KR20070012720A - 하이드로탈사이트를 포함하는 판지 - Google Patents

하이드로탈사이트를 포함하는 판지 Download PDF

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KR20070012720A
KR20070012720A KR1020067024227A KR20067024227A KR20070012720A KR 20070012720 A KR20070012720 A KR 20070012720A KR 1020067024227 A KR1020067024227 A KR 1020067024227A KR 20067024227 A KR20067024227 A KR 20067024227A KR 20070012720 A KR20070012720 A KR 20070012720A
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KR
South Korea
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cardboard
hydrotalcite
plies
suspension
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KR1020067024227A
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에릭 린드그렌
에릭 산네
마레크 토카즈
제커 닐슨
Original Assignee
악조 노벨 엔.브이.
에카 케미칼스 에이비
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Abstract

본원 발명은 판지 제조 방법에 관계하며, 상기 방법은 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 수성 현탁액을 제공하는 단계; 하이드로탈사이트를 현탁액에 첨가하는 단계; 수득된 현탁액을 탈수시켜 (i) 싱글 플라이 판지; 또는 (ii) 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 포함하는 플라이를 제공하는 단계, 및 상기 플라이를 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 하나 이상의 플라이에 부착시켜 두 개 이상의 플라이를 포함하는 멀티 플라이 판지를 제공하는 단계를 포함한다. 본원 발명은 또한 셀룰로오스성 섬유를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지에 관계하며, 여기서 상기 판지는 상기 하나 이상의 플라이에 분산된 하이드로탈사이트를 더욱 포함한다. 본원 발명은 또한 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함하는 포장 원료 제조 방법, 포장 원료 그 자체 및 포장 원료의 용도에 관계한다. 본원발명은 또한 포장 방법 및 포장에 관계하며 상기 포장은 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함한다.

Description

하이드로탈사이트를 포함하는 판지{BOARD COMPRISING HYDROTALCITE}
발명의 분야
본원 발명은 일반적으로 셀룰로오스성 섬유와 하이드로탈사이트를 함유하는 판지 및 그것의 제조; 판지를 포함하는 포장와 포장 원료 및 그것의 제조뿐만 아니라 식료품, 음료, 조제약, 화장품 및 담배의 포장을 위한 포장 원료의 용도에 관계한다.
발명의 배경
포장은 예를 들면 물품을 운송하고 포장의 내용물을 보호하기 위하여 세계적으로 널리 사용되고 있다. 식료품, 음료, 조제약 및 궐련과 같은 내용물의 고유 특성을 유지하기 위하여 포장을 디자인하는 것은 상당히 어렵다고 알려져 있다. 시간의 경과에 따른 내용물 자체의 변화에 의해, 또는 포장로부터 또는 포장을 통하여 공급되는 품질-저하 물질에 의해 내용물의 품질은 저하될 수 있다. 내용물은 가공될 수 있는데, 예를 들면 우유인 경우는 살균되며, 밀가루인 경우는 건조될 수 있다. 일반적으로, 포장은 서로 다른 재료로 만들어진 몇 개의 플라이 또는 층으로 디자인된다. 그래서, 각각의 플라이 또는 각각의 재료는 포장 내에서 특정한 품질 및 목적을 갖는데, 예를 들면 산소, 물 또는 수증기가 포장 내의 내용물로 이동하 는 것을 방지한다.
포장 원료는 예를 들면 곡물, 우유, 주스, 포도주 및 물과 같은 고체 및 액체 식료품 및 음료의 포장용으로 흔히 사용된다. 이와 같은 포장 원료는 일반적으로 식료품 또는 음료와 직접 접촉하는 하나 이상의 플라스틱 재료 층과 조합하는 몇 개의 셀룰로오스성 섬유 층 또는 플라이를 포함하는 판지로 제조된다. 몇 개 재료의 조합을 함유하는 포장의 사용에도 불구하고, 내용물은 시간의 경과 후에 바람직하지 않은 냄새 및/또는 맛을 가질 수 있다. 바람직하지 않은 냄새 및 맛을 발생시키는 물질은 일반적으로 판지의 제조 및 보관중에 발생하는 산화 생성물이다. 포장 공간은 일반적으로 납작하고 채워질 때 개방되므로, 산화 생성물이 포장 원료의 플라스틱-코팅된 내면으로 이동될 수 있다.
바람직하지 않은 또는 불쾌한 냄새 및/또는 맛을 덜 갖는 판지 및 판지-함유 포장 원료 및 포장의 제공이 바람직하게 요구된다. 또한 이와 같은 제품의 개선된 제조 방법의 제공이 바람직하게 요구된다.
발명의 요약
본원 발명은 일반적으로 다음 단계를 포함하는 판지 제조 방법에 관계한다:
(i) 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 수성 현탁액을 제공하는 단계;
(ii) 상기 현탁액에 하이드로탈사이트를 첨가하는 단계;
(iii) 수득된 현탁액을 탈수시켜 싱글 플라이 판지를 제공하는 단계.
본원 발명은 또한 다음 단계를 포함하는 판지 제조 방법에 관계한다:
(i) 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 수성 현탁액을 제공하는 단계;
(ii) 상기 현탁액에 하이드로탈사이트를 첨가하는 단계;
(iii) 수득된 현탁액을 탈수시켜 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 포함하는 플라이를 제공하는 단계; 및
(iv) 상기 플라이를 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 하나 이상의 플라이에 부착시켜 둘 이상의 플라이를 포함하는 멀티 플라이 판지를 제공하는 단계.
본원 발명은 또한 일반적으로 셀룰로오스성 섬유를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지에 관계하며, 여기서 판지는 상기 하나 이상의 플라이에 분산된 하이드로탈사이트를 더욱 포함한다.
본원발명은 다음 단계를 포함하는 포장 원료 제조 방법에 또한 관계한다:
(i) 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 제공하는 단계; 및
(ii) 상기 판지를 프린팅, 바니싱, 코팅, 라미네이팅, 메탈라이징, 다이 컷팅, 스코링, 크리싱, 포일 블락킹, 엠보싱 및 폴딩으로부터 선택되는 하나 이상의 전환 공정을 겪게 하는 단계.
본원 발명은 또한 판지를 포함하는 포장 원료에 관계하며 판지는 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하며, 여기서 포장 원료는 하나 이상의 홈, 주름 또는 눈금을 더욱 포함한다.
본원 발명은 또한 다음 단계를 포함하는 포장 방법에 일반적으로 관계한다:
(i) 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함하는 포장 원료의 공간을 제공하는 단계;
(ii) 상기 포장 공간을 고체 또는 액체 내용물로 충전시켜 밀봉되지 않은 포장을 형성하는 단계; 및
(iii) 수득된 포장을 밀봉하는 단계.
본원 발명은 또한 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 판지를 포함하는 포장에 관계하며, 여기서 포장은 고체 또는 액체 내용물을 더욱 포함한다.
본원 발명은 또한 고체 또는 액체 식료품, 음료, 조제약, 화장품, 초콜릿, 궐련 또는 담배의 포장을 위한, 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함하는 포장 원료의 용도에 관계한다.
발명의 상세한 설명
본원 발명에 따르면 판지 및 판지를 포함하는 포장 원료 및 포장의 바람직하지 않은 그리고 불쾌한 냄새 및/또는 맛에 의해 발생하는 문제는 그들의 제조에 있어서 수성 셀룰로오스성 현탁액에 대한 첨가제로서 하이드로탈사이트를 사용함으로써 감소될 수 있음이 밝혀졌다.
또한 본원 발명이 수성 셀룰로오스성 현탁액 내에 존재하는 교란 및 해로운 물질의 존재로 인한 판지 제조 공정에 대한 불리한 영향, 특히 피치성, 점성 그리고 음이온성 저 분자량 유기체에 의해 발생하는 문제를 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 판지 제조용 첨가제와 함께 하이드로탈사이트를 첨가하는 것은 하이드로탈사이트가 첨가되지 않을 때와 비교하여 이와 같은 첨가제의 성능을 향상시킴이 밝혀졌다. 개선된 성능을 위한 이와 같은 첨가제의 예는 배수제 및 보류제, 사이징제, 등을 포함하는 것으로 관찰될 수 있다. 바람직하게는, 하이드로탈사이트는 하나 이상이 양이온성 폴리머를 포함하는 하나 이상의 배수제 및 보류제와 함께 사용된다. 따라서, 본원 발명은 판지 및 판지를 포함하는 포장 원료의 바람직하지 않은 또는 불쾌한 냄새 및/또는 맛의 감소, 판지 제조 공정에 있어서 개선된 사이징뿐만 아니라 개선된 배수(탈수) 및 보류의 수득을 가능하게 하며, 동시에 셀룰로오스성 현탁액 내의 교란 및 해로운 물질의 함량을 감소시킨다.
