KR100264040B1 - 입상충전제를함유하는티슈페이퍼 - Google Patents

Abstract

화장실용 티슈, 고급 티슈 및 흡수성 타월과 같은 부드러운 흡수성 위생용품의 제조에 유용한 질기고 유연하며 더스트(dust)가 적은 티슈 페이퍼 웹이 개시된다. 이 티슈 페이퍼는 섬유(예: 목재 펄프) 및 비셀룰로즈계 수불용성 입상 충전제(예: 카올린 점토)를 포함한다.

Description

입상 충전제를 함유하는 티슈 페이퍼{TISSUE PAPER CONTAINING A FINE PARTICULATE FILLER}

위생용 페이퍼 티슈 제품은 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 제품은 고급 티슈, 화장실용 티슈 및 흡수용 타월과 같은 다양한 용도에 맞게 변형된 구성으로 시판중이다. 이러한 제품의 구성, 즉 제품의 기본중량, 두께, 강도, 시이트 크기, 분산 매질 등은 대부분 상이한 경우가 많으나, 이러한 제품들은 이들을 제조하는, 소위 크레이핑 제지 방법인 통상적인 방법에 의해 결합된다.

크레이핑은 페이퍼를 기계방향으로 기계적으로 압착하는 수단이다. 결과적으로 기본중량(단위면적당 질량)이 증가할 뿐만 아니라 특히 기계방향으로 측정하였을 때 대부분의 물성이 현저히 변한다. 크레이핑은 일반적으로 가요성 블레이드, 소위 닥터 블레이드(doctor blade)를 기계 조작시 양키(Yankee) 건조기와 대향하여 수행된다.

양키 건조기는, 증기로 가압되어 제지 공정 말기에 제지용 웹의 건조를 완결시키기 위한 고온 표면을 제공하도록 설계된 직경이 큰, 일반적으로 8 내지 20ft의 드럼이다. 처음에 소공성 성형 캐리어[예: 포드리니어(Fourdrinier) 와이어](여기서, 섬유상 슬러리를 분산시키는데 필요한 다량의 물이 유리된다)상에서 형성되는 페이퍼 웹은, 일반적으로 최종적으로 반건조 상태로 양키의 표면으로 이동되기 전에 건조가 완결되는 동안 소위 압축부(여기서, 페이퍼를 기계적으로 압착시키거나 그 밖의 탈수 방법[예: 고온 공기를 사용한 통기 건조(through-drying)]에 의해 계속 탈수된다)에서 펠트 또는 직물로 이동된다.

각종 크레이핑 티슈 페이퍼 제품은 일반적으로 일련의 물리적 성질을 상충시키기 위한 통상적인 소비자의 요구(예: 만족스러운 촉감, 즉 유연하면서도 고강도 및 린트화(linting) 및 더스트화(dusting)에 대한 내성을 가짐)에 의해 추가로 결합된다.

유연성은 남/녀 소비자가 특정 제품을 잡고 피부를 문지르거나 또는 손 안에서 구길 때 소비자에 의해 감지되는 촉감이다. 이러한 촉감은 몇몇 물리적 성질의 결합에 의해 제공된다. 일반적으로 당 분야의 숙련자들은 유연성과 관련된 가장 중요한 물리적 성질중 하나가 제품을 제조하는 페이퍼 웹의 강성이라고 간주한다. 강성이란 통상적으로 웹의 강도에 직접적으로 의존한다고 간주된다.

강도는 물리적 일체성을 유지하고 사용도중 인열, 파열 및 찢어짐을 방지하기 위한, 제품 및 그 구성 웹의 성능이다.

린트화 및 더스트화는 취급 또는 사용도중 웹이 비결합되거나 느슨하게 결합된 섬유 또는 입상 충전제를 방출하는 경향을 말한다.

크레이핑된 티슈 페이퍼는 일반적으로 제지용 섬유로 본질적으로 구성된다. 소량의 화학 작용성 시약(예: 습윤강도 또는 건조강도 결합제, 보유 조제, 계면활성제, 사이즈제, 화학 연화제, 크레이프 촉진 조성물)이 종종 포함되며, 이들은 일반적으로 소량으로만 사용된다, 크레이핑된 티슈 페이퍼에 가장 빈번하게 사용되는 제지용 섬유는 순수한 화학 목재 펄프이다.

전세계의 천연 원료의 공급 측면에서, 경제적 및 환경적 검사가 강화되고 있으므로, 위생용 티슈와 같은 제품에 있어서 순수한 화학 목재 펄프와 같은 임산물의 수요를 감소시키는 것이 강조되고 있다. 주어진 목재 펄프를 질량 손실없이 증가시키는 한가지 방법은 순수한 화학 펄프 섬유를 고수율의 섬유(예: 기계적 또는 화학-기계적 펄프)로 대체하고 재생 섬유를 사용하는 것이다. 불행하게도, 성능면에서 비교적 심각한 품질 저하와 같은 질적 변화 변화가 통상적으로 수반된다. 이러한 섬유는 매우 조악해지기 쉬운데, 이는 축 늘어지는 성질 때문에 선택된 최초 섬유에 의해 부여된 벨벳과 같은 감촉을 상실하기 때문이다. 기계적 또는 화학-기계적으로 생성된 섬유의 경우, 높은 조악성은 원시 목재 물질의 비-셀룰로즈 성분, 즉 리그닌 및 소위 헤미셀룰로즈를 포함하는 성분을 보유하기 때문이다. 이는 길이를 증가시키지 않으면서 각각의 섬유 중량을 증가시킨다. 재생 페이퍼는 또한 높은 기계적 펄프 함량을 가지는 경향이 있으며, 이를 감소시키기 위해 폐지 등급을 선택하는데 각별한 주의가 요구되는데도, 여전히 높은 조악성이 발생한다. 이는 전적으로 많은 원료로부터 페이퍼를 혼합하여 재생 펄프를 제조할 때 당연히 발생하는 불순한 섬유 형태의 혼합물 때문이다. 예를 들면, 어떤 폐지가 원래 처음부터 미북부 경재(North American hardwood)이기 때문에 선택될 수 있다. 그러나, 더욱 조악한 연재 섬유, 심지어는 훨씬 많은 유해 종(예: 미남부 소나무의 변종)으로부터 더 많은 오염을 종종 발견할 것이다. 본원에서 참조로서 인용하는, 카스텐스(Carstens)에게 1981년 11월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,300,981 호)에서는 초기 섬유에 의해 부여된 조직상 성질 및 표면 성질을 설명하고 있다. 모두 본원에서 참조로서 인용하는, 빈슨(Vinson)에게 1993년 7월 20일자로 허여된 미국 특허 제 5,228,954 호 및 빈슨에게 1995년 4월 11자로 허여된 미국 특허 제 5,405,499 호에는 섬유 공급원을 품질 개선하여 유해한 영향을 줄이는 방법이 개시되어 있지만, 여전히 대체 수준은 한계가 있으며 새로운 섬유 공급원 자체가 공급 한계가 있고 이는 종종 그 용도를 제한한다.

본 발명의 발명자들은 위생용 티슈 페이퍼에서 목재 펄프의 사용을 제한하는 또 다른 방법으로서 그 일부를 저렴하고 용이하게 수득할 수 있는 충전 물질(예: 카올린 점토 또는 탄산칼슘)로 대체하는 것을 발견하였다. 당 분야의 숙련자들은 이러한 실행이 수년 동안 페이퍼 공업의 일부에서 통상적인 것이라는 것을 알겠지만, 이러한 위생 티슈 제품에 대한 이러한 시도를 확장하는 것이 지금까지 그 시도가 실행되는 것을 방해해 온 특별한 난점을 포함한다는 것을 또한 인정할 것이다.

한가지 주요 한계점은 제지 공정중에 충전제를 보유하는 것이다. 페이퍼 제품중에, 생리대는 가장 낮은 기본중량을 가진다. 양키 기계로부터 릴(reel)상에서 권취될 때 티슈 웹의 기본중량은 일반적으로 약 15g/㎡이고, 크레이핑 블레이드에서 도입될 때 크레이핑, 또는 단축 때문에, 기계의 성형부, 압축부 및 건조부에서의 건조 섬유 기본중량은 실제로 마무리 가공된 건조 기본중량보다 약 10 내지 약 20중량% 작다. 작은 기본중량에 의해 야기된 보유성에서의 난점을 해결하기 위해, 티슈 웹은 극도로 낮은 밀도를 차지하고, 종종 약 0.1g/㎤ 이하만이 릴상에서 권취됨에 따라 뚜렷한 밀도를 가진다. 당 분야의 숙련인들은 이 로프트(loft)중 일부가 크레이핑 블레이드에서 도입된다는 것을 이해할 것이고, 또한 티슈 웹이 일반적으로 비교적 유리된 스톡(stock)으로부터 형성된다는 것을 이해할 것이다(이는 이를 구성하는 섬유가 비팅(beating)으로 인해 축 늘어지지 않는다는 것을 의미한다). 티슈 기계는 매우 높은 속도로 실행되도록 작동할 필요가 있다. 따라서, 유리 스톡은 과도한 성형 압력 및 건조 하중을 방지하기 위해 필요하다. 유리 스톡을 포함하는 비교적 강성인 섬유는 이들이 성형됨에 따라 초기 웹을 개섬하는 성능을 보유한다. 동시에 당 분야의 숙련자들은 이러한 가벼운 중량, 낮은 밀도의 구조물이 웹이 형성될 때 미립자를 여과할 상당한 기회를 얻을 수 없다는 것을 이해할 것이다. 섬유 표면에 실질적으로 부착되지 않은 충전제 입자는 고속 접근 유동계의 급류에 의해 파열될 것이고, 액체상 안으로 휩쓸려 초기 웹을 성형 웹으로부터 배수된 물 안으로 추진시킨다. 웹을 형성하기 위해 사용된 물을 단지 반복적으로 순환시킴으로써 입자 농도를 충전제가 페이퍼와 함께 방출되는 지점까지 증가시킨다. 이러한 유출수중의 고체 농도는 비실제적이다.

두 번째 주요 한계점은 형성된 웹이 건조됨에 따라 제지용 섬유가 서로 결합하려는 경향이 있도록 제지용 섬유를 자연적으로 결합시키기 위한 입상 충전제의 일반적인 실패이다. 이는 제품의 강도를 감소시킨다. 충전제를 포함하는 경우 강도를 감소시키고, 강도를 보완되지 않는 경우, 이미 충분히 약한 제품을 심각하게 제한한다. 섬유 비팅을 증가시킨다든가 화학적 보강제를 사용하는 식의 강도 재보강을 위해 필요한 단계 또한 종종 제한된다.

시이트 일체성에 대한 충전제의 유해한 영향은 가압 펠트를 막히게 하거나 가압부로부터 양키 건조기까지 불량하게 이송시켜 위생상 문제를 야기시킨다.

마지막으로, 충전제를 함유하는 티슈 제품은 린트화 또는 더스트화되는 경향이 있다. 이는 충전제 자체가 웹 안에 약하게 잡혀 있을 뿐만 아니라 이들이 구조물 안으로 단단히 붙어 있는 섬유 고착의 국부적인 약화를 유발하는 상기 언급한 결합 억제 효과를 가지기 때문이다. 이러한 경향은 크레이핑된 제지 공정 및 후속의 전환 조작에서, 페이퍼의 취급시 과도한 더스트가 생성되기 때문에 조작상의 난점을 유발할 수 있다. 또 다른 고려사항은 충전된 페이퍼로부터 제조된 위생용 티슈 제품의 사용자가 린트 및 더스트가 비교적 없을 것을 요구한다는 것이다.

결과적으로, 양키 기계 상에서 제조된 페이퍼에 충전제를 사용하는 것은 엄격하게 제한된다. 본원에서 참조로서 인용하는, 티엘(Thiele)에게 1940년 10월 1일자로 허여된 미국 특허 제 2,216,143 호에는 양키 기계상에서 충전제의 한계가 논의되어 있고 이러한 한계점을 극복하는 도입 방법이 개시되어 있다. 불행히도, 이러한 방법은 접착제에 의해 결합된 입자를 시이트의 펠트 면상에 피복하면서 양키 건조기와 접촉상태로 있게 하는 번거로운 단위 공정을 필요로 한다. 이러한 공정은 현재의 고속 양키 기계에 실용적이지 않고, 당 분야의 숙련인들은 티엘의 방법이 충전된 티슈 제품 보다는 피복된 티슈 제품을 제조한다는 것을 이해할 것이다. "충전된 티슈 페이퍼"는 "피복된 티슈 페이퍼"와 이들을 제조하기 위해 실행되는 방법에 의해 본질적으로 구별된다. 즉, "충전된 티슈 페이퍼"는 이들이 웹으로 조립되기 전에 섬유에 입상 물질이 첨가된 것이고, "피복된 티슈 페이퍼"는 웹이 본질적으로 조립된 후 입상 물질이 첨가된 것이다. 이러한 차이점의 결과로서, 충전된 티슈 페이퍼 제품은 다층 티슈 페이퍼의 하나 이상의 층의 두께에 걸쳐, 또는 단층 티슈 페이퍼의 전체 두께에 걸쳐 완전히 분산된 충전제를 함유하는 양키 기계상에서 제조된 비교적 가벼운 중량의 저밀도 크레이핑된 티슈 페이퍼로 기술될 수 있다. "완전히 분산된"이란 용어는 충전된 티슈 제품의 특정 층의 본질적으로 모든 부분이 충전제 입자를 함유한다는 것을 의미하지만, 구체적으로 이러한 분산액이 층 안에서 균일해야만 한다는 것을 내포하는 것은 아니다. 사실, 티슈의 충전제 층에 있어서 두께의 함수로서 충전제 농도에 차이를 둠으로써 특별한 장점이 기대될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 언급한 선행 기술의 한계를 극복하는 입상 충전제를 포함하는 티슈 페이퍼를 제공하는 것이다. 본 발명의 티슈 페이퍼는 유연하고 보유성 충전제를 함유하며 높은 수준의 인장 강도를 가지고 더스트가 적다.

발명의 요약

본 발명은 린트 및 더스트가 적고 제지용 섬유 및 비셀룰로즈계 입상 충전제를 포함하는, 질기고 유연한 충전된 티슈 페이퍼에 관한 것이고, 이 충전제는 상기 티슈의 약 5중량% 내지 약 50중량%, 더욱 바람직하게는 약 8중량% 내지 약 20중량%를 차지한다. 크레이핑된 티슈 페이퍼를 이러한 양의 입상 충전제로 충전시킴으로써 유연성, 강도 및 더스트화 내성의 예상밖의 조화를 이룰 수 있었다.

바람직한 실시양태에 있어서, 본 발명의 충전된 티슈 페이퍼는 약 10 내지 약 50g/㎡, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 30g/㎡의 기본중량을 가진다. 이는 약 0.03 내지 약 0.6g/㎥, 더욱 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.2g/m³의 밀도를 가진다.

바람직한 실시양태는 경재 및 연재 유형의 제지용 섬유를 추가로 포함하는데, 여기서 제지용 섬유의 약 50% 이상은 경재이고 약 10% 이상은 연재이다. 경재 및 연재는 각각 티슈가 내부층 및 하나 이상의 외부층을 포함하고 있는 각 층으로 분류함으로써 분리하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 바람직한 티슈 페이퍼는 비교적 큰 밀도의 대역이 연속되고 고벌크 영역(high bulk field)이 불연속적으로 있는, 패턴이 조밀화된 티슈를 포함하며, 비교적 큰 밀도의 대역이 고벌크 영역 안에 분산되도록 조밀화된 패턴이다. 가장 바람직하게는, 티슈 페이퍼는 통기 건조된다.

본 발명은 제지용 섬유 및 입상 충전제를 포함하는 크레이핑된 티슈 페이퍼를 제공한다. 바람직한 실시양태에 있어서, 입상 충전제는 점토, 탄산칼슘, 이산화티탄, 활석, 규산알루미늄, 규산칼슘, 알루미나 삼수화물, 활성탄, 진주 전분, 황산칼슘, 유리 미소구, 규조토 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 상기 그룹으로부터 충전제를 선택할 때 몇몇 인자가 평가를 위해 필요하다. 이들은 비용, 이용가능성, 티슈 페이퍼 안으로의 보유 용이성, 색상, 분산 포텐셜, 굴절률 및 선택된 제지 환경과의 화학적 상용성을 포함한다.

본 발명에 이르러, 특별히 적절한 충전제는 카올린 점토라는 것을 발견하였다. 가장 바람직하게는 카올린 점토의 소위 "함수 규산알루미늄" 형태가 하소에 의해 추가로 가공된 카올린 점토와 비교하여 바람직하다.

카올린 점토의 형태는 원래 편평하거나 블록형이며, 바람직하게는 기계적 이층화 처리되지 않은 점토를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 평균 입자 크기를 감소시키는 경향이 있기 때문이다. 입자 크기는 상당하는 구경으로 언급하는 것이 통상적이다. 약 0.2μ 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.5μ 이상인 상당하는 평균 구경이 본 발명의 실시에 바람직하다. 가장 바람직하게는, 약 1.0μ 이상의 상당하는 구경이 바람직하다.

본원에서의 백분율, 비 및 비율은 모두 달리 특별한 언급이 없으면 중량 기준이다.

본 발명은 일반적으로, 크레이핑된(creped) 티슈 페이퍼 제품 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 셀룰로즈 펄프 및 비셀룰로즈계 수불용성 입상 충전제로부터 제조된 크레이핑된 티슈 페이퍼 제품에 관한 것이다.

도 1은 제지용 섬유 및 입상 충전제를 포함하는 질기고 유연하며 린트가 적은 크레이핑된 티슈 페이퍼를 제조하기 위한, 본 발명의 크레이핑 제지 공정을 설명하는 개략도이다.

도 2는 양이온성 응집제를 기본으로 하는 본 발명의 한가지 실시양태에 따른, 크레이핑 제지 공정을 위한 수성 제지용 퍼니쉬를 제조하기 위한 단계를 설명하는 개략도이다.

도 3은 음이온성 응집제를 기본으로 하는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른, 크레이핑 제지 공정을 위한 수성 제지용 퍼니쉬를 제조하기 위한 단계를 설명하는 개략도이다.

본 명세서가 본 발명으로 간주되는 주요 사항을 구체적으로 설명하고 구별되게 청구하는 청구의 범위로서 결론을 맺지만, 본 발명은 하기 상세한 내용 및 첨부된 실시예를 읽음으로써 더욱 잘 이해될 수 있으리라 생각된다.

본원에서 사용되는 "포함하는"이란 용어는 다양한 구성요소, 성분 또는 단계가 본 발명을 실행하는데 있어서 공동으로 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, "포함하는"이란 용어는 더욱 한정적인 용어 "필수적으로 이루어진" 및 "이루어진"을 포함한다.

본원에서 사용되는 "수용성"이란 용어는 25℃에서 적어도 3중량%까지 물에 수용성인 물질을 말한다.

본원에서 사용되는 "티슈 페이퍼 웹, 페이퍼 웹, 웹, 페이퍼 시이트 및 페이퍼 제품"이란 용어는 모두 수성 제지용 퍼니쉬를 제조하는 단계, 이러한 퍼니쉬를 소공성 표면(예: 포드리디어 와이어)상에 부착시키는 단계 및 가압하거나 가압하지 않고 물을 중력- 또는 진공-보조된 배액에 의해 증발시켜 퍼니쉬로부터 제거하는 단계를 포함하고, 시이트를 반 건조 상태로 양키 건조기의 표면에 부착시키는 단계, 증발에 의해 물을 본질적으로 무수 상태까지 제거하는 단계, 가요성 크레이핑 블레이드에 의해 양키 건조기로부터 웹을 제거하는 단계 및 생성된 시이트를 릴상으로 권취하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 페이퍼 시이트를 말한다.

본원에서 사용하는 "충전된 티슈 페이퍼"란 용어는 다층 티슈 페이퍼의 하나 이상의 층의 두께에 걸쳐 완전히 분산되거나, 또는 단층상 티슈 페이퍼의 전체 두께에 걸쳐 완전히 분산된 충전제를 함유하는, 양키 기계상에서 제조된 비교적 가벼운 중량의 저밀도 크레이핑 티슈 페이퍼로서 기술될 수 있는 페이퍼 제품을 의미한다. "완전히 분산된"이란 용어는 충전된 티슈 제품의 본질적으로 모든 부분의 입상 층이 충전제 입자를 함유한다는 것을 의미하지만, 구체적으로 이러한 분산액이 층 안에서 균일해야만 한다는 것을 내포하는 것은 아니다. 사실, 티슈의 충전제 층에 있어서 두께의 함수로서 충전제 농도에 차이를 둠으로써 특별한 장점이 기대될 수 있다.

