KR20010033530A - 종이 제품, 및 화학 첨가제를 셀룰로오스계 섬유에 가하는방법 - Google Patents

Abstract

화학 첨가제는 제지 공정수중에 존재하는 비흡착된 화학 첨가제의 양을 최소로 하면서 제지용 셀룰로오스계 섬유상에 높은 수준으로 흡착될 수 있다. 이 방법은 섬유 슬러리를 과량의 화학 첨가제로 처리하고, 체류 시간을 흡착이 일어나기에 충분하게끔 하고, 슬러리를 여과하여 비흡착된 화학 첨가제를 제거하고, 여과된 펄프를 새로운 물로 재분산시키는 것을 포함한다. 증점 공정으로부터의 여액은 비흡착된 화학 첨가제를 함유하고, 이것은 화학 처리된 섬유를 갖는 후속 공정으로 보내지지 않는다. 이 방법은 개선된 종이 제품을 제조하는데 사용될 수 있다.

Description

종이 제품, 및 화학 첨가제를 셀룰로오스계 섬유에 가하는 방법{Paper Products and Methods for Applying Chemical Additives to Cellulosic Fibers}

종이 제품의 제조시, 화학 첨가제를 첨가하여 물리적 및(또는) 광학적 특성을 향상시키는 것은 종종 바람직하다. 화학 첨가제를 첨가하여 증진되거나 또는 개선되는 특성의 예에는 건조 강도, 습윤 강도, 유연성, 흡수성, 유백도, 광택 및 색상이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제지 공정 동안, 화학 첨가제는 통상 섬유를 웹으로 성형하여 탈수 및 건조하기 전에 습부중의 섬유 슬러리에 첨가된다. 전통적으로, 습부 첨가제는 컨시스턴시 (consistency)가 0.5 내지 5%인 섬유 슬러리에 첨가된다. 이어서, 슬러리는 팬 펌프에서 궁극적인 성형 컨시스턴시로 최종 희석되기 전에 제지 공정에서 추가로 희석될 수 있다.

습부 화학물질 첨가에는 국부 분무 (topical spray), 프린팅 또는 사이즈 프레스 (size press) 화학물질 첨가 방법을 능가하는 여러가지 잇점이 있다. 예를 들어, 습부 화학물질 첨가는 화학 첨가제를 섬유 표면상에 균일하게 분배시킨다. 또한, 습부 화학물질 첨가는 종이의 성능 및(또는) 화학 첨가제의 효과를 향상시키기 위해, 선택된 섬유 분획이 특정 화학 첨가제로 처리되도록 한다. 또한, 습부 화학물질 첨가는 종이 웹의 형성 전에 여러가지 화학물질을 동시에 또는 연속적으로 섬유 슬러리에 첨가할 수 있다.

습부 화학물질 첨가와 관련된 한가지 어려움은 수용성 또는 수분산성 화학 첨가제가 물에 현탁되어 셀룰로오스계 섬유에 완전히 흡착되지 않는 다는 것이다. 습부 첨가제의 흡착성을 개선하기 위해, 화학 첨가제는 종종 수중에서 전하를 부여하는 관능기로 개질된다. 하전된 첨가제와 음이온 하전된 섬유 표면간의 동전기적 인력은 화학 척가제가 섬유상에 침착 및 보유되는 것을 돕는다. 그럼에도 불구하고, 습부에 보유될 수 있는 화학 첨가제의 양은 일반적으로 랭뮤어 (Langmuir)에 의해 설명된 흡착 곡선과 유사한, 점감 (漸減) 효과를 나타내는 흡착 곡선을 따른다. 그 결과, 수용성 또는 수분산성 화학 첨가제의 흡착은 특히, 높은 화학 첨가제 부가 수준을 달성하려고 할 때 100%에 훨씬 못미칠 수 있다.

결과적으로, 임의의 화학물질 첨가 수준, 특히 높은 첨가 수준에서, 화학 첨가제중 일부만이 섬유 표면상에 보유된다. 화학 첨가제의 나머지 분획은 현탁된 수상에 용해되거나 또는 분산된 채로 남는다. 이들 비흡착된 화학 첨가제는 제지 공정에서 수많은 문제점을 야기할 수 있다. 화학 첨가제의 정확한 성질로 미루어 야기될 수 있는 특정 문제점을 결정하겠지만, 비흡착된 화학 첨가제로부터 초래될 수 있는 일부 문제점으로는 발포, 침전, 다른 섬유 스트림의 오염, 기계상의 열등한 섬유 보유능, 다층 제품중의 저하된 화학물질층 순도, 수계내의 용해된 고상물의 퇴적, 다른 공정의 화학물질과의 상호작용, 펠트 또는 패브릭 플러깅 (plugging), 건조기 표면상의 과도한 점착 또는 이형, 완제품의 물리적 변성 등을 들 수 있다.

따라서, 당업계에 부족하고 필요로 하는 것은 제지 공정의 습부에서 셀룰로오스계 섬유 표면상에 흡착성 화학 첨가제를 가하여 상기 공정수중의 비흡착된 화학 첨가제의 양을 감소시키거나 배제하는 방법이다. 이 방법은 그러하지 않을 경우에 일어나는 관련된 제조 문제점 및 완제품 품질 문제점을 최소화한다.

〈발명의 개요〉

이제, 제지 공정수에 존재하는 비흡착된 화학 첨가제의 양을 최소화하면서 화학 첨가제를 제지용 셀룰로오스계 섬유상에 높은 수준으로 흡착시킬 수 있음을 밝혀내었다. 이는 섬유 슬러리를 과량의 화학 첨가제로 처리하고, 체류 시간을 흡착이 일어나기에 충분하게끔 하고, 슬러리를 여과하여 비흡착된 화학 첨가제를 제거하고, 여과된 플러프를 새로운 물로 재분산시킴으로써 달성된다. 증점 공정으로부터의 여액이 비흡착된 화학 첨가제를 함유하기 때문에, 이 여액은 화학 처리된 섬유를 갖는 후속 공정으로 보내지지 않는다. 오히려, 이 여액은 하수처리되거나 또는 여과 단계 전의 가공 단계에서 재생될 수 있다.

따라서, 본 발명의 한 면은 화학 첨가제를 셀룰로오스계 섬유에 가하는 방법에 있다. 이 방법은 물, 셀룰로오스계 섬유 및 흡착성 화학 첨가제를 포함하는 섬유 슬러리를 조성하는 단계; 섬유 슬러리를 탈수시켜 비흡착된 화학 첨가제를 제거하는 단계; 및 섬유를 새로운 물로 재분산시키는 단계를 포함한다. 제지용 셀룰로오스계 섬유를 제조하는 이러한 방법은 화학 첨가제를 섬유에 흡착시킬 수 있는 동시에 수상중의 비흡착된 화학 첨가제의 수준은 종래의 습부 화학물질 첨가에 비해 상당히 더 낮게 유지할 수 있다. 따라서, 공정수중 화학첨가제의 농도에 대한 섬유상 화학 첨가제의 농도를 선행 방법으로 가능하였던 것에 비해 더 높일 수 있다.

본 발명의 목적을 위해, 용어 "셀룰로오스계"는 합성 섬유와는 대조적으로 무정형 탄수화물 중합체를 포함하는 제지용 섬유를 칭한다. 용어 "흡착성"은 본 명세서에서 화학 첨가제 및 셀룰로오스계 섬유를 수반하는 화학 반응의 부재하에 셀룰로오스계 섬유의 표면에 흡수될 수 있는 화학 첨가제를 칭하는데 사용된다. 용어 "비흡착된"은 섬유에 흡착되지 않아 물의 공정수에 현탁된 채로 남아있는 화학 첨가제 부분을 칭한다. 용어 "새로운 물"은 본 명세서에서 비흡착된 화학 첨가제가 사실상 없는 물을 칭한다. 가장 바람직하게는, 새로운 물은 화학 첨가제가 완전히 배제되어 있다.

섬유 슬러리는 비흡착된 화학 첨가제를 함유한 대부분의 물을 제거하기 위해 탈수되어 섬유 슬러리의 컨시스턴시를 약 20% 이상, 특히 약 30% 이상으로 증가시키는 것이 바람직하다. 이 후에, 섬유는 재분산되어 바람직하게는 섬유 슬러리의 컨시스턴시를 제지용에 적합한 수준인 약 20% 이하, 보다 구체적으로는 약 5% 이하, 예컨대 약 3% 내지 약 5%로 감소시킨다.

본 발명의 방법에 의해 종이 제품, 구체적으로는 층상 종이 제품의 제조에 유용한 섬유 완성지료(完成紙料)를 제조하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 또다른 면은 수중에 비흡착된 화학 첨가제를 비교적 낮은 수준으로 함유하면서 다른 방법으로 달성될 수 있는 것보다 화학 첨가제가 더 많이 부가된 섬유 완성지료에 있다. 이는 종래의 습부 첨가를 통한 화학 첨가제 부가가 종종 비흡착된 화학물질의 수준 및 이와 관련된 가공상 난점, 예컨대 발포, 침전, 화학적 상호작용, 펠트 플러깅, 과도한 건조기 점착 또는 이형, 또는 수중의 비흡착된 화학물질의 존재로 야기되는 종이의 다양한 물리적 특성 억제 문제에 의해 제한되기 때문이다.

