KR19990044456A - 여러겹이 접착 결합된 페이퍼 제품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 여러겹이 함께 접착 결합된 페이퍼 제품에 관한 것이다. 겹중 하나 또는 둘다는 다른 겹을 향해 돌출하여 상기 다른 겹에 접촉하는 엠보싱 구조물을 가질 수 있다. 겹은 바람직하게는 상기 엠보싱 구조물에서 접착제에 의해 결합된다. 구체적으로 요구되는 범위내의 최소 습윤 겹 결합 강도 및 건조 겹 결합 강도를 유리하게 제공하는 조성물로부터 접착제를 선택한다.

Description

여러겹이 접착 결합된 페이퍼 제품
페이퍼 제품은 일상 생활에 널리 알려져 있다. 페이퍼 제품은 티슈로서 종종 지칭되고, 페이퍼 타월, 화장용 티슈 및 화장실용 티슈로 사용된다.
티슈 페이퍼 제품은 단일 겹을 포함할 수도 있지만, 흔히는 두겹이상이다. 본원에서, "겹"이라는 용어는 성형 와이어 또는 이의 동등물로부터 벗겨지고, 이에 추가의 섬유가 첨가되지 않은 채로 건조된 단일 시이트를 지칭한다.
물론, 겹은 상이한 셀룰로즈 섬유로 층상화될 수 있다. 층상화로 인해 중심층은 비교적 강한 섬유를 포함하여 티슈 페이퍼 제품에 강도를 부여할 수 있다는 이점이 제공된다. 중심층의 외측부는 사용자에게 부드러운 감촉을 제공하기 위해 섬유의 길이가 보다 짧아질 수 있다. 층상화는 1976년 11월 30일자로 모르간 주니어(Morgan, Jr.) 등에게 허여되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제 3,994,771 호(본 발명에 참조로 인용되어 있다)에 의해 유리하게 달성될 수 있다.
종종, 페이퍼 제품을 제조하기 위해 둘 이상의 겹을 함께 결합시킨다. 여러겹을 함께 결합시킴으로써, 생성된 적층물은 동일한 두께의 단일 겹보다 낮은 굽힘 모듈러스를 갖는다는 이점을 제공한다. 이는 사용자에게 또한 보다 부드러운 감촉을 느끼게하는 이점을 제공한다. 전형적으로 흡수성 및 캘리퍼(caliper)도 개선된다. 게다가, 3개의 겹을 함께 결합시키면 페이퍼 제품은 적층물에서 상이한 중심 겹 및 외측 겹을 가질 수 있어 각각 강도 및 부드러움을 제공한다.
여러겹의 티슈 제품은 전형적으로 셀룰로즈성(cellulosic)이다. 본원에서, "셀룰로즈성"이라는 용어는, 면화 린터(cotton linter), 레이온, 버개스(bagasse), 보다 바람직하게는 연질 목재(나자 식물 또는 침엽수) 또는 경질 목재(피자 식물 또는 활엽수)와 같은 목재 펄프(이들로 한정되는 것은 아님)를 비롯한, 약 50중량% 이상 또는 약 50부피% 이상의 셀룰로즈 섬유(재활용될 수도 있다)를 포함하는 페이퍼 제품을 지칭한다. 나머지 섬유는 폴리올레핀 또는 폴리에스테르와 같은 합성 섬유일 수 있다.
셀룰로즈성 겹은 종종 접착제를 사용하여 함께 결합된다. 1992년 9월 1일자로 기벤스(Givens)에게 허여되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제 5,143,776 호(본 발명에서 참조로 인용되어 있다)에는 셀룰로즈성 겹들을 접착제로 결합시키는 것이 유용하다고 기술되어 있다.
그러나, 페이퍼 제품에서 여러개의 셀룰로즈성 겹들을 접착제로 결합시키면 성능이 불만족스러워질 수 있고 또한 실제로 불만족스러웠다. 특히, 페이퍼 타월, 화장용 티슈 및 화장실용 티슈 등으로서 사용되는 페이퍼 제품은 적합한 겹 결합 강도를 가져야만 한다. 본원에서, "겹 결합 강도"라는 용어는 하기 기술된 바와 같이 인접한 두 개의 겹을 서로 분리시키는데 필요한 힘을 지칭한다.
흔히 티슈 페이퍼 제품, 구체적으로 페이퍼 타월은 사용할 때 젖게 된다. 습윤 겹 결합 강도가 불충분하면, 사용중에 겹이 분리되어 페이퍼 제품이 파손된다. 단순히 습윤 겹 결합 강도를 증가시키는 것은 쉬운 일로 보이지만, 건조 겹 결합 강도는 습윤 겹 결합 강도와 직접적으로 관련된다. 선행 기술에서, 습윤 겹 결합 강도가 적당한 수준으로 증가함에 따라 건조 겹 결합 강도는 지나치게 증가하게 된다. 건조 겹 결합 강도가 지나치게 증가할 경우, 전형적으로 부드러움 및 흡수성은 감소한다.
