KR20130096729A - 롤 릴리스 개선을 위한 제지 첨가제 - Google Patents

Abstract

제지 공정에서 습지 웨브(web)와 롤 표면 사이의 접착력을 감소시키기 위한 조성물 및 방법을 개시한다. 본 방법은 특히 프레스부 롤 릴리스 개선에 유용하다.

Description

롤 릴리스 개선을 위한 제지 첨가제{PAPERMAKING ADDITIVES FOR ROLL RELEASE IMPROVEMENT}

본 발명은 그 전문이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되고, 2010년 8월 23일 출원된 미국 가출원 제61/376,065호에 대한 우선권을 주장한다.

본 발명은 제지 공정에서 롤 릴리스의 개선을 위한 편리하고 쉬운 방법을 제공한다. 본 방법은 제지기(paper machine)의 프레스부(press section)에 중앙 롤의 표면 또는 다른 표면에 처리제를 첨가하는 단계를 포함한다. 적용되는 조성물은 소수성의 이미다졸린을 단독으로 또는 다른 소수성의 개질 아민, 암모늄, 모노-, 디-, 트리-알킬 암모늄 또는 다른 아민 또는 암모늄을 함유하는 양이온성 계면활성제 및 또한 식물성 또는 미네랄 오일, 알칸, 파라핀, 폴리부텐, 왁스 등과 같은 소수성 활성제를 함께 함유할 수 있다. 비이온성 계면활성제가 또한 롤 릴리스 효과를 향상시키기 위해 이들 혼합물에 첨가될 수 있다.

제지 공정은 첨가제 및 펄프의 수성 슬러리로부터 종이 시트의 형성 및 이어서 습지로부터 물의 점진적인 제거로 구성된다. 그 자체에 의한 물의 제거는 몇몇 단계로 이루어진다. 습단부(wet end)로 칭해지는, 공정의 초반부에서, 중력, 진공 흡입 및 이어서 프레스 롤에 의한 습지의 가압으로 물이 제거된다. 건조부(dryer section)로 칭해지는 탈수 공정의 후반부에서, 잔여 물이 가열 및 증발에 의해 가열된 표면에서 제거된다.

종이 웨브(web)가 제지기의 프레스부에 도달할 때, 종이 점조도(consistency)는 약 20 내지 25 %이다. 이 구간에서, 일련의 프레스 롤에 의해 압력이 종이에 적용되어 물을 빼고 종이 시트를 더 부드럽게 만든다. 프레싱 후에 종이 점조도는 40 내지 50 %까지 상승한다. 이런 물 함량의 감소시, 섬유가 서로서로 가까이 근접하게 되고 연계 및 결합의 정도가 상당히 증가한다. 섬유는 서로서로 붙어있을 뿐만 아니라 종이 웨브 흐름에 저항을 생성하는 롤 표면에 부착하려고 하는 경향이 있다. 종이와 롤 표면 사이의 접착력 및 표면 장력이 크게 증가한다. 덧붙여서, 롤 표면 상에 피치, 엑스분(extractive), 유기 고체, 무기 충전제 및 미세 섬유와 같은 스티키(sticky) 물질의 침착이 또한 롤 표면으로부터의 종이 웨브 릴리스를 방해할 수 있다. 이들 이슈는 재생 펄프 또는 수지 함유 펄프로 만들어지는 종이에서 특히 심각하다.

롤 표면 상에 오염 물질의 침착 및 증가된 종이 접착력은 결국 공정의 붕괴 또는 파괴를 야기하는 웨브의 작업성(runnability)에 영향을 미칠 수 있다. 종이의 이런 증가된 접착력을 보완하기 위해, 추가적인 힘으로 잡아당기거나 또는 종이 웨브를 "인발(draw)"할 필요가 있게 되고, 이것이 제지기의 다음 구간으로 이동시킨다. 그러나, 인발을 증가시키는 것은 그 자체로 중요성을 가져 종이 품질에 부정적으로 영향을 끼치거나 파열을 야기할 수 있다. 이들 바람직하지 않은 효과를 피하기 위해, 많은 처리제가 활용되었다. 이들은 롤 커버 물질의 변형, 닥터 블레이드(doctor blade)에 의한 침착물의 기계적 제거 및/또는 종이 릴리스 제제의 적용을 포함한다.

많은 상이한 화학 물질을 롤 릴리스를 향상시키기 위해 적용하였고 실행하였다. 몇몇 출원이 소수성 활성제 또는 에멀젼을 함유하는 조성물을 설명한다. 예를 들어, US 6,468,394는 롤 표면 상에 왁스 에멀젼의 적용을 개시하고, 여기서 상기 왁스는 60 ℃ 미만의 녹는점을 가져야 한다. 이 방법에 따르면, 왁스는 소수성 필름을 형성하는 따뜻한 롤 표면에서 녹음으로써 롤 표면으로부터 종이 릴리스를 용이하게 한다. 다른 출원, US 6,558,513은 비수성, 비경화 탄화수소 조성물을 적용함으로써 프레스 롤의 표면으로부터 종이 웨브의 릴리스를 개선시키는 방법을 교시하고, 여기서 바람직한 물질은 탄화수소 중합체, 400 내지 700 범위의 바람직한 분자량을 가지는 폴리부텐이다.

US 6,139,911에서 설명하는 방법은 희석된 마이크로에멀젼 형태의 첨가제의 적용에 의한 릴리스 성질의 개선을 개시한다. 활성 성분은 오일, 왁스, 수불용성 계면활성제 및 중합체의 군으로부터 선택된다. 알콜, 지방산 또는 오일, 레시틴, 및 수용성 또는 수분산성 계면활성제를 기초로 하는 안정한 에멀젼의 적용은 WO1996/26997에서 설명한다.

