KR20200119227A

KR20200119227A - 조대 섬유로 형성된 유리 인터리버 페이퍼

Info

Publication number: KR20200119227A
Application number: KR1020207001134A
Authority: KR
Inventors: 재커리 엘. 레임퀼러; 크리스토퍼 엘. 윌리엄스; 크리스토퍼 알. 잰슨; 조엘 제이. 누빌
Original assignee: 알스트롬-뭉쇼 엔에이 스페셜티 솔루션즈 엘엘씨
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2020-10-19
Also published as: CN111107921A; JP2020524232A; WO2018231792A1; US20200199823A1; TW201905280A

Abstract

본 발명은 유리 표면의 보호를 위한 슬립시트 인터리버로서 사용하기 위한 페이퍼로서, 15 내지 60 lb/3,000 ft²의 평량을 지니고 0.75 g/㎤ 미만의 벌크 밀도를 가지고 0.18 mg/m 초과의 평균 섬유 조도를 갖는 시트를 포함하는 페이퍼에 관한 것이다. 통상적인 인터리버 시트와 비교하여, 이러한 페이퍼는 높은 조도를 갖는 정제된 펄프로부터 생성된다.

Description

조대 섬유로 형성된 유리 인터리버 페이퍼

관련 출원에 대한 상호 참조문헌

본 출원은 2017년 6월 14일에 발명의 명칭 "Glass Interleaver Paper Produced with Coarse Fibers"로 출원된 미국가특허출원 제62/519,698호의 우선일의 이익을 주장한다. 그러한 출원은 이의 전문이 본원에 기술된 것처럼 모든 목적을 위하여 참고로 포함된다.

연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술

해당사항 없음

본 개시내용은 유리가 파괴되거나 표면 손상되는 것을 방지하기 위해 유리 시트를 분리시키기 위한 인터리버 시트에 관한 것이다.

유리 시트 제품은 통상적으로, 유리 시트를 분리하는 인터리빙 시트(interleaving sheet)와 함께 팩(pack) 또는 스택(stack)으로 패키징된다. 인터리버 시트의 목적은 유리가 파괴되고 스크래치 또는 얼룩 점(stain spot)과 같이 표면 손상되는 것을 방지하고 언패킹(unpacking) 동안 유리의 취급 및 분리를 용이하게 하기 위한 것이다.

전문 유리 제품, 특히, 예를 들어, 비디오 디스플레이에서 사용되는 유리의 경우에, 인터리버는 유리가 인터리버에서의 오염물에 의해 또는 유리 제조, 패킹, 운송, 및 사용 공정 동안 생성된 오염물로부터 야기된 심지어 작은 표면 결함을 발달시키는 것을 이상적으로 보호한다. 이러한 인터리버 페이퍼에는 유리 표면에서 스크래치 또는 마모 스폿을 야기시킬 수 있는 경질 입자와 같은 오염물이 존재하지 않아야 하고, 유리로 전달되고 용이하게 제거되지 않고, 유리 상에 느슨한 입자(loose particle) 또는 "얼룩"을 야기시키는 오염물이 존재하지 않아야 한다. 디스플레이 기술이 발전함에 따라, 이러한 디스플레이의 해상도가 증가하고(예를 들어, 차세대 디스플레이에서 720에서 1080 내지 4K 이상으로), 유리에서 결함을 구성하는 크기가 해상도에 비례하여 감소하기 때문에, 디스플레이용 유리의 보호는 점차 어렵게 되고 있다. 이에 따라, 유리, 특히, LCD/OLED 유리에 대한 품질 요구가 계속 증가함에 따라, 고성능 인터리버 페이퍼가 요구된다.

상술된 최신 기술의 관점에서, 통상적으로, 오염물의 존재 또는 영향을 억제하기 위하여, 인터리버 페이퍼는 낮은 벌크(bulk)를 가지고, 매우 미세한 매끄러운 표면 텍스쳐를 가지고, 입자 생성 및 이동 가능한 물질을 최소화하기 위해 북부 연질목 '연질' 섬유로 설계되었다.

본 개시내용은 인터리버 페이퍼가 예외적으로 매끄러운 접촉 표면을 가져야 한다는 통상적인 패러다임에 비해 개선된 보호 성능을 갖는 것으로 밝혀진 인터리버 페이퍼의 생산 및 조성에 대한 상이하고 직관에 반대되는 방법을 제시한다. 벌키성(bulkiness)을 최대화하고 매우 미세한 섬유 및 매우 매끄러운 표면 텍스쳐를 갖는 인터리버 페이퍼를 구성하기 위한 시도 대신에, 본원에 개시된 인터리버 페이퍼는 균일한 두께, 감소된 밀도, 및 고성능 유리 인터리버로서 적합한 더 큰 거칠기 표면을 갖는 시트를 형성하기 위해 최적으로 정제된 조대 장섬유(coarse, long fiber)를 사용한다. 여러 형태에서, 조대 섬유를 함유한 펄프는 높은 백분율의 짧은 길이 섬유 분획을 제공하기 위해 정제될 수 있다. 이러한 섬유로 페이퍼의 생산은 훨씬 더 높은 벌크, 더 높지만 더 균일한 표면 미세 거칠기, 높은 표면 강도, 및 고성능 유리 인터리버를 위해 매우 적합한 것으로 발견된 양호한 물리적 성질을 갖는 균일한 두께의 시트를 야기시켰다.

