KR20230066013A

KR20230066013A - 개선된 기계적 특성을 갖는 펄프 시트를 함유하는 미소섬유화된 셀룰로오스

Info

Publication number: KR20230066013A
Application number: KR1020237010476A
Authority: KR
Inventors: 토마스 리브-라슨; 마크 윈디뱅크; 다니엘 잉글; 마크 파라디스; 데이빗 알. 스쿠스
Original assignee: 파이버린 테크놀로지스 리미티드
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2023-05-12
Also published as: EP4172409A1; AU2021341743A1; MX2023002584A; CA3189808A1; JP2023540959A; CN116057229A; WO2022053865A1; BR112023004525A2

Abstract

결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 또는 이로 구성되는 부분적으로 건조된 시트, 또는 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스의 블렌드를 포함하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 또는 이로 구성되는 건조된 시트를 제작하는 방법으로서, 여기서 상기 시트는 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 고전단 분산기, 혼합기 또는 정련기로 재분산될 수 있으며, 여기서 수성 매질에 재분산시 시트는 건조 및 재분산 이전의 건조된 시트와 비교하여 인장 지수를 유지하거나 실질적으로 저하되지 않는다.

Description

개선된 기계적 특성을 갖는 펄프 시트를 함유하는 미소섬유화된 셀룰로오스

본 발명은 미소섬유화된 셀룰로오스(microfibrillated cellulose, "MFC") 및 MFC와 펄프의 블렌드를 포함하는 부분적으로 건조되거나 건조된 시트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 시트는 수성 매질에서 건조 및 재분산 후에 유지되거나 실질적으로 저하되지 않는 개선된 기계적 특성을 나타낸다.

종이 및 보드 산업에서 이용되는 목재 펄프는 상업적인 펄프 제조 회사로부터 다양한 형태로 나온다. 이들 펄프 형태는, 예를 들어 북부 표백 침엽수 크라프트 펄프("NSBK"), 표백 침엽수 크라프트 펄프, 표백 활엽수 펄프, 표백되지 않은 침엽수 및 활엽수 크라프트 펄프, 아황산염 표백 펄프, 표백 화학-열 기계 펄프("BCTMP") 및 재활용 펄프를 포함한, 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프 및 화학 펄프를 포함한다.

펄프는 전형적으로 2개 부류, 즉 침엽수 펄프와 활엽수 펄프로 분류되는 많은 목재 공급원으로부터 얻어질 수 있다. 침엽수 펄프는 셀룰로오스 섬유가 전형적으로 더 길기 때문에 많은 응용 분야에서 선호된다. 침엽수 펄프는 가문비나무, 소나무, 전나무, 낙엽송 및 미국솔송나무로부터 가공될 수 있는 반면, 활엽수 펄프는 전형적으로 예를 들어 유칼립투스, 아스펜 및 자작나무로부터 가공된다.

펄프는 예를 들어 종이 및 판지로 가공하기 위해 제지 공장으로 운송되는 펄프 시트로 목재 칩으로부터 통상적으로 가공된다. 변재로부터의 제재소 잔류물 칩이 전형적으로 크라프트 화학 처리에 사용되지만, 또한 변재에 부가하여 목재 통나무로부터 심재를 함유하는 전체-통나무 목재 칩이 사용될 수 있다. 변재는 리그닌이 적고 밀도가 낮고 목재 추출물이 적고 산성이 적고 수분 함량이 높고 살아있는 세포가 더 많은 섬유를 가지고 있기 때문에 화학 처리에 선호되고; 결과적으로 요리하기가 더 쉽다. 심재는 변재보다 요리액으로 침투하기 더 어렵다.

목재 칩의 공급원에 관계없이, 특히 여러 공급원의 목재 칩이 함께 펄프화되는 경우, 크라프트 공정에 의해 생산된 결과적인 목재 펄프는, 예를 들어, 불량품, 수피 함량, 수분 함량, 카파수 변동성, 생물학적 매듭, 부패된 나무, 황화율 및 수많은 기타 변수를 포함한, 수많은 변수를 갖는다. 이들 변수는 활용되는 펄프화 공정의 유형에 따라 영향을 받는다. 크라프트 공정의 목적은 균일한 탈리그닌화와 높은 요리 수율 및 펄프 품질을 제공하는 것이다.

목재 펄프로 가공된 목재 칩은 물과 별도로 셀룰로오스 섬유, 리그닌 및 헤미셀룰로오스인 3가지 주요 성분을 갖는다. 이들 3가지 성분은 침엽수 또는 활엽수 공급원에서 목재 칩을 펄프화하는데 이용되는 가공 유형에 기반하여 크게 차별화된다.

다양한 최종-사용 적용에 이용가능한 가장 상업적으로 유의한 목재 펄프 중 하나는 북부 표백 침엽수 크라프트 펄프, 또는 NBSK이다. 상업적으로 이용가능한 NBSK 펄프는 우수한 결합 및 인장 특성을 제공하는 길고 가는 셀룰로오스-함유 섬유를 포함한다. NBSK 펄프는 통상적으로 인쇄 및 필기용지, 특수 등급, 및 광범위한 티슈 제품을 포함한 다양한 종이 제품 제조에 사용된다.

미소섬유화된 셀룰로오스("MFC")를 생산하는 다양한 방법이 당업계에 공지되어 있다. 분쇄 절차에 의해 생성된 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 특정 방법 및 조성물은 WO-A-2010/131016에 기재되어 있다. Husband, J. C., Svending, P., Skuse, D. R., Motsi, T., Likitalo, M., Coles, A., FiberLean Technologies Ltd., 2015, "Paper filler composition", PCT 국제 출원 번호 WO-A-2010/131016으로, 그 전문은 참고로 본 명세서에 포함된다. 이러한 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 종이 제품은 종이 파열 및 인장 강도와 같은 월등한 종이 특성을 나타내는 것으로 나타났다. WO-A-2010/131016에 기술된 방법은 또한 미소섬유화된 셀룰로오스의 경제적 생산을 가능하게 한다.

WO2010/131016은 무기 미립자 물질을 갖거나 갖지 않는 미소섬유화된 셀룰로오스의 제조를 위한 분쇄 절차를 기술한다. 이러한 분쇄 절차는 아래에 기술되어 있다. WO-A-2010/131016에 제시된 공정의 실시형태에서, 공정은 셀룰로오스 전처리를 필요로 하지 않고 미소섬유화된 셀룰로오스("MFC")를 비용-효율적이고 대규모로 생산하기 위해 셀룰로오스 섬유의 기계적 분해를 이용한다. 이 방법의 실시형태는 분쇄 매질 비드를 교반함에 의해 섬유를 MFC로 분해하는, 교반 매질 디트리터 분쇄 기술을 사용한다. 이 공정에서 탄산칼슘이나 카올린과 같은 광물이 분쇄 보조제로 첨가되어, 필요한 에너지를 크게 줄인다. Husband, J. C., Svending, P., Skuse, D. R., Motsi, T., Likitalo, M., Coles, A., FiberLean Technologies Ltd., 2015, "Paper filler composition", 미국 특허 US9127405B2로, 그 전문은 본 명세서에 참고로 포함된다.

전술한 진보에도 불구하고, 부분적으로 건조되거나 건조될 수 있고 제2 위치, 예를 들어 제지 공장으로 이송될 수 있는 미소섬유화된 셀룰로오스 및 미소섬유화된 셀룰로오스와 펄프 블렌드의 시트를 제조할 필요성이 남아있고; 여기서 이러한 시트는 시트로 사용되는 경우 인장 특성 증가를 나타내고 물과 같은 액체 매질에 재분산될 수 있으며, 이에 의해 MFC 함유 시트는 그 유익한 인장 특성을 유지하고 종이 또는 판지용 제지 퍼니시(papermaking furnish)에 첨가될 수 있으며, 이로써 최종 종이 또는 판지 제품의 인장 특성을 향상시킨다.

본 명세서의 설명, 도면, 실시예 및 청구범위에 따르면, 발명자들은 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는(또는 이로 필수적으로 구성되는, 또는 이로 구성되는) 시트 및, 대안적으로, 건조 및 수성 매질에서 재분산 후 유지되거나 실질적으로 저하되지 않는 개선된 기계적 특성을 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스와 펄프 블렌드를 포함하는(또는 이로 필수적으로 구성되는, 또는 이로 구성되는) 시트의 제조에 대한 공정을 발명하였다. 미소섬유화된 셀룰로오스와 펄프 블렌드를 포함하는 시트에 대한 본 개시내용의 양태에서, MFC는 MFC와 펄프 블렌드 시트 내로 MFC의 혼입에 의해 부여되는 유익한 특성을 유지하면서 다른 제조 위치로 수송하기에 적합하게 하는 시장 펄프의 특성을 향상시키는데 사용될 수 있다.

본 발명은 건조 전에 시장 펄프에 첨가되고 MFC 없이 생산된 펄프 시트와 비교하여 향상된 기계적 특성을 갖는 시트로 형성되고, 추가로 퍼니시 강도는 건조 및 재-슬러싱 생산 주기로 인해 일반적으로 감소될 수 있지만, MFC의 향상된 기계적 특성은 유지되거나 실질적으로 저하되지 않는 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 조성물의 사용에 기초한다.

본 발명의 양태에서, 펄프 스톡은 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 이로 필수적으로 구성되는, 또는 이로 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프로부터 제조된다. 펄프 스톡(또는 슬러리)의 고형분 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 본 발명의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡의 일부는 미소섬유화된 셀룰로오스(MFC)의 액체 현탁액(또는 슬러리)으로 가공된 다음 총 건조 질량의 0.5 중량% 내지 99.5 중량%의 범위에서 펄프 스톡에 첨가된다.

또 다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스의 액체 조성물이 제공되고 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 이로 필수적으로 구성되는, 또는 이로 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프와 혼합된다. 펄프 스톡(또는 슬러리)의 고형분 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%의 범위이다.

또 다른 양태에서 본 발명은 향상된 기계적 특성을 갖는 MFC 시트로 형성되는 미소섬유화된 셀룰로오스, 및 선택적으로 무기 미립자 물질을 포함하는 조성물의 사용을 기반으로 하며, 여기서 향상된 기계적 특성은 MFC 시트가 부분적으로 건조되거나 건조되고 재-펄프화될 때 유지되거나 실질적으로 저화되지 않는다.

건조 및 시트로 형성하기 전에 시장 펄프에 약 0.5 중량% 내지 약 50 중량%의 정량으로 MFC의 첨가는 기계적 특성 및 불투명도에서의 개선을 초래한다. 배수성, 벌크, 다공성 및 거칠기가 감소하고 또한 밝기에서 약간의 감소가 있다. MFC-함유 펄프 시트의 기계적 특성에서의 개선은 MFC 및 펄프 시트가 건조되고 재-펄프화될 때 유지되거나 실질적으로 저하되지 않는다. 따라서, MFC-함유 펄프 시트는 펄프 정제가 감소되거나 제거될 수 있고 벌크 및 인열 지수를 포함하는 기계적 특성이 개선되는 최종-사용 적용을 위한 상업적으로 유용한 대체 펄프 형태를 제공한다. 건조 또는 부분 건조 및 시트로의 형성 전에 시장 펄프에 대한 약 0.5 내지 약 50 중량% MFC의 정량은 예를 들어 벌크 및 인열 지수를 포함하는 시장 펄프의 기계적 특성에 상당하게 영향을 미치는 것으로 나타났다.

MFC 함유 펄프 블렌드된 시트를 제조하는 상술한 양태의 실시형태에서. MFC는 약 0.5 중량% 내지 약 40 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 25 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 15 중량%, 또는 약 또는 약 0.5 중량% 내지 약 12.5 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 9 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 8 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 6 중량% 또는 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 4 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 3 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 2.5 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 2 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%의 정량으로 첨가될 수 있다.

상술한 양태의 추가 실시형태 및 본 개시내용의 실시형태에서, 건조되거나 부분적으로 건조된 MFC 시트 또는 건조되거나 부분적으로 건조된 MFC와 펄프 블렌드 시트 내 MFC는 MFC 시트 또는 MFC와 펄프 블렌드된 시트를 생산하기 이전에 MFC에 첨가된 하나 이상의 무기 미립자 물질의 첨가 결과로서, 또는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재(fibrous substrate)가 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 분쇄 장치에서의 수성 환경에서 미소섬유화되는 공동 분쇄(co-grinding) 미소섬유화 공정에 기인하여 적어도 하나 이상의 무기 미립자 물질을 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이고, 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도(fibre steepness)를 가지고; 선택적으로 여기서 미소섬유화는 분쇄의 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재에서, 또는 두 첨가 방식 모두에 의해 수행된다.

본 개시내용의 다양한 양태 및 실시형태에서, 용어 "건조된 시트"는 20 중량% 이하의 수분(예를 들어, 물)을 포함하는 시트를 의미한다.

본 개시내용의 다양한 양태 및 실시형태에서, 용어 "부분적으로 건조된 시트"는 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 85 중량%의 수분(예를 들어, 물)을 포함하는 시트를 의미한다.

본 개시내용의 다양한 양태 및 실시형태에서, 용어 "기계적 특성"은 인장 강도, 인장 연신율(Tensile Elongation), 인장 지수, 파열 강도, 인열 강도, 인열 지수, 스콧 본드, 파단 에너지 및 파단 연신 중 하나 이상을 의미한다.

본 개시내용의 양태에서 결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트를 제작하는 방법이 제공되며, 상기 방법은

약 0.5 중량% 내지 약 30 중량% 총 고형분의 범위에서 펄프 슬러리를 준비하는 단계;

미소섬유화된 셀룰로오스의 슬러리를 준비하는 단계;

펄프 슬러리와 미소섬유화된 셀룰로오스의 슬러리를 혼합하는 단계로서, 펄프 슬러리 내 미소섬유화된 셀룰로오스의 함량은 전체 건조 질량의 약 0.5 중량% 내지 약 99.5 중량%일 수 있는, 단계;

미소섬유화된 셀룰로오스 및 펄프를 포함하는 시트를 형성하는 단계; 및

시트를 원하는 수분 함량으로 탈수 및 건조하는 단계;

를 포함하며,

여기서 부분적으로 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 내지 약 85 중량% 수분의 범위이고; 또는 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하이고;

여기서, 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트는 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하시키지 않는다.

본 개시내용의 또 다른 양태에서, 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트의 상술한 양태 및 본 개시내용의 실시형태는 하나 이상의 무기 미립자 물질을 추가로 포함한다.

본 개시내용의 추가 양태에서, 본 개시내용의 상술한 양태 및 실시형태에서 미소섬유화된 셀룰로오스는, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재가 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재 하에 분쇄 장치에서의 수성 환경에서 미소섬유화되는, 공동 분쇄 미소섬유화 공정에 의해 얻어지며, 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이고, 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 가지고; 선택적으로, 여기서 미소섬유화는 분쇄의 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재에서 수행된다.

본 개시내용의 또 다른 양태에서, 결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 부분적으로 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 부분적으로 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 85 중량% 수분(예를 들어, 물)의 범위이며; 여기서, 부분적으로 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산될 때, 부분적으로 건조된 시트는 수성 매질에서 재분산시, 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하되지 않는다. 부분적으로 건조된 시트는 임의의 통상적인 탈수 및 건조 기술에 의해 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 85 중량%의 수분 함량(예를 들어, 물)으로 건조될 수 있다.

본 개시내용의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡은 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 이로 필수적으로 구성되는, 또는 이로 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프로부터 제조된다. 펄프 스톡(또는 슬러리)의 고형분 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 본 발명의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡의 일부는 미소섬유화된 셀룰로오스(MFC)의 액체 현탁액(또는 슬러리)으로 가공된 다음 총 건조 질량의 0.5 중량% 내지 99.5 중량%의 범위로 펄프 스톡에 첨가된다.

또 다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스의 액체 조성물이 제공되고 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 필수적으로 이들로 구성되는 또는 이들로 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프와 혼합된다.

본 개시내용의 양태에서, 결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스로 본질적으로 구성된 부분적으로 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 부분적으로 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 85 중량%의 수분(예를 들어, 물)의 범위이고; 물의 중량; 여기서, 부분적으로 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산될 때, 수성 매질에서 재분산 시 부분적으로 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 부분적으로 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하시키지 않는다.

본 개시내용의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡은 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 이들로 필수적으로 구성되는 또는 이들로 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프로부터 제조된다. 펄프 스톡(또는 슬러리)의 고형분 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 본 발명의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡의 일부는 미소섬유화된 셀룰로오스(MFC)의 액체 현탁액(또는 슬러리)으로 가공된 다음 총 건조 질량 0.5 중량% 내지 99.5 중량%의 범위로 펄프 스톡에 첨가된다.

또 다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스의 액체 조성물이 제공되고 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 이들로 필수적으로 구성되는 또는 이들로 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프와 혼합된다.

본 개시내용의 양태에서, 결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스로 구성된 부분적으로 건조된 시트를 제조하는 방법이 제공되며; 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 85 중량% 수분(예를 들어, 물)의 범위이고; 여기서, 부분적으로 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산될 때, 수성 매질에서 재분산 시 부분적으로 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

본 개시내용의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡은 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 이들로 필수적으로 구성되는 또는 이들로 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프로부터 제조된다. 펄프 스톡(또는 슬러리)의 고형분 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 실시형태에서, 펄프 스톡은 미소섬유화된 셀룰로오스(MFC)의 액체 현탁액(또는 슬러리)으로 가공된다.

본 개시내용의 양태에서, 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스의 블렌드를 포함하는 부분적으로 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 85 중량% 수분(예를 들어, 물)의 범위이고; 여기서, 부분적으로 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산될 때, 수성 매질에서 재분산 시 부분적으로 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

본 개시내용의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡은 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 필수적으로 구성되는 또는 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프로부터 제조된다. 펄프 스톡(또는 슬러리)의 고형분 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 본 발명의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡의 일부는 미소섬유화된 셀룰로오스(MFC)의 액체 현탁액(또는 슬러리)으로 가공된 다음 총 건조 질량 0.5 중량% 내지 99.5 중량%의 범위로 펄프 스톡에 첨가된다.

또 다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스의 액체 조성물이 제공되고 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 필수적으로 구성되는 또는 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프 스톡과 혼합된다. 펄프 스톡(또는 슬러리)의 고형분 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량% 범위이다. 본 발명의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡의 일부는 미소섬유화된 셀룰로오스(MFC)의 액체 현탁액(또는 슬러리)으로 가공된 다음 총 건조 질량 0.5 중량% 내지 99.5 중량%의 범위로 펄프 스톡에 첨가된다.

또 다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스의 액체 조성물이 제공되고 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 필수적으로 구성되는 또는 구성되는) 군으로부터 선택된 스톡과 혼합된다.

본 개시내용의 양태에서, 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스의 블렌드로 필수적으로 구성된 부분적으로 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 85 중량% 수분(예를 들어, 물)의 범위이고; 여기서, 부분적으로 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 부분적으로 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

또 다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스의 액체 조성물이 제공되고 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 필수적으로 구성되는 또는 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프 스톡과 혼합된다.

본 개시내용의 양태에서, 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스의 블렌드로 구성된 부분적으로 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 85 중량% 수분(예를 들어, 물)의 범위이고; 여기서, 부분적으로 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 부분적으로 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

본 개시내용의 양태에서 결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하(예를 들어, 물)이고; 여기서 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성이 유지되거나 실질적으로 저하되지 않는다.

본 개시내용의 양태에서 결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스로 필수적으로 구성된 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하의 물이고; 여기서 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

본 개시내용의 양태에서 결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스로 구성된 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하의 물이고; 여기서 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

본 개시내용의 양태에서 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스의 블렌드를 포함하는 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하의 물이고; 여기서 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

또 다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스의 액체 조성물이 제공되고 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 필수적으로 구성되는, 또는 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프 스톡과 혼합된다.

본 개시내용의 양태에서 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스의 블렌드로 필수적으로 구성되는 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하의 물이고; 여기서 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 분산기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나, 또는 실질적으로 저하하지 않는다.

본 개시내용의 양태에서 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스의 블렌드로 구성되는 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하의 물이고; 여기서 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기 또는 혼합기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나, 실질적으로 저하하지 않는다.

본 개시내용의 이전 양태 및 실시형태의 추가 양태에서, 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 블렌드를 포함하는 부분적으로 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 85 중량% 수분(예를 들어, 물)의 범위이고; 여기서, 부분적으로 건조된 시트가 약 10 kWh/t 내지 약 2,000 kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에 재분산 시 부분적으로 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스 및 적어도 하나의 무기 물질과 펄프 공급원을 포함하는 부분적으로 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않으며; 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재가 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 분쇄 장치에서 수성 환경에서 미소섬유화되는 공동 분쇄 미소섬유화 공정에 의해 얻어지며; 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이고; 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 갖고; 그리고 선택적으로 미소섬유화는 분쇄 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재에서 수행된다.

본 개시내용의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡은 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 필수적으로 구성되는 또는 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프로부터 제조된다. 펄프 스톡(또는 슬러리)의 고형분 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 본 발명의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡의 일부는 미소섬유화된 셀룰로오스(MFC) 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 액체 현탁액(또는 슬러리)으로 가공된다. 이것은 그런 다음 전체 건조 질량 0.5 중량% 내지 99.5 중량%의 범위로 펄프 스톡에 첨가된다. 본 발명의 상술한 양태의 실시형태에서, 펄프 스톡의 일부는 미소섬유화된 셀룰로오스(MFC) 및 하나 이상의 무기 미립자 물질의 액체 현탁액(또는 슬러리)으로 가공된 다음 전체 건조 질량 0.5 중량% 내지 99.5 중량%의 범위로 펄프 스톡에 첨가된다.

다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 미립자 물질의 액체 조성물이 제공되고 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 필수적으로 구성되는 또는 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프 스톡과 혼합된다.

또 다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 미립자 물질의 액체 조성물이 제공되고 기계 펄프, 열기계 펄프, 화학-열기계 펄프, 화학 펄프(예를 들어, 크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백 펄프, 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프 또는 생물학적으로(효소로) 처리된 펄프를 포함하는(또는 필수적으로 구성되는 또는 구성되는) 군으로부터 선택된 펄프 스톡과 혼합된다.

본 개시내용의 이전 양태의 추가 양태 및 실시형태에서, 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 미립자 물질의 블렌드로 본질적으로 구성된 부분적으로 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 85 중량% 수분(예를 들어, 물)의 범위이고; 여기서, 부분적으로 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산될 때, 수성 매질에서 재분산 시 부분적으로 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스 및 적어도 하나의 무기 물질과 펄프 공급원을 포함하는 부분적으로 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않으며; 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재가 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 분쇄 장치에서 수성 환경에서 미소섬유화되는 공동 분쇄 미소섬유화 공정에 의해 얻어지며, 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이고, 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 갖고; 그리고 선택적으로 미소섬유화는 분쇄 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재에서 수행된다.

본 개시내용의 이전 양태의 추가 양태 및 실시형태에서, 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 미립자 물질의 블렌드로 구성된 부분적으로 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 초과 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 85 중량% 수분(예를 들어, 물)의 범위이고; 여기서, 부분적으로 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 부분적으로 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스 및 하나 이상의 무기 물질과 펄프 공급원을 포함하는 부분적으로 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않으며; 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재가 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 분쇄 장치에서 수성 환경에서 미소섬유화되는 공동 분쇄 미소섬유화 공정에 의해 얻어지며; 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이고; 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 갖고; 그리고 선택적으로 미소섬유화는 분쇄 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재에서 수행된다.

본 개시내용의 이전 양태의 추가 양태 및 실시형태에서, 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 블렌드를 포함하는 건조 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하의 물이고; 여기서, 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스 및 적어도 하나의 무기 물질과 펄프 공급원을 포함하는 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나, 실질적으로 저하하지 않고; 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재가 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 분쇄 장치에서 수성 환경에서 미소섬유화되는 공동 분쇄 미소섬유화 공정에 의해 얻어지며, 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이고; 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 갖고; 그리고 선택적으로 미소섬유화는 분쇄 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재에서 수행된다.

본 개시내용의 이전 양태의 추가 양태 및 실시형태에서, 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 블렌드로 본질적으로 구성된 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하의 물이고; 여기서, 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스 및 적어도 하나의 무기 물질과 펄프 공급원을 포함하는 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나, 실질적으로 저하하지 않고; 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재가 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 분쇄 장치에서 수성 환경에서 미소섬유화되는 공동 분쇄 미소섬유화 공정에 의해 얻어지며, 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이고, 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 갖고; 그리고 선택적으로 미소섬유화는 분쇄 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재에서 수행된다.

본 개시내용의 이전 양태의 추가 양태 및 실시형태에서, 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 블렌드로 구성된 건조된 시트를 제작하는 방법이 제시되며; 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하의 물이고; 여기서, 건조된 시트가 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산되는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스, 적어도 하나의 무기 물질 및 펄프 공급원을 포함하는 건조된 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나, 실질적으로 저하하지 않고; 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재가 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 분쇄 장치에서 수성 환경에서 미소섬유화되는 공동 분쇄 미소섬유화 공정에 의해 얻어지며; 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이고; 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 갖고; 그리고 선택적으로 미소섬유화는 분쇄 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재에서 수행된다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 건조되거나 부분적으로 건조된 시트는 약 0.5 중량% 내지 약 40 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 25 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 15 중량%, 또는 약 또는 약 0.5 중량% 약 12.5 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 9 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 8 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 6 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 4 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 3 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 2.5 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 2 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%의 정량으로 MFC를 첨가함으로써 제조된다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 건조되거나 부분적으로 건조된 시트는 습윤 랩일 수 있다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 시트는 패드일 수 있다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 시트는 릴일 수 있다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 시트는 베일될 수 있다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 물건으로서 추가로 몰딩 또는 형상화될 수 있다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, MFC는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 가질 수 있다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 섬유 경사도는 식: 경사도 = 100 x (d₃₀/d₇₀)에 의해 결정된다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전의 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성 및 점도를 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 부분적으로 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전의 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성 및 점도 둘 모두를 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 건조된 시트는 MFC를 포함하고 하나 이상의 무기 미립자 물질을 추가로 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 부분적으로 건조된 시트는 MFC를 포함하고 하나 이상의 무기 미립자 물질을 추가로 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 하나 이상의 무기 미립자 물질의 존재에서 수성 매질에서 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재를 분쇄하는 것을 포함하는 공동 분쇄 공정에 의해 얻어지며, 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이며, 그리고 선택적으로 미소섬유화는 분쇄 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재에서 수행되며, 미소섬유화된 셀룰로오스 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 갖는다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 450㎤ 이하의 캐나다 표준 여수도를 갖는다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 방법은 분쇄 매질을 추가로 포함한다. 추가 실시형태에서, 분쇄 매질은 수성 매질의 적어도 약 10 부피%, 또는 수성 매질의 최대 약 70 부피%의 양으로 존재한다. 다른 실시형태에서, 분쇄 매질은 약 0.5mm 내지 약 6mm 범위의 평균 직경을 갖는 입자를 포함한다. 다른 실시형태에서, 분쇄 매질은 적어도 약 2.5의 비중을 갖는 입자를 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 적어도 약 5 중량%의 초기 고형분 함량으로 수성 매질에 존재한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 초기 고형분 함량은 적어도 약 0.5 중량%이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 고형분 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%의 범위일 수 있다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 분쇄는 타워 밀 또는 스크리닝된 분쇄기에서 수행된다.

실시형태에서, 스크리닝된 분쇄기는 교반 매질 디트리터이다.

또 다른 실시형태에서, 스크리닝된 분쇄기는 적어도 250μm의 공칭 구멍 크기를 갖는 하나 이상의 스크린을 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 분쇄는 분쇄 용기의 캐스케이드에서 수행된다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 분쇄 매질은 알루미나, 지르코니아, 규산지르코늄, 규산알루미늄 또는 약 1300℃ 내지 약 1800℃ 범위의 온도에서 카올리나이트질 점토(kaolinitic clay)를 하소함으로써 생성되는 멀라이트-풍부 물질로부터 선택된다(또는 이로 구성된 군으로부터 선택된다).

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 분쇄 매질은 약 1300℃ 내지 약 1800℃의 범위인 온도에서 카올리나이트질 점토를 하소함에 의해 생성되는 멀라이트-풍부 물질이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 하나 이상의 무기 미립자 물질은 판상 광물, 카올린 및/또는 활석을 포함한다.

