KR970003578B1 - 펄프의 사이징방법 - Google Patents

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Abstract

요약없음

Description

펄프의 사이징방법
본 발명은 액체포장용 보오드(liquid packagin board)를 제조하는데 유용한 펄프의 사이징(sizing)방법에 관한 것이다.
최근에 액체제품, 특히 밀크 및 크림과 같은 일용액체제품을 피복지로 된 보오드로 만든 용기에 넣어 포장하는 경향이 늘고 있다. 피복은 보오드의 일면에만 하여도 무방하지만, 일반적으로 양면에 행하고 있다. 피복에는 일반적으로는 폴리에틸렌이 사용되지만, 다른 성분이 사용될 수도 있다.
이러한 용기로서 효율적인 기능을 수행하기 위해서, 보오드는 액체의 영향에 대하여 잘 견딜 수 있어야 한다. 일용액체제품의 경우, 가장 많이 사용되는 액체성분은 일반적으로 락트산이다. 보오드에서 가장 취약한 부위는 모서리이다.
그러므로 보오드제조업체들은 락트산을 함유하는 액체에 의해 모서리가 침투되는 것에 대한 보오드의 저항성을 개선시킬 수 있는 방법을 연구해 왔다. 케텐다이머(KD)로 사이징된 보오드는 락트산을 함유하는 액체에 의한 모서리 침투에 대하여 우수한 저항성을 갖고 있는 것으로 알려져 있다.
최근에, 소비성액체, 특히 일용액체제품을 무균포장하는 경향이 늘고 있다. 무균포장을 하기 위해서는, 포장제뿐 아니라 그 내용물도 멸균처리해야 할 필요가 있다. 보오드로 만든 용기는 고온에서 과산화수소용액에 의해 멸균시켜야 한다고 제안된 바 있다. KD로 사이징된 보오드는 고온의 과산화수소함유용액에 의한 모서리 침투에 대해서는 저항성이 낮은 것으로 밝혀졌다. 그러므로 이러한 고온의 과산화수소용액에 의한, 특히 고온의 과산화수소와 접촉한 후 락트산을 함유하는 액체에 의한 모서리침투에 대해 우수한 저항성을 갖는 보오드가 요구되었다.
양이온성 로진 사이징제(CRS) 또는 통상의 음이은성 로진 사이징제(유화제, 페이스트 또는 비누)로 사이징된 보오드는 고온의 과산화수소 함유액체에 의한 모서리침투에 대해서는 높은 저항성을 갖지만, 락트산 함유액체에 의한 모서리침투에 대해서는 저항성이 낮은 것으로 알려져 있다.
KD에 의한 사이징은, 효과적인 사이징을 실현하기 위해서는 약알칼리성의 pH 또는 중성의 pH(7내지 8.5)에서 수행되어야 하는 것으로 알려져 있다. 더욱이, KD에 의한 사이징은 알루미늄 양이온과 같은 몇몇 양이온의 존재하에서는 역효과를 나타낼 수 있다.
CRS에 의한 사이징은 4 내지 6의 산성 pH, 통상의 로진 사이징제에 의한 사이징은 4 내지 5의 산성 pH에서 효과적이라는 사실은 당해 기술분야에 이미 공지되어 있다. 또한, 두 사이징제는 불용성화제(즉, 사이징제와 함께 불용성착물, 또는 염을 형성하는 화합물)를 필요로 한다. 가장 보편적으로 사용되는 불용성 화제는 백반(Al2(SO4)3이다.
미국특허 제4,522,686호는 KD와 같은 소수성 셀룰로오스 반응성 사이징제, 강화로진 및 수용성 질소함유 양이온성 분산제를 함유하는 수성분산액형태의 사이징조성물에 관한 것이다. 여기서, 후자의 두 성분은 CRS의 구성성분이다.
