KR20160019470A - 거대조류를 포함하는 층상 티슈 구조체 - Google Patents

거대조류를 포함하는 층상 티슈 구조체 Download PDF

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토마스 제라드 샤넌
제프리 제임스 팀
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 다층 티슈 웹, 및 이를 포함하는 제품을 제공하며, 여기서 웹은 웹의 하나 이상의 층에 선택적으로 포함된 거대조류 섬유를 포함한다. 더욱 구체적으로 본 발명은 웹의 중량 기준 약 0.5 내지 약 5 중량%의 거대조류 섬유를 포함하는 연성 및 내구성이 있는 티슈 웹을 제공하며, 여기서 거대조류 섬유는 웹의 공기 접촉층에 선택적으로 포함된다. 이러한 방식으로 거대조류를 선택적으로 포함시킴으로써 강성에 부정적 영향을 주지 않으면서 웹의 연성 및 내구성을 증가시킨다.

Description

거대조류를 포함하는 층상 티슈 구조체{LAYERED TISSUE STRUCTURES COMPRISING MACROALGAE}
본 발명은 거대조류를 포함하는 층상 티슈 구조체에 관한 것이다.
티슈 제품, 예를 들면 미용 티슈, 종이 타월, 욕실 티슈, 냅킨, 및 기타 유사 제품은 여러 가지 중요한 특성을 포함하도록 디자인된다. 예를 들면, 제품은 양호한 벌크, 부드러운 촉감을 가져야 하고, 양호한 강도 및 내구성을 가져야 한다. 그러나, 불행하게도, 제품의 하나의 특성을 향상시키는 단계들을 수행하면, 제품의 다른 특징이 종종 불리하게 영향을 받는다.
최적의 제품 특성을 달성하기 위해서, 티슈 제품은 통상적으로, 적어도 부분적으로 목질 섬유 및 흔히는 활엽수 및 침엽수 섬유의 블렌드를 함유하는 펄프로부터 형성되어 원하는 특성을 달성한다. 통상적으로, 흔히 티슈 제품의 경우에서와 같이, 표면 연성을 최적화하고자 시도하는 경우, 제지업자는 부분적으로 섬유 길이, 종횡비 및 섬유 세포 벽의 두께에 기초하여 섬유 지료(fiber furnish)를 선택할 것이다. 불행하게도, 연성에 대한 필요성은 내구성에 대한 필요성에 의해 균형이 유지진다. 티슈 제품의 내구성은 인장 강도, 파열 강도 및 인열 강도의 측면에서 정의될 수도 있다. 통상적으로, 인열 강도 및 파열 강도는 인장 강도와 긍정적인 상관관계를 갖지만, 인장 강도, 및 그에 따라 내구성, 및 연성은 반대로 관계된다. 따라서, 제지업자는 연성에 대한 필요성과 내구성에 대한 필요성을 균형을 유지할 필요성에 대해 계속적으로 도전 받게 된다. 불행하게도, 티슈 페이퍼 내구성은 평균 섬유 길이가 감소됨에 따라 일반적으로 감소된다. 따라서, 단순히 펄프 평균 섬유 길이를 감소시키는 것은 제품 연성 및 제품 내구성 간에 바람직하지 않은 균형을 초래할 수 있다.
내구성 이외에, 긴 섬유는 또한 전체 티슈 제품 연성에서 중요한 역할을 한다. 티슈 제품의 표면 연성이 중요한 속성이지만, 티슈 시트의 전체 연성에 있어서 두번째 요소는 강성이다. 강성은 응력 - 변형률 인장 곡선의 인장 기울기로부터 측정될 수 있다. 일반적으로, 인장 기울기의 감소는 결과적으로 강성을 감소시키고, 이는 통상적으로 보다 양호한 전체 연성을 제공한다. 그러나, 주어진 인장 강도 및 기울기에서, 짧은 섬유는 긴 섬유보다 더 큰 강성을 나타낼 것이다. 이론에 얽매이려고 하지 않지만, 이러한 거동은 긴 섬유에서보다 짧은 섬유에서 주어진 인장 강도의 제품을 생성하는 데에 요구되는 수소 결합의 수가 더 많은 것에 기인하는 것으로 여겨진다. 따라서, 북부 침엽수 크라프트(Northern softwood kraft; "NSWK") 섬유에 의해 제공되는 것들과 같은, 쉽게 접힐 수 있는, 낮은 조도(coarseness)의 긴 섬유는 전형적으로, 이들 섬유가 유칼립투스 활엽수 크라프트(Eucalyptus hardwood kraft; "EHWK") 섬유와 같은 활엽수 크라프트 섬유와 조합해서 사용되는 경우에 티슈 제품에서 내구성과 연성의 최선의 조합을 제공한다. NSWK 섬유는 EHWK 섬유보다 더 높은 조도를 갖지만, 이들의 긴 길이와 조합된 내강 직경에 대한 이들의 작은 세포 벽 두께는 이들을 티슈에서 내구성 및 연성을 최적화하기 위한 이상적인 후보물로 만든다.
불행하게도, NSWK의 공급은 경제적으로 그리고 환경적으로 모두 상당한 압박 하에 있다. 이와 같이, NSWK의 가격이 상당히 증가되어 있어, 티슈 제품에서 연성 및 강도를 최적화하기 위한 대안을 찾을 필요성이 생긴다. 침엽수 섬유의 다른 타입은, 기저귀, 여성용 위생 흡수 제품 및 실금 제품과 같은 플러프 펄프 함유 흡수 제품에서 광범위하게 사용되는 남부 침엽수 크라프트(Southern softwood kraft; "SSWK")이다. 불행하게도, SSWK 섬유는 NSWK와 동일한 공급 및 환경적 압박 하에 있지는 않지만, 일반적으로 연성 티슈 제품 제조에 극히 적합하지 않다. SSWK 섬유는 긴 섬유 길이를 갖지만, 지나치게 넓은 세포 벽 폭 및 지나치게 좁은 내강 직경을 갖고, 따라서 NSWK보다 더 뻣뻣하고 더 거친 촉감의 제품을 만든다.
일반적으로 평균 섬유 특성에 대해 불량한 것으로 간주되는 섬유 블렌드로부터 섬유 길이와 조도의 바람직한 조합을 갖는 펄프를 얻을 수 있는 티슈 제지업자는 상당한 비용 절감 및/또는 제품 개선을 달성할 수 있다. 예를 들면, 제지업자는, 보다 높은 강도를 수반하는 통상적인 연성 열화를 초래하지 않으면서도 우수한 강도의 티슈 페이퍼를 제조하기를 원할 수 있다. 대안적으로, 제지업자는, 표면 섬유의 보다 큰 결합을 수반하는 통상적인 연성 감소를 겪지 않으면서 유리 섬유(free fiber)의 방출을 감소시키는 보다 높은 종이 표면 결합도를 원할 수 있다. 이와 같이, 현재 연성과 같은 다른 중요한 특성에 부정적 영향을 주지 않으면서 내구성을 향상시키는 섬유로부터 형성된 티슈 제품에 대한 필요성이 존재한다.
침엽수 크라프트 펄프 섬유 외에는, 연성에 부정적 영향을 주지 않으면서 강도를 제공하는 만족스런 섬유를 찾는 경우에 제지업자에게 존재하는 선택권이 거의 없다. 따라서, 만족스런 강도를 유지하면서 연성을 전달할 수도 있는 대안적인 제지 섬유에 대한 필요성이 존재한다.
거대조류 섬유는 비교적 짧은 평균 섬유 길이 및 높은 종횡비를 가짐에도 불구하고, 티슈 웹, 특히 본원에서 다층 웹의 비-직물(non-fabric) 접촉면이라고도 지칭되는 공기 접촉면 내에 포함될 수 있음이 현재 발견되었다. 이러한 방식으로 거대조류 섬유를 선택적으로 포함시킴으로써 강성의 상당한 증가 없이 개선된 강도를 갖는 웹을 수득한다. 놀랍게도, 이들 특성은 거대조류 섬유가 비교적 적당한 양, 예를 들면 웹의 중량 기준 약 5 중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 3 중량% 미만, 예를 들면 약 0.5 내지 약 3중량%으로 목질 섬유를 대체하는 경우와, 웹의 직물 접촉층이 거대조류 섬유를 실질적으로 갖지 않는 경우에 특히 두드러진다.
