KR19990087748A - 화학적으로 유연화된 거친 셀룰로즈 섬유를함유하는 티슈 페이퍼 - Google Patents

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레이서 제이코버스 코넬리스
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Abstract

화장실용 티슈, 화장용 티슈 및 생리대와 같은 부드러운 흡수용 위생 제품의 제조에 유용한 티슈 페이퍼 웹이 제공된다. 티슈 페이퍼의 복합 평균 거침도는 약 11mg/100m 내지 약 18mg/100m이다. 티슈 페이퍼는 폐쇄된 셀 벽, CTMP 또는 재활용 공급원으로부터 유도된 섬유와 같은 거친 셀룰로즈 섬유를 추가로 포함하는 화학적으로 유연화된 셀룰로즈 섬유를 포함한다. 셀룰로즈 섬유는 수학식 DCOF 〉 4.27*C - 44.23에 의해 복합 평균 거침도(C)(mg/100m)에 관련된 저하된 마찰 계수(DCOF, %)를 갖는 강화된 활성을 갖는다.

Description

화학적으로 유연화된 거친 셀룰로즈 섬유를 함유하는 티슈 페이퍼
천연 섬유의 전세계 공급에 대하여 점진적으로 경제적 및 환경적으로 조사함에 따라, 재활용 페이퍼로부터 제조되는 섬유 및 보다 높은 수율의 기계적 또는 화학-기계적 방법으로부터 제조되는 섬유와 같은 저급 셀룰로즈 섬유를 이용하도록 강요되고 있다. 불행하게도, 이러한 섬유가 위생 티슈에 첨가되는 경우, 이는 위생 티슈의 소비자가 가장 추구하는 제품의 특성, 즉, 미관적 품질 및 가장 특별히 부드러움을 비교적 심각하게 해친다.
섬유의 부정적인 특성은 주로 거침도이다. 상기 언급된 저급 셀룰로즈 섬유는 전형적으로 높은 거침도를 갖는다. 이는 부드러움으로 인해 선택된 주요 섬유에 의해 주어지는 부드러운 느낌을 손상시키는데 기여한다. 1981년 11월 17일자로 카스텐스(Carstens)에게 허여되고 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 4,300,981 호는 이들 주요 섬유에 의해 주어지는 조직 및 표면 품질을 설명한다.
거친 섬유가 종종 갖는 이차적인 부정적인 특성은 섬유 거침도의 바람직하지 않은 비균일성이다. 예를 들면, 부드러운 티슈를 제조하는 것으로 여겨지는 유칼립투스(eucalyptus)로 제조된 표백된 크래프트(kraft) 펄프의 이점중 하나는, 바람직한 평균 거침도를 갖고 추가로 거침도가 매우 균일한 경향이 있다고 알려진다. 섬유 표면적에 의해 표본 섬유를 측정하고 등급을 정함으로써 펄프 섬유의 표본내의 거침도에 대한 분포 지수가 수득되어, 표본중 가장 큰 백분율을 차지하는 섬유를 포함하는 펄프 표본내의 섬유의 군을 얻을 수 있다. 이 군에서 표면적이 가장 작은 섬유의 표면적(최소 섬유 표면적으로서 지칭된다)은 펄프 표본내의 거침도 분포의 지수를 제공한다. 최소 섬유 표면적의 비교적 낮은 값은 펄프 표본이 거침도에 대해 비교적 균일하다는 것을 나타낸다. 최소 섬유 표면적의 비교적 높은 값은, 표본의 평균 거침도가 바람직한 범위내에 존재할지라도 펄프 표본이 비교적 균일하지 않고 직접 적용하기에 바람직하지 못할 것임을 나타낸다.
추가로, 특정 펄프 표본이 최소 섬유 표면적의 비교적 낮은 값을 갖는지 높은 값을 갖는지를 판단하는데는 경질 목재와 연질 목재의 상대량이 고려될 필요가 있다. 특정 샘플이 섬유 표면적의 비교적 높은 값을 갖는지 낮은 값을 갖는지의 여부를 측정하는 기술이 본원에서 논의된다. 측정된 최소 섬유 표면적은 펄프 표본중 각각의 연질 목재의 백분율에 대한 크기 인자에 의해 감소될 수 있다. 감소된 최소 섬유 표면적은 섬유 증분 표면적으로서 지칭된다. 역치 수준 이하의 섬유 증분 표면적의 값을 갖는 펄프 표본은 거침도에 대해 균일하다고 고려된다.
상기 기술된 바와 같은 저급 섬유가 사용되는 경우, 표면 성질은 바람직하지않다.
특히, 거침도가 높은 것은 기계적 또는 화학-기계적으로 해리된 섬유의 경우 원목 물질의 비셀룰로즈 성분을 보유하기 때문이다. 비셀룰로즈 성분들은 리그닌 및 소위 헤미셀룰로즈(hemicellulose)를 포함한다. 이는 섬유의 길이를 증가시키지 않으면서 각 섬유의 중량을 증가시킨다.
재활용 페이퍼는 높은 기계적 펄프 함량을 갖지만, 이를 최소화하기 위해 폐지 등급을 주도 면밀하게 선별할 경우에도 높은 거침도는 여전히 빈번하게 발생한다. 이는 다수의 원료로부터의 페이퍼가 블렌딩되어 재활용 펄프를 제조하는 경우 자연적으로 발생하는 불순한 섬유 형태가 혼합되기 때문이라고 생각한다. 예를 들면, 특정 폐지는, 전적으로 주로 북아메리카산 경질 목재이므로 선택되지만, 다수의 미국의 남부 소나무와 같은 가장 유해한 종의 보다 거친 연질 목재 섬유로부터도 종종 과도한 오염을 발견할 것이다.
제지의 역사에서, 많은 발명자들은 보다 낮은 품질의 섬유의 한계를 극복하여 본원에 기술된 용도에 허용가능하게 제조하는 방법을 고안하려고 노력하여 왔다.
하나의 방법은 개별적 섬유를 슬라이딩 마이크로톰(sliding microtome)으로 길이 방향으로 가늘게 절단함으로써 섬유의 거침도를 감소시키는 것이다. 길이 방향으로 가늘게 절단된 섬유는 단위 섬유 길이당 섬유 중량, 즉 거침도를 감소시키지만, 천연의 폐쇄된 섬유 셀 벽 횡단면을 개방된 섬유 셀 벽 횡단면으로 변형시키는 것이 분명하다. 이러한 방법은 1989년 10월 17일자로 코크란(Cochrane) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,874,465 호에 개시된다. 길이 방향으로 가늘게 절단된 섬유는 정밀한 가공을 필요로 하고, 티슈 제품을 제조하는데 필요한 섬유의 양을 제공하는 상업적으로 가능한 방법으로는 고려되지 않으며, 당해 분야의 숙련자라면 개방된 셀 벽 구조가 형성되면 섬유의 본래의 강인성을 약화시켜 섬유를 보다 약한 페이퍼 구조체로 만드는 부작용이 발생함을 주지할 것이다. 따라서, 본 발명의 주요한 이점중 하나는 개방된 섬유 셀 벽 유형의 섬유가 본질적으로 존재하지 않는 부드러운 티슈 페이퍼를 제공하는 것이다.
거친 섬유 구조체의 부드러움을 증가시키는 또 다른 방법은 다양한 유형의 유연화 화학물질을 첨가하는 것이었다. 그러나, 티슈를 유연화하는데 사용하기 위해 제안되어온 다수의 화학 첨가제중에서 어떠한 시스템도, 과량 또는 불필요한 첨가제로 인해 대다수의 일반인이 이용할 수 없는 특별한 단점으로 귀결되는 비교적 비싼 제품을 제조하지 않는한, 거친 제품으로서 이미 언급된 퍼니쉬(furnish)로부터 진정한 부드러운 티슈를 제조하기에는 충분하지 못한 것으로 이제까지 입증되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 전략적으로 만족스런 반응을 갖는 저밀도 섬유성 티슈 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적에 대해 거칠고 열등한 것으로 여겨지는 섬유의 임계량을 정상적으로 혼입하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 본질적으로 개방된 셀 벽을 갖는 섬유가 존재하지 않는 티슈를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제품을 제조하고 분배하는 비용에 부가되는 화학 처리의 과도한 사용을 피하는 것이다.
이들 및 기타 목적은 하기 내용에서 교시되는 바와 같이 본 발명을 사용하여 수득된다.
발명의 요약
거친 셀룰로즈 섬유로 부분적으로 이루어진 폐쇄된 셀 벽의 셀룰로즈 섬유를 포함하는 티슈 구조체내에서 기대 이상의 부드러움이 달성될 수 있음이 밝혀졌는데, 단, 거친 섬유는 티슈 페이퍼의 복합 평균 거침도를 약 11 내지 약 18mg/100m로 상승시키기 위해 충분한 양으로 존재하여야 한다.
하기 수학식 1에 의해 복합 평균 거침도(C)(mg/100m)와 관련되는 저하된 마찰 계수(DCOF)(% 단위)를 갖도록 셀룰로즈 섬유가 화학적으로 유연화되는 경우, 기대 이상의 부드러움이 초래된다.
DCOF 〉 4.27*C - 44.23
이 관계는 거친 섬유의 거칠음(harshness)을 감추기 위해 불필요한 첨가제를 적재하거나 섬유를 길이 방향으로 가늘게 절단(이는 지나치고, 바람직하지 않은 개방된 셀 벽 섬유 미세 구조를 생성시킨다)할 필요없이 부드러운 티슈를 제공할 수 있도록 만든다.
바람직한 실시태양에서, 본 발명은 약 0.085mm2미만의 증분 표면적을 갖도록 선택된 거친 섬유를 이용한다.
부드러운 티슈 페이퍼는 약 9 내지 약 25g/in/g/m2의 특정 인장 강도 및 약 0.05 내지 약 0.20g/cc의 밀도를 갖는다.
바람직한 실시태양에서, 본 발명은 바람직하게는 약 0.05중량% 내지 약 2.0중량%의 실질적인 화학 유연제를 사용하여, 섬유의 특정 표면에 대하여 본질적으로 이를 코팅할 수 있는 목적하는 처리 방법을 제공한다. 바람직한 화학 유연제는 하기 화학식 (1)을 갖는 4급 암모늄 화합물을 포함한다:
상기 명명된 구조식에서,
R1은 각각 C14-C22히드로카빌기, 바람직하게는 탈로우(tallow)이고,
R2는 C1-C6알킬 또는 히드록시알킬기, 바람직하게는 C1-C3알킬이고,
X-는 할라이드(예: 클로라이드 또는 브로마이드) 또는 메틸 설페이트와 같은 양립성 음이온이다.
스원(Swern, Ed.)의 문헌[Bailey's Industrial Oil and Fat Products, 3판, John Wiley and Sons(뉴욕 1964)]에 기술된 바와 같이, 탈로우는 변화가능한 조성물을 갖는 천연 물질이다. 스원에 의해 출판된 상기 정의된 참고 문헌내의 표 6.13는 전형적으로 탈로우의 지방산의 78% 이상이 16 또는 18개의 탄소 원자를 함유한다고 나타낸다. 전형적으로, 탈로우내에 존재하는 지방산의 절반은 불포화되고, 주로 올레산의 형태를 갖는다. 합성 및 천연 "탈로우"는 본 발명의 범주내에 속한다.
