KR102438967B1

KR102438967B1 - 비목질 섬유로 구성된 부드러운 티슈

Info

Publication number: KR102438967B1
Application number: KR1020177035159A
Authority: KR
Inventors: 토마스 제라드 샤넌; 리차드 루이스 언더힐; 케빈 레온 라베르지; 존 메튜 라이서; 길버트 다렐 그래퍼드
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2022-09-02
Also published as: EP3302201B1; EP3302201A4; AU2015397126A1; WO2016195625A1; US10914039B2; US10145069B2; ES2838775T3; US20190100883A1; EP3302201A1; US20200115853A1; KR20180015654A; BR112017023229B1; US20180135253A1; MX2017013989A; US10550522B2; AU2015397126B2; BR112017023229A2

Abstract

본 발명은 비목질 섬유, 특히 헤스페라로에 섬유를 포함하는 부드럽고, 내구성 있는, 벌크 티슈 제품을 제공한다. 본 발명자들은 티슈 제품의 적어도 약 5 중량%의 양으로 혼입될 때, 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유가 약 1000g/3 "미만의 GMT 및 약 7.0kg 미만의 GM 기울기를 갖는 생성물을 생성한다는 것을 발견하였다. 전술한 인장 강도 및 탄성 계수에서, 본 발명의 티슈 제품은 또한 일반적으로 부드럽고, 예컨대 약 10.0 미만, 보다 바람직하게는 약 9.0 미만, 예컨대 약 7.0 내지 약 9.0의 강성도 지수를 갖는다.

Description

비목질 섬유로 구성된 부드러운 티슈

본 발명은 비목질 섬유로 구성된 부드러운 티슈에 관한 것이다.

티슈 제품, 예를 들면 미용 티슈, 종이 타월, 욕실 티슈, 냅킨, 및 기타 유사 제품은 여러 가지 중요한 특성을 포함하도록 디자인된다. 예를 들면, 제품은 양호한 벌크, 부드러운 촉감을 가져야 하고, 양호한 강도 및 내구성을 가져야 한다. 그러나, 불행하게도, 제품의 하나의 특성을 향상시키는 단계들을 수행하면, 제품의 다른 특징이 종종 불리하게 영향을 받는다.

최적의 제품 특성을 달성하기 위해서, 티슈 제품은 통상적으로, 적어도 부분적으로 목질 섬유 및 흔히는 경질목 및 연질목 섬유의 블렌드를 함유하는 펄프로부터 형성되어 원하는 특성을 달성한다. 통상적으로, 흔히 티슈 제품의 경우에서와 같이, 표면 연성을 최적화하고자 시도하는 경우, 제지업자는 부분적으로 펄프 섬유의 조도(coarseness)에 기초하여 섬유 지료(fiber furnish)를 선택할 것이다. 낮은 조도를 갖는 섬유를 가진 펄프가 바람직한데 왜냐하면 낮은 조도를 갖는 섬유로 제조된 티슈 종이는 높은 조도를 갖는 섬유로 제조된 유사한 티슈 종이보다 더 부드럽게 제조될 수 있기 때문이다. 표면 연성을 더욱더 최적화하기 위해서, 프리미엄 티슈 제품은 보통 낮은 조도 섬유가 더 길고, 더 거친 섬유를 포함하는 시트의 내부 층을 갖는 티슈 시트의 외부층으로 향하게 되는 층 구조를 포함한다.

불행하게도, 연성에 대한 필요성은 내구성에 대한 필요성에 의해 균형이 맞추어진다. 티슈 제품의 내구성은 인장 강도, 인장 에너지 흡수(TEA), 파열 강도 및 인열 강도의 측면에서 정의될 수도 있다. 통상적으로, 인열 강도, 파열 강도 및 TEA는 인장 강도와 양의 상관관계를 보이지만, 인장 강도, 및 따라서 내구성, 및 연성은 반비례 관계이다. 따라서, 제지업자는 연성에 대한 필요성과 내구성에 대한 필요성을 균형을 맞출 필요성에 대해 계속해서 도전받게 된다. 불행하게도, 티슈 종이 내구성은 섬유 길이가 감소됨에 따라 일반적으로 감소된다. 따라서, 단순히 펄프 섬유 길이를 감소시키는 것은 제품 표면 연성 및 제품 내구성 간에 바람직하지 않은 트레이드오프를 유발할 수 있다.

내구성 이외에 긴 섬유는 또한 전체 티슈 제품 연성에서 중요한 역할을 한다. 티슈 제품의 표면 연성이 중요한 속성이지만, 티슈 시트의 전체 연성에 있어서 두 번째 요소는 강성이다. 강성은 응력 - 변형률 인장 곡선의 인장 기울기로부터 측정될 수 있다. 기울기가 더 낮을수록 강성은 더 낮아지고 제품의 전체 연성은 더 양호하게 보일 것이다. 그러나, 강성 및 인장 강도는 주어진 인장 강도에서 양의 상관 관계가 있고 짧은 섬유는 긴 섬유보다 더 큰 강성을 나타낼 것이다. 이론에 얽매이려고 하지 않지만, 이러한 거동은 긴 섬유에서보다 짧은 섬유에서 주어진 인장 강도의 제품을 생성하는 데에 요구되는 수소 결합의 수가 더 많은 것에 기인하는 것으로 여겨진다. 따라서, 북부 연질목 크라프트(Northern softwood kraft; "NSWK") 섬유에 의해 제공되는 것들과 같은, 쉽게 접힐 수 있는, 낮은 조도의 긴 섬유는 통상적으로, 이들 섬유가 유칼립투스 경질목 크라프트(Eucalyptus hardwood kraft) 섬유와 같은 경질목 크라프트 섬유와 조합해서 사용될 때 티슈 제품에서 내구성과 연성의 최선의 조합을 제공한다. 북부 연질목 크라프트 섬유는 유칼립투스 섬유보다 더 높은 조도를 갖지만, 이들의 긴 길이와 조합된 내강 직경에 대한 이들의 작은 세포 벽 두께는 이들을 티슈에서 내구성 및 연성을 최적화하기 위한 이상적인 후보물로 만든다.

불행하게도, NSWK의 공급은 경제적으로 그리고 환경적으로 모두 상당한 압박 하에 있다. 이와 같이, NSWK의 가격이 상당히 증가되어 있어, 티슈 제품에서 연성 및 강도를 최적화하기 위한 대안을 찾을 필요성이 생긴다. 그러나, 대안은 제한적이다. 예를 들면, 남부 연질목 크라프트(Southern softwood kraft; "SSWK")는 티슈 제품의 제조에 단지 제한된 양으로 사용될 수 있는데 왜냐하면 그것의 높은 조도가 NSWK보다 더 뻣뻣하고 더 거친 느낌의 제품을 유발하기 때문이다. 따라서, 부드러우면서도 강해야 하는 프리미엄 티슈 제품의 제조를 위한 NSWK의 대안이 여전히 필요하다.
[선행기술문헌]
US 2014/0284010 A 및 US 5,320,710 B

본 발명자들은 성공적으로 헤스페라로에(hesperaloe) 섬유를 사용해 만족스러운 연성, 강도 및 벌크(bulk)를 갖는 티슈를 생산하였다. 인스턴트 티슈 제품을 생산하기 위해서, 발명자들은 헤스페라로에 섬유로 NSWK와 같은 종래의 목질 제지 섬유를 대체하는 것과 통상적으로 관련된 강도 및 강성의 변화를 성공적으로 조절했다. 발명자들은 강도와 강성에 대한 변화를 조절하는데 성공했을 뿐만 아니라 벌크에 부정적으로 영향을 미치지 않으면서 그렇게 했다. 이와 같이, 본 발명의 티슈 제품은 종래의 목질 제지 섬유, 보다 특히 연질목 섬유, 더욱더 특히 NSWK 섬유를 사용하여 제조된 제품과 비슷하거나 더 나은 특성을 갖는다 그러므로, 소정의 바람직한 실시예들에서, 본 발명은, 헤스페라로에 섬유가 티슈 제품의 강도, 연성 및 벌크에 부정적 영향을 미치지 않으면서 NSWK의 적어도 약 50%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 75%, 더욱더 바람직하게는 모든 NSWK를 대체한 티슈 제품을 제공한다.

