KR20050002908A - 섬유웹 및 이의 제조를 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충전제를 함유하는 섬유웹 및 이를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 충전제를 함유하는 섬유웹은 과립 형태이고 회전 대칭형 및 내측부 및 표피 부분을 가지고, 이를 통하여 내측부 밀도가 외부 부분보다 낮아지는 물질을 포함한다. 본 발명에 따르면, 섬유웹은 예를 들어, 종이, 보드 또는 부직웹일 수 있다. 섬유웹은 좋은 인장 강도 및 좋은 내열성을 가진다.

Description

섬유웹 및 이의 제조를 위한 방법 {FIBROUS WEB AND PROCESS FOR THE PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 충전제 및 섬유 재료의 제조에서 이의 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 제 1 청구항의 전제부에 따른 충전제를 함유한 섬유웹에 관한 것이다.

본 발명은 또한 충전제를 함유한 섬유웹을 제조하기 위한 제 14 청구항의 전제부에 따른 방법 및 좋은 인장 강도를 가지는 섬유웹의 내열성을 개선시키기 위한 제 21 청구항의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다.

종이 제조는 다수의 부분적으로 반대되는 물체와 관련된다. 따라서, 최종 제품은 다른 것들중에서, 가능한한 좋은 광학적인 특성, 예를 들어 백색도, 평활성, 안정성, 광택 및 불투명도를 가져야 한다. 충전제는 이러한 특성을 개선하는데 사용된다. 대부분의 충전제가 종이에서 사용되는 섬유원료보다 저렴하기 때문에, 원료의 비용이 또한 충전제를 사용하여 감소될 수 있다.

통상적인 충전 시약 또는 충전제는 분말, 미세 돌결 분말(fine-grained powder)이다. 이들은 천연 광물로부터 제조되거나 합성 수단으로 제조된다. 일반적으로, 충전제는 광물 충전제, 특별한 안료 및 다른 충전제로 구분된다. 가장 통상적인 광물 충전제는 카올린, 탈크 및 칼슘 카보네이트이다. 특별한 안료는 구조적인 카올린, 합성 실리케이트, 티다늄 다이옥사이드, 알루미늄 하이드록사이드 및 일부 유기 안료를 포함한다. 다른 충전제는 예를 들어, 석고, 새틴 화이트 및 바륨 및 징크 설페이트를 포함한다.

제지 공업에서 충전제의 양을 증가시키기 위한 가장 일반적인 필요조건은 셀룰로오스의 가격보다 낮은 충전제의 가격이고, 보다 나은 비투명도 또는 불투명도이다. 목적은 섬유웹(예를 들어, 종이)을 가능한한 얇은 코팅층에 의하여 가능한한 비투명도 또는 불투명도를 갖도록 만드는 것이다. 종이는 또한 좋은 기계적인 특성, 예를 들어 좋은 평활성 및 고건습 강도를 가져야만 한다.

그러나, 또한 충전제를 사용하는데 수반되는 단점이 있다. 사용되는 충전제가 최종 제품의 기계적인 특성, 특히 강도의 저하를 유발한다. 제지 기술에서 일반적으로 수용되는 규칙에 따르면, 종이중의 셀룰로오스가 충전제로 교체된 경우에, 종이 강도는 첨가된 충전제의 약 2배 또는 3배만큼 감소하는데, 즉 충전제의 10%를 종이에 첨가된 후에, 그 강도가 화학 펄프만을 함유한 대응되는 중량의 종이의 강도보다 20 내지 30% 낮다. 충전제의 입자 크기 및 모양은 강도의 감소에 영향을 미치고; 큰 입자 크기는 작은 크기 만큼 강도를 감소시키지 않는다.

강도 특성의 저하는 단지 셀룰로오스의 양에서 감소의 결과는 아니다. 충전제 추가가 10%만큼 셀룰로오스의 양을 감소시키고, 그래서 이로 유발된 강도의 감소가 단지 10%일 것이다. 셀룰로오스 섬유간에 결합에서 충전제의 불리한 작용때문에 강도의 다른 10 내지 20%가 주로 손실된다. 충전제 입자는 부분적으로 섬유간에 안착하고, 이로 인해 예를 들어 수소 결합에 의하여 서로 서로 섬유의 결합이감소한다. 이는 강도 특성의 저하에 기여한다.

거대 입자가 충전제로서 사용되는 경우, 고밀도 거대 입자때문에 충전되거나 또는 코팅된 제품의 중량이 증가하는 특별한 문제가 있다는 것이 또한 언급되어야 한다. 이러한 사실은 제품의 용도 또는 경제성에 관한 불리한 영향을 가질 수 있다. 저밀도 안료를 사용하여 동일한 특성을 제공하는 것이 가능하다면, 그것이 많은 경제적인 이익이 될 것이다.

