KR20130136511A - 항균성 사이징 에멀션 및 이들로 제조되는 석고 판넬 - Google Patents

항균성 사이징 에멀션 및 이들로 제조되는 석고 판넬 Download PDF

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Abstract

내미생물성 종이를 생산하기 위하여 완성지료에 첨가되는, 내부 종이 사이징 및 양이온성 비-전분성 4차 암모늄 화합물과 같은 살생성 유화제의 에멀션이 개시된다. 내미생물성 종이는 석고 판넬용 대향재로 유용하다. 종이 제조방법은 완성지료에 사이징제 첨가 전에 내부 사이징제를 살생제로 유화시키는 단계를 포함한다. 항미생물성 종이가 결합되는 미생물 성장 저항성 석고 판넬 제조방법이 개시된다.

Description

항균성 사이징 에멀션 및 이들로 제조되는 석고 판넬 {ANTIMICROBIAL SIZE EMULSION AND GYPSUM PANEL MADE THEREWITH}
본원은 35 U.S.C. 119(e) 조에 의거하여 2010.12.29자 출원된 미국임시출원번호 제61/428,080호의 우선권을 주장한다. 본 발명은 알케닐숙신산무수물 종이 사이징제 ("ASA") 또는 알킬 케텐 이량체 ("AKD") 종이 사이징제 및 살생제의 에멀션에 관한 것이고 이에 따라 살생제는 살생물제 및 유화제의 이중기능을 가진다.
석고 판넬, 건식벽 및 벽보드라고도 알려진 석고보드는 인테리어 용도로 바람직한 특성을 가지는 널리 사용되는 건축재료이다. 내구성, 경제성 및 내화성을 가진다. 또한, 이들 보드는 뛰어난 압축강도특성 및 상대적으로 낮은 밀도를 보인다. 특히 실내 건축용으로 쉽게 장식 처리되고 표면 미관이 뛰어나다.
석고보드 제조방법은 황산칼슘 반수화물, 물 및 첨가제의 슬러리 형성 단계 및 컨베이어 벨트 또는 성형탁자에서의 슬러리 적층 단계를 포함한다. 종종, 페이서라고도 알려진 종이 커버시트가 혼합기 아래 컨베이어 상에 이동되어, 페이서 상에 연속적으로 슬러리가 적층된다. 때로, 제2 종이 커버시트, 또는 페이서가 슬러리 상부에 부착된다. 생성된 조립체는 판넬 형태로 성형된다. 슬러리에서 황산칼슘 반수화물은 물과 반응하여, 반수화물은 황산칼슘 이수화물 결정들이 상호 체결되는 경화체로 전환되어, 슬러리는 경화되고 고화된다. 이로써 연속적인 고화 재료 스트립이 형성되고, 이것은 선택적으로, 커버시트 부재, 정면 및 배면 커버시트, 또는 판넬 정면 또는 배면 중 일면에 커버시트를 가진다. 연속적인 스트립은 소성석고가 다른 장소 예를들면 가마로 옮겨지고 취급되기에 충분히 경화될 때까지 컨베이어 상에서 이동되고 이후 스트립은 소망 길이의 보드로 절단된다. 소성석고 수화에 필요한 함량 이상의 과잉수는 가마에서 석고 판넬로부터 제거된다.
석고 판넬 제조업자는 종종 미생물 예를들면 곰팡이 및 균류로부터 판넬을 보호하기 위하여 종이 커버를 살생제로 처리한다. 그러나, 여러 이유들로 인하여 종이 처리만으로는 때로 곰팡이 성장을 제어하기에는 불충분하다. 다수의 살생제들은 가마에서 건조과정 중 고온으로 인하여 효능이 상실된다. 판넬 형성 과정에서 사용되는 물 및 공기로부터 석고 및 종이에 달라붙은 다량의 곰팡이 포자들로부터 살생제는 압도된다. 어떤 경우에는, 환경 규제로 인하여, 종이 표면에서 살생제 농도는 제한된다. 최대 허용 살생제 농도로는 종이 및 경화 석고 코어 모두를 방어하기에 모든 경우에 부족한 것으로 보인다.
포자가 대사할 수 있는 수분과 영양분이 있는 환경에서 미생물 성장이 유리하다. 온도도 변수이지만, 다수의 미생물 종들은 석고보드가 자주 사용되는 인간 거주에 필요한 온도에서 번성한다. 따라서, 미생물 성장 제어는 대다수 수분 및 영양분 가용성을 제어하는 것으로 이루어진다. 석고 판넬 또는 페이서 내부 또는 표면에서 성장하기 시작하는 미생물을 살생하는 기작을 가지는 것이 바람직하다. 석고보드가 실내 건축에 정상적으로 사용된다고 하여도 수증기 및 포자는 석고 판넬 사용 환경에서 피할 수 없다. 주변에 존재하는 수분에 더하여, 실내 건축에 사용되는 제품에는 때로 침출, 누수 지붕 또는 관, 침수, 응축, 및 기타 등으로 인하여 물이 생긴다. 석고보드 제작 또는 사용에 어떠한 결함이 없어도 이러한 수분 노출이 발생된다. 일단 수분에 노출되면, 전통적인 석고 판넬 제품은 미생물 성장에 취약하다고 인정된다.
