KR20210102314A - 종이 또는 보드의 제조 방법 및 이의 생성물 - Google Patents

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디에고 살라스
이진호
얀-루이켄 헤메스
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케미라 오와이제이
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Abstract

본 발명은 종이 또는 보드의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은 펄퍼(pulper)를 포함하는 슬러싱 시스템(slushing system)에서 건조 섬유의 스톡(stock)을 슬러싱하며, 및/또는 통합 종이 밀(integrated paper mill)의 섬유 라인(fiber line)에서 비-건조 섬유(never-dried fibre)의 스톡을 공급하는(feeding) 단계; 디플레이커(deflaker) 및/또는 정제기(refiner)에서 상기 스톡을 디플레이킹(deflaking)하며 및/또는 정제하는 단계, 선택적으로, 디플레이킹된 및/또는 정제된 스톡을 희석시키는 단계, 상기 디플레이킹된 및/또는 정제된 스톡을 헤드박스(headbox)로 보내며 웹(web)을 형성하고 상기 웹을 건조하는 단계를 포함하며, 상기 스톡을 디플레이킹 및/또는 정제하기 전에, 중합체성 제지 첨가제를 건조 섬유 및 비-건조 섬유의 스톡 중 하나 이상에 첨가한다. 나아가, 본 발명은 개선된 특성을 갖는 종이 및 보드를 제공한다.

Description

종이 또는 보드의 제조 방법 및 이의 생성물
본 발명은 종이 또는 보드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 상기 방법으로 제조된 종이 및 보드에 관한 것이다.
종이의 특성을 개선하기 위해, 합성 수지, 예를 들어, 건조 조강제(strength agent), 예컨대 아크릴아미드 중합체는 초기 1940년대 및 1850년대에 처음으로 사용되었다. 폴리아크릴아미드의 중합체는 건조-강도 수지로서 효과적인 것으로 밝혀졌다. 다른 유형의 합성 건조-강도 수지가 문헌에 보고되어 있긴 하지만, 상업적인 제품은 주로 아크릴아미드에 기초한다.
강도 첨가제의 사용으로부터 얻어지는 많은 이익이 있다. 정제는 종이 강도를 유지시키면서도 감소되어, 에너지 절감을 초래할 수 있다. 강도 특성은, 더 낮은-강도, 더 낮은-비용 퍼니시(furnish)를 갖는 고비용의 고품질 섬유 물질을 대체하는 한편 유지될 수 있다. 게다가, 건조 강도는 증가된 정제의 경우와 같이, 겉보기 밀도(apparent density)에서 상응하는 증가 없이 증가될 수 있다.
상기 언급된 아크릴아미드 중합체 외에도, 다양한 다른 조성물은 강도특성을 제공한다. 많은 이들 조성물은 양이온성 비-아크릴아미드-함유 중합체, 예를 들어, 비닐 피리딘 및 이의 공중합체, 및 폴리아민, 케톤 및 알데하이드의 축합 중합체인 것으로 분류될 수 있다. 합성 조강제 외에도, 천연 첨가제가 또한, 종이의 강도 특성을 개선하는 데 사용되어 왔다.
중합체는 종이 특성을 개선하기 위해 사용될 뿐만 아니라 종이 기계 성능, 예컨대 체류 및 배수(drainage)를 개선하기 위한 공정 화학물질로도 사용된다. 전형적으로, 몇몇 상이한 중합체 생성물은 표적화된 종이 특성 및 공정 효율을 달성하기 위해 동일한 종이 기계에 첨가되어야 한다. 수송 효율 및 생성물 시효 기간(shelf life)에 관하여, 중합체가 건조 형태로 존재한다면 이상적일 것이다. 그러나, 건조 중합체는, 이따금 피쉬아이(fisheye)로 지칭되는 비용해된 또는 불완전 용해된 중합체의 겔 또는 표면 습식 덩어리(lump)의 형성을 피하기 위해 조심스럽게 제어된 조건 하에 용해되어야 한다. 중합체 형태뿐만 아니라 이의 분자량은 용해 거동에 영향을 미친다. 일반적으로, 중합체의 분자량이 높을수록, 중합체가 완전히 용해되기 더욱 어렵거나 더 많은 시간이 소모된다.
불완전 용해된 중합체 겔 또는 피쉬아이는, 이들이 서서히 분산되며, 작은 구멍을 막아 생성 속도를 늦추고, 장비 상에 침착되며 종이에서 스팟으로 나타나 심지어 핀홀(pinhole)을 야기하는 경향이 있으므로 고도로 바람직하지 못하다. 특히, 고속 기계를 이용한 현대의 제지 공정은 침착물에 매우 민감하다.
예방적 조치로서 공정 장비는 규칙적으로 세척 및 세정되어, 정지 시간(downtime) 및 제조 손실을 유발한다. 침착물은 또한, 웹 절단이 발생하는 양에서 종이 품질을 감소시키거나, 극한의 상황에서 종이의 거부를 유발할 수 있는 종이에 정공 또는 다크 스팟을 야기할 수 있다.
더욱 낮은 수준의 침착물은 품질 감소를 유발하고, 제조된 종이의 추가 가공에서 문제점, 예컨대 프린팅 동안 웹 절단 및 프린팅 기계의 오염을 유발할 수 있다. 중합체를 용해시킨 후 피쉬아이는 예를 들어, 여과 또는 원심분리에 의해 제거될 수 있으며, 이는 추가 장비의 작동 및 유지를 필요로 하고, 중합체의 일부는 폐기된다.
종이 특성을 개선하고 새로운 개선된 방법을 개발하기 위한 방식을 찾기 위해 심도있는 연구가 수행되어 왔지만, 개선된 특성을 갖는 종이 및 보드를 제조하기 위한 더욱 단순하고 효율적인 방법에 대한 필요성이 여전히 존재한다. 또한, 종이 또는 보드를 제조하기 위한 더욱 환경 친화적인 방식을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 목적은 개선된 특질을 갖는 종이 또는 보드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종이 또는 보드를 제조하기 위한 단순하고 더욱 효율적인 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 개선된 특질, 특히 개선된 강도를 갖는 종이 및 보드 생성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종이 또는 보드의 강도, 및 종이 또는 보드 제조 방법의 체류 및 탈수를 개선하는 데 있어서 특히 고분자량의 중합체성 제지 첨가제의 효율을 개선하는 것이다.
종이 또는 보드 제조 공정에서 중합체성 제지 첨가제, 예컨대 강도 첨가제, 예컨대 CMC의 전형적인 투입 지점은 희석 펌프 전의 농후한(thick) 스톡에 있다. 중합체성 제지 첨가제, 예컨대 체류 중합체의 또 다른 전형적인 투입 지점은 농후한 스톡을 화이트 워터(white water)로 희석시킨 후 그러나 헤드박스 전에 담화된(thin) 스톡에 있다. 종래의 종이 및 보드 제조 공정에서, 중합체성 제지 첨가제, 예컨대 강도 첨가제는 물에서 조심스럽게 용해되고 심지어 농후한 및/또는 담화된 스톡에 첨가되기 전에 여과된다.
전형적으로, 중합체성 제지 첨가제는, 공정을 진행시키는 데 있어서의 어려움 및/또는 불완전하게 용해된 중합체의 잔여물에 의해 야기되는 제조된 종이 내에서의 결함을 피하기 위해 제지 공정에서 사용 전에 완전히 용해되어야 한다. 이전의 종이 및 보드 제조 공정에서, 강도 첨가제를 포함한 고분자량 중합체성 제지 첨가제는 물에 용해되고, 제지 섬유 스톡에 첨가되기 전에 종종 추가로 희석된다. 이는 복잡한 방법, 고비용의 벌키(bulky)한 용해 장비 및 탱크, 다량의 용해 및 희석 수(water)의 사용을 필요로 한다. 용해 방법 및 장비는 첨가제 형태에 따라 다양할 수 있다. 분말(고체) 형태의 생성물에 대해, 물에서의 분말 그레인의 양호한 분산 및 약 1시간 동안의 교반은 성숙(maturation)에 도달하는 데 보편적으로 필요하다. 충분한 교반은 생성물을 현탁액에서 유지시키는 데 필요하다. 성숙화 후, 균일한 점성 중합체 용액이 수득된다. 에멀젼 형태의 중합체성 제지 첨가제는 전형적으로, 에멀젼을 물과 접촉시킬 때 격렬한 교반을 필요로 한다. 중합체 분말과 비교하여, 에멀젼은 더 신속한 성숙화를 가지며, 중합체 용액은 즉시 사용될 수 있지만, 단기간의 에이징(aging)이 바람직하다. 산업적 적용에 대해, 고분자량 중합체는 기성(ready-made) 액체 수용액으로서 상업적으로 이용 가능하지 않은데, 용액의 점도가 취급 가능하기 위해서는 중합체 함량이 매우 낮아야 하기 때문일 것이다.
현재, 특히 고분자량의 중합체성 제지 첨가제가 스톡의 디플레이킹 및/또는 정제 전에 섬유 스톡에 심지어 건조 분말로서 및/또는 수성 분산액으로서 첨가된다면, 상기 언급된 문제점은 경감되거나 해결될 수 있고, 놀랍게도, 예를 들어 충전제(애쉬(ash)), 미세물(fine), 및 제지 화학물질의 체류, 탈수, 및 다양한 종이 강도 특징 중 하나 이상에 미치는 중합체성 제지 첨가제, 예컨대 고분자량을 갖는 것의 효율은 증강될 수 있다.
본 발명의 방법으로, 특히 고분자량의 중합체성 제지 첨가제를 섬유 스톡에 더욱 균질하게 분포시켜, 제조된 종이 및 보드의 특성을 개선할 뿐만 아니라 진행성(runnability)을 증강시키는 것이 가능하다.
본 발명의 방법으로, 특히 고분자량의 중합체성 제지 첨가제는 섬유, 미세물 및 다른 종이/보드 제조 화학물질을 포함하여 스톡 내의 성분과 더욱 양호하게 상호작용한다.
