KR20210100101A - 종이 시트 및 그를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정제된 셀룰로오스 섬유와 소수성 섬유를 포함하는 필터 요소용 생분해성 종이 시트에 관한 것이다.

Description

종이 시트 및 그를 제조하기 위한 방법
본 발명은 생분해성 종이 시트에 관한 것이다.
담배(cigarette)와 같은 흡연 물품은 통상적으로 담뱃잎(tobacco)의 기둥을 담배 종이에 둘러쌈으로써 만들어진다. 한 말단에, 흡연 물품은 보통 담뱃잎 막대의 연소에 의해 생성된 연기가 통과하는 필터 요소를 포함한다. 필터 요소는 포장지에 접착된 티핑(tipping) 종이를 사용하여 흡연 물품에 부착된다.
몇 가지 예외가 있지만, 통상적인 필터 요소는 전형적으로 셀룰로오스 아세테이트 토우(cellulose acetate tow)로 형성된다. 그러나 셀룰로오스 아세테이트로 만든 필터는 매우 느리게 생분해된다. 셀룰로오스 아세테이트의 느린 생분해 속도는 담뱃잎 제품의 사용 중에 필터가 소비되지 않기 때문에 특히 문제가 된다. 결과적으로, 버려진 필터 요소는, 통상 환경에서, 특히 건물 외부 및 도로에서 발견된다.
상술한 관점에서, 해당 분야에서 숙련된 자는 셀룰로오스 아세테이트를 다른 재료로 대체하려고 시도하였다. 예를 들어, US 5,360,023에는 탄소질 재료를 포함하는 주름잡은 종이 웹으로 형성된 담배용 필터 요소가 개시된다. GB 2075328은 막대 형태로 측면으로 모인 물결화된 및/또는 피브릴화된 종이 웹을 포함하는 담뱃잎 연기 필터 요소를 개시한다.
해당 분야에서 숙련된 자는 흡연 물품용 필터로서 종이 매체의 사용이 수많은 이점을 제공할 수 있다는 것을 알고 있다. 예를 들어, 종이 필터 요소는 빠르게 생분해되며 종이 필터 요소의 여과 특성은 변화되고 제어될 수 있다. 불행히도, 종이 필터 요소에는 여러 가지 단점이 있다. 예를 들어, 종이 필터 요소는, 건조한 맛을 가지고, 톡 쏘고, 쓰고 신랄하고/거나 자극적인 연기를 생성할 수 있다. 또한 특정 연기 성분을 포착하는데 있어 효율성이 떨어질 수 있다. 이것은 종이의 강한 친수성 거동에서 비롯된 것으로 여겨진다. 이러한 연기 성분에는 페놀(예: 페놀, 크레졸 및/또는 레조르시놀), 일부 산, 일부 알데히드(예: 크로톤알데히드), 일부 케톤, 일부 에스테르, 일부 알코올, 일부 아마이드 및 일부 피롤이 포함된다. 또한, 종이 필터 요소는 셀룰로오스 아세테이트와는 다른 정도로 연기 성분을 흡수하는 경향이 있어 탄 종이 맛을 가진 연기가 발생할 수 있다. US 2015/001148은 빠르게 생분해되는 소수성 첨가제로 코팅된 셀룰로오스 섬유를 함유하는 베이스 웹(base web)을 포함하는 종이 필터 요소를 개시한다. US 2015/001148의 종이 필터 요소의 여과 특성은 고전적인 종이 필터 요소의 여과 특성보다 우수하지만, 그들이 완전히 만족스럽지는 않다.
상술한 관점에서, 충분히 빠르게 분해되고, 특정 연기 성분을 효율적으로 여과하며, 셀룰로오스 아세테이트 필터에 필적하는 감각 프로파일을 가진 연기를 생성하는 흡연 물품용 필터 요소용 종이 시트 또는 담뱃잎을 태우지 않고 가열하는 스틱에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명자들은 셀룰로오스 아세테이트 필터 요소와 관련하여 허용가능한 여과 효율 및 감각 특성을 가진 생분해성 재료로 사용되기에 적합한 셀룰로오스 섬유 및 소수성 섬유를 포함하는 종이 시트를 개발하였다.
본 명세서에 포함되어 있음.
본 발명은 셀룰로오스 섬유 및 소수성 섬유를 포함하는 종이 시트를 개시하는데, 여기서 셀룰로오스 섬유는 종이 시트의 건조 물질의 10중량% 내지 90중량%에 해당하고, 소수성 섬유는 종이 시트의 건조 물질의 10중량% 내지 90중량%에 해당하고, 셀룰로오스 섬유 및 소수성 섬유는 종이 시트의 건조 물질의 적어도 50중량%에 해당한다.
유리하게는, 본 발명의 종이 시트는 생분해성이다. 더욱이, 본 발명의 종이 시트는 제지 공정에 의해 용이하게 제조될 수 있고, 개선된 제지 및 필터 제조 절삭성을 가진다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "소수성"은 발수성을 나타내는 재료 또는 표면을 의미한다. 아래에서 더 자세히 설명하겠지만, 이를 결정하는 유용한 방법 중 하나는 물 접촉각을 측정하는 것이다. "물 접촉각"은 액체/증기 계면이 고체 표면과 만나는 곳에서, 일반적으로 액체를 통해 측정되는 각도이다. 이 각도는 Young 방정식에 설명된 대로 액체에 의한 고체 표면의 습윤성을 실질적으로 정량화한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 표현 "셀룰로오스 섬유"는 예를 들어 목재 펄프 또는 아마 또는 담뱃잎과 같은 일년생 식물의 펄프와 같은 화학적, 기계적 또는 열역학적 펄프화 공정에 의해 수득된 표백되거나 표백되지 않은 셀룰로오스 식물 섬유를 지칭한다. 표현 "셀룰로오스 섬유"는 또한 이러한 표백되거나 표백되지 않은 셀룰로오스 식물 섬유의 혼합물을 의미하는 것을 의도할 수 있다.
