KR100307063B1

KR100307063B1 - 연성이 향상된 셀룰로오즈 펄프 및 이러한 펄프의제조방법

Info

Publication number: KR100307063B1
Application number: KR1019950705892A
Authority: KR
Inventors: 케네쓰더글라스빈손
Original assignee: 더블유. 마크 크로웰; 노쓰 캐롤라이나 스테이트 유니버시티
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 2001-11-30
Also published as: MY111228A; HK1002834A1; PE56394A1; ES2105732T3; US5405499A; GR3024451T3; AU700161C; CA2165293A1; AU7175394A; US5582685A; ATE156878T1; DE69404996T2; JPH08511837A; PH31189A; EP0705364A1; WO1995000702A1; EP0705364B1; SG55057A1; DE69404996D1; CA2165293C

Abstract

한계 거칠기 수준미만의 거칠기를 갖는, 선택된 섬유 형태의 셀룰로오즈 펄프를 개시한다. 한계 거칠기 수준은 평균 섬유 길이의 함수이다.

셀룰로오즈 펄프는 종이티슈와 같은 제지 제품의 제조에 특히 유용하다. 또한 셀룰로오즈 펄프의 제조방법을 개시한다.

Description

[발명의 명칭]

연성이 향상된 셀루로오즈 펄프 및 이러한 펄프의 제조 방법

본 발명은 빈손(Vinson) 등의 명의로 1991년 5월 28 일자로 출원된 "제지 강도 향상을 위한 선택된 형태의 셀룰로오즈 펄프"에 관한 미합중국 특허 출원 제 07/705,845호(특허 번호 ____ )와 상호 관련된 발명이다.

[기술분야]

본 발명은 셀로로오즈 펄프, 보다 구체적으로 평균 펄프 섬유 길이로 환산된 거칠기를 갖는 셀룰로오즈 펄프에 관한 것이다.

[본 발명의 배경 기술]

연성은 종이 티슈 제품의 중요한 특성이다. 소비자는 피부에 대한 부드러운 접촉으로 연성 티슈 제품을 감지하므로 연성이 요구된다. 따라서 티슈 제품의 제조업자는 티슈 제품에서 인식되는 연성을 향상시켜 제품의 판매를 촉진시키려한다.

티슈 제품은 전형적으로 적어도 부분적으로 목질 섬유를 함유하는 셀룰로오즈 펄프로 부터 생성된다. 당업계의 기술자들은 이러한 펄프로부터 생성된 티슈 제품의 감지되는 연성은, 펄프 섬유의 거칠기와 관련이 있다는 사실을 인지하고 있다. 거칠기가 낮은 섬유를 함유하는 펄프가 바람직한데, 그 이유는 거칠기가 낮은 섬유로 부터 개조된 종이 티슈가 거칠기가 큰 섬유로부터 제조된 유사한 종이 티슈보다 부드러울 수 있기 때문이다.

일반적으로, 섬유 거칠기는 섬유 길이 및 섬유 표면적이 증가할수록 증가한다. 티슈 제품의 연성은 단지 짧은 섬유만을 함유하는 펄프로부터 티슈 제품을 생성함으로써 향상될 수 있다. 그러나, 불행하게도 종이 티슈의 강도는 일반적으로 평균 섬유 길이가 감소될수록 감소한다. 따라서 펄프 평균 섬유 길이를 단순히 감소시키는 것으로는 제품 연성과 제품 강도간의 바람직하지 못한 불균형으로 초래할 수 있다.

활주 마이크로톰으로 개개의 섬유를 길게 베어내는 것을 함유하는 섬유의 거칠기를 감소시키는 다른 방법이 개시되어있다. 섬유를 길게 베어내는 것은 단위 섬유 길이당 섬유 중량을 감소시키고, 자연적으로 발생한 폐쇄된 섬유 벽단면을 개방된 섬유 벽 단면으로 변경시킨다. 이러한 바업은 코크레인(Cocharane) 등에 의해 1989 년 10 월 17 일자로 특허된 미합중국 특허 제 4,874,465 호에 기재되어 있다. 길게 섬유를 베어내는 것을 세심한 가공을 필요로하며, 티슈 제품을 제조하는 데에 필요한 양의 섬유를 제공하는 상업적으로 가능한 방법은 되지 못하는 것으로 생각된다.

