KR20190074845A - 특수지 제조방법 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 은행권 용지, 고강도, 저투기도의 용도 등 특수지를 제조함에 있어 함침처리 또는 표면처리공정에서 PVA를 경화시키기 위한 약품으로 PVA와 혼합이 가능한 경화제를 일액형으로 사용함으로써 인체무해성, 품질균일성 및 치수안정성이 우수한 용지를 생산하는 것을 특징으로 한다.

Description

특수지 제조방법 {Manufacturing method for specialty paper}

본원 발명은 특수지를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 은행권 용지 등의 특수지를 제조하는 방법에 있어서 표면처리공정에 관한 것이다.

은행권 용지는 통상적인 용지와 달리 사용 기간이 매우 길 뿐만 아니라 다양한 조건에서 사용되기 때문에 고도의 내구성을 필요로 한다. 높은 강도와 내구성은 면섬유 등 특수섬유를 사용한 점도 있지만, 주로 표면처리공정에서 사용된 합성고분자 때문이다.

은행권 용지의 표면처리공정 중 함침처리공정은 폴리비닐알콜(이하 'PVA')을 주로 사용하며, 이때 경화제로서 붕사 또는 붕산이 이용된다. 붕사 또는 붕산 용액은 상온에서도 PVA 용액과 접촉하면 즉시 반응이 일어나 겔화가 되므로 경화가 필요한 단계까지는 두 개의 분리된 공정 즉, 일종의 이액형 공정으로만 적용해야 한다.

특허문헌 1, 2, 3은 PVA를 사용하는 표면처리공정에서 분리된 공정, 즉 일종의 이액형 공정의 형태로 경화제인 붕사 또는 붕산 용액을 별도로 사용하고 있다. 상기 특허들은 은행권 용지의 강도와 내구성을 향상시키기 위해서 표면처리공정에 붕사를 사용하여 PVA를 경화시킨다. 붕사를 경화제로 사용할 경우 앞서 언급한 겔화 문제로 인해 PVA와는 별도로 투입을 해야한다. 경화제인 붕사가 투입되기 전까지 용지는 PVA 용액에 함침된 상태로서 물리적으로 지지를 받지 못한 상태가 된다. 이러한 상태가 길어지면, 용지에 주름이 생기거나 치수가 일정하지 않게 되는 문제가 발생한다.

경화제인 붕사를 투입한 이후에는 붕사의 농도가 시간이 지남에 따라 감소하게 됨으로써 또 다른 문제가 발생한다. 시간에 따른 붕사의 농도 구배로 인해 초반에 제조한 은행권 용지와 후반에 제조한 은행권 용지에 있어서 PVA의 경화 정도가 동일하지 않아, 제품의 강도적 특성 및 치수안정성에 편차가 발생한다.

또한, 붕사는 강알칼리로서 이를 경화제로 사용하여 제조된 용지의 pH는 8.8 이상이 된다. 이는 OEKO-TEX standard 100에 따른 인체유해성에 있어 Class 1인 유아용 제품과 Class 2인 피부접촉 섬유제품의 규격을 충족시키지 못한다.

특허문헌 4는 은행권 용지 제조 등과 같은 공정으로서, 구김방지용 수용액을 사용한 구김 저항성이 향상된 보안 용지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특허문헌 4는 요소-포름알데히드계 수지, 멜라민-포름알데히드계 수지, 환상요소형 수지, 폴리카르본산 수지, 폴리우레탄계 수지, 실리콘계 고분자 수지, 에칠렌우레아계 수지, 글리올살계 수지, 폴리우레탄 수지, 또는 에폭시화 폴리아미드 레진계 수지 중 어느 하나 이상과 PVA의 혼합 조성물을 개시하고 있다.

