KR102473528B1

KR102473528B1 - 연마 방법 및 연마 매체

Info

Publication number: KR102473528B1
Application number: KR1020167035254A
Authority: KR
Inventors: 타파즈와 모치; 데이비드 로버트 스큐즈; 진 안드레 알라리; 안드레아스 보거; 네일 로손; 토마스 리차드 스큐즈
Original assignee: 파이버린 테크놀로지스 리미티드
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2022-12-01
Also published as: AU2015261414A1; EP3633103A1; ES2895398T3; BR112016026678B1; CN106489003A; CA2948948A1; DK3633103T3; US20170145635A1; US20230138194A1; EP3940142A1; PL3633103T3; JP2021193231A; CN106489003B; JP2017515995A; KR20170017925A; US20200217014A1; JP7249389B2; CN110453520B; WO2015173376A1; AU2020202467A1

Abstract

본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로스의 제조 방법, 상기 방법에 사용하기 적합한 미립자 연마 매체, 거칠게 마모된 재료 및 상기 미립자 연마 매체의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

연마 방법 및 연마 매체{GRINDING METHOD AND GRINDING MEDIUM}

본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로스(microfibrillated cellulose)를 제조하기 위한 방법, 상기 방법에 사용하기에 적합한 미립자 연마 매체(particulate grinding medium), 거칠게 마모된(wear rough) 재료들 및 상기 미립자 연마 매체 제조 방법에 관한 것이다.

마이크로피브릴화 셀룰로스를 포함하는 방법들 및 조성물들은 WO-A-2010/131016에서 설명된다. 이러한 마이크로피브릴화 셀룰로스를 포함하는 종이 제품들(paper products)은 종이 강도와 같은 우수한 종이 특징들을 나타내는 것으로 도시되어 있다. WO-A-2010/131016에서 설명된 방법들은 또한 마이크로피브릴화 셀룰로스의 경제적인 제조를 가능하게 한다.

WO-A-2010/131016에 나타난 이익들에도 불구하고, 산업적 규모에서 마이크로피브릴화 셀룰로스를 제조하는 경제성을 더 개선하고 마이크로피브릴화 셀룰로스를 제조하기 위한 새로운 프로세스들을 계속해서 개발할 필요가 있다. 마이크로피브릴화 셀룰로스의 하나 또는 그 초과의 특징들을 추가로 개발하거나 향상시킬 수 있는 것이 또한 바람직할 것이다.

제 1 양태에 따르면, 본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로스를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 연마의 완료 후에 제거되는 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마함으로써 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 마이크로피브릴화하는 단계를 포함하며, 상기 미립자 연마 매체는 적어도 약 3.5의 비중(specific gravity)을 가지며, 연마의 시작시에, 미립자 연마 매체는: (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기; 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수; 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ) 양자 모두를 갖는다.

제 2 양태에 따르면, 본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로스의 제조시, 적어도 약 3.5의 비중을 가지며 (i) 적어도 0.5 ㎛의 표면 거칠기, 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수, 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ) 양자 모두를 갖는 미립자 연마 매체의 용도에 관한 것이다.

제 3 양태에 따르면, 본 발명은 (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기, 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수, 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ) 양자 모두를 갖는 미립자 세라믹 연마 매체에 관한 것이며, 상기 연마 매체는 지르코니아(ZrO₂) 및 알루미나(Al₂0₃) 중 적어도 하나를 포함하는 조성물을 소결시킴으로써 형성된다.

제 4 양태에 따르면, 본 발명은, 연마 동안, 예컨대, 연마의 완료 후에 제거되는 상기 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마함으로써 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 마이크로피브릴화하는 단계를 포함하는 방법에서의 연마 동안, 거칠게 마모되는 미립자 연마 매체에 관한 것이다. 연마 매체는 세라믹 연마 매체일 수 있다.

제 5 양태에 따르면, 본 발명은 (i) 적어도 약 1.6 ㎛의 표면 거칠기, 또는 (ii) 적어도 약 0.25의 평균 마찰 계수 또는 (i) 및 (ii) 양자 모두를 갖는 미립자 연마 매체에 관한 것이다. 연마 매체는 세라믹 연마 매체일 수 있다.

제 6 양태에 따르면, 본 발명은 제 3, 제 4 및 제 5 양태들에 따라, 또는, 제 1 및 제 2 양태들에서 사용되는 미립자 세라믹 연마 매체를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 :

a. 세라믹 연마 매체를 제조하기에 적합한 원료들을 포함하는 조성물을 획득, 제공 또는 제조하는 단계;

b. 원료들을 포함하는 조성물을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;

c. 혼합물을 결합제와 조합하여 결합 혼합물을 형성하는 단계;

d. 혼합 속도가 감소되는 동안의 시간 기간에 걸쳐 결합 혼합물을 혼합함으로써 결합 혼합물 조성물을 과립화하는 단계;

e. 선택적으로 과립화된 조성물을 건조시키는 단계;

f. 선택적으로 과립화된 조성물을 성형하는 단계;

g. 선택적으로 과립화된 조성물의 크기를 결정하는 단계; 및

h. 과립화된 조성물을 소결시키는 단계를 포함한다.

제 7 양태에 따르면, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 존재 하에 교반될 때 조질화(roughen)되거나 거칠게 마모되는(wears rough) 재료가 제공된다.

제 8 양태에 따르면, 연마제 접촉시에 적어도 1 % 증가하는 표면 거칠기를 갖는 폴리싱되지 않은(unpolished) 미립자 연마 매체가 제공된다.

제 9 양태에 따르면, 연마제 접촉시에 적어도 20 % 증가하는 표면 거칠기를 갖는 폴리싱되지 않은(unpolished) 미립자 연마 매체가 제공된다.

제 10 양태에 따르면, 새로운 연마 매체(fresh grinding media)로 방법을 보충하지 않으면서 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마함으로써 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 마이크로피브릴화함으로써 마이크로피브릴화 셀룰로스를 제조하는 방법이 제공되며, 연마의 시작시, 미립자 연마 매체는: (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기; 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수; 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ) 양자 모두를 갖는다.

제 11 양태에 따르면, 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마함으로써 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연마하는 단계를 포함하는, (a) 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 (b) 조질화된 미립자 연마 매체를 동시에 제조하는 방법이 제공되며, 미립자 연마 매체는, 연마의 시작시, (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기; 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수; 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ) 양자 모두를 갖는다.

제 12 양태에 따르면, 제조된 마이크로피브릴화 셀룰로스의 단위량 당 에너지 입력을 감소시키기 위해서 마이크로피브릴화 셀룰로스의 제조시에, i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기, 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수, 또는(ⅰ) 및 (ii) 양자 모두를 갖는 미립자 연마 매체의 용도가 제공된다.

제 13 양태에 따르면, 마이크로피브릴화 셀룰로스의 하나 또는 그 초과의 특징들을 개선하기 위해서 마이크로피브릴화 셀룰로스의 제조시, i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기, 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수, 또는 (ⅰ) 및 (ii) 양자 모두를 갖는 미립자 연마 매체의 용도가 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연마 매체 및 비교 연마 매체를 사용하여 제조된 마이크로피브릴화 셀룰로스를 포함하는 종이의 파열 강도를 비교하는 그래프이다.

일반적으로, 본 발명은 WO-A-2010/131016에 설명된 방법들 및 조성물들에 대한 수정들, 예컨대, 개선들에 관한 것으로, 그 전체 내용들은 본원에 인용에 의해 포함된다.

마이크로피브릴화 방법

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 이 방법은 연마 완료 이후에 제거되는 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마함으로써 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 마이크로피브릴화하는 단계를 포함한다. "마이크로피브릴화(microfibrillating)"는 셀룰로스의 마이크로피브릴들(microfibrils)이 예비(pre)-마이크로피브릴화된 펄프의 섬유들과 비교하여 각각의 종들 또는 작은 집합체들(aggregates)로서 유리되거나(liberated) 부분적으로 유리되는 프로세스를 의미한다. 제지(papermaking)에 사용하기에 적합한 전형적인 셀룰로스 섬유들(즉, 예비-마이크로피브릴화된 펄프 수백 또는 수천 개의 개별 셀룰로스 피브릴들의 더 큰 집합체들을 포함한다. 셀룰로스를 마이크로피브릴화시킴으로써, 본원에 설명된 특성들 및 특징들을 포함하는 특정 특성들 및 특징들이 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 마이크로피브릴화 셀룰로스를 포함하는 조성물들에 부여된다.

소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 적어도 약 3.5의 비중(specific gravity)을 갖는다. 연마의 시작시에, 연마 매체는: (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기; 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수; 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ) 양자 모두를 갖는다. "미립자 연마 매체"는 소정의 실시예들에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재와 공동-연마되는 무기 미립자 재료 이외의 매체를 의미한다. 유리하게는, 비교적 거친 표면을 갖는 미립자 연마 매체가 마이크로피브릴화 셀룰로스의 제조 동안 마이크로피브릴들의 제조를 용이하게, 예컨대 향상시킨다는 것이 밝혀졌다. 마이크로피브릴들이 연마 프로세스 동안 비교적 거친 텍스쳐 및 셀룰로스 섬유들을 갖는 미립자 연마 매체 표면의 친밀한 상호 작용으로 인해 형성되는 것으로 여겨진다. 이론에 의해 구속되는 것을 원하는 것이 아니라, 마이크로피브릴 제조의 메카니즘은 연마 동안 셀룰로스를 '후킹(hooking)' 및 '찢음(tearing)'및/또는 '층제거(delayering)'하는 미립자 연마 매체의 비교적 거친 표면에 기인하는 것으로 생각된다. 마이크로피브릴화된 셀룰로스를 유발하는 미립자 연마 매체와 셀룰로스 사이의 상호 작용은 매체- 셀룰로스 충돌들(media-cellulose collisions), 매체 미립자들 사이 또는 매체 미립자들과 연마기 벽 사이의 셀룰로스의 전단(shear)을 포함할 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "연마의 시작시"는 연마 프로세스에서 사용되기 이전의 연마 매체의 상태를 지칭한다.

표면 거칠기(surface roughness)는 광학 간섭방식(optical interferometry), 즉 광학 간섭계(optical interferometer)에 의해 실행되는 바와 같이 기준 표면에 대한 미립자 연마 매체의 테스트 표면의 표면 토포그래피(surface topography)의 측정에 의해 결정될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 표면 거칠기는 하기 방법에 따라 결정된다. 미립자 연마 매체의 대표 시료가 얻어지고 광학 현미경에 커플링된 간섭계에 배치된다. 적합한 간섭계는 Omniscan MicroXAM2이다. 적합한 광학 현미경은 Keyence 광학 현미경이다. 대표적인 시료는 미립자 연마 매체의 임의의 주어진 배치(batch)로부터 무작위로 선택되는, 분석될 미립자 연마 매체의 5 개의 개별 입자들(예컨대, 비드들(beads))로 구성된다. 각각의 개별 입자에 대한 표면 거칠기는 표면 상의 2 개의 상이한 로케이션들에서 결정되고, 10 개의 결과들(즉, 입자 당 2 개)이 평균화된다. 각 입자 상의 각 로케이션에서 분석된 표면적의 크기는 일정하다. 적합한 간섭계 작동 절차들은 부록 1에 제공된다. 소정의 실시예들에서, 표면 거칠기는 부록 1에 제공된 간섭계 작동 절차 또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 임의의 다른 적합한 절차에 따라 결정된다.

평균 마찰 계수는 마찰계(tribometer)로 실행되는 바와 같은 마찰 측정법(tribometry), 즉 표면 상의 마찰 측정에 의해 결정될 수 있다. 마찰계는 표면들이 서로 문질러질(rubbed over each other)때 마찰과 마모의 크기(magnitude)를 측정한다. 소정의 실시예들에서, 평균 마찰 계수는 하기 방법에 따라 결정된다. 분석될 미립자 연마 매체의 3 개의 개별 시편들(예컨대, 비드들)이 얻어지고, 각 시편은 마찰계에서 3 개의 동일한 실행들(runs)을 받게된다. 마찰 계수는 각 실행에 대해 결정되어 9 개의 마찰 계수 측정치들(즉, 각 시편에 대해 3)을 부여한다. 평균 마찰 계수는 9 개의 마찰 계수 측정치들을 합산하고 9로 나눔으로써 얻어진다. 적합한 마모계 작동 절차는 부록 2에 제공된다. 소정의 실시예들에서, 평균 마찰 계수는 부록 2에 제공된 마찰계 작동 절차 또는 본질적으로 동일한 결과를 제조시키는 임의의 다른 적합한 절차에 따라 결정된다.

소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 예컨대, 약 0.5 ㎛ 내지 약 4.0 ㎛, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 3.0 ㎛, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 2.0 ㎛, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 1.5 ㎛, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 1.0 ㎛, 또는 약 0.55 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 또는 약 0.6 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 또는 약 0.65 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 또는 약 0.7 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 또는 약 0.75 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 또는 약 0.8 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 또는 약 0.85 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 또는 약 0.90 내지 약 5.0 ㎛, 또는 약 0.95 ㎛ 내지 약 0.5 ㎛, 또는 약 1.0 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛의 표면 거칠기를 갖는다. 소정의 실시예들에서, 표면 거칠기는 약 5.0 ㎛ 이하, 예컨대, 약 4.5 ㎛ 이하, 또는 약 4.0 ㎛ 이하, 또는 약 3.5 ㎛ 이하, 또는 약 3.0 ㎛ 이하, 또는 약 2.8 ㎛ 이하, 또는 약 2.6 ㎛ 이하, 또는 약 2.4 ㎛ 이하, 또는 약 2.2 ㎛ 이하, 또는 약 2.0 ㎛ 이하, 또는 약 1.8 ㎛ 이하, 또는 약 1.6 ㎛ 이하, 또는 약 1.4 ㎛ 이하, 또는 약 1.2 ㎛ 이하, 또는 약 1.0 ㎛ 이하이다.

소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 적어도 약 0.55 ㎛, 예컨대, 적어도 약 0.6 ㎛, 또는 적어도 약 0.65 ㎛, 또는 적어도 약 0.7 ㎛, 또는 적어도 약 0.75 ㎛, 또는 적어도 약 0.8 ㎛, 또는 적어도 약 0.85 ㎛, 또는 적어도 약 0.9 ㎛, 또는 적어도 약 0.95 ㎛, 또는 적어도 약 1.0 ㎛, 또는 적어도 약 1.05 ㎛, 또는 적어도 약 1.1 ㎛, 또는 적어도 약 1.15 ㎛, 또는 적어도 약 1.2 ㎛, 또는 적어도 약 1.25 ㎛, 또는 적어도 약 1.3 ㎛, 또는 적어도 약 1.35 ㎛, 또는 적어도 약 1.4 ㎛, 또는 적어도 약 1.45 ㎛, 또는 적어도 약 1.5 ㎛, 또는 적어도 약 1.55 ㎛, 또는 적어도 약 1.6 ㎛, 또는 적어도 약 1.65 ㎛, 또는 적어도 약 1.7 ㎛, 또는 적어도 약 1.75 ㎛, 또는 적어도 약 1.8㎛, 또는 적어도 약 1.85 ㎛, 또는 적어도 약 1.9 ㎛, 또는 적어도 약 1.95 ㎛, 또는 적어도 약 2.0 ㎛, 또는 적어도 약 2.05 ㎛, 또는 적어도 약 2.1 ㎛, 또는 적어도 약 2.15 ㎛, 또는 적어도 약 2.2 ㎛, 또는 적어도 약 2.25 ㎛, 또는 적어도 약 2.3 ㎛, 또는 적어도 약 2.35 ㎛, 또는 적어도 약 2.4 ㎛, 또는 적어도 약 2.45 ㎛, 또는 적어도 약 2.5 ㎛, 또는 적어도 약 2.55 ㎛, 또는 적어도 약 2.6 ㎛, 또는 적어도 약 2.65 ㎛, 또는 적어도 약 2.7 ㎛, 또는 적어도 약 2.75 ㎛, 또는 적어도 약 2.8 ㎛, 또는 적어도 약 2.85 ㎛, 또는 적어도 약 2.9 ㎛, 또는 적어도 약 2.95 ㎛, 또는 적어도 약 3.0 ㎛의 표면 거칠기를 갖는다.

