KR20000070781A - 크레이프 처리 접착제 및 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법 - Google Patents

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데이비드 엠 모이어
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Abstract

본 발명은 티슈 페이퍼를 건식 크레이프 처리하는 공정에서 크레이프 처리 표면에 도포되는 접착제에 관한 것이다. 접착제는 양이온성 전분, 및 임의의 폴리비닐알콜 및 수용성 열가소성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지를 포함한다. 이 접착제는 건식 크레이프 처리시 우수한 부착성 및 제거성을 제공한다.

Description

크레이프 처리 접착제 및 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법{Creping adhesive and process for creping tissue paper}
위생 페이퍼 티슈 제품은 널리 사용되고 있다. 이러한 제품은 화장용 티슈, 화장실용 티슈 및 흡수성 타월와 같은 다양한 용도에 따라 조건에 알맞은 형식으로 상업적으로 제공된다. 상기 제품들의 형태, 즉 기본 중량, 두께, 강도, 시이트 크기, 분배 매질 등은 종종 매우 상이하지만, 이들은 소위 크레이프 처리 제지공정이라 불리우는 공정에 의해 제조된다는 점에서 기원을 같이하므로 공통의 방법으로 묶여진다.
크레이프 처리(creping)는 기계방향으로 페이퍼를 기계적으로 압축하는 방법이다. 결과적으로, 특히 기계방향으로 측정하는 경우, 많은 물리적 특성이 상당히 변화될 뿐만아니라 기본중량(단위면적당 질량)이 증가된다. 크레이프 처리는 일반적으로 기계 작동중에 양키 건조기(Yankee dryer)에 대해 소위 닥터 블레이드(doctor blade)라고 불리우는 가요성 블레이드를 사용하여 수행된다. 이 블레이드는 때로는 크레이프 처리 블레이드 또는 간단히 크레이퍼라고도 불리운다.
양키 건조기는 일반적으로 8 내지 20피트의 큰 직경의 드럼인데, 이는 제지공정의 최종 단계에서 제지용 웹의 건조를 완결시키기 위해, 스팀으로 가압되어 고온의 표면을 제공하도록 고안되어 있다. 포우드리니어 와이어(fourdrinier wire)와 같은 소구형 성형 캐리어 상에서 (여기에서는 섬유 슬러리를 분산시키는데 다량의 물을 필요로하지 않는다) 우선 형성된 페이퍼 웹을 일반적으로 소위 가압부라고 불리우는 펠트(felt) 또는 패브릭(fabric)으로 이동시키고, 여기에서 페이퍼를 기계적으로 압축시키거나 고온공기를 이용한 통기-건조(though-drying)와 같은 임의의 다른 탈수방법에 의해 계속 탈수시킨 다음, 최종적으로 반건조 상태에서 양키 건조기의 표면으로 이동시켜 건조를 완결시킨다.
페이퍼 웹에 제조업자들이 추구하는 물성을 부여하기 위해서는 접착된 웹과 닥터 블레이드의 충격이 필수적이다. 특히 중요한 물성은 연성, 강도 및 벌크(bulk)이다.
연성이란 특정 제품을 소비자가 잡거나 피부에 문지르거나 또는 손으로 구겼을 때 소비자에 의해 감지되는 촉감이다. 이런 촉감은 몇가지 물리적 특성의 조합에 의해 결정된다. 연성과 관련된 가장 중요한 물리적 특성중의 하나는 일반적으로 제품을 제조하는데 사용된 페이퍼 웹의 강성(剛性; stiffness)이라고 당해 분야의 숙련자는 간주하고 있다. 다시말해, 강성이란 일반적으로 웹의 강도에 직접적으로 좌우되는 것으로 간주된다.
강도란 제품 및 이를 구성하는 웹이 물리적 일체성을 보유하고 사용중에 찢어지고, 터지고 갈기갈기 찢겨지지 않는 능력을 나타낸다.
본원에 사용된 벌크라는 용어는 티슈 페이퍼 웹의 밀도의 역수를 나타낸다. 이것은 티슈 페이퍼 웹의 진정하고도 인지된 성능의 또하나의 중요한 부분이다. 벌크의 개선은 일반적으로 직물류에 흡수성을 부여한다. 티슈 페이퍼 웹의 벌크의 일부는 크레이프 처리에 의해 부여된다.
제지용 웹을 건조기에 접착시키는 정도 또한, 페이퍼의 롤이 형성되는 크레이프 블레이드와 권취기간의 공간에서 웹의 이동의 조절과 관계되기 때문에 매우 중요하다. 불충분하게 접착된 웹은 시이트를 잘 조절하지 못하여, 균일한 페이퍼 릴을 형성하는데 있어서 어려움이 있다. 크레이퍼와 릴간의 느슨한 시이트는 권취된 페이퍼에서 시이트 말단의 엉킴, 접힘 또는 감김 현상을 초래할 것이다. 불량하게 형성된 롤은 제지 작업 뿐만 아니라 롤을 티슈 및 타월 제품으로 전환시키는 후속 티슈 및 타월 제조 작업의 신뢰도에 영향을 미친다.
제지용 웹을 건조기에 접착시키는 정도는, 또한 웹의 건조와 관계되기 때문에 매우 중요하다. 보다 고도의 접착은 열전달의 방해를 줄이며 웹을 보다 빨리 건조시켜 보다 에너지 효율적이고 보다 고속의 작업을 가능하게 한다.
그러나, 접착의 정도가 제품의 품질 및 제조 신뢰도 결정에 있어 유일한 변수는 아니다. 예를 들면, 크레이프 처리 지점에서 웹과 닥터 블레이드간에 결합을 형성하여 웹이 적절히 이동되지 않아 웹의 일부는 건조기에 접착된 채로 남아있고 블레이드 말단이 미치지 않은 상태로 통과되도록 하는 몇몇 접착제가 발견되었다. 이것은 웹의 결함을 야기하며 종종 웹을 파열시킨다.
또한, 건조기상에 접착제가 약간량 축적되어 있는 것은 필수적이나, 몇가지 유형의 접착제에서는 과도한 축적 또는 줄무늬(streak)가 형성될 수 있다. 줄무늬는 건조기의 폭을 가로지르는 접착 프로필(profile)에서의 차이를 야기할 수 있다. 이것은 최종 페이퍼 롤에서의 혹(hump) 또는 엉김을 발생할 수 있다. 과도한 크레이프 처리 접착제 및 기타 잔류물을 제거하기 위해 크레이프 블레이드 다음에 흔히 제2의 닥터 블레이드를 위치시킨다. 이 블레이드는 크리닝 블레이드로 불리운다. 크리닝 블레이드 및 크레이프 블레이드는 몇몇 경우에는 바뀌어 줄무늬 코팅 및 쉬트 조정의 손실을 방지한다.
본원에 사용된 "제거성(doctorability)"이란 용어는, 결함의 발생 없이 또는 과도한 축적을 방지하기 위해 블레이드를 빈번하게 교체할 필요없이 건조기로부터 웹을 상대적으로 용이하게 제거하는 성능을 나타낸다.
크레이프 처리 접착제의 한가지 중요한 특성은 그것이 재습윤가능하다는 것이다. 본원에 사용된 "재습윤성(rewettability)"이란 용어는, 웹이 가열된 건조 표면에 접촉될 때 반건조 상태의 티슈 웹에 포함된 수분에 의해 가열된 건조 표면상에 잔류하는 접착제 필름이 활성화되는 능력을 의미한다. 점착성의 현저한 증가는 높은 재습윤성의 지시자(indicative)이다. 양키 건조기의 임의의 회전시에 건조 표면의 일부만이 접착제로 정상적으로 커버되기 때문에 재습윤성은 중요하다. 시트가 건조기에 접착하는 것은 주로 미리 통과하여 침착된 크레이프 접착제 수단에 의해 일어난다.
페이퍼 웹 중의 수용성 성분의 침착의 축적으로 인해 제지용 웹이 실린더형 건조기에 접착하는 것은 자연스러운 경향이다. 이들 수용성 성분은 웹이 실린더형 드럼으로 이동하는 지점에서 재습윤되는 접착제 필름을 형성한다. 그러나 특정 수준 및 유형의 접착제에 대한 필요는 당 분야의 연구자들간에 상당한 활동을 유도하였다. 이에 따라, 다양한 크레이프 접착제가 당 분야에 공지되어 있다. 예를 들면 동물성 아교(glue)의 사용이 오랫동안 공지되어 왔다.
또한, 베이트(Bates)는 미국 특허 제 3,926,716 호에서 수성 폴리비닐알콜을 적용하는 단계를 포함하는 웹의 접착성 개선 방법을 개시하고 있으며, 이를 본원에 참고로 인용한다.
베이츠가 지적한 바와 같이, 건조기 드럼에 대한 웹의 특이적 접착성에 대한 필요는 제지 공정이 패턴 밀집화된 범주의 것인 경우 특히 요망된다. 밀집화 패턴의 웹은, 비교적 고밀도의 영역이 연속적이고 고벌크 영역이 불연속적인 보다 최근의 진보된 것을 비롯하여, 고벌크 영역내에 분산된 비교적 고밀도의 영역을 특징으로 한다. 패턴 밀집화된 티슈 페이퍼 웹의 제조 방법 중의 하나는 통기 건조로 칭해진다. 밀집화 패턴의 웹은 회전식 건조 실린더에 대한 페이퍼 웹의 접착성에 특히 문제가 있다. 이것은 웹이 고밀도 영역에서 건조기 실린더에 고정되기 때문이다. 건조기와 접촉되는 보다 적은 표면적 때문 뿐만 아니라 보다 적은 접촉면에서 야기되는 실린더형 건조기의 보다 낮은 효율로 인해 비교적 높은 섬유 농도 수준에서 회전 실린더에 웹이 전달되어야 하기 때문에, 이것은 접착성에 문제를 일으킨다. 웹이 건조기로 이동하는 지점에서 비교적 소량의 물로 인해 접착제 필름이 재습윤될 수 있으므로 비교적 높은 섬유 농도로 건조된 웹이 건조기에 접착하기가 더 어렵다.
또 하나의 예로서, 쇠렌스(Soerens)는 미국 특허 제 4,501,640 호에서 폴리비닐알콜 및 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지의 수성 혼합물을 포함하는 접착제를 기술하고 있다.
이들 예를 비롯하여 많은 접착제들이 개시되어 있고 구입가능하지만, 단일 접착제 또는 접착제 블렌드는 만족할만한 제거성(doctorability), 재습윤성 및 접착도를 제공하지 못하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 티슈 페이퍼의 크레이프 처리용 접착제, 및 제거성을 유지하면서도 개선된 접착도를 제공함으로써 상기 한계점을 극복한, 상기 접착제를 적용하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적 및 다른 목적들은 이후 설명할 본 발명을 통하여 달성된다.
발명의 요약
본 발명은 양이온성 전분을 포함하는 크레이프 처리 접착제로 유용한 수성 분산액이다.
양이온성 전분은 전분의 안하이드로글루코스 단위당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기를 갖는다. 바람직하게는, 양이온성 치환기는 3급 아미노알킬 에테르, 4급 암모늄 알킬 에테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된다.
분산액은 약 90 내지 약 99.9 %의 물, 더욱 바람직하게는 약 95% 내지 약 99.9 %의 물을 함유한다.
