KR20220133338A - 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는, 조성물, 예컨대, 충전되거나 코팅된 종이에 관한 것이다.

Description

조성물 {COMPOSITIONS}

본 발명은 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는, 충전된 및 코팅된 종이와 같은 조성물에 관한 것이다.

무기 미립자 재료, 예를 들어, 알칼리 토금속 카르보네이트(예, 탄산칼슘) 또는 카올린(kaolin)은 많은 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 이들은 제지 또는 종이 코팅에서 사용될 수 있는 미네랄 함유 조성물의 생산을 포함한다. 종이 및 폴리머 생성물에서, 그러한 충전재는 전형적으로는 종이 또는 폴리머 생성물 중의 일부 다른 고가 성분을 대체하기 위해서 첨가된다. 충전재는 또한 종이 및 폴리머 생성물의 물리적, 기계적 및/또는 광학적 요건을 개질시킬 목적으로 첨가될 수 있다. 명백하게는, 포함될 수 있는 충전재의 양이 많으면 많을수록 비용 절감 잠재성이 더 크다. 그러나, 첨가된 충전재의 양과 관련 비용 절감이 최종 종이 또는 폴리머 생성물의 물리적, 기계적 및/또는 광학적 요건에 대해서 균형을 이루어야 한다. 따라서, 종이 생성물의 물리적, 기계적 및/또는 광학적 요건에 나쁜 영향을 주지 않으면서 높은 로딩 수준으로 사용될 수 있는 종이 또는 폴리머용 충전재에 대한 계속되는 개발 요구가 있다. 또한, 그러한 충전재를 경제적으로 제조하는 방법에 대한 개발 요구도 있다.

본 발명은 종이 또는 폴리머 생성물의 물리적, 기계적 및/또는 광학적 특성을 유지 또는 개선하면서도 비교적 높은 로딩 수준으로 종이 또는 폴리머 생성물에 혼입될 수 있는 종이 또는 폴리머 생성물용의 대안적 및/또는 개선된 충전재를 제공하고자 한다. 본 발명은 또한 그러한 충전재를 제조하는 경제적인 방법을 제공하고자 한다. 이에 따라, 본 발명의 발명자들은 놀랍게도 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 충전재가 경제적인 방법으로 제조될 수 있으며, 최종 종이 또는 폴리머 생성물의 물리적, 기계적 및/또는 광학적 특성을 유지하거나 개선하면서도 비교적 높은 수준으로 종이 또는 폴리머 생성물에 로딩(loading)될 수 있음을 발견하였다.

추가로, 본 발명은 산업적 규모로 경제적으로 미세섬유화된 셀룰로오즈를 제조하는 문제를 처리하고자 한다. 셀룰로오즈성 재료를 미세섬유화하는 현재의 방법은 부분적으로 출발물질과 미세섬유화된 생성물의 비교적 높은 점도로 인해서 비교적 대량의 에너지를 필요로 하며, 산업적 규모로 미세섬유화된 셀룰로오즈를 제조하는 상업적 실용성 공정은 지금까지 어려운 것으로 판명되었다.

발명의 개요

첫 번째 양태에 따르면, 본 발명은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 및 종이 생성물 상의 하나 이상의 기능성 코팅을 포함하는 물품에 관한 것이다.

두 번째 양태에 따르면, 본 발명은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물으로서, 종이 생성물이 (i) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 인장 강도보다 큰 제 1 인장 강도; (ii) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 인렬 강도보다 큰 제 1 인렬 강도; 및/또는 iii) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 파열 강도보다 큰 제 1 파열 강도; 및/또는 iv) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 시트 광 산란 계수보다 큰 제 1 시트 광 산란 계수; 및/또는 v) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 다공도보다 낮은 제 1 다공도; 및/또는 vi) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 z-방향(내부 결합) 강도보다 큰 제 1 z-방향(내부 결합)을 지니는 종이 생성물에 관한 것이다.

세 번째 양태에 따르면, 본 발명은 코팅된 종이 생성물로서, 코팅이 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하고, 코팅된 종이 생성물이

i. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물의 제 2 광택도보다 큰 제 1 광택도; 및/또는 ii. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물의 제 2 강성(stiffness)보다 큰 제 1 강성; 및/또는 iii. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물의 제 2 배리어 특성과 비교하여 개선된 제 1 배리어 특성을 지닌 종이 생성물에 관한 것이다.

네 번째 양태에 따르면, 본 발명은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 폴리머 조성물에 관한 것이다.

다섯 번째 양태에 따르면, 본 발명은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 제지 조성물로서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 제지 조성물의 제 2 양이온 요구량보다 낮은 제 1 양이온 요구량을 갖는, 제지 조성물에 관한 것이다.

여섯 번째 양태에 따르면, 본 발명은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 제지 조성물로서, 제지 조성물에 실질적으로 보유 보조제(retention aids)가 없는 제지 조성물에 관한 것이다.

일곱 번째 양태에 따르면, 본 발명은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물로서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 형성 지수(formation index)보다 낮은 제 1 형성 지수를 지닌 종이 생성물에 관한 것이다.

본원에서 사용되는 "동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물"은 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재를 본원에 기재된 바와 같은 무기 미립자 재료의 존재 하에 미세섬유화시키는 공정에 의해 처리된 조성물을 나타낸다.

다르게 명시되지 않는 한, "기능성 코팅"은 상기 종이 생성물의 하나 이상의 비-그래프적 특성(즉, 근본적으로 종이의 그래프 특성과 관련되지 않은 특성)을 개질, 증진, 품질 향상 및/또는 최적화시키기 위해 종이 생성물의 표면에 가해지는 코팅 또는 코팅들을 나타낸다. 구체예들에서, 기능성 코팅은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 것이 아니다. 예를 들어, 기능성 코팅은 폴리머, 금속, 수성 조성물, 액체 배리어층 또는 인쇄된 전자층일 수 있다.

종이 생성물

특정 구체예들에서, 종이 생성물은 종이 펄프 내에 혼입되는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물(예를 들어, 종이 베이스 중에 충전재 조성물로서)을 포함한다. 예를 들어, 종이 생성물은 종이 생성물의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 약 0.5 wt. %, 적어도 약 5 wt. %, 적어도 약 10 wt. %, 적어도 약 15 wt. %, 적어도 약 20 wt. %, 적어도 약 25 wt. %, 적어도 약 30 wt. %, 또는 적어도 약 35 wt. %의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 종이 생성물은 약 50 wt. % 이하, 예를 들어, 약 45 wt. % 이하, 또는 약 40 wt. % 이하의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함한다. 특정 구체예에서, 종이 생성물은 약 25% 내지 약 35% wt. %의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함한다. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물의 섬유 함량은 적어도 약 2 wt. %, 적어도 약 3 wt. %, 적어도 약 4 wt. %, 적어도 약 5 wt. %, 적어도 약 6 wt. %, 적어도 약 7 wt. %, 적어도 약 8 wt. %, 적어도 약 10 wt. %, 적어도 약 1 1 wt. %, 적어도 약 12 wt. %, 적어도 약 13 wt. %, 적어도 약 14 wt. % 또는 적어도 약 15 wt. %일 수 있다. 일반적으로, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물의 섬유 함량은 약 25 wt. % 미만, 예를 들어, 약 20 wt. % 미만일 것이다.

동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 형성하기 위해 동시-처리 후, 추가의 무기 미립자가 첨가되어(예를 들어, 블렌딩 또는 혼합에 의해) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물의 섬유 함량을 감소시킬 수 있다.

특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 함유하지 않고(즉, 없이) 생성된 종이 생성물과 비교하여 보다 낮은 다공도를 지닌다. 예를 들어, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물의 다공도는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 다공도보다 약 10% 낮은 다공성, 약 20% 낮은 다공성, 약 30% 낮은 다공성, 약 40% 낮은 다공성, 또는 약 50% 낮은 다공성인 다공도를 지닐 수 있다. 다공도에서의 이러한 감소는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 코팅된 종이 생성물에 대해 개선된 코팅 홀드 아웃(hold-out)을 제공할 수 있다. 다공도에서의 이러한 감소는 코팅된 종이 생성물의 물리적 및/또는 기계적 특성을 저하시키지 않으면서 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 코팅된 종이 생성물에 대한 코트 중량을 감소시킬 수 있다.

일 구체예에서, 다공도는 SCAN P21, SCAN P60, BS 4420 및 Tappi UM 535에 따라 Bendtsen Model 5 다공도 시험기를 사용하여 측정된다.

그 밖의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물(예를 들어, 종이 생성물은 동일한 충전재 로딩을 갖는다)의 인장 강도보다 약 2% 초과, 약 5% 초과, 약 10% 초과, 약 15% 초과, 약 20 % 초과, 또는 약 25% 초과의 인장 강도를 지닌다.

추가의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 (예를 들어, 종이 생성물은 동일한 충전재 로딩을 지님)의 인렬 강도보다 약 2% 초과, 약 5% 초과, 약 10% 초과, 약 15% 초과, 약 20 % 초과, 또는 약 25% 초과인 인렬 강도를 지닌다. 이러한 낮은 다공도의 강한 종이 생성물은 기능성 종이, 예컨대, 가스켓, 내지지(grease proof paper), 석고보드용 라이너(linerboard for plasterboard), 방염지, 벽지, 라미네이트(laminate), 또는 그 밖의 기능성 종이 생성물을 포함할 수 있다.

일 구체예에서, 인장 강도는 SCAN P16에 따라 Testometrics 인장 시험기를 사용하여 측정된다.

추가의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물(예를 들어, 종이 생성물은 동일한 충전재 로딩을 지님)의 z-방향 (내부 결합) 강도보다 약 2% 초과, 약 5% 초과, 약 10% 초과, 약 15% 초과, 약 20 % 초과, 또는 약 25% 초과인 z-방향 (내부 결합) 강도를 지닌다.

일 구체예에서, z-방향 (내부 결합) 강도는 TAPPI T569에 따라 스캇(Scott) 결합 시험기를 사용하여 측정된다.

특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은 코팅될 수 있다. 특정 구체예의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅된 종이 생성물과 비교하여 증가된 광택도를 지닐 수 있다. 예를 들어, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅된 종이 생성물보다 약 5% 초과, 약 10% 초과, 또는 약 20% 초과인 광택도를 지닐 수 있다.

일 구체예에서, 광택도는 TAPPI 방법 T 480 om-05 (75도에서의 종이 및 보드지의 경면 광택도(Specular gloss)에 따라 측정된다.

그 밖의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물은 개선된 프린트 특성, 예컨대 프린트 광택도, 스냅(snap), 프린트 밀도, 피킹 속도(picking speed) 또는 도트 누락률(percent missing dot)을 지닐 수 있다.

그 밖의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅된 종이 생성물과 비교하여 보다 낮은 투습도(moisture vapour transmission rate)(MVTR, 건조제로서 실리카 겔, 및 50%의 상대 습도를 사용하는 TAPPI T448의 변형된 버전에 따라 시험됨)를 지닐 수 있다. 예를 들어, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는, 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는, 코팅된 종이 생성물 (예를 들어, 코팅된 종이 생성물은 동일한 충전재 로딩을 지님)보다 약 2% 낮거나, 약 4% 낮거나, 약 6% 낮거나, 약 8% 낮거나, 약 10% 낮거나, 약 12% 낮거나, 약 15% 낮거나, 약 20% 낮은 MVTR를 지닐 수 있다.

특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은 액체 패키징용 코팅, 배리어 코팅 및 인쇄 전자용 코팅과 같은 기능성 코팅을 위한 베이스(base)로서 작용할 수 있다. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은 그 위에 적용되는 기능성 코팅을 위한 매끄러운 표면을 제공한다. 예를 들어, 종이 생성물은 폴리머, 금속, 수성 조성물(예를 들어, 수계 배리어 층), 또는 이들의 조합을 포함하는 배리어 코팅을 포함할 수 있다.

수성 조성물은 본원에 기재된 하나 이상의 무기 미립자 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수성 조성물은 카올린, 예컨대 판상(platy) 카올린 또는 과판상(hyper-platy) 카올린을 포함할 수 있다. '판상' 카올린은 높은 형상 계수(shape factor)를 지닌 카올린 생성물인 카올린을 의미한다. 판상 카올린은 약 20 내지 약 60 미만의 형상 계수를 지닌다. 과판상 카올린은 약 60 내지 100 또는 심지어 100 초과의 형상 계수를 지닌다. 본원에서 사용되는 "형상 계수"는 본원에서 참조로 통합되는 미국특허 제5,576,617호에 기재된 전기 전도성 방법, 장치, 및 식을 이용하여 측정된, 다양한 크기 및 모양의 입자 집단에 대한 입자 직경 대 입자 두께의 비의 측정치이다. 형상 계수를 측정하기 위한 기술이 상기 미국특허 제5,576,617호에 추가로 기재되어 있는 바와 같이, 시험 중인 배향된 입자의 수성 현탁액의 조성물의 전기 전도도가 용기를 통해 조성물이 흐름에 따라 측정된다. 전기 전도도의 측정은 용기의 어느 한 방향을 따라, 그리고 이 첫번째 방향을 가로지르는 용기의 또 다른 방향을 따라 취해진다. 두 전도도 측정 간의 차이를 사용하여, 시험 중인 미립자 재료의 형상 계수가 측정된다.

일부 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은, 종이 생성물로의 기능성 코팅의 침투가 거의 없거나 전혀 없도록 기능성 코팅의 적용을 위한 낮은 침투율의 표면을 제공한다. 따라서, 보다 얇고, 보다 적고/거나 비-폴리머성의 기능성 코팅이 요망하는 기능(예를 들어, 배리어 기능)을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는, 코팅된 종이 생성물과 비교하여 개선된 내유성(oil resistance)(IGT 프린팅 유닛을 사용하여 디부틸 프탈레이트 중의 Sudan Red IV의 오일 기반 용액을 사용함으로써 측정됨)을 지닐 수 있다. 예를 들어, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는, 코팅된 종이 생성물 (예를 들어, 코팅된 종이 생성물은 동일한 충전재 로딩을 지님)보다 약 2% 초과, 약 4% 초과, 약 6% 초과, 약 8% 초과, 또는 약 10% 초과인 내유성을 지닐 수 있다.

개선된 종이 제조 및 시트 특성

일부 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은 이러한 종이 생성물을 제조하기 위한 공정을 개선시킨다. 예를 들어, 종이 퍼니쉬(paper furnish) 중에 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함시킴으로써, 종이 베이스(paper base)의 웨트 엔드 가공(wet end processing)은 전처리(예를 들어, 양이온성 폴리머의 첨가)를 필요로 하지 않을 수 있다. 또한, 미세섬유화된 셀룰로오즈를 포함하는 종이 퍼니쉬와 비교하여, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 퍼니쉬는 양이온 요구량이 보다 낮거나 변함이 없고, 개선된 보유율, 및 개선된 형성률을 지닌다. 종이 생성물 중에 사용된 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물에 의해 보유율이 개선되는 일부 구체예에서, 보유 보조제의 사용이 감소되거나 제거될 수 있으며, 보유 보조제로부터 형성되는 종이 생성물에 대한 손상이 피해질 수 있다.

제지 퍼니쉬 샘플의 양이온 요구량은 그것의 표면을 중화하는데 요구되는 고도로 대전된 양이온 폴리머의 양에 의해 표시된다. 스트리밍 전류(streaming current) 시험이 제로 시그널에 도달하는데 요구되는 양이온 적정물질(예를 들어, 폴리-DADMAC)의 양을 기준으로 하여, 양이온 요구량을 측정하는데 사용될 수 있다. 종말점을 특정하는 또 다른 방법은 적정물질의 각각의 증분 첨가 후 제타 전위를 평가함에 의해서이다. 양이온 요구량을 측정하기 위한 또 다른 전략은 샘플을 기지의 과량의 양이온 적정물질과 혼합하고, 여과하여 고형물질을 제거한 후, 색 종말점으로 역적정(콜로이드 적정)하는 것이다. 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 제지 퍼니쉬의 양이온 요구량은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 제지 퍼니쉬(예를 들어, 종이 퍼니쉬는 동일한 충전재 로딩을 지님)의 양이온 요구량과 유사하거나 적다.

일 구체예에서, 양이온 요구량(또한, '음이온 하전량'으로서 알려져 있음)은 하기 '실시예'에서 기재되는 방법에 따라 Mutek PCD 03 Titrator를 사용하여 측정된다.

보유율은 형성됨에 따라 종이 웹 내에 미세 입자 및 섬유 미세물질을 유지시키는 공정에 대한 일반적인 용어이다. 첫번째 통과 보유율은 이들 미세 물질이, 형성됨에 따라 종이 웹에 보유되는 효율을 실질적으로 나타낸다. 특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 퍼니쉬의 첫번째 통과 보유율은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 퍼니쉬(예를 들어, 종이 퍼니쉬는 동일한 충전재 로딩을 지님)보다 예를 들어, 적어도 약 2% 초과, 약 5% 초과, 또는 약 10% 초과이다.

일 구체예에서, 첫번째 통과 보유율은 헤드박스(headbox)(HD) 및 화이트 워터(white water)(WW) 트레이 내 고형물 측정을 기반으로 하여 측정되고, 하기 식에 따라 산출된다:

보유율 = [(HB_고형물 - WW_고형물)/HB_고형물] x 100

종이 형성 동안 애쉬 보유율(소각에 의해 측정됨에 따라)은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 퍼니쉬(예를 들어, 종이 퍼니쉬는 동일한 충전재 로딩을 지님)와 비교하여 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 퍼니쉬로부터 형성된 종이 생성물에서 개선될 수 있다. 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 퍼니쉬로부터 형성되는, 종이 형성 동안의 보유율은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 퍼니쉬(예를 들어, 종이 퍼니쉬는 동일한 충전재 로딩을 지님)보다 적어도 약 5%, 적어도 약 10%, 적어도 약 15%, 적어도 약 20%, 또는 적어도 약 25% 초과이다.

일 구체예에서, 애쉬(ash) 보유율은 첫번째 통과 보유율과 동일한 원리에 따라 측정되나, 헤드박스(headbox)(HD) 및 화이트 워터(white water)(WW) 트레이 내 애쉬 성분의 중량을 기준으로 하고, 하기 식에 따라 산출된다:

애쉬 보유율 = [(HB_애쉬 - WW_애쉬)/HB_애쉬] x 100

종이 형성율은 종이 형성 웹 상의 섬유, 섬유 단편, 무기 충전재, 및 화학적 첨가제의 비균일 분포에 의한 것이다. 형성율은 종이 시트면에서의 소규모 기본 중량의 변동에 의해 특징될 수 있다. 형성율을 기재하는 또 다른 방법은 종이의 기본 중량의 변동이다. 종이의 불규칙한 구조는 몇분의 1 밀리미터 내지 수 센티미터에 이르는 길이 규모에서 육안으로 보여질 수 있다. 특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 퍼니쉬의 형성 지수(PTS)는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 퍼니쉬(예를 들어, 종이 퍼니쉬는 동일한 충전재 로딩을 지님) 보다 적어도 약 5% 낮거나, 약 10% 낮거나, 약 15% 낮거나, 약 20% 낮거나, 약 25% 낮다.

일 구체예에서, 형성 지수(PTS)는 PTS 안내서 'DOMAS 2.4 User Guide'의 섹션 10-1에 기재된 측정 방법에 따라 PTS에 의해 개발된 DOMAS 소프트웨어를 사용하여 측정된다.

그 밖의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 보드지 생성물은 개선된 접힙성(foldability) 및/또는 내균열성(crack resistance)을 지닐 수 있다.

또한, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물은 개선된 시트 특성의 조합을 지닐 수 있다. 예를 들어, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 개선된 강도 특성 및 개선된 형성율을 지닌다. 특정 이론에 의해 결부되지 않고, 이러한 조합은, 추가의 정정(refining) 또는 섬유화가 응집하는 성향을 유도하는 감소된 안정성으로 인해 종이 형성율을 바람직하지 않게 손상시킬 것으로 여겨짐에도, 종이 시트 강도를 증가시킬 수 있기 때문에 놀라운 것이다.

그 밖의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 개선된 인장 강도, 인렬 강도 및 z-방향 강도(내부 결합)를 지닌다. 이는 일반적으로 펄프 정정에 있어서, 인장 강도가 증가함에 따라 인렬 강도 및/또는 z-방향 강도는 감소할 것이기 때문에 놀랍다. 예를 들어, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 시트 (예를 들어, 종이 생성물 시트는 동일한 충전재 로딩을 지님)보다 적어도 약 2% 초과, 적어도 약 3% 초과, 적어도 약 4% 초과, 적어도 약 5% 초과, 적어도 약 6% 초과, 적어도 약 7% 초과, 적어도 약 8% 초과, 적어도 약 9%, 적어도 약 10% 초과, 적어도 약 12 % 초과, 적어도 약 15% 초과, 또는 적어도 약 20% 초과인 인장 강도를 지닐 수 있다. 그 밖의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 시트(예를 들어, 종이 생성물 시트는 동일한 충전재 로딩을 지님)보다 적어도 약 5% 초과, 적어도 약 10% 초과, 적어도 약 15% 초과, 적어도 약 20% 초과, 또는 적어도 약 25% 초과인 인렬 강도를 지닐 수 있다. 그 밖의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 개선된 인장 강도 및 개선된 인렬 강도의 조합을 지닌다. 예를 들어, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 시트보다 약 2% 내지 약 10% 초과인 인장 강도, 및 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 시트보다 약 5% 내지 약 25% 초과인 인렬 강도를 지닐 수 있다.

일 구체예에서, 인렬 강도는 TAPPI 방법 T 414 om-04 (종이의 내부 내인렬성(Elmendorf-타입 방법))에 따라서 측정된다.