소정의 실시예들에서, 예컨대, 제 5 양태의 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 적어도 약 1.6 ㎛, 예컨대, 약 1.6 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛, 또는 적어도 약 1.7 ㎛, 또는 적어도 약 1.8 ㎛, 또는 적어도 약 1.9 ㎛, 또는 적어도 약 2.0 ㎛, 또는 적어도 약 2.1 ㎛, 또는 적어도 약 2.2 ㎛, 또는 적어도 약 2.3 ㎛, 또는 적어도 약 2.4 ㎛, 또는 적어도 약 2.5 ㎛, 또는 적어도 약 2.6 ㎛, 또는 적어도 약 2.7 ㎛, 또는 적어도 약 2.8 ㎛, 또는 적어도 약 2.9 ㎛, 또는 적어도 약 3.0 ㎛, 또는 적어도 약 3.1 ㎛, 또는 적어도 약 3.2 ㎛, 또는 적어도 약 3.3 ㎛, 또는 적어도 약 3.4 ㎛, 또는 적어도 약 3.5 ㎛, 또는 적어도 약 3.6 ㎛, 또는 적어도 약 3.7 ㎛, 또는 적어도 약 3.8 ㎛, 또는 적어도 약 3.9 ㎛, 또는 적어도 약 4.0 ㎛의 표면 거칠기를 갖는다. 소정의 실시예들에서, 표면 거칠기는 약 5.0 ㎛ 이하, 예컨대, 약 4.5 ㎛ 이하, 또는 약 4.0 ㎛ 이하이다.

소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 약 0.10 내지 약 0.50, 예컨대, 약 0.15 내지 약 0.50, 또는 약 0.175 내지 약 0.50, 또는 약 0.20 내지 약 0.50, 또는 약 0.225 내지 약 0.50, 또는 약 0.25 내지 약 0.50, 또는 약 0.275 내지 약 0.50, 또는 약 0.30 내지 약 0.50, 또는 약 0.325 내지 약 0.50, 또는 약 0.35 내지 약 0.50, 또는 약 0.375 내지 약 0.50, 또는 약 0.40 내지 약 0.50의 평균 마찰 계수를 갖는다.

소정의 실시예들에서, 평균 마찰 계수는 약 0.50 이하, 예컨대, 약 0.48 이하, 또는 약 0.46 이하, 또는 약 0.44 이하, 또는 약 0.42 이하, 또는 약 0.40 이하, 또는 약 0.39 이하, 또는 약 0.38 이하, 또는 약 0.37 이하, 또는 약 0.36 이하, 또는 약 0.35 이하이다.

소정의 실시예들에서, 평균 마찰 계수는 적어도 약 0.15, 예컨대, 적어도 약 0.175, 또는 적어도 약 0.20, 또는 적어도 약 0.225, 또는 적어도 약 0.25, 또는 적어도 약 0.275, 또는 적어도 약 0.30이다.

소정의 실시예들에서, 연마 매체는 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛의 표면 거칠기 및 약 0.10 내지 약 0.50의 평균 마찰 계수, 예컨대, 약 0.75 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛의 표면 거칠기 및 약 0.10 내지 약 0.50의 평균 마찰 계수, 또는 약 1.0 ㎛ 내지 약 5.0㎛의 표면 거칠기 및 약 0.10 내지 약 0.50의 평균 마찰 계수, 또는 약 1.0 ㎛ 내지 5.0 ㎛의 표면 거칠기 및 약 0.10 내지 약 0.50의 평균 마찰 계수, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛의 표면 거칠기 및 약 0.20 내지 약 0.50의 평균 마찰 계수, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛의 표면 거칠기 및 약 0.25 내지 약 0.50의 평균 마찰 계수, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛의 표면 거칠기 및 약 0.30 내지 약 0.50의 평균 마찰 계수, 또는 약 0.75 ㎛ 내지 약 4.0 ㎛의 표면 거칠기 및 약 0.20 내지 약 0.40의 평균 마찰 계수, 또는 약 0.75 ㎛ 내지 약 3.5 ㎛의 표면 거칠기 및 약 0.25 내지 약 0.40의 평균 마찰 계수를 갖는다.

소정의 실시예들에서, 예컨대, 제 5 양태의 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 적어도 약 0.26, 예컨대, 적어도 약 0.28, 또는 적어도 약 0.30, 또는 적어도 약 0.32, 또는 적어도 약 0.34, 또는 적어도 약 0.36, 또는 적어도 약 0.38, 또는 적어도 약 0.40, 또는 적어도 약 0.42, 또는 적어도 약 0.44, 또는 적어도 약 0.46, 또는 적어도 약 0.48, 또는 적어도 약 0.50의 평균 마찰 계수를 갖는다. 소정의 실시예들에서, 마찰 계수는 약 0.80 이하, 예컨대, 약 0.75 이하, 또는 약 0.70 이하, 또는 약 0.65 이하, 또는 약 0.60 이하, 또는 약 0.55 이하이다.

소정의 실시예들에서, 연마 완료 후, 미립자 연마 매체의 표면 거칠기는, 본원에서 설명된 방법들에 따라 결정되는 바와 같이, 연마 시작시 표면 거칠기의 적어도 약 90 %, 예컨대, 표면 거칠기의 적어도 약 92 %, 또는 표면 거칠기의 적어도 약 94 %, 또는 표면 거칠기의 적어도 약 96 %, 또는 표면 거칠기의 적어도 약 98 %, 또는 연마 시작시의 표면 거칠기의 적어도 약 99 %이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "연마 완료 후"는 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법, 즉, 연마 매체의 존재 하에 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 마이크로피브릴화하는 단계를 포함하는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 제조하기 위한 방법, 예컨대, 20 내지 50의 섬유 스티프니스(fibre steepness)를 갖는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 제조하기 위한 방법에서의 사용에 후속하는 연마 매체의 상태를 지칭한다. 상기 방법은 연마 가능한 무기 미립자 재료의 존재 또는 부재 하에 수행될 수 있다.

소정의 실시예들에서, 연마의 완료 후에, 표면 거칠기는 본원에 설명된 방법들에 따라 결정된 바와 같이, 연마의 시작시의 표면 거칠기와 적어도 동일하다. 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 연마 동안 거친 마모를 겪어, 연마의 완료 후, 표면 거칠기는 본원에 설명된 방법들에 따라 결정되는 바와 같이 연마의 시작시의 표면 거칠기보다 크다. 예컨대, 소정의 실시예들에서, 표면 거칠기는 연마 동안 적어도 약 1 % 증가하거나(즉, 연마 프로세스의 종료시의 표면 거칠기는 연마 프로세스의 시작시의 표면 거칠기보다 적어도 약 1 % 임), 연마 동안 적어도 약 2 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 3 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 4 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 5 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 6 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 7 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 8 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 9 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 10 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 11% 증가하거나, 연마 동안 적어도 12 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 13 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 14 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 15 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 16 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 17 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 18 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 19 % 증가하거나, 연마 동안 약 20 % 이하 증가한다. 연마 동안 거친 마모를 겪는(또는 그의 초기 표면 거칠기의 적어도 90 %를 유지하는) 연마 매체의 공급 및 사용은 일반적으로 연마 동안 평활화되는(smoothen) 통상적인 연마 매체와는 대조적이다. 이미 종래의 연마 매체의 표면 거칠기보다 더 큰 표면 거칠기를 가지며 연마 프로세스 중에 추가로 거친 마모를 겪는 것을 제공하고 사용하는 것은, 예컨대 연마 프로세스 동안 총 에너지 입력에 있어서의 연속적인 절감들과 같은 추가의 이익들 및/또는 하나 또는 그 초과의 특징들(예컨대, 마이크로피브릴화 셀룰로스 및/또는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 포함하는 종이 제품들의 강도 특징(예컨대, 파열 강도))에 있어서의 추가의 개선들을 제공할 수 있으며, 그리고/또는 요구되는 표면 거칠기 및/또는 마찰계수를 갖는 새로운 연마 매체로 연마 프로세스를 보충하는 것에 대한 필요가 적거나 심지어 필요 없을 수 있다.

따라서, 소정의 실시예들에서, 새로운 연마 매체(fresh grinding media)로 상기 방법을 보충하지 않으면서 본원에서 설명되는 바와 같이, 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마함으로써 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 마이크로피브릴화함으로써 마이크로피브릴화 셀룰로스를 제조하는 방법이 제공되며, 여기서, 연마의 시작시, 미립자 연마 매체는: (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기; 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수; 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ) 양자 모두를 갖는다.

또한, 소정의 실시예에 따르면, 본원에서 설명되는 바와 같이, 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마함으로써 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연마하는 단계를 포함하는, (a) 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 (b) 거친 미립자 연마 매체를 동시에 제조하는 방법이 제공되며, 미립자 연마 매체는 연마의 시작시, (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기; 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수; 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ) 양자 모두를 갖는다.

대안으로 또는 추가로, 유리하게 추가로, 소정의 실시예들에서, 본원에서 설명된 방법들에 따라 결정되는 바와 같이, 연마 완료 후, 평균 마찰 계수는 연마 시작시의 평균 마찰 계수의 적어도 약 90 %, 예컨대, 연마 시작시의 평균 마찰 계수의 적어도 약 92 %, 또는 연마 시작시의 평균 마찰 계수의 적어도 약 94 %, 또는 연마 시작시의 평균 마찰 계수의 적어도 약 96 %, 또는 적어도 연마 시작시의 평균 마찰 계수의 적어도 약 98 %, 또는 연마 시작시의 평균 마찰 계수의 적어도 약 99 %이다. 소정의 실시예들에서, 연마 완료 후, 평균 마찰 계수는 본원에 설명된 방법들에 따라 결정된 바와 같이, 연마 시작시의 표면 거칠기와 적어도 동일하다. 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 연마 동안 거친 마모를 겪어, 연마 완료 후, 평균 마찰 계수는 본원에 기재된 방법들에 따라 결정되는 바와 같이, 연마 시작시의 평균 마찰 계수보다 크다. 예컨대, 소정의 실시예들에서, 평균 마찰 계수는 연마 동안 적어도 약 1 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 약 2 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 3 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 4 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 5 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 6 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 7 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 8 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 9 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 10 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 11 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 12 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 13 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 14 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 15 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 16 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 17 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 18 % 증가하거나, 연마 동안 적어도 19 % 증가하거나, 연마 동안 20 %이하 증가한다.

소정의 실시예들에서, 0.5 ㎛ 미만의 표면 거칠기 및/또는 0.10 미만의 평균 마찰 계수를 갖는 비교적 적은 수의 입자들(예컨대, 100 개의 입자들의 대표적 샘플에서 5 개 이하의 입자들)은 연마 매체의 입자들이 제조되거나 취급되는 프로세스의 부산물로서 존재할 수 있음이 추가로 이해될 것이다.

소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 약 3.5 내지 약 8.0, 예컨대, 약 3.5 내지 약 7.0, 또는 약 3.5 내지 약 6.5의 비중, 또는 적어도 약 3.6, 또는 적어도 약 3.7, 또는 적어도 약 3.8, 또는 적어도 약 3.9, 또는 적어도 약 4.0, 또는 적어도 약 4.1, 또는 적어도 약 4.2, 또는 적어도 약 4.3, 또는 적어도 약 4.4, 또는 적어도 약 4.5, 또는 적어도 약 4.6, 또는 적어도 약 4.7, 또는 적어도 약 4.8, 또는 적어도 약 4.9, 또는 적어도 약 5.0, 또는 적어도 약 5.1, 또는 적어도 약 5.2, 또는 적어도 약 5.3, 또는 적어도 약 5.4, 또는 적어도 약 5.5, 또는 적어도 약 5.6, 또는 적어도 약 5.7, 또는 적어도 약 5.8, 또는 적어도 약 5.9, 또는 적어도 약 6.0의 비중을 갖는다. 이러한 연마 매체가 마이크로피브릴화 셀룰로스의 제조 동안, 연마 용기, 예컨대, 타워 밀(tower mill)로부터 유출되는 경향이 감소되거나 심지어는 없기 때문에, 보다 높은 비중들이 바람직하다. 게다가, 비중들이 높아질수록 밀(mill) 생산성 및 활용도의 증가를 허용한다. 이는, 더 조밀한 매체가 더 높은 모터 동력 인출(즉, 더 큰 모터 효율)을 초래하기 때문이며; 더 높은 비중의 매체를 사용할 때 연마 체적(grinder volume) 내의 단위 시간당 입자들로 더 많은 에너지가 전달된다. 그 결과, 목표 에너지 또는 입자 크기에 도달하는 시간이 단축된다.

소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 약 0.5 mm 내지 약 15 mm, 예컨대, 약 0.5 mm 내지 약 12 mm, 예컨대, 약 1 mm 내지 약 10 mm, 또는 약 1 mm 내지 약 8 mm, 또는 약 1 mm 내지 약 6 mm, 또는 약 1 mm 내지 약 5 mm, 또는 약 1 mm 내지 약 4 mm, 또는 약 1 mm 내지 약 3 mm의 범위의 입자 크기를 갖는 입자들을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성된다. 이 문맥에서 사용된 용어 '입자 크기'는 입자가 입자들의 크기에 대응하는 구멍 크기(aperture size)를 갖는 체(sieve)를 통과하는 것을 의미하는 것으로 당업자에 의해 이해된다. 따라서, 예로서, 8 ㎜ 구멍 크기를 갖는 체를 통과하는 입자들은 8 ㎜ 이하(no greater than)의 입자 크기를 갖는 연마 매체 입자들을 제조할 것이다. 유사하게, 약 1mm 내지 약 3mm의 입자 크기를 갖는 연마 매체는 각각 약 1mm(최소) 및 약 3mm(최대)의 구멍 크기들을 갖는 스크린(screens)들을 사용하여 연마 매체를 얻을 수 있음을 의미한다.

미립자 연마 매체는 천연 또는 합성 재료로 형성될 수 있으며, 예컨대, 연마 매체로서 사용하기에 적합한 조밀한, 경질 미네랄(hard mineral), 세라믹 또는 금속 재료로 형성된다. 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 세라믹 연마 매체이다. 이러한 재료들은 알루미나, 지르코니아, 지르코늄 실리케이트, 이트리아, 세리아 또는 이트리아 및/또는 세리아 안정화 지르코니아, 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 소정의 실시예들에서, 미립자 세라믹 연마 매체는 하나 초과의 재료, 예컨대 알루미나 및 지르코니아, 또는 알루미나 및 지르코늄 실리케이트, 또는 알루미나 및 멀라이트(mullite)의 복합 구조를 가질 수 있다. 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 멀라이트만으로 구성되지 않는다. 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 멀라이트를 포함하지 않는다.

미립자 연마 매체는 SiO₂ 함량을 특정 낮은 레벨, 예컨대, 약 4 중량 % 미만, 그리고 바람직하게는 약 2 중량 % 이하로 제한하도록 제형화될 수 있다. 미립자 연마 매체는 10 중량 % 이하의 산화철, 예컨대, 8 중량 % 이하의 산화철, 또는 6 중량 % 이하의 산화철, 또는 4 중량 % 이하의 산화철, 또는 2 중량 % 이하의 산화철, 또는 1 중량 % 이하의 산화철을 포함할 수 있다.

