가 1.0 내지 300.0 mm, 바람직하게는 2.0 내지 40.0 mm 및 가장 바람직하게는 4.0 내지 20 mm이다. 대안으로, 섬유 보드 생성물은 밀도가 600 내지 800 kg/㎥이고 두께가 1.0 내지 300.0 mm, 바람직하게는 2.0 내지 40.0 mm 및 가장 바람직하게는 4.0 내지 20 mm이다.
이에, 본 발명의 섬유 보드 생성물은 고밀도 섬유(HDF) 보드, 중밀도 섬유(MDF) 보드, 저밀도 섬유(LDF) 보드 및 입자 보드 중에서 선택될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 섬유 보드 생성물은 중밀도 섬유(MDF) 보드이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 앞서 정의된 바와 같은 섬유 보드 생성물의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 하기 단계를 포함한다:
a) 섬유를 건조한 형태로 또는 수성 현탁액의 형태로 제공하는 단계,
b) 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 제공하는 단계,
c) 적어도 1종의 바인더 및 경우에 따라 적어도 1종의 왁스를 제공하는 단계,
d) 단계 a)의 섬유를 단계 b)의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 단계 c)의 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 동시에 또는 별도로 임의의 순서로 배합하여 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물을 형성하는 단계,
e) 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물로부터 매트를 형성하는 단계, 및
f) 매트를 고체 섬유 보드 생성물로 프레싱하는 단계.
섬유, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료, 적어도 1종의 바인더 및/또는 적어도 1종의 왁스의 정의 및 이들의 바람직한 실시양태에 대해서는, 본 발명의 섬유 보드 생성물의 기술적 디테일을 논의하면서 앞서 제공된 진술을 참조하기 바란다.
섬유 보드 생성물의 제조는 섬유 보드 생성물의 제조를 위해 당업자에게 익히 알려진 모든 기법 및 공정 라인 예컨대 연속 또는 불연속 공정으로 착수될 수 있다. 섬유 보드 생성물은 바람직하게는 연속 공정으로 제조된다.
추가적으로 또는 대안으로, 섬유 보드 생성물의 제조는 당업자에게 익히 알려진 건식 공정 또는 습식 공정으로 착수될 수 있다. 섬유 보드 생성물은 바람직하게는 건식 공정으로 제조된다.
본 방법에서 제공되어지는 섬유는 바람직하게는 목재 칩(chips) 및/또는 식물 칩에서 얻어지며, 이는 스팀처리되거나 이와 달리 가습처리될 수 있다. 칩 가습을 위한 바람직한 수단은 이들을 스팀-가압된 다이제스터(digester)에 넣어 칩을 높은 수분 함량을 갖는 예열된 스팀, 바람직하게는 80 내지 150℃의 온도를 갖는 예열된 스팀에 노출시킨다. 칩은 바람직하게는, 섬유의 총 중량을 기준으로 최대 약 20.0 중량%의 수분 함량으로 스팀처리된다.
이외에, 상기 칩은 매트로 성형되기에 적합한 섬유로 추가로 세분화된다. 이를 위한 바람직한 수단은 가압 리파이너(pressurized refiner)의 사용을 통한 것이다.
예를 들면, 섬유는 0.1 내지 100.0 mm 범위, 바람직하게는 0.5 내지 50.0 mm 범위 및 가장 바람직하게는 0.7 내지 10.0 mm 범위의 길이로 개량된다. 섬유의 길이는 섬유의 가장 긴 치수와 관련됨에 주목하기 바란다.
이후 섬유에 대해, 예컨대 섬유의 총 중량을 기준으로 수분 함량을 약 10.0 중량% 이하로 감소시키기 위해 임의적인 예비건조가 이루어질 수 있다. 보다 높은 수분 함량은 보다 약한 최종 섬유 보드 생성물 및/또는 생성물 내에 블로(blows)를 일으킬 수 있기 때문에 바람직하지 않은 것으로 인식된다.
섬유의 수분 함량을 원하는 수준으로 감소시키기 위한 섬유의 임의적인 예비건조는 바람직하게는 튜브 건조기에서 수행된다. 튜브 건조기 예컨대 단일-스테이지 또는 복수-스테이지 튜브 건조기가 업계에 익히 알려져 있으며 섬유 보드 생성물의 제조에서 섬유의 건조에 널리 사용된다.
섬유는 섬유의 수분 함량을 원하는 수준으로 감소시키기에 충분한 시간 동안 및/또는 온도에서 건조될 수 있다. 섬유는 바람직하게는 섬유의 총 중량을 기준으로 약 10.0 중량% 이하의 수분 함량으로 건조된다. 건조 시간 및/또는 온도는 온도 및 섬유의 수분 함량에 따라 조절될 수 있다.
이에, 섬유는 건조한 형태로 제공될 수 있는 것으로 인식된다. 섬유는 섬유 보드 생성물이 건식 공정으로 제조된다면 바람직하게는 건조한 형태로 제공된다.
대안으로, 섬유 보드 생성물이 습식 공정으로 제조된다면, 섬유는 바람직하게는 수성 현탁액의 형태로 제공된다.
섬유의 수성 현탁액은 건조한 형태로 제공된 섬유, 즉, 예비건조기를 거쳐 얻어진 그대로의 섬유를 물에 현탁함으로써 또는 리파이너를 거쳐 얻어진 섬유를 원하는 섬유 함량으로 희석함으로써 형성될 수 있다.
섬유는 바람직하게는 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에서 리파이너 또는 예비건조기를 지나간다. 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에서, 섬유는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 배합된다.
섬유는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 임의 순서로 배합되어 수지 함침된 섬유 재료를 형성한다. 이에, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스는 당업자에게 공지된 방식으로 섬유에 동시에 또는 별도로 임의 순서로 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 분말 형태로 또는 수성 슬러리 형태로 제공된다.
예를 들면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 분말 형태로 제공된다.
적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 수성 슬러리 형태로 제공된다면, 수성 슬러리는 바람직하게는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 수성 슬러리의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 80.0 중량%의 양으로 포함한다. 더 바람직하게는, 수성 슬러리는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 수성 슬러리의 총 중량을 기준으로 30.0 내지 78.0 중량%, 더 바람직하게는 50.0 내지 78.0 중량% 및 가장 바람직하게는 70.0 내지 78.0 중량%의 양으로 포함한다.
