KR20190136066A - 티슈 제품을 위한 맞춤형 비-목재 섬유 내 헤미셀룰로오스 - Google Patents

티슈 제품을 위한 맞춤형 비-목재 섬유 내 헤미셀룰로오스 Download PDF

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KR20190136066A
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닝 웨이
토마스 쥐. 샤논
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

티슈 시트는 연질목 섬유 및 벼과 내의 식물로부터의 처리된 비-목재 섬유를 포함하고, 여기서 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는다. 또한, 티슈 시트는 필수적으로 연질목 섬유 및 처리된 비-목재 섬유로 이루어지고, 여기서 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는다. 티슈 시트에서 섬유의 인장 지수 및 캐나다 표준 여수도(Canadian standard freeness; CSF)를 맞춤화하는 것은 비-목재 섬유로부터 헤미셀룰로오스의 일부분을 제거함으로써 비-목재 섬유를 처리하는 단계; 연질목 섬유 및 처리된 비-목재 섬유를 포함하는 티슈 시트를 형성하는 단계; 및 비-목재 섬유로부터 제거된 헤미셀룰로오스의 일부분을 조정해서 처리된 비-목재 섬유의 원하는 인장 지수 및 캐나다 표준 여수도(CSF)를 달성하는 단계를 포함한다.

Description

티슈 제품을 위한 맞춤형 비-목재 섬유 내 헤미셀룰로오스
본 발명은 티슈 제품에서 비-목재 대체 천연 섬유를 사용하는 것에 관한 것이다.
티슈 응용분야를 위한 충분한 기계적 강도를 제공하는 하이브리드 섬유 조성물에 의해 종래의 경질목 섬유의 대체가 달성된다.
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, 제품의 하나의 특성을 향상시키기 위한 조치들을 수행하면, 제품의 다른 특징이 종종 불리하게 영향을 받는다.
티슈 제품은 2개의 주요 티슈 제조 공정 중 한 가지를 통해 제조된다: 종래의 습식 가압(CWP) 및 통기 건조(TAD). CWP에서, 티슈는 흡입 브레스트 롤 또는 트윈 와이어 성형기 중 어느 하나로부터의 성형 직물에 형성되고, 배아 웹은 제지 펠트로 전사되고, 양키 건조기라 불리는 대형 증기 가열된 실린더의 표면에 대해 1 또는 2개의 압력 롤 닙으로 가압함으로써 탈수된다. 가압 공정은 또한 양키 건조기 표면에 시트를 전사하는 것을 보조한다. 시트와 건조기 표면 사이에 양호한 접합을 제공하기 위하여 시트 전사 전에 접착제 용액이 건조기 표면 상에 분무된다. 시트는 크레이프 가공 공정에서 닥터 블레이드에 의해 양키 표면으로부터 제거된다.
TAD 공정에서, 시트는 성형 직물에 형성되고, 25% 이상의 점조도로 탈수될 때 하나 이상의 다른 직물로 전사된다. 초기 탈수 후, 직물을 통해 고온 공기를 취입(blowing)함으로써 시트가 직물과 접촉하면서 건조된다. 종래의 통기 건조 공정에서, 통기 건조된 웹은 양키 건조기에 부착되고 크레이프 가공된다. 건조 직물로부터 양키 건조기로 웹의 전사를 보조하도록 롤이 전사 지점에서 존재하지만, CWP 공정에서 웹을 탈수하는데 사용되는 고압의 제공은 부재할 수 있다. 대안적으로 TAD 티슈는 성형 직물로부터 실질적으로 더 느리게 움직이는, 개방된 메쉬 전사 직물로 습식 레이드 웹의 차등 속도 전사과 함께 웹의 포획이 일어나는 크레이프 가공없이 제조될 수 있다. 그 후 웹은 웹의 평면 내 섬유의 거시적 재배열을 방지하면서 건조된다. 그런 다음 웹은 통기 건조기의 직물 상에서 90% 이상의 점조로 건조되고 권취된다. 아무런 양키 건조기도 크레이프 가공되지 않은 통기 건조(UCTAD) 공정에 사용되지 않는다. 통기 건조된 티슈 제품은, 통상적으로, 보다 큰 벌크 및 더 큰 흡수 용량으로 인해 종래의 습식 가압된 제품보다 높은 품질 급 티슈 제품과 연관된다.
최적의 제품 특성을 달성하기 위해서, 티슈 제품은 통상적으로, 적어도 부분적으로 목질 섬유 및 흔히는 경질목 및 연질목 섬유의 블렌드를 함유하는 펄프로부터 형성되어 원하는 특성을 달성한다. 통상적으로, 흔히 티슈 제품의 경우에서와 같이, 표면 유연도를 최적화하고자 시도하는 경우, 제지업자는 부분적으로 펄프 섬유의 조도(coarseness)에 기초하여 섬유 지료(fiber furnish)를 선택할 것이다. 낮은 조도를 갖는 섬유를 가진 펄프가 바람직한데 왜냐하면 낮은 조도를 갖는 섬유로 제조된 티슈 종이는 높은 조도를 갖는 섬유로 제조된 유사한 티슈 종이보다 더 부드럽게 제조될 수 있기 때문이다. 표면 유연도를 더욱더 최적화하기 위해서, 프리미엄 티슈 제품은 보통 낮은 조도 섬유가 더 길고, 더 거친 섬유를 포함하는 시트의 내부 층을 갖는 티슈 시트의 외부층으로 향하게 되는 층상 구조를 포함한다.
이러한 유연도에 대한 필요성은, 내구성에 대한 필요성에 의해 균형이 잡히거나, 또는 아마도 반대된다. 티슈 제품의 내구성은 인장 강도, 인장 에너지 흡수(TEA), 파열 강도 및 인열 강도의 측면에서 정의될 수 있다. 통상적으로, 인열, 파열 및 TEA는 인장 강도와 양의 상관관계를 보이지만, 인장 강도, 및 따라서 내구성, 및 유연도는 반비례 관계이다. 따라서, 제지업자는 유연도에 대한 필요성과 내구성에 대한 필요성을 균형을 맞출 필요성에 대해 계속해서 도전받게 된다. 불행하게도, 티슈 페이퍼 내구성은 평균 섬유 길이가 감소됨에 따라 일반적으로 감소된다. 따라서, 단순히 펄프 평균 섬유 길이를 감소시키는 것은 제품 표면 유연도 및 제품 내구성 간에 바람직하지 않은 트레이드오프를 유발할 수 있다.
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 유연도 열화를 초래하지 않으면서도 우수한 강도의 티슈 페이퍼를 제조하기를 원할 수 있다. 대안적으로, 제지업자는, 표면 섬유의 보다 큰 결합을 수반하는 통상적인 유연도 감소를 겪지 않으면서 유리 섬유(free fiber)의 방출을 감소시키는 보다 높은 종이 표면 결합도를 원할 수 있다. 이와 같이, 현재 유연도와 같은 다른 중요한 특성에 부정적 영향을 주지 않으면서 내구성을 향상시키는 섬유로부터 형성된 티슈 제품에 대한 필요성이 존재한다.