제 1 또는 제 2 양태들의 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 제 3 양태에 따른 미립자 연마 매체이다.

미립자 연마 매체는 임의의 적합한 형태, 예컨대, 볼들(balls), 비드들(beads), 실페브스(cylpebs), 펠렛들(pellets), 로드들(rods), 디스크들(discs), 큐브들(cubes), 토로이드들(toroids), 콘들(cones) 등의 임의의 적합한 형상의 입자들을 포함할 수 있다.

소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 실질적으로 구형 입자들, 예컨대, 볼들 및/또는 비드들을 포함한다. 예컨대, 연마 매체는 실질적으로 구형 입자를 적어도 10 중량 % 포함할 수 있고, 또는 실질적으로 구형 입자를 적어도 20 중량 % 포함할 수 있고, 또는 실질적으로 구형 입자를 적어도 30 중량 % 포함할 수 있고, 또는 실질적으로 구형 입자를 적어도 40 중량 % 포함할 수 있고, 또는 실질적으로 구형 입자를 적어도 50 중량 % 포함할 수 있고, 또는 실질적으로 구형 입자를 적어도 60 중량 % 포함할 수 있고, 또는 실질적으로 구형 입자를 적어도 70 중량 % 포함할 수 있고, 또는 실질적으로 구형 입자를 적어도 80 중량 % 포함할 수 있고, 또는 실질적으로 구형 입자를 적어도 90 중량 % 포함할 수 있고, 또는 실질적으로 구형 입자를 본질적으로 단지(예컨대, 95 중량 % 또는 그 초과, 또는 적어도 99 중량 %) 포함할 수 있다.

소정의 실시예들에서, 연마 매체는 봉 형상 입자들(rod-shaped particles), 예컨대, 종횡비가 약 2 : 1 이상인 봉 형상 입자들을 포함한다.

봉 형상 입자들은 중실(solid) 본체들이며, 이 중실 본체들은 본체의 길이를 따라 연장하는 축(이 축을 중심으로 외부 표면이 규정됨) 및 대향 단부 표면들을 갖는다. 외부 표면 및 대향 단부 표면들은 함께 본체를 규정한다. 소정의 실시예들에서, 길이 방향 축은 실질적으로 직선형(rectilinear)이며, 이에 의해, 2 개의 단부들 사이의 최단 거리를 나타내는 선이 완전히 본체 내에 있음을 의미한다. 다른 실시예들에서, 봉 형상 입자들은 축이 곡선형(curvilinear)인 아치형(arcuate) 형태를 취할 수 있으며, 최단 거리를 나타내는 선은 완전히 본체 내에 있지는 않는다. 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비의 봉 형상 입자들의 실질적으로 전부(예컨대, 90 중량 % 또는 95 중량 % 또는 99 중량 %의)가 직선형 형태 또는 아치형 형태를 갖는 실시예들에서와 같이, 직선형 축을 갖는 봉 형상 본체들 및 아치형 형태를 갖는 본체들의 혼합물들이 고려된다.

소정의 실시예들에서, 봉 형상 입자들의 단면은 입자의 길이를 따라 실질적으로 일정하다. "실질적으로 일정한"은 단면의 주요 치수가 예컨대, 20 % 초과 또는 10 % 초과 또는 5 % 초과 변하지 않는다는 것을 의미한다. 다른 실시예들에서, 봉 형상 입자들의 단면은 예컨대, 20 % 초과 입자의 길이를 따라 변한다. 예컨대, 봉 형상 입자의 본체는 입자 본체의 단부들 각각에서의 단면이 단부들 사이에서 측정되는 단면보다 작은 배럴(barrel)의 형태를 취할 수 있으며; 또는 예컨대, 봉 형상 입자의 본체는 입자의 단부들 각각에서의 단면이 단부들 사이에서 측정되는 단면보다 큰 정반대의 배럴(inverse barrel)의 형태를 취할 수 있다. 봉 형상 입자들의 단면 형상은 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 예컨대, 단면 형상은 원형 또는 실질적으로 원형일 수 있거나 실질적으로 난형(ovoid)일 수 있다. 다른 형상들은 삼각형들, 사각형들, 직사각형들, 별모양들(5 개의 꼭지점 형식 및 6 개의 꼭지점 형식), 다이아몬드들 등과 같은 각진(angular) 형상들을 포함한다. 외부 길이 방향 표면과 반대쪽 단부 표면들 사이의 경계는 각질 수 있으며(즉, 이산된 날카로운 경계를 가질 수 있음) 또는 각지지 않을 수 있다(즉, 둥글거나(rounded) 반경을 가짐(radiused)). 단부 표면들은 편평하거나 볼록하거나 오목할 수 있다.

이미 주목된 바와 같이, 봉 형상 입자들의 종횡비는 유리하게는, 2 : 1 또는 2 : 1 초과이다. 종횡비는 입자의 최장 치수(longest dimension) 대 최단 치수(shortest dimension)의 비율로서 이해되어야 한다. 본 목적들을 위해, 최장 치수는 봉 형상 입자들의 축 방향 길이이다. 입자가 그 길이를 따라 일정한 단면을 가질 때, 종횡비를 규정하기 위한 최단 치수는 입자 단면의 기하학적 중심을 통과하는 단면의 최대(largest) 치수이다. 단면이 입자의 길이를 따라 변하는 경우, 종횡비를 규정하기 위한 최단 치수는 단면이 최대인 지점에서의 최대 치수이다. 입자가 불규칙한 형상의 단면을 갖는 경우, 종횡비를 규정하기 위한 최단 치수는 봉 형상 입자의 축에 수직한 최대 횡단(transverse) 치수이다. 본 발명의 소정의 실시예들에 사용하기에 적합한 봉 형상 입자들의 예는 실질적으로 직선형 축 및 실질적으로 원형 단면을 갖는 입자들이다.

본 발명의 소정의 실시예들에서 사용하기에 적합한 봉 형상 입자들의 다른 예는 아치형 형태 및 실질적으로 원형 단면을 갖는 입자들이다. 이러한 예들 양자 모두에서, 외부 길이 방향 표면과 대향 단부 표면 사이의 경계는 둥글고, 단부들은 일반적으로 편평하거나 볼록하다. 소정의 실시예들에서, 봉 형상 입자들은 2.5 : 1 또는 2.5 : 1 초과의 종횡비, 또는 3 : 1 또는 3 : 1 초과의 종횡비, 또는 4 : 1 또는 4 : 1 초과의 종횡비, 또는 5 : 1 또는 5 : 1 초과의 종횡비, 또는 6 : 1 또는 6 : 1 초과의 종횡비를 갖는다. 종횡비는 10 : 1 또는 10 : 1 미만일 수 있거나, 9 : 1 또는 9 : 1 미만일 수 있으며 8 : 1 또는 8 : 1 미만일 수 있거나 7 : 1 또는 7 : 1 미만일 수 있으며 6 : 1 또는 6 : 1 미만일 수 있거나 5 : 1 또는 5 : 1 미만일 수 있다. 종횡비는 2 : 1 내지 10 : 1의 범위일 수 있거나 2 : 1 내지 5 : 1의 범위일 수 있으며 3 : 1 내지 8 : 1의 범위일 수 있거나 3 : 1 내지 6 : 1의 범위일 수 있다.

소정의 실시예들에서, 봉 형상 입자들의 축 방향 길이는 약 1 mm 내지 약 5 mm, 또는 약 2 mm 내지 약 4 mm의 범위이다. 다른 실시예에서, 봉 길이는 약 3 mm 미만이다.

소정의 실시예들에서, 연마 매체는 (즉, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉 형상 입자들에 추가하여) 2 : 1 미만의 종횡비를 갖는 봉 형상 입자들 및 구체들, 실페브스, 큐브들, 디스크들, 토로이드들(toroids), 콘들(cones) 등과 같은 다른 형상들을 갖는 입자들로부터 선택된 다른 입자들을 포함한다. 예컨대, 연마 매체는 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 적어도 10 중량 % 포함할 수 있거나, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 적어도 20 중량 % 포함할 수 있거나, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 적어도 30 중량 % 포함할 수 있거나, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 적어도 40 중량 % 포함할 수 있거나, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 적어도 50 중량 % 포함할 수 있거나, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 적어도 60 중량 % 포함할 수 있거나, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 적어도 70 중량 % 포함할 수 있거나, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 적어도 80 중량 % 포함할 수 있거나, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 적어도 90 중량 % 포함할 수 있거나, 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉형상 입자들을 본질적으로 단지(예컨대, 95 중량 % 또는 그 초과) 포함할 수 있다. 본 발명의 소정의 실시예들에서, 2 : 1 보다 작은 종횡비를 갖는 상대적으로 적은 수의 성형된 입자들이 프로세스의 부산물로서 존재할 수 있음(이 프로세스에 의해 입자들이 만들어지거나 취급됨)이 추가로 이해될 것이다. 유사하게는, 예컨대, 약 10 : 1보다 큰 것과 같은 비교적 높은 종횡비를 갖는 봉 형상 입자들이 연마 프로세스에 첨가될 수 있으며, 이 경우에 이들 봉들은 연마 프로세스 동안 그들 자신의 바람직한 길이로 스내핑(snap)될 수 있다. 또한, 연마 프로세스가 진행됨에 따라, 봉 형상 입자들중 적어도 일부 입자들의 형상은 단부들이 둥글게 되고, 종횡비가 낮아지며, 경우에 따라서는, 원래의(virgin) 봉 형상 입자들이 궁극적으로 작은 구체들이 되도록 발달할(evolve) 수 있어, 전형적인 머추어(mature) 연마기는 봉들, 마모된 봉들 그리고 심지어 구체들을 포함할 수 있다. 따라서, 원래 종횡비가 적어도 2 : 1 또는 그 초과인 봉 모양 입자들의 "가공된(work-in)" 샘플은 원래의 매체(virgin media)로 구성된 봉 형상 입자들과 형상이 다소 상이한 대다수의 입자들을(충분히 길게 가공된다면) 포함할 수 있다. 연마기는 2 : 1 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 봉 형상 입자들을 포함하는 새로운 매체로 가득 채워질(topped up) 수 있다.

셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 목재, 풀(예컨대, 사탕수수(sugarcane), 대나무(bamboo)) 또는 넝마들(rags)(예컨대, 섬유 폐기물(textile waste), 면(cotton), 마(hemp) 또는 아마(flax))과 같은 임의의 적합한 소스로부터 유도될 수 있다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 임의의 적합한 화학적 또는 기계적 처리 또는 이들의 조합에 의해 준비될 수 있는 펄프 형태(즉, 물속에서 셀룰로스 섬유들의 현탁액(suspension))일 수 있다. 예컨대, 펄프는 화학 펄프, 또는 열화학 기계 펄프(chemithermomechanical pulp), 또는 기계 펄프, 또는 재순환 펄프, 또는 제지공장 파쇄물(papermill broke), 제지공장 폐기물 스트림(papermill waste stream) 또는 제지 공장으로부터의 폐기물 또는 이들의 조합일 수 있다. 셀룰로스 펄프는 ㎤로 캐나다 표준 여수도(CSF: Canadian standard freeness)로서 당 분야에 리포팅된 임의의 미리 정해진 여수도로 (예컨대, 밸리 비터(Valley beater)에서) 다져질(beaten) 수 있고 그리고/또는 달리 정제(refined)(예컨대, 콘형 또는 플레이트 리파이너(plate refiner)에서 프로세싱)될 수 있다. CSF는 펄프 현탁액이 배출될 수 있는 속도에 의해 측정된 펄프의 여수도 또는 배출율(drainage rate)에 대한 값을 의미한다. 예컨대, 셀룰로스 펄프는 마이크로피브릴화되기 이전에 약 10 ㎤ 또는 그 초과의 캐나다 표준 여수도를 가질 수 있다. 셀룰로스 펄프는 약 700 ㎤ 또는 그 미만, 예컨대, 약 650 ㎤ 이하, 또는 약 600 ㎤ 이하, 또는 약 550 ㎤ 이하, 또는 약 500 ㎤ 이하, 또는 약 450 ㎤ 이하, 또는 약 400 ㎤ 이하, 또는 약 350 ㎤ 이하, 또는 약 300 ㎤ 이하, 또는 약 250 ㎤ 이하, 또는 약 200 ㎤ 이하, 또는 약 150 ㎤ 이하, 또는 약 100 ㎤ 이하, 또는 약 50 ㎤ 이하의 CSF를 가질 수 있다. 셀룰로스 펄프는 당 분야에 주지된 방법들에 의해 탈수될(dewatered) 수 있는데, 예컨대, 펄프는 적어도 약 10 %의 솔리드들, 예컨대 적어도 약 15 %의 솔리드들, 또는 적어도 약 20 %의 솔리드들, 또는 적어도 약 30 %의 솔리드들, 또는 적어도 약 40 %의 솔리드들을 포함하는 습식 시트를 얻기 위해서 스크린을 통해 여과될 수 있다. 펄프는 미정제(unrefined) 상태로 활용될 수 있으며, 즉, 다져지지 않거나 탈수시키지 않고, 또는 달리 정제될 수 있다.

마이크로피브릴화 단계는 리파이너를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 임의의 적합한 장치에서 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로피브릴화 단계는 연마 용기에서 수행된다. 마이크로피브릴화 단계는 수성 환경(aqueous environment), 즉, 습식 연마 조건들 하에서 실행될 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로피브릴화 단계는 균질화 기(homogenizer)에서 실행된다.

소정의 실시예들에서, 마이크로피브릴화 프로세스, 예컨대, 연마는 연마 가능한 무기 미립자 재료의 존재(presence) 하에 실행된다. 소정의 실시예들에서, 연마는 연마가능한 무기 미립자 재료의 부재(absence) 하에 실행된다.

연마 매체는 장입량(charge)의 약 70 체적 % 이하의 양으로 존재할 수 있다. 연마 매체는 장입량의 적어도 약 10 체적 %, 예컨대, 장입량의 적어도 약 20 체적 %, 또는 장입량의 적어도 약 30 체적 %, 또는 장입량의 적어도 약 40 체적 %, 또는 장입량의 적어도 약 50 체적 %, 또는 장입량의 적어도 약 60 체적 %의 양으로 존재할 수 있다. 소정의 실시예들에서, 연마 매체는 장입량의 약 30 내지 약 70 체적 %, 예컨대, 장입량의 약 40 내지 약 60 체적 %, 예컨대, 장입량의 약 45 내지 약 55 체적 %의 양으로 존재한다.

'장입량'은 연마기 용기에 공급되는 공급물(feed)인 조성물을 의미한다. 장입물은 물(존재하는 경우), 연마 매체, 셀룰로스 및 무기 미립자 재료(존재하는 경우)를 포함하는 섬유질 기재, 및 본원에 설명된 바와 같은 임의의 다른 선택적인 첨가제들(존재하는 경우)을 포함한다.

연마는 수직 밀 또는 수평 밀에서 수행될 수 있다.

소정의 실시예들에서, 연마는 연마 용기, 이를테면, 텀블링 밀(예컨대, 봉, 볼 및 자가(autogenous)), 교반식 밀(예컨대, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반식 매체 디트리터(SMD; stirred media detritor) 또는 연마될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전 평행 연마 플레이트들을 포함하는 연마 용기에서 수행된다.

일 실시예에서, 연마 용기는 수직 밀, 예컨대, 교반식 밀, 교반식 매체 디트리터, 또는 타워 밀이다.

