KR20140095469A - 나노입자를 포함하는 분산물을 제조하기 위한 공정 및 상기 공정에 따라 제조된 분산물 - Google Patents

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KR20140095469A
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이스토 헤이스카넨
라르스 악스루프
마리-앤 노르보르그
이사벨 크뇌오스
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스토라 엔소 오와이제이
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Abstract

본 발명은 미소섬유상 셀룰로오스 및 나노입자를 포함하는 분산물을 제조하기 위한 공정에 관한 것이며 여기서 상기 공정은 다음 단계를 포함한다; 전-처리된 셀룰로오스 섬유를 포함하는 슬러리를 제공하는 단계, 나노입자를 상기 슬러리에 부가하는 단계 및 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물이 형성되도록 기계적인 파쇄에 의해 상기 슬러리를 처리하는 단계 여기서 나노입자는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 흡수되고 및/또는 미소섬유상 셀룰로오스의 내부로 흡수됨. 본 발명은 또한 상기 공정에 따라 제조된 분산물, 상기 분산물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 또는 판 제품 및 상기 분산물로부터 제조된 종이 또는 판 제품 그리고 상기 분산물을 포함하는 복합물에 관한 것이다.

Description

나노입자를 포함하는 분산물을 제조하기 위한 공정 및 상기 공정에 따라 제조된 분산물{PROCESS FOR PRODUCING A DISPERSION COMPRISING NANOPARTICLES AND A DISPERSION PRODUCED ACCORDING TO THE PROCESS}
본 발명은 미소섬유상 셀룰로오스(microfibrillated cellulose) 및 나노입자를 포함하는 분산물을 제조하기 위한 공정에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 공정에 따라 제조된 분산물, 상기 분산물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 또는 판 제품 및 상기 분산물로부터 제조된 종이 또는 판 제품 그리고 상기 분산물을 포함하는 복합물에 관한 것이다. 본 발명을 통해 나노입자 및 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 매우 안정한 분산물을 제조하는 것이 가능하다.
종이 또는 판 제품의 생산 도중에 종이 또는 판의 지료(furnish) 또는 형성된 종이 또는 판 제품의 표면에 나노입자를 부가하려는 요구가 빈번하게 존재한다. 나노입자는 흔히 생산 비용을 줄이기 위해 및/또는 인쇄 특성과 같은 완성된 종이 또는 판 제품의 특성을 향상하기 위해 부가된다.
나노입자는 또한 복합물의 생산과 같은 많은 다른 응용분야에서 사용되며 여기서 나노입자는 흔히 복합물의 중량을 감소시키고 탄성계수를 증가시키기 위해 부가된다.
나노입자를 포함하는 분산물 또는 슬러리로 작업할 때의 문제점은 이들이 안정하지 않으며 나노입자가 유리 형태의 나노입자만큼 반응성이지 않은 응집물을 쉽게 형성한다는 점이다. 게다가, 나노물질을 포함하는 분산물은 흔히 분진을 야기하는 문제를 가지며 또한 나노입자를 포함하는 분산물을 취급하는 것은 예를 들면 이들이 피부로 흡수되기 때문에 위험할 수 있다. 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 건조된 분산물 역시 흔히 분진을 야기하는 문제를 갖는다.
따라서 향상된 특성을 갖는 나노입자를 포함하는 안정한 분산물을 제조하기 위한 향상된 공정에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 목적은 매우 효율적이고 안전한 방식으로 나노입자를 포함하는 안정한 분산물을 제조할 수 있는 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 안정한 분산물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 또는 판 제품을 제공하는 것이다.
이러한 목적뿐 아니라 다른 목적 및 장점은 청구항 제1항에 따른 공정에 의해 성취된다. 본 발명은 미소섬유상 셀룰로오스 및 나노입자를 포함하는 분산물을 제조하기 위한 공정에 관한 것이고 여기서 상기 공정은 다음 단계를 포함한다; 전-처리된 셀룰로오스 섬유를 포함하는 슬러리를 제공하는 단계, 나노입자를 상기 슬러리에 부가하는 단계 및 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물을 형성하기 위해 기계적인 파쇄에 의해 슬러리를 처리하는 단계 여기서 나노입자는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 흡수되고 및/또는 미소섬유상 셀룰로오스 내에 흡수됨. 전-처리된 셀룰로오스 섬유 및 나노입자를 포함하는 슬러리를 기계적인 파쇄에 의해 처리함으로써 훨씬 더 안정한 분산물을 제조하는 것이 가능하며 그와 동시에 분산물은 또한 분진 문제의 감소와 같은 다른 향상된 특성을 가진다.