"다층상 티슈 페이퍼 웹, 다층 페이퍼 웹, 다층 웹, 다층 페이퍼 시이트 및 다층 페이퍼 제품"이란 용어는 바람직하게는 상이한 유형의 섬유(여기서, 섬유는 일반적으로 티슈 페이퍼 제조에 사용되는 비교적 긴 연재 및 비교적 짧은 경재 섬유이다)로 구성된 수성 제지용 퍼니쉬의 2개 이상의 층으로 제조된 페이퍼 시이트를 말하는 것으로, 모두 당 분야에서 호환적으로 사용된다. 층들은 바람직하게는 하나 이상의 무한 소공성 표면상에의 묽은 섬유 슬러리의 별도의 스트림 침착으로부터 제조된다. 각 층을 각각의 소포성 표면상에 초기에 형성하면, 다층상 티슈 페이퍼 웹을 형성하기 위해 층들을 습윤 상태에서 후속적으로 결합할 수 있다.

본원에서 사용되는, "단겹 티슈 제품"은 하나의 크레이핑된 티슈 겹으로 구성되는데, 이 겹은 실질적으로 원래 균질하거나 다충상 티슈 페이퍼 웹일 수 있다. 본원에서 사용되는 "다겹 티슈 제품"이란 용어는 하나 이상의 크레이핑된 티슈 겹으로 구성됨을 의미한다. 다겹 티슈 제품의 겹들은 실질적으로 원래 균질하거나 다층상 티슈 페이퍼 웹일 수 있다.

본 발명의 제 1 단계는 하나 이상의 "수성 제지용 퍼니쉬"를 제조하는 것인데, 본원에서 이 용어는 제지용 섬유의 현탁액을 말하며, 이는 통상적으로 이후 언급할 개질 화학약품을 선택적으로 포함함으로써 본질적으로 입상 충전제의 보유력과 임의의 다른 작용성 특징을 제공하는 첨가제와 함께, 목재 펄프 및 입상 충전제로 구성된다. 제지용 퍼니쉬의 일반적인 몇몇 성분을 하기에 설명한다.

제지 퍼니쉬의 성분

제지 섬유

목재 펄프의 모든 변종중 목재 펄프는 일반적으로 본 발명에서 사용하는 제지 섬유를 포함하고 있을 것으로 생각된다. 그러나, 다른 셀룰로즈 섬유성 펄프(예: 면 린터, 사탕수수의 설탕짜낸 찌끼(bagasse), 레이온 등)를 사용할 수 있고, 이 모두를 청구한다. 본원에서 유용한 목재 펄프는 화학적 펄프(예: 설파이트 및 설페이트(종종 크라프트로 지칭됨)) 뿐만 아니라 기계적인 펄프(예: 쇄목 펄프, 열기계적 펄프(ThermoMechanical Pulp, TMP) 및 화학적-열기계적 펄프(Chemi-ThermoMechanical Pulp, CTMP)를 들 수 있다. 낙엽수 및 침엽수로부터 유도된 펄프를 사용할 수 있다.

경재 및 연재 펄프 뿐만 아니라 이 두가지의 배합물을 본 발명의 티슈 페이퍼를 위한 제지 섬유로서 사용할 수도 있다. 본원에서 사용되는 "경재 펄프"라는 용어는 낙엽수(피자식물)의 목질 물질로부터 유도된 섬유성 펄프를 지칭하고, "연재 펄프"는 침엽수(나자식물)의 목질 물질로부터 유도된 섬유성 펄프이다. 경재 크라프트 펄프, 특히 유칼립투스, 및 북부 연재 크라프트(Northern Softwood Kraft, NSK) 펄프의 블렌드가 특히 본 발명의 티슈 웹을 제조하는데 유용하다. 본 발명의 바람직한 양태는, 가장 바람직하게는 유칼립투스와 같은 경질 펄프가 외부층으로 사용되고, 북부 연재 크라프트 펄프가 내부층으로 사용되는 층상의 티슈 웹을 포함한다. 또한 상기 범주의 임의의 또는 모든 섬유를 함유할 수도 있는, 재생 페이퍼로부터 유도된 섬유를 본 발명에 적용할 수 있다.

입상 충전제

본 발명은 제지 섬유 및 입상 충전제를 포함하는 크레이핑된 티슈 페이퍼를 제공한다. 바람직한 양태에서, 입상 충전제는 점토, 탄산칼슘, 이산화티탄, 활석, 규산알루미늄, 규산칼슘, 알루미나 삼수화물, 활성탄, 진주 전분, 황산칼슘, 유리 미소구, 규조토 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택된다. 상기 그룹으로부터 충전제를 선택할 경우, 몇가지 요소를 고려할 필요가 있다. 이러한 요소로는 비용, 이용가능성, 티슈 페이퍼 안으로의 보유 용이성, 색상, 분산 포텐셜, 굴절률 및 선택된 제지 환경과의 화학적 상용성을 들 수 있다.

현재 특히 적합한 입상 충전제로는 카올린 점토가 알려져 있다. 카올린 점토는 입자로서 선광되는 천연의 규산알루미늄 광물질 부류에 대한 일반명이다.

용어법에 따라, 공업상 뿐만 아니라 선행 기술의 특허 문헌에서, 카올린 생성물 또는 방법을 언급할 때, 하소되지 않은 카올린을 지칭하기 위해서 "함수"라는 표현을 사용하는 것이 일반적이다. 하소는 점토를 450℃보다 높은 온도에 적용시키는 것시며, 이 온도에서 카올린의 기본 결정 구조가 변화된다. 소위 "함수" 카올린은 선광되어, 예를 들어 기포 부선(froth flotation), 자기 분리, 기계적 이층화, 분쇄 또는 유사한 분쇄에 적용되지만, 결정 구조를 손상시킬만한 상기 온도에는 적용되지 않은 조질의 카올린으로부터 산출될 수도 있다.

기술적인 관점에서 정확하게는 "함수"로서 이러한 물질을 설명하는 것은 적절하지 못하다. 더 구체적으로, 카올리나이트 구조에 실제로 존재하는 물 분자는 없다. 따라서, 조성은 2H₂O·Al₂O₃·2SiO₂의 형태로 존재하거나 표현될 수 있으나, 카올리나이트는 Al₂(OH)₄Si₂O₅의 대략의 조성(이는 방금 인용한 일반식의 수화된 일반식임)의 규산수산화알루미늄으로 공지되어 있다. 본 명세서의 목적을 위해 카올린을 450℃를 초과하는 온도에서 하이드록실 기를 제거하기에 충분한 시간동안 하소하면, 카올리나이트의 원래 결정 구조는 파괴된다. 따라서, 기술적으로 이러한 하소된 점토는 더 이상 카올린이 아니기 때문에, 공업상 이를 하소된 카올린으로 지칭하는 것이 일반적이나, 본 명세서의 목적을 위해, 하소된 물질을 "카올린"이라는 부류의 물질을 인용할 때 포함시킨다. 따라서 "함수 규산알루미늄"이라는 용어는 하소되지 않은 천연 카올린을 지칭한다.

함수 규산알루미늄은 본 발명의 실시에 가장 바람직한 카올린 형태이다. 따라서, 이는 450℃를 초과하는 온도에서 수증기로서, 앞서 언급한 약 13%의 중량 손실을 특징으로 한다.

카올린은 자연적으로 서로 부착되어 "적층물(stacks)" 또는 "단(books)"을 형성하는 얇은 소판의 형태로 자연에 존재하기 때문에, 카올린의 형태는 자연적으로 편평하거나 또는 블록형이다. 적층물은 공정동안 어느 정도 독립적인 소판으로 분리되지만, 평균 입자 크기를 감소시키는 경향이 있는 광범위 기계적 이층화 처리되지 않은 점토를 사용하는 것이 바람직하다. 상당하는 구경으로 평균 입자 크기를 나타내는 것이 일반적이다. 본 발명의 실시에 있어서, 상당하는 평균 구경이 0.2μ보다 크고, 더 바람직하게는 약 0.5μ보다 큰 경우가 바람직하다. 가장 바람직하게는, 상당하는 구경이 약 1.0μ보다 큰 경우가 바람직하다.

금방 채굴된 점토를 습윤 공정에 적용한다. 조질의 점토를 수성 현탁시켜 거친 불순물을 원심 분리법으로 제거하고, 화학적 표백을 위한 매질을 제공한다. 폴리아크릴레이트 중합체 또는 포스페이트 염은 종종 이러한 슬러리에 점도를 감소시키고 침강을 느리게 하기 위해서 첨가된다. 생성된 점토를 일반적으로 건조 과정 없이 약 70% 고체의 현탁액으로 수송되거나 또는 분무 건조된다.

점토의 처리(예: 공기 부유, 기포 부선, 세척, 표백, 분무 건조, 슬러리 안정제 및 점도 개질제의 첨가)는 일반적으로 수용가능하고, 특정 환경에서 주위의 특정 상업적인 고려사항에 기반을 두어 선택되어야 한다.

점토 소판은 각각 그 자체로 알루미늄 폴리실리케이트로 된 다층 구조이다. 산소 원자의 연속적인 배열에 의해 각 기본 층의 하나의 면이 형성된다. 폴리실리케이트 시이트 구조의 가장자리는 이들 산소 원자로 단위화된다. 결합된 팔면체 알루미나 구조의 하이드록실 기의 연속적인 배열은 2차원의 폴리알루미늄 옥사이드 구조를 형성하는 다른 면을 형성한다. 사면체 및 팔면체의 구조를 공유하는 산소 원자는 알루미늄 원자를 규소 원자와 결합된다.

조립체의 결점은 현탁액중에서 음이온 전하를 갖는 천연 점토 입자에 주 원인이 있다. 이는 알루미늄이 다른 2가, 3가 및 4가의 양이온으로 치환되기 때문에 발생한다. 그 결과, 표면상의 일부 산소 원자는 음이온성으로 되고 하이드록실기를 약하게 해리시킬 수 있다.

또한 천연 점토는 자신의 음이온을 바람직한 다른 것으로 교환할 수 있는 양이온 특징을 갖는다. 이는 소판의 주위 가장자리에서 결합의 완전성이 부족한 알루미늄 원자가 종종 발생하기 때문에 일어난다. 이러한 알루미늄 원자들은 이들이 존재하는 수성 현탁액으로부터 음이온을 끌어당겨 남아있는 원자가를 만족시켜야야만 한다. 만약 이들 양이온성 부위가 용액으로부터의 음이온으로 만족하지 못하는 경우, 점토는 그 자체가 진한 분산액을 형성하는 "카드 집(card house)"의 구조를 형성하도록 가장자리를 배향시킴으로써 자체의 전하 균형을 만족시킬 수 있다. 양이온성 부위와의 폴리아크릴레이트 분산액 이온 교환은 점토에 반발 특성을 제공하여 이러한 조립을 방해하고, 제조, 수송 및 점토의 사용을 단순화한다.

카올린 등급 WW Fil SD(등록상표)는 미국 죠지아주 드라이 브랜치 소재의 드라이 브랜치 카올린 캄파니(Dry Branch Kaolin Company)에서 시판중인 분무 건조된 카올린으로서, 본 발명의 크레이핑된 티슈 페이퍼 웹을 제조하는데 적합하다.

전분

본 발명의 임의의 양상에서, 전분을 제지 퍼니쉬의 성분중 하나로서 포함시키는 것이 유용하다. 입상 충전제 및 섬유의 존재하에, 물에 대한 제한된 용해도를 갖는 전분은 이후 자세히 설명되는 본 발명의 특정 양상에서 특히 유용하다. 이를 달성하는 일반적인 수단은 소위 "양이온성 전분"을 사용하는 것이다.

본원에서 사용되는 바와 같은 "양이온성 전분"이라는 용어는 천연적으로 유도되고, 양이온성 구성 잔기를 부여하도록 추가로 화학적으로 개질된 전분으로 정의된다. 바람직하게는 전분은 옥수수 또는 감자에서 유도되나, 쌀, 밀 또는 타피오카와 같은 다른 원료로부터 유도될 수도 있다. 또한 찰 옥수수로부터 산출되었고 공업적으로 아미오카 전분으로 공지되어 있는 찰 옥수수 전분이 특히 바람직하다. 아미오카 전분은 전체가 아밀로펩틴이라는 점에서 일반적인 덴트종(dent) 옥수수 전분과는 차이가 있지만, 일반적인 옥수수 전분은 아밀로펩틴과 아밀로즈를 모두 함유한다. 아미오카 전분의 다양한 고유의 특징은 쇼프메이어(H. H. Schopmeyer)의 문헌[Food Industries, 1945년 12월, pp. 106-108; "Amioca-The Starch from Waxy Corn"]에 기술되어 있다. 전분은 과립 형태, 예비-젤라틴화된 과립 형태 또는 분산된 형태일 수 있다. 분산된 형태가 바람직하다. 만약 예비-젤라틴화된 과립 형태이라면, 이를 사용하기 전에 냉수에 분산시키기만 하면 되는데, 단 하나 주의할 것은 분산액의 형성시 겔-블록 경향을 극복하는 장치를 사용하는 것이다. 이덕터(eductor)로 공지되어 있는 적합한 분산제가 공업상 공지되어 있다. 만약 전분이 과립 형태이고 예비-젤라틴화되어 있지 않다면, 전분 과립의 팽윤을 유도하기 위해서 전분을 조리하는 것이 필요하다. 바람직하게는 이러한 전분 과립을 조리에 의해 전분 과립의 분산 직전의 시점까지 팽윤시킨다. 이러한 매우 팽윤된 전분 과립을 "완전히 조리되었다"고 말할 수도 있다. 일반적으로 분산을 위한 조건은 전분 과립의 크기, 과립의 결정화 정도 및 존재하는 아밀로즈의 양에 따라 변할 수 있다. 완전히 조리된 아미오카 전분은, 예를 들어 약 4% 점조도의 전분 과립의 수성 슬러리를 약 190℉(약 88℃)에서 약 30 분 내지 약 40분 가열하여 제조할 수 있다.

양이온성 전분은 하기의 일반적인 부류로 구분될 수 있다: (1) 3급 아미노알킬 에테르, (2) 4차 아민, 포스포늄 및 설포늄 유도체를 비롯한, 오늄 전분 에테르, (3) 1차 및 2차 아미노알킬 전분 및 (4) 그외 잡다한 전분(예: 이미노 전분). 신규한 양이온성 생성물이 계속적으로 개발되고 있으나, 3급 아미노알킬 에테르 및 4차 암모늄 알킬 에테르가 주된 시판 형태이다. 바람직하게는 양이온성 전분은 전분의 무수 글루코즈 단위당 양이온 치환체가 약 0.01 내지 약 0.1개의 치환도를 나타내며, 치환체는 바람직하게는 상기 언급한 형태중에서 선택된다. 적합한 전분은 미국 뉴저지주 브리지워터 소재의 내쇼날 스타치 앤드 케미칼 캄파니(National Starch and Chemical Company)에서 상품명 레디본드(RediBOND, 등록상표)로 생산되고 있다. 레디본드 5320 및 레디본드 5327과 같은 양이온성 잔기를 갖는 등급이 적합하고, 레디본드 2005와 같은 음이온 작용성을 갖는 등급 또한 적합하다.

이론에 결부시키려 하지 않고, 초기에 물에 용해된 양이온성 전분은 충전제의 존재시 충전제 표면상의 음이온성 잔기에 대한 인력 때문에 불용성이 된다고 생각된다. 이는 충전제가 보다 많은 충전제 입자에 대해 인력 표면을 제공하는 부쉬(buch)한 전분 분자로 덮혀지기 하며, 결국에는 충전제를 응집시킨다. 이러한 단계의 근본적인 요소는 전분의 전하 특징보다는 전분 분자의 크기 및 모양 때문인 것으로 여겨진다. 예를 들어, 전하 편향(biasing) 종(예: 합성 선형 다전해질)으로 양이온성 전분을 대체하면 열등한 결과를 나타낼 수 있다.

본 발명의 한가지 양태에서, 양이온성 전분을 바람직하게는 입상 충전제에 첨가한다. 이 경우, 첨가되는 양이온성 전분의 양은 입상 충전제의 중량을 기준으로 약 0.1중량% 내지 약 2중량%, 가장 바람직하게는 약 0.25중량% 내지 약 0.75중량%이다. 발명의 이러한 양상에 있어서, 보유 조제 양이온성 응집제를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 양태로는 양이온성 전분을 전체 수성 제지 퍼니쉬에, 바람직하게는 팬 펌프에서의 최종 희석 전에 첨가하는 것이 바람직하다. 본 발명의 이러한 양상은 음이온성 응집제를 보유 조제로 사용한다. 본 발명의 이러한 양상에서, 음이온성 응집제 첨가 비율의 약 5배 내지 약 12배의 속도로 양이온성 전분을 첨가하는 것이 바람직하다.

전술한 양이온성 응집제 및 음이온성 응집제를 하기의 부분에서 자세히 설명한다.

보유 조제

제지 공정 동안 웹내의 미세한 퍼니쉬 고체의 보유율을 증가시키기 위해 사용되는 첨가체를 지칭하는, 본원에 사용된 소위 "보유 조제"로서 다수의 물질이 시판되고 있다. 미세한 고체는 적절하게 보유되지 않으면, 유출과정 동안에 손실되거나 또는 재순환 급류(white water) 루프중에 과도하게 높은 농도로 축적되어 침착물 형성 및 배액시설의 손상을 비롯한 제조상의 어려움을 초래한다. 본원에서 참고문헌으로 인용되고 있는, 운베헨드(J. E. Unbehend) 및 브리트(K. W. Britt)의 문헌["Pulp and Paper, Chemistry and Chemical Technology", 3판, Vol. 3, Wiley Interscience Publication]중 "Retention Chemistry"이란 제하의 17장에서, 중합체 보유 조제 작용의 유형 및 메카니즘에 대한 근본적인 이해를 제공하고 있다. 응집제는 일반적으로 가교 메카니즘에 의해 현탁된 입자를 응집시킨다. 특정 다가 양이온이 일반적인 응집제로 생각되지만, 이들은 일반적으로 실제로는 중합체 쇄와 함께 다수의 전하 부위를 운반하는 우수한 작용성의 중합체로 대체된다.

양이온성 응집제

본 발명에 따른 티슈 제품은 보유 조제로서 본원에서 사용된 것과 같이 다가전해질 부류를 지칭하는 "양이온성 응집제"를 사용하여 효과적으로 제조할 수 있다. 이러한 중합체는 양이온성 단량체로 구성되거나 이를 포함하는 일반적으로 하나 이상의 에틸렌계 불포화된 단량체, 일반적으로 아크릴 단량체를 기원으로 한다.

적합한 양이온성 단량체로는 산 염 또는 4차 암모늄 염으로서 디알킬 아미노 알킬-(메트) 아크릴레이트 또는 -(메트) 아크릴아미드이다. 적합한 알킬 기로는 디알킬아미노에틸 (메트) 아크릴레이트, 디알킬아미노에틸 (메트) 아크릴아미드 및 디알킬아미노메틸 (메트) 아크릴아미드 및 디알킬아미노-1,3-프로필 (메트) 아크릴아미드가 있다. 이러한 양이온성 단량체는 비이온성 단량체와, 바람직하게는 아크릴아미드와 공중합되는 것이 바람직하다. 다른 적합한 중합체는 폴리에틸렌 이민, 폴리아미드 에피클로로하이드린 중합체, 및 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드와 같은 단량체의 단일중합체 또는 공중합체(일반적으로는 아크릴아미드와의)를 들 수 있다.

본 발명에 따른 제품을 제조하기 위해서 보유 조제로서 페이퍼에 사용하기에 적합한 통상적인 양이온성 합성 중합체 응집제가 사용될 수 있다.

중합체는 양이온화된 전분의 구형 구조에 비교하여 실질적으로 선형인 것이 바람직하다.

광범위한 전하 밀도를 사용할 수 있으나, 중간 밀도가 바람직하다. 본 발명의 제품을 제조하는데 유용한 중합체는 양이온 작용기를 중합체의 1g 당 약 0.2 내지 약 2.5밀리당량, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 1.5밀리당량으로 함유한다.

본 발명에 따른 티슈 제품을 제조하는데 유용한 중합체는 분자량이 약 500,000 이상, 바람직하게는 약 1,000,000 이상이고 유리하게는 5,000,000보다 크다.

허용가능한 물질의 예로는 레텐 1232(RETEN 1232, 등록상표) 및 마이크로폼 2321(Microform 2321, 등록상표)을 들 수 있고, 둘다 유화중합된 양이온성 폴리아크릴아미드이고, 레텐 157(등록 상표)은 고체 과립으로 전달되며, 모두 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드(Hercules, Inc)의 제품이다. 다른 허용가능한 양이온성 응집제는 미국 코넥티컷주 스탬포드 소재의 사이텍 인코포레이티드(Cytec, Inc.)의 제품인 아큐락(Accurac) 91이다.