바람직하게는, 각각의 R1은 C16-C18알킬, 가장 바람직하게는 직쇄 C18알킬이다. 바람직하게는, 각각의 R2는 메틸이고, X-는 클로라이드 또는 메틸 설페이트이다.
본 발명에 사용하기에 적합한 4급 암모늄 화합물의 예는 디탈로우디메틸암모늄 클로라이드, 디탈로우디메틸암모늄 메틸 설페이트, 디(수소화된) 탈로우 디메틸 암모늄 클로라이드와 같은 공지된 디알킬디메틸암모늄염; 바람직하게는 디(수소화된) 탈로우 디메틸 암모늄 메틸 설페이트를 포함한다. 특정 물질은 "바리소프트(Varisoft) 137"이라는 상표명하에 오하이오주 두블린 소재의 위트코 케미칼 캄파니 인코포레이티드(Witco Chemical Company Inc.)로부터 시판중이다.
4급 암모늄 화합물의 생분해성 모노- 및 디-에스테르 변형체는 또한 사용될 수 있고, 본 발명의 범주내에 속함을 의미한다.
본원에 사용된 모든 %, 비 및 비율은 다른 특정 지시가 없는한 중량에 의한 것이다.
일반적으로, 본 발명은 티슈 페이퍼, 보다 특히 이들의 비교적 높은 거침도(coarseness) 때문에 저급으로서 특징화되는 저급 셀룰로즈 펄프로부터 제조되는 위생 티슈 페이퍼에 관한 것이다.
도 1은 바람직한 셀룰로즈 펄프를 제조하는 하나의 방법을 도시하는 도식적인 흐름도이고, 여기서 먼저 길이 분류 단계가 수행되고, 원심분리 단계가 후속된다.
도 2는 바람직한 셀룰로즈 펄프를 제조하는 다른 방법을 도시하는 도식적인 흐름도이고, 여기서 먼저 원심 분리 단계가 수행되고, 길이 분류 단계가 후속된다.
본 발명은 하기에 보다 자세히 기술된다.
요약하면, 본 발명은 퍼니쉬의 거침도의 범위가 고려되는 경우 지금까지 달성되지 못한 수준의 부드러움을 갖는 특정 범위내의 거침도를 갖는 섬유를 포함하는 저 탄화 티슈 페이퍼이다.
기대 이상 수준의 부드러움은 개별적 섬유의 표면의 마찰 계수를 이들의 표면적에 비례하여 저하시킴으로써 달성될 수 있다고 밝혀졌다.
본원에 사용된 바와 같은 마찰 계수라는 용어는, TAPPI 표준 방법 T-205에 의해 제조된 페이퍼 표본의 활면을 가로질러 유리원료화된 유리 슬레드(sled)를 끌어당기는데 요구되는 힘으로부터 측정되는 마찰 계수를 지칭한다. 측정에 사용되는 방법의 상세한 설명이 이후 본원에 제공되지만, 마찰 계수는 비교가능한 값을 나타내는 다른 방법에 의해 측정될 수 있었다.
본 명세서 전반에 걸쳐 약자 DCOF로 나타내고 % 단위로 표기되는 저하된 마찰 계수라는 용어는 마찰 계수가 화학 유연제의 첨가를 통해 저하되는 마찰 계수의 %양을 지칭한다. 바꿔말하면, 섬유 퍼니쉬의 DCOF를 측정하기 위해, 표준 핸드시이트(handsheet)는 화학 유연제 없이 섬유의 샘플을 사용하여, 또한 화학 유연제의 첨가후에 섬유의 샘플을 사용하여 제조된다. 마찰 계수는 각각의 핸드시이트를 사용하여 측정되고, DCOF는 하기 수학식 2를 사용하여 계산된다:
상기 식에서,
DCOF는 저하된 마찰 계수이고,
COFB및 COFA는 각각 미처리된 섬유 및 처리된 섬유로부터 제조된 핸드시이트의 마찰 계수이다.
본원에 사용될 경우 화학 유연제라는 용어는 섬유가 본질적으로 실질적인 섬유로 존재하도록, 즉 수중에 분산되는 경우에도 섬유로 남아있도록 하면서 제지 섬유의 윤활성을 증가시킬 수 있는 화합물을 지칭한다. 본 발명은 무수 섬유를 기준으로하여 화학 유연제중 약 0.05중량% 내지 약 2.0중량%를 함유하는 것이 바람직하다.
화학 유연제의 가장 바람직한 형태는 하기 화학식 (1)을 갖는 4급 암모늄 화합물 0.05% 내지 2.0%이다.
화학식 1
상기 명명된 구조식에서,
각각의 R1은 C14-C22히드로카빌기, 바람직하게는 탈로우이고,
R2는 C1-C6알킬 또는 히드록시알킬기, 바람직하게는 C1-C3알킬이고,
X-는 할라이드(예: 클로라이드 또는 브로마이드) 또는 메틸 설페이트와 같은 양립성 음이온이다.
스원의 문헌[Bailey's Industrial Oil and Fat Products, 3판, John Wiley and Sons(뉴욕 1964)]에 기술된 바와 같이, 탈로우는 변화가능한 조성물을 갖는 천연 물질이다. 스원에 의해 출판된 상기 정의된 참고 문헌내의 표 6.13는 전형적으로 탈로우의 지방산의 78% 이상이 16 또는 18개의 탄소 원자를 함유한다고 나타낸다. 전형적으로, 탈로우내에 존재하는 지방산의 절반은 불포화되고, 주로 올레산의 형태를 갖는다. 합성 및 천연 "탈로우"는 본 발명의 범주내에 속한다.
바람직하게는, 각각의 R1은 C16-C18알킬, 가장 바람직하게는 직쇄 C18알킬이다. 바람직하게는, 각각의 R2는 메틸이고, X-는 클로라이드 또는 메틸 설페이트이다.
본 발명에 사용하기에 적합한 4급 암모늄 화합물의 예는 디탈로우디메틸암모늄 클로라이드, 디탈로우디메틸암모늄 메틸 설페이트, 디(수소화된) 탈로우 디메틸 암모늄 클로라이드와 같은 공지된 디알킬디메틸암모늄염; 바람직하게는 디(수소화된) 탈로우 디메틸 암모늄 메틸 설페이트를 포함한다. 특정 물질은 "바리소프트 137"이라는 상표명하에 오하이오주 두블린 소재의 위트코 케미칼 캄파니 인코포레이티드로부터 시판중이다.
적합한 4급 암모늄 화합물의 추가 예 및 이러한 섬유를 셀루로즈 섬유에 첨가하는 바람직한 방법은 1993년 8월 31일자로 판(Phan) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,240,562 호에 기술되고 본원에 참고로 인용된다.
4급 암모늄 화합물의 생분해성 모노- 및 디-에스테르의 변형체는 또한 사용될 수 있고, 본 발명의 범주내에 속함을 의미한다. 이들 화합물은 하기 화학식 (2) 및 화학식 (3)을 갖는다:
상기 명명된 구조식에서,
R1은 각각 탈로우와 같은 지방족 C13-C19히드로카빌기이고,
R2는 C1-C6알킬 또는 히드록시알킬기 또는 이의 혼합물이고,
X-는 할라이드(예: 클로라이드 또는 브로마이드) 또는 메틸 설페이트와 같은 양립성 음이온이다. 바람직하게는, 각각의 R1은 C16-C18알킬이고, 가장 바람직하게는 각각의 R1은 직쇄 C18알킬이고, R2는 메틸이다.
본 발명의 티슈 페이퍼에 사용하기에 적합한 다른 바람직한 화학 유연제는 폴리실옥산 화합물, 바람직하게는 아미노-작용성 폴리디메틸폴리실옥산 화합물을 포함한다. 이러한 아미노-작용성기와의 치환과 더불어, 효과적인 치환은 카복실, 히드록실, 에테르, 폴리에틸, 알데히드, 케톤, 아미드, 에스테르 및 티올 그룹으로 수행될 수 있다. 이들 효과적인 치환체 그룹중에서, 아미노, 카복실 및 히드록실 그룹을 포함하는 그룹의 군은 다른 군보다 바람직하고, 아미노-작용성 그룹은 가장 바람직하다. 이러한 폴리실옥산의 적합한 유형은 1991년 10월 22일자로 암풀스키(Ampulski) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,059,282 호에 기술되고 본원에 참고로 인용된다.
시판중인 폴리실옥산의 예는 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 시판중인 다우(DOW) 8075 및 다우 200; 및 유니온 카바이드(Union Carbide)로부터 시판중인 실웨트(Silwet) L720 및 우카르실(Ucarsil) EPS를 포함한다.
여전히 본 발명에 적합한 다른 바람직한 화학 유연제 첨가제는 뉴욕주 뉴욕시 소재의 크로다 인코포레이티드(Croda, Inc.)로부터 시판중인 크로데스타(Crodesta) SL-40과 같은 알킬글리코사이드 에스테르; 1977년 3월 8일자로 랑돈(W. K. Langdon) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,011,389 호에 기술된 바와 같은 알킬글리코사이드 에테르; 코넥티컷트주 그린위치 소재의 글리코 케미칼 인코포레이티드(Glyco Chemical, Inc.)로부터 시판중인 페고스퍼스(Pegosperse) 200 ML과 같은 알킬폴리에톡시화된 에스테르; 쉘 케미칼 캄파니(Shell Chemical Co.)로부터 시판중인 네오돌(Neodol, 상품명) 25-12와 같은 알킬폴리에톡시화된 에테르 및 에스테르; ICI 아메리카 인코포레이티드(ICI America, Inc.)로부터 시판중인 스판(Span) 60과 같은 소르비탄 에스테르, 에톡시화된 소르비탄 에스테르, 프로폭시화된 소르비탄 에스테르, 혼합된 에톡시화된/프로폭시화된 소르비탄 에스테르, 및 ICI 아메티카 인코포레이티드로부터 또한 시판중인 트윈(Tween) 60과 같은 폴리에톡시화된 소르비탄 알콜을 포함하는 알킬글리코사이드로부터 선택된 비이온성 계면 활성제를 포함한다. 상기 나열된 적합한 화학 유연제는 본래 단지 예시하고자 한 것으로, 본 발명의 범주를 한정하려는 의미가 아니라는 것을 이해해야 한다.
상기 언급된 4급 암모늄 화합물과 같은 화합물의 소량(즉, 0.05% 내지 2.0%)은 높은 경제적 가치를 함께 갖는다고 알려져 왔다. 사실상, 이들이 소량 사용된 본 발명의 페이퍼에서, 추가적인 절약을 가능하게 하는 폴리히드록시 화합물 또는 다른 습윤제의 사용을 통해 임의의 소수성을 상쇄시키는 작용은 필요로 하지 않는다.
본원에 사용될 경우 복합 평균 거침도라는 용어는, 제품이 상이한 거침도값의 수개의 퍼니쉬로 구성되었는지의 여부와 관계없이 티슈의 최종 섬유성 제품에 대해서 측정된 거침도를 지칭한다. 셀룰로즈 섬유의 거침도를 측정하는 방법은 이후 본원에 자세히 기술된다.