수직 밀은 하나 또는 그 초과의 연마 존들 위에 스크린을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 스크린은 대기 존(quiescent zone) 및/또는 분급기(classifier)에 인접하여 로케이팅된다. 스크린은 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 무기 미립자 재료를 포함하는 생성물 수성 현탁액(product aqueous suspension)으로부터 연마 매체를 분리하고 연마 매체 침전(sedimentation)을 향상시키는 크기로 정해질 수 있다.

일 실시예에서, 연마 용기는 타워 밀이다. 타워 밀은 하나 또는 그 초과의 연마 존들 위에 대기 존을 포함할 수 있다. 대기 존은 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 (존재하는 경우) 무기 미립자 재료를 포함하고, 연마가 최소로 제조하거나 전혀 제조하지 않는 타워 밀의 내부의 최상부를 향해 로케이팅되는 구역이다. 대기 존은 연마 매체의 입자들이 타워 밀의 하나 또는 그 초과의 연마 존들로 침전되는 구역이다.

타워 밀은 그 길이 전반에 걸쳐 일련의 임펠러 로터 디스크들이 장비된 수직 임펠러 샤프트를 포함할 수 있다. 임펠러 로터 디스크들의 작용은 밀 전반에 걸쳐 일련의 분리된 연마 존들을 제조한다.

타워 밀은 하나 또는 그 초과의 연마 존들 위에 분급기를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 분급기는 최상부에 장착되고 대기 존에 인접하여 로케이팅된다. 분급기는 하이드로사이클론(hydrocyclone)일 수 있다.

타워 밀은 하나 또는 그 초과의 연마 존들 위에 스크린을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 스크린은 대기 존(quiescent zone) 및/또는 분급기(classifier)에 인접하여 로케이팅된다. 스크린은 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 (존재하는 경우) 무기 미립자 재료를 포함하는 생성물 수성 현탁액(product aqueous suspension)으로부터 연마 매체를 분리하고 연마 매체 침전(sedimentation)을 향상시키는 크기로 정해질 수 있다.

다른 실시예에서, 연마는 스크린 연마기, 예컨대, 교반식 매체 디트리터에서 수행된다. 스크리닝된 연마기는 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 무기 미립자 재료를 포함하는 생성물 수성 현탁액으로부터 연마 매체를 분리하기 위한 크기로 정해진 하나 또는 그 초과의 스크린(들)을 포함할 수 있다. 스크리닝된 연마기는, 적어도 약 250 ㎛의 공칭 개구 크기(nominal aperture size)를 갖는 하나 또는 그 초과의 스크린(들)을 포함할 수 있으며, 예컨대, 하나 또는 그 초과의 스크린들은 적어도 약 300 ㎛, 또는 적어도 약 350 ㎛, 또는 적어도 약 400 ㎛, 또는 적어도 약 450 ㎛, 또는 적어도 약 500 ㎛, 또는 적어도 약 550 ㎛, 또는 적어도 약 600 ㎛, 또는 적어도 약 650 ㎛, 또는 적어도 약 700 ㎛, 또는 적어도 약 750 ㎛, 또는 적어도 약 800 ㎛, 또는 적어도 약 850 ㎛, 또는 적어도 약 900 ㎛, 또는 적어도 약 1000 ㎛, 또는 적어도 약 1250 ㎛, 또는 적어도 약 1500 ㎛의 공칭 개구 크기를 가질 수 있다. 소정의 실시예들에서, 스크리닝된 연마기는 약 4000 ㎛ 이하, 예컨대, 약 3500 ㎛ 이하, 또는 약 3000 ㎛ 이하, 또는 약 2500 ㎛ 이하, 또는 약 2000 ㎛ 이하의 공칭 개구 크기를 갖는 하나 또는 그 초과의 스크린(들)을 포함할 수 있다.

소정의 실시예들에서, 초기 솔리드 함량의 적어도 약 5 중량 %는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재일 수 있으며, 예컨대, 초기 솔리드 함량의 적어도 약 10 중량 %, 또는 적어도 약 15 중량 %, 또는 적어도 약 20 중량 %는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재일 수 있다.

본원에 설명된 바와 같이, 본 방법에 사용되는 총 에너지량(즉, 총 에너지 입력)은 미립자 연마 매체가 본 발명의 제 1 양태의 방법에 의해 요구되는 것보다, 연마의 시작시에 (i) 덜 거친 표면 거칠기 및/또는 (ii) 더 작은 평균 마찰 계수를 갖는 비교 가능한 방법에서 사용되는 것보다 더 적을 수 있다. 이렇게 하여, 본 발명자들은, 놀랍게도, 셀룰로스 펄프가 i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수, 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ) 양자 모두를 갖는 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마될 때, 비교적 낮은 에너지 입력으로 마이크로피브릴화될 수 있음을 발견하였다. 환언하면, 미립자 연마 매체는 제조된 마이크로피브릴화 셀룰로스의 단위량 당 에너지 입력을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 설명된 바와 같이, 소정의 실시예들에서, i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기, 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수, 또는 (i) 및 (ii) 양자 모두를 갖는 미립자 연마 매체의 사용은 마이크로피브릴화 셀룰로스의 하나 또는 그 초과의 특징들, 예컨대, 마이크로피브릴화 셀룰로스 및/또는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 포함하는 종이 제품들의 강도 특징(예컨대, 파열 강도)을 개선할 수 있다.

존재하는 경우, 무기 미립자 재료는 예컨대, 알칼리토류 금속 탄산염 또는 황산염, 이를테면, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 백운석(dolomite), 석고(gypsum), 카올린(kaolin), 할로이사이트(halloysite) 또는 볼 클레이(ball clay)와 같은 수화 칸디트 클레이(hydrous kandite clay), 메타 카올린 또는 완전 하소된 카올린과 같은 무수(하소된) 칸디트 클레이(anhydrous (calcined) kandite clay), 활석(talc), 운모(mica), 펄라이트 또는 규조토(diatomaceous earth), 또는 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 트리하이드레이트(trihydrate) 또는 이들의 조합물들일 수 있다.

소정의 실시예들에서, 무기 미립자 재료는 탄산 칼슘을 포함하거나 탄산 칼슘이다. 이하, 본 발명의 소정의 실시예들은 탄산 칼슘의 관점에서, 그리고 탄산 칼슘이 프로세싱되고 그리고/또는 처리되는 양태들과 관련하여 논의되는 경향이 있을 수 있다. 본 발명은 이러한 실시예들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명의 소정의 실시예들에서 사용되는 미립자 탄산 칼슘은 연마에 의해 천연 공급원으로부터 얻어질 수 있다. 연마된 탄산 칼슘(GCC: Ground calcium carbonate)은 전형적으로 원하는 분말도(degree of fineness)를 갖는 생성물을 얻기 위해, 백악(chalk), 대리석(marble) 또는 석회석(limestone)과 같은 미네랄 공급원(이는, 입자 크기 분급 단계가 후속될 수 있음)을 파쇄(crushing) 및 연마함으로써 얻어진다. 또한, 표백(bleaching), 부유선별(flotation) 및 자기 분리(magnetic separation)와 같은 다른 기술들이 소망하는 색상 및/또는 분말도를 갖는 생성물을 얻기 위해 사용될 수 있다. 미립자 솔리드 재료는 자체적으로(autogenously), 즉 솔리드 재료의 입자들 자체 사이의 마손(attrition)에 의해, 또는 대안으로, 연마될 탄산 칼슘으로부터의 상이한 재료의 입자들을 포함하는 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마될 수 있다. 이러한 프로세스들은 프로세스의 임의의 단계에서 추가될 수 있는 분산제(dispersant) 및 살생물제들(biocides)의 존재 하에 또는 부재 하에 실행될 수 있다.

석출된 탄산 칼슘(PCC: precipitated calcium carbonate)은 본 발명의 소정의 실시예들에서 미립자 탄산 칼슘의 공급원으로서 사용될 수 있으며, 당 분야에서 이용 가능한 공지된 방법들 중 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. TAPPI Monograph Series No 30, "Paper Coating Pigments", 34 ~ 35 페이지는 종이 산업(paper industry)에서 사용하기 위한 제품들의 준비에 사용하기에 적합한 석출된 탄산 칼슘을 준비하기 위한 3개의 주요한 상업적 프로세스들을 설명하고, 뿐만 아니라 본 발명의 소정의 실시예들의 실시에 사용될 수 있다. 3개의 프로세스들 모두에서, 석회석과 같은 탄산 칼슘 공급 재료는, 먼저 하소되어(calcined) 생석회(quicklime)를 제조시키고, 이후 생석회는 물을 첨가하여(slaked in water) 수산화칼슘 또는 석회유(milk of lime)를 얻는다. 제 1 프로세스에서, 석회유는 탄산 가스(carbon dioxide gas)로 직접 탄산화된다(carbonated). 이 프로세스는 부산물이 형성되지 않으며 탄산 칼슘 생성물의 특징들 및 순도를 제어하기가 비교적 쉽다는 이점을 갖는다. 제 2 프로세스에서, 석회유는 소다회(soda ash)와 접촉되어 이중 분해(double decomposition)에 의해 탄산 칼슘 석출물과 수산화 나트륨 용액을 제조시킨다. 이 프로세스가 상업적으로 사용된다면, 수산화 나트륨은 탄산 칼슘으로부터 실질적으로 완전히 분리될 수 있다. 제 3 주요 상업적 프로세스에서, 석회유는 먼저 염화 암모늄과 먼저 접촉되어 염화칼슘 용액 및 암모니아 가스를 부여한다. 염화 칼슘 용액은 이후, 소다회와 접촉되어 이중 분해에 의해 석출된 탄산 칼슘 및 염화 나트륨 용액을 제조시킨다. 결정들은 사용되는 특정 반응 프로세스에 따라서, 다양한 상이한 형상들 및 크기들로 제조될 수 있다. PCC 결정들의 3 개의 주요한 형태들은 아라고 나이트(aragonite), 능면체(rhombohedral) 및 편삼각면체(scalenohedral)이며, 이들 모두는 이들의 혼합물을 포함하여, 본 발명의 소정의 실시예들에서 사용하기에 적절하다.

탄산 칼슘의 습식 연마는 이후에 선택적으로, 적합한 분산제의 존재 하에 연마될 수 있는 탄산 칼슘의 수성 현탁액의 형성을 포함한다. 탄산 칼슘의 습식 연마에 관한 더 많은 정보에 대해, 예컨대 EP-A-614948(그 내용들은 그들 전체가 인용에 의해 포함됨)를 참조한다.

어떤 경우에는, 다른 미네랄들의 소량의 추가들이 포함될 수 있으며, 예컨대, 카올린, 하소된 카올린, 규회석(wollastonite), 보크사이트(bauxite), 활석 또는 운모 중 하나 또는 그 초과가 또한 존재할 수 있다.

무기 미립자 재료가 자연 제조하는 공급원들로부터 얻어질 때, 일부 미네랄 불순물이 그라운드 재료(ground material)를 오염시킬 수 있다. 예컨대, 자연 제조하는 탄산 칼슘이 다른 미네랄들과 함께 존재할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 무기 미립자 재료는 일정량의 불순물들을 포함한다. 그러나, 일반적으로, 본 발명의 소정의 실시예들에 사용되는 무기 미립자 재료는 약 5 중량 % 미만, 바람직하게는, 약 1 중량 % 미만의 다른 미네랄 불순물들을 포함할 것이다.

무기 미립자 재료는, 입자들의 적어도 약 10 중량 %, 예컨대, 적어도 약 20 중량 %, 예컨대, 적어도 약 30 중량 %, 예컨대, 적어도 약 40 중량 %, 예컨대, 적어도 약 50 중량 %, 예컨대, 적어도 약 60 중량 %, 예컨대, 적어도 약 70 중량 %, 예컨대, 적어도 약 80 중량 %, 예컨대, 적어도 약 90 중량 %, 예컨대, 적어도 약 95 중량 %, 또는 예컨대, 적어도 약 100 중량 %이 2 ㎛ 미만의 e.s.d를 갖도록 입자 크기 분포(particle size distribution)를 가질 수 있다.

소정의 실시예들에서, 입자들의 적어도 약 50 중량 %는 2 ㎛ 미만의 e.s.d를 가지며, 예컨대, 입자들의 적어도 약 55 중량 %는 2 ㎛ 미만의 e.s.d를 가지며, 또는 입자들의 적어도 약 60 중량 %는 2 ㎛ 미만의 e.s.d를 갖는다.

달리 언급하지 않는 한, 무기 미립자 재료들에 대해 본원에서 지칭된 입자 크기 특징들은 미국, 조지아주, 노르크로스에 소재하는, Micromeritics Instruments Corporation(웹 사이트 : www.micromeritics.com)에 의해 공급되는 Sedigraph 5100 머신(본원에서, "Micromeritics Sedigraph 5100 유닛"으로서 지칭됨)을 사용하여 수성 매체에서 완전히 분산된 조건으로 미립자 재료의 침전에 의해 주지된 방식으로 측정되는 바와 같다. 이러한 머신은 측정치들 및 부여된 e.s.d 값들보다 작은 "e.s.d(equivalent spherical diameter)”로 당 분야에서 지칭되는 크기를 갖는 입자들의 누적 중량 백분율의 플롯을 제공한다. 평균 입자 크기(d₅₀)는 d₅₀ 값보다 작은 등가의 구체 직경을 갖는 입자들의 50 중량 %가 존재하는 입자 e.s.d가 이러한 방식으로 결정되는 값이다.

대안으로, 언급된 경우, 무기 미립자 재료들에 대해 본원에서 지칭된 입자 크기 특징들은 Malvern Instruments Ltd에 의해 공급되는 바와 같은 Malvern Mastersizer'S 머신을 사용하여 레이저 광 산란 분야(art of laser light scattering)에서 채용되는 주지된 종래의 방법에 의해(또는 본질적으로 동일한 결과를 부여하는 다른 방법들에 의해) 측정된다. 레이저 광 산란 기술에서, 분말들, 현탁액들 및 유화액들(emulsions) 중 입자들의 크기는 Mie 이론의 응용에 기초하여 레이저 빔의 회절을 사용하여 측정될 수 있다. 이러한 머신은 측정치들 및 부여된 e.s.d 값들보다 작은 "e.s.d(equivalent spherical diameter)”로 당 분야에서 지칭되는 크기를 갖는 입자들의 누적 체적 백분율의 플롯을 제공한다. 평균 입자 크기(d₅₀)는 d₅₀ 값보다 작은 등가의 구체 직경을 갖는 입자들의 50 체적 %가 존재하는 입자 e.s.d가 이러한 방식으로 결정되는 값이다.

따라서, 다른 실시예에서, 무기 미립자 재료는, 레이저 광 산란 분야에서 채용되는 주지된 종래의 방법에 의해 측정되는 바와 같이, 입자들의 적어도 약 10 체적 %, 예컨대 적어도 약 20 체적 %, 예컨대 적어도 약 30 체적 %, 예컨대 적어도 약 40 체적 %, 예컨대 적어도 약 50 체적 %, 예컨대 적어도 약 60 체적 %, 예컨대 적어도 약 70 체적 %, 예컨대 적어도 약 80 체적 %, 예컨대 적어도 약 90 체적 %, 예컨대 적어도 약 95 체적 %, 또는 예컨대 입자들의 적어도 약 100 체적 %가 2 ㎛ 미만의 e.s.d를 갖도록 입자 크기 분포(particle size distribution)를 가질 수 있다.

소정의 실시예들에서, 입자들의 적어도 약 50 체적 %는 2 ㎛ 미만의 e.s.d를 가지며, 예컨대, 입자들의 적어도 약 55 체적 %가 2 ㎛ 미만의 e.s.d를 가지며, 또는 입자들의 적어도 약 60 체적 %가 2 ㎛ 미만의 e.s.d를 갖는다.

