KR20230108277A - 종이, 판지 등의 제조를 위한 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 종이, 보드 등의 제조를 위한 화학 처리 시스템 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다. 시스템은 순 양이온 전하 밀도를 갖고 30,000 내지 500,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량 MW를 갖는 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체의 글리옥실화에 의해 얻어지는 글리옥실화 폴리아크릴아미드인 제1 성분을 포함한다. 시스템은 적어도 고(high)-아밀로펙틴 전분과 중량 평균 분자량 MW >200,000 g/mol을 갖는 음이온성 제1 중합체의 혼합물을 포함하는 제2 성분을 추가로 포함한다. 제2 성분은 pH 2.8에서 측정할 때 0.05 meq/g 내지 0.9 meq/g 범위의 순 양이온 전하 밀도 및 pH 7에서 측정할 때 -2 meq/g 내지 -0.1 meq/g 범위의 순 음이온 전하 밀도를 갖는다.
Description
본 발명은 첨부된 독립항의 전문에 따른 종이, 판지 등의 제조를 위한 화학 처리 시스템에 관한 것이다.
종이 또는 판지 제조에서, 종이 또는 판지 웹을 형성하기 전에 섬유 스톡에 다양한 화학 보조제를 첨가함으로써 최종 종이 또는 보드뿐만 아니라 섬유 스톡의 특성이 변형된다. 최종 종이나 보드에 자주 요구되는 특성은 건조 강도이다. 강도 특성은 종이나 보드가 재생 섬유로 만들어질 때 특히 중요하다. 재생 섬유는 일반적으로 버진(virgin) 섬유보다 강도 특성이 낮다. 지속 가능성에 대한 소비자 인식 및 일반적인 관심 증가로 인해 종이 및 보드 제조에서 재생 섬유의 수준이 지속적으로 증가함에 따라, 섬유 스톡에서 강도 특성이 낮거나 매우 낮은 재생 섬유의 양이 증가하고 있다. 동시에 개별 섬유의 재생 정도가 증가하고 있으며, 이는 동일한 섬유가 점점 더 많이 재생됨을 의미한다. 이는 섬유 길이 단축 및 섬유 뿔화(hornification)를 포함하여 재생 섬유 특성의 저하를 초래하며, 결과적으로 생성된 섬유 웹의 특성, 특히 강도 특성의 저하를 초래한다. 이러한 특성의 저하는 화학 보조제를 사용하여 상쇄할 수 있다.
합성 중합체는 최종 종이 또는 판지의 강도 특성을 증가시키기 위해 제지에서 일반적으로 사용되는 보조제이다. 중합체는 섬유 스톡에 첨가될 수 있으며 여기서 이들은 스톡 성분, 예컨대 섬유와 상호작용하고 최종 섬유 웹의 특성을 개선한다. 그러나, 특히 재생 섬유가 첨가된 중합체와 항상 최적의 상호 작용을 제공하지는 않는다. 예를 들어 광범위한 재생 및 재펄핑으로 인해 섬유의 표면 전하가 낮은 경우, 첨가된 중합체와 섬유 사이의 상호 작용은 예상보다 덜 집중적이다. 또한 섬유 스톡을 준비하는 데 사용되는 순환수에 축적될 수 있는 방해 물질은 중합체와 섬유 사이의 상호 작용을 방해할 수 있다. 결과적으로, 특히 점점 더 많은 양의 재생 섬유가 사용되는 경우 생산된 종이 및 보드의 강도 특성을 증가시키는 데 사용될 수 있는 새로운 유효 물질, 조성물 또는 조합을 찾는 것이 지속적으로 필요하다.
본 발명의 목적은 선행 기술에 존재하는 단점을 최소화하거나 심지어 제거하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 최종 종이 또는 판지의 건조 강도 특성의 효과적인 증가를 제공하는 화학 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 또한 재순환된 섬유를 사용함으로써 제조된 종이 및 보드의 건조 강도 특성을 개선하는 화학 처리 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립 청구항의 특징 부분에서 하기에 제시된 특징을 갖는 본 발명에 의해 달성된다. 일부 바람직한 구현예는 종속항에 개시되어 있다.
이 텍스트에서 언급된 구현예는 적용 가능한 경우, 이것이 항상 별도로 언급되지는 않더라도 본 발명의 모든 양태, 처리 시스템, 이의 용도뿐만 아니라 종이, 보드 등의 제조 방법에 관한 것이다.
종이, 보드 등의 제조를 위한 본 발명에 따른 전형적인 화학 처리 시스템은
- 순(net) 양이온 전하 밀도를 갖고 30,000 내지 500,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량 MW를 갖는 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체의 글리옥실화에 의해 얻어지는 글리옥실화 폴리아크릴아미드인 제1 성분, 및
- 적어도 하기의 혼합물을 포함하는 제2 성분을 포함하고:
- 고(high)-아밀로펙틴 전분, 및
- 중량 평균 분자량 MW >200,000 g/mol을 갖는 음이온성 제1 중합체,
상기 제2 성분은 pH 2.8에서 측정될 때 0.05 meq/g 내지 0.9 meq/g 범위의 순 양이온 전하 밀도 및 -2 meq/g 내지 -0.1 meq/g 범위의 순 음이온 전하 밀도를 갖는다.
