KR20000069112A - 재생신문지로부터 위생용 종이 제품을 제조하는 방법 - Google Patents

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제이 칠룽 슈
나우만 누랄리 라카니
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로날드 디. 맥크레이
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Abstract

본 발명은 재생신문지로부터 위생용 종이 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 (a) 신문지를 물중에서 교반하면서 펄프화시켜 약 40% 이상의 평균 미세물질 함량 및 약 250 미만의 캐나다 표준 프리네스를 갖는 펄프의 슬러리를 생성시키고; (b) 펄프를 세척하여 미세물질 함량을 약 35% 미만으로 감소시키고 캐나다 표준 프리네스는 약 300 이상으로 증가시킨 다음; (c) 처리된 펄프를 제지농도에서 제지기의 헤드박스내로 도입시키고; (d) 처리된 펄프에 약 0.01% 내지 약 1.5% 의 계면활성제 시스템을 가하고; (e) 처리된 펄프를 제지공정에 이용하여 위생용 종이 제품을 제조하는 단계를 포함한다.

Description

재생신문지로부터 위생용 종이 제품을 제조하는 방법{Methid of Making Sanitary Paper Products from Recycled Newspapers}
대표적인 제지방법에서는 섬유의 조악도(coarseness)와 생성된 종이 제품의 부드러움(softness) 또는 촉감(handfeel)의 사이에 일반적인 상관관계가 존재한다.
표백한 북부 침엽수 크래프트 섬유(bleached northern softwood kraft fiber)와 같은 고가의 고품질 섬유는 감촉이 좋고 유연성이 있으며, 부드럽고 바람직한 티슈 제품을 제조하는데 사용된다. 반대로, 침엽수의 기계적 펄프는 대표적으로 신문용지를 만드는데 사용되는 조악하며 뻣뻣한 고항복(high-yield) 섬유를 생성시킨다.
신문지는 다수의 조악한 고항복 섬유, 대표적으로는 SGW(stone groundwood), TMP(thermomechanical pulp) 및/또는 CTMP(chemithermomechanical pulp) 섬유를 함유한다. 이러한 조악한 신문용지 섬유는 일반적으로 매우 정제되어, 생성된 신문용지에 강도를 부여하는 것을 도와주는 분열 및 분해를 야기시킨다. 이러한 정제는 조악한 섬유의 프리네스(freeness)를 고("high") 프리네스 섬유로부터 저("low") 프리네스 섬유로 변화시킨다. 이와 같은 정제된 고항복의 조악한 기계적 펄프화 섬유를 티슈 제조방법에서 사용하는 경우에, 생성된 쉬트는 부드럽지 않으며, 따라서 티슈 제품으로서는 훨씬 덜 바람직하다.
티슈의 부드러움과 섬유 조악도 사이의 관계에 대한 최근의 면밀한 검토는 캐나다 특허 제 2,076,615 호에 포함되어 있다. CTMP, TMP 또는 SGW 펄프와 같은 다수의 조악한 고항복 섬유로부터 부드러운 티슈 또는 타올형 위생용 종이 제품을 제조하고자 하는 시도는 성공하지 못하였다. 마찬가지로, 낡은 신문지를 재생시켜 부드러운 티슈와 타올 제품을 제조하고자 하는 것도 매우 성공적이지 못하였는데, 이는 부분적으로는 신문용지나 낡은 신문지에 주로 함유된 섬유가 이러한 신문지에서 발견되는 비교적 높은 수준의 미세물질 뿐만아니라, 저 프리네스의 조악한 고항복 섬유이기 때문이다.
재생 신문지로부터 부드러운 티슈와 타올 제품을 제조하는데 있어서 그밖의 다른 복잡한 인자들은 저프리네스 섬유의 불충분한 배수에 기인한 제지기 작동상의 문제점 및 제지기 화이트워터(whitewater)내에 축적되는 미세물질 및 그밖의 물질로 인한 문제이다. 이들 물질은 양키(Yankee) 건조 실린더로부터 티슈 쉬이트를 크레이핑하는 것을 어렵게 하며, 따라서 최대의 부드러움을 조장하지 않는 조건하에서 제지기를 작동시키는 것이 필요하다.
재생 신문지로부터 얻은 조악한 고항복 섬유로부터 제조된 부드러운 종이 제품은 오랫동안 절실하면서도 부적절하게 요구되어 왔다. 또한 재생 신문지로부터 얻은 조악한 고항복 섬유를 처리하여 이들이 부드러운 종이 제품을 제조하는데 적합하도록 만드는 경제적이며 실용적인 방법이 필요하였다. 이러한 필요성은 또한 신문지/신문용지 섬유를 처리하여 이들을 부드러운 종이 제품을 제조하는데 적합하도록하는 방법 및 이와 같이 처리된 섬유를 함유하는 부드러운 종이 제품에도 적용된다.
[발명의 요약]
본 발명은 재생 신문지로부터 얻은 조악한 고항복형 펄프를 부드러운 티슈형 제품을 제조하기에 적합한 펄프로 변형시키는 방법을 제공함으로써 상술한 필요성을 다루고 있다. 본 발명에 따르면 신문용지(즉 신문)에 존재하는 조악하며 저 프리네스의 고항복형 펄프는 펄프를 세척하여 펄프내의 미세물질의 비율을 저하시키고, 펄프를 제지기에 도입시킴에 따라 계면활성제 시스템으로 처리함으로써 변형시켜 부드러운 티슈 제품을 생성시킬 수 있다.
신문지로부터 위생용 종이 제품을 제조하는 방법에는 (a) 신문지를 물중에서 교반하면서 펄프화시켜 펄프슬러리(여기에서 신문지로부터 얻은 펄프는 미세물질 평균 함량이 약 40% 이상이며 캐나다 표준 프리네스(Canadian Standard Freeness)가 약 250 미만임)를 생성시키고; (b) 펄프를 세척하여 미세물질 함량을 약 35% 미만으로 감소시키고, 캐나다 표준 프리네스는 약 300 이상으로 증가시킨 다음; (c) 처리된 펄프를 제지 농도(papermaking consistency)에서 제지기의 헤드박스(head- box)에 도입시키고; (d) 처리된 펄프에 약 0.01% 내지 약 1.5% 의 계면활성제 시스템을 가하고; (e) 처리된 펄프를 제지기내에서 이용하여 위생용 종이 제품을 제조하는 단계들을 포함한다.
계면활성제 시스템은 비이온성 및 양이온성 계면활성제의 혼합물로 구성될 수 있다. 계면활성제 시스템은 처리된 펄프에 건조섬유의 중량을 기준으로 하여 약 0.01% 내지 약 1.5% 의 양으로 첨가될 수 있다. 예를 들면, 계면활성제 시스템은 처리된 펄프에 건조 섬유의 중량을 기준으로 하여 약 0.025% 내지 약 0.75% 의 양으로 첨가될 수 있다. 처리된 펄프는 약 1.0% 내지 약 0.01% 범위의 제지 농도로 하여 제지기내에 도입시킬 수 있다.
본 발명은 처리된 펄프를 이용하여 제조된 위생용 종이 제품이 림(ream) 당 7 내지 35 파운드의 기준 중량(basis weight)으로 제조된 티슈 종이인 상술한 방법을 포함한다. 위생용 종이 제품은 또한 림 당 7 내지 35 파운드의 기준 중량으로 제조된 종이 냅킨일 수도 있다. 또한, 위생용 종이 제품은 림 당 12 내지 40 파운드의 기본중량으로 제조된 종이 타올일 수도 있다.
일반적으로 말하면, 재생 신문지 펄프는 적어도 80% 가 100 미터당 17 밀리그람 이상의 카자니 조악도(Kajaani coarseness)를 갖는 조악한 섬유인 셀룰로즈 섬유로 구성될 수 있다. 예를 들면, 펄프는 적어도 80% 가 100 미터당 20 밀리그람 이상의 카자니 조악도를 갖는 조악한 섬유인 셀룰로즈 섬유로 구성될 수 있다.