기계적인 파쇄는 바람직하게는 압력 균질화기에서 수행된다. 압력 균질화기를 이용함으로써 더 개방된 면적을 가지는 미소섬유상 셀룰로오스를 제조하고 그와 동시에 매우 효율적인 방식으로 분산물의 나노입자를 분산시키는 것이 가능한 것으로 나타났다.
압력 균질화기에서 사용되는 압력은 바람직하게는 500 - 4000 Bar, 더 바람직하게는 1000 - 2000 Bar이다.
나노입자는 바람직하게는 벤토나이트, 이산화티타늄, 산화아연, 은, 산화구리, 산화철, 실리카, 탄산칼슘, 가령 나노-침강 탄산칼슘 (PCC) 및/또는 탄소 나노튜브의 나노입자이다.
분산물의 미소섬유상 셀룰로오스 및 나노입자 사이의 비는 바람직하게는 10:90 내지 90:10이다. 최종 용도 및 분산물이 포함하는 미소섬유상 셀룰로오스 및 나노입자의 종류에 따라, 상기 비는 달라질 수 있다.
분산물의 나노입자 중 대부분, 바람직하게는 적어도 50%는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면 또는 내부로 흡수되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 분산물 내 유리 나노입자의 양이 제한되며 비반응성 나노-응집물을 형성하려는 나노입자의 경향이 감소된다.
기계적인 파쇄에 의해 처리될 슬러리의 건조 함량은 바람직하게는 섬유의 중량으로 1 - 30%이다. 슬러리의 건조 함량은 사용되는 나노입자, 사용된 MFC의 종류 그리고 기계적인 파쇄를 위해 사용된 장치의 종류에 의존적이다.
기계적인 파쇄로 처리된 후 분산물의 건조 함량은 바람직하게는 섬유의 중량으로 50%를 초과한다. 분산물은 바람직하게는 건조 함량을 증가시키기 위해 기계적인 파쇄 후에 탈수된다. 건조 함량을 증가시킴으로써, 다른 장소로의 분산물의 운반이 더 효율적인 방식으로 수행될 수 있다. 게다가, 분산물의 건조 함량을 증가시킴으로써 안정성이 더욱 상승하는 것으로 나타났다.
공정은 추가로 기계적인 파쇄 후에 분산물을 세척하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 분산물의 임의의 유리 나노입자를 제거하는 것이 가능하다. 세척 단계에서 제거된 나노입자는 공정으로 다시 재순환될 수 있고 따라서 재사용될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 기술된 공정에 따라 제조되는 분산물에 관한 것이다. 제조되는 분산물은 덜 유해하며 향상된 안정성을 가지는 동시에 감소된 분진 발생 경향을 가지는 것으로 나타났다.
분산물은 바람직하게는 섬유의 중량으로 50%를 초과하는 건조 함량을 갖는다. 상이한 나노입자는 유동 특성 등이 상이한 분산물을 제공하며, 따라서 사용된 나노입자에 따라, 분산물의 최대 건조 함량도 달라진다. 게다가, 건조 함량은 또한 사용된 MFC의 종류 그리고 기계적인 파쇄를 위해 사용된 장치의 종류에 의존적이다.
분산물의 나노입자 중 대부분, 바람직하게는 나노입자의 적어도 50%가 바람직하게는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면 또는 내부에 흡수되고, 즉 분산물 내 유리 나노입자의 양은 상당히 낮다. 이러한 방식으로 분산물은 더 안정해질 뿐 아니라 취급하기에 덜 유해하다.
분산물이 실질적으로 어떠한 유리 나노입자도 포함하지 않는 것이 또한 가능하다. 분산물을 기계적으로 파쇄한 후에 바람직하게는 분산물을 세척하여 임의의 유리 나노입자를 제거함으로써, 모든 또는 실질적으로 모든 유리 나노입자를 분산물로부터 제거하는 것이 가능하며, 즉 분산물은 유리 나노입자를 전혀 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않는다.
