KR20150082523A

KR20150082523A - 건조한 셀룰로스 필라멘트 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150082523A
Application number: KR1020157014946A
Authority: KR
Inventors: 질레스 마르셀 도리스; 유시아 벤; 토마스-퀴우시옹 후; 패트릭 놀트
Original assignee: 에프피이노베이션스
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-07-15
Also published as: AU2013344245A1; CN104838050A; RU2015121724A; EP2917390A1; KR102229332B1; AU2013344245B2; CA2889991A1; EP2917390B1; CA2889991C; JP2016503465A; JP6283370B2; BR112015010341B1; US9803320B2; CN104838050B; BR112015010341A2; US20150275433A1; WO2014071523A1; EP2917390A4; RU2628382C2

Abstract

본 발명은 건조한 셀룰로스 필라멘트 및 특히 물에 재-분산성인 상기 필라멘트에 관한 것이다. 건조한 셀룰로스 필라멘트는 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 필라멘트를 50 중량% 이상 포함하며, 여기에서 상기 필라멘트는 물에 재-분산성이다. 또한 본 발명은 상기 개시된 필라멘트를 포함하는 건조한 셀룰로스 필라멘트의 필름을 개시하며, 여기에서 상기 필름은 물에 분산성이다. 상기 개시된 셀룰로스 필라멘트의 액체 현탁액을 제공하고 상기 필라멘트를 종이 또는 티슈 제조기 또는 변형된 종이 또는 티슈 제조기의 성형 섹션상에서 유지시킴을 포함하는 상기 셀룰로스 필라멘트의 건조한 필름의 제조 방법을 또한 개시한다. 상기 필름을 선적, 보관 또는 후속의 사용을 위해 분말 또는 박편으로 임의로 전환시킬 수 있다. 상기 필라멘트, 상기 필름, 상기 분말 또는 박편 및 상기 방법은 바람직한 실시태양에서 첨가제 및 상기 필라멘트의 유도체화가 없다.

Description

건조한 셀룰로스 필라멘트 및 그의 제조 방법{DRY CELLULOSE FILAMENTS AND THE METHOD OF MAKING THE SAME}

본 발명은 건조한 셀룰로스 필라멘트 및 특히 물에 재-분산성인 상기 필라멘트에 관한 것이다.

이전에 셀룰로스 나노필라멘트(CNF)라 지칭된 셀룰로스 필라멘트(CF)는 다수의 흥미로운 성질들을 갖는 것으로 공지되어 있으며, 상기 성질들 중 하나는 종이 생산시 첨가제로서 사용될 때 상기 종이의 건조 및 습윤 강도를 증가시키는 것이다. 상기 필라멘트는 목재 또는 식물 섬유를 고 점조도 리파이너(refiner)를 사용하여 높은 수준 내지 매우 높은 수준의 비에너지로 리파이닝(refining)함으로써 생산된다(Hua, X., et al. High Aspect Ratio Cellulose Nanofilaments and Method for their Production. PCT/CA2012/000060; WO 2012/097446 A1, 2012). 상기 필라멘트는 목재 펄프 섬유의 기계적 피브릴화를 위해 다른 방법을 사용하여 제조된 미세피브릴화된 셀룰로스(MFC) 또는 나노피브릴화된 셀룰로스(NFC)와 같은 셀룰로스 미세피브릴 또는 나노피브릴보다, 섬유 절단을 최소화하는 그의 독특한 생산 공정의 결과로서 보다 긴 길이 및 보다 높은 종횡비 때문에 우수한 보강 능력을 갖는다.

셀룰로스 필라멘트의 생산은 60% 이하의 점조도에서 수 현탁액 중에서 발생한다. 점조도는 셀룰로스 물질과 물의 혼합물 중의 상기 셀룰로스 물질의 중량 백분율이다. 셀룰로스 필라멘트를 사용하는 한 가지 심각한 결점은 상기 필라멘트의 수성 매질에 대한 분산성 및/또는 그의 보강 능력의 감소 없이 건조한 셀룰로스 필라멘트를 제조하는 것이 어렵다는 것이다. 이러한 어려움은 통상적인 수단에 의한 다른 셀룰로스 미세피브릴 또는 나노피브릴 또는 심지어 펄프 섬유 건조의 경우와 유사하며, 소위 각질화(hornification)에 기인한다. 각질화는 비가역적인 수소 결합(H-결합)의 형성 및/또는 락톤 가교의 형성을 포함한 다수의 인자들에 기인한다(Fernandes Diniz, et al., "Hornification-its origin and interpretation in wood pulps," Wood Sci Technol, Vol. 37, 2004, pp. 489-494). 각질화는, 건조한 셀룰로스 필라멘트를 종이 강화 첨가제로서 사용하기 위해 펄퍼 또는 혼합 체스에서 목재 펄프와 혼합할 때, 물, 수용액 또는 수 분산액, 예를 들어 펄프 및 종이 현탁액내로 재-분산될 수 없는 건조한 셀룰로스 필라멘트 물질을 생성시킨다.

비-분산성 미세피브릴화된 셀룰로스(MFC) 또는 나노피브릴화된 셀룰로스(NFC)를 생성시키는 비가역적인 각질화의 단점을 피하기 위해서, 2 가지 접근법, 즉 1) 첨가제를 사용한 MFC의 가공 또는 2) MFC 또는 NFC의 유도체화가 시도되었다.

이들 접근법은 각각 단점들을 갖는다. 각질화를 감소시키기 위한 첫 번째 접근법의 경우, MFC를, H-결합의 형성을 차단하고 H-결합 또는 락톤 가교 형성의 방지를 돕는 첨가제와 함께 건조시킨다(Herrick, F.W., US　4,481,076; Lowys, M.-P.et al, "Rheological Characterization of Cellulosic Microfibril Suspensions. Role of Polymeric Additives," Food Hydrocolloids, Vol. 15, 2001, pp. 25-32; 및 Cantiani, R. et al. US 6,306,207 B2). 상기 첨가제는 슈크로스, 글리세린, 에틸렌 글리콜, 덱스트린 또는 카복시메틸 셀룰로스를 포함한다. 여기에서 주요 결점은 다량의 첨가제가 필요하다는 것이며, 일부의 경우에 15 중량%를 초과하여 사용된다.

건조 중에 MFC 또는 NFC의 각질화를 감소시키기 위한 두 번째 접근법은 상기 미세피브릴화된 또는 나노피브릴화된 셀룰로스를 카복실기를 포함한 다양한 기의 도입으로 유도체화하는 것이다(Eyholzer, C. et al, "Preparation and Characterization of Water-Redispersible Nanofibrillated Cellulose in Powder Form," Cellulose, Vol. 17, No. 1, 2010, pp. 19-30; Cash, M. J. et al. Derivatized Microfibrillar Polysaccharide US 6,602,994 B1). 그러나, 상기 유도체화는 질소 분위기 하에서 다량의 시약, 예를 들어 아이소프로판올 및 수용액 중의 MFC 36 g 당 5.81 g의 모노클로로아세트산(MCA)(7.26 g의 80% MCA)을 필요로 한다. MCA 또는 다른 분자들에 의해 유도체화된 MFC를 건조 후 물에 재-분산시킬 수 있는지는 확립되지 않았다.

본 발명 이전에, 실질적으로 피브릴화된 셀룰로스 물질의 건조하고 수 재-분산성인 필라멘트는 보고되지 않았다. 본 발명에서, 건조하고 수 재-분산성인 피브릴화된 셀룰로스, 셀룰로스 필라멘트, 예를 들어 카복시메틸화된 피브릴화된 셀룰로스 물질이 화학적 첨가제 없이 및 유도체화 없이 생성된다.

본 발명의 하나의 태양에 따라, 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 필라멘트를 50 중량% 이상 포함하는 건조한 셀룰로스 필라멘트를 제공하며, 여기에서 상기 필라멘트는 수 재-분산성이다.