상술한 양태 또는 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 하나 이상의 무기 미립자 물질은 탄산칼슘 또는 카올린, 또는 이의 혼합물이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 하나 이상의 무기 미립자 물질은 탄산칼슘을 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 탄산칼슘은 중질 탄산칼슘이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 중질 탄산칼슘은 대리석, 석회석 및/또는 백악; 및 이의 혼합물로부터 선택되는 천연 중질 탄산칼슘이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 탄산칼슘은 침강성 탄산칼슘이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 탄산칼슘은 바테라이트, 방해석 또는 아라고나이트 결정 구조이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 침강성 탄산칼슘은 초미세 이산 프리즘형, 편삼각면체 또는 능면체 침강성 탄산칼슘이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 하나 이상의 무기 미립자 물질은 탄산칼슘 또는 카올린, 또는 이의 혼합물이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 탄산칼슘은 중질 탄산칼슘, 침강성 탄산칼슘, 또는 이들의 혼합물이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 하나 이상의 무기 미립자 물질은 알칼리 토금속 탄산염 또는 황산염, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 벤토나이트, 함수 칸다이트 점토 예컨대 카올린, 할로이사이트, 볼 클레이, 무수(하소된) 칸다이트 점토 예컨대 메타카올린 또는 완전히 하소된 카올린, 활석, 운모, 펄라이트 세피올라이트, 헌타이트, 규조암, 마그네사이트, 규산염 또는 규조토, 또는 이의 조합으로부터 선택된다(또는 이들로 구성된 군으로부터 선택된다).

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 화학 펄프(예를 들어, 크래프트, 소다 또는 아황산염), 또는 화학열기계 펄프, 또는 기계 펄프, 또는 열기계 펄프로, 예를 들어, 북부 표백 침엽수 크라프트 펄프("NBSK"), 표백된 화학-열기계 펄프("BCTMP") 또는 재활용 펄프(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 페이퍼 브로크 펄프 또는 제지공장 폐기물 스트림, 또는 제지공장으로부터의 폐기물 또는 이들의 조합을 포함하는 것으로부터 얻어진다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 펄프 공급원은 크라프트 펄프, 또는 표백된 장섬유 크라프트 펄프이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 펄프 공급원은 가문비나무, 소나무, 전나무, 낙엽송 및 미국솔송나무로부터 선택되는 침엽수 펄프 또는 혼합된 침엽수 펄프이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 펄프 공급원은 유칼립투스, 아스펜 및 자작나무로부터 선택되는 활엽수 펄프, 또는 혼합된 활엽수 펄프이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 펄프 공급원은 유칼립투스 펄프, 가문비나무 펄프, 소나무 펄프, 너도밤나무 펄프, 대마 펄프, 아카시아 면 펄프 및 이의 혼합물이다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 증가된 인장 특성을 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스의 제조를 위한 펄프 공급원은 하기 단계를 추가로 포함한다:

(i) 셀룰로오스를 포함하는 다중의 섬유성 기재를 제공하는 단계;

(ii) 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재의 헤미셀룰로오스 함량 및 Nm/g 단위의 제로-스팬 인장 지수를 결정하는 단계;

(iii) 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재의 섬유 제로-스팬 인장 지수 및 헤미셀룰로오스 함량의 생성물로부터 Nm/g 단위의 MFC 인장 지수를 예측하는 단계; 및

(iv) 원하는 MFC 인장 지수를 갖는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재를 선택하는 단계.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 건조된 또는 부분적으로 건조된 시트는 하나 이상의 염, 하나 이상의 당, 하나 이상의 글리콜, 우레아, 카르복시메틸셀룰로오스 및 구아 검으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제의 존재 하에 재분산된다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 당은 단당류, 이당류, 올리고당류 및 다당류 중 하나 이상으로부터 선택된다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 하나 이상의 염은 염화나트륨을 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 하나 이상의 글리콜은 에틸렌 글리콜을 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 상기 방법은 물품, 생성물 또는 조성물에서 또는 그의 제작에서 재분산된 부분적으로 건조되거나 건조된 시트의 사용을 추가로 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 상기 재분산은 고전단 분산기를 사용하는 것을 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 상기 재분산은 고전단 혼합기를 사용하는 것을 포함한다.

상술한 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 실시형태에서, 이 방법에 의해 얻어진 향상된 점도 및/또는 인장 지수 특성을 갖는, 미소섬유화된 셀룰로오스, 및 선택적으로 무기 미립자 물질을 포함하거나, 본질적으로 이로 구성되거나, 이로 구성된 건조된 또는 부분적으로 건조된 시트는 종이 또는 코팅지, 페인트 및 코팅제, 잉크, 유전 화학물질, 복합재, 소비재, 화장품, 약학적 제품 및 식품을 제조하는 방법에 사용하기에 적합하다.

본 명세서에 개시된 원리 및 그 장점의 보다 완전한 이해를 위해, 다음과 같은 첨부하는 도면과 연계하여 취해진 다음의 설명을 참조한다:
본 명세서에 개시된 원리 및 그 장점의 보다 완전한 이해를 위해, 다음과 같은 첨부하는 도면과 연계하여 취해진 다음의 설명을 참조한다:
도 1은 1.5% 섬유 고형분에서 분쇄된 무광물 NBSK에 대한 FLT 지수 대 비에너지 입력의 플롯이다.
도 2는 NBSK 펄프에 대한 비교 목적을 위해 1.5% 섬유 고형분에서 분쇄된 무광물 보트니아 RMA90 펄프에 대한 FLT 지수 대 비에너지 입력의 플롯을 제공한다.
도 3은 1.5% 섬유 고형분에서 분쇄된 소드라 블루(S

dra Blue)와 보트니아 RMA90 사이의 에너지 스위프 비교를 나타낸다.
도 4는 2% 섬유 고형분에서 분쇄된 무광물 소드라 블루 및 보트니아 RMA90 펄프에 대한 FLT 지수 대 비에너지 입력(input)의 플롯이다.
도 5는 1.5% 섬유 고형분에서의 보트니아 분쇄 펄프와 2% 섬유 고형분에서의 보트니아 분쇄 펄프 사이의 비교를 나타낸다.
도 6은 1.5% 섬유 고형분에서의 소드라 블루 펄프와 2% 섬유 고형분에서의 소드라 블루 펄프 사이의 비교를 나타낸다.
도 7a-d는 실시예 6의 각각의 시도 점에 대해 달성된 배수성 특성 및 회분 함량의 플롯을 도시한다. 쇼퍼 리글러 값은 CSF 측정으로부터 계산된 환산이다. 도 7a는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 배수 시간(시트 형성기) 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 7b는 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 캐나다 표준 여수도(CSF) 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 7c는 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 (계산된) 쇼퍼 리글러 정도 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 7d는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 회분 함량 대 MFC 용량의 플롯이다.
도 8a-d는 실시예 6에서 Valmet FS5 섬유 분석기에서 얻은 각각의 시도 점에 대한 주요 섬유 분석기 특성을 도시한다. 도 8a는 섬유 길이(ISO) 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 8b는 섬유 폭 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 8c는 광학 거칠기 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 8d는 미소섬유형성 백분율 대 MFC 용량의 플롯이다.
도 9는 MFC가 80g/㎡에서 핸드시트를 제조하기 전에 NBSK 퍼니시(비정련됨)에 첨가되고 MFC-펄프 조성물이 재-슬러시되고 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 및 20 중량%의 MFC 정량 대비 80g/㎡에서 핸드시트로 재-제작되는 핸드시트에서 인열 지수 대 MFC 정량의 플롯이다.
도 10a-d는 MFC가 80g/㎡에서 핸드시트를 제조하기 전에 NSBK 퍼니시(비정련됨)에 첨가되고 MFC-펄프 조성물이 재-슬러시되고 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 및 20 중량%의 MFC 정량 대비 80g/㎡에서 핸드시트로 재-제작되는 핸드시트의 종이 특성의 플롯을 도시한다. 도 10a는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 스콧 본드 값 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 10b는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 Bendtsen 다공성 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 10c는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 거칠기 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 10d는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 벌크 대 MFC 용량의 플롯이다. 플롯팅된 종이 특성은 TL = 스콧 본드, TR = Bendtsen 다공성, BL = PPS 거칠기 및 BR = 벌크이다.
도 11a-d는 MFC가 80g/㎡에서 핸드시트를 제조하기 전에 NSBK 퍼니시(비정련됨)에 첨가되고 MFC-펄프 조성물이 재-슬러시되고 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 및 20 중량%의 MFC 정량 대비 80g/㎡에서 핸드시트로 재-제작되는 핸드시트의 추가적인 종이 특성의 플롯을 도시한다. 도 11a는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 =파열 지수 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 11b는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 인장 파괴 에너지 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 11c는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 인장 연신율 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 11d는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 인장 지수 대 MFC 용량의 플롯이다. 플롯팅된 종이 특성은 TL = 파열 지수, TR = 인장 파단 에너지, BL = 인장 연신율, BR = 인장 지수이다.
도 12a-d는 MFC가 80g/㎡에서 핸드시트를 제조하기 전에 NSBK 퍼니시(비정련됨)에 첨가되고 MFC-펄프 조성물이 재-슬러시되고 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 및 20 중량%의 MFC 정량 대비 80g/㎡에서 핸드시트로 재-제작되는 핸드시트의 추가적인 종이 특성 플롯을 도시한다. 도 12a는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 불투명도 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 12b는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 밝기 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 12c는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 광산란 계수 대 MFC 용량의 플롯이다. 도 12d는 80g/㎡ 핸드시트에서 100% 소드라 블루 퍼니시(비정련됨)에 대한 광흡수 계수 대 MFC 용량의 플롯이다. 플롯팅된 종이 특성은 TL = 불투명도, TR = 밝기, BL = 광산란 계수, BR = 광흡수 계수이다.
도 13은 MFC가 NBSK 퍼니시에 첨가된 실험 샘플에 대해 Valmet FS5 섬유 분석기로 기록된 섬유 분석 데이터의 표이다.
도 14는 MFC 시트의 초기 특성을 도시한다.
도 15는 MFC 시트의 특성을 도시한다.
도 16은 신규한 연속 방법으로부터 제조된 무광물 MFC 시트의 3개의 SEM 이미지를 나타낸다. 광물이 존재하지 않고 단단히 결합된 섬유의 복잡한 웹이 있음을 관찰할 수 있다.
도 17은 신규한 연속 방법으로 제조된 50 중량% POP H60/보트니아 시트의 2개의 SEM 이미지를 나타낸다. 광물이 존재하고 섬유의 웹이 있음을 관찰할 수 있다.
도 18은 20 중량% POP에서 펄프 플러스 무광물 MFC의 FLT 인장 지수의 플롯이고, 실시예 11에 기재된 바와 같이 무광물 MFC 및 보트니아 펄프 블렌드를 실버슨의 1분에 적용한 효과를 예시한다.
도 19는 펄프 플러스 무광물 MFC 재분산된 4.4g 시트의 FLT 인장 지수의 플롯이다.
도 20은 펄프 플러스 무광물 MFC 재분산된 8.8g 시트의 FLT 인장 지수의 플롯이고, 도 20은 실시예 2에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 건조 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전에 대조군 슬러리의 것보다 낮지 않은 FLT 지수를 가짐을 나타내며 따라서 MFC/펄프의 시트가 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 이들 데이터는 무광물 MFC/보트니아 펄프 블렌드가 시트로 건조될 수 있고 쉽게 재분산될 수 있고, 인장 강도가 불리해지지 않음을 나타낸다.
도 21은 펄프 + 50 중량% POP MFC 시트의 실버슨 혼합 효과의 플롯이다. 도 21은 실시예 11에 기술된 바와 같이, 50 중량% POP H60/보트니아 MFC 및 보트니아 펄프 블렌드를 실버슨 혼합의 1분에 적용한 효과를 예시한다.
도 22는 보트니아 펄프 + 50 중량% POP 보트니아/H60 FiberLean 재분산된 4.4g 시트의 FLT 인장 지수의 플롯이다. 도 22는 실시예 2에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 건조 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전에 대조군 슬러리의 것보다 낮지 않은 FLT 지수를 가짐을 나타내며 따라서 MFC/펄프의 시트가 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 이들 데이터는 50 중량% POP H60/보트니아 MFC/보트니아 펄프 블렌드가 시트로 건조될 수 있고 쉽게 재분산될 수 있고, 인장 강도가 불리해지지 않음을 나타낸다.
도 23은 보트니아 펄프 + 50 중량% POP 보트니아/H60 FiberLean 재분산된 8.8g 시트의 FLT 인장 지수의 플롯이다. 도 23은 실시예 2에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 건조 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전에 대조군 슬러리의 것보다 낮지 않은 FLT 지수를 가짐을 나타내며 따라서 MFC/펄프의 시트가 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 이들 데이터는 50 중량% POP H60/보트니아 FiberLean/ 보트니아 펄프 블렌드가 시트로 건조될 수 있고 쉽게 재분산될 수 있고, 인장 강도가 불리해지지 않음을 나타낸다.

본 명세서에 제공된 명칭, 표제 및 소표제는 개시내용의 다양한 양태를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 아래에 정의된 용어들은 명세서를 그 전체로 참조함에 의해 보다 완전하게 정의된다. 본 명세서에 인용된 모든 참조는 그 전체가 참조로 포함된다.

일 양태에서 본 발명은 미소섬유화된 셀룰로오스 및 펄프를 포함하는 시트의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 펄프에 첨가되어 MFC 없이 생산된 펄프 시트와 비교하여 향상된 기계적 특성을 갖는 시트로 형성되고, 추가로 MFC-함유 펄프 시트가 건조되고 재분산될 때, 향상된 기계적 특성이 유지되거나 또는 실질적으로 저하하지 않는 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 결합제 조성물의 사용에 기반된다.

전술한 것은 뒤따르는 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 본 개시내용의 특징 및 기술적 이점을 다소 광범위하게 기술하였다. 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 발명의 추가적인 특징 및 이점이 본 명세서에 기술될 것이다. 본 명세서에 개시된 임의의 개념 및 특정 실시형태는 본 개시내용의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 수단을 변형하거나 설계하기 위한 기초로서 용이하게 활용될 수 있음을 당업자는 이해해야 한다. 또한 그러한 동등한 수단이 첨부된 청구범위에 제시된 바와 같은 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는다는 것을 당업자는 인식해야 한다. 발명의 구성 및 작동의 방법 둘 모두에 대해 발명의 특징이라고 여겨지는 신규한 특징은 추가 목적 및 이점과 함께 수반하는 도면과 연관하여 고려될 때 다음 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다. 그러나 임의의 설명, 도면, 실시예 등은 단지 예시 및 설명의 목적으로 제공되고 결코 발명을 제한하려는 의도가 아님을 분명히 이해해야 한다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 과학 및 기술 용어는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 더욱이, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 단수 용어는 복수를 포함하고 복수 용어는 단수를 포함한다.

본 출원에서 "또는"의 사용은 달리 언급되지 않는 한 "및/또는"을 의미한다. 다중 종속항의 맥락에서 "또는"의 사용은 대안에서만 하나 초과의 이전 독립항 또는 종속항을 다시 참조한다.

용어 "포함하는"과 연계하여 사용될 때 단어 "a" 또는 "an"의 사용은 "하나"를 의미할 수 있지만, 그것은 또한 "하나 이상", "적어도 하나", 및 "하나 또는 하나 초과"의 의미와도 일치한다. 용어 "또는"의 사용은 대안이 상호 배타적인 경우에만 대안을 지칭하도록 명시적으로 나타내지 않는 한 "및/또는"을 의미하는데 사용되지만, 개시내용은 대안 및 "및/또는"만을 지칭하는 정의를 지원한다. 본 출원 전반에 걸쳐, 용어 "약"은 값이 값을 결정하기 위해 이용되는 정량화 장치, 방법에 대한 고유한 오류의 변동 또는 연구 대상 중에 존재하는 변동을 포함함을 나타내기 위해 사용된다. 예를 들어, 그러나 제한 없이, 용어 "약"이 사용될 때, 지정된 값은 플러스 또는 마이너스 12 퍼센트, 또는 11 퍼센트, 또는 10 퍼센트, 또는 9 퍼센트, 또는 8 퍼센트, 또는 7 퍼센트, 또는 6 퍼센트, 또는 5 퍼센트, 또는 4 퍼센트, 또는 3 퍼센트, 또는 2 퍼센트, 또는 1 퍼센트로 달라질 수 있다. 용어 "적어도 하나"의 사용은 일뿐만 아니라 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 100 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 일보다 많은 임의의 양을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 용어 "적어도 하나"는 그것이 부착되는 용어에 따라 최대 100 또는 1000 이상까지 확장될 수 있다. 부가하여, 100/1000의 양은 하한 또는 상한도 만족스러운 결과를 생성할 수 있으므로 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 부가하여, "X, Y 및 Z 중 적어도 하나"라는 용어의 사용은 X 단독, Y 단독 및 Z 단독뿐만 아니라 X, Y 및 Z의 임의의 조합을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

서수 용어(예를 들어, "제1", "제2", "제3", "제4" 등)의 사용은 둘 이상의 항목 간을 구분하기 위한 목적으로만 사용되고 달리 명시되지 않는 한, 다른 항목이나 추가 순서에 비해 한 항목에 대한 서열이나 순서 또는 중요성을 암시하는 것을 의미하지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어 "포함하는(comprising)"(및 "포함하다(comprise)", "포함한다(comprises)" 및 "포함하는(comprised)"과 같은 포함하는의 임의의 형태), "갖는"(및 "가지다" 및 "갖다"와 같은 갖는의 임의의 형태), "포함하는(including)"(및 "포함하다(include)" 및 "포함한다(includes)"와 같은 포함하는의 임의의 형태) 또는 "함유하는"(및 "함유하다" 및 "함유한다"와 같은 함유하는의 임의의 형태)은 포괄적이거나 개방적이고 추가의, 언급되지 않은 요소 또는 방법 단계를 제외하지 않는다. 부가적으로, "포함하는"이라는 용어와 연계하여 사용되는 용어는 또한 "구성된" 또는 "본질적으로 구성된"이라는 용어와 연계하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

본 명세서에 사용된 용어 "포함하다" 및 그의 문법적 변형은 비-제한적인 것으로 의도되어, 목록에 있는 항목의 설명이 열거된 항목에 대체되거나 추가될 수 있는 다른 유사 항목을 배제하는 것이 아니다.

셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재(본 명세서에서는 "셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재", "셀룰로오스 섬유", "섬유성 셀룰로오스 공급원료", "셀룰로오스 공급원료" 및 "셀룰로오스-함유 섬유(또는 섬유성" 등)로 다양하게 지칭됨)는 버진 또는 재활용 펄프 또는 제지공장 파쇄물 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터 광물 충전제 및 셀룰로오스 물질이 풍부한 종이 스트림에서 유래될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "FLT 지수"는 실시예 2의 절차에 따라 수행되는 인장 강도 측정이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 부분적으로 건조된 MFC 시트 및 건조된 MFC-펄프 블렌드 시트의 "기계적 특성"은 다음 중 하나 이상을 포함한다: 인장 강도, 인장 연신율, 인장 지수, 파열 강도, 인열 강도, 인열 지수, 스콧 본드, 파괴 에너지 및 파괴 연신율.

본 명세서에서 사용된 용어 "실질적으로"는 이후에 기술된 사건 또는 상황이 완전히 발생하거나 이후에 기술된 사건 또는 상황이 상당한 범위 또는 정도로 발생함을 의미한다. 예를 들어, 특정 사건 또는 상황과 연관될 때 용어 "실질적으로"는 이후에 기술된 사건 또는 상황이 시간의 적어도 80%, 또는 시간의 적어도 85% 또는 시간의 적어도 90%, 또는 시간의 적어도 95%에서 발생한다는 것을 의미한다. 반대로, 인장 강도 및/또는 굽힘 강성과 같은 기계적 특성이 "실질적으로 저하되지 않음" 또는 이와 유사한 표현을 나타내기 위해 사용되는 경우, 인장 강도 및/또는 굽힘 강성의 저하는 대조군의 특성으로부터 15% 초과, 또는 10% 초과 또는 5% 초과로 감소되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 어구 "X 내지 Y의 정수"는 종점을 포함하는 임의의 정수를 의미한다. 예를 들어 어구 "1 내지 5의 정수"는 1, 2, 3, 4 또는 5를 의미한다.

미소섬유화된 셀룰로오스

미소섬유화된 셀룰로오스(MFC)는 당업계에 잘 알려져 있고 기술되어 있지만, 현재 개시 및/또는 청구된 발명의 개념(들)의 목적을 위해, 미소섬유화된 셀룰로오스는 단리된 셀룰로오스 미소섬유 및/또는 셀룰로오스의 미소섬유 다발의 형태인 미소섬유로 구성된 셀룰로오스로 정의되며, 둘 모두는 셀룰로오스 원료에서 유래된다. 따라서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 부분적으로 또는 전체적으로 피브릴화된 셀룰로오스 또는 리그노셀룰로오스 섬유를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 이는 당업계에 공지된 다양한 공정에 의해 달성될 수 있다.

본 명세서에 사용된 "미소섬유화된 셀룰로오스"는 "미소섬유의 셀룰로오스", "나노피브릴화된 셀룰로오스", "나노피브릴 셀룰로오스", "셀룰로오스의 나노섬유", "나노스케일 피브릴화된 셀룰로오스", "셀룰로오스의 미소섬유" 및 /또는 단순히 "MFC"와 상호교환가능하게 사용될 수 있다. 부가적으로, 본 명세서에 사용된 바와 같이, "미소섬유화된 셀룰로오스"와 상호교환가능한 상기에 열거된 용어는 완전히 미소섬유화된 셀룰로오스 또는 실질적으로 미소섬유화되었지만 본 명세서에 기재 및/또는 청구된 미소섬유화된 셀룰로오스의 이점을 방해하지 않는 수준의 비-미소섬유화된 셀룰로오스 양을 여전히 함유하는 셀룰로오스를 지칭할 수 있다.

"미소섬유화"는 셀룰로오스의 미소섬유가 사전-미소섬유화된 펄프의 섬유와 비교하여 개별 종으로서 또는 작은 응집체로서 유리되거나 부분적으로 유리되는 공정을 의미한다. 제지용으로 적합한 전형적인 셀룰로오스 섬유(즉, 사전-미소섬유화된 펄프)는 수백 또는 수천 개의 개별 셀룰로오스 피브릴의 더 큰 응집체를 포함한다.

미소섬유화된 셀룰로오스는 반복되는 글루코스 단위를 포함하는 자연적으로 발생하는 중합체인 셀룰로오스를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, MFC로도 표시되는, 용어 "미소섬유화된 셀룰로오스"는 미소섬유화된/미소섬유의 셀룰로오스 및 나노-피브릴화된/나노섬유의 셀룰로오스(NFC)를 포함하며, 이들 물질은 나노셀룰로오스로도 지칭된다.

미소섬유화된 셀룰로오스는 기계적 전단을 통해 노출될 수 있는 셀룰로오스 섬유의 외층을 사전 효소 처리 또는 사전 화학적 처리를 하거나 하지 않고 벗겨냄에 의해 제조된다. 당업계에 공지된 미소섬유화된 셀룰로오스를 제조하는 수많은 방법이 있다.

비-제한적인 예에서, 용어 미소섬유화된 셀룰로오스는 종종 100nm 미만의 적어도 하나의 치수를 갖는 나노스케일 셀룰로오스 입자 섬유 또는 피브릴을 포함하는 피브릴화된 셀룰로오스를 기술하기 위해 사용된다. 셀룰로오스 섬유에서 유리될 때 피브릴은 전형적으로 100nm 미만의 직경을 갖는다. 셀룰로오스 피브릴의 실제 직경은 이용되는 제작하는 방법 뿐만 아니라 그러한 피브릴을 측정하는 공급원 및 방법에 따라 다르다.

피브릴화된 셀룰로오스 섬유에 부착된 셀룰로오스 미소섬유 또는 유리된 미소섬유로서의 셀룰로오스 미소섬유의 입자 크기 분포 및/또는 종횡비(길이/너비)는 미소섬유화 공정에서 이용되는 공급원 및 제조 방법에 따라 다르다.

비-제한적인 예에서, 미소섬유의 종횡비는 전형적으로 높고 개별 미소섬유의 길이는 일 마이크로미터 초과일 수 있고 직경은 전형적으로 20nm 미만의 수-평균 직경으로 약 5 내지 60nm의 범위 내에 있을 수 있다. 미소섬유 다발의 직경은 1 미크론보다 클 수 있다.

비-제한적인 예에서, 가장 작은 피브릴은 일반적으로 대략적으로 2-4nm의 직경을 갖는 기본 피브릴로 통상적으로 지칭된다. 또한 기본 피브릴이 응집하는 것이 일반적이며, 이는 또한 미소섬유로 간주될 수 있다.

비-제한적인 예에서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 적어도 부분적으로 나노셀룰로오스를 포함할 수 있다. 나노셀룰로오스는 주로 100nm 미만의 직경 및 미크론-범위 이하일 수 있는 길이를 갖는 나노-크기의 피브릴을 포함할 수 있다. 가장 작은 미소섬유는 그 직경이 전형적으로 2 내지 4nm인 소위 기본 피브릴과 유사하다. 물론, 미소섬유와 미소섬유 다발의 치수와 구조는 미소섬유화된 셀룰로오스를 생산하는 방법 외에도 사용되는 원료에 따라 다르다. 그럼에도 불구하고, 당업자는 현재 개시 및/또는 청구된 발명 개념(들)의 맥락에서 "미소섬유화된 셀룰로오스"의 의미를 이해할 것으로 예상된다.

셀룰로오스 섬유의 공급원 및 셀룰로오스 섬유를 미소섬유화하기 위해 이용되는 제조 공정에 의존하여, 피브릴의 길이는 종종 약 1 내지 10 마이크로미터 초과로 달라질 수 있다.

거친 MFC 등급은 피브릴화된 섬유, 즉 헛물관으로부터 돌출된 피브릴(셀룰로오스 섬유)의 상당한 분획을 함유할 수 있고, 헛물관으로부터 유리된 특정 양의 피브릴(셀룰로오스 섬유)을 가질 수 있다.

실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 또한 재활용 펄프 또는 제지공장 파쇄물 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터의 광물 충전제 및 셀룰로오스 물질이 풍부한 종이 스트림으로부터 제조될 수 있다.

셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 건조 상태에서 분쇄 용기에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 건조 종이 파쇄물은 분쇄기 용기에 직접적으로 첨가될 수 있다. 분쇄기 용기에서 수성 환경은 그 다음 펄프의 형성을 촉진할 것이다.

미소섬유화된 셀룰로오스와 무기 미립자 물질의 공동 분쇄 공정

실시형태에서, 본 발명은 WO-A-2010/131016에 기재된 방법 및 조성물에 대한 변형, 예를 들어 개선에 관한 것이며, 그의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

WO-A-2010/131016은 선택적으로 분쇄 매질 및 무기 미립자 물질의 존재에서 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 물질을, 예를 들어 분쇄에 의해 미소섬유화하는 것을 포함하는 미소섬유화된 셀룰로오스를 제조하는 공정을 개시한다. 예를 들어, 종래의 광물 충전제를 대체하거나 부분적으로 대체하기 위해 종이에 충전제로 사용되는 경우, 선택적으로 무기 미립자 물질과 조합하여 상기 공정에 의해 얻어진 미소섬유화된 셀룰로오스는 뜻밖에도 종이의 파열 강도 특성을 개선하는 것으로 밝혀졌다. 즉, 광물 충진제로만 충전된 종이에 비해 미소섬유화된 셀룰로오스로 충전된 종이는 개선된 파열 강도를 갖는 것으로 나타났다. 즉, 미소섬유화된 셀룰로오스 충전제는 종이 파열 강도 향상 속성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 그 발명의 하나의 특히 유리한 실시형태에서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 물질은 선택적으로 무기 미립자 물질와 조합된 분쇄 매질의 존재에서 분쇄되어 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻었다.

상술한 양태의 추가 실시형태 및 본 개시내용의 실시형태에서, 결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하거나, 본질적으로 이로 구성되거나, 또는 이로 구성되는 부분적으로 건조된 시트, 또는 펄프 공급원으로 사용하기에 적합한 펄프와 미소섬유화된 셀룰로오스의 블렌드를 포함하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 또는 이로 구성되는 건조된 시트를 제작하는 방법으로, 상기 시트는 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 고전단 분산기, 혼합기 또는 정련기로 재분산될 수 있으며, 여기서 수성 매질에서 재분산 시 시트는 건조 및 재분산 이전의 건조된 시트와 비교하여 인장 지수를 유지하거나 실질적으로 저하하지 않고, 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 가지고 미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질의 공동 분쇄 복합재를 제조하는 것을 포함하는 방법에 의해 얻어질 수 있다.

