KR20180002569A

KR20180002569A - 펄프 섬유 조성물

Info

Publication number: KR20180002569A
Application number: KR1020170176923A
Authority: KR
Inventors: 알라가라트남 조셉 데바네산; 에두워드 진팅
Original assignee: 알지이 피티이. 엘티디.
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2018-01-08
Also published as: SG10201503693PA; KR101827357B1; KR20160132740A; CN106283826A; CN106283826B

Abstract

펄프 섬유 조성물은 아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들을 포함한다.

Description

펄프 섬유 조성물{A PULP FIBER COMPOSITION}

본 발명은 대체로 펄프 섬유 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 펄프 섬유 조성물로부터 형성되는 인쇄지(paper sheet)뿐만 아니라 티슈지(tissue sheet)를 생산하는 방법에 관한 것이다.

펄프는 화장실 티슈, 종이 수건들, 냅킨들 및 다른 흡수/위생 제품과 같은 티슈들의 생산에 사용되는 통상적인 원료 물질이다. 통상적으로, 티슈 종이는 티슈 등급에 따라 50% 내지 90%의 경목재(hardwood) 펄프 및 10% 내지 50%의 연목재(softwood) 펄프로 이루어진다. 티슈지가 만들어질 때, 펄프 물질의 특정한 특성이 유연도, 평활도, 형성물, 불투명도, 색상 등과 같은 결과물인 티슈에서의 원하는 성질들과 연계된다. 또한, 제조 동안의 내구성(runnability) 및 효율도 중요하다. 따라서, 티슈 제조에 대해 주요한 원가 발생 요인들은 펄프(경목재 및 연목재), 화학 약품들 및 유틸리티(전기, 에너지, 물 등)이다.

아카시아 펄프는 그 섬유 특성으로 인하여 티슈를 위해 보다 우수한 유연도를 제공한다. 이는 보다 높은 섬유 개체군(정해진 중량에서의 섬유의 숫자), 유칼립투스 및 다른 경목재 펄프에 비해 보다 높은 섬유 붕괴 지수(collapse index)에 기인할 수 있다. 아카시아는 또한 보다 낮은 보수율(water retention value: WRV)을 가지며, 이는 목표하는 건조도에 도달하기 위해 양키 건조기(Yankee dryer) 내에서 물을 증발시키는 데 요구되는 보다 적은 열이나 에너지를 가져오는 적은 보수력의 원인이 된다.

또한, 아카시아 펄프의 초기 강도도 유칼립투스 및 다른 경목재 펄프의 경우에 비해 보다 높다. 보다 높은 초기 강도를 가짐으로써, 섬유 정련이 우수한 벌키성(bulkiness) 및 유연도를 가져오기 위한 허용 가능한 강도 성질들에서 최소화될 수 있다. 섬유 정련을 낮춤으로써, 전기 요구가 이에 따라 낮아질 수 있으므로, 보다 낮은 생산 비용을 가져온다. 이에 대한 필요가 있을 경우, 강도를 향상시키는 다른 방식은 연목재와 같이 값비싼 섬유를 추가하는 것이다. 그러므로, 아카시아 섬유의 보다 높은 초기 강도는 잠재적으로 연목재 사용을 감소시키는 결과가 된다.

그러나, 아카시아 펄프를 사용하는 전술한 이점들에도 불구하고, 아카시아 펄프는 양키 건조기 상에서 낮은 접착성(부유성)을 가진다. 이러한 문제는 낮은 기계 내구성 및 기계 효율을 가져올 수 있으므로, 양키 건조기로부터의 좋지 못한 크레이핑(creping)으로 인해 낮은 품질의 티슈의 결과로 된다. 그러므로, 고속의 초지기들에 있어서, 사용되는 아카시아의 양이 제한되어야 하며, 종래에는 35%로 설정된다. 35% 이상까지 아카시아 펄프 사용량을 증가시키는 것은 일반적으로 전술한 바와 같은 내구성과 품질 문제들을 야기할 수 있다. 상기 양키 건조기에 대한 접착성을 향상시키기 위하여, 특별한 접착 화학 약품이 양키 건조기 표면상에 약간 첨가되거나, 티슈 제조 설비들에서 사용 이전에 아카시아 펄프를 처리한다. 그러나, 이들 추가적인 화학 약품들/처리는 경제적 및 효율의 관점에서 바람직하지 않다.

전술한 단점들의 하나 또는 그 이상을 극복하거나 적어도 개선할 수 있는 펄프 섬유 조성물을 제공할 필요가 있다.

전술한 단점들의 하나 또는 그 이상을 극복하거나 적어도 개선할 수 있는 인쇄지를 생산하는 방법을 제공할 필요도 있다.

제1 측면에 따르면, 아카시아 만기움(acacia mangium) 섬유들 및 아카시아 크라시카르파(acacia crassicarpa) 섬유들을 포함하는 펄프 섬유 조성물이 제공된다.

유리하게는, 상기 펄프 섬유 조성물은 상기 펄프 섬유 조성물 내에 낮은 친유성(lipophilic) 함량을 가지면서 100%의 아카시아 종(species)으로 구성될 수 있다. 상기 펄프 섬유 조성물은 상기 펄프 섬유 조성물 내의 친유성 함량을 감소시키도록 전처리 또는 효소 처리를 요구하지 않을 수 있다.

상기 펄프 섬유 조성물은 특별한 접착 화학 약품들을 필요로 하지 않고 양키 건조기(Yankee dryer) 표면에 대해 우수한 부착성을 가질 수 있다.

상기 펄프 섬유 조성물은 높은 섬유 가축성(collapsibility)을 가질 수 있으므로, 상기 펄프 섬유 조성물 내에 감소된 자유수(free water) 함량을 가져올 수 있다. 이는 상기 양키 건조기 내에서 요구되는 건조 에너지의 양을 감소시키는 결과가 가져올 수 있다.

