KR20040029534A

KR20040029534A - 천연펄프 및 폴리에스터 합성섬유를 바인더로 결합시켜제조된 특수지

Info

Publication number: KR20040029534A
Application number: KR1020020059834A
Authority: KR
Inventors: 류희만
Original assignee: 중앙특수제지(주)
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-08

Abstract

본 발명은 천연펄프 및 폴리에스터 합성섬유를 바인더로 결합시켜 제조된 특수지에 관한 것으로, 상기 특수지는 종이와 섬유의 장점만을 갖는 특수 소재이다. 본 발명에 따른 특수지는 천연펄프 10 내지 90 중량부 및 폴리에스터 합성섬유 90 내지 10 중량부를 바인더로 결합시켜 제조되며, 우수한 물성을 가지는 환경친화적 소재로서 도배용 초배지, 팬시지, 일회용 물티슈, 식품 및 약품 포장지, 종이봉투, 자수용 덧붙임천, 과일 재배용 봉지 등의 용도로 널리 사용될 수 있다.

Description

천연펄프 및 폴리에스터 합성섬유를 바인더로 결합시켜 제조된 특수지{Special Paper Prepared from Natural Pulp and Polyester Synthetic Fiber Combined by Using a Binder}

본 발명은 천연펄프 및 폴리에스터 합성섬유를 바인더로 결합시켜 제조된 특수지에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 천연펄프 10 내지 90 중량부 및 폴리에스터 합성섬유 90 내지 10 중량부를 바인더로 결합시켜 우수한 물성을 가지면서 환경친화적인 특수지를 제조하고, 상기 특수지를 도배용 초배지, 팬시지, 일회용 물티슈, 식품 및 약품 포장지, 종이 봉투, 자수용 덧붙임천, 과일 재배용 봉지 등의 용도로 사용하는 방법에 관한 것이다.

천연펄프로 제조된 종이는 인쇄 특성은 좋으나, 강도 및 내수성이 약하고, 합성펄프인 부직포 등은 강도가 높고 가벼우나 분해가 곤란하다는 단점이 있다. 따라서, 사용 용도에 맞도록 물성을 강화시킨 특수지가 많이 개발되고 있다.

천연펄프와 합성섬유의 장점을 이용하기 위한 혼합 소재에 관한 발명으로는 대한민국특허 제150270호가 있다. 상기 특허는 폴리올레핀계 합성 펄프와 천연 펄프와의 혼초지로부터 제작한 과실 재배용 봉투에 관한 것으로, 폴리올레핀계 합성펄프 5-95 중량부 및 천연 펄프 95-5 중량부로 이루어진 혼초지를 과수 재배용 봉투로 사용하여 습인장 및 통기성 등을 향상시킬 수 있다고 기재하고 있다. 이러한 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함한 폴리올레핀계 합성 펄프와 천연 펄프와의 혼합펄프는 합성목재펄프(Synthetic Wood Pulp: SWP)로 불리며 최근 일반화되고 있는 소재이다. 그러나, 이러한 소재는 기존 소재에 비하여 물성이 향상되기는 하였으나 고가이며, 종이 제품 표면에 표출된 우아한(미려한) 섬유의 느낌이 없으며, 산업용 기능성을 요구하는 우수한 인열강도를 가지지 못한다는 단점이 있다.

본 발명자는 직물 공장에서 폴리에스터 폐섬유가 대량으로 버려지고 있다는 점에 착안하여 이의 활용방법을 연구하던 중 천연펄프와 혼합하여 특정 바인더로 결합시키면 우수한 물성을 갖는 특수지가 제조됨을 발견하였다. 본 발명은 폐기되고 있는 폴리에스터 합성섬유도 사용할 수 있어 폐자원 활용 면에서도 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 특수지는 현재 각 분야에 걸쳐 공산품 소재로 널리 사용되는 부직포를 대체할 수 있는 소재로서 그 의의가 있다. 부직포는 비교적 강도가 높으며 일반 종이를 대신하여 많이 사용되고 있다. 그러나, 부직포는 자원 재활용이 불가능하고 제조비용이 높아 사용범위가 많이 제한되고 있다.