한 특정 실시양태에 따르면, 소수성 섬유 대 셀룰로오스 섬유의 중량비는 2:3 내지 3:2, 특히 2:1 내지 1:2, 더욱 특히 1:1이다.
소수성 섬유의 종이 시트 내의 건조 물질의 중량 백분율인 Svf를 Svfmin ≤ Svf ≤ Svfmax이라 하면, 백분율 Svfmin 및 Svfmax는 서로 독립적으로 선택되고, Svfmin은 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 및 50% 값에서 선택되고, 및 Svfmax는 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% 및 90% 값에서 선택된다.
바람직하게는, Svfmin은 30%, 35%, 40%, 45% 및 50% 값에서 선택되고, Svfmax는 60%, 65%, 70% 값에서 선택된다. 가장 바람직하게는 Svf는 약 50%이다.
셀룰로오스 섬유의 종이 시트 내의 건조 물질의 중량 백분율인 Scf를 Scfmin ≤ Scf ≤ Scfmax이라 하면, 백분율 Scfmin 및 Scfmax는 서로 독립적으로 선택되고, Scfmin은 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 및 50% 값에서 선택되고, Scfmax는 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% 및 90% 값에서 선택된다.
바람직하게는, Scfmin은 25%와 동일하고, Scfmax는 60%와 동일하다. 가장 바람직하게는, Scf는 약 50%이다.
셀룰로오스 섬유 및 소수성 비스코스의 종이 시트 내의 건조 물질의 중량 백분율인 Sf를 Sfmin ≤ Sf ≤ Sfmax이라 하면, 백분율 Sfmin 및 Sfmax는 서로 독립적으로 선택되고, Sfmin은 55%, 60%, 65%, 70%, 및 75% 값에서 선택되고, Sfmax는 80%, 85%, 90%, 95%, 99% 및 100% 값에서 선택된다.
바람직하게는, Sfmin은 54%와 동일하고, Sfmax는 99.5%와 동일하다. 가장 바람직하게는, Sf는 약 95%이다.
한 특정 실시양태에 따르면, Svfmin은 30%, 35%, 40%, 45% 및 50%이고, Sfmin은 70%이다.
이 특정 실시양태에 따르면, 본 발명의 종이 시트는 소수성이다. 유리하게는 소수성 종이 시트로 만들어진 필터 요소는 우수한 여과 특성을 가지며 소비자에게 수용가능한 맛을 가진 연기를 생성한다.
전형적으로, 이 특정 실시양태에 따른 종이 시트의 모세관 상승은, ISO 8787:1986에 따라, 10mm/10분 미만, 특히 5mm/10분 미만, 더욱 특히 0.5mm/10분 미만이다.
전형적으로, 물 한 방울이 이 특정 실시양태에 따른 종이 시트에 흡수되는데 필요한 시간은, TAPPI T432(1964)에 따라, 60초 초과, 특히 120초 초과, 더욱 특히 180초 초과이다.
전형적으로 이 특정 실시양태에 따른 종이 시트의 물 접촉각은 70°보다 크고, 특히 75° 내지 140°, 더욱 특히 80° 내지 120°이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 종이 시트의 물 접촉각은 다음과 같이 결정된다:
- 종이 시트의 각면에 대해, 물 접촉각은 TAPPI/ANSI T 558 om-15(2015)에 따라 0.1초, 1초 및 10초의 접촉 시간에서 먼저 측정된다,
- 이 세 가지 측정된 물 접촉각을 평균하여 각면에 대한 평균을 구한다, 및
- 종이 시트의 물 접촉각은 종이 시트의 각면에 대한 평균을 평균냄으로써 결정된다.
전형적으로 소수성 섬유의 역가는 0.5dtex 내지 40dtex, 특히 1dtex 내지 6dtex, 더욱 특히 1.7dtex 내지 3.3dtex이다.
전형적으로 소수성 섬유의 길이는 20mm 미만, 특히 1mm 내지 12mm, 더욱 특히 2mm 내지 5mm이다.
유리하게는, 본 발명의 종이 시트는 소수성 섬유의 길이가 상기 범위에 있기 때문에 보다 쉽게 제조될 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 소수성 섬유는 소수성 비스코스 섬유이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "소수성 섬유"는 발수성을 나타내는 섬유를 말하며, 상기 발수성은 침몰 테스트(sinking test)에 의해 측정된다. 침몰 테스트는 섬유가 지정된 양의 물에 침몰할 때까지 걸리는 시간이다. 반발 특성이 없는 비스코스 섬유의 경우 시간은 일반적으로 5초 미만이다. 시간은 전형적으로 소수성 비스코스 섬유의 경우 24시간 초과이다.
소수성 비스코스 섬유는, 예를 들어 US 2015/0329707에 설명되어 있다. US 2015/039707에 따르면, 소수성 비스코스 섬유는 전형적으로 비스코스 섬유 및 알킬 케텐 이량체, 알케닐 케텐 이량체, 알킬 숙신산 무수물, 알케닐 숙신산 무수물, 알킬 글루타르산 무수물, 알케닐 글루타르산 무수물, 알킬 이소시아네이트, 알케닐 이소시아네이트, 지방산 무수물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 소수성 물질의 생성된 혼합물이며, 소수성 비스코스 섬유에서 소수성 물질의 함량은 비스코스 섬유를 기준으로 0.1중량% 내지 13중량%이며, 특히 비스코스 섬유를 기준으로 1중량% 내지 비스코스 섬유를 기준으로 7.5중량%이다.