디플레이킹 및/또는 정제 전에 중합체성 제지 첨가제를 섬유 스톡에 첨가함으로써, 표적화된 디플레이킹 수준 및/또는 정제도(degree)는 더 낮은 에너지 소모로 얻어질 수 있다. 정제의 주요 표적은, 종이 또는 보드의 강도 및 평탄도(smoothness)를 개선하기 위해 섬유의 결합 능력을 개선하는 것이다. 본 방법으로, 캐나다 여수도(Canadian freeness)로서 표현되는 표적화된 정제도를 적은 에너지 소모로 충족시키거나 심지어 이를 초과하여, 섬유의 결합 능력을 개선할 수 있으며, 이는 다시 말해 제조된 종이 또는 보드의 강도 특성을 유지하면서도, 총 섬유 함량의 감소, 또는 더 낮은 강도를 갖는 고비용의 고품질 섬유, 예를 들어 재활용 섬유 물질의 대체를 가능하게 할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 강도 첨가제여서, 종이 또는 보드의 강도, 예컨대 건조 강도에서 추가의 개선을 제공할 수 있다. 표적 강도 사양이 더 적은 정제 에너지를 적용함으로써 수득될 수 있으므로, 정제의 기지의 결점 중 일부, 예컨대 더 높은 밀도 또는 더 낮은 벌크(bulk), 저하된 인열 강도, 배수(drainage), 탈수, 흡수도(absorbency), 공기 투과성, 및 휘도(brightness)가 감소되거나 심지어 없어질 수 있다.
또한, 섬유의 고유 강도(intrinsic strength)의 저하가 감소될 수 있으며, 따라서, 섬유는 더 높은 횟수의 재활용 주기를 취할 수 있다. 본 발명의 방법으로, 섬유 대 섬유 결합이 증강될 수 있어서, 제조된 종이 또는 보드는 덜 취성이고 더욱 탄성일 수 있다. 이러한 종이 또는 보드는 종이/보드 구조를 파괴시키지 않으면서 접힐 수 있다. 더욱이, 본 방법은 개선된 평탄도 및 종이/보드 다공성에서의 더 양호한 제어를 제공하므로, 표면 처리 조성물 및 프린팅 잉크의 투과에 대해 더 양호한 제어를 제공하여, 표면 처리 및 프린팅의 균일성, 성능 및 품질을 개선한다.
본 발명의 더욱 또 다른 이점은, 특히 고분자량의 중합체성 제지 첨가제의 수성 분산액을 만들기 위한 장비가 완전한 용해에 필요한 장비와 비교하여 크게 단순화되고 훨씬 덜 벌키할 수 있다는 점이다. 중합체성 제지 첨가제는 분말로서 공정에 첨가될 때에도, 분산 장비에 대한 필요성이 해소된다. 중합체가 용해되고 섬유 스톡에 균질하게 분포하는 데 연장된 시간을 제공하는 디플레이킹 및/또는 정제 전에 중합체성 제지 첨가제가 섬유 스톡에 첨가되기 때문에 용해, 추가 희석, 여과 및/또는 원심분리 단계가 피해질 수 있다. 이는 분말형 중합체성 제지 첨가제가 심지어 제한된 공간을 갖는 소형 제지 기계 및 종이 밀에서도 사용 가능하게 만들고, 고비용의 벌키한 장비에 대한 투자가 피해질 수 있다.
중합체성 제지 첨가제가 물과 접촉하는 시간이 덜 들 수 있거나 제지 공정에 첨가되기 전에 물과 전혀 접촉되지 않으므로, 미생물 또는 효소 활성에 의한 중합체의 분해가 피해질 수 있다. 이는 특히, 천연 중합체가 종종 잔여 효소, 미생물 및/또는 미생물 포자를 함유하므로 이들 천연 중합체를 사용할 때 유리하다. 추가로, 사용 전 물과의 더 짧은 접촉 시간을 갖거나 접촉 시간이 없으므로, 예를 들어, 중합체에 높은 경도(hardness), 전도성 또는 알칼리성을 갖는 저품질 수(water)의 부작용이 감소될 수 있다.
중합체성 제지 첨가제가 용해될 필요가 없지만 물에 분산될 수 있으므로, 연장된 및/또는 격렬한 교반으로 인한 중합체의 기계적 분해에 의해 야기되는 성능 손실이 피해질 수 있다. 이는 특히, 고분자량 중합체성 제지 첨가제를 사용할 때 유리하다.
추가로, 본 발명은 개선된 침착물 제어를 제공하며, 제지 기계 상에서 및/또는 종이 상에서 더 적은 침착물을 초래한다. 이는 더 적은 중합체성 불용물을 제지 공정에 도입하며, 표면 처리 및 프린트 품질을 방해하고 예를 들어 종이 제조 또는 코팅 동안 웹 파손의 위험을 증가시킬 수 있을 종이 또는 심지어 핀홀 상에서 불완전하게 용해된 중합체의 작은 스팟의 위험을 감소시킴으로써 기여된다.
개선된 침착물 제어는 또한, 특히 기계 펄프, 반화학 펄프 예컨대 화학-열기계 펄프(CTMP), 재활용 섬유 물질(RCF), 및 브로크, 예컨대 코팅된, 표면-사이징된 및 크레핑된(creped) 브로크에 존재할 수 있는 소수성 성분, 예컨대 잔여 피치(pitch), 점착물(sticky), 표면 사이즈, 라텍스, 크레핑 접착제(creping adhesive) 등의 증강된 체류에 의해 기여될 수 있다.
또한, 내부 사이징제(sizing agent)의 체류는 사이징된 종이 등급을 제조할 때 개선될 수 있어서, 개선된 사이징 성능, 예컨대 개선된 코브(Cobb) 값을 제공할 수 있다. 임의의 이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 내부 크기를 포함하여 소수성 성분의 개선된 체류는 본 방법에 의해 달성되는 개선된 미세물 체류에 의해 적어도 기여되며, 소수성 성분이 미세물과 회합되는 경향이 있기 때문인 것으로 여겨진다. 더욱 균질하게 분포된 중합체성 제지 첨가제는, 미세물 및/또는 이와 회합된 소수성 물질이 섬유에 더욱 균일하게 보유되는 것을 용이하게 할 수 있따.
본 방법은 또한, 더욱 균일하게 분포된 중합체성 제지 첨가제가 충전제(애쉬) 및 형광 증백제(OBA: optical brightener)의 더욱 균일한 체류를 증강시키므로, 개선된 유백도(opacity) 및/또는 휘도를 달성할 수 있다. 본 방법으로 충전제/애쉬 수준은 종이 강도를 유지시키면서도 종이에서 증가될 수 있다.
양이온성 제지 제제, 양이온성 전분 및 양이온성 습식 강도 수지, 및 소수성 성분, 예컨대 내부 사이징제, 및 잔여 피치, 점착물, 표면 사이즈, 라텍스, 크레핑 접착제 등의 개선된 체류 또한, 순환수의 품질에 기여하며, 감소된 BOD 및/또는 COD로서 나타날 수 있다.
종래의 용액과 비교하여, 본 개시내용은 개선된 품질, 증가된 생산성, 에너지 절감, 및 감소된 환경 오염 또는 이의 개선된 제어를 포함하여 더욱 양호한 기술적 효과를 발휘한다.
본 개시내용의 추가 이점은 하기 도면 및 상세한 설명에 기재되고 예시된다. 본 명세서에서 언급된 구현예 및 이점은 적용 가능한 경우, 본 개시내용에 따른 방법과 종이 또는 보드 둘 다에 관한 것이지만, 항상 구체적으로 언급되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 일례를 나타내며, 고분자량 중합체성 제지 첨가제는 펄퍼에 첨가된다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 예를 나타내며, 고분자량 중합체성 제지 첨가제는 통합 종이 밀의 섬유 라인에 첨가된다.
본 발명은 종이 또는 보드의 제조 방법을 제공한다. 더욱 특히 본 발명은 종이 또는 보드의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은
펄퍼(pulper)를 포함하는 슬러싱 시스템(slushing system)에서 건조 섬유의 스톡(stock)을 슬러싱하며, 및/또는
통합 종이 밀(integrated paper mill)의 섬유 라인(fiber line)에서 비-건조 섬유(never-dried fibre)의 스톡을 공급하는(feeding) 단계;
디플레이커(deflaker) 및/또는 정제기(refiner)에서 상기 스톡을 디플레이킹(deflaking)하며 및/또는 정제하는 단계,
선택적으로, 디플레이킹된 및/또는 정제된 스톡을 희석시키는 단계,
상기 디플레이킹된 및/또는 정제된 스톡을 헤드박스(headbox)로 보내며, 웹(web)을 형성하고, 상기 웹을 건조하는 단계
를 포함하며,
스톡을 디플레이킹 및/또는 정제하기 전에, 적어도 0.5 dl/g의 고유 점도(intrinsic viscosity)를 갖는 중합체성 제지 첨가제를 건조 섬유 및 비-건조 섬유의 스톡 중 하나 이상에 첨가한다.
본원에 사용된 바와 같이, 슬러싱 시스템이란 펄퍼로부터 출발하여 디플레이커 및/또는 정제기까지 종이 밀에서의 작동 및 장비를 의미한다. 펄퍼란, 수(water) 중 건조 펄프, 예컨대 건조 마켓 펄프, 종이 머신 브로크, 또는 재활용 섬유 물질을 펌핑 가능한 섬유 스톡 내로 탈섬유화(defibering)하기 위한 유닛을 의미한다. 펄퍼는 건조 펄프를 회분식으로 또는 연속식으로 펄프화하는 데 적합한 당업계에 알려진 임의의 펄퍼일 수 있다. 전형적인 펄퍼는 통(vat), 로터(rotor) 및 드라이브 장비를 함유하고, 예를 들어 수직 또는 수평 펄퍼로서 구조화될 수 있다.
스톡을 디플레이킹 및/또는 정제하기 전에 중합체성 제지 첨가제를 첨가한다는 것은, 스톡이 디플레이킹 및/또는 정제 스테이지(stage)에 진입할 때, 중합체성 제지 첨가제 중 적어도 일부가 스톡에 이미 첨가되었으며, 한편 첨가제 중 나머지는 디플레이킹 및/또는 정제 동안 첨가될 수 있음을 의미한다.
놀랍게도, 섬유의 디플레이킹 및/또는 정제 전에 중합체성 제지 첨가제를 섬유 스톡에 첨가할 때, 중합체는 효율적으로 용해되고 섬유 스톡 내로 분포된다는 것이 밝혀졌다. 기저 메커니즘이 완전히 이해되는 것은 아니지만, 중합체성 제지 첨가제는 잠재적으로 이의 분산 및/또는 안정화 효과를 통해 디플레이킹 후의 섬유의 분리, 습윤 및 가요성(flexibility)에 기여하고, 정제 후 외부 피브릴화 및 내부 피브릴화와 및 섬유 강화 사이의 균형 수준에 기여하는 것으로 보인다. 분산 및/또는 안정화 효과는 심지어 외부 피브릴의 안정성 및 돌출을 증강시켜, 결합 안정성에 추가로 기여할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 펄퍼에 첨가되어, 중합체는 스톡 전반에 걸쳐 더욱 더 효율적으로 용해되고 분포되어, 디플레이킹 및/또는 정제에서 추가의 증강을 제공할 수 있다.
