KR20090106471A - 셀룰로스 제품의 제조 방법 - Google Patents

셀룰로스 제품의 제조 방법 Download PDF

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패트릭 시몬슨
마렉 토카르츠
카타리나 구트케
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아크조 노벨 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 셀룰로스 제품의 제조 방법에 관한 것으로서,
상기 방법은 약 2 중량% 이상의 섬유 농도를 갖는 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 농축 현탁액(aqueous thick suspension)을 준비하는 단계; 상기 농축 현탁액에 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산을 첨가하는 단계; 상기 수득된 농축 현탁액을 희석하여 희석 현탁액(thin suspension)을 형성하는 단계; 상기 희석 현탁액에 1 이상의 탈수 및 보류 향상제(drainage and retention aids)를 첨가하는 단계; 및 상기 수득된 희석 현탁액을 탈수하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 셀룰로스 제품의 제조 방법에 관한 것으로서,
상기 방법은 약 2 중량% 이상의 섬유 농도 및 약 100 mg/l 이상의 알칼리 토금속 이온 농도를 갖는 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 농축 현탁액을 준비하는 단계; 상기 농축 현탁액에 알루미늄 화합물, 또는 알루미늄 화합물 및 산을 첨가하여 pH 약 4 내지 약 5.5를 수득하는 단계; 상기 수득된 농축 현탁액을 희석하여 희석 현탁액을 형성하는 단계; 상기 희석 현탁액에 1 이상의 탈수 및 보류 향상제를 첨가하는 단계; 및 상기 수득된 희석 현탁액을 탈수하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산의 혼합물을 포함하는 수성 조성물 및 상기 조성물의 용도에 관한 것이다.

Description

셀룰로스 제품의 제조 방법{PROCESS FOR THE PRODUCTION OF CELLULOSIC PRODUCT}
본 발명은 셀룰로스 제품(cellulosic product)의 제조 방법에 관한 것이다. 더 특별히, 본 발명은 셀룰로스 제품을 형성하기위해서 탈수되기 이전에 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 현탁액에 특정 첨가제를 첨가하는 단계를 포함하는 셀룰로스 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
제지 분야에서, 셀룰로스 섬유, 및 선택적으로 충전제 및 첨가제를 포함하는 수성 현탁액은 헤드박스(headbox)로 공급되어 상기 수성 현탁액을 형성 와이어(forming wire)상에 내보낸다. 물을 형성 와이어를 통해 상기 현탁액으로부터 탈수시켜서 종이의 습윤 웹(wet web)이 상기 와이어 상에 형성되고 상기 페이퍼 웹은 추가로 탈수되고 초지기(paper machine)의 건조 영역에서 건조된다. 탈수 및 보류 향상제(drainage and retention aids)는 종래에 탈수를 용이하게 하고 셀룰로스 섬유상에 미세 입자의 흡착을 증가시키기위해서 상기 현탁액에 도입되어 상기는 와이어에서 섬유를 보유한다.
셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 현탁액은 셀룰로스 섬유 이외에 제조 공정에 부정적인 영향을 주는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 화합물은 현탁액들에서 버진 펄프(virgin pulp) 및 재사용 펄프(recycled pulp)로부터 기인하는 것으로 알려져 있다. 펄핑(pulping) 작업 및 표백(bleaching) 작업 중에 분리되는 화합물을 통상 피치(pitch)라고 한다. 피치의 예로는 목재 수지, 가령 친유성 추출물(지방산, 수지산, 스테롤, 스테아릴 에스테르, 트리글리세라이드) 및 지방, 테르펜, 테르페노이드(terpeniods), 왁스 등을 포함한다. 상기 화합물들은 상기 현탁액의 음이온성 전하를 높이는데 기여한다.
또한, 화이트 워터(white water)가 광범위하게 재순환되는 밀폐된 밀(closed mills)에서, 상기 현탁액은 또한 염 및 다양한 목재 폴리머와 같은 하전된 오염물질을 포함할 수 있으며, 하전된, 낮게 하전된 및 하전되지 않은 화합물은 셀룰로스와 첨가된 기능성 화학제(가령, 탈수 및 보류 향상제, 사이징제 등)에 흡착 및 상호작용에 관련하여 경쟁한다. 통상, 상기 교란 화합물(disturbing compound)은 음이온성 트래시(anionic trash)라고 한다.
상술된 화합물은 다양한 방법으로 펄프 및 제지 공정을 방해한다. 교란 물질에 의해서 기인된 높은 음이온성 전하를 보충하기위해서, 탈수 및 보류를 개선하는 양이온성 첨가제의 사용 양이 제지 공정에서 증가된다.
US 특허 제4,388,150호에서는 미네랄 충전제가 사용되는 제지 공정에서 수득된 종이의 특성을 개선시키고 보류 및 탈수를 향상시키기위해 사용되는 콜로이드성 규산(colloidal silicic acid)과 함께 양이온성 스타치의 용도를 기술하고 있다.
EP-A 0 700 473에서는 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 현탁액에 양이온성 장쇄 폴리아크릴아미드를 첨가한 후 폴리머 알루미늄 염 및 염기 또는 산을 첨가함으로써 보류 및/또는 탈수를 개선시킨 제지 공정을 기술하고 있다.
셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 현탁액의 탈수 및 보류에서 상당한 개선이 달성되었다는 사실에도 불구하고, 특히 기계 펄프(mechanical pulps)로부터 유래된 수성 셀룰로스 현탁액으로부터 셀룰로스 제품을 제조할 때 여전히 개선이 요구된다. 그러므로, 본 발명의 목적은 제조 공정 중 탈수 및 보류에서 추가로 개선시킨 셀룰로스 제품의 제조 방법을 제공하는데 있다. 부가의 목적은 이후에 나타날 것이다.
발명의 요약
본 발명은 셀룰로스 제품의 제조 방법에 관한 것으로서,
(i) 약 2 중량% 이상의 섬유 농도를 갖는 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 농축 현탁액을 준비하는 단계;
(ii) 상기 농축 현탁액에 하기 성분을 첨가하는 단계;
(I) 알루미늄 화합물;
(II) 알칼리 토금속 염;
(III) 산;
(iii) 상기 수득된 농축 현탁액을 희석하여 희석 현탁액을 형성하는 단계;
(iv) 상기 희석 현탁액에 1 이상의 탈수 및 보류 향상제를 첨가하는 단계; 및
(v) 상기 수득된 희석 현탁액을 탈수하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 셀룰로스 제품의 제조 방법에 관한 것으로서,
(i) 하기를 갖는 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 농축 현탁액을 준비하는 단계:
(a) 약 2 중량% 이상의 섬유 농도;
(b) 약 100 mg/l 이상의 알칼리 토금속 이온 농도;
(ii) 상기 농축 현탁액에 알루미늄 화합물, 또는 알루미늄 화합물 및 산을 첨가하여 pH 약 4 내지 약 5.5를 수득하는 단계;
(iii) 상기 수득된 농축 현탁액을 희석하여 희석 현탁액을 형성하는 단계;
(iv) 상기 희석 현탁액에 1 이상의 탈수 및 보류 향상제를 첨가하는 단계; 및
(v) 상기 수득된 희석 현탁액을 탈수하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 (I) 알루미늄 화합물, (II) 알칼리 토금속 염 및 (III) 산의 혼합물을 포함하는 수성 조성물에 관한 것으로서,
알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산의 중량 비율은 약 60:1:0.1 내지 약 5:1:1의 범위이다.
