KR20170087499A - 종이 제품의 회분 함량을 증가시키는 제지 방법 및 이에 의해 얻어진 종이 제품 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 종이 제품의 회분 함량을 증가시키는 제지 방법으로서, 5 dL/g 내지 16 dL/g 범위의 감소된 비점도(RSV), 1,200,000 또는 그 초과 및 7,500,000 또는 그 미만의 분자량, 및 5 mol% 내지 50 mol% 범위의 양이온성 전하를 갖는 응집제를 충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물에 첨가하고, 이로써 충전제 입자 및 응집제의 응집에 의해 형성된 응집물의 크기 분포가 10 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위의 평균 입도를 갖는 것을 포함하고, 충전제는 침강성 탄산칼슘 단독이 아닌 방법에 관한 것이다. 또한, 제지 공정에 사용되는 회전 혼합 장치에 관한 것이다.

Description

종이 제품의 회분 함량을 증가시키는 제지 방법 및 이에 의해 얻어진 종이 제품 {A PAPERMAKING PROCESS OF INCREASING ASH CONTENT OF A PAPER PRODUCT AND A PAPER PRODUCT OBTAINED BY THE SAME}
본 출원은 종이 제품의 회분 함량(ash content)을 증가시키는 제지 공정 및 이에 의해 얻어진 종이 제품의 분야에 관한 것이나, 이로 제한되는 것은 아니다.
종이 제품의 회분 함량, 즉 종이 제품 중의 무기 물질은, 일반적으로 제지 산업 생산 동안에 첨가되는 불연성 첨가제(예를 들어, 제지 충전제) 뿐만 아니라 펄프 중 불연성 물질을 포함한다. 종이 제품의 회분 함량은 중국 국가 표준의 GB/T 742-2008 "Measurement of Ash Content of Papermaking Raw Material, Pulp, Paper and Paper Board"에 기록된 방법에 따라 측정될 수 있다.
종이 제품(특히 제지 충전제)의 회분 함량의 비중 증가는 제지 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
CN101736656 A는 증가된 충전제 함량을 갖는 제지 방법으로서, 충전제 입자, 적어도 하나의 지력 증강제(strength additive) 및 셀룰로오스 섬유 스톡(cellulose fiber stock)의 블렌드(blend)를 제공하는 단계, 충전제 입자를 물질의 조성으로 처리하는 단계, 충전제 입자를 셀룰로오스 섬유 스톡과 배합하는 단계, 배합물을 적어도 하나의 지력 증강제로 처리하는 단계, 및 배합물로부터 판지(paper board)를 형성시키는 단계를 포함하고, 충전제 입자의 적어도 10%는 침강성 탄산칼슘이고, 충전제 입자의 적어도 10%는 중질(ground) 탄산칼슘이고, 셀룰로오스 섬유 스톡은 복수의 셀룰로오스 섬유 및 물을 포함하고, 물질의 조성이 판지의 지력 증강제의 성능을 증진시키는 방법을 개시하고 있다.
CN103038419A는 증가된 충전제 함량을 갖는 제지 방법으로서, 제1 응집제를 충전제 입자의 상당한 응집을 야기시키지 않고 분산물 중에 균일하게 혼합되기에 충분한 양으로 수성 분산물에 첨가하는 단계, 제2 응집제를 제1 응집제의 첨가 후 제1 응집제의 존재 하에 충전제 입자의 응집을 개시시키기에 충분한 양으로 분산물에 첨가하되, 제2 응집제는 제1 응집제에 반대 전하를 갖는 단계; 충전제 입자를 종이 섬유 스톡과 배합하는 단계; 배합물을 합성 지력 증강제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 지력 증강제로 처리하는 단계; 및 배합물로부터 종이 매트(paper mat)를 형성시키는 단계를 포함하며, 종이 섬유 스톡은 복수의 섬유 및 물을 포함하고, 개시된 응집이 종이 매트의 지력 증강제의 성능을 증진시키고, 지력 증강제는 전분이 아닌 방법을 개시하고 있다.
US 8,088,213 B2는 제지 공정에 사용하기 위한 특정 입도 분포를 갖는 응집된 충전제 입자의 안정한 분산물을 제조하는 방법으로서, a) 충전제 입자의 수성 분산물을 제공하고; b) 제1 응집화제를 충전제 입자의 상당한 응집을 야기시키지 않고 분산물 중에 균일하게 혼합되기에 충분한 양으로 분산물에 첨가하되, 제1 응집화제는 음이온성 응집제이고, 적어도 10 dL/g의 감소된 비점도(specific viscosity)(RSV)를 가지며, 분산물 중에 종이 섬유가 존재하지 않고; c) 제2 응집화제를 제1 응집화제의 첨가 후 제1 응집화제의 존재 하에 충전제 입자의 응집을 개시시키기에 충분한 양으로 분산물에 첨가하되, 제2 응집화제는 제1 응집화제에 반대 전하를 가져 양이온성 응집제이고; d) 응집된 분산물을 전단(shearing)하여 요망하는 입도를 갖는 충전제 응집물의 분산물을 제공하고; e) 충전제 응집물의 분산물을 종이 섬유에 첨가하기 전에 단계 a) 내지 d)를 수행하는 것을 포함하는 방법을 개시하고 있다.
발명의 요약
하기는 본원에서 상세하게 기술되는 요지의 요약이다. 요약은 청구항들의 보호 범위를 제한하려는 것이 아니다.
시장은 종이 제품의 품질을 잃지 않고 종이 제품의 회분 함량을 증가시킬 수 있고, 한편으로는 얻어진 종이 제품의 생산 비용을 감소시킬 수 있는 그러한 제지 공정 및 이의 종이 제품을 여전히 필요로 한다.
본 발명자들은, 제지 비용이 단순히 종이 제품의 회분 함량 증가를 추구함으로써 감소되는 경우에, 얻어진 종이 제품의 품질에 영향을 미칠 것임을 발견하였다. 예를 들어, 건조 지력증강제(paper dry strenth agent)는 제지 충전제 입자를 코팅하는 경향이 있으며, 이에 따라 보다 많은 충전제 입자가 첨가되는 경우 건조 지력증강제의 효율이 감소될 것이다. 즉, 보다 많은 충전제 입자가 존재할 수 있도록 보다 많은 건조 지력증강제가 충전제 입자를 코팅하고, 이에 따라 셀룰로오스 섬유를 함께 결합시키는데 건조 지력증강제가 보다 적게 사용될 수 있다. 첨가될 수 있는 건조 지력증강제의 최대량이 존재하기 때문에, 보다 많은 충전제 입자는 보다 덜 효과적인 건조 지력증강제를 의미한다. 이러한 효과로, 침강성 탄산칼슘(PCC)은 중질 탄산칼슘(GCC)보다 더욱 민감한데, 그 이유는 PCC가 보다 높은 표면적을 가지며, 이에 따라 GCC에 비해 보다 많은 PCC가 건조 지력증강제에 의해 코팅될 것이기 때문이다. 또한, 셀룰로오스 섬유는 단지 제한된 양의 건조 지력증강제를 흡착할 수 있으며, 이것이 얼마나 많은 건조 지력증강제가 사용될 수 있는지, 그리고 이에 따라 얼마나 많은 제지 충전제가 사용될 수 있는지에 대한 한계를 부여한다. 건조 지력증강제는 음이온성 섬유/제지 충전제의 전하를 중화시키는 경향이 있으며, 이들 전하가 지나치게 중화되는 경우, 건조 지력증강제의 흡착이 억제된다. 이에 따라 종이 제품의 회분 함량을 증가시키면서 종이 제품의 지력을 유지시키는 것이 필요한 경우, 충전제에 대해 복잡하고 고비용의 전처리가 일반적으로 요구된다.
본 발명자들은 다수의 실험을 통해, 특정 감소된 비점도 및 분자량을 갖고, 소정량의 양이온성 전하를 지닌 응집제를 충전제 입자에 첨가함으로써 충전제 입자의 응집에 의해 형성된 응집물의 특정 크기 분포가 조절될 수 있고, 보다 큰 입도의 충전제 입자 응집물이 형성될 수 있음을 발견하였다. 이러한 방식으로, 미세 입자를 갖는 충전제가 섬유를 덮지 않게 할 수 있으며, 이에 따라 섬유간 결합이 촉진될 것이다. 따라서, 종이 제품의 회분 함량이 얻어진 종이 제품의 품질을 잃지 않고 증가될 수 있을 뿐만 아니라 얻어진 종이 제품의 생산 비용이 간단한 작업 단계 및 사용되어야 하는 더 적은 유형의 제제로 인해 감소될 수 있다.
본 발명의 구체예는 종이 제품의 회분 함량을 증가시키는 제지 공정 및 이에 의해 제조된 종이 제품을 제공한다. 이 공정에서, 특정 감소된 비점도 및 분자량을 갖고 소정량의 양이온성 전하를 지닌 응집제를 첨가함으로써, 충전제 입자의 응집에 의해 형성된 응집물의 크기 분포가 조절될 수 있다. 따라서, 공정은 종이 제품의 품질을 잃지 않고 종이 제품의 회분 함량을 증가시킬 수 있고, 한편으로는 얻어진 종이 제품의 생산 비용을 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 구체예는 종이 제품의 회분 함량을 증가시키는 제지 공정으로서,
5 dL/g 내지 16 dL/g 범위의 감소된 비점도(RSV), 1,200,000 또는 그 초과 및 7,500,000 또는 그 미만의 분자량, 및 5 mol% 내지 50 mol% 범위의 양이온성 전하를 갖는 응집제를 충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물에 첨가하고,
이로써 충전제 입자 및 응집제의 응집에 의해 형성된 응집물의 크기 분포가 10 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위의 평균 입도를 갖는 것을 포함하고,
충전제는 침강성 탄산칼슘 단독이 아닌 제지 공정을 제공한다.
응집제는 5 dL/g 내지 12 dL/g 범위, 바람직하게는 9 dL/g 내지 11 dL/g 범위의 RSV를 가질 수 있다.