따라서, 소정의 실시예들에서, 본 발명은 직물 접촉 섬유층 및 비-직물 접촉 섬유층을 포함하는 다층 티슈 웹을 제공하며, 여기서 직물 접촉 섬유층은 근본적으로 통상의 제지 섬유로 이루어지고, 비-직물 접촉 섬유층은 거대조류 섬유 및 통상의 제지 섬유의 블렌드를 포함한다. 바람직하게는, 직물 접촉층은 실질적으로 거대조류 섬유를 갖지 않고, 티슈 웹은 약 0.5 내지 약 5 중량%의 거대조류 섬유를 포함한다. 특히 바람직한 실시예에서, 직물 접촉 섬유층은 활엽수 크라프트 섬유를 포함하고, 비-직물 접촉 섬유층은 거대조류 및 침엽수 크라프트 섬유를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 직물 접촉 섬유층 및 비-직물 접촉 섬유층을 포함하는 다층 티슈 웹을 제공하며, 여기서 직물 접촉 섬유층은 실질적으로 거대조류 섬유를 갖지 않고, 비-직물 접촉 섬유층은 약 0.5 내지 약 5 중량%의 웹 거대조류 섬유를 포함하고, 상기 티슈 웹은 약 35gsm 초과의 평량(basis weight), 적어도 약 800g/3”의 기하 평균 인장 및 약 6kgf 미만의 기하 평균 기울기를 갖는다.
또 다른 실시예들에서, 본 발명은 거대조류 티슈 웹을 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 약 1 내지 약 30 중량%의 거대조류를 포함하는 건조 랩 펄프를 분산시켜서 제1 섬유 슬러리를 형성하는 단계, 통상의 제지용 펄프를 분산시켜서 제2 섬유 슬러리를 형성하는 단계, 제2 섬유 슬러리를 성형 직물 상에 피착하는 단계, 제2 섬유 슬러리에 인접하게 제1 섬유 슬러리를 피착하여 습식 웹을 형성하는 단계; 습식 웹을 약 20 내지 약 30%의 점조도(consistency)로 탈수시키는 단계, 및 습식 웹을 약 90% 초과의 점조도로 건조시켜 거대조류 티슈 웹을 형성하는 단계를 포함한다.
정의
본원에서 사용하는 바와 같이, "거대조류 섬유(macroalgae fiber)"는 예를 들어 겔리디움 엘레간스 (Gelidium elegance), 겔리디움 코르늄 ( Gelidiumcorneum ), 겔리디움 아만시 ( Gelidiumamansii ), 겔리디움 로버스텀(Gelidiumrobustum), 겔리디움 칠렌스 ( Gelidiumchilense ), 그라셀라리아 베루코사 ( Gracelaria verrucosa), 유체우마 코토니 ( Eucheuma Cottonii ), 유체우마 스피노섬 ( Eucheuma Spinosum ), 또는 벨루둘 (Beludul) 같은 홍조류, 또는 예를 들어 프테로클라디아 카필라세아 ( Pterocladia capillacea ), 프테로클라디아 루시아( Pterocladia lucia), 라미나리아 자포니카( Laminaria japonica), 레소니아 니그레센스 (Lessonia nigrescens ) 같은 갈조류에서 유래되는 임의의 셀룰로오스 섬유상 물질을 가리킨다. 거대조류 섬유는, 일반적으로, 적어도 약 80의 종횡비(평균 섬유 폭에 의해 나누어지는 평균 섬유 길이로서 측정됨)를 갖는다.
본원에서 사용하는 바와 같이, "홍조류 섬유"는, 홍조 식물(Rhodophyta)로부터 유래되는 임의의 셀룰로오스 섬유상 물질을 가리킨다. 특히 바람직한 홍조류 섬유로는, 겔리디움 아만시 ( Gelidiumamansii ), 겔리디움 코르늄 ( Gelidiumcorneum ), 겔리디움 애스페룸 ( Gelidiumasperum ), 겔리디움 칠렌스 (Gelidiumchilense), 및 겔리디움 로버스텀(Gelidiumrobustum)으로부터 유래되는 셀룰로오스 섬유상 물질이 있다. 홍조류 섬유는, 일반적으로, (평균 섬유 폭에 의해 나누어지는 평균 섬유 길이로서 측정된) 적어도 약 80의 종횡비를 갖는다.
본원에서 사용되는 용어 "기하 평균 인장"(GMT)은 웹의 MD 인장 강도 및 CD 인장 강도의 제품의 제곱근을 의미하는데, 시험 방법 섹션에서 설명된 바와 같이 측정된다.
본원에서 사용되는 용어 "기울기"는 인장 대 신축성을 구성해서 얻어지는 기울기 선을 의미하고, 시험 방법 섹션에서 기술된 바와 같이 인장 강도를 결정하는 과정에서 MTS TestWorks™의 산출물이다. 기울기는, 샘플 폭(인치)의 단위당 그램(g)의 단위로 보고되며, 시편 폭에 의해 나누어진 70 내지 157grams의 시편 발생력(0.687 내지 1.540N) 내에 속하는 부하 보정된 변형점들(load-corrected strain points)에 맞춰진 최소 자승 선의 구배로서 측정된다. 기울기는, 일반적으로, 본원에서 3인치 샘플 폭당 그램 단위 즉 g/3”를 갖는 것으로서 보고된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “기하 평균 기울기”(GM Slope)는 일반적으로 기계 방향 기울기와 교차 기계 방향 기울기의 곱의 제곱근을 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이 "기계 방향 내구성"은 일반적으로 웹의 결함에 의해 개시된 균열 진전에 저항할 수 있는 웹의 능력을 의미하고 MD 인장 지수 (MD 인장 강도를 평량으로 나누어 계산) 및 MD 식축성(시험 방법 섹션에서 기술된 바와 같이 인장 강도를 결정하는 과정에서 MTS TestWorks™의 산출됨)으로부터 하기 식에 따라 산출된다:
Figure pct00001
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “강성 지수”는, (g/3” 단위를 갖는) 기하 평균 인장 강도로 나누고 1,000을 곱한 (kgf 단위를 갖는) 기하 평균 기울기의 몫을 가리킨다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "평균 섬유 길이"는 핀란드 카자니의 Kajaani Oy Electronics에서 입수가능한, Kajaani 섬유 분석기 모델 번호 FS-100을 사용하여 결정된 섬유의 길이 가중 평균 길이를 의미한다. 시험 절차에 따라, 펄프 샘플은 냉침액으로 처리해서 아무런 섬유 다발 또는 조각(shive)이 존재하지 않도록 보장한다. 각 펄프 샘플은 뜨거운 물에 붕해시키고 대략 0.001% 용액에 희석한다. 표준 Kajaani 섬유 분석 시험 절차를 이용하여 시험할 때 개별적인 시험 샘플들을 희석 용액에서 약 50 내지 100ml 부분으로 뽑아낸다. 가중 평균 섬유 길이는 하기 식으로 표현될 수도 있다:
Figure pct00002
여기서 k = 최대 섬유 길이
xi = 섬유 길이
ni = 길이 xi인 섬유의 수
n = 측정한 섬유의 총 수.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “캘리퍼(caliper)”는 EMVECO 200-A Microgage 자동화 마이크로미터(미국 오리건주 뉴버그의 EMVECO, Inc.)를 사용하여 TAPPI 시험 방법 T402에 따라 측정된 단일 시트의 대표 두께이다(2겹 이상을 포함하는 티슈 제품들의 캘리퍼가 모든 겹을 포함하는 티슈 제품의 단일 시트의 두께임). 상기 마이크로미터는 2.22인치(56.4mm)의 모루(anvil) 직경 및 제곱인치 당(6.45cm2 당) 132그램(2.0kPa)의 모루 압력을 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “평량”은 일반적으로 티슈의 단위 면적 당 완전 건조 중량(bone dry weight)을 지칭하며, 일반적으로 gsm(제곱미터 당 그램)으로 표현된다. 평량은 TAPPI 시험 방법 T-220을 사용하여 측정된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “시트 벌크”는 gsm으로 표현되는 건조 평량으로 나눈, μm로 표현되는 시트 캘리퍼의 몫을 의미한다. 얻어진 시트 벌크는 cm3/g로 표현된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "티슈 제품"은 일반적으로 다양한 종이 제품, 예컨대 미용 티슈, 욕실 티슈, 종이 타월, 냅킨 등을 지칭한다. 일반적으로, 본 발명의 티슈 제품의 평량(basis weight)은 약 80gsm 미만, 일부 실시예에서는 약 60gsm 미만, 및 일부 실시예에서는 약 10 내지 약 60gsm이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “층”은, 한 겹 내의 복수의 섬유, 화학적 처리물 등의 층을 가리킨다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “층상 티슈 웹”, “다층 티슈 웹”, “다층 웹”, 및 “다층 종이 시트”는, 일반적으로, 바람직하게는 서로 다른 섬유 유형들로 이루어진 수성 제지 지료(furnish)의 두 개 이상의 층으로부터 준비된 종이의 시트를 가리킨다. 층들은, 바람직하게는, 하나 이상의 무한한 소공 스크린(endless foraminous screen) 상에서의 희석 섬유 슬러리의 별도의 스트림의 피착으로부터 형성된다. 개별적인 층들이 초기에 별도의 소공 스크린들 상에 형성되면, 층들은 후속하여 (습윤 상태에서) 결합되어 층상 복합 웹을 형성하게 된다.
