KR100350201B1 - 횡방향 인열 강도가 향상된 중합체 보강지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건조 중량 기준으로 섬유의 약 50% 이상이 셀룰로오스계 섬유인 섬유의 수현탁액을 제조하는 단계, 상기 현탁액을 성형 초지망 상에 분산시키는 단계, 상기 분산된 현탁액를 탈수시켜 종이를 형성하는 단계, 및 상기 종이를 용적 중가제 함유 중합체 보강용 매질로 처리하는 단계로 이루어지는 중합체 보강지를 형성하는 방법에 관한 것이다. 종이의 처리는 종이 내의 셀룰로오스계 섬유의 건조 중량 기준으로 15 내지 70 중량%의 용적 중가제를 종이에 제공하도록 적합화 된다. 별법으로, 용적 중가제는 중합체 보강지가 형성된 후, 중합체 보강지에 첨가될 수있다. 특정 태양에서, 용적 중가제는 다가알코올이다. 다른 태양에서, 용적 중가제는 약 100 내지 1,500 범위의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜이다. 중합체 보강지는 특히, 종이가 약 5 중량% 미만의 수분 함량을 갖는 경우, TAPPI법 T414에 따라 엘멘도르프 인열 강도 시험기로 측정시 향상된 횡방향 인열 강도를 보유한다.

Description

횡방향 인열 강도가 향상된 중합체 보강지{Polymer-Reinforced Paper Having Improved Cross-Direction Tear}
본 발명은 중합체 보강지에 관한 것이다.
중합체 함침에 의한 종이의 보강은 장기간 확립된 방법이다. 사용된 중합체는 전형적으로 합성 물질이고, 종이는 셀룰로오스계 섬유로만 이루어지거나, 또는 셀룰로오스계 섬유와 비셀룰로오스계 섬유와의 혼합물로 이루어질 수 있다. 중합체 보강은 치수 안정성, 내약품성 및 내환경성, 내인열성, 엠보싱성(embossability), 레질리언스, 적합성, 수분 및 중기 투과성, 내마모성 등과 같은 특성들 중 하나 이상을 향상시키기 위해 사용된다.
일반적으로, 중합체 보강지의 사용을 통해 향상되도록 목적하는 특성 또는 특성들은 그의 용도에 달려 있다. 예를 들면, 이후 횡방향 인열 강도로서 정의한종이의 내인열성은 종이가 단지 예로서 마스킹 종이 및 테이프, 기계 연마용 연마지, 및 가요성이며 내인열성인 마킹 라벨용 기재로서 사용되는 경우 특히 중요하다.
더우기 내인열성과 같은 특성은 단지 특정 사용 조건하의 소정의 제품에서 중요할 수 있다. 예로서, 크레이핑된 마스킹 테이프의 횡방향 인열 강도는 전형적으로 종이의 수분 함량과 직접적으로 비례한다. 상기 테이프가 높은 상대 습도의 조건하에서 사용되는 경우, 테이프는 수분을 보유하거나 흡수하며, 횡방향 인열 강도는 통상적으로 충분 수준을 넘는다. 그러나, 낮은 상대 습도 조건하에서는, 도장면의 고온 경화 동안에 접하게 되는 것과 같이 테이프의 수분 함량이 횡방향 인열 강도와 함께 감소된다. 테이프가 표면으로부터 제거되는 경우, 테이프의 슬리버링(slivering) 또는 사선 인열이 종종 발생한다.
폴리에틸렌 글리콜을 포함하는 다가 알코올의 사용은 제지업계에서는 공지의 사실이다. 예를 들면, 상기 물질은 섬유 분리절의 형성을 감소시키기 위해서 펄프 시트의 절단부에 국부적으로 사용된다. 또한, 상기 물질은 개선된 치수 및 열 안정성, 유연성 및 가요성, 습윤 인장 및 인열 강도, 및 고습도에서의 치수 조절을 부여하기 위해 펄프 시트에 혼입된다. 이들은 비-탈리그닌 섬유의 흡수 배트를 안정화시키기 위해 사용된다.
또한, 상기 물질은 담배 용지의 연소시 생성된 일산화탄소의 양을 감소시키종이를 크레이핑하는 단계, 상기 크레이프지를 건조시키는 단계, 종이 내의 셀룰로오스계 섬유의 건조 중량 기준으로 용적 중가제 약 15내지 약 70 중량%를 종이에제공하도록 상기 건조된 크레이프지를 용적 중가제 함유 중합체 보강용 매질로 처리하는 단계, 및 처리한 크레이프지를 건조시키는 단계를 포함하는, 중합체 보강 크레이프지의 형성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 건조 중량 기준으로 섬유의 약 50 % 이상이 셀룰로오스계 섬유인 섬유의 수현탁액을 제조하는 단계, 상기 현탁액을 성형 초지망 상에 분산시키는 단계, 상기 분산된 현탁액을 탈수시켜 종이를 형성하는 단계, 상기 종이를 중합체 보강용 매질로 처리하여 중합체 보강지를 제공하는 단계, 및 종이 내의 셀룰로오스계 섬유의 건조 중량 기준으로 용적 중가제 약 15 내지 약 70 중량%를 종이에 제공하도록 상기 중합체 보강지를 용적 중가제로 코팅하는 단계를 포함하는, 중합체 보강지의 형성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 건조 중량 기준으로 섬유의 약 50 % 이상이 셀룰로오스계 섬유인 섬유, 보강용 중합체, 및 셀룰로오스계 섬유의 건조 중량 기준으로 용적중가제 약 15 내지 약 70 중량%를 포함하는 중합체 보강지를 제공한다.