응집제는 1,400,000 내지 5,000,000의 범위, 바람직하게는 3,300,000 내지 4,400,000 범위의 분자량을 가질 수 있다.
응집제는 20 mol% 내지 40 mol% 범위의 양이온성 전하를 가질 수 있다.
평균 입도는 30 ㎛ 내지 120 ㎛의 범위, 바람직하게는 40 ㎛ 내지 90 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다.
응집물의 크기 분포 폭(size distribution span)의 범위는 2 미만일 수 있다.
응집제의 양은 충전제 입자의 톤당 대비 0.2 kg 내지 4 kg의 범위, 바람직하게는 1 kg 내지 3 kg의 범위 내에 있을 수 있다.
응집제는 아크릴아미드, 아크릴로일옥시에틸 트리메틸 암모늄 클로라이드, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 및 디메틸 설페이트 및 메틸 클로라이드 또는 벤질 클로라이드로 형성된 4차 암모늄 염의 군으로부터 선택된 하나 이상의 모노머에 의해 형성된 폴리머일 수 있다.
폴리머는 둘 이상의 모노머에 의해 형성된 바이오폴리머(biopolymer) 또는 트리폴리머(tripolymer)일 수 있다.
응집제는 아크릴아미드 및 아크릴로일옥시에틸 트리메틸 암모늄 클로라이드의 코폴리머, 및/또는 아크릴아미드 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 코폴리머일 수 있다.
충전제는 탄산칼슘, 카올린, 이산화티탄, 탈쿰 분말, 실리카, 실리케이트, 수산화알루미늄, 황산바륨 및 황산칼슘의 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있으며; 충전제가 탄산칼슘이 경우, 충전제 입자는 적어도 10 wt%의 중질 탄산칼슘을 포함할 수 있다.
공정은 응집제를 첨가하기 전에 응고제(coagulant)를 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 응고제는 알루멘(alumen), 폴리알루미늄 클로라이드, 양이온성 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 양이온성 전분, 양이온성 구아 검, 및 폴리아미드-폴리아민의 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.
공정은 응집제를 충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물에 첨가하기 전, 동안, 또는 후에 미립자 응집제를 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 미립자 응집제는 망상 매크로분자 응집제 폴리머(net-like macromolecule flocculant polymer) 또는 쇄상 매크로분자 응집제 폴리머(chain-like macromolecule flocculant polymer), 벤토나이트(bentonite) 및 이의 개질된 생성물, 실리카 졸, 콜로이드성 실리카 및 콜로이드성 알루미나의 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.
충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물은 충전제 입자의 수성 분산물일 수 있다.
공정은 인핸서(enhancer)를 제지 습단부(papermaking wet end)에 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있으며; 인핸서는 전분 및 이의 개질된 물질, 키토산, 구아 검, 하이드록시메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리아크릴아미드, 글리옥살 폴리아크릴아미드, 포름알데하이드 수지, 폴리에틸렌이민 및 폴리비닐 알코올의 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.
공정은 응집제가 구동기(driver)에 의해 회전되는 분배 헤드(distribution head)를 지닌 회전 혼합 장치(rotating mixing apparatus)에 의해 첨가되는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 분배 헤드는 충전제 입자의 슬러리를 함유하는 컨테이너에 배열되고, 이의 회전과 연관된 회전면을 가지며, 분배 헤드는 회전 축을 둘러싸는 원주를 따라 분포된 출구 및 혼합 블레이드(mixing blade)를 가지며, 출구는 개구로서 형성되고, 혼합 블레이드는 슬러리 파이프 내경의 적어도 절반의 길이를 갖는, 회전 면을 가로질러 연장되는 스트립(strip)으로서 형성된다.
응집제는 분배 헤드로 전달되고, 출구를 통해 충전제 슬러리와 혼합될 수 있다.
본 발명의 구체예는 본 발명의 구체예 중 어느 하나의 공정에서의 회전 혼합 장치의 용도를 추가로 제공할 수 있다.
회전 혼합 장치는 구동기에 의해 회전되는 분배 헤드를 지닐 수 있으며, 분배 헤드는 충전제 입자의 슬러리를 함유하는 컨테이너에 배열되고, 이의 회전과 연관된 회전면을 가지며, 분배 헤드는 회전 축을 둘러싸는 원주를 따라 분포된 출구 및 혼합 블레이드를 가지며, 출구는 개구로서 형성되고, 혼합 블레이드는 슬러리 파이프 내경의 적어도 절반의 길이를 갖는, 회전 면을 가로질러 연장되는 스트립으로서 형성된다.
본 발명의 구체예는 본 발명의 구체예 중 어느 하나의 공정에 의해 얻어진 종이 제품을 추가로 제공할 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 특정 감소된 비점도 및 분자량을 갖고 소정량의 양이온성 전하를 지닌 응집제를 첨가함으로써 충전제 입자의 응집에 의해 형성된 응집물의 특정 크기 분포가 조절될 수 있다. 그리고, 이에 따라 충전제 입자를 갖는 보다 큰 입도의 응집물이 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 구체예 중 어느 하나에서 종이 제품의 회분 함량을 증가시키는 제지 공정은 미세 입자의 충전제가 섬유를 덮는 것을 방지하고, 이에 따라 섬유간 결합이 촉진된다. 이에 따라, 얻어진 종이 제품의 회분 함량은 얻어진 종이 제품의 품질을 잃지 않고 증가될 수 있을 뿐만 아니라 얻어진 종이 제품의 생산 비용이 감소될 수 있다.
그 밖의 양태는 도면 및 상세한 설명을 읽고 이해한 후 이해할 수 있다.
도면은 본 발명의 구체예를 더 이해하기 위해 사용되며, 설명의 일부를 구성하고, 본 발명의 구체예를 설명하는 하기 특정 실시예와 함께 사용되나, 본 발명의 구체예에 대해 제한을 두는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 구체예의 제지 공정 및 관련 기술의 제지 공정으로부터 얻어진 종이 제품의 회분 함량과 관련된 인장 지수(tensile index)의 비교 시험 결과를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 또 다른 구체예의 제지 공정 및 관련 기술의 제지 공정으로부터 얻어진 종이 제품의 회분 함량과 관련된 스콧 결합 강도(Scott bond strength)의 비교 시험 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 구체예에 사용된 회전 혼합 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 구체예에 사용된 회전 혼합 장치의 단면도이다.
구체예의 상세한 설명
본 발명의 구체예가 다음과 같이 설명된다. 본원에 기술된 구체예는 본 발명을 예시하고 설명하기 위한 것일 뿐이고 본 발명을 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명의 구체예는 종이 제품의 회분 함량을 증가시키는 제지 공정으로서,
5 dL/g 내지 16 dL/g 범위의 감소된 비점도(RSV), 1,200,000 또는 그 초과 및 7,500,000 또는 그 미만의 분자량, 및 5 mol% 내지 50 mol% 범위의 양이온성 전하를 갖는 응집제를 충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물에 첨가하고,
이로써 충전제 입자 및 응집제의 응집에 의해 형성된 응집물의 크기 분포가 10 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위의 평균 입도를 갖는 것을 포함하고,
충전제는 침강성 탄산칼슘 단독이 아닌 제지 공정을 제공한다.
감소된 비점도
본 발명의 구체예는 본 발명의 구체예에서 사용되기에 적합한 응집제를 규정하기 위해 감소된 비점도를 사용한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 감소된 비점도는 "RSV"로서 표현된다. 폴 제이. 플로리(Paul J. Flory)("Principles of Polymer Chemistry", Cornell University Press, Ithaca, NY, 1953, Chapter VII, "Determination of Molecular Weights", pages 266-316)에 따르면, 실질적으로 선형이고, 충분히 용매화된 폴리머 동족체에서, 희석된 폴리머 용액의 "감소된 비점도(RSV)"의 시험 결과는 폴리머의 사슬 길이 및 평균 분자량의 지표이다. RSV는 폴리머의 제시된 농도 및 온도 하에서 측정되고, 하기와 같이 계산된다:
RSV = (t1/t0 - 1)/c,
상기 식에서, t0는 30℃ 수조에서 우베로드 점도계(Ubbelohde viscometer)에 의해 측정된 1M NaNO3의 낙하 시간이고;
t1은 30℃ 수조에서 우베로드 점도계에 의해 측정된 폴리머의 낙하 시간이고;
c는 용액 중 폴리머의 농도이고; 농도 "c"의 단위는 (g/dL)이다.
그러므로, RSV의 단위는 dL/g이다. 1.0 M 질산나트륨 용액 중 형성된 폴리머의 농도는 0.045g/dL이도록 선택된다. 폴리머의 농도는 알루미늄 호일 상에 소정량의 폴리머를 분산시키고, 일정 중량이 될 때까지 2 내지 3시간 동안 105℃ 오븐에서 건조시키고, 잔류 고체 질량을 소정량의 폴리머 용액(폴리머 + 용매)의 질량으로 나눔으로써 얻어질 수 있다.
본원에서 기술되는 폴리머에 있어서, RSV를 계산하는데 있어 전형적인 내재 오류는 0.2dL/g의 범위 내에 있다. 일련의 두 개의 폴리머 동족체는 유사한 RSV를 가지며, 이는 이들이 유사한 분자량을 갖는다는 지표이다.
본 발명의 구체예에서, 응집제는 5 dL/g 내지 12 dL/g 범위의 감소된 비점도를 가질 수 있다. 또한, 응집제는 9 dL/g 내지 11 dL/g범위의 감소된 비점도를 가질 수 있다. 감소된 비점도의 상기 바람직한 범위에서, 응집제는 충전제 입자의 응집에 의해 형성된 응집물이 본 발명의 실시예에 의해 요구되는 평균 입도를 달성하는데 더욱 효율적이게 한다.