연성이 향상된 티슈 제품은 또한 선택된 경목질 나무 종에서 나오는 섬유를 함유하는 펄프로 부터 생성될 수 있다. 경목질 섬유는 일반적으로 연목질 섬유보다 거칠기가 덜하다. 예를 들면, 당업자는 유칼립투스로 부터 제조된 표백 크라프트 펄프가 비교적 거칠기가 덜한 섬유를 함유하고, 티슈 제품의 감지되는 연성의 향상에 이용될 수 있음을 인지하고 있다.

불행하게도, 유칼립투스와 같은 단일 종으로 부터 제조된 초벌 크라프트 펄프는 비교적 공급이 제한되어 있고, 따라서 일반적으로 열악한 거칠기를 가진 섬유를 함유하는 경향이 있는 펄프보다 매우 비싸다. 그 예로는 원료 목재에 상관없이 기계적인 펄프화 공정에 의해 제조된 펄프 및 섬유의 형태와 종류가 혼합된 혼합물을 항상 함유하는 재생 펄프가 포함된다. 세계의 산림보존지역의 고갈에 대한 우려가 이러한 재생 펄프의 사용에 대한 관심을 증대시켰다. 재생 펄프는 전형적으로 다양한 종류의 경목질 및 연목질 섬유의 혼합물을 함유하고 있다. 이러한 혼합물은 평균 섬유길이에 비해 비교적 거칠기가 매우 높은 경향이 있다.

열악한 거칠기이외에도, 전술한 섬유 혼합물은 종종 섬유성질이 바람직하지 못하고 균일하지 못하다는 문제점이 있다. 예를 들며, 유칼립투스로부터 제조된 표백 크라프트 펄프의 장점중의 하나는 바람직한 평균 거칠기를 지닌 것 이외에 거칠기에 있어 매우 균일한 경향이 있다는 것이다. 펄프 섬유 표본내의 거칠기의 분포를 나타내는 한 지수는, 섬유 표면적에 의해 표본을 측정 및 서열화하여 표본내에 있는 섬유의 가장 큰 1%를 함유하는 펄프 표본내의 섬유의 군을 얻음으로써 결정될 수 있다. 이 군내의 가장 적은 표면적을 가진 섬유의 표면적 (이하, 최소 섬유 표면적이라 한다.)은 펄프 표본내의 거칠기 분포의 지수를 제공한다. 이러한 최소 섬유 표면적이 비교적 낮은 값을 가지면 펄프 표본이 거칠기에 비해 비교적 균일하다는 것을 의미한다. 이러한 최소 섬유 표면적이 비교적 큰 값을 가지면 표본의 평균 거칠기가 바람직한 범위내에 있다 하더라도 펄프 표본이 비교적 불균일하여 즉시 사용하기에는 바람직하지 못하다는 것을 의미한다.

또한, 특정한 펄프 표본이 비교적 낮거나 높은 최소 섬유 표면적값을 가지는지의 여부를 판정하는데는, 경목질 및 연목질의 상대적인 함량을 고려하여야 할 필요가 있다. 특정 표본이 비교적 높거나 낮은 최소 섬유 표면적값을 가지는지의 여부를 측정하는 기술에 대하여는 하기 명세서에서 후술한다. 측정된 최소 섬유 표면적은 펄프 표본내의 연목질의 각 %에 대한 비율 환산자로 환산될 수 있다. 환산된 최소 섬유 표면적은 펄프 표면적 증가분으로 간주된다. 환산된 최소 섬유 표면적은 펄프 표면적 증가분으로 간주된다. 한계점 미만의 표면적 증가분 값을 갖는 펄프 표본은 거칠기면에서 균일한 것으로 간주된다.