본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 분산물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 또는 판 제품에 관한 것이다. 전술된 분산물로 종이 또는 종이판을 코팅함으로써 향상된 코팅을 갖는 종이 또는 종이판을 제공하는 것이 가능하다. 분산물이 MFC 및 벤토나이트 나노입자를 포함하는 경우 그러한 분산물로 코팅된 기재는 매우 양호한 내유성(grease resistance)을 가지며, 즉 유지에 대한 장벽이 형성되는 것으로 나타났다. 종이 또는 종이판 표면에 코팅되는 코팅 안료가 또한 하나 이상의 종합체를 포함하는 경우에, 종이 또는 종이판은 매우 양호한 장벽 코팅, 특히 액체에 대한 장벽을 가질 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명은 또한 상기 기술된 분산물로부터 제조된 종이 또는 판에 관한 것이다. 따라서 분산물로부터 종이 또는 판 제품을 제조하는 것이 가능하다. 종이 또는 판은 따라서 망(web)을 형성하기 위해 와이어에 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물 및 나노입자를 부가함으로써 제조된다. 상기 망은 그 후에 종이 또는 판 제품을 형성하기 위한 공지된 방식으로 처리된다.
본 발명은 또한 상기 기술된 분산물을 포함하는 복합물에 관한 것이다. 복합물에 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물 및 나노입자를 부가함으로써 다량의 나노입자를 갖는 복합물을 용이한 방식으로 제조하는 것이 가능하다. 이는 상기 분산물이 매우 안정하여 따라서 분산물을 복합물에 대한 첨가제로서 사용하는 것이 용이하기 때문이다.
본 발명은 나노입자 및 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물을 제조하기 위한 공정에 관한 것이며 여기서 나노입자는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면 또는 내부에 흡수된다. 분산물은 바람직하게는 압력 균질화기에서 전-처리된 셀룰로오스 섬유 및 나노입자를 포함하는 슬러리를 기계적인 파쇄에 의해 처리하여 제조되고, 상기 압력 균질화기는 높은 양의 개방된 표면을 갖는 미소섬유상 셀룰로오스가 형성되는 동시에 나노입자가 균질화되고 나노입자-응집물의 형성이 방지되는 것을 보장할 것이다. 형성된 미소섬유상 셀룰로오스의 개방된 표면의 양을 증가시키고 나노입자가 나노-응집물을 형성하는 것을 방지함으로써, 나노입자가 미소섬유상 셀룰로오스의 개방된 표면에 더 많이 흡수되는 것이 가능하다. 압력 균질화기에서 나노입자 및 전-처리된 셀룰로오스 섬유를 포함하는 슬러리를 처리함으로써 또한 나노입자가 MFC의 표면뿐 아니라 MFC의 내부에도 흡수되는 것으로 나타났다. 이러한 방식으로 제조된 분산물은 매우 안정할 것이고 더 적은 나노-응집물이 형성될 것이다. 증가된 안정성으로 인해 분산물은 취급하기에 더 용이해질 것이고 분산물을 용이한 방식으로 다른 장소로 운반하는 것이 가능하다.
게다가, 본 발명에 따른 분산물은 높은 건조 함량에서 또는 심지어 건조된 경우에도 더 적은 분진 발생 문제를 가지는 것으로 나타났다. 또한 분산물의 피부 흡수가 감소되는 것이 나타났으며 이는 분산물은 취급하기에 덜 유해하게 한다. 따라서 감소된 안전 제약을 가지고 분산물을 취급하는 것이 가능하며, 향상된 작업 환경뿐 아니라 이것이 더 경제적인 이익이 될 것임을 고려하면 이는 분산물을 더욱 매력적인 제품이 되게 한다.
기계적인 파쇄는 많은 상이한 종류의 기계적인 처리 장치, 예를 들면 정제기 또는 마수코(masuko) 분쇄기와 같은 분쇄기에서 수행될 수 있다. 그렇지만, 매우 효율적인 방식으로 전-처리된 섬유로부터 미소섬유상 셀룰로오스 섬유를 제조할 뿐만 아니라 나노입자를 균질화하게 될 압력 균질화기를 사용하는 것이 바람직하다. 압력 균질화기는 섬유와 나노입자 모두를 파쇄하게 될 고전단력을 생성한다. 기계적인 파쇄 도중 고압이 사용되며, 압력은 바람직하게는 500 - 4000 Bar, 바람직하게는 1000 - 2000 Bar이다. 최적 압력은 흔히 1500 Bar 부근이다. 요구되는 압력은 처리되는 물질에 의존적이다.
