KR102456341B1 - 건조지력 증강 조성물, 종이, 보드 등의 제조를 위한 이의 용도 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종이, 보드 등의 제조에 사용하기 적합한 수성 건조지력 증강 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 아크릴아미드와 적어도 하나의 음이온성 단량체의 공중합체이며 1 내지 60 몰%의 음이온성을 갖는 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분의 혼합물을 포함한다. 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분은 pH 2.8에서 측정시 0.05 내지 1 meq/g 및, pH 7.0에서 측정시 0.2 내지 -0.3 meq/g의 전하 밀도를 갖는 건조지력 증강 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명은 종이, 보드 등을 제조하는 방법에 관한 것이며, 건조지력 증강 조성물을 물로 희석하여 최종 pH가 3을 초과하는 건조지력 증강 조성물의 용액을 얻고, 상기 건조지력 증강 조성물의 용액을 양이온성 강화제를 첨가하기 전 또는 후에 섬유 스톡에 첨가한다.

Description

건조지력 증강 조성물, 종이, 보드 등의 제조를 위한 이의 용도 및 방법
본 발명은 건조지력 증강(dry strength) 조성물 및 첨부된 독립항의 전제에 따른 종이, 보드 등의 제조를 위한 방법 뿐만 아니라 이의 용도에 관한 것이다.
종이 또는 보드의 제조시, 종이 또는 보드 웹의 형성 전에 섬유 스톡에 다양한 화학물질을 첨가하여 섬유 스톡의 특성 뿐만 아니라 최종 종이가 변형된다. 최종 종이 또는 보드에 종종 필요한 특성은 건조지력 증강이다. 음이온성 또는 양이온성의 합성 중합체는 제지 공정에서 최종 종이 또는 보드의 건조지력 증강 특성을 증가시키기 위해 일반적으로 사용된다. 이들 중합체는 섬유 스톡에 첨가되고, 여기서 스톡의 성분, 예를 들어 섬유 및/또는 필러(filler)와 상호작용한다.
그러나, 종이의 건조지력 증강 특성을 증가시키는 종래의 방법은 단점을 가지고있다. 특히, 필러 함유량이 높은 종이 또는 보드를 제조할 때 최적이 아니다. 예를 들어, 합성 중합체는 건조지력 증강제로서 사용될 때 그 한계가 있음이 관찰되었다. 음이온성 중합체는 종종 양이온성 성분과 함께 첨가된다. 섬유 표면 또한 음이온성이므로, 양이온성 성분은 섬유 표면 및 음이온성 중합체 모두에 의해 소비된다. 펄프가 다량의 음이온성 쓰레기(anionic trash)를 함유하는 경우, 즉 높은 양이온성 요구량을 갖는 경우 문제는 더욱 두드러진다. 전체적인 공정 경제와 같은 실용적인 이유로, 양이온성 성분의 섬유 스톡에 대한 투여량을 무한정 첨가할 수는 없다. 양이온성 성분의 투여량이 실질적으로 제한적이기 때문에, 따라서 음이온성 중합체의 투여량은 실제로 건조지력 증강 특성을 충분히 증가시키지 않는 수준으로 실제로 제한된다. 음이온성 성분의 투여량을 추가로 증가시키면 순환 공정수의 음이온 함량이 증가하고, 초과 음이온 전하로 인한 다른 공정상의 문제를 일으킬 수 있다.
양이온성 및 음이온성 중합체를 포함하는 통상적인 건조지력 증강 시스템에 대한 또 다른 중요한 과제는 섬유 스톡의 전도도이다. 섬유 스톡의 전도도가 높으면 중합체 성분들 사이에 형성될 이온 결합이 방해되어 염 형성으로 대체된다. 섬유 스톡의 높은 전도도는 또한 중합체의 3차원 구조의 압축을 일으키고 중합체 성능을 변화시킬 수 있다. 담수 소비가 적게 작동하는 종이 및 보드 제조 공정, 즉 폐수 순환은 종종 높은 전도성을 갖는다.
생산된 종이 및 보드의 건조지력 증강 특성을 증가시키는데 사용될 수 있는 새로운 효과적인 물질 또는 조성물을 발견할 필요가 항상 있다. 또한, 더 낮은 지력증강 특성을 갖는 재활용 섬유를 사용하고자 하는 요구뿐만 아니라 스톡에서 필러의 양을 증가시키는 것이 계속 요구되고 있다. 사용된 화학물질도 비용 효과적이어야 하며, 운송 및 보관이 용이해야 한다. 형성된 섬유 웹은 또한 웹 형성 후 연속 공정 단계, 예를 들어 프레스 섹션에서 탈수되기 쉬워야한다.
US 2012/0118523 (2012.05.17)
본 발명의 목적은 종래 기술에 존재하는 단점을 최소화 또는 제거하는 것이다.
목적은 최종 종이 또는 보드의 건조지력 증강 특성을 효과적으로 증가시킬뿐만 아니라, 특히 종이 또는 보드 기계의 프레스 섹션에서 웹의 효과적인 탈수를 제공하는 건조지력 증강 조성물 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 양이온성 요구량을 갖는 섬유 스톡에 적합한 건조지력 증강 조성물 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 전도성을 갖는 섬유 스톡에 적합한 건조지력 증강 조성물 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항의 특징 부에 이하에 제시되는 특성을 갖는 본 발명으로 달성된다. 일부 바람직한 구현예는 종속항에 개시되어있다.
본 명세서에서 언급된 구현예는, 비록 그것이 항상 개별적으로 언급되지는 않더라도, 적용가능한 경우, 본 발명의 모든 양태에 관련된다.
종이, 보드 등의 제조에 사용하기에 적합한 본 발명에 따른 전형적인 수성 건조지력 증강 조성물은
- 아크릴아미드와 적어도 하나의 음이온성 단량체의 공중합체이며, 1 내지 60 몰%의 음이온성을 갖는 합성 중합체 성분, 및
- 양이온성 전분 성분의 혼합물을 포함하며,
상기 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분은 조성물의 전하 밀도가
- pH 2.8에서 측정할 때, 0.05 내지 1 meq/g 및
- pH 7.0에서 측정할 때, -0.2 내지 -3 meq/g의 범위내에 있다.
본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물의 통상적인 용도는 종이, 보드 등의 지력증강 특성을 개선하기 위한 것이다.
종이, 보드 등을 제조하기 위한, 특히 종이, 보드 등의 지력증강 특성을 향상시키기 위한 본 발명의 대표적인 방법으로서, 상기 방법은
- pH 값을 갖는 섬유 스톡을 얻는 단계,
- 상기 섬유 스톡에 양이온성 강화제를 첨가하는 단계, 및
- 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물을 물로 희석하여 건조 고형분 함량이 <10 중량%, 바람직하게는 < 5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4.5 중량%인, 최종 pH > 3, 및 바람직하게는 최대 6 000mPas의 점도를 갖는 건조지력 증강 조성물의 용액을 수득하는 단계; 및
- 양이온성 강화제를 첨가하기 전 또는 후에 섬유 스톡에 건조지력 증강 조성물의 용액을 첨가하는 단계를 포함한다.
놀랍게도, 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분 모두를 포함하는 건조지력 증강 조성물을 사용하는 경우, 건조지력 증강 특성의 효과적인 증가가 달성될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이론에 구속됨 없이, 양이온성 전분 성분이 섬유 스톡 내의 섬유 및 필러 입자와 상호작용하는 장거리-도달 삼차원 네트워크를 제공하는 것으로 가정된다. 전분 성분은 합성 중합체 성분에 대해 "담체" 또는 "폴리이온성 가교제"와 같이 작용하는 것으로 간주될 수 있다. 전분 성분과 중합체 성분의 상호작용은 폴리이온 복합체로 볼 수 있는 구조를 가져온다. 전분 성분은 수소 결합을 형성하여 합성 중합체 성분으로 형성된 이온 결합으로부터 기인하는 지력증강 효과를 향상시킨다. 합성 중합체 성분은 양이온성 전분 성분에 의해 제공되는 삼차원 네트워크로 인해 섬유 웹에 대한 개선된 보유를 나타낸다. 이는 동일한 양의 첨가된 합성 중합체에 의해 얻을 수 있는 더 나은 건조지력 증강 효과를 유도한다.
본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물은 주로 합성 중합체 성분으로부터 유래된 음이온성 기 뿐만 아니라 주로 전분 성분으로부터 유래된 양이온성 기를 모두 포함한다. 건조지력 증강 조성물의 순 전하는 조성물의 제조, 저장 및/또는 수송 뿐만 아니라 조성물의 사용 중에 직면하는 상이한 pH 값에서 최적의 거동을 제공하도록 신중하게 선택된다.
본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물이 통상적인 양이온성 강화제와 함께 사용되는 경우, 건조지력 증강 조성물은 상기 설명한 바와 같이 그의 폴리이온성 성질로 인해 양이온성 강화제와의 수많은 결합을 형성할 수 있다. 스톡 pH에서 건조지력 증강 조성물은 양이온성 강화제, 전형적으로 양이온성 증강 중합체와 상호작용할 수 있는 다량의 음이온성 전하를 나타낸다. 따라서, 건조지력 증강 조성물은 높은 양이온성 요구 및/또는 높은 전도성을 갖는 섬유 스톡에서 및/또는 고전단 하에서도 양이온성 강화제와 효과적으로 상호작용할 수 있다. 최종 pH는 건조지력 증강 조성물의 pH를 나타내며, 이는 섬유 스톡에 첨가될 때 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물의 사용은 특히 프레스 섹션에서 섬유 웹의 탈수를 증가시키고 개선시킨다는 것이 관측되었다. 이는 프레스 단면 이후에 높은 건조 함량을 갖는 섬유 웹을 달성할 수 있음을 의미하며, 이는 실제 건조 섹션에서 건조의 필요성을 줄인다. 결과적으로 웹의 건조에 필요한 에너지를 최종 건조 함량으로 감소시킨다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분은 pH 2.8에서 측정시 0.1 내지 0.5 meq/g, 바람직하게는 0.15 내지 0.3 meq/g 범위, pH 7.0에서 측정시 -0.4 내지 -2.0 meq/g, 바람직하게는 -0.5 내지 -1.5의 전하 밀도를 갖는 건조지력 증강 조성물을 제공한다. 본 발명의 일 구현예에 따라, 건조지력 증강 조성물은 pH 7.0에서 측정시 -0.3 내지 -3.0 meq/g, 바람직하게는 -0.4 내지 -3.0 meq/g, 보다 바람직하게는 -0.5 내지 -3.0 meq/g의 전하 밀도를 가질 수 있다. pH < 3.5에서 규정된 전하 밀도는 조성물의 용이한 취급을 제공하기에 적합하고, pH > 3.5에서 전하 밀도는 전분 성분뿐만 아니라 스톡내 섬유 및 필러 모두와의 효과적인 상호작용을 제공하고, 최적의 증강 효과를 얻기 위해 음이온 전하의 존재를 보장하기에 충분하다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 건조지력 증강 조성물은 이미 pH 5.5에서, 바람직하게는 이미 pH 5.0에서, 보다 바람직하게는 이미 pH 4.5에서 음이온 순 전하를 갖는다.
조성물의 pH 값이 3.5 미만일 때, 건조지력 증강 조성물의 전하 밀도는 주로 양이온성 전분 성분의 양이온으로 대전된 기로부터 유래한다. pH 값 > 3.5에서의 건조지력 증강 조성물의 전하 밀도는 주로 합성 중합체 성분의 음이온으로 대전된 기로부터 기인한다. 합성 중합체 성분은 pH 7에서, -0.3 내지 -7 meq/g, 바람직하게는 -0.5 내지 -5 meq/g, 보다 바람직하게는 -1 내지 -3 meq/g, 더욱 바람직하게는 -1 내지 -2 meq/g의 전하 밀도를 가질 수 있으며, 즉 pH 7에서 음이온성이다.
건조지력 증강 조성물의 일 구현예에 따르면, 제조, 운송 및/또는 보관동안, 건조지력 증강 조성물의 pH 값은 3.5 미만이고, 건조 고형분 함량은 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 12 내지 17 중량%일 수 있다. 산성 pH 값이 3.5 미만일 때, 중합체 성분의 음이온성 기는 산 형태이다. pH 값이 감소되면, 합성 중합체 성분의 음이온성 기와 양이온성 전분 성분 간의 상호작용이 감소한다. 예를 들어 pH 값이 3.2 미만인 경우, 합성 중합체 성분의 음이온성 기는 대전된 양이온성 전분 성분과의 상호작용이 거의 없거나 완전히 없다. 이는 높은 고형분 함량에서도 조성물의 용이한 제조 및 취급을 위한 낮은 점도를 제공한다. 동일한 양의 활성 성분이 적은 공간을 필요로 하기 때문에, 조성물의 높은 고형분 함량이 저장 및 운송 관점에서 경제적이다. 조성물의 pH는 산의 첨가에 의해 3.5 미만의 값으로 조정될 수 있다.