본 발명에 따른 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 화학 처리 시스템의 본 발명에 따른 전형적인 용도는 종이, 보드 등의 강도 특성을 개선하기 위해 섬유 스톡에의 화학 처리 시스템의 첨가에 의한 것이다.
종이, 보드 등을 제조하는 본 발명에 따른 전형적인 방법은
- 셀룰로스 섬유를 포함하는 섬유 스톡을 얻는 단계,
- 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 본 발명에 따른 화학 처리 시스템을 섬유 스톡에 첨가하는 단계로서, 상기 제1 성분 및 제2 성분은 수용액 형태로 섬유 스톡에 첨가되는, 단계
를 포함한다.
이제 놀랍게도 본 발명에서 정의된 바와 같은 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 화학 처리 시스템이 함께 사용되는 경우, 최종 종이, 보드 등의 강도 특성에서 예상치 못한 개선이 얻어지며, 특히 섬유 스톡에 재생 섬유가 포함된 경우 그러한 것으로 밝혀졌다. 놀라운 결과에 대한 이유는 현재 완전히 이해되지 않았지만, 제1 성분에서 글리옥실화 폴리아크릴아미드의 고분자량 베이스 중합체가 제2 성분의 구성요소와 효과적이고 광범위한 상호 작용을 제공할 수 있다고 추측된다. 화학 처리 시스템의 제1 성분과 제2 성분 사이는 물론 섬유 스톡의 성분 사이에도 많은 수의 다양한 결합이 형성되어 강도 개선을 용이하게 하는 것으로 추측된다. 충분한 이론적 설명이 없더라도, 본 발명은 예를 들어 SCT 강도 증가와 같은 강도 증가를 제공하며 이는 기대치를 분명히 초과하는 것으로 관찰되었다.
본 발명에 따른 화학 처리 시스템은 섬유 스톡이 0에 가까운 제타 전위 값, 예를 들어 -15 mV 내지 -1 mV, 바람직하게는 -12 mV 내지 -2 mV의 제타 전위 값을 가질 때 최종 종이, 보드 등에 강도 증가를 제공하는 것으로 관찰되었으며, 이는 종종 재생 섬유를 포함하는 섬유 스톡의 경우이다. 화학 처리 시스템은 섬유 스톡의 제타 전위 값으로 표시되는 바와 같이 표면 전하가 낮더라도 (재생) 섬유와 성공적으로 상호 작용할 수 있다.
본 발명에 따른 화학 처리 시스템의 제1 성분 및 제2 성분은 개별적으로, 바람직하게는 연속적으로 섬유 스톡에 첨가될 수 있다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 제1 성분 및 제2 성분은 건조 섬유로서 계산된 적어도 2 중량%, 예를 들어 2 내지 6 중량%의 컨시스턴시(consistency)를 갖는 농후한(thick) 섬유 스톡에 개별적으로 그리고 연속적으로 첨가된다. 더 바람직하게는 제1 성분은 제2 성분 전에 섬유 스톡에 첨가된다. 제1 성분과 제2 성분의 첨가 사이의 시간 경과는 바람직하게는 제2 성분을 첨가하기 전에 제1 성분을 스톡에 효과적으로 혼합하는 것을 보장할 정도로 충분히 긴 시간이다.
화학 처리 시스템의 제1 성분은 순 양이온 전하 밀도를 갖는 글리옥실화된 폴리아크릴아미드이다. 제1 성분은 수용액 형태이며, 3 내지 7 중량%의 고형분 함량을 가질 수 있고, 이 형태로 섬유 스톡에 첨가될 수 있다. 글리옥실화된 폴리아크릴아미드는 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체의 글리옥실화에 의해 얻어진다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 베이스 중합체의 글리옥실화는 종이 또는 보드 밀(mill)에서 현장(on-site) 글리옥실화로서, 바람직하게는 수성 베이스 중합체 조성물의 현장 글리옥실화로서 수행된다. 종이 또는 보드 밀에서 생산된 글리옥실화 폴리아크릴아미드는 전형적으로 현장 제조 후 즉시 사용되거나 적어도 다음 1일 내지 3일 동안 사용된다. 순 양이온 전하 밀도를 갖는 얻어진 글리옥실화된 폴리아크릴아미드는 추가 희석과 함께 또는 희석 없이 본 발명의 화학 처리 시스템에서 직접 사용될 수 있다.