바람직하게는 전분은 분산액 건조 중량의 약 10% 내지 약 70%를 차지하며, 분산액은 폴리비닐알콜을 추가로 포함한다. 폴리비닐알콜은 약 80% 이상, 더욱 바람직하게는 약 80% 내지 약 95%의 가수분해도를 가진 부분 가수분해된 폴리비닐 아세테이트인 것이 바람직하다.
본 발명에 유용한 폴리비닐알콜의 분자량 범위는 약 90,000 내지 약 140,000 이다. 분자량의 간접적인 척도는 점도이며, 본원에 사용된 점도는 20 ℃에서 폴리비닐알콜의 4% 수성 분산액의 것을 나타낸다. 본 발명의 폴리비닐알콜은 약 20 센티포이즈 이상, 가장 바람직하게는 약 35 센티포이즈 이상의 점도를 갖는다.
본 발명의 추가의 실시양태는 양이온성 전분을 포함하고 추가로 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지를 포함하는 수성 분산액이다.
폴리아미드-에피할로히드린 수지는 바람직하게는 2급 또는 3급 아민기를 함유하는 폴리아미드와 에피할로히드린의 반응생성물을 포함한다. 에피할로히드린은 바람직하게는 에피클로로히드린이며, 폴리아미드 아민기는 바람직하게는 폴리알킬렌 폴리아미드 및 포화된 지방족 이염기성 카복실산으로부터 유도된 2급 아민기이다.
폴리아미드 중의 에피할로히드린과 2급 아민기의 몰비는 약 0.5:1 내지 약 2:1이다.
본 발명의 또하나의 바람직한 실시양태는 약 90% 내지 약 99.9%의 물 및 약 10% 내지 약 0.1%의 고형분을 포함하는 수성 분산액이며, 상기 고형분은 약 10% 내지 약 70%의 양이온성 전분, 약 20% 내지 약 85%의 폴리비닐알콜, 및 약 5% 내지 약 40%의 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지를 포함한다.
본 발명은 또한 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은
a) 약 90% 내지 약 99.9%의 물 및 약 10% 내지 약 0.1%의 고형분을 포함하며, 이때 상기 고형분은 전분의 안하이드로글루코스 단위당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기를 가진 양이온성 전분을 포함하는 수성 분산액을 회전식 크레이프 처리 실린더에 적용하는 단계;
b) 티슈 페이퍼 웹을 상기 크레이프 처리 실린더에 대해 압축하여 웹을 실린더의 표면에 접착시키는 단계; 및
c) 상기 웹을 닥터 블레이드와 접촉시켜 크레이프 처리 실린더로부터 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또하나의 바람직한 실시양태는
a) 약 90% 내지 약 99.9%의 물 및 약 10% 내지 약 0.1%의 고형분을 포함하며, 이때 상기 고형분의 약 50% 내지 약 90%는 전분의 안하이드로글루코스 단위당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기를 가진 양이온성 전분이고 상기 고형분의 약 10% 내지 약 50%는 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지인 수성 분산액을 회전식 크레이프 처리 실린더에 적용하는 단계;
b) 티슈 페이퍼 웹을 상기 크레이프 처리 실린더에 대해 압축하여 웹을 실린더의 표면에 접착시키는 단계; 및
c) 상기 웹을 닥터 블레이드와 접촉시켜 크레이프 처리 실린더로부터 제거하는 단계를 포함하는, 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법이다.
본 발명의 또하나의 바람직한 실시양태는
a) 약 90% 내지 약 99.9%의 물 및 약 10% 내지 약 0.1%의 고형분을 포함하며, 이때 상기 고형분의 약 10% 내지 약 70%는 전분의 안하이드로글루코스 단위당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기를 가진 양이온성 전분이고 상기 고형분의 약 5% 내지 약 40%는 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지이며, 상기 고형분의 약 20% 내지 약 85%는 약 폴리비닐알콜인 수성 분산액을 회전식 크레이프 처리 실린더에 적용하는 단계;
b) 티슈 페이퍼 웹을 상기 크레이프 처리 실린더에 대해 압축하여 웹을 실린더의 표면에 접착시키는 단계; 및
c) 상기 웹을 닥터 블레이드와 접촉시켜 크레이프 처리 실린더로부터 제거하는 단계를 포함하는, 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법이다.
크레이프 처리 접착제의 총 적용량은 바람직하게는 크레이프 처리 접착제의 건조 중량 및 페이퍼 웹의 건조 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10 lb/톤 범위이다. 본원에 사용된 단위 lb/톤은 톤 단위로 측정된 페이퍼의 건조 중량에 대한 lb 단위로 측정된 크레이프 접착제의 건조 중량을 나타낸다.
티슈 웹은 화학적 및 기계적 유형의 목재 펄프를 비롯한 다양한 유형의 천연 섬유를 포함할 수 있다. 바람직한 실시양태는 경질목재 및 연질목재 유형의 제지용 섬유로 구성되고, 여기서 제지용 섬유의 약 50% 이상은 경질목재이고 약 10% 이상은 연질 목재이다. 티슈 웹은 또한 미립 충진제를 포함할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명의 방법은 기본중량이 약 10g/㎡ 내지 약 50g/㎡, 보다 바람직하게는 약 10g/㎡ 내지 약 30g/㎡인 티슈 페이퍼의 제조에 사용된다. 바람직한 밀도는 약 0.03g/㎤ 내지 약 0.6g/㎤, 보다 바람직하게는 약 0.05g/㎤ 내지 0.2g/㎤범위이다.
본원의 모든 퍼센트, 비율, 비례는 달리 한정하지 않는 한 중량을 기준으로 한다.
본 발명은 일반적으로 크레이프 처리된 티슈 페이퍼 제품 및 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 건식 크레이프 처리된 티슈 페이퍼에 관한 것으로, 포우드리니어(fourdrinier) 또는 유사한 제지 장치상에서 초기(embryonic) 페이퍼 웹이 형성되어 반건조 상태에서 실린더형 건조 드럼에 접착제로 고정되어 여기서 웹의 건조가 실질적으로 완결된 다음 가요성(flexible) 크레이프 처리 블레이드 수단에 의해 드럼으로부터 크레이프 처리된다.
도 1은 티슈 페이퍼를 건식 크레이프 처리하는 신규 접착제를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시양태를 포함하는 제지 공정을 예시하는 개략도이다.
발명의 범위와 관련하여, 본 발명은 본 상세한 설명 및 첨부된 실시예들에서 특정된다. 본 상세한 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이지 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니며, 본 발명의 범주는 본 발명으로 간주되는 대상을 특별하게 지적하고 분명하게 청구하는 청구항들에 의해 규정된다.
본원에 사용된 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 다양한 구성요소, 성분 또는 단계들이 본 발명의 실시에 함께 사용될 수 있음을 의미한다. 따라서, "포함하는"이란 용어는 "필수적으로 이루어진(consisting essentially of)" 및 "이루어진(consisting of)"과 같은 보다 제한적인 용어를 포함한다.
본원에 사용된 "수용성"이란 용어는 25℃의 물에 3 중량％ 이상으로 용해되는 물질을 지칭한다.
본원에 사용한 "티슈 페이퍼 웹, 페이퍼 웹, 웹, 페이퍼 시이트 및 페이퍼 제품"이란 용어는 모두 제지용 수성 퍼니쉬를 형성하는 단계, 상기 퍼니쉬를 포우드리니어 와이어와 같은 소구형 표면에 침착시키는 단계, 및 예컨대 비중 또는 진공-보조 배수장치에 의해 가압하에 또는 가압없이 및 증발에 의해 퍼니쉬로부터 물을 제거하는 단계를 포함하고, 최종 단계로서 반-건조 상태의 시이트를 양키 건조기의 표면에 부착하고, 증발에 의해 거의 건조된 상태로 물 제거를 완결하고, 가요성 크레이프 처리 블레이드 수단에 의해 양키 건조기로부터 웹을 제거하고, 형성된 시이트를 릴에 감는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 페이퍼 시이트를 모두 지칭한다.
"다층 티슈 페이퍼 웹, 다층 페이퍼 웹, 다층 웹, 다층 페이퍼 시이트 및 다층 페이퍼 제품"라는 용어들은 모두, 바람직하게는 서로 다른 섬유 유형들(전형적으로 티슈 페이퍼 제조에 사용되는 비교적 긴 연질목재 및 비교적 짧은 경질목재임)로 구성되는 두 층 이상의 제지용 수성 퍼니쉬로부터 제조되는 페이퍼 시이트를 지칭하는 것으로서 당해 분야에서는 모두 상호교환적으로 사용된다. 상기 층들은 하나 이상의 말단이 없는(endless) 소구형 표면 위에 별도의 묽은 섬유 슬러리 스트림의 침착으로부터 형성되는 것이 바람직하다. 각각의 층이 별도의 소구형 표면 위에 형성된다면, 층들은 습윤시에 연속적으로 결합되어 다층 티슈 페이퍼 웹을 형성할 수 있다.
본원에 사용한 "단일겹 티슈 제품"이란 용어는 크레이프 처리된 티슈 한겹으로 구성된다는 것을 의미한다. 겹은 본래 실질적으로 균질하거나, 다층 티슈 페이퍼 웹일 수 있다. 본원에 사용한 "다겹 티슈 제품"이란 용어는 제품이 크레이프 처리된 티슈 한겹 이상으로 구성된다는 것을 의미한다. 다겹 티슈 제품의 겹들은 본래 실질적으로 균질하거나, 다층 티슈 페이퍼 웹일 수 있다.
가장 일반적 형태에서, 본 발명은 양이온성 전분을 포함하는 크레이프 처리 접착제로 유용한 수성 분산액이다. 분산액은 약 90 내지 약 99.9 %의 물, 더욱 바람직하게는 약 95% 내지 약 99.9 %의 물을 함유하며, 양이온성 전분은 전분의 안하이드로글루코스 단위당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기 범위의 치환도를 갖는다.
본원에 사용된 "수성 분산액"이란 용어는 주로 물로 이루어지고 조성물 전체에 걸쳐 균질하게 분포된 하나 이상의 첨가 성분을 함유하는 조성물을 지칭한다. 필수적인 요소는 조성물의 균질도이다. 모든 성분이 분자 수준으로 용해되는 것이 필수적인 것은 아니다. 따라서, "수성 분산액"은 보다 한정적인 용어인 "수용액"을 포함한다.
본원에 사용된 "양이온성 전분"이라는 용어는 예컨대 자연 발생되고 추가로 화학적으로 개질되어 양이온성 구성 잔기가 부여된 전분으로 정의된다. 전분은 옥수수 또는 감자로부터 유도되는 것이 바람직하지만, 쌀, 밀 또는 타피오카(tapicoa)와 같은 다른 원료로부터 유도될 수도 있다. 산업적으로는 아미오카(amioca) 전분으로도 알려져 있는 왁스성 옥수수로 제조된 전분이 특히 바람직하다. 아미오카 전분은 아밀로펙틴만으로 되어 있어 통상적인 덴트(dent) 옥수수 전분과 상이하지만, 이와 달리 통상적인 옥수수 전분은 아밀로펙틴과 아밀로즈를 모두 함유한다. 아미오카 전분의 다양한 독특한 특성은 문헌 ["Amioca - The Starch from Waxy Corn", H. H. Schopmeyer, Food Industries, December 1945, pp. 106-108]에 상세히 기술되어 있다.