레이저 광 산란 기술 분야에 적용되는 주지된 종래의 방법을 사용하여 무기 입자 재료 및 마이크로피브릴화 셀룰로스의 혼합물의 입자 크기 분포들을 특성화하는데 사용될 수 있는 절차의 상세들은 WO-A-2010/131016의 40 페이지, 32 행 내지 41 페이지, 34 행에 제공되며, 그 전체 내용들은 인용에 의해 본원에 포함된다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 방법에서 사용하기 위한 다른 바람직한 무기 미립자 재료는 카올린 클레이이다. 이하, 명세서의 이 부분에서는 카올린의 관점에서 그리고 카올린이 프로세싱되고 그리고/또는 처리되는 양태들과 관련하여 논의되는 경향이 있을 수 있다. 본 발명은 이러한 실시예들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 일부 실시예들에서, 카올린은 프로세싱되지 않은 형태로 사용된다.

본 발명의 소정의 실시예들에서 사용되는 카올린 클레이는 천연 원료(natural source), 즉 미가공(raw) 천연 카올린 클레이 미네랄로부터 유도되는 프로세싱된 재료일 수 있다. 프로세싱된 카올린 클레이는 전형적으로 적어도 약 50 중량 %의 카올리나이트를 포함할 수 있다. 예컨대, 대부분의 상업적으로 프로세싱되는 카올린 클레이들은 약 75 중량 % 초과의 카올리나이트를 포함하고, 약 90 중량 % 초과, 일부 경우들에는, 약 95 중량 % 초과의 카올리나이트를 포함할 수 있다.

본 발명에 사용되는 카올린 클레이는 당업자에게 주지된 하나 또는 그 초과의 다른 프로세스들, 예컨대 공지된 정제(refining) 또는 선광(beneficiation) 단계들에 의해 미가공 천연 카올린 클레이 미네랄로부터 준비될 수 있다.

예컨대, 클레이 미네랄은 차아황산나트륨(sodium hydrosulfite)과 같은 환원 표백제(reductive bleaching agent)로 표백될 수 있다. 차아황산나트륨이 사용된다면, 표백된 클레이 미네랄은 차아황산나트륨 표백 단계 이후에, 선택적으로 탈수되고, 선택적으로 수세되고, 그리고 다시 선택적으로 탈수될 수 있다.

클레이 미네랄은 불순물들을 제거하기 위해, 예컨대, 당 분야에 주지된 응집(flocculation), 부유선광(flotation) 또는 자기 분리 기술들에 의해 처리될 수 있다. 대안으로, 본 발명의 제 1 양태에 사용되는 클레이 미네랄은 솔리드 형태 또는 수성 현탁액으로서 처리되지 않을 수 있다.

본 발명의 소정의 실시예들에 사용되는 미립자 카올린 클레이를 준비하기 위한 프로세스는, 또한 하나 또는 그 초과의 분쇄(comminution) 단계를, 예컨대, 연마 또는 밀링을 포함할 수 있다. 조대한(coarse) 카올린의 가벼운 분쇄가 그의 적합한 박리(delamination)를 부여하기 위해 사용된다. 분쇄는 플라스틱(예컨대, 나일론), 모래 또는 세라믹 연마 또는 밀링 보조제의 비드들 또는 과립들의 사용에 의해 실행될 수 있다. 조대한 카올린은 주지된 절차들을 사용하여 물리적 특징들을 개선하고 불순물들을 제거하기 위해 정제될 수 있다. 카올린 클레이는 공지된 입자 크기 분급 절차, 예컨대, 스크리닝 및 원심 분리(또는 양자 모두)에 의해 처리되어 소망하는 d₅₀ 값 또는 입자 크기 분포를 갖는 입자들을 얻을 수 있다.

마이크로피브릴화 셀룰로스를 포함하는 무기 미립자 재료 및 셀룰로스 재료(cellulosic material)의 상대적인 양들은 무기 미립자 재료 및 셀룰로스 재료의 건조 중량을 기준으로 하여 약 99.5 : 0.5 내지 약 0.5 : 99.5의 비율, 예컨대, 무기 미립자 재료 및 셀룰로스 재료의 건조 중량을 기준으로 하여 약 99.5 : 0.5 내지 약 50 : 50의 비율에서 변할 수 있다. 예컨대, 무기 미립자 재료 및 셀룰로스 재료의 양의 비율은 약 99.5 : 0.5 내지 약 70 : 30일 수 있다. 소정의 실시예들에서, 무기 미립자 재료 대 셀룰로스 재료의 비율은 약 80 : 20, 또는 예컨대 약 85 : 15, 또는 약 90 : 10, 또는 약 91 : 9, 또는 약 92 : 8, 또는 약 93 : 7, 또는 약 94 : 6, 또는 약 95 : 5, 또는 약 96 : 4, 또는 약 97 : 3, 또는 약 98 : 2, 또는 약 99 : 1이다.

소정의 실시예에서, 제 1 양태의 방법에 의해 얻어질 수 있는 마이크로피브릴화 셀룰로스는 약 80 중량 % 이하의 물, 예컨대 약 75 중량 % 이하의 물, 또는 약 70 중량 % 이하의 물, 또는 약 65 중량 % 이하의 물, 또는 약 60 중량 % 이하의 물, 또는 약 55 중량 % 이하의 물, 또는 약 50 중량 % 이하의 물, 또는 약 45 중량 % 이하의 물, 또는 약 40 중량 % 이하의 물, 또는 약 35 중량 % 이하의 물, 또는 약 30 중량 % 이하의 물, 또는 약 25 중량 % 이하의 물을 포함한다.

정의 실시예들에서, 제 1 양태의 방법에 의해 얻어질 수 있는 마이크로피브릴화 셀룰로스는 약 50 내지 약 70 중량 %의 물, 예컨대, 약 55 내지 약 65 중량 %의 물, 또는 약 60 내지 약 70 중량 % 물, 또는 약 60 내지 약 65 중량 %의 물, 또는 약 65 내지 약 70 중량 %의 물을 포함한다.

제 1 양태의 방법에 의해 얻어질 수 있는 마이크로피브릴화 셀룰로스는 분산제, 살생물제, 현탁 보조제들, 염(들) 및 다른 첨가제들, 예컨대, 전분 또는 카르복시 메틸 셀룰로스 또는 중합체들을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 다른 임의의 첨가제를 포함할 수 있으며, 이는 미네랄 입자들 및 섬유들의 상호 작용을 용이하게 할 수 있다.

연마 가능한 무기 미립자가 존재하는 소정의 실시예들에서, 셀룰로스 및 무기 미립자 재료를 포함하는 섬유질 기재는 적어도 약 2 중량 %의 초기 솔리드 함량으로 수성 환경에 존재하며, 그 중 적어도 약 2 중량 %는, 예컨대, 약 2 중량 % 내지 약 20 중량 %, 또는 약 4 중량 % 내지 약 15 중량 %, 또는 약 5 중량 % 내지 약 12 중량 %, 또는 약 7 중량 % 내지 약 10 중량 %의 초기 솔리드 함량으로 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재이다. 이러한 실시예들에서, 초기 솔리드 함량의 적어도 약 5 중량 %는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재일 수 있으며, 예컨대, 초기 솔리드 함량의 적어도 약 10 중량 %, 또는 적어도 약 15 중량 %, 또는 적어도 약 20 중량 %는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재 일 수 있다. 소정의 실시예들에서, 초기 솔리드 함량의 약 40 중량 % 이하는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재이고, 예컨대, 초기 솔리드 함량의 약 30 중량 % 이하는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재이고, 또는 초기 솔리드 함량의 약 25 중량 % 이하는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재이다.

연마 프로세스는 예비 연마 단계를 포함할 수 있고, 이 단계에서, 조대한 무기 미립자는 연마기 용기에서 미리 정해진 입자 크기 분포로 연마되며, 그 후, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 재료가 예비 연마된 무기 미립자 재료와 결합되고 연마는 소망하는 수준의 마이크로피브릴화가 얻어질 때까지 동일하거나 상이한 연마기 용기에서 계속된다.

연마될 재료의 현탁액이 비교적 점도가 높을 수 있기 때문에, 연마 전에 또는 연마 동안에 현탁액에 적합한 분산제가 첨가될 수 있다. 분산제는, 예컨대, 수용성 축합 인산염(a water soluble condensed phosphate), 폴리 규산(polysilicic acid) 또는 이의 염, 또는 고분자 전해질(polyelectrolyte), 예컨대, 80,000 이하의 평균 분자량을 갖는 폴리(아크릴산) 또는 폴리(메타크릴 산)의 수용성 염일 수 있다. 사용되는 분산제의 양은 건조 무기 미립자 솔리드 재료의 중량을 기준으로 하여 일반적으로 0.1 내지 2.0 중량 % 범위일 것이다. 현탁액은 4 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 온도에서 적절하게 연마될 수 있다.

마이크로피브릴화 단계 동안 포함될 수 있는 다른 첨가제들은: 카르복시메틸 셀룰로스, 양쪽성(amphoteric) 카르복시메틸 셀룰로스, 산화제들(oxidising agents), 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO), TEMPO 유도체들 및 목재 분해 효소들을 포함한다.

소정의 실시예들에서, 프로세스의 생성물은 물의 적어도 일부 또는 실질적으로 전부를 제거하도록 처리되어 부분적으로 건조된 또는 본질적으로 완전히 건조된 생성물을 형성한다. 예컨대, 연마 프로세스의 생성물에서 물의 적어도 약 10 체적 %, 예컨대, 적어도 약 20 체적 %, 또는 적어도 약 30 체적 %, 또는 적어도 약 40 체적 %, 또는 적어도 약 50 체적 %, 또는 적어도 약 60 체적 %, 또는 적어도 약 70 체적 %, 또는 적어도 약 80 체적 %, 또는 적어도 약 90 체적 %, 또는 적어도 약 100 체적 %가 제거된다. 예컨대, 중력 또는 진공 보조 배수, 압착 유무 또는 증발, 또는 여과, 또는 이들 기술들의 조합을 포함하는 임의의 적합한 기술을 사용하여 생성물로부터 물을 제거할 수 있다. 부분적으로 건조된 또는 본질적으로 완전히 건조된 생성물은 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 재료 및 건조 전에 첨가될 수 있는 임의의 다른 선택적 첨가제들을 포함할 것이다. 부분적으로 건조된 또는 본질적으로 완전히 건조된 생성물은 판매용으로 저장되거나 포장될 수 있다. 부분적으로 건조된 또는 본질적으로 완전히 건조된 생성물은 본원에서 설명되는 바와 같이, 선택적으로 재수화되어(re-hydrated) 제지 조성물들 및 다른 종이 제품들에 포함될 수 있다.

셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 무기 미립자 재료의 존재 하에 마이크로피브릴화되어 레이저 광 산란에 의해 측정된 바와 같이 약 5 ㎛ 내지 약 500 ㎛ 범위의 d₅₀을 갖는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 얻을 수 있다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 무기 미립자 재료의 존재 하에 마이크로피브릴화되어 약 400 ㎛ 이하, 예컨대 약 300 ㎛ 이하, 또는 약 200 ㎛ 이하, 또는 약 150 ㎛ 이하, 또는 약 125 ㎛ 이하, 또는 약 100 ㎛ 이하, 또는 약 90 ㎛ 이하, 또는 약 80 ㎛ 이하, 또는 약 70 ㎛ 이하, 또는 약 60 ㎛ 이하, 또는 약 50 ㎛ 이하, 또는 약 40 ㎛ 이하, 또는 약 30 ㎛ 이하, 또는 약 20 ㎛ 이하, 또는 약 10 ㎛ 이하의 d₅₀을 갖는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 얻을 수 있다.

셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 무기 미립자 재료의 존재 하에 마이크로피브릴화되어 약 0.1 내지 500 ㎛ 범위의 모달(modal) 섬유 입자 크기 및 0.25 내지 20 ㎛ 범위의 모달 무기 미립자 재료 입자 크기를 갖는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 얻을 수 있다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 무기 미립자 재료의 존재 하에 마이크로피브릴화되어 적어도 약 0.5 ㎛, 예컨대 적어도 약 10 ㎛, 또는 적어도 약 50 ㎛, 또는 적어도 약 100 ㎛, 또는 적어도 약 150 ㎛, 또는 적어도 약 200 ㎛, 또는 적어도 약 300 ㎛, 또는 적어도 약 400 ㎛의 모달 섬유 입자 크기를 갖는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 얻을 수 있다.

셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 Malvern에 의해 측정된 바와 같이 약 10 이상인 섬유 스티프니스를 갖는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 얻기 위해 무기 미립자 재료의 존재 하에 마이크로피브릴화될 수 있다. 섬유의 스티프니스(즉, 섬유의 입자 크기 분포의 스티프니스)는 다음 식에 의해 결정된다:

스티프니스 = 100 × (d₃₀/d₇₀)

마이크로피브릴화 셀룰로스는 약 100 이하의 섬유 스티프니스를 가질 수 있다. 마이크로피브릴화 셀룰로스는 약 75 이하, 또는 약 50 이하, 또는 약 40 이하, 또는 약 30 이하의 섬유 스티프니스를 가질 수 있다. 마이크로피브릴화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50, 또는 약 25 내지 약 40, 또는 약 25 내지 약 35, 또는 약 30 내지 약 40의 섬유 스티프니스를 가질 수 있다.

무기 미립자 재료 및 마이크로피브릴화 셀룰로스의 혼합물들 및 마이크로피브릴화 셀룰로스의 입자들 크기 분포를 특성화하기 위한 적합한 절차는 WO-A-2010/131016 호의 40 페이지, 32 행 내지 41 페이지 34 행에 설명된다.

선택적으로, 제 1 및 제 2 양태들에서 사용하기 위한, 제 3 , 제 4 및 제 5 양태들에 따른 연마 매체

제 3 양태의 미립자 세라믹 연마 매체는 (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기, 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수, 또는 (i) 및 (ii) 양자 모두를 갖는다. 연마 매체는 지르코니아(ZrO₂), 예컨대 세리아-안정화 지르코니아 및 알루미나(Al₂O₃) 중 적어도 하나를 포함하는 조성물을 소결시킴으로써 형성된다.

소정의 실시예들에서, 조성물은 지르코니아(ZrO₂)를 포함하는데, 이는 이러한 조성물을 소결함으로써 형성된 미립자 세라믹 연마 매체가 지르코니아 상(zirconia phase)을 포함할 것임을 의미한다.

소정의 실시예들에서, 조성물은, 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량 % 내지 약 25 중량 % 세리아(Ce₂0₃), 예컨대 약 10 중량 % 내지 약 20 중량 % 세리아, 또는 약 12 중량 % 내지 약 18 중량 % 세리아, 또는 약 10 중량 % 내지 약 15 중량 % 세리아, 또는 약 11 중량 % 내지 약 14 중량 % 세리아, 또는 약 11 중량 % 내지 약 13 중량 % 세리아를 더 포함한다. 게다가, 조성물은, 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 약 40 중량 % 지르코니아, 예컨대 약 40 중량 % 내지 90 중량 % 지르코니아, 또는 약 40 중량 % 내지 80 중량 % 지르코니아, 또는 약 50 중량 % 내지 약 70 중량 % 지르코니아, 또는 약 55 중량 % 내지 약 70 중량 % 지르코니아, 또는 약 60 중량 % 내지 약 75 중량 % 지르코니아, 또는 약 65 중량 % 내지 약 75 중량 % 지르코니아, 또는 약 65 중량 % 내지 약 70 중량 % 지르코니아를 포함할 수 있다. 게다가, 조성물은 약 40 중량 % 이하 알루미나, 예컨대 약 30 중량 % 이하 알루미나, 또는 약 1 중량 % 내지 약 40 중량 % 알루미나, 또는 약 5 중량 % 내지 약 30 중량 % 알루미나, 또는 약 10 중량 % 내지 약 25 중량 % 알루미나, 또는 약 10 중량 % 내지 약 20 중량 % 알루미나, 또는 약 12 중량 % 내지 약 20 중량 % 알루미나, 또는 약 14 중량 % 내지 약 20 중량 % 알루미나, 또는 약 14 중량 % 내지 약 18 중량 % 알루미나를 포함할 수 있다.