본 발명의 더욱 또 다른 태양에 따라, 필라멘트의 75 중량% 이상 및 보다 바람직하게는 90 중량% 이상이 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 필라멘트를 포함하는, 본 발명에 개시된 필라멘트를 제공한다.

본 발명의 하나의 태양에 따라, 첨가제가 없는, 본 발명에 개시된 필라멘트를 제공한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따라, 유도체화가 없는, 본 발명에 개시된 필라멘트를 제공한다.

본 발명의 더욱 또 다른 태양에 따라, 필라멘트 길이가 300 내지 350 ㎛인, 본 발명에 개시된 필라멘트를 제공한다.

본 발명의 더욱 또 다른 태양에 따라, 필라멘트가 80 중량% 이상이 고체인, 본 발명에 개시된 필라멘트를 제공한다.

본 발명의 더욱 추가의 또 다른 태양에 따라, 필라멘트가 80 중량% 이상 및 바람직하게는 95 중량% 이상이 고체인, 본 발명에 개시된 필라멘트를 제공한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따라, 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 필라멘트를 50 중량% 이상 포함하는 건조한 셀룰로스 필라멘트의 필름을 제공하고, 여기에서 상기 필름은 수-분산성이다.

본 발명의 더욱 추가의 태양에 따라, 필라멘트의 75 중량% 이상 및 보다 바람직하게는 90 중량% 이상이 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 직경을 포함하는, 본 발명에 개시된 필름을 제공한다.

본 발명의 추가의 태양에 따라, 10 내지 300 ㎛의 두께 범위를 갖는, 본 발명에 개시된 필름을 제공한다.

본 발명의 더욱 추가의 태양에 따라, 필라멘트가 첨가제 및 유도체화 중 적어도 하나가 없는, 본 발명에 개시된 필름을 제공한다.

본 발명의 더욱 추가의 태양에 따라, 필라멘트 길이가 300 내지 350 ㎛인, 본 발명에 개시된 필름을 제공한다.

본 발명의 더욱 더 추가의 태양에 따라, 필라멘트가 80 중량% 이상이 고체인, 본 발명에 개시된 필름을 제공한다.

본 발명의 하나의 실시태양에 따라, 필라멘트가 95 중량% 이상이 고체인, 본 발명에 개시된 필름을 제공한다.

본 발명의 더욱 또 다른 태양에 따라, 필라멘트의 50 중량% 이상이 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 필라멘트 직경을 갖는 셀룰로스 필라멘트의 액체 현탁액을 제공하고, 상기 필라멘트를 제지기의 성형 섹션상에서 유지시킴을 포함하는, 셀룰로스 필라멘트의 건조한 필름의 제조 방법을 제공한다. 바람직한 실시태양에서 상기 제지기는 150- 내지 400-메쉬 스크린을 갖는 표준 시트기 제조기이다.

본 발명의 더욱 또 다른 실시태양에 따라, 필라멘트의 75 중량% 이상 및 보다 바람직하게는 90 중량% 이상이 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 직경을 포함하는, 본 발명에 개시된 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시태양에 따라, 상기 필름을 상기 제지기의 압착 섹션에서 압착시켜 압착된 필름을 생성시킴을 또한 포함하는, 본 발명에 개시된 방법을 제공한다.

본 발명의 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 압착된 필름을 상기 제지기의 하나 이상의 건조기 섹션에서 건조시켜 건조한 필름을 생성시킴을 또한 포함하는, 본 발명에 개시된 방법을 제공한다.

본 발명의 더욱 또 다른 실시태양에 따라, 상기 생성된 필름이 물에 재-분산성인, 본 발명에 개시된 방법을 제공한다.

본 발명의 더욱 더 또 다른 실시태양에서, 상기 생성된 필름이 200 내지 300 ㎛ 이하의 두께 범위를 갖는, 본 발명에 개시된 방법을 제공한다.

본 발명의 추가의 실시태양에 따라, 상기 필름이 80 중량% 이상이 고체인, 본 발명에 개시된 방법을 제공한다.

본 발명의 더욱 추가의 실시태양에 따라, 필름이 95 중량% 이상이 고체인, 본 발명에 개시된 방법을 제공한다.

본 발명의 더욱 추가의 실시태양에 따라, 상기 필라멘트 길이가 300 내지 350 ㎛인, 본 발명에 개시된 방법을 제공한다.

본 발명의 더욱 추가의 실시태양에 따라, 상기 필라멘트의 건조한, 수 재-분산성 필름의 크기를 감소시킬 수 있는 기계 장치를 사용하여 상기 필라멘트의 건조한, 수 재-분산성 필름으로부터 제조된 상기 필라멘트의 건조한, 수 재-분산성 분말 또는 박편을 제공한다.

본 발명의 추가의 실시태양에 따라, 제지기가 500 내지 1500 m/min, 바람직하게는 750 내지 1200 m/min의 속도로 작동하는, 본 발명에 개시된 방법을 제공한다.

이제 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 특정한 실시태양을 예시할 것이며, 도면에서:
도 1a는 시각 검사 및 평가에 의해, 본 발명의 하나의 실시태양에 따른 표백된 연재 크래프트 펄프의 수회-통과(multi-pass), 고 점조도 리파이닝에 의해 생성된 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 필라멘트를 80 중량% 이상 갖는 전형적인 셀룰로스 필라멘트(CF)의 광학 현미경 상이고;
도 1b는 도 1a의 전형적인 셀룰로스 필라멘트(CF)의 주사 전자 현미경 상이고;
도 2는 본 발명의 하나의 실시태양에 따른 파일럿 제지기상에 생성된 셀룰로스 필라멘트(CF)의 건조한, 수 재-분산성 필름의 롤이고;
도 3은 5개의 분산/현탁액을 예시하며, 여기에서 a/는 실험 분산되고, 결코 건조되지 않은 CF(1)의 비교예이고; b/는 본 발명의 다양한 실시태양들을 반영하는 실험 재-분산된, PM-건조된 CF(1)이고; c/ 내지 e/는 통상적인 건조로부터의 비교예들이고, 이때 c/는 실험 재-분산된, 공기-건조된 CF(2)이고; d/는 실험 재-분산된, 드럼-건조된 CF(2)이고; e/는 실험 재-분산된, 플래시-건조된 CF(2)이다.

다수의 잠재적인 용도들에서 건조한 피브릴화된 셀룰로스 물질이 요구된다. 건조한 피브릴화된 셀룰로스 물질은 보다 긴 저장수명을 가지며, 생산 설비로부터 최종 사용자의 위치까지 상기 물질을 선적하는 비용을 감소시킨다.

피브릴화된 셀룰로스 물질의 탈수/건조를 위한 다수의 방법들이 보고되었지만, 건조한, 수 재-분산성 피브릴화된 셀룰로스 물질을 화학 첨가제의 사용 없이 또는 상기 물질의 화학적 변형 없이 생산하는 방법은 개시되지 않았다. 더욱 또한, 종이, 티슈 또는 판지 제조에 통상적으로 사용되는 기계상에서 건조한, 수 재-분산성 피브릴화된 셀룰로스 물질을 연속적으로 생산하는 방법은 결코 보고된 적이 없다.