양이온성 전분은 일반적으로 하기와 같이 분류될 수 있다. (1) 3급 아미노알킬 에테르, (2) 4급 아민, 포스포늄, 설포늄 유도체를 포함하는 오늄 전분 에테르, (3) 1급 및 2급 아미노알킬 전분 및 (4) 기타(이미노 전분 등). 신규한 양이온성 제품들이 계속 개발되고 있지만, 상업적으로는 3급 아미노알킬 에테르 및 4급 암모늄 알킬 에테르가 주종을 이루고 있으며 본 발명에 사용하기에 바람직하다. 적합한 전분은 뉴저지주 브리지워터 소재의 내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니(National Starch and Chemical Company)에 의해 레디본드(RediBOND)R라는 상표명으로 생산된다. 레디본드 5320R및 레디본드 5327R과 같은 양이온성 잔기만을 갖는 등급이 적합하며, 이외에도 레디본드 2005R과 같은 추가의 음이온성 작용기를 가진 등급도 적합하다.
본 발명의 한 실시양태에서는, 전분은 바람직하게는 분산액 건조 중량의 약 10% 내지 약 70%를 차지하며, 분산액의 약 30% 내지 약 90%는 폴리비닐알콜이 차지한다.
접착제 필름을 형성하기에 적합한 임의의 폴리비닐알콜을 본 발명에 사용할 수 있다. 베이츠의 미국 특허 제 3,926,716 호와 같은 선행기술은 적용하기에 특히 적합한 폴리비닐알콜 유형을 기술하고 있다. 고체 형태의 폴리비닐알콜의 상업적인 공급원으로는 미국 펜실바니아 알렌타운 소재의 에어 프로덕츠 캄파니(Air Products Company)의 상품명 에어볼(Airvol)R및 미국 델라웨어 윌밍톤 소재의 이. 아이. 듀퐁 드 네모아(E. I. duPont de Nemours)의 상품명 엘바놀(Elvanol)R을 비롯하여 여러 가지 상품명이 있다. 이들 수지는 물에 쉽게 용해되어 수용액을 형성하며, 이는 쉽게 분사되어 양키 건조기 또는 반건조 티슈 웹에 적용된다.
폴리비닐알콜은 바람직하게는 약 80% 이상, 더욱 바람직하게는 약 80% 내지 약 95%의 가수분해도를 가진 부분 가수분해된 폴리비닐 아세테이트이다.
본 발명에 유용한 폴리비닐알콜의 분자량 범위는 약 90,000 내지 약 140,000 이다. 분자량의 간접적인 척도는 점도이며, 본원에 사용된 점도는 20 ℃에서 폴리비닐알콜의 4% 수성 분산액의 것을 나타낸다. 본 발명의 폴리비닐알컬은 약 20 센티포이즈 이상, 더욱 바람직하게는 약 35 센티포이즈 이상의 점도를 갖는다.
본 발명의 또하나의 실시태앙에서, 수성 분산액의 건조 중량은 약 50% 내지 약 90%의 양이온성 전분을 포함하고 추가로 약 10% 내지 약 50%의 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지를 포함한다.
수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지는 2급 또는 3급 아민기를 함유하는 폴리아미드와 에피할로히드린의 반응생성물을 포함한다.
특히 바람직한 폴리아미드-에피할로히드린 수지는 미국 델라웨어 윌밍톤 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드(Hercules Inc.)의 상품명 키멘(Kymene)R및 크레페트롤(Crepetrol)R및 미국 펜실바니아 밸리 포지 소재의 휴톤 인터내셔날 인코포레이티드(Houghton International Inc.)의 상품명 유니소프트(Unisoft)R및 레조솔(Rezosol)R비롯하여 여러 상품명으로 상업적으로 구입할 수 있다. 이들 수지는 물 중의 농축 용액으로 공급되며, 양키 건조기 또는 반건조 티슈 웹 상의 적용을 위해 쉽게 분사되기 위해서는 단지 희석하기만 하면 된다.
수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지 제조의 기본적인 화학은 1960년 2월 23일자 키엠(Kiem)에게 허여된 미국 특허 제 2,926,116 호, 1962년 10월 16일자 키엠 등에게 허여된 미국 특허 제 3,058,873 호 및 1973년 11월 13일 키엠에게 허여된 미국 특허 제 3,772,076 호에 상세히 개시되어 있으며, 이들 특허 모두를 본원에 참고로 인용한다.
바람직하게는, 상기 폴리아미드-에피할로히드린 수지는 2급 아민기를 가진 수용성 폴리아미드와 에피클로로히드린의 수용성 중합체성 반응생성물을 포함한다.
특히 바람직한 수지의 하나를 제조하는데 있어서는, 우선, 바람직하게는 수용액 중에서, 하기 화학식 1의 반복단위를 가진 수용성 폴리아미드를 생성하기에 적합한 조건하에서, 이염기성 카복실산을 폴리알킬렌 폴리아민과 반응시킨다:
-NH(CnH2nHN)x-CORCO-
상기 식에서,
n 및 x는 각각 2 이상이고,
R은 탄소수 약 3 내지 10의 이염기성 카복실산의 2가의 탄화수소 라디칼이다.
수지의 제조는, 이어서 수용성 폴리아미드를 에피할로히드린, 특히 에피클로로히드린과 반응시켜 수용성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 열경화성 수지를 형성함으로써 완결된다.
폴리아미드 2급 아민기는 바람직하게는 폴리알킬렌 폴리아민, 예를 들면 폴리에틸렌 폴리아미드, 폴리프로필렌 폴리아민 또는 폴리부틸렌 폴리아민 등으로부터 유도되며, 디에틸렌트리아민이 바람직하다.
탄소수 약 3 내지 10개를 함유하는 포화된 지방족 이염기성 카복실산의 하나가 디카복실산이며, 그의 예로는 숙신산, 아디프산, 아젤라산 등 및 이들의 혼합물이 있다. 탄소수 4 내지 8개를 함유하는 디카복실산이 바람직하며, 아디프산이 가장 바람직하다.
폴리알킬렌과 이염기성 카복실산의 몰비는 바람직하게는 약 0.8:1 내지 약 1.5:1이다.
폴리아미드 중의 에피할로히드린과 2급 아민기의 몰비는 약 0.5:1 내지 약 2:1이다.
본 발명에 따른 또하나의 바람직한 수성 분산액에 있어서, 분산액은 약 90% 내지 약 99.9%의 물 및 약 10% 내지 약 0.1%의 고형분을 포함하며, 상기 고형분은 약 10% 내지 약 70%의 양이온성 전분, 약 20% 내지 약 85%의 폴리비닐알콜, 및 약 5% 내지 약 40%의 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지를 포함한다.
본 발명은 또한 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은
a) 약 90% 내지 약 99.9%의 물 및 약 10% 내지 약 0.1%의 고형분을 포함하며, 이때 상기 고형분은 전분의 안하이드로글루코스 단위당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기를 가진 양이온성 전분을 포함하는 수성 분산액을 회전식 크레이프 처리 실린더에 적용하는 단계;
b) 티슈 페이퍼 웹을 상기 크레이프 처리 실린더에 대해 압축하여 웹을 실린더의 표면에 접착시키는 단계; 및
c) 상기 웹을 닥터 블레이드와 접촉시켜 크레이프 처리 실린더로부터 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또하나의 바람직한 실시양태는
a) 약 90% 내지 약 99.9%의 물 및 약 10% 내지 약 0.1%의 고형분을 포함하며, 이때 상기 고형분의 약 50% 내지 약 90%는 전분의 안하이드로글루코스 단위당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기를 가진 양이온성 전분이고 상기 고형분의 약 10% 내지 약 50%는 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지인 수성 분산액을 회전식 크레이프 처리 실린더에 적용하는 단계;
b) 티슈 페이퍼 웹을 상기 크레이프 처리 실린더에 대해 압축하여 웹을 실린더의 표면에 접착시키는 단계; 및
c) 상기 웹을 닥터 블레이드와 접촉시켜 크레이프 처리 실린더로부터 제거하는 단계를 포함하는, 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법이다.
본 발명의 또하나의 바람직한 실시양태는
a) 약 90% 내지 약 99.9%의 물 및 약 10% 내지 약 0.1%의 고형분을 포함하며, 이때 상기 고형분의 약 10% 내지 약 70%는 전분의 안하이드로글루코스 단위당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기를 가진 양이온성 전분이고 상기 고형분의 약 5% 내지 약 40%는 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지이며, 상기 고형분의 약 20% 내지 약 85%는 약 폴리비닐알콜인 수성 분산액을 회전식 크레이프 처리 실린더에 적용하는 단계;
b) 티슈 페이퍼 웹을 상기 크레이프 처리 실린더에 대해 압축하여 웹을 실린더의 표면에 접착시키는 단계; 및
c) 상기 웹을 닥터 블레이드와 접촉시켜 크레이프 처리 실린더로부터 제거하는 단계를 포함하는, 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법이다.
크레이프 처리 접착제의 총 적용량은 바람직하게는 크레이프 처리 접착제의 건조 중량 및 페이퍼 웹의 건조 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10 lb/톤 범위이다. 본원에 사용된 단위 lb/톤은 톤 단위로 측정된 페이퍼의 건조 중량에 대한 lb 단위로 측정된 크레이프 접착제의 건조 중량을 나타낸다.
티슈 페이퍼 웹의 제조
수성 제지 퍼니쉬의 성분
다양한 목재 펄프가 본 발명에 사용되는 제지 섬유를 일반적으로 포함할 것으로 기대된다. 그러나, 면 린터, 버개스(bagasse), 레이온 등과 같은 기타 셀룰로스 섬유성 펄프를 이용할 수 있으며 이들도 본 발명의 범주내에 포함된다. 본 발명에 사용가능한 목재 펄프는 예를 들면, 분쇄 목재, 열 기계 처리된 펄프(TMP) 및 화학적으로 개질시킨 열 기계 처리된 펄프(CTMP) 등의 기계적 펄프 뿐만 아니라 설파이트 및 설페이트 펄프(때로는 크래프트라고 칭해짐)와 같은 화학적 펄프를 포함한다. 활엽수 및 침엽수 둘다로부터 유래된 펄프를 사용할 수 있다.
경질목재 펄프 및 연질목재 펄프 둘다뿐만아니라 이의 조합물을 본 발명의 티슈 페이퍼의 제지용 섬유로 사용될 수 있다. 본원에 사용된 "경질목재 펄프"라는 용어는 낙엽수(속씨 식물)의 목재 물질로부터 유도된 섬유 펄프를 지칭하고, "연질목재 펄프"는 침엽수(겉씨 식물)의 목재 물질로부터 유도된 섬유 펄프를 지칭한다. 경질목재 크래프트 펄프(특히, 유칼립투스)와 북쪽 지방의 연질목재 크래프트(NSK) 펄프의 블렌드가 본 발명의 티슈 웹을 제조하는데 적합하다. 본 발명의 또하나의 바람직한 실시양태는, 가장 바람직하게는, 유칼립투스와 같은 경질목재 펄프가 외층(들)에 사용되고, 북쪽 지방의 연질목재 크래프트 펄프가 내층(들)을 이루는 적층 티슈 웹을 포함한다. 상술한 범주의 섬유의 일부 또는 모두를 함유할 수 있는 재생 페이퍼에서 유도된 섬유 또한 본 발명에 적용할 수 있다.