제2 측면에 따르면, 건조된 인쇄지(paper sheet)를 형성하도록 아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들을 포함하는 펄프 섬유 조성물을 건조시키는 단계를 구비하는 인쇄지를 생산하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 선택적으로 상기 펄프 섬유 조성물을 전처리하는 단계를 배제할 수 있거나, 상기 펄프 섬유 조성물에 대해 과도한 양으로의 접착 화학 약품들이나 효소들의 첨가를 배제할 수 있다.

제3 측면에 따르면, 적어도 13㎤/g의 티슈 벌크 성질(tissue bulk property)을 갖는 아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들을 포함하는 펄프 섬유 조성물로부터 형성되는 티슈지(tissue sheet)가 제공된다.

유리하게는, 상기 티슈지는 화장실 시스템들에서 충분히 폐기될 수 있으면서 티슈 유연도, 티슈 불투명도 및 티슈 강도에서 소비자들의 기대를 만족시키거나 넘을 수 있다.

첨부된 도면들은 개시되는 실시예들을 예시하며, 개시된 실시예의 원리들을 설명하기 위한 것이다. 그러나, 도면들이 예시의 목적들로만 설계된 것이고, 본 발명에 대한 한정들로 정의되는 것은 아닌 점이 이해될 것이다.
도 1은 실험실 펄핑 후의 다양한 펄프 혼합물들의 섬유 구조물 및 붕괴 지수들을 나타내는 막대그래프이다.
도 2는 아카시아 만기움 및 아카시아 크라시카르파 목재 내의 추출된 친유성 물질의 성분들을 나타내는 막대그래프이다.
도 3은 아카시아 만기움 및 아카시아 크라시카르파 목재 내의 지방산 성분들을 나타내는 막대그래프이다.
도 4는 아카시아 만기움 및 아카시아 크라시카르파 목재 내의 지방 알콜 성분들을 나타내는 막대그래프이다.
도 5는 지방 알콜 녹는점과 탄소 사슬 길이 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 아카시아 친유성 함량의 함수로서 양키 건조기에 대한 접착력을 나타내는 그래프이다. 이러한 그래프는 또한 양키 표면상의 펄프의 접착력을 증가시키도록 양키 건조기 내에 사용되는 접착 화학 약품의 양을 나타낸다.
도 7은 실험실 펄핑에 의한 펄프 혼합물들 내의 아카시아 크라시카르파의 증가하는 양들의 함수로서 친유성 함량을 나타내는 막대그래프이다.
도 8은 밀 펄핑 후의 펄프 혼합물들 내의 아카시아 크라시카르파의 증가하는 양들의 함수로서 친유성 함량을 나타내는 막대그래프이다.
도 9는 다른 펄프들과 비교한 아카시아 XP의 양키 건조기에 대한 접착력을 나타내는 막대그래프이다.
도 10은 다른 펄프들과 비교한 아카시아 XP의 양키 전의 건조도를 나타내는 막대그래프이다.
도 11은 다른 펄프들과 비교한 아카시아 XP의 25°SR에서의 인장 지수들, 정련 에너지 및 인장을 나타내는 막대그래프이다.
도 12는 유사한 gsm을 갖는 다른 펄프들로부터 만들어진 티슈들과 비교한 아카시아 XP의 티슈 인장 강도 지수들 및 티슈 벌크 값들을 나타내는 막대그래프이다.
도 13은 유사한 gsm을 갖는 다른 펄프들로부터 만들어진 티슈들과 비교한 아카시아 XP의 티슈 유연도 및 불투명도 품질들을 나타내는 막대그래프이다.

정의들

다음 단어들과 용어들은 여기서 아래에 나타낸 의미를 가진다.

'친유성 성분들(lipophilic components)'이라는 용어는 왁스들(waxes), 지방산들(fatty acids), 알카놀들(alkanols)(백랍 및/또는 C₂₄-C₂₈-OH와 같은 긴사슬의 OH 화합물들 및/또는 90℃ 또는 그 이상의 높은 녹는점의 알카놀들과 같은), 히드록시 추출물들(hydroxy extractives), 지방 알콜들(fatty alcohols), 트리글리세리드들(triglycerides), 디글리세리드들(diglycerides), 스테롤들(sterols), 스테릴 에스테르들(steryl esters) 등을 포함하여 폭넓게 해석되도록 의도된 것이다. 상기 지방산들은 C₁₆-C₁₈ 지방산들, C₁₈-C₂₈ 지방산들 및/또는 C₂₀-C₂₆ 지방산들과 같은 C₄-C₃₀의 알킬기(alkyl group)를 갖는 지방산들일 수 있다. 상기 지방산은 포화되거나 불포화될 수 있다. 상기 지방산들의 일부 또는 모두는 트리글리세리드와 같은 다른 분자들에 결합되거나 부착될 수 있다. 다른 예들은 테트라데카노익(tetradecanoic)(미리스틱(myristic), C₁₄); 헥사데카노익(hexadecanoic)(팔미틱(palmitic), C₁₆); 9,12-옥타데타디에노익(octadecadienoic)(리놀레익linoleic), C₁₈); 7-옥타데카디에노익(octadecadienoic)(C₁₈); 헵타데카노익(heptadecanoic)(마르가릭(margaric), C₁₇) 또는 옥타데카노익(octadecanoic)(스테아릭(stearic), C₁₈); 도코사노익(docosanoic)(베히닉(behinic), C₂₂); 테트라코사노익(tetracosanoic)(리그노세릭(lignoceric), C₂₄); 헥사코사노익(hexacosanoic)(세로틱(cerotic), C₂₆); 및/또는 펜타데카노익(pentadecanoic)(C₂₅)을 포함한다. 상기 친유성 함량은 디클로로메탄(dichloromethane)과 같은 비극성 용매를 사용하여 추출하고 추출된 양을 측정함에 의해 결정될 수 있다. 따라서, "친유성 성분"이라는 용어는 친유성 추출물들도 포함할 수 있다.

"실질적으로(substantially)"라는 단어는 "완전히(completely)"를 배제하는 것은 아니다. 예를 들면, Y가 "실질적으로 없는" 조성물은 Y가 완전히 없을 수 있다. 필요할 경우, "실질적으로"라는 단어는 발명의 정의에서 생략될 수 있다.