소수성 비스코스 섬유의 예는 Kelheim Fibers GmbH의 OLEA® 비스코스 섬유이다.
전형적으로 셀룰로오스 섬유의 직경은 0.015mm 내지 0.045mm, 특히 0.02mm 내지 0.04mm이다.
전형적으로 셀룰로오스 섬유의 길이는 20mm 미만, 특히 1mm 내지 12mm, 더욱 특히 2mm 내지 5mm이다.
유리하게는, 본 발명의 종이 시트는 셀룰로오스 섬유의 길이가 상기 범위 내에 있기 때문에 보다 쉽게 제조될 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 셀룰로오스 섬유는 정제될 수 있다. 전형적으로 정제된 셀룰로오스 섬유는 9°SR 내지 90°SR, 특히 10°SR 내지 40°SR, 보다 특히 15°SR 내지 25°SR, 더욱 특히 15°SR의 SR도(Shopper-Riegler degree)를 가진다.
유리하게는, 상기 범위의 SR도를 가진 정제된 셀룰로오스 섬유는 종이 시트가 하기에 나타낸 인장 강도를 가질 수 있게 한다.
전형적으로, SR도는 ISO 5267-1(2000년 7월)에 따라 측정된다.
일 실시양태에 따르면, 종이 시트는 결합제를 추가로 포함할 수 있다.
결합제는 폴리비닐 알코올(PVOH), 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 폴리비닐 아세테이트(PVA), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 에스테르, 알킬 숙신산 무수물, 로진(rosin), 스티렌 아크릴 공중합체와 같은 아크릴 공중합체, 변성 전분, 젤라틴과 같은 하이드로 콜로이드 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 결합제는 섬유의 형태를 가질 수 있다. 전형적으로, 섬유의 형태를 가진 결합제는 폴리비닐 알코올(PVOH) 섬유, 폴리비닐 아세테이트(PVA) 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 셀룰로오스 아세테이트 섬유, 나일론, 셀룰로오스 에스테르 섬유 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
전형적으로, 결합제는 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 20중량% 이하에 해당하고, 특히 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 5 내지 15중량%에 해당한다.
유리하게는 결합제는 본 발명의 종이 시트의 인장 강도, MD 및 CD를 증가시킨다. 따라서, 본 발명의 종이 시트의 필터 제조 절삭성은 결합제에 의해 더욱 향상된다.
더욱이, 결합제를 포함하는 종이 시트는 일반적으로 더 적은 마찰을 야기하는 더 매끄러운 표면을 가진다.
일 실시양태에 따르면, 종이 시트는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
전형적으로 첨가제는 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 45중량% 미만, 특히 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 22중량% 내지 26중량%에 해당한다.
US 2015/001148에 기재된 바와 같이, 첨가제는 전형적으로 사이즈제(sizing agent), 습윤제, 선택적 여과제 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
사이즈제는 알킬 케텐 이량체, 알케닐 케텐 이량체, 알케닐 숙신산 무수물, 로진 및 이들의 혼합물일 수 있다.
전형적으로 사이즈제는 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 30중량% 미만, 특히 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 5중량% 내지 10중량%에 해당한다.
유리하게 사이즈제는 본 발명의 종이 시트의 소수성, 표면 강도 및 인쇄성을 향상시킬 수 있다.
습윤제는 약 500g/mol 초과, 특히 500g/mol 내지 3000g/mol, 더욱 특히 500g/mol 내지 1000g/mol의 평균 분자량을 가진 폴리알킬렌 글리콜과 같은 폴리에테르일 수 있다. 습윤제는 또한 모노프로필렌 글리콜, 소르비톨, 글리세린, 트라이아세틴 및 이들의 혼합물일 수 있다. 한 실시양태에서, 습윤제는 폴리에틸렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 옥사이드 또는 메톡시폴리에틸렌 글리콜 또는 PEG 유도체일 수 있다.
전형적으로 습윤제는 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 30중량% 미만, 특히 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 5중량% 내지 25 중량%, 더욱 특히 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 15중량% 내지 20중량%에 해당한다.
전형적으로 선택적 여과제는 아미노산 또는 아미노산 염, 특히 염기성 아미노산 또는 염기성 아미노산 염 및 이들의 조합이다. 특정 실시양태에 따르면, 선택적 여과제는 폴리에틸렌이민, 폴리우레아, 폴리아마이드, 아미노기를 가진 기능화된 섬유 또는 충전제일 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 아미노산은 글리시네이트일 수 있다. 글리시네이트는 염기성 형태일 수 있고, 나트륨 글리시네이트와 같은 알칼리성 글리시네이트를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 아미노산 또는 펩타이드(아미노산의 사슬)는 알라닌, 발린, 이소류신, 류신, 페닐알라닌과 같은 소수성 측쇄를 갖는 아미노산; 라이신, 아르기닌, 글루탐산과 같은 전기적으로 하전된 측쇄를 가진 아미노산; 글루타민, 세린과 같은 하전되지 않은 측쇄를 가진 아미노산; 시트룰린, 오르니틴과 같은 비 단백질 아미노산; 및 임의의 다른 적합한 펩타이드 또는 단백질 추출물을 포함한다. 이들 아미노산은 또한 알칼리 형태, 이들의 혼합물 등일 수 있다.
다른 실시양태에 따르면, 아미노산을 염기성 형태로 사용하기 위해 아미노산은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 반응된 염을 포함할 수 있다.
전형적으로 선택적 여과제는 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 30중량% 미만, 특히 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 10중량% 내지 20중량%에 해당한다.