당 분야의 숙련자들은 이들 중합체의 바람직한 사용률을 폭넓게 변화시킬 수 있다는 것을 인지할 것이다. 중합체의 건조 중량 및 티슈 페이퍼의 건조 최종 중량을 기준으로 중합체 약 0.005중량% 정도의 양이라면 유용한 결과를 나타낼 것이나, 일반적으로는 사용율을 보다 높이는 것을 기대할 수 있고, 본 발명의 목적을 위하여 이들 물질을 사용함으로써 일반적으로 실시하는 것보다 훨씬 더 높이는 것을 기대할 수 있다. 약 0.5중량% 정도의 양을 사용할 수도 있지만 일반적으로는 약 0.1%가 최적이다.

음이온성 응집제

본 발명의 또다른 양상에서, "음이온성 응집제"는 유용한 성분이다. 본원에서 사용되는 "음이온성 응집제"는 음이온성 측기를 갖는 고분자량의 중합체를 지칭한다.

음이온성 중합체는 종종 카복실산(-COOH) 잔기를 갖는다. 이들은 종종 중합체 주쇄의 측기이거나 또는 전형적으로 알칼렌 기, 특히 탄소가 적은 알칼렌 기를 통한 측기일 수 있다. 수성 매질에서, 낮은 pH의 경우를 제외하면, 이러한 카복실산 기는 이온화되어 중합체에 음 전하를 제공한다.

음이온성 응집제에 적합한 음이온성 중합체는 전체적으로 또는 근본적으로 중합시, 비이온 및 음이온 작용성을 둘다 나타내는 단량체의 배합물로 구성되는 대신 카복실산 기를 생성하기 쉬운 단량체성 단위로 구성된다. 비이온성 작용성을 나타내는 단량체, 특히 극성을 갖는 경우는 종종 이온 작용성과 동일한 응집 경향을 나타낸다. 이러한 단량체의 혼입은 이러한 이유 때문에 종종 실시된다. 종종 사용되는 비이온성 단위는 (메트) 아크릴아미드이다.

비교적 큰 분자량을 갖는 비이온성 폴리아크릴아미드는 만족스러운 응집제이다. 이러한 음이온성 폴리아크릴아미드는 (메트) 아크릴아미드 및 (메트) 아크릴산의 배합물을 포함하며, (메트) 아크릴산은 중합 단계 동안 (메트) 아크릴산 단량체를 혼입시키거나, 중합단계 후에 일부 (메트) 아크릴아미드 단위를 가수분해시키거나, 또는 이들 방법을 병용함으로써 유도될 수 있다.

중합체는 음이온성 전분의 구형 구조에 비해서 실질적으로 선형인 것이 바람직하다.

광범위한 전하 밀도를 사용할 수 있으나, 중간 밀도가 바람직하다. 본 발명의 제품을 제조하는데 유용한 중합체는 양이온 작용기를 중합체 1g 당 약 0.2 내지 약 7밀리당량 또는 그 이상, 더 바람직하게는 약 2 내지 약 4밀리당량의 양으로 함유한다.

본 발명에 따른 티슈 제품을 제조하는데 유용한 중합체는 분자량이 약 500,000 이상이고, 바람직하게는 약 1,000,000보다 크고, 유리하게는 5,000,000보다 클 수도 있다.

허용가능한 물질의 예로는 고체 과립으로서 전달되는 레텐 235로서, 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드의 제품이다. 다른 허용가능한 음이온성 응집제는 아큐락 62로서 미국 코넥티컷주 스탬포드 소재의 사이텍 인코포레이티드의 제품이다.

당 분야의 숙련자들은 이들 중합체의 바람직한 사용률을 폭넓게 변화시킬 수 있다는 것을 인지할 것이다. 티슈 페이퍼의 건조 최종 중량을 기준으로 중합체 약 0.005중량% 정도의 양이라면 유용한 결과를 나타낼 것이나, 일반적으로는 사용율을 보다 높이는 것을 기대할 수 있고, 본 발명의 목적을 위하여 이들 물질을 사용함으로써 일반적으로 실시하는 것보다 훨씬 더 높이는 것을 기대할 수 있다. 약 0.5중량% 이상의 양을 사용할 수도 있지만, 일반적으로는 약 0.1%가 최적이다.

기타 첨가제

기타 물질들이 선택된 입상 충전제의 화학성과 상용가능하고 본 발명의 유연도, 강성 또는 저 더스트화 특성에 부정적인 효과를 거의 미치지 않는한, 이들 기타 물질을 수성 제지 퍼니쉬 또는 초기 웹에 첨가하여 다른 특징을 생성물에 부여하거나 제지 공정을 개선시킬 수 있다. 특별히, 하기 물질들이 포함되지만, 이들이 모든 포함물질들을 제공하는 것은 아니다. 본 발명의 이점을 간섭하거나 방해하지 않는한 다른 물질들이 포함될 수 있다.

양이온 전하 편향된 종을 제지 공정에 첨가하여 이것이 제지 공정에 전달됨에 따라 수성 제지 퍼니쉬의 제타 포텐셜을 조절하는 것은 통상적인 것이다. 이들 물질은, 본질상 대부분의 고체가 음의 표면 전하를 갖는다는 이유로 사용되고, 셀룰로즈 섬유 및 미립자 및 대부분의 무기 충전제의 표면이 포함된다. 본 분야의 많은 전문가들은 양이온 전하 편향된 종이 이들 고체를 부분적으로 중화시키고, 상술된 양이온성 전분 및 양이온성 다가전해질 등의 양이온성 응집제에 의해 보다 쉽게 이들이 응집되도록 하므로 바람직하다고 생각한다. 전통적으로 사용되는 양이온 전하 편향된 종중 하나는 알룸이다. 당 분야에서 보다 최근에, 전하 편향은 비교적 낮은 분자량, 바람직하게는 약 500,000 이하, 더 바람직하게는 약 200,000 이하, 또는 약 100,000 이하의 분자량을 갖는 양이온성 합성 중합체를 사용하여 수행된다. 상기 저분자량의 양이온성 합성 중합체의 전하 밀도는 비교적 높다. 이들 전하 밀도는 중합체 1㎏ 당 양이온성 질소 약 4 내지 약 8당량의 범위이다. 한 적합한 물질은 미국 코넥티컷주 스탬포드 소재의 사이텍 인코포레이티드의 제품인 사이프로 514(Cypro 514, 등록상표)이다. 상기 물질을 사용하는 것은 명백히 본 발명의 실시내에서 허용된다. 그러나, 이들의 사용시 주의깊게 사용해야 한다. 소량의 상기 제제는 보다 큰 응집제 분자에 접근할 수 없는 음이온 중심을 중화시키고, 이로써 입자 반발을 저하시켜 실질적으로 보유력에 도움을 줄 수 있지만, 상기 물질들은 음이온 정착 자리에 대해 양이온 응집제와 경쟁할 수 있으므로, 이들은 음이온성 부위가 제한될 경우 보유력에 부정적인 영향을 미침으로써 실질적으로 의도된 것과 반대되는 효과를 끼칠 수 있다.

성형, 배수, 강도 및 보유력을 개선할 목적으로 큰 표면적, 높은 음이온 전하의 미립자를 사용하는 것은 당 분야에 교시되어 있다. 예를 들면 스미쓰(Smith)에게 1993년 6월 22일자로 허여된 미국 특허 제 5,221,435호(본원에 참고로 인용됨)를 참조한다. 상기 목적을 위한 통상적인 물질로는 실리카 콜로이드 또는 벤토나이트 점토가 있다. 상기 물질을 혼입하는 것은 명백히 본 발명의 범주내에 속한다.

영구 습윤 강성이 요구될 경우, 폴리아미드-에피클로로하이드린, 폴리아크릴아미드, 스티렌-부타디엔 라텍스; 불용화된 폴리비닐 알콜; 우레아-포름알데하이드; 폴리에틸렌이민; 키토산 중합체 및 이들의 혼합물을 포함하는 화학물질 그룹은 제지 퍼니쉬 또는 초기 웹에 첨가할 수 있다. 폴리아미드-에피클로로하이드린 수지는 특별한 용도를 갖는 것으로 밝혀진 양이온 습윤 강성 수지이다. 적합한 종류의 상기 수지들은 1972년 10월 24일자로 허여된 미국 특허 제 3,700,623호, 1973년 11월 13일자로 허여된 미국 특허 제 3,772,076호(이들 모두는 카임(Keim)에게 허여되었고, 본원에 참고로 인용되어 있다)에 기술되어 있다. 유용한 폴리아미드-에피클로로하이드린 수지를 상업적으로 제공하는 곳으로는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드이고, 상품명 키멘 557H(Kymene 557H, 등록상표)로 상기 수지를 시판한다.

많은 크레이핑된 페이퍼 제품은 젖을 때 제한된 강성을 가져야만 하는데, 이는 이들이 화장실을 통해 부패 또는 하수 시스템내에 들어가야 하기 때문이다. 습윤 강도가 이들 제품에 부여될 경우, 물의 존재하에 정치시켜 놓을 때 그의 효능의 일부 또는 전체가 소멸됨을 특징으로 하는 일시 습윤 강도가 바람직하다. 일시 습윤 강도가 요구될 경우, 결합제 물질을 디알데하이드 전분, 또는 내쇼날 스타치 앤드 케미칼 캄파니 제공의 코-본드 1000(Co-Bond 1000, 등록상표), 미국 코넥티컷주 스탬포드 소재의 사이텍 제공의 파레즈 750(Parez 750, 등록상표)와 같이 알데하이드 작용기를 갖는 다른 수지, 및 브조르퀴스트(Bjorkquist)에게 1991년 1월 1일자로 허여된 미국 특허 제 4,981,557호(본원에 참고로 인용됨)에 기술된 수지로 구성된 그룹으로부터 선택할 수 있다.

향상된 흡수성이 필요할 경우, 계면활성제를 사용하여 본 발명의 크레이핑된 티슈 페이퍼 웹을 처리할 수 있다. 사용할 경우, 계면활성제의 농도는 티슈 페이퍼의 건조 섬유 중량을 기준으로 약 0.01중량% 내지 약 2.0중량%가 바람직하다. 계면활성제는 바람직하게 8개 이상의 탄소 원자로 이루어진 알킬쇄를 갖는다. 음이온 계면활성제의 예로는 선형 알킬 설포네이트 및 알킬벤젠 설포네이트가 있다. 비이온성 계면활성제의 예로는 크로다 인코포레이티드(Croda Inc., 미국 뉴욕주 뉴욕 소재)에서 시판하는 크로데스타 SL-40(Cordesta SL-40, 등록상표) 등과 같은 알킬글리사이드 에스테르; 랑돈(W. K. Langdon) 등에게 1977년 3월 8일자로 허여된 미국 특허 제 4,011,389호에 기술된 바와 같은 알킬 글리코사이드 에테르; 및 글리코 케미칼즈 인코포레이티드(Glyco Chemicals, Inc., 미국 코넥티컷주 그린위치 소재)에서 시판하는 페고스퍼스 200ML(Pegosperse 200ML) 및 론 풀랑 코포레이션(Rhone Poulenc Corporation, 미국 뉴저지주 캔버리 소재)에서 시판하는 이게팔 RC-520(IGEPAL RC-520, 등록상표)과 같은 알킬폴리에톡실화 에스테르를 비롯한 알킬글리코사이드류가 있다.

화학적 연화제는 명백히 임의의 성분으로서 포함된다. 허용가능한 화학적 연화제로는 디탈로우디메틸암모늄 클로라이드, 디탈로우디메틸암모늄 메틸설페이트, 디(수소화)탈로우디메틸암모늄 클로라이드 등의 공지된 디알킬디메틸암모늄 염이 있고, 디(수소화)탈로우디메틸암모늄 메틸설페이트가 바람직하다. 상기 특정 물질은 미국 오하이오주 더블린 소재의 위트코 케미칼 캄파니(Witco Chemical Company)에서 상품명 베리소프트 137(Varisoft 137, 등록상표)로 시판중이다. 4급 암모늄 화합물의 생분해성 모노- 및 디-에스테르 변형물을 사용할 수도 있고, 이는 본 발명의 범주내에 속한다.

본 발명은 웹의 표면상에 또는 양키 건조기 상에 분무되도록 고안된 접착제 및 피복제와 함께 사용될 수 있고, 이러한 제품은 양키 건조기에 대한 접착성을 조절하기 위해 고안된다. 예를 들면, 베이츠(Bates)에게 허여된 미국 특허 제 3,926,716호(본원에 참고로 인용됨)는 양키 건조기에 대한 페이퍼 웹의 접착성을 개선하기 위해 일정한 정도의 가수분해도 및 점도를 갖는 폴리비닐 알콜의 수분산액을 사용하는 공정을 개시하고 있다. 미국 펜실바니아주 알렌타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)로부터 상품명 에어볼(Airvol, 등록상표)로 시판되는 상기 폴리비닐 알콜은 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 양키 건조기 상에 또는 시이트의 표면상에 직접 사용하도록 유사하게 추천되는 다른 양키 피복제는 양이온성 폴리아미드 또는 폴리아민 수지이고, 예로써 미국 펜실바니아주 밸리 포지 소재의 하우턴 인터내쇼날(Houghton International)에서 시판하는 상품명 레조졸(Rezosol, 등록상표)과 유니소프트(Unisoft, 등록상표), 및 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드에서 시판하는 크레페트롤(Crepetrol, 등록상표)이 있다. 이들도 또한 본 발명에 사용될 수 있다. 바람직하게, 부분적으로 가수분해된 폴리비닐 알콜 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아민 수지, 광유 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 접착제에 의해 양키 건조기에 웹을 고정시킨다. 더 바람직하게, 접착제는 폴리아미드 에피클로로하이드린 수지, 광유, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된다.

임의의 화학적 첨가제의 상기 기재는 단지 예시하려는 것이고, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.

수성 제지 퍼니쉬의 제조

당 분야의 숙련자라면 제지 퍼니쉬의 정량적인 화학 조성물 뿐만 아니라 다른 인자들중 각 성분의 상대량 및 첨가 순서와 첨가 시기가 크레이핑된 제지 공정에 중요함을 인지할 것이다. 본 발명에 이르러, 하기의 기법이 수성 제지 퍼니쉬의 제조에 적합함이 밝혀졌지만, 이에 대한 서술이 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되고, 이는 본 명세서의 끝부분에 제시된 청구의 범위에 의해 정의된다.

제지 섬유는 먼저 선행분야에 기술된 적절한 통상의 펄프화 방법에 의해 개별적 섬유를 수성 슬러리내로 유리시킴으로써 준비된다. 이어서 필요할 경우, 제지 퍼니쉬의 선택된 부분상에서 정련을 수행한다. 입상 충전제를 흡수하기 위해 이후 사용될 수성 슬러리가 등가의 캐나다 표준 자유도(Canadian Standard Freeness, CSF) 약 600㎖ 이상, 더 바람직하게는 550㎖ 이하로 정련될 경우 보유력면에서 유리함이 밝혀져 있다. 일반적으로 희석은 중합체를 흡수하게 하고 보유를 도우며, 결과적으로 제조시 상기 시점에서 제지 섬유의 슬러리 또는 슬러리들은 바람직하게 약 3 내지 5중량% 이하의 고형분을 함유한다.

선택된 입상 충전제는 먼저 수성 슬러리내로 이를 분산시킴으로써 준비된다. 희석은 일반적으로 고체 표면상으로 중합체를 흡수하게 하고 보유를 도우며, 제조시 상기 시점에서 입상 충전제의 슬러리 또는 슬러리들은 바람직하게 약 1 내지 5중량% 이하의 고형분을 함유한다.

본 발명의 한 양상은 양이온성 응집제 보유 화학을 기본으로 한다. 이는 먼저 입상 충전제의 존재하에 제한된 수용성을 갖는 전분을 첨가하는 것을 필요로 한다. 바람직하게, 전분은 양이온성이고, 이는 엄밀히 입상 충전제의 희석된 수성 슬러리에 대해 전분의 건조 중량 및 입상 충전제의 건조 중량을 기준으로 약 0.3중량% 내지 1.0중량%의 양으로 수분산액으로서 첨가된다.

이론에 결부시키려는 것은 아니지만, 전분은 충전제상에서 응집제로서 작용하고, 그 결과 입자는 응집한다. 이러한 방식으로 충전제를 응집하는 것은 제지 섬유의 표면에 이를 보다 효과적으로 흡착시킨다. 섬유 표면상에 충전제를 흡착시키는 것은 제지 섬유의 하나 이상의 슬러리와 응집물의 슬러리를 배합하고, 양이온성 응집제를 생성된 혼합물에 첨가함으로써 달성될 수 있다. 다시, 이론에 결부시키려는 것은 아니지만, 응집제의 작용은 제지 섬유상의 음이온성 부위와 충전제 응집물의 음이온성 부위를 가교시킴으로써 효과적인 것으로 생각된다.

양이온성 응집제는 제지 공정의 스톡 제조 시스템의 진입 유동(approach flow)시 적절한 시점에서 첨가될 수 있다. 팬 펌프 이후 양이온성 응집제를 첨가하는 것이 특히 바람직하고, 이때 공정으로부터 반환되는 재순환 기계수로 최종 희석된다. 전단 단계가 응집제에 의해 형성된 가교를 파괴하는 것은 제지 분야에 공지되어 있으므로, 수성 제지 슬러리가 거칠 수 있는 많은 전단 단계 이후 응집제를 첨가하는 것이 일반적으로 실시된다.

본 발명의 제 2 양상은 음이온성 응집제를 기본으로 한다. 이 양상에서, 바람직하게 음이온성 응집제를 적어도 입상 충전제의 수성 슬러리에 첨가하면서, 수성 제지 퍼니쉬의 나머지 부분으로부터 본질적으로 단리시킨다. 그 다음, 음이온성 응집제 및 입상 충전제의 배합물을 적어도 일부분의 제지 섬유와 배합하고, 양이온성 전분을 혼합물에 첨가한다. 이러한 배합 및 전분의 첨가는 바람직하게 공정중 최종 희석 전에 달성되고, 여기서 재순환된 기계수는 수성 제지 퍼니쉬와 배합되고, 팬 펌프에 의해 헤드박스(headbox)로 전달된다.

유리하게, 전분을 첨가한 후 추가량의 응집제를 제공한다. 초기량의 응집제가 음이온형인 것은 본 발명의 양상에서 필수적이지만, 팬 펌프 이후 첨가된 일부 응집제는 음이온형이거나 양이온형일 수 있다. 가장 바람직하게는, 상기 제 2 투입량의 응집제는 재순환된 기계수로 최종 희석한 후, 즉 팬 펌프 이후 첨가한다. 전단 단계가 응집제에 의해 형성된 응집물을 파괴한다는 것은 제지 분야에 공지되어 있으므로, 수성 제지 슬러리가 거칠 수 있는 많은 전단 단계 이후 응집제를 첨가하는 것이 일반적으로 실시된다.

당 분야의 숙련자라면 상기 추천된 입상 충전제에 직접 응집제를 첨가하는 것이 전단 단계 방법을 최소화하기 위한 예외사항임을 인식할 것이고, 따라서 본 발명의 상기 양상에 의해 적어도 일부분의 음이온성 응집제가 입상 충전제에 첨가되는 반면 수성 제지 퍼니쉬의 다른 성분은 본질적으로 없고, 응집제 처리된 입상 충전제가 최종 희석 단계 전에 제지 섬유에 첨가될 경우 예상밖의 결과가 수득된다. 음이온성 응집제의 적절한 첨가비는 약 4:1, 즉 팬 펌프 이후 첨가되는 전체 응집제 투입량의 각각의 1부에 대해 약 4부가 입상 충전제에 직접적으로 유리하게 첨가된다. 상기 비는 매우 다양할 수 있고, 다양한 환경에 따라 약 0.5:1 내지 10:1의 비가 적당할 것으로 생각된다.

본 발명의 둘 중 한 양상을 나타내는 제품의 제조시, 제지 섬유의 다중 슬러리를 제조할 경우, 하나 이상의 슬러리를 사용하여 본 발명에 따른 입상 섬유를 흡수할 수 있다. 제지 공정시 제지 섬유의 하나 이상의 수성 슬러리가 팬 펌프에 도달하기 전에 입상 충전제가 비교적 적게 유지될지라도, 상기 슬러리의 팬 펌프 이후 양이온성 또는 음이온성 응집제를 첨가하는 것이 바람직하다. 이는 팬 펌프내에 사용된 재순환된 물이 소공성 스크린상에 이전에 보유되지 못한 충전제 응집물을 함유하기 때문이다. 다중 희석 섬유 슬러리를 크레이핑 제지 공정에 사용할 경우, 양이온성 또는 음이온성 응집제의 유동물을 바람직하게 모든 희석 섬유 슬러리에 첨가하고, 각 희석 섬유 슬러리의 수성 제지 퍼니쉬에서 고체 유동물에 이를 거의 비례시키는 방식으로 첨가해야 한다.