본 발명에 따른 특수지는 종이로서의 특성과 섬유로서의 특성을 동시에 갖고 있어, 우수한 강도와 인쇄특성을 가지고 있다. 따라서, 다양한 용도로 널리 사용될 수 있는데, 그 대표적인 용도는 벽지 도배시 벽과 도배지 사이의 접착력을 증가시키고 벽지의 미적 표현을 극대화시키기 위하여 사용되는 초배지이다. 벽지 도배시 벽면과 도배지의 부착력이 약하기 때문에 초배지를 벽면에 도포하고 그 위에 도배지를 다시 도포하는 것이 일반적이다. 최근 초배지로서 널리 사용되고 있는 소재가 부직포이다. 부직포의 장점은 종전에 초배지로 사용되어 왔던 한지에 비하여 강도가 크고, 가볍다(평량 40g/m²)는 것이다. 그러나, 부직포 초배지는 다음과 같은 단점을 가진다.

- 부직포 초배지는 소수성인 화학사 합성 제품이므로, 도배용 풀과의 접착력이 약하다. 따라서, 낮은 접착력을 해결하고자, 특수풀을 이용하거나 250mm 운용지를 별도로 사용하므로, 비용이 증가되고 공정이 복잡하다.

- 부직포는 조직이 치밀하지 못하여 통기성이 높아 벽지 시공 시 벽지의 풀이 벽에 전이되어 불필요한 접착이 발생한다.

- 부직포는 밀도가 낮아 제품 자체가 두꺼워(200×10^-3mm) 벽지 시공시 부직포가 겹친 부위에 층이 발생된다.

- 부직포는 화학섬유이므로 분해가 곤란하고 자원 재활용이 되지 않는다.

초배지 사용에 따른 벽지 도포의 복잡한 공정 및 시공 비용 등의 문제로 초배지 관련 특허출원은 현재까지 꾸준히 늘어나고 있는 추세이다. 그러나, 대부분은 두 가지 다른 소재를 특수 접착제로 합지하여 사용되는 수준에 머물고 있다(대한민국 특허등록 286283호, 96-15750호). 본 발명자는 폐자재에서 조달될 수도 있는 폴리에스터 화학섬유를 이용하여 종이보다 강도가 높고, 풀과의 접착성도 좋으며, 제조단가가 매우 낮은 신소재인 "천과 같은 종이"를 개발하게 되었다.

본 발명에 따른 특수지의 장점을 정리하면 다음과 같다.

- 합성섬유에 천연펄프를 혼합하여 제조되어 인열강도가 뛰어난 친수성 소재로서, 풀에 대한 접착력이 뛰어나다. 따라서, 초배지로 사용시 별도의 운용지 시공이 필요하지 않다.

- 부직포 초배지보다 조직이 치밀하고 강도는 뛰어나며 두께는 상대적으로 얇고(140×10^-3mm) 풀이 배어 나오지 않는다.

- 천연펄프를 함유하므로, 재활용이 가능한 소재이다.

그러나, 폴리에스터 합성섬유와 천연펄프는 그 특성상 쉽게 결합되지 못하며, 낮은 비중을 갖는 합성섬유의 해리 공정에 문제가 있어 폴리에스터와 천연펄프를 혼합하여 제조된 특수지는 개발된 적이 없었다. 본 발명자는 적절한 바인더와 특수 비터를 사용하여 상이한 특성을 갖는 두 종류의 소재를 결합시키는 데 성공하였다.

본 발명에 따른 특수지는 첫째, 낮은 생산 비용으로도 여러 가지 단점을 가지는 기존 소재의 단점을 해소한다는 점, 둘째, 폐자재를 활용할 수 있으며, 합성섬유의 비율을 낮추어 연소시 유독 가스의 발생을 줄일 수 있다는 점 및 폐자원 활용 면에서 환경 친화적인 소재라는 점, 그리고, 셋째, 폴리에스터 폐섬유를 활용하고 초배지로서 시공 단계를 축소하여 비용 절감 효과가 있다는 점에서 산업적 의의를 찾을 수 있다.