따라서, 본 발명의 목적은 여러겹으로된 페이퍼 제품을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 건조 겹 결합 강도가 지나치게 크지 않으면서 적합한 습윤 겹 결합 강도를 갖는 여러겹으로 된 페이퍼 제품을 제공하는 것이다. 최종적으로, 본 발명의 목적은 셀룰로즈성이며 여러겹이 접착 결합된 이러한 페이퍼 제품을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명은 마주 대하는 관계로 결합된, 거시적으로 단일 평면인 둘 이상의 겹을 포함하는 여러겹의 셀룰로즈 페이퍼 제품을 제공한다. 상기 겹들은 (a) 폴리비닐 알콜, 전분계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 약 2 내지 약 6중량%의 수용성 또는 수분산성 건조 강도 결합제 물질; (b) 폴리아미드-에피클로로히드린 수지, 글리옥살화 폴리아크릴아미드 수지, 폴리에틸렌이민 수지 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 약 1 내지 약 9중량%의 수용성 양이온 수지; 및 (c) 약 89 내지 약 95중량%의 물의 혼합물을 포함하는 수성 접착제 조성물을 사용하여 서로 결합시킨다.
이때, 상기 수성 접착제 조성물의 총 고형물 함량(수용성/수분산성 건조 강도 결합제 물질 및 수용성 습윤 강도 수지의 혼합 중량 퍼센트이다)은 약 5 내지 약 11중량%, 바람직하게 약 5 내지 약 8중량%이다.
본 발명의 수성 접착제 조성물은 용액 또는 안정한 분산액의 형태이다.
바람직하게, 수용성/수분산성 건조강도 결합제 물질은 폴리비닐 알콜이고, 수용성 습윤강도 수지는 폴리아미드-에피클로로히드린 수지이다.
바람직하게, 상기 겹들중 하나이상은 그 표면이 엠보싱되며, 이들 엠보싱 구조물은 상기 겹의 반대편 겹을 향해 연장되어 상기 겹과 접촉한다. 상기 겹들은 하기 상세하게 기술된 수성 접착제 조성물에 의해 상기 엠보싱 구조물에서 바람직하게 함께 결합된다. 바람직하게, 수성 접착제 조성물은 3,000ft2당 약 3 내지 약 85g의 양으로 페이퍼 제품에 적용된다.
페이퍼 제품은 바람직하게 4.5g/in 이상, 더욱 바람직하게 5.0g/in 이상의 습윤 겹 결합 강도를 갖는다. 페이퍼 제품은 또한 바람직하게 4.0 내지 20.0g/in, 더욱 바람직하게 5.0 내지 15.0g/in의 건조 겹 결합강도를 갖는다. 상기 페이퍼 제품은 2겹, 3겹 또는 그이상의 겹을 포함할 수도 있다. 따라서, 선행기술과 달리 본 발명에 따르는 페이퍼 제품은 습윤 겹 결합강도 및 건조 겹 결합강도가 분리되어 있다.
달리 나타내지 않는한 모든 %, 비 및 비율은 중량을 기준으로 한다.
본 발명을 하기에 더욱 상세하게 기술한다.
본 발명은 페이퍼 제품과 같은 셀룰로즈 섬유 구조물, 및 보다 구체적으로 여러겹이 함께 접착 결합된 페이퍼 제품에 관한 것이다.
본 명세서는 본 발명으로 간주되는 주제를 특별히 지적하고 분명히 청구하는 청구범위로 귀결되지만, 하기 상세한 설명 및 첨부된 실시예를 탐독하여 본 발명은 더 잘 이해될 수 있을 것으로 여겨진다.
본 발명에 사용된 바와 같이, "포함하는"이란 용어는 다양한 성분, 요소 또는 단계가 본 발명의 실시에서 공동으로 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, "포함하는"이란 용어는 "필수적으로 이루어지는" 및 "이루어지는"이라는 보다 한정적인 용어를 포함한다.
본 발명은 거시적으로 단일 평면인 두겹이상의 적층물을 포함한다. 겹들은 상기 기술된 바와 같이 셀룰로즈성이고, 동일하거나 상이한 제조 방법으로 제조될 수 있다.
각각의 겹은 겹의 평면으로부터 인접한 겹을 향해 바깥쪽으로 돌출한 다수의 엠보싱 구조물을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 상기 인접한 겹은 상기 제 1 겹을 향해 반대로 돌출한 돌기를 가질 수 있다. 3겹 페이퍼 제품이 요구될 경우, 중심 겹은 양 방향으로 바깥쪽으로 연장되는 엠보싱 구조물을 가질 수도 있지만 엠보싱 구조물을 갖지 않거나 단일 방향성 엠보싱 구조물을 갖는 중심 겹도 가능하다.
각각 1987년 1월 20일자 및 1980년 3월 4일자로 트로칸(Trokhan)에게 허여되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제 4,637,859 호 또는 미국 특허 제 4,191,609 호(본 발명에 참조로 인용되어 있다)에 따라 겹을 제조할 수 있다. 다르게는, 펠트를 사용하여 겹을 통상적으로 건조시킬 수 있다.