또한, 본 발명은 셀룰로스 제품의 제조 방법에 첨가제로서 사용되는 수성 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 탈수 및 보류는 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산을 약 2 중량% 이상의 섬유 농도를 갖는 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 현탁액[본원에서 농축 현탁액(thick suspension)이라 함]에 첨가하는 단계; 상기 농축 현탁액을 희석하여 묽은 현탁액[본원에서 희석 현탁액(diluted suspension)이라 함]을 형성하는 단계; 및 상기 희석 현탁액에 1 이상의 탈수 및 보류 향상제를 첨가하는 단계 및 수득된 희석 현탁액을 탈수하여 셀룰로스 제품을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 종이 형성에 있어서 상당한 손상 없이 개선되거나 또는 종이 형성에서 개선될 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명은 모든 형태의 셀룰로스 현탁액, 특히 기계 펄프 또는 재사용 펄프를 포함하는 현탁액, 및 고함량의 염(고 전도도) 및 콜로이드성 물질을 갖는 현탁액으로부터 셀룰로스 제품의 제조, 및 화이트 워터 폐쇄(white water closure)의 높은 정도, 예컨대 광범위한 화이트 워터 재사용(white water recycling) 및 제한된 신규 물 공급을 갖는 제지 공정에서 탈수, 보류 및 수득율에 있어서 개선을 제공한다. 이로인해 본 발명은 초지기의 속도를 증가시키고 첨가제를 더 적게 사용하여 상응하는 탈수 및/또는 보류 효과를 제공함으로써 개선된 종이-제조 공정 및 경제적 이익을 이끌 수 있다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 알루미늄 화합물은 알룸(alum), 알루미네이트, 예컨대 알루민산나트륨, 알루민산칼륨, 염화알루미늄, 질산알루미늄, 및 폴리알루미늄 화합물, 가령 폴리알루미늄 클로라이드, 폴리알루미늄 설페이트, 및 클로라이드 이온과 설페이트 이온을 포함하는 폴리알루미늄 화합물, 폴리알루미늄 실리케이트-설페이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 폴리알루미늄 화합물은 또한 다른 음이온, 예를 들면 인산, 유기산, 가령 시트르산 및 옥살산으로부터 유래된 음이온을 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 알룸은 황산알루미늄 및 황산칼륨의 이중 염 K2SO4xAl2(SO4)3x24H2O을 포함할 뿐만 아니라, 황산알루미늄 Al2(SO4)3x14H2O, Al2(SO4)3x18H2O 및 이들의 혼합물을 포함한다. 적당한 알루미늄 화합물의 예로는 미국 특허 제5,127,994호에 개시된 것을 포함하며, 본원에 참고로 통합된다. 적당하게, 알루미늄 화합물은 알룸, 염화알루미늄, 폴리알루미늄 화합물, 가령 폴리알루미늄 클로라이드 및 폴리알루미늄 실리케이트 설페이트 및 알루미네이트, 바람직하게는 알룸으로부터 선택된다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 알칼리 토금속 염은 마그네슘염, 칼슘염 및 바륨염을 포함한다. 상기 염은 할라이드, 설페이트, 카보네이트, 니트레이트 또는 유기산으로부터 선택된 하나의 음이온을 갖는다. 적당하게, 알칼리 토금속 염은 마그네슘염 및 칼슘염, 예를들면 염화마그네슘, 황산마그네슘, 염화칼슘 및 황산바륨으로부터 선택된다. 바람직하게, 알칼리 토금속 염은 마그네슘염이다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 알칼리 토금속 염을 농축 현탁액에 첨가하여 약 100 mg/l 이상, 적당하게는 약 150 mg/l 이상, 바람직하게는 200 mg/l 이상의 알칼리 토금속 이온 농도를 수득한다. 농축 현탁액은 제지 시설(paper mill)에서 종이 제조에 적당한 희석 현탁액을 형성하기위해서 펄프 밀(pulp mill)로부터의 농축 수성 섬유 현탁액이 물과 혼합되는 통합 시설(integrated mills)에서 현탁액을 형성하기위해서 사용되는 셀룰로스 섬유 및 충전제로부터 유래될 수 있는 Ca2+ 및 Mg2+ 이온에 기초한 알칼리 토금속 염의 높은 농도를 가질 수 있다. 또한 상기 염은 농축 현탁액으로 도입되는 다양한 첨가제 및 공정으로 공급되는 신규한 물로부터 유래될 수 있다. 염의 농도는 통상 화이트 워터가 광범위하게 재순환되는 공정에서 더 높으며, 공정에서 순환되는 물에 염이 상당히 축적될 수 있다. 그러므로, 약 100 mg/l 이상의 알칼리 토금속 이온 농도를 갖는 농축 현탁액은 알칼리 토금속 염의 추가 첨가 없이 제공될 수 있다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 산은 무기산, 예를들면 황산, 염산, 인산, 염산 및 질산, 및 유기산 가령 카르복실산, 예를들면 옥살산 및 시트르산을 포함한다. 바람직하게, 산은 무기산, 바람직하게 염산 또는 황산이다. 상기 산을 농축 현탁액에 첨가하여 pH 약 2 내지 약 6의 범위, 예를들면 약 4 내지 약 5.5의 범위를 수득한다. 정의된 pH 범위는 또한 상기 농축 현탁액에 알루미늄 화합물만을 첨가함으로써 수득될 수 있다. 본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 산은 선택적으로 농축 현탁액에 첨가되어 pH 약 4 내지 약 5.5를 수득한다. 바람직하게, 본 발명에 따른 알루미늄 화합물 및 선택적 산의 첨가로 농축 현탁액의 pH를 지시된 범위로 감소시킨다. 예를 들면, 알루미늄 화합물 및 선택적 산이 첨가된 농축 현탁액은 약 6 이상, 예컨대 약 6.5 이상의 pH를 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 1 이상의 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산은 펄프 제조 공정의 농축 현탁액에 첨가된다. 