새로이 개시된 인터리버 페이퍼는, 다른 것들 중에서, 더 큰 벌키성이 유리층을 쿠션화하고, 스크래칭을 최소화하고, 거칠기(평활도)가 스크래칭을 최소화하며, 내부 결합력이 섬유 전달 및 입자 생성을 방지한다는 점이 받아들여지기 때문에, 수송 및 사용 동안 LCD 유리 보호를 위해 특히 적합하다. 최신기술을 기초로 하여, 조대 섬유 및 높은 미세 거칠기를 갖는 시트를 제조함으로써 스크래칭을 방지하는 것은 직관에 반대되는 것이다. 실제로, 균일한(그러나, 유사하게 더 높은) 표면 미세 거칠기가 밸리(valley)에 의해 분리된 다수의 지지체 피크를 제공한다는 것이 확인되었다. 이에 따라, 유리와 접촉할 때, 미세 거칠기는 단지 2개 또는 3개의 접촉점을 갖는 표면 상보다는 1천 개의 네일(nail)의 층 상에 놓여 있는 것과 유사하다. 하중(load)이 단지 2개 또는 3개의 접촉점 대신에 다수의 접촉점에 걸쳐 고르게 분포될 때, 유리에 대한 더 적은 손상이 일어날 수 있다. 또한, 더 높은 미세 거칠기는 또한, 입자가 유리와 접촉하고 이를 스크래칭하지 못하도록 입자가 그 안에 떨어질 수 있는 밸리를 제공한다. 이는 경질 오염물의 무해한 수용을 위한 부피를 가지지 않는 통상적인 고밀도 인터리버 페이퍼와는 대조적이다.

일 양태에 따르면, 유리 표면의 보호를 위한 슬립시트 인터리버로서 사용되는 페이퍼가 개시된다. 페이퍼는 15 내지 60 lb/3,000 ft²의 평량을 지니고, 0.75 g/㎤ 미만의 벌크 밀도, 및 0.18 mg/m 초과의 평균 섬유 조도를 갖는 시트를 포함한다.

일부 형태에서, 시트는 예를 들어, 적어도 20%, 80%, 또는 100% 조대 섬유를 포함할 수 있다. 조대 섬유는 남부 연질목 크라프트, 남부 경질목 크라프트, 머서리화된 섬유, 해안성 더글러스 전나무, 라디아타 소나무, 및 합성 폴리머 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유의 세트를 포함할 수 있다. 또한, 일부 특정 형태에서, 시트는 남부 연질목을 포함하고, 20, 80, 또는 100% 플러프 펄프를 포함할 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 적어도 10% 조대 섬유를 포함하며, 그러한 조대 섬유는 남부 연질목 크라프트, 남부 경질목 크라프트, 머서리화된 섬유, 해안성 더글러스 전나무, 라디아타 소나무, 플러프 펄프, 및 합성 폴리머 섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 적어도 80% 조대 섬유를 포함할 수 있으며, 그러한 조대 섬유는 남부 연질목 크라프트, 남부 경질목 크라프트, 머서리화된 섬유, 해안성 더글러스 전나무, 라디아타 소나무, 플러프 펄프, 및 합성 폴리머 섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 25 내지 40 lb/3000 ft²의 평량, 0.65 g/㎤ 미만의 벌크 밀도, 및 0.20 mg/m 초과의 평균 섬유 조도를 가질 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 200 g, 250 g, 또는 300 g보다 큰 스코트 결합 강도를 가질 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 양면 상에 7.5 ㎛ 초과의 파커 평활도(Parker smoothness), 또는 양면 상에 8.5 ㎛ 초과의 파커 평활도를 가질 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 양면 상에 4.5 ㎛ 초과의 표면 거칠기(Sa), 또는 양면 상에 5.0 ㎛ 초과의 표면 거칠기(Sa)를 가질 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 1.30 g/g 또는 1.40 g/g 초과의 보이드 부피를 가질 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 1.9 mm 미만의 평균 섬유 길이(LWFLA), 또는 2.1 mm 미만의 평균 섬유 길이(LWFLA)를 가질 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 10% 초과의 단섬유 및 미세분 함량을 가질 수 있다(여기서, 단섬유 및 미세분은 0.5 mm 미만임). 시트는 또한, 5% 초과의 장섬유 함량을 가질 수 있다(여기서, 장섬유는 3.5 mm 초과임). 일부 형태에서, 시트는 10% 초과의 단섬유 및 미세분 함량을 가질 수 있고(여기서, 단섬유 및 미세분은 0.5 mm 미만임), 동시에, 5% 초과의 장섬유 함량을 가질 수 있다(여기서, 장섬유는 3.5 mm 초과임).

일부 형태에서, 시트는 55% 미만의, 0.9 mm 내지 2.7 mm의 중간 길이 섬유의 함량을 가질 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 15% 초과의 단섬유 및 미세분 함량을 가질 수 있다(여기서, 단섬유 및 미세분은 0.5 mm 미만임).

일부 형태에서, 시트는 0.5 백만분율(ppm) 미만의 폴리 디메틸 실록산 유체(PDMS) 함량을 가질 수 있다.

일부 형태에서, 시트는 0.35% 미만의 회분 함량을 갖는다.

일부 형태에서, 페이퍼는 결합제를 포함할 수 있다. 일부 형태에서, 결합제는 아크릴 라텍스, 스티렌 부타디엔 코폴리머, 부타디엔 아크릴로니트릴 코폴리머, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 천연 고무 또는 다른 천연-기반 접착제, 폴리비닐 클로라이드, 폴리클로로프렌, 에폭시, 페놀, 우레아-포름알데하이드, 및 열 용융 접착제를 포함하는 접착제의 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 형태에서, 결합제는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리락타이드, 폴리카프로락톤, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴레이트 또는 폴리아크릴로니트릴, 및 이오노머로 이루어진 폴리머의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 폴리머를 포함한 섬유일 수 있다.