건조지력 증강 조성물이 섬유 스톡에 첨가될 준비가 되면, 물로 희석되고 희석후, 3.8 내지 6.0, 바람직하게는 4 내지 5.5 범위의 최종 pH 값 및 < 10 중량%, 바람직하게는 < 5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4.5 중량%의 건조 고형분 함량을 가질 수 있다. 전형적으로, 지력증강 조성물은 최종 pH, 즉 부가 pH에서 양이온성 및 음이온성 전하 모두를 나타낼 수 있다. pH > 3.5에서 규정된 전하 밀도는 전분 성분뿐만 아니라 스톡내 섬유 및/또는 필러와의 효과적인 상호작용을 제공하고, 최적의 증강 효과를 얻기에 충분하다. 또한, 건조지력 증강 조성물이 10 중량% 미만의 고형분 함량을 갖는 경우, 종이 또는 보드 기계의 습윤-단부내 스톡과 효과적으로 혼합될 수 있다는 것이 관측되었다. < 5%의 고형분 함량은 전분 성분이 비-분해된 전분을 포함하는 경우에 특히 바람직하다.
섬유 스톡에 첨가된 후에, 건조지력 증강 조성물은 건조지력 증강 조성물의 대전된 기가 주로 음이온성인 환경으로 된다. 이것은 섬유 스톡 pH에서 건조지력 증강 조성물이 순수 음이온성임을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 건조지력 증강 조성물은 조성물의 건조 중량으로부터 계산되는, 합성 중합체 성분 10 내지 90 중량%, 바람직하게는 30 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 60 중량% 및 양이온성 전분 성분 10 내지 90 중량%, 바람직하게는 30 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 중량%를 포함한다. 본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 합성 중합체 성분 대 양이온성 전분 성분의 비율은 건조 중량으로서 40:60 내지 60:40이다. 양이온성 전분 성분에 대한 합성 중합체의 비율은 건조지력 증강 조성물이 섬유 스톡의 pH에서 순수 음이온성이 되도록 선택된다.
건조지력 증강 조성물은 합성 중합체 성분을 포함하며, 합성 중합체 성분은 아크릴아미드와 적어도 하나의 음이온성 단량체의 공중합체일 수 있다. 공중합체는 선형 또는 가교결합일 수 있다. 합성 중합체는 임의의 적합한 중합 방법, 예컨대 용액 중합, 분산 중합, 유화 중합, 겔 중합 또는 비드 중합에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 건조지력 증강 조성물의 합성 중합체 성분은 아크릴아미드 및 적어도 하나의 음이온성 단량체의 중합에 의해 제조되며, 이는 불포화 모노- 또는 디카복실산 또는 이의 염, 예컨대 아크릴산, 메타크릴 산, 말레 산, 이타콘산, 크로톤 산, 이소크로톤 산 및 이들의 혼합물 중 임의의 것으로부터 선택된다. 바람직하게는, 합성 중합체 성분은 아크릴아미드와 아크릴산의 용액 중합에 의해 제조된다.
합성 중합체 성분이 가교결합되는 경우, 가교결합제는 100 내지 1000 mg/kg 단량체, 바람직하게는 100 내지 500 mg/kg 단량체의 양으로 중합에 사용된다. 적합한 가교결합제는 예를 들어 메틸렌비스아크릴아미드, 에틸렌 글리콜 디비닐 에테르, 디(에틸렌 글리콜) 디비닐 에테르, 트리(에틸렌 글리콜) 디비닐 에테르이며, 메틸렌비스아크릴아미드가 바람직하다.
일 구현예에 따르면, 합성 중합체 성분은 가교결합되지 않거나, 0.25 내지 100 mg/kg 단량체, 바람직하게는 0.5 내지 10 mg/kg 단량체, 바람직하게는 0.75 내지 5 mg/kg 단량체의 양으로 중합시 가교제를 사용하여 단지 약간 가교결합된다.
합성 중합체 성분은 3 내지 40 몰%, 바람직하게는 5 내지 18 몰%, 보다 바람직하게는 9 내지 15 몰%의 음이온성을 가질 수 있다. 음이온성은 음이온성 단량체로부터 기인한 합성 중합체 성분 중의 구조 단위의 양에 관련된다. 합성 중합체 성분의 음이온성은 스톡내 섬유, 필러 및/또는 임의의 다른 성분에 대한 건조지력 증강 조성물의 결합 및 그에 따라 수득된 건조지력 증강 효과를 최적화하도록 선택된다. 음이온성 단량체 유래 단위의 양이 너무 적은 경우, 건조지력 증강 조성물은 목적하는 음이온성 순 전하를 나타내지 않아서, 원하는 결합력 및 증강 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 음이온성 단량체 유래 단위의 양이 너무 많으면, 필요한 투약량이 너무 적어서 원하는 증강 효과를 유도할 수 없다. 후자의 경우, 투여량의 증가는 단지 공정 수를 순환시키는 음이온 함량을 증가시킨다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 바람직하게는 용액 중합에 의해 제조된 합성 중합체 성분은 300,000 g/mol 초과, 바람직하게는 500,000 g/mol 초과의 중량 평균 분자량(MW)을 가질 수 있다. 바람직하게는, 합성 중합체 성분의 중량 평균 분자량은 300,000 내지 1,000,000 g/mol, 더욱 바람직하게는 400,000 내지 1,000 000 g/mol, 더욱 더 바람직하게는 500,000 내지 900,000 g/mol 범위일 수 있다. 합성 중합체 성분의 평균 분자량은 건조지력 증강 조성물에서 최적의 기능을 제공하기 위해 신중하게 선택된다. 평균 분자량이 너무 높은 경우, 유용한 고형분 함량에서 건조지력 증강 조성물의 점도가 용이하게 너무 높아지거나, 유용한 점도가 요구되는 경우 고형분 함량이 너무 낮아지는 것이 관측되었다. 너무 낮은 평균 분자량은 얻을 수 있는 증강 효과를 감소시킨다.
또 다른 구현예에 따르면, 합성 중합체 성분은 단열 겔 중합 후 건조, 용매내 비드 중합에 의해, 또는 수성 염 매질 중의 유화 중합 또는 분산 중합에 의해 수득되며, 2,000,000 내지 18,000,000 g/mol, 바람직하게는 4,000,000 내지 10,000,000 g/mol 범위의 평균 분자량 MW를 갖는다.
본원에서 "평균 분자량" 값은 중합체 사슬 길이의 크기를 기술하는데 사용되며, 중합체의 중량 평균 분자량을 나타낸다. 평균 분자량 값은 우벨로데(Ubbelohde) 모세관 점도계를 사용하여 25℃에서 1N NaCl에서 공지된 방식으로 측정된 고유 점도 결과로부터 계산된다. 선택된 모세관이 적절하며, 본 출원의 측정에서 상수 K=0.005228인 우벨로데 모세관 점도계가 사용되었다. 그 다음, 폴리(아크릴아미드)의 경우, Mark-Houwink 식 [η] = K·Ma(여기서, [η]은 고유 점도이며, M은 분자량(g/mol)이고, 및 K 및 a는 각각 Polymer Handbook, 제4판, 제2권, Editors: J. Brandrup, E.H. Immergut and E.A. Grulke, John Wiley & Sons, Inc., USA, 1999, p. VII/11에 제공된 파라미터임)을 사용하여 공지된 방식으로 고유 점도 결과로부터 평균 분자량을 계산한다. 따라서, 파라미터 K의 값은 0.0191 ml/g이고, 파라미터 a의 값은 0.71이다. 사용된 조건의 파라미터에 대해 주어진 평균 분자량 범위는 490,000 내지 3,200,000 g/mol이지만, 이 범위를 벗어나는 분자량의 크기를 기술하기 위해 동일한 파라미터가 사용된다. 통상적으로 약 1,000,000 g/mol 이하의 낮은 평균 분자량을 갖는 중합체의 경우, 평균 분자량은 23℃ 온도에서 10% 중합체 농도에서의 브룩필드(Brookfield) 점도 측정을 사용하여 측정된다. 분자량 [g/mol]은 식 1,000,000 * 0.77 * ln(점도[mPas])로부터 계산된다. 실제로 이것은 브룩필드 점도를 측정할 수 있고 계산된 값이 1,000,000 g/mol 미만인 폴리머의 경우, 계산된 값이 허용되는 MW 값이라는 것을 의미한다. 브룩필드 점도를 측정할 수 없거나 계산된 값이 1,000,000 g/mol 이상인 경우, MW 값은 상기한 바와 같이 고유 점도를 사용하여 측정된다.
건조지력 증강 조성물은 합성 중합체 성분 이외에, 천연 기원의 양이온성 전분 성분을 포함한다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 양이온성 전분 성분은 양이온성 비-분해된 전분이다. 본 명세서에서 이것은 양이온화에 의해서만 변형되고 분해되지 않고 가교결합되지않은 전분을 의미한다. 본 발명의 일 구현예에 따라, 양이온성 전분 성분은 적어도 70 중량%, 바람직하게는 적어도 80 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 85 중량%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 90 중량%, 때때로 훨씬 더 바람직하게는 적어도 95 중량%가 20,000,000 g/mol 이상, 바람직하게는 50,000,000 g/mol 이상, 더욱 바람직하게는 100,000,000 g/mol 이상, 때로는 200,000,000 g/mol 이상의 평균 분자량 MW를 갖는 전분 단위를 포함한다. 양이온성 전분 성분이 분해되지 않는 경우, 전분 분자의 길이는 성공적인 삼차원 네트워크 효과, 및 섬유 스톡의 다른 성분, 예를 들어 섬유 및/또는 무기 필러뿐만 아니라 섬유 스톡에 별도로 첨가된 양이온성 강화제뿐만 아니라 합성 중합체 성분과의 최적 상호작용을 제공한다.
양이온성 전분 성분은 감자, 왁시 감자, 쌀, 옥수수, 왁시 옥수수, 밀, 보리, 고구마 또는 타피오카 전분일 수 있다. 바람직하게는 양이온성 전분 성분은 왁시 옥수수 전분 및 왁시 감자 전분이다. 바람직한 일 구현예에 따르면, 양이온성 전분 성분은 > 70%, 바람직하게는 > 80%, 보다 바람직하게는 > 85%, 더욱더 바람직하게는 > 90%, 때때로 더욱더 바람직하게는 > 95%의 아밀로펙틴 함량을 갖는다.
양이온성 전분 성분은 수용액 형태이며, 이는 전분이 예를 들어, 조리에 의해 물에 용해된 것을 의미한다. 상기 조리는 60 내지 135℃의 온도에서 수행될 수 있다.
전분은 임의의 적합한 방법으로 양이온화될 수 있다. 바람직하게는 전분은 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드 또는 3-클로로-2-하이드록시프로필-트리메틸암모늄 클로라이드를 사용하여 양이온화되며, 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드가 바람직하다. (3-아크릴아미도프로필)-트리메틸암모늄 클로라이드와 같은 양이온성 아크릴아미드 유도체를 사용하여 전분을 양이온화하는 것도 가능하다.
양이온성 전분 성분의 치환도는 0.025 내지 0.3, 바람직하게는 0.03 내지 0.16, 보다 바람직하게는 0.045 내지 0.1일 수 있다. 치환도는 전분의 양이온성에 비례한다. 정의된 바와 같이 비교적 높은 양이온성을 갖는 양이온성 전분은 최종 종이 또는 보드에서 관찰되는, 개선된 건조지력 증강 효과를 제공하므로 건조지력 증강 조성물에 사용하기에 바람직하다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 건조지력 증강 조성물은 양이온성 합성 중합체가 없다.
건조지력 증강 조성물은 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분의 혼합물이다. 건조지력 증강 조성물의 성분은 섬유 스톡에 조성물을 첨가하기 전에 서로 혼합될 수 있는데, 즉 조성물은 단일 용액으로서 스톡에 첨가된다. 본 명세서에서, 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분의 혼합물은 존재하는 합성 중합체 성분과 전분 성분의 블렌드 또는 조합물로 이해된다. 두 성분은 혼합시 용액 또는 분산액의 형태이다. 즉, 혼합물은 양이온성 전분 성분의 존재하에 합성 중합체의 단량체를 중합시켜 전분 그래프트를 형성함으로써 수득된 조성물을 포함하는 것으로 해석되어서는 안된다.