그 밖의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 개선된 인장 강도 및 개선된 산란(즉, 광학적) 특성, 예를 들어, 시트 광 산란성 및 시트 광 흡수성을 지닌다. 또 다시, 이는 일반적으로 인장 강도가 증가함에 따라 시트 광 산란은 감소하기 때문에 놀랍다. 특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 시트(예를 들어, 종이 생성물 시트는 동일한 충전재 로딩을 지님)보다 적어도 약 2% 초과, 적어도 약 3% 초과, 적어도 약 4% 초과, 적어도 약 5% 초과, 적어도 약 6% 초과, 적어도 약 7% 초과, 적어도 약 8% 초과, 적어도 약 9% 초과, 또는 적어도 약 10% 초과인 시트 광 산란 계수(m²kg^-1, 필터 8 및 10을 사용하여 측정됨)를 지닐 수 있다. 다른 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 개선된 인장 강도 및/또는 개선된 인렬 강도, 및 개선된 광 산란의 조합을 지닌다. 예를 들어, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 시트보다 약 2% 내지 약 10% 초과인 인장 강도, 및/또는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 시트보다 약 5% 내지 약 25% 초과인 인렬 강도, 및 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 시트(예를 들어, 종이 생성물 시트는 동일한 충전재 로딩을 지님) 보다 약 2% 내지 약 10% 초과, 예를 들어, 약 2% 내지 약 5% 초과인 시트 광 산란 계수(m²kg^-1, 필터 8 및 10을 사용하여 측정됨)를 지닐 수 있다.

일 구체예에서, 시트 광 산란 및 흡수 계수는 Elrepho 기기로부터의 반사율 데이타: R inf = 적층된 시트 10장의 반사율, Ro = 검정 컵 상의 시트 한장의 반사율을 사용하여 측정되며, 이들 값 및 시트의 물질(gm^-2)이 문헌(Nils Pauler 저, "Paper Optics"(Lorentzen and Wettre 발간, ISBN 91-971-765-6-7), p. 29-36)에 기재된 쿠벨카-뭉크 식(Kubelka - Munk equation)에 도입된다.

파열 강도(bursting strength)는 다수 종류의 종이에 있어서 파열 저항에 대한 측정치로서 널리 사용된다. 특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트는 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물 시트(예를 들어, 종이 생성물 시트는 동일한 충전재 로딩을 지님)보다 적어도 약 5% 초과, 적어도 약 10% 초과, 적어도 약 15% 초과, 적어도 약 20% 초과, 또는 적어도 약 25% 초과인 파열 강도를 지닐 수 있다.

일 구체예에서, 파열 강도는 SCAN P 24에 따라 Messemer Buchnel 파열 시험기를 사용하여 측정된다.

특정 구체예들에서, 이러한 개선된 종이 생성물 시트 특성은 약 25 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 더욱 바람직하게는 약 30 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 더욱 더 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 약 140 ㎛, 더욱 더 바람직하게는 약 70 ㎛ 내지 약 130 ㎛, 가장 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 범위의 d₅₀을 지닌 미세섬유화된 셀룰로오즈를 포함하는, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 시트로 달성될 수 있다. 특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물의 미세섬유화된 셀룰로오즈는 요망하는 d₅₀로 유도되는 높은 경사도(steepness)(하기 정의된 바와 같음)를 지닌다. 일 구체예에서, 미세섬유화된 셀룰로오즈의 가파른(steep) 입도 분포는 요망하는 미세섬유화된 셀룰로오즈 경사도를 지닌 형성된 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 물 또는 어떠한 다른 액체로 미세섬유화 장치로부터 세척되어질 수 있는 배치(batch) 공정에서 무기 미립자 재료의 존재 하에 셀룰로오즈를 포함하는 섬유상 기재의 미세섬유화에 의해 생성될 수 있다.

특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물의 미세섬유화된 셀룰로오즈는 단일모달(monomodal) 입도 분포를 지닌다. 그 밖의 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물의 미세섬유화된 셀룰로오즈는 예를 들어, 무기 미립자 재료의 존재 하에 셀룰로오즈를 포함하는 섬유상 기재의 보다 적은 또는 부분적인 미세섬유화에 의해 생성된 다중모달(multimodal) 입도 분포를 지닌다.

코팅

특정 구체예들에서, 코팅은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함할 수 있다. 또한, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅은 액체 패키징, 배리어 코팅, 또는 인쇄 전자 적용에 사용되는 것들과 같은 기능성 종이로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 기능성 코팅은 배리어층, 예를 들어, 액체 배리어층일 수 있거나, 기능성 코팅은 인쇄 전자층일 수 있다.

동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅은 보다 큰 강도 특성(예를 들어, 인장 강도, 인렬 강도 및 강성), 보다 큰 광택도, 및/또는 개선된 프린트 특성(예를 들어, 프린트 광택도, 스냅, 프린트 밀도, 또는 도트 누락률)을 지닌 종이 생성물 또는 종이 코팅을 생성하기 위해 종이 생성물에 적용될 수 있다. 예를 들어, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅으로 코팅된 종이 생성물의 인장 강도보다 약 5% 초과, 약 10% 초과, 또는 약 20% 초과인 인장 강도를 지닐 수 있다. 특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅으로 코팅된 종이 생성물의 인렬 강도보다 약 5% 초과, 약 10% 초과, 또는 약 20% 초과인 인렬 강도를 지닐 수 있다. 특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅으로 코팅된 종이 생성물의 강성보다 약 5% 초과, 약 10% 초과, 또는 약 20% 초과인 강성을 지닐 수 있다. 일부 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅으로 코팅된 종이 생성물의 광택도보다 약 5% 초과, 약 10% 초과, 또는 약 20% 초과인 광택도를 지닐 수 있다. 일부 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅으로 코팅된 종이 생성물은 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅으로 코팅된 종이 생성물의 배리어 특성과 비교하여 개서된 배리어 특성을 지닐 수 있다. 배리어 특성은 산소, 수분, 그리스 및 아로마 중 하나 이상이 코팅된 종이 생성물을 통과하는(즉, 투과되는) 속도로부터 선택될 수 있다. 따라서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅은 산소, 수분, 그리스 및 아로마 중 하나 이상이 코팅된 종이 생성물을 통과하는 속도를 늦추거나 개선(즉, 감소)시킬 수 있다.

구체예들에서, 인장 강도, 인렬 강도 및 광택도는 상기 기재된 방법에 따라 측정된다.

구체예들에서, 강성(즉, 탄성률)은 문헌(J. C. Husband, L.F.Gate, N.Norouzi, and D.Blair, "The Influence of kaolin Shape Factor on the stiffness of Coated Papers", TAPPI Journal, June 2009, p. 12-17 (특히 표제 'Experimental Methods'의 섹션 참조); and J. C. Husband, J.S.Preston, L.F.Gate, A.Storer, and P.Creaton, "The Influence of Pigment Particle Shape on the In-Plane tensile strength Properties of Kaolin-based Coating Layers", TAPPI Journal, December 2006, p.3-8 (특히 표제 'Experimental Methods'의 섹션 참조))에 기재된 강성 측정 방법에 따라서 측정된다.

일 구체예에서, 무기 미립자 재료는 카올린이다. 유리하게는, 카올린은 판상 카올린 또는 과판상 카올린이다.

분산가능한 조성물

특정 구체예들에서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물은 본원에 기재된 공정에 의해, 또는 당 분야에 공지되어 있는 어떠한 다른 건조 공정(예를 들어, 동결 건조)에 의해 생성됨에 따라 건조된 또는 실질적으로 건조된 형태의 재분산가능한 조성물일 수 있다. 건조된 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물은 수성 또는 비수성 매질 (예를 들어, 폴리머)에 용이하게 분산될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 3의 양태에 따르면, 본원에 기재된 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 폴리머 조성물이 제공된다.

폴리머 조성물은 폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 약 0.5 wt. %, 적어도 약 5 wt. %, 적어도 약 10 wt. %, 적어도 약 15 wt. %, 적어도 약 20 wt. %, 적어도 약 25 wt. %, 적어도 약 30 wt. %, 또는 적어도 약 35 wt. %의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 폴리머는 약 50 wt. % 이하, 예를 들어, 약 45 wt. % 이하, 또는 약 40 wt. % 이하의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함할 것이다. 특정 구체예에서, 폴리머 조성물은 약 25% 내지 약 35% wt. %의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함한다. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물의 섬유 함량은 적어도 약 2 wt. %, 적어도 약 3 wt. %, 적어도 약 4 wt. %, 적어도 약 5 wt. %, 적어도 약 6 wt. %, 적어도 약 7 wt. %, 적어도 약 8 wt. %, 적어도 약 10 wt. %, 적어도 약 11 wt. %, 적어도 약 12 wt. %, 적어도 약 13 wt. %, 적어도 약 14 wt. % 또는 적어도 약 15 wt. %일 수 있다. 일반적으로, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물의 섬유 함량은 약 25 wt. % 미만, 예를 들어, 약 20 wt. % 미만일 것이다.

폴리머는 어떠한 천연 또는 합성 폴리머 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 폴리머는 예를 들어, 열가소성 또는 열경화성일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "폴리머"는 호모폴리머 및/또는 코폴리머, 및 가교되고/거나 얽힌 폴리머를 포함한다.

본 발명의 폴리머 조성물을 차지하는 호모폴리머 및/또는 코폴리머를 포함하는 폴리머는 하나 이상의 하기 모노머로부터 제조될 수 있다: 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 및 알킬기에 1 내지 18개의 탄소 원자를 지닌 알킬 아크릴레이트, 스티렌, 치환된 스티렌, 디비닐 벤젠, 디알릴 프탈레이트, 부타디엔, 비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 말레산 무수물, 말레산 또는 푸마르산의 에스테르, 테트라하이드로프탈산 또는 무수물, 이타콘산 또는 무수물, 및 이타콘산의 에스테르, 가교 다이머, 트라이머, 또는 테트라머가 있거나 없이, 크로톤산, 네오펜틸 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부탄디올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세롤, 사이클로헥산디메탄올, 1,6 헥산디올, 트리메티올프로판, 펜타에리트리톨, 프탈산 무수물, 이소프탈산, 테레프탈산, 헥사하이드로프탈산 무수물, 아디프산 또는 석신산, 아젤라산 및 다이머 지방산, 톨루엔 디이소시아네이트 및 디페닐 메탄 디이소시아네이트. 메틸 메타크릴레이트 및 스티렌 모노머를 포함하는 코폴리머가 바람직하다.

폴리머는 하나 이상의 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부타디엔, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리프로필렌, 에폭시 폴리머, 불포화된 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리사이클로펜타디엔 및 이들의 코폴리머로부터 선택될 수 있다. 또한, 적합한 폴리머는 액체 러버, 예컨대 실리콘을 포함한다.

본 발명의 폴리머 조성물의 제조는 통상의 기술자들에게 명백히 자명한, 당 분야에 공지된 어떠한 적합한 혼합 방법에 의해 달성될 수 있다.

이러한 방법은 개개의 성분들 또는 이들의 전구체의 블렌딩, 및 이후 통상적인 방식으로의 처리를 포함한다. 특정 성분들은, 요망에 따라 컴파운딩(compounding) 혼합물로의 첨가 전에 예비-혼합될 수 있다.

열가소성 폴리머 조성물의 경우에, 이러한 처리는 조성물로부터 물품을 제조하기 위해 압출기에서의 직접적으로 용융 혼합하거나, 별개의 혼합 장치에서 예비-혼합하는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로, 개개의 성분들의 건조 블렌드가 예비-용융 혼합 없이 직접 사출 성형될 수 있다.

폴리머 조성물은 이들의 성분들을 긴밀하게 함께 혼합함으로써 제조될 수 있다. 이후, 상기 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물은 상기 기재된 처리 전에 폴리머 및 어떠한 요망하는 추가의 성분들과 적합하게 블렌딩될 수 있다.

가교되거나 경화된 폴리머 조성물을 제조하기 위해, 경화되지 않은 성분들 또는 이들의 전구체, 및 요망에 따라 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물, 및 어떠한 요망하는 비-펄라이트(non-perlite) 성분(들)의 블렌드는 사용되는 폴리머의 특성 및 양에 따라, 폴리머를 가교 및/또는 경화하도록 유효량의 어떠한 적합한 가교제 또는 경화 시스템과 적합한 열, 압력 및/또는 광의 조건 하에 접촉될 것이다.

동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물 및 어떠한 요망하는 그 밖의 성분(들)이 중합 시에 동일반응계에서 존재하는 폴리머 조성물을 제조하기 위해, 모노머(들) 및 어떠한 요망하는 다른 폴리머 전구체, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물 및 어떠한 다른 성분(들)의 블렌드가 모노머(들)와 펄라이트 및 어떠한 다른 성분(들)을 동일반응계에서 중합하도록, 사용되는 모노머(들)의 특성 및 양에 따라서, 적합한 열, 압력 및/또는 광의 조건 하에 접촉될 것이다.

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 어떠한 적합한 공급원, 예컨대, 목재, 풀(grass)(예, 사탕수수, 대나무) 또는 천 조각(예, 직물 폐기물, 면화, 삼(hemp) 또는 아마(flax))로부터 유래될 수 있다. 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 펄프(즉, 물 중의 셀룰로오즈 섬유의 현탁액)의 형태일 수 있으며, 이는 어떠한 적합한 화학적 또는 기계적 처리, 또는 이들의 조합에 의해서 제조될 수 있다. 예를 들어, 펄프는 화학적 펄프, 화학열기계적 펄프(chemithermomechanical pulp) 또는 기계적 펄프, 또는 재생 펄프, 또는 제지공장 파지(papermill broke), 제지공장 폐 스트림, 제지공장으로부터의 폐기물, 또는 이들의 조합물일 수 있다. 셀룰로오즈 펄프는 cm³으로 캐나다 표준 여수도(Canadian standard freeness (CSF))로서 본 기술 분야에 보고된 어떠한 소정의 여수도(freeness)로 고해(예, 밸리 고해기에서)되고/거나 다르게는, 정정(refine)(예를 들어, 원뿔 또는 판형 정정기(refiner)에서의 처리)될 수 있다. CSF는 펄프 현탁액이 배수시키는 속도로 측정된 펄프의 배수율 또는 여수도의 값을 의미한다. 예를 들어, 셀룰로오즈 펄프는 미세섬유화되기 전에 약 10cm³ 또는 그 초과의 캐나다 표준 여수도를 지닐 수 있다. 셀룰로오즈 펄프는 약 700 cm³ 또는 그 미만, 예를 들어, 약 650 cm³ 또는 그 미만, 약 600 cm³ 또는 그 미만, 약 550 cm³ 또는 그 미만, 약 500 cm³ 또는 그 미만, 약 450 cm³ 또는 그 미만, 약 400 cm³ 또는 그 미만, 약 350 cm³ 또는 그 미만, 약 300 cm³ 또는 그 미만, 약 250 cm³ 또는 그 미만, 약 200 cm³ 또는 그 미만, 약 150 cm³ 또는 그 미만, 약 100 cm³ 또는 그 미만, 약 50 cm³ 또는 그 미만의 CSF를 지닐 수 있다. 셀룰로오즈 펄프는 본 기술분야에 공지된 방법에 의해서 탈수될 수 있다. 예를 들어, 펄프는 약 10% 이상의 고형물, 예를 들어, 약 15% 이상의 고형물, 또는 약 20% 이상의 고형물, 또는 약 30% 이상의 고형물, 또는 약 40% 이상의 고형물을 포함하는 습윤 시트(wet sheet)를 얻도록 스크린을 통해서 여과될 수 있다. 펄프는 비정정된 상태, 즉, 고해 또는 탈수 또는 달리 정정 없이 사용될 수 있다.

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 건조한 상태로 그라인딩 용기 또는 균질화기에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 건조한 파지가 직접적으로 그라인더 용기에 첨가될 수 있다. 그라인더 용기 내의 수성 환경이 펄프의 형성을 용이하게 할 것이다.

무기 미립자 재료

무기 미립자 재료는, 예를 들어, 알칼리 토금속 카르보네이트 또는 설페이트, 예컨대, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 돌로마이트, 석고, 함수 칸다이트 점토(hydrous kandite clay), 예컨대, 카올린, 할로이사이트(halloysite) 또는 볼 점토(ball clay), 무수(하소된) 칸다이트 점토, 예컨대, 메타카올린 또는 완전히 하소된 카올린, 탈크(talc), 운모(mica), 헌타이트(huntite), 하이드로마그네사이트(hydromagnesite), 간유리(ground glass), 펄라이트(perlite) 또는 규조토, 또는 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 트리하이드레이트, 또는 이들의 조합물일 수 있다.

본 발명의 첫 번째 양태에 따른 방법에 사용하기에 바람직한 무기 미립자 재료는 탄산칼슘이다. 이하, 본 발명은 탄산칼슘과 관련하여 및 탄산칼슘이 가공되고/거나 처리되는 양태에 관련하여 논의되는 경향이 있을 수 있다. 본 발명은 그러한 구체예로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다.

본 발명에 사용된 미립자 탄산칼슘은 그라인딩에 의해서 천연 공급원으로부터 얻을 수 있다. 중질탄산칼슘 (GCC)는 전형적으로는 미네랄 공급원(mineral source), 예컨대, 쵸크(chalk), 대리석 또는 석회석을 파쇄하고 그라인딩함으로써 얻어지며, 이는 요구되는 미세도를 지닌 생성물을 얻기 위해서 입도 분류 단계에 주어질 수 있다. 다른 기술, 예컨대, 블리칭(bleaching), 부양 및 자성 분리가 또한 이용되어 요구된 미세도 및/또는 색상을 지닌 생성물을 얻을 수 있다. 고형의 미립자 재료는 자체적으로, 즉, 고형 재료 자체의 입자들 사이의 마찰에 의해서, 또는 달리 그라인딩되는 탄산칼슘과는 상이한 재료의 입자를 포함하는 미립자 그라인딩 매질의 존재하에 그라인딩된다. 이들 과정은 그러한 과정의 어떠한 단계에서 첨가될 수 있는 분산제 및 살생물제의 존재 또는 부재하에 수행될 수 있다.

침강성 탄산칼슘(PCC)이 본 발명에서 미립자 탄산칼슘의 공급원으로서 사용될 수 있으며, 본 기술분야에서 이용 가능한 공지된 방법중 어느 방법에 의해서 생성될 수 있다. 문헌[TAPPI Monograph Series No 30, "Paper Coating Pigments", pages 34-35]에는 종이 산업에서의 사용을 위한 제품을 제조하는데 사용하기에 적합하지만 본 발명의 실행에서도 사용될 수 있는 침강성 탄산칼슘을 제조하기 위한 세 가지의 주요 상업적 공정을 기재하고 있다. 세 가지 모든 공정에서, 탄산칼슘 공급 재료, 예컨대, 석회석이 먼저 하소되어 생성회를 생성시키고, 그러한 생성회가 물에 소화(slake)되어 수산화칼슘 또는 석회유(milk of lime)를 생성시킨다. 첫 번째 공정에서, 석회유는 이산화탄소 가스에 의해서 직접적으로 탄화된다. 이러한 공정은 부산물이 형성되지 않는 이점이 있으며, 탄산칼슘 생성물의 특성 및 순도를 조절하기가 비교적 용이하다. 두 번째 공정에서는, 석회유가 소다회(soda ash)와 접촉되어 이중 분해에 의해서 탄산칼슘의 침강물과 수산화나트륨의 용액을 생성시킨다. 이러한 공정이 상업적으로 이용되는 경우에, 수산화나트륨은 탄산칼슘으로부터 실질적으로 완전히 분리될 수 있다. 세 번째 주요 상업적 공정에서는, 석회유가 먼저 염화암모늄과 접촉되어 염화칼슘 용액과 암모니아 가스를 생성시킨다. 염화칼슘 용액은 이어서 소다회와 접촉되어 이중 분해에 의해서 침강성 탄산칼슘과 염화나트륨의 용액을 생성시킨다. 결정은 이용되는 특정의 반응 공정에 따라서 많은 상이한 모양 및 크기로 생성될 수 있다. PCC 결정의 세 가지 주요 형태는 아라고나이트(aragonite), 능면체(rhombohedral) 및 편삼각면체(scalenohedral)이며, 이들의 혼합물을 포함한 이들 모두가 본 발명에서 사용하기에 적합하다.

탄산칼슘의 습식 그라인딩은 탄산칼슘의 수성 현탁액의 형성을 포함하며, 그러한 수성 현탁액이, 임의로 적합한 분산제의 존재하에, 그라인딩될 수 있다. 탄산칼슘의 습식 그라인딩에 관한 더 상세한 정보는, 예를 들어, EP-A-614948호(이의 전체 내용이 본원에서 참조로 통합된다)을 참조할 수 있다.

일부 상황에서, 소량의 다른 미네랄의 첨가가 포함될 수 있으며, 예를 들어, 카올린, 하소된 카올린, 규회석(wollastonite), 보크사이트, 탈크 또는 운모중 하나 이상이 또한 존재할 수 있다.

본 발명의 무기 미립자 재료가 천연 공급원으로부터 얻어지는 경우, 일부 미네랄 불순물이 그라인딩된 재료를 오염시킬 것이다. 예를 들어, 천연 탄산칼슘은 다른 미네랄과 회합된 상태로 존재할 수 있다. 따라서, 일부 구체예에서, 무기 미립자 재료는 일정량의 불순물을 포함한다. 그러나, 일반적으로, 본 발명에서 사용되는 무기 미립자 재료는 약 5중량% 미만, 바람직하게는 약 1중량% 미만의 다른 미네랄 불순물을 함유할 것이다.

본 발명의 방법의 미세섬유화 단계 동안에 사용되는 무기 미립자 재료는 바람직하게는, 약 10중량% 이상의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d(구상당경: equivalent spherical diameter)를 지니는, 예를 들어, 약 20중량% 이상, 또는 약 30중량% 이상, 또는 약 40중량% 이상, 또는 약 50중량% 이상, 또는 약 60중량% 이상, 또는 약 70중량% 이상, 또는 약 80중량% 이상, 또는 약 90중량% 이상, 또는 약 95중량% 이상, 또는 약 100중량%의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d를 지니는, 입도 분포를 지닐 것이다.