농축 현탁액은 수종류의 펄프, 가령 화학 펄프(chemical pulp), 가령 설페이트 펄프 및 설파이트 펄프, 기계 펄프, 가령 열역학 펄프(thermo-mechanical pulp), 화학-열역학 펄프(chemo-thermomechanical pulp), 오르가솔브 펄프(orgasolv pulp), 리파이너 펄프(refiner pulp) 또는 침엽수 및 활엽수로부터 유래된 그라운드우드 펄프(groundwood pulp), 또는 1년생 식물, 가령 코끼리풀(elephant grass), 바가스, 아마, 짚(straw) 등으로부터 유래된 섬유, 및 재사용 섬유에 기초한 현탁액으로부터 유래될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 농축 현탁액은 기계 펄프로부터 유래된 셀룰로스 섬유를 포함하며, 바람직하게 기계 펄프의 함량은 펄프의 전체 중량을 기준으로 하여 50 중량% 이상이다. 1 이상의 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및/또는 산은 연이어 가령 브라운 스톡 워셔(brown stock washer) 이후, 또는 (화학-) 기계 펄프의 정제 이후에 첨가되어 화학 분해(chemical digestion)된다. 통상, 상기 펄프는 상이한 표백 단계를 포함하는 다단계 표백 공정으로 표백된다. 적당한 표백 단계의 예로는 염소 표백 단계, 예를들면 원소 염소 및 이산화염소 표백 단계, 비염소 표백 단계, 예를들면 퍼옥시드 단계, 가령 오존, 과산화수소 및 과초산(peracetic acid), 및 염소 및 비(非)염소 표백 단계 및 산화 단계의 조합, 선택적으로 디티오나이트(dithionite)로 처리와 같은 환원 단계와의 조합에서 포함한다. 펄프는 과산화수소로 표백되고, 표백 단계 이후에 1 이상의 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산이 첨가된다. 본 발명의 하나의 바람직한 실시양태에서, 1 이상의 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산이 표백 단계 이후 희석 시점에서 농축 현탁액에 첨가된다. 본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 1 이상의 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산은 농축 현탁액이 펄프 저장 탱크에 도달되기 이전에 혼합기에 존재하는 농축 현탁액에 첨가된다. 본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 1 이상의 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산이 저장 탱크에서 제지 시설 혼합 체스트(paper mill mixing chest)로 가는 도중에 상기 농축 현탁액에 첨가된다. 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산의 첨가 시점에서, 농축 현탁액은 약 2 중량% 이상, 적당하게는 약 3 중량% 이상, 바람직하게는 약 3.5 중량% 이상의 섬유 농도를 갖는다. 상기 농도는 약 10 중량%까지 될 수 있다. 바람직하게, 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산을 펄프 제조 공정의 농축 현탁액으로 첨가하는 경우, 수득된 농축 현탁액은 연이어 통합 시설에서 종이 제조 공정에 사용된다.
알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산(본원에서 성분이라 함)은 개별적으로 또는 동시에 농축 현탁액에 첨가될 수 있다. 개별적으로 상기 성분들을 첨가할 때, 이들은 어떤 순서로도 첨가될 수 있다. 적당하게, 알루미늄 화합물은 알칼리 토금속 염 및/또는 산을 첨가하기 이전에 첨가하고, 알칼리 토금속 염은 산을 첨가하기 이전, 산과 동시에 또는 산을 첨가한 이후에 첨가할 수 있다. 상기 성분들을 동시에 첨가하는 경우, 이들은 개별적으로 또는 혼합물의 형태로 첨가될 수 있다. 동시에 첨가되는 적당한 형태의 예로는 상기 성분들을 포함하는 조성물에 3개의 성분들을 개별적으로 첨가하고 상기 성분들 중 하나를 개별적으로 첨가하고 성분들 중 2개는 혼합물의 형태로 첨가하는 것을 포함한다. 상기 혼합물은 알루미늄 화합물 및 알칼리 토금속 염 및 산 중 하나 또는 둘다를 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 알루미늄 화합물 및 알칼리 토금속 염은 동시에 혼합물로서 첨가되고 산은 선택적으로 농축 현탁액에 첨가된다.
또한, 본 발명은 상술된 성분들의 혼합물을 포함하는 수성 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다. 수성 조성물은 셀룰로스 제품의 제조 방법에서 첨가제로서 적당하게 사용되며, 바람직하게 상기 방법에서 탈수 및 보류 향상제로서 사용된다. 바람직하게, 상기 조성물은 1 이상의 탈수 및/또는 보류 향상제와 배합하여 사용되며, 바람직하게는 1 이상의 양이온성 폴리머 보류제를 포함하며, 바람직하게는 희석 현탁액으로 첨가된다. 바람직하게, 상기 조성물은 수성이다. 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산은 5 중량% 내지 99 중량%, 적당하게는 20 중량% 내지 90 중량% 범위내의 건조 물질 함량으로 존재할 수 있다. 성분들은 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산의 중량비율이 약 60:1:0.01 내지 약 5:1:0.1로 조성물에 존재할 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산을 바람직하게는 교반하에 혼합함으로써 용이하게 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 성분들은 넓은 범위안에서 다양한 양으로 농축 현탁액에 첨가될 수 있다. 통상, 상기 성분들을 첨가하지 않는 경우 수득된 것보다 제지 공정에서 양호한 탈수, 보류 및/또는 수득율을 제공하는 양으로 상기 성분들이 첨가된다. 알루미늄 화합물은 농축 현탁액의 건조 중량을 기준으로 하여, 통상 약 10 kg/ton 이상[여기서, 톤(ton)은 미터 톤(metric ton)을 나타냄], 종종 약 30 kg/ton 이상의 양으로 첨가되며, 상한은 통상 약 90 kg/ton, 적당하게는 약 40 kg/ton이다. 마찬가지로, 알칼리 토금속 염이 사용된다면, 알칼리 토금속 염은 통상 약 0.5 kg/ton 이상, 종종 약 1.0 kg/ton 이상의 양으로 첨가되며, 상한은 통상 약 40 kg/ton, 적당하게는 약 35 kg/ton이다. 유사하게, 산은 약 0.01 kg/ton 이상, 종종 약 0.05 kg/ton 이상의 양으로 첨가되며, 상한은 통상 약 2.0 kg/ton, 적당하게는 약 1.5 kg/ton이다. 본 발명에 따른 수성 조성물을 사용하는 경우, 통상 약 10 kg/ton 이상, 종종 약 30 kg/ton 이상의 양으로 첨가되며, 상한은 통상 약 120 kg/ton, 적당하게는 약 50 kg/ton이다.
