KR20180092971A - 종이, 판재 또는 이와 유사한 것을 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 종이, 판재 또는 이와 유사한 것을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 셀룰로오스 섬유를 포함하는 농후한 스톡(thick stock)을 획득하는 단계와, 섬유 웹을 형성하는 단계와, 상기 섬유 웹을 건조하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 합성 또는 천연 중합체, 또는 이들의 혼합물 및 비-목재 공급원으로부터 유래한 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 포함하는 강화제 시스템이 상기 농후한 스톡에 첨가된다. 본 발명은 또한 상기 방법에 의해 제조된 종이 또는 판재에 관한 것이다.
Description
본 발명은 첨부된 독립 청구항의 전제부에 따라, 종이, 판재 또는 이와 유사한 것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
셀룰로오스는 식물 재료에서 세포벽 구조의 일부를 형성하여 헤미셀룰로오스와 펙틴 또는 리그닌의 매트릭스를 강화한다. 실질(parenchyma)의 1차 세포벽에서 셀룰로오스는 펙틴 및 헤미셀룰로오스와 같은 다른 다당류와 함께 연성 멤브레인 층을 형성한다. 실질은, 예를 들어, 줄기의 속(pith)과 과일 과육을 형성한다. 나무 종은 또한 세포가 성장을 멈춘 후에 형성되는 2차 벽 구조를 포함하는 후막 조직을 가지고 있다. 후막 조직의 2차 벽 구조는 식물에 강성과 강도를 제공한다. 2차 세포벽에서 셀룰로오스는 셀룰로오스 미소섬유층으로 발견된다. 소섬유(fibrils)는 각 층 내에서 대부분 균일하게 정렬되어 있고 수소 결합과 리그닌 구조에 공유 결합으로 서로 밀착되어 있다. 세포 구조 및 조성의 변화로 인해 상이한 식물 부분의 기계적 성질이 크게 달라진다. 예를 들어, 감자 또는 사과의 실질에 대한 영률(Young's modulus)과 압축 강도는 각각, 0.3 GPa 미만 및 0.3 MPa 미만인 한편, 소나무 또는 가문비 나무와 같은 목재는 그레인을 따라서 적재될 때에 영률이 약 10 GPa이고 압축 강도가 약 90 MPa이다.
미소섬유상 셀룰로오스는 길이 대 폭 비가 높은 유리된 반-결정질 나노 크기의 셀룰로오스 소섬유를 포함한다. 일반적인 나노 크기의 셀룰로오스 소섬유는 5- 60 nm의 폭과 수십 나노 미터에서 수백 마이크로미터의 범위의 길이를 갖는다. 미소섬유상 셀룰로오스(MFC)는 목재 펄프와 같은 셀룰로오스 구조를 포함하는 다양한 섬유 공급원으로부터 제조된다. 목재의 2차 세포벽은 셀룰로오스가 풍부하기 때문에 목재 펄프는 일반적으로 미소섬유상 셀룰로오스 또는 나노 셀룰로오스의 원료로 사용된다. 그러나, 2차 세포벽 구조로부터 미소섬유의 유리는 어려울 수 있다. 소섬유화(fibrillation) 공정은 복잡하고, 종종 화학적 전처리 과정이 허용 가능한 소섬유화 정도를 얻기 위해 필요하다. 가혹한 소섬유화는 소섬유를 손상시킬 수 있으며 일반적으로 비용이 많이 들고 에너지를 소비하는 공정이다.
미소섬유상 셀룰로오스는 종이 및 판재 제조에 첨가제로 사용되어 왔다. 그러나, 미소섬유상 셀룰로오스의 높은 가격은 대규모로 그의 사용을 제한한다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 존재하는 단점을 최소화 또는 제거하는 것이다.
본 발명의 일 목적은, (a) 생산된 종이 또는 판재의 Z-강도, 버스트 강도, SCT 강도와 같은 강도 특성을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 강도 특성이 개선된 종이 또는 판재를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항에 개시된 특징에 의해 달성되며, 본 발명은 첨부된 독립항의 특징으로 정의된다. 본 발명의 일부 바람직한 실시형태는 종속항에 제시된다. 종속항에 인용된 특징은 달리 명시하지 않는한 상호 자유롭게 조합 가능하다.
본 명세서에 제시된 예시적인 실시형태 및 그 이점은, 비록 이것이 항상 개별적으로 언급되는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 방법, 용도뿐만 아니라 제품에 적용 가능한 부분과 관련이 있다.
종이, 판재 또는 이와 유사한 것을 제조하는 일반적인 방법은,
- 셀룰로오스 섬유를 포함하는 농후한 스톡(thick stock)을 획득하는 단계,
- 상기 스톡으로부터 섬유 웹을 형성하는 단계,
- 하나 이상의 합성 또는 천연 중합체, 또는 이들의 혼합물 및 비-목재 공급원으로부터 유래한 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질(microfibrillated parenchymal cellulose material)을 포함하는 강화제 시스템(strength agent system)을 상기 농후한 스톡에 첨가하는 단계; 및
- 상기 섬유 웹을 건조하는 단계를 포함한다.
비-목재 공급원으로부터 유래한 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 일반적인 용도는 종이, 판재 또는 이와 유사한 것을 제조하는데에 강화제로서 사용된다.
본 발명에 따른 일반적인 종이 또는 판재 제품은 150 내지 800 kg/m3 범위의 밀도를 가지며, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된다.
놀랍게도, 종이 또는 판재의 다양한 주요 강도 파라미터가 농후한 스톡에 하나 이상의 중합체 및 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 포함하는 강화제 시스템을 첨가함으로써 증가할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 중합체 및 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 상호 작용은 생성된 종이 또는 판재의 강도 특성을 효과적이고 예기치 않게 증가시킨다. 또한, 원하는 강도 파라미터 중 하나 이상을 동시에 개선하는 것이 가능하다. 중합체 및 미소섬유상 실질 셀룰로오스를 포함하는 강화제 시스템을 사용함으로써 달성되는 강도 개선은 목재의 2차 벽 구조로부터 제조된 종래의 미소섬유상 물질을 사용함으로써 달성된 결과와 동등하거나 더 양호한 것으로 관찰되었다. 이것은 미소섬유화(microfibrillation) 전의 실질 및 후막 조직의 강도 특성에 비추어 놀랍다.