재생신문지 펄프는 처리하기 전에 약 45% 이상의 미세물질 평균 함량을 가질 수 있다. 예를 들면, 재생신문지로부터 제조된 펄프는 처리하기 전에 약 46% 이상의 미세물질 평균 함량을 가질 수 있다. 또 다른 예로서, 재생신문지로부터 제조된 펄프는 처리하기 전에 약 48% 이상의 미세물질 평균 함량을 가질 수 있다.
재생신문지 펄프는 처리하기 전에 약 200 미만의 캐나다 표준 프리네스를 가질 수 있다. 예를 들면, 재생신문지로부터 제조된 펄프는 처리하기 전에 약 170 미만의 캐나다 표준 프리네스를 가질 수 있다. 또 다른 예로서, 재생신문지로부터 제조된 펄프는 처리하기 전에 약 150 미만의 캐나다 표준 프리네스를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 재생신문지 펄프를 세척하여 미세물질 함량을 약 35% 미만으로 감소시킨다. 예를 들면, 재생신문지로부터 제조된 펄프를 세척하여 미세물질 함량을 약 30% 미만으로 감소시킨다. 또 다른 예로서는, 재생신문지로부터 제조된 펄프를 세척하여 미세물질 함량을 약 29% 미만으로 감소시킨다.
본 발명에서는, 재생신문지 펄프를 세척하여 캐나다 표준 프리네스를 약 350 이상으로 증가시킨다. 예를 들면, 재생신문지로부터 제조된 펄프를 세척하여 캐나다 표준 프리네스를 약 360 이상으로 증가시킨다. 또 다른 예로서는, 재생신문지로부터 제조된 펄프를 세척하여 캐나다 표준 프리네스를 약 370 이상으로 증가시킨다.
본 발명은 또한 재생신문지로부터 제조된 펄프를 변형시켜 그의 티슈 및 타올 제조 특성을 개선시키는 방법에 관한 것이다. 재생신문지로부터 제조된 펄프를 변형시키는 방법에는 (a) 신문지를 물중에서 교반하면서 펄프화시켜 펄프 슬러리 (여기에서 신문지로부터 얻은 펄프는 미세물질 평균 함량이 약 40% 이상이며 캐나다 표준 프리네스가 약 250 미만이다)를 생성시키고; (b) 펄프를 세척하여 미세물질 함량을 약 35% 미만으로 감소시키고 캐나다 표준 프리네스는 약 300 이상으로 증가시킨 다음; (c) 처리된 펄프를 제지농도에서 제지기의 헤드박스에 도입시키고; (d) 처리된 펄프에 약 0.01% 내지 약 1.5% 의 계면활성제 시스템을 가함으로써 처리된 펄프가 위생용 종이 제품을 제조하기위한 제지방법에서 이용될 수 있도록 하는 단계들을 포함한다.
계면활성제 시스템은 비이온성 및 양이온성 계면활성제의 혼합물로 구성될 수 있다. 계면활성제 시스템은 처리된 펄프에 건조섬유 중량을 기준으로 하여 약 0.01% 내지 약 1.5% 의 양으로 첨가될 수 있다. 예를 들면, 계면활성제 시스템은 처리된 펄프에 건조섬유 중량을 기준으로 하여 약 0.05% 내지 약 0.75% 의 양으로 첨가될 수 있다. 처리된 펄프는 제지 농도를 약 1.0% 내지 약 0.01% 범위로 하여 제지기내에 도입할 수 있다.
본 발명의 구체예에는 (a) 신문지를 물중에서 교반하면서 펄프화시켜 펄프 슬러리를 생성시키고; (b) 미세물질 함량이 약 35% 미만이며 캐나다 표준 프리네스가 약 350 이상인 처리된 펄프를 제지농도로 제지기의 헤드박스에 도입하고; (c) 펄프에 약 0.01% 내지 약 1.5% 의 계면활성제 시스템을 가함으로써 처리된 펄프가 위생용 종이 제품을 제조하기 위한 제지 방법에서 이용될 수 있도록 하는 단계들을 포함하는, 재생신문지로부터 제조된 펄프를 변형시키는 방법이 포함된다.
일반적으로 말하면, 본 발명은 미세물질을 비교적 고농도로 함유하며, 비교적 낮은 캐나다 표준 프리네스를 갖는 재생신문지로부터 제조된 조악한 고항복 섬유펄프의 처리 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 이와 같이 비교적 품질이 낮은 펄프를 처리하여 부드러운 종이 제품을 제조하는데 사용할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명은 재생신문지 펄프를 변형시켜 고가의 표백된 북부 침엽수 크래프트섬유로부터 제조된 티슈 제품과 동등한 품질을 갖는 매우 부드러운 티슈 형태의 제품을 제조할 수 있다는 발견을 기초로 한 것이다. 일반적으로 말하면, 재생신문지 펄프는 조악한 고항복형 섬유(즉, 주로 목재섬유의 기계적 분리에 의해 생산되고, 일반적으로 공급원 물질을 적어도 80 중량% 함유하는 섬유)로 구성된다. 이들 셀룰로즈 섬유는 17㎎/100m 이상의 조악도를 갖는 조악도가 높은 섬유를 포함한다. 재생신문지 펄프는 대표적으로 약 40% 이상의 수준으로 미세물질을 함유하며, 약 300 미만의 CSF 를 갖는다. 이와 같은 저품질의 펄프를, 펄프를 세척하여 미세물질 함량을 약 35% 미만으로 저하시키고 CSF 를 약 350 이상으로 증가시킨 다음, 펄프를 생성된 종이 제품의 부드러움을 증가시키는 계면활성제 시스템으로 처리하는 단계를 포함하는 본 발명의 방법에 의해 처리하면, 이 펄프는 부드러운 티슈형 제품을 제조하는데 사용할 수 있다.
일반적으로 말하면, 재생신문지는 통상적인 기술을 이용하여 펄프화시킨다. 그러나, 특별한 잉크 제거 및/또는 섬유 세정 또는 제조 기술 또한 고려된다.
예를 들면, 재생신문지는 약 3% 내지 18% 의 농도로 약 100℉ 내지 180℉ 의 온도에서 슬러리화시킬 수 있다. 이어서, 섬유를 절개하고 팽윤시키기에 적합한 온도 및 pH 로 펄프 슬러리의 pH 를 조정하고 온도를 저하시킬 수 있다. 펄프 슬러리의 pH 는 약 8 미만일 수 있다(그러나 알칼리 조건이 사용될 수도 있다). 바람직하게는, pH 는 약 4 내지 7 이며, 온도는 약 150℉ 이하, 바람직하게는 약 100℉ 이상일 수 있다.
슬러리를 펄프화시킨 후, 슬러리를 약 15% 내지 약 35% 의 농도로 탈수시킨다. 본 발명과 관련하여 본 명세서에 기술된 "탈수(dewatering)" 공정을 수행하기 위한 장치 중 하나는 보이스-슐처 페이퍼 테크놀로지(Voith-Sulzer Paper Technology, Appleton, Wisconsin)로부터 구입할 수 있다. 그밖의 다른 적합한 장치는 당업자에게 공지되어 있다.
펄프를 탈수시킨 후에는, 이것을 분쇄하여 분쇄된 섬유의 크기를 조절할 수 있다. 일반적으로 말하면, 분쇄(crumbing)는 통상적으로 재생신문지 펄프에 대해서는 필요하지 않다. 본 발명과 관련하여 본 명세서에 기술된 "분쇄" 공정을 수행하기 위한 장치 중 하나는 스코트 이퀴프먼트 컴퍼니(Scott Equipment Company, New Prague, MN)로부터 구입할 수 있다. 그밖의 다른 적합한 장치는 당업자에게 공지되어 있다.
헌 신문지를 출발물질로 하여 본 발명을 수행하는 방법은 광범하게는 (1) 신문지를 물중에서 교반하면서 슬러리화시킴으로써 신문지를 펄프화시키고; (2) 펄프를 세척하여 미세물질은 제거하고, 프리네스는 증가시킨 다음; (3) 헌 신문지 펄프 슬러리를 비이온성, 양이온성 또는 음이온성 계면활성제 또는 이러한 계면활성제들의 배합물과 같은 계면활성제 시스템으로 처리하고; (4) 슬러리화되고 계면활성제 처리된 펄프를 위생용지 제조 방법, 바람직하게는 제지 방법에서 공급물의 일부로서 이용하는 단계들로 구성된다.