북부 및 남부 연질목 펄프 섬유 외에는, 긴 섬유를 선택할 때 제지업자를 위한 선택권이 거의 존재하지 않는다.
전세계적으로 펄프와 제지 산업계에 영향을 끼치는 큰 문제점은, 임지의 경쟁적 사용에 관한 우려, 산림 작업의 환경에 미치는 영향, 및 지속가능한 산림 관리로 인해 발생하는 적절한 목재 섬유의 비용 증가이다. 결과적으로, 티슈 산업은 항상 지속 가능한 제조를 위한 대안적인 저가 섬유 종을 찾고 있다. 또한, 친환경 제품을 선호하는 환경 집단과 소비자들은 목재 섬유보다 더욱 환경 친화적인 것으로 비-목재 섬유를 사용하는 것을 지지하였다. 원자재 목재 펄프에 대한 의존도를 감소시키기 위해서, 재활용 섬유의 사용이 부분적인 해결책이 될 수 있지만, 티슈 시트에 재활용 섬유의 사용은 사용자가 수용할 만한 최종 제품 품질에 의해 기술적으로 제한된다.
이전의 접근 방식들은 나무 기반 섬유에 의존한다. 보다 짧은 수명으로 성장하는 섬유 원료를 사용하고 농업 또는 산업 공정에서의 잔류물을 사용하는 능력은 기업의 지속 가능성 목표를 달성하고 산림에 미치는 환경적 영향 뿐만 아니라 (eCO2 단위로 측정되는) 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
비-목재 천연 섬유에 대한 펄프화 공정은 원재료에 의존한다. 상세한 단계들은, Sridach, W. (2010), The Environmentally Benign Pulping Process of Non-wood Fibers, Suranaree J. Sci. Technol., 17(2), 105-123 및 Hurter와 Byrd의 미국 특허 6,302,997 B1에서 찾아볼 수 있다. 농작물 섬유 또는 농업 잔류물 같은 대체 비-목재 천연 섬유가 더욱 지속 가능한 것으로 여겨진다. 이러한 원료 천연 재료의 예로는, 억새, 대두 대, 양마, 아마, 대나무, 목화 대, 사탕수수 바가스, 옥수수대, 볏짚, 귀리 짚, 밀짚, 스위치그래스, 수수, 갈대, 물대(arundo donax), 화본과로도 알려진, 벼(Poaceae)과, 및 이들의 조합을 포함한다. 비-목재 섬유 공급원들은, 계절별 이용 가능성, 화학적 회수에 관한 문제점, 펄프 선명도, 실리카 함량 등을 포함한 여러 이유로 인해 전세계 펄프 생산의 약 5 내지 10%를 차지한다. 특히 매력적인 것은, 펄프에 대한 공급원으로서 옥수수대와 밀짚인데 그들이 세계적으로 풍부하기 때문이다. 비-목재 섬유는 제품 제조사가 최종 제품에 친환경 성분을 첨가하기 위해서 찾아낼 수 있는 옵션을 제공한다.
따라서, 목재 대체 펄프 재료를 제공해서 티슈에 사용되는 종래의 섬유 재료를 대체할 필요성이 있다. 그 결과, 본 발명은, 환경적으로 지속 가능한 티슈에 사용될 수 있는 목재 대체 재료를 제공함으로써, 이러한 간극을 채운다.
일반적으로, 종래의 제지 섬유와 비-목재 섬유의 블렌드를 포함하는, 건식 종이 제품, 및 특히 건식 티슈 기재가 본원에 개시된다.
본 발명은 연질목 섬유 및 벼과 내의 식물 유래의 처리된 비-목재 섬유를 포함하는 티슈 시트에 관한 것이며, 여기서 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는다. 비-목재 섬유는 옥수수대, 짚, 기타 육상 기반 천연 섬유, 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 상기 짚은, 밀, 벼, 귀리, 보리, 호밀, 아마, 풀, 대두 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 기타 육상 기반 천연 섬유는, 아마, 대나무, 목화, 황마, 아마, 사이잘, 바가스, 양마, 스위치그라스, 억새, 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
본 발명은 또한 본질적으로 연질목 섬유 및 처리된 비-목재 섬유로 이루어지는 티슈 시트에 관한 것으로, 여기서 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는다.
본 발명은 또한 티슈 시트 내의 섬유의 인장 지수 및 캐나다 표준 여수도(CSF)를 맞춤화하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 비-목재 섬유로부터 헤미셀룰로오스의 일부분을 제거함으로써 비-목재 섬유를 처리하는 단계; 연질목 섬유 및 상기 처리된 비-목재 섬유를 포함하는 티슈 시트를 형성하는 단계; 및 비-목재 섬유로부터 제거된 헤미셀룰로오스의 일부분을 조정해서 처리된 비-목재 섬유의 원하는 인장 지수 및 캐나다 표준 여수도(CSF)를 달성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전술한 및 다른 특징들 및 측면들과 그것들을 얻는 방식은 보다 명백해질 것이고, 그 발명 자체는 다음의 설명, 첨부된 청구범위 및 수반되는 도면을 참조로 하여 더 잘 이해될 것이며, 여기에서:
도 1은 본 발명에서 사용하기 위해 크레이프 가공되지 않은 통기 건조 티슈 웹을 형성하기 위한 공정의 일 측면의 개략도이며; 및
도 2는 다양한 비-목재 섬유에 대한 인장 지수 및 CSF 사이의 관계의 그래프이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 문자의 반복적인 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위해 의도된다. 도면은 대표적인 것이고 반드시 일정 축척으로 도시되어야 하는 것은 아니다. 도면의 특정 비율은 과장될 수 있는 반면, 다른 부분은 최소화될 수 있다.
본 명세서는 본 발명을 구체적으로 나타내며 명백하게 청구하는 청구범위로 종결되지만, 다음에 따르는 상세한 설명으로부터 본 발명을 더욱 잘 이해할 것이다.