달리 언급되지 않는 한, 무기 미립자 재료에 대한 본원에서 나타낸 입도 특성은, 본원에서 "Micromeritics Sedigraph 5100 unit"이라 일컬어지는, 미국 조지아 노크로스 소재의 Micromeritics Instruments Corporation(전화: +1 770 662 3620; 웹-사이트: www.micromeritics.com)에 의해서 공급된 Sedigraph 5100 기계를 사용하여, 수성 매질중에 완전히 분산된 상태에서 미립자 재료의 침강에 의해서 공지된 방법으로 측정되는 특성이다. 그러한 기계는 주어진 e.s.d 값 미만의, "구상당경(equivalent spherical diameter)"(e.s.d)으로 본 분야에서 일컬어지는 크기를 지닌 입자의 누적 중량%의 플롯 및 측정값을 제공한다. 평균 입도 d₅₀은 50중량%의 입자가 d₅₀ 값 미만의 구상당경을 지니는 입자 e.s.d의 그러한 방법으로 측정된 값이다.

대안적으로, 언급되는 경우, 본원에서 무기 미립자 재료에 대해서 나타낸 입도 특성은 Malvern Instruments Ltd에 의해서 제공된 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 레이저 광 산란의 기술분야에서 사용된 통상의 공지된 방법(또는 기본적으로 동일한 결과를 주는 다른 방법)에 의해서 측정되는 특성이다. 레이저 광 산란 기술에서, 분말, 현탁액 및 에멀젼중의 입자의 크기는 미에 이론(Mie theory)의 적용을 기본으로 한 레이저 빔의 회절을 이용함으로써 측정될 수 있다. 그러한 기계는 주어진 e.s.d 값 미만의 구상당경(equivalent spherical diameter (e.s.d))으로 본 기술분야에서 일컬어지는 크기를 지닌 입자의 누적 부피%의 플롯 및 측정값을 제공한다. 평균 입도 d₅₀은 50부피%의 입자가 d₅₀ 값 미만의 구상당경을 지니는 입자 e.s.d의 그러한 방법으로 측정된 값이다.

또 다른 구체예에서, 본 발명의 방법의 미세섬유화 단계 동안에 사용되는 무기 미립자 재료는 바람직하게는, Malvem Mastersizer S 기계를 사용하여 측정되는 경우, 약 10부피% 이상의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d를 지니는, 예를 들어, 약 20부피% 이상, 또는 약 30부피% 이상, 또는 약 40부피% 이상, 또는 약 50부피% 이상, 또는 약 60부피% 이상, 또는 약 70부피% 이상, 또는 약 80부피% 이상, 또는 약 90부피% 이상, 또는 약 95부피% 이상, 또는 약 100부피%의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d를 지니는, 입도 분포를 지닐 것이다.

달리 언급되지 않는 한, 미세섬유화된 셀룰로오즈 재료의 입도 특성은 Malvern Instruments Ltd에 의해서 제공된 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 레이저 광 산란의 기술분야에서 사용된 통상의 공지된 방법(또는 기본적으로 동일한 결과를 주는 다른 방법)에 의해서 측정되는 특성이다.

Malvem Mastersizer S 기계를 사용한 무기 미립자 재료와 미세섬유화된 셀룰로오즈의 혼합물의 입도 분포를 특성화하기 위해서 사용된 과정에 대한 상세한 설명이 이하 제공된다.

본 발명의 첫 번째 양태에 따른 방법에서 사용하기에 바람직한 또 다른 무기 미립자 재료는 카올린 점토이다. 이하, 본 명세서 부분에서는 카올린과 관련하여 및 카올린이 가공되고/거나 처리되는 양태와 관련하여 논의되는 경향일 있을 수 있다. 그러나, 본 발명이 그러한 구체예로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 따라서, 일부 구체예에서, 카올린이 비가공된 형태로 사용된다.

본 발명에서 사용된 카올린 점토는 천연 공급원, 즉, 천연 카올린 점토 미네랄로부터 유래된 가공된 재료일 수 있다. 가공된 카올린 점토는 전형적으로는 약 50중량% 이상의 카올리나이트를 함유할 수 있다. 예를 들어, 대부분의 시판중의 가공된 카올린 점토는 약 75중량% 초과의 카올리나이트를 함유하며, 약 90중량% 초과의 카올리나이트를 함유할 수 있고, 일부의 경우에, 약 95중량% 초과의 카올리나이트를 함유할 수 있다.

본 발명에서 사용된 카올린 점토는 천연 원료 카올린 점토 미네랄로부터 본 기술분야에 공지된 하나 이상의 다른 공정, 예를 들어, 정정 또는 선광(beneficiation) 단계에 의해서 제조될 수 있다.

예를 들어, 점토 미네랄은 환원성 표백제, 예컨대, 소듐 하이드로설파이트에 의해서 표백될 수 있다. 소듐 하이드로설파이트가 사용되는 경우, 표백된 점토 미네랄은 임의로 탈수되고, 임의로 세척되고, 또한 소듐 하이드로설파이트 표백 단계 후에 다시 임의로 탈수될 있다.

점토 미네랄은, 예를 들어, 본 기술분야에 공지된 응집, 부양 또는 자성 분리 기술에 의해서, 불순물을 제거하도록 처리될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 첫 번째 양태에서 사용된 점토 미네랄은 고형물의 형태로 또는 수성 현탁액으로서 비처리될 수 있다.

본 발명에서 사용된 미립자 카올린 점토를 제조하는 공정은 또한 하나 이상의 분쇄 단계, 예를 들어, 그라인딩 또는 밀링을 포함할 수 있다. 거친 카올린의 약간의 분쇄가 이용되어 이의 적합한 박리를 유도한다. 분쇄는 플라스틱(예, 나일론)의 비드 또는 과립, 샌드(sand) 또는 세라믹 그라인딩 또는 밀링 보조물을 사용함으로써 수행될 수 있다. 거친 카올린은 공지된 공정을 사용함으로써 불순물을 제거하고 물리적인 특성을 개선하도록 정제될 수 있다. 카올린 점토는 공지된 입도 분류 과정, 예를 들어, 스크리닝 및 원심분리(또는 이들 둘 모두)에 의해서 처리되어 요망되는 d₅₀ 값 또는 입도 분포를 지니는 입자를 얻을 수 있다.

미세섬유화 공정

본 발명의 첫 번째 양태에 따르면, 무기 미립자 재료의 존재하에 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재를 미세섬유화하는 단계를 포함하여, 종이 충전재 또는 종이 코팅으로서 사용하기 위한 조성물을 제조하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법의 특정의 구체예에 따르면, 미세섬유화 단계는 미세섬유화제로서 작용하는 무기 미립자 재료의 존재하에 수행될 수 있다.

미세섬유화는 셀룰로오즈의 미세섬유가 미세섬유화 전의 펄프의 섬유에 비해서 더 작은 집합체로서 또는 각각의 미세섬유로서 유리되거나 부분적으로 유리되는 공정을 의미한다. 제지에 사용하기에 적합한 전형적인 셀룰로오즈 섬유(즉, 미세섬유화 전의 펄프)는 수백 또는 수천의 각각의 셀룰로오즈 미세섬유의 더 큰 집합체를 포함한다. 셀룰로오즈를 미세섬유화함으로써, 이로 제한되는 것은 아니지만, 본원에 기재된 특성 및 성질을 포함한 특정의 특성 및 성질이 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 미세섬유화된 셀룰로오즈를 포함한 조성물에 부여된다.

미세섬유화 단계는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 정정기(refiner)를 포함한 어떠한 적합한 장치에서 수행될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 미세섬유화 단계는 습식-그라인딩 조건하에 그라인딩 용기에서 수행된다. 또 다른 구체예에서, 미세섬유화 단계는 균질화기에서 수행된다. 이들 구체예의 각각이 이하 더 상세히 기재되어 있다.

· 습식-그라인딩

그라인딩은 적합하게는 통상의 방법으로 수행된다. 그라인딩은 미립자 그라인딩 매질의 존재하에 마찰 그라인딩 방법일 수 있거나, 자체 그라인딩 방법, 즉, 그라인딩 매질의 부재하의 방법일 수 있다. 그라인딩 매질은 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재와 동시 그라인딩되는 무기 미립자 재료 이외의 매질을 의미한다.

존재하는 경우의 미립자 그라인딩 매질은 천연 또는 합성 재료일 수 있다. 그라인딩 매질은, 예를 들어, 어떠한 경질 미네랄, 세라믹 또는 금속성 재료의 볼, 비드, 또는 펠릿을 포함할 수 있다. 그러한 재료는, 예를 들어, 알루미나, 지르코니아, 지르코늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트 또는 카올린성 점토를 약 1300℃ 내지 1800℃ 범위의 온도에서 하소시킴으로써 생성되는 멀라이트-풍부한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, Carbolite® 그라인딩 매질이 바람직하다. 대안적으로, 적합한 입도의 천연 샌드의 입자가 사용될 수 있다.

일반적으로, 본 발명에서의 사용을 위해 선택되는 그라인딩 매질의 유형 및 입도는 그라인딩되는 재료 공급 현탁액의 특성, 예컨대, 입도 및 화학적 조성에 좌우될 수 있다. 바람직하게는 미립자 그라인딩 매질은 약 0.1mm 내지 약 6.0mm, 바람직하게는 약 0.2mm 내지 약 4.0mm 범위의 평균 직경을 지니는 입자를 포함한다. 그라인딩 매질(또는 매질들)은 약 70부피% 이하의 충전물 양으로 존재할 수 있다. 그라인딩 매질은 약 10부피% 이상의 충전물 양, 예를 들어, 약 20부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 30부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 40부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 50부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 60부피% 이상의 충전물 양으로 존재할 수 있다.

그라인딩은 하나 이상의 단계로 수행될 수 있다. 예를 들어, 거친 무기 미립자 재료가 그라인더 용기내에서 소정의 입도 분포로 그라인딩되고, 그 후에, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 재료가 첨가되고, 요망되는 미세유리화 수준이 얻어질 때까지 그라인딩이 계속된다. 본 발명의 첫 번째 양태에 따라서 사용되는 거친 무기 미립자 재료는 우선 약 20중량% 미만의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d.를 지니는, 예를 들어, 약 15중량% 미만, 또는 약 10중량% 미만의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d.를 지니는, 입도 분포를 지닐 것이다. 또 다른 구체예에서, 본 발명의 첫 번째 양태에 따라 사용되는 거친 무기 미립자 재료는 우선 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 측정하는 경우 약 20부피% 미만의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d.를 지니는, 예를 들어, 약 15부피% 미만, 또는 약 10부피% 미만의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d.를 지니는 입도 분포를 지닐 수 있다.

거친 무기 미립자 재료는 그라인딩 매질의 존재 또는 부재하에 습식 또는 건식 그라인딩될 수 있다. 습식 그라인딩 단계의 경우에, 거친 무기 미립자 재료는 바람직하게는 그라인딩 매질의 존재하에 수성 현탁액중에서 그라인딩된다. 그러한 현탁액에서, 거친 무기 미립자 재료는 바람직하게는 현탁액의 약 5중량% 내지 약 85중량%, 더욱 바람직하게는 현탁액의 약 20중량% 내지 약 80중량%의 양으로 존재할 수 있다. 가장 바람직하게는, 거친 무기 미립자 재료는 현탁액의 약 30중량% 내지 약 75중량%의 양으로 존재할 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 거친 무기 미립자 재료는, 약 10중량% 이상의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d.를 지니는, 예를 들어, 약 20중량% 이상, 또는 약 30중량% 이상, 또는 약 40중량% 이상, 또는 약 50중량% 이상, 또는 약 60중량% 이상, 또는 약 70중량% 이상, 또는 약 80중량% 이상, 또는 약 90중량% 이상, 또는 약 95중량% 이상, 또는 약 100중량%의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d.를 지니는 입도 분포로 그라인딩될 수 있고, 그 후에, 셀룰로오즈 펄프가 첨가되며, 두 성분이 동시 그라인딩되어 셀룰로오즈 펄프의 섬유를 미세섬유화시킨다. 또 다른 구체예에서, 거친 무기 미립자 재료는, Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 측정하는 경우, 약 10부피% 이상의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d.를 지니는, 예를 들어, 약 20부피% 이상, 또는 약 30부피% 이상, 또는 약 40부피% 이상, 또는 약 50부피% 이상, 또는 약 60부피% 이상, 또는 약 70부피% 이상, 또는 약 80부피% 이상, 또는 약 90부피% 이상, 또는 약 95부피% 이상, 또는 약 100%의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d.를 지니는 입도 분포로 그라인딩되고, 그 후에, 셀룰로오즈 펄프가 첨가되고 두 성분이 동시 그라인딩되어 셀룰로오즈 펄프의 섬유를 미세섬유화한다.

한 가지 구체예에서, 무기 미립자 재료의 평균 입도(d₅₀)는 동시-그라인딩 과정 동안에 감소된다. 예를 들어, 무기 미립자 재료의 d₅₀은 약 10% 이상 만큼 감소될 수 있고(Malvern Mastersizer S 기계로 측정하는 경우), 예를 들어, 무기 미립자 재료의 d₅₀은 약 20% 이상 만큼 감소될 수 있거나, 약 30% 이상 만큼 감소될 수 있거나, 약 40% 이상 만큼 감소될 수 있거나, 약 50% 이상 만큼 감소될 수 있거나, 약 60% 이상 만큼 감소될 수 있거나, 약 70% 이상 만큼 감소될 수 있거나, 약 80% 이상 만큼 감소될 수 있거나, 약 90% 이상 만큼 감소될 수 있다. 예를 들어, 동시-그라인딩 전에 2.5㎛의 d₅₀ 및 동시-그라인딩 후에 1.5㎛의 d₅₀을 지니는 무기 미립자 재료는 입도가 40% 감소된 것일 것이다. 구체예에서, 무기 미립자 재료의 평균 입도는 동시-그라인딩 공정 동안 현저하게 감소되지 않는다. "현저하게 감소되지 않는"은 무기 미립자 재료의 d₅₀이 약 10% 미만 만큼 감소됨을 의미하며, 예를 들어, 무기 미립자 재료의 d₅₀이 약 5% 미만 만큼 감소됨을 의미한다.

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 재료의 존재하에 미세섬유화되어, 레이저 광 산란에 의해서 측정하는 경우, 약 5㎛ 내지 약 500㎛ 범위의 d₅₀을 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다. 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 재료의 존재하에 미세섬유화되어서, 약 400㎛ 또는 그 미만, 예를 들어, 약 300 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 200 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 150 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 125 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 100 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 90 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 80 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 70 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 60 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 50 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 40 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 30 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 20 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 10 ㎛ 또는 그 미만의 d₅₀을 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다.

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 재료의 존재하에 미세섬유화되어서, 약 0.1 내지 500㎛ 범위의 모달 섬유 입도(modal fibre particle size) 및 0.25 내지 20㎛ 범위의 모달 무기 미립자 재료 입도를 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다. 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 재료의 존재하에 미세섬유화되어서, 약 0.5㎛ 이상, 예를 들어, 약 10 ㎛ 이상, 또는 약 50 ㎛ 이상, 또는 약 100 ㎛ 이상, 또는 약 150 ㎛ 이상, 또는 약 200 ㎛ 이상, 또는 약 300 ㎛ 이상, 또는 약 400 ㎛ 이상의 모달 섬유 입도를 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다.

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 재료의 존재하에 미세섬유화되어서, Malvern에 의해서 측정하는 경우, 약 10 또는 그 초과의 섬유 경사도(fibre steepness)를 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다. 섬유 경사도(즉, 섬유의 입도 분포의 경사도)는 하기 식으로 측정된다:

경사도=100x(d₃₀/d₇₀)

미세섬유화된 셀룰로오즈는 약 100 또는 그 미만의 섬유 경사도를 지닐 수 있다. 미세섬유화된 셀룰로오즈는 약 75 또는 그 미만, 약 50 또는 그 미만, 약 40 또는 그 미만, 약 30 또는 그 미만의 경사도를 지닐 수 있다. 미세섬유화된 셀룰로오즈는 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 지닐 수 있다.

그라인딩은 적합하게는 그라인딩 용기, 예컨대, 회전 밀(예, 로드, 볼 및 자체), 교반 밀(예, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반 매질 디트리터(stirred media detritor (SMD)), 또는 그라인딩되는 공급물이 사이에 공급되는 회전 평행 그라인딩 플레이트들을 포함한 그라인딩 용기에서 수행된다.

한 가지 구체예에서, 그라인딩 용기는 타워 밀(tower mill)이다. 타워 밀은 하나 이상의 그라인딩 영역 위에 정지 영역(quiescent zone)을 포함할 수 있다. 정지 영역은 타워 밀의 내부의 상부를 향해서 위치된 영역으로, 그러한 영역에서는 그라인딩이 최소로 수행되거나 수행되지 않고, 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함한다. 정지 영역은 그라인딩 매질의 입자가 타워 밀의 하나 이상의 그라인딩 영역내로 침강하는 부위이다.

타워 밀은 하나 이상의 그라인딩 영역 위에 분류기를 포함할 수 있다. 구체예에서, 분류기는 상부에 설치되며 정지 영역에 인접해서 위치한다. 분류기는 하이드로사이클론(hydrocyclone)일 수 있다.

타워 밀은 하나 이상의 그라인딩 영역 위에 스크린을 포함할 수 있다. 구체예에서, 스크린은 정지 영역 및/또는 분류기에 인접되게 위치된다. 스크린은 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 생성물 수성 현탁액으로부터 그라인딩 매질을 분리하도록 크기 조절되어 그라인딩 매질 침강을 향상시킬 수 있다.

구체예에서, 그라인딩은 플러그 흐름 조건하에 수행된다. 플러그 흐름 조건하에 타워를 통한 흐름은 타워를 통해서 그라인딩 재료가 제한적으로 혼합되게 한다. 이는, 타워 밀의 길이를 따라 상이한 지점에서, 미세섬유화된 셀룰로오즈의 미세도가 증가함에 따라서 수성 환경의 점도가 변할 것임을 의미한다. 따라서, 사실상, 타워 밀내의 그라인딩 부위는 특성 점도를 지니는 하나 이상의 그라인딩 영역을 포함하는 것으로 여겨질 수 있다. 당업자라면 점도와 관련된 인접 그라인딩 영역들 사이의 예리한 경계를 없음을 이해할 것이다.

한 가지 구체예에서, 물이 하나 이상의 그라인딩 영역 위의 정지 영역 또는 분류기 또는 스크린에 근접한 밀의 상부에 첨가되어 밀 내의 그들 영역에서 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 수성 현탁액의 점도를 감소시킨다. 밀 내의 이러한 지점에서의 생성물 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 희석시킴으로써, 정지 영역 및/또는 분류기 및/또는 스크린으로의 그라인딩 매질의 통과를 방지하는 것이 개선되는 것으로 밝혀졌다. 추가로, 타워를 통한 제한된 혼합은 높은 고형물을 타워의 아래로 더 낮게 가공하는 것을 가능하게 하며 타워 아래의 하나 이상의 그라인딩 영역내로의 희석 물의 제한된 역류에 의해서 상부에서 희석된다. 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 생성물 수성 현탁액의 점도를 희석시키기에 효과적인 물의 어떠한 적합한 양이 첨가될 수 있다. 물은 그라인딩 가공 동안에 연속적으로, 또는 규칙적인 간격으로, 또는 불규칙적인 간격으로 첨가될 수 있다.

또 다른 구체예에서, 물은 타워 밀의 길이를 따라서 위치된 하나 이상의 물 주입 지점을 통해서 하나 이상의 그라인딩 영역에 첨가될 수 있으며, 각각의 물 주입 지점은 하나 이상의 그라인딩 영역에 상응하는 위치에 자리한다. 유리하게는 타워를 따라서 다양한 지점에서 물을 첨가할 수 있는 능력은 밀을 따른 어떠한 또는 모든 위치에서의 그라인딩 상태의 추가의 조절을 가능하게 한다.

타워 밀은 그 길이 전체를 따른 일련의 임펠러 로터 디스크(impeller rotor disk)가 장착된 수직 임펠러 샤프트(impeller shaft)를 포함할 수 있다. 임펠러 로터 디스크의 작용은 밀을 통한 일련의 이산 그라인딩 영역을 생성시킨다.

또 다른 구체예에서, 그라인딩은 스크린 그라인더, 바람직하게는 교반 매질 디트리터(detritor)에서 수행된다. 스크린 그라인더는 약 250㎛ 이상의 공칭 구경 치수(nominal aperture size)를 지닌 하나 이상의 스크린을 포함할 수 있다. 하나 이상의 스크린은 약 300㎛ 이상, 또는 약 350㎛ 이상, 또는 약 400 ㎛ 이상, 또는 약 450 ㎛ 이상, 또는 약 500 ㎛ 이상, 또는 약 550 ㎛ 이상, 또는 약 600 ㎛ 이상, 또는 약 650 ㎛ 이상, 또는 약 700 ㎛ 이상, 또는 약 750 ㎛ 이상, 또는 약 800 ㎛ 이상, 또는 약 850 ㎛ 이상, 또는 약 900 μm 이상, 또는 약 1000 μm 이상의 공칭 구경 치수를 지닐 수 있다.

상기 주지된 스크린 크기는 상기 기재된 타워 밀 구체예에 적용될 수 있다.

상기 주지된 바와 같이, 그라인딩은 그라인딩 매질의 존재하에 수행될 수 있다. 구체예에서, 그라인딩 매질은 약 1 mm 내지 약 6 mm, 예를 들어, 약 2 mm, 또는 약 3 mm, 또는 약 4 mm, 또는 약 5 mm의 범위의 평균 직경을 지닌 입자를 포함하는 거친 매질이다.

또 다른 구체예에서, 그라인딩 매질은 약 2.5 이상, 예를 들어, 약 3 이상, 또는 약 3.5 이상, 또는 약 4.0 이상, 또는 약 4.5 이상, 또는 약 5.0 이상, 또는 약 5.5 이상, 또는 약 6.0 이상의 비중을 지닌다.

또 다른 구체예에서, 그라인딩 매질은 약 1 mm 내지 약 6 mm 범위의 평균 직경을 지니며, 약 2.5 이상의 비중을 지닌다.

또 다른 구체예에서, 그라인딩 매질은 약 3mm의 평균 직경과 약 2.7의 비중을 지닌 입자를 포함한다.

상기 기재된 바와 같이, 그라인딩 매질(또는 매질들)은 약 70부피% 이하의 충전물 양으로 존재할 수 있다. 그라인딩 매질은 약 10부피% 이상의 충전물 양, 예를 들어, 약 20부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 30부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 40부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 50부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 60부피% 이상의 충전물 양으로 존재할 수 있다.