“겹(ply)”이라는 용어는 개별적인 제품 요소를 가리킨다. 개별적인 겹들은 서로 병치 관계로 배열될 수 있다. 이 용어는, 여러 겹 미용 티슈, 욕실 티슈, 종이 타월, 닦개, 또는 냅킨 등에서의 복수의 웹형 구성요소(web-like component)를 가리킬 수 있다.
일반적으로, 본 발명은 통상의 제지 섬유 및 거대조류 섬유를 포함하는 티슈 웹 및 이로부터 제조되는 제품에 관한 것이다. 티슈 웹 내의 통상의 제지 섬유, 보다 구체적으로 다층 티슈 구조체의 비-직물 접촉층 내에 배치된 통상의 섬유 중 일부를 거대조류 섬유로 대체함으로써, 연성을 희생시키지 않으면서 더욱 강하고 더욱 내구성 있는 웹이 제조될 수 있음이 발견되었다.
거대조류 섬유, 보다 구체적으로 비-직물 접촉층 내의 통상의 섬유를 대체하는 거대조류 섬유가 부드럽고, 강한 티슈 웹을 형성하는 데에 사용될 수 있다는 것의 발견은 비교적 짧은 길이의 거대조류 섬유 및 이들의 높은 종횡비를 고려하면 특히 놀라운 것이다. 표 1은 세가지 상이한 섬유 - 활엽수, 침엽수 및 거대조류의 섬유 특성을 비교한 것이다.
섬유 타입 평균 섬유 길이 (mm) 평균 섬유 폭 (μm) 섬유 길이: 섬유 폭
G. 아만시 (G. amansii) 0.7 5 140
NSWK 펄프 섬유 2.18 27.6 79
EHWK 펄프 섬유 0.76 19.1 40
거대조류 펄프 섬유의 경우, 길이 및 폭 양쪽 모두가 종에 따라 다르지만, 길이 대 폭의 비율(통상적으로 “종횡비”라고 지칭됨)은 일반적으로 약 120과 약 250 사이에서 변한다. 일반적으로, 거대조류 섬유에 대한 평균 섬유 길이는 약 0.3 내지 약 1.0mm 범위인 한편, 섬유 폭은 약 3 내지 약 7μm 에서 변한다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 거대조류 섬유는 일반적으로 EHWK 및 NSWK 섬유 양쪽 모두보다 일반적으로 더 짧지만, 상당히 큰 종횡비를 갖는다.
거대조류 섬유는 높은 종횡비 및 짧은 평균 섬유 길이를 갖는 경향이 있음에도 불구하고, 티슈 웹 내의 통상의 제지 섬유에 대한 만족스런 대체물일 수 있음이 놀랍게도 이제 발견되었다. 특히, 거대조류 섬유를 다층 티슈 구조체의 비-직물 접촉층 내에 선택적으로 포함시키는 것은 강성에 부정적 영향을 주지 않으면서 실제로 인장 강도를 증가시키는 것이 발견되었다. 실제로, 소정의 예들에서, 인장 증가는 약간만의 기하 평균 탄성률 증가에 의해 수반되어 웹이 보다 낮은 강성 지수를 갖게 할 수 있다. 이전에는, 거대조류 섬유가 긴 섬유 부분의 일부분, 보다 구체적으로 3층 웹의 중간층 내에 배치된 긴 섬유를 대체하는 데에 사용된 경우에 가장 큰 이점이 달성된다고 여겨졌다. 그러나, 인장 및 강성에 대한 유익한 효과는, 거대조류가 이하의 표에 나타낸 바와 같이 다층 웹의 비-직물 접촉층 내의 통상의 제지 섬유를 대체하는 경우에 특히 두드러지는 것이 이제 발견되었다.
거대조류 (중량%) 평량 (gsm) GMT (g/3") MD 인장 지수 GM 기울기 (kgf) 강성 지수 MD 내구성 지수
대조군 0 33.9 605 23.6 5.52 9.12 9.03
공기층 4.5 34.1 873 35.9 6.93 7.94 11.40
직물층 4.5 34.5 711 31.3 6.97 9.80 10.57
델타
GMT		 델타
강성 지수		 델타
MD 내구성 지수
공기층 44% -13% 26%
직물층 18% 7% 17%
거대조류 섬유는 바람직하게는 홍조 식물 부류로부터의 조류로부터 유래된다. 보다 바람직하게는, 거대조류 섬유는 세포 벽으로부터 하이드로콜로이드, 보다 바람직하게는 아가(agar)를 제거하는 처리를 받은 것이다. 예를 들면, 거대조류 섬유는 세포 벽 성분으로서의 헤테로폴리사카라이드(heteropolysaccharides)를 뜨거운 물로 추출한 후, 동결, 용융 및 건조시킴으로써 처리될 수 있다. 보다 바람직하게는, 거대조류 섬유는 미국 특허 제7,622,019호에 개시된 것들과 같은 당 기술분야에 공지된 펄프화 방법을 사용하여 제조되며, 이 특허의 개시내용은 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에서 포함된다. 특정 추출 방법에 상관 없이, 소정의 실시예들에서는, 거대조류 섬유를, 생성된 섬유가 섬유의 약 5 중량% 미만, 보다 바람직하게는 섬유의 약 3중량% 미만, 보다 더 바람직하게는 섬유의 약 2중량% 미만의 아가 함량을 갖도록 처리하는 것이 바람직할 수 있다.
소정의 실시예들에서, 펄프화된 거대조류 섬유는 표백 처리될 수 있다. 예를 들면, 펄프화된 거대조류 섬유는 제1 단계에서 이산화염소를 사용하고 제2 단계에서 과산화수소를 사용하는 2단계의 표백 처리를 받는다. 제1 단계에서는, 물질의 5 건조 중량%의 활성 이산화염소가 pH 3.5 및 80℃에서 약 60분 동안 섬유를 표백하는 데에 사용될 수 있다. 제2 단계에서는, 물질의 5 건조 중량%의 활성 과산화수소가 pH 12 및 80℃에서 약 60분 동안 섬유를 표백하는 데에 사용될 수 있다.
거대조류 섬유는 바람직하게는 약 300μm 초과, 예를 들면 약 300 내지 약 1000μm, 보다 바람직하게는 약 300 내지 약 700μm의 평균 섬유 길이를 갖는다. 거대조류 섬유는 바람직하게는 약 3μm 초과, 예를 들면 약 3 내지 약 10μm, 보다 바람직하게는 약 5 내지 약 7μm의 폭을 갖는다. 따라서, 거대조류 섬유는 약 80 초과, 예를 들면 약 100 내지 약 400, 보다 바람직하게는 약 150 내지 약 350의 종횡비를 갖는 것이 바람직하다.
거대조류 펄프 섬유는 건조 또는 습식 랩(lap) 펄프로서 사용될 수 있다. 거대조류가 건조 랩(약 50% 미만, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 15%의 수분 함량을 갖는 펄프)으로서 사용되는 실시예들에서는, 이를 통상의 제지 섬유와 공동 처리하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 펄프화된 거대조류 섬유를 통상의 제지 섬유와 함께 처리하기 전에 건조시키지 않는다.