본 발명의 목적은 강도 특성의 저하에 관련된 단점을 제거하는 것이다.

본 발명은 통상적인 분말 충전제를 추가하거나 그 대신에, 안료 입자 및 이들을 상호연결하는 결합제를 포함하는 조합 제품이 사용된다는 생각에 기초한다. 상호연결된 안료 입자는 안료 결합 구조 과립을 형성한다. 이 과립은 회전 대칭형을 가지고 상기 과립은 내측부 및 외피부를 가지고, 이로 인해 내측부의 밀도가 외피부보다 낮다. 결합제 및 안료에 추가하여, 또한 구조가 아마도 첨가제를 포함한다. 우리는 놀랍게도 이와 같은 조합 제품이 섬유웹의 섬유간에 공간에서 안착하여 섬유간의 결합이 방해되지 않고 구조에 내재된 강도가 남아 있다는 것을 발견하였다.

본 발명은 섬유웹의 제조에서 충전제의 적어도 일부, 3중량% 이상의 양이 상기 입자 과립으로 대체되는 것을 특징으로 한다.

보다 정확하게는, 본 발명에 따른 섬유웹은 제 1 청구항의 특징부에서 제시되는 것을 특징으로 한다. 좋은 인장 강도를 가진 섬유웹을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 제 14 청구항의 특징부에서 제시되는 것을 특징으로 하고, 섬유웹의 내열성을 개선하기 위한 본 발명에 따른 방법은 제 21 청구항의 특징부에서 제시되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상당한 장점을 제공한다. 본 발명에 따른 충전제를 사용하여, 원료의 비용이 강도 특성을 저하시키지 않고 감소될 수 있고, 최종 제품의 기계적인 특성을 개선하기까지 한다. 본 발명에 의해 제공되는 또 다른 상당한 장점은 본 발명에 따른 과립의 밀도가 정상적으로 사용되는 거대 입자의 밀도보다 낮기 때문에, 최종 제품의 중량이 비합리적인 정도로 증가하지 않을 것이다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 하기의 상세한 설명 및 관련 출원 실시예에서 제시된다.

도 1은 충전제 양의 함수로서 인장 강도 지표에서의 변화를 도시한다.

도 2는 충전제 양의 함수로서 뮬렌 지표에서의 변화를 도시한다.

도 3은 충전제 양의 함수로서 결합 강도에서의 변화를 도시한다.

도 4, 5, 및 6은 과립 충전제로 충전한 종이 표면의 현미경 이미지이고, 확대는 약 75배, 1175배, 300배이다. 도면에서의 종이는 과립의 54중량%를 함유한다.

도 7은 임의의 충전제를 함유하지 않는 종이의 실험실 시트 및 상업용 시트와 비교하여, 과립으로 충전한 실험실 시트의 PPS1000 값을 도시한다.

일반적으로, 본 발명에 따르면 입자 과립의 크기는 1 내지 200㎛이고 바람직하게는 1 내지 100㎛ 및 가장 바람직하게는 약 5 내지 20㎛이다. 제조 공정에서, 과립의 크기는 상기 공정의 허용되는 한계내에서 적용될 수 있다.

본 발명의 목표인 충전 요소는 하기의 구성요소로 구성된다:

- 안료

- 충전제, 특히 유제형으로의 합성 충전제

- 물

- 공정을 촉진하거나 특별한 특성을 제공하는 기능성 첨가제.

실질적으로, 모두 공지된 통상 사용되는 안료 및 이의 혼합물이 본 발명에서 사용될 수 있다. 통상의 안료는 예를 들어 광물 안료를 포함한다. 광물 안료는 예를 들어, 카올린, 그라운드 또는 침전 칼슘 카보네이트, 티타늄 다이옥사이드 및 실리케이트 기재 안료를 포함한다. 바람직하게는 사용된 안료의 60%이상이 20㎛미만의 입자 크기를 가진다.

유제형으로의 다양한 합성 결합제, 예를 들어 스티렌/부타디엔 라텍스 또는 폴리비닐 아세테이트 폴리아크릴레이트 기재 라텍스가 바람직하게 결합제로 사용될 수 있다; 그러나, 본원에서 단지 언급된 실시예에 한정하지 않는다.

가능한 첨가제는 예를 들어, 화합물의 리올로지를 개선하거나 이의 표면 장력을 변화시키거나 특별한 특성, 예를 들어 표면 장력, 전기 전도성을 가진 최종 제품을 공급하거나 흑색의 흡수에 영향을 미칠 수 있다. 첨가제의 용도는 단지 언급된 실시예에 한정되는 것이 아니지만, 통상 사용되는 기능성 첨가물이 방법으로 사용될 수 있다.