복합 평균 거침도는 또한 제품을 구성하는 개별적 섬유의 거침도로부터 상이한 유형의 셀룰로즈 섬유의 블렌드로 이루어진 제품에 대해 측정될 수 있다. 계산을 수행하기 위해 상이한 유형의 섬유의 정확한 중량 비율이 공지될 필요가 있다. 이를 수행하기 위해, 하기 수학식 3은 생성된 복합 평균 거침도 (C)[두가지 섬유 유형, 즉 유형 1 및 유형 2는 거침도 (C1) 및 (C2)를 각각 갖고, 이들은 각각의 중량비 (f1) 및 (f2)로 블렌딩된다]를 측정하는데 사용된다:
본 발명의 티슈 페이퍼는 약 11 내지 약 18mg/100m, 보다 바람직하게는 약 12mg/100m 내지 약 16mg/100m의 복합 평균 거침도를 갖는 셀룰로즈 섬유로 이루어진다.
요구되는 섬유 길이와 섬유 거침도의 조합을 갖는 셀룰로즈 펄프를 제조하는 바람직한 방법은 1995년 4월 11일자로 빈슨(Vinson)에게 허여된 미국 특허 제 5,405,499호에 기술되고 본원에 참고로 인용된다.
본원에 사용된 바와 같은 셀룰로즈 섬유라는 용어는 목재 또는 다른 생물학적 물질로부터 유도된 천연 섬유 물질을 지칭한다. 목재-유도된 물질이 특히 흥미롭다. 다양한 재료로부터의 셀룰로즈 목재 섬유는 본 발명에 따라 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 이들은 화학 펄프를 포함하고, 이는 실질적으로 목재 물질로부터 유래되는 모든 리그닌을 제거하기 위해 정제하였다. 이들 화학 펄프는 알칼리 크래프트(설페이트) 또는 산 둘다에 의해 제조되는 방법, 설파이트 방법에 의해 제조된 것을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같은 용어로서 기계적 펄프로부터 유도될 수 있는 적용가능한 목재 섬유는, 화학-열-기계 및 목재 펄프용 톱밥, 열기계적 및 세미케미칼(semichemical) 펄프를 지칭하는 것으로, 이들 모두는 목재 물질로부터 유래된 리그닌의 실질적인 부분을 보유한다.
경질 목재 펄프 및 연질 목재 펄프 둘다, 및 이들의 블렌드가 사용될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 경질 목재 펄프 및 연질 목재 펄프라는 용어는 각각 활엽수(피자 식물) 및 침엽수(나자 식물)로 이루어진 목질 물질로부터 유도된 섬유성 펄프를 지칭한다. 또한 본 발명에 적용가능한 섬유는 재활용 페이퍼로부터 유도된 섬유이고, 이는 대다수의 상기 범주, 및 원래 제지에 사용되는 소량의 다른 섬유, 충진재 및 접착제를 함유할 수 있다.
화학 펄프 섬유로 제조되고 경질 목재 섬유와 연질 목재 섬유의 블렌드를 포함하는 재활용 페이퍼로부터 유도된 섬유는, 또한 본 발명에 따라 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 "재활용 페이퍼"라는 용어는 일반적으로 이의 섬유를 해리시키고 이들을 재사용하도록 수집된 페이퍼를 지칭한다. 이들은 페이퍼 제작소 또는 인쇄소에서 발생할 수 있는 전단계-소비재, 또는 가정 또는 사무소 수집으로부터 유래되는 후단계-소비재일 수 있다. 재활용 페이퍼는 처리자에 의해 상이한 등급으로 분류되어 재사용된다. 본 발명에서 특정값의 재활용 페이퍼의 한 등급은 레저(ledger) 페이퍼이다. 레저 페이퍼는 통상적으로 화학 펄프로 구성되고, 전형적으로 경질 목재 대 연질 목재의 비율이 약 1:1 내지 약 2:1을 갖는다. 레저 페이퍼의 예는 본드, 책 및 사진 복사 페이퍼 등을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 티슈 페이퍼를 제조하는데 사용된 셀룰로즈 섬유는, 재활용 섬유, 화학-열-기계적 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 거친 셀룰로즈 섬유의 10중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 20중량% 내지 약 60중량%를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같은 부드러움은 전문가에 의해 상대적으로 판단되고 전문가의 평균적인 판단 단위로 기록된 바와 같은 티슈 페이퍼의 촉감 성질을 지칭한다.
부드러움은 본원에 기술된 바와 같이 섬유 형태보다는 다른 제지의 구조적 인공물에 의해 영향을 받는다고 알려진다. 예를 들면, 위생 티슈의 부드러움이 이의 중량 및 인장 강도의 작용이라는 것은 당해 분야의 숙련자에게 잘 공지된다.
이는 또한 본 발명에 따라 제조된 제품의 본질이다. 발명자는 인장 강도(g/in)가 기초 중량(g/m2)에 의해 나누어진 비율로서 이들 변수들의 조합으로 표현한다. 이 비율은 특정 인장 강도로서 본원에 언급된다. 본 발명에 유용한 특정 인장도는 약 9g/in/g/m2내지 약 25g/in/g/m2, 및 보다 바람직하게는 약 11g/in/g/m2내지 17g/in/g/m2이다.
부드러움은 추가로 제지시 수행되는 성형 및 건조의 유형으로부터의 다량의 생성물에 의해 영향을 받는다. 예를 들면, 1967년에 샌포드(Sanford) 및 시슨(Sisson)에게 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호는 위생 티슈 등에 유용한 예외적인 연질 페이퍼를 제조하는 수단을 정의하는데 중요하다. 이 기술은 부드러움을 제공하는데 밀도가 중요하다는 것을 인식한다.
본원에 사용된 바와 같은 밀도라는 용어는 단위 면적당 두께 및 중량으로부터 계산되고, 여기서 두께는 표본을 95g/in2의 균일한 압착 하중으로 유지할 수 있는 임의의 적합한 눈금 캘리퍼를 사용하여 측정된다. 본 발명에 유용한 밀도 범위는 약 0.05g/cc 내지 약 0.2g/cc, 바람직하게는 약 0.08g/cc 내지 약 0.15g/cc이다.
본원에 사용될 경우 원심분리 스크린이라는 용어는, 유입구 스트림내의 섬유를 측정가능한 길이 차이를 갖는 두개의 분획과 분리시킬 수 있는 구멍 크기를 갖는 스크린 바스킷이 구비된 메사추세츠주 사우쓰 왈폴 소재의 버드 머시너리 코포레이션(Bird Machinery Corporation)의 모델 100 센트리소터(Model 100 Centrisorter, 상표명)와 같은 압력 스크린을 지칭한다.
본원에 사용될 경우 섬유 길이라는 용어는 본원 이후에 자세히 기술된 카자아니(Kajaani) FS-200상에서 측정된 바와 같은 칭량된 평균 섬유 길이를 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명의 티슈 페이퍼는 약 1mm 내지 약 1.5mm의 복합 평균 섬유 길이 를 갖는다.
본원에 사용된 바와 같은 수력학적 사이클론이라는 용어는 오하이오주 스프링필드 소재의 스프로웃트-바우어 캄파니(Sprout-Bauer Company)의 3" 센트리클리너(3" Centricleaner)와 같은 장치를 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은 "개방된 셀 벽"이라는 용어는 강 또는 중앙 공간을 갖는 본래의 셀룰로즈 섬유가 길이 방향으로 가늘게 절단되어 셀 벽 내부의 실질적인 부분이 노출되는 경우의 상태를 지칭한다. 이 상태와 반대는 특히 목재 섬유 관을 포함하는, 대부분의 셀룰로즈성 섬유의 천연상태인 "폐쇄된 셀 벽"이고, 이는 경질 목재 및 연질 목재 유형 둘다로 이루어진 대부분의 목재 섬유화된 펄프를 포함한다. 본 발명의 주요 이점중 하나는 폐쇄된 셀 벽 유형을 실질적으로 제외시킨 섬유를 포함한다는 것이다.
A. 티슈 페이퍼
본 발명은 폐쇄된 셀 벽 및 화학적으로 유연화된 셀룰로즈 섬유를 포함하는 연질 티슈 페이퍼이다. 화학적으로 유연화된 셀룰로즈 섬유는 충분량의 거친 섬유를 포함하여 티슈 페이퍼의 복합 평균 거침도를 약 11 내지 약 18mg/100m, 및 보다 바람직하게는 약 12 내지 약 16mg/100m로 상승시킨다. 화학적으로 유연화된 셀룰로즈 섬유는 DCOF 〉 4.27*C - 44.23, 보다 바람직하게는 DCOF 〉 4.758C - 44.23인 식에 의해 복합 평균 거침도(C)(mg/100m)에 대한 저하된 마찰 계수(DCOF, %)를 갖는다.
티슈 페이퍼는 특정 인장 강도 약 9 내지 약 25g/in/g/m2및 밀도 약 0.05 내지 약 0.20g/cc를 갖는다.
본 발명은 통상 축융-압착된 티슈 페이퍼, 고 벌크 패턴 조밀화된 티슈 페이퍼 및 고 벌크 비밀집 티슈 페이퍼를 비롯한(이에 한정되지 않는다) 티슈 페이퍼로 일반적으로 유용하다. 티슈 페이퍼는 균질하거나 다중층인 구조로 이루어질 수 있고, 이들로부터 제조된 티슈 페이퍼 제품은 단겹 또는 다중겹 구조체로 이루어질 수 있다. 티슈 페이퍼는 기초 중량 약 10g/m2내지 약 65g/m2및 밀도 약 0.6g/cc 미만을 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 기초 중량은 약 40g/m2미만이고, 밀도는 약 0.3g/cc 미만일 것이다. 보다 바람직하게는, 밀도는 약 0.05g/cc 내지 약 0.2g/cc이고, 가장 바람직하게는, 약 0.08g/cc 내지 약 0.15g/cc일 것이다. 1991년 10월 22일자로 암풀스키 등에게 허여된 미국 특허 제 5,059,282 호의 칼럼 13의 61 내지 67줄을 참고하면, 티슈 페이퍼의 밀도의 측정 방법을 기술한다. (다른 지시가 없는한, 페이퍼에 관련한 모든 양 및 중량은 건조된 상태를 기초로 한다.)
본 발명의 바람직한 실시태양에서, 티슈 페이퍼는 단겹, 다층 구조체로 이루어진다. 바람직하게는, 균일 겹은 3개의 중첩된 층, 하나의 내층 및 2개의 외층을 포함하고, 여기서 내층은 2개의 외층 사이에 위치한다. 내층은 길이-칭량된 평균 길이 약 1mm 미만을 갖는 셀룰로즈 섬유를 포함하는 것이 바람직하고, 각각의 2개의 외층은 길이-칭량된 평균 길이 약 1mm 미만을 갖는 섬유를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시태양에서, 내층은 총 시이트 중량의 약 15% 내지 약 35%를 차지한다. 거친 셀룰로즈 섬유는 재활용 섬유, 화학-열-기계적 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 거친 섬유는 외층내에 위치하는 것이 바람직하고, 여기서 이들은 총 시이트 중량의 약 10% 이상 및 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 60%, 및 외층의 약 12중량% 및 보다 바람직하게는 약 25 내지 약 75중량%를 차지한다.