본 발명의 의미에서 수성 "슬러리" 또는 "현탁액"은 불용성 고체 및 물 및 경우에 따라 추가 첨가제 예컨대 분산제, 살생물제 및/또는 증점제를 포함하고 일반적으로 다량의 고체를 함유할 수 있으며, 이에, 이것이 형성되는 액체보다 더 점성일 수 있고 일반적으로 더 밀도가 높을 수 있다.
용어 "수성" 슬러리 또는 현탁액은 액상이 물을 포함하는, 바람직하게는 물로 이루어진, 시스템을 지칭한다. 그러나, 상기 용어는 수성 슬러리 또는 현탁액의 액상이 메탄올, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 테트라히드로푸란 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 수-혼화성 유기 용매를 미량으로 포함하는 것을 배제하지 않는다. 수성 슬러리 또는 현탁액이 적어도 1종의 수-혼화성 유기 용매를 포함한다면, 수성 슬러리의 액상이 적어도 1종의 수-혼화성 유기 용매를 수성 슬러리 또는 현탁액의 액상의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 40.0 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 30.0 중량%, 더 바람직하게는 0.1 내지 20.0 중량% 및 가장 바람직하게는 0.1 내지 10.0 중량%의 양으로 포함한다. 예를 들면, 수성 슬러리 또는 현탁액의 액상은 물로 이루어진다. 수성 슬러리 또는 현탁액의 액상이 물로 이루어진다면, 사용되어질 물은 입수가능한 임의의 물 예컨대 수돗물 및/또는 탈이온수일 수 있다.
적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 수성 슬러리는 분말 형태로 제공된 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 물에 현탁시킴으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 수성 슬러리는 pH 7 내지 10, 더 바람직하게는 pH 7 내지 9 및 가장 바람직하게는 pH 8 내지 9를 갖는다.
바람직하게는, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 수성 슬러리의 형태로 제공된다.
공정 단계 c)에서 제공되는 적어도 1종의 바인더는 바람직하게는 경화 반응이 고온하에, 예를 들어 150 내지 250℃, 더 바람직하게는 180 내지 220℃ 범위의 고온하에, 및/또는 경화제 예컨대 암모늄 클로라이드, 암모늄 설페이트 또는 마그네슘 클로라이드의 존재하에 일어나는 적어도 1종의 바인더인 것으로 인식된다. 더 바람직하게는, 공정 단계 c)에서 제공되는 적어도 1종의 바인더는 경화 반응이 고온하에, 예를 들어 150 내지 250℃, 더 바람직하게는 180 내지 220℃ 범위의 고온하에, 및 경화제 예컨대 암모늄 클로라이드, 암모늄 설페이트 또는 마그네슘 클로라이드의 존재하에 일어나는 적어도 1종의 바인더이다.
본 발명의 일 실시양태에서, 공정 단계 d)는 섬유가 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 동시에 배합되도록 수행된다. 예를 들면, 공정 단계 d)는 섬유가 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스로 이루어진 블렌드와 배합되도록 수행된다. 다시 말해, 상기 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 상기 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스는 상기 섬유에 첨가되기 이전에 미리 혼합될 수 있다.
바람직하게는, 수성 슬러리 형태의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 첨가는 공정 단계 d)에서 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스 및 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 수성 슬러리가 섬유에 서로 독립적으로 첨가되도록 수행될 수 있다.
대체 실시양태에서, 상기 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스는 섬유에 별도로 첨가된다. 예를 들면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스에 앞서 섬유에 첨가될 수 있다. 대안으로, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스 다음에 섬유에 첨가될 수 있다. 적어도 1종의 바인더 및, 존재한다면, 적어도 1종의 왁스는 바람직하게는 섬유에 동시에 첨가되는 것에 주목하기 바란다. 예를 들면, 적어도 1종의 바인더 및, 존재한다면, 적어도 1종의 왁스는 바람직하게는 적어도 1종의 바인더 및 적어도 1종의 왁스로 이루어진 블렌드로서 첨가된다. 다시 말해, 상기 적어도 1종의 바인더 및, 존재한다면, 적어도 1종의 왁스는 상기 섬유에 첨가되기 이전에 미리 혼합될 수 있다.
바람직하게는, 섬유는 우선 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 배합된 다음 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 배합된다.
앞서 이미 언급한 바와 같이, 단계 a), 단계 b) 및 단계 c)에 제공되는 성분들을 배합하는 단계는, 바람직하게는 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에서 이루어진다.
일 실시양태에서, 공정 단계 d)는 블렌더에서 수행된다. 섬유가 블렌더에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 배합된다면, 섬유는 바람직하게는 미리 건조되고 섬유 회수 사이클론에 의해 가스 스트림으로부터 분리되고, 이후 블렌더로 옮겨진다. 이 실시양태에서, 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스 및 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 바람직하게는 스프레이 노즐, 튜브, 또는 분무기에 의해 섬유에 적용된다.
추가적으로 또는 대안으로, 공정 단계 d)는 블로우라인 시스템에서 수행된다. 블로우라인 시스템이 섬유를 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 배합하기 위해 사용된다면, 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스 및 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 얻어진 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물이 블로우라인 시스템을 떠남과 동시에 섬유에 적용된다.
바람직하게는, 공정 단계 d)는 블로우라인 시스템에서 수행된다.
앞서 이미 지적한 바와 같이, 섬유는 단계 b)의 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 단계 c)의 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 동시에 또는 별도로 임의의 순서로 배합되어 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물을 형성할 수 있다.
용어 "수지 함침된" 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물은 섬유와 탄산칼슘 함유 재료의 혼합물이 적어도 부분적으로 수지처리된 것을 의미하며, 즉, 섬유와 탄산칼슘 함유 재료의 외부 표면이 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스에 의해 적어도 부분적으로 덮히며, 바람직하게는 실질적으로 완전히 덮히는 것을 의미한다.
다시 말해, 공정 단계 d)에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 섬유의 배합은 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에서 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 첨가 이전 또는 도중 또는 이후에 수행된다.
