KR20210030923A - 다층 섬유성 웹을 제조하는 방법, 및 다층 섬유성 웹 - Google Patents

다층 섬유성 웹을 제조하는 방법, 및 다층 섬유성 웹 Download PDF

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마티 히타니에미
아스코 카르피
주카 라우티아이넨
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케미라 오와이제이
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Abstract

적어도 2개의 섬유층을 포함하는 다층 섬유성 웹(multi-layered fibrous web)의 제조에 관한 것이며, 여기서, 각각의 층은 하나 이상의 섬유 스톡으로부터 형성되고, 상기 섬유층들은 다층 섬유성 웹을 습식-압축 및 건조시키기 전에 조합되며, 상기 방법에서, 다층 섬유성 웹의 적어도 하나의 층은 특정 층 접근법 시스템에 적용되는 농후한 스톡의 고체 함량으로부터 계산 시 적어도 50 중량%의 화학 열역학적 펄프(CTMP), 경재 크라프트 펄프(hardwood kraft pulp) 및/또는 재활용 섬유 물질을 포함하는 섬유 스톡으로부터 형성되고, 이 섬유 스톡에 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소가 첨가되며, 여기서 제1 강도 구성요소는 양이온성 강도 제제를 포함하고 제2 강도 구성요소는 pH 7에서 -3 내지 +1 meq/g(건조)의 순전하를 갖는 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함한다.

Description

다층 섬유성 웹을 제조하는 방법, 및 다층 섬유성 웹
본 발명은 후술하는 독립 청구항의 전제부에 따른 다층 섬유성 웹을 제조하는 방법, 및 다층 섬유성 웹에 관한 것이다.
다층 또는 다겹(multi-ply) 섬유성 웹(fibrous web)은 제조 동안 함께 결합되는 2개 이상의 층을 포함한다. 다층 섬유성 웹 구조의 장점은 예를 들어, 소정의 기능성에 도달하기 위해 상이한 층에서 섬유 특징을 최적화하는 능력에 있다. 이는 예를 들어, 각 층에서 섬유 스톡의 함량과 품질을 변경함으로써 또는 강도를 개선하기 위해 섬유 스톡을 처리함으로써 수행될 수 있다.
대부분의 특성들은 섬유의 유형 및 특징에 직접적으로 또는 간접적으로 의존한다. 다층 구조에서 기계적 및 화학적 섬유들을 혼합함으로써, 최종 사용 요구를 최종 제품 특성에 맞출 수 있다. 복잡한 점은, 주어진 섬유 조성물에서 높은 벌크(bulk) 및 강도를 수득하는 것과 같은 요구들 중 일부는 전적으로 모순된다는 점이다. 벌크 및 강도 특성들은 전형적으로 음의 상관관계를 갖고, 적절한 강도는 섬유 스톡 특성이 변형되는 경우 문제가 될 수 있으며, 벌크가 개선된다.
다층 티슈 및 타월 등급은 제품에 전형적인 예이며, 이는 최종 제품의 유연도(softness)에 대한 높은 벌크 및 사용 동안 제품의 적절한 기능에 양호한 강도 특성을 필요로 한다. 양이온성 강도 제제는 강도 특성을 개선하기 위해 보편적으로 사용되지만, 이들 제제는 벌크를 저하시키고 따라서 예를 들어 티슈 제품의 경우 유연도를 감소시킬 수 있다.
나아가, 음이온성 강도 제제는 강도 특성을 개선하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 음이온성 강도 제제는 공정의 양이온성 요구에 영향을 미치므로, 이들 제제는 배수 및 보유(retention)에 악영향을 미칠 수 있다.
다층 섬유성 웹에 대한 강성(stiffness) 특성과 강도 특성 둘 다에 대한 요구로 인해, 강도 특성을 개선하고 벌크 상수를 적어도 유지하는 다층 섬유성 웹에 대한 강도 시스템을 찾는 것이 계속해서 요망되고 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술에서 나타나는 상기 언급된 문제를 감소시키거나 심지어 해소하는 것이다.
본 발명의 목적은 높은 벌크 섬유 스톡을 사용하는 경우, 예를 들어 z-방향 인장 강도, 파열(burst) 강도 및/또는 스코트 본드(Scott bond)와 같은 강도 특성을 개선하는 다층 섬유성 웹의 제조에 사용하기 위한 강도 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 개선된 강도 특성을 갖고 동시에 높은 벌크를 유지하거나 심지어 벌크를 개선하는 다층 섬유성 웹을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 특히, 다층 섬유성 웹의 적어도 중심겹(centre ply) 또는 중심겹들이 최종 다층 웹의 요망되는 특성을 수득하도록 처리되는 제조 방법을 제공하는 것이 목적이다.
상기에서 제시된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 동봉된 독립 청구항의 특징 부분에 제시된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일부 바람직한 구현예는 다른 청구항에서 설명될 것이다.
본 맥락에서 언급된 구현예 및 이점은 적용 가능한 경우, 항상 구체적으로 언급되지는 않지만 본 발명에 따른 다층 섬유성 웹, 방법뿐만 아니라 용도와 관련된다.
본 발명에 따른 전형적인 방법은 적어도 2개의 섬유층을 포함하는 다층 섬유성 웹의 제조에 관한 것이며, 여기서, 각각의 층은 하나 이상의 섬유 스톡으로부터 형성되고, 상기 섬유층들은 다층 섬유성 웹을 습식-압축 및 건조시키기 전에 조합된다. 본 발명에 따른 전형적인 방법에서, 다층 섬유성 웹의 적어도 하나의 층은 특정 층 접근법 시스템에 적용되는 농후한 스톡의 고체 함량으로부터 계산 시 적어도 50 중량%의 화학 열역학적 펄프(CTMP), 경재 크라프트 펄프(hardwood kraft pulp) 및/또는 재활용 섬유 물질을 포함하는 섬유 스톡으로부터 형성되고, 이 섬유 스톡에 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소가 첨가되며, 여기서 상기 제1 강도 구성요소는 양이온성 강도 제제를 포함하고 제2 강도 구성요소는 pH 7에서 -3 내지 +1 meq/g(건조)의 순전하를 갖는 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함한다.
본 발명에 따른 다층 섬유성 웹은 적어도 2개의 섬유층을 포함하고 본 발명에 따른 방법을 사용하여 생성된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 다층 섬유성 웹은 적어도 2개의 섬유층을 포함하며, 여기서 상기 다층 섬유성 웹은
- 적어도 50 중량%의 화학 열역학적 펄프(CTMP), 경재 크라프트 펄프 및/또는 재활용 섬유 물질, 및
- 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소를 포함하고, 여기서 제1 강도 구성요소는 양이온성 강도 제제를 포함하며, 제2 강도 구성요소는 pH 7에서 -3 내지 +1 meq/g(건조)의 순전하를 갖는 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함하고, 다층 섬유성 웹은 적어도 100 kPa의 z-방향 인장 강도 및 적어도 0.7 cm3/g, 바람직하게는 > 1.5 cm3/g, 더욱 바람직하게는 > 2.0 cm3/g 가장 바람직하게는 2 - 4 cm3/g 범위의 벌크를 갖는다.
본 발명에 따른 다층 섬유성 웹은 티슈, 타월, 판지, 포장지 등일 수 있으며, 이들은 서로 조합된 적어도 2개의 섬유층을 포함한다.