그렇지만, 장비의 마모가 매우 클 것이기 때문에 너무 높은 압력은 흔히 사용하기에 불리하다. 특정한 압력 균질화기의 한 예시는 소위(so called) 미세유동화기이다.
나노입자는 나노규모의 임의의 외부 치수를 가지거나 나노규모의 내부 구조 또는 표면 구조를 가지는 입자를 의미한다. 나노규모는 대략 1 nm 내지 100 nm 범위의 크기를 의미한다. 사용될 수 있는 나노입자의 예시는 벤토나이트, 이산화티타늄, 산화아연, 은, 산화구리, 산화철, 실리카, 탄산칼슘, 가령 나노-침강 탄산칼슘(PCC) 및/또는 탄소 나노튜브의 나노입자이다. 나노규모의 이산화티타늄은 매우 효과적인 UV 장벽을 제공할 수 있고, 이는 이산화티타늄의 나노입자를 흡수하거나 내부에 포함하는 MFC가 UV 장벽 특성을 가지게 될 것을 의미한다. 또한 광활성을 낮추기 위해 이산화티타늄 나노입자를 산화알루미늄(Al2O3)으로 코팅하는 것이 가능하며 이는 산화티타늄에 백색 색소로서의 기능을 제공할 것이다. 탄소 나노튜브는 전형적으로 복합 재료에서 사용되며 탄소 나노튜브의 나노입자를 흡수하거나 내부에 포함하는 MFC는 향상된 전도성, 대전방지(antistatic) 특성, 증가된 인성 및 내화성을 가질 것이다. 증가된 인성은 포장재로 사용되는 판 제품에서의 용도에 있어서 매우 흥미로운 특성이다. 나노실리카는 MFC 및 나노실리카를 포함하는 분산물로 코팅된 종이 또는 판 제품의 잉크-젯(ink-jet) 인쇄 특성을 향상시킬 수 있다.
전-처리된 셀룰로오스 섬유는 임의 종류의 목재 섬유, 가령 경질목 섬유, 연질목 섬유 및/또는 재배 섬유(agricultural fiber) 중의 섬유일 수 있다. 가능한 전-처리는 기계적인 처리, 가령 파쇄, 효소적 처리, 카르복시 메틸화, TEMPO 산화, CMC 접합, 화학적 팽윤, 산 가수분해 또는 미소섬유상 셀룰로오스의 형성을 촉진할 다른 방법일 수 있다. 바람직하게는 전-처리는 효소적 처리이다. 전-처리는 하나 이상의 단계로 이루어질 수 있다. 전-처리된 셀룰로오스 섬유는 또한 셀룰로오스 소섬유(fibril)를 포함할 수 있다. 게다가, 기계적인 파쇄 전에 미소섬유상 셀룰로오스를 전-처리된 섬유에 부가하는 것이 또한 가능하다.
언급된 미소섬유상 셀룰로오스(MFC)는 또한 나노셀룰로오스로도 공지되어 있다. 미소섬유상 셀룰로오스는 전형적으로 경질목으로부터 또는 연질목 섬유로부터 모두의 목재 셀룰로오스 섬유로 만들어진 물질이다. 미소섬유상 셀룰로오스는 또한 미생물성 원천, 재배 섬유 가령 밀짚 펄프, 대나무 또는 다른 비-목재 섬유 원천으로부터 만들어질 수 있다. 미소섬유상 셀룰로오스에서 개별적인 미소섬유는 부분적으로 또는 전부 서로 떨어져 있었다. 미소섬유상 셀룰로오스 섬유는 보통 매우 얇으며 ~20 nm) 길이는 흔히 100 nm 내지 10 μm이다. 그렇지만, 미소섬유는 또한 더 긴 길이, 예를 들면 10 - 200 μm일 수 있지만, 넓은 길이 분포로 인해 심지어 2000 μm의 길이도 찾을 수 있다. 소섬유화되고 표면에 미소섬유를 가지며, 상기 미소섬유는 분리되어 슬러리의 수성상에 위치하는 섬유가 MFC의 정의 내에 포함된다. 게다가, 위스커(whisker)가 또한 MFC의 정의 내에 포함된다.