슬러리화는 신문용지 또는 낡은 신문지를, 바람직하게는 약 100℉ 이상의 펄프 슬러리 온도에서 약 3% 내지 18% 의 농도로 슬러리화시키고, 이것을 적어도 약 15 분 동안 상승된 온도에서 유지시키는 것으로 시작하여 여러 단계로 수행된다. 그 후, 펄프 슬러리의 온도를 특정 온도로 저하시킨다. 바람직하게는, 펄프를 pH 4 내지 7 에서 약 140℉ 이하, 바람직하게는 약 100℉ 이상으로 상승된 온도로 유지시킨다.
바람직하게는, 펄프화 공정은 낡은 신문지를 6-9% 농도 및 약 100℉-180℉ 범위의 상승된 온도에서 펄프화시키는 것을 포함한다. 펄프화시간은 15 내지 60 분 범위일 수 있다. 그 후, 슬러리를 100℉-150℉ 로 냉각시켜 홀딩 체스트 (holding chest)/블렌드 체스트(blend chest)로 이송시키고, 여기에서 pH 를 pH 4 내지 7 로 조정할 수 있으며, 이것을 바람직하게는 약 30 분 동안 정치시킨다.
그후, 펄프를 세척하여 미세물질을 제거하고 프리네스를 증가시킨다. 통상적인 세척 기술이 사용될 수 있다.
세척단계 후, 섬유가 제지기의 헤드박스내에 있는 동안 계면활성제 시스템 및/또는 비이온성 및 양이온성 계면활성제의 혼합물을 재생신문지 펄프섬유에 가한다. 펄프가 헤드박스(또는 제지기 체스트)내에서 제지농도로 유지되도록 하면서 계면활성제 시스템을 섬유의 건조중량을 기준으로하여 약 0.01% 내지 약 1.5% 의 비율로 펄프에 가한 다음 펄프로부터 종이 제품을 생성시키는 것이 바람직하다.
이렇게 하여, 펄프를 제지 공정에 이용할 수 있다. 스크리닝 및/또는 원심분리 세정을 수행하여 종이 클립과 같은 큰 이물질을 제거하며 제지기를 보호할 수도 있지만, 추가의 스크리닝은 필요치 않다. 다른 방법으로는, 자유 부유 및 용해된 물질들은 제지기 형성 직물상에서 세척하여 제거할 수 있으며, 제지기 화이트워터 (whitewater)의 이물질 제거를 위한 부유 단계를 이용함으로써 제지기 화이트워터로부터 제거할 수 있다. 이러한 단계는 사이드힐 스크린(sidehill screen) 및 용해된 공기 부유 공정, 예를 들면 크로프타 정화기(Krofta clarifier)를 사용하여 수행함으로써 제지기상에서 재사용하기 위해 화이트워터를 정화시킬 수 있다.
계면활성제 시스템
본 발명에 따르면, 계면활성제 시스템은 약 35% 미만의 미세물질 함량 및 약 300 이상의 캐나다 표준 프리네스를 갖는 재생신문지 펄프에 첨가한다.
여러 형태의 계면활성제 및 계면활성제 배합물(예를 들면 비이온성, 양이온성, 음이온성 계면활성제 및 혼합물)이 유용하게 이용될 수 있지만, 비이온성 및 양이온성 계면활성제의 배합물이 가장 바람직한 촉감 개선도를 제공하는 것으로 여겨진다. 비이온성 계면활성제의 예로는 예를 들면, 하이포인트케미칼 코포레이션 (High Point Chemical Corp.)로부터 제공되는 DI600(상표명) 로 이용할 수 있는 비이온성 계면활성제가 포함된다. DI600(상표명) 은 신문용지의 부유형 잉크제거를 위해 특별히 개발된 알콕실화 지방산 비이온성 계면활성제이다. 폴리에틸렌글리콜의 알킬페닐에테르, 예를 들면 유니온카바이드사(Union Carbide)의 테르지톨(Tergitol)(상표명) 계열 계면활성제; 알킬페놀에틸렌옥사이드 축합생성물, 예를 들면 롱프랑사(Rhone Poulenc, Incorporated)의 이지팔(Igepal)(상표명) 계열 계면활성제; 아릴알킬폴리에테르 알코올, 예를 들면 롬앤드하스사(Rohm and Haas)의 트리톤 X-100 과 같은 트리톤 (Triton)(상표명) X400 계열 계면활성제와 같은 다른 비이온성 계면활성제가 사용될 수도 있다. 그밖의 다른 적합한 비이온성 계면활성제에는 오를린(ORLENE)(상표명) 1070, 1071, 1084 및 1060 과 같은 칼곤코포레이션(Calgon Corporation)의 오를린 계열 계면활성제가 포함된다. 몇몇 경우에는 음이온성 계면활성제가 사용될 수도 있다. 음이온성 계면활성제의 예로는 비스타사(Vista)의 알포닉(Alfonic)(상표명) 1412A 또는 1412S와 같은 탄소수 12 내지 14 의 선형 일급 알콜로부터 유도된 설폰화 에톡실레이트의 암모늄 또는 나트륨염; 및 설폰화 나프탈렌 포름알데히드 축합물[예를 들면, 롬 앤드 하스사의 타몰(Tamol)(상표명) SN]이 있다.
양이온성 계면활성제의 예로는 예를 들면 시바가이기사(Ciba-Geigy)의 아마소프트(Amasoft)(상표명) 16-7 및 사파민(Sapamine)(상표명) P; 쿼커케미칼사(Quaker Chemical)의 쿼커(Quaker)(상표명) 2001; 및 아메리칸시아나마이드사(American Cyanamide)의 시아나텍스 (Cyanatex)(상표명)와 같은 화합물이 포함된다.
그밖의 다른 적합한 계면활성제 시스템에는 비이온성 및 양이온성 계면활성제의 배합물일 수 있는 통상적인 데본더(debonder)가 포함된다. 이러한 물질의 예로는 위트코 코포레이션(Witco Corp.)으로부터 입수할 수 있는 아로서프 (AROSURF)(상표명) PA-801 및 바리소프트(VARISOFT)(상표명) C-6001; 및 에카 노벨사(EKA NOVEL)로부터 입수할 수 있는 베르고셀(Bergocell)(상표명)이 포함되나, 단 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명자들이 특정한 작동이론을 고수하는 것은 아니지만, 미세물질 및 펄프샘플의 프리네스를 저하시키는 경향을 갖는 펄프의 다른 성분들(예를 들면 작은 미립자들)을 제거하는 것이 더 부드러운 종이 제품을 제조하는데 도움을 주는 것으로 생각된다. 또한, 미세물질과 작은 미립자들은 일반적으로 큰 표면적을 제공함으로써 부드러움을 증가시키기 위해 제지기에 첨가된 계면활성제 시스템을 제거하거나 포획하는 경향이 있다. 이러한 큰 표면적 물질의 제거는 보다 다량의 계면활성제 시스템이 큰 표면적 미세물질 및/또는 미립자들이 아닌 펄프내의 섬유와 상호작용할 수 있게 한다는 또다른 이유로 부드러운 종이 제품을 생산할 수 있게 한다. 이러한 이유들로 인해, 제지기에서 계면활성제 시스템의 첨가와 세척단계의 조합은 다른 방식으로 얻을 수 있는 것 보다 큰 부드러움을 가져오는 상승적 효과를 제공하는 것으로 보인다.