한 가지 구체예에서, 그라인딩 매질은 약 50부피%의 충전물 양으로 존재한다.

용어 "충전물"은 그라인더 용기에 공급된 공급물인 조성물을 의미한다. 충전물은 물, 그라인딩 매징, 셀룰로오즈와 무기 미립자 재료를 포함하는 섬유성 기재, 및 본원에 기재된 바와 같은 임의의 다른 첨가제를 포함한다.

비교적 거친 및/또는 조밀한 매질의 사용이 개선된(즉, 더 빠른) 침강 속도 및 정지 영역 및/또는 분류기 및/또는 스크린(들)을 통한 감소된 매질 통과에 유리하다.

비교적 거친 그라인딩 매질을 사용하는데 있어서의 추가의 이점은 무기 미립자 재료의 평균 입도(d₅₀)가 그라인딩 공정 동안 현저하게 감소되지 않아서, 그라인딩 시스템에 부여된 에너지가 셀룰로오즈를 포함한 섬유성 기재를 미세섬유화하는데 주로 소비되게 할 수 있다.

비교적 거친 스크린을 사용하는데 있어서 추가의 이점은 비교적 거칠거나 조밀한 그라인딩 매질이 미세섬유화 단계에서 사용될 수 있다는 것이다. 또한, 비교적 거친 스크린(즉, 약 250㎛ 이상의 공칭 구경을 지님)의 사용은 비교적 높은 고형물 생성물이 그라인더로부터 가공되고 제거되게 하고, 이는 비교적 높은 고형물 공급물(셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함한 섬유성 기재를 포함함)을 경제적으로 실용적인 공정으로 가공되게 한다. 이하 논의된 바와 같이, 높은 초기 고형물 함량을 지닌 공급물이 에너지 효율 면에서 바람직한 것으로 밝혀졌다. 추가로, 낮은 고형물로 생성된 생성물(주어진 에너지에서)은 더 거친 입도 분포를 지님이 밝혀졌다.

상기 배경 부분에서 논의된 바와 같이, 본 발명은 산업 규모로 미세섬유화된 셀룰로오즈를 경제적으로 제조하는데 있어서의 문제를 해결하고자 하는 발명이다.

따라서, 한 가지 구체예에 따르면, 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 섬유성 기재가 수성 환경에서 약 4 wt % 이상의 초기 고형물 함량으로 존재하며, 이중 약 2중량% 이상은 셀룰로오즈를 포함한 섬유성 기재이다. 초기 고형물 함량은 10 wt% 이상, 또는 약 20 wt% 이상, 또는 약 30 wt% 이상, 또는 약 40 wt% 이상일 수 있다. 초기 고형물 함량의 약 5중량% 이상은 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재일 수 있고, 예를 들어, 초기 고형물 함량의 약 10중량% 이상, 또는 약 15중량% 이상, 또는 약 20중량% 이상은 셀룰로오즈를 포함한 섬유성 기재일 수 있다.

또 다른 구체예에서, 그라인딩은 그라인딩 용기의 캐스케이드(cascade)에서 수행되며, 이중 하나 이상이 하나 이상의 그라인딩 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 섬유성 기재는 둘 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 예를 들어, 셋 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 넷 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 다섯 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 여섯 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 일곱 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 여덜 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 아홉 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 열 만큼의 그라인딩 용기의 캐스케이드에서 그라인딩될 수 있다. 그라인딩 용기의 캐스케이드는 직렬로 또는 병렬로 또는 직렬과 병렬의 조합으로 작동 가능하게 연결될 수 있다. 캐스케이드내의 그라인딩 용기중 하나 이상으로부터의 출력물 및/또는 그에 대한 입력물은 하나 이상의 스크리닝 단계 및/또는 하나 이상의 분류 단계에 주어진다.

미세섬유화 공정에서 소비된 전체 에너지는 캐스케이드내의 그라인딩 용기의 각각을 동일하게 가로질러 분배될 수 있다. 대안적으로, 에너지 입력은 캐스케이드내의 그라인딩 용기의 일부 또는 전부 사이에 다양할 수 있다.

당업자라면 용기당 소비된 에너지가 각각의 용기내에서 미세섬유화되는 섬유성 기재의 양, 및 임의로 각각의 용기에서의 그라인딩 속도, 각각의 용기에서의 그라인딩 기간, 각각의 용기에서의 그라인딩 매질의 유형 및 무기 미립자 재료의 유형 및 양에 따라서 캐스케이드내의 용기들 사이에 다양할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그라인딩 조건이 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 둘 모두의 입도 분포를 조절하기 위해서 캐스케이드내의 각각의 용기에서 다양할 수 있다. 예를 들어, 그라인딩 매질 크기는 무기 미립자 재료의 그라인딩을 감소시키기 위해서 및 셀룰로오즈를 포함한 섬유성 기재의 그라인딩을 표적하기 위해서 캐스케이트내의 연속 용기들 사이에서 다양할 수 있다.

구체예에서, 그라인딩은 폐쇄 순환으로 수행된다. 또 다른 구체예에서, 그라인딩은 개방 순환으로 수행된다. 그라인딩은 배치식으로 수행될 수 있다. 그라인딩은 재-순환 배치식으로 수행될 수 있다.

상기 기재된 바와 같이, 그라인딩 순환은 거친 무기 미립자가 그라인더 용기내에서 소정의 입도 분포로 그라인딩되는 예비-그라인딩 단계를 포함할 수 있으며, 그 후에, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 재료가 예비-분쇄된 무기 미립자 재료와 혼합되고, 요망되는 미세섬유화 수준이 얻어질 때까지 그라인딩이 동일 또는 상이한 그라인딩 용기에서 계속될 수 있다.

그라인딩되는 재료의 현탁액이 비교적 높은 점도일 수 있기 때문에, 적합한 분산제가 바람직하게는 그라인딩 전에 현탁액에 첨가될 수 있다. 분산제는, 예를 들어, 수용성 축합 포스페이트, 폴리실리식산(polysilicic acid) 또는 이의 염, 고분자 전해질(polyelectrolyte), 예를 들어, 80,000 이하의 수평균 분자량을 지닌 폴리(아크릴산) 또는 폴리(메타크릴산)의 수용성 염일 수 있다. 사용된 분산제의 양은 일반적으로는 건조한 무기 미립자 고형물 재료의 중량을 기준으로 하여 0.1 내지 2.0중량% 범위일 수 있다. 현탁액은 적합하게는 4℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 분쇄될 수 있다.

미세섬유화 단계 동안에 포함될 수 있는 다른 첨가제는 카르복시메틸 셀룰로오즈, 양쪽성(amphoteric) 카르복시메틸 셀룰로오즈, 산화제, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO), TEMPO 유도체 및 목재 분해 효소(wood degrading enzyme)를 포함한다.

그라인딩되는 재료의 현탁액의 pH는 약 7 또는 그 초과(즉, 염기성)일 수 있으며, 예를 들어, 현탁액의 pH는 약 8, 또는 약 9, 또는 약 10, 또는 약 11일 수 있다. 그라인딩되는 재료의 현탁액의 pH는 약 7 미만(즉, 산성)일 수 있으며, 예를 들어, 현탁액의 pH는 약 6, 또는 약 5, 또는 약 4, 또는 약 3일 수 있다. 그라인딩되는 재료의 현탁액의 pH는 적절한 양의 산 또는 염기의 첨가에 의해서 조절될 수 있다. 적합한 염기는 알칼리금속 수산화물, 예컨대, NaOH를 포함한다. 다른 적합한 염기는 탄산나트륨 및 암모니아이다. 적합한 산은 무기산, 예컨대, 염산 및 황산 또는 유기산을 포함한다. 예시적인 산은 오르토인산이다.

동시-그라인딩되는 혼합물중의 무기 미립자 재료 및 셀룰로오즈 펄프의 양은 무기 미립자 재료의 건조 중량과 펄프중의 건조 섬유의 양을 기준으로 하여 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비, 예를 들어, 무기 미립자 재료의 건조 중량과 펄프중의 건조 섬유의 양을 기준으로 하여 약 99.5:0.5 내지 약 50:50의 비로 다양할 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 재료의 양과 건조 섬유의 비는 약 99.5:0.5 내지 약 70:30일 수 있다. 구체예로, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 비는 약 80:20, 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 구체예로, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 중량비는 약 95:5이다. 또 다른 바람직한 구체예로, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 중량비는 약 90:10이다. 또 다른 바람직한 구체예에서, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 중량비는 약 85:15이다. 또 다른 바람직한 구체예에서, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 중량비는 약 80:20이다.

요망되는 수성 현탁액을 얻기에 전형적인 그라인딩 공정에서의 전체 에너지 입력은 전형적으로는 무기 미립자 충전재의 전체 건조 중량을 기준으로 하여 약 100 내지 1500kWht^-1일 수 있다. 전체 에너지 입력은 약 1000kWht^-1 미만, 예를 들어, 약 800kWht^-1 미만, 약 600kWht^-1 미만, 약 500kWht^-1 미만, 약 400kWht^-1 미만, 약 300kWht^-1 미만, 또는 약 200kWht^-1 미만일 수 있다. 본 발명의 발명자들은 놀랍게도 셀룰로오즈 펄프가 무기 미립자 재료의 존재하에 동시-그라인딩되는 때에 그러한 펄프가 비교적 낮은 에너지 입력으로 미세섬유화될 수 있음을 밝견하였다. 이하 자명하게 되는 바와 같이, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재중의 건조 섬유의 톤당 전체 에너지 입력은 약 10,000kWht^-1 미만, 예를 들어, 약 9000kWht^-1 미만, 또는 8000kWht^-1 미만, 또는 약 7000kWht^-1 미만, 또는 약 6000kWht^-1 미만, 또는 약 5000kWht^-1 미만, 예를 들어, 약 4000kWht^-1 미만, 약 3000kWht^-1 미만, 약 2000kWht^-1 미만, 약 1500kWht^-1 미만, 약 1200kWht^-1 미만, 약 1000kWht^-1 미만, 또는 약 800kWht^-1 미만일 것이다. 전체 에너지 입력은 미세섬유화되는 섬유성 기재중의 건조 섬유의 양 및 임의로 그라인딩 속도 및 그라인딩 기간에 따라서 다양하다.

· 균질화

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재의 미세섬유화는 셀룰로오즈 펄프와 무기 미립자 재료의 혼합물이 가압되고(예를 들어, 약 500bar의 압력으로), 저압 영역을 통과하는 방법에 의해서 무기 미립자 재료의 존재하에 습식 조건하에 수행될 수 있다. 혼합물이 저압 영역을 통과하는 속도는 충분히 높고, 저압 영역의 압력은 셀룰로오즈 섬유의 미세섬유화가 초래되도록 충분히 낮다. 예를 들어, 압력 강하는 좁은 입구 오리피스를 훨씬 더 큰 출구 오리피스와 함께 지니는 환형 개구를 통해서 혼합물을 강제시킴으로써 수행될 수 있다. 혼합물이 더 큰 용적(즉, 낮은 압력 영역)으로 가속됨에 따른 압력의 극적인 감소(즉, 낮은 압력 영역)는 미세섬유화를 유발하는 공동화를 유도한다. 구체예로, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재의 미세섬유화는 무기 미립자 재료의 존재하에 습식 조건하에 균질화기에서 수행될 수 있다. 균질화기에서, 셀룰로오즈 펄프-무기 미립자 재료 혼합물이 가압(예, 약 500bar의 압력으로)되고, 작은 노즐 또는 오리피스를 통해서 강제된다. 혼합물은 약 100 내지 약 1000bar의 압력으로, 예를 들어, 300 bar 또는 그 초과, 또는 약 500 또는 그 초과, 약 200 bar 또는 그 초과, 또는 약 700 bar 또는 그 초과의 압력으로 가압될 수 있다. 균질화는 섬유가 고전단력에 주어지게 하여 가압된 셀룰로오즈 펄프가 노즐 또는 오리피스를 빠져나옴에 따라서 공동화가 펄프내의 셀룰로오즈 섬유의 미세섬유화를 유발시키게 한다. 추가의 물이 첨가되어 균질화기를 통한 현탁액의 유동성을 개선시킬 수 있다. 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 생성된 수성 현탁액은 균질화기를 통한 다중 통과를 위해서 균질화기의 입구에 다시 공급될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 무기 미립자 재료는 천연 판상 미네랄, 예컨대, 카올린이다. 그리하여, 균질화는 셀룰로오즈 펄프의 미세섬유화를 촉진할 뿐만 아니라 판상 미립자 재료의 박리를 촉진한다.

판상 미립자 재료, 예컨대, 카올린은 약 10 이상, 예를 들어, 약 15 이상, 또는 약 20 이상, 또는 약 30 이상, 또는 약 40 이상, 또는 약 50 이상, 또는 약 60 이상, 또는 약 70 이상, 또는 약 80 이상, 또는 약 90 이상, 또는 약 100 이상의 형상계수(shape factor)를 지니는 것으로 이해된다. 본원에서 사용된 용어 "형상계수"는, 본원에서 참조로 통합되는 미국특허 제5,576,617호에 기재된 전기 전도성 방법, 장치, 및 식을 이용하여 측정된, 다양한 크기 및 모양의 입자 집단에 대한 입자 직경 대 입자 두께의 비의 측정치이다.

판상 무기 미립자 재료, 예컨대, 카올린의 현탁액이 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재의 부재하에 소정의 입도 분포로 균질화기내에서 처리되고, 그 후에, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 재료가 무기 미립자 재료의 수성 슬러리에 첨가되고, 합한 현탁액이 상기 기재된 바와 같이 균질화기내에서 가공된다. 요망되는 미세섬유화 수준이 얻어질 때까지 균질화기를 통한 일회 이상의 통과를 포함하는 균질화 공정이 계속된다. 유사하게, 판상 무기 미립자 재료는 그라인더에서 소정의 입도 분포로 처리되고, 이어서, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 재료와 혼합된 다음, 균질화기에서 가공됨으로써 처리될 수 있다.

예시적인 균질화기는 Manton Gaulin (APV) 균질화기이다.

미세섬유화 단계가 수행된 후에, 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 수성 현탁액이 스크리닝되어 특정 크기 초과의 섬유를 제거하고, 어떠한 그라인딩 매질을 제거할 수 있다. 예를 들어, 현탁액은 선택된 공칭 구경 크기를 지닌 시브(sieve)를 사용하는 스크리닝에 주어져서 시브를 통해서 통과하지 않는 섬유를 제거할 수 있다. 공칭 구경 크기는 사각 구경의 양측의 공칭 중앙 분리 또는 둥근 구경의 공칭 직경을 의미한다. 시브는 150㎛의 공칭 구경 크기, 예를 들어, 125㎛, 또는 106㎛, 또는 90㎛, 또는 74㎛, 또는 63㎛, 또는 53㎛, 45㎛, 또는 38㎛의 공칭 구경 크기를 지닌 BSS 시브(BS 1796에 따른)일 수 있다. 한 가지 구체예에서, 수성 현탁액은 125㎛의 공칭 구경 크기를 지닌 BSS 시브를 사용함으로써 스크리닝된다. 수성 현탁액은 이어서 임의로 탈수될 수 있다.

수성 현탁액

상기 기재된 방법에 따라서 생성된 본 발명의 수성 현탁액은 종이를 제조하거나 종이를 코팅하는 방법에 사용하기에 적합하다.

그와 같이, 본 발명은 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 및 그 밖의 임의의 첨가제를 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 이들을 필수성분으로 하여 이루어진 수성 현탁액에 관한 것이다. 수성 현탁액은 종이를 제조하거나 종이를 코팅하는 방법에 사용하기에 적합하다. 다른 임의의 첨가제는 분산제, 살생물제, 현탁 보조제, 염(들) 및 다른 첨가제, 예를 들어, 그라인딩 동안 또는 그 후에 미네랄 입자의 상호작용을 촉진할 수 있는 전분 또는 카르복시 메틸 셀룰로오즈 또는 폴리머를 포함한다.

무기 미립자 재료는 약 10중량% 이상, 예를 들어, 약 20중량% 이상, 예를 들어, 약 30중량% 이상, 예를 들어, 약 40중량% 이상, 예를 들어, 약 50중량% 이상, 예를 들어, 약 60중량% 이상, 예를 들어, 약 70중량% 이상, 예를 들어, 약 80중량% 이상, 예를 들어, 약 90중량% 이상, 예를 들어, 약 95중량% 이상, 또는 약 100중량%의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d를 지니게 하는 입도 분포를 지닐 수 있다.

또 다른 구체예에서, 무기 미립자 재료는, Malvern Mastersizer S 기계로 측정하는 경우, 약 10부피% 이상, 예를 들어, 약 20부피% 이상, 예를 들어, 약 30부피% 이상, 예를 들어, 약 40부피% 이상, 예를 들어, 약 50부피% 이상, 예를 들어, 약 60부피% 이상, 예를 들어, 약 70부피% 이상, 예를 들어, 약 80부피% 이상, 예를 들어, 약 90부피% 이상, 예를 들어, 약 95부피% 이상, 또는 약 100부피%의 입자가 2㎛ 미만의 e.s.d를 지니게 하는 입도 분포를 지닐 수 있다.

동시-그라인딩되는 혼합물중의 무기 미립자 재료 및 셀룰로오즈 펄프의 양은 무기 미립자 재료의 건조 중량과 펄프중의 건조 섬유의 양을 기준으로 하여 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비, 예를 들어, 무기 미립자 재료의 건조 중량과 펄프중의 건조 섬유의 양을 기준으로 하여 약 99.5:0.5 내지 약 50:50의 비로 다양할 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 재료의 양과 건조 섬유의 비는 약 99.5:0.5 내지 약 70:30일 수 있다. 구체예로, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 비는 약 80:20, 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 구체예로, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 중량비는 약 95:5이다. 또 다른 바람직한 구체예로, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 중량비는 약 90:10이다. 또 다른 바람직한 구체예에서, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 중량비는 약 85:15이다. 또 다른 바람직한 구체예에서, 무기 미립자 재료 대 건조 섬유의 중량비는 약 80:20이다.

구체예로, 조성물은 150㎛의 공칭 구경 크기, 예를 들어, 125㎛, 또는 106㎛, 또는 90㎛, 또는 74㎛, 또는 63㎛, 또는 53㎛, 45㎛, 또는 38㎛의 공칭 구경 크기를 지닌 BSS 시브(BS 1796에 따른)를 통해서 너무 커서 통과할 수 없는 섬유를 포함하지 않는다. 한 가지 구체예에서, 수성 현탁액은 125㎛의 공칭 구경 크기를 지닌 BSS 시브를 사용함으로써 스크리닝된다.

따라서, 그라인딩 또는 균질화 후의 수성 현탁액중의 미세섬유화된 셀룰로오즈의 양(즉, 중량%)은 그라인딩되거나 균질화된 현탁액이 처리되어 선택된 크기 초과의 섬유를 제거하는 경우에 펄프중의 건조 중량의 양 미만일 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 그라인더 또는 균질화기에 공급된 펄프와 무기 미립자 재료의 상대적인 양은 선택된 크기를 초과한 섬유가 제거된 후에 수성 현탁액중에 요구되는 미세섬유화된 셀룰로오즈의 양에 따라서 좌우될 수 있다.

구체예에서, 무기 미립자 재료는 알칼리토금속 카르보네이트, 예를 들어, 탄산칼슘이다. 무기 미립자 재료는 중질탄산칼슘(GCC) 또는 침강성 탄산칼슘 (PCC), 또는 GCC와 PCC의 혼합물일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 무기 미립자 재료는 천연 판상 미네랄, 예컨대, 카올린이다. 무기 미립자 재료는 카올린과 탄산칼슘의 혼합물, 예를 들어, 카올린과 GCC의 혼합물, 또는 카올린과 PCC의 혼합물, 또는 카올린, GCC 및 PCC의 혼합물일 수 있다.

또 다른 구체예에서, 수성 현탁액은 일부 또는 전부 또는 실질적으로 모든 물을 제거하도록 처리되어 부분적으로 건조된 또는 근본적으로는 완전히 건조된 생성물을 형성한다. 예를 들어, 수성 현탁액중의 약 10부피% 이상의 물이 수성 현탁액으로부터 제거된다. 예를 들어, 수성 현탁액중의 약 20부피% 이상, 또는 약 30부피% 이상, 또는 약 40부피% 이상, 또는 약 50부피% 이상, 또는 약 60부피% 이상, 또는 약 70부피% 이상, 또는 약 80부피% 이상 또는 약 90부피% 이상, 또는 약 100부피%의 물이 제거될 수 있다. 어떠한 적합한 기술, 예를 들어, 가압되거나 가압되지 않는 중력 또는 진공-보조 배수, 또는 증발, 또는 여과, 또는 이들 기술의 조합을 포함한 기술이 사용되어 수성 현탁액으로부터 물을 제거할 수 있다. 부분적으로 건조되거나 근본적으로는 완전히 건조된 생성물은 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료, 및 건조전에 수성 현탁액에 첨가될 수 있는 어떠한 다른 임의의 첨가제를 포함할 것이다. 부분적으로 건조되거나 근본적으로는 완전히 건조된 생성물은 저장되거나 판매를 위해서 포장될 수 있다. 부분적으로 건조되거나 근본적으로는 완전히 건조된 생성물은 임의로 재수화되거나 제지 조성물 및 본원에 기재된 바와 같은 다른 종이 생성물에 혼입될 수 있다.