점토, 탄산 칼슘, 이산화티탄, 활석, 규산화 알루미늄, 규산화 칼슘, 알루미나 삼수화물, 활성탄, 펄(pearl) 전분, 황산 칼슘, 유리 미세구체, 규조토 및 이들의 혼합물을 비롯한 미립 충전재를 수성 제지용 퍼니쉬에 포함시킬 수도 있다.
본 발명의 잇점을 방해하거나 역영향을 미치지 않는 한도에서 제품에 기타 특성을 부여하기 위해 또는 제지 공정을 개선하기 위해 수성 제지용 퍼니쉬 또는 초기 웹에 기타 물질들을 첨가할 수 있으며, 이들의 예는 하기에 설명하는 바와 같다.
보유성 및 웹 강도 목적을 위해서는 때로는 수성 제지용 퍼니쉬의 성분 중 하나로 전분, 특히 양이온성 전분을 포함하는 것이 유용하다. 이 목적에 특히 적합한 전분은 뉴저지주 브리지워터 소재의 내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니(National Starch and Chemical Company)에 의해 레디본드(RediBOND)R라는 상표명으로 생산된다.
통상, 양이온 전하 바이어싱 화합물은 제지 공정으로 공급되기 때문에, 이를 제지 공정에 첨가하여 수성 제지용 퍼니쉬의 제타(zeta) 전위를 제어한다. 하나의 적합한 재료로서, 코넥티컷주 스템포드 소재의 시텍(Cytec)의 제품인 상품명 시프로 514 (Cypro 514)R가 있다.
또한, 보유 보조제를 첨가한다. 제지기의 순환수 시스템에 현탁된 채 남아 있을 수 있는 미세 입자의 보유성을 향상시키기 위해 수성 제지용 퍼니쉬에 다가 이온을 효과적으로 가할 수 있다. 예를 들면 알룸(alum)을 가하는 실시예가 오랫동안 공지되어 왔다. 보다 최근에는, 이러한 목적을 위해 쇄 길이를 따라 많은 전하 부위를 가지는 중합체를 효과적으로 사용하여 왔다. 본 발명의 범주내에서 음이온성 및 양이온성 응집제 둘다가 포함된다. 미국 델라웨어 윌밍톤 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드의 제품인 상품명 레텐(RETEN) 235R및 미국 코넥티컷주 스템포드 소재의 시텍(Cytec)의 제품인 상품명 아쿠랙(Accurac) 171R과 같은 응집제가 음이온성 응집제의 예이다. 미국 델라웨어 윌밍톤 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드의 제품인 상품명 레텐(RETEN) 157R및 미국 코넥티컷주 스템포드 소재의 시텍(Cytec)의 제품인 상품명 아쿠랙(Accurac) 91R과 같은 응집제가 허용가능한 양이온성 응집제의 예이다.
본 기술 분야에는 형성, 배수, 강도 및 보유성을 개선시킬 목적으로, 고 표면 영역 및 고 음이온 전하 미립자를 사용하는 것이 널리 개시되어 있다. 예를 들면, 1993년 6월 22일자로 스미스(Smith)에게 허여된 미국 특허 제 5,221,435 호를 참고할 수 있으며, 이를 본원에 참고로 인용한다. 이러한 목적을 위한 통상의 재료로서는, 실리카 콜로이드 또는 벤토나이트 점토가 있다. 이러한 재료를 첨가하는 것은 본 발명의 범주 내에 속한다.
본 발명의 잇점은 영구적인 습윤 강도가 없는 페이퍼의 등급의 경우에 가장 특히 실현된다. 습윤 강도 수지, 특히 본원의 다른 부분에서 보다 특히 상세히 설명한 폴리아미드-에피클로로히드린 유형은 수성 제지 퍼니쉬에 첨가될 때에도 종종 약간의 크레이프 처리 조절도를 제공한다. 그러나, 이러한 잇점은 종종 제품에서의 영구적인 습윤 강도(종종 책임이 되는 물성)의 존재에 의해 수반되며, 제지 공정의 습식 마무리 단계에 폴리아미드-에피클로로히드린을 첨가하는 것은 크레이프 처리 조작에서 직접 중합체를 사용함으로써 달성될 수 있으므로 크레이프 잇점을 촉진하는데 효과적이지 않다.
화장실로부터 부패 또는 배수 시스템으로 폐기할 필요가 있기 때문에 제한된 강도를 가져야 하는 크레이프 처리된 페이퍼 제품은 일시적인 습윤 강도 수지를 필요로 한다. 일시적인 습윤 강도 수지는, 물의 존재하에 방치시 그의 성능의 일부 또는 전부가 소멸됨을 특징으로 하는 습윤 강도를 부여한다. 일시적인 숩윤 강도를 원하는 경우, 내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니(National Starch and Chemical Company)에서 공급되는 코-본드 1000(Co-Bond 1000)R, 및 코넥티컷주 스탠포드 소재의 시텍으로부터 시판중인 파레즈 750(Parez 750)R및 1991년 1월 1일자로 브조르크퀴스트(Bjorkquist)에게 허여된 미국 특허 제 4,981,557 호에 개시된 수지와 같은 알데히드 관능기를 가진 디알데히드 전분 또는 다른 수지로 이루어진 군으로부터 결합제 물질을 선택할 수 있으며, 상기 특허를 본원에 참고로 인용한다.
개선된 흡수성이 필요한 경우, 본 발명의 크레이프 처리된 티슈 페이퍼 웹을 처리하는 데에 계면활성제를 사용할 수 있다. 계면활성제는 바람직하게는 8개 이상의 탄소 원자의 알킬 쇄를 갖는다. 음이온 계면활성제의 예로는 선형 알킬 설포네이트 및 알킬벤젠 설포네이트가 있다. 비이온성 계면활성제의 예로는, 뉴욕주 뉴욕 소재의 크로다 인코포레이티드(Croda Inc.)에서 시판중인 크로데스타(Crodesta) SL-40R와 같은 알킬글리코사이드 에스테르, 1977년 3월 8일에 랑돈(W. K. Langdon) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,011,389 호에 개시된 바와 같은 알킬글리코사이드 에테르, 및 코넥티컷주 그린위치 소재의 클리코 케미칼스(Glyco Chemicals)에서 시판중인 페고스페르세(Pegosperse) 200 MLR및 뉴저지주 크랜버리 소재의 론 풀랑 코포레이션(Rhone Poulenc Corporation)에서 시판중인 이게팔(IGEPAL) RC-520R과 같은 알킬폴리에톡실화된 에스테르를 포함하는 알킬글리코사이드가 있다.
선택적 성분으로서 특별히 화학 연화제가 함유된다. 허용가능한 화학 연화제로서는, 디탈로우디메틸암모늄 클로라이드, 디탈로우디메틸암모늄 메틸 설페이트, 디(수소화된) 탈로우 디메틸 암모늄 클로라이드와 같은 잘 알려진 디알킬디메틸암모늄염이 있는데, 그중 디(수소화된) 탈로우디메틸암모늄 메틸 설페이트가 바람직하다. 이러한 특정 재료는 오하이주 더블린 소재의 위트코 케미칼 캄파니(Witco Chemical Company)에서 상품명 바리소프트(Varisoft) 137R로 상업적으로 구입할 수 있다. 4급 암모늄 화합물의 생분해성 모노- 및 디-에스테르 변형체도 또한 사용될 수 있으며, 이들도 본 발명의 범주 내에 든다.
이상 열거한 임의의 화학 첨가제는 단순히 설명만을 위한 것으로, 이들이 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
수성 제지 퍼니쉬의 제조
제지 퍼니쉬의 정성적 화학 조성 뿐만 아니라 기타 인자들 중에서도 각 구성성분의 상대량 및 첨가 순서와 시기가 크레이프된 제지 공정에 중요하다는 것은 당해 분야의 숙련자라면 인지할 것이다. 하기 기술은 수성 제지 퍼니쉬를 제조하는데 적합하나, 그것의 기술(記述)이 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되며, 본 발명의 범주는 본 명세서의 마지막에 제시된 청구범위에 의해 정의된다.
제지용 섬유는 우선 선행 기술에 적합하게 설명된 통상적인 임의의 펄프 제조방법에 의해 개별적인 섬유를 수성 슬러리로 유리시킴으로써 제조된다. 이어, 필요에 따라, 제지 퍼니쉬의 선택된 부분에서 정제를 수행한다.
바람직한 배열에 있어서, 비교적 긴 제지용 섬유의 슬러리를 별도로 제조하는 동안 경질목재 펄프를 포함하는 비교적 짧은 제지용 섬유의 슬러리를 제조한다. 생성된 짧은 섬유의 슬러리를 3층 헤드박스(headbox)의 바깥 챔버로 이송하여 3층 티슈의 표면층을 형성시키며, 이때 긴 섬유의 내층은 비교적 긴 제지용 섬유의 슬러리가 이송되는 헤드박스의 안쪽 챔버로부터 형성한다. 생성된 충진된 티슈 웹은 단일겹 티슈 제품으로 적용되기에 특히 적합하다.
또다른 바람직한 배열에 있어서, 앞서 언급한 길고 짧은 섬유의 슬러리를 형성한 후, 생성된 짧은 섬유의 슬러리를 2개의 챔버를 갖는 헤드박스의 한 챔버로 이송하여 2층 티슈의 한 층을 형성시키며, 이때 긴 섬유의 또다른 층은 비교적 긴 제지용 섬유의 슬러리가 이송되는 헤드박스의 제2 챔버로부터 형성한다. 생성된 충진된 티슈 웹은, 비교적 짧은 제지용 섬유로 구성된 층이 2겹 티슈 제품의 표면상에 위치하도록 각각의 겹이 배향된 2겹을 포함하는 다겹 티슈 제품으로 적용되기에 특히 적합하다.
동일한 유형의 수성 제지 퍼니쉬를 인접한 챔버들로 이송함으로써 헤드박스의 챔버의 외관상 수를 감소시킬 수 있다는 것은 당해 분야의 숙련자라면 인지할 것이다. 예를 들면, 필수적으로 동일한 수성 제지 퍼니쉬를 2개의 인접한 챔버들중 어느 하나로 이송함으로써 앞서 언급한 3개의 챔버를 갖는 헤드박스를 간단히 2개의 챔버를 갖는 헤드박스로서 사용할 수 있다.
