KR20130059317A - 셀롤로스 섬유 웹의 제조 방법 - Google Patents

셀롤로스 섬유 웹의 제조 방법 Download PDF

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KR20130059317A
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컬스틴 말보르그
프레드릭 솔하게
아르네 안데르손
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아크조 노벨 케미칼즈 인터내셔널 비.브이.
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Abstract

본 발명은, a) 탈결합제 시스템이 첨가될 수 있는 셀룰로스 현탁액을 제공하는 단계, b) 상기 셀룰로스 현탁액을 탈수하고 셀룰로스 섬유 웹을 성형하는 단계, 및 c) 폴리머를 첨가하거나 첨가하지 않고, 상기 셀룰로스 섬유 웹에 녹점토를, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.01kg 내지 약 2kg의 양으로 적용하는 단계를 포함하는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 얻을 수 있는 셀룰로스 섬유 웹에 관한 것이다.

Description

셀롤로스 섬유 웹의 제조 방법 {PROCESS OF PRODUCING A CELLULOSIC FIBRE WEB}
본 발명은 추가로 가공되어 에어-레이드(air-laid) 종이, 티슈 또는 플러프(fluff)로 만들어질 수 있는 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법으로 얻어지는 셀룰로스 섬유 웹 및 상기 셀룰로스 섬유 웹의 추가적 가공에 의해 얻어지는 에어-레이드 종이, 티슈 또는 플러프에 관한 것이다.
종이, 특히 에어-레이드 종이, 티슈 및 플러프를 제조할 때, 정전위차(static potential)로서 측정되는 정전기가 문제일 수 있다. 정전기는 제조에 방해가 되는 방전이나 스파크를 초래할 수 있다. 또한, 건조한 섬유가 높은 정전위차를 가질 경우에, 그러한 섬유는 자체로 밀(mill), 섬유제거기(defiberizer) 및 파이프와 같은 가공 장치에 들러붙기 쉽다. 그러한 섬유는 누적되어 하나의 커다란 덩어리로서 배출되고, 이것은 최종 제품의 성형시 문제를 일으킨다. 제품의 성형은 통상적으로 건조 섬유로 만들어지기 때문에, 섬유의 균일한 분포가 중요하고, 섬유의 덩어리는 피해야 한다. 에어-레이드 종이의 제조에 있어서, 정전위차를 제어하지 않으면 엄청난 분진을 초래할 수 있고, 이것은 다시 분진 폭발을 초래할 수 있다. 정전위차를 줄이려는 시도는 또한, 제지 공정에서 시트 성형시 일어나는 자연적인 섬유와 섬유간의 결합을 방지함으로써 생성물의 유연성을 높이기 위해 첨가될 수 있는 탈결합제(debonding agent)의 열화를 일으킬 수 있다.
특허문헌 WO 2007/058609에는, 제조된 종이 제품의 유연성을 높이면서 섬유/종이 제품의 정전위차를 제어하고 감소시킬 수 있는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 정전위차를 더욱 컨트롤하는 것이 바람직하다. 또한, 정전기 방지제의 균일한 전개/분산을 얻는 것이 바람직하다. 또 다른 과제는 정전기 방지제의 유지와 효과적인 이용을 증가시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 추가적 첨가제를 필요로 하지 않고 소량의 정전기 방지제의 사용에 의해 정전위차를 상당히 감소시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 또 다른 목적은, 제품의 적절한 유연성을 유지하면서, 정전위차를 제어할 수 있는 제지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은,
a) 셀룰로스 현탁액을 제공하는 단계,
b) 상기 셀룰로스 현탁액을 탈수하고, 셀룰로스 섬유 웹을 성형하는 단계, 및
c) 상기 셀룰로스 섬유 웹에 녹점토(smectite clay)를, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.01kg 내지 약 2kg의 양으로 적용하는 단계
를 포함하고,
상기 성형된 셀룰로스 섬유 웹에 폴리머가 첨가되지 않는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법에 관한 것이다.
본발명은 또한,
a) 셀룰로스 현탁액을 제공하고, 상기 셀룰로스 현탁액에 탈결합제 시스템을 첨가하는 단계,
b) 상기 셀룰로스 현탁액을 탈수하고, 셀룰로스 섬유 웹을 성형하는 단계, 및
c) 상기 셀룰로스 섬유 웹에 녹점토(smectite clay)를, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.01kg 내지 약 2kg의 양으로 적용하는 단계
를 포함하는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 "셀룰로스 섬유 웹"이라는 용어는, 펄프 시트 또는 페이퍼 웹과 같은, 셀룰로스 섬유로 제조되는 임의의 시트 또는 웹을 포함한다.