전분은 미생물이 성장할 수 있는 영양분의 예이다. 석고 판넬에서, 전분은 여러 목적으로 빈번하게 이용된다. 소성석고 슬러리에 첨가되어 코어 및 페이서 사이 부착을 촉진시킨다. 때때로 페이서는 종이로 제조되고, 전분은 석고 판넬을 덮는 용도로 통상 사용되는 종이의 성분일 수 있다. 전분 (당) 피복 황산칼슘 이수화물 입자들을 때로 소성 석고 슬러리 경화 촉진제로 적용된다. 또한 전분은 경화 석고 조성물 특성 개질을 위하여 사용될 수 있다. 전분이 석고의 커버 재료 또는 석고 코어에 존재하면, 포자가 일단 전분성 판넬의 영양매질과 접촉하게 되면 잠재적 미생물 성장을 위한 충분한 영양분이 된다.
페이서, 대향 재료, 종이 페이서 등으로도 알려진 석고 판넬용 커버시트는 희석 섬유펄프, 화학첨가제 및 물로 시작하는 종이 제조공정에서 제조된다. 스크린을 통해 펄프에서 물이 빼내 무작위로 엉킨 섬유 매트를 형성한다. 매트를 압착하거나 흡입하여 물을 추가로 제거한다. 비공식적으로, "습식단"이란 물 제거 전의 종이-제작 공정을 지칭하고, 과잉수가 제거된 후의 단계는 "건식단"이라고 칭한다. 첨가제 예를들면 사이징제는 이들 중 하나 또는 양 단계들에서 첨가될 수 있다.
종이 사이징제는 종이 강도 및 물 및 잉크와 같은 액체 내투과성을 개선하는 소수성 화합물이다. 알킬 케텐 이량체 ("AKD") 및 알케닐숙신산무수물 ("ASA")은 모두 소수성이고 일반적인 사이징제이다. 송진 및 송진 유도체는 종이 산업에서 공지된 또 다른 분류의 종이 사이징제이다. 양호한 사이징 효율을 위하여, 사이징제는 매우 작은 입자들로서 인가된다. 이러한 필요성 및 소수성으로 인하여ASA 및/또는 AKD가 수용액 중에 유화되고 종이 섬유에 사이징제가 적절히 도입되고 고착된다. 내부 사이징제는 제조공정의 습식단 과정에서 종이 자체에 포함된다. 외부 사이징제는 건식단 코팅공정 예를들면 침지, 분무 또는 롤링에 의해 완성 종이 제품에 적용된다.
본원에 참고로 포함되는 미국특허번호 제6,159,339호에 기재된 바와 같이 ASA 내부 사이징제는 통상 양이온성 전분 안정제로 유화에 의해 종이 공장에서 현장 제조된다. 수중 내부 종이 사이징제의 유화제로 높은 전하, 낮은 분자량의 중합체가 사용될 수도 있다. 대안으로, 먼저 전분 인산염 유도체를 에멀션의 연속상이 되는 물에 분산시켜 AKD 에멀션을 제조할 수 있다. 그 후, AKD를 첨가하고 약 140℉ - 160℉에서 유연한 균질 에멀션이 획득될 때까지 완전히 혼합시킨다. 고도의 전단 혼합장비를 사용하여 케텐 이량체 및 수성 전분 인산염 혼합물을 교반시켜 원하는 에멀션을 얻는다.
공지된 AKD 유화 입자들과 관련한 단점들은 일반적으로 AKD를 현장 외에서 유화시키고 종이 제조업자에게 완전히 조제된 에멀션으로 제공하면 해결된다. AKD 유화는 통상 고가인 고도 전문 장비를 필요로 하는 어려운 공정이다. AKD 에멀션을 안정화시킬 목적으로, 첨가제 예를들면 계면활성제 및 보호 콜로이드가 에멀션 조성물에 존재한다. AKD는 이들 첨가제들 일부와 반응할 수 있고, 가용 활성 성분 함량을 감소시켜 사이징 성능이 약해질 수 있다. AKD 에멀션에 존재하는 음이온성 계면활성제는 사이징제 성능을 더욱 감소시키는데, 왜냐하면 사이징제가 고착되는 셀룰로오스 물질 역시 음이온성이므로 사이징제를 셀룰로오스 섬유로 도입시키기 보다는 오히려 배척하기 때문이다. 전형적인 AKD 에멀션 공급에 있어서 또 다른 단점은 경제적인 것이고, 왜냐하면 AKD 에멀션의 일부인 상당량의 물을 종이 제조업자에게 수송하는 것이 고가이기 때문이다.
ASA 에멀션은 불안정하고, 보급수 (make down water) pH 및 온도에 따라 최대 유통기간은 6 내지 8 시간이다. 전형적으로, ASA 에멀션은 사용 전 30분 동안 보관된다. ASA 오일을 매우 건성으로 유지하고 수성 에멀션 제조 최후 순간까지 대기하는 것이 바람직하다. 빈번하게, 종이-제조업자는 완성지료 (furnish)에 첨가하기 30분 전에 필요한 함량의 ASA 에멀션을 제조한다. 수성 ASA 사이징 에멀션 제조에 적용되는 양이온성 전분 유화제는 각각의 ASA 액적 주위에 양이온성 전분 층을 제공하고, 사이징제를 음이온성 셀룰로오스 종이 섬유에 고착시킨다. 여전히 처리수와 함께 대부분의ASA가 섬유로부터 유출될 수 있다. 이에 따라 ASA는 가수분해로 분해되고, ASA 사이징 성능을 악화시키고, 제지 기계에 침적물을 형성시키고, 높은 운전비용 및 종이 품질의 문제를 유발시킨다. 만족할 만한 사이징제 체류를 달성하기 위하여 복잡하고도 고가인 습식단 화학이 때로는 요구된다. ASA 사이징제가 만족하고도 일관된 체류를 확인하기 위한 고성능액체크로마토그래피 ("HPLC")와 같은 건식단 테스트는 일반적이다.