미소섬유상 실질 셀룰로오스의 사용은 또한 종이 및 판재 제품의 강도 특성을 개선하기 위한 지속 가능하고 환경 친화적인 대안을 제공한다. 첫째, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 생산은 목재-기반 물질의 소섬유화보다 적은 에너지를 필요로 한다. 둘째, 폐기물로 간주되지 않는 원료를 사용하는 것이 가능하다. 미소섬유상 실질 셀룰로오스는 높은 고형 함량의 제품으로 생산될 수 있어 저장 및 운송이 경제적이다. 또한, 천연 중합체 및 합성 중합체는 모두 본 발명의 강화제 시스템에 사용될 수 있으며, 이는 상이한 종이 및 판재 제조 공정에서 다용도성을 증가시킨다.
본 발명에 따른 강화제 시스템은 또한 개선된 가스 배리어 성질과 같은 최종 종이 또는 판재에 대한 개선된 표면 특성을 제공할 수 있다.
이와 관련하여, 용어 "미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질"은 필수적으로 1차 세포벽 구조, 즉, 실질 세포를 포함하는 식물 기반 셀룰로오스 농후 물질을 소섬유화하여 획득된 미소섬유상 물질을 의미한다. 따라서, 상기 물질은 1차 세포벽 구조, 즉 실질 세포(parenchymal cell)로부터 유래한 셀룰로오스 소섬유를 포함한다. 실질은 얇은 1차 세포벽이 있는 세포를 포함하는 식물의 기본 조직으로 이해된다. 줄기의 피질과 수피, 잎의 내부 층, 과일과 채소의 연성 부분은 실질로 만들어진다. 실질 세포는 성숙시 살아 있으며 물 저장, 손상된 조직의 교체 및 식물 구조의 물리적 지원과 같은 다양한 기능을 수행한다. 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 바람직하게는 얇고 연성인 1차 세포벽을 포함하고 2차 세포벽 구조가 없는 비-목재 공급원으로부터 얻어진다.
미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 실질 세포 유형을 주로 포함하는 식물 종 및/또는 셀룰로오스의 대부분이 1차 세포벽에 위치하는 임의의 적합한 식물 공급원으로부터 유래한 실질 셀룰로오스 소섬유를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 사탕무 펄프, 감자 펄프, 카사바 펄프, 고구마와 같은 채소; 감귤류 껍질, 과일 펄프와 같은 과일; 바가스 속, 옥수수 속, 대나무 속과 같은 셀룰로오스 속; 및 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 특히 적합한 원료는 사탕무 비트 펄프, 바가스 속분획, 감자 펄프, 카사바 펄프 및 이들의 혼합물이다. 일 바람직한 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 사탕무 펄프에서 유래한 실질 셀룰로오스 소섬유를 포함한다.
특정 식물 종에는 1차 및 2차 세포벽 구조가 공존한다. 예를 들어, 다양한 풀에서 식물 구조는 두꺼운 2차 세포벽을 갖는 거시적인 셀룰로오스 섬유 및 연질 내부 코어, 즉 얇은 1차 세포를 갖는 현저한 실질 세포를 포함하는 수조직으로 이루어진 경질 외부 껍질로 구성된다. 셀룰로오스 속(cellulose pith)을 쉽게분리할 수 있는 식물의 예로는 사탕수수, 대나무, 옥수수, 다양한 잔디 및 예를 들면, 밀, 보리, 호밀, 귀리, 쌀, 사바, 알바딘, 에스파르토 등과 같은 밀짚 구조체 등이 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 이들 원료로부터 유래한다. 특히 적합한 원재료는 비-목재 섬유를 주요 섬유 공급원으로 사용하는 종이 또는 판재 산업에서 미리분획화된 셀룰로오스 속 측류(pre-fractionated cellulose pith side-streams)이다.
일 실시형태에 따르면, 미소섬유화의 기계적 처리 전에 사용된 원료로부터 펙틴과 같은 가용성 다당류가 제거된다. 과량의 가용성 다당류의 제거는 미생물학적 활성의 위험을 감소시킨다. 주로 실질 세포 유형을 포함하고 펙틴과 같은 가용성 다당류가, 예를 들어, 원료 생산자에 의해, 적어도 부분적으로 제거된 비-목재 원료가 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질에 특히 적합한 원료이다. 이러한 원료의 예는 예를 들어, 펙틴 공급원으로서 감귤류 껍질, 사과 잔류물 또는 사탕무를 이용한 펙틴 공장으로부터의 실질 셀룰로오스 농후한 측류(parenchymal cellulose rich side streams)이다. 따라서, 감자 또는 카사바계 전분 공장으로부터의 실질 셀룰로오스 농후한 측류가 특히 적합한 원료이다.
앞 단락에서 언급한 다수의 원료는 식료품, 설탕 및/또는 전분 가공 또는 생산의 부산물, 폐기물 또는 잔류물로서 쉽고 충분히 이용 가능하다. 이들은 경제적으로 유리한 원료를 제공한다.
미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 실질 셀룰로오스, 미네랄, 염, 당뿐만 아니라 펙틴 및 헤미셀룰로오스와 같은 음이온성 결합 중합체 및 이들의 가수분해 생성물을 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은, 상기 물질의 건조 고체 함량으로부터 계산된, 실질 셀룰로오스의 50 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 70 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 80 중량% 이상을 포함한다. 바람직하게는, 상기 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 2차 세포벽 구조로부터 유래한 셀룰로오스 소섬유를 함유하지 않는다.