한가지 실시양태에서, 본 발명의 섬유 완성지료는 물, 셀룰로오스계 섬유 및 흡착성 화학 첨가제를 포함한다. 섬유상에 흡착되는 화학 첨가제의 양은 약 2 ㎏/미터톤 이상이고, 수중의 비흡착된 화학 첨가제의 양은 섬유상에 흡착되는 화학 첨가제의 양의 0 내지 약 20%이다. 특히 바람직한 실시양태에서, 흡착되는 화학 첨가제의 양은 약 3 ㎏/미터톤 이상, 특히 약 4 ㎏/미터톤 이상, 보다 구체적으로는 약 5 ㎏/미터톤 이상이다. 더욱이, 수중의 비흡착된 화학 첨가제의 양은 흡착된 화학 첨가제의 양의 0 내지 약 10%, 보다 구체적으로는 0 내지 약 7%이다.

본 발명의 또다른 면은 화학 처리된 종이 제품의 제조 방법에 있다. 이 방법은 물, 셀룰로오스계 섬유 및 흡착성 화학 첨가제를 포함하는 제1 섬유 슬러리를 조성하는 단계; 흡착성 화학 첨가제가 사실상 없는 제2 섬유 슬러리를 조성하는 단계; 제1 섬유 슬러리를 탈수시켜 비흡착된 화학 첨가제를 제거하는 단계; 제1 섬유 슬러리중의 섬유를 새로운 물로 재분산시키는 단계; 및 층상 헤드박스를 사용하여 종이 제품을 형성하는 단계를 포함하며, 이 때 상기 제1 섬유 슬러리는 제1 헤드박스 층에 공급되고 제2 섬유 슬러리는 제2 헤드박스 층에 공급된다.

또다른 실시양태에서, 종이 제품을 제조하는 방법은 물, 셀룰로오스계 섬유 및 제1 흡착성 화학 첨가제를 포함하는 섬유 슬러리를 조성하는 단계; 상기 섬유 슬러리를 약 20% 이상의 컨시스턴시로 탈수하는 단계; 탈수된 섬유 슬러리를 분산기에 통과시켜 섬유를 기계적으로 처리하는 단계; 섬유 슬러리를 제1 화학 첨가제가 사실상 없는 새로운 물로 약 5% 이하의 컨시스턴시로 희석시키는 단계; 박리제 또는 연화제를 포함하는 제2 흡착성 화학 첨가제를 섬유 슬러리에 첨가하는 단계; 이 섬유 슬러리를 약 20% 이상의 컨시스턴시로 탈수시키는 단계; 이 섬유 슬러리를 제2 화학 첨가제가 사실상 없는 새로운 물로 약 5% 이하의 컨시스턴시로 희석시키는 단계; 및 이 섬유 슬러리로부터 종이 제폼을 형성하는 단계를 포함한다. 제1 화학 첨가제는 예를 들어, 결합제를 포함하여 종이 제품으로부터 린트 (lint)의 양을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 연화제 및 박리제와 같은 화학 첨가제를 3층 종이 제품의 외층 완성지료에 가하는데 특히 유용하다. 특정 티슈 제품에서는, 예를 들어 중심층을 조정하여 강도를 증진 및 억제한다. 본 발명은 중심 강도층의 오염을 최소화하면서 연화제 및 박리제가 외층에 가해지도록 한다.

따라서, 본 발명의 또다른 면은 가공수에 잔류하는 비흡착된 화학 첨가제의 양을 최소화하기 위해 화학 처리된 섬유로부터 형성된 종이 제품에 있다. 이들 종이 제품은 본 발명의 방법을 사용하여 처리된 섬유 분획상에서 높은 화학첨가제 "순도"를 나타내고, 층상 헤드박스를 사용할 때 우수한 화학물질층 순도를 달성하는 능력 및(또는) 2가지 이상의 유형의 섬유 블렌드로부터 제조된 종이에서 섬유를 특정적으로 화학 처리할 수 있는 능력을 제공한다. 본 명세서에 사용된 용어 "종이"에는 필기용지, 프린트용지, 포장용지, 위생용지 및 공업용지, 신문용지, 라이너보드, 티슈, 냅킨, 와이퍼, 타월 등이 광범위하게 포함된다.

본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 화학 첨가제로는 건조 보강제, 습윤 보강제, 연화제, 박리제, 흡수 보조제, 사이징제, 염료, 광학적 광택제, 화학 추적자, 유백제, 건조기 점착성 화학물질 등을 들 수 있다. 화학 첨가제의 추가 형태로는 안료, 완화제, 보습제, 살바이러스제, 살균제, 완충제, 왁스, 플루오로폴리머, 악취 억제 물질 및 탈취제, 제올라이트, 향료, 박리제, 식물유 및 광유, 보습제, 사이징제, 초흡수제, 계면활성제, 가습제, UV 차단제, 항생제, 로션제, 살진균제, 방부제, 알로에-베라 추출물, 비타민 E 등을 들 수 있다. 적합한 화학 첨가제는 제지용 셀룰로오스계 섬유에 흡착될 수 있고, 수용성 또는 수분산성이다.

용어 "연화제"는 티슈와 같은 종이 제품에 혼입되어 개선된 질감을 제공할 수 있는 모든 화학 첨가제를 칭한다. 이들 화학물질은 또한 박리제로서도 작용하고, 단지 예컨대 티슈 표면과 손 사이의 마찰계수를 감소시켜 티슈의 표면 특성을 개선시키도록 작용할 수 있다.

용어 "박리제"는 티슈와 같은 종이 제품에 혼입되어 섬유간 또는 섬유내 수소 결합을 막거나 또는 분쇄시킬 수 있는 모든 화학물질을 칭한다. 화학물질의 성질에 따라, 박리제는 또한 연화제로서도 작용할 수 있다. 대조적으로, 용어 "결합제"는 시트내 섬유간 또는 섬유내 결합의 수준을 증진시키거나 또는 향상시킬 수 있는 모든 화학물질을 칭한다. 증진된 결합은 사실상 이온결합, 수소결합 또는 공유결합중 어느 하나일 수 있다.

용어 "수용성"은 수용액을 이루는 고상물 또는 액상물의 특성을 칭하고, 용어 "수분산성"은 수성 매질로 분산될 수 있는 콜로이드 크기 이상의 고상물 또는 액상물의 특성을 칭한다.

화학 첨가제를 제지용 섬유에 가하는 방법은 습윤 프레싱 및 크레이프 (creped) 또는 비크레이프 (uncreped) 통기건조 작업을 비롯한 광범위한 제지 작업에 사용될 수 있다. 실례로서, 다양한 티슈 제조 방법이 엥겔 (S. A. Engel) 등에게 1997년 9월 16일자로 허여된 미국 특허 제5,667,636호 및 패링턴 쥬니어 (T. E. Farrington, Jr.) 등에게 1997년 3월 4일자로 허여된 미국 특허 제5,607,551호 (상기 특허들은 본 명세서에 참고문헌으로 인용됨)에 개시되어 있다.

상기 방법은 건식 랩 기계 또는 크럼 베일러 (crumb baler) 전의 펄프 분쇄기에서 펄프를 화학적으로 전처리하는 공정; 화학 첨가제를 연속 첨가하여 상호작용을 경감시키는 공정; 화학 첨가제를 첨가한 후에 섬유 슬러리 (중화 음이온 성분, 사이징 또는 연화 제제)로부터 화학 첨가제를 제거하여 제거 공정을 촉진하는 공정 등을 비롯한 다른 공정에도 사용할 수 있다.

활엽수 또는 침엽수, 밀짚, 아마, 유액분비 씨 명주 섬유, 마닐라삼, 대마, 양마, 버개스 (bagasse), 면화, 갈대 등을 비롯한 여러 유형의 섬유가 본 발명에 사용될 수 있다. 표백된 섬유 및 비표백된 섬유, 천연 섬유 (목재 섬유 및 다른 셀룰로오스계 섬유, 셀룰로오스 유도체, 및 화학적으로 강화되거나 또는 가교된 섬유를 포함함), 합성 섬유의 일부 성분 부분 (폴리프로필렌, 아크릴제품, 아라미드, 아세테이트 등으로부터 제조된 특정 형태의 섬유를 포함하는 제지용 합성 섬유), 원시 섬유 및 회수 또는 재생 섬유, 활엽수 및 침엽수, 및 기계적으로 펄핑된 (pulped) 섬유 (예를 들어, 쇄목펄프), 화학적으로 펄핑된 섬유 (크라프트 및 아황산염 펄핑 공정이 포함되나 이에 제한되지는 않음), 열기계적으로 펄핑된 섬유, 열화학기계적으로 펄핑된 섬유 등을 비롯한 모든 공지된 제지용 섬유가 사용될 수 있다. 상술한 섬유의 조합물의 혼합물 또는 관련된 섬유 부류가 사용될 수 있다. 상기 섬유들은 당업계에 이로운 것으로 공지된 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 섬유 제조의 유용한 방법에는 허만스 (M. A. Hermans) 등에게 1994년 9월 20일자로 허여된 미국 특허 제5,348,620호 및 1996년 3월 26일자로 허여된 미국 특허 제5,501,768호, 및 패링턴 쥬니어 등에게 1997년 8월 12일자로 허여된 미국 특허 제5,656,132호에 개시된 바와 같은, 끝말림 (curl) 및 개선된 건조 특성을 부여하는 분배법이 포함된다.

