KR19980702233A - 티슈 페이퍼의 벌크 유연성의 향상 방법 및 그로부터 제조된 제품 - Google Patents

티슈 페이퍼의 벌크 유연성의 향상 방법 및 그로부터 제조된 제품 Download PDF

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Abstract

벌크 유연성이 향상된 티슈 페이퍼는 상기 페이퍼의 건조 섬유 중량을 기준으로 0.01 내지 5% 중량의 수용성 폴리하이드록시 화합물, 예를들어 글리세롤을 포함한다. 이러한 비이온성 폴리하이드록시 화합물은, 제지기(80)상에서 습식 티슈 웹(88)에 10 내지 80%의 섬유 점조도로 적용시키고(120), 상기 웹을 건조(100,108,110)시키고 크레이핑(111)시킬때 높은 보유율을 갖는다. 상기 티슈 페이퍼는 페이퍼 강도를 증가시키기 위해서 전분과 같은 첨가제를 추가로 포함할 수도 있다.

Description

티슈 페이퍼의 벌크 유연성의 향상 방법 및 그로부터 제조된 제품
페이퍼 웹 또는 시이트, 때때로 티슈 또는 페이퍼 티슈 웹 또는 시이트라 칭하는 이들은 현대 사회에서 광범위하게 사용되고 있다. 여기에는 페이퍼 타월, 화장용 티슈 및 생리대(또는 화장지)와 같은 주요 품목들이 포함된다. 이들 페이퍼 제품들은 다양한 바람직한 성질들, 예를들어 습윤 및 건조 인장 강도, 수성 유체에 대한 흡수성(예: 습윤성), 낮은 조면성(lint property), 바람직한 부피 및 유연성을 가질 수 있다. 제지 분야에서는 우수한 티슈 페이퍼를 제공하기 위해서 이러한 다양한 성질들에 대한 적절한 균형이 특별히 논의되어 왔다.
유연성은, 타월 제품에는 약간 바람직하지만, 화장용 티슈 및 화장지에 대해서는 특히 중요한 성질이다. 유연성은 특정한 페이퍼 제품을 쥐고, 피부에 문지르고, 손으로 구길때 소비자에 의해 인지되는 촉감이다. 이러한 촉감 인지성 유연성은, 비제한적으로, 마찰, 가요성 및 부드러움 뿐아니라, 벨벳, 실크 또는 플란넬과 같은 느낌과 같이 주관적인 서술을 특징으로 할 수 있다. 이러한 촉감은 여러가지 물리적 성질들, 예를들어 페이퍼 시이트의 가요성 또는 경도, 웹의 마찰 특성 뿐아니라, 페이퍼 표면의 조직과 같은 성질들이 복합된 것이다.
종이의 경도는 전형적으로 웹의 건조 및/또는 습윤 인장 강도를 증가시키려는 노력에 의해 영향을 받는다. 건조 인장 강도의 증가는 인접한 제지 섬유들의 하이드록실 그룹간에 적절한 수소 결합을 형성시키는 기계적인 공정에 의해, 또는 특정한 건조 강도 첨가제의 혼입에 의해 이루어질 수 있다. 습윤 강도는 전형적으로 제지 섬유의 음이온성 카복실 그룹상에 쉽게 부착되고 유지되는, 전형적으로 양이온성인, 특정한 습윤 강도 수지의 혼입에 의해 향상된다. 그러나, 건조 및 습윤 인장 강도를 개선시키기 위한 상기와 같은 기계적 및 화학적 수단의 사용은 보다 뻣뻣하고, 거친 느낌의 덜 유연한 티슈 페이퍼를 또한 생성시킬 수 있다.
몇몇 화학적 첨가제, 흔히 탈결합제라고 칭하는 것을 제지 섬유에 가하여, 시이트 제조 및 건조중에 발생하는 자연적인 섬유-섬유 결합을 방해함으로써 보다 유연한 페이퍼를 제조할 수 있다. 이들 탈결합제는 전형적으로 양이온성이며, 티슈 페이퍼 연화에서의 용도와 관련된 특정한 단점들을 갖는다. 일부 저 분자량의 양이온성 탈결합제들은 인체 피부와 접촉시 과도한 자극을 유발시킬 수 있다. 보다 고 분자량의 양이온성 탈결합제는, 적은 양으로는 티슈 페이퍼에 적용시키기 어려울 수 있으며, 또한 티슈 페이퍼에 대해 바람직하지 못한 소수성 효과를 미칠 수 있다. 예를들어 흡수성 및 특히 습윤성을 감소시킬 수 있다. 이들 양이온성 탈결합제들은 섬유간 결합을 파괴시킴으로써 작용하기때문에, 이들은 또한 수지, 라텍스 또는 다른 건조 강도 첨가제들이 허용가능한 수준의 인장 강도를 제공하는데 필요한 정도로 인장 강도를 감소시킬 수 있다. 이들 건조 강도 첨가제는 티슈 페이퍼의 비용을 증가시킬 뿐아니라, 또한 티슈 유연성에 대해 다른 유해한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 다수의 양이온성 탈결합제들은 생분해성이 아니며, 따라서 환경적으로 불리한 영향을 미칠 수 있다.
양이온성 탈결합제의 예로는 통상적인 4급 암모늄 화합물, 예를들어 널리 공지된 디알킬 디메틸 암모늄 염(예: 디탈로우 디메틸 암모늄 클로라이드, 디탈로우 디메틸 암모늄 메틸 설페이트, 디(수소화된)탈로우 디메틸 암모늄 클로라이드 등)이 있다. 그러나, 상기 언급한 바와 같이, 이들 양이온성 4급 암모늄 화합물은 시이트 제조 및 건조 공정동안 발생하는 자연적인 섬유-섬유 결합을 방해함으로써 페이퍼를 연화시킨다. 인장 강도를 감소시키는 것 이외에, 이들 4급 암모늄 화합물은 또한 티슈 페이퍼에 바람직하지 못한 소수성 효과, 예를들어 흡수성 및 습윤성을 감소시키는 경향이 있다.
전형적으로 기계적인 압착 공정을 티슈 페이퍼 웹에 가하여 이들을 탈수시키고/시키거나 이들의 인장 강도를 증가시킨다. 기계적인 압착은 예를들어 통상적인 펠트-압착된 페이퍼의 경우에서와 같이 페이퍼 웹의 전체 면적에 걸쳐 일어날 수 있다. 보다 바람직하게, 탈수를 페이퍼의 패턴을 치밀화시키는 방식으로 수행한다. 패턴이 치밀화된 페이퍼는 비교적 높은 섬유 밀도를 갖는 특정의 치밀화된 영역 뿐아니라 비교적 낮은 섬유 밀도를 갖는 고 벌크 영역을 갖는다. 이러한 고 벌크성의 패턴 치밀화된 페이퍼는 전형적으로, 너클의 패턴화된 변위를 갖는 소공성 직물에 의해 치밀화된 영역이 부여된 부분 건조된 페이퍼 웹으로부터 제조된다. 예를들어 1967년 1월 31일자로 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호(Sanford et al.); 1976년 11월 30일자로 허여된 미국 특허 제 3,994,771 호(Morgan et al.) 및 1985년 7월 16일자로 허여된 미국 특허 제 4,529,480 호(Trokhan)를 참조하시오.
인장 강도 및 벌크성 이외에, 상기와 같은 패턴화된 치밀화 공정의 또다른 잇점은 장식적인 패턴을 티슈 페이퍼상에 새길 수 있다는 것이다. 그러나, 패턴화된 치밀화 공정의 본질적인 문제점은 제지공정중에 티슈 페이퍼의 직물면, 즉 소공성 직물과 접촉하는 페이퍼면이 상기 직물과 접촉하지 않는 면보다 거친 감촉을 갖는다는 것이다. 이는 본질적으로 페이퍼의 면으로부터 외향의 돌출부를 형성하는 고 벌크 영역에 기인한다. 이러한 돌출부는 거친 감촉을 부여할 수 있다.
이들 압착된, 특히 패턴이 치밀화된 티슈 페이퍼의 유연성은 상기 페이퍼를 다양한 첨가제들, 예를들어 식물성, 동물성 또는 합성 탄화수소 오일, 및 특히 전형적으로 실리콘 오일이라 칭하는 폴리실록산 물질로 처리함으로써 개선될 수 있다. 1990년 9월 25일자로 허여된 미국 특허 제 4,959,125 호(Spendel)의 컬럼 1, 라인 30 내지 45를 참조하시오. 이러한 실리콘 오일은 티슈 페이퍼에 부드럽고 유연한 느낌을 부여한다. 그러나, 일부 실리콘 오일은 소수성이어서 처리된 티슈 페이퍼의 표면 습윤성에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 즉, 처리된 티슈 페이퍼를 부유시켜, 변기를 물로 씻어내릴때 하수구 시스템의 폐기 문제점을 유발시킬 수 있다. 사실상, 일부 실리콘 연화된 페이퍼는 실리콘에 의해 유발된 상기와 같은 습윤성의 감소를 상쇄시키기 위해서 다른 계면활성제로 처리할 것을 필요로 한다. 1991년 10월 22일자로 허여된 미국 특허 제 5,059,282 호(Ampulski et al.)를 참조하시오.
티슈 페이퍼를 또한 건조 웹 첨가 방법에 의해 유연제로 처리하였다. 이러한 방법중 하나로, 성형된 왁스형 유연제 블록의 한면을 가로질러 건조 페이퍼를 이동시키고 이어서 상기 페이퍼 면에 상기 유연제를 문질러 침착시키는 것이 있다. 1967년 2월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,305,392 호(Britt)를 참조하시오(유연제로는 스테아레이트 비누, 예를들어 스테아르산 아연, 스테아르산 에스테르, 스테아릴 알콜, 폴리에틸렌 글리콜, 예를들어 Carbowax, 및 스테아르산 및 라우르산의 폴리에틸렌 글리콜 에스테르가 있다). 또다른 방법으로 건조 페이퍼를 유연제를 함유하는 용액 또는 유화액에 침지시키는 것이 있다. 1967년 1월 3일자로 허여된 미국 특허 제 3,296,065 호(O'Brien et al.)를 참조하시오(유연제로서 몇몇 지방족 또는 방향족 카복실산의 지방족 에스테르를 사용함). 이러한 종래기술의 건조 웹 첨가 방법의 잠재적인 문제점은 유연제를 덜 효과적인 방식으로, 또는 티슈 페이퍼의 흡수성에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있는 방식으로 적용시킬 수 있다는 것이다. 사실상, 상기 '392 특허는 바람직한 변형 방법으로 특정한 양이온 물질을 사용하여 유연제가 이동하는 경향을 제거시킴을 교시한다. 문지르거나 또는 페이퍼를 침지시킴으로써 유연제를 적용시키는 것은 또한 고속으로 이동하는 상업적인 제지 시스템에 적용시키기 어려울 수 있다. 더욱또한, 이들 종래기술의 건조 웹 방법에 유용한 것으로 여겨지는 일부 유연제들(예를들어 '065 특허의 피로멜리테이트 에스테르) 뿐아니라 일부 보조첨가제들(예를들어 '532 특허의 디메틸 디스테아릴 암모늄 클로라이드)은 생분해되지 않는다.