제지 공정
도 1은 티슈 페이퍼를 건식 크레이프 처리하기 위한 신규한 공정을 포함하는 본 발명의 바람직한 실시양태를 포함하는 제지 공정의 개략도이다. 도시된 바람직한 실시양태를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 페이퍼를 제조하기 위한 바람직한 제지 장치(80)의 측면도이다. 도 1을 살펴보면, 제지 장치(80)는, 상부 챔버(82), 중간 챔버(82b) 및 기저 챔버(83)를 구비하여 층이 형성된 헤드박스(81); 슬라이스 루우프(84); 및 브리스트 롤(breast roll)(86), 검출기(deflector)(90), 진공 흡입 박스(91), 카우치 롤(couch roll)(92) 및 복수의 터닝 롤(turning roll)(94) 위와 근처에서 루우프되는 포우드리니어 와이어(85)로 이루어진다. 작동시, 제1 제지 퍼니쉬는 상부 챔버(82)를 통해 펌핑되며, 제2 제지 퍼니쉬는 중간 챔버(82b)를 통해 펌핑되며, 제3 제지 퍼니쉬는 기저 챔버(83)를 통해 펌핑되어, 포우드리니어 와이어(85)에 대해 위아래에서 슬라이스 루우프(84)로 배출되어 층 (88a), (88b) 및 (88c)를 포함하는 초기 웹(88)을 형성한다. 탈수는 포우드리니어 와이어(85)를 통해 발생하며, 검출기(90) 및 진공 박스(91)에 의해 보조된다. 포우드리니어 와이어는 화살표 방향으로 리턴하기 때문에, 샤워기(95)는 포우드리니어 와이어가 브리스트 롤(86)을 지나는 다른 통로와 접속하기 전에 이를 청정한다. 웹 이송 영역(93)에서, 초기 웹(88)은 진공 이송 박스(97)의 작용에 의해 소구형 캐리어 페브릭(96)으로 이송된다. 캐리어 페브릭(96)은 웹을 이송 영역(93)으로부터 진공 탈수 박스(98)를 지나 취입 예비건조기(blow-through predryer)(100)를 통과시키고 2개의 터닝 롤(101)을 지나 반건조 초기 티슈 페이퍼 웹(106)을 형성시키며, 이 형성된 웹(106)도 여전히 소구형 캐리어 페브릭(96)에 의해 지지된다. 후속 단계에서 웹이 양키 건조기(Yankee dryer)(108)로 이송된 다음, 캐리어 페브릭(96)은 추가의 터닝 롤(101), 샤워기(103) 및 진공 탈수 박스(105) 위와 둘레를 통과하여 루우프를 완성시킴으로써 청정 및 탈수된다.
크레이프 처리 접착제의 수성 분산액의 도포
본 발명은 전분, 및 임의의 폴리비닐알콜 및 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지의 수성 분산액을 포함하는 크레이프 처리 접착제의 도포를 이용한다.
바람직하게는, 수성 분산액의 고형분 농도는 도포 시점에서 약 0.1 내지 약 10%이다. 가장 바람직하게는, 고형분 농도는 도포 시점에서 약 0.1 내지 약 5%이다.
크레이프 처리 접착제의 다양한 도포법이 예상되고 이들도 본 발명의 범주내에 포함되지만, 반건조 티슈 페이퍼 웹의 이송에 앞서 양키 건조기의 표면을 향해있는 스프레이 붐(spray boom)을 통해 수성 분산액을 도포하는 방법이 바람직하다.
도 1을 살펴보면, 이러한 바람직한 실시양태를 통한 분산액의 도포 위치는 스프레이 붐(107)에 의해 도시된다.
각각 본 발명을 포함하는 구성성분들을 운반하는 다수의 스프레이 붐의 사용은 특정하게는 본 발명의 범주내에 속한다.
예를 들면, 도 1을 살펴보면, 스프레이 붐(108)은 선택적이다. 가능하다면, 본 발명에 따른 분산액은 스프레이 붐 (107) 또는 (108) 또는 둘다를 거쳐 도포될 수 있다.
크레이프 처리 실린더에의 웹의 가압
본 발명에서, 반건조 상태를 유지하는 티슈 페이퍼 웹은 크레이프 처리 실린더에 대해 가압되며, 이 크레이프 처리 실린더는 가장 통상적으로 가열된 건조 표면, 소위 양키 건조기라고 불리며, 전 단계에서 도포된 크레이프 처리 접착제에 의해 보조된다.
실린더 표면에의 가압에 의해 웹은 고정된다. 가장 바람직하게는, 대향 실린더형 드럼으로 가압함으로써 반건조 웹을 건조기에 균일하게 부착시킨다. 또한, 양키 표면에 대해 웹을 가압하여 진공을 웹에 적용할 수 있다. 또한, 다수의 양키 건조기 드럼을 본 발명에 사용할 수 있다.
도 1을 살펴보면, 반건조 티슈 페이퍼 웹은 스프레이 붐 (107) 및 (108)에 의해 도포된 접착제의 보조를 받아 양키 건조기(109)의 실린더형 표면에 고정된다. 붐 (107) 또는 (108) 또는 둘다가 본 발명에 따른 분산액을 도포할 수 있다. 대향 실린더형 증기 드럼(102)의 사용은 웹의 부착을 증진시킨다. 증기 가열된 양키 건조기(109) 위에서, 도시되지 않은 방법에 의해 건조 후드(110)를 통해 순환되는 가열된 고온 공기에 의해 건조가 완성된다. 이어, 웹은 소위 크레이프 처리 블레이드라고 불리는 닥터 블레이드(111)에 의해 양키 건조기(109)로부터 건식 크레이프 처리되어 양키면 층(71), 중간층(73) 및 양키면 반대 층(75)으로 이루어진 도시된 페이퍼 시이트(70)가 된다. 이어, 페이퍼 시이트(70)는 카렌다 롤 (112)와 (113) 사이와 릴(115)의 원주부 둘레를 지나, 축(118) 위에 위치한 코어(117) 위에 롤(116)로 감긴다. 소위 청정 블레이드라고 지칭되는 제2 닥터 블레이드(114)를 사용하여 건조기 표면으로부터 과잉의 코팅액을 제거한다.
또한, 예시적인 페이퍼 시이트(70)를 제조하기 위한 공정 조건과 관련하여, 페이퍼 웹은 크레이프 처리에 앞서 바람직하게는 약 80%, 더욱 바람직하게는 약 96% 섬유 농도를 갖도록 건조된다.
본 발명은 펠트-가압된 크레이프 처리 티슈 페이퍼; 고 벌크의 패턴 밀집화된 크레이프 처리 티슈 페이퍼; 및 고 벌크의 비압축된 크레이프 처리 티슈 페이퍼를 포함하는 일반적인 크레이프 처리 티슈 페이퍼에 유용하나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 크레이프 처리 티슈 페이퍼 웹은 10 g/m2내지 약 100 g/m2의 기본 중량을 갖는다. 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 충진된 티슈 페이퍼는 약 10 g/m2내지 약 50 g/m2, 및 가장 바람직하게는 약 10 g/m2내지 약 30 g/m2의 기본 중량을 갖는다. 본 발명에 적합한 크레이프 처리 티슈 페이퍼 웹은 약 0.60 g/cm3이하의 밀도를 갖는다. 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 충진된 티슈 페이퍼는 약 0.03 g/m3내지 약 0.6 g/m3, 및 가장 바람직하게는 약 0.05 g/m3내지 약 0.2 g/m3의 밀도를 갖는다.
본 발명은 다층 티슈 페이퍼 웹에 또한 적용될 수 있다. 층을 갖는 페이퍼 웹으로부터 형성된 티슈 구조물이 1976년 11월 30일자로 허여된 모르간 주니어(Morgan Jr.) 등의 미국 특허 제 3,994,771 호, 1981년 11월 17일자로 허여된 카르스텐즈(Carstens)의 미국 특허 제 4,300,981 호, 1979년 8월 28일자로 허여된 듀닝(Dunning) 등의 미국 특허 제 4,166,001 호, 및 1994년 9월 7일자로 공개된 에드워드(Edwards) 등의 유럽 특허공개공보 제 0 613 979 호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참고문헌으로 인용한다. 층들은 바람직하게는 상이한 섬유 유형으로 이루어지며, 이때 섬유는 통상적으로 다층 티슈 제지시 사용되는 비교적 긴 연질목재 섬유 및 비교적 짧은 경질목재 섬유이다. 본 발명에 적합한 다층 티슈 페이퍼 웹은 내층 및 내층과 인접한 하나 이상의 외층을 포함하는 중첩된 둘 이상의 층을 포함한다. 바람직하게는, 다층 티수 페이퍼는 내층 또는 중간층, 및 2개의 외층을 가져 내층이 2개의 외층 사이에 위치한 중첩된 3개의 층을 포함한다. 2개의 외층은 바람직하게는 약 0.5 내지 약 1.5 mm, 바람직하게는 약 1.0 mm 미만의 평균 길이를 갖는 비교적 짧은 제지용 섬유의 주요 필라멘트 구성성분을 포함한다. 이들 짧은 제지용 섬유는 통상적으로 경질목재 섬유, 바람직하게는 경질목재 크래프트(Kraft) 섬유, 및 더욱 바람직하게는 유칼립투스로부터 유도된 경질목재 크래프트 섬유를 포함한다. 내층은 바람직하게는 약 2.0 mm 이상의 평균 길이를 갖는 비교적 긴 제지용 섬유의 주요 필라멘트 구성성분을 포함한다. 이들 긴 제지용 섬유는 통상적으로 연질목재 섬유, 바람직하게는 노던(northern) 연질목재 크래프트 섬유이다. 바람직하게는, 본 발명의 미세 충진제 대부분은 본 발명의 다층 티슈 페이퍼 웹의 외층중 적어도 하나에 함유된다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 미세 충진제 대부분은 외층 둘다에 함유된다.
단일층 또는 다층 크레이프 처리 티슈 페이퍼 웹으로부터 만들어진 크레이프 처리 티슈 페이퍼 제품은 단일겹 티슈 제품 또는 다겹 티슈 제품일 수 있다.
당해 분야의 숙련자에게 설비 및 방법이 잘 공지되어 있다. 전형적인 공정에서는, 저밀도 펄프 퍼니쉬가 가압된 헤드박스에서 제공된다. 헤드박스는 습윤 웹을 형성하기 위하여 포우드리니어 와이어상에 펄프 퍼니쉬의 얇은 침착물을 이동시키기 위한 개구를 갖는다. 그 다음 웹은 전형적으로 진공 탈수에 의하여 약 7 내지 약 25 %(총 웹 중량 기준)의 섬유 농도를 가지도록 탈수된다.
본 발명의 제지 공정의 더욱 바람직한 변형으로는 소위 패턴 밀집화된 방법을 들 수 있는데, 이 방법에서 생성된 구조물은 비교적 낮은 섬유 농도의 비교적 고 벌크의 필드 및 고 벌크의 필드내에 분산된, 비교적 높은 섬유 농도의 일련의 밀집화된 영역을 가짐을 특징으로 한다. 고 벌크의 필드는 다른 한편으로 필로우 영역의 필드를 특징으로 한다. 밀집화된 영역은 달리 너클(knuckle) 영역이라 한다. 밀집화된 영역은 고 벌크의 필드내에 이격되거나 또는 고 벌크의 필드내에 전체적으로 또는 부분적으로 상호연결될 수 있다. 바람직하게는, 비교적 높은 밀도의 영역은 연속적이고 고 벌크의 필드는 불연속적이다. 패턴 밀집화된 티슈 웹을 제조하는 바람직한 방법은 샌포드(Sanford) 및 시쏜(Sisson)에게 1967년 1월 31일자로 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호, 피터 쥐. 와이어스(Peter G. Ayers)에게 1976년 8월 10일자로 허여된 제 3,974,025 호, 폴 디. 트로칸(Paul D. Trokhan)에게 1980년 3월 4일자로 허여된 제 4,191,609 호, 폴 디. 트로칸에게 1987년 1월 20일자로 허여된 제 4,637,859 호, 웬트(Wendt) 등에게 1990년 7월 17일자로 허여된 제 4,942,077 호, 1994년 9월 28일자로 공개된 하일랜드(Hyland) 등의 유럽 특허공개공보 제 0 617 164 호, 및 1994년 9월 21일자로 공개된 헤르만(Hermans) 등의 유럽 특허공개공보 제 0 616 074 호에 기술되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참고문헌으로 인용한다.