성형된 셀룰로스 섬유 웹에 녹점토를 첨가하면, 의도된 목적, 즉 제어된 정전기 방지 효과를 제공하고자 하는 목적을 방해할 수 있는, 녹점토돠 셀룰로스 현탁액에 존재하는 성분들과의 상호작용을 방지하는 것으로 밝혀졌다.
일 구현예에 따르면, 상기 녹점토는 상기 성형된 웹에, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.1∼약 2kg, 예를 들면 약 0.1∼약 1kg, 또는 약 0.1∼약 0.75kg, 또는 약 0.1∼약 0.5kg, 또는 약 0.1∼약 0.25kg의 양으로 첨가된다. 일 구현예에 따르면, 상기 녹점토는 상기 성형된 웹에, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.25∼약 0.75kg의 양으로 첨가된다. 일 구현예에 따르면, 예를 들면 분산액 형태로 되어 있는 녹점토가 웹에 분무된다.
일 구현예에 따르면, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 녹점토는, 예를 들면 몬모릴로나이트/벤토나이트, 헥토라이트(hectorite), 베이델라이트(beidelite), 논트로나이트(nontronite), 사포나이트 및 이것들의 혼합물을 포함한다. 일 구현예에 따르면, 상기 녹점토는 라포나이트(laponite) 및/또는 벤토나이트이다.
일 구현예에 따르면, 상기 녹점토는, 예를 들면, 양이온 또는 4차 암모늄기와 같은 양이온기 또는 리튬과 같은 알칼리 금속을 도입함으로써 변형될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 녹점토는 리튬에 의해 변형된 합성 헥토라이트 점토이다. 이 점토는 Rockwood사로부터 Laponite®라는 상표, 또는 Eka Chemicals AB사로부터 Eka Soft F40이라는 상표로 판매된다. 그러한 점토의 예 및 그러한 점토의 제조 방법은 특허문헌 WO 2004/000729에 개시된 것들을 포함한다. 본 발명에 따라 사용되는 녹점토는 약 50∼약 1,500㎡/g, 예를 들면 약 200∼약 1,200㎡/g 또는 약 300∼약 1,000㎡/g의 비표면적을 가질 수 있다.
적합한 제품은 예를 들면 Sued-Chemie, BASF 및 Clayton사 제조의 벤토나이트; Southern Clay Products사 제조의 Bentolite(벤토나이트); 및 Akzo Nobel사 제조의 하이드로칼사이트일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 녹점토는 셀룰로스 섬유 웹을 녹점토의 용액 또는 분산액 중에 침지시킴으로써 적용될 수 있다.
녹점토의 수성 분산액은 미리 제조되거나, 또는 현장에서 분산될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 녹점토는 분말로서 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 녹점토는 또한 셀룰로스 분산액에, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당, 예를 들면 약 0.01∼약 10kg, 예컨대 약 0.05∼약 5kg, 또는 약 0.1∼약 2kg, 또는 약 0.25∼약 1kg의 양으로 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 셀룰로스 현탁액에 첨가된 녹점토 대 셀룰로스 섬유에 첨가된 녹점토의 중량비는 약 1:100 내지 약 100:1, 예를 들면 약 5:95 내지 약 80:20, 또는 약 10:90 내지 약 50:50, 또는 약 15:85 내지 약 40:60, 또는 약 20:80 내지 약 30:70 범위이다.
일 구현예에 따르면, 탈결합제 조성물과 같은 탈결합제 시스템이 상기 현탁액에 첨가된다. 탈결합제 조성물은 셀룰로스 현탁액에 공동으로 또는 함께 첨가되는 혼합물 중에 하나 이상의 성분을 포함할 수 있지만, 탈결합제 시스템은 셀룰로스 현탁액에 별도로 첨가되는 하나 이상의 성분을 포함할 수도 있다.
일 구현예에 따르면, 탈결합제 시스템은 본 명세서에 정의된 폴리머를 추가로 포함하는 예비혼합된 에멀젼으로서 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 탈결합제 시스템 대 녹점토의 중량비는 약 1:50 내지 약 100:1, 예를 들면 약 1:10 내지 약 50:1, 또는 약 1:5 내지 약 20:1, 또는 약 1:2 내지 약 10:1, 또는 약 1:1 내지 약 5:1의 범위이다.
일 구현예에 따르면, 탈결합제 시스템은,
(i) 오일, 지방 또는 왁스,
(ii) 하나 이상의 비이온성 계면활성제, 및
(ⅲ) 하나 이상의 음이온성 계면활성제
를 포함한다.
일 구현예에 따르면, 탈결합제 시스템은 하나 이상의 4차 암모늄 계면활성제를 포함한다.