본 발명에 따르면, 펄프가 제지기의 헤드박스내에 있는 동안에 재생신문지 펄프에 계면활성제 시스템 및/또는 비이온성 및 양이온성 계면활성제의 혼합물을 첨가하여 생성된 종이 제품의 부드러움을 증진시킨다. 섬유들이 헤드박스(또는 제지기 체스트)내에서 제지농도로 유지되도록 하면서 계면활성제 시스템을 섬유의 건조중량을 기준으로 하여 약 0.01% 내지 약 1.5% 의 비율로 섬유에 가한 다음 섬유로부터 종이 제품을 생성시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 미세물질 및 큰 표면적을 가지며 종이 제품의 부드러움을 증가시키는 계면활성제 시스템을 제거하거나 포획하는 펄프의 성분들을 제거함으로써 이러한 계면활성제 시스템으로 처리된 펄프를 부드러운 종이 제품(예를 들면 티슈 및 타올 제품)으로 제조하였을 때 증가된 부드러움을 가진다는 발견을 기초로 한 것이다. 부드러움은 일반적으로 쉬트의 부푼상태(puffiness)이외에도 매끄러움(smoothness)과 다른 표면특성에 의해 영향을 받는 촉감에 의해 감지되기 때문에, 티슈 제품에 대하여 부드러움은 측정하거나 정량화하기는 어렵다. 촉감시험방법들이 개발되어 있으며, 본 명세서에 기록된 촉감 데이타는 일반적으로 다음과 같은 시험 방법에 따라 얻은 것이다.
촉감 시험
범위
표준품으로 사용하기 위하여 여러가지 다른 경량의 건조 크레이프 티슈를 구입하거나, 티슈제품에 부드러움을 부여하기 위하여 다양한 품질의 시판중인 펄프로부터 제조하였다. 이들 티슈를 사용하여 숫자로 나타내는 부드러움의 스케일을 정의하였다. 각각의 티슈 표준품의 부드러움에 대하여 숫자값이 지정되었다.
시판중인 펄프로부터 제조된 가장 부드러운 제품은 촉감값이 86으로 지정되었으며, 어빙(Irving) 북부 침엽수 크래프트 섬유 50% 와 산타페(Santa Fe) 유칼립투스 (Eucalyptus) 크래프트 펄프 50% 로 제조된 경량의 건조 크레이프 티슈였다. 표준품으로 사용하기 위한 가장 거친 제품은 SWCTMP(bleached softwood chemithermo- mechanical pulp) 100% 로 제조되었으며, 스케일상에서 촉감값은 20 으로 지정되었다. "촉감 부드러움(Handfeel Softness)" 스케일을 정의하는데 있어서, 표준품으로 사용되는 것으로 가장 부드러운 티슈 표준품과 가장 거친 티슈 표준품 사이의 부드러움의 품질을 갖는 그밖의 다른 경량 건조 크레이프 티슈 샘플은 상이한 펄프 또는 펄프 혼합물로부터 제조되었으며, 촉감 부드러움값은 20 내지 86 으로 지정되었다. 또한, 사용된 펄프는 하기에서 보다 상세히 기술하였다. 경량의 건조 크레이프 공정 이외의 티슈 제조 공정 및 표준품을 사용하기 위해 사용된 것 이외의 다른 펄프섬유로 본 명세서에 기술된 티슈 표준품에 의해 정의된 20 내지 86 의 촉감 부드러움 스케일을 벗어나는 티슈 제품을 제조할 수 있다. 그러나, 본 발명에 의해 얻을 수 있는 부드러움에 있어서의 개선을 성취하기 위한 목적을 위해서는 경량의 건조 크레이프 제품에 대하여 20 내지 86 범위의 상기 정의된 촉감 부드러움이 비교하기에 정확하며 충분하다. 본 발명의 재생신문용지 섬유는 이들을 쓰루 건조 방법(through-dried process)과 같은 다른 티슈 제조 방법에서 사용하거나 다른 섬유와 배합하는 경우에 86 이상의 부드러움값을 갖는 티슈제품을 생성시킬 수 있었다.
촉감 표준품을 제조하기 위해 사용된 펄프
(a) 캐나다 표준 프리네스(CSF)가 500 이고 ISO 휘도(brightness)가 80 인 표백된 침엽수 화학열기계적 펄프(bleached softwood chemithermomechanical pulp; SWCTMP)(템셀(Temcell) 등급 500/80)는 검은 가문비나무(Black spruce) 및 발삼 전나무(Balsam fir)로부터 제조하였다. 펄프화는 아황산나트륨 전처리 및 가압정제에 의해 수행하고, 이어서 80˚ISO 휘도까지 알칼리성 퍼옥사이드 표백을 수행하였다. 섬유의 카자니 조악도는 27.8㎎/100m였으며, 카자니 중량 평균 섬유 길이(Kajaani weight average fiber length)는 1.7㎜ 였다.
(b) 표백된 북부 침엽수 크래프트(bleached northern softwood kraft; NSWK) (픽토우(Pictou) 등급 100/0 -100% 침엽수)는 검은 가문비나무 및 발삼 전나무로부터 제조하였다. 펄프화는 크래프트 공정에 의해 Kappa#=28 로 수행하고, 이어서 88˚ISO 휘도까지 CEoDED 표백을 수행하였다. 카자니 조악도는 14.3㎎/100 미터였으며, 카자니 중량 평균 섬유길이는 2.2㎜ 였다.
(c) 표백된 재생섬유(RF)는 분류된 혼합 사무용 폐기물로부터, 이것을 펄프화하고, 스크리닝하고, 세정하고 세척하여 550˚CSF 로 만든 후, 이어서 차아염소산나트륨으로 표백하여 80˚ISO 휘도를 얻음으로써 제조하였다. 카자니 조악도는 12.2㎎/100 미터였으며, 카자니 중량 평균 섬유길이는 7.2㎜ 였다.
(d) 표백된 유칼립투스 크래프트 펄프(산타페 비원소염소 등급(elemental chlorine free grade))는 크래프트 공정에 의해 Kappa#=-12 로 펄프화하고 이어서 89˚ISO 휘도로 ODEoD 표백함으로써 유칼립투스 글로불러스(Eucalyptus Globulus)로부터 제조하였다. 카자니 조악도는 6.8㎎/100 미터였으며, 카자니 중량 평균 섬유길이는 0.85㎜ 였다.
(e) 표백된 남부 침엽수 크래프트(bleached southern softwood kraft; SSWK)(Scott Mobile pine)는 테다소나무(Loblolly pine) 및 벌채된 소나무(Slash pine)으로부터 제조되었으며, Kappa# 26 으로 펄프화되고 이어서 86˚ISO 휘도로 CEHED 표백을 수행하였다. 카자니 조악도는 27.8㎎/100 미터였으며, 카자니 중량 평균 섬유길이는 2.6㎜ 였다.
(f) 캐나다 표준 프리네스(CSF)가 450 이고 ISO 휘도가 83 인 표백된 단단한 목재의 화학적열기계적 펄프(bleached hardwood chemithermomechanical pulp; HWCTMP)(밀라 웨스턴(Millar Western) 등급 450/83/100)는 사시나무포플러(quaking aspen)로부터 제조하였다. 펄프화는 알칼리성 퍼옥사이드 전처리 및 가압정제에 의해 수행하고, 이어서 알칼리성 퍼옥사이드 표백을 수행하였다. 섬유의 카자니 조악도는 13.8㎎/100 미터였으며, 카자니 중량 평균 섬유길이는 0.85㎜ 였다.
장치
시험방법에는 장치가 필요하지 않다. 시험방법은 후술하는 절차 및 재료를 사용하여 10 명 이상의 사람의 패널을 이용하여 시험샘플을 평가하고, 공지의 부드러움 스케일값을 갖는 제품 표준품들을 이용하여 부드러움 스케일상에서 샘플의 부드러움의 등급을 매긴다. 몇가지 샘플은 공지의 부드러움 스케일값을 갖는 제품 표준품을 사용하여 공인된 검사자에 의해 시험되었다. 공인된 검사자의 결과는 시험 패널 대신에 사용된 경우에 동일시하였다.
샘플 제조
1. 평가자(감정가) 패널에 의해 시험될 5 가지 샘플을 선택하였다.
2. 부드러움을 평가할 각 제품에 대하여 감정가의 시험패널을 위해 필요한 샘플 패드 및 표준샘플 패드의 수를 다음과 같은 식을 이용하여 계산하였다:
(각 제품의) 필요한 패드 = (x-1)×(y)
여기에서 x 는 시험할 제품의 수이고, y 는 시험패널상의 사람의 수이다.
3. 평가할 각 제품의 샘플 티슈 롤을 무작위로 선택하고 첫번째 몇장의 쉬트는 버린다(끝을 붙이는 접착제를 제거하기 위하여).