통상적으로 압착된 티슈 페이퍼 및 이러한 페이퍼를 제조하는 방법은 당해 분야에 공지된다. 이러한 페이퍼는 종종 장망(Fourdrinier) 와이어로서 당해 분야에 언급되는 구멍 형성 와이어상에 제지 퍼니쉬를 침착시킴으로써 제조된다. 일단 퍼니쉬가 형성 와이어상에 침착되면, 이는 웹으로서 지칭된다. 웹을 가압시키고 상승된 온도에서 건조시킴으로써 웹은 탈수된다. 상기 기재된 공정에 따라 웹을 제조하는 특정 기술 및 전형적인 장비는 당해 분야의 숙련자에게 잘 공지된다. 전형적인 공정에서, 낮은 점조도(consistency)의 펄프 퍼니쉬는 가압된 헤드박스(headbox)로부터 제공된다. 헤드박스는 펄프 퍼니쉬의 얇은 침착물을 장망 와이어상으로 이동하는 개구부를 가져 습성 웹을 형성한다. 이후에 웹은 전형적으로 진공 탈수시킴으로써 약 7% 내지 약 25%(총 웹 중량을 기초로 함)의 섬유 점조도로 탈수되고, 추가로 가압시킴으로써 건조되고, 여기서 웹은 기계 부속, 예컨대 원통형 롤을 대향시킴으로써 발생되는 압력에 지배된다. 이후에 탈수된 웹은 추가로 양키(Yankee) 건조기로서 당해 분야에 공지된 스팀 드럼 장치에 의해 압착되고 건조된다. 압력은 양키 건조기에서 웹에 대해 가압되는 대향 원통형 드럼과 같은 기계적 수단에 의해 전개될 수 있다. 복합 양키 건조기 드럼이 사용될 수 있고, 이로인해 추가적인 압력이 드럼 사이에 선택적으로 발생된다. 형성된 티슈 페이퍼 구조체는 본원 이후에 압착된 통상적 티슈 페이퍼 구조체로서 지칭된다. 이러한 시이트는 모든 웹이 실질적으로 기계적 압착력에 지배되기 때문에 섬유가 젖어 있는 동안 밀집하게 된 후, 압착된 상태에서 건조되는 것으로 고려된다.
바람직하게는, 본 발명의 티슈 페이퍼는 패턴 조밀화된다. 패턴 조밀화된 티슈 페이퍼는 비교적 낮은 섬유 밀도의 비교적 높은 벌크 필드 및 비교적 높은 섬유 밀도의 조밀화된 대역의 정렬을 가짐으로써 특징화된다. 다르게는, 높은 벌크 필드는 필로우(pillow) 영역의 필드로서 특징화된다. 다르게는, 조밀화된 대역은 너클(knuckle) 영역으로서 지칭된다. 조밀화된 대역은 높은 벌크 대역내에 분산된다. 조밀화된 대역은 높은 벌크 필드내에서 개별적으로 이격될 수 있거나, 높은 벌크 필드내에 전체적으로 또는 부분적으로 상호 연결될 수 있다. 패턴들은 비장식 형태로 형성될 수 있거나, 성형되어 티슈 페이퍼내에 장식 디자인을 제공할 수 있다. 패턴 조밀화된 티슈 웹을 제조하기 위한 바람직한 방법은 참고로 모두 인용된 1967년 1월 31일자로 산포드(Sanford) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호; 1976년 8월 10일자로 아이어즈(Ayers)에게 허여된 미국 특허 제 3,974,025 호; 1980년 3월 4일자로 트로칸에게 허여된 미국 특허 제 4,191,609 호; 및 1987년 1월 20일자로 트로칸에게 허여된 미국 특허 제 4,637,859 호에 기술된다.
일반적으로, 패턴 조밀화된 웹은 종종 장망 와이어와 같은 구멍 형성 와이어상에 제지 퍼니쉬를 침착시킴으로써 제조하여 습성 웹을 형성시킨 후, 일련의 지지체에 대해 웹을 병치시키는 것이 바람직하다. 웹은 일련의 지지체에 대해 압착되고, 이로 인해 일련의 지지체와 습성 웹 사이의 접촉 지점에 지정학적으로 상응하는 위치에서 웹내에 조밀화된 대역을 생성한다. 이 작업이 수행되는 동안 압착되지 않은 나머지 웹은 높은 벌크 필드로서 언급된다. 이 높은 벌크 필드는 예컨대 진공 유형 장치 또는 블로우-쓰루(blow-through) 건조기를 사용하여 유동압을 적용시키거나, 일련의 지지체에 대해 웹을 기계적으로 압착시킴으로써 추가로 조밀화 제거될 수 있다. 웹을 탈수시키고, 선택적으로 예비 건조시키는 방식을 수행하여 높은 벌크 필드의 압착을 실질적으로 피하게 된다. 이는 예컨대 진공 유형 장치 또는 블로우-쓰루 건조기를 사용하여 유동압, 또는 선택적으로 일련의 지지체에 대해 웹을 기계적으로 압착시킴으로써 달성되는 것이 바람직하고, 여기서 높은 벌크 필드는 압착되지 않는다. 탈수, 선택적 예비 건조 및 조밀화된 대역의 형성의 작업은 총체적으로 일치될 수 있거나 부분적으로 일치될 수 있어 실행되는 총 공정 단계수를 감소시킨다. 조밀화된 대역, 탈수 및 선택적 예비 건조의 일련의 형성에서, 웹은 건조되어 완성되고, 바람직하게는 여전히 기계적 압착은 피한다. 바람직하게는, 티슈 페이퍼 표면의 약 8% 내지 약 55%는 높은 벌크 필드의 밀도의 125% 이상의 상대밀도를 갖는 조밀화된 너클을 포함한다.
일련의 지지체는, 압력의 적용시 조밀화된 대역을 형성함을 조장하는 일련의 지지체로서 작동하는 너클의 패턴화된 교체물을 갖는 각인 담체 직물이 바람직하다. 너클의 패턴은 이미 언급된 일련의 지지체로 구성된다. 적합한 각인 담체 직물은 참고로 모두 인용된 1967년 1월 31일자로 산포드 등에게 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호; 1974년 5월 21일자로 살부시(Salvucci) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,821,068 호; 1976년 8월 10일자로 아이어즈에게 허여된 미국 특허 제 3,974,025 호; 1971년 3월 30일자로 프리드버그(Friedberg) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,573,164 호; 1969년 10월 21일자로 암네우스(Amneus)에게 허여된 미국 특허 제 3,473,576 호; 1980년 12월 16일자로 트로칸에게 허여된 미국 특허 제 4,239,065 호; 및 1985년 7월 9일자로 트로칸에게 허여된 미국 특허 제 4,528,239 호에 기술된다.
바람직하게는, 퍼니쉬는 장망 와이어와 같은 구멍 형성 담체상에 습윤 웹으로 처음 형성된다. 웹은 탈수되고 각인 직물로 이동된다. 퍼니쉬는 각인 직물로서 또한 작동하는 다공성 지지 담체상에 우선 선택적으로 침착된다. 일단 형성되면, 습성 웹은 탈수되고, 약 40% 내지 약 80%의 선택된 섬유 점조도로 열적 예비 건조되는 것이 바람직하다. 탈수는 흡입 박스 또는 다른 진공 장치 또는 블로우-쓰루 건조기를 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 각인 직물의 너클 각인은 웹을 건조 완성하기전에 상기 기술된 바와 같이 웹내에서 각인된다. 이를 달성하기 위한 방법은 기계적 압력을 적용하는 것이다. 이는 예컨대 양키 건조기와 같은 건조 드럼의 면에 대해 각인 직물을 지지하는 닙 롤을 압축함으로써 수행될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 웹은 흡입 박스와 같은 진공 장치 또는 블로우-쓰루 건조기로 유동압을 적용시킴으로써 건조를 완성시키기 전에 각인 직물에 대해 유동압을 적용함으로써 주조된다. 유동압은 적용되어 초기 탈수화 동안, 별도의 후속 공정 단계 또는 이들의 조합 단계에서 조밀화된 대역의 각인을 유도할 수 있다.
밀집되지 않은 비패턴-조밀화된 티슈 페이퍼 구조체는, 참고로 모두 인용된 1974년 5월 21일자로 살부시 등에게 허여된 미국 특허 제 3,812,000 호 및 1980년 6월 17일자로 베커(Becker) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,208,459 호에 기술된다. 일반적으로 밀집되지 않은 비패턴-조밀화된 티슈 페이퍼 구조체는 습성 웹을 형성하기 위해 장망 와이어와 같은 구멍 형성 와이어상에 제지 퍼니쉬를 침착시키고, 웹이 약 80% 이상의 섬유 점조도를 가질 때까지 기계적 압착없이 웹을 배출시키고 추가의 물을 제거하고, 웹을 크레핑(creping)함으로써 제조된다. 물은 진공 탈수 및 열 건조시킴으로써 웹으로부터 제거된다. 생성된 구조체는 부드럽지만 약하고 비교적 밀집되지 않은 섬유의 높은 벌크 시이트이다. 결합 물질은 크레핑하기 전에 웹의 부분에 적용되는 것이 바람직하다.
밀집된 비패턴-조밀화된 티슈 구조체는 통상적인 티슈 구조체로서 당해 분야에 일반적으로 공지된다. 일반적으로, 밀집되고 비패턴-조밀화된 티슈 페이퍼 구조체는 습성 웹을 형성하기 위해 장망 와이어와 같은 다공성 와이어상에 제지 퍼니쉬를 침착시키고, 웹이 25 내지 50%의 점조도를 가질 때까지 균일한 기계적 밀집(압착)의 도움으로 웹을 배출시키고 추가의 물을 제거하고, 양키와 같은 열 건조기로 웹을 이동시키고, 웹을 크레핑함으로써 제조된다. 총체적으로, 물은 진공 기계적 압착 및 열 수단에 의해 웹으로부터 제거된다. 생성된 구조체는 강하고, 일반적으로 균일 밀도이지만, 벌크, 흡수성 및 부드러움이 매우 낮다.
B. 거침도, 섬유 길이 및 연질 목재 측정(%)
본원에 사용된 바와 같은 "평균 섬유 길이"라는 용어는 조지아주 노크로스 소재의 카자아니 일렉트로닉스(Kajaani Electronics)으로부터 시판중인 카자아니 모델 FS-200 섬유 분석기와 같은 적합한 섬유 길이 분석 기기로 측정한 길이 칭량된 평균 섬유 길이를 지칭한다. 섬유 길이 및 거침도의 계산으로부터 기록 범위 세트 0mm 내지 7.2mm 및 0.2mm 미만의 섬유 길이를 제외한 프로파일 세트로 제작자의 권고에 따라 분석기는 작동된다. 이들이 본 발명이 지향하는 용도에 적합하게 작용하지 않는 비섬유 분획으로 대부분 구성된다고 알려지기 때문에, 이 크기의 입자는 계산으로부터 제외된다.