본 발명에서 정의되고 셀룰로스 필라멘트(CF)라 지칭되는 셀룰로스 나노필라멘트(CNF)는 바람직한 실시태양에서 300 내지 350 ㎛의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는다. 상기 CF는 본 발명에 참고로 인용된 WO2012/097446 A1에 개시된 바와 같이 목재 또는 식물 섬유, 예를 들어 표백된 연재 크래프트 펄프의 수회-통과, 고 점조도 리파이닝에 의해 생산된다. 상기 CF는, 피브릴화된 셀룰로스 물질의 필라멘트의 50 중량% 이상, 바람직하게는 75 중량% 이상 및 보다 바람직하게는 90 중량% 이상이 300 내지 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는다는 점에서, 목재 펄프 섬유의 기계적 분해를 위해 다른 방법들을 사용하여 제조된 미세피브릴화된 셀룰로스(MFC) 또는 나노피브릴화된 셀룰로스(NFC)와 같은 다른 셀룰로스 피브릴들과 구조적으로 매우 상이하다. 상기 MFC의 피브릴화된 셀룰로스 물질은 전형적으로 100 ㎛ 미만의 길이를 갖는 반면 NFC의 피브릴화된 셀룰로스 물질은 전형적으로 1 ㎛ 미만의 길이를 갖는다. 그러나, 피브릴화된 셀룰로스 물질의 생산에 있어서 전문가들은 기계적 수단을 사용하여 생산된 다른 피브릴화된 셀룰로스 물질들처럼 CF도 하나의 단일 치수값을 갖는 균일한 물질이 아님을 알아야 한다. 본 발명에서 정의된 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 바람직한 실시태양의 CF는, 목재 또는 식물 섬유의 수회-통과, 고 점조도 리파이닝에 의해 생성되고 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 피브릴화된 셀룰로스 물질을 50 중량% 이상 갖는 피브릴화된 셀룰로스 물질을 지칭한다. 상기 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 피브릴화된 셀룰로스 물질의 정확한 백분율은 총 에너지 투입량, 리파이닝 통과수, 리파이닝 강도 및 다른 리파이너 작동 조건에 따라 변한다.

목재 또는 식물 섬유의 수회-통과, 고 점조도 리파이닝에 의한, 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 동일한 셀룰로스 필라멘트(CF)는 통상적인 건조 방법, 예를 들어 드럼-건조 또는 공기-건조를 사용하여 건조시, 물에 충분히 재-분산성이지 않으며 그의 보강력은 결코 건조되지 않은 CF보다 훨씬 더 낮다. 바람직한 실시태양에서, 상기 CF의 길이는 300 내지 350 ㎛이다.

본 발명에 개시된 필라멘트를 참조하여 본 발명에 정의된 바와 같은 "건조한"이란 용어는 상기 셀룰로스 필라멘트의 고체 함량이 80 중량% 이상의 고체, 또는 20 중량% 이하의 수분 함량임을 지칭한다. 특히 바람직한 실시태양에서 상기 셀룰로스 필라멘트의 고체 함량은 90 중량% 이상의 고체, 또는 10 중량% 이하의 수분 함량이다. 본 발명에 정의된 바와 같은 "수 재-분산성"이란 용어는 주변 또는 승온에서 수성 매질 중에서 기계적 교반시 안정한 수 분산액을 형성하는 상기 건조된 셀룰로스 필라멘트의 능력을 지칭한다. 상기 분산액은 재-분산될 수 없는 셀룰로스의 각질화된 펠릿과 같은 물질이 없다.

본 발명에서 "와 유사한 보강력 및/또는 강도 성질"이란 표현은 동일한 양의 결코 건조되지 않은 CF와 비교할 때 본 발명의 CF의 상기 보강력 및/또는 강도 성질의 80% 이상이 종이에서 획득됨을 가리키는 비교상의 표현인 것으로 정의된다.

본 발명에서 "결코 건조되지 않은"이란 표현은 목재 또는 식물 섬유로부터 생성 후 건조되지 않았고 60 중량% 이하의 고체를 갖는 습윤 상태로 남아있는 셀룰로스 필라멘트(CF)를 개시하는 것으로 정의된다.

본 발명은 목재 또는 식물 섬유의 수회-통과, 고 점조도 리파이닝에 의해 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖도록 제조되고 이를 갖는 건조한 셀룰로스 필라멘트(CF)가, 그의 묽은 현탁액을 실험실에서 핸드시트의 제조에 사용된 표준 시트 제조기상의 150- 내지 400-메쉬 스크린을 통해 또는 종이, 티슈 또는 판지의 제조에 통상적으로 사용되는 기계의 이동식 직물을 통해 여과할 때, 유지될 수 있음을 처음으로 개시한다.

또한 뜻밖에도, 상기와 같은 셀룰로스 필라멘트는, 종이, 티슈 또는 판지의 제조에 통상적으로 사용되는 기계의 이동식 직물상에서 매우 얇은 웹, 시트 또는 필름을 형성시킨 다음 각각 상기 기계의 압착 및 건조기 섹션에서 압착 및 건조시키는 경우, 순한 기계적 교반시 및 각질화를 방지하기 위한 첨가제의 사용 없이, 수성 매질 중에 쉽게 재-분산될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 더욱 또한, 상기 건조한, 수 재-분산성 CF 필름의 수성 분산액으로부터의 셀룰로스 필라멘트(CF)는 상기 결코 건조되지 않은 CF와 유사한 보강력을 갖는다. 또한, 상기 건조한, 수 재-분산성 CF 필름의 수성 분산액으로부터 제조된 신규의 필름은 상기 결코 건조되지 않은 CF로부터 제조된 필름과 유사한 강도 성질을 가지며 첨가제가 없다. 건조 벌크 물질의 공기 건조, 플래시 건조, 분무 건조, 회전 공기 건조(즉 통상적인 방법들)는 본 발명에 개시된 고 점조도 리파이닝에 의해 생성된 CF의 품질을 감소시킴을 주목해야 한다. 상기 건조한, 수 재-분산성 CF 필름을 또한 선적, 보관 또는 후속의 사용을 위해 건조한, 수 재-분산성 CF 분말 또는 박편으로 임의로 전환시킬 수 있다.

본 발명에 사용되는 바와 같은 "필름"이란 용어는 "시트"란 단어와 동의어이며 필라멘트 또는 피브릴의 상호연결된 구조 또는 배열을 갖고 본 발명의 방법에 의해 형성된 CF의 층 또는 멤브레인 복합체인 것으로 이해된다. 본 발명에 정의된 필름은 200 내지 300 ㎛ 이하, 및 바람직하게는 100 내지 125 ㎛ 이하, 가장 바람직하게는 10 내지 50 ㎛의 두께 범위를 갖는다. 상기 필름의 너비는 상기 가공 기계에 의해 설정되며 너비는 수 미터 이하일 수 있다.

"첨가제가 없는"이란 용어는 본 발명에서 각질화를 감소시키기 위한 첨가제로 처리되지 않은 CF를 개시하는데 사용된다. 다른 셀룰로스 피브릴 필름에 사용되는 첨가제는 슈크로스, 글리세린, 에틸렌 글리콜, 덱스트린 또는 카복시메틸 셀룰로스를 포함한다. 본 발명의 CF는 상기 나열된 첨가제들이 없다.

본 발명에서 "분말 또는 박편"이란 용어는 0.01 ㎜ 내지 2.0 ㎝, 및 보다 바람직하게는 0.01 ㎜ 내지 1.0 ㎝의 그의 모든 3차원 치수를 갖는 모양을 개시하는데 사용된다. 상기 분말 또는 박편의 정확한 치수는 상기 셀룰로스 필라멘트의 건조한, 수 재-분산성 필름의 크기를 감소시키는데 사용되는 상기 기계 장치(들) 및 상기 장치(들)의 작동 조건에 의해 설정된다.

본 발명의 하나의 태양에 따라, 셀룰로스 필라멘트(CF)의 건조한, 수 재-분산성 필름을, 통상적인 또는 변형된 종이, 티슈 또는 판지 기계의 성형 섹션에서 얇은 웹을 형성시킨 다음, 상기 기계의 압착 및 건조 섹션에서 압착 및 건조시킴으로써 상기 기계 상에 생성시킨다. 상기 제지기는 전형적으로 100 내지 200 마이크론의 상호연결된 기공들을 갖는 3-차원 직물인 성형 직물을 갖는다. 이러한 큰 기공들은 신속한 배수를 허용한다. 모든 선행의 피브릴화된 생성물들을 상기 기공들에 최소로 체류시키면서 통과시킬 것이다. 일찌기 보다 빈틈없는 기공 구조가 상기 선행의 공지된 생성물들에 사용되었다면, 배수가 너무 낮아서 상기 기계를 10 내지 50 m/min으로 실행시켜야 하는 반면 우리는 750 m/min 이상, 바람직하게는 1500 m/min 및 보다 바람직하게는 1200 m/min으로 실행시킬 수 있다. CF가 제지기상에서 여과되는 능력은 본 발명의 필라멘트가 이전에 개시한 MFC 및 NFC의 길이와 상이함을 간접적으로 입증한다. 본 발명의 셀룰로스 필라멘트(CF)는 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 가지며 목재 또는 식물 섬유의 수회-통과, 고 점조도 리파이닝으로부터 제조된다. 그러나, 상기 CF의 건조한, 수 재-분산성 필름의 생성을 위한 상기 성형 직물의 최적 기공 크기는 상기 CF 중의 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 필라멘트의 정확한 백분율에 따라 변하며, 이는 차례로 총 에너지 투입량, 리파이닝 통과수, 리파이닝 강도 및 상기 CF의 생성에 사용되는 다른 리파이너 작동 조건들에 따라 변함을 알아야 한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따라, 본 발명의 셀룰로스 필라멘트(CF)의 건조한, 수 재-분산성 필름은 상기 CF 물질의 보관 및/또는 운송에 사용된다.