따라서, (1) 유연제의 습윤 웹 첨가 방법을 사용하고; (2) 상업적인 제지 시스템에서 기계 가동성에 대해 현저한 영향을 미치지 않으면서 수행할 수 있고; (3) 무독성이고 생분해성인 유연제를 사용하고; (4) 티슈 페이퍼의 바람직한 인장 강도, 흡수성 및 낮은 조면성을 유지시키는 방식으로 수행할 수 있는 방법에 의해 티슈 페이퍼, 특히 고 벌크성의 패턴 치밀화된 티슈 페이퍼를 연화시킬 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 유연한 흡수성 화장지 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 유연한 흡수성 화장용 페이퍼 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 유연한 흡수성 페이퍼 타월 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 또한 유연한 흡수성 티슈(즉, 화장용 티슈 및/또는 화장지) 및 페이퍼 타월 제품의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이들 및 기타의 목적은, 하기 설명으로부터 쉽게 자명한 바와 같이, 본 발명을 사용하여 성취된다.
발명의 요약
본 발명은 유연한 흡수성 티슈 페이퍼 제품을 제공한다. 간단하게, 상기 유연한 티슈 페이퍼 제품은
a) 습식 셀룰로즈 섬유; 및
b) 티슈 페이퍼의 건조 섬유 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 5 중량%의 수용성 폴리하이드록시 화합물을 포함하며,
이때 상기 티슈 페이퍼는 약 10 내지 약 65 g/m2의 기본 중량 및 약 0.60 g/cc 미만의 밀도를 갖고, 상기 폴리하이드록시 화합물을 습윤 티슈 페이퍼 웹의 적어도 한면에 적용시킨다.
본 발명은 또한 이들 연화된 티슈 페이퍼의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은
a) 셀룰로즈 섬유를 함유하는 수성 슬러리를 습식 적층시켜 웹을 제조하는 단계;
b) 상기 구조물에 벌크 유연성을 부여하기에 충분한 양의 수용성 폴리하이드록시 화합물을, 전체 웹 중량을 기준으로 약 10 내지 약 80%의 섬유 점조도로 상기 웹에 적용시키는 단계; 및
c) 상기 웹을 건조 및 크레이핑시키는 단계를 포함한다.
놀랍게도, 이들 비이온성 폴리하이드록시 화합물은 본 발명에 개시된 방법에 따라 습윤 티슈 페이퍼 웹에 적용시킬 때 양이온성 보유 보조제 또는 탈결합제의 부재하에서도 높은 보유율을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이는 폴리하이드록시 화합물을 이들이 셀룰로즈 섬유에 이온적으로 실재하지 않는 조건하에서 습윤 웹에 적용시키기때문에 특히 의외이다. 중요하게, 상기 습윤 웹 공정은 상기 폴리하이드록시 화합물을 페이퍼 웹의 내부로 이동시켜, 여기에서 티슈 페이퍼의 흡수성 및 유연성을 향상시키는 작용을 하게 한다.
놀랍게도, 건조 웹에 비해 습윤 웹에 적용시킬때(예를들어 전환 공정 동안), 훨씬 적은 양의 이들 폴리하이드록시 화합물에 의해서 현저하게 개선된 티슈 연화 잇점이 성취될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 사실상, 본 발명에 기술된 공정의 중요한 특징은 폴리하이드록시 화합물의 수준이 경제적일만큼 충분히 낮다는 것이다.
본 발명에 따라 연화된 티슈 페이퍼는 우수한 가요성을 갖는다. 이는 패턴화된 디자인을 갖는 티슈 페이퍼를 포함한 고 벌크성의 패턴 치밀화된 티슈 페이퍼의 연화에 특히 유용하다. 놀랍게도, 유연제를 단지 상기 패턴 치밀화된 페이퍼의 보다 부드러운(즉, 망) 면에만 적용시킬때 조차도, 상기 처리된 페이퍼는 여전히 유연한 느낌이 감지된다. 본 발명을 속도를 포함한 기계 가동성에 현저한 영향을 미치지 않으면서 상업적인 제지 시스템에서 수행할 수 있다. 본 발명의 개선된 유연성 잇점은 페이퍼의 바람직한 인장 강도, 흡수성(예: 습윤성) 및 낮은 조면성을 유지시키면서 또한 성취될 수 있다. 본 발명의 모든 퍼센트, 비 및 비율은 달리 나타내지 않는한 중량 기준이다.
본 발명은 유연한 촉감이 향상된 티슈 페이퍼, 특히 패턴이 치밀화된 티슈 페이퍼에 관한 것이다. 본 발명은 특히 수용성 폴리하이드록시 화합물로 처리된 티슈 페이퍼에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 패턴 치밀화된 티슈 페이퍼의 제조에 유용한 제지기의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 패턴 치밀화된 티슈 페이퍼의 제조에 유용한 제지기의 개략도로, 본 발명에 사용되는 화학적 처리제들을 도 1에 도시된 것과 다른 방법으로 적용시킨다.
도 3은 본 발명에 따른 통상적으로 압착된 티슈 페이퍼의 제조에 유용한 제지기의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 통상적으로 압착된 티슈 페이퍼의 제조에 유용한 제지기의 개략도로, 본 발명에 사용되는 화학적 처리제들을 도 3에 도시된 것과 다른 방법으로 적용시킨다.
본 명세서를 본 발명으로서 간주되는 주제를 특별히 지적하고 분명히 특허청구하는 청구의 범위로 결론짓지만, 본 발명을 하기 상세한 설명 및 첨부된 실시예에 의해 보다 잘 이해할 수 있을 것으로 믿는다.
본 발명에 사용된 포함하는이란 용어는 다양한 요소, 성분 또는 단계를 본 발명의 실시에 함께 사용할 수 있음을 의미한다. 따라서, 포함하는이란 용어는 보다 제한적인 용어인 필수적으로 이루어진 및 이루어진을 포함한다.
본 발명에 사용된 티슈 페이퍼 웹, 페이퍼 웹, 웹, 페이퍼 시이트 및 페이퍼 제품이란 용어는 모두 수성 제지 원료의 제조 단계, 상기 원료를 소공성 표면, 예를들어 포드리니어 와이어상에 침착시키는 단계, 및 상기 원료로부터 압착을 사용하거나 또는 사용하지 않고 중력 또는 진공-보조 배수, 및 증발에 의해 물을 제거하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 페이퍼 시이트를 지칭한다. 본 발명에 사용된 수성 제지 원료는 이후에 개시되는 제지 섬유 및 화학물질들의 수성 슬러리이다.
본 발명에 사용된 점조도란 용어는 습윤 티슈 웹에서 셀룰로즈 제지 섬유(즉, 펄프)의 중량%를 지칭한다. 이는 공기 건조 섬유 중량을 습윤 웹의 중량으로 나눈 항으로, 습윤 웹중의 상기 섬유성 물질의 중량%로서 나타낸다.
본 발명 방법의 첫번째 단계는 수성 제지 원료의 제조 단계이다. 상기 원료는 제지 섬유(이후부터는 때때로 목재 펄프라 칭함)를 포함한다. 목재 펄프는 모든 변형물을 포함하여 통상적으로 본 발명에 사용되는 제지 섬유를 포함하는 것으로 예상된다. 그러나, 다른 셀룰로즈 섬유성 펄프, 예를들어 면 린네르, 버개스, 레이온 등도 사용할 수 있으며, 이들중 어느 것도 배제되지 않는다. 본 발명에 유용한 목재 펄프로는 크라프트, 설파이트 및 설페이트 펄프와 같은 화학 펄프 뿐아니라 예를들어 분쇄된 목재, 열기계적인 펄프 및 화학적으로 개질된 열기계적 펄프(CTMP)와 같은 기계적 펄프가 포함된다. 침엽수 및 활엽수로부터 유래된 펄프들을 사용할 수 있다. 또한 재생지(상기 범주내의 임의것 또는 모든 것 뿐아니라 다른 비섬유성 물질, 예를들어 원래의 제지 공정을 용이하게 하는데 사용되는 충전제 및 접착제를 함유할 수도 있다)로부터 유래된 섬유들도 본 발명에 적용시킬 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 사용되는 제지 섬유는 북부 연재 및/또는 열대 경재로부터 유래된 크라프트 펄프를 포함한다. 수성 제지 원료를 이후에 논의되는 바와 같이, 소공성 성형 캐리어, 예를들어 포드리니어 와이어상에서 습윤 웹으로 성형한다.
(A)폴리하이드록시 화합물
본 발명은 필수 성분으로서, 티슈 페이퍼의 건조 섬유 중량을 기준으로, 약 0.01 내지 약 5.0 중량%, 바람직하게 0.1 내지 약 2.0 중량%, 보다 바람직하게 약 0.1 내지 약 1.0 중량%의 수용성 폴리하이드록시 화합물을 함유한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 수용성 폴리하이드록시 화합물의 예로 글리세롤, 중량 평균 분자량 약 150 내지 약 800의 폴리글리세롤, 및 중량 평균 분자량 약 200 내지 약 4000, 바람직하게 약 200 내지 약 1000, 가장 바람직하게 약 200 내지 약 600의 폴리옥시에틸렌 및 폴리옥시프로필렌이 있다. 약 200 내지 약 600의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리옥시에틸렌이 특히 바람직하다. 상술한 폴리하이드록시 화합물의 혼합물도 또한 사용될 수 있다. 예를들어, 글리세롤과 폴리글리세롤의 혼합물, 글리세롤과 글리옥시에틸렌의 혼합물, 폴리글리세롤과 폴리옥시에틸렌의 혼합물 등이 본 발명에 유용하다. 특히 바람직한 폴리하이드록시 화합물은 약 400의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리옥시에틸렌이다. 이 물질은 유니온 카바이드 캄파니(Danbury, CT)에서 상표명 PEG-400으로 시판되고 있다.