바람직하게는, 공정 단계 d)에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 섬유의 배합은 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에서 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 첨가 도중 또는 이후에 수행된다. 더 바람직하게는, 공정 단계 d)에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 섬유의 배합은 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에서 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 첨가 이후에 수행된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 공정 단계 d)에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 섬유의 배합은 블로우라인 시스템 또는 블렌더, 바람직하게는 블로우라인 시스템에서 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 첨가 이전에 또는 도중에 또는 이후에 수행된다.
바람직하게는, 공정 단계 d)에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 섬유의 배합은 블로우라인 시스템 또는 블렌더, 바람직하게는 블로우라인 시스템에서 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 첨가 도중에 또는 이후에 수행된다. 더 바람직하게는, 공정 단계 d)에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 섬유의 배합은 블로우라인 시스템 또는 블렌더, 바람직하게는 블로우라인 시스템에서 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 첨가 이후에 수행된다.
적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 배합 단계 d)가 블로우라인 시스템에서 수행된다면 앞서 기재된 바와 같이 분말 형태로 또는 수성 슬러리 형태로 제공되는 것으로 인식된다. 예를 들면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 첨가 이전에 또는 이후에 첨가되도록 배합 단계 d)가 블로우라인 시스템에서 수행된다면 앞서 기재된 바와 같이 수성 슬러리 형태로 제공된다. 대안으로, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스의 첨가 도중에 첨가되도록 배합 단계 d)가 블로우라인 시스템에서 수행된다면 앞서 기재된 바와 같이 바람직하게는 분말 형태로 제공된다.
배합 단계 d)가 블렌더에서 수행된다면, 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료는 바람직하게는 분말 형태로 제공된다.
섬유 보드 생성물이 적어도 1종의 왁스를 포함한다면, 적어도 1종의 왁스는 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더와 별도로 섬유에 적용된다. 그러나, 적어도 1종의 왁스(존재한다면)는 균일성을 위해 적어도 1종의 바인더와 함께 적용되는 것이 바람직하다.
추가 첨가제, 바람직하게는 착색제, 충전제, 분산제, 살생물제, 경화제 예컨대 암모늄 클로라이드, 암모늄 설페이트 또는 마그네슘 클로라이드 및 난연제를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물이 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더와 별도로 섬유에 적용될 수 있지만, 균일성을 위해 상기 추가 첨가제를 적어도 1종의 바인더와 함께 적용하는 것이 바람직하다.
섬유는 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물을 형성할 그러한 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 적어도 1종의 바인더 및 임의적인 적어도 1종의 왁스와 배합된다.
블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에서 얻어지는 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물은 이후 바람직하게는 자신이 건조될 수 있는 임의적인 건조기를 통과한다.
블로우라인 시스템 및/또는 블렌더 또는 임의적인 건조기에서 얻어지는 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물은 이후 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물을 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물로부터 매트를 형성할 그러한 성형 기기에 공급하는 벨트 컨베이어 위를 통과한다.
형성 단계 e)는 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물로부터 매트를 형성하기 위해 당업자에게 익히 알려진 모든 기법 및 방법에 의해 수행될 수 있다. 형성 단계 e)는 임의의 통상적인 성형 기기를 사용하여, 예를 들면, 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물의 연속 매트가 얻어지도록 하는 조건하에 또는 당업자에게 공지된 여타의 다른 장비를 사용하여 수행될 수 있다.
섬유 보드 생성물이 습식 공정으로 제조된다면, 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물은 바람직하게는 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물의 수분 함량을 감소시키는 단계를 거치게 된다. 이러한 건조는 공정 단계 e) 이전에 또는 도중에 또는 이후에, 바람직하게는 도중에 수행될 수 있다. 이러한 건조는 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물의 수분 함량을 감소시키기 위해 당업자에게 익히 알려진 모든 기법 및 방법에 의해 착수될 수 있다. 건조는 임의의 통상적인 방법을 사용하여, 예를 들어 진공, 중력 또는 흡입력에 의해, 건조 이전의 수분 함량과 비교해서 감소된 수분 함량을 가진 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물이 얻어지도록 또는 당업자에게 알려진 여타의 그러한 장비를 사용하여 수행될 수 있다.
수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물로부터 형성되는 매트는 이후 공정 단계 f)에서 고체 섬유 보드 생성물로 프레싱된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 공정 단계 e)에서 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물로부터 형성되는 매트는 얻어진 매트가 프레싱 단계 f)를 거치기 이전에 예비프레싱될 수 있다.
수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물이 예비프레싱된다면, 예비프레싱은 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물을 예비프레싱된 매트로 예비프레싱하기 위해 당업자에게 익히 알려진 모든 기법 및 방법에 의해 수행될 수 있다. 예비프레싱은 임의의 통상적인 프레싱 기기, 예를 들어 단일-개방 프레스, 멀티-개방 배치 프레스 또는 연속 프레스를 사용하여, 예비프레싱된 매트가 얻어지도록 하는 조건하에 또는 당업자에게 공지된 여타의 그러한 장비를 사용하여 수행될 수 있다.
프레싱 단계 f)는 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물의 매트를 고체 섬유 보드 생성물로 프레싱하기 위해 당업자에게 익히 알려진 모든 기법 및 방법에 의해 착수될 수 있다. 프레싱 단계 f)는 임의의 통상적인 프레싱 기기, 예를 들어 단일-개방 프레스, 멀티-개방 배치 프레스 또는 연속 프레스를 사용하여, 고체 섬유 보드 생성물이 얻어지도록 하는 조건하에 또는 당업자에게 공지된 여타의 그러한 장비를 사용하여 수행될 수 있다. 바람직하게는, 프레싱 단계 f)는 연속 프레스를 사용하여 수행된다.
예를 들면, 프레싱 단계 f)에서 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 고체 섬유 보드 생성물로 결합시키기 위해 적어도 1종의 바인더 및 적어도 1종의 바인더에 전형적으로 존재하는 경화제 예컨대 암모늄 클로라이드, 암모늄 설페이트 또는 마그네슘 클로라이드를 활성화시키도록 열 및/또는 압력, 바람직하게는 열과 압력이 매트에 인가된다.