단일 헤드박스 또는 복수개의 헤드박스가 사용될 수 있다. 헤드박스 또는 헤드박스들은 웹의 형성시 단일 헤드박스 분사기로부터 다층 구조물이 제조되도록 층을 이룰 수 있다. 특정 실시양태에서, 웹은 층을 이루는 또는 층상 헤드박스를 사용하여 강성을 개선시키기 위해 웹의 한 면상에 보다 짧은 섬유를 우선적으로 침착시키고, 웹의 또다른 면상에 또는 3겹 이상의 층을 갖는 웹의 내부 층에 비교적 더 긴 섬유를 침착시킴으로써 제조된다. 액상물을 배수시키고 웹을 부분 탈수시키는 다공성 성형 패브릭의 무한궤도상에서 웹을 형성하는 것이 바람직하다. 다중 헤드박스로부터의 다중 초벌 웹들은 습윤 상태에서 퇴적되거나 또는 기계적 또는 화학적으로 결합되어 여러개의 층을 갖는 단일 웹을 형성할 수 있다.

본 발명의 여러 특징 및 잇점은 하기 설명으로부터 명백할 것이다. 하기 설명에서는, 본 발명의 바람직한 실시양태를 설명하는 첨부 도면을 참고로 한다. 이러한 실시양태는 본 발명의 모든 범위를 나타내는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 모든 범위를 해석하기 위해서는 본 명세서의 청구의 범위를 참조해야 한다.

본 발명은 일반적으로 종이 제품에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 화학 첨가제를 셀룰로오스계 섬유에 가하는 방법 및 이 방법에 의해 얻을 수 있는 종이 제품에 관한 것이다.

도 1은 제지용 섬유를 화학 첨가제로 처리하기 위한 본 발명에 따른 방법의 개략적인 공정 흐름도.

도 2는 제지용 섬유를 화학 첨가제로 처리하고 분산기를 사용하여 상기 섬유를 기계적으로 처리하기 위한 본 발명에 따른 방법의 개략적인 공정 흐름도.

도 3은 비크레이프 티슈 시트의 제조 방법을 위한 개략적인 공정 흐름도.

본 발명은 이제, 첨부된 도면들을 참고로 보다 상세히 설명될 것이다. 단순화를 위해, 여러가지 패브릭이 주행하는 것을 한정하는데 개략적으로 사용되는 여러 인장 롤을 참고번호 없이 나타내었으며, 상이한 도면의 유사 부재들은 동일한 참고번호를 부여하였다. 여러가지 통상의 제지용 장치 및 운전기가 지료(紙料) 제조, 헤드박스, 성형 패브릭, 웹 이송장치, 크레이핑 및 건조와 관련하여 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 특정한 통상의 성분들은 본 발명의 다양한 실시양태가 사용될 수 있다는 취지를 제공하기 위한 목적으로 설명된다.

도 1은 본 발명의 한 실시양태에 따라 화학 첨가제를 제지용 섬유에 가하는데 사용되는 지료 제조 설비를 도시한다. 지료 제조 설비는 제1 지료 체스트 (chest) (10), 제2 지료 체스트 (12) 및 상기 지료 체스트들 사이에 실시할 수 있게 배치된 탈수 장치 (14)를 포함한다. 제지용 섬유 및 물은 제1 지료 체스트 (10)에 첨가되어 섬유 슬러리 (20)를 형성한다. 제1 지료 체스트중의 섬유 슬러리는 바람직하게는 컨시스턴시가 약 20% 이하, 특히 약 5% 이하, 예컨대 약 3% 내지 약 5%이다. 제1 지료 체스트내의 섬유 슬러리는 혼합 블레이드, 축차, 재순환 펌프 또는 섬유 슬러리 혼합용으로 적합한 기타 장치 (18)를 사용하여 교반하에 두는 것이 바람직하다.

1종 이상의 화학 첨가제 (24)는 저장고 (26)로부터 공급되어 제1 지료 체스트 (10)내의 섬유 슬러리 (20)에 첨가된다. 화학 첨가제 (24)의 양은 약 5 내지 약 20 ㎏/미터톤이 적합하다. 특정 실시양태에서, 화학 첨가제는 이미다졸린 기재의 박리제를 포함하고, 약 7.5 내지 약 15 ㎏/미터톤의 양으로 첨가된다. 섬유 슬러리 및 화학 첨가제는 제1 지료 체스트에서 제지용 섬유가 상당량의 화학 첨가제 (24)를 흡착하기에 충분한 체류 시간 동안 교반하에 함께 머무르게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 약 15 내지 약 30 분의 체류시간이 충분할 수 있다.

이 후에, 섬유 슬러리 (20)는 적합한 도관 (27) 및 펌프 (28)를 통해 탈수 장치 (14)로 이송된다. 예시된 실시양태에서, 탈수 장치는 벨트 프레스 (14)를 포함하지만, 원심분리기, 닙 증점기 등과 같은 별도의 탈수 장치를 사용할 수 있다. 섬유 슬러리는 한 쌍의 다공성 패브릭들 (30) 사이에 사출되어 프레스 여액 (32)이 슬러리로부터 제거된다. 프레스 여액 (32)은 수중에 비흡착된 화학 첨가제 (24)와 함께 일정량의 가공수를 포함한다. 벨트 프레스 (14) 또는 다른 탈수 장치는 슬러리의 섬유 컨시스턴시를 약 20% 이상, 특히 약 30% 이상으로 증가시키는 것이 적합하다. 비흡착된 화학 첨가제는 이 공정에서 제거되거나 또는 이전의 지료 제조 단계에서 희석수로서 사용될 수 있지만, 화학 처리된 완성지료와 함께 다음단계로 보내지지 않는 것이 중요하다.

이어서, 증점된 섬유 슬러리 (20)는 도관 (34)를 통해 제2 지료 체스트 (12)로 이송된다. 이어서, 섬유 슬러리는 적합한 저장고 (36)으로부터의 새로운 물 (35)로 재희석되고, 임의로는 혼합 장치 (18)를 사용하여 교반된다. 슬러리의 섬유 컨시스턴시는 약 20% 이하, 특히 약 5% 이하, 예컨대 약 3% 내지 약 5%로 감소되는 것이 적합하다. 이어서, 섬유 슬러리는 후속 가공 (39)을 위해 적합한 도관 (37) 및 펌프 (38)를 통해 제2 지료 체스트로부터 제거될 수 있다. 별법으로, 섬유 슬러리는 화학 첨가제의 보유 수준을 더 증가시키 위해 상기 수순을 통해 다시 처리될 수도 있다.

도 2는 지료 제조 설비가 화학 첨가제를 제지용 섬유에 가하고 섬유를 기계적으로 처리하는데 사용되는 본 발명의 또다른 실시양태를 도시한다. 일반적으로, 이 설비는 3개의 지료 체스트 (10, 12 및 40), 2개의 탈수 장치 (14 및 42), 2개의 희석수 체스트 (44 및 46), 및 제지용 섬유를 기계적으로 처리하기 위한 분산기 (48)를 포함한다.

제지용 섬유 및 물은 제1 지료 체스트 (10)에 첨가되어 섬유 슬러리 (20)를 형성한다. 제1 지료 체스트내의 섬유 슬러리는 컨시스턴시가 약 20% 이하, 특히 약 5% 이하인 것이 바람직하다. 1종 이상의 화학 첨가제 (24)가 저장고 (26)로부터 공급되어, 교반 (18)하에 제1 지료 체스트 (10)내의 섬유 슬러리 (20)에 첨가된다. 섬유 슬러리에 첨가되는 제1 화학 첨가제는 바람직하게는 완제품에서 린트를 억제하는데 사용되는 양이온성 결합제이다. 제1 화학 첨가제는 분산기의 효능을 경감시키는 박리제 또는 연화제가 아닌 것이 바람직하다.

충분한 체류 시간 후에, 섬유 슬러리는 적합한 도관 (27) 및 펌프 (28)를 통해 벨트 프레스 (14) 또는 다른 적합한 탈수용 장치로 이송된다. 수중의 비흡착된 화학 첨가제는 프레싱 운전 동안 프레스 여액 (32)과 함께 제거되어 제1 희석수 체스트 (44)에 저장된다. 제1 희석수 체스트의 내용물은 펄프가공기 (pulper) 구성수 또는 희석수로서 사용되거나 또는 폐기될 수 있다. 탈수 장치 (14)는 슬러리의 섬유 컨시스턴시를 약 20% 이상, 특히 약 30% 이상으로 증가시키는 것이 적합하다.