바람직한 배열에서, 경재 펄프를 포함하는 비교적 짧은 제지 섬유의 슬러리를 제조하여 미립자 섬유를 흡수하기 위해 사용하는 반면, 연재 펄프를 포함하는 비교적 긴 제지 섬유의 슬러리를 제조하여 본질적으로 미립자가 없도록 한다. 생성된 단섬유의 슬러리는 3층 헤드박스의 외부 챔버로 이동되어 3층 티슈의 표면층을 형성하고, 여기서 장섬유의 내부층은 비교적 긴 제지 섬유의 슬러리가 보내지는 헤드박스에서 내부 챔버로부터 형성된다. 생성되는 충전된 티슈 웹은 특히 단겹 티슈 제품으로 전환시키기에 적합하다.

다른 바람직한 배열에서, 경재 펄프를 포함하는 비교적 짧은 제지 섬유의 슬러리를 제조하여 미립자 섬유를 흡수하기 위해 사용하는 반면, 연재 펄프를 포함하는 비교적 긴 제지 섬유의 슬러리를 제조하여 본질적으로 미립자가 없도록 한다. 생성된 단섬유의 슬러리는 두개의 챔버를 갖는 헤드박스중 하나의 챔버로 이동되어 2층 티슈의 한 층을 형성하고, 여기서 다른 장섬유 층을 비교적 긴 제지 섬유의 슬러리가 보내지는 헤드박스에서 제 2 챔버로부터 형성한다. 생성된 충진 티슈 웹은 특히 두겹을 포함하는 다겹 티슈 제품으로 전환하기에 적합하고, 이때 각각의 겹은 비교적 짧은 제지 섬유로 구성된 층이 두겹 티슈 생성물의 표면상에 위치하도록 배향된다.

당 분야의 숙련자라면 헤드박스 챔버의 겉보기 수는 동일 유형의 수성 제지 퍼니쉬를 인접 챔버로 이동시킴으로써 감소될 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들면, 상술된 3개의 챔버로 이루어진 헤드박스는 단지 동일한 수성 제지 퍼니쉬를 두 인접한 챔버중 하나에 본질적으로 이동시킴으로써 2개의 챔버로 이루어진 헤드박스로서 사용될 수 있다.

수성 제지 퍼니쉬의 제조 방법은 도 2와 도 3을 참조함으로써 보다 잘 이해될 수 있는데, 도 2는 양이온성 응집제를 기초로 한 본 발명의 양상에 따라 제품을 산출하는 크레이핑 제지 조작에 있어서 수성 제지 퍼니쉬의 제조를 예시하는 개략도이고, 도 3은 음이온성 응집제를 기초로 한 본 발명의 양상에 따라 제품을 산출하는 크레이핑 제지 조작에 있어서 수성 제지 퍼니쉬의 제조를 예시하는 개략도이다. 하기 논의는 도 2에 대한 설명이다.

저장 용기(1)는 비교적 긴 제지 섬유의 수성 슬러리를 가공하기 위해 제공된다. 펌프(2)를 사용하고 임의로는 정련기(3)를 통해 슬러리를 수송하여 긴 제지 섬유의 강도 포텐셜을 완전히 증진시킨다. 부가 파이프(4)를 통해 수지를 수송시켜 완성 제품에 요구될 경우 습윤 또는 건조 강도를 제공한다. 그 다음, 슬러리를 믹서(5)에서 컨디셔닝(conditioning)하여 수지의 흡수를 돕는다. 이어서 적합하게 컨디셔닝된 슬러리를 팬 펌프(6)에서 급류(7)로 희석하여 희석된 긴 제지 섬유 슬러리(15)를 형성한다. 파이프(20)를 통해 양이온성 응집제를 슬러리(15)에 첨가하여 응집된 장섬유의 슬러리(22)를 생성한다.

도 2에 대해 보다 상세히 설명하면, 저장 용기(8)는 입상 충전제 슬러리를 위한 저장소이다. 부가 파이프(9)를 통해 양이온성 전분 첨가제의 수분산액을 수송한다. 펌프(10)는 미립자 슬러리를 수송할 뿐만 아니라 전분의 분산액을 제공하는 작용을 한다. 슬러리를 믹서(12)에서 컨디셔닝하여 첨가제의 흡수를 돕는다. 정련된 단섬유 제지 섬유의 수분산액과 생성된 슬러리(13)가 혼합되는 지점으로 생성된 슬러리(13)를 수송한다.

도 2에 대해 보다 상세히 설명하면, 짧은 제지 섬유 슬러리는 저장소(11)를 기원으로 하고, 이로부터 짧은 제지 섬유 슬러리는 펌프(14)에 의해 파이프(49)를 통해 정련기(15)를 통해 수송되고, 여기서 이는 짧은 제지 섬유(16)의 정련된 슬러리가 된다. 이는 입상 충전제(13)의 컨디셔닝된 슬러리(13)와 혼합한 후, 단섬유 기제의 수성 제지 슬러리(17)가 된다. 급류(7)를 팬 펌프(18)에서 슬러리(17)와 혼합하고, 이때 슬러리는 희석된 수성 제지 슬러리(19)가 된다. 파이프(21)를 통해 슬러리(19)내로 양이온성 응집제를 이동시키고, 이후 슬러리는 응집된 수성 제지 슬러리(23)가 된다.

바람직하게, 응결된 단섬유 기제의 수성 제지 슬러리(23)는 도 1에 예시된 크레이핑 제지 공정으로 이동되고, 이는 두개의 거의 동일한 스트림으로 분할되고, 이후 헤드박스 (82) 및 (83)내로 이동되어 궁극적으로 각각 질기고 유연하며 더스트가 적은, 충전된 크레이핑된 티슈 페이퍼의 양키-비접촉면 층(off-Yankee-side-layer, 75) 및 양키-접촉면 층(Yankee-side-layer, 71)으로 전개된다. 유사하게, 도 2를 참조로 하여, 응집된 긴 제지 섬유 수성 슬러리(22)는 바람직하게 헤드박스 챔버(82b)내로 이동되어 궁극적으로 질기고 유연하며 더스트가 적은, 충전된 크레이핑된 티슈 페이퍼의 중앙층(73)으로 전개된다.

하기의 논의는 도 3에 관한 설명이다:

저장 용기(24)는 비교적 긴 제지 섬유의 수성 슬러리를 가공하기 위해 제공된다. 펌프(25)를 사용하고 임의로는 정련기(26)를 통해 슬러리를 수송하여 긴 제지 섬유의 강도 포텐셜을 완전히 증진시킨다. 부가 파이프(27)를 통해 수지를 수송시켜 완성 제품에 요구될 경우 습윤 또는 건조 강도를 제공한다. 그 다음으로, 슬러리를 믹서(28)에서 컨디셔닝하여 수지의 흡수를 돕는다. 이어서 적합하게 컨디셔닝된 슬러리를 팬 펌프(30)에서 급류(29)로 희석하여 희석된 긴 제지 섬유 슬러리(31)를 형성한다. 임의로, 파이프(32)를 통해 양이온성 응집제를 수송하여 슬러리(31)와 혼합시키고, 응집된 긴 섬유 제지의 수성 슬러리(33)를 생성한다.

도 3에 대해 보다 상세히 설명하면, 저장 용기(34)는 입상 충전제 슬러리를 위한 저장소이다. 부가 파이프(35)를 통해 음이온성 응집제의 수분산액을 수송한다. 펌프(36)는 미립자 슬러리를 수송할 뿐만 아니라 응집제의 분산액을 제공하는 작용을 한다. 슬러리를 믹서(37)에서 컨디셔닝하여 첨가제의 흡수를 돕는다. 짧은 제지 섬유의 수분산액과 생성된 슬러리가 혼합되는 지점으로 생성된 슬러리(38)를 수송한다.

도 3에 대해 보다 상세히 설명하면, 짧은 제지 섬유 슬러리는 저장소(39)를 기원으로 하고, 이로부터 짧은 제지 섬유 슬러리는 펌프(40)에 의해 파이프(48)를 통해 컨디셔닝된 입상 충전제 슬러리(38)와 혼합될 지점으로 수송되어 짧은 섬유 기제의 수성 제지 슬러리(41)가 된다. 파이프(46)는 양이온성 전분의 수분산액을 수송하고, 라인 믹서(50)에 의해 이를 슬러리(41)와 혼합하여 응집된 슬러리(47)를 형성한다. 급류(29)를 응집된 슬러리내로 이동시키고, 이를 팬 펌프(42)에서 혼합하여 희석 응결된 단섬유 기제의 수성 제지 슬러리(43)를 형성한다. 임의로, 파이프(44)는 추가의 응집제를 수송하여 희석 슬러리(43)의 응집제 농도를 증가시켜 슬러리(45)를 형성한다.

바람직하게, 도 3으로부터의 짧은 제지 섬유 슬러리(45)는 도 1에 예시된 크레이핑 제지 공정으로 이동되고, 이는 두개의 거의 동일한 스트림으로 분할되고, 이후 헤드박스 (82) 및 (83)내로 이동되어 궁극적으로 각각 질기고 유연하며 더스트가 적은, 충전된 크레이핑된 티슈 페이퍼의 양키-비접촉면 층(75) 및 양키-접촉면 층(71)으로 전개된다. 유사하게, 도 3을 참조로 하여, 응집된 긴 제지 섬유의 수성 슬러리(33)는 바람직하게 헤드박스 챔버(82b)내로 이동되어 궁극적으로 질기고 유연하며 더스트가 적은, 충전된 크레이핑된 티슈 페이퍼의 중앙층(73)으로 전개된다.

크레이핑 제지 공정

도 1은 질기고 유연하며 더스트가 적은, 충전된 크레이핑된 티슈 페이퍼의 제조를 위한 크레이핑 제지 공정을 예시하는 개략도이다. 이들 바람직한 실시태양은 하기 논의에 개시되어 있으며, 도 1을 참고로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 페이퍼의 제조를 위한 바람직한 제지기(80)의 측면도이다. 도 1에 대해서, 제지기(80)는 상부 챔버(82), 중심 챔버(82b) 및 기부 챔버(83)를 갖는 층상화된 헤드박스(81), 분할 루프(84), 및 포드리니어 와이어(85)(이는 브레스트 롤(86), 전향장치(90), 진공 흡입 상자(91), 카우치 롤(92) 및 다수개의 회전 롤(94)들의 상부 및 둘레에서 루프를 형성한다)를 포함한다. 작동시, 하나의 제지 원료를 상부 챔버(82)를 통해 펌핑시키고, 두번째 제지 원료를 중심 챔버(82b)를 통해 펌핑시키는 반면, 세번째 원료는 기부 챔버(83)를 통해 펌핑시키고, 여기에서부터 분할 루프(84)에서 나와 포드리니어 와이어(85)의 위 및 아래로 펌핑시켜 상기 와이어 상에 층(88a), (88b) 및 (88c)를 포함하는 초기 웹(88)을 형성시킨다. 탈수는 포드리니어 와이어(85)를 통해 일어나며, 전향장치(90) 및 진공상자(91)에 의해 지원된다. 포드리니어 와이어가 화살표로 나타낸 방향으로 회전하면서 이동함에 따라, 상기 와이어가 또다시 브레스트 롤(86)위를 통과하기 전에 샤워기(95)가 상기 와이어를 세척한다. 웹 전달 대역(93)에서, 초기 웹(88)은 진공 전달 상자(97)의 작용에 의해 소공성 캐리어 직물(96)로 이동된다. 캐리어 직물(96)은 웹을 전달 대역(93)으로부터 진공 탈수 상자(98)를 지나, 취입 예비건조기(100)를 통과하여 2 개의 회전 롤(101)을 지난 후에, 가압롤(102)의 작용에 의해 양키 건조기(108)로 이동된다. 이어서 캐리어 직물(96)은 추가의 회전 롤(101), 샤워기(103) 및 진공 탈수 상자(105)의 위 및 둘레를 통과함으로써 그의 루프를 완성함에 따라 세척되고 탈수된다. 예비건조된 페이퍼 웹은 분무 도포기(109)에 의해 도포된 접착제에 의해 양키 건조기(108)의 원통형 표면에 접착적으로 고정된다. 건조는 스팀 가열된 양키 건조기(108)상에서 도시되지 않은 수단에 의해 건조 후드(110)를 통해 가열되고 순환되는 고온 공기에 의해 완료된다. 이어서 웹은 닥터 블레이드(111)에 의해 양키 건조기(108)로부터 건조 크레이핑되고, 그 후에 양키-접촉면 층(71), 중앙 층(73) 및 양키-비접촉면 층(75)을 포함하는 페이퍼 시이트(70)로 지정된다. 이어서 페이퍼 시이트(70)는 캘린더 롤(112) 및 (113)사이, 릴(115)의 원주 부분 둘레를 통과하여, 샤프트(118)상에 배치된 코어(117)상에서 롤(116)로 감긴다.

여전히 도 1에 대해서, 페이퍼 시이트(70)의 양키-접촉면 층(71)의 기원은 헤드박스(81)의 기부 챔버(83)를 통해 펌핑된 원료로, 이 원료를 포드리니어 와이어(85)에 직접 적용시키고, 여기에서 초기 웹(88)의 층(88c)으로 된다. 페이퍼 시이트(70)중 중앙층(73)의 기원은 헤드박스(81)의 챔버(82b) 아래를 통과하여 전달된 원료로, 이 원료는 층(88c)의 상부에서 층(88b)를 형성한다. 페이퍼 시이트(70)의 양키-비접촉면 층(75)의 기원은 헤드박스(81)의 상부 챔버(82)를 통해 전달된 원료로, 이 원료는 초기 웹(88)의 층(88b)의 상부상에서 층(88a)를 형성한다. 도 1은 3층의 웹을 제조하는데 적합한 헤드박스(81)를 갖는 제지기(80)를 도시하지만, 한편으로 헤드박스(81)는 층상화되지 않은 2층 또는 기타 다층 웹의 제조에도 적합할 수도 있다.

더욱, 도 1의 제지기(80)상에서 본 발명을 수행하는 페이퍼 시이트(70)의 제조에 대해서, 포드리니어 와이어(85)는 우수한 성형이 이루어지도록 짧은 섬유 원료를 구성하는 섬유들의 평균 길이에 대해서 비교적 짧은 지름을 갖는 미세한 메쉬를 가져야 하며, 소공성 캐리어 직물(96)은 초기 웹의 직물 면이 직물(96)의 필라멘트간 공간내로 벌크화되는 것을 실질적으로 피하기 위해서 긴 섬유 원료를 구성하는 섬유들의 평균 길이에 대해서 비교적 짧은 개구 지름을 갖는 미세한 메쉬를 가져야 한다. 또한, 예시적인 페이퍼 시이트(70)의 제조를 위한 공정 조건에 대해서, 페이퍼 웹을 바람직하게 크레이핑 전에 약 80%의 섬유 점조도, 보다 바람직하게 약 95%의 섬유 점조도로 건조시킨다.

본 발명을 일반적으로 크레이핑된 티슈 페이퍼, 통상적으로 펠트-압착된 크레이핑된 티슈 페이퍼, 고벌크 패턴이 치밀화된 크레이핑된 티슈 페이퍼, 및 고벌크의 비압축된 크레이핑된 티슈 페이퍼에 적용시킬 수 있으나, 이들로 제한되지는 않는다.

본 발명의 충전된 크레이핑된 티슈 페이퍼 웹은 10 내지 약 100g/m²의 기본중량을 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 충전된 티슈 페이퍼는 약 10 내지 약 50g/m², 가장 바람직하게 약 10 내지 약 30g/m²의 기본중량을 갖는다. 본 발명에 적합한 크레이핑된 티슈 페이퍼 웹은 약 0.60g/cm³이하의 밀도를 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 충전된 티슈 페이퍼는 약 0.03 내지 약 0.6g/m³, 가장 바람직하게 약 0.05 내지 0.2g/m³의 밀도를 갖는다.

본 발명을 또한 다층 티슈 페이퍼 웹에 적용시킬 수 있다. 층상의 페이퍼 웹으로부터 형성된 티슈 구조물들이 모간 쥬니어(Morgan, Jr.) 등에게 1976년 11월 30일자로 허여된 미국 특허 제 3,994,771 호, 카스텐스(Carstens)에게 1981년 11월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,300,981 호, 더닝(Dunning) 등에게 1979년 8월 28일자로 허여된 미국 특허 제 4,166,001 호, 및 에드워즈(Edwards) 등의 명의로 1994년 9월 7일자로 공개된 유럽 특허 공보 제 0 613 979 A1 호에 개시되어 있다. 상기 특허들은 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다. 상기 층들은 바람직하게 상이한 섬유 유형들로 구성되며, 상기 섬유들은 전형적으로 다층 티슈 페이퍼 제조에 사용되는 비교적 긴 연재와 비교적 짧은 경재 섬유들이다. 본 발명에 적합한 다층 티슈 페이퍼 웹은 둘 이상의 겹친 층들, 즉 내부층 및 상기 내부층과 인접해있는 하나 이상의 외부층을 포함한다. 바람직하게, 상기 다층 티슈 페이퍼는 3개의 겹친 층들, 즉 하나의 내부 또는 중앙층, 및 2개의 외부층을 포함하며, 이때 상기 내부층은 2개의 외부층사이에 배치된다. 2개의 외부층은 바람직하게 평균 섬유 길이 약 0.5 내지 약 1.5mm, 바람직하게 약 1.0mm 미만의 비교적 짧은 제지 섬유의 1차 필라멘트 성분을 포함한다. 이들 짧은 제지 섬유는 전형적으로 경재 섬유, 바람직하게 경재 크라프트 섬유, 가장 바람직하게 유칼립투스로부터 유래된 섬유를 포함한다. 상기 내부층은 바람직하게 약 2.0mm 이상의 평균 섬유 길이를 갖는 비교적 긴 제지 섬유의 1차 필라멘트 성분을 포함한다. 이들 긴 제지 섬유는 전형적으로 연재 섬유, 바람직하게는 북부 연재 크라프트 섬유이다. 바람직하게 본 발명의 입상 충전제의 대부분은 본 발명의 다층 티슈 페이퍼 웹의 외부층들중 적어도 하나에 포함된다. 보다 바람직하게, 본 발명의 입상 충전제의 대부분은 2 개의 외부층 모두에 포함된다.

단일층 또는 다층의 크레이핑된 티슈 페이퍼 웹으로부터 제조된 크레이핑된 티슈 페이퍼 제품은 단겹의 티슈 제품 또는 다겹의 티슈 제품일 수 있다.

제조 장치 및 방법은 당 분야의 숙련자들에게 잘 공지되어 있다. 전형적인 공정에서, 낮은 점조도의 펄프 원료를 가압된 헤드박스에 제공한다. 상기 헤드박스는 펄프 원료의 얇은 침착물을 포드리니어 와이어상으로 전달하여 습윤 웹을 형성시키는 개구를 갖는다. 이어서 상기 웹은 진공 탈수에 의해 전형적으로 약 7% 내지 약 25%(전체 웹 중량 기준)의 섬유 점조도로 탈수된다.

본 발명에 개시된 충전된 티슈 페이퍼 제품을 제조하기 위해서, 수성 제지 원료를 소공성 표면상에 침착시켜 초기웹을 제조한다. 본 발명의 범위는 2개 이상의 원료 층이 바람직하게 예를 들어 다-채널 헤드박스에서 별도의 묽은 섬유 슬러리 스트림의 침착으로부터 형성된 다수의 페이퍼 층의 형성으로부터 생성된 티슈 페이퍼 제품을 또한 포함한다. 상기 층들은 바람직하게 상이한 섬유 유형들로 구성되며, 이때 상기 섬유들은 전형적으로 다층 티슈 페이퍼 제조에 사용되는 비교적 긴 연재와 비교적 짧은 경재 섬유들이다. 상기 개별적인 층들을 초기에 별도의 와이어상에 형성시키는 경우, 상기 층들을 습윤시 후속적으로 결합시켜 다층 티슈 페이퍼 웹을 형성시킨다. 제지 섬유는 바람직하게 상이한 유형의 섬유들을 포함하며, 이들 섬유는 전형적으로 비교적 긴 연재와 비교적 짧은 경재 섬유들이다. 보다 바람직하게는, 상기 경재 섬유는 상기 제지 섬유의 약 50% 이상을 차지하며, 상기 연재 섬유는 약 10% 이상을 차지한다.

본 발명에 따른 충전된 티슈 제품의 제조에 사용되는 제지 공정에서, 웹을 펠트 또는 직물, 예를들어 통상적으로 펠트 압착 티슈 페이퍼로 이송시킴을 포함하는 단계(당 분야에 잘 공지되어 있음)가 본 발명의 범위내에 포함된다. 상기 공정 단계에서, 상기 웹을 탈수 펠트로 이동시키고 물이 상기 웹으로부터 압착 공정(여기에서 대향된 기계적 부재들, 예를 들어 원통형 롤들에 의해 발생된 압력이 웹에 가해진다)에 의해 펠트내로 제거되도록 상기 웹을 압착시킨다. 이러한 방식으로 웹을 탈수시키는데 필요한 상당한 압력때문에, 통상적인 펠트 압착에 의해 제조된 생성 웹들은 비교적 밀도가 크고 웹 구조 전체를 통해 균일한 밀도를 가짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 충전된 티슈 제품의 제조에 사용되는 제지 공정에서, 반-건조 웹을 양키 건조기로 이동시킴을 포함하는 단계에서 웹은 양키 건조기로서 당 분야에 공지된 원통형 스팀 드럼 장치로 이동되는 동안 압착된다. 상기 이동은 상기 웹을 대향 압착시키는 대향된 원통형 드럼과 같은 기계적인 수단들에 의해 수행된다. 웹이 양키 표면에 대향하여 압착됨에 따라 진공이 또한 상기 웹에 적용될 수도 있다. 여러개의 양키 건조기 드럼을 사용할 수 있다.