일 구현예에 따라, 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물은 바람직하게는 pH < 3.5에서 합성 중합체 성분 용액에 전분 성분을 효과적으로 혼합함으로써 제조될 수 있다. 혼합에서 pH가 4.5보다 높으면, 특히 조성물의 고형분 함량이 > 12 중량%인 경우, 겔 형성의 위험이 있을 수 있다.
합성 중합체 성분은 전분 성분과 혼합될 때 수용액 또는 분산액의 형태일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 고형분 농도 < 12 중량%, 바람직하게는 < 10 중량%를 갖는 전분 성분 및 중합체 성분의 용액은 스톡에 첨가하기 전에 서로 혼합될 수 있다. 바람직하게는 전분 성분 및 합성 중합체 성분이 서로 상호작용된 후, 건조지력 증강 조성물이 섬유 스톡에 첨가되어 폴리이온성 복합체의 형성을 보장한다.
원칙적으로, 건조지력 증강 조성물의 성분은 진한 스톡과 나중에 조합되는 흐름에 개별적으로, 동시에 또는 순차적으로 첨가될 수 있으며, 최종 성분의 첨가와 진한 스톡과의 조합 사이의 시간이 성분의 원하는 상호작용을 제공할만큼 충분히 길게 존재한다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 건조지력 증강 조성물은 현장에서 제조될 수 있다. 이는 합성 중합체 성분과 양이온성 전분 성분이 건조 생성물로서도 제지 공장이나 제재소와 같은 사용 장소로 별도로 운송될 수 있음을 의미한다. 사용 위치에서, 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분은 임의로 용해 및/또는 희석되고, 혼합에 의해 수성 건조지력 증강 조성물로 제조된다. 이는 운송 및 보관 중에 건조지력 증강 조성물의 분해의 위험을 감소시킨다. 특히 양이온성 전분 성분은 미생물학적 분해에 취약하여 성능 저하를 초래할 수 있다.
본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물은 높은 고형분 함량, 예를 들어 > 10 중량%의 저장 용액으로 제조되거나 저장될 때 < 3.5, 바람직하게는 < 3의 pH 값을 갖는다. 낮은 pH는 합성 음이온성 중합체 성분의 양이온성 전분 성분으로의 혼합을 개선시키고, 원하는 점도를 갖는 균일한 건조지력 증강 조성물을 제공하는 것으로 관측되었다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 건조지력 증강 조성물은 pH 3.0 및 고형분 함량 14 중량%에서 브룩필드 점도가 < 10,000 mPas, 바람직하게는 < 8,000 mPas, 더욱 바람직하게는 < 6,000 mPas이다. 일 구현예에 따르면, 건조지력 증강 조성물의 점도는 pH 3.0 및 고형분 함량 14 중량%에서 2000 내지 10,000 mPas, 바람직하게는 2500 내지 6500 mPas의 범위이다. 점도 값은 브룩필드 DV-I+, 소형 샘플 어댑터, 20 스핀들 31, 최대 rpm을 사용하여 실온에서 측정된다. pH < 3.5에서의 높은 고형분 함량에서의 건조지력 증강 조성물의 점도는 예를 들어, 조성물의 펌핑 및 혼합에 의한 희석을 가능하게 하는 산업 공정에서 조성물의 적절한 취급에 적합하다.
일반적으로, 건조지력 증강 조성물은 pH 값이 약 3.8 이상인 음이온성 순 전하를 갖는다. 전분 성분 및 합성 중합체 성분의 상호작용으로부터 생성된 폴리이온성 복합체는 pH 약 3.2에서 이미 크게 형성될 수 있다. pH 값이 3.5 미만이고, 예를 들면, > 10 중량%의 높은 고형분 함량을 갖는 건조지력 증강 조성물이 물로 희석된 경우, 조성물의 pH는 첨가된 물과 동시에 변화한다. 대안적으로, 조성물의 pH는 염기의 첨가에 의해 조정될 수 있다. 건조지력 증강 조성물은 건조지력 증강 조성물을 섬유 스톡에 첨가하기 전에, 통상 물로 희석되고, pH는 희석 또는 염기의 첨가에 의해 조정되어 pH 값이 > 3, 바람직하게는 적어도 3.5, 보다 바람직하게는 3.5 내지 4.0인 조성물 용액을 수득한다. 건조지력 증강 조성물의 pH가 pH 5를 초과하면 조성물의 순 전하가 음이온성이다. pH 7에서 건조지력 증강 조성물은 항상 음이온성 순 전하를 갖는다.
건조지력 증강 조성물은 진한 스톡 또는 묽은 스톡에 첨가될 수 있으며, 바람직하게는 진한 스톡에 첨가될 수 있다. 진한 스톡은 본 명세서에서 > 2.5 중량%, 바람직하게는 > 3 중량%의 컨시스턴시를 갖는 섬유 스톡으로 이해된다.
본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물은 예를 들어, 복합체 및/또는 공유 결합을 형성함으로써 양이온성 강화제와 상호작용한다. 이는 스톡의 상이한 구성성분, 즉 섬유, 필러, 미분, 쓰레기, 화학물질 등 사이의 결합의 양 및 강도를 증가시킨다. 상호작용의 증가는 관측된 건조지력 증강을 예기치 않은 정도까지 향상시킨다. 건조지력 증강 조성물은 양이온성 강화제를 첨가하기 전 또는 후에, 바람직하게는 후에 첨가한다. 양이온성 강화제 및 건조지력 증강 성분의 개별 성분은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 양이온성 강화제를 먼저 스톡에 첨가할 때, 건조지력 증강 조성물을 첨가할 때 원치 않는 강한 응집의 위험이 감소된다.
건조지력 증강 조성물 및 양이온성 강화제는 섬유 스톡에 개별적으로 첨가된다.
양이온성 강화제는 양이온성 전분 및 합성 중합체, 예컨대 폴리아미도아민-에피클로로히드린, 아크릴아미드의 양이온성 중합체 및 폴리비닐아민을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 폴리비닐아민은 N-비닐포름아미드의 부분적으로 또는 완전히 가수분해된 단독 중합체, N-비닐포름아미드와 아크릴산의 부분적으로 또는 완전히 가수분해된 공중합체, 및 비닐아세테이트와 N-비닐포름아미드의 부분적으로 또는 완전히 가수분해된 공중합체를 포함한다.
일 구현예에 따르면, 양이온성 강화제는 건조지력 증강 조성물의 양이온성 전분 성분과 동일한 식물성 기원인 것이 바람직한 양이온성 전분일 수 있다. 양이온성 전분 성분 및 양이온성 강화제가 동일한 식물 기원, 바람직하게는 동일할 때, 상이한 등급의 양이온성 전분을 위한 추가 저장 용기가 필요하지 않다.
양이온성 강화제는 합성 중합체, 예컨대 폴리아미도아민-에피클로로히드린, 아크릴아미드의 양이온성 중합체 또는 폴리비닐아민이 양이온성 강화제로서 사용될 때, 건조 스톡 1톤 당 0.5 내지 3 kg의 양으로 첨가될 수 있다. 특히, 양이온성 강화제로서 양이온성 전분이 사용되는 경우, 양이온성 강화제는 건조 스톡 1톤당 3 내지 20 kg, 바람직하게는 10 내지 18 kg의 양으로 첨가될 수 있다.
건조지력 증강 조성물은 건조 섬유 스톡 1톤당 0.5 내지 4.0 kg, 바람직하게는 건조 섬유 스톡 1톤당 0.5 내지 3.5 kg, 보다 바람직하게는 건조 섬유 스톡 1톤당 1 내지 3 kg의 양으로 첨가될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따라, 건조지력 증강 조성물은 첨가 직전의 섬유 스톡의 제타 전위 값과 비교할때, 건조지력 증강 조성물의 첨가 후에 측정한 섬유 스톡의 제타 전위가 2 내지 20 mV, 바람직하게는 3 내지 10 mV 감소되는 양으로 첨가된다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 양이온성 강화제 및 건조지력 증강 조성물은 pH 7에서 건조지력 증강 조성물 중 과량의 음이온 전하의 수가 동일한 pH에서 양이온성 강화제의 양이온 전하의 총 수의 20 내지 200%, 바람직하게는 50 내지 120%가 되도록 섬유 스톡에 첨가된다. 과량의 음이온성 전하의 수는 pH 7에서 건조지력 증강 조성물내 양이온성 전하의 수를 건조지력 증강 조성물에서의 음이온성 전하의 수에서 뺀 값으로 계산된다. 다시 말하면, pH 7에서 건조지력 증강 조성물내 과량의 음이온성 전하의 수가 양이온성 강화제의 양이온 전하 수의 100%일때, 이는 양이온성 강화제로부터의 모든 양이온 전하에 대하여 건조지력 증강 조성물로부터 하나의 과량의 음이온 전하가 있음을 의미한다. 이러한 방식으로, 전하 비가 상기 정의된 바와 같을 때, 양이온성 강화제와 건조지력 증강 조성물 사이의 최적의 상호작용이 보장될 수 있다.
본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물은 라이너, 플루팅(fluting), 접이식 박스보드(folding boxboard, FBB), 백색 라이닝된 칩보드(WLC), 고체 표백된 황산염(SBS) 보드, 고체 표백되지 않은 황산염(SUS) 보드 또는 액체 포장 보드(LPB)와 같은 보드지를 제조할 때 보드 웹의 건조지력 증강을 개선시키는데 적합하며, 이에 한정되지 않는다. 보드의 평량은 120 내지 500 g/m2일 수 있다.
섬유 스톡은 적어도 4.5, 바람직하게는 적어도 5, 보다 바람직하게는 적어도 5.5의 pH 값을 가질 수 있다. 스톡 pH는 4.5 내지 9.5, 5 내지 9, 바람직하게는 5.5 내지 8.5의 범위일 수 있다. 이 pH에서, 섬유 스톡에 존재할 때, 건조지력 증강 조성물은 음이온성 순 전하를 갖는다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 건조지력 증강 조성물은 재생 섬유 펄프 및/또는 화학 펄프를 포함하는 섬유 스톡에 특히 사용된다. 따라서, 본 출원의 의미에서의 재생 섬유는 파단을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 섬유의 기원에 관계없이 섬유 스톡은 적어도 1.5 mS/cm 또는 적어도 2 mS/cm, 바람직하게는 적어도 3 mS/cm, 보다 바람직하게는 적어도 4 mS/cm, 때로는 심지어 5 mS/cm 이상의 전도도를 가질 수 있다. 일 구현예에 따르면, 섬유 스톡의 전도도는 2 내지 20 mS/cm, 바람직하게는 3 내지 20 mS/cm, 보다 바람직하게는 2 내지 15 mS/cm, 때로는 4 내지 15 mS/cm의 범위일 수 있다.
재활용 섬유 펄프 및/또는 화학 펄프를 포함할 수 있는 섬유 스톡은 > 400μeqv/l의 양이온 요구량을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물은 티슈 또는 고급지의 건조지력 증강을 개선시키는데 적합하다.
본 발명은 또한 종이 또는 보드의 제조를 위한 화학적 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 본원에서 정의된 바와 같은 양이온성 강화제 및 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물을 포함한다.
실험예
합성 중합체 성분: 합성의 일반적인 설명
합성 중합체 성분으로서 실험 섹션의 건조지력 증강 조성물에 사용된 음이온성 폴리아크릴아미드는 하기에 기술된 일반적인 과정을 사용하여 라디칼 중합에 의해 합성되었다.
중합에 앞서, 사용된 모든 단량체, 물, EDTA의 Na-염 및 수산화 나트륨을 단량체 탱크에서 혼합하였다. 이 혼합물을 이하에서 "단량체 혼합물"이라 칭한다. 단량체 혼합물을 15분 동안 질소 가스로 퍼지시켰다.
촉매 용액은 물과 과황산 암모늄을 혼합하여 촉매 탱크에서 제조하였다. 촉매 용액은 사용하기 전에 30분 이내에 제조되었다.
가열 및 냉각을 위해 믹서 및 재킷을 구비한 중합 반응기에 물을 첨가하였다. 물을 질소 가스로 15분 동안 퍼징하였다. 물을 100℃로 가열하였다. 단량체 혼합물 및 촉매 용액 모두의 공급을 동시에 개시하였다. 단량체 혼합물에 대한 공급 시간은 90 분이고, 촉매 용액에 대한 공급 시간은 100 분이었다. 촉매 용액의 공급이 종결되면, 45분 동안 혼합을 계속하였다. 수득된 수성 중합체 용액을 30℃로 냉각시키고, 중합 반응기에서 제거하였다.