평균 거칠기 및 섬유 성질의 균일성면에서 열등한 것으로 일반적으로 간주되는 섬유 혼합물로 부터 섬유 길이와 거칠기의 바람직한 조합을 갖는 펄프를 얻을 수 있는 제지업자는 비용 절감 및/또는 제품 향상의 중대한 결과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 제지 업자들은 보다 큰 강도를 얻기위해 수반되는 연성의 통상적인 감소를 일으키지 않으면서 우수한 강도를 지닌 종이 티슈를 제조하기를 원한다. 선택적으로, 제지 업자는 표면 섬유의 보다 강한 결합을 수반하는 연성의 통상적인 감소가 없이 유리된 섬유의 방출을 감소시키는 보다 높은 정도의 종이 표면 결합을 원한다.

따라서, 본 발명의 목적 하나는, 한계 거칠기 수준 미만의 섬유거칠기를 가지는 셀룰로우즈 펄프를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 한 목적은, 섬유 길이와 섬유 거칠기의 바람직한 조합을 갖고, 연목질 및 경목질 섬유의 혼합물을 함유하는 셀룰로오즈 펄프를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 섬유 길이와 섬유 거칠기간의 바람직한 조합을 갖는 셀룰로오즈 펄프의 제조 방법을 제시하는 데에 있다.

이러한 목적들은 하기 상세한 설명에서 보여주는 바와 같이 본 발명을 이용하여 달성된다.

특별한 언급이 없은 한, 여기에 기재된 모든 %, 비율 및 배율은 중량을 기초로한 것이다. 특별한 언급이 없는한, 모든 섬유의 중량 %는 건조 중량 %이다.

[발명의 개요]

본 발명은 펄프 평균 섬유 길이에 비해 낮은 거칠기를 가지며, 선택된 형태를 가지는 목질 섬유를 포함하는 셀룰로오즈 펄프를 함유한다. 셀룰로오즈 펄프는 적어도 10%의 연목질 섬유를 함유한다. 셀룰로오즈 펄프는 또한 0.085 ㎡ 미만의 섬유 표면적 증가분 및 하기 관계식에의해 평균 섬유 길이와 관계되는 섬유 거칠기를 가진다.

C ＜ (L)^0.3+ 0.3

(여기에서, C 는 10 m의 섬유 길이당 ㎎ 단위의 평균 섬유 중량으로 측정된 섬유 거칠기이며, L은 ㎜ 단위의 섬유 길이이다.) 셀룰로우즈 펄프는 재생 경목질 및 연목질 화학 펄프 섬유를 함유한다.

본 발명은 펄프 평균 섬유 길이에 비해 낮은 거칠기를 갖는 셀룰로오즈 펄프를 형성하는 방법을 포함한다. 이 방법은 길이 분류 단계 및 원심 분리 단계의 2 개의 분류 단계를 제공한다. 각각의 분류 단계는 주입류, 수용류 및 분출류를 포함한다. 한 분류 단계의 수용류의 적어도 일부는 다른 분류 단계의 주입류를 이룬다.

길이 분류 단계는, 길이 분류 단계로 들어가는 주입류를 처리하여 길이 분류 단계의 분출류의 평균 섬유 길이보다 적어도 20 % 작은 평균 섬유 길이를 갖는 길이 분류 단계 수용류를 제공하는 과정을 포함한다. 원심 분리 단계는, 원심 분리 단계로 들어가는 주입류를 처리하여 원심 분리 단계의 분출류중의 섬유의 정규 섬유 거칠기보다 적어도 3%, 바람직하게는 적어도 10% 작은 정규 섬유 거칠기를 갖는 섬유를 포함하는 원심분리 단계 수용류를 제공하는 과정을 포함한다.

이 방법은 또한 각각의 분류 단계의 주입류를 처리하여 각 주입류의 섬유 중량의 30% 내지 70%의 섬유 중량을 갖는 각 분류 단계의 수용류를 제공하는 과정을 포함한다.