(B)티슈 페이퍼
본 발명을 일반적으로 티슈 페이퍼, 예를들어, 비제한적으로, 통상적으로 펠트-압착된 티슈 페이퍼; 상기 언급한 샌포드-시숀 등의 미국 특허에 예시된 바와 같은 페턴이 치밀화된 티슈 페이퍼; 및 1974년 5월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,812,000 호(Salvucci, Jr.)에 예시된 바와 같은 고 벌크성의 비압축된 티슈 페이퍼에 적용시킬 수 있다. 상기 티슈 페이퍼는 동종 또는 다층 구조를 가질 수 있으며; 이로부터 제조된 티슈 페이퍼 제품은 한겹 또는 여러겹의 구조를 가질 수 있다. 층상화된 페이퍼로부터 제조된 티슈 구조물이 1976년 11월 30일자로 허여된 미국 특허 제 3,994,771 호(Morgan, Jr. et al.), 1981년 11월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,300,981 호(Carstens), 1979년 8월 28일자로 허여된 미국 특허 제 4,166,001 호(Dunning et al.), 및 1994년 9월 7일자로 공개된 유럽 특허 공보 제 0 613 979 A1 호(Edwards et al.)에 개시되어 있다. 상기 특허들은 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다. 일반적으로, 습식의 유연하고 벌키한 흡수성의 복합적인 페이퍼 구조물을 바람직하게 상이한 유형의 섬유를 포함하는 2 층 이상의 원료로부터 제조한다. 상기 층들은 바람직하게 별도의 묽은 섬유 슬러리 스트림들을 하나이상의 순환하는 소공성 스크린상에 침착시킴으로써 형성되며, 이때 이들 섬유는 전형적으로 티슈 제지 공정에 사용되는 비교적 긴 연재와 비교적 짧은 경재 섬유이다. 후속적으로 상기 층들을 결합시켜 층상화된 복합 웹을 제조한다. 이어서 상기 층상화된 웹을, 상기 웹에 유체압을 적용시킴으로써 메쉬가 개방된 건조/날염 직물의 표면에 일치시키고 그 후에 저 밀도 제지 공정의 일부로서 상기 직물상에서 열적으로 예비건조시킨다. 상기 층상화된 웹은 섬유 유형에 따라 분류되거나, 또는 상기 각 층의 섬유 함량이 필수적으로 동일할 수 있다. 상기 티슈 페이퍼는 바람직하게 약 10 내지 약 65 g/m2의 기본 중량 및 약 0.60 g/cc 이하의 밀도를 갖는다. 바람직하게, 기본 중량은 약 35 g/m2이하이고; 밀도는 약 0.30 g/cc 이하일 것이다. 가장 바람직하게, 밀도는 0.04 내지 0.20 g/cc일 것이다.
통상적으로 압착된 티슈 페이퍼 및 이의 제조 방법은 당해분야에 공지되어 있다. 이러한 페이퍼는 전형적으로 소공성 성형 와이어상에 제지 원료를 침착시킴으로써 제조된다. 이러한 성형 와이어를 종종 당해분야에서는 포드리니어 와이어라 칭한다. 일단 원료가 성형 와이어상에 침착되면, 이를 웹이라 칭한다. 웹을 압착시키고 승온된 온도에서 건조시킴으로써 웹을 탈수시킨다. 이 방법에 따라 웹을 제조하는 특정한 기법 및 전형적인 장비는 당해분야의 숙련가들에게 잘 공지되어 있다. 전형적인 공정으로, 낮은 점조도의 펄프 원료를 가압된 헤드박스에 제공한다. 상기 헤드박스는 얇은 펄프 원료의 침착물을 포드리니어 와이어상에 전달하여 습윤 웹을 형성시키는 개구를 갖는다. 이어서 상기 웹을 전형적으로 진공 탈수에 의해 약 7 내지 약 25%(전체 웹 중량을 기준으로)의 섬유 점조도로 탈수시키고 압착 공정(여기에서 웹에 기계적 부재들, 예를들어 원통형 롤을 대향시킴으로써 발생된 압력이 가해진다)에 의해 추가로 건조시킨다.
이어서 탈수된 웹을 추가로 압착시키고 당해분야에 공지된 스팀 가열된 드럼 장치, 예를들어 양키 건조기에 의해 건조시킨다. 웹에 대향된 원통형 드럼 압착과 같은 기계적 수단에 의해 양키 건조기에 압력을 발생시킬 수 있다. 또한 웹이 양키 표면에 대향되어 압착될때 상기 웹에 진공이 가해질 수도 있다. 여러개의 양키 건조기 드럼을 사용할 수 있으며, 이때 추가적인 압착이 임의적으로 드럼사이에서 발생한다. 성형된 티슈 페이퍼 구조물을 이후부터 통상적인 압착된 티슈 페이퍼 구조물이라 칭한다. 이러한 시이트는, 섬유가 축축한 동안 실질적으로 전체적인 기계적 압착력이 가해지고 이어서 압착된 상태에서 건조(및 임의로 크레이핑)되기 때문에 압축된 것으로 간주될 수 있다.
패턴이 치밀화된 티슈 페이퍼는 비교적 섬유 밀도가 작은 비교적 고 벌크 영역과 섬유 밀도가 비교적 큰 치밀화된 대역의 배열을 가짐을 특징으로 한다. 고 벌크 영역은 한편으로 필로우(pillow) 영역을 특징으로 한다. 치밀화된 대역을 한편으로 너클 부분이라 칭한다. 상기 치밀화된 대역은 고 벌크 영역내에서 이격되거나 또는 상기 고 벌크 영역내에서 전적으로 또는 부분적으로 상호연결될 수도 있다. 패턴이 치밀화된 티슈 웹의 바람직한 제조 방법이 1967년 1월 31일자로 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호(Sanford and Sisson), 1976년 8월 10일자로 허여된 미국 특허 제 3,974,025 호(Peter G. Ayers), 1980년 3월 4일자로 허여된 미국 특허 제 4,191,609 호(Paul D. Trokhan), 1987년 1월 20일자로 허여된 미국 특허 제 4,637,859 호(Paul D. Trokhan), 1990년 7월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,942,077 호(Wendt et al.), 1994년 9월 28일자로 공개된 유럽 특허 공보 제 0 617 164 A1 호(Hyland et al.), 및 1994년 9월 21일자로 공개된 유럽 특허 공보 제 0 616 074 A1 호(Hermans et al.)(이들은 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다.
일반적으로, 패턴이 치밀화된 웹을 바람직하게 제지 원료를 포드리니어 와이어와 같은 소공성 성형 와이어상에 침착시켜 습윤 웹을 제조하고 이어서 상기 웹을 지지체 배열물에 대향하여 나란히 배치시킴으로써 제조한다. 상기 웹을 지지체 배열물에 대향하여 압착시킴으로써, 상기 지지체 배열물과 습윤 웹사이의 접촉 지점에 지리적으로 상응한 위치에서 상기 웹에 치밀화된 대역을 생성시킨다. 이 공정동안 압착되지 않은 상기 웹의 나머지 부분을 고 벌크 영역이라 칭한다. 이 고 벌크 영역을 예를들어 진공 장치 또는 취입 건조기를 사용하여 유체압을 적용시킴으로써 추가로 치밀화를 해제시킨다. 상기 웹을 고 벌크 영역의 압착을 실질적으로 제거하기 위해서 상기와 같은 방식으로 탈수시키고 임의로 예비건조시킨다. 이는 바람직하게 예를들어 진공 장치 또는 취입 건조기를 사용하여 생성된 유체압에 의해 성취된다. 치밀화된 대역의 탈수, 임의의 예비건조 및 형성 공정을, 수행된 전체 공정 단계 수를 감소시키기 위해서 통합 또는 부분 통합시킬 수도 있다. 치밀화된 대역의 형성, 탈수 및 임의적인 예비건조에 이어서, 상기 웹을 바람직하게 여전히 기계적인 압착을 피하면서 완전히 건조시킨다. 바람직하게, 티슈 페이퍼 표면의 약 8 내지 약 55%는 고 벌크 영역의 밀도의 125 % 이상의 상대 밀도를 갖는 치밀화된 너클을 포함한다.
지지체 배열물은 바람직하게 가압시 치밀화된 대역의 형성을 촉진시키는 지지체 배열물로서 작동하는 패턴화된 변환의 너클을 갖는 날염 캐리어 직물이다. 너클의 패턴은 이미 언급한 지지체 배열물을 구성한다. 날염 캐리어 직물은 1967년 1월 31일자로 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호(Sanford and Sisson), 1974년 5월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,821,068 호(Salvucci et al.), 1971년 3월 30일자로 허여된 미국 특허 제 3,573,164 호(Friedberg), 1969년 10월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,473,576 호(Amneus), 1980년 12월 16일자로 허여된 미국 특허 제 4,239,065 호(Paul D. Trokhan) 및 1985년 7월 9일자로 허여된 미국 특허 제 4,528,239 호(Paul D. Trokhan)(이들은 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다.
바람직하게, 원료를 먼저 소공성 성형 캐리어, 예를들어 포드리니어 와이어상에서 습윤 웹으로 성형시킨다. 상기 웹을 탈수시키고 날염 직물로 이동시킨다. 원료를 또한 한편으로 초기에, 날염 직물로서 작용하는 소공성 지지 캐리어상에 침착시킬 수도 있다. 일단 성형되면, 습윤 웹을 탈수시키고, 바람직하게 약 40 내지 약 80%의 선택된 섬유 점조도로 열적으로 예비건조시킨다. 탈수는 흡입 상자 또는 다른 진공 장치, 또는 취입 건조기를 사용하여 수행할 수 있다. 날염 직물의 너클 각인을, 웹을 완전히 건조시키기 전에, 상기 논의한 바와 같이 웹에 새긴다. 이를 수행하기 위한 한가지 방법은 기계적인 압력의 적용을 통해서이다. 이는 예를들어 건조 드럼, 예를들어 양기 건조기의 면에 대향하여 날염 직물을 지지하는 닙롤을 압착시킴으로써 수행될 수 있으며, 여기에서 웹은 닙롤과 건조 드럼사이에 배치된다. 또한, 바람직하게, 웹을, 완전히 건조시키기 전에, 흡입 상자와 같은 진공 장치 또는 취입 건조기를 사용하여 유체압을 적용시킴으로써 상기 날염 직물에 대향하여 성형시킨다. 유체압을 적용시켜 초기 탈수과정동안, 또는 별도로 후속적인 공정 단계중에, 또는 이들 모든 과정동안 치밀화된 대역을 날염시킬 수 있다.