본 발명의 화학 처리 시스템의 제1 성분으로 사용하기에 특히 적합한 글리옥실화된 양이온성 폴리아크릴아미드는 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체를 글리옥살과 폴리아크릴아미드 베이스 중합체의 총 중량으로부터 계산된 4 내지 25 중량%, 바람직하게는 8 내지 15 중량%의 글리옥살과 반응시킴으로써 얻어질 수 있다. 글리옥살은 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체와 효과적으로 반응한다. 생성된 글리옥실화된 폴리아크릴아미드는 예를 들어 이온 결합의 형태로 섬유, 특히 재생 섬유뿐만 아니라 화학 처리 시스템의 제2 성분의 구성요소와 효과적인 상호 작용을 제공하는 방식으로 양이온 부위를 제시한다. 증가된 상호 작용 및 결합 형성은 관찰된 최종 강도를 증가시키는 것으로 가정된다.
제1 성분의 글리옥실화된 폴리아크릴아미드를 위한 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체는 아크릴아미드와 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC), 3-(아크릴아미도프로필)트리메틸암모늄 클로라이드(APTAC), 및 3-(메트아크릴아미도프로필)트리메틸-암모늄 클로라이드(MAPTAC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 양이온성 단량체의 중합에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 양이온성 단량체는 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체에 대한 가수분해 안정성을 제공한다.
양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체는 적어도 10 몰%의 양이온성 단량체를 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 제1 성분의 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체는 바람직하게는 위에서 정의된 단량체로부터 선택되는 10 내지 50 몰%, 바람직하게는 10 내지 30 몰%, 더 바람직하게는 15 내지 25 몰%의 양이온성 단량체의 중합에 의해 얻어질 수 있다. 폴리아크릴아미드 베이스 중합체에 사용되는 상대적으로 많은 양의 양이온성 단량체는 섬유 및 화학 처리 시스템의 음이온성 제2 성분과의 효과적인 상호 작용을 제공한다. 제1 성분이 섬유 스톡에 첨가될 때, 이는 섬유 스톡에 양의 제타 전위를 제공할 수도 있다. 이는 제2 성분의 구성요소에 대해 예를 들어 이온 결합 형성을 위한 더 많은 가능한 결합 부위를 제공한다.
본 발명에 따르면, 화학 처리 시스템의 제1 성분은 30,000 내지 500,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량을 갖는 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체의 글리옥실화에 의해 얻어진 글리옥실화된 폴리아크릴아미드이다. 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 양이온성 폴리아크릴아마이드 베이스 중합체는 40,000 내지 400,000 g/mol, 바람직하게는 80,000 내지 200,000 또는 100,000 내지 150,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체의 높은 중량 평균 분자량은 제1 성분의 글리옥실화된 폴리아크릴아미드에 큰 분자 크기를 제공한다. 위에서 언급한 바와 같이, 제1 성분의 큰 분자 크기는 최종 종이 또는 보드에 대해 증가된 강도 특성을 제공할 수 있다. 폴리아크릴아미드 베이스 중합체의 수 평균 분자량은 5000 g/mol, 바람직하게는 10,000 g/mol, 더 바람직하게는 15,000 g/mol, 및 최대 100,000 g/mol 이하, 바람직하게는 최대 75,000 g/mol 이하, 더 바람직하게는 최대 50,000 g/mol 이하일 수 있다.
본 발명의 화학 처리 시스템의 제2 성분은 적어도 고-아밀로펙틴 전분과 제1 중합체의 혼합물이다. 고-아밀로펙틴 전분 및 제1 중합체는 바람직하게는 제2 성분을 섬유 스톡에 첨가하기 전에 서로 혼합된다. 혼합될 때, 고-아밀로펙틴 전분과 제1 중합체는 제1 성분 및 섬유, 특히 재생 섬유와의 상호작용을 위한 최적의 배치(configuration) 구성 및 전하를 갖는 복합체를 형성한다. 따라서, 제2 성분은 바람직하게는 섬유 스톡에 첨가될 때 단일 수용액 형태이다. 고-아밀로펙틴 전분은 혼합 시 용액 형태이고 제1 중합체는 분산 형태이다. 예를 들어, 전분 용액을 제1 중합체의 분산액에 효과적으로 혼합함으로써 제2 성분을 얻을 수 있다.