충전된 티슈 페이퍼의 제조를 위한 제지 공정에 대한 보다 바람직한 변형 방법들에는 생성된 구조물이 비교적 섬유 밀도가 작은 비교적 고벌크 영역과 상기 고벌크 영역내에 분산된 섬유 밀도가 비교적 큰 치밀화된 대역의 배열을 가짐을 특징으로 하는 소위 패턴이 치밀화된 방법이 포함된다. 고벌크 영역은 한편으로 필로우(pillow) 영역을 특징으로 한다. 치밀화된 대역을 한편으로 너클 부분이라 칭한다. 상기 치밀화된 대역은 고벌크 영역내에서 이격되거나 또는 상기 고벌크 영역내에서 전적으로 또는 부분적으로 상호결합될 수도 있다. 바람직하게, 밀도가 비교적 큰 대역들은 연속적이며, 고벌크 영역은 불연속적이다. 패턴이 치밀화된 티슈 웹의 바람직한 제조 방법이 샌포드(Sanford)와 시손(Sisson)에게 1967년 1월 31일자로 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호, 에이어스(Peter G. Ayers)에게 1976년 8월 10일자로 허여된 미국 특허 제 3,974,025 호, 트로칸(Paul D. Trokhan)에게 1980년 3월 4일자로 허여된 미국 특허 제 4,191,609 호, 트로칸에게 1987년 1월 20일자로 허여된 미국 특허 제 4,637,859 호, 웬트(Wendt) 등에게 1990년 7월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,942,077 호, 하이랜드(Hyland) 등의 명의로 1994년 9월 28일자로 공개된 유럽 특허 공보 제 0 617 164 A1 호, 및 헤르만스(Hermans) 등의 명의로 1994년 9월 21일자로 공개된 유럽 특허 공보 제 0 616 074 A1 호(이들은 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다.

패턴이 치밀화된 웹을 제조하기 위해서, 상기 웹을 형성시킨 직후의 웹 전달 단계를 펠트보다는 성형 직물에 대해 수행한다. 상기 웹을 성형 직물을 포함하는 지지체 배열물에 대향하여 나란히 배열시킨다. 상기 웹을 지지체 배열물에 대향하여 압착시키므로써, 상기 지지체 배열물과 습윤 웹사이의 접촉 지점에 지리적으로 상응한 위치에서 상기 웹에 치밀화된 대역을 생성시킨다. 이 공정동안 압착되지 않은 상기 웹의 나머지 부분을 고벌크 영역이라 칭한다. 이 고벌크 영역을 예를들어 진공 장치 또는 취입 건조기를 사용하여 유압을 적용시킴으로써 추가로 치밀화를 해제시킨다. 상기 웹을 고벌크 영역의 압착을 실질적으로 제거하기 위해서 상기와 같은 방식으로 탈수시키고 임의로 예비건조시킨다. 이는 바람직하게 예를들어 진공 장치 또는 취입 건조기를 사용하여 생성된 유압에 의해서, 또는 한편으로 고벌크 영역을 압착시키지 않는 지지체 배열물에 대향하여 상기 웹을 기계적으로 압착시킴으로써 성취된다. 치밀화된 대역의 탈수, 임의의 예비건조 및 형성 공정을, 수행된 전체 공정 단계 수를 감소시키기 위해서 통합 또는 부분 통합시킬 수도 있다. 반-건조 웹을 양키 표면으로 이동시키는 시점에서 상기 웹의 수분 함량은 약 40% 미만이며, 상기 반-건조 웹이 상기 성형 직물상에 있는 동안 고온 공기를 상기 반-건조 웹에 강제로 통풍시켜 저 밀도 구조물을 형성시킨다.

패턴이 치밀화된 웹을 양키 건조기로 이동시키고 바람직하게 여전히 기계적인 압착을 피하면서 완전히 건조시킨다. 본 발명에서, 바람직하게 크레이핑된 티슈 페이퍼 표면의 약 8 내지 약 55%는 고벌크 영역 밀도의 125% 이상의 상대 밀도를 갖는 치밀화된 너클을 포함한다.

지지체 배열물은 바람직하게 가압시 치밀화된 대역의 형성을 촉진시키는 지지체 배열물로서 작동하는 패턴화된 변환의 너클을 갖는 날염 캐리어 직물이다. 너클의 패턴은 이미 언급한 지지체 배열물을 구성한다. 날염 캐리어 직물은 샌포드와 시손에게 1967년 1월 31일자로 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호, 살부치(Salvucci) 등에게 1974년 5월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,821,068 호, 에이어스에게 1976년 8월 10일자로 허여된 미국 특허 제 3,974,025 호, 프리드버그(Friedberg)에게 1971년 3월 30일자로 허여된 미국 특허 제 3,573,164 호, 암네우스(Amneus)에게 1969년 10월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,473,576 호, 트로칸에게 1980년 12월 16일자로 허여된 미국 특허 제 4,239,065 호 및 트로칸에게 1985년 7월 9일자로 허여된 미국 특허 제 4,528,239 호(이들은 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다.

가장 바람직하게, 초기 웹을 상기 웹에 유압을 적용시킴으로써 개방 메쉬 건조/날염 직물의 표면에 일치시키고 그 후에 저 밀도 제지 공정의 일부로서 상기 직물상에서 열에 의해 예비건조시킨다.

본 발명에 포함되는 공정 단계들의 또다른 변형법들로는 살부치와 이안노스(Peter N. Yiannos)에게 1974년 5월 21일자로 허여된 미국 특허 제 3,812,000 호 및 베커(Henry E. Becker), 맥코넬(Albert L. McConnell) 및 슈트(Richard Schutter)에게 1980년 6월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,208,459 호에 개시된 압축되지 않고 패턴이 치밀하지 않은 티슈 페이퍼 구조물의 형성이 포함되며, 이들 특허는 모두 본 발명에 참고로 인용되어 있다. 일반적으로, 압축되지 않고 패턴이 치밀하지 않은 티슈 페이퍼 구조물은 제지 원료를 포드리니어 와이어와 같은 소공성 성형 와이어상에 침착시켜 습윤 웹을 제조하고, 상기 웹을 배수시키고 상기 웹이 80% 이상의 섬유 점조도를 가질 때까지 기계적인 압착없이 추가의 물을 제거하고 상기 웹을 크레이핑시킴으로써 제조된다. 진공 탈수 및 열 건조에 의해 상기 웹으로부터 물을 제거한다. 생성된 구조물은 비교적 압축되지 않은 유연하고 약한 고벌크 섬유 시이트이다. 결합재를 바람직하게 크레이핑전에 상기 웹의 일부에 적용시킨다.

본 발명의 실시와 관련된 잇점은 주어진 양의 티슈 페이퍼 제품을 제조하는데 필요한 제지 섬유의 양을 감소시킬 수 있는 능력에 있다. 또한, 상기 티슈 제품의 광학 특성, 특히 불투명도가 개선된다. 이러한 잇점들은 높은 수준의 강도 및 낮은 더스트 정도를 갖는 티슈 페이퍼 웹에 의해 실현된다.

본 발명에 사용된 "불투명도"란 용어는 티슈 페이퍼 웹이 전자기 스펙트럼의 가시 영역에 해당하는 파장의 빛을 투과시키지 않음을 지칭한다. "비-불투명도"는 티슈 페이퍼 웹의 기본중량의 각 1g/m²단위에 대해 부여되는 불투명도의 크기이다. 불투명도의 측정 및 비-불투명도의 계산 방법을 본 명세서의 후반부에 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 티슈 페이퍼 웹은 바람직하게 약 5% 이상, 보다 바람직하게 약 5.5% 이상, 가장 바람직하게 약 6% 이상의 비-불투명도를 갖는다.

본 발명에 사용된 "강도"란 용어는 특정한 전체 인장 강도를 지칭하며, 그의 측정 방법은 본 명세서의 후반부에 포함되어 있다. 본 발명에 따른 티슈 페이퍼 웹은 질기다. 이는 일반적으로 그의 특정한 전체 인장 강도가 약 0.25m 이상, 보다 바람직하게 약 0.40m 이상임을 의미한다.

"린트" 및 "더스트"란 용어는 본 발명에서 호환적으로 사용되며 조절된 마모 시험(시험 방법은 본 명세서의 후반부에서 상세히 설명함)에서 측정된 티슈 페이퍼 웹의 섬유 또는 입상 충전제의 방출 경향을 지칭한다. 린트 및 더스트는 섬유 또는 입자의 방출 경향이 상기와 같은 섬유 또는 입자가 구조물에 고정되는 정도와 직접 관련되기 때문에 강도와 관련된다. 전체적인 고정 수준이 증가함에 따라, 강도도 증가하게 될 것이다. 그러나, 허용가능한 강도 수준을 갖지만 허용가능하지 않은 수준의 린트화 및 더스트화를 갖는것이 가능하다. 이는 린트화 또는 더스트화가 편재될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 티슈 페이퍼 웹의 표면은 린트화 또는 더스트화되기 쉬울 수 있는 반면, 상기 표면 바로 아래의 결합도는 전체적인 강도 수준을 매우 허용가능한 수준으로 끌어올리기에 충분할 수 있다. 또다른 경우로, 상기 강도는 비교적 긴 제지 섬유의 골격으로부터 유래될 수 있는 반면, 섬유의 입상 충전제 또는 입상 충전제는 상기 구조물내에서 불충분하게 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 충전된 티슈 페이퍼 웹은 비교적 린트 정도가 낮다. 약 12 미만의 린트 수준이 바람직하며, 약 10 미만이 보다 바람직하고, 8 미만이 가장 바람직하다.

본 발명의 다층 티슈 페이퍼 웹을 유연한 흡수성의 다층 티슈 페이퍼가 필요한 어떠한 용도에도 사용할 수 있다. 본 발명의 다층 티슈 페이퍼 웹의 특히 유리한 용도는 화장실용 티슈 및 고급 티슈 제품에 있다. 단겹 및 다겹의 티슈 페이퍼 제품 모두가 본 발명의 웹으로부터 제조될 수 있다.

분석 및 시험 공정

A. 밀도

본 발명에 사용된 용어인 다층 티슈 페이퍼의 밀도는 페이퍼의 기본중량을 두께로 나누어 산출한 평균 밀도로, 이 용어에는 적절한 단위 전환이 포함된다. 본 발명에 사용된 티슈 페이퍼의 두께는 95g/in²(15.5g/cm²)의 압축 하중이 가해졌을 때의 페이퍼의 두께이다.

B. 분자량 측정

중합체성 물질을 구별하기 위한 필수적인 특징은 분자의 크기이다. 중합체를 다양한 용도로 사용가능하게 하는 특성들은 거의 전적으로 상기 중합체의 거대분자 특성으로부터 유래한다. 이들 물질을 완전히 특성화하기 위해서, 상기 물질의 분자량 및 분자량 분포를 정의하고 측정하는 몇가지 수단을 필수적으로 취해야 한다. 분자량 보다는 상대 분자 질량이란 용어를 사용하는 것이 보다 정확하지만, 분자량이란 용어가 중합체 기술분야에서 보다 일반적으로 사용된다. 분자량 분포를 측정하는 것이 항상 실용적인 것은 아니다. 그러나, 크로마토그래피 기법을 사용하면 이는 보다 실용적으로 된다. 오히려, 분자 크기를 분자량 평균의 항으로 나타내는 것이 사용된다.

분자량 평균

상대 분자 질량(M_i)을 갖는 분자의 중량 분율(w_i)을 나타내는 간단한 분자량 분포를 고려하는 경우, 여러가지 유용한 평균 값들을 정의할 수 있다. 특정 크기(M_i)의 분자 수(N_i)를 기준으로 평균하여 하기 수학식 1에 따라 수 평균 분자량을 구한다:

상기 정의의 중요한 결과는 수 평균 분자량(g)이 아보가드로 수의 분자를 함유한다는 것이다. 상기 분자량의 정의는 단분산 분자 종들, 즉 동일한 분자량을 갖는 분자들의 정의와 일치한다. 보다 중요한 것은 주어진 질량의 다분산 중합체중의 분자수를 일부의 방식으로 측정할 수 있다면

을 쉽게 계할 수 있다는 것이다. 이는 총괄적인 특성 측정의 기준이다.

하기 수학식 2와 같이, 주어진 질량(M_i)의 분자의 중량 분율(W_i)을 기본으로 평균하여 중량 평균 분자량을 정의한다:

상기 식에서,

는 중합체 분자량을 표현함에 있어서

보다 유용한 수단인데, 그 이유는 상기

가 중합체의 용융 점도 및 역학적 특성과 같은 성질들을 보다 정확하게 반영하기 때문이며, 따라서 이를 본 발명에 사용한다.

C. 충전제 입자 크기의 측정

입자 크기는 특히 페이퍼 시이트중에 상기 입자를 유지시키는 능력과 관련하여 충전제의 성능을 측정하는 중요한 척도이다. 특히 점토 입자는 구형이 아닌 판상이거나 블록형이지만, "상당하는 구경"이라 칭하는 크기를 잡다한 형상의 입자에 대한 상대 크기로서 사용할 수 있으며, 이는 공업상 점토 및 다른 입상 충전제의 입자 크기를 측정하는데 사용되는 주요 방법들중 하나이다. 충전제의 상당하는 구경의 측정은 타피 방법(TAPPI Useful Method) 655를 사용하여 수행할 수 있으며, 상기 방법은 세디그래프(Sedigraph, 등록상표) 분석을 기본으로 한다. 즉, 미국 죠지아주 노크로스 소재의 마이크로메리틱스 인스트러먼트 코포레이션(Micromeritics Instrument Corporation)으로부터 입수할 수 있는 유형의 장비를 사용하여 분석한다. 상기 장비는 입상 충전제의 분산된 슬러리의 중력 침강 속도를 측정하기 위해 소프트 x-선을 사용하며, 상당하는 구경을 계산하기 위해서 스톡스법(Stokes Law)을 사용한다.

D. 페이퍼내의 충전제의 정량 분석

당 분야의 숙련자들은 페이퍼내의 비셀룰로스계 충전제를 정량 분석하는 많은 방법이 있음을 알 것이다. 본 발명의 실시를 돕기 위해서, 가장 바람직한 무기 충전제에 적용가능하다고 생각되는 두가지의 방법을 상세하게 설명하겠다. 첫 번째 방법은 회분화 방법(ashing)으로서, 일반적으로 무기 충전제에 적용할 수 있다. 두번째 방법은 XRF에 의한 카올린 분석법으로서, 본 발명의 실시에 특히 적합한 것으로 판명된 충전제인 카올린에 적용하기에 특히 바람직하다.

회분화 방법

머플(muffle) 용해로를 사용하여 회분화 방법을 수행한다. 이 방법에서는, 우선 소수점 네째 자리까지 측정할 수 있는 저울을 세척하고 보정하고 영점 보정한다. 이어서, 청결하고 비어있는 백금 접시를 소수점 네째 자리까지 측정할 수 있는 저울의 팬위에 놓아 칭량한다. 비어있는 백금 접시의 중량을 소수점 둘째 자리까지만 취해 g으로 기록한다. 저울을 다시 영점 보정하지 않고, 약 10g의 충전된 티슈 페이퍼 샘플을 접어서 조심스럽게 백금 접시에 놓는다. 백금 접시와 페이퍼의 중량을 소수점 둘째 자리까지만 취해 g으로 기록한다.

이어서 백금 접시에 있는 페이퍼를 저온에서 번센(Bunsen) 버너 불꽃을 사용하여 예비-회분화시킨다. 공기로부터 유래된 회분이 생기는 것을 방지하기 위해서 상기 작업을 할때는 신중을 기해야 한다. 공기로부터 유래된 회분이 관찰되는 경우, 새로운 샘플을 제조해야 한다. 불꽃을 꺼서 예비-회분화 단계를 완결한 후에 샘플을 머플 용해로에 놓는다. 머플 용해로의 온도는 575℃이어야 한다. 샘플을 약 4시간동안 머플 용해로에서 완전히 회분화한다. 이후에, 샘플을 가죽끈에 매단채 제거하고 청결한 난연성 표면에 놓는다. 샘플을 30분동안 냉각시킨다. 냉각시킨 후, 백금 접시/수거된 회분을 칭량하고 소수점 둘째 자리까지만 취해 g의 단위로 기록한다.

백금 접시/수거된 회분의 중량으로부터 청결한 비어있는 백금 접시의 중량을 빼어 충전된 티슈 페이퍼내의 회분 함량을 계산한다. 이 회분 함량을 소수점 둘째 자리까지만 취해 g으로 기록한다.

(예를 들면 카올린중의 수증기 손실로 인한) 회분화시킬 때의 충전제의 손실분을 알면 회분 함량 중량을 충전제의 중량으로 전환시킬 수 있다. 이를 결정하기 위해서는, 우선 청결하고 비어있는 백금 접시를 소수점 네째 자리까지 측정할 수 있는 저울의 팬위에서 칭량한다. 비어있는 백금 접시의 중량을 소수점 둘째 자리까지만 취해 g으로 기록한다. 저울을 다시 영점 보정하지 않고, 약 3g의 충전제를 분말로 만들어 백금 접시에 조심스럽게 놓는다. 백금 접시/수거된 충전제의 중량을 소수점 둘째 자리까지만 취해 g으로 기록한다.

이어서 샘플을 575℃에서 머플 용해로에 조심스럽게 놓는다. 샘플을 머플 용해로에서 약 4시간동안 완전히 회분화시킨다. 이후에, 샘플을 가죽끈에 매단채 제거하고 청결한 난연성 표면에 놓는다. 샘플을 30분동안 냉각시킨다. 냉각시킨 후, 백금 접시/수거된 회분을 칭량하고 소수점 둘째 자리까지만 취해 g의 단위로 기록한다.

하기 수학식 3을 사용하여 원래의 충전제 샘플중 회분시 손실률(%)을 계산한다:

카올린중 회분시의 손실률(%)은 10 내지 15%이다. 이어서 하기 수학식 4를 사용하여 원래 회분의 중량(g)을 충전제 중량(g)으로 전환시킬 수 있다.

원래 충전된 티슈 페이퍼중의 충전제의 함량(%)을 하기 수학식 5와 같이 계산할 수 있다:

XRF에 의한 카올린 점토의 분석법

머플 용해로에서의 회분화 방법보다 XRF 방법이 유리한 점은 주로 속도이나 이 방법은 보편적으로 사용할 수 있는 것은 아니다. XRF 분광계를 사용하면 페이퍼 샘플중 카올린 점토의 수준을 5분 이내에 정량할 수 있는 반면, 머플 용해로 회분화 방법에서는 수시간이 소요된다.

X-레이 형광분석법은 X-레이 공급관으로부터 나온 X-레이 광자와 대상물인 샘플을 충돌시킴을 기본으로 한다. 고에너지 광자에 의한 충돌로 인해 샘플에 존재하는 원소에 의해 핵심부의 전자들이 광방출된다. 이러한 비어있는 핵심부는 외부셀(outer shell) 전자들에 의해 채워진다. 핵심부가 외부셀 전자들에 의해 채워짐으로써 형광 과정이 일어나 추가의 X-레이 광자가 샘플에 존재하는 원소에 의해 방출된다. 각 원소는 각 X-레이 형광 전달에 대해 서로 다른 "지문(fingerprint)" 에너지를 갖는다. 상기 에너지 및 방출된 X-레이 형광 광자의 원소의 신원을 리튬 도핑된 실리콘 반도체 검출기로 결정한다. 검출기를 사용하면 충돌한 광자의 에너지를 결정할 수 있으므로 샘플에 존재하는 원소를 규명할 수 있다. 대부분의 샘플 매트릭스에서 나트륨으로부터 우라늄에 이르는 원소를 규명할 수 있다.

점토 충전제의 경우, 검출된 원소는 실리콘 및 알루미늄 둘다이다. 본 점토 분석에 사용된 특정 X-레이 형광 장치는 미국 캘리포니아주 마운틴 뷰에 소재하는 베커-휴즈 인코포레이티드(Baker-Hughes Inc.)에 의해 제조된 스펙트라스(Spectrace) 5000이다. 점토의 정량 분석에서 첫 번째 단계는 공지된 한 셋트의 점토 충전된 티슈 표준물, 예를 들면 8% 내지 20%의 점토를 함유하는 표준물을 사용하여 장치를 보정하는 것이다.