얻어진 중합체 수용액으로부터 하기의 특성을 분석하였다. 건조 고형분 함량을 Mettler Toledo HR73을 사용하여 150℃에서 분석했다. 점도가 500 mPas 미만인 용액의 경우 스핀들 S18을 사용하고, 점도가 500 mPas 이상인 용액의 경우 스핀들 S31을 사용하고, 및 스핀들에 대하여 가장 높은 실행가능한 회전 속도를 사용하여, 작은 샘플 어댑터가 장착된 Brookfield DVI+를 사용하여 25℃에서 점도를 분석하였다. 용액의 pH는 보정된 pH-미터를 사용하여 분석하였다.
합성 중합체 성분의 합성, AC13HM
하나의 특정 음이온성 폴리아크릴아미드 중합체, AC13HM의 제조는 건조지력 증강 조성물에서 합성 중합체 성분으로서 사용하기에 적합한 음이온성 폴리아크릴아미드의 합성 예로서 하기에 상세히 설명된다.
중합 개시 전에 물 45.2 g; 아크릴아미드, 50% 수용액 200.5g; 아크릴산 14.5 g; EDTA의 Na 염, 39% 수용액 0.59 g; 수산화 나트륨, 50% 수용액 8.1 g을 혼합하여 단량체 탱크에서 단량체 혼합물을 제조하였다. 단량체 혼합물을 15분 동안 질소 가스로 퍼지시켰다. 27g의 물과 0.088g의 과황산 암모늄을 혼합하여 촉매 탱크에서 촉매 용액을 제조하였다. 440 g의 물을 중합 반응기에 첨가하고, 15분 동안 질소 가스로 퍼지시켰다. 물을 100℃로 가열하였다. 단량체 혼합물 및 촉매 용액 모두를 중합 반응기에 동시에 공급하기 시작하였다. 단량체 혼합물의 공급 시간은 90 분이고, 촉매 용액은 100 분이었다. 촉매 용액의 공급이 종료되면, 45분 동안 혼합을 계속하였다. 수득된 중합체를 30℃로 냉각시킨 다음, 중합 반응기에서 제거하였다. 합성 음이온성 폴리아크릴아미드 중합체는 15.1 중량%의 건조 고형분 함량, 7030 mPas의 점도, 중량 평균 분자량 MW ca. 0.7 Mg/mol 및 pH 5.2를 가졌다.
양이온성 전분 성분, 전분-A의 제조
건조 함량 82 중량%(또다른 특성들에 대하여는 표 7 참조)의 양이온성 왁시 감자 전분, 전분-A 97.6 g을 가열 재킷, 응축기 및 교반기가 구비된 반응기에서 물 436 g 중에 슬러깅하였다. 슬러리를 500 rpm으로 교반하면서 99℃로 가열하고, 교반하면서 45분 동안 그 온도에서 유지하였다. 형성된 전분 용액은 냉각시 15.8 중량%의 농도 및 1400 mPas의 점도를 가졌다.
건조지력 증강 조성물의 제조
일련의 수성 건조지력 증강 조성물을 하기 일반적인 과정을 사용하여 제조하였다. 합성 APAM 폴리머 용액, 예를 들어 상기 기재된 AC13HM, 및 양이온성 전분의 전분 용액, 예를 들면, 상기 기재된 전분-A를 60분 동안 25℃에서 1000 rpm으로 혼합하였다. 예를 들어, 상기 기재된 중합체 용액 AC13HM 66.0g 및 상기 기재된 전분-A 용액 63g을 혼합하여 건조지력 증강 조성물 SP1(표 1 참조)을 제조하였다.
상이한 비율의 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분, 상이한 건조 함량 및 상이한 pH 값을 갖는 건조지력 증강 조성물을 제조하였다. 건조 함량이 낮은 건조지력 증강 조성물을 탈-이온수로 희석하여 제조하였다. 황산 25 중량%를 첨가하여 pH를 원하는 목표 값으로 조정함으로써 낮은 pH를 갖는 건조지력 증강 조성물을 제조하였다.
제조된 건조지력 증강 조성물 및 그의 특성들이 표 1에 제공되어 있다. 합성 중합체 성분은 AC13HM이고, 양이온성 전분 성분은 건조지력 증강 조성물 SPmix88을 제외하고는, 표 1의 건조지력 증강 조성물에서 전분-A이었으며, 합성 중합체 성분은 AC13HM이고, 및 양이온성 전분 성분은 전분-1이었고; 합성 중합체 성분이 AC11HM이고 양이온성 전분 성분이 전분-A인, 건조지력 증강 조성물 SP4 및 SP5에 대하여; 및 합성 중합체가 AC11LM이고 양이온성 전분 성분이 전분-A인 건조지력 증강 조성물 SP6이었다. 화학물질에 대한 자세한 내용은 표 7을 참조한다. 표 1의 점도 값은 Brookfield LV, 최대 rpm을 갖는 DV1 SSA 및 장비에서 지시된 스핀들을 사용하여 측정하였다.
표 1의 결과로부터, 건조지력 증강 조성물의 pH가 3.7일 때, 건조지력 증강 조성물의 점도는 건조지력 증강 조성물의 pH가 5.2일 때보다 낮다는 것을 알 수 있다. 이는 건조지력 증강 조성물 내의 합성 중합체 성분이 중합체 성분이 보다 음이온성인 pH 5.2에서 보다 강하게 착물화됨을 나타낸다. 합성 중합체 성분의 비율이 높을수록 건조지력 증강 조성물의 점도가 증가한다. 건조지력 증강 조성물의 점도는 물로 희석하여 감소시킬 수 있다.
제조된 건조지력 증강 조성물.
건조지력 증강 조성물 점도
(mPas) 		pH pH 7에서의 전하
(meq/g) 		pH 2.8에서의 전하
(meq/g) 		건조 고형분(%) 전분(w-%) APAM
(w-%)
SP1 7700 3.7 -0.67 0.20 15.5 50 50
SP2 11700 3.7 -1.04 0.13 15.3 33 67
SP3 9650 3.6 -0.57 0.20 14.8 50 50
SP1a 28000 5.2 -0.67 0.20 15.5 50 50
SP1b 13900 5.2 -0.67 0.20 13.0 50 50
SP1c 4000 3.7 -0.67 0.20 13.0 50 50
SP2a 35200 5.2 -1.04 0.13 15.3 33 67
SP2b 11700 3.7 -1.04 0.13 15.3 33 67
SP2c NA 5.5 -1.04 0.13 15.3 33 67
SPmix88 NA 5.0 -0.71 0.11 1.0 50 50
SP4 4700 3.0 -0.64 0.28 14.0 50 50
SP5 3170 3.0 -0.20 0.28 14.7 69 31
SP6 3470 3.0 -0.64 0.28 15.2 50 50
건조지력 증강 조성물의 특성에 대한 전하 밀도의 영향을 다음과 같이 건조지력 증강 조성물을 제조하여 연구하였다. 합성 중합체 성분 AC11HM(표 7 참조) 및 상기 기재된, 조리된 양이온성 전분-A를 탈 이온수에 각각 별도로 용해시켰다. 수득된 용액을 균등 건조 중량%의 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분과 배합하였다. 실온에서 60분 동안 혼합한 후, 14.3 중량%의 고형분 함량을 갖는 맑은 용액을 수득하였다. 용액의 pH는 32 중량%의 황산 또는 수산화 나트륨 용액에 의해 원하는 목표 값으로 조정되었다. 용액의 점도는 상이한 pH 값에서 Brookfield DV1+ 점도계로 측정하였다. 점도 결과를 표 2에 나타내었다.
표 2의 결과는 점도가 pH의 함수로서 증가함을 보여준다. 점도 증가는 pH 2.8과 3.5 사이뿐만 아니라 pH 4.5와 7 사이에서 중간 정도이다. pH가 3.5에서 4.5로 증가하면 점도가 크게 증가하였다.
pH의 함수로서 14 중량% 농도에서의 건조지력 증강 조성물의 점도
pH 점도
(mPas)
2.8 5 239
3.5 6 670
3.9 9 100
4.5 14 600
5.0 16 850
7.0 17 050
폴리에틸렌설포네이트 용액 또는 폴리-DADMAC 용액을 적정액으로 사용하여 Mutek PCD 03으로 적정하여 표기 전하 밀도를 측정하기에 적합한 농도로 탈 이온수로 샘플을 희석하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
pH의 함수로서의 14% 농도에서 건조지력 증강 조성물의 지시 전하 밀도 값
pH 전하 밀도
(meq/g 건조) 		건조지력 증강 조성물의
외관
2.8 0.32 맑고 투명
3.5 0.13 약간 탁함
3.8 -0.02 탁함
4.5 -0.20 탁함
5.0 -0.34 약간 탁함
7.0 -0.69 맑고 투명
표 3의 충전 밀도 결과는 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분을 포함하는 건조지력 증강 조성물의 순 전하가 pH 약 3.7에서 양이온성에서 음이온성으로 변한다는 것을 보여준다. 이것은 폴리이온 복합체가 이미 pH 약 3.5에서 형성되어 있음을 의미하며, 이 pH에서 양이온 전하가 약 60% 감소한 것으로 측정된다. 4.5를 초과하는 pH에서 많은 양의 양이온 전하가 합성 중합체 성분의 음이온성 기에 의해 착화된다. 전하 밀도 결과는 폴리이온 복합체 형성이 pH 3.5와 5 사이에서 발생한다는 점에서 표 2의 점도 결과 관측을 뒷받침한다.
적용예 1-9
건조지력 증강 조성물 및 비교 대조군 생성물의 기술적 성능을 다양한 펄프 및 시트 연구를 통해 시험하였다.
적용예에서 사용된 펄프 및 그의 특성은 표 4에 제공되어 있다.
펄프의 성질은 표 5에 열거된 장치 및/또는 표준 방법을 사용하여 특성화하였다. 검정 리본 여과지를 통해 중력 여과의 여과액으로부터 pH, 혼탁도, 전도도 및 전하를 측정하였다.
표 6에 열거된 시트 시험 장치 및 표준 방법을 사용하여, 상기 제조된 종이 시트의 특성을 측정하였다.
적용예에 사용된 화학물질은 표 7에 제공되어 있다.
적용예에서 사용된 펄프
특성 펄프,
적용예 1 		펄프,
적용예 2 		CTMP, 적용예 3 파쇄물,
적용예 3 		백수,
적용예 3 		OCC 펄프,
적용예 4 		백수,
적용예 4
pH 6.9 6.7 6.6 7.1 6.7 6.3 5.6
혼탁도, NTU 2 2 100 104 35.8 549 80
여과액의 전도도, mS/cm 1.1 1.1 1.9 2.4 2.0 4.7 4.1
양이온 요구량, μeqv/l 20.7 9.6 185 48 33 0.0 0.0
제타 전위, mV -26.3 -20.7 -19.2 -11.7 　 -4.4
컨시스턴시, g/l 4.7 4.8 40.7 37.0 1.0 39 0.3
펄프 특징화 방법
특성 장치/표준
pH Knick Portamess 911
혼탁도(NTU) WTW Turb 555IR
전도도(mS/cm) Knick Portamess 911
전하(μekv/l) M
Figure 112019004259611-pct00001
tek PCD 03
제타 전위(mV) M
Figure 112019004259611-pct00002
tek SZP-06
컨시스턴시(g/l) ISO 4119
생산된 종이 시트에 사용되는 시트 테스트 장치 및 표준 방법.
측정 장치 표준
기본 중량 Mettler Toledo ISO 536
애쉬 함량, 525°C - ISO 1762
Scott 결합 Huygen Tappi T 569
Z-방향 장력 Lorentzen & Wettre ISO 15754
Taber, 굽힘 강성도 Lorentzen & Wettre Tappi T 489 om-08
인장 강도, 탄성 계수 Lorentzen & Wettre ISO 1924-3
적용예에서 사용된 화학물질.