다른 실시예들에서 본 발명은 층들 중 하나 이상이 헤스페라로에 섬유와 NSWK 섬유 및/또는 남부 연질목 크라프트 (SSWK) 섬유의 블렌드를 포함하는 다층 티슈 웹을 포함하는 티슈 제품을 제공한다. 헤스페라로에 섬유를 NSWK 섬유 및/또는 SSWK 섬유와 배합하는 것은 증가된 연성 및 내구성과 같은 티슈 제품의 물리적 특성을 개선하면서, 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 특히 바람직한 실시예들에서 다층 티슈 구조는 2 개의 외부층 및 중간층을 포함하고, 여기에서 외부층은 실질적으로 헤스페라로에 섬유가 없고, 중간층은 필수적으로 헤스페라로에 섬유로 구성된다.

또 다른 실시예들에서 본 발명은 약 20 내지 약 50 중량%의 헤스페라로에 섬유를 포함하고 NSWK 및 SSWK와 같은 긴 평균 섬유 길이의 크라프트 섬유가 실질적으로 없는 티슈 제품을 제공하고, 상기 티슈 제품은 약 10 cc/g 초과의 시트 벌크, 약 500 내지 약 750 g/3 "의 GMT, 약 8.0 미만의 강성도 지수 및 약 30 초과의 내구성 지수를 갖는다.

또 다른 실시예들에서 본 발명은 적어도 약 20 중량%의 헤스페라로에 섬유를 포함하는 티슈 제품을 제공하고, 상기 티슈 제품은 약 400 내지 약 1,000 g/3 "의 GMT, 약 10 미만, 보다 바람직하게는 약 8.0 미만의 강성도 지수, 및 약 10 cc/g 초과의 시트 벌크를 갖는다.

다른 실시예에서 본 발명은 적어도 하나의 통기 건조 티슈 웹을 포함하는 티슈 제품을 제공하고, 상기 웹은 적어도 약 20 중량%의 헤스페라로에 섬유를 포함하고, 상기 티슈 제품은 약 500 내지 약 750 g/3 "의 GMT, 약 8.0 미만의 강성도 지수 및 약 30 초과의 내구성 지수를 갖는다.

또 다른 실시예에서 본 발명은 약 20 내지 약 50 중량%의 헤스페라로에 섬유를 포함하는 티슈 제품을 제공하고, 상기 티슈 제품은 약 10 cc/g 초과의 시트 벌크, 약 500 내지 약 750 g/3 "의 GMT, 약 8.0 미만의 강성도 지수 및 약 30 초과의 내구성 지수를 갖는다.

다른 실시예들에서, 본 발명은 약 20 내지 약 50 중량%의 헤스페라로에 섬유를 포함하고 NSWK 가 실질적으로 없는 티슈 제품을 제공하고, 상기 티슈 제품은 약 20 내지 약 50gsm의 평량, 약 500 내지 약 750 g/3 "의 GMT, 약 8.0 미만의 강성도 지수 및 약 32 초과의 내구성 지수를 갖는다.

또 다른 실시예들에서, 본 발명은 제1층 및 제2 층을 포함하는 적어도 하나의 다층 통기 건조 티슈 웹을 포함하는 제품을 제공하고, 상기 제1 층은 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유가 실질적으로 없고, 제2 층은 필수적으로 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유로 구성되고, 상기 티슈 제품은 약 28.0 초과의 내구성 지수 및 약 10.0 미만의 강성도 지수를 가지고, 여기서 상기 티슈 제품은 약 20 내지 약 50 중량%의 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함한다.

또 다른 실시예들에서, 본 발명은 적어도 약 20 중량%의 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함하는 한 겹의 통기 건조 티슈 제품을 제공하고, 상기 티슈 제품은 약 30 내지 약 60gsm의 평량, 약 10cc/g 초과의 시트 벌크 및 약 10 미만의 강성도 지수를 갖는다.

정의

본원에서 사용되는 바와 같이, "티슈 제품"은 일반적으로 다양한 종이 제품, 예컨대 미용 티슈, 화장지, 종이 타월, 냅킨 등을 지칭한다. 일반적으로, 본 발명의 티슈 제품의 평량(basis weight)은 약 80 제곱미터 당 그램(gsm) 미만, 일부 실시예에서는 약 60gsm 미만, 및 일부 실시예에서는 약 10 내지 약 60gsm, 더욱 바람직하게 약 20 내지 약 50gsm이다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “층”은, 한 겹 내의 복수의 섬유, 화학적 처리제 등의 층을 가리킨다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “층상 티슈 웹”, “다층 티슈 웹”, “다층 웹”, 및 “다층 종이 시트”는, 일반적으로, 바람직하게는 서로 다른 섬유 유형들로 이루어진 수성 제지 지료(furnish)의 두 개 이상의 층으로부터 준비된 종이의 시트를 가리킨다. 층들은, 바람직하게는, 하나 이상의 무한한 유공성 스크린(endless foraminous screen) 상에서의 희석 섬유 슬러리의 별도의 스트림의 피착으로부터 형성된다. 개별적인 층들이 초기에 별도의 유공성 스크린들 상에 형성되면, 층들은 후속하여 (습식 상태에서) 결합되어 층상 복합 웹을 형성하게 된다.

“겹(ply)”이라는 용어는 개별적인 제품 요소를 가리킨다. 개별적인 겹들은 서로 병치 관계로 배열될 수 있다. 이 용어는, 여러 겹 미용 티슈, 목욕 티슈, 종이 타월, 물티슈, 또는 냅킨 등에서의 복수의 웹형 구성요소(web-like component)를 가리킬 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “평량”은 일반적으로 티슈의 단위 면적 당 완전 건조 중량(bone dry weight)을 지칭하며, 일반적으로 gsm(제곱미터 당 그램)으로 표현된다. 평량은 TAPPI 시험 방법 T-220을 사용하여 측정된다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “파열 지수”는 다음 식에 의해 정의된 대로 상대 기하학적 평균 인장 강도(통상적으로 g/3"의 단위를 가짐)에서 건조 파열 피크 부하(통상적으로 그램의 단위를 가짐)를 지칭한다:

파열 지수는 달라질 수 있지만, 본 발명에 따라 제조된 티슈 제품은 일반적으로 약 8.0 초과, 더욱 바람직하게 약 8.5 초과, 더욱 더 바람직하게 약 9.0 초과의 파열 지수를 갖는다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “TEA 지수”는 다음 식에 의해 정의된 대로 소정의 기하학적 평균 인장 강도(통상적으로 g/3”단위를 가짐)에서 기하학적 평균 인장 에너지 흡수(통상적으로 gcm/cm²로 표현됨)를 지칭한다:

TEA 지수는 달라질 수 있지만, 본 발명에 따라 제조된 티슈 제품은 일반적으로 약 9.0 초과, 더욱 바람직하게 약 9.5 초과, 더욱더 바람직하게 약 10.0 초과의 TEA 지수를 갖는다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “인열 지수”는 다음 식에 의해 정의된 대로 상대 기하학적 평균 인장 강도(통상적으로 g/3”의 단위를 가짐)에서 GM 인열 강도(통상적으로 그램으로 표현됨)를 지칭한다:

인열 지수는 달라질 수 있지만, 본 발명에 따라 제조된 티슈 제품은 일반적으로 약 12.0 초과, 더욱 바람직하게 약 12.5 초과, 더욱더 바람직하게 약 13.0 초과의 인열 지수를 갖는다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “내구성 지수”는, 인열 지수(Tear Index), 파열 지수(Burst Index) 및 TEA 지수의 합을 지칭하며, 소정의 인장 강도에서의 제품의 내구성을 나타낸다.

내구성 지수는 달라질 수 있지만, 본 발명에 따라 제조된 티슈 제품은 일반적으로 약 28 초과, 보다 바람직하게 약 30 초과, 더욱더 바람직하게 약 32 초과의 내구성 지수 값을 갖는다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “캘리퍼(caliper)”는 EMVECO 200-A Microgage 자동화 마이크로미터(미국 오리건주 뉴버그의 EMVECO, Inc.)를 사용하여 TAPPI 시험 방법 T402에 따라 측정된 단일 시트의 대표 두께이다(2겹 이상을 포함하는 티슈 제품들의 캘리퍼가 모든 겹을 포함하는 티슈 제품의 단일 시트의 두께임). 상기 마이크로미터는 2.22인치(56.4mm)의 모루(anvil) 직경 및 제곱인치 당(6.45 cm² 당) 132그램(2.0kPa)의 모루 압력을 갖는다.