상기 특허의 실시예에서 보이는 바와 같이, 분산액은 양이온성 수지를 사용하여 KD에멀션을 형성시켜서 제조한다. 이어서, 강화된 로진 양이온성 에멀션을 혼합하므로써 제조한다. 최종분산액은 다양한 비율의 상기 두 에멀션을 혼합함으로써 제조된다. 최종분산액은 백반없이 또는 백반과 함께 pH 약 6.5에서 펄프로부터 사이징 된 종이를 생산하는데 사용된다. 상기 특허는 허큘레스 사이징 테스트용액 No.2를 사용하여 반사율 80%까지 측정할 때 양이온성 분산액의 사용으로 말미암아 사이징이 개량됨을 개시하고 있다. 이것은 종이의 표면사이징 효과를 측정한 것이다. 그러나, 과산화수소에 의한 멸균처리로 인해 유발되는 문제에 대한 언급이 없었을 뿐만 아니라, 혼합된 양이온성 분산액을 사용하여 사이징처리하는 것이 과산화수소함유액체에 의한, 또는 고온의 과산화수소용액과 접촉한 후 락트산함유액체에 의한 모서리 침투에 대한 저항성에 어떠한 영향을 나타내는 것인지에 대해서도 전혀 언급한 바가 없다.
표면사이징과 모서리침투 저항성간의 상호관련성에 대해서는 전혀 알려진 바가 없는 바, 양호한 표면사이징이 양호한 모서리침투저항성을 보장하는 것은 아니다. 또한, 고온의 과산화수소함유액체 및 락트산과 같은 응집성액체들의 영향을 측정하는 것은 그러한 측정에 이용되는 시험들에 따라 매우 다른 결과들을 얻을 수 있다.
사실상, 상기한 미국특허의 도입부에 개시된 바와 같이, 이 특허 발명의 목적은 사이징제를 개량시키는 것 뿐만 아니라 셀룰로오스 반응성 사이징제 또는 양이온성 로진 사이징제 각각과 관련된 주지의 여러 가지 단점들을 극복하는 것, 그리고 특히 사이징이 전개되는 속도를 향상시키는 것에 있다. 사이징이 신속하 게 진행될 경우, 새로이 생성된 종이가 기계, 특히 사이징 프레스를 통해서 보다 신속하게 이동할 수 있으며, 이것은 종이를 생산하기 위한 작업상의 관점에서는 명백히 유리한 것이나, 사이징 프레스 부재하의 종이보오드의 생산 및 사용할때의 그의 특성들과는 전혀 관련이 없다.
놀랍게도, KD 및 CRS를 불용성화제와 함께 중성 내지 알카리성 pH를 갖는 펄프슬러리에 첨가하고, 이어서 펄프를 보오드로 형성시킬 경우, 생성된 보오드는 과산화수소- 및 락트산-함유 액체 양자에 의한 모서리침투에 대해 양호한 저항성을 갖는다는 사실이 밝혀졌다.
본 발명에 의하면, 양이온성 로진 사이징재 및 불용성화제와 결합된 알킬케텐 다이머 사이징제의 에멀션을 사용하여 상기 두 사이징제 및 불용성화제를 개별적으로 또는 미리 혼합한 형태로 액체-포장용 보오드 제조기내의 중성 내지 알카리성 pH를 갖는 수성 펄프슬러리에 첨가함으로써 고온 과산화수소가 액체-포장용 보오드의 절단된 모서리에 침투하는 것에 대한 저항성을 향상시키는 방법이 제공된다.
또한, 전술한 두가지 측면에서의 보오드의 저항성이 두 사이징제들을 개별적으로 사용하였을 때 얻어지는 효과들을 총합할 때 예상되는 것보다 기대이상으로 우수한 것으로 밝혀졌다.
성분들을 개별적으로 첨가하는 것이 바람직하기는 하나, 펄프슬러리에 첨가하기 전에 KD 및 CRS를 미리 혼합하는 것도 동일한 놀라운 결과를 가져온다.