US 6,723,207은 제지 롤에 양이온성 수용성 중합체, 비이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제의 블렌드의 적용을 개시한다. 조성물은 전체로 양전하를 띈다. 양이온성 중합체는 바람직하게는 폴리-디알릴디메틸암모늄 클로라이드와 같은 사차 암모늄 화합물이다.

특허 출원 US2009/0159229는 습지의 분리성의 개선을 위해 프레스 롤에 적용되는 조성물을 개시한다. 프레스 롤 표면 상에 적용되는 활성제의 조성물은 관능화된 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 블록 중합체를 기초로 하는 것이다.

WO1997/11225는 수성 효소 용액에 의한 프레스부에 중앙 롤의 처리를 개시하고, 여기서 하나 이상의 기재가 롤의 표면과 부착하고 "종이 생산 공정에서 가동 요소의 신뢰성을 개선시킨다".

US 6,051,108는 제지 습윤 프레스 펠트(felt)에 및 와이어 형성시 침착물의 축적을 제거하거나 또는 막는 것을 개시한다. 세척 용액은 하나 이상의 산성 세척 화합물 및 과산화아세트산을 함유한다.

US 4,704,776는 제지기 프레스 롤에 대한 릴리스 제제로서 실리콘 오일, 실리콘 플라스틱 및 플루오로플라스틱을 개시한다. WO2008/063268은 하나 이상의 요소 결합을 가지는 선형 또는 분지된 플루오린화 중합체의 제조를 개시한다. 중합체는 표면 세척제, 직물 처리제, 착색 릴리스 개선제 등을 포함하는 표면 처리제로 설계된다.

본 발명은 제지기의 롤 표면과 종이 웨브 사이에 접착력의 감소로 롤 표면으로부터의 종이의 릴리스를 개선하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다. 본 방법은 롤 표면에 대해 소수성 이미다졸린을 단독의 또는 a) 다른 소수성 개질 아민 b) 다른 소수성 물질, c) 비이온성 계면활성제 또는 d) 이들의 혼합물 중 하나 이상과 함께 조합한 적용을 포함한다.

제안된 조성물을 관심 있는 표면에 대해 스프레이로 또는 롤러로 적용할 수 있다. 이들 조성물이 아마, 표면을 더욱 소수성으로 만들어 종이 웨브가 프레스 롤에 덜 부착되게 한다.

한 바람직한 실시양태에서, 본 발명은 하나 이상의 비이온성 계면활성제와 함께 소수성의 이미다졸린, 식물성 또는 미네랄 오일, 또는 지방산 알킬 에스테르의 혼합물을 적용함으로써 롤 표면에 대한 종이 접착력을 감소시키는 방법에 관한 것이다.

또 다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명은 비이온성 계면활성제와 함께 식물성 오일, 소수성 이미다졸린 및 저분자량 폴리부텐의 혼합물을 적용함으로써 롤 표면에 대한 종이 접착력을 감소시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 종이 웨브와 롤 표면 사이에 접착력의 감소를 위해 사용되는 조성물 및 방법을 개시한다. 롤 표면에 적용되는 조성물은 소수성 이미다졸린을 포함한다. 본 발명은 임의로 a) 소수성 개질 아민, b) 소수성 물질, 예컨대 미네랄 또는 식물성 오일 또는 그들의 알킬 유도체, 폴리부텐, 왁스, 파라핀, 소수성 개질 실리카 또는 실리콘, 소수성 포스페이트 에스테르, 소수성 개질 중합체, 소수성 개질 탄수화물 또는 임의의 다른 소수 물질, c) 비이온성 계면활성제, 예컨대 선형 알콜 에톡실레이트, 분지된 알콜 에톡실레이트, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 블록 공중합체, 폴리에틸렌 글리콜 에스테르, 다양한 지방산의 모노- 및 디-에스테르, 에톡실화된 폴리메틸-알킬실록산 및 다른 것들, 또는 d) 이들의 혼합물 중 하나 이상 및 저분자량의 소수성 이미다졸린을 포함하는 조성물을 롤 표면에 적용하는 것 및 종이 웨브의 접착력을 감소시키고 제지기 상의 결과적인 인발을 감소시키기 위해 제지기 표면에 이들 소수성 혼합물 또는 이들 수성 에멀젼을 적용하는 것을 개시한다.

"소수성 개질 아민"은, 본 발명자들은 플루오로탄소 사슬 또는 탄화수소와 같은 소수성 또는 지방 기와 결합한 아민 또는 암모늄 기의 질소를 가지는 저분자량 아민 또는 암모늄 함유 화합물을 의미하고; 아민은 선형의 또는 분지된 지방 알킬 아민 또는 암모늄 화합물, 아미노아미드, 플루오린화 아민 등일 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, 소수성 개질 아민은 이미다졸린을 포함하지 않는다.

"식물성 오일"은 식물 공급원으로부터의 오일을 의미하는 것으로 정의되고; 그 예는 비제한적으로, 대두유, 옥수수유, 평지유, 피마자유, 피마자유 유도체 및 이들의 혼합물 등을 포함한다. "미네랄 오일"은 왁스, 파라핀 및 선형, 분지된 및 방향성 탄화수소의 혼합물과 같은 미네랄 공급원으로부터의 오일을 의미하는 것으로 정의된다.

식물성 오일의 "알킬 유도체"는 식물성 오일과 알콜의 에스테르 교환반응으로부터 얻어진 에스테르 유도체를 의미하는 것으로 정의된다. 식물성 오일 에스테르의 예는 비제한적으로 대두유 알킬 에스테르, 옥수수유 알킬 에스테르, 카놀라유 (평지유) 에스테르, 알킬 팔미테이트, 알킬 올레에이트, 알킬 스테아레이트 등을 포함한다.