이어서, 증점된 섬유 슬러리 (20)는 적합한 도관 (34)을 통해 섬유의 기계적 처리를 위한 분산기 (48)로 이송된다. 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 분산기는 본 명세서에 참고문헌으로 인용되고 허만 등에게 1994년 9월 20일자로 허여된 미국 특허 제5,348,620호 및 1996년 3월 26일자로 허여된 미국 특허 제5,501,768호에 개시되어 있다.

분배 후에, 섬유 슬러리는 도관 (50)을 거쳐 제2 지료 체스트 (12)로 이송된다. 제2 화학 첨가제 또는 화학 첨가제 (52)의 제2 군은 저장고 (53)으로부터 공급되어 제2 지료 체스트 (12)내의 섬유 슬러리 (20)에 교반 (18)하에 첨가된다. 또한, 섬유 슬러리는 임의로는 다음에 기술되는 공급원으로부터의 여액 (56)으로 희석될 수 있다. 슬러리의 섬유 컨시스턴시는 약 20% 이하, 특히 약 5% 이하, 예컨대 약 3% 내지 약 5%로 감소되는 것이 적합하다. 특정 실시양태에서, 제2 화학 첨가제 (52)는 연화제 및(또는) 박리제를 포함하고, 일단 연화제 및(또는) 박리제가 섬유 슬러리에 첨가되면 섬유 슬러리는 분산기에서 발생되는 고전단 정제력을 받지 않는다.

제2 화학 첨가제를 흡착시키기에 충분한 체류 시간 후에, 섬유 슬러리 (20)는 제2 지료 체스트 (12)로부터 적합한 도관 (58) 및 펌프 (59)를 통해 제2 탈수 장치 (42)로 이송된다. 수중의 제2 화학 첨가제 (52)의 비흡착부는 프레싱 운전 동안 프레스 여액 (56)과 함께 제거되고, 제2 희석수 체스트 (12)에 저장된다. 제2 희석수 체스트의 내용물은 상술한 바와 같이 제2 지료 체스트 (12)에 첨가되거나 또는 폐기될 수 있다. 제2 탈수 장치 (42)는 슬러리의 섬유 컨시스턴시를 약 20% 이상, 특히 약 30% 이상으로 증가시키는 것이 적합하다.

이어서, 증점된 섬유 슬러리 (20)는 도관 (58)을 통해 제3 지료 체스트 (40)로 이송된다. 이어서, 섬유 슬러리는 적합한 저장고 (36)로부터의 새로운 물 (35)로 재희석되고, 임의로는 혼합 장치 (18)를 사용하여 교반된다. 슬러리의 섬유 컨시스턴시는 적합하게는 약 20% 이하, 특히 약 5% 이하, 예컨대 약 3% 내지 약 5%로 감소된다. 이어서, 섬유 슬러리는 후속 가공 (39)을 위해 적합한 도관 (37) 및 펌프 (38)를 통해 제3 지료 체스트로부터 제거될 수 있다. 별법으로, 섬유 슬러리는 제2 화학 첨가제 (52)의 첨가를 반복하기 위해 제2 지료 체스트 (12)로 회송될 수 있다.

도 1 또는 도 2의 섬유 슬러리 (20)로부터 종이 제품을 제조하는데 적합한 하나의 공정 (39)으로는 도 3에 도시된 비크레이프 통기건조 방법이 있다. 비크레이프 통기건조 방법은 또한 패링턴 쥬니어 등에게 1997년 8월 12일자로 허여된 미국 특허 제5,656,132호 (본 명세서에 참고문헌으로 인용됨)에 개시되어 있다. 층상 제지용 헤드박스 (60)가 달린 트윈 와이어 성형기는 섬유 슬러리 (20)로부터의 스트림을 성형 패브릭 (62)상으로 사출 또는 침착시켜 셀룰로오스계 웹 (64)를 형성한다. 이어서, 웹은 약 10 건조중량%의 컨시스턴시로 부분 탈수되는 공정에서 새로이 형성된 습윤 웹을 지지하여 하류로 운반하는 기능의 패브릭 (66)으로 이송된다. 습윤 웹의 추가 탈수는 예컨대 진공 흡인에 의해 수행될 수 있는데, 이 때 습윤 웹은 성형 패브릭에 의해 지지된다.

이어서, 습윤 웹은 웹에 증가된 종방향 신장을 부여하기 위해 성형 패브릭 (66)으로부터 그보다 더 느린 속도로 주행하는 이송 패브릭 (70)으로 이송된다. 키스 이송 (kiss transfer)은 습윤 웹의 압착을 피하기 위해 바람직하게는 진공 슈우 (72)의 도움으로 수행된다. 이송 패브릭은 인각 너클을 지닌 패브릭일 수 있거나 또는 아스텐 (Asten) 934, 937, 939, 959 또는 알바니 (Albany) 94M과 같은 보다 평활한 패브릭일 수 있다. 이송 패브릭이 본 명세서에 기재된 인각 너클형으로 된 것이라면, 이것은 통기건조 패브릭으로서 몇몇 동일한 특성을 부여하는데 사용될 수 있고, 인각 너클을 지닌 통기건조 패브릭과 커플링될 때 그 효과를 향상시킬 수 있다. 인각 너클을 지닌 이송 패브릭이 목적하는 횡방향 신장 특성을 달성하는데 사용되는 경우, 상기 이송 패브릭은 임의로는, 달리 얻을 수 없는 추가의 원하는 특성을 제공하기 위해 상이한 통기건조 패브릭, 예컨대 장식용 직조 패턴을 갖는 패브릭을 사용하는 융통성을 제공한다.

이어서, 웹은 진공 이송 롤 (76) 또는 진공 이송 슈우의 도움으로 이송 패브릭으로부터 통기건조 패브릭 (74)으로 이송된다. 통기건조 패브릭은 이송 패브릭에 비해 대략 동일한 속도 또는 상이한 속도로 주행될 수 있다. 원하는 경우, 통기건조 패브릭은 종방향 신장을 추가로 향상시키기 위해 보다 느린 속도로 주행될 수 있다. 이송은 바람직하게는 진공 보조기구를 사용하여 수행되어 통기건조 패브릭을 따르는 시트의 변형을 보장하며, 따라서 원하는 벌크, 가요성, 횡방향 신장 및 외형을 제공한다. 통기건조 패브릭은 인각 너클형으로 된 것이 바람직하다.

웹 이송에 사용되는 진공의 수준은 약 10.2 내지 약 50.8 kPa (약 3 내지 약 15 인치수은압 (약 75 내지 약 380 밀리미터수은압)), 바람직하게는 약 33.9 내지 약 50.8 kPa (약 10 내지 약 15 인치수은압 (약 254 내지 약 380 밀리미터수은압))일 수 있다. 진공 슈우 (음압)는 웹을 후속하는 패브릭상으로 진공 흡인하는 것 외에 또는 그 대안으로서 웹의 대향면으로부터의 양압을 사용하여 웹을 후속하는 패브릭상으로 불어넣음으로써 보충 또는 대체될 수 있다. 또한, 진공 롤 또는 롤들은 진공 슈우(들)을 대체하는데 사용될 수 있다.

성형 패브릭, 이송 패브릭, 러쉬 이송장치, 이송 슈우, 패브릭 위치 및 진공 수준과 관련된 운전의 특정 실시양태 및 양식은 엥겔 등에게 1997년 9월 16일자로 허여된 미국 특허 제5,667,636호 및 패링턴 쥬니어 등에게 1997년 3월 4일자로 허여된 미국 특허 제5,607,551호 (본 명세서에 참고문헌으로 인용됨)에 개시되어 있다.

웹은 통기건조 패브릭에 의해 지지되는 동안 통기건조기 (80)에 의해 약 94% 이상의 컨시스턴시로 최종 건조되고, 이후에 운반 패브릭 (82)으로 이송된다. 건조된 기재시트는 운반 패브릭 (82) 및 임의로는 운반 패브릭 (86)을 사용하여 릴 (84)로 이송된다. 임의의 가압 편향 롤 (88)은 웹을 운반 패브릭 (82)로부터 패브릭 (86)으로 이송하는 것을 용이하게 하는데 사용될 수 있다. 이 목적에 적합한 운반 패브릭으로는 알바니 인터내셔날 (Albany International) 84M 또는 94M, 및 아스텐 959 또는 937이 있으며, 이들 모두는 미세한 패턴을 갖는 비교적 평활한 패브릭이다. 이어서, 티슈 롤은 후속하는 작업에서 캘린더링되고, 슬릿팅되고 (slit), 완화제 또는 연화제로 표면 처리되고, 엠보싱되어 완제품 형태로 생산될 수 있다.