[도면의 간단한 설명]

제 1 도는 1 차로 길이 분류 단계를 수행한뒤 원심 분리 단계를 수행한 본 발명의 한 실시 방법을 도식화한 흐름도이다.

제 2 도는 1 차로 원심 분리 단계를 수행한뒤 길이 분류 단계를 수행한 본 발명의 또 다른 실시 방법을 도식화한 흐름도이다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 선택된 형태의 목질 섬유를 포함하는 셀룰로오즈 펄프를 함유한다. 셀룰로오즈 펄프는 연목질 섬유가 비교적 높은 비율로 함유되어있음에도 불구하고 특정한 펄프 평균 섬유 길이에 대해 낮은 거칠기를 갖는다. 구체적으로, 10% 이상의 연목질 섬유를 함유하는 셀룰로오즈 펄프는 0.085 ㎟ 미만의 표면적 증가분을 가지며, 하기 관계식에 따르는 평균 섬유 길이에 대한 거칠기를 갖는 것을 특징으로 한다.

C ＜ L^0.3+ 0.3

(여기에서, C 는 10 m 의 섬유 길이당 ㎎ 단위의 섬유 중량으로 나타낸 거칠기 (㎎/10 m) 이며, L 은 ㎜ 단위로 측정한 평균 섬유 길이를 나타낸다.)

셀룰로오즈 펄프는 바람직하게 약 0.70 ㎜ 내지 약 1.1 ㎜, 보다 바람직하게는 약 0.75 ㎜ 내지 약 0.95 ㎜ 의 평균 섬유 길이를 갖는 목질 섬유를 함유한다. 셀룰로오즈 펄프는 화학적 펄프 섬유를 함유할 수 있으며, 바람직한 구현예로는 예컨대 재생 판지 섬유와 같은 재생지 섬유가 포함된다.

또한, 본 발명은 거칠기와 섬유 길이의 양호한 조합을 갖는 섬유 형태를 선택하는 방법을 함유한다. 이 방법은 2 개의 분류 단계를 함유하고, 하기 단계들을 함유한다: 목질 펄프 섬유를 함유하는 수성 슬러리를 제공하는 단계; 길이 분류 단계 및 원심 분리 단계중 하나를 함유하는 제 1 분류 단계를 제공하는 단계; 슬러리의 적어도 일부가 제 1 분류 단계로 들어가는 주입류를 형성하도록 하는 단계; 제 1 분류 단계로 들어가는 주입류를 처리하여 제 1 분류 단계의 수용류를 제공하는 공정단계; 다른 길이 분류 단계 및 원심 분리 단계를 함유하는 제 2 분류 단계를 제공하는 단계; 제 1 분류 단계로부터 나온 수용류의 적어도 일부가 제 2 분류 단계로 들어가는 주입류를 제공하도록 하는 단계; 제 2 분류 단계로 들어가는 주입류를 처리하여 제 2 분류 단계의 수용류를 제공하는 공정단계. 길이 분류 단계로 들어가는 주입류를 처리하여 길이분류 단계의 분출류의 평균 섬유 길이보다 적어도 20% 작은 평균 섬유 길이를 갖는 길이 분류 단계 수용류를 제공한다. 원심 분리 단계로 들어가는 주입류를 처리하여 원심 분리 단계의 분출류중의 섬유의 정규 섬유 거칠기보다 적어도 3% 미만 바람직하게는 적어도 10% 작은 정규 섬유 거칠기를 갖는 섬유를 포함하는 원심 분리 단계 수용류를 제공한다.

[정의]

본 명세서에서 사용되는 용어 "형태"는 섬유 길이, 섬유 폭, 표면적, 세포벽 두께 및 세포벽의 기하학적 모양, 거칠기 등을 포함하는 목질 섬유의 다양한 물리적 성질을 나타낸다.