강화제 시스템의 성분으로서 사용하기에 적합한 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 임의의 적합한 기계적 처리, 예를 들면, 그라인더,분쇄기, 로터-스테이터 믹서 또는 그라인더, 로터-로터 믹서 또는 그라인더, 균질기, 플루이다이저 또는 초음파 파쇄기에서의 소섬유화에 의해 달성될 수 있다. 일 실시형태에 따르면, Atrex® 그라인더와 같은 그라인더, 로터-로터 믹서, 로터-로터 그라인더 또는 고-전단 속도의 그라인더가 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 생서하기 위한 기계적 처리에 사용된다. 그라인더는 사용하기 쉽고 막힘이 적기 때문에 바람직한 대안이다. 일반적으로, 위에 열거된 원료로부터 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 생산은 상대적으로 적은 에너지 및/또는 힘이 필요하기 때문에 생산이 더 쉬워지며 공정의 전반적인 지속 가능성이 커진다.
미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 셀룰로오스 미소섬유 또는 셀룰로오스 미소섬유 번들로서 얻어진다. 미소섬유상 물질에서 미소섬유의 길이는 일반적으로, 1 ㎛ 초과, 바람직하게는 1 내지 200 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 ㎛, 가장 바람직하게는 10 내지 60 ㎛이다. 개별 미소섬유의 직경은 2 내지 200 nm, 바람직하게는 2 내지 100 nm, 더욱 바람직하게는 4 내지 70 nm, 더욱더 바람직하게는 5 내지 40 nm일 수 있다. 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 종종 10 내지 50 미소섬유의 번들을 포함할 수 있으며, 미소섬유 번들의 직경은 통상 1㎛ 미만이다.
기계적 처리 전에, 예를 들어, 세척, 정화 및/또는 표백에 의해 상기 실질 셀룰로오스 원료를 처리하는 것이 가능하다. 일 실시형태에 따르면, 상기 셀룰로오스 원료는 기계적 처리 전에 알칼리성, 중성 또는 산성 세척된다. 알칼리성 또는 산성 pH에서 셀룰로오스 원료를 세척함으로써, 펙틴 및 헤미셀룰로오스와 같은 결합 중합체를 1차 세포벽으로부터 완전히 또는 부분적으로분리시킬 수 있다. 이것은 소섬유화 공정을 더 쉽게 만든다. 세척은 회분식 또는 연속 공정으로 수행될 수 있다. 또한, 세척은, 그 중에서도, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 가능한 색을 감소시킨다.
일 바람직한 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 원료는 기계적 처리에 의한 미소섬유화 이전에 이어서 선택적으로 중성 세척을 하여 알칼리성 세척만 한다. 세척 단계는 상기 물질로부터 잔류 설탕, 및 펙틴과 헤미셀룰로오스와 같은 음이온성 결합 중합체를 제거하는 것으로 가정된다.
그러나, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 산화, 추출 및/또는 세척으로부터 선택되는 임의의 선행 처리 단계없이 균질화와 같은 기계적 처리에 의해 획득된다. 일 실시형태에 따르면, 미소섬유상 물질은 임의의 선행 처리 단계 없이 균질화와 같은 기계적 처리에 의해 획득되며, 이는 산화 및/또는 추출로부터 선택된다. 미처리 원료는 강화제 시스템에서 하나 이상의 중합체와 함께 사용될 때 증강 효과를 제공할 수 있는 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 제공한다는 것이 관찰되었다. 이론에 구애 됨이 없이, 미처리된 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 본 발명에 따른 강화제 조성물에 존재할 때 상기 원료로부터 유래하는 더욱 많은 이종 중합체 물질을 함유하고 증가한 결합 효과를 제공하는 것으로 현재 가정된다.
특히, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은, 화학 기, 무기 침전물, 화학 피복물들 또는 층들이 소섬유들 또는 그들의 표면에 부착되거나 병합되는, 미소섬유화 전후에 수행되는 임의의 화학적 변형 단계가 없는 것이 바람직하다. 따라서, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 입체 또는 하전 기에 의한 유도체화가 없다.
살생물제는 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질에 바람직하게 첨가된다. 살생물제는 1 내지 400ppm, 바람직하게는 150ppm 내지 350ppm의 양으로 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 예를 들어, 10 중량% 이상, 바람직하게는 12 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는, 20 내지 95 중량% 범위의 고형분 함량으로 농축 및/또는 건조될 수 있다. 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 농도 및/또는 건조는 소섬유화 전에 또는 바람직하게는 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질이 기계적 처리에 의해 제조된 후에 수행될 수 있다. 두 가지 대안 모두 저장 및 운송이 용이한 농축된 미소섬유상 물질을 생산한다. 강화제 시스템에서 성분으로 사용되기 전에, 상기 건조 또는 농축된 미소섬유상 셀룰로오스는 적절한 사용 농도, 예를 들어 0.2 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 4 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%로 물에 재분산될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은,
- 100 rpm 전단 속도에서 1.0 중량%의 농도로 측정된, 10 Pas 이상, 바람직하게는 100 Pas 이상의 브룩필드 점도 및/또는
- 0.1 중량% 농도에서 측정된 1000 NTU 미만, 바람직하게는 100 내지 700 NTU의 탁도 값, 및/또는
- pH 7.5에서 -0.001 내지 -1.99 meq/g, 바람직하게는 -0.01 내지 -1.50 meq/g, 더욱 바람직하게는 -0.05 내지 -1.0 meq/g 범위의 순전하를 갖는다.
일반적으로, 점도가 높고 탁도가 낮으면 실질 셀룰로오스 물질의 소섬유화 정도가 좋음을 나타낸다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 베인 기하학적 구조(Vane geometry(V-72))가 장착된 브룩필드 DV3T 점도계(브룩필드 Engineering Laboratories, Middleboro, USA)를 사용하여 100 rpm 전단 속도에서 1.0 중량%의 농도로 측정된, 0.01 내지 10,000 Pas, 바람직하게는 10 내지 10,000 Pas, 더욱 바람직하게는 100 내지 10,000 Pas, 더욱더 바람직하게는 200 내지 850의 범위의 브룩필드 점도를 갖는다.
일 바람직한 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 브룩 필드 점도는, 50rpm에서 베인 기하학적 구조(Vane geometry(V-72))가 장착된 브룩필드 DV3T 점도계(브룩필드 Engineering Laboratories, Middleboro, USA)로 측정된, 500 내지 2000 Pas, 바람직하게는 800 내지 1400 Pas, 더욱 바람직하게는 900 내지 1300 Pas의 범위일 수 있다.