압축되지 않고 패턴이 치밀하지 않은 티슈 페이퍼 구조물이 1974년 5월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,812,000 호(Joseph L. Salvucci, Jr. and Peter N. Yiannos) 및 1980년 6월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,208,459 호(Henry E. Becker, Albert L. McConnell and Richard Schutte)에 개시되어 있으며, 이들 특허는 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다. 일반적으로, 압축되지 않고 패턴이 치밀하지 않은 티슈 페이퍼 구조물은, 탈결합제를 함유하는 제지 원료를 포드리니어 와이어와 같은 소공성 성형 와이어상에 침착시켜 습윤 웹을 제조하고, 상기 웹을 배수시키고 상기 웹이 80% 이상의 섬유 점조도를 가질때까지 기계적인 압착없이 추가의 물을 제거하고 상기 웹을 크레이핑시킴으로써 제조된다. 진공 탈수 및 열 건조에 의해 상기 웹으로부터 물을 제거한다. 생성된 구조물은 비교적 압축되지 않은 유연하고 약한 고 벌크 섬유 시이트이다. 결합 물질을 바람직하게 크레이핑전에 상기 웹의 일부에 적용시킨다.
압축된 패턴이 치밀하지 않은 티슈 구조물은 흔히 통상적인 티슈 구조물로서 당해분야에 공지되어 있다. 일반적으로, 압축되고 패턴이 치밀하지 않은 티슈 페이퍼 구조물은, 제지 원료를 포드리니어 와이어와 같은 소공성 성형 와이어상에 침착시켜 습윤 웹을 제조하고, 상기 웹을 배수시키고 상기 웹이 25 내지 50%의 점조도를 가질때까지 균일한 기계적인 압축(압착)을 사용하여 추가의 물을 제거하고, 상기 웹을 양키와 같은 열 건조기로 이동시키고, 상기 웹을 크레이핑시킴으로써 제조된다. 전체적으로, 물을 진공, 기계적인 압착 및 열 수단에 의해 상기 웹으로부터 제거한다. 생성된 구조물은 질기고 일반적으로 한자리 밀도를 가지나, 부피, 흡수성 및 유연성이 매우 낮다. 본 발명의 티슈 페이퍼 웹을 유연하고 흡수성인 티슈 페이퍼 웹이 필요한 임의의 용도에 사용할 수 있다. 본 발명의 티슈 페이퍼 웹의 특히 유리한 용도는 페이퍼 타월, 화장지 및 화장용 티슈 제품에 있다. 예를들어, 본 발명의 2 개의 티슈 페이퍼 웹을 엠보싱처리하고 면과 면을 마주하여 함께 접착 결합시켜 2겹 페이퍼 타월을 제조할 수 있다(본 발명에 참고로 인용된 1968년 12월 3일자로 웰스(Wells)에게 허여된 미국 특허 제 3,414,459 호를 참조하시오).
하기 논의에서, 여러 도면을 참고로 하여 본 발명의 티슈 시이트 구조물의 제조 방법에 대한 몇몇 바람직한 실시태양을 개시한다.
도 1은 본 발명에 따른 페이퍼 제조를 위한 바람직한 제지기(80)의 측면도이다. 도 1에 대해서, 제지기(80)는 상부 챔버(82), 중심 챔버(82.5) 및 기부 챔버(83)를 갖는 층상화된 헤드박스(81), 분할 루프(84), 및 포드리니어 와이어(85)(이는 브레스트 롤(86), 전향장치(90), 진공 흡입 상자(91), 카우치 롤(92) 및 다수개의 회전 롤(94)들의 상부 및 둘레에서 루프를 형성한다). 작동시, 하나의 제지 원료를 상부 챔버(82)를 통해 펌핑시키고, 두번째 제지 원료를 중심 챔버(82.5)를 통해 펌핑시키는 반면, 세번째 원료는 기부 챔버(83)를 통해 펌핑시키고, 여기에서부터 분할 루프(84)에서 나와 포드리나어 와이어(85)의 위 및 아래로 펌핑시켜 상기 와이어 상에 층(88a), (88b) 및 (88c)를 포함하는 초기 웹(88)을 형성시킨다. 탈수는 포드리니어 와이어(85)를 통해 일어나며, 전향장치(90) 및 진공상자(91)에 의해 지원된다. 포드리니어 와이어가 화살표로 나타낸 방향으로 회전하면서 이동함에 따라, 상기 와이어가 또다시 브레스트 롤(86)위를 통과하기 전에 샤워(95)가 상기 와이어를 세척한다. 웹 전달 대역(93)에서, 초기 웹(88)은 진공 전달 상자(97)의 작용에 의해 소공성 캐리어 직물(96)로 이동된다. 캐리어 직물(96)은 웹을 전달 대역(93)으로부터 진공 탈수 상자(98)를 지나, 취입 예비건조기(100)를 통과하여 2 개의 회전 롤(101)을 지난 후에, 가압롤(102)의 작용에 의해 양기 건조기(108)로 이동된다. 이어서 캐리어 직물(96)은 추가의 회전 롤(101), 샤워(103) 및 진공 탈수 상자(105)의 위 및 둘레를 통과함으로써 그의 루프를 완성함에 따라 세척되고 탈수된다. 예비건조된 페이퍼 웹은 분무 도포기(109)에 의해 도포된 접착제에 의해 양키 건조기(108)의 원통형 표면에 접착적으로 고정된다. 건조는 스팀 가열된 양키 건조기(108)상에서 도시되지 않은 수단에 의해 건조 후드(110)를 통해 가열되고 순환되는 고온 공기에 의해 완료된다. 이어서 웹은 닥터 블레이드(111)에 의해 양키 건조기(108)로부터 건조 크레이핑되고, 그 후에 양키-면 층(71), 증심 층(73) 및 양키-이면 층(75)을 포함하는 페이퍼 시이트(70)로 지정된다. 이어서 페이퍼 시이트(70)는 캘린더 롤(112) 및 (113)사이, 릴(115)의 원주 부분 둘레를 통과하여, 샤프트(118)상에 배치된 코어(117)상에서 롤(116)로 감긴다.
여전히 도 1에 대해서, 페이퍼 시이트(70)의 양키면 층(71)의 기원은 헤드박스(81)의 기부 챔버(83)를 통해 펌핑된 원료로, 이 원료를 포드리니어 와이어(85)에 직접 적용시키고, 여기에서 초기 웹(88)의 층(88c)으로 된다. 페이퍼 시이트(70)의 중심층(73)의 기원은 헤드박스(81)의 챔버(82.5) 아래를 통과하여 전달된 원료로, 이 원료는 층(88c)의 상부에서 층(88b)를 형성한다. 페이퍼 시이트(70)의 양키 이면층(75)의 기원은 헤드박스(81)의 상부 챔버(82)를 통해 전달된 원료로, 이 원료는 초기 웹(88)의 층(88b)의 상부상에서 층(88a)를 형성한다. 도 1이 3 층의 웹을 제조하는데 적합한 헤드박스(81)를 갖는 제지기(80)를 도시하지만, 한편으로 헤드박스(81)는 층상화되지 않은 2 층 또는 기타 다층 웹의 제조에도 적합할 수 있다. 더욱또한 성형 섹션 및 헤드박스는 2축 와이어 성형기와 같은 티슈 제조에 적합한 임의의 시스템일 수 있다.
더욱, 도 1의 제지기(80)상에서 본 발명을 수행하는 페이퍼 시이트(70)의 제조에 대해서, 포드리니어 와이어(85)는 우수한 성형이 이루어지도록 짧은 섬유 원료를 구성하는 섬유들의 평균 길이에 대해서 비교적 짧은 지름을 갖는 미세한 메쉬를 가져야 하며, 소공성 캐리어 직물(96)은 초기 웹의 직물 면이 직물(96)의 필라멘트간 공간내로 벌크화되는 것을 실질적으로 피하기 위해서 긴 섬유 원료를 구성하는 섬유들의 평균 길이에 대해서 비교적 짧은 개구 지름을 갖는 미세한 메쉬를 가져야 한다. 또한, 예시적인 페이퍼 시이트(70)의 제조를 위한 공정 조건에 대해서, 페이퍼 웹을 바람직하게 크레이핑 전에 약 80%의 섬유 점조도, 보다 바람직하게 약 95%의 섬유 점조도로 건조시킨다.
구체적으로, 도 1에 대해서, 분무 노즐(120)이 폴리하이드록시 화합물의 적용을 위해서 진공 탈수 상자(98)의 반대편에 제공되어 있다.
도 2는 분무 노즐(120) 대신에 로토그라비야 프린터(122)가 예비건조기(100)와 양키 건조기(108)사이에 제공됨을 제외하고, 도 1에 도시된 바와 실질적으로 동일한 또다른 제지기를 도시한다.
도 3은 도 1 및 2에 도시된 공정의 발명보다 종래에 우세했고 미국 특허 제 3,301,746 호에 개시된 통상적인 제지 기법에 의한 티슈 시이트의 제조를 위한 또다른 바람직한 제지기에 대한 측면도로, 이들 제지기들은 각각 티슈 시이트의 취입 건조를 이용하며 상기 시이트의 압착을 최소화한다. 도 3의 또다른 바람직한 제지기에 대한 설명을 간략히 하기 위해서, 도 1의 제지기(80)와 대응되는 요소들은 동일한 도면번호로 나타내며, 도 3의 또다른 제지기(280)와 도 1의 제지기와의 차이점에 대해서 기술한다.
도 3의 제지기(280)는, 삼중 헤드박스(81) 대신에 상부 챔버(282) 및 기부 챔버(283)를 포함하는 이중 헤드박스(281); 소공성 캐리어 직물(96) 대신에 펠트 루프(296); 하나보다는 2 개의 가압롤(102)을 갖는다는 점; 및 취입건조기(100)를 갖지 않는다는 점에서 도 1의 제지기(80)와 필수적으로 상이하다. 도 3의 제지기(280)는 하부 펠트 루프(297) 및 습식 가압롤(298) 및 (299), 및 롤(298)과 (299)를 함께 조절가능하게 바이어스하는 수단(도시 안됨)을 추가로 포함한다. 하부 펠트 루프(297)는 예시된 바와 같이 추가의 회전 롤(101) 둘레에서 루프를 이룬다. 제지기(280)는 펠트 루프(296) 및 (297)을 갖는다는 점에서 이중 펠트기로 간주된다. 제지기(280)를 단일 펠트기(도시 안됨)로 고려하는 경우 펠트 루프(297)를 생략할 수도 있다. 전형적으로, 단일 펠트기로서 작동되는 경우, 하나이상의 가압롤(102)은 양키 건조기(108)로의 이동 지점에서 습윤 웹에 진공을 적용시킨다.
도 3은 양키 건조기(108)에서 건조된 후에 페이퍼 시이트(270)로 되는 층(288a) 및 (288b)를 갖는 2 개의 층상화된 초기 웹(288)을 또한 나타낸다. 페이퍼 시이트(270)는 양키면 층(271) 및 양키이면 층(275)을 포함한다.