본원에 함유된 대수 방정식에서의 약자 "C"인 "성김도"라는 용어는 상기 언급된 카자아니 FS-200 분석기와 같은 적합한 섬유 거침도 측정 장치를 사용하여 측정된 비칭량된 섬유 길이 10m당 mg의 단위로 기록된 비칭량된 섬유 길이의 단위당 섬유 질량을 지칭한다. 펄프의 거침도(C)는 펄프로부터 수득된 3개의 섬유 표본의 3개의 거침도 측정량의 평균이다. 거침도를 측정하기 위한 분석기의 작동은 섬유 길이를 측정하기 위한 작동과 유사하다. 기기내로 들어가는 샘플 중량을 정확하게 하기 위해 샘플을 주의 깊게 제조하여야 한다.
허용가능한 방법은 110℃에서 30분 동안 건조 오븐내에 2개의 각각의 섬유 표본용 알루미늄 칭량 접시를 건조시키는 것이다. 이후에 접시는 냉각시키기 위해 15분 이상 동안 무수 황산칼슘과 같은 적합한 건조제를 갖는 건조기내로 옮긴다. 접시는 오일 또는 습기로 오염되지 않도록 핀셋으로 다루어야 한다. 2개의 접시는 건조기 밖으로 옮긴 후, 곧바로 약 0.0001g으로 칭량된다.
섬유 표본 약 1g을 접시들중 하나에 옮기고, 2개의 접시(하나는 빈 접시)를 110℃에서 60분 이상 동안 건조 오븐내에 덮지 않은 상태로 놓아 매우 건조한 섬유 표본을 수득한다. 이후에 섬유 표본을 갖는 접시를 이를 오븐으로부터 제거하기 전에 빈 접시로 덮는다. 이후에 접시 및 표본을 오븐으로부터 제거하고, 15분 이상 동안 건조기내에 놓아 냉각시킨다. 덮여진 표본을 제거한 후, 곧바로 0.0001g내로 접시를 칭량한다. 이전에 수득된 접시의 중량을 이 중량으로부터 빼어 매우 건조한 섬유 표뵨의 중량을 수득한다. 섬유의 중량은 초기 샘플 중량으로서 지칭한다.
빈 30L 용기를 깨끗하게 닦고, 0.01g의 정확도를 갖는 25kg 용량의 저울에서 칭량하여 제조한다. TAPPI 방법 T205로 지칭되는 영국제 분쇄기와 같은 표준 TAPPI 분쇄기를 용기내의 모든 섬유를 제거하여 청결케함으로써 제조한다. 분쇄기 용기내에서 초기 섬유의 샘플 중량을 0으로 놓아, 모든 섬유가 분쇄기로 이동하는지를 확인한다.
섬유 샘플을 분쇄기내에서 물 약 2L로 희석시키고, 분쇄기를 10분 동안 작동시킨다. 분쇄기의 내용물을 30L 용기내로 세척하여, 모든 섬유가 용기내로 세척된지를 확인한다. 이후에 30L 용기내의 샘플을 물로 희석시켜 0.01g내로 20kg 중량의 물-섬유 슬러리를 수득한다.
카자아니 FS-200의 샘플 비이커를 소제하고 0.01g내로 칭량한다. 30L 용기내의 슬러리를 수직 및 수평으로 흔들면서 교반하여, 슬러리내 섬유를 원심분리시키려는 원형 운동을 개시하지 못하도록 조심스럽게 다룬다. 0.1g내로 정확하게 측정된 100.0g을 30L 용기를 카자아니 비이커로 옮긴다. 카자나이니 비이커내의 섬유 중량(mg)을 초기 샘플 중량(g 단위로 기록함)의 5배로 증대시킴으로써 수득한다.
0.01mg으로의 정확도를 갖는 섬유 중량을 카자아니 FS-200 프로파일내로 넣는다. 0.2mm의 최소 섬유 길이를 카자아니 프로파일내로 넣으면, 0.2mm이 거침도 계산에 고려되는 최소 섬유 길이가 된다. 이후에 예비 거침도를 카자아니 FS-200에 의해 계산한다.
예비 거침도값을 길이 0.2mm 이상의 중량 칭량된 섬유의 누적 분포에 상응하는 인자에 의해 증대시킴으로써 거침도를 수득한다. 그러나, 값은 %로 기록하고, 섬유 길이 "0"에서 시작하여 누적시킨다. 상기 기술된 인자를 수득하기 위해, "길이 0.2mm 미만을 갖는 중량-칭량된 섬유의 누적 분포(기기의 배출구로서 제공됨)"는 기기 디스플레이로부터 수득한다. 이 디스플레이값을 100으로부터 빼고, 이를 100으로 나누어 길이 0.2mm 이상을 갖는 섬유의 중량 칭량된 누적 분포에 상응하는 인자를 수득한다. 따라서, 생성된 거침도는 섬유 길이 0.2mm 이상를 갖는 섬유 샘플내의 섬유의 거침도의 측정량이다. 거침도를 2개의 칭량 오븐 건조 접시 및 섬유 표본으로 출발하여 반복해서 측정하여 3개의 거침도값을 수득한다. 본원에 사용된 거침도(C)의 값을 3개의 거침도값을 평균화하고, 단위를 변환시켜 mg/100m중 값으로 표기함으로써 수득한다.
본원에 사용된 "연질 목재(%)"의 양은 연질 목재 나무로부터 유도된 셀룰로즈 펄프내 섬유의 건조량(%)을 지칭한다. 셀룰로즈성 펄프의 잔여물(100%의 연질 목재)은 "경질 목재"로서 정의한다. 공지되지 않는다면, 연질 목재(%)를 본원에 참고로 인용된 TAPPI T401 om-88의 방법학, "페이퍼 및 페이퍼보드의 섬유 분석"에 의해 광학적인 관찰로 측정할 수 있다.
C. 최소 섬유 표면적 및 섬유 증분 표면 측정
본원에 사용된 바와 같은 "최소 섬유 표면적"이라는 용어는 펄프 표본내 섬유의 가장 큰 백분율을 포함하는 섬유의 그룹내의 가장 작은 표면적의 섬유의 표면적을 지칭한다. 최소 섬유 표면적을 하기 기술된 바와 같이 이미지 분석에 의해 측정할 수 있다.
대표적인 펄프 표본 약 0.25mg을 적시고 조각으로 절단한다. 증류되고 여과된 물의 사용에 대한 권고에 의해, 이미지 분석을 복잡하게 하는 오염물질을 감소시킨다. 0.05μ 필터는 이러한 오염물질을 감소시키는데 충분하다. 절단된 펄프를 250mL 얼린메이어(Erlenmeyer) 플라스크내에 놓고, 물 약 50mL를 첨가하고, 펄프 표본이 분쇄될 때까지 플라스크를 진탕한다. 이후에 플라스크 내용물을 물로 희석하여 부피 200mL로 조성한다. 플라스크 내용물의 약 3/4를 버리고, 플라스크를 재충진하여 부피 200mL로 조성하고, 플라스크를 다시 진탕시켜 내용물을 혼합한다. 플라스크 내용물을 버리고 플라스크 내용물을 재희석시키는 것을 순환 반복하고, 플라스크 내용물의 육안 조사로 플라스크내의 생성된 슬러리가 섬유와 섬유의 접촉물이 없어질때까지 플라스크를 반복적으로 진탕한다.
40×60㎜ 유리 현미경 슬라이드를 비-린트성 티슈로 닦고 영구 마커(marker)를 사용하여 슬라이드의 한쪽면에 직각의 격자를 표시함으로써 준비한다. 격자는 후속적으로 상을 분석하는 동안 기준점으로 사용되고, 그의 정확한 간격은 중요하지는 않지만 작동자가 편리한 크기로 정할 수 있다. 약 1cm2격자를 사용하면 섬유/격자 교차선의 발생을 감소시킬 수 있다. 슬라이드를 슬라이드 보온기 위에 마커 측부를 "아래로" 향하게 놓는다. 플라스크내의 슬러리를 격렬하게 진탕하고, 슬러리의 일부분을 일회용 피펫으로 슬라이드 위에 침적시킨다. 약 10mL의 슬러리로 슬라이드를 덮어야 한다. 슬라이드 위의 물을 증발시키고 표면 장력을 해부바늘로 종종 끊어서, 건조시키는 동안 슬러리 섬유가 응집되는 것을 억제한다. 작은 방울의 슬라이드 접착제를 새로운 슬라이드의 네개의 모서리에 놓고, 이때 과도한 압력이 적용되지 않도록 주위를 하면서 섬유로 덮여진 슬라이드와 대향하도록 놓는다. 과량의 접착제는 제거하고 슬라이드 표면을 비-린트성 티슈로 닦아낸다.
상 분석 시스템은 프레임 그래버 보드(frame grabber board), 입체경, 비디오 카메라 및 상 분석 소프트웨어를 갖춘 컴퓨터를 들 수 있다. 적당한 프레임 그래버 보드로는 미국 인디아나주 인디아나폴리스 소재의 트루비젼 캄파니(Truevision Company)의 타가(TARGA) 모델 M8를 들 수 있다. 선택적으로는, 미국 메사추세츠주 말보로 소재의 데이타 트렌슬레이션(Data Translation)에서 시판중인 모델 DT2855 프레임 그래버 보드를 사용할 수 있다.
미국 뉴욕주 레이크 석세스 소재의 올림푸스 코포레이션(Olympus Corporation)에서 시판중인 올림푸스 SZH 입체경 및 미국 캘리포니아 샌디에고 소재의 코후 일렉트로닉스 디비죤(Kohu Electronics Division)에서 시판중인 코후 모델 4815-5000 고형 CCD 비디오 카메라를 사용하여 상을 컴퓨터 화일로 저장할 수 있다. 올림푸스 모델 MTV-3 접합기는 코호 비디오 카메라를 입체경에 올려놓는데 사용될 수 있다. 다르게는, 미국 뉴저지 페어 론 소재의 키언스 캄파니(Keyence Company)에서 시판중인 VH5900 모니터 입체경 및 콘택트 형태의 조명 헤드부를 갖는 VH50 렌즈를 갖는 비디오 카메라를 사용할 수 있다. 입체경 및 비디오 카메라는 상을 녹화시킨다. 프레임 그래버 보드는 상의 아날로그 신호를 컴퓨터에서 해독가능한 디지탈 포멧으로 전환시킨다.
컴퓨터 화일로 저장된 상은 미국 워싱턴주 에드몬즈 소재의 바이오스캔 캄파니(BioScan Company)에서 시판중인 옴티마스(Optimas) 상 분석 소프트웨어 버젼 3.0과 같은 적당한 소프트 웨어를 사용하여 측정된다. 옵티마스 소프트웨어는 윈도우(Windows)와 호환가능한 임의의 IBM PC AT 또는 호환가능한 컴퓨터 및 IBM PS/2 마이크로채널 시스템(Microchannel system)에서 실행할 것이다. 적당한 컴퓨터는 프레임 그래버 보드를 위한 확장 슬롯(slot), 인텔(intel) 80386 CUP, 8메카바이트의 RAM, 200 메가바이트의 하드 디스크 저장 공간 및 버전 3.0 이상의 DOS를 갖는 IBM 호환가능 퍼스날 컴퓨터이다. 컴퓨터는 미국 워싱턴주 레드몬드 소재의 마이크로소프트 코포레이션에서 시판중인 버전 3.0 이상의 윈도우가 내장되어 있어야 한다. 저장되고 화일로부터 불러올 수 있는 상은 소니(Sony) 모델 PVM-1271Q 또는 모델 PVM-1343MO 비디오 모니터 상에 화면을 띄울 수 있다.