용어 "선택된 형태"는 길게 베어지거나 변형되어 개방형 세포 벽 구조를 갖는 섬유와 구별되는, 일반적으로 폐쇄된 세포벽 구조를 갖는 섬유를 나타낸다. 용어 "선택된 형태"는 또한, 제지 업자에 의해 유용도가 떨어지는 것으로 분류되는 종의 어떤 조합을 처리하는 섬유의 범위 내에서 거칠기 및 섬유 길이의 향상된 조합을 나타내는 일반적인 부류의 섬유로부터 선택된 섬유를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "길이 분류"는 셀룰로오즈 섬유의 수성 슬러리를 평균 섬유 길이와 길이 차이로 인한 고유의 다른 특성에서의 차이가 있는 셀룰로오즈 섬유로 이루어진 적어도 2 개의 배출 슬러리로 나누는 방법을 나타낸다.

전형적으로, 관통된 배리어를 통해 주입 슬러리를 통과시켜 구멍을 통과할 가능성이 더 큰 짧은 섬유를 긴 섬유로 부터 분리하는 것으로 길이 분류를 수행한다.

본 발명에서 사용되는 용어 "평균 섬유 길이"는 본 명세서의 대수식에서 약어 "L"로 표기되며, 미합중국 조오지아주 소재 Kajaani Electronics of Norcross 에서 가용한 Kajaani Model FS-200 섬유 분석기와 같은 적당한 섬유 길이 분석 장치로 결정된 길이 가중 평균 섬유 길이를 의미한다. 분석기는 0 ㎜ 내지 7.2 ㎜ 의 보고 범위에서, 섬유 길이 및 거칠기의 계산으로부터 길이가 0.2 ㎜ 미만인 섬유를 배제하도록 고정시킨 프로파일로 제조자의 권고에 따라 작동된다. 이 크기의 입자는 계산에서 제외되는데, 그 이유는 이들이 본 발명이 지시하는 방향의 용도에 대해 기능이 없는 비섬유 단편들도 다수 이루어져 있기 때문이다.

본 명세서의 대수식에서 "C" 라는 약어로 표시된 용어 "거칠기"는 전술한 Kajaani FS-200 분석기와 같은 적당한 섬유 거칠기 측정 장치를 사용하여 측정된 바와 같은 비가중된 섬유 길이 10m 당, ㎎ 의 단위로 기록된 비가중된 섬유 길이의 단위당 섬유 중량을 의미한다.

펄프의 거칠기 C는 펄프로부터 취해진 3 개의 섬유 표본의 3 개의 거칠기 측정치의 평균 값이다. 거칠기를 측정하는 분석기의 작동은 섬유 길이를 측정하는 작동 과정과 유사하다. 표본 제조사에는 정확한 표본 중량이 장치에 주입되도록 주의가 필요하다.

허용 가능한 방법은 2 개의 알루미늄 계량 접시를 110 ℃에서 30분간 건조 오븐에 두어 각각의 섬유 표본용으로 건조시키는 것이다.

이어서 접시를 무산 황산 칼슘과 같은 적당한 흡수제를 가진 데시케이터에 15분 이상 방치하여 냉각시킨다. 이 접시는 핀셋으로 다루어 오일 또는 수분에 의해 이들이 오염되는 것을 방지하여야 한다. 2 개의 접시를 데시 케이터에서 꺼내고, 0.0001g 근처까지 즉시 함께 계량한다.

대략 1g의 섬유 표본을 한 접시 위에 놓고, 2개의 접시 (하나는 빈 것)를 110 ℃로 60분 이상 건조 오븐에 뚜껑 없이 위치시켜 섬유 표본을 바싹말린다. 섬유 표본이 있는 접시를 오븐에서 접시를 제거하기 전에 빈 접시로 덮는다. 이어서, 접시와 표본을 오븐으로부터 제거하고 데시케이터에 15분이상 두어 냉각시킨다. 뚜껑을 덮은 표본을 제거하고, 즉시 접시를 0.0001g 범위까지 계량한다. 미리 얻은 접시 중량을 이 중량에서 빼서 바싹 말린 섬유 표본의 중량을 얻는다. 이 섬유의 중량을 초기 표본 중량으로 간주한다.