프레싱 온도, 압력, 및 시간은 생성되어질 고체 섬유 보드 생성물에 따라 달라질 것으로 인식된다. 그러나, 프레싱 단계 f)는 바람직하게는 적어도 1종의 바인더의 완전한 경화 반응을 보장하기 위해 150 내지 250℃, 더 바람직하게는 180 내지 220℃ 범위의 온도에서 수행된다.
최종 고체 섬유 보드 생성물은 바람직하게는 35　내지 1100　kg/㎥, 바람직하게는 250 내지 900 kg/㎥, 및 가장 바람직하게는 600 내지 800 kg/㎥의 밀도로 프레싱된다. 추가적으로 또는 대안으로, 최종 고체 섬유 보드 생성물은 1.0 내지 300.0 mm, 바람직하게는 2.0 내지 40.0 mm, 더 바람직하게는 4.0 내지 20.0 mm의 두께로 프레싱된다.
프레싱 단계 f) 이후에, 최종 고체 섬유 보드 생성물은 스태킹(stacking) 이전에 냉각될 수 있다. 최종 고체 섬유 보드 생성물은 이후 경우에 따라 샌딩되고/거나 최종 원하는 치수로 트리밍될 수 있고, 임의의 다른 마무리 작업(예컨대 라미네이트 또는 코팅 또는 직접 프린팅 적용)이 추가로 행해질 수 있다.
앞서 정의된 바와 같은 섬유 보드 생성물에서 섬유 대체물로서 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 매우 우수한 결과의 관점에서, 본 발명의 추가 양태는 섬유 보드 생성물에서, 바람직하게는 고밀도 섬유(HDF) 보드, 중밀도 섬유(MDF) 보드, 저밀도 섬유(LDF) 보드 또는 입자 보드에서 섬유 대체물로서 중량 중앙 입자 크기 d 50이 0.5 내지 150.0 ㎛인 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 용도를 나타낸다.
섬유 보드 생성물과 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 정의 및 이의 바람직한 실시양태들과 관련해서, 본 발명의 섬유 보드 생성물의 기술적 디테일을 논의하면서 앞서 제공되어진 진술이 참고된다.
하기 실시예들은 본 발명을 추가적으로 설명하기 위한 것이며 예시된 실시양태들에 본 발명을 제한하고자하는 의도가 아니다. 하기 실시예들은 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료에 의한 섬유 대체 및 본 발명에 따른 섬유 보드 생성물의 우수한 기계적 성질을 보여준다:
실시예
측정 방법
실시예 및 청구범위에 주어진 파라미터를 평가하기 위해 하기 측정 방법들이 사용된다.
입자상 탄산칼슘 함유 재료의 입자 크기 분포 (직경 <X를 가진 질량 % 입자) 및 중량 중앙 직경 ( d 50 )
입자상 탄산칼슘 함유 재료의 중량 중앙 입경 및 입경 질량 분포는 레이저 회절에 의해 결정되었으며, 즉, 입자 크기는 레이저 빔이 분산된 입자상 샘플을 통과할 때 산란되는 광의 세기를 측정함으로써 결정된다. 측정은 Malvern Instruments Ltd.의 Mastersizer 2000 또는 Mastersizer 3000(작동 기기 소프트웨어 버젼 1.04)을 사용하여 이루어졌다. 대안으로, 측정은 독일의 Sympatec의 HELOS 입자-크기-분석기를 사용하여 이루어질 수 있다.
방법 및 기기는 당업자에게 공지되어 있으며 충전제 및 안료의 입경을 결정하는데 흔히 사용된다. 측정은 0.1 중량% Na4P2O7의 수성 용액에서 수행된다. 샘플은 고속 교반기 및 초음파를 사용하여 분산된다.
섬유의 크기
섬유의 크기는 체 분석을 이용함으로써 분획화를 통해 결정되었다. 측정은 독일의 HOSOKAWA ALPINE AG의 에어 제트 체 Alpine e200 LS를 사용하여 이루어졌다.
측정은 체 아래에 위치한 회전 슬릿 노즐에 의해 체에 놓인 섬유에 기류를 적용함으로써 수행되었다. 이에 섬유는 5분의 시간에 걸쳐 공기 분산 및 체를 통한 섬유의 동시 흡입에 의해 분획화되어진다. 체에 놓이기 이전과 분획화 이후의 섬유의 양에 있어 밸런스가 통과 부분(through fraction)(그램)으로 간주되었다. 선택된 메쉬 폭의 수치에 따라, 분획화는 가장 작은 체 메쉬 폭에서 출발하여 가장 큰 체 메쉬 폭까지 반복된다. 이에, 각각의 체 메쉬 폭에 대해 분획되는 섬유의 총량의 퍼센티지가 계산될 수 있다. 체의 메쉬 폭은 하기 메쉬 폭들(mm) 중에서 선택되었다: 0.05-0.063-0.08-0.1-0.125-0.2-0.315-0.4-0.5-0.63-0.8-1.0-1.6-2.0-3.0-3.15-4.0-5.0. 각각의 분석을 위해, 섬유의 크기가 선택된 메쉬 폭에 의해 충분히 커버되도록 적어도 3가지 체 메쉬 폭이 선택되었다. 달리 언급이 없다면 섬유의 크기는 0.05 mm, 1.0 mm 및 3.0 mm의 체 메쉬 폭에서 측정된다.
재료의 BET 비표면적
본 문서 전반에 걸쳐, 미네랄 충전제의 비표면적(㎡/g)은 BET 법(흡수 가스로서 질소 사용)을 이용하여 결정되며, 이는 당업자에게 익히 알려져 있다 (ISO 9277:1995). 미네랄 충전제의 총 표면적(㎡)은 처리 전 미네랄 충전제의 질량(g)과 비표면적의 곱에 의해 얻어진다.
수성 슬러리의 pH
수성 슬러리의 pH는 실온, 대략 22℃에서 표준 pH-미터를 사용하여 측정되었다.
밀도
밀도 측정은 DIN EN 323에 따라 이루어졌다.
두께 팽창
두께 팽창 측정은 DIN EN 317에 따라 24 시간 물에 대한 노출 후에 이루어졌다.
내부 결합 강도
내부 결합 강도 측정은 DIN EN 319에 따라 이루어졌다.
굽힘 강도 및 영률
굽힘 강도 및 영률은 DIN EN 310에 따라 측정되었다.