본 발명의 더욱 또 다른 태양에 따라, 셀룰로스 필라멘트(CF)의 건조한, 수 재-분산성 필름을 상기 CF 물질의 수송, 보관 또는 후속의 사용을 위해 셀룰로스 필라멘트의 건조한, 수 재-분산성 분말 또는 박편으로 전환시킨다.

본 발명의 더욱 또 다른 태양에 따라, 본 발명의 셀룰로스 필라멘트(CF)의 건조한, 수 재-분산성 필름 또는 셀룰로스 필라멘트(CF)의 건조한, 수 재-분산성 분말 또는 박편은, 수성 매질 중에 재-분산시, 종이, 티슈 및 판지와 같은 셀룰로스 섬유 제품의 보강을 위한 첨가제로서 사용된다.

본 발명의 셀룰로스 필라멘트(CF)의 건조한, 수 재-분산성 필름 또는 셀룰로스 필라멘트(CF)의 건조한, 수 재-분산성 분말 또는 박편을 또한 복합물의 제조 및 패키징 또는 다른 용도를 위한 강한 재생 필름으로서 사용할 수 있다. 이들은 또한 수성 매질 중에 배-분산시, 다른 소비자 또는 산업 제품의 보강을 위한 첨가제로서 사용될 수 있다.

상기 수 재-분산성 필름의 건조도(고체 함량), 기본 중량, 및 최초 통과 체류는 다른 것들 중에서도, 상기 셀룰로스 필라멘트(CF)의 제조에 사용되는 공급원 및 총 에너지, 상기 티슈, 종이 또는 판지 기계의 속도, 및 상기 기계의 형태 및 작동 매개변수, 예를 들어 적용되는 진공 박스의 수, 헤드박스 점조도 및 유속, 및 성형 직물 기공 크기에 따라 변한다. 상기 CF를 선행 특허 출원 PCT/CA2012/000060; WO 2012/097446 A1에 개시된 바와 같이, 2,000 내지 20,000 kWh/t, 보다 바람직하게는 5,000 내지 20,000 kWh/t, 및 가장 바람직하게는 5,000 내지 12,000 kWh/t의 총 에너지 투입량으로, 목재 또는 식물 섬유의 수회-통과, 고 점조도(20 내지 65 중량%) 리파이닝에 의해, 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경의 피브릴화된 물질을 50 중량% 이상 갖도록 제조한다. 상기 기계를, 바람직하게는 70 내지 95% 및 보다 바람직하게는 75 내지 95% 및 가장 바람직하게는 80 내지 95%의 고체 함량; 바람직하게 5 내지 120 g/㎡, 보다 바람직하게 10 내지 100 g/㎡ 및 가장 바람직하게 10 내지 80 g/㎡의 기본 중량을 갖는 상기 CF 필름이 생성되도록 하는 방식으로 작동시킨다. 임의로, 체류 또는 배수 보조 화학물질을 상기 종이, 티슈 또는 판지 기계의 헤드박스에서 상기 CF와 혼합하여 상기 CF의 건조한, 수 재-분산성 필름의 최초 통과 체류 및/또는 배수 속도를 증가시킬 수 있다.

실질적으로 모든 고체 물질은, 여과 매질의 기공 크기가 상기 물질을 유지시키기에 충분히 작은 한 여과될 수 있다. 그러나, 기공 크기가 감소함에 따라, 흐름에 대한 내성이 증가하고 따라서 배수가 감소한다. 본 발명자들은 수중의 준-나노 물질이 순한 압력 강하 조건(즉 고압 또는 진공이 필요하지 않은)의 사용시 고속에서 여과성임을 발견하였다. 비교적 개방된 직물상에서 750 m/min, 1000 m/min의 여과 속도 및 100 내지 500 ㎚ 직경의 보다 많이 제공되는 필라멘트는 놀라운 것이다.

본 발명에서 "점조도"는 물, 및 목재 또는 식물 섬유, 또는 셀룰로스 필라멘트(CF)의 혼합물 중의 목재 또는 식물 섬유, 또는 셀룰로스 필라멘트(CF)의 중량 백분율로서 정의된다.

본 발명에서 기본 중량은 셀룰로스 필라멘트(CF)의 필름 또는 펄프 섬유의 시트의 제곱 미터(㎡)당 상기 필름 또는 시트 및 CF의 그램(g) 중량으로서 정의된다.

본 발명에서 오븐-건조(od) 기준 중량은 물의 중량을 제외한 중량을 지칭한다. CF와 같이 습기가 있는 물질의 경우, 상기 중량은 상기 물질의 점조도로부터 계산된 상기 물질의 물이 없는 중량이다.

이제 도면에 관하여, 도 1은 표백된 연재 크래프트 펄프의 수회-통과, 고 점조도 리파이닝에 의해 제조된, 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 전형적인 셀룰로스 필라멘트(CF)의 주사 전자 현미경 상을 도시한다.

상기 기계로부터의 최종 CF 필름 생성물은 다공성이 매우 작거나 없다. 더욱이, 본 발명의 CF 필름은 상기 기계상에서 성형 동안 급속히 폐쇄되기 때문에, 상기 필름이 고화됨에 따라 배수가 급속히 떨어지고 그의 기공 시스템이 밀폐되게 된다. 따라서, 상기 필름은 얇은 두께로 상기 기계상에서 계속해서 신속히 잘 움직인다. 상기 필름의 두께는 바람직하게는 10 내지 50 ㎛ 및 300 ㎛ 이하이다.

본 발명을 비제한적으로 하기의 실시예들에 의해 예시한다.

일반적인 과정 A: 파일럿 제지기상에서 건조한, 수 재-분산성 CF 필름의 생성

건조한, 수 재-분산성 CF 필름을, 티슈 및 타월뿐만 아니라 중간 내지 높은 기본 중량 인쇄 및 쓰기 등급을 생성시키기에 적합할 수 있는 형태를 갖는 FP이노베이션(FPInnovation)의 파일럿 제지기상에서 생성시켰다. 상기 종이 생산용 기계에 대한 표준 형태에 관한 상세한 설명이 제공되었다(Crotogino, R., et al., "Paprican's New Pilot Paper Machine," Pulp & Paper Canada, Vol. 101, No. 10, 2000, pp. 48-52).

간단히, 상기 기계는 주로 너비가 0.46 m인 2줄 롤 성형 섹션, 4-롤, 3-닙 압착 섹션 및 2개의 양키(Yankee) 건조기로 이루어진다. CF 필름의 생성을 위해서, 상기 두 형태가 적합한 것으로 밝혀졌지만, 티슈 및 타월 방식은 상기 압착 섹션의 제거가 훨씬 더 축축한 필름을 건조 섹션으로 가져가기 때문에 경제적인 면에서 열등하였다. 단일 양키 건조기가 상기 필름의 건조에 충분한 것으로 밝혀졌지만, 제지 분야의 숙련가들은 회전식 증기-충전된 실린더와 같은 통상적인 건조기가 조절된 조건 하에서 상기 필름의 건조에 동등하게 유효하거나 더 우수할 것임을 알아야 한다.