바람직하게는 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 전단박하(shear-thinning) 거동을 보이며, 즉, 증가하는 전단 속도에서 그의 점도가 감소한다. 전단박하 거동은 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질과 합성 및/또는 천연 중합체뿐만 아니라 스톡 내의 섬유와의 혼합을 향상시키고, 따라서 형성된 강도 조성물(strength composition)의 균일성을 향상시킨다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 탁도는 HACH P2100 탁도계로 측정한 375-525 NTU 범위, 바람직하게는 490-510 NTU 범위일 수 있다. 측정시, 물질 샘플을 0.1 중량%의 농도로 물로 희석하고, 측정하기 전에 샘플을 10분 동안 교반한 후 진공에서 가스 제거하여 샘플 내의 갇힌 기포를 제거한다. 샘플의 입자로부터 산란된 빛의 방출이 검출되는 측정 전에 온도를 20℃로 조정하였다.
본 발명에 따른 강화제 시스템은 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질에 추가로 하나 이상의 천연 또는 합성 중합체 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 강화제 시스템은 또한, 복수의 천연 및/또는 합성 중합체를 포함할 수 있다. 천연 중합체와 합성 중합체 간의 선택은 그들의 효율성, 경제성, 기계 가동 가능성 및 생산성의 효과, 사용 용이성, 제품 가용성 및 유통 기한 등과 같은 여러 요소에 따라 달라진다. 본 발명의 강화제 조성물은 합성 중합체 또는 천연 중합체 또는 이들의 혼합물 모두를 사용할 수 있기 때문에, 중합체 성분의 선택의 자유도가 예기치 않게 증가한다.
하나 이상의 합성 및/또는 천연 중합체는 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 생성시키는 기계적 처리 전에, 후에 또는 도중에 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질에 첨가될 수 있다.
일 바람직한 실시형태에 따르면, 천연 또는 합성 중합체는 양이온성이다. 본원에서, 양이온성 중합체는 상기 중합체의 순전하가 양이온인 한, 국부적인 음이온 전하도 함유할 수 있음이 이해된다. 미소섬유상 물질 및 섬유 표면 모두가 음이온으로 하전된 사이트를 포함하기 때문에, 양이온성 중합체는 스톡에서 섬유의 표면 상에 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 보유력을 향상시킨다. 양이온성 중합체는 미소섬유상 물질과 섬유 표면 사이에 효과적인 결합 망을 생성하여 최종 유효 종이 또는 판재 제품의 핵심 강도 특성이 향상된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 강화제 시스템은 양이온성 또는 양쪽성 전분, 키틴, 구아검, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 천연 중합체를 포함한다. 강화제 시스템에서 사용하기 위해, 전분은 임의의 적합한 방법으로 양이온화 될 수 있다. 바람직하게는, 전분은 2,3- 에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드 또는 3-클로로-2-히드록시프로필-트리메틸 암모늄 클로라이드를 사용하여 양이온화되고, 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드가 바람직하다. 또한, (3-아크릴아미도프로필)-트리메틸암모늄 클로라이드와 같은 양이온성 아크릴아미드 유도체를 사용하여 전분을 양이온화할 수 있다. 치환도(DS)는 포도당 단위당 평균으로 전분에서의 양이온기의 수를 나타낸다. 바람직하게는, 천연 중합체는 치환도가 0.01-0.3, 바람직하게는 0.02-0.1, 더욱 바람직하게는 0.03-0.6 범위의 양이온성 전분이다.
일 실시형태에 따르면, 양이온성 전분은 비-분해성이며, 이는 전분이 양이온화에 의해서만 변형되고, 그의 주쇄가 비-분해되고 비-가교결합된다는 것을 의미한다.
일 실시형태에 따르면, 양이온성 전분은 감자, 쌀, 옥수수, 밀랍 옥수수, 밀, 보리 또는 타피오카 전분, 바람직하게는 옥수수 전분 또는 감자 전분과 같은 제지에 사용되는 임의의 적합한 양이온성 전분일 수 있다. 일반적으로, 양이온성 전분의 아밀로펙틴 함량은 65 내지 90%, 바람직하게는 70 내지 85% 범위이다.
일 실시형태에 따르면, 양이온성 전분의 전분 단위의 70 중량% 이상은 20,000,000g/mol 이상, 바람직하게는 50,000,000g/mol 이상, 더욱 바람직하게는 100,000,000g/mol 이상의 평균분자량(MW)을 갖는다.
강화제 시스템의 중합체는 또한 또는 대안적으로, 양이온성 폴리아크릴아미드(C-PAM), 글리옥살레이트화 폴리아크릴아미드(G-PAM), 양쪽성 폴리아크릴아미드, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(폴리-DADMAC), 폴리아크릴아미드(PAAE), 폴리비닐 아민(PVAm), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리에틸렌이민(PEI) 또는 이들 중합체 중 둘 이상의 임의의 혼합물일 수 있다.
합성 중합체의 평균분자량은 100,000 내지 20,000,000g/mol, 일반적으로 300,000 내지 8,000,000g/mol, 보다 일반적으로 300,000 내지 1,500,000g/mol 범위일 수 있다. 상기 중합체의분자량은 바람직하게는 상이한 성분들 사이의 효율적인 흡착 및 수소 결합을 보장하기에 충분히 높지만, 상기 중합체가 시스템에서 응집을 일으킬 정도로 높지는 않다.