여전히 도 3에 대해서, 폴리하이드록시 화합물을 적용시키기 위해서, 즉 초기 웹(88)이 포드리니어 와이어(85)에서 펠트 루프(296)으로 이동된 후에 적용시키기 위해서, 회전롤(101)과 습식 가압롤(298) 및 (299)사이에 분무 노즐(220)이 배치된 바람직한 실시태양을 도시한다. 도시되지는 않았지만, 분무 노즐(220)을 펠트 루프(297)과 양키 건조기(108)사이에 배치시킬 수도 있다. 임의로, 노즐(220)은 펠트(296)의 대향면상에 배치된 진공 상자(106)내로 분무를 수행할 수 있다.
도 4는 분무 노즐(220)이 로토그라비야 프린터(222)로 대체된 것을 제외하고 도 3과 실질적으로 동일하다.
티슈 페이퍼에 의해 최소로 보유되는 폴리하이드록시 화합물의 수준은 적어도 상기 페이퍼에 벌크 유연성을 부여하기에 유효한 수준이다. 최소 유효 수준은 특정 유형의 시이트, 적용 방법, 특정 유형의 폴리하이드록시 화합물, 계면활성제 또는 다른 첨가제 또는 처리제에 따라 변할 수 있다. 티슈 페이퍼에 의한 적용가능한 폴리하이드록시 보유 범위의 제한없이, 바람직하게 약 0.05% 이상의 폴리하이드록시 화합물이 상기 티슈 페이퍼에 의해 보유된다. 보다 바람직하게 약 0.1 내지 약 2.0%의 폴리하이드록시 화합물이 상기 티슈 페이퍼에 의해 보유된다.
분석 및 시험 과정
티슈 페이퍼 웹상에서 보유되는 본 발명의 처리 시약의 양에 대한 분석은 당해분야에서 승인된 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를들어, 티슈 페이퍼에 의해 보유되는 폴리하이드록시 화합물의 수준은 용매에 의한 상기 폴리하이드록시 화합물의 용매 추출로 측정할 수 있다. 몇몇 경우에, 목적하는 폴리하이드록시 종들로부터 방해 화합물을 제거하기 위해서 추가의 공정들이 필요할 수도 있다. 예를들어, 웨이불(Weibull) 용매 추출 방법은 비이온성 계면활성제로부터 폴리에틸렌 글리콜을 단리시키기 위해 염수 용액을 사용한다(Longman, G.F.,The Analysis of Detergents and Detergent ProductsWiley Interscience, New York, 1975, p. 312). 이어서 폴리하이드록시 종들을 현미경 또는 크로마토그래피 기법에 의해 분석할 수 있다. 예를들어, 적어도 6 개의 에틸렌 옥사이드 단위를 갖는 화합물을 전형적으로 암모늄 코발토티오시아네이트 방법(Longman, G.F.,The Analysis of Detergents and Detergent ProductsWiley Interscience, New York, 1975, p. 346)에 의해 현미경으로 분석할 수 있다. 기체 크로마토그래피 기법을 폴리하이드록시 유형 화합물의 단리 및 분석을 위해 또한 사용할 수 있다. 3 내지 9 개 범위의 에틸렌 옥사이드 단위를 갖는 폴리에틸렌 글리콜을 분리시키기 위해서 그라파이트화된 폴리(2,6-디페닐-p-페닐렌 옥사이드) 기체 크로마토그래피 컬럼을 사용하였다(Alltech chromatography catalog, number 300, p. 158).
비이온성 계면활성제, 예를들어 알킬 글리코사이드의 수준을 크로마토그래피 기법에 의해 측정할 수 있다. 문헌[Bruns, A., Waldhoff, H., Winkle, W.,Chromatographia, vol. 27, 1989, p. 340]에는 알킬 글리코사이드의 분석을 위해 광 산란 검출을 이용하는 고 성능 액체 크로마토그래피 방법이 보고되어 있다. 초임계 유체 크로마토그래피(SFC) 기법이 또한 알킬 글리코사이드 및 관련 종들의 분석에 대해 개시되어 있다(Lafosse, M., Rollin, P., Elfakir, c., Morin-Allory, L., Martens, M., Dreux, M., Journal of chromatography, vol. 505, 1990, p. 191). 음이온성 계면활성제, 예를들어 선형 알킬 설포네이트의 수준을, 수 추출에 이어서 추출물중의 음이온성 계면활성제를 적정함으로써 측정할 수 있다. 몇몇 경우에, 2 상 적정 분석전에 방해물로부터 선형 알킬 설포네이트를 단리시키는 것이 필요할 수도 있다(Cross, J.,Anionic Surfactants-Chemical Analysis, Dekker, New York, 1977, p. 18, p. 222). 글루코즈로의 전분의 아밀라제 절단에 이어서 비색중량 분석에 의해 글루코즈 수준을 측정함으로써 전분의 수준을 측정할 수 있다. 이러한 전분 분석에 대해서, 배경 종들의 방해에 의해 이루어진 가능한 영향들의 배제를 위해서 전분을 함유하지 않는 페이퍼의 배경 분석이 수행되어야 한다. 이러한 방법들은 전형적인 것이며, 티슈 페이퍼에 의해 보유된 특정 성분들의 수준을 측정하는데 유용할 수 있는 다른 방법들을 제외시킴을 의미하는 것은 아니다.
A. 패널 유연성
이상적으로, 유연성 시험에 앞서, 시험할 페이퍼 샘플들을 Tappi Method #4020M-88에 따라 처리해야 한다. 여기서, 샘플들을 10 내지 35%의 상대 습도 수준 및 22 내지 40 ℃의 온도 범위에서 24 시간동안 전처리하였다. 이러한 전처리 단계 후에, 샘플들을 48 내지 52%의 상대 습도 및 22 내지 24 ℃의 온도 범위에서 24 시간동안 처리해야 한다.
이상적으로, 유연성 패널 시험을 항온 및 항습실내에서 수행해야 한다. 이것이 가능하지 않은 경우, 대조군을 포함한 모든 샘플들에 대해 동일한 환경 노출 조건을 가해야 한다.
유연성 시험을 1968년 미국 시험 물질 협회에서 발행한 지각 시험 방법에 대한 매뉴얼(ASTM Special Technical Publication 434)(본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 개시된 것과 유사한 형태의 짝을 이룬 비교로서 수행한다. 유연성은 짝을 이룬 비교 시험이라 칭하는 주관적인 시험으로 평가한다. 상기 방법은 시험 물질 자체에 대해 외부적인 기준물을 사용한다. 감지되는 유연성에 대해서, 시험자가 샘플을 볼 수 없도록 2 개의 샘플을 제공하고, 상기 시험자에게 유연성 감촉을 기준으로 상기 두 샘플중 하나를 고를 것을 요구한다. 시험 결과를 패널 등급 유니트(PSU)라 칭하는 것에 기록한다. 본 시험에서 PSU로 보고된 유연성 데이타를 얻기 위한 유연성 시험에 대해서, 다수의 유연성 패널 시험을 수행한다. 각 시험에서, 10 명의 시험을 수행한 유연성 판단자들에게 3 조의 짝을 이룬 샘플에 대해 상대 유연성의 등급을 매길 것을 요구한다. 상기 샘플 쌍들에 대해서 각 판단자들이 한번에 한쌍을 판단하게 하고; 각 쌍에 대한 하나의 샘플을 X로 표시하고 다른 하나를 Y로 표시하게 한다. 간단히, 각각의 X 샘플을 하기와 같이 그의 짝인 Y 샘플에 대해 등급화한다:
1. +1의 등급은 X가 Y보다 약간 더 유연한 것이라 판단될때 주어지고, -1의 등급은 Y가 X보다 약간 더 유연한 것이라 판단될때 주어지며;
2. +2의 등급은 X가 Y보다 확실히 더 유연한 것이라 판단될때 주어지고, -2의 등급은 Y가 X보다 확실히 더 유연한 것이라 판단될때 주어지며;
3. +3의 등급은 X가 Y보다 많이 유연한 것이라 판단될때 주어지고, -3의 등급은 Y가 X보다 많이 유연한 것이라 판단될때 주어지며;
4. +4의 등급은 X가 Y보다 전적으로 유연한 것이라 판단될때 주어지고, -4의 등급은 Y가 X보다 전적으로 유연한 것이라 판단될때 주어진다.
상기 등급들을 평균화하며 수득된 값들은 PSU의 단위이다. 생성된 데이타들을 하나의 패널 시험의 결과로서 간주한다. 하나이상의 샘플 쌍을 평가하는 경우, 모든 샘플 쌍들을 짝을 이룬 통계적인 분석에 의해 그들의 등급에 따라 순위를 정한다. 이어서 경우에 따라 0의 기준물로 선택된 임의의 샘플에 대해서 0 PSU 값을 얻기 위해서 상기 순위를 상향 또는 하향 조정한다. 이어서 다른 샘플들은 0 기준물에 대해서 그들의 상대적인 등급에 의해 결정된 + 또는 - 값을 갖는다. 수행되고 평균화된 패널 시험의 수는 약 0.2 PSU가 주관적으로 감지된 유연성에서 현저한 차이를 나타내는 것이다.
B. 친수성(흡수성)
티슈 페이퍼의 친수성을 일반적으로 티슈 페이퍼의 물에 젖는 성향이라 칭한다. 티슈 페이퍼의 친수성은 건조한 티슈 페이퍼가 완전히 물에 젖는데 걸리는 기간을 측정함으로써 어느 정도 정량화될 수 있다. 이러한 기간을 습윤 시간이라 칭한다. 습윤 시간에 대한 지속적이고 반복적인 시험을 제공하기 위해서, 습윤 시간 결정을 위해 다음의 공정을 사용할 수 있다: 먼저, 대략 4 내지 3/8 in x 4 내지 3/4 in(약 11.1 cm x 12 cm) 크기의 티슈 종이 구조물의 처리된 샘플 단위 시이트(페이퍼 샘플의 시험을 위한 환경적인 조건은 Tappi Method #T 402에 개시된 바와 같이 22 내지 24 ℃ 및 48 내지 52% R.H.이다)를 제공하고; 두번째로, 상기 시이트를 4 개의 나란한 사각형으로 접고, 이어서 손(깨끗한 플라스틱 장갑을 끼거나 또는 Dawn(등록상표)과 같은 유성의 제거 세제로 충분히 세척한 손)으로 대략 직경 0.75 in(약 1.9 cm) 내지 약 1 in(약 2.5 cm)의 구로 구기고; 세번째로, 상기 구형 시이트를 3 ℓ 파이렉스 유리 비이커에 함유된 22 내지 24 ℃의 약 3 ℓ 증류수의 바디 표면위에 놓는다. 이 기법 내내 페이퍼에 대한 모든 시험을 22 내지 24 ℃ 및 48 내지 52% 상대 습도로 조절된 온도 및 습도실에서 수행해야 함을 또한 알아야 한다. 이어서 샘플 구를 상기 수면위 1 cm 미만의 거리에서 상기 수면위에 조심스럽게 놓는다. 상기 구가 표면과 접촉하는 정확한 순간과 동시에 타이머를 출발시키고; 네번째로, 두번째 구를 상기 첫번째 구가 완전히 젖은 후에 상기 수중에 놓는다. 이는 페이퍼의 색상이 건조할때 백색에서 완전히 젖었을때 짙은 회색으로 변함으로부터 알 수 있다. 다섯번째 구가 완전히 젖은 후에 타이머를 멈추고 그 시간을 기록한다.