특정 실시태양에 있어서, 중합체 보강지는 중합체 보강 크레이프지이다. 다른 실시태양에서, 중합체 보강지는 라텍스 함침지이다. 또다른 실시태양에서, 중합체 보강지는 크레이핑된 라텍스 함침지이다. 또다른 실시태양에서, 용적 증가제는 다가 알코을이다. 다른 실시태양에서, 용적 중가제는 분자량이 약 100 내지 약 1,500인 폴리에틸렌 글리콜이다.
본 발명에 의해 제공된 라텍스 함침지는 연마지 기재, 가요성의 내인열성 마킹 라벨 기재, 및 크레이핑된 경우 마스킹 테이프 기재로서 사용하기에 특히 적합하다.
본 명세서에서 사용된 용어 "횡방향"은 횡 기계 방향, 즉 제조하는 동안 종이의 이동 방향(종방향)에 수직인 방향을 의미한다.
용어 "인열 강도"는 시험되는 종이의 수분 함량을 조절하도록 적합화된 조건하에서, TAPPI법 T414에 따른 엘멘도르프(Elmendorf) 인열 강도 시험기로 측정한 인열 강도 시험 결과의 평균값을 의미한다. 이 장치는 인열 개시후 종이를 인열시키는데 필요한 그램 단위의 평균힘을 측정한다. 따라서, 이 용어는 종이의 내인열성의 척도이다. 시험되는 종이를 인열 강도 시험기에서 측정되는 인열력이 횡방향이 되도록 배향시키는 경우, 시험 결과는 "횡방향 인열 강도"이다. 편의상, 본 명세서에서, "횡방향 인열 강도"는 시험되는 4겹 또는 4층 종이를 인열시키는데 필요한 그램 단위의 평균힘으로서 기재하였다.
중합체 보강지는 본 발명에 따라 건조 중량 기준으로 섬유의 약 50 %이상이 셀룰로오스계 섬유인 섬유의 수현탁액을 제조하고 상기 현탁액을 성형 초지망 상에 분산시키고, 상기 분산된 현탁액을 탈수시켜 종이를 형성하고, 종이 내의 셀룰로오스계 섬유의 건조 중량 기준으로 용적 중가제 약 15 내지 약 70 중량%를 종이에 제공하도록 상기 종이를 용적 중가제 함유 중합체 보강용 매질로 처리함으로써 제조하였다. 일반적으로, 수현탁액은 당업자에게 주지된 방법에 의해 제조된다. 마찬가지로, 현탁액을 성형 초지망 상에 분산시키고, 분산된 현탁액을 탈수시켜 종이를 형성하는 방법도 당업자에게 주지의 사실이다.
"건조 중량 기준" 및 "셀룰로오스계 섬유의 건조 중량을 기준으로"이라는 표현은 섬유, 예를 들면 셀룰로오스계 섬유, 또는 제지업계에서의 표준 방법에 따라 물이 완전히 제거된 다른 물질을 나타낸다. 상기 표현이 사용되는 경우, 이는 마치 물이 없는 것과 같이, 중량을 산출함을 의미한다.
필요할 경우, 분산된 수현탁액을 탈수하여 형성한 종이는 중합체 보강용 매질로 종이를 처리하기 전에 건조될 수 있다. 종이의 건조는 모든 공지의 수단에 의해 달성될 수 있다. 공지된 건조 수단으로는 단지 예로서 대류 오븐, 방사열, 적외선 방사, 강제 통기 오븐, 및 가열된 롤 또는 캔을 들 수 있다. 또한, 건조는 주변 환경에 존재하는 열에너지외의 추가 열에너지는 없는 공기 건조를 포함한다.
또한, 분산된 수현탁액을 탈수시켜 형성한 종이는 당업자에게 주지된 임의의 수단에 의해 크레이핑될 수 있다. 종이를 건조한 후, 이 종이를 중합체 보강용 매질로 처리하기 전에 크레이핑 공정을 수행할 수 있다. 별법으로, 종이는 먼저 건조되지 않고 크레이핑될 수 있다. 또한, 종이는 중합체 보강용 매질로 처리한 후 크레이핑될 수 있다.
크레이핑은 종이의 신장성을 증가시키기 위해 사용하는 습식 변형 공정이다. 이 공정은 전형적으로 종이 시트를 소량의 사이징제를 함유하는 수조에 통과시키는 과정을 포함한다. 습윤 시트는 과잉의 물을 제거하기 위해 닙핑(nipping)된 후, 크레이핑 롤로서도 기능하는 가열 건조 롤 둘레를 통과한다. 사이징제는 종이 시트를 건조 동안에 크레이핑 롤에 약하게 접착시킨다. 이어서, 종이는 크레이핑 롤로부터 닥터 블레이드(크레이핑 나이프)에 의해 제거된다. 얻어진 크레이프의 신장량 및 조도(粗度)는 닥터 블레이드의 각도 및 외형, 건조롤의 속도, 및 사이징 조건에 의해 조절된다. 이어서, 얻어진 크레이프지는 완전히 이완된 조건하에서 건조된다. 또한, 필요한 경우 건식 크레이핑 공정이 사용될 수 있다.