하이드로탈사이트는 점토(점토)라 언급되는 재료의 그룹에 속한다. 본원에 사용된 용어 "하이드로탈사이트"는 예를 들면 마나사이트(manasseite), 파이로우라이트(pyroaurite), 쇼그레나이트(sjogrenite), 스티츠타이트(stichtite), 바베토나이트(barbertonite), 타코바이트(takovite), 리베사이트(reevesite), 데사우텔사이트(desautelsite), 모투코라이트(motukoreaite), 베름란다이트(wermlandite), 마익스너라이트(meixnerite), 콜린가이트(coalingite), 클로로-마갈루마이트(chloro-magalumite), 카르보이다이트(carrboydite), 호네사이트(honessite), 우드바르다이트(woodwardite), 아이오와이트(iowaite),하이드로호네사이트(hydrohonessite), 마운카이사이타이트(mountkeithite), 등과 같은 층을 이루고 있는 두 겹의 하이드록사이드(하이드록사이드) 화합물을 포함하는 하이드로탈사이트-유사 점토 및 하이드로탈사이트를 나타낸다. 본원 발명에 따르는 하이드로탈사이트는 천연 하이드로탈사이트, 합성 하이드로탈사이트 및 화학 및/또는 물리적으로 변형된 천연 및 합성 하이드로탈사이트로부터 유도될 수 있다. 천연 하이드로탈사이트는 일반적으로 본질적인 결정질 구조를 갖는다.
그렇지만, 합성으로 수득된 하이드로탈사이트는 결정질 구조와 본질적으로 동일한 화학 조성을 갖는 비정질 재료를 함유할 수 있다. 합성 하이드로탈사이트 점토 내에 존재하는 비정질 재료의 양은 사용되는 반응 파라미터에 주로 의존한다. 본원에 사용된 용어 "점토"는 본질적으로 결정질 구조를 갖는 점토를 나타내며 또한 결정질 및 비정질 구조 모두를 갖는 점토를 나타낸다.
점토는 층 구조로 특징되는데, 층(라멜라) 내의 원자들은 화학 결합에 의해 가교-결합되어 있으며, 반면에 이웃하는 층의 원자들은 주로 물리적 힘에 의해 상호 작용한다. 점토의 층은 층 내에 존재하는 원자의 유형에 따라 하전되지 않거나 또는 하전될 수 있다. 만약 층이 하전 되면, 층간 공간으로 불리는 층 사이의 공간은 층의 전하와 반대되는 전하를 갖는 이온을 함유한다. 본원에 사용된 용어 "양이온성 점토"는 양으로 하전된 층 및 층간 공간 내 존재하는 음이온을 갖는 점토를 나타낸다. 본원에 사용된 용어 "음이온성 점토"는 음으로 하전된 층 및 층간 공간 내에 존재하는 양이온을 갖는 점토를 나타낸다. 일반적으로 층간 공간 내에 존재하는 이온은 교환가능하다. 바람직하게는, 본원 발명의 하이드로탈사이트는 양이온성, 즉 양이온성 점토이다.
본원 발명의 하이드로탈사이트는 층간 공간 내에 존재하는 모든 음이온, 선택적으로는 또한 물 분자를 가질 수 있다. 층간 공간 내에 존재할 수 있는 일반적은 음이온의 예는 NO3 -, OH-, Cl-, Br-, I-, CO3 2 -, SO4 2 -, SiO3 2 -, CrO4 2 -, BO3 2 -, MnO4 -, HGaO3 2-, HVO4 -, 및 ClO4 - 뿐만 아니라 V10O28 6 - 및 MO7O24 6 -와 같은 지주 또는 삽입 음이온, 아세테이트와 같은 모노-카르복실레이트, 옥살레이트와 같은 디카르복실레이트, 및 라우릴 술포네이트와 같은 알킬 술포네이트를 포함하며; 일반적으로 하이드록사이드 및 카보네이트이다. 본원 발명의 천연 하이드로탈사이트는 일반적으로 층간 공간 내에 카보네이트 음이온을 갖는다.
하이드로탈사이트의 층 또는 라멜라는 적절하게는 서로 다른 원자가를 갖는 적어도 두 개의 서로 다른 금속 원자를 포함한다. 적절하게는, 한 금속 원자는 2가(divalent)이며 또다른 금속 원자는 적절하게는 3가(trivalent)이다. 그렇지만, 층은 또한 두 개 금속 원자 이상을 포함할 수 있다. 층의 전하는 서로 다른 원자가를 갖는 금속 원자의 비율에 의해 결정된다. 예를 들면, 더 많은 용량의 3가 금속은 층으로 하여금 증가된 양전하 밀도를 갖도록 한다. 적절하게는, 본원 발명의 하이드로탈사이트는 일정 비율의 2가 및 3가 금속을 함유하는 층을 포함하며 그 결과 층의 전체 전하는 양이온성이며, 층간 공간은 음이온을 포함한다. 바람직하게는, 층은 본질적으로 일정 비율의 2가 및 3가 금속으로 구성되며 그 결과 층의 전체 전하는 양이온성이다.
본원발명에 따르는 합성 및 천연 하이드로탈사이트는 다음의 일반식에 의해 특징될 수 있다:
[M㎡ + Mn 3 + (OH)2m+2n] Xn / z Z - ㆍbH2O,
여기서 m 과 n 은 각각 서로 독립적으로 m/n 이 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 6, 더욱 바람직하게는 2 내지 4, 가장 바람직하게는 약 3의 값을 갖는 정수이며; b 는 0 내지 10, 적절하게는 2 내지 6, 흔히 약 4의 값을 갖는 정수이며; Xn/Z Z- 는 z 가 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 6의 값을 갖는 음이온이며, 적절한 Xn/Z Z- 는 NO3 -, OH-, Cl-, Br-, I-, CO3 2 -, SO4 2 -, SiO3 2 -, CrO4 2 -, BO3 2 -, MnO4 -, HGaO3 2 -, HVO4 -, ClO4 -, V10O28 6 - 및 MO7O24 6 -와 같은 지주 또는 삽입 음이온, 아세테이트와 같은 모노-카르복실레이트, 옥살레이트와 같은 디카르복실레이트, 및 라우릴 술포네이트와 같은 알킬 술포네이트를 포함하며; ㎡+ 는 2가 금속 원자이며, 적절한 2가 금속 원자는 Be, Mg, Cu, Ni, Co, Zn, Fe, Mn, Cd, 및 Ca, 바람직하게는 Mg를 포함하며; M3 + 는 3가 금속 원자이며, 적절한 3가 금속 원자는 Al, Ga, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti 및 In, 바람직하게는 Al을 포함한다.
바람직하게는 , 2가 금속은 마그네슘이며 3가 금속은 알루미늄이며, 다음 일반식이 된다:
[Mg㎡ + Aln 3 + (OH)2m+2n] Xn / Z Z -ㆍbH2O.
본원 발명에 따르는 하이드로탈사이트는 알루미늄 원료 및 마그네슘 원료를 함유하는 슬러리의 수열 처리[hydrothermal treatment] (용액열분해[solvo thermal]) 에 의해 제조될 수 있다. 본원 발명의 적절한 하이드로탈사이트 및 그 제조 방법의 예는 본원에 참조문헌으로 포함된 국제 특허 출원 제WO 01/12550호에 개시된 것들을 포함한다.
본원 발명의 구체예에 있어서, 하이드로탈사이트 3R2 쌓임구조를 갖는다. 본원 발명의 또다른 구체예에 있어서, 하이드로탈사이트는 3R2 쌓임구조 이외의 쌓임구조, 예를 들면 3R1 쌓임구조를 갖는다. 하이드로탈사이트 3R1 및 3R2 쌓임구조 사이의 차이는 본원 발명의 참조문헌으로 포함된 국제 특허 출원 제WO 01/12550호에 개시되어 있다.