구형 또는 다른 회전 대칭 입자 과립은 수성 슬러리를 건조하는 방법으로 생산되고, 이 슬러리는 결합제, 안료 및 가능한 첨가제로 구성된다. 이러한 경우에,상기에서 언급된 구성 성분이 가능한 균질한 화합물 또는 현탁/분산물을 공급하기 위하여 효과적인 혼합에 의하여 함께 우선 혼합된다.

건조 기술에 관하여, 분무 건조는 특히 본 발명에 따른 과립 제조에 매우 특히 적합하지만, 당해 분야의 당업자에게 자명한 것처럼, 건조 방법은 분무 건조에 한정하는 것이 아니라 다른 유형의 건조 기술이 고려될 수 있고, 다만 이러한 기술은 상기 과립을 생산하는데 한한다. 미세 돌결 방울은 건조, 서로 격리되어 건조하는 경우에 형성될 수 있는 것이 필연적이다. 상기 방울의 크기는 요망되는 안료 과립의 크기에 대응되어야 한다. 일반적으로 방울의 크기는 그래서 과립의 크기의 약 1.1 내지 5배이고; 전형적으로 방울의 크기는 약1 내지 300㎛, 바람직하게는 5 내지 100㎛ 및 가장 바람직하게는 최대로 50㎛이다.

본 발명에서 사용된 안료 재료원은 상이한 크기 입자를 가진 생산물로 구성된다. 안료의 분리는 그래서 건조중에 형성된 입자 과립 안쪽에서 발생한다. 내측부 및 주변 외피부가 형성된다. 일반적으로, 볼구조의 반지름 방향으로 외피의 두께는 과립 반지름의 약 0.1 내지 50%, 바람직하게는 0.1 내지 10%, 전형적으로 0.5 내지 2%이다.

내측부가 외피부보다 보다 많은 수의 거친 입자를 함유하기 때문에, 안료-결합제 구조의 밀도는 외피부보다 낮다. 일반적으로, 내측부 밀도는 외피부 밀도의 약 10 내지 90%, 바람직하게는 약 40 내지 80%이다. 따라서, 예로서, 우리는 입자 과립이 약 2400 내지 3100kg/m³의 밀도를 가진 안료 입자로 구성된 경우, 내측부의밀도는 약 1100 내지 1500kg/m³이고 외피부의 밀도는 약 1700 내지 2000 kg/m³이라는 것을 말할 수 있다. 매우 자주 사용되는 안료는 1500 내지 1700kg/m³의 밀도를 가지고, 이로 인해 과립의 총 밀도가 450 내지 6300kg/m³이고, 내측부의 밀도는 50 내지 5700kg/m³이며 외피부의 밀도는 600 내지 6300kg/m³이다. 정상적으로, 안료 결합제 구조의 내측부는 이때 외피부에 대하여 보다 거친 안료 입자를 함유한다. 내측부의 공극도는 또한 외피부의 공극도보다 높고 그 공극 부피는 대개 약 15 내지 70부피%, 바람직하게는 약 30 내지 60부피%이다.

입자 과립의 내측부는 표면부보다 적은 양의 결합제를 함유한다. 일반적으로, 입자 과립 결합제 총양의 약 55 내지 95중량%는 과립의 외피 또는 표면부에 위치한다.

입자 과립은 안료 입자의 100 중량률당 결합제의 약 1 내지 30 중량률, 바람직하게는 약 2 내지 20 중량률을 함유한다. 이러한 경우에, 외피부는 미세 돌결 안료 입자, 예를 들어 금속 실리케이트, 금속 설페이트 또는 금속 카보네이트 입자를 함유하고, 이들은 가교 결합제에 의해서 서로 결합하고, 이로 인해 상기 입자들은 내측부를 덮는 미세하고 유동적인 코트를 형성한다.

용어 "안료-결합제 구조" 및 "입자 과립"은 본 발명에서 동의어로 사용되고 이들은 상호연결된 다수의 입자를 함유하는 입자, 결합제, 가능한 첨가제에 의해 형성된 조합체 또는 집합체를 말한다. 그러나, 상기 구조의 모든 입자는 반드시상호연결된 것이 아니라, 불량한 결합제가 있는 구조의 내측부는 매우 높은 기계적 강도를 거의 가지지 않는다.