슬라이드를 입체경 대에 올려놓는다. 입체경을 15×의 배율로 조절한다. 상의 명암 차이가 최대가 되도록 입체경의 빛 공급원의 강도를 최대치로 조절하고 입체경 구경을 최소 구경 크기로 고정한다. 옵티마스 소프트웨어를 다중 모드 세트(multiple mode set)로 작동시키고, ARAREA(면적) 및 ARLENGTH(길이) 크기를 선택한다. "샘플링 옵션(Sampling Option)"하에서 하기 초기값을 사용한다: 샘플링 유니트(sampling unit)를 선택하고, 64 간격으로 숫자를 맞추고, 최소 주위 길이는 10 샘플이다. 하기 옵션은 선택하지 않는다: 대상 영역과 접촉 영역의 제거(Remove Areas Touching Region of Interest; ROI), 다른 영역내의 영역 제거(Remove Areas Inside Other Areas) 및 가장자리 다듬질(Smooth Boundary). 소프트웨어의 명암 및 밝기는 각각 0 및 170으로 고정한다. 소프트웨어 문턱값은 125 및 255로 고정한다. 상 분석 소프트웨어를 화면에 높인 미터법의 자로 밀리미터 단위로 눈금을 조정한다. 조정하여 스크린 폭이 6.12㎜가 되도록 한다.
어떠한 섬유도 관심있는 영역의 주변을 교차하지 않도록 대상 영역을 선택한다. 작동기를 슬라이드에 놓고 한쪽 필드에서 상 데이타(면적 및 길이)를 얻는다. 그다음, 슬라이드를 재배치하고 상 데이타를 두번째 필드에서 얻는다. 전체 슬라이드가 수득될 때까지 데이타 수집을 계속한다. 필수적인 것은 아니지만 슬라이드 위의 격자선을 사용하면 현미경 사용자가 임의의 구역을 놓치거나 임의의 구역을 1회 이상 해독하는 것을 방지한다. 격자를 교차하는 섬유는 데이타 수집에 포함되지 않는다.
교차하지 않는 개별적인 섬유로만 구성된 슬라이드를 갖는 것이 바람직하지만, 결국에서 일부 상은 교차된 상으로 구성된 상으로 만들어질 것이다. 섬유가 교차된 상은, 교차된 섬유가 가려지는 경우, 옵티마스 소프트웨어에서 사용가능한 페인트 옵션(paint option)으로 제거한다. 교차된 섬유 상에서 가려지지 않는 섬유는 적어도 일부가 다른 섬유로 가려진 교차 섬유의 상에서 이러한 섬유 위를 페인트함으로써 유지된다.
상 분석 소프트웨어는 투사된 섬유 표면 및 상 분석 시스템에 기록되어 있는 각각의 섬유 상에 대한 섬유 길이를 제공한다. 섬유 상은 섬유 길이 및 섬유 표면적으로 순위를 매길 수 있다. 스프레드시이트 소프트웨어(예: 마이크로소프트 엑셀(Excel) 버젼 3.0)를 사용하는 것이 유용하지만 이러한 데이타 조작을 수행하기 위해서는 요구되지 않는다. 길이에 의해 섬유를 정렬한 후, 길이가 0.25㎜ 미만인 섬유에 대한 섬유 상 데이타를 지운다. 500개 이상의 섬유가 유지되어야 한다. 그 다음 나머지 섬유 상 데이타는 투영된 섬유 표면적을 기준으로 정렬시키고, 각각의 섬유상을 이 배열순서에 따라 번호를 매긴다. 투영된 표면적이 가장 큰 섬유 상을 1번으로 한다.
본원에서 사용되는 바와 같은 최소 섬유 표면적은 하기와 같이 기술될 수 있다. 나머지 섬유 상의 번호에 0.01(1%)를 곱하여 섬유 상 번호를 구한다. 곱한 후의 결과 숫자가 정수가 아닌 경우, 결과 숫자를 정수로 반올림한다. 이러한 번호를 갖는 섬유 상의 투영된 표면적이 최소 섬유 표면적에 해당된다.
"최소 섬유 표면적"으로 기술되지만, 이러한 방법은 통계적인 확신을 얻기 위해서는 다수의 상(1000 이상)이 필요하다. 따라서, 바람직한 방법이 요구된다. 이러한 바람직한 방법은 1%, 3%, 5%, 10% 및 20%의 간격으로 나머지 섬유 상의 투영된 표면적을 구하는 것으로 구성된다. %의 로그의 함수로서의 투영된 표면적의 선형 회귀법 및 1% 마크에서의 투영된 표면적에 대한 생성된 함수의 보간법은, 전술한 섬유 길이를 기준으로 상을 지운 후의 500개 이상의 섬유를 남기기 위해 충분한 섬유 상을 수득한 경우라면, 본원에서 사용하기에 충분한 통계학적인 타당성을 갖는 최소의 섬유 표면적을 제공한다.
본원에서 사용하는 바와 같이 "증분 표면적"이라는 용어는 전술한 바람직한 방법으로 결정되는 바와 같은 최소 섬유 표면적으로 정의되며, 고려되어야 할 표본에서 함유되어 있는 연질 목재의 %당 0.0022mm2씩 감소된다. 최소 섬유 표면적을 증분 표면적으로 전환시키는데 적용되는 조정법은 연질 목재 대 경질 목재의 매우 상이한 표면적을 상쇄시켜서 고려되는 표본의 경질 목재 및 연질 목재 함량과 상관없이 펄프 표본의 균질성을 측정하는데 있어서 단일 값의 표면적을 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 섬유 특성중 균질성은 평균 특성과는 독립적으로 이점을 제공하는 것으로 여겨진다. 비교적 높은 비-균질 섬유 특성을 갖는 펄프 표본은 비교적 높은 값의 증분 표면적을 가질 것이다. 증분 표면적은 셀룰로즈 섬유의 주어진 표본에 의해 포함되는 섬유 특성의 균질성 정도의 지수를 제공한다.
D. 마찰 계수
마찰 계수는 본원에서 참고로 인용되는 암풀스키 등의 문헌["Methods for the Measurement of the Mechanical Properties of Tissue Paper", 1991, Internationl Paper Physics Conference, TAPPI Press에서 출판]에서 기술하는 바와 같이 개질된 마찰 프로브(probe)가 있는 KES-4BF 표면 분석기를 사용하여 수득된다.
본원에서 명시하는 바와 같이 마찰 측정을 위해 사용되는 기재는 본원에서 참고로 인용하는 TAPPI 표준 T-205에 따라 실험실에서 제조된 핸드시이트이다. 마찰은 핸드시이트의 부드러운 측부(방법에 따라 금속 플레이트에 대향하여 건조된 측부)에서 측정된다.
측정을 위해서 1mm/초의 일정 속도로 기재를 당기고 표준 기기 프로브로부터 직경이 40 내지 60 μm인 두개의 유리 프리츠(fritz)로부터 개질시킨다.
프로브상에 12.5g의 수직력 및 기재에 대해 특정 중계 속도를 사용하는 경우, 마찰 계수는 마찰력을 수직력으로 나눔으로써 계산할 수 있다. 마찰력은 주사하는 동안의 프로브 위에 최후의 힘, 즉 기기의 산출값이다.
전방 방향으로 단일 주사함으로써 수득된 마찰 계수 및 후방 방향으로 단일 주사함으로써 수득된 마찰 계수의 평균을 표본의 마찰 계수로 기록한다.
따라서, 섬유 퍼니쉬의 저하된 마찰 계수를 측정하기 위해서, 화학 유연제가 없는 섬유의 샘플을 사용하여 표준 핸드시이트를 준비하고 화학 유연제가 첨가된 후의 섬유의 샘플을 사용하여 표준 핸드시이트를 준비한다. 마찰 계수는 각각의 핸드시이트를 사용하여 측정하고 DCOF는 하기 수학식 2를 사용하여 계산한다:
수학식 2
상기 식에서,
DCOF는 저하된 마찰 계수이고 COFB및 COFA는 비처리된 섬유로부터 제조된 핸드시이트의 마찰 계수 및 화학 유연제로 처리된 섬유로부터 제조된 핸드시이트의 마찰 계수이다.
E. 거친 셀룰로즈 섬유
본원에서 사용되는 바와 같이 "거친 셀룰로즈 섬유"라는 용어는 거침도가 약 11㎎/100m 보다 크고 평균 섬유 길이가 약 1.5㎜ 미만인 섬유를 지칭한다. 거친 셀룰로즈 섬유의 다수의 적당한 공급원을 적용하여 본 발명에 따른 티슈 페이퍼를 제조할 수 있으며, 이러한 실행을 위해서는 두개의 실시태양이 바람직하다.
한가지 바람직한 실시태양은 경질 목재 섬유로부터 유도된 화학-열기계적인 펄프(아스펜(Aspen) CTMP)를 사용한다.
두번째 바람직한 실시태양은 재활용 섬유이다. 재활용 섬유가 본 발명에서 사용되는 경우, 하기 방법 단계에 따라 예비-조건화하여 가장 바람직하게 이들을 생산 용도에 배치하는 것이 바람직하다.
길이 분류 단계 및 원심분리 단계를 포함하는 2 단계의 분류 과정의 두개의 기본 배열을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 티슈 페이퍼에서 사용하는데 바람직한 셀룰로즈 펄프를 제조하는데 사용할 수 있는 한가지 배열을 나타내는 흐름도이다. 이러한 배열에서, 길이 분류 단계가 우선 수행되고, 그 다음 원심분리 단계가 수행된다.
도 1에서, 목재 펄프 섬유를 포함하는 수성 슬러리(21)는 공급 스트림으로 길이 분류 단계(32)에 제공된다. 만족스러운 길이 분류기는 미국 메사추세츠주 사우쓰 웰폴 소재의 버드 에스체르 위스 코포레이션(Bird Escher Wyss Corporation)에서 제조되는 "버드 센트리소터(Bird Centrisorter)"과 같은 원심 압력 스크린이다. 슬러리(21)는 길이 분류 단계(32)에서 가공되어 분류 단계(32)의 허용 스트림(33) 및 분류 단계(32)의 배제 스트림(34)을 제공한다. 배재 스트림(34)은 허용 스트림(33)의 섬유의 평균 섬유 길이를 능가하는 평균 섬유 길이를 갖는 섬유를 포함한다. 길이 분류 단계(32)는 하기와 같이 배열되고 작동하여 배제 스크림을 함유하는 슬러리(34)의 평균 섬유 길이보다 20% 이상, 바람직하게는 30% 이상 적은 평균 섬유 길이를 갖는 허용 스트림(33)을 제공한다. 배제 스트림(34)내 섬유는 본 발명의 목적에는 더 이상 적합하지 않기 때문에 이러한 특성이 요구되는 대안의 목적 용도로 향하게 된다. 이러한 점에서, 이들은 그밖의 배제 스트림와 블렌딩될 수도 있고, 분리되어 유지될 수도 있고, 처분될 수도 있다.