제품의 각각의 롤로부터 시험할 샘플 패드를 준비한다. 각각의 패드는 4 쉬트 두께로 하며 4 쉬트 길이의 이어진 티슈 샘플로부터 제조하였다. 각각의 패드는 다음과 같이 제조하였다: 4 쉬트 길이의 샘플을 우선 반으로 접는다. 이렇게 하여 2 쉬트 길이를 갖는 2 배 두께의 샘플을 얻는다. 그후, 2 배 두께의 샘플을 다시 반으로 접어 4 쉬트 두께를 가지며 쉬트 한장 길이의 샘플 패드를 생성시켰다. 접는 것은 티슈 롤상에 있을 때 쉬트의 바깥면이 패드의 바깥면이 되도록 수행하였다. 시험할 제품이 "양면(two-sided)"제품, 즉 롤의 내부와 면하는 표면에 대비하여 쉬트의 바깥면이 상이한 표면특성을 갖는 제품인 경우에, 제품은 롤의 외부와 면하는 표면을 샘플 패드의 바깥면으로 하여 한번 시험하고 롤의 내부와 면하는 쉬트 표면이 샘플 패드의 바깥면이 되도록 접어서 제조한 별도의 샘플 패드를 사용하여 또한 시험함으로써 2 회 시험하였다.
5. 상기 단락 2 에 제시된 식을 사용하여 각 제품으로부터 필요한 수의 패드를 만들었다. 필요한 수의 패드를 제조하는데 하나의 롤 보다 많은 제품이 필요한 경우에는 각각의 롤로부터의 제품에 대하여 패드의 스택들을 무작위화시키는 것이 중요하다. 각각의 패드에는 (접은 상태에서) 왼쪽 상부 귀퉁이에 배치코드로 코드를 부친다.
6. 표준품 티슈들 중에서 패널에 의해 기준품으로 사용될 3 개의 표준품을 다음과 같이 선택하였다:
가장 조악한 것으로 평가된 샘플을 선택하여 이것을 표준품 티슈 샘플패드와 비교하고, 가장 조악한 샘플보다 약간 더 조악한 더 저급의 표준품을 선택한다.
가장 부드러운 것으로 평가된 샘플을 선택하고, 가장 부드러운 것으로 평가된 샘플보다 약간 더 고급인(부드러운) 표준품 티슈 패드를 선택한다.
선택된 더 저급인 표준품과 더 고급인 표준품의 대략 중간에 위치하는 세번째 표준품을 선택한다.
선택된 3 가지 표준품 티슈 패드는 패널을 위한 촉감 기준품이 되며, 가장 부드러움, 가장 조악함 및 중간범위로 정의된다.
7. 촉감 기준품은 패널에 의해 평가될 제품의 부드러움 범위를 정한다. 더 정확하게 하기 위해, 선택된 최고급 및 최저급 기준품은 촉감 부드러움 스케일상에서 약 30 포인트 떨어져 있어야 한다. 중간 정도의 기준품은 더 저급 및 고급인 기준품으로부터 8 포인트 이상 떨어져 있어야 한다.
패널 구성원의 선택 및 지침
1. 남녀의 수를 대략 동수로 하고 연령이 다양한 약 10 명의 패널을 선택한다.
2. 패널 구성원이 지침을 확실히 이해하도록 하고, 필요한 경우에는 "예비시험(trial run)"을 수행한다.
3. 패널들을 조용한 장소로 안내한다.
시험절차
1. 다음과 같은 표준지침을 읽고 부드러움 시험을 시작한다.
표준지침
이 지침은 부드러움 패널시험절차를 시작하기 전에 각 패널 참가자가 읽어야 하는 것이다.
a. 목적
"이 절차의 목적은 화장실 티슈 샘플의 부드러움을 비교하기 위한 것이다".
b. 방법
"당신에게는 한번에 2 개의 화장실 티슈의 샘플 패드가 주어질 것이다. 당신이 주로 사용하는 손을 사용하여 두개를 서로 비교하는데 당신이 주로 사용하는 손에 의한 각각의 샘플의 느낌에 의해 비교를 수행한다. 당신은, 당신이 판단하는데 적합하다고 보이는 바에 따라 샘플을 만지거나 구부리거나 깨물어볼 수 있다.
c. "일차 결정"
두개의 샘플패드쌍의 각각을 만져본 후에 당신은 어떤 샘플이 더 부드러운지 결정하도록 요청을 받는다.
d. "이차 결정"
두개의 패드 사이의 부드러움의 차이의 정도를 다음과 같은 등급을 이용하여 평가한다.
스케일에는 홀수 1, 3, 5, 7, 9 를 사용한다. 기재된 숫자가 두가지 제품간의 차이를 충분히 나타내지 못하는 것이라고 당신이 느낀다면 당신은 짝수를 사용할 수도 있다.
패널 등급 스케일(Panel Rating Scale)
1 3 5 7 9
ㅣ---------ㅣ----------ㅣ----------ㅣ-----------ㅣ
상기 등급 스케일에서 숫자는 다음과 같이 정의된다:
1. 차이 없음.
3. 확실하지 않은 매우 약간의 차이가 있으며, 어떤 사람은 이것은 인식할 수 없음.
5. 판단이 확실한 약간의 차이가 있음.
7. 인식이 용이하며 확실한 보통의 차이가 있음.
9. 인식이 매우 용이하며 중대한 매우 큰 차이가 있음.
e. 보정
"시작하기 전에, 우리는 당신에게 비교를 위해 사용되는 가장 부드러운 표준품의 예와 가장 덜 부드러운(조악도 표준품) 제품의 샘플 패드를 제시할 것이다. 이들 둘다를 만져보고, 두가지 표준기준품들 사이에서 당신이 느끼는 부드러움의 차이를 정의된 스케일상에서 9 로 등급을 매긴다". (여기에서 등급 스케일상에서 9 는 단계 6 에서 패널을 위해 선택된 더 고급 및 저급인 기준품간의 부드러움 스케일상에서의 촉감 포인트수에 해당하는 것이다.)
f. 참여자 반응
"시험절차에 대하여 당신은 어떤 질문이 있습니까?"
g. 재확인
"마지막으로, 각각의 결정에 대하여 너무 오래 고민하지 마시오. 당신의 의견은 누구든 다른 사람의 의견과 마찬가지로 좋습니다. 여기에서는 정답이나 오답이 없습니다!"
2. 각각의 패널 구성원에게 샘플 패드와 기준품 패드의 매 조합을 제시하고 그들에게 바람직한 샘플을 선택하도록 요청한 다음 부드러움의 1 내지 9 등급 스케일을 이용하여 차이에 대하여 등급을 매긴다. 각 패널 구성원에게는 순서가 잘못되는 것을 피하기 위하여 무작위 순서로 패드의 쌍들을 제공한다.
3. 각 쌍의 결과를 XYn 으로 기록한다. X 가 바람직한 샘플 코드인 경우에 Y 는 바람직하지 않은 샘플 코드이고 n 은 스케일값(1 내지 9)이다.
데이타 분석
힌쌍으로 된 비교의 결과는 마치 이들이 비율스케일(ratio scale)에 속하는 것처럼 처리된다. 비율스케일의 정의는 다음과 같이 주어진다: 스케일이 형태 y=x, a〉O 의 양성 선형변환(positive linear transformation)하에서 불변인 경우에 이 스케일은 비율스케일이다.
패드의 수 "n" 에 대한 데이타쌍 및 비율중량(ratio weight)을 다음 형태의 정방행렬 A 에 적용시킨다.
O1... On
O1W1W1W1
W1W2Wn
O2W2W2W2
W1W2Wn
OnWnWnWn
W1W2Wn
여기에서 Oi는 개개 샘플이며, Wi는 각각의 쌍에 대한 스케일값(비율중량)이다.