용어 "통합 종이 밀"은 당업자에게 알려져 있다. 간략하게는, 통합 종이 밀은, 본질적으로 모든 펄핑 및 제지 작동이 하나의 사이트(site)에서 수행되는 제조 복합체이다. 통합 종이 밀에서 제조되고 후속적으로 사용되는 스톡은 비-건조 섬유이며, 즉, 스톡은 사이트에서 종이의 제조 전에 건조되지 않는다. 통합 종이 밀은 일부 건조 섬유를 추가로 사용할 수 있다. 통합 밀에서 제조되는 모든 스톡이 사이트에서 사용되지 않는다면, 과량은 시장 펄프로 건조되고 다른 종이 밀로 판매될 수 있다.
용어 "통합 종이 밀의 섬유 라인"이란 본원에서, 칩 및 표백 라인 후에 그러나 통합 종이 밀의 디플레이커(들) 및/또는 정제기 전의 라인, 즉, 파이프를 의미한다. 통합 종이 밀의 섬유 라인은 펌핑 가능한 슬러리 형태의 비-건조 섬유의 스톡을 함유한다.
건조 섬유란, 예를 들어, 베일(bale), 또는 종이 머신 브로크, 예컨대 코팅된 또는 비코팅된 브로크, 또는 재활용된 섬유 물질, 예컨대 OCC로서 이용 가능한 예를 들어 건조 시장 펄프를 의미한다. 건조 섬유는 일반적으로, 이의 수명 동안 적어도 60%, 전형적으로 적어도 70%, 예컨대 적어도 80% 또는 적어도 90%의 솔리드 함량까지 적어도 1회 건조되었던 셀룰로스 물질을 지칭한다. 건조 섬유는, 펄프 밀로부터 직접 비건조된 대로 수득 가능한 비-건조 섬유로부터 구분되기 위해 본원에서 사용된다.
건조 섬유 및 비-건조 섬유는 매우 상이한 특징 및 특성을 갖는다. 예를 들어, 건조 섬유는 비-건조 섬유와 비교하여, 덜 팽윤되며, 증강된 탈수 및 더 높은 종이 머신 속도를 제공하지만, 손상된 종이 강도를 제공한다. 건조 섬유의 표면적은 건조 동안 공극의 비가역적인 클로저(closure)로 인해 비-건조 섬유의 표면적보다 더 작다. 증가된 정제로, 섬유 표면적은 비-건조 섬유에 대해서는 단지 작게 증가하지만 건조 섬유에 대해서는 상당히 증가한다.
바람직하게는 중합체성 제지 첨가제는 디플레이커 및/또는 정제기 전에 분말로서 및/또는 수성 분산액으로서 스톡에 첨가된다. 본원에 사용된 바와 같이, 수성 분산액이란, 중합체성 제지 첨가제가 분산되고 선택적으로 적어도 부분적으로 수화되지만 여전히 주로 또는 완전히 용해되지 않음을 의미한다. 수성 분산액은 공정에 첨가되기 직전에 제조될 수 있다. 예를 들어 펌프에 의한 용이한 투입(dosing)을 위해 중합체성 제지 첨가제를 수성 분산액으로서 첨가하는 것이 유리하다. 중합체성 제지 첨가제의 수성 분산액은 임의의 적합한 농도, 예컨대 1 중량%를 가질 수 있다. 수성 중합체성 제지 첨가제 분산액은 임의의 기지의 방법에 의해 제조될 수 있다. 첨가제를 제지 공정에 첨가되기 전에 상기 첨가제를 용해, 희석 또는 여과하는 데 필요한 추가 장비는 필요하지 않다.
기저 메커니즘이 완전히 이해되는 것은 아니지만, 중합체성 제지 첨가제가 섬유의 디플레이킹 및/또는 정제 전에 섬유 스톡에 첨가될 때, 중합체는 섬유 스톡 내로 효율적으로 용해 및 분포되고, 잠재적으로 이의 분산 및/또는 안정화 효과를 통해, 디플레이킹 후 섬유의 분리, 습윤 및 가요성에 기여하고, 정제 후 외부 피브릴화 및 내부 피브릴화와 섬유 스트레이트닝(straightening) 사이의 균형 수준에 기여하는 것으로 여겨진다. 분산 및/또는 안정화 효과는 심지어 외부 피브릴의 안정성 및 돌출을 증강시켜, 결합 능력에 추가로 기여할 수 있다.
바람직하게는 디플레이킹 및/또는 정제 후, 스톡은 ISO 5267-1:1999에 따라 측정된 바와 같이 50 이하, 바람직하게는 40 이하, 더욱 바람직하게는 35 이하, 예컨대 20-50, 바람직하게는 20-40, 더욱 바람직하게는 25-35의 숍퍼-리글러(Schopper-Riegler)(°SR) 값을 갖는다. SR 값이 낮을수록, 스톡의 탈수 특성은 더 양호해지지만, 강도 특징은 더 낮아진다.
바람직한 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 펄퍼에 첨가되어, 중합체는 스톡 전체를 통해 더욱 더 효율적으로 용해 및 분포될 수 있다. 펄퍼 첨가는 특히, 중합체성 제지 첨가제가 고분자량일 때 유익할 수 있다. 펄퍼에 첨가될 때, 중합체성 제지 첨가제의 분산 및/또는 안정화 효과는 이미 슬러싱(slushing) 동안 플레이크 및 섬유 번들(bundle)의 개선된 탈섬유화(defibering)에 기여할 수 있어서, 후속적인 디플레이킹 및/또는 정제에서 추가 증강에 기여할 수 있다. 슬러싱은, 정제 전에 디플레이킹이 필요 없을 정도로 증강될 수 있다. 추가로, 펄퍼에 첨가될 때, 중합체성 제지 첨가제의 분산 및/또는 안정화 효과는, 이들이 슬러싱되는 건조 섬유의 스톡으로부터 유리되자마자 이들 성분의 응집을 저해함으로써 안료, 소수성 성분, 예컨대 잔여 피치, 점착물, 표면 사이즈, 라텍스, 크레핑 접착제 등의 분산 및 안정화에 기여할 수 있다. 안료 및/또는 소수성 성분은 특히, 재활용 섬유 물질(RCF), 브로크 예컨대 코팅된, 표면-사이징된 및 크레핑된 브로크, 기계 펄프, 및 반화학 펄프 예컨대 화학-열기계 펄프(CTMP)로부터 기원할 수 있다.
중합체성 제지 첨가제의 수성 분산액은 디플레이킹 및/또는 정제 전에 펌프에 의해 스톡에, 특히 통합 종이 밀의 펄퍼 또는 섬유 라인에 첨가될 수 있다.
분말은, 임의의 종래의 피더, 예를 들어, 호퍼(hopper), 스크류 피더, 또는 가열된 스크류 피더에 의해 스톡에 그 자체로 첨가될 수 있으며, 여기서, 첨가제는 디플레이킹 및/또는 정제 전에 스톡을 특히 펄퍼에 진입시키기 전에 약간 용융된다.
중합체성 제지 첨가제는 분말, 인버스 에멀젼, 탈수된 인버스 에멀젼, 또는 안정화된 분산액일 수 있다. 다양한 고분자량 중합체는 이들 형태로 입수 가능하다. 바람직하게는 중합체성 제지 첨가제는 분말이다.
본원에 사용된 바와 같이, 분말이란, 임의의 건조 미립자 생성물, 예컨대 비드를 의미한다. 분말 형태의 중합체성 제지 첨가제는 합성 및/또는 천연 중합체를 포함할 수 있다. 이는 상대적으로 높은 중합체 함량, 예컨대 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 85 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 90 중량%를 가질 수 있다. 분말 형태는 이것이 수송 및 보관이 용이하고 비용-효율적이며, 장기간 동안 안정한 채로 남아 있고, 미생물 분해에 대해 저항적이므로 바람직하다.
분말 형태의 중합체성 제지 첨가제는 그 자체로, 또는 수성 분산액으로서 본 방법에 첨가될 수 있다. 인버스 에멀젼이란, 소수성 액체에 분산된 물방울을 함유하는 중합체와 함께 연속상으로서 소수성 액체를 갖는 에멀젼을 의미한다. 인버스 에멀젼 형태의 중합체성 제지 첨가제는 인버스 에멀젼 중합에 의해 수득되는 합성 중합체를 함유할 수 있다. 이러한 인버스 에멀젼은 예를 들어 약 10-40 중량%의 중합체 함량을 가질 수 있으나, 탈수된다면, 중합체 함량은 훨씬 더 높을 수 있으며, 예를 들어, 60 중량%일 수 있다.
안정화된 분산액 형태의 중합체성 제지 첨가제는, 염(들)을 함유하는 수용액에 단량체를 중합하며 및/또는 중합체(들)를 안정화시켜, 합성 중합체를 염 및/또는 중합체 안정화된 수용액에 분산된 대로 유지시키며, 이것이 용해되는 것을 방지함으로써 수득 가능한 합성 중합체를 함유할 수 있다. 인버스 에멀젼, 탈수된 인버스 에멀젼, 또는 안정화된 분산액 형태의 중합체성 제지 첨가제는 그 자체로 또는 추가의 희석된 수성 분산액으로서 본 방법에 첨가될 수 있다.
종이 및 보드의 적용 및 요망되는 특질에 따라, 저분자량 또는 고분자량 중합체성 제지 첨가제는 본 방법에 첨가될 첨가제로서 선택될 수 있다.
저분자량 중합체성 제지 첨가제, 예컨대 저분자량 카르복시메틸셀룰로스(CMC)는 전형적으로 물에서 매우 가용성이다. 전형적으로, 중합체성 제지 첨가제에 하전된 기가 많을수록, 이것은 물에서 용해되기 더 용이하다. 보편적으로 입수 가능한 등급의 저분자량 CMC는 전형적으로, 높은 치환도 및 낮은 점도를 가져서, 이들은 첨가 전에 잘 용해되고, 제지 방법 동안 스톡에 분포되기 더 용이하다. 본 방법은 스톡에의 저분자량 중합체성 제지 첨가제의 더욱 균일한 분포의 이익을 제공할 수 있다.
고분자량 중합체성 제지 첨가제, 예컨대 고분자량 CMC는 저분자량 첨가제와 비교하여 개선된 강도 특성 및 체류를 제공한다. 그러나, 고분자량 중합체성 제지 첨가제, 예컨대 CMC는 중합체 용액의 높은 점도때문에 더 긴 용해 시간을 갖고 스톡에 분포되기 더 어렵다. 본 방법은 스톡에의 고분자량 중합체성 제지 첨가제의 완전한 용해 및 더욱 균일한 분포의 이익을 제공할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 고분자량 중합체성 제지 첨가제란, 적어도 0.5　dl/g의 고유 점도를 갖는 중합체성 제지 첨가제를 의미한다.