조성물이 세리아 및 지르코니아, 또는 세리아, 지르코니아 및 알루미나를 포함하는 실시예들에서, 세리아 및 지르코니아는 세리아-안정화 지르코니아의 형태일 수 있다. 소정의 실시예들에서, 세리아-안정화 지르코니아는 세리아 안정화 지르코니아의 총 중량을 기준으로 하여, 약 10 중량 % 내지 약 20 중량 % 세리아, 및 약 90 중량 % 이하 지르코니아, 예컨대 약 12 중량 % 내지 약 18 중량 % 세리아 및 약 88 중량 % 이하 지르코니아, 또는 약 14 중량 % 내지 약 16 중량 % 세리아 및 약 86 중량 % 지르코니아, 또는 약 85 중량 % 이하 지르코니아, 또는 약 84 중량 % 이하 지르코니아를 포함한다.

소정의 실시예들에서, 세리아-안정화 지르코니아는 약 2 중량 % 이하 산화철, 예컨대 약 1 중량 % 이하 산화철, 또는 약 0.75 중량 % 이하 산화철, 또는 약 0.5 중량 % 이하 산화철, 또는 약 0.1 중량 % 내지 약 0.75 중량 % 산화철, 또는 약 0.2 중량 % 내지 약 0.6 중량 % 산화철을 포함한다.

소정의 실시예들에서, 조성물은 잔부 세리아 안정화 지르코니아(이는 전술한 바와 같이 소량의 산화철을 포함할 수 있음)와 함께 적어도 약 10 중량 % 알루미나를 포함하며, 여기서, 세리아-안정화 지르코니아는 상기 설명된 바와 같이 상대적인 양의 세리아 및 지르코니아를 함유한다. 소정의 실시예들에서, 조성물은 잔부 세리아 안정화 지르코니아와 함께 약 10 중량 % 내지 약 30 중량 % 알루미나, 예컨대, 잔부 세리아 안정화 지르코니아와 함께 약 15 중량 % 내지 약 25 중량 % 알루미나를 포함한다.

소정의 실시예들에서, 조성물은 약 15 중량 % 내지 약 25 중량 % 알루미나, 약 10 중량 % 내지 약 15 중량 % 세리아, 및 약 50 중량 % 내지 약 75 중량 % 지르코니아를 포함한다.

소정의 실시예들에서, 미립자 세라믹 연마 매체는 적어도 약 90 중량 % 알루미나, 예컨대, 적어도 약 95 중량 % 알루미나, 또는 적어도 약 99 중량 % 알루미나, 또는 적어도 약 99.5 중량 % 알루미나, 또는 적어도 약 99.9 중량 % 알루미나, 또는 실질적으로 100 중량 % 알루미나를 포함하는 조성물을 소결함으로써 형성된다. 예컨대, 미립자 연마 매체는, 예컨대, 기술적 등급 알루미나, 보크사이트 또는 그의 산화물들의 임의의 다른 적합한 조합과 같은 알루미나-함유 재료를 소결시킴으로써 만들어질 수 있다.

소정의 실시예들에서, 제 3 및 제 4 양태들에 따른 미립자 세라믹 연마 매체는 다음을 포함하는 방법에 의해 얻어질 수 있다:

c. 혼합물을 결합제 및/또는 용매(solvent)와 조합하여 결합 혼합물을 형성하는 단계;

e. 선택적으로 과립화된 조성물을 건조시키는 단계;

f. 선택적으로 과립화된 조성물을 성형하는 단계;

g. 선택적으로 과립화된 조성물의 크기를 결정하는 단계; 및

h. 과립화된 조성물을 소결시키는 단계.

소정의 실시예들에서, 상기 방법의 단계 b)에서의 원료들은, 예컨대 혼합하여 균질화된 조성물을 형성시킴으로써, 균질화된다. '균질화된(homogenized)'은 원료들의 혼합물이 전체적으로 균일한 조성물을 가짐을 의미한다. 이러한 실시예에서, 균질화된 조성물은 단계 c)에서 결합제 및/또는 용매와 결합하여 결합 균질화된 조성물을 형성하고, 이 조성물은 혼합 속도가 감소되는 시간 기간에 걸쳐 결합 균질화된 조성물을 혼합함으로써 단계 d)에서 과립화된다.

결합제 및/또는 용매는 업계에서 주지된 것들 중 하나이다. 가능한 결합제들은, 예컨대, 메틸 셀룰로스, 폴리 비닐 부티랄들, 유화 아크릴레이트들, 폴리비닐 알콜들, 폴리비닐 피롤리돈들, 폴리아크릴산, 전분, 실리콘 결합제들, 폴리아크릴레이트들, 실리케이트들, 폴리에틸렌 이민, 리그노술포네이트들, 알기네이트 등을 포함한다. 소정의 실시예들에서, 폴리비닐 알콜 결합제가 사용된다.

가능한 용매들은, 예컨대, 물, 알콜들, 케톤들, 방향족 화합물들, 탄화수소들 등을 포함할 수 있다.

업계에서 주지된 다른 첨가제들이 또한 첨가될 수 있다. 예컨대, 암모늄 스테아레이트들, 왁스 유제들, 올레산들, 맨하탄 어유(Manhattan fish oil), 스테아르산, 왁스, 팔미트산(palmitic acid), 리놀레산, 미리스트산(myristic acid) 및 라우르산(lauric acid)과 같은 윤활제들이 첨가될 수 있다. 폴리에틸렌 글리콜, 옥틸 프탈레이트들 및 에틸렌 글리콜을 포함하는 가소제들이 또한 사용될 수 있다.

소정의 실시예들에서, 균질화는 원료들의 혼합물이 전체적으로 균일한 조성물을 갖도록 적합한 시간 기간 동안 원료들을 포함하는 조성물을 혼합하는 것을 포함한다. 소정의 실시예들에서, 단계 c)는 균질화된 조성물을 결합제 및/또는 용매와 혼합하는 단계를 포함한다. 소정의 실시예들에서, 단계 b) 동안의 혼합 속도는 단계 c)에서의 혼합 단계보다 더 크며, 단계 d)에서의 초기 혼합 속도는 단계 c)에서의 최종 혼합 속도보다 더 크지 않다.

소정의 실시예들에서, 단계 b)에서의 혼합 또는 균질화는 약 1 분 내지 약 60 분, 예컨대, 약 1 분 내지 약 30 분, 또는 약 1 분 내지 약 20 분, 또는 약 1 분 내지 약 10 분, 또는 약 2 분 내지 약 10 분, 또는 약 2 분 내지 약 8 분, 또는 약 2 분 내지 약 분의 시간 기간 동안 원료들을 포함하는 조성물을 혼합하는 것을 포함한다. 전형적으로, 혼합 속도는 단계 b) 동안 일정하게 유지된다.

소정의 실시예들에서, 결합제 및/또는 용매와 함께 혼합물 또는 균질화된 조성물을 조합하는 것, 예컨대, 혼합하는 것은 약 30 초 내지 약 30 분, 예컨대 약 30 초 내지 약 20 분, 또는 약 30 초 내지 약 10 분, 또는 약 1 분 내지 약 8 분, 또는 약 1 분 내지 약 5 분, 또는 약 2 분 내지 약 5 분, 또는 약 2 분 내지 약 4 분의 시간 기간에 걸쳐 실행될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 단계 c) 동안의 혼합 속도는 바람직하게는 단계 b)에서의 혼합 속도보다 작고, 그리고 선택적으로 단계 d)에서 초기 혼합 속도와 적어도 같거나 크다. 결합제 및/또는 용매는 이 단계 동안 천천히, 예컨대 연속적으로, 또는 간헐적으로, 바람직하게는 연속적으로 첨가될 수 있다. 대안으로는, 모든 결합제 및/또는 용매는 혼합 시작시에 첨가될 수 있다.

소정의 실시예들에서, 균질화된, 결합 조성물을 과립화하는 단계는 혼합 속도가 점차적으로 또는 단계적으로 감소되는 시간 기간에 걸쳐 조성물을 혼합하는 것을 포함한다. 적합한 시간 기간은 약 1 분 내지 약 60 분, 예컨대 약 2 분 내지 약 30 분, 또는 약 3 분 내지 약 20 분, 또는 약 4 분 내지 약 15 분, 또는 약 4 분 내지 약 12 분, 또는 약 4 분 내지 약 10 분, 또는 약 4 분 내지 약 8 분일 수 있다. 적합한 시간 기간 동안, 혼합 속도는 예컨대, 단계적으로 감소될 수 있어, 최종 혼합 속도가 단계 d)의 초기 혼합 속도보다 적어도 약 25 % 미만, 예컨대 단계 d)의 초기 혼합 속도보다 적어도 약 30 % 미만, 또는 적어도 약 35 % 미만, 또는 적어도 약 40 % 미만, 또는 적어도 약 45 % 미만이다.

소정의 실시예들에서, 단계 b)의 초기 혼합 속도는 단계 d)의 최종 혼합 속도보다 적어도 약 150 % 초과, 예컨대, 적어도 약 175 % 초과, 또는 적어도 약 190 % 초과, 또는 적어도 약 200 % 초과, 또는 적어도 약 210 % 초과이다.

다양한 혼합 단계들이 임의의 적합한 혼합 장치, 예컨대 임펠러가 장비된 혼합기에서 수행될 수 있다. 예시적인 혼합 장치는 핀 타입(pin type) 임펠러가 장비된 에이리히(Eirich) 혼합기 타입 RV02E이다.

소정의 실시예들에서, 단계 b)의 초기 임펠러 속도는 약 2750 내지 3250 rpm이고, 단계 d)의 최종 임펠러 속도는 약 600 내지 1200 rpm이다. 소정의 실시예들에서, 단계 b)의 임펠러 속도는 약 2750 내지 3250 rpm이고, 단계 c) 동안 임펠러 속도는 약 2000 내지 2500 rpm이다. 이러한 실시예들에서, 단계 d)의 초기 임펠러 속도는 단계 c) 동안의 임펠러 속도보다 크지 않고, 바람직하게는 단계 c) 동안의 임펠러 속도 미만, 예컨대 약 2000 rpm 미만, 또는 약 1900 rpm 미만, 또는 약 1800 rpm 미만이다. 이러한 실시예들에서, 단계 d)의 최종 임펠러 속도는 약 1500 rpm 미만, 예컨대 약 1200 rpm 미만, 또는 약 1000 rpm 미만, 또는 약 800 rpm 미만일 수 있다. 최종 혼합 속도, 예컨대, 최종 임펠러 속도는 약 1 분 내지 약 10 분, 예컨대 약 1 분 내지 약 8 분 범위의 시간 기간 동안 일정하게 유지될 수 있다.

과립화 후에, 과립화된 조성물은 예컨대, 적합한 시간 기간 동안, 예컨대 약 10 분 내지 약 5 시간, 또는 약 30 분 내지 약 2 시간 동안 약 120 ℃ 이하의 온도에서, 혼합기로부터 제거되고 건조될 수 있다. 건조 이전 또는 건조 동안, 과립화된 조성물은 예컨대 봉 형상의 입자들을 형성하도록 형상이 정해질 수 있다.

이어서, 선택적으로 건조된 조성물은 예컨대, 체질(sieving)과 같은 사이징(sizing) 프로세스를 겪게 될 수 있다. 적당한 크기의 체(sieve)가 미립자 연마 매체의 원하는 크기에 대응하게 선택될 수 있다.

이어서, 미립자화된 조성물이 적합한 소결 온도에서 소결된다. 적합한 소결 온도들은 약 1200 ℃ 내지 약 1700 ℃의 범위이다. 소결 동안의 적합한 시간은 약 1 시간 내지 약 24 시간, 예컨대, 약 2 시간 내지 약 12 시간, 또는 약 2 시간 내지 약 8 시간, 또는 약 2 시간 내지 약 6 시간, 또는 약 3 시간 내지 약 5 시간, 또는 약 3.5 시간 내지 약 4.5 시간 범위일 수 있다.

미립자 세라믹 연마 매체가 적어도 세리아 및 지르코니아를 포함하는 조성물로 형성되는 실시예들에 대해, 소결 온도는 유리하게는, 약 1400 ℃ 내지 약 1500 ℃, 예컨대 약 1425 ℃ 내지 약 1475 ℃, 또는 약 1440 ℃ 내지 약 1460 ℃이고, 체류 시간은 약 2 시간 내지 약 6 시간, 예컨대, 약 3 시간 내지 약 5 시간, 또는 약 3.5 시간 내지 약 4.5 시간이다.

미립자화된 조성물이 적어도 약 90 중량 % 알루미나를 포함하는 조성물로부터 형성되는 실시예들에 대해, 소결 온도는 유리하게는, 약 1500 ℃ 내지 약 1700 ℃, 예컨대, 약 1550 ℃ 내지 약 1650 ℃, 또는 약 1575 ℃ 내지 약 1625 ℃이고, 체류 시간은 약 2 시간 내지 약 6 시간, 예컨대, 약 3 시간 내지 약 5 시간, 또는 약 3.5 시간 내지 약 4.5 시간이다.

소정의 실시예들에서, 제 3 양태의 미립자 연마 매체는 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법에서 사용되는 특정 연마 매체와 관련하여 상기 설명된 표면 거칠기 및/또는 평균 계수를 가질 수 있다. 이렇게 하여, 소정의 실시예들에서, 제 3 양태의 연마 매체는, 예컨대, 본원에 설명된 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법으로 연마하는 동안 사용되는 연마 프로세스 동안에 거칠게 마모된다.

또한, 제 4 양태에 따라, 사용되는 연마 프로세스 동안, 예컨대, 본원에서 설명되는 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법으로 연마하는 동안, 거칠게 마모되는 미립자 연마 매체가 제공된다. 소정의 실시예들에서, 제 4 양태의 미립자 연마 매체는 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법에서 사용되는 특정 연마 매체와 관련하여 상기 설명된 표면 거칠기 및/또는 평균 계수를 가질 수 있다. 소정의 실시예들에서, 연마하는 동안 거칠게 마모된 미립자 연마 매체는 연마 시작시에, (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수, 또는 (i) 및 (ii) 양자 모두를 갖는다. 상기 미립자 연마 매체는 천연 또는 합성 재료로 형성될 수 있으며, 예컨대, 연마 매체로서 사용하기에 적합한 조밀한, 경질 미네랄(hard mineral), 세라믹 또는 금속 재료로 형성된다. 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 세라믹 연마 매체이다. 이러한 재료들은 알루미나, 지르코니아, 지르코늄 실리케이트, 이트리아, 세리아 또는 이트리아 및/또는 세리아 안정화 지르코니아, 및 이들의 혼합물들을 포함한다.

소정의 실시예들에서, 제 3 및 제 4 양태들에 따른 미립자 연마 매체는 적어도 약 3.5의 비중, 예컨대 약 3.5 내지 약 8.0의 비중, 예컨대 약 3.5 내지 약 7.0, 또는 약 3.5 내지 약 6.5, 또는 적어도 약 3.6의 비중, 또는 적어도 약 3.7, 또는 적어도 약 3.8, 또는 적어도 약 3.9, 또는 적어도 약 4.0, 또는 적어도 약 4.1, 또는 적어도 약 4.2, 또는 적어도 약 4.3, 또는 적어도 약 4.4, 또는 적어도 약 4.5, 또는 적어도 약 4.6, 또는 적어도 약 4.7, 또는 적어도 약 4.8, 또는 적어도 약 4.9, 또는 적어도 약 5.0, 또는 적어도 약 5.1, 또는 적어도 약 5.2, 또는 적어도 약 5.3, 또는 적어도 약 5.4, 또는 적어도 약 5.5, 또는 적어도 약 5.6, 또는 적어도 약 5.7, 또는 적어도 약 5.8, 또는 적어도 약 5.9, 또는 적어도 약 6.0의 비중을 갖는다.