현재, 적어도 50 중량%의 화학 열역학적 펄프(CTMP), 경재 크라프트 펄프 및/또는 재활용 섬유 물질을 포함하는 높은 벌크 섬유 스톡의 경우, 다층 섬유성 웹 제품의 강도 특성은 강도 제제로서 양이온성 강도 제제와 조합된 합성 양쪽성 중합체 조성물을 사용함으로써 개선되고 동시에 높은 벌크를 유지시키거나 심지어 벌크를 개선할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 따른 방법을 사용함으로써, 하기 강도 특성들 중 임의의 강도 특성이 벌크 저하 없이 별개로 또는 동시에 개선될 수 있다: z-방향 인장 강도, 인장 강도, 인장 강성, 탄성 계수, 파열 강도, 단기간 압축 테스트(SCT: Short-Span Compressive Test)에 의해 측정되는 압축 강도, 콩코라 미디엄 테스트(CMT: Concora medium test) 값, 및 스코트 본드(Scott bond).
본 발명에 따른 방법은 특히, 적어도 2개의 섬유층을 포함하며 표준 ISO 534에 따라 결정된 적어도 0.7 cm3/g, 바람직하게는 > 1.5 cm3/g, 더욱 바람직하게는 > 2.0 cm3/g 또는 > 2.5 cm3/g의 벌크를 갖는 다층 섬유성 웹의 개선된 강도를 제공한다. 바람직한 구현예에서, 적어도 2개의 섬유층을 포함하는 다층 섬유성 웹은 2 - 4 cm3/g 범위의 벌크를 갖는다. 특히, 다층 섬유성 웹의 z-방향 인장 강도는 본 발명에 따른 방법에 의해 개선된다. z-방향 인장 강도는 보드 평면에 수직인 단위 면적 파괴를 생성하는 데 필요한 힘(kPa)으로 정의된다.
본 발명에 따른 방법에서, 양이온성 강도 제제는 제1 강도 구성요소로서 사용되고, 명시된 순전하를 갖는 합성 양쪽성 중합체 조성물은 제2 강도 구성요소로서 사용된다. 합성 양쪽성 중합체 조성물은 그 자체가 섬유 상에 보유될 수 있으나, 양이온성 강도 제제는 개선된 강도 효과를 창출하기 위해 합성 양쪽성 중합체 조성물과의 상호작용을 제공하는 데 필요한 것으로 관찰된다.
본 발명에 따른 방법의 잠재력을 실질적으로 완전히 이용할 수 있기 위해서는, 다층 섬유성 웹이 적어도 3개의 층 또는 겹들로 구성되는 것이 유리하다. 본 발명의 일 구현예에서, 다층 섬유성 웹은 적어도 2개의 층들, 바람직하게는 적어도 3개의 층 또는 겹들을 포함하며, 여기서 적어도 다층 섬유성 웹의 중심겹 또는 중심겹들은 다층 섬유성 웹의 요망되는 특성을 수득하기 위해 처리된다.
본 발명은 최종 제품의 유연도를 위해 높은 벌크 및 사용 동안 제품의 적절한 기능에 양호한 강도 특성을 필요로 하는 티슈 및 타월 등급의 생산에 유용하다. 현재, 적어도 경재 크라프트 펄프를 포함하는 섬유 스톡은 적절한 유연도를 제공하는 데 사용될 수 있고, 강도 특성은 양이온성 강도 제제와 명시된 합성 양쪽성 중합체 조성물의 조합에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 방법은 유의한 양의 제1 강도 구성요소를 첨가함에도 불구하고 합성 양쪽성 중합체 조성물에 의해 공정에 적합한 제타 전위 수준을 제공한다. 이는 진행성(runnability)을 개선하고 적절한 배수 및 형성을 제공한다. 나아가, 본 발명에 따른 방법을 사용함으로써 발포 문제가 해소될 수 있다.
본 발명의 설명에서 "다층 섬유성 웹", "다층 웹" 및 "다겹 웹"이라는 용어는 적어도 2개의 섬유층을 포함하는 다층 섬유성 웹을 지칭한다. 다층 섬유성 웹의 층의 수는 제한되지 않지만, 본 발명에 따른 방법은 층의 수 및 품질에 관계없이 모든 종류의 다층 섬유성 웹에 적용 가능하다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 다층 섬유성 웹은 적어도 3개의 층 또는 겹들을 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 다층 섬유성 웹을 습식-압축 및 건조시켜 다층 섬유성 웹을 수득하기 전에 섬유층을 형성하고 이들 섬유층을 함께 결합시키기 위한 임의의 종류의 형성 단위에 사용하기에 적합하다. 다층 섬유성 웹은 각각의 층에 상이한 종류의 섬유 스톡들을 함유할 수 있으며, 여기서 다층 섬유성 웹의 섬유층은 별개의 섬유 스톡으로부터 형성될 수 있다. 다층 섬유성 웹의 각각의 층은 하나 이상의 섬유 스톡으로부터 형성될 수 있다. 다층 섬유성 웹의 적어도 하나의 층은 본 발명에 따른 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소가 첨가되었던 섬유 스톡으로부터 형성된다. 본 맥락에서, 용어 "섬유 스톡"은 섬유 및 선택적으로 충전제를 포함하는 수성 현탁액으로서 이해된다. 본 발명에 따르면, 다층 섬유성 웹의 적어도 하나의 층은 특정 층 접근법 시스템에 적용되는 농후한 스톡의 고체 함량으로부터 계산 시 적어도 50 중량%의 화학 열역학적 펄프(CTMP), 경재 크라프트 펄프 및/또는 재활용 섬유 물질을 포함하는 섬유 스톡으로부터 형성되고, 이 섬유 스톡에 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소가 첨가된다.
본 발명에서, 상기 섬유층은 기계의 와이어 구획 상에서 및/또는 다층 헤드박스를 사용함으로써 조합된다. 본 발명에 따르면, 섬유층의 건조도가 15% 미만인 경우, 상기 섬유층들은 함께 결합된다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 다층 섬유성 웹은 다수의 별개의 형성 단위에 의해 형성된 섬유성 웹으로부터 제조되며, 여기서, 습식 섬유층 각각은, 자신의 형성 유닛을 사용하고 적어도 일부의 물을 와이어 섹션에서 배수함으로써 섬유 스톡으로부터 형성되고, 형성된 섬유성 웹을 함께 결합되고, 결합된 섬유성 웹을 추가로 배수, 습식-압축 및 건조 처리되어 다층 섬유성 웹을 얻는다. 형성 유닛은 섬유 스톡으로부터 습식 섬유층 또는 섬유성 웹을 형성하는 데 사용될 수 있는 임의의 배열을 지칭하며, 이 배열을 사용하여 별개의 습식 섬유성 웹이 먼저 와이어 등에 형성되고, 나중 단계에서 별개의 적어도 부분적으로 배수된 섬유층은 다층 섬유성 웹으로 결합된다. 형성 유닛은 헤드 박스 또는 실린더 형성기를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 다층 섬유성 웹, 또는 다층 섬유성 웹의 하나 이상의 층은 다층 헤드박스를 사용함으로써 형성될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 다층 섬유성 웹의 하나 이상의 층은 또한, 적어도 섬유층이 헤드 박스의 립 플로우 또는 헤드박스의 제트가 되도록 형성 유닛을 사용하여 형성될 수도 있다. 따라서, 다층 섬유성 웹의 한 층은 형성 유닛에 의해 형성된 섬유성 웹으로 제조될 수 있으며, 여기서 섬유성 웹 또는 층은 섬유 스톡으로 형성되고 적어도 일부의 물은 그것으로부터 와이어 섹션에서 배수되며, 또 다른 섬유층은 적어도 부분적으로 배수된 섬유성 웹의 표면에 적용되고, 결합된 섬유층은 다층 섬유성 웹을 얻기 위해 추가로 배수, 습식-압착 및 건조된다. 제1 층의 표면에 적용된 또 다른 섬유층은 결합 전에 반드시 배수되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 일 구현예에서, 조합된 다층 웹은 습식-압축 전에 진공 수상(watering phase)을 받는다.