본원에서 사용된 바와 같이, "포함하는"이란 최종 결과에 영향을 미치지 않는 기타 단계 및 기타 성분들이 부가될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 용어는 "~로 이루어진" 및 "~로 본질적으로 이루어진"이란 용어를 포함한다. 본 발명의 조성물들 및 방법/공정들은 본원에 개시된 부가적이고 선택적인 성분들, 구성성분들, 단계들 또는 제한들뿐만 아니라, 본원에 개시된 본 발명의 필수 요소 및 제한들을 포함할 수 있고, 이들로 이루어져 있을 수 있으며, 이들로 본질적으로 이루어져 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같이, "비-목재"(non-wood), "비-나무"(tree-free) 및 "목재 대체"(wood alternative)라는 용어는, 일반적으로, 밀짚 등의 농작물, 부들 등의 습지 비-나무 식물로부터의 가공 잔여물을 가리킨다. 본 발명의 비-목재 천연 물질의 예로는, 이에 한정되지는 않지만, 억새, 대두 대, 양마, 아마, 대나무, 목화 대, 사탕수수 바가스, 옥수수대, 볏짚, 귀리 짚, 밀짚, 스위치그래스, 수수, 갈대, 물대, 화본과로도 알려진, 벼과, 및 이들의 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같이, "펄프" 또는 "펄프 섬유"라는 용어는 당업계에 알려져 있는 종래의 펄프화 처리를 통해 얻어지는 섬유 물질을 가리킨다. 이는 목재성 물질 및 비-목질계 물질을 위한 것일 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같이, "핀"(fines)라는 용어는 200 메시 스크린(75㎛)을 통과하는 부분을 가리킨다. 핀들의 중간 크기는 수 마이크로미터이다. 핀들은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 및 추출물로 이루어진다. 핀에는 두 가지 유형이 있는데, 일차 핀과 이차 핀이다. 일차 핀 함량은 식물의 유전적 특징으로 보인다. 유칼립투스 펄프는 약 4%인 한편, 다른 경질목 펄프는 최대 약 20% 내지 약 40%일 수 있다. 밀짚은 통상적으로 약 38% 내지 약 50%이다. 이차 핀은 정제 동안 파괴되는 섬유들의 외층들로부터의 소섬유들의 조각들이다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같이, "평량"이라는 용어는, 일반적으로, 판지의 단위 면적당 중량을 가리킨다. 평량은 TAPPI 시험 방법 T-220을 이용하여 본원에서 측정된다. 흔히 30cm x 30cm 또는 다른 편리한 치수로 된 펄프 시트는 칭량된 후 건조되어 고체 함량을 결정하게 된다. 이어서, 시트의 면적을 결정하고, 건조된 중량 대 시트 면적의 비율을 제곱미터당 그램(gsm)인 평량으로서 보고한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "인열 지수(Tear Index)"는 기하 평균 인열 강도(통상적으로 그램으로 표현됨)를 기하 평균 인장 강도(통상적으로 3인치 당 그램으로 표현됨)로 나누고 1,000을 곱한 몫을 지칭하며, 이때 기하 평균 인열 지수는 기계 방향 인열 강도와 교차 방향 인열 강도의 곱의 제곱근으로서 정의된다.
Figure pct00001
인열 지수는 티슈 웹의 조성 및 웹의 평량에 따라 가변될 수 있지만, 본 발명에 따라 제조되는 웹들은, 일반적으로 약 5 초과, 더욱 바람직하게는 약 6 초과, 및 더욱 더 바람직하게는 약 7 내지 약 20와 같이, 약 7 초과인 인열 지수를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "파열 지수(Burst Index)"는 건조 파열 피크 하중(건조 파열 강도로도 지칭되며 통상적으로 그램 피트로 표현됨)을 기하 평균 인장 강도로 나누고 10으로 곱한 몫을 지칭한다.
Figure pct00002
파열 지수는 티슈 웹의 조성 및 웹의 평량에 따라 가변될 수 있지만, 본 발명에 따라 제조되는 웹들은, 일반적으로 약 3 초과, 더욱 바람직하게는 약 4 초과, 및 더욱 더 바람직하게는 약 5 초과인 파열 지수를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기하 평균 인장 강도" 및 "GMT"는 웹의 기계 방향 인장 강도와 교차 기계 방향 인장 강도의 곱의 제곱근을 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 인장 강도는 달리 언급하지 않는 한 본 기술분야의 숙련자에게 명백할 것처럼 기하 평균 인장 강도를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "기하 평균 인장 에너지 지수" 및 "TEA 지수"는, GMT 강도로 나누고 1,000을 곱한 MD와 CD 인장 에너지 흡수의 곱의 제곱근("MD TEA" 및 "CD TEA", 통상적으로 g*cm/cm2로 표현됨) 것을 가리킨다.
Figure pct00003
TEA 지수는 티슈 웹의 조성 및 웹의 평량에 따라 가변될 수 있지만, 본 발명에 따라 제조되는 웹들은, 일반적으로 약 6 초과, 더욱 바람직하게는 약 7 초과, 및 더욱 더 바람직하게는 약 8 내지 약 20와 같이, 약 8 초과인 TEA 지수를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "내구성 지수(Durability Index)"는, 인열 지수(tear index), 파열 지수(burst index) 및 TEA 지수의 합을 지칭하며, 소정의 인장 강도에서의 제품의 내구성을 나타낸다.
내구성 지수 = 인열 지수 + 파열 지수 + TEA 지수
내구성 지수는 티슈 웹의 조성 및 웹의 평량에 따라 가변될 수 있지만, 본 발명에 따라 제조되는 웹들은, 일반적으로 약 15 이상, 더욱 바람직하게는 약 18 이상, 및 더욱 더 바람직하게는 약 20 내지 약 50와 같이, 약 20 이상인 내구성 지수를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "강성도 지수(Stiffness Index)"는, 기하 평균 인장 강도로 나눈, MD 및 CD 기울기의 곱의 제곱근으로서 정의된, 기하 평균 인장 기울기의 몫을 지칭한다.
Figure pct00004
강성도 지수는 티슈 웹의 조성 및 웹의 평량에 따라 가변될 수 있지만, 본 발명에 따라 제조되는 웹들은, 일반적으로 약 16 미만, 더욱 바람직하게는 약 15 미만, 및 더욱 더 바람직하게는 약 5 내지 약 14와 같이, 약 14 미만인 강성도 지수를 갖는다.
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 pct00005
여기서 k = 최대 섬유 길이
xi = 섬유 길이
ni = 길이 xi인 섬유의 수
n = 측정한 섬유의 총 수.
본원에서 사용되는 바와 같이, "티슈 제품"은 일반적으로 다양한 종이 제품, 예컨대 미용 티슈, 화장지, 종이 타월, 냅킨 등을 지칭한다. 일반적으로, 본 발명의 티슈 제품의 평량(basis weight)은 약 80gsm 미만, 일부 측면에서는 약 60gsm 미만, 및 일부 측면에서는 약 10 내지 약 60gsm이다.
티슈 제품은 그 벌크의 측면에서 다른 종이 제품과 더욱 차별화된다. 본 발명의 티슈 및 타월 제품의 벌크는 gsm으로 표현되는 평량으로 나눈, μm로 표현되는, 캘리퍼(이하 정의됨)의 몫으로서 산출된다. 얻어진 벌크는 cm3/g로 표현된다. 다양한 예에서 티슈 제품은 약 5 cm3/g 초과, 더욱 바람직하게 약 7 cm3/g 초과, 예로 약 7 내지 약 15 cm3/g의 벌크를 가질 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 티슈 웹은 동일한 웹을 포함하는 티슈 제품보다 높은 벌크를 가질 수 있다. 예를 들면, 티슈 웹은 약 7cm3/g 초과, 예컨대 약 10cm3/g 초과, 예컨대 약 12 내지 약 24cm3/g의 벌크를 가질 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "층"은, 한 겹 내의 복수의 섬유, 화학적 처리제 등의 층을 가리킨다.
"겹(ply)"이라는 용어는 개별적인 제품 요소를 가리킨다. 개별적인 겹들은 서로 병치 관계로 배열될 수 있다. 이 용어는, 여러 겹 미용 티슈, 욕실용 티슈, 종이 타월, 물티슈, 또는 냅킨 등에서의 복수의 웹형 구성요소(web-like component)를 가리킬 수 있다.