소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 마이크로피브릴화 셀룰로스의 제조에 사용된다. 소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 마이크로피브릴화 셀룰로스의 하나 또는 그 초과의 특징들을 개선하고 그리고/또는 제조된 마이크로피브릴화 셀룰로스의 단위량 당 에너지 입력을 감소시키기 위해 사용된다.

소정의 실시예에서, 제 4 및 제 5 양태들에 따른 미립자 연마 매체는 마이크로피브릴화 셀룰로스를 제조하는 방법에 사용되며, 상기 방법은 연마의 완료 후 제거되는 미립자 연마 매체의 존재 하에 연마함으로써 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 마이크로피브릴화하는 단계를 포함한다.

소정의 실시예들에서, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 존재 하에 교반될 때 거칠게 마모되거나 조질화되는(roughens) 재료가 제공된다. 소정의 실시예들에서, 미립자 형태 재료는, 본원에서 설명되는 바와 같이, 마이크로피브릴화 셀룰로스를 제조하도록 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 존재 하에 연마될 때 거칠게 마모되거나 조질화된다. 의심의 여지를 회피하기 위해, 거칠게 마모되거나 조질화되는 재료는 소정의 실시예들에 따라 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재와 공동 연마될 수 있는 본원에서 설명된 무기 미립자 재료 이외의 것이다. 소정의 실시예들에서, 재료는 연마 매체, 예컨대, 본원에 설명된 소정의 실시예들에 따른 연마 매체이다. "거칠게 마모되거나"또는 "조질화되는"은 재료의 표면이 교반에 후속하여 측정가능하게 조질화되는 것을 의미한다. 표면 거칠기의 증가는 본원에서 설명된 방법들에 따라 시각적으로 식별되거나 결정될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 재료는 적어도 약 3.5의 비중을 갖는다.

소정의 실시예들에 따라, 연마재(abrasive)가 접촉되는 경우, 적어도 약 1 % 증가하는 표면 거칠기를 갖는 폴리싱되지 않은(unpolished) 미립자 연마 매체가 제공된다. "폴리싱되지 않은"은 연마 매체가 연마 매체로서의 그의 사용 이전에 임의의 폴리싱 처리(즉, 그 표면을 매끄럽게 하는 것)되지 않은 것을 의미한다. 표면 거칠기의 증가는 본원에 설명된 방법들에 따라 결정될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 폴리싱되지 않은 미립자 연마 매체는 연마제 접촉 전에 (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기 및/또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수를 갖는다. 연마재 접촉은 자발적 프로세스(예컨대, 밀 또는 다른 적합한 연마 장치에서의 교반)일 수 있으며 또는 다른 재료, 예컨대 다른 연마 매체(이 다른 연마 매체는 연마재 접촉에 후속하여 폴리싱되지 않은 미립자 연마 매체로부터 분리될 수 있음) 또는, 예컨대 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재(이는 연마재 접촉 동안 제조하는 마이크로피브릴화 셀룰로스(예컨대, 본원에 설명된 실시예들에 다른 마이크로피브릴화 셀룰로스)를 연마할 수 있음)의 존재 하에 유도될 수 있다.

소정의 실시예들에서, 표면 거칠기는 적어도 약 5 %, 또는 적어도 약 10 %, 또는 적어도 약 15 %, 또는 적어도 약 20 %, 또는 적어도 약 25 %, 또는 적어도 약 30 %, 또는 적어도 약 35 %, 또는 적어도 약 40 %, 또는 적어도 약 45 %, 또는 적어도 약 50 % 증가한다. 소정의 실시예들에서, 재료는 적어도 약 3.5의 비중을 갖는다. 소정의 실시예들에서, 연마제 접촉 전에 폴리싱되지 않은 미립자 연마 매체는 (i) 적어도 약 2.0 ㎛의 표면 거칠기 및/또는 (ii) 적어도 약 0.20의 평균 마찰 계수를 가지며, 예컨대 적어도 약 2.2 ㎛의 표면 거칠기, 또는 적어도 약 2.4 ㎛ 의 표면 거칠기, 또는 적어도 약 2.6 ㎛의 표면 거칠기, 또는 적어도 약 2.8 ㎛의 표면 거칠기, 또는 적어도 약 3.0 ㎛의 표면 거칠기를 갖는다.

소정의 실시예들에서, 연마제가 접촉되는 경우, 적어도 약 20 % 증가하는 표면 거칠기를 갖는 폴리싱되는 미립자 연마 매체가 제공된다. "폴리싱되는"은 연마 매체가 연마 매체로서의 그의 사용 이전에 폴리싱 처리(즉, 그 표면을 매끄럽게 하는 것)되는 것을 의미한다. 표면 거칠기의 증가는 본원에 설명된 방법들에 따라 결정될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 폴리싱되지 않은 미립자 연마 매체는 연마제 접촉 전에 (i) 적어도 약 0.5 ㎛의 표면 거칠기 및/또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수를 갖는다. 연마재 접촉은 자발적 프로세스(예컨대, 밀 또는 다른 적합한 연마 장치에서의 교반)일 수 있으며 또는 다른 재료, 예컨대 다른 연마 매체(이 다른 연마 매체는 연마재 접촉에 후속하여 폴리싱되지 않은 미립자 연마 매체로부터 분리될 수 있음) 또는, 예컨대 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재(이는 연마재 접촉 동안 제조하는 마이크로피브릴화 셀룰로스(예컨대, 본원에 설명된 실시예들에 다른 마이크로피브릴화 셀룰로스)를 연마할 수 있음)의 존재 하에 유도될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 표면 거칠기는 적어도 약 25 %, 또는 적어도 약 30 %, 또는 적어도 약 35 %, 또는 적어도 약 40 %, 또는 적어도 약 45 %, 또는 적어도 약 50 % 증가한다. 소정의 실시예들에서, 재료는 적어도 약 3.5의 비중을 갖는다. 소정의 실시예들에서, 연마제 접촉 전에 폴리싱되는 미립자 연마 매체는 (i) 적어도 약 1.4 ㎛의 표면 거칠기 및/또는 (ⅱ) 적어도 약 0.08, 또는 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수를 가지며, 예컨대 적어도 약 1.6 ㎛의 표면 거칠기, 또는 적어도 약 1.8 ㎛의 표면 거칠기, 또는 적어도 약 1.9 ㎛의 표면 거칠기를 갖는다.

미립자 연마 매체 제조 방법

소정의 실시예들에서, 미립자 연마 매체는 (i) 적어도 약 0.5 ㎛ 의 표면 거칠기, 또는 (ii) 적어도 약 0.10의 평균 마찰 계수 또는 (i) 및 (ii) 양자 모두를 갖는 미립자 연마 매체가 제조되는 임의의 적합한 방법에 의해 만들어질 수 있다.

이 방법은 0.5 ㎛ 미만의 표면 거칠기 및/또는 0.10 미만의 평균 마찰 계수를 갖는 미립자 연마 매체를 형성하는 단계, 및 상기 미립자 연마 매체를 표면 조질화(roughening) 단계로 되게 하는 단계 - 표면 조질화 단계의 종료시, 표면 거칠기는 적어도 약 0.5 ㎛이며 그리고/또는 평균 마찰 계수는 적어도 약 0.10이 됨 - 를 포함할 수 있다. 예컨대, 제 1 양태의 표면 거칠기 및/또는 평균 마찰 계수 요건들을 초기에 충족시키지 않는 미립자 연마 매체는, 미세 연마재 분말(예컨대, 플래너리 밀(planetary mill)과 같은 연마 용기(grinding vessel)에서 융합된(fused) 알루미나 미세 연마재 분말(planetary mill))과 같은 연마재 재료와 공동으로 연마될 수 있다.

유리하게는, (제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 양태들뿐만 아니라) 제 1 양태의 미립자 연마 매체는 다음을 포함하는 프로세스에 의해 제조될 수 있다:

e. 선택적으로 과립화된 조성물을 건조시키는 단계;

f. 선택적으로 과립화된 조성물을 성형하는 단계;

g. 선택적으로 과립화된 조성물의 크기를 결정하는 단계; 및

h. 과립화된 조성물을 소결시키는 단계.

소정의 실시예들에서, 상기 방법의 단계 b)에서의 원료들은, 예컨대 혼합하여 균질화된 조성물을 형성시킴으로써, 균질화된다. 이러한 실시예에서, 균질화된 조성물은 단계 c)에서 결합제 및/또는 용매와 결합하여 결합 균질화된 조성물을 형성하고, 이 조성물은 혼합 속도가 감소되는 시간 기간에 걸쳐 결합 균질화된 조성물을 혼합함으로써 단계 d)에서 과립화된다.

추가의 실시예들 및 이러한 프로세스의 상세들은 제 3 및/또는 제 4 양태들에 따른 미립자 연마 매체의 제조와 관련하여 상기에 설명되어 있다.

종이 제품들 및 이를 준비하기 위한 프로세스들

마이크로피브릴화 셀룰로스 및 (존재하는 경우) 무기 미립자 재료를 포함하는 본 발명의 제 1 양태에 의해 얻을 수 있는 조성물은 제지 조성물들에 통합될 수 있으며, 이는 결국 종이 제품들을 준비하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 소정의 실시예들과 관련하여 사용되는 용어 "종이 제품"은 예컨대, 화이트-라인드 보드(white-lined board) 및 라이너보드(linerboard), 카드보드(cardboard), 페이퍼보드(paperboard), 코팅된 보드 등과 같은 보드를 포함하는 모든 형태의 종이를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 책, 잡지, 신문 등에 적합한 종이 및 사무 용지들을 포함하여, 본 발명의 소정의 실시예들에 따라 제조될 수 있는 코팅되거나 코팅되지 않은 수많은 유형의 종이가 있다. 종이는 적절하게 캘린더링(calendered)되거나 슈퍼 캘린더링(super calendered)될 수 있는데: 예컨대, 윤전 그라비어 인쇄(rotogravure) 및 오프셋 인쇄(offset printing)를 위한 슈퍼 캘린더링 잡지 종이가 본 방법들에 따라 만들어질 수 있다. 경량 코팅(LWC: light weight coating), 중간 중량 코팅(MWC: medium weight coating) 또는 기계 마무리 착색(MFP: machine finished pigmentisation)에 적합한 종이가 또한 본 방법들에 따라 만들어질 수 있다. 본 방법들에 따라 식품 포장 등에 적합한 배리어 특징들을 갖는 코팅지 및 보드가 또한 만들어질 수 있다.

통상적인 제지 프로세스에서, 당 분야에 주지된 임의의 적합한 화학적 또는 기계적 처리 또는 이들의 조합에 의해 셀룰로스 함유 펄프가 준비된다. 펄프는 목재, 풀(예컨대, 사탕수수(sugarcane), 대나무(bamboo)) 또는 넝마들(rags)(예컨대, 섬유 폐기물(textile waste), 면(cotton), 마(hemp) 또는 아마(flax))과 같은 임의의 적합한 소스로부터 유도될 수 있다. 펄프는 당업자에게 주지된 프로세스들에 따라 표백될 수 있으며, 본 발명의 소정의 실시예들에 사용하기에 적합한 이들 프로세스들은 쉽게 명백해질 것이다. 표백된 셀룰로스 펄프는 미리 정해진 연수도(㎤로 캐나다 표준 연수도(CSF)로서 당 분야에 보고됨)에 대해 다져지거나, 정제되거나, 또는 양자 모두가 가능할 수 있다. 이후, 적합한 종이 스톡이 표백 및 다져진 펄프로부터 준비된다.

제지 조성물은 전형적으로, 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 (존재하는 경우) 무기 미립자 재료를 포함하는 조성물 이외에, 종이 스톡 및 당 분야에 공지된 다른 종래의 첨가제들을 포함한다. 예컨대, 제지 조성물은 제지 조성물의 총 건조 함량을 기준으로 하여 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 무기 미립자 재료를 포함하는 조성물로부터 유도되는 무기 미립자 재료의 약 50 중량 % 이하를 포함할 수 있다. 예컨대, 제지 조성물은 제지 조성물의 총 건조 함량을 기준으로 하여 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 무기 미립자 재료를 포함하는 조성물로부터 유도되는 무기 미립자 재료의 적어도 약 2 중량 %, 또는 적어도 약 5 중량 %, 또는 적어도 약 10 중량 %, 또는 적어도 약 15 중량 %, 또는 적어도 약 20 중량 %, 또는 적어도 약 25 중량 %, 또는 적어도 약 30 중량 %, 또는 적어도 약 35 중량 %, 또는 적어도 약 40 중량 %, 또는 적어도 약 45 중량 %, 또는 적어도 약 50 중량 %, 또는 적어도 약 60 중량 %, 또는 적어도 약 70 중량 %, 또는 적어도 약 80 중량 % 또는 적어도 약 90 중량 %를 포함할 수 있다. 제지 조성물은 또한 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 무기 미립자 재료를 포함하는 수성 현탁액의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.1 내지 2 중량 % 범위의 양으로 비이온성(non-ionic), 양이온성 또는 음이온성 보유 조제(retention aid) 또는 극미립자(microparticle) 보유 시스템을 함유할 수 있다. 또한, 예컨대 장쇄 알킬케텐 이량체(long chain alkylketene dimer), 왁스 유제(wax emulsion) 또는 숙신산 유도체(succinic acid derivative)일 수 있는 사이즈제(sizing agent)를 포함할 수 있다. 조성물은 또한 염료 및/또는 광증백제(optical brightening agent)를 포함할 수 있다. 조성물은 또한, 예컨대 전분 또는 에피클로로히드린 공중합체들(epichlorhydrin copolymers)과 같은 건조 및 습윤 강도 조제들(strength aids)을 포함할 수 있다.

본 발명의 소정의 실시예에 따른 종이 제품들은 다음을 포함하는 프로세스에 의해 만들어질 수 있다: (i) 종이 제품을 만드는데 적합한 펄프의 형태로 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 획득하거나 준비하는 단계; (ii) 단계 (i)에서 펄프로부터 제지용 조성물을 준비하는 단계-본 발명의 소정의 실시예들의 조성물은 마이크로피브릴화 셀룰로스 및 (존재하는 경우) 무기 미립자 재료 및 다른 선택적인 첨가제들(이를테면, 예컨대, 보유 조제, 및 상기 설명된 것들과 같은 다른 첨가제들)을 포함함-; 및 (iii) 상기 제지 조성물로부터 종이 제품을 형성하는 단계. 상기 주목된 바와 같이, 펄프를 형성하는 단계는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 건조 상태, 예컨대, 부서진 건조지 또는 폐기물의 형태로, 연마기 용기에 직접 첨가함으로써 연마기 용기에서 제조할 수 있다. 이후, 연마기 용기 내의 수성 환경은 펄프의 형성을 용이하게 할 것이다.