바람직하게는, 하이드로탈사이트는 본원 발명에 따라 물에 쉽게 분산되는 분말 또는 슬러리(현탁액)로서 사용된다. 하이드로탈사이트 현탁액 또는 분말은 하이드로탈사이트의 전체적인 효력에 기여할 수 있는 분산제 및/또는 보호제와 같은 또다른 구성성분을 또한 더욱 함유할 수 있다. 이와 같은 작용제는 비-이온성, 음이온성 또는 양이온성 특성을 가질 수 있다. 적절한 보호제 또는 콜로이드의 예는 수용성 셀룰로오스 유도체, 예를 들면 하이드록실에틸- 및 하이드록실프로필-, 메틸하이드록실프로필- 및 에틸하이드록실에틸-셀룰로오스, 메틸- 및 카르복시메틸셀룰로오스, 젤라틴, 전분, 구아검(guar gum), 크산탄검(xanthan gum), 폴리비닐 알코올, 등을 포함한다. 적절한 분산제의 예는 비-이온성 작용제, 예를 들면 에토실레이트 지방산, 지방산, 알킬 페놀 또는 지방산 아마이드, 에토실레이트 및 비-에토실레이트 글리세롤 에스테르, 지방산의 소르비탄 에스테르, 비-이온성 계면활성제, 폴리올 및/또는 그들의 유도체; 음이온성 작용제, 예를 들면 알킬 또는 알킬아릴 술페이트, 술포네이트, 에테르술포네이트, 폴리아크릴산; 및 양이온성 작용제, 예를 들면 알칸올아민을 지방산 및 디카르복실릭 애시드의 혼합물과 반응시키고, 선택적으로 결과물인 에스테르를 알콕실레이트화하고 생성물을 4차화(quaternising)시켜 수득된 에스테르쿼트(esterquat), 4차화된(quaternised) 지방산 아마이드, 베타인, 디메틸 디알킬 또는 디알킬아릴 암모늄 염, 및 양이온성 제미니형(gemini) 분산제를 포함한다.
본원 발명에 따르면, 판지는 하이드로탈사이트를 수성 셀룰로오스성 현탁액에 첨가하는 단계, 그 후 수득된 현탁액을 탈수시켜 판지를 형성하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다. 본원 발명의 구체예에 있어서, 공정은 바람직하게는 판지에 분산된, 더욱 바람직하게는 판지에 실질적으로 균일하게 분산된 하이드로탈사이트를 포함하는 싱글 플라이 판지를 생성한다. 싱글 플라이 판지는 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 한 개의 플라이 또는 층을 함유한다.
본원 발명의 또다른 구체예에 있어서, 공정은 셀룰로오스성 섬유를 함유하는 두 개 이상의 플라이 또는 층을 포함하는 멀티 플라이 판지를 생성하며, 여기서 상기 두 개 이상의 플라이 또는 층 중 적어도 하나는 하이드로탈사이트를 포함한다. 바람직하게는, 하이드로탈사이트는 상기 두 개 이상의 플라이 중 적어도 하나에 분산되며, 더욱 바람직하게는 상기 두 개 이상의 플라이 중 적어도 하나에 실질적으로 균일하게 분산되며, 가장 바람직하게는 외각 플라이 중 적어도 하나에 분산된다. 본원 발명에 따르는 멀티 플라이 판지는 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 포함하는 하나 이상의 플라이를 형성하는 단계, 그리고 상기 하나 이상의 플라이를 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 하나 이상의 플라이에 부착시켜 멀티 플라이 판지를 형성하는 단계에 의해 제조될 수 있다. 예를 들면, 멀티 플라이 판지는 개개의 플라이 또는 층을 개별적으로 하나 또는 몇개의 웹-형성 유닛으로 형성시킨 후 상기 웹-형성 유닛을 습식 상태에서 함께 쿠치(couch)시켜 제조될 수 있다. 본원 발명의 멀티 플라이 판지의 적절한 등급의 예에는, 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 3 내지 7개의 플라이 또는 층, 및 하이드로탈사이트를 포함하는 하나 이상의 상기 플라이 또는 층을 포함하는 것이 있다. 본원 발명의 방법에 있어서, 판지, 예를 들면 싱글 및 멀티 플라이 판지 등급은 추가적인 공정 단계를 겪을 수 있다. 적절한 공정 단계의 예는 코팅, 예를 들면 전분 코팅 및 안료 코팅, 프린팅 및 컷팅을 포함한다. 따라서, 본원 발명의 적절한 판지의 예는 코팅된 판지, 예를 들면 전분 및 또는 안료 코팅된, 그리고 프린트된 판지를 포함한다.
우드 칩이 분산되는 단계에서부터 셀룰로오스성 현탁액의 탈수가 일어나는 단계까지, 판지 제조 공정 중 어느 단계에서도 하이드로탈사이트가 첨가될 수 있다.
본원 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하이드로탈사이트는 펄프 제조 공정의 셀룰로오스성 현탁액에 첨가될 수 있다. 크라프트, 기계적, 열-기계적, 화학기계적, 화학-열-기계적 펄핑 공정일 수 있는 펄핑 공정 이전 또는 이후에 하이드로탈사이트가 첨가될 수 있다. 하이드로탈사이트는 펄핑 공정 직전에 또는 침지와 같은 펄핑 공정에 직접 첨가될 수 있다. 그렇지만, 브라운 스톡 세정기와 같은 화학적 침지(chemical digestion) 이후에, 또는 (화학-)기계 펄프의 정제 이후에, 하이드로탈사이트가 셀룰로오스성 현탁액에 첨가되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 셀룰로오스성 펄프는 서로 다른 표백 단계를 포함하는 다단계 표백 공정 내에서 표백되며 하이드로탈사이트는 어느 표백 단계에도 첨가될 수 있다. 적절한 표백 단계의 예는 염소 표백 단계, 예를 들면 염소 원소 및 이산화 염소 표백 단계, 비-염소 표백 단계, 예를 들면 오존, 과산화수소 및 과아세트산과 같은 과산화 단계, 및 염소 및 비-염소 표백 및 산화 단계의 조합, 선택적으로는 디티오나이트(dithionite)로의 처리와 같은 환원 단계와의 조합을 포함한다. 표백단계와 와싱 단계 사이의 모든 시점에서, 직접 표백단계에서, 바람직하게는 표백 타워 이전의 혼합에서, 또한 하이드로탈사이트가 예를 들면 대체 섹션에서 부분적으로 제거될 수 있는 와싱 단계에서, 하이드로탈사이트가 셀룰로오스성 현탁액에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 하이드로탈사이트가 펄프 제조 공정의 셀룰로오스성 현탁액에 첨가될 때, 수득된 펄프는 후속하여 판지 제조 공정에서 사용된다.
본원 발명의 또다른 바람직한 구체예에 따르면, 하이드로탈사이트는 판지 제조 공정의 셀룰로오스성 현탁액에 첨가된다. 판지 제조 공정의 모든 시점, 예를 들면 묽은 스톡 공급 박스 이전에 하이드로탈사이트는 진한 스톡, 묽은 스톡, 또는 재활용 이전의 백수와 같은 셀룰로오스성 현탁액에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 하이드로탈사이트는 진한 스톡에 첨가된다. 하이드로탈사이트는 펄프 및/또는 판지 제조 공정의 한 시점 이상에서 첨가될 수 있다. 예를 들면, 병합된 펄프 및 판지 밀(mill)에 있어서, 하이드로탈사이트가 펄프 제조를 위해, 선택적으로 판지 제조를 위해 공정에 첨가될 수 있으며, 하나 이상의 배수제 및 보류제가 판지 제조를 위해 공정에 첨가될 수 있다. 이와 같은 공정은 하이드로탈사이트를 함유하는 셀룰로오스성 현탁액을 탈수하는 단계, 수득된 현탁액을 희석하는 단계, 하나 이상의 배수제 및 보류제를 희석된 현탁액에 첨가하는 단계 및 배수제 및 보류제를 함유하는 현탁액을 탈수하는 단계를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "판지"는, 고체 판지, 예를 들면 고체 표백된 술페이트 판지(SBS) 및 고체 미표백된 술페이트 판지(SUS); 종이 판지, 게이블-탑(gable-top), 무균, 브릭(brick) 및 비-무균 포장 판지를 포함하는, 액체 포장 판지(liquid packaging board, LPB), 폴딩 카턴 판지(folding carton board), 예를 들면 폴딩 박스판지 (folding boxboard, FBB)인, 카턴 판지(carton board); 화이트 라인드 칩보드(white lined chipboard, WLC), 미표백된 크라프트판지, 그레이 칩보드 및 재생 판지; 화이트 술페이트 크라프트라이너, 충분히 표백된 크라프트라이너, 테스트라이너, 화이트 술페이트 테스트라이너, 미표백된 크라프트라이너, 미표백된 테스트라이너 및 재생 라이너를 포함하는, 라이너 보드 및 컨테이너 보드; 플루팅(fluting) 및 주름진 플루팅(fluting)을 포함하는 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 판지를 나타낸다. 바람직하게는, 판지는 130 g/㎡ 이상, 더욱 바람직하게는 140 내지 600 g/㎡, 그리고 가장 바람직하게는 150 내지 450 g/㎡의 평량을 갖는다. 바람직하게는, 판지는 120 내지 1200 ㎏/㎥, 더욱 바람직하게는 150 내지 800 ㎏/㎥, 그리고 가장 바람직하게는 200 내지 600 ㎏/㎥의 체적 밀도를 갖는다. 공정은 셀룰로오스성 섬유, 또는 수성 셀룰로오스성 현탁액을 포함하는 서로 다른 유형의 수성 현탁액으로부터의 판지 제조에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 현탁액은 건조 물질에 기초하여 25 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 50 중량% 이상의 섬유를 함유한다. 셀룰로오스성 섬유는 표백된 펄프 및 미표백된 펄프에 기초할 수 있으며, 이들은 천연 및/또는 재생 섬유에 기초할 수 있으며, 현탁액은 경목 및 연목 양쪽 모두로부터 유래한, 술페이트, 술파이트 및 유기솔브 펄프(organosolve pulp)와 같은 화학 펄프, 열-기계 펄프(TMP), 화학-열-기계 펄프(CTMP)와 같은 기계 펄프, 리파이너펄프 및 쇄목 펄프으로부터 유래한 섬유에 기초할 수 있으며, 또한 선택적으로 탈묵 펄프(DIP)로부터 유래한 재생섬유, 및 이들의 혼합물에 기초할 수 있다. 멀티 플라이 판지의 등급에 있어서 플라이는 서로 다른 유형의 펄프에 제조될 수 있다. 표백된 셀룰로오스성 섬유와 조합하는 적절한 멀티 플라이의 예는 표백된 화학 펄프(상단) / DIP, CTMP 또는 화학펄프 (중간) / 표백된 화학 펄프 (후면); 및 표백된 화학 펄프 (상단) / DIP, CTMP 또는 기계 펄프 (중간) / 기계 펄프 (후면); 선택적으로 코팅된 상단면 및 선택적으로 코팅된 후면을 포함한다.
