KR20220090498A - 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 재활용된 셀룰로오스성 물질을 포함하는 결합제 조성물 및 방법 - Google Patents

마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 재활용된 셀룰로오스성 물질을 포함하는 결합제 조성물 및 방법 Download PDF

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데이빗 스쿠스
토마스 필립 라손
진 윤
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Abstract

재활용된 셀룰로오스-함유 물질, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물, 및 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함하는 시트 또는 보드를 제조하는 방법, 그로부터 제조된 보드, 패널 및 건축 제품, 여기서 시트 또는 보드는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해 증가된 탄성계수 및 파괴계수를 가짐.

Description

마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 재활용된 셀룰로오스성 물질을 포함하는 결합제 조성물 및 방법
배경
발명의 분야
본 발명은 재활용된 셀룰로오스-함유 물질, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물, 및 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함하는 보드(board) 또는 시트(sheet)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물 및 재활용된 셀룰로오스-함유 물질, 예컨대 재활용된 펄프(예를 들어 폐골판지), 또는 제지공장 손지(papermill broke) 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림 및 그의 조합을 포함하는 보드 및 시트를 제조하기 위한 그러한 결합제 조성물의 사용 방법, 및 그러한 재활용된 셀룰로오스-함유 물질 및 결합제 조성물로부터 제조된 물질 복합재, 보드, 패널, 시트 및 건축 제품에 관한 것이다.
그러한 방법으로부터 얻은 최종 제품은 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물 없이 제조된 최종 제품에 비해 개선된 탄성계수("MOE") 및 파괴계수("MOR")를 포함해서 더 좋은 물리적 특성을 가진다.
발명의 배경
중밀도 섬유판(MDF)은 해섬된 활엽수 및 침엽수 및 다른 성분 예컨대 왁스 및 수지로부터 제조된 공학적 목재 제품이다. MDF 보드는 많은 최종 응용에서,예를 들어, 가구 및 가구의 성분, 뿐만 아니라 내장 건축 재료의 제조에 이용되는 매우 흔한 복합 제품이다.
MDF 보드는 높은 온도 및 압력을 가함으로써 패널로 형성된다. MDF 보드는 합판보다 더 조밀하고 파티클 보드보다 더 강하고 더 조밀하다. 그러나, 절단될 때 MDF는 먼지 입자를 공기 중으로 방출하고 잠재적으로 기체상 포름알데히드를 방출하고, 이 기체상 포름알데히드는 MDF에서 섬유를 결합시키는 데 이용되는 수지에 대표적으로 사용된다. MDF 보드에 관한 환경적 우려는 그의 제조에 사용되는 결합제와 관련되고, 결합제는 언급한 바와 같이 대표적으로 포름알데히드를 함유한다. 포름알데히드는 수 년 동안 가스를 내고, 포름알데히드 누출을 방지하기 위해 MDF를 코팅하는 것은 그 문제를 가둬놓을 뿐이다. 쓰레기 매립지는 MDF 재료의 통상적 수거점이고; 따라서 오염물질이 수년 동안 MDF로부터 계속 침출될 수 있고, 잠재적으로 지하수를 오염시킨다.
다른 한편, 셀룰로오스 펄프 함유 물품 예컨대 폐골판지(OCC)의 재활용이 또한 환경적 과제로 부상하고 있다. 재활용된 셀룰로오스-함유 물질 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물로부터 형성가능한 보드 및 시트 물질을 제조하기 위해 "재활용된 셀룰로오스-함유 물질"이라고 총칭되는 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림으로부터 적합한 복합 재료가 생성될 수 있다면, 그러한 방법은 MDF 제품의 비용효과적 및 환경적으로 민감한 대체물을 달성할 수 있다.
마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 제조하는 선행 기술 방법은 리파이닝(refining), 밀링(milling), 고해(beating) 및 호모게나이징(homogenizing)에 의한 기계적 붕해, 및 예를 들어 압출기에 의한 리파이닝을 포함한다. 이들 기계적 조치는 예비적 단계로서 화학적 또는 효소화학적 처리에 의해 증진될 수 있다. 호모게나이제이션(homogenization), 증기 폭쇄(explosion), 가압-감압, 충격, 그라인딩, 초음파, 마이크로파 폭쇄, 밀링 및 이들의 조합을 포함하여 셀룰로오스성 섬유의 다양한 공지된 마이크로피브릴화 방법이 미국 특허 번호 6,602,994 B1에서 요약된다. WO 2007/001229는 셀룰로오스성 섬유를 MFC로 변화시키기 위해 효소 처리, 및 선택되는 방법으로서, 전이금속 존재 하에서의 산화를 개시한다. 산화 단계 후, 그 물질은 기계적 수단에 의해 붕해된다. 기계적 및 화학적 처리의 조합도 또한 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 화학물질의 예는 셀룰로오스 섬유를 화학적 반응을 통해 개질하는 것 또는 셀룰로오스 섬유를 예를 들어 섬유 상에/내에 화학물질의 그래프팅 또는 수착(sorption)을 통해 개질하는 것이다.
마이크로피브릴화된 셀룰로오스("MFC")를 생성하는 다양한 방법이 관련 분야에서 알려져 있다. 그라인딩 절차에 의해 생성되는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하는 일부 방법 및 조성물이 WO-A-2010/131016에서 기술된다. Husband, J. C., Svending, P., Skuse, D. R., Motsi, T., Likitalo, M., Coles, A., FiberLean Technologies Ltd., 2015, "Paper filler composition," PCT International Application No. WO-A-2010/131016. 그러한 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하는 종이 제품이 우수한 종이 특성, 예컨대 종이 파열 및 인장 강도를 나타낸다는 것을 보여주었다. WO-A-2010/131016에서 기술된 방법은 또한 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 경제적으로 생성하는 것을 가능하게 한다.
WO 2007/091942 A1은 먼저 화학적 펄프를 리파이닝하고, 그 다음에 하나 이상의 목재 분해 효소로 처리하고, 최종적으로 호모게나이징하여 MFC를 최종 제품으로서 생성하는 방법을 기술한다. 펄프의 점조도(consistency)가 바람직하게는 0.4 내지 10%임을 알려준다. 이점은 고압 유동기 또는 호모게나이저에서 막힘을 피한다는 것이라고 한다.
WO 2010/131016은 무기 입자상 물질과 함께 또는 무기 입자상 물질 없이 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 생성하기 위한 그라인딩 절차를 기술한다. 그러한 그라인딩 절차는 아래에서 기술한다. WO-A-2010/131016에서 나타낸 방법의 한 실시양태에서, 방법은 셀룰로오스 섬유의 기계적 붕해를 이용하여 마이크로피브릴화된 셀룰로오스("MFC")를 비용효과적으로 및 대규모로 생성하고, 셀룰로오스 전처리를 요구하지 않고, 이 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 이 방법의 실시양태는 교반형 매체 데트리터(detritor) 그라인딩 기술을 이용하고, 이것은 그라인딩 매체 비드를 휘저음으로써 섬유를 MFC로 붕해한다. 이 방법에서, 광물 예컨대 탄산칼슘 또는 카올린이 그라인딩 보조제로서 첨가되어 요구되는 에너지를 크게 감소시킨다. Husband, J. C., Svending, P., Skuse, D. R., Motsi, T., Likitalo, M., Coles, A., FiberLean Technologies Ltd., 2015, "Paper filler composition," 미국 특허 US9127405B2.
교반형 매체 밀(mill)은 작은 그라인딩 매체 비드에 운동 에너지를 전달하는 회전 임펠러로 이루어지고, 작은 그라인딩 매체 비드는 전단력, 압축력 및 충격력의 조합을 통해 충전물을 그라인딩한다. 예를 들어 타워 밀, 스크리닝된 그라인딩 밀, 또는 교반형 매체 데트리터를 포함하는 다양한 그라인딩 장치가 본원에 개시된 방법에 의해 MFC를 생성하는 데 사용될 수 있다.
발명의 요약
본 명세서의 설명, 도면, 실시예 및 청구범위에 따르면, 본 발명자들은 재활용된 셀룰로오스-함유 물질, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물, 및 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함하는 보드 및 시트의 제조 방법, 뿐만 아니라 다양한 보드, 패널 및 건축 제품에서 보드 및 시트의 용도를 발견하였다.
본 발명은 재활용된 셀룰로오스-함유 물질에 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질(때때로 본원에서는 "광물"이라고 부름)을 포함하는 결합제 조성물의 사용에 기초하여, 보드 및 시트를 포함하는 최종 제품의 궁극적 생성을 위해 상기 재활용된 셀룰로오스-함유 물질로부터 보드 및 시트를 제조한다. 그러한 최종 제품은 예를 들어, 데스크, 저장 유닛, 벽장 유닛, 모듈형 가구 유닛, 소파, 의자, 리클라이너 및 많은 다른 가구 품목을 포함하는 가구 및 가구 구성요소을 포함한다. 다른 잠재적 최종 용도 응용은 예를 들어 천장 타일, 벽 보드 및 단열 보드를 포함하는 내장 건축 재료를 포함한다.
본 발명의 대안적 측면은 재활용된 셀룰로오스-함유 물질에 무기 입자상 물질(때때로 본원에서는 "광물"이라고 부름) 없이 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하는 결합제 조성물의 사용에 기초하여, 그러한 보드 및 시트를 포함하는 최종 제품의 궁극적 생성을 위해 그러한 재활용된 셀룰로오스-함유 물질로부터 보드 및 시트를 제조한다. 그러한 최종 제품은 예를 들어, 데스크, 저장 유닛, 벽장 유닛, 모듈형 가구 유닛, 소파, 의자, 리클라이너 및 많은 다른 가구 품목을 포함하는 가구 및 가구 구성요소을 포함한다. 다른 잠재적 최종 용도 응용은 예를 들어 천장 타일, 벽 보드 및 단열 보드를 포함하는 내장 건축 재료를 포함한다.
본 방법의 이점은 그 자체가 그의 유효 수명 종료 시에 재활용될 수 있는 재활용된 셀룰로오스-함유 물질로부터 보드 및 시트를 생성하고, 이렇게 함으로써 본 발명의 보드 및 시트로부터 제조된 물품에 순환 수명 주기를 제공하는 것이다. 쓰레기 매립지 단독에 미치는 영향은 막대할 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 재활용된 셀룰로오스-함유 물질은 결합제 조성물에 사용되는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 생성에 사용될 수 있고, 이렇게 함으로써 재활용된 셀룰로오스-함유 물질 활용 및 또한 재활용될 수 있는 최종 용도 제품 생성이라는 환경적 목적을 추가로 달성한다.
따라서, 본 발명의 방법에 의해 생성되는 보드 및 시트에 사용되는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 재활용된 셀룰로오스-함유 물질로부터 또는 예를 들어 재활용된 셀룰로오스-함유 물질을 포함하는 버진 펄프로부터 생성될 수 있다. 어느 경우이든, 최종 제품은 완전히 재활용가능한 방식으로 생성될 수 있다.
추가의 한 측면에서, 결합제 조성물은 제조되어, 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림을 포함하는 재활용된 셀룰로오스-함유 물질에 사용될 수 있고, 이것은 추후 최종 용도 응용을 위한 보드 또는 시트로 가공된다. 가공은 예를 들어 압축 몰딩 및 프레스 포밍(press forming)을 포함할 수 있다.
본 개시물의 또 다른 측면에서, 바람직한 최종 용도 응용은 셀룰로오스-함유 보드, 시트 및 건축 제품의 제조이다. 이것들은 가구 및 가구 구성요소 뿐만 아니라 다양한 유형의 건축 제품, 예컨대 천장 타일, 벽 보드 및 단열 보드의 제작을 포함한다.
본 개시물의 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서는, 보드 및 시트를 압출 몰딩을 사용하여 구조적 구성요소의 형상으로 형성될 수 있다. 구조적 구성요소는 가구에 또는 사무용 구조물에 사용될 수 있다. 구조적 구성요소의 예는 소파, 의자, 또는 리클라이너를 위한 프레임의 부분을 포함하고, 한편 사무용 구조물의 예는 큐비클 벽 또는 게시판을 포함한다. 다른 예는 이 설명 다음에 뒤따르는 청구범위 및 실시예에서 확인된다.
본 개시물의 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 관련 분야에 알려진 방식으로, 예컨대 기계적 방법, 예컨대 리파이닝, 호모게나이징, 그라인딩, 해섬(defibrating)에 의해, 또는 임의로 다른 화학적 또는 효소적 수단을 이용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은
(a) 재활용된 셀룰로오스-함유 물질의 제1 수성 슬러리를 제공하거나 또는 얻고, 여기서 수성 슬러리가 0.1 wt.% 내지 10 wt.%의 점조도로 붕해되는 것인 단계;
(b) 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질의 제2 수성 슬러리를 제공하거나 또는 얻고, 여기서 하나 이상의 무기 입자상 물질 대 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 비가 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5이고, 여기서 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 버진 펄프 또는 재활용된 셀룰로오스-함유 물질로부터 얻는 것인 단계;
(c) 재활용된 셀룰로오스-함유 물질의 제1 수성 슬러리 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질의 제2 수성 슬러리를 0.1 내지 25 wt.%의 점조도로 혼합하고, 임의의 임의적 첨가제를 첨가하고, 여기서 혼합물이 0.5 wt.% 내지 25 wt.% 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 것인 단계;
(d) 단계 (c)의 혼합물을 적합한 크기의 몰드 또는 포머(former)에 펌핑하고, 몰드 또는 포머가 임의로 프레스를 포함하는 것인 단계;
(e) 보드 또는 시트를 배수하고/거나 프레싱하고 건조하고, 여기서 보드 또는 시트가 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드 또는 시트에 비해서 증가된 탄성계수 및 파괴계수를 가지는 것인 단계
를 포함하는, 재활용된 셀룰로오스-함유 물질, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물, 및 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함하는 보드 또는 시트를 제조하는 방법이다.