이러한 형태의 정방행렬에서는 다음과 같은 성질이 존재한다:
AW = MW
여기에서 W = (W1, W2, ... Wn) 이다. 중량벡터 W 는 그의 고유값 n 에 상응하는 행렬 A 의 고유벡터이다. 사티(Saaty)[참조, Saaty, T.L., "A Scaling Method for Priorities in Hierarchical Structures", Journal of Mathematical Psychology, 15, 234-281 (1977) 및 Saaty, T.L., "Measuring the Fuzziness of Sets", Journal of Cybemetics, 4(4), 53-61 (1974)]는 예측된 중량으로부터 고유벡터 W 를 구하기 위해서는 A 의 최대고유값(λmax)을 찾아내는 것이 필요하다고 밝히고 있다. λmax 및 W 를 찾기 위한 컴퓨터 프로그램은 문헌[McConnell, Wes, "Product Development Using Fuzzy Sets", INDA Tenth Technical Symposium, pp. 55-72, 1982. 11. 17-19]에 제공되어 있다. 얻어진 고유벡터 W 는 쌍을 이룬 입력정보의 가장 우수한 예상 비율스케일이다. 이 벡터에서 각각의 요소의 로그 (log)를 취하면 대상들 사이의 거리가 선형인 더 잘 알려져 있는 동일간격 스케일이 얻어진다. 표준 부드러움값을 예측된 동일간격 스케일값에 대비하여 그래프화하고, 미지의 샘플에 대하여 보간(interpolation)에 의해 숫자값을 지정한다.
각각의 미지의 샘플의 표준 부드러움값의 평균 및 표준편차는 모든 패널 구성원에 대하여 계산된 표준 부드러움값으로부터 계산한다. 어떤 개인 패널 구성원의 값이 평균치로부터 표준편차 2 를 벗어나는 경우에 그 값은 버리고 평균치와 표준편차를 다시 계산한다. 평균치로부터 표준편차 2 를 벗어나는 값이 없는 표준 부드러움값의 평균치는 그 미지의 샘플에 대한 표준 촉감 부드러움값이다.
감촉 부드러움 스케일
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ㅣ---ㅣ----ㅣ----ㅣ----ㅣ----ㅣ----ㅣ----ㅣ----ㅣ----ㅣ-----ㅣ
20 86
(3j) (3b)
인장강도
티슈 형태의 종이 제품에 대하여 본 명세서에서 주어진 인장강도값은 5.08㎝ 의 샘플 전장 및 5.08㎝/분의 크로스헤드(cross head) 속도를 이용하는 파열길이시험 (breaking length test; TAPPI Test Method No-T494om-88)에 의하여 측정한다. 대표적으로, 티슈 강도는 기계방향에 대비하여 쉬트의 기계반대방향에서 상이하다. 또한, 티슈 샘플의 기본중량은 변화하며 인장강도에 영향을 미친다. 다양한 티슈 샘플로부터의 인장강도를 더 잘 비교하기 위하여는 샘플의 기본중량에서의 차이 및 인장강도에서 기계방향 차이를 보상하여주는 것이 중요하다. 보상은 "기본중량 및 방향적으로 규격화된 인장강도(Basis Weight and Directionally Normalized Tensile Strength)"(이하에서는 "규격화된 인장강도(Normalized Tensile Stength)" 또는 "NTS" 라 칭함)를 계산함으로써 이루어진다. NTS 는 기본중량을 기계방향 및 기계반대방향 인장강도의 곱의 제곱근으로 나눔으로써 얻어진 몫으로서 계산된다. 기본중량과 기계방향에 있어서의 차이에 대하여 규격화된 인장강도 계산은 티슈 샘플의 보다 더 나은 비교를 위해 고안되었다. 인장강도는 기계방향 및 기계반대방향 둘다에서 측정되며, 티슈 샘플에 대한 기본중량은 TAPPI 시험방법 제 T410om-88 호에 따라 측정된다. 영국식 측정단위가 사용되는 경우에, 인장강도는 인치당 온스로 측정되고, 기본중량은 림(2880 ft2)당 파운드로 측정된다. 미터단위로 계산하는 경우에는, 인장강도는 2.54 센티미터당 그람으로 측정되고, 기본중량은 ㎡ 당 그람으로 측정된다. 여기에서는, 인장을 시험하기 위해 사용된 시험장치가 인치단위로 샘플을 절단하도록 조정되어 있기 때문에 미터 단위는 순수한 미터 단위가 아니며, 따라서 미터 단위는 2.54 센티미터당 그람으로 나타낸다. 기계방향 인장은 MDT, 기계반대방향인장은 CDT 및 기본중량은 BW 라는 약어를 사용하여, 기본중량 및 방향적으로 규격화된 인장강도(NTS)의 수학적 계산은 다음과 같이 한다:
NTS = (MDT ×CDT)1/2/BW
여기에서 영국식 단위로 NTS 는 0.060×상기에서 미터 단위로 정의된 NTS 이다.
미세물질
펄프 샘플내의 미세물질의 수준은 섬유 길이 또는 입자 길이의 결정을 기초로 한다. "평균섬유길이"는 카자니 오이 엘레트로닉스(Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Finland)로부터 구입할 수 있는 카자니 섬유분석기 모델번호 FS-100 을 사용하여 측정된 펄프 섬유의 가중 평균길이(weighed average length)를 의미한다. 시험절차에 따라, 펄프 샘플을 냉침용 액체(macerating liquid)로 처리하여 섬유 묶음 또는 쉬브(shives)가 확실히 존재하지 않도록 한다. 각각의 펄프 샘플을 열수로 붕괴시키고, 약 0.001% 용액으로 희석한다. 표준 카자니 섬유분석시험절차를 이용하여 시험하는 경우에, 희석용액으로부터 개개의 시험샘플을 약 50 내지 100㎖ 부분씩 취한다. 가중 평균섬유길이는 다음의 식으로 표현될 수 있다:
여기에서 k 는 최대섬유길이며, xi는 섬유길이이고, n1는 길이 x1을 갖는 섬유의 수이며, n 은 측정된 섬유의 총수이다.
"저-평균섬유길이 펄프(low-average fiber length pulp)"는 상당한 양의 단섬유 및 비섬유 입자를 함유하는 펄프 및 제지공정의 부산물을 의미한다. 대부분의 경우에, 이들 물질은 종이 쉬트로 형성시키기 어려울 수 있으며, 비교적 치밀한 불투과성 종이 쉬트 또는 부직포를 수득할 수 있다. 저-평균섬유길이 펄프는 예를 들면 카자니 섬유분석기 모델번호 FS-100(Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Finland)과 같은 광학적 섬유분석기에 의해 측정된 것으로 약 1.2㎜ 미만의 평균섬유길이를 가질 수 있다. 예를 들면, 저평균섬유길이 펄프는 약 0.6 내지 1.2㎜ 범위의 평균섬유길이를 가질 수 있다. 일반적으로 말하면, 제지 슬러지중의 대부분의 섬유성 또는 셀룰로오즈성 성분들은 저평균섬유길이 펄프(단섬유 및 비섬유 입자)인 것으로 생각될 수 있다. 대부분의 경우에 섬유성 또는 셀룰로오즈성 성분은 예를 들면 카자니 섬유분석기 모델번호 FS-100(Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Finland)과 같은 광학적 섬유분석기에 의해 측정된 것으로 40% 이상의 "미세물질 (fines)"(즉, 길이가 약 0.2㎜ 또는 그 미만인 섬유상 입자)을 함유하는 저평균섬유길이 펄프일 수 있다.
프리네스(Freeness)
프리네스는 펄프의 희석현탁액이 배출될 수 있는 속도의 크기이다. 프리네스는 필수적으로 TAOOI T227 m-58 및 CPPA 표준 C.1 (1952) 에 따라 캐나다 표준 프리네스 시험기(Canadian Standard Freeness Tester)를 사용하고 분쇄한 나무의 펄프샘플에 대한 방법을 이용하여 측정되었다. 캐나다 표준 프리네스 시험기는 테스팅 머신즈 인코포레이티드(Testing Machines Inc., Amityville, New York)로부터 구입할 수 있다.
티슈 제조방법
본 발명의 방법에 의해 제조된 재생신문지로부터 유래한 세척된 펄프는 티슈, 타올, 내프킨 및 고급화장지와 같은 부드럽고 부피가 큰 위생용 종이 웨브(web)를 제조하기 위한 통상적인 공지의 제지방법에서 사용될 수 있다. 웨브를 캔건조, 관통건조(through drying), 열건조 및 이들의 조합에 의해 건조시키는 방법을 포함하는 다수의 상이한 제지방법이 적합하다.