이와 같은 놀라운 효과는, KD 및 음이온성 로진 사이즈의 사용이 동일한 사이징효과를 제공하지 못하는 것으로 알려져 있었기 때문에 훨썬 더 예기치 못했던 것이다. 두 성분의 결합은 고온 과산화수소의 모서리침투에 대해서는 양호한 저항성을 제공하나 락트산에 의한 모서리침투에 대해서는 역효과를 나타낸다.
미리 혼합하지 않은 경우, 이것이 바람직하지는 않으나, KD, CRS 및 불용성화제를 개별적으로, 그러나 동시에, 바람직하게는 슬러리를 보오드제조기에 공급하기 직전에 펄프슬러리에 첨가할 수 있다. 그러나, 성분들은 임의의 소정 순서대로, 연속해서 첨가할 수도 있다. KD 및 CRS를 첨가하는 순서는 중요하지 않다. 단지 2가지 사이징제들을 첨가하는 동안 내내 펄프가 중성 내지 알카리성 pH를 갖는 수성환경이 유지되도록 하면 된다.
CRS 및 불용성화제를, 슬러리를 처음 형성시키는 용기내에 첨가하고, 이어서 상기 슬러리를 제조기에 공급하기 직전에 KD를 첨가하는 것이 바람직하다.
CRS 및 불용성화제를 함께 혼합한 후에, 그 혼합물을 슬러리에 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 불용성화제를 CRS 첨가 전 또는 그후에 슬러리를 가공 처리하는 동안의 임의의 단계에서 개별적으로 첨가할 수도 있다.
일단 3가지 성분들로 처리된 펄프는 액체의 무균포장에 사용되는 보오드로 성형될 것이다. 그러나, 본 발명은 그와 같은 용도로만 제한되지 않으며, 펄프를 임의의 목적하는 제품으로 제조할 수 있다. 임의의 통상의 제조기를 사용할 수 있다.
당해 기술분야에 공지되어 있는 KD는 어느 것이라도 사이징시 일반적으로 사용되는 수준으로 본 발명의 방법에서도 사용될 수 있다. 예를 들면, 최종 펄프슬러리는 0.010 내지 0.6%(펄프의 건조중량(db)을 기준으로 함)의 KD를 함유할 수 있으며, 최종 슬러리가 약 0.12% db의 KD를 함유하는 것이 바람직하다.
사이징제로서 사용되는 케텐다이머는 하기 식을 갖는 다이머이다 :
[R-CH=C=O]2
식중, R은 8이상의 탄소원자를 갖는 알킬, 6이상의 탄소원자를 갖는 시클로알킬, 아릴, 아르알킬 및 알카릴과 같은 탄화수소 라디칼이다. 케텐 다이머를 명명함에 있어서, 라디칼 "R"을 명명한 후 "케텐 다이머"를 붙인다. 즉, 데실 케텐 다이머는 [C10H21-CH=C=O]2이다. 케텐 다이머의 예로서는 옥틸, 데실, 도데실, 테트라데실, 헥사데실, 옥타데실, 에이코실, 도코실, 테트라코실, 페닐, 벤질, 베타-나프틸 및 시클로헥실 케텐 다이머 및 공지의 방법들에 의해 몬탄산, 나프텐산, △9,10-데실렌산, △9,10-도데실렌산, 팔미톨렌산, 올레인산, 리시놀렌산, 리놀렌산 및 엘레오스테아린산과 같은 유기산, 및 코코낫유, 바바수유, 팜핵유, 팜유, 올리브유, 땅콩유, 평지유, 쇠기름, 라아드(엽상지방) 및 고래지방과 같은 천연 지방산들의 혼합물로부터 제조된 케텐 다이머를 들 수 있다. 전술한 지방산들중 임의의 것들을 서로 혼합한 혼합물들 또한 사용할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 있어서는 공지된 CRS중 어느 것이라도 사이징에 일반적으로 사용되는 수준으로 사용할 수 있다. 예를들면, 최종 펄프슬러리는 0.4 내지 4.0% db의 백반함유 CRS를 함유할 수 있다. 최종 슬러리는 약 1%의 백반함유 CRS를 함유하는 것이 바람직하다.