종이 생성물 및 이를 제조하는 공정

미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 수성 현탁액이 제지 조성물에 혼입될 수 있으며, 이어서, 종이 생성물을 제조하기 위해서 사용될 수 있다. 본 발명과 연관되어 사용된 용어 "종이 생성물"은 판지, 예를 들어, 백판지(white-lined board) 및 라이너지(linerboard), 카드보드(cardboard), 페이퍼보드, 코팅된 보드 등을 포함한 모든 종이 형태를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 책, 잡지, 신문 등 및 사무실 용지 용으로 적합한 종이를 포함한 본 발명에 따라 제조될 수 있는 다양한 유형의 코팅된 또는 비코팅된 종이가 존재한다. 종이는 적절히 캘린더링(calendering) 또는 슈퍼 캘린더링될 수 있으며; 예를 들어, 윤전 그라비어(rotogravure) 및 오프셋(offset) 인쇄를 위한 슈퍼 캘린더링 잡지 종이가 본 발명의 방법에 따라서 제조될 수 있다. 경량 코팅(light weight coating (LWC)), 중간 중량 코팅(medium weight coating (MWC)) 또는 기계 피니싱된 착색(machine finished pigmentisation (MFP))에 적합한 종이가 또한 본 발명의 방법에 따라서 제조될 수 있다. 식품 포장 등에 적합한 배리어 특성을 지닌 코팅된 페이퍼 및 판지가 또한 본 발명의 방법에 따라서 제조될 수 있다.

전형적인 제지 공정에서, 셀룰로오즈-함유 펄프는 본 분야에 공지된 어떠한 적합한 화학적 또는 기계적 처리, 또는 이들의 조합에 의해서 제조된다. 펄프는 어떠한 적합한 공급원, 예컨대, 목재, 풀(grass)(예, 사탕수수, 대나무) 또는 천 조각(예, 직물 폐기물, 면화, 삼(hemp) 또는 아마(flax))로부터 유래될 수 있다. 펄프는 본 기술분야의 전문가에게는 공지된 공정에 따라서 표백될 수 있으며, 본 발명에 사용하기에 적합한 그러한 공정들은 용이하게 입증될 것이다. 표백된 셀룰로오즈 펄프는 어떠한 소정의 여수도(cm³으로의 캐나다 표준 여수도(Canadian standard freeness (CSF))로서 본 기술 분야에 보고됨)로 고해되거나, 정정(refining)되거나 이들 둘 모두가 수행될 수 있다. 적합한 종이 원료는 표백되고 고해된 펄프로부터 제조된다.

본 발명의 제지 조성물은 전형적으로는, 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료의 수성 현탁액 외에, 본 기술분야에 공지된 종이 원료 및 그 밖의 통상의 첨가제를 포함한다. 본 발명의 제지 조성물은 제지 조성물의 전체 건조 함량을 기준으로 하여 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함한 수성 현탁액으로부터 유래된 약 50중량% 만큼의 무기 미립자 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제지 조성물은 제지 조성물의 전체 건조 함량을 기준으로 하여 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함한 수성 현탁액으로부터 유래된 약 2중량% 이상, 또는 약 5중량% 이상, 또는 약 10중량% 이상, 또는 약 15중량% 이상, 또는 약 20중량% 이상, 또는 약 25중량% 이상, 또는 약 30중량% 이상, 또는 약 35중량% 이상, 또는 약 40중량% 이상, 또는 약 45중량% 이상, 또는 약 50중량% 이상, 또는 약 60중량% 이상, 또는 약 70중량% 이상, 또는 약 80중량% 이상의 무기 미립자 재료를 포함할 수 있다. 미세섬유화된 셀룰로오즈 재료는 약 10 초과, 예를 들어, 약 20 내지 약 50, 또는 약 25 내지 약 40, 또는 약 25 내지 35, 또는 약 30 내지 약 40의 섬유 경사도를 지닐 수 있다. 제지 조성물은, 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함한 수성 현탁액의 건조 중량을 기준으로 하여, 약 0.1 내지 약 2중량% 범위의 양으로 비이온성, 양이온성 또는 음이온성 보유 보조제 또는 마이크로입자 보유 시스템을 함유할 수 있다. 장쇄 알킬케텐 이량체, 왁스 에멀션 또는 석신산 유도체일 수 있는 사이즈제(sizing agent)를 또한 함유할 수 있다. 조성물은 또한 염료 및/또는 광학 증백제(optical brightening agent)를 함유할 수 있다. 조성물은 또한 건조 및 습윤 지력 증강제, 예컨대, 전분 또는 에피클로로히드린 코폴리머를 포함할 수 있다.

상기 기재된 여덟 번째 양태에 따르면, 본 발명은 (i) 종이 생성물을 제조하기에 적합한 펄프 형태의 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재를 얻거나 제조하고; (ii) 단계(i)에서의 펄프, 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 본 발명의 수성 현탁액 및 다른 임의의 첨가제(예, 보유 보조제, 및 다른 첨가제, 예컨대, 상기 기재된 것들)로부터 제지 조성물을 제조하고; (iii) 제지 조성물로부터 종이 생성물을 형성시킴을 포함하여, 종이 생성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 주지된 바와 같이, 펄프를 형성시키는 단계는 건조한 상태, 예를 들어, 건조한 파지 또는 폐지의 형태의 셀룰로오즈를 포함한 섬유성 기재의 첨가에 의해서 그라인더 용기 또는 균질화기에서 수행될 수 있다. 그라인더 용기 또는 균질화기내의 수성 환경은 펄프의 형성을 촉진시킬 것이다.

한 가지 구체예에서, 추가의 충전재 성분(즉, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재와 동시-그라인딩되는 무기 미립자 재료가 아닌 충전재 성분)이 단계(ii)에서 제조된 제지 조성물에 첨가될 수 있다. 예시적인 충전재 성분은 PCC, GCC, 카올린, 또는 이들의 혼합물이다. 예시적인 PCC는 편삼각면체 PCC이다. 구체예로, 제지 조성물중의 무기 미립자 재료 대 추가의 충전재 성분의 중량비는 약 1:1 내지 약 1:30, 예를 들어, 약 1:1 내지 약 1:20, 예를 들어, 약 1:1 내지 약 1:15, 예를 들어, 약 1:1 내지 약 1:10, 예를 들어, 약 1:1 내지 약 1:7, 예를 들어, 약 1:3 내지 약 1:6, 또는 약 1:1, 또는 약 1:2, 또는 약 1:3, 또는 약 1:4, 또는 약 1:5이다. 그러한 제지 조성물로부터 제조된 종이 생성물은 충전재로서 단지 무기 미립자 재료, 예컨대, PCC를 포함하는 종이 생성물에 비해서 더 큰 지력을 나타낼 수 있다. 그러한 제지 조성물로부터 제조된 종이 생성물은 셀룰로오즈를 포함한 무기 미립자 재료 및 섬유성 기재가 별도로 제조(그라인딩)되고 혼합되어 제지 조성물을 형성하는 종이 생성물에 비해서 더 큰 지력을 나타낼 수 있다. 동일하게, 본 발명에 따른 제지 조성물로부터 제조된 종이 생성물은 더 적은 무기 미립자 재료를 포함하는 종이 생성물에 비견되는 지력을 나타낼 수 있다. 달리 설명하면, 종이 생성물은 지력의 손실 없이 더 높은 충전재 로딩에 따른 제지 조성물로부터 제조될 수 있다.

제지 조성물로부터의 최종 종이 생성물의 형성 단계는 본 기술분야에서 통상적이며 공지되어 있고, 일반적으로는 제조되는 종이의 유형에 따라서 목적 평량을 지닌 종이 시트의 형성을 포함한다.

추가의 경제적인 이점은 수성 현탁액을 제조하기 위한 셀룰로오즈 기재가 제지 조성물 및 최종 종이 생성물을 제조하기 위해서 형성된 동일한 셀룰로오즈 펄프로부터 유래될 수 있다는 점에서 본 발명의 방법을 통해서 달성될 수 있다. 그리하여, 및 상기 기재된 아홉 번째 양태에 따르면, 본 발명은 (i) 종이 생성물을 제조하기에 적합한 펄프 형태의 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재를 얻거나 제조하고; (ii) 본 발명의 첫 번째 양태에 따른 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재의 일부를 미세섬유화시켜서, 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함한 수성 현탁액을 제조하고; (iii) 단계(i)에서의 펄프, 단계(ii)에서 제조된 수성 현탁액, 및 다른 임의의 첨가제로부터 제지 조성물을 제조하고; (iv) 제지 조성물로부터 종이 생성물을 형성시킴을 포함하여, 종이 생성물을 제조하는 통합된 공정에 관한 것이다.

따라서, 수성 현탁액을 제조하는 셀룰로오즈 기재가 제지 조성물을 제조하기 위한 목적으로 미리 제조되기 때문에, 수성 현탁액을 형성시키는 단계가 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재를 제조하는 별도의 단계를 반드시 필요로 하지는 않는다.

본 발명의 수성 현탁액을 사용함으로써 제조된 종이 생성물은 놀랍게도 개선된 물리적 및 기계적 특성을 나타내면서, 동시에 무기 미립자 재료가 비교적 높은 로딩 수준으로 혼입되게 할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 개선된 종이는 비교적 적은 비용으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 수성 현탁액을 포함하는 제지 조성물로부터 제조된 종이 생성물은 어떠한 미세섬유화된 셀룰로오즈를 함유하지 않는 종이 생성물에 비해서 무기 미립자 재료 충전재의 개선된 보유를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 수성 현탁액을 포함하는 제지 조성물로부터 제조된 종이 생성물은 또한 개선된 파열 강도 및 인장 강도를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 추가로, 미세섬유화된 셀룰로오즈의 혼입은 동일한 양의 충전재를 포함하지만 미세섬유화된 셀룰로오즈는 포함하지 않는 종이에 비해서 기공율을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 이는 높은 충전재 로딩 수준이 일반적으로 비교적 높은 다공성 값과 관련되고, 인쇄성에 유해하기 때문에 유익하다.

종이 코팅 조성물 및 코팅 공정

본 발명의 수성 현탁액은 추가의 첨가제의 첨가 없이 코팅 조성물로서 사용될 수 있다. 그러나, 임의로, 소량의 증량제, 예컨대, 카르복시메틸 셀룰로오즈 또는 알칼리-팽화 가능한 아크릴릭 증량제 또는 이와 관련된 증량제가 첨가될 수 있다.

본 발명에 따른 코팅 조성물은, 요구되는 경우, 하나 이상의 임의의 추가 성분을 함유할 수 있다. 그러한 추가 성분은, 존재하는 경우, 적합하게는 종이 코팅 조성물에 대한 공지된 첨가제로부터 선택된다. 이들 임의의 첨가제의 일부가 코팅 조성물에서 하나 이상의 기능을 제공할 수 있다. 공지된 부류의 임의의 첨가제의 예는 다음과 같다:

(a) 하나 이상의 추가의 안료: 여기서 기재된 조성물은 종이 코팅 조성물 중에 단독 안료로서 사용될 수 있거나 서로 함께 사용될 수 있거나, 다른 공지된 안료, 예컨대, 칼슘 설페이트, 새틴 화이트(satin white), 및 소위 "플라스틱 안료"와 함께 사용될 수 있다. 안료의 혼합물이 사용되는 경우에 전체 안료 고형물 함량은 바람직하게는 코팅 조성물의 건조 성분의 전체 중량의 약 75중량% 이상의 양으로 조성물에 존재한다.

(b) 하나 이상의 결합제 또는 보조결합제: 예를 들어, 스티렌-부타디엔 러버(rubber) 라텍스를 포함한, 임의로 카르복실화될 수 있는 라텍스; 아크릴릭 폴리머 라텍스; 폴리비닐 아세테이트 라텍스; 또는 스티렌 아크릴릭 코폴리머 라텍스, 전분 유도체, 소듐 카르복시메틸 셀룰로오즈, 폴리비닐 알콜, 및 단백질;

(c) 하나 이상의 가교제: 예를 들어, 약 5중량% 이하의 수준으로; 예, 글리옥살, 멜라민 포름알데하이드 수지, 암모늄 지르코늄 카르보네이트; 하나 이상의 건조 또는 습윤 피킹 개선 첨가제: 예, 약 2중량% 이하의 수준으로, 예를 들어, 멜라민 수지, 폴리에틸렌 에멀젼, 우레아 포름알데하이드, 멜라민 포름알데하이드, 폴리아미드, 칼슘 스테아레이트, 및 스티렌 말레산 무수물 등; 하나 이상의 건조 또는 습윤 러브(rub) 개선 및 마모내성 첨가제: 예, 약 2중량% 이하의 수준으로, 예를 들어, 글리옥살 기반 수지, 산화된 폴리에틸렌, 멜라민 수지, 우레아 포름알데하이드, 멜라민 포름알데하이드, 폴리에틸렌 왁스, 및 칼슘 스테아레이트 등; 하나 이상의 내수성 첨가제: 예를 들어, 약 2중량% 이하의 수준으로, 예를 들어, 산화된 폴리에틸렌, 케톤 수지, 음이온성 라텍스, 폴리우레탄, SMA, 글리옥살, 멜라민 수지, 우레아 포름알데하이드, 멜라민 포름알데하이드, 폴리아미드, 글리옥살, 스테아레이트 및 이러한 기능을 할 수 있는 시판용의 다른 성분;

(d) 하나 이상의 물 보유 보조제: 예를 들어, 약 2중량% 이하의 수준으로, 예를 들어, 소듐 카르복시메틸 셀룰로오즈, 하이드록시에틸 셀룰로오즈, PVOH (폴리비닐 알콜), 전분, 단백질, 폴리아크릴레이트, 검(gum), 알기네이트, 폴리아크릴아미드 벤토나이트(bentonite) 및 그러한 적용을 위해 판매되는 다른 시판 생성물;

(e) 하나 이상의 점도 조절제 및/또는 증점제: 예를 들어, 약 2중량% 이하의 수준으로; 예를 들어, 아크릴릭 회합성 증량제, 폴리아크릴레이트, 에멀션 코폴리머, 디사이안아미드, 트리올, 폴리옥시에틸렌 에테르, 우레아, 설페이트화된 카스터 오일(sulphated castor oil), 폴리비닐 피롤리돈, CMC (카르복시메틸 셀룰로오즈, 예를 들어, 소듐 카르복시메틸 셀룰로오즈), 소듐 알기네이트, 잔탄검, 소듐 실리케이트, 아크릴산 코폴리머, HMC (하이드록시메틸 셀룰로오즈), 및 HEC (하이드록시에틸 셀룰로오즈) 등;

(f) 하나 이상의 윤활/캘린더링 보조제: 예를 들어, 약 2중량% 이하의 수준으로, 예를 들어, 칼슘 스테아레이트, 암모늄 스테아레이트, 징크 스테아레이트, 왁스 에멀션, 왁스, 알킬 케텐 디머, 글리콜; 하나 이상의 글로스-잉크 홀드-아웃 첨가제(gloss-ink hold-out additive): 예를 들어, 약 2중량% 이하의 수준으로, 예를 들어, 산화된 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 에멀젼, 왁스, 카제인, 구아검, CMC, HMC, 칼슘 스테아레이트, 암모늄 스테아레이트, 및 소듐 알기네이트 등;

(g) 하나 이상의 분산제: 분산제는, 충분한 양으로 존재하는 경우에, 미립자 무기 물질의 입자상에 작용하여, 표준 공정 요건에 따른 요망되는 범위로 입자의 응집 또는 집합을 방지하거나 효과적으로 제한할 수 있는 화학적 첨가제이다. 분산제는 약 1중량%의 수준으로 존재하며, 예를 들어, 고분자 전해질, 예컨대, 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴레이트 종, 특히, 폴리아크릴레이트 염(예, 임의로 II족 금속 염과의 소듐 및 알루미늄)을 함유하는 코폴리머, 소듐 헥사메타포스페이트, 비이온성 폴리올, 폴리인산, 축합된 소듐 포스페이트, 비이온성 계면활성제, 알카놀아민 및 이러한 기능을 위해서 일반적으로 사용되는 다른 시약을 포함한다. 분산제는, 예를 들어, 무기 미립자 재료의 가공 및 그라인딩에 일반적으로 사용되는 통상의 분산제 재료로부터 선택될 수 있다. 그러한 분산제는 본 기술분야의 전문가에게는 인지될 것이다. 이들은 일반적으로 이들의 유효량으로 무기 입자의 표면에 흡수될 수 있고 그에 의해서 입자의 응집을 억제할 수 있는 음이온 화학종을 공급할 수 있는 수용성 염이다. 비용매화된 염은 적합하게는 알칼리 금속 양이온, 예컨대, 소듐을 포함한다. 용매화는 일부의 경우에 수성 현탁액을 약간 알칼리성이 되게 함으로써 보조될 수 있다. 적합한 분산제의 예는 수용성 축합 포스페이트, 예를 들어, 폴리메타포스페이트 염[소듐 염의 일반적인 형태: (NaPO₃)_x], 예컨대, 테트라소듐 메타포스페이트 또는 소위 "소듐 헥사메타포스페이트" (Graham's salt); 폴리실리식산의 수용성 염; 고분자 전해질; 적합하게는 약 20,000 미만의 중량평균 분자량을 지니는, 아크릴산 또는 메타크릴산의 호모폴리머 또는 코폴리머의 염, 또는 아크릴산의 다른 유도체의 폴리머의 염을 포함한다. 소듐 헥사메타포스페이트 및 약 1,500 내지 약 10,000 범위의 중량평균 분자량을 지니는 소듐 폴리아크릴레이트가 특히 바람직하다.

(h) 하나 이상의 소포제 및 탈포제: 예를 들어, 약 1중량% 이하의 양으로, 예를 들어, 계면활성제의 배합물, 트리부틸 포스페이트, 지방 폴리옥시에틸렌 에스테르 플러스 지방 알콜, 지방 산 비누, 실리콘 에멀션 및 다른 실리콘 함유 조성물, 왁스 및 광유(mineral oil)중의 무기 미립자, 유화된 탄화수소의 배합물 및 이러한 기능을 수행하는 시판중의 다른 화합물;

(i) 하나 이상의 광학 증백제(optical brightening agents (OBA)) 및 형광 증백제(fluorescent whitening agents (FWA)): 예를 들어, 약 1중량% 이하의 양으로, 예를 들어, 스틸벤 유도체(stilbene derivative);

(j) 하나 이상의 염료: 예를 들어, 약 0.5중량% 이하의 수준으로;

(k) 하나 이상의 살생물제/훼손 조절제: 예를 들어, 약 1중량% 이하의 수준으로, 예를 들어, 산화성 살생물제, 예컨대, 염소 가스, 이산화염소 가스, 차아염소산나트륨, 차아브롬산나트륨(sodium hypobromite), 수소, 과산화물, 퍼아세트산 옥사이드(peracetic oxide), 암모늄 브로마이드/소듐 하이포클로라이트(ammonium bromide/sodium hypochlorite), 또는 비산화성 살생물제, 예컨대, GLUT (글루타르알데하이드, CAS No 90045-36-6), ISO (CIT/MIT) (이소티아졸리논, CAS No 55956-84-9 & 96118-96-6), ISO (BIT/MIT) (이소티아졸리논), ISO (BIT) (이소티아졸리논, CAS No 2634-33-5), DBNPA, BNPD (Bronopol), NaOPP, CARBAMATE, THIONE (Dazomet), EDDM-디메탄올 (O-formal), HT-트리아진(N-formal), THPS-테트라키스(O-formal), TMAD-디우레아(N-formal), 메타보레이트, 소듐 도데실벤젠 설포네이트, 티오시아네이트, 유기황(organosulphur), 소듐 벤조에이트 및 이러한 기능을 위해서 판매되는 다른 화합물, 예를 들어, Nalco에 의해서 판매되는 살생물 폴리머류;

(l) 하나 이상의 레벨링 및 이브닝 보조제(levelling 및 evening aid): 예를 들어, 약 2중량% 이하의 양으로, 예를 들어, 비-이온성 폴리올, 폴리에틸렌 에멀젼, 지방산, 에스테르 및 알콜 유도체, 알콜/에틸렌 옥사이드, 칼슘 스테아레이트 및 이러한 기능을 위해서 판매되는 다른 화합물; 및

(m) 하나 이상의 그리스 및 오일 내성 첨가제: 예를 들어, 약 2중량% 이하의 수준으로, 예를 들어, 산화된 폴리에틸렌, 라텍스, SMA (스티렌 말레산 무수물), 폴리아미드, 왁스, 알기네이트, 단백질, CMC, 및 HMC.

상기 첨가제들 및 첨가제 유형중 어떠한 첨가제가 단독으로 또는 서로와의 혼합물로 및, 요구되는 경우, 다른 첨가제와의 혼합물로 사용될 수 있다.

상기 첨가제 모두에 대해서, 중량%는 조성물에 존재하는 무기 미립자 재료의 건조 중량(100%)을 기준으로 한다. 첨가제가 최소량으로 존재하는 경우, 최소량은 안료의 건조 중량을 기준으로 약 0.01중량%일 수 있다.

코팅 공정은 당업자에게는 공지된 표준 기술을 이용함으로써 수행된다. 코팅 공정은 또한 코팅된 제품을 캘린더링 또는 슈퍼 캘린더링함을 포함할 수 있다.

종이 및 다른 시트 재료를 코팅하는 방법 및 그러한 방법을 수행하는 장치는 광범위하게 공개되어 있으며 공지되어 있다. 그러한 공지된 방법 및 장치가 코팅된 종이를 제조하는데 용이하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 문헌[Pulp and Paper International, May 1994, page 18 et seq]에 공개된 그러한 방법이 있다. 시트는 시트 형성 기계, 즉, 코터(coater) 또는 코팅 기계상의 "온-머신(on-machine)" 또는 "오프-머신(off- machine)"상에서 코팅될 수 있다. 높은 고형물 조성물의 사용이 코팅 방법에 바람직한데, 그 이유는 그러한 조성물이 후속해서 증발되어야 하는 물을 적게 남기기 때문이다. 그러나, 당업자에게는 공지된 바와 같이, 고형물 수준은 높은 점도 및 레벨링 문제가 발생되지 않게 너무 높지는 않아야 한다. 코팅 방법은 (i) 코팅 조성물을 코팅되는 재료에 적용하는 어플리케이션(application) 및 (ii) 정확한 수준의 코팅 조성물이 도포되게 하는 계량기(metering device)를 포함하는 장치를 사용함으로써 수행될 수 있다. 과량의 코팅 조성물이 어플리케이터(applicator)에 적용되는 경우, 계량기가 이의 하류에 있다. 대안적으로, 정확한 양의 코팅 조성물이 계량기에 의해서, 예를 들어, 필름 프레스(film press)로서 어플리케이터에 적용될 수 있다. 코팅 어플리케이션 및 계량 지점에서, 종이 웹 지지체(the paper web support)는 백킹 롤(backing roll)로부터, 예를 들어, 하나 또는 두 개의 어플리케이터를 통해서, 아무것도 없는 지점(즉, 단지 신장력만 존재)까지 이어진다. 과량이 최종적으로 제거되기 전에 코팅이 종이와 접촉되는 시간은 드웰 타임(dwell time)이며, 이러한 시간은 짧거나, 길거나, 가변적이다.