달리 명시되지는 않는 한, 표백된 연재 크래프트 펄프의 수회-통과, 고 점조도 리파이닝으로부터 제조된, 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이, 대략 100 내지 500 ㎚의 직경 및 33 내지 37%의 점조도를 갖는 피브릴화된 물질 50 중량% 이상을 갖는 1000 ㎏의 오븐-건조(od) 기준의 CF를 3 내지 4% 점조도로 제지기(PM) 건조 단부 펄퍼/압착 브로크 펄퍼에서 수돗물로 분산시키고 50 ㎥ 탱크에서 보관하였다. 이어서 상기 분산된 CF를 상기 제지기 체스트로 보내고 여기에서 상기 CF를 수돗물로 약 2.0% 점조도로 희석하였다. 팬 펌프 루프(PM 체스트 뒤)에 추가의 수돗물을 계량 첨가하고 상기 CF 슬러리를 0.2 내지 0.5% 점조도로 희석하였다. 이어서 상기 CF 모액을 스크리닝하고 상기 PM 헤드박스로 보냈다. 상기 헤드박스 유량(800 내지 500 L/min), 상기 기계 속도(500 내지 750 m/min), 및 다른 기계 작동 매개변수들을 조절하여, 상기 성형 섹션 중에 진공 박스를 각각 사용 및 사용하지 않고 상기 성형 섹션 다음에 6 내지 8% 및 9 내지 10.5%의 고체 함량을 갖는 얇은 필름이 형성되도록 하고, 상기 압착 섹션 다음에 상기 필름에 대해 30 내지 37%의 고체 함량에 도달시키고, 상기 건조기 섹션 다음에 80 내지 85%의 고체 함량 및 15 내지 22 g/㎡의 기본 중량을 갖는 건조한, 수 재-분산성 CF 필름을 생성시켰다. 상기 생성된 건조한 CF 필름의 너비는 0.30 내지 0.33 m이고 상기 필름의 최초 통과 체류는 85 내지 90%이었다.

일반적인 과정 B: 수성 매질 중의 CF 또는 파일럿 제지기-생성된 CF 필름의 실험 분산액

달리 명시되지 않는 한, 24 g(od 기준)의, 일반적인 과정 A에 개시된 CF, 또는 24 g(od 기준)의, 상기 개시된 일반적인 과정 A에 따라 생성된 건조한, 수 재-분산성 CF 필름을 기지량의 탈이온수(DI H₂O)로 브리티시(British) 분쇄기에서 1.2% 점조도로 희석하였으며 상기의 온도를 80 ℃로 상승시켰다. 상기 CF 슬러리를 3000 rpm에서 15분간 혼합하여 분산액을 제공하고 이어서 상기 분쇄기로부터 제거하고 실온(약 23 ℃)으로 냉각시켰다.

일반적인 과정 C: 파일럿 제지기 펄퍼에서 수성 매질 중의 CF 또는 파일럿 제지기-생성된 CF 필름의 분산액

달리 명시되지 않는 한, 1000 ㎏(od 기준)의, 일반적인 과정 A에 개시된 CF, 또는 1000 ㎏(od 기준)의, 상기 개시된 일반적인 과정 A에 따라 생성된 건조한, 수 재-분산성 CF 필름을 기지량의 수돗물로 파일럿 제지기 압착 브로크 펄퍼(벨로이트 버티칼 트라이-다인 펄퍼(Beloit Vertical Tri-Dyne Pulper), 모델 번호 5201, 일련번호 BC-1 100) 또는 건조-단부 펄퍼에서 3.0 내지 4.0% 점조도로 희석하였으며 상기의 온도를 약 50 ℃로 상승시켰다. 상기 CF 슬러리를 480 rpm에서 15분간 혼합하여 분산액을 제공하고 이어서 상기 펄퍼로부터 제거하고 50 ㎥ 탱크에서 보관하고, 이어서 실온(약 23 ℃)으로 냉각시켰다.

일반적인 과정 D: 펄프 및 CF 생성물의 혼합물로부터 핸드페이퍼의 제조

달리 명시되지 않는 한, 건조-랩 형태의 경재 크래프트 펄프(HWKP)를 먼저 DI H₂O와 합하고 나선형 펄퍼에서 15분간 10% 점조도, 800 rpm 및 50 ℃에서 재펄프화/분쇄시켰다. 이어서 상기 재펄프화된 HWKP를 상기 개시된 일반적인 과정 B 또는 C에 따라 제조된 CF 분산액의 샘플과 96/4(HWKP/CF)의 중량(od 기준) 비로 배합하고 DI H₂O와 배합하여 0.33% 점조도의 펄프 및 CF의 슬러리를 제공하였다. 핸드시트(60 g/㎡)를 PAPTAC 시험 방법, 표준 C.4에 따라 제조하였다. 상기 시트의 인장 강도를 PAPTAC 시험 방법, 표준 D.34에 따라 측정하였다. 별도의 실험에서, 100% HWKP로부터 핸드시트(60 g/㎡)를 또한 제조하고 이의 인장 강도를 측정하였다.

일반적인 과정 E: 표준 시트 제조기상에서 CF 필름의 제조

0.02 ㎡의 크기를 갖는 환상 CF 필름을 하기와 같이 변형된 PAPTAC 시험 방법, 표준 C.5를 사용하여 제조하였다. 달리 명시되지 않는 한, 0.4, 0.8 또는 1.2 g(od 기준)의, 상기 개시된 일반적인 과정 B 또는 C에 따라 제조된 CF를 DI H₂O로 희석하여 0.05% 점조도의 CF 슬러리를 제공하였다. 상기 분산액을, 달리 명시되지 않는 한, 테플론 스푼을 사용하여 150-메쉬 스크린이 구비된 표준 시트 제조기로 이동시켰다. 상기 표준 시트 제조기 내부의 분산액을 테플론 스틱을 사용하여 데클을 가로질러 앞뒤로 서서히 교반하고 이어서 거품이 일지않게 두었다. 이어서 상기 표준 시트 제조기의 배수 밸브를 해제하여 물을 배수시키고, 상기 물이 상기 데클로부터 배수되고 CF 필름이 상기 철망의 상부에 형성되었으면 닫는다. 전형적으로는, 상기 셀룰로스 필라멘트의 90% 이상의 상기 CF 필름상에 유지되었다. 정확한 체류 값은 상기 CF의 제조에 적용된 총 에너지 및 상기 표준 시트 제조기의 스크린 메쉬 크기에 따라 변한다. 5000 내지 10,000 kWh/t의 총 리파이닝 비에너지로, 표백된 연재 크래프트 펄프의 수회-통과, 고 점조도 리파이닝으로부터 제조된 CF의 경우, 150-메쉬 스크린의 사용은 상기 CF 필름 중의 상기 필라멘트의 90% 이상을 체류시킨다. 12,000 내지 20,000 kWh/t의 총 리파이닝 비에너지로 표백된 연재 크래프트 펄프의 수회-통과, 고 점조도 리파이닝으로부터 제조된 CF의 경우, 450-메쉬 스크린의 사용은 상기 CF 필름 중의 상기 필라멘트의 90% 이상을 체류시킨다.

상기 데클을 개방하고 하나의 와트만 #1 여과지(직경 185 ㎜)를 젖은 CF 필름의 상부에 놓았다. 2장의 압지를 상기 여과지의 상부에 놓고 카우치 플레이트 및 카우치 롤을 사용하여 카우칭을 적용하였다. 15개[0.4 g(od 기준)의 CF를 사용하여 제조한 필름의 경우] 또는 22개[0.8 또는 1.2 g(od 기준)의 CF를 사용하여 제조한 필름의 경우]의 전후방 다각선을 적용한 후에 상기 카우치 플레이트 및 2장의 압지를 조심스럽게 제거하였다. 이어서 CF 필름이 붙은 여과지를 상기 철망으로부터 서서히 벗겨내었다.