다른 양태에 따르면, 상술된 페이퍼를 제조하는 방법은 단섬유 및 미세분과 장섬유의 합이 섬유 혼합물의 20% 초과인 넓은 섬유 길이 분포를 갖는 섬유를 포함하는 페이퍼를 생성하기 위해 정제 장비, 정제 에너지 수준, 및 섬유 타입을 사용하는 것을 포함하며, 여기서, 단섬유 및 미세분은 0.5 mm 미만이며, 장섬유는 3.5 mm 초과이다.

또 다른 양태에 따르면, 상술된 페이퍼를 제조하는 방법은 페이퍼를 제조하기 위해 제지기 성형 섹션을 이용하는 단계를 포함하며, 여기서, 성형 섹션은 포드리니어, 경사형 와이어 성형기, 실린더 성형기, 트윈 와이어 성형기, 갭 성형기, 탑 성형기, 다중층 성형기, 및 탄모 중 적어도 하나를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 2개의 유리 시트 사이에 페이퍼를 정위시킴으로써 2개의 유리 시트를 분리하는 단계를 포함하는, 상술된 페이퍼를 사용하여 유리 시트를 분리하는 방법이 개시된다.

다양한 조성 및 파라미터가 상기 및 본원에서 별도로 기술되어 있지만, 이러한 조성 요건 및 얻어진 파라미터의 모든 작업 가능한 조합 및 순열은 본 개시내용의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다는 것이 인식될 것이다.

본 발명의 이러한 장점 및 또 다른 장점은 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 하기 기술은 단지 본 발명의 바람직한 구체예의 설명이다. 본 발명의 전체 범위를 평가하기 위하여, 청구범위는, 바람직한 구체예가 청구범위 내에서 유일한 구체예인 것으로 의도된 것이 아니라고 여겨져야 한다.

도 1은 북부 표백된 연질목 크라프트 펄프(NBSK)로부터 제조된 페이퍼의 페이퍼 표면 거칠기 프로파일을 예시한 것이다.
도 2는 조도 펄프로부터 제조된 페이퍼의 페이퍼 표면 거칠기 프로파일을 예시한 것이다.

하기 용어들이 본 출원에서 이용될 것이다.

평량은 면적 당 페이퍼의 중량의 척도이다. 통상적인 단위는 3000 ft² 당 파운드, 또는 제곱 미터 당 그램(gsm)이다.

벌크는 밀도의 반대이다. 낮은 밀도를 갖는 시트는 높은 벌크를 갖는다고 한다.

캘린더링(calendering)은 시트를 더욱 조밀화하고, 매끄럽게하고, 압밀하기 위해 압력 및 열에 페이퍼의 시트를 노출시키는 공정이다.

캘리퍼(calipr)는 페이퍼의 두께이다. 통상적인 단위는 mil(인치의 1/1000) 또는 마이크론이다.

소포제는 포움(foam)을 감소/최소화시키기 위해 펄프화 공정에서 사용되는 화학물질이다. 가장 일반적으로, 이러한 것은 소포 능력을 위한 베이스(base)로서 폴리 디메틸실록산(PDMS) 오일을 함유한다.

밀도는 페이퍼의 단위 부피 당 질량의 척도이다. 밀도는 평량을 페이퍼의 두께로 나눔으로써 계산될 수 있다. 밀도의 통상적인 단위는 입방 센티미터 당 그램이다.

펠트 측면(felt side)은 배수 공정(drainage process) 동안 성형 직물을 향하는 측면과 대향하는 페이퍼의 표면이다(반대 측면은 와이어 측면으로서 지칭됨).

섬유 조도는 길이 당 질량의 단위(mg/m)로 표현되는 섬유의 질량의 척도이다. 섬유 조도는 섬유 벽 두께에 의존적이다.

섬유 길이(산술 평균)는 섬유의 수로 나누어진 모든 섬유의 길이의 합이다. 산술 평균 섬유 길이는 통상적으로, 밀리미터로 표현된다.

섬유 길이(길이 가중 평균)는 통상적으로 균일하지 않은, 분포에 있어서 더 짧은 섬유의 중요성(significance)을 감소시키는 섬유 길이 계산치이다. 길이 가중 평균 섬유 길이는 통상적으로, 밀리미터로 표현된다.

섬유 벽 두께는 목재 섬유의 외부 벽의, 통상적으로 마이크론으로 측정된, 두께이다.

미세분은 길이가 0.2 mm 미만인 섬유 또는 섬유의 부분이다.

플러프 펄프는 긴, 조대 섬유, 통상적으로, 연질목 크라프트, 더욱 상세하게, 슬래시 소나무(slash pine)이다. 플러프 펄프는 흡수성 제품 및 에어레이드 적용(airlaid application)에서 통상적으로 사용된다.

글라신은 높은 수준의 섬유 정제 및 수퍼캘린더링(supercalendering)을 이용하여 통상적으로 형성된 페이퍼의 고도로 조밀화된 시트이다.

루멘 직경은 목재 섬유의 둥근 중심 중공 부분의 폭이다.

머서리화된 펄프는 높은 정도의 뒤틀림(kink) 또는 벤딩(bending)을 갖는 섬유를 야기시키는, 가성 소다와 같은 강 알칼리로 처리된 목재 펄프이다. 머서리화된 펄프는 통상적으로, 높은 벌크, 고도의 통기성 적용, 예를 들어, 여과 페이퍼에서 사용된다.

미세-거칠기는 시트 표면 거칠기의 척도이다. 미세-거칠기는 수직 주사 간섭계(Vertical Scanning Interferometer; VSI) 기술을 이용하여 측정될 수 있다.

MorFi 섬유 분석기는 표준 시험 방법 ISO 16065-2에 의해 기술된 바와 같은 광학 방법을 이용함으로써 섬유의 혼합물의 섬유 성질을 결정하는 기기이다.