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 유공성 스크린(endless foraminous screen) 상에서의 희석 섬유 슬러리의 별도의 스트림의 피착으로부터 형성된다. 개별적인 층들이 초기에 별도의 유공성 스크린들 상에 형성되면, 층들은 후속하여 (습식 상태에서) 결합되어 층상 복합 웹을 형성하게 된다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같이, "웹 형성 장치"라는 용어는, 일반적으로, 통상의 기술자에게 알려져 있는, 장망 초지기(fourdrinier former), 트윈 와이어 초지기, 실린더 기계, 프레스 초지기, 크레센트 초지기 등을 포함한다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같이, "캐나다 표준 여수도"(CSF)는, 일반적으로, 섬유들의 슬러리가 배출되는 속도를 가리키며, TAPPI 표준 시험 방법 T 227 OM-09에서 설명하는 바와 같이 측정된다. CSF에 대한 단위는 mL이다.
표 1은 경질목(유칼립투스 펄프 섬유, 아라크루스 셀룰로오스(Aracruz Cellulose), 브라질) 및 연질목(NSWK 펄프 섬유, 노던 펄프(Northern Pulp), 캐나다)를 비교한다.
섬유 타입 평균 섬유 길이 (mm) 평균 섬유 폭
(μm)		 섬유 길이: 섬유 폭 조도
(mg/100m)
NSWK 펄프 섬유 2.18 27.6 79 14.83
유칼립투스 펄프 섬유 0.76 19.1 40 8.95
본 발명은, 층들 중 적어도 하나에서 버진 목재 섬유의 일부분을 대체하기 위해 비-목재 섬유의 사용을 설명한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 유연도 및 강도/내구성 사이의 트레이드오프가 고려되어야 한다. 본 발명은 비-목재 섬유에서의 헤미셀룰로오스의 수준을 관리함으로써 비-목재 섬유에서 인장 강도가 감소될 수 있고 유연도가 증가될 수 있는 방법을 설명한다. 이는 또한 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness, CSF)를 증가시키고 그들의 물 보유 값(Water Retention Value, WRV) 및 이들의 조도를 감소시킨다. 처리된 비-목재 섬유는 티슈 시트 내의 유칼립투스 섬유의 일부분을 대체하면서 티슈 시트의 내구성을 증가시킨다(증가된 인열 및 파열 강도).
통상적인 티슈 지료는 긴(북부 표백 연질목 크라프트(NBSK)) 및 짧은(유칼립투스) 섬유 모두를 포함한다. 긴 섬유는 강도와 내구성을 제공하는 한편 짧은 섬유는 유연도를 제공한다. 일 예에서, 농업용 펄프 형태를 NBSK와 유칼립투스를 비교하면, 옥수수대(> 0.8mm)와 밀짚(< 1mm) 펄프의 길이 가중 평균 섬유 길이는 NBSK(2.23mm)보다 훨씬 짧지만 유칼립투스의 길이보다 길다. 이러한 이유로, 옥수수대 및 밀짚으로부터의 섬유는 유칼립투스의 동등한 유연도를 생성하는 데에 사용될 수 있기 때문에, 제조된 제품은 더 긴 섬유 길이로 인해 더욱 내구성이 있다.
비-목재 펄프는 유사한 섬유 길이를 갖는 목재 펄프의 것들보다 높은 인장 지수, 낮은 여수도, 및 더 높은 수분 보유 값(water retention value; WRV)을 갖는 것으로 흔히 관찰된다. 이러한 펄프의 더 짧은 섬유 길이는 상당한 품질 손실 없이 NBSK의 완전한 대체를 배제한다. 유칼립투스에 대한 대체로서, 밀 및 옥수수와 같은 많은 비-목재 섬유가 더 긴 섬유 길이로 인해 유칼립투스에 비해 이점을 제공한다. 예를 들어, 더 높은 파열 및 인열 강도가 예상된다. 그러나, 이러한 펄프는 낮은 제품 유연도를 초래하는 높은 인장 강도로 인해 유칼립투스의 대체로 일반적으로 적합하지 않다. 인장 강도를 감소시키기 위해 탈접합제를 사용할 수 있지만, 탈접합제의 사용은 제품 내의 슬라우와 린트 뿐만 아니라 비용을 상당히 증가시킨다. 비-목재 펄프가 유칼립투스 펄프를 대체할 수 있게 하기 위해서, 화학적 탈접합제를 사용하지 않고 이러한 비-목재 펄프에 인장 지수를 감소시킬 필요가 있다.
일 측면에서, 본 발명은 옥수수, 스위치그래스, 및 밀 등의 농업 잔여물로부터의 셀룰로오스 섬유를 포함하는 부드럽고 내구성이 있는 티슈 제품을 생산하며, 여기서 이러한 셀룰로오스 섬유는 헤미셀룰로오스의 일부분이 제거된 것이다. 또 다른 측면에서, 본 발명은 농업 잔여물로부터의 셀룰로오스 섬유를 포함하는 부드럽고 내구성이 있는 티슈 제품을 제조하는 방법을 제공하고, 여기서 상기 방법은, 제품 내의 짧은 목재 섬유의 전부 또는 일부분을 농업 잔여물로부터의 셀룰로오스 섬유로 대체하는 단계를 포함하고, 여기서 농업 잔여물로부터의 셀룰로오스 섬유는 헤미셀룰로오스의 전부 또는 일부분이 제거된 것이다.
또한, 목적으로 생장된 섬유 작물이 또한 본원에 기술된 공정을 위한 섬유를 제공하는데 사용될 수 있다. 이들은 억새, 스위치그래스, 대두 대, 목화 대 등을 포함할 수 있고, 옥수수, 밀, 대두, 수수 등과 같은 농업 잔여물 작물 근처에서 또는 함께 생장할 수 있다. 이러한 목적으로 생장된 작물 중 일부는 벼과에 속하지만, 다른 것들은 여전히 유용한 섬유를 제공하지 못한다.
처리된 비-목재 섬유는 섬유 길이에 기초하여 사용하기 위해 선택될 수 있다. 유칼립투스 섬유를 대체하기 위해, 유칼립투스 섬유와 유사해지도록 약 1.1mm 미만의 길이 가중 평균 섬유 길이를 갖는 섬유를 선택하는 것이 유용할 수 있다.
섬유에서 헤미셀룰로오스를 제거하는 것은 그들의 인장 지수를 감소시키고 여수도를 증가시키고, 셀룰로오스를 용해하는데 사용된다. 본원에서 설명하는 공정은 제거되는 헤미셀룰로오스의 양을 제어하는데, 등급 셀룰로오스를 용해하는데 있어서와 같은 모든 헤미셀룰로오스를 제거하는 것이 정제 곡선이 평평해지고 타월천과 같은 고강도 응용분야에 필요한 인장 강도가 상당히 감소한다.