석고보드에서의 미생물 성장을 감소시키기 위한 선행 시도들로는 종이 대향재를 유리섬유-기반의 대향재로 교체하여, 전분 영양원을 제거하여 보드 표면에서의 미생물 성장을 억제하는 것이다. 석고보드를 미생물 성장에 저항성으로 하기 위한 시도들은 본원에 참고문헌으로 포함되는 명칭이 "내곰팡이성 석고 판넬 및 이의 제조방법"인 미국특허번호 제 6,893,752호에 개시된 바와 같이 살생제, 예를들면 피리티온염을, 코어, 페이서, 또는 양자에 포함시키는 것이다.
4차 암모늄 화합물은 일반적으로 화학식 R1R2R3R4-N+Y-을 가지는 화합물 분류로 대략 정의되고, 여기에서 라디칼은 동일하거나, 상이하거나 또는 고리 일부이고 Y는 상대 음이온이다. 언제나 그렇지는 않지만 전형적으로, 라디칼들 중 하나는 장쇄의 알킬기이다. 소정의 4차 암모늄 화합물은 살생성 특성을 가진다. 선행 기술은 살생성 4차 암모늄 화합물을 석고 코어에 사용, 또는 종이 페이서 표면 코팅재로 사용하는 것을 교시하고, 분무, 침지, 롤링 또는 임의의 다른 건식단 코팅방법에 의한다.
4차 암모늄 화합물은 미생물 성장 제어 능력이 인정되지만, 비록 저 농도이지만 거품을 형성하므로 제지에서는 바람직하지 못하다. 거품은 핀-홀 형성, 종이 상에 원형마크, 종이강도약화 및 생산성 감소를 유발시켜 최종 종이 제품 품질에 유해 영향을 미친다. 때로, 거품 문제를 해결하기 위하여 거품-억제 화합물로 거품 형성 억제 또는 소포 화합물로 완성지료를 소포하는 복잡한 습식단 화합물이 관여된다. 4차 암모늄 화합물 수용액에서 거품을 조절하기 위한 다른 방법은 본원에 참고로 포함되는 명칭이 "제어된 거품 수성 4차 암모늄 및 포스포늄 조성물"인 국제공개번호 WO 2008/049616에 개시된 바와 같이 음이온성 계면활성제를 용액에 첨가하는 것이다. 본 공개문헌에 기록된 바와 같이, 4차 암모늄 화합물의 살생성 성능은 음이온성 계면활성제 첨가로 절충된다.
석고보드의 유리한 특성들을 유지하면서도 미생물 성장 취약성을 감소시킬 수 있는 석고보드에 대한 필요성이 대두된다. 또한, 상업적 실현 가능한 이러한 제품 제조방법에 대한 필요성이 대두된다. 또한 AKD 및 ASA 종이 사이징제의 효능 및 운영 가능성뿐 아니라 제지에 사용되는 살생제 화합물 체류 개선에 대한 필요성이 존재한다.
하나 이상의 이러한 필요성은 수중에서 사이징제 및 살생성 유화제의 살생성 사이징 에멀션에 특징이 있는 본 발명에 의해 충족된다. 살생성 사이징 에멀션은 석고 판넬에 사용되는 살생성 종이 제조에 적용된다. 또 다른 실시양태는 살생성 사이징 에멀션을 포함하는 종이 페이서를 가지는 살생성 석고 판넬이다.
놀랍게도, 사이징제 및 살생제 양자에 의해 제공되는 유리한 특성을 가지는 종이가 별개의 유화제 및 살생성 화합물 없이도 제조될 수 있다. 살생성 유화제는, 예기치 않게, 제지공정의 완성지료에 첨가되는 내부 종이 사이징제를 유화시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 살생제의 이중 기능으로 인하여 제지공정에서 효율 및 비용절감이 가능하다.
내부 종이 사이징 유화제로서 살생성 유화제를 사용함으로써, 최종 종이 제품은 더욱 강력하고 내구성 있게 제조된다. 강도는 효율적인 사이징으로 내유체성을 개선시킴으로써 달성된다. 내구성은 내미생물성을 개선시켜 달성된다.
전분, 중합체 및 계면활성제를 조합한 유화제를 이용하는 종래 내부 종이 사이징 에멀션과 비교할 때, 본 발명의 살생성 사이징 에멀션은 제지공정 효율 개선에 기여한다. 이는 하나의 화합물인 살생제가 여러 화학적 활성에 관여한다는 사실에 기인한다. 전분, 중합체 또는 계면활성제가 요구되지 않고, 또한 살생성 사이징 에멀션으로 제조된 사이징 처리된 종이 역시 본 사이징 유화제와는 별도의 첨가제를 첨가하지 않고 미생물 성장을 억제할 수 있는 유리한 특성을 가진다.
또한, 비-전분성, 양이온성 4차 암모늄 화합물이 살생성 유화제로 선택될 때, 놀라운 추가적인 제지공정 효율 개선이 실현된다. 완성지료에서4차 암모늄 화합물을 적용할 때 통상 제기되었던 거품이 줄어들거나 상당히 불안정화된다. 거품-억제제 또는 소포제 어떤 것도 거품을 제어하기 위하여 필요하지 않다. 따라서, 이전에 최소한 3종의 별개 화합물들이 필요하다고 알려진 3가지 기능들을 달성하기 위하여 하나의 화합물을 이용하는 효율은 살생성 사이징 에멀션에 이용되는 살생성 유화제에 귀결된다.