본 발명에 따른 섬유웹의 제조는 수중의 섬유 및 첨가제를 혼합하는 것으로 출발하여 이들을 희석하여 적합한 균일성(consistency)을 가지게 한다. 섬유웹은 예를 들어 종이 또는 보드웹일 수 있다. 사용된 섬유 재료는 침엽수 또는 활엽수 셀룰로우스 또는 기계적인 펄프일 수 있다. 섬유웹은 배타적으로 기계적인 펄프 또는 화학적인 펄프로 구성될 수 있지만, 두개 펄프 등급 모두 대개 종이에서 사용되고 종이의 용도가 펄프의 구조를 결정한다. 본 발명에 따른 과립화된 충전제는 충전제 홀로 또는 다른 충전제와 조합하여 사용될 수 있다. 사용된 본 발명에 따른 과립화된 충전제 양은 총 충전제의 10 내지 100중량%, 바람직하게는 50 내지 100중량% 및 보다 바람직하게는 80 내지 100중량%이다. 본원에서 그 밖의 충전제는 주로 광물 충전제, 예를 들어, 카올린, 칼슘 카보네이트 및 탈크를 말한다. 과립은 바람직하게는 어떠한 경우에도 섬유웹에서 사용될 것과 동일한 충전제를 함유한다.

원료를 혼합하여 수득된 펄프는 섬유 펄프라고 부르고 이의 균일성은 제조되는 섬유 생산물에 따라 다양하다. 전형적으로, 섬유 펄프는 물의 95%를 함유하고 섬유 및 첨가제의 양은 최종 섬유 생산물에서와 동일한 비율이다. 그래서, 고체 양의 40 내지 90%가 섬유 재료이고 10 내지 60%가 첨가제 및 보조 물질이다(충전제를 함유함).

이러한 혼합물은 이동 투수 가소성 섬유, 즉 와이어 위에서 펼쳐지고, 여기서 물이 존재하는 경우에, 섬유웹이 형성된다. 물이 흡입, 압축 및 증발에 의하여 섬유 펄프 및 섬유웹으로부터 제거된다. 흡입은 약 20 퍼센트의 건조물을 제공한다. 습식지웹이 기계 펠트 및 로울사이에서 압축되는 경우에, 약 45 퍼센트의 건조물이 달성된다. 물이 뜨거운 실린더 및 건조 펠트에 의해 웹으로부터 제거되는 경우, 90 내지 95 퍼센트의 건조물로 최종 건조가 된다.

매우 요망되는 경우에, 본 발명에 따른 섬유웹의 품질 및 특성은 캘린더 및/또는 제지 기계 또는 분리 캘린더(광택)에 연결된 코팅 유닛에 의하여 변화될 수 있고, 여기서 코팅 슬립은 종이의 표면위로 펼쳐진다. 종이는 또한 여러번 코팅될수 있다. 코팅후에, 종이웹이 건조된다. 최종웹은 종이로울 위에서 감기고, 이는 추가의 공정에 적합한 보다 좁은 로울 및 시트로 절단된다.

본 발명에 따른 섬유웹은 또한 부직포 제품일 수 있다. 부직포 제품은 섬유 또는 필라멘트가 기계적, 열적 또는 화학적 결합으로 서로 감긴경우에 제조된 플레이트, 시트 또는 웹구조를 말한다.

본 발명에 따른 종이 충전제로서 과립을 시험하는 테스트 프로그램과 연관하여 놀라운 관찰이 있었다. 과립화된 충전제를 스캔 기준에 따른 실험실 테스트에서 셀룰로오스 시트에 첨가하는 것이 인장 강도 및 파열 강도(도 1 내지 도 3) 모두에 대하여 예상보다 매우 높은 강도값을 나타내었다. 도면에서, 100%선 초과의 시트가 이의 함유된 화학 펄프가 함유하는 것보다 강하다. 선미만의 셀룰로오스 섬유간의 결합의 강도는 감소되고; 75% 및 50% 한계가 도면에서 표시된다.

일반적으로, 강도는, 요구되는 화학 펄프의 양에서 감소와 동일한 정도로,최대로 감소하지만, 또한, 이 수준 초과에서 조차도 유지되는 강도의 자명한 증거가 있었다. 그래프는 과립 충전제가 셀룰로오스 섬유사이에 결합을 약화시키지 않는 것을 나타낸다. 인장 지표 및 뮬렌 지표의 100% 선 초과의 점에서, 과립이 실질적으로 시트를 강하게 만들것으로 예측하는데, 즉 그 효과가 매우 통상적인 충전제를 사용하는것과 대조적이다.

본 발명은 과립형 충전제의 3 내지 30중량%가 섬유웹에 첨가되는 것에 따른 구체예를 포함한다. 이러한 경우에, 섬유웹의 결합 강도는 필수적으로 충전제를 함유하지 않는 대응되는 섬유웹의 결합 강도와 동일하다. 결합 강도가 전체의 30% 정도까지 많이 차 있는 것과 동일하다는 것은 또한 놀라운 관찰이고, 실질적으로 바로 이 결합 강도가 선행 기술과 비교하여 가장 큰 차이를 보여준다. 다시 말하면, 과립화된 충전제는 종이를 강화시킬 수 있는 것으로 발견되었다. 따라서, 본 발명은 좋은 결합 강도를 가진 제품을 생산하기 위하여 섬유웹 충전제로서 과립을 사용하는 것을 포함한다.