분자량
본 발명의 구체예에서 응집제(모노머 물질 또는 매크로분자 모노머 물질을 포함하는)의 "분자량"은 점도측정 방법에 의해 측정되는 점도 평균 분자량을 나타낸다. 본 발명의 구체예의 응집제는 1,200,000 또는 그 초과 및 7,500,000 또는 그 미만의 분자량을 가질 수 있다. 바람직하게는, 응집제는 1,400,000 내지 5,000,000의 범위, 바람직하게는 3,300,000 내지 4,400,000의 범위의 분자량을 가질 수 있다. 분자량의 상기 바람직한 범위에서, 응집제는 충전제 입자의 응집에 의해 형성된 응집물이 본 발명의 실시예에 의해 요구되는 평균 입도를 달성하는데 더욱 효율적이게 한다.
본 발명의 구체예에서 점도 평균 분자량은 하기 식을 사용함으로써 점도측정 방법에 의해 얻어질 수 있다:
RSV과 분자량 간의 관계식: RSV = b*c + [η] = b*c + KMα,
상기 식에서, c는 폴리머의 농도(c 및 RSV의 측정은 상기 기술된 바와 같음)이고, [η]은 폴리머의 고유 점도이고, M은 점도 평균 분자량이고, b, K 및 α는 폴리머와 관련된 파라미터로, b = -0.0014, K = 3×10-4이고, α = 0.6874이다. 이러한 식은 저 농도(c < 5 g/dL) 하에서 달성된다.
양이온성 전하
본 발명의 구체예에서, 응집제 내 양이온성 전하의 함량은 응집제 내 양이온성 모노머의 몰수를 모노머의 총 몰수로 나눈 후, 100%를 곱함으로써 얻어질 수 있다. 응집제는 10 mol% 내지 50 mol% 범위의 양이온성 전하를 가질 수 있으며, 바람직하게는 응집제는 20 mol% 내지 40 mol% 범위의 양이온성 전하를 가질 수 있다.
본 발명의 구체예의 공정에서, 상기 바람직한 범위 내의 감소된 비점도 및 분자량을 갖고, 소정량의 양이온성 전하를 지닌 응집제를 첨가함으로써, 충전제 입자의 응집에 의해 형성된 응집물의 특정 크기 분포가 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 종이 제품의 회분 함량이 공정에서 얻어진 종이 제품의 품질을 잃지 않고 증가될 수 있을 뿐만 아니라 얻어지는 종이 제품의 생산 비용이 동시에 감소될 수 있다.
크기 분포
본 발명의 구체예에서, 충전제 입자의 응집에 의해 형성된 응집물의 크기 분포는 멜버른 인스트루먼트 리미티드(Malvern Instruments Ltd, Southborough, MA USA)로부터의 Mastersizer Micro를 사용함으로써 레이저 광산란에 의해 특징화될 수 있다. 분석은 다분산 모델 및 프리젠테이션 4PAD(presentation 4PAD)를 사용하여 수행된다. 이러한 프리젠테이션은 충전제의 굴절률(refractive index)이 1.60이고, 연속 상으로서 물의 굴절률이 1.33임을 추정한다. 분포는 응집물의 부피 가중 평균 입도 D(V,0.5) 및 분포 폭에 의해 표시된다. 분포 폭은 하기와 같이 정의된다:
Figure pct00001
여기서, D(V,0.1), D(V,0.5) 및 D(V,0.9)는 각각 충전제 입자의 10%, 50% 및 90% 또는 그 초과인 직경으로서 정의된다.
본 발명의 구체예에서, 충전제 입자 및 응집제의 응집에 의해 형성된 응집물의 크기 분포는 30㎛ 내지 120㎛ 범위의 평균 입도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 충전제 입자 및 응집제의 응집에 의해 형성된 응집물은 40㎛ 내지 90㎛ 범위의 평균 입도를 가질 수 있다. 또한, 응집물의 크기 분포 폭의 범위는 2 미만일 수 있다. 충전제 입자 및 응집제의 응집에 의해 형성된 응집물의 크기 분포가 상기 바람직한 범위 내의 평균 입도 및 분포 폭을 갖는 경우, 종이 제품의 회분 함량을 증가시키면서 종이 제품의 보다 우수한 품질을 얻는데 더욱 도움이 된다.
응집제
"응집제"는 액체에 첨가되는 경우, 액체 중 콜로이드성의 현탁된 중질 입자를 탈안정화시키고, 입자를 응집물로 집성화시키는 조성물을 나타낸다. "응집"은 응집제에 의해 형성되는 응집물의 크기 분포 및 안정성에 기초하여 선택된 특정 응집제로 처리함으로써 충전제 입자를 집성물(aggregate)로 변경시키는 변형을 나타낸다.
본 발명의 구체예는 특히 응집제의 감소된 비점도 및 분자량 및 응집제가 지닌 양이온성 전하의 양을 규정한다. 즉, 상기 규정을 만족시키는 응집제는 모두 본 발명의 구체예의 목적을 달성할 수 있다. 바람직하게는, 응집제는 아크릴아미드, 아크릴로일옥시에틸 트리메틸 암모늄 클로라이드, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 및 디메틸 설페이트 및 메틸 클로라이드 또는 벤질 클로라이드로 형성된 4차 암모늄 염의 군으로부터 선택된 하나 이상의 모노머에 의해 형성된 폴리머일 수 있다. 바람직하게는, 폴리머는 둘 이상의 모노머에 의해 형성된 바이오폴리머 또는 트리폴리머일 수 있다.
바람직하게는, 응집제는 아크릴아미드 및 아크릴로일옥시에틸 트리메틸 암모늄 클로라이드의 코폴리머, 및/또는 아크릴아미드 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 코폴리머일 수 있다. 예를 들어, 응집제는 Nalco Co에 의해 생산된 DEV210일 수 있다. 본 발명의 구체예에서, 바이오폴리머 또는 트리폴리머는 둘 또는 세 개의 모노머의 공중합에 의해 형성된 코폴리머를 나타낸다.
본 발명의 구체예에서, 응집제의 양은 충전제 입자(일반적으로, 이는 무수 충전제 입자를 나타냄)의 톤당 대비 0.2 kg 내지 4 kg 범위 내, 바람직하게는 0.5 kg 내지 3 kg 범위 내, 더욱 바람직하게는 1 kg 내지 3 kg 범위 내일 수 있다. 응집제의 양이 바람직한 범위 내에 있는 경우, 보다 협소한 평균 입도 분포를 갖는 응집물이 얻어질 수 있다.
충전제
본 발명의 구체예에서 사용되는 충전제는 충전제가 침강성 탄산칼슘 단독일 수 없다는 것을 제외하고, 당업자들에게 공지되어 있는 상업적으로 입수가능한 충전제일 수 있다. 충전제는 일반적으로 종이 제품의 불투명도(opaqueness) 또는 명도(brightness)를 증진시키기 위해, 그리고 종이 제품을 다공도를 감소시키거나 비용을 감소시키기 위해 어떠한 무기 또는 유기 입자 또는 안료를 포함할 수 있다. 대표적인 충전제는 탄산칼슘, 카올린, 이산화티탄, 탈쿰 분말, 실리카, 실리케이트, 수산화알루미늄, 황산바륨, 황산칼슘, 수산화마그네슘, 등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 구체예의 충전제는 추가로 탄산칼슘, 카올린, 이산화티탄, 탈쿰 분말, 실리카, 실리케이트, 수산화알루미늄, 황산바륨 및 황산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.
당업자들에게는 탄산칼슘이 일반적으로 중질 탄산칼슘(GCC) 및 침강성 탄산칼슘(PCC)을 포함한다는 것이 알려져 있다. GCC는 천연 발생 탄산칼슘 암석을 그라인딩(grinding)함으로써 제조된 중질 탄산칼슘을 나타낸다. PCC는 합성 침강성 탄산칼슘을 나타낸다. 충전제가 탄산칼슘인 경우, 충전제는 침강성 탄산칼슘 단독이 될 수 없고, 충전제 입자는 적어도 10 wt%의 중질 탄산칼슘을 포함해야 한다. 물론, 충전제는 100% 중질 탄산칼슘일 수 있다.
응고제
본 발명의 일 구체예에 따르면, 공정은 응집제를 첨가하기 전에 응고제를 첨가하여 충전제 입자의 일부에서 음이온성 전하를 중화시키는 것을 추가로 포함할 수 있다.
응고제는 알루멘, 폴리알루미늄 클로라이드, 양이온성 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 양이온성 전분, 양이온성 구아 검, 및 폴리아미드-폴리아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 바람직하게는, 응고제는 양이온성 폴리아크릴아미드일 수 있다. 양이온성 폴리아크릴아미드가 응고제로서 선택되는 경우, 보다 작은 크기 분포 폭을 갖는 응집된 충전제가 얻어질 수 있다.
응고제가 상기 폴리머 중 하나 이상으로부터 선택되는 경우, 선택된 폴리머는 200,000 내지 2,000,000 범위 내의 수평균 분자량을 가질 수 있다. 본 발명의 발명자들은 예상밖으로 200,000 내지 2,000,000 범위의 수평균 분자량을 갖는 응고제의 첨가가 최종적으로 처리된 충전제가 보다 협소하고 보다 작은 크기 분포를 갖게 할 수 있음을 발견하였다.
바람직하게는, 폴리머는 추가로 400,000 내지 1,000,000 범위의 수평균 분자량을 가질 수 있으며; 바람직하게는, 폴리머는 추가로 400,000 내지 600,000 범위의 수평균 분자량을 가질 수 있다.
응고제의 수평균 분자량이 상기 바람직한 범위 내에 있는 경우, 최종적으로 처리된 충전제의 크기 분포 폭이 좁아질 수 있다.
응고제의 양은 충전제 입자의 톤당 대비 0.01 kg 내지 5 kg의 범위, 바람직하게는 0.5 kg 내지 2 kg의 범위 내일 수 있다.
미립자 응집제
본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명의 구체예의 제지 공정은 응집제를 충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물에 첨가하는 단계 전, 동안, 또는 후에 미립자 응집제를 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 구체예에서, 충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물은 충전제 입자의 수성 분산물일 수 있다.