"비이온성 계면활성제"는 예를 들어, 알킬 및 에틸렌 글리콜 단위를 포함하고 그 일 부분은 소수성이고 일 부분은 친수성인 조성물을 정의한 것을 의미한다. 비이온성 계면활성제의 예는 비제한적으로 선형 알콜 에톡실레이트, 분지된 알콜 에톡실레이트, 알콜 알콕실레이트, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 블록 공중합체, 다양한 지방산의 모노- 및 디-에스테르인 폴리에틸렌 글리콜 에스테르, 지방족 폴리에테르, 에톡실화 폴리메틸-알킬실록산, 알킬 폴리글루코시드, 에톡실화 소르비탄 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 알킬 페닐 에톡실레이트 및 알콕실화 아민을 포함한다.

본 발명에 따르면, 저분자량 소수성 이미다졸린은 접착력의 감소에 매우 효율적이고 롤 릴리스를 위해 사용될 수 있다. 가장 바람직한 것은 하나, 둘 또는 몇 개의 소수성 사슬 (소수성 사슬에 10 내지 24, 바람직하게는 16 내지 18 개의 탄소 원자를 가짐)을 분자 조성물에 포함하는 시클릭 이미다졸린 구조를 가지는 소수성 이미다졸린일 것이다. 본 발명에 유용한 이미다졸린의 분자량은 1,000 달톤을 초과하지 않고, 바람직하게는 분자량이 800 달톤 미만이다.

소수성 개질 아민의 목록은 비제한적으로 소수성 선형 또는 분지된 지방 알킬 (1차, 2차, 3차) 아민 또는 4차 암모늄 화합물을 포함하고; 하나 또는 몇 개의 소수성 사슬, 아미노아미드, 퍼플루오로알킬기를 가지는 아민, 중합성 아민, 중합성 아미노아미드 및 퍼플루오로알킬기를 가지는 중합성 아민 또는 아미노아미드를 가진다. 아민은 또한 지방 아민 카르복실레이트, 아미도아민, 지방 알카놀아민, 및 베타인과 같은 양쪽성 아민으로부터 선택될 수 있다.

고분자량 아민 (예를 들어, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드 ("폴리대드막(Polydadmac)", 100,000 달톤의 분자량을 가지는 양이온 중합성 생산물, 9,000 달톤의 분자량을 가지는 소수성 개질 폴리아미노아미드 등)은 저분자량 아민만큼 접착력의 감소에서 효율적으로 나타나지 않는다.

바람직한 이미다졸린은 하나 또는 두 개의 소수성 기가 부착된 이미다졸린 시클릭 구조를 포함하는 것이다. 이미다졸린은 지방산 (예를 들어, 올레산, 팔미트산, 또는 스테아르산) 사이에서 디에틸렌트리아민 또는 아모노에틸에탄올아민과의 반응 및 이어서 디에틸술페이트, 디메틸술페이트 또는 아세트산에 의한 얻어진 아미도아민의 4차화 반응의 생산물이다. 소수성 사슬의 수는 지방산과 아민의 비율에 의존한다. 바람직하게는 그 비율이 1:1 또는 2:1이다.

이미다졸린 생산물에서 고리화 정도는 반응 조건에 의존한다. 최적의 조건 하에서는 ~90 %의 고리화가 가능하다. 다른 경우에는 고리화된 이미다졸린 및 선형 아미노아미드의 혼합물일 수 있다.

이미다졸린은 금속, 섬유, 유리 또는 미네랄의 음전하 표면에 강하게 흡착되어 그들을 소수성으로 만든다. 이미다졸린은 윤활유, 부식 방지제, 섬유 유연제 및 정전기 방지제로서 사용된다.

저분자량 이미다졸린은 표면에 실질적으로 부착하여 표면을 소수성으로 만드는 것으로 보인다. 이들 아민 중 많은 것들이 물에 잘 녹고 수용액으로 쉽게 적용될 수 있다. 낮은 용해도 활성제의 경우에, 적용을 위한 대안의 옵션은 비이온성 계면활성제와 블렌딩하거나 또는 산성화 완충용액과 함께 이들을 사용하는 것을 포함할 수 있다.

소수성 물질 (예를 들어, 식물성 및 미네랄 오일, 왁스, 폴리올레핀, 폴리부텐)은 롤 릴리스를 위한 효율적인 처리제로서 선행 기술에서 언급되었다 (예를 들어, US 6,468,394 또는 US 6,558,513 참조). 이들 중 많은 것들이 고체 또는 점성의 액체이고 이들은 물과 섞이지 않으므로 이들 화학 물질의 적용은 항상 간단하지 않고 쉽지 않다. 이들 물질 중 많은 것들이 수중유 에멀젼으로 더 잘 활용될 수 있다. 유화된 소수성 물질의 적용이 공지되어 있고 수년 동안 실행되어 왔다. 에멀젼으로서 이들 처리제의 적용은 에멀젼의 불안정성 또는 소수 물질의 불능성 때문에 지속적인 기간 동안 롤 표면 상에 남아있는 바람직한 효과를 이끌어 내지 못할 수 있다. 이들 효과는 결국, 처리제의 비효율적인 경제성 프로파일로 이어질 수 있다.

비이온성 계면활성제 혼자는 접착력 감소에 중간 정도의 효과를 보여준다. 이들 효과는 아마, 종이 및 롤 계면에서의 계면 장력의 감소 때문이다. 소수성 물질에 비이온성 계면활성제의 첨가가 소수성 물질 (예를 들어, 오일)을 유화시키는 것을 돕는다. 이는 또한 관심 표면 상에 소수 물질의 더욱 효율적인 전달 및 퍼짐을 촉진한다. 본 발명에 따르면, 효율적인 비이온성 계면활성제의 HLB는 0 내지 20, 바람직하게는 4 내지 15 범위로 다양하고, 더욱 바람직하게는 HLB 값은 8 내지 12이다.