본 발명은 또한 섬유웹이 과립형인 충전제의 30중량% 초과, 특히 35중량% 이상을 함유하는 구체예를 포함한다. 이하의 실시예에서 설명하는 것과 같이, 우리는 이 충전제 양을 사용하여, 본 발명이 섬유웹, 예를 들어 종이 또는 보드웹, 코팅층이 없는 통상적인 충전제를 함유하는 코팅된 섬유웹의 평활성에 일치하는 평활성을 제공하는 것을 구축할 수 있었다. PPS1000 테스트에 의하여 측정되는 경우, 평활성의 수준은 2.5 내지 3.5이다. 그래서, 수득된 표면은 면당 코팅의 10g으로 전형적으로 코팅된 종이 또는 보드의 것과 유사한 평활성을 가진다. 분말때문에,코팅 양을 상당하게 감소시키는 것이 가능하다. 이와 같이, 본 발명은 신규한 용도를 제공하고, 여기서 개시된 과립은 평활한 인쇄 표면을 생산하기 위하여 섬유웹을 충전하기 위한 30중량% 초과의 양에서 사용된다.

과립 충전제 및 통상적인 충전제 모두를 사용하는 경우, 종이 강도는 또한 사용된 결합제에 따른다. 통상적인 충전제에 의하여 수득된 참조 결과는 상당히 정상적이고 이들의 거동은 논리적이고, 실험실 작업이 양질이고 결과가 반복되는것을 나타낸다. 배소된 카올린과 같은 통상적인 충전제가 참조 재료로 사용되는 경우, 10%의 추가가 충전제의 입자 크기에 따라, 예상하는 바와 같이 약 20 내지 30%만큼 실험실 시트의 인장 강도를 감소시킨다. 시트가 충전제로서 과립화된 충전제의 대응되는 양을 함유하는 경우, 강도에서의 감소가 단지 5 내지 10%이다.

측정된 강도 값은 본 발명에 따른 충전제가 통상적인 기술에서와 같이 동일한 크기의 내용물로 사용될 수 있고 상당하게 보다 나은 강도가 이루어질 수 있다는 것을 말한다. 대안적으로, 본 발명에 따른 충전제 양은 통상적인 기술과 비교하여 3배까지 될 수 있는 반면, 그 강도는 동일하게 된다.

강도에 관한 과립화된 충전제의 유익한 효과는 주로 2가지 요소에 따를 수 있다. 과립화된 충전제의 입자 크기(φ1 내지 100㎛)및 회전 대칭형은 과립이 2개의 셀룰로오스 섬유의 접촉 표면사이에서 머무르지 않는 것을 유발하고 이로 인해 셀룰로오스 섬유사이에 결합이 교란되지 않는다. 또 다른 요소는 충전제 과립이 주변 섬유에 결합하고 접촉점을 통하여, 섬유간에 긴장을 전달할 수 있다.

좋은 강도 값에 추가하여, 과립 충전제로 충전한 종이는 캘린더링 후에 가볍게 코팅한 종이와 유사한 표면을 갖는 것이 관찰되었다(도 4 내지 6). 열가소성 결합제가 사용된 경우, 과립이 열 및 압력의 조합된 효과하에 소성 변형된다. 따라서, 보다 많은 과립 충전제 양으로 혼합한 종이가 예를 들어 코팅에 대한 보다 높은 품질의 표면을 가진 기초지를 생산하고 코팅에 대한 필요가 감소한다. 20% 초과 만큼 적은 충전제 양을 사용하여, 종이 표면 품질이 개선되어서 코팅에 대한 필요가 감소한다.

테스트에서 추가된 과립화된 충전제 양은 거의 최대 60 중량%이고 5 내지 10%만큼, 또는 20%까지 양을 증가시키는 것은 어려움을 유발하는 것 같지 않다. 통상적인 참조 안료가 사용된 경우, 시트의 제조는 30중량%의 충전제 양에 접근하는 경우에 매우 어렵게 된다.

본 발명에 따른 과립형인 충전제가 충전제로 사용되는 경우, 통상적인 충전제를 사용하는 경우보다 나은 내열성이 이루어진다. 이러한 특징은 온도가 600℃초과로 상승하는 동안에 칼슘 카보네이트 기재 과립이 사용된 경우, 카보네이트는 분해되고, 이산화탄소 및 상당하게 결합열을 방출하고, 이들 두개 모두가 예방열성이라는 사실에 기초를 한다. 통상, 광물 충전제는 연소를 방해하고 통상적인 충전제 보다 과립화된 충전제의 보다 많은 양을 재료로 함유할 가능성이 내열성을 개선시킨다.

하기 실시예는 과립 충전제의 제조 및 사용 및 참조 시료의 제조를 기술한다.