본 발명의 구체예에서 사용되는 미립자 응집제는 당업자들에게 공지되어 있거나 통상적인 미립자 응집제일 수 있다. 이들은 무기 또는 유기일 수 있다. 미립자 응집제는 망상 매크로분자 응집제 폴리머 또는 쇄상 매크로분자 응집제 폴리머, 벤토나이트 및 이의 개질된 생성물, 실리카 졸, 콜로이드성 실리카 및 콜로이드성 알루미나로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.
미립자 응집제의 양은 당업자들에게 공지되어 있거나 통상적인 양의 범위 내에서 선택될 수 있다. 미립자 응집제의 양은 충전제 입자의 톤 당 대비 0.1 kg 내지 5 kg의 범위 내, 바람직하게는 0.5 kg 내지 3 kg의 범위 내일 수 있다.
또한, 미립자 응집제의 첨가 및 상기 언급된 응고제의 첨가는 서로 영향을 미치지 않으며, 이들의 첨가 순서에 대한 특별한 요건은 없다.
인핸서
본 발명의 구체예의 제지 공정은 협동적으로 다양한 제지 인핸서를 사용할 수 있다. 제지 인핸서는 공지되어 있거나 통상적인 제지 인핸서일 수 있다.
본 발명의 구체예의 제지 공정은 인핸서를 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 인핸서는 제지 습단부에 첨가될 수 있다.
인핸서는 습윤 지력증강제(wet strength agent) 및 건조 지력증강제를 포함한다.
습윤 지력증강제는 공지되어 있거나 통상적인 습윤 지력증강제일 수 있다. 예를 들어, 폴리아미드-폴리에피클로로하이드린 수지, 포름알데하이드 수지, 폴리에틸렌이민, 글리옥살 폴리아크릴아미드, 등일 수 있다.
건조 지력증강제는 공지되어 있거나 통상적인 건조 지력증강제, 예를 들어, 천연 건조 지력증강제 또는 합성 건조 지력증강제일 수 있다. 대부분의 천연 건조 지력증강제 또는 합성 건조 지력증강제는 친수성 매크로분자이다. 이들 매크로분자는 섬유 간 형성되는 결합의 수를 증가시키기 위해 섬유 간에 분산됨으로써 종이 제품의 지력을 향상시키는 목적을 달성한다. 건조 지력증강제는 일반적으로 백본(backbone)의 고리에 연결된 양이온성 기를 함유하여 폴리머와 섬유 간의 결합력을 증가시키고, 이로써 폴리머 보유를 향상시킨다.
일반적인 건조 지력증강제는 천연 폴리머, 예컨대 전분 및 이의 개질된 물질, 키토산, 구아 검, 하이드록시메틸 셀룰로오스(CMC); 합성 폴리머, 예컨대 폴리아크릴아미드 및 폴리비닐 알코올; 및 그 밖의 수용성 천연 제품 유형의 건조 지력증강제로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 여기서, 제지용으로 일반적으로 사용되는 전분-개질된 물질은 이온성 특징에 따라 5가지 부류로서 분류될 수 있다: 음이온성 전분, 양이온성 전분, 양쪽성 및 다중-개질된 전분, 비이온성 전분 및 그 밖의 개질된 전분. 또한, 제지용으로 일반적으로 사용되는 전분-개질된 물질은 제조 방법에 따라 산 개질된 전분, 산화된 전분, 가교 전분, 에스테르화된 전분 및 에테르화된 전분으로서 분류될 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 인핸서는 키토산, 구아 검, 하이드록시메틸 셀룰로오스(CMC), 전분 및 이의 개질된 물질, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 글리옥살 폴리아크릴아미드, 포름알데하이드 수지 및 폴리에틸렌이민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 바람직하게는, 인핸서는 전분 및 이의 개질된 물질, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올 및 글리옥살 폴리아크릴아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 바람직하게는, 인핸서는 전분 및 이의 개질된 물질 및/또는 글리옥살 폴리아크릴아미드 수지일 수 있다.
본 발명의 구체예의 제지 방법을 사용하면, 심지어 인핸서가 사용되지 않거나 인핸서의 양이 크게 감소된 경우에도 여전히 종이 제품에 대한 일반적인 지력 요건을 여전히 만족시킬 수 있다.
동일량의 인핸서를 첨가하는 경우, 본 발명의 구체예의 공정을 사용함으로써 얻어진 종이 제품의 지력은 본 발명의 구체예의 공정을 사용하지 않고 얻어진 종이 제품의 지력에 비해 상당히 높고, 본 발명의 구체예의 공정을 사용하여 얻어진 종이 제품의 품질 또한 우수하다.
당업자들은 인핸서가 첨가될 필요가 있는지 또는 없는지를 판단할 수 있고, 실제 요건에 따라, 예를 들어 상이한 종류의 제품에 대한 종이 제품의 강성에 대한 요건에 따라 인핸서의 첨가량을 결정할 수 있다. 인핸서의 양은 1 kg/ton 내지 40kg/ton 종이(제품)의 범위 내일 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 응집제를 충전제에 첨가하는 방식에 대한 요건은 없으며, 당업자들에게 공지되어 있거나 통상적인 방식으로 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 응집제는 회전 혼합 장치를 통해 충전제에 첨가될 수 있다. 회전 혼합 장치는 구동기에 의해 회전되는 분배 헤드를 지닐 수 있으며, 분배 헤드는 충전제 입자의 슬러리를 함유하는 컨테이너에 배열되고, 이의 회전과 연관된 회전면을 가지며, 분배 헤드는 회전 축을 둘러싸는 원주를 따라 분포된 출구 및 혼합 블레이드를 가지며, 출구는 개구로서 형성되고, 혼합 블레이드는 슬러리 파이프 내경의 적어도 절반의 길이를 갖는, 회전 면을 가로질러 연장되는 스트립으로서 형성될 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 응집제는 출구를 통해 충전제 슬러리로 혼합하기 위한 분배 헤드에 전달될 수 있다.
회전 혼합 장치는 구체적으로 다음과 같이 기술된다:
회전 혼합 장치는 응집제 액체를 충전제 스트림으로 혼합시킬 수 있으며, 구동기에 의해 회전되는 분배 헤드는 충전제 입자의 슬러리를 순환시키기 위한 도관 내에 배열되고, 이의 회전과 연관된 회전면을 가지며, 분배 헤드는 회전 축을 둘러싸는 원주를 따라 분산된 응집제 출구 및 혼합 블레이드를 가지며, 분배 헤드는 응집제 액체 전달 도관과 소통된다.
응집제 액체는 응집제 및 물을 혼합함으로써 형성되고, 이후 응집제 액체가 충전제 슬러리에 첨가된다.
혼합을 위한 장치가 충전제 슬러리 스트림의 방향으로, 전달 펌프 또는 원심분리기의 하류에 배치되고, 이것이 응집제 액체 및 충전제를 서로 양호한 결과로 혼합하는 경우가 존재한다. 그러나, 혼합을 위한 장치가 충전제 슬러리 스트림의 방향으로, 전달 펌프 또는 원심분리기의 하류에 배치되지 않아, 회전 혼합 장치가 응집제 액체 및 충전제의 만족할만한 혼합을 수행하지 못하는 눈에 띄는 경우의 수가 존재한다. 공지된 장치(DE-05 40 29 824)에서, 응집제 출구는 홀 또는 노즐로서 형성되고, 각각의 혼합 블레이드는 저널형(journal-like) 돌출부로서 형성되고, 회전면을 가로지르는 방향으로의 혼합 블레이드 및 출구의 치수는 슬러지 스트림의 폭과 비교하여 매우 작다. 일부 경우에, 상기 장치에 의해 얻어지는 응집제 액체의 슬러리로의 혼합은 불충분하다. 즉, 첨가된 응집제 액체가 장치 뒤의 슬러리 스트림에서 충분히 균일하게 분포되지 않으며, 만족스러운 응집에 필요한 양으로 슬러리에 함유되어 있지 않다.
본 발명의 구체예에서 사용되는 회전 혼합 장치는 응집제 액체의 슬러리로의 보다 우수한 혼합을 달성할 수 있다. 이는 회전 혼합 장치 내에, 응집제 출구가 슬롯(slot) 형태에서와 같은 개구로서 형성되고, 회전 면을 가로질러 연장되고 슬러리 스트림 폭(즉, 슬러리 파이프의 내경)의 적어도 절반인 길이를 갖는 혼합 블레이드가 스트립으로서 형성되기 때문이다.
또한, 회전 혼합 장치의 분배 헤드의 구조는 슬러리 중 응집제 액체의 개선된 혼합 및 분포를 달성하도록 한다. 응집제 액체는 넓은 스트립 형태의 각각의 슬롯(즉, 응집제의 출구)으로부터 흘러나가고, 슬롯 내로 회전 방향과 반대 방향으로 혼합 블레이드가 삽입됨으로써 혼합 블레이드가 그 에지를 따라 슬러리를 통해 포기 스트립(foggy strip)으로서 응집제 액체를 당긴다. 응집제 액체는 중단된 급류로서 슬롯을 통해 슬러리로 전달된다. 또한, 슬롯 및 스트립은 회전 방향으로 차례로 배열된다. 개구 및 혼합 블레이드의 길이의 치수는 충전제 스트림 또는 분배 헤드의 직경에 따라 결정된다.
회전 혼합 장치에서, 개구 및 혼합 블레이드는 둘 모두 슬러리 스트림의 방향, 및 실질적으로 슬러리 스트림에 수직으로 연장될 수 있다. 여기서, 분배 헤드의 회전 축이 슬러리 스트림에 대해 소정 각도로 연장되는 것이 가능하다. 그러나, 분배 헤드의 회전 면은 실질적으로 슬러리 스트림의 방향으로 연장된다.