상기 표준 페이퍼 샘플중 점토의 정확한 수준을 전술된 머플 용해로 회분화 방법에 의해 결정한다. 블랭크 페이퍼 샘플을 표준물의 하나로서 사용한다. 목적하는 목표 점토 수준을 갖는 5개 이상의 표준물을 사용하여 장치를 보정해야 한다.

실제로 보정을 하기 전에, X-레이관을 13킬로볼트 및 0.20밀리암페어로 설정시켜 전원을 킨다. 또한 장치를 점토에 함유된 알루미늄과 실리콘에 대해 검출된 신호를 통합시키도록 설정한다. 우선 페이퍼 샘플을 2"×4"의 스트립이 되게 절단시켜 제조한다. 이어서 이 스트립을 양키-비접촉면이 노출되도록 2"×2"가 되게 접는다. 샘플을 샘플 컵의 상부에 놓고 리테이닝 링(retaining ring)을 사용하여 제자리에 고정시킨다. 샘플을 제조하는 동안, 샘플 평면이 샘플 컵의 상부에 평평한 상태로 놓이도록 신중을 기해야 한다. 이어서 상기 셋트의 공지된 표준물을 사용하여 장치를 보정한다.

상기 장치를 한 셋트의 공지된 표준물을 사용하여 보정한 후에, 선형 보정 곡선을 컴퓨터 시스템 메모리에 저장한다. 이 선형 보정 곡선을 사용하여 공지되지 않은 물질에서의 점토의 양을 계산한다. X-레이 형광 시스템이 안정하고 적절히 작동되도록 하기 위해서, 공지된 점토 함량을 갖는 검사용 샘플을 각 셋트의 공지되지 않는 샘플에 대해 분석한다. 검사용 샘플의 분석 결과 부정확한 값이 나온 경우(각각의 공지된 점토 함량으로부터 10 내지 15%가 감소된 값임), 장치를 수리 및/또는 재보정한다.

모든 페이퍼 제조 조건에서, 3개 이상의 공지되지 않은 샘플중 점토의 함량을 결정한다. 평균 및 표준 편차를 상기 3개의 샘플에 대해 정한다. 점토 적용 공정을 횡방향(CD) 또는 기계방향(MD)으로의 점토 함량을 변화시키도록 의도적으로 설정하는 경우, 더 많은 샘플을 상기 CD 및 MD 방향으로 측정해야 한다.

E. 티슈 페이퍼 린트의 측정

티슈 제품으로부터 생성된 린트의 양을 서더랜드(Sutherland) 마찰(Rub) 시험기로 결정한다. 상기 시험기는 고정 화장실용 티슈에 대해 칭량된 펠트를 5회 마찰시키기 위해서 모터를 사용한다. 마찰 시험 전후에 헌터 색상 엘(Hunter Color L)값을 측정한다. 상기 두 개의 헌터 색상 엘 값 사이의 차를 린트로서 계산한다.

샘플의 제조

린트 마찰 시험을 하기 전에 시험될 페이퍼 샘플을 타피 방법 #T4020M-88에 따라서 컨디셔닝시켜야 한다. 여기서는, 샘플을 10 내지 35%의 상대습도 및 22 내지 40℃의 온도에서 24시간동안 예비컨디셔닝시킨다. 예비컨디셔닝 단계 후에, 샘플을 48 내지 52%의 상대습도 및 22 내지 24℃의 온도에서 24시간동안 컨디셔닝시켜야 한다. 이 마찰 시험을 또한 일정 온도 및 습도를 갖는 방에서 수행해야 한다.

서더랜드 마찰 시험기를 테스팅 머신즈 인코포레이티드(Testing Machines Inc.)(미국 뉴욕주 11701 아미티빌 소재)로부터 구입할 수 있다. 우선 임의의 제품을 예를 들면 롤의 외부에서 손으로 마모시켜 제거 및 폐기함으로써 티슈를 제조한다. 다겹 완제품의 경우, 각각 2개의 다겹 제품의 시이트를 함유하는 3개의 부분을 떼어내고 작업대위에 올려놓는다. 단겹 제품의 경우, 각각 2개의 단겹 제품의 시이트를 함유하는 6개의 부분을 떼어내고 작업대위에 올려놓는다. 이어서 각 샘플을 절반으로 접어 접은 자국이 티슈 샘플의 횡방향(CD)을 가로질러 생기게 한다. 다겹 제품의 경우, 노출된 면중 하나가 샘플이 접힌 후에 노출된 면과 동일하도록 한다. 즉, 파일을 서로 분리시키지 않고 제품의 내측에서 서로 마주보게 마찰시킨다. 단겹 제품의 경우, 양키 건조기와 멀리있는 면이 드러난 3개의 샘플과 양키 건조기쪽의 면이 드러난 3개의 샘플을 제조한다. 양키 건조기와 멀리 있는 면이 드러난 자국과 양키 건조기쪽의 면이 드러난 자국을 유지한다.

미국 오하이오주 45217 신시네티 이 로스 로드 800에 소재하는 코다지 인코포레이티드(Cordage Inc.)로부터 크레센트(Crescent)#300 판지의 30"×40" 단편을 구입한다. 페이퍼 절단기를 사용하여 판지를 2.5"×6"의 6개의 조각으로 절단시킨다. 판지를 서더랜드 마찰 시험기의 고정핀(hold down pin)안으로 밀어넣어 6개의 판지 각각에 2개씩의 구멍을 뚫는다.

단겹 완제품을 사용하여 시험하는 경우, 이미 절첩된 6개의 샘플의 상부에 각각 2.5"×6"의 판지 조각들을 조심스럽게 중앙에 위치시킨다. 판지의 6" 부분이 각 티슈 샘플의 기계방향(MD)에 평행한지를 확인한다. 다겹 완제품을 사용하여 시험하는 경우에는 단지 3장의 2.5"×6"의 판지가 필요하다. 이미 절첩된 3개의 샘플의 상부에 각각 판지 조각들을 조심스럽게 중앙에 위치시킨다. 다시 한번 판지의 6" 부분이 각 티슈 샘플의 기계방향(MD)에 평행한지를 확인한다.

티슈 샘플의 노출된 부분의 한 가장자리를 판지 위로 접는다. 이 가장자리를 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 인코포레이티드(3M Inc.)로부터 수득된 접착 테이프(너비 3/4"의 스카치 브랜드)로 판지에 고정시킨다. 다른 늘어진 티슈 가장자리를 조심스럽게 쥐고 이를 판지의 배면에 안정되게 접는다. 페이퍼가 판지의 배면에 안정되게 고정된 상태를 유지시키면서 이 두 번째의 가장자리를 판지의 배면으로 감는다. 이 과정을 각 샘플에 대해서 반복한다.

각 샘플을 뒤집고 티슈 페이퍼의 횡방향 가장자리를 판지에 감는다. 접착 테이프의 절반을 티슈 페이퍼와 접촉시키면서 다른 절반을 판지에 접착시켜야 한다. 상기 과정을 각 샘플에 대해서 반복한다. 티슈 샘플이 샘플 제조 과정중에 파손 또는 파열되거나 마모되는 경우, 폐기하고 새로운 티슈 샘플 스트림으로 새로운 샘플을 제조하도록 한다.

다겹 중간 제품을 사용하는 경우에 판지에는 3장의 샘플이 있게 될 것이다. 단겹 완제품을 사용하는 경우에 판지에는 3개의 양키 건조기-비접촉 면이 노출된 샘플 및 3개의 양키-접촉면이 노출된 샘플이 있게 될 것이다.

펠트의 제조

미국 오하이오주 45217 신시네티 이 로스 로드 800에 소재하는 코다지 인코포레이티드로부터 크레센트 #300 판지의 30"×40" 단편을 구입한다. 페이퍼 절단기를 사용하여 판지를 2.25"×7.25"의 6개의 조각으로 절단시킨다. 짧은 부분에 대해 평행하면서 판지의 백색면상의 최상부 및 최저부 가장자리로부터 1.125" 떨어지게 2개의 선을 긋는다. 가이드로서 직선 가장자리를 사용하여 레이저 블레이드(razor blade)로 세로로 조심스럽게 칼자국을 낸다. 시이트의 두께의 약 절반의 깊이로 칼자국을 낸다. 칼자국을 냄으로써, 판지/펠트 조합물이 서더랜드 마찰 시험기의 분동 주위에 꼭 맞게 된다. 상기 칼자국이 내어진 면에서 판지의 긴 부분에 평행하게 화살표를 긋는다.

흑색 펠트(미국 코넥티컷주 06010 브리스톨 브로드 스트리트 550 소재의 뉴잉글랜드 가스켓(New England Gasket)으로부터 구입된 F-55 또는 그와 등가물)를 2.25"×8.5"×0.0625"의 6개의 조각으로 절단한다. 펠트와 판지 둘다의 긴 가장자리가 평행하게 정렬되도록, 판지의 칼자국이 없는 녹색 면에 펠트를 놓는다. 펠트의 보슬보슬한 면이 위로 향하도록 한다. 약 0.5"를 판지의 최상부 및 최저부 가장자리에 덮는다. 늘어진 펠트 가장자리 둘다를 스카치 브랜드 테이프로 판지의 배면에 안정되게 절첩시킨다. 총 6장의 펠트/판지 조합물을 제조한다.

최고의 재현성을 위해서, 모든 샘플을 동일한 로트(lot)의 펠트를 사용하여 시험한다. 단일 로트의 펠트가 완전히 고갈된 경우가 있으리라는 것은 명백하다. 신규 로트의 펠트를 수득해야 하는 경우에는, 신규 펠트 로트를 위해 보정 인자를 결정하여야 한다. 보정 인자를 결정하기 위해서, 단일 티슈 샘플의 표본 및 신규 로트 및 기존 로트의 24개의 판지/펠트 샘플을 만들기에 충분한 펠트를 구입한다.

전술된 바와 같이, 임의의 마찰을 실행하기 전에 펠트의 신규 로트 및 기존 로트의 24개의 판지/펠트 샘플의 각각에 대해 헌터 엘 값을 수득한다. 기존 로트의 24개의 판지/펠트 샘플 및 신규 로트의 24개의 판지/펠트 샘플 둘다에 대해서 평균값을 계산한다.

이어서, 신규 로트의 24개의 판지/펠트 보드 및 기존 로트의 24개의 판지/펠트 보드의 마찰 시험을 후술될 바와 같이 수행한다. 기존 로트 및 신규 로트의 24개의 샘플 각각에 대해 동일한 티슈 로트 번호가 사용된다는 것을 알아야 한다. 추가로, 판지/티슈 샘플의 제조시에, 펠트의 신규 로트와 펠트의 기존 로트가 티슈 샘플의 표본에 노출되도록 페이퍼를 샘플링하여야 한다. 단겹 티슈 제품의 경우에 있어서 손상되거나 마모될 수 있는 임의의 제품들을 폐기시킨다. 이어서, 각각 2개의 유효 단위(또한 시이트라고도 함)의 길이를 갖는 48개의 스트립을 수득한다. 첫번째 2개의 유효 단위 스트립을 작업대의 가장 왼쪽에 놓고 48개의 샘플중 마지막의 샘플을 작업대의 가장 오른쪽에 놓는다. 샘플의 모서리의 1㎝×1㎝ 영역에 숫자 "1"을 샘플의 가장 왼쪽에 표시한다. 샘플을 48번까지 계속 번호를 매겨서 가장 오른쪽에 있는 마지막 샘플이 48번이 되게 한다.

신규 펠트에 대해 24개의 홀수 번호 샘플을 사용하고 기존 펠트에 대해서는 24개의 짝수 번호 샘플을 사용한다. 홀수 번호 샘플을 가장 낮은 것부터 가장 높은 것 순으로 나열한다. 짝수 번호 샘플을 가장 낮은 것부터 가장 높은 것 순으로 나열한다. 이어서, 각 셋트에 대해 가장 낮은 번호를 문자 "Y"라고 표시한다. 가장 높은 번호를 문자 "O"라고 표시한다. 샘플을 상기와 같이 "O/Y" 교대 패턴으로 계속 표시한다. 양키-접촉면 노출 린트 분석 시험에서는 "Y" 샘플을 사용하고 양키-비접촉면 노출 린트 분석에서는 "O" 샘플을 사용한다. 단겹 제품의 경우, 신규 로트의 펠트 및 기존 로트의 펠트에 대해 총 24개의 샘플이 있다. 이 24개의 샘플중에서 12개를 양키-접촉면 노출 린트 분석에 사용하고 12개는 양키-비접촉면 노출 린트 분석에 사용한다.

마찰시키고 후술될 바와 같이 기존 펠트의 모든 24개의 샘플에 대해 헌터 색상 엘 값을 측정한다. 기존 펠트에 대해 12개의 양키-접촉면 헌터 색상 엘 값을 기록한다. 12개의 값의 평균값을 구한다. 기존 펠트에 대해 12개의 양키-비접촉면의 헌터 색상 엘 값을 기록한다. 12개의 값의 평균값을 구한다. 양키-접촉면 마찰된 샘플의 평균 헌터 색상 엘 값으로부터 비마찰된 펠트의 평균 초기 헌터 색상 엘 값을 뺀다. 이는 양키-접촉면 샘플에 대한 델타 평균 차다. 양키-비접촉면 마찰된 샘플에 대한 평균 헌터 색상 엘 값으로부터 비마찰된 펠트에 대한 초기 평균 헌터 색상 엘 값을 뺀다. 이는 양키-비접촉 샘플에 대한 델타 평균 차다. 양키-접촉면 샘플의 델타 평균 차와 양키-비접촉면 샘플의 델타 평균 차의 합을 계산하고 이를 2로 나눈다. 이 값이 기존 펠트에 대한 보정되지 않은 린트 값이다. 기존 펠트에 대해 현존 펠트 보정 인자가 있는 경우, 이를 기존 펠트의 보정되지 않은 린트 값에 더한다. 이 값이 기존 펠트의 보정된 린트 값이다.

마찰시키고 후술될 바와 같이 신규 펠트의 모든 24개의 샘플에 대해 헌터 색상 엘 값을 측정한다. 신규 펠트에 대해 12개의 양키-접촉면 헌터 색상 엘 값을 기록한다. 12개의 값의 평균값을 구한다. 신규 펠트에 대해 12개의 양키-비접촉면의 헌터 색상 엘 값을 기록한다. 양키-접촉면 마찰된 샘플의 평균 헌터 색상 엘 값으로부터 비마찰된 펠트의 평균 초기 헌터 색상 엘 값을 뺀다. 이는 양키-접촉면 샘플에 대한 델타 평균 차다. 양키-비접촉면 마찰된 샘플에 대한 평균 헌터 색상 엘 값으로부터 비마찰된 펠트에 대한 초기 평균 헌터 색상 엘 값을 뺀다. 이는 양키-비접촉면 샘플에 대한 델타 평균 차다. 양키-접촉면 샘플의 델타 평균 차와 양키-비접촉면 샘플의 델타 평균 차의 합을 계산하고 이를 2로 나눈다. 이 값이 신규 펠트의 보정되지 않은 린트 값이다.

기존 펠트의 보정된 린트 값과 신규 펠트의 보정되지 않은 린트 값의 차를 구한다. 이 차가 신규 로트의 펠트에 대한 펠트 보정 인자이다.

신규 펠트에 대한 보정되지 않은 린트 값에 상기 펠트 보정 인자를 첨가하여 얻은 값은 기존 펠트에 대한 보정된 린트 값과 일치해야 한다.

이와 동일한 과정을 기존 펠트에 대해 24개의 샘플 및 신규 펠트에 대해 24개의 샘플을 사용하여 이겹 티슈 제품에 적용한다. 그러나, 파일의 외부층만을 마찰시험한다. 전술된 바와 같이, 샘플 표본을 기존 및 신규 펠트에 대해 수득하도록 샘플을 제조한다는 것을 알아야 한다.

4파운드 분동의 관리

4파운드 분동은 4평방인치의 유효 접촉 면적을 가지므로 1평방인치당 1파운드의 접촉 압력을 제공한다. 분동의 전면에 장착된 마찰 패드가 변경되면 접촉 압력이 변화될 수 있기 때문에, 제조사(미국 미시간주 칼라마쭈 소재의 브라운 인코포레이티드 메케니칼 서비시스 디파트먼트(Brown Inc., Mechanical Services Department))에 의해 제공된 마찰 패드만을 사용하는 것이 중요하다. 상기 패드가 사용하기 어렵거나 마모되거나 이가 떨어져 나간 경우에는 패드를 교체해주어야 한다.

분동을 사용하지 않을때에는 패드가 분동의 전중량을 지탱하지 않도록 분동을 위치시켜야 한다. 분동을 측면에 두는 것이 가장 좋다.

마찰 시험 장치의 보정

사용하기 전에 우선 서더랜드 마찰 시험기를 보정해야 한다. 우선, 시험기의 스위치를 "cont" 위치로 움직임으로써 서더랜드 마찰 시험기를 작동시킨다. 시험기 암(arm)을 사용자에 가장 가깝게 위치시킬 때에는, 시험기의 스위치를 "auto" 위치에 놓는다. 큰 다이얼상에 있는 포인터 암을 "5"번 위치에 설정함으로써 시험기를 5회 스트로크로 작동시킨다. 1회 스트로크란 분동이 한번 완전히 앞으로 가서 다시 되돌아오는 것을 뜻한다. 마찰 블록의 말단은 각 시험의 시작과 끝무렵에 작동자에게 가장 가까운 위치에 있어야 한다.

전술된 바와 같이 판지 샘플상에서 티슈 페이퍼를 제조한다. 추가로, 전술된 바와 같이 판지 샘플상에 펠트를 제조한다. 상기 샘플을 둘다 장치의 보정을 위해 사용하고 실제 샘플에 대해 데이터를 수득하는데에는 사용하지 않는다.

구멍을 고정핀상에 있는 판지내로 밀어넣음으로써 상기 보정 티슈 샘플을 시험기의 기본 플레이트상에 위치시킨다. 고정핀은 샘플이 시험도중에 움직이지 않게 한다. 보정 펠트/판지 샘플을 판지 측면이 분동의 패드와 접촉하도록 4파운드 분동상에 고정시킨다. 판지/펠트 조합물이 분동에 대해서 평평한 상태를 유지하도록 한다. 이 분동을 시험기 암에 걸고 티슈 샘플을 분동/펠트 조합물 아래에 조심스럽게 위치시킨다. 작동자에게 가장 가까운 분동의 말단은 티슈 샘플의 판지상에 있을 수 있고 티슈 샘플 그 자체는 아니다. 펠트는 티슈 샘플상에서 평평한 상태를 유지해야 하며 티슈 표면과 100% 접촉해야 한다. "push"(누름) 버튼을 누름으로써 시험기를 작동시킨다.

스트로크의 횟수를 계수하고 샘플과 연관되게 펠트가 덮인 분동의 출발 및 정지 위치를 마음속으로 인지한다. 스트로크의 총 횟수가 5인 경우 및 작동자와 가장 가깝게 펠트가 덮인 분동의 말단이 시험의 시작 및 끝무렵에서 티슈 샘플의 판지위에 있는 경우, 시험기는 보정된 것이며 사용가능하다. 스트로크의 총 횟수가 5가 아닌 경우 또는 작동자와 가장 가까운, 펠트가 덮인 분동의 말단이 시험의 시작 및 끝무렵에서 실제 페이퍼 티슈 샘플위에 있는 경우, 5회의 스트로크가 계수되고 작동자에게 가장 가까운, 펠트가 덮인 분동의 말단이 시험의 시작 및 끝무렵에 판지위에 위치될 때까지 상기 보정 과정을 반복한다.

샘플의 실제 시험 동안에, 스트로크 횟수와 펠트로 덮인 분동의 출발점 및 정지점을 모니터링하고 관찰한다. 필요하다면 재보정한다.

헌터 색상 측정계 보정

장비의 작동 설명서에 기재된 절차에 따라 흑색 및 백색의 표준 플레이트에 대해 헌터 색상차 측정계를 조정한다. 또한, 지난 8시간동안 실시되지 않은 경우에는 표준화에 대한 안정성 확인 및 일상적인 색상 안정성 확인을 실시해야 한다. 또한, 제로 반사율을 반드시 확인해야 하며, 필요시에는 재조정해야 한다.

장비 입구 아래의 샘플단 위에 백색 표준 플레이트를 놓는다. 샘플단을 해리시키고, 샘플 플레이트를 샘플 입구 아래까지 올린다.

"L-Z", "a-X" 및 "b-Z" 표준화 기준을 사용하여, "L", "a" 및 "b" 누름 버튼을 차례로 누를 때에 장치의 표준 백색 플레이트 수치가 "L","a" 및 "b"를 가리키도록 장비를 조정한다.