셀룰로오스성 현탁액은 또한 예를 들면 카올린, 차이나 클레이, 티타늄 다이옥사이드, 석고, 탈크, 및 석회가루, 분쇄된 대리석 및 침전된 칼슘 카보네이트와 같은 천연 및 합성 칼슘 카보네이트 등의 전통적인 유형의 미네랄 충전재를 함유할 수 있다.
하이드로탈사이트는 건조 셀룰로오스성 현탁액 상의 건조 하이드로탈사이트로 계산하여, 바람직하게는 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.05 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 셀룰로오스성 현탁액에 첨가된다.
본원 발명의 공정에 있어서 하이드로탈사이트는 바람직하게는 하나 이상의 부가적인 첨가제와 함께 탈수 단계 이전에 수성 셀룰로오스성 현탁액에 첨가되어 사용된다. 적절한 부가적인 첨가제의 예는 배수제 및 보류제, 양이온성 응고제(coagulant), 로진-기초 사이징제 및 셀룰로오스-반응성 사이징제 예를 들면 케텐 이량체 및 숙신 무수물과 같은 사이징제, 폴리아민 또는 폴리아마이드아민과 에피클로로하이드린의 반응에 의해 형성된 폴리머와 같은 건조지력 증강제, 습윤지력 증강제, 형광증백제, 염료, 등을 포함한다.
적절한 배수제 및 보류제의 예는 음이온성, 양쪽성, 비-이온성 및 양이온성 폴리머로부터 선택될 수 있는 유기 폴리머, 규산질 재료, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 배수제 및 보류제로서, 또는 침전제(flocculating agent)로서의 규산질 재료 및 유기 폴리머의 용도는 당해 기술분야에 공지되어 있다. 본원에 사용된 용어 "배수제 및 보류제"는 수성 셀룰로오스성 현탁액에 첨가될 때, 이것들을 첨가하지 않을 때 수득 된 것보다 더욱 우수한 배수력 및/또는 보류력을 제공하는 구성성분(약제, 첨가제)을 나타낸다. 바람직하게는, 하이드로탈사이트는 하나 이상의 양이온성 폴리머와 함께 사용된다. 본원에 사용된 용어 "양이온성 폴리머"는 하나 이상의 양이온성 그룹을 갖는, 바람직하게는 전체적으로 양이온 전하를 갖는 유기 폴리머를 나타낸다. 양이온성 폴리머는 또한 음이온성 그룹을 함유할 수 있으며, 이와 같은 폴리머는 또한 일반적으로 양쪽성 폴리머라 불린다.
공정에서의 사용에 적절한 폴리머는 천연 또는 합성 원료로부터 유도될 수 있으며, 선형, 측쇄형 또는 가교-결합형일 수 있다. 적절한 폴리머의 예는 음이온성, 양쪽성 및 양이온성 다당류, 바람직하게는 전분; 본질적으로 선형, 측쇄형 및 가교-결합형 음이온성 및 양이온성 아크릴아마이드-기초 폴리머를 포함하는, 음이온성, 양쪽성 및 사슬-성장 폴리머, 바람직하게는 양이온성 아크릴아마이드-기초 폴리머; 뿐만 아니라 양이온성 폴리(디알릴디메틸 암모늄 클로라이드); 양이온성 폴리에틸렌 이민; 양이온성 폴리아민; 양이온성 폴리아마이드아민 및 비닐아마이드-기초 폴리머, 음이온성 단계-성장 폴리머, 바람직하게는 음이온성 나프탈렌-기초 응축 폴리머를 포함한다. 양이온성 전분 및 양이온성 폴리아크릴아마이드는 특히 선호되는 폴리머이며, 이것은 단독으로, 상호적으로 함께 또는 그밖의 다른 폴리머와 함께, 예를 들면 그밖의 다른 양이온성 및/또는 음이온성 폴리머와 함께 사용될 수 있다. 폴리머의 분자량은 적절하게는 1,000,000 초과, 바람직하게는 2,000,000 초과이다. 상한은 결정적이지 않다; 상한은 약 50,000,000, 일반적으로 30,000,000 그리고 적절하게는 약 25,000,000이다. 그렇지만, 천연 원료로부터 유래한 폴리머의 분자량은 더 클 수 있다.
적절한 규산질 재료의 예는 스멕타이트 유형의 음이온성 점토 및 음이온성 실리카-기초 입자를 포함한다. 바람직하게는, 규산질 재료는 콜로이드성 입자 크기의 입자를 갖는다. 음이온성 실리카-기초 입자, 즉 SiO2 또는 규산에 기초한 입자가 바람직하게 사용되며 상기 입자는 일반적으로 수성 콜로이드성 분산물 형태, 소위 졸 형태로 공급된다. 적절한 실리카-기초 입자의 예는 호모폴리머화되거나 또는 코-폴리머화된 상이한 유형의 폴리규산 및 콜로이드성 실리카를 포함한다. 실리카- 기초 졸은 변형될 수 있으며 그밖의 다른 원소, 예를 들면 알루미늄, 붕소, 질소, 지르코늄, 갈륨, 티타늄 등을 함유할 수 있으며, 이것들은 수용액 상 및/또는 카-기초 입자 내에 존재할 수 있다. 상기와 같은 유형의 적절한 실리카-기초 입자의 예는 콜로이드성 알루미늄-변형된 실리카 및 알루미늄 실리케이트를 포함한다. 이와 같은 적절한 실리카-기초 입자의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 음이온성 실리카-기초 입자를 포함하는 적절한 배수제 및 보류제의 예는 본원에 참고문헌으로 편입된 미국 특허 4,388,150; 4,927,498; 4,954,220; 4,961,825; 4,980,025; 5,127,994; 5,176,891 ; 5,368,833; 5,447,604; 5,470,435; 5,543,014; 5,571 ,494; 5,573,674; 5,584,966; 5,603,805; 5,688,482에 기재된 것들을 포함한다.
적절한 음이온성 실리카-기초 입자의 예는 약 100 ㎚ 미만, 바람직하게는 약 20 ㎚ 미만 그리고 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 10 ㎚ 범위의 평균 입자 크기를 갖는 것을 포함한다. 실리카 화학의 관습에 의하면, 입자 크기는 집합된 것이거나 또는 집합되지 않은 것일 수 있는, 주 입자(primary particle)의 평균 크기이다. 실리카-기초 입자의 비표면적은 적절하게는 50 ㎡/g 초과 그리고 바람직하게는 100 ㎡/g 초과이다. 일반적으로, 비표면적은 최대 약 1700 ㎡/g 그리고 바람직하게는 최대 1000 ㎡/g일 수 있다. 비표면적은 Analytical Chemistry 28(1956)에서 G.W. Sears에 의해 개시된 공지의 방법, 그리고 미국특허 제5,176,891호에 개시된 공지의 방법에 따라 NaOH와의 적정에 의해 측정되었다. 제시된 면적은 입자의 평균 비표면적을 나타낸다.