본 발명에 따른 제1 강도 구성요소는 양이온성 강도 제제를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 제1 강도 구성요소는 양이온성 전분, 합성 양이온성 강도 중합체 또는 이들의 조합을 포함하는 양이온성 강도 제제를 포함한다. 합성 양이온성 강도 중합체는 양이온성 폴리아크릴아미드, 글리옥실화된 폴리아크릴아미드(GPAM), 폴리비닐아민, 폴리아미도아민 에피클로로하이드린(PAE), 또는 이들의 임의의 조합를 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 합성 양이온성 강도 중합체는, 양이온성 폴리아크릴아미드 및/또는 글리옥실화된 폴리아크릴아미드(GPAM)가 합성 양쪽성 조성물에 양호한 강도 특성을 제공하는 유리하게 낮은 양이온성을 제공하기 때문에 이들을 포함한다. 합성 양이온성 강도 중합체는 양이온성 단량체를 포함하는 임의의 양이온성 중합체일 수 있다. 일 구현예에서, 합성 양이온성 강도 중합체는 적어도 하나의 양이온성 단량체의 동종중합체 또는 공중합체, 예컨대 아크릴아미드 및 적어도 하나의 양이온성 단량체를 포함하는 공중합체, 또는 양이온성 단량체들의 동종중합체일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 글리옥실화된 폴리아크릴아미드(GPAM)는 적어도 하나의 양이온성 단량체, 또는 글리옥실화된 폴리비닐아민의 글리옥실화된 동종중합체 또는 공중합체일 수 있다. 일 구현예에서, 양이온성 단량체는 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트(ADAM), [2-(아크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄 클로라이드(ADAM-Cl), 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트 벤질클로라이드, 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트 디메틸설페이트, 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(MADAM), [2-(메타크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄 클로라이드(MADAM-Cl), 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 디메틸설페이트, [3-(아크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄 클로라이드(APTAC), [3-(메타크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄 클로라이드(MAPTAC), 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC) 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 폴리비닐아민은 비닐아민으로 완전히 또는 부분적으로 가수분해된 N-비닐포름아미드의 동종중합체 또는 공중합체, 또는 비닐아민으로 완전히 또는 부분적으로 호프만(Hofmann) 분해된 (메트)아크릴아미드 단량체의 동종중합체 또는 공중합체를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 양이온성 강도 제제는 양이온성 전분을 포함한다. 양이온성 전분은 0.01 내지 0.06의 양이온성 치환율(DS)을 갖는 양이온성 비-분해 전분일 수 있다. 바람직하게는 양이온성 전분은 감자, 옥수수 또는 타피오카 전분을 포함한다. 양이온성 전분을 제1 강도 구성요소로서 포함하는 양이온성 강도 제제가 양호한 강도 효과를 비용-효과적인 방식으로 제공하기 때문에 상기 제제를 사용하는 것이 유리하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 양이온성 강도 제제는 pH 7에서 양이온성 순전하를 갖는다. 본 발명의 일 구현예에서, 양이온성 강도 제제는 pH 7에서 순전하 < 3 meq/g(건조)를 가질 수 있다. 양이온성 강도 제제가 양이온성 전분, 합성 양이온성 강도 중합체 및/또는 글리옥실화된 폴리아크릴아미드(GPAM)를 포함하는 경우, 상기 순전하는 pH 7에서 < 2 meq/g(건조)일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 양이온성 강도 제제는 pH 7에서 0.2 내지 3 meq/g(건조), 바람직하게는 0.5 내지 2 meq/g(건조) 범위의 순전하를 가질 수 있다. 양이온성 강도 제제의 상기 명시된 순전하는 양이온성 강도 제제와 합성 양쪽성 조성물과의 최적의 상호작용, 따라서 개선된 강도 특성을 제공한다.
일 구현예에서, 본 발명에 따르면, 합성 양이온성 강도 중합체는 양이온성 강도 제제의 요망되는 기능을 제공하기 위해 300,000 - 3,000,000 Da, 전형적으로 300,000 - 2,000,000 Da 또는 300,000 - 1,000,000 Da 범위의 중량 평균 분자량 MW를 가질 수 있다. 양이온성 강도 제제의 분자량이 너무 낮다면 다층 섬유성 웹의 강도는 약해지는 경향이 있다. 너무 높은 분자량은 응집을 야기할 수 있으며, 따라서 강도 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 특히, 명시된 중량 평균 분자량 및 순전하를 갖는 양이온성 강도 제제는 본 발명에 따른 방법에 사용된다. 중량 평균 분자량 MW는 통합 펌프, 오토샘플러 및 탈기장치(degasser)가 장착된 Agilent 1100 SE 크로마토그래피 장비를 사용하여 크기-배제 크로마토그래피(SEC)에 의해 결정된다. 용출제는 35℃에서 0.5 ml/min의 유속을 갖는 완충액(0.3125 M CH3COOH + 0.3125 M CH3COONa)이다. 전형적인 샘플 농도는 2 - 4 mg/ml이고, 주입 부피는 50 μl이다. 에틸렌 글리콜(1 mg/ml)은 유동 마커로서 사용된다. 컬럼 세트는 3개의 컬럼(1개의 TSKgel PWXL 가드 컬럼 및 2개의 TSKgel GMPWXL 컬럼들)으로 구성된다. Agilent에 의한 굴절률 검출기는 검출(T = 35℃)에 사용된다. 분자량은 폴리(에틸렌 옥사이드)/폴리(에틸렌 글리콜) 좁은 분자량 분포 표준(Polymer Standards Service)과 함께 종래의 (컬럼) 보정을 사용하여 결정된다.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 양이온성 강도 제제는 예를 들어, 섬유 스톡, 및 최종 다층 섬유성 웹의 요망되는 특성에 기반하여 선택된다. 예시적인 구현예에서, 양이온성 전분을 포함하는 양이온성 강도 제제는 화학 열역학적 펄프를 포함하는 섬유 스톡에 사용될 수 있는 반면, 합성 양이온성 강도 중합체, 글리옥실화된 폴리아크릴아미드(GPAM), 폴리비닐아민 및/또는 PAE는 재활용 섬유를 포함하는 섬유 스톡에 유리하게 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 섬유 스톡이 재활용 섬유s, 예컨대 혼합 사무용 폐기물(MOW)에서 주로 기원하는 경우 합성 양이온성 강도 중합체가 유리하게 사용될 수 있다. 섬유 스톡에 사용되는 글리옥실화된 폴리아크릴아미드, 양이온성 폴리아크릴아미드 및/또는 폴리비닐아민은 바람직하게는 탈잉크화되지 않은(undeinked) 재활용 섬유로부터 주로 기원한다.