선택적 여과제를 포함하는 본 발명의 종이 시트로 제조된 필터 요소는 또한 주류 연기로부터 다양한 성분을 선택적으로 제거하고 연기 맛을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 주류 연기에 존재할 수 있는 다양한 연기 독성물질, 특히 페놀 화합물 및/또는 카르보닐은 제거될 수 있다. 예를 들어, 필터 요소에 의해 주류 연기로부터 선택적으로 제거될 수 있는 페놀 화합물은 페놀, 크레졸 등을 포함할 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 종이 시트의 생분해의 동역학은 첨가제에 의해 가속화될 수 있다.
특정 실시양태에 따르면, 본 발명의 종이 시트는 37% 내지 39%의 정제된 셀룰로오스 섬유, 37% 내지 39%의 소수성 비스코스 섬유, 7% 내지 8%의 사이즈제 및 15% 내지 18%의 습윤제를 포함할 수 있다(%는 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 중량을 기준으로 함).
또 다른 특정 실시양태에 따르면, 본 발명의 종이 시트는 27% 내지 29%의 셀룰로오스 섬유, 27% 내지 29%의 소수성 비스코스 섬유, 15% 내지 25%의 결합제, 7% 내지 8%의 사이즈제 및 15% 내지 18%의 습윤제를 포함할 수 있다(%는 본 발명의 종이 시트의 건조 물질의 중량을 기준으로 함).
전형적으로 본 발명의 종이 시트의 인장 강도 MD(기계 방향)는 1500cN/30mm 초과, 특히 2000cN/30mm 내지 3500cN/30mm, 더욱 특히 2510cN/30mm 내지 3200cN/30mm이다.
전형적으로 본 발명의 종이 시트의 인장 강도 CD(교차-기계 방향)는 100cN/30mm 초과, 특히 500cN/30mm 내지 2000cN/30mm, 더욱 특히 900cN/30mm 내지 1750cN/30mm이다.
인장 강도는 다음을 제외하고 ISO 1924-2(2008년 12월)에 따라 측정된다:
- 20mm/min(기계 방향 및 교차-기계 방향)이 아니라 10mm/min(기계 방향)이고 30mm/min(교차-기계 방향)인 속도,
- 15mm가 아니라 30mm인 테스트된 샘플의 폭.
유리하게는, 본 발명의 종이 시트는 상기 인장 강도를 가지기 때문에 개선된 필터 제조 절삭성을 가진다.
전형적으로 본 발명의 종이 시트의 평량은 15g.m-2 내지 60g.m-2, 특히 20g.m-2 내지 50g.m-2, 더욱 특히 25g.m-2 내지 40g.m-2이다.
전형적으로 본 발명의 종이 시트의 다공성은 1000 CORESTA 단위 내지 50000 CORESTA 단위, 특히 5000 CORESTA 단위 내지 40000 CORESTA 단위, 더욱 특히 10000 CORESTA 단위 내지 35000 CORESTA 단위이다. 다공성은 ISO 2965:2009에 따라 측정된다.
전형적으로 본 발명의 종이 시트의 두께는 0.025mm 내지 0.2mm, 특히 0.05mm 내지 0.175mm, 더욱 특히 0.07mm 내지 약 0.16mm이다.
그 물리적 특성으로 인해, 본 발명의 종이 시트는 유리하게는 필터 요소, 특히 연소된 담배의 필터 요소, 담뱃잎을 태우지 않고 가열하는 스틱, 또는 흡입할 에어로졸을 생성하기 위해 의도된 태우거나 가열되는 임의의 제품에서 사용하기 위해 조정된다. 실제로, 본 발명의 종이 시트로 만들어진 필터 요소는 우수한 여과 특성을 가지며 소비자에게 수용가능한 맛을 가진 연기를 생성한다.
따라서, 본 발명의 종이 시트는 필터 요소로서, 특히 연소된 담배, 담뱃잎을 태우지 않고 가열하는 스틱 또는 흡입될 에어로졸을 생성하도록 의도된 연소 또는 가열된 임의의 제품의 필터 요소로서 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 정의된 바와 같은 본 발명의 종이 시트를 포함하는 필터 재료에 관한 것이다.
한 실시양태는 다음 단계를 포함하는 상기 정의된 바와 같은 본 발명의 종이 시트를 제조하기 위한 제지 공정에 관한 것이다:
a) 셀룰로오스 섬유, 소수성 섬유 및 물을 혼합하여 수성 슬러리를 얻는 단계;
b) 수성 슬러리를 경사 와이어 초지기 또는 편평 와이어 초지기에서 습윤 종이로 형성하는 단계, 및
c) 습윤 종이를 건조하여 종이 시트를 얻는 단계.
숙련된 자는 상기 정의된 바와 같이 본 발명의 종이 시트를 제조하기 위해 본 발명의 제지 공정을 어떻게 조정하는지 알고 있다.
단계 a) 동안 셀룰로오스 섬유 및 소수성 섬유는 물과 통상적으로 혼합된다.
단계 b) 동안 수성 슬러리는 편평 와이어 초지기 또는 경사 와이어 초지기의 다공성 형성 표면, 특히 경사 와이어 초지기의 다공성 형성 표면 상에 침착된다. 다공성 형성 표면은 물이 배출되게 허용하여 습윤 종이를 형성한다.
일 실시양태에 따르면, 다공성 형성 표면은 형성될 때 습윤 종이에 텍스처를 통합하는 직조 패턴을 포함할 수 있다.
단계 c) 동안, 습윤 종이는 60℃ 내지 175℃, 특히 70℃ 내지 150℃, 더욱 특히 80℃ 내지 130℃ 온도에서 건조된다.