고체 함량
고체 함량은 Mettler-Toledo HP43의 수분 분석기를 사용하여 측정되었다. 방법 및 기기는 당업자에게 공지되어 있다.
d/d
용어 "d/d"(건조/건조)는 정해진 고체 재료의 건조량(건량)을 기준으로 한 건조량을 지칭한다.
탄산칼슘 함량
섬유 보드 생성물 중 탄산칼슘 함량의 측정을 위해, 클린 도가니를 560℃에서 대략 1시간 동안 예열된 머플로에 두었다. 도가니를 데시케이터에서 약 20 내지 30분간 냉각시킨 다음 0.0001 그램까지 정확히 칭량했다. 이후에, 섬유 보드 생성물을 파쇄하고 도가니 안에 정확히 칭량하여 넣었다. 섬유 보드 생성물을 가진 도가니를 냉각된 머플로(대략 23 - 100℃)에 둔 다음 온도를 560℃로 설정하면서, 상기 로의 상부의 개구가 느린 애슁(ashing)을 위해 사분의 삼 정도가 폐쇄되도록 유지하면서 유기 재료를 서서히 태웠다. 대략 1시간 후, 보다 빠른 애슁을 위해 보다 많은 공기를 허락하기 위해 상기 로의 상부의 개구를 완전히 개방시켰다. 탄화(charring)로부터 모든 탄소의 제거를 의미하는 도가니 내부의 애쉬가 백색으로 변할 때까지 샘플을 로 내에 남겨뒀다. 데시케이터에서 냉각 후, 얻어진 잔사와 함께 도가니를 칭량했다. 본원에서 주어진 값들은 독립적으로 준비된 샘플들의 2개 측정치의 평균이다.
얻어진 잔사 약 10.000 그램을 플라스크/비커에 칭량하여 넣고 소량의 탈염수를 첨가했다. 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 탄산칼슘 함량을 결정하고자 한다면, 10.000 그램의 건조 샘플(110℃에서 5시간 동안 오븐에서 건조됨)을 플라스크/비커에 칭량하여 넣고 소량의 탈염수를 첨가했다. 이후, 40 mL의 염산(25% p.a.)을 각각의 샘플에 첨가하고 CO2 발생이 멈춰진 후, 혼합물을 약 5분간 비등시켰다. 냉각 후, 혼합물을 0.8 ㎛ 셀룰로스-아세테이트 필터를 통해 여과하고 철저하게 세척했다. 이후 여액을 증류수를 사용하여 용적 플라스크에 정량적으로 세정하고 20℃에서 1000.0 ml가 되게 충전했다.
이렇게 얻어진 여액은, 얻어진 여액(약 20℃) 10.00 mL를 Memotitrator-비커 및 1.0 g (± 0.2 g)의 트리에탄올아민 푸리(puris.) 및 3.0 g의 MgSO4 × 7 H2O 에 피펫팅함으로써 서서히 적정되었다. 혼합물을 탈염수로 70 mL로 희석한 다음, 적정 직전에, 2N 수산화나트륨 10.0 mL 및 HHSNN-메탄올 용액(메탄올 중 0.2 중량% HHSNN) 7-9 방울을 혼합물에 첨가했다. 사전-첨가(pre-dosing) 이후에, 적정 장치에 의해 혼합물을 60초간 교반했고 이후 포토트로드 전압이 적정동안 900 내지 1150 mV로 설정되었다. 탄산칼슘 함량은 백분율로 표시되었다.
실시예
이들 실시예는 비제한적이며 선행 기술로서 입수가능한 중밀도 섬유(MDF) 보드의 비교용 샘플과 본 발명에 따른 중밀도 섬유(MDF) 보드의 제조를 기재한다.
테스트 1
본 테스트는 탄산칼슘 함유 재료에 의한 섬유의 대체가 중밀도 섬유(MDF) 보드의 기계적 성질에 미치는 영향을 보여준다.
비교용 중밀도 섬유(MDF) 보드는 보드가 오직 섬유만을 포함하는, 즉, 섬유가 탄산칼슘 함유 재료에 의해 대체되지 않은 것을 특징으로 한다.
섬유는 100% 소나무 칩으로 제조되었으며 리파이너에서 9 bar로 세분되어졌다. 이러한 개량 후, 섬유는 체 분석에 의해 분석되었다. 섬유의 조성은 표 1에 개괄되어 있다.
섬유의 조성
체 메쉬 폭[mm] 통과 획분(passage fractionation)의 총합 [%]
0.05 7.11
0.2 33.61
0.315 55.88
0.63 73.81
1.0 86.08
1.6 91.86
2.0 96.91
3.0 100
얻어진 섬유를 이후에 패들 믹서에서 혼합하고, 섬유의 총 건중량을 기준으로 10.0 중량부(d/d)의 우레아-포름알데히드 바인더(Kaurit 350, 독일 BASF AG)를 섬유의 총 건중량을 기준으로 0.5 중량부(d/d)의 왁스(Hydrowax 138, 독일 SASOL GmbH)와 함께 섬유에 첨가했다. 수지 함침된 섬유를 이후에 매트로 성형하고 실온하에 예비프레싱했다. 예비프레싱된 매트를 이후에 220℃의 온도에서 12 s/mm의 프레싱 타임 팩터에서 17.5 mm 두께의 고체 보드로 프레싱했다. 이후, 얻어진 매트를 17 mm의 두께로 샌딩했다.
이와 대조적으로, 본 발명의 중밀도 섬유(MDF) 보드는 비교예에서의 섬유의 총 건중량을 기준으로 각각 3.0 중량부(d/d) 및 10.0 중량부(d/d) 양의 섬유가 비교예에서의 섬유의 총 건중량을 기준으로 각각 3.0 중량부(d/d) 및 10.0 중량부(d/d) 양의 탄산칼슘 함유 재료로 대체된 것을 특징으로 한다. 이에, 본 발명의 중밀도 섬유(MDF) 보드를 제조하는데 사용되는 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 90.0 중량부(d/d)의 섬유 및 10.0 중량부(d/d)의 탄산칼슘 함유 재료로 이루어지거나, 또는 본 발명의 중밀도 섬유(MDF) 보드를 제조하는데 사용되는 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 97.0 중량부(d/d)의 섬유 및 3.0 중량부(d/d)의 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진다.