일 구현예에 따르면, 정제된 등급 및/또는 수소첨가된 등급의 오일, 예를 들면 포도씨 오일, 올리브유, 코코넛 오일, 평지씨 오일, 해바라기씨 오일 및 팜유와 같은 식물성 오일, 예를 들면 코코넛 오일이 탈결합제 시스템에 포함된다.
일 구현예에 따르면, 미네랄 오일 및/또는 실리콘 오일이 탈결합제 시스템에 포함된다.
일 구현예에 따르면, 탈결합제 시스템은 4차 암모늄 계면활성제를 포함하지 않거나, 거의 포함하지 않는다. "거의 포함하지 않는다"는 것은 4차 암모늄 계면활성제가 탈결합제 시스템의 총량의 5중량% 미만, 예를 들면 1중량% 미만, 또는 0.5중량% 미만을 구성한다는 것을 의미한다.
일 구현예에 따르면, 탈결합제 시스템, 즉 상기 시스템을 구성하는 성분(들)의 총량은 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.1∼약 10kg, 예를 들면 약 0.3∼약 7kg, 또는 약 0.5∼약 5kg의 양으로 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 여러 가지 첨가제의 분해를 피하기 위해서, 보존제가 첨가될 수 있다. 여러 가지 화장품 첨가제, 예를 들면 토코페롤과 같은 산화방지제 및 알로에 베라가 포함될 수도 있다.
일 구현예에 따르면, 셀룰로스 섬유 웹은 에어-레이드 종이, 티슈 또는 플러프를 제조하기 위해 추가로 가공된다. 일 구현예에 따르면, 제조된 종이는 인쇄 용지 또는 판지 및/또는 페이퍼보드가 아니다.
본 발명은 또한, 본 명세서에 기재된 방법에 의해 얻어지는 셀룰로스 섬유 웹에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.25kg 내지 약 0.75kg의 양으로 녹점토를 포함하는 셀룰로스 섬유 웹으로서, 여기서 정전위차는 5kV보다 낮은, 셀룰로스 섬유 웹에 관한 것이다.
일 구현예에 따르면, 상기 셀룰로스 섬유 웹의 정전위차는 10kV 미만, 또는 8kV 미만, 또는 6kV 미만, 또는 5kV 미만이다.
일 구현예에 따르면, 상기 셀룰로스 섬유 웹의 탈섬유화(defiberization) 에너지는 120kJ/kg 미만, 예를 들면 110kJ/kg 미만, 또는 100kJ/kg 미만이다.
일 구현예에 따르면, 녹점토의 중량 기준으로 10중량% 미만, 예를 들면 5중량% 미만 또는 1중량% 미만의 콜로이드 실리카 입자가 성형된 셀룰로스 섬유 웹에 첨가된다. 일 구현예에 따르면, 성형된 셀룰로스 섬유 웹에 콜로이드 실리카 입자가 전혀 첨가되지 않는다. 일 구현예에 따르면, 성형된 셀룰로스 섬유 웹에 친유기성(organophilic) 스멕타이트 또는 친유기성 실리케이트와 같은 친유기성 화합물이 전혀 또는 거의 첨가되지 않는다. 일 구현예에 따르면, 성형된 셀룰로스 섬유 웹에 4차 유기 함모늄 화합물이 전혀 또는 거의 첨가되지 않는다. 일 구현예에 따르면, 상기 웹에 전분 화합물이 전혀 또는 거의 첨가되지 않는다.
일 구현예에 따르면, 콜로이드 실리카 입자가 상기 성형된 셀룰로스 섬유 웹에, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.01kg 내지 약 50kg, 예를 들면 약 0.02kg 내지 약 20kg, 또는 약 0.05kg 내지 약 10kg, 또는 약 0.1kg 내지 약 5kg, 또는 약 0.125kg 내지 약 2kg, 또는 약 0.25kg 내지 약 1kg의 양으로 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 상기 셀룰로스 섬유 웹은 상기 웹의 총중량 기준으로, 약 5∼약 99중량%, 예를 들면 약 25∼약 95중량%, 또는 약 50∼약 95중량%, 또는 약 65∼약 95중량%, 또는 약 80∼약 95중량%의 건조 함량을 가진다.
일 구현예에 따르면, 상기 셀룰로스 섬유 웹은 상기 웹의 총중량 기준으로, 약 20∼약 70중량%, 예를 들면 약 30∼약 60중량%, 또는 약 35∼약 50중량%의 건조 함량을 가진다.