이론에 국한시키는 것은 아니지만, 길이 분류 단계(32)의 허용 스트림(33)의 섬유 중량은 길이 분류 단계(32)로의 공급 스트림의 섬유 중량의 약 30 내지 70%이어서 허용 스트림(33)과 배제 스트림(34) 사이의 길이 분류 단계(32)에 도입되는 섬유의 약 30 내지 70%의 중량 분열이 일어난다. 이러한 중량 분열은, 공급 스트림으로부터 매듭 및 쉬브(shive)와 같은 파편을 제거하는 작용을 하기보다는 섬유 길이별로 공급 스트림을 분류하는 길이 분류 단계(34)의 작용을 확실하게 하는 것이 바람직하다.
길이 분류 단계(32)의 허용 스트림(33)의 적어도 일부분은 도 1에서 제시하는 바와 같이, 공급 스트림(41)을 원심분리 단계(42)를 포함하는 제 2 분별 단계에 제공되도록 향한다. 만족스러운 원심분리 단계(42)는 1종 이상의 수력학적 사이클론, 예를 들어 미국 오하이오주 스프링필드 소재의 CE 바우어 캄파니(CE Bauer Company)에서 제조된 3 인치의 "센트리클리너" 수력학적 사이클론이다.
원심분리 단계(42)가 최적으로 작동하기 위해서, 원심분리 단계(42)내의 공급 스트림(41)을 가공하기 전의 원심분리 단계(42)로 향하는 공급 스트림(41)의 점조도를 조절할 필요가 있을 수도 있다. 예를 들어, 공급 스트림(41)으로부터 물을 제거하여 공급 스트림(41)의 점조도를 증가시키는 것이 바람직한 경우라면, 도 1에서 설명하는 바와 같이 길이 분류 단계(32)와 원심분리 단계(42)의 중간에 적당한 시이브(sieve)(36)를 배치할 수 있다. 적당한 시이브(36)는 100㎛의 스크린이 장착되어 있는 CE 바우어 마이크라시이브(Micrasieve)를 들 수 있다.
원심분리 단계(42)는 공급 스트림(41)를 가공하여 원심분리 단계(42)의 허용 스트림(43) 및 원심분리 단계(42)의 배제 스트림(44)을 제공한다. 허용 스트림(43)은 수력학적 사이클론의 상류 측부에 존재하고 배제 스트림(44)는 수력학적 사이클론의 하류 측부(팁(tip))에 존재한다.
도 1에서 예시하는 방법을 본 발명에 따라 작동시키는 경우, 허용 스트림(43)내의 섬유의 정상화된 거침도는 원심분리 단계(42)의 배제 스트림(44)내의 섬유의 거침도보다 3% 이상, 바람직하게는 10% 이상 적다. 도 1에서 예시하고 있는 방법을 수행하여 본 발명에 바람직한 셀룰로즈 펄프를 구성하는 허용 스트림(43)을 제공할 수 있다.
본 발명의 셀룰로즈 펄프를 포함하는 허용 스트림(43)은 10% 이상의 연질 목재 섬유를 포함하고, 증분 표면적이 0.085mm2미만이고, 전술한 대수식에 따른 평균 섬유 길이에 관련된 거침도를 갖는다. 허용 스트림(43)의 평균 섬유 길이는 바람직하게는 약 0.70mm 내지 약 1.1mm, 보다 바람직하게는 약 0.75mm 내지 약 0.95mm로서 이러한 거침도 대 섬유 길이의 관계를 제공한다.
원심분리 단계(42)의 허용 스트림(43)의 섬유 중량은 원심분리 단계(42)로의 공급 스트림(41)의 섬유 중량의 약 30 내지 70%이어서 허용 스트림(43)과 배제 스트림(44) 사이의 원심분리 단계(42)에 도입되는 섬유의 약 30 내지 70%의 중량 분열이 일어난다. 이러한 중량 분열은 공급 스트림(41)로부터 매듭 및 쉬브와 같은 파편을 제거하는 작용을 하기보다는 원심분리 단계(42)가 배제 스트림(44)과 비교시 감소된 정상화된 거침도를 갖는 허용 스트림(43)을 확실하게 제공하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 티슈 페이퍼에서 사용하기에 바람직한 셀룰로즈 펄프를 제조하는데 사용될 수 있는 그밖의 배열을 묘사하는 흐름도이다. 이러한 배열에서, 원심분리 단계가 우선 수행되고, 그 다음 길이 분류 단계가 수행된다.
도 2에서, 목재 펄프 섬유를 포함하는 수성 슬러리(21)는 우선 공급 스트림을 원심분리 단계(52)에 제공한다. 원심분리 단계(52)는 하나 이상의 수력학적 사이클론을 포함한다. 원심분리 단계(52)는 공급 스트림을 포함하여 원심분리 단계(52)의 허용 스트림(53) 및 원심분리 단계(52)의 배제 스트림(54)을 제공한다. 허용 스트림(53)은 수력학적 사이클론의 상류 측부에 존재하고, 배제 스트림은 수력학적 사이클론의 하류 측부(팁)에 존재한다. 본 발명에 따라 작동시키는 경우, 허용 스트림(53)내 섬유의 정상화된 거침도는 원심분리 단계(52)의 배제 스트림(54)내 섬유의 거침도보다 3% 이상, 바람직하게는 10% 이상 적고, 허용 스트림(53)내 섬유의 평균 섬유 길이는 바람직하게는 슬러리(21)의 섬유 길이와 거의 같거나 또는 크다.
원심분리 단계(52)의 허용 스트림(53)의 적어도 일부는 공급 스트림(61)으로 길이 분류 단계(62)에 제공된다. 길이 분류 단계(62)는 스크린, 예를 들어 전술한 바와 같이 원심 스크린을 포함할 수 있다. 길이 분류 단계(62)에서 공급 스트림(61)을 가공하기 전에 공급 스트림(61)의 점조도를 조절하는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 점조도를 증가시키기 위해서 공급 스트림(61)으로부터 물을 제거하는 것이 바람직한 경우라면, 도 2에서 설명하는 바와 같이 적당한 시이브(60)를 원심분리 단계(52)와 길이 분류 단계(62) 사이에 배치할 수 있다. 적당한 시이브(60)은 100㎛의 스크린이 장착되어 있는 CE 바우어 "마이크라시이브"를 포함한다.
길이 분류 단계(62)는 공급 스트림(61)을 가공하여 길이 분류 단계의 허용 스트림(63) 및 길이 분류 단계의 배제 스트림(64)을 제공한다. 배제 스트림(64)은 허용 스트림(63)내의 섬유의 평균 섬유 길이를 능가하는 평균 섬유 길이를 갖는다. 평균 섬유 길이는 길이 분류 단계의 배제 스트림(64)의 평균 섬유 길이보다 20 중량% 이상, 바람직하게는 30 중량% 이상 적다.
도 2에서 예시하는 방법은 본 발명에 바람직한 셀룰로즈 펄프를 포함하는 허용 스트림(63)을 제공하기 위해 작동할 수 있다. 본 발명의 셀룰로즈 펄프를 포함하는 허용 스트림(63)은 연질 목재 섬유가 10% 이상이고, 증분 표면적이 0.085㎟ 미만이고, 전술한 대수식에 의한 평균 섬유 길이와 관련된 거침도를 갖는다. 허용 스트림(63)의 평균 섬유 길이는 바람직하게는 약 0.7㎜ 내지 약 1.1㎜, 보다 바람직하게는 약 0.75㎜ 내지 약 0.95㎜이어서 전술한 거침도 대 섬유 길이의 관계를 제공한다.
길이 분류 단계 및 원심분리 단계의 작용 인자는, 평균 섬유 길이의 필요한 변화 및 본 발명에서 요구되는 정상화된 거침도를 수득하기 위해서, 슬러리(21)에서 함유한 섬유의 특정 특징을 위해 조절할 수 있다. 길이 분류 단계가 원심 스크린을 포함하는 실시태양에 있어서, 이러한 작동 인자로는 공급 슬러리 및 배출 슬러리의 점조도, 스크린 매질내 눈금의 크기, 형태 및 밀도; 스크린 회전날개가 회전하는 속도 및 주입 스트림 및 배출 스트림의 유속을 들 수 있다.
스크림의 작용으로 지나치게 두꺼워지는 경향이 있는 경우, 스크린으로부터 보다 긴 섬유의 배제 스트림을 제거하는데 도움을 주기 위해서 희석용 물을 사용하는 것이 바람직할 수도 잇다. 원심분리 단계가 수력학적 사이클론을 포함하는 실시태양에서, 작동 인자의 예로는 공급 스트림의 점조도, 원뿔의 직경, 원뿔 각도, 하류 개구의 크기 및 주입 슬러리부터 각각의 배출구까지의 압력 강하를 들 수 있다.
F. 화학 유연제에 의한 섬유 처리
본 발명은 화학 유연제를 첨가함으로써 설룰로즈 섬유가 저하된 마찰계수를 포함함을 요구한다.
화학 유연제를 셀룰로즈 섬유에 첨가하는 바람직한 방법은 장망 와이어 또는 시이트 형성 단계의 일부 적당한 전반부에서 제지기의 습윤 말단에서 유연제를 제지 섬유의 수성 슬러리에 첨가하거나 퍼니쉬에 첨가하는 것이다. 그러나, 본 발명의 범주내의 화학 유연제는 섬유에 대해 특히 무관하기 때문에, 제지 공정 전에 화학 유연제를 적용하는 것, 예를 들어 펄프 제조 과정에서 형성된 수성 펄프 혼합물에 첨가하는 것이 또한 예상된다. 추가로, 건조 전 또는 건조시키면서 또는 건조한 후에 티슈 웹을 형성시킨 후의 화학 유연제의 적용은 본 발명의 요구사항에 적합하도록 디자인되고 본 발명의 범주에 충분히 포함된다.
하기 실시예는 본 발명의 수행을 설명하고자 하는 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.
실시예 1
본 실시예는 일반적으로 단겹 화장실용 티슈를 제조하는데 있어서 조악한 것으로 여겨지는 재활용 섬유 공급원을 사용하여 단겹 화장실용 티슈 제품을 제조하는 것을 설명한다.
본 제조 방법에서 사용되는 셀룰로즈 섬유 형태는 북부 연질 목재 크래프트(Northern Softwood Kraft, NSK) 펄프, 유칼립투스 경질 목재 크래프트 펄프 및 미국 위스콘신주 폰더로사 파이버스 오스코쉬(Ponderosa Fibers' Oshkosh)로부터 구입한 시판용 재활용 펄프이다.
처리되지 않은 크래프트 펄프는 운송된 상태로 사용하였고, 폰더로사 펄프는 수성 슬러리를 형성하고 이것을 원심의 스크린에서 순차적으로 처리하여 짧은 섬유 부분을 수득하고, 그 다음 수력학적 사이클론을 통과시켜 허용 부분 또는 상류 부분을 포획함으로써 예비-처리하였다.
스크리닝 허용 부분은 공급 물질의 약 25%로서 출발 펄프보다 섬유 길이가 약 50% 적다. 사이클론을 통한 단일 통과는 주입물로부터 허용 부분까지의 압력 강하가 약 75 psi이고 공급물내의 고체가 0.1%인 경우 이루어졌다. 따라서 허용 부분은 공급된 섬유의 약 50%를 포함한다. 이러한 단계는 하기와 같은 측정치를 통해 설명되는 바와 같이 그의 섬유 길이의 함수로서 예외적으로 낮은 거침도를 갖는 섬유를 제조하는 것으로 이전 분야에 공지되어 있다:
연질 목재의 함량: 24%;
성김도: 12.3mg/100m;
평균 섬유 길이: 0.92mm;
최소 섬유 표면적: 0.130mm2.