특허문헌 4에서 언급하고 있는 요소-포름알데히드계 수지, 멜라민-포름알데히드계 수지, 환상요소형 수지, 폴리카르본산 수지, 폴리우레탄계 수지, 실리콘계 고분자 수지, 에칠렌우레아계 수지, 글리올살계 수지, 폴리우레탄 수지, 또는 에폭시화 폴리아미드 레진계 수지는 가교결합을 일으켜 은행권 용지를 경화하는데 사용된다. 특허문헌 4에서는 환상요소용 수지를 사용하고 있으나, 이는 경화제로 사용되지 않았다. 특허문헌 4 또한 실시예에서 상기 용액에 용지를 함침한 후 별도로 경화제인 붕사액에 또 함침하는 이액형 공정으로 진행하고 있다.

특허문헌 5는 친환경 알칼리 해리성 햄버거용 포장지의 제조방법에 관한 것으로서, 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼 및 경화제 등을 포함하는 코팅제에 관한 제조방법이 개시되어 있다. 특허문헌 5에서는 경화제로는 폴리아민 경화제가 사용되었고, 일액형 조성물을 개시하고 있다.

그러나 특허문헌 5는 에멀젼 상태의 물질을 사용하였고, 은행권 용지와 달리 부착력(열실링성), 슬립성 및 항균성을 목적으로 한 알칼리 해리성 햄버거용 포장지에 관한 기술로서, 세부기술분야 및 목적이 본원 발명과는 상이하다.

특허문헌 6은 상질매트 인쇄용지 및 그 조제 방법에 관한 것으로서, 바인더로서 PVA, 스티렌부타디엔 또는 스티렌아크릴 공중합체 및 이들의 혼합물을 이용하였다. 경화제는 탄산 지르코늄 암모늄의 수용액을 사용하였으며, 이들을 일액형으로 사용하고 있다. 그러나 특허문헌 6은 인쇄에 있어서 잉크의 건조 시간을 감소시키는 것을 목적으로 하고 있어, 본원 발명인 은행권 용지와는 세부기술분야 및 그 목적이 상이하다.

이상과 같이 은행권 용지의 제조방법에 있어서, PVA를 경화시킴에 있어서 일액형 시스템을 사용하는 기술에 대한 뚜렷한 해법은 아직까지 제시되지 않았다.

대한민국 공개특허공보 제2015-0080076호 (공개일 : 2015.07.09.) 대한민국 공개특허공보 제2013-0117974호 (공개일 : 2013.10.29.) 대한민국 등록특허공보 제0648430호 (등록일 :2006.11.15.) 대한민국 등록특허공보 제1331407호 (등록일 :2013.11.14.) 대한민국 등록특허공보 제1565714호 (등록일 2015.10.28.) 일본 특허공보 제5615901호 (등록일 2014.09.19.)

본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 붕사를 대체할 수 있는 일액형으로 사용할 수 있는 PVA의 경화제 및 이를 사용하여 특수지를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로 상온에서도 PVA 용액과 혼합이 가능하여 표면처리공정을 일액형으로 구성할 수 있으며, 약품의 pH도 약산성 또는 중성으로서 최종 제조되는 용지의 pH를 OEKO-TEX standard 100 기준의 Class 1 또는 Class 2인 4.0~7.5를 충족시킬 수 있도록 하고자 한다. 즉, 은행권 용지의 강도는 종래의 경화제인 붕사를 사용하는 경우와 유사하며, 품질균일성과 치수안정성이 우수하고 pH 등 인체유해성에 있어서도 문제가 없는 PVA 경화제 및 이를 이용한 특수지의 제조방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본원 발명은 특수지의 원지를 준비하는 단계;

PVA 및 경화제로서 환형 요소 레진을 포함하는 표면처리액을 준비하는 단계;

상기 원지를 상기 표면처리액으로 처리하는 단계;

상기 표면처리된 원지를 건조하는 단계를 포함하는 내구성이 강화된 특수지의 제조방법을 제공한다.

상기 특수지는 구체적으로 은행권 용지일 수 있다.

특수지의 원지를 준비하는 단계는 면펄프, 이산화티탄, PAE(폴리아미노폴리아미드 에피클로로하이드린) 수지를 첨가하는 것이며, 상기 표면처리전의 특수지의 평량은 85±5g/㎡이다.