밀집화 패턴의 웹을 형성하기 위하여, 웹을 형성한 후 즉시 웹을 펠트보다는 오히려 성형 페브릭으로 이송한다. 성형 페브릭을 포함하는 일련의 지지체에 대하여 웹을 병치시킨다. 웹을 일련의 지지체에 대해 가압하므로써, 습윤 웹과 일련의 지지체 사이의 접촉점에 기하학적으로 상응하는 곳에서 웹의 밀집화 영역이 형성된다. 이 작업동안 압축되지 않은 나머지 웹을 고 벌크의 필드라 한다. 이 고 벌크의 필드는 또한 진공형 장치 또는 취입 건조기와 같은 유압을 사용하여 밀도가 감소될 수 있다. 고 벌크의 필드의 압축을 실질적으로 피하는 방법으로 웹을 탈수하고 임의로 예비건조시킨다. 바람직하게는, 진공형 장치 또는 취입 건조기와 같은 유압을 사용하여 또는 일련의 지지체에 대해 웹을 기계적으로 가압하므로써 탈밀집화될 수 있다. 탈수, 임의의 예비건조 및 밀집화된 영역 형성의 조작을 통합하거나 또는 부분적으로 통합하여서 전체 수행 공정 단계 수를 감소시킬 수 있다. 양키 표면으로의 이송점에서의 반건조 웹의 수분 함량은 약 40% 미만이며, 반건조 웹이 상기 성형 페브릭상에서 저밀도 구조물을 형성하는 동안 고온 공기가 반건조 웹을 통과하게 한다.
밀집화 패턴의 웹은 양키 건조기로 이송되어 완전히 건조되며, 바람직하게는 기계적 가압은 삼가한다. 본 발명에서, 바람직하게는, 크레이프 처리 티슈 페이퍼 표면의 약 8 내지 약 55%는 고 벌크 필드의 밀도의 125% 이상의 상대 밀도를 갖는 밀집화된 너클을 포함한다.
일련의 지지체는, 압력을 가할때 밀집화된 영역의 형성을 용이하게 하는 일련의 지지체로서 작용하는 패턴화된 대체 너클을 갖는 인쇄 캐리어 패브릭이 바람직하다. 너클의 패턴은 이미 언급된 바와 같은 일련의 지지체를 구성한다. 인쇄 캐리어 패브릭이 샌포드 및 시쏜에게 1967년 1월 31일자로 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호; 살벅시(Salvucci) 주니어 등에게 1974년 5월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,821,068 호; 와이어스에게 1976년 8월 10일자로 허여된 미국 특허 제 3,974,025 호; 프라이드버그(Friedberg) 등에게 1971년 3월 30일자로 허여된 미국 특허 제 3,573,164 호; 암너스(Amneus)에게 1969년 10월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,473,576 호; 트로칸에게 1980년 12월 16일자로 허여된 미국 특허 제 4,239,065 호; 및 트로칸에게 1985년 7월 9일자로 허여된 미국 특허 제 4,528,239 호에 개시되어 있으며, 이들 모두를 본 명세서에 참고 문헌으로 인용한다.
가장 바람직하게는, 웹에 유압을 가해 초기 웹을 열린 메쉬 건조/인쇄 페브릭의 표면에 순응시킨 후, 저밀도 제지 공정의 일부로서 상기 페브릭상에서 열 예비건조시킨다.
본 발명 내에 포함되는 공정 단계의 또다른 변형으로는 소위 압축되지 않은 비패턴 밀집화된 다층 티슈 페이퍼 구조물의 형성을 들 수 있으며, 이와 같은 구조물이 죠셉 엘. 살벅시 주니어 및 피터 엔. 이아노스(Peter N. Yiannos)에게 1974년 5월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,812,000 호, 및 헨리 이. 벡커(Herny E. Becker), 알버트 엘. 맥코넬(Albert L. McConnell) 및 리차드 슈트(Richard Schutte)에게 1980년 6월 17일자로 허여된 제 4,208,459 호에 개시되어 있으며, 이들 둘다는 본 명세서에 참고문헌으로 인용한다. 일반적으로, 압축되지 않은 비패턴 밀집화된 다층 티슈 페이퍼 구조물은, 습윤 웹을 형성시키기 위하여 포우드리니어 와이어와 같은 소구형 성형 와이어상에 제지 퍼니쉬를 침착시키고, 웹을 탈수시키고, 웹이 80% 이상의 섬유 농도를 가질 때까지 기계적 압축없이 남아있는 물기를 제거하고, 웹을 크레이프 처리함으로써 제조한다. 진공 탈수 및 열 건조로 웹으로부터 물기를 제거한다. 생성된 구조물은 비교적 압축되지 않은 섬유의 부드럽지만 약한 고 벌크의 시이트이다. 크레이프 처리 전에 결합 물질을 웹의 일부에 도포하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실용상 잇점으로서 제지 조작의 속도를 향상시켜 크레이프 처리 블레이드와 릴 사이에 시이트의 부착 또는 조절을 향상시킬 수 있다.
이론에 의해 제한됨 없이, 본 발명이 우수한 부착성을 제공하는 이유를 하기에 설명하고자 한다. 양이온성 전분은 셀룰로오즈 유사한 탄수화물 구조 및 표면 전하 특성을 지녀 매우 높은 접착 강도를 제공할 수 있는, 셀룰로오즈 펄프용 특수 접착제이다. 또한, 이 전분은 재습윤가능하며, 폴리비닐알콜 또는 수용성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지를 사용하여 개질시킴으로써 양이온성 전분의 높은 접착 특성을 유지시키면서 제거성을 개선시킬 수 있다.
본원에서 사용된 바과 같은 "강도"는 총 인장 강도를 의미하며, 그 측정의 결정방법은 이후의 단락에 개시되어 있다. 본 발명에 따른 티슈 페이퍼 웹은 강하다. 이는 일반적으로 총 인장 강도가 약 100 g/in 이상, 더욱 바람직하게는 약 300 g/in 이상인 것을 의미한다.
본 발명의 티슈 페이퍼 웹은 연질의 흡수성 티슈 페이퍼 웹이 요구되는 곳에서 사용될 수 있다. 특히 본 발명의 티슈 페이퍼 웹의 사용은 화장실용 티슈 및 화장용 티슈 제품에 특히 이점이 있다. 단일겹 및 다겹 티슈 페이퍼 제품은 본 발명의 웹으로부터 제조될 수 있다.
분석 및 시험 절차
A. 밀도
본원에 사용된 용어로서의 다층 티슈 페이퍼의 밀도는 본원에 내장된 적절한 단위변환에 따라, 페이퍼의 기본 중량을 캘리퍼로 나누어 계산된 평균 밀도이다. 사용된 바와 같은 다층 티슈 페이퍼의 캘리퍼는 95 g/in2(15.5 g/cm2)의 압축하중을 받는 경우의 페이퍼의 두께이다.
B. 분자량 결정
중합체 물질의 식별 특징은 그 분자량의 크기이다. 중합체가 다양하게 응용되어 사용될 수 있는 성질은 거의 전부 거대한 분자 특성으로부터 추출된다. 이들 물질을 완전히 특성화하기 위해서는 그 분자량과 그 분자량의 분포를 구획하고 결정하는 수단을 가지는 것이 중요하다. 상대적인 분자 질량체라기 보다 오히려 분자량이라는 용어를 사용하는 것이 보다 정확하지만, 후자는 중합체 기술분야에서 보다 일반적으로 사용된다. 분자량 분포를 결정하는 것이 항상 실용적인 것은 아니다. 하지만, 이는 크로마토그래픽 기법을 사용하는 것이 보다 일반적인 것로 되고 있다. 오히려 분자량 평균에 의거하여 분자 크기를 표현하게 된다.
분자량 평균
상대적인 분자 질량체(Mi)를 가지는 분자의 중량편(Wi)을 나타내는 단순한 분자량 분포를 고려하면, 몇개의 유용한 평균값을 정의하는 것이 가능하다. 특정 크기(Mi)의 분자수(Ni)의 기본에 실행하는 평균은 수평균 분자량을 준다.
이러한 정의의 중요한 결과는 수평균 분자량이 1g당 아보가드로 수의 분자를 포함하는 것이다. 이러한 분자량의 정의는 단일분산 분자 종류, 즉 동일한 분자량을 가지는 분자의 것과 일치한다. 다분산 중합체의 주어진 질량체내의 분자의 수가 어떻게든 결정된다면 Mn은 용이하게 계산될 수 있음을 보다 현저하게 인식한다. 이는 종합적인 성질 측정의 기본이다.
주어진 질량체(Mi)의 분자의 중량편(Wi)의 기본에 대한 평균은 중량 평균 분자량의 정의를 이끌어낸다.
상기 식에서,
Mw는 중합체의 용융 점성과 기계적 성질과 같은 그러한 성질을 보다 정확하게 반영하기 때문에 Mn보다 중합체 분자량을 표현하는데 보다 유용하므로, 본 발명에서 사용된다.
C. 티슈 페이퍼의 패널 연성 측정
이상적으로는, 연성 측정을 하기 전에, 시험할 페이퍼 샘플은 탑피법 #402OM-88 에 따라 조건을 맞추어야 한다. 여기에서, 샘플들은 22 내지 40℃에서 10 내지 35%의 상대습도 수준에서 24시간 동안 사전 조절되어진다. 이 사전 조절 단계 후에, 샘플은 22 내지 24℃에서 48 내지 52%의 상대습도 수준에서 24시간 동안 조절되어져야 한다.
이상적으로는, 연성 패널 시험은 항온항습실 영역내에서 실시된다. 이 것이 불가능하다면, 조절기를 포함한 모든 샘플은 동일한 노출 환경조건하에서 행해져야 한다.
연성 시험은 본원에 참고로 인용되고 1968 년 아메리칸 소사이어티 포 테스팅 앤드 머티리얼즈(American Society For Testing and Materials)에 의해 출판된 ASTM 특별 기술 출판번호 434의 "감각 시험 방법에 대한 지침서(Manual on Sensory Testing Methods)"에 기술된 것과 유사한 형태에서의 쌍으로의 비교과 같이 실행되어진다. 연성은 페어드 디퍼런스 시험로 언급되는 것을 사용하는 주관적인 시험에 의해 평가된다. 이 방법은 시험 물질 그 자체에 대해 기준 외관을 이용한다. 촉각으로 인지되는 연성에 대해서는, 2개의 샘플이 제공되어 피실험자는 샘플을 볼 수 없고, 피실험자는 촉각에 의한 인지방법에 근거하여 그 것들 중 하나를 선택하도록 요구되어진다. 시험의 결과는 패널 스코어 유닛(Panel Score Unit;PSU)라고 일컬어지는 형태로 보고되어진다. 여기에서 PSU 형태로 보고되는 연성 데이터를 얻기 위한 연성 시험과 관련하여, 다수의 연성패널 시험이 실행된다. 각각의 시험에서, 실시된 열개의 연성 판단들은 쌍으로된 샘플의 3개의 세트의 상대적인 연성을 평가하도록 요구되어진다. 샘플쌍들은 각각의 판단시 한 번에 한 쌍식 평가되어지는데: 각 쌍의 하나의 샘플은 X로 지정되고, 나머지는 Y로 지정된다. 간단하게 설명하면, 각 X 샘플은 이의 짝 Y 샘플에 대해 하기와 같이 등급이 매겨진다:
1. 만약 X가 Y보다 혹시 약간 부드러울수도 있다고 판단되면 +1의 등급이 주어지고, 만약 Y가 X보다 혹시 약간 부드러울수도 있다고 판단되면 -1의 등급이 주어진다;
2. 만약 X가 Y보다 분명히 약간 부드럽다고 판단되면 +2의 등급이 주어지고, 만약 Y가 X보다 분명히 약간 부드럽다고 판단되면 -2의 등급이 주어진다;
3. 만약 X가 Y보다 꽤 많이 부드럽다고 판단되면 +3의 등급이 주어지고, 만약 Y가 X보다 분명히 꽤 많이 부드럽다고 판단되면 -3의 등급이 주어진다;
4. 만약 X가 Y보다 상당히 약간 부드럽다고 판단되면 +4의 등급이 주어지고, 만약 Y가 X보다 상당히 약간 부드럽다고 판단되면 -4의 등급이 주어진다.