이러한 측정치를 사용하여 0.130-24×0.0022=0.077이라는 식에 의해 증분 표면적을 계산할 수 있다.
생성된 티슈 제품은 하기와 같이 본 발명의 수행에 적합하도록 형성된다.
제지과정은 실험적인 규모의 포르드리니어 제지기에서 수행된다. 이러한 제지기는 충분한 백수(whitewater) 퍼징과 함께 작동하여, 형성된 와이어를 배수시킨 후 제지 웹에 임의의 본질직이지 않은 첨가제를 확실히 잔류하지 않도록 한다.
우선, 미국 오하이오주 두블린 소재의 위트코 케미칼 캄파니(Witco Chemical Company)에서 4급 염(디히드로화 탈로우 디메틸 암모늄 메틸 설페이트)의 1% 용액을 준비한다. 이러한 용액의 제조를 돕기위해, 당량의 폴리에틸렌 글리콜(분자량이 400임)을 선택적으로 포함시킨다. 선택적으로 첨가되는 PEG와 함께 4급 염을 우선 약 150℉까지 가열시킨 후, 물을 교반시키면서 이를 거의 동일한 온도에서 물에 첨가한다.
제지 헤드박스는 분리기 리이브(leave)가 장착되어 있어서 긴 NSK 섬유 및 짧은 유칼립투스 또는 재활성 섬유는 개별적인 층으로 가라앉아 최적의 배치로 각각의 섬유 형태를 침적시킨다. 이러한 형태의 형성은 일반적인 것이고 당 분야의 숙련자들에게 이러한 것으로 인식되어 있다.
두개의 비교용 페이퍼 구조체를 제조한다.
첫번째는 시이트 중량의 20%가 NSK로서 3층 조합체의 중간 층과 관련되고 외층은 유칼립투스 펄프로만 독점적으로 구성되도록 형성된다.
두번째는 시이트 중량의 20%가 NSK로서 3층 조합체의 중간 층과 관련되고 형성 와이어 옆의 외층은 독점적으로 예비-처리된 재활용 펄프로 구성되고 다른 외층은 3:5의 중량비로 예비-처리된 재활용 펄프와 유칼립투스의 블렌드로 구성된다. 따라서 재활용 펄프의 총 함량은 55%이다.
그렇지 않으면, 두개의 퍼니쉬에서 형성은 유사하게 종결된다. 재활용 펄프로 구성된 구조체를 형성하는 경우, 4급 염은 이들의 점조도가 약 3%인 경우 접근 유동하는 동안 저장물에 첨가된다. 4급 염은 와이어-측부 퍼니쉬에 첨가되는 비율이 펠트 측부 퍼니쉬의 두배가 되도록 할당된다. 어떠한 4급 염도 NSK에 첨가되지 않는다. 첨가된 4급 염의 양은 최종 생성물내 0.105%가 보유되기에 충분한 양이다. 재활용 섬유를 사용하는 경우 본 방법에서 필요한 다른 차이는 일부 강도의 손실을 보상하기 위한 NSK를 약하게 재정제하는 것이다.
이러한 제품의 복합 거침도가 11 내지 18㎎/100m인 것으로 공지되어 있고 4급 염으로의 처리량은 마찰 계수의 강하(DCOF)가 4% 보다 크도록 하기에 충분하기 때문에, 이러한 실시예에 따라 제조된 제품은 본 발명에 계획된 요구사항에 부합된다.
재활용 섬유를 함유하는 제품은 부드러움을 판단하는 일단의 전문가에 의해 보다 부드러운 것으로 판단되는 것으로 확인되었다.
실시예 2
본 실시예는 단겹 화장실용 티슈와 같은 제품을 형성하기에는 조악하는 것으로 일반적으로 여겨지는 화학적-열기계적인 섬유 공급원을 사용하여 단겹 화장실용 티슈를 제조하는 것을 설명한다.
본 제조방법에서 사용하는 셀룰로즈 섬유 형태는 북부 연질 목재 크래프트(NSK) 펄프, 유칼립투스 경질 목재 펄프 및 퀸스넬 리버 펄프 앤드 페이퍼 캄파니(Quesnel River Pulp and Paper Company)에서 제조한 86 광택/350 여수도(freeness)로 명시되어 있는 시판용 경질 목재 CTMP 펄프이다.
펄프는 모두 운송된 상태로 사용하고, 생성된 티슈 제품은 본 발명의 수행에 적합하도록 형성된다.
제지 과정은 실험적인 규모의 포르드리니어 제지기에서 수행된다. 이러한 제지기는 충분한 백수 퍼징과 함께 작동하여, 형성된 와이어를 배수시킨 후 결국에는 제지 웹에 임의의 본질적이지 않은 첨가제가 잔류하지 않도록 한다.
우선, 미국 오하이오주 두블린 소재의 위트코 케미칼 캄파니에서 14급 염(디에스테르 디히드로화 탈로우 디메틸 암모늄 클로라이드)의 1% 용액을 준비한다. 이러한 용액의 제조를 돕기 위해, 당량의 폴리에틸렌 글리콜(분자량이 400임)을 선택적으로 포함시킨다. 선택적으로 첨가되는 PEG와 함께 4급 염을 우선 약 185℉까지 가열시킨 후, 물을 교반시키면서 이를 거의 동일한 온도에서 물에 첨가한다.
제지 헤드박스는 분리기 리이브가 장착되어 있어서 긴 NSK 섬유 및 짧은 유칼립투스 또는 재활성 섬유는 개별적인 층으로 가라앉아 최적의 배치로 각각의 섬유를 침적시킨다. 이러한 형태의 형성이 일반적인 것이고 당 분야의 숙련자들에게 이러한 것으로 인식되어 있다.
두개의 비교용 페이퍼 구조체를 제조한다.
첫번째는 시이트 중량의 20%가 NSK로서 3층 조합체의 중간 층과 관련되고 외층은 유칼립투스 펄프로만 독점적으로 구성되도록 형성된다.
두번째는 시이트 중량의 20%가 NSK로서 3층 조합체의 중간 층과 관련되고 외층은 7:4의 중량비로 유칼립투스와 CTMP의 블렌드로 구성된 퍼니쉬가 공급되어 형성된다. 따라서 재활용 펄프의 총 함량은 28%이다.
그렇지 않으면, 두개의 퍼니쉬상에서 형성은 유사하게 종결된다. CTMP 펄프로 구성된 구조체를 형성하는 경우, 4급 염은 이들의 점도도가 약 3%인 경우 접근 유동하는 경우 저장물에 첨가된다. 4급 염은 와이어-측부 퍼니쉬에 첨가되는 비율이 펠트 측부 퍼니쉬의 반이 되도록 할당된다. 어떠한 4차 염도 NSK에 첨가되지 않는다. 첨가된 4급 염의 양은 최종 생성물내 0.325%가 보유되기에 충분한 양이다. CTMP 섬유를 사용하는 경우 공정에서 필요한 그밖의 차이는 일부 강도의 손실을 보상하기 위한 NSK를 약하게 재정제하는 것이다.
이러한 제품의 복합 거침도가 11 내지 18mg/100m인 것으로 공지되어 있고, CTMP 펄프를 0.085mm2미만의 섬유 증분 표면적을 포함하는 것으로 공지되어 있고, 4급 염으로의 처리량은 마찰 계수의 강하(DCOF)가 10% 보다 크도록 하기에 충분하기 때문에, 이러한 실시예에 따라 제조된 제품은 본 발명에 계획된 요구사항에 부합된다.
재활용 섬유를 함유하는 제품은 부드러움을 판단하는 일단의 전문가에 의해 보다 부드러운 것으로 판단되는 것으로 확인하였다.

Claims (10)

  1. 티슈 페이퍼의 복합 평균 거침도(composite average coarseness)를 11mg/100m 내지 18㎎/100m, 바람직하게는 12mg/100m 내지 16mg/100m까지 상승시키기에 충분한 양의 거친 섬유(이의 증분 표면적은 0.085mm2미만이다)로 구성되rh, 하기 수학식 1에 의해 복합 평균 거침도(C)(mg/100m)와 관련된 저하된 마찰 계수(DCOF)(%)를 갖는 폐쇄된 셀 벽의 화학적으로 유연화된 셀룰로즈 섬유를 포함함을 특징으로 하고;
    특정 인장 강도가 9 내지 25 g/in/g/m2, 바람직하게는 11 내지 17 g/in/g/m2이고, 밀도가 0.05 내지 0.20g/cc, 바람직하게는 0.08 내지 0.15g/cc인, 부드러운 티슈 페이퍼:
    수학식 1
    DCOF > 4.27*C-44.23
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀룰로즈 섬유가 1mm 내지 1.5mm의 복합 평균 섬유 길이 갖는 티슈 페이퍼.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 셀룰로즈 섬유가 재활용 섬유, 화학-열기계적 섬유 및 이들의 혼합물로부터 선택된 거친 셀룰로즈 섬유를 10% 이상 포함하는 티슈 페이퍼.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    3개의 겹쳐진 층, 즉 길이-칭량된 평균 길이가 1mm 미만인 섬유를 각각 포함하는 두개의 외층, 및 두개의 외층 사이에 존재하고, 내층의 길이-칭량된 평균 길이가 1mm 이상인 셀룰로즈 섬유를 포함하는 내층으로 구성된 단겹을 포함하는 티슈 페이퍼.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    비교적 고밀도의 대역이 높은 벌크 필드내에 분산되도록 패턴 조밀화된 티슈 페이퍼.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀룰로즈 섬유가 0.05 중량% 내지 2.0 중량%의 화학 유연제를 포함하는 티슈 페이퍼.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 셀룰로즈 섬유가 하기 화학식 1의 4급 암모늄 화합물에 의해 화학적으로 유연화된 티슈 페이퍼:
    화학식 1
    상기 식에서,
    R2치환체는 각각 C1-C6알킬 또는 히드록시알킬기 또는 이들의 혼합물이고,
    R1치환체는 각각 C14-C22히드로카빌기 또는 이들의 혼합물이고,
    X-는 양립성 음이온이다.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 셀룰로즈 섬유가 하기 화학식 2의 생분해가능한 4분화된 아민-에스테르에 의해 화학적으로 유연화된 티슈 페이퍼:
    화학식 2
    상기 식에서,
    R1는 각각 C13-C19히드로카빌기 또는 이들의 혼합물이고;
    R2는 C1-C6알킬 또는 히드로알킬기 또는 이들의 혼합물이고;
    X-는 양립성 음이온이다.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 셀룰로즈 섬유가 폴리실록산 화합물에 의해 화학적으로 유연화된 티슈 페이퍼.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 셀룰로즈 섬유가 소르비탄 에스테르, 에톡시화 소르비탄 에스테르, 프로폭시화 소르비탄 에스테르, 혼합된 에톡시화/프로폭시화 소르비탄 에스테르 및 이들의 혼합물로부터 선택된 유연제에 의해 화학적으로 유연화된 티슈 페이퍼.
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