슬러리를 압력 균질화기에서와 같은 기계적인 파쇄에 의해 처리함으로써, 분산물 내 나노입자의 양이 증가될 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 많은 양의 나노입자를 포함하는 분산물을 제조하는 것이 가능하다. 이는 전-처리된 셀룰로오스 섬유의 기계적인 파쇄 도중에 신규한 개방된 면적이 형성되어 상기 면적이 나노입자가 부착될 새로운 자리를 제공하기 때문이다. 게다가, 기계적인 파쇄는 MFC의 개방된 자리에 대해 반응하지 않는 나노입자 응집물의 형성을 방지할 것이다. 대부분의 부가된 나노입자는 흡수되며, 즉 이들은 분산물의 액체상에 존재하지 않는다. 적어도 50%의 부가된 나노입자가 MFC의 표면 또는 내부에 흡수되는 것, 더 바람직하게는 적어도 70% 및 더더욱 바람직하게는 적어도 80%의 부가된 나노입자가 흡수되는 것이 바람직하다.
임의의 미흡수된 나노입자를 분산물로부터 제거하는 것이 또한 가능하다. 상기 제거는 기계적인 파쇄에 의한 처리 후에 분산물을 세척함으로써 수행될 수 있다. 예를 들면 상기 제거는 또한 예컨대 물로 세척함으로써, 분산물을 원심분리하고 그후에 유리 나노입자를 포함하는 분산물의 일부를 제거함으로써 또는 전기-삼투법을 이용함으로써 수행될 수 있다. 슬러리로부터 제거된 나노입자는 바람직하게는 나노입자를 재사용하기 위해 공정으로 되돌아간다. 유리 나노입자는 많은 상이한 방식으로 방해가 될 수 있고, 예를 들면 이들은 유리 나노입자가 취급하는 사람의 피부 또는 폐로 흡수될 위험을 가지기 때문에 분산물의 취급을 더 어렵게 만든다. 임의의 유리 나노입자를 제거함으로써 따라서 더 안전한 제품을 제조하는 것이 가능하다.
분산물에서 나노입자 및 MFC 사이의 비는 바람직하게는 10:90 내지 90:10이다. 흔히 분산물의 나노입자의 양을 가능한 많이 증가시키고 따라서 미소섬유상 셀룰로오스의 양을 감소시키도록 하는 것이 바람직하다. 그렇지만, MFC 및 나노입자의 종류에 따라 각각의 양은 가능한 가장 안정한 분산물을 제조하기 위해 달라진다.
기계적인 파쇄에 의해 처리되기 전 슬러리의 건조 함량은 바람직하게는 섬유의 중량으로 1 - 30%이다. 사용되는 셀룰로오스 섬유, 사용되는 나노입자 그리고 기계적인 파쇄를 위해 사용되는 장비의 종류에 따라, 슬러리의 건조 함량은 달라져야 할 것이다. 기계적인 파쇄 전이나 후에 슬러리의 고체를 증가시킴으로써 미소섬유상 셀룰로오스 내부로의 나노입자의 흡착/흡수가 증가될 수 있는 것으로 나타났다. 고체는 슬러리를 건조시키거나 또는 슬러리를 다른 액체 매체 감소 방법으로 처리함으로써 증가될 수 있다.
기계적인 파쇄에 의해 처리된 후에 분산물의 건조 함량은 바람직하게는 섬유의 중량으로 50%를 초과한다. 기계적인 파쇄 후에 분산물의 건조 함량을 증가시키기 위해 분산물을 탈수하는 것이 바람직하다. 더 높은 건조 함량이 분산물의 안정성을 높이게 할 뿐만 아니라 높은 건조 함량을 갖는 분산물을 운반하는 것은 운반되는 물의 양이 감소되기 때문에 경제적으로 더욱 유리한 것으로 나타났다.