제1 강도 구성요소로서 양이온성 강도 제제 외에도, 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함하는 제2 강도 구성요소가 섬유 스톡에 첨가된다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 합성 양쪽성 중합체 조성물은 임의의 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함할 수 있거나 합성 양쪽성 중합체 조성물은 합성 양쪽성 중합체 조성물들의 혼합물을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 합성 양쪽성 중합체 조성물은, 상기 조성물이 pH 7에서 음전하 및 양전하를 가짐을 의미한다. 본 발명에 따르면, 제2 강도 구성요소는 pH 7에서 -3 내지 +1 meq/g(건조)의 순전하를 갖는 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함한다. 바람직하게는, 합성 양쪽성 중합체 조성물은 pH 7에서 -2 내지 +0.7 meq/g(건조), 바람직하게는 from -1.5 내지 +0.35 meq/g(건조), 더욱 바람직하게는 -1.5 내지 -0.05(건조) 범위의 순전하를 가질 수 있다. 바람직한 구현예에 따르면, 합성 양쪽성 중합체 조성물은 양이온성 강도 제제와의 최적의 상호작용, 이로써 최적의 강도 효과를 제공하기 위해 pH 7에서 순전히 음이온성이다. 일 구현예에 따르면, 합성 양쪽성 중합체 조성물은 pH 2.7에서 +0.05 내지 +2.0 meq/g, 바람직하게는 +0.1 내지 +1.5 meq/g, 더욱 바람직하게는 +0.1 내지 +1.0 meq/g 범위의 순전하를 가질 수 있다. 합성 양쪽성 중합체 조성물의 순전하가 상기 정의된 범위에 있는 경우 상기 합성 양쪽성 중합체 조성물은 강도에 악영향을 미칠 수 있는 플록(flock)의 형성 위험을 감소시키는 것으로 관찰되었다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함하는 제2 강도 조성물은 양쪽성 비닐 공중합체를 포함한다. 양쪽성 비닐 공중합체는 적어도 음이온성 비닐 단량체 및 양이온성 비닐 단량체, 및 선택적으로 비이온성 비닐 단량체를 포함한다.
또 다른 구현예에 따르면, 양쪽성 비닐 공중합체는 다층 다층 섬유성 웹의 개선된 강도 특성을 제공하고 동시에 높은 벌크를 유지시키거나 심지어 벌크를 개선하기 위해
- 1 - 40 몰%, 바람직하게는 1.5 - 35 몰% 또는 4 - 30 몰%의 음이온성 단량체, 0.1 - 20 몰%, 바람직하게는 0.2 - 20 몰%, 더욱 바람직하게는 0.5 - 15 몰%, 더욱 더 바람직하게는 0.5 - 10 몰% 또는 0.5 - 8 몰%의 양이온성 단량체, 및
- 50 - 98 몰%, 바람직하게는 60 - 98 몰%, 더욱 바람직하게는 85 - 98 몰%의 비이온성 단량체
를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 합성 양쪽성 중합체 조성물은 음이온성 비닐 단량체 및 비이온성 비닐 단량체를 포함하는 공중합체와 양이온성 비닐 단량체 및 비이온성 비닐 단량체를 포함하는 공중합체의 조합을 포함한다. 비닐 공중합체는 또한, 비닐 단량체 이외의 것을 포함할 수 있으며, 여기서 공중합체는 비닐 단량체와 비(non)-비닐 단량체 둘 다 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 합성 양쪽성 중합체 조성물은
- 음이온성 비닐 단량체, 양이온성 비닐 단량체 및 비이온성 비닐 단량체의 하나 이상의 공중합체, 및/또는
- 음이온성 비닐 단량체 및 비이온성 비닐 단량체를 포함하는 공중합체와 양이온성 비닐 단량체 및 비이온성 비닐 단량체를 포함하는 공중합체의 조합
을 포함한다.
합성 양쪽성 중합체 조성물 내 양이온성 기는 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트(ADAM), [2-(아크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄 클로라이드(ADAM-Cl), 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트 벤질클로라이드, 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트 디메틸설페이트, 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(MADAM), [2-(메타크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄 클로라이드(MADAM-Cl), 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 디메틸설페이트, [3-(아크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄 클로라이드(APTAC), [3-(메타크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄 클로라이드(MAPTAC), 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC)로부터 선택되는 단량체로부터 기원할 수 있다. 바람직하게는 합성 양쪽성 중합체 조성물 내 양이온성 기는 [2-(아크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄 클로라이드(ADAM-Cl), [3-(아크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄 클로라이드(APTAC), 및 [3-(메타크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄 클로라이드(MAPTAC)로부터 선택되는 단량체로부터 기원할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 합성 양쪽성 중합체 조성물 내 양이온성 기는 또한, 비닐아민기로 가수분해된 비이온성 N-비닐카르복사미드 단량체 또는 비닐아민기로 호프만 분해된 비이온성 (메트)아크릴아미드 단량체로부터 기원할 수 있다.
합성 양쪽성 중합체 조성물 내 음이온성 기는 불포화된 모노카르복실산 또는 디카르복실산, 예컨대 아크릴산, 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 아코틴산, 메사콘산, 시트라콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 안젤산(angelic acid) 또는 티글린산(tiglic acid)로부터 선택되는 단량체로부터 기원할 수 있다. 바람직하게는 음이온성 기는 아크릴산 또는 이타콘산으로부터 기원한다.
합성 양쪽성 중합체 조성물 내의 예시적인 비이온성 비닐 단량체는 아크릴아미드계 단량체, 예컨대 (메트)아크릴아미드, 디알킬아미노알킬 (메트)아크릴아미드, 예를 들어 디알킬아미노프로필 (메트)아크릴아미드, 소수성적으로 유도체화된 아크릴아미드계 단량체, 예컨대 N-tert-부틸아크릴아미드(TBAm), N-옥타데실아크릴아미드(ODAm), N-디페닐메틸아크릴아미드(DPMAm), 또는 N-이소프로필아크릴아미드 (NIPAM); 아크릴레이트계 단량체, 예컨대 알킬 (메트)아크릴레이트, 알콕시알킬 (메트)아크릴레이트, 디알킬아미노알킬 (메트)아크릴레이트, 예를 들어 디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트; N-비닐카르바미드, 예컨대 N-비닐포름아미드; 스티렌; 아크릴로니트릴; 비닐 아세테이트; N-비닐피롤리돈; N-비닐-2-카프로락탐; 말레산 무수물; 비닐에테르, 예컨대 2-하이드록시부틸비닐에테르; 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 특히, 비이온성 단량체는 아크릴아미드계 단량체, 특히 아크릴아미드를 포함할 수 있다.
합성 양쪽성 중합체 조성물은 건조 분말, 용액 중합체, 에멀젼 중합체 및/또는 분산 중합체일 수 있다. 본 발명에 따르면, 합성 양쪽성 중합체 조성물은 수용액으로서 적용된다. 전형적으로, 건조 분말은 사용 전에 0.1 - 3 중량% 또는 0.3 - 1 중량% 중합체성 용액을 수득하기 위해 물에 용해된다. 합성 양쪽성 중합체 조성물은 수용액에서 용해된 형태로 존재한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 합성 양쪽성 중합체 조성물은 수용성이다.