명칭 조성물/제품, 제조사 설명
APAM-1 아크릴아미드와 8 mol-% 아크릴산의 공중합체 MW ca. 0.5 Mg/mol
AC13HM 아크릴아미드와 12.5 mol-% 아크릴산의 공중합체 MW ca. 0.7 Mg/mol
AC11HM 아크릴아미드와 11 mol-% 아크릴산의 공중합체 MW ca. 0.7 Mg/mol
AC11LM 아크릴아미드와 11 mol-% 아크릴산의 공중합체 MW ca. 0.5 Mg/mol
APAM-E 음이온성 폴리아크릴아미드 0.8% 농도에서 용해된 유화액 중합체
전분-A 양이온성 아밀로펙틴 전분 0.4 meq/g(DS 0.07) 양이온성, >95% 아밀로펙틴, 조리됨
전분-1 양이온성 감자 전분: Raisamyl 50021, Chemigate 0.2 meq/g(DS 0.035), 80% 아밀로펙틴, 조리됨
전분-2 양이온성 전분: C*Bond HR 35844, Cargill 조리됨
SCPAM 아크릴아미드와 10 mol-% ADAM-Cl의 공중합체 용액 중합체, MW ca. 0.8 Mg/mol
CPAM 아크릴아미드와 10 mol-% ADAM-Cl의 공중합체 MW ca. 7 Mg/mol, 0.5% 농도에서 용해된 건조 중합체
CPAM-2 아크릴아미드와 10 mol-% ADAM-Cl의 공중합체 MW ca. 12 Mg/mol, 0.5% 농도에서 용해된 건조 중합체
GPAM 글리옥실화 양이온성 폴리아크릴아미드: FennoBond 3150, Kemira Oyj, Finland 수용액
CMC 카복시메틸 셀룰로스: Finnfix 300, CP Kelco 80°C에 용해됨
pDADMAC 폴리DADMAC MW ca. 0.2 Mg/mol
Alum 알루미늄 설페이트: ALG, Kemira Oyj, Finland
GCC 분쇄된 탄산칼슘: Hydrocarb 60, Omya 입자 크기 분포: 입자의 60% < 2 μm
실리카 콜로이달 실리카: FennoSil 495, Kemira Oyj, Finland
실리카-2 콜로이달 실리카: FennoSil 442, Kemira Oyj, Finland
c-PVOH 12 mol-% 비닐아민기 및 88 mol-% 비닐알콜기를 갖는 폴리비닐알콜 MW ca. 0.1 Mg/mol
적용예 1
본 적용예는 티슈 페이퍼, 고급지, 크래프트지 또는 멀티-플라이 보드용 표면 레이어의 제조를 시뮬레이션한다.
시험 섬유 스톡은 화학 경목 펄프와 연목 펄프의 혼합물이었다. 화학 펄프는 Valley Hollander에서 준비되었다. 경목(HW) 펄프는 25°SR로 정제된 표백된 자작나무 크라프트 펄프이며, 연목(SW) 펄프는 25°SR로 정제된 표백된 소나무 크라프트 펄프이다. 펄프를 75%/25% HW/SW 비율로 함께 혼합하고, 1.5 mS/cm 수준으로 NaCl을 첨가한 탈 이온수로 희석시켰다. 얻어진 시험 섬유 스톡의 특성을 표 4에 나타낸다.
핸드 시트 제조시에, 화학물질을 1000 rpm으로 혼합하면서 동적 배수 단지내 시험 섬유 스톡에 첨가했다. 0.2% 농도로 투여하기 전에 양이온성 강화 화학물질을 희석시켰다. 음이온성 화학물질 및 보유 화학물질을 투여 전에 0.05% 농도로 희석시켰다. 첨가된 화학물질과 그의 첨가 시간은 표 8에 제공되어 있다. 모든 화학물질의 양은 건조 섬유 스톡 1톤 당 건조 화학물질 kg로 주어진다.
80g/m2의 기본 중량을 갖는 핸드 시트는 ISO 5269-2:2012에 따라 순환 수와 함께 Rapid K
Figure 112019004259611-pct00003
then 시트 형성기를 사용하여 형성되었다. 시트를 진공 건조기에서 92℃ 및 1000 mbar에서 6분 동안 건조시켰다. 시험하기 전에 실험실 시트를 ISO 187에 따라 23℃, 상대 습도 50%에서 24시간 동안 사전-컨디셔닝하였다. 제조된 핸드 시트에 대해 측정된 인장 지수 및 스캇 결합(Scott bond) 값은 표 8에 제공되어 있다.
표 8로부터, 건조지력 증강 조성물 SP1이 사용된 시험 1-4는 양이온성 강화제 만이 사용된 시험 1-2와 비교하여 장력 및 스캇 결합 값의 개선을 나타냄을 알 수 있다. 시험 1-4는 양이온성 강화제와 음이온성 중합체 APAM-1을 별도로 첨가한 시스템이 사용된 시험 1-3에도 개선점을 제공했다. 따라서, 건조지력 증강 조성물 SP1은 이러한 종류의 사용에 바람직한 증강 특성을 생성한다.
적용예 1의 핸드 시트 테스트: 화학물질 첨가 및 측정 결과
시간 -60s -60s -30s -30s -30s -10s 인장 지수
(Nm/g) 		스캇 결합
(J/m 2 )
SCPAM 전분-A APAM-1 SP1 SP2 CPAM2
시험 1-1
(참조) 		0 0 　 　 　 0.05 34 146
시험 1-2(참조) 1 1 　 　 　 0.05 40 211
시험 1-3(참조) 1 1 1.5 　 　 0.05 42 212
시험 1-4 1 1 　 1.5 　 0.05 43 227
제타 전위 측정을 위해 시험 섬유 스톡 500ml를 비이커에 넣었다. 양이온성 화학물질을 0.2% 농도로, 음이온성 화학물질을 0.05% 농도로 희석시켰다. 양이온성 화학물질의 첨가 후, 섬유 스톡을 측정하기 전 또는 음이온성 화학물질을 첨가하기 전에 스푼으로 1 분간 혼합하였다. 음이온성 화학물질을 첨가한 경우, 섬유 스톡을 측정 전에 스푼으로 1 분간 더 혼합하였다. 제타 전위 측정 결과는 표 9에 제공되어 있다.
제타 전위 측정의 결과.
# 첨가된 화학물질 제타 전위
(mV)
SCPAM
(kg/t 건조) 		전분-A
(kg/t 건조) 		APAM-1
(kg/t 건조) 		SP1
(kg/t 건조) 		SP2
(kg/t 건조)
1 　 　 　 -28
2 1 1 　 　 -10
3 1 1 0.15 　 　 -10
4 1 1 0.3 　 　 -17
5 1 1 0.5 　 　 -23
6 1 1 1 　 　 -24
7 1 1 1.5 　 　 -25
8 1 1 　 0.15 　 -15
9 1 1 　 0.3 　 -20
10 1 1 　 0.5 　 -25
11 1 1 　 1 　 -25
12 1 1 　 1.5 　 -27
13 1 1 　 　 0.15 -14
14 1 1 　 　 0.3 -15
15 1 1 　 　 0.5 -22
16 1 1 　 　 1 -23
17 1 1 　 　 1.5 -25
표 9에 나타낸 제타 전위 측정의 결과는 건조지력 증강 조성물의 음이온성이 낮을때에도 건조지력 증강 조성물 SP1이 섬유의 표면 전하를 음이온 방향으로 매우 효과적으로 이동시킬 수 있음을 나타낸다.
적용예 2
본 적용예는 인쇄 및 필기 용지 제조를 시뮬레이션한다.
시험 섬유 스톡은 화학 경목 펄프와 연목 펄프의 혼합물이었다. 고급 제지용으로 전형적인 화학 펄프는 Valley Hollander에서 준비되었다. 경목(HW) 펄프는 25°SR로 정제된 표백된 자작나무 크라프트 펄프이며, 연목(SW) 펄프는 25°SR로 정제된 표백된 소나무 크라프트 펄프이다. 펄프를 75%/25% HW/SW 비율로 함께 혼합하고, 1.5 mS/cm 수준으로 첨가한 NaCl을 함유한 탈 이온수로 희석시켰다. 얻어진 시험 섬유 스톡의 특성을 표 4에 나타낸다.
핸드 시트 제조시에, 화학물질을 1000 rpm으로 혼합하면서 동적 배수 단지내 시험 섬유 스톡에 첨가했다. 0.2% 농도로 투여하기 전에 양이온성 강화 화학물질을 희석시켰다. 음이온성 화학물질 및 보유 화학물질 CPAM 및 APAM-E를 투여 전에 0.05% 농도로 희석시켰다. 첨가된 화학물질과 그의 첨가 시간은 표 10에 제공되어 있다. 모든 화학물질의 양은 건조 섬유 스톡 1톤당 kg 유제로 주어진 APAM-E를 제외하고는 건조 섬유 스톡 1톤당 kg 건조 화학물질로 주어진다.
배수 시간으로부터 -25 초에 GCC를 섬유 스톡에 첨가하였다. 생산된 종이 시트의 25% 애쉬(ash) 함량을 얻기 위해 필요한 GCC를 추가했다.
80g/m2의 기본 중량을 갖는 핸드 시트는 ISO 5269-2:2012에 따라 순환 수와 함께 Rapid K
Figure 112019004259611-pct00004
then 시트 형성기를 사용하여 형성되었다. 시트를 진공 건조기에서 92℃ 및 1000 mbar에서 6분 동안 건조시켰다. 시험하기 전에 실험실 시트를 ISO 187에 따라 23℃, 상대 습도 50%에서 24시간 동안 사전-컨디셔닝하였다. 제조된 핸드 시트에 대해 측정된 인장 지수 및 스캇 결합 값은 표 10에 제공되어 있다.
표 10으로부터, 건조지력 증강 조성물 SP1은 종래의 음이온성 강화제 중합체인 APAM-1 및 APAM-2보다 높은 장력 및 스캇 결합 값을 생성할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 제지기에서 웹의 양호한 주행성 뿐만 아니라 인쇄 및 복사 공정에서의 양호한 거동을 위해 인장 강도가 필요하다. 양호한 스캇 결합 값은 오프셋 인쇄 응용 프로그램에 필요할 수 있다.
높은 스캇 결합 값은 종이의 분진 경향을 감소시키는 지표로 사용할 수도 있다. 일반적으로 종이 제조사는 필러를 더 추가하여 애쉬 함량을 극대화하고자 하지만, 단점은 강도를 떨어 뜨리고 분진을 증가시킨다는 점이다. 수득된 스캇 결합 값은 애쉬 함량의 증가, 즉 섬유 스톡에 대한 첨가된 필러의 양 증가를 허용하기 위해 SP1과 같은 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물이 사용될 수 있음을 나타낸다.
적용예 2의 핸드 시트 시험: 화학물질 추가 및 측정 결과.
시간 -60s -60s -40s -40s -40s -15s -10s 인장 지수
(Nm/g) 		스캇 결합
(J/m 2 )
GPAM 전분 APAM-1 SP1 APAM-2 CPAM APAM-E
시험 2-1
(참조) 		　 　 　 　 　 0.1 0.05 20.2 54
시험 2-2
(참조) 		2.5 　 　 　 　 0.1 0.05 20.0 79
시험 2-3(참조) 2.5 　 0.8 　 　 0.1 0.05 23.5 111
시험 2-4(참조) 2.5 　 1.6 　 　 0.1 0.05 22.5 99
시험 2-5 2.5 　 　 0.8 　 0.1 0.05 24.7 128
시험 2-6 2.5 　 　 1.6 　 0.1 0.05 28.1 157
시험 2-7(참조) 2.5 　 　 　 0.8 0.1 0.05 23.7 118
시험 2-8(참조) 2.5 　 　 　 1.6 0.1 0.05 24.5 109
시험 2-9(참조) 　 12 　 　 　 0.1 0.05 32.3 230
시험 2-10(참조) 　 12 1.6 　 　 0.1 0.05 35.3 254
시험 2-11 　 12 　 1.6 　 0.1 0.05 35.9 273
시험 2-12(참조) 　 12 　 　 1.6 0.1 0.05 33.2 251
제타 전위 측정을 위해 500ml 시험 섬유 스톡을 비이커에 넣었다. 음이온성 화학물질을 0.05% 농도로 희석시켰다. 제타 전위 측정(0-테스트) 전에 또는 음이온성 화학물질을 첨가하기 전에 섬유 스톡을 스푼으로 1분 동안 혼합하였다. 음이온성 화학물질을 첨가했을 때, 제타 전위 측정 전에 섬유 스톡을 스푼으로 1 분간 더 혼합하였다. 사용된 화학물질과 그의 양은 표 11에 제공되어 있다. 모든 화학물질의 양은 건조 섬유 스톡 1톤 당 kg 건조 화학물질로 제공된다. 제타 전위 측정 결과도 표 11에 제공되어 있다.
표 11에 나타낸 제타 전위 측정의 결과는 건조지력 증강 조성물 SP1이 섬유의 표면 전하를 음이온 방향으로 매우 효과적으로 이동시킬 수 있음을 나타낸다.