일반적으로, 수현탁액 증에 존재하는 섬유는 셀룰로오스계 섬유 약 50 중량% 이상을 포함한다. 따라서, 필요한 경우, 광물 섬유 및 합성 섬유와 같은 비셀룰로오스계 섬유가 포함될 수 있다. 비셀룰로오스계 섬유를 단지 예로서 들자면 당업자에게는 주지된 열경화성 및 열가소성 중합체로부터 제조된 글라스 울 및 유리 섬유를 들 수 있다.
다수의 실시태양에서, 종이 내에 존재하는 실질적으로 모든 섬유는 셀룰로오스계 섬유이다. 셀룰로오스계 섬유원을 단지 예로서 들자면 연질 목재 및 경질 목재와 같은 목재류, 벼, 아프리카나래새(esparto), 밀, 호밀 및 사바이(sabai)와 같은 짚 및 초본류, 대나무, 황마(jute), 아마, 케나프(kenaf), 마리화나, 린넨, 모시풀, 마닐라삼, 사이잘초, 및 목화 및 목화 종자 표피 섬유가 있다. 연질 목재 및 경질 목재가 셀룰로오스계 섬유원으로 가장 통상적으로 사용된다. 또한, 셀룰로오스계 섬유는 기계적, 화학기계적, 반화학적 및 화학적 공정과 같은, 통상 사용되는 임의의 펄프화 공정을 통해 얻을 수 있다.
비셀룰로오스계 섬유 이외에, 수현탁액은 제지업계에서 공지된 다른 물질들을 함유할 수 있다. 예를 들면, 현탁액은 염산, 황산, 아세트산, 옥살산, 인산, 아인산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 또는 암모니아, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 인산중수소나트륨, 인산수소이나트륨 및 인산삼나트륨과 같은 pH 조절용 산 및 염기 명반; 로진 및 왁스와 같은 사이징제; 천연 및 화학 변성 전분 및 검과같은 건조 강도 접착제; 카르복시메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 유도체, 페놀 수지류, 라텍스류, 폴리아민류 및 폴리아크릴아미드류와 같은 합성 중합체; 우레아-포름알데히드 수지, 멜라닌-포름알데히드 수지 및 폴리아미드와 같은 습윤 강도 수지; 점토, 활석 및 이산화티탄과 같은 충전제; 염료 및 안료와 같은 착색 물질; 보류 조제; 섬유 해교(解膠)제: 비누 및 계면 활성제; 제포제; 탈수 촉진제; 광학 광택제: 피치 조절 화학물질; 슬라임 방지제; 및 부식 억제제, 난연제 및 항변색제와 같은 특수 화학물질이 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "용적 중가제"는 물 부재시에 셀룰로오스의 팽윤 구조를 유지하는 모든 물질을 포함한다. 용적 중가제는 통상적으로 다가 알코올, 즉 폴리히드록시알칸이다. 보다 전형적인 다가 알코올을 단지 예로서 들자면, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤 또는 글리세린, 프로필렌 글리콜 또는 1,2-프로판디올, 트리메틸렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올 또는 테트라메틸렌 글리콜, 2,3-부탄디올, 1,2,4-부탄트리올, 1,2,3,4-부탄테트롤, 1,5-펜탄디올, 네오펜틸 글리콜 또는 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 헥실렌글리콜 또는 2-메틸-2,4-펜탄디올, 디프로필렌 글리콜, 1,2,6-헥산트리올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올, 1,3-시클로헥산디올, 1,3,5-시클로헥산트리올, 1,4-디옥산-2,3-디올 및 1,3-디옥산-1,3-디메탄올이 있다.
특정 실시태양에서, 용적 중가제로서 사용되는 다가 알코올은 글리세롤, 또는 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 및 고분자량 폴리에틸렌 글리콜과 같은 폴리알킬렌 글리콜일 수 있다. 다른 실시태양에서, 용적 중가제는 분자량이 약 100내지 약 1,500인 폴리에틸렌 글리콜이다. 또다른 실시태양에서, 용적 중가제는 분자량이 약 200 내지 약 1,000인 폴리에틸렌 글리콜이다. 종이의 수분 함량이 낮고, 예를 들면 3 중량% 미만이고, 용적 증가제가 폴리에틸렌 글리콜인 경우, 폴리에틸렌 글리콜의 분자량은 전형적으로 약 100 내지 약 1,000일 수 있다.
용적 증가제와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 용어 "분자량"은 실제 분자량을 의미하는 것이다. 중합체와 같은 물질들의 분자량은 종종 단지 평균 분자량으로서 측정될 수 있기 때문에, 상기 용어는 한정한 범위내에 속하는 모든 평균 분자량을 포함하는 것이다. 따라서, 수평균, 중량 평균, Z-평균 및 점도 평균 분자량과 같은 평균 분자량이 용어 "분자량"에 포함된다. 그러나, 상기 평균 분자량 중 단지 하나가 한정한 범위내에 속하기만 하면 충분하다.