셀룰로오스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 섬유성 기재의 공동-처리

본 명세서에 사용된 용어 "미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질의 공동 분쇄(또는 "공동-마쇄") 복합재"는 "공동 분쇄 미소섬유화 공정"에 의해 수득된 복합재를 지칭하며, 여기서 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 적어도 하나의 무기 미립자 물질 및 선택적으로 적어도 하나의 무기 미립자 물질 이외의 분쇄 매질의 존재에서 분쇄 장치에서 수성 환경에서 미소섬유화된다(또는 다르게는 습윤 분쇄 장치에서 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 및 선택적으로, 미소섬유화된 셀룰로오스를 생성하기 위해 분쇄 후에 제거되는, 적어도 하나의 무기 미립자 물질 이외의 분쇄 매질의 존재에서 셀룰로오스를 포함하는 섬유 기재를 "공동-처리함"에 의해 표현된다). 예시적인 미소섬유화 공정 및 습윤-분쇄 공정에 대한 아래 설명을 참조한다.

공동-처리된 미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질 복합재를 형성하기 위한 공동-처리 후, 추가적인 무기 미립자 물질이 공동-처리된 미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질 복합재의 미소섬유화된 셀룰로오스 함량을 감소시키기 위해 (예를 들어, 블렌딩 또는 혼합에 의해) 첨가될 수 있다.

실시형태에서, MFC는 타워 밀 또는 스크리닝된 그라인딩 밀 예컨대 교반 매질 디트리터를 사용하여 제조될 수 있다.

교반 매질 밀은 전단력, 압축력 및 충격력의 조합을 통해 충전물을 분쇄하는 작은 분쇄 매질 비드에 운동 에너지를 전달하는 회전 임펠러로 구성된다. 예를 들어 타워 밀, 스크리닝된 그라인딩 밀 또는 교반 매질 디트리터를 포함하는 다양한 분쇄 장치가 본 명세서에 개시된 방법에 의해 MFC를 생산하는데 사용될 수 있다.

미소섬유화 공정

본 개시내용의 추가 양태 및 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재를 미소섬유화하는 방법이 제공된다. 본 방법의 특정 실시형태에 따르면, 미소섬유화 단계는 미소섬유화제로 작용하는 무기 미립자 물질의 존재 하에서 수행된다. 또 다른 실시형태에 따르면 미소섬유화 단계는 무기 미립자 물질 및, 분쇄 후에 제거되는 적어도 하나의 무기 미립자 물질 이외의 분쇄 매질의 존재 하에서 수행된다.

그러나, 본 발명에서 이용되는 미소섬유화된 셀룰로오스는 단일 제조 방법에 한정되지 않는다. 이러한 미소섬유화 공정은 예시적인 목적으로 제시된다.

"미소섬유화"는 셀룰로오스의 미소섬유가 사전-미소섬유화된 셀룰로오스-함유 펄프의 섬유와 비교하여 개별 종으로서 또는 작은 응집체로서 유리되거나 부분적으로 유리되는 공정을 의미한다. 제지용으로 적합한 전형적인 셀룰로오스 섬유(즉, 사전-미소섬유화된 셀룰로오스-함유 펄프)는 수백 또는 수천 개의 개별 셀룰로오스 미소섬유의 더 큰 응집체를 포함한다. 셀룰로오스를 미소섬유화함으로써, 본 명세서에 기술된 특징 및 특성을 포함하지만 이에 제한되지 않는 특정 특징 및 특성이 미소섬유화된 셀룰로오스 및 미소섬유화된 셀룰로오스와 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 조성물에 부여된다.

미소섬유화의 단계는 임의의 적합한 장치에서 수행될 수 있다. 일 실시형태에서, 미소섬유화 단계는 습윤-분쇄 조건 하에 분쇄 용기에서 수행된다. 또 다른 실시형태에서, 미소섬유화 단계는 균질화기에서 수행된다.

습윤-분쇄 미소섬유화 공정

분쇄는 분쇄 매질의 존재 하의 마멸 분쇄 공정일 수 있거나, 자생 분쇄 공정, 즉 분쇄 매질 없이 수행되는 것일 수 있다. 분쇄 매질은 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재와 공동 분쇄되는 적어도 하나의 무기 미립자 물질 이외의 매질을 의미한다.

분쇄 매질이 존재하는 경우, 분쇄 매질은 천연 또는 합성 재료일 수 있다. 분쇄 매질은 예를 들어 임의의 단단한 광물, 세라믹 또는 금속 물질의 볼, 비드 또는 펠릿을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 예를 들어 알루미나, 지르코니아, 규산지르코늄, 규산알루미늄 또는 약 1300℃ 내지 약 1800℃ 범위의 온도에서 카올리나이트질 점토를 하소함으로써 생성되는 멀라이트-풍부 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 Carbolite® 분쇄 매질이 사용된다. 대안적으로, 적절한 입자 크기의 천연 모래의 입자가 사용될 수 있다.

일반적으로, 발명에 사용하기 위해 선택되는 분쇄 매질의 유형 및 입자 크기는 예를 들어 분쇄될 물질의 공급 현탁액의 입자 크기 및 화학적 조성과 같은 특성에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 미립자 분쇄 매질은 약 0.1mm 내지 약 6.0mm 범위, 보다 바람직하게는 약 0.2mm 내지 약 4.0mm 범위의 평균 직경을 갖는 입자를 포함한다. 분쇄 매질(또는 매질들)은 충전물의 최대 약 70부피%의 양으로 존재할 수 있다. 분쇄 매질은 충전물의 적어도 약 10부피%, 예를 들어 충전물의 적어도 약 20부피%, 또는 충전물의 적어도 약 30부피%, 또는 충전물의 적어도 약 40부피%, 또는 충전물의 적어도 약 50부피%, 또는 충전물의 적어도 약 60부피%의 양으로 존재할 수 있다.

분쇄는 하나 이상의 단계로 수행될 수 있다. 예를 들어, 거친 무기 미립자 물질은 분쇄기 용기에서 미리결정된 입자 크기 분포로 분쇄될 수 있으며, 그 후 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 물질이 추가되고 원하는 수준의 미소섬유화가 얻어질 때까지 분쇄가 계속된다. 본 발명의 제1 양태에 따라 사용되는 거친 무기 미립자 물질은 초기에 입자의 약 20 중량% 미만이 2μm 미만의 필수 구형 직경(e.s.d)을 가지고, 예를 들어 입자의 약 15 중량% 미만, 또는 약 10 중량% 미만이 2μm 미만의 e.s.d.를 갖는 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 본 발명의 제1 양태에 따라 사용되는 거친 무기 미립자 물질은 초기에 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 측정된 입자 크기 분포를 가질 수 있으며, 여기서 입자의 약 20 부피% 미만은 2μm 미만의 e.s.d를 가지고, 예를 들어 입자의 약 15 부피% 미만, 또는 약 10 부피% 미만은 2μm 미만의 e.s.d.를 갖는다.

거친 무기 미립자 물질은 분쇄 매질의 부재 또는 존재 하에 습윤 또는 건조 분쇄될 수 있다. 습윤 분쇄 단계의 경우, 거친 무기 미립자 물질은 바람직하게는 분쇄 매질의 존재에서 수성 현탁액에서 분쇄된다. 이러한 현탁액에서, 거친 무기 미립자 물질은 바람직하게는 현탁액의 약 5 중량% 내지 약 85 중량%; 보다 바람직하게는 현탁액의 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 가장 바람직하게는, 거친 무기 미립자 물질은 현탁액의 약 30 중량% 내지 약 75 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 상술한 바와 같이, 거친 무기 미립자 물질은 입자의 적어도 약 10 중량%가 2μm 미만의 e.s.d를 갖는, 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 중량%가 2μm 미만의 e.s.d를 갖는 입자 크기 분포로 분쇄될 수 있으며, 그 후에 셀룰로오스 펄프가 첨가되고 두 성분은 셀룰로오스 펄프의 섬유를 미소섬유화하기 위해 공동 분쇄된다.

또 다른 실시형태에서, 거친 무기 미립자 물질은 입자의 적어도 약 10 부피%가 2μm 미만의 e.s.d를 갖도록, 예를 들어 입자의 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 95 부피%, 또는 약 100 부피%가 2μm 미만의 e.s.d를 갖도록 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 측정된 입자 크기 분포로 분쇄되며, 그 후에 셀룰로오스 펄프가 첨가되고 두 구성요소는 셀룰로오스 펄프의 섬유를 미소섬유화하기 위해 공동 분쇄된다.

일 실시형태에서, 무기 미립자 물질의 평균 입자 크기(d₅₀)는 공동 분쇄 공정 동안 감소된다. 예를 들어, 무기 미립자 물질의 d₅₀은 (Malvern Mastersizer S 기계에 의해 측정된 바와 같이) 적어도 약 10% 감소될 수 있고, 예를 들어 무기 미립자 물질의 d₅₀은 적어도 약 20% 감소될 수 있거나, 또는 적어도 약 30% 감소, 또는 적어도 약 50% 감소, 또는 적어도 약 60% 감소, 또는 적어도 약 70% 감소, 또는 적어도 약 80% 감소, 또는 적어도 약 90% 감소될 수 있다. 예를 들어, 공동 분쇄 이전 2.5μm의 d₅₀ 및 공동 분쇄 후 1.5μm의 d₅₀을 갖는 무기 미립자 물질은 입자 크기가 40% 감소될 것이다. 특정 실시형태에서, 무기 미립자 물질의 평균 입자 크기는 공동 분쇄 공정 동안 실질적으로 감소되지 않는다. '실질적으로 감소되지 않음'은 무기 미립자 물질의 d₅₀이 약 10% 미만 감소됨, 예를 들어 무기 미립자 물질의 d₅₀이 약 5% 미만 감소됨을 의미한다.

셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재 하에서 미소섬유화되어 레이저 광 산란에 의해 측정될 때 약 5μm 내지 약 500μm의 범위인 d₅₀을 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다. 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 물질의 존재에서 미소섬유화되어 약 400μm 이하, 예를 들어 약 300μm 이하, 또는 약 200μm 이하 또는 약 150μm 이하, 또는 약 125μm 이하, 또는 약 100μm 이하, 또는 약 90μm 이하, 또는 약 80μm 이하 또는 약 70μm 이하, 또는 약 60μm 이하, 또는 약 50μm 이하, 또는 약 40μm 이하, 또는 약 30μm 이하, 또는 약 20μm 이하, 또는 약 10μm 이하의 d₅₀을 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다.

셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 물질의 존재에서 미소섬유화되어 약 0.1-500μm의 범위인 모달 섬유 입자 크기(modal fibre particle size) 및 0.25-20μm의 범위인 모달 무기 미립자 물질 입자 크기를 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다. 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 물질의 존재에서 미소섬유화되어 적어도 약 0.5μm, 예를 들어 적어도 약 10μm, 또는 적어도 약 50μm, 또는 적어도 약 100μm, 또는 적어도 약 150μm, 또는 적어도 약 200μm, 또는 적어도 약 300μm, 또는 적어도 약 400μm의 모달 섬유 입자 크기를 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다.

셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 무기 미립자 물질의 존재에서 미소섬유화되어 Malvern에 의해 측정된 바와 같이 약 10 이상의 섬유 경사도를 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다. 섬유 경사도(즉, 섬유의 입자 크기 분포의 경사도)는 다음 공식에 의해 결정된다: 경사도 = 100 X (d₃₀/d₇₀).

미소섬유화된 셀룰로오스는 약 100 이하의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 75 이하, 또는 약 50 이하, 또는 약 40 이하, 또는 약 30 이하의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미소섬유화된 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.

분쇄는 텀블링 밀(예를 들어, 로드, 볼 및 자생), 교반 밀(예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반 매질 디트리터(SMD)와 같은 분쇄 용기 또는 그 사이에 분쇄될 공급물이 공급되는 회전하는 평행 분쇄 플레이트를 포함하는 분쇄 용기에서 적합하게 수행된다.

일 실시형태에서, 분쇄 용기는 타워 밀이다. 타워 밀은 하나 이상의 분쇄 구역 위에 정지 구역을 포함할 수 있다. 정지 구역은 분쇄가 최소로 발생하거나 발생하지 않고 미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 타워 밀의 내부의 상단을 향해 위치한 영역이다. 정지 구역은 분쇄 매질의 입자가 타워 밀의 하나 이상의 분쇄 구역 안으로 침전되는 영역이다.

타워 밀은 하나 이상의 분쇄 구역 위에 분류기를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 분류기는 정지 구역 상단에 장착되고 그에 인접하여 위치된다. 분류기는 하이드로사이클론일 수 있다.

타워 밀은 하나 이상의 분쇄 구역 위에 스크린을 포함할 수 있다. 실시형태에서, 스크린은 정지 구역 및/또는 분류기에 인접하여 위치된다. 스크린은 미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 생성물 수성 현탁액으로부터 분쇄 매질을 분리하고 분쇄 매질 침강을 향상시키기 위한 크기일 수 있다.

실시형태에서, 분쇄는 플러그 흐름 조건 하에서 수행된다. 플러그 흐름 조건 하에서 타워를 통한 흐름은 타워를 통한 분쇄 물질의 혼합이 제한되는 것과 같다. 이것은 타워 밀의 길이를 따라 다른 지점에서 수성 환경의 점도가 미소섬유화된 셀룰로오스의 미세도가 증가함에 따라 변할 것임을 의미한다. 따라서, 사실상 타워 밀에서 분쇄 영역은 특징적인 점도를 갖는 하나 이상의 분쇄 구역을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 당업자는 점도와 관련하여 인접한 분쇄 구역 사이에 뚜렷한 경계가 없다는 것을 이해할 것이다.

실시형태에서, 정지 구역 또는 하나 이상의 분쇄 구역 위의 분류기 또는 스크린에 근접한 밀의 상부에서 물이 첨가되어 밀에서의 이들 구역에서 미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액의 점도를 감소시킨다. 밀에서의 이 지점에서 생성물 미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질 복합재를 희석함에 의해 정지 구역 및/또는 분류기 및/또는 스크린 상으로 분쇄 매질 이동의 방지가 개선된다는 것이 밝혀졌다. 더욱이, 타워를 통한 제한된 혼합은 타워 아래로 더 높은 고형분에서 처리할 수 있게 하고 하나 이상의 분쇄 구역 안으로 타워 아래로 다시 희석수의 제한된 역류로 상단에서 희석한다. 미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 생성물 수성 현탁액의 점도를 희석시키는데 효과적인 임의의 적합한 양의 물이 첨가될 수 있다. 물은 분쇄 공정 동안 계속적으로 첨가되거나, 일정 간격으로 또는 불규칙한 간격으로 첨가될 수 있다.

다른 실시형태에서, 물은 타워 밀의 길이를 따라 위치된 하나 이상의 물 주입 지점을 통해 하나 이상의 분쇄 구역에 첨가될 수 있거나, 또는 각각의 물 주입 지점은 하나 이상의 분쇄 구역에 상응하는 위치에 위치된다. 유리하게는, 타워를 따라 다양한 지점에서 물을 첨가하는 능력은 밀을 따라 임의의 위치 또는 모든 위치에서 분쇄 조건을 추가로 조정할 수 있게 한다.

타워 밀은 그 길이 전반에 걸쳐 일련의 임펠러 로터 디스크가 장착된 수직 임펠러 샤프트를 포함할 수 있다. 임펠러 로터 디스크의 작용은 밀 전반에 걸쳐 일련의 별도의 분쇄 구역을 생성한다.

또 다른 실시형태에서, 분쇄는 스크리닝된 분쇄기, 바람직하게는 교반 매질 디트리터에서 수행된다. 스크리닝된 분쇄기는 공칭 구멍 크기가 적어도 약 250μm인 하나 이상의 스크린(들)을 포함할 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 스크린은 적어도 약 300μm, 또는 적어도 약 350μm, 또는 적어도 약 400μm, 또는 적어도 약 450μm, 또는 적어도 약 500μm, 또는 적어도 약 550μm, 또는 적어도 약 600μm, 또는 적어도 약 650μm, 또는 적어도 약 700μm, 또는 적어도 약 750μm, 또는 적어도 약 800μm, 또는 적어도 약 850μm, 또는 적어도 약 900μm, 또는 적어도 약 1000μm의 공칭 구멍 크기를 가질 수 있다.

바로 위에서 언급된 스크린 크기는 위에서 기술된 타워 밀 실시형태에 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 분쇄는 분쇄 매질의 존재에서 수행될 수 있다. 실시형태에서, 분쇄 매질은 약 1mm 내지 약 6mm의 범위, 예를 들어 약 2mm, 또는 약 3mm, 또는 약 4mm, 또는 약 5mm인 평균 직경을 갖는 입자를 포함하는 거친 매질이다.

다른 실시형태에서, 분쇄 매질은 적어도 약 2.5, 예를 들어, 적어도 약 3, 또는 적어도 약 3.5, 또는 적어도 약 4.0, 또는 적어도 약 4.5, 또는 적어도 약 5.0, 또는 적어도 약 5.5, 또는 적어도 약 6.0의 비중을 갖는다.

또 다른 실시형태에서, 분쇄 매질은 약 1mm 내지 약 6mm의 범위인 평균 직경을 갖는 입자를 포함하고 적어도 약 2.5의 비중을 갖는다.

상기에 기술된 바와 같이, 분쇄 매질(또는 매질들)은 최대 충전물의 약 70 부피%의 양으로 존재할 수 있다. 분쇄 매질은 충전물의 적어도 약 10 부피%, 예를 들어 충전물의 적어도 약 20 부피% 또는 충전물의 적어도 약 30 부피% 또는 충전물의 적어도 약 40 부피% 또는 충전물의 적어도 약 50 부피% 또는 충전물의 적어도 약 60 부피%의 양으로 존재할 수 있다.

일 실시형태에서, 분쇄 매질은 충전물의 약 50 부피%의 양으로 존재한다.

'충전물'은 분쇄기 용기에 공급되는 공급물인 조성물을 의미한다. 충전물은 물, 분쇄 매질, 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 섬유성 기재, 및 본 명세서에 기술된 바와 같은 임의의 다른 선택적인 첨가제를 포함한다. 상대적으로 거친 및/또는 조밀한 매질의 사용은 침강 속도가 개선되고(즉, 더 빠르고) 정지 구역 및/또는 분류기 및/또는 스크린(들)을 통해 그 위로 매질 전달이 감소한다는 이점이 있다.

상대적으로 거친 분쇄 매질을 사용하는 것에서의 추가 이점은 무기 미립자 물질의 평균 입자 크기(d₅₀)가 분쇄 시스템에 부여된 에너지가 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재를 미소섬유화하는데 주로 소비되도록 분쇄 공정 동안 유의하게 감소되지 않을 수 있다는 것이다.

상대적으로 거친 스크린을 사용하는 것에서의 추가 이점은 상대적으로 거칠거나 조밀한 분쇄 매질이 미소섬유화 단계에서 사용될 수 있다는 것이다. 부가하여, 상대적으로 거친 스크린(즉, 적어도 약 250μm의 공칭 구멍을 가짐)을 사용하면 상대적으로 높은 고형분 생성물이 가공되고 분쇄기에서 제거되도록 할 수 있으며, 이는 상대적으로 높은 고형분 공급물(셀룰로오스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 섬유성 기재를 포함함)이 경제적으로 실행가능한 공정에서 처리될 수 있게 한다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 높은 초기 고형분 함량을 갖는 공급물이 에너지 충분성의 관점에서 바람직한 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 더 낮은 고형분에서 (주어진 에너지에서) 생산된 제품은 더 거친 입자 크기 분포를 갖는다는 것도 밝혀졌다.

따라서, 일 실시형태에 따르면, 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 섬유성 기재는 적어도 약 4 중량%의 초기 고형분 함량에서의 수성 환경에 존재하며, 이 중 적어도 약 2 중량%는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재이다. 초기 고형분 함량은 적어도 약 10 중량%, 또는 적어도 약 20 중량%, 또는 적어도 약 30 중량%, 또는 적어도 약 40 중량%일 수 있다. 초기 고형분 함량의 적어도 약 5 중량%는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재일 수 있으며, 예를 들어 초기 고형분 함량의 적어도 약 10 중량% 또는 적어도 약 15 중량% 또는 적어도 약 20 중량%가 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재일 수 있다.

다른 실시형태에서, 분쇄는 분쇄 용기의 캐스케이드에서 수행되며, 그 중 하나 이상은 하나 이상의 분쇄 구역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 섬유성 기재는 2개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 예를 들어 3개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 4개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 5개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 6개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 7개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 8개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 9개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 최대 10개의 분쇄 용기를 포함하는 캐스케이드에서 분쇄될 수 있다. 분쇄 용기의 캐스케이드는 직렬 또는 병렬로 또는 직렬과 병렬의 조합으로 작동가능하게 연결될 수 있다. 캐스케이드에서 하나 이상의 분쇄 용기로부터의 출력 및/또는 이들로의 입력은 하나 이상의 스크리닝 단계 및/또는 하나 이상의 분류 단계를 거칠 수 있다.

미소섬유화 공정에서 소비되는 총 에너지는 캐스케이드에서 각각의 분쇄 용기에 걸쳐 균등하게 분배될 수 있다. 대안적으로, 에너지 입력은 캐스케이드에서의 일부 또는 모든 분쇄 용기 간에 다를 수 있다.

당업자는 용기당 소비되는 에너지가 각 용기에서 미소섬유화되는 섬유성 기재의 양, 및 선택적으로 각 용기에서의 분쇄의 속도, 각 용기에서 분쇄의 기간, 각 용기에서 분쇄 매질의 유형 및 무기 미립자 물질의 유형과 양에 의존하여 캐스케이드에서의 용기 간에 다양할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 분쇄 조건은 미소섬유화된 셀룰로오스와 무기 미립자 물질 둘 모두의 입자 크기 분포를 제어하기 위해 캐스케이드에서의 각 용기에서 달라질 수 있다. 예를 들어, 분쇄 매질 크기는 무기 미립자 물질의 분쇄를 감소시키고 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재의 분쇄를 목표로 하기 위해 캐스케이드에서의 연속적인 용기 사이에서 달라질 수 있다.

실시형태에서 분쇄는 폐쇄 회로에서 수행된다. 다른 실시형태에서, 분쇄는 개방 회로에서 수행된다. 분쇄는 배치 모드에서 수행될 수 있다. 분쇄는 재-순환하는 배치 모드에서 수행될 수 있다. 다른 실시형태에서, 분쇄는 본 명세서의 다른 곳에 기술된 바와 같이 연속 모드에서 수행될 수 있다.

상술한 바와 같이, 분쇄 회로는 거친 무기 미립자를 분쇄기 용기에서 미리결정된 입자 크기 분포로 분쇄하는 사전-분쇄 단계를 포함할 수 있고, 그 후 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 물질은 사전-분쇄된 무기 미립자 물질과 조합되고 원하는 수준의 미소섬유화가 얻어질 때까지 동일한 또는 상이한 분쇄 용기에서 분쇄가 지속된다.

분쇄되는 물질의 현탁액은 비교적 높은 점도의 것일 수 있으므로, 적절한 분산제가 바람직하게는 분쇄 이전에 현탁액에 첨가될 수 있다. 분산제는, 예를 들어, 수용성 축합 인산염, 폴리규산 또는 그의 염, 또는 고분자 전해질, 예를 들어 80,000 이하의 수 평균 분자량을 갖는 폴리(아크릴산) 또는 폴리(메타크릴산)의 수용성 염일 수 있다. 사용되는 분산제의 양은 일반적으로 건조 무기 미립자 고형 물질의 중량을 기준으로 0.1 내지 2.0 중량%의 범위 내이다. 현탁액은 4℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 적절하게 분쇄될 수 있다.

미소섬유화 단계 동안 포함될 수 있는 다른 첨가제는 카르복시메틸 셀룰로오스, 양쪽성 카르복시메틸 셀룰로오스, 산화제, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO), TEMPO 유도체 및 목재 분해 효소를 포함한다.

분쇄되는 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. 분쇄되는 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. 분쇄되는 물질의 현탁액의 pH는 적절한 양의 산 또는 염기의 첨가에 의해 조정될 수 있다. 적합한 염기는 예를 들어 NaOH와 같은 알칼리 금속 수산화물을 포함한다. 다른 적합한 염기는 탄산나트륨 및 암모니아이다. 적합한 산은 염산 및 황산과 같은 무기산 또는 유기산을 포함한다. 예시적인 산은 오르토인산이다.

공동 분쇄되는 혼합물 내 무기 미립자 물질 및 셀룰로오스 펄프의 양은 무기 미립자 물질의 건조 중량 및 펄프 내 건조 섬유의 양을 기준으로 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율, 예를 들어, 무기 미립자 물질의 건조 중량 및 펄프 내 건조 섬유의 양을 기준으로 약 99.5:0.5 내지 약 50:50의 비율로 다양할 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 물질과 건조 섬유의 양의 비율은 약 99.5:0.5 내지 약 70:30일 수 있다. 실시형태에서, 무기 미립자 물질 대 건조 섬유의 비율은 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 99:1이다. 바람직한 실시형태에서, 무기 미립자 물질 대 건조 섬유의 중량비는 약 95:5이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 무기 미립자 물질 대 건조 섬유의 중량비는 약 90:10이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 무기 미립자 물질 대 건조 섬유의 중량비는 약 85:15이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 무기 미립자 물질 대 건조 섬유의 중량비는 약 80:20이다.

원하는 수성 현탁액 조성물을 얻기 위한 전형적인 분쇄 공정에서의 총 에너지 입력은 전형적으로 무기 미립자 충전제의 총 건조 중량을 기준으로 약 100 내지 1500kWht^-1일 수 있다. 총 에너지 입력은 약 1000kWht^-1 미만, 예를 들어 약 800kWht^-1 미만, 약 600kWht^-1 미만, 약 500kWht^-1 미만, 약 kWht^-1 미만, 약 300kWht^-1 또는 약 200kWht^-1 미만일 수 있다. 이와 같이, 본 발명자들은 셀룰로오스 펄프가 무기 미립자 물질의 존재에서 공동 분쇄될 때 상대적으로 낮은 에너지 입력에서 미소섬유화될 수 있다는 것을 놀랍게도 발견하였다. 자명한 바와 같이, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재에서 건조 섬유의 톤당 총 에너지 입력은 약 10,000kWht^-1 미만, 예를 들어 약 9000kWht^-1 미만, 또는 약 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. 총 에너지 입력은 미소섬유화되는 섬유성 기재에서 건조 섬유의 양과 선택적으로 분쇄의 속도 및 분쇄의 기간에 따라 달라진다.

다른 실시형태에서, 분쇄 매질은 약 3mm의 평균 직경 및 약 2.7의 비중을 갖는 입자를 포함한다.

또 다른 실시형태에서, MFC는 WO-A-2010/131016에 기술된 방법에 따라 제조되며, 이는 분쇄의 완료 후 제거되어 지는 미립자 분쇄 매질의 존재에서 분쇄에 의해 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재를 미소섬유화하는 단계를 포함한다. "미소섬유화"는 셀룰로오스의 미소섬유가 사전-미소섬유화된 펄프의 섬유와 비교하여 개별 종으로서 또는 작은 응집체로서 유리되거나 부분적으로 유리되는 공정을 의미한다. 제지용으로 적합한 전형적인 셀룰로오스 섬유(즉, 사전-미소섬유화된 펄프)는 수백 또는 수천 개의 개별 셀룰로오스 피브릴의 더 큰 응집체를 포함한다. 셀룰로오스를 미소섬유화함에 의해, 본 명세서에 기재된 특징 및 특성을 포함하는 특정한 특징 및 특성이 MFC 및 MFC를 포함하는 조성물에 부여된다.

셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재(본 명세서에서는 "셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재", "셀룰로오스 섬유", "섬유성 셀룰로오스 공급원료", "셀룰로오스 공급원료" 및 "셀룰로오스-함유 섬유(또는 섬유성" 등)로 다양하게 지칭됨)는 재활용 펄프 또는 제지공장 파쇄물 및/또는 산업 폐기물, 또는 제지공장으로부터 광물 충전제 및 셀룰로오스 물질이 풍부한 종이 스트림에서 유래될 수 있다.