본 발명에서, 각각의 겹은 3,000ft2당 약 8 내지 30, 바람직하게는 11 내지 18lbs의 기본 중량을 가질 수 있고, 바람직하게는 당해 분야에 잘 공지된 임의의 방법으로 가공된 경질 목재 및/또는 연질 목재의 조성을 갖는다.
겹을 형성하는 제지 공정이 종결된 후, 겹중 하나 또는 둘다를 엠보싱할 수 있다. 1968년 12월 3일자로 웰스(Wells)에게 허여되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제 3,414,459 호에 설명된 노브-대-노브(knob-to-knob) 엠보싱 공정; 1971년 1월 19일자로 니스트란드(Nystrand)에게 허여된 미국 특허 제 3,556,907 호에 기술된 네스팅 처리된(nested) 엠보싱 공정; 또는 1994년 3월 15일자로 맥네일(McNeil)에게 허여되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제 5,294,475 호에 기술된 이중 겹 공정에 따라, 엠보싱을 실행할 수 있다(상기 특허 모두는 본 발명에 참조로 인용되어 있다).
본원에 기술되고 청구된 실시태양에서, 엠보싱 구조물을 0.05 내지 0.70in의 피치(pitch)로 이격시킬 수 있고, 이는 원위 말단에서 0.001 내지 0.100in2의 면적을 가질 수 있다. 롤의 면으로부터 0 내지 0.120in으로 돌출한 노브(knob)를 갖는 롤상에서, 각각의 엠보싱 구조물을 형성시킬 수 있다. 엠보싱 구조물은 원형, 타원형 또는 불규칙한 형상일 수 있다.
페이퍼 제품의 겹을 구성하는 섬유는 바람직하게 면화 린터, 레이온 또는 버개스와 같은 셀룰로즈, 보다 바람직하게는 연질 목재(나자 식물 또는 침엽수) 또는 경질 목재(피자 식물 또는 활엽수)와 같은 목재 펄프이다. 본 발명에 사용된 바와 같이, 적층된 페이퍼 제품이 약 50중량% 이상 또는 약 50부피% 이상의 셀룰로즈 섬유(상기 기술된 섬유들을 포함하지만 이들로 한정되는 것은 아니다)를 포함하는 경우에 상기 적층된 페이퍼 제품은 "셀룰로즈성"으로 간주된다. 적층된 페이퍼 제품을 구성하는 나머지 섬유는 폴리올레핀 또는 폴리에스테르와 같은 합성 섬유일 수 있다. 약 2.0 내지 약 4.5mm의 길이 및 약 25 내지 약 50㎛의 직경을 갖는 연질목재 섬유 및 약 1.7mm 미만의 길이 및 약 12 내지 약 25㎛의 직경을 갖는 경질목재 섬유를 포함하는 목재 펄프 섬유의 셀룰로즈성 혼합물은 본 발명에 기술된 적층된 페이퍼 제품에 잘 적용되는 것으로 밝혀졌다.
목재펄프 섬유가 본 발명의 여러겹의 페이퍼 제품에 대해 선택되는 경우에, 설파이트, 설페이트 및 소다 공정과 같은 화학적 공정 및 스톤(stone) 분쇄목재와 같은 기계적 공정을 포함하는 임의의 펄핑 공정에 의해 이들 섬유를 제조할 수 있다. 다르게는, 섬유를 화학적 및 기계적 공정의 조합에 의해 제조하거나 재생시킬 수 있다. 사용된 섬유의 형태, 조합 및 가공은 본 발명에서 중요하지 않다. 경질목재 및 연질목재 섬유를 적층된 페이퍼 제품의 두께 전체에 걸쳐 층상화시키거나 균일하게 블렌드시킬 수 있다.
접착제 조성물
다중-겹 페이퍼 제품의 겹들을 접착제로 함께 결합시킨다. 접착제 조성물을 하나이상의 겹의 엠보싱 구조물에 도포시키는 것이 바람직하다. 물론, 접착제를 두겹 모두의 엠보싱 구조물에 도포시킬 수 있다. 적합한 접착제로는 건조강도 결합제(예, 완전히 가수분해된 폴리비닐 알콜 접착제) 및 습윤강도 수지(예, 열경화성 양이온 수지)의 혼합물을 사용한다. 건조강도 결합제 및 습윤강도 수지를 89 내지 95%의 수용액 또는 안정한 분산액(즉, 89 내지 95%의 물) 및 바람직하게 약 92 내지 95%의 수용액 또는 안정한 분산액(즉, 92 내지 95%의 물)으로 제공한다. 상기 나타낸 접착제 조성물중의 5 내지 11%의 총 고형물중에서 2 내지 6%는 건조강도 결합제 고형물이 차지할 수 있다. 총 고형물의 1%이상은 습윤강도 수지가 차지한다. 각각의 이들 화합물의 형태는 하기에 상세하게 기술될 것이다.