섬유는 100 % 소나무 칩으로 제조되었으며 비교용 보드에 대해 앞서 기재한 바와 같이 리파이너에서 9 bar로 세분되어졌다. 섬유에 관한 디테일은 상기 표 1에 개괄되어 있다. 비교용 보드를 위한 섬유의 총 건중량을 기준으로 97.0 또는 90.0 중량부(d/d) 양의 섬유를 패들 믹서에서 혼합하고, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 10.0 중량부(d/d)의 우레아-포름알데히드 바인더(Kaurit 350, 독일의 BASF AG)를 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.5 중량부(d/d)의 왁스(Hydrowax 138, 독일의 SASOL GmbH)와 함께 섬유에 첨가했다.
바인더 및 왁스의 양은 본 발명 보드를 위한 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 함에 주목하기 바란다. 본 발명 보드 중 섬유와 탄산칼슘 함유 재료의 양은 비교용 보드 중 섬유의 양과 동일하기 때문에, 사용되는 바인더와 왁스의 양은 본 발명 및 비교용 중밀도 섬유(MDF) 보드의 경우에 동일하다.
그 후, 탄산칼슘 함유 재료가 비교용 샘플에 대한 섬유의 총 건중량을 기준으로 각각 3.0 중량부(d/d) 또는 10.0 중량부(d/d)의 양으로 수지 함침된 섬유에 첨가되었고 패들 믹서에서 철저히 혼합되었다. 비교용 보드에 대해 앞서 기재한 바와 같이, 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물은 이후에 매트로 성형되고 실온하에 예비프레싱되었다. 예비프레싱된 매트는 이후에 220℃의 온도에서 12 s/mm의 프레싱 타임 팩터로 17.5 mm 두께의 고체 보드로 프레싱되었다. 얻어진 매트는 이후에 17 mm의 두께로 샌딩되었다.
앞서 기재한 바와 같은 본 발명의 샘플을 세가지 상이한 탄산칼슘 함유 재료를 사용함으로써 제조했다:
CaCO3 A: Omyacarb® 1AL(분말 형태)(99 중량% 탄산칼슘 함량)은 Blaubeuren(독일) 매장물로부터의 석회석이며 Omya로부터 얻어졌다. Omyacarb® 1 AL은 중량 중앙 입자 크기 d 50 값이 2.0 ㎛이다.
CaCO3 B: Omyacarb® 10 AL(분말 형태)(98.5 중량% 탄산칼슘 함량)은 Blaubeuren(독일) 매장물로부터의 석회석이며 Omya로부터 얻어졌다. Omyacarb® 10 AL은 중량 중앙 입자 크기 d 50 값이 7.2 ㎛이다.
CaCO3 C: Omyacarb® 40 AL(분말 형태)(97.1 중량% 탄산칼슘 함량)은 Blaubeuren(독일) 매장물로부터의 석회석이며 Omya로부터 얻어졌다. Omyacarb® 40 AL은 중량 중앙 입자 크기 d 50 값이 30 ㎛이다.
비교용 및 본 발명 MDF 보드를 위한 섬유 및 섬유 대체물 함량에 관한 디테일은 또한 표 2에 요약되어 있다.
비교용 샘플(CE) 및 본 발명 샘플 1 내지 6(IE1 내지 IE6)에 대한 섬유 및 섬유 대체물 함량
기준
(CE)		 IE1
3.0pbw FR* CaCO3 		IE2
10.0pbw FR* CaCO3 		IE3
3.0pbw FR* CaCO3 		IE4
10.0pbw FR* CaCO3 		IE5
3.0pbw
FR* CaCO3 		IE6
10.0pbw FR* CaCO3
섬유
[중량부]		 100 97.0 90.0 97.0 90.0 97.0 90.0
CaCO3 A
[중량부]		 - 3.0 10.0 - - - -
CaCO3 B
[중량부]		 - - - 3.0 10.0 - -
CaCO3 C
[중량부]		 - - - - - 3.0 10.0
∑ 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
*FR, 섬유 대체물(중량부(pbw), 대체 전 건조 섬유 100.0 중량부에 기초함)
굽힘 강도, 내부 결합 강도 및 두께 팽창과 관련하여 비교용 MDF 보드에 대한 본 발명 MDF 보드의 결과가 도 1 내지 3에 개괄되어 있다.
도 1 내지 3에서 보는 바와 같이, 탄산칼슘 함유 재료에 의한 섬유의 대체는 비교용 샘플과 비교해서 유지되거나 심지어 증가되어진 기계적 성질을 갖는 중밀도 섬유(MDF) 보드를 생성하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 3 중량부(d/d)의 섬유가 탄산칼슘으로 대체된 MDF 보드가 비교용 샘플보다 더 높은 굽힘 강도를 갖는 것이 확인된다 (도 1). 나아가, 탄산칼슘 함유 재료에 의한 섬유의 대체는 또한 비교용 샘플에 비해 필적하거나 또는 심지어 더 높은 내부 결합 강도를 유도하는 것을 확인할 수 있다 (도 2). 이외에, 섬유를 탄산칼슘 함유 재료로 대체함으로써 두께 팽창이 유지될 수 있음을 도 3에서 확인된다. 이외에, MDF 보드 중 섬유가 높은 양의, 즉, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 10 중량부(d/d)의, 높은 중량 중앙 입자 크기 d 50 값을 가진 탄산칼슘 함유 재료로 대체된다면 예를 들어 굽힘 강도와 내부 결합 강도가 크게 향상될 수 있음이 도 1 및 2에서 확인될 수 있다.
테스트 2
본 테스트는 블로우라인 시스템에서 중밀도 섬유(MDF) 보드의 제조 동안 바인더의 별도 또는 동시 첨가의 영향을 보여준다.
섬유는 테스트 1에 기재된 바와 같이 제조되고 세분되어졌다. 섬유에 관한 디테일은 상기 표 1에 개괄되어 있다.