셀룰로오스 펄프는 ㎤ 단위로 캐나다 표준 여수도(CSF)로 당업계에 보고된 임의의 미리 결정된 여수도로 (예를 들어 밸리 비터에서) 고해되고/되거나 그렇지 않다면 (예를 들어, 원추형 또는 플레이트 정제기에서 가공하여) 정제될 수 있다. CSF는 펄프의 현탁액이 배수될 수 있는 속도로 측정된 펄프의 여수도 또는 배수율에 대한 값을 의미하고, 이 시험은 T 227 cm-09 TAPPI 표준에 따라 수행된다. 예를 들어, 셀룰로오스 펄프는 미소섬유화되기 이전에 약 10㎤ 이상의 캐나다 표준 여수도를 가질 수 있다. 셀룰로오스 펄프는 약 700㎤ 이하, 예를 들어 약 650㎤ 이하, 또는 약 600㎤ 이하, 또는 약 550㎤ 이하, 또는 약 500㎤ 이하, 또는 약 450㎤ 이하, 또는 약 400㎤ 이하, 또는 약 350㎤ 이하, 또는 약 300㎤ 이하, 또는 약 250㎤ 이하, 또는 약 200㎤ 이하, 또는 약 150㎤ 이하, 또는 약 100㎤ 이하, 또는 약 50㎤ 이하의 CSF를 가질 수 있다. 셀룰로오스 펄프는 약 20 내지 약 700의 CSF를 가질 수 있다. 셀룰로오스 펄프는 그 다음 당업계에 잘 알려진 방법에 의해 탈수될 수 있으며, 예를 들어 펄프는 적어도 약 10% 고형분, 예를 들어 적어도 약 15% 고형분, 또는 적어도 약 20% 고형분, 또는 적어도 약 30% 고형분, 또는 적어도 약 40% 고형분 또는 적어도 50% 고형분을 포함하는 습윤 시트를 얻기 위해 스크린을 통해 여과될 수 있다. 펄프는 미정제된 상태, 즉 고해되거나 탈수되거나 또는 달리 정제되지 않은 상태로 이용될 수 있다.

또 다른 실시형태에서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 분쇄의 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재 하에서 분쇄함으로써 수성 환경에서 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재를 미소섬유화하는 단계를 포함하는 방법에 따라 제조되며, 여기서 분쇄는 타워 밀 또는 스크리닝된 분쇄기에서 수행되고, 분쇄는 분쇄가능한 무기 미립자 물질의 부재 하에 수행된다.

분쇄가능한 무기 미립자 물질은 분쇄 매질의 존재 하에서 분쇄되는 물질이다.

미립자 분쇄 매질은 천연 물질 또는 합성 물질의 것일 수 있다. 분쇄 매질은, 예를 들어, 임의의 단단한 광물, 세라믹 또는 금속성 물질의 볼, 비드 또는 펠릿을 포함할 수 있다. 그러한 물질은, 예를 들어, 알루미나, 지르코니아, 규산지르코늄, 규산알루미늄 또는 약 1300℃ 내지 약 1800℃의 범위인 온도에서 카올리나이트질 점토를 하소함에 의해 생성되는 멀라이트-풍부 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 Carbolite® 분쇄 매질이 바람직하다. 대안적으로, 적절한 입자 크기의 천연 모래 입자를 사용할 수 있다.

일반적으로, 발명에 사용하기 위해 선택되는 분쇄 매질의 유형 및 입자 크기는, 예를 들어, 분쇄되는 물질의 공급 현탁액의 입자 크기 및 화학적 조성과 같은 특성에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 미립자 분쇄 매질은 평균 직경이 약 0.5mm 내지 약 6mm의 범위인 입자를 포함한다. 일 실시형태에서, 입자는 적어도 약 3mm의 평균 직경을 갖는다.

분쇄 매질은 적어도 약 2.5의 비중을 갖는 입자를 포함할 수 있다. 분쇄 매질은 적어도 약 3, 적어도 약 4, 적어도 약 5, 또는 적어도 약 6의 비중을 갖는 입자를 포함할 수 있다.

분쇄 매질(또는 매질들)은 충전물의 최대 약 70 부피%의 양으로 존재할 수 있다. 분쇄 매질은 충전물의 적어도 약 10 부피%, 예를 들어 충전물의 적어도 약 20 부피%, 또는 충전물의 적어도 약 30 부피%, 또는 충전물의 적어도 약 40 부피%, 또는 충전물의 적어도 약 50 부피%, 또는 충전물의 적어도 약 60 부피%의 양으로 존재할 수 있다.

셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 미소섬유화되어 레이저 광 산란에 의해 측정될 때 약 5μm 내지 약 500μm의 범위인 d₅₀을 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다. 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 미소섬유화되어 약 400μm 이하, 예를 들어 약 300μm 이하, 또는 약 200μm 이하, 또는 약 150μm 이하, 또는 약 125μm 이하, 또는 약 100μm 이하, 또는 약 90μm 이하, 또는 약 80μm 이하, 또는 약 70μm 이하, 또는 약 60μm 이하, 또는 약 50μm 이하, 또는 약 40μm 이하, 또는 약 30μm 이하, 또는 약 20μm 이하, 또는 약 10μm 이하의 d₅₀을 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다.

셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 약 0.1-500μm의 범위인 모달 섬유 입자 크기를 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻기 위해 미소섬유화될 수 있다. 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 적어도 약 0.5μm, 예를 들어 적어도 약 10μm, 또는 적어도 약 50μm, 또는 적어도 약 100μm, 또는 적어도 약 150μm, 또는 적어도 약 200μm, 또는 적어도 약 300μm, 또는 적어도 약 400μm의 모달 섬유 입자 크기를 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻기 위해 존재에서 미소섬유화될 수 있다.

셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 미소섬유화되어 Malvern에 의해 측정된 섬유 경사도가 약 10 이상인 미소섬유화된 셀룰로오스를 얻을 수 있다. 섬유 경사도(즉, 섬유의 입자 크기 분포의 경사도)는 다음 공식으로 결정된다:

경사도 = 100 x (d_3o/d_7o)

미소섬유화된 셀룰로오스는 약 100 이하의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 75 이하, 또는 약 50 이하, 또는 약 40 이하, 또는 약 30 이하의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미소섬유화된 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. 실시형태에서, 바람직한 경사도 범위는 약 20 내지 약 50이다.

MFC 섬유 및 무기 미립자 물질의 섬유 경사도의 계산은 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 5g의 건조 물질을 제공하기에 충분한 공동 분쇄된 슬러리의 샘플을 비이커에 칭량하고, 탈이온수로 60g으로 희석하고, 1.0중량% 탄산나트륨 및 0.5중량% 헥사메타인산나트륨의 용액 5㎤와 혼합한다. 80g의 최종 슬러리 중량으로 교반하면서 추가의 탈이온수를 첨가한다. 그런 다음 슬러리를 최적의 차광 수준이 표시될 때까지(정상적으로 10-15%) Mastersizer S(또는 Mastersizer Insitec 또는 기타 유사한 장치)에 부착된 샘플 준비 장치에서의 물에 1㎤ 할당량으로 첨가한다. 그런 다음 광 산란 분석 절차가 수행된다. 선택된 기기 범위는 300RF : 0.05-900이고, 빔 길이는 2.4mm로 설정되었다. 탄산칼슘과 섬유를 함유하는 공동 분쇄된 샘플의 경우 탄산칼슘의 굴절률(1.596)이 사용된다. 카올린과 섬유의 공동 분쇄된 샘플의 경우 카올린에 대한 RI(1.5295)가 사용된다. 입자 크기 분포는 Mie 이론에서 계산되고 차등 부피 기반 분포로 출력을 제공한다. 2개의 뚜렷한 피크의 존재는 광물(더 미세한 피크)과 섬유(거친 피크)에서 발생하는 것으로 해석된다.

더 미세한 광물 피크는 측정된 데이터 포인트에 맞춰지고 분포로부터 수학적으로 차감되어 누적 분포로 변환되는 섬유 피크를 남긴다. 유사하게, 섬유 피크는 원래 분포로부터 수학적으로 차감되어 또한 누적 분포로 변환되는 광물 피크를 남긴다. 이들 양자의 누적 곡선은 그 다음 평균 입자 크기(d5o)와 분포의 경사도(d30/d₇₀ x 100)를 계산하는데 사용될 수 있다. 미분 곡선은 광물 및 섬유 분획 둘 모두에 대한 모달 입자 크기를 찾는데 사용될 수 있다.

일 실시형태에서, 분쇄 용기는 타워 밀이다. 타워 밀은 하나 이상의 분쇄 구역 위에 정지 구역을 포함할 수 있다. 정지 구역은 분쇄가 최소로 발생하거나 전혀 발생하지 않는 타워 밀의 내부 상단을 향해 위치한 영역이고 미소섬유화된 셀룰로오스 및 무기 미립자 물질을 포함한다. 정지 구역은 분쇄 매질의 입자가 타워 밀의 하나 이상의 분쇄 구역 안으로 침강되는 영역이다.

타워 밀은 하나 이상의 분쇄 구역 위에 분류기를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 분류기는 상단에 장착되고 정지 구역에 인접하게 위치된다. 분류기는 하이드로사이클론일 수 있다.

타워 밀은 하나 이상의 분쇄 구역 위에 스크린을 포함할 수 있다. 실시형태에서, 스크린은 정지 구역 및/또는 분류기에 인접하여 위치된다. 스크린은 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 생성물 수성 현탁액으로부터 분쇄 매질을 분리하고 분쇄 매질 침강을 증강시키기 위한 크기일 수 있다.

실시형태에서, 분쇄는 플러그 흐름 조건 하에서 수행된다. 플러그 흐름 조건 하에서 타워를 통한 흐름은 타워를 통한 분쇄 물질의 혼합이 제한되는 것과 같다. 이것은 타워 밀의 길이를 따라 상이한 지점에서 수성 환경의 점도가 미소섬유화된 셀룰로오스의 미세도가 증가함에 따라 변할 것임을 의미한다. 따라서, 사실상 타워 밀에서 분쇄 영역은 특징적인 점도를 갖는 하나 이상의 분쇄 구역을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 당업자는 점도와 관련하여 인접한 분쇄 구역 사이에 뚜렷한 경계가 없다는 것을 이해할 것이다.

실시형태에서, 물이 정지 구역 또는 하나 이상의 분쇄 구역 위의 분류기 또는 스크린에 근접한 밀의 상부에서 첨가되어 밀 내 이들 구역에서 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 수성 현탁액의 점도를 감소시킨다. 밀 내 이 지점에서 생성물 미소섬유화된 셀룰로오스를 희석함에 의해 정지 구역 및/또는 분류기 및/또는 스크린 상으로 분쇄 매질 이동의 방지가 개선된다는 것이 밝혀졌다. 더욱이, 타워를 통한 제한된 혼합은 타워 아래로 더 높은 고형분에서 처리할 수 있게 하고 하나 이상의 분쇄 구역 안으로 타워 아래로 다시 희석수의 제한된 역류로 상단에서 희석한다. 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 생성물 수성 현탁액의 점도를 희석시키는데 효과적인 임의의 적합한 양의 물이 첨가될 수 있다. 물은 분쇄 공정 동안 계속적으로 첨가되거나, 일정 간격으로 또는 불규칙한 간격으로 첨가될 수 있다.

다른 실시형태에서, 물은 타워 밀의 길이를 따라 위치된 하나 이상의 물 주입 지점을 통해 하나 이상의 분쇄 구역에 첨가될 수 있으며, 각각의 물 주입 지점은 하나 이상의 분쇄 구역에 상응하는 위치에 위치된다. 유리하게는, 타워를 따라 다양한 지점에서 물을 첨가하는 능력은 밀을 따라 임의의 위치 또는 모든 위치에서 분쇄 조건을 추가로 조정할 수 있게 한다.

타워 밀은 그 길이 전반에 걸쳐 일련의 임펠러 로터 디스크가 장착된 수직 임펠러 샤프트를 포함할 수 있다. 임펠러 로터 디스크의 작용은 밀 전반에 걸쳐 일련의 별개 분쇄 구역을 생성한다.

또 다른 실시형태에서, 분쇄는 스크리닝된 분쇄기, 바람직하게는 교반 매질 디트리터에서 수행된다. 스크리닝된 분쇄기는 공칭 구멍 크기가 적어도 약 250μm인 하나 이상의 스크린(들)을 포함할 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 스크린은 적어도 약 300μm, 또는 적어도 약 350μm, 또는 적어도 약 400μm, 또는 적어도 약 450μm, 또는 적어도 약 500μm, 또는 적어도 약 550μm, 또는 적어도 약 600μm, 또는 적어도 약 650μm, 또는 적어도 약 700μm, 또는 적어도 약 750μm, 또는 적어도 약 800μm, 또는 적어도 약 850μm, 또는 적어도 약 900μm, 또는 적어도 약 1000μm, 또는 적어도 약 1,250μm, 또는 적어도 약 1,500μm의 공칭 구멍 크기를 가질 수 있다.

바로 위에서 언급한 스크린 크기는 위에서 기술한 타워 밀 실시형태에 적용가능하다.

상술한 바와 같이, 분쇄는 분쇄 매질의 존재하에 수행된다. 실시형태에서, 분쇄 매질은 약 1mm 내지 약 6mm의 범위, 예를 들어 약 2mm, 또는 약 3mm, 또는 약 4mm, 또는 약 5mm인 평균 직경을 갖는 입자를 포함하는 거친 매질이다.

전술한 바와 같이, 분쇄 매질(또는 매질들)은 충전물의 최대 약 70 부피%의 양으로 존재할 수 있다. 분쇄 매질은 충전물의 적어도 약 10 부피%, 예를 들어 충전물의 적어도 약 20 부피%, 또는 충전물의 적어도 약 30 부피%, 또는 충전물의 적어도 약 40 부피%, 또는 충전물의 적어도 약 50 부피%, 또는 충전물의 적어도 약 60 부피%의 양으로 존재할 수 있다.

'충전물'은 분쇄기 용기에 공급되는 공급물인 조성물을 의미한다. 충전물은 물, 분쇄 매질, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재 및 임의의 다른 선택적 첨가제(본 명세서에 기재된 이외의 것)를 포함한다.

상대적으로 거친 및/또는 조밀한 매질의 사용은 침강 속도가 개선되고(즉, 더 빠르고) 정지 구역 및/또는 분류기 및/또는 스크린(들)을 통해 그 위로 매질 전달이 감소한다는 이점이 있다.

일 실시형태에 따르면, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 적어도 약 1 중량%의 초기 고형분 함량에서 수성 환경에 존재한다. 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 수성 환경에서 적어도 약 2 중량%, 예를 들어 적어도 약 3 중량%, 또는 적어도 약 4 중량%의 초기 고형분 함량에서 수성 환경에 존재할 수 있다. 전형적으로 초기 고형분 함량은 약 10 중량% 이하일 것이다.

다른 실시형태에서, 분쇄는 분쇄 용기의 캐스케이드에서 수행되며, 그 중 하나 이상은 하나 이상의 분쇄 구역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 2개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 예를 들어 직렬로 3개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 4개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 5개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 6개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 7개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 8개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 9개 이상의 분쇄 용기의 캐스케이드, 또는 최대 10개의 분쇄 용기를 포함하는 캐스케이드에서 분쇄될 수 있다. 분쇄 용기의 캐스케이드는 직렬 또는 병렬로 또는 직렬과 병렬의 조합으로 작동가능하게 잉크될 수 있다. 캐스케이드에서 하나 이상의 분쇄 용기로부터의 출력 및/또는 이들로의 입력은 하나 이상의 스크리닝 단계 및/또는 하나 이상의 분류 단계를 거칠 수 있다.

당업자는 용기당 소비되는 에너지가 각 용기에서 미소섬유화되는 섬유성 기재의 양, 및 선택적으로 각 용기에서의 분쇄의 속도, 각 용기에서 분쇄의 기간, 각 용기에서 분쇄 매질의 유형에 의존하여 캐스케이드에서의 용기 간에 다양할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 분쇄 조건은 미소섬유화된 셀룰로오스의 입자 크기 분포를 제어하기 위해 캐스케이드에서의 각 용기에서 달라질 수 있다.

실시형태에서 분쇄는 폐쇄 회로에서 수행된다. 다른 실시형태에서, 분쇄는 개방 회로에서 수행된다.

분쇄되는 물질의 현탁액은 비교적 높은 점도를 가질 수 있으므로, 적절한 분산제가 바람직하게는 분쇄 이전에 현탁액에 첨가될 수 있다. 분산제는, 예를 들어, 수용성 축합 인산염, 폴리규산 또는 그의 염, 또는 고분자 전해질, 예를 들어 80,000 이하의 수 평균 분자량을 갖는 폴리(아크릴산) 또는 폴리(메타크릴산)의 수용성 염일 수 있다. 사용되는 분산제의 양은 일반적으로 건조 무기 미립자 고형 물질의 중량을 기준으로 0.1 내지 2.0 중량%의 범위 내이다. 현탁액은 4℃ 내지 100℃의 범위인 온도에서 적절하게 분쇄될 수 있다.

미소섬유화 단계 동안 포함될 수 있는 다른 첨가제는 카르복시메틸셀룰로오스, 양쪽성 카르복시메틸셀룰로오스, 산화제, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO), TEMPO 유도체 및 목재 분해 효소를 포함한다.

분쇄되는 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. 분쇄되는 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. 분쇄되는 물질 현탁액의 pH는 적절한 양의 산 또는 염기를 첨가하여 조정할 수 있다. 적합한 염기는 예를 들어 NaOH와 같은 알칼리 금속 수산화물을 포함한다. 다른 적합한 염기는 탄산나트륨 및 암모니아이다. 적합한 산은 무기산 예컨대 염산 및 황산, 또는 유기산을 포함한다. 예시적인 산은 오르토인산이다.

원하는 수성 현탁액 조성물을 얻기 위한 전형적인 분쇄 공정에서의 총 에너지 입력은 전형적으로 무기 미립자 충전제의 총 건조 중량을 기준으로 약 100 내지 1500kWht¹일 수 있다. 총 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 또는 약 200kWht^-1 미만일 수 있다. 이와 같이, 본 발명자들은 셀룰로오스 펄프가 무기 미립자 물질의 존재에서 공동 분쇄될 때 상대적으로 낮은 에너지 입력에서 미소섬유화될 수 있다는 것을 놀랍게도 발견하였다. 자명한 바와 같이, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재에서 건조 섬유의 톤당 총 에너지 입력은 약 10,000kWht^-1 미만, 예를 들어 약 9000kWht^-1 미만, 또는 약 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. 총 에너지 입력은 미소섬유화되는 섬유성 기재에서 건조 섬유의 양과 선택적으로 분쇄의 속도 및 분쇄의 기간에 따라 달라진다.

시트로 MFC에 대한 제조 방법은 일반적인 발명 공정 및 이러한 공정에 따라 제작된 물품의 설명에 포함된 다음 실시예의 설명에 제시되어 있다.

발명의 다양한 양태는 다음 하위 섹션에서 더 상세히 기술된다. 하위 섹션의 사용은 발명을 제한하는 것을 의미하지 않는다. 각 하위 섹션은 발명의 임의의 양태에 적용될 수 있다. 본 출원에서, "또는"의 사용은 달리 언급하지 않는 한 "및/또는"을 의미한다.

MFC는 연속 또는 배치 모드로 생산될 수 있다. MFC는 미소섬유화된 셀룰로오스와 무기 미립자 물질의 수성 현탁액 혼합물이다. 실시형태에서, MFC는 습윤 수직으로 교반된 매질 밀에서 무기 미립자 물질 입자의 존재에서 셀룰로오스 목재 펄프의 저 고형분 수성 현탁액을 공동 분쇄함에 의해 제조된다. 광물 입자는 분쇄 보조제 역할을 하고 펄프 정제와 유사한 공정에서 미소섬유로 펄프 섬유의 비용 효율적인 미소섬유형성을 용이하게 한다.

사용되는 무기 미립자 물질은 표준 종이 충전제, 종종 탄산칼슘 또는 카올린이다. 대부분의 공정은 카올린, 중질 탄산칼슘 또는 침강성 탄산칼슘을 사용한다. 무기 미립자 물질은 수성 슬러리 형태일 것이다.

사용되는 셀룰로오스는 전형적으로 제지공장의 펄프 공급원(>99% 셀룰로오스)으로부터의 정제되지 않은 크라프트 또는 설파이트 펄프 또는 종이 및 보드 재활용 활동으로부터의 재활용 펄프이다. 펄프는 일반적으로 대략 약 4-5 중량% 고형분에서의 수성 슬러리로 제지공장에서 받는다. 사용되는 물은 공장의 공정 흐름 또는 경우에 따라 의회(도시) 물에서 나온다. 세라믹 분쇄 매질은 전형적으로 하소된 카올린으로 만든 3mm 직경의 비드이다. 재활용 펄프를 사용하는 일부 경우에, 펄프는 이미 일부 무기 미립자 물질을 함유할 것이다.

예시적인 레시피에서: 대략적으로 4% 고형분의 크라프트 펄프 및 대략적으로 66% 고형분의 함수 카올린 또는 대략적으로 75% 고형분의 탄산칼슘 슬러리 및 물을 분쇄기에 연속적으로 첨가한다. 분쇄기에는 총 충전량의 대략적으로 50%가 매질이 차지하도록 3mm 직경의 멀라이트 분쇄 매질이 장입된다(총 충전량 = 멀라이트 + 펄프 + 카올린 + 물이 차지하는 부피). 처리량은 펄프와 광물 혼합물이 최적화된 기간 동안 공동 분쇄되도록 제어된다. 전형적으로 이 최적 기간은 최대 점도 및 인장 특성의 발달에 상응한다. 전형적으로 대략 1500 - 5000kWhr/건조 톤의 MFC가 적용된다. 분쇄기에서 온도는 분쇄하는 동안 약 섭씨 65도에 도달한다. MFC 생성물은 수성 슬러리 형태로 된다.

일부 경우에는 연속적으로 실행하기보다는 동일한 공정이 배치식으로 작동된다. 이 경우 성분들은 배치의 시작 시 추가된 다음 분쇄기는 1500-5000kWhr/건조 톤의 MFC가 적용되고 그 다음 배치의 종료 시에 추가 물이 첨가되고 공정이 반복되기 전에 생성물이 배출되도록 할당된 시간 동안 가동된다.

무기 미립자 물질이 최종 사용 적용에서 용인될 수 없는 일부 경우에, 임의의 무기 미립자 물질을 추가함이 없이 상기 공정을 수행한다.

분쇄 및 스크리닝 공정으로부터 생성된 상기 MFC 생성물은 성능을 감소시고 매우 미세한 스크리닝을 받는 경우 막힘을 야기할 수 있는 응집체를 함유한다. 이들 응집체는 균질화기를 사용하여 감소시킬 수 있다.

일부 경우에 MFC 생성물과 회합된 물의 일부는 운송 비용을 낮추기 위해 제거된다. 이것은 벨트 프레스를 통한 탈수 및/또는 열풍 건조기를 사용한 건조 또는 당업계에 알려진 다른 수단의 사용에 의해 달성된다. 탈수 및 건조된 생성물을 준비할 때 저장 수명을 증가시키고 분해로부터 생성물을 보호하기 위해 때때로 살생물제가 첨가된다. 살생물제는, 예를 들어, 쟁기 전단 혼합기를 사용하여 MFC 안으로 혼합된다. 탈수 및 부분적으로 건조된 생성물은 일반적으로 벌크 백에서 수송된다.

사용된 살생물제는 DBNPA(2,2-디브로모-3-니트릴로프로피온아미드), 및 CMIT/MIT(5-클로로-2-메틸-2H-이소티아졸-3-온/2-메틸-2H이소티아졸-3-온(CMIT/MIT) 또는 부분적으로 건조된 생성물 및 OIT(2-옥틸-2H-이소티아졸-3-온)이다.

연속 생산 공정은 셀룰로오스, 무기 미립자 물질 및 물이 밀로부터 공급되고 처리 후 밀로 반환되는 패스-쓰로우 공정이다.

생산을 제어하기 위해 사용될 수 있는 매개변수는 레이저 광 산란에 의해 측정된 생성물 d₅₀ 및 점도 또는 인장 특성, 예를 들어 본 명세서에서 다른 곳에 기재된 FLT 인장 지수이다.

높은 FLT 인장 지수를 갖는 펄프의 선택

헤미셀룰로오스는 미소섬유 표면 상에 층을 형성하는 무정형 다당류로, 인접한 미소섬유를 분리한다. 이는 미소섬유 방향을 따라 파단의 바람직한 평면을 제공할 것으로 예상된다. 이것이 미소섬유화를 돕고 더 미세한 미소섬유의 유리를 초래한다는 것이 문헌에서 발견되었다. 헤미셀룰로오스 함량과 세포 형태는 셀룰로오스 펄프의 나노피브릴화의 효과에 중요한 역할을 한다. Chaker, A., 2013. 본 발명자들은 수많은 셀룰로오스 섬유 종의 헤미셀룰로오스 함량이 셀룰로오스를 포함하는 이러한 섬유성 기재로부터 생성된 미소섬유화된 셀룰로오스의 인장 지수와 양으로 상관관계가 있음을 발견했다.

구체적으로, 셀룰로오스 공급 섬유의 제로-스팬 인장 지수는 이러한 셀룰로오스 섬유 공급물로부터 생산된 MFC의 길이-가중 평균 섬유 길이(Valmet FS5 섬유 이미지 분석기에 의해 측정된 MFC 입자의 최대 치수로 정의됨)와 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다. 제로-스팬 인장 지수는 섬유의 단면을 가로지른 파단에 대한 개별 섬유의 저항의 측정이다. 따라서 이 측정은 셀룰로오스 섬유 구조에서 결함의 빈도를 나타내는 지표로 간주될 수 있다. 헤미셀룰로오스 함량 및 섬유 제로-스팬 인장 지수의 수학적 곱을 사용함에 의해, 셀룰로오스를 포함하는 이러한 섬유성 기재로부터 MFC의 실제 생산을 요함이 없이 피크 MFC 인장 지수의 상당하게 양호한 예측이 이루어질 수 있다. 헤미셀룰로오스 함량과 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재의 제로-스팬 인장 지수의 수학적 관계는 바람직한 셀룰로오스 섬유 공급원을 식별하고 바람직한 인장 강도 특성을 갖는 MFC를 생성할 것으로 예상되는 셀룰로오스-함유 섬유 및 펄프를 선택하는데 사용될 수 있다.

피브릴 구조에 결함이 거의 없는 높은 헤미셀룰로오스 함량 셀룰로오스 섬유(섬유 제로-스팬 인장 강도에 의해 추론됨)는 강력한 MFC 피브릴을 유도하는 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 이들 특성은 생산 동안 최적의 가공 조건을 생성하는 것으로 나타났다. 섬유 이미지 분석기를 사용하여 측정된 MFC의 기하학적 특성을 식별함에 의해 MFC 섬유 길이가 헤미셀룰로오스 함량을 곱할 때 인장 지수와의 상관관계를 크게 개선시킨다는 것이 밝혀졌다. 이 관계는 종이 인장 지수의 예측을 위한 이론적 모델인 Page 방정식에 맞도록 합리화될 수 있다. Page, D., 1969, "A theory for the tensile strength of paper", Tappi Journal, 52(4): 674-681.

Page 방정식은 아래와 같이 기술된다

방정식 [1]: 1/T=9/8Z+12Aρ/(τ_B PL(RBA))

여기서 T는 시트 인장 지수(Nm/g)이고, Z는 제로-스팬 인장 지수(Nm/g)이고, A는 섬유 단면적(㎡)이고, P는 섬유 단면 둘레(m)이고, ρ는 섬유 밀도(kg/m3)이고, L은 섬유 길이(m)이고, τB는 단위 면적당 전단 결합 강도(Pa)이고, RBA는 상대 결합 면적이다.

제로-스팬 인장 지수는 개별 섬유 강도의 척도이다. RBA는 섬유간 결합에 사용되는 섬유 표면적의 분획의 척도이다. 방정식 [1]의 오른쪽에 있는 첫 번째 항은 개별 섬유의 약점을 나타내는 반면 두 번째 항은 섬유 사이의 결합의 약점을 나타낸다. 일반적으로 종이의 시트는 섬유 파단보다는 결합 파단에 기인하여 끊어지므로 두 번째 항이 제한적이다. 섬유 퍼니시에 MFC를 추가하면 상대적으로 결합된 영역이 크게 증가하므로 인장 지수가 상당하게 향상되는 경향이 있다. Lindstr

m T., Fellers, C., Ankerfors, M., Nordmark, G. G., 2016, "On the nature of joint strength of paper - effect of dry strength agents - Revisiting the Page equation, Nordic Pulp & Paper Research Journal, 31(3): 459-4680.