본 발명에 따른 일 구현예에서, 합성 양쪽성 중합체 조성물은
- 소형 샘플 어댑터가 장착된 Brookfield LV DVI 점도계를 사용하여 25℃ 및 pH 2.7에서 1 중량% 농도에서 측정 시 2.0 - 1000 mPas, 바람직하게는 2.5 - 300 mPas의 점도,
- 소형 샘플 어댑터가 장착된 Brookfield LV DVI 점도계를 사용하여 25℃ 및 pH 7에서 1 중량% 농도에서 측정 시 2.5 - 2000 mPas, 바람직하게는 3.5 - 1000 mPas의 점도,
를 가질 수 있다.
pH가 2.7로부터 7로 변할 때 합성 양쪽성 중합체 조성물의 점도 증가는, 다른 양쪽성 중합체 분자와 이온 결합에 의해 상호작용함으로써 중합체 복합체의 치수를 증가시키며, 즉, 중합체 복합체의 크기를 증가시키는 합성 양쪽성 중합체의 능력을 특징으로 하며, 이는 특히 섬유들 사이의 거리가 더 큰 높은 벌크 스톡에서 강도에 유익한 것으로 여겨진다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 합성 양쪽성 중합체 조성물의 pH는 섬유 스톡에 투입되기 전에 조정되며, 바람직하게는 pH는 적어도 3.0, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 7.0의 범위로 조정되며, 여기서 양이온성 기와 음잉온성 기 둘 다 조성물에 존재하고, 섬유 스톡에 첨가되는 경우 양이온성 강도 제제와 섬유와의 상호작용이 요망된다. 또 다른 구현예에서, pH는 적어도 3.3으로 조정된다. 합성 양쪽성 중합체 조성물의 pH는 희석수 및/또는 산 또는 염기를 첨가함으로써 조정될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 강도 효과를 개선하기 위해 제2 구성요소를 첨가하기 전에 제1의 첨가되는 구성요소가 섬유 스톡에 혼합되도록 하기 위해 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소는 섬유 스톡에 별도로 첨가된다. 동시에 혼합되거나 사전-혼합되는 경우, 이들은 복합체를 형성할 것이다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 제1 강도 구성요소, 즉, 양이온성 강도 제제를 포함하는 제1 강도 구성요소가 먼저 섬유 스톡에 첨가되고 그 후에 제2 강도 구성요소가 첨가된다. 그러나, 일부 적용에서, 예를 들어 높은 양이온성 요구의 경우, 제1 강도 구성요소 전에 제2 강도 구성요소를 첨가하는 것이 유용할 수 있다. 일 구현예에서, 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소는 또한, 섬유 스톡에 순차적으로 첨가될 수 있다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 강도 구성요소는 농후한 스톡에 첨가된다. 본 발명의 일 구현예에서, 적어도 제1 강도 구성요소, 즉, 양이온성 강도 제제를 포함하는 제1 강도 구성요소는 농후한 스톡에 첨가될 수 있다. 여기서, 농후한 스톡은 적어도 20 g/l, 바람직하게는 25 g/l 초과, 더 바람직하게는 30 g/l 초과의 농도(consistency)를 갖는 섬유 스톡 또는 퍼니쉬(furnish)로 이해된다. 본 발명에 따른 일 구현예에서, 두 강도 구성요소들, 즉, 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소는 농후한 스톡에 첨가된다. 일 구현예에 따르면, 강도 성분의 첨가는 스톡 저장 타워 뒤에 있지만 농후한 스톡이 희석되기 전에 위치한다.
본 발명에 따르면, 다층 섬유성 웹의 적어도 하나의 층은 특정 층 접근법 시스템에 적용되는 농후한 스톡의 고체 함량으로부터 계산 시 적어도 50 중량%의 화학 열역학적 펄프(CTMP), 경재 크라프트 펄프 및/또는 재활용 섬유 물질을 포함하는 섬유 스톡으로부터 형성되고, 이 섬유층에 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소가 첨가된다. 섬유 스톡은 폐골 용기(OCC: old corrugated container) 펄프 또는 혼합 사무용 폐기물(MOW)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 재활용 섬유 물질은 탈잉크화되지 않은 재활용 섬유를 포함한다. 섬유 스톡의 조성물은 제조되는 제품에 기반하여 선택된다. 예를 들어, 다층 섬유성 웹, 예컨대 접이식 박스 보드, 액체 포장 보드 또는 벽지를 생산하는 경우 화학 열역학적 펄프(CTMP)가 사용될 수 있다. 다층 섬유성 웹, 예컨대 화이트 라이닝된 칩보드(white lined chipboard), 테스트라이너, 플루팅(fluting) 코어보드, 석고 보드 라이너 또는 화이트 탑 라이너를 생산하는 경우 재활용 섬유 물질이 유리하게 사용된다. 반면, 경재 크라프트 펄프는 전형적으로 티슈 제작에 사용된다. 본 발명의 일 구현예에서, 다층 티슈 웹의 제작을 위해, 섬유 스톡은 재활용 섬유 물질 및 경재 크라프트 펄프를 포함할 수 있다. 티슈 적용에서, 섬유 스톡은 최종 티슈 제품의 요망되는 특질에 따라 90 - 100 중량% 경재 크라프트 펄프를 포함할 수 있다.
다층 섬유성 웹의 층이 상이한 특징들을 포함하는 섬유 스톡으로부터 생산된 경우, 층들 사이의 요망되는 내부 결합 강도가 문제가 될 것이다. 본 발명의 일 구현예에서, 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소는 접근법 시스템에 적용하기 직전에 농후한 스톡으로부터 제조된 핸드 시트로부터 측정 시 최고 벌크 값을 갖는 섬유 스톡에 첨가될 수 있는데, 섬유를 결합시켜 강도 특성을 제공하기 위해 높은 벌크 현탁액이 양이온성 전분을 필요로 할 수 있기 때문이다. 일 구현예에서, 처리된 층은 접근법 시스템에 적용하기 직전에 농후한 스톡으로부터 제조된 핸드 시트로부터 측정 시 적어도 0.7 cm3/g, 바람직하게는 적어도 2 cm3/g의 벌크 값을 갖는 섬유 스톡으로부터 제조된 것이다. 벌크 값은 표준 방법에 따라 농후한 스톡으로 제조된 핸드시트에서 결정된다. 본 발명에 따른 일 구현예에서, 벌크는 ISO 5269-2:2012에 따른 방법에 따라 사용되는 Rapid Kotchen 시트 형성기에 의해 제조된 핸드시트로부터 ISO 534에 따라 결정 시, 적어도 0.7 cm3/g, 바람직하게는 > 1.5 cm3/g, 더욱 바람직하게는 > 2.0 cm3/g 또는 > 2.5 cm3/g이다. 바람직한 구현예에서, 벌크는 ISO 5269-2:2012에 따른 방법에 따라 사용되는 Rapid Kotchen 시트 형성기에 의해 제조된 핸드시트로부터 ISO 534에 따라 결정 시, 2 - 4 cm3/g 범위이다.
본 발명에 따른 다층 섬유성 웹은 적어도 2개의 층들을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 층은 본 발명에 따른 방법에 의해 처리된다. 본 발명에 따른 방법의 잠재력을 실질적으로 완전히 이용할 수 있기 위해, 다층 섬유성 웹은 적어도 3개의 층 또는 겹들로 구성되는 것이 유리할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 다층 섬유성 웹의 적어도 3개의 층 또는 겹들 및 적어도 하나의 중심겹을 포함하는 다층 섬유성 웹은 본 발명에 따른 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 다층 섬유성 웹은 3개의 층을 포함하고, 상단겹과 후면겹(back ply) 사이의 중심겹은 본 발명에 따른 첨가된 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소를 포함한다. 일 구현예에서, 본 발명에 따른 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소는 섬유 스톡에 첨가되며, 이 스톡으로부터 층이 형성되고 이는 최종 제품의 가능한 층간박리(delamination)에 대체로 영향을 미칠 수 있다. 일 구현예에서, 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소는 섬유 스톡에 첨가되며, 이 스톡으로부터 층이 형성되고 이는 다층 섬유성 웹의 평량(grammage)에 관하여 계산 시 최종 다층 섬유성 웹의 중간부에 존재한다.