일반적으로, 용적 중가제의 양은 중합체 보강지의 횡방향 인열 강도를 향상시키기에 충분한 양을 사용한다. 상기 양은 종이 내의 섬유 건조 중량을 기준으로 하여 전형적으로 약 15 내지 약 70 중량%의 범위이다. 다른 실시태양에서, 용적 중가제의 양은 약 15 내지 약 60 중량%의 범위일 수 있다. 또다른 실시태양에서, 용적 중가제의 양은 약 15 내지 약 35중량%의 범위일 수 있다.
일반적으로, TAPPI법 T414에 따라 엘멘도르프 인열 강도 시험기로 측정한 평균 횡방향 인열 강도의 모든 개선은 본 발명의 범위내에 속하는 것으로 사료된다. 특정 실시태양에서, 본 명세서에 기재한 바와 같이 제조한 중합체 보강지의 평균 횡방향 인열 강도는 용적 증가제가 결여된 것 이외에는 동일한 중합체 보강지의 횡방향 인열 강도보다 약 10 % 이상 클 것이다. 다른 실시태양에서, 상기 평균 횡방향 인열 강도는 약 10 내지 약 100 % 더 클 것이다. 또다른 실시태양에서, 상기 평균 횡방향 인열 강도는 약 20 내지 약 100 % 더 클 것이다. 본 발명의 범위내에 속하는 중합체 보강지에 대한 상기 횡방향 인열 강도의 향상은 단지 소정의 수분 함량(즉, 특정 상대 습도 %에서)에 대해 존재할 수 있거나, 임의 또는 모든 수분 함량 수준에서 관측될 수 있다.
실제적으로, 용적 중가제는 전형적으로 수성 또는 비수성일 수 있는 중합체 함유 보강용 매질 중에 포함될 것이다. 별법으로, 용적 중가제는 예를 들면 침지 및 닙핑, 브러싱, 닥터 블레이딩, 분무, 및 직접 및 오프셋 그라비야(gravure) 인쇄 또는 코팅과 같은 임의의 공지 수단에 의해 종이의 일면 또는 양면에 용적 중가제 또는 용적 중가제 용액을 도포하여 중합체 보강지에 첨가될 수 있다. 중합체 보강지에 도포되는 경우, 용적 중가제 용액은 매우 종종 수용액일 수 있다. 그러나, 필요할 경우, 물 뿐만 아니라, 또는 물 대신에 다른 용매를 사용할 수 있다. 이러한 다른 용매의 예로는 메탄올, 에탄올 및 프로판올과 같은 저분자량 알코올, 아세톤 및 메틸 에틸 케톤과 같은 저분자량 케톤 등을 들 수 있다.
보강지용으로 통상적으로 사용되는 임의의 중합체가 사용될 수 있으며, 이들 중합체는 당업자에게 주지되어 있다. 상기 중합체를 단지 예로서 들자면 폴리메타크릴레이트, 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 및 각종 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 에스테르와 유리산의 공중합체를 포함하는 폴리아크릴레이트; 스티렌-부타디엔 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 니트릴 고무 또는 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체; 폴리(염화비닐); 폴리(비닐 아세테이트). 에틸렌-아크릴레이트 공중합체; 비닐 아세테이트-아크릴레이트 공중합체; 네오프렌 고무 또는 트란스-1,4-폴리클로로프렌; 시스-1,4-폴리이소프렌; 부타디엔 고무 또는 시스- 및 트란스-1,4-폴리부타디엔 및 에틸렌-프로필렌 공중합체가 있다.
일반적으로, 중합체 함유 보강용 매질은 중합체가 용해되거나 분산된 액체이다. 이러한 매질은 수성 또는 비수성 매질일 수 있다. 즉, 중합체 함유 보강 매질에 대해 적합한 액체 또는 용매를 단지 예로서 들자면, 물, 래커 희석제 광천 및 VM&P 나프타와 같은 지방족 탄화수소; 톨루엔 및 크실렌과 같은 방향족 탄화수소, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 프로판올, 부탄올, 2-부탄올, 이소부탄올, t-부탄올 및 2-에틸헥산올과 같은 지방족 알코올; 아세톤, 메틸 에틸 케톤,메틸 이소부틸 케톤, 메틸 부틸 케톤, 메틸 아밀 케톤, 4-메톡시-4-메틸펜탄온-2 및 디아세톤 알코올과 같은 지방족 케톤; 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 이소부틸 아세테이트 및 2-메톡시에틸 아세테이트와 같은 지방족 카르복실산의 에스테르, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜과 같은 글리콜; 메톡시에탄올, 메톡시에톡시에탄올, 에톡시에탄올, 에톡시에톡시에탄올, 부톡시에탄올 및 부톡시에톡시에탄올과 같은 글리콜에테르 및 에테르 에스테르; 시클로헥사논 및 테트라히드로푸란과 같은 지환족 및 헤테로시클릭 화합물을 들 수 있다.
매우 종종, 중합체 함유 보강용 매질은 라텍스, 즉 보강용 중합체의 수분산액이다. 따라서, 상기 실시태양들에서, 중합체 보강지는 라텍스 함침지일 것이다. 예로서, 통상적인 라텍스 함침지는 적합한 중합체 라텍스로 함침된 목재 펄프 섬유또는 알파 펄프 섬유의 무(無)사이즈(water leaf) 시트이다. 다수의 라텍스가 사용될 수 있으며, 몇몇 예를 하기 표 1에 요약하였다.