이 출원에서 "평균분자량"값은 중합체 사슬 길이의 크기를 기술하는데 사용된다. 평균분자량 값은 25℃에서 1N NaCl에서 공지된 방식으로 측정된 고유 점도 결과로부터 계산된다. 선택된 모세관은 측정할 점도 값에 적합하며, 이 출원 측정에서 상수 K = 0.005228인 Ubbelohde 모세관 점도계를 사용되었다. 그 다음, [D] = 고유 점도, M분자량(g/mol), 및 K 및 a는 중합체 핸드북(제 4 판, 제 2 권, 편집자: J. Brandrup, EH Immergut 및 E.A. Grulke, 미국의 John Wiley & Sons, Inc.(1999))에 제공된 파라미터인, Mark-Houwink 등식 [D] = K · Ma를 사용하여 공지된 방식으로 고유 점도 결과로부터 상기 평균분자량을 계산한다. 고유 점도에 의해 결정된분자량이 1,000,000 미만인 경우, PEO 기준 중합체 측정을 이용한 GPH 25 HPCL-SEC분석이 사용되었다.
합성 중합체는 0.5-2 meq/g, 바람직하게는 0.3-1.9 meq/g, 더욱 바람직하게는 0.4-1.35 meq/g의 전하 밀도를 갖는 양이온성 합성 중합체이다.
일 바람직한 실시형태에 따르면, 합성 중합체는 양이온성 합성 중합체이다. 특히, 합성 중합체는 메타크릴아미드 또는 아크릴아미드와 하나 이상의 양이온성 단량체의 공중합체일 수 있다. 상기 양이온성 단량체는 메타크릴로일옥시에틸-트리메틸 암모늄 클로라이드, 아크릴로일옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드, 3-(메타크릴아미도) 프로필트리메틸 암모늄 클로라이드, 3-(아크릴로일아미도) 프로필트리메틸 암모늄 클로라이드, 디알릴디메틸 암모늄 클로라이드, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노-프로필아크릴아미드 및 디메틸아미노프로필메타크릴아미드로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
강화제 시스템은 상기 시스템의 건조 고체 함량으로부터 산출된, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 50 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 70 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 80 중량% 이상을 포함할 수 있다. 일 바람직한 실시형태에 따르면, 강화제 시스템은 건조 고체 함량으로부터 계산된, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 50-99.9 중량%, 바람직하게는 70-99.9 중량%, 더욱 바람직하게는 80-99.5 중량%, 더욱더 바람직하게는 85-90 중량%를 포함할 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 강화제 시스템은 건조 고체 함량으로부터 계산된 50-90 중량%, 바람직하게는 60-90 중량%의 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 강화제 시스템의 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질 및 하나 이상의 양이온성 중합체를 농후한 스톡에 동시에 첨가할 수 있다. 동시에 그러나 개별적으로 또는 미리 만들어진 예비-혼합물로 추가할 수 있다. 바람직한 실시형태에 따르면, 강화제 시스템의 하나 이상의 양이온성 중합체 및 미소섬유상 실질 셀룰로오스 재료는 미리 만들어진 예비-혼합물로서 농후한 스톡에 첨가된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 강화제 시스템의 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질 및 하나 이상의 양이온성 중합체를 농후한 스톡에 개별적으로 순차적으로 첨가한다. 강화제 조성물의 성분이 농후한 스톡에 순차적으로 첨가되는 경우, 첨가물 간의 효과적인 혼합이 바람직하다. 하나 이상의 중합체가 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 첨가 전 또는 후에 농후한 스톡에 첨가될 수 있다. 바람직하게는 강화제 시스템의 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 강화제 시스템의 하나 이상의 중합체를 첨가하기 전에 농후한 스톡에 첨가된다. 예를 들어, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 배수 60 초 전에 첨가될 수 있고, 합성 또는 천연 중합체는 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 첨가 후, 예를 들어 배수 30 초 전에 첨가될 수 있다.
강화제 시스템은 2 내지 6 중량%, 바람직하게는 3 내지 5 중량% 범위의 농도(consistency)를 갖는 농후한 스톡에 첨가될 수 있다.
강화제 시스템은 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질이 섬유 스톡의 건조 고체 1 톤당 건조한 바와 같이, 1 내지 100 kg, 바람직하게는 5 내지 70 kg, 더욱 바람직하게는 10 내지 50 kg, 더욱더 바람직하게는 15 내지 50 kg의 양으로 농후한 스톡에 상기 양으로 첨가된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 양이온성 유지 중합체가 강화제 시스템의 첨가 후에 상기 스톡에 첨가된다. 바람직하게는, 양이온성 유지 중합체는 배수 직전에 첨가된다. 양이온성 유지 중합체는 평균분자량이 4,000,000 내지 18,000,000 Da, 바람직하게는 4,000,000 내지 12,000,000 Da, 더욱 바람직하게는 7,000,000 내지 10,000,000 Da인 양이온성 폴리아크릴아미드일 수 있고 및/또는 전하 밀도는 0.2 내지 2.5 meq/g, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 meq/g, 더욱 바람직하게는 0.7 내지 1.2 meq/g이다.
셀룰로오스 섬유를 함유하는 스톡은 크라프트 펄프화, 화학 열 기계식(CTM) 펄프화 또는 재순환된 섬유를 재펄프화함에 의해 공급물(furnish)을 이용함으로써 획득될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 종이 또는 판재 제품은 서로 부착된 적어도 제 1 표면층, 중간층 및 제 2 표면층을 포함하고, 상기 층들 중 적어도 하나는 비-목재 공급원으로부터 유래한 미소섬유상 실질 셀룰로오스를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 하나 이상의 양이온성 중합체 및 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 포함하는 강화제 시스템은 WO 2014/029917호에 기술된 다층 기술을 사용하여 종이 또는 판재 제품의 하나 이상의 층에 첨가될 수 있다.
실험
본 발명의 일부 실시형태는 하기 비-제한적인 실시형태에서 기재된다.