30ℓ들이 빈 용기를 세척하고, 0.01g의 정확도로 25㎏ 이상의 용량일 수 있는 저울에서 계량하여 준비한다.

TAPPI 방법 T205 에서 인용된 영국제 분쇄기와 같은 표준 TAPPI 분쇄기를 용기 세척하여 모든 섬유를 제거시켜 준비한다.

섬유의 초기 표본 중량을 분쇄기 용기에 비우고, 모든 섬유가 분쇄기에 이동되도록 한다.

본쇄기내의 섬유 표본을 약 2ℓ의 물로 희석하고, 10분간 분쇄기를 작동한다. 분쇄기의 내용물을 세척하여 30ℓ용기에 넣어, 모든 섬유가 용기내로 세척되도록 한다. 30ℓ들이 용기중의 표본을 물로 희석시켜 0.01g 범위내의 20㎏ 중량의 수-섬유-슬러리를 얻는다.

Kajaani FS-200 용 표본 비이커를 세척하고 0.01g 범위로 계량한다. 30ℓ용기중의 슬러리를 수직 및 수평 스트로크로 교반하여, 슬러리중의 섬유를 원심 분리하는 경향이 있는 회전 운동이 되지 않도록 한다. 100.0g을 0.1g 내의 정확도로 측정하여 30ℓ용기로부터 Kajaani 비이커로 이동시킨다. Kajaani 비이커 중의 섬유 중량 (㎎)은 초기 표본 중량 (g으로 기록)에 5배로 수득된다.

0.01 ㎎의 정확도로 측정한 섬유 중량을 Kajaani FS-200 프로파일에 넣는다. 0.2 ㎜의 최소 섬유 길이를 Kajaani 프로파일에 넣은 결과 거칠기 계산에서 고려된 최소 섬유 길이는 0.2㎜이다. 이어서, 예비 거칠기를 Kajaani FS-200 으로 계산한다.

0.2㎜ 보다 큰 길이를 갖는 섬유의 중량 가중 누적 분포에 상응하는 인자를 예비 거칠기 값에 곱하여 거칠기를 얻는다. FS-200 교범은 중량 누적 분포를 얻는 방법을 제시한다. 그러나, 이 값은 %로 기록되고 "0" 섬유 길이에서 시작하여 누적된다. 전술한 바와 같은 인자를 얻기 위해 "0.2㎜ 보다 적은 길이를 갖는 섬유의 가장 가중 누적 분포" (계량기의 산출량으로서 제공된)를 기계 표시 장치로 부터 얻는다. 이 표시값을 100에서 빼고, 그 결과를 100으로 나누어, 0.2㎜ 보다 큰 길이를 갖는 섬유의 중량 가중 누적 분포에 해당하는 인자를 얻는다. 따라서, 얻어진 거칠기는 0.2㎜ 보다 큰 섬유 길이를 갖는 섬유 표본 중의 섬유의 거칠기의 측정값이다. 2개의 계량 접시 및 섬유 표본을 오븐 건조시키는 것을 시작으로 거칠기 측정을 반복하여 3 개의 거칠기 값을 얻는다. 여기서 사용된 거칠기 C의 값은 3 개의 거칠기 값을 평균하여 얻은 것이다.

여기에서 사용된 용어 "정규 거칠기"는 ㎖ 단위로 측정된 평균 섬유 길이 L로 거칠기 C 를 나누어 얻은 값이다. 이 비율에서의 감소는 다른 것의 손실을 바탕으로 바람직한 성질을 얻기 위한 단순교환조건과 비교하여, 평균 섬유 길이 L에 대한 거칠기 C 값의 감소를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 비교적 긴 섬유가 보다 바람직하며 비교적 덜 거친 섬유가 본 발명이 지적하는 용도에 보다 바람직하다.