일 구현예에 따르면, 비이온성, 양쪽성, 및/또는 양이온성 폴리머와 같은 하나 이상의 폴리머 또는 그의 혼합물, 특히 고전하 폴리머가 상기 셀룰로스 현탁액에 첨가될 수 있다. 상기 폴리머는 천연 또는 합성 소스로부터 유래될 수 있고, 직쇄형, 분지형 또는 가교결합형일 수 있고, 예를 들면 입자의 형태일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 수용성 또는 수-분산성이다.
적합한 양이온성 폴리머의 예는 양이온성 다당류, 예를 들면 전분, 구아 검, 셀룰로스, 키틴, 키토산, 글리칸, 갈락탄, 글루칸, 크산탄, 검, 펙틴, 만난, 덱스트린을 포함한다. 적합한 전분으로는, 감자, 옥수수, 밀, 타피오카, 쌀, 왁시 메이즈(waxy maize), 보리 등이 포함된다. 양이온성 연쇄적 성장(chain-growth) 폴리머와 같은 양이온성 합성 유기 폴리머가 사용될 수도 있는데, 예를 들면 아크릴레이트계, 아크릴아미드계, 비닐아민계, 비닐아미드계 및 알릴아민계 폴리머와 같은 양이온성 비닐 첨가 폴리머, 예를 들면 디알릴디알킬 암모늄 할라이드를 기재로 하는 호모- 및 코폴리머, 예컨대 디알릴디메틸 암모늄 클로라이드, 및 (메트)아크릴아미드와 (메트)아크릴레이트가 그것이다. 또 다른 폴리머로는, 양이온성 단계적 성장(step-growth) 폴리머, 예를 들면 양이온성 폴리아미도아민, 폴리에틸렌 이민, 폴리아민, 예컨대 디메틸아민-에피클로로히드린 코폴리머, 및 폴리우레탄이 포함된다. 적합한 양이온성 유기 폴리머의 또 다른 예는 특허문헌 WO 02/12626에 개시되어 있는 것들을 포함한다.
일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 폴리디알릴디메틸 암모늄 클로라이드, 폴리아민, 양이온성 전분, 양쪽성 전분, 및 폴리아미도아민-에피클로로히드린(PAAE), 폴리에틸렌 이민 및 폴리비닐아민으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
본 명세서에서 사용되는 "단계적 성장 폴리머"라는 용어는, 단계적 성장 중합에 의해 얻어지는 폴리머를 의미하며, 각각 단계적 반응 폴리머, 및 단계적 반응 중합으로도 지칭된다. 본 명세서에서 사용되는 "연쇄적 성장 폴리머"라는 용어는, 연쇄적 성장 중합에 의해 얻어지는 폴리머를 의미하며, 각각 연쇄적 반응 폴리머, 및 연쇄적 반응 중합으로도 지칭된다.
일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 약 10,000∼약 10,000,000g/mol, 예를 들면 약 15,000∼약 5,000,000g/mol, 또는 약 40,000∼약 1,000,000g/mol의 분자량을 가진다.
일 구현예에 따르면, 음이온성 단계적 성장 폴리머, 연쇄적 성장 폴리머, 다당류, 천연산 방향족 폴리머, 및 이것들의 변형물과 같은 음이온성 폴리머가 셀룰로스 현탁액에 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 첨가되는 폴리머의 총량은, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당, 약 0.01∼약 10kg, 예컨대 약 0.1∼약 5kg, 또는 약 0.2∼약 2kg 범위이다.
일 구현예에 따르면, 상기 폴리머를 함유하는 수용액이 제조되는데, 여기서 폴리머 함량은 약 0.1∼약 50중량%, 예컨대 약 0.5∼약 25중량%이고, 이 수용액은 이어서 셀룰로스 현탁액에 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 상기 수성 폴리머 용액은 약 20∼약 70℃, 예를 들면 약 25∼약 55℃로 가열된다. 일 구현예에 따르면, 연화성-계면활성제(emollient-surfactant) 블렌드 및 폴리머를 함유하는 수용액의 에멀젼은 스태틱 믹서, 울트라-터랙스(ultra-turrax)와 같은 고전단 장치 또는 호모게나이저를 사용하여 제조된다. 상기 에멀젼은 이어서 실온까지 냉각된다. 냉각은 예를 들면 열교환기에 의해 실행될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 음이온성 계면활성제 및/또는 음이온성 실리카 입자와 같은 음이온성 마이크로입자, 예를 들면 음이온성 콜로이드 실리카 입자, 녹점토, 또는 이것들의 혼합물이 셀룰로스 현탁액에 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 본 명세서에 정의된 음이온성 콜리이드 실리카 입자는 소수성 방식으로 변형된다.