본 명세서에서 사용될 때, “시트 벌크”라는 용어는, 무수 평량(gsm)에 의해 나누어진 캘리퍼(μm)의 몫이다. 얻어진 시트 벌크는 그램당 세제곱 센티미터로 표현된다(cc/g). 본 발명에 따라 제조된 티슈 제품은 일반적으로 약 10cc/g 초과, 더욱 바람직하게 약 11cc/g 초과, 더욱더 바람직하게는 약 12cc/g 초과의 시트 벌크를 갖는다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "섬유 길이"는 핀란드 카자니의 Kajaani Oy Electronics에서 입수가능한, Kajaani 섬유 분석기 모델 번호 FS-100을 사용하여 결정된 섬유의 길이 가중 평균 길이를 의미한다. 시험 절차에 따라, 펄프 샘플은 냉침액으로 처리해서 아무런 섬유 다발 또는 조각(shive)이 존재하지 않도록 보장한다. 각 펄프 샘플은 뜨거운 물에 붕해시키고 대략 0.001% 용액에 희석한다. 표준 Kajaani 섬유 분석 시험 절차를 이용하여 시험할 때 개별적인 시험 샘플들을 희석 용액에서 약 50 내지 100ml 부분으로 뽑아낸다. 가중 평균 섬유 길이는 하기 식으로 표현될 수도 있다:

여기서 k = 최대 섬유 길이

x_i = 섬유 길이

n_i = 길이 x_i인 섬유의 수

n = 측정한 섬유의 총 수.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “헤스페라로에 섬유(hesperaloe fiber)”는, 예를 들어, 헤스페라로에 푸니페라(Hesperaloe funifera) 를 비롯한 아스파라거스과(family Asparagaceae)의 헤스페라로에 속의 식물 유래 섬유를 지칭한다. 섬유는 일반적으로 본 발명에 따른 티슈 제품의 제조에 사용하기 위한 펄프로 가공된다. 바람직하게 펄프화 공정은 고수율 펄프화 공정이다. 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유는 일반적으로 크라손(Klason) 리그닌으로 측정된 약 10 내지 약 15 중량%의 리그닌 함량을 갖는다. 용어 “헤스페라로에 섬유”및 “고수율 헤스페라로에 펄프 섬유”는 티슈 제품으로 통합된 비목질 섬유를 지칭할 때 본원에서 상호교환적으로 사용될 수 있고, 하지만 본 기술분야의 숙련자는 비목질 섬유를 티슈 제품으로 통합할 때, 예로 고수율 펄프화에 의해 섬유를 가공하는 것이 바람직하다는 것을 인식할 것이다.

본 명세서에서 사용될 때, “기울기”라는 용어는, 인장 대 신축을 플롯팅함으로써 발생하는 선의 기울기를 가리키며, 본 명세서의 테스트 시험 섹션에서 설명하는 바와 같이 인장 강도를 결정하는 도중의 MTS TestWorks™의 출력이다. 기울기는, 샘플 폭(인치)의 단위당 그램(g)의 단위로 보고되며, 시편 폭에 의해 나누어진 70 내지 157grams의 시편 발생력(0.687 내지 1.540N)에 속하는 부하 보정된 변형점들(load-corrected strain points)에 맞춰진 최소 자승 선의 구배로서 측정된다. 기울기는, 일반적으로, 본원에서 3인치 샘플 폭당 그램 단위 즉 g/3”를 갖는 것으로서 보고된다.

본 명세서에서 사용될 때, 용어 “기하학적 평균 기울기”(GM 기울기)는, 일반적으로, 기계 방향 기울기와 교차 기계 방향 기울기의 곱의 제곱근을 가리킨다. GM 기울기는 일반적으로 kg의 단위로 표현된다.

본원에서 사용된 대로, 용어 “기하학적 평균 인장 강도” 및 “GMT”는 웹의 기계 방향 인장 강도와 교차 기계 방향 인장 강도의 곱의 제곱근을 지칭한다. GMT는 달라질 수 있지만, 본 발명에 따라 제조된 티슈 제품은 일반적으로 약 400 g/3” 초과, 더욱 바람직하게는 약 500 g/3” 초과, 더욱 더 바람직하게는 약 600 g/3” 초과인 GMT를 갖는다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “강성도 지수”는, (통상적으로 g/3”단위를 갖는) 기하학적 평균 인장 강도로 나누어진 (통상적으로 kg의 단위를 갖는) MD 및 CD 기울기의 곱의 제곱근으로서 정의된, 기하학적 평균 인장 기울기의 몫을 지칭한다.

강성도 지수는 달라질 수 있지만, 본 발명에 따라 제조된 티슈 제품은 일반적으로 약 10.0 미만, 보다 바람직하게 약 9.0 미만, 더욱더 바람직하게 약 8.0 미만의 강성도 지수를 갖는다.

일반적으로 숙련된 티슈 제작자는 벌크, 연성, 강성도 및 강도와 같은 다양한 티슈 특성들의 균형을 맞추는데 관심이 있다. 예를 들어, 티슈 제작자는 종종 티슈 제품을 경화시키거나 연성을 감소시키지 않으면서 벌크를 증가시키고, 동시에 주어진 인장 강도를 유지하기를 원한다. 헤스페라로에 섬유를 사용하여 티슈를 제조하려는 이전의 시도는 이러한 중요한 티슈 특성의 균형을 성공적으로 맞추지 못해서 인장 및 강성도의 극적인 증가와 감소된 벌크를 유발하였다. 종래 기술의 문제점에도 불구하고, 본 발명자들은 이제 하기 표 1에 예시된 대로 헤스페라로에 섬유를 포함하는 티슈 제품을 제조할 때 벌크에 부정적으로 영향을 미치지 않으면서 강도 및 강성도의 변화를 조절하는데 성공하였다.

실시예	지료	델타 벌크	델타 GMT	델타 GM 기울기
US 5,320,710	50% H. 푸니페라 50% NSWK	-20%	192%	65%
발명예	40% H. 푸니페라 60% EHWK	2%	1%	8%

이전의 시도는 벌크, 강도, 강성도 및 연성의 균형을 맞추는데 성공적이지 못했을 뿐만 아니라, 강도 및 탄성 계수가 너무 높기 때문에 결과적으로 얻은 티슈 제품은 프리미엄 욕실 티슈로서 사용하기에 적합하지 않았다. 예를 들어, Northern® 욕실 티슈와 비교했을 때 US 5,320,710의 발명 코드는 11% 더 낮은 벌크, 23% 더 높은 탄성 계수, 148 % 더 높은 강성도(인장 강도로 나눈 탄성 계수로 측정)를 가졌다. 본 발명자들은 상업적으로 입수가능한 욕실 티슈 제품과 비슷하거나 더 나은 티슈 제품을 제공하기 위해서 이러한 문제점을 극복하였다. 예를 들어, Northern® 욕실 티슈의 현재 버전과 비교했을 때, 본 발명의 제품들은 비슷한 벌크, 31% 더 낮은 탄성 계수와 13% 더 낮은 강성도를 갖는다.

어떠한 특정 이론에도 구애되지 않으면서, 이전에 티슈 제품에서 관찰되는 고도의 강도 및 강성도는, 비교적 긴 섬유 길이, 높은 종횡비와 높은 비율의 섬유 길이 대 세포벽 두께를 갖는, 화학적 펄프화에 의해 제조될 때 헤스페라로에 섬유의 형태에 부분적으로 기인할 수 있다. 헤스페라로에 크라프트 펄프 섬유, 종래의 NSWK 및 SSWK에 대한 문헌에서 보고된 바와 같은 섬유 형태 비교를 하기 표 2에 제공한다.

섬유	섬유 길이(mm)	평균 섬유 폭 (μm)	세포벽 두께 (μm)	종횡비	섬유 길이: 세포벽 두께
H. 푸니페라크라프트 펄프	3.4	16.5	3.5	206	971
NSWK	3.5	36	6	97	583
SSWK	4.0	43	7	93	571

헤스페라로에 크라프트 펄프 섬유의 전술한 특성 및 지나치게 강하고 단단한 티슈 제품을 생산하는 그러한 펄프의 경향에도 불구하고, 본 발명자들은 벌크를 줄이지 않고 인장을 크게 바꾸지 않고 강성도를 높이지 않고 또는 연성을 감소시키지 않으면서 기계적 펄프화와 같은 고수율의 펄프화 수단에 의해 가공된 헤스페라로에 섬유가 고 섬유 길이 목질 섬유의 적절한 대체물이 될 수 있음을 발견하였다. 고수율 펄프화 수단에 의한 헤스페라로에 섬유의 가공은 일반적으로 헤스페라로에 화학적 펄프 섬유에 비해 약간 더 짧은 섬유 길이와 더 높은 조도를 갖는 섬유를 생산한다.