바람직한 형태의 CRS는 액체 양이온성 분산제중의 강화수지이다. 이러한 종류의 CRS는 미국특허 제 3,817,768호, 제3,966,654 및 제4,199,369호에 개시되어 있다.
불용성화제는 공지된 것중 어느 것을 사용하여도 무방하나, 백반이 바람직하다. 사용량은 CRS의 통상 사용량과 대략 동일한 것이 바람직하다. 일반적으로, 불용성화제의 사용량은 로진성분 부당 0.5 내지 2.0부, 바람직하게는 1 내지 1.5부이다.
펄프슬러리는 펄프를 무균 포장용 보오드등으로 성형하기 전에 통상의 방법으로 가공할 수 있으며, 필요에 따라서 플록형성제, 안료 및 충전제 등의 통상의 첨가제들을 첨가할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법으로 처리한 펄프로 제조한 보오드 등의 제품을 포함한다.
다음은 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하고자 한다. 특별한 언급이 없는 한 모든 부와 퍼센트는 중량에 대한 것이다.
일용제품의 무균포장용 종이계 보오드 샘플을 다수개 제조하였다. 펄프원료를 슬러리로 형성시키고 종래의 시스템으로 처리한 후 종래의 보오드 제조기에 공급하였다.
두 등급의 출발펄프를 사용하였는바, 제1등급은 50% Lumi 표백연목설페이트(25°SR)과 50% Oulu 표백 견목설페이트(25°SR)를 포함하는 목질제거펄프(WP)이다. 제2등급은 고수율의 펄프(+HYP)가 첨가된 것으로, 40% Lumi(상기와 같음), 40%의 Oulu(상기와 같음) 및 20% Rockhammer 고수율 펄프를 포함하는 것이다.
펄프슬러리는 먼저 소정의 pH로 조절한 후, 처리된 슬러리를 제조기에 공급하기 직전에 사이징제를 첨가하였다.
보오드를 제조하여 하기 시험들을 수행하였다.
1. Cobb시험- 표면 사이징효과를 시험하기 위한 1분간의 수분 Cobb시험, 결과는 ㎡당 흡수된 수분의 g수로 표시한다(g/㎡).
2. 24시간 동안의 락트산에 의한 모서리침투-보오드샘플 양측을 고온용융접착제를 사용하여 폴리에스테르 필름으로 적층시켰다. 50×50mm 샘플을 23℃에서 24시간 동안 1% 락트산용액에 침지시켰다. 침지후에 샘플을 꺼내어 흡수건조시킨 후 재평량하였다. 그 결과는 원료모서리의 m당 흠수된 용액의 g수로 표시한 다(g/m).
3. 10분간의 락트산에 의한 모서리침투-시험절차는 폴리에스테르필름 대신에 자가접착테이프를 사용하고 1% 락트산을 포함하는 용액을 70℃로 유지시키며 침지시간을 10분으로 한 것을 제외하고는 상기 시험 2와 동일하게 하였다.
4. 10분간의 과산화수소에 의한 모서리침투-시험절차는 30% 과산화수소를 포함하는 용액을 80℃로 유지시키는 것을 제외하고는 상기 시험 3과 동일하게 하였다.
상기의 모든 시험에 있어서, 사이징이 우수한 경우는 사이징이 불량한 경우보다 낮은 값을 갖게 된다. Cobb시험의 경우에, 우수한 사이징값은 약 20이고 불량한 사이징값은 40이상이다.
보오드를 제조하는데 사용된 조건과 첨가제는 표 Ⅰ에 나타내며, 그 시험결과는 표 Ⅱ에 나타내었다. 시험은 대조시험과 본 발명의 실시예를 포함한다. 표 Ⅰ에 있어서, 첨가제의 사용량 단위는 % db로서 나타낸다.
케텐다이머(KD)는 Aquapel
Figure kpo00001
360X이며, 이것은 양이온성 감자전분유도체를 함유하는 유화제중에 C14및 C16알킬사슬의 혼합물을 가진 알킬케텐 다이머로서 허큘레스 인코포레티드에 의해 판매되는 것이다.