화학 처리 조성물의 제2 성분은 pH 2.8에서 측정 시 0.05 meq/g 내지 0.9 meq/g, 바람직하게는 0.07 내지 0.7 meq/g, 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 meq/g 범위의 순 양이온 전하 밀도, 및 pH 7에서 측정 시 -2 meq/g 내지 -0.1 meq/g 범위의 순 음이온 전하를 가질 수 있다. 전하 밀도는 Mutek PCD03 입자 전하 검출기를 사용하여 측정된다. 처리 조성물의 제2 성분은 바람직하게는 pH 7.0에서 측정될 때 -2 meq/g 내지 -0.4 meq/g, 바람직하게는 -1.5 meq/g 내지 -0.5 meq/g 범위의 순 음이온 전하 밀도를 가질 수 있다. 정의된 순 전하 밀도는 처리 시스템의 제1 성분과 효과적인 상호 작용을 제공하기 위해 충분한 음이온 전하의 존재를 보장하면서도 제조 동안 제2 성분의 용이한 취급을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 처리 시스템의 제2 성분은 고-아밀로펙틴 전분, 바람직하게는 양이온성 고-아밀로펙틴 전분을 포함한다. 고-아밀로펙틴 전분은 전분의 총 건조 중량으로부터 계산 시 ≥90 중량%, 바람직하게는 ≥ 95 중량%, 때때로 훨씬 더 바람직하게는 ≥98 중량%의 아밀로펙틴 함량을 가질 수 있다. 제1 중합체는 감자, 찰감자, 쌀, 옥수수, 찰옥수수, 밀, 보리, 고구마 또는 타피오카 전분으로부터 선택되는 양이온성 고-아밀로펙틴 전분일 수 있다. 바람직하게는 고-아밀로펙틴 전분은 양이온성 찰(waxy)전분, 예를 들어 양이온성 찰옥수수 전분 또는 양이온성 찰감자 전분이다. 고-아밀로펙틴 전분은 수용액 형태이며, 이는 고-아밀로펙틴 전분이 예를 들어 조리에 의해 물에 용해되었음을 의미한다. 조리는 60℃ 내지 135℃의 온도에서 수행될 수 있다. 용해된 고-아밀로펙틴 전분에는 전분 과립, 과립형 및/또는 특정 전분 구조가 없다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 제2 성분은 양이온성 비분해 고-아밀로펙틴 전분인 고-아밀로펙틴 전분을 포함한다. 본 문맥에서 이는 양이온화에 의해서만 변형되었고 분해되지 않고 가교되지 않은 고-아밀로펙틴 전분을 의미한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 제2 성분의 고-아밀로펙틴 전분은 양이온성 비분해 고-아밀로펙틴 전분일 수 있으며, 이는 전분 단위 중 적어도 70 중량%, 바람직하게는 적어도 80 중량%, 더 바람직하게는 적어도 85 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 90 중량%, 때로는 더욱 더 바람직하게는 적어도 95 중량%가 20,000,000 g/mol 초과, 바람직하게는 50,000,000 g/mol 초과, 더욱 바람직하게는 100,000,000 g/mol 초과, 때로는 200,000,000 g/mol 초과의 평균 분자량 MW를 갖는 전분 단위를 포함한다.
고-아밀로펙틴 전분은 임의의 적합한 방법에 의해 양이온화될 수 있다. 바람직하게는 전분은 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드 또는 3-클로로-2-히드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드를 사용하여 양이온화되며, 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드가 바람직하다. 또한 (3-아크릴아미도프로필)-트리메틸암모늄 클로라이드와 같은 양이온성 아크릴아미드 유도체를 사용하여 고-아밀로펙틴 전분을 양이온화하는 것도 가능하다. 양이온성 고-아밀로펙틴 전분의 치환도는 0.025 내지 0.3, 바람직하게는 0.03 내지 0.16, 더 바람직하게는 0.045 내지 0.1일 수 있다. 치환도는 고-아밀로펙틴 전분의 양이온성에 상대적이다.
제2 성분은 상기 제2 성분의 총 건조 중량으로부터 계산 시 20 내지 80 중량%, 바람직하게는 30 내지 60 중량%의 고-아밀로펙틴 전분을 포함할 수 있다.
화학 처리 시스템의 제2 성분은 카르복시메틸 셀룰로스로부터 또는 (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체로부터 선택될 수 있는 음이온성 제1 중합체를 추가로 포함한다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 제2 성분의 음이온성 제1 중합체는 음이온성 카르복시메틸 셀룰로스이다. 음이온성 카르복시메틸 셀룰로스는 적어도 200,000 g/mol, 바람직하게는 적어도 250,000 g/mol, 더 바람직하게는 적어도 300,000 g/mol 또는 적어도 350,000 g/mol의 중량 평균 분자량 MW를 가질 수 있다. 중량 평균 분자량 MW는 200,000 내지 1,000,000 g/mol, 바람직하게는 250,000 내지 900,000 g/mol, 더 바람직하게는 300,000 내지 750,000 g/mol, 훨씬 더 바람직하게는 350,000 내지 550,000 g/mol의 범위일 수 있다.