건조강도 결합제 물질
본 발명의 접착제 조성물은 폴리아크릴아미드(뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 시텍 인더스트리스(CyTec Industries)에서 생산되는 아코스트렝스(Accostrength) 711); 뉴저지주 브리지워터 소재의 네쇼날 스타치 앤드 케미칼 캄파니(National Starch and Chemical Company)로부터 시판되는 전분(예: RediBOND 5320, 2005 및 3030) 또는 아베베 스타치(Avebe Starch)로부터 시판되는 아밀로스(Amylose) 1100, 2200 또는 살비토스(Salvitose); 폴리비닐 알콜(델라웨어주 윌밍톤 소재의 듀퐁 코포레이션(DuPont Corporation)에 의해 공급되는 에바놀(Evanol) 71-30); 및/또는 구아(guar) 또는 로커스트 빈 검으로부터 선택되는 약 2 내지 약 6중량%, 바람직하게 약 3.5 내지 약 6.0중량%의 건조강도 결합제 물질을 필수성분으로 함유한다. 바람직하게, 건조강도 결합제 물질은 폴리비닐 알콜, 전분계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다. 건조강도 결합제 물질은 본 발명의 다중-겹 페이퍼 제품이 적합한 건조 겹 결합 강도를 갖도록 작용한다.
폴리비닐 알콜 성분은 접착제 필름을 형성하기에 충분한 임의의 수용성 또는 수분산성 분자량을 가질 수 있다. 일반적으로, 약 40,000 내지 약 120,000, 더욱 바람직하게 70,000 내지 90,000의 중량평균 분자량이 바람직하다. 고형물 형태의 폴리비닐 알콜은 에바놀(Evanol)(등록상표)(듀퐁), 겔바톨(GELVATOL)(등록상표)(몬산토), 비놀(VINOL)(등록상표)(에어 프로덕츠) 및 포발(POVAL)(등록상표)(쿠라레이)와 같은 몇가지 상표명으로 시판되고, 이들 등급은 약 80 내지 약 100%의 가수분해도를 갖는다. 당해분야의 숙련자들은 가수분해도 및 분자량을 낮추면 수용해도가 개선되지만 접착성은 감소된다는 것을 이해할 것이다. 따라서 폴리비닐 알콜의 특성은 특정 용도에 대해 최적화되어야 할 것이다. 특히 바람직한 폴리비닐 알콜은 델라웨어주 윌밍톤 소재의 듀퐁 코포레이션에 의해 공급되는 에바놀 71-30이다. 에바놀 71-30은 약 77,000의 분자량 및 약 99%의 가수분해도를 갖는다.
일반적으로, 본 발명을 실행하기에 적합한 전분은 수용해도 또는 안정한 분산액 및 친수성을 특징으로 한다. 전형적인 전분물질은 적합한 전분 물질의 범위를 한정하지 않는다 하더라도 옥수수 전분 및 감자 전분; 및 왁스성 옥수수 전분(아미오카 전분이 산업상 바람직한 것으로 공지되어 있다)를 포함한다. 아미오카 전분은 그 전체가 아밀로펙틴인 반면에, 보통의 옥수수 전분은 암플로펙틴 및 아밀로스를 함유한다는 점에서 보통의 옥수수 전분과는 다르다. 아미오카 전분의 다양한 독특한 특징은 또한 문헌["Amioca-The Starch from Waxy Corn", H.H.Schopmeyer, Food Industries, December 1945, pp. 106-108(Vol.pp. 1476-1478)]에 기술되어 있다. 전분은 과립상이거나 또는 분산된 형태일 수 있다. 레디본드(RediBOND)는 사용 물질에 쉽게 분산된다. 과립상 전분(예: 아밀로스(Amylose) 1100)을 바람직하게는 입자의 팽윤을 유발시키기에 충분히 가열한다. 보다 바람직하게, 전분 과립이 분산되기 바로 이전까지 가열함으로써 전분 과립을 팽윤시킨다. 이러한 고도로 팽윤된 전분 과립은 "충분히 가열된"것으로 지칭될 수 있다. 일반적인 분산 조건은 전분 과립의 크기, 과립의 결정화도 및 아밀로스의 존재량에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 약 30 내지 약 40분동안 약 190℉(약 88℃)에서 전분 과립의 약 4배 점조도의 수성 슬러리를 가열하여 충분히 가열된 아미오카 전분을 제조할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 전형적인 전분물질은 내쇼날 스타치 앤드 케미칼 캄파니(뉴저지주 브리지워터)로부터 입수가능한, 아미노 그룹 및 질소에 부착된 메틸올기와 같은 질소함유 기를 갖도록 개질된 양이온성 또는 음이온성 전분을 포함한다. 이러한 개질된 전분 물질은 비개질된 전분보다 더 비싸게 간주되어, 후자가 일반적으로 바람직하다.
습윤강도 수지 물질
본 발명의 접착제 조성물은 폴리아미드-에피클로로히드린 수지, 글리옥살화 폴리아크릴아미드 수지, 스티렌-부타디엔 라텍스; 불용성화 폴리비닐 알콜; 우레아-포름알데히드; 폴리에틸렌이민; 키토산 중합체 및 이들의 혼합물로부터 선택된 약 1 내지 약 9중량%, 바람직하게 약 1 내지 약 3중량%의 습윤강도 수지 물질을 필수적인 성분으로 함유한다. 바람직하게, 습윤강도 수지는 폴리아미드-에피클로로히드린 수지, 글리옥살화 폴리아크릴아미드 수지, 폴리에틸렌이민 수지 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 수용성 양이온 수지이다.