상기 표면처리액을 준비하는 단계는 상온에서 PVA 1 내지 10 중량%, 환형 요소 레진 1 내지 10 중량%의 용액을 제조하는 것이며, 상기 원지를 상기 표면처리액으로 처리하는 단계는 상기 표면처리액에 상기 원지를 침지시키고, 과량의 표면처리액은 제거하는 것이다.

또한 상기 표면처리액에는 촉매인 아민염(Amine salt) 용액이 추가로 부가될 수 있다.

본원 발명에 따른 은행권 용지의 강도는 종래의 경화제인 붕사를 사용하는 경우와 유사하며, 품질균일성과 치수안정성이 우수하고 pH 등 인체유해성에 있어서도 문제가 없는 우수한 효과를 가지고 있다.

방추가공 등 면섬유의 가공에는 다양한 반응성 수지가 사용되는데 이들은 공통적으로 면섬유의 수산기와 반응한다. PVA도 많은 수산기를 가지고 있는 물질로 섬유가공에 사용되는 반응성 수지를 이용하여 경화제로 사용하였다. 본원 발명에서 사용한 경화제는 환형 요소 레진(cyclic urea resin)의 일종인 PROTEX 코리아의 PROTE-SET VLF 340이다. 본원 발명에 따른 경화제는 고형분 50중량%인 액체 형태로서, 냉수에도 쉽게 희석되는 특징을 가진다.

본원 발명에서 사용한 촉매는 PROTE-CAT FBA로서 아민염 용액이 주성분이며 옅은 노랑색의 용액이다. 상기 촉매는 섬유 분야에서 사용되는 촉매로서 대표적으로 DMDHEU(디메틸올디히드록시에틸렌 우레아, Dimethyloldihydorxyethylene urea)를 빠르게 경화시키는 촉매다. 상기 촉매는 통상의 촉매와 달리 포름알데이드가 거의 검출되지 않으며, pH는 7.0이고, 용액 중에 활성 고형분은 35중량%이다. 비교를 위해서 특허문헌 3에서 은행권 용지의 내구성 향상을 위하여 사용한 BASF사의 변형요소수지인 Fixapret NF와 비교 검토하였다(실시예 1 참조). Fixapret NF는 염화마그네슘(magnesium chloride)과 불화붕산 나트륨(sodium fluoroborate)이 주성분이다.

그 외에도 아연염, 염화망간, 비유기성염 혼합 용액 등의 추가의 촉매로 사용 가능하다.

전체 용액대비 5중량%의 PVA에 경화제인 PROTE-SET VLF 340를 전체 용액대비 1.5중량%, 촉매인 PROTE-CAT FBA를 전체 용액대비 0.3중량%인 표면처리액에 원지(base paper)를 침지시킨 후 스퀴징하는 공정을 1번만 통과시킨 후 건조하여 용지를 제조하였다.

이하, 하기 실시예를 통하여 본원 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만 이에 본원 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

표면처리용 원지 제조

점도가 70cPs인 면펄프를 실험실용 고해기를 이용하여 농도 1.5중량%, 하중 5㎏의 조건으로 고해도 50±2˚SR로 고해하고, 충전제로 이산화티탄을 전건섬유대비 5중량%를 첨가하고, 보류향상 및 지력증강의 목적으로 PAE 수지를 전건섬유 대비 1중량%를 첨가하여 지료를 준비한다.

환망식 초지기를 이용하여 표면처리전의 용지 평량이 84±3g/㎡이 되도록 원지를 제조한다. 이때 환망은 직경이 20±1㎜ 크기를 갖는 원이 100±2 ㎜의 간격을 두고 MD 방향으로 5개, CD 방향으로 9개가 압사된 형태인 것을 이용하였다.

비교예 원지 제조

앞 단계에서 제조된 원지를 전체 용액대비 PVA 5중량% 용액에 20초간 침지한 후 스퀴징을 롤을 통과시켜 과량을 제거한 후 3중량% 농도의 붕사용액에 3초간 경화처리한 후 역시 스퀴징롤을 통과시켜 과량을 제거하고 이후 건조공정을 통하여 충분히 건조하여 용지를 제조하였다.