실시예 1 과립 충전제의 제조

과립화될 안료를 현탁 분리하여 50중량%의 건조물을 가진 슬러리를 만들고 디스펙스 N40이라고 부르는 0.2중량%의 분산제를 현탁분리에서 사용하였다.

최대 작은 마이크로미터의 입자 크기를 가진 무기 분말을 안료로서 사용할 수 있었다. 실시예에서, 미세 돌결 PCC를 사용하고, 이는 모두 SMI에 의해 제조된, 멀티펙스-MM, 울트라-피플렉스, 수퍼-피플렉스, 오파카브 A40, 제트코트 및 알바필, 또는 오미아에 의해 제조된 옵티-칼 코팅 PPC의 상표명으로, 이들 중에서 시판되는 것이었다.

아실레이트 라텍스를 안료 슬러리로 혼합하여 결합제로 이용하였다. 실시예에서, 과립의 건조물에서 라텍스 부분은 7중량%였다.

안료를 함유하는 슬러리 및 결합제를 분무 건조시켰다. 실시예에서, 니로에 의해 제조된 모바일 마이너 형의 실험실 분무 건조기를 사용하고, 하기의 운영 파라미터를 갖는다.

슬러리의 유입 속도: 50ml/min

분무기(atomizer)의 회전 속도 분당: 약 25000회전

건조 공기의 온도: 200 내지 250℃

유출 공기 및 과립의 온도: 약 110℃

실시예 2. 충전제로서 과립 충전제의 용도

셀룰로오스, 100% 유칼립터스를 SCAN-C 25:76에 따라서 밸리 홀랜더 비터에서 30분 동안 침수시키고 연마시켰다. 연마된 섬유의 평균 길이는 길이로 중량을측정하여, 약 0.84mm이고 화학 펄프에서 미세물의 양은 길이당 중량을 측정한 경우를 기초하여, 파이버랩 측정에 따르면 2.1%였다.

과립을 수중 현탁 분리하여 10중량%의 건조물을 공급하고 분산제 및 첨가제 모두를 사용하지 않았다.

제조되는 시트의 기초 중량이 80g/m²인 경우, 그라운드 셀룰로오스 및 충전제 슬러리를 물로 혼합하여 약 2.4 g/l의 건조물을 펄프로 수득하고, 신선한 물 시트 기계로 제조된 시트에서 요망되는 과립 내용물은 20%였다. 이 경우에, 펄프의 충전제 양은 약 26%이고 충전제 보유는 약 70%였다. 다양한 충전제 양 및 단일한 시트 두께에 대한 화합물의 양을 따라서 변화시켰다. 한 세트의 깨끗한 화학 펄프를 또한 참조에 대하여 각 화학 펄프 배치로 제조하였다.

2개의 성분 보유제를 펄프로 혼합하였다. 첫째로, 2% 용액중의 양이온 전분을 건조물의 0.5%의 양으로 첨가하였다. 완전한 혼합후에, 0.05% 실리카 졸을 가교제로서 이용하기 위하여 첨가하였다. 이러한 보유 시스템은 제지 공업에서 일반적인 일이다.

시트를 SCAN-C 26에 따른 장치에 의하여 펄프로 제조하고, 작업 방법은 SCAN-C 26:76 및 SCAN-M 5:76에 따르고 시트를 드럼 건조로 건조하는 것은 제외하였다. 시트를 캘린더링하기 때문에, 드럼 건조가 필수적이다.

건조된 시트를 24시간 동안 25℃의 온도로 컨디션시키고; 상대 습도를 50%로 하였다. 컨디션된 시트를 가볍게 캘린더링하고; 캘린더링 온도를 약 65℃로 하고,그 후에 상기 시트를 다시 컨디션시켰다.

시트의 인장 강도를 로렌트젠 & 웨트레 텐실 테스터 기구에 의하여 측정하고 로렌트젠 & 웨트레 뮬렌 기구에 의하여 파열 강도를 측정하고 스코트 인터널 본드 모델 B 테스트 기구로 결합 강도를 측정하고, 각 기계를 정상 작업 방법 및 기구의 지시에 따라서 사용하였다.

인장 및 뮬렌 지표는 측정 결과를 시트의 각 기초 중량으로 나누어서 계산하였다.

참조 그래프는 각 일련의 측정에서 깨끗한 화학 펄프 시트로부터 지표값의 편차를 도시한다. 편차 값을 다음과 같이 수득한다:

편차 = (X_fn-X_ps)/X_ps·100%

상기 식에서,

X_fn은 검사하의 충전제 함유 시료의 측정된 지표 값이고,

X_ps은 검사하의 시료에 대응되고 깨끗한 화학 펄프로 제조된 시트이다.