특히 유용성 있는 것으로 밝혀진 양이온성 습윤강도 수지는 폴리아미드-에피클로로히드린 수지이다. 이러한 수지의 적합한 형태는 케임(Keim)에게 각각 허여된 1972년 10월 24일자의 미국 특허 제 3,700,623 호 및 1973년 11월 13일자의 미국 특허 제 3,772,076 호(본 발명에 참조로 인용되어 있다)에 기술되어 있다. 유용한 폴리아미드-에피클로로히드린 수지의 상업적인 공급원은 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드(Hercules Inc.)이고, 이러한 수지는 상표명 키멘(Kymene)TM557H 및 키멘TM557LX으로 시판되고, 키멘TM557H가 바람직하다.
바람직하게, 폴리아미드-에피클로로히드린 수지는 에피클로로히드린과 이차 아민기를 갖는 수용성 폴리아미드의 수용성 중합체 반응 생성물을 포함한다. 에피클로로히드린 대 상기 폴리아미드의 이차 아민기의 비는 바람직하게 약 0.5:1 내지 약 2:1이다. 바람직하게, 수용성 폴리아미드는 폴리알킬렌 폴리아민과 약 3 내지 10개의 탄소수를 갖는 포화 지방족 이염기 카복실산을 반응시켜 얻는다. 바람직하게, 폴리알킬렌 대 이염기 카복실산의 몰비는 약 0.8:1 내지 약 1.5:1이다. 바람직하게, 포화 지방족 이염기 카복실산은 아디프산이고, 폴리알킬렌 폴리아민은 디에틸렌 트리아민이다. 가장 바람직하게, 수용성 폴리아미드는 하기 화학식 (1)의 반복기를 함유한다:
-NH(CnH2nHN)x-CORCO-
상기식에서,
n 및 x는 각각 2 이상이고,
R은 약 3 내지 10개의 탄소원자를 함유하는 이염기 카복실산의 2가 탄화수소 라디칼이다. 이 형태의 수지는 상표명 키멘(KYMENE)TM(헤르큘레스 인코포레이티드) 및 카스카미드(CASCAMID)TM(보덴)으로 시판된다. 이들 수지의 필수적인 특징은 폴리비닐 알콜과 상 혼화성이라는 것이다, 즉 이들은 수성 폴리비닐 알콜의 존재하에서 상-분리되지 않는다.
본 발명에 유용한 염기-활성화 폴리아미드-에피클로로히드린 수지는 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드에 의해 상표명 키멘TM450으로 또한 시판되는 것이다. 염기-활성화 폴리아미드-에피클로로히드린 수지의 다른 상업적 공급원의 실례는 미주리주 세인트 루이스 소재의 몬산토 캄파니(Monsanto Company)에 의해 산토 레스(Santo Res) 31과 같은 산토 레스 상표명으로 시판되는 것이다. 이들 물질의 형태는 일반적으로 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 호에 기술되어 있다(이들 문헌은 모두 본 발명에 참조로 인용되어 있다).
또한 글리옥살화 폴리아크릴아미드 수지가 습윤강도 수지로 유용한 것으로 밝혀졌다. 이들 수지는 1971년 1월 19일자로 코스시아(Coscia)등에게 허여된 미국 특허 제 3,556,932 호 및 1971년 1월 19일자로 윌리암스(Williams)등에게 허여된 미국 특허 제 3,556,933 호에 기술되어 있다(본 발명에 참조로 인용되어 있다). 폴리아크릴아미드의 상업적인 공급원은 코넥티컷주 스탠포드 소재의 아메리칸 시아나미드 캄파니(American Cyanamid Co.)로부터 상표명 파레즈(Parez)TM631 NC로 시판되는 것이다.
또한 본 발명에 유용한 것으로 밝혀진 다른 수용성 양이온 수지는 우레아 포름알데히드 및 멜라민 포름알데히드 수지이다. 이들 다가 수지의 보다 통상적인 작용기는 아미노기 및 질소에 부착된 메틸올기와 같은 질소 함유기이다. 폴리에틸렌이민형 수지가 또한 본 발명에 유용한 것을 알 수 있다.
비제한적인 예로서, 본 발명의 접착제 조성물은 10%의 고형물을 함유하는 폴리비닐 알콜 용액 또는 안정한 분산액, 및 12.5%의 고형물을 함유하는 키멘TM557H 용액을 포함할 수 있다. 주위 온도에서 공급된 수돗물이 또한 제공된다. 이후에 40부의 폴리비닐 알콜, 8부의 키멘TM557H 및 52부의 물을 차례대로 사용하여 접착제를 제조한다. 이들 구성성분을 적절한 용기에 상기 순서대로 함께 첨가하고, 임펠러(impeller) 유형의 혼합기를 사용하여 약 10분 동안 혼합한다. 적합한 경화 속도를 얻기에 바람직한 혼합물의 pH는 7.0 이상이다.