바람직하게는, 음이온성 실리카-기초 입자는 50 내지 1000 ㎡/g, 더욱 바람직하게는 100 내지 950 ㎡/g 범위의 비표면적을 갖는다. 상기 유형의 실리카-기초 입자의 졸은 또한 예를 들면 전술한 원소와의 변형을 포함한다. 바람직하게는, 실리카-기초 입자는 300 내지 1000 ㎡/g, 적절하게는 500 내지 950 ㎡/g, 그리고 바람직하게는 750 내지 950 ㎡/g 범위의 비표면적의 실리카-기초 입자를 함유하며, 8 내지 50 %, 바람직하게는 10 내지 40% 범위의 S-값을 갖는 졸 내에 존재하며, 상기 졸은 전술한 바와 같이 변형될 수 있다. S-값은 J. Phys. Chem. 60(1956), 955-957의 Her & Dalton에 의해 개시된 바에 따라 측정되고 계산될 수 있다. S-값은 집합 정도 또는 마이크로겔 형성 정도를 나타내며 낮은 S-값은 높은 집합 정도를 나타낸다.
본원 발명의 또다른 구체예에 있어서, 실리카-기초 입자는 적절하게는 약 1000 ㎡/g 초과의 높은 비표면적을 가지며, 호모폴리머화되거나 또는 코-폴리머화된, 폴리규산으로부터 선택된다. 비표면적은 1000 내지 1700 ㎡/g 그리고 바람직하게는 1050 내지 1600 ㎡/g의 범위일 수 있다. 변형된 또는 코-폴리머화된 폴리규산의 졸은 전술한 바와 같이 그밖의 다른 원소를 함유할 수 있다. 당해 기술분야에서, 폴리규산은 또한 폴리머릭 규산, 폴리규산 마이크로겔, 폴리실리케이트 및 폴리실리케이트 마이크로겔이라 불리며, 이것들은 모두 본원에서 사용된 폴리규산이라는 용어에 포함된다. 상기 유형의 알루미늄-함유 화합물은 또한 일반적으로 폴리알루미노실리케이트 및 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔이라 불리며, 이것들은 모두 본원에서 사용된 콜로이드성 알루미늄-변형된 실리카 및 알루미늄 실리케이트라는 용어에 포함된다.
스멕타이트 유형의 적절한 음이온성 점토의 예는 몬트모릴로니트/벤토나이트, 헥토라이트, 바이델라이트(beidelite), 논트로니트, 사포나이트, 라포나이트, 바람직하게는 벤토나이트를 포함한다. 적절한 음이온성 벤토나이트 점토의 예는 본원에 참조문헌으로 편입된 미국 특허 제4,753,710호; 제5,071,512호; 및 제5,607,552호에 개시된 것들을 포함한다.
적절한 양이온성 응고제(또한 트래시 캐처 및 접착제로 불리는)의 예는 수용성 유기 폴리머릭 응고제 및 무기 응고제를 포함한다. 양이온성 응고제는 단독으로 또는 함께 사용될 수 있는데, 즉 폴리머릭 응고제는 무기 응고제와 함께 사용될 수 있다. 적절한 수용성 유기 폴리머릭 양이온성 응고제의 예는 양이온성 폴리아민, 폴리아마이드아민, 폴리에틸렌 이민, 디시안디아마이드 응축 폴리머, 및 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 또는 단량체 혼합물(50 내지 100 mole %의 양이온성 단량체와 0 내지 50 mole %의 그밖의 다른 단량체로 형성됨)의 폴리머를 포함한다. 양이온성 단량체의 용량은 일반적으로 80 mole % 이상, 적절하게는 100 %이다. 적절한 에틸렌계 불포화 양이온성 단량체의 예는 디알킬아미노알킬 (메트)-아크릴레이트 및 -아크릴아마이드, 바람직하게는 4차화된 형태(quatemised form), 및 디알릴 디알킬 암모늄 클로라이드, 예를 들면 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드 (DADMAC), 바람직하게는 DADMAC의 호모폴리머 및 코폴리머를 포함한다. 유기 폴리머릭 양이온성 응고제는 일반적으로 1,000 내지 700,000, 적절하게는 10,000 내지 500,000 범위의 분자량을 갖는다. 적절한 무기 응고제의 예는 알루미늄 화합물, 예를 들면 황산알루미늄 및 폴리알루미늄 화합물(alum and polyaluminium compound), 예를 들면 폴리알루미늄 클로라이드, 폴리알루미늄 술페이트, 폴리알루미늄 실리케이트 술페이트 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본원 발명에 따르는 바람직한 배수 및 보류 시스템의 예는 다음을 포함한다:
(i) 양이온성 다당류, 바람직하게는 전분, 또는 양이온성 사슬-성장 폴리머, 바람직하게는 양이온성 아크릴아마이드-기초 폴리머와 조합하고, 선택적으로 양이온성 응고제와 조합하는 음이온성 실리카-기초 입자;
(ii) 음이온성 아크릴아마이드-기초 폴리머와 조합하고, 선택적으로 양이온성 유기 폴리머 및/또는 양이온성 응고제와 조합하는 음이온성 실리카-기초 입자;
(iii) 양이온성 사슬-성장 폴리머, 바람직하게는 양이온성 아크릴아마이드-기초 폴리머와 조합하고, 선택적으로 양이온성 응고제와 조합하는 벤토나이트;
(iv) 음이온성 단계-성장 폴리머, 바람직하게는 음이온성 나프탈렌-기초 응축 폴리머와 조합하고; 선택적으로 양이온성 응고제와 조합하는 양이온성 다당류, 바람직하게는 양이온성 전분;
v) 음이온성 단계-성장 폴리머, 바람직하게는 음이온성 나프탈렌-기초 응축 폴리머와 조합하고, 선택적으로 양이온성 응고제와 조합하는 이온성 사슬-성장 폴리머, 바람직하게는 양이온성 아크릴아마이드-기초 폴리머;
vi) 양이온성 응고제와 조합하는 양이온성 사슬-성장 폴리머, 바람직하게는 양이온성 아크릴아마이드-기초 폴리머; 및
(vii) 가교-결합형 음이온성 및 양이온성 아크릴아마이드-기초 폴리머와 조합하는 양이온성 사슬-성장 폴리머, 바람직하게는 양이온성 아크릴아마이드-기초 폴리머.
배수제 및 보류제 성분은 전통적인 방법으로 그리고 순서 없이 셀룰로오스성 현탁액에 첨가될 수 있다. 규산질 재료를 사용할 때는, 비록 반대의 첨가 순서도 사용가능할지라도, 규산질 재료를 첨가하기 이전에 양이온성 폴리머를 현탁액에 첨가하는 것이 바람직하다. 펌핑단계, 믹싱단계, 클리닝단계, 등으로부터 선택될 수 있는 전단 단계 이전에 양이온성 폴리머를 첨가하는 것이 더욱 바람직하며, 전단 단계 이후에 규산질 재료를 첨가하는 것이 바람직하다. 양이온성 응고제를 사용할 때는, 사용된다면 양이온성 폴리머 및 규산질 재료를 도입하기 이전에 양이온성 응고제를 현탁액 내로 도입하는 것이 바람직하다. 그 대신에, 예를 들면 본원에 참조문헌으로 편입된 미국 특허 제5,858,174호에 개시된 바와 같이, 양이온성 응고제 및 양이온성 폴리머는 개별적으로 또는 혼합되어, 본질적으로 동시에 현탁액 내로 도입될 수 있다.
만약 본원 발명에 따르는 하이드로탈사이트가 배수제 및 보류제와 함께 사용된다면, 하이드로탈사이트는 배수제 및 보류제의 첨가 이전 또는 이후에 현탁액에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 하이드로탈사이트는 배수제 및 보류제 첨가 이전에 첨가된다. 바람직하게는, 하이드로탈사이트는 진한 스톡, 또는 묽은 스톡에 첨가되고, 배수제 및 보류제는 묽은 스톡에 첨가된다. 하이드로탈사이트는 또는 재생 백수에 첨가될 수 있다. 만약 두 개 이상의 배수제 및 보류제, 즉 규산질 재료 예를 들면 실리카-기초 입자와 함께 양이온성 폴리머, 그리고 선택적으로 음이온성 유기 폴리머가 사용된다면, 하이드로탈사이트는 배수제 및 보류제의 첨가 이전, 이후 또는 그 사이에, 또는 모든 배수제 및 보류제와 함께 셀룰로오스성 현탁액(스톡)에 첨가될 수 있다. 하이드로탈사이트는 공정에 있어서 몇몇 시점, 예를 들면 진한 스톡에, 그리고 배수제 및 보류제의 첨가 이전의 묽은 스톡에 다시 첨가될 수 있다.