양이온성 로진 사이징제는 강화로진, 알루미늄 화합물(백반) 및 15% 폴리아미드 양이온성 수진(로진의 중량에 대하여)를 함유하며, 상표명 HERCAT로 허큘레스 리미티드에 의해 판매되는 것이다. 백반의 함량은 로진성분 부당 1부이다.
[표 Ⅰ]
Figure kpo00002
[표 Ⅱ] 시험결과
Figure kpo00003
* 시험도중 물이 샘플에 침투된 것을 표시한다.
시험 C-1로부터, 산성 pH에서 CRS 또는 음이온성 로진 사이징제로 사이징된 보오드는 락트산에 대한 저항성은 낮고 과산화수소에 대한 저항성은 크다는 것을 알 수 있다. 그러나, CRS가 중성 pH에서 적용되 었을 경우에는, 유용한 사이징 또는 침투저항성은 제공되지 않았다(시험 C-1 및 C-2 참조).
시험 C-3 및 C-4는, 중성 pH에서의 KD에 의한 사이징은 우수한 락트산 저항성과 낮은 과산화수소 저항성을 제공함을 나타낸다.
본 발명의 실시예인 시험 1 및 2에 있어서, KD와 CRS에 의한 사이징은 우수한 락트산 및 과산화수소 저항성뿐만 아니라 두가지를 개별적으로 사용하였을 때 얻어지는 결과로부터 기대되는 것보다 더욱 우수한 결과를 나타낸다. WF 펄프에 있어서, 실시예 1의 과산화수소 저항성은 그외의 다른 어떤 것들보다도 우수함을 알 수 있다. 더욱이, 모든 경우에 있어서, 24시간과 10분의 락트산 시험결과는 개별성분들에 의하여 산출된 것과 같은 결과를 나타낸다. 상용성문제가 있는 것으로 예상되던 사이징제들로 부터 위와 같은 우수한 결과가 얻어질 수 있다는 것은 매우 놀라운 일이다.
추가로, 다음과 같은 다소 상이한 펄프구조를 사용하는 파이럿 제지기상에서 일련의 시험을 수행하였다 :
40% Rockhammer CTMP
30% Modo 크라프트
30% Oulu 자작나무
모든 처리제들의 첨가는 혼합가스에, 즉 기계정련기와 제조기사이에서 수행하였다. 백반의 "개별적" 첨가를 나타낸 경우에는, 사이징제와 백만을 묽은 유화액상태로 펀넬을 통해 첨가하였다.
표 Ⅲ은 4가지의 상이한 음이온성 사이징제가 다음과 같은 동일한 결과를 제공함을 나타낸다 :
-CRS만큼 효과적이지는 못하지만 모두 고온 과산화수소에 대한 모서리침투 저항성을 개선한다.
-차가운 락트산에 대한 모서리침투 저항성에는 모두 역효과를 제공한다.
표 Ⅳ는 다음과 같은 CRS의 효과를 나타낸다 :
-표 Ⅰ에 기록한 바와 같은 백반을 함유하는 CRS.
-백반을 함유하되, 위의 것과는 다른 액체 양이온성 분산제를 함유하는 CRS.
-백반을 함유하지 않는 CRS(백반은 별도로 첨가된다).
-Aquapel
Figure kpo00004
360X와 혼합된 백반을 함유하는 CRS,
-Aquapel
Figure kpo00005
360X와 혼합된 백반을 함유하지 않는 CRS(백반은 첨가된다).
표 Ⅳ는 모든 양이온성 사이징제가 락트산 모서리침투 저항성에 영향을 미치지 않거나 다소의 유리한 효과를 제공하며 고온 과산화수소 모서리침투를 저항성에는 모두 유리한 효과를 제공함을 나타낸다.