바람직한 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 적어도 0.5 dl/g, 바람직하게는 적어도 1 dl/g, 더욱 바람직하게는 적어도 2　dl/g의 고유 점도를 갖는다. 고유 점도는 기지의 방식으로, 예를 들어, 수성 NaCl 용액(1 N) 내 상이한 중합체 함량을 갖는 일련의 희석에 대해 Ubbelohde 모세관 점도계(OC)를 이용하여 평균 유동 시간을 25℃에서 측정하며, 비점도(specific viscosity)를 교정된(corrected) 평균 유동 시간으로부터 계산하고, 비점도를 농도로 나누어서, 각각의 희석에 대해 감소된 점도를 수득하며, 감소된 점도를 농도의 함수로서 플롯화(plot)하고, Y-축 절편을 판독하여, 고유 점도를 산출함으로써 수득 가능하다. 마이크로피브릴 셀룰로스(MFC)의 고유 점도를 결정하기 위해, ISO 5351:2010 방법이 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 25℃, 30 rpm에서 Brookfield LVF 점도계, 스핀들(spindle) 4를 사용하여 1 중량% 수성 중합체 용액(건조/건조)으로부터 측정 시 10,000 mPas 이하; 25℃, 30 rpm에서 Brookfield LVF 점도계, 스핀들 3을 사용하여 2 중량% 수성 중합체 용액(건조/건조)으로부터 측정 시 바람직하게는 50 내지 5,500 mPas, 더욱 바람직하게는 300 내지 5,500 mPas의 점도를 갖는다.
일반적으로, 중합체성 제지 첨가제의 고유 점도, 또는 용액 점도는 중합체의 분자량에 비례하거나 이를 반영한다. 전형적으로 고유 점도 또는 용액 점도가 높을수록, 분자량이 높아진다. 고분자량 중합체는 기계적 분해에 민감하다. 너무 격렬하거나 연장된 교반은 분자를 분쇄하여, 요망되는 효율의 저하를 야기한다. 또한, 미생물 활성은 특히 천연 중합체의 중합체 사슬의 분해를 야기할 수 있어서, 중합체 용액은 제조 후 상대적으로 곧 사용되어야 한다. 추가로, 양이온성 중합체의 용액은 특히 불순한 물에 용해되거나 희석된다면 양이온성 기의 가수분해로 인해 이의 효율을 상실할 수 있으며, 신선한 용액이 매일 제조될 필요가 있을 것이다. 제지 첨가제를 용해시키기 위한 수질 요건은 종종 엄격한 한편, 종이 밀에서 정수(clean water)의 이용 가능성은 증가된 환경적 자각 및 증가하고 있는 밀폐수 순환(closed water circulation)으로 인해 제한된다. 저품질의 물, 예를 들어 높은 경도, 전도성, 알칼리성, 또는 극한(extreme) pH로 용해 및/또는 희석은 중합체성 제지 첨가제의 용해도 및 성능을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 방법으로, 상기 결점은 심지어 고분자량 중합체성 제지 첨가제를 사용할 때에도 감소되거나 피해질 수 있다. 중합체를 섬유 스톡에 용해시키는 것은, 종래의 용해 장비에서 전단력을 받는 중합체와 비교하여 중합체 사슬을 기계적 분해로부터 차단하는 것으로 여겨진다.
임의의 이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 적어도 0.5 dl/g의 고유 점도를 갖는 제지 중합체를 초기 스테이지(stage)에서 스톡에, 예를 들어 펄퍼에 첨가하는 것은, 이들의 고분자량으로 인해 이들이 섬유 공극 및 보이드 내로 완전히 흡수되지 않지만 적어도 일부의 분자는 스톡 내 다른 성분, 예컨대 미세물 및 다른 종이/보드 제조 화학물질과 효과적으로 상호작용하는 데 여전히 이용 가능하기 때문에 특히 유리하다. 예상치 못하게도, 고분자량 중합체성 제지 첨가제의 성능은, 고분자량 중합체를 분해하는 것으로 알려진 후속적으로 적용되는 높은 기계적 힘에도 불구하고 초기 첨가에 의해 상실되지 않는다.
일 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 적어도 하나의 합성 중합체, 천연 중합체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 합성 중합체란 단량체를 중합함으로써 유래되는 중합체를 의미하고, 천연 중합체란 천연 발생 원료로부터 추출하고 선택적으로 화학적 및/또는 물리적 변형에 의해 유도체화되어 천연 중합체가 다르게 소유하지 않게 될 특징을 수득함으로써 유래되는 중합체를 의미한다.
일 구현예에서, 합성 중합체는 적어도 하나의 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 또는 아크릴아미드와 음이온성 단량체, 양이온성 단량체, 소수성 단량체 중 적어도 하나의 공중합체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 합성 중합체는 단량체의 중합 동안 및/또는 중합-후 가교에 의해 혼입된 가교제를 추가로 함유할 수 있다.
일 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 적어도 하나의 천연 중합체를 포함한다. 천연 중합체는 종종, 천연 발생 원료에서 더 높은 복잡성 및 품질 변형으로 인한 합성 중합체보다, 그레인(grain) 크기, 색상, 전하 수준 및 분포를 포함하여 품질/사양의 측면에서 더 많은 양의 천연 잔기 및 더 높은 변형을 갖는다. 본 방법이 섬유 물질에의 중합체성 제지 첨가제의 더욱 균질한 분포를 제공하므로, 이는 품질/사양의 측면에서 더 많은 양의 천연 잔기 및 더 높은 변형의 바람직하지 못한 효과 중 일부를 경감시킬 수 있다.
천연 중합체는 적어도 하나의 다당류, 단백질, 및/또는 리그닌 화합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는 천연 중합체는 적어도 하나의 다당류를 포함한다. 다당류는 전형적으로 분말 형태로 입수 가능하며, 이는, 낮은 수분 함량이 미생물 분해에 저항하는 것을 도우며 및/또는 성장 다당류가 취약하므로 유익하다. 따라서, 다당류는 가능한 한 사용 전에 오래 분말 형태로 이를 유지시키는 것을 가능하게 하는 본 방법으로부터 크게 이익을 얻는다. 미생물 분해 및/또는 성장은 분자량을 감소시키고, 작용기를 변경시켜, 요망되는 성능 및 이용성을 해친다. 추가로, 다당류는 예를 들어 음이온성 및/또는 양이온성 및/또는 소수성 기를 혼입하도록 쉽게 변형될 수 있다. 일 구현예에서, 다당류는 적어도 하나의 셀룰로스계 다당류, 알기네이트계 다당류, 구아계 다당류, 전분계 다당류, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 셀룰로스계 다당류의 예는 카르복시-메틸셀룰로스(CMC); 하이드록시에틸 셀룰로스(HEC); 카르복시-메틸하이드록시에틸셀룰로스(CMHEC); 하이드록시프로필 셀룰로스(HPC); 알킬-하이드록시-알킬 셀룰로스, 예컨대 메틸하이드록시프로필 셀룰로스; 알킬 셀룰로스, 예컨대 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스 또는 프로필 셀룰로스; 알킬카르복시알킬 셀룰로스, 예컨대 에틸카르복시메틸 셀룰로스; 알킬알킬 셀룰로스, 예컨대 메틸-에틸셀룰로스; 하이드록시알킬알킬 셀룰로스, 예컨대 하이드록시프로필메틸 셀룰로스, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 구아계 다당류의 예는 하이드록시프로필 구아(HPG), 카르복시메틸하이드록시-프로필 구아(CMHPG), 카르복시메틸 구아(CMG), 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 전분계 다당류의 예는 산화된 전분, 전분 포스페이트, 하이드록시-프로필화된 전분, 하이드록시에틸 전분, 카르복시메틸화된 전분, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.
바람직하게는 다당류는 적어도 하나의 셀룰로스계 다당류, 전분계 다당류, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는데, 이들 다당류가 쉽게 입수 가능하고 상대적으로 저렴하기 때문이다. 더욱이, 고분자량을 가지며 특히 종이 강도를 개선하는 데 유익한 입수 가능한 다양한 셀룰로스계 및 전분계 다당류가 존재한다. 가장 바람직하게는 다당류는 적어도 하나의 셀룰로스계 다당류를 포함하는데, 이들이 구조적 유사성으로 인해 셀룰로스 제지 섬유와 높은 상용성이 이점을 갖지 때문이다.
일 구현예에서, 다당류, 특히 셀룰로스계 다당류, 예컨대 CMC는 약 100 내지 5,000, 바람직하게는 200 내지 4,000의 중합도를 갖는다.
일 구현예에서, 셀룰로스계 다당류, 예컨대 CMC는 약 50,000 내지 2,000,000 Da, 바람직하게는 80,000 내지 1,000,000 Da의 분자량을 갖는다.
일 구현예에서, 셀룰로스계 다당류는 마이크로피브릴 셀룰로스를 포함한다.
일 구현예에서, 다당류는 적어도 하나의 음이온성 다당류, 바람직하게는 적어도 하나의 음이온성 셀룰로스계 다당류, 음이온성 알기네이트계 다당류, 음이온성 구아계 다당류, 음이온성 전분계 다당류, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 바람직하게는 다당류는 적어도 하나의 음이온성 셀룰로스계 다당류를 포함한다.
일 구현예에서, 음이온성 셀룰로스계 다당류는 적어도 산화된 셀룰로스, 인산화된 셀룰로스, 음이온성 셀룰로스 에테르, 또는 이들의 조합을 포함한다. 적합하게는, 음이온성 셀룰로스계 다당류는 적어도 하나의 음이온성 셀룰로스 에테르를 포함한다. 음이온성 셀룰로스 에테르의 예는 카르복시메틸셀룰로스(CMC); 카르복시메틸하이드록시에틸셀룰로스(CMHEC); 카르복시-메틸 메틸 셀룰로스(CMMC); 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 음이온성 셀룰로스 에테르의 특히 바람직한 예는 카르복시메틸셀룰로스(CMC)이다.
음이온성 구아계 다당류의 예는 카르복시메틸하이드록시-프로필 구아(CMHPG), 카르복시메틸 구아(CMG), 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 음이온성 전분계 다당류의 예는 산화된 전분, 인산화된 전분, 카르복시메틸화된 전분, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.
일 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 카르복시메틸 셀룰로스(CMC), 마이크로피브릴 셀룰로스(MFC), 구아, 키토산, 양이온성 전분 또는 이들의 임의의 조합, 바람직하게는 CMC를 포함한다.
바람직하게는 중합체성 제지 첨가제는 수용성이다. 본원에서, 용어 수용성이란, 중합체성 제지 첨가제가 50 중량% 이하, 바람직하게는 30 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 20 중량% 이하, 더욱 더 바람직하게는 10 중량% 이하의 수-불용성 물질을 함유함을 의미한다.