코팅은 일반적으로 코팅 스테이션에서의 코팅 헤드에 의해서 첨가된다. 요망되는 품질에 따라, 페이퍼 그레이드(paper grade)가 비코팅되고, 단일-코팅되고, 이중-코팅되고, 삼중-코팅된다. 하나 이상의 코팅을 제공하는 경우에, 초기 코팅(프리코트: precoat)은 코팅 조성물에 더 저렴한 포뮬레이션 및 임의로 더 거친 안료를 지닐 수 있다. 종이의 각 면에 코팅을 적용하는 코터는 각 면에 적용되는 코팅 층의 수에 따라 둘 또는 네 개의 코팅 헤드를 지닐 것이다. 대부분의 코팅 헤드는 한번에 단지 한 면만 코팅하지만, 일부 롤 코터(예, 필름 프레스, 게이트 롤(gate roll), 및 사이즈 프레스(size press))는 한번에 두 면 모두를 코팅한다.

사용될 수 있는 공지된 코터의 예는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 에어 나이프 코터(air knife coater), 블레이드 코터(blade coater), 로드 코터(rod coater), 바 코터(bar coater), 멀티-헤드 코터(multi-head coater), 롤 코터(roll coater), 롤 또는 블레이드 코터, 케스트 코터(cast coater), 실험용 코터, 그라비어 코터(gravure coater), 키스코터(kisscoater), 액체 어플리케이션 시스템(liquid application system), 역 롤 코터, 커튼 코터(curtain coater), 스프레이 코터(spray coater) 및 익스트루션 코터(extrusion coater)를 포함한다.

물이 코팅 조성물을 포함하는 고형물에 첨가되어서, 바람직하게는 조성물이 요망되는 표적 코팅 중량으로 시트 상에 코팅되는 경우에 조성물이 1 내지 1.5bar의 압력(즉, 블레이드 압력)으로 코팅되는 것을 가능하게 하기에 적합한 레올로지(rheology)를 지니게 하는, 고형물의 농도가 되게 할 수 있다.

캘린더링은 공지된 공정이며, 그러한 공정에서 종이의 평탄도 및 광택이 개선되고, 벌크가 캘린더 닙(nip)과 롤러 사이에 코팅된 종이 시트를 1회 이상 통과시킴으로써 감소된다. 일반적으로, 탄성체-코팅된 롤이 사용되어 높은 고형물 조성물을 압박한다. 상승된 온도가 적용될 수 있다. 닙을 통한 1회 이상의 통과(예를 들어, 약 12회 이하, 또는 일부의 경우 그 초과)가 적용될 수 있다.

본 발명에 따라서 제조되고 코팅 중에 광학 증백제를 함유하는 코팅된 종이 생성물은, ISO 표준 11475에 따라서 측정되는 경우, 본 발명에 따라서 제조된 미세섬유화된 셀룰로오즈를 포함하지 않는 코팅된 종이 생성물에 비해서 2 단위 이상, 예를 들어, 3 단위 이상 더 큰 밝기를 나타낼 수 있다. 본 발명에 따라서 제조된 코팅된 종이 생성물은, ISO 표준 8971-4 (1992)로 측정하는 경우, 본 발명에 따라서 제조된 미세섬유화된 셀룰로오즈를 포함하지 않는 코팅된 종이 생성물에 비해서 0.5㎛ 이상, 예를 들어, 0.6㎛ 이상, 또는 약 0.7㎛ 이상 더 평활한 파커 프린트 서프(Parker Print Surf) 평활도를 나타낼 수 있다.

다시 말해, 본 발명은 하기 넘버링된 문단에 기재된 요지에 관한 것이다:

1. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 코팅 조성물을 포함하는 종이 생성물로서, 종이 생성물이

i) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 코팅 생성물을 포함하는 종이 생성물의 제 2 인장 강도보다 큰 제 1 인장 강도; 및/또는

ii) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 코팅 생성물을 포함하는 종이 생성물의 제 2 인렬 강도보다 큰 제 1 인렬 강도; 및/또는

iii) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 코팅 생성물을 포함하는 종이 생성물의 제 2 광택도보다 큰 제 1 광택도; 및/또는

iv) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 코팅 생성물을 포함하는 종이 생성물의 제 2 파열 강도보다 큰 제 1 파열 강도; 및/또는

v) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 코팅 생성물을 포함하는 종이 생성물의 제 2 시트 광 산란 계수보다 큰 제 1 시트 광 산란 계수; 및/또는

vi) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 코팅 생성물을 포함하는 종이 생성물의 제 2 다공도보다 낮은 제 1 다공도를 지닌, 종이 생성물.

2. 제 1 문단의 종이 생성물에 있어서, 종이 코팅 조성물이 액체 패키징, 배리어 코팅 또는 인쇄 전자 적용을 위한 기능성 코팅을 포함하는, 종이 생성물.

3. 제 1 문단 또는 제 2 문단의 종이 생성물에 있어서, 폴리머, 금속, 수성 조성물, 또는 이들의 조합물을 포함하는 제 2 코팅을 추가로 포함하는, 종이 생성물.

4. 제 1 문단 내지 제 3 문단 중 어느 한 문단의 종이 생성물에 있어서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 코팅 조성물을 포함하는 종이 생성물의 제 2 투습도(moisture vapour transmission rate)(MVTR)보다 낮은 큰 제 1 투습도를 지닌, 종이 생성물.

5. 제 1 문단 내지 제 4 문단 중 어느 한 문단의 종이 생성물에 있어서, 종이가 약 25 wt. % 내지 약 35 wt. % 의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는, 종이 생성물.

그라인딩 가능한 무기 미립자 재료의 부재하의 미세섬유화

또 다른 양태에서, 본 발명은 미세섬유화된 셀룰로오즈를 포함하는 수성 현탁액을 제조하는 방법으로서, 그라인딩 완료 후에 제거되어야 하는 그라인딩 매질의 존재하에 그라인딩시킴으로써 수성 환경에서 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재를 미세섬유화하는 단계를 포함하며, 그라인딩이 타워 밀 또는 스크린드 그라인더(screened grinder)에서 수행되고, 그라인딩이 그라인딩 가능한 무기 미립자 재료의 부재하에 수행되는 방법에 관한 것이다.

그라인딩 가능한 무기 미립자 재료는 그라인딩 매질의 존재하에 그라인딩될 수 있는 물질이다.

미립자 그라인딩 매질은 천연 또는 합성 물질일 수 있다. 그라인딩 매질은, 예를 들어, 어떠한 경질 미네랄, 세라믹 또는 금속성 재료의 볼, 비드 또는 펠릿을 포함할 수 있다. 그러한 재료는, 예를 들어, 알루미나, 지르코니아, 지르코늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트 또는 카올린성 점토를 약 1300℃ 내지 1800℃ 범위의 온도에서 하소시킴으로써 생성되는 멀라이트-풍부한 재료(mullite-rich material)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, Carbolite® 그라인딩 매질이 바람직하다. 대안적으로, 적합한 입도의 천연 샌드의 입자가 사용될 수 있다.

일반적으로, 본 발명에서의 사용을 위해 선택되는 그라인딩 매질의 유형 및 입도는 그라인딩되는 재료 공급 현탁액의 특성, 예컨대, 입도 및 화학적 조성에 좌우될 수 있다. 바람직하게는, 미립자 그라인딩 매질은 약 0.5mm 내지 약 6mm 범위의 평균 직경을 지니는 입자를 포함한다. 한 가지 구체예에서 입자는 약 3mm 이상의 평균 직경을 지닌다.

그라인딩 매질은 약 2.5 이상의 비중을 지니는 입자를 포함할 수 있다. 그라인딩 매질은 약 3 이상, 약 4 이상 또는 약 5 이상, 또는 약 6 이상의 비중을 지니니는 입자를 포함할 수 있다.

그라인딩 매질(또는 매질들)은 70부피% 이하의 충전물 양으로 존재할 수 있다. 그라인딩 매질은 약 10부피% 이상의 충전물 양, 예를 들어, 약 20부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 30부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 40부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 50부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 60부피% 이상의 충전물 양으로 존재할 수 있다.

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 미세섬유화되어, 레이저 광 산란에 의해서 측정하는 경우, 약 5㎛ 내지 약 500㎛ 범위의 d₅₀을 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다. 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 미세섬유화되어서, 약 400㎛ 또는 그 미만, 예를 들어, 약 300 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 200 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 150 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 125 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 100 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 90 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 80 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 70 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 60 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 50 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 40 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 30 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 20 ㎛ 또는 그 미만, 또는 약 10 ㎛ 또는 그 미만의 d₅₀을 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다.

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 미세섬유화되어서, 약 0.1 내지 500㎛ 범위의 모달 섬유 입도를 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다. 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 재료의 존재하에 미세섬유화되어서, 약 0.5㎛ 이상, 예를 들어, 약 10 ㎛ 이상, 또는 약 50 ㎛ 이상, 또는 약 100 ㎛ 이상, 또는 약 150 ㎛ 이상, 또는 약 200 ㎛ 이상, 또는 약 300 ㎛ 이상, 또는 약 400 ㎛ 이상의 모달 섬유 입도를 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다.

셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 미세섬유화되어서, Malvern에 의해서 측정하는 경우, 약 10 또는 그 초과의 섬유 경사도(fibre steepness)를 지니는 미세섬유화된 셀룰로오즈를 생성시킬 수 있다. 섬유 경사도(즉, 섬유의 입도 분포의 경사도)가 하기 식으로 측정된다:

경사도=100x(d₃₀/d₇₀)

미세섬유화된 셀룰로오즈는 약 100 또는 그 미만의 섬유 경사도를 지닐 수 있다. 미세섬유화된 셀룰로오즈는 약 75 또는 그 미만, 약 50 또는 그 미만, 약 40 또는 그 미만, 약 30 또는 그 미만의 경사도를 지닐 수 있다. 미세섬유화된 셀룰로오즈는 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 지닐 수 있다.

한 가지 구체예에서, 그라인딩 용기는 타워 밀(tower mill)이다. 타워 밀은 하나 이상의 그라인딩 영역 위에 정지 영역(quiescent zone)을 포함할 수 있다. 정지 영역은 타워 밀의 내부의 상부를 향해서 위치된 영역으로, 그러한 영역에서는 그라인딩이 최소로 수행되거나 수행되지 않고, 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함한다. 정지 영역은 그라인딩 매질의 입자가 타워 밀의 하나 이상의 그라인딩 영역내로 침강하는 부위이다.

타워 밀은 하나 이상의 그라인딩 영역 위에 분류기를 포함할 수 있다. 구체예에서, 분류기는 상부에 설치되며 정지 영역에 인정해서 위치한다. 분류기는 하이드로사이클론(hydrocyclone)일 수 있다.

타워 밀은 하나 이상의 그라인딩 영역 위에 스크린을 포함할 수 있다. 구체예에서, 스크린은 정지 영역 및/또는 분류기에 인접되게 위치된다. 스크린은 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함하는 생성물 수성 현탁액으로부터 그라인딩 매질을 분리하도록 크기 조절되어 그라인딩 매질 침강을 향상시킬 수 있다.

구체예에서, 그라인딩은 플러그 흐름 조건하에 수행된다. 플러그 흐름 조건하에 타워를 통한 흐름은 타워를 통해서 그라인딩 재료가 제한적으로 혼합되게 한다. 이는, 타워 밀의 길이를 따라 상이한 지점에서, 미세섬유화된 셀룰로오즈의 미세도가 증가함에 따라서 수성 환경의 점도가 변할 것임을 의미한다. 따라서, 사실상, 타워 밀내의 그라인딩 부위는 특성 점도를 지니는 하나 이상의 그라인딩 영역을 포함하는 것으로 여겨질 수 있다. 당업자라면 점도와 관련된 인접 그라인딩 영역들 사이의 예리한 경계를 없음을 이해할 것이다.

한 가지 구체예에서, 물이 하나 이상의 그라인딩 영역 위의 정지 영역 또는 분류기 또는 스크린에 근접한 밀의 상부에 첨가되어 밀 내의 그들 영역에서 미세섬유화된 셀룰로오즈를 포함하는 수성 현탁액의 점도를 감소시킨다. 밀 내의 이러한 지점에서의 생성물 미세섬유화된 셀룰로오즈를 희석시킴으로써, 정지 영역 및/또는 분류기 및/또는 스크린으로의 그라인딩 매질의 통과를 방지하는 것이 개선되는 것으로 밝혀졌다. 추가로, 타워를 통한 제한된 혼합은 높은 고형물을 타워의 아래로 더 낮게 가공하는 것을 가능하게 하며 타워 아래의 하나 이상의 그라인딩 영역내로의 희석 물의 제한된 역류에 의해서 상부에서 희석된다. 미세섬유화된 셀룰로오즈를 포함하는 생성물 수성 현탁액의 점도를 희석시키기에 효과적인 물의 어떠한 적합한 양이 첨가될 수 있다. 물은 그라인딩 가공 동안에 연속적으로, 또는 규칙적인 간격으로, 또는 불규칙적인 간격으로 첨가될 수 있다.

또 다른 구체예에서, 물은 타워 밀의 길이를 따라서 위치된 하나 이상의 물 주입 지점을 통해서 하나 이상의 그라인딩 영역에 첨가될 수 있으며, 각각의 물 주입 지점은 하나 이상의 그라인딩 영역에 상응하는 위치에 자리한다. 유리하게는 타워를 따라서 다양한 지점에서 물을 첨가할 수 있는 능력은 밀을 따른 어떠한 또는 모든 위치에서의 그라인딩 상태의 추가의 조절을 가능하게 한다.

타워 밀은 그 길이 전체를 따른 일련의 임펠러 로터 디스크(impeller rotor disk)가 장착된 수직 임펠러 샤프트(impeller shaft)를 포함할 수 있다. 임펠러 로터 디스크의 작용은 밀을 통한 일련의 이산 그라인딩 영역을 생성시킨다.

또 다른 구체예에서, 그라인딩은 스크린 그라인더, 바람직하게는 교반 매질 디트리터(detritor)에서 수행된다. 스크린 그라인더는 약 250㎛ 이상의 공칭 구경 치수(nominal aperture size)를 지닌 하나 이상의 스크린을 포함할 수 있다. 하나 이상의 스크린은 약 300㎛ 이상, 또는 약 350㎛ 이상, 또는 약 400 ㎛ 이상, 또는 약 450 ㎛ 이상, 또는 약 500 ㎛ 이상, 또는 약 550 ㎛ 이상, 또는 약 600 ㎛ 이상, 또는 약 650 ㎛ 이상, 또는 약 700 ㎛ 이상, 또는 약 750 ㎛ 이상, 또는 약 800 ㎛ 이상, 또는 약 850 ㎛ 이상, 또는 약 900 μm 이상, 또는 약 1000 μm 이상의 공칭 구경 치수를 지닐 수 있다.

상기 주지된 스크린 크기는 상기 기재된 타워 밀 구체예에 적용될 수 있다.

상기 주지된 바와 같이, 그라인딩은 그라인딩 매질의 존재하에 수행된다. 구체예에서, 그라인딩 매질은 약 1 mm 내지 약 6 mm, 예를 들어, 약 2 mm, 또는 약 3 mm, 또는 약 4 mm, 또는 약 5 mm의 범위의 평균 직경을 지닌 입자를 포함하는 거친 매질이다.

또 다른 구체예에서, 그라인딩 매질은 약 2.5 이상, 예를 들어, 약 3 이상, 또는 약 3.5 이상, 또는 약 4.0 이상, 또는 약 4.5 이상, 또는 약 5.0 이상, 또는 약 5.5 이상, 또는 약 6.0 이상의 비중을 지닌다.

상기 기재된 바와 같이, 그라인딩 매질(또는 매질들)은 약 70부피% 이하의 충전물 양으로 존재할 수 있다. 그라인딩 매질은 약 10부피% 이상의 충전물 양, 예를 들어, 약 20부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 30부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 40부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 50부피% 이상의 충전물 양, 또는 약 60부피% 이상의 충전물 양으로 존재할 수 있다.

한 가지 구체예에서, 그라인딩 매질은 약 50부피%의 충전물 양으로 존재한다.

용어 "충전물"은 그라인더 용기에 공급된 공급물인 조성물을 의미한다. 충전물은 물, 그라인딩 매질, 셀룰로오즈와 무기 미립자 재료를 포함하는 섬유성 기재, 및 본원에 기재된 바와 같은 임의의 다른 첨가제를 포함한다. 비교적 거친 및/또는 조밀한 매질의 사용이 개선된(즉, 더 빠른) 침강 속도 및 정지 영역 및/또는 분류기 및/또는 스크린(들)을 통한 감소된 매질 통과에 유리하다.

비교적 거친 스크린을 사용하는데 있어서 추가의 이점은 비교적 거칠거나 조밀한 그라인딩 매질이 미세섬유화 단계에서 사용될 수 있다는 것이다. 또한, 비교적 거친 스크린(즉, 약 250㎛ 이상의 공칭 구경을 지님)의 사용은 비교적 높은 고형물 생성물이 그라인더로부터 가공되고 제거되게 하고, 이는 비교적 높은 고형물 공급물(셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료를 포함한 섬유성 기재를 포함함)을 경제적으로 실용적인 공정으로 가공되게 한다. 이하 논의된 바와 같이, 높은 초기 고형물 함량을 지닌 공급물이 에너지 효율 면에서 바람직한 것으로 밝혀졌다. 추가로, 낮은 고형물로 생성된 생성물(주어진 에너지에서)은 더 거친 입도 분포를 지님이 밝혀졌다.

상기 배경 부분에서 논의된 바와 같이, 본 발명은 산업 규모로 미세섬유화된 셀룰로오즈를 경제적으로 제조하는데 있어서의 문제를 해결하고자 하는 발명이다.

따라서, 한 가지 구체예에 따르면, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 수성 환경에서 약 4 wt % 이상의 초기 고형물 함량으로 존재한다. 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 수성 환경에서 약 2 wt % 이상, 예를 들어 약 3 wt % 이상 또는 약 4 wt % 이상의 초기 고형물 함량으로 존재한다. 전형적으로는, 초기 고형물 함량은 약 10 wt % 이하이다.

또 다른 구체예에서, 그라인딩은 그라인딩 용기의 캐스케이드(cascade)에서 수행되며, 이중 하나 이상이 하나 이상의 그라인딩 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재는 둘 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 예를 들어, 셋 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 넷 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 다섯 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 여섯 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 일곱 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 여덟 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 아홉 이상의 그라인딩 용기의 캐스케이드, 또는 열 만큼의 그라인딩 용기의 캐스케이드에서 그라인딩될 수 있다. 그라인딩 용기의 캐스케이드는 직렬로 또는 병렬로 또는 직렬과 병렬의 조합으로 작동 가능하게 연결될 수 있다. 캐스케이드내의 그라인딩 용기중 하나 이상으로부터의 출력물 및/또는 그에 대한 입력물은 하나 이상의 스크리닝 단계 및/또는 하나 이상의 분류 단계에 주어진다.

미세섬유화 공정에서 소비된 전체 에너지는 캐스케이드내의 그라인딩 용기의 각각을 동일하게 가로질러 분배될 수 있다. 대안적으로, 에너지 입력은 캐스케이드내의 그라인딩 용기의 일부 또는 전부 사이에 다양할 수 있다.

당업자라면 용기당 소비된 에너지가 각각의 용기내에서 미세섬유화되는 섬유성 기재의 양, 및 임의로 각각의 용기에서의 그라인딩 속도에 따라서 캐스케이드내의 용기들 사이에 다양할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그라인딩 조건이 미세섬유화된 셀룰로오즈의 입도 분포를 조절하기 위해서 캐스케이드내의 각각의 용기에서 다양할 수 있다.

구체예에서, 그라인딩은 폐쇄 순환으로 수행된다. 또 다른 구체예에서, 그라인딩은 개방 순환으로 수행된다.

그라인딩되는 재료의 현탁액이 비교적 높은 점도일 수 있기 때문에, 적합한 분산제가 바람직하게는 그라인딩 전에 현탁액에 첨가될 수 있다. 분산제는, 예를 들어, 수용성 축합 포스페이트, 폴리실리식산(polysilicic acid) 또는 이의 염, 고분자 전해질(polyelectrolyte), 예를 들어, 80,000 이하의 수평균 분자량을 지닌 폴리(아크릴산) 또는 폴리(메타크릴산)의 수용성 염일 수 있다. 사용된 분산제의 양은 일반적으로는 건조한 무기 미립자 고형물 재료의 중량을 기준으로 하여 0.1 내지 2.0중량% 범위일 수 있다. 현탁액은 적합하게는 4℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 분쇄될 수 있다.

미세섬유화 단계 동안에 포함될 수 있는 다른 첨가제는 카르복시메틸 셀룰로오즈, 양쪽성(amphoteric) 카르복시메틸 셀룰로오즈, 산화제, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO), TEMPO 유도체 및 목재 분해 효소(wood degrading enzyme)를 포함한다.

그라인딩되는 재료의 현탁액의 pH는 약 7 또는 그 초과(즉, 염기성)일 수 있으며, 예를 들어, 현탁액의 pH는 약 8, 또는 약 9, 또는 약 10, 또는 약 11일 수 있다. 그라인딩되는 재료의 현탁액의 pH는 약 7 미만(즉, 산성)일 수 있으며, 예를 들어, 현탁액의 pH는 약 6, 또는 약 5, 또는 약 4, 또는 약 3일 수 있다. 그라인딩되는 재료의 현탁액의 pH는 적절한 양의 산 또는 염기의 첨가에 의해서 조절될 수 있다. 적합한 염기는 알칼리금속 수산화물, 예컨대, NaOH를 포함한다. 다른 적합한 염기는 탄산나트륨 및 암모니아이다. 적합한 산은 무기산, 예컨대, 염산 및 황산 또는 유기산을 포함한다. 예시적인 산은 오르토인산이다.