특히 바람직한 실시예들에서, 거대조류 섬유는, 적어도 약 150gsm의 평량 및 약 30% 미만, 보다 바람직하게는 약 20% 미만, 예를 들면 약 1 내지 약 10%의 수분 함량을 갖는 섬유상 웹의 건조 랩 펄프로서 제공된다. 거대조류 펄프는, 이 펄프가 약 30 중량% 미만의 거대조류 섬유를 포함하도록 거대조류 펄프 섬유 및 통상의 제지 섬유의 블렌드로서 제공되는 것이 바람직하다. 건조 랩 펄프는, 건조된 바 없는 거대조류 섬유를 통상의 제지 섬유와 블렌딩하고, 블렌딩된 섬유로부터 습식 섬유 웹을 형성하고, 그런 다음 섬유 웹을 건조시켜 건조 펄프 시트를 형성함으로써 제조될 수 있다. 생성된 펄프 시트는 놀랍게도, 건조된 거대조류 섬유로부터 형성된 펄프 시트 및 통상의 제지 섬유 단독으로부터 형성된 펄프 시트 양쪽 모두에 비해서 개선된 강도 및 내구성을 갖는다. 또한, 본원에서 설명된 바와 같이 제조된 펄프는 전통적인 처리 장비, 예를 들면 하이드로펄퍼(hydropulper)를 사용하여 용이하게 분산 가능하다.
종 또는 특정 평균 섬유 길이와 상관없이, 본 발명의 티슈 웹은, 웹의 총 중량으로 적어도 약 0.5%, 보다 바람직하게는 적어도 약 1%, 보다 더 바람직하게는 약 2 내지 약 5%의 거대조류를 포함한다. 거대조류를 포함하는 티슈 웹은 블렌딩된 웹이거나 또는 층상 웹일 수도 있다. 웹이 다층인 경우, 이들은, 하나의 층은 거대조류 섬유를 실질적으로 갖지 않지만, 다른 층이 통상의 제지용 및 거대조류 섬유를 포함하도록 층상일 수도 있다. 거대조류 섬유를 실질적으로 갖지 않는 층을 가리킬 때, 그 안에 무시할만한 양의 섬유가 존재할 수 있지만, 이러한 소량은 흔히 인접 층에 적용된 거대조류 섬유로부터 유래되는 것이며, 통상적으로 웹의 연성 또는 다른 물리적 특징에 실질적으로 영향을 주지 않음을 이해해야 한다.
종래의 제지 섬유들은, 크라프트 펄프, 아황산염 펄프, 열기계적 펄프 등의 다양한 펄핑 공정에 의해 형성된 목재 펄프 섬유들을 포함할 수 있다. 또한, 목재 섬유들은, 임의의 고-평균 섬유 길이 목재 펄프, 저-평균 섬유 길이 목재 펄프, 또는 이들의 혼합물일 수도 있다. 적절한 고-평균 길이 목재 펄프 섬유들의 일례는, 북부 침엽수(northern softwood), 남부 침엽수(northern softwood), 삼목(red wood), 연필 향나무(red cedar), 솔송나무(hemlock), 소나무(예를 들어, 남부 소나무), 가문비나무(예를 들어, 검은 가문비나무), 이들의 조합 등의 침엽수 섬유들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 적절한 저-평균 길이 목재 펄프 섬유들의 일례는, 유칼립투스, 단풍나무, 자작나무, 사시나무 등의 활엽수 섬유들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 경우에, 유칼립투스 섬유들은 웹의 연성을 증가시키는 데 특히 바람직할 수 있다. 유칼립투스 섬유는 또한 웹의 위킹(wicking) 능력을 증가시키기 위하여 웹의 명도를 증강시키고, 불투명도(opacity)를 증가시키며, 기공 구조를 변화시킬 수 있다. 또한, 필요하다면, 재활용된 물질로부터 얻은 이차 섬유들을 사용할 수 있는데, 예를 들어, 신문 인쇄용지, 재생 판지, 사무용지 폐기물 등의 소스들로부터의 섬유 펄프를 사용할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 거대조류 섬유는 저-평균 섬유 길이 목재 섬유, 예컨대 활엽수 섬유 그리고 더욱 구체적으로 유칼립투스 크라프트 섬유를 대체하도록 티슈 웹에서 사용된다. 구체적인 일 실시예에서, 거대조류 섬유는 공기 접촉층(비-직물 접촉층)과 직물 접촉층 사이에 배치된 중간층을 갖는 다층 웹에 포함되며, 이때 공기 접촉층은 활엽수 섬유와 거대조류 섬유의 블렌드를 포함하고, 중간층은 침엽수를 포함하고 직물 접촉층은 활엽수 섬유를 포함하고 실질적으로 거대조류 섬유가 없다. 이러한 실시예들에서, 거대조류 섬유는, 전체 웹이 웹 총 중량 기준, 약 0.5%, 예컨대, 약 1 내지 약 5%, 더욱 바람직하게는, 약 2 내지 약 3%의 거대조류 섬유를 포함하도록, 공기 접촉층에 첨가될 수 있다.
웹 내부의 거대조류의 양 뿐만 아니라 임의의 주어진 층에서의 양을 가변시키는 것에 더하여, 웹의 물성은 거대조류 섬유의 포함을 위해 특정 층 또는 층들을 구체적으로 선택함으로써 가변될 수도 있다. 최대 인장 증가는 다층 웹에 거대조류 섬유를 선택적으로 포함해서 거대조류를 포함하는 층이 웹의 성형 도중에 성형 직물과 접촉하지 않게 됨으로써 달성되는 것을 이제 발견하였다.
특히 바람직한 실시 예에서, 본 발명은, 상응하는 강성 증가없이 향상된 인장 강도를 갖는 티슈 웹을 제공하며, 이때 상기 다층 티슈 웹은 직물 및 비-직물 접촉층을 포함하고, 여기서 직물 접촉 섬유층은 종래의 제지 섬유를 포함하고 실질적으로 거대조류 섬유가 없고, 비-직물 접촉 섬유층은 종래의 제지 섬유 및 거대조류 섬유를 포함한다. 바람직하게는, 상기 웹은 약 500g/3” 초과, 예컨대 약 500 내지 약 1500g/3”, 더욱 바람직하게는 약 700 내지 약 1200g/3”의 GMT 강도를 가지면서, 약 10.0 미만, 더욱 바람직하게는 약 9.0 미만, 예컨대 약 7.0 내지 약 10.0의 강성 지수를 갖는다.
또 다른 실시예들에서, 본 발명은 향상된 벌크, 연성 및 내구성을 갖는 티슈 웹을 제공한다. 개선된 지속성, 예를 들면 증가된 기계 및 교차 기계방향 신축성(MDS 및 CDS), 및 개선된 유연도가 인장 변형 곡선(tensile-strain curve)의 기울기 또는 강성 지수의 감소로서 측정될 수 있다. 예를 들면, 본원에서 설명된 바와 같이 제조된 티슈 웹은 일반적으로 약 9.0kgf 미만, 예컨대 약 6.0 내지 약 9.0kgf, 더욱 바람직하게는 약 6.5 내지 약 7.5kgf의 GM 기울기를 갖는다. GM 기울기는 약 700 내지 약 1500g/3”의 GMT 강도에서 달성되면서, 약 7.0 내지 약 10.0의 강성 지수를 나타낸다.
유사하게, 웹은 약 12% 초과, 더욱 바람직하게는 약 15% 초과, 예컨대 약 15 내지 약 20%의 MD 신축성을 가지면서, 약 10.0 초과, 예컨대 약 10.0 내지 약 12.0, 더욱 바람직하게는 약 10.5 내지 약 11.5의 기계방향 내구성을 나타낸다.
본원에서 설명되는 바와 같이 제조된 웹들은 선행기술 이상의 개선된 특성들을 갖는 한 겹 또는 여러 겹 롤형 티슈 제품들로 변환될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명은 나선형으로 감긴 적어도 2층 티슈 웹을 포함하는 롤형 티슈 제품을 제공하고, 여기서 공기 접촉층은 웹 중량 기준 약 5% 미만, 예컨대, 약 0.5 내지 약 4%의 거대조류를 포함하고, 여기서 티슈 웹은 약 35gsm 초과의 완전 건조 평량, 약 15cc/g 초과의 시트 벌크 및 약 9.0 미만의 강성 지수를 갖는다.