다르게 명시하지 않는 한, "포함하는" 및 "포함하다"라는 용어들과 이들의 문법적인 변형들은 "개방적" 또는 "포괄적" 언어를 나타내도록 의도되는 것이므로 이들은 언급된 요소들을 포함할 뿐만 아니라 추가적인 언급되지 않은 요소들을 포함을 허용한다.

여기에 사용되는 바에 있어서, "약"이라는 용어는, 제제들의 성분들의 내용에서, 통상적으로 언급된 값의 +/- 5%, 보다 통상적으로 언급된 값의 +/- 4%, 보다 통상적으로 언급된 값의 +/- 3%, 보다 통상적으로, 언급된 값의 +/- 2%, 심지어는 보다 통상적으로 언급된 값의 +/- 1% 및 심지어는 보다 통상적으로 언급된 값의 +/- 0.5%를 의미한다.

본 명세서에 걸쳐 특정 실시예들이 범위 포맷으로 개시될 수 있다. 범위 포맷으로의 기재가 단지 편의성과 간결성을 위한 것이며, 개시된 범위들의 범주에 대한 변경되지 않는 제한으로 간주되지는 않아야 하는 점이 이해되어야 할 것이다. 이에 따라, 범위의 기재는 특별히 개시된 모든 가능한 하위 범위들뿐만 아니라 이러한 범위 내의 개별적인 수치 값들을 가지는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들면, 1부터 6까지와 같은 범위의 기재는 1부터 3까지, 1부터 4까지, 1부터 5까지, 2부터 4까지, 2부터 6까지, 3부터 6까지 등과 같이 특별히 개시된 하위 범위들뿐만 아니라 상기 범위 내의 개별적인 숫자들, 예를 들면, 1, 2, 3, 4, 5 및 6을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 이는 상기 범위의 폭에 관계없이 적용된다.

특정 실시예들이 또한 여기서 폭넓고 포괄적으로 기재될 수 있다. 일반적인 개시 사항들에 해당되는 보다 좁은 종들과 하위 종의 그룹들로 개시 사항의 일부를 구성한다. 이는 제거된 물질이 특별히 여기에 언급되는지 또는 아닌지에 관계없이 종들로부터 어떤 주제물이 제거된 조건이나 소극적 한정을 구비하는 실시예들의 일반적인 설명을 포함한다.

실시예들의 상세한 설명

이하, 펄프 섬유(pulp fiber) 조성물의 예시적이고 제한적이지 않은 실시예들이 개시될 것이다. 상기 펄프 섬유 조성물은 아카시아 만기움(acacia mangium) 섬유들 및 아카시아 크라시카르파(acacia crassicarpa) 섬유들을 포함할 수 있다. 상기 펄프 섬유 조성물은 아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들로 구성될 수 있다. 상기 펄프 섬유 조성물은 본질적으로 아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들로 구성될 수 있다.

상기 펄프 섬유 조성물은 100%의 아카시아 종(acacia species) 섬유들로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 펄프 섬유 조성물은 상기 펄프 섬유 조성물 내의 친유성(lipophilic) 내용물들의 양을 감소시키는 특별한 접착 화학 약품들(과도한 양으로) 또는 효소들의 첨가를 요구하지 않을 수 있다. 상기 아카시아 종 섬유들은 부분적으로 또는 완전히 원래의 펄프 섬유일 수 있다. 상기 아카시아 종 섬유들은 통상적으로 셀룰로오스(cellulose) 섬유들일 수 있으며, 아시아, 인도네시아, 아프리카 및 열대성 기후지들로부터의 아카시아 섬유들일 수 있다.

상기 펄프 섬유 조성물 내에 존재하는 상기 아카시아 종의 양이 실질적으로 종래 기술에서 허용 가능한 경우 이상일지라도 상기 펄프 섬유 조성물은 종래 기술의 펄프 보다 낮은 친유성 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 한계를 넘어 아카시아 종의 양을 증가시키는 것이 좋지 않은 내구성(runnability), 감소된 기계 효율 및 보다 낮은 티슈 품질을 야기하는 양키 건조기(Yankee dryer) 표면에 대해 접착 문제들을 가져올 수 있기 때문에 종래의 펄프 내의 아카시아 종의 양은 35% 이상이 되지 않을 수 있다.

그러나, 본 발명자들은 두 아카시아 종들의 혼합물(이의 전체 함량이 35%의 종래 기술의 한계 이상이다)을 가짐에 의해, 결과적인 펄프 섬유 조성물 내의 친유성 내용물의 양이 증가되지 않지만, 대신에 우수한 내구성, 양키 건조기 표면에 대한 보다 높은 접착력 및 보다 나은 티슈 품질을 가져오는 원하는 값으로 조절할 수 있는 점을 발견하였다. 이에 따라, 이는 펄프 내에 존재하는 아카시아 종의 양에 대한 제한이 티슈 생산에서의 문제점들을 회피하도록 설정되어야 한다는 해당 분야의 일반적인 견해에 모순되고 반대된다.

상기 펄프 섬유 조성물에 있어서, 상기 아카시아 만기움 섬유들은 상기 펄프 섬유 조성물 내에 최대로 약 35wt%, 최대로 약 30wt%, 최대로 약 25wt%, 최대로 약 20wt%, 최대로 약 15wt%, 최대로 약 10wt%, 최대로 약 5wt% 또는 최대로 약 0.1wt%의 중량 농도(weight concentration)로 존재할 수 있다.

상기 아카시아 크라시카르파는 상기 펄프 섬유 조성물 내에 적어도 약 65wt%, 적어도 약 70wt%, 적어도 약 75wt%, 적어도 약 80wt%, 적어도 약 85wt%, 적어도 약 90wt%, 적어도 약 95wt% 또는 최대로 99.9wt%의 중량 조성(weight composition)으로 존재할 수 있다.