회전 혼합 장치에서, 각각의 슬롯은 예를 들어, 일렬로 배열된 2개 이상의 슬롯 섹션으로 형성된다. 그러나, 각각의 슬롯이 그 전체 길이를 따라 연속적인 경우가 특히 효과적이고 유리하다. 이는 응집제 액체의 막힘 및 바람직하지 않은 높은 배출 속도를 방지한다.
회전 혼합 장치에서, 각각의 스트립형 혼합 블레이드는 예를 들어 빗모양 형태로 방사형 절개(radial incision)로 그 길이를 따라 나뉠 수 있다. 그러나, 각각의 스트립형 혼합 블레이드가 그 길이를 따라 연속적인 경우가 특히 효과적이고 유리하다. 이는 스트립형 혼합 블레이드의 강성을 향상시키고, 혼합 작용을 향상시킨다.
회전 혼합 장치에서, 각 출구 슬롯의 단면은 나타나는 응집제 액체의 양을 조절하기 위해 그 길이를 따라 변화될 수 있다. 그 길이를 따라 보았을 때 각 출구 슬롯의 단면이 중간으로 갈수록 증가되는 경우가 특히 효과적이고 유리하다. 이러한 출구 슬롯의 모양은 슬롯이 양 측면에서보다 슬러리가 더 많은 슬러리 파이프의 중간에서와 같이 스트림 방향에 횡방향으로 연장되는 경우에 사용된다. 균일한 슬롯 폭의 경우, 응집제의 슬러리로의 균일한 전달이 달성된다.
회전 혼합 장치에서, 응집제 액체에 대한 출구를 형성하는 슬롯은 예를 들어, 7-9 mm의 폭을 갖는다. 단위 시간내 전달되어야 하는 응집제 액체의 양이 많을 수록, 슬롯은 더 넓고, 단위 시간내 전달되어야 하는 응집제 액체의 양이 적을 수록, 슬롯은 더 좁다.
회전 혼합 장치에서, 각각의 스트립형 혼합 블레이드의 에지가 슬러리 파이프의 내부 윤곽에 대해 대략 평행하게 연장되어 그 사이에 간극을 형성하는 경우 특히 효과적이고 유리하다. 반경 반향으로 연장되는 장형의 스트립형 혼합 블레이드는 혼합 작용을 향상시킨다. 그러나, 간극은 슬러리에 존재하는 돌 조각의 통과를 허용하기에 충분히 크면서, 간극은 혼합 블레이드와 슬러리 도관 사이에 그대로 있어야 한다.
회전 혼합 장치에서, 이러한 간극은 스트립형 혼합 블레이드가 스트림에 대해 횡방향으로 연장되는 경우 특히 중요하고 크다. 스트립형 혼합 블레이드가 슬러리 스트림에 대해 횡방향으로 연장되는 경우, 간극은 바람직하게는 회전 축에 대해 횡방향인 방향에서보다 회전 축의 방향에서 더 작다.
회전 혼합 장치에서, 분배 헤드 구동기의 회전 방향이 변경될 수 있는 경우가 특히 효과적이고 유리하다. 회전 혼합 장치에서, 혼합 블레이드는 슬러리 파이프 단면에 대해 상대적으로 크거나 돌출되고, 이에 따라 분배 헤드가 오랫 동안 동일 방향으로 회전하는 경우에 단단한 조각들로의 막힘 및 섬유 또는 쓰레드(thread) 축적의 위험이 존재한다. 반대 방향으로의 회전이 이러한 막힘 및 축적을 방지한다.
회전 혼합 장치에서, 1, 2 및/또는 그 초과의 응집제 출구가 예를 들어 두 혼합 블레이드 사이에 구비될 수 있다. 그러나, 출구 슬롯 및 스트립형 혼합 블레이드가 회전 방향으로 번갈아 있는 경우가 특히 효과적이고 유리하다. 또한, 이는 혼합 공정을 향상시킨다. 분배 헤드 위에, 회전 방향으로 2 또는 그 초과의 출구 슬롯 및 2 또는 그 초과의 스트립형 혼합 블레이드가 구비된다.
회전 혼합 장치에서, 분배 헤드의 영역에서 슬러리 파이프의 내부 단면이 슬러리 파이프의 추가의 내부 단면과 유사한 경우에 추가로 특히 효과적이고 유리하다. 이에 따라, 회전 혼합 장치는 슬러리 파이프의 협소화 및 이와 관련된 슬러리 유속 증가를 없앤다. 분배 헤드는 이미 슬러리에 대해 이용가능한 단면의 보다 큰 협소화를 이룬다.
분배 헤드가 원통형의 관형 섹션으로서 형성되는 경우 및/또는 분배 헤드의 외경이 슬러리 파이프의 내경의 적어도 0.4와 같을 경우 특히 효과적이고 유리하다. 이는 출구 슬롯의 모양 및 스트립형 혼합 블레이드를 분배 헤드의 강성에 대한 증가된 요건을 제공하면서, 구성을 단순화시키고, 분배 헤드의 강성을 향상시킨다.
회전 혼합 장치에서, 분배 헤드가 슬러리 파이프로부터 멀리 연장되고 구동기에 대해, 그리고 응집제 액체 전달 도관과 연결되는 회전가능하게 지지된 연결관으로 진행되고, 추가로 입구 개구가 제공되고, 응집제 액체 전달 도관이 개방되는 연결 챔버에서 회전가능하게 지지되는 경우, 특히 효과적이고 유리하다. 회전가능한 분배 헤드로의 응집제 액체의 전달에 대한 이러한 방식은 연결관의 증가된 강성 및 그것의 간단한 수단으로의 지지를 보장하도록 허용한다. 이것은 스트립형 혼합 블레이드와 슬러리 파이프의 "돌 파쇄(stone crushing)" 협동으로 인해 회전 혼합 장치에서 가능해진다.
회전 혼합 장치에서, 출구 슬롯을 통한 응집제 액체의 만족스러운 전달을 위해, 응집제 액체에 대해 이용가능한 흐름 단면은 매우 중요하다. 예를 들어, 모든 출구 슬롯은 함께 응집제 액체의 선행 흐름 단면보다 작은 단면을 갖는다. 입구 개구의 전체 단면은 전달 도관 및 연결관에서의 흐름 단면보다 작지 않다. 분배 헤드 및 연결관에서의 흐름 단면이 더 작다. 밀봉된 연결 챔버에서 연결관의 배열은 응집제 액체의 흐름 단면을 최적화할 수 있다.
회전 혼합 장치에서, 체크 밸브 앞에서 응집제 액체가 가압 하에 있지 않으면, 예를 들어, 응집제 액체 펌프가 작동하지 않으면, 슬러리가 출구 슬롯으로 침투할 수 있으므로 체크 밸브가 응집제 액체 전달 도관에 배열되는 경우가 특히 효과적이고 유리하다. 연결 챔버에서 실링 및 베어링(bearing)은 응집제 액체 펌프로부터의 응집제 액체가 더 이상 가압 하에 있지 않을 경우 응집제 액체로 윤활되어 존재한다.
회전 혼합 장치에서, 분배 헤드가 700-2,500 회전수/분, 바람직하게는, 1,000-1,200 회전수/분의 회전 속도로 구동되는 경우가 특히 효과적이고 유리하다. 이러한 상대적으로 높은 회전 속도에서, 슬러리 중 응집제 액체의 요망하는 개선된 혼합 및 분배가 일어난다. 지나치게 낮은 회전 속도, 예를 들어, 500 회전수/분 미만에서, 응집제 액체의 스트립 또는 스트림이 끊긴다. 그러나, 큰 속도는 요망하는 효과를 달성하기 위해 지나치게 높은 비용을 요한다. 상기 기술된 유형의 공지된 장치(DE-05 4029824)에서는, 저장소에 저장되어 있는 응집제가 이용가능하다. 새로운 물을 액체 또는 분말 형태로 입수가능한 응집제에 첨가하여 약 1%의 응집제 모액(parent solution)을 얻는 것이 또한 공지되어 있다(DE-05 39 01 292). 이후, 응집제 모액은 충전 스테이션(filling station)에서 4-10 부피부의 보충수와 혼합되어 소위 상업 용액의 형태로 응집제를 얻는다. 이러한 응집제는 충전제 슬러리의 양의 18-20%의 양으로 슬러리에 첨가된다. 즉, 응집제의 형태로 약 20부의 응집제 액체가 100부의 충전제 입자에 첨가된다. 이때, 응집제-함유 슬러리, 즉, 컨디셔닝된(conditioned) 충전제는 추가로 첨가된 응집제 액체의 혼합에 의해 첨가된 액체의 1/6을 함유한다.
응집제의 처리를 위해, 많은 양의 물이 사용되며, 이는 비용이 많이 든다. 처리를 위해, 모용액을 얻기 위한 장치 이외에, 상업적 용액을 얻기 위한 장치가 필요하며, 이는 장치와 관련된 추가적 비용 및 장치의 구동과 관련된 추가적 비용을 초래한다. 응집제 및 이의 물은 이것이 슬러리와 혼합될 때까지 전달되며, 전달은 에너지를 요하며, 이는 많은 비용이 든다. 응집제의 물 성분은 슬러리와 함께 필터 프레스(filter press)에 전달되고, 필터 프레스를 통과하고, 최종적으로 다시 정제되어야 한다. 따라서, 추가의 증가된 비용은 응집제 액체 중에 함유된 물과 관련된다.
회전 혼합 장치는 응집제 액체의 사용 또는 이의 물 함량의 증가와 관련된 비용을 없앨 수 있다. 회전 혼합 장치를 사용함으로써, 최대 3t의 응집제 액체가100t의 충전제 슬러리에 제공되는 것이 필요하다.
회전 혼합 장치의 분배 헤드는 슬러리에 혼합된 응집제 액체의 효과성을 제거하지 않고 응집제 액체의 물 성분을 제거하도록 허용한다. 또한, 응집제 액체의 물 성분은 매우 큰 정도로 감소될 수 있고, 이로써 이러한 물 함량과 관련된 비용이 상응하게 제거된다. 물이 덜 필요함에 따라, 펌핑되어야 하는 물이 더 적고, 정제되어야 하는 물이 더 적다.