또한 티슈 웹은 한 겹이거나 여러 겹일 수 있는 티슈 제품 내에 포함될 수 있고, 겹들 중 하나 이상은, 다층 티슈 웹의 층들 중 하나의 층에 거대조류 섬유가 선택적으로 포함되어 있는 다층 티슈 웹에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서 티슈 제품은 거대조류 섬유가 사용시 사용자의 피부와 접촉하게 되도록 구성된다. 예를 들면, 티슈 제품은 2개의 다층 통기 건조 웹을 포함할 수도 있으며 여기서 각각의 웹은 거대조류가 실질적으로 없는 직물 접촉 섬유층과 거대조류를 포함하는 비-직물 접촉 섬유층을 포함한다. 상기 웹들은 티슈 제품의 외부 표면이 각각의 웹의 직물 접촉 섬유층으로 형성되도록 함께 겹쳐져서, 사용시 사용자의 피부와 접촉하게 된 표면이 거대조류 섬유를 포함하게 된다.
원하는 경우, 다양한 화학 조성물이 다층 티슈 웹의 하나 이상의 층에 적용되어서 연성을 강화하고 그리고/또는 보풀 또는 슬라우(slough) 생성을 더욱 감소할 수도 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 습식 조강제가 사용되어서 습윤시 티슈 제품의 강도를 더욱 증가시킬 수 있다. 본원에서 사용되는, “습식 조강제”는 펄프 섬유에 첨가되는 경우 약 0.1을 초과하는, 습식 기하 인장 강도 대 건식 기하 인장 강도의 비율을 생성된 웹 또는 시트에 제공할 수 있는 임의의 물질이다. 일반적으로 이 물질들은 “영구” 습식 조강제 또는 “임시” 습식 조강제라고 명명된다. 본 기술분야에서 주지된 것과 같이, 임시 및 영구 습식 조강제는 또한 때때로 건식 조강제로서 작용해서 건조시 티슈 제품의 강도를 강화시킬 수도 있다.
습식 조강제는 원하는 웹 특징에 따라 다양한 양으로 적용될 수도 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 첨가된 습식 조강제의 총량은 섬유상 물질의 건조 중량의 약 1 내지 약 60lb/T(파운드/톤), 일부 실시예에서 약 5 내지 약 30lb/T, 일부 실시예에서 약 7 내지 약 13lb/T일 수 있다. 습식 조강제는 다층 티슈 웹의 임의의 층 속에 포함될 수 있다.
또한 화학적 탈결합제가 첨가되어서 상기 웹을 연화시킬 수 있다. 구체적으로, 화학적 탈결합제는 웹의 하나 이상의 층 속의 수소결합의 양을 감소시켜서, 더욱 연성인 제품을 생성할 수 있다. 생성된 티슈 제품의 원하는 특징에 따라서, 탈결합제는 다양한 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 탈결합제는 섬유상 물질의 건조 중량의 약 1 내지 약 30lb/T, 일부 실시예에서 약 3 내지 약 20lb/T, 일부 실시예에서 약 6 내지 약 15lb/T의 양으로 적용될 수 있다. 탈결합제는 다층 티슈 웹의 임의의 층 속에 포함될 수 있다.
수소결합을 파괴함으로써 웹의 부드러운 느낌을 강화시킬 수 있는 임의의 물질은 일반적으로 본 발명에서 탈결합제로서 사용될 수 있다. 특히, 상기 언급한 바와 같이, 탈결합제는 통상적으로 펄프에 존재하는 음이온기와 정전 결합을 형성하기 위한 양이온 전하를 보유하는 것이 바람직하다. 적합한 양이온성 탈결합제의 몇몇 예는 사차 암모늄 화합물, 이미다졸리늄 화합물, 비스-이미다졸리늄 화합물, 이중 사차 암모늄 화합물, 다중 사차 암모늄 화합물, 에스테르기 사차 암모늄 화합물(예, 사차화된 지방산 트리알카놀아민 에스테르염), 인지질 유도체, 폴리디메틸실록산 및 관련 양이온 및 비이온성 실리콘 화합물, 지방산 및 카르복실산 유도체, 모노 및 폴리사카라이드 유도체, 폴리하이드록시 탄화수소 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 적합한 탈결합제는 미국특허번호 5,716,498, 5,730,839, 6,211,139, 5,543,067, 및 WO/0021918에 기재되어 있으며, 이들 전부 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에서 원용된다.
또 다른 적합한 탈결합제는 미국특허번호 5,529,665 및 5,558,873에 기재되어 있으며, 이들 전부 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에서 원용된다. 특히, 미국특허번호 5,529,665는 연화제로서 양이온 실리콘 조성물의 용도를 개시하고 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 티슈 제품들은 일반적으로 당 기술분야에서 알려진 다양한 제지 공정 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 티슈 웹은 통기 건조에 의해 형성되고 크레이프될 수도 있고 또는 언크레이프될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 제지 공정은, 접착 크레이프, 습식 크레이프, 이중 크레이프, 엠보싱, 습윤가압(wet pressing), 공기 가압(air pressing), 통기성 건조, 크레이프된 통기 건조, 언크레이프된 통기 건조, 및 페이퍼 웹 형성의 기타 단계들을 이용할 수 있다. 이러한 기술들 중 일부 예들은, 미국 특허 제5,048,589호, 제5,399,412호, 제5,129,988호, 및 제5,494,554호에 개시되어 있으며, 이들 참조 문헌 모두는 본 발명과 부합되는 식으로 본원에서 참고로 원용된다. 여러 겹 티슈 제품들을 형성할 때, 개별 겹들이 동일한 공정 또는 원하는 대로 상이한 공정들로 만들어질 수 있다.
예를 들면, 일 실시예에서, 티슈 웹은 당 업계에 공지된 공정을 사용하여 형성된 크레이프된 통기 건조 웹일 수도 있다. 이러한 웹을 형성하기 위해, 롤에 의해 적절하게 지지되고 구동되는, 무한 주행하는 성형 직물은, 상기 헤드박스에서 발행중인 다층 제지 원료를 수신한다. 진공 박스는 상기 성형 직물 아래에 배치되고 섬유 지료로부터 물을 제거해서 웹 형성을 원조하는 데에 적합하다. 상기 성형 직물로부터, 형성된 웹은 와이어 혹은 펠트 중 하나일 수 있는 제2 직물에 이송된다. 상기 직물은 복수의 가이드 롤에 의한 연속식 경로 주위로 움직이기 위해 지지된다. 직물 간 웹의 전달을 촉진하기 위해 고안된 픽업 롤이 웹을 전달하는 데에 포함될 수도 있다.
바람직하게 상기 형성된 웹은 양키 건조기 같은 회전 가능한 가열식 건조기 드럼의 표면에 전달되어 건조된다. 상기 웹은 통기 건조 직물로부터 직접 상기 양키로 전달될 수도 있고, 또는 바람직하게는 이어서 상기 웹을 상기 양키 건조기로 전달하는 데 사용되는 인상 직물(impression fabric)로 전달될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 상기 크레이프 조성물은 상기 웹이 상기 직물에 주행하는 동안 상기 티슈 웹에 국소적으로 적용될 수도 있고, 혹은 상기 티슈 웹의 일측 상에 전달하기 위한 상기 건조기 드럼의 표면에 적용될 수도 있다. 이와 같이, 상기 크레이프 조성물은 상기 건조기 드럼에 상기 티슈 웹을 부착하기 위해 사용된다. 본 실시예에서는, 상기 웹이 상기 건조기 표면의 회전 경로의 일부분을 통해 운반될 때, 상기 웹 속에 함유된 대부분의 수분이 증발되게 하는 열이 웹에 부여된다. 그런 다음 상기 웹은 크레이프 블레이드에 의해 상기 건조기 드럼으로부터 제거된다. 상기 크레이프 웹은, 그것이 형성됨에 따라, 상기 웹 내의 내부 결합을 더욱 감소시키고 연성을 증가시킨다. 한편, 크레이프 중에 상기 웹에 상기 크레이프 조성물을 적용해서, 상기 웹의 강도를 증가시킬 수도 있다.
또 다른 실시예에서 상기 형성된 웹은 양키 건조기일 수도 있는 회전 가능한 가열식 건조기 드럼의 표면으로 전달된다. 가압 롤은, 일 실시예에서, 흡입 압력 롤을 포함할 수도 있다. 상기 건조기 드럼의 표면에 상기 웹을 부착하기 위해서, 크레이프 접착제가 분무 장치에 의해 상기 건조기 드럼의 표면에 도포될 수도 있다. 상기 분무 장치는 본 발명에 따라 제조된 크레이프 조성물을 방출할 수도 있고, 혹은 종래의 크레이프 접착제를 방출할 수도 있다. 상기 웹은 상기 건조기 드럼의 표면에 부착되고 나서 상기 크레이프 블레이드를 사용하여 상기 드럼으로부터 크레이프된다. 원하는 경우, 상기 건조기 드럼은 후드와 연결될 수도 있다. 상기 후드는 공기를 강제로 상기 웹에 맞서거나 통과시키는데 사용될 수도 있다.