상기 펄프 섬유 조성물은 0.420 보다 적은, 0.415 보다 적은, 0.410 보다 적은, 0.405 보다 적은 또는 0.400 보다 적은 붕괴 지수(collapse index)를 가질 수 있다. 상기 붕괴 지수를 증가시킴으로써, 가압한 후에 물의 혼입을 위한 공극 체적(void volume)이 최소화될 수 있으므로, 상기 섬유 내의 자유수(free water) 내용물의 양의 감소를 가져온다. 이는 상기 펄프 섬유 조성물 내의 물의 양이 적어지기 때문에 상기 양키 건조기 내의 상기 섬유들로부터 물을 증발시키는 데 요구되는 열에너지의 양을 감소시키는 데 기여한다. 상기 붕괴 지수(또는 붕괴 저항 지수(collapse resistance index: CRI))는 다음 식(1)에 기초하여 계산된다.

[식 (1)]

상기 펄프 섬유 조성물은 적어도 약 5.0N/m, 적어도 약 5.5N/m, 적어도 약 6.0N/m, 적어도 약 6.5N/m 또는 적어도 약 7.0N/m의 양키 건조기에 대한 접착력을 가질 수 있다. 양키 건조기에 대한 아카시아 펄프의 접착은 친수성(또는 탄수화물carbohydrate) 함량들뿐만 아니라 소수성(또는 친유성) 함량들에 의존한다. 친수성 성분들은 탄수화물들(α, β, γ-셀룰로오스들, 아라비노오스(Arabinose), 갈락토오스(Galactose), 크실로오스(Xylose), 글루코오스(Glucose) 그리고 만노스(Mannose))인 반면에 친유성 성분들은 지방산들, 지방 알콜들, 페룰산들(ferulic acids), 글리세리드들 그리고 스테롤들로 구성된다. 증가된 헤미셀룰로오스들(hemicelluloses)(아라비노오스, 갈락토오스 또는 크실로오스), 글루코오스 및 만노스 함량과 같은 펄프 내의 증가된 친수성 또는 탄수화물들 함량은 양키 건조기 표면에 대한 펄프의 접착력을 향상시킬 것이며, 보수율(water retention value)을 향상시킬 것이다. 상기 양키 건조기에 대한 상기 펄프의 접착력의 향상은 접착제로 작용하는 상기 친수성 성분들의 존재 때문이다. 상기 증가된 보수율은 이후에 상기 펄프의 물 함량을 증가시키며, 이는 이후에 그 표면 장력 및 극성 인력을 통해 상기 금속 표면에 대한 물의 끌림으로 인하여 금속 표면(상기 양키 건조기 표면)에 상기 펄프를 부착시키는 데 기여한다. 아카시아가 유칼립투스 보다 적은 헤미셀룰로오스 함량들을 함유하기 때문에, 아카시아 펄프 내의 상기 친수성 함량이 보다 가벼운 펄핑(pulping) 공정에 의해 유지될 수 있다. 상기 소수성 성분들은 이후에 뜨거운 금속 표면에 대한 접착을 방지한다. 이에 따라, 상기 양키 건조기에 대해 원하는 접착력을 얻기 위하여 친수성 및 소수성 성분들의 양이 적절하게 제어되고 조절될 필요가 있다.

상기 펄프 섬유 조성물은 약 0.05% 내지 약 0.15%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14% 또는 약 0.15%(디클로로메탄으로 추출되는 경우)의 범위의 친유성 함량을 가질 수 있다. 용매 추출에 의해 친유성 함량을 결정하기 위한 표준 테스트는 국제 표준 TAPPI T204 cm07이 될 수 있다. 상기 펄프 섬유 조성물 내의 친유성 내용물들의 양을 제어함으로써, 긴사슬 탄소 지방산들 및 지방 알콜들(C24 내지 C28)이 상기 양키 건조기에 대한 접착을 증가시키기 위해 조절된 레벨로 존재하는 점을 여전히 확보하면서, 상기 펄프 섬유 조성물이 우수한 품질로 티슈들을 생산하기 위해 사용될 수 있다.

상기 펄프 섬유 조성물은 적어도 약 14.5%, 약 15% 또는 약 20%의 헤미셀룰로오스 함량을 가질 수 있다.

따라서, 아카시아 크라시카르파(높은 섬유 가축성(collapsibility) 및 낮은 CRI를 부여한다) 및 아카시아 만기움(높은 녹는점들을 갖는 긴사슬 탄소 친유성 물질들을 제공한다)의 존재로 인하여, 상기 친유성 함량이 최대로 0.15%인 점을 확보하면서, 상기 펄프 섬유 조성물이 양키 건조기 표면에 대해 우수한 접착력과 감소된 에너지 요구 사항들을 가지므로, 우수한 유연도 및 불투명도를 갖는 티슈의 결과로 된다.

상기 펄프 섬유 조성물을 형성하기 위하여, 고정된 비율의 아카시아 만기움 목재 칩들(chips) 및 아카시아 크라시카르파 목재 칩들(예를 들면, 각기 35% 내지 65%의 비율)이 칩 파일(chip pile)로부터 수득되었다. 상기 목재 칩들의 혼합물은 원하는 증해 카파(cooking kappa)(예를 들면, 17 내지 19의 범위)에 도달하도록 백액(white liquor), 약한 흑액(Weak Black Liquor: WBL) 및 고온 흑액(Hot Black Liquor; HBL)로 증해관(digester) 내에서 증해되었다. 카파는 목재 탈리그닌(delignification)의 정도에 대한 간접적인 측정이다. 상기 증해된 펄프는 임의의 증해되지 않은 목재 칩들을 제거하기 위해 스크린(screen)될 것이고, 다음 단계 전에 청정도를 향상시키도록 세척될 것이다. 상기 세척된 펄프는 이후에 산소, 산화된 백액 및 부식제(caustic)를 사용하는 것에 의해 리그닌을 더 제거하기 위해 산소 탈리그닌(Oxygen Delignification: ODL) 단계로 들어간다. 상기 펄프는 이후에 D 스테이지(ClO₂를 사용하여), EOP 스테이지(산소, 부식제 및 과산화물을 사용하여) 및 이후에 마지막 D 스테이지(ClO₂를 사용하여)와 같은 표백(bleaching) 단계들로 들어간다. 세척 단계들이 다음 단계 전에 상기 펄프의 청정도를 향상시키기 위해 각 표백 단계 사이에 적용된다. 상기 펄프가 최종 소비자에 의해 요구되는 밝기까지 표백된 후, 상기 펄프는 펄프 건조기 내로 들어가기 전에 슬러리 저장소 내에 저장된다. 상기 펄프 건조기 내에서, 상기 펄프 슬러리가 이후에 먼지 입자들을 제거하기 위해 더 세정된다. 슬러리는 물이 제거되면서 섬유 매트로 형성되며, 이후 고온 공기 건조기 내에서 더 건조되기 전에 물의 제거가 계속되도록 가압된다. 건조된 펄프 시트들(내부에 상기 아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들을 갖는)이 이후에 그 베일(bale) 크기로 절단되고 수송을 위해 권취된다.