첨가되는 양이온성 강도 제제의 양은 예를 들어, 양이온성 강도 제제의 조성, 섬유 스톡 및 생산될 다층 섬유성 웹의 필요한 특징에 따라 다르다. 본 발명의 일 구현예에서, 양이온성 강도 제제는 건조 섬유 스톡 톤당 0.6 내지 18 kg의 양으로 첨가된다. 양이온성 전분이 양이온성 강도 제제로서 사용되는 경우, 상기 양이온성 전분은 건조 섬유 스톡 톤당 3 내지 18 kg의 양으로 첨가될 수 있다. 합성 양이온성 강도 중합체가 양이온성 강도 제제로서 사용되는 경우, 상기 합성 양이온성 강도 중합체는 건조 섬유 스톡 톤당 0.6 내지 5 kg의 양으로 첨가될 수 있다. 상응하게는, 첨가될 합성 양쪽성 중합체 조성물의 양은 예를 들어, 합성 양쪽성 중합체 조성물의 조성, 섬유 스톡 및 생산될 다층 섬유성 웹의 필요한 특징에 따라 다르다. 본 발명의 일 구현예에서, 합성 양쪽성 중합체 조성물은 건조 섬유 스톡 톤당 0.3 내지 5 kg, 바람직하게는 건조 섬유 스톡 톤당 0.5 내지 3 kg의 양으로 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소 외에도, 다른 보편적으로 사용되는 무기 미세입자, 사이징제(sizing agent), 및/또는 고정제가 또한 섬유 스톡에 첨가될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다층 섬유성 웹은 임의의 다층 섬유성 웹일 수 있다. 전형적으로, 다층 섬유성 웹은 티슈, 타월, 판지 또는 포장지일 수 있다. 본 발명은 접이식 박스 보드(folding boxboard), 액체 포장 보드, 화이트 탑 라이너, 크라프트 라이너, 테스트 라이너, 플루팅 보드, 석고 보드, 칩보드, 코어 보드, 찬장, 고체 표백 보드 또는 화이트 라이닝된 칩보드를 형성할 때 특히 유리하게 구현된다. 전형적인 다층 판지, 예컨대 접이식 박스 보드(FBB), 액체 포장 보드 및 화이트 라이닝된 칩보드(WLCB)는 스코트 본드(Scott bond)로서 측정되는 양호한 겹 결합(ply bond) 또는 z-방향 인장 강도 또는 IGT 건식 픽(pick) 또는 데니슨(Dennison) 왁스 테스트 및 굽힘 강성(bending stiffness)을 필요로 하며, 여기서 본 발명에 따른 방법은 이들 판지에 적합하다. 나아가, 본 발명에 따른 방법은 이 방법이 유연도와 강도 특성 둘 다 제공하기 때문에 티슈 및 타월 생산에 특히 적합하다.
본 발명의 일부 구현예에서, 다층 섬유성 웹은 미네랄 안료를 함유한느 코팅, 및 오프셋 프린팅을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 다층 섬유성 웹에 특히 유용하며, 상기 다층 섬유성 웹은 코팅 및/또는 프린팅을 추가로 받으며, 그 후에 층간박리 문제를 방지하거나 심지어 해소하는 것이 가능하기 때문이다.
실험예
하기 실시예는 본 발명의 원리 및 실시를 예시할 뿐이고 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
하기 실험에서 펄프 특징화 및 시트 테스트에 사용되는 방법, 장치 및 표준은 표 1 및 2에 제시된다. 하기 실험에 사용되는 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함하는 강도 구성요소의 특징은 표 3에 제시된다.
표 1. 펄프 특징화 장치 및 표준
특성 장치/표준
pH Knick Portamess 911
혼탁도 (NTU) WTW Turb 555IR
전도성 (mS/cm) Knick Portamess 911
전하 (μekv/l) Mutek PCD 03
제타 전위 (mV) Mutek SZP-06
농도 (g/l) ISO 4119
표 2. 생산된 종이 시트에 사용되는 시트 테스트 장치 및 표준 방법.
측정 장치 표준
근량(basis weight) Mettler Toledo ISO 536
회분 함량, 525℃ - ISO 1762
스코트 본드 Huygen Tappi T 569
Z-방향 인장 (ZDT) Lorentzen & Wettre ISO 15754
Taber, 굽힘 강성 Lorentzen & Wettre Tappi T 489 om-08
인장 강도,
탄성 계수		 Lorentzen & Wettre ISO 1924-3
표 3. 합성 양쪽성 중합체 조성물의 특징
비이온성 단량체, 몰% 음이온성 단량체, 몰% 양이온성 단량체, 몰% pH 2.7에서 1% 용액의 점도, mPas pH 7.0에서 1% 용액의 점도, mPas pH 2.7에서의 전하 밀도, meq/g pH 7.0에서의 전하 밀도, meq/g
AMPH-1 89 7 4 32 200 0.5 -0.4
AMPH-2 89 7 4 197 228 0.5 -0.4
AMPH-3 89 7 4 76 228 0.5 -0.4
AMPH-6 89 7 4 142 374 0.5 -0.4
AMPH-7 91 6 3 89 214 0.4 -0.4
AMPH-8 91 6 3 75 371 0.4 -0.4
AMPH-13 91 6 3 82 396 0.4 -0.4
AMPH-20 87 8 5 4 12 0.6 -0.2
AMPH-30 77 7 16 7 3 1.8 0.3
AMPH-86 92 5 3 3 4 0.4 -0.2
표 3에 제시된 합성 양쪽성 중합체 조성물의 점도 값을 소형 샘플 어댑터가 장착된 Brookfield LV DVI SSA 점도계를 사용함으로써 pH 2.7과 pH 7.0 및 25℃에서 1.0% 중합체 농도에서 결정한다. 건조 중합체 생성물 AMPH-1, AMPH-2, AMPH-3, AMPH-6, AMPH-7, AMPH-8 및 AMPH-13을 탈이온수에서, 25℃에서 600 rpm에서 자기 교반하면서 75분 동안 교반함으로써 용해시켰다. 수용액 생성물 AMPH-20, AMPH-30 및 AMPH-86을 탈이온수로 희석시켰다. 용액의 pH를 황산(96%) 또는 소듐 하이드록사이드(32%)로 조정하였다.
하기 적용 실시예에서 전분을 양이온성 강도 화학물질로서 사용하였다. 전분은 0.035의 치환율(DS)을 갖는 양이온성 감자 전분이었다. 전분을 97℃에서 30분 동안 1% 농도로 조리함으로써 용해시켰다. 보유 화학물질은 Kemira Oyj의 양이온성 폴리아크릴아미드(CPAM) FennoPol K 3500P였다. 건조 분말 형태의 CPAM을 0.05% 농도까지 용해시켰다.
적용 실시예 1
이 실시예는 티슈 종이, 정밀지(fine paper), 크라프트지, 또는 다겹 보드용 표면층의 제조를 시뮬레이션한다.
테스트 섬유 스톡은 화학적 경재 펄프였으며, 이를 Valley Hollander에서 25° Shopper Riegler까지 2% 농도에서 표백 자작나무 크라프트 펄프 정제하였다. 상기 펄프를 탈이온수로 희석시키고, NaCl의 첨가에 의해 전도성을 1.5 mS/cm 수준으로 조정하였다.
핸드 시트 제조에서, 사용된 화학물질을 1000 rpm에서 혼합 하에 동적 배수 용기(jar)에서 테스트 섬유 스톡에 첨가하였다. 0.2 중량% 농도까지 투입하기 전에 양이온성 강도 화학물질을 희석시켰다. 투입 전에 양쪽성 강도 화학물질 및 보유 화학물질을 0.05 중량% 농도까지 희석시켰다. 섬유 스톡에 첨가될 때 양쪽성 강도 화학물질의 pH는 3.5였다. 사용된 강도 화학물질 및 이의 첨가 시간은 표 4에 주어져 있다. 강도 화학물질 외에도, 보유 화학물질, CPAM을 시트 제조 전에 0.03 kg/t의 투입량으로 10초 투입하였다. 모든 화학물질 양은 건조 섬유 스톡 톤당 건조 활성 화학물질 kg으로서 주어진다.