"NBSK"는 북부 표백된 연질목 크라프트 펄프를 지칭한다.

파커 평활도는 표면 평활도의 척도이고, 또한, Parker Print Surf(PPS), 표준 Tappi 방법 T555로서 알려져 있다. 파커 평활도의 단위는 마이크론으로서, 높은 값은 덜 매끄러운 표면을 지시한다.

회분 백분율은 페이퍼가 표준 방법 Tappi T211에 따라 525℃보다 높은 오븐에 배치된 후에 잔류하는 회분의 양이다.

정제(refining)는 제지를 위한 목재 펄프 섬유를 형성시키기 위해 에너지를 가하는 공정이다. 정제의 효과는 섬유의 절단, 섬유의 으깨기(bruising), 섬유의 붕괴(collapsing), 미세분의 생성, 및 원섬유의 생성을 포함한다.

정제 에너지는 통상적으로, 톤 당 마력-일의 단위로 표현되는, 목재 펄프의 스트림에 정제 공정 동안 인가되는 에너지의 양의 척도이다. 대부분의 페이퍼는 10 hp-일/톤 이하의 정제 에너지를 이용하여 형성된다.

"SBHK"는 남부 표백된 경질목 크라프트 펄프를 지칭한다.

"SBSK"는 남부 표백된 연질목 크라프트 펄프를 지칭한다.

스코트 결합 강도는 시트의 두께 방향(z 방향)에서 측정된 페이퍼 시트 강도이다. 측정 방법은 시트의 표면 상에 양면 테이프를 배치시키고, 시트를 분할시키기 위해 요구되는 힘을 측정하는 것을 포함한다. 시험 방법은 또한, 내부 결합력(Internal Bond)으로서 알려져 있고, 표준 방법 Tappi T569이다.

실리콘은 폴리 디메틸 실록산 유체와 같은, 구조가 교대하는 규소 및 산소 원자의 사슬인, 실록산의 반복 단위를 기초로 한 합성 폴리머를 지칭한다. 실리콘 골격 폴리머는 또한, 사용 성질에서 특정 화학 또는 성능을 위해 첨가되는 측쇄 또는 다른 작용기를 갖도록 중합될 수 있다.

수퍼캘린더링은 높은 열 및 압력 및 다수의 닙(nip)을 이용하는 극단적인 캘린더링 방법이다. 수퍼캘린더링은 통상적으로, 감압 이형 라이너 및 글라신의 제조에서 이용된다.

표면 거칠기(Sa)는 표준 방법 ISO 25178에 따라 Bruker NPFlex 수직 주사 간섭계에 의해 측정된 바와 같은 전체 표면 거칠기이다. 표면 거칠기의 통상적인 단위는 마이크론이며, 숫자가 높을수록, 시트 표면은 더 거칠다.

보이드 부피는 표준 습윤제로의 포화에 의해 측정된 바와 같은, 페이퍼 샘플 내의 빈 공간의 부피의 척도이다. 이러한 시험 방법은 미국특허 제7,794,566호에서 상세히 기술되어 있으며, 이러한 문헌은 본원에 참고로 포함된다. 적절한 부분에서, 미국특허 제7,794,556호에서는 보이드 부피가 시트를 비극성 액체로 포화시키고 흡수된 액체의 부피를 측정함으로써 결정된다는 것이 설명되어 있다. 흡수된 액체의 부피는 시트 구조 내의 보이드 부피와 동등하다. 보이드 부피는 시트에서 섬유의 그램 당 흡수된 액체의 그램으로서 표현된다. 더욱 상세하게, 시험되는 각 단일-플라이 시트 샘플에 대하여, 8개의 시트가 선택되며, 1 인치×1 인치 사각형이 절단된다(기계 방향에서 1 인치 및 교차-기계 방향(cross-machine direction)에서 1 인치). 다중-플라이 제품 샘플에 대하여, 각 플라이는 별도의 독립체로서 측정된다. 다중-플라이 샘플은 개개 단일 플라이로 분리되어야 하며, 각 플라이 위치로부터의 8개의 시트가 시험을 위해 사용된다. 각 시험 시편의 건조 중량은 계량되고, 가장 가까운 0.001 그램까지 기록된다. 시편은 액체의 흡수 후 시편을 자유롭게 부유시킬 수 있게 하기 위해 충분한 깊이 및 양의 POROFIL® 공극 습윤 액체를 함유한 디시에 배치된다. 입방 센티미터 당 1.875 그램의 비중을 갖는, POROFIL® 액체는 Quantachrome Instruments(1900 Corporate Drive, Boynton Beach, Florida 33426)로부터 입수 가능하다. 10초 후에, 시편은 핀셋으로 한쪽 모서리의 가장 가장자리(1 내지 2 밀리미터)에서 쥐어지고, 액체로부터 제거된다. 시편은 그러한 모서리를 가장 위로 유지되며, 과량의 액체는 30초 동안 적하될 수 있게 한다. 시편의 하부 모서리는 임의의 과량의 최종 부분 적하를 제거하기 위하여 필터 페이퍼 상에서 가볍게 두두려준다(1/2초 미만 접촉). 시편은 10초 이내에 바로 계량되며, 중량은 가장 가까운 0.001 그램까지 기록된다. 섬유의 그램 당 POROFIL®의 그램으로서 표현된, 각 시편의 보이드 부피는 하기와 같이 계산된다:

보이드 부피 = [(W₂ - W₁)/W₁]

상기 식에서, W₁은 그램 단위의 시편의 건조 중량이며, W₂는 그램 단위의 시편의 습윤 중량이다.

와이어 측면은 배수 공정 동안 성형 직물(와이어)을 향하는 페이퍼의 시트의 표면이다.