비교용 중밀도 섬유(MDF) 보드, 즉, 섬유가 탄산칼슘 함유 재료로 대체되지 않은 보드의 경우, 섬유의 총 건중량을 기준으로 15.0 중량부(d/d) 양의 우레아-포름알데히드 바인더(Kaurit 350, 독일의 BASF AG)를 섬유의 총 건중량을 기준으로 0.5 중량부(d/d)의 왁스(Hydrowax 138, 독일의 SASOL GmbH)와 함께 블로우라인 시스템을 통해 섬유 상에 분무했다. 바인더 중 고체 함량은 바인더의 총 중량을 기준으로 50.0 중량%였다. 수지 함침된 섬유는 연속 건조기에서 섬유의 총 건중량을 기준으로 9.0 중량%의 잔류 수분 함량으로 예비건조되었고, 매트로 성형되고 실온하에 예비프레싱되었다. 예비프레싱된 매트는 이후에 220℃의 온도에서 12 s/mm의 프레싱 타임 팩터로 17.5 mm 두께의 고체 보드로 프레싱되었다. 얻어진 매트는 이후에 17 mm의 두께로 샌딩되었다.
이와 대조적으로, 본 발명의 중밀도 섬유(MDF) 보드는 비교용 샘플 중 섬유의 총 건중량을 기준으로 10.0 중량부(d/d) 양의 섬유가 비교용 샘플 중 섬유의 총 건중량을 기준으로 10.0 중량부(d/d) 양의 탄산칼슘 함유 재료로 대체된 것을 특징으로 한다. 이에, 본 발명의 중밀도 섬유(MDF) 보드를 제조하는데 사용되는 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물은 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 90.0 중량부(d/d)의 섬유 및 10.0 중량부(d/d)의 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진다.
섬유는 100.0 % 소나무 칩으로 제조되었고 테스트 1에서 비교용 보드에 대해 앞서 기재한 바와 같이 리파이너에서 9 bar에서 세분되어졌다. 섬유에 관한 디테일은 상기 표 1에 개괄되어 있다.
섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 15.0 중량부(d/d) 양의 우레아-포름알데히드 바인더(Kaurit 350, 독일의 BASF AG)를, 섬유와 적어도 1종의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.5 중량부(d/d)의 왁스(Hydrowax 138, 독일의 SASOL GmbH), 및 비교용 샘플 중 섬유의 총 건중량을 기준으로 10.0 중량부(d/d)의 탄산칼슘 함유 재료와 함께 블로우라인 시스템을 통해 섬유 상에 분무했다.
본 발명 샘플은 하기의 탄산칼슘 함유 재료를 사용함으로써 제조되었다:
CaCO3 D: Omyacarb® 10 GU(분말 형태)(98 중량% 탄산칼슘 함량)는 Gummern(오스트리아) 매장물로부터의 대리석이며 Omya로부터 얻어졌다. Omyacarb® 10 GU는 중량 중앙 입자 크기 d 50 값이 7.5 ㎛였다.
탄산칼슘 함유 재료는 블로우라인 시스템에서 바인더 이전 또는 도중 또는 이후에 섬유 상에 분무되어졌다. 탄산칼슘 함유 재료가 바인더의 첨가 도중에 섬유에 첨가되었다면, 탄산칼슘 함유 재료와 바인더는 이들이 섬유 상에 동시에 분무되도록 블렌드로서, 즉, 수성 슬러리의 형태로 첨가되었다. 탄산칼슘 함유 재료와 바인더가 블렌드로서 첨가되었다면, 탄산칼슘 함유 재료와 바인더를 포함하는 수성 슬러리는 슬러리의 총 중량을 기준으로 고체 함량이 50.0 중량%였다.
탄산칼슘 함유 재료가 바인더의 첨가 이전 또는 이후에 섬유에 첨가되었다면, 탄산칼슘 함유 재료는 바인더와 탄산칼슘 함유 재료가 섬유 상에 별도로 분무되도록 수성 슬러리의 형태로 첨가되었다. 탄산칼슘 함유 재료의 수성 슬러리는 슬러리의 총 중량을 기준으로 고체 함량이 68.0 중량%였다.
수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물은 이후에 연속 건조기에서 섬유의 총 건중량을 기준으로 9.0 중량%의 잔류 수분 함량으로 예비건조되었으며, 매트로 성형되고 실온하에 예비프레싱되었다. 예비프레싱된 매트는 이후에 220℃의 온도에서 12 s/mm의 프레싱 타임 팩터로 17.5 mm 두께의 고체 보드로 프레싱되었다. 얻어진 매트는 이후에 17 mm의 두께로 샌딩되어졌다.
바인더와 탄산칼슘 함유 재료를 동시에 또는 별도로 첨가함으로써 관찰되는 굽힘 강도와 내부 결합 강도에 대해 비교용 MDF 보드에 대한 본 발명 MDF 보드의 결과가 도 4 및 5에 개괄되어 있다.
도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 중밀도 섬유(MDF) 보드의 제조 동안 바인더와 탄산칼슘 함유 재료를 첨가하는 시점이 섬유 보드 생성물의 기계적 성질에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 특히, 바인더의 첨가 도중 또는 이후에 탄산칼슘 함유 재료의 첨가는 탄산칼슘 함유 재료가 바인더에 앞서 첨가된 샘플과 비교해서 굽힘 강도를 증가시키는 것으로 나타났다 (도 4). 나아가, 탄산칼슘 함유 재료와 바인더가 섬유 상에 동시에 분무되면 내부 결합 강도가 비교용 샘플에 비해 심지어 증가될 수 있는 것을 확인할 수 있다 (도 5).

Claims (25)

  1. a) 섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 50.0 내지 99.0 중량부(d/d)의 양의 섬유로서, 체(sieve) 분석으로 측정시,
    i) 건조 섬유의 총량을 기준으로 0 내지 20.0 중량%의 양의 섬유가 0.05 mm의 메쉬 체 폭에서 분획되는 크기이고,
    ii) 건조 섬유의 총량을 기준으로 50.0 내지 90.0 중량%의 양의 섬유가 1.0 mm의 메쉬 체 폭에서 분획되는 크기이며,
    iii) 건조 섬유의 총량을 기준으로 70.0 내지 100.0 중량%의 양의 섬유가 3.0 mm의 메쉬 체 폭에서 분획되는 크기인 섬유,
    b) 섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 1.0 내지 50.0 중량부(d/d)의 양의 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로서, 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 0.5 내지 150.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50을 갖는 것인 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료, 및 추가적으로
    c) 섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0.05 내지 25.0 중량부(d/d)의 양의 1종 이상의 바인더, 및
    d) 섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 0 내지 5.0 중량부(d/d)의 양의 1종 이상의 왁스
    를 포함하는 섬유 보드 생성물로서,
    섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 양의 합이 섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 100.0 중량부(d/d)이고,
    상기 1종 이상의 바인더는 페놀-포름알데히드 수지(PF), 우레아-포름알데히드 수지(UF), 멜라민-포름알데히드 수지(MF), 멜라민-우레아-포름알데히드 수지(MUF), 우레아-멜라민-포름알데히드 수지(UMF), 우레아-멜라민-페놀-포름알데히드 수지(UMPF), 에폭시 수지, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 수지(MDI), 폴리우레탄 수지(PU) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 것인 섬유 보드 생성물.