하기 실시예들은 본 발명과 관련된 가능성있는 접근을 설명하는 역할을 한다. 특정한 양, 비율, 조성 및 변수는 예시를 위함이며, 본 발명의 범위를 특정하게 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

〈실시예 1 (비교예)〉

본 실시예를 위해, 통상의 반완성지료박스(stuffbox) 화학물질 첨가 방법을 사용하여 연화제/박리제를 다중섬유 3층 티슈의 제조 동안 첨가하였다. 2개의 외층에 사용된 완성지료는 유칼리나무 섬유 70%, 티슈 손상지 29% 및 재생 섬유 코어원지 1%로 이루어졌다. 외층 완성지료 성분들을 펄프제조기에서 블렌딩시켰다. 재펄핑 후, 완성지료를 체스트로 이송하여 박리제인 파레츠 (Parez) 631NC (사이텍 인더스트리즈, 인크. (Cytec Industries, Inc.)로부터 시판 입수가능함)를 1 ㎏/미터톤의 투여량으로 사용하여 처리하였다. 슬러리를 20 분 동안 혼합한 후, 완성지료를 탈수 프레스를 사용하여 30%가 넘는 컨시스턴시로 증점시키고, 분산기에서 처리하여 섬유에 끝말림을 부여하였다. 분산기는 80 킬로와트의 전력을 인가하고 약 82.2 ℃ (180 ℉)의 배출 지료 온도로 운전하였다. 분배공정 후, 섬유를 티슈 제조동안 요구될 때까지 고밀도 체스트에 저장하였다.

제조시에, 분산된 유칼리나무/손상지/코어원지 블렌드로 이루어진 외층 완성지료는 이전의 증점 공정으로부터의 여액을 사용하여 체스트에서 3.5%의 컨시스턴시로 희석시켰다. 연화제/박리제인 C-6092 (위트코사 (Witco Corp.)로부터 시판 입수가능함)를 기계 체스트 반완성지료박스 재생 루프에서 이 완성지료에 6.5 ㎏/미터톤의 속도로 첨가하였다. 이 반완성지료박스는 3층 티슈 시트의 두 외층을 위한 팬 펌프를 공급한다.

중심층은 표백된 북방 침엽수 크라프트 섬유 100%로 이루어졌다. 이 완성지료는 건조 강도를 증진시키기 위해 2 마력 일/미터톤의 에너지를 인가하여 정제하였다. 또한, 파레츠 631 NC를 이 완성지료에 5.8 ㎏/미터톤의 투여량으로 첨가하여 습윤 인장 강도를 조절하였다. 건조 강도는 외층 완성지료에 대한 중심층의 비율을 변화시킴으로써 조절하였다.

1겹 비크레이프 통기건조 티슈는 파일롯 티슈 기계를 사용하여 제조하였다. 이와 동일한 티슈 기계를 실시예 1 내지 4에 사용하였다. 이 기계는 2개의 외층이 동일한 완성지료 (유칼리나무 70%, 손상지 29% 및 코어원지 1%)를 함유하고 중심층이 침엽수 섬유 100%인, 3층 헤드박스를 포함한다. 생성된 3층 시트 구조물을 트윈 와이어, 흡인 성형 롤, 성형기상에서 성형시켰다. 성형 패브릭의 속도는 686 m/분 (2250 ft/분)이었다. 이어서, 새롭게 형성된 웹을, 549 m/분 (1800 ft/분) (러쉬 이송의 25% 속도)으로 주행하는 이송 패브릭으로 이송시키기 전에 성형 패브릭 아래로부터의 진공 흡인을 사용하여 약 20 내지 27%의 컨시스턴시로 탈수시켰다. 약 33.9 kPa (10 인치수은압)을 인가한 진공 슈우를 사용하여 웹을 이송 패브릭으로 옮겼다. 이어서, 웹을 약 549 m/분 (1800 ft/분)의 속도로 주행하는 통기건조 패브릭으로 이송시켰다. 웹을 약 162.8 ℃ (325 ℉)의 온도에서 운전되는 한 쌍의 하니컴 (Honeycomb) 통기건조기상으로 운반하여 약 94 내지 98% 컨시스턴시의 최종 건조도로 건조시켰다.

시트의 통풍 건조 기본 중량은 27.5 gsm이었다. 시트내의 최종 섬유의 비율은 침엽수 섬유 (중심층내) 32% 및 유칼리나무/손상지/코어원지 (외층들) 68%이었다. 티슈의 최종 강도는 폭 7.62 cm (3 인치) 당 800 g이었다 (기하학적인 평균 인장 강도).

〈실시예 2〉

본 실시예를 위해, 도 1에 도시된 개선된 화학물질 첨가 방법을 사용하여 완성지료를 연화제/박리제로 처리하였다. 이어서, 처리된 완성지료를 다중 섬유, 3층 티슈 구조물에서 외층 완성지료로서 사용하였다. 개선된 화학물질 첨가 방법이 티슈 형성 동안 수상으로부터 대부분의 비보유된 연화제/박리제를 제거하기 때문에, 생성된 생성물을, 실시예 1에 기재된 종래의 화학물질 첨가 방법을 사용하여 동일한 연화제로 제조된 티슈와 균등한 인장 강도, 그보다 높은 연화제/박리제 함량 및 더 낮은 침엽수 섬유 함량으로 제조할 수 있었다.

실시예 2에서, 2개의 외층용으로 사용된 완성지료는 유칼리나무 섬유 70%, 티슈 손상지 29% 및 재생 섬유 코어원지 1%로 이루어졌다. 지료 제조 단계 동안, 외층 완성지료를 재플러핑동안 블렌딩시켜 3.5% 컨시스턴시로 지료 체스트에 위치시켰다. 이어서, 완성지료를 결합제인 파레츠 631 NC (사이텍 인더스트리즈 인크제)로 1 ㎏/미터톤의 투여량으로 처리하였다. 슬러리를 20 분 동안 혼합한 후, 연화제/박리제인 C-6092 (위트코사제)를 섬유 1 미터톤 당 활성 화학물질 7.5 kg의 투여량으로 첨가하였다. 추가로 20 분 동안 혼합한 후, 슬러리를 벨트 프레스를 사용하여 대략 32%의 컨시스턴시로 탈수시켰다. 탈수 공정으로부터의 여액은 후속하는 뱃치를 위한 펄프제조기 구성수로서 사용하였지만, 후속하는 지료제조 또는 티슈제조 공정으로는 보내지 않았다. 이어서, 증점된 펄프를 인가 전력이 80 킬로와트이고 지료 온도가 약 82.2 ℃ (180 ℉)인 분산기에 통과시켜 섬유에 끝말림을 부여하였다. 분배 운전 후, 지료를 티슈 제조 동안 요구될 때까지 고밀도 저장 체스트에 위치시켰다.

1겹 비크레이프 통기건조 티슈를 실시예 1에 기재된 바와 같이, 3층상 헤드박스를 사용하여 제조하였다. 체스트에서 교반하에 새로운 물로 3%의 컨시스턴시로 재희석시켰던 2개의 외층용 완성지료는 화학적으로 처리된 32% 컨시스턴시의 유칼리나무/손상지/코어원지 완성지료 블렌드를 포함하였다. 중심층은 2 마력 일/미터톤의 에너지를 인가하여 정제된 침엽수 섬유 100%로 이루어졌으며, 여기에 습윤 강도 조절을 위해 파레츠 631 NC 5.8 ㎏/미터톤을 첨가하였다. 완제품의 건조 강도는 시트내의 중심층 및 외층 완성지료의 비율을 조정함으로써 조절하였다.

시트의 통기건조 기본 중량은 27.5 gsm이었다. 시트내의 최종 섬유 비율은 침엽수 섬유 (중심층내) 17% 및 유칼리나무/손상지/코어원지 83% (외층들)이었다. 티슈의 최종 강도는 폭 7.62 cm (3 인치) 당 802 g이었다 (기하학적인 평균 인장 강도).

〈실시예 3〉

본 실시예를 위해, 도 2에 도시된 개선된 화학물질 첨가 방법을 사용하여 먼저, 완성지료를 결합제로 처리하고, 분산기를 사용하여 섬유를 기계적으로 개질시키고, 이어서 완성지료를 연화제/박리제로 처리하였다. 화학 처리된 완성지료를 다중섬유, 3층 티슈 구조물에 하나의 완성지료로서 사용하였다. 개선된 화학물질 첨가 방법은 티슈 형성 동안 수상으로부터 대부분의 비보유된 연화제/박리제를 제거하기 때문에, 생성된 생성물은 실시예 1에 기재된 종래의 화학물질 첨가 방법을 사용하여 유사한 연화제로 제조된 티슈보다 훨씬 더 강하였다 (동일한 섬유 조성물에서). 또한, 연화제/박리제가 분배 운전 동안 완성지료상에 존재하지 않기 때문에, 보다 효율적인 에너지로 섬유를 이송하였다. 그 결과, 분배공정 동안 부여된 섬유 끝말림 특성으로 인해, 박리 수준이 실시예 2에서 입증된 박리 수준보다 더 높았다.