본 발명의 추가의 한 측면은
(a) 폐골판지의 제1 수성 슬러리를 제공하거나 또는 얻고, 여기서 수성 슬러리가 0.1 wt.% 내지 10 wt.%의 점조도로 붕해되는 것인 단계;
(b) 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질의 제2 수성 슬러리를 제공하거나 또는 얻고, 여기서 하나 이상의 무기 입자상 물질 대 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 비가 약 99.5:0.5 내지 약 0.5: 99.5이고, 여기서 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 버진 펄프 또는 재활용된 셀룰로오스-함유 물질로부터 얻은 것인 단계;
(c) 재활용된 셀룰로오스-함유 물질의 제1 수성 슬러리 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질의 제2 수성 슬러리를 0.1 내지 25 wt.%의 점조도로 혼합하고, 임의의 임의적 첨가제를 첨가하고, 여기서 혼합물이 0.5 wt.% 내지 25 wt.% 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 것인 단계;
(d) 단계 (c)의 혼합물을 적합한 크기의 몰드 또는 포머에 펌핑하고, 몰드 또는 포머가 임의로 프레스를 포함하는 것인 단계;
(e) 보드를 배수하고/거나 프레싱하고 건조하고, 여기서 보드가 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해서 증가된 탄성계수 및 파괴계수를 가지는 것인 단계
를 포함하는, 재활용된 셀룰로오스-함유 물질, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물 및 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함하는 보드 또는 시트를 제조하는 방법이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 재활용된 셀룰로오스-함유 물질은 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림, 또는 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 재활용된 셀룰로오스-함유 물질은 폐골판지이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 제1 수성 슬러리는 약 1, 2, 3 또는 4 wt.%의 점조도로 붕해된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 단계 (c)의 혼합물은 약 0.5 wt.%, 약 1 wt.%, 약 2 wt.%, 약 3 wt.%, 약 4 wt.%, 약 5 wt.%, 약 6 wt.%, 약 7 wt.%, 약 8 wt.%, 약 9 wt.%, 약 10 wt.%, 약 11 wt.%, 약 12 wt.%, 약 13 wt.%, 약 14 wt.%, 약 15 wt.%, 약 16 wt.%, 약 17 wt.%, 약 18 wt.%, 약 19 wt.%, 약 20 wt.%, 약 21 wt.%, 약 22 wt.%, 약 23 wt.%, 약 24 wt.%, 또는 약 25 wt.%의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함한다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 스톡(stock)의 건조 고형물 톤당 건조 기준으로 5-100 kg, 바람직하게는 10-80 kg, 더 바람직하게는 15-70 kg 및 가장 바람직하게는 15-50 kg의 양으로 첨가된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 첨가제는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스, 하나 이상의 무기 입자상 물질 및 강도 첨가제의 예비 혼합물이고, 이것은 제지 기계의 걸쭉한 스톡 유동에 2 - 6 중량 %, 더 바람직하게는 3 - 5 중량 %의 점조도로 첨가된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 붕해는 붕해기, 리파이닝기 또는 펄퍼(pulper)에서 또는 관련 분야에 알려진 다른 대등한 수단에 의해 수행될 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 붕해는 재활용된 셀룰로오스-함유 물질의 CSF가 약 20-700 CSF일 때까지 수행된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 붕해는 슬러리를 디플레이커(deflaker)에서 처리하는 것을 추가로 포함한다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 하나 이상의 무기 입자상 물질 대 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 비는 약 80:20 내지 약 50:50이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 하나 이상의 무기 입자상 물질 대 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 비는 약 80:20, 약 85:15, 또는 약 90:10, 또는 약 91:9, 또는 약 92:8, 또는 약 93:7, 또는 약 94:6, 또는 약 95:5, 또는 약 96:4, 또는 약 97:3, 또는 약 98:2, 또는 약 99:1, 또는 약 50:50이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 동시그라인딩되는 혼합물에서 무기 입자상 물질 및 셀룰로오스 펄프의 양은 무기 입자상 물질의 건조 중량 및 펄프 중의 건조 섬유의 양에 기초해서 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비로 다양할 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 조성물은 너무 커서 150 μm의 공칭 애퍼처 크기, 예를 들어 125 μm, 106 μm, 또는 90 μm, 또는 74 μm, 또는 63 μm, 또는 53 μm, 45 μm, 또는 38 μm의 공칭 애퍼처 크기를 가지는 BSS 체(BS 1796에 따름)를 통과할 수 없는 섬유를 포함하지 않는다. 한 실시양태에서, 수성 현탁액은 125 μm의 공칭 애퍼처를 가지는 BSS 체를 사용하여 스크리닝된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 및 다른 임의적 첨가제의 수성 슬러리 및 현탁액은 분산제, 살생물제, 현탁 보조제, 염(들) 및 다른 첨가제, 예를 들어, 전분 또는 카르복시메틸셀룰로오스 또는 중합체를 포함할 수 있고, 이들은 그라인딩 동안에 또는 후에 광물 입자 및 섬유의 상호작용을 용이하게 할 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 강화제 예컨대 고착 또는 양쪽성 전분, 키틴, 구아 검, 카르복시메틸 셀룰로오스, 및 그의 임의의 혼합물이 임의로 이용될 수 있다. 전형적인 강화제는 습식 엔드(Wet end) 감자 전분(Chemigate사로부터 상업적으로 입수가능함, 제품명 Raisamyl™ 50021)을 포함한다. 다양한 양이온성 쿡업(cook-up) 전분, 예를 들어, Solam으로부터의 전분, 예컨대 감자를 기재로 하는 SOLBOND PC™, 완두콩을 기재로 하는 SOLBOND LC™, 밀을 기재로 하는 SOLBOND WC™, 감자 및 밀을 기재로 하는 SOLBOND PWC™, 감자 및 완두콩을 기재로 하는 SOLBOND SBC™, 및 찬물에 용해가능한 양이온성 전분 SOLBOND N™을 포함하는 SOLBOND™이 관련 분야에 알려져 있다. 이용될 수 있는 다른 전분은 Maize Stach BP(비개질된 네이티브(native) 전분) 및 Pearl Dent Unmodified Starch을 포함한다. 관련 분야에 알려진 또 다른 형태의 양이온성 전분은 SMS Corporation으로부터 입수가능한 Excelcat 300™ 양이온성 전분이다. 관련 분야에 알려진 음이온성 전분은 Anchor™ LR Acid Modified Corn Starch이다.
관련 분야에 알려진 고착제는 CATIOFAST™ (159, 160, BP Liquid), FP, GM, PR 8154S, SF, VFH, VLH, VLW, VMP 및 VSH를 포함하고, 이것은 BTC Chemical Distribution으로부터 입수가능하다.
강도 첨가제는 종이 강도 예컨대 강도 압축 강도, 파열 강도 및 인장 파괴 강도를 개선하는 화학물질이다. 강도 첨가제는 섬유의 결합제로서 작용하고, 따라서 또한 섬유 간의 상호연결을 증가시킨다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 강화제, 예를 들어, 양이온성 폴리아크릴아미드(C-PAM), 글리옥살화된 폴리아크릴아미드(G-PAM), 양쪽성 폴리아크릴아미드, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(폴리-DADMAC), 폴리아크릴릭 아미드(PAAE), 폴리비닐 아민(PVAm), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리에틸렌이민(PEI) 또는 이들 중합체 중 둘 이상의 혼합물로부터 선택되는 하나 이상의 합성 중합체가 임의로 이용될 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 합성 중합체는 메타크릴아미드 또는 아크릴아미드 및 적어도 하나의 양이온성 단량체의 공중합체일 수 있다. 전형적인 합성 강화제는 Fb 46 (Kemira사로부터 상업적으로 입수가능함, 제품명 Fennobond™ 46 (양이온성 폴리아크릴아미드 기재 수지))이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 첨가제는 중간 분자량 또는 낮은 분자량 양이온성, 음이온성, 쯔비터이온성 또는 양쪽성 응고제일 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 100,000-20,000,000 g/mol, 대표적으로 300,000-8,000,000 g/mol, 더 대표적으로 300,000-1,500,000 g/mol 범위의 평균 분자량을 가지는 합성 강화 보조제가 임의로 이용될 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 강화제는 스톡의 건조 고형물 톤당 건조 기준으로 5-100 kg, 바람직하게는 10-80 kg, 더 바람직하게는 15-70 kg 및 가장 바람직하게는 15-50 kg의 양으로 첨가된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 양이온성 보류 중합체는 4,000,000-18,000,000 Da, 바람직하게는 4,000,000-12,000,000 Da, 더 바람직하게는 7,000,000-10,000,000 Da의 평균 분자량을 가지고/거나 0.2-2.5 meq/g, 바람직하게는 0.5-1.5 meq/g, 더 바람직하게는 0.7-1.2 meq/g의 전하 밀도를 가지는 양이온성 폴리아크릴아미드이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 무기 입자상 물질은 입자의 적어도 약 10 중량%, 예를 들어 적어도 약 20 중량%, 예를 들어 적어도 약 30 중량%, 예를 들어 적어도 약 40 중량%, 예를 들어 적어도 약 50 중량%, 예를 들어 적어도 약 60 중량%, 예를 들어 적어도 약 70 중량%, 예를 들어 적어도 약 80 중량%, 예를 들어 적어도 약 90 중량%, 예를 들어 적어도 약 95 중량%, 또는 예를 들어 약 100 %가 2 μm 미만의 등가 구면 직경(e.s.d.)을 가지도록 하는 입자 크기 분포를 가질 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 첨가제는 미세입자, 예를 들어 벤토나이트(Kemira사로부터 상업적으로 입수가능함, 제품명 Altonit™ SF), Silica (Kemira사로부터 상업적으로 입수가능함, 제품명 Fennosil™ 517)일 수 있다. 관련 분야에 알려진 다른 벤토나이트는 BTC Chemical Distribution으로부터 입수가능한 CEDOSORB™(E43, M18, M2 및 VR1), 뿐만 아니라 또한 BTC Chemical Distribution으로부터 입수가능한 HYDROCOL™(BU, HBB, OC, OM2, OM@LS, OM6, OM6LS, ACK 및 SH)을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "미세입자"는 나노-크기 또는 마이크로-크기의 고체 수불용성 무기 입자를 포함한다. 콜로이드성 미세입자의 대표적인 평균 입자 직경은 10-6　mm 내지 10-3　mm이다.
미세입자는 무기 콜로이드성 미세입자를 포함한다. 바람직하게는 무기 콜로이드성 미세입자는 실리카 기재 미세입자, 천연 실리케이트 미세입자, 합성 실리케이트 미세입자, 또는 그의 혼합물을 포함한다. 대표적인 천연 실리케이트 미세입자는 예를 들어 벤토나이트, 헥토라이트, 베르미쿨라이트, 베이델라이트, 사포나이트 및 사우코나이트이다. 대표적인 합성 실리케이트 미세입자는 예를 들어 퓸드(fumed) 또는 합금된 실리카, 실리카 겔 및 합성 금속 실리케이트, 예컨대 Mg 및 Al 유형의 실리케이트이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 미세입자는 실리카 기재 미세입자, 천연 실리케이트 미세입자, 예컨대 벤토나이트 또는 헥토라이트, 합성 실리케이트 미세입자, 또는 그의 혼합물이다. 또 다른 실시양태에서, 미세입자는 실리카 기재 미세입자 또는 벤토나이트이다. 대표적으로 실리카 기재 미세입자는 스톡의 건조 고형물 톤당 건조 기준으로 0.1-4 kg, 바람직하게는 0.2-2 kg, 더 바람직하게는 0.3-1.5 kg, 훨씬 더 바람직하게는 0.33-1.5 kg, 훨씬 더 바람직하게는 0.33-1 kg, 가장 바람직하게는 0.33 - 0.8 kg의 양으로 첨가된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 실리카 기재 미세입자는 스톡의 건조 고형물 톤당 건조 기준으로 적어도 0.33 kg, 바람직하게는 0.33-4 kg, 더 바람직하게는 0.33-2 kg, 및 가장 바람직하게는 0.33-1.5 kg의 양으로 첨가된다.
전형적으로 천연 또는 합성 실리케이트 기재 미세입자는 스톡의 건조 고형물 톤당 건조 기준으로 0.1-10 kg, 바람직하게는 1-8 kg, 더 바람직하게는 2-5 kg의 양으로 첨가된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 무기 입자상 물질은 입자의 적어도 약 10 부피 %, 예를 들어 적어도 약 20 부피 %, 예를 들어 적어도 약 30 부피 %, 예를 들어 적어도 약 40 부피 %, 예를 들어 적어도 약 50 부피 %, 예를 들어 적어도 약 60 부피 %, 예를 들어 적어도 약 70 부피 %, 예를 들어 적어도 약 80 부피 %, 예를 들어 적어도 약 90 부피 %, 예를 들어 적어도 약 95 부피 %, 또는 예를 들어 약 100 부피 %가 2 μm 미만의 등가 구면 직경 (e.s.d.)을 가지도록 하는 Malvern Mastersizer S 기계에 의해 측정되는 입자 크기 분포를 가질 수 있다,
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 레이저 빛 산란은 Malvern Insitec 장치로 수행될 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 무기 입자상 물질은 알칼리토 금속 탄산염, 예를 들어, 탄산칼슘이다. 무기 입자상 물질은 중질 탄산칼슘(GCC) 또는 침강성 탄산칼슘(PCC), 또는 GCC 및 PCC의 혼합물일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 무기 입자상 물질은 천연 판상 광물, 예를 들어 카올린이다. 무기 입자상 물질은 카올린 및 탄산칼슘의 혼합물, 예를 들어 카올린 및 GCC의 혼합물, 또는 카올린 및 PCC의 혼합물 또는 카올린, GCC 및 PCC의 혼합물일 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 적어도 하나 이상의 무기 입자상 물질은 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 할로이사이트, 볼 클레이, 메타카올린, 완전 소성 카올린, 활석, 운모, 펄라이트, 규조토, 수산화마그네슘, 알루미늄 삼수화물, 또는 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 본 발명의 측면에서, 적어도 하나의 무기 입자상 물질의 일부 또는 전부가 단계 (a)의 재활용된 셀룰로오스-함유 물질과 함께 첨가된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 수성 현탁액은 물의 적어도 일부 또는 실질적으로 전부를 제거하도록 처리되어 부분 건조된 또는 본질적으로 완전 건조된 생성물을 형성한다. 예를 들어, 수성 현탁액 중의 물의 적어도 약 10 부피 %가 수성 현탁액으로부터 제거될 수 있고, 예를 들어, 적어도 약 20 부피 %, 또는 적어도 약 30 부피 %, 또는 적어도 약 40 부피 %, 또는 적어도 약 50 부피 %, 또는 적어도 약 60 부피 %, 또는 적어도 약 70 부피 % 또는 적어도 약 80 부피 % 또는 적어도 약 90 부피 %, 또는 적어도 약 100 부피 %가 제거될 수 있다. 예를 들어 프레싱과 함께 또는 프레싱 없이 중력 또는 진공-보조 배수, 또는 증발, 또는 여과, 또는 이들 기술의 조합을 포함하는 임의의 적합한 기술이 수성 현탁액으로부터 물을 제거하는 데 사용될 수 있다. 부분 건조된 또는 본질적으로 완전 건조된 생성물은 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 및 건조 전에 수성 현탁액에 첨가되었을 수 있는 임의의 다른 임의적 첨가제를 포함할 것이다. 부분 건조된 또는 본질적으로 완전 건조된 생성물은 임의로 재수화되어 본원에서 기술된 바와 같이 보드 또는 시트 조성물 및 다른 종이 제품에 혼입될 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 부분 건조된 또는 본질적으로 완전 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질은 미국 특허 번호 10,435,482에 따라서 제조될 수 있고, 이 특허의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질, 및 임의적 첨가제의 수성 현탁액은 본원에서의 절차에 의해 제조될 수 있고, 그 다음에 예를 들어 벨트 프레스, 또는 고압 자동 벨트 프레스, 또는 원심분리, 튜브 프레스, 스크류 프레스 또는 회전 프레스에 의한 탈수를 포함하는 하나의 또는 수단에 의해 탈수되어 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 및 임의적 첨가제의 탈수된 조성물을 생성할 수 있고, 그 다음에 탈수된 조성물은 유동층 건조기, 마이크로파 또는 무선 주파수 건조기, 또는 핫 스웨프트 밀(hot swept mill) 또는 건조기, 셀 밀(cell mill) 또는 멀티로터 셀 밀 또는 냉동 건조 중 하나 이상에 의해 건조되어 건조된 또는 부분 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 조성물 및 임의적 첨가제를 생성하고, 이것은 다음에 관련 분야에 알려진 수단에 의해 재분산될 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서는, 미세입자가 스톡의 탈수 특성을 개선하는 데 사용될 수 있다. 미세입자의 기능은 고분자전해질 브릿지(bridge)로부터의 물 방출을 포함하여 그것들이 수축하게 하고 상이한 섬유 또는 미세한 입자 상에 흡착된 거대분자를 포함하는 브릿지에서 링크(link)로서 기능하는 것으로 보인다. 이들 효과는 물이 섬유 둘레로 유동하도록 더 유선형인 경로를 생성한다. 미세입자가 초회 통과 보류를 증진시키는 경향은 초기 탈수 속도에 대해 긍정적인 효과를 가지는 경향이 있을 것이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 건조된 또는 부분 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 조성물 및 임의적 첨가제 조성물은 WO 2018/193314에 나타낸 절차에 따라서 재분산될 수 있고, 이 문헌은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 탈수된, 부분 건조된 또는 본질적으로 완전 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 조성물 및 임의적 첨가제를 재분산하는 것은 어느 양의 적합한 분산 액체를 적어도 제1 및 제2 유입구 및 유출구를 가지는 탱크에 첨가하고, 여기서 탱크는 추가로 혼합기 및 유출구에 부착된 펌프를 포함하고; (b) 어느 양의 탈수된, 부분 건조된 또는 본질적으로 완전 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 탱크에 제1 유입구를 통해 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 조성물 및 임의적 첨가제의 액체 조성물을 0.5 내지 5% 섬유 고형물의 요망되는 고형물 농도로 생성하기에 충분한 양으로 첨가하고; 탱크에서 분산 액체 및 탈수된, 부분 건조된 또는 본질적으로 완전 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 혼합기로 혼합하여 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 부분적으로 탈응집하고 재분산하여 유동가능한 슬러리를 형성하고; 유동가능한 슬러리를 펌프로 유동 셀(cell)의 유입구에 펌핑하고, 여기서 유동 셀은 재순환 루프 및 직렬의 하나 이상의 음파분해 프로브(probe) 및 적어도 제1 및 제2 유출구를 포함하고, 여기서 유동 셀의 제2 유출구는 탱크의 제2 유입구에 연결되고, 이렇게 함으로써 슬러리에 요망되는 시간 동안 및/또는 총 에너지를 위해 초음파 에너지를 연속적으로 가하는 것을 제공하는 연속 재순환 루프를 제공하고, 여기서 유동 셀은 재순환되는 슬러리의 배압을 생성하기 위해 제2 유출구에 조정가능한 밸브를 포함하고, 추가로 여기서 단계 (c)의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하는 액체 조성물은 재순환 루프를 통해 0 내지 4 bar의 작동 압력 및 20 ℃ 내지 50 ℃의 온도에서 연속적으로 재순환되고; (e) 슬러리에 200 내지 10,000 kWh/t의 초음파 에너지 투입을 연속적으로 음파분해 프로브에 의해 19 내지 100 kHz의 주파수 범위 및 60 % 이하, 100% 이하 또는 200% 이하의 진폭으로 사용되는 음파분해기의 물리적 한계까지 1 내지 120 분 동안 가하고; (f) 증진된 인장 강도 및/또는 점도 특성을 갖는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하는 재분산된 현탁액을 유동 셀의 제1 유출구로부터 적합한 보유 용기에 수집하는 것을 포함한다.