임의의 이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 수용성은 중합체성 제지 첨가제의 작용기, 예컨대 하전된 기의 이용 가능성을 개선하여, 임의의 후속적으로 첨가되는 제지 작용제뿐만 아니라 섬유 스톡에 존재하는 예를 들어 반대 전하를 갖는 다른 구성분과의 상호작용을 개선하는 것으로 여겨진다. 예로서, 본 방법에서 pH 7에서 순 음전하를 갖는 수용성 중합체성 제지 첨가제의 사용은 디플레이킹 및 정제 후 스톡에 첨가되는 양이온성 제제(들)와 개선된 상호작용을 제공한다.
중합체성 제지 첨가제는 pH 7에서 순 음전하, 순 양전하 또는 순 중성 전하를 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 순 음전하, 순 양전하 및 순 중성 전하는 각각의 경우, 이들의 비율이 pH 7에서 순 음전하성, 순 양전하성, 또는 순 중성 전하를 제공하는 한, 음전하 및/또는 양전하의 존재를 가능하게 한다. 중합체성 제지 첨가제는 또한, 전기적 전하가 없을 수 있다. 바람직하게는 중합체성 제지 첨가제는 하전된 기를 포함하고, 더욱 바람직하게는 이는 pH 7에서 순 음전하 또는 순 양전하를 갖는다. 제지 공정에의 초기 첨가는 특히, 하전된 첨가제, 예컨대 순 음이온성 또는 순 양이온성 첨가제에 유익할 수 있는데, 이들이 전형적으로 다른 스톡 구성분과의 상호작용에 대한 더 큰 능력을 갖기 때문이지만, 음이온성 셀룰로스 섬유를 향한 인력 및/또는 정전기적 반발력으로 인해 스톡에 균질하게 분포되기 위해 더욱 어려울 수 있다. 더욱이, 슬러싱 동안 첨가될 때, 이들은 비하전된 첨가제와 비교하여 더 양호한 분산 및/또는 안정화 효과를 제공할 수 있다.
바람직하게는 중합체성 제지 첨가제는 pH 7에서 순 음전하를 갖는다. 중합체성 제지 첨가제는 pH 7에서 -0.1 meq/g(건조) 미만, 바람직하게는 -0.5 meq/g(건조) 미만, 더욱 바람직하게는 -1.0 meq/g(건조) 미만, 더욱 더 바람직하게는 -1.6...-2.6 meq/g(건조) 미만, 가장 바람직하게는 -1.8...-2.5 meq/g(건조) 미만의 전하 밀도를 가질 수 있다.
전하 밀도는 종점 검출을 위해 Mutek PCD-03 및 적정제(titrant)로서 폴리에틸렌 설포네이트 용액을 사용한 전하 적정에 의해 pH 7.0에서 결정될 수 있다. 중합체 용액의 pH는 전하 밀도 결정 전에 희석된 산 또는 알칼리로 pH 7.0으로 조정된다.
본 방법에서 음이온성 중합체성 제지 첨가제를 사용할 때, 음이온성 부위를 섬유 스톡에서 더욱 균일한 분포로 증가시켜, 양이온성 제지 제제, 예컨대 양이온성 전분 또는 양이온성 습식 강도 수지의 체류 및 종이 강도 특징을 개선하는 것이 가능하다. 이는 특히, 음이온성 중합체성 제지 첨가제가 낮은 음이온성을 갖는 섬유, 예컨대 재활용 섬유 물질(RCF)에 첨가될 때 유익할 수 있다. 이들 구현예는 또한, 양이온성 제지 제제, 예를 들어 PAE와 같은 양이온성 습식 강도 수지의 예를 들어 20% 만큼의 투입량 감소를 용이하게 하는 한편, 표적화된 강도 사양을 여전히 달성한다. 이는, 예를 들어 비보유된 습식 강도 수지가 침착물 및 펠트 플러깅(plugging)을 야기하는 것으로 알려져 있으므로 고도로 요망된다.
음이온성 중합체성 제지 첨가제는 스톡의 디플레이킹 및/또는 정제 전에 섬유 스톡으로 작업되는 것으로 이익을 얻으며, 음이온성 중합체성 제지 첨가제가 전하-기초 친화되를 갖지 않지만 정전기적 반발력이 음이온성 셀룰로스 섬유쪽으로 존재하기 때문이다. 음이온성 중합체성 제지 첨가제와 음이온성 섬유의 초기 작업은 음이온성 중합체성 제지 첨가제의 성능을 추가로 증강시키며, 섬유 스톡 내로 더욱 긴밀하고 균질하게 분포된다.
전형적으로, 슬러싱 시스템에서 및/또는 섬유 라인에서, 또는 펄퍼에서 스톡의 온도는 적어도 20℃이다. 일 구현예에서, 슬러싱 시스템 및/또는 섬유 라인, 바람직하게는 펄퍼에서의 온도는 적어도 40℃, 바람직하게는 적어도 45℃, 더욱 바람직하게는 45-80℃, 더욱 더 바람직하게는 45-60℃이다. 온도를 상승시키는 것은 슬러싱의 에너지 소모 및 시간을 두드러지게 감소시킨다. 온도가 45-80℃일 때, 슬러싱의 감소된 에너지 소모 및 시간이 달성될 수 있는 한편, 강한 종이 등급, 예컨대 상당히 사이징된, 코팅된 및 슈퍼캘린더링된 종이 또는 습식-강도 수지를 함유하는 종이를 포함하는 브로크 또는 재활용 섬유 물질을 슬러싱하는 것이 가능할 수 있다. 한편, 60℃ 초과로 되는 것은 슬러싱 시간을 상당히 저하시키지 않는다.
일 구현예에서, 슬러싱 시스템 및/또는 섬유 라인, 특히 펄퍼에서 스톡의 농도는 중합체성 제지 첨가제의 첨가 시간 및 지점에서 적어도 4 중량%, 바람직하게는 4-20 중량%, 더욱 바람직하게는 4-10 중량%, 가장 바람직하게는 4-6 중량%이다.
일 구현예에서, 슬러싱 시스템 및/또는 섬유 라인, 특히 펄퍼에서 스톡의 pH는 중합체성 제지 첨가제의 첨가 시간 및 지점에서 5-8, 바람직하게는 5.5-8의 범위이다.
스톡은 브로크, 재활용 섬유 물질(RCF) 예컨대 OCC, 화학적 펄프, 예컨대 크래프트 펄프, 반화학 펄프, 예컨대 화학-열기계 펄프(CTMP), 기계 펄프, 예컨대 열기계 펄프(TMP), 가압 쇄목 펄프(PGW: pressurized groundwood pulp), 알칼리 퍼옥사이드 기계 펄프(APMP), 스톤 쇄목 펄프(SGW: stone groundwood pulp), 또는 정제기 기계 펄프(RMP), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하여 제지에 적합한 임의의 섬유 스톡을 포함할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 재활용 섬유 물질(RCF), 반화학 펄프, 예컨대 화학-열기계 펄프(CTMP), 기계 펄프 및/또는 브로크를 포함하는 스톡에 첨가된다. 화학 펄프, 반화학 펄프 또는 기계 펄프는 표백되거나 표백되지 않을 수 있다.
브로크는 임의의 적합한 건조 및/또는 습식 브로크, 예컨대 비코팅된 브로크, 코팅된 브로크, 표면-사이징된 브로크, 크레핑된 브로크, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
디플레이킹된 및/또는 정제된 스톡은 웹을 기지의 방식으로 형성하기 위해 헤드박스로 보내진다. 형성된 웹은 예를 들어, 와이어 또는 패브릭 상에서 배수된다. 배수 동안 과량의 물이 제거되고 화이트워터(whitewater)로서 수집되며, 이는 화이트워터 실로(whitewater silo)로 순환되어 여기서부터 농후한 스톡을 담화된 스톡을 희석 펌프 또는 팬 펌프를 사용하여 희석시키는 데 재사용될 수 있다. 섬유 스톡은, 상기 스톡을 화이트워터로 선택적으로 희석시키기 전에 혼합 체스트(mixing chest) 및/또는 기계 체스트로 보내질 수 있다. 형성된 그리고 배수된 웹은 종이 기계의 건조 구획에서 건조된다.
일 구현예에서, 첨가된 중합체성 제지 첨가제를 포함하는 스톡, 특히 브로크 및/또는 RCF를 포함하는 스톡은 증점기(thickener)로 보내지고, 여기서 물은 여과에 의해 스톡으로부터 제거된다. 증점 단계는 예를 들어 펄퍼, 디플레이커 또는 정제기 후에 임의의 적합한 스테이지에서 수행될 수 있다. 이는 보관 부피를 최소화하며, 농도를 증가시키고, 농도 변동을 고르게 하기 위해 요망될 수 있다. 증점화 동안, 중합체성 제지 첨가제의 존재는 미세물 체류 및 여과물 정화도(clarity)를 개선할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 스톡은 중합체성 제지 첨가제의 첨가 후 세척되지 않는다. 이는, 비결합된 중합체성 제지 첨가제, 미세물, 또는 다른 물질이 스톡으로부터 상실되지 않지만 중합체성 제지 첨가제의 공정 수율 및 효과가 증가될 수 있다는 이점을 제공한다.
일 구현예에서, 본 방법은 스톡의 디플레이킹 및/또는 정제 전에 및/또는 후에 건조 섬유 및/또는 비-건조 섬유의 2개 이상의 스톡을 조합하는 단계를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제는 건조 섬유의 하나 이상의 스톡에 첨가된다. 상이한 스톡을 조합하는 구현예는, 건조 섬유의 더 낮은 품질 스톡이, 표적화된 종이/보드 특성, 예컨대 강도, 및 종이 기계 진행성에서의 개선을 여전히 달성하면서도 종이 또는 보드의 제조에 사용될 수 있다는 이점을 제공한다. 중합체성 제지 첨가제를, 예컨대 RCF, 반화학 펄프, 예컨대 화학-열기계 펄프(CTMP), 기계 펄프 및/또는 브로크를 포함하는 건조 섬유의 스톡에 가장 소수성인 물질, 안료(애쉬) 등을 함유하는 및/또는 가장 약한 섬유에 첨가하는 것으로부터 가장 이익을 얻는 스톡에 첨가하는 것이 바람직하다.
중합체성 제지 첨가제의 투입량은 예를 들어, 중합체의 전하 밀도 및 분자량, 섬유 스톡의 특성, 및 종이 또는 보드의 요망되는 특성에 따라 다양할 수 있다. 일 구현예에서, 중합체성 제지 첨가제의 투입량은 0.5-3 kg/톤(건조/건조)의 제조된 종이 또는 보드, 바람직하게는 1-2 kg/톤(건조/건조)의 제조된 종이 또는 보드이다.