샘플의 측정

린트 측정에서 제 1 단계는 화장실용 티슈를 마찰시키기 전에 흑색 펠트/판지 샘플의 헌터 색상 수치를 측정하는 것이다. 이러한 측정의 제 1 단계는 헌터 색상 장비의 장비 입구 아래로부터 표준 백색 플레이트를 내리는 것이다. 화살표가 색상 측정계의 제자리를 가리키게 하면서, 펠트로 도포된 판지가 표준 플레이트 상층의 중앙에 놓이도록 한다. 샘플단을 해리시키고, 펠트로 덮힌 판지를 샘플 입구 아래까지 올라오도록 한다.

펠트 폭은 보이는 영역의 직경보다 단지 약간 크므로, 펠트가 보이는 영역을 완전히 덮도록 한다. 완전히 덮혔음을 확인한 후에, L 누름 버튼을 누르고, 눈금이 안정할 때까지 기다린다. 상기 L 눈금을 가장 근사한 0.1 단위까지 읽고 기록한다.

D25D2A 헤드를 사용하는 경우에는, 펠트로 덮힌 판지와 플레이트를 내리고, 펠트로 덮힌 판지를 90°회전시켜서 화살표가 측정계 우편을 가리키도록 한다. 그 다음에, 샘플단을 해리시키고, 보이는 영역이 펠트로 완전히 덮힘을 다시 확인한다. L 누름 버튼을 누른다. 이 수치를 가장 근사한 0.1 단위까지 읽고 기록한다. D25D2M 장치에서, 기록된 수치가 헌터 색상 L 수치이다. 회전된 샘플 눈금이 기록되는 D25D2M 헤드의 경우, 헌터 색상 L 수치는 2개의 기록된 수치의 평균이다.

이러한 기법을 사용하여, 펠트로 덮힌 판지 전체의 헌터 색상 L 값을 측정한다. 헌터 색상 L 값 전체가 서로의 0.3 단위내에 있는 경우에는, 평균을 내어 초기의 L 눈금을 구한다. 헌터 색상 L 값이 0.3 단위 내에 있지 않는 경우에는, 이러한 상기 한도 밖의 펠트/판지 조합물을 폐기시킨다. 새로운 샘플을 준비하여 전체 샘플이 서로의 0.3 단위내에 있을 때까지 헌터 색상 L 측정을 반복한다.

실제의 티슈 페이퍼/판지 혼합물의 측정에서, 판지내의 구멍이 고정핀위에서 풀리게 하므로써 시험기 기판위에 티슈 샘플/판지 조합물을 놓는다. 고정핀은 샘플이 시험도중에 이동하지 않도록 한다. 보정 펠트/판지 샘플을 4파운드 분동 위에 클립으로 고정시키고, 판지 옆면을 분동 패드와 접촉시킨다. 판지/펠트 조합물이 분동에 대하여 편평하게 얹혀 있어야 한다. 이 분동을 시험기 암 위에 걸고, 티슈 샘플을 분동/펠트 조합물 아래에 서서히 놓는다. 작동자에 가장 밀접한 분동 말단이 티슈 샘플의 판지 위에 있어야 하며, 티슈 샘플 그 자체 위에 있어서는 안된다. 펠트는 티슈 샘플 위에 편평하게 얹혀 있어야 하며, 티슈면과 100% 접해야 한다.

그 다음, "누름" 버튼을 누르므로써 시험기를 작동시킨다. 5번 스트로크 끝에, 시험기는 자동적으로 중지한다. 샘플에 대한 펠트로 덮힌 분동의 정지점을 주목한다. 작동자를 향한 펠트로 덮힌 분동 말단이 판지 위에 있는 경우, 시험기는 적당하게 작동중이다. 작동자를 향한 펠트로 덮힌 분동 말단이 샘플위에 있는 경우, 이 측정을 무시하고 서더랜드 (Sutherland) 마찰 시험기 보정 부분에서 상기한 바와 같이 재보정한다.

펠트로 덮힌 판지와 함께 분동을 제거한다. 티슈 샘플을 조사한다. 티슈 샘플이 찢어진 경우, 펠트와 티슈를 폐기시키고 처음부터 다시 시작한다. 티슈 샘플이 손상되지 않은 경우, 펠트로 덮힌 판지를 분동에서 제거한다. 블랭크 펠트에 대해 상기한 바와 같이 펠트로 덮힌 판지 상에서 헌터 색상 L 수치를 측정한다. 마찰후에 펠트의 헌터 색상 L 수치를 기록한다. 나머지 샘플을 마찰시키고, 헌터 색상 L 수치를 측정하여 기록한다.

모든 티슈를 측정한 후에, 펠트 전체를 제거하고 폐기시킨다. 펠트 스트립은 다시 사용하지 않는다. 판지가 구부러지거나, 찢어지거나, 흐느적거리거나 더 이상 매끄러운 표면을 갖지 않을 때까지 판지를 사용한다.

측정:

샘플의 양키-비접촉면과 양키-접촉면에 대해 측정한 각 수치로부터 미사용된 펠트의 평균 초기 L 눈금을 뻬서 델타 L 수치를 측정한다. 다겹 제품은 종이 한면을 마찰시키기만 함을 상기한다. 따라서, 3개의 델타 L 값은 다겹 제품을 얻기 위한 것이다. 3개의 델타 L 값을 평균화하고, 이 최종 평균으로부터 펠트 인수를 뺀다. 이러한 최종 결과는 2겹 제품의 직물면에 대한 린트로 명명된다.

양키-접촉면과 양키-비접촉면 측정이 얻어지는 단겹 제품의 경우, 3개의 양키-접촉면의 각 L 눈금과 3개의 양키-비접촉면의 각 L 눈금으로부터 미사용된 펠트의 평균 초기 L 눈금을 뺀다. 3개의 양키-접촉면 수치에 대해 평균 델타를 계산한다. 3개의 직물면 수치에 대해 평균 델타를 계산한다. 각각의 이러한 평균으로부터 펠트 인수를 뺀다. 최종 결과는 직물면에 대한 린트 및 단겹 제품의 양키 접촉층에 대한 린트로 명명된다. 이러한 2개 수치의 평균을 구하므로써, 최종 린트가 전체적인 단겹 제품에 대해 구해진다.

F. 티슈 페이퍼의 패널 유연성의 측정

이상적으로는, 유연성 시험전에 시험할 종이 샘플을 타피 방법 # T4020M-88에 따라 컨디셔닝해야 한다. 여기에서, 샘플을 10 내지 35%의 상대 습도량 및 22 내지 40℃의 온도에서 24시간동안 예비-컨디셔닝시킨다. 이러한 예비-컨디셔닝 단계후에, 샘플을 48 내지 52%의 상대 습도 및 22 내지 40℃의 온도에서 24시간동안 컨디셔닝시켜야 한다.

이상적으로는, 유연성 패널 시험은 일정한 온도 및 습도를 갖는 방 안에서 실행해야 한다. 이를 실행할 수 없는 경우에는, 대조군을 비롯한 전체 샘플이 이상적인 환경 노출 조건을 겪도록 해야 한다.

유연성 시험은 문헌[Manual on Sensory Testing Methods, ASTM Special Technical Publication 434, American Society For Testing and Materials 출판, 1968]에 기재된 바와 유사한 방식으로 대응 비교(paired comparision)를 실시하며, 상기 문헌은 본원에서 참고문헌으로 사용된다. 유연성은 대응 차이 시험(Paired Difference Test)으로 지칭되는 주관적인 시험을 사용하여서 평가된다. 상기 방법은 시험 물질 그 자체에 대한 외부 기준을 사용한다. 촉감으로 인지되는 유연성의 경우, 2개 샘플이 피실험자가 샘플을 볼 수 없도록 존재하며, 피실험자는 촉감 유연성을 기준으로 하여 둘중 하나를 선택하도록 한다. 이 시험의 결과를 패널 스코어 유니트(Panel Score Unit, PSU)로 기록한다. 본원에서 PSU로 기록되는 유연성 자료를 얻기 위한 유연성 시험에 대해, 많은 유연성 패널 시험이 실시된다. 각각의 시험에서, 10회의 유연성 판단을하여 3개의 대응 샘플 세트의 상대적인 유연성을 평가한다. 대응 샘플은 각 판단에 의해 1회에 한쌍씩 판단한다. 각 쌍중 샘플 하나를 X로 지칭하고, 다른 하나를 Y로 지칭한다. 즉, 각 X 샘플을 대응하는 Y 샘플에 대해 하기와 같이 등급을 매긴다:

1. X가 Y 보다 조금 더 부드러운 것 같은 경우에 +1 등급이 주어지고, Y가 X보다 조금 더 부드러운 것 같은 경우에 -1 등급이 주어지고;

2. X가 Y보다 확실히 조금 더 부드러운 경우에 +2 등급이 주어지고, Y가 X 보다 확실히 조금 더 부드러운 경우에 -2 등급이 주어지고;

3. X가 Y보다 많이 부드러운 경우에 +3 등급이 주어지고, Y가 X 보다 많이 부드러운 경우에 -3 등급이 주어지고; 마지막으로,

4. X가 Y보다 전체적으로 많이 부드러운 경우에 +4 등급이 주어지고, Y가 X보다 전체적으로 많이 부드러운 경우에 -4 등급이 주어진다.

상기 등급을 평균화하고, 결과의 수치는 PSU 단위를 갖는다. 결과의 자료는 하나의 패널 시험의 결과로 간주한다. 1쌍보다 많이 평가한 다음, 전체 샘플 쌍을 대응 통계 분석에 의해 그 등급에 따라 동급을 매긴다. 그 다음, 샘플을 제로-베이스 기준점이도록 선택한 0 PSU 수치를 제공하는데 필요한 수치만큼 등급을 위-아래로 이동시킨다. 그 다음에, 기타 샘플은 0점 기준점에 대해 상대적인 등급을 결정하므로써 + 또는 - 수치를 갖는다. 실시하여 평균낸 패널 시험의 수는, 약 0.2 PSU가 주관적으로 인지된 유연성에서 상당한 차를 나타내는 정도이다.

G. 티슈 페이퍼의 불투명도의 측정

불투명도는 칼러퀘스트(Colorquest) DP-9000 광학열량계를 사용하여 측정한다. on/off 스위치를 프로세서 뒤에 놓고 켠다. 상기 장비를 2시간동안 가온시킨다. 시스템이 대기 상태로 있는 경우, 키판 위에 있는 임의의 키를 눌러서 상기 장비를 30분동안 분동가로 가온시킨다.

흑유리와 백색 타일을 사용하여 상기 장비를 표준화시킨다. DP9000 장비 설명서의 표준화 부분에 제공된 지시에 따라 판독 모드에서 표준화가 실시되어야 한다. DP-9000를 표준화하기 위하여, 프로세서 위에 있는 CAL 키를 누르고, 스크린상에 나타난 주의를 따른다. 그 다음에, 흑유리와 백색 타일을 신속하게 읽는다.

또한, DP-9000은 DP-9000 장비 설명서에 제공된 지시에 따라 0점화해야 한다. 설치 형태로 진입하기 위하여 설치 키를 누른다. 다음의 변수들을 정한다:

UF 필터: OUT

표시: ABSOLUTE

눈금 간격: SINGLE

샘플 ID: ON 또는 OFF

평균: OFF

통계: SKIP

색상 척도: XYZ

색상 지수: SKIP

색상차 척도: SKIP

색상차 지수: SKIP

CMC 비: SKIP

CMC 상업적 인수: SKIP

관찰자: 10도

광원: D

M1 2차 광원: SKIP

기준: WORKING

표적 값: SKIP

허용오차: SKIP

색상 척도를 XYZ로, 관찰자를 10도로, 광원을 D로 설정해야한다. 1겹 샘플을 미보정된 백색 타일위에 놓는다. 또한, 보정된 백색 타일을 사용할 수도 있다. 샘플과 타일을 샘플 입구 아래 장소에 올려놓고, Y 수치를 결정한다.

샘플과 타일을 내린다. 샘플 그 자체를 회전시키지 않고, 백색 타일을 제거하고, 흑유리로 대체시킨다. 다시, 샘플과 흑유리를 올리고, Y 수치를 결정한다. 1겹 티슈 샘플이 백색 타일과 흑유리 눈금 사이에서 확실히 회전되지 않아야 한다.

불투명도는 흑유리 상의 Y 눈금 대 백색 타일상의 Y 눈금의 비를 취하여 계산한다. 그 다음에, 이 수치를 100배하여서 불투명도 수치를 얻는다.

본 명세서의 목적을 위하여, 불투명도 측정치를 "비-불투명도"로 전환시키는데, "비-불투명도"란 실제로 기본중량 편차에 대해 불투명도를 보정하는 것이다. 불투명도를 비-불투명도로 전환시키는 식은 하기 수학식 6과 같다:

상기 식에서, 비-불투명도 단위는 g/㎡ 단위이고, 불투명도는 % 단위이고, 기본중량은 g/㎡ 단위이다.

비-투명도는 0.01%까지 기록해야 한다.

H. 티슈 페이퍼의 강도 측정

건조 인장 강도

인장 강도는 트윙-알버트 인텔렉트(Thwing-Albert Intelect) II 표준 인장 시험기(트윙-알버트 인스트루먼트 캄파니(Thwing-Albert Instrument Co.), 미국 펜실베니아주 19154 필라델피아 듀통 로드 10960 소재)를 사용하여 1인치 폭의 스트립의 샘플에 대해 측정하였다. 이 방법은 가공된 종이 제품, 릴 샘플 및 비전환된 원료에 대해 사용하기 위한 것이다.

샘플 컨디셔닝 및 제조방법

인장 시험전에, 시험할 종이 샘플을 타피 방법 #T4020M-88에 따라 컨디셔닝해야 한다. 모든 플라스틱과 판지 포장재를 페이퍼 샘플로부터 조심스럽게 제거시킨 후에 시험해야 한다. 페이퍼 샘플을 2시간 이상동안 48 내지 52%의 상대 습도 및 22 내지 24℃의 온도에서 컨디셔닝해야 한다. 샘플 조제물과 인장 시험의 모든 양상은 일정한 온도 및 습도를 갖는 방 안에서 행해져햐 한다.

완성 제품에 대해, 손상된 모든 제품을 폐기시킨다. 그 다음에, 4개의 사용가능한 단위(시이트로도 지칭됨)중 5개 스트립을 제거하고, 하나를 다른 하나의 상층에 적재시켜서 부합하는 시이트 사이에 천공된 긴 적층물을 형성시킨다. 기계방향 인장 측정용 시이트(1,3)와 횡방향 인장 측정용 시이트(2,4)를 확인한다. 그 다음, 페이퍼 절단기(안전 차단물이 있는 JDC-1-10 또는 JDC-1-12, 트윙-알버트 인스트루먼트 캄파니, 미국 펜실베니아주 19154 필라델피아 듀통 로드 10960 소재)를 사용하여 천공선을 뚫고 지나가서 4개의 별도의 원료를 제조한다. 적층물(1,3)은 기계방향 시험에서 확인되며 적층물(2,4)은 횡방향 시험에서 확인된다.

적층물(1,3)로부터 2개의 1인치 폭의 스트립을 기계방향으로 절단한다. 적층물(2, 4)로부터 1인치 폭의 스트립을 횡방향으로 절단한다. 현재, 기계방향 인장 시험에 대한 4개의 1인치 폭의 스트립 및 횡방향 인장 시험에 대한 4개의 1인치 폭의 스트립이 있다. 이러한 완성 제품 샘플에 대해, 전체 8개의 1인치 폭의 스트립이 5개의 사용가능한 단위(또한 시이트로 명명됨) 두께이다.

비전환된 원료 및/또는 릴 샘플의 경우, 페이퍼 절단기(안전 차단물이 있는 JDC-1-10 또는 JDC-1-12, 트윙-알버트 인스트루먼트 캄파니, 미국 펜실베니아주 19154 필라델피아 듀통 로드 10960 소재)를 사용하여 샘플의 관심있는 영역으로부터 8겹 두께인 15인치×15인치의 샘플을 절단한다. 한쪽의 15인치는 기계방향과 평행한 방향으로 놓여 있으며, 다른쪽은 횡방향과 평행하게 놓여 있어야 한다. 샘플을 48 내지 52%의 상대습도 및 22 내지 24℃의 온도에서 2시간 이상동안 컨디셔닝시켜야 한다. 또한, 샘플 조제물 및 인장 시험의 모든 양상은 일정한 온도 및 습도를 갖는 방 안에서 수행한다.

이러한 예비-컨디셔닝된 8층 두께인 15인치×15인치의 샘플로부터 1인치×7인치의 스트립을 4개 절단하며, 이때 길이방향 7인치의 치수가 기계방향과 평행하게 있다. 이러한 샘플을 기계방향 릴 또는 비전환된 원료 샘플로 간주한다. 또 다른 4개의 1인치×7인치의 스트립을 절단하고, 이 때 길이방향 7인치의 치수가 횡방향과 평행하게 있다. 이러한 샘플을 횡방향 릴 또는 비전환된 원료 샘플로 간주한다. 상기한 모든 절단은 페이퍼 절단기(안전 차단물이 있는 JDC-1-10 또는 JDC-1-12, 트윙-알버트 인스트루먼트 캄파니, 미국 펜실베니아주 19154 필라델피아 듀통 로드 10960 소재)를 사용하여 절단되어야 한다. 현재, 총 8개의 샘플이 있다. 8겹 두께인 4개의 1인치×7인치의 스트립에서는 7인치 치수가 기계방향과 평행하며, 8겹 두께인 4개의 1인치×7인치의 스트립에서는 7인치 치수가 횡방향과 평행하다.

인장 시험기의 조작

인장 강도의 실제 측정을 위하여, 트윙-알버트 인텔렉트 II 표준 인장 시험기(트윙-알버트 인스트루먼트 캄파니, 미국 펜실베니아주 19154 필라델피아 듀통 로드 10960 소재)를 사용한다. 편평한 면 클램프를 장치에 넣고, 트윙-알버트 인텔렉트 II의 작동 설명서에 제공된 지시에 따라 시험기를 보정한다. 장치의 크로스헤드 속도를 4.00인치/분으로 설정하고, 제 1 및 제 2 게이지 길이를 2.00인치로 설정한다. 파손 감도는 20.0g으로, 샘플 폭은 1.00인치로, 샘플 두께는 0.025인치로 설정해야 한다.

하중 셀은 시험될 샘플에 대해 예견된 인장 결과가 사용시에 25 내지 75% 범위내에 있도록 선별된다. 예를 들면, 5000g의 하중 셀은 1250g(5000g의 25%) 내지 3750g(5000g의 75%)의 예견된 인장 범위를 갖는 샘플에 대해 사용될 수 있다. 또한, 인장 시험기는 125 내지 375g의 예견된 인장을 갖는 샘플이 시험될 수 있도록 5000g의 하중 셀을 사용하여 10% 범위에서 설정될 수 있어야 한다.

하나의 인장 스트립을 취하고, 인장 시험기의 한 클램프내에 스트립의 한 말단을 놓는다. 다른 클램프내에 페이퍼 스트립의 다른 말단을 놓는다. 스트립의 장 치수가 인장 시험기의 측면과 평행하여야 한다. 또한, 스트립은 두 클램프 중 한 측면에 대해 돌출되지 않아야 한다. 또한, 각 클램프의 압력은 페이퍼 샘플과 완전히 접해야 한다.

두 클램프에 페이퍼 시험 스트립을 삽입시킨 후에, 장비 인장을 관찰할 수 있다. 5g 이상의 수치를 나타내는 경우, 샘플은 지나치게 팽팽하다. 역으로, 시험을 시작한 후에 2 내지 3초가 흐르고 임의의 수치가 기록된다면, 인장 스트립은 지나치게 처진 것이다.

인장 시험기 장비 설명서에 기재된 바와 같이 인장 시험기를 개시한다. 크로스헤드가 그 초기 시작점으로 자동 복귀된 후에 시험이 완결된다. 장비 저울의 g 단위 또는 디지탈 패널 측정계의 가장 근사한 단위까지 인장 하중을 읽고 기록한다.

초기화 조건이 장비에 의해 자동적으로 실시되지 않는 경우, 장비 클램프를 그 초기 위치에 설정시키기 위하여 필요한 조정을 실시한다. 상기한 바와 같이 다음 페이퍼 스트립을 두 클램프에 삽입시키고, g 단위로 인장 눈금을 얻는다. 모든 페이퍼 시험 스트립으로부터 인장 눈금을 얻는다. 시험을 실시하는 동안, 스트립이 미끄러지거나 클램프의 가장자리에서 파손된다면, 이 값은 거부되어야 함을 주의한다.

계산

기계방향의 1인치 폭을 갖는 4개의 완성 제품 스트립의 경우, 4개의 개별 기록된 인장 강도 값을 합한다. 이 합을 시험한 스트립의 수로 나눈다. 이 수는 일반적으로 4이어야 한다. 또한, 기록된 인장 강도의 합을 인장 스트립당 사용가능한 단위로 나눈다. 이것은 일반적으로 1겹 및 2겹 제품 둘다에 대해 5이다.