표 1
중합체 보강지에 적합한 라텍스
또한, 함침 분산액은 전형적으로 점토, 및 이산화티탄과 같은 유백화제를 함유할 수 있다. 상기 두 물질의 전형적인 양은 건조 중량 기준으로 중합체 100부당 각각 16부 및 4부이다. 물론, 함침 분산액은 또한 이미 기재한 기타 물질들을 함유할 수 있다.
종이에 첨가되는 중합체의 양은 종이의 건조 중량 기준으로 약 10 내지 약70 %일 것이다. 일반적으로, 함침 전 및 함침 후의 종이의 중량 기준으로, 첨가된 중합제의 양은 중합체 보강지에 대한 사용량에 의해 결정된다.
종이 함침법은 당업자에 주지되어 있다. 전형적으로, 종이는 과량의 함침 용액 또는 분산액에 노출되고, 닙을 통해 이동되어 건조된다. 그러나, 함침 용액 또는 분산액은 브러싱, 닥터 블레이딩, 분무, 및 직접 및 오프셋 그라비야 인쇄 또는 코팅과 같은 다른 방법에 의해 도포될 수 있다.
본 발명은 다음의 실시예에 의해 더 설명된다. 그러나, 이러한 실시예는 결코 발명의 정신 및 범위를 제한하는 것은 아니다. 실시예에서, 별기하지 않는 한 모든 부는 중량 단위이다.
<실시예 1>
습도 및 온도가 조절된 상태에서의 종이의 수분 함량은 주지되어 있기 때문에, 시험되는 종이 시료의 수분 함량은 약 23 ℃ 및 소정의 상대 습도에서 시료를 평형화시켜 조절하였다. 이로 인해 수분 양을 실질적으로 측정할 필요성을 제거하였다. 상대 습도와 수분 함량의 관계를 하기 표 2에 나타냈으며, 수분 함량을 종이 중량을 기준으로 하여 중량%로서 나타내었다.
표 2
종이의 수분 함량
예를 들어, 케네쓰 더블유. 브리트(Kenneth W. Britt) 편저의 문헌("Handbook of Pulp and Paper Technology", 2판, 1970년, p 667, 뉴욕 소재의 Van Nostrand Reinhold Company 발행)을 참조한다. 임의의 소정의 상대 습도에서의 수분 함량은 종이가 보다 건조 상태 또는 보다 습윤 상태로부터 평형 상태에 도달하는지 여부에 달려있으며, 후자 상태의 경우, 전형적으로 수분 함량이 보다 높아진다. 따라서, 표 2는 평형이 보다 습윤 상태로부터 도달하게 되는 경우의 종이에 대한 근사값을 반영한다.
종이 기재는 함침 전에 평량(basis weight)이 44 g/m2(11.7 lb/1300 ft2)인 크레이프지였다. 종이는 노던 블리칭된 크라프트 연질 목재(76중량%) 및 웨스턴 블리칭된 미국 삼나무(red cedar) (24 중량%)로 이루어졌다. 신장율은 14 %이었다. 인장비(MD/CD) 및 평균 절단 길이는 각각 0.9 및 2.5 km였다.
전형적으로 공급되는 라텍스는 약 40-50 중량%의 고상물로 이루어졌다. 용적중가제는 라텍스 중의 중합체 건조 중량을 기준으로 하여, 소정의 중량%를 제공하도록 라텍스 성분에 첨가하였고, 단 배합물 A를 대조 물질로서 사용하였다. 고상물 함량을 약 25-40 중량%로 조정하기 위해서 각 배합물에 물을 추가로 첨가하였다. 사용된 라텍스 배합물을 하기 표 3 및 4에 요약하였다.
표 3
라텍스 배합물 A-F의 요약
표 4
라텍스 배합물 G-M의 요약
종이를 함침 전에 종이의 건조 중량을 기준으로, 픽업 수준 50±3 건조 중량%에서 라텍스로 함침시켰다. 각 시트를 함침용 매질 중에 넣었다 꺼낸후 물기를 제거하였다. 이어서, 시트를 30초간 스팀 가열된 건조 실린더 상에 위치시켜 대부분의 수분을 제거하였다. 시트를 10, 20, 50, 80 및 100 %로 조절된 상대습도하의 데시케이터 내에서 평형화시켰다. 상대 습도의 조절은 데시케이터 바닥에 놓여진 공지의 증기압을 갖는 각종 무기염 용액을 사용하여 달성하였다. 시트로부터 모든 수분을 제거하기 위해서, 시트를 105 ℃의 오븐내에 5분 동안 위치시켰다. 대기로부터 수분 흡수를 최소화하기 위해서 건조된 시트를 시험하기 전까지 플라스틱 백에 넣었다.