본 발명자들은 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유가 NSWK와 같은 고 섬유 길이 목질 섬유의 적절한 대체물이 될 뿐만 아니라, 결과적으로 얻은 티슈 제품이 NSWK 섬유를 사용해 제조된 것들과 비슷하거나 더 나은 물리적 특성을 가지는 것을 발견하였다. 그러므로, 소정의 실시예들에서, 헤스페라로에 섬유는 티슈 제품의 연성 및 내구성에 부정적 영향을 미치지 않으면서 티슈 제품의 NSWK의 적어도 약 50%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 75%, 더욱더 바람직하게는 모든 NSWK를 대체할 수 있다.

따라서, 일 실시예에서 본 발명은 티슈 제품의 중량을 기준으로 적어도 약 5%의, 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함하는 티슈 제품을 제공하고, 상기 티슈 제품은 약 1000g/3 " 미만의 GMT 및 약 7.0kg 미만의 GM 경사를 갖는다. 또 다른 실시예들에서 본 발명은 약 400 내지 약 1,000 g/3”, 더욱 바람직하게는 약 500 내지 약 800 g/3”의 GMT, 약 7.0 kg 미만, 예로 약 4.5 내지 약 7.0 kg의 GM 기울기를 가지고, 티슈 제품의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 50%의 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함하는 티슈 제품을 제공한다. 전술한 인장 강도 및 탄성 계수에서, 본 발명의 티슈 제품은 또한 일반적으로 부드럽고, 예컨대 약 10.0 미만, 보다 바람직하게는 약 9.0 미만, 예컨대 약 7.0 내지 약 9.0의 강성도 지수를 갖는다.

개선된 특성은 NSWK를 포함하는 비슷한 티슈 제품에 대한 다양한 티슈 제품 특성 변화를 비교한 하기 표에서 또한 보여준다. 표 3에 나타낸 모든 티슈들은 약 35 그램/평방미터(gsm)의 평량을 가지고 티슈 제품의 총 중량을 기반으로 40 중량%의 NSWK 또는 헤스페라로에 및 60 중량%의 EHWK를 포함하는 한 겹 제품이다. 놀랍게도 헤스페라로에는 경화시키거나 인장 강도를 극적으로 증가시키지 않으면서 비슷한 수준의 내구성을 제공한다.

	NSWK	고수율 헤스페라로에 섬유	델타 (%)
GMT (g/3'')	627	635	1.3
시트 벌크 (cc/g)	11	11.2	1.8
인열 지수	14.04	14.96	6.6
TEA 지수	9.09	9.45	4.0
파열 지수	9.38	8.27	-11.8
내구성 지수	32.5	32.7	0.6
강성도 지수	7.66	8.2	6.9

그러므로, 소정의 실시예들에서 본 발명은 연성일뿐만 아니라 비교적 크지 않은 인장 강도에서 고도의 내구성을 갖는 티슈 제품을 제공한다. 이와 같이 티슈 제품은 일반적으로 약 1000 g/3” 미만, 예로 약 400 내지 약 1,000g/3”, 보다 바람직하게 약 500 내지 약 800g/3”의 GMT, 약 25 초과, 예를 들어 약 25 내지 약 35, 보다 바람직하게 약 30 내지 약 35의 내구성 지수를 갖는다.

다른 실시예들에서 티슈 제품들은 약 10.0 미만의 강성도 지수와 약 30 초과, 예로 약 30 내지 약 35의 내구성 지수를 갖는다. 특히 바람직한 일 실시예에서 티슈 제품은 약 5 중량% 미만의 NSWK, 약 10 내지 약 40 중량%의 헤스페라로에 섬유를 포함하는 통기 건조 웹을 포함하고, 티슈 제품은 약 30 내지 약 35의 내구성 지수와 약 8.0 내지 약 10.0의 강성도 지수를 갖는다.

특히 바람직한 실시예에서 티슈 제품은 다층 통기 건조 웹을 포함하고 여기서 헤스페라로에 섬유는 층들 중 단지 하나에만 선택적으로 배치되어서 헤스페라로에 섬유는 사용시 사용자의 피부와 접촉하지 않게 된다. 예를 들어, 일 실시예에서 티슈 웹은 2층 웹을 포함할 수 있고 여기서 제1 층은 필수적으로 경질목 크라프트 펄프 섬유로 구성되고 실질적으로 헤스페라로에가 없으며, 제2 층은 헤스페라로에를 포함하고, 여기서 헤스페라로에는 적어도 약 50 중량%의 제2 층, 예컨대 약 50 내지 약 100 중량%의 제2 층을 포함한다. 헤스페라로에 섬유를 실질적으로 갖지 않는 층을 가리킬 때, 그 안에 무시할만한 양의 섬유가 존재할 수 있지만, 그러나, 이러한 소량은 흔히 인접 층에 적용된 헤스페라로에 섬유로부터 발생되는 것이며, 통상적으로 웹의 연성 또는 다른 물리적 특징에 실질적으로 영향을 주지 않음을 이해해야 한다.

티슈 웹은 한 겹 또는 여러 겹일 수 있는 티슈 제품 내에 통합될 수 있고, 겹들 중 하나 이상은, 다층 티슈 웹의 층들 중 하나의 층에 헤스페라로에 섬유가 선택적으로 통합되어 있는 다층 티슈 웹에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서 티슈 제품은 헤스페라로에 섬유가 사용시 사용자의 피부와 접촉하지 않도록 구성된다. 예를 들면, 티슈 제품은 2개의 다층 통기 건조 웹을 포함할 수도 있으며 여기서 각각의 웹은 헤스페라로에 섬유가 실질적으로 없는 제1 섬유층과 헤스페라로에 섬유를 포함하는 제2 섬유층을 포함한다. 상기 웹들을 함께 겹쳐서 티슈 제품의 외부 표면은 각각의 웹의 제1 섬유층으로 형성되고 헤스페라로에 섬유를 포함하는 제2 섬유층은 사용시 사용자의 피부와 접촉하지 않는다.

일반적으로 본 발명에서 유용한 헤스페라로에 섬유는 용설란과 중 헤스페라로에 속의 비목질 식물로부터 유래된다. 헤스페라로에 속의 적합한 종들은, 예를 들어, H. 푸니페라, H. 녹투르나, H. 파르비플로바, 및 H. 창기, 뿐만 아니라 이들의 조합들을 포함한다.

소정의 실시예들에서 헤스페라로에 섬유는 섬유를 기계적으로 처리하는 것과 같은 고수율 펄프화 공정에 의해 가공된다. 고수율 펄프화 공정은, 예를 들어, 기계 펄프 (MP), 리파이너 기계 펄프 (RMP), 가압 리파이너 기계 펄프 (PRMP), 열기계 펄프 (TMP), 고온 TMP (HT-TMP) RTS-TMP, 열펄프, 쇄목 펄프 (GW), 스톤 쇄목 펄프 (SGW), 압력 쇄목 펄프 (PGW), 초압력 쇄목 펄프 (PGW-S), 열 쇄목 펄프 (TGW), 열 스톤 쇄목 펄프 (TSGW) 또는 이들의 임의의 변형 및 조합들을 포함한다. 고수율 펄프화 공정을 사용하는 헤스페라로에 섬유의 가공은 일반적으로 적어도 약 85%, 보다 바람직하게는 적어도 약 90%, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 95%의 수율을 갖는 펄프를 유발한다.

고수율 펄프화 공정은, 섬유에 기계력을 부여하면서, 약 100 내지 약 200ºC, 더욱 바람직하게는 약 120 내지 약 190ºC와 같이 주변 온도보다 높게 헤스페라로에 섬유를 가열하는 단계를 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 부식제 또는 산화제가 공정에 도입되어서 섬유 분리를 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 기계적 처리 중 섬유에 3 내지 8%의 NaOH 용액을 첨가할 수 있다. 부식제 또는 산화제가 가공 중 첨가될 수 있지만, 일반적으로 헤스페라로에 섬유는 가공 전 화학작용제로 전처리되지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 고수율 헤스페랄로에 펄프는 화학 기계 목재 펄프의 제조에 흔히 사용되는 아황산나트륨 등의 수용액으로 섬유를 전처리하지 않으면서 일반적으로 제조된다.