상기 예에 의해 1%의 키민 및 4%의 폴리비닐 알콜 접착제로 이루어진 5%의 총 고형물을 갖는 접착제 조성물이 제공된다. 접착제를 3,000ft2당 3 내지 85g, 바람직하게는 4 내지 48g, 보다 바람직하게는 6 내지 20g의 총 고형물 함량으로 겹에 적용시킬 수 있다. 일정한 양의 총 고형물을 갖는 접착제 조성물에서, 일정한 총 고형물을 이루는 수용성 양이온 습윤강도 수지의 양이 증가함에 따라, 일반적으로 겹에 적용되는 건조강도 결합제 성분의 양이 감소될 수 있다. 달리 말하면, 건조강도 결합제 물질에 대한 습윤강도 양이온 수지의 백분율이 일정한 경우, 접착제 조성물중 총 고형물 함량이 증가함에 따라 겹에 적용되는 총 고형물 함량이 일반적으로 증가한다.
3-롤 접착제 도포 시스템을 사용하여 접착제를 도포할 수 있다. 이 시스템을 사용하여, 접착제를 픽업 롤(pickup roll)의 표면상에서 필름으로서 픽업한다. 이어서, 픽업 롤과 칭량 롤(metering roll) 사이의 닙(nip)에서 접착 필름을 분할시킨다. 그런 다음 칭량 롤상에 남아있는 필름 부분을 접착 필름을 재분할하는 도포기 롤로 옮긴다. 도포기 롤상에 남아있는 필름을 겹의 엠보싱 구조물에 도포한다. 그런 다음 상기 겹의 엠보싱 구조물을 다른 겹과 접촉시킨다. 통상적인 매링 롤(marrying roll)의 닙에서, 겹을 함께 접착 결합시킨다.
물론, 당해 분야에 공지된 임의의 다른 방식으로 접착제를 엠보싱 구조물에 도포할 수 있고, 통상적으로 네스팅 처리된 엠보싱 공정 또는 노브-대-노브 엠보싱 공정을 사용할 수도 있다. 적합한 접착제 도포 시스템으로는 플랙소(flexographic) 시스템, 분무 시스템, 그라비야(gravure) 시스템 및 상기 기술된 3-롤 시스템이 있다.
돌기의 간격 및 크기가 감소함에 따라, 상기 기술된 태양의 각각의 돌기에 도포하는 접착제의 양이 증가할 수 있다. 접착제 조성물에서 비교적 높은 접착제 고형물 함량을 사용하거나 보다 많은 양의 접착제 조성물을 겹에 도포함으로써, 접착제의 양이 증가될 수 있다.
본 발명에 따라 생성된 페이퍼 제품은 둘 이상의 겹으로 이루어진 적층물을 포함한다. 바람직하게, 본 발명에 따른 페이퍼 제품은 4.5g/in 이상, 보다 바람직하게는 5.0g/in 이상의 습윤 겹 결합 강도를 갖는 페이퍼 타월이다.
본 발명에 따른 페이퍼 제품은 4.5g/in 이상, 보다 바람직하게는 5.0g/in 이상의 알칼리성 습윤 겹 결합 강도를 추가로 갖는 것이 바람직하다. 알칼리성 습윤 겹 결합 강도는, 본 발명에 따른 페이퍼 제품을 임의의 시판되는 세정 제품과 함께 사용하는 경우, 겹들이 일체형 적층물로서 함께 결합되어 유지될 수 있다는 이점을 제공한다.
생성된 페이퍼 제품은 바람직하게 4.0 내지 20.0g/in, 보다 바람직하게는 5.0 내지 15.0g/in의 건조 겹 결합 강도를 또한 갖는다. 습윤 겹 결합 강도 및 건조 겹 결합 강도를 하기와 같이 측정한다.
건조 겹 결합 강도
마무리 처리된 4개의 페이퍼 제품을 샘플로 준비한다. 샘플의 전체 길이에 따라 하나의 3in 스트립을 각 샘플의 중심으로부터 절단한다. 두 개의 스트립은 기계 방향으로 절단하고 나머지 두 개는 교차 기계 방향으로 절단한다(즉, 기계 방향의 천공간 또는 교차 기계 방향의 가장자리간). 3in 가장자리중 어느 한 가장자리를 따라 스트립을 약간 분리시켜서, 각각의 겹을 서로 독립적으로 이용할 수 있도록 한다. 샘플이 2in의 게이지 길이로 될 때까지 겹을 손으로 분리시킨다.
각각의 겹을 인장 기계의 죠오(jaw)에 놓는다. 적합한 인장 시험기는 펜실바니아주 필라델피아 소재의 쓰윙/알버트 코포레이션(Thwing/Albert Corporation)으로부터 공급된 모델 1451-24이다. 크로스헤드(crosshead) 분리 속도는 20in/min으로 설정하고, 초기 2.0in의 분리로부터 7.5in까지 주행시킨다. 크로스헤드 주행의 마지막 6in에 대해서만 데이터를 기록한다. 4개의 모든 샘플의 인장도를 시험한다. 이어서, 4개의 값을 평균하여 4개의 샘플을 취한 제품의 대표적인 단일 겹 결합 강도를 얻는다.