본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 형태의 제지방법의 예로는 샌포드 (Sanford) 등의 미합중국특허 제 3,301,746 호; 쇼우(Shaw)의 미합중국특허 제 3,821,068 호; 살부치(Salvucci) 등의 미합중국특허 제 3,812,000 호; 모르간 (Morgan) 쥬니어 등의 미합중국특허 제 3,994,771 호; 모르톤(Morton)의 미합중국특허 제 4,102,737 호; 베커(Becker) 등의 미합중국특허 제 4,158,594 호; 웰스 (Wells) 등의 미합중국특허 제 4,440,597 호; 및 쿡크(Cook) 등의 미합중국특허 제 5,048,589 호에 기술된 방법들이 있다.
바람직한 제지방법은 일반적으로 건식 크레이프 방법으로 알려져있다. 일반적으로, 이 방법은 본 발명의 종이공급물을 사용하는 것을 포함하는데, 이 종이공급물에 바람직하게는 건조강도 화학물질을 첨가하여 인장강도를 제공하고, 다른 제지용 화학물질들이 첨가될 수도 있다. 그후, 종이 공급물을 기계의 체스트로부터 펌핑하여 헤드박스에 유입시키고, 여기에 계면활성제 시스템을 첨가한다. 그 다음에, 종이공급물을 0.1 내지 0.4% 농도로 슬라이스(slice)를 통해 포르드리니어 와이어(Fourdrinier wire)의 수평면상에 유입시키고, 이 와이어를 통해 물을 제거하고 웨브를 형성시킨다. 와이어클로쓰(wire cloth)는 브리스트롤(breast roll) 및 여러개의 테이블롤(table roll) 주위를 따라 돈 다음 와이어 터닝롤(turning roll)에 다다르며, 여기에서 부터 카우치롤(couch roll)과 여러개의 가이드롤 (guide roll) 주변에 공급되고 다시 브리스트롤로 돌아간다. 롤중의 하나는 포르드리니어 와이어를 추진시키기 위해서 구동된다. 하나 또는 그 이상의 진공박스, 전향장치(deflector) 또는 하이드로포일(hydrofoil)이 테이블롤들 사이에 사용되어 수분 제거를 증진시킬 수도 있다.
젖은 웨브를 포르드리니어의 상부표면상에서 형성시킨 다음, 카우치롤을 이용하여 웨브를 펠트상에 가압시키거나 픽업슈(pick-up shoe)를 이용하여 쉬트를 펠트에 이송시킴으로써 웨브를 펠트에 이송시킨다. 펠트는 웨브를 프레스 어셈블리 (press assembly)로 운반한다. 그후 펠트는 하나 또는 두개의 롤(이들중의 하나는 흡인롤(suction roll)일 수 있다) 주변에서 이동한 다음 가이드롤 주위를 따라 돌아서 카우치롤로 다시 복귀한다. 샤워(shower)와 방어판(guard board)이 펠트 표면상의 여러 위치에서 사용되어 웨브의 픽업, 세정 및 펠트표면의 조절을 도와줄 수 있다. 프레스 어셈블리는 한개의 프레스롤 또는 상부 및 하부 프레스롤로 이루어진다. 수분은 프레스 어셈블리의 닙(nip)에서 제거되어 펠트내로 이송된다.
성형하여 가압한 웨브를 양키 건조기(Yankee dryer)라고 불리우는 회전건조실린더(rotating drying cylinder)에 이송시킨다. 건조 어셈블리는 또한 양키 실린더의 상부를 둘러싸고 있는 열기후드(hot air hood)를 포함할 수 있다. 후드는 웨브상에 충돌하고 수분제거를 도와주는 열기 노즐을 갖는다. 후드는 후드 챔버로부터 공기를 제거하여 온도를 조절하는 배기장치(exhaust)를 갖는다. 닥터블레이드를 사용하여 웨브를 건조기 표면으로부터 떼어내어 웨브에 크레이프를 부여한다. 건조기 표면으로부터 웨브를 조절된 균일한 상태로 떼어내는 것을 돕기 위하여 스프레이 시스템을 사용하여 양키 표면에 크레이핑 접착제(creping adhesive)를 적용한다. 스프레이 시스템은 건조기 표면의 폭을 가로질러 있는 헤더파이프(header pipe)에 부착된 일련의 스프레이 노즐이다. 크레이핑 접착제로는 티슈 제지기술에서 통상적으로 사용되는 형태의 것중에서 어떤 것이나 사용될 수 있다.
건조 실린더로부터 크레이프된 종이 웨브를 한쌍의 롤에 의해 형성된 닙을 통과시키고 패런트롤(parent roll)이라고 불리우는 큰 롤에 권취한다. 실시예에서 사용된 티슈 제조방법은 일반적으로 경량의 건식 크레이프 방법으로 특정화될 수 있다. 14 인치 폭의 시험공장규모의 기계를 다음과 같이 작동시켰다: 웨브를 형성시키기 전에 종이 공급물을 기계의 체스트에 도입시키고 여기에 건조강도 첨가제, 염료 또는 그밖의 다른 화학적 첨가제를 혼입시킨다. 종이 공급물은 팬펌프(fan pump)를 통해 방출되어 0.1 내지 0.4% 농도로 슬라이스(slice)를 통해 헤드박스로부터 포르드리니어 와이어의 수평면상에 유입하여, 이 와이어를 통해 물을 제거하고 웨브를 형성시킨다. 와이어는 수분 제거와 웨브 형성을 도와주는 흡인 브리스트롤 주위를 둘러싼다. 와이어는 여러개의 가이드롤과 와이어 터닝롤 주위를 둘러싸고 브리스트롤로 복귀한다. 이들 롤중의 하나는 포르드리니어 와이어를 추진시키기 위해서 구동된다.
젖은 웨브를 포르드리니어의 상부표면상에서 형성시킨 다음, 진공 픽업을 이용하여 펠트에 이송시킨다. 펠트는 쉬트를 가압롤 어셈블리에 운반한다. 펠트는 하나의 가압롤인 고체고무롤 주변에서 이동한 다음 가이드롤 주위를 따라 돌아서 다시 진공 픽업으로 복귀한다. 수분은 가압롤의 닙에서 제거되어 펠트내로 이송된다.
성형한 웨브를 가압하고 통상 양키 건조기라고 불리우는 회전건조실린더에 이송시킨다. 닥터블레이드를 사용하여 95% 내지 96% 의 웨브 건조도를 갖는 웨브를 양키 건조기 표면으로부터 떼어낸다. 건조기 표면으로부터 웨브를 조절된 균일한 상태로 떼어내는 것을 돕기 위하여 스프레이 노즐을 사용하여 양키 표면에 크레이핑 접착제를 적용한다. 이 실시예에서 사용된 접착제 혼합물은 70% 폴리비닐알콜과 30% 전분 기본 라텍스(National Starch Latex 4441)의 70/30 혼합물이었다.
건조 실린더로부터 크레이프된 종이 웨브를 한쌍의 롤에 의해 형성된 닙을 통과시키고 시험을 위해 목적하는 크기의 패런트롤에 권취시킨다. 제지기는 14 인치 폭의 웨브를 형성시켰으며, 40 내지 50 피트/분의 릴속도로 가동하였다. 실시예에서 건조 크레이프 티슈 샘플은 모두 10 파운드/림의 기본중량 및 18-20% 의 크레이프도로 제조되었다. 모든 시험을 위하여 샘플들을 2 겹 티슈(20 파운드/림)로 만들었다.
본 발명은 이하의 실시예에 의해 설명된다. 여기에서 사용된 모든 비율은 다른 식으로 특정되지 않는 한 중량기준이며, 섬유 중량은 달리 지정되지 않는 한 섬유의 공기 건조된 중량을 기준으로 한다.
낡은 신문지를 펄프화시킴으로써 수득된 펄프로부터 건조 경량 크레이프 티슈 제품을 제조하였다. 대조품 및 샘플 티슈를 제조하였다. 티슈 제품은 20 분 동안 6% 농도로 150℉ 및 약 7 의 pH 에서 물로 펄프화시킴으로써 제조하였다. 펄프 슬러리는 130℉ 에서 30 분 동안 유지시킨 다음 반으로 나누었다.