본원 발명에 따르는 배수제 및 보류제는, 스톡이 탈수되도록, 그 밖의 다른 것 중에, 구성성분의 유형 및 수, 셀룰로오스성 현탁액의 유형, 염 함량, 염의 유형, 충전재 함량, 충전재 유형, 첨가 시점, 백수 종결 정도(degree of whitewater closure) 등에 의존하는 광범위한 범위에서 변할 수 있는 용량으로, 스톡에 첨가될 수 있다. 일반적으로, 배수제 및 보류제는 첨가되지 않을 때 수득되는 것보다 우수한 배수력 및 보류력을 제공하는 용량으로 첨가될 수 있다. 양이온성 폴리머는 일반적으로 건조 셀룰로오스성 현탁액에 기초하여 약 0.001 중량% 이상, 흔히 약 0.005 중량% 이상, 그리고 상한은 일반적으로 약 3 중량% 및 적절하게는 약 1.5 중량%로 첨가된다. 일반적으로 적용되는 양이온성 폴리머의 첨가 용량은 약 0.01 중량% 내지 약 0.5 중량%까지이다. 음이온성 재료, 예를 들면 규산질 재료, 즉 스멕타이트 유형의 음이온성 점토 및 음이온성 실리카-기초 입자, 그리고 음이온성 유기 폴리머는 건조 셀룰로오스성 현탁액에 기초하여 약 0.001 중량% 이상, 흔히 약 0.005 중량% 이상, 그리고 상한은 일반적으로 약 1.0 중량% 및 적절하게는 약 0.6 중량%의 용량으로 첨가된다.
공정에서 양이온성 응고제를 사용할 때, 건조 셀룰로오스성 현탁액에 대한 건조 응고제로서 계산되어, 약 0.001 중량% 이상의 용량으로 첨가될 수 있다. 적절하게는, 용량은 약 0.05 내지 3.0%까지, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 2.0%까지의 범위이다.
더욱, 공정은 또한 높은 전도도를 갖는 셀룰로오스성 현탁액으로부터 판지의 제조에 유용할 수 있다. 이와 같은 경우, 와이어 상에서 탈수되는 현탁액의 전도도는 일반적으로 1.0 mS/cm 이상, 적절하게는 2.0 mS/cm 이상, 바람직하게는 3.5 mS/cm 이상이다. 전도도는 예를 들면 Christian Bemer로부터 공급되는 WTW LF 539 기기와 같은 표준 장비에 의해 측정될 수 있다. 전술한 값은 판지 초지기(board machine)의 헤드 박스 내로 공급되거나 또는 헤드 박스 내에 존재하는 셀룰로오스성 현탁액의 전도도를 측정함으로써, 또는 그 대신에, 현탁액을 탈수하여 수득되는 백수의 전도도를 측정하여 결정된다.
본원 발명은 또한 판지 제조 방법을 포함하며, 여기서 백수는 높은 백수 종결 정도(degree of whitewater closure )로 광범위하게 재활용되거나 또는 재순환되는데, 예를 들면 건조 판지 톤당 담수(fresh water) 0 내지 30 톤, 일반적으로는 20 톤 미만, 적절하게는 15 톤 미만, 바람직하게는 10 톤 미만, 특히 1 톤 미만이 사용된다.
본원 발명은 또한 포장 원료 제조 방법에 관계하며, 상기 방법은 본원에서 정의된 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 제공하는 단계, 상기 판지를 프린팅, 바니싱, 코팅, 예를 들면 플라스틱 코팅, 압출 코팅, 장벽 코팅(barrier coating), 라미네이팅, 예를 들면 플라스틱 필름 라미네이팅 및 금속 포일 라미네이팅, 예를 들면 알루미늄 포일 라미네이팅, 메탈라이징, 다이 컷팅, 즉 공간 제거(stamping out blank), 크리싱, 스코링, 스트립핑, 즉 제거 또는 파괴, 블랭킹, 즉 공간 분리(separation of blank), 포일 블락킹, 엠보싱 및 폴딩으로부터 선택되는 하나 이상의 전환공정을 받게 하는 단계를 포함한다. 본원에 사용된 용어 "크리싱(creasing)"은 또한 스코링(scoring) 및 그루빙(grooving)을 나타낸다. 바람직하게는, 상기 방법은 스코링 또는 크리싱을 포함하는 하나 이상의 전환 공정, 바람직하게는 스코링 또는 크리싱, 예를 들면 컷팅 및 스코링 또는 크리싱을 포함하는 두 개 이상의 작업을 포함한다.
또한 본원 발명은 본원에서 정의된 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함하고, 하나 이상의 주름을 더욱 포함하는 포장 원료(packaging material)에 관계한다. 눈금, 홈, 또는 폴딩 라인으로 불리는 주름은 충전하기 이전에 포장원료를 쉽게 접고 직립하게 한다. 본원 발명의 포장 원료는 플라스틱 필름, 금속 포일, 예를 들면 알루미늄의 하나 이상의 층, 및/또는 장벽 코팅(barrier coating)을 가질 수 있다.
본원 발명은 또한 포장 방법에 관계하는데, 상기 포장 방법은 본원에서 정의된 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함하는 포장 원료의 공간을 제공하는 단계; 상기 공간을 고체 또는 액체 내용물로 충전시켜 밀봉되지 않은 포장을 수득하는 단계; 및 그 후 수득된 포장을 밀봉하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 포장 원료는 하나 이상의 홈, 주름 또는 눈금을 포함한다. 본원에 사용된 용어 "공간(blank)"은 충전되지 않은 포장 또는 포장 원료를 의미한다. 바람직하게는 공간은 충전 이전에 접히고 직립된다. 적절한 밀봉 방법의 예는 풀칠(gluing) 및 열 밀봉(heat sealing)을 포함한다.
적절한 고체 및 액체 내용물의 예는 고체 및 액체 식료품, 예를 들면 토마토 제품, 수프 및 크림; 음료, 예를 들면 우유, 과일 주스, 포도주 및 물; 조제약; 화장품; 초콜릿; 궐련 및 담배를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 본원 발명은 포장 및/또는 내용물을 멸균하는 단계를 더욱 포함한다. 본원에 사용된 용어 "멸균(sterilizing)"은 미생물 수를 감소시킴을 의미한다. 적절한 멸균 방법 및 수단의 예는 가열, 예를 들면 신속 가열 및 냉각, 화학물질, 예를 들면 과산화수소, 조사(irradiation), 예를 들면 IR 및 UV 조사를 포함한다. 충전(filling)은 멸균 조건 하에서 수행될 수 있다.
본원 발명은 또한 본원에서 정의된 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함하고, 고체 또는 액체 내용물을 더욱 포함하는 포장에 관계한다. 본원 발명은 또한 고체 또는 액체 식료품, 음료, 조제약, 화장품, 초콜릿, 궐련 또는 담배의 포장을 위한, 본원에서 정의된 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함하는 포장 원료의 용도에 관계한다.
본원 발명의 적절한 포장의 예는 식료품 포장, 음료 포장, 멸균 포장 및 무균 포장을 포함한다.
본원 발명은 다음의 실시예에서 더욱 설명되나, 실시예와 동일하도록 제한하지는 않는다. 다른 설명이 없는 한, 부(part) 및 % 는 각각 중량부(parts by weight) 및 중량%를 나타낸다.
실시예 1
본 실시예에서, 바람직하지 않은 및/또는 불쾌한 맛, 냄새 및/또는 판지 향기를 감소시키는 본원 발명의 효능이 평가되었다.
판지 내에 존재하고 바람직하지 않은 맛, 냄새 및/또는 향기, n-헥산알을 발생하는 화학물질이 방향 견본 물질(smelling model substance)로 선택되었으며, 이하 "방향 물질(smelling substance)"로 나타낸다. 방향 물질(smelling substance) 함량은 소위 핫 메서드(hot method)에 의해 결정되었는데, 여기서 포장 원료 2.5 g으로 구성된 샘플은 용기 내에 놓여졌고 그 후 밀봉되었다. 약 5분 동안 흔들고 그 후 후속하여 100℃에서 40분 동안의 서모스테이팅(thermostating) 이후, 샘플 위의 상당량의 가스가 회수되었으며 즉시 기체 크로마토그래피에서 분석되었다. 상당량의 가스 내의 방향 물질(smelling substance) 함량은 크로마토그램의 상단 영역으로부터 계산되었다. 바람직하지 않은 맛, 냄새 및/또는 향기의 등급은 방향 물질(smelling substance) 잔류물로서 제시되었으며, 상기 잔류물은 첨가제가 없는 시트 또는 펄프로부터 이송된 대응 함량에 대한, 하이드로탈사이트를 함유하는 셀룰로오스성 시트 또는 펄프로부터 이송된 방향 물질(smelling substance) 함량의 백분률 몫을 구성한다. 그 결과, 하이드로탈사이트 또는 종이 화학물질의 첨가가 없는 시트 또는 펄프부터 이송된 방향 물질(smelling substance) 함량이 계산되었다.