일반적으로 확립된 이러한 용어를 이용하여, 인터리버 시트를 위한 개선된 페이퍼 조성물은 하기에서 더욱 상세히 기술된다.

모두 사용된 북부 섬유의 유리 시트를 분리하기 위해 인터리버 시트의 생산을 위한 기존의 페이퍼 포뮬러를 추가로 개선시키기 위한 시도가 기존 포뮬레이션보다 더욱 양호한 성능 결과를 획득하지 못한 후에, 본 발명자는 고조도 섬유를 갖는 정제된 펄프가 인터리버 시트로 형성되는 완전히 상이한 방법을 채택하였다.

이는 매우 명백한 방법이다. 고조도 섬유를 갖는 펄프는 흡수성 제품에서 사용되는 경향이 있고, 이러한 것이 벌크를 감소시키고 이에 따라 흡수능 성질을 감소시키기 때문에, 통상적으로 정제되지 않는다. 예를 들어, PCT 출원공개 WO 01/57313호에는 조대 섬유와의 결합 부족으로 인하여, 고수준의 플러프 펄프를 갖는 시트를 제조하는데 있어서의 어려움이 설명되어 있다. 또한, 배스 티슈(bath tissue) 또는 타월링(toweling)과 같은 벌키한 연질 시트를 형성하기 위한, 최신 기술에 따른 최상의 섬유는 유칼립투스 표백된 크라프트, 또는 낮은 조도를 갖는 NBSK 섬유이다[예를 들어, 미국특허출원공개 제2106/0244916호 참조]. 또한, JP4313415 B1호에는 1.0 mm 미만의 섬유가 용이하게 붕괴되는 섬유 루멘(즉, 얇은 벽, 넓은 루멘)으로부터 형성된 임의의 쿠션화 효과로 인해 불량한 쿠션화 효과를 야기시킨다는 것이 기술되어 있다.

이에 따라, 역사적으로, 고조도 섬유를 함유한 펄프는, 균일한 시트를 형성하고 유리의 손상을 방지하도록 매끄러운 시트 표면을 형성하는 이의 불량한 능력으로 인해, 및 또한, 이러한 것이 특히 쿠션화를 갖는 것으로 여겨지지 않기 때문에, 유리 인터리버 시트의 생산을 위해 적합한 것으로 여겨지지 않았다.

실험실 연구는 고성능 유리 인터리빙 시트로서 다양한 펄프의 유용성을 결정하기 위해 수행되었다. 이러한 연구에서, 4개의 상이한 펄프가 사용되었고, 다양한 수준으로 정제되었다. 이러한 조건 각각은 이후에, 핸드시트(handsheet)로 불리워지는, 랩 제조 페이퍼를 생성하기 위해 이용되었다. 핸드시트의 시험 결과는 상대적 차이를 나타기 위해 이용되었다. 랩 작업을 위해 선택된 4개의 펄프는 일반적인 상업적으로 입수 가능한 제지 섬유의 범위를 예시한다. 시험된 펄프는 남부 표백된 경질목 크라프트(SBHK), 북부 표백된 연질목 크라프트(NBSK), 남부 표백된 연질목 크라프트(SBSK), 및 플러프 펄프를 포함한다. 각 펄프는 Tappi 시험 방법 T248, 펄프의 실험실 비팅(Laboratory beating of pulp)(PFI 밀 방법)에 기술된, PFI 밀로서 공지된 밴치톱 정제기(benchtop refiner)를 이용하여 정제되었다. 핸드시트는 정제 전, 및 1500, 2250, 및 3000회 회전 후에 제조되었다. 핸드시트의 성질은 유리 인터리빙 페이퍼의 제조를 위한 각 펄프의 적합성을 결정하기 위해 시험되었다. 이러한 성질은 밀도, 파커 평활도, 스코트 결합력, 보이드 부피, 및 표면 거칠기를 포함한다. 이러한 연구의 결과는 표 1에 나타나 있다.

표 1: 펄프 타입 및 정제를 기초로 한 핸드시트의 성질

이러한 연구의 결과는 상기에 나열된 중요한 성능 척도에 대하여, 플러프 펄프가 시험된 모든 펄프의 최상의 전체 성능물(performer)임을 나타낸다. 남부 표백된 경질목 크라프트는 더 낮은 정제 수분에서 양호한 보이드 부피 및 낮은 밀도를 갖는 것으로 나타나지만, 낮은 스코트 결합력 및 시트 강도는 페이퍼가 유리로의 섬유 전달 또는 유리로부터 각각 제거될 때 인열되기 쉽게 만든다. 북부 표백된 연질목 크라프트는 양호한 내부 결합력을 갖는 페이퍼를 제조하기 위해 사용될 수 있지만, NBSK로부터의 페이퍼는 더욱 조밀하고, 낮은 보이드 부피를 가지지만, 표면 밸리가 너무 얕아서 입자가 유리와 접촉하는 것을 유지할 수 없기 때문에, 고성능 유리 인터리버이게 하기엔 너무 매끄럽다. 남부 표백된 연질목 크라프트는 두번째로 우수한 성능의 펄프이지만, 밀도, 파커 평활도, 표면 거칠기, 및 보이드 부피의 수준에 있어서 플러프 펄프보다 성능이 우수하다.