상기 농축 현탁액에 본 발명에 따른 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산을 첨가한 이후에, 농축 현탁액을 희석하여 2 중량% 이하의 섬유 농도를 갖는 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 희석 현탁액을 형성하며, 본원에서 희석 현탁액이라 한다. 상기 희석 현탁액은 통상 약 0.2 중량% 내지 약 1.5 중량%, 예를들면 약 0.5 중량% 내지 약 1.0 중량%의 섬유 농도를 갖는다. 희석은 수성 상(aqueous phase), 가령 예를들면 물, 수성 용액 및 수성 현탁액, 예컨대 화이트 워터(white water) 또는 맑은 화이트 워터(clarified white water)에 의해서 실시될 수 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산을 첨가한 이후에, 목적한다면, 수성 농축 또는 희석 현탁액의 pH는 약 5.5 내지 약 10의 범위, 적당하게는 약 6 내지 약 9의 범위, 바람직하게는 약 6 내지 약 8의 범위로 염기(base)를 첨가하여 증가될 수 있다. 적당한 염기의 예로는 알칼리 금속의 중탄산염 및 탄산염, 알칼리 금속 수산화물, 적당하게는 중탄산 나트륨, 탄산나트륨 및 수산화 나트륨, 바람직하게는 수산화나트륨을 포함한다. 상기 염기는 탈수 및 보류 향상제의 첨가 이전, 첨가와 동시에 또는 첨가 이후에 첨가될 수 있다. 염기는 탈수 및 보류 향상제의 첨가 이전에 첨가하는 것이 바람직하다.
1 이상의 탈수 및 보류 향상제는 본 발명에 따라 제지 공정에 사용되는 것이 바람직하다. 상기 방법은 펄핑 공정으로부터 수득될 수 있는 농축 현탁액을 희석하여 희석 현탁액을 형성하는 단계, 상기 희석 현탁액에 1 이상의 탈수 및 보류 향상제를 첨가하는 단계, 및 상기 수득된 현탁액을 탈수하는 단계를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어인 "탈수 및 보류 향상제(drainage and retention aids)"는 1 이상의 첨가제를 첨가하지 않은 경우에 수득되는 것보다 셀룰로스 섬유를 포함하는 현탁액에 첨가되는 경우 양호한 탈수 및 보류를 제공할 수 있는 1 이상의 첨가제를 나타낸다.
적당한 탈수 및 보류 향상제의 예로는 양이온성 폴리머, 음이온성 폴리머, 유기 폴리머, 규산질 물질(siliceous material), 및 이들의 혼합물을 포함한다. 탈수 및 보류 향상제로서 또는 응집제(flocculating agent)로서 사용되는 유기 폴리머 및 규산질 물질의 용도가 당분야에 잘 공지되어 있다. 바람직하게, 1 이상의 양이온성 폴리머는 탈수제 및 보류제로서 사용된다. 본원에서 사용되는 용어인 "양이온성 폴리머(cationic polymer)"는 1 이상의 양이온성기를 갖는 유기 폴리머라고 한다. 또한, 양이온성 폴리머는 폴리머가 전체 양이온 전하를 갖는 한 음이온성기를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어인 "음이온성 폴리머(anionic polymer)"는 1 이상의 음이온성기를 갖는 유기 폴리머를 나타낸다. 또한, 음이온성 폴리머는 폴리머가 전체 음이온성 전하를 갖는 한 양이온성기를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 사용하기에 적당한 폴리머는 천연 또는 합성 공급원으로부터 유도될 수 있으며, 이들은 직쇄형, 분지쇄형 또는 가교형일 수 있다. 적당한 폴리머의 예로는 양이온성 폴리사카라이드, 바람직하게는 스타치; 양이온성 및 음이온성 사슬-성장 폴리머(chain-growth polymers), 바람직하게 양이온성 및 음이온성 아크릴아미드계 폴리머; 뿐만 아니라 양이온성 폴리머(디알릴-디메틸 암모늄 클로라이드); 양이온성 폴리에틸렌 이민; 양이온성 폴리아민; 양이온성 폴리아미드아민 및 비닐아미드계 폴리머를 포함한다. 양이온성 스타치 및 양이온성 아크릴아미드계 폴리머는 특히 바람직한 폴리머이며, 단독으로, 서로와 함께, 또는 다른 폴리머, 예를들면 다른 양이온성 및/또는 음이온성 폴리머와 함께 사용될 수 있다. 상기 폴리머의 중량평균 분자량은 적당하게는 1,000,000 이상, 바람직하게는 2,000,000 이상이다. 상한은 중요하지 않다: 이는 약 50,000,000, 통상 30,000,000, 적당하게는 약 25,000,000이다. 그러나, 천연 공급원으로부터 유래된 폴리머의 분자량은 더 높을 수 있다.
적당한 규산질 물질의 예로는 음이온성 실리카계 입자 및 스멕타이트(smectite) 타입의 음이온성 클레이를 포함한다. 바람직하게, 규산질 물질은 콜로이드성 범위의 입자 크기의 입자를 갖는다. 음이온성 실리카계 입자, 예컨대 SiO2 또는 규산계 입자가 사용되는 것이 바람직하며, 상기 입자는 통상 수성 콜로이드성 분산액, 즉 졸(sol)의 형태로 공급된다. 적당한 실리카계 입자의 예로는 콜로이드성 실리카 및 다른 형태의 폴리규산, 단일중합 또는 공중합되는, 예를 들면 폴리머 규산, 폴리규산 마이크로겔, 폴리실리케이트 및 폴리실리케이트 마이크로겔을 포함한다. 실리카계 졸은 개질될 수 있고 다른 원소, 예를 들면 알루미늄, 붕소, 질소, 지르코늄, 갈륨, 티타늄 등을 포함할 수 있으며, 이는 수성상 및/또는 실리카계 입자내에 존재할 수 있다. 상기 형태의 적당한 실리카계 입자의 예로는 콜로이드성 알루미늄-개질 실리카, 알루미늄 실리케이트, 폴리알루미노실리케이트 및 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔을 포함한다. 상기 적당한 실리카계 입자의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 음이온성 실리카계 입자를 포함하는 적당한 탈수 및 보류 향상제의 예로는 미국 특허 제4,388,150호; 제4,927,498호; 제4,954,220호; 제4,961,825호; 제4,980,025호; 제5,127,994호; 제5,176,891호; 제5,368,833호; 제5,447,604호; 제5,470,435호; 제5,543,014호; 제5,571,494호; 제5,573,674호; 제5,584,966호; 제5,603,805호; 제5,688,482호; 및 제5,707,493호에 기술된 것을 포함하며, 본원에 참고로 통합된다.