바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 양이온성 제제는 디플레이킹 및/또는 정제 후에 스톡에 첨가된다. 바람직하게는 양이온성 제제는, 특히 강도 및/또는 체류 개선이 요망될 때 농후한 스톡에 첨가되지만, 특히 배수 개선이 요망될 때 담화된 스톡에 첨가될 수 있거나 또는 특히 강도 및/또는 체류, 및 배수 개선이 요망될 때 농후한 스톡과 담화된 스톡 둘 다에 첨가될 수도 있다. 양이온성 제제는 단일 또는 다중 투입점에서 농후한 스톡에, 혼합 체스트에, 기계 체스트에, 희석 펌프 전에, 또는 화이트워터 실로에 첨가되어, 이의 희석 시 농후한 스톡과 조합되며, 및/또는 희석 펌프 후 그러나 헤드박스 전에 담화된 스톡에 조합될 수 있다.
양이온성 제제는 무기 양이온성 제제, 유기 양이온성 제제 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 양이온성 제제는 명반, 폴리알루미늄 클로라이드(PAC), 폴리비닐아민(PVAM), 폴리에틸렌 이민(PEI), 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC)의 동종중합체 또는 공중합체, 폴리아민, 양이온성 폴리아크릴아미드계 용액 중합체, 양이온성 전분, 양이온성 반응성 강도 수지, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 바람직하게는 적어도 하나의 양이온성 제제는 양이온성 반응성 강도 수지 또는 이들의 임의의 조합, 더욱 바람직하게는 폴리아미도아민-에피클로로하이드린 수지(PAE), 글리옥살레이트화된 폴리아크릴아미드 수지(GPAM), 우레아 포름알데하이드 수지(UF), 멜라민 포름알데하이드 수지, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 양이온성 반응성 강도 수지를 포함한다.
양이온성 제제의 투입량은 디플레이킹 및/또는 정제 전에 첨가되는 중합체성 제지 첨가제의 양, 및 이의 전하 밀도, 뿐만 아니라 양이온성 제제의 전하 밀도에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는 양이온성 제제는, 체류를 개선하기 위해 스톡의 제타 전위를 상대적으로 제로(0)에 근접하게 하는 양으로, 예컨대 제로로부터 20 mV 이내(-20...+20 mV), 또는 제로로부터 10 mV 이내(-10...+10 mV)의 양으로 첨가된다. 예시적인 방법에서, 양이온성 제제의 투입량은, 양이온성 제제의 첨가 후 스톡의 제타 전위가 -300 내지 -10 mV, 또는 -50 내지 -20 mV의 범위에 있도록 선택될 수 있다.
본 방법의 이점은, 특히 디플레이킹 및/또는 정제 전에 첨가되는 중합체성 제지 첨가제가 음이온성일 때 이의 개선된 체류로 인해 고비용의 양이온성 제제가 더 적은 투입량으로 필요할 수 있다는 점이다. 또 다른 이점은 이의 증가된 양이다.
일 구현예에서, 사이징제는 스톡에 첨가될 수 있다. 사이징제는 임의의 적합한 사이징제, 예컨대 ASA, AKD, 로진(rosin) 또는 이들의 조합일 수 있다. 이러한 구현예는, 본 방법에 의해 사이징 수준이 개선될 수 있는 이점, 또는 더 낮은 사이즈 투입량에 의해 달성되는 동일한 사이징 사양이라는 이점을 갖는다. 이는 본 방법에 의해 달성되는 개선된 미세물 체류에 의해 적어도 달성되는 것으로 여겨진다. 사이징제가 전형적으로 섬유 스톡에 존재하는 미세물과 회합됨에 따라, 개선된 미세물 체류는 사이징 성능을 또한 개선한다. 또한, 섬유에의 사이징제의 직접 체류 및 고정이 발생할 수 있다.
사이징제의 양은 제조되는 종이 또는 보드 품질에 의존한다. 추가로, 상이한 내부 사이징제는 상이한 투입량을 필요로 한다. 예를 들어, 첨가될 ASA의 유효량은 0.2 - 5 kg (건조)/톤 종이 또는 보드, 바람직하게는 0.7 - 3 kg (건조)/톤 종이 또는 보드 범위일 수 있다. 첨가될 AKD의 유효량은 0.2 - 4 kg (건조)/톤 종이 또는 보드, 바람직하게는 0.7 - 2 kg (건조)/톤 종이 또는 보드 범위일 수 있다. 첨가될 로진 수지의 유효량은 0.5 - 10 kg (건조)/톤 종이 또는 보드, 바람직하게는 1.5 - 3 kg (건조)/톤 종이 또는 보드 범위일 수 있다.
로진 수지는 다양한 유형의 로진 사이즈, 예컨대 톨유(tall oil) 로진 및 검 로진을 지칭한다. 로진 수지의 예는 강화된 로진 사이즈, 예컨대 말레산 무수물 및/또는 푸마르산과 적어도 부분적으로 반응된 로진, 및 양이온성 로진 사이즈, 예컨대 로진 소프 사이즈를 포함한다. 로진 수지는 전형적으로, 사용 가능한 형태로 입수 가능하다. 또한, AKD는 전형적으로 사용 가능한 분산액에서 입수 가능하다. ASA는 전형적으로, 이의 높은 반응성으로 인해 사이트에서 별개의 유화 장비를 사용함으로써 유화되고, 이는 전형적으로 임의의 중간 보관 없이 바로 사용된다. 소수성 내부 사이징제가 제형화될 수 있으며, 즉, 예를 들어 양이온성 전분으로 유화되며 및/또는 안정화될 수 있다. 또한, 다른 중합체, 예컨대 폴리아민이 사용될 수 있다. 투입점은 제조 공정 및 제조될 종이 또는 보드에 따라 다를 수 있다.
본 방법에서, 충전제, OBA, 살생물제, 조강제, 증백제, 착색제, 체류 산, 배수 보조제(drainage aid), 응집제, 세척 보조제, 소포제, 분산제, 나노입자, 마이크로입자, 고정제, 응고제, 및 이들의 임의의 조합을 포함하여 임의의 추가 제지 첨가제가 섬유 스톡에 종래의 방식으로 첨가될 수 있다.
본 발명의 방법으로, 임의의 종이 또는 보드 등급이 제조될 수 있으며, 여기서, 적어도 하나의 강도 속성, 예컨대 습식 인장 강도, 건조 인장 강도, z-방향 인장 강도, 인장 강성도, 탄성 계수, 파열(burst) 강도, 단기 압축 시험(SCT: Short-Span Compressive Test)에 의해 측정되는 압축 강도, 콘코라 미디엄 시험(CMT: Concora medium test) 값, 또는 스코트 결합(Scott bond)는 스톡 내 섬유가 전달할 수 있는 수준을 능가하여 증가되어야 한다. 디플레이킹 및/또는 정제 전에 특히 고분자량의 중합체성 제지 첨가제에 의한 처리는 결합 효율을 증강시킨다.
본 발명의 방법으로, 증강된 특성을 갖는 몇몇 종이 및 보드 등급이 제조될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 종이란 또한 다양한 티슈 및 타월을 의미한다.
본 방법에 의해 수득 가능한 종이 또는 보드의 예는 티슈, 냅킨, 타월, 그래픽 페이퍼, 코팅된 파인 페이퍼, 비코팅된 파인 페이퍼, 기계적 종이, 신문용지, 포장지, 접는 박스보드, 고성능 테스트라이너 및 미디어, 솔리드 보드, 다층 특수 보드, 라이너, 플루팅(fluting), 석고 보드 라이너, 벽지, 코어 보드(core board), 캐리어 보드(carrier board), 박스보드(boxboard)(FBB), 화이트 라이닝된 칩보드(WLC), 솔리드 표백 설페이트(SBS) 보드, 솔리드 비표백 설페이트(SUS) 보드 및 액체 포장 보드(LPB)를 포함한다.
예를 들어, 본 방법에 의해 수득 가능한 티슈, 냅킨 및 타월은 증강된 습식 및 건조 강도를 가질 수 있다. 본 방법에 의해 수득 가능한 신문용지를 포함하여 래피칼(raphical) 종이, 예컨대 코팅된 및 비코팅된 미세 종이, 뿐만 아니라 기계적 종이는 섬유 및 종이 강도의 개선된 결합 능력으로 인해, 폴딩(folding) 문제 없이 증가된 충전제 로딩 및 증강된 코팅을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 본 방법에 의해 수득 가능한 종이 또는 보드는 중합체성 제지 첨가제 및 사이징제를 함유하며, 상기 종이 또는 보드는 라이너, 플루팅(fluting), 석고 보드 라이너, 벽지, 코어 보드(core board), 접는 박스보드(FBB), 화이트 라이닝된 칩보드(WLC), 솔리드 표백 설페이트(SBS) 보드, 솔리드 비표백 설페이트(SUS) 보드 또는 액체 포장 보드(LPB) 예컨대 컵 스톡으로부터 선택된다. 이러한 구현예는 본 방법이 종이 또는 보드의 사이징 성능과 적어도 하나의 강도 특징 둘 다 증강시키므로 유익하다.
본 명세서에 기재된 본 개시내용의 구현예는 전체적으로 또는 부분적으로 서로 조합되어, 본 개시내용의 추가 구현예(들)를 형성할 수 있다. 나아가, 다양한 구현예와 함께 예시되거나 기재된 특정 특질 또는 특징은 제한 없이 하나 이상의 다른 구현예의 특질 또는 특징과 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다. 이러한 변형 및 변화는 본 개시내용의 범위 내에 포함되고자 한다. 본 개시내용이 관련되는 방법 또는 종이 또는 보드는 본 명세서에서 기재된 본 개시내용의 적어도 하나의 구현예를 포함할 수 있다.
하기 실시예는 본 발명에 따른 일부 구현예를 기재한다. 실시예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.
실시예
실시예 1
도 1에 본 발명에 따른 일 구현예의 챠트가 도시되어 있다. 본 방법은: 고분자량 중합체성 제지 첨가제(A)가 건조 섬유의 스톡을 함유하는 펄퍼(1)에 분말 또는 수성 분산액으로 첨가되는 단계를 포함한다. 고분자량 중합체성 제지 첨가제는 펄퍼에서 스톡에 균질하게 분포된다. 스톡은 디플레이커 및/또는 정제기(2)로 보내지며, 여기서부터 디플레이킹된 및/또는 정제된 스톡은 혼합 체스트(3)로 보내지고 다시 기계 체스트(4)로 보내진다. 이후 스톡은 화이트워터 실로(5)로부터의 화이트워터로 희석되어 담화된 스톡을 수득하며, 이는 헤드박스(6)로 보내져서 웹을 형성하고 뒤이어 상기 웹이 건조된다. 선택적인 양이온성 제제는 희석 펌프(DP) 전에는 혼합 체스트(3), 기계 체스트(4), 화이트워터 실로(5)에 첨가되거나, 희석 펌프(DP) 후 그러나 헤드박스(6) 전에는 담화된 스톡에 첨가될 수 있다.