회전 혼합 장치의 혼합 블레이드의 특정 모양은 슬러리의 충전제 슬러리 입자를 상당 부분 파쇄하고, 이에 따라 형성되는 파쇄된 조각은 열린 균열(open fissure)을 형성한다. 응집제 출구의 특정 모양은 응집제 액체가 새로 열린 균열을 덮음으로써 충전제 및 응집제의 혼합이 강해지는 큰 표면 베일(veil)의 모양을 취한다. 응집제 액체는 이미 미세하게 분포된 상태로 혼합됨으로써 첨가제가 다량의 물로 추가로 희석될, 즉, 응집제 액체의 물 성분을 증가시킬 필요가 없다.
도 3 및 4와 관련하면, 회전 혼합 장치는 충전제 슬러리 스트림이 화살표(2)의 방향으로 흐르는 충전제 슬러리 전달 도관(1) 상에 장착될 수 있다. 회전 혼합 장치는 긴 플랜지(3)에 의해 슬러리 파이프(1) 상에 장착될 수 있으며, 플랜지(3)로부터 돌출되는 연결 챔버(4)를 포함한다. 연결 챔버(4)로부터, 분배 헤드(6)는 슬러리 파이프(1)로 연장되고, 챔버(4)의 반대 단부에 구비된, 예를 들어 전기 모터(electromotor)로서 형성된 구동기(7)에 의해 회전된다. 응집제 액체 도관(8)은 챔버(4)로 통하고, 체크 밸브(9)가 응집제 액체 도관(8) 내에 위치한다. 분배 헤드(6)는 출구 슬롯(10)을 형성하고, 스트립형 혼합 블레이드(11)를 제공한다.
슬리브(sleeve)(14)는 구동기(7)로부터 연장되는 샤프트 연장부(12)에 연결관(15)을 지지하고, 연결 챔버(4)의 끝 벽에, 축 방향면 시일(axial face seal)이 구비되며, 이를 통해 샤프트 연장부(13)가 연장된다. 연결관(15)은 복수의 장형 입구 개구(17)를 지니며, 이를 통해 응집제가 연결 챔버(4)로부터 연결관(15) 내로 흐른다. 연결관(15)은 플랜지(3)에 구비된 평 베어링 슬리브(plain bearing sleeve)(5)를 통해 연결 챔버(4) 내로 돌출되어 관형 분배 헤드(6)는 관(15)의 일체부를 형성한다. 도 4의 분배 헤드(6)에서, 회전 면(18)은 점선으로 표시된다. 각각의 혼합 블레이드(11)는 블레이드의 상응하는 위치에서 슬러리 파이프(1)에 대해 슬롯(20)을 한정하는 아치형 에지(19)를 형성하고, 이는 원형 단면을 갖는다.
본 발명의 구체예는 상기 언급된 공정에서 회전 혼합 장치의 적용을 추가로 제공한다. 회전 혼합 장치는 구동기에 의해 회전되는 분배 헤드를 가지며, 분배 헤드는 충전제 입자의 슬러리를 함유하는 컨테이너에 배열되고, 이의 회전과 결부된 회전 면을 가지며, 분배 헤드는 회전 축을 둘러싸는 원주를 따라 분포된 출구 및 혼합 블레이드를 가지며, 출구는 개구로서 형성되고, 혼합 블레이드는 슬러리 파이프 내경의 적어도 절반의 길이를 갖는, 회전 면을 가로질러 연장되는 스트립으로서 형성된다.
응집제는 분배 헤드에 전달되고, 출구를 통해 충전제 슬러리와 혼합된다.
회전 혼합 장치는 상기 기술된 바와 같으며, 이에 따라 본 발명의 구체예는 여기서 회전 혼합 장치의 상세한 설명을 반복할 필요가 없다.
본 발명의 구체예는 본 발명의 구체예에서 종이 제품, 예를 들어, 종이 또는 판지의 회분 함량을 증가시키는 제지 공정에 의해 얻어진 종이 제품을 추가로 제공한다.
본 출원의 다른 곳에서 언급된 상기 정의 또는 서술이 인용 또는 결합에 의해 사전 또는 본 출원의 원 문서에서 언급된 일반적인 의미(명확하거나 모호한)와 일치하지 않는 경우, 본 출원에서의 용어는, 특히 청구 범위에서, 일반적인 정의, 사전의 정의 또는 인용 및 결합에 의한 정의에 따라 설명되기보다는 본 출원에서의 정의 또는 서술에 따라 설명되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 구체예는 다음과 같은 실시예와 결합하여 추가로 설명된다. 달리 구체적으로 설명하지 않는 한, 본 발명의 실시예에서 사용된 제제 및 원료는 상업적으로 입수 가능하다. 다른 실시예에서, 동일한 제제는 동일한 소스(source)를 갖는다.
실시예 1
화학적으로 분산된 GCC 충전제를 물과 혼합하여 18wt%의 충전제 함량을 갖는 혼합물을 형성시켰다. 200mL의 혼합물을 500mL 유리 비커에 첨가하고, 800rpm에서 30초 동안 교반한 후, 응집제, DEV210(RSV: 10.78 dL/g, 20% 양이온성 전하를 갖고, 5,000,000의 분자량을 갖는 Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능한, 명칭: 아크릴아미드 및 아크릴로일옥시에틸 트리메틸 암모늄 클로라이드의 코폴리머)를 서서히 첨가하였다. 무수 충전제의 중량을 기준으로 하여, 응집제의 양은 충전제의 톤당 2kg 이었다. 응집제가 첨가된 후, 교반 속도를 1500rpm로 상승시키고, 2분 후 샘플링하여, 충전제 입자의 D(V,0.1), D(V,0.5), D(V,0.9) 및 크기 분포 폭을 레이저 입자 분석기(Malvern Instrument Ltd.로부터 구입)를 사용하여 측정하였다. 실험 결과에 대해 표 1을 참조하라.
실시예 2
실시예 1의 방법을 사용하고, 61755(RSV: 5.4 dL/g, 30% 양이온성 전하를 갖고, 1,600,000의 분자량을 갖는, Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능한, 아크릴아미드 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 코폴리머)로 명명된 응집제를 사용한 점에서 상이하다. 실험 결과에 대해 표 1을 참조하라.
비교 실시예 1
실시예 1의 방법을 사용하고, Nalco 7527(RSV: 4.3 dL/g, 30% 양이온성 전하를 갖고, 1,100,000의 분자량을 갖는, Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능한 아크릴아미드 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 코폴리머)을 DEV210 대신에 사용한 점에서 상이하다. 실험 결과에 대해 표 1을 참조하라.
비교 실시예 2
US 8,088,213 B2(이중 폴리머 시스템을 사용하는 조절가능한 충전제 예비응집)에서의 실시예 20의 방법에 따라, 하기 제제를 사용하여 실시예 1에서 200mL 화학적으로 분산된 중질 탄산칼슘(GCC) 충전제 및 물을 혼합함으로써 형성된 18 wt%의 충전제 고형물 함량을 지닌 충전제 혼합물을 처리하였다: 충전제 톤당 1kg의 N7608(응고제로서; Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함), 충전제 톤당 2kg의 DEV115(제1 응집제로서; Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함), 및 충전제 톤당 1.6kg의 DEV125(제2 응집제로서; Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함). 실험 결과에 대해 표 1을 참조하라.
비교 실시예 3
실시예 1의 방법을 사용하고, 응집제 DEV210를 첨가하지 않은 점에서 상이하다. 실험 결과에 대해 표 1을 참조하라.
표 1
Figure pct00002
본 발명의 실시예에서의 방법에 의해 처리된 충전제는 종래 기술에서의 평균 입도와 비교하여 상대적으로 더 큰 평균 입도를 가짐을 표 1로부터 알 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예 1은 단지 하나의 응집제를 사용하여 비교 실시예 2에서 두 개의 응집제를 사용함으로써 얻어진 평균 입도와 필적하거나 심지어 보다 우수한 평균 입도를 달성한다. 실시예 2의 평균 입도가 실시예 1의 평균 입도보다 우수하지 않지만, 실시예 2는 보다 작은 분포 폭을 얻었다.
실시예 3
방법은 실시예 1에서와 동일하고, 충전제를, 상이한 RSV를 갖는 아크릴아미드 및 아크릴로일옥시에틸 트리메틸 암모늄 클로라이드의 코폴리머의 응집제로 처리한 점에서 상이하다. 결과에 대해 표 2를 참조하라.
표 2
Figure pct00003
표 2로부터, 5-12 dL/g의 RSV를 갖는 응집제에 의해 처리된 충전제가 보다 큰 평균 입도 및 2 미만의 크기 분포 폭을 가짐을 알 수 있다. 또한, 9-11 dL/g의 RSV를 갖는 응집제에 의해 처리된 충전제가 상대적으로 더 큰 평균 입도를 가졌다.
실시예 4
실시예 1의 방법을 사용하고, 동일 질량을 갖는 GCC 및 PCC의 혼합물을 충전제로서 사용한 점에서 상이하다. 결과에 대해 표 3를 참조하라.
실시예 5
실시예 1의 방법을 사용하고, 동일 질량을 갖는 GCC 및 초미세 카올린(Zibo Sanhe Chemical Co., LTD로부터 구매)의 혼합물을 충전제로서 사용한 점에서 상이하다. 미립자 응집제 DEV106(Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함, 실리카 졸, 15wt%의 고형물 함량을 지님)을 응집제 DEV210을 첨가하기 전에 충전제 톤당 3kg의 양으로 첨가하였다. 결과에 대해 표 3를 참조하라.
비교 실시예 4
실시예 5의 방법을 사용하고, 응집제 DEV210 및 미립자 응집제 DEV106을 첨가하지 않은 점에서 상이하다. 결과에 대해 표 3를 참조하라.
실시예 6
실시예 1의 방법을 사용하고, 상업적으로 입수가능한 초미세 카올린을 충전제로서 사용한 점에서 상이하다. 결과에 대해 표 3를 참조하라.