여기에서 사용된 용어 "셀룰로오즈 펄프"는 셀룰로오즈 생성물의 다른 형태나 종이를 제조 하는 데에 사용된 목재로부터 유도된 섬유 재료이다. 다양한 종류의 재료로부터 유래한 셀룰로오즈 목질 섬유를 본 발명에 따르는 방법에 사용할 수 있다.

이들은 화학 펄프를 포함하며, 이것은 목질 재료로부터 유도된 모든 리그닌이 실질적으로 제거되어 정제된 펄프이다. 여기에서 사용된 "화학 펄프"는 5 중량 % 미만으로 리그닌을 함유하는 셀룰로오즈 펄프를 포함한다.이들 화학 펄프는 술피트 또는 크라프트 (술페이트) 공정에 의해 제조된 것을 포함한다. 또한, 본 발명의 방법을 실행하기 위해 이용가능한 목질 섬유는, 여기에서 사용된 바와 같은 기계적 펄프로부터 유도될 수 있으며, 이것은 목질 물질에서 유래된 리그닌 상당량을 함유하는 목질 섬유를 나타낸다. 이와 같은 기계적 펄프의 예로는 그라운드 우드 펄프, 열기계적 펄프, 화학적-열기계적 펄프 및 반화학적 펄프가 포함된다.

경목질 펄프 및 연목질 펄프의 혼합물 뿐만 아니라 경목질 및 연목질 펄프 또한 둘 다 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용된 경목질 및 연목질 펄프라는 용어는 낙엽성 나무 (피자 식물) 및 침엽 수목 (나자 식물)의 목질 물질로부터 각각 유도된 섬유성 펄프를 나타낸다. 또한 본 발명에 적용 가능한 것은 재생지로부터 제조된 섬유인데, 이것은 본래의 제지 제조 공정을 촉진하기 위해 사용된 다른 섬유, 충전제 및 결합제 소량 뿐 아니라 상기 모든 또는 어떤 종류의 것을 함유할 수 있다.

본 발명에서 사용된 용어 "재생지"는 일반적으로, 섬유를 방출하고 이것을 재사용하는 목적으로 수집된 제지를 의미한다. 이들은 예비 소비자, 예컨대 제지 공장 또는 인쇄소에서 발생된 것이거나, 차후 소비자, 예컨대 가정 또는 사무실에서 수집된 것으로부터 기인하는 것 일 수 있다. 재생지는 수집자에 의해 다른 등급으로 분류되어 재사용이 촉진된다. 본 발명에서 특정 값을 가진 재생지의 한 등급은 판지이다. 판지는 통상 화확 펄프를 함유하며, 전형적으로 경목질 대 연목질의 비가 약 1:1 내지 약 2:1 이다. 판지의 예로는 본드, 책, 전사지 등이 포함된다.

각종 원료로부터 나온 셀룰로오즈 목질 섬유는 본 발명에 따르는 셀루로오즈 펄프를 제조하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 원료로는 전술한 화학 펄프, 예컨대 술페이트 또는 크라프트 공정으로부터 제조된 것이 포함된다. 화학 펄프와 함께 제조되고 경목질 및 연목질 섬유의 혼합물을 함유하는 재생지로부터 유도된 섬유는 또한 본 발명의 셀룰로오즈 펄프를 제조하는 데에 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용된 "% 연목질" 량은, 연목질 나무로부터 유도된 셀룰로오즈 펄프중의 섬유의 건조 중량%를 의미한다. 셀룰로오즈 펄프 (100-% 연목질)의 잔량은 "%경목질"을 의미한다. %연목질은 알려져 있지 않다면 본 명세서에 참고로 인용된 TAPPI T401 om -88의 "제지 및 판지의 섬유 분석"의 분석법에 의해 광학 관측되어 결정될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 "최소 섬유 표면적"이라는 용어는 펄프 표본 중의 섬유의 가장 큰 1% (표면적)를 함유하는 섬유의 군중의 가장 적은 표면적 섬유의 투사된 표면적을 말한다. 이 최소 섬유 표면적은 후술하는 바와 같은 이미지 분석에 의해 측정될 수 있다.