횡방향의 완성된 제품 스트립에 대해 이 계산을 반복한다.

비전환된 원료 또는 릴 샘플에 대해 기계방향으로 절단하고, 4개의 개별 기록된 인장 강도 값을 합한다. 이 합을 시험한 스트립의 수로 나눈다. 이 수는 일반적으로 4이어야 한다. 또한, 기록된 인장 강도의 합을 인장 스트립당 사용가능한 단위의 수로 나눈다. 이는 일반적으로 8이다.

횡방향의 비전환된 또는 릴 샘플 페이퍼 스트립에 대해 이러한 계산을 반복한다.

모든 결과는 g/인치 단위이다.

본 명세서에서, 인장 강도는 기계방향 및 기계횡방향으로 측정한 인장 강도의 합으로 정의된 "비-총 인장 강도(specific total tensile strength)"로 전환되고 기본중량으로 나누고, 측정계의 수치에 대해 단위 보정되어야 한다.

하기의 실시예들은 본 발명의 실시를 예시하기 위하여 제공한다. 이들 실시예는 본 발명의 설명을 도우려는 것이지, 본 발명의 범주를 제한하려는 것은 아니다. 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

실시예 1

본 비교 실시예는 본 발명의 특징이 도입되지 않은 기준 방법을 예시한다. 이 방법은 하기의 단계로 예시된다.

먼저, 통상의 펄퍼(pulper)를 사용하여 NSK의 수성 슬러리(약 3%의 점조도)를 제조하고, 이를 포드리니어의 헤드박스를 향한 스톡 파이프(stock pipe)로 통과시킨다.

완성품에 일시 습윤 강도를 부여하기 위하여, 내쇼날 스타치 코-본드 1000(National Starch Co-Bond 1000, 등록상표)의 1% 분산액을 제조하고, 이를 NSK 섬유의 건조중량을 기준으로 1% 코-본드 1000을 전달하기에 충분한 비율로 NSK 스톡 파이프에 첨가한다. 일시 습윤 강도 수지의 흡수는 처리된 슬러리를 인-라인(in-line) 혼합기로 통과시킴으로써 향상된다.

NSK 슬러리는 팬 펌프에서 급류로 희석하여 약 0.2%의 점조도가 되게 한다.

통상의 리펄퍼(repulper)를 사용하여 유칼립투스 섬유 약 3중량%의 수성 슬러리를 제조한다.

이 유칼립투스를 스톡 파이프를 통과시켜 다른 팬 펌프로 보내고, 여기에서 유칼립투스는 급류로 희석되어 약 0.2%의 점조도로 된다.

NSK 슬러리와 유칼립투스 슬러리는 주행 포드리니어 와이어상으로 배출될 때까지 스트림을 별개의 층으로 유지하는 적층판이 적당하게 설치된 다-채널의 헤드박스로 보내진다. 3개 챔버로 된 헤드박스가 사용된다. 최종 페이퍼의 건조중량의 80%를 함유하는 유칼립투스 슬러리는 두 외부층으로 각각 송출하는 챔버로 보내지며, 최종 페이퍼의 건조중량의 20%를 포함하는 NSK 슬러리는 두 유칼립투스 층 사이의 층으로 송출하는 챔버로 보내진다. NSK 및 유칼립투스 슬러리는 헤드박스의 배출구에서 합해져 복합 슬러리로 된다.

복합 슬러리는 주행 포드리니어 와이어로 배출되어 전향장치 및 진공상자에 의해 탈수된다.

초기 습윤 웹은 포드리니어 와이어로부터 인치당 각각 84개의 기계방향 모노필라멘트와 76개의 기계횡방향 모노필라멘트를 갖고, 약 36%의 너클 면적을 갖는 5-쉐드(shed)의 새틴직 형태의 패턴화된 성형 패브릭으로 이송되고, 이송시 섬유 점조도는 약 15%이다.

웹의 점조도가 약 28%로 될 때까지 진공 배액에 의해 추가로 탈수된다.

패턴화된 웹은 패턴화된 성형 패브릭과 접촉된 채로 공기 취입에 의해 약 62중량%의 섬유 점조도로 예비건조된다.

그 다음, 반건조 웹을, 폴리비닐 알콜의 0.125% 수용액을 포함하는 분무 크레이핑 접착제로 양키 건조기의 표면에 부착시킨다. 크페이핑 접착제는 웹의 건조중량을 기준으로 0.1%의 접착제 고체의 비율로 양키 표면에 전달된다.

섬유 점조도는 웹이 양키 건조기로부터 닥터 블레이드에 의해 건조 크레이핑되기 전에 약 96%로 증가된다.

닥터 블레이드는 약 25도의 경사 각도를 가지고, 양키 건조기에 대하여 약 81도의 충격 각도를 가지도록 위치된다.

크레이핑률은 양키 건조기를 약 800fpm(feet per minute, 분당 ft)(분당 약 244m)으로 작동시킴으로써 약 18%로 조절되고, 건조 웹은 656fpm(분당 200m)의 속도로 권취된다.

웹은 약 18파운드/3000ft²의 기본중량을 갖는 3층의 단겹 크레이핑 패턴화된 치밀화된 티슈 페이퍼 제품으로 변환된다.

실시예 2

본 실시예는 양이온 응집제의 사용을 기초로 하는 본 발명의 한 양태를 나타내는 충전된 티슈 페이퍼의 제조방법을 예시한다.

통상의 리펄퍼를 사용하여 유칼립투스 섬유 약 3중량%의 수성 슬러리를 제조한다. 유칼립투스를 정련기로 통과시켜 자유도(freeness)를 약 640CSF에서 약 600CSF로 감소시킨다. 그 다음, 이 유칼립투스는 제지기를 향한 스톡 파이프로 운반된다.

입상 충전제는 미국 죠지아주 드라이 브랜치 소재의 드라이 브랜치 카올린이 제조한 WW Fil SD 급의 카올린 점토이다. 이는 먼저 물과 혼합되어 약 1% 고체의 점조도를 갖는 수성 슬러리로 된다. 그 다음, 이는 스톡 파이프로 운반되어 양이온 전분인 레디본드 5327과 혼합되고, 레디본드 5327은 1% 물내 분산액으로서 전달된다. 레디본드 5327은 충전제 고체 중량당 전분 고체중량의 양을 기준으로 약 0.5%에 상당하는 비율의 찰 옥수수 전분의 예비분산 형태이다. 양이온 전분의 흡착은 인라인 혼합기를 거쳐 혼합기로 통과시킴으로써 촉진된다. 이로써 충전제 입자의 괴상 현탁액이 형성된다.

충전제 입자의 괴상 현탁액은 정련된 유칼립투스 섬유를 운반하는 스톡 파이프내에서 혼합되고, 최종 혼합물은 팬 펌프의 주입구에서 급류로 희석되어 고체 충전제 입자 및 유칼립투스 섬유의 중량을 기준으로 약 0.2%의 점조도로 된다. 괴상 충전제 입자와 유칼립투스 섬유의 혼합물을 운반하는 팬 펌프 이후, 레텐 1232 양이온 응집제를 충전제 및 유칼립투스 섬유의 고체 중량을 기준으로 0.067%에 상응하는 비율로 상기 혼합물에 첨가한다.

통상의 펄퍼를 사용하여 약 3% 점조도의 NSK의 수성 슬러리를 제조하고, 이를 포드리니어의 헤드박스를 향한 스톡 파이프로 통과시킨다.

완성품에 일시 습윤 강도를 부여하기 위하여, 내쇼날 스타치 코-본드 1000의 1% 분산액을 제조하고, 이를 NSK 섬유의 건조중량을 기준으로 1% 코-본드 1000을 전달하기에 충분한 비율로 NSK 스톡 파이프에 첨가한다. 일시 습윤 강도 수지의 흡수는 처리된 슬러리를 인-라인 혼합기로 통과시킴으로써 향상된다.

NSK 슬러리는 팬 펌프에서 급류로 희석하여 약 0.2%의 점조도가 되게 한다. 팬 펌프 이후, 레텐 1232 양이온 응집제를 NSK 섬유의 건조중량을 기준으로 0.067%에 상응하는 비율로 첨가한다.

NSK 슬러리와 유칼립투스 슬러리는 주행 포드리니어 와이어상으로 배출될 때까지 스트림을 별개의 층으로 유지하는 적층판이 적당하게 설치된 다-채널의 헤드박스로 보내진다. 3개 챔버로 된 헤드박스가 사용된다. 혼합된 유칼립투스 및 입상 충전제 슬러리는 최종 페이퍼의 건조중량의 80%를 이루기에 충분한 고체 유동을 함유한다. 이 혼합된 슬러리는 두 외부층으로 각각 송출하는 챔버로 보내지며, 최종 페이퍼의 건조중량의 20%를 이루기에 충분한 고체 유동을 포함하는 NSK 슬러리는 두 유칼립투스 층 사이의 층으로 송출하는 챔버로 보내진다. NSK 및 유칼립투스 슬러리는 헤드박스의 배출구에서 합해져 복합 슬러리로 된다.

복합 슬러리는 주행 포드리니어 와이어로 배출되어 전향장치 및 진공상자에 의해 탈수된다.

초기 습윤 웹은 포드리니어 와이어로부터 인치당 각각 84개의 기계방향 모노필라멘트와 76개의 기계횡방향 모노필라멘트를 갖고, 약 36%의 너클 면적을 갖는 5-쉐드의 새틴직 형태의 패턴화된 성형 패브릭으로 이송되고, 이송시 섬유 점조도는 약 15%이다.

웹의 점조도가 약 28%로 될 때까지 진공 배액에 의해 추가로 탈수된다.

패턴화된 웹은 패턴화된 성형 패브릭과 접촉된 채로 공기 취입에 의해 약 62중량%의 섬유 점조도로 예비건조된다.

그 다음, 반건조 웹을, 폴리비닐 알콜의 0.125% 수용액을 포함하는 분무 크레이핑 접착제로 양키 건조기의 표면에 부착시킨다. 크페이핑 접착제는 웹의 건조중량을 기준으로 0.1%의 접착제 고체의 비율로 양키 표면에 전달된다.

섬유 점조도는 웹이 양키 건조기로부터 닥터 블레이드에 의해 건조 크레이핑되기 전에 약 96%로 증가된다.

닥터 블레이드는 약 20도의 경사 각도를 가지고, 양키 건조기에 대하여 약 76도의 충격 각도를 가지도록 위치된다.

크레이핑률은 양키 건조기를 약 800fpm(분당 ft)(분당 약 244m)으로 작동시킴으로써 약 18%로 조절되고, 건조 웹은 656fpm(분당 200m)의 속도로 권취된다.

웹은 약 18파운드/3000ft²의 기본중량을 갖는 3층의 단겹 크레이핑 패턴화된 치밀화된 티슈 페이퍼 제품으로 변환된다.

실시예 3

본 실시예는 음이온 응집제의 사용을 기초로 하는 본 발명의 또다른 양태를 나타내는 충전된 티슈 페이퍼의 제조방법을 예시한다.

통상의 리펄퍼를 사용하여 유칼립투스 섬유 약 3중량%의 수성 슬러리를 제조한다. 그 다음, 이 유칼립투스는 제지기를 향한 스톡 파이프로 운반된다.

입상 충전제는 미국 죠지아주 드라이 브랜치 소재의 드라이 브랜치 카올린이 제조한 WW Fil SD 급의 카올린 점토이다. 이는 먼저 물과 혼합되어 약 1% 고체의 점조도를 갖는 수성 슬러리로 된다. 그 다음, 이는 스톡 파이프로 운반되어 음이온 응집제인 레텐 235와 혼합되고, 레텐 235는 0.1% 물내 분산액으로서 전달된다. 레텐 235는 응집제의 고체 중량 및 생성된 크레이핑 티슈 제품의 최종 건조중량을 기준으로 약 0.05%에 상당하는 비율로 운반된다. 응집제의 흡착은 인라인 혼합기를 거쳐 혼합기로 통과함으로써 촉진된다. 이로써 충진제 입자의 조절된 슬러리가 형성된다.

그 다음, 충전제 입자의 괴상 슬러리는 정련된 유칼립투스 섬유를 운반하는 스톡 파이프내로 혼합되고, 최종 혼합물은 양이온 전분 레디본드 5320으로 처리되고, 레디본드 5320은 물 내 1% 분산액으로서 전달되고, 전분의 건조중량 및 최종 크레이핑된 티슈 제품의 최종 건조중량을 기준으로 0.5%의 비율로 전달된다. 양이온 전분의 흡수는 생성된 혼합물을 인라인 혼합기를 거쳐 혼합기로 통과시킴으로써 증진된다. 그 다음, 생성된 슬러리는 팬 펌프의 주입구에서 급류로 희석되어, 고체 충전제 입자 및 유칼립투스 섬유의 중량을 기준으로 약 0.2%의 점조도로 희석된다. 괴상 충전제 입자와 유칼립투스 섬유, 마이크로폼 2321의 혼합물을 운반하는 팬 펌프 이후, 양이온 응집제를 충전제 및 유칼립투스 섬유의 고체 중량을 기준으로 0.05%에 상응하는 비율로 상기 혼합물에 첨가한다.

통상의 펄퍼를 사용하여 약 3% 점조도의 NSK의 수성 슬러리를 제조하고, 이를 포드리니어의 헤드박스를 향한 스톡 파이프로 통과시킨다.

완성품에 일시 습윤 강도를 부여하기 위하여, 내쇼날 스타치 코-본드 1000의 1% 분산액을 제조하고, 이를 NSK 섬유의 건조중량을 기준으로 1% 코-본드 1000을 전달하기에 충분한 비율로 NSK 스톡 파이프에 첨가한다. 일시 습윤 강도 수지의 흡수는 처리된 슬러리를 인-라인 혼합기로 통과시킴으로써 향상된다.

NSK 슬러리는 팬 펌프에서 급류로 희석하여 약 0.2%의 점조도가 되게 한다. 팬 펌프 이후, 마이크로폼 2321 양이온 응집제를 NSK 섬유의 건조중량을 기준으로 0.05%에 상응하는 비율로 첨가한다.

NSK 슬러리와 유칼립투스는 주행 포드리니어 와이어상으로 배출될 때까지 스트림을 별개의 층으로 유지하는 적층판이 적당하게 설치된 다-채널의 헤드박스로 보내진다. 3개 챔버로 된 헤드박스가 사용된다. 혼합된 유칼립투스 및 입상 충전제 슬러리는 최종 페이퍼의 건조중량의 80%를 이루기에 충분한 고체 유동을 함유한다. 이 혼합된 슬러리는 두 외부층으로 각각 송출하는 챔버로 보내지며, 최종 페이퍼의 건조중량의 20%를 이루기에 충분한 고체 유동을 포함하는 NSK 슬러리는 두 유칼립투스 층 사이의 층으로 송출하는 챔버로 보내진다. NSK 및 유칼립투스 슬러리는 헤드박스의 배출구에서 합해져 복합 슬러리로 된다.

복합 슬러리는 주행 포드리니어 와이어로 배출되어 전향장치 및 진공상자에 의해 탈수된다.

초기 습윤 웹은 포드리니어 와이어로부터 인치당 각각 84개의 기계방향 모노필라멘트와 76개의 기계횡방향 모노필라멘트를 갖고, 약 36%의 너클 면적을 갖는 5-쉐드의 새틴직 형태의 패턴화된 성형 패브릭으로 이송되고, 이송시 섬유 점조도는 약 15%이다.

웹의 점조도가 약 28%로 될 때까지 진공 배액에 의해 추가로 탈수된다.

패턴화된 웹은 패턴화된 성형 패브릭과 접촉된 채로 공기 취입에 의해 약 62중량%의 섬유 점조도로 예비건조된다.

그 다음, 반건조 웹을, 폴리비닐 알콜의 0.125% 수용액을 포함하는 분무 크레이핑 접착제로 양키 건조기의 표면에 부착시킨다. 크페이핑 접착제는 웹의 건조중량을 기준으로 0.1%의 접착제 고체의 비율로 양키 표면에 전달된다.

섬유 점조도는 웹이 양키 건조기로부터 닥터 블레이드에 의해 건조 크레이핑되기 전에 약 96%로 증가된다.

닥터 블레이드는 약 20도의 경사 각도를 가지고, 양키 건조기에 대하여 약 76도의 충격 각도를 가지도록 위치된다.

크레이핑률은 양키 건조기를 약 800fpm(분당 ft)(분당 약 244m)으로 작동시킴으로써 약 18%로 조절되고, 건조 웹은 656fpm(분당 200m)의 속도로 권취된다.

웹은 약 18파운드/3000ft²의 기본중량을 갖는 3층의 단겹 크레이핑 패턴화된 치밀화된 티슈 페이퍼 제품으로 변환된다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3
카올린 함량%	없음	13.3	16.0
카올린 잔류도(총)%	분석되지 않음	74	88.6
인장강도(g/in)	400	396	407
비-불투명도%	5.23	5.84	5.90
최종 린트수	7.0	6.9	7.0
유연도	0.0	+0.02	+0.01

Claims (20)

1. 제지 섬유 및 비셀룰로즈계 입상 충전제를 포함하되, 상기 충전제가 티슈 페이퍼의 약 5중량% 내지 약 50중량%를 차지하며 상기 입상 충전제가 점토, 탄산칼슘, 이산화티탄, 활석, 규산알루미늄, 규산칼슘, 알루미나 삼수화물, 활성탄, 진주 전분, 황산칼슘, 유리 미소구, 규조토 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는, 질기고 유연하며 더스트(dust)가 적은 충전된 티슈 페이퍼.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 티슈 페이퍼의 기본중량이 약 10g/m²내지 약 50g/m²이고, 밀도가 약 0.03g/m³내지 약 0.6g/m³인 충전된 티슈 페이퍼.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 티슈 페이퍼의 기본중량이 약 10g/m²내지 약 30g/m²이고, 밀도가 약 0.05g/m³내지 약 0.2g/m³인 충전된 티슈 페이퍼.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 입상 충전제가 상기 티슈 페이퍼의 약 8중량% 내지 약 20중량%를 차지하는 충전된 티슈 페이퍼.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 제지 섬유가 경재 섬유와 연재 섬유의 블렌드를 포함하고, 경재 섬유가 상기 제지 섬유의 약 50% 이상을 차지하고, 연재 섬유가 상기 제지 섬유의 약 10% 이상을 차지하는 충전된 티슈 페이퍼.
6. 제 5 항에 있어서,

   두 개 이상의 겹친 층들, 즉 내부층 및 이 내부층과 인접한 하나 이상의 외부층을 포함하는 충전된 티슈 페이퍼.
7. 제 6 항에 있어서,

   세 개 이상의 겹친 층들, 즉 내부층 및 두 외부층을 포함하며, 이 때 내부층이 두 외부층 사이에 위치하는 충전된 티슈 페이퍼.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 내부층이, 평균 길이가 약 2.0mm 이상인 연재 섬유를 포함하고, 상기 외부층이, 평균 길이가 약 1.0mm 미만인 경재 섬유를 포함하는 충전된 티슈 페이퍼.
9. 제 8 항에 있어서,

   연재 섬유가 북부 연재 크라프트 섬유를 포함하고, 경재 섬유가 유칼립투스 크라프트 섬유를 포함하는 충전된 티슈 페이퍼.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 입상 충전제가 카올린 점토인 충전된 티슈 페이퍼.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 카올린 점토가 상기 티슈 페이퍼의 약 8중량% 내지 약 20중량%를 차지하는 충전된 티슈 페이퍼.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 카올린 점토가, 상당하는 평균 구경이 약 0.5μ보다 큰 함수 규산알루미늄으로 이루어지는 충전된 티슈 페이퍼.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 카올린 점토가 약 1.0μ보다 큰 상당하는 평균 구경을 갖는 충전된 티슈 페이퍼.
14. 제 3 항에 있어서,

    상기 크레이핑된 티슈 페이퍼가, 비교적 큰 밀도의 대역이 고벌크 영역(high bulk field)내에 분산되도록 패턴이 치밀화된 페이퍼인 충전된 티슈 페이퍼.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 비교적 큰 밀도의 대역이 연속적이고 고벌크 영역이 불연속적인 충전된 티슈 페이퍼.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 입상 충전제가 카올린 점토인 충전된 티슈 페이퍼.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 카올린 점토가 상기 티슈 페이퍼의 약 8중량% 내지 약 20중량%를 차지하는 충전된 티슈 페이퍼.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 카올린 점토가, 상당하는 평균 구경이 약 0.5μ보다 큰 함수 규산알루미늄으로 이루어지는 충전된 티슈 페이퍼.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 카올린 점토가 약 1.0μ보다 큰 상당하는 평균 구경을 갖는 충전된 티슈 페이퍼.
20. 제 3 항에 있어서,

    상기 입상 충전제가 카올린 점토인 충전된 티슈 페이퍼.

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