  2. 제1항에 있어서, 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 돌로마이트, 1종 이상의 중질 탄산칼슘(GCC), 및 1종 이상의 침강성 탄산칼슘(PCC)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상인 섬유 보드 생성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 a) 0.7 ㎛ 내지 100.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50 및/또는 b) BET 질소법으로 측정시 0.5 내지 200.0 ㎡/g의 비표면적을 갖는 것인 섬유 보드 생성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 ≥ 50.0 중량%의 양의 탄산칼슘으로 이루어지는 것인 섬유 보드 생성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유가 침엽수 종, 활엽수 종, 비목재 섬유 식물 및 이들의 혼합물에서 유래하는 것인 섬유 보드 생성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유 보드 생성물이 섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료로 이루어진 섬유 재료를 포함하고, 상기 섬유 재료 중 섬유의 중량 분율이 섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 99.0 내지 50.0 중량%인 섬유 보드 생성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유 보드 생성물이 섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 75.0 내지 99.0 중량부(d/d)의 양의 섬유 및 1.0 내지 25.0 중량부(d/d)의 양의 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는 것인 섬유 보드 생성물.
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유 보드 생성물이 착색제, 충전제, 분산제, 살생물제, 경화제 및 난연제를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 더 포함하는 것인 섬유 보드 생성물.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유 보드 생성물이 35　내지 1100　kg/㎥의 밀도 및/또는 1.0 내지 300.0 mm의 두께를 갖는 것인 섬유 보드 생성물.
  11. 제1항 또는 제2항에 따른 섬유 보드 생성물의 제조 방법으로서,
    a) 제1항에서 정의된 섬유를 건조한 형태로 또는 수성 현탁액의 형태로 제공하는 단계,
    b) 제1항 또는 제2항에서 정의된 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료를 제공하는 단계,
    c) 제1항에서 정의된 1종 이상의 바인더, 및 경우에 따라 제1항에서 정의된 1종 이상의 왁스를 제공하는 단계,
    d) 단계 a)의 섬유를 단계 b)의 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 단계 c)의 1종 이상의 바인더 및 임의적인 1종 이상의 왁스와 동시에 또는 별도로 임의의 순서로 배합하여 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물을 형성하는 단계,
    e) 수지 함침된 섬유-탄산칼슘 함유 재료 혼합물로부터 매트를 형성하는 단계, 및
    f) 매트를 고체 섬유 보드 생성물로 프레싱하는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 공정 단계 d)는, 섬유가 단계 b)의 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 단계 c)의 1종 이상의 바인더 및 임의적인 1종 이상의 왁스와 동시에 배합되도록 수행되는 것인 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 공정 단계 d)는, 섬유가 단계 b)의 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료 및 단계 c)의 1종 이상의 바인더 및 임의적인 1종 이상의 왁스와 별도로 배합되도록 수행되는 것인 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가
    a) 분말 형태로, 또는
    b) 수성 슬러리의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 80.0 중량%의 양의 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는 수성 슬러리의 형태로
    제공되는 것인 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서, 공정 단계 d)가 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에서 수행되는 것인 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 공정 단계 d)에서 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 섬유의 배합이 1종 이상의 바인더 및 임의적인 1종 이상의 왁스를 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에 첨가하기 이전에 또는 도중에 또는 이후에 수행되는 것인 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 제2항에 있어서, 1종 이상의 중질 탄산칼슘(GCC)은 대리석, 백악, 석회석 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되고, 1종 이상의 침강성 탄산칼슘(PCC)은 아라고나이트, 바테라이트, 칼사이트 광물학 결정형 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 것인 섬유 보드 생성물.
  19. 제3항에 있어서, 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 a) 1.0 ㎛ 내지 50.0 ㎛의 중량 중앙 입자 크기 d 50 및/또는 b) BET 질소법으로 측정시 0.5 내지 100.0 ㎡/g의 비표면적을 갖는 것인 섬유 보드 생성물.
  20. 제4항에 있어서, 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 90.0 중량%의 양의 탄산칼슘으로 이루어지는 것인 섬유 보드 생성물.
  21. 제6항에 있어서, 상기 섬유 재료 중 섬유의 중량 분율이 섬유와 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료의 총 건중량을 기준으로 99.0 내지 75.0 중량%인 섬유 보드 생성물.
  22. 제10항에 있어서, 섬유 보드 생성물이 250 내지 900 kg/㎥의 밀도 및/또는 2.0 내지 40.0 mm의 두께를 갖는 것인 섬유 보드 생성물.
  23. 제13항에 있어서, 공정 단계 d)는, 섬유가 우선 단계 c)의 1종 이상의 바인더 및 임의적인 1종 이상의 왁스와 배합된 다음 단계 b)의 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 배합되도록 수행되는 것인 제조 방법.
  24. 제14항에 있어서, 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료가
    수성 슬러리의 총 중량을 기준으로 30.0 내지 78.0 중량%의 양의 탄산칼슘 함유 재료를 포함하는 수성 슬러리의 형태로
    제공되는 것인 제조 방법.
  25. 제16항에 있어서, 공정 단계 d)에서 1종 이상의 입자상 탄산칼슘 함유 재료와 섬유의 배합이 1종 이상의 바인더 및 임의적인 1종 이상의 왁스를 블로우라인 시스템 및/또는 블렌더에 첨가하는 도중에 또는 이후에 수행되는 것인 제조 방법.




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