본 발명의 종이 시트가 정제된 셀룰로오스 섬유를 포함하는 경우, 단계 a) 전에, 셀룰로오스 섬유는 9°SR 내지 90°SR, 특히 10°SR 내지 40°SR, 특히 15°SR의 SR도를 가지도록 정제된다.
전형적으로 셀룰로오스 섬유는 디스크 정제기, 원추형 정제기 등과 같은 종이 펄프를 위한 고전적인 정제 공정 및 고전적인 정제기를 사용하여 정제된다.
해당 분야에서 숙련된 자는 정제된 셀룰로오스 섬유가 상기 언급된 SR도를 가지도록 정제 공정 및 정제기를 조정하는 방법을 알고 있다.
본 발명의 종이 시트가 상기 정의된 바와 같은 결합제를 포함하는 경우, 결합제는 단계 a) 동안 또는 후에 수성 슬러리에 첨가되거나, 단계 b) 또는 단계 c) 후에 종이의 한면 또는 양면에, 즉 단계 b) 후에 습윤 종이에 또는 단계 c) 후에 종이 시트에 적용된다.
전형적으로, 섬유 형태의 결합제는 단계 a) 동안 수성 슬러리에 첨가된다.
해당 분야에서 숙련된 자는 단계 a) 동안 수성 슬러리에 첨가된 섬유의 형태를 가진 결합제가 건조 단계 c) 동안 녹아 섬유의 형태를 잃을 수 있음을 알고 있다.
임의의 적절한 기술이 종이에 결합제를 적용하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 결합제는 사이즈 프레스, 스프레잉, 나이프 코팅, 마이어 로드 코팅, 더스팅, 전사 롤 코팅기에 의해 또는 임의의 적합한 인쇄 공정을 통해 적용될 수 있다. 사용될 수 있는 인쇄 공정은 플렉소 인쇄, 그라비아 인쇄 등을 포함한다. 일 실시양태에서, 결합제는 종이의 한면 또는 양면의 표면적의 100%를 덮을 수 있다.
한 실시양태에서, 결합제는 종이의 한면 또는 양면에 인쇄될 수 있다. 패턴은 교대 라인 또는 바둑판과 같은 교대 정사각형을 포함할 수 있다. 이 방식으로, 모든 이점을 유지하면서 종이를 코팅하는데 더 적은 결합제가 사용된다. 예를 들어, 결합제는 종이 표면적의 10% 내지 100%, 특히 종이 표면적의 20% 내지 90%, 더욱 특히 종이 표면적의 40% 내지 60%를 덮도록 종이의 한 표면에 적용될 수 있다. 다른 실시양태에서, 결합제는 반응 면적을 증가시키기 위해 종이의 두께에 분포될 수 있다.
종이 시트가 상기 정의된 첨가제를 포함하는 경우, 첨가제는 단계 a) 동안 수성 슬러리의 수성 슬러리에, 단계 a) 후에 수성 슬러리에, 단계 b) 후에 습윤 종이에, 또는 단계 c) 후에 종이 시트에 첨가된다.
전형적으로 사이즈제는 단계 a) 동안, 단계 a) 후 및 단계 b) 전에, 또는 단계 b) 동안에 습윤 종이가 형성되고 단계 c) 동안 임의의 상당한 건조 전에 수성 슬러리에 적용된다.
전형적으로, 사이즈제는 욕(bath) 사이징을 사용하여, 사이즈 프레스를 사용하여, 스프레잉을 통해, 스무딩 프레스의 사용을 통해, 게이트 롤 사이즈 프레스의 사용을 통해, 캘린더 사이징을 사용하여, 블레이드 코팅을 통해, 등으로 습윤 종이에 첨가된다. 사이즈제를 적용하기 위해 사이즈 프레스를 사용하는 경우, 새로 형성된 습윤 종이는 사이즈제를 종이 시트로 프레스하고, 선택적으로 과량의 첨가제 또는 크기를 제거하는 롤러를 통해 통과될 수 있다.
사이즈 프레스를 사용하여 사이즈제를 적용하면 특정 이점이 있을 수 있다. 예를 들어, 사이즈제는 습윤 종이를 더 소수성으로 만들 수 있고/있거나 표면 강도 또는 내수성을 향상시킬 수 있다. 이 방식으로, 습윤 종이는 더 쉽게 탈수될 수 있다.
해당 분야에서 숙련된 자는 사이즈제를 포함하고 상기 정의된 바와 같은 종이 시트를 제조하기 위해 본 발명의 제지 공정을 조정하는 방법을 알고 있다.
전형적으로 습윤제는 단계 b) 또는 단계 c) 후에 종이의 한면 또는 양면에, 즉 단계 b) 후 습윤 종이에 또는 단계 c) 후 종이 시트에 적용된다. 적절한 기술이 종이에 습윤제를 적용하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 습윤제는 사이즈 프레스, 스프레잉, 나이프 코팅, 마이어 로드 코팅, 더스팅, 전사 롤 코팅기에 의해 또는 임의의 적절한 인쇄 공정을 통해 적용될 수 있다. 사용될 수 있는 인쇄 공정은 플렉소 인쇄, 그라비아 인쇄 등을 포함한다. 일 실시양태에서, 습윤제는 종이의 한면 또는 양면의 표면적을 100% 덮을 수 있다.
일 실시양태에서, 습윤제는 종이의 한면 또는 양면에 인쇄될 수 있다. 패턴은 교대 라인 또는 바둑판과 같은 교대 정사각형을 포함할 수 있다. 이 방식으로, 모든 이점을 유지하면서 더 적은 습윤제가 종이를 코팅하기 위해 사용된다. 예를 들어, 습윤제는 종이의 표면적의 10% 내지 100%, 특히 종이의 표면적의 20% 내지 90%, 더욱 특히 종이의 표면적의 40% 내지 60%를 덮도록 종이의 한면에 적용될 수 있다. 다른 실시양태에서, 습윤제는 반응 면적을 증가시키기 위해 종이의 두께에 분포될 수 있다.