본 발명은 천연 펄프를 폴리에스터 섬유와 결합시켜 고강도의 특수지를 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 섬유 공장에서 버려지는 폐섬유사인 폴리에스터 섬유를 천연 펄프와 결합시켜 제조 원가가 낮으면서도 물성이 뛰어난 특수지를 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 천연 펄프를 폴리에스터 섬유와 결합시켜 제조된 특수지의 벽지용 초배지, 팬시지, 물수건 대용 물티슈, 식품 또는 약품 포장지, 종이 봉투, 자수용 덧붙임천, 과일 재배용 봉지 등의 다양한 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 천연 펄프를 함유한 환경 친화적인 소재로서의 특수지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명은 천연펄프와 폴리에스터 합성섬유를 바인더로 결합시켜 제조된 특수지에 관한 것으로, 천연펄프 10 내지 90 중량부 및 폴리에스터 합성섬유 90 내지 10 중량부를 바인더로 결합시켜 중성 초지한 특수 화학섬유 종이이다. 특수지의 평량은 제조공정 조건에 따라 당업자가 용이하게 조정할 수 있으나, 본 발명에서는 평균 평량을 20 내지 100g/㎡로 조정한다.

본 발명에 사용되는 천연펄프의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 목재 펄프가 바람직하다.

본 발명에 따른 폴리에스터 합성섬유는 일반적인 폴리에스터 섬유를 사용할수 있으나, 자원 재활용 및 원가 절감을 위하여 폐합성사를 2 내지 15mm로 절단하여 사용하는 것이 바람직하다.

바인더는 비닐론 섬유를 만들 때 생기는 PVA(Polyvinyl alcohol fiber) 섬유인 섬유상 바인더, SWP(Synthetic wood pulp)처럼 제조시에 섬유가 피브릴화 되어있는 펄프상 바인더, 및 전분과 같이 분말상태로 습지에 뿌리는 분말 바인더가 사용될 수 있으나, 이 중 PVA 화이버가 가장 바람직하다. 화학섬유는 자체 결속력이 없으므로, 천연펄프와 결합되지 못하지만, 본 발명에 따라 바인더를 첨가한 후 건조 공정 단계에서 열을 공급하여 온도를 70 내지 80℃로 상승시키면 천연펄프와 화학섬유간의 융착이 일어나게 되어 특수지 조성물이 제조된다. 바인더의 사용 함량은 당업자에 의하여 용이하게 결정될 수 있으나, 천연펄프와 폴리에스터 총 100 중량부 당 2 내지 10 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 특수지를 제조하기 위한 바람직한 구체예에서는, 천연 펄프, 폴리에스터, 및 바인더 이외에도 중성 초지에서 내수 효과를 높이기 위한 사이징제(sizing agent)로서 AKD(alkyl ketene dimer) 1~2 중량부 및 생성물의 강도를 높이기 위한 습윤제로서 에폭시 지력 증강제 1~6 중량부를 첨가한다.

또한, 필요에 따라 분산제, 보류 촉진제, 지력강화제, 소포제, 이형제 등이 더 포함될 수 있으며, 이들의 사용 함량은 당업자가 용이하게 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 특수지는 종이로서의 특성과 합성섬유로서의 장점을 함께 가지기 때문에 뛰어난 인쇄 특성과 부드러운 질감을 가짐과 동시에 뛰어난 강도를 나타내므로, 일반 팬시지 뿐 아니라 돈띠지, 봉투 및 쇼핑백 용지, 자수용 덧붙임천,일회용 물티슈, 과수 재배용 봉지의 소재로서 그 활용범위는 무궁무진하다. 특히, 본 발명에 따른 특수지는 천연 펄프를 혼합함으로써 인열강도가 뛰어난 친수성 소재로서, 풀에 대한 접착력이 뛰어나며, 조직이 치밀하고, 두께는 상대적으로 얇고(140×10^-3mm) 풀이 뒤로 배어 나오지 않아 도배용 초배지로 특히 적합하게 사용될 수 있다.

상기 조성물을 특수지로 제조하는 공정은 당업자에게 잘 알려져 있다.

이를 간단히 설명하면, 천연펄프 10 내지 90 중량부를 펄퍼(pulper)에서 5.0 중량% 농도로 수중에 해리시키고, 리파이너(Refiner)에서 20~40°SR로 비팅한다.