본 발명의 추가의 측면에서, 보드 또는 시트는 압축 몰딩을 사용하여 구조적 구성요소의 형상으로 형성되고; 여기서 구조적 구성요소는 가구에서 또는 사무용 구조물에 사용된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 구조적 구성요소는 소파, 의자, 또는 리클라이너의 프레임의 부분이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 구조적 구성요소는 데스크, 저장 유닛, 벽장 유닛 또는 모듈형 가구 유닛의 부분이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 체결구를 수용하는 개선된 강도를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 천장 타일, 벽 보드 또는 단열 보드이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 다겹 건축재 또는 적층 보드 또는 시트일 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 하나 이상의 첨가제를 사용하여 제조된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 첨가제는 보류 조제, 배수 조제, 지합 조제, 사이징 조제 또는 레벨링항샹제이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보류 조제는 중고 전하 밀도, 매우 높은 분자량, 양이온성 중합체(예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 Solenis로부터 입수가능한 PerForm™ PC930)로부터 선택된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 지합 조제는 음이온성 또는 비이온성 분산제(예를 들어, 폴리에틸렌 옥사이드, 음이온성 폴리아크릴아미드로부터 선택된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 사이징 조제는 종이 사이징제(표면 사이징을 위한 변성 전분 또는 다른 히드로콜로이드; 내부 사이징을 위한 알킬 숙신산 무수물, 알킬 케텐 이량체 및 로진)으로부터 선택된다. 관련 분야에 알려진 사이징제의 예는 SAB™ (18 및 18/50, 이것은 각각 폴리알루미늄 클로라이드(PAC), pH 중성 종이 사이징 및 폴리알루미늄 클로라이드(PAC), pH 산성 종이 사이징이고, ADITYA BIRLA Chemicals로부터 입수가능하다. 다른 입수가능한 사이징제는 BASOPLAST™(250D, 270D, 285S, 420G, 450G, 88 Conc., 및 90 Conc.)를 포함하고, 이들은 BASF로부터 입수가능하다. 또한 Kemira Oyj로부터 입수가능한 FENNOSIZE™ (AS, G, KD 및 RS) 및 Solenis(미국 델라웨어주 윌밍턴 소재)로부터 입수가능한 HERCON™ WI 155가 입수가능하다.
관련 분야에 알려진 다른 첨가제는 상표명 FENNOPOL™ 8635로 판매되는 음이온성 폴리아크릴아미드의 마이크로폴리머, Kemira Oyj로부터 FENNOTECH™로 입수가능한 탈기제 및 소포제, 및 Kemira Oyj로부터 입수가능한 FennoPol™(양이온성 폴리아크릴아미드), FennoSil™(음이온성 마이크로 또는 선형 폴리머아크릴아미드), FennoLite™(벤토나이트) 및 FennoSil™(실리카 졸) 기술)을 포함하는 다성분 보류 시스템이다.
최종적으로, 일부 추가의 첨가제는 Akzo Nobel로부터 LEVASIL™ RD2180으로서 입수가능한 콜로이드성 실리카 및 Nalco로부터 NALCO™ 74528로서 입수가능한 응고제를 포함할 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 시트 또는 보드는 레벨링 조제를 포함할 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 하나 이상의 첨가제를 사용하여 제조된 발포체이다. 전형적인 첨가제는 팽창 펄라이트이다. 추가의 작용제 첨가제는 발포제, 예컨대 라우릴황산나트륨 또는 베이킹 파우더이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해서 적어도 5%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 5%의 증가된 파괴계수를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해서 적어도 10%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 10%의 증가된 파괴계수를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해서 적어도 15%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 15%의 증가된 파괴계수를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해서 적어도 20%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 20%의 증가된 파괴계수를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해서 적어도 25%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 25%의 증가된 파괴계수를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해서 적어도 30%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 30%의 증가된 파괴계수를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도(steepness)를 가진다. 또 다른 실시양태에서, 섬유 경사도 범위는 약 25 내지 약 45이다. 추가의 실시양태에서, 섬유 경사도 범위는 약 30 내지 약 40이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는두께 또는 1 내지 25 mm를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 두께 또는 2 내지 5 mm를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 두께 또는 3 내지 4 mm를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 두께 또는 5 내지 10 mm를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 두께 또는 10 내지 15 mm를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 보드 또는 시트는 두께 또는 20 내지 25 mm를 가진다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 첨가제는 전분 또는 카르복시메틸셀룰로오스이다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 첨가제는 로진이다.
도면의 간단한 설명
본원에서 개시된 원리 및 그의 이점의 더 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 함께 다루는 다음 설명을 참고한다:
도 1a 및 1b는 시간에 따른 여액 질량 변화의 플롯(도 1a) 및 시간에 따른 보드의 물 부하 변화의 플롯(도 1b)이다.
도 2a-c. 도 2는 100 bar에서 피스톤 프레싱되는 보드의 광학 이미지를 제시한다; (도 2a) 필터 천쪽, (도 2b) 피스톤쪽, 및 (도 3c) 단면.
도 3a-d는 5 개 프레싱 압력에서 100% OCC 펄프로부터 제조된 보드의 초기 배수 속도(도 3a), 정규화된 배수 시간(도 3b), 수분 함량(도 3c) 및 밀도(도 3D)를 묘사하는 엄선된 그래프이다.
도 4는 MOR 대 보드 밀도의 플롯이다. 점선은 시각적 안내를 위한 선형 적합 곡선이다.
도 5a-d는 초기 배수 속도(도 5a), 정규화된 배수 시간(도 5b), 수분 함량(도 5c) 및 건조 속도 상수(도 5d)에 대한 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 도즈(dose)의 효과의 플롯이다.
도 6a-d는 MOE(도 6a), MOR(도 6b), 물 흡수(도 6c) 및 두께 팽창(도 6d)에 대한 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 도즈의 효과의 플롯이다.
도 7은 MOR 대 보드 밀도의 플롯이다. 점선은 시각적 안내를 위한 선형 적합 곡선이다.
도 8은 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 명명된 광물의 다양한 조합의 MP 단위의 MOR 값의 플롯이다.
도 9는 실시예 2에서 샘플의 생성 조건 및 실험실 시험 결과의 요약이다.
발명의 상세한 설명
본원에서 제공되는 발명의 명칭, 표제 및 부제는 본 개시물의 다양한 측면을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 따라서, 아래에서 정의된 용어는 명세서 그 전체를 참고하여 더 충분히 정의된다. 본원에서 인용되는 모든 참고문헌은 그 전체가 참고로 포함된다.
본 발명은 시트 또는 보드에서 결합제 조성물로서 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 시트 또는 보드의 제조에 관한 것이고, 여기서 그러한 보드는 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림으로부터 제조되고, 임의로 여기서 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 또한 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림으로부터 제조될 수 있다. 본 발명은 추가로 가구 및 가구의 성분을 포함하는 보드 제품 제조에서 전술한 시트 또는 보드의 용도에 관한 것이고, 여기서 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질의 결합제 조성물은 그러한 시트 또는 보드로부터 제조된 복합 재료의 밀도 및/또는 보드 강도를 개선한다.
다르게 정의되지 않으면, 본원에서 사용되는 과학 및 기술 용어는 관련 분야의 통상의 기술을 가진 자가 공통적으로 이해하는 의미를 가질 것이다. 추가로, 문맥에 의해 다르게 요구되지 않으면, 단수 용어는 복수를 포함할 것이고, 복수 용어는 단수를 포함할 것이다.
본 출원에서, "또는"의 사용은 다르게 진술되지 않으면 "및/또는"을 의미한다. 다수의 종속항의 맥락에서, "또는"의 사용은 하나 초과의 앞선 독립항 또는 종속항을 택일적으로만 인용한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the" 및 임의의 단어의 임의의 단수 사용은 하나의 지시대상으로 분명히 및 명백히 제한되지 않으면 복수의 지시대상을 포함한다는 것을 추가로 주목한다.
본 발명은 다음 정의와 관련해서 가장 명료하게 이해된다.
용어 "약"은 본원에서 대략, 의 영역에서, 거의 또는 쯤을 의미하는 데 사용된다. 용어 "약"이 수치 범위와 함께 사용될 때, 그것은 나타낸 수치 값 위 및 아래로 경계를 연장함으로써 그 범위를 변형한다. 일반적으로, 용어 "약"은 본원에서 진술된 값 위 및 아래로 10%의 변동량으로 수치 값을 변형하는 데 사용된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는"(comprising) (및 포함하는(comprising)의 임의의 형태, 예컨대 "포함한다"(comprise), "포함한다"(comprises), 및 "포함되는"(comprised)), "가지는"(having) (및 가지는(having)의 임의의 형태, 예컨대 "가진다"(have) 및 "가진다"(has)), "포함하는"(including) (및 포함하는(including)의 임의의 형태, 예컨대 "포함한다"(includes) 및 "포함한다"(include)), 또는 "함유하는"(containing) (및 함유하는(containing)의 임의의 형태, 예컨대 "함유한다"(contains) 및 "함유한다"(contain))는 포괄적이거나 또는 개방형이고, 추가의 나열되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 추가로, 용어 "포함하는"(comprising)과 함께 사용되는 용어는 또한 용어 "로 이루어지는" 또는 "로 본질적으로 이루어지는"과 함께 사용될 수 있다는 것을 이해한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함한다"(include) 및 그의 문법적 변형이 비제한적임을 의도하고, 이렇게 해서 한 목록에 항목의 나열은 대체될 수 있거나 또는 목록에 언급된 항목에 첨가될 수 있는 다른 유사한 항목을 제외하지 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 어구 "X 내지 Y의 정수"는 끝점을 포함하는 임의의 정수를 의미한다. 예를 들어, 어구 "1 내지 5의 정수"는 1, 2, 3, 4, 또는 5를 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "생분해성"은 자연에서 발견되는 물 및/또는 효소에 의해 시간에 따라 분해될 수 있고 환경에 유해한 영향을 주지 않는 조성물을 지칭한다. 본 개시물의 조성물은 ASTM D6868-11 "Standard Specification for Labeling of End Items that Incorporate Plastics and Polymers as Coatings or Additives"(ASTM International, West Conshohocken, PA.)의 요건을 충족시키는 특성을 나타낸다. 대안으로, 본 개시물의 조성물은 ASTM D6400-04--" Specification for Compostable Plastics"(ASTM International, West Conshohocken, PA.)의 요건을 충족시키는 특성을 나타낸다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "강화제"는 생분해성 조성물에 혼입될 때 강화제가 없는 조성물을 사용하여 형성되는 유사한 복합재가 나타내는 특징(들)과 비교해서 그로부터 형성되는 복합재의 특징(들) 중 하나 이상을 개선하는 물질을 기술한다. 이들 특징(들)은 최대 부하에서의 응력, 파단 응력, 파단 변형률, 모듈러스, 탄성계수, 파괴계수, 또는 인성을 제한 없이 포함할 수 있다.
용어 재활용된 셀룰로오스-함유 물질은 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림을 의미한다.
본 발명은 WO-A-2010/131016에서 기술된 방법 및 조성물의 개질, 예를 들어 개선과 관련되고, 이 문헌의 전체 내용이 본원에 참고로 포함된다.
WO-A-2010/131016은 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 물질을 임의로 그라인딩 매체 및 무기 입자상 물질 존재 하에서 예를 들어 그라인딩에 의해 마이크로피브릴화하는 것을 포함하는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 제조 방법을 개시한다. 종이에서 충전제로서, 예를 들어 통상적인 광물 충전제의 대체물 또는 부분 대체물로서 사용될 때, 상기 방법에 의해 얻은 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는, 임의로 무기 입자상 물질과 조합해서, 종이의 파열 강도 특성을 개선하였다. 즉, 오직 광물 충전제로만 충전된 종이에 비해, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스로 충전된 종이가 개선된 파열 강도를 가진다는 것이 발견되었다. 다시 말해서, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 충전제가 종이 파열 강도 증진 속성을 가진다는 것이 발견되었다. 그 발명의 한 특히 유리한 실시양태에서는, 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 물질을 그라인딩 매체 존재 하에서, 임의로 무기 입자상 물질과 조합해서, 그라인딩하여 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 가지는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 얻었다.
WO-A-2010/131016에서 기술된 방법은 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질(substrate)을 입자상 그라인딩 매체의 존재 하에서 그라인딩에 의해 마이크로피브릴화하는 단계를 포함하고, 입자상 그라인딩 매체는 그라인딩 완료 후 제거될 것이다. "마이크로피브릴화"는 셀룰로오스의 마이크로피브릴이 사전-마이크로피브릴화된 펄프의 섬유에 비해서 개별 종으로서 또는 작은 집합체로서 유리되거나 또는 부분 유리되는 방법을 의미한다. 제지에 사용하기에 적합한 대표적인 셀룰로오스 섬유(즉, 사전-마이크로피브릴화된 펄프)는 수 백 또는 수 천 개의 개별 셀룰로오스 피브릴의 더 큰 집합체를 포함한다. 셀룰로오스를 마이크로피브릴화함으로써, 본원에서 기술되는 특징 및 특성을 포함해서 특별한 특징 및 특성이 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하는 조성물에 부여된다.
셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질(본원에서는 "셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질", "셀룰로오스 섬유", "섬유상 셀룰로오스 공급원료," "셀룰로오스 공급원료" 및 "셀룰로오스-함유 섬유(또는 섬유상" 등이라고 다양하게 부름)은 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림으로부터 유래될 수 있다.
재활용된 셀룰로오스 펄프는 관련 분야에서 cm3 단위의 캐나다 표준 여수도(CSF)로서 보고되는 임의의 미리 결정된 여수도로 고해(예를 들어 Valley 고해기에서)될 수 있고/거나 다른 방식으로 리파이닝(예를 들어, 원추형 또는 판형 리파이닝기에서 가공)될 수 있다. CSF는 펄프의 현탁액이 배수될 수 있는 비율로 측정되는 펄프의 여수도 또는 배수 속도의 값을 의미하고, 이 시험은 T 227 cm-09 TAPPI 표준에 따라서 수행된다. 예를 들어, 셀룰로오스 펄프는 마이크로피브릴화되기 전에 약 10 cm3　이상의 캐나다 표준 여수도를 가질 수 있다. 재활용된 셀룰로오스 펄프는 약 700 cm3　이하, 예를 들어 약 650 cm3 이하, 또는 약 600 cm3 이하, 또는 약 550 cm3 이하, 또는 약 500 cm3 이하, 또는 약 450 cm3 이하, 또는 약 400 cm3 이하, 또는 약 350 cm3 이하, 또는 약 300 cm3 이하, 또는 약 250 cm3 이하, 또는 약 200 cm3 이하, 또는 약 150 cm3 이하, 또는 약 100 cm3 이하, 또는 약 50 cm3 이하의 CSF를 가질 수 있다. 재활용된 셀룰로오스 펄프는 약 20 내지 약 700의 CSF를 가질 수 있다. 그 다음에 재활용된 셀룰로오스 펄프는 관련 분야에 잘 알려진 방법에 의해 탈수될 수 있고, 예를 들어, 펄프는 적어도 약 10% 고형물, 예를 들어 적어도 약 15% 고형물, 또는 적어도 약 20% 고형물, 또는 적어도 약 30% 고형물, 또는 적어도 약 40% 고형물을 포함하는 습윤 시트를 얻기 위해 스크린을 통해 여과될 수 있다. 재활용된 펄프는 리파이닝되지 않은 상태로, 다시 말해서, 고해 또는 탈수되지 않거나 또는 다른 방식으로 리파이닝되지 않고 활용될 수 있다.
한 실시양태에서, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 또한 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림으로부터 제조될 수 있다.
셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질은 건조 상태의 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질 그라인딩 용기에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 건조한 종이 손지는 그라인더 용기에 직접 첨가될 수 있다. 그 다음에 그라인더 용기에서의 수성 환경이 펄프의 형성을 용이하게 할 것이다.
바람직한 실시양태에서, OCC 베일(bale)을 펄퍼에서 물로 분산시키고, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질의 수성 결합제 조성물을 첨가한다. 그 다음에 OCC 및 결합제 조성물을 스톡 탱크에 옮기고, 그 다음에 희석하고, 사이징제가 첨가될 수 있는 헤드(head) 탱크에 펌핑한다. 전형적인 사이징제는 C-PAM이다. 그러나, 다른 사이징제는 본 명세서에서 다른 곳에서 기술되는 바와 같이 이용될 수 있다. 그 다음에 OCC 펄프 및 결합제 조성물을 보드 몰드에 옮긴다. 습윤 보드를 컨베이어 테이블에 의해 프레스 구역 내로 운반하고, 프레스 구역에서 보드를 프레싱하고, 그 다음에 장치의 건조 구역에서 건조시킨다. 백수를 재순환시킨다.
무기 입자상 물질
무기 입자상 물질이 존재할 때, 무기 입자상 물질은 예를 들어 알칼리토 금속 탄산염 또는 황산염, 예컨대 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 함수 칸다이트 데이(day), 예컨대 카올린, 할로이사이트 또는 볼 클레이, 무수 (소성) 칸다이트 점토 예컨대 메타카올린 또는 완전 소성 카올린, 활석, 운모, 펄라이트 또는 규조토, 또는 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 삼수화물, 또는 그의 조합일 수 있다.
상기 방법에 사용하기에 바람직한 무기 입자상 물질은 탄산칼슘이다. 이하에서는, 본 발명이 탄산칼슘의 면에서 및 탄산칼슘이 가공되고/거나 처리되는 측면과 관련해서 논의되는 경향이 있을 수 있다. 본 발명이 그러한 실시양태로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 발명에서 사용되는 입자상 탄산칼슘은 천연 공급원으로부터 그라인딩에 의해 얻을 수 있다. 중질 탄산칼슘(GCC)은 대표적으로 요망되는 정도의 분말도(fineness)를 가지는 생성물을 얻기 위해서 광물 원천 예컨대 백악, 대리석 또는 석회석을 압쇄(crushing)한 다음에 그라인딩함으로써 얻을 수 있고, 그 후에 입자 크기 분류 단계가 뒤따를 수 있다. 다른 기술 예컨대 표백, 부유 및 자기 분리가 또한 요망되는 정도의 분말도 및/또는 색을 가지는 생성물을 얻는 데 사용될 수 있다. 입자상 고체 물질은 자생적으로, 즉 고체 물질의 입자들 자체 간의 마멸에 의해, 또는 대안으로, 그라인딩될 탄산칼슘과 상이한 물질의 입자를 포함하는 입자상 그라인딩 매체의 존재 하에서 그라인딩될 수 있다. 이들 방법은 방법의 임의의 단계에서 첨가될 수 있는 분산제 및 살생물제 존재 하에 또는 부재 하에 수행될 수 있다.
침강성 탄산칼슘(PCC)은 본 발명에서 입자상 탄산칼슘의 원천으로서 사용될 수 있고, 관련 분야에서 입수가능한 임의의 공지된 방법에 의해 생성될 수 있다. TAPPI Monograph Series No 30, "Paper Coating Pigments", pages 34-35는 종이 산업에 사용하기 위한 제품을 제조하는 데 사용하기에 적합하지만 또한 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 침강성 탄산칼슘을 제조하기 위한 세가지 주요 상업적 방법을 기술한다. 세가지 방법 모두에서, 먼저 탄산칼슘 공급 물질, 예컨대 석회석을 소성하여 생석회를 생성하고, 그 다음에 생석회를 물에서 소화(slaking)하여 수산화칼슘 또는 석회유를 생성한다. 제1 방법에서는, 석회유를 이산화탄소 기체로 직접 탄산화한다. 이 방법은 부산물이 형성되지 않는다는 이점을 가지고, 탄산칼슘 생성물의 특성 및 순도를 제어하기가 상대적으로 용이하다. 제2 방법에서는, 석회유를 소다회와 접촉시켜서 이중 분해에 의해 탄산칼슘의 침강물 및 수산화나트륨 용액을 생성한다. 이 방법이 상업적으로 사용되는 경우, 수산화나트륨이 탄산칼슘으로부터 실질적으로 완전히 분리될 수 있다. 제3 주요 상업적 방법에서는, 먼저 석회유를 염화암모늄과 접촉시켜서 염화칼슘 용액 및 암모니아 기체를 제공한다. 그 다음에 염화칼슘 용액을 소다회와 접촉시켜서 이중 분해에 의해 침강성 탄산칼슘 및 염화나트륨 용액을 생성한다. 결정들은 사용되는 특정 반응 방법에 의존해서 다양한 상이한 형상 및 크기로 생성될 수 있다. PCC 결정의 세가지 주요 형태는 아라고나이트, 능면체 및 부등변삼각뿔이고, 이들 모두가 그의 혼합물을 포함해서 본 발명에 사용하기에 적합하다.
탄산칼슘의 습식 그라인딩은 탄산칼슘의 수성 현탁액의 형성을 포함하고, 그 다음에 이것은 임의로 적합한 분산제 존재 하에서 그라인딩될 수 있다. 탄산칼슘의 습식 그라인딩에 관한 더 많은 정보를 위해 예를 들어 EP-A-614948(그의 내용은 그 전체가 참고로 포함된다)을 참고할 수 있다.
일부 상황에서는, 다른 광물의 미량 첨가가 포함될 수 있고, 예를 들어, 카올린, 소성 카올린, 규회석, 보크사이트, 활석 또는 운모 중 하나 이상이 또한 존재할 수 있다.
본 발명의 무기 입자상 물질이 천연 발생 공급원으로부터 얻어질 때, 그것은 일부 광물 불순물이 그라인딩된 물질을 오염시킬 것이라는 것일 수 있다. 예를 들어, 천연 발생 탄산칼슘은 다른 광물과 회합하여 존재할 수 있다. 따라서 일부 실시양태에서, 무기 입자상 물질은 어느 양의 불순물을 포함한다. 일반적으로, 그러나, 본 발명에서 사용되는 무기 입자상 물질은 약 5 중량% 미만, 바람직하게는 약 1 중량% 미만의 다른 광물 불순물을 함유할 것이다.
본 발명의 방법의 마이크로피브릴화 단계 동안에 사용되는 무기 입자상 물질은 바람직하게는 입자의 적어도 약 10 중량%가 2 μm 미만의 등가 구면 직경(e.s.d)을 가지고, 예를 들어, 입자의 적어도 약 20 중량%, 또는 적어도 약 30 중량%, 또는 적어도 약 40 중량%, 또는 적어도 약 50 중량%, 또는 적어도 약 60 중량%, 또는 적어도 약 70 중량%, 또는 적어도 약 80 중량%, 또는 적어도 약 90 중량%, 또는 적어도 약 95 중량%, 또는 약 100%가 2 μm 미만의 e.s.d를 가지는 입자 크기 분포를 가질 것이다.
다르게 진술되지 않으면, 본원에서 무기 입자상 물질과 관련된 입자 크기 특성은 본원에서 "Micromeritics Sedigraph 5100 unit"이라고 불리는 미국 조지아주 노크로스 소재의 Micromeritics Instruments Corporation(전화: +1 7706623620; 웹사이트: www.micromeritics.com)에 의해 공급되는 Sedigraph 5100 기계를 사용하여 수성 매질에서 완전 분산된 상태에서 입자상 물질의 침전에 의해 잘 알려진 방식으로 측정된다. 그러한 기계는 주어진 e.s.d. 값보다 작은, 당업계에서 '등가 구면 직경'(e.s.d.)으로 지칭되는 크기를 갖는 입자의 중량 누적 백분율의 측정 및 플롯을 제공한다. 평균 입자 크기 d50은 d50 값보다 작은 등가 구면 직경을 갖는 입자가 50 중량%인 입자 e.s.d.의 이러한 방식으로 결정된 값이다.
대안으로, 진술되는 경우, 본원에서 무기 입자상 물질과 관련된 입자 크기 특성은 Malvern Instruments Ltd에 의해 공급되는 바와 같은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 레이저 빛 산란의 관련 분야에서 이용되는 잘 알려진 통상적인 방법에 의해 (또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해) 측정된다. 레이저 빛 산란 기술에서, 분말, 현탁액 및 에멀전에서 입자의 크기는 미(Mie) 이론의 적용에 기초하여 레이저 빔의 회절을 사용하여 측정될 수 있다. 그러한 기계는 측정값을 제공하고, 주어진 e.s.d. 값보다 작은 관련 분야에서 '등가 구면 직경' (e.s.d)이라고 불리는 크기를 가지는 입자의 부피 누적 백분율의 플롯을 제공한다. 평균 입자 크기 d50은 d50　값보다 작은 등가 구면 직경을 가지는 입자가 50 부피%인 입자 e.s.d.의 이 방식으로 결정된 값이다.
다르게 진술되지 않으면, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 물질의 입자 크기 특성은 Malvern Instruments Ltd에 의해 공급되는 바와 같은 Malvern Insitec L 기계를 사용하여 레이저 빛 산란의 관련 분야에서 이용되는 잘 알려진 통상적인 방법에 의해 (또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해) 측정된다.
Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 무기 입자 물질 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 혼합물의 입자 크기 분포를 특성화하는 데 사용되는 절차의 세부사항은 아래에서 제공된다.
사용하기 위한 또 다른 바람직한 무기 입자상 물질은 카올린 점토이다. 본 발명이 그러한 실시양태에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 따라서, 일부 실시양태에서는, 카올린이 비가공된 형태로 사용된다.
본 발명에서 사용되는 카올린 점토는 천연 공급원, 즉, 원상태 천연 카올린 점토 광물로부터 유래되는 가공된 물질일 수 있다. 가공된 카올린 점토는 대표적으로 적어도 약 50 중량% 카올리나이트를 함유할 수 있다. 예를 들어, 대부분 상업적으로 가공된 카올린 점토는 약 75 중량% 초과 카올리나이트를 함유하고, 약 90% 초과, 일부 경우에서는 약 95 중량% 초과의 카올리나이트를 함유할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 카올린 점토는 관련 분야에서 숙련자에게 잘 알려진 하나 이상의 다른 방법에 의해, 예를 들어 공지된 리파이닝 또는 선광 단계에 의해 원상태 천연 카올린 점토 광물로부터 제조될 수 있다.
예를 들어, 점토 광물은 환원성 표백제, 예컨대 차아황산나트륨으로 표백될 수 있다. 차아황산나트륨이 사용되는 경우, 차아황산나트륨 표백 단계 후, 표백된 점토 광물은 임의로 탈수될 수 있고, 임의로 세척될 수 있고, 다시, 임의로 탈수될 수 있다.
점토 광물은 불순물을 제거하도록 예를 들어 관련 분야에서 잘 알려진 면상응집(flocculation), 부유, 또는 자기 분리 기술에 의해 처리될 수 있다. 대안으로, 본 발명의 제1 측면에서 사용되는 점토 광물은 고체 형태로 또는 수성 현탁액으로서 비처리될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 입자상 카올린 점토를 제조하는 방법은 또한 하나 이상의 파분쇄(comminution) 단계, 예를 들어, 그라인딩 또는 밀링을 포함할 수 있다. 조대한 카올린의 가벼운 파분쇄를 사용하여 그의 적합한 층간분리를 제공한다. 파분쇄는 플라스틱(예를 들어 나일론), 모래 또는 세라믹 그라인딩 또는 밀링 조제의 비드 또는 과립의 사용에 의해 수행될 수 있다. 조대한 카올린은 잘 알려진 절차를 사용하여 불순물을 제거하고 물리적 특성을 개선하도록 리파이닝될 수 있다. 카올린 점토는 요망되는 d50　값 또는 입자 크기 분포를 가지는 입자를 얻도록 공지된 입자 크기 분류 절차, 예를 들어 스크리닝 및 원심분리(또는 둘 모두)에 의해 처리될 수 있다.
마이크로피브릴화된 셀룰로오스
마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 반복되는 글루코스 단위를 포함하는 천연 발생 중합체인 셀룰로오스를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 MFC라고도 표기되는 용어 "마이크로피브릴화된 셀룰로오스"는 마이크로피브릴화/마이크로피브릴형 셀룰로오스 및 나노-피브릴화/나노피브릴형 셀룰로오스(NFC)를 포함하고, 이 물질들은 또한 나노셀룰로오스라고도 불린다.
"마이크로피브릴화"는 셀룰로오스의 마이크로피브릴이 사전-마이크로피브릴화된 펄프의 섬유와 비교해서 개별 종으로서 또는 작은 집합체로서 유리되거나 또는 부분 유리되는 방법을 의미한다. 제지에 사용하기에 적합한 대표적인 셀룰로오스 섬유(즉, 사전-마이크로피브릴화된 펄프)는 수백 또는 수천 개의 개별 셀룰로오스 피브릴의 더 큰 집합체를 포함한다.
마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 이전 효소적 또는 화학적 처리와 함께 또는 그러한 처리 없이 기계적 전단을 통해 노출되었을 수 있는 셀룰로오스 섬유의 바깥 층을 벗겨냄으로써 제조된다. 관련 분야에서 알려진 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 제조하는 많은 방법이 있다.
일반적으로, 한 측면에서, 마이크로피브릴화 방법은 무기 입자상 물질 존재 하에서 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질을 마이크로피브릴화하는 것을 포함한다. 본 방법의 특별한 실시양태에 따르면, 마이크로피브릴화 단계는 마이크로피브릴화제로서 작용하는 무기 입자상 물질의 존재 하에서 수행된다.
일부 실시양태에서, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하는 조성물은 그라인딩 매체 존재 하에서 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질을 마이크로피브릴화하는 것을 포함하는 방법에 의해 얻을 수 있다. 이 방법은 유리하게는 수성 환경에서 수행된다.
바람직한 실시양태에서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질은 재활용된 셀룰로오스-함유 물질로부터, 즉, 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림, 또는 그의 조합으로부터 유래될 수 있다.
마이크로피브릴화는 사전-마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 마이크로피브릴화를 촉진하는 작용을 하는 그라인딩 매체의 존재 하에서 수행된다. 추가로, 무기 입자상 물질은 마이크로피브릴화제로서 작용할 수 있고, 즉, 셀룰로오스 출발 물질은 그것이 무기 입자상 물질 존재 하에서 동시가공, 예를 들어 동시그라인딩될 때 상대적으로 더 낮은 에너지 투입으로 마이크로피브릴화될 수 있다.
셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질은 펄프(즉, 물 중의 셀룰로오스 섬유의 현탁액) 형태일 수 있고, 이것은 임의의 적합한 화학적 또는 기계적 처리, 또는 그의 조합에 의해 제조될 수 있다.
다르게 진술되지 않으면, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 물질의 입자 크기 특성은 Malvern Instruments Ltd에 의해 공급되는 바와 같은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 레이저 빛 산란 분야에서 이용되는 잘 알려진 통상적인 방법에 의해 (또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해) 측정된다.
Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 무기 입자 물질 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 혼합물의 입자 크기 분포를 특성화하는 데 사용되는 절차의 세부사항은 아래에서 제공된다.
셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질을 무기 입자상 물질의 존재 하에서 마이크로피브릴화하여 레이저 빛 산란에 의해 측정되는 바와 같은 약 5 내지 μm 약 500 μm의 범위의 d50을 가지는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 얻는다. 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질을 무기 입자상 물질 존재 하에서 마이크로피브릴화하여 약 400 μm 이하, 예를 들어 약 300 μm 이하, 또는 약 200 μm 이하, 또는 약 150 μm 이하, 또는 약 125 μm 이하, 또는 약 100 μm 이하, 또는 약 90 μm 이하, 또는 약 80 μm 이하, 또는 약 70 μm 이하, 또는 약 60 μm 이하, 또는 약 50 μm 이하, 또는 약 40 μm 이하, 또는 약 30 μm 이하, 또는 약 20 μm 이하, 또는 약 10 μm 이하의 d50을 가지는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다.
셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질을 무기 입자상 물질 존재 하에서 마이크로피브릴화하여 약 0.1-500 μm 범위의 모달 섬유 입자 크기 및 0.25-20 μm 범위의 모달 무기 입자상 물질 입자 크기를 가지는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다. 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질을 무기 입자상 물질 존재 하에서 마이크로피브릴화하여 적어도 약 0.5 μm, 예를 들어 적어도 약 10 μm, 또는 적어도 약 50 μm, 또는 적어도 약 100 μm, 또는 적어도 약 150 μm, 또는 적어도 약 200 μm, 또는 적어도 약 300 μm, 또는 적어도 약 400 μm의 모달 섬유 입자 크기를 가지는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다.
셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질을 무기 입자상 물질 존재 하에서 마이크로피브릴화하여 Malvern에 의해 측정되는 바와 같은 약 10 이상의 섬유 경사도를 가지는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다. 섬유 경사도, 즉, 섬유의 입자 크기 분포의 경사도)는 다음 식에 의해 결정된다:
경사도 = 100 x (d30/d70)
마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 약 100 이하의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 약 75 이하, 또는 약 50 이하, 또는 약 40 이하, 또는 약 30 이하의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50, 또는 약 25 내지 약 40, 또는 약 25 내지 약 35, 또는 약 30 내지 약 40의 섬유 경사도를 가질 수 있다.
더 미세한 광물 피크는 측정된 데이터 점에 적합화될 수 있고, 그 분포로부터 수학적으로 감산되어 섬유 피크를 남기고, 이것은 누적 분포로 전환될 수 있다. 마찬가지로, 섬유 피크가 원래 분포로부터 수학적으로 감산되어 광물 피크를 남길 수 있고, 이것은 또한 누적 분포로 전환될 수 있다. 그 다음에 이들 누적 곡선 둘 모두를 사용해서 평균 입자 크기 (d50) 및 분포의 경사도(d30/d70　x 100)를 계산할 수 있다. 그 다음에 미분 곡선을 사용해서 광물 및 섬유 분획 둘 모두에 대해 모달 입자 크기를 발견할 수 있다.
마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질의 수성 현탁액 제조
한 실시양태에서는, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 및 다른 임의적 첨가제의 수성 현탁액이 다음 방식으로 제조될 수 있다. 다른 임의적 첨가제는 분산제, 살생물제, 현탁 보조제, 염(들) 및 다른 첨가제, 예를 들어, 전분 또는 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 중합체를 포함하고, 이것은 그라인딩 동안에 또는 후에 광물 입자 및 섬유의 상호작용을 용이하게 할 수 있다.
무기 입자상 물질은 입자의 적어도 약 10 중량%, 예를 들어 적어도 약 20 중량%, 예를 들어 적어도 약 30 중량%, 예를 들어 적어도 약 40 중량%, 예를 들어 적어도 약 50 중량%, 예를 들어 적어도 약 60 중량%, 예를 들어 적어도 약 70 중량%, 예를 들어 적어도 약 80 중량%, 예를 들어 적어도 약 90 중량%, 예를 들어 적어도 약 95 중량%, 또는 예를 들어 약 100%가 2 μm 미만의 e.s.d.를 가지도록 하는 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 무기 입자상 물질은 입자의 적어도 약 10 부피 %, 예를 들어 적어도 약 20 부피 %, 예를 들어 적어도 약 30 부피 %, 예를 들어 적어도 약 40 부피 %, 예를 들어 적어도 약 50 부피 %, 예를 들어 적어도 약 60 부피 %, 예를 들어 적어도 약 70 부피 %, 예를 들어 적어도 약 80 부피 %, 예를 들어 적어도 약 90 부피 %, 예를 들어 적어도 약 95 부피 %, 또는 예를 들어 약 100 부피 %가 2 μm 미만의 e.s.d.를 가지도록 하는 Malvern Mastersizer S 기계에 의해 측정되는 바와 같은 입자 크기 분포를 가질 수 있다.
동시-그라인딩될 혼합물에서 무기 입자상 물질 및 셀룰로오스 펄프의 양은 무기 입자상 물질의 건조 중량 및 펄프 중의 건조 섬유의 양에 기초해서 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비, 예를 들어 무기 입자상 물질의 건조 중량 및 펄프 중의 건조 섬유의 양에 기초해서 약 99.5:0.5 내지 약 50:50의 비로 다양할 수 있다. 예를 들어, 무기 입자상 물질 및 건조 섬유의 양의 비는 약 99.5:0.5 내지 약 70:30일 수 있다. 한 실시양태에서, 무기 입자상 물질 대 건조 섬유의 비는 약 80:20, 또는 예를 들어, 약 85:15, 또는 약 90:10, 또는 약 91:9, 또는 약 92:8, 또는 약 93:7, 또는 약 94:6, 또는 약 95:5, 또는 약 96:4, 또는 약 97:3, 또는 약 98:2, 또는 약 99:1일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 무기 입자상 물질 대 건조 섬유의 중량비는 약 95:5이다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 무기 입자상 물질 대 건조 섬유의 중량비는 약 90:10이다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 무기 입자상 물질 대 건조 섬유의 중량비는 약 85:15이다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 무기 입자상 물질 대 건조 섬유의 중량비는 약 80:20이다.
한 실시양태에서, 조성물은 너무 커서 150 μm의 공칭 애퍼처 크기, 예를 들어 125 μm, 106 μm, 또는 90 μm, 또는 74 μm, 또는 63 μm, 또는 53 μm, 45 μm, 또는 38 μm의 공칭 애퍼처 크기를 가지는 BSS 체(BS 1796에 따름)를 통과할 수 없는 섬유를 포함하지 않는다. 한 실시양태에서, 수성 현탁액은 125 μm의 공칭 애퍼처를 가지는 BSS 체를 사용하여 스크리닝된다.
따라서 그라인딩된 또는 호모게나이징된 현탁액이 선택된 크기보다 큰 섬유를 제거하도록 처리되는 경우에 그라인딩 또는 호모게나이징 후 수성 현탁액에서 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 양(즉, 중량%)은 펄프 중의 건조 섬유의 양보다 적을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 그라인더 또는 호모게나이저에 공급되는 펄프 및 무기 입자상 물질의 상대적인 양은 선택된 크기보다 큰 섬유가 제거된 후에 수성 현탁액에서 요구되는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 양에 의존해서 조정될 수 있다.
한 실시양태에서, 무기 입자상 물질은 알칼리토 금속 탄산염, 예를 들어, 탄산칼슘이다. 무기 입자상 물질은 중질 탄산칼슘(GCC) 또는 침강성 탄산칼슘(PCC), 또는 GCC 및 PCC의 혼합물일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 무기 입자상 물질은 천연 판상 광물, 예를 들어, 카올린이다. 무기 입자상 물질은 카올린 및 탄산칼슘의 혼합물, 예를 들어, 카올린 및 GCC의 혼합물, 또는 카올린 및 PCC의 혼합물, 또는 카올린, GCC 및 PCC의 혼합물일 수 있다.
따라서, 한 실시양태에 따르면, 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질 및 무기 입자상 물질은 수성 환경에서 적어도 약 4 wt. %의 초기 고형물 함량으로 존재하고, 그 중 적어도 약 2 중량%는 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질이다. 일부 실시양태에서, 초기 고형물 함량은 적어도 약 0.25 wt. %, 0.5 wt. %, 1 wt. %, 1.5 wt. %, 2 wt. %, 2.5 wt. %, 3 wt. %, 4 wt. %, 5 wt. %일 수 있다. 일부 실시양태에서 초기 고형물 함량은 적어도 약 6 wt. %, 7 wt. %, 8 wt. %, 9 wt. % 또는 약 10 wt. %일 수 있다. 초기 고형물 함량의 적어도 약 5 중량%는 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질일 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 수성 현탁액은 물의 적어도 일부 또는 실질적으로 전부를 제거하도록 처리되어, 부분 건조된 또는 본질적으로 완전 건조된 생성물을 형성한다. 예를 들어, 수성 현탁액 중의 물의 적어도 약 10 부피 %가 수성 현탁액으로부터 제거될 수 있고, 예를 들어 수성 현탁액 중의 물의 적어도 약 20 부피 %, 또는 적어도 약 30 부피 %, 또는 적어도 약 40 부피 %, 또는 적어도 약 50 부피 %, 또는 적어도 약 60 부피 %, 또는 적어도 약 70 부피 % 또는 적어도 약 80 부피 % 또는 적어도 약 90 부피 %, 또는 적어도 약 100 부피 %가 제거될 수 있다. 예를 들어 프레싱과 함께 또는 프레싱 없이 중력 또는 진공 보조 배수, 또는 증발, 또는 여과, 또는 이들 기술의 조합을 포함하는 임의의 적합한 기술을 사용하여 수성 현탁액으로부터 물을 제거할 수 있다.
보드의 프레싱은 보드를 고화하고 수분 함량을 감소시키기 위해 유압 프레스(예를 들어, 피스톤 프레스) 형태로 예를 들어 1 내지 150 bar의 상이한 압력 하에서 수행될 수 있다. 이 방법에서 물의 온도는 10 내지 90 ℃ 범위일 수 있고 - 더 높은 온도는 배수를 가속하고 건조기 전에 보드의 고형물을 증가시킬 것으로 예상된다. 프레스 구역은 전체 규모 기계에서 유압 프레스 몰드 또는 실린더 프레스로 달성될 수 있다.
건조 방법은 약 130 ℃일 수 있는 승온(대표적으로 100 ℃ 초과)에서 오븐에서 수행된다. 더 큰 규모에서는, 이것은 기체 스트림(열 건조), 진공 건조, 전도성 건조(예를 들어 롤 건조) 또는 적외선 건조에 의해 수행될 수 있다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질은 수성 환경에서 약 5 wt % 미만, 또는 약 4 wt % 미만, 또는 약 3 wt % 미만, 또는 약 2 wt % 미만, 또는 약 1.5 wt % 미만, 또는 약 1 wt % 미만, 또는 약 0.5 wt % 미만의 초기 고형물 함량으로 존재한다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 방법에서 사용되는 에너지의 총량은 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질에서 건조 섬유 톤당 약 10,000 kWh 미만, 또는 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질에서 건조 섬유 톤당 약 5,000 kWh 미만, 또는 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질에서 건조 섬유 톤당 약 3,000 kWh 미만, 또는 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질에서 건조 섬유 톤당 약 2,500 kWh 미만, 또는 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질에서 건조 섬유 톤당 약 2,000 kWh 미만이다.
요망되는 수성 현탁액 조성물을 얻기 위해 대표적인 그라인딩 방법에서 총 에너지 투입은 대표적으로 무기 입자상 충전제의 총 건조 중량에 기초하여 약 100 내지 1500 kWht-1　일 수 있다. 총 에너지 투입은 약 1000 kWht-1 미만, 예를 들어 약 800 kWht-1 미만, 약 600 kWht-1 미만, 약 500 kWht-1 미만, 약 400 kWht-1 미만, 약 300 kWht-1 미만, 또는 약 200 kWht-1 미만일 수 있다.
셀룰로오스 펄프는 그것이 무기 입자상 물질 존재 하에서 동시-그라인딩될 때 상대적으로 낮은 에너지 투입으로 마이크로피브릴화될 수 있다. 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질에서 건조 섬유 톤당 총 에너지 투입은 약 10,000 kWht-1 미만, 예를 들어 약 9000 kWht-1 미만, 또는 약 8000 kWht-1 미만, 또는 약 7000 kWht-1 미만, 또는 약 6000 kWht-1 미만, 또는 약 5000 kWht-1 미만, 예를 들어 약 4000 kWht-1 미만, 약 3000 kWht-1 미만, 약 2000 kWht-1 미만, 약 1500 kWht-1 미만, 약 1200 kWht-1 미만, 약 1000 kWht-1 미만, 또는 약 800 kWht-1 미만일 것이다. 총 에너지 투입은 마이크로피브릴화되는 섬유상 기질에서 건조 섬유의 양, 및 임의로는, 그라인드의 속도 및 그라인드의 기간에 따라 달라진다.
그라인딩될 물질의 현탁액이 상대적으로 높은 점도를 가질 수 있기 때문에, 바람직하게는 적합한 분산제가 그라인딩 전에 현탁액에 첨가될 수 있다. 분산제는 예를 들어 수용성 축합 인산염, 폴리규산 또는 그의 염, 또는 고분자전해질, 예를 들어 80,000 이하의 수 평균 분자량을 가지는 폴리(아크릴산) 또는 폴리(메타크릴산)의 수용성 염일 수 있다. 사용되는 분산제의 양은 일반적으로 건조 무기 입자상 고체 물질의 중량에 기초해서 0.1 내지 2.0 중량%의 범위일 것이다. 현탁액은 적합하게는 4 ℃ 내지 100 ℃의 범위의 온도에서 그라인딩될 수 있다.
마이크로피브릴화 단계 동안에 포함될 수 있는 다른 첨가제는 카르복시메틸셀룰로오스, 양쪽성 카르복시메틸셀룰로오스, 산화제, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO), TEMPO 유도체 및 목재 분해 효소를 포함한다.
생분해성 조성물은 또한 재생가능한 복합재에 의한 수분 흡수를 억제하는 항습제를 임의로 포함할 수 있다. 이 항습제는 또한 단백질 사용으로부터 기인하는 임의의 냄새를 감소시킬 수 있다. 항습제는 임의의 알려진 왁스 또는 오일일 수 있다. 대안으로, 항습제는 식물 기재, 석유 기재, 또는 동물 기재의 왁스 또는 오일이다. 식물 기재 항습제는 카르나우바 왁스, 티트리 오일, 대두 왁스, 대두 오일, 라놀린, 야자 오일, 야자 왁스, 땅콩 오일, 해바라기 오일, 평지씨 오일, 카놀라 오일, 조류 오일, 코코넛 오일, 및 카르나우바 오일을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 석유 기재 항습제는 파라핀 왁스, 파라핀 오일 및 광물 오일을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 동물 기재 항습제는 밀랍 및 경유를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
그라인딩될 물질의 현탁액의 pH는 약 7 또는 약 7 초과 (즉, 염기성)일 수 있고, 예를 들어, 현탁액의 pH는 약 8, 또는 약 9, 또는 약 10, 또는 약 11일 수 있다. 그라인딩될 물질의 현탁액의 pH는 약 7 미만 (즉, 산성)일 수 있고, 예를 들어, 현탁액의 pH는 약 6, 또는 약 5, 또는 약 4, 또는 약 3일 수 있다.
그라인딩될 물질의 현탁액의 pH는 적당한 양의 산 또는 염기의 첨가에 의해 조정될 수 있다. 적합한 염기는 알칼리 금속 수산화물, 예컨대, 예를 들어 NaOH를 포함한다. 다른 적합한 염기는 탄산나트륨 및 암모니아이다. 적합한 산은 무기 산, 예컨대 염산 및 황산, 또는 유기 산을 포함한다. 전형적인 산은 오르토인산이다.
전형적인 실시양태에서, 부분 건조된 또는 본질적으로 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질은 미국 특허 번호 10,435,482에 따라 제조될 수 있고, 이 특허의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 본원에서는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질, 및 임의적 첨가제의 수성 현탁액이 제조된 다음에 예를 들어 벨트 프레스, 또는 고압 자동화 벨트 프레스, 또는 원심분리, 튜브 프레스, 스크류 프레스, 또는 회전 프레스에 의한 탈수를 포함하는 하나 또는 수단에 의해 탈수되어 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 및 임의적 첨가제의 탈수된 조성물을 생성할 수 있고, 그 다음에 이 탈수된 조성물을 유동층 건조기, 마이크로파 또는 무선주파수 건조기, 또는 핫 셉트(hot sept) 밀 또는 건조기, 셀 밀 또는 멀티로터 셀 밀 중 하나 이상에 의해 또는 냉동 건조에 의해 건조시켜서 건조된 또는 부분 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 조성물 및 임의적 첨가제를 생성하고, 그 다음에 이것을 관련 분야에 알려진 수단에 의해 재분산할 수 있다.