상술한 펄프 섬유 조성물은 티슈지와 같은 인쇄지를 형성하는 데 사용될 수 있다. 인쇄지를 생산하는 방법은 건조된 인쇄지를 형성하도록 아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들을 포함하는 펄프 섬유 조성물을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 양키 이전의 상기 티슈지의 건조도는 적어도 약 24.2%, 적어도 약 24.3%, 적어도 약 24.4%, 적어도 약 24.5%, 적어도 약 24.6%, 적어도 약 24.7%, 적어도 약 24.8%, 적어도 약 24.9% 또는 적어도 약 25.0%의 범위가 될 수 있다.

상기 건조 단계는 양키 건조기 내에서 착수될 수 있다. 상기 펄프 섬유 조성물은 닥터 블레이드(doctor blade)로 스크랩핑(scrapping)하기 전에 상기 양키 건조기 내에서 허용 가능한 건조도까지 건조될 수 있다. 상기 펄프 섬유 조성물은 이의 낮은 친유성 함량으로 인해 특별한 접착 화학 약품들 또는 전처리를 이용하지 않고 상기 양키 건조기 표면에 부착될 수 있다.

여전히 상기 양키 건조기 상에서 상기 건조된 인쇄지는 상기 종이를 크레이프(crepe)하도록 양기 실린더 상에 장비되는 닥터 블레이드로 스크랩될 수 있다. 따라서, 상기 방법은 크레이프된 인쇄지를 형성하기 위해 상기 건조된 인쇄지를 크레이핑(creping)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 크레이핑은 상기 양키 건조기에 대한 상기 펄프의 접착력, 상기 닥터 블레이드의 기하학적 구조, 상기 양키와 제지기의 최종 부분 사이의 속도 차이 및 펄프 특성들에 의해 제어될 수 있다.

상기 방법은 종이 제품을 형성하도록 상기 크레이프된 인쇄지를 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 포장된 티슈 종이들과 같은 상기 종이 제품을 형성하기 위해 상기 크레이프된 인쇄지를 감고, 절단하고 포장하는 단계들을 수반할 수 있다.

아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들을 포함하는 상기 펄프 섬유 조성물로부터 형성되는 티슈지는 적어도 약 13.0㎤/g, 적어도 약 13.1㎤/g, 적어도 약 13.2㎤/g, 적어도 약 13.3㎤/g, 적어도 약 13.4㎤/g 또는 적어도 약 13.5㎤/g의 티슈 벌크 성질(tissue bulk property)을 가질 수 있다. 상기 티슈 시트는 적어도 약 7.5Nm/g, 적어도 약 7.6Nm/g, 적어도 약 7.7Nm/g, 적어도 약 7.8Nm/g, 적어도 약 7.9Nm/g 또는 적어도 약 8.0Nm/g의 가로 방향 티슈 인장 지수(tissue tensile index cross direction)를 가질 수 있다. 상기 티슈 시트는 적어도 약 9Nm/g, 적어도 약 9.5Nm/g, 적어도 약 10Nm/g, 적어도 약 10.5Nm/g, 적어도 약 11Nm/g의 세로 방향 티슈 인장 지수(tissue tensile index machine direction)을 가질 수 있다. 상기 티슈 시트는 적어도 약 13 또는 적어도 약 14의 티슈 유연도(softness)를 가질 수 있다. 상기 티슈 시트는 적어도 약 56%, 적어도 약 57%, 적어도 약 58%, 적어도 약 59% 또는 적어도 약 60%의 티슈 불투명도(opacity)를 가질 수 있다.

실시예들

본 발명의 제한적이지 않은 실험예들 및 비교예가 어떠한 방식으로도 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하는 특정한 실험예들을 참조하여 보다 상세하게 기재될 것이다.

실험예 1

아카시아 만기움 목재 칩들 및 아카시아 크라시카르파 목재 칩들이 펄핑(pulping) 이전에 다양한 비율들로 혼합되었고(전술한 바와 같이), 결과물인 펄프가 상기 섬유 구조, 상기 친유성 함량들 및 양키 건조기에 대한 접착력을 결정하기 위해 특성화되었다.

섬유 구조

섬유 구조가 섬유 모폴러지(morphology) 테스트 기구(카자니 파이버 랩(Kajaani Fiber lab.), 파이버 마스터(Fiber Master) 또는 FQA 기구와 같은)에서의 측정에 의해 수득되었다. 전체적으로, 선유 구조 또는 섬유 모폴러지는 상기 펄프 내에 함유된 개별적인 섬유들의 평균 조각들(pieces)의 결과이다. 예를 들면, 1밀리그램의 펄프는 10,000－28,000조각의 섬유들을 함유한다.