결합 항에서 일부 매개변수가 헤미셀룰로오스 함량 및 MFC 길이로의 대체로, Page 방정식이 적용되고 수정되었다. 모델이 데이터에 적합하려면 헤미셀룰로오스의 부재 하에서 잔류 강도를 나타내는 상수 σ₀의 추가가 필요하다는 것이 밝혀졌다. 이 상수는 분쇄 조건, 예를 들어 에너지 입력, 분쇄 고형분 및 에너지 강도/임펠러 속도에 의존하여 달라질 것이다. 도시된 예에서 상수는 4.1 Nm/g이었다.

Page 방정식 [1]에서 MFC 길이를 L로 사용하고 Page 방정식에서 헤미셀룰로오스 함량을 RBA로 사용하여, 다중 셀룰로오스 공급원료로부터 제조된 MFC의 예측된 인장 지수 대 측정된 인장 지수를 플롯팅하는 것이 가능하였다. 도 11은 매우 다양한 셀룰로오스 섬유에 대한 예측된 인장 지수 대 측정된 인장 지수의 양호한 상관관계를 나타낸다. 이들은 노르딕 소나무, 블랙 가문비, 라디에타 소나무, 남부 소나무, 효소-처리된 노르딕 소나무, 더글러스 전나무, 용해 펄프, 자작나무 #1, 자작나무 #2, 유칼립투스, 아카시아, 혼합된 유럽 활엽수, 혼합된 태국 활엽수, 티슈 더스트, 면 린터, 진, 아바카, 사이잘삼, 바개스, 케나프, 미스칸서스, 수수, 물대 및 아마였다.

헤미셀룰로오스 함량과 측정된 MFC 섬유 길이를 조합함에 의해 인장 지수를 예측하기 위해 실험식(empirical equation)을 고안하였다. 따라서, Page 방정식은 다음에 의해 수정되었다:

T=1.3(H×L)+4.1

T = 인장 지수(Nm/g)

H = 헤미셀룰로오스 함량(질량 분율)

L = 최적 에너지 입력에서 MFC 입자의 "길이"(mm)

헤미셀룰로오스와 MFC 섬유 길이의 효과를 조합하면 적합성이 크게 개선되었다.

더욱이, 섬유 단면적의 품질을 측정하고 존재하는 결함의 수와 반비례하는 섬유의 제로-스팬 인장 지수는 주어진 셀룰로오스 공급 원료로부터 생성된 MFC 피브릴의 길이와 상관관계가 있다.

초기 섬유의 제로-스팬 인장 지수는 MFC 길이에 대한 프록시로 사용되었는데, 이는 제로-스팬 인장 지수에 의해 표시되는 피브릴 구조의 결함의 빈도가 MFC가 생산될 때 더 짧은 섬유 길이를 초래하는 것으로 나타나기 때문이다. 이 프록시는 더 약한 적합성을 초래하지만 주어진 셀룰로오스 공급 원료로부터 생성된 MFC의 결과적인 인장 지수와 관련하여 예측 값의 관점에서 헤미셀룰로오스 함량 단독에 비해 여전히 실질적인 개선이다.

따라서, 본 명세서에서 발명자들은 펄프 섬유의 헤미셀룰로오스 함량 및 제로-스팬 인장 지수의 측정이 본 명세서에 기재된 공정에 따라 생성된 결과적인 MFC 인장 지수를 정확하게 예측하는데 사용될 수 있음을 보여주었다. 따라서, 본 개시내용은 미소섬유화된 셀룰로오스의 생산을 위한 공급원료로서 사용하기 위한 셀룰로오스 섬유 공급원의 선택을 돕는 손쉬운 방법을 제공한다.

MFC 섬유 길이에 대한 프록시로서 섬유 제로-스팬 강도를 사용하면 다음 관계를 초래한다:

T=0.0021(H×Z)+4.2

T = 인장 지수(Nm/g)

H = 헤미셀룰로오스 함량(질량 분율)

Z = 제로-스팬 인장 지수(Nm/g)

상술한 것은 MFC의 샘플이 실제로 먼저 생성되어질 것을 요하지 않는 고유 섬유 특성에 기반하여 이루어지는 MFC 인장 지수의 합리적인 예측을 허용한다.

섬유의 헤미셀룰로오스 함량과 제로-스팬 인장 지수를 사용하여, MFC 인장 지수와 상관관계가 있는 매개변수를 생성할 수 있고, 따라서 MFC 품질은 공급물 특성의 측정으로부터 예측할 수 있다.

셀룰로오스 섬유가 추출되는 대부분의 미가공 식물 물질은 또한 고농도의 헤미셀룰로오스를 함유한다. 펄프화 및 표백이 헤미셀룰로오스의 많은 부분을 제거하지만 섬유 종 및 펄프화 조건에 따라 달라지는 양과 함께 전형적으로 섬유 세포벽 내에 여전히 잔류 분획이 있다.

헤미셀룰로오스는 상이한 단량체 당, 작용기 및 분지화도를 갖는 매우 다양한 다당류에 대한 광의의 용어이다. 목재 및 많은 비-목재에는 2가지 중요한 과인; 자일란 및 글루코만난이 있다. 자일란은 대부분의 식물에서 발견되고 활엽수에서 거의 모든 헤미셀룰로오스를 구성하는 반면, 글루코만난은 침엽수에서 대량으로 발견된다(자일란과 비슷한 양). Ebringerov

, A., 2006, "Structural Diversity and Application Potential of Hemicelluloses", Macromol. Symp. 232: 1-12.

셀룰로오스와 비교할 때, 헤미셀룰로오스는 항상 무정형인 반면, 셀룰로오스는 부분적으로 결정질이고, 헤미셀룰로오스 분자는 셀룰로오스에 전형적인 300 - 1700 단위에 비해 70 - 200 단위의 상대적으로 짧은 사슬 길이를 가지고 있다. Fengel, D., Wegener, G., 1983, "Wood - chemistry, ultrastructure, reactions, De Gruyter; Klemm, D., Heublein, B., Fink, H. P., Bohn, A., 2005, "Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material" Angew. Chem. Int. Ed., 44:.3358-3393. 섬유 세포벽 내에서, 헤미셀룰로오스는 셀룰로오스 미소섬유 표면과 밀접하게 회합하여 인접하는 미소섬유를 분리하는 층을 형성한다. NMR 분광법은 자일란과 글루코만난 둘 모두 이를 수행하고 기능 면에서 비슷하다는 것을 나타낸다. Liiti

, T., Maunu, S. L., Hortling, B., Tamminen, T., Pekkala, O., Varhimo, A., 2003, "Cellulose crystallinity and ordering of hemicelluloses in pine and birch pulps as revealed by solid-state NMR spectroscopic methods", Cellulose, 10:307-316. 헤미셀룰로오스는 분지형 무정형 구조를 가지고, 이 과정동안 제타 전위에서 변화를 조사한 작업에서 알 수 있듯이 물에서 쉽게 팽창한다. Uetani, K., Yano, H., 2012, "Zeta Potential Time Dependence Reveals the Swelling Dynamics of Wood Cellulose Nanofibrils", Langmuir, 28: 818-827. 이 친수성은 또한 변형에 대한 섬유의 가소성에 도움이 되어, MFC로 더 쉽게 분해될 것으로 예상된다. Bolam, F. M., 1965, "Stuff Preparation for Paper and Paperboard Making: Monographs on paperboard and papermaking", Pergamon.

상이한 펄프화 조건을 거친 섬유를 사용하는 여러 저자들에 의한 NMR 연구는 헤미셀룰로오스 함량을 감소시키는 것이 피브릴 응집체 치수 크기를 상당히 증가시키는 것으로 나타난다는 것을 보여주었다. Hult, E. -L., Larsson, P. T., Iversen T., 2001, "Cellulose fibril aggregation - an inherent property of kraft pulps", Polymer, 42: 3309-3314; Virtanen, T., Maunu, S. L., Tamminen, T., Hortling, B., Liiti

, T., 2008, "Changes in fiber ultrastructure during various kraft pulping conditions evaluated by 13C CPMAS NMR spectroscopy", Carbohydrate Polymers, 73:156-163; 및 Duchesne, I., Hult, E. L., Molin, U., Daniel, G., Iversen, T., Lennholm, H., 2001, "The influence of hemicellulose on fibril aggregation of kraft pulp fibres as revealed by FE-SEM and CP/MAS 13C-NMR", Cellulose, 8:103-111. 이것은 헤미셀룰로오스가 이웃하는 미소섬유의 자발적 유착을 억제한다는 발견을 뒷받침한다.

헤미셀룰로오스 함량이 제지에 영향을 미친다는 것은 종래 기술에서 이해된다. 헤미셀룰로오스를 정련 이전에 제거하면 섬유의 인장 강도가 감소될 수 있다. Bolam, F. M., 1965. 정련 이전에 섬유 상에 헤미셀룰로오스를 흡착시키는 것은 주로 섬유에 유도된 '꼬임' 변형을 줄임에 의해 시트 인장 강도를 개선시키는 것으로 밝혀졌다. M

kel

, P., Bergnor, E., Wallb

cks, L.,

hman, F., 2010, "Sorption of birch xylan to softwood kraft pulps and its influence on the tensile properties of previously-dried papers under different papermaking conditions", Innventia Report No. 121 2nd Version.

본 발명자들은 더 높은 헤미셀룰로오스 함량이 고품질 MFC로 이어질 것이라고 가정했다. 알칼리 처리에 의해 헤미셀룰로오스를 제거한 후 펄프를 건조하면 처리되지 않은 펄프에 비해 피브릴화를 억제하는 비가역적인 미소섬유 응집이 발생한다는 것이 문헌에 나타나있다. Iwamoto, S., Abe, K., Yano, H., 2008, "The Effect of Hemicelluloses on Wood Pulp Nanofibrillation and Nanofiber Network Characteristics", Biomacromolecules, 9:1022-1026.

많은 저자들은 헤미셀룰로오스 함량이 높은 미소섬유 수율 및 더 나은 개별화와 일치한다는 것을 발견했다. 이는 서로 다른 식물 종으로부터 섬유를 비교하든, 동일한 식물 종으로부터 섬유를 다른 펄프화 조건으로 비교하든 상관없이 사실로 나타난다. Alila, et al., 2013; Desmaisons, J. et al., 2017; 및 Chaker, A. et al., 2013; Rahman, S., Petroudy, D., Ghasemian, A., Resalati, H., Syverud, K., Chinga-Carrasco, G., 2015, "The effect of xylan on the fibrillation efficiency of DED bleached soda bagasse pulp and on nanopaper characteristics", Cellulose, 22: 385-395; 및 Spence, K. L., Venditti, R. A., Habibi, Y., Rojas, O. J., Pawlak, J. J., 2010, "The effect of chemical composition on microfibrillar cellulose films from wood pulps: Mechanical processing and physical properties", Bioresource Technology, 101: 5961-5968.

2가지 중요한 메커니즘이 이를 설명하는 것으로 생각된다. 첫째, 무정형 헤미셀룰로오스 사슬이 물에 잠길 때 미소섬유에서 확장되고 건조될 때 인접한 미소섬유 사이에 다리를 형성하기 때문에, 표면 헤미셀룰로오스 자체의 존재는 섬유-간 결합(또는 MFC의 경우 피브릴-간 결합)을 개선한다는 것이다. Bolam, F. M., 1965. 높은 헤미셀룰로오스 펄프를 MFC로 분해하면 더 많은 헤미셀룰로오스에 코팅된 표면적이 유리되어, 낮은 헤미셀룰로오스 펄프에 비해 이 강화 효과가 증강된다. 자일란분해 효소를 사용하여 나노셀룰로오스로부터 헤미셀룰로오스를 제거하면, 이는 유사한 나노셀룰로오스 구조에서도 인장 특성을 저하시켜, 이 효과를 명확하게 입증한다. Arola, S., et al., 2013.

둘째, 상술한 효과에 부가하여, 다양한 연구에서 현미경 이미지가 입증한 바와 같이, 높은 헤미셀룰로오스 펄프는 더 나은 개별화를 갖는 더 미세한 미소섬유를 생성한다. Alilaet al. (2013); Iwamotoet al. (2008); 및 Chaker et al. (2013). 유사한 미소섬유 길이가 주어지면 이는 입자 종횡비를 증가시켜 인장 강도를 향상시킨다. 헤미셀룰로오스는 물에서 쉽게 팽창하는 미소섬유 사이에 무정형 층을 형성하고 따라서 이는 미소섬유 길이에 평행한 바람직한 파손 평면을 제공하여 더 미세한 미소섬유의 생산을 촉진할 것으로 예상된다. 부가적으로, 자일란은 전형적인 가공 조건 하에서 카르복실기 해리로 인해 표면 전하를 발생시켜 상호 미세 섬유 반발을 일으켜 이 효과를 어느 정도 강화한다. MFC 기하학 및 결합에 대한 그의 예상되는 영향으로 인해, 헤미셀룰로오스 함량은 본 명세서에 제시된 바와 같이 모든 섬유 종에 대해 조사되었다.

제로-스팬 인장 지수

본 발명자들은 본 명세서에서 MFC의 섬유 길이가 높은 MFC 인장 지수와 상관관계가 있음을 입증했다. 따라서, 고유 섬유 속성에서 결과적인 MFC 섬유 길이를 예측할 수 있는 것이 바람직하다. 다른 모든 것이 같다면 섬유 구조 내의 긴 피브릴은 긴 유리된 피브릴로 이어질 것이다. 또한, 결함이 거의 없는 피브릴은 가공 동안 피브릴 길이 저하의 정도를 감소시킨다. 본질적으로 긴 피브릴은 피브릴 말단에서 더 적은 불연속성을 의미한다. 손상되지 않은 피브릴은 섬유에서 더 적은 미세한 약점을 의미한다. 이들 특성의 둘 모두는 섬유 단면적의 "품질"에 영향을 미치는 것으로 볼 수 있으며, 즉 길고 손상되지 않은 피브릴을 갖는 것은 결함이 거의 없는 단면적을 초래한다.

본 발명자들은 따라서 섬유 단면적의 비강도를 평가할 수 있는 측정이 피브릴 결함의 빈도와 고유한 피브릴 길이를 나타내는데 유용할 수 있고; 따라서 MFC 생성물의 긴 피브릴 길이와 관련이 있을 것으로 예상된다고 가정했다. MFC 생산 이전 섬유 시트의 제로-스팬 인장 지수는 그러한 측정인 것으로 밝혀졌다.

제로-스팬 인장 시험에서, 클램프 사이의 이격 거리가 전형적인 섬유 길이의 작은 분획이기 때문에 테스터의 두 클램프는 본질적으로 (서로의 미크론 내에서) 접촉하고 있어, 클램프 사이의 대부분의 섬유가 한 번에 양 클램프에 의해 유지되도록 한다. 샘플이 인장 응력 하에서 파손되면, 통상적인 인장 시험에서와 같이 섬유 사이의 결합이 아닌 이들 클램핑된 섬유가 파열될 것이다. 제로-스팬 인장 시험은 중량으로 정규화되기 때문에 섬유 세포벽의 두께와 섬유 직경이 고려된다.

섬유 손상의 측정으로서 제로-스팬 인장 지수의 사용은 종래 기술에서 지지된다. Zeng, X., Retulainen, E., Heinemann, S., Fu, S., 2012, "Fibre deformations induced by different mechanical treatments and their effect on zero-span strength", Nordic Pulp and Paper Research Journal, 27(2): 335-342. 제로-스팬 인장 지수는, 아마도 단면에 걸쳐 비-균일한 하중 분포로 인해 섬유 길이를 감소시킨, 균질화에 의해 유도된 섬유 꼬임(즉, 섬유에서 날카로운 굽힘)의 빈도에 반비례하는 것으로 나타났다. Joutsimo, O., Wath

n, R., Tamminenm T., 2005, "Effects of fiber deformations on pulp sheet properties and fiber strength", Paperi Ja Puu/Paper and Timber, 87(6).

추가 연구는 피브릴 및 미소섬유-스케일 손상도 중요하다는 것을 나타냈다. 산으로 처리된 섬유는 미소섬유에 국소화된 손상을 일으켜 제로-스팬 인장 지수를 상당히 감소시켰다. 더욱이, 열 노화 열화로 인해 섬유 전체에서 균일하게 손상된 피브릴에서 제로-스팬 강도가 감소했다. Nevell, T. P., Nugawela, D., 1987, "Effect of Treatment with Very Dilute Acids on the Wet Tensile Strength and Chemical Properties of Paper", Carbohydrate Polymers, 7:169-181; 및 Wath

n, R., 2006, "Studies on fiber strength and its effect on paper properties", PhD Thesis, King's College London. ISSN 1457-6252.

실시형태에서, MFC 인장 지수는 방정식 T = B ₂ ZH + σ ₀ 을 사용하여 계산되며, 여기서 Z는 Nm/g 단위로 섬유의 제로-스팬 인장 지수를 나타내고, H는 헤미셀룰로오스 함량을 질량 분율로 나타내고, B₂는 비례 계수이고 σ ₀ 값은 4.1 Nm/g이다.

또 다른 실시형태에서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 노르딕 소나무, 블랙 가문비, 라디에타 소나무, 남부 소나무, 효소-처리된 노르딕 소나무, 미송, 용해 펄프, 자작나무 #1, 자작나무 #2, 유칼립투스, 아카시아, 혼합된 유럽 활엽수, 혼합된 태국 활엽수, 티슈 더스트, 면, 진, 아바카, 사이잘삼, 바개스, 케나프, 억새, 수수, 물대 및 아마로 구성된 군으로부터 선택된다.

또 다른 실시형태에서, 헤미셀룰로오스 질량 분율과 섬유 제로-스팬 인장 지수의 곱은 약 15 내지 약 25Nm/g이거나, 또는 5Nm/g보다 크거나, 10Nm/g보다 크거나, 15Nm/g보다 크거나, 20Nm/g보다 크거나, 25Nm/g보다 크거나, 30Nm/g보다 크거나, 35Nm/g보다 크거나, 40Nm/g보다 크거나, 45Nm/g보다 크거나, 50Nm/g보다 크다.

또 다른 실시형태에서, 헤미셀룰로오스 질량 분율과 섬유 제로-스팬 인장 지수의 곱은 약 20Nm/g이다.

또 다른 실시형태에서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재의 헤미셀룰로오스 질량 분율은 10% 초과, 또는 약 10% 내지 약 25%, 또는 약 10% 내지 약 20% 또는 약 25% 초과, 또는 약 30% 초과 또는 약 35% 초과, 또는 약 45% 초과 또는 약 50% 초과이다.

다른 실시형태에서, MFC 섬유 길이는 약 0.1 내지 0.8mm, 또는 0.1 내지 0.25mm, 또는 0.1 내지 0.3mm, 또는 0.1 내지 0.4mm, 또는 0.1 내지 0.5mm, 또는 0.1 내지 0.6mm, 또는 0.1 내지 0.7mm, 또는 바람직하게는, 예를 들어, 300kWh/t, 2.5% 섬유 고형분 및 47.5% MVC에서 교반된 매질 밀에서 생산될 때 0.15mm 내지 0.3mm이다. 다른 실시형태에서, MFC 섬유 길이는 0.25mm 초과이다.

상업적 제작 공정

0.5 중량% 내지 30 중량%의 고형분 함량을 갖는 펄프 스톡은 기계적 펄프화, 열기계적 펄프화, 화학-열기계적 펄프화, 화학 펄프화(크라프트, 소다 또는 아황산염), 표백, 재활용 펄프화(선택적으로 세정 및 잉크 제거 단계 조합), 증기 분해 섬유 펄프화 또는 생물학적(효소) 펄프화를 포함하는 상업적 펄프화 공정에 의해 제조된다. 실시형태에서, 펄프 스톡은 물로 제조된다. 다른 실시형태에서 펄프 스톡은, 예를 들어 증발에 의해 건조 및 탈수를 용이하게 하기 위해 비-수성 용매에서 제조될 수 있다. 오르가오솔브 펄프화 공정의 예는 리그닌을 제거하기 위한 메탄올, 에탄올, 아세트산과 같은 유기 용매의 사용을 포함한다. 펄프화 공정은 환경 영향을 줄이고 펄프화 공정의 경제성을 개선하기 위해 수성 환경에서 수행되는 것이 바람직하다.

결합제로 사용하기에 적합한 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트는 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량% 총 고형분의 범위에서 펄프 슬러리를 제조하는 단계; 미소섬유화된 셀룰로오스의 슬러리를 제조하는 단계; 펄프 슬러리와 미소섬유화된 셀룰로오스의 슬러리를 혼합하는 단계로서, 펄프 슬러리 내 미소섬유화된 셀룰로오스의 함량은 전체 건조 질량의 약 0.5 중량% 내지 약 99.5 중량%일 수 있는, 단계; 미소섬유화된 셀룰로오스 및 펄프를 포함하는 시트를 형성하는 단계; 및 시트를 원하는 수분 함량으로 탈수 및 건조하는 단계에 의해 제작되며; 여기서 부분적으로 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 내지 약 85 중량% 수분의 범위이고; 또는 여기서 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하이고; 그리고 여기서 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트를 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산시키는 경우, 수성 매질에서 재분산 시 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트는 건조 및 재분산 이전에 비슷한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나 실질적으로 저하하지 않는다.

실시예

실시예 1. NBSK 펄프로부터 미소섬유화된 셀룰로오스의 제조.

미소섬유화된 셀룰로오스는 NBSK(소드라 블루에서 공급)로부터 제조되었다.

대략 5리터의 NBSK 슬러리가 핸드시트 시험을 위해 준비되었다. NBSK로부터 생산된 MFC는 총 고형분 함량 1.1 중량% 및 MFC 함량 99.5 건조 중량%를 갖는다.

샘플은 실험실 규모의 교반된 매질 디트리터("SMD") 분쇄기를 사용하여 생성되었다. 생산 공정에는 무광물 NBSK 펄프를 분쇄하는 것이 포함된다. 선택된 분쇄 매개변수는 샘플에 대한 일련의 보정 분쇄를 실행하여 설정되었으며 주요 변수는 비에너지 입력(kWh/t)이다. 모든 NBSK 샘플에 대한 고정된 조건은: 3mm 지르코니아 매질, 47.5% 매질 부피 농도(MVC), 800rpm 목표 임펠러 속도, 1.5% 목표 분쇄 고형분 및 100% 목표 분쇄 건조 중량% MFC였다. 샘플은 분쇄 매질을 제거하기 위해 1700μm 실험실 진동 스크린을 사용하여 스크리닝되었다.

보정 분쇄 및 최종 생성물에 대한 생산 조건 및 실험실 시험 결과의 요약이 표 1 및 도 1에 도시되어 있다.

표 1: 보정 분쇄에 대한 생산 조건 및 시험 결과의 요약

FLT 시험은 20 건조 중량% MFC에서 수행되었으며; 이 경우 샘플은 추가 숙주 광물(IC60)을 사용하여 20 건조 중량% MFC로 희석되어 20 건조 중량% MFC에서 생산된 실험 대조군 샘플과 비교될 수 있다. FLT 지수는 미소섬유화된 셀룰로오스 및 재분산된 미소섬유화된 셀룰로오스의 품질을 평가하기 위해 개발된 인장 시험이다. 테스트 물질의 POP는 미소섬유화된 셀룰로오스/무기 물질 복합재의 생산에 사용된 어떠한 무기 미립자라도 첨가함에 의해 20%로 조절된다(무기 미립자가 없는 미소섬유화된 셀룰로오스의 경우는 60 중량%<2um GCC 탄산칼슘이 사용된다). 220gsm 시트는 맞춤형 Buchner 여과 장치를 사용하여 이 물질로부터 형성된다. 생성된 시트를 컨디셔닝하고 산업 표준 인장 시험기를 사용하여 그 인장 강도를 측정한다.

실시예 2. FLT 시험

FLT 시험은 MFC 시트의 강도를 측정하는데 이용되는 맞춤형 여과 장치에서 순수한 MFC 샘플로부터 시트를 만들기 위한 빠른 측정이다.

아래 표 2는 2% 섬유 고형분에서 분쇄된 무광물 NSBK로부터의 보정 데이터를 나타낸다. 도 2는 이들 보정의 비교를 나타낸다. TAPPI T-404 cm-92와 같은 유사한 인장 강도 절차가 당업계에 공지되어 있으며, 이는 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 실시예에서 수행된 FLT 시험은 하기 절차를 따랐다.

FLT 인장 강도 측정의 수행.

이용된 장치는 인장 시험 여과 장치, 직경 18.5cm의 중속 여과지(Whatman No.40 또는 등가물)였다.

샘플의 고형분 % 및 POP %는 하기 기술된 별도의 실시예에서 결정된 바와 같이 기록되었다.

샘플의 고형분% 및 POP%를 기록한다(하기 기술된 별도의 절차 참조).

POP %가 20%보다 큰 경우, FiberLean 생성물에서와 동일한 유형의 광물을 첨가하여 20%가 되도록 한다(FiberLean 핸드시트에 대한 별도의 절차 참조). POP %가 18%에서 20% 사이인 경우 보정 계수가 결과에 적용될 필요가 있을 것이다.

샘플의 건조 중량 대략 4.4g(10% 고형분 샘플의 경우 44g)을 취하고 물로 400mL로 희석하여 대략 1.1%의 총 고형분(0.22% 섬유 고형분)을 얻었다. 이것은 장치의 15.9cm 직경 노출 스크린에서 220gsm 시트를 만들 것이다. 샘플을 잘 교반하여 분산이 잘 되도록 했다.

그 다음, 희석된 샘플에 0.2중량% 폴리DADMAC 용액 1ml를 첨가하고 샘플을 잘 교반하였다. 여과 장치의 상단 부분을 제거하고 여과지를 스크린의 상단에 놓았다.

그 후, 여과지를 세정병으로 적시고 형성된 임의의 기포를 종이의 가장자리로 밀어냈다. 그런 다음 필터를 화면에 부착하기 위해 진공 스위치를 켜서 주름 없이 평평하게 놓이도록 했다. 장치의 상단 부분을 제자리에 고정하고 진공 스위치를 끄고 배수 밸브를 열어 진공을 해제하고 물을 배수했다. 샘플을 균일한 분포를 보장하기 위해 주걱 또는 유사한 기구의 말단 상의 상단 부분으로 부었다. 샘플을 여과지 상에 직접 붓는 것은 피했다. 샘플을 몇 초 동안 가라앉힌 다음 진공 스위치를 켜고 샘플을 여과했다. 이것은 대략 2분이 소요되었다. 물이 깨끗해지면 대략 1분 후에 진공 공급 스위치를 끄고 배수 밸브를 열어 진공을 해제하고 장치에서 물을 제거했다. 그 후 장치의 상단 부분을 제거하고 여과지와 여과된 샘플을 함께 조심스럽게 제거했다. 샘플과 필터는 Rapid K

then 캐리어 보드에 조심스럽게 놓였다. Rapid K

then의 시트 커버를 샘플 위에 놓고 Rapid K

then 건조기에서 약 7분 동안 건조했다. 건조 샘플을 필터와 커버로부터 분리하고 25℃ 및 50% RH에서 최소 20분 동안 컨디셔닝했다.

다음으로, 시트를 계량하여 제곱미터당 그램('gsm')을 결정했다. 샘플을 커터를 사용하여 15mm 너비 스트립으로 절단했다. 최소 5개 스트립이 필요했다.

다음으로, 인장 시험기로 각 스트립을 파단하는데 필요한 뉴턴 단위의 힘을 측정하였다.

FLT의 계산은 다음 방식으로 이루어졌다.

m2 단위 시트의 면적(A) = 0.0001 x π x (cm 단위 직경) 2/4(15.9cm 직경 시트의 경우 0.0199).

시트 gsm = 그램 단위 시트의 질량/A.

요구된 슬러리의 질량 = 100 x 220 x A / TS(TS = 총 고형분%).

FLT(인장 지수) c m kg-1(T) = 1000 x Fm/(W x gsm).

여기서 Fm = 최대 인장력(N).

W = 스트립 폭(표준으로 15mm).

gsm = 샘플의 gsm

각각의 경우에 5회 측정의 평균 인장 지수 및 표준 편차를 기록하였다.

상기에 언급한 바와 같이, POP%가 20% 미만이면 인장 지수는 다음에 따라 보정된다:

T보정됨 = T/[1-7.6*(0.2-% POP)].

구경측정 및 절차는 종이 시험 - T220 sp-96에 규정된 것을 따른다.

표 2: 2% 섬유 고형분으로 분쇄된 NBSK에 대한 구경측정 분쇄에 대한 생산 조건 및 시험 결과의 요약.