한 실시양태에서, 건조된 또는 부분 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 조성물 및 임의적 첨가제 조성물은 WO 2018/193314에 따라 재분산될 수 있고, 이 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
한 실시양태에서, 탈수된, 부분 건조된 또는 본질적으로 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 조성물 및 임의적 첨가제를 재분산하는 것은 일정 양의 적합한 분산 액체를 적어도 제1 및 제2 유입구 및 유출구를 가지는 탱크에 첨가하고, 여기서 탱크는 추가로 혼합기 및 유출구에 부착된 펌프를 포함하고; (b) 일정 양의 탈수된, 부분 건조된 또는 본질적으로 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 탱크에 제1 유입구를 통해, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질 조성물 및 임의적 첨가제의 액체 조성물을 0.5 내지 5% 섬유 고형물의 요망되는 고형물 농도로 생성하기에 충분한 양으로 첨가하고; 분산 액체 및 탈수된, 부분 건조된 또는 본질적으로 건조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 탱크에서 혼합기로 혼합하여, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 부분적으로 탈응집하고 재분산하여 유동가능한 슬러리를 형성하고; 유동가능한 슬러리를 펌프로 유동 셀(cell)의 유입구에 펌핑하고, 여기서 유동 셀은 재순환 루프 및 직렬의 하나 이상의 음파분해 프로브(probe) 및 적어도 제1 및 제2 유출구를 포함하고, 여기서 유동 셀의 제2 유출구는 탱크의 제2 유입구에 연결되고, 이렇게 함으로써 슬러리에 요망되는 시간 동안 및/또는 총 에너지를 위해 초음파 에너지를 연속적으로 가하는 것을 제공하는 연속 재순환 루프를 제공하고, 여기서 유동 셀은 재순환된 슬러리의 배압을 생성하기 위해 제2 유출구에 조정가능한 밸브를 포함하고, 추가로 여기서 단계 (c)의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하는 액체 조성물은 재순환 루프를 통해 0 내지 4 bar의 작동 압력 및 20 ℃ 내지 50 ℃의 온도에서 연속적으로 재순환되고; (e) 슬러리에 200 내지 10,000 kWh/t의 초음파 에너지 투입을 연속적으로 음파분해 프로브에 의해 19 내지 100 kHz의 주파수 범위 및 60 % 이하, 100% 이하 또는 200% 이하의 진폭으로 사용되는 음파분해기의 물리적 한계까지 1 내지 120 분 동안 가하고; (f) 증진된 인장 강도 및/또는 점도 특성을 갖는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하는 재분산된 현탁액을 유동 셀의 제1 유출구로부터 적합한 보유 용기에 수집하는 것을 포함한다.
호모게나이징
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질의 마이크로피브릴화는 습윤 조건 하에서 무기 입자상 물질 존재 하에서 셀룰로오스 펄프 및 무기 입자상 물질의 혼합물을 가압하고(예를 들어, 약 500 bar의 압력으로), 그 다음에 저압 대역으로 통과시키는 방법에 의해 달성될 수 있다. 혼합물이 저압 대역으로 통과하는 속도는 충분히 높고, 저압 대역의 압력은 셀룰로오스 섬유의 마이크로피브릴화를 야기시킬 정도로 충분히 낮다. 예를 들어, 압력 강하는 강제로 혼합물을 좁은 진입 오리피스를 훨씬 더 큰 배출 오리피스와 함께 가지는 환형 개구에 통과시킴으로써 달성될 수 있다. 혼합물이 더 큰 부피(즉, 더 낮은 압력 대역)로 가속됨에 따라 극적 압력 감소는 마이크로피브릴화를 야기하는 캐비테이션(cavitation)을 유발한다. 한 실시양태에서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질의 마이크로피브릴화는 호모게나이저에서 습윤 조건 하에서 무기 입자상 물질의 존재 하에서 달성될 수 있다. 호모게나이저에서는, 셀룰로오스 펄프-무기 입자상 물질 혼합물을 가압하고(예를 들어, 약 500 bar의 압력으로), 작은 노즐 또는 오리피스에 강제로 통과시킨다. 혼합물은 약 100 내지 약 1000 bar의 압력으로, 예를 들어 300 bar 이상, 또는 약 500 이상, 또는 약 200 bar 이상, 또는 약 700 bar 이상의 압력으로 가압될 수 있다. 호모게나이제이션은 섬유를 높은 전단력으로 처리하고 이렇게 함으로써 가압된 셀룰로오스 펄프가 노즐 또는 오리피스로부터 배출될 때, 캐비테이션이 펄프에서 셀룰로오스 섬유의 마이크로피브릴화를 야기한다. 호모게나이저를 통과하는 현탁액의 유동성을 개선하기 위해 추가의 물이 첨가될 수 있다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질을 포함하는 결과적으로 얻은 수성 현탁액은 호모게나이저를 통한 다수의 통과(pass)를 위해 호모게나이저의 유입구 안으로 도로 공급될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 무기 입자상 물질은 천연 판상 광물, 예컨대 카올린이다. 이렇기 때문에, 호모게나이제이션은 셀룰로오스 펄프의 마이크로피브릴화를 용이하게 할 뿐만 아니라 판상 무기 입자상 물질의 층간분리를 용이하게 한다.
판상 무기 입자상 물질, 예컨대 카올린은 적어도 약 10, 예를 들어, 적어도 약 15, 또는 적어도 약 20, 또는 적어도 약 30, 또는 적어도 약 40, 또는 적어도 약 50, 또는 적어도 약 60, 또는 적어도 약 70, 또는 적어도 약 80, 또는 적어도 약 90, 또는 적어도 약 100의 형상 계수(shape factor)를 가지는 것으로 이해된다. 본원에서 사용되는 바와 같은 형상 계수는 미국 특허 번호 5,576,617에 기술된 전기 전도도 방법, 장치 및 방정식을 사용하여 측정되는 바와 같은 다양한 크기 및 형상의 입자의 집단에 대해 입자 직경 대 입자 두께의 비의 측정값이고, 이 특허는 본원에 참고로 포함된다.
판상 무기 입자상 물질, 예컨대 카올린의 현탁액은 호모게나이저에서 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질 부재 하에서 미리 결정된 입자 크기 분포로 처리될 수 있고, 그 후에 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 물질이 무기 입자상 물질의 수성 슬러리에 첨가되고, 조합된 현탁액은 위에서 기술된 바와 같이 호모게나이저에서 가공된다. 호모게나이제이션 방법은 호모게나이저를 통한 한번 이상의 통과를 포함해서 요망되는 수준의 마이크로피브릴화를 얻을 때까지 계속된다. 마찬가지로, 판상 무기 입자상 물질은 그라인더에서 미리 결정된 입자 크기 분포로 처리되고, 그 다음에 셀룰로오스를 포함하는 섬유상 물질과 조합된 다음에 호모게나이저에서 가공된다. 전형적인 호모게나이저는 Manton Gaulin(APV) 호모게나이저이다.
마이크로피브릴화 단계를 수행한 후, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질을 포함하는 수성 현탁액을 스크리닝하여 어느 일정 크기를 초과하는 섬유를 제거하고 임의의 그라인딩 매체를 제거할 수 있다. 예를 들어, 현탁액을 체를 통과하지 않는 섬유를 제거하기 위해서 선택된 공칭 애퍼처 크기를 가지는 체를 사용하여 스크리닝할 수 있다. 공칭 애퍼처 크기는 정사각형 애퍼처의 대변의 공칭 중심 거리 또는 원형 애퍼처의 공칭 직경을 의미한다. 체는 150 μm의 공칭 애퍼처 크기, 예를 들어 125 μm, 또는 106 μm, 또는 90 μm, 또는 74 μm, 또는 63 μm, 또는 53 μm, 45 μm, 또는 38 μm의 공칭 애퍼처 크기를 가지는 BSS 체(BS 1796에 따름)일 수 있다. 한 실시양태에서는, 수성 현탁액을 125 μm의 공칭 애퍼처를 가지는 BSS 체를 사용하여 스크리닝한다. 그 다음에 수성 현탁액을 임의로 탈수할 수 있다.
마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 제조하는 대안적 방법은 US 20190127911에서 개시된다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 충전제 물질을 포함하는 실질적으로 건조한 복합 재료는 충전제 물질을 상기 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 섬유 또는 피브릴 상에 침강시키고 수성 매체를 제공함으로써 제조된다. 이 방법은 수성 매체의 pH를 낮추고 그 다음에 pH를 낮추는 단계 전 또는 후에, 수성 매체를 실질적으로 건조한 복합 재료와 혼합하는 것을 포함한다. 그 다음에 충전제 물질을 마이크로피브릴화된 셀룰로오스로부터 방출한다.
그 다음에 셀룰로오스 펄프를 관련 분야에 잘 알려진 방법에 의해 탈수할 수 있고, 예를 들어 펄프를 적어도 약 10% 고형물, 예를 들어 적어도 약 15% 고형물, 또는 적어도 약 20% 고형물, 또는 적어도 약 30% 고형물, 또는 적어도 약 40% 고형물을 포함하는 습윤 시트를 얻기 위해 스크린을 통해 여과할 수 있다. 펄프는 비리파이닝된 상태로, 다시 말해서 고해 또는 탈수되지 않거나 또는 다른 방식으로 리파이닝되지 않고서 이용될 수 있다.
셀룰로오스를 포함하는 섬유상 기질은 그라인딩 용기에 건조 상태로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 건조한 종이 손지는 그라인더 용기에 직접 첨가될 수 있다. 그 다음에 그라인더 용기에서 수성 환경은 펄프 형성을 용이하게 할 것이다.
마이크로피브릴화 단계는 리파이닝기를 비롯한 임의의 적합한 장치에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 한 실시양태에서, 마이크로피브릴화 단계는 그라인딩 용기에서 습윤 그라인딩 조건 하에서 수행된다. 또 다른 실시양태에서, 마이크로피브릴화 단계는 호모게나이저에서 수행된다.
본 개시물의 이전 측면 및 실시양태 중 한 실시양태에서는, 물이 부분적으로 또는 본질적으로 완전히 제거된 높은 고형물 형태의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질이 원격 제조 현장으로 운반되고, 그 다음에 적합한 분산기에서 높은 고형물 결합제 조성물을 재분산함으로써 또는 WO2018/193314, Microfibrillated Cellulose with Enhanced Properties and Method of Making Same, 및 WO 2017/182883 Redispersed Microfibrillated Cellulose에서 기술된 다른 수단에 의해 묽어질 수 있고, 이들 문헌은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
재활용된 펄프 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물을 포함하는 성형가능한 시트 물질의 특성을 관련 분야에 알려진 다음 방법에 따라서 최적으로 시험한다.
크기 및 두께 (BS EN 324-1)
밀도 / 밀도 변화 (BS EN 323)
굽힘 강도 / 굽힘 탄성 휨 강성 / 강직성 (BS EN 310)
내부 결합 강도 (BS EN 319)
치수 안정성 (BS EN 318)
두께 팽창 (BS EN 317)
수분 함량 (BS EN 322)
피삭성 / 직각도 / 에지 직진도 (BS EN 324-2)
나사 인출에 대한 저항성 (BS EN 320)
포름알데히드 퍼텐셜 (BS EN 120)
실시예
본 발명을 더 충분히 이해할 수 있도록 하기 위해, 다음 실시예를 나타낸다. 이들 실시예는 본 발명의 실시양태를 예시하는 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 어떤 방식으로도 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
실시예 1. 폐골판지("OCC") 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스("MFC") 및 임의로 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물을 포함하는 보드 제조.
총 펄프 백분율 계산
총 % POP는 다음 방식으로 결정하였다.
% POP (펄프 백분율)은 섬유인 총 고형물의 질량 백분율이다.
빈 도가니를 소수점 아래 넷째자리("dp")까지 칭량하였다. (Wl). % 고형물 결정이 일어난 직후, >1g 오븐-건조 생성물을 도가니에 첨가하고 4 dp까지 칭량하였다 (W2). 손잡이가 긴 집게를 사용해서, 도가니를 노(furnace)에서 950 ℃에서 30 분 동안 놓은 다음에 제거해서 제습기에서 냉각시키고, 그 후에 4 dp까지 다시 칭량하였다. (W3).
% POP는 다음 방식으로 계산한다.
펄프 백분율 '%POP'은 섬유인 총 고형물의 질량 백분율로서 표현되고, 다음과 같이 주어진다:
예를 들어 MFC가 카올린으로 피브릴화되는 경우,
POP%=((W2-W1)-((W3-W1))/((1-LOI)))/((W2-W1)) x 100
여기서 W1 = 4.1에서 기록된 도가니의 중량
W2 = 4.2에서 기록된 오븐-건조 생성물과 도가니를 합한 중량
W3 = 4.4에서 기록된 재와 도가니를 합한 중량
LOI = 강열 감량 계수(분수로 표현됨 - 예를 들어 10%는 0.1로서 표현되어야 함)
카올린의 경우, 950 ℃에서 대표적 강열 감량 계수는 0.14이다.
활석의 경우, 950 ℃에서 대표적 강열 감량 계수는 0.08이다.
소성 점토의 경우, 950 ℃에서 대표적 강열 감량 계수는 0이다.
이상적으로, 샘플로 제조되는 특정 광물 샘플의 LOI를 측정해야 하지만, 이것이 입수가능하지 않은 경우에는 대표적인 값들이 대신 사용될 수 있다.
표준 편차는 %POP의 경우 0.5이다.
폐골판지("OCC")(제품 코드 DSB205618, DS Smith)를 큰 붕해기에서 5 wt.% 점조도로 12 리터에서 20 분 동안 리파이닝하였다. 결합제 조성물은 50% 펄프 백분율(POP)의 Intramax™ 57 (IMAX57; 영국 Imerys Minerals Limited로부터 입수가능함) 및 FiberLean™ 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(MFC)를 포함하였다. IMAX 57은 종이 충전제 등급 카올린이다. 결합제 조성물을 4600 rpm으로 30 분 동안 원심분리하고, 원심분리된 결합제 조성물의 총 고형물 함량을 수분 분석기로 측정하였다. 0.1 wt.% 음이온성 유기 중합체 보류 조제(PERFORM™ PC930, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재 Solenis로부터 입수가능함) 조성물을 회전 임펠러를 사용하여 증류수로 제조하였다.
보드 슬러리의 조성물은 리파이닝된 OCC 펄프 및/또는 50 펄프 백분율(POP)의, 즉, MFC 및 점토 50:50 비의 MFC(FiberLean™)(하기 표 1 참조)를 포함하였다. 따라서, 10 wt.%의 50 POP MFC 및 점토의 경우, 5 wt.% MFC 및 5 wt.% 점토가 있다. 유사하게, 20 wt.%의 50 POP MFC/점토는 10 wt.% MFC 및 10 wt.% 점토를 포함한다. 그 결과로 얻은 4 wt.% 점조도의 슬러리를 응집제(건조된 보드 질량 기준으로 0.2 wt.% 도즈의 음이온성 유기 중합체 보류 조제(PERFORM™ PC930)(Solenis)와 혼합하고, 그 다음에 550 ml의 총 부피를 갖는 피스톤 프레스에 부었다. 5 개 압력 조건을 사용하여 보드를 생성하였다: 40 bar, 60 bar, 80 bar, 100 bar 및 120 bar.
마이크로피브릴화된 셀룰로오스, OCC 및 첨가제를 피스톤 실린더 내에 채우고, 다른 한쪽 말단의 배수 거즈에 맞대어 공압 피스톤으로 압축하였다. 그렇게 형성된 디스크를 추출해서 건조하여 시험하였다. 물이 기기로부터 배수되는 속도는 가한 압력의 함수였고, 이것이 생성 속도 및 건조 비용에 영향을 미치기 때문에 중요한 매개변수이다.
Figure pct00001
각 조성물에 대해서 각 프레싱 압력에서 똑같은 보드 2 개를 제조하였다. 피스톤 프레스로부터 생성되는 유출수의 속도를 기록 프로그램, 예를 들어 RS components로부터 입수가능한 RS COM 프로그램에 연결된 저울을 사용하여 기록하였다. RS COM은 질량 저울로부터의 데이터를 컴퓨터에 파일로 기록하는 데 사용되는 상업용 소프트웨어이다.
초기 배수 속도는 각 보드에 대해서 시간에 대한 질량의 플롯의 초기 기울기 구배로 결정하였고, 배수 시간은 질량 변화가 1 g·s-1보다 작아졌을 때 결정하였다(도 1a 및 1b). 피스톤 프레스에서 습윤 보드의 체류 시간은 5 min 미만이었다.
습윤 보드를 저울로 0.01 g의 정밀도로 칭량하였다. 각 압력에서 제조된 똑같은 보드 2 개 중 하나를 미리 가열된 오븐에서 130 ℃에서 밤새 두었다. 다른 한 보드는 수분 분석기 위에서 건조시키고, 수집된 건조 운동역학 데이터를 사용해서 각 보드에 대해서 건조 속도를 확인하였다 (도 1b).
시험
프레싱된 보드의 고형물 함량
피스톤 프레스로부터 습윤 프레싱된 보드를 수집한 후, 습윤 보드를 오븐 또는 수분 분석기에 놓기 전에 습윤 보드의 질량(mwet)을 기록하였다. 제습기에서 냉각한 후에 건조 보드의 중량(mdry)을 기록하였다. 습윤 보드의 고형물 함량을 방정식 1에 기초해서 계산하였다.