각 샘플에 대해 적어도 5 개의 구 다섯 셋트(총 25 개의 구)를 시험해야 한다. 최종적으로 보고된 결과는 다섯 셋트의 데이타로부터 취한 산술된 평균 및 표준 편차이어야 한다. 측정 단위는 초이다. 5 개의 구 다섯 셋트(총 25 개)를 시험한 후에 물을 바꾸어야 한다. 비이커의 내벽상에 필름 또는 잔류물이 보이는 경우 비이커를 충분히 세척할 필요가 있다.
수 흡수율을 측정하는 또다른 기법은 패드 흡수 측정을 통해서이다. 목적하는 티슈 페이퍼 및 모든 대조군을 22 내지 24 ℃ 및 48 내지 52%의 상대 습도에서 최소 24 시간동안 처리한 후에(Tappi method #T402OM-88), 5 내지 20 장의 티슈 페이퍼 단을 2.5 내지 3.0의 치수로 절단한다. 절단은 염료 절단 프레스, 통상적인 페이퍼 절단기 또는 레이저 절단 기법을 사용하여 수행할 수 있다. 수동의 가위 절단은 샘플 취급시의 비재생성 및 페이퍼 오염 가능성으로 인해 바람직하지 못하다.
페이퍼 샘플단을 절단한 후에, 이를 조심스럽게 와이어 메쉬 샘플 홀더상에 놓는다. 이 홀더의 기능은 샘플을 움직임을 최소로 하면서 수면상에 놓는 것이다. 상기 홀더는 환상으로 대략 4.2의 직경을 갖는다. 상기는 와이어 둘레의 점 용접된 지점에 대해 교차되고 서로 평행한 5 개의 직선이고 고르게 이격된 금속 와이어를 갖는다. 상기 와이어들간의 이격 거리는 대략 0.7이다. 이러한 와이어 메쉬 스크린을, 페이퍼를 그의 표면상에 놓기전에 세척하고 건조시켜야 한다. 3 ℓ 비이커를 22 내지 24 ℃의 온도에서 안정화시킨 약 3 ℓ의 멸균수로 충전시킨다. 수면에 어떠한 물결 또는 표면 움직임도 없다는 것이 보장된 후에, 페이퍼를 함유하는 스크린을 수면의 상단에 조심스럽게 놓는다. 스크린 샘플 홀더는 샘플이 표면상에 부유한 후에 계속해서 하향하여 샘플 홀더 스크린 핸들이 비이커의 면에 닿게 된다. 이러한 방식으로, 스크린은 페이퍼 샘플의 수 흡수를 방해하지 않는다. 페이퍼 샘플이 수면과 접촉하는 정확한 순간에, 타이머를 출발시킨다. 페이퍼 단이 완전히 젖은 후에 타이머를 멈춘다. 이는 페이퍼 색상이 건조시 백색으로부터 완전히 젖었을때 짙은 회색으로 변함으로부터 쉽게 가시적으로 관찰할 수 있다. 완전히 젖은 순간에, 타이머를 멈추고 전체 시간을 기록한다. 이 전체 시간이 페이퍼 패드가 완전히 젖는데 걸리는 시간이다.
이러한 공정을 2 개 이상의 추가의 티슈 페이퍼 패드에 대해 반복실시한다. 5 개 이하의 페이퍼 패드를 물의 폐기 및 후 세척, 및 비이커를 22 내지 24 ℃ 온도의 새로운 물로 재충전시킴없이 수행 한다. 또한, 새롭고 유일한 샘플을 시험하는 경우, 물은 항상 새로운 출발 상태로 바꾸어야 한다. 주어진 샘플에 대해 최종적으로 보고된 시간은 측정된 3 내지 5 개 단에 대한 평균 및 표준 편차이어야 한다. 측정 단위는 초이다.
본 발명의 티슈 페이퍼 실시태양의 친수성 특성은 물론 제작 직후에 측정할 수도 있다. 그러나, 티슈 페이퍼 제조후 처음 2 주 동안, 즉 페이퍼를 제조한 후 2 주 지났을때 상당한 소수성의 감소가 일어날 수 있다. 따라서, 습윤 시간은 바람직하게 상기와 같은 2 주의 기간의 끝에서 측정한다. 따라서, 실온에서 2 주 지났을때 측정한 습윤 시간을 2 주 습윤 시간이라 칭한다. 또한, 목적하는 페이퍼 제품의 장기간 보관 조건 및/또는 가능한 심각한 온도 및 습도 노출 모두를 시험하고 모방하기 위해서 페이퍼 샘플의 임의적인 노화 조건이 요구될 수 있다. 예를들어, 목적하는 페이퍼 샘플을 1 시간 내지 1 년간 49 내지 82 ℃ 범위의 온도로 노출시켜 페이퍼 샘플 거래시 경험할 수 있는 잠재적으로 심각한 노출 조건의 일부를 모방할 수 있다. 또한, 페이퍼 샘플의 오토클레이빙은 페이퍼 거래시 경험할 수 있는 심각한 노화 조건을 모방할 수 있다. 임의의 심각한 온도 시험 후에, 샘플들을 22 내지 24 ℃의 온도 및 48 내지 52%의 상대 습도로 재처리해야 한다. 모든 시험을 또한 온도 및 습도가 조절된 방에서 수행해야 한다.
C. 밀도
본 발명에 사용된 용어인 티슈 페이퍼의 밀도는 페이퍼의 기본 중량을 두께로 나누어 산출한 평균 밀도로, 이 용어에는 적절한 단위 전환에 의해 g/cc로 전환된 것이 포함된다. 본 발명에 사용된 티슈 페이퍼의 두께는 95 g/in2(15.5 g/cm2)의 압축 하중이 가해졌을때의 페이퍼의 두께이다. 이 두께는 Thwing-Albert model 89-II 두께 시험기(Thwing-Albert Co., Philadelphia, PA)를 사용하여 측정한다. 페이퍼의 기본 중량을 전형적으로 8 겹 두께인 4 x 4 패드상에서 측정한다. 이 패드를 Tappi Method #T402OM-88에 따라 전처리하고 이어서 거의 수천 g의 g 단위로 측정한다. 적절한 전환을 수행하여 lb/3000 ft2단위의 기본 중량으로 보고한다.
선택적인 성분
제지 기술에 흔히 사용되는 다른 화학물질들을, 이들이 섬유 물질의 연화, 흡수성, 및 본 발명의 4급 암모늄 연화 화합물의 유연성 향상 작용에 중대한 역효과를 미치지 않는한 본 발명에 기술된 화학적 연화 조성물, 또는 제지 원료에 첨가할 수 있다.
A. 습윤제:
본 발명은 선택적인 성분으로서, 건조 섬유 중량을 기준으로 약 0.005 내지 약 3.0 중량%, 보다 바람직하게 약 0.03 내지 1.0 중량%의 습윤제를 함유할 수 있다.
비이온성 계면활성제(알콕실화된 물질)
적합한 비이온성 계면활성제를 본 발명에 습윤제로서 사용할 수 있으며, 여기에는 지방 알콜, 지방산, 지방 아민 등과 에틸렌 옥사이드, 및 임의로 프로필렌 옥사이드의 부가 생성물이 포함된다.
이후에 기술되는 특정 유형의 임의의 알콕실화된 물질을 비이온성 게면활성제로서 사용할 수 있다. 적합한 화합물은 하기 화학식의 실질적으로 수용성인 계면활성제이다:
R2-Y-(C2H4O)z-C2H4OH
상기식에서,
고체 및 액체 조성물에 대해서 R2는 1 급, 2 급 및 측쇄 알킬 및/또는 아실 하이드로카빌 그룹; 1 급, 2 급 및 측쇄 알케닐 하이드로카빌 그룹; 및 1 급, 2 급 및 측쇄 알킬- 및 알케닐-치환된 페놀 하이드로카빌 그룹으로 이루어진 그룹중에서 선택되며; 이때 상기 하이드로카빌 그룹은 탄소수 약 8 내지 20, 바람직하게 약 10 내지 약 18의 하이드로카빌 쇄 길이를 갖는다.
보다 바람직하게, 액체 조성물에 대한 하이드로카빌 쇄 길이는 탄소수 약 16 내지 18이며, 고체 조성물에 대해서는 탄소수 약 10 내지 약 14이다. 본 발명의 에톡실화된 비이온성 계면활성제에 대한 화학식에서, Y는 전형적으로 -O-, -C(O)O-, -C(O)N(R)- 또는 -C(O)N(R)R-이며, 이때 R2및 R은 존재하는 경우 상기 주어진 의미를 갖고/갖거나 R은 수소일 수 있고, z는 약 8 이상, 바람직하게 적어도 약 10 내지 11이다. 유연제 조성물의 성능, 및 대개, 안정성은 에톡실레이트 그룹이 적게 존재할때 감소된다.
본 발명의 비이온성 계면활성제는 약 7 내지 약 20, 바람직하게 약 8 내지 약 15의 HLB(친수성-친지성 균형)를 특징으로 한다. 물론, R2및 에톡실레이트 그룹을 한정함으로써, 계면활성제의 HLB가 일반적으로 결정된다. 그러나, 본 발명에 유용한 비이온성 에톡실화된 계면활성제는 농축된 액체 조성물에 대해서 비교적 장쇄의 R2그룹을 함유하며, 비교적 고도로 에톡실화됨을 알아야 한다. 짧은 에톡실화된 그룹을 갖는 보다 짧은 알킬 쇄의 계면활성제는 필수적인 HLB를 가질 수 있으며, 이들은 본 발명에 효과적이지 않다.