하이드로탈사이트가 있는, 그리고 하이드로탈사이트가 없는 판지의 플라이가 파일럿 머신(pilot machine) 상에서 제조되었다. 표백된 연목 펄프 30 % 및 표백된 경목 펄프 70 %로 구성된 액체 포장 판지 밀(liquid packaging board mill)로부터의 지료에 기초하여 진한 셀룰로오스성 현탁액(진한 스톡)이 사용되었다. 진한 현탁액은 표백된 경목 펄프로부터의 가압수(press water)로 희석되어 15 g/l의 농도를 제공하였다. 수득된 현탁액은 pH 7 및 0.8 mS/cm의 전도도를 가졌다. 현탁액은 교반되었고 50℃까지 가열되었다. 한 실험에서, 50 ㎏/t 하이드로탈사이트 (CC-22, Akzo Nobel Catalyst B.V.)가 현탁액에 첨가되었다. 현탁액은 30분 동안 교반되었다.
시트 형성 이전에, 다음의 첨가제가 다음의 순서로 현탁액에 첨가되었다: 소성된 점토(calcinated clay) 8 % ; 알루미늄 술페이트 1 ㎏/t; 양이온성 전분 (Perlbond 970) 4 ㎏/t; 로진-기초 사이징제 (Eka Composize L44HT) 1.6 ㎏/t; 알루미늄 술페이트 1.5 ㎏/t; 케텐 이량체에 기초한 사이징제 (Eka Keydime 28HF) 1.5 ㎏/t; 양이온성 전분 (Perlbond 970) 5 ㎏/t; 그리고 실리카 졸 (Eka NP 442) 2.5 ㎏/t. 현탁액은 탈수되어 약 90 g/㎡의 평량(basis weight)을 갖는 시트를 형성하였다.
제조 직후에, A4 크기의 시트가 알루미늄 포일로 감싸졌으며 공기 밀폐 플라스틱 용기(air tight plastic bag) 내에서 밀봉되었다. 2주 후에, 시트는 방향 물질(smelling substance)에 대하여 기체 크로마토그래피로 분석되었다. 표 1은 2주간의 저장 이후의 방향 물질(smelling substance)의 양을 나타낸다.
실험번호 하이드로탈사이트 [㎏/t] 방향물질 (smelling substance) [ng/㎖]
1 0 168
2 50 110
실시예 1은 본원 발명이 기체 상에서 휘발성 방향 물질(smelling substance) 함량의 35 %감소를 결과하였음을 나타낸다.
실시예 2
판지는 첨가되는 하이드로탈사이트의 용량이 다른 것을 제외하고, 실시예 1에 개시된 바에 따라 제조되었다. 수득된 판지는 재 보유(ash retention)라 불리는, 충전재 함량에 대하여 분석되었다. 표 2는 결과를 나타낸다.
실험번호 하이드로탈사이트 [㎏/t] 충전재[%]
1 0 7.6
2 10 8.2
표 2는 공정에서 하이드로탈사이트가 첨가될 때 충전재 수준이 더 높았음을 나타낸다.
실시예 3
본 실시예에서, 사이징 성능이 평가되었다. 액체 포장 판지 밀(liquid packaging board mill)로부터의 셀룰로오스성 현탁액은 3R2 쌓임구조를 갖는 하이드로탈사이트(CC-22, Akzo Nobel Catalyst B. V.) 및 탈크(Finntalc P05, Omya)로 각각 처리되었다. 사이징제, 배수제 및 보류제가 첨가되었으며 핸드 시트가 제조되었다(SCAN-C 26:76). 시트의 사이징은 Cobb 60 값 (SCAN-P 12:64)으로서 측정되었다.
표백된 연목 및 경목 펄프로 구성된 액체 포장 판지 (liquid packaging board mill, LPB) 밀(mill)로부터의 지료에 기초하여 진한 셀룰로오스성 현탁액(진한 스톡)이 사용되었다. 현탁액은 교반되었으며 50℃까지 가열되었다. 하이드로탈사이트 또는 탈크가 현탁액에 첨가되었으며 30분 동안 교반되었다. 그 후 진한 현탁액은 5 g/L의 농도까지 수돗물로 희석되었다. 수득된 현탁액은 pH 8 및 0.7 mS/cm의 전도도를 가졌다. 시트 제조 전에,
AKD (Keydime C223, Eka Chemicals)의 건조 펄프 0.3 ㎏/ton, 양이온성 전분 (Perlbond 970)의 건조 펄프 8 ㎏/ton 및 실리카-기초 입자 (Eka NP 590, Eka Chemicals)의 건조 펄프 0.5 ㎏/ton 이 첨가되었다. 시트는 약 73 g/㎡의 평량(basis weight)을 가졌다. 표 3은 액체 포장 판지 지료에 대한 상이한 용량의 탈크 및 하이드로탈사이트 첨가에 의해 수득된 사이징 결과를 나타낸다.
실험 번호 탈크[㎏/t] CC-22[㎏/t] Cobb 60
1 0 0 40
2 1 44
3 5 60
4 1 35
5 5 34
하이드로탈사이트가 탈크보다 많이 사용될 때 사이징 성능이 개선되었다. 표백된 펄프 및 하이드로탈사이트를 함유하는 셀룰로오스성 시트는 싱글 플라이 판지 및 멀티 플라이 판지의 플라이, 예를 들면 상단 및/또는 후면 플라이로 사용될 수 있다.
실시예 4
사이징 성능은 각각 하이드로탈사이트 (CC-22, Akzo Nobel Catalyst B. V.) 및 탈크 (Finntalc P05, Omya)를 더 많이 첨가하여 평가되었다. 핸드 시트가 제조되었으며 사이징 성능은 Cobb 60 (SCAN-P 12:64) 값으로서 측정되었다.
과산화수소 표백된 연목 및 경목 술페이트 펄프로 구성된 LPB 밀(mill)로부터의 지료에 기초하여 ~4% 농도의 진한 셀룰로오스성 현탁액이 사용되었다. 상기 현탁액은 교반되었으며 50℃까지 가열되었다. 하이드로탈사이트 또는 탈크가 현탁액에 첨가되었으며 20분 동안 가만히 두었다. 진한 현탁액은 그 후 ~3.9 g/l 농도까지 표백 여과액으로 희석되었다. 핸드 시트(Rapid-Kothen former) 제조 이전에 로진 사이즈 1.6 ㎏/t, 황산알루미늄(alum) 1.6 ㎏/t, 양이온성 전분 5.0 ㎏/t 및 실리카-기초 입자 (Eka NP 590, Eka Chemicals) 0.35 ㎏/t이 지료 AKD에 첨가되었다. 시트는 약 100 g/㎡의 평량(basis weight)을 가졌다. 표 4는 액체 포장 판지 퍼니쉬의 사이징에 의해 수득된 사이징 결과를 나타낸다.
실험 번호 AKD[㎏/t] 탈크[㎏/t] CC-22[㎏/t] COBB 60
1 0 0 0 258
2 0.5 0 0 250
3 0.8 0 0 131
4 1 0 0 59
5 1.4 0 0 39
6 0.5 5 0 211
7 0.8 5 0 115
8 1 5 0 61
9 1.4 5 0 39
10 0.5 0 0 198
11 0.8 0 0 87
12 1 0 0 45
13 1.4 0 0 33
표 4는 탈크와 상응하는 하이드로탈사이트를 사용하여 사이징 성능이 개선되었음을 나타낸다(낮은 Cobb 60 값). 표백된 펄프 및 하이드로탈사이트를 함유하는 셀룰로오스성 시트는 싱글 플라이 판지 및 멀티 플라이 판지의 플라이, 예를 들면 상단 및/또는 후면 플라이로 사용될 수 있다.
실시예 5
본 실시예는 탈묵펄프 (DIP) 밀(mill) 내에서 수행되었다. DIP 밀(mill)로부터의 수성 펄프 현탁액은 하이드로탈사이트 (CC-22, Akzo Nobel Catalyst B.V.)로 처리되었다. 펄프 여과액의 혼탁도가 그 후 측정되었다.
사용된 펄프 현탁액은 DIP 플랜트 내 디스크 필터와 스크루 프레스 사이에 취해졌다. 펄프 현탁액은 ~7%의 농도를 가졌으며 ~4.2%까지 수돗물로 희석되었다. 상기 현탁액 펄프는 교반되었으며 50℃까지 가열되었다. 하이드로탈사이트가 펄프 현탁액에 첨가되었으며 30분 동안 가만히 두었다. 그 후 펄프 현탁액은 GF/A 유리 섬유 필터(~2 ㎛ 구멍 직경)를 통하여 여과되었다. 여과액은 Hach 2100P 혼탁도 미터 내에서 혼탁도가 분석되었다. 표 5는 결과를 나타낸다.