Figure pct00002
보드 밀도
건조 보드의 질량을 얻었다(위에서 기술함). 보드의 두께를 디지털 캘리퍼로 측정하였고(h), 그 결과는 두 측정값의 평균이다. 보드는 7 cm의 직경(D)을 가지는 도 2에 도시된 바와 같은 균일한 원형 디스크라고 추정하였다. 따라서, 보드 밀도는 방정식 2에 의해 g·cm-3 단위로 계산하였다.
Figure pct00003
도 2a-c는 100 bar에서 피스톤 프레싱된 보드의 광학적 이미지를 제시하고; 이미지는 (도 2a) 필터 천쪽, (도 2b) 피스톤쪽, 및 (도 2c) 단면이다.
휨 측정은 Tinius Olsen H10KS Benchtop Tester로 수행하였다. 지지체 스팬(span)은 64 mm였고, 시험 속도는 2 mm/min였다. 건조된 보드를 1.5 cm 폭의 스트립으로 절단하고, 시험 전에 1 h 동안 50 %RH, 23 ℃에서 컨디셔닝하였다. 시험 결과는 각 샘플의 두 측정값에 기초하였다. 실험은 50 %RH, 23 ℃에서 수행하였다.
탄성계수(MOE)는 재료의 강성도이고, 이는 응력이 가해질 때 탄성적으로 변형되는 것에 대한 물체의 저항을 측정한다. 파괴계수(MOR, 휨 강도)는 굽힘 파괴시의 극한 응력이다.
물 흡수 및 두께 팽창 시험
보드를 15 mm 스트립으로 절단하고, 각 보드로부터 가장 작은 조각을 시험에 사용하였다. 초기 질량(m0)은 저울로 ±0.01 g의 정밀도로 기록하였고, 두께(h0)는 IP54 Digital Caliper로 ±0.01 mm의 정밀도로 측정하였고, 그 다음에 모든 샘플을 증류수로 채워진 큰 트레이에 동일한 배향으로 놓았고, 이렇게 해서 그것들은 완전히 잠겼다. 임의의 손상을 감소시키기 위해 표본은 가장자리로만 다루었다. 24 시간 후에 트레이로부터 표본을 꺼내서 건조 선반에 놓았다. 습윤 보드의 상응하는 두께 (h1) 및 질량 (m1)을 기록하여 물 흡수 (방정식 3) 및 두께 팽창 (방정식 4)을 계산하였다.
Figure pct00004
결과
보드 특성에 대한 피스톤 압력의 효과
초기 연구를 100 wt.% OCC를 사용하여 수행해서 보드 형성 및 상응하는 특성에 대한 피스톤 프레스 압력의 효과를 이해하였다. 도 3으로부터 몇 가지가 관찰된다.
초기 배수 속도는 전체 압력 범위에서 상대적으로 일정하였고 - 유사한 물 채널 구조들이 배수 과정 초기에 형성되었다. (도 3a)
정규화된 배수 시간은 압력이 증가함에 따라 증가하였고 - 보드의 바닥 층은 더 높은 압력에서 덜 투과성이 된다. (도 3b)
수분 함량은 더 높은 압력에서 약간 증가하였고 - 더 높은 압력에서 바닥 층의 더 낮은 투과성 때문에 보드에 더 많은 물이 보유되었다. (도 3c)
건조된 보드의 밀도는 압력이 증가함에 따라 감소하였고 - 더 높은 피스톤 프레스에서 더 많은 물이 제거됨에 따라, 최종 보드에 더 많은 보이드가 생성되어 더 낮은 밀도를 초래한다. (도 3d).
굽힘 강도에 대한 보드 밀도의 효과
(i) MOR과 밀도 사이의 상관관계를 이해하기 위해 및 (ii) 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 갖는 경우/갖지 않는 경우의 보드 강도를 비교하기 위해 모든 피스톤 프레싱된 보드의 MOR 결과를 상응하는 보드 밀도에 대해 플롯팅한다. 도 4로부터 몇 가지가 관찰된다.
MOR 값은 보드 밀도가 증가함에 따라 증가하고 - MOR 데이터는 선형 적합 곡선에서 상당히 노이즈(noise)가 있는 것처럼 보였고, 이것은 불량한 보드 형성 때문일 수 있다.
피스톤 프레스로부터 제조된 보드 밀도는 3 개 조성물 모두에 대해 0.66-0.75 g/cm-3의 범위였고 - 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 이 연구에서 보드 밀도를 개선할 수 있다는 것이 분명하지 않았다.
마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 첨가는 MOR을 상당히 개선하였다.
보드 형성에 대한 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 효과
마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 도즈가 10 wt.% 미만(5 wt.% 마이크로피브릴화된 셀룰로오스)인 경우, 도 5에서는 50% POP 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 첨가가 보드 형성 공정(배수 및 건조)에 영향을 거의 미치지 않는다는 것을 보여주었다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 도즈의 효과가 초기 배수 속도(도 5a), 정규화된 배수 시간(도 5b), 수분 함량(도 5c) 및 건조 속도 상수(도 5d)에 대하여 도시된다.
보드 특성에 대한 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 효과
50% POP FiberLean 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 첨가가 보드의 기계적 성능을 점진적으로 개선한다는 것을 보여주었지만(도 6a 및 도 6b), 그것은 보드의 내수성(water resistance)에 영향을 미치지 않았다(도 6c 및 도 6d). 도 6a-d. MOE(도 6a), MOR(도 6b), 물 흡수(도 6c) 및 두께 팽창(도 6d)에 대한 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 도즈의 효과.
그 결과는 개선된 보드 굽힘 강도를 갖는 MFC를 함유하는 보드 생성의 실행가능성을 증명하였다.
결과
실시예 1의 표 1에서 확인된 실험의 데이터를 아래에서 하기 표 2 내지 4에서 보고한다.
굽힘 강도에 대한 보드 밀도의 효과
(i) MOR과 밀도 사이의 상관관계를 이해하기 위해 및 (ii) 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 갖는 경우/갖지 않는 경우의 보드 강도를 비교하기 위해 모든 피스톤 프레싱된 보드의 MOR 결과를 상응하는 보드 밀도에 대해 플롯팅한다. 도 7로부터 몇 가지가 관찰된다. 도 7 MOR 대 보드 밀도. 점선은 시각적 안내를 위한 선형 적합 곡선이다.
이 연구는 적어도 6 mm의 합리적 두께를 갖는 작은 보드의 생산 실행가능성을 증명하였다. 초기 결과는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 보드 강도를 개선하는 첨가제로서 사용될 수 있다는 것을 입증하였다.
MOR 값은 보드 밀도가 증가함에 따라 증가하였다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 첨가는 MOR을 상당히 개선하였다.
OCC로부터 제조된 시험 보드를 표 1에서 확인된 실험에 대해 하기 표 2 - 4에서 보고한다. OCC를 가지고 그리고 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 제조된 보드의 결과를 하기 표 2에서 보고한다. OCC 및 10 wt.% 및 20 wt.%의 두 용량에서 50% POP 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 점토로 제조된 시험 보드의 결과를 하기 표 3 및 4에서 보여준다.
Figure pct00005
10 wt.%의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 혼입하는 시험 보드를 하기 표 3에서 보고한다.
Figure pct00006
20 wt.%의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 혼입하는 시험 보드를 하기 표 4에서 보고한다.
Figure pct00007
실시예 2를 실시예 1의 절차에 따라서 수행하였다. 실시예 2의 데이터를 하기 표 5에서 보고한다.
Figure pct00008
실시예 3
실시예 3은 아래에 나타낸 절차에 따라서 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 재활용된 펄프로부터 제조되었다는 점을 제외하고는 실시예 1의 물질 및 절차에 따라 수행하였다.
최적 그라인딩 매개변수(4% 총 고형물, 50% POP, 42 % MVC, 50 kW/m3)는 155 kg의 3 Mullite 매체를 충전한 슈퍼밀(파일럿 교반형 매체 데트리터(SMD) 그라인더)을 사용한 일련의 보정 그라인드의 실행을 통해 확립하였다. 다양한 보정 그라인드를 위한 생성 방법은 50% POP을 목표로 ND1500(점토 충전제)와 함께 폐골판지 펄프를 동시-그라인딩하는 것을 포함하였고, 변수는 매체 부피 농도, 총 고형물 백분율 및 비에너지투입이다.
샘플의 생성 조건 및 실험실 시험 결과의 요약을 도 9의 목록에 언급한다.
폐골판지(OCC)(제품 코드 DSB205618, DS Smith)를 큰 붕해기에서 5 wt.% 점조도의 12 리터에서 20 분 동안 리파이닝하였다. 결합제 조성물은 50% 펄프 백분율(POP)의 Imerys Minerals Limited로부터 입수가능한) Intramax™ 57 (IMAX57) 및 본 명세서에서 나타낸 그라인딩 절차에 따라서 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 포함하였다. IMAX 57은 종이 충전제 등급 카올린이다. 결합제 조성물을 4600 rpm으로 30 분 동안 원심분리하였고, 원심분리된 결합제 조성물의 총 고형물을 수분 분석기로 측정하였다. 0.1 wt.% 음이온성 유기 중합체 보류 조제(PERFORM PC930, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재 Solenis로부터 입수가능함) 조성물을 회전 임펠러를 사용하여 증류수로 제조하였다.
보드 슬러리의 조성물은 리파이닝된 OCC 펄프 및 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 OCC 펄프를 포함하였다. 결과적으로 얻은 4 wt.% 점조도의 슬러리를 응집제(건조된 보드 질량 기준으로 0.2 wt.% 도즈의 음이온성 유기 중합체 보류 조제(PERFORM PC930)와 혼합하고, 그 다음에 550 ml의 총 부피를 갖는 피스톤 프레스에 부었다. 5 개 압력 조건을 사용하여 보드를 생성하였다: 40 bar, 60 bar, 80 bar, 100 bar 및 120 bar.
재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스, OCC 및 첨가제를 피스톤 실린더에 채우고, 다른 한쪽 말단의 배수 거즈에 맞대어 공압 피스톤으로 압축하였다. 그렇게 형성된 디스크를 추출해서 건조하여 시험하였다. 물이 기기로부터 배수되는 속도는 가한 압력의 함수였고, 이것이 생성 속도 및 건조 비용에 영향을 미치기 때문에 중요한 매개변수이다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
OCC, 및 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스로부터 제조된 보드는 동일한 절차를 사용하지만 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 첨가 없이 제조된 대조 보드와 비교해서 감소된 두께, 증가된 밀도, 및 MOE 및 MOR의 실질적 개선을 입증하였다. 결과를 하기 표 6에서 제시한다.
Figure pct00009
실시예 4
실시예 2에 따라서, 하지만 90 wt.% OCC 및 10 wt.% 사무용 종이의 혼합물, 뿐만 아니라 10 wt.% 용량의 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP; 충전제는 ND1500 카올린 점토(Imerys, UK)임)를 이용하여 보드를 제조하였다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
보드는 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 절차를 사용하여 제조된 대조 보드와 비교해서 대등한 두께, 증가된 밀도 및 실질적으로 증가된 MOE 및 MOR을 입증하였다.
실시예 4의 결과를 하기 표 7에 제시한다.
Figure pct00010
실시예 5
실시예 2에 따라서 펄퍼를 사용하여 제조된 OCC 90 wt.% 및 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP; 충전제는 ND1500 카올린 점토(Imerys, UK)임) 10 wt%로부터 보드를 제조하였다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
보드는 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 절차를 사용하여 제조된 대조 보드와 비교해서 증가된 두께, 증가된 밀도 및 실질적으로 증가된 MOE 및 MOR을 입증하였다.
실시예 4의 결과를 하기 표 8에 제시한다.
Figure pct00011
실시예 6
실시예 2에 따라서 디스크 리파이닝기를 사용하여 3 wt.% 점조도로 제조된 OCC 90 wt.% 및 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP; 충전제는 ND1500 카올린 점토(Imerys, UK)임) 10 wt.%로부터 보드를 제조하였다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
보드는 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 절차를 사용하여 제조된 대조 보드와 비교해서 증가된 두께, 감소된 밀도 및 실질적으로 증가된 MOR을 입증하였다.
실시예 6의 결과를 하기 표 9에 제시한다.
Figure pct00012
실시예 7에서는, 재활용된 펄프의 리파이닝 정도를 캐나다 표준 여수도(CSF) 측정(TAPPI Test Method T 227 om-17)을 통해 결정하였다. 수집된 샘플을 0.3 wt.% 점조도로 희석하고, 온도를 기록한 다음, 1 리터의 희석액을 CSF 시험기를 통해 통과시켰다. 측부 유출구로부터 배수되는 물의 부피는 ml 단위의 CSF 값에 상응하고, 그 다음에 측정된 값을 온도에 따라 보정하였다. 재활용된 펄프의 여수도를 하기 표 10에 보고한다.
Figure pct00013
실시예 8
디플레이커를 사용하여 생성된 OCC로부터 보드를 제조하였다. 시험 보드는 디플레이커를 사용하여 제조된 OCC 82 wt.% 및 33% 펄프 백분율(POP)의 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 18 wt.%를 함유하였고; 충전제는 Imerys Minerals Limited(U.K.)로부터의 IC60 탄산칼슘이었다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 동시 가공에 사용된 광물은 67 wt.% 수준의 탄산칼슘(IC60)이었다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
실시예 2에 따라 OCC 및 33 wt.%의 펄프의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스로부터 제조된 보드는 증가된 두께 및 밀도 뿐만 아니라 실질적으로 증가된 MOR 및 MOE를 입증하였다. 시험 결과를 하기 표 11에 제시한다.
Figure pct00014
실시예 9
실시예 3에 따라 20 wt.% 펄프 백분율의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(20% POP 충전제는 Imerys UK로부터의 ND1500 카올린 점토임)로부터 보드를 제조하였다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
보드는 대등한 두께 및 밀도를 입증하였다. 하지만, 보드는 MOE 및 MOR의 실질적 증가를 보여주었다. 실시예 9의 결과를 하기 표 12에 제시한다.
Figure pct00015
실시예 10
실시예 2의 절차에 따라서 OCC 및 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제는 Imerys UK로부터의 ND1500 점토임) 및 50 wt.% Snowcal 60 중질 탄산칼슘 및 50 wt.% PCC-S로 이루어진 추가 충전제를 사용하여 보드를 제조하였다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
보드는 감소된 두께, 증가된 밀도 및 실질적으로 증가된 MOE 및 MOR 값을 입증하였다. 결과를 하기 표 13에 제시한다.
Figure pct00016
실시예 11
실시예 2에 따라 표 14에 지시된 광물을 이용하고 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제는 Imerys U.K.로부터의 ND1500 점토임)를 이용하거나 이용하지 않고서 OCC 보드를 제조하였다. 추가 충전제를 표 14에 따라서 사용된 광물 유형에 상응하여 사용하였다. 이용된 광물은 알루미늄 삼수화물(ATH), 벤토나이트, 활석(Luzenac, Imerys France), 운모, 침강성 탄산칼슘, 펄라이트, 메타카올린, 소성 카올린, 볼 클레이, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 규조토, 백운석 및 할로이사이트를 포함하였다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
백운석 및 할로이사이트를 제외하고 보드는 명시된 광물 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 함유하고, MOE 및 MOR 둘 모두의 실질적 증가를 나타내었다. 백운석의 경우에는 MOE가 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 없는 대조 보드와 대등한 반면, 할로이사이트 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 사용하는 보드의 경우에는 MOE가 실질적으로 증가하였다. 결과는 다양한 광물을 함유하는 보드의 기계적 성능(MOE/MOR)을 개선하기 위한 MFC 이용의 실행가능성을 입증한다. 결과는 하기 표 14 및 도 8에 나타나 있다.
Figure pct00017
Figure pct00018
실시예 12
OCC 90 wt.% 및 표백된 침엽수 크라프트 버진 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제는 Imerys Minerals Limited(U.K.)로부터의 IC 60 탄산칼슘임) 5 wt.% 및 Imerys Minerals Limited(U.K.)로부터의 중질 탄산칼슘 (IC60)으로 이루어진 추가 충전제 5 wt.%로부터 보드를 제조하였다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
보드는 대조 보드와 대등한 두께 및 밀도를 입증한 반면, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 함유하는 보드는 MOE 및 MOR의 실질적 증가를 보여주었다. 결과는 하기 표 15에 제시한다.