본 발명은 또한 상기 공정에 따라 제조된 분산물에 관한 것이다. 분산물의 증가된 안정성은 분산물의 취급을 더 용이하게 만든다. 예를 들면 소비자에게 분산물을 운반하는 것이 운반 도중 분산물의 특성을 변화시키지 않아 더 용이하다. 이러한 방식으로, 분산물을 현장에서 제조할 필요가 없어질 수 있으므로 소비자에 대한 분산물의 취급이 용이해진다. 아니면 소비자는 그들의 요구에 따라 사용하게 될 완성된 분산물을 구입할 수 있다.
분산물은 많은 상이한 제품에서 사용될 수 있다. 예를 들면 자외선차단 로션의 한 성분으로서, 세정 및 위생 제품의 한 성분으로서, 나노물질 보강된 복합물을 포함하는 제품에서 가령 플라스틱, 스포츠 기어 및 모바일폰에서, 난연 응용분야에서 마찰 감소를 제공하기 위해, 항미생물성 복합물로서 예를 들면 깨끗한 표면, 필터 종이, 민감성 제품을 위한 포장재로서, 전도성 또는 비전도성 표면에서 예를 들면 배터리 및 일회용 전자기기에서, 자가-세정 표면에서, 태양열집전판을 위해 및/또는 전도성 인쇄 잉크의 한 성분으로서 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 분산물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 또는 판 제품에 관한 것이다. 코팅 안료 내 분산물의 사용은 매우 양호한 장벽 특성을 갖는 종이 또는 판을 제공할 수 있다. 벤토나이트 나노입자 및 MFC를 포함하는 분산물이 종이 또는 판의 표면에 코팅된 경우, 유지에 대해 매우 양호한 장벽이 형성될 수 있는 것으로 나타났다. 코팅 안료는 또한 몇몇 종류의 고분자를 포함할 수 있고, 그러한 코팅은 대개의 경우 종이 또는 판 제품에 우수한 액체 장벽 특성을 제공할 것이다. 본 발명에 따른 분산물이 종이 또는 판 제품에 양호한 장벽 특성을 제공하게 되는 원인은 더 조밀한 구조가 제품의 표면에 형성되기 때문일 수 있다. 특정 형태, 가령 날(blade) 유사 구조를 갖는 나노입자가 사용되는 경우 물리적 차단이 또한 일어날 수 있다. 이러한 물리적 폐쇄는 예컨대 산소 또는 액체가 기재 내부로 침투하기 위해서는 더 어려운 방식을 취해야 하는 것을 의미하며 이러한 방식으로 향상된 장벽의 제품이 형성된다. 게다가, 존재하는 MFC는 고분자 및 나노입자가 제품 내부에 너무 깊이 침투하는 것을 방지해줄 뿐만 아니라 장벽 층의 강도를 증가시켜 기계적인 결함에 대해 더 저항성을 가지도록 만든다. 본 발명에 따른 분산물을 코팅하는 것의 또다른 장점은 코팅 안료의 유동성이 향상되는 것이며 이는 코팅 공정의 작업성을 향상시킬 뿐만 아니라 코팅 층 내 핀홀의 양 또는 다른 결함을 감소시킨다. 게다가, 본 발명에 따른 분산물은 건조 후 또는 도중에 수축하거나 변화하지 않을 입자로 된 많은 양의 나노입자를 포함하기 때문에, 제품은 건조후 수축으로 인한 뒤틀림 또는 다른 결함이 있는 문제를 더 적게 나타낼 것이다.
본 발명은 또한 상기 기술된 분산물로부터 제조된 종이 또는 판에 관한 것이다. 따라서 분산물로부터 종이 또는 판 제품을 제조하는 것이 가능하다. 종이 또는 판은 따라서 망을 형성하기 위해 와이어에 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물 및 나노입자를 부가하여 제조된다. 상기 망은 그 후에 종이 또는 판 제품을 형성하기 위해 공지된 방식으로 처리된다. 본 발명에 따른 분산물로부터 매우 양호한 종이 제품을 제조하는 것이 가능한 것으로 나타났다. 분산물의 안정성으로 인해, 다량의 나노입자를 갖는 종이 제품을 제조하는 것이 가능하다.
본 발명은 또한 상기 기술된 분산물을 포함하는 복합물에 관한 것이다. 복합물에 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물 및 나노입자를 부가함으로써 많은 양의 나노입자를 갖는 복합물을 용이한 방식으로 제조하는 것이 가능하다. 이는 상기 분산물이 매우 안정하기 때문이며, 분산물을 복합물에 대한 첨가제로서 사용하는 것이 따라서 용이하다. 복합물은 따라서 다량의 나노입자 및 또한 복합물에 향상된 특성을 제공할 약간의 MFC를 포함할 것이다.