실시예 2
도 2에 본 발명에 따른 또 다른 구현예의 챠트가 도시되어 있다. 본 방법은: 고분자량 중합체성 제지 첨가제(AA)가, 디플레이커 및/또는 정제기(20) 전에 그러나 통합 종이 밀의 칩 라인(C) 및 표백 라인(B) 후에 비-건조 섬유의 스톡을 함유하는 섬유 라인으로 수성 분산액으로서 공급된다. 디플레이킹된 및/또는 정제된 스톡은 혼합 체스트(30)로 보내지고 다시 기계 체스트(40)로 보내진다. 이후 스톡은 화이트워터 실로(50)로부터의 화이트워터로 희석되어 담화된 스톡을 수득하며, 이는 헤드박스(60)로 보내져서 웹을 형성하고 뒤이어 상기 웹이 건조된다. 선택적인 양이온성 제제는 희석 펌프(DPO) 전에는 혼합 체스트(30), 기계 체스트(40), 화이트워터 실로(50)에 첨가되거나, 희석 펌프(DPO) 후 그러나 헤드박스(60) 전에는 담화된 스톡에 첨가될 수 있다.
실시예 3
2 kg/톤의 고분자량 CMC를 아카시아 펄프에 첨가하며, 상기 펄프를 밸브 비터(valley beater)에 첨가하고 해체를 야기하는 로드(load) 없이 30분 동안 순환시킴으로써 섬유 정제에 미치는 본 발명의 효과를 시험하였다. CMC 첨가가 없는 아카시아 펄프를 기준으로서 사용하였다. CMC 첨가를 갖는 그리고 갖지 않는 펄프에 대해 동일한 정제 시간을 사용하였다. 펄프의 캐나다 여수도를 ISO 5267-2에 따라 정제 전과 후에 밀리리터로 측정하였다. CMC 첨가는, 기준과 비교하여, CMC의 물 보유 특징으로 인해 정제 전에도 여수도(펄프 배수, ml)를 약 10%만큼 감소시켰으며, 정제 후에는 약 18%만큼 감소시켰다. 이는, 본 방법을 사용함으로써 더 높은 정제 수준(감소된 여수도)이 동일한 에너지를 사용하여 수득 가능하거나, 동일한 여수도가 더 적은 에너지를 사용하여 수득 가능함을 보여준다.
하기 인장 강도, Z-방향 강도 및 벌크 시험을, 상기와 같이 정제된 아카시아 펄프로부터 만들어진 80 gsm 핸드시트 상에서 수행하였다.
양이온성 전분과 비교하여 인장 강도에 미치는 본 발명의 효과를 시험하였다. 핸드시트를, 농후한 스톡에 첨가된 0.5 kg/톤 폴리아민을 갖는 #1(기준), 펄퍼에 첨가된 2 kg/톤 CMC 및 농후한 스톡에 첨가된 0.5 kg/톤 폴리-아민을 갖는 #2, 및 농후한 스톡에 첨가된 8 kg/톤 양이온성 전분 및 0.5 kg/톤 폴리아민을 갖는 #3으로, 제조하였다. 연신율(%)(ISO 1924-3)은 #1 기준과 비교하여, #2에서 약 34%만큼, 그리고 #3에서 20%만큼 증가하는 것으로 밝혀졌다. 파단 길이(km)(ISO 1924-1)는 #1 기준과 비교하여, #2에서 약 40%만큼, 그리고 #3에서 14%만큼 증가하는 것으로 밝혀졌다. 이는, 본 방법을 사용함으로써, 종이의 인장 강도가 종래의 양이온성 전분 농후 스톡 투입량에 의해 달성 가능한 수준을 능가하여 증가될 수 있음을 보여준다.
양이온성 전분과 비교하여 Z-방향 강도(ZDT)에 미치는 본 발명의 효과를 시험하였다. 핸드시트를, 농후한 스톡에 첨가된 0.5 kg/톤 폴리아민을 갖는 #1(기준), 펄퍼에 첨가된 2 kg/톤 CMC 및 농후한 스톡에 첨가된 0.5 kg/톤 폴리아민을 갖는 #2, 및 농후한 스톡에 첨가된 8 kg/톤 양이온성 전분 및 0.5 kg/톤 폴리아민을 갖는 #3, 및 펄퍼에 첨가된 2 kg/톤 CMC, 및 농후한 스톡에 첨가된 0.5 kg/톤 폴리아민 및 8 kg/톤 양이온성 전분을 갖는 #4로, 제조하였다. ZDT(kPa)(ISO 15754)는 #1 기준과 비교하여, #2에서 약 23%만큼, 그리고 #3에서 7%만큼, 그리고 #4에서 34%만큼 증가하는 것으로 밝혀졌다. 이는, 본 방법을 사용함으로써, ZDT가 크게 증가될 수 있고, 본 방법이 종래의 양이온성 전분 농후 스톡 투입량과 함께 사용될 때 ZDT에 대해 심지어 상승작용 효과가 존재함을 보여준다.
양이온성 전분과 비교하여 종이 벌크에 미치는 본 발명의 효과를 시험하였다. 핸드시트를, 농후한 스톡에 첨가된 0.5 kg/톤 폴리아민을 갖는 #1(기준), 펄퍼에 첨가된 2 kg/톤 CMC 및 농후한 스톡에 첨가된 0.5 kg/톤 폴리아민을 갖는 #2, 및 농후한 스톡에 첨가된 8 kg/톤 양이온성 전분 및 0.5 kg/톤 폴리아민을 갖는 #3, 및 펄퍼에 첨가된 2 kg/톤 CMC, 및 농후한 스톡에 첨가된 0.5 kg/톤 폴리아민 및 8 kg/톤 양이온성 전분을 갖는 #4로, 제조하였다. 벌크(g/cm3)(ISO 534)는 #1 기준과 비교하여, #2에서 <1%만큼 저하되며, #3에서 2.6%만큼 증가하고, #4에서 4.3%만큼 저하되는 것으로 밝혀졌다. 강도 시험 결과와 조합하여, 이 시험은, 본 방법을 사용함으로써, 벌크를 실질적으로 동일하게 또는 벌크에서 단지 약간의 저하를 동반하면서 유지시키는 한편 다양한 강도 특징을 개선하는 것이 가능함을 보여준다.
하기 인장 강도, Z-방향 강도 및 벌크 시험을, 우선 10분 동안 붕해시키며 그 후에 동일한 정제 시간을 정제하여, 450 ml 캐나다 표준 여수도(CSF) 수준으로 밸리 비터를 사용하여 정제된 아카시아 펄프로부터 만들어진 핸드시트 상에서 수행하였다. 80 gsm의 핸드시트를 투입량 0, 1, 2, 3 kg/톤에서 펄퍼 또는 농후한 스톡에 CMC를 첨가하고, 0.5 kg/톤 폴리아민 및 8 kg/톤 양이온성 전분을 농후한 스톡에, 모든 핸드시트에 첨가함으로써 제조하였다.
펄프의 캐나다 여수도를 정제 전과 후에 ISO 5267-2에 따라 밀리리터로 측정하였다. 적어도 2 kg/톤의 투입량으로, CMC 첨가는 여수도(펄프 배수, ml)를 기준과 비교하여, CMC의 물 보유 특징으로 인해 심지어 정제 전에는 약 3%만큼, 그리고 정제 후에는 약 9%만큼 감소시켰다.
연신율(%)(ISO 1924-3) 및 파단 길이(km)(ISO 1924-1)는 1 kg/톤의 투입량에서 CMC의 농후한 스톡 첨가 및 펄퍼 둘 다를 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 더 높은 투입량에서, 파단 길이, 특히 연신율에서의 증가는 펄퍼 첨가와 비교하여 농후한 스톡 첨가에 의해 상당히 더 낮았다. 펄퍼 첨가에 의해 파단 길이와 연신율 둘 다, 농후한 스톡 첨가와 비교하여 증가하는 CMC 투입량에 따라 더욱 선형으로 증가하였다.
ZDT(kPa)(ISO 15754)는 1 kg/톤의 투입량에서 CMC의 농후한 스톡 첨가와 펄퍼 둘 다를 증가시키는 것으로 밝혀졌지만, 2 및 3 kg/톤 ZDT의 농후한 스톡 첨가는 실질적으로 하락하였다. 펄퍼 첨가에 의해 ZDT는 증가하는 CMC 투입량에 따라 완벽하게 선형으로 증가하였다.
벌크(g/cm3)(ISO 534)는 투입량 1 및 3 kg/톤 각각에서 농후한 스톡 첨가와 비교하여 펄퍼에의 CMC 첨가에 의해 약 7% 및 5% 더 높은 것으로 밝혀졌다. 2 kg/톤의 투입량에서 유사한 벌크 수준이 펄퍼 및 농후한 스톡 첨가로 달성되었다.
강도 및 벌크 시험에 기초하여, 본 방법을 사용함으로써, CMC를 농후한 스톡에 첨가하는 것과 비교하여 적어도 동일한 강도 특징을 달성하는 한편 벌크를 개선하는 것이 가능함을 알 수 있다. 본 방법이 섬유에의 중합체성 제지 첨가제의 더욱 균일/균질한 분포를 달성하므로, CMC 투입에 대한 강도 특징의 의존도는 더욱 선형이며, 이는 방법 성능 및 종이 특징을 더욱 예측 가능하게 만든다. 임의의 이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 농후한 스톡 첨가에 의해 달성되는 중합체성 제지 첨가제의 더욱 불균일한 분포는 응집 및 플록 크기(floc size)에서 더 많은 변화를 야기하여, 형성을 방해할 수 있으며, 이는 또한 종이 강도 특징에 영향을 미치는 것으로 여겨진다.
실시예 4
본 발명의 성능을, 음이온성 작용성 촉진제와 조합된 종래의 양이온성 영구 습식 강도 수지를 사용하여, 타월 등급 종이(평량 약 20 g/m2)를 제조하는 종이 기계에서 시험하였다. 음이온성 작용성 촉진제 투입량이 하향 진행되고 고분자량 분말형 CMC가 0.9 kg/종이 톤(건조/건조) 이하의 투입량으로 진행되었을 때, 시장 펄프 펄퍼에 건조 분말로서 첨가된, 정제기 로드는 감소될 수 있었고, 또한 양이온성 영구 습식 강도 수지(PAE) 투입량은 28%만큼 감소될 수 있었으며, 한편 기계 방향 건조 강도를 28%만큼 그리고 단면 습식 강도를 5%만큼 동시에 개선할 수 있었다. 본 방법의 배수/탈수 성능은 악화되지 않았으며, 기계 속도는 변하지 않고 유지될 수 있었다.