적당한 음이온성 실리카계 입자의 예로는 약 100 nm 이하, 바람직하게는 약 20 nm 이하, 더 바람직하게는 약 1 nm 내지 약 10 nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는 것을 포함한다. 종래 실리카 화학에서와 같이, 입자 크기는 1차 입자의 평균 크기를 나타내며, 응집되거나 또는 응집되지 않을 수 있다. 실리카계 입자의 비표면적은 적당하게는 50 m2/g 이상, 바람직하게는 100 m2/g 이상이다. 통상, 비표면적은 약 1700 m2/g 이하, 바람직하게는 1000 m2/g 이하이다. 비표면적은 잘 공지된 방식, 예컨대 G.W. Sears의 Analytical Chemistry 28(1956): 12, 1981-1983 및 미국 특허 제5,176,891호에 기술된 바와 같이 NaOH로 적정에 의해서 측정된다. 이와같이 주어진 면적은 입자의 평균 비표면적을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 8-50% 범위, 바람직하게는 10-40% 범위의 S-값을 갖는 졸에 존재하는 실리카계 입자를 사용한다. S-값은 Iler & Dalton의 J. Phys. Chem. 60(1956), 955-957에 기술된 바와 같이 측정 및 계산될 수 있다. S-값은 응집도 또는 마이크로겔 형성을 나타내며, 더 적은 S-값은 더 높은 응집도의 지표(indicative)이다.
스멕타이트 타입의 적당한 음이온성 클레이의 예로는 몬모릴로나이트/벤토나이트, 헥토라이트, 베델라이트, 논트로나이트, 사포나이트, 라포나이트, 바람직하게는 벤토나이트를 포함하며 표면에서 음전하를 운반하는 것을 포함한다. 적당한 음이온성 벤토나이트 클레이의 예로는 미국 특허 제4,753,710호; 제5,071,512호; 및 제5,607,552호에 기술된 것을 포함하며, 이는 본원에서 참고문으로 통합된다.
음이온성 트래시 제거제(anionic trash catchers) 및 고정제(fixatives)라고 할 수 있는 양이온성 응고제(cationic coagulants)는 물론 본 발명에 따른 방법에서 사용될 수 있다. 적당한 양이온성 응고제의 예로는 수용해성 유기 폴리머 응고제를 포함한다. 양이온성 응고제는 단독으로 또는 함께 사용될 수 있으며, 예를들면 폴리머 응고제는 무기 응고제와 함께 사용될 수 있다. 적당한 수용해성 유기 폴리머 양이온성 응고제의 예로는 양이온성 폴리아민, 폴리아미드아민, 폴리에틸렌 이민, 디시안디아미드 축합 폴리머 및 수용해성 에틸렌계 불포화 모노머 또는 모노머 혼합물(50-100 몰%의 양이온성 모노머 및 0-50 몰% 다른 모노머로 형성됨)의 폴리머를 포함한다. 양이온성 모노머의 양은 통상 80 몰% 이상, 적당하게는 100%이다. 적당한 에틸렌계 불포화 양이온성 모노머의 예로는 디알킬아미노알킬 (메트)-아크릴레이트 및 -아크릴아미드, 바람직하게는 4급 형태, 디알릴 디알킬 암모늄 클로라이드, 예컨대 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(DADMAC), 바람직하게 DADMAC의 호모폴리머 및 코폴리머를 포함한다. 유기 폴리머 양이온성 응고제는 통상 1,000 내지 3,000,000, 적당하게 5,000 내지 700,000, 바람직하게 10,000 내지 500,000 범위의 중량평균 분자량을 갖는다.
탈수 및 보류 향상제는 종래 방식 및 임의의 순서로 희석 현탁액에 첨가될 수 있다. 규산질 물질을 사용하는 경우, 규산질 물질을 첨가하기 이전에 희석 현탁액으로 양이온성 폴리머를 첨가하는 것이 바람직하며, 반대 순서로 첨가하는 것도 사용될 수 있다. 전단 단계 이전에 펌핑, 혼합, 세정 등으로부터 선택될 수 있는 양이온성 폴리머, 및 전단 단계 이후에 규산질 물질을 첨가하는 것이 바람직하다. 양이온성 응고제를 사용하는 경우, 양이온성 폴리머 및 규산질 물질이 도입되기 이전에 상기 현탁액으로 양이온성 응고제를 도입하는 것이 바람직하다. 선택적으로, 양이온성 응고제 및 양이온성 폴리머는 본질적으로 동시에, 개별적으로 또는 혼합하여 상기 현탁액으로 도입될 수 있으며, 예컨대 이는 미국 특허 제5,858,174호에 기술되어 있으며, 이는 본원에 참고문으로 통합된다.
탈수 및 보류 향상제(들)가 특히 첨가제의 형태 및 수, 셀룰로스 현탁액의 타입, 염 함량, 염의 형태, 충전제 함량, 충전제 타입, 첨가 시점, 화이트 워터 막힘도(degree of white water closure) 등에 따라 넓은 범위안에서 변형될 수 있는 양으로 탈수될 희석 현탁액으로 첨가될 수 있다. 통상, 보류 및 탈수 향상제(들)은 첨가제를 사용하지 않는 경우 수득되는 것보다 양호한 탈수 및/또는 보류를 제공하는 양으로 첨가된다. 양이온성 폴리머는 통상 건조 셀룰로스 현탁액에 기초하여 통상 약 0.001 중량% 이상, 종종 약 0.005 중량% 이상의 양으로 첨가되며, 상한은 통상 약 3 중량%, 적당하게는 약 1.5 중량%이다. 양이온성 폴리머의 통상 사용된 첨가량은 약 0.01 중량% 내지 약 0.5 중량%이다. 음이온성 물질, 예를들면 규산질 물질, 예컨대 음이온성 실리카계 입자 및 스멕타이트 타입의 음이온성 클레이, 및 음이온성 유기 폴리머는 건조 셀룰로스 현탁액에 기초하여 통상 약 0.001 중량% 이상, 종종 약 0.005 중량% 이상의 양으로 첨가되며, 상한은 통상 약 1.0 중량%, 적당하게는 약 0.6 중량%이다.
공정에서 양이온성 응고제를 사용하는 경우, 건조 셀룰로스 현탁액에서 건조 응고제로 계산하여 약 0.001 중량% 이상의 양으로 첨가될 수 있다. 적당하게, 상기 양은 약 0.05% 내지 약 3.0%, 바람직하게는 약 0.1% 내지 약 2.0% 범위이다.
상기 공정에서, 다른 성분들이 물론 셀룰로스 현탁액으로 도입될 수 있다. 상기 성분들의 예로는 종래 충전제, 형광증백제(optical brightening agents), 사이징제(sizing agents), 건조 지력 증강제(dry strength agents), 습윤 지력 증강제(wet strength agents) 등을 포함한다. 적당한 종래 충전제의 예로는 카올린, 고령토(china clay), 이산화티탄, 석고, 탈크, 천연 및 합성 탄산 칼슘, 예컨대 초크(chalk), 그라운드 마블(ground marble) 및 침강 탄산칼슘, 수소화 산화알루미늄(알루미늄 트리히드록시드), 황산칼슘, 황산바륨, 옥살산칼슘 등을 포함한다. 적당한 사이징제의 예로는 비(非)셀룰로스-반응성 사이징제, 예를들면 로진계(rosin-based) 사이징제, 예컨대 로진계 비누, 로진계 에멀젼/분산액, 및 셀룰로스-반응성 사이징제, 예컨대 산 무수물, 예컨대 알케닐 숙신산 무수물(ASA)의 에멀젼/분산액, 알케닐 및 알킬 케텐 다이머(AKD) 및 멀티머(multimers)를 포함한다. 적당한 습윤 지력 증강제의 예로는 폴리아민 및 폴리아미노아미드를 포함한다.