FLT 시험은 20 건조 중량% MFC에서 수행되며; 이 경우 샘플은 추가 숙주 광물(IC60)을 사용하여 20 건조 중량% MFC로 희석되어 20 건조 중량% MFC에서 생산된 실험 대조군 샘플과 비교될 수 있다.

실시예 3. 비교 목적을 위한 보트니아 펄프로부터의 미소섬유화된 셀룰로오스의 제조.

무광물 보트니아로부터 생산된 MFC의 시험 배치를 비교 목적을 위한 NBSK로부터 생산된 MFC에 사용된 것과 동일한 조건 하에서 제작했다.

하기 표 3은 보트니아 펄프로부터 생산된 MFC에 대한 생산 조건 및 시험 결과의 요약을 제시한다.

표 3: 구경측정 분쇄에 대한 생산 조건 및 시험 결과의 요약

도 2는 NBSK 펄프에 비교 목적을 위해 1.5% 섬유 고형분에서 분쇄된 무광물 보트니아 RMA90 펄프에 대한 FLT 지수 대 비에너지 입력의 플롯을 제공한다.

도 3은 1.5% 섬유 고형분에서 분쇄된 소드라 블루와 보트니아 RMA90 사이의 에너지 스위프 비교를 나타낸다.

하기 표 4는 2% 섬유 고형분에서 분쇄된 광물-보트니아로부터의 구경측정 데이터를 나타낸다.

표 4: 2% 섬유 고형분에서 분쇄된 보트니아 RMA90에 대한 구경측정 분쇄에 대한 생산 조건 및 시험 결과의 요약

도 4는 2% 섬유 고형분에서 분쇄된 무광물 소드라 블루 및 보트니아 RMA90 펄프에 대한 FLT 지수 대 비에너지 입력의 플롯이다.

도 5는 1.5% 및 2% 섬유 고형분에서 보트니아 분쇄 펄프 사이의 비교를 나타낸다.

도 6은 1.5% 및 2% 섬유 고형분에서 소드라 블루 펄프 분쇄 펄프 사이의 비교를 나타낸다.

실시예에 사용된 퍼니시는 100% 정제되지 않은 NBSK였다. 공급원으로부터 건조 보드를 받아 희석 펄프 스톡으로 제조한 다음 상기 기술된 바와 같이 제조된 100% 펄프의 백분율("POP") 미소섬유화된 셀룰로오스와 블렌딩하였다. 실험 설계는 표 5에 제시되어 있다.

표 5: 핸드시트 연구를 위한 실험 설계의 요약:

100% 비정제 소드라 블루 퍼니시, 100% 펄프의 백분율("POP") NBSK(소드라 블루) MFC, 8 시험 포인트, 시험 포인트당 80g/㎡에서 32 시트가 Rapid Kφthen 시트 형성기 상에서 백수 재-순환을 통해 형성되었다(총 256 시트).

표 5: 핸드시트 연구를 위한 실험 설계의 요약

우수한 유지력을 보장하기 위해, 양이온성 폴리아크릴아미드 유지 보조제(Percol 292NS, BASF)를 총 시트 중량을 기준으로 0.03%의 정량으로 첨가했다. 이것을 핸드 시트 형성기에 추가하기 직전에 각 시트의 묽은 스톡에 추가하고, 주어진 시험 포인트에 대해 각 시트에서 얻은 백수를 재-순환시켜 그 시험 포인트에 대한 후속 시트를 생산하는데 사용했다. 이전 경험에 기반하여 시스템이 각 시험 포인트에 대해 최신 시트 7까지 유지 평형에 도달했다고 가정했다.

NBSK 펄프 제조

400g 시트형 펄프의 건조물을 10 리터의 여과된 수돗물(직렬로 연결된 5μm 및 0.5μm 입자 필터)에 첨가하고 25 리터 양동이(~4% 점도)에 밤새 침지하였다.

추가 12 리터의 물을 첨가(총 부피 22리터, ~1.8% 점도)한 다음, 펄프/물 혼합물을 실험실 밸리 비터에 첨가하였다.

현탁액을 정제 중량을 첨가하지 않고 15분 동안 순환시켜, 펄프 농축 스톡을 얻었다. 중량이 추가되지 않았기 때문에 정련이 이루어지지 않았다. 이 단계는 펄프를 슬러시하기 위해서만 수행되었다.

그런 다음 농축 스톡을 밸리 비터에서 배출하고 후속 사용을 위해 25 리터 배럴에 저장했다.

6 리터의 농축 스톡을 제2 배럴로 따라내고 여과된 수돗물로 최대 10 리터까지 희석(~1.1% 점도)한 다음 붕해기에서 10분 동안 혼합했다.

그런 다음 이를 대략 ~0.54% 점도로 추가 10 리터의 물로 희석했다.

실제 점도를 측정한 다음 혼합물을 여과된 수돗물로 0.500% 점도 묽은 스톡(0.495% - 0.505% 사이가 허용됨)을 달성하는데 필요한 만큼 희석했다.

상술한 단계를 반복하여 전체 연구에 대해 충분한 묽은 스톡을 생성하였다. 핸드시트 형성을 시작하기 이전에 전체 스톡의 균질성을 보장하기 위해 각각의 별도 조제로부터의 묽은 스톡을 모두 함께 혼합했다.

점도 측정

대표적으로, 스톡에서 500ml를 샘플링하였다.

점도 형성기가 깨끗하고 진공이 꺼지는 것을 보장하면서 챔버를 제자리에 고정했다.

500ml의 펄프 스톡을 분배기 바 위의 점도 형성기를 통해 부었다.

모든 물이 통과할 때까지 진공을 적용하였다.

배출수를 제거하고 물이 완전히 깨끗해질 때까지 다시 통과시켰다(단계 1 내지 4 반복).

챔버를 클램핑 해제하고 패드가 그 위에 형성된 메쉬를 제거하였다.

가능한 한 많은 물을 제거하기 위해 2개의 새로운 블로팅 시트를 점도 패드에 대해 압착하였다.

펄프 패드를 L&W 급속 건조기로 옮기고 완전히 건조시켰다.

패드를 급속 건조기에서 신속하게 제거하고 분석 저울에서 계량하였다(소수점 4자리 정확도).

즉시 패드의 무게를 기록하고 아래 방정식을 사용하여 점도를 계산할 수 있었다:

점도 계산 예:

점도(%)=(건조 패드의 무게(g))/(사용된 부피(ml)) × 100

예: 500ml의 스톡이 사용되었고 패드의 무게는 1.7802g이다. 점도는 얼마인가?

점도(%)=(1.7802)/500 × 100

점도=0.356%

양이온성 폴리아크릴아미드 유지 보조제의 첨가를 위해 이용된 절차는 다음과 같다.

미소섬유화된 셀룰로오스 슬러리의 제조

실시예 1의 절차에 따라 미소섬유화된 셀룰로오스인 슬러리를 제조하였다.

실시예 4: NBSK 펄프로부터 생산된 핸드시트 및 NBSK 펄프로부터 생산된 MFC의 제조.

핸드시트 연구를 위한 샘플을 2 리터 병에 담아 고형분과 POP를 측정했다.

총 고형분 함량은 제로 수분으로 건조된 후 남아 있는 물질(광물 및 섬유)의 백분율 질량이다.

실시예 5. 총 고형분에 대한 방법.

샘플의 필요한 질량을 추정하여 건조의 말단에서 최소 1g의 건조 중량이 남도록 한다. 팔레트 나이프로 슬러리의 일부를 알루미늄 접시 상에 얇고 고르게 펴서 큰 표면적을 제공하고 따라서 건조 과정을 촉진한다. 접시와 NSBK MFC 슬러리를 3dp로 계량하고 무게(W2)를 기록한다. 접시를 130℃ 수분 추출 오븐에 넣어 최소 90분 동안 건조시킨다. 건조는 건조 오븐에서 꺼낸 직후 물질의 표면 바로 위에 유지된, 주위 온도에서 유리 시트 상의 응축의 부재에 의해 표지된다. 집게를 사용하여 오븐에서 접시와 샘플을 꺼내고 데시케이터에서 냉각시킨다. 접시와 건조 샘플의 무게를 3dp(W3)로 기록한다.

총 고형분 함량 'TS'는 MFC 물질의 백분율 질량으로 표시되고 다음 공식으로 주어진다:

여기서 W1 = 4.2에 기록된 알루미늄 샘플 접시의 무게

W2 = 4.5에 기록된 슬러리 플러스 샘플 접시의 무게

W3 = 4.8에 기록된 건조된 물질 플러스 샘플 접시의 무게

표준 편차는 총 고형분에 대해 0.1이다.

실시예 6. 펄프 계산의 총 백분율.

총 POP %는 다음 방식으로 결정되었다.

POP(펄프 백분율) %는 섬유인 총 고형분의 백분율 질량이다.

빈 도가니를 4dp까지 계량하였다. (W1). 고형분% 결정이 이루어진 직후 >1g 오븐-건조 생성물을 도가니에 첨가하고 4dp로 계량했다(W2). 손잡이가 긴 집게를 사용하여 도가니를 950℃에서 30분 동안 가열로에 넣은 다음 제거하고 데시케이터에서 냉각하고 그 후 4dp로 다시 계량했다. (W3).

%POP는 다음 방식으로 계산된다.

펄프 '%POP'의 백분율은 섬유인 총 고형분의 백분율 질량으로 표현되고 다음에 의해 주어진다:

예를 들어 MFC가 카올린으로 피브릴화되는 경우

POP%=((W2-W1)-((W3-W1))/((1-LOI)))/((W2-W1))×100

여기서 W1 = 4.1에 기록된 도가니의 무게

W2 = 4.2에 기록된 오븐-건조된 생성물 플러스 도가니의 무게

W3 = 4.4에 기록된 회분 플러스 도가니의 무게

LOI = 발화 손실 계수(분수로 표시 - 예를 들어 10%는 0.1로 표시되어야 함)

카올린의 경우 950℃에서 전형적인 발화 손실 계수는 0.14이다.

활석의 경우 950℃에서 전형적인 발화 손실 계수는 0.08이다.

하소된 점토의 경우 950℃에서 전형적인 발화 손실 계수는 제로이다.

이상적으로는 샘플을 만든 특정 광물 샘플의 LOI를 측정해야 하지만 이를 이용할 수 없는 경우 전형적인 값을 대신 사용할 수 있다.

표준 편차는 %POP에 대해 0.5이다.

실시예에서 무광물 이래 %POP가 피브릴화 과정에서 이용되었다.

Percol 292NS(유지 보조제) 제조:

Percol 292NS(BASF)를 0.5% w/v 용액에서의 스톡으로 제조한 다음, 다음 방법에 따라 핸드 시트에 투여하기 위해 0.06% w/v로 후속하는 희석을 했다: 수돗물 97ml를 플라스틱 100ml 측정 실린더 안으로 측정하였다.

Percol 292NS 과립 0.5g ± 0.0050g을 150ml 유리 비이커 안으로 칭량하였다.

산업용 메틸화 주정(IMS) 3g ± 0.5g을 첨가하였다.

IMS를 과립 주위로 소용돌이치게 하여 과립이 모두 '습윤'되도록 했다.

자기 팔로워를 첨가하고 비이커를 자기 교반기 위에 위치시켰다.

자기 교반기를 켜고 97ml의 물을 첨가하였다.

와류가 형성되도록 속도를 조정(증가)하였다.

현탁액을 1시간 동안 혼합하였다(그래서 과립이 완전히 용해되었다).

이 스톡(0.5%)은 5일 후에 폐기하였다.

0.5% 스톡에서 추가 수돗물을 사용하여 0.06% w/v로 희석을 수행했다. 예를 들어 0.06%에서 스톡 500ml의 경우, 0.5% 스톡 60ml와 물 440ml가 필요했다.

용액을 진탕하여 잘 혼합하고 유리 병-목있는 항아리로 옮겼다.

핸드시트의 제작

시트 제조 계산.

실험 설계/시험 계획에 따라 각 시험 포인트에 대해 추가 수량을 계산했다. 시트에서 각 구성요소에 필요한 양은 모든 구성요소의 100% 유지를 기준으로 계산되었다. 제1 단계는 목표 시트 중량(80g/㎡)에 필요한 시트의 건조 질량(g)을 계산하는 것이었다. 이는 목표 g/㎡(80)에 ㎡ 단위인 핸드시트 영역을 곱하여 얻었다. Rapid Kφthen 시트 형성기는 직경 19.95cm의 시트(대략 312.59㎠ 또는 0.031259㎡)를 만든다. 따라서, 각 시트에 필요한 건조 질량은 0.031259를 곱한(즉, 32로 나눈) g/㎡이다.

실시예 - 80g/㎡: (80)/32 = 총 건조 질량 2.5g을 목표로함. 이를 바탕으로 10% MFC가 시트에 있는 것이 필요한 경우 그것은 2.5 × (10)/100 = 0.25g의 MFC와 동등하다. 시트의 나머지 부분이 펄프 섬유인 경우 이는 2.5g - 0.25g = 2.25g의 섬유와 동등하였다. 시트의 섬유성 비율은 공조 동안 수분을 흡수하므로 섬유에서의 수분 흡수가 계산에 요인으로 포함되어 특정 물질을 목표로하는 경우 그것은 공조 후에 도달된다. 이를 위해 전형적으로 3% 수분의 값이 사용되었다.

상기 실시예를 계속 사용하고 3% 수분을 사용하면 섬유의 질량은 다음과 같이 된다: 섬유의 질량(g) = 2.5 × (1-(3/100)); 펄프의 질량(g) = 2.425.

다음 단계는 건조 질량과 습윤 질량 사이를 변환하기 위해 공급 물질의 총 고형분 함량 및 점도에 인자로 포함하는 것이었다.

이후, 1 시트에 대해 계산된 양에 평형 강화 시트(32 시트)를 포함하여 그 시험 포인트에 필요한 시트의 수를 곱하였다. 이것은 각 시험 포인트에 대한 최종 스톡을 생산하기 위해 함께 혼합되는, 전체 시험 포인트에 대한 레시피를 제공했다. 이렇게 하면 시리즈 내의 시트 간 연속성이 보장된다. 시험 포인트 스톡 조제:

주어진 시험 포인트에 대해 계산된 양을 사용하여, 500ml, 1 리터 및 2 리터 측정 실린더를 사용하여 원하는 펄프 묽은 스톡의 부피를 측정하였다. 이것은 10 리터 양동이에 추가되었다. 100ml 플라스틱 단지에 상단-팬 저울을 사용하여 원하는 양의 NBSK MFC를 0.1g 정밀도로 계량했다. NBSK MFC는 2 리터 병에서 철저히 흔들어 샘플링할 때 적절하게 균질했다. 소량의 펄프 묽은 스톡을 NBSK MFC를 함유하는 플라스틱 단지에 첨가하고 혼합물이 희석되어 NBSK MFC의 클러스터가 없을 때까지 함께 혼합했다. 이 단계는 NBSK MFC를 나머지 묽은 스톡에 추가할 때 분산시키는데 도움이 되었다. 너무 높은 고형분에서 추가되면 함께 뭉쳐져서 묽은 스톡 전체에 균질하게 분산되지 않는다. 나머지 묽은 스톡을 교반하는 동안 희석된 NBSK MFC를 함유하는 플라스틱 단지를 스톡 안으로 부었다. 스톡은 완전히 혼합되었다: 다중 양동이 이동을 수행하면 양호한 혼합에 도움이 된다. 전형적으로 스톡은 주어진 시험 포인트 내의 모든 시트에 대해 충분한 혼합물을 함유해야 한다. 이 방식으로 스톡을 함께 혼합하면 시험 포인트의 시트 간 연속성을 보장하고 따라서 동일한 세트 내에서 시트 간의 편차를 감소시킨다.

핸드시트 형성.

Rapid K

then 시트 성형 시스템(재-순환 챔버 포함)을 철저히 세정하고 철망을 제트 세정했다. 최종 스톡의 계산된 양은 500ml 플라스틱 측정 실린더 안으로 각 시트에 대해 측정되었다(펄프 및 NBSK MFC 함유).

시스템에 물이 없는지 확인한 다음 시스템을 재-순환 모드로 전환했다. 성형 챔버를 닫고 제자리에 고정했다. 시작 버튼을 누르면 시트 형성 주기가 시작된다: 챔버는 7 리터의 여과된 수돗물로 채워지기 시작했다.

챔버가 채워지는 동안, 유지 보조제를 측정 실린더 안으로 (전체 건조 시트 중량에 대해 0.03%를 목표로하여) 투여하였다. 혼합물이 균질해지도록 측정 실린더를 두 번 뒤집었다. 챔버가 가득 차기 전에 혼합물을 추가했다. 시스템을 그 주기(교반 5초, 침전 5초 및 탈수/배수)를 실행하도록 허용했다.

챔버를 개방하고 새롭게 성형된 시트의 상부에 캐리어 보드를 위치시켰다.

카우치 롤을 사용하여 시트를 와이어에 앞뒤로 그런 다음 좌우로(각 방향으로 한 번) 카우치했다. 시트가 카우치되는 동안 배출수는 자동으로 재-순환 탱크로 펌핑되었다. 시트를 와이어에서 제거하고 커버를 시트의 상단에 놓은 다음 Rapid K

then 건조기에 7분 동안 위치시켰다(-0.9 Bar 진공, 90℃±2℃). 일단 건조되면 시트를 제거하고 표지하였다.

재-순환수를 사용하여, 그 시험 포인트에 대한 모든 시트가 만들어질 때까지 단계를 반복하였다(총 32).

이전의 경험에 기반하여 백수 재-순환 시스템이 각각의 시험 포인트에 대해 시트 7에 의해 유지 평형에 도달했다고 가정하였다.

종이 시험

다음 시험을 시트 8 내지 12에 대해 수행하였다: 물질, 950℃에서의 회분, Bendtsen 다공성, PPS 거칠기 1000kPa 및 캘리퍼(벌크용). -400nm에서의 광학 특성: 불투명도 밝기, 백색도, 황색도, L*, a*, b*, Rx, Ry 및 Rz.

기계적 특성: 파열, 인장, 인열 및 스콧 본드.

나머지 시트(13 내지 32)를 그 다음 8 리터의 물(대략 0.625% 점도로 계산됨)에 밤새 침지한 다음 대형 분해기에서 10분 동안 슬러시하였다. 그런 다음 이들 재-펄프된 현탁액을 소비하여 시험 포인트당 추가 12 시트를 형성하고, 그런 다음 MFC를 함유한 펄프 시트의 건조/재-펄프화의 영향을 평가하기 위해 상기 목록에 따라 종이를 시험했다.

모든 시험 포인트의 펄프 스톡을 Valmet FS5 섬유 분석기에 따라 배수성(CSF/SR 및 핸드시트 형성기 배수 시간) 및 섬유 특성의 관점에서 분석했다.

캐나다 표준 여수도(CSF) 측정.

대략 450ml의 '농축 스톡'을 밸리 비터 또는 스톡 양동이에서 취했고 2 리터의 여과된 수돗물을 첨가했다. 이것을 작은 벤치 탑 분해기로 옮기고 600 카운트 동안 혼합했다. 펄프의 점도를 측정하고 추가로 여과된 수돗물을 사용하여 정확히 0.3% ± 0.05% 점도로 희석했다. 온도계를 스톡에 위치시키고 온도를 얻기 위해 2분 동안 그대로 두었다. CSF 기구가 완전히 깨끗한지(즉, 바닥의 배출구를 막고 있는 건조된 펄프 덩어리가 없는지) 확인하기 위해 육안으로 검사했다. 바닥 덮개가 닫혔다. 1 리터의 물을 챔버에 추가하고 상부 덮개를 닫았다. 상부 덮개 상의 탭이 닫혔다. 바닥 덮개를 열고 1 리터 측정 실린더를 측면-배출구 아래에 고정하여 물을 담았다. 상단 덮개 상의 탭이 열리고 물이 통과했다. 상기 단계는 물 대신 0.3% 점도에서 스톡을 사용한 반복 단계였다. 측면 배출구에서 실린더로부터 판독값을 얻었고 온도 상관 차트를 사용하여 온도 변화를 보정했다. CSF가 기록되었다.

결과 & 논의

시트-제조 및 핸드시트 조성물

각각의 시험 포인트에 대해 달성된 실제 기본 중량 및 충전제 함량이 표에 도시되어 있다. 충전제 함량은 펄프에서 발견된 잔류 회분당이었고, 따라서 100% POP FiberLean의 첨가는 회분 함량을 증가시키지 않았다(예상한 바와 같음). 기본 중량은 어떤 경우에는 목표보다 상당히 높았다. 이에 대한 설명은 펄프가 정제되지 않았고 따라서 그 취급성의 관점에서 응집되어 샘플링 시 평소보다 더 큰 오류가 도입되었다는 것이다. 기본 중량-의존성 특성을 지표로 나타낼 수 있어, 기본 중량에서 미묘한 변동을 안정적으로 설명할 수 있으며 변동으로 인해 분석이 방해받지 않는다.

표 6: 각각의 시험 포인트에 대해 달성된 평균 기본 중량 및 충전제 함량의 요약.

측정된 값: 1부 - 펄프에 추가

측정된 값: 2부 - 재-슬러시된 핸드세트

배수성 및 섬유 특성.

배수성 결과 및 섬유 특성 대 증가하는 MFC 용량을 오류! 참조 소스를 찾을 수 없음 및 오류! 참조 소스를 찾을 수 없음에 나타내었다. 결과는 MFC의 첨가가 예상대로 배수성을 감소시킨다(시트 형성기 배수 시간에서 증가, CSF에서 감소/Schopper Riegler에서 증가)는 것을 입증한다. 그러나, 건조 및 재-펄프화는 배수 시간을 약간 감소시키지만 MFC의 첨가를 통해 여전히 증가가 관찰된다.

회분 함량은 MFC 첨가가 증가함에 따라 펄프에서 발생하는 기준선 잔류 회분에 대비하여 변하지 않고 유지된다.

MFC의 첨가는 평균 섬유 길이 및 광학 조도를 감소시키는 반면 피브릴화를 증가시킨다. 이것은 정제되지 않은 섬유가 피브릴화된 셀룰로오스, MFC에 의해 대체되기 때문에 예상된다. 섬유 폭의 측정은 MFC 첨가로 변경되지 않는다. 건조 및 재-펄프화는 섬유 폭과 피브릴화를 약간 감소시키지만 섬유 길이와 광학적 조도에는 영향을 미치지 않는다. 증가하는 MFC 첨가에 따른 피브릴화 추세는 그 경사도의 관점에서 동일하게 유지된다.

MFC 첨가로 배수 시간이 증가하는 경향이 일단 건조 및 재-펄프화 단계가 발생하면 덜 가파르다는 것을 고려하면(특히 더 높은 MFC 용량에서, >10%), 데이터는 집합적으로 건조 및 재-펄프화 시 MFC로부터의 영향에 일부 손실이 있는 경우에도 MFC를 사용할 때 달성가능한 기준 조건에 대비해 여전히 상당한 향상이 있다는 것을 입증한다.

종이 특성

퍼니시 및 재-슬러시된 핸드시트에 추가를 대한 종이 특성 결과 대 MFC 용량이 도 9 내지 12에 도시되어 있다.

도 9 내지 12에 도시된 결과는 NBSK 퍼니시에 MFC의 첨가 및 퍼니시로부터 핸드시트의 형성은 기계적 특성 및 불투명도를 증가시킨다는 것을 입증한다. 핸드시트는 또한 감소된 밝기, 다공성, 벌크 및 거칠기를 입증했다.

상술한 핸드시트가 건조되고 재-펄프화되었을 때, 기계적 특성은 감소되었지만, MFC 정량이 증가함에 따라 여전히 기계적 특성이 실질적으로 개선된 것으로 나타났다. MFC의 첨가로 증가된 기계적 개선을 나타내는 경향은 스콧 본드 측정과 관련하여 가장 많이 감소했고 파열 지수 및 인장 특성에서는 덜 감소했다. 흥미롭게도 인열 지수에 대한 추세 경사도에는 변화가 없었다. 거칠기 측정은 본질적으로 변경되지 않았고 MFC의 첨가로 발생한 개선이 유지되었다. 유사하게 MFC를 함유하는 핸드시트에서 벌크 및 다공성의 증가가 유사하게 유지되었다. 마지막으로 불투명도, 광 흡수 및 광 산란 계수에서 증가가 기록되었고 밝기의 감소도 기록되었다.

2% MFC를 사용할 때 0% MFC 기준 조건에 대비한 시트 특성에 대한 백분율 변화는 아래 오류! 참조 소스를 찾을 수 없음에 요약되어 있다.

상술한 실시예 1 내지 4의 결과는 펄프 시트에 MFC의 첨가는 기계적 특성 및 불투명도에 대한 증가를 초래했다는 것이다. 배수성, 벌크, 다공성 및 거칠기가 감소했고 밝기에서 약간의 감소가 또한 있었다.

MFC 함유 시트의 건조 및 재-펄프화 시, MFC로부터의 영향 중 일부가 감소되었다; 그러나 0% MFC 기준 예에 대비해 여전히 상당한 변화가 있었으며, 이는 건조 및 재-펄프화의 주기 후에도 MFC로부터 합리적인 향상이 여전히 달성될 수 있음을 입증한다.

MFC 용량의 범위를 최대 10% 또는 심지어 20% MFC로 확장하는 것은 펄프 특성에 심오한 영향을 미쳤다. 흥미롭게도, 비교를 통해 인열 지수에서 개선은 정련을 통해 달성할 수 없으며(일반적으로 손실이 관찰됨) MFC로부터 벌크에 대한 부정적인 영향은 전형적으로 정련을 통해 관찰되는 것보다 적다.

표 7: 2% MFC를 사용할 때 0% MFC 기준 조건에 대비한 시트 특성에 대한 백분율 변화.

상술한 것은 MFC-함유 펄프 생성물이 월등한 벌크 및 인열 지수를 가지면서 원하는 특성(사용된 MFC 용량에 의존함)을 달성하기 위해 정련이 덜 필요하거나 심지어 전혀 필요하지 않을 수 있음을 시사한다. 건조 및 재-펄프화 시 MFC 향상의 관찰과 조합된 이 관찰은 MFC가 시장에서 MFC의 소비 및 접근성을 확장하는 흥미로운 접근방식임을 시사한다.

도 13은 Valmet FS5 섬유 분석기로 기록된 섬유 분석 데이터를 제시한다.

실시예 7. 말번 인시텍(Malvern Insitec) L 광 산란 장치에 의해 측정된 입자 크기 분포. 입자 크기 결정은 다음 방식으로 수행되었다. 이 기술은 말번 인시텍 레이저 회절 기기를 활용하여 카올린 및 탄산칼슘 기반 FiberLean 샘플에 대한 입자 크기 정보를 얻었다.

용기 내용물을 격렬하게 흔들어 MFC 슬러리가 균질한 것을 보장한다. 분쇄 매질이 샘플에 존재하는 경우 말번 분석을 실행하기 전에 850 미크론 스크린을 사용하여 분쇄 매질을 제거한다. 분쇄 매질이 존재하지 않는 경우 샘플로부터 슬러리를 피펫팅한다. 말번 인시텍 장치를 켜고 말번 장치의 상단 상의 펌프 속도 켜기/끄기 버튼을 눌러 펌프를 시작하고 속도를 2500rpm으로 설정하면 초음파가 꺼진다. 말번 인시텍이 깨끗한 실온 물 ±5℃로 장치를 2-3회 플러싱하여 깨끗한 것을 보장한다. 교반기를 표시된 배수 위치로 올리고 출구 호스를 제거하고 시스템에서 용액을 빨아들여 입구 호스가 들어 올려져 임의의 갇힌 용액을 배수하도록 한다. 깨끗한 실온 수돗물 ±5℃(800ml 내지 900ml)로 물을 교체한다. 말번 교반기를 완전히 내리고 펌프가 자동적으로 시작된다. 물이 매우 난류일 경우 펌프를 껐다가 다시 켜서 물을 가라앉힌다. 임의의 갇힌 공기를 제거하기 위해 출구 호스를 들어 올린다.