또 다른 측면에서 본 발명은 인장 지수, CSF, 및 수분 보유 값을 조정하고 제어하기 위해 헤미셀룰로오스 수준을 맞춤화해서 비-목재 펄프를 갖는 제품 유연도를 개선시키고, 가동성을 개선시키는 것을 제공한다. 또 다른 측면에서 본 발명은 하나 이상의 유형의 비-목재 농업 잔여물 바이오매스로부터 티슈 제조에 적합한 펄프를 제조하는 방법에 관한 것으로, 여기서 펄프 내의 헤미셀룰로오스의 수준은 생성되는 미정제된 펄프의 인장 지수 및 CSF가 거의 동일하도록 제어된다. 헤미셀룰로오스 수준을 제어함으로써 인장 지수/CSF 프로파일에 맞게 맞추는 이러한 능력은 계절성과 가용성에 따라 일년 내내 비슷한 섬유 특성을 가진 다양한 유형의 농업 잔여물 및 목적으로 생장된 바이오매스를 바이오리파이너리가 가동시킬 수 있게 한다. 생성되는 섬유는 섬유 공급원에 관계없이 거의 동일한 특성을 가질 수 있다. 이러한 펄프의 품질(즉, 주어진 여수도에서의 인장 지수)은 대부분 등가적이기 때문에, 농업 바이오리파이너리와 티슈 제조 공정은, 단일 작물을 의존하는 경우보다 더 오래 그리고 중단이나 품질 문제의 위험이 적게 가동할 수 있다. 따라서, 상이한 섬유들의 여수도와 인장 지수가 동등하도록 상이한 섬유들의 품질과 특성을 제어하기 위한 수단을 찾을 필요가 있다.
목재 섬유 대신에 농작물 섬유 및 농업 잔류물을 사용하는 것과 같이 비-목재 대체 천연 섬유의 사용은, 부분적으로는 이러한 재료들을 다른 공정들의 부산물로서나 폐기물로서 분류하는 것 때문에 더욱 지속가능한 것으로 여겨진다. 공급자들은, 소비자들이 이러한 재료들을 처분하는 것을 돕도록 소비자들에게 지불할 수 있다. 이러한 원재료 천연 재료의 예는 바가스, 옥수수대, 볏짚, 귀리 짚 및 밀짚이다. 비-목재 섬유 자원들은, 계절별 이용 가능성, 화학적 회수에 관한 문제점, 펄프 선명도, 실리카 함량 등을 포함한 여러 이유로 인해 전세계 펄프 생산의 단지 약 5 내지 10%를 차지할 뿐이다.
본 발명은, 티슈 제품에 있어서 적어도 하나의 비-목재 또는 비-나무 대체 펄프 재료를 사용해서, 종래의 섬유 재료의 일부분을 대체하는 것을 기재한다. 본 발명의 조성물은, 천연 섬유, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 적어도 하나의 비-목재 대체 펄프 재료를 포함한다. 육상 기반 천연 섬유는, 아마, 목화 대, 바가스, 양마, 스위치그라스, 억새, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 비-목재 재료로부터의 개별적인 섬유 재료는, 당업계에 알려져 있는, 열적 기계적 펄프화, 크래프트 펄프화, 화학적 펄프화, 효소 보조 생물학적 펄프화, 또는 오르가노솔브 펄프화 등의 종래의 펄프화 공정으로부터 유도될 수 있다.
본 발명의 펄프 재료 조성물은 비-목재 대체 천연 펄프 섬유들의 다양한 양을 포함할 수 있다. 조성물은, 요소들의 조합을 가질 수 있고, 여기서, 적어도 하나의 비-목재 대체 천연 펄프 섬유만이 존재하며 또는 목재 펄프 섬유와 결합될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 비-목재 대체 천연 펄프 섬유들의 양은, 조성물의 중량 기준 약 5%, 약 10%, 약 20%, 약 25%, 약 30% 내지 약 40%, 약 50%, 약 60%, 약 75%, 약 100%의 양으로 존재할 수 있다. 또한, 본 발명의 펄프 재료 조성물은, 조성물의 중량 기준 약 5%, 약 10%, 약 20%, 또는 약 30% 내지 약 40%, 약 50%, 약 60% 또는 약 70%의 양으로 경질목 짧은 섬유 펄프를 포함할 수 있다. 서로 조합하거나 또는 목재 펄프 섬유와 조합하여, 비-목재 대체 펄프 재료들만 존재하는 경우, 조성물은 그러면 종래의 섬유 물질들 중 일부분을 대체하는 티슈 제품에 사용될 수 있다.
따라서, 바람직한 측면에서 본 발명은 티슈 웹, 더욱 바람직하게는 통기 건조된 티슈 웹, 더욱 더 바람직하게 비-목재 섬유를 포함하는 다층 통기 건조 웹을 제공하고, 여기서 비-목재 섬유는 웹의 총 중량의 적어도 약 10%를 포함한다. 특히 바람직한 측면에서, 티슈 웹은 다층 통기 건조 웹을 포함하고 여기서 비-목재 섬유는 층들 중 단지 하나에만 선택적으로 배치되어서 비-목재 섬유는 사용시 사용자의 피부와 접촉하지 않게 된다. 예를 들어, 일 측면에서 티슈 웹은 2층 웹을 포함할 수 있고 여기서 제1 층은 필수적으로 목재 섬유로 구성되고 실질적으로 비-목재 섬유가 없으며, 제2 층은 비-목재 섬유를 포함하고, 여기서 비-목재 섬유는 적어도 약 50 중량%의 제2 층, 예컨대 약 50 내지 약 100 중량%의 제2 층을 포함한다. 비-목재 섬유를 실질적으로 갖지 않는 층을 가리킬 때, 그 안에 무시할만한 양의 섬유가 존재할 수 있지만, 이러한 소량은 흔히 인접 층에 적용된 비-목재 섬유로부터 유래되는 것이며, 통상적으로 웹의 유연도 또는 다른 물리적 특징에 실질적으로 영향을 주지 않음을 이해해야 한다.
티슈 웹은 한 겹 또는 여러 겹일 수 있는 티슈 제품 내에 통합될 수 있고, 겹들 중 하나 이상은, 다층 티슈 웹의 층들 중 하나의 층에 비-목재 섬유가 선택적으로 통합되어 있는 다층 티슈 웹에 의해 형성될 수 있다. 특히 바람직한 측면의 티슈 제품은 비-목재 섬유가 사용시 사용자의 피부와 접촉하지 않게 되도록 구성된다. 예를 들면, 티슈 제품은 2개의 다층 통기 건조 웹을 포함할 수도 있으며 여기서 각각의 웹은 비-목재 섬유가 실질적으로 없는 제1 섬유층과 비-목재 섬유를 포함하는 제2 섬유층을 포함한다. 상기 웹들은 티슈 제품의 외부 표면이 각각의 웹의 제1 섬유층으로 형성되도록 함께 겹쳐져서, 사용시 사용자의 피부와 접촉하게 된 표면이 비-목재 섬유가 실질적으로 없게 된다.
본 발명의 웹들 및 제품들에 사용하기 위한 비-목재 섬유는 당 기술분야에 공지된 임의의 적절한 방법에 의해 제조될 수 있다. 바람직하게는, 비-목재 섬유는 분쇄된 비-목재 물질의 화학적 가공에 의해 생성된, 펄프화된 비-목재 섬유이다. 화학적 가공은 분쇄된 비-목재 물질을 적절한 알칼리 용액으로 처리하는 것을 포함할 수 있다. 당업자라면 적절한 알칼리 용액을 선택할 수 있을 것이다. 비-목재 섬유는 분쇄된 비-목재 물질의 기계적 가공에 의해 제조될 수도 있으며, 이는 분쇄된 비-목재 물질의 효소 소화가 관여할 수도 있다.