비이온성 계면활성제의 예는 하기와 같다. 본 발명의 비이온성 계면활성제는 이들로 제한되지 않는다. 실시예에서, 정수는 분자내의 에톡실(EO) 그룹의 수를 한정한다.
선형 알콕실화된 알콜
a.선형의 1 급 알콜 알콕실레이트
본 발명에 인용된 범위내의 HLB를 갖는 n-헥사데칸올 및 n-옥타데칸올의 데카-, 운데카-, 도데카-, 테트라데카- 및 펜타데카-에톡실레이트는 본 발명과 관련하여 유용한 습윤제이다. 본 발명 조성물의 점도/분산도 개질제로서 본 발명에 유용한 전형적인 에톡실화된 1 급 알콜은 n-C18EO(10); 및 n-C10EO(11)이다. 올레일 쇄 길이 범위의 혼합된 천연 또는 합성 알콜의 에톡실레이트가 또한 본 발명에 유용하다. 이러한 물질의 구체적인 예로는 올레일알콜-EO(11), 올레일알콜-EO(18) 및 올레일알콜-EO(25)가 있다.
b.선형의 2 급 알콜 알콕실레이트
본 발명에 인용된 범위내의 HLB를 갖는 3-헥사데칸올, 2-옥타데칸올, 4-에이코사놀 및 5-에이코사놀의 데카-, 운데카-, 도데카-, 테트라데카-, 펜타데카-, 옥타데카 및 노나데카-에톡실레이트는 본 발명과 관련하여 유용한 습윤제이다. 전형적인 에톡실화된 2 급 알콜을 본 발명에 습윤제로서 사용할 수 있으며, 여기에는 2-C16EO(11); 2-C20EO(11) 및 2-C16EO(14)가 있다.
선형의 알킬 페녹실화된 알콜
알콜 알콕실레이트의 경우에서와 같이, 본 발명에 인용된 범위내의 HLB를 갖는 알킬화된 페놀, 특히 1 가 알킬페놀의 헥사- 내지 옥타데카-에톡실레이트는 본 발명 조성물의 점도/분산도 개질제로서 유용하다. p-트리데실페놀, m-펜타데실페놀 등의 헥사- 내지 옥타데카-에톡실레이트가 본 발명에 유용하다. 본 발명 혼합물의 습윤제로서 유용한 전형적인 에톡실화된 알킬페놀은 p-트리데실페놀 EO(11) 및 p-펜타데실페놀 EO(18)이다.
본 발명에 사용되고 당해분야에 일반적으로 인식되는 바와 같이, 비이온성 화합물에서 페닐렌 그룹은 탄소수 2 내지 4의 알킬렌 그룹의 등가물이다. 본 발명을 위해서, 페닐렌 그룹을 함유하는 비이온성 화합물을 알킬 그룹의 탄소수 + 각 페닐렌 그룹에 대해 약 3.3 탄소수의 합으로 계산된 동수의 탄소 원자를 함유하는 것으로 간주한다.
올레핀성 알콕실레이트
상기 개시된 것들에 상응하는 1 급 및 2 급 알케닐 알콜, 및 알케닐 페놀을 본 발명에 인용된 범위내의 HLB로 에톡실화시킬 수 있으며, 이들은 본 발명에 습윤제로서 사용될 수 있다.
측쇄 알콕실레이트
널리 공지된 OXO 공정으로부터 입수할 수 있는 측쇄 1 급 및 2 급 알콜을 에톡실화시키고 본 발명에 유용한 습윤제로서 사용할 수 있다.
상기 에톡실화된 비이온성 계면활성제는 본 발명의 조성물에 단독적으로 또는 혼합물로서 유용하며, 비이온성 계면활성제란 용어는 혼합된 비이온성 계면활성제를 포함한다.
계면활성제의 수준은, 사용되는 경우, 티슈 페이퍼의 건조 섬유 중량을 기준으로 바람직하게 약 0.01 내지 약 2.0 중량%이다. 상기 계면활성제는 바람직하게 탄소수 8 이상의 알킬 쇄를 갖는다. 전형적인 음이온성 계면활성제는 선형 알킬 설포네이트 및 알킬벤젠 설포네이트이다. 전형적인 비이온성 계면활성제는 알킬 글리코사이드, 예를들어 알킬글리코사이드 에스테르, 예를들어 Crodesta SL-40(Croda, Inc., New York, NY로부터 입수); 알킬글리코사이드 에테르(1977년 3월 8일자로 더블유 케이 랭돈(W.K. Langdon)에게 허여된 미국 특허 제 4,011,389 호에 개시되어 있음); 및 알킬폴리에톡실화된 에스테르, 예를들어 Pegosperse 200 ML(Glyco Chemicals, Inc., Greenwich, CT로부터 입수), 및 IGEPAL RC-520(Rhone Poulenc Corporation, Cranbury, NJ로부터 입수)이다.
B. 강도 부가제(strength additives):
첨가할 수 있는 기타 유형의 화학물질로는 티슈 웹의 건조 인장 강도 및 습윤 인열을 증가시키기 위한 강도 부가제가 있다. 본 발명은 선택 성분으로서 건조 섬유 중량을 기준으로 유효량, 바람직하게 약 0.01 내지 약 3.0 중량%, 보다 바람직하게 약 0.2 내지 약 2.0 중량%의 수용성 강도 부가제 수지를 포함할 수 있다. 이들 강도 부가제 수지는 바람직하게 건조 강도 수지, 영구적인 습윤 강도 수지, 일시적인 습윤 강도 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된다.
(a)건조 강도 부가제
건조 강도 부가제는 바람직하게 카복시메틸 셀룰로즈 수지, 전분 기제 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된다. 바람직한 건조 강도 부가제의 예로는 카복시메틸 셀룰로즈, 및 ACCO 711 및 ACCO 514와 같은 ACCO 계열의 양이온성 중합체가 있으며, ACCO 계 화합물이 가장 바람직하다. 이들 물질은 아메리칸 사이아나미드 캄파니(Wayne, NJ)로부터 상업적으로 입수할 수 있다.
(b)영구적인 습윤 강도 부가제
본 발명에 유용한 영구적인 습윤 강도 수지는 여러가지 유형을 가질 수 있다. 일반적으로, 이미 밝혀지고 이후에 제지 분야에서 유용성이 발견되는 수지들이 본 발명에 유용하다. 다수의 예들이 상기 언급한 웨스트펠트의 문헌(본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 나타나있다. 통상적인 경우에, 습윤 강도 수지는 수용성의 양이온성 물질이다. 즉, 상기 수지들은 이들을 제지 원료에 첨가할 때 수용성이다. 후속적인 반응들, 예를들어 가교결합이 상기 수지를 수 불용성으로 만드는 것도 매우 가능한 일이며, 예상될 수 있다. 더욱, 몇몇 수지는 특정 조건, 예를들어 제한된 pH 범위하에서만 가용성이다. 습윤 강도 수지는 일반적으로 제지 섬유상, 그 내부, 또는 그 사이에 침착된 후에 가교결합되거나 또는 다른 경화 반응을 일으키는 것으로 여겨진다. 가교결합 또는 경화는 통상적으로 상당량의 물이 존재하는 한 일어나지 않는다.
바람직하게, 영구적인 습윤 강도 수지 결합 물질은 폴리아미드-에피클로로히드린 수지, 폴리아크릴아미드 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된다.
특히 각종 폴리아미드-에피클로로히드린 수지가 유용하다. 이들 물질은 아미노, 에폭시 및 아제티디늄 그룹과 같은 반응성 작용기가 제공된 저분자량 중합체이다. 특허 문헌에는 이러한 물질의 제조 방법에 대한 설명이 충분히 개시되어 있다. 1972년 10월 24일자로 케임(Keim)에게 허여된 미국 특허 제 3,700,623 호 및 1973년 11월 13일자로 케임에게 허여된 미국 특허 제 3,772,076 호(이들은 본 발명에 참고로 인용되어 있다)가 이러한 특허의 예이다.
본 발명에 특히 유용한 것은 폴리아미드-에피클로로히드린 수지(상표명 Kymene 557H 및 Kymene 2064로, 헤르큘레스 인코포레이티드, Wilmington, Delaware에 의해 시판된다)이다. 이들 수지는 상기 언급한 케임의 특허에 일반적으로 개시되어 있다.
본 발명에 유용한 염기-활성화된 폴리아미드-에피클로로히드린 수지는 Santo Res 상표명(예: Santo Res 31)으로 몬산토 캄파니(St. Louis, Missouri)에 의해 시판된다. 이러한 유형의 물질들은 1974년 12월 17일자로 페트로비치(Petrovich)에게 허여된 미국 특허 제 3,855,158 호; 1975년 8월 12일자로 페트로비치에게 허여된 미국 특허 제 3,899,388 호; 1978년 12월 12일자로 페트로비치에게 허여된 미국 특허 제 4,129,528 호; 1979년 4월 3일자로 페트로비치에게 허여된 미국 특허 제 4,147,586 호; 및 1980년 9월 16일자로 반 에남(Van Eenam)에게 허여된 미국 특허 제 4,222,921 호(이들은 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 일반적으로 개시되어 있다.
본 발명에 유용한 다른 수용성 양이온성 수지는 파레즈라는 상표명(예: Parez 631NC)으로 아메리칸 사이아나미드 캄파니(Stanford, CT)에서 시판되는 폴리아크릴아미드 수지이다. 이들 물질은 1971년 1월 19일자로 코샤(Coscia) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,556,932 호; 및 1971년 1월 19일자로 윌리암스 등에게 허여된 미국 특허 제 3,556,933 호(이들은 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 일반적으로 개시되어 있다.
본 발명에 유용한 다른 유형의 수용성 수지는 아크릴 유화액 및 음이온성 스티렌-부타디엔 라텍스이다. 이러한 유형의 수지에 대한 다양한 예가 1974년 10월 29일자로 메이젤 쥬니어(Meisel, Jr.) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,844,880 호(본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 제공되어 있다.
본 발명에 유용한 또다른 수용성 양이온성 수지는 우레아 포름알데히드 및 멜라민 포름알데히드 수지이다. 이들 다작용성의 반응성 중합체는 수천 정도의 분자량을 갖는다. 보다 흔한 작용성 그룹으로는 질소 함유 그룹, 예를들어 아미노 그룹 및 질소에 부착된 메틸올 그룹이 있다.
덜 바람직하지만, 폴리에틸렌이민 유형의 수지도 본 발명에 유용하다.
상기 언급한 수용성 수지 및 그의 제법에 대한 보다 완전한 설명이 문헌[TAPPI Monograph Series No. 29, Wet Strength In Paper and Paperboard, Technical Association of the Pulp and Paper Industry(New York; 1965)](본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다. 본 발명에 사용된 영구적인 습윤 강도 수지란 용어는 페이퍼 시이트가 수성 매질중에 놓였을때 그의 초기 습윤 강도의 대부분을 2 분 이상의 기간동안 유지하는 수지를 지칭한다.