펄프 슬러리의 한 부분은 배치 정제기(batch refiner)를 이용하여 톤당 1 마력일(horsepower day)의 비율로 정제한 다음 상술한 제지장치 및 방법을 사용하여 경량 건조 크레이프 티슈를 위한 공급물로서 직접 사용하여 16lbs./림(즉, 겹당 8lbs./림)의 기본중량을 갖는 2 겹 티슈를 제조하였다.
나머지 한 부분의 펄프 슬러리는 3% 의 슬러리 농도로 조정하여 5% 의 표적농도로 세척하였다. 이 세척단계로 펄프내의 미세물질의 수준을 저하시키고 캐나다 표준 프리네스 시험에 의해 측정된 것으로 프리네스를 증가시켰다.
펄프는 배치 정제기를 사용하여 톤당 1 마력일의 비율로 정제한 다음, 약 0.1% 의 제지농도에서 제지기에 도입시켰다. 대략 기계의 체스트 또는 헤드박스에서 계면활성제 시스템(VARISOFTC-6001)을 0.0% 내지 0.4% 범위의 첨가비율로 펄프에 도입시켰다. 처리된 펄프는 그 다음에 상술한 제지장치 및 방법을 사용하여 경량 건조 크레이프 티슈를 위한 공급물로서 직접 사용하여 16lbs./림(즉, 겹당 8lbs./림)의 기본중량을 갖는 2 겹 티슈를 제조하였다.
대조품 및 샘플 건조 크레이프 티슈를 촉감시험 및 인장시험에 적용하였다. 촉감시험은 시험 패널과 특정한 펄프로부터 제조된 기준품 샘플 대신에 한명의 공인된 검사자 및 시판품인 기준품 샘플을 사용하는 것을 제외하고는 필수적으로 상술한 바와 같이 수행하였다. 4 셋트의 샘플을 (계면활성제 시스템의) 각각의 첨가속도로 생성시켰다. 촉감시험 결과에 대하여 보고된 숫자는 4 가지 샘플에 대한 촉감시험 결과의 평균값을 나타낸다. 결과는 상술한 비율-가중된 데이타 분석절차를 사용하여 분석되지 않았다. 시험결과는 표 1 및 2 에 기재하였다.
대조품(세척 안함)
섬유 조악도 CSF(세척안함) 미세물질 % 계면활성제시스템 % NTS(미터식) 촉감
26.6㎎/m 170 45.58 0.0 8.4 72
26.6㎎/m 170 45.58 0.1 7.8 77
26.6㎎/m 170 45.58 0.2 7.4 77
26.6㎎/m 170 45.58 0.4 7.3 79
26.7㎎/m 134 49.60 0.0 8.8 73
26.7㎎/m 134 49.60 0.1 8.1 75
26.7㎎/m 134 49.60 0.2 7.6 76
26.7㎎/m 134 49.60 0.4 7.1 78
섬유조악도 세척전의CSF 세척전의미세물질% 세척후의 CSF 세척후의미세물질% 계면활성제시스템 % NTS(미터식) 촉감
22.3㎎/m 230 43.6 360 32.0 0.0 8.0 74
22.3㎎/m 230 43.6 360 32.0 0.1 7.2 77
22.3㎎/m 230 43.6 360 32.0 0.2 6.4 85
22.3㎎/m 230 43.6 360 32.0 0.4 5.3 88
30.8㎎/m 150 48.0 378 28.0 0.0 8.5 74
30.8㎎/m 150 48.0 378 28.0 0.1 7.5 78
30.8㎎/m 150 48.0 378 28.0 0.2 6.1 86
30.8㎎/m 150 48.0 378 28.0 0.4 5.0 90
본 발명은 특정한 구체예와 관련하여 기술되었지만, 본 발명에 의해 포함되는 대상은 이들 특정한 구체예로 제한되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 반대로, 본 발명의 대상은 이하의 청구범위의 의의 및 범주내에 포함될 수 있는 것으로 모든 대체물, 변형물 및 등가물도 포함한다.

Claims (19)

  1. 신문지를 물중에서 교반하면서 펄프화시켜 약 40% 이상의 평균 미세물질 함량 및 약 250 미만의 캐나다 표준 프리네스를 갖는 펄프의 슬러리를 생성시키고;
    펄프를 세척하여 미세물질 함량을 약 35% 미만으로 감소시키고, 캐나다 표준 프리네스는 약 300 이상으로 증가시킨 다음;
    처리된 펄프를 제지농도에서 제지기의 헤드박스내로 도입시키고;
    처리된 펄프에 약 0.025% 내지 약 1.5% 의 계면활성제 시스템을 가하고;
    처리된 펄프를 제지 공정에 이용하여 위생용 종이 제품을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생신문지로부터 위생용 종이 제품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 계면활성제 시스템이 비이온성 및 양이온성 계면활성제의 혼합물을 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 처리된 펄프가 약 1.0% 내지 약 0.01% 범위의 제지농도를 갖는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 펄프가 100 m 당 17 mg 이상의 카자니 조악도를 갖는 조악한 섬유를 적어도 80% 함유하는 셀룰로즈 섬유를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 신문지로부터 만든 펄프가 처리전에 약 45% 이상의 평균 미세물질 함량을 갖는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 신문지로부터 만든 펄프가 처리전에 약 200 미만의 캐나다 표준 프리네스를 갖는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 신문지로부터 만든 펄프를 미세물질 함량이 약 30% 미만으로 감소하도록 세척하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 신문지로부터 만든 펄프를 캐나다 표준 프리네스가 약 350 이상으로 증가하도록 세척하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 위생용 종이 제품이 림 당 7 내지 35 파운드의 기본중량으로 제조된 티슈종이인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 위생용 종이 제품이 림 당 7 내지 35 파운드의 기본중량으로 제조된 종이 내프킨인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 위생용 종이 제품이 림 당 12 내지 40 파운드의 기본중량으로 제조된 종이 타올인 방법.
  12. 신문지를 물중에서 교반하면서 펄프화시켜 약 40% 이상의 평균 미세물질 함량 및 약 250 미만의 캐나다 표준 프리네스를 갖는 펄프의 슬러리를 생성시키고;
    펄프를 세척하여 미세물질 함량을 약 35% 미만으로 감소시키고 캐나다 표준 프리네스는 약 300 이상으로 증가시킨 다음;
    처리된 펄프를 제지농도에서 제지기의 헤드박스내로 도입시키고;
    처리된 펄프에 약 0.025% 내지 약 1.5% 의 계면활성제 시스템을 가하여, 처리된 펄프가 제지공정에 이용되어 위생용 종이 제품을 제조할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 재생신문지로부터 만든 펄프의 변형 방법.
  13. 제1 항에 있어서, 계면활성제 시스템이 비이온성 및 양이온성 계면활성제의 혼합물을 포함하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 처리된 펄프가 약 1.0% 내지 약 0.01% 범위의 제지농도를 갖는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 펄프가 100 m 당 17 mg 이상의 카자니 조악도를 갖는 조악한 섬유를 적어도 80% 함유하는 셀룰로즈 섬유를 포함하는 방법.
  16. 제12항에 있어서, 신문지로부터 만든 펄프가 처리전에 약 45% 이상의 평균 미세물질 함량을 갖는 방법.
  17. 제12항에 있어서, 신문지로부터 만든 펄프가 처리전에 약 200 미만의 캐나다 표준 프리네스를 갖는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 신문지로부터 만든 펄프를 미세물질 함량이 약 30% 미만으로 감소하도록 세척하는 방법.
  19. 신문지를 물중에서 교반하면서 펄프화시켜 펄프 슬러리를 생성시키고;
    미세물질 함량이 약 35% 미만이고 캐나다 표준 프리네스는 약 350 이상인 처리된 펄프를 제지농도에서 제지기의 헤드박스내로 도입시키고;
    펄프에 약 0.05% 내지 약 1.5% 의 계면활성제 시스템을 가하여, 처리된 펄프가 제지공정에 이용되어 위생용 종이 제품을 제조할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 재생신문지로부터 만든 펄프의 변형 방법.
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