수혼화성 소수성 이미다졸린과 수불용성 소수 물질을 합하는 것이 롤 릴리스에서 더 큰 개선으로 이어진다는 것을 발견했다. 소수성 물질, 예를 들어, 식물성 또는 미네랄 오일 또는 식물성 오일 알킬 에스테르 및 비이온성 계면활성제를 포함하는 소수성 이미다졸린의 조성물은 롤 표면에 대한 종이 웨브 접착력의 감소에 상승적인 거동을 보여준다.

관찰된 동반 상승효과에 대한 가능한 설명은 비제한적으로, 롤 표면에 강하게 부착하고 소수성 일분자층을 형성하는 이미다졸린 성분의 시클릭 및 선형의 아민 구조의 덕분일 수 있다. 이미다졸린 층은 롤 표면에 오일 또는 임의의 다른 소수성 물질의 고정 및 식물성 오일의 퍼짐을 돕는다. 이미다졸린 코팅층의 형성 때문에, 소수성 물질이 표면에 더 오래 남아있고, 따라서, 처리제의 경제성이 개선된다.

본 발명에서 사용되는 소수성 개질 아민은 1차, 2차, 3차 또는 4차 아민 또는 암모늄 화합물일 수 있고; 선형, 분지된, 방향족 탄화수소 사슬 또는 퍼플루오린화 기와 같은 하나, 둘 또는 몇 개의 소수성 기를 함유한다. 본 발명의 목적을 위해 소수성 개질 아민은 이미다졸린을 포함하지 않는다.

소수성 물질은 식물성 또는 미네랄 오일, 식물성 오일 알킬 에스테르, 식물성 오일 유도체, 지방산 에스테르 또는 탄화수소 또는 플루오린화 물질의 임의의 유형일 수 있다.

소수성 물질이 대두유, 옥수수유, 카놀라유, 코코넛유, 정향유(clove oil), 티미유(thyme oil), 유칼립투스유, 대두유 알킬 에스테르, 카놀라유 알킬 에스테르, 옥수수유 알킬 에스테르, 알킬 팔미테이트, 알킬 스테아레이트, 알킬 올레에이트, 술폰화 피마자유, 미네랄 오일, 파라핀 오일, 저분자 수준 폴리부텐, 왁스, 왁스 에멀젼 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

비이온성 계면활성제는 선형 알콜 에톡실레이트, 분지된 알콜 에톡실레이트, 다양한 지방산의 폴리(에틸렌 글리콜) 모노- 또는 디-에스테르, 폴리(에틸렌 글리콜) 알킬 에테르, 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 호모- 및 공중합체, 또는 폴리(에틸렌 옥사이드-코-프로필렌 옥사이드) 알킬 에스테르 또는 에테르, 에톡실화 피마자유, 또는 에톡실화 폴리메틸-알킬실록산, 에톡실화 소르비탄 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르일 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시양태는 소수성 이미다졸린, 식물성 오일, 및 에톡실화 선형 또는 분지된 알콜의 혼합물을 포함하는 조성물을 사용한다.

본 발명의 한 바람직한 실시양태는 소수성 이미다졸린, 식물성 오일, 및 에톡실화 선형 및 저분자량 폴리부텐의 혼합물을 포함하는 조성물을 사용한다.

본 발명의 한 바람직한 실시양태는 a) 소수성 이미다졸린, b) 소수성 비시클릭(non-cyclic) 아미노아미드, c) 지방산 알킬 에스테르 중 하나 또는 그 혼합물, 및 d) 에톡실화 선형 또는 분지된 알콜의 혼합물을 포함하는 조성물을 사용한다.

본 발명의 한 바람직한 실시양태는 a) 소수성 이미다졸린, b) 소수성 비시클릭 아미노아미드, c) 지방산 알킬 에스테르 중 하나 또는 그 혼합물, 및 d) 소르비탄 지방산 에스테르 및 에톡실화 소르비탄 지방산 에스테르의 조합물을 포함하는 조성물을 사용한다.

비이온성 계면활성제는 0 내지 20, 바람직하게는 6 내지 16, 더욱 바람직하게는 8 내지 12 내의 HLB 값을 가지는 선형 또는 분지된 알콜 에톡실레이트일 수 있다. 선형 또는 분지된 알콜 에톡실레이트가 본 발명에서 사용될 때, 이것은 적어도 1 에틸렌 글리콜 단위를 가지고, 바람직하게는 적어도 3 에틸렌 글리콜 단위를 가진다.

본 발명의 일부 양태에서, 비이온성 계면활성제는 0 내지 20, 더욱 바람직하게는 4 내지 16 내의 HLB 값을 가지는 소르비탄 지방산 에스테르 및 에톡실화 소르비탄 유도체의 혼합물이다.

본 발명의 일부 실시양태에서, 소수성 이미다졸린, 소수성 아민, 소수성 물질 및 비이온성 계면활성제를 함께 블렌딩한다. 총 조성물의 건조 중량을 기준으로 소수성 물질의 양은 건조 중량으로 0 % 내지 99 %, 건조 중량으로 1 % 내지 99 %, 바람직하게는 33.3 % 내지 96.8 %, 더욱 바람직하게는 85.7 % 내지 96.8 %의 범위이고, 여기서 소수성 개질 아민 및 비이온성 계면활성제의 양은 각각 0.0 % 내지 99 %, 0.0 % 내지 66.7 %, 바람직하게는 0 내지 33.3, 더욱 바람직하게는 2.0 % 내지 6.0 %의 범위이다. 소수성 이미다졸린의 양은 조성물의 건조 중량을 기준으로, 건조 중량으로 0.5 내지 100 %, 바람직하게는 0.5 내지 66.7 %, 바람직하게는 0.5 내지 33.3 %, 바람직하게는 1 내지 10 %, 및 더욱 바람직하게는 2.0 % 내지 6.0 %의 범위이다.