추가의 충전제 성분(filler component)(즉, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재와 공동 연마될 수 있는 무기 미립자 재료 이외의 충전제 성분)은 단계 (ii)에서 준비된 제지 조성물에 첨가될 수 있다. 예시적인 충전제 성분은 PCC, GCC, 카올린 또는 이들의 혼합물이다. 이러한 제지 조성물들로 만들어진 종이 제품들은 비교가능한 프로세스에 사용되는 미립자 연마 매체가 본 발명의 제 1 양태의 방법에 의해 요구되는 것보다, 연마의 시작시에, (i) 덜 거친 표면 거칠기 및/또는 (ii) 더 작은 평균 마찰 계수를 갖는 비교가능한 프로세스에 의해 만들어진 마이크로피브릴화 셀룰로스를 포함하는 종이 제품들에 비해, 더 큰 강도(예컨대, 개선된 파열 강도)를 나타낼 수 있다. 유사하게, 무기 미립자를 포함하는 본 발명의 소정의 실시예에 따른 제지 조성물로부터 준비된 종이 제품들은 무기 미립자 재료를 덜 포함하는 종이 제품들에 비교가능한 강도를 나타낼 수 있다. 환언하면, 종이 제품들은 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 제지 조성물로부터 강도의 손실 없이 보다 높은 충전제 로딩들(higher filler loadings)로 준비될 수 있다.

제지 조성물로부터의 최종 종이 제품의 형성 단계는 통상적이며 당 분야에 주지되어 있으며 그리고 일반적으로 만들어지는 종이의 유형에 따라, 목표로 하는 기본 중량을 갖는 종이 시트들의 형성을 포함한다.

예들

예 1

표 1에 설명된 원료 조성물은 각각 핀 타입 임펠러가 장비된 아이리히 혼합기(Eirich mixer) 타입 RV02E에 충전되었으며 3000 rpm의 임펠러 속도에서 4 분 동안 응집을 풀어주고(de-agglomerated) 균질화시켰다. 제 2 단계에서, 각각의 경우에, 임펠러 속도는 2200 rpm으로 낮춰지고 결합제 용액(물속에 0.5 중량 % PVA 용액)이 3 분의 기간에 걸쳐 첨가되었다. 혼합 단계(즉, 과립화(granulation))에서, 임펠러 속도는 최종 속도로 단계적으로 감소되어 비드들을 형성하였다. 각 조성물에 대한 최종 단계 혼합의 상세들은 표 2 및 3에 제공된다.

비드들이 혼합기에서 꺼내지고 60 ℃에서 1 시간 동안 건조되었다. 건조된 재료를 체질하였다. 각각의 경우에, 크기 분율(size fraction)이 소결을 위해 사용되었다. 100 % 알루미나 비드들(샘플 2A)에 대해, 소결 온도는 1600 ℃이고 체류 시간은 4 시간이었다. 세리아/이트리아/알루미나 비드들(샘플 2B 및 2C)에 대해, 소결 온도는 1450 ℃이고 체류 시간은 4 시간이었다.

샘플 2B의 제형화된 비드들은 5.57의 비중을 가지며; 샘플 2C의 제형화된 비드들은 4.74의 비중을 갖는다.

예 2

비드들 샘플들 2B 및 2C 및 비교 지르코니아 매체가 마이크로피브릴화 셀룰로스를 준비하게 위해 사용되었다.

마이크로피브릴화 셀룰로스의 제조에 사용되는 구성성분들:

ㆍ정제되지 않은 보츠니아 펄프

ㆍ입자들의 약 60 중량 %가 2 ㎛ 미만의 p.s.d를 갖도록 입자 크기 분포를 갖는 연마된 탄산 칼슘

ㆍ연마 매체 2B 및 2C

ㆍ0.5 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 갖는 비교 지르코니아 연마 매체

연마 조건들:

ㆍ목표 총 솔리드 및 POP(Percentage Of Pulp - 펄프인 필러 건조 중량의 백분율): 각각 9 % 및 20 % POP

ㆍ목표 전체 솔리드 및 POP: 각각 15% 및 20 % POP

ㆍ목표 MVC(매체 체적 농도): 45 %

ㆍ1000 rpm

ㆍ에너지 입력 - 2000, 2500 및 3500 kWh/t

각 매체 유형은 3 개의 동일한 부분들로 분할되었다. 각 부분은 이후, 다른 부분들과 혼합하지 않고 8 배치들에 대해 단지 하나의 특정 에너지 수준에서 연마를 위해 사용되었다.

제조된 마이크로피브릴화 셀룰로스 샘플이 하기와 같이 분석되었다:

ㆍ입자 크기 분포는 상기 설명된 방법에 따라 Malvern 'S' 인스트루먼트를 사용하여 결정

ㆍ총 솔리드 함량 및 POP 시료들이 측정

상기 절차들에 따라 준비된 제품들은 핸드시트들에서 충전재들로서 평가되었다. 일반적으로, 70 부(parts)의 유칼립투스(eucalyptus) 및 30 부의 북부 표백 침엽수 펄프(northern bleached softwood pulp)를 포함하는 표백된 화학 펄프의 배치(batch)는 520 ㎤의 CSF를 부여하기 위해 밸리 비터(beater beater)에서 다져졌다(beaten). 2 % 두께의 스톡으로 붕괴 및 희석한 이후, 시트 제조를 위해 섬유를 0.3 중량 %의 농도(consistency)로 희석되었다.

충전제 슬러리(filler slurry)(마이크로피브릴화 셀룰로스 및 탄산 칼슘 미립자를 포함함)는 보유 조제(Ciba, Percol 292, 완성 지료(furnish)에 0.02 중량 %)와 함께 첨가되었다. 핸드시트들은 표준 방법들(예컨대, SCAN C 26 : 76(M 5 : 76))에 따라 영국식 핸드시트 몰드를 사용하여 80g/㎡의 기본 중량으로 만들어졌다. 시트들은 약 15 부 및 25 부의 무기 미립자 로딩 및 이들 데이터로부터 보간된 20 % 무기 미립자 로딩에서의 파열 강도 값으로 준비되었다. 20 % 로딩시의 파열는 충전되지 않은 값의 백분율로 표시한 다음 비교를 위해 정규화되었다.

종이 파열 강도는 SCAN P24에 따라 Messemer Buchnel 파열 테스터를 사용하여 결정되었다.

결과들은 도 1에서 요약되어 있다. 매체 시료들 2B 및 2C을 사용하여 제조되는 마이크로피브릴화 셀룰로스는 지르코니아 매체를 사용하여 제조되는 마이크로피브릴화 셀룰로스와 비교하여 종이에 통합될 때 더 우수한 강도 개선을 부여하는 것을 알 수 있다. 또한, 2000 kWh/t의 에너지 입력에서 매체 샘플들 2B 및 2C을 사용하여 제조되는 마이크로피브릴화 셀룰로스는 2500 kWh/t의 더 높은 에너지 입력에서 지르코니아 매체를 사용하여 제조되는 마이크로피브릴화 셀룰로스보다 더 우수한 강도 개선을 부여하였다.

예 3 - 연마 후 매체의 분석

비드들은 하나 걸러(every other) 연마 이후에 수집되어 아래의 부록 1 과 2에서 설명된 방법들에 따라 간섭계(interferometer) 및 마찰계(tribometer)를 사용하여 분석/특성화되었다. 간섭계는 매체 표면 거칠기를 특성화하는데 사용되었으며, 마찰계는 건조 섬유 패드(침엽수, Botnia pine로 제조 됨)를 문질렀을 때 매체의 마찰 계수를 결정하는데 사용되었다.

사용된 간섭계는 단색광(Omniscan MicroXAM2)을 사용하여 매체 표면 거칠기 및 토포그래피를 측정하는 위상이동 간섭계(phase shifting interferometer)였다.

Longshore Systems Engineering 간섭계가 비드 시료들의 마찰 계수를 결정하기 위해 사용되었다.

결과들은 표 4에서 요약되어 있다.

부록 1

간섭계 작동

(Omniscan MicroXAM2)

1 . 스위치 파워 온

2. 부트 업 PC

3. 유리 슬라이드 상에 5 개의 시편 입자들을 내려놓음(각각의 입자의 2 개의 로케이션들에서 거칠기를 측정)

4. 광 빔 바로 아래에 각각의 시편 입자를 로케이팅함, 바람직하게는 입자의 최상부 상에 바로 포커싱함 이미지는 스크린/모니터에 나타날 것이며, 이는 명확하지 않을 것임(흐릿함)

5. 사진의 중간에 적색 점이 존재하도록 광의 세기(light intensity)를 변경함(적색 점은 스크린 상의 전체 이미지를 포함하지 않아야 함)

6. 적색 점이 입자를 향해서 렌즈를 하향 (다이얼 상에서 반시계 방향) 이동시킬 때 더 작아지는지를 체크함 이미지는 더욱 초점을 벗어나게 됨(out of focus)

7. 이후, 이전의 포지션까지 렌즈를 이동시키고, 이후 적색 점이 훨씬 더 작고 덜 윤곽이 정해지도록(less defined) 광의 세기를 감소시킴

8. 이후, 이미지가 초점 내에 있을 때까지(입자 표면이 보다 윤곽이 정해질때까지) 렌즈를 계속해서 천천히 상향 (다이얼 상에서 시계 방향) 이동시킴. 적색 광이 보다 희박해지고 덜 선명하도록, 필요하다면 광 세기를 감소시킴

9. 이미지가 초점에 있을 때, 제어 박스 상에서 렌즈의 위치를 측정

10. 이후, (정확한 파일명을 입력한 이후에) 시료를 실행시키고, 사진이 완전히 초점을 벗어나는 것이 명확해질 때 프로세스를 종료

11. 디스플레이되는 이미지에 의해, 좌측의 크롭 버튼을 사용하고 우 클릭하여 'make main image'를 선택함으로써 어떠한 비정상들(anomalies)도 크롭 아웃할 수 있음 이후 저장

12. 이미지로부터 필요한 값을 판독

13. 입자의 제 2 영역에 대해 반복

14. 각각의 입자에 대해 반복

15. 얻어진 10 개의 판독들을 평균화

부록 2

마찰계 작동 절차

평탄 마찰 측정들에서의 구체

1. PC, 모니터 및 마찰계를 파워 온 스위치

2. 부트 업 PC.

3. 마찰계 터치 스크린 인터페이스(TSI)에서 [Start]를 누름

4. 마찰계 제어기의 후방 시작 버튼을 누름

5. TSI에서 [Proceed]를 누름

6. TSI에서 [Linear]를 누름

7. DSC 툴키트 소프트웨어를 개방

8. DSC 툴키트에서, 마찰계(수직 하중 스트레인 게이지)인 디바이스를 선택

9. DSC 툴키트 소프트웨어를 개방

10. DSC 툴키트에서, 마찰계(측방 하중 스트레인 게이지)인 디바이스를 선택

11. 구체 직경에 따라, M2, M3, M4, M5 또는 M6의 메트릭 스레드로 스크류 결합하도록 프로브를 점착

12. 적합한 어댑터를 통해 마찰계 빔에 스크류를 부착

13. 타겟 수직 하중이 획득될 때까지 황동 추들(brass weights)을 추가

14. 하부 플레이트 상에서 기재(이는 침엽수, 보트니아 소나무로부터 만들어진 건조 섬유 패드임)를 고정시킴

섬유 패드는 시료들을 고정시키기 위해 인-빌트 시스템에 사용하기에 적합한 치수로 손질됨(trimmed)

15. TSI를 사용하여, 시작 포지션 및 종료 포지션을 입력; 이는 시료에서 마찰 측정을 시작하고자 하는 곳에 대응하는 동일한 값이어야 함

16. TSI를 이용하여, 소망하는 슬라이딩 속도를 입력

17. TSI를 이용하여, 사이클들의 수를 1로 설정

18. DSC 툴키트 소프트웨어에서 [Logging]을 누름

19. Log 간격을 10 ms로 설정

20. 파일명 및 디렉토리를 지정

21. 구체가 기재와 압축 접촉하고, 수직 하중이 0에 도달할 때까지 크로스헤드를 하강시킴

22. TSI를 이용하여, [Begin Motion]을 누름

23. DSC 툴키트 소프트웨어에서 [Start]을 누름

24. TSI를 이용하여, [Run]을 누름

25. 사이클이 완료된다면, DSC 툴키트 소프트웨어에서 [Stop]을 누름

26. 구체가 기재에 없을 때까지 크로스헤드를 상승시킴

Claims

미립자 세라믹 연마 매체를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 미립자 세라믹 연마 매체는 (i) 적어도 0.5 ㎛의 표면 거칠기, 또는 (ii) 적어도 0.10의 평균 마찰 계수, 또는 (i) 및 (ii) 양자 모두를 갖고, 상기 미립자 연마 매체는 적어도 3.5의 비중(specific gravity)을 가지며, 상기 방법은:
a. 지르코니아(ZrO₂) 및 알루미나(Al₂O₃) 중 적어도 하나를 포함하는 원료들을 포함하는 조성물을 획득, 제공 또는 제조하는 단계;
b. 원료들을 포함하는 조성물을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
c. 혼합물을 결합제(binder)와 조합하여 결합 혼합물(bound mixture)을 형성하는 단계;
d. 혼합 속도가 감소되는 동안의 시간 기간에 걸쳐 결합 혼합물 조성물을 혼합함으로써 결합 혼합물을 과립화하는 단계;
e. 선택적으로 과립화된 조성물을 건조시키는 단계;
f. 선택적으로 과립화된 조성물을 성형하는 단계;
g. 선택적으로 과립화된 조성물의 크기를 결정하는 단계; 및
h. 과립화된 조성물을 소결시키는 단계를 포함하고,
상기 단계 b) 내지 단계 d)는 임펠러가 장비된 혼합기에서 수행되고, 선택적으로 상기 단계 b) 동안의 임펠러 속도는 상기 단계 c) 및 단계 d) 동안의 임펠러 속도보다 더 크고, 상기 단계 c) 동안의 임펠러 속도는 상기 단계 d) 동안의 임펠러 속도 이상인,
미립자 세라믹 연마 매체를 제조하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 5 내지 25 중량 %의 세리아(Ce0₂)를 포함하는,
미립자 세라믹 연마 매체를 제조하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 단계 b)의 초기 혼합 속도는 상기 단계 d)의 최종 혼합 속도보다 적어도 150 % 더 크거나/크고, 상기 초기 혼합 속도는 2750 내지 3250 rpm이고, 상기 최종 혼합 속도는 600 내지 1200 rpm인,
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 원료들을 포함하는 조성물은 90 중량 % 이하 세리아 안정화 지르코니아(ceria stabilized zirconia), 및 선택적으로 적어도 10 중량 % 알루미나를 포함하는,
미립자 세라믹 연마 매체를 제조하기 위한 방법.
제 4 항에 있어서,
소결 온도는 1400 ℃ 내지 1500 ℃인,
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제 5 항에 있어서,
체류 시간은 2 시간 내지 6 시간인,
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 원료들을 포함하는 조성물은 적어도 90 중량 % 알루미나를 포함하는,
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제 7 항에 있어서,
소결 온도는 1500 ℃ 내지 1700 ℃인,
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제 8 항에 있어서,
체류 시간은 2 시간 내지 6 시간인,
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제 2 항에 있어서,
상기 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 10 내지 20 중량 %의 세리아(Ce0₂)를 더 포함하는,
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제 7 항에 있어서,
상기 원료들을 포함하는 조성물은 적어도 95 중량 % 알루미나를 포함하는,
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제 1 항에 있어서,
상기 원료들을 포함하는 조성물은 적어도 99 중량 % 알루미나를 포함하는,
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제 1 항에 있어서,
상기 원료들을 포함하는 조성물은 100 중량 % 알루미나를 포함하는,
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제 6 항에 있어서,
체류 시간은 3.5 시간 내지 4.5 시간인,
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제 8 항에 있어서,
소결 온도는 1575 ℃ 내지 1625 ℃인,
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제 9 항에 있어서,
체류 시간은 3.5 시간 내지 4.5 시간인,
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