카르복시메틸 셀룰로스는 ≥0.4, 바람직하게는 ≥0.5, 더 바람직하게는 ≥0.6의 카르복시메틸 치환도를 가질 수 있다. 카르복시메틸 치환도는 0.4 내지 1.0, 바람직하게는 0.5 내지 0.9일 수 있으며, 양호한 수용성을 제공한다. 카르복시메틸 셀룰로스는 pH 7에서 측정 시 < -1.1 meq/g, 바람직하게는 -1.6 meq/g 내지 -4.7 meq/g, 더 바람직하게는 -2.1 meq/g 내지 -4.1 meq/g, 훨씬 더 바람직하게는 -2.5 meq/g 내지 -3.8 meq/g의 전하 밀도 값을 가질 수 있다. 측정된 모든 전하 밀도 값은 건조 중량당 계산된다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 제2 성분의 제1 중합체는 불포화된 모노카르복실산 또는 디카르복실산 또는 이의 염, 예컨대 또는 아크릴산, 메트아크릴산, 말레산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 음이온성 단량체와 (메트)아크릴아미드의 중합에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 음이온성 제1 중합체는 (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체일 수 있다. (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체는 음이온성 단량체 및 (메트)아크릴아미드 단량체로부터 기원하는 중합체 단위만 포함하는 (메트)아크릴아미드의 음이온성 공중합체일 수 있다. 대안적으로, (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체는 음이온성 단량체, 양이온성 단량체 및 (메트)아크릴아미드 단량체로부터 기원하는 중합체 단위를 포함하는 (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 양쪽성 공중합체일 수 있으며, 단, 음이온 전하는 공중합체에서 양이온 전하를 초과한다. (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체는 중량 평균 분자량 MW가 적어도 200,000 g/mol, 바람직하게는 적어도 500,000 g/mol일 수 있다. 중량 평균 분자량 MW는 200,000 내지 20,000,000 g/mol, 바람직하게는 500,000 내지 10,000,000 g/mol, 더 바람직하게는 500,000 내지 8,000,000 g/mol의 범위일 수 있다.
(메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체는 선형 또는 가교될 수 있고, 용액 중합, 분산 중합, 유화 또는 현탁 중합, 역유화 중합, 겔 중합 또는 비드 중합과 같은 임의의 적합한 중합 방법에 의해 제조될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제2 성분의 음이온성 제1 중합체는 겔 중합, 분산 중합, 에멀젼 또는 현탁 중합, 역유화 중합, 또는 비드 중합, 바람직하게는 겔 중합에 의해 제조된 (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체이다. (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체는 중량 평균 분자량 MW가 적어도 1,500,000 g/mol, 바람직하게는 적어도 2,000,000 g/mol, 더 바람직하게는 적어도 3,000,000 g/mol일 수 있다. 중량 평균 분자량 MW는 1,500,000 내지 20,000,000 g/mol, 바람직하게는 2,000,000 내지 15,000,000 g/mol, 더욱 바람직하게는 3,000,000 내지 10,000,000 g/mol의 범위일 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 제2 성분의 음이온성 제1 중합체는 예를 들어 (메트)아크릴아미드와 아크릴산의 용액 중합에 의해 제조된 (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체이다. (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체는 중량 평균 분자량 MW가 적어도 200,000 g/mol, 바람직하게는 적어도 300,000 g/mol, 더 바람직하게는 적어도 500,000 g/mol일 수 있다. 중량 평균 분자량 MW는 200,000 내지 2,000,000 g/mol, 바람직하게는 300,000 내지 1,500,000 g/mol, 더 바람직하게는 500,000 내지 900,000 g/mol의 범위일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 제2 성분의 음이온성 제1 중합체는 (메트)아크릴아미드와 적어도 하나의 음이온성 단량체의 중합에 의해 얻어질 수 있으며, 이는 3 내지 40 몰%, 바람직하게는 5 내지 18 몰%, 더 바람직하게는 9 내지 15 몰%의 음이온성을 가질 수 있다. 음이온성은 음이온성 단량체로부터 기원하는 음이온성 제1 중합체의 구조 단위의 양과 관련이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, pH 7에서 제1 성분의 양이온 전하 대 제2 성분의 음이온 전하의 전하 비율은 절대 전하로 주어지면 4:1 내지 1:1이다. 제1 성분 대 제2 성분의 비율은, 화학 처리 시스템이 섬유 스톡의 pH에서, 즉 섬유 스톡의 pH가 5.5 내지 9, 바람직하게는 6.5 내지 8의 범위에 있을 때 순 양이온이 되도록 선택된다.
화학 처리 시스템의 제1 성분은 0.5 내지 5 kg/t, 바람직하게는 1 내지 3 kg/t의 양으로 섬유 스톡에 첨가될 수 있고, 화학 처리 시스템의 제2 성분은 0.5 내지 5 kg/t, 바람직하게는 1 내지 3 kg/t의 양으로 섬유 스톡에 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 화학 처리 시스템은 재생 섬유 및/또는 화학 펄프를 포함하는 섬유 스톡에 특히 적합하다. 화학 처리 시스템은 재생 섬유로 구성된 섬유 스톡에 특히 적합하다. 본 발명에 따른 화학 처리 시스템은 바람직하게는 재생 섬유를 포함하거나 이로 구성된 섬유 스톡에 특히 적합하다. 섬유 스톡은 바람직하게는 적어도 1 mS/cm, 바람직하게는 적어도 2 mS/cm, 때로는 심지어 적어도 4 mS/cm의 전도도를 가질 수 있다. 섬유 스톡은 1 내지 6 mS/cm, 바람직하게는 2 내지 5 mS/cm 범위의 전도도를 가질 수 있다.
실험예
본 발명의 일부 구현예는 하기 비제한적 실시예에서 더 자세히 설명된다.
하기 실시예에서 보드/종이 특성 평가에 사용된 표준 및 장치는 표 1에 나와 있다.