폴리에스터 합성섬유는 칼비터 등의 섬유 특수 비터(Beater)에서 해리(농도 3 중량%)시키고, 상기 천연펄프와 폴리에스터, 바인더, AKD, 에폭시 수지 등의 첨가제를 혼합한 후 바트(Vat)와 와이어(Wire)를 이용하여 겹지로 초지한 후 일반 장망 습식 초지기 생산 공정과 같이 압착 탈수 후 건조 드라이어(Dryer)를 통과시킨다. 이때, 조직의 치밀성과 지필의 고강도를 얻기 위해 사용된 바인더에 의하여 소재간의 열 융착이 일어나 본 발명에 따른 특수지가 생성된다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

특수지의 제조

가. 천연펄프

N-BKP(Naded-Bleach Kraft Pulp)를 펄퍼(Pulper)에서 물 중에 5.0 중량% 농도로 해리시킨 다음, 펄프의 커팅을 위하여 리파이너(Refiner)에서 20~40°SR로 비팅시켰다.

나. 폴리에스터 합성섬유

섬유 특수 비터(Beater)에서 물 중 3 중량% 농도로 해리시켰다.

다. 배합

천연펄프 50 중량부, 폴리에스터 합성섬유 50 중량부, PVA 바인더 3 중량부, AKD 2 중량부, 및 에폭시 수지 5 중량부를 혼합하여 초지를 제조하였다.

라. 특수지 제조

바트 + 와이어 →압착(Press) →건조(Dryer) →포프 릴(Pope Reel)

물성비교

본 발명에 따라 제조된 특수지를, 상용화되고 있는 돈띠지, 종이 봉투, 도배용 초배지인 운용지 및 부직포와 비교하였다.

각 샘플의 인열강도(tear strength)와 인장강도(tensile strength)의 측정방법은 다음과 같다.

- 인장강도: 한국 산업 규격 KS M 7014(1980)에 따라 각 소재 시편의 인장강도를 측정하였다.

- 인열강도: 한국 산업 규격 KS M 7016(1980) 각 소재 시편의 인열강도를 측정하였다.

실시예 1- 돈띠지의 제조

천연펄프(N-BKP) 70 중량부 및 폴리에스터 폐섬유 30 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기한 제조방법에 따라 돈띠지용 특수지를 제조하여 샘플로 하였다. 시중에서 사용되는 돈띠지를 대조샘플로 하여 평량, 두께, 밀도, 벌크성, 인열강도와 인장강도를 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.

	대조샘플	샘플
평 량 ( g/m²)	45	45
두 께 ( 10^-3mm )	65	86
밀 도	0.69	0.52
벌 크	1.45	1.91
인장강도	MD	4.5	3.4
인장강도	CD	1.1	0.84
인열강도	MD	83	195
인열강도	CD	188	662

본 발명에 따른 샘플은 대조샘플에 비하여 인열강도가 높아 매듭 결속력이 향상되는 반면, 부드러운 질감을 가지고 있었다. 또한, 동일 평량 당 높은 벌크성을 가진다.

실시예 2-종이 봉투의 제조

천연펄프(N-BKP) 50 중량부 및 폴리에스터 폐섬유 50 중량부를 사용하였으며 상기한 제조방법에 따라 쇼핑백용 종이 봉투를 제조하여 샘플로 하였다. 시중에서 사용되는 종이 봉투를 대조샘플로 하여 평량, 두께, 밀도, 벌크성, 인열강도와 인장강도를 측정하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.

	비교샘플	샘플
평 량 ( g/m²)	120	80
두 께 ( 10^-3mm )	142	149
밀 도	0.85	0.54
벌 크	1.18	1.86
인장강도	MD	9.7	6.1
인장강도	CD	5.2	2.2
인열강도	MD	95	343
인열강도	CD	105	393

실시예 2에 따른 샘플은 평면의 평활성으로 인하여 팬시지가 갖추어야 할 우수한 인쇄적성을 나타나며, 또한 제대지가 갖추어야하는 물성 중 펄프로는 해결이 불가능한 인열강도를 향상시킴으로서 평량을 낮출 수 있으므로 원가절감의 효과가 있다.

실시예 3-초배지의 제조

천연펄프(N-BKP) 50 중량부 및 폴리에스터 폐섬유 50 중량부를 사용하였으며, 상기한 제조방법에 따라 도배용 초배지를 제조하여 샘플로 하였다. 시중에서 사용되는 운용지 및 부직포 초배지를 각각 대조샘플 1 및 2로 하여 평량, 두께, 밀도, 벌크성, 인열강도와 인장강도를 측정하였으며, 그 결과는 표 3에 나타내었다.