표준 ISO 5269-2:2012에 따라 NaCl로 조정된 백워터(backwater)에서 1.5 mS/cm 전도성으로 Rapid Kothen 시트 형성기를 사용함으로써 80 g/m2의 근량을 갖는 핸드시트를 형성하였다. 핸드시트를 92℃, 1000 mbar에서 6분 동안 진공 건조기에서 건조하였다. 테스트 전에, 핸드시트를 표준 ISO 187에 따라 23℃, 50% 상대 습도에서 24시간 동안 사전-조건화하였다.
표 4. 적용 실시예 1의 핸드 시트 테스트: 화학적 첨가 및 측정된 결과.
시간, s -60 -30 -30 -30 -30
전분 AMPH-20 AMPH-1 AMPH-86 AMPH-30 벌크 인장 지수 인장 강성 지수 탄성 계수 SCT 지수
테스트 [kg/t 건조 [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [cm3/g] [Nm/g] [Gpa] [Nm/g]
1 0 1.5 50 7.2 4.9 29.7
2 2.5 1.4 58 7.4 5.2 31.9
3 5 1.4 62 7.2 5.0 31.8
4 9.5 1.4 62 7.3 5.2 31.4
5 9.5 0.75 1.4 64 7.4 5.3 31.2
6 9.5 2.5 1.4 63 7.4 5.2 33.5
7 9.5 0.75 1.4 66 7.5 5.2 32.2
8 9.5 1.5 1.4 67 7.4 5.2 31.4
9 9.5 2.5 1.4 66 7.5 5.2 32.6
적용 실시예 2
이 실시예는 접이식 박스 보드 또는 액체 포장 보드와 같은 다겹 보드의 중간겹의 제조를 시뮬레이션한다. 테스트 시트는 Techpap에서 제조한 Formette-동적 핸드 시트 포머로 제작되었다.
테스트 섬유 스톡을 580 ml의 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard freeness)를 갖는 80%의 표백 건조된 CTMP 및 접이식 박스 보드의 제조로부터 파손된 20%의 건조 베이스 종이로부터 제조하였다. 테스트 펄프를 표준 ISO 5263:1995에 따라 80℃에서 붕해시켰다.
테스트 섬유 스톡을 탈이온수로 0.6% 농도로 희석시키며, pH를 7로 조정하고, NaCl 염을 첨가하여 1.5 mS/cm의 전도성을 수득하였다. 수득된 펄프 혼합물을 Formette에 첨가하였다. 화학물질 첨가를 표 5에 따라 Formette의 혼합 탱크에 수행하였다. 섬유 스톡에 첨가된 경우 양쪽성 강도 화학물질의 pH는 3.5였다. 모든 화학물질의 양은 건조 섬유 스톡 톤당 건조 화학물질 kg으로서 주어진다. 모든 펄프가 분무된 후 물을 배수하였다. 드럼을 1400 rpm, 펄프용 혼합기 400 rpm, 펄프 펌프 100 rpm/min, 100의 스윕(sweep) 수 및 60초의 스쿱(scoop) 시간으로 작동시켰다. 와이어와 시트의 다른 면에 있는 1 개의 블로팅 페이퍼 사이의 드럼에서 시트를 제거하였다. 젖은 블로팅 페이퍼 및 와이어를 제거하였다. 시트는 5 bar 압력으로 Techpap 닙 프레스에서 습식 압축되었으며, 이때 각각의 통과 전에 시트의 각각의 면에 새로운 블로팅 페이퍼를 갖는 2회 통과가 존재하였다. 시트의 일부를 칭량하고 상기 일부를 오븐에서 110℃에서 4시간 동안 건조함으로써 건조 함량을 압축된 시트로부터 결정하였다. 시트를 130℃에서 10분 동안 드럼 건조기에서 제한 조건에서 건조하였다. 드럼 온도를 92℃로 좆어하고 통과 시간은 1분이었다. 2회 통과가 수행되었다. 제1 통과는 블로팅 종이들 사이에서 이루어지고 제2 통과는 블로팅 종이들 없이 이루어진다. 실험실 시트에서 테스트하기 전에 표준 ISO 187에 따라 50% 상대 습도에서 23℃에서 24시간 동안 사전-컨디셔닝되었다.
압축 후 건조도 ZDT 벌크 인장
지수
GM
시간, s -60 -30 -30 -30 -30 -30
전분 AMPH-1 AMPH-2 AMPH-3 AMPH-86 AMPH-30
테스트 [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [%] [kPa] [cm3/g] [Nm/g]
1 0 48 96 3.1 12
2 5 43 105 3.2 14
3 5 0.5 48 123 3.2 15
4 5 0.5 48 115 3.2 15
5 5 0.5 50 107 3.3 14
6 5 0.5 52 107 3.1 16
7 14.3 151 3.1 18
8 14.3 0.5 177 3.2 19
9 14.3 0.5 166 3.1 18
10 14.3 1.5 158 3.1 20
11 14.3 1.5 174 3.0 20
12 14.3 1.5 185 3.1 21
13 14.3 0.5 166 3.1 19
14 14.3 1.5 180 3.0 20
15 14.3 3 179 3.1 19
적용 실시예 3
본 실시예는 티슈 종이, 정밀지, 크라프트지, 또는 다겹 보드용 표면층의 제조를 시뮬레이션한다.
테스트 섬유 스톡을 580 ml의 캐나다 표준 여수도를 갖는 80%의 표백 건조된 CTMP 및 접이식 박스 보드의 제조로부터 파손된 20%의 건조 베이스 종이로부터 제조하였다. 테스트 펄프를 표준 ISO 5263:1995에 따라 80℃에서 붕해시켰다. 테스트 섬유 스톡을 탈이온수로 0.6% 농도로 희석시키며, pH를 7로 조정하고, NaCl 염을 첨가하여 1.5 mS/cm의 전도성을 수득하였다.
핸드 시트 제조에서, 사용된 화학물질을 1000 rpm에서 혼합 하에 동적 배수 용기에서 테스트 섬유 스톡에 첨가하였다. 0.2 중량% 농도까지 투입하기 전에 양이온성 강도 화학물질을 희석시켰다. 투입 전에 양쪽성 강도 화학물질 및 보유 화학물질을 0.05 중량% 농도까지 희석시켰다. 섬유 스톡에 첨가될 때 양쪽성 강도 화학물질의 pH는 3.5였다. 사용된 강도 화학물질 및 이의 첨가 시간은 표 6에 주어져 있다. 강도 화학물질 외에도, 보유 화학물질, CPAM을 시트 제조 전에 0.03 kg/t의 투입량으로 10초 투입하였다. 모든 화학물질 양은 건조 섬유 스톡 톤당 건조 활성 화학물질 kg으로서 주어진다.
표준 ISO 5269-2:2012에 따라 NaCl로 조정된 백워터에서 1.5 mS/cm 전도성으로 Rapid Kothen 시트 형성기를 사용함으로써 110 g/m2의 근량을 갖는 핸드시트를 형성하였다. 핸드시트를 92℃, 1000 mbar에서 6분 동안 진공 건조기에서 건조하였다. 테스트 전에, 핸드시트를 표준 ISO 187에 따라 23℃, 50% 상대 습도에서 24시간 동안 사전-조건화하였다.