전형적으로, 선택적 여과제는 사이즈제로서 적용되거나 단계 c) 후에 종이 시트에 국소적으로 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 선택적 여과제는 사이즈제와 조합되어 습윤 종이에 적용될 수 있고/있거나 습윤제 또는 결합제와 조합되어 단계 c) 후에 습윤 종이 또는 종이 시트에 적용될 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 단계 c) 후에, 종이 시트는 또한 주름잡음(gathered); 구부러짐(crimped); 양각되고(embossed) 주름잡음; 구부러지고, 양각되고, 주름잡음; 구부러지고, 물결화되고(corrugated), 주름잡음; 또는 양각되고, 물결화되고, 및 주름잡음으로써 성형될 수 있다. 구체적으로, 종이는 가로로 연속해서 막대 형태로 주름잡혀, 원하는 길이로 절단될 수 있다. 유리하게는, 이들 성형 단계는 필터 요소의 제조로 이어질 수 있다.
종이 시트는 다양한 기술을 사용하여 구부러지거나 양각되고/거나 물결화될 수 있다. 물결화 패턴은 다양할 수 있으며, 물결형, 사각파 또는 톱니 모양을 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 종이 시트는 양각되고, 구부러지고/거나 물결화되기 전에 축축해질 수 있다.
실시예
실시예 1 - 본 발명의 종이 시트의 제조
실시예 1-1: 50%의 정제된 표백된 연목 섬유 및 50%의 소수성 비스코스 섬유 50%를 포함하고 36g.m -2 의 건조 평량을 가지는 종이 시트
소수성 비스코스 섬유는 Kelheim Fibers GmbH에서 제조된 DANUFIL OLEA® 비스코스 섬유이다. 이들 섬유는 1.7dtex의 역가 및 5mm의 길이를 가진다.
표백된 연목 섬유는 통상적인 디스크 정제기를 사용하여 정제된다. 정제된 연목 섬유의 SR도는 15°SR이다.
정제된 연목 섬유 및 소수성 비스코스 섬유는 물과 혼합되어 수성 슬러리를 수득한다. 이어서, 수성 슬러리는 경사 와이어 초지기의 다공성 형성 표면 상에 침착되어 습윤 종이를 형성한다. 이어서, 습윤 종이는 80℃ 내지 100℃에서 건조되어 실시예 1-1의 종이 시트를 얻는다.
실시예 1-2: 40%의 정제된 표백된 연목 섬유 및 60%의 소수성 비스코스 섬유를 포함하고 37g.m -2 의 건조 평량을 가지는 종이 시트
소수성 비스코스 섬유는 Kelheim Fibers GmbH에서 제조된 DANUFIL OLEA® 비스코스 섬유이다. 이 섬유는 3.3dtex의 역가 및 5mm의 길이를 가진다.
표백된 연목 섬유는 통상적인 디스크 정제기를 사용하여 정제된다. 정제된 셀룰로오스 섬유의 SR도는 15°SR이다.
공정은 실시예 1-1에서 설명한 것과 동일하다.
실시예 1-3: 50%의 정제된 표백되지 않은 연목 섬유 및 50%의 소수성 비스코스 섬유를 포함하고 37g.m -2 의 건조 평량을 가지는 종이 시트
소수성 비스코스 섬유는 Kelheim Fibers GmbH에서 제조된 DANUFIL OLEA® 비스코스 섬유이다. 이 섬유는 1.7dtex의 역가 및 5mm의 길이를 가진다.
표백되지 않은 연목 섬유는 통상의 디스크 정제기를 사용하여 정제된다. 정제된 셀룰로오스 섬유의 SR도는 15°SR이다.
공정은 실시예 1-1에서 설명한 것과 동일하다.
실시예 1-4: 50%의 정제된 표백된 연목 섬유 및 50%의 소수성 비스코스 섬유를 포함하고 26g.m -2 의 건조 평량을 가지는 종이 시트
소수성 비스코스 섬유는 Kelheim Fibers GmbH에서 제조된 DANUFIL OLEA® 비스코스 섬유이다. 이 섬유는 1.7dtex의 역가 및 5mm의 길이를 가진다.
표백된 연목 섬유는 통상적인 디스크 정제기를 사용하여 정제된다. 정제된 셀룰로오스 섬유의 SR도는 15°SR이다.
공정은 실시예 1-1에 기술된 것과 동일하지만, 평량이 26g.m-2인 종이 시트를 얻기 위해 약간 조정되었다.
실시예 1-5: 정제된 셀룰로오스 섬유 49.925%, 소수성 비스코스 섬유 49.925% 및 첨가제 0.15%를 포함하고 26g.m -2 의 건조 평량을 가진 종이 시트.
표백된 셀룰로오스 섬유는 통상적인 디스크 정제기를 사용하여 정제된다. 정제된 셀룰로오스 섬유의 SR도는 15°SR이다.
소수성 비스코스 섬유는 Kelheim Fibers GmbH에서 제조된 DANUFIL OLEA® 비스코스 섬유이다. 이 섬유는 1.7dtex의 역가 및 5mm의 길이를 가진다.
종이 시트를 형성하는 동안 습윤 종이에 사이즈 프레스에 의해 첨가제(사이즈제는 알킬 케텐 이량체임)가 첨가되는 것을 제외하고는, 실시예 1-1에 기술된 것과 동일한 공정이 사용된다.
실시예 1-6: 50%의 셀룰로오스 섬유 및 50%의 소수성 비스코스 섬유를 포함하고 35g.m -2 의 건조 평량을 가진 실험실 규모의 종이 시트
실시예 1-6의 종이 시트는 실험실 장비를 사용하여 실험실 규모로 생산되었다.