표 1. 실시예에 사용된 시트 테스트 장치 및 표준 방법
| 측정 | 장치 | 표준 |
| 평량 | Mettler Toledo | ISO 536 |
| 짧은 스팬 압축 테스트(SCT) | Lorentzen & Wettre | ISO 9895 |
| 파열 강도 | Lorentzen & Wettre | ISO 2758 |
| 골심지 테스트(CMT30) | Lorentzen & Wettre | ISO 7263 |
| 링 파쇄 테스트(RCT) | Lorentzen & Wettre | Tappi T 822 om-02 |
실시예 1
실시예 1은 골심지 테스트(CMT30)에 의해 측정된 짧은 스팬 압축 강도(SCT), 파열 강도 및 파쇄 저항에 대한 화학 처리 시스템의 효과를 연구한다.
실시예 1을 위한 섬유 스톡은 유럽 재생 보드(RCF)로부터 제조되었다.
하기 화학 첨가제가 실시예 1에서 사용되었다:
GPAM: 현장 글리옥실화된 폴리아크릴아미드, 건조 함량 4.4 중량%. 77 몰%의 아크릴아미드와 23 몰%의 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC)를 중합하여 얻은 베이스 중합체. 베이스 중합체의 중량 평균 분자량 MW는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 보정 표준에 의해 보정된 크기 배제 크로마토그래피에 의해 결정 시 123,000 g/mol이었다. 베이스 중합체의 수 평균 분자량 Mn은 34,000 g/mol이었다.
PEC1: 양이온성 찰전분 DS 0.07(복합체의 50 중량%), 및 89 몰%의 아크릴아미드와 11몰%의 아크릴산의 중합에 의해 얻은 음이온성 폴리아크릴아미드를 포함하는 고분자전해질(polyelectrolyte) 복합체(MW 593,000 g/mol, Mn 51,000 g/mol, 복합체의 50 중량%). 고분자전해질 복합체의 pH는 6.5이고, 전하 밀도는 pH 2.8에서 측정 시 0.20 meq/g이고, pH 7에서 측정 시 -0.55 meq/g이었다.
PEC2: 양이온성 찰전분, DS 0.07(복합체의 58 중량%) 및 카르복시메틸셀룰로스 CMC, DS 0.7(MW 450,000 g/mol, 복합체의 42 중량%)을 포함하는 고분자전해질 복합체. 고분자전해질 복합체의 pH는 6.5이고, 전하 밀도는 pH 2.8에서 측정 시 0.23 meq/g이고, pH 7에서 측정 시 -1.1 meq/g이었다.
GPAM 첨가 수준은 3.5 kg/t이고, PEC1 또는 PEC2 첨가 수준은 2.5 kg/t이었다. 화학물질 첨가 수준은 건조 섬유 스톡 톤(ton)당 건조 화학물질 kg으로 표시된다.
110 g/m2의 핸드시트는 Rapid Koethen 시트 형성기를 사용하여 형성되었다. 절차는 하기와 같았다: RCF는 Noviprofibre-pulper를 사용하여 500 rpm에서 30초 동안 그리고 1000 rpm에서 25분 동안 70℃에서 3% 컨시스턴시로 습식 분해되었다(담그지 않음). 얻어진 습식 분해 섬유 스톡을 수돗물로 0.6% 컨시스턴시로 추가 희석하고, 섬유 스톡의 pH 및 전도도를 pH 6.8 및 전도도 4.0 mS/cm로 조정하였다. 혼합 속도 1000 rpm에서 혼합 용기에 화학 첨가제를 첨가하였다.
GPAM은 시트 성형 전 60초에서 먼저 펄프에 첨가되었고 그 후 시트 성형 전 40초에서 PEC가 사용되었다. 모든 테스트에는 양이온성 폴리아크릴아미드, 100 g/t과 실리카, 400 g/t을 체류 보조제로 첨가하는 것이 포함되었다.
화학 첨가제를 첨가한 후, 섬유 스톡을 Rapid Koethen 시트 성형기에 붓고 물을 와이어를 통해 흡입으로 배출하였다. 형성된 핸드시트를 와이어에서 제거하고 진공 건조기로 건조시켰다. 실험실에서 테스트하기 전에 핸드시트는 표준 ISO 187에 따라 23℃, 50% 상대 습도에서 24시간 동안 사전 처리되었다.
얻은 핸드시트는 표 1에 정의된 표준 및 장치를 사용하여 파열 강도, SCT 강도 및 파쇄 저항 CMT30에 대해 테스트되었다.
테스트 결과는 표 2에 제시되어 있다. 표 2의 결과로부터, GPAM을 제1 성분으로, PEC1 또는 PEC2를 제2 성분으로 포함하는 화학 처리 시스템이 GPAM 단독을 사용하는 것에 비해 모든 강도 특성을 유의하게 개선하였음을 알 수 있다.