이어서, 앞에서 언급한 바와 같이, 엘멘도르프 인열 강도 시험기를 사용하여 시트의 횡방향 인열 강도를 측정하였다. 4개 시트를 한번에 인열시키고, 시험을 사용된 각 라텍스 배합물에 대해 6회씩(즉, 배합물 마다 6회 반복) 수행하였다. 시료 시트 치수는 6.4 x 7.6 cm(2.5 x 3 인치)였다. 보다 짧은 치수 쪽이 시험되는 방향에 평행하였다. 이어서, 각 라텍스 배합물에 대한 결과를 평균내고, g/4시트의 단위로 기재하였다. 횡방향 인열 강도 결과를 표 5 및 6에 요약하였다. 편의상, 0 %의 상대 습도(RH)를 수분 함량이 완전 0임을 나타내는데 사용하였다.
표 5
횡방향 인열 강도 결과 - 배합물 A-F
표 6
횡방향 인열 강도 결과 - 배합물 G-M
표 5 및 6의 데이타는 용적 중가제가 라텍스 함침지의 횡방향 인열 강도를 증가시키는 성능을 분명하게 설명해 준다. 표 5 및 6에 제시된 결과의 이해를 돕기 위해서, 대조 물질(배합물 A)에 관한 각 배합물에 대해 시험한 각 상대 습도에서의 차이율(PD)을 다음과 같이 산출하였다.
PD = 100 x (CD 인열 강도 - 대조 물질 CD 인열 강도)/대조 물질 CD 인열 강도
상기 식에서, "CD 인열 강도"는 동일한 상대 습도에서, 용적 중가제를 함유하는 배합물에 대한 횡방향 인열 강도값을 나타내고, "대조 물질 CD 인열 강도"는 배합물 A에 대한 횡방향 인열 강도값을 나타낸다. 차이율 계산값을 하기 표 7 및 8에 요약하였다.
표 7
차이율 산출 - 배합물 A-F
표 8
차이율 산출 - 배합율 G-M
또한, 배합물 B-M에 대한 표 7 및 8에서의 데이타를 편의상 그래프당 4종의 배합물을 나타낸 3차원 막대 그래프로 플롯하였다. 이 그래프들은 시험된 상대습도에서, 막대 높이로 나타낸 차이율 모임으로 이루어졌다. 이들 그래프를 첨부되는 도면 제1 내지 3도에 나타내었다.
표 7 및 8, 및 제1 내지 3도에서 제시한 차이율 산출로부터, 횡방향 인열 강도의 향상 정도가 사용된 용적 중가제의 양에 직접 비례함이 분명하였다. 그러나, 용적 중가제의 양이 35 중량% 초과인 경우, 재현성이 작은 결과를 제공하였다. 용적 중가제가 동종 계열, 즉 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌글리콜, 카보왁스* 200 및 카보왁스* 1000에서와 같이 구조적으로 유사한 경우, 향상 정도는 용적 중가제의 분자량에 반비례하는 것으로 나타났다. 더우기, 일부 배합물들은 시험되는 모든 상대 습도에서 효과적인 반면, 다른 배합물들은 단지 낮은, 즉 20% 미만의 상대 습도에서만 효과적이었다. 끝으로, 두께, 종방향 건조 강도, 종방향 건조 신장성 및 적층 박리성과 같은 다른 물리적 특성은 라텍스 함침용 매질중의 용적 중가제 존재에의해 크게 불리한 영향을 받지 않음을 알 수 있었다.
<실시예 2>
라텍스 함침 크레이프지의 주요 용도는 고온 적용 마스킹 테이프에 대한 기재로서 이기 때문에, 횡방향 인열 강도에 대한 장기간의 가열 효과는 중요하였다. 따라서, 배합물 A(용적 중가제가 함유되지 않은 대조 물질), 배합물 B(용적 중가제로서 35 중량%의 트리에틸렌 글리콜 함유), 및 배합물 C(용적 중가제로서 35중량%의 디에틸렌 글리콜 함유)를 사용하여 실시예 1에서 제조한 종이를 105 ℃의 오븐에서 45분 동안 가열시켰다. 종이 시료를 5분, 10분, 15분 및 45분 후 제거하고, 횡방향 인열 강도를 시험하였다. 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
표 9
횡방향 인열 강도에 대한 장시간 가열의 효과
표 9의 데이타는 고분자량이거나 저휘발성인 용적 증가제가 종이를 고온 마스킹 테이프에 대한 기재로서 사용하는 경우 바람직함을 암시한다.
<실시예 3>
장기간 가열을 통한 횡방향 인열 강도의 감소를 설명하는 실시예 2의 결과에더하여, 용적 중가제로서, 라텍스의 건조 중량 기준으로 33 중량%의 트리에틸렌글리콜을 함유하는 DL-219 라텍스 함침 매질을 사용한 시험의 결과로서 다량의 글리콜 연기가 발생하였다. 따라서, 용적 중가제의 휘발성도 기재 종이의 제조 중 관심 대상이었다.
각종 폴리에틸렌 글리콜의 휘발성을 정성적으로 평가하기 위해서, 다양한 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜 시료를 개방된 칭량 접시에서 약 102 ℃로 가열시켰다. 약 300 이상의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜은 일주일후 검출할 만한 중량 변화를 보이지 않았다.
따라서, 실시예 1의 방법을 반복하였다. 사용된 라텍스 배합물을 하기 표 10에 요약하고, 횡방향 인열 강도 결과를 하기 표 11에 요약하였다. 배합물 N, O 및 P의 고상물 함량은 각각 28 %, 49 % 및 53 %이었고, 건조 중량 기준으로 픽업 수준은 각각 40, 50 및 60 중량%이었다.