살생성 사이징 에멀션에 사용되는 살생성 유화제는 양이온성이므로, 종이 시트에 양호한 체류성을 제공하고, 복잡한 습식단 체류 화합물의 필요성을 감소시킨다. 적절하고 일관적인 살생제 투여에 대한 건식단 품질관리 역시 최소화된다. 이러한 제지공정 개선들로 인하여 덜 복잡하고, 덜 고가이며 더욱 일관적인 절차를 예상할 수 있고 종이 페이서 및 종이 페이서가 덮고 있는 석고 판넬 제조로 이어질 수 있다.
살생성 유화제를 이용하는 ASA 에멀션은 장기간 안정하므로, ASA 종이 사이징제의 생산 효율성 및 작업성을 개선시킨다. AKD로 제조되는 살생성 사이징 에멀션 역시 제지공장 또는 석고 제조공정에서 제조되고, 이에 따라 예비-유화 AKD 및 이와 연관된 대량의 물 수송 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 또 다른 중요성은 유리섬유 또는 기타 덜-바람직한, 비-종이 페이서에 의존하지 않고 살생성 석고 판넬을 제조할 수 있다는 것이다. 또한 곰팡이, 흰곰팡이, 또는 균류 훼손 문제가 대부분이 누적되는 석고 판넬 표면에 더욱 인접한 종이 층인 종이 커버시트에 더욱 다량의 살생제를 제공할 수 있다는 것도 개선점이다.
본 발명은 하나의 상이 내부 종이 사이징제 및 살생성 유화제인 살생성 사이징 에멀션을 제공한다. 제2의 연속상은 물이다. 어떠한 기타 살생제 또는 유화제가 본 발명의 살생성 사이징 에멀션에 존재하지 않는다. 살생성 사이징 에멀션은 석고보드용 종이 페이서 제작에 적용될 수 있다. 살생성 사이징 에멀션은 더욱 효율적이고 상업적 실현 가능한 개선된 제조방법 및 종이페이서와 같이 제품에 양호하게 체류되는 살생성 유화제로 개선된 제품을 제공한다.
"살생성 유화제"로 언급되는 화합물은 내부 종이 사이징제를 유화시키고 완성 종이 제품의 일부가 되어 종이 제품에 내미생물성이 부여되는 살생제로 제한된다. 살생성 종이첨가제 ("살생제")는 벽보드 판넬 및 이들의 페이서에 미생물 성장을 감소시키는데 효과적이다. 용어 미생물, 세균, 곰팡이, 흰곰팡이 및 균류는 상호 교환적으로 사용되고 표면에 잠재적으로 성장 가능한 다수의 미생물을 지칭한다.
바람직한 내부 사이징제는 알케닐 숙신산무수물 ("ASA") 및 알킬 케텐 이량체 ("AKD")이다. ASA 내부 사이징제는 실온에서 오일성 액체이다. 매우 불안정하므로 건조한 곳에 보관된다. 물 또는 수증기와 반응하여 가수분해되면 내부 사이징제로서 사용 불가하다. 본 발명에 유효한 ASA 사이징제의 예시로는 Bubond 650이다. (Buckman Laboratories, Memphis, TN). 또한, Prequel® 1000/Prequel® 630 (Ashland Hercules, Wilmington, DE) 및 Nalco® 7548/Nalco® 7540 (Nalco, Naperville, IL)이 추가적인 ASA 사이즈 (size)의 예시이다.
일 실시태양에서, 내부 종이 사이징제의 살생성 사이징 에멀션은 살생성 유화제 및 물로 제조된다. 바람직하게는, ASA 내부 종이 사이징제는 비-전분성 양이온성 4차 암모늄 화합물인 살생성 유화제로 유화된다. 더욱 상세하게는, 본 살생성 사이징 에멀션에 유용한4차 암모늄 화합물은 알킬 디메틸 벤질 염화암모늄 (ADBAC), 알킬 디메틸 에틸 벤질 염화암모늄 (EBC), 디알킬 디메틸 염화암모늄, 디데실 디메틸 염화암모늄, 및 이들의 조합이다. 또 다른 실시예에서, 비-전분성 양이온성 살생제는 데쿠알리니움 클로라이드, 디데실-디메틸포스포늄 클로라이드, 디도데실-에틸-이소부틸포스포늄, 디헥실데실-에틸-이소부틸포스포늄, 장쇄 알킬 아민, 구아니딘, 비스(3-아미노프로필) 도데실아민, 폴리아미노프로필 비구아니드 또는 요오도프로피닐 부틸카르바메이트 중 하나 또는 이들의 조합이다. 이들 살생성 유화제 중 하나가 내부 종이 사이징제를 유화시키기 위하여 선택되면, 어떠한 추가 유화제가 필요하지 않다. ASA 및 AKD를 유화 또는 안정화시키는 것으로 알려진 중합체, 계면활성제, 전분, 및 기타 화합물이 불요하다.