거울-광택 스테인레스 강 원반을 CF 필름의 면에 대향하여 놓았다. 이어서 상기 CF 필름을 PAPTAC 시험 방법, 표준 C.5에 개시된 압착 과정에 따라, 각각 5.5 및 2.5 분의 제1 및 제2 압착으로 압착을 수행하였다.

상기 압착 후에, 상기 여과지와 상기 스테인레스 강판 사이에 샌드위치된 CF 필름을 건조 고리에 넣고 항온 및 항습(23 ℃ 및 50% 상대 습도)실에서 밤새 건조시켰다. 이어서 0.4, 0.8 또는 1.2 g(od 기준)의 CF로부터 대략 20, 40 또는 60 g/㎡의 기본 중량을 갖는 필름을 상기 강판으로부터 벗겨내고, 상기 여과지로부터 앞뒤로 수회 박리시킴으로써 분리시켰다.

실시예 1

셀룰로스 필라멘트(CF)를 앞서 PCT/CA2012/000060; WO 2012/097446 A1에 개시된 방법을 사용하여 펄프의 톤당 7800 내지 8000 킬로와트 시간(kWh/t)의 총 리파이닝 비에너지로 수회-통과, 고 점조도(33 내지 37%) 리파이닝에 의해, 표백된 연재 크래프트 펄프로부터 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 피브릴화된 물질 50 중량% 이상을 갖도록 제조하였다. 33 내지 37%의 점조도로 상기 제조된 CF를, 결코 건조되지 않은 CF(1)로서 지칭한다.

상기 결코 건조되지 않은 CF(1)의 샘플(1000 ㎏ od 기준)을 사용하여 상기 개시된 일반적인 과정 A에 따라 파일럿 제지기상에서 건조한 CF 필름을 생성시켰다. 상기 필름의 기본 중량은 15 내지 22 g/㎡의 범위이며, 상기 필름의 고체 함량은 80 내지 85%의 범위였다. 도 2는 건조된, 파일럿 제지기-생성된 CF 필름의 롤을 도시한다.

상기 결코 건조되지 않은 CF(1)의 샘플(24 g od 기준)을 상기 개시된 일반적인 과정 B에 따라 DI H₂O에 분산시켜 실험 분산된, 결코 건조되지 않은 CF(1)라 지칭되는 안정한 분산액을 제공하였다.

상기 건조한, 파일럿 제지기(PM)-생성된 CF 필름의 샘플(24 g od 기준)을 상기 개시된 일반적인 과정 B에 따라 DI H₂O에 분산시켰다. 안정한 분산액이 또한 형성되었다. 상기 CF 분산액을 실험 재-분산된, PM-건조된 CF(1)라 지칭한다.

상기 건조한, 파일럿 PM-생성된 CF 필름의 샘플(1000 ㎏ od 기준)을 상기 개시된 일반적인 과정 C에 따라 파일럿 제지기 압착 브로크 펄퍼 또는 건조-단부 펄퍼에서 수돗물에 분산시켰다. 안정한 분산액이 형성되었다. 상기 CF 분산액을 PM 펄퍼 재-분산된, PM-건조된 CF(1)라 지칭한다.

별도의 실험으로, 또 다른 CF를 앞서 PCT/CA2012/000060; WO 2012/097446 A1에 개시된 방법을 사용하여 8372 kWh/t의 총 리파이닝 에너지로 수회-통과, 고 점조도(36%) 리파이닝에 의해 동일한 표백된 연재 크래프트 펄프로부터 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖도록 제조하였다. 36%의 점조도로 상기 제조된 CF를, 결코 건조되지 않은 CF(2)로서 지칭한다. 상기 CF(24 g od 기준)의 샘플을 상기 개시된 일반적인 과정 B에 따라 DI H₂O에 분산시켜, 실험-분산된, 결코 건조되지 않은 CF(2)라 지칭되는 안정한 분산액을 제공하였다.

상기 결코 건조되지 않은 CF(2)의 샘플을 3시간 동안 가정용 의류 건조기를 사용하여 드럼 건조시켜 85.3%의 고체 함량을 갖는 건조한 CF를 제공하였다. 상기 건조한 CF를 상기 개시된 일반적인 과정 B에 따라 DI H₂O에 재분산시켜 실험 재-분산된, 드럼-건조된 CF(2)라 지칭되는 CF 현탁액을 제공하였다.

핸드시트(60 g/㎡)를 경재 크래프트 펄프(HWKP) 및 각각의 상술한 CF 분산액 및 상술한 CF 현탁액으로부터 상기 개시된 일반적인 과정 D에 따라 제조하였다. HWKP 및 CF의 중량(od 기준)비는 96/4이었다. 핸드시트(60 g/㎡)를 또한 100% HWKP로부터 제조하였다. 표 1은 상기 개시된 일반적인 과정 D에 따라 측정된 다양한 핸드시트의 인장 지수 값을 나열한다. 상기 데이터는 실험 재-분산된, PM-건조된 CF 또는 상기 PM 펄퍼 재-분산된, PM-건조된 CF가 상기 실험 분산된, 결코 건조되지 않은 CF의 보강력의 90% 이상을 유지함을 나타낸다. 따라서, 제지기상의 CF 필름의 형성은 수성 매질에 쉽게 분산될 수 있고 종이 생산에 우수한 보강제로서 사용될 수 있는 건조한 CF 생성물의 생성에 경제적인 수단을 나타낸다.

상기 데이터는 또한 드럼-건조된 CF가, 상기 결코 건조되지 않은 CF의 보강력을 유지함에 있어서 상기 파일럿 제지기상에서 생성된 건조한 CF보다 훨씬 더 열등함을 나타낸다. 상기 데이터는 또한 제지기상에서 건조한, 수 재-분산성 CF 필름의 생성에 대한 본 발명의 뜻밖의 발견 및 신규성을 지지한다.

4%의 CF의 존재 또는 부재하에서 경재 크래프트 펄프(HWKP)로부터 제조된 핸드시트의 인장 강도
CF	인장 지수 (N·m/g)	CF 보강력의 유지 (%)
없음	31.5	-
실험 분산된, 결코 건조되지 않은 CF (1)	41.8	-
실험 재-분산된, PM-건조된 CF (1)	41.2	94.2
PM 펄퍼 재-분산된, PM-건조된 CF (1)	40.8	90.3
실험 분산된, 결코 건조되지 않은 CF (2)	39.5	-
실험 분산된, 드럼-건조된 CF (2)	32.9	17.5
CF 보강력의 유지를 하기와 같이 정의한다: [(실험 재-분산된, 건조된 CF를 갖는 핸드시트의 인장 지수 - CF 없는 핸드시트의 인장 지수)/(실험 분산된, 결코 건조되지 않은 CF를 갖는 핸드시트의 인장 지수 - CF 없는 핸드시트의 인장 지수] x 100%. 3번째의 경우, 상기는 [(41.2 - 31.5) / (41.8 - 31.5)] x 100% = 94.2%이었다.

실시예 2

실시예 1에 개시된 결코 건조되지 않은 CF(2)의 샘플들을 각각 약 120시간 동안 실온(약 23 ℃)에서 공기-건조시키고 100 ㎏/h의 공급 속도로 GEA 바-로신(Barr-Rosin) 파일럿 플래시 건조기에서 플래시 건조시켜 80.9 및 87.7%의 고체 함량을 갖는 건조한 CF 물질을 제공하였다. 이들 2개의 건조한 CF 물질을 각각 상기 개시된 일반적인 과정 B에 따라 DI H₂O에 재-분산시켜, 실험 재-분산된, 공기-건조된 CF(2) 및 실험 재-분산된, 플래시-건조된 CF(2)라 지칭되는 CF 현탁액들을 제공하였다.