벌크 인장 지수 MD 탄성 계수 MD ZDT
시간, s -60 -30 -30 -30 -30 -30 -30
전분 AMPH-3 AMPH-6 AMPH-7 AMPH-8 AMPH-13 AMPH-20
테스트 [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [kg/t 건조] [cm3/g] [Nm/g] [GPa] [kPa]
1 2.21 16 1.4 250
2 10 0 2.15 20 1.7 405
3 10 1 2.16 23 1.8 415
4 10 2 2.17 22 1.7 431
5 10 1 2.17 22 1.7 422
6 10 2 2.16 22 1.8 424
7 10 2 2.17 21 1.7 428
8 10 2 2.17 23 1.7 450
9 10 1 2.17 23 1.8 423
10 10 2 2.16 23 1.8 428
11 10 1 2.18 24 1.8 440
12 10 2 2.16 25 1.8 473
적용 실시예의 요약
적용 실시예의 요약으로서, 양이온성 강도 제제 및 합성 양쪽성 중합체 조성물이 섬유 스톡에 첨가되는 본 발명에 따른 방법은 벌크를 저하시키지 않으면서 적어도 z-방향 인장 강도를 개선한다. 인장 강도 및 탄성 계수 또한, 본 발명에 따른 방법으로 개선된다. 다층 보드의 가장 약한 겹(ply)에서 인장 강도 또는 탄성 계수의 개선은 폴딩 균열(folding cracking)을 감소시키는 데 유익할 수 있다. 탄성 계수 개선은 다층 보드의 굽힘 강성(bending stiffness)을 개선한다.

Claims (21)

  1. 다층 섬유성 웹(multi-layered fibrous web)의 제조 방법으로서,
    상기 다층 섬유성 웹은 적어도 2개의 섬유층을 포함하며,
    각각의 층은 하나 이상의 섬유 스톡으로부터 형성되고,
    상기 섬유층들은 다층 섬유성 웹을 습식-압축 및 건조시키기 전에 조합되며,
    상기 다층 섬유성 웹의 적어도 하나의 층은 특정 층 접근법 시스템(particular layer approach system)에 적용되는 농후한 스톡의 고체 함량으로부터 계산 시 적어도 50 중량%의 화학 열역학적 펄프(CTMP), 경재 크라프트 펄프(hardwood kraft pulp) 및/또는 재활용 섬유 물질을 포함하는 섬유 스톡으로부터 형성되고, 상기 섬유 스톡에 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소가 첨가되며, 상기 제1 강도 구성요소는 양이온성 강도 제제를 포함하고, 상기 제2 강도 구성요소는 pH 7에서 -3 내지 +1 meq/g(건조)의 순전하(net charge)를 갖는 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양이온성 강도 제제는 양이온성 전분, 합성 양이온성 강도 중합체, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 합성 양이온성 강도 중합체는 양이온성 폴리아크릴아미드, 글리옥실화된 폴리아크릴아미드(GPAM), 폴리비닐아민, 폴리아미도아민 에피클로로하이드린 (PAE) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양이온성 강도 제제는 pH 7에서 양이온성 순전하를 갖고, 바람직하게는 상기 순전하는 pH 7에서 3 meq/g(건조) 미만인 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양이온성 강도 제제는 300,000 내지 3,000,000 Da, 전형적으로 300,000 내지 2,000,000 Da, 또는 300,000 내지 1,000,000 Da 범위의 중량-평균 분자량 MW를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양이온성 강도 제제는 0.01 내지 0.06의 양이온성 치환율(DS)을 갖는 양이온성 전분, 바람직하게는 양이온성 비(non)-분해된 전분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 양쪽성 중합체 조성물은 pH 7에서 -2 내지 +0.7 meq/g(건조), 바람직하게는 -1.5 내지 +0.35 meq/g(건조), 더욱 바람직하게는 -1.5 내지 -0.05(건조)의 순전하를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 양쪽성 중합체 조성물은 pH 2.7에서 +0.05 내지 +2.0 meq/g, 바람직하게는 +0.1 내지 +1.5 meq/g, 더욱 바람직하게는 +0.1 내지 +1.0 meq/g의 순전하를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 양쪽성 중합체 조성물은
    - 소형 샘플 어댑터가 장착된 Brookfield LV DVI SSA 점도계를 사용하여 25℃ 및 pH 2.7에서 1.0 중량% 농도에서 측정 시, 2.0 내지 1000 mPas, 바람직하게는 2.5 내지 300 mPa의 점도, 및
    - 소형 샘플 어댑터가 장착된 Brookfield LV DVI SSA 점도계를 사용하여 25℃ 및 pH 7에서 1 중량% 농도에서 측정 시, 2.5 내지 2000 mPas, 바람직하게는 3.5 내지 1000 mPa의 점도
    를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 양쪽성 중합체 조성물은 양쪽성 비닐 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 양쪽성 비닐 공중합체는 1 내지 40 몰%의 음이온성 단량체, 0.1 내지 20 몰%의 양이온성 단량체, 및 50 내지 98 몰%의 비이온성 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 양쪽성 중합체 조성물은
    - 음이온성 비닐 단량체, 양이온성 비닐 단량체 및 비이온성 비닐 단량체의 하나 이상의 공중합체, 및/또는
    - 음이온성 비닐 단량체 및 비이온성 비닐 단량체를 포함하는 공중합체와 양이온성 비닐 단량체 및 비이온성 비닐 단량체를 포함하는 공중합체의 조합
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 양쪽성 중합체 조성물의 pH는 상기 섬유 스톡에 투입되기 전에 조정되고, 바람직하게는 pH는 적어도 3.0, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 7.0 범위로 조정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 강도 구성요소 및 상기 제2 강도 구성요소는 상기 섬유 스톡에 별개로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 강도 구성요소는 상기 제2 강도 구성요소 전에 상기 섬유 스톡에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 제1 강도 구성요소는 농후한 스톡에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재활용 섬유 물질은 탈잉크화되지 않은(undeinked) 재활용 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 스톡은 상기 접근법 시스템에 적용하기 직전에 농후한 스톡으로부터 제조된 핸드 시트로부터 측정 시, 적어도 0.7 cm3/g, 바람직하게는 1.5 cm3/g 초과, 더욱 바람직하게는 2 cm3/g 초과, 가장 바람직하게는 2 내지 4 cm3/g 범위의 벌크 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  19. 다층 섬유성 웹으로서,
    상기 다층 섬유성 웹은 적어도 2개의 섬유층을 포함하고,
    상기 다층 섬유성 웹은 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  20. 다층 섬유성 웹으로서,
    상기 다층 섬유성 웹은 적어도 2개의 섬유층을 포함하고,
    상기 다층 섬유성 웹은
    - 적어도 50 중량%의 화학 열역학적 펄프(CTMP), 경재 크라프트 펄프 및/또는 재활용 섬유 물질, 및
    - 제1 강도 구성요소 및 제2 강도 구성요소를 포함하고, 여기서 상기 제1 강도 구성요소는 양이온성 강도 제제를 포함하며, 상기 제2 강도 구성요소는 pH 7에서 -3 내지 +1 meq/g(건조)의 순전하를 갖는 합성 양쪽성 중합체 조성물을 포함하고,
    상기 다층 섬유성 웹은 적어도 100 kPa의 z-방향 인장 강도 및 적어도 0.7 cm3/g, 바람직하게는 1.5 cm3/g 초과, 더욱 바람직하게는 2.0 cm3/g 초과, 가장 바람직하게는 2 내지 4 cm3/g 범위의 벌크를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 다층 섬유성 웹은 티슈, 타월, 판지 또는 포장지인 것을 특징으로 하는, 방법.
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