내부 사이징제 유화는 작은 액적들을 제공하여 종이 펄프 섬유들에 사이징제를 효과적으로 고착시킨다. ASA 사이징제는 전형적으로 100% 고형물 (solid)인 소수성, 유성 액체이다. 살생성 유화제는 전형적으로 20% 내지 80% 고형물이고 먼저 정적 혼합기에서 1차수로 희석시킨다. 살생성 유화제 희석에 필요한 1차수 함량은 40% 고형물 살생제에 대하여 총 유화 처리수 요구량의 약 10%이다. 살생성 유화제가 40% 이하의 고형물이면 거의 또는 전혀 물이 필요하지 않다. 희석된 살생성 유화제 스트림은 100% 고형물 ASA 스트림과 조합되고, 생성된 용액은 200 - 230 psi 차압에서 터빈펌프로 이송되어 살생성 사이징 에멀션을 형성한다. 살생성 사이징 에멀션의 액적 크기 범위는 직경이 0.5 미크론 내지 1.5 미크론이다. 살생성 사이징 에멀션 스트림은 2차수로 더욱 희석된다. 유화 ASA 고형물 농도는 약 1%로 조정되어 완성지료로 이송된다. 운전조건에 따라, 유화 ASA 최종 고형물 농도는 1% 내외로 조정될 수 있지만; 유화 희석수가 특정 제지기계에 대하여 일단 결정되면 조정할 필요는 없다.
살생성 사이징 에멀션에 적용되는 살생성 유화제 함량은 미생물 성장 제어에 필요한 살생제 함량 및 사이징제 유화에 필요한 함량에 직접 관련된다. 종이들은 상이한 조성물로 상이한 환경에서 적용되도록 제조되며, 따라서 내미생물성 요건은 충분한 영양, 수분 및 기타 미생물 성장 촉진 인자들 존재에 따라 증감될 수 있다. 유사하게, 유체로부터 종이를 충분히 보호하기 위하여 필요한 사이징 함량에 따라 상이한 유화제 함량이 요구된다. 살생성 유화제의 이러한 허용 투여량 또는 농도는 ASA 유화에 적용되고 입자크기, 거품 및 에멀션 안정성이 확인된다.
사이징제 투여량은 종이 등급 또는 유형에 필요한 내수성을 평가하여 결정된다. 일반적으로, 내곰팡이성 및 내수성이 이들 등급에 모두 요구되므로 이들 등급에는 내수성이 더 높다. 살생성 유화제에 대한 사이징제라고도 알려진 내부 사이징제의 비율은 바람직하게는 1부 사이징제 대 1부 살생성 유화제이다. 비율 범위는 1:1 내지 1:0.5 사이징제 대 살생성 유화제이다. 사이징제 함량은 가변적이나, 일반적으로 2 lb/톤 공기 건조 종이 내지 20 lb/톤; 또는 더욱 전형적으로 5 lb/톤 내지10 lb/톤이다. 예를들면, 5000 ppm ASA 유화 사이즈는 41.2% 살생제 유화제, 또는 2060 ppm, 및 나머지 물질은 ASA 사이즈이다.
하기 실시예 2에서, 살생성 유화제 농도 선택방법이 제시된다. 예를들면, 상기된 2060 ppm 살생성 유화제는 표준 1% CMC 용액을 0.25% ASA 사이즈 혼합물로 처리한 후 곰팡이 성장을 전혀 보여서는 아니된다.
AKD 내부 사이징제는 본 발명의 살생성 사이징 에멀션에서 ASA에 대한 대안적인 운용 가능한 대체물이다. AKD 살생성 사이징 에멀션은 제지공장 또는 석고 판넬 제조공장에서 제조되어 예비-유화 AKD 및 이와 관련된 대량의 물 수송 비용을 절감할 수 있다. 또한, 계면활성제 또는 중합체는 본 발명의 살생성 사이징 에멀션과 함께 적용될 수 있다. 일 실시태양은 살생성 사이징 에멀션에서 비-음이온성 계면활성제 또는 중합체를 사용하는 것이다.
살생성 유화제로 ASA 또는 AKD 사이징제를 유화시키는 것은 공지 유화방법을 적용하여 달성될 수 있다. 표준 장비의 어떠한 변경도 필요하지 않지만, 유속 또는 터빈 배압의 약간의 변경으로 적당한 품질의 즉 입자크기, 분포 및 안정성의 살생성 사이징 에멀션을 생성할 수 있다.
실험실에서 ASA 사이징제를 유화시키는 예시적 방법이 기재된다. 먼저, Senco 미니 블렌더 컵 무게를 측정하고 1 그램의 ASA 사이즈를 컵에 투입한다. 그리고 0.7 그램의 살생성 유화제를 ASA 사이징제가 있는 컵에 첨가하고 충분한 함량의 물을 부가하여 상기 두 성분들을 포함하는100 그램의 살생성 사이징 에멀션을 제조한다. Senco 컵을 블렌더에 올리고 90초 동안 고속으로 블렌더를 작동시킨다. 100 그램의 ASA 사이즈는 종이 섬유의 희석 현탁액을 처리할 수 있다. 필요하다면, 고형물 및 에멀션 품질에 따라 유화제 비율을 조정한다.
또 다른 실시예에서, 사이징 처리된 다-겹 종이를 생산한다. 종이 제조장비 정지시간을 최소화하기 위하여 선택적으로 2종의 유화 유닛들이 존재한다. 하나 이상의 종이 겹들은 곰팡이 억제를 위하여 살생성 유화제 및 사이징제 블렌드로 제조되고 제2 유화제가 통상의 유화방법에 따른 사이징 처리된 종이 생산에 적용된다. 이에 따라 사이징 비용이 절감되고 살생제는 곰팡이 포자에 노출되는 외측 종이 겹들에만 처리된다. 살생성 사이징 에멀션은 선택적으로 팬 펌프 흡입 측에 투입하여 완성지료에 부가되지만, 펌프 압력 측에 투입될 수 있다.