일반적으로 고수율 펄프화 공정은 헤스페라로에 섬유로부터 리그닌의 약 1 내지 약 3 중량%를 제거한다. 이와 같이 본 발명에 유용한 고수율 헤스페라로에 펄프는 일반적으로 약 15 중량% 미만, 바람직하게는 약 13 중량% 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 11 중량% 미만, 예를 들어 약 10 내지 약 15 중량%의 리그닌 함량을 갖는다.

특히 바람직한 실시예에서, 헤스페라로에 섬유는 연질목 섬유 및 보다 구체적으로 NSWK 또는 남부 연질목 크라프트(SSWK)와 같은 고 섬유 길이 목질 섬유의 대체물로서 티슈 웹에서 사용된다. 일 특정 실시예에서, 헤스페라로에 섬유가 NSWK를 대체하여서 티슈 제품의 중량을 기준으로 NSWK의 총량은 약 10% 미만, 더욱 바람직하게 약 5% 미만이다. 다른 실시예들에서 티슈 제품이 실질적으로 NSWK를 가지지 않도록 NSWK 전부를 헤스페라로에 섬유로 대체하는 것이 바람직할 수도 있다. 다른 실시예들에서 헤스페라로에 섬유는 SSWK 섬유와 배합될 수 있어서 SSWK의 총량은 티슈 제품의 중량을 기준으로 약 10% 미만, 더욱 바람직하게 약 5% 미만이다.

원하는 경우, 다양한 화학 조성물이 다층 티슈 웹의 하나 이상의 층에 적용되어서 연성을 강화하고 그리고/또는 보풀 또는 슬라우(slough) 생성을 더욱 감소할 수도 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 습식 조강제가 사용되어서 티슈 제품의 강도를 더욱 증가시킬 수 있다. 본원에서 사용되는 대로, “습식 조강제”는 펄프 섬유에 첨가될 때 약 0.1을 초과하는, 습식 기하 인장 강도 대 건식 기하 인장 강도의 비율을 생성된 웹 또는 시트에 제공할 수 있는 임의의 물질이다. 일반적으로 이 물질들은 “영구” 습식 조강제 또는 “임시” 습식 조강제라고 명명된다. 본 기술분야에서 주지된 것과 같이, 임시 및 영구 습식 조강제는 또한 때때로 건식 조강제로서 작용해서 건조시 티슈 제품의 강도를 강화시킬 수도 있다.

습식 조강제는 원하는 웹 특징에 따라 다양한 양으로 적용될 수도 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 첨가된 습식 조강제의 총량은 섬유상 물질의 건조 중량의 약 1 내지 약 60lb/T(파운드/톤), 일부 실시예에서 약 5 내지 약 30lb/T, 일부 실시예에서 약 7 내지 약 13lb/T일 수 있다. 습식 조강제는 다층 티슈 웹의 임의의 층 속에 포함될 수 있다.

또한 화학적 탈결합제가 첨가되어서 상기 웹을 연화시킬 수 있다. 구체적으로, 화학적 탈결합제는 웹의 하나 이상의 층 속의 수소결합의 양을 감소시켜서, 더욱 연성인 제품을 생성할 수 있다. 생성된 티슈 제품의 원하는 특징에 따라서, 탈결합제는 다양한 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 탈결합제는 섬유상 물질의 건조 중량의 약 1 내지 약 30lb/T, 일부 실시예에서 약 3 내지 약 20lb/T, 일부 실시예에서 약 6 내지 약 15lb/T의 양으로 적용될 수 있다. 탈결합제는 다층 티슈 웹의 임의의 층 속에 포함될 수 있다.

수소결합을 파괴함으로써 웹의 부드러운 느낌을 강화시킬 수 있는 임의의 물질은 일반적으로 본 발명에서 탈결합제로서 사용될 수 있다. 특히, 상기 언급한 바와 같이, 탈결합제는 통상적으로 펄프에 존재하는 음이온기와 정전 결합을 형성하기 위한 양이온 전하를 보유하는 것이 바람직하다. 적합한 양이온성 탈결합제의 몇몇 예는 사차 암모늄 화합물, 이미다졸리늄 화합물, 비스-이미다졸리늄 화합물, 이중 사차 암모늄 화합물, 다중 사차 암모늄 화합물, 에스테르기 사차 암모늄 화합물(예, 사차화된 지방산 트리알카놀아민 에스테르염), 인지질 유도체, 폴리디메틸실록산 및 관련 양이온 및 비이온성 실리콘 화합물, 지방산 및 카르복실산 유도체, 모노 및 폴리사카라이드 유도체, 폴리하이드록시 탄화수소 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 일부 적합한 탈결합제는 미국특허번호 5,716,498, 5,730,839, 6,211,139, 5,543,067, 및 WO/0021918에 기재되어 있으며, 이들 전부는 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에서 원용된다.

또 다른 적합한 탈결합제는 미국특허번호 5,529,665 및 5,558,873에 기재되어 있으며, 이들 전부 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에서 원용된다. 특히, 미국특허번호 5,529,665는 연화제로서 다양한 양이온 실리콘 조성물의 용도를 개시하고 있다.

본 발명의 티슈 제품을 형성하는데 유용한 티슈 웹은 일반적으로 당 업계에 공지된 다양한 제지 공정 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제지 공정은, 접착 크레이프, 습식 크레이프, 이중 크레이프, 엠보싱, 습윤가압(wet pressing), 공기 가압(air pressing), 통기성 건조, 크레이프된 통기 건조, 언크레이프된 통기 건조, 및 종이 웹 형성의 기타 단계들을 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 티슈 웹을 형성하는데 유용한 제지 공정 및 기법의 예로는, 예를 들어, 미국 특허 제5,048,589호, 제5,399,412호, 제5,129,988호 및 제5,494,554호에 개시된 것을 포함하고, 상기 특허 전부는 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에 포함된다. 일 실시예에서, 티슈 웹은 통기 건조에 의해 형성되고 크레이프되거나 또는 언크레이프된다. 여러 겹 티슈 제품들을 형성할 때, 개별 겹들이 동일한 공정 또는 원하는 대로 상이한 공정들로 만들어질 수 있다.

시험 방법

시트 벌크

시트 벌크는 평량(gsm)으로 나눈 건조 시트 캘리퍼(μm)의 몫으로 계산된다. 건조 시트 캘리퍼는 TAPPI 시험 방법 T402 및 T411 om-89에 따라 측정된 단일 티슈 시트의 두께 측정치이다. T411 om-89을 수행하기 위해 사용되는 마이크로미터는 Emveco 200-A 티슈 캘리퍼 시험기(Emveco, Inc., 오리건주 뉴버그 소재)이다. 이 μm는, 2kPa의 부하, 2500mm²의 압력 풋(pressure foot) 면적, 56.42mm의 압력 풋 직경, 3초의 지속 시간, 및 0.8mm/s의 하강율을 갖는다.

인열

인열 시험은 Lorentzen & Wettre Model SE 009 등의 낙하 진자 기구를 사용하여 TAPPI 시험 방법 T-414 “Internal Tearing Resistance of Paper (Elmendorf-type method)”에 따라 수행되었다. 인열 강도는 방향성이며, MD 및 CD 인열은 독립적으로 측정된다.

보다 구체적으로, 시험할 샘플의 직사각형 시편을, 시편이 (MD 또는 CD 방향 등의) 시험할 방향으로 63mm土0.15mm(2.5인치士0.006”)로 측정되고 다른 방향으로는 73 내지 114mm(2.9 내지 4.6인치)로 측정되도록 티슈 제품 또는 티슈 베이스시트로부터 절단한다. 시편 에지들을 (비뚤어지지 않은) 시험 방향에 대해 평행하고 수직으로 절단해야 한다. 규정된 정밀도와 정확성을 갖춘 적절한 임의의 절단 장치를 사용할 수 있다. 시편은, 접힘, 주름, 크림프 라인, 천공, 또는 시편을 나머지 재료와는 다르게 비정상적으로 만드는 다른 임의의 왜곡이 없는 샘플 영역들로부터 취해야 한다.