	비교샘플 1	비교샘플 2	샘플
평 량 ( g/m²)	73	40	60
두 께 ( 10^-3mm )	110	215	145
밀 도	0.66	0.19	0.41
벌 크	1.5	5.38	2.42
인장강도	MD	4.8	1.27	4.14
인장강도	CD	-	-	4.06
인열강도	MD	88	500↑	343
인열강도	CD	-	-	386

표 3에서 알 수 있듯이, 실시예 3에 따른 샘플은 비교샘플 1 및 2와 비교하여 인장강도나 인열강도가 높지는 않으나, 천연펄프를 50% 혼합한 친수성 종이로서 풀에 대한 접착력이 뛰어나며, 벽지와 풀에 대한 접착력이 우수하여 별도의 운용지 시공이 필요하지 않다. 또한, 본 발명에 따른 샘플은 겹지로 제작되어 조직이 치밀하여 풀이 뒤로 배어나지 않으며, 부직포 초배지보다 조직이 치밀하여 강도는 뛰어나며 두께는 상대적으로 얇다(140×10^-3mm). 특히 가장자리는 바트와 와이어 상의 습지폭을 조정하여 100×10^-3mm 이하로 특수하게 생산함으로서 초배지가 겹치는 부위의 두께를 극소화할 수 있었다. 따라서, 벽지 시공시 비용 및 공정을 현저하게 절감할 수 있다.

실시예 1 내지 3에 따른 본 발명의 특수지는 기존 소재와 비교하여 동일하거나 다소 낮은 인장 강도를 나타내기는 하였으나, 돈띠지, 종이 봉투, 초배지 등의 용도로서 요구되는 인열강도는 매우 뛰어난 것을 알 수 있었다. 표 1 내지 3에 나타난 샘플의 인열강도는 비록 부직포(실시예 3의 비교샘플 2)에 비하여 높지는 않았으나, 기타 대조샘플보다는 우수하였으며 기존의 일반종이와 비교할 때는 4배 이상의 충분한 강도를 나타내고 있어 모든 용도로서 이용되기에 충분한 강도를 가지고 있음을 알 수 있다. 또한, 부직포와 비교하더라도 비용 대비 효과는 훨씬 월등함을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 샘플은 벌크성이 좋아 동일 평량당 두께가 크므로 상품으로서의 가치도 높다.

본 발명에 따른 특수지는 화학사 및 폐화학사를 기존 천연펄프와 혼합하여결합시킴으로서 새로운 지질의 특수지를 생산하여 기존 부직포와 종이의 문제점을 해결한 새로운 기능지이다. 본 발명의 특수지는 우수한 강도와 풀과의 접착성으로 인하여 기존의 초배지를 대체할 수 있는 우수한 소재로 이용될 수 있으며, 이외에도 우수한 강도와 함께 우수한 인쇄특성, 부드러움, 무공해성 등으로 인하여 일반 팬시지, 돈띠지, 봉투 및 쇼핑백 용지, 자수용 밑지, 일회용 수건, 식품 또는 약품 포장재, 과일 재배용 봉지 등으로 널리 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 특수지는 기존 소재에 비해 습윤강도, 복원력, 및 통기성이 뛰어나 과일 재배용 봉지로 사용되기 좋으며, 또한 과일 재배용 봉지의 원지 생산시 종래 공정과는 달리 요소 수지 등의 유해한 화학약품을 전혀 사용하지 않으므로, 원지 생산시 과다한 약품사용으로 인한 수질 환경 오염을 극소화할 수 있다.

Claims

천연펄프 10 내지 90 중량부 및 폴리에스터 합성섬유 90 내지 10 중량부를 바인더로 결합시켜 제조된 특수지.
제1항에 있어서, 상기 폴리에스터 합성섬유는 폐섬유인 것을 특징으로 하는 특수지.
제1항에 있어서, 상기 바인더는 PVA 화이버이며, 천연펄프와 폴리에스터 총 100 중량부 당 2 내지 10 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 특수지.
제1항에 있어서, 사이징제로서 AKD 1 내지 2 중량부 및 습윤제로서 에폭시 지력 증강제 1 내지 6 중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 특수지
제1항에 있어서, 분산제, 보류 촉진제, 지력강화제, 소포제, 및 이형제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특수지.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 특수지를 도배용 초배지, 팬시지, 일회용 물티슈, 식품 및 약품 포장지, 종이 봉투, 자수용 덧붙임천, 및 과일 재배용 봉지로 사용하는 방법.