실시예
1:
감자 펄프 또는 사탕무 펄프에 기초한
소섬유화된
실질 셀룰로오스의 제조
배치 추출 후 소섬유화:
전분 공장으로부터의 농축 감자 펄프를 물 또는 잿물로 정화하였다. 여기에서, 감자 펄프를 25g/L 현탁액에 넣고 60-90℃로 가열하였다. 대안적으로, 설탕 공장으로부터의 건조 함량이 26 중량%인 압축 사탕무 펄프를 잿물에서 먼저 세척하였다. 여기에서, 펄프는 25 건조 g/L 현탁액으로 옮겨졌고 70-80℃로 가열되었다. 감자 및 사탕무의 경우, NaOH를 그 후 완만하게 교반하면서 첨가하였다. 이 시간 동안, 수화된 감자/사탕무 제거는 그들의 단단한 형태를 잃어 버렸고 암갈색 점성질의 덩어리로 부서졌다. 120분의 교반 후, 반응물을 냉각시키고 필요에 따라 0.25 mm 공극 크기의 강철 스크린을 통해 여과시켰다. 잿물로 세척한 옅은 회색의 셀룰로오스 감자 덩어리를 추가로 다량의 물로 세척하였다. 획득된 물질을 물에분산시키고 pH 8-10에서 고속 그라인더 또는 균질기를 사용하여 소섬유화 하였다. 상이한 샘플에 대한 원료, 추출 파라미터 및 소섬유화 방법은 다음과 같았다:
기준 MFC: 균질화를 통해 제조된 목재-기반의 MFC로서 기준으로 사용되며 WO 2015/166141에 따라 제조.
MFC 35: 상기 샘플은 중성 추출된 건조 감자로 일정한 pH 7에서 추출되었다. 상기 제품을 다량의 물로 제품을 세척한 후, 1800 rpm으로 4회 통과시킨 Atrex®로 소섬유화 하였다. 상기 샘플에는 4ppm의 살생물제가 들어 있다.
MFC 37: 상기 샘플은 염기 추출된 건조 감자로 일정한 NaOH 농도 0.05M로 추출되었다. 상기 제품을 다량의 물로 제품을 세척한 후, 1800 rpm으로 4회 통과시킨 Atrex®로 소섬유화 하였다. 상기 샘플에는 4ppm의 살생물제가 들어 있다.
MFC 38: 상기 샘플은 염기 추출된 건조 감자로 일정한 NaOH 농도 0.05M로 추출되었다. 상기 제품을 다량의 물로 제품을 세척한 후, 1800 rpm으로 4회 통과시킨 Atrex®로 소섬유화 하였다. 상기 샘플에는 4ppm의 살생물제가 들어 있다.
MFC 41: 상기 샘플은 염기 추출된 펠렛형 사탕무로 0.05M NaOH(4% 고형분)에서 추출되었다. 상기 샘플을 1800 rpm으로 4회 통과시킨 Atrex®로 소섬유화 하였다. 상기 샘플은 살생물제로서 200ppm의 Fennocide BZ26을 함유하고 있다. 고형분 함량은 3.7%이다.
MFC 42: 상기 샘플은 염기 추출된 감자 섬유로 0.05M NaOH(4% 고형분)에서 추출되었다. 상기 샘플을 1800 rpm으로 4회 통과시킨 Atrex®로 소섬유화 하였다. 상기 샘플은 살생물제로서 200ppm의 Fennocide BZ26을 함유하고 있다. 고형분 함량은 3.4%이다.
연속적인 역류 추출 후
소섬유화
:
MFC 43: 상기 샘플은 역류 반응기를 사용하여 추출한 염기 추출된 신선 사탕무 잘라낸 조각(clipping)이다. 상기 추출은 잘라낸 부분을 받은 대로 추가하여 수행되었다(24%). 이 샘플은 0.3M NaOH의 정상류를 사용하여 추출했다. 이어서 샘플을 역류 반응기를 사용하여 다시 뜨거운 물로 세척하였다. 고온수 세척 후, 샘플 pH는 10이었고 고형분 함량은 대략 10%였다. 상기 샘플을 1800 rpm으로 4회 통과시킨 Atrex®로 소섬유화 하였다. 소섬유화(4회 통과) 후, 고형분 함량은 약 20%였다. 이 샘플은 살생물제로서 200ppm의 Fennocide BZ26을 함유하고 있다. 고형분 함량은 20.5%이다.
MFC 46: 상기 샘플은 역류 반응기를 사용하여 추출한 염기 추출된 신선 사탕무 잘라낸 조각(clipping)이다. 상기 추출은 잘라낸 부분을 받은 대로 추가하여 수행되었다(24%). 상기 샘플을 0.5M NaOH의 정상류를 사용하여 추출되었다. 이어서 샘플을 역류 반응기를 사용하여 다시 뜨거운 물로 세척하였다. 고온수 세척 후, 샘플 pH는 10이었고 고형분 함량은 대략 10%였다. 상기 샘플을 1800 rpm으로 4회 통과시킨 Atrex®로 소섬유화 하였다. 소섬유화(4회 통과) 후, 고형분 함량은 약 20%였다. 이 샘플은 살생물제로서 200ppm의 Fennocide BZ26을 함유하고 있다. 고형분 함량은 19.3%이다.
원료 정보, 추출 파라미터 및 소섬유화 방법이 표 1에 요약된다.
생성된 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 탁도 및 점도 측정을 사용하여 특성화하고 특성 값을 표 2에 요약하였다.
(표 1) 원료 정보, 추출 파라미터 및 소섬유화 방법의 요약
(표 2) 탁도 및 점도 결과의 요약
투과 전자 현미경 검사는 일반적인 제품의 치수를 평가하는데 사용되었다. 감자 펄프에 기초한 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 도 1에 나타내고, 사탕무 펄프에 기초한 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 도 2에 나타내었다.
실시예
2:
특성화 방법
미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 점도는 베인 기하학적 구조(V-72, 직경 21.67 mm, 길이 43.38 mm)을 갖춘 브룩필드 DV3T 점도계(Brookfield Engineering Laboratories, Middleboro, USA)에 의해 측정되었다. 상기 물질을 1.0 중량%의 농도로 물로 희석하고, 갇힌 기포를 제거하도록 진공에서 가스 제거하기 전에 10분 동안 교반하였다. 점도 측정 전에 온도를 20℃로 조정하였다. 샘플의 점도는 50 및 100 rpm 전단 속도로 측정되었다.
미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 희석된 수성분산액의 탁도가 HACH P2100 탁도계로 측정되었다. 상기 물질을 0.1 중량%의 농도로 물로 희석하고, 갇힌 기포를 제거하도록 진공에서 가스 제거하기 전에 10분 동안 교반하였다. 샘플의 입자로부터 산란된 빛의 방출이 검출되는 탁도 측정 전에 온도를 20℃로 조정하였다.