시험할 겹들 또는 시트들의 수는, 시험 결과가 인열 시험기의 선형 범위 스케일로 20 내지 80%, 더욱 바람직하게는 인열 시험기의 선형 범위 스케일로 20 내지 60%에 속하는 데 필요한 겹들 또는 시트들의 수에 기초하여 결정된다. 샘플은, 바람직하게, 시편이 절단될 재료의 에지로부터 6mm(0.25인치) 이상 떨어져 절단되어야 한다. 시험에 하나보다 많은 시트 또는 겹이 필요할 때, 시트들은 동일한 방향을 향하여 배치된다.

이어서, 시편을 낙하 진자 장치의 클램프들 사이에 두고 시편의 에지를 클램프의 전방 에지와 정렬한다. 클램프들을 폐쇄하고 20mm 슬릿을 일반적으로 기기에 부착된 커팅 나이프에 의해 시편의 선단으로 절단한다. 예를 들어 Lorentzen & Wettre Model SE 009에서, 슬릿은, 정지부에 도달할 때까지 커팅 나이프 레버를 아래로 밀어서 생성된다. 슬릿은, 이 슬릿이 후속 시험 동안 인열을 시작하도록 기능하므로 인열이나 흠이 없이 깨끗해야 한다.

진자가 해제되고, 시편을 완전히 찢는 데 필요한 힘인 인열 값이 기록된다. 시험은 각 샘플마다 총 10회 반복하고, 10회 판독 값들의 평균을 인열 강도로서 기록한다. 인열 강도는 힘의 g 단위(gf)로 기록된다. 평균 인열 값은 시험한 방향(MD 또는 CD)에 대한 인열 강도이다. “기하학적 평균 인열 강도”는 평균 MD 인열 강도와 평균 CD 인열 강도의 곱의 제곱근이다. Lorentzen & Wettre Model SE 009에는 시험한 겹들의 수에 대한 설정이 있다. 일부 시험기에서는, 겹당 인열 강도를 제공하도록 인자를 보고된 인열 강도와 곱할 필요가 있을 수도 있다. 다중겹 제품으로 의도된 베이스시트의 경우, 인열 결과는 한 겹 베이스시트가 아닌 다중겹 제품의 인열로서 보고된다. 이것은 한 겹 베이스시트 인열 값을 완제품에서 겹의 수를 곱함으로써 수행된다. 유사하게, 인열에 대한 여러 겹의 완제품 데이터는 개별적인 겹이 아니라 완제품 시트에 대한 인열 강도로서 제시된다. 다양한 수단을 사용하여 계산할 수 있지만, 일반적으로, 측정 장치에 시험할 겹의 수보다는 시험할 시트의 수를 입력하여 행한다. 예를 들어, 2개 시트는, 1겹 제품의 경우에는 2개의 1겹 시트이고, 2겹 제품의 경우에는 2개의 2겹(4겹) 시트이다.

인장

시험 중인 각 시편의 폭이 3인치이고 연신의 일정한 속도를 유지하는 인장시험 기계로 시험을 행하는 TAPPI 시험 방법 T-576 "Tensile properties of towel and tissue products (using constant rateof elongation)"에 따라 인장 시험을 행하였다. 더욱 구체적으로, JDC Precision Sample Cutter(펜실베니아주 필라델피아 소재 Thwing-Albert Instrument Company의 모델 No. JDC 3-10, 시리얼 No. 37333) 또는 등가물을 사용하여 기계방향(MD) 또는 교차 기계방향(CD) 배향으로 3인치±0.05인치(76.2 mm ±1.3mm) 폭의 스트립을 절단함으로써 건조 인장 강도 시험을 위한 샘플들을 준비하였다. 인장 강도를 측정하는 데 사용한 기구는 MTS Systems Sintech 11S, 시리얼 No. 6233이었다. 데이터 획득 소프트웨어는 MTS Testworks® for Windows Ver. 3.10(MTS Systems Corp., Research TrianglePark, NC)이었다. 시험 중인 샘플의 강도에 따라, 50N 또는 최대 100N 중에서 부하 셀을 선택하였으며, 이때, 피크 하중 간들 대부분은 부하 셀의 전체 스케일 값의 10 내지 90%에 속하였다. 조(jaw)들 간의 게이지 길이는 미용 티슈의 경우 4±0.04inch(101.6±1mm), 욕실 티슈의 경우 2±0.02 inch(50.8±0.5mm)이었다. 크로스헤드 속도는 10±0.4inch/min (254±1mm/min)이었고, 파단 감도는 65%로 설정하였다. 수직 및 수평 양쪽으로 중심이 맞춰진 기구의 조들에 샘플들을 배치했다. 이어서, 시험을 개시하고 시편이 파단되었을 때 시험을 종료하였다. 피크 하중을, 시험 중인 샘플의 방향에 따라 시편의 "MD 인장 강도" 또는 “CD 인장 강도"로서 기록하였다. 각 산물이나 시트마다 10개의 대표적인 시편들을 시험하였으며, 모든 개별적인 시편 시험들의 산술 평균을, 샘플의 3인치당 힘의 그램 단위로 산물 또는 시트의 적절한 MD 또는 CD 인장 강도로서 기록하였다. 기하 평균 인장(GMT) 강도를 산출하였으며, 샘플 폭의 3인치당 그램-힘으로서 표현한다. 인장 테스터에 의해 인장 에너지 흡수(Tensile energy absorbed, TEA) 및 기울기를 산출한다. TEA는 gm cm/cm²단위로 기록된다. 기울기는 kg 단위로 기록된다. TEA와 기울기 모드는 방향에 의존하며, 따라서, MD 방향과 CD 방향을 독립적으로 측정한다. 기하학적 평균 TEA와 기하학적 평균 기울기는, 소정의 특성에 대한 대표적인 MD 값과 CD 값의 곱의 제곱근으로서 정의 된다.

여러 겹의 제품이 여러 겹의 제품으로서 시험되었고 결과는 전체 제품의 인장 강도를 나타낸다. 예를 들어, 2겹 제품이 2겹 제품으로서 시험되었고 이와 같이 기록되었다. 2겹 제품에 사용되도록 의도된 베이스시트는 2개의 겹으로서 시험되었고 인장은 이와 같이 기록되었다. 대안적으로, 한 겹을 시험하고 그 결과에 최종 제품에서 겹의 수를 곱하여 인장 강도를 얻을 수 있다.

파열 강도

본원에서 파열 강도는 섬유성 구조의 평면에 수직 인 변형을 겪을 때, 에너지를 흡수할 수 있는 섬유성 구조의 능력의 척도이다. 시험이 컴퓨터 기반 데이터 수집 및 프레임 제어 시스템을 사용하여 Constant-Rate-of-Extension (MTS Systems Corporation, Eden Prairie, 미네소타 소재) 인장 시험기에서 수행되는 것을 제외하고 파열 강도는 ASTM D-6548에 따라 일반적으로 측정될 수 있고, 여기서 부하 셀은 시편 클램프 위에 위치되어서 관통 부재가 시험편으로 낮추어져서 파단된다. 부하 셀 및 시편의 배치는 ASTM D-6548의 도 1에 도시된 것과 반대이다. 관통 조립체는 볼 엔드 소켓을 갖는 조절가능한 로드에 부착된 1.588 ± 0.005cm의 직경을 갖는 반구형의 양극 산화된 알루미늄 관통 부재로 구성된다. 시험편은 상부 및 하부 알루미늄 동심 링들로 구성된 시편 클램프에 고정되고 상기 동심 링들 사이에서 샘플은 시험 중 기계적 클램핑에 의해 단단히 유지된다. 시편 클램프 링은 8.89 ± 0.03cm의 내경을 갖는다.

크로스 헤드 속도는 15.2cm/min이고, 프로브 분리는 104mm이고, 파단 감도는 60%이고 슬랙 보상은 10gf이도록 인장 시험기가 설치되고 기기는 제조업체의 지침에 따라 보정된다.

샘플들을 TAPPI 조건들에 따라 조절하고 127×127mm ± 5mm 정사각형으로 절단한다. 각 시험마다, 제품의 총 3개 시트를 결합한다. 시트들의 기계 방향이 정렬되는 방식으로 시트들을 서로 상하로 쌓는다. 샘플들이 다수의 겹들을 포함하는 경우, 그 겹들은 시험을 위해 분리하지 않는다. 각각의 경우에, 시험 샘플은 제품의 3개 시트를 포함한다. 예를 들어, 제품이 2겹 티슈 제품이면, 3개의 제품 시트, 총 6겹을 시험한다. 제품이 한 겹 티슈 제품이면, 3개의 제품 시트, 총 3겹을 시험한다.