실험실 결과를 입증하기 위하여, 시험 인터리버 페이퍼는 "플러프" 펄프 및 머서리화된 펄프를 포함하는 높은 조도 섬유를 포함하는 펄프로부터 생성되었다. 플러프 펄프는 통상적으로, 에어-레이드 부직포 및 다른 흡수성 타입 패드와 같은 흡수성 제품에서 사용된다. 머서리화된 펄프는 통상적으로, 이의 극단적인 벌키성 및 기판을 통한 높은 공기 또는 액체 흐름을 생성시키는 능력으로 인해 여과 적용에서 사용된다. 이러한 섬유는 벌크화 능력뿐만 아니라 우수한 청결도(cleanliness)를 기초로 하여 선택되었다. 다른 조대 섬유가 또한, 남부 경질목 크라프트(미국 남부로부터), 라디아타 소나무(남아메리카로부터), 및 중국 적송(Chinese red pine)(동남아시아 및 중국)을 포함하는 포뮬레이션에서 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 상세하게, 슬래시(slash), 로블로리, 왕솔나무, 또는 다른 조도 섬유화된 연직물 종을 포함하는, 미국 남동부에서 서식하는 소나무 종으로부터의 플러프 펄프에서와 같은 조대 섬유가 유리 인터리버 시트를 위한 펄프 포뮬레이션에서 사용되는 것으로 알려져 있지 않으며, 최신 기술에서는 낮은 조도의 섬유가 이러한 것이 더 매끄러운 표면을 야기시키기 때문에 쿠션화/스크래치 방지를 위한 이러한 적용에서 더욱 양호하다는 것을 시사한다는 것이 주지된다.

시험 초기에, 잘-성형된, 균일한 두께의 압밀된 시트가 섬유의 높은 조도, 길이 분포, 및 강직성으로 인하여 적절한 물리적 성질을 갖도록 생성될 수 있는 지의 여부는 알려져 있지 않다. 통상적인 정제기 플레이트 설계를 갖는 기계적 정제가 상당히 높은 백분율의 0.2 내지 0.5 mm의 미세분 및 섬유 및 동시에 더 높은 백분율의 3.5 mm 초과의 섬유의를 함유한 섬유 길이 분포를 포함하는 페이퍼 설계를 야기시켰으며, 이는 시트를 형성하기 위해 사용될 때, 양호한 내부 결합력 및 표면 강도를 갖는 균일한 캘리퍼, 압밀된, 높은 벌크의 고도로 텍스쳐화된 "미세-거칠기"의 잘 성형된 페이퍼를 획득한다는 것을 발견하였다. 이에 따라, 조대 섬유를 함유한 펄프가 유리 인터리버 페이퍼를 위한 시트로 정제되고 성형될 수 있다는 것이 확인되었다.

유리 인터리버 페이퍼를 제조하기 위한 본원에 개시된 방법이 유리가 스크래칭 및 마모되는 것으로부터 보호하는 우수한 능력을 갖는 페이퍼를 야기시킨다는 것이 발견되었다. 이러한 공정 및 섬유 길이 조성물을 통한 시트의 형성은 예를 들어, (통상적으로 실행된 바와 같이) 북부 섬유로 시트를 제조하는 것과 비교하여 신규하고 우수한 방법이고, 유리 인터리버가 시장에 최초로 소개되었을 때 예상치 못한 것이었다.

하기 표 2에서, 다양한 페이퍼 조성 및 시험 결과를 상세히 설명한 다양한 비교 데이터가 제공된다. 표 2에서, 하기 포뮬레이션이 비교된다: (1) 비교 페이퍼 A의 밴치마크 포뮬레이션; (2) 고도로 정제된, NBSK[북부 표백된 연질목 크라프트 펄프]; (3) 중간 정도로 정제된, NBSK[북부 표백된 연질목 크라프트 펄프]; (4) 중간 정도로 정제되고, 덜 균일한, NBSK; (5) 중간 정도로 정제된, 조도 펄프; (6) 고도로 정제된, 조도 펄프; (7) 중간 정도로 정제된, 조도 펄프(90%) 및 머서리화된 펄프(10%); 및 (8) 고도로 정제된, 조도 펄프(90%) 및 머서리화된 펄프(10%). 조도 섬유 및 중간 정제로 생성된 조건이 현재 유용한 방법에 비해 밀도, 파커 평활도, 표면 거칠기, 보이드 부피, 및 스코트 결합력의 우수한 조합을 갖는 본 발명의 바람직한 구체예인 유리 인터리버를 위한 슬립시트를 생성시킨다는 것이 주지될 수 있다.

표 2: 시험 조건 및 밴치마크에 대한 섬유 모폴로지 및 시트 성질 데이터

섬유 분석에서는, 페이퍼로부터의 미가공된 섬유 및 정제된 섬유가 길이 당 섬유의 중량으로서 규정된, 높은 수준의 섬유 조도를 갖는다는 것을 확인하였다. 섬유 조도는 섬유 벽의 두께 및 전체 섬유 직경의 결과이다. 두꺼운 벽 및 좁은 루멘(중심이 중공 구역)을 갖는 섬유는 높은 조도를 가지며, 얇은 벽 및 넓은 루멘을 갖는 섬유는 낮은 조도를 갖는다. 머서리화된 펄프는 높은 조도 측정을 생성시키는, 섬유에서 "뒤틀림"을 생성시키는 화학적 공정으로 생성된다. 또한, 놀랍게도, 북부 섬유와 동일한 조건을 이용하여 정제될 때 조도 펄프가 덜 조도의, 북부 섬유 펄프보다 정제 후 유사한 평균 섬유 길이를 야기시킨다는 것을 배웠다. 이러한 차이는 단지 섬유의 원섬유화 및 붕괴를 야기시키는 효과보다는, 정제 공정에서 절단 증가의 결과이다. 정제 장비 및 강도는 북부 섬유 시트와 비교하여 높은 백분율의 낮은 섬유 길이 분획을 갖는 섬유 분획의 넓은 섬유 분포를 형성시켰다. 또한, 놀랍게도, 높은 백분율의 장섬유가 잔류한다. 더 높은 백분율의 장섬유 및 단섬유 분획을 함유한 이러한 섬유 길이의 넓은 분포는 우수한 유리 보호를 제공하는 높은 벌크, 안티-린팅(anti-linting), 및 거칠기 성질을 갖는 잘 성형된 시트를 야기시킨다.