표 2. 보드 특성에 미치는 상이한 강도 시스템의 효과를 보여주는 실시예 1의 결과.
| 테스트 # | 사용된 강도 첨가제 | SCT 지수 [Nm/g] |
파열 지수 [kPam2/g] | CMT30 [Nm2/g] |
| Ref. | 없음 | 20.5 | 1.84 | 0.81 |
| E1-1 | GPAM | 23.1 | 2.08 | 0.95 |
| E1-2 | GPAM + PEC1 | 24.2 | 2.23 | 1.02 |
| E1-3 | GPAM + PEC2 | 23.8 | 2.09 | 1.00 |
실시예 2
실시예 2는 링 파쇄 테스터(RCT)에 의해 측정된 파열 강도 및 파쇄 저항에 미치는 화학 처리 시스템의 효과를 연구한다.
실시예 1을 위한 섬유 스톡은 Chinese Old Corrugated Container board(OCC)로부터 제조되었다.
110 g/m2의 핸드시트는 Rapid Koethen 시트 형성기를 사용하여 형성되었다. 절차는 하기와 같았다: RCF는 실험실 펄퍼를 사용하여 3000 라운드 동안 70℃에서 3% 컨시스턴시로 습식 분해되었다(담그지 않음). 얻어진 습식 분해 섬유 스톡을 수돗물로 1% 컨시스턴시로 추가 희석하고, 섬유 스톡의 pH 및 전도도를 pH 7 및 전도도 3.0 mS/cm로 조정하였다. 혼합 속도 1000 rpm에서 혼합 용기에 화학 첨가제를 첨가하였다.
실시예 1에서와 동일한 화학 첨가제를 실시예 2에서 사용하였다:
GPAM은 1.5 kg/t 또는 2.5 kg/t의 첨가 수준으로 첨가되었고, PEC1 또는 PEC2는 1 kg/t 또는 2 kg/t의 첨가 수준으로 첨가되었다. 화학물질 첨가 수준은 건조 섬유 스톡 톤당 건조 화학물질 kg으로 표시된다.
GPAM은 시트 성형 전 60초에서 먼저 펄프에 첨가되었고 그 후 시트 성형 전 40초에서 PEC가 사용되었다. 모든 테스트에는 양이온성 폴리아크릴아미드, 300 g/t을 체류 보조제로 첨가하는 것이 포함되었다.
화학 첨가제를 첨가한 후, 섬유 스톡을 Rapid Koethen 시트 성형기에 붓고 물을 와이어를 통해 흡입으로 배출하였다. 형성된 핸드시트를 와이어에서 제거하고 진공 건조기로 건조시켰다. 실험실에서 테스트하기 전에 핸드시트는 표준 ISO 187에 따라 23℃, 50% 상대 습도에서 24시간 동안 사전 처리되었다.
얻은 핸드시트는 표 1에 정의된 표준 및 장치를 사용하여 파열 강도 및 파쇄 저항 RTC에 대해 테스트되었다.
테스트 결과는 표 3에 제시되어 있다. 표 3의 결과로부터, GPAM을 제1 성분으로, PEC1 또는 PEC2를 제2 성분으로 포함하는 화학 처리 시스템이 GPAM 단독을 사용하는 것에 비해 모든 강도 특성을 유의하게 개선하였음을 알 수 있다.
본 발명이 현재 가장 실용적이고 바람직한 구현예인 것으로 보이는 것을 참조하여 기재되더라도, 본 발명은 상기 기재된 구현예에 제한되지 않고, 본 발명은 또한 동봉된 청구 범위 내의 다른 수정 및 동등한 기술적 해결방안을 포함하도록 의도됨을 이해해야 한다.
표 3. 보드 특성에 미치는 상이한 강도 시스템의 효과를 보여주는 실시예 2의 결과.