등급은 평균을 구하고 그 결과 값은 PSU 단위로 나타내진다. 결과 데이터는 하나의 패널 시험의 결과로 고려되어진다. 하나 이상의 샘플 쌍이 평가되면 모든 샘플 쌍이 짝을 이용한 통계분석에 의해 그들의 등급에 따라 순서적으로 정렬된다. 그 후 등급은 값, 즉 제로 PSU값을 주도록 요구되어져 제로 PSU값에 대해 샘플이 제로 베이스 기준이 되도록 선택되는 값에 따라 상향 또는 하향 조정된다. 다른 샘플들은 그 후 제로 베이스 기준과 관련된 상대적인 그 들의 등급에 의해 결정되는 +값 또는 -값을 갖는다. 수행되어 평균이 구해진 패널 시험의 횟수는 약 0.2 PSU 가 주관적으로 인식된 연성에 있어서의 상당한 차이를 의미하는 것이 된다.
D. 티슈 페이퍼의 강도 측정
건조 상태의 인장강도
인장강도는 스윙-알버트 인텔릭트(Swing-Albert Intelect) II 표준 인장강도 시험(펜실베니아주 19534 필라델피아 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation))를 이용하여 1in 폭의 스트립으로 결정된다. 이 방법은 페이퍼 완제품, 릴 샘플, 미가공 제지원료에 사용되도록 의도된다.
샘플 조정 및 제조
인장강도 시험 전에, 시험할 페이퍼 샘플은 탑피법 #T402OM-88 에 따라 조절되어야 한다. 모든 플라스틱 및 페이퍼 보드 패키지 재료는 시험하기 전에 페이퍼 샘플로부터 조심스럽게 제거되어야 한다. 페이퍼 샘플들은 22 내지 24℃에서 48 내지 52%의 상대습도 수준에서 2시간 이상 동안 조절되어야 한다. 샘플 준비 및 인장강도 시험의 모든 양태들은 항온 항습실내에 제한되어 실시되어야 한다.
완제품들에 있어서는, 손상된 제품을 버린다. 이후, 사용가능한 4개의 단위체(또한 시이트라고 불려지는)으로부터 5개의 스트립을 제거하고, 하나를 다른 하나의 상부에 쌓아 일치된 시이트 사이에 관통구로써 긴 스택을 형성한다. 기계방향 인장강도 측정을 위해 시이트 1 및 시이트 3을 확인하고, 횡방향 인장강도 측정을 위해 시이트 2 및 시이트 4 를 확인한다. 다음으로, 4개의 분리된 제지원료를 만들기 위해, 페이퍼 절단기(펜실베니아주 19534 필라델피아 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation)의 안전 차단장치를 갖춘 JDC-1-10 또는 JDC-1-12)를 이용하여 관통구 라인을 절단한다. 스택 1 및 스택 3 은 여전히 기계방향 인장강도 시험을 위한 것으로 확인되고, 스택 2 및 스택 4 는 횡방향 시험을 위한 것으로 확인된다.
스택 1 및 스택 3으로부터 기계방향으로 2개의 1in 폭의 스트립을 절단한다. 스택 2 및 4로부터 횡방향으로 2개의 1in 폭의 스트립을 절단한다. 지금 기계방향 인장강도 시험을 위한 4개의 1in 폭의 스트립과, 횡방향 인장강도 시험을 위한 4개의 1in 폭의 스트립이 존재한다. 완제품 샘플에 대해서, 8개의 1in 폭의 스트립은 사용가능한 5 단위체(또한 시이트로 지칭됨) 두께이다.
미가공 제조원료 및/또는 릴 샘플에 대하여, 샘플의 관심있는 부분으로부터 8겹 두께를 갖는 15in × 15in 크기를 페이퍼 절단기(펜실베니아주 19534, 필라델피아, 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation)의 안전차단장치를 갖춘 JDC-1-10 또는 JDC-1-12)를 이용하여 절단한다. 하나의 15in절단은 기계방향에 평행한 방향으로 수행되고, 다른 15in 절단은 횡방향에 평행한 방향으로 수행되어야한다는 것을 주지한다. 페이퍼 샘플들은 22 내지 24℃에서 48 내지 52%의 상대습도 수준에서 2시간 이상 동안 조절되어야 한다. 샘플 준비 및 인장강도 시험의 모든 양태들은 항온항습실내로 제한되어 실시되어야 한다.
8겹 두께를 가지며 사전 조절된 이 15in × 15in 규격의 샘플로부터, 4개의 1in × 7in 크기의 스트립을 절단하되, 긴 7in측은 기계방향에 평행하게 한다. 이 샘플들을 기계방향 릴 또는 미가공 제조원료 샘플로 기억한다. 또 다른 4개의 1in × 7in 크기의 스트립을 절단하되, 긴 7in측은 횡방향에 평행하게 한다. 이러한 샘플들은 횡방향 릴 또는 미가공 제조원료 샘플로 기억한다. 이미 자른 모든 절단부들은 페이퍼 절단기(펜실베니아주 19534 필라델피아 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation)의 안전 차단장치를 갖춘 JDC-1-10 또는 JDC-1-12)를 이용하여 자른 것임을 주지한다. 이제 총 8개의 샘플이 된다: 그 중 4개는 8겹 두께의 1in × 7in 크기의 스트립으로서, 7in측이 기계방향에 평행한 것이고, 4개는 8겹 두께의 1in × 7in 크기의 스트립으로서, 7in측이 횡방향에 평행하게 된다.
인장강도 시험 작업
인장강도의 실제적인 측정에 대해서, 스윙 알버트 인텔릭트 II 인장강도 시험기(펜실베니아주 19534 필라델피아 더튼 로드 10960 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 코포레이션(Swing-Albert Instrument Corporation))를 사용한다. 장치 내로 평면 클램프(flat face clamp)를 삽입하고, 스윙 알버트 인텔릭트 II의 조작 지침서에 주어진 지시사항에 따라 시험기를 캘리브레이션한다. 장비 크로스헤드 속도를 4.00in/분으로 셋팅하고 제 1 및 제 2 게이지 길이를 2in으로 셋팅한다. 파열 민감도는 20g로 셋팅되어야 하고, 샘플 폭은 1in, 샘플 두께는 0.025in로 셋팅되어야 한다.
로드 셀(load cell)은 시험될 샘플 결과에 대한 예상 인장강도가 사용시의 25% 내지 75%에 오도록 선택된다. 예를 들면, 5000g 로드 셀이 1250g(5000g의 25%) 내지 3750g(5000g의 75%)의 예상 인장강도 범위를 갖는 샘플에 대해 사용될 수도 있다. 인장강도 시험기는 125g 내지 375g의 예상 인장강도를 갖는 샘플이 시험될 수 있도록 인장강도 시험기는 5000g 로드 셀의 10% 범위에서 셋팅되어질 수 있다.
인장 스트립들 중 하나를 취하여 이의 한 단부를 인장강도 시험기의 하나의 클램프에 위치시킨다. 페이퍼 스트립의 다른 단부는 다른 클램프에 위치시킨다. 스트립의 긴 측이 인장강도 시험기의 측면에 평행하도록 되는 것을 주지한다. 또한, 스트립들은 2개의 클램프의 어떠한 측면에도 걸리지 않는다는 것을 주지한다. 또한, 클램프의 각각의 압력은 페이퍼 샘플과 완전하게 접촉시켜야 한다.
페이퍼 시험 스트립을 2개의 클램프에 삽입한 후에, 장비의 인장강도가 주시되어질 수 있다. 만약 장비의 인장강도가 5g 이상의 값을 보인다면, 샘플이 너무 팽팽한 것이다. 달리, 만약 시험을 시작하고 나서 어떠한 값이 기록되기전에 2-3 초의 기간이 지났다면, 인장 스트립이 너무 늘어진 것이다.
인장강도 시험기 장비 지침서에 기술된 바와 같이 인장강도 시험기를 구동시킨다. 크로스헤드가 그 초기 시작위치로 자동으로 복귀한 후 시험은 완료된다. 장비 눈금 또는 장비 인접부의 디지털 패널 미터(digital panel meter)로부터 g단위로 인장강도 로드를 읽고 기록한다.
리셋 상태가 장비에 의해 자동적으로 수행되지 않으면, 장비 클램프를 그 초기 시작위치로 셋팅하는 필요한 조절과정을 수행한다. 전술한 바와 같이, 하기 페이퍼 스트립을 두 클램프내로 삽입하고 g단위의 인장강도 측정치를 수득한다. 모든 페이퍼 시험 스트립으로부터 인장강도 측정치를 수득한다. 시험 중에, 클램프의 가장자리에서 스트립이 슬립되거나 파열되면 눈금읽기를 안해야 함을 알아야만 한다.
계산
4개의 기계방향 1in 폭 완제품 스트립에 대해서, 4개의 개별 기록된 인장강도 측정치를 합한다. 이 합계를 시험된 스트립수로 나눈다. 이 숫자는 보통 4이어야만 한다. 또한, 인장 스트립 당 사용가능한 단위의 숫자로 기록된 인장강도 값의 합계를 나눈다. 이는 단일겹 및 2겹 제품 모두에 대하여 일반적으로 5이다.
횡방향 완제품 스트립에 대해서 계산을 반복한다.
기계방향의 미가공 제조원료 또는 릴 샘플에 대해, 4개의 개별적으로 기록된 인장강도 측정치를 합한다. 이 합계를 시험된 스트립의 숫자로 나눈다. 이 숫자는 보통 4이어야만 한다. 또한, 인장 스트립 당 사용가능한 단위의 숫자로 기록된 인장강도 값의 합계를 나눈다. 이는 일반적으로 8이다.
이 계산을 횡방향 변환되지 않은 또는 릴 샘플 페이퍼 스트립에 대해 반복한다.
모든 결과치는 g/in 단위이다.
하기 실시예는 본 발명의 실용을 설명하기 위해 제시된다. 이 실시예는 본 발명의 설명을 위함이지, 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명은 부가되는 청구범위에 의해서만 그 범위가 정해진다.
먼저, 종래의 펄프 제조기를 사용하여 노던 소프트우드 크래프트(NSK)의 약 3% 농도 수성 슬러리를 만든 후, 포우드리니어의 헤드박스를 향해 원료 파이프를 통과시켰다.