건조한 CF 필름(20 g/㎡)을 상기 두 CF 현탁액 각각, 및 실시예 1에 개시된 각각의 CF 분산액 및 CF 현탁액으로부터 상기 개시된 일반적인 과정 E에 따라 표준 시트 제조기에서 제조하였다. 상기 필름의 인장 지수 값을 PAPTAC 시험 방법, 표준 D.34에 따라 측정하고 표 2에 나열하였다. 상기 데이터는 상기 건조한, 파일럿 제지기-생성된 CF 필름의 재-분산액이 상기 결코 건조되지 않은 CF의 분산액으로부터 제조된 CF 필름과 거의 동일한 강도를 가짐을 명확히 나타낸다. 따라서, 제지기상에서 생성된 건조한, 수 재-분산성 CF 필름은 재생가능하다. 상기 데이터는 또한 공기-건조된 CF, 드럼-건조된 CF 또는 플래시-건조된 CF가 신규의 강한 CF 필름의 제조에서 상기 파일럿 제지기상에서 생성된 건조한, 수 재-분산성 CF보다 훨씬 더 열등함을 나타낸다. 상기 데이터는 또한 제지기상에서 건조한, 수 재-분산성 및 재생성 CF 필름의 생성에 대한 본 발명의 뜻밖의 발견 및 신규성을 지지한다.

별도의 실험으로, 상술한 및 실시예 1의 다양한 건조한 CF 물질들을, 사용된 점조도가 1.2% 대신에 0.1%임을 제외하고, 상기 개시된 일반적인 과정 B에 따라 DI H₂O에 분산시켰다. 도 3은 a/ 실험 분산되고, 결코 건조되지 않은 CF(1); b/ 실험 재-분산된, PM-건조된 CF(1); c/ 실험 재-분산된, 공기-건조된 CF(2); d/ 실험 재-분산된, 드럼-건조된 CF(2); 및 e/ 실험 재-분산된, 플래시-건조된 CF(2)로부터 45 분 침전 후에 취한 분산액 또는 현탁액의 사진들을 나타낸다. 상기 사진들은 파일럿 제지기상에서 생성된 건조한 CF 필름이 상기 결코 건조되지 않은 CF의 경우와 동일하거나 매우 유사한 수 분산성을 갖는 반면, 공기 건조, 드럼 건조 또는 플래시 건조에 의해 생성된 건조한 CF 물질은 상기 결코 건조되지 않은 CF 또는 파일럿 제지기-생성된 CF보다 더 낮은 수 분산성을 가짐을 명백히 나타낸다. 다시, 상기 데이터는 제지기상에서 건조한, 수 재-분산성 및 재생성 CF 필름의 생성에 대한 본 발명의 뜻밖의 발견 및 신규성을 지지한다.

표준 시트 제조기상에서 제조된 CF 필름(20 g/㎡)의 인장 지수
CF	인장 지수 (N·m/g)	CF 강도 성질의 유지 (%)
실험 분산된, 결코 건조되지 않은 CF (1)	89.0	-
PM 펄퍼 분산된, 결코 건조되지 않은 CF (1)	84.0	-
실험 재-분산된, PM-건조된 CF (1)	86.2	96.8
PM 펄퍼 재-분산된, PM-건조된 CF (1)	83.8	99.8
실험 재분산된, 결코 건조되지 않은 CF (2)	98.5	-
실험 분산된, 공기-건조된 CF (2)	46.6	47.3
실험 분산된, 드럼-건조된 CF (2)	26.0	26.4
실험 분산된, 플래시-건조된 CF (2)	47.3	48.0
CF 강도 성질의 유지를 하기와 같이 정의한다: [재-분산된, 건조된 CF의 인장 지수/분산된, 결코 건조되지 않은 CF의 인장 지수] x 100%.

실시예 3

셀룰로스 필라멘트(CF)의 새로운 배치를, 앞서 개시된 방법(9)을 사용하여 8331 kWh/t의 총 리파이닝 에너지로 수회-통과, 고 점조도(28%) 리파이닝에 의해 표백된 연재 크래프트 펄프로부터 300 내지 350 ㎛ 이하의 길이 및 대략 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 피브릴화된 물질 50 중량% 이상을 갖도록 제조하였다. 28%의 점조도로 상기 제조된 CF를, 결코 건조되지 않은 CF(3)라 칭한다. 상기 CF(24 g od 기준)의 샘플을 상기 개시된 일반적인 과정 B에 따라 DI H₂O에 분산시켜, 실험-분산된, 결코 건조되지 않은 CF(3)라 지칭되는 안정한 분산액을 제공하였다.

상기 실험-분산된, 결코 건조되지 않은 CF(3)로부터의 10개의 건조한 CF 필름(20 g/㎡)을 상기 개시된 일반적인 과정 E에 따라 표준 시트 제조기(SSM)상에서 제조하였다. 상기 필름들의 인장 지수 값을 PAPTAC 시험 방법, 표준 D.34에 따라 측정하였다. 각각 20, 40 및 60 g/㎡의 기본 중량을 갖는 추가의 건조한 CF 필름들(총 110)을 또한 상기 개시된 일반적인 과정 E에 따라 SSM 상에서 제조하였다. 이들 추가의 건조한 CF 필름들을 상기 개시된 일반적인 과정 B에 따라 DI H₂O에 각각의 기본 중량[20, 40 및 60 g/㎡(gsm)]에 대해 별도로 재-분산시켜 3개의 안정한 분산액(각각 실험 재-분산된, 20 gsm-SSM-건조된 CF(3), 실험 재-분산된, 40 gsm-SSM-건조된 CF(3) 및 실험 재-분산된, 60 gsm-SSM-건조된 CF(3)라 칭한다)을 제공하였다. 이들 각각의 분산액으로부터 10개의 건조한 CF 필름(20 g/㎡)을 상기 개시한 일반적인 과정 E에 따라 SSM상에서 제조하였다. 상기 필름들의 인장 지수 값을 PAPTAC 시험 방법, 표준 D.34에 따라 측정하였다. 상기 10개의 건조한 필름의 각 세트의 평균값 및 표준 편차를 표 3에 나열한다. 상기 데이터는 20 내지 60 g/㎡의 기본 중량을 갖는 건조한 표준 시트 제조기-생성된 CF 필름이 쉽게 재-분산될 수 있으며 이를 사용하여 상기 결코 건조되지 않은 CF로부터 제조된 필름과 실제적으로 동일한 강도를 갖는 신규 필름을 생성시킬 수 있음을 나타낸다.

상이한 기본 중량[g/㎡]을 갖는, 결코 건조되지 않은 CF 및 건조한 표준 시트 제조기(SSM)-생성된 CF 필름으로부터 제조된 CF 필름들(20 g/㎡)의 인장 지수
CF	인장 지수 (N·m/g)
실험 분산된, 결코 건조되지 않은 CF (3)	111 ± 3
실험 재-분산된, 20 gsm-SSM-건조된 CF (3)	110 ± 3
실험 재-분산된, 40 gsm-SSM-건조된 CF (3)	108 ± 5
실험 재-분산된, 60 gsm-SSM-건조된 CF (3)	113 ± 1

실시예 4

상기 실험-분산된, 결코 건조되지 않은 CF(3)로부터 10개의 건조한 CF 필름(20 g/㎡) 및 실시예 3에 개시된 실험 재-분산된, 20 gsm-SSM-건조된 CF(3)로부터 10개의 건조한 CF 필름(20 g/㎡)을, 상기 필름들의 건조를 30초 동안 150 ℃에서 속도 건조기상에서 수행함을 제외하고, 상기 개시된 일반적인 과정 E에 따라 표준 시트 제조기상에서 제조하였다. 상기 필름들의 인장 지수 값을 PAPTAC 시험 방법, 표준 D.34에 따라 측정하였다. 상기 10개의 필름 각각의 평균값 및 표준 편차를, 상기 개시된 일반적인 과정 E에 따라 항온 및 항습(CTH)(23 ℃ 및 50% 상대 습도)실에서 밤새 건조시킨 필름들의 경우와 함께 표 4에 나열한다. 상기 데이터는 상기 건조 속도(온도 및 시간)가 상기 결코 건조되지 않은 또는 재-분산된, 표준 시트 제조기-건조된 CF로부터 제조된 CF 필름들의 강도 성질에 매우 적은 영향을 미침을 나타낸다. 상기 고온/고속 건조된, 표준 시트 제조기-생성된 CF 필름은 쉽게 재-분산될 수 있으며, 이를 사용하여 상이한 건조 온도/속도로 상기 결코 건조되지 않은 CF로부터 제조된 필름들과 실제적으로 동일한 강도를 갖는 신규의 필름들을 생성시킬 수 있다.