표 10
라텍스 배합물 N-P의 요약
a 초지기(paper machine) 가동력을 향상시키는 스티렌/말레산 무수물 공중합체의 메틸 및 이소부틸 부분 에스테르의 혼합물
표 11
횡방향 인열 강도의 결과 - 배합물 N-P
실시예 1에서와 같이, 배합물 N을 사용한 결과에 대한 배합물 O 및 P를 사용한 결과에 대한 차이율을 산출하고, 이를 하기 표 12에 나타내었다. 또한, 하기 표 12에 제시한 산출값을 상기한 바와 같이, 3차원 막대 그래프로 플롯하였다. 상기 플롯을 제4도에 나타내었다.
표 12
차이율 산출 - 배합물 N-P
트리에틸렌 글리콜은 라텍스 배합물 중에 소량 혼입시에도 건조 조건(상대습도 0 %)하에서 횡방향 인열 강도에 상당히 큰 영향을 주었다. 보다 많은 양의 트리에틸렌 글리콜은 비록 그 효과가 건조 조건하에서 보다 컸지만, 두 상대 습도 조건하에서 횡방향 인열 강도가 현저히 증가하였다(50 % 조건하에서 대조 물질인 배합물 N 보다 14 % 증가한데 비해, 0 % 조건하에서 대조 물질에 비해 48 % 증가함)
<실시예 4>
실시예 1의 방법을 4개의 추가 라텍스 배합물을 사용하여 반복 수행하였다. 용적 중가제를 포함하지 않은 이들 배합물들은 약 25 중량%의 고상물로 이루어졌고, 배합물 픽업 수준을 종이의 건조 중량 기준으로 40 건조 중량%로 정하였다. 용적 중가제를 포함하는 배합물은 약 40 중량%의 고상물로 이루어졌고, 배합물 픽업 수준은 종이의 건조 중량 기준으로 60 건조 중량%로 정하였다. 라텍스 배합물을 하기 표 13에 요약하고, 횡방향 인열 강도 결과를 하기 표 14에 요약하였다. 또한, 차이율을 산출하고, 상기한 바와 같이 3차원 막대 그래프로서 플롯하였다. 산출값을 하기 표 15에 요약하고, 그래프를 제5도에 나타내었다.
표 13
라텍스 배합물 Q-X의 요약
표 14
횡방향 인열 강도의 결과 - 배합물 Q-X
표 15
차이율 산출 - 배합물 Q-X
물론, 배합물 Q, S, U 및 W를 대조 물질로 사용하였다. 건조시 횡방향 인열강도는 모든 경우에서 향상되었다. 흥미롭게도, 횡방향 인열 강도는 상대 습도 50 %에서 변하지 않거나, 경미하게 감소하였다.
<실시예 5>
상기한 모든 실시예에서, 용적 중가제를 중합체 함침용 매질 중에 포함시켰다. 본 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 중합체 보강지 중에 용적 중가제를 혼입시키는 다른 수단이 사용될 수 있다.
본 명세서에서 종이 I 및 종이 II로 명명한, 2종의 상이한 라텍스 함침 크레이프지를 사용하였다. 종이 I 기재는 함침 전에 평량이 44 g/cm2(11.7 lb/1,300 ft2)이고 노던 블리칭된 연질 목재 크라프트 46 중량% 및 웨스턴 블리칭된 미국 삼나무 크라프트 54 중량%로 이루어졌다. 함침제는 섬유 건조 중량을 기준으로 40 중량%의 하이카 26083이었다. 종이 II 기재는 함침 전에 평량이 40 g/cm2(10.5 lb/1,300 ft2)이고 노던 블리칭된 연질 목재 크라프트 79 중량% 및 웨스턴 블리칭된 미국 삼나무 크라프트 21 중량%로 이루어졌다. 함침제는 부토판 4262와 점토의 50/50 중량%혼합물이고, 픽업 수준은 섬유의 건조 중량 기준으로 25 중량%였다.
각 종이 시료를 블레이드를 사용하여 카보왁스* 300으로 한면을 코팅하였다. 용적 중가제를 1.1 g/cm2(0.29 lb/1,300 ft2)의 양으로 도포하였다. 이어서, 시료를 코팅면과 비코팅면이 접하도록 쌓고, 실험실용 압착 장치로 압착하였다. 이 때 사용된 압력은 약 1.8 kg/cm2(약 25 lb/in2)이었다.
72시간 동안 압착시킨 후, 종이를 상대 습도 0 %에서 횡방향 인열 강도에 대해 시험하였다. 용적 중가제로 코팅된 것을 제외하고는 유사하게 쌓고 압축한 종이를 대조 물질로서 사용하였다. 횡방향 인열 강도 결과 및 차이율 산출값을 하기 표 16에 요약하였다.
표 16
상대 습도 0 %에서, 종이 I 및 II의 횡방향 인열 강도 결과 및 차이율 산출
종이 I 및 II를 상대 습도 0 %에서만 시험하는 경우, 횡방향 인열 강도의 증가가 현저하였다. 사실상, 이러한 증가는 본 명세서에 기재된 모든 실시예 중에서 가장 높은 것이다.