실시예 7
실시예 1의 방법을 사용하고, 상업적으로 입수가능한 탈쿰 분말(Dandong Medical Talcum Powder Factory로부터 구입가능, 제품 마크 "白峰")을 충전제로서 사용한 점에서 상이하다. 미립자 응집제 DEV106를, 응집제 DEV210를 첨가하기 전에 충전제 톤당 3kg의 양으로 첨가하였다. 결과에 대해 표 3를 참조하라.
비교 실시예 5
실시예 7의 방법을 사용하고, 응집제 DEV210 및 미립자 응집제 DEV106를 첨가하지 않은 점에서 상이하다. 결과에 대해 표 3를 참조하라.
표 3
Figure pct00004
표 3으로부터, 본 발명의 실시예의 방법에 의해 처리된 충전제가 처리되지 않은 충전제와 비교하여 보다 큰 평균 입도 및 보다 작은 크기 분포 폭을 가짐을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 방법에 의해 처리된 상이한 충전제는 모두 상대적으로 보다 큰 평균 입도 및 보다 작은 크기 분포 폭을 가졌다.
실시예 8
실시예 1의 방법을 사용하고, 응고제 DEV110(Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함, 양이온성 폴리아크릴아미드, 500,000의 분자량을 가짐)를, 응집제 DEV210를 첨가하기 전에 충전제 톤당 0.5kg의 양으로 첨가한 점에서 상이하다. 결과에 대해 표 4를 참조하라.
실시예 9
실시예 8의 방법을 사용하고, 미립자 응집제 DEV106를, 응고제 DEV110(충전제 톤당 0.5kg의 양으로)를 첨가한 후, 그리고 응집제 DEV210를 첨가하기 전에 충전제 톤당 3kg의 양으로 첨가한 점에서 상이하다. 결과에 대해 표 4를 참조하라.
표 4
Figure pct00005
실시예 1의 데이터가 표 4에 열거된다. 표 4로부터, 응집제 DEV210를 첨가하기 전에 응고제 DEV110를 첨가함으로써 처리된 충전제가 보다 작은 크기 분포 폭을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 미립자 응집제 DEV106를 추가로 첨가함으로써 처리된 충전제는 보다 큰 평균 입도를 가질 수 있다.
실시예 10
본 실시예는 본 발명의 방법이 연속 공정에 사용될 수 있다는 가능성을 입증하기 위해 사용되었다.
원심 펌프(Centrifugal pump) A(주로 분말을 제공하기 위해)를, 18wt%의 GCC와 물의 혼합물을 40L/min의 유속으로 원심 펌프 B(주로 제제를 혼합하기 위해)에 펌핑하기 위해 사용하였다. 2kg의 응집제 DEV210/ton(충전제 입자)를 원심 펌프 B의 입구에서 첨가하였다. 이후, 원심 펌프 B의 출구에서 샘플링하고, 레이저 입자 분석기를 사용하여 충전제 입자의 입도 및 크기 분포 폭을 측정하였다. 실험 결과에 대해 표 5를 참조하라.
실시예 11
실시예 10의 방법을 사용하고, 1.5kg의 미립자 응집제 DEV106/ton(충전제 입자)을 원심 펌프 A의 입구에서 GCC 슬러리에 첨가한 점에서 상이하다. 실험 결과에 대해 표 5를 참조하라.
비교 실시예 6
실시예 10의 방법을 사용하고, 응집제 7527를 DEV210 대신 사용한 점에서 상이하다. 실험 결과에 대해 표 5를 참조하라.
표 5
Figure pct00006
표 5로부터, 본 발명의 실시예의 방법이 연속 공정에서 충전제를 처리하는데 사용된 경우, 이 처리에 의해 얻어진 충전제는 여전히 보다 큰 평균 입도 및 보다 작은 크기 분포 폭을 가질 수 있음을 알 수 있다.
실시예 12
실시예 10의 방법을 사용하고, 응집제가 61755인 점에서 상이하다. 상기 언급된 회전 혼합 장치를 원심 펌프 B 대신 사용하였다. 또한, 충전제 입자의 평균 입도 및 크기 분포 폭을 회전 혼합 장치의 출구에서 샘플링한 후 측정하였으며, 이때 회전 혼합 장치의 회전 주파수는 각각 20Hz 및 30Hz였고, GCC 충전제의 고형물 함량은 각각 10wt%, 15wt%, 18wt%, 20wt% 및 30wt%였다.
크기 분포 폭은 표 6에 나타난 바와 같으며, 10wt% 및 18wt%의 고형물 함량을 갖는 GCC 충전제의 평균 입도는 표 7에 나타난 바와 같다.
실시예 13
실시예 12의 방법을 사용하고, 정적 믹서(static mixer)(Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함)를 회전 혼합 장치 대신 사용한 점에서 상이하다. GCC 충전제의 고형물 함량은 각각 10wt%, 15wt%, 18wt%, 20wt% 및 30wt% 였다.
정적 믹서의 출구에서 샘플링한 후, 얻어진 크기 분포 폭은 표 6에 나타난 바와 같으며, 10wt% 및 18wt%의 고형물 함량을 갖는 GCC 충전제의 평균 입도는 표 7에 나타난 바와 같다.
표 6
Figure pct00007
표 7
Figure pct00008
표 6 및 7로부터, 회전 혼합 장치로 전처리함으로써 얻어진 충전제 입자는 종래 기술에서 사용되는 정적 믹서로 전처리함으로써 얻어진 충전제 입자와 비교하여 보다 작은 분포 폭 및 보다 큰 평균 입도를 가질 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 회전 혼합 장치의 사용은 종이 제품의 품질을 잃지 않고 종이 제품의 회분 함량을 증가시키는데 보다 도움이 되고, 또한 얻어진 종이 제품의 생산 비용을 감소시킬 수 있다.
시험 실시예 1
본 시험 실시예의 목적은 종이의 회분 함량에 의한 핸드시트 종이(handsheet paper)의 인장 강도 변화에 대한 상이한 응집제를 사용하는 충전제 전처리의 효과를 평가하기 위한 것이다. 종이의 인장 강도는 TAPPI T494에 따라 측정하였다.
실시예 1에서 얻어진 충전제를 60% 경목 표백 화학 펄프(hardwood bleached chemical pulp)(HBKP), 20% 연목 표백 화학 펄프(SBKP) 및 20% 표백된 화학 열-기계적 펄프(bleached chemical thermo-mechanical pulp)(BCTMP)로 이루어진, 약 0.7%의 고형물 함량을 갖는 슬러리에 첨가하였다. 소정량의 충전제-함유 슬러리를 칭량하고, 800rpm에서 교반하고, 응고제 양이온성 전분(10kg/ton paper), 양이온성 응집제 61067(Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함, 200ppm) 및 벤토나이트(1kg/ton paper)를 15초 마다 첨가하였다. 얻어진 종이 샘플을 일정한 온도 및 습도(23 도씨, 50%의 습도) 하에 밤새 건조시켰다.
또한, 실시예 1에서 얻어진 충전제가 첨가되는 상기 제지 공정에서, 종이 제품 톤당 30kg의 건조 지력증강제 64170(Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함)을 응고제 양이온성 전분(10kg/ton paper)을 첨가한 후, 그리고, 15초 마다 양이온성 응집제 61067 및 벤토나이트를 첨가하기 전에 제지 습단부에 첨가하였다. 또한, 상기와 동일한 방법을 사용하고, 비교 실시예 1 및 비교 실시예 3에서 얻어진 충전제를 각각 사용한 점에서 상이하였다.
얻어진 종이 샘플을 분석하였다. 다음 결과는 도 1에 도시된다: 충전제를 DEV210(실시예 1)로 처리하고, 충전제를 DEV210로 처리하고, 30kg/ton의 건조 지력증강제를 첨가하고, 충전제를 비처리하고(비교 실시예 3), 30kg/ton의 건조 지력증강제를 첨가하고, 충전제를 2kg/ton의 7527(비교 실시예 1)로 처리하고, 30kg/ton의 건조 지력증강제를 첨가하였다. 도 1은 상이한 충전제 전처리 하에서 종이의 회분 함량에 의한 종이의 인장 강도 변화에 대한 관련 그래프이다.
도 1로부터, 7527로의 충전제 전처리 및 30kg/ton의 건조 지력증강제의 첨가의 종래 기술의 기술적 방안과 비교하여, DEV210 단독에 의한 충전제 전처리는 여전히 동일한 회분 함량 하에서 종이 지력이 증가되게 하였다. 30kg/ton의 건조 지력증강제를 계속 첨가하면, 지력은 종래 기술의 종이 제품과 비교하여 동일한 회분 함량 하에서 16% 증가한다. DEV210로 처리된 충전제가 7527로 처리된 충전제보다 더 큰 입도를 갖기 때문에, 충전제가 특정 크기 및 보다 협소한 분포를 갖는 응집제 폴리머를 형성한 후, 섬유 표면 상의 작은 충전제의 패키지가 감소되고, 이후, 보다 많은 섬유 표면이 종이 형성 동안에 노출됨으로써 섬유는 섬유-섬유 결합을 형성할 보다 많은 기회 및 표면적을 갖는다. 또한, 종이 지력의 주 요인 중 하나는 섬유 - 섬유 결합 강도이며, 따라서 종이의 인장 강도가 크게 증가된다.
시험 실시예 2
본 시험 실시예의 목적은 핸드시트 종이 시트의 내부 결합 강도에 대한, DEV210 응집제 및 특허 US 8,088,213 B2에 의해 처리된 예비응집 충전제로의 충전제 전처리의 효과를 평가하기 위한 것이다. 내부 결합 강도는 실행 표준 TAPPI T-569에 따라 측정하였다. 응집 강도(cohesion strength)는 종이의 스콧 결합 강도를 측정하고, 산출함으로써 얻어진다.