표 Ⅴ는 2종의 다른 허큘레스 음이온성 사이정제가 KD와 별도로 첨가된 경우, KD와 혼합된 상태로 첨가된 경우 및 KD 및 백반과 혼합된 상태로 첨가된 경우에 얻어진 결과를 나타낸다. 이 결과로부터 음이온성 로진 사이징제와의 모든 조합은 차가운 락트산 모서리침투 저항성에 역효과를 제공하며 과산화수소 모서리침투 저항성에는 다양한 결과를 제공하지만 모두 CRS에 비해 열등함을 알 수 있다.
이상의 본 발명에 대한 설명은 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명의 범위내에서 구체적인 변형을 실시할 수 있다. 일례로, KD는 제지공업분야에 공지되어 있는 조성물과 함께 액체 양이온성 분산제에 분산시킬 수 있다. 또한, KD는 CRS에 직접 분산시켜서 본 발명에 유용한 조성물을 제조할 수 있다.
[표 Ⅲ]
Figure kpo00006
(1)실시예 1 및 2에서 사용된 양이온성 로진사징제
(2)카제인으로 안정화시킨 강화로진함유 NEUPHOR
Figure kpo00007
635 음이온성 로진사이징제(허큘레스 인코포레티드 제품)
(3)카제인으로 안정화시킨 강화로진함유 BUMAC 443 음이온성 로진사이징제(테네코 인코포레이티드 제품)
(4)카제인으로 안정화시킨 강화로진함유 KENTOSOL D 400 음이온성 로진사이징제(브루흘 게엠베하 제품)
(5)카제인으로 안정화시킨 강화로진함유 MARECOLL EC 음이온성 로진사이징제(마레 스파 제품)
[표 Ⅳ]
Figure kpo00008
(*)는 첨가전에 성분들을 예비혼합시켰음을 나타낸다.
(6)BHMT를 주성분으로 하는 양이온성 수지로 안정화시킨 강화로진 사이징제를 함유하는 양이온성 로진 사이징제
(7)백반을 함유하지 않는, 실시예 1 및 2에서 사용된 양이온성 로진 사이징제
[표 Ⅴ]
Figure kpo00009
(*)는 첨가전에 성분들을 예비혼합시켰음을 나타낸다.
음이온성 로진 사이징제와 백반을 함유하는 혼합물은 불안정하였다.
(8)합성계면활성제로 안정화시킨, 강화로진 사이징제를 함유하는 T Lim 7635 음이온성 로진 사이징제.

Claims (7)

  1. 알킬 케텐 다이머 사이징제 및 양이온성 로진 사이징제와 불용성화제로 된 에멀션을 사용하여, 상기 두 사이징제와 불용성화제를 개별적으로 또는 예비 혼합된 형태로 중성 내지 알카리성 pH하에 액체포장용 보오드제조기에 첨가하므로써 상기 액체포장용 절단 모서리의 고온 과산화수소에 의한 침투저항성을 향상 시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 불용성화제는 백반인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양이온성 사이징제와 불용성화제는 슬러리가 처음 형성되는 용기에 첨가되고, 상기 케텐 다이머 사이징제는 슬러리가 보오드성형기에 주입되기 직전에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 락트산 함유액체로 용기를 충전시키는데 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 중성 내지 알카리성 pH의 펄프슬러리로부터 종이보오드를 제조하고, 그 보오드를 단위포장용 크기로 절단하여 보오드의 절단모서리를 노출시키고, 그 보오드를 폴리에틸렌으로 피복한 후, 그것을 고온의 과산화수소용액으로 처리하는 단계를 포함하는 소비성 액체용 용기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 보오드 제조단계에 알킬 케텐다이머 사이징제, 양이온성 로진 사이징제 및 불용성화제로 된 에멀션을 첨가하는 것을 특징으로 하는 소비성 액체용 용기의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 양이온성 사이징제와 불용성화제는 슬러리가 처음 형성되는 용기에 첨가되고, 상기 커텐 다이머 사이징제는 슬러리가 보오드제조기에 주입되기 직전에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 용기는 락트산 함유 액체 충전용인 것을 특징으로 하는 방법.
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