<실시예 6>
상기한 모든 실시예에서, 크레이프지 기재를 사용하였다. 본 실시예는 함침 전에 평량이 50 g/m2(13.2 lb/1,300 ft2)이며 평평한, 즉 크레이핑되지 않은 종이 기재 시트를 사용하여 수행한 실험 결과를 기재한 것이다. 종이는 노던 블리칭된 크라프트 연질 목재로 이루어졌다.
실시예 4에 기재한 방법을 수행하였다. 라텍스 배합물을 하기 표 17에 요약하고, 횡방향 인열 강도 결과 및 차이율 산출값을 표 18에 요약하였다.
표 17
라텍스 배합물 AA-DD의 요약
표 18
횡방향 인열 강도 결과 - 배합물 AA-DD
배합물 AA 및 CC를 대조 물질로서 사용하였다. 건조(즉, 상대 습도 0 %, 시험된 유일한 조건)시, 횡방향 인열 강도는 양쪽 경우 모두 현저히 향상되었다.
제1 내지 5도는 용적 증가제가 결여된 다른 동일한 중합체 보강지와 비교하여, 용적 중가제를 함유하는 각종 중합체 보강지의 다양한 상대 습도에서의 횡방향 인열 강도값의 차이율을 나타내는 3차원 막대 그래프.

Claims (16)

  1. 실질적으로 모든 섬유가 셀룰로오스계 섬유인 섬유, 라텍스 보강용 중합체 및 용적 중가제를 포함하는 중합체 보강지로서, 상기 라텍스 보강용 중합체의 양은 보강지의 건조 중량 기준으로 10 내지 70 중량%이고,
    상기 용적 증가제의 양은 상기 섬유의 건조 중량 기준으로 15 내지 70 중량%이며,
    상기 중합체 보강지가 5 중량% 미만의 수분 함량을 가질 경우, TAPPI법 T414에 따라 엘멘도르프 인열 강도 시험기로 측정시, 상기 용적 중가제가 결여된 것 이외에는 동일한 중합체 보강지의 횡방향 인열 강도보다 10 % 내지 100 %더 큰 평균 횡방향 인열 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 중합체 보강지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보강지가 크레이프지인 중합체 보강지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용적 중가제가 다가 알코올인 중합체 보강지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다가 알코올이 폴리에틸렌 글리콜인 중합체 보강지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 글리콜이 100 내지 1,500의 분자량을 갖는것인 중합체 보강지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 글리콜이 200 내지 1,000의 분자량을 갖는 것인 중합체 보강지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보강지가 3 중량% 미만의 수분 함량을 가질 경우, 상기 용적 증가제가 결여된 것 이외에는 동일한 중합체 보강지의 횡방향 인열 강도보다 약 20 %내지 약 100 % 더 큰 평균 횡방향 인열 강도를 갖는 것인 중합체 보강지.
  8. 제2항에 있어서, 상기 크레이프지가 마스킹 테이프 기재로서 사용하기 위해 적합화된 것인 중합체 보강지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 종이가 연마지 기재로서 사용하기 위해 적합화된 것인 중합체 보강지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 종이가 가요성 및 내인열성 마킹 라벨 기재로서 사용하기 위해 적합화된 것인 중합체 보강지.
  11. 셀룰로오스계 섬유의 수현탁액을 제조하는 단계,
    상기 현탁액을 성형 초지망 상에 분산시키는 단계,
    상기 분산된 현탁액을 탈수시켜 종이를 형성하는 단계, 및
    상기 종이를 중합체 및 용적 중가제를 포함하는 라텍스 보강용 매질로 처리하는 단계를 포함하며,
    상기 라텍스 보강용 중합체가 종이의 건조 중량 기준으로 10 내지 70 중량%의 상기 보강용 중합체를 종이에 제공하기에 충분한 양으로 사용되고, 상기 용적 중가제가 상기 종이 내의 셀룰로오스계 섬유의 건조 중량 기준으로 15 내지 70 중량%의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 중합체 보강지의 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서, 탈수시 형성된 종이가 라텍스 보강용 매질로 처리하기 전에 건조되는 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 탈수시 형성된 종이가 건조되기 전에 크레이핑되는 것인 방법.
  14. 셀룰로오스계 섬유의 수현탁액을 제조하는 단계,
    상기 현탁액을 성형 초지망 상에 분산시키는 단계,
    상기 분산된 현탁액을 탈수시켜 종이를 형성하는 단계, 및
    상기 종이를 라텍스 보강용 중합체 및 용적 증가제로 처리하는 단계를 포함하며,
    상기 라텍스 보강용 중합체가 상기 종이에 종이의 건조 중량 기준으로 10 내지 70 중량%의 보강용 중합체를 제공하기에 충분한 양으로 사용되고, 종이 내의 셀룰로오스계 섬유의 건조 중량 기준으로 15 내지 70 중량%의 용적 중가제를 제공하도록 상기 보강용 중합체 처리된 종이를 상기 용적 증가제로 코팅하는 것을 특징으로 하는,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 중합체 보강지의 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서, 탈수시 형성된 종이가 상기 라텍스 보강용 중합체로 처리되기 전에 건조되는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 탈수시 형성된 종이가 건조되기 전에 크레이핑되는 것인 방법.
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