다른 실시예들에서, 일단 상기 건조기 드럼으로부터 크레이프되면, 상기 웹은 제2 건조기 드럼에 부착될 수도 있다. 상기 제2 건조기 드럼은 예를 들어, 후드로 둘러싸인 가열된 드럼을 포함할 수도 있다. 상기 드럼은 약 25 내지 약 200°C, 예컨대 약 100 내지 약 150°C로 가열될 수도 있다.
상기 웹을 상기 제2 건조기 드럼에 부착하기 위해서, 제2 분무 장치가 상기 건조기 드럼의 표면 상에 접착제를 방출할 수도 있다. 본 발명에 따라, 예를 들어, 상기 제2 분무 장치는 상술한 바와 같은 크레이프 조성물을 방출할 수도 있다. 상기 크레이프 조성물은 상기 티슈 웹을 상기 건조기 드럼에 부착시키는 것을 원조할 뿐만 아니라, 상기 웹이 상기 크레이프 블레이드에 의해서 건조기 드럼에서 크레이프되는 동안 상기 웹의 표면에 이송된다.
일단 상기 제2 건조기 드럼으로부터 크레이프되면, 상기 웹은 선택적으로, 냉각 릴 드럼 주위로 송급되고 릴에 권취되기 전에 냉각될 수도 있다.
예를 들면, 일단 섬유상 웹이 성형되고 건조되면, 일 측면에서, 상기 크레이프 조성물은 상기 웹의 적어도 일측에 적용될 수도 있고, 그런 다음 상기 웹의 적어도 일측은 크레이프될 수도 있다. 일반적으로, 상기 크레이프 조성물은 상기 웹의 오직 일측에만 적용될 수도 있으며, 상기 크레이프 조성물은 상기 웹의 양측 모두에 적용될 수도 있고, 상기 웹의 오직 일측만 크레이프되거나, 또는 상기 크레이프 조성물은 상기 웹의 각 측에 적용될 수도 있고 상기 웹의 각 측이 크레이프될 수도 있다.
일단 크레이프되면, 상기 티슈 웹은 건조 스테이션을 통해 당겨질 수도 있다. 상기 건조 스테이션은 임의의 형태의 가열 유닛, 예컨대 적외선 열, 마이크로파 에너지, 열풍 등으로 가동되는 오븐을 포함할 수 있다. 건조 스테이션은 상기 웹을 건조시키고 그리고/또는 상기 크레이프 조성물을 경화시키는 일부 적용예들에서 필요할 수도 있다. 하지만, 다른 적용예들에서는 선택되는 크레이프 조성물에 따라서, 건조 스테이션은 필요하지 않을 수도 있다.
다른 실시예들에서, 베이스 웹은 예컨대 미국 특허번호 제5,656,132호 및 제6,017,417호에서 설명하는 것과 같이 언크레이프 통기 건조 공정에 의해 형성되며, 이들은 둘 다 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에서 참고로 원용된다. 언크레이프 통기 건조 공정은, 예컨대 외부 성형 직물 및 내부 성형 직물과 같은 복수의 성형 직물 상에 목재 섬유들의 수용성 현탁액(aqueous suspension)의 지료를 주입 또는 피착하는 제지 헤드박스를 갖는 트윈 와이어 성형기를 포함할 수도 있다. 상기 형성 공정은 제지 산업 분야에서 알려진 임의의 통상적인 형성 공정일 수 있다. 이러한 성형 공정들은, 초지기(Fourdrinier), 흡입 브레스트 롤 성형기(suction breast roll former)들과 같은 루프 성형기, 및 트윈 와이어 성형기 및 크레센트 성형기(crescent former)와 같은 갭 성형기를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
습식 티슈 웹은 내부 성형 직물이 형성 롤에 대하여 회전함에 따라 내부 성형 직물 상에 형성된다. 내부 성형 직물은 습식 티슈 웹이 섬유들의 건조 중량에 기초한 약 10%의 농도로 부분적으로 탈수됨에 따라 공정 하류에 있는 새롭게 형성된 습식 티슈 웹을 지지하고 운반하도록 기능한다. 내부 성형 직물이 습식 티슈 웹을 지지하면서, 습식 티슈 웹의 추가 탈수가 진공 흡입 박스들과 같은 알려진 제지 기술들에 의해 수행될 수 있다. 습식 티슈 웹은 적어도 약 20%, 보다 구체적으로 약 20 내지 약 40% 사이, 및 보다 구체적으로 약 20 내지 약 30%의 농도로 추가로 탈수될 수 있다.
성형 직물은 일반적으로 금속 와이어 또는 고분자 필라멘트와 같은 임의의 적합한 다공성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 일부의 적합한 직물은, Albany International(뉴욕주 올버니)로부터 입수 가능한 Albany 84M 및 94M; Asten Forming Fabrics, Inc.(위스콘신주 애플턴)로부터 모두 입수 가능한 Asten 856, 866, 867, 892, 934, 939, 959, 또는 937; Asten Synweve Design 274; 및 Voith Fabrics(위스콘신주 애플턴)로부터 입수 가능한 Voith 2164를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 그런 다음, 습식 웹은 약 10 내지 약 35% 사이, 및 특히 약 20 내지 약 30% 사이의 고체 농도에서 성형 직물에서 전사 직물(transfer fabric)으로 전달된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, “전사 직물”은 웹 제조 공정의 성형부와 건조부 사이에 위치되는 직물이다.
전사 직물로의 전달은 정압 및/또는 부압의 도움으로 실행될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 진공 슈(vacuum shoe)는 성형 직물 및 전사 직물이 진공 슬롯의 선단 에지에서 동시에 모이고 나눠지도록 부압을 인가할 수 있다. 통상적으로, 진공 슈는 수은(mercury)의 약 10 내지 약 25인치 사이의 레벨로 압력을 공급한다. 상기한 바와 같이, 진공 전사 슈(부압)는 웹의 대향 측면으로부터 정압의 사용으로 보충되거나 대체될 수 있어 웹을 다음 직물 상에 분출한다. 일부 실시예에서, 다른 진공 슈들이 또한 사용될 수 있어 섬유성 웹을 전사 직물의 표면 상에 분출하는 것을 돕는다.
통상적으로, 전사 직물은 성형 직물보다 느린 속도로 주행해서 일반적으로 웹의 교차 기계방향(CD) 또는 기계방향(MD)으로의 웹의 신축성(샘플 파괴에서 신장%로 표현됨)이라고 칭하는, 웹의 MD 및 CD 신축성을 향상시킨다. 예를 들면, 2개의 직물 간의 상대 속도 차는 약 1 내지 약 30%, 일부 실시예들에서는 약 5 내지 약 20%, 일부 실시예들에서는 약 10 내지 약 15%일 수 있다. 이는 일반적으로 “급속 전사(rush transfer)”라고 칭한다. “급속 전사” 동안, 웹의 많은 접합이 파괴될 것으로 여겨지고, 이에 따라 시트를 강제해서 휘게 하고 전사 직물(8)의 표면 상의 오목부들 내에 접철시킨다. 전사 직물(8)의 표면의 윤곽들로의 이러한 몰딩은 웹의 MD 및 CD 신축을 증가시킬 수 있다. 하나의 직물로부터 다른 하나로의 급속 전사는 다음의 특허들, 미국 특허 제5,667,636호, 제5,830,321호, 제4,440,597호, 제4,551,199호, 제4,849,054호 중 어느 하나에 교시된 원리들을 수반할 수 있고, 이들 전부가 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에서 참조로 포함된다. 그런 다음, 습식 티슈 웹이 전사 직물로부터 통기 건조 직물로 전달된다.