실시예 3에서, 2개의 외층에 사용된 완성지료는 유칼리나무 섬유 70%, 티슈 손상지 29% 및 재생 섬유 코어원지 1%로 이루어졌다. 지료 제조 단계 동안, 외층 완성지료를 재플러핑 동안 블렌딩시켜 지료 체스트에 3.5%의 컨시스턴시로 위치시켰다. 이어서, 완성지료를 결합제인 파레츠 631 NC (사이텍 인더스트리즈 인크제)로 1 ㎏/미터톤의 투여량으로 처리하였다. 슬러리를 20 분 동안 혼합한 후, 완성지료를 벨트 증점 프레스를 사용하여 30% 이상의 컨시스턴시로 탈수시켰다. 이어서, 증점된 펄프를 인가 전력이 80 킬로와트이고 지료 온도가 약 82.2 ℃ (180 ℉)인 분산기에 통과시켜 섬유에 끝말림을 부여하였다. 이어서, 고컨시스턴시의 분배된 펄프를 충분한 양으로 생산할 수 있을 때까지 체스트에 저장하였다.

완성지료를 제2 화학 첨가제로 처리하기 위해, 고컨시스턴시의 펄프를 새로운 물 및 증점기 여액 (도 2에 도시된 바와 같이, 비흡착된 연화제/박리제를 함유함)의 조합물로 3.5%의 컨시스턴시로 희석시켰다. 완성지료를 연화제/박리제인 C-6092 (위트코사제) 7.5 ㎏/미터톤으로 후속 처리하고, 20 분 동안 혼합하였다. 이어서, 완성지료를 벨트 프레스를 사용하여 대략 32%의 컨시스턴시로 탈수시켰다. 탈수 공정으로부터의 여액은 상술한 바와 같이, 고컨시스턴시 지료 희석 단계용 부분 희석수로서 사용하였다. 제2 증점 운전 후, 지료를 티슈 제조 동안 요구될 때까지 고밀도 저장 체스트에 위치시켰다.

1겹 비크레이프 통기건조 티슈를 실시예 1에 기재된 바와 같이, 3층 헤드박스를 사용하여 제조하였다. 체스트에서 교반하에 새로운 물로 3%의 컨시스턴시로 재희석시켰던 2개의 외층용 완성지료는 화학적으로 처리된 32% 컨시스턴시의 유칼리나무/손상지/코어원지 완성지료 블렌드를 포함하였다. 중심층은 2 마력 일/미터톤의 에너지를 인가하여 정제된 침엽수 섬유 100%로 이루어졌으며, 여기에 습윤 강도 조절을 위해 파레츠 631 NC 5.8 ㎏/미터톤을 첨가하였다. 완제품의 건조 강도는 시트내의 중심층 및 외층 완성지료의 비율을 조정함으로써 조절하였다.

시트의 통기건조 기본 중량은 27.5 gsm이었다. 시트내의 최종 섬유 비율은 침엽수 섬유 (중심층내) 24% 및 유칼리나무/손상지/코어원지 76% (외층들)이었다. 티슈의 최종 강도는 폭 7.62 cm (3 인치) 당 806 g이었다 (기하학적인 평균 인장 강도).

〈실시예 4〉

본 실시예는 C-6092 연화제/박리제 15 ㎏/미터톤 (실시예 3에서의 7.5 ㎏/미터톤 대신에)을 외층 완성지료에 첨가한 것을 제외하고는 실시예 3과 유사하였다. 개선된 화학물질 첨가 방법은 티슈 형성 동안 수상으로부터 대부분의 비보유된 연화제/박리제를 제거하기 때문에, 생성된 생성물은 균등한 인장 강도 및 섬유 조성에서 실시예 1에 기재된 생성물보다 연화제/박리제 함유량이 55% 더 높았다.

지료 제조 및 티슈 제조 수순은 실시예 3의 수순과 동일하였다. 시트의 통기 건조 기본 중량은 27.5 gsm이었다. 시트내의 최종 섬유 비율은 침엽수 섬유 (중심층내) 31% 및 유칼리나무/손상지/코어원지 69% (외층들)이었다. 티슈의 최종 강도는 폭 7.62 cm (3 인치) 당 795 g이었다 (기하학적인 평균 인장 강도).

하기 표 1에 나타낸 결과는 층상 티슈 시트가 실시예 4에 기재된 가공 조건하에 폭 7.62 cm (3 인치) 당 약 800 g (795 g)의 기하학적 평균 인장 강도로 제조하였으며, 이것은 개선된 화학물질 첨가 방법을 사용하여 침엽수 섬유 31% 및 보유된 C-6092 연화제/박리제 5.9 ㎏/미터톤을 함유하였다. 실시예 1에 기재된 통상의 화학물질 첨가 방법을 사용하고 별법의 동일한 제조 조건을 사용하는 경우, 기하학적 평균 인장 강도가 폭 7.62 cm (3 인치) 당 800 g인 층상 티슈 시트는 침엽수 섬유 32%를 함유하였으나, C-6092 연화제/박리제를 단지 3.8 ㎏/미터톤만 함유하였다. 균등한 티슈 강도에서 C-6092의 보유량이 이와 같이 상이한 이유는 추정하건대, 종래의 화학물질 첨가 방법에서 비흡착된 C-6092의 박리 특성이 중심층내의 침엽수 섬유의 강도 증진을 손상시켰기 때문이다. 그 결과, 동일한 완성지료 생성물 인장 강도를 달성하는데 보다 많은 침엽수 섬유가 필요하다.

개선된 화학물질 첨가 방법에 의해, 달리 통상의 화학물질 첨가 방법을 사용하여서는 제조될 수 없었던 목적 강도 수준으로 티슈 섬유/화학 조합물을 제조할 수 있었다. 실시예 2 내지 4에서, 침엽수 및 활엽수의 상대량을 조정하여 일반적으로 일정한 기본 중량 및 강도를 갖는 티슈를 제조하였다. 물론, 여러가지 별법, 예컨대 일반적으로 일정한 강도 및 침엽수/활엽수 비율을 유지하면서 기본 중량을 조정하는 방법도 가능하였다.

표 1에서, "강도"는 수학식에 따라 본 발명의 목적을 위해 계산된 기하학적 평균 인장 강도를 칭한다. 티슈 샘플의 "MD 인장" 강도는 티슈 웹을 종방향으로 신장시킬 때 끊어지는 지점에서의 샘플 폭 당 하중의 통상 측정치 (당업계의 숙련자에게 공지됨)이다. 마찬가지로, "CD 인장"강도는 횡방향으로 취하여진 유사 측정치이다. MD 및 CD 인장 강도는 조우 (jaw) 폭이 7.62 cm (3 인치)이고 조우 전장이 10.2 cm (4 인치)이고, 크로스헤드 속도가 25.4 cm/분 (10 인치/분)인 인스트론 (Instron) 인장 측정기를 사용하여 측정하였다. 샘플을 측정하기 전에, 4 시간 동안 TAPPI 조건 (22.8 ℃ (73 ℉), 상대습도 50%)하에 유지하였다. 인장 강도는 폭 7.62 cm (3 인치) 당 g의 단위로 기록하였다 (끊어진 지점에서).

% 중심층 및 % 외층은 적절한 층내의 섬유의 중량%를 칭한다.

박리제 첨가량은 전체 시트 1 미터톤 당 완성지료에 첨가된 화학 첨가제의 양 (kg)을 반영하였다. 이는 최종 시트내의 외층 완성지료의 양 및 외층 완성지료에 첨가된 수준을 기준으로 계산하였다.

박리제 보유량은 티슈상에 흡착된 화학 첨가제의 양을 반영하였다. 박리제 보유량은 티슈에 첨가된 위트코 C-6092와 같은 이미다졸린 기재의 화학 첨가제에 적합한 하기 수순을 이용하여 측정할 수 있었다. 수순은 표 1에서 ㎏/미터톤으로 전환된 (10을 곱함) % 첨가량을 참조한다. 일반적으로, 티슈의 샘플은 주변 조건에서 평상형 진탕기상에서 주어진 시간 동안 밀봉된 용기내에서 칭량 및 추출하였다. 추출 후, 티슈를 꺼내고, 추출물을 침강시켰다. 이어서, 추출물을 자외선 분광계로 분석하였다. % 추출물을 계산한 후, 첨가량 %는 이하 설명되는 첨가량 상관 곡선을 참고로 측정할 수 있었다.

다음의 기구 및 화학물질을 사용하였다: 피펫 1, 3, 5, 10 및 100 mL; 메스플라스크 100 및 1000 mL; 밀봉된 용기, 예를 들어 시편 컵; 평상화 진탕기, 예컨대 오비탈 평상화 진탕기 (랩 라인 오비탈 셰이커 (Lab Line Orbital Shaker) 모델 3590, 랩 라인 인스트루먼츠, 인크. (Lab Line Instruments, Inc.)); 자외선 분광계 (휴렛 패커드 (Hewlett Packard) 모델 8451A 다이오드 어래이 스펙트로포토미터 (Diode Array Spectrophotometer), 휴렛 패커드); 메탄올, 시약등급; 이미다졸린, 표준물질, 예컨대 위트코 C-6092; 비이커, 30 mL; 및 시험되는 티슈와는 시험되는 화학 첨가제가 없다는 것만 상이한 대조용 티슈.