실시예
3:
OCC
및
크라프트
펄프의 강도 조성물
미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 3가지 상이한 샘플을 OCC(올드 골판지) 및 크라프트 펄프를 갖는 합성 강도 보조 중합체를 포함하는 강도 조성물용 성분으로서 시험하였다. 동적 및 래피드 쾨텐 시트 형성기들 모두가 사용되었다.
(표 3) 시험에 사용된 강도 및 유지 중합체
동적 시트 형성기 시험은 다음과 같이 수행되었다:
와이어 속도 1400m/s의 동적 시트 형성기(프랑스 Techpap SAS에서 공급되는 A.D.F)를 사용하여 약 100g/m2의 평량(grammage)을 갖는 종이 또는 판재 시트를 제조하였다. 시트 치수는 25 x 92 cm였고 시트의 건조도는 10- 15%였다. 펄프 현탁액을 혼합조에서 형성하고 미소섬유상 셀룰로오스 물질을 첨가하였다. 현탁액을 30초 동안 혼합한 후 다른 화학 약품을 10초 간격으로 첨가하였다. 400 g/톤의 용량을 갖는 Chem4 및 320 g/톤의 용량을 갖는 Chem5가 시트 제조 시작 전에 20 초 및 10 초에 마지막으로 첨가되었다. 획득된 시트를 2 bar의 롤 프레스로 가압하고, 플레이트 프레스(plate press)에서 10 bar로 5분 동안 압지 사이에서 가압하였다. 그 후, 상기 시트를 STFI 건조기에서 140℃에서 9분간 건조 제지하였다. 상기 시트는 ISO 187: 1990에 따라 기상실에서 조절되었다.
시트 특성은 표 4에 열거된 표준에 따라 측정되었다.
(표 4) 시험 시트 특성
얻어진 결과는 표 5 및 표 6에 요약된다. Chem1의 투여량은 kg/톤으로 주어진다.
(표 5) OCC 펄프를 포함한 공급물(furnish)의 결과
(표 6) 크라프트 펄프를 포함한 공급물(furnish)의 결과
래피드 코텐(Kothen) 시트 성형 시험은 다음과 같이 수행되었다:
핸드 시트가 표준 ISO 5269/2에 따라 래피드 코텐 시트 성형기로 형성되었다. 펄프 현탁액을 일정한 교반 속도로 교반하였다. 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질, 20 kg/t 용량 및 합성 양이온성 중합체를 상기 현탁액에 첨가하였다. 공급물(furnish)의 교반은 프로펠러 믹서로 1000rpm으로 수행하였다. 모든 시트는 1000 mbar 압력 및 92℃ 온도에서 5분 동안 진공 건조기에서 건조했다. 건조 후 시트를 24 시간 동안 23℃, 50% 상대 습도에서 예비-컨디셔닝 하였다. 시트 평량(Sheet basis weight)은 공기 컨디셔닝 상태에서 100 g/m2이었다. 평량은 유지를 일정하게 하기 위해, 크라프트 펄프의 경우 유지 중합체 투여량 100 g/t 및 OCC의 경우 300 g/t에 의해 조정되었다.
상기 결과는 표 7 및 표 8에 요약된다.
(표 7) OCC 공급물(OCC furnish)의 래피드 코텐 시트 시험 결과
(표 8) 크라프트 공급물(Kraft furnish)의 래피드 코텐 시트 시험 결과
실시예
4:
미소섬유상
실질 셀룰로오스 물질을 포함하는 강도 조성물의 성능
미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 포함하는 강도 조성물의 성능을 목재-기반 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는 기준 강도 조성물과 비교하였다. 핸드 시트는 전술한 바와 같이 OCC 공급물를 사용하여 래피드 코텐(Rapid Kothen) 절차에 따라 형성되었다. 강도 조성물 중에서 양이온성 중합체(Chem1, Chem2)의 양은 3 kg/t 펄프였다. 유지 중합체(Chem3)의 양은 300 g/t 펄프였다.
결과는 표 9에 요약된다.
(도 9) 실시예 4의 결과
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 포함하는 강도 조성물은 상기 기준과 비교하여 특히 Z-강도 및 버스트 값에서 더 높은 향상을 제공한다는 것을 알 수 있다.
실시예 5:
미소섬유상
실질 셀룰로오스 물질을 포함하는 강도 조성물의 성능
양이온성 합성 중합체 및 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질을 포함하는 강도 조성물의 성능을 건식 재생 섬유 공급물을 사용하여 파일럿 제지기에서 시험하였다. 강도 시스템은 20kg/건조 펄프의 양으로 첨가된 미소섬유상 실질 셀룰로오스와 상기 정의된 바와 같은, 양이온성 중합체 Chem2을 건조 펄프당 3kg의 양으로 첨가하였다.
시험에 사용된 스톡은 다음과 같이 제조되었다: ca. 75kg의 건조 종이를 3m3의 지역 수돗물(온도 8-10℃)으로 슬러리화 하였다.
목표로 하는 백수 조건은 전도도: 8000 mS/cm, 칼슘 수준 800 ppm Ca2+, 전하 수준: 1500 meq/l.
프로피온산 칼슘(Caldic, Espoo, Finland), Na2SO4(Algol, Espoo, Finland) 및 음이온성 카르복시메틸 셀룰로오스 Staflo Exlo(Akzo Nobel, Gothenburg, Sweden)를 첨가하여 스톡 내에서 음이온 쓰레기의 수준을 조정했다. 이들 첨가물은 다음과 같이 펄프에 첨가되었다: 먼저 프로피온산 칼슘 3.72g/l를 첨가하여 전도도 3500mS/cm에 도달시킨 후, Na2SO4 4.67g/l 및 카르복시메틸 셀룰로오스 3.5mg/l를 이러한 순서로 첨가하였다.