실시예 8. 브룩필드 베인 스핀들을 사용한 저전단 점도의 결정. 다음은 1.0% 섬유 고형분에서 MFC 샘플용 반 스핀들 V-73을 이용하는 루크파일의 R.V. 점도계(또는 유사한 기기)를 이용하는 실시예에서 사용된 점도 시험을 기술한다. 시약에는 수돗물이 포함되고 전형적으로 받은 샘플은 대략 2.0% 섬유 고형분이다. 균질성을 보장하기 위해 샘플은 쉐이킹된다. MFC 조성물은 물로 희석하여 특정된 농도로 준비된다. 온도는 가열 또는 냉각을 적용하여 20° 내지 30° 사이를 유지한다. MFC 조성물을 함유하는 단지를 완전히 혼합한다. 베인은 점도계에 부착되고 10rpm으로 설정된다. 스핀들은 시험을 시작한 후 30초 동안 회전하도록 허용된다. 시작 후 30초에 점도계 판독값을 기록한다. MFC 조성물의 점도는 밀리파스칼-초(mPa.s)로 표현된다. 디지털 점도계에서는 디스플레이에서 직접적으로 판독된다. 시험은 ISO9001에 따라 수행된다.

희석 계산은 다음 방식으로 수행된다.

FS + TS x POP/100

여기서 FS = 섬유 고형분 %; TS = 총 고형분 %(실시예 5); 및 POP = 생성물 상의 펄프 %(실시예 6).

섬유 고형분은 다음 방정식에 따라 계산된다:

FS = TS x POP/100

여기서 FS = 섬유 고형분%; TS - 총 고형분 % 및 POP = 생성물 상의 펄프%.

희석 계산은 원하는 섬유 고형분 R을 얻기 위해 필요한 물의 부피를 결정하며, 이는 다음 방식으로 계산된다.

V = (FS-R) x W/R

여기서 V - 요구되는 물의 부피

FS = 초기 중량% 섬유 고형분

R = 요구되는 중량% 섬유 고형분.

실시예 9. 세디그래프의 작동

달리 언급하지 않는 한, 무기 미립자 물질에 대해 본 명세서에 언급된 입자 크기 특성은, 본 명세서에서 "Micromeritics Sedigraph 5100 유닛"으로 언급된, 미국 조지아주 노크로스 소재의 Micromeritics Instruments Corporation(전화: +1 770 662 3620; 웹-사이트: www.micromeritics.com)에 의해 공급되는 Sedigraph 5100 기계를 사용하여 수성 매질에서 완전히 분산된 상태로 미립자 물질의 침강에 의해 잘-알려진 방식으로 측정된 바와 같다. 이러한 기계는 주어진 e.s.d 값보다 작은 당업계에서 '등가 구형 직경'(e.s.d)으로 지칭되는 크기를 갖는 입자의 중량에 의한 누적 백분율의 측정 및 플롯을 제공한다. 평균 입자 크기 d50은 d50 값보다 작은 등가 구형 직경을 갖는 입자의 50 중량%가 있는 입자 e.s.d의 이 방식으로 결정된 값이다.

중량 중간 입자 크기 d₅₀의 결정을 위해, 0.5μm보다 큰 d₅₀을 갖는 입자에 대해, 미국 Micromeritics사로부터의 Sedigraph 5100 장치가 사용될 수 있다. 측정은 0.1중량% Na₄P₂O₇수성 용액에서 수행될 수 있다. 샘플은 고속 교반기 및 초음파를 사용하여 분산될 수 있다. d₅₀ ≤ 500nm를 갖는 입자에 대한 부피 중간 입자 크기의 결정을 위해 영국 Malvern사로부터의 Malvern Mastersizer가 사용될 수 있다. 측정은 0.1중량% Na₄P₂O₇수성 용액에서 수행될 수 있다. 샘플은 고속 교반기 및 초음파를 사용하여 분산될 수 있다. Sedigraph 5100은 당업계에서 "등가 구형 직경" 또는 "esd"로 지칭되는 크기를 갖는 입자의 중량 기준 누적 백분율의 측정 및 플롯을 제공한다.

실시예 10. 시트로 형성되고 향상된 인장 강도 특성을 포함하는 향상된 기계적 특성을 갖는 핸드시트 안으로 재분산 및 재형성된 100 중량% 미소섬유화된 셀룰로오스의 조제 및 시험. 이 실시예의 목적은 더 간단한 장비와 더 낮은 에너지 입력을 이용하여 100% MFC 시트를 재분산하는 것이었다.

사용된 광물은 Intracarb 60(IC60)이라 불리는 Imerys Minerals에 의해 공급된 분쇄 탄산칼슘이었다. 이 물질은 Micromeretics Sedigraph 입자 크기 분석기로 결정된 2μm 미만인 60%의 입자 크기를 갖는 대리석-기반의 습윤 분쇄 생성물이다. Micromeretics Sedigraph에 대한 절차는 실시예 9에 제공되어 있다.

이 실시예에서 이용된 펄프는 표백된 침엽수 크라프트 펄프였고 보트니아 노르딕 소나무 RMA라고 한다. 펄프는 70-100% 소나무 및 0-30% 가문비였다.

이용된 펄프화 절차는 다음과 같다: 2,700 리터의 물을 펄퍼에 첨가하고 혼합을 시작한 후, 250kg의 펄프 베일 하나를 펄퍼에 첨가한 후 추가로 2,700 리터 물을 첨가하였다. 펄프 탱크로 배출하기 전에 조성물을 40분 동안 혼합하였다. 총 고형분은 4% 고형분이었다.

MFC는 세라믹 분쇄 물질의 존재에서 셀룰로오스-함유 펄프의 습윤 마찰 밀링에 의해 생산되었다. MFC 슬러리는 IC60 중질 탄산칼슘(GCC) 및 보트니아 소나무 RMA90 펄프로부터 제조되었다.

생성된 MFC 생성물은 슬러리의 총 고형분 함량(실시예 5); %POP(펄프의 백분율)(실시예 6); Malvern Insitec L에 의한 입자 크기 분포(실시예 7); 저전단 점도(실시예 8) 및 FLT 시트 인장 강도(실시예 2)에 대해 분석되었다. MFC의 시트는 20 중량% POP까지 광물로 희석하지 않고 다양한 양의 슬러리를 사용하여 상이한 시트 중량을 생성하는 것을 제외하고는 FiberLean 시트 인장 절차(실시예 2)에 기술된 절차에 따라 생성되었다.

IC60/보트니아 슬러리는 1.7 중량%의 총 고형분 함량(실시예 5에 기재된 방법으로 측정됨 및 50.0 중량%의 POP 값(실시예 6의 방법에 따라 측정됨)을 가졌다.

실시예 11.

이 실험은 150g의 1.7 중량% 고형분 50 중량% POP IC60/보트니아 FiberLean을 사용하는 것이었다. FiberLean의 시트(대략 중량 4.4g)는 20 중량% POP로 광물로 희석하지 않고 150g의 슬러리를 사용한 것을 제외하고는 FiberLean 시트 인장 절차(실시예 2)에 기술된 절차에 따라 생성되었다. 생성된 시트를 실시예 2에 기술된 바와 같이 Rapid Kothen 건조기에서 다양한 시간 동안 건조시켜 광범위의 고형분 함량을 갖는 시트를 제공하였다.

이들 시트는 시트를 재-습윤시키고 강도에 대해 시험할 수 있도록 그의 총 고형분 함량을 측정하였다(실시예 5 참조). 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 반건조 시트를 20 중량% POP(희석에 사용되는 IC60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다.

실버슨 혼합기는 MFC 압착 케이크 물질을 고전단의 적용에 의해 슬러리에 분산시키기 위한 실험실 규모 분산기로 사용되었다. 이용된 절차는 다음과 같다. 비어 있고 깨끗한 포이즈 단지를 저울과 평형추 위에 놓는다. 포이즈 단지에 MFC 프레스-케이크 물질의 필요한 질량을 계량한다. 단지에서 질량에 기반하고 %POP에 따라 물과 각각을 사용하여 희석한다. 고전단 사각 구멍의 헤드가 장착된 실버슨에서 75% 힘으로 1분 동안 혼합하고 포이즈 단지에서 양호한 흐름 체계를 보장하기 위해 포이즈 단지를 비스듬히 유지한다.

슬러리를 그 다음 실시예 2에 기술된 절차에 따라 다시 한 번 시트로 만들었다.

도 14는 실시예 2에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 반건조 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 반-건조 시트가 건조 이전 대조군 슬러리의 것보다 더 낮지 않은 FLT 지수를 가짐을 나타내고 따라서 MFC의 시트가 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 이들 데이터는 FiberLean이 시트로 건조될 수 있고 쉽게 재분산될 수 있고, 인장 강도가 저하되지 않음을 나타낸다. 상업적 규모에서 실버슨 혼합기는 상업적 등급의 고전단 분산기로 대체될 것이다.

실시예 12.

실시예 11의 초기 실험을 반복하였다.

이 실험은 150g의 1.7 중량% 고형분 50 중량% POP IC60/보트니아 MFC를 사용하였다. MFC의 시트(대략 중량 4.4g)는 20 중량% POP로 광물로 희석하지 않고 150g의 슬러리를 사용한 것을 제외하고는 FiberLean 시트 인장 절차(실시예 2)에 기술된 절차에 따라 생성되었다. 생성된 시트를 실시예 2에 기술된 바와 같이 Rapid Kothen 건조기에서 다양한 시간 동안 건조시켰다.

시트를 재-습윤시키고 강도를 시험할 수 있도록 시트의 전체 고형분 함량을 측정하였다(실시예 5 참조). 반건조 시트를 (상기 실시예 11에 기재된 바와 같이) 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 IC60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다. 그 다음 슬러리를 실시예 2에 기술된 절차에 따라 다시 한 번 시트로 만들었다. 브룩필드 점도는 실시예 8에 기술된 방법을 사용하여 재분산된 슬러리에서 측정되었다.

종이 및 판지에서 TAPPI T 537먼지 수(광학 문자 인식 - OCR)는 51.2 x 51.2mm 정사각형에서 측정된 220gsm FLT 시트에서 측정되었다 절차는 테스트 방법 TAPPI/ANSI 437 om,-12에 따라 종이에서 먼지를 결정하기 위한 당업계에 알려진 표준 시험이다.

표 8은 전체 데이터 세트를 강조하고 도 15는 인장 강도 데이터를 나타낸다.

이들 데이터는 재-현탁된 시트의 FLT 인장 강도가 건조 이전 슬러리보다 나쁘지 않음을 나타내므로 MFC의 시트가 간단한 재-현탁 프로토콜을 사용하여 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 브룩필드 점도 및 TAPPI 먼지 계수는 건조 이전 원래 샘플보다 나쁘지 않다.

실시예 13.

이 실험은 750g의 1.7 중량% 고형분 50 중량% POP IC60/보트니아 MFC를 사용했다. MFC의 시트(대략 중량 22g)는 20 중량% POP로 광물로 희석하지 않고 슬러리 750g이 사용되었다는 것을 제외하고 FiberLean 시트 인장 절차(실시예 2)에 기술된 절차에 따라 제조하였다. 생성된 시트는 실시예 2에 기술된 바와 같이 Rapid Kothen 건조기에서 다양한 시간 동안 건조되었다.

시트를 재-습윤시키고 강도를 시험할 수 있도록 이들 시트의 전체 고형분 함량을 측정하였다(실시예 5 참조). 반건조 시트를 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 IC60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다(실시예 11의 절차 참조).

그 다음 슬러리를 실시예 2에 기술된 절차에 따라 다시 한 번 시트로 만들었다.

데이터는 표 9에 도시되어 있다. 이들 데이터는 재현탁된 시트의 특성이 건조 이전 슬러리보다 나쁘지 않음을 나타내므로 MFC의 시트가 간단한 재-현탁 절차를 사용하여 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 브룩필드 점도 및 TAPPI 수는 건조 이전 원래 샘플보다 나쁘지 않다.

표 9. MFC 시트의 특성(750g)

실시예 14.

이 실험은 1500g의 1.7 중량% 고형분 50 중량% POP IC60/보트니아 MFC를 사용했다. MFC의 시트(대략 중량 44g)는 20 중량% POP로 광물로 희석하지 않고 슬러리 1500g이 사용되었다는 것을 제외하고 실시예 2에 기술된 절차에 따라 제조하였다. 생성된 시트는 실시예 2에 기술된 바와 같이 Rapid Kothen 건조기에서 다양한 시간 동안 건조되었다.

시트가 재-습윤되고 강도에 대해 시험될 수 있도록 이들 시트의 총 고형분 함량을 측정하였다(실시예 5 참조). 반건조 시트를 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 IC60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다(실시예 11에 기술된 절차 참조). 그런 다음 이들 슬러리를 실시예 2에 기술된 절차에 따라 다시 한 번 시트로 만들었다.

데이터는 표 10에 도시되어 있다. 이들 데이터는 이들 재-현탁된 시트의 특성이 건조 이전 슬러리보다 나쁘지 않음을 나타내므로 MFC의 시트가 간단한 절차를 사용하여 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 브룩필드 점도는 건조 이전 원래 샘플보다 나쁘지 않다.

표 10: MFC 시트의 특성(1500g)

다양한 최종 고형분 함량에서 100% MFC 시트의 생산이 가능하다. 50 중량% POP GCC/NBSK로 만든 시트는 다양한 시트 중량에서 원래 슬러리의 강도 특성으로 다시 재분산될 수 있다.

실시예 15. Nib 계수 절차.

Nib는 MFC 슬러리의 압착 및/또는 건조 동안 형성된 입자의 응집된 클러스터이다. 압축/건조된 물질의 대부분은 고전단이 뒤따르는 표준 혼합의 적용을 통해 재분산가능하지만, 생성물을 압축/건조/재분산하는데 사용되는 조건 및 기술에 따라 nib의 모집단이 남아 있을 수 있다. 전형적으로 완전히 재분산하기 가장 어려운 nib 분획은 직경이 80-200μm 사이인 nib이다. 주변 미소섬유 네트워크에 비해 이 nib 분획의 크기에 기인하여 또한 섬유질 물질을 제거하지 않고 nib을 걸러내는 것은 가능하지 않다. 최종 재분산된 슬러리에 존재하는 nib의 전체 함량은 사용된 재분산 방법의 최적화를 통해 관리된다. 생성물에서 허용가능한 nib의 양과 크기는 응용 분야마다 다르다.

이 방법의 목적은 220 ± 10g/㎡, 20.0% ± 0.5% POP FLT 시트의 100mm x 25mm 영역 내 nib의 크기를 정량화하고 측정하는 것이다. 이를 위해 MFC 시트는 흑백(회색조) 전송 모드(샘플 표본을 통해 관찰됨)에서 평판 스캐너(사진에 사용되는 것과 유사)를 사용하여 스캔된다. 이런 식으로 관찰될 때 nib는 검은 점으로 나타난다. 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 어두운 점(nib)이 밝은 배경과 구별될 수 있고, 따라서 사람이 해석할 필요 없이 자동으로 크기를 정량화하고 측정한다.

상기에 언급된 허용오차 내의 기본 중량 및 POP를 갖는 MFC 시트에 대해(즉, 표준 MFC 시트에 대해), 결과는 절대적인 것으로 간주될 수 있으므로 연구 간의 비교가 가능하다. 대체 POP 및 기본 중량에서 분석된 샘플은 제어 조건, 전형적으로 임의의 압착/건조 이전에 상응하는 슬러리 샘플에 대해 비교되어야 한다. 광물/펄프 유형이 상이한 샘플의 경우, FLT 시트 밝기가 다르기 때문에 다른 설정이 필요할 것이다. 설정을 얻기 위한 지침은 이 방법뿐만 아니라 일반적으로 사용되는 광물 유형에 대한 '공지된' 설정의 표에 기술되어 있다.

장치, 장비, 소모품 & 서비스

Epson Perfection V600 포토 스캐너.

5mm 두께의 A4 크기 Displaypro Clear Acrylic Perspex 시트/패널(297mm x 210mm).

랩탑 또는 데스크탑(모니터, 마우스 및 키보드 포함). 주의: 이미지를 선명하게 볼 수 있도록 모니터는 상태가 충분히 양호해야 한다.

판지 스텐실을 제거하여 스캐닝된 영역의 적절한 배치를 보장한다.

공조 실험실(23.0℃±2.0℃, 50% R.H.±5% R.H.). 주의: 이것은 스캐닝에 필수적인 것은 아니고 MFC 시트의 기본 중량을 확인하는데만 필요하다.

4-자리 분석 저울. 주의: 이것은 스캐닝에 필수적인 것은 아니고 MFC 시트의 기본 중량을 확인하는데만 필요하다.

소프트웨어

구입한 모델과 관련된 최신 Epson 스캐너 드라이버.

https://imagej.nih.gov/ij/download.html에서 이용가능한 ImageJ 이미지 분석 소프트웨어

최신 Microsoft Office 플랫폼(Office 365 또는 그 이전 것) - 단지 보고 목적용.

'Nib 계산' 엑셀 스프레드시트

MFC 시트를 적어도 20분 동안 공기 조절하고 4-자리 분석 저울을 사용하여 무게를 측정하여 시트 기본 중량이 목표 범위 내에 있도록 한다. 켜기/끄기 스위치를 사용하여 스캐너를 켜고 상단 패널을 제거한다. EPSON Scan 앱을 연다.

"프로페셔널 모드"용 앱으로 설정한다. "설정" 드롭-다운 목록에서 사용에 필요한 사전-정의된 설정을 선택한다(이는 각 POP/광물/펄프 유형에 따라 다름). 렌즈 청소 천을 사용하여 스캐너의 유리에 임의의 기름기(지문 등), 부스러기, 먼지 및 스크래치가 깨끗한지 확인한다. 상기의 세부사항에 따라 Perspex 시트도 깨끗한지 확인한다. (시트의 가장 매끄러운 면이 아래를 향하도록) 카드, MFC 시트를 위치시킨다.

스캐닝: 유사한 구성을 갖는 샘플 배치의 첫 번째 스캔을 위해, '미리보기'(적색 화살표)를 실행하고 '히스토그램 조정'(녹색 화살표)을 열어 설정이 선택한 광물/펄프/POP(예를 들어 H60 GCC 20% POP)에 대한 '설정' 섹션에 표로 표시된 것과 일치하는지 확인하고 피크는 대략 피크의 중간에 회색 삼각형으로 위치되고 흑색 및 백색 삼각형은 피크 양쪽에 대략적으로 일정한 간격으로 위치되는지 확인한다.

설정이 피크 위치화와 일치하지 않는 경우, 다른 시트 조성/중량이 분석되고 있을 가능성이 있고 대안 설정이 필요할 것이다. '스캔'을 누르고 이미지를 저장한다. 이미지 분석: ImageJ 앱을 연다. '파일' 및 '열기'로 이동하여 폴더에서 저장된 이미지를 선택한다; 이미지가 나타날 것이다. 2개의 이미지가 서로 나란히 보이도록 과정을 반복한다. 이미지 중 하나에 대해서만(다른 하나는 시각적 참조용으로만 있음) '이미지', '조정' 및 '임계값'으로 이동한다. 임계값 상자가 열릴 것이다. '설정' 버튼(적색 화살표)을 누르고 필요한 설정을 한정한 다음 'OK'를 누른다. 가장 왼쪽의 임계값 막대는 피크의 전체 범위를 커버해야 하고 원래의 이미지와 비교에 의해 임의의 nib가 명확하게 식별되어야 한다. 적용'을 3회하고 nib가 3회 식별되어 단계가 반복될 것이며, 시험을 수행할 때 이미지는 1개만 나타날 것이다). '분석', '입자 분석...'으로 이동하여 크기를 '5-인피니티'(적색 화살표)로 설정하고 '결과 표시' 및 '결과 지우기'가 체크되었는지 확인한다. 마지막으로, 'OK'을 누른다. 보고된 결과는 'Nib 계산' 스프레드시트에 저장하고 여기에서 추가 보고 시스템으로 전송할 수 있다. 보고된 결과는 다음과 같다: (샘플 ID) 총 개수, 그 다음 크기 분획 80-200μm, 200-400μm, 400-800μm, >800μm(적색 사각형으로 표시).

표 11: 설정

미크론에서의 크기로 픽셀 영역의 전환.

'입자 분석'은 5-인피니티(픽셀)로 정의된다.

600dpi에서, 단일 픽셀은 25.4/600 = 0.042mm/픽셀 = 42μm/픽셀이다

배제되는 가장 큰 크기 물체는 4 픽셀 = 2x2 픽셀 = 2*0.042mm = 2*42μm = 84μm의 영역을 갖는다.

배제되는 가장 큰 영역 물체는 4 픽셀 = 2x2 픽셀 = 2*0.042x2*0.042mm = 2*42x2*42μm = 7056μ㎡의 영역을 갖는다.

감지되지 않는 가장 큰 nib는 직경이 84μm이거나 영역이 7056μ㎡이다.

실시예 16.

상업적 규모 장비에서 100% MFC 시트의 생산.

MFC 시트는 보트니아 노르딕 소나무 RMA로 식별되는 표백된 활엽수 크라프트 펄프로부터 제작되었다. 사용된 광물은 Hydrocarb 60 MR77%(H60)라고 하는 OMYA International AG에 의해 공급하는 중질 탄산칼슘이었다. 이 물질은 Micromeretics Sedigraph 입자 크기 분석기에 의해 측정된 2um 미만 60%의 입자 크기를 갖는 석회석-기반의 습윤 분쇄된 생성물이다. Micromeretics Sedigraph에 대한 절차는 상기 실시예 9에 제시되어 있다.

펄프는 생산 시설에 위치한 대규모 펄퍼에서 습윤되고 펄프화되었다. 이 펄프화 절차는 다음과 같다: 2,700 리터 물을 펄퍼에 첨가하고 혼합한 다음, 1 x 250kg 베일의 펄프를 펄퍼에 첨가한 다음 추가 2,700 리터 물을 첨가했다. 펄프 슬러리는 펄프 탱크로 배출하기 전에 40분 동안 혼합했다. 목표는 4% 고형분이였다.

H60 GCC 및 보트니아 소나무 RMA90 펄프의 50% POP FiberLean 슬러리를 이들 실험에 사용하였고 FiberLean MFC 생성물의 생산은 세라믹 분쇄 매질의 존재에서 셀룰로오스 및 광물의 습윤 마쇄 밀링에 의해 달성되었다.

무광물 MFC 슬러리는 100% 보트니아 소나무 RMA90 펄프를 세라믹 분쇄 매질의 존재에서 셀룰로오스의 습윤 마쇄 밀링과 함께 사용함에 의해 생산되었다.

부가하여, 상기 언급된 두 생성물의 대체 MFC 버전은 생성물을 균질화기에 통과시킴에 의해 제조되고 표준 생성물과 동일한 시험 방법을 사용하여 평가되었다.

MFC 생성물의 분석에는 다음 시험이 포함되었다:

슬러리의 총 고형분 함량은 실시예 5에 따라 수행되었다.

%POP(펄프의 백분율): (섬유인 총 고형분의 백분율 질량)은 실시예 6에 따라 수행되었다.

말번 인시텍 L 광 산란 장치에 의해 측정된 입자 크기 분포는 실시예 7에 따라 수행되었다.

브룩필드 베인 스핀들을 사용한 저전단 점도는 실시예 11에 따라 측정되었다.

FiberLean 시트 인장 강도는 실시예 2에 따라 결정되었다.

실버슨 재분산 절차는 실시예 11에 따라 수행되었다.

Nib 계수 절차는 실시예 16에 따라 수행되었다.

평가된 4개 MFC 슬러리는 다음과 같다: 무광물 MFC; 균질화된 무광물 MFC; 50 중량% POP 보트니아/H60 GCC MFC; 및 균질화된 50 중량% POP 보트니아/H60 GCC MFC.

표 12는 이 연구에 사용된 MFC 시트 생성물의 특성을 나타낸다.

표 12

이들 데이터는 MFC 슬러리의 "균질화된" 버전이 실시예 2에 기술된 FLT 시트 인장 강도 시험에 의해 측정된 바와 같이 표준 생성물에 비해 향상된 FLT 인장 강도 값을 가짐을 나타낸다,

100 중량% MFC의 시트(상기에 기술된 모든 4개 버전)는 시트 형성 및 열 건조를 포함하는 신규한 방법을 사용함에 의해 연속 방식으로 제조되었다.

실시예 17

이 실험은 무광물 MFC 연속 시트를 이용했다. 6개 개별 연속 시트를 신규한 방법을 사용하여 만들었다. 이들 시트는 시트를 재-습윤시키고 강도에 대해 시험할 수 있도록 그 총 고형분 함량을 측정하였다(실시예 5 참조). 시트를 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용되는 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다(실시예 11 참조).

이들 슬러리를 그 다음 실시예 2에 기술된 절차에 따라 다시 한 번 시트로 만들었다.

표 13은 실시예 2의 절차에 의해 측정된 대조군 및 재-현탁된 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전 대조군 슬러리의 것보다 낮은 FLT 지수를 가짐을 나타내고 따라서 100 중량% MFC의 시트가 원래의 FLT 지수로 재-현탁되지 않았음을 나타낸다. 이들 데이터는 무광물 MFC가 시트로 건조되고 재분산될 수 있고 인장 강도가 대조군의 강도로 돌아오지 않음을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 건조된 시트를 재-현탁할 때 수득된 인장 및 nib 특성은 상업적으로 유용하고 이들 건조된 시트가 높은 고형분 MFC 시트에 대한 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

표 13: 무-광물 MFC 시트의 특성

도 16은 신규한 연속 방법으로부터 제작된 무광물 MFC 시트의 3가지 SEM 이미지를 나타낸다. 광물이 존재하지 않고 단단히 결합된 섬유의 복잡한 웹이 있음을 관찰할 수 있다.

실시예 18.

이 실험은 무-광물 MFC 균질화된 연속 시트를 이용했다. 신규한 방법을 사용하여 하나의 연속 시트를 만들었다. 이 시트는 시트가 재-습윤되고 강도에 대해 시험될 수 있도록 그 전체 고형분 함량을 측정했다(실시예 5 참조). 시트를 실시예 11에 따라 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다.

이 슬러리를 그런 다음 실시예 2에 기술된 절차에 따라 다시 한 번 시트로 만들었다.

표 14는 실시예 2의 절차에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전 대조군 슬러리의 것보다 낮은 FLT 지수를 가짐을 나타내고 따라서 100 중량% MFC의 시트가 원래의 FLT 지수로 재현탁되지 않았음을 나타낸다. 이들 데이터는 무광물 MFC 균질화된 슬러리가 시트로 건조되고 재분산될 수 있고 인장 강도가 대조군의 강도로 돌아오지 않음을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 건조된 시트를 재-현탁할 때 수득된 인장 및 nib 특성은 상업적으로 유용하고 이들 건조된 시트가 높은 고형분 MFC에 대한 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

표 14: 무-광물 MFC 시트의 특성

실시예 19

이 실험은 50 중량% POP H60/보트니아 MFC 연속 시트를 이용했다. 신규한 방법을 사용하여 3개의 별개 연속 시트를 만들었다. 이들 시트는 시트가 재-습윤될 수 있고 강도에 대해 시험될 수 있도록 그 총 고형분 함량을 측정하였다(실시예 5 참조). 시트를 실시예 11에 따라 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다.

이들 슬러리를 그런 다음 실시예 2에 기술된 절차에 따라 다시 한 번 시트로 만들었다.

표에서 (H₂O 33%)를 갖는 샘플은 더 희석된 물질이 향상된 특성을 제공하는지 여부를 조사하기 위해 물을 첨가했다.

표 15는 실시예 2의 절차에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 재-현탁된 시트가 건조 이전 대조군 슬러리에 유사한 FLT 지수를 가짐을 나타내고 따라서 MFC/광물의 시트가 원래의 FLT 지수로 가능하기로는 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 건조된 시트를 재-현탁할 때 수득된 인장 및 nib 특성은 상업적으로 유용하고 이들 건조된 시트가 높은 고형분 MFC 시트에 대한 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다. 이들 시트를 재-현탁하는데 사용되는 실버슨 혼합기 재-현탁 절차는 MFC 시트의 상업적 수량에 대해 상이한 분산기를 이용하여 조정될 필요가 있을 수 있음을 인지해야 한다.

표 15: 50%POP H60/보트니아 MFC 시트의 특성

도 17은 신규한 연속 방법으로부터 제작된 50 중량% POP H60/보트니아 시트의 일부 SEM 이미지를 나타낸다. 광물이 존재하고 섬유의 웹이 있음을 관찰할 수 있다.

실시예 20

이 실험은 50 중량% POP H60/보트니아 FiberLean PLUS 연속 시트를 이용했다. 신규한 방법을 사용하여 2개의 별개 연속 시트를 만들었다. 이들 시트는 시트를 재-습윤시키고 강도에 대해 시험할 수 있도록 그 총 고형분 함량을 측정하였다(실시예 5 참조). 시트를 실시예 11의 절차에 따라 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용되는 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다.