덧붙여서, 적은 양의, 바람직하게는 건조 중량으로 0.5 % 내지 15 %의 플루오린화 아민을 이미다졸린, 식물성 오일 및 비이온성 계면활성제의 블렌드에 첨가할 때, 롤 릴리스가 더욱 더 개선될 수 있다는 것을 입증했다. 또 다른 예에서, 적은 양의 저분자량 폴리부텐과 이미다졸린, 식물성 오일 및 비이온성 계면활성제의 혼합물을 블렌딩함으로써 접착력 감소의 개선이 이루어진다. 또 다른 예에서, 적은 양의 소수성 개질 실리카와 이미다졸린, 식물성 오일 및 비이온성 계면활성제의 혼합물을 블렌딩함으로써 접착력 감소의 개선이 이루어진다.

본 발명에 따르면, 릴리스 감소 첨가제 또는 첨가제의 조합물을 중앙 롤 또는 슈 프레스(shoe press)의 표면 또는 릴리스의 개선을 요망하는 임의의 다른 표면에 적용한다. 처리제 조성물을 물과 혼합하여 1 내지 10,000 ppm, 더욱 바람직하게는 30 내지 3000 ppm의 수성 에멀젼을 만든다. 만들어진 에멀젼의 첨가는 샤워(shower)를 통해 수행된다. 처리제는 물 스트림에서 음이온성 트레시(trash)가 존재하거나 또는 하지 않아도 잘 작용하고; 음이온성 트레시의 존재는 4차 소수성 아민의 성능을 더 향상시킨다.

소수성 이미다졸린은 단독으로 적용될 때, 탈염수 또는 백수(white water) 내 500 ppm에서 효율적인 롤 릴리스를 보여준다 (실시예 1 및 표 1의 데이터 참조). 소수성 물질을 가지는 조성물에 대해, 이미다졸린의 함량은 심지어 100 ppm 미만으로 감소될 수 있다. 이들 조성물에서, 소수 물질, 예를 들어 미네랄 및 식물성 오일이 적용되고 이미다졸린 및 계면활성제와 블렌딩되며, 여기서 오일의 함량은 1 내지 10,000 ppm, 더욱 바람직하게는 100 내지 3,000 ppm의 범위일 수 있다.

수용액 내 로딩된 소수성 이미다졸린, 소수성 개질 아민 및 비이온성 계면활성제는 바람직하게는 각각 1 내지 10,000 ppm 사이, 더욱 바람직하게는 각각 10 내지 300의 범위이다. 플루오린화 아민은 수성 조성물에 1 내지 1000 ppm, 더욱 바람직하게는 25 내지 200 ppm이 첨가될 수 있다. 플루오린화 아민은 조성물 중 0.5 내지 85 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 15 중량%, 바람직하게는 2 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 조성물 중 건조 중량으로 3 내지 6 중량% 포함할 수 있다.

수성 조성물 중 일부에서, 저분자량 폴리부텐은 1 내지 1,000 ppm 함량, 더욱 바람직하게는 50 내지 200 ppm이 첨가될 수 있다. 폴리부텐은 조성물 중 0.5 내지 12 중량%, 바람직하게는 조성물 중 건조 중량으로 2.5 내지 10.5 중량%를 포함할 수 있다.

다른 수성 조성물에서, 소수성 개질 실리카는 1 내지 1,000 ppm 함량, 더욱 바람직하게는 50 내지 300 ppm이 첨가될 수 있다. 소수성 개질 실리카는 조성물 중 0.5 내지 15 중량%, 바람직하게는 조성물 중 건조 중량으로 2.5 내지 10.5 중량%를 포함할 수 있다.

처리제는 물과 혼합될 수 있고 얻어진 에멀젼은 샤워, 브러쉬 또는 스프레이로 롤 표면에 적용될 수 있다.

상기 언급한 조성물은 화강암 표면상의 시험에서, 향상된 릴리스 효과를 입증했다. 선택된 조성물을 시험했고, 세라믹 표면에서 또한 롤 릴리스 개선에 효과적임을 보였다. 이 분야의 통상의 기술자는 또한, 화강암, 세라믹, 고무, 플라스틱, 수직, 합성 물질, 폴리우레탄 등을 포함한 다른 표면에서도 개선된 성능을 기대할 수 있다.

본 발명은 제지 공정에서 롤 릴리스를 개선시키는데 사용될 수 있다. 이것이 프레스부에 적용하도록 설계되었다고 할지라도, 이는 또한 다른 영역, 예를 들어 습단부 롤, 건조기 캔(dryer can) 및 건조기 섬유 표면 및 캘린더(calender) 더미에 적용될 수 있다. 게다가, 이것은 양키(Yankee) 릴리스 적용을 위한 휴지 압연(mill)에 사용될 수 있다.

본 발명은 이제, 본 발명의 목적을 제한하지 않고 실례로서 간주되는, 많은 구체적인 실시예를 참고로 설명할 것이다.

실시예

본 발명의 조성물을 롤 표면 물질에 대한 습지의 접착력을 감소시키는 그들의 능력을 다음의 방식으로 평가하였다. 많은 활성제 및 조성물을 OY 가덱 습윤 웨브 릴리스(OY Gadek Wet Web Release) 시험기에서 시험하여 그에 따른 접착력으로 그들의 영향을 측정했다. 활성제 및 조성물은 500 ppm 및 1700 ppm의 수용액으로 시험했다.