보다 낮은 붕괴 저항 지수를 가짐으로써, 가압한 후의 물의 혼입을 위한 공극 체적이 감소되거나 최소화될 수 있다. 보다 낮은 붕괴 저항 지수는 또한 보다 낮은 자유수 함량의 결과로 된다. 도 1은 아카시아 만기움 및 아카시아 크라시카르파의 다양한 펄프 혼합물들의 섬유 구조를 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, 11의 펄프 혼합물들이 조사되었고, 여기서 제1 샘플은 아카시아 크라시카르파가 없는 100%의 아카시아 만기움(샘플 AM100AC00)이었고, 후속하는 샘플들은 100%의 아카시아 크라시카르파를 포함하는 최종 샘플(샘플 AM00AC100)이 사용되었을 때까지 상기 아카시아 만기움의 양을 10%로 점진적으로 감소시켜 얻어졌다(샘플들 AM90AC10, AM80AC20, AM70AC30, AM60AC40, AM50AC50, AM40AC60, AM30AC70, AM20AC80, AM10AC90). 상기 펄프 내에 65% 이상의 아카시아 크라시카르파를 가짐으로써, 상기 붕괴 저항 지수가 감소되었던 점을 알 수 있다. 상기 펄프 내의 헤미셀룰로오스 함량(적어도 14.5%의)으로서 주로 탄수화물을 보존함에 의해, 상기 펄프가 상기 양키 건조기의 표면에 부착될 수 있을 뿐만 아니라 상기 건조기 전의 가압 후에 상기 펄프의 물 함량을 증가시킬 수 있다.

친유성 함량 분석

아카시아 만기움 및 아카시아 크라시카르파 내의 친유성 함량이 비극성 또는 친유성 용매로의 추출을 통해 확인되었다. 추출된 친유성 물질들은 이후에 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography: GC) 분석기를 이용하여 확인되었다. 여기서 사용된 시험 과정은 표준 테스트 TAPPI T204 cm07 과정의 경우이다.

디클로로메탄 용매로 목재 및 펄프의 실험실 추출로부터, 아카시아 만기움이 아카시아 크라시카르파 보다 친유성인 물질들을 함유하는 점을 발견하였다. 아카시아 만기움 목재는 1.21%의 친유성 내용물들을 함유하는 반면에 아카시아 크라시카르파 목재는 0.33% 친유성 내용물들을 함유한다. 아카시아 만기움 펄프는 0.29%의 친유성 내용물들을 함유하는 반면에 아카시아 크라시카르파 펄프는 0.10%의 친유성 내용물들을 함유한다.

아카시아 만기움 및 아카시아 크라시카르파 목재 사이의 친유성 성분들의 다른 분석이 GC 확인에 이어 헥산(hexane) 추출을 이용하여 수행되었다. 도 2는 두 가지 유형들의 아카시아 목재 내의 추출된 친유성 물질들의 일반적인 성분을 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 아카시아 만기움 목재는 아카시아 크라시카르파 목재 보다 많은 지방산들, 지방 알콜들, 페룰산들, 글리세리드들 및 스테롤들을 함유한다. 선형 지방들 및 가비누화물들(saponifibles)인 80%의 친유성 함량들로 인하여, 이는 아카시아 목재의 정화 효과에 기여한다. 비교할 경우, 유칼립투스와 같은 다른 경목재들 내의 친유성 내용물들은 고분자 수지 및 비가비누화(non-saponifiable) 지방들의 형태이며, 이는 종이 또는 티슈 제조 공정에서 먼지나 증착 문제들의 원인이 되므로, 결과물인 종이 또는 티슈 제품의 청정도와 관련된 문제들을 야기한다.

또한, GC에 의한 상기 친유성 성분 원소의 평가는 도 2에 도시된 바와 같이 아카시아 만기움이 매우 높은 원소들의 대다수가 긴사슬 탄소 지방산들 및 지방 알콜들(C24 내지 C28)이므로 상기 펄프 내의 친유성 함량의 감소가 어려운 점을 나타낸다. 도 3 및 도 4는 양 아카시아 종들에서 탄소 원자들의 숫자에 의한 친유성 성분들의 붕괴를 나타낸다. 그러나, 아카시아 내의 이들 긴사슬 원소들은 종이 또는 티슈 제조 공정에서 먼지나 증착에 영향을 미치지 않는다. 이들 긴사슬 탄소 지방 알콜들의 녹는점은 매우 높고(75℃ 이상, 도 5 참조), 뜨거운 양키 표면상에서 접착 문제에 추가적인 영향이 있는 것으로 발견되었다. 따라서, 상기 아카시아 펄프의 친유성 부분 내의 긴사슬 탄소 성분들의 양이 조절되는 것이 중요하다. 본 발명자들은 DCM 추출 가능으로 0.16%와 동일하거나 이보다 적은 친유성 함량을 가짐으로써 도 6을 참조하면 상기 양키 건조기 표면에 대한 최상의 접착력을 제공하였던 점을 발견하였다. 따라서, 티슈 생산을 위해 가장 우수한 아카시아 펄프 등급을 구현하도록 DCM 추출 가능으로 0.16%와 동일하거나 이보다 적은 친유성 레벨의 목표 수치가 이용되었다.

앞서 나타낸 바와 같이, 아카시아 만기움 내의 긴사슬 친유성 탄소 성분들의 양은 아카시아 크라시카르파 내의 경우에 비하여 약 17배였다. 아카시아 만기움 및 아카시아 크라시카르파 내의 친유성 내용물들의 양을 파악함으로써, 0.15%와 동일하거나 이보다 적은 친유성 함량들을 갖는 결과물인 펄프 혼합물이 수득되었다. 실험실 펄핑 결과들은 <30%의 아카시아 만기움(및 70% 이상의 아카시아 크라시카르파)에서, 도 7을 참조하면 상기 펄프 혼합물이 DCM 추출 가능으로 0.18% 보다 적은 친유성 함량을 가졌던 점을 나타낸다. 상기 실험실 펄핑은 상기 펄핑 공정의 매 단계에 대해 실온에서 수작업으로 이루어진 종래의 증해(cooking) 및 세정(실온의 수돗물로)으로 수행되었다. 펄프 밀 펄프(pulp mill pulp)와 비교할 때, ≤35%의 아카시아 만기움(및 ≥65%의 아카시아 크라시카르파)으로 상기 펄프 혼합물이 도 8을 참조하면 0.16%와 동일하거나 이보다 적은 전체 친유성 함량을 가졌다. 상기 펄프를 수득하는 데 이용되었던 공정(실험실 세척이 실온의 수돗물로 수행되었던 반면에 펄프 밀 공정이 일부 지점들에서 높은 pH로 75℃의 평균 온도에서 수행되어 펄프 밀 공정에서 향상된 친유성 물질의 제거를 가져왔던 펄프 밀 공정과 비교되는 실험실 펄핑)으로 인하여, 보다 높은 친유성 함량이 실험실 처리된 펄프 내에서 얻어졌다.