본 발명은 또한, 화이트 워터가 광범위하게 재사용 또는 재순환되며, 예를 들면 높은 화이트 워터 막힘 정도를 갖는 예를들면 신규 물의 0톤 내지 30톤이 제조된 건조 종이의 1 톤당 사용되며, 종이의 1 톤당 신규한 물의 통상 20톤 이하, 바람직하게는 15톤 이하, 더 바람직하게는 10톤 이하, 더욱 바람직하게는 5톤 이하가 사용되는 제지 공정을 추가로 포함한다. 신규한 물이 공정의 어느 단계에서나 도입될 수 있으며; 예를들면 신규한 물은 셀룰로스 현탁액을 형성하기위해 셀룰로스 섬유와 혼합될 수 있고, 희석된 셀룰로스 현탁액을 형성하기위해 농축 셀룰로스 현탁액을 희석시키기위해서 농축 셀룰로스 현탁액과 신규한 물이 혼합될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 셀룰로스 제품, 바람직하게는 종이의 제조에 사용된다. 본원에서 사용되는 용어인 "종이(paper)"는 종이 및 이의 제품 뿐만 아니라 다른 웨브형(web-like) 제품, 가령 예를들면 보드 및 페이퍼보드 및 이의 제품을 포함한다. 상기 방법은 상기에 정의된 바와 같이 셀룰로스 섬유의 현탁액의 다른 형태로부터 종이의 제조에 사용될 수 있으며, 상기 현탁액은 건조 물질에 기초하여 25 중량% 이상, 더 바람직하게는 50 중량% 이상의 섬유를 포함해야 한다.
바람직하게, 본 발명은 목재-함유 종이 및 재사용 섬유계 종이, 가령 SC, LWC 및 다른 형태의 책 및 신문지를 제조하는 초지기 및 목재가 없는 프린팅 및 라이팅 종이(wood-free printing and writing papers)를 제조하는 초지기에 적용되며, 용어 목재가 없는(wood-free)은 약 15% 이하의 목재-함유 섬유를 의미한다. 본 발명의 바람직한 적용의 예로는 50 중량% 이상의 기계 및/또는 재사용 섬유를 포함하는 셀룰로스 현탁액으로부터 다층 종이의 층 및 종이 제조를 포함한다. 바람직하게, 본 발명은 300 m/분 내지 3000 m/분, 더 바람직하게는 500 m/분 내지 2500 m/분의 속도로 실행되는 초지기상에 적용된다.
본 발명은 하기 실시예에서 추가로 설명되지만, 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 부(part) 및 %는 달리 언급하지 않는 한 각각 중량부(parts by weight) 및 중량%를 나타낸다.
실시예 1
본 발명의 방법에 의해서 달성된 탈수 성능(drainage performance)은 스웨덴의 Akribi Kemikonsulter AB로부터 이용할 수 있는 동적 탈수 분석기(Dynamic Drainage Analyser, DDA)에 의해서 평가되며, 플러그(plug)를 제거하는 경우 와이어를 통해 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 현탁액의 설정 부피를 탈수하고, 셀룰로스 현탁액이 존재하는 측면에 반대되는 와이어의 측면으로 진공(0.35 bar)를 적용하는 시간을 측정한다. 먼저, 통과 보류(pass retention)는 혼탁계(nephelometer) 에 의해서 현탁액을 탈수함으로써 수득된 여과물, 화이트 워터의 탁도를 측정함으로써 평가된다. 탁도는 NTU(Nephelometric Turbidity Units)에서 측정된다. NTU가 더 높으면, 물질을 적게 보류한다.
사용된 셀룰로스 현탁액은 과산화수소/규산나트륨으로 표백된 열역학 펄프(TMP)(70%) 및 스톤 그라운드우드 펄프(SGW)(30%)의 혼합물로부터 유래된다. 상기 현탁액은 물로 4% 섬유 농도로 희석되며, 알룸 및 황산마그네슘 염을 35:1.87의 중량 비율로 포함하는 혼합물로 처리된다. 처리후, pH는 황산(H2SO4)의 첨가에 의해서 약 5로 감소되고 30분동안 40 ℃에서 유지한다. 그후 상기 현탁액은 물로 1 중량%의 섬유 농도로 희석시키고, pH는 DDA 시험을 실시하기 이전에 황산을 추가함으로써 5로 유지한다.
시료는 배플된 DDA 자아(baffled DDA jar)로 넣는다. 보류 및 탈수 향상제는 하기와 같이 첨가된다:
(i) 상기 현탁액을 탈수하기 15초 전에, 다양한 양의 양이온성 폴리아크릴아미드 (Eka PL 1510).
(ii) 상기 현탁액을 탈수하기 5초 전에, 0.5 kg/ton의 음이온성 실리카계 입자(Eka NP 320).
상기 양은 셀룰로스 현탁액의 건조 중량에 기초하며, 톤은 모든 실시예에서 미터 톤(metric ton)을 나타낸다. 시험 번호 1-3, 5-7, 9, 10 및 12-18은 비교를 위해서 사용되며, 시험 번호 4, 8 및 11은 본 발명에 따른 처리에 의해서 수득된 결과를 나타낸다.
Figure 112009035661240-PCT00001
표 1에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 알룸 및 황산마그네슘으로 처리된 현탁액은 알룸으로만 처리된 현탁액 및 전혀 처리되지 않은 현탁액보다 탈수 및 보류 성능이 더 양호하다.
실시예 2
본 실시예에서, 탈수 및 보류 성능은 실시예 1의 일반적인 절차에 따라 평가되며, 양이온성 응고제가 또한 사용된다. 양이온성 응고제 및 보류 및 탈수 향상제가 하기와 같이 첨가된다:
(i) 상기 현탁액을 탈수하기 30초 전에, 다양한 양의 양이온성 폴리아크릴아미드 응고제(Eka ATC 5439);
(ii) 상기 현탁액을 탈수하기 15초 전에, 0.5 kg/ton의 양이온성 폴리아크릴아미드 탈수 및 보류 향상제(Eka PL 1510)
(iii) 상기 현탁액을 탈수하기 5초 전에, 0.5 kg/ton의 음이온성 실리카계 입자의 건조 펄프(Eka NP 320).
시험 번호 19-21, 24-26, 28-30 및 32-34는 비교를 위해서 사용되고, 시험 번호 22, 23, 27 및 31은 본 발명에 따른 처리를 나타낸다.