용지는 총 24시간 정도 생산하였고, 붕사용액은 약 6시간 마다 소모되어 총 4회를 제조하여 교체하면서 용지를 생산하였다.

실시예 1 원지 제조

전체 용액대비 PVA 5중량%, BASF사의 Fixapret NF 3중량%를 혼합한 표면처리액에 원지를 침지시키고 과량은 스퀴징한 후 충분히 건조하여 용지를 제조하였다. 용지는 총 24시간 동안 생산하였다.

실시예 2 원지 제조

전체 용액대비 PVA 5중량%, PROTE-SET VLF 340 3중량%를 혼합한 표면처리액에 원지를 침지시키고 과량은 스퀴징한 후 충분히 건조하여 용지를 제조하였다. 용지는 총 24시간 동안 생산하였다.

실시예 3 원지 제조

전체 용액대비 PVA 5중량%, PROTE-SET VLF 340 3중량% 촉매인 PROTE-CAT FBA를 0.3중량%를 혼합한 표면처리액에 원지를 침지시키고 과량은 스퀴징한 후 충분히 건조하여 용지를 제조하였다. 용지는 총 24시간 동안 생산하였다.

치수안정성의 평가

24시간 용지를 생산하는 동안 2시간 간격으로 용지를 전폭으로 채취한 후, 직경이 20±1㎜의 크기를 갖는 원의 중심을 기준으로 CD 방향에서의 각 원의 간격을 측정하고 그 값의 표준편차를 구하여 치수안정성으로 평가하였다.

품질균일성의 평가

24시간 용지를 생산하는 동인 1시간 간격으로 용지를 채취한 후, CD 방향 내절도와 CD 방향 인장강도를 측정한 후 그 표준편차값을 구하여 균일성을 평가하였다.

실시예와 비교예의 분석

비교예와 실시예에서 제조된 용지의 물성, 치수안정성 및 품질균일성을 평가한 결과는 아래 표와 같다.

비교예는 투기도가 낮은 것을 제외하고는 pH도 규격을 초과하였고, 치수안정성 및 품질균일성도 가장 불량한 결과를 보였다. 반면, 붕사를 사용하지 않은 실시예 1~3은 모두 비교예에 비하여 치수안정성과 품질균일성이 매우 우수한 결과를 보였다. 다만 특허문헌 3의 촉매를 사용한 실시예 1은 투기도가 규격대비 미흡하였고, 본원 발명에 따른 실시예 2와 3은 품질균일성 뿐만 아니라 모든 규격을 충족시켰다. 본원 발명에 따른 촉매를 사용한 실시예 3이 가장 우수한 결과를 보였다.

Claims (7)

1. 특수지의 원지를 준비하는 단계;
   PVA 및 경화제로서 환형 요소 레진을 포함하는 표면처리액을 준비하는 단계;
   상기 원지를 상기 표면처리액으로 처리하는 단계;
   상기 표면처리된 원지를 건조하는 단계를 포함하는 내구성이 강화된 특수지의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 특수지의 원지를 준비하는 단계는 면펄프, 이산화티탄, 폴리아미노폴리아미드 에피클로로하이드린(PAE) 수지를 첨가하여 특수지의 원지를 준비하는 것인 내구성이 강화된 특수지의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 표면처리전의 특수지의 평량은 85±5g/㎡인 내구성이 강화된 특수지의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 특수지는 은행권 용지인 내구성이 강화된 특수지의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 표면처리액을 준비하는 단계는 상온에서 PVA 1 내지 10 중량%, 환형 요소 레진 1 내지 10 중량%의 용액을 제조하는 것인 내구성이 강화된 특수지의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 원지를 상기 표면처리액으로 처리하는 단계는 상기 표면처리액에 상기 원지를 침지시키고, 과량의 표면처리액을 제거하는 것인 내구성이 강화된 특수지의 제조방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 표면처리액에는 촉매인 아민염(Amine salt) 용액이 추가로 부가될 수 있는 내구성이 강화된 특수지의 제조방법.