표에서 사용한 이미다졸린은 다음을 포함한다:

이미다졸린 A는 올레산과 디에틸렌티아민의 고리화 반응 생산물이고 (2:1의 비율), 디에틸 술페이트와 4차화된 것이다.

이미다졸린 B는 올레산과 디에틸렌트리아민의 반응으로부터 형성된 선형 모노- 및 비스-아미드 및 고리화된 이미다졸린의 혼합물이고, 디메틸 술페이트와 4차화된 것이다.

이미다졸린 C는 올레산과 디에틸렌트리아민의 반응으로부터 형성된 선형 모노- 및 비스-아미드 및 고리화된 이미다졸린의 혼합물이고, 디에틸 술페이트와 4차화된 것이다.

이미다졸린 D는 올레산과 디에틸렌티아민의 고리화 반응 생산물이고, 폴리에틸렌 글리콜 디올레에이트 (~10 %)와 혼합된 디에틸 술페이트 (~90 %)와 4차화된 것이다.

롤 커버 물질을 후보 물질의 에멀젼 또는 수용액에 담그거나 또는 다르게는 시험한 처리제를 페인트 롤러로 롤 표면 상에 깔끔하게 적용했다. 습윤 핸드시트를 제조했고 처리된 롤 표면 상에서 눌렀다. 습윤 시트의 총 고체는 제지기의 프레스부에 대해 통상적으로, 40 내지 45 %의 범위였다. 접착력 (N/m)을 습윤 웨브 릴리스 시험기로 측정했고 기계의 소프트웨어를 통해 자동적으로 기록했다. 릴리스 시험은 조건 당 세 번 반복하여 수행했다. 롤 릴리스 시험기에 대한 설명 및 자세한 실험 설명은 또한 문헌 [TAPPI Journal, Vol. 82, NO. 6, 1996 by A. Alastalo, L. Neimo and H. Paulapuro]에서 찾을 수 있다.

본 발명의 조성물의 효율은 처리된 롤 표면에서 수행한 실험 대 본 발명의 조성물 중 임의의 것을 적용하지 않고 수행한 미처리 실험의 결과를 비교하여 측정하였다. 표 1A는 이들 실험을 요약하고; 기준 생산물 A-1, 미네랄 오일 및 비이온성 계면활성제의 혼합물을 비교를 위해 제공했다. 결과는 미처리 및 처리된 표면에 대한 접착력의 절대값 (컬럼 2)뿐만 아니라 미처리 처리와 비교하여 % 감소율로 표현되는 상대적인 효과 (컬럼 3)로 보고된다. 나타낸 데이터는 처리제 당 3 번 측정한 것의 평균이다.

하기 실시예 및 표에서 표기 A, C, D 또는 P의 샘플은 참고로서 및 비교를 위해 사용된 반면, 표기 E, EC, AE 또는 ES의 샘플은 본 발명의 청구항으로 보호되는 예로서 사용된 것이다.

실시예 #1

표 1A

많은 소수성 아민을 화강암 표면에 탈염수 내 500 ppm 함량으로 시험했다. 롤 릴리스는 어떤 처리도 하지 않은 미처리 샘플과 비교하여 평가하였다.

C-2 내지 E-7의 결과를 참조하면, 접착력의 큰 감소가 저분자량 소수성 아민, 소수성 암모늄 할라이드, 소수성 3차 및 4차화된 이미다졸린에서 관찰된다. P-1 내지 P-3의 예를 참조하면, 중합성 아민은 저분자량 종만큼 효율적으로 수행하지 않았다.

탈염수에서의 시험 결과를 바탕으로, 4차화된 아민 (예를 들어, 표 1-B에서 처음 두 개)은 중성 아민 (같은 표에서 마지막 한 개)과 비교하여 덜 효율적인 것으로 나타난다. 그러나, 합성 백수에서, 그 차이는 미미하게 된다. 이것은 백수 내 음이온성 종에 의한 양전하의 부분적인 또는 완전한 중화에 기인하는 것일 수 있다.

표 1-B

실시예 #2

세가지 성분 블렌드를 5.9/88.2/5.9 비율로 만들었고 이들 혼합물을 롤 릴리스 시험기에서 시험했다. 이 시험은 제지 공장(paper mill)의 조건을 가장하기 위해 합성 백수에서 수행하였다. 백수는 문헌 [TAPPI Journal, Vol. 81, NO.6, 1997 by D.T. Nguyen]에서 설명하는 절차에 따라 만들었다. 백수 내 음이온성 트레시의 양은 100 ppm 함량에서 유지했다. 조성물은 1700 ppm 농도에서 시험했다 (100 ppm: 1500 ppm: 100 ppm). 결과는 하기 표 2에서 요약한다. 다음 예에서, 식물성 오일-A는 두유이고 식물성 오일-B는 옥수수유이고, 선형 알콜 에톡실레이트는 CAS # 68551-12-2이고, 분지된 알콜 에톡실레이트는 CAS # 24938-91-8이고, 식물성 오일 에스테르는 카놀라유 메틸 에스테르였고, 지방산 알킬 에스테르는 이소프로필 팔미테이트였고, 소르비탄 올레에이트는 CAS # 1338-43-8이고 에톡실화 소르비탄 올레에이트는 CAS # 9005-65-6이고, 플루오린화 아민은 퍼플루오로헥실 트리에틸렌테트라아민이었다. 사용된 기준은 미네랄 오일 및 비이온성 계면활성제로 구성된 생산물이었다.