실시예 3. 참조로서 사용된 충전제

시트를 과립 충전제로 제조된 것과 동일한 방법에 의하여 참조로 사용된 상업용 충전제로 제조하였다. 참조 충전제를 표 1에서 도시하였다.

[표 1]

충전제	설명
오미아카브 2 GU	거친 GCC, 입자 크기 d50약 2.5㎛
F-PCC	스칼레노헤드릭 충전제 PCC, 입자 크기 d50약 2.4㎛
알파텍스	배소된 카올린 d50약 0.7 내지 0.9㎛
오파카브 A40	코팅 PCC d50약 0.4㎛

충전제 PCC를 이미 약 18중량%의 슬러리로 현탁 분리하고, GCC 및 배소된 카올린을 첨가제 없이 10중량%로 현탁 분리하였다. 또한 오파카브를 이미 현탁 분리하였다. 참조 시료를 제조하는 경우, 동일한 보유제 및 작업 방법을 과립 충전제를 사용하는 경우에서 처럼 사용하였다.

참조 시료의 기계적인 특성을 동일한 기계로 측정하고 상기 결과를 과립 충전제를 사용하는 경우처럼 동일한 방법으로 처리하였다.

실시예 4 표면 조도의 측정

과립 충전제를 함유하고 실험실 시트 주형으로 제조된 시트의 표면 조도(roughness)를 메스머 부첼의 파커 프린트 설프 기구 상표로, M590인 기계 유형을 사용하여 측정하였다. 측정된 시트의 충전제 양은 약 5% 내지 약 61%의 범위이고 기초 중량으로는 63 내지 90 g/m²범위 였다. 참조에 대하여, 충전제를 가지고 있지 않은 대응되는 화학 펄프 및 다양한 상업용 종이 등급을 또한 측정하였다.

측정된 실험실 시트를 100% 화학 자작나무 펄프로 제조하였다. 모든 시험실 시트를 약 60kN/m의 선압으로 캘린더링하고, 로울 온도를 약 65℃로 하였다. 캘린더링을 하는 경우에, 웹에 대한 실험실 시트의 표면이 평활한 금속 로울에 대한 것이었다.

측정(PPS 1000) 및 부드러운 백그라운드를 위하여 1MPa의 압력을 사용하여조도 측정을 하였다.

측정의 결과를 도 7에서 도시하였다. 복사지 시트 및 단지 화학 펄프를 함유한 시트의 결과를 변동 범위의 형태로 도시하고, 코팅지의 값을 덜 변동되게 도시하였고, 이들의 전형적인 값을 보여 주었다. 복사지 시트에 대하여, 양면을 고려하고, 단일면 코팅 시트에 대하여는 코팅면만을 고려하였다. 실험실 시트에 관하여, 캘린더링에서 금속 로울에 대항한 면의 값을 도시하였다.

이러한 측정에 따라서, 코팅지의 PPS1000 기준을 과립 충전제를 사용한 경우에, 35 내지 40%의 충전제를 첨가하여 달성하였다. 사용된 과립에 의해 형성된 표면은 코팅지와 유사한 미소구조를 가지고, 그래서, PPS100은 충전제를 첨가한 경우에 상당한 변화를 도시하시 않았다.

Claims (24)