선택적으로 셀룰로스 현탁액 및/또는 셀룰로스 섬유 웹에 첨가될 수 있는 콜로이드 실리카 입자는, 예를 들면, 침전형 실리카, 마이크로 실리카(실리카 흄), 발열성(pyrogenic) 실리카(흄드 실리카) 또는 충분한 순도를 가진 실리카 겔, 및 이것들의 혼합물로부터 유도될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 실리카 입자는 특허문헌 WO 2004/035474에 기재된 바와 같이 실란화된다. 실리카 졸도, 예를 들면 특허문헌 US 5,368,833에 개시된 바와 같이, 전형적으로는 원재료로서 물유리로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 콜로이드 실리카 입자와 실리카 졸은 변형될 수 있고, 상기 입자 및/또는 연속상(continuous phase) 중에 존재할 수 있는, 아민, 알루미늄 및/또는 붕소와 같은 다른 엘리먼트를 함유할 수 있다. 붕소-변형 실리카 졸은 예를 들면 특허문헌 US 2,630,410에 기재되어 있다. 알루미늄 변형 실리카 입자는 적합하게는, 약 0.05∼약 3중량%, 예를 들면 약 0.1∼약 2중량%의 Al2O3 함량을 가진다. 알루미늄 변형 실리카 입자의 제조 공정은, 예를 들면, "The Chemistry of Silica", by Iler, K. Ralph, pages 407-409, John Wiley & Sons(1979) 및 특허문헌 US 5,368,833에도 기재되어 있다.
콜로이드 실리카 입자는 적합하게는, 약 2nm 내지 약 150nm, 예를 들면 약 3nm 내지 약 50nm, 또는 약 5nm 내지 약 40nm 범위의 평균 입경을 가진다. 적합하게는, 콜로이드 실리카 입자는 약 20㎡/g 내지 약 1,500㎡/g, 예를 들면 약 50㎡/g 내지 약 900㎡/g, 또는 약 70㎡/g 내지 약 600㎡/g의 비표면적을 가진다.
일 구현예에 따르면, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 음이온성 계면활성제는, 예를 들면, 약 6개 내지 약 30개의 탄소 원자를 가진 소수성 "테일(tail)"을 가지는 음이온성 계면활성제이다. 음이온성 계면활성제의 예는, 비누화 지방산, 알킬(아릴)술포네이트, 설페이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 알킬(아릴)포스페이트, 알킬(아릴)포스포네이트, 지방산, 나프탈렌 술포네이트(NAS), 포름알데히드 중축합물, 폴리스티렌 술포네이트, 소수물-변형(hydrophobe-modified) NAS, 예를 들면, 비누화 지방산, 알킬(아릴)술포네이트, 설페이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 알킬(아릴)포스페이트, 알킬(아릴)포스포네이트, 및 이것들의 혼합물이다.
일 구현예에 따르면, 상기 음이온성 계면활성제 및/또는 음이온성 마이크로입자는, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.001∼약 1kg, 예컨대 약 0.005∼약 0.5kg, 또는 약 0.01∼약 0.1kg의 총량으로 셀룰로스 현탁액에 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 비이온성 계면활성제는 일반적으로 에톡시화되거나 프로폭시화된 지방산 또는 지방산 알코올을 포함한다. 에톡시화된 지방산 및 지방산 알코올은, 약 1개 내지 약 30개의 에틸렌 옥사이드(EO), 또는 약 4개 내지 약 25개의 EO로 에톡시화될 수 있다. 에톡시화 지방산 및 지방산 알코올은 약 6개 내지 약 30개의 탄소 원자, 또는 약 6개 내지 약 22개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 프로폭시화 지방산 및 지방산 알코올은, 약 1개 내지 약 30개의 프로필렌 옥사이드(PO), 또는 약 1개 내지 약 8개의 PO로 프로폭시화된 것일 수 있다. 프로폭시화 지방산 및 지방산 알코올은 약 6개 내지 약 30개의 탄소 원자, 예를 들면 약 6개 내지 약 22개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 프로필렌 옥사이드 대신에 이산화탄소를 사용할 수도 있다.