제지공정을 위한 살생성 유화제 선택에는 살생성 사이징 에멀션을 위한 살생성 유화제 선택에 적용되는 동일한 기준이 적용된다. 제지기계에서 투입 수량 및 최종 희석에 대한 수지가 존재한다. 물이 많이 투입되면, 사이즈는 양호하게 분산되어 더욱 균일하게 분산된다. 그러나, 물은 일반적으로 연화되므로 추가적인 수량은 추가 비용을 유발시킨다. 이는 또한 제지공정의 물 수지를 변경시키고, 일부 처리수 배출을 초래할 수 있다.
1% 고형분의 살생성 사이징 에멀션은 가수분해를 최소화하기 위하여 매 30 내지 60분마다 뒤집어 주는 소형탱크에 보관된다. 저압 20 내지 25 psi의 원심분리로 팬 펌프로 이송된다. 점조도, 섬유 유속 및 고형 비율뿐 아니라 희석 사이즈 유속을 측정하여 사이징 용액을 완성지료에 첨가하고, 제지공정은 임의의 제지기계에서 완료될 수 있다. 종종, 종이 페이서는 다수 겹들 또는 층들로 제조된다. 때로는, 두 겹 정도가 적용된다. 다른 경우에는, 7 겹 정도가 이용된다. 종이 첨가제 또는 사이즈는 헤드박스를 통하여 또는 정류기 전에 완성지료에 첨가될 수 있지만, 헤드박스에 희석 완성지류를 공급하는 팬 펌프에 통상 투입된다.
본 발명의 또 다른 실시태양은 내곰팡이성 석고 판넬 제조방법에 상기 에멀션 및 종이를 적용하는 것이고, 이는 살생성 유화제 선택, 살생성 유화제로 ASA 또는 AKD 내부 사이징제를 유화시켜 살생성 사이징 에멀션 형성, 석고 슬러리가 놓이고 석고 판넬 또는 보드로 경화되는 종이 페이서로 형성되는 완성지료에 살생성 사이징 에멀션 첨가로 구성된다. 종이 페이서는 때로 석고보드 제조공정의 일부로서 석고보드 제조업자에 의해 제조된다.
황산칼슘 반수화물 및 물로 이루어진 슬러리 제조는 종래 석고 슬러리 방법에 따라 이루어진다. 황산칼슘 반수화물 및 황산칼슘 반수화물 재수화에 필요한 함량 이상의 물을 혼합하여 유동성 슬러리를 형성한다. 전분, 거품, 촉진제, 분산제, 등과 같은 첨가제들이 석고 슬러리 일부로 고려될 수 있다. 첨가제들 및 살생성 종이 페이서 사이에는 불리한 또는 바람직한 상호작용이 존재하지 않는다.
살생성 사이징 에멀션으로 보강된 완성지료로 제조된 항미생물성 종이 페이서는 컨베이어 벨트상의 성형탁자를 따라 롤링되면서 제조된다. 석고 슬러리가 페이서 상에 연속하여 적층된다. 종이 및 슬러리가 컨베이어를 횡단하면, 제2 종이 페이서가 경화 전 석고 슬러리 최상면에 놓일 수 있다. 석고 슬러리 경화 과정은 발열반응이고 수분이 황산칼슘 반수화물에 의해 결합되어 석고 결정들이 형성된다. 결정화가 진행될수록, 슬러리는 더욱 고화된다. 경화 과정은 슬러리 온도 상승으로 측정된다. 석고보드 제조공장에서, 컨베이어 상의 재료를 나이프를 이용하여 원하는 크기의 보드들로 절단하는 지점에서 온도를 획득하는 것은 유용하다. 최소한 하나의 항미생물성 종이 대향재로 인하여 마감 석고보드는 내미생물성이다. 살생성 유화제를 석고 슬러리에 투입하고, 따라서 석고 코어에도 존재할 수 있다.
하기 실시예들은 본 발명을 더욱 설명하고 도시하기 위한 것이다. 실시예들은 본 발명의 범위를 제한할 의도는 아니다.
실시예 1
다양한 내부 사이징 에멀션들로 실험실 수초지 (paper handsheet)를 제조하였다. 수초지는 뛰어난 내흡수성 및 양호한 미생물 성장 저항성을 보였다. 수초지용 사이징 에멀션들은 Naperville, IL 제조 NALCO® 7540 ASA 사이즈로 제조하였다. 사이징제를 표 1 및 2의 각각의 항미생물성 성분과 10:1의 ASA 사이즈 대 살생성 유화제 중량비율로 조합하였다.
살생성 유화제는 Mason Chemical Company (Joliet, IL)에서 입수한 4차 염화암모늄 화합물이다. MAQUAT® MC1416 및 MAQUAT® MC1412는 모두 80% 활성 알킬 디메틸 벤질 염화암모늄 (ADBAC) 화합물이었다. MAQUAT® MQ2525는 알킬 디메틸 벤질 염화암모늄 및 알킬 디메틸 에틸 벤질 염화암모늄의 80% 활성 조합물이었다. MAQUAT® MQ624M은 80% 활성 살생성 유화제로 입수하였으나, 실험실에서 희석하여 알킬 디메틸 벤질 염화암모늄 및 디알킬 디메틸 염화암모늄의45% 활성 조합물로 사용하였다. MAQUAT® 4480E, 디데실 디메틸 염화암모늄은 유사하게 80%에서 45%로 희석된 살생성 활성 화합물이었다.