1. 회전 대칭형을 가지고 내측부 및 외피부를 가지는, 과립형 물질이고, 이로 인해 내측부 밀도가 외피부보다 낮은 충전제를 함유하는 섬유웹으로서, 상기 내측부 밀도가 상기 외피부 밀도의 약 10 내지 90%이고, 사용된 충전제의 양이 고체 양의 3 내지 80%임을 특징으로 하는 섬유웹.
2. 제 1항에 있어서, 충전제 과립의 내측부 밀도가 외피부 밀도의 약 10 내지 90%, 바람직하게는 약 40 내지 80%임을 특징으로 하는 섬유웹.
3. 제 1항에 있어서, 충전제 과립이 안료 입자 및 결합제로 구성됨을 특징으로 하는 섬유웹.
4. 제 1항에 있어서, 안료 입자의 밀도가 1500 내지 7000kg/m³, 바람직하게는 약 2000 내지 3100kg/m³임을 특징으로 하는 섬유웹.
5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 충전제 과립의 밀도가 400 내지 6300kg/m³, 바람직하게는 600 내지 2800kg/m³이고, 이로 인해 내측부 밀도가 약 50내지 5700kg/m³, 바람직하게는 700 내지 1500kg/m³이고, 외피부 밀도가 약 600 내지 6300kg/m³, 바람직하게는 1700 내지 2000kg/m³임을 특징으로 하는 섬유웹.
6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 충전제 과립의 내측부가 외피부에 대하여 보다 거친 안료 입자를 함유함을 특징으로 하는 섬유웹.
7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 충전제 과립의 내측부의 공극도가 외피부의 공극도보다 높고, 이로 인해 내측부의 공극 부피가 10 내지 70부피%, 바람직하게는 약 30 내지 60부피%임을 특징으로 하는 섬유웹.
8. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 충전제 과립의 외피부가 금속 실리케이트, 금속 설페이트 또는 금속 카보네이트 입자를 포함하고, 상기 입자가 가교 결합제에 의하여 서로 결합하며, 이로 인해 상기 입자가 내측부를 둘러싸는 조밀한 코트를 형성함을 특징으로 하는 섬유웹.
9. 제 1항에 있어서, 충전제 과립의 충전제 입자가 무기 물질, 예를 들어, 카올린, 그라운드 또는 침전된 칼슘 카보네이트를 포함함을 특징으로 하는 섬유웹.
10. 제 1항 내지 제 9항중 어느 한 항에 있어서, 과립화된 충전제의 입자 크기(Φ)가 1 내지 100㎛, 바람직하게는 5 내지 50㎛임을 특징으로 하는 섬유웹.
11. 제 1항 내지 제 10항중 어느 한 항에 있어서, 과립형 물질이 압력, 온도 또는 압력 및 온도의 영향하에 소성 변형될 수 있음을 특징으로 하는 섬유웹.
12. 제 1항 내지 제 11항중 어느 한 항에 있어서, 과립형인 충전제의 3 내지 30중량%를 함유하고, 이로 인해 섬유웹의 결합 강도가 본질적으로 충전제를 함유하지 않는 대응되는 섬유웹의 결합강도와 동일함 특징으로 하는 섬유웹.
13. 제 1항 내지 제 12항중 어느 한 항에 있어서, 과립형인 충전제를 30중량% 초과하여 함유함을 특징으로 하는 섬유웹.
14. 충전제를 함유하고 좋은 인장 강도를 가진 보드, 종이 또는 부직웹과 같은 섬유웹를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법이, 과립형 물질이고 회전 대칭형을 가지며 내측부 및 외피부를 가지고, 상기 내측부 밀도가 외피부보다 낮은 충전제로서, 상기 내측부 밀도가 외피부 밀도의 약 10 내지 90%이고, 상기 충전제의 양이 고체의 양의 3 내지 80%임을 특징으로 하는 충전제를 섬유웹에 함유시키는 것을 포함하는 방법.
15. 제 14항에 있어서, 섬유웹의 충전제의 10중량% 이상이 과립화된 충전제로 구성되고, 이로 인해 상기 섬유웹의 인장 강도가 본질적으로 충분하게 연마된 광물 안료를 함유한 대응되는 섬유웹의 인장 강도보다 10% 이상 우수함을 특징으로 하는 방법.
16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 과립화된 충전제가 사용되고, 상기 충전제의 입자 크기(Φ)가 1 내지 100㎛, 바람직하게는 5 내지 50㎛임을 특징으로 하는 방법.
17. 제 14항 내지 제 16항중 어느 한 항에 있어서, 사용된 과립화된 충전제의 양이 웹 건조 중량의 3 내지 60%임을 특징으로 하는 방법.
18. 제 14항 내지 제 17항중 어느 한 항에 있어서, 충전제를 함유하는 섬유웹이 코팅 조성물로 코팅됨을 특징으로 하는 방법.
19. 제 14항 내지 제 18항중 어느 한 항에 있어서, 미리 정의된 수준의 불투명도를 수득하기 위하여, 사용된 코팅 안료의 양이 분말 광물 안료를 함유하는 섬유웹에 대응되는 수준의 불투명도를 제공하는 경우보다 30% 적음을 특징으로 하는 방법.
20. 제 14항 내지 제 19항중 어느 한 항에 있어서, 과립형 물질이 압력, 온도 또는 압력 및 온도의 영향하에 소성 변형될 수 있음을 특징으로 하는 방법.
21. 충전제를 함유하고 좋은 인장 강도를 가진 섬유웹의 내열성을 개선시키기 위한 방법으로서, 상기 충전제가 과립형의 거대 물질이고 회전 대칭형을 가지며 내측부 및 외피부를 가지고, 상기 내측부 밀도가 외피부보다 낮은 것으로서, 상기 내측부 밀도가 외피부 밀도의 약 10 내지 90%이고, 사용된 상기 충전제의 양이 건조물 양의 3 내지 80%임을 특징으로 하는 방법.
22. 제 21항에 있어서, 과립형 물질이 섬유웹의 충전제의 10중량%를 형성함을 특징으로 하는 방법.
23. 제 21항에 있어서, 과립형 물질이 섬유웹의 충전제의 50 내지 100중량%를 형성함을 특징으로 하는 방법.
24. 제 21항에 있어서, 과립형 물질이 압력, 온도 또는 압력 및 온도의 영향하에소성 변형될 수 있음을 특징으로 하는 방법.