이는 유리 표면에 대한 특정 압력을 낮추고, 유리 표면의 접촉 및 표면의 스크래칭을 방지하는, 파편이 그 안으로/여기에 트랩핑되는 표면 보이드를 생성시키는 더욱 많은 포인트에서 시트를 유리와 접촉시킬 수 있다. 시트는 또한, 조대 섬유로 인해 이의 벌크를 유지하며, 이에 따라, 시트는 유리에 대한 더 양호한 쿠션이 된다. 정제는 또한, 결합 면적을 증가시키고, 섬유를 서로 결합시킬 수 있으며, 이에 따라, 이러한 것은 유리의 표면으로 전달되지 않는다. 이러한 신규한 속성들의 조합은 표쥰 북부 섬유 기반 시트에 대한 조면이 린팅 또는 다른 물질 전달에 대해 저항하면서, 유리 표면을 스크래치하거나 마모시키는 시트의 경향을 낮춘다. 이러한 기술을 이용하여 처리된 북부 섬유 시트는 동일한 벌크를 유지하지 못하고, 충분히 큰 표면 보이드를 제공하지 못하고, 또한, 유리를 쿠션화할 수 없을 것이다.

이에 따라, 유리 시트를 분리하기 위해 유리 표면을 접촉시키기 위한 슬립시트 인터리버를 위한 개선된 페이퍼, 여기서, 페이퍼는 고조도를 갖는 섬유를 사용하여 형성된다. 적용되는 정제 수준은 18 hp-일/톤 정도로 높을 수 있지만, 더욱 상세하게, 7 내지16 hp-일/톤 범위일 수 있으며, 시트는 펄프의 조도로 인하여 벌크 성질을 보유할 것이다. 우수한 성능의 시트에서 펄프 길이 분포는 5% 초과의, 0.2 내지 0.5 mm 범위의 섬유, 5% 초과의 미세분(즉, 0.5 mm 미만), 및 5% 초과의 3.5 mm 초과의 섬유를 함유할 수 있다. 사용되는 펄프는 소포제를 함유한 PDMS 오일을 사용하지 않고 생성될 수 있다. 시트는 바람직하게, 하나의 펄프 소스로 생성될 수 있지만, 다수의 펄프 소스는 섬유 길이 분포 및 시트 성질을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 다수의 기존의 인터리버 시트와는 달리, 개선된 시트는 높은 벌크 성질을 유지하기 위해 캘린더링되지 않을 것이다.

벌키하고, 연질인 높은 수의 접촉점 시트 성질은 페이퍼 또는 유리제조 공정으로부터의 오염물로 인해 유리의 스크래칭 감소를 야기시킨다[특히, 유리제조 공정의 드로우의 하부(bottom of draw; BOD)로부터 오염물을 갖는 마감처리되지 않은 LCD 유리를 패킹할 때]. 이러한 개선은 특히, 유리 손상에 대한 내성이 점점 더 낮아지는 경우 증가된 해상도를 디스플레이하기 위한 상기에 식별된 디스플레이 유리를 패키징하는 스크래칭 및 마모의 수 및 크기를 감소시키는 인터리버 페이퍼에 대한 수요가 증가한다는 관점에서 특히 중요하다.

새로이 개시된 인터리버 포뮬레이션에서 증가된 벌크 및 미세 거칠기는 신규한 페이퍼로 패킹된 유리 상에서 스크래칭의 감소로 번역된다. 높은 수준의 내부 결합력 및 표면 강도는 감소된 입자 생성을 야기시킬 것이다. 스크래칭 및 입자 생성의 감소는 LCD/OLED 디바이스 스크린을 생산할 때, 픽셀 손실을 감소시키고, 유리 시트 수율을 개선시켜, 유리의 전체 비용을 감소시키고, 유리 제조업체 뿐만 아니라 LCD/OLED 패널 제조업체로부터 소비자 만족도를 개선시킨다. 표면 텍스쳐, 파커 평활도, 벌크, 부피 보이드, 스코트 결합력, 섬유 조도, 및 섬유 길이 분포의 조합은 모두 지금까지 불 수 없었던 새로운 수준의 스크래치 및 마모 저항에 기여하는 것이다.

페이퍼 표면 토포그래피에 대한 조도 섬유의 효과 및 유리 표면을 스크래치 및 오염으로부터 보호하는 능력의 상응하는 개선을 예시하기 위하여, 표면 거칠기 프로파일은 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에서의 차트는 페이퍼 표면의 거칠기를 나타내며, 피크의 높이 및 밸리의 깊이는 페이퍼의 교차 방향에서 X-축을 따라 나타낸, 1.2 mm 간격의 마이크론 단위의 Y-축 상에 나타나 있다. 시뮬레이션된 오염물은 시트 표면 프로파일 상에 포함되어 있고, 직경이 대략 5 마이크론의 원형으로서 도시되어 있다. 또한, 각 도면에서, 시뮬레이션된 유리판은 오염물과의 접촉점 뿐만 아니라 페이퍼와의 터치점의 수를 예시하기 위해 페이퍼 표면에 대해 나타낸다.

도 1은 표준 NBSK 펄프로 생성된 유리 인터리버 페이퍼의 표면을 도시한 것이다. 이러한 도면은 오염물과의 높은 접촉 발생률을 명확하게 도시한 것이다. 이러한 높은 수의 오염물 접촉점은 스크래치 및 얼룩을 포함하는, 유리 표면 상의 결함 수를 증가시킨다.