브리티쉬 실험실용 수초지 주형을 이용하여 4 그램의 두-겹 수초지를 제조하였다. 100% 골판지 고지 ("OCC")를 분쇄하여 섬유 펄프를 만들었다. 상기 ASA 유화 실험실 방법에 따라 적절한 크기의 유화 ASA 액적들을 획득하도록 살생성 유화제 수용액을 사이즈에 첨가하여 표 1에 나타낸 다양한 살생제들의ASA 살생성 사이징 에멀션을 제조하였다. 이러한 수성 살생성 사이징 에멀션을 추가 수분으로 더욱 희석하여 ASA 사이즈 및 살생성 유화제의 1% 이하의 희석물을 얻었다. 펄프, 물 및 유화 사이즈의 완성지료 슬러리를 Adirondack 롤 프레스로 20 psi에서 압착하고 생성된 수초지를 실험실 드럼 건조기에서 240℉에서 2.5 분 건조시켰다.
이들 수초지에 대하여 수분 및 곰팡이 저항성을 시험하였다. 내수성 시험은 본원에 참조로 포함되는TAPPI T441 Standard Cobb Test, 및 종이 시트 50%에 스며드는데 소요되는 시간 (1,000 초까지)을 측정하는 Boiling Boat Test를 포함하였다. Cobb Test는 120℉에서 3 분 동안 진행하였다.
Boiling Boat Test는 끊는 물에 종이 절편을 부유시켜 발수성 정도를 측정한다. 피-측정 종이를 12" x 12" 절편들로 잘라 종이 샘플들을 준비하였다. 종이 샘플을 결합-측이 평면을 향하도록 놓았다 (결합-측은 석고 판넬에 부착되는 측이다). 6" x 6" 지그 (jig), 또는 고형, 평탄 물체를 바로 종이 절편 중심에 얹었다. 보조 지그로, 각각의 지그 모서리를 따라 구석들을 가로질러 주름들 (creases)이 만들어져 종이 절편으로부터 3차원 보트-유사 구조체가 만들어진다. 종이 샘플 한쪽 구석은 인접 측으로 접히고, 스테이플러로 고정하였다. 각각의 구석에서 2개의 스테이플로 양호하게 구현되었다. 이러한 겹침 및 스테이플 작업을 각각의 측에 대하여 반복하여 보트를 형성하고 보트 형태로 종이를 유지하였다. 4' x 4' 고무 스탬프로 종이 보트 바닥 중심 (또는 중심에 가능한 가까운 곳)에 그리드 (grid)를 각인하였다.
평방 10" 및 깊이 3" 의 알루미늄 또는 스테인리스 철재 접시를 최소한 평방 10" 가열판에 올려놓았다. 접시에 물을 약 2/3 채우고, 물속으로 온도계를 넣고 가열판을 '고온'으로 작동시켰다. 물이 97℃ ± 3℃에 이를 때, 종이 보트를 물에 띄우고 시간 측정을 시작하였다. 종이 또는 종이 일부가 젖으면 젖은 부분은 어둡게 보였다. 종이가 50% 젖지 않는 한, 어두워진 보트 바닥의 그리드 면적을 5분 및 15분 후에 측정하였다. 50% (12-13개의 그리드 사각형들)가 젖거나 15분 (1,000 초) 후 시험을 중지하였다.
보트 바닥 젖음성을 측정하기 위하여 젖은 그리드 사각형들 개수를 계수하였다. 가장 가까운 사각형 1/4에 대하여 추정하였다. 사각형들 개수에 4를 곱하여 젖은 비율을 결정하였다.
표 I은 다양한 살생성 사이징 에멀션에서 ASA 사이즈의 사이징 성능에 대한Cobb 및 Boiling Boat 시험결과를 보인다. 실험 결과는 매우 양호한 종이 사이징을 나타낸다. B1 내지 F3 코드들로 표시된 샘플들에서는 어떠한 중합체도 포함되지 않았다. 샘플 A는 살생성 유화제가 없고 ASA 내부 사이징제 및 중합체 (NALCO® 7541) 유화제만을 가지는 대조군이었다.
표 II는 NALCO® 7541 중합체 에멀션에서ASA 사이즈의 사이징 성능에 대한Cobb 및 Boiling Boat 시험결과들을 보인다. Cobb 및 Boiling Boat 시험결과들은 모든 샘플들에서 매우 양호한 사이징을 보인다. Boiling Boat Test에서 종이의 50% 젖음에 1,000 초 이상 (17 분) 소요된다는 사실로부터 이러한 결론을 뒷받침하였다. 또한 Cobb Test 결과도 매우 양호하였다. 표준 실무에 따라 중합체로 유화된 경우와 같이 살생성 유화제로 유화될 때 ASA 내부 사이징제가 효과적이었다는 것은 놀랍다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 I 및 II에 나타낸 A - H3 모든 샘플들, 추가로 다른 대조군에 대하여 변형 ASTM G21 곰팡이 훼손 시험 (Fungal Defacement Test)을 실시하였다. 대조군은 본 시험이 곰팡이를 성장시키고 사이징 성능은 대조군과 유사하다는 것을 확인하였다. 각각의 수초지를 평방 1인치의 두 종이 샘플들로 잘라 각각의 종이 측이 시험되도록 페트리 디쉬 내의 고형화 영양-염 아가에 올려놓았다. 종이 샘플이 있는 페트리 디쉬를 상대습도 85% 이상에서 관찰되기 전 일정 시간 동안 28 - 30?에서 배양하였다. 종이 샘플을 멸균수로 세척하여 공기 중의 곰팡이 포자 만을 가지도록 하였다.