시험 전, 파열 고정 장치를 인장 시험기의 바닥으로 삽입하고 정렬 플레이트 위 대략 12.7 mm에 위치할 때까지 프로브를 낮춤으로써 프로브의 높이는 필요에 따라 조절된다. 그 후, 프로브의 길이는 낮추어질 때 정렬 플레이트의 오목한 영역에 놓일 때까지 조절된다.

피크 부하 결과의 대부분이 부하 셀 용량의 10 ~ 90% 사이에 있는 부하 셀을 사용하는 것을 권장한다. 테스트에 가장 적합한 부하 셀을 결정하기 위해서, 샘플은 초기에 피크 부하를 결정하기 위해서 시험된다. 피크 부하가 < 450 gf이면 10 Newton 부하 셀이 사용되고, 피크 부하가 > 450 gf이면 50 Newton 부하 셀이 사용된다.

일단 장치를 설치하고 부하 셀을 선택하면, 샘플을 시편 클램프로 삽입하고 시험 샘플을 제자리에 클램핑함으로써 샘플들을 시험한다. 그런 다음 테스트 시퀀스가 활성화되어서, 위에 명시된 속도와 거리로 관통 조립체를 낮춘다. 관통 조립체에 의한 시험편의 파단시 관통력에 대한 측정된 저항이 표시되고 기록된다. 그런 다음 시편 클램프를 풀어서 샘플을 제거하고 다음 시험을 위한 장치를 준비한다.

피크 하중(gf)과 에너지 대 피크(g-cm)를 기록하고, 남아 있는 모든 시편들에 대하여 공정을 반복하였다. 샘플마다 최소 5개의 시편을 시험하고, 5개 시험의 피크 하중 평균을 건조 파열 강도로서 보고한다.

실시예

실시예 1

한 겹의 언크레이프 통기 건조(UCTAD) 티슈 웹을 일반적으로 미국 특허 제5,607,551호에 따라 제조하였다. 티슈 웹 및 결과적으로 생성된 티슈 제품은 유칼립투스 경질목 크라프트(EHWK) 펄프, NSWK 펄프, 및 고수율 헤스페라로에 펄프(HYH)를 포함하는 다양한 섬유 지료로 형성되었다.

EHWK 지료를 약 120파운드(오븐 건조 기준)의 EHWK 펄프를 약 3 %의 농도로 30분 동안 펄퍼에서 분산시킴으로써 제조하였다. 그 후, 섬유를 기계 체스트로 옮겨서 1%의 농도로 희석시켰다. 특정한 경우에 전분(Redibond 2038 A)을 표 4에 표시된 대로 EHWK 기계 체스트에 첨가하였다.

NSWK 지료를 약 50파운드(오븐 건조 기준)의 NSWK 펄프를 약 3 %의 농도로 30분 동안 펄퍼에서 분산시킴으로써 제조하였다. 그 후, 섬유를 기계 체스트로 옮겨서 1%의 농도로 희석시켰다. 특정한 경우에 전분(Redibond 2038 A)을 표 4에 표시된 대로 NSWK 기계 체스트에 첨가하였다.

HYH를 약 50파운드(오븐 건조 기준) HYH 펄프를 약 3 %의 농도로 30분 동안 펄퍼에서 분산시킴으로써 제조하였다. 그 후, 섬유를 기계 체스트로 옮겨서 1%의 농도로 희석시켰다. HYH는 Taizen America (조지아주, 메이컨)에서 상업적으로 입수가능한 3 단계 비목질 펄프화 공정을 사용하여 H. 푸니페라를 가공함으로써 제조되었다. 헤스페라로에는 정제되지 않았다. 헤스페라로에는 약 1.85mm의 평균 섬유 길이와 약 5.47 mg/100 m의 섬유 조도를 가졌다.

샘플	지료 레이어링	Redibond 2038 A (kg/톤)/층	정제 (min)
대조예 1	EHWK/NSWK/EHWK	3/전체	1
대조예 2	EHWK/NSWK/EHWK	3/전체	1
발명예 1	EHWK/헤스페라로에/EHWK	0	-
발명예 2	EHWK/헤스페라로에/EHWK	6/EWHK	-

모액을 0.75% 농도로 희석시킨 후 3층 헤드박스로 펌핑되어서 3층 티슈 웹을 형성하였다. EHWK 섬유를 2개의 외부층에 배치하고 NSWK 또는 HYH 중 어느 하나를 중간층에 배치하였다. 층의 상대 중량 퍼센트는 30% / 40% / 30%이었다. 형성된 웹을 비압축적으로 탈수하였고, 성형 직물보다 약 28% 더 느린 속도로 이동하는 트랜스퍼 직물로 급히 전달하였다. TAD 직물로 이송에서 이송 진공은 약 6인치의 수은 진공에서 유지되어서 성형을 일정한 수준으로 제어하였다. 그 후, 웹을 T-1205-2 TAD 직물(위스콘신주 애플턴 소재의 Voith Fabrics로부터 상업적으로 입수가능하고 미국 특허 제8,500,955호에 전술되었고, 상기 특허의 내용은 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에 원용됨) 로 전달하였다. 웹을 그 후 건조하여 모체 롤로 권취하였다. 그런 다음, 모체 롤을 1겹 욕실 티슈 롤로 전환하였다. 캘린더링은 스틸-온-고무 장비로 수행되었다. 전환 공정에 사용된 고무 롤은 40 P&J의 경도를 가졌다. 롤은 약 6 mm의 Kershaw 경도 목표 및 약 400g의 목표 롤 중량을 가지는 약 117mm의 직경으로 전환되었다. 샘플은 이하 표 5에 나타낸 대로 제조되었다.

샘플	평량 (gsm)	목표 GMT (g/3”)	겹	EHWK (중량%)	NSWK (중량%)	헤스페라로에 (중량%)
대조예 1	31.0	650	1	60	40	-
대조예 2	31.2	900	1	60	40	-
발명예 1	31.3	650	1	60	-	40
발명예 2	31.9	900	1	60	-	40

인장, 내구성 및 연성을 포함한 다양한 티슈 특성에 대한 헤스페라로에 섬유의 효과는 아래 표에 요약되어 있다.

샘플	평량 (gsm)	시트 벌크 (cc/g)	GMT (g/3'')	GM TEA (gcm/cm²)	GM 기울기 (kg)	GM 인열 (g)	건조 파열(g)
대조예 1	31.0	11.0	627	5.7	4.8	8.8	588
대조예 2	31.2	12.0	883	8.6	5.4	12.9	764
발명예 1	31.3	11.2	635	6.0	5.2	9.5	525
발명예 2	31.9	11.5	920	9.7	6.2	13.3	736

샘플	인열 지수	TEA 지수	파열 지수
대조예 1	14.04	9.09	9.38
대조예 2	14.6	9.74	8.65
발명예 1	14.96	9.45	8.27
발명예 2	14.46	10.54	8.00

샘플	강성도 지수	델타 강성도 지수(%)	내구성 지수	델타 내구성
대조예 1	7.66	-	32.50	-
대조예 2	6.11	-	33.00	-
발명예 1	8.19	7	32.68	1
발명예 2	6.74	10	33.00	0

실시예 2

추가의 한 겹 비크레이핑 통기 건조(UCTAD) 티슈 웹은 실시예 1의 티슈 제품과 비교하여 상이한 평량 및 인장 강도로 미국 특허 제5,607,551호에 따라 일반적으로 제조되었다. 티슈 웹 및 결과적으로 생성한 티슈 제품은 유칼립투스 경질목 크라프트(EHWK) 펄프, NSWK 펄프, 헤스페라로에 펄프를 포함하는 다양한 섬유 지료로 형성되었다. 섬유 지료를 실시예 1에 설명한 대로 제조하였고 하기 샘플을 제조하였다.