적용예 2에서 제타 전위 측정 결과.
화학물질 투여량 제타 전위
(mV)
0-시험 - -30
APAM-1 0.4 -30
APAM-1 0.8 -30
APAM-1 1.6 -31
SP1 0.4 -33
SP1 0.8 -34
SP1 1.6 -35
적용예 3
시험용 섬유 스톡은 열화학 기계 펄프 CTMP와 파쇄물의 혼합물이었다. CTMP와 파쇄물은 60% CTMP/40% 파쇄물 건식 비율로 혼합되었다. 펄프 혼합물을 0.5%로 희석시켰다. 희석 수분 양의 절반은 백수(white water)이고, 절반은 NaCl에 의해 조정된 2 mS/cm 전도도를 갖는 탈 이온수이었다. 사용된 CTMP, 파쇄물 및 백수의 특성은 표 4에 제공되어 있다.
핸드 시트 제조시에, 화학물질을 1000 rpm으로 혼합하면서 동적 배수 단지내 상기 제조된 시험 섬유 스톡에 첨가했다. 0.2% 농도로 투여하기 전에 양이온성 강화 화학물질을 희석시켰다. 음이온성 화학물질 및 보유 화학물질을 투여 전에 0.05% 농도로 희석시켰다. 첨가된 화학물질과 그의 첨가 시간은 표 12에 제공되어 있다. 모든 화학물질의 양은 건조 섬유 스톡 1톤당 kg 건조 화학물질로 제공된다.
100g/m2의 기본 중량을 갖는 핸드 시트는 ISO 5269-2:2012에 따라 순환 수와 함께 Rapid K
Figure 112019004259611-pct00005
then 시트 형성기를 사용하여 형성되었다. 핸드시트 기계 희석 수 전도도를 NaCl에 의해 2 mS/cm로 조정하였다. 시트는 상부에 2개의 블롯팅 종이를, 후면 상에 2개의 블롯팅 종이를 추가하여 개별적으로 습식 프레스하였다. 습식 프레싱은 4 bar 압력 조절로 1분 동안 Lorenz & Wettre 시트 프레스로 수행하였다. 시트를 92℃ 및 1000 mbar에서 5분 동안 진공 건조기에서 건조시켰다. 시험하기 전에 실험실 시트를 ISO 187에 따라 23℃, 상대 습도 50%에서 24시간 동안 사전-컨디셔닝하였다. 제조된 핸드 시트에 대해 측정된 z-방향 장력 및 스캇 결합 값은 표 12에 제공되어 있다.
표 12로부터, 건조지력 증강 조성물 SP3과 함께 전분 첨가를 증가시키면 생성된 종이에 대한 Z-방향 인장 강도 및 스캇 결합 값이 높아진다는 것을 알 수 있다. 건조지력 증강 조성물을 사용하여 얻은 결과는 별도로 첨가된 양이온성 전분 및 CMC를 포함하는 통상적인 2 성분 강화 시스템으로 얻어진 결과보다 우수하다. 건조지력 증강 조성물로 개선된 강화 특성은 예를 들어, 접이식 박스 보드의 중간 합판(middle ply)에 유리하다. 또한 스캇 결합 값이 너무 낮으면 시트 구조 분할로 인해 인쇄시 문제가 발생한다.
적용예 3의 핸드 시트 시험: 화학물질 첨가 및 측정된 결과.
시간 -55s -50s -40s -35s -30s -20s -10s Z-방향
장력
(kPa) 		스캇
결합(J/m 2 )
Alum
(kg/t) 		pDADMAC
(kg/t) 		전분-2
(kg/t) 		CMC
(kg/t) 		SP3
(kg/t) 		CPAM
(kg/t) 		실리카
(kg/t)
시험 3-1
(참조) 		1 0.2 5 0 0 0.2 0.075 373 159
시험 3-2
(참조) 		1 0.2 20 2 0 0.2 0.075 415 181
시험 3-3 1 0.2 20 0 0.3 0.2 0.075 440 192
적용예 4
본 적용예는 재생 섬유 기반 종이 또는 보드 제조를 시뮬레이션한다.
테스트 섬유 스톡은 OCC 재생 섬유 펄프(OCC = 폐골판지(old corrugated cardboard))로 제조하였다. OCC 펄프를 1.0%로 희석하였다. 희석 수의 부피의 절반은 백수이고, 절반은 NaCl에 의해 조정된 전도도가 4 mS/cm인 탈 이온수이다. 사용된 OCC 펄프 및 백수의 특성은 표 4에 제공되어 있다.
핸드 시트 제조시에, 화학물질을 1000 rpm으로 혼합하면서 동적 배수 단지내 시험 섬유 스톡에 첨가했다. 0.2% 농도로 투여하기 전에 양이온성 강화 화학물질을 희석시켰다. 음이온성 화학물질 및 보유 화학물질을 투여 전에 0.05% 농도로 희석시켰다. 첨가된 화학물질과 그의 첨가 시간은 표 13에 제공되어 있다. 모든 화학물질의 양은 건조 섬유 스톡 1톤당 kg 건조 화학물질로 제공된다.
110g/m2의 기본 중량을 갖는 핸드 시트는 ISO 5269-2:2012에 따라 순환 수와 함께 Rapid K
Figure 112019004259611-pct00006
then 시트 형성기를 사용하여 형성되었다. 핸드 시트 기계 희석 수 전도도를 1.76 g/l CaCl2*2H20 및 NaCl에 의해 4 mS/cm로 조정하였다. 시트의 애쉬 함량은 CPAM 투여량으로 보유량을 조절하여 8%로 조정하였다. 필요한 용량은 평균 0.15 kg/t이었다. 시트를 진공 건조기에서 92℃ 및 1000 mbar에서 6분 동안 건조시켰다. 시험하기 전에 실험실 시트를 ISO 187에 따라 23℃, 상대 습도 50%에서 24시간 동안 사전-컨디셔닝하였다. 제조된 핸드 시트에 대해 측정된 SCT 지수 및 버스트 지수 값은 표 13에 제공되어 있다.
표 13으로부터 SCT 지수 및 버스트 지수 값은 건조지력 증강 조성물 SP1에 의해 개선될 수 있음을 알 수 있다. 개선된 SCT 지수 및 버스트 지수 값은 라이너, 플루팅 및 코어 보드 등급에 유리하다. 또한, 양이온성 첨가제와 건조지력 증강 조성물 SP1의 조합으로 얻어진 강화 특성은 양이온성 첨가제를 단독으로 첨가함으로써 달성된 강화 특성보다 우수함을 알 수 있다.
많은 OCC 기반 재생 섬유 펄프는 양이온 요구량 및 제타 전위가 제로에 가깝고 동시에 높은 전도도를 가질 수 있음을 유의해야 한다. 이는 첨가제가 잘 유지되지 않고/않거나 섬유에 부착되기 때문에 습식 말단에 사용되는 이온 건조지력 증강 첨가제에 특별한 문제를 야기한다. 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물은 그의 독특한 구조 및 다량의 이온성 기 때문에 이 문제점을 극복한다.
적용예 4의 핸드 시트 시험: 화학물질 첨가 및 측정 결과.
시간 -120s -120s -120s -60s -10s SCT 지수
(Nm/g) 		버스트 지수
(kpam 2 /g)
전분-A SCPAM GPAM SP1 CPAM
시험 4-1
(참조) 		　 　 　 　 0.15 21.4 1.64
시험 4-2(참조) 1 1 　 　 0.15 23.1 1.97
시험 4-3 1 1 　 1.5 0.15 23.8 1.95
시험 4-4(참조) 　 　 1.5 　 0.15 21.7 1.76
시험 4-5 　 　 1.5 1.5 0.15 22.2 1.96
적용예 5
본 적용예에서는 접이식 박스보드 및 액체 포장 보드의 제조를 Techpap에서 제조한 Formette-동적 핸드 시트 형성기로 제조한 3-층 시트로 시뮬레이션했다.
표백된 소나무 크라프트 펄프와 표백된 자작나무 크라프트 펄프의 혼합물을 상부 및 후면 가구 합판(ply furnish)에 사용하였다. 소나무 크라프트 펄프의 양은 35%이고, 표백된 자작나무 크라프트 펄프의 양은 65%였다. 중간 가구 합판은 440 ml 캐나다 표준 여수도(Freeness) 정제 수준으로 표백된 CTMP였다. 펄프는 ISO 5263:1995에 따라 분해되었다. 크라프트 펄프를 실온에서 분해하고 CTMP를 85℃에서 분해시켰다. 펄프를 탈 이온수와 함께 0.5% 컨시스턴시로 희석시켰다. 펄프가 Formet에 레이어별로 추가되었다: 상단, 중간, 후면. 표 14에 따른 Formette 혼합 탱크에 화학물질을 첨가하였다. 모든 화학물질 양은 건조 섬유 스톡 1톤당 건조 화학물질 kg로 표시하였다. 모든 펄프가 분무되어 3-층 웹을 형성한 후에 물이 배수되었다. 드럼은 1400rpm에서 동작하였으며, 펄프 혼합기는 400rpm에서, 펄프 펌프는 1100rpm/분으로, 스위프(sweep) 수는 100 및 스쿠프 시간은 60초로 작동되었다. 시트는 와이어와 시트의 반대편에 있는 1 블롯팅 종이 사이의 드럼에서 제거되었다. 젖은 블롯팅 종이 및 와이어를 제거하였다. 시트를 15 cm * 20 cm 크기로 절단하고, 3개의 블롯팅 종이를 상단에 놓고, Lorenz & Wettre 실험실 습식 프레스에서 습식 프레싱하기 전에 시트의 뒷면에 3개의 블롯팅 종이를 배치하였다. 습식 프레싱은 5 bar에서 4분 동안 지속되었다. 시트는 92℃에서 3분 동안 펠트 처리된 스팀 가열 주철 드럼 건조기 내에서 구속된 상태로 시트의 상부에 1 장의 블롯팅 종이 및 시트의 후면에 1 장의 블롯팅 종이를 건조시켰다. 시험하기 전에 실험실 시트를 ISO 187에 따라 23℃, 상대 습도 50%에서 24시간 동안 사전-컨디셔닝하였다.
적용예 5를 위한 동적 핸드 시트 시험 프로그램
상단/후면 층
중량: 35 g/m 2 /35 g/m 2 		중간 층
시간 -50s -40s -20s -10s 중량(g/ m 2 ) -60s -50s -40s -10s
전분 SP3 CPAM 실리카-2 pDADMAC 전분 SP3 실리카-2
시험 5-1
(참조) 		5 0.1 0.3 264 0.24 5 0.3
시험 5-2 12 10 0.1 0.3 247 0.24 20 10 0.3
시험 5-3 12 10 0.1 0.3 264 0.24 20 20 0.3
시험 5-4 12 10 0.1 0.3 228 0.24 20 10 0.3
시험 5-5 12 10 0.1 0.3 232 0.24 20 20 0.3
제조된 동적 핸드 시트에 대한 측정 결과는 표 15에 제공되어 있다. 전형적으로 전분 5kg/t만이 접이식 박스보드에 사용되었는데, 이는 다량의 전분이 벌크 및 굽힘 강성도를 감소시키기 때문이다. 표 15로부터, 전분의 양이 증가된 건조지력 증강 조성물 SP3의 첨가에 의해 동일한 기본 중량에서 보다 높은 인장 강도 값 및 굴곡 강성도가 얻어질 수 있음을 알 수 있으며, 시험 5-1 및 시험 5-3을 참조한다.
또한, 표 15로부터, 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물은 굽힘 강성도를 증가시킨다는 것을 알 수 있다. 참조 시험 5-1과 비교하여 시험 5-2, 5-4 및 5-5에서 더 낮은 기본 중량으로 동일하거나 더 높은 굽힘 강성도가 얻어졌다. 이러한 달성도는 중간 가구합판 및 보드 제작 비용을 크게 감소시킨다. 더 가벼운 패키지는 동일한 최종 용도로 제조될 수 있어, 패키징 제품의 라이프 사이클에서 운송 비용과 배출을 줄인다.
또한, 표 15로부터, 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물이 사용될 때, z-방향 장력 및 스캇 결합 값이 개선된다는 것을 알 수 있다. Z-방향 인장력 및 스캇 결합은 보드의 오프셋-인쇄성에 중요하다. 이러한 특성의 향상은 보통 더 큰 벌크가 스캇 결합을 낮추거나 z-방향 장력을 낮추기 때문에 중간 가구합판을 더 부피가 커지게 할 수 있다. 증가된 벌크는 굽힘 강성도에 유리하다.