(c)일시적인 습윤 강도 부가제
상기 언급한 습윤 강도 부가제는 전형적으로 영구적인 습윤 강도를 갖는 페이퍼 제품, 즉 수성 매질중에 놓았을때 시간이 지남에 따라 그의 초기 습윤 강도의 실질적인 부분을 유지하는 페이퍼를 생성시킨다. 그러나, 일부 유형의 페이퍼 제품에서 영구적인 습윤 강도는 불필요하고 바람직하지 못한 성질일 수 있다. 화장지 등과 같은 페이퍼 제품은 일반적으로 단기간 사용된 후에 정화조 등으로 폐기된다. 페이퍼 제품이 그의 가수분해 저항성 강도 특성을 영구적으로 유지한다면 이들 시스템이 막힐 수 있다. 보다 최근에, 제작자들은 습윤 강도가 목적하는 용도에는 충분하지만 물에 침지시 부패되는 페이퍼 제품을 위한 일시적인 습윤 강도 부가제를 가하였다. 습윤 강도의 쇠퇴는 페이퍼 제품이 정화조를 통해 잘 흐르게 한다.
적합한 일시적인 습윤 강도 수지의 예로는 개질된 전분 일시적인 습윤 강도제, 예를들어 National Starch 78-0080(National Starch and Chemical Corporation, New York, NY에서 시판)이 있다. 이러한 유형의 습윤 강도제는 디메톡시에틸-N-메틸-클로로아세트아미드를 양이온성 전분 중합체와 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 개질된 전분 일시적인 습윤 강도제가 또한 1987년 6월 23일자로 솔라렉(Solarek) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,675,394 호(본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 또한 개시되어 있다. 바람직한 일시적인 습윤 강도 수지로는 1991년 1월 1일자로 뵤르퀴스트(Bjorquist)에게 허여된 미국 특허 제 4,981,557 호(본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 개시된 것들이 있다.
상기 열거한 영구적인 습윤 강도 수지 및 일시적인 습윤 강도 수지의 부류 및 구체적인 예들에 대해서, 상기 열거된 수지들은 사실상 예시적인 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 혼화성 습윤 강도 수지들의 혼합물이 또한 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다.
상기 선택적인 화학적 첨가제들의 목록은 사실상 단지 예시적일뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
하기 실시예는 본 발명의 실시를 예시하는 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 실시예의 목적은 도 1에 도시된 유형의 제지기에 의해 제조된 티슈 페이퍼를 예시하기 위한 것이며, 여기에서 습윤 티슈를 PEG-400의 수용액으로 처리한다.
실험 규모의 포드리니어 제지기를 본 발명의 실시에 사용한다. 3 중량%의 NSK 수성 슬러리를 통상적인 재-펄프기에서 제조한다. 상기 NSK 슬러리를 서서히 정제하고 영구적인 습윤 강도 수지(즉, 헤르큘레스 인코포레이티드(Wilmington, DE)에 의해 시판되는 Kymene 557H)의 2% 용액을 건조 섬유 1 중량% 비율로 NSK 원료 파이프에 첨가한다. NSK에 대한 Kymene 557H의 흡착을 인-라인 혼합기로 향상시킨다. 카복시 메틸 셀룰로즈(CMC) 1% 용액을 건조 섬유 0.2 중량%의 비율로 인-라인 혼합기에 가하여 섬유 기재의 건조 강도를 향상시킨다. NSK 슬러리를 팬 펌프에 의해 0.2%로 희석시킨다. 3 중량%의 CTMP 수성 슬러리를 통상적인 재-펄프기에서 제조한다. 비-이온성 계면활성제(Pegosperse)를 건조 섬유 0.2 중량%의 비율로 상기 재-펄프기에 가한다. CTMP 슬러리를 팬 펌프로 0.2%로 희석시킨다. 처리된 원료 혼합물(NSK/CTMP)을 헤드박스에서 혼합하고 포드리니어 와이어상에 침착시켜 균일한 초기 웹을 제조한다. 탈수는 포드리니어 와이어를 통해 일어나며 전향장치 및 진공 상자에 의해 지원된다. 상기 포드리니어 와이어는 in 당 각각 84 기계 방향 및 76 횡 기계 방향 모노필라멘트를 갖는 5-쉐드의 수자직 형태이다. 초기 습윤 웹을 포드리니어 와이어로부터, 이동 지점에서 약 22%의 섬유 점조도로, in2당 240 선형 아이다호 셀, 34% 너클 영역 및 14 밀의 광-중합체 깊이를 갖는 광-중합체 벨트로 이동시킨다. 상기 웹이 약 28%의 섬유 점조도를 가질때까지 진공 지원된 배수에 의해 추가의 탈수를 수행한다. 패턴화된 웹을 공기 취입에 의해 약 65 중량%의 섬유 점조도로 예비 건조시킨다. 이어서 상기 웹을 0.25%의 폴리비닐 알콜(PVA) 수용액을 포함하는 분무된 크레이핑 접착제를 사용하여 양키 건조기의 표면에 결합시킨다. 섬유 점조도를, 상기 웹을 닥터 블레이드를 사용하여 건조 크레이핑시키기 전에 대략 96%로 증가시킨다. 닥터 블레이드는 약 25 도의 경사각을 가지며, 양키 건조기에 대해 약 81 도의 충돌각이 제공되도록 배치되고; 상기 양키 건조기는 약 800 fpm(ft/분)(약 244 m/분)으로 작동한다. 건조 웹을 700 fpm(214 m/분)의 속도로 롤로 성형시킨다.
수용액을 분무 노즐(220)(약 50 중량%의 폴리하이드록시 화합물을 포함하는 수용액을 함유한다)을 통해 습윤 티슈 페이퍼상에 분무시킨다. 사용되는 폴리하이드록시 화합물은 유니온 카바이드(Danbury, CT)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 PEG-400이다. 상기 습윤 웹은 폴리하이드록시 화합물을 함유하는 수용액 분무시 전체 웹 중량을 기준으로 약 25%의 섬유 점조도를 갖는다. 2 겹의 웹을 엠보싱시키고 PVA 접착제를 사용하여 함께 적층시킴으로써 페이퍼 타월 제품으로 성형시킨다. 상기 페이퍼 타월은 약 26 #/3M Sq.Ft의 기본 중량을 가지며, 약 1%의 PEG-400 및 약 0.5%의 영구적인 습윤 강도 수지를 함유한다. 생성된 페이퍼 타월은 유연하고 흡수성이며, 젖었을때 매우 질기다.

Claims (10)

  1. a) 습식 셀룰로즈 섬유; 및
    b) 티슈 페이퍼의 건조 섬유 중량을 기준으로 0.01 내지 5 중량%의 수용성 폴리하이드록시 화합물을 포함함을 특징으로 하며,
    상기 폴리하이드록시 화합물이 바람직하게 글리세롤, 폴리글리세롤(150 내지 800의 중량 평균 분자량을 갖는다), 폴리옥시에틸렌 및 폴리옥시프로필렌 또는 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 공중합체(200 내지 1000의 중량 평균 분자량을 갖는다), 및 이들의 혼합물중에서 선택되고;
    10 내지 65 g/m2의 기본 중량 및 0.60 g/cc 미만의 밀도를 가지며, 습윤 티슈 페이퍼 웹의 적어도 한 면에 상기 폴리하이드록시 화합물이 적용된
    티슈 페이퍼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리하이드록시 화합물이 중량 평균 분자량 200 내지 1000의 폴리옥시에틸렌 및 폴리옥시프로필렌중에서 선택되고, 바람직하게 중량 평균 분자량 200 내지 1000의 폴리옥시에틸렌, 보다 바람직하게 중량 평균 분자량 200 내지 600의 폴리옥시에틸렌인 티슈 페이퍼.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    유효량의 강도 부가제를 추가로 포함하며, 상기 강도 부가제가 바람직하게 영구적인 습윤 강도 수지, 일시적인 습윤 강도 수지, 건조 강도 수지, 보유 지원 수지 및 이들의 혼합물중에서 선택되는 티슈 페이퍼.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 강도 부가제가 폴리아미드-에피클로로히드린 수지, 폴리아크릴아미드 수지 및 이들의 혼합물중에서 선택된 영구적인 습윤 강도 수지인 티슈 페이퍼.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 강도 부가제가 일시적인 습윤 강도 수지, 바람직하게 전분-기제의 일시적인 습윤 강도 수지인 티슈 페이퍼.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 강도 부가제가 바람직하게 카복시메틸 셀룰로즈 수지, 전분-기제 수지 및 이들의 혼합물중에서 선택된 건조 강도 수지, 가장 바람직하게 카복시메틸 셀룰로즈 수지인 티슈 페이퍼.
  7. a) 셀룰로즈 섬유를 함유하는 수성 슬러리를 습식-적층시켜 웹을 제조하는 단계;
    b) 상기 구조물에 벌크 유연성을 부여하기에 충분한 양의 수용성 폴리하이드록시 화합물을, 전체 웹 중량을 기준으로 10 내지 80%의 섬유 점조도로 상기 웹에 적용시키는 단계(이때, 건조 섬유 중량을 기준으로 바람직하게 0.1 내지 2.0 중량%의 상기 폴리하이드록시 화합물이 티슈 페이퍼에 의해 보유된다); 및
    c) 상기 웹을 건조 및 크레이핑시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는,
    10 내지 65 g/m2의 건조 기본 중량 및 0.60 g/cc 미만의 밀도를 갖는
    유연한 티슈 페이퍼의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    건조 섬유 중량을 기준으로 0.2 내지 2.0 중량%의 폴리아미드-에피클로로히드린 영구적인 습윤 강도 수지가 상기 웹에 의해 보유되기에 충분한 양의 상기 폴리아미드-에피클로로히드린 수지를 상기 웹에 적용시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 7 항 또는 8 항에 있어서,
    건조 섬유 중량을 기준으로 0.1 내지 1.0 중량%의 카복시메틸 셀룰로즈 건조 강도 수지가 상기 웹에 의해 보유되기에 충분한 양의 상기 카복시메틸 셀룰로즈 수지를 상기 웹에 적용시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 7 항 내지 9 항중 어느 한 항에 있어서,
    건조 섬유 중량을 기준으로 0.1 내지 1.0 중량%의 전분-기제 일시적인 습윤 강도 수지가 상기 웹에 의해 보유되기에 충분한 양의 상기 전분-기제 수지를 상기 웹에 적용시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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