7일 및 14일에 수초지 샘플의 정면 및 배면에 대하여 미생물 성장을 조사하였다. 결과를 표 IV에 나타낸다. "0" 은 샘플 표면에 미생물 성장이 없는 것이다. "1"은 1 - 10% 성장; "2"는 11 - 30% 성장; "3"은 31 - 60% 성장; 및 "4"는 61% 이상의 성장을 나타낸다. 표 IV의 종이 샘플들의 등급을 하기 표 III에 나타낸다:
Figure pct00003
Figure pct00004
표 IV의 샘플 코드는 표 I 및 II에서와 동일한 샘플코드를 지칭한다. 샘플 A는 대조군이었다. 살생성 유화제가 첨가된 샘플들에서 살생 효과가 관찰된다. 살생성 유화제 농도를 종이의 항미생물성이 개선될 것이다.
실시예 2
살생성 사이징 에멀션을 살생성 유화제가 선택되는 내곰팡이성 종이 페이서 제조방법에 적용하였다. 단일 또는 살생성 유화제 또는 여러 살생성 유화제 블렌드 농도를 선택하는 하나의 방법은 ASA 유화 전 또는 종이 처리 전에 성분들에 대하여 일련의 희석을 진행하는 것이었다. 표준 용액으로서 1% 및 0.25% ASA 사이즈에서 중간 내지 낮은 분자량의 카르복실 메틸 셀룰로오스 ("CMC"), 에멀션 안정제를 비이커에서 혼합하였다. 표준 용액 5 밀리리터를 피펫으로 8개의 상이한 멸균튜브들로 옮겼다. 시험 살생성 유화제를 희석하여 2.5% 용액을 만들었다. 표 V 참고.
Figure pct00005
1 ml 분취량을 페트리 디쉬에 넣고 3, 5 또는 7 일 후에 관찰하였다. 곰팡이 집단이 없는 가장 낮은 살생성 유화제 농도를 결정하기 위하여 각각의 페트리 디쉬에서 곰팡이 집락을 계수하였다. 이러한 시험 후, ASA 사이즈를 유화시키기 위하여 살생제를 이용하여 표준 수초지를 제조하였다. 사이징 성능을 평가하고, 종이 특성을 측정하고 ASTM G21 곰팡이 시험을 완료하였다.
더 높은 함량의 살생성 유화제는 사이징 또는 기타 종이 제품 특성을 훼손하지 않고 내미생물성을 개선한다는 것을 고려할 수 있다.
살생성 사이즈 에멀션, 살생성 종이 페이서 및 살생성 석고 판넬의 특정 실시양태들이 도시되고 설명되었지만, 본 분야의 기술자들은 더욱 포괄적인 측면들에서 및 하기 청구범위에 개시된 바와 같이 본 발명을 일탈하지 않고 이로부터 변형 및 변경할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (10)

  1. 내부 사이징제; 및 살생성 유화제로 구성되고, 내부 사이징제 및 살생성 유화제는 수중에서 유화되는, 살생성 사이징 에멀션.
  2. 제1항에 있어서, 상기 살생성 유화제는 비-전분성 양이온성 4차 암모늄 화합물인, 살생성 사이징 에멀션.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내부 사이징제는 알케닐 숙신산무수물 및 알킬 케텐 이량체로 이루어진 군에서 선택되는, 살생성 사이징 에멀션.
  4. 제1항에 있어서, 내부 사이징제 대 살생성 유화제의 비율은 1부 ASA 사이징제 대 1/2 부 살생성 유화제인, 살생성 사이징 에멀션.
  5. 석고 코어; 살생성 유화제 및 내부사이징제의 종이 사이징 에멀션을 포함한 완성지료 (furnish)에서 제조된 종이를 포함하는 최소한 하나의 페이서로 구성되는 석고판넬.
  6. 제5항에 있어서, 상기 내부 사이징제는 알케닐 숙신산무수물 및 알킬 케텐 이량체로 이루어진 군에서 선택되는, 석고판넬.
  7. 제6항에 있어서, 살생성 유화제는 비-전분성 양이온성 4차 암모늄 화합물인, 석고판넬.
  8. 살생성 유화제 선택단계;
    살생성 사이징 에멀션을 형성하기 위하여 알케닐 숙신산무수물 또는 알킬 케텐 이량체의 내부 사이징제를 살생성 유화제로 유화시키는 단계;
    살생성 사이징 에멀션을 완성지료에 첨가하는 단계;
    완성지료로부터 페이서를 제조하는 단계;
    황산칼슘 반수화물 및 물의 슬러리를 제조하는 단계;
    슬러리를 페이서에 적층시키는 단계;
    슬러리를 내미생물성 석고보드로 성형하는 단계; 및
    슬러리를 경화시키는 단계로 구성되는, 내곰팡이성 석고보드 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 살생성 유화제는 비-전분성 양이온성 4차 암모늄 화합물인, 내곰팡이성 석고보드 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 4차 암모늄 화합물은 알킬 디메틸 벤질 염화암모늄, 알킬 디메틸 에틸 벤질 염화암모늄, 디알킬 디메틸 염화암모늄, 디데실 디메틸 염화암모늄, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 최소한 하나인, 내곰팡이성 석고보드 제조방법.
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