샘플	지료	Redibond 2038 A (kg/ton)	정제 (min)
대조예 3	EHWK/NSWK/EHWK	0	-
대조예 4	EHWK/NSWK/EHWK	2	-
발명예 3	EHWK/헤스페라로에/EHWK	4	-
발명예 4	EHWK/헤스페라로에/EHWK	0	2

모액을 0.75% 농도로 희석시킨 후 3층 헤드박스로 펌핑되어서 3층 티슈 웹을 형성하였다. EHWK 섬유를 2개의 외부층에 배치하고 NSWK 또는 HYH 중 어느 하나를 중간층에 배치하였다. 층의 상대 중량 퍼센트는 30% / 40% / 30%이었다. 형성된 웹을 비압축적으로 탈수하였고, 성형 직물보다 약 28% 더 느린 속도로 이동하는 트랜스퍼 직물로 급히 전달하였다. TAD 직물로 이송에서 이송 진공은 약 6인치의 수은 진공에서 유지되어서 성형을 일정한 수준으로 제어하였다. 그 후, 웹을 T-1205-2 또는 T2407-13 (위스콘신주 애플턴 소재의 Voith Fabrics로부터 상업적으로 입수가능하고 미국 특허 제8,702,905호에 전술되었고, 상기 특허의 내용은 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에 원용됨) TAD 직물로 전달하였다. 웹을 그 후 건조하여 모체 롤로 권취하였다. 그런 다음, 모체 롤을 1겹 욕실 티슈 롤로 전환하였다. 캘린더링은 스틸-온-고무 장비로 수행되었다. 전환 공정에 사용된 고무 롤은 40 P&J의 경도를 가졌다. 롤은 약 6 mm의 Kershaw 경도 목표 및 약 400g의 목표 롤 중량을 가지는 약 117mm의 직경으로 전환되었다. 샘플은 이하 표 10에 나타낸 대로 제조되었다.

샘플	진공 (Hg의 인치)	TAD 직물	EHWK (wt %)	NSWK (중량%)	헤스페라로에 (중량%)
대조예 3	9	T-1205-2	60	40	-
대조예 4	9	T2407-13	60	40	-
발명예 3	9	T-1205-2	60	-	40
발명예 4	9	T2407-13	60	-	40

샘플	GMT	평량 (gsm)	벌크 (cc/g)	CD 신장율 (%)	GM 기울기 (kg)	강성도 지수	GM 신축율 (%)	GM TEA (gcm/cm²)	TEA 지수
대조예 3	441	26.9	15.3	8.7	4.08	9.25	11.3	4.58	10.39
대조예 4	492	27.9	15.5	8.5	4.57	9.30	11.3	4.96	10.09
발명예 3	459	27.3	17.2	9.3	3.85	8.38	11.9	5.03	10.95
발명예 4	460	25.8	16.6	9.5	4.21	9.16	11.7	5.06	11.01

티슈 웹 및 이를 포함하는 제품을 이들의 특정 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 숙련자는, 상기 내용을 이해할 때, 이들 실시예에 대한 대체, 변형, 및 등가물을 용이하게 구상할 수 있음을 인정할 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 청구범위와 그것의 임의의 균등물 및 상기 실시예의 범위로서 평가되어야 한다:

제1 실시예에서, 본 발명은 적어도 약 20 중량%의 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함하는 티슈 제품을 제공하고, 상기 티슈 제품은 약 400 내지 약 1,000 g/3”의 GMT, 약 10 미만의 강성도 지수 및 약 10cc/g 초과 시트 벌크를 갖는다.

제2 실시예에서, 본 발명은 약 8.0 초과의 파열 지수를 가지는 제1 실시예의 티슈 제품을 제공한다.

제3 실시예에서, 본 발명은 약 8.0 초과의 TEA 지수를 가지는 제1 또는 제 2 실시예의 티슈 제품을 제공한다.

제4 실시예에서, 본 발명은 약 28 초과의 내구성 지수를 가지는 제1 내지 제3 실시예 중 어느 하나의 티슈 제품을 제공한다.

제5 실시예에서, 본 발명은 GM 기울기가 약 6.0kg 미만인 제1 내지 제4 실시예 중 어느 하나의 티슈 제품을 제공한다.

제6 실시예에서, 본 발명은 약 700 내지 약 1,000 g/3, 더욱 더 바람직하게 약 750 내지 약 900 g/3”의 GMT를 가지는 제1 내지 제5 실시예 중 어느 하나의 티슈 제품을 제공한다.

제7 실시예에서, 본 발명은 티슈 제품이 실질적으로 연질목 크라프트 펄프 섬유를 가지지 않는 제1 내지 제6 실시예 중 어느 하나의 티슈 제품을 제공한다.

제8 실시예에서, 본 발명은 약 25 내지 약 50 중량%의 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함하는 제1 내지 제7 실시예 중 어느 하나의 티슈 제품을 제공한다.

제9 실시예에서, 본 발명은 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유가 약 10 내지 약 15 중량%의 리그닌 함량을 갖는 제1 내지 제8 실시예 중 어느 하나의 티슈 제품을 제공한다.

제10 실시예에서, 본 발명은 티슈 제품이 실질적으로 NSWK 섬유를 가지지 않는 제1 내지 제9 실시예 중 어느 하나의 티슈 제품을 제공한다.

제11 실시예에서, 본 발명은 제1층 및 제2 층을 포함하는 적어도 하나의 다층 통기 건조 티슈 웹을 포함하는 티슈 제품을 제공하고, 상기 제1 층은 실질적으로 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유가 없고 상기 제2 층은 필수적으로 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유로 구성되고, 상기 티슈 제품은 약 28.0 초과, 예로 약 28.0 내지 약 32.0, 보다 바람직하게 약 29.0 내지 약 31.0의 내구성 지수, 및 약 10.0 미만의 강성도 지수를 갖는다.

Claims

적어도 20 중량%의 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함하는 티슈 제품으로, 상기 티슈 제품은 400 내지 1,000 g/3”의 GMT 및 10.0 미만의 강성도 지수를 가지는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 티슈 제품은 10cc/g 초과의 시트 벌크를 가지는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 티슈 제품은 8.0 초과의 파열 지수를 가지는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 티슈 제품은 8.0 초과의 TEA 지수를 가지는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 티슈 제품은 28 초과의 내구성 지수를 가지는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 티슈 제품은 6.0kg 미만의 GM 기울기를 가지는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 티슈 제품은 30 내지 60 gsm의 평량 및 10 내지 15cc/g의 시트 벌크를 가지는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 티슈 제품은 실질적으로 연질목 크라프트 펄프 섬유가 없는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 티슈 제품은 25 내지 50 중량%의 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함하는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유는 10 내지 15 중량%의 리그닌 함량을 가지는, 티슈 제품.
제1항에 있어서, 상기 티슈 제품은 2개의 겹을 포함하고 각각의 겹은 통기 건조 티슈 웹인, 티슈 제품.
제1 층 및 제2 층을 포함하는 적어도 하나의 다층 통기 건조 티슈 웹을 포함하는 티슈 제품으로, 상기 제1 층은 실질적으로 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유가 없고 상기 제2 층은 필수적으로 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유로 구성되고, 상기 티슈 제품은 28.0 초과의 내구성 지수 및 10.0 미만의 강성도 지수를 가지고, 여기서 상기 티슈 제품은 20 내지 50 중량%의 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함하는, 티슈 제품.
제12항에 있어서, 상기 티슈 제품은 8.0 초과의 파열 지수를 가지는, 티슈 제품.
제12항에 있어서, 상기 티슈 제품은 8.0 초과의 TEA 지수를 가지는, 티슈 제품.
제12항에 있어서, 상기 티슈 제품은 6.0kg 미만의 GM 기울기를 가지는, 티슈 제품.
제12항에 있어서, 상기 티슈 제품은 30 내지 60 gsm의 평량 및 10 내지 15cc/g의 시트 벌크를 가지는, 티슈 제품.
제12항에 있어서, 상기 티슈 제품은 실질적으로 연질목 크라프트 펄프 섬유가 없는, 티슈 제품.
제12항에 있어서, 상기 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유는 10 내지 15 중량%의 리그닌 함량을 가지는, 티슈 제품.
적어도 20 중량%의 고수율 헤스페라로에 펄프 섬유를 포함하는 한 겹의 통기 건조 티슈 제품으로, 상기 티슈 제품은 30 내지 60gsm의 평량, 10cc/g 초과의 시트 벌크 및 10 미만의 강성도 지수를 가지는, 한 겹의 통기 건조 티슈 제품.
제19항에 있어서, 상기 티슈 제품은 6.0kg 미만의 GM 기울기를 가지는, 한 겹의 통기 건조 티슈 제품.