상술한 바에 기초하여, 35%와 동일하거나 그 이하의 아카시아 만기움을 포함하는 펄프 혼합물이 다른 평가를 위해 선택되었다(이하, 아카시아 XP 펄프로 칭한다). 이러한 펄프 혼합물은 유리하게는 비록 상기 펄프가 100%의 아카시아였더라도 양키 건조기 상에서 우수한 접착력을 가진다. 따라서, 이러한 펄프는 상기 펄프 내에 존재하는 아카시아 종의 양이 35% 이상의 아카시아 종을 함유하는 펄프를 사용할 때에 좋지 못한 접착성 및 내구성의 문제들로 인해 통상적으로 최대 35%로 제한되었던 종래의 기술적 편견을 극복할 수 있다. 상기 양키 건조기에 대한 접착성을 향상시키도록 상기 펄프 내의 아카시아 종의 양을 감소시키기 위하여, 종래의 방법들은 특별한 접착 화학 약품들 또는 상기 아카시아 펄프의 전처리의 사용을 포함하지만, 이는 결국 상기 티슈의 품질 및 증가된 생산 비용에서 문제들을 야기한다. 이러한 예들은 이에 따라 종래의 방법들과 비교할 경우에 어떠한 추가적인 화학 약품들이나 전처리 공정들 없이 두 가지 유형들의 아카시아 종들의 혼합물을 이용함으로써 35% 이상의 아카시아 종을 갖는 펄프가 용이하게 수득될 수 있는 점을 입증한다. 개시된 펄프가 100% 아카시아 종을 함유하는 경우에, 결과물인 티슈가 양호한 티슈 외양을 가지고 보다 부드러워진다.

실험예 2

상기 아카시아 XP 펄프(≤35%의 아카시아 만기움 및 ≥65%의 아카시아 크라시카르파를 갖는)가 다른 유형들의 펄프와 비교되었고 양키 건조기, 펄프 건조도, 티슈 인장 강도 및 티슈 품질에 의해 특성화되었다.

표준 아카시아(40%의 최소 아카시아 만기움 함량 및 일부 유칼립투스의 조절되지 않은 칩 혼합물로부터 만들어진), 밀(mill) A 유칼립투스, 밀 F 유칼립투스 및 밀 S 유칼립투스에 기초하는 다른 유형들의 펄프들과 비교할 때, 상기 아카시아 XP 펄프가 도 9를 참조하면 양키 건조기에 대한 보다 높은 접착력으로 티슈 제조 공정에사 가중 우수한 내구성을 가지는 것으로 나타났다. 밀 A 유칼립투스, 밀 F 유칼립투스 및 밀 S 유칼립투스는 아라우코(Arauco)(칠레), 피브리아(Fibria)(브라질) 및 수자노(Suzano)(브라질)로부터 각기 상업적으로 수득되었다.

다양한 펄프 샘플들의 펄프 건조도가 이후에 조사되었다. 상기 아카시아 XP 펄프 내에 ≤35%의 아카시아 만기움을 포함함으로써, 상기 아카시아 XP 펄프 내의 아카시아 만기움의 높은 섬유 가축성(collapsibility)이 상기 양키 건조기 전에 도 10을 참조하면 다른 펄프 샘플들 보다 높은 24.9%까지 건조도를 향상시켰다. 이는 상기 양키 건조기 표면에 대한 향상된 접착력을 유지하면서 티슈 제조 동안에 열에너지 절감을 가져온다.

보다 가벼운 펄핑 공정으로 ≤35%의 아카시아 만기움 및 ≥65%의 아카시아 크라시카르파를 함유함으로써, 이후에 높은 초기 인장 및 우수한 강도를 산출하는 가장 우수한 섬유 특성들이 얻어진다.

실험예 3

상기 아카시아 XP 펄프는 이후에 티슈로 형성되었다. 상기 아카시아 XP 펄프는 블렌딩 체스트(blending chest) 내에서의 혼합 전에 선택적인 정련기(refiner)를 통과할 수 있다. 상기 혼합된 펄프는 이후에 불순물들 및 먼지를 더 제거하기 위해 압력 스크린 스테이지로 들어간다. 스크리닝 후, 상기 펄프는 물의 제거를 위하여 성형 보드(forming board)(또는 최신 초지기 내에서 이러한 성형 보드는 트윈 와이어 성형(twin wire forming) 시스템으로 대체된다)로 주입되기 전에 조절된 공급 농도로 헤드박스(Headbox) 스테이지로 들어간다. 물이 제거된 후, 상기 펄프 웹(pulp web)은 더 물을 제거하기 위해 가압된다. 상기 웹은 이후에 양키 건조기 내에서 건조된다. 펄프 플로팅(floating), 스티킹(sticking) 및 크리핑(creeping) 행동은 최종 티슈 품질을 결정할 것이다. 펄프 내의 친유성 내용물들의 양은 이러한 공정에서 큰 역할을 한다. 접착 및 이형제(release agent) 화학 약품이 티슈 품질과 건조 생산성도 최적화시키기 위해 양키 건조기 공정에 첨가될 수 있다. 초지기 기술이 다를 수 있으며, 이에 따라 전술한 설명이 상기 티슈를 형성하는 하나의 방식만을 제공하는 점에 유의한다. 해당 기술 분야의 숙련자에게 알려진 다른 방법들이 대신 활용될 수 있다.