종이 시트는 정제되지 않은 셀룰로오스 섬유 및 실시예 1의 Kelheim Fibers GmbH에 의해 제조된 DANUFIL OLEA® 비스코스 섬유로 제조된다.
실시예 1-7: 40%의 셀룰로오스 섬유, 40%의 소수성 비스코스 섬유 및 20%의 PVA 섬유를 포함하고 35g.m -2 의 건조 평량을 가진 실험실 규모의 종이 시트
실시예 1-7의 종이 시트는 실험실 장비를 사용하여 실험실 규모로 생산되었다.
종이 시트는 정제되지 않은 셀룰로오스 섬유, 실시예 1의 Kelheim Fibers GmbH에 의해 제조된 DANUFIL OLEA® 비스코스 섬유 및 1.1dtex의 역가 및 4mm의 길이를 갖는 PVA 섬유로 제조된다.
실시예 1-8: 50%의 정제된 표백되지 않은 연목 섬유 및 50%의 소수성 비스코스 섬유 50%를 포함하고 30g.m -2 의 건조 평량을 가지는 종이 시트
- Kelheim Fibers GmbH. 이 섬유는 1.7dtex의 역가 및 5mm의 길이를 가진다.
표백된 연목 섬유는 통상적인 디스크 정제기를 사용하여 정제된다. 정제된 셀룰로오스 섬유의 SR도는 15°SR이다.
공정은 실시예 1-1에 기술된 것과 동일하지만, 30g.m-2의 평량을 가진 종이 시트를 얻기 위해 약간 조정되었다.
실시예 2 - 실시예 1의 종이 시트의 특성화
실시예 1-1 내지 1-5의 종이 시트의 특성은 하기 표 1에 제시되어 있다.
5개의 종이 시트 모두 다음과 같은 이유로 필터 요소를 제조하기 위해 쉽게 사용될 수 있다:
- 5개 종이 모두의 인장 강도 MD는 2500cN/30mm 초과이고, 및
- 5개 종이 모두의 인장 강도 CD는 950cN/30mm 초과이다.
더욱이, 이 5개의 종이 시트의 물리적 특성은 이러한 종이 시트가 필터 요소에서 필터 매체로서 사용될 수 있게 하는 것이다.
실시예 1-6 내지 1-7의 실험실 규모 종이 시트의 특성은 하기 표 2에 제시된다.
실시예 1-1 실시예 1-2 실시예 1-3 실시예 1-4 실시예 1-5
평량
(g/m2)		 36 37 37 26 26
다공성
(Coresta)		 18700 21500 11000 24600 16900
인장 강도 MD
(cN/30mm)		 3110 2690 3200 2500 2830
인장 강도 CD
(cN/30mm)		 1600 1075 1200 990 1120
실시예 1-6 실시예 1-7
평량
(g/m2)		 35.4 35.5
두께(㎛) 156 145
다공성
(Coresta)		 30500 14000
실시예 1-8의 종이 시트의 특성은 다음과 같다:
평량: 31g/m2; 다공성: 15900 Coresta, 인장 강도 MD: 2150cN/30mm; 인장 강도 CD: 900cN/30mm; 두께: 91㎛.
실시예 3 - 실시예 1의 종이 시트 및 비교 종이 시트의 소수성 특성의 특성화
비교예 3-1 내지 3-4
- 비교예 3-1: 100% 미정제 연목 섬유를 포함하는 종이 시트; 평량:36g/m2
- 비교예 3-2: 15°SR의 SR도를 가진 정제된 연목 섬유 50% 및 비스코스 섬유 50%를 포함하는 종이 시트; 평량: 36g/m2
- 비교예 3-3: 15°SR의 SR도를 가진 정제된 연목 섬유 50% 및 셀룰로오스 아세테이트 섬유 50%를 포함하는 종이 시트; 평량:36g/m2
- 비교예 3-4: 셀룰로오스 아세테이트 부직포 시트; 평량:25g/m2
소수성 특성의 특성화
실시예 1-1 내지 1-5 및 1-8 및 비교예 3-1 내지 3-4의 종이 시트의 소수성 특성은 하기 표 3에 제시되어 있다.
실시예 모세관 상승
(mm/10분)		 물방울
(s)		 물 접촉각
(°)
1-1 0 >180 94
1-2 0 >180 116
1-3 0 >180 103
1-4 0 >180 84
1-5 0 >180 측정되지 않음
1-8 0 >180 110
비교예
3-1 96 <2 <15
3-2 129 <1 <15
3-3 81 <2 <15
3-4 0 >180 89
종이 시트의 모세관 상승은 ISO 8787:1986에 의해 측정된다.
물방울은 1964년 TAPPI T432에서 측정된 종이 시트에 물 한 방울이 흡수되는데 필요한 시간에 해당한다.
물 접촉각은 위에서 설명한대로 결정된다.
비교예 3-1 내지 3-3의 종이 시트는 친수성이다.
반대로, 실시예 1-1 내지 1-5 및 1-8의 종이 시트는 80 보다 큰 물 접촉각을 가진다. 이들 종이 시트는 소수성이다.
표 3에 나타난 바와 같이, 종이 시트에 소수성 비스코스 섬유의 도입은 비교예 3-4(100% 셀룰로오스 아세테이트 섬유)와 같은 종이 시트를 소수성으로 만든다.
비교예 3-1 내지 3-3을 비교하면, 셀룰로오스 아세테이트 또는 비스코스 섬유의 도입은 종이 시트를 소수성으로 만들지 않음을 알 수 있다.