Figure 112009035661240-PCT00002
표 2에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 알룸 및 황산마그네슘으로 처리된 현탁액은 알룸으로만 처리된 현탁액 및 전혀 처리되지 않은 현탁액보다 탈수 및 보류 성능이 더 양호하다.
실시예 3
본 실시예에서, 알룸 및 황산마그네슘을 포함하는 본 발명에 따른 조성물을 사용하는 경우 본 발명의 방법의 수득율이 평가된다.
과산화수소/규산나트륨 표백된 TMP/SGW의 큰 배치(batch)를 물로 4%의 섬유 농도로 희석시킨다. 상기 배치는 잘 혼합하고 4개의 균등한 양으로 분배한다. 수득된 현탁액은 다른 방법으로 처리된다. 그러나, 모든 현탁액은 일정 방식으로 희석하고 종이의 기본 중량에서의 변화를 평가한다. 현탁액의 처리는 표 3에 나타내었다.
시험 번호 처리법
1 처리 없음. pH는 황산을 첨가함으로써 5로 감소시키고 40 ℃에서 30분동안 유지한다. 그후, 현탁액의 농도를 설정 부피로 1%로 감소시킨다. 1%에 도달한 설정 부피가 모든 시험에 사용된다.
2 4% 펄프 농도에서 알룸으로 처리. 35 kg/ton의 알룸이 공급되고 pH는 황산을 첨가함으로써 5로 조정한다. 그후 40 ℃에서 30분동안 유지한 후 시험 번호 1에 따라 희석된다.
3 4% 펄프 농도에서 알룸과 황산마그네슘을 포함하는 혼합물로 처리. 상기 혼합물은 35 kg/ton의 알룸 및 1.87 kg/ton의 황산마그네슘의 유효 공급 비율로 혼합되고, pH는 황산을 첨가함으로써 5로 조절한다. 그후 상기는 40℃에서 30분동안 유지한 후 시험 번호 1에 따라 희석된다.
4 1% 펄프 농도에서 알룸과 황산마그네슘을 포함하는 혼합물로 처리. 상기 혼합물은 35 kg/ton의 알룸 및 1.87 kg/ton의 황산마그네슘의 유효 공급 비율로 혼합되고, pH는 황산을 첨가함으로써 5로 조절한다. 그후 상기는 40℃에서 30분동안 유지된다.
모두 4개의 시료는 동일하게 설정 희석하고, 고형물의 변화에 대해서 보충하지 않았다. 핸드시트(handsheets)가 SCAN-CN 64:00에 기술된 방법에 따라 제조되며, 5 kg/ton의 양이온성 스타치가 탈수 및 보류 향상제로 사용된다. 25개의 시트가 화이트 워터의 재순환에 의해서 제조된다. 10개의 최종 시트는 수득된 수득율의 평가를 위해서 사용된다. 무기물 수득율 증가(inorganic yield increase)는 회분 함량의 증가로서 평가되며, 이는 ISO 2144-1977에 따른 방법에 의해서 평가된다. 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112009035661240-PCT00003
상기 표 4에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 알룸 및 황산마그네슘이 본 발명(시험 번호 3)에 따라 사용된 제지 공정은 공정 수득율이 증가되었다.
실시예 4
본 실시예에서, 종이 품질이 기본 중량, 회분 함량, 두께, 밀도, 벌크(bulk), 인장 지수(tensile index), 인열 지수(tear index), 공기 투과성(air permeability), 밝기(brightness), 투명도(opacity), 광산란(light scattering) 및 광흡수(light absorption)의 관점에서 평가된다. 표백되지 않은 펄프와 표백된 펄프로부터 유래된 수성 펄프 현탁액들로부터 제조된 종이 시트들 사이의 비교가 실시되었다. 펄프 현탁액은 다른 방법으로 처리된다. 현탁액은 TMP/SGW (70/30) 및 선택적으로 과산화수소/규산나트륨 표백된 TMP/SGW (70/30)로부터 유래된다. 시험에서 현탁액은 전혀 처리되지 않은 것, 하소된 클레이로 처리된 것 또는 알룸, 황산마그네슘 및 산으로 처리된 것이다. 부가의 비교는 양이온성 스타치가 탈수 및 보류 향상제로서 상기 현탁액에 첨가하는 경우와 유사한 방식으로 실시되었다. 시트가 표준 방법 SCAN-CM 64:00을 사용하여 제조된다. 현탁액의 처리는 표 5에 나타내었다.
시험 방법 처리법
1 표백되지 않은 TMP/SGW
2 과산화수소/규산나트륨으로 표백된 TMP/SGW
3 과산화수소/규산나트륨으로 표백된 TMP/SGW, 하소된 클레이를 현탁액의 건조 중량을 기준으로 하여 2.5 중량%의 양으로 1 중량%의 섬유 농도를 갖는 희석된 셀룰로스 현탁액에 첨가함.
4 과산화수소/규산나트륨으로 표백된 TMP/SGW, 하소된 클레이를 현탁액의 건조 중량을 기준으로 하여 5.0 중량%의 양으로 1 중량%의 섬유 농도를 갖는 희석된 셀룰로스 현탁액에 첨가함.
5 과산화수소/규산나트륨으로 표백된 TMP/SGW, 4% 펄프 농도에서 알룸 및 황산마그네슘을 포함하는 혼합물로 처리. 상기 혼합물은 35 kg/ton의 알룸 및 1.87 kg/ton의 황산마그네슘의 유효 공급 비율로 혼합되고, pH는 황산을 첨가함으로써 5로 조절한다. 그후 상기는 40℃에서 30분동안 유지된 후, 섬유 농도를 1 중량%로 희석시킨다.
6 과산화수소/규산나트륨으로 표백된 TMP/SGW, 탈수하기 20초 전에 5 kg/t의 양이온성 스타치를 첨가함.
7 과산화수소/규산나트륨으로 표백된 TMP/SGW, 하소된 클레이를 현탁액의 건조 중량을 기준으로 하여 2.5 중량%의 양으로 1 중량%의 섬유 농도를 갖는 희석된 셀룰로스 현탁액에 첨가하고, 탈수하기 20초 전에 5 kg/ton의 양이온성 스타치를 첨가함.
8 과산화수소/규산나트륨으로 표백된 TMP/SGW, 하소된 클레이를 현탁액의 건조 중량을 기준으로 하여 5.0 중량%의 양으로 약 1 중량%의 섬유 농도를 갖는 희석된 셀룰로스 현탁액에 첨가하고, 탈수하기 20초 전에 5 kg/ton의 양이온성 스타치를 첨가함.