펄프 섬유는 고 수율 또는 저 수율 형태로 준비될 수 있고, 크래프트법, 아황산법, 고수율 펄프화 방법, 및 알려져 있는 기타 펄프화 방법을 포함한 임의의 알려져 있는 방법으로 펄프화될 수 있다. Laamanen 등에게 1988년 12월 27일 발행된 미국특허 제4,793,898호; Chang 등에게 1986년 6월 10일 발행된 미국특허 제4,594,130호; 및 Kleinert에게 1971년 6월 15일 발행된 미국특허 제3,585,104호에 개시된 섬유 및 방법을 포함하여, 오르가노솔브(organosolv) 펄프화 방법으로부터 제조된 섬유 또한 사용될 수도 있다. 유용한 섬유는 Gordon 등에게 1997년 1월 21일 발행된 미국특허 제5,595,628호로 예시한 안트라퀴논 펄프화에 의해서도 제조될 수 있다.
비록 비-목재 섬유가 당 기술분야에 공지된 임의의 적절한 방법에 의해 제조될 수 있지만, 비-목재 펄프를 제조하기 위한 바람직한 방법은, 크래프트, 아황산염, 또는 소다/AQ 펄프화 기술과 같지만, 이들에만 한정되지 않는, 화학적 펄프화 방법으로서 이루어진다.
비목재 섬유에서 헤미셀룰로오스의 수준을 감소시키는 것은, 또한 Fackler 등의 미국 특허출원공개 제2013/0217868호에 기술된 효소 공정을 포함하여, 당업계에 알려져 있는 임의의 적절한 방법에 의해서도 달성될 수 있지만, 본 발명에서 헤미셀룰로오스를 제거하는 것은 셀룰로오스 분해를 피하도록 제어되어야 하며, 이것이 이러한 공정들의 통상적인 목표이다. 비록 셀룰로오스를 분해할 수 있지만, 자일라나제 및/또는 셀룰라아제로 분류된 것들과 같은 효소를 사용할 수 있다.
일반적으로, 티슈 시트는 임의의 적절한 제지 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제지 공정은, 크레이프 가공(creping), 습식 크레이프 가공, 이중 크레이프 가공, 엠보싱, 습식 가압, 에어 가압, 통기 건조, 크레이프 가공된 통기 건조, 크레이프 가공되지 않은 통기 건조, 수력엉킴, 에어 레잉 및 당해 기술에 알려져 있는 다른 방법들을 이용할 수 있다.
이러한 예시적인 한 기술은 이하 설명될 것이다. 바람직하게는, 티슈 시트는 통기 건조된 티슈 베이스시트이다. 크레이프 가공되지 않은 통기 건조 티슈를 제조하는 예시적인 공정은 미국 특허 제5,607,551호, 미국 특허 제5,672,248호, 미국 특허 제5,593,545호, 미국 특허 제6,083,346호 및 미국특허 번호 제7,056,572호에 설명되어 있으며, 이들은 전부 본 명세서와 상충되지 않는 정도로 본원에 참고로 원용된다.
도 1은 본원에서 정의된 다층 티슈를 형성하는 방법을 수행하기 위한 기계를 도시한다. 간략하게, 여러 직물 가동을 정의하는 데 개략적으로 사용되는 다양한 장력부여 롤들이 도시되어 있지만, 번호는 부여되어 있지 않다. 청구항들로부터 벗어나지 않고 도 1에 도시한 장치 및 방법을 변경할 수 있음을 인식할 것이다. 트윈 와이어 성형기는, 웹이 약 10 건조 중량%의 점조도로 부분적으로 탈수될 때 공정에서 새롭게 형성된 습식 웹을 지지하여 하류로 운반하는 역할을 하는 성형 직물(13) 상으로 제지 섬유의 수성 현탁액의 스트림(11)을 주입하거나 피착하는 제지 헤드박스(10)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 습식 웹이 성형 직물에 의해 지지되는 동안, 예를 들어 진공 흡입에 의해; 습식 웹의 추가 탈수를 실행할 수 있다.
그 후, 습식 웹은 웹에 증가된 신축성을 부여하도록 성형 직물로부터 성형 직물보다 더 느린 속도로 이동하는 전사 직물(17)로 전사된다. 전사는 바람직하게는 진공 슈(18)의 도움으로 수행되고, 성형 직물과 전사 직물 사이의 고정된 갭 또는 공간 또는 습식 웹의 압축을 피하기 위한 키스 전사(kiss transfer)의 도움으로 수행된다.
이어서, 웹은 진공 전사 롤(20) 또는 진공 전사 슈의 보조에 의해, 선택적으로, 전술한 바와 같이 고정된 갭 전사를 다시 이용하여, 전사 직물로부터 통기 건조 직물(19)로 전사된다. 통기 건조 직물은, 전사 직물에 대하여 대략 동일한 속도 또는 다른 속도로 이동할 수 있다. 필요하다면, 신축성을 더욱 향상시키도록 통기 건조 직물이 더욱 느린 속도로 이동할 수 있다. 전사는, 바람직하게는 통기 건조 직물에 부합하는 시트의 변형을 확실히 하도록 진공 보조에 의해 실행될 수 있고, 이에 따라 원하는 벌크 및 외관을 야기할 수 있다.
웹 전사에 사용되는 진공의 레벨은, 약 75 내지 약 380mm Hg, 바람직하게는 약 125mm Hg일 수 있다. 진공 슈(음의 압력)는, 웹을 진공에 의해 다음 직물 상으로 흡입하는 것에 더하여 또는 그를 대신하여, 웹을 다음 직물 상으로 블로잉(blow)하도록 웹의 반대측으로부터의 양의 압력의 사용에 의해 보조되거나 대체될 수 있다. 또한, 진공 롤 또는 롤들을 사용하여 진공 슈(들)를 대체할 수 있다.
웹은, 통기 건조 직물에 의해 지지되는 동안, 마지막으로, 통기 건조기(21)에 의해 약 94% 이상의 점조도로 건조된 후 담체 직물(22)로 전사된다. 가압된 터닝 롤(26)을 선택적으로 사용하여 웹이 담체 직물(22)로부터 직물(25)로 전사되는 것을 용이하게 할 수 있다. 이를 위한 적절한 담체 직물은 Albany International 84M 또는 94M 및 Asten 959 또는 937이며, 이들 모두는 미세한 패턴을 갖는 비교적 매끄러운 직물들이다. 도시하지는 않았지만, 릴 캘린더링 또는 후속 오프라인 캘린더링을 이용하여, 베이스시트의 제1층의 매끄러움과 부드러움을 개선할 수 있다.
소정의 측면들에서, 원하는 특성을 제공하기 위해 주어진 층 내의 비-목재 및 목재 펄프 섬유의 특정한 조합을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 소정의 층들에서, 상이한 평균 섬유 길이, 조도, 셀 벽 두께, 또는 다른 특성을 갖는 비-목재 및 목재 섬유를 조합하는 것이 바람직할 수 있다.