완제품에 일시적 습윤 강도를 부여하기 위해, Co-BOND 1000R1% 분산액을 제조한 후, NSK 섬유의 건조 중량을 기준하여 1% Co-BOND 1000R가 혼합되기에 충분한 속도로 NSK 원료 파이프에 첨가하였다. 처리된 슬러리를 라인내 혼합기에 통과시킴으로써 일시적 습윤 강도 수지의 흡수를 향상시켰다.
팬 펌프에서 화이트 워터(white water)를 사용하여 NSK 슬러리를 약 0.2% 농도로 희석하였다.
종래의 재펄프 제조기를 사용하여 유칼립투스 섬유의 약 3 중량% 수성 슬러리를 제조하였다.
유칼립투스를 원료 파이프에 통과시켜 또다른 팬 펌프까지 이송하였으며, 팬 펌프에서 화이트 워터를 사용하여 유칼립투스를 약 0.2% 농도로 희석하였다.
NSK 및 유칼립투스 슬러리를 층을 갖는 리프(leaves)가 적절히 장착된 다채널을 갖는 헤드박스내로 이송하여, 이동하는 포우드리니어 와이어상에 배출할 때까지 별개의 스트림으로 유지하였다. 3개의 챔버를 갖는 헤드박스를 사용하였다. 최종 페이퍼 80 중량%(건조)를 함유하는 유칼립투스 슬러리를 챔버로 이송하여 2개의 외층 각각을 형성하고, 최종 페이퍼 20 중량%(건조)를 함유하는 NSK 슬러리를 챔버로 이송하여 2개의 유칼립투스층 사이의 층을 형성하였다. 헤드박스의 내용물을 배출할 때 NSK 및 유칼립투스 슬러리는 혼합되어 복합 슬러리를 형성하였다.
이동하는 포우드리니어 와이어상에 복합 슬러리를 배출한 다음, 검출기 및 진공 박스의 도움을 받아 탈수하였다.
이송시점에서 약 15%의 섬유 농도를 갖는 초기 습윤 웹을, 포우드리니어 와이어로부터 인치당 각각 84개의 기계 방향 모노필라멘트 및 76개의 기계 수직방향 모노필라멘트 및 약 36% 너클 영역을 갖는, 5-쉐드 새틴 직조(5-shed satin weave) 구조의 패턴화된 성형 페브릭까지 이송하였다.
웹이 약 28%의 섬유 농도를 가질 때까지 진공 배수에 의해 추가의 탈수를 수행하였다.
패턴화된 성형 페브릭과 접촉한 상태로, 패턴화된 웹이 약 62 중량%의 섬유 농도를 가질 때까지 통기 취입에 의해 예비건조시켰다.
이어, 하기 표 1로부터 선택된 조성물의 0.25% 수용액을 포함하는 스프레이된 크레이프 처리 접착제의 도움을 받아 10 ft 직경을 갖는 양키 건조기의 표면에 반건조 웹을 부착시켰다. 선택된 조성물들은 실시예 1 내지 8을 나타낸다. 실시예 1, 2 및 3은 선행 기술에 설명된 바 있는 폴리비닐알콜 및 폴리비닐알콜과 폴리아미드-에피클로로히드린 수지의 혼합물에 해당한다. 실시예 4, 5, 6, 7 및 8은 본 발명에 따른 조성물이다.
실험은 3가지 변수의 혼합을 이용한 실험으로서 고안되었으며, 양키 건조기 도포용 조성물을 랜덤한 순서로 선택하였다.
실시예 번호 폴리비닐 알콜 양이온성 전분 폴리아미드-에피클로로히드린(PAE) 수지
1 100% 0% 0%
2 70% 0% 30%
3 85% 0% 15%
4 0% 70% 30%
5 0% 100% 0%
6 0% 85% 15%
7 50% 50% 0%
8 35% 35% 30%
폴리비닐알콜은 에어 프로덕츠 캄파니(Air Products Company, 펜실바니아주 알렌타운 소재)로부터 구입한 에어볼(Airvol) 540R이었다.
양이온성 전분은 내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니(National Starch and Chemical Company, 뉴저지주 브리쥐워터 소재)로부터 구입한 레디본드(RediBOND) 5320R이었다.
폴리아민-에피클로로히드린 수지는 헤르큘레스 인코포레이티드(Hercules Inc., 델라웨어주 윌밍톤 소재)로부터 구입한 키멘(Kymene) 557HR이었다.
건조기의 너비를 가로질러 이격된 3개의 노즐이 장착된 스프레이 붐을 통해 선택된 크레이프 처리 접착제를 양키 표면위에 스프레이하였다. 노즐은 스프레잉 시스템즈 인코포레이티드(Spraying Systems Inc., 일리노이주 휘톤 소재)로부터 구입한 모델 번호 650050이었다. 노즐은 건조기 표면을 향하면서 표면으로부터 약 25 cm 떨어져 위치시켰다. 붐은 반건조 웹이 양키와 접촉하는 지점으로부터 약 1 m 떨어져 위치시켰다. 붐을 약 100 psi로 가압하였다. 이 가압 수준의 스프레이 노즐은, 웹의 건조 중량을 기준으로 약 1.7 lb/ton 크레이프 처리 접착제 고형분의 속도로 크레이프 처리 접착제를 분사시켰다.
닥터 블레이드를 사용하여 웹을 양키로부터 크레이프 처리하기 전에 섬유 농도를 약 96%로 증가시켰다.
닥터 블레이드는 약 25°의 경사각을 가졌으며, 양키 건조기에 대해 약 81°의 충돌 각(impact angle)을 제공하도록 위치시켰다.
양키 건조기를 약 800 fpm(feet per minute)(분당 약 244 m)로 운전함으로써 크레이프의 퍼센트를 약 18%로 조정하였으며, 건조 웹을 656 fpm(분당 201 m)의 속도로 롤링하였다.
크레이프 처리 블레이드와 릴 사이에서 이동하는 웹 상에 위치한 웹 장력계(tensiometer)를 이용하여 시이트의 인장강도를 측정하여 건조기에의 웹의 부착 정도를 측정하였다.
완성된 웹을 3000 ft2당 약 18 lb 기본 중량을 갖는 3층 단일겹 크레이프 처리 패턴화되고 밀집화된 티슈 페이퍼 제품으로 적용하였다.
각각의 접착 제제에 대한 웹 인장강도 측정 결과를 다변수 회귀곡선을 사용하여 모델화하였다. 3개의 입력 변수들을 사용하여 가능한 모든 제1 및 제2 순서 경계들을 회귀곡선에 포함시켰으나, 95% 미만의 유의성을 갖는 경계가 순차적으로 제거되어 남아있는 모든 경계는 95% 신뢰 구간에서 통계적으로 유의성을 가졌다. 결과적으로 [웹 인장강도 = %PVOH×0.26 + %양이온성 전분×0.31 + %PAE×0.81 - %PAE×%PVOH×0.70 - %PAE×%양이온성 전분×0.56]과 같은 웹 인장강도 모델이 도출되었다(이때, %PVOH, %양이온성 전분 및 %PAE는 크레이프 처리 접착제로서 도포된 수성 분산액의 고형분을 구성하는, 폴리비닐알콜, 양이온성 전분 및 폴리아민-에피클로로히드린 수지 각각의 퍼센트 값을 나타낸다).
이 모델을 사용하여 측정된 하기 표 2에 나타낸 웹 인장강도 값은 각각의 실시예의 접착 제제에 상응한다.
실시예 번호 폴리비닐 알콜 양이온성 전분 폴리아미드-에피클로로히드린(PAE) 수지 웹 인장강도 (g/in)
1 100% 0% 0% 25.8
2 70% 0% 30% 27.7
3 85% 0% 15% 25.2
4 0% 70% 30% 34.5
5 0% 100% 0% 31.0
6 0% 85% 15% 31.5
7 50% 50% 0% 28.4
8 35% 35% 30% 31.1
상기 결과로부터, 본 발명에 따른 분산액(실시예 4, 5, 6, 7 및 8)이 실시예 1, 2 및 3의 종래 기술 분산액보다 더 높은 웹 부착성을 제공함을 알 수 있다. 실시예 8은 특히 부착성과 제거성의 우수한 균형을 보여준다.

Claims (10)

  1. 전분의 안하이드로글루코스 단위 당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기를 가진 양이온성 전분을 포함하며 약 90% 내지 약 99.9 %의 물을 함유하는, 크레이프 처리 접착제로 유용한 수성 분산액.
  2. 제 1 항에 있어서,
    양이온성 전분이 분산액 건조 중량의 약 10% 내지 약 70%를 차지하며, 분산액 건조 중량의 약 30% 내지 약 90%의 폴리비닐알콜을 추가로 포함하는 수성 분산액.
  3. 제 1 항에 있어서,
    양이온성 전분이 분산액 건조 중량의 약 50% 내지 약 90%를 차지하며, 분산액 건조 중량의 약 10% 내지 약 50%의 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지를 추가로 포함하는 수성 분산액.
  4. 제 3 항에 있어서,
    양이온성 전분이 분산액 건조 중량의 약 10% 내지 약 70%를 차지하며, 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지가 분산액 건조 중량의 약 5% 내지 약 40%를 차지하고, 분산액 건조 중량의 약 20% 내지 약 85%의 폴리비닐알콜을 추가로 포함하는 수성 분산액.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    폴리비닐알콜이 약 80% 내지 약 95%의 가수분해도를 가지며, 양이온성 전분의 양이온성 치환기는 3급 아미노알킬 에테르, 4급 암모늄알킬 에테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 수성 분산액.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    수용성 열경화성 폴리아미드-에피할로히드린 양이온성 수지가 에피할로히드린과 하기 화학식 1의 반복단위를 가진 폴리아미드 전구체의 반응생성물인 수성 분산액:
    화학식 1
    -NH(CnH2nHN)x-CORCO-
    상기 식에서,
    n 및 x는 각각 2 이상이고,
    R은 탄소수 3 내지 10의 포화 지방족 쇄이다.
  7. a) 약 90% 내지 약 99.9%의 물 및 약 10% 내지 약 0.1%의 고형분을 포함하며, 이때 고형분이 전분의 안하이드로글루코스 단위당 약 0.001 내지 약 0.2개의 양이온성 치환기를 가진 양이온성 전분을 포함하는 수성 분산액을 회전식 크레이프 처리 실린더에 적용하는 단계;
    b) 티슈 페이퍼 웹을 크레이프 처리 실린더에 대해 압축하여 웹을 실린더의 표면에 접착시키는 단계; 및
    c) 웹을 닥터 블레이드와 접촉시켜 크레이프 처리 실린더로부터 제거하는 단계를 포함하는, 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    고형분이 약 50% 내지 약 90%의 양이온성 전분을 포함하고 추가로 약 10% 내지 약 50%의 양으로 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지를 포함하는, 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    고형분이 약 10% 내지 약 70%의 양이온성 전분을 포함하고 추가로 약 5% 내지 약 40%의 양의 수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지 및 약 20% 내지 약 85%의 폴리비닐알콜을 포함하는, 티슈 페이퍼의 크레이프 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    수용성 열경화성 양이온성 폴리아미드-에피할로히드린 수지가 에피할로히드린과 하기 화학식 1의 반복단위를 가진 폴리아미드 전구체의 반응생성물을 포함하는 방법:
    화학식 1
    -NH(CnH2nHN)x-CORCO-
    상기 식에서,
    n 및 x는 각각 2 이상이고,
    R은 탄소수 3 내지 10의 포화 지방족 쇄이다.
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