표 2

소수성 개질 이미다졸린을 식물성 오일 및 비이온성 계면활성제의 혼합물에 또는 식물성 오일 알킬 에스테르 및 비이온성 계면활성제의 혼합물에 첨가할 때, 접착력 감소 효과가 크게 증가한다.

데이터는 소수성 이미다졸린을 함유하는 많은 조성물이 "미처리" 샘플 및 기준 생산물 모두와 비교하여 롤 릴리스 개선에 매우 효과적임을 나타낸다.

실시예 #3

많은 네 개의 성분 시스템을 롤 릴리스 시험 방법으로 평가했다. 하기 결과를 참조하면, 적은 양의 플루오린화 아민 (~3.0 %)을 4차화된 이미다졸린, 식물성 오일 및 비이온성 계면활성제의 혼합물에 첨가하는 것이 릴리스 성질을 크게 개선시킨다. 다음 예에서, 식물성 오일은 두유였고, 선형 알콜 에톡실레이트는 CAS # 68551-12-2이고 플루오로아민은 퍼플루오로헥실 트리에틸렌테트라아민이었다.

표 C

유사한 성향이 적은 양의 저분자량 폴리부텐 (2.5 내지 10.0 %)을 4차화된 이미다졸린, 식물성 오일 및 비이온성 계면활성제의 혼합물에 첨가한 처리제에서 관찰된다. 다음의 예에서, 식물성 오일은 두유였고, 선형 알콜 에톡실레이트는 CAS # 68551-12-2이고 폴리부텐은 CAS # 9003-29-6이다.

표 D

최종적으로, 적은 양의 소수성 개질 실리카 또는 실리콘 (2.5 내지 10.0 %)을 4차화된 이미다졸린, 식물성 오일 및 비이온성 계면활성제의 혼합물에 첨가한 처리제에서 추가의 개선이 관찰된다. 다음의 예에서, 식물성 오일은 두유였고, 선형 알콜 에톡실레이트는 CAS # 68551-12-2이고 소수성 개질 실리카 (HB 실리카)는 실험 생산물이다.

표 E

실시예 #4

표 3의 데이터는 식물성 오일 (A-2) 및 4차화된 이미다졸린 (E-4) 모두가 롤 표면에 대한 접착력을 감소시킬 수 있음을 나타낸다. 그러나, 식물성 오일 및 4차화된 이미다졸린의 조합물 (샘플 AE-25)은 예상 이상의 접착력 감소를 보여준다. 이 경향은 탈염수 (시험 1) 및 백수 (시험 2)에서 모두 관찰된다. 개개의 성분의 성능을 기초로, 각각, 탈염수 및 합성 백수의 조합에 대해 약 21 %와 19 %의 접착력 감소가 기대되었다. 실현된 감소율은 각각, 41 % (샘플 AE-25) 및 39 % (샘플 AE-25')로, 예상된 정도의 두 배이다. 4차화된 이미다졸린과 식물성 오일 및 비이온성 계면활성제의 조성물은 상승적인 거동을 보인다.

표 3의 결과를 참조하면, 시클릭 이미다졸린 및 선형 소수성 아민 (A-3)의 혼합물을 지방산 알킬 에스테르 및 분지된 알콜 에톡실레이트 (E-2)와 합칠 때, 성능에서 유사한 유형의 상승적 향상이 관찰된다. 다음 예에서, 사용된 식물성 오일은 두유였고, 선형 알콜 에톡실레이트는 CAS # 68551-12-2이고, 분지된 알콜 에톡실레이트는 CAS # 24938-91-8이고, 지방산 알킬 에스테르는 이소프로필 팔미테이트였다. 시험 1 및 3은 탈염수를 사용하여 행했고, 시험 2는 합성 백수를 사용하여 행했다.

표 3

상승적인 거동은 AE-23, AE-25, 및 AE-25'의 예처럼 아민을 소수성 물질, 예를 들어 식물성 오일 또는 지방산 에스테르 및 비이온성 계면활성제와 합친 경우에 관찰된다.

실시예 #5

실시예 1 내지 4는 화강암 표면 상에서 소수성 개질 이미다졸린 단독의 또는 다른 소수성 물질(들) 및 계면활성제와 함께인 것의 성능을 보여준다. 또한 같은 물질이 효과적으로 세라믹 표면 상에 접착력의 감소를 보여주었다. 선택된 세 성분 조성물에 대한 결과는 하기에 주어진다.

표 F

실시예 6

단기 제지 공장 시험은 롤 릴리스에서 상기 언급한 세 개 및 네 개 성분 조성물의 효과를 시험하기 위해 수행했다. 세 개의 생산물을 시험했다: E-54, E-55, 및 E-51. 이들 조성물은 실시예 2, 3, 및 5로부터의 조성물 E-54, E-55, 및 E-51에 상응한다. 모든 세 개의 생산물을 샤워 물과 혼합했고 이어서 샤워를 통해 세라믹 프레스 롤의 표면에 적용했다.

생산물 E-54에 대한 첨가 속도를 20 ml/min 내지 40 ml/min으로 단계적으로 바꾸었고 최종적으로 60 ml/min이었으며 이는 각각 물과 혼합 후, 320, 640, 및 960 ppm에 상응했다. 롤 표면에 처리제의 첨가 직후에, 롤 표면에 대한 종이 웨브 접착력의 감소를 보완하기 위해 인발을 줄였다. 게다가, 종이 웨브가 세라믹 표면으로부터 떨어지는 위치의 변화가 시각적으로 관찰되었다.

다음 런에서, 생산물 E-55를 20 ml/min, 이어서 40 ml/min의 속도로 첨가했다. 인발의 추가적인 감소가 (실험실 규모에서 관찰된 결과와 유사하게) 관찰되었다.