임의의 주어진 층 내의 비-목재의 양이 가변될 수 있듯이, 웹 내에서의 비-목재 섬유 대 총 섬유의 비는 일반적으로 티슈 제품의 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 더 두꺼운 비-목재 층의 사용은 일반적으로 더 높은 내구성을 갖지만 더 낮은 유연도를 갖는 티슈 제품을 생성한다. 부가적으로, 다량의 비-목재 섬유의 사용은 시트 형성에 부정적인 영향을 미칠 수 있고 제조 비용을 증가시킬 수 있다. 마찬가지로, 매우 낮은 양의 비-목재 섬유, 즉, 웹의 총 중량의 약 10% 미만의 사용은, 통상적으로, 비-목재 섬유 없이 제조된 티슈 제품에 비해, 거의 분별 가능한 차이를 갖지 않는 티슈 제품을 생성한다. 따라서, 소정의 측면들에서, 본 발명에 따라 제조된 티슈 웹은 웹의 중량 기준 약 10 내지 약 80%, 바람직하게는 약 15 내지 약 60%, 더욱 바람직하게는 약 25 내지 약 50%의 양의 비-목재 섬유를 포함한다. 티슈 웹은 한 가지 넘는 유형의 비-목재 섬유를 또한 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 바람직한 측면에서 비-목재 섬유는 연질목 섬유에 대한 대체로서 웹에 도입되고, 이에 따라 이러한 바람직한 측면들에서, 웹 내의 연질목 섬유의 양은 총 웹의 중량 기준 약 0 내지 약 20%, 보다 바람직하게는 0 내지 약 10%, 가장 바람직하게는 총 웹의 중량 기준 약 5% 미만의 범위일 수 있다. 바람직한 일 측면에서, 웹 내의 연질목 섬유의 양은 총 웹의 중량 기준 1% 미만이다.
실시예
하기 실시예들은 본 발명의 범주 내에 있는 측면들을 추가로 설명하고 입증한다. 실시예들은 예시를 위해서만 제공된 것이며, 이러한 실시예들의 많은 변형예들도 가능하기에, 본 발명을 제한하는 것으로 해석해서는 안 된다. 그 결과는, 티슈가 양마, 밀짚, 억새, 옥수수대, 대나무 등의 비-목재 대체 섬유들을 포함하여 제조될 수 있음을 나타낸다. 본 발명은 비-나무형 티슈이며, 이는 목재 펄프에 의존하고 있는 현재의 관행에 상당히 대조되는 것이다.
본 발명은 비-목재 섬유의 헤미셀룰로오스 함량을 제거하거나 감소시켜서 섬유의 인장 강도를 감소시키고, 이에 따라 비-목재 펄프로부터 제조된 티슈 시트에 대한 제품 유연도를 향상시킨다. 표 2는 밀짚과 옥수수대 펄프에 대한 인장 지수가 헤미셀룰로오스가 제거되지 않은 경우에 상업용 경질목 유칼립투스 펄프보다 상당히 높다는 것을 보여준다. 인장 강도가 훨씬 높을수록 티슈 유연도에 부정적인 영향을 미칠 것이다. 옥수수대 및 밀짚으로부터 헤미셀룰로오스의 50% 초과를 제거하는 것은 인장 지수의 상당한 저하를 초래하였다. 비-목재 펄프에서 헤미셀룰로오스 조성을 제어하는 능력은 제품 유연도를 희생시키지 않으면서 티슈 제품 내의 농업 섬유로부터 유래된 비-목재 기반 펄프를 사용할 수 있게 한다.
　 CSF ml 인장 지수 WRV
유칼립투스 534 19.33
NBSK 665 22.4
옥수수대 316 88.8 3.68
옥수수대* 394 45.5 3.48
밀짚 349 72 2.80
밀짚* 376 47.6 2.41
*부분적으로 헤미셀룰로오스 제거된 펄프
대부분의 섬유 응용분야에서, 높은 인장 강도는 긍정적인 속성이라는 점에 주목해야 한다. 그러나, 티슈에서, 인장 강도가 높을수록 제품의 유연도를 손상시킨다. 이는 티슈에 고유하며 다른 종이 제품에는 그렇지 않다. 지금까지 비-목재 섬유의 사용에 대한 대부분의 작업은 티슈의 고유한 필요성이 아니라, 광범위한 종이의 카테고리에 초점을 맞추었다.
본원에 기술된 방법은 원하는 인장 지수/CSF 프로파일에 도달하기 위해 섬유 내의 헤미셀룰로오스의 수준을 제어할 수 있게 한다. 도 2는 인장 지수 및 CSF에 대한 헤미셀룰로오스 감소 효과를 도시하며, 여기서 채워진 점들은 원래의 헤미셀룰로오스 수준을 갖는 섬유를 나타내고, 개방 점들은 감소된 헤미셀룰로오스를 갖는 섬유를 나타낸다. 섬유 내의 헤미셀룰로오스의 양을 감소시키는 것은 섬유의 인장 지수를 상당히 감소시킨다. 헤미셀룰로오스 수준을 제어함으로써 인장 지수/CSF 프로파일을 조정하거나 다이얼링하는 이러한 능력은 계절성과 가용성에 따라 일년 내내 비슷한 섬유 특성을 가진 다양한 유형의 농업 잔여물 및 목적으로 생장된 바이오매스를 바이오리파이너리가 가동시킬 수 있게 한다. 생성되는 섬유는 섬유 공급원에 관계없이 거의 동일한 특성을 가질 수 있다.
제1 특정 측면에서, 티슈 시트는 연질목 섬유 및 벼과 내의 식물로부터의 처리된 비-목재 섬유를 포함하고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는다.
제2 특정 측면은 제1 특정 측면을 포함하고, 여기서 상기 비-목재 섬유는 밀, 옥수수, 억새, 대나무, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
제3 특정 측면은 제1 및/또는 제2 측면을 포함하고, 유칼립투스 섬유를 더 포함한다.
제4 특정 측면은 측면 1-3 중 하나 이상을 포함하고, 경질목 섬유를 더 포함한다.
제5 특정 측면은 측면 1-4 중 하나 이상을 포함하고, 2개의 외부층 및 적어도 하나의 내부층을 포함한다.
제6 특정 측면은 측면 1-5 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 외부층은 경질목 섬유 및 비-목재 섬유를 포함하고, 상기 적어도 하나의 내부층은 연질목 섬유를 포함한다.
제7 특정 측면은 측면 1-6 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 상기 적어도 하나의 내부층은 경질목 섬유 및 비-목재 섬유를 포함한다.
제8 특정 측면은 측면 1-7 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 상기 2개의 외부층은 경질목 섬유를 포함한다.
제9 특정 측면은 측면 1-8 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 처리 없는 동일한 비-목재 섬유보다 적어도 50% 적은 헤미셀룰로오스를 갖는다.
제10 특정 측면은 측면 1-9 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 처리 없는 동일한 비-목재 섬유보다 적어도 70% 적은 헤미셀룰로오스를 갖는다.
제11 특정 측면은 측면 1-10 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 상기 티슈 시트는 상기 처리된 비목재 섬유 대신에 연질목 섬유 및 유칼립투스 섬유를 포함하는 티슈 시트보다 더 부드럽고 내구성이 있다.