인장 기계에 의해 분리될 샘플 부분이 인장 기계의 하부 죠오 또는 하부 크로스헤드에 접촉하지 않도록 주의해야만 한다. 접촉될 경우, 로드 셀(load cell)에 걸려 매우 높은 판독값을 제공할 것이다. 마찬가지로, 분리될 샘플 부분이 인장 시험기에 의해 이미 분리된 겹을 갖는 샘플 부분에 접촉하지 않도록 주의해야만 한다. 접촉될 경우, 겉보기 겹 결합 강도를 부정확하게 증가시킬 것이다. 상기 언급된 접촉중 어느 것이라도 발생하면, 데이터를 폐기시키고 새로운 샘플을 시험하여야 할 것이다.
습윤 겹 결합 강도
한 개의 페이퍼 제품을 샘플로 준비한다. 접착제 조성물에 적합한 경화 시간을 허용하기 위해 샘플을 컨버팅시킨 후에 2주 이상 시효경화시킨다.
샘플의 중심으로부터 기계 방향을 따라 3in의 스트립을 절단한다. 스트립은 샘플의 전체 기계 방향(예를 들면, 천공간)으로 진행된다.
샘플의 3in의 가장자리중 하나를 따라 겹을 분리시킨다. 분리되지 않은 샘플 부분(즉, 인장 기계의 죠오에 놓이지 않는 부분)을 증류수에 담근다. 담근 후에, 곧바로 샘플을 물과 분리시키고 배수 래크(rack)상에서 60초 동안 배수시킨다. 배수 래크에는 정방형의 나일론 와이어 메쉬(mesh)가 제공되어 있다. 메쉬를 구성하는 와이어의 직경은 0.25in의 피치상에서 0.015in이다. 건조 래크는 수평에 대해 45°로 경사지게 한다. 건조 래크상에서 건조시키는 동안, 샘플의 보다 긴 가장자리가 건조 래크의 기울기에 대해 아래 방향으로 배열되도록 샘플을 배향시킨다. 겹의 분리된 가장자리를 건조 래크에 함께 보내, 샘플을 되도록 매끄럽게하고 과량의 물을 적절히 배수시킨다. 이런 방식으로 준비한 후에, 샘플을 인장 기계에서 건조 겹 결합 강도에 대하여 상술한 바와 같이 시험한다.
본 발명에 따라 제조된 한 개의 페이퍼 제품의 비제한적인 예를 하기에 기술한다. 페이퍼 제품을, 오하이오주 신시네티 소재의 더 프록터 앤드 갬블 캄파니(The Procter & Gamble Company) 및 본 발명의 양수인에 의해 시판중인 바운티(Bounty) 상표명의 페이퍼 타월에 통상적으로 사용되는 두 겹의 셀룰로즈 섬유로부터 제조하였다. 각각의 겹을 65%의 북부산 연질 목재 크래프트(Kraft) 및 35%의 CTMP로 제조하였고, 이는 3,000ft2당 14lbs의 기본 중량을 가졌다. 원위 말단에서 0.076in의 주 축, 0.038in의 부 축 및 0.070in의 돌기 높이를 갖는 타원형 돌기에 의해 네스팅 처리된 엠보싱 공정으로, 각각의 겹을 엠보싱하였다. 돌기는 약 0.118in의 45° 피치상에서 2 내지 3개의 상보적인 동심 다이아몬드 패턴으로 이격되어 있다. 돌기는 각 겹의 면적의 약 10%를 구성한다. 두 개의 상보적 겹을 제조하고, 클리어런스(clearance)가 0인 매링 닙에서 함께 결합시켜, 한 개의 겹당 42±3개/in2의 돌기를 갖는 일체형 적층물을 형성하였다.
한 개의 겹의 돌기에 상기 기술된 바와 같이 제조한 접착제 조성물을 도포하였다. 3-롤 시스템을 사용하여 페이퍼 제품에 접착제 조성물의 총 고형물을 3,000ft2당 약 8g의 양으로 도포하였다. 생성된 페이퍼 제품은 5.4g/in의 습윤 겹 결합 강도 및 9.1g/in의 건조 겹 결합 강도를 가졌다.
표 I에서, 본 발명에 따른 페이퍼 제품을 다른 시판중인 페이퍼 타월과 비교하였다.
5%의 총 고형물을 갖는 접착제 조성물을 사용하여 본 발명에 따른 상기 샘플을 제조하였고, 이를 컨버팅시킨 후에 2주 동안 시효경화시켰다. 본 발명에 따른 제 2 샘플은 6%의 총 고형물을 갖는 조성물을 사용하였고, 이를 컨버팅시킨 후에 3주 동안 시효경화시켰다.
상표명 회사/공장 습윤 겹 결합 강도 건조 겹 결합 강도
본 발명 양수인 5.4 9.1
본 발명 양수인 6.0 11.7
바운티 양수인 3.7 14.7
브라우니(Brawny) 제임스 리버(James River) 3.1 10.1
스파클(Sparkle) 조지아 퍼시픽(Georgia Pacific) 3.0 7.0
마디스 그라스(Mardis Gras) 에프티 하워드(Ft. Howard) 3.4 7.6
비바 2-플라이(Viva 2-ply) 스코트(Scott) 3.0 4.4
하이-드라이(Hi-Dri) 킴벌리 클라크(Kimberly Clark) 3.4 5.5
표 I에서, 습윤 겹 결합 강도 및 건조 겹 결합 강도는 각각 5개의 샘플의 평균값을 나타낸다. 물론, 건조 겹 결합 강도 시험에서, 5개의 샘플은 각각 4개의 시험 표본의 평균값을 나타낸다.