적용예 5에 대한 동적 핸드 시트 시험 결과
기본 중량
(g/m 2 ) 		인장 지수 MD
(Nm/g) 		인장 지수 CD
(Nm/g) 		인장 강성도 지수 MD
(mNm/kg) 		Z-방향 장력
(kPa) 		스캇 결합
(J/m 2 ) 		굽힘 강성도, Taber 15° MD
(mNm)
시험 5-1
(참조) 		271 23 10 4.3 62 40 25
시험 5-2 254 29 17 5.4 82 82 43
시험 5-3 271 28 15 4.6 97 52 42
시험 5-4 235 34 16 5.6 129 72 34
시험 5-5 239 37 17 5.7 120 75 36
적용예 6
본 적용예는 접이식 박스보드 또는 액체 포장 보드와 같은 다층 보드의 제조를 시뮬레이션한다. 시험 시트는 Techpap에서 제조한 Formette-동적 핸드 시트 형성기로 제조하였다.
시험 섬유 스톡은 캐나다 표준 여수도 580 ml를 갖는 표백된 건조 CTMP 80% 및 접이식 박스 보드의 제조로부터 파단된 건조 원지 20%로 제조되었다. 시험 펄프는 80℃에서 ISO 5263:1995에 따라 분해되었다. 시험 섬유 스톡을 탈 이온수로 0.6% 컨시스턴시로 희석하고, pH를 7로 조정하고, NaCl 염을 첨가하여 1.5 mS/cm의 전도도를 얻었다.
건조지력 증강 조성물 SP4는 50 중량%의 전분-A와 50 중량%의 AC11HM을 혼합하여 제조하였다. 특성에 대해서는 표 1을 참조한다. 양이온성 순 전하를 갖는 표준 건조지력 증강 조성물 SPC는 50 중량%의 전분-A 및 50 중량%의 SCPAM을 혼합하여 제조하였으며, 점도는 4500mPas이며, pH 4.0이고, pH 7에서 0.78 meq/g의 전하, pH 2.8에서 0.28 meq/g의 전하 및 14 중량%의 건조 고형분 함량을 가졌다.
시험에서, 양이온성 전분(전분-1)인 양이온성 강화제 후에 건조지력 증강 조성물, SP4 또는 SPC를 첨가하였다. 사용된 보유 중합체는 CPAM-2이었다.
펄프 혼합물을 Formette에 첨가하였다. 표 16에 따라 Formette의 혼합 탱크에 화학물질을 첨가하였다. 모든 화학물질 양은 건조 섬유 스톡 1톤당 kg 건조 화학물질로 제공된다. 모든 펄프가 분무된 후 물이 배수되었다. 드럼은 1400rpm에서 동작하였으며, 펄프 혼합기는 400rpm에서, 펄프 펌프는 1100rpm/분으로, 스위프(sweep) 수는 100 및 스쿠프 시간은 60초로 작동되었다. 시트는 와이어와 시트의 반대편에 있는 1장의 블롯팅 종이 사이의 드럼에서 제거되었다. 젖은 블롯팅 종이 및 와이어를 제거하였다. 시트는 각 통과 전에 시트의 각면에 새로운 블롯팅 종이를 갖는 2회 통과와 함께 5 bar의 압력으로 Techpap 닙 프레스(nip press)에서 습식 프레싱되었다. 시트를 15cm * 20cm 크기로 절단하였다. STFI 구속 건조기에서 시트를 구속 조건에서 건조시켰다. 실험실에서 시험하기 전에 시트는 ISO 187에 따라 상대 습도 50%에서 23℃에서 24 시간동안 사전-컨디셔닝되었다.
적용예 6에 대한 동적 핸드 시트 시험 프로그램
시간 -60s -30s -30s -15s
시험 전분-1
(kg/t) 		SP4
(kg/t) 		SPC
(kg/t) 		CPAM-2
(kg/t)
시험 6-1(참조) 0.15
시험 6-2(참조) 15 0.15
시험 6-3 15 1.2 0.15
시험 6-4 15 2.4 0.15
시험 6-5(참조) 15 1.2 0.15
시험 6-6(참조) 15 2.4 0.15
인장 강도 시험으로 분석한 기계 방향(MD) 및 횡 방향(CD)의 Z-방향 장력 및 탄성 계수를 표 6의 방법에 따라 측정하였다.
표 17은 측정 결과를 나타낸다. 양이온성 전분의 첨가 만이 프레스 고형분을 감소시키는 반면, 건식 음이온성 증강 조성물 SP4의 첨가는 프레스 고형분을 개선시켰다. Z-방향 장력 및 탄성 계수는 접이식 박스보드 및 액체 포장 보드 제조를 위해 중요한 강화 특성이다. 증강 조성물 SP4에 의한 시험 6-3 및 6-4는 양이온성 건조지력 증강 조성물 SPC가 사용된 시험 6-5 및 6-6보다 높은 Z-방향 인장력 및 높은 탄성 계수 값을 나타냈다.
적용예 6에 대한 습식 프레싱 후의 고형분, Z-방향 장력(ZDT) 및 탄성 계수(E-mod) 측정 결과.
프레스 고형분
(%) 		ZDT
(kPa) 		E-mod CD
(GPa) 		E-mod MD
(GPa)
시험 6-1(참조) 37 101 0.19 214
시험 6-2(참조) 35 225 0.23 2.39
시험 6-3 40 240 0.23 2.38
시험 6-4 38 260 0.24 2.44
시험 6-5(참조) 239 0.22 2.37
시험 6-6(참조) 233 0.22 2.34
적용예 7
본 적용예는 재생된 섬유를 함유하는 다층 보드의 제조를 시뮬레이션한다.
건조지력 증강 조성물 SP4는 적용예 6과 동일하고 건조지력 증강 조성물 SP5는 69 중량%의 전분-A와 31 중량%의 AC11HM을 혼합하여 제조하였다. 특성에 대해서는 표 1을 참조한다. 양이온성 건조지력 증강 조성물 SPC는 적용예 6과 동일했다.
시험 펄프는 오래된 잡지에서 제조된 70% DIP 및 펄퍼에서 슬러리화된 30% BCTMP 장섬유 베일 펄프로 구성된 보드 기계로부터의 진한 스톡이었다. 펄프를 보드 밀 맑은 여과액에 의해 1% 컨시스턴시로 희석하였다. 희석된 시험 펄프의 전도도는 2.2 mS/cm이었다.
핸드 시트 제조에서, 1000 rpm으로 혼합하에 동적 배수 단지 내의 제조된 시험 섬유 스톡에 화학물질을 첨가하였다. 투여하기 전에 양이온성 강화 화학물질을 0.2% 농도로 희석시켰다. 음이온성 화학물질 및 보유 화학물질을 투여 전에 0.05% 컨시스턴시로 희석시켰다. 첨가된 화학물질 양 및 그의 첨가 시간은 표 18에 제공되어 있다. 모든 화학물질 양은 건조 섬유 스톡 1톤당 kg 건조 화학물질로 제공된다. 보유 중합체 투여량은 핸드 시트에서 일정한 보유력 및 기본 중량을 유지하도록 조정되었다.
100 g/m2의 기본 중량을 갖는 핸드 시트는 ISO 5269-2:2012에 따라 Rapid K
Figure 112019004259611-pct00007
then 시트 형성기를 사용하여 형성되었다. 핸드시트 기계 희석 수 전도도를 NaCl에 의해 2.2 mS/cm로 조정하였다. 시트는 상부에 2장의 블롯팅 종이를, 후면 상에 2장의 블롯팅 종이를 추가하여 개별적으로 습식 프레싱하였다. 습식 프레싱은 4 bar 압력 조절로 1분 동안 Lorenz & Wettre 시트 프레스로 수행하였다. 시트를 92℃ 및 1000 mbar에서 5분 동안 진공 건조기에서 건조시켰다. 시험하기 전에 실험실 시트를 ISO 187에 따라 23℃, 상대 습도 50%에서 24시간 동안 사전-컨디셔닝하였다. 인장 지수, 버스트 지수 및 Z-방향 장력의 측정된 변화가 표 18에 제공되어 있다. 각 개별 시험 포인트와 0-시험(시험 7-1) 사이에서 계산된 백분율 값의 증가로 변화가 표시된다. 모든 시험 포인트는 시트에 6%의 애쉬를 포함하고 있다.
표 18로부터, 음이온성 건조지력 증강 조성물 SP4는 양이온성 건조지력 증강 조성물 SPC와 함께 사용될 때 인장 지수, 버스트 및 Z-방향 장력을 개선시킨다는 것을 알 수 있다. 낮은 음이온성을 갖는 지력증강 조성물 SP5은, 시험 7-5 및 7-6에 의해, 임의의 건조지력 증강 조성물의 첨가없이 0-시험 7-1과 비교하여 향상된 증강 특성을 나타냈다. SP4 및 SP5로 달성되는 버스트 강화 개선은 시험 7-2에서 양이온 건조지력 증강 조성물 SPC로 얻은 결과와 유사하다. 시험 7-3 및 7-4는 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물이 특히 양이온성 강화제와 함께 사용될 때 개선된 장력 특성을 제공한다는 것을 나타낸다.
적용예 7의 핸드 시트 시험: 화학물질 첨가 및 측정 결과.
시간 -60s -30s -30s -10s 인장 지수
(%) 		버스트 지수
(%) 		Z-방향 장력
(%)
SPC SP4 SP5 CPAM-2
시험 7-1(참조) 0.2 0 0 0
시험 7-2(참조) 3 0.1 7 10 18
시험 7-3 3 1 0.1 9 11 20
시험 7-4 3 2 0.1 21 12 19
시험 7-5 2 0.1 2 7 10
시험 7-6 3.5 0.1 2 10 13
적용예 8
본 적용예는 Techpap에서 제조한 Formette-동적 핸드 시트 형성기에 의해 접이식 박스보드 또는 액체 포장 보드와 같은 다층 보드의 제조를 시뮬레이션한다. 건조지력 증강 조성물 SP4 및 SP6이 사용된다.
시험 섬유 스톡은 580 ml의 캐나다 표준 여수도를 갖는 표백된 건조 열화학 기계 펄프 CTMP 및 접이식 박스 보드의 제조로부터 파쇄된 건조 기본 원지로부터 제조되었다. CTMP와 파쇄물은 80% CTMP/20% 파쇄물 건조율로 혼합되었다. 펄프는 80℃에서 ISO 5263:1995에 따라 분해되었다. 펄프 혼합물을 탈 이온수에 의해 0.6% 컨시스턴시로 희석하고, 그의 pH를 7로 조정하고, NaCl을 첨가하여 1.5 mS/cm의 전도도 수준을 얻었다.
펄프 혼합물을 Formette에 첨가하고, 시트를 적용예 6과 동일한 방식으로 제조, 압축 및 절단하였다. 표 19에 따른 Formette의 혼합 탱크에 화학물질을 첨가하였다. 보유 중합체는 CPAM-2이었다. 모든 화학물질의 양은 건조 섬유 스톡 1톤당 kg 건조 화학물질로 표시된다. 시트는 드럼 건조기에서 구속 조건하에 92℃에서 블롯팅 종이와 함께 1차 통과시키고, 블롯팅 종이 없이 2차 통과시키면서 건조시켰다. 건조 시간은 1분/통과였다. 실험실에서 시험하기 전에 ISO 187에 따라 시트를 23℃, 상대 습도 50%에서 24시간 동안 사전-컨디셔닝하였다.
Z-방향 장력 및 인장 강도(MD)를 표 6의 방법에 따라 측정하였다.
적용예 8의 핸드 시트 시험: 화학물질 첨가 및 측정 결과.
시간 -60s -30s -30s -10s 프레스 고형분
(%) 		Z-방향 장력
(kPa) 		인장 지수 MD
(Nm/g)
전분-1 SP4 SP6 CPAM-2
시험 8-1 0.05 37 104 28
시험 8-2 15 0.05 40 175 35
시험 8-3 15 1.2 0.05 43 223 38
시험 8-4 15 2.4 0.05 43 203 40
시험 8-5 15 1.2 0.05 38 183 38
시험 8-6 15 2.4 0.05 38 186 38
적용예 8의 결과를 표 19에도 나타내었다. 얻어진 결과는 음이온성 합성 중합체 성분의 분자량이 건조지력 증강 조성물의 성능에 영향을 준다는 것을 나타낸다. 중합체 성분이 더 높은 분자량을 갖는 경우(시험 8-3, 8-4), 프레스 고형분, Z-방향 장력 및 인장 강도의 개선이 관측될 수 있었다. 얻어진 효과는 합성 중합체 성분이 약 500,000 g/mol의 저 분자량을 갖는 시험 8-5 및 8-6에서보다 더 크다. 이러한 거동은 음이온성 합성 중합체 성분의 분자량이 양이온성 전분 성분을 갖는 형성된 복합체의 표면 상의 전하 분포에 영향을 줄 수 있음을 나타낸다.