통기 건조 직물에 의해 지지되는 동안, 습식 티슈 웹이 통기 건조기에 의해 약 94% 이상의 최종 농도로 건조된다. 건조 공정은 제한, 통기 건조, 적외선 방사, 마이크로파 건조 등을 포함하지만, 이에 한정하지 않고 습식 웹의 두께 또는 벌크를 보존하려는 경향이 있는 비압축식 건조 방법일 수 있다. 상업적 가용성 및 실용성 때문에, 통기 건조가 본 발명의 목적을 위해 웹을 비압축식으로 건조하기 위한 하나의 일반적으로 사용되는 수단이며, 주지되어 있다. 적절한 통기 건조 직물은 이에 한정되지 않지만, 실질적으로 연속적인 기계 방향 리지(ridge)를 갖는 직물을 포함하며, 여기서 상기 리지는 미국특허 제6,998,024호에 개시된 것과 같이, 여러 날실 가닥으로 구성되어 있다. 다른 적절한 통기 건조 직물은 본 발명과 일치하는 방식으로 본원에 원용되어 있는, 미국특허 제7,611,607호에 개시된 것들, 특히 Fred(t1207-77) Jetson(t1207-6)와 Jack(t1207-12)로 표시된 직물을 포함한다. 상기 웹은 바람직하게는 양키 건조기의 표면에 대해 가압되지 않고, 후속 크레이프 없이, 통기 건조 직물에 최종적으로 건조된다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 웹에는 인쇄, 엠보싱, 캘린더가공, 슬릿팅, 접철, 다른 섬유상 구조와 조합 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 후가공이 실시될 수도 있다.
시험 방법
인장
JDC Precision Sample Cutter(미국 펜실베니아주 필라델피아의 Thwing-Albert Instrument Company, Model No. JDC 3-10, Ser. No. 37333)를 사용하여, 인장 강도 시험을 위한 샘플들을 기계방향(MD) 또는 교차 기계방향(CD)으로 3” (76.2 mm) x 5” (127 mm)의 긴 스트립을 절단함으로써 준비하였다. 인장 강도를 측정하기 위해 사용된 기구는 MTS Systems Sintech 11S, Serial No. 6233이다. 데이터 획득 소프트웨어는 윈도우즈 버전 4용 TestWorksTM (노스캐롤라이나주 리서치 트라이앵글 파크의 MTS Systems Corp.)이다. 시험 중인 샘플의 강도에 따라, 50N 또는 100N 최대값 중 어느 하나로부터 로드 셀을 선택함으로써, 피크 하중 값의 대부분은 로드 셀의 풀 스케일 값의 10 및 90% 범위 내로 된다. 조(jaw)들 간의 게이지 길이는 2 ± 0.04인치(50.8 ± 1 mm)이다. 조들은 공압 작용(pneumatic-action)을 이용해서 동작되고 코팅된 고무이다. 최소 그립 페이스 폭(minimum grip face width)은 3” (76.2 mm)이고, 조의 근사 높이는 0.5인치(12.7mm)이다. 크로스헤드 속도(crosshead speed)는 10 ± 0.4인치/min (254 ± 1 mm/min)이고, 파단 감도(break sensitivity)는 65%로 설정된다. 수직 및 수평 양쪽으로 중심이 맞춰진 기구의 조들에 샘플들을 배치한다. 그런 다음, 시험을 시작해서 시편이 파단될 때에 종료한다. 시험될 샘플에 따라 시편의 “MD 인장 강도” 또는 “CD 인장 강도”로서 최대 하중을 기록한다. 적어도 6개(6)의 대표적인 시편을 “있는 그대로” 취한 각 제품마다 시험하였고, 모든 개개의 시편 시험의 산술 평균은 제품의 MD 또는 CD 인장 강도이다.
실시예
상품 펄프를 다음과 같이 입수하였다 - 유칼립투스 크라프트 펄프("EHWK")는 브라질 상파울로 소재의 Fibria로부터 입수하였고, 남부 침엽수 크라프트 펄프("SSWK")는 미국 알라바마주 모바일 소재의 Abitibi Bowater로부터 입수하였고, 북부 침엽수 크라프트 펄프("NSWK")는 캐나다 노바 스코샤 애버크롬비 소재의 Northern Pulp Nova Scotia Corporation으로부터 입수하였고, 습식 (건조된 바 없는) 홍조류 펄프는 한국 대전 소재의 Pegasus International로부터 입수하였다.
EHWK 와 습식 홍조류 펄프를 블렌딩하고, 와이어 형성 구역, 흡입 박스, 한 쌍의 등록된 습식 프레스 롤, 및 3개의 실린더형 공기 건조기를 포함하는 포드리니어 기계(Fourdrinier machine)를 사용하여 건조 랩 펄프 시트를 형성함으로써, 건조 랩 홍조류 펄프(“RA”)를 준비하였다. 각각의 섬유 타입을 개별적으로 칭량하고, 펄프화기에서 25 내지 30분 동안 분산시켜, 3%의 점조도를 갖는 섬유 슬러리를 수득하였고, 그런 다음 이를 펄프 시트 형성에서 사용하기 위해 스톡 탱크(stock tank)로 복귀시켰다. 전체 스톡 조제 시스템을 50℃로 가열하였다.
섬유 슬러리를 건조 랩 펄프의 원하는 블렌드에 따라 혼합하고, 그런 다음 헤드박스로 펌핑하고, 압력 하에 페이퍼 기계의 형성 구역 상에 피착시켜 배수를 증가시켰다. 생성된 섬유상 웹을, 캘리퍼를 최대화하도록 조정된 제1 프레스 롤의 분동(weight)을 사용하여 가압해서 물을 추가로 제거하였다. 탈수된 섬유상 웹을 일련의 건조기 캔을 사용하여 건조 처리하였고, 여기서 초기 건조기 캔 압력은 약 177℃에 상응하는, 제1, 제2, 및 제3 구역에서 100psig(파운드/제곱인치)였다. 생성된 건조 랩 펄프 시트는 약 10% 미만의 수분 함량 및 약 230gsm의 평량을 가졌다.
한겹 통기 건조된 티슈 웹을, 본 발명과 일치하는 방식으로 참조로 본원에서 포함되는 미국 특허 제5,607,551호에 따라 일반적으로 제조하였다. 처음에, NSWK를 펄프화기에서 30분 동안 약 100℉에서 3%의 점조도로 분산시켰다. 그런 다음, NSWK를 덤프 체스트로 전달하고, 이어서 대략 0.75%의 점조도로 희석하였다. EHWK를 펄프화기에서 30분 동안 약 100℉에서 약 3% 점조도로 분산시켰다. 그런 다음, EHWK를 덤프 체스트로 전달하고, 이어서 약 0.75%의 점조도로 희석하였다. 홍조류(RA) 건조 랩 펄프의 2개의 별도 분산을, 티슈 웹의 어느 층에 홍조류를 첨가할 것인지에 따라 제조하였다. 상술한 바와 같이 제조된 건조 랩 홍조류 펄프(80 중량%의 EHWK 및 20 중량%의 홍조류)를 펄프화기에서 30분 동안 약 100℉에서 약 3%의 점조도로 분산시키고, 그런 다음 덤프 체스트로 전달하고, 이어서 약 0.75%의 점조도로 희석하였다.
이어서, 펄프 슬러리를 별도의 기계 체스트로 펌핑하고, 약 0.1%의 점조도로 더 희석하였다. 각각의 기계 체스트로부터의 펄프 섬유를 헤드박스 내의 별도의 매니폴드를 통해 보내서 3층 층상 티슈 구조를 만들었다. 스톡 펄프 섬유 슬러리의 유동 스프레더로의 유량을 조정하여 표적 웹 기준을 부여하였다. 층상된 시트의 섬유 조성이 이하의 표 4에 기술되어 있다. 형성된 웹을 비압축 탈수시키고 성형 직물보다 약 28% 더 느린 속도로 이동하는 전사 직물로 급히 전달하였다. 그런 다음, 웹을 통기 건조 직물로 전달하고 건조시켰다.
베이스 시트 웹을 다양한 욕실 티슈 롤로 변환시켰다. 구체적으로, 시트의 공기 접촉면 상의 4 또는 40 P&J 폴리우레탄 롤 및 직물 접촉면 상의 표준 스틸 롤을 포함하는 하나 또는 2개의 통상의 폴리우레탄/스틸 캘린더를 사용하여 베이스 시트를 캘린더 가공하였다. 표 4는 본 예에 따라 제조된 샘플 각각에 대한 처리 조건을 나타내고 있다. 표 5 및 표 6은 완성된 제품의 물성을 요약하고 있다.