일 구현예에 따르면, 비이온성 계면활성제는, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.1 내지 약 10kg, 예를 들면 약 0.3∼약 7kg, 또는 약 0.5∼약 5kg의 양으로 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 습윤 증강제, 건조 증강제 및 습윤제와 같은 추가의 통상적 성분들을 셀룰로스 현탁액에 첨가할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 셀룰로스 현탁액의 셀룰로스 섬유는 목재 펄프 유래의 섬유를 포함할 수 있고, 이것은 설파이트 및 설페이트 펄프와 같은 화학적 펄스뿐 아니라, 미분된 목재, 열기계적(thermomechanical) 펄프 및 화학적 변형 열기계적 펄프와 같은 기계적 펄프를 포함한다. 재생 섬유가 사용될 수도 있다. 재생 섬유는 충전재, 인쇄용 잉크 등 이외에도 전술한 모든 펄프류를 함유할 수 있다, 그러나, 화학적 펄프가 그것을 재료로 하여 제조된 티슈 시트에 부드러운 감촉을 양호하게 부여하기 때문에 바람직하다. 티슈나 플러프를 제조하는 데 재생 섬유를 활용하는 것은, 섬유 슬러리로부터 인쇄용 잉크와 대부분의 충전재를 최대한으로 제거하여 재생 섬유 슬러리의 허용가능한 휘도(brightness)와 제지 기계의 가동성(runnability)을 얻는, 탈잉크(deinking)로 알려져 있는 공정 단계를 종종 포함한다. 탈잉크 공정은 종종 비누화 지방산과 물유리와 같은 음이온성 물질을 섬유 슬러리에 첨가하는 단계를 포함한다. 이러한 물질은 제지 기계로 넘어가기도 하고, 그 물질이 음이온성이기 때문에, 스톡에 첨가된 양이온성 화학 물질의 활성을 저해할 수 있다. 이러한 물질은 음이온성 저해 물질 또는 "음이온성 쓰레기(trash)"로 지칭된다.
본 발명에 따른 제지 공정의 성능을 평가하기 위해, 여러 가지 파라미터를 측정할 수 있다. 정전기를 판정하기 위해, 정전위차가 측정된다. 탈결합제 시스템의 효과는 매듭량(knot content), 파열 강도(burst strength), 탈섬유화 에너지 및 습윤율(wetting rate)의 측정에 의해 결정될 수 있다. 낮은 파열 강도와 낮은 탈섬유화 에너지는 섬유와 섬유간의 결합이 약하다는 것을 나타내며, 이것은 유연성을 높여준다.
이상과 같이 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 명백히 여러 가지 방식으로 변형될 수 있다. 그러한 변형은 본 발명의 본질과 범위를 벗어하는 것으로 간주되어서는 안되며, 모든 그러한 변형은 당업자에게 자명한 바와 같이 특허청구범위에 포함되는 것이다. 이하의 실시예는 전술한 본 발명이 그 범위를 제한하지 않고 실행될 수 있는 방식을 더 예시하게 될 것이다. 달리 언급되지 않는 한, 여기에 기재되는 모든 함량과 퍼센트는 중량 기준이다.
본 발명에 의하면, 섬유/종이 제품에 있어서, 추가적 첨가제를 필요로 하지 않고 소량의 정전기 방지제를 사용하여 정전위차를 감소시킬 수 있는 방법이 제공된다. 또한 본 발명에 의하면, 제품의 적절한 유연성을 유지하면서, 정전위차를 제어할 수 있는 제지 방법이 제공된다.
실시예 1
코코넛 오일을 파라-치환된 알킬 벤질술폰산(∼C12)(음이온성 계면활성제)와, 16∼18개의 탄소 원자를 가지고 5개의 EO에 의해 에톡시화된 불포화 지방산 알코올(비이온성 계면활성제)과 혼합했다. 상기 성분들의 함량은, 오일 50중량%, 음이온성 계면활성제 1중량%, 및 비이온성 계면활성제 49중량%였다. 이어서, 상기 오일-계면활성제 블렌드를 50℃까지 가열했다. 폴리아민 Bewoten C410(폴리머)를 포함한 것과 포함하지 않은 수용액을 제조했다. 수용액 중 폴리머의 농도는 4중량%였다. 상기 수용액들을 각각 50℃까지 가열했다. 계속해서, 상기 오일-계면활성제 블렌드를 Ultra-Turrax®(고전단 장치)를 이용하여 수용액 중에 유화시켰다. 계속해서, 상기 조성물을 수조에서 실온까지 냉각시켰다. 오일-계면활성제 블렌드 대 수용액의 중량비는 15:85였다. 제조된 조성물은 이하에서 각각 탈결합제 조성물 D1 및 D2로 지칭된다.