실험 번호 CC-22[㎏/t] 혼탁도(turbidity)[NTU]
1 0 71.8
2 2 63.5
3 5 42.3
여과단계 이전에 탈묵 펄프와 하이드로탈사이트를 혼합하였을 때, 여과액의 혼탁도가 개선되었다(감소하였다). DIP 및 하이드로탈사이트를 함유하는 셀룰로오스성 시트는 멀티 플라이 판지의 플라이, 예를 들면 상단하부 및 /또는 중간 플라이로서 사용될 수 있다.
본원 발명은 판지 제조 방법에 관계하며, 상기 방법은 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 수성 현탁액을 제공하는 단계; 하이드로탈사이트를 현탁액에 첨가하는 단계; 수득된 현탁액을 탈수시켜 (i) 싱글 플라이 판지; 또는 (ii) 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 포함하는 플라이를 제공하는 단계, 및 상기 플라이를 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 하나 이상의 플라이에 부착시켜 두 개 이상의 플라이를 포함하는 멀티 플라이 판지를 제공하는 단계를 포함한다. 본원 발명은 또한 셀룰로오스성 섬유를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지에 관계하며, 여기서 상기 판지는 상기 하나 이상의 플라이에 분산된 하이드로탈사이트를 더욱 포함한다. 본원 발명은 또한 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하 나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함하는 포장 원료 제조 방법, 포장 원료 그 자체 및 포장 원료의 용도에 관계한다. 본원발명은 또한 포장 방법 및 포장에 관계하며 상기 포장은 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지를 포함한다.

Claims (20)

  1. (i) 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 수성 현탁액을 제공하는 단계;
    (ii) 상기 현탁액에 하이드로탈사이트를 첨가하는 단계;
    (iii) 수득된 현탁액을 탈수시켜 130g/㎡ 이상의 평량을 갖는 싱글 플라이 판지를 제공하는 단계
    를 포함하는 판지 제조 방법.
  2. (i) 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 수성 현탁액을 제공하는 단계;
    (ii) 상기 현탁액에 하이드로탈사이트를 첨가하는 단계;
    (iii) 수득된 현탁액을 탈수시켜 셀룰로오스성 섬유 및 하이드로탈사이트를 포함하는 플라이를 제공하는 단계; 및
    (iv) 상기 플라이를 셀룰로오스성 섬유를 포함하는 하나 이상의 플라이에 부착시켜 둘 이상의 플라이를 포함하는 멀티 플라이 판지를 제공하는 단계
    를 포함하는 판지 제조 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 양이온성 폴리머를 상기 현탁액에 첨가하는 단계를 더욱 포함하는 판지 제조 방법.
  4. 앞선 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 규산질 재료를 상기 현탁액에 첨가하 는 단계를 더욱 포함하는 판지 제조 방법.
  5. 앞선 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 사이징제를 상기 현탁액에 첨가하는 단계를 더욱 포함하는 판지 제조 방법.
  6. 셀룰로오스성 섬유를 함유하는 하나 이상의 플라이를 포함하는 판지에 있어서, 상기 하나 이상의 플라이에 분산된 하이드로탈사이트를 더욱 포함하며 130g/㎡ 이상의 평량을 갖는 판지.
  7. (i) 130g/㎡ 이상의 평량을 가지며, 하나 이상의 플라이 중 적어도 하나에 분산된 하이드로탈사이트 및 셀룰로오스성 섬유를 함유하는 하나 이상의 플라이를 함유하는 판지를 제공하는 단계; 및
    (ii) 상기 판지를 프린팅, 바니싱, 코팅, 라미네이팅, 메탈라이징, 다이 컷팅, 스코링, 크리싱, 포일 블락킹, 엠보싱 및 폴딩으로부터 선택되는 하나 이상의 전환 공정을 겪게 하는 단계를 포함하는
    포장 원료 제조 방법.
  8. 상기 하나 이상의 플라이 중 적어도 하나에 분산된 하이드로탈사이트 및 셀룰로오스성 섬유 함유하는 하나 이상의 플라이
    를 포함하는 판지
    를 포함하는 포장 원료에 있어서,
    하나 이상의 홈, 눈금 또는 주름을 더욱 포함하는 포장 원료.
  9. (i) 상기 하나 이상의 플라이 중 적어도 하나에 분산된 하이드로탈사이트 및 셀룰로오스성 섬유를 함유하는 하나 이상의 플라이
    를 포함하는 판지
    를 포함하는 포장 원료의 공간을 제공하는 단계;
    (ii) 상기 공간을 고체 또는 액체 내용물로 충전시켜 밀봉되지 않은 포장을 형성하는 단계; 및
    (iii) 수득된 포장을 밀봉하는 단계
    를 포함하는 포장 방법.
  10. 상기 하나 이상의 플라이 중 적어도 하나에 분산된 하이드로탈사이트 및 셀룰로오스성 섬유를 함유하는 하나 이상의 플라이
    를 포함하는 판지
    를 포함하는 포장에 있어서,
    고체 또는 액체 내용물을 더욱 포함하는 포장.
  11. 하이드로탈사이트는 3R1 쌓임구조를 갖는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항 에 따르는 판지 제조 방법; 제 6항에 따르는 판지; 제 7항에 따르는 포장 원료 제조 방법; 제 8항에 따르는 포장 원료; 제 9항에 따르는 포장 방법; 또는 제 10항에 따르는 포장.
  12. 하이드로탈사이트는 3R2 쌓임 구조를 가짐을 특징으로 하는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따르는 판지 제조 방법; 제 6항에 따르는 판지; 제 7항에 따르는 포장 원료 제조 방법; 제 8항에 따르는 포장 원료; 제 9항에 따르는 포장 방법; 또는 제 10항에 따르는 포장.
  13. 판지는 셀룰로오스성 섬유를 함유하는 둘 이상의 플라이를 포함함을 특징으로 하는 제 1항 내지 제 5항, 제 11항 및 제 12항 중 어느 한 항에 따르는 판지 제조 방법; 제 6항, 제 11항 및 제 12항 중 어느 한 항에 따르는 판지; 제 7항, 제 11항 및 제 12항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료 제조 방법; 제 8항, 제 11항 및 제 12항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료; 제 9항, 제 11항 및 제 12항 중 어느 한 항에 따르는 포장 방법; 또는 제 10항, 제 11항 및 제 12항 중 어느 한 항에 따르는 포장.
  14. 판지는 130g/㎡ 이상의 평량을 가짐을 특징으로 하는 제 2항 내지 제 5항, 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따르는 판지 제조 방법; 제 7항, 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료 제조 방법; 제 8항, 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료; 제 9항, 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따르는 포장 방법; 또는 제 10항 내지 13항 중 어느 한 항에 따르는 포장.
  15. 판지는 150 내지 450g/㎡의 평량을 가짐을 특징으로 하는 제 1항 내지 제 5항, 제 11항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따르는 판지 제조 방법; 제 6항, 제 11항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따르는 판지; 제 7항, 제 11항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료 제조 방법; 제 8항, 제 11항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료; 제 9항, 제 11항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따르는 포장 방법; 또는 제 10항 내지 14항 중 어느 한 항에 따르는 포장.
  16. 판지는 50 중량% 이상의 셀룰로오스성 섬유를 포함함을 특징으로 하는 제 1항 내지 제 5항, 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따르는 판지 제조 방법; 제 6항, 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따르는 판지; 제 7항, 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료 제조 방법; 제 8항, 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료; 제 9항, 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따르는 포장 방법; 또는 제 10항 내지 15항 중 어느 한 항에 따르는 포장.
  17. 판지는 200 내지 600 ㎏/㎥의 체적 밀도를 가짐을 특징으로 하는 제 1항 내지 제 5항, 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따르는 판지 제조 방법; 제 6항, 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따르는 판지; 제 7항, 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료 제조 방법; 제 8항, 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료; 제 9항, 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따르는 포장 방법; 또는 제 10항 내지 16항 중 어느 한 항에 따르는 포장.
  18. 고체 또는 액체 내용물은 식료품, 음료, 조제약, 화장품, 초콜릿, 궐련 또는 담배임을 특징으로 하는 제 9항, 제 11항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 따르는 포장 방법; 또는 제 10항 내지 17항 중 어느 한 항에 따르는 포장.
  19. 제 9항, 제 11항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 멸균 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 포장 방법.
  20. 고체 또는 액체 식료품, 음료, 조제약, 화장품, 초콜릿, 궐련 또는 담배의 포장을 위한 제 8항, 제 11항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 따르는 포장 원료의 용도.
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