실시예 4 - 실시예 1-1의 종이 시트로 만든 필터 요소
실시예 1-1의 종이 시트로 만들어진 필터 요소가 제조된다. 이 필터 요소는 담뱃잎 막대에 결합되어 담배를 형성한다.
비교예 3-1의 종이 시트로 이루어진 필터 요소가 제조된다. 이 필터 요소는 담뱃잎 막대에 결합되어 담배를 형성한다.
두 개의 담배는 감각 전문가에 의해 테스트된다.
실시예 1-1의 종이 시트로 제조된 필터 요소는 우수한 여과 특성을 가지며 비교예 3-1의 종이 시트로 제조된 필터 요소에 비해 우수한 감각을 가진 연기를 생성한다. 특히 실시예 1-1의 종이 시트로 만들어진 필터 요소에 의해 생성된 연기는 덜 거칠고 건조한 맛을 가진다.

Claims (19)

  1. 셀룰로오스 섬유 및 소수성 섬유를 포함하는 종이 시트로서, 여기서 셀룰로오스 섬유는 종이 시트의 건조 물질의 10중량% 내지 90중량%에 해당하고, 소수성 섬유는 종이 시트의 건조 물질의 10중량% 내지 90중량%에 해당하고, 셀룰로오스 섬유 및 소수성 섬유는 종이 시트의 건조 물질의 적어도 50중량%에 해당하는 것인 종이 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    소수성 섬유는 종이 시트의 건조 물질의 적어도 30중량%에 해당하고, 셀룰로오스 섬유 및 소수성 섬유가 종이 시트의 건조 물질의 적어도 70중량%해 해당하는 종이 시트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    소수성 섬유 대 셀룰로오스 섬유의 중량비는 2:3 내지 3:2, 특히 2:1 내지 1:2, 더욱 특히 1:1인 종이 시트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소수성 섬유는 소수성 비스코스 섬유인 종이 시트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    소수성 비스코스 섬유는 비스코스 섬유 및 알킬 케텐 이량체, 알케닐 케텐 이량체, 알킬 숙신산 무수물, 알케닐 숙신산 무수물, 알킬 글루타르산 무수물, 알케닐 글루타르산 무수물, 알킬 이소시아네이트, 알케닐 이소시아네이트, 지방산 무수물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 소수성 물질의 결과 혼합물이고, 및 소수성 비스코스 섬유에서 소수성 물질의 함량은 비스코스 섬유를 기준으로 0.1중량% 내지 13중량%, 특히 비스코스 섬유를 기준으로 1중량% 내지 비스코스 섬유를 기준으로 7.5중량%인 종이 시트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    셀룰로오스 섬유가 정제되고 9°SR 내지 90°SR, 특히 10°SR 내지 40°SR, 더욱 특히 15°SR 내지 25°SR, 더욱 더 특히 15°SR의 SR도(Shopper-Riegler도)를 가진 종이 시트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    결합제를 더 포함하는 종이 시트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    결합제는 섬유의 형태를 가지고, 바람직하게는 폴리비닐 알코올 섬유, 폴리비닐 아세테이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 셀룰로오스 아세테이트 섬유, 나일론, 셀룰로오스 에스테르 섬유 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 종이 시트.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    70°보다 큰, 특히 75° 내지 140°, 더욱 특히 80° 내지 120°의 물 접촉각을 가지는 종이 시트.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    ISO 8787:1986에 따른 모세관 상승이 10mm/10분 미만, 특히 5mm/10분 미만, 더욱 특히 0.5mm/10분 미만인 종이 시트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평량이 15g.m-2 내지 60g.m-2, 특히 20g.m-2 내지 50g.m-2, 더욱 특히 25g.m-2 내지 40g.m-2인 종이 시트.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    첨가제를 추가로 포함하는 종이 시트.
  13. 필터 요소에서 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 정의된 종이 시트의 용도.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 정의된 종이 시트를 포함하는 필터 재료.
  15. 다음 단계를 포함하는, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 정의된 종이 시트를 제조하기 위한 제지 방법:
    a) 셀룰로오스 섬유, 소수성 섬유 및 물을 혼합하여 수성 슬러리를 얻는 단계;
    b) 경사 와이어 초지기 또는 편평 와이어 초지기에서 수성 슬러리를 습윤 종이로 형성하는 단계, 및
    c) 습윤 종이를 건조하여 종이 시트를 얻는 단계.
  16. 제 15 항에 있어서,
    단계 a) 전에, 셀룰로오스 섬유는 정제되어 9°SR 내지 90°SR, 특히 10°SR 내지 40°SR, 더욱 특히 15°SR의 SR도를 가지도록 정제되는, 제 6 항에 정의된 종이 시트를 제조하기 위한 제지 방법.
  17. 제 15 항 또는 16 항에 있어서,
    결합제는 단계 a) 동안 또는 단계 a)후에 수성 슬러리에 첨가되고, b) 단계 후 습윤 종이의 일면 또는 양면에 또는 단계 c) 후에 종이 시트에 적용되는 것인 제 7 항 또는 제 8 항에 정의된 종이 시트를 제조하기 위한 제지 방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 c) 동안, 습윤 종이는 60℃ 내지 175℃, 특히 70℃ 내지 150℃, 더욱 특히 80℃ 내지 130℃의 온도에서 건조되는 제지 방법.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 c) 이후에, 종이 시트는 또한 하기에 의해 성형되는 제지 방법.
    - 주름잡음(gathered);
    - 구부러짐(crimped);
    - 양각되고(embossed) 주름잡음;
    - 구부러지고, 양각되고, 주름잡음;
    - 구부러지고, 물결화되고(corrugated), 주름잡음; 또는
    - 양각되고, 물결화되고, 주름잡음.
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