실시예에서 사용된 탈결합제 조성물:
D1: 폴리아민 Bewoten C410 3.4중량% 및 수용액 중의 오일-계면활성제 블렌드로 구성되는 Eka Soft F60®
D2: 수용액 중의 오일-계면활성제 블렌드(Eka Soft F60®)
실시예에서 사용된 폴리머:
P1: 폴리아민 Bewoten C410(Eka Soft F60®)
실시예에서 사용된 실리카계 물질은 다음과 같다:
S1: 실리카 졸(Eka NP 320®)
S2: Eka Soft F40®, 합성 헥토라이드, 함수 나트륨 리튬 마그네슘 실리케이트
S3: S1과 S2를 중량비 1:1로 함유하는 조성물
S4: S1과 S2를 중량비 2:1로 함유하는 조성물
S5: S1과 벤토나이트를 중량비 1:1로 함유하는 조성물
S6: S1과 벤토나이트를 중량비 2:1로 함유하는 조성물
S7: S1과 벤토나이트를 중량비 1:1로 함유하는 조성물
단일 물질 또는 혼합물로서의 실리카계 물질, S1∼S7을 물에 용해시켜 실리카계 물질 1중량%를 함유하는 수용액을 형성했다. 혼합물 S3∼S7은 아래와 같이 정의된다:
Figure pct00001
괄호 내의 숫자는 첨가 순서를 나타낸다. 상기 조성물을 Ultra-turrax를 사용하여 10,000rpm으로 10분간 처리했다.
화학적 소나무 황산염 펄프(pine sulphate pulp) 15g과 750ml 이하의 물을 혼합하여 건조 종이 시트를 제조했다. 사용할 경우, 탈결합제 조성물을 펼프 현탁액에 첨가한 다음 10분간 교반했다. 8분간 교반한 후, 사용할 경우, 실리카계 물질을 첨가했다. 10분 후, 표준 PFI-시트 성형기(A4 시트)에서 성형된 시트를 제조했다. 이어서, 상기 시트를 표준 방법 SCAN C26:76에 따라 프레싱했다. 최종적으로, 실린더 상에서 건조 함량이 약 90∼95%가 되도록 건조한 다음, 인공 기상실에서 23℃ 및 상대습도 50%에서 컨디셔닝했다. 첨가제가 분무되는 경우, 소정의 투여 레벨을 수용하기에 적절한 농도로 희석된 생성물 10ml가 사용되었다. 분무 공정은 프레싱 후의 습윤 페이퍼 웹(건조 함량 약 50%) 또는 건조되고 컨디셔닝된 페이퍼 웹(건조 함량 약 93%) 상에 행해졌다. 건조되고 컨디셔닝된 페이퍼 웹에 분무되는 경우, 시트는 측정이 실행되기 전에 한 번더 건조 및 컨디셔닝되었다.
실시예 2
실시예 2에서, 셀룰로스 현탁액에 첨가된 탈결합제 조성물과 시트에 첨가된 실리카계 물질의 여러 가지 조합으로부터 제조된 시트에 대해 탈섬유화 에너지 및 정전위차를 측정했다. 셀룰로스 현탁액에 첨가된 탈결합제 조성물의 양은 건조 셀룰로스 섬유를 기준으로 2.0kg/톤이었다. 탈결합제 조성물과 함께 또는 별도로 폴리머(Polyamine Bewoten C410)를 건조 셀룰로스 섬유를 기준으로 0.033kg/톤의 양으로 첨가했다. 표 1에 제시된 바와 같이, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 0∼2.0kg의 실리카계 물질을 시트에 첨가했다. 탈결합제 조성물, 폴리머 및 실리카계 물질을 퍼니시(furnish)(F)에 첨가하거나, 또는 건조되고 컨디셔닝된 페이퍼 웹(건조 함량 약 93중량%) 상에 분무했다. 실시예 1에 따라 건조 종이 시트를 제조했다. 시트의 정전위차를 정전기장(electrostatic field) 측정 장치(JCI 148) 및 핀-탈섬유화기(pin-defiberizer)에 연결된 고전압 헤드 JCI(John Chubb Instrumentation 140)를 사용하여 측정했다. 탈섬유화의 측정 단위는 kJ/kg이고, 정전위차의 측정 단위는 kVolt이다.
Figure pct00002
표 1의 결과로부터, 본 발명에 따르면 적은 사용량으로, 더 낮은 정전위차가 더 신속하게 도달될 수 있다는 것이 명백하다.
실시예 3
실시예 3에서, 실리카계 물질 단독에 대해 시트의 정전위차를 측정했다. 표 2에 제시된 바와 같이 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 0∼2.0kg의 실리카계 물질을 첨가했다. 실리카계 물질을 습윤 페이퍼 웹(건조 함량 약 50중량%)(SWP), 또는 건조되고 컨디셔닝된 페이퍼 웹(건조 함량 약 93중량%)(SDP) 상에 분무했다. 건조 종이 시트는 실시예 1에 따라 제조되었다. 정전위차는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 측정되었다.
Figure pct00003
표 2의 결과로부터, 본 발명의 테스트 2와 4에 따른, 적은 양의 녹점토를 사용하여, 낮은 정전위차가 신속하게 도달될 수 있다는 것이 명백하다.