아카시아 XP 펄프는 도 11을 참조하면 유칼립투스에 대해 요구되는 경우에 비하여 반 또는 그 이하의 정련 에너지 요구 사항을 필요로 하였다. 이는 펄프 정련 프로세스를 위해 요구되는 전기의 높은 에너지 절감을 보여주었고, 티슈 제조 공정에서 연목재 섬유 소모의 잠재적인 감소를 나타내었다.

양키 건조기 공정 후, 아카시아 XP는 도 12를 참조하면 표준 아카시아 및 유칼립투스 (평균) 샘플들 보다 우수한 세로 방향(MD) 및 가로 방향(CD) 인장 지수 값들을 나타낸다. 이는 아카시아 XP가 티슈 변환 공정들(권회, 절단 및 포장) 동안에 보다 우수한 내구성을 제공하는 점을 나타낸다. 상기 티슈 벌크 성질은 표준 아카시아 및 유칼립투스 보다 아카시아 XP에 대해 약간 증가하였고, 보다 높은 티슈 벌크를 가져왔다. 보다 높은 벌크가 티슈 포장이나 롤들 내의 특정한 부피에 보다 적은 수의 티슈 시트들을 가질 것이기 때문에 이러한 벌크는 포장 및 수송에 주로 영향을 미친다.

실험예 4

아카시아 XP 펄프로부터 형성된 최종 티슈가 티슈 유연도 및 불투명도 품질의 면에서 특성화되었다. 소비자의 관점으로부터, 티슈 텍스처(texture)나 유연도 및 시각적인 외양은 소비자의 기대 사항들의 일부이다. 아카시아 XP는 다른 펄프에 비해 가장 우수한 티슈 유연도를 가졌으며; 이는 섬유 가축성의 이의 구별되는 특성들 및 양키 건조 후의 향상된 크리핑 품질을 통해 구현되었다. 티슈 불투명도 또한 도 13을 참조하면 아카시아 XP의 보다 높은 섬유 개체군(그램당 섬유)으로 인해 시험된 펄프 샘플들 중에서 최상이었다. 이는 매우 얇거나 낮은 gsm 티슈에서도 천 손수건과 유사하게 보다 우수한 티슈의 시각적인 외양을 제공할 것이다. 필요한 경우, 일부 습윤 강도 증강제가 화장실 시스템을 막히게 하지 않고 상기 티슈가 사용된 후에 폐기될 수 있는 점을 확보하면서 습윤 조건들에서 강도 보전을 위해 상기 티슈에 첨가될 수 있다.

응용들

개시된 펄프 섬유 조성물은 티슈와 같은 종이 제품들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 형성된 티슈는 우수한 유연도, 불투명도 및 강도를 가질 수 있다. 개시된 펄프 섬유 조성물은 상기 친유성 함량을 감소시키거나 양키 건조기에 대한 접착력을 향상시키기 위해 어떠한 효소 처리를 요구하지 않는다. 일반적으로 특별한 접착 화학 약품들이 요구되지 않을 수 있지만, 이들 화학 약품들의 특정한 양이 여전히 상기 양키 및 티슈지들 사이에 필름 층을 형성하도록 요구될 수 있다.

상술한 개시 사항들로부터 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 다른 변형들과 적용들이 해당 기술 분야의 숙련자에게 명백하게 되는 점은 분명할 것이며, 모든 이러한 변형들과 적용들은 다음의 특허 청구 범위의 범주에 속하는 것으로 의도된다.

Claims

아카시아 만기움(acacia mangium) 섬유들 및 아카시아 크라시카르파(acacia crassicarpa) 섬유들을 포함하는 펄프 섬유 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 아카시아 만기움 섬유들은 상기 펄프 섬유 조성물 내에 최대로 35wt%의 중량 농도(weight concentration)로 존재하는 것을 특징으로 하는 펄프 섬유 조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 아카시아 크라시카르파 섬유들은 상기 펄프 섬유 조성물 내에 적어도 65wt%의 중량 조성(weight composition)으로 존재하는 것을 특징으로 하는 펄프 섬유 조성물.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄프 섬유 조성물은 0.420 보다 적은 붕괴 지수(collapse index)를 가지는 것을 특징으로 하는 펄프 섬유 조성물.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄프 섬유 조성물은 0.05% 내지 0.15%(디클로로메탄(dichloromethane)에 의해 추출되는 경우)의 범위의 친유성(lipophilic) 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 펄프 섬유 조성물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄프 섬유 조성물은 적어도 24.2% 또는 적어도 24.5%의 건조도를 가지는 것을 특징으로 하는 펄프 섬유 조성물.
건조된 인쇄지(paper sheet)를 형성하도록 아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들을 포함하는 펄프 섬유 조성물을 건조시키는 단계를 포함하는 인쇄지를 생산하는 방법.
제 7 항에 있어서, 크레이프된(creped) 인쇄지를 형성하도록 상기 건조된 인쇄지를 크레이핑(creping)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 종이 제품을 형성하도록 상기 크레이프된 인쇄지를 가압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
적어도 13㎤/g의 티슈 벌크 성질(tissue bulk property)을 가지며, 아카시아 만기움 섬유들 및 아카시아 크라시카르파 섬유들을 포함하는 펄프 섬유 조성물로부터 형성되는 티슈지(tissue sheet).
제 10 항에 있어서, 적어도 7.5Nm/g의 가로 방향 티슈 인장 지수(tissue tensile index cross direction)를 가지는 것을 특징으로 하는 티슈 시트.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 적어도 9Nm/g의 세로 방향 티슈 인장 지수(tissue tensile index machine direction)를 가지는 것을 특징으로 하는 티슈 시트.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 13의 티슈 유연도(softness)를 가지는 것을 특징으로 하는 티슈 시트.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 56% 또는 적어도 58%의 티슈 불투명도(opacity)를 가지는 것을 특징으로 하는 티슈 시트.