샘플 NBSK 중앙층 (중량%) 공기 접촉층 (중량%) 직물 접촉층 (중량%) 전분 (kg/MT) 탈결합제
(kg/MT)
대조군 1 40 30 EHWK 30 EHWK 0 0
대조군 2 40 30 EHWK 30 EHWK 3 0
대조군 3 40 30 EHWK 30 EHWK 6 0
18 40 2.25 RA
27.75 EHWK		 2.25 RA
27.75 EHWK		 0 0
19 40 2.25 RA
27.75 EHWK		 2.25 RA
27.75 EHWK		 3 0
20 40 4.5 RA
25.5 EHWK		 4.5 RA
25.5 EHWK		 0 0
21 40 4.5 RA
25.5 EHWK		 4.5 RA
25.5 EHWK		 0 4
24 40 30 EHWK 9 RA
21 EHWK		 0 0
25 40 30 EHWK 9 RA
21 EHWK		 2 0
26 40 9 RA
21 EHWK		 30 EHWK 2 0
27 40 9 RA
21 EHWK		 30 EHWK 2 5
37 40 4.5 RA
25.5 EHWK		 30 EHWK 0 0
38 40 30 EHWK 4.5 RA
25.5 EHWK		 0 0
샘플 GMT (g/3'') 평량 (gsm) 시트 캘리퍼 (μm) 시트 벌크 (cc/g) GM 기울기
(kgf)		 강성 지수
대조군 1 605 33.9 379 11.2 5.52 9.12
대조군 2 855 34.3 392 11.4 6.79 7.94
대조군 3 974 33.7 413 12.3 7.94 8.15
18 855 33.2 363 10.9 7.44 8.70
19 1090 33.3 388 11.7 9.28 8.51
20 1055 33.3 391 11.7 10.64 10.09
21 887 33.2 382 11.5 8.42 9.49
24 637 33.9 403 11.9 6.69 10.50
25 817 33.1 430 13.0 6.66 8.15
26 1148 33.6 404 12.0 8.71 7.59
27 687 33.5 392 11.7 6.1 8.88
37 873 34.1 394 11.5 6.93 7.94
38 711 34.5 405 11.7 6.97 9.80
샘플 MD 인장 (g/3”) MD 인장 지수 MD 신축성 (%) MD 내구성 지수
대조군 1 799.0 23.6 14.35 9.03
대조군 2 1126.4 32.8 15.60 10.90
대조군 3 1292.6 38.4 16.83 12.00
18 1202.7 36.2 16.25 11.57
19 1515.5 45.5 17.06 13.23
20 1526.7 45.8 16.73 13.25
21 1350.5 40.7 17.07 12.42
24 840.9 24.8 13.94 9.22
25 1120.8 33.9 15.66 11.09
26 1615.6 48.1 16.02 13.54
27 990.8 29.6 14.28 10.16
37 1223.9 35.9 15.26 11.40
38 1079.3 31.3 15.18 10.57
거대조류가 없는 동일한 대조군과 비교하여, GMT, MD 인장 지수, MD 내구성 지수 및 강성 지수의 상대적인 변화가 이하의 표 7에 요약되어 있다.
샘플 RA (중량%) RA 층 델타 GMT 델타 강성 지수 델타 MD 내구성 지수
대조군 1 0 - - - -
18 4.5% 공기/직물 41% -5% 28%
37 4.5% 공기 44% -13% 26%
38 4.5% 직물 18% 7% 17%
티슈 웹 및 이를 포함하는 제품을 이들의 특정 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 숙련자는, 상기 내용을 이해함에 따라, 이들 실시예에 대한 대체, 변형, 및 등가물을 용이하게 구상할 수 있음이 인정될 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 청구범위 및 그 균등물로서 평가되어야 한다.

Claims (20)

  1. 제1 공기 접촉층 및 제2 직물 접촉층을 포함하는 층상 티슈 웹으로, 여기서 상기 제1 공기 접촉층은 상기 웹의 중량 기준 약 0.5 내지 약 5 중량%의 거대조류 섬유를 포함하는, 층상 티슈 웹.
  2. 제1항에 있어서, 약 10 미만의 강성 지수를 갖는 층상 티슈 웹.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 약 10 초과의 MD 내구성 지수를 갖는 층상 티슈 웹.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 약 15 내지 약 45gsm의 평량, 및 적어도 약 30의 기하 평균 인장 지수 및 약 10.0kgf 미만의 기하 평균 기울기를 갖는 층상 티슈 웹.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 약 700 내지 약 1200 g/3”의 기하 평균 인장 및 약 6.0 내지 약 9.0kgf의 기하 평균 기울기를 갖는 층상 티슈 웹.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 약 30 내지 약 40gsm의 평량을 갖는 층상 티슈 웹.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 직물 접촉층은 실질적으로 거대조류 섬유를 갖지 않는 층상 티슈 웹.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 공기 접촉층은 상기 웹의 중량 기준 약 1.0 내지 약 4.0 중량%의 거대조류 섬유를 포함하는 층상 티슈 웹.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거대조류 섬유는 겔리디움 엘레간스 ( Gelidium elegance), 겔리디움 코르늄 ( Gelidiumcorneum ), 겔리디움 아만시(Gelidiumamansii) , 겔리디움 로버스텀 (Gelidiumrobustum), 겔리디움 칠렌스 ( Gelidiumchilense ), 그라셀라리아 베루코사 ( Gracelaria verrucosa), 유체우마 코토니 ( Eucheuma Cottonii ), 유체우마 스피노섬 ( Eucheuma Spinosum ), 또는 벨루 둘(Beludul)에서 유래되는 홍조류 펄프 섬유인 층상 티슈 웹.
  10. 통상의 제지 섬유 및 웹의 중량 기준 약 0.5 내지 약 5 중량%의 거대조류 섬유를 포함하는 공기 접촉층, 통상의 제지 섬유를 포함하는 중간층, 및 통상의 제지 섬유를 포함하는 직물 접촉층을 포함하는 층상 티슈 웹으로, 여기서 상기 직물 접촉층은 실질적으로 거대조류 섬유를 갖지 않는 층상 티슈 웹.
  11. 제10항에 있어서, 상기 중간층은 실질적으로 거대조류 섬유를 갖지 않는 층상 티슈 웹.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 직물 접촉층은 활엽수 섬유를 포함하고, 상기 중간층은 침엽수를 포함하고, 상기 공기 접촉층은 거대조류 섬유와 활엽수 섬유를 포함하는 층상 티슈 웹.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 약 30gsm 초과의 평량, 약 1000g/3”초과의 기하 평균 인장 및 약 9.0 미만의 강성 지수를 갖는 층상 티슈 웹.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 약 15 내지 약 40gsm의 평량, 적어도 약 30의 기하 평균 인장 지수 및 약 10kgf 미만의 기하 평균 기울기를 갖는 층상 티슈 웹.
  15. 제10항에 있어서, 약 10.0 미만의 강성 지수를 갖는 층상 티슈 웹.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 약 10 초과의 MD 내구성 지수를 갖는 층상 티슈 웹.
  17. 층상 티슈 웹을 형성하는 방법으로,
    a. 거대조류 건조 랩 펄프를 분산시켜서 제1 섬유 슬러리를 형성하는 단계;
    b. 통상의 제지 펄프를 분산시켜서 제2 섬유 슬러리를 형성하는 단계;
    c. 상기 제1 및 제2 섬유 슬러리를 성형 직물 상에 피착해서, 상기 제2 섬유 슬러리가 상기 성형 직물을 접촉하고 상기 제1 섬유 슬러리가 공기를 접촉해서 습식 웹을 형성하는 단계;
    d. 상기 습식 웹을 약 20 내지 약 30%의 점조도로 탈수시키는 단계; 및
    e. 상기 습식 웹을 약 90% 초과의 점조도로 건조시켜서 건조된 거대조류 티슈 웹을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 거대조류 건조 랩 펄프는 약 10% 미만의 수분 함량을 가지고 상기 거대조류 건조 랩 펄프는 상기 건조 랩 펄프 중량 기준 약 1 내지 약 30%의 거대조류 펄프 섬유 및 상기 건조 랩 펄프 중량 기준 약 99 내지 약 70%의 통상의 제지 섬유를 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 탈수된 웹을 상기 성형 직물보다 약 10 내지 약 40% 느린 속도로 이동하는 전사 직물로 전달하는 단계; 및 상기 웹을 통기 건조 직물로 전달하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 건조시키는 단계는 상기 탈수된 웹을 양키 건조기의 표면에 전달하는 단계를 포함하고, 상기 양키 건조기의 표면으로부터 상기 건조된 거대조류 티슈 웹을 크레이프시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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