표준 이미다졸린 원액 (활성물질 1000 ppm)을 제조하였다: C-6092 (활성물질 80%) 0.1250 g을 30 mL 비이커에 칭량하여, 메탄올을 담은 100 mL 플라스크에 정량적으로 옮기고, 메탄올로 표시부까지 희석시켜 수 차례 전화시켰다.

이미다졸린 표준 용액 (10, 30, 50, 100 ppm)을 제조하였다: 100 mL 메스플라스크에 이미다졸린 표준 원액 1, 3, 5 및 10 mL를 첨가하고, 메탄올로 표시부까지 희석시켰다. 표준물질은 각각 10, 30, 50 및 100 ppm이었다.

표준 용액 곡선을 작도하였다: 238 nm 파장으로 설정된 UV 분광 광도계를 사용하여 메탄올 샘플을 사용한 기구를 참조함. 표준 용액 (10, 30, 50 및 100 ppm)의 흡수율을 판독한 후, 농도 대 흡수율의 곡선을 작도하였다. 데이터의 1차 방정식에 부합되었다.

스파이킹 (spiking) 용액 (1000 및 5000 ppm)을 제조하였다: C-6092 1.250 g 및 6.250 g을 50 mL 비이커에 칭량하고, 증류수가 담긴 1000 mL 플라스크에 정량적으로 옮기고, 표시부까지 희석하기 전에 잘 흔들어 용해시켰다. 과도한 포말이 이는 경우, 플라스크의 목까지 채우고, 소량의 메탄올을 첨가하여 포말을 제거하고, 표시부까지 희석시킨 후, 수 차례 전화시켰다. 이것을 1000 ppm 및 5000 ppm 스파이킹 용액으로 삼았다.

첨가량 상관 곡선을 작도하였다: 각각의 첨가량 수준 및 공실험에 대해 최소한 3번의 반복실험을 수행하여야 한다. 4개 이상의 첨가량 수준으로 곡선을 작도해야 한다. 스파이킹 용액은 증류수로 제조하여야 하며, 그 결과 스파이크된 샘플을 60 ℃의 오븐에서 건조시킬 수 있었다.

대조용 티슈를 시편 용기에 5.00 g 칭량 배분하였다. 4개 수준인, 3번의 반복실험 및 공실험을 위해 15개의 샘플을 만들었다. 전형적인 곡선은 티슈의 중량을 기준으로 C-6092 첨가량 0.1%, 0.3%, 0.8% 및 1.0%일 것이다.

스파이킹 용액으로 샘플을 스파이크시키고, 60 ℃의 오븐에서 48 시간 동안 건조시켰다. 메스피펫을 사용하였다.

피펫을 사용하여 메탄올 100 mL를 첨가하고, 용기를 밀봉하였다. 평상화 진탕기에 위치시켜 반 시간 동안 추출하였다. 티슈를 제거하고, 추출물을 침강시켰다. 운반 피펫으로 상청액을 제거하여 분광 광도계 큐벳에 채웠다. UV 광도계를 사용하여 238 nm 파장에서의 흡수율을 측정하였다. 표준 곡선내에 위치시키는데 1 내지 10개의 희석액이 필요할 수 있다. 공실험은 이 희석액의 존재 및 부재하에 판독하여야 하였다. 공실험으로부터의 평균 흡수율 판독치를 감산하였다. 1/10 희석 샘플에 대해서는 1/10 희석 공실험 판독치를 사용하고, 희석하지 않은 샘플에 대해서는 희석하지 않은 공실험 판독치를 사용하였다.

이어서, % 추출물을 다음과 같이 표준 곡선 (이미다졸린)으로부터의 ppm 판독치로부터 계산하였다.

% 추출물 (희석 없음) = ppm 판독치×0.1×100/5000.

% 추출물 (1/10로 희석됨) = ppm 판독치×0.1×10×100/5000.

% 추출물 값 (y축) 대 그에 상응하는 첨가 수준 (x축)으로 첨가량 상관 곡선을 작도하였다. 가장 양호한 부합 곡선 (1차 또는 2차 방정식)을 선택하였다.

샘플 분석: 시편 용기에 샘플 5.00 g을 칭량 배분하고, 메탄올 100 mL를 첨가하였다. 평상화 진탕기에 위치시켜 반 시간 동안 추출하였다. 티슈를 꺼내고, 침강시켰다. 238 nm의 파장에서 추출물을 판독하고, 평균 공실험 흡수율 판독치를 감산하였다. 표준 곡선으로부터 ppm을 계산한 후, % 추출물 값을 계산하였다. 첨가량 상관 곡선을 사용하여 % 추출물 값으로 % 첨가량을 계산하였다.

이미다졸린은 238 nm의 파장에서 최상의 흡수율을 나타내었다. 공실험 티슈 추출물은 238 nm에서 최상 흡수율을 나타내지 않은 반면, 정량적으로 간섭된 몇몇의 흡수율을 가졌다. 공실험은 상당히 재현가능하였고, 측정값에 대해 감산될 수 있었다. 샘플의 중량, 메탄올의 부피 및 추출 시간을 일정하게 유지하는 것이 중요하였다. 첨가량 상관 곡선은 상이한 티슈 샘플들에 대해 작도되어야 하는데, 이는 티슈 공정에 사용되는 여러가지 화학물질이 이미다졸린의 결합에 영향을 미쳐 회수에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. % 첨가량도 또한 % 회수율에 영향을 미치므로, 상관 곡선의 작도시 여러가지 수준의 첨가량을 사용하는 것은 첨가량 값을 결정하는데 도움이 되었다.

〈실시예 5〉

개선된 화학물질 첨가 방법이 제지 공정의 완성지료로부터 비흡착된 화학물질을 제거하는 능력을 보다 양호하게 설명하기 위하여, 실험실 규모의 실험을 수행하였다. 본 실험의 목적은 개선된 첨가 방법을 사용하지 않은 계내에 얼마나 많은 비흡착된 화학물질이 존재하는지 측정하여, 개선된 방법을 사용하여 동일한 양의 화학물질이 첨가된 계와 비교하기 위함이었다. 본 실험에 사용된 완성지료는 유칼리나무 섬유 100%이었다. 사용된 화학 첨가제는 위트코사로부터 시판 입수가능한 연화제/박리제인 C-6092이었다. 첨가 수준은 건조 섬유상의 활성 박리제 0.5% 및 1.0%이었다.

〈0.5% 첨가 실험: 단계 1〉

본 실험 동안, 2.5% 컨시스턴시의 섬유 슬러리 1800 g (건조 섬유 45 g)을 기계적 혼합기를 사용하여 교반시켰다. 상기 섬유 슬러리에 적정량의 C-6092 화학물질을 1% 활성 용액 형태로 교반하에 첨가하였다. 0.5% 부가에 필요한 1% 활성 C-6092의 부피는 22.5 mL이었다. 15 분 동안 교반한 후, 슬러리 600 mL를 꺼내어 판상에 분무시키고, 실온의 후드안에서 건조시켰다. 이 샘플은 1A로서 칭할 것이다.

〈단계 2〉

남은 슬러리 1200 g을 와트만 (Whatman) 4 여과지 및 부크너 (Buchner) 깔대기 장치를 사용하여 여과시켰다. 여과 단계는 도 1에 도시된 개선된 화학물질 첨가 방법의 탈수 단계를 모사한다. 필터 패드 (대략 25%의 컨시스턴시에서)를 대략 동일한 질량의 2개 분획으로 나누었다. 하나의 분획은 실온의 후드에 위치시켜 건조시켰다. 이 샘플은 2A로서 칭할 것이다.

〈단계 3〉

필터 패드의 나머지 반 (대략 600 g)을 증류수를 사용하여 2.5%의 컨시스턴시로 재분산시켰다. 슬러리를 15 분 동안 기계적으로 교반시킨 후, 와트만 4 여과지 및 부크너 깔대기 장치를 사용하여 여과시켰다. 이 여과 단계는 티슈 기계의 성형 및 진공 탈수 대역에서 일어나는 탈수를 모사한다. 필터 패드를 실온의 후드에 위치시켜 건조시켰다. 이 샘플을 3A로서 칭할 것이다.

〈1.0% 첨가 실험〉

단계 1 내지 3을 1.0% 첨가 수준의 C-6092를 사용하여 반복하였다. 상응하는 샘플을 1B, 2B 및 3B로 코딩하였다.

모든 샘플을 메탄올 추출을 사용하여 C-6092 함량에 대해 분석한 후, 238 nm에서 UV 분광계로 분석하고, 공지된 검량 곡선의 흡수율과 비교하였다. 그 결과를 하기 표에 나타내었다.