표준 시트 제조기상에서 결코 건조되지 않은 CF 및 건조한 표준 시트 제조기(SSM)-생성된 CF 필름으로부터 제조되고 CTH 실에서 또는 고속 건조기에서 건조된 CF 필름들(20 g/㎡)의 인장 지수
CF	건조 방법	인장 지수 (N·m/g)
실험 분산된, 결코 건조되지 않은 CF (3)	CTH 실	111 ± 3
실험 분산된, 결코 건조되지 않은 CF (3)	고속 건조기	109 ± 3
실험 재-분산된, 20 gsm-SSM-건조된 CF (3)	CTH 실	110 ± 3
실험 재-분산된, 20 gsm-SSM-건조된 CF (3)	고속 건조기	106 ± 3

실시예 5

상기 개시된 일반적인 과정 A에 따라 파일럿 제지기상에서 생성되고 PM-생성된 CF라 지칭되는, 30 ㎝의 너비를 갖는 건조한, 수 재-분산성 CF 필름의 샘플(1.0 ㎏ od 기준)을 파일럿 플랜트 파쇄기(데스트로이트(Destroyit) 4005 CC, IDEAL 크루그 & 프리스터(Krug & Priester) GmbH & Co., KG, 독일 발링겐 72336 시몬-슈바이처-St^e 34 소재)를 사용하여 보다 작은 필름들(대략 2 ㎝ x 2 ㎝)로 파쇄하였다. 상기 파쇄된 필름(1.0 ㎏)을, 각각 3.2 ㎜, 2.0 ㎜ 및 1.0 ㎜ 구멍 직경 스크린이 구비된 파일럿 플랜트 분쇄기(윌리 밀(Willy Mill) 1번, 아서 에이치 토마스 캄파니(Arthur H. Thomas Co.), 미국 펜실베니아주 19102 필라델피아 바인 스트리트 소재)상에서 상이한 크기를 갖는 건조한, 수 재-분산성 CF 분말로 분쇄하였다. 상기 PM-생성된 CF 필름 및 상기 3개의 상이한 스크린을 사용하여 PM-생성된 CF 필름으로부터 수득한 건조한, 수 재-분산성 CF 분말(건조한 CF 분말이라 칭함)의 샘플들(샘플당 20 g od 기준)을 각각 일반적인 과정 B에 따라 분산시켰다. 상기 분산된, PM-생성된 CF 필름 및 3개의 분산된, 건조한 CF 분말 각각으로부터 10개의 건조한 CF 필름(20 g/㎡)을 상기 개시된 일반적인 과정 E에 따라 표준 시트 제조기상에서 제조하였다. 상기 필름들의 인장 지수 값들을 PAPTAC 시험 방법, 표준 D.34에 따라 측정하였다. 상기 10개 필름들 각각의 평균값 및 표준 편차를 표 5에 나열한다. 상기 데이터는 상기 분쇄기의 스크린 구멍 직경이 클수록, 인장 지수도 큼을 나타낸다. 상기 분쇄기의 스크린 구멍 직경, 나이프 블레이드의 예리한 정도 및 상기 분쇄기에서의 체류 시간과 같은 분쇄 조건들의 추가의 최적화 없이도, 3.2 ㎜ 구멍 직경 스크린이 구비된 분쇄기를 사용하여 수득한 건조한 CF 분말은 상기 PM-생성된 CF 필름의 인장 지수의 78%를 유지하였다.

PM-생성된 CF 필름 및 각각 1.0, 2.0 및 3.2 ㎜ 직경 스크린이 구비된 분쇄기를 사용하여 상기 PM-생성된 CF 필름의 파쇄 및 분쇄로부터 수득한 건조한 CF 분말의 샘플들로부터 표준 핸드시트 제조기 상에서 제조된 CF 필름들(20 g/㎡)의 인장 지수; 상기 표준 핸드시트 제조기 상에서 상기 건조한 CF 필름의 제조에 앞서, 상기 PM-생성된 CF 필름 또는 상기 건조한 CF 분말을 일반적인 과정 B에 따라 분산시켰다.
CF	인장 지수 (N·m/g)
PM-생성된 CF 필름	87 ± 3
3.2-mm 직경 구멍 스크린을 갖는 분쇄기를 사용하여 PM-생성된 CF로부터의 건조한 CF 분말	68 ± 1
2.0-mm 직경 구멍 스크린을 갖는 분쇄기를 사용하여 PM-생성된 CF로부터의 건조한 CF 분말	52 ± 3
1.0-mm 직경 구멍 스크린을 갖는 분쇄기를 사용하여 PM-생성된 CF로부터의 건조한 CF 분말	46 ± 3

상술한 발명의 실시태양들은 예시이고자 한다. 따라서 당해 분야의 숙련가들은 상기 설명이 단지 예시일뿐이고, 다양한 대안의 형태 및 변형을 본 발명의 진의로부터 이탈됨 없이 고안할 수 있음을 알 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범위내에 있는 모든 상기와 같은 대안의 형태, 변형 및 변화를 포함하고자 한다.

Claims

350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및
100 내지 500 ㎚의 직경
을 갖는 필라멘트를 50 중량% 이상 포함하는 건조한 셀룰로스 필라멘트로, 물에 재-분산성인 필라멘트.
제 1 항에 있어서,
50 중량% 이상이 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 직경을 포함하는 필라멘트.
제 1 항에 있어서,
첨가제가 없는 필라멘트.
제 1 항에 있어서,
유도체화가 없는 필라멘트.
제 1 항에 있어서,
필라멘트 길이가 300 내지 350 ㎛인 필라멘트.
제 1 항에 있어서,
80 중량% 이상이 고체인 필라멘트.
제 1 항에 있어서,
95 중량% 이상이 고체인 필라멘트.
350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 필라멘트를 50 중량% 이상 포함하는 건조한 셀룰로스 필라멘트의 필름으로, 물에 분산성인 필름.
제 8 항에 있어서,
10 내지 300 ㎛의 두께 범위를 갖는 필름.
제 8 항에 있어서,
필라멘트가 첨가제 및 유도체화 중 적어도 하나가 없는 필름.
제 8 항에 있어서,
필라멘트 길이가 300 내지 350 ㎛인 필름.
제 8 항에 있어서,
필라멘트가 80 중량% 이상이 고체인 필름.
제 8 항에 있어서,
필라멘트가 95 중량% 이상이 고체인 필름.
셀룰로스 필라멘트의 50 중량% 이상이 350 ㎛ 이하의 필라멘트 길이; 및 100 내지 500 ㎚의 필라멘트 직경을 포함하는 상기 필라멘트의 액체 현탁액을 제공하고,
상기 필라멘트의 90% 이상을 제지기의 성형 섹션상에서 유지시킴
을 포함하는, 상기 셀룰로스 필라멘트의 건조한 필름의 제조 방법.
제 14 항에 있어서,
제지기가 150- 내지 400-메쉬 스크린을 갖는 표준 시트 제조기인 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
필름을 제지기의 압착 섹션에서 압착시켜 압착된 필름을 생성시킴을 또한 포함하는 방법.
제 16 항에 있어서,
압착된 필름을 제지기의 하나 이상의 건조기 섹션에서 건조시켜 건조한 필름을 생성시킴을 또한 포함하는 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
생성된 필름이 물에 재-분산성인 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
생성된 필름이 200 내지 300 ㎛ 이하의 두께 범위를 갖는 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
필름이 80 중량% 이상이 고체인 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
필름이 95 중량% 이상이 고체인 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
필라멘트 길이가 300 내지 350 ㎛인 방법.
제 14 항에 있어서,
제지기가 500 내지 1500 m/min의 속도로 작동하는 방법.