요망되는 수성 현탁액을 얻기에 전형적인 그라인딩 공정에서의 전체 에너지 입력은 전형적으로는 무기 미립자 충전재의 전체 건조 중량을 기준으로 하여 약 100 내지 1500kWht^-1일 수 있다. 전체 에너지 입력은 약 1000kWht^-1 미만, 예를 들어, 약 800kWht^-1 미만, 약 600kWht^-1 미만, 약 500kWht^-1 미만, 약 400kWht^-1 미만, 약 300kWht^-1 미만, 또는 약 200kWht^-1 미만일 수 있다. 본 발명의 발명자들은 놀랍게도 셀룰로오즈 펄프가 무기 미립자 재료의 존재하에 동시-그라인딩되는 때에 그러한 펄프가 비교적 낮은 에너지 입력으로 미세섬유화될 수 있음을 밝견하였다. 이하 자명하게 되는 바와 같이, 셀룰로오즈를 포함하는 섬유성 기재중의 건조 섬유의 톤당 전체 에너지 입력은 약 10,000kWht^-1 미만, 예를 들어, 약 9000kWht^-1 미만, 또는 8000kWht^-1 미만, 또는 약 7000kWht^-1 미만, 또는 약 6000kWht^-1 미만, 또는 약 5000kWht^-1 미만, 예를 들어, 약 4000kWht^-1 미만, 약 3000kWht^-1 미만, 약 2000kWht^-1 미만, 약 1500kWht^-1 미만, 약 1200kWht^-1 미만, 약 1000kWht^-1 미만, 또는 약 800kWht^-1 미만일 것이다. 전체 에너지 입력은 미세섬유화되는 섬유성 기재중의 건조 섬유의 양 및 임의로 그라인딩 속도 및 그라인딩 기간에 따라서 다양하다.

하기 과정이 미네랄(GCC 또는 카올린) 및 미세섬유화된 셀룰로오즈 펄프 섬유의 혼합물의 입도 분포를 특성화하기 위해 사용될 수 있다.

- 탄산칼슘

3g의 건조 재료를 생성시키기에 충분한 동시-그라인딩된 슬러리 샘플을 비이커에 칭량하고, 탈이온수로 60g으로 희석시키고, 1.5w/v% 활성의 소듐 폴리아크릴레이트의 용액 5cm³과 혼합하였다. 추가의 탈이온수를 첨가하면서 교반하여 80g의 최종 슬러리 중량이 되게 하였다.

- 카올린

5g의 건조 재료를 생성시키기에 충분한 동시-그라인딩된 슬러리 샘플을 비이커에 칭량하고, 탈이온수로 60g으로 희석시키고, 1.0 wt% 탄산나트륨 및 0.5 wt% 소듐 헥사메타포스페이트의 용액 5cm³과 혼합하였다. 추가의 탈이온수를 첨가하면서 교반하여 80g의 최종 슬러리 중량이 되게 하였다.

이후, 최적의 차폐(obscuration) 수준이 나타날 때까지(일반적으로 10 내지 15%), 슬러리를 마스터사이저 S(Mastersizer S)에 부착된 샘플 제조 단위에서 1cm³ 분취량으로 물에 첨가하였다. 이어서, 광 산란 분석 과정이 수행된다. 선택된 장치 범위는 300RF:0.05-900였고, 빔 길이는 2.4mm로 설정되었다.

탄산칼슘과 섬유를 함유하는 동시-그라인딩된 샘플의 경우에, 탄산칼슘에 대한 굴절 지수(1.596)가 이용되었다. 카올린 및 섬유의 동시-그라인딩된 샘플의 경우, 카올린에 대한 RI(굴절 지수)(1.5295)가 이용되었다.

입도 분포는 미에(Mie) 이론으로 계산되었으며, 미소부피 기반 분포도로서 출력되었다. 두 개의 독특한 피크(peak)의 존재는 미네랄(더 미세한 피크)과 섬유(거친 피크)로부터 발생하는 것으로 해석되었다.

더 미세한 미네랄 피크는 측정된 데이타 포인트에 적용되었으며, 분포도로부터 수학적으로 뺄셈되어 섬유 피크를 남겼으며, 이는 누적 분포도로 전환되었다. 유사하게, 섬유 피크가 최초 분포도에서 수학적으로 뺄셈되어 미네랄 피크를 남겼으며, 이는 또한 누적 분포도로 전환되었다. 이어서, 이들 누적 분포도 모두가 평균 입도(d₅₀) 및 분포의 경사도(d₃₀/d₇₀ x 100)를 계산하는데 사용되었다. 차등 곡선(differential curve)이 미네랄 및 섬유 분획 둘 모두에 대한 모달 입도를 발견하는데 사용되었다.

실시예

다르게 명시되지 않는 한, 종이 특성은 하기 방법에 따라 측정되었다:

● 파열 강도: SCAN P 24에 따라 Messemer Buchnel 파열 시험기로 측정됨.

● 인장 강도: SCAN P 16에 따라 Testometrics 인장 시험기로 측정됨.

● Bendtsen 다공도: SCAN P21, SCAN P60, BS 4420 및 Tappi UM 535에 따라 Bendtsen Model 5 다공도 시험기를 사용하여 측정됨.

● 벌크(Bulk): 이는 SCAN P7에 따라 측정된 상호적인 겉보기 밀도(apparent density)임.

● ISO 밝기: 핸드시트의 ISO 밝기가 ISO 2470: 1999 E에 따라, 8번 필터(457nm 파장)가 피팅된(fitted) Elrepho Datacolour 3300 밝기 측정기에 의해 측정됨.

● 불투명도: 종이 샘플의 불투명도는 불투명도 측정에 적합한 파장을 사용하여 Elrepho Datacolor 3300 분광 광도계(spectro-photometer)에 의해 측정됨. 표준 시험 방법은 ISO 2471이다. 먼저, 반사된 입사광의 백분율의 측정은 검정색 캐비티(Rinfinity) 상에서 적어도 종이 시트 10장의 스택에 의해 이루어진다. 이후, 시트 스택이 검정색 커버 상의 단일 시트에 대한 반사율 백분율의 제 2 측정이 이루어진다(R). 이후, 불투명도 백분율은 식: 백분율 불투명도 = 100 x R/Rinfinity로부터 산출된다.

● 인렬 강도: TAPPI 방법 T 414 om-04(종이의 내부 인렬 저항(Elmendorf-타입의 방법)).

● 내부 (z-방향) 강도는 TAPPI T569에 따라 스캇(Scott) 결합 시험기를 사용하여 측정됨.

● 광택도: TAPPI 방법 T 480 om-05 (75도에서의 종이 및 보드지의 경면 광택도)가 사용될 수 있음.

● 강성: 강성 측정 방법은 문헌(J. C. Husband, L.F.Gate, N.Norouzi, and D.Blair, "The Influence of kaolin Shape Factor on the Stiffness of Coated Papers", TAPPI Journal, June 2009, p. 12-17 (특히 표제 'Experimental Methods'의 섹션 참조); and J. C. Husband, J.S.Preston, L.F.Gate, A.Storer, and P.Creaton, "The Influence of Pigment Particle Shape on the In-Plane tensile Strength Properties of Kaolin-based Coating Layers", TAPPI Journal, December 2006, p.3-8 (특히 표제 'Experimental Methods'의 섹션 참조))에 기술되어 있음.

● L&W 굽힘 저항(제시된 각을 통해 시트를 구부리는데 용구되는 힘(mN)): SCAN-P29:84에 따라 측정됨.

● 양이온 요구량(또는 음이온 대전량): Mutek PCD 03로 측정됨; cone. 1 mEq/L (PTE AB/Selcuk D0len로부터 구입)을 지닌 Polydadmac (평균 분자량 약 60000)으로 샘플을 적정하였다. 펄프 혼합물을 측정 전에 여과하지만, 화이트 워터 샘플은 여과하지 않았다. 샘플 시험 전에, 적합한 다가전해질(polyelectrolyte)의 소비를 체크하기 위해 검정 시험을 수행하였다. 샘플 시험시, 다가전해질을 30초 간격을 두고 배치식으로(약 10회) 투여한다.

● 시트 광 산란 및 흡수 계수는 Elrepho 기구로부터의 반사율 데이터를 사용하여 측정됨: R inf = 적층된 시트 10장의 반사율, Ro = 검정 컵 상의 시트 한장의 반사율. 이들 값 및 시트의 물질(gm^-2)이 문헌(Nils Pauler 저, "Paper Optics"(Lorentzen and Wettre 발간, ISBN 91-971-765-6-7), p. 29-36)에 기재된 쿠벨카-뭉크 식에 도입된다.

● 첫번째 통과 보유율은 헤드박스(headbox)(HD) 및 화이트 워터(white water)(WW) 트레이 내 고형물 측정을 기반으로 하여 측정되고, 하기 식에 따라 산출된다: 보유율 = [(HB_고형물 - WW_고형물)/HB_고형물] x 100

● 애쉬(ash) 보유율은 첫번째 통과 보유율과 동일한 원리에 따라 측정되나, 헤드박스(HD) 및 화이트 워터(WW) 트레이 내 애쉬 성분의 중량을 기준으로 하고, 하기 식에 따라 산출된다: 애쉬 보유율 = [(HB_애쉬 - WW_애쉬)/HB_애쉬] x 100

● 형성 지수(PTS)는 PTS 안내서 'DOMAS 2.4 User Guide'의 섹션 10-1에 기재된 측정 방법에 따라 PTS에 의해 개발된 DOMAS 소프트웨어를 사용하여 측정된다.

실시예 1

동시-처리된 충전재의 제조

- 조성물 1

그라인딩 작업을 위한 출발물질은 펄프 슬러리(Northern bleached kraft pine), 및 약 60 부피%의 2㎛ 미만의 입자를 포함하는, 중질탄산칼슘(ground calcium carbonate)(GGC) 충전재인, Intracarb 60™ 로 구성되었다. 펄프 중량의 공칭 6% 첨가를 이루도록 펄프를 Cellier 믹서에서 GCC와 블렌딩하였다. 26.5% 고형물로 존재하는 이러한 현탁액을 이후 50%의 중간 용적 농도로 세라믹 그라인딩 매질(King's, 3 mm)을 함유하는 180kW 교반된 매질 밀(mill)에 공급하였다. 2000 내지 3000 kWht^-1(펄프 단독에 대해 표현됨)의 도입된 에너지가 소모될 때까지 혼합물을 그라인딩한 후, 펄프/미네랄 혼합물을 1mm 스크린을 사용하여 매질로부터 분리시켰다. 생성물의 섬유 함량(애싱에 의함)은 5 wt%이었고, Malvern Mastersizer S™를 사용하여 측정된 평균 섬유 크기(D₅₀)는 129 ㎛였다. 섬유 psd 경사도(D₃₀/D₇₀ X 100)는 31.7이었다.

- 조성물 2

본 충전재의 제조는 조성물 1에 개략적으로 기재된 과정에 따랐다. 20%의 펄프가 첨가되도록 펄프를 Cellier 믹서에서 Intracarb 60와 블렌딩하였다. 10 내지 11% 고형물로 존재하는 이러한 현탁액을 이후 50%의 중간 용적 농도로 세라믹 그라인딩 매질(King's, 3 mm)을 함유하는 180kW 교반된 매질 밀에 공급하였다. 2500 내지 4000 kWht^-1(펄프 단독에 대해 표현됨)의 도입된 에너지가 소모될 때까지 혼합물을 그라인딩한 후, 펄프/미네랄 혼합물을 1mm 스크린을 사용하여 매질로부터 분리시켰다. 생성물의 섬유 함량(애싱에 의함)은 19.7wt%이었고, Malvern Mastersizer S™를 사용하여 측정된 평균 섬유 크기(D₅₀)는 79.7㎛였다. 섬유 psd 경사도(D₃₀/D₇₀ X 100)는 29.3이었다. 초지기(paper machine)에 첨가하기 전에, 대략 50/50 비로 GCC (Intracarb 60™)와 블렌딩함으로써 섬유 함량을 11.4 wt%로 감소시켰다.

실시예 2

원지(basepaper)의 제조

4.5% 고형물로 27°SR로 정정된 80 중량%의 유칼립투스 펄프(Sodra Tofte)와 3.5% 고형물로 26°SR로 정정된 20 중량%의 침엽수(Sodra Monsteras) 펄프의 블렌드를 파일롯(pilot) 규모 설비에서 제조하였다. 이 펄프 블렌드를 사용하여 800 m min^-1으로 작동하는 파일롯 규모 초지기를 사용하여 연속적인 종이 릴(reel)을 제조하였다. 스톡을 UMV10 헤드박스로부터 13 mm 슬롯을 통해 트윈 와이어 롤 포머(twin wire roll former)에 공급하였다. 종이의 타깃 평량(grammage)은 75 gm^-2였으며, 충전재 및 로딩 수준은 하기 표 1에 기재된다.

표 1. 캘린더링 전 비코팅 원지 특성

300 내지 380g t^-1 투여량의 양이온성 폴리아크릴아미드인, Percol 47NS™(BASF) 및 2 kg t^-1 투여량의 마이크로입자 벤토나이트인, Hydrocol SH™로 구성된 2-성분 보유 보조제 시스템을 사용하였다. 프레스 섹션은 10 kN m^-1의 선형 부하로 작동되는 하나의 이중 펠트 롤 프레스에 이어서 각각 600 및 800 kN m^-1로 작동되는 250mm의 슈 길이(shoe length)를 지닌 두 개의 Metso SymBelt 프레스로 구성되었다. 두 개의 슈 프레스에서 롤은 서로 반대이다.

종이를 가열된 실린더를 사용하여 건조시켰다.

배리어 코팅의 적용

각각의 원지에 코팅을 적용하였다. 포뮬레이션은 100부의 높은 형상 계수 카올린 및 100부의 스티렌-부타디엔 코폴리머 라텍스(DL930™, Styron)로 구성되었다. 고형물 함량은 50.1 wt% 였으며, 브룩필드(Brookfield) 100 rpm 점도는 80 mPa.s였다. 손으로 와이어가 감겨진 적합한 막대를 사용하여 코팅을 적용하여 13 - 14 gm^-2의 코트 중량을 얻었다. 고온 공기 건조기(hot air dryer)를 사용하여 건조시켰다.

실시예 3

이후, 실시예 2의 코팅된 종이를 2일 동안 투습도(MVTR) 시험을 하였다. 이 방법은 TAPPI T448을 기반으로 하나, 건조제로서 실리카 겔, 및 50%의 상대 습도를 사용하였다. 종이를 통해 전달된 수분량을 첫째날 및 둘째날에 거쳐 측정한 후, 평균내었다. 결과가 하기 표 2에 요약된다.

또한, IGT 프린팅 단위를 사용하여 디부틸 프탈레이트 중 수단 레드(Sudan Red) IV의 오일 기반 용액을 사용함으로써 내유성을 시험하였다. 조절된 용량의 유체(5.8 ㎕)를 시린지를 사용하여 종이에 적용하고, 5 kgf의 압력 및 0.5 m s^-1의 속도로 프린팅 닙(printing nip)을 통과시켰다. 유체 염색에 의해 덮힌 구역을 이미지 분석을 사용하여 측정하고, 오일 기반 유체에 의한 침투에 대한 코팅의 저항 능력의 표시로서 사용하였다. 결과는 하기 표 2에 요약된다.

표 2. 코팅된 원지 특성

이들 결과는 최고 섬유 수준(조성물 2)으로 동시-그라인딩된 충전재를 함유하는 종이가 대조군보다 낮은 투습도를 지님을 보여준다. 조성물 1 및 2 둘 모두에 대한 코팅된 종이는 보다 넓은 염색 구역을 지녔으며, 이는 개선된 유체 저항성을 시사한다.

실시예 4

동시-처리된 충전재의 제조

- 조성물 3

그라인딩 작업을 위한 출발물질은 펄프 슬러리(Botnia pine) 및 중질탄산칼슘 충전재인, Intracarb 60™ 로 구성되었다. 20%의 펄프가 첨가되도록 펄프를 Cellier 믹서에서 Intracarb와 블렌딩하였다. 10 내지 11% 고형물로 존재하는 이러한 현탁액을 이후 50%의 중간 용적 농도로 세라믹 그라인딩 매질(King's, 3 mm)을 함유하는 180kW 교반된 매질 밀에 공급하였다. 2500 내지 4000 kWht^-1의 도입된 에너지가 소모될 때까지 혼합물을 그라인딩한 후, 펄프/미네랄 혼합물을 1mm 스크린을 사용하여 매질로부터 분리시켰다. 생성물의 섬유 함량(애싱에 의함)은 19.7wt%이었고, Malvern Mastersizer S™를 사용하여 측정된 평균 섬유 크기(D₅₀)는 79.7㎛였다. 섬유 psd 경사도(D₃₀/D₇₀ X 100)는 29.3이었다. 초지기에 첨가하기 전에(하기 실시예 5 참조), 19.7 wt%의 섬유를 함유하는 9 중량부의 조성물과 23부의 새로운 Intracarb 60을 블렌딩함으로써 섬유 함량을 감소시켜, 애쉬에 의해 측정되는 5.8 wt%의 섬유 함량을 얻었다.

- 조성물 4

제 2 충전재 조성물을 19.7 wt% 섬유를 함유하는 50 중량부의 조성물 3을 50부의 새로운 Intracarb 60과 블렌딩함으로써 제조하여 애쉬에 의해 측정되는 11.4 wt%의 섬유 함량을 얻었다.

실시예 5

종이의 제조

4.5% 고형물로 27°SR로 정정된 80 중량%의 유칼립투스 펄프(Sodra Tofte)와 3.5% 고형물로 26°SR로 정정된 20 중량%의 침엽수(Sodra Monsteras) 펄프의 블렌드를 파일롯 규모 설비에서 제조하였다. 이 펄프 블렌드를 사용하여 800 m min^-1으로 작동하는 파일롯 규모 초지기를 사용하여 연속적인 종이 릴을 제조하였다. 스톡을 UMV10 헤드박스로부터 13 mm 슬롯을 통해 트윈 와이어 롤 포머에 공급하였다. 종이의 타깃 평량은 75 gm^-2였으며, 충전재 및 로딩 수준은 하기 표 1에 기재된다. 300 내지 380g t^-1 투여량의 양이온성 폴리아크릴아미드인, Percol 47NS™(BASF) 및 2 kg t^-1 투여량의 마이크로입자 벤토나이트인, Hydrocol SH™로 구성된 2-성분 보유 보조제 시스템을 사용하였다. 프레스 섹션은 10 kN m^-1의 선형 부하로 작동되는 하나의 이중 펠트 롤 프레스에 이어서 각각 600 및 800 kN m^-1로 작동되는 250mm의 슈 길이를 지닌 두 개의 Metso SymBelt 프레스로 구성되었다. 두 개의 슈 프레스에서 롤은 서로 반대이다.

종이를 가열된 실린더를 사용하여 건조시켰다.

하기 표 3은 제지 단계 중에 이루어진 웨트 엔드(wet end) 측정을 기재한 것이다. 종이 특성은 표 4에 요약된다.

이들 데이터는 동시-그라인딩된 충전재가 화이트 워터 재순환시 음이온성 폐기물에 크게 기여하지 않으며, 애시 보유율을 개선시키면서 총 보유율에 대해 나쁜 영향을 미치지 않음을 보여준다. 끝으로, 종이의 형성이 동시-그라인딩된 충전재에 의해 개선된다.

표 3. 초지기 파라미터

표 4. 종이 특성

이들 결과는 동시-그라인딩된 충전재(조성물 3 및 4)를 함유하는 종이가 특이적인 강도 특성 조합을 지님을 보여준다. 일반적으로, 펄프 정정에 있어서, 인장 강도가 증가하면, 인렬 강도는 감소한다. 이들 실시예에서는, 인장 강도 및 인렬 강도 둘 모두가 동시에 증가한다. 또한, 스캇 결합 내부 강도가 개선된다.

일반적으로, 인장 강도가 증가하면, 시트 광 산란은 감소한다. 이 경우에는 둘 모두 증가한다.

실시예 6

동시-그라인딩된 충전재의 제조

그라인딩 작업을 위한 출발물질은 펄프 슬러리(Botnia pine) 및 중질탄산칼슘 충전재인, Intracarb 60™로 구성되었다. 20%의 펄프가 첨가되도록 펄프를 Cellier 믹서에서 GCC와 블렌딩하였다. 8.8% 고형물로 존재하는 이러한 현탁액을 이후 50%의 중간 용적 농도로 세라믹 그라인딩 매질(King's, 3 mm)을 함유하는 180kW 교반된 매질 밀에 공급하였다. 2500 kWht^-1의 도입된 에너지가 소모될 때까지 혼합물을 그라인딩한 후, 펄프/미네랄 혼합물을 1mm 스크린을 사용하여 매질로부터 분리시켰다. 생성물의 섬유 함량(애싱에 의함)은 19.0wt%이었고, Malvern Mastersizer S™를 사용하여 측정된 평균 섬유 크기(D₅₀)는 79.0㎛였다. 섬유 psd 경사도(D₃₀/D₇₀ X 100)는 30.7이었다.

실시예 7

원지의 제조

33 SR(100kWh/t)로 정정된 56 중량%의 Fibria 유칼립투스 펄프, 31 SR로 고해된, 14 중량%의 Botnia RMA 90 침엽수 펄프, 및 50 중량%의 GCC(Royal Web Silk)을 함유하는, 30 중량%의 코팅된 목재비함유 브로크(broke)의 블렌드를 파일롯 규모 하이드라펄퍼(hydrapulper)를 사용하여 수중 3% 고형물로 제조하였다.

12 m min^-1으로 작동하는 파일롯 규모 Fourdrinier 기기를 사용하여 연속적인 종이 릴을 제조하기 위해 상기 펄프 블렌드를 사용하였다. 종이의 타깃 평량은 73 내지 82 gm^-2였으며, 충전재 및 로딩 수준은 하기 표 1에 기재된다. 양이온성 고분자 보유 보조제(Percol E622, BASF)를 200 g t^-1(10% 로딩) 또는 300 g t^-1(15 내지 20% 로딩)의 투여량으로 첨가하였다. 종이를 가열된 실린더를 사용하여 건조시켰다.