	샘플 번호
	1A	2A	3A	1B	2B	3B
C-6092 함량 (%)	0.51	0.30	0.28	1.05	0.73	0.68

상기 결과는 개선된 화학물질 첨가 방법을 사용하는 것이 완성지료중의 비흡착된 박리제의 양을 감소시키는데 효과가 있었음을 입증한다. 샘플 1A 및 2A의 C-6092 함량을 비교한 결과, 41%의 화학물질이 섬유상에 충분히 보유되지 못하고 탈수 동안 제거된 것으로 나타났다. 통상의 반완성지료박스 화학물질 첨가 방법을 사용한 경우, 비흡착된 화학물질은 완성지료중에서 유리하여 다른 섬유 스트림을 오염시키고, 이로 인해 상술한 가공상의 문제점을 야기시켰다. 그러나, 샘플 2A 및 3A의 C-6092 함량을 비교한 결과, 보유된 C-6092의 6%만이 제2 탈수 단계 동안 추가로 제거되었으며, 이는 티슈 기계상의 시트 형성을 모사하였다.

1B, 2B 및 3B의 C-6092 함량을 비교한 경우, 본래 1.0% 화학물질 첨가량의 30%가 제1 탈수 단계 동안 제거되었지만, 보유된 C-6092의 7%만이 제2 탈수 단계 동안 추가로 제거되었다.

개선된 화학물질 첨가 방법의 이러한 모사는 섬유 분획상의 화학물질 보유 수준을 높게 유지하면서 종이 제조 공정수중의 비흡착된 화학 첨가제의 양은 상당히 감소시키는 능력을 입증한 것으로 믿는다.

상기 발명의 상세한 설명은 예시의 목적으로 기재되었다. 따라서, 수많은 변형 및 변화가 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남 없이 행해질 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시양태 부분으로서 설명되는 대안 또는 임의의 특징이 또다른 실시양태를 만드는데 사용될 수 있다. 또한, 2개로 명명된 성분들은 동일한 구조 부분을 나타낼 수 있다. 또한, 특히 지료 제조, 헤드박스, 성형 패브릭, 웹 이송장치, 크레이핑 및 건조와 관련된 다양한 교호적인 공정 및 설비 배열이 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 특정 실시양태에 의해 제한되어서는 안되며, 단지 청구의 범위 및 그의 모든 등가물에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (35)

1. 물, 셀룰로오스계 섬유 및 흡착성 화학 첨가제를 포함하는 섬유 슬러리를 조성하는 단계;

   섬유 슬러리를 탈수시켜 비흡착된 화학 첨가제를 제거하는 단계; 및

   섬유를 새로운 물로 재분산시키는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 물, 셀룰로오스계 섬유 및 흡착성 화학 첨가제를 포함하는 제1 섬유 슬러리를 조성하는 단계;

   흡착성 화학 첨가제가 사실상 없는 제2 섬유 슬러리를 조성하는 단계;

   제1 섬유 슬러리를 탈수시켜 비흡착된 화학 첨가제를 제거하는 단계;

   제1 섬유 슬러리내의 섬유를 새로운 물로 재분산시키는 단계; 및

   층상 헤드박스를 사용하여 종이 제품을 형성하는 단계

   를 포함하며, 이 때 제1 섬유 슬러리는 제1 헤드박스 층에 공급되고 제2 섬유 슬러리는 제2 헤드박스 층에 공급되는 방법.
3. 제1항에 있어서, 섬유 슬러리를 조성하는 것이 물 및 셀룰로오스계 섬유를 포함하는 수용액에 흡착성 화학 첨가제를 첨가하는 것을 포함하는 방법.
4. 제1 또는 2항에 있어서, 화학 첨가제가 물 및 셀룰로오스계 섬유로 된 슬러리에 약 5 ㎏/미터톤 이상의 양으로 첨가되는 방법.
5. 제1 또는 2항에 있어서, 탈수가 섬유 슬러리의 컨시스턴시를 약 30% 이상으로 증가시키는 방법.
6. 제1 또는 2항에 있어서, 섬유의 재분산이 섬유 슬러리의 컨시스턴시를 약 5% 이하로 감소시키는 방법.
7. 제1 또는 2항에 있어서, 제거된 비흡착된 화학 첨가제를 섬유 슬러리와 분리된 채로 유지하는 것을 더 포함하는 방법.
8. 제1 또는 2항에 있어서, 새로운 물이 비흡착된 화학 첨가제가 완전히 배제된 것인 방법.
9. 제1 또는 2항에 있어서, 화학 첨가제가 첨가된 후에, 흡착시키기에 충분한 체류 시간이 제공되는 방법.
10. 제1 또는 2항에 있어서, 제거된 비흡착된 화학 첨가제가 섬유 슬러리를 탈수시키기 전에 소정의 가공 단계에서 재사용되는 방법.
11. 제1 또는 2항에 있어서, 흡착성 화학 첨가제가 박리제를 포함하는 방법.
12. 제1 또는 2항에 있어서, 흡착성 화학 첨가제가 연화제를 포함하는 방법.
13. 제1 또는 2항에 있어서, 화학 첨가제가 박리제 또는 연화제를 포함하고, 일단 화학 첨가제가 섬유 슬러리에 첨가되면 섬유 슬러리가 고전단 정제력을 받지 않는 방법.
14. 제1 또는 2항에 있어서, 재분산된 섬유 슬러리가 제2 흡착성 화학 첨가제로 처리되고, 제2 탈수되어 비흡착된 화학 첨가제를 제거하고, 제2 재분산되는 방법.
15. 제14항에 있어서, 제2 화학 첨가제가 연화제를 포함하는 방법.
16. 제14항에 있어서, 제2 화학 첨가제가 박리제를 포함하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 복수개의 층을 포함하되, 모든 층이 흡착성 화학 첨가제를 함유한 섬유 슬러리로부터 형성되지는 않는 종이 제품을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
18. 물, 셀룰로오스계 섬유 및 제1 흡착성 화학 첨가제를 포함하는 섬유 슬러리를 조성하는 단계;

    섬유 슬러리를 약 20% 이상의 컨시스턴시로 탈수시키는 단계;

    탈수된 섬유 슬러리를 분산기에 통과시켜 섬유를 기계적으로 처리하는 단계;

    섬유 슬러리를 제1 화학 첨가제가 사실상 없는 새로운 물로 약 5% 이하의 컨시스턴시로 희석시키는 단계;

    박리제 또는 연화제를 포함하는 제2 흡착성 화학 첨가제를 섬유 슬러리에 첨가하는 단계;

    섬유 슬러리를 약 20% 이상의 컨시스턴시로 탈수시키는 단계;

    섬유 슬러리를 제2 화학 첨가제가 사실상 없는 새로운 물로 약 5% 이하의 컨시스턴시로 희석시키는 단계; 및

    섬유 슬러리로부터 종이 제품을 형성하는 단계

    를 포함하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 제1 화학 첨가제가 결합제를 포함하는 방법.
20. 섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양이 약 2 ㎏/미터톤 이상이고, 수중의 비흡착된 화학 첨가제의 양이 섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양의 0 내지 약 20%인, 제1항 기재의 방법을 사용하여 제조된 섬유 완성지료.
21. 섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양이 약 2 ㎏/미터톤 이상이고, 수중의 비흡착된 화학 첨가제의 양이 섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양의 0 내지 약 20%인, 물, 셀룰로오스계 섬유 및 흡착성 화학 첨가제를 포함하는 섬유 완성지료.
22. 제20 또는 21항에 있어서, 섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양이 약 3 ㎏/미터톤 이상인 것인 섬유 완성지료.
23. 제22항에 있어서, 섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양이 약 4 ㎏/미터톤 이상인 것인 섬유 완성지료.
24. 제22항에 있어서, 섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양이 약 5 ㎏/미터톤 이상인 것인 섬유 완성지료.
25. 제20 또는 21항에 있어서, 수중의 비흡착된 화학 첨가제의 양이 섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양의 0 내지 약 15%인 것인 섬유 완성지료.
26. 제25항에 있어서, 수중의 비흡착된 화학 첨가제의 양이 섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양의 0 내지 약 10%인 것인 섬유 완성지료.
27. 제25항에 있어서, 수중의 비흡착된 화학 첨가제의 양이섬유상에 흡착된 화학 첨가제의 양의 0 내지 약 7%인 것인 섬유 완성지료.
28. 제20 또는 21항에 있어서, 화학 첨가제가 연화제, 박리제, 건조 보강제, 습윤 보강제 및 유백제로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 완성지료.
29. 제21항 기재의 완성지료로부터 제조된 종이 제품.
30. 제1항 기재의 방법을 사용하여 제조된 종이 제품.
31. 복수개의 단위 층을 포함하고, 제2항의 방법을 사용하여 제조된 종이 제품.
32. 제29 또는 30항에 있어서, 화학 첨가제 보유량이 약 4 ㎏/미터톤 이상인 것인 종이 제품.
33. 제32항에 있어서, 화학 첨가제 보유량이 약 5 ㎏/미터톤 이상인 것인 종이 제품.
34. 제31항에 있어서, 침엽수 섬유를 주성분으로 하는 중심층 및 활엽수 섬유를 약 70% 이상 포함하는 2개의 외층을 포함하는 종이 제품.
35. 제29 또는 30항에 있어서, 층상 티슈인 종이 제품.