실시예 5
본 발명의 성능을, 혼합 체스트에의 양이온성 전분 첨가, 및 종래의 체류 첨가제 프로그램을 사용하여, 높은 충전제 로드(>25%)와 함께 비코팅된 프린팅 및 작성 등급 종이(평량 약 100 g/m2)를 제조하는 종이 기계에서 시험하였다. 시장 펄프 펄퍼에 수성 분산액으로서 첨가된 고분자량 분말형 CMC가 2 kg/종이 톤(건조/건조) 이하의 투입량으로 진행되었을 때, 양이온성 전분의 투입량은 79%만큼 증가될 수 있었고, 스코트 결합, 기계 방향 인장 강도 및 파열 강도는 각각 23%, 14% 및 9%만큼 개선되었으며, 휘도는 3%만큼 개선되었고, 코브 사이징은 56%만큼 개선되었다. 본 방법의 배수/탈수 성능은 악화되지 않았으며, 기계 속도는 변하지 않고 유지될 수 있었다. CMC 프로그램이 펄퍼에의 수성 분산액으로서의 첨가로부터 농후한 스톡에의(기계 체스트에의) 수용액으로서의 첨가까지 변하였을 때, 핀홀 유사 침착물이 종이 상에 나타났으며, 펄퍼 첨가의 이익의 조합은 달성되지 않았다.
실시예 6
본 발명의 성능을, 양이온성 영구 습식 강도 수지(PAE), 음전하 제어 제제, 내부 사이징제, 및 종래의 체류 첨가제 프로그램을 사용하여 중간 충전제 로드(약 10%)와 함께 평탄한 특수 종이(평량 약 55 g/m2)를 제조하는 종이 기계에서 시험하였다. 음전하 제어 제제가 하향 진행되고 고분자량 분말형 CMC가 시장 펄프 펄퍼에 건조 분말로서 첨가되는 1 kg/종이 톤(건조/건조) 이하의 투입량으로 진행되었을 때, 영구 습식 강도 수지 투입량은 10%만큼 그리고 내부 사이징제 투입량은 30%만큼 감소될 수 있었으며, 한편 내부 결합, 기계 및 단면-방향 건조 및 습식 인장 강도, 형성, 및 사이징(코브)을 포함하여 종이의 물리적 특성을 동시에 유지시키거나 심지어 약간 개선할 수 있었다. 종이 평탄도(초(second)로서 측정됨)는 유의하게, 탑 플라이(top ply)에 대해서는 25%만큼 그리고 바텀 플라이(bottom ply)에 대해서는 42%만큼 개선되었다. 본 방법의 배수/탈수 성능은 악화되지 않았으며, 기계 속도는 변하지 않고 유지될 수 있었다.
실시예 7
본 발명의 성능을, 혼합 체스트에의 양이온성 전분 첨가, 내부 사이징제, 및 종래의 체류 첨가제 프로그램을 사용하여 높은 충전제 로드(약 20%)와 함께 특수 종이를 제조하는 종이 기계에서 시험하였다. 고분자량 분말형 CMC가 시장 펄프 펄퍼에 수성 분산액으로서 첨가되는 1 kg/종이 톤(건조/건조) 이하의 투입량으로 진행되었을 때, 양이온성 전분의 투입량은 50%만큼 증가되었고 내부 결합은 25-33%만큼 개선될 수 있었으며, 한편 섬유 사용을 동시에 감소시킬 수 있었다. 추가 시험에서, 원래의 표적 내부 결합 강도를 유지시키면서도 충전제 로드를 약 25 중량%까지 증가시키는 것이 가능하였다. 본 방법의 배수/탈수 성능은 악화되지 않았으며, 기계 속도는 변하지 않고 유지될 수 있었다. 핀홀 유사 침착물은 종이 상에서 관찰되지 않았다.

Claims (19)

  1. 종이 또는 보드의 제조 방법으로서,
    상기 방법은
    펄퍼(pulper)를 포함하는 슬러싱 시스템에서 건조 섬유의 스톡(stock)을 슬러싱하는 단계, 및/또는
    통합 종이 밀(integrated paper mill)의 섬유 라인(fiber line)에서 비-건조 섬유(never-dried fibre)의 스톡을 공급하는 단계;
    디플레이커(deflaker) 및/또는 정제기(refiner)에서 상기 스톡을 디플레이킹(deflaking) 및/또는 정제하는 단계,
    선택적으로, 디플레이킹된 및/또는 정제된 스톡을 희석시키는 단계,
    디플레이킹된 및/또는 정제된 스톡을 헤드박스(headbox)로 보내며, 웹(web)을 형성하고, 상기 웹을 건조하는 단계
    를 포함하며,
    스톡을 디플레이킹 및/또는 정제하기 전에, 적어도 0.5 dl/g의 고유 점도(intrinsic viscosity)를 갖는 중합체성 제지 첨가제를 건조 섬유 및 비-건조 섬유의 스톡 중 하나 이상에 첨가하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제를 분말로서 및/또는 수성 분산액으로서 스톡에 첨가하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제를 건조 섬유의 스톡, 바람직하게는 펄퍼에 첨가하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제는 적어도 1 dl/g, 바람직하게는 적어도 2 dl/g의 고유 점도를 갖는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제는 1 중량% 수성 중합체 용액(건조/건조)으로부터 측정 시 10,000 mPas 이하의 점도를 갖고, 바람직하게는 2 중량% 수성 중합체 용액(건조/건조)으로부터 측정 시 50 내지 5,500 mPas 또는 더욱 바람직하게는 300 내지 5,500 mPas의 점도를 갖는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제는 적어도 하나의 천연 중합체, 바람직하게는 적어도 하나의 다당류를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다당류는 적어도 하나의 셀룰로스계 다당류, 알기네이트계 다당류, 구아(guar)계 다당류, 전분계 다당류, 또는 이들의 조합; 바람직하게는 적어도 하나의 셀룰로스계 다당류, 전분계 다당류, 또는 이들의 조합; 가장 바람직하게는 적어도 하나의 셀룰로스계 다당류를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 셀룰로스계 다당류는 적어도 하나의 산화된 셀룰로스, 인산화된 셀룰로스, 음이온성 셀룰로스 에테르, 또는 이들의 조합을 포함하는 적어도 하나의 음이온성 셀룰로스계 다당류, 바람직하게는 적어도 하나의 음이온성 셀룰로스 에테르, 가장 바람직하게는 카르복시메틸셀룰로스(CMC)를 포함하는, 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 셀룰로스계 다당류는 마이크로피브릴(microfibrillar) 셀룰로스를 포함하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제는 적어도 하나의 천연 중합체 및 적어도 하나의 합성 중합체를 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제는 pH 7에서 순(net) 음전하(anionic charge) 또는 순 양전하(positive charge), 바람직하게는 pH 7에서 순 음전하를 갖는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제는 pH 7에서 -0.1 meq/g(건조) 미만, 바람직하게는 -0.5 meq/g(건조) 미만, 더욱 바람직하게는 -1.0 meq/g(건조) 미만, 더욱 더 바람직하게는 -1.6...-2.6 meq/g(건조), 가장 바람직하게는 -1.8...-2.5 meq/g(건조)의 전하 밀도를 갖는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제는 50 중량% 이하, 바람직하게는 30 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 20 중량% 이하, 더욱 더 바람직하게는 10 중량% 이하의 수-불용성(water-insoluble) 물질을 함유하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러싱 시스템 및/또는 섬유 라인, 바람직하게는 펄퍼 내에서, 스톡의 온도는 적어도 40℃, 바람직하게는 적어도 45℃, 더욱 바람직하게는 45℃ 내지 80℃, 더욱 더 바람직하게는 45℃ 내지 60℃인, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러싱 시스템 및/또는 섬유 라인 내에서 스톡의 농도(consistency)는 상기 중합체성 제지 첨가제의 첨가 시간 및 지점(point)에서 적어도 4 중량%, 바람직하게는 4 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 4 내지 10 중량%인, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러싱 시스템 및/또는 섬유 라인 내에서 스톡의 pH는 중합체성 제지 첨가제의 첨가 시간 및 지점에서 5 내지 8 범위, 바람직하게는 5.5 내지 8 범위인, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체성 제지 첨가제를 재활용 섬유 물질(RCF: recycled fibre material), 반화학 펄프(semi-chemical pulp), 예컨대 화학-열기계 펄프(CTMP: chemi-thermomechanical pulp), 기계 펄프(mechanical pulp) 및/또는 브로크(broke)를 포함하는 스톡에 첨가하는, 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    디플레이킹 및 정제 후, 적어도 하나의 양이온성 제제를 스톡에 첨가하며, 바람직하게는 적어도 하나의 양이온성 제제는 명반(alum), 폴리알루미늄 클로라이드(PAC), 폴리비닐-아민(PVAM), 폴리에틸렌 이민(PEI), 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC)의 동종중합체 또는 공중합체, 폴리아민, 양이온성 폴리아크릴아미드계 용액 중합체, 양이온성 전분, 양이온성 반응성 강도 수지, 또는 이들의 조합을 포함하고, 더욱 바람직하게는 적어도 하나의 양이온성 제제는 양이온성 반응성 강도 수지 또는 이들의 조합을 포함하며, 더욱 더 바람직하게는 폴리-아미도-아민-에피클로로하이드린 수지, 글리옥살레이트화된(glyoxalated) 폴리아크릴아미드 수지, 우레아 포름알데하이드 수지, 멜라민 포름알데하이드 수지, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 양이온성 반응성 강도 수지를 포함하는, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득 가능한 종이 또는 보드로서,
    상기 종이 또는 보드는 티슈, 냅킨, 타월, 그래픽 페이퍼(graphical paper), 코팅된 파인 페이퍼(coated fine paper), 비코팅된 파인 페이퍼(uncoated fine paper), 기계적 종이(mechanical paper), 신문용지, 포장지, 접는 박스보드(folding boxboard), 고성능 테스트라이너 및 미디어(high performance testliner and media), 솔리드 보드(solid board), 다층 특수 보드(multi-layered specialty board), 라이너(liner), 플루팅(fluting), 석고 보드 라이너, 벽지, 코어 보드(core board), 캐리어 보드(carrier board), 박스보드(boxboard)(FBB), 화이트 라이닝된 칩보드(WLC: white lined chipboard), 솔리드 표백 설페이트(SBS: solid bleached sulphate) 보드, 솔리드 비표백 설페이트(SUS: solid unbleached sulphate) 보드 및 액체 포장 보드(LPB: liquid packaging board)로부터 선택되는, 종이 또는 보드.
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