개시된 구조를 변형시킬 수 있다. 예를 들면, 한 개의 겹을 미리 엠보싱하고, 다른 겹은 엠보싱하지 않을 수 있다. 다르게는, 모든 겹을 미리 엠보싱하지 않을 수도 있다. 이 태양에서는, 접착제를 개별적 또는 연속적으로 침착시켜 두 개의 겹을 함께 결합시킨다. 각각의 겹의 접착제로 결합된 부위 및 접착제를 사용하지 않은 결합 부위는 둘다 상기 겹의 평면내에 놓인다.
당해 분야의 숙련자라면 다른 태양 및 실행이 가능하다는 것을 명백히 알 것이고, 이들 모두는 첨부된 청구범위의 범주내에 속한다.

Claims (10)

  1. 거시적으로 단평면인 2개이상의 겹을 수성 접착제 조성물을 사용하여 마주 대하는 관계로 서로 결합시킨 것을 포함하고, 이때 상기 수성 접착제 조성물이 (a) 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 아세테이트, 카복시메틸 셀룰로즈 수지, 전분계 수지 및 이들의 혼합물중에서 선택된, 바람직하게 폴리비닐 알콜인 2 내지 6중량%의 수용성 또는 분산성 건조강도 결합제 물질; (b) 폴리아미드-에피클로로히드린 수지, 글리옥살화 폴리아크릴아미드 수지, 폴리에틸렌이민 수지 및 이들의 혼합물중에서 선택된, 바람직하게 폴리아미드-에피클로로히드린 수지인 1 내지 9중량%의 수용성 양이온 수지; 및 (c) 89 내지 95중량%의 물의 혼합물을 포함함(이때 상기 수성 접착제 조성물의 총 고형물 함량은 상기 수용성 또는 분산성 건조강도 결합제 물질 및 상기 수용성 습윤강도 수지의 중량%를 합하여 5 내지 11중량%이다)을 특징으로 하는
    개선된 습윤 겹 결합강도를 갖는 여러겹으로 된 셀룰로즈성 페이퍼 제품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 접착제 조성물이 3,000ft2당 3 내지 85g의 양으로 적용된 페이퍼 제품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 겹들중 한겹이상이 그 표면에 엠보싱 구조물을 갖고, 상기 엠보싱 구조물이 상기 겹의 평면으로부터 대향된 겹을 향해 바깥쪽으로 연장하여 상기 대향된 겹과 접촉하고, 바람직하게 상기 두개의 겹이 각각 서로 다른 겹을 향해 돌출하여 접촉하는 엠보싱 구조물을 갖고 상기 엠보싱 구조물에서 함께 결합되는 페이퍼 제품.
  4. 제 3 항에 있어서,
    접착제가 상기 겹들중 한겹이상의 엠보싱 구조물에 적용되고, 바람직하게 두겹 모두의 엠보싱 구조물에 적용되는 페이퍼 제품.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리아미드-에피클로로히드린 수지가 에피클로로히드린과 이차 아민기를 함유하는 폴리아미드의 반응 생성물을 포함하고, 상기 에피클로로히드린 대 상기 폴리아미드의 이차 아민기의 비가 0.5:1 내지 2:1인 페이퍼 제품.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이차 아민기를 함유하는 폴리아미드가 하기 화학식의 반복기를 갖는 페이퍼 제품:
    화학식 1
    -NH(CnH2nHN)x-CORCO-
    상기식에서,
    n 및 x는 각각 2 이상이고,
    R은 3 내지 10개의 탄소원자를 갖는 포화 지방족 쇄이다.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 이차 아민기를 함유하는 폴리아미드가 C3내지 C10의 포화 지방족 이염기 카복실산과 폴리알킬렌 폴리아민을 0.8:1 내지 1.5:1의 폴리알킬렌 대 이염기 카복실산의 몰비로 반응시켜 수득되고, 바람직하게 상기 포화 지방족 이염기 카복실산이 아디프산이고, 바람직하게 상기 폴리알킬렌 폴리아민이 디에틸렌 트리아민인 페이퍼 제품.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수성 접착제 조성물이 (a) 3.5 내지 6중량%의 상기 수용성 또는 분산성 폴리비닐 알콜; (b) 1 내지 3중량%의 상기 수용성 폴리아미드-에피클로로히드린 수지; 및 (c) 92 내지 95중량%의 물을 포함하고, 상기 수성 접착제 조성물의 총 고형물 함량이 5 내지 8중량%인 페이퍼 제품.
  9. 제 1 항에 있어서,
    마주 대하는 관계로 결합된 3개의 겹을 갖는 페이퍼 제품.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,
    페이퍼 타월인 페이퍼 제품.
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