실시예 4
실시예 4에서, 실리카계 물질 단독 및 그의 조합에 대해 시트의 정전위차를 측정했다. 표 3에 따른 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 0∼0.5kg의 실리카계 물질을 첨가했다. 실리카계 물질은 습윤 페이퍼 웹(건조 함량 약 50중량%) 상에 분무했다. 실시예 1에 따라 건조 종이 시트를 제조했다. 정전위차는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 측정되었다.
Figure pct00004
표 3의 결과로부터, 본 발명에 따르면 적은 양의 Laponite RD®를 사용하여 낮은 정전위차가 신속하게 도달될 수 있다는 것이 명백하다.
실시예 5
실시예 5에서, 탈결합제 조성물과 폴리머를 함유하는 퍼니시로부터 제조된 시트의 정전위차와 탈섬유화 에너지를 측정했다. 건조되고 컨디셔닝된 페이퍼 웹(건조 함량 약 93중량%)에는, 상기 측정 전에 Laponite® 및 Laponite®-전분 혼합물이 분무되었다. 셀룰로스 현탁액에 첨가된 탈결합제 조성물의 양은 건조 셀룰로스 섬유를 기준으로 2.0kg/톤이었고, 폴리머 첨가량은 건조 셀룰로스 섬유를 기준으로 0.12kg/톤이었다. 건조되고 컨디셔닝된 페이퍼 웹(건조 함량 약 93중량%)에 첨가된 실리카계 물질의 총량은, 표 4에 따르면, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 0.125∼1.0kg의 실리카계 물질 범위였다. S2와 OS(옥사이드화 전분, Perfectamyl P 255 SH)의 Laponite®-전분 혼합물은 S2:OS의 중량비 1:3으로 제조되었다. 실시예 1에 따라 건조 종이 시트를 제조했다. 정전위차 및 탈섬유화 에너지는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 측정되었다.
Figure pct00005
표 4의 결과로부터, 본 발명에 따른 테스트 3과 4는 Laponite 전분 혼합물이 웹에 적용된 테스트 2에 비해서 더 낮은 정전위차 및 허용가능한 탈섬유화 에너지를 제공한다는 것이 명백하다.

Claims (15)

  1. a) 셀룰로스 현탁액을 제공하는 단계,
    b) 상기 셀룰로스 현탁액을 탈수하고, 셀룰로스 섬유 웹을 성형하는 단계, 및
    c) 상기 셀룰로스 섬유 웹에 콜로이드 실리카 입자를, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.01kg 내지 약 2kg의 양으로 적용하는 단계
    를 포함하고,
    상기 성형된 셀룰로스 섬유 웹에 폴리머가 첨가되지 않는,
    셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  2. a) 셀룰로스 현탁액을 제공하고, 상기 셀룰로스 현탁액에 탈결합제 시스템(debonder system)을 첨가하는 단계,
    b) 상기 셀룰로스 현탁액을 탈수하고, 셀룰로스 섬유 웹을 성형하는 단계, 및
    c) 상기 성형된 셀룰로스 섬유 웹에 녹점토(smectite clay)를, 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.01kg 내지 약 2kg의 양으로 적용하는 단계
    를 포함하는,
    셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀룰로스 현탁액에 탈결합제 시스템이 첨가되는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 현탁액에 폴리머가 첨가되는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형된 웹에 녹점토(smectic clay)가, 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.01∼약 1kg의 양으로 첨가되는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 녹점토가 상기 웹에 분무되는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈결합제 시스템이,
    (i) 오일, 지방 또는 왁스,
    (ii) 하나 이상의 비이온성 계면활성제, 및
    (ⅲ) 하나 이상의 음이온성 계면활성제
    를 포함하는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈결합제 시스템이 4차 암모늄 계면활성제를 포함하는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합제 시스템 대 상기 웹에 첨가되는 녹점토의 중량비가 약 1:50 내지 약 100:1 범위인, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 녹점토가 라포나이트(laponite) 및/또는 벤토나이트인, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀룰로스 섬유 웹의 정전위차가 10kV 미만인, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀룰로스 섬유 웹의 탈섬유화 에너지가 120kJ/kg 미만인, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀룰로스 섬유 웹을 추가로 가공하여 에어-레이드(air-laid) 종이, 티슈 또는 플러프를 제조하는, 셀룰로스 섬유 웹의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법에 의해 얻을 수 있는 셀룰로스 섬유 웹.
  15. 건조 셀룰로스 섬유 1톤당 약 0.25∼약 0.75kg의 양으로 녹점토를 포함하고, 정전위차가 5kV 미만인, 셀룰로스 섬유 웹.
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