실시예 1, 비교 실시예 2 및 비교 실시예 3에서 얻어진 충전제를 60% 경목 표백 화학 펄프(HBKP), 20% 연목 표백 화학 펄프(SBKP) 및 20% 표백된 화학 열-기계적 펄프(BCTMP)로 이루어진, 약 0.7%의 고형물 함량을 갖는 슬러리에 첨가하였다. 소정량의 충전제-함유 슬러리를 칭량하고, 800rpm에서 교반하고, 응고제 양이온성 전분(10kg/ton paper), 양이온성 응집제 61067(Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함, 200ppm) 및 벤토나이트(1kg/ton paper)를 15초 마다 첨가하였다. 얻어진 종이 샘플을 일정한 온도 및 습도(23 도씨, 50%의 습도) 하에 밤새 건조시켰다.
또한, 실시예 1, 비교 실시예 2 및 비교 실시예 3에서 얻어진 충전제가 첨가된 상기 제지 공정에서, 종이 제품 톤당 30kg의 건조 지력증강제 64170(Nalco(China) Environmental Protection Technology Service Co., LTD로부터 입수가능함)를 응고제 양이온성 전분(10kg/ton 종이)을 첨가한 후, 그리고, 15초 마다 양이온성 응집제 61067 및 벤토나이트를 첨가하기 전에 제지 습단부에 첨가하였다.
얻어진 종이 샘플을 분석하였다. 다음 결과는 도 2에 도시된다: 충전제를 DEV210(실시예 1)로 처리하고, 충전제를 DEV210로 처리하고, 30kg/ton의 건조 지력증강제를 첨가하고, 충전제를 비처리하고(비교 실시예 3), 충전제를 비처리하고, 30kg/ton의 건조 지력증강제를 첨가한 후, 충전제를 전처리 기술에 의해 처리하고(비교 실시예 2), 충전제를 전처리 기술에 의해 처리하고, 30kg/ton의 건조 지력증강제를 첨가하였다. 도 2는 상이한 충전제 전처리 하에서 종이의 회분 함량에 의한 종이의 응집 강도의 변화에 대한 관련 그래프이다.
도 2로부터, 예비응집 기술 또는 비처리된 충전제(및 30kg의 건조 지력증강제 64170/ton(종이 제품)을 제지 습단부에 첨가)에 의해 처리된 충전제와 비교하여, 본 출원의 실시예의 응집제가 단독으로 첨가되는 경우에, 종이의 지력이 유사하였음을 알 수 있다. 또한, 예비응집 기술(및 30kg의 건조 지력증강제 64170/ton(및 종이 제품)을 제지 습단부에 첨가)에 의해 처리된 충전제와 비교하여, 본 출원의 실시예의 응집제에 의해 처리된 충전제(및 30kg의 건조 지력증강제 64170/ton(종이 제품)을 제지 습단부 첨가)는 또한 유사한 지력을 갖는 종이를 얻을 수 있었다. 그러나, 본 출원의 공정은 한 종류의 응집제 만을 사용함으로써 충전제 예비응집 효과를 달성할 수 있으며, 이는 화학 증착 및 처리 비용을 감소시키고, 이에 따라 종이의 생산 비용을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예의 공정에서 조성, 작동 및 배치는 본원에서 예를 들어 청구범위에서 정의되는 바와 같은 본 발명의 원리 및 범주를 벗어나지 않고 달라질 수 있다. 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있지만, 본 발명의 일부 구체예에 대해 본원에서는 상세하게 기술된다. 본 기재는 본 발명의 원리의 예시이며, 본 발명을 예시된 특정 구체예로 제한하려는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 본원에 기술된 다양한 구체예의 일부 또는 전부의 가능한 임의의, 및 모든 조합을 포함한다. 본 출원 또는 임의의 인용된 특허, 임의의 인용된 특허 출원 또는 그 밖의 인용된 데이터에 인용된 임의의 및 모든 특허, 특허 출원 및 기타 참고문헌은 이로써 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
상기 기재는 예시적인 것으로 의도되며 모든 것을 망라하는 것은 아니다. 본 설명은 당업자에게 많은 변형 및 대안을 제안할 것이다. 이러한 모든 대안 및 변형은 청구범위의 범주 내에 포함되는 것으로 의도되며, 여기서 용어 "포함하는"은 "포함하나, 이로 제한되는 것은 아닌"을 의미한다. 당업자는 본원에 기술된 특정 구체예에 대한 그 밖의 등가물을 인지할 수 있으며, 그 등가물 또한 청구범위에 포함되는 것으로 의도된다.
본 발명의 대안의 구체예에 대한 설명이 여기에 있다. 당업자는 본원에 기술된 특정 구체예에 대한 그 밖의 등가물을 인지할 수 있으며, 그 등가물 또한 첨부되는 청구범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (18)

  1. 종이 제품의 회분 함량(ash content)을 증가시키는 제지 방법으로서,
    5 dL/g 내지 16 dL/g 범위의 감소된 비점도(RSV), 1,200,000 또는 그 초과 및 7,500,000 또는 그 미만의 분자량, 및 5 mol% 내지 50 mol% 범위의 양이온성 전하를 갖는 응집제를 충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물에 첨가하고,
    이로써 충전제 입자 및 응집제의 응집에 의해 형성된 응집물의 크기 분포가 10 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위의 평균 입도를 갖는 것을 포함하고,
    충전제는 침강성 탄산칼슘 단독이 아닌 방법.
  2. 제1항에 있어서, 응집제가 5 dL/g 내지 12 dL/g 범위, 바람직하게는 9 dL/g 내지 11 dL/g 범위의 RSV를 갖는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 응집제가 1,400,000 내지 5,000,000의 범위, 바람직하게는 3,300,000 내지 4,400,000 범위의 분자량을 갖는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 응집제가 20 mol% 내지 40 mol% 범위의 양이온성 전하를 갖는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 평균 입도가 30 ㎛ 내지 120 ㎛의 범위, 바람직하게는 40 ㎛ 내지 90 ㎛의 범위 내에 있는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 응집물의 크기 분포 폭(size distribution span)의 범위가 2 미만인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 응집제의 양이 충전제 입자의 톤당 대비 0.2 kg 내지 4 kg의 범위, 바람직하게는 1 kg 내지 3 kg의 범위 내인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 응집제가 아크릴아미드, 아크릴로일옥시에틸 트리메틸 암모늄 클로라이드, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 및 디메틸 설페이트 및 메틸 클로라이드 또는 벤질 클로라이드로 형성된 4차 암모늄 염의 군으로부터 선택된 하나 이상의 모노머에 의해 형성된 폴리머인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 폴리머가 둘 이상의 모노머에 의해 형성된 바이오폴리머(biopolymer) 또는 트리폴리머(tripolymer)인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 응집제가 아크릴아미드 및 아크릴로일옥시에틸 트리메틸 암모늄 클로라이드의 코폴리머, 및/또는 아크릴아미드 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 코폴리머인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 충전제가 탄산칼슘, 카올린, 이산화티탄, 탈쿰 분말, 실리카, 실리케이트, 수산화알루미늄, 황산바륨 및 황산칼슘의 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질이며; 충전제가 탄산칼슘이 경우, 충전제 입자는 적어도 10 wt%의 중질 탄산칼슘을 포함하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 응집제를 첨가하기 전에 응고제(coagulant)를 첨가하는 것을 추가로 포함하고; 응고제는 알루멘(alumen), 폴리알루미늄 클로라이드, 양이온성 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 양이온성 전분, 양이온성 구아 검, 및 폴리아미드-폴리아민의 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질인 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 응집제를 충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물에 첨가하기 전, 동안, 또는 후에 미립자 응집제를 첨가하는 것을 추가로 포함하며,
    미립자 응집제는 망상 매크로분자 응집제 폴리머(net-like macromolecule flocculant polymer) 또는 쇄상 매크로분자 응집제 폴리머(chain-like macromolecule flocculant polymer), 벤토나이트(bentonite) 및 이의 개질된 생성물, 실리카 졸, 콜로이드성 실리카 및 콜로이드성 알루미나의 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질인 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 충전제 입자 및 물을 포함하는 혼합물이 충전제 입자의 수성 분산물인 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 인핸서(enhancer)를 제지 습단부(papermaking wet end)에 첨가하는 것을 추가로 포함하며;
    인핸서는 전분 및 이의 개질된 물질, 키토산, 구아 검, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 폴리아크릴아미드, 글리옥살 폴리아크릴아미드, 포름알데하이드 수지, 폴리에틸렌이민 및 폴리비닐 알코올의 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질인 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 응집제가 구동기(driver)에 의해 회전되는 분배 헤드(distribution head)를 지닌 회전 혼합 장치(rotating mixing apparatus)에 의해 첨가되며, 분배 헤드는 충전제 입자의 슬러리를 함유하는 컨테이너에 배열되고, 이의 회전과 연관된 회전면을 가지며, 분배 헤드는 회전 축을 둘러싸는 원주를 따라 분포된 출구 및 혼합 블레이드(mixing blade)를 가지며, 응집제는 출구로부터 슬러리로 진행되고, 출구는 개구로서 형성되고, 혼합 블레이드는 슬러리 파이프 내경의 적어도 절반의 길이를 갖는, 회전 면을 가로질러 연장되는 스트립(strip)으로서 형성되는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법에서의 회전 혼합 장치의 용도로서, 회전 혼합 장치는 구동기에 의해 회전되는 분배 헤드를 지니며, 분배 헤드는 충전제 입자의 슬러리를 함유하는 컨테이너에 배열되고, 이의 회전과 연관된 회전면을 가지며, 분배 헤드는 회전 축을 둘러싸는 원주를 따라 분포된 출구 및 혼합 블레이드를 가지며, 응집제는 출구로부터 슬러리로 진행되고, 출구는 개구로서 형성되고, 혼합 블레이드는 슬러리 파이프 내경의 적어도 절반의 길이를 갖는, 회전 면을 가로질러 연장되는 스트립으로서 형성되는 용도.
  18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 종이 제품.
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