제조된 종이 스톡을 Esser-Wysch 13A 정제기에서 2.25 중량%의 공급 농도에서 4.4 kWh/t로 혼합, 펌핑 및 완만한 정제(디플래킹 단계(deflaking step)를 받게 하였다.
상기 스톡은 파일럿 제지기에 공급되었고 백수를 이용하여 헤드박스 농도로 희석되었다. 백수의 부피는 다음과 같이 펄프화된 배치당 약 8.5 m3이었다: 펄프 제조기 2 m3; 4개의 혼합조 5 m3; 백수 순환 약 1.5 m3. 생성된 스톡은 4개의 진공 박스, 1개의 진공 롤 및 2개의 닙(nip), 50MPa 및 70MPa, 및 11 개의 건조 실린더(약 90 kg/h의 생산 속도로 120kW의 평균 효과를 갖는)를 통과하면서 30m/min의 속도로 상기 와이어 상에 웹으로 형성되었다.
실시예 5의 결과는 표 10에 요약된다.
(표 10) %로 측정된 강도 향상
비록 특정 실시형태 및 실시예가 상기에서 상세히 설명되었지만, 당업자는 그의 개시를 벗어나지 않고 실시형태 및 실시예에서 많은 변형이 가능함을 명확히 이해할 것이다. 이러한 모든 변형은 본 발명의 하기 청구 범위에 포함되는 것으로 의도된다.
Claims (18)
- 종이, 판재 또는 이와 유사한 것을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
- 셀룰로오스 섬유를 포함하는 농후한 스톡(thick stock)을 획득하는 단계와,
- 섬유 웹을 형성하는 단계와,
- 상기 섬유 웹을 건조하는 단계를 포함하고,
- 하나 이상의 합성 또는 천연 중합체, 또는 이들의 혼합물 및 비-목재 공급원으로부터 유래한 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질(microfibrillated parenchymal cellulose material)을 포함하는 강화제 시스템(strength agent system)을 상기 농후한 스톡에 첨가하는 단계를 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 사탕무 펄프, 감자 펄프, 카사바 펄프, 고구마와 같은 채소; 감귤류 껍질과 같은 과일; 바가스 속, 옥수수 속, 대나무 속과 같은 셀룰로오스 속(cellulose pith); 및 그의 혼합물로부터 유래하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은 산화, 추출 및/또는 세척으로부터 선택된 선행 처리 단계 없이 균질화(homogenization)와 같은 기계적 처리에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질은,
- 100 rpm 전단 속도에서 1.0 중량%의 농도로 측정된, 10 Pas 이상, 바람직하게는 100 Pas 이상의 브룩필드 점도(Brookfield viscosity), 및/또는
- 0.1 중량% 농도에서 측정된 1000 NTU 미만, 바람직하게는 100 내지 700 NTU의 탁도 값, 및/또는
- pH 7.5에서 -0.001 내지 -1.99 meq/g, 바람직하게는 -0.01 내지 -1.50 meq/g, 더욱 바람직하게는 -0.05 내지 -1.0 meq/g 범위의 순전하를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 브룩필드 점도는 500 내지 2000 Pas, 바람직하게는 800 내지 1400 Pas, 더욱 바람직하게는 900 내지 1300 Pas의 범위인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 탁도는 375-525 NTU 범위, 바람직하게는 490-510 NTU 범위인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질이 상기 섬유 스톡의 건조 고체 1 톤당 건조한 바와 같이, 1 내지 100 kg, 바람직하게는 5 내지 70 kg, 더욱 바람직하게는 10 내지 50 kg, 더욱더 바람직하게는 15 내지 50 kg의 양으로 상기 강화제 시스템을 첨가하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 강화제 시스템은 건조 고체 함량으로부터 계산된, 미소섬유상 실질 셀룰로오스 물질의 50-99.9 중량%, 바람직하게는 70-99.9 중량%, 더욱 바람직하게는 80-99.5 중량%, 더욱더 바람직하게는 85-90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 강화제 시스템은 양이온성 또는 양쪽성 전분, 키틴, 구아검, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 천연 중합체를 포함하는 것을 특징으로하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 강화제는 양이온성 폴리아크릴아미드(C-PAM), 글리옥살레이트화 폴리아크릴아미드(G-PAM), 양쪽성 폴리아크릴아미드, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(폴리-DADMAC), 폴리아크릴아미드(PAAE), 폴리비닐 아민(PVAm), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리에틸렌이민(PEI) 또는 이들 중합체 중 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 합성 중합체의 상기 평균분자량은 100,000 내지 20,000,000g/mol, 일반적으로 300,000 내지 8,000,000g/mol, 보다 일반적으로 300,000 내지 1,500,000g/mol 범위인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 합성 중합체는 0.5-2 meq/g, 바람직하게는 0.3-1.9 meq/g, 더욱 바람직하게는 0.4-1.35 meq/g의 전하 밀도를 갖는 양이온성 합성 중합체인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 10 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 중합체는 메타크릴아미드 또는 아크릴아미드와 하나 이상의 양이온성 단량체의 공중합체인 양이온성 합성 중합체인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 강화제 시스템의 첨가 후에 상기 스톡에 양이온성 유지 중합체(cationic retention polymer)를 첨가하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 양이온성 유지 중합체는 4,000,000 내지 18,000,000 Da, 바람직하게는 4,000,000 내지 12,000,000 Da, 더욱 바람직하게는 7,000,000 내지 10,000,000 Da의 평균분자량을 갖고 및/또는 0.2 내지 2.5 meq/g, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 meq/g, 더욱 바람직하게는 0.7 내지 1.2 meq/g의 전하 밀도를 갖는 양이온성 폴리아크릴아미드인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서, 셀룰로오스 섬유를 포함하는 상기 스톡은 크라프트 펄프화, 화학 열 기계식(CTM) 펄프화 또는 재생 섬유의 재 펄프화로부터 공급물(furnish)을 사용함에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 종이, 판재 또는 이와 유사한 것의 제조에서 강화제(strength agent)로서 비-목재 공급원으로부터 유래한 미소섬유상 물질의 용도.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 150 내지 800 kg/m3 범위의 밀도를 갖는 종이 또는 판재 제품.
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