| 테스트 # |
사용된 강도 첨가제 | RCT 지수 [Nm/g] | 파열 지수 [kPam2/g] |
| Ref. | 없음 | 6.73 | 0.72 |
| E2-1 | GPAM 1.5 kg/t | 7.19 | 0.84 |
| E2-2 | GPAM 2.5 kg/t | 7.50 | 0.93 |
| E2-3 | GPAM 1.5 kg/t+PEC1 1 kg/t | 7.73 | 0.94 |
| E2-4 | GPAM 1.5 kg/t+PEC1 2 kg/t | 8.04 | 0.97 |
| E2-5 | GPAM 1.5 kg/t+PEC2 1 kg/t | 7.34 | 0.92 |
| E2-6 | GPAM 1.5 kg/t+PEC2 2 kg/t | 7.79 | 1.00 |
| E2-7 | GPAM 2.5 kg/t+PEC1 1 kg/t | 7.79 | 0.97 |
| E2-8 | GPAM 2.5 kg/t+PEC1 2 kg/t | 8.17 | 1.04 |
| E2-9 | GPAM 2.5 kg/t+PEC2 1 kg/t | 7.81 | 0.98 |
| E2-10 | GPAM 2.5 kg/t+PEC2 2 kg/t | 7.77 | 0.89 |
Claims (20)
- 종이, 보드 등의 제조를 위한 화학 처리 시스템으로서,
상기 화학 처리 시스템은
- 순 양이온 전하 밀도를 갖고 30,000 내지 500,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량 MW를 갖는 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체의 글리옥실화에 의해 얻어지는 글리옥실화 폴리아크릴아미드인 제1 성분, 및
- 제2 성분으로서, 적어도
- 고-아밀로펙틴 전분, 및
- 중량 평균 분자량 MW >200,000 g/mol을 갖는 음이온성 제1 중합체
의 혼합물을 포함하는, 제2 성분
을 포함하고,
상기 제2 성분은 pH 2.8에서 측정될 때 0.05 meq/g 내지 0.9 meq/g 범위의 순 양이온 전하 밀도 및 -2 meq/g 내지 -0.1 meq/g 범위의 순 음이온 전하 밀도를 갖는, 화학 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제2 성분은 pH 7에서 측정 시 -2 meq/g 내지 -0.4 meq/g 범위의 순 음이온 전하 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
pH 7에서 제1 성분의 양이온 전하 : 제2 성분의 음이온 전하의 전하비는 4:1 내지 1:1인 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 고-아밀로펙틴 전분은 전분의 총 건조 중량으로부터 계산 시 ≥90 중량%, 바람직하게는 ≥95 중량%, 더 바람직하게는 ≥98 중량%의 아밀로펙틴 함량을 갖는 양이온성 전분인 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 성분의 제1 중합체는 카르복시메틸 셀룰로스 또는 (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 제1 중합체는 적어도 1,500,000 g/mol, 바람직하게는 적어도 2,000,000 g/mol, 더 바람직하게는 적어도 3,000,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 (메트)아크릴아미드의 순 음이온성 공중합체임을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 제1 중합체는 적어도 200,000 g/mol, 바람직하게는 적어도 250,000 g/mol, 더 바람직하게는 적어도 300,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 카르복시메틸 셀룰로스인 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 성분은 20 내지 80 중량%, 바람직하게는 30 내지 60 중량%의 고-아밀로펙틴 전분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 성분의 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체는 40,000 내지 400,000 g/mol, 바람직하게는 80,000 내지 200,000 g/mol, 또는 100,000 내지 150,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 성분의 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체는 아크릴아미드와 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC), 3-(아크릴아미도프로필)트리메틸암모늄 클로라이드(APTAC), 및 3-(메트아크릴아미도프로필)트리메틸암모늄 클로라이드(MAPTAC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 양이온성 단량체의 중합에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 성분의 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체는 10 내지 50 몰%, 더 바람직하게는 10 내지 30 몰%, 더욱 더 바람직하게는 15 내지 25 몰%의 양이온성 단량체의 중합에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 성분은 양이온성 폴리아크릴아미드 베이스 중합체를 글리옥살과 폴리아크릴아미드 베이스 중합체의 총 중량으로부터 계산된 4 내지 25 중량%, 바람직하게는 8 내지 15 중량%의 글리옥살과 반응시킴으로써 얻은 글리옥실화된 폴리아크릴아미드인 것을 특징으로 하는, 화학 처리 시스템. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 화학 처리 시스템의 용도로서, 종이, 보드 등의 강도 특성을 개선하기 위해 섬유 스톡에의 화학 처리 시스템의 첨가에 의한, 용도.
- 제13항에 있어서,
상기 화학 처리 시스템의 제1 성분은 0.5 내지 5 kg/t, 바람직하게는 1 내지 3 kg/t의 양으로 섬유 스톡에 첨가되고, 상기 화학 처리 시스템의 제2 성분은 0.5 내지 5 kg/t, 바람직하게는 1 내지 3 kg/t의 양으로 섬유 스톡에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 용도. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 섬유 스톡은 재생 섬유를 포함하며, 그리고/또는 상기 섬유 스톡은 적어도 2 mS/cm, 바람직하게는 적어도 3 mS/cm, 더 바람직하게는 적어도 4 mS/cm의 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는, 용도. - 제13항, 제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 화학 처리 시스템의 제1 성분 및 제2 성분은 개별적으로 그리고 연속적으로 섬유 스톡에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 용도. - 종이, 보드 등을 제조하는 방법으로서,
- 셀룰로스 섬유를 포함하는 섬유 스톡을 얻는 단계,
- 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 화학 처리 시스템을 섬유 스톡에 첨가하는 단계로서, 상기 제1 성분 및 제2 성분은 수용액 형태로 섬유 스톡에 첨가되는, 단계
를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
제2 성분을 섬유 스톡에 첨가하기 전에 상기 제2 성분은 고-아밀로펙틴 전분과 제1 중합체를 서로 혼합함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 제1 성분 및 제2 성분은 건조 섬유로서 계산 시 적어도 2 중량%의 컨시스턴시(consistency)를 갖는 섬유 스톡에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제17항, 제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 제1 성분은 수성 베이스 중합체 조성물의 현장(on-site) 글리옥실화에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는, 방법.
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