표 16은 실시예 2의 절차에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전 대조군 슬러리의 것보다 낮은 FLT 지수를 가짐을 나타내고 따라서 50 중량% POP H60/보트니아 MFC의 시트는 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 없음을 나타낸다. 그럼에도 불구하고 건조된 시트를 재-현탁할 때 수득된 인장 및 nib 특성은 상업적으로 유용하고 이들 건조된 시트가 높은 고형분 FiberLean에 대한 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

표 16: 50 중량% POP H60/보트니아 MFC 시트의 특성

100% MFS 시트에 대한 상술한 연구를 기반으로 광물 존재 여부에 관계없이 100% MFC 시트의 생산이 가능하다.

50 중량% POP GCC/NBSK로 만들어진 시트는 원래 슬러리의 강도 특성으로 가능하기로는 재분산될 수 있다.

두 경우 모두에서, 건조된 시트를 재-현탁할 때 수득된 인장 및 nib 특성은 상업적으로 유용하고 이들 건조된 시트가 높은 고형분 FiberLean에 대한 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

실시예 21.

MFC 및 버진 펄프 블렌딩된 시트의 생산

MFC 및 펄프 블렌딩된 시트를 생산하기 위해 사용된 펄프는 보트니아 노르딕 소나무 RMA로 식별되는 표백된 침엽수 크라프트 펄프였다. 이 펄프는 생산 시설에서 대규모 펄퍼에서 습윤 및 펄프화되었다. 이 펄프화 절차는 다음과 같다. 2,700 리터 물을 펄퍼에 첨가하고 혼합을 시작했다. 그런 다음 1 x 250kg 베일의 펄프를 추가한 다음 추가 2,700 리터의 물을 추가했다. 슬러리를 펄프 탱크로 배출하기 전에 40분 동안 혼합하였다. 목표는 4% 고형분였다.

사용된 광물은 Hydrocarb 60 MR77%(H60)라고 하는 OMYA International AG에 의해 공급하는 중질 탄산칼슘이었다. 이 물질은 실시예 9의 절차에 따라 Micromeretics Sedigraph 입자 크기 분석기에 의해 측정된 2um 미만 60%의 입자 크기를 갖는 석회석-기반의 습윤 분쇄된 생성물이다.

H60 GCC 및 보트니아 소나무 RMA90 펄프의 FiberLean 슬러리를 다음 실험에 사용하였고 MFC-펄프 블렌딩된 시트 생성물의 생산은 세라믹 분쇄 매질의 존재에서 셀룰로오스 및 광물의 습윤 마쇄 밀링에 의해 달성되었다.

MFC 및 펄프 블렌딩된 시트 생성물의 분석은 다음 실시예의 각각에서 다음 측정을 포함하였다.

실시예 5의 절차에 따른 슬러리의 총 고형분 함량.

실시예 6의 절차에 따른, %POP(펄프의 백분율): (섬유인 총 고형분의 백분율 질량).

실시예 7의 절차에 따른, Malvern Insitec L 광 산란 장치에 의해 측정된 입자 크기 분포.

브룩필드 베인 스핀들을 사용한 저전단 점도는 실시예 11의 절차에 따라 측정되었다.

실시예 2에 기재된 바와 같은 FLT 시트 인장 강도.

실시예 11의 절차에 따라 건조된 MFC - 펄프 블렌딩된 시트 생성물의 실버슨 재분산.

실시예 15의 절차에 따른 Nib 계수.

실시예 22.

이 실험은 다양한 양의 무광물 MFC를 슬러시된 버진 보트니아 소나무 RMA90 펄프와 블렌딩했다. 보트니아 펄프에 첨가된 무광물 MFC의 비율은 5 중량%, 10 중량%, 25 중량%, 50 중량% 및 75 중량%이었다. 이들 첨가가 이루어지면 조합된 물질을 60초 동안 흔들어 양호한 혼합을 보장했다. MFC의 시트(대략 중량 4.4g)는 20 중량% POP로 광물로의 희석이 없었다는 것을 제외하고 MFC FLT 시트 인장 절차(실시예 2)에 기술된 절차에 따라 생산되었다. 생성된 시트를 실시예 2에 기술된 바와 같이 Rapid Kothen 건조기에서 건조시켰다.

표 17은 무광물 MFC를 보트니아 펄프에 첨가한 효과를 나타낸다. 총 고형분 함량(실시예 5에 기술된 바와 같음)은 더 많은 무광물 MFC가 첨가됨에 따라 감소한다. 실시예 2에 기재된 바와 같은 FLT 지수는 높은 인장 강도를 생성하였다. 이들 데이터는 대조군이지만 그럼에도 불구하고 데이터는 블렌딩된 MFC/펄프 시트에서 얻을 수 있는 특성을 예시한다.

"오프 스케일" 주해는 강도가 장입 셀의 범위를 초과했다는 사실에 기인한다.

표 17: 100 중량% POP에서 펄프 및 무-광물 MFC

실시예 23.

이 실험은 다양한 양의 50 중량% H60/보트니아 MFC를 슬러시된 버진 보트니아 소나무 RMA90 펄프와 블렌딩했다. 보트니아 펄프에 첨가된 50 중량% H60/보트니아 MFC의 비율은 5 중량%, 10 중량%, 25 중량%, 50 중량% 및 75 중량%이었다. 이들 첨가가 이루어지면 조합된 물질을 60초 동안 흔들어 양호한 혼합을 보장했다.

MFC의 시트(대략 중량 4.4g)는 20 중량% POP로 광물로의 희석이 없었다는 것을 제외하고 FLT 시트 인장 절차(실시예 2)에 기술된 절차에 따라 생산되었다. 생성된 시트를 실시예 2에 기술된 바와 같이 Rapid Kothen 건조기에서 건조시켰다.

표 18은 50 중량% H60/보트니아 FiberLean을 보트니아 펄프에 첨가한 효과를 나타낸다. 총 고형분 함량(실시예 5에 기술된 바와 같음)은 50 중량% H60/보트니아 MFC가 첨가됨에 따라 증가한다. 실시예 2에 기재된 바와 같은 FLT 지수는 높은 인장 강도 값을 생성하였다. 이들 데이터는 대조군이지만 그럼에도 불구하고 데이터는 블렌딩된 MFC/펄프 시트에서 얻을 수 있는 특성을 예시한다.

표 18: 펄프 + 50 중량% POP H60/보트니아 MFC

실시예 24.

이 실험은 다양한 양의 무광물 FiberLean을 Trebal 슬러시된 버진 보트니아 소나무 RMA90 펄프와 블렌딩했다. 보트니아 펄프에 첨가된 무광물 FiberLean의 비율은 5 중량%, 10 중량%, 25 중량%, 50 중량% 및 75 중량%였다. 이들 첨가가 이루어지면 조합된 물질을 60초 동안 흔들어 양호한 혼합을 보장했다.

MFC-펄프 블렌드의 시트(대략 중량 4.4g)는 FiberLean 시트 인장 절차(실시예 2)에 기재된 절차에 따라 생산되었다. 시트는 실시예 11에 기술된 바와 같이, 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다.

표 19는 실시예 2 및 16의 시험 절차에 따라 측정된 재-현탁된 시트의 인장 강도(FLT 지수) 및 nib 계수를 나타낸다. 이들 데이터는 재-현탁된 시트가 더 많은 무광물 MFC가 보트니아 버진 펄프에 첨가됨에 따라 증가하는 FLT 지수를 갖는다는 것을 나타낸다. 달성된 FLT 지수 및 nib 계수는 이들 블렌딩된 FiberLean/펄프 시트가 높은 고형분 MFC-펄프 블렌딩된 시트에 대해 상업적으로 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

표 19: 20 중량% POP에서 펄프 + 무광물 MFC

실시예 25

이 실험은 다양한 양의 무광물 MFC를 슬러시된 버진 보트니아 소나무 RMA90 펄프와 블렌딩했다. 보트니아 펄프에 첨가되는 무광물 MFC의 비율은 5 중량%, 10 중량%, 25 중량%, 50 중량% 및 75 중량%이었다. 일단 이들 첨가가 이루어지면 조합된 물질을 양호한 혼합을 보장하기 위해 (실시예 11에 대한 절차에 따라) 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 60초 동안 혼합했다. 실시예 25와 26의 차이점은 단지 초기 블렌드가 고전단 실버슨 혼합기로 혼합되었다는 것이다.

MFC의 시트(대략 중량 4.4g)는 FLT 시트 인장 절차(실시예 2)에 기재된 절차에 따라 생산되었다. 시트는 실시예 11의 절차에 따라 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다.

표 20은 실시예 2 및 16의 절차에 의해 측정된 재-현탁된 시트의 인장 강도(FLT 지수) 및 nib 계수를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 더 많은 무광물 MFC가 보트니아 버진 펄프에 첨가됨에 따라 증가하는 FLT 지수를 갖는다는 것을 나타낸다. 달성된 FLT 지수 및 nib 계수는 이들 블렌딩된 MFC/펄프 시트가 높은 고형분 MFC에 대해 상업적으로 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

표 20: 1분의 실버슨 혼합을 갖는 20 중량% POP에서 펄프 + 무광물 FiberLean

도 18은 실시예 11에 기재된 바와 같이 무광물 MFC 및 보트니아 펄프 블렌드를 실버슨 1분에 적용한 효과를 예시한다. 이들 데이터는 실버슨 혼합기의 사용을 비교할 때 FLT 값에 대한 영향이 거의 없음을 나타낸다.

도 19는 실시예 2에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 건조 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전의 대조군 슬러리의 것보다 낮지 않은 FLT 지수를 갖는다는 것을 나타내고 따라서 MFC/펄프의 시트가 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 이들 데이터는 무광물 MFC/보트니아 펄프 블렌드가 시트로 건조될 수 있고 쉽게 재분산될 수 있고 인장 강도가 저하되지 않음을 나타낸다.

실시예 26.

이 실험은 다양한 양의 무광물 MFC를 슬러시된 버진 보트니아 소나무 RMA90 펄프와 블렌딩했다. 보트니아 펄프에 첨가된 무광물 MFC의 비율은 5 중량%, 10 중량%, 25 중량%, 50 중량% 및 75 중량%이었다. 이들 첨가가 이루어지면 조합된 물질을 60초 동안 흔들어 양호한 혼합을 보장했다.

FiberLean의 시트(대략 중량 8.8g)를 실시예 2에 따라 생산하였다. 시트를 실시예 11의 절차에 따라 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다. 이들 슬러리를 실시예 2에 기술된 절차에 따라 다시 한 번 시트로 만들었다.

도 20은 실시예 2에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 건조 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전의 대조군 슬러리의 것보다 낮지 않은 FLT 지수를 갖는다는 것을 나타내고 따라서 MFC/펄프의 시트가 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 이들 데이터는 무광물 MFC/보트니아 펄프 블렌드가 시트로 건조될 수 있고 쉽게 재분산될 수 있고 인장 강도가 저하되지 않음을 나타낸다.

이들 결과는 무광물 MFC/펄프 블렌드의 건조가 재-제작된 시트의 결과적인 인장 강도에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타낸다. (실시예 2). 100% 무광물 MFC 시트에는 약간의 감소가 있다. 달성된 FLT 지수는 이들 블렌딩된 MFC/펄프 시트가 높은 고형분 MFC에 대해 상업적으로 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

실시예 27.

이 실험은 다양한 양의 50 중량% POP H60/보트니아 MFC를 슬러시된 버진 보트니아 소나무 RMA90 펄프와 블렌딩했다. 보트니아 펄프에 첨가된 무광물 FiberLean의 비율은 5 중량%, 10 중량%, 25 중량%, 50 중량% 및 75 중량%였다. 이들 첨가가 이루어지면 조합된 물질을 60초 동안 흔들어 양호한 혼합을 보장했다.

MFC의 시트(대략 중량 4.4g)는 실시예 2에 제시된 MFC 시트 인장 절차에 기술된 절차에 따라 생산되었다. 시트는 실시예 11에 제시된 바와 같이 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다.

표 21은 실시예 2 및 16의 절차에서 측정된 재-현탁된 시트의 인장 강도(FLT 지수) 및 nib 계수를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 더 많은 50 중량% POP H60/보트니아 MFC가 보트니아 버진 펄프에 첨가됨에 따라 증가하는 FLT 지수를 갖는다는 것을 나타낸다. 달성된 FLT 지수는 이들 블렌딩된 MFC/펄프 시트가 높은 고형분 MFC에 대해 상업적으로 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

표 21: 20 중량% POP에서의 펄프 50 중량% POP H60/보트니아 FiberLean

실시예 28.

이 실험은 다양한 양의 50 중량% POP H60/보트니아 MFC를 슬러시된 버진 보트니아 소나무 RMA90 펄프와 블렌딩했다. 보트니아 펄프에 첨가된 50 중량% POP H60/보트니아 MFC의 비율은 5 중량%, 10 중량%, 25 중량%, 50 중량% 및 75 중량%이었다. 일단 이들 첨가가 이루어지면 조합된 물질을 양호한 혼합을 보장하기 위해 실시예 11의 절차에 따라 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 60초 동안 혼합하였다. 실시예 28과 29 사이의 차이점은 단지 초기 블렌드가 고전단 실버슨 혼합기로 혼합되었다는 것이다.

FiberLean의 시트(대략 중량 4.4g)는 FLT 시트 인장 절차(실시예 2)에 기재된 절차에 따라 생산되었다. 시트를 실시예 11의 절차에 따라 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다.

표 4는 실시예 2 및 실시예 16에 따라 측정된 재-현탁된 시트의 인장 강도(FLT 지수) 및 nib 계수를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 더 많은 무광물 MFC가 보트니아 버진 펄프에첨가됨에 따라 증가하는 FLT 지수를 갖는다는 것을 나타낸다.

표 22: 1분의 실버슨 혼합으로 20 중량% POP에서 펄프 50 중량% POP FiberLean

도 21은 실시예 11에 기술된 바와 같이 1분의 실버슨에 50 중량% POP H60/보트니아 mfc 및 보트니아 펄프 블렌드를 적용한 효과를 예시한다.

이들 데이터는 실버슨 혼합기의 사용으로 FLT에 대한 약간의 이점을 나타낸다. 달성된 FLT 지수는 이들 블렌딩된 MFC/펄프 시트가 높은 고형분 MFC에 대해 상업적으로 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

도 22는 실시예 2에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 건조 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전 대조군 슬러리의 것보다 낮지 않은 FLT 지수를 가짐을 나타내고 따라서 MFC/펄프의 시트가 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 이들 데이터는 50 중량% POP H60/보트니아 MFC/보트니아 펄프 블렌드가 시트로 건조될 수 있고 쉽게 재분산될 수 있고 인장 강도가 저하되지 않음을 나타낸다.

실시예 29.

이 실험은 다양한 양의 50 중량% POP H60/보트니아 MFC를 슬러시된 버진 보트니아 소나무 RMA90 펄프와 블렌딩했다. 보트니아 펄프에 첨가된 50 중량% POP H60/보트니아 MFC의 비율은 5 중량%, 10 중량%, 25 중량%, 50 중량% 및 75 중량%이었다. 일단 이들 첨가가 이루어지면 조합된 물질을 60초 동안 흔들어 양호한 혼합을 보장했다.

FiberLean의 시트(대략 중량 8.8g이 실시예 2에 기술된 절차에 따라 생산되었다. 시트는 실시예 11의 절차에 따른 실험실 실버슨 혼합기를 사용하여 20 중량% POP(희석에 사용된 H60 광물)에서 6.25 중량% 고형분 슬러리로 만들었다.

도 6은 SOP, 부록 8에서 측정된 대조군 및 재-현탁된 건조 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전 대조군 슬러리의 것보다 낮지 않은 FLT 지수를 가짐을 나타내고 따라서 MFC/펄프의 시트가 원래의 FLT 지수로 재현탁될 수 있음을 나타낸다. 이들 데이터는 50 중량% POP H60/보트니아 FiberLean/보트니아 펄프 블렌드가 시트로 건조될 수 있고 쉽게 재분산될 수 있고 인장 강도가 저하되지 않음을 나타낸다.

도 23은 실시예 2에 따라 측정된 대조군 및 재-현탁된 건조 시트의 인장 강도(FLT 지수)를 나타낸다. 이들 데이터는 시트가 건조 이전 대조군 슬러리의 것보다 낮지 않은 FLT 지수를 가짐을 나타내고 따라서 MFC/펄프의 시트가 원래의 FLT 지수로 재-현탁될 수 있음을 나타낸다. 이들 데이터는 50 중량% POP H60/보트니아 MFC/보트니아 펄프 블렌드가 시트로 건조될 수 있고 쉽게 재분산될 수 있고 인장 강도가 저하되지 않음을 나타낸다.

이들 결과는 50 중량% POP FiberLean/펄프 블렌드의 건조가 재-제작된 시트의 결과적인 인장 강도에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타낸다. 달성된 FLT 지수는 이들 블렌딩된 MFC/펄프 시트가 높은 고형분 MFC에 대해 상업적으로 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

보트니아 펄프에 무광물 MFC 또는 50 중량% POP 보트니아/H60 MFC의 첨가는 결과적인 시트의 인장 강도를 증가시킨다.

무광물 MFC 또는 50 중량% POP 보트니아/H60 MFC 및 보트니아 펄프를 함유하는 건조된 시트의 재분산은 원래 시트의 인장 특성을 갖는다.

이들 데이터는 블렌딩된 MFC/펄프 시트가 높은 고형분 MFC에 대해 상업적으로 실행가능한 생성물 형태임을 나타낸다.

당업자는 단지 일상적인 실험을 사용하여 본 명세서에 기술된 발명의 특정 실시형태에 대한 많은 등가물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 본 발명의 범주는 상기 설명으로 제한되는 것으로 의도되지 않고, 그보다 다음의 청구범위에 제시된 바와 같다.

청구항 요소를 변형하기 위해 청구항에서 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수 용어의 사용은 그 자체로 하나의 청구항 요소가 다른 것에 대한 우선권, 선행 또는 순서 또는 방법의 동작이 수행되는 시간적 순서를 의미하지 않지만, 특정 명칭을 갖는 하나의 청구항 요소를 동일한 명칭을 갖는 다른 요소와 구별하여(단, 서수의 용어의 사용 경우) 청구항 요소를 구별하기 위한 표지로만 사용된다.

명세서 및 청구범위에서 본 명세서에서 사용된 관사 "a" 및 "an"은 명백히 달리 나타내지 않는 한 복수의 대상을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그룹의 하나 이상의 구성원 사이에 "또는"을 포함하는 청구항 또는 설명은 그룹 구성원 중 하나, 하나 초과 또는 모두가 문맥에서 그 반대이거나 그렇지 않는 것이 명시되지 않는 한 주어진 생성물 또는 공정에 존재하거나 이용되거나 달리 관련이 있는 경우 충족되는 것으로 간주된다. 발명은 그룹의 정확히 하나의 구성원이 주어진 생성물 또는 공정에 존재하거나, 이용되거나, 그렇지 않으면 이와 관련되는 실시형태를 포함한다. 발명은 또한 주어진 생성물 또는 공정에 하나 초과 또는 전체 그룹 구성원이 존재하거나, 이용되거나, 그렇지 않으면 이와 관련되는 실시형태를 포함한다. 더욱이, 발명은 나열된 청구항 중 하나 이상으로부터의 하나 이상의 제한, 요소, 절, 설명 용어 등이 달리 명시되지 않는 한, 또는 모순이나 불일치가 발생한다는 것이 당업자에게 명백하지 않는 한, 동일한 기본 청구항(또는 관련된 것으로 임의의 다른 모든 청구항)에 종속하는 다른 청구항에 도입되는 모든 변형, 조합 및 순열을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 요소가 목록으로 표시되는 경우(예를 들어 마쿠쉬 그룹 또는 유사한 형식) 요소의 각 하위 그룹도 개시되고 임의의 요소(들)는 그룹에서 제거될 수 있음을 이해해야 한다. 일반적으로, 발명 또는 발명의 양태가 특정 요소, 특징 등을 포함하는 것으로 언급되는 경우, 발명의 특정 실시형태 또는 발명의 양태는 이러한 요소, 특징 등으로 구성되거나 본질적으로 구성됨을 이해해야 한다. 단순화를 위해 이들 실시형태는 모든 경우에 본 명세서에서 그렇게 많은 단어로 구체적으로 제시되지 않았다. 또한 발명의 임의의 실시형태 또는 양태는 특정 배제가 명세서에 인용되는지 여부에 관계없이 청구항에서 명시적으로 배제될 수 있음을 이해해야 한다. 발명의 배경을 기술하고 그 실행에 관한 추가 세부사항을 제공하기 위해 본 명세서에서 참조된 간행물, 웹사이트 및 기타 참고 자료는 본 명세서에 참고로 포함된다.

Claims

결합제로 사용하기 위한 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은
약 0.5 중량% 내지 약 30 중량% 총 고형분 범위의 펄프 슬러리를 준비하는 단계;
미소섬유화된 셀룰로오스의 슬러리를 준비하는 단계;
펄프 슬러리와 미소섬유화된 셀룰로오스의 슬러리를 혼합하는 단계로서, 펄프 슬러리 중 미소섬유화된 셀룰로오스의 함량은 전체 건조 질량의 약 0.5 중량% 내지 약 99.5 중량%인, 단계;
미소섬유화된 셀룰로오스 및 펄프를 포함하는 시트를 형성하는 단계; 및
시트를 원하는 수분 함량으로 탈수 및 건조하는 단계;
를 포함하며,
여기서 부분적으로 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 내지 약 85 중량% 수분의 범위이거나; 또는 건조된 시트의 수분 함량은 약 20 중량% 이하이고;
여기서 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트를, 약 10kWh/t 내지 약 2,000kWh/t의 에너지 입력에서 작동되는 분산기, 혼합기 또는 정련기로 수성 매질에 재분산시켰을 때, 상기 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트는 수성 매질 중에서 재분산시, 건조 및 재분산 이전의 비교할만한 양의 미소섬유화된 셀룰로오스를 포함하는 시트와 비교하여 MFC의 기계적 특성을 유지하거나, 실질적으로 저하되지 않는, 방법.
제1항에 있어서, 부분적으로 건조된 시트 또는 건조된 시트는 하나 이상의 무기 미립자 물질을 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재가 하나 이상의 무기 미립자 물질의 존재 하에 분쇄 장치에서의 수성 환경에서 미소섬유화되는, 공동 분쇄 미소섬유화 공정에 의해 얻어지며, 여기서 섬유성 기재 대 무기 미립자 물질은 약 99.5:0.5 내지 약 0.5:99.5의 비율이고, 여기서 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 가지고; 선택적으로, 여기서 미소섬유화는 분쇄의 완료 후 제거될 분쇄 매질의 존재 하에 수행되는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 0.5 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 0.5 중량% 내지 약 25 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 0.5 중량% 내지 약 15 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 0.5 중량% 내지 약 75 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 0.5 중량% 내지 약 90 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 중량% 내지 약 40 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 하나 이상의 무기 미립자 물질은 판상 광물, 카올린 및/또는 활석을 포함하는, 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 하나 이상의 무기 미립자 물질은 탄산칼슘 또는 카올린 또는 이들의 혼합물인, 방법.
제14항에 있어서, 탄산칼슘은 중질 탄산칼슘, 침강성 탄산칼슘 또는 이들의 혼합물인, 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 무기 미립자 물질은 알칼리 토금속 탄산염 또는 황산염, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 벤토나이트, 함수 칸다이트 점토, 카올린, 할로이사이트, 볼 클레이, 무수(하소된) 칸다이트 점토, 메타카올린, 완전히 하소된 카올린, 활석, 운모, 펄라이트, 세피올라이트, 헌타이트, 규조암, 마그네사이트, 규산염, 규조토, 브루사이트, 알루미늄 삼수화물, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 화학 펄프, 화학열기계 펄프, 기계 펄프, 열기계 펄프, 재활용 펄프, 종이 파쇄 펄프, 제지공장 폐기물 스트림, 제지공장으로부터의 폐기물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 펄프로부터 수득되는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 펄프는 북부 표백 침엽수 크라프트 펄프("NBSK"), 또는 표백 화학열 기계 펄프("BCTMP") 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 펄프는 크라프트 펄프 또는 표백된 장섬유 크라프트 펄프인, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 펄프는 가문비나무 펄프, 소나무, 전나무 펄프, 낙엽송 펄프, 미국솔송나무 펄프 및 혼합된 침엽수 펄프로 구성된 군으로부터 선택되는 침엽수 펄프인, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 펄프는 유칼립투스, 아스펜 및 자작나무로 구성된 군으로부터 선택된 활엽수 펄프 또는 혼합된 활엽수 펄프인, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 펄프는 유칼립투스 펄프, 아스펜 펄프, 자작나무 펄프 및 혼합된 활엽수 펄프로 구성된 군으로부터 선택되는 활엽수 펄프인, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 증가된 인장 특성을 갖는 미소섬유화된 셀룰로오스의 제조를 위한 펄프를 선택하는 단계는
(i) 셀룰로오스를 포함하는 다중의 섬유성 기재를 제공하는 단계;
(ii) 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재의 헤미셀룰로오스 함량 및 Nm/g 단위의 제로-스팬 인장 지수를 결정하는 단계;
(iii) 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재의 섬유 제로-스팬 인장 지수와 헤미셀룰로오스 함량의 곱으로부터 Nm/g 단위의 MFC 인장 지수를 예측하는 단계; 및
(iv) 원하는 MFC 인장 지수를 갖는 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재를 선택하는 단계;
를 추가로 포함하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 방법은, 물품, 생성물 또는 조성물에 있어서 또는 그 제작에 있어서, 재분산된 부분적으로 건조된 시트의 사용을 추가로 포함하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 방법은 물품, 생성물 또는 조성물에 있어서 또는 그 제작에 있어서, 재분산된 건조된 시트의 사용을 추가로 포함하는, 방법.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재분산은 고전단 분산기를 사용하는 것을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재분산은 저전단 분산기를 사용하는 것을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재분산은 고전단 혼합기를 사용하는 것을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재분산은 저전단 혼합기를 사용하는 것을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재분산은 정련기를 사용하는 것을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 부분적으로 건조된 시트는, 종이 또는 코팅지, 페인트 및 코팅제, 잉크, 유전 화학물질, 복합재, 소비재, 화장품, 약학적 제품 및 식품을 제조하는 방법에 사용하기에 적합한, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 건조된 시트는, 종이 또는 코팅지, 페인트 및 코팅제, 잉크, 유전 화학물질, 복합재, 소비재, 화장품, 약학적 제품 및 식품을 제조하는 방법에 사용하기에 적합한, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미소섬유화된 셀룰로오스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 갖는, 방법.
제33항에 있어서, 섬유 경사도는 공식: 경사도 = 100 x (d_3o/d_7o)에 의해 결정되는, 방법.
제3항에 있어서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 450㎤ 이하의 캐나다 표준 여수도를 갖는, 방법.
제3항에 있어서, 분쇄 매질을 추가로 포함하는, 방법.
제36항에 있어서, 분쇄 매질은 수성 매질의 적어도 약 10 부피%의 양으로 존재하는, 방법.
제36항에 있어서, 분쇄 매질은 수성 매질의 최대 약 70 부피%의 양으로 존재하는, 방법.
제36항에 있어서, 분쇄 매질은 약 0.5mm 내지 약 6mm 범위의 평균 직경을 갖는 입자를 포함하는, 방법.
제36항에 있어서, 분쇄 매질은 적어도 약 2.5의 비중을 갖는 입자를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 셀룰로오스를 포함하는 섬유성 기재는 적어도 약 5 중량%의 초기 고형분 함량으로 수성 매질에 존재하는, 방법.
제3항에 있어서, 분쇄는 타워 밀 또는 스크리닝된 분쇄기에서 수행되는, 방법.
제42항에 있어서, 스크리닝된 분쇄기는 교반 매질 디트리터인, 방법.
제42항에 있어서, 스크리닝된 분쇄기는 적어도 약 250μm의 공칭 구멍 크기를 갖는 하나 이상의 스크린을 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 분쇄는 분쇄 용기의 캐스케이드에서 수행되는, 방법.
제36항에 있어서, 분쇄 매질은 알루미나, 지르코니아, 규산지르코늄, 규산알루미늄 또는 약 1300℃ 내지 약 1800℃ 범위의 온도에서 카올리나이트질 점토를 하소함으로써 생성되는 멀라이트-풍부 물질로 구성된 군으로부터 선택되는, 방법.
제46항에 있어서, 분쇄 매질은 약 1300℃ 내지 약 1800℃ 범위의 온도에서 카올리나이트질 점토를 하소함으로써 생성되는 멀라이트 풍부 물질인, 방법.