9 과산화수소/규산나트륨으로 표백된 TMP/SGW, 4% 펄프 농도에서 알룸 및 황산마그네슘을 포함하는 혼합물로 처리. 상기 혼합물은 35 kg/ton의 알룸 및 1.87 kg/ton의 황산마그네슘의 유효 공급 비율로 혼합되고, pH는 황산을 첨가함으로써 5로 조절한다. 그후 상기는 40℃에서 30분동안 유지하고, 섬유 농도를 1 중량%로 희석시킨 후에, 탈수하기 20초 전에 5 kg/ton의 양이온성 스타치를 첨가함.
기본 중량은 표준 ISO 536:1995에 따라 평가하고, 회분 함량은 ISO 2144-1977에 따라 평가하며, 두께, 벌크 및 밀도는 ISO 534:1988에 따라 평가하고, 인장 지수는 SCAN-P 67:93 kN/kg에 따라 평가하며, 인열 지수는 ISO 1974:1990에 따라 평가하며, 공기 투과성은 ISO 5636-5:2003에 따라 평가된다.
Figure 112009035661240-PCT00004
종이 품질은 또한 밝기, 투명도, 광산란 및 광흡수의 관점에서 평가된다. 측정은 설비인 Technidyne, Colour Touch에 의해서 실시되며, 밝기는 표준 ISO 2470에 따라 평가되며, 투명도는 ISO 2471에 따라 평가되고, 광산란 및 광흡수는 ISO 9416에 따라 평가된다.
Figure 112009035661240-PCT00005
상기 표 6 및 표 7에서 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험 번호 9(시트가 본 발명에 따른 방법에 따라 제조됨)는 첨가제로서 하소된 클레이를 사용하는 제지 공정으로 제조된 시트와 비교하여 동일하거나 좀더 양호한 종이 특성을 나타낸다.

Claims (32)

  1. 셀룰로스 제품의 제조 방법으로서,
    (i) 약 2 중량% 이상의 섬유 농도를 갖는 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 농축 현탁액(aqueous thick suspension)을 준비하는 단계;
    (ii) 상기 농축 현탁액에 하기 성분을 첨가하는 단계;
    (I) 알루미늄 화합물;
    (II) 알칼리 토금속 염;
    (III) 산;
    (iii) 상기 수득된 농축 현탁액을 희석하여 희석 현탁액(thin suspension)을 형성하는 단계;
    (iv) 상기 희석 현탁액에 1 이상의 탈수 및 보류 향상제(drainage and retention aids)를 첨가하는 단계; 및
    (v) 상기 수득된 희석 현탁액을 탈수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 셀룰로스 제품의 제조 방법으로서,
    (i) 하기를 갖는 셀룰로스 섬유를 포함하는 수성 농축 현탁액을 준비하는 단계:
    (a) 약 2 중량% 이상의 섬유 농도;
    (b) 약 100 mg/l 이상의 알칼리 토금속 이온 농도;
    (ii) 상기 농축 현탁액에 알루미늄 화합물, 또는 알루미늄 화합물과 산을 첨가하여 pH 약 4 내지 약 5.5를 수득하는 단계;
    (iii) 상기 수득된 농축 현탁액을 희석하여 희석 현탁액을 형성하는 단계;
    (iv) 상기 희석 현탁액에 1 이상의 탈수 및 보류 향상제를 첨가하는 단계; 및
    (v) 상기 수득된 희석 현탁액을 탈수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    알루미늄 화합물은 알룸(alum), 폴리알루미늄클로라이드, 폴리알루미늄실리케이트 설페이트, 알루미네이트, 알루미늄 니트레이트 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    알칼리 토금속 염을 상기 농축 현탁액에 첨가하여 100 mg/l 이상의 알칼리 토금속 이온 농도를 수득하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    알칼리 토금속 염은 마그네슘염, 칼슘염 또는 바륨염인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    알칼리 토금속 염은 할라이드, 설페이트, 카보네이트, 니트레이트 또는 유기산으로부터 선택된 하나의 음이온을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    알칼리 토금속 염은 염화마그네슘, 황산마그네슘, 염화칼슘 또는 황산바륨인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산은 무기산인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산은 염산 또는 황산인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산을 상기 농축 현탁액에 첨가하여 pH 약 4 내지 약 5.5를 수득하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산을 첨가한 이후에, 상기 농축 현탁액의 pH는 염기를 첨가하여 약 6 내지 약 8의 범위로 증가시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    농축 현탁액은 약 3.5 중량% 이상의 섬유 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수성 현탁액은 기계 펄프(mechanical pulp)로부터 유래된 셀룰로스 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    펄프가 과산화수소로 표백되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (I) 알루미늄 화합물;
    (II) 알칼리 토금속 염; 및
    (III) 산이 상기 현탁액에 개별적으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (I) 알루미늄 화합물;
    (II) 알칼리 토금속 염; 및/또는
    (III) 산이 상기 현탁액에 혼합물의 형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탈수 및 보류 향상제는 1 이상의 양이온성 유기 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탈수 및 보류 향상제는 규산질 물질(siliceous material)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탈수 및 보류 향상제는 전단 단계(shear stage) 이전에 첨가되는 양이온성 유기 폴리머 및 전단 단계 이후에 첨가되는 규산질 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탈수 및 보류 향상제는 음이온성 실리카계 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    셀룰로스 제품은 종이인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    셀룰로스 제품의 제조 방법은 통합 제지 시설(integrated paper mill)에서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. (I) 알루미늄 화합물; (II) 알칼리 토금속 염; 및 (III) 산의 혼합물을 포함하는 수성 조성물로서,
    알루미늄 화합물, 알칼리 토금속 염 및 산의 중량 비율은 약 60:1:0.1 내지 약 5:1:1의 범위인 것을 특징으로 하는 수성 조성물.
  24. 제 23 항에 있어서,
    알루미늄 화합물은 알룸, 폴리알루미늄클로라이드, 폴리알루미늄실리케이트 설페이트, 알루미네이트 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 수성 조성물.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    산은 무기산인 것을 특징으로 하는 수성 조성물.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산은 염산 또는 황산인 것을 특징으로 하는 수성 조성물.
  27. 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    염은 마그네슘염, 칼슘염 또는 바륨염인 것을 특징으로 하는 수성 조성물.
  28. 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    염은 할라이드, 설페이트, 카보네이트, 니트레이트 또는 유기산으로부터 선택되는 하나의 음이온을 갖는 것을 특징으로 하는 수성 조성물.
  29. 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    염은 염화마그네슘, 황산마그네슘, 염화칼슘 또는 황산바륨인 것을 특징으로 하는 수성 조성물.
  30. 셀룰로스 제품의 제조 방법에 첨가제로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 제 23 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 따른 수성 조성물의 용도.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 조성물은 셀룰로스 제품의 제조 방법에서 탈수 및 보류 향상제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 수성 조성물의 용도.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    상기 조성물은 1 이상의 양이온성 폴리머 보류제를 포함하는 1 이상의 탈수 및 보류 향상제와 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 수성 조성물의 용도.
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