최종적으로, 생산물 E-51은 40 ml/min 첨가 속도로 시험했다. 인발은 여전히 원래의 기준선 값에 비해 더 낮았다. 그러나, 이는 더 효율적인 생산물 E-55에 비해 증가한 것이다.

표 G

본 발명은 그 특별한 실시양태에 대해 설명함과 동시에, 많은 다른 형태 및 변경이 이 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이 분명하다. 본 출원에서 설명하는 본 발명은 일반적으로 본 발명의 실제 범위 내인 모든 이런 명백한 형태 및 변경을 포함한다고 이해되어야 한다.

Claims (20)

1. 하나 이상의 저분자량 소수성 이미다졸린을 포함하는 조성물을 롤 표면에 적용하는 단계를 포함하는 제지 공정에서 프레스 롤 상의 종이 웨브(web) 접착력을 감소시키고 롤 표면으로부터의 릴리스를 개선시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 소수성 이미다졸린이 하나 이상의 소수성기 및 하나의 시클릭 이미다졸린 구조를 포함하는 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 a) 소수성 개질 아민, b) 소수성 물질, c) 비이온성 계면활성제, 및 d) 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 더 포함하는 것인 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 소수성 물질이 식물성 오일, 미네랄 오일, 식물성 오일 알킬 에스테르, 식물성 오일 유도체, 지방산 에스테르, 및 탄화수소 또는 플루오린화 물질로 구성되는 군으로부터 선택된 것인 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 조성물이 선형의, 분지된, 방향족 탄화수소 사슬 또는 퍼플루오린화 기와 같은, 하나, 둘 또는 몇 개의 소수성 기를 함유하는 1차, 2차, 3차 또는 4차 아민, 또는 암모늄 화합물인 하나 이상의 소수성 개질 아민을 포함하는 것인 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 조성물이 하나 이상의 비이온성 계면활성제를 포함하는 것이고, 상기 비이온성 계면활성제가 선형 알콜 에톡실레이트, 분지된 알콜 에톡실레이트, 지방산의 폴리(에틸렌 글리콜) 모노- 또는 디-에스테르, 폴리(에틸렌 글리콜) 알킬 에테르, 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 호모- 및 공중합체, 또는 폴리(에틸렌 옥사이드-코-프로필렌 옥사이드) 알킬 에스테르 또는 에테르, 에톡실화 피마자유, 또는 에톡실화 폴리메틸-알킬실록산, 에톡실화 소르비탄 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르 및 이들의 조합물로 구성되는 군으로부터 선택된 것인 방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 조성물이 소수성 물질을 포함하는 것이고, 상기 소수성 물질이 식물성 오일을 포함하는 것이고, 상기 비이온성 계면활성제가 에톡실화 선형 또는 분지된 알콜을 포함하는 것인 방법.
8. 제3항에 있어서, 상기 조성물이 소수성 개질 아민, 소수성 물질 및 비이온성 계면활성제를 포함하는 것이고, 상기 소수성 개질 아민이 소수성 비시클릭(non-cyclic) 아미노아미드를 포함하는 것이고; 상기 소수성 물질이 하나 이상의 지방산 알킬 에스테르 또는 식물성 오일 알킬 에스테르를 포함하는 것이고; 상기 비이온성 계면활성제가 에톡실화 선형 또는 분지된 알콜을 포함하는 것인 방법.
9. 제3항에 있어서, 상기 조성물이 소수성 개질 아민, 소수성 물질 및 비이온성 계면활성제를 포함하는 것이고, 상기 소수성 개질 아민이 소수성 비시클릭 아미노아미드를 포함하는 것이고; 상기 소수성 물질이 하나 이상의 지방산 알킬 에스테르 또는 식물성 오일 알킬 에스테르를 포함하는 것이고; 상기 비이온성 계면활성제가 소르비탄 지방산 에스테르 및 에톡실화 소르비탄 지방산 에스테르의 조합물을 포함하는 것인 방법.
10. 제3항에 있어서, 소수성 이미다졸린, 소수성 개질 아민, 소수성 물질 및 비이온성 계면활성제를 함께 블렌딩하고, 소수성 물질의 양을 33.3 % 내지 96.8 %로 다양하게 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 식물성 오일 및 비이온성 계면활성제를 더 포함하는 것인 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 선형 아미노아미드; 지방산 알킬 에스테르 또는 식물성 오일 에스테르; 및 비이온성 계면활성제를 더 포함하는 것인 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 식물성 오일, 선형의 또는 분지된 알콜 에톡실레이트 및 폴리부텐을 더 포함하는 것인 방법.
14. 제13항에 있어서, 폴리부텐의 양이 조성물 중 건조 중량으로 0.5 내지 12 %의 범위인 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 식물성 오일, 선형 알콜 에톡실레이트 및 플루오린화 물질을 더 포함하는 것인 방법.
16. 제15항에 있어서, 플루오린화 물질의 양이 조성물 중 건조 중량으로 0.5 % 내지 15.0 %인 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 식물성 오일, 선형 알콜 에톡실레이트 및 소수성 개질 실리카 또는 실리콘 화합물을 더 포함하는 것인 방법.
18. 제17항에 있어서, 소수성 개질 실리카 또는 실리콘 물질의 양이 조성물 중 건조 중량으로 0.5 % 내지 15 %인 방법.
19. 제1항에 있어서, 상기 롤 표면이 화강암, 세라믹, 고무, 수지, 복합체 및 폴리우레탄으로 구성되는 군으로부터 선택된 물질로 구성된 것인 방법.
20. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 에멀젼의 형태이고, 샤워(shower), 브러쉬 또는 스프레이에 의해 롤 표면에 적용되는 것인 방법.