반대로, 도 2는 표준 조도 펄프로 생성된 유리 인터리버 페이퍼의 표면을 도시한 것이다. 이러한 도면은 NBSK 페이퍼와 비교하여 오염물과의 접촉점의 감소된 수를 명확하게 도시한다. 이러한 낮은 수의 오염물 접촉점은 스크래치 및 얼룩을 포함하는, 유리 상의 잠재적인 결함의 수를 감소시킨다.

본 발명은 하나 이상의 바람직한 구체예와 관련하여 기술되었으며, 명백하게 기술된 것 이외에, 다수의 균등물, 대안예, 변형예, 및 개질예가 본 발명의 범위 내에서 가능하다는 것이 인식되어야 한다.

Claims

유리 표면의 보호를 위한 슬립시트 인터리버(slip sheet interleaver)로서 사용되는 페이퍼(paper)로서, 15 내지 60 lb/3,000 ft²의 평량을 지니고, 0.75 g/㎤ 미만의 벌크 밀도(bulk density), 및 0.18 mg/m 초과의 평균 섬유 조도(average fiber coarseness)를 갖는 시트를 포함하는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 적어도 10% 조대 섬유(coarse fiber)를 포함하는 페이퍼.
제2항에 있어서, 적어도 10% 조대 섬유가 남부 연질목 크라프트, 남부 경질목 크라프트, 머서리화된 섬유(mercerized fiber), 해안성 더글러스 전나무(Coastal Douglas Fir), 라디아타 소나무(Radiata Pine), 플러프 펄프(Fluff Pulp), 및 합성 폴리머 섬유 중 하나 이상으로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유의 세트를 포함하는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 적어도 80% 조대 섬유를 포함하는 페이퍼.
제4항에 있어서, 적어도 80% 조대 섬유가 남부 연질목 크라프트, 남부 경질목 크라프트, 머서리화된 섬유, 해안성 더글러스 전나무, 라디아타 소나무, 플러프 펄프, 및 합성 폴리머 섬유 중 하나 이상으로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유의 세트를 포함하는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 25 내지 40 lb/3000 ft²의 평량, 0.65 g/㎤ 미만의 벌크 밀도, 및 0.20 mg/m 초과의 평균 섬유 조도를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 200 g 초과의 스코트 결합 강도(Scott Bond strength)를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 250 g 초과의 스코트 결합 강도를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 양면 상에 7.5 ㎛ 초과의 파커 평활도(Parker smoothness)를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 양면 상에 8.5 ㎛ 초과의 파커 평활도를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 양면 상에 4.5 ㎛ 초과의 표면 거칠기(Sa)를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 양면 상에 5.0 ㎛ 초과의 표면 거칠기(Sa)를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 1.30 g/g 초과의 보이드 부피(void volume)를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 1.40 g/g 초과의 보이드 부피를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 1.9 mm 미만의 평균 섬유 길이(LWFLA)를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 2.1 mm 미만의 평균 섬유 길이(LWFLA)를 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 10% 초과의 단섬유 및 미세분(fines) 함량을 가지며, 여기서, 상기 단섬유 및 미세분은 0.5 mm 미만인 페이퍼.
제17항에 있어서, 시트가 5% 초과의 장섬유 함량을 가지며, 여기서, 상기 장섬유는 3.5 mm 초과인 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 55% 미만의, 0.9 mm 내지 2.7 mm의 중간 길이 섬유의 함량을 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 15% 초과의 단섬유 및 미세분 함량을 가지며, 여기서, 상기 단섬유 및 미세분은 0.5 mm 미만인 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 0.5 백만분율(ppm) 미만의 폴리 디메틸 실록산(PDMS) 함량을 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 시트가 0.35% 미만의 회분 함량을 갖는 페이퍼.
제1항에 있어서, 페이퍼가 결합제를 포함하는 페이퍼.
제23항에 있어서, 결합제가 아크릴 라텍스, 스티렌 부타디엔 코폴리머, 부타디엔 아크릴로니트릴 코폴리머, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 천연 고무 또는 다른 천연-기반 접착제, 폴리비닐 클로라이드, 폴리클로로프렌, 에폭시, 페놀, 우레아-포름알데하이드, 및 열 용융 접착제로 이루어진 접착제의 군으로부터 선택되는 페이퍼.
제23항에 있어서, 결합제가 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리락타이드, 폴리카프로락톤, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴레이트 또는 폴리아크릴로니트릴, 및 이오노머로 이루어진 폴리머의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 폴리머를 포함하는 섬유인 페이퍼.
제1항의 페이퍼를 제조하는 방법으로서,
정제 장비, 정제 에너지 수준, 및 섬유 타입을 이용하여 넓은 섬유 길이 분포를 갖는 섬유를 포함하는 페이퍼를 생성하는 것을 포함하며, 단섬유 및 미세분과 장섬유의 합은 섬유 혼합물의 20%를 초과하며, 여기서, 상기 단섬유 및 미세분은 0.5 mm 미만이며, 상기 장섬유는 3.5 mm 초과인 방법.
제1항의 페이퍼를 제조하는 방법으로서,
제지기 성형 섹션(paper machine forming section)을 이용하여 페이퍼를 제조하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 성형 섹션은 포드리니어(Fourdrinier), 경사형 와이어 성형기(Inclined Wire Former), 실린더 성형기(Cylinder Former), 트윈 와이어 성형기(Twin Wire Former), 갭 성형기(Gap Former), 탑 성형기(Top Former), 다중층 성형기, 및 탄모(Tanmo) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제1항의 페이퍼를 사용하여 유리 시트를 분리하는 방법으로서, 2개의 유리 시트 사이에 상기 페이퍼를 정위시킴으로써 2개의 유리 시트를 분리하는 것을 포함하는 방법.