실시예 :
전-처리된 섬유(효소적으로 전-처리된 것) 및 벤토나이트 나노입자의 50:50의 비의 혼합물을 포함하는 슬러리. 효소는 셀룰로오스 효소, 더 상세하게는 엔도글루카나제 (EGII)였다. 슬러리의 건조 함량은 중량으로 6 %였다. 슬러리를 미세유동화기에서 1500 Bar의 압력에서 가압균질화하였다.
제조된 분산물의 안정성을 그 후에 육안으로 확인하였다. 4주 후에도 분산물은 여전히 안정하였다.
상기 분산물을 벤토나이트 나노입자만 포함하는 분산물과 비교할 수 있었고 벤토나이트 나노입자만 포함하는 분산물은 저장 도중 침전 경향을 보였으며 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물과 비교시 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물은 저장시 물이 "새어 나오는" 경향을 보였다.
결론적으로, 본 발명에 따른 분산물이 훨씬 더 안정하다.
본 발명의 상기 상세한 설명에 비추어, 다른 변형 및 변화가 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다. 그렇지만, 그러한 다른 변형 및 변화는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 실행될 수 있음이 분명할 것이다.

Claims (18)

  1. 미소섬유상 셀룰로오스(microfibrillated cellulose) 및 나노입자를 포함하는 분산물을 제조하기 위한 공정이되, 하기 단계를 포함하는 공정:
    - 전-처리된 셀룰로오스 섬유를 포함하는 슬러리를 제공하는 단계,
    - 나노입자를 상기 슬러리에 부가하는 단계 및
    - 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 분산물이 형성되도록 기계적인 파쇄에 의해 상기 슬러리를 처리하는 단계, 여기서 나노입자는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 흡수되고 및/또는 미소섬유상 셀룰로오스의 내부로 흡수됨.
  2. 제1항에 있어서, 기계적인 파쇄는 압력 균질화기에서 수행되는 공정.
  3. 제2항에 있어서, 압력 균질화기에서 사용된 압력은 500 - 4000 Bar인 공정.
  4. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 나노입자는 벤토나이트, 이산화티타늄, 산화아연, 은, 산화구리, 산화철, 실리카, 탄산칼슘, 가령 나노-침강 탄산칼슘(PCC) 및/또는 탄소 나노튜브의 입자인 공정.
  5. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유상 셀룰로오스 및 나노입자 사이의 비는 10:90 내지 90:10인 공정.
  6. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 대부분, 바람직하게는 적어도 50%의 나노입자는 미소섬유상 셀룰로오스 및/또는 셀룰로오스 소섬유의 표면 또는 내부로 흡수되는 공정.
  7. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 기계적인 파쇄에 의해 처리될 슬러리의 건조 함량은 섬유의 중량으로 1 - 30%인 공정.
  8. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 기계적인 파쇄에 의해 처리된 후 분산물의 건조 함량은 섬유의 중량으로 50%를 초과하는 공정.
  9. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 공정은 기계적인 파쇄 후에 분산물을 세척하는 단계를 더욱 포함하는 공정.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 공정에 따라 제조되는 분산물.
  11. 제10항에 있어서, 분산물은 섬유의 중량으로 50%를 초과하는 건조 함량을 가지는 분산물.
  12. 제10항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 대부분, 바람직하게는 적어도 50%의 나노입자는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면 또는 내부로 흡수되어 있는 분산물.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 분산물은 유리 나노입자를 실질적으로 포함하지 않는 분산물.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 분산물을 포함하는 코팅층을 포함하는 종이 또는 판 제품.
  15. 제14항에 있어서, 코팅층은 벤토나이트 나노입자 및 MFC를 포함하며, 상기 코팅층은 종이 또는 종이판의 표면에 유지에 대한 장벽을 형성하는 종이 또는 판 제품.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 코팅은 종이 또는 종이판의 표면에 장벽을 형성하는 고분자를 더욱 포함하는 종이 또는 판 제품.
  17. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 분산물로부터 제조된 종이 또는 판.
  18. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 분산물을 포함하는 복합물.
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