적용예 9
본 적용예는 Techpap에서 제조한 Formette-동적 핸드 시트 형성기와 함께 접이식 박스 보드 또는 액체 포장 보드와 같은 다층 보드의 제조를 시뮬레이션한다.
적용예 9에서, 건조지력 증강 조성물 SP4를 양이온성 강화제 폴리비닐알콜 c-PVOH와 함께 사용하였다.
시험 섬유 스톡은 580 ml의 캐나다 표준 여수도를 갖는 표백된 건조 열화학 기계 펄프 CTMP 및 접이식 박스 보드의 건조 기본 종이 파쇄물로부터 제조되었다. CTMP와 파쇄물은 80% CTMP/20% 파쇄물 건조율로 혼합하였다. 펄프는 80℃에서 ISO 5263:1995에 따라 분해되었다. 펄프 혼합물을 탈 이온수와 함께 0.6% 컨시스턴시로 희석하고, 그의 pH를 7로 조정하고, NaCl을 첨가하여 1.5 mS/cm의 전도도 수준을 얻었다.
펄프 혼합물을 Formette에 첨가하고, 드럼을 800 rpm으로 작동시킨 것을 제외하고는 적용예 6과 동일한 방식으로 시트를 제조, 압착 및 절단하였다. 표 20에 따른 Formette의 혼합 탱크에 화학물질을 첨가하였다. 보유 폴리머는 CPAM-2이었다. 모든 화학물질의 양은 건조 섬유 스톡 1톤당 kg 건조 화학물질로 표시된다. 시트는 드럼 건조기에서 구속 조건하에 92℃에서 블롯팅 종이와 함께 1차 통과시키고, 블롯팅 종이 없이 2차 통과시키면서 건조시켰다. 건조 시간은 1분/통과였다. 실험실에서 시험하기 전에 ISO 187에 따라 시트를 23℃, 상대 습도 50%에서 24시간 동안 사전-컨디셔닝하였다.
적용예 9의 동적 핸드 시트 시험 프로그램.
시간 -60s -30s -20s -10s Z-방향 장력
(kPa) 		인장 지수 MD
(Nm/g)
c-PVOH SP4 c-PVOH CPAM-2
시험 9-1 0.05 97 17
시험 9-2 0.5 0.05 140 24
시험 9-3 0.5 2.4 0.05 154 27
시험 9-4 2.4 0.5 0.05 145 29
표 20의 결과는 놀랍게도 건조지력 증강 조성물 SP4 및 양이온성 강화제 c-PVOH의 첨가 순서에 관계없이, 최종 시트의 강화 특성이 개선되었음을 보여준다. 양이온성 강화제 c-PVOH의 첨가는 먼저 Z-방향 장력 값의 개선을 제공하는 반면, 음이온성 건조지력 증강 조성물 SP4의 첨가는 인장 지수의 개선을 처음 제공하였다. 강화 요건은 다양한 등급에 따라 다르기 때문에 이것은 다양한 종이 및 보드 등급의 제조에서 가치있는 기회를 창출한다. 때로는 양호한 강화 특성이 MD 방향 및 때로는 Z-방향에서 요구된다. 본 발명에 따른 건조지력 증강 조성물 SP4는 또한 양이온성 강화제 c-PVOH의 낮은 투여량으로도 강화 성능이 양호하다는 놀라운 효과를 제공한다. 일반적으로 양이온성 강화제는 1kg/t 이상의 비교적 많은 양이 투여된다.
비록 본 발명이 현재 가장 실용적이고 바람직한 구현예들인 것으로 보이는 것을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 상기 기재된 구현예들로 제한되지 않아야 하며, 본 발명은 또한 첨부한 청구항의 범위내에서 상이한 변경들 및 균등한 기술적 해결책을 포함하도록 의도된다.

Claims (22)

  1. 종이, 보드 등의 제조에 사용하기 위한 수성 건조지력 증강 조성물로서,
    상기 조성물은,
    - 아크릴아미드와 적어도 하나의 음이온성 단량체의 공중합체이며, 1 내지 60 몰%의 음이온성을 갖는 10 내지 90 중량%의 합성 중합체 성분 - 상기 음이온성 단량체는 불포화 모노- 또는 디카복실산, 이들의 임의의 혼합물 또는 이들의 염으로부터 선택됨 -, 및
    - 치환도가 0.025 내지 0.3인 10 내지 90 중량%의 양이온성 전분 성분
    을 혼합함으로써 제조되는 혼합물을 포함하며,
    상기 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분은, 상기 조성물에
    - pH 2.8에서 측정할 때, 0.05 내지 1 meq/g, 및
    - pH 7.0에서 측정할 때, -0.2 내지 -3 meq/g 의 전하 밀도를 제공하는,
    조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양이온성 전분 성분은 > 80% 의 아밀로펙틴 함량을 갖는,
    조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 합성 중합체 성분 및 양이온성 전분 성분은,
    - pH 2.8에서 측정시 0.1 내지 0.5 meq/g, 및
    - pH 7.0에서 측정시 -0.4 내지 -2.0 meq/g 의 전하 밀도를 제공하는,
    조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 건조지력 증강 조성물은 이미 pH 5.5에서 음이온 순 전하를 갖는,
    조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 건조지력 증강 조성물은 상기 합성 중합체 성분 30 내지 70 중량% 및 상기 양이온성 전분 성분 30 내지 70 중량% 를 포함하는,
    조성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양이온성 전분 성분의 치환도는 0.03 내지 0.16 인,
    조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양이온성 전분 성분은 비-분해된 전분인,
    조성물.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 불포화 모노- 또는 디카복실산은, 아크릴산, 메타크릴 산, 말레 산, 이타콘산, 크로톤 산, 이소크로톤 산 및 이들의 혼합물 중 임의의 것 또는 이의 염으로부터 선택되는,
    조성물.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 합성 중합체 성분은 3 내지 40 몰% 의 음이온성을 갖는,
    조성물.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 합성 중합체 성분의 중량 평균 분자량(MW)은 300,000 내지 1,000,000 g/mol 인,
    조성물.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 건조지력 증강 조성물은 양이온성 합성 중합체가 없는,
    조성물.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 건조지력 증강 조성물은 pH 3.0 및 고형분 함량 14 중량%에서 브룩필드 점도가 < 10,000 mPas 인,
    조성물.
  13. 종이, 보드 등의 지력증강 특성을 향상시키기 위한, 제1항 또는 제2항에 따른 건조지력 증강 조성물의 용도.
  14. 종이, 보드 등을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
    - 적어도 4.5의 pH 값을 갖는 섬유 스톡을 얻는 단계,
    - 상기 섬유 스톡에 양이온성 강화제를 첨가하는 단계, 및
    - 제1항 또는 제2항에 따른 건조지력 증강 조성물을 물로 희석하여 최종 pH > 3인 건조지력 증강 조성물의 용액을 수득하는 단계; 및
    - 상기 양이온성 강화제를 첨가하기 전 또는 후에 상기 섬유 스톡에 상기 건조지력 증강 조성물의 용액을 첨가하는 단계를 포함하는,
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 섬유 스톡은 재활용 섬유 펄프 및/또는 화학 펄프를 포함하고, 및/또는 상기 섬유 스톡은 적어도 2 mS/cm 의 전도도를 갖는,
    방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 건조지력 증강 조성물은 건조 섬유 스톡 1톤당 0.5 내지 4.0 kg 의 양으로 첨가되는,
    방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 양이온성 강화제 및 건조지력 증강 조성물은, pH 7에서 건조지력 증강 조성물 중 과량의 음이온성 전하의 수가 양이온성 강화제의 양이온 전하의 총 수의 20 내지 200% 가 되도록 하는 양으로, 첨가되는,
    방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 양이온성 강화제는 양이온성 전분, 폴리아미도아민-에피클로로히드린, 아크릴아미드의 양이온성 중합체 및 폴리비닐아민의 그룹으로부터 선택되는,
    방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 건조지력 증강 조성물은 현장에서 제조되는,
    방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 양이온성 강화제는, 상기 건조지력 증강 조성물의 양이온성 전분 성분과 동일한 식물성 기원의 양이온성 전분인,
    방법.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 양이온성 강화제 후에 상기 건조지력 증강 조성물을 첨가하는,
    방법.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 섬유 스톡은 적어도 5의 pH 값을 가지며, 상기 건조지력 증강 조성물은 상기 섬유 스톡의 pH에서 음이온성 순 전하를 갖는,
    방법.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL3090099T3 (pl) * 2013-12-30 2018-11-30 Kemira Oyj Sposób zapewnienia kompozycji wstępnie traktowanego wypełniacza i jej zastosowanie przy wytwarzaniu papieru i kartonu
US11655593B2 (en) 2018-07-12 2023-05-23 Kemira Oyj Method for manufacturing multi-layered fibrous web and multi-layered fibrous web
CN111485444B (zh) * 2019-01-29 2021-12-07 金华盛纸业（苏州工业园区）有限公司 改性纸浆制备方法、地图原纸的制备方法及地图原纸
WO2020161393A1 (en) * 2019-02-08 2020-08-13 Kemira Oyj Starch composition
CN110172851A (zh) * 2019-05-30 2019-08-27 齐鲁工业大学 一种生产包装纸用化学机械浆的改性方法
CN115053035A (zh) * 2020-03-06 2022-09-13 凯米拉公司 用于制造纸、纸板等的组合物和方法
WO2022269127A1 (en) * 2021-06-22 2022-12-29 Kemira Oyj Retention agent system and papermaking composition, and method of producing paper
WO2023111402A1 (en) 2021-12-17 2023-06-22 Kemira Oyj Treatment system and method for manufacture of paper, board or the like
WO2023118646A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-29 Kemira Oyj A method for improving grease and oil resistance of a fiber based article
CN114778778A (zh) * 2022-04-28 2022-07-22 山东世纪阳光纸业集团有限公司 一种适用于装饰原纸的湿强剂评估方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030188840A1 (en) 2002-04-08 2003-10-09 Van Handel Joseph Donald Process for increasing the dry strength of paper
US20120118523A1 (en) * 2010-11-15 2012-05-17 Kemira Oyj Composition and Process for Increasing the Dry Strength of a Paper Product
WO2014072587A1 (en) 2012-11-12 2014-05-15 Kemira Oyj Method for treating a fibre stock for making of paper, board or the like and product

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4750974A (en) * 1986-02-24 1988-06-14 Nalco Chemical Company Papermaking aid
PT1885954E (pt) * 2005-05-11 2011-03-17 Stora Enso Ab Processo para a produção de um papel e um papel produzido de acordo com esse processo
JP2007277795A (ja) 2006-03-14 2007-10-25 Nippon Paper Industries Co Ltd 抄紙方法および紙
ES2648150T3 (es) * 2006-10-25 2017-12-28 Basf Se Proceso para mejorar la resistencia del papel
CN102713059B (zh) * 2009-12-29 2015-09-02 索理思科技开曼公司 用含乙烯胺的聚合物和含丙烯酰胺的聚合物处理提高纸张干强度的方法
EP2534205B1 (en) * 2010-02-12 2016-05-04 Rhodia Operations Rheology modifier compositions and methods of use
PL2609250T3 (pl) * 2010-08-25 2017-04-28 Solenis Technologies Cayman, L.P. Sposób zwiększenia zalet skrobi w przerobionym na masę papierniczą materiale celulozowym w wytwarzaniu papieru i tektury
FI125713B (fi) * 2010-10-01 2016-01-15 Upm Kymmene Corp Menetelmä märän paperirainan ajettavuuden parantamiseksi ja paperi
AR086593A1 (es) * 2011-06-08 2014-01-08 Akzo Nobel Chemicals Int Bv Proceso para la produccion de papel y carton
WO2017149200A1 (en) * 2016-03-01 2017-09-08 Kemira Oyj Polymer composition, its use and a surface size

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030188840A1 (en) 2002-04-08 2003-10-09 Van Handel Joseph Donald Process for increasing the dry strength of paper
US20120118523A1 (en) * 2010-11-15 2012-05-17 Kemira Oyj Composition and Process for Increasing the Dry Strength of a Paper Product
WO2014072587A1 (en) 2012-11-12 2014-05-15 Kemira Oyj Method for treating a fibre stock for making of paper, board or the like and product

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