제12 특정 측면은 측면 1-11 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 유칼립투스 섬유보다 높은 CSF 및 낮은 WRV를 갖는다.
제13 특정 측면에서, 티슈 시트는 필수적으로 연질목 섬유 및 처리된 비-목재 섬유로 이루어지고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는다.
제14 특정 측면은 제13 특정 측면을 포함하고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 처리 없는 동일한 비-목재 섬유보다 적어도 30% 적은 헤미셀룰로오스를 갖는다.
제15 특정 측면은 제13 및/또는 제14 특정 측면을 포함하고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 처리 없는 동일한 비-목재 섬유보다 적어도 50% 적은 헤미셀룰로오스를 갖는다.
제16 특정 측면에서, 티슈 시트에서 섬유의 인장 지수 및 캐나다 표준 여수도(Canadian standard freeness; CSF)를 맞춤화하는 방법은 비-목재 섬유로부터 헤미셀룰로오스의 일부분을 제거함으로써 상기 비-목재 섬유를 처리하는 단계; 연질목 섬유 및 상기 처리된 비-목재 섬유를 포함하는 티슈 시트를 형성하는 단계; 및 상기 비-목재 섬유로부터 제거된 헤미셀룰로오스의 일부분을 조정해서 상기 처리된 비-목재 섬유의 원하는 인장 지수 및 캐나다 표준 여수도(CSF)를 달성하는 단계를 포함한다.
제17 특정 측면은 제16 특정 측면을 포함하고, 상기 티슈 시트는 유칼립투스 섬유를 더 포함한다.
제18 특정 측면은 제16 및/또는 제17 특정 측면을 포함하고, 상기 티슈 시트는 경질목 섬유를 더 포함한다.
제19 특정 측면은 측면 16-18 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 상기 비-목재 섬유는 밀, 옥수수, 억새 및 대나무를 포함하는 벼과 내의 식물로부터 선택된다.
제20 특정 측면은 측면 16-19 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는다.
본원에서 달리 규정하지 않는 한, 백분율, 부분 및 비율 모두는 본 발명의 조성물의 총 중량을 기초로 한 것이다. 나열된 성분들에 속하는 이러한 모든 중량은 작용 수준(active level)을 기준으로 하며, 따라서: 달리 명시되지 않는 한, 시판되고 있는 물질에 포함될 수 있는 부산물이나 용매를 포함하지 않는다. "중량 백분율"이라는 용어는 본원에서 "중량%"로 표시된다. 실제 측정값의 구체적인 예가 제시된다는 것을 제외하면, 본원에서 언급된 수치 값은 "약"이란 용어로 한정되는 것으로 고려되어야 한다.
본 명세서에 개시된 치수 및 값들은 인용된 정확한 수치 값으로 엄밀하게 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다. 대신, 달리 특정되지 않는 한, 이러한 치수 각각은 인용된 값 및 이 값 주변의 기능적으로 동등한 범위 모두를 의미하도록 의도된다. 예를 들어, "40㎜"라고 개시된 치수는 "약 40㎜"를 의미하도록 의도된 것이다.
발명의 상세한 설명에 인용된 모든 문헌은 본원에서 참고로서 관련 부분에 통합되어 있고; 임의의 문헌의 인용은 본 발명과 관련하여 선행 기술이라고 인정하는 것으로 해석되어선 안 된다. 본원에서 기재된 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고로서 통합된 문헌의 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충되면, 본 명세서에 기재된 용어에 할당된 의미 또는 정의가 우선할 것이다.
본 개시물의 특정 측면들이 예시되고 기술되었지만, 본 개시의 다양한 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 다른 변경과 수정이 행해질 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위에서 본 발명의 범위 내에 있는 이러한 모든 변경과 수정을 포괄하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 연질목 섬유; 및
    벼과 내의 식물로부터의 처리된 비-목재 섬유를 포함하고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는, 티슈 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비-목재 섬유는 밀, 옥수수, 억새, 대나무, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 티슈 시트.
  3. 제1항에 있어서, 유칼립투스 섬유를 더 포함하는, 티슈 시트.
  4. 제1항에 있어서, 경질목 섬유를 더 포함하는, 티슈 시트.
  5. 제1항에 있어서, 2개의 외부층 및 적어도 하나의 내부층을 포함하는, 티슈 시트.
  6. 제5항에 있어서, 외부층은 경질목 섬유 및 비-목재 섬유를 포함하고, 상기 적어도 하나의 내부층은 연질목 섬유를 포함하는, 티슈 시트.
  7. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부층은 경질목 섬유 및 비-목재 섬유를 포함하는, 티슈 시트.
  8. 제5항에 있어서, 상기 2개의 외부층은 경질목 섬유를 포함하는, 티슈 시트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 처리된 비-목재 섬유는 처리 없는 동일한 비-목재 섬유보다 적어도 50% 적은 헤미셀룰로오스를 갖는, 티슈 시트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 처리된 비-목재 섬유는 처리 없는 동일한 비-목재 섬유보다 적어도 70% 적은 헤미셀룰로오스를 갖는, 티슈 시트.
  11. 제1항에 있어서, 상기 티슈 시트는 상기 처리된 비-목재 섬유 대신에 연질목 섬유 및 유칼립투스 섬유를 포함하는 티슈 시트보다 더 부드럽고 더 내구성이 있는, 티슈 시트.
  12. 제1항에 있어서, 상기 처리된 비-목재 섬유는 유칼립투스 섬유보다 높은 CSF 및 낮은 WRV를 갖는, 티슈 시트.
  13. 필수적으로 연질목 섬유 및 처리된 비-목재 섬유로 이루어지고, 여기서 상기 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는, 티슈 시트.
  14. 제13항에 있어서, 상기 처리된 비-목재 섬유는 처리 없는 동일한 비-목재 섬유보다 적어도 30% 적은 헤미셀룰로오스를 갖는, 티슈 시트.
  15. 제13항에 있어서, 상기 처리된 비-목재 섬유는 처리 없는 동일한 비-목재 섬유보다 적어도 50% 적은 헤미셀룰로오스를 갖는, 티슈 시트.
  16. 티슈 시트에서 섬유의 인장 지수 및 캐나다 표준 여수도(CSF)를 맞춤화하는 방법으로, 상기 방법은
    비-목재 섬유로부터 헤미셀룰로오스의 일부분을 제거함으로써 상기 비-목재 섬유를 처리하는 단계;
    연질목 섬유 및 상기 처리된 비-목재 섬유를 포함하는 티슈 시트를 형성하는 단계; 및
    상기 비-목재 섬유로부터 제거된 헤미셀룰로오스의 일부분을 조정해서 상기 처리된 비-목재 섬유의 원하는 인장 지수 및 캐나다 표준 여수도(CSF)를 달성하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 티슈 시트는 유칼립투스 섬유를 더 포함하는, 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 티슈 시트는 경질목 섬유를 더 포함하는, 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 비-목재 섬유는 밀, 옥수수, 억새 및 대나무를 포함하는 벼과 내의 식물로부터 선택되는, 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 처리된 비-목재 섬유는 15% 미만의 헤미셀룰로오스를 갖는, 방법.
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