Figure pct00019
실시예 13
OCC를 70 wt.%, 80 wt.%, 90 wt.% 및 100 wt.% 수준으로 포함하는 보드를 5 wt.%, 10 wt.% 및 15 wt.% 수준의 용량의 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제는 Imerys U.K.로부터의 ND1500 카올린 점토임)로 제조하였다. MFC 및 OCC 보드를 보드가 OCC만 함유하였다는 것을 제외하고는 대등한 절차를 사용하여 제조된 보드와 비교하였다.
결과
마이크로피브릴화된 셀룰로오스로 제조된 OCC 보드는 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 없는 100 wt.% OCC의 대조 보드에 비해서 더 낮은 두께, 하지만 증가된 밀도를 가졌다. 그러나, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스를 함유하는 보드는 MOE 및 MOR의 실질적 증가를 입증하였다. 결과는 하기 표 16에 나타난다.
Figure pct00020
실시예 14
OCC 90 wt.%, 실시예 2의 절차에 따라 제조된 재활용된 펄프로부터의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제: Imerys UK의 ND1500 점토) 5 wt.% 및 Imerys Minerals Limited(U.K.)로부터의 ND1500 카올린 점토로 이루어진 추가 충전제 5 wt.%로 프레싱 없이 저밀도 보드를 제조하였다. 저밀도 OCC 보드를 40 bar에서 프레싱된 OCC 90 wt.%, 실시예 2의 절차에 따라 제조된 재활용된 펄프로부터의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 5 wt.% 및 ND1500 카올린 점토로 이루어진 추가 충전제 5 wt.%를 포함하는 보드와 비교하였다.
결과
결과는 보드를 프레싱할 때 MOE 및 MOR의 실질적 증가가 실현된다는 것을 보여준다. 또한 결과는 응용 예컨대 경량 재료 단열재에 사용될 수 있는 저밀도 보드가 제조될 수 있다는 것을 보여준다. 결과를 하기 표 17에 보고한다.
Figure pct00021
실시예 15
1% 고형물로 희석된 Sigma Aldrich로부터의 비이온성 폴리옥시에틸렌의 분산 보조제 또는 1% 고형물로 희석된 음이온성 폴리아크릴아미드(Kemira Oy)와 함께 재활용된 펄프로부터의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제: Imerys U.K.로부터의 ND1500 점토) 5 wt.%, 및 Imerys로부터의 ND1500 카올린 점토로 이루어진 추가 충전제를 포함하는 90 wt.% OCC 보드를 제조하였다. 지합 조제를 건조 보드 질량 기준으로 0.1 wt.%로 투여하였다. 대조 보드는 지합 조제 없이 100 wt.% OCC로 이루어졌다.
결과
실험 보드는 대조 100 wt.% OCC 보드보다 작은 두께 및 큰 밀도를 입증하였다. 두 실험 보드 모두가 OCC 대조 보드에 비해 MOE 및 MOR의 실질적 증가를 보여주었다. 결과를 하기 표 18에 보고한다.
Figure pct00022
실시예 16
OCC 90 wt.% 및 재활용된 펄프로부터의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제: Imerys U.K.로부터의 ND1500 점토임) 10 wt.%를 포함하는 보드를 100 wt.% OCC로 이루어진 대조 보드와 비교하였다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스는 실시예 4의 절차에 따라 재활용된 펄프로부터 제조하였다. 사이징제 Aquapel™ F315, 16 wt.% 고형물(Solenis)을 건조 보드 질량 기준으로 0.5 wt.% 수준으로 첨가하였다.
결과
실험 보드는 덜 두껍지만 더 큰 밀도를 가졌다. 실험 보드는 MOE 및 MOR 값의 실질적 증가를 입증하였다. 실험 보드는 대조 보드보다 더 적은 물 흡수 및 실질적으로 더 적은 팽창을 입증하였다. 결과를 하기 표 19에 보고한다.
Figure pct00023
실시예 17
표백 침엽수 크라프트 펄프 버진 펄프(50% POP, 충전제: Imerys U,K.로부터의 ND1500 점토) 및 재활용된 펄프(50% POP, 충전제: Imerys UK로부터의 ND1500 점토)로부터 실시예 4에 따라 제조된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 섬유 경사도를 하기 표 20에 보고한다. 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 d30, d50, d70　및 d90　 값도 보고한다.
Figure pct00024
실시예 18
이 실시예에서는 2개 보드의 라미네이트를 제조하였다. OCC 90 wt.%, 실시예 2에 따라 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제: Imerys U.K.로부터의 ND1500점토) 5 wt.% 및 Imerys로부터의 ND1500 카올린 점토로 이루어진 추가 충전제 5 wt.%로부터 다층 보드를 제조하였다. 실험보드를 100 wt.% OCC로 제조된 보드와 비교하였다.
결과
실험 다층 보드는 감소된 두께 및 밀도, 및 MOE 및 MOR 값의 실질적 증가를 보여주었다. 데이터를 하기 표 21에 보고한다.
Figure pct00025
실시예 19
OCC 80 wt.%, 실시예 2의 절차에 따라 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제: Imerys U.K.로부터의 ND1500 점토) 10 wt.%, 카올린으로 이루어진 추가 충전제 5 wt.%, 및 네이티브 전분 5 wt.%로부터 제조된 보드를 100 wt.% OCC 또는 80 wt.% OCC, 10 wt.% 카올린 충전제 및 10 wt.% 네이티브 전분을 포함하는 대조 보드와 비교하였다. 실험 보드는 추가 충전제 및 네이티브 전분을 포함하는 대조 보드와 대등한 두께 및 밀도를 보여주었지만, 100 wt.% OCC로부터 제조된 대조 보드에 비해서 감소된 두께 및 증가된 밀도를 보여주었다. 두 대조 보드 모두와 비교해서 MOE 및 MOR 값의 실질적 증가를 보여주었다. 결과를 하기 표 22에 보고한다.
Figure pct00026
실시예 20
OCC 90 wt.% 및 실시예 2의 절차에 따라 재활용된 펄프로부터 준비된 마이크로피브릴화된 셀룰로오스(50% POP, 충전제: Imerys U.K.로부터의 ND1500 점토) 10 wt.% 및 1:1 비로 30 % 고형물로 함께 희석된 로진 및 명반으로부터 제조된 보드를 100 wt.% OCC로부터 제조된 대조 보드와 비교하였다. 로진 및 명반 혼합물의 도즈는 건조 보드 질량 기준으로 2.6 wt.%였다.
결과
실험 보드는 사이징 없이 제조된 대조 보드에 비해 감소된 두께 및 증가된 밀도를 입증하였다. 실험 보드는 실험 보드와 비교하여 MOE 및 MOR 값의 실질적 증가를 입증하였다. 결과를 하기 표 23에서 보여준다.
Figure pct00027
전술한 실시양태 및 이점은 단지 전형적인 것이며 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명의 실시양태의 설명이 예시적이고 청구범위의 범위를 제한하지 않는 것을 의도한다. 많은 대안, 변형 및 변화가 관련 분야의 숙련된 자에게 명백할 것이다.
본 발명을 그의 상세한 설명과 함께 기술하였지만, 전술한 설명은 첨부된 청구범위의 범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 예시하고 제한하지 않는 것을 의도한다는 것을 이해해야 한다. 다른 측면, 이점 및 변형은 다음 청구범위의 범위 내이다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시양태를 조합해서 추가 실시양태를 제공할 수 있다. 실시양태의 측면들을 변형하여 필요한 경우 다양한 특허, 출원 및 간행물의 개념을 이용해서 추가의 실시양태를 제공할 수 있다.
본원에서 인용된 각각의 모든 특허, 특허 출원, 간행물 및 수탁 번호의 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
본 개시물을 다양한 실시양태와 관련해서 개시하였지만, 이들의 다른 실시양태 및 변화가 본 개시물의 진정한 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 관련 분야의 숙련된 자에 의해 고안될 수 있음이 명백하다. 첨부된 청구범위는 모든 이러한 실시양태 및 동등한 변화를 포함하는 것으로 해석되는 것을 의도한다. 일반적으로, 다음 청구범위에서, 사용된 용어는 청구범위를 명세서 및 청구범위에 개시된 특정 실시양태로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하고, 그러한 청구범위에 자격을 주는 동등물의 전체 범위와 함께 모든 가능한 실시양태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 청구범위는 본 개시물에 의해 제한되지 않는다.
전술한 명세서는 관련 분야의 숙련된 자가 실시양태를 실시하는 것을 가능하게 하기에 충분한 것으로 고려된다. 전술한 설명 및 실시예는 특정 실시양태를 상세하게 설명하고 본 발명자가 고려한 최상의 방식을 기술한다. 그러나, 전술한 내용이 텍스트에 아무리 상세하게 나타날 수 있다 하더라도, 실시양태는 많은 방식으로 실시될 수 있고 첨부된 청구범위 및 임의의 그의 동등물에 따라 해석되어야 한다는 것을 이해할 것이다.
본 출원에서 논의된 참고문헌은 그들의 문맥에 기초하여 그들의 명확한 의도된 목적을 위해 그 전체가 참고로 포함된다.

Claims (57)

  1. (a) 재활용된 셀룰로오스-함유 물질의 제1 수성 슬러리를 제공하거나 또는 얻고, 여기서 상기 수성 슬러리가 0.1 wt.% 내지 10 wt.%의 점조도로 붕해되는 것인 단계;
    (b) 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질의 제2 수성 슬러리를 제공하거나 또는 얻고, 여기서 상기 하나 이상의 무기 입자상 물질 대 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 비가 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5이고, 여기서 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 버진 펄프 또는 재활용된 셀룰로오스-함유 물질로부터 얻는 것인 단계;
    (c) 재활용된 셀룰로오스-함유 물질의 제1 수성 슬러리 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질의 제2 수성 슬러리를 0.1 내지 25 wt.%의 점조도로 혼합하고, 임의의 임의적 첨가제를 첨가하고, 여기서 혼합물이 0.5 wt.% 내지 35 wt.% 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 것인 단계;
    (d) 단계 (c)의 혼합물을 적합한 크기의 몰드 또는 포머(former)에 펌핑하고, 몰드 또는 포머가 임의로 프레스를 포함하는 것인 단계;
    (e) 보드 또는 시트를 배수하고/거나 프레싱하고 건조하고, 여기서 상기 보드 또는 시트가 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드 또는 시트에 비해서 증가된 탄성계수(modulus of elasticity) 및 파괴계수(modulus of rupture)를 가지는 것인 단계
    를 포함하는, 재활용된 셀룰로오스-함유 물질, 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 결합제 조성물, 및 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함하는 보드 또는 시트를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재활용된 셀룰로오스-함유 물질이 폐골판지인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 재활용된 셀룰로오스-함유 물질이 재활용된 펄프 또는 제지공장 손지(papermill broke) 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스성 물질이 풍부한 종이 스트림, 또는 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 수성 슬러리가 1, 2, 3 또는 4 wt%의 점조도로 붕해되는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 붕해가 붕해기에서 수행되는 것인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 붕해가 펄퍼에서 수행되는 것인 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 붕해가 리파이닝기에서 수행되는 것인 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 붕해가 재활용된 셀룰로오스-함유 물질의 CSF가 약 20 내지 약 700일 때까지 수행되는 것인 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 붕해가 슬러리를 디플레이커에서 처리하는 것을 추가로 포함하는 것인 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 무기 입자상 물질 대 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 비가 약 80:20인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 무기 입자상 물질 대 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 비가 약 50:50인 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 무기 입자상 물질이 카올린인 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 무기 입자상 물질이 탄산칼슘인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 탄산칼슘이 침강성 탄산칼슘인 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 탄산칼슘이 중질 탄산칼슘인 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 탄산칼슘이 침강성 탄산칼슘 및 중질 탄산칼슘의 혼합물인 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 무기 입자상 물질이 카올린 및 탄산칼슘의 혼합물인 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 무기 입자상 물질이 카올린, 중질 탄산칼슘 및 침강성 탄산칼슘의 혼합물인 방법.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 무기 입자상 물질이 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 할로이사이트, 볼 클레이, 메타카올린, 완전 소성 카올린, 활석, 운모, 펄라이트, 규조토, 수산화마그네슘, 알루미늄 삼수화물, 또는 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 무기 입자상 물질의 일부 또는 전부가 단계 (a)의 재활용된 셀룰로오스-함유 물질과 함께 첨가되는 것인 방법.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 표백된 또는 비표백된 활엽수, 침엽수 크라프트 또는 아황산 펄프를 포함하는 버진 펄프로부터 제조된 것인 방법.
  22. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 재활용된 셀룰로오스-함유 물질로부터 제조된 것인 방법.
  23. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계 (c)의 혼합물이 5 wt.% 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 것인 방법.
  24. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계 (c)의 혼합물이 10 wt.% 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 것인 방법.
  25. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계 (c)의 혼합물이 15 wt.% 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 것인 방법.
  26. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 압축 몰딩을 사용하여 구조적 구성요소의 형상으로 형성되는 것이고, 여기서 상기 구조적 구성요소이 가구에서 또는 사무용 구조물에서 사용되는 것인 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 구조적 구성요소이 소파, 의자, 또는 리클라이너의 프레임의 부분인 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 구조적 구성요소이 데스크, 저장 유닛, 벽장 유닛 또는 모듈형 가구 유닛인 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 체결구를 수용하는 개선된 강도를 가지는 것인 방법.
  30. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 천장 타일, 벽 보드 및 단열 보드인 방법.
  31. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 하나 이상의 첨가제를 사용하여 제조된 발포체인 방법.
  32. 제1항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 하나 이상의 첨가제를 사용하여 제조되는 것인 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 첨가제가 보류 조제, 배수 조제, 지합 조제(formation aid), 사이징 조제 또는 레벨링 조제인 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 보류 조제가 중고 전하 밀도, 매우 높은 분자량, 양이온성 중합체로부터 선택되는 것인 방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 배수 조제가 미세입자 예컨대 벤토나이트 또는 실리카, 또는 중고 전하 밀도, 매우 높은 분자량의 양이온성 중합체로부터 선택되는 것인 방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 지합 조제가 음이온성 또는 비이온성 분산제, 예컨대, 폴리에틸렌 옥사이드 또는 음이온성 폴리아크릴아미드로부터 선택되는 것인 방법.
  37. 제33항에 있어서, 상기 사이징 조제가 표면 사이징을 위한 변성 전분, 히드로콜로이드, 내부 사이징을 위한 알킬 숙신산 무수물, 알킬 케텐 이량체 및 로진으로부터 선택되는 것인 방법.
  38. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수성 슬러리가 0.5 wt.% 내지 5 wt.%의 점조도로 붕해되는 것인 방법.
  39. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 무기 입자상 물질 대 마이크로피브릴화된 셀룰로오스의 비가 약 80:20 내지 약 50:50인 방법.
  40. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재활용된 셀룰로오스-함유 물질의 슬러리 및 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질의 제2 수성 슬러리가 0.5 내지 10 wt.%의 점조도로 혼합되는 것인 방법.
  41. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합물이 0.5 wt.% 내지 10 wt.%의 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 입자상 물질을 포함하는 것인 방법.
  42. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해 적어도 5%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 5%의 증가된 파괴계수를 가지는 것인 방법.
  43. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해 적어도 10%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 10%의 증가된 파괴계수를 가지는 것인 방법.
  44. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해 적어도 15%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 15%의 증가된 파괴계수를 가지는 것인 방법.
  45. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해 적어도 20%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 20%의 증가된 파괴계수를 가지는 것인 방법.
  46. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 마이크로피브릴화된 셀룰로오스 없이 대등한 방법으로 제조된 보드에 비해 적어도 25%의 증가된 탄성계수 및/또는 적어도 25%의 증가된 파괴계수를 가지는 것인 방법.
  47. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로피브릴화된 셀룰로오스가 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 가지는 것인 방법.
  48. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 1 내지 25 mm의 두께를 가지는 것인 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 2 내지 5 mm의 두께를 가지는 것인 방법.
  50. 제48항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 3 내지 4 mm의 두께를 가지는 것인 방법.
  51. 제48항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 5 내지 10 mm의 두께를 가지는 것인 방법.
  52. 제48항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 10 내지 15 mm의 두께를 가지는 것인 방법.
  53. 제48항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 5 내지 20 mm의 두께를 가지는 것인 방법.
  54. 제48항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 20 내지 25 mm의 두께를 가지는 것인 방법.
  55. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드 또는 시트가 2겹 이상을 가지는 것인 방법.
  56. 제32항에 있어서, 상기 첨가제가 전분인 방법.
  57. 제32항에 있어서, 상기 첨가제가 로진인 방법.
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