20 kN 압력으로 스틸 롤 캘린더(steel roll calendar)를 사용하여 기계 상에서 하나의 닙에 대해 원지를 캘린더링하였다. 캘린더링 후 종이의 특성이 하기 표 5에 요약된다.

이들 데이터는 동시-그라인딩된 충전재가 대조군보다 높은 파열 및 인장 강도를 지님을 나타낸다. 또한, 내굽힘성(bending resistance)이 증가한다. 그러나, 다공도는 많이 감소된다. 가장 많은 양의 동시-그라인딩된 충전재를 함유하는 시트는 대조군 쵸크(chalk)를 함유하는 것들에 비해 개선된 표면 평활도(surface smoothness)를 지닌다.

표 5. 캘린더링 후 비코팅된 목재비함유 원지(uncoated woodfree basepaper)의 특성

^*Intracarb 60^™

실시예 8

코팅 믹스를 하기 포뮬레이션에 따라 제조하였다:

- 85부의, 약 95 용적%의 2 ㎛ 미만의 입자를 포함하는 초미세 중질탄산칼슘(Carbital 95™)

- 15부의 광택이 나는 미세한 카올린(Hydragloss 90™ KaMin)

- 11 pph의 스티렌-부타디엔-아크릴로니트릴 라텍스(DL920™, Styron)

- 0.3 pph의 CMC (Finnfix , CP Kelco)

- 1 pph의 칼슘 스테아레이트(Nopcote C104).

pH를 NaOH로 8.0으로 조절하고, 고형물을 65.5 wt%로 조절하였다. 100 rpm 에서 브룩필드 점도계를 사용하여 측정된 점도는 270 mPa.s였다. 이를 600 m min^-1의 속도로 실험실용 코터(Heli-Coater™)를 사용하여 표 5의 원지 샘플에 적용하였다. 7.0 내지 12.0 gm^-2의 코트 중량이 적용되었으며, 블레이드 변위 제어에 의해 조절하였다.

23℃ 및 50% RH에서의 컨디셔닝 후, 생성된, 모든 코팅된 종이 샘플을 이후 Perkins 실험실용 캘린더를 사용하여 10개의 닙에 대해 슈퍼 캘린더링하였다. 압력은 65℃의 롤 온도 및 40 m min^-1의 속도에서 50 bar였다.

이후, 코팅되고, 캘린더링된 스트립을 평활도(Parker Print Surf, ISO 8971 -4), 75°TAPPI 광택도(T480), 및 연소 과정 후 그레이 레벨 이미지 분석을 사용하는 피복율에 대해 시험하였다. 상기 과정은 종이를 염화암모늄의 알코올성 용액으로 처리한 후, 10분 동안 200℃로 가열하여 원지 섬유를 태우는 것을 포함한다. 종이의 그레이 수준은 새까맣게 된 섬유를 피복하는 코팅층의 능력에 대한 측정치이다. 0에 가까운 그레이 수준에 대한 값은 불량한 피복율(검정)을 나타내고, 보다 높은 값은 보다 높은 백색도(whiteness)를 나타내므로, 피복율이 보다 우수하다.

12 gm^-2의 코트 중량에 대한 결과가 표 6에 요약된다.

또한, 코팅된 종이 샘플을 이들의 프린팅 특성에 대해 시험하였다. 0.5 m s^-1의 속도 및 500N의 압력으로 IGT 프린팅 단위를 사용하여 종이를 프린팅하였다. 0.1cm³의 용량을 가하는 마젠타 시트피드 오프셋 잉크(magenta sheetfed offset ink)가 사용되었다. 프린팅된 잉크층의 광택도는 TAPPI T480 표준에 따라 Hunterlab 75°광택계를 사용하여 측정하였다. 잉크 밀도를 Gretag Spectroeye™ 농도계를 사용하여 측정하였다. 코팅의 피킹 속도를 표준 저 점도 오일을 사용하여 가속화 방식으로 IGT 프린팅 유닛으로 측정하였다. 프린팅 속도를 0-6 m s^-1 로부터 가속화시키고, 손상이 처음 생긴 코팅된 스트립상의 거리를 측정하고, 이를 프린팅 속도로서 인용하였다. 보다 높은 값은 코팅이 보다 강함을 의미한다.

표 6. 코팅된 종이 특성

상기 결과는 표준 GCC 충전재를 미세섬유화된 셀룰로오즈를 함유하는 동시-그라인딩된 충전재로 대체함이 종이가 이후 코팅되는 경우에 코팅된 시트의 품질을 개선시킴을 보여준다. 코팅된 종이 표면이 보다 높은 광택도, 보다 우수한 평활도를 지니며, 코팅된 층은 연소 시험에 따른 보다 우수한 피복율(보다 높은 그레이 레벨 값)을 지닌다. 또한, 프린팅 특성이 보다 우수한 광택도를 지닌 잉크층으로 인해 개선된다. 또한, 미세섬유화된 셀룰로오즈를 함유하는 충전재가 기재에 사용되는 경우, 드라이 피크 강도(dry pick strength)가 증가한 것으로 밝혀졌다.

실시예 9

동시-그라인딩된 충전재의 제조

그라인딩 작업을 위한 출발물질은 펄프 슬러리(Botnia pine), 및 약 60 부피%의 2㎛ 미만의 입자를 포함하는, 중질탄산칼슘 충전재인, Polcarb 60™ 로 구성되었다. 20%의 펄프가 첨가되도록 펄프를 Cellier 믹서에서 Polcarb와 블렌딩하였다. 8.7% 고형물로 존재하는 이러한 현탁액을 이후 50%의 중간 용적 농도로 세라믹 그라인딩 매질(King's, 3 mm)을 함유하는 180kW 교반된 매질 밀에 공급하였다. 2500 kWht^-1의 도입된 에너지가 소모될 때까지 혼합물을 그라인딩한 후, 펄프/미네랄 혼합물을 1mm 스크린을 사용하여 매질로부터 분리시켰다. 생성물의 섬유 함량(애싱에 의함)은 20.7wt%이었고, Malvern Mastersizer S™를 사용하여 측정된 평균 섬유 크기(D₅₀)는 79.0㎛였다. 섬유 psd 경사도(D₃₀/D₇₀ X 100)는 29.5이었다.

실시예 10

원지의 제조

40 중량%의 가압된 쇄목 펄프, 40 중량%의, 31 SR로 고해된 Botnia RMA 90 침엽수 펄프, 및 20 중량%의, 50/50 GCC/카올린을 함유하는 코팅된 LWC 브로크의 블렌드를 수중 3% 고형물로 파일롯 규모 하이드라펄퍼를 사용하여 제조하였다.

16 m min^-1으로 작동하는 파일롯 규모 Fourdrinier 기기를 사용하여 연속적인 종이 릴을 제조하기 위해 상기 펄프 블렌드를 사용하였다. 종이의 타깃 평량은 38 내지 43 gm^-2였으며, 충전재 및 로딩 수준은 하기 표 7에 기재된다. 양이온성 고분자 보유 보조제(Percol 230L, BASF)를 200 g t^-1(10% 로딩) 또는 300 g t^-1(15 내지 20% 로딩)의 투여량으로 첨가하였다. 종이를 가열된 실린더를 사용하여 건조시켰다.

20 kN 압력으로 스틸 롤 캘린더를 사용하여 기계 상에서 하나의 닙에 대해 원지를 캘린더링하였다. 캘린더링 후 종이의 특성이 하기 표 7에 요약된다.

이들 데이터는 동시-그라인딩된 충전재가 대조군보다 높은 파열 및 인장 강도를 지님을 나타낸다. 또한, 내굽힘성이 증가한다. 그러나, 다공도는 많이 감소된다. 가장 많은 양의 동시-그라인딩된 충전재를 함유하는 시트는 대조군 쵸크를 함유하는 것들에 비해 개선된 표면 평활도를 지닌다.

표 7. 캘린더링 후 코팅되지 않은 원지의 특성

실시예 11

코팅 믹스를 하기 포뮬레이션에 따라 제조하였다:

- 60부의, 약 90 용적%의 2 ㎛ 미만의 입자를 포함하는 미세 중질탄산칼슘(Carbital 90™)

- 40부의 미세한 브라질산 카올린(Capim DG™)

- 8 pph의 스티렌-부타디엔-아크릴로니트릴 라텍스(DL920™, Styron)

- 4 pph의 전분(Cargill C*film)

- 1 pph의 칼슘 스테아레이트(Nopcote C104).

pH를 NaOH로 8.0으로 조절하고, 고형물을 67.5 wt%로 조절하였다. 100 rpm 에서 브룩필드 점도계를 사용하여 측정된 점도는 270 mPa.s였다. 이를 600 m min^-1의 속도로 실험실용 코터(Heli-Coater™)를 사용하여 표 7의 원지 샘플에 적용하였다. 7.0 내지 12.0 gm^-2의 코트 중량이 적용되었으며, 블레이드 변위 제어에 의해 조절하였다.

23℃ 및 50% RH에서의 컨디셔닝 후, 실시예 3 및 4에서 생성된, 모든 코팅된 종이 샘플을 이후 Perkins 실험실용 캘린더를 사용하여 10개의 닙에 대해 슈퍼 캘린더링하였다. 압력은 65℃의 롤 온도 및 40 m min^-1의 속도에서 50 bar였다.

이후, 코팅되고, 캘린더링된 스트립을 평활도(Parker Print Surf, ISO 8971 -4), 75°TAPPI 광택도(T480), 및 상기 실시예 8에 따른 피복율에 대해 시험하였다.

코팅된 종이 샘플을 상기 실시예 8에 따라 이들의 프린팅 특성에 대해 시험하였다.

10 gm^-2의 코트 중량이 삽입된 결과가 하기 표 8에 요약된다.

표 8. 코팅된 종이 특성

상기 결과는 표준 쵸크 충전재를 미세섬유화된 셀룰로오즈를 함유하는 동시-그라인딩된 충전재로 대체함이 종이가 이후 코팅되는 경우에 코팅된 시트의 품질을 개선시킴을 보여준다. 코팅된 종이 표면이 보다 높은 광택도, 보다 우수한 평활도를 지니며, 코팅된 층은 연소 시험에 따른 보다 우수한 피복율(보다 높은 그레이 레벨 값)을 지닌다. 또한, 보다 우수한 광택도를 지닌 잉크층으로 인해 프린팅 특성이 개선된다.

실시예 11

400 g의 정정되지 않은 표백된 침엽수 펄프(Botnia Pine RM90)를 6시간 동안 20리터의 물에 침지시킨 후, 기계식 믹서에서 슬러시로 만들었다. 이후, 이에 따라 얻어진 스톡을 실험실용 Valley 비터(beater) 내에 붓고, 28분 동안 로드 하에 정정하여 525 cm³ CSF(Canadian Standard Freeness)로 고해된 정정 펄프의 샘플을 얻었다.

이후, 조도(consistency) 시험기(Testing Machines Inc.)를 사용하여 펄프를 탈수시켜서 23.0 - 24.0 wt% 고형물로 습식 펄프 패드를 얻었다. 이후, 이를 하기에 기재되는 바와 같은 동시-그라인딩 실험에 사용하였다:

143 g의 Carbital 60HS™ 슬러리(고형물 77.7 wt%; 약 60 부피%의 2 ㎛ 미만의 입자)를 칭량하여 그라인딩 포트에 넣었다. 이후, 51.0 g의 습식 펄프를 첨가하고, 상기 카보네이트와 혼합하였다. 이후, 1485 g의 King's 3 mm 그라인딩 매질을 첨가한 후, 423 g의 물을 첨가하여 50%의 중간 용적 농도를 얻었다. 5,000 -12,500 kWh/ton (섬유에 대해 표현됨)의 도입 에너지가 소비될 때까지 혼합물을 1000 rpm에서 함께 그라인딩하였다. 생성물을 600 ㎛ BSS 스크린을 사용하여 매질로부터 분리시켰다. 형성된 슬러리의 고형물 함량은 22.0 - 25.0 wt%였으며, 브룩필드 점도(100 rpm)는 1400 - 2930 mPa.s였다. 생성물의 섬유 함량을 450℃에서 애싱함으로써 분석하였고, 미네랄 및 펄프 분획의 크기를 Malvern Mastersizer를 사용하여 측정하였다.

동일한 GCC 및 펄프를 기반으로 하는 추가의 샘플을 유사한 조건을 사용하되 보다 높은 펄프 첨가 수준으로 제조하였다. 샘플 특성이 하기 표 9에 기재된다.

표 9. 동시-그라인딩된 MFC - GCC 슬러리의 조건 및 특성

실시예 12

131 g의 Barrisurf HX™ 슬러리(고형물 53.0 wt%; 형상 계수 = 100)를 칭량하여 그라인딩 포트에 넣었다. 이후, 22.5wt% 고형물로 33.0 g의 습식 펄프를 첨가하고, 카올린과 혼합하였다. 이후, 1485 g의 King's 3 mm 그라인딩 매질을 첨가한 후, 429g의 물을 첨가하여 50%의 중간 용적 농도를 얻었다. 5000 내지 12,500 kWh/ton (섬유에 대해 표현됨)의 도입 에너지가 소비될 때까지 혼합물을 1000 rpm에서 함께 그라인딩하였다. 생성물을 600 ㎛ BSS 스크린을 사용하여 매질로부터 분리시켰다. 형성된 슬러리의 고형물 함량은 13.5 - 15.9 wt%였으며, 브룩필드 점도(100 rpm) 값은 1940 및 2600 mPa.s였다. 생성물의 섬유 함량을 450℃에서 애싱함으로써 분석하였고, 미네랄 및 펄프 분획의 크기를 Malvern Mastersizer를 사용하여 측정하였다.

동일한 카올린 및 펄프를 기반으로 하는 추가의 샘플을 유사한 조건을 사용하되 보다 높은 펄프 첨가 수준으로 제조하였다. 샘플 특성이 하기 표 10에 기재된다.

표 10. 동시-그라인딩된 MFC - 카올린 슬러리의 조건 및 특성

실시예 13

상기 슬러리의 일부를 150m 필름 두께의 와이어가 감긴 막대(Sheen Instruments Ltd, Kingston, UK)를 사용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(Terinex Ltd.) 상에 적용하였다. 코팅을 핫 에어 건(hot air gun)을 적용함으로써 건조시켰다. 건조된 코팅을 PET 필름으로부터 제거하고, 러버 시험을 위해 고안된 커터(cutter)를 사용하여 4mm 폭의 바벨 모양으로 커팅하였다. 코팅의 인장 특성을 인장 시험기(Testometric 350., Rochdale, UK)를 사용하여 측정하였다. 이 과정은 논문(J. C. Husband, J.S.Preston, L.F.Gate, A.Storer. and P.Creaton, "The Influence of Pigment Particle Shape on the In-Plane Tensile Strength Properties of Kaolin-based Coating Layers", TAPPI Journal, December 2006, p.3-8 (특히 표제 'Experimental Methods'의 섹션 참조)에 기재되어 있다. 코팅된 필름의 인장 강도를 파단시 로드로부터 산출하였으며, 탄성률을 스트레스 대 스트레인 곡선의 초기 기울기로부터 산출하였다. 이 과정은 논문(J. C. Husband, L.F.Gate, N.Norouzi, and D.Blair, "The Influence of kaolin Shape Factor on the Stiffness of Coated Papers", TAPPI Journal, June 2009, p. 12-17 (특히 표제 'Experimental Methods'의 섹션 참조))에 기재되어 있다.

기계적 특성에 대한 결과가 하기 표 11 및 12에 요약된다.

표 11. 동시-그라인딩된 MFC - GCC 코팅의 기계적 특성

상기 결과는 MFC 및 높은 종횡비의 카올린의 조합이 강도 및 탄성률 값을 생성할 수 있음을 보여준다. 탄성률은 직접적으로 예를 들어, 개선된 코팅 종이 강성으로 해석될 수 있다.

표 12. 동시-그라인딩된 MFC - Barrisurf HX 코팅의 조건 및 특성

Claims (26)

1. i) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물 및
   ii) 종이 생성물 상의 하나 이상의 기능성 코팅을 포함하는 물품.
2. 제 1항에 있어서, 기능성 코팅이 폴리머, 금속, 수성 조성물, 또는 이들의 조합물인 물품.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 기능성 코팅이 판상(platy) 또는 과판상(hyper-platy) 카올린을 포함하는 수성 조성물인 물품.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 패키징 재료를 포함하는 물품.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 기능성 코팅이 액체 배리어층, 예를 들어 수계 액체 배리어층인 물품.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 기능성 코팅이 인쇄 전자층(printed electronics layer)인 물품.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 종이 생성물이 약 0.5 wt.% 내지 약 50 wt.%의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 물품.
8. 제 6항에 있어서, 종이 생성물이 약 25 wt.% 내지 약 35 wt.%의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 물품.
9. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물으로서, 종이 생성물이
   (i) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 인장 강도보다 큰 제 1 인장 강도; 및/또는
   (ii) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 인렬 강도보다 큰 제 1 인렬 강도; 및/또는
   iii) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 파열 강도보다 큰 제 1 파열 강도; 및/또는
   iv) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 시트 광 산란 계수보다 큰 제 1 시트 광 산란 계수; 및/또는
   v) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 다공도보다 낮은 제 1 다공도; 및/또는
   vi) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 z-방향(내부 결합) 강도보다 큰 제 1 z-방향(내부 결합) 강도를 지니는, 종이 생성물.
10. 제 9항에 있어서, 액체 패키징, 배리어 코팅 또는 인쇄 전자 적용을 위한 기능성 코팅을 포함하는 종이 코팅 조성물을 추가로 포함하는, 종이 생성물.
11. 제 10항에 있어서, 폴리머, 금속, 수성 조성물, 또는 이들의 조합물을 포함하는 제 2 코팅을 추가로 포함하는, 종이 생성물.
12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 투습도(moisture vapour transmission rate)(MVTR)보다 낮은 제 1 투습도를 추가로 지닌, 종이 생성물.
13. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 종이가 약 25 wt. % 내지 약 35 wt. %의 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는, 종이 생성물.
14. 제 9항에 있어서, 종이 코팅 조성물로 코팅되고, 코팅된 종이 생성물이 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅된 종이 생성물의 제 2 광택도보다 높은 제 1 광택도를 지닌, 종이 생성물.
15. 제 9항에 있어서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 코팅 조성물을 추가로 포함하고, 임의로 무기 미립자가 카올린, 예를 들어, 과판상 카올린인, 종이 생성물.
16. 코팅된 종이 생성물로서, 코팅이 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하고, 코팅된 종이 생성물이
    i. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물의 제 2 광택도보다 큰 제 1 광택도; 및/또는
    ii. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물의 제 2 강성(stiffness)보다 큰 제 1 강성; 및/또는
    iii. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 코팅 조성물을 포함하는 코팅된 종이 생성물의 제 2 배리어 특성과 비교하여 개선된 제 1 배리어 특성을 지닌, 코팅된 종이 생성물.
17. 제 16항에 있어서, 무기 미립자가 카올린, 예를 들어, 과판상 카올린인, 코팅된 종이 생성물.
18. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는, 폴리머 조성물.
19. 제 18항에 있어서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 폴리머 조성물에 실질적으로 균질하게 분산되어 있는, 폴리머 조성물.
20. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 제지 조성물로서, 제지 조성물이
    (i) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 제지 조성물의 제 2 양이온 요구량보다 낮은 제 1 양이온 요구량; 및/또는
    (ii) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 제지 조성물의 제 2의 첫번째 통과 보유율보다 큰 제 1의 첫번째 통과 보유율; 및/또는
    (iii) 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 제지 조성물의 제 2 애쉬 보유율보다 큰 제 1 애쉬 보유율을 지닌, 제지 조성물.
21. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 제지 조성물로서, 제지 조성물에 실질적으로 보유 보조제(retention aids)가 없는, 제지 조성물.
22. 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물을 포함하는 종이 생성물로서, 동시-처리된 미세섬유화된 셀룰로오즈 및 무기 미립자 재료 조성물이 없는 종이 생성물의 제 2 형성 지수(formation index)보다 낮은 제 1 형성 지수를 지닌, 종이 생성물.
23. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항의 물품, 종이 생성물, 폴리머 조성물 또는 제지 조성물로서, 무기 미립자 재료가 알칼리 토금속 카르보네이트 또는 설페이트, 예컨대, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 돌로마이트, 석고, 함수 칸다이트 점토(hydrous kandite clay), 예컨대, 카올린, 할로이사이트(halloysite) 또는 볼 점토(ball clay), 무수(하소된) 칸다이트 점토, 예컨대, 메타카올린 또는 완전히 하소된 카올린, 탈크(talc), 운모(mica), 헌타이트(huntite), 하이드로마그네사이트(hydromagnesite), 간유리(ground glass), 펄라이트(perlite) 또는 규조토, 또는 이들의 조합물을 포함하는, 물품, 종이 생성물, 폴리머 조성물 또는 제지 조성물.
24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항의 물품, 종이 생성물, 폴리머 조성물 또는 제지 조성물로서, 미세섬유화된 셀룰로오즈가 약 25 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 더욱 바람직하게는 약 30 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 더욱 더 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 약 140 ㎛, 더욱 더 바람직하게는 약 70 ㎛ 내지 약 130 ㎛, 가장 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 범위의 d₅₀을 지니는, 물품, 종이 생성물, 폴리머 조성물 또는 제지 조성물.
25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항의 물품, 종이 생성물, 폴리머 조성물 또는 제지 조성물로서, 미세섬유화된 셀룰로오즈가 단일모달(monomodal) 입도 분포를 지니는, 물품, 종이 생성물, 폴리머 조성물 또는 제지 조성물.
26. 제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항의 물품, 종이 생성물, 폴리머 조성물 또는 제지 조성물로서, 미세섬유화된 셀룰로오즈가 다중모달(multimodal) 입도 분포를 지니는, 물품, 종이 생성물, 폴리머 조성물 또는 제지 조성물.