약 0.25g의 대표적인 펄프 표본을 흡습시키고 조각으로 찢는다. 이미지 분석을 복잡하게하는 오염물을 감소시키기 위해 증류되고 여과된 물을 사용할 것이 추천된다.

0.05 미크론의 필터로 이러한 오염물을 제거시키는 데에 충분하다. 조각낸 펄프를 250 ㎖ 들이 엘렌메이어 플라스크에 위치시키고, 약 50㎖의 물을 가하고, 펄프 표본이 붕해될때까지 플라스크를 흔든다. 이어서 플라스크 내용물을 물로 희석시켜 200㎖ 부피가 되게 한다. 약 3/4의 플라스크 내용물을 버리고, 플라스크를 200㎖의 부피로 다시 채우고, 다시 플라스크를 흔들어서 내용물을 혼합한다. 플라스크 내용물을 제거하고, 플라스크 내용물을 다시 희석시키고, 플라스크를 흔드는 과정을 플라스크 내용물의 나안 검색에 의해 플라스크 내에 생성된 슬러리에 섬유와 섬유간의 접촉이 없을 때 까지 반복한다.

40 ×60 mm 유리 현미경 슬라이드를 비린트성 티슈로 닦고 영구 표시기를 사용하여 슬라이드의 한 표면상에 직각 격자 표시를 한다. 차후 이미지 분석중에 격자를 참고로 이용하나, 이의 정확한 간격이 결정적인 요소는 아니며 작업자에 따라 편리한 크기로 고정될 수 있다. 약 1㎠ 격자가 섬유 / 격자라인 교차면이 발생되는 것을 감소시키는 데에 사용된다. 슬라이드를 "아래" 쪽 표시가 된 슬라이드 가열기 상에 위치시킨다. 플라스크 중의 슬러리를 격렬하게 흔들고, 슬러리 모액을 일회용 피펫으로 제거하여 슬라이들상에 위치시킨다. 슬라이드를 약 10 ml의 슬러리로 덮는다. 슬라이드상의 물을 증발시키고, 절개침으로 때때로 표면 장력을 파괴하여 건조중의 슬러리 섬유의 뭉침을 방지한다. 슬라이드 접착제 방울 소량을, 과도한 압력이 가해지지 않도록 주의하면서, 섬유로 덮인 슬라이드 반대편에 위치한 깨끗한 슬라이드의 4 모서리에 위치시킨다. 여분의 접착제를 제거하고, 슬라이드 표면을 비린트성 티슈로 깨끗하게 한다.

이미지 분석 시스템은 프레임 지지판, 입체경, 비디오 카메라 및 이미지 분석 소프트웨어가 있는 컴퓨터를 포함한다. 적당한 프레임 지지판에는 인디아나주 인디아나폴리스 소재 Truevision Company 에서 가용한 TARGA Model M 8판이 포함된다. 선택적으로, 매사츄세츠주 말보로 소재 Data Translation에서 가용한 Model DT 2855 프레임 지지판을 사용할 수 있다.

뉴욕주 레이크 석세스 소재 Olympus Corporation에서 가용한 Olympus SZH 입체경 및 캘리포니아주 샌디아고 소재 Olympus Electronics Division 에서 가용한 Kohu Model 4815 - 5000 고체 상태 CCD 비디오 카메라를 이미지를 얻는 데에 사용할 수 있으며 이를 컴퓨터 파일로 저장할 수 있다. Kohu 비디오 카메라를 입체경에 위치시키는 데에 Kohu Model MTV-3 어댑터를 사용할 수 있다. 선택적으로, 뉴저지주 페어론 소재 Keyence Company 사에서 가용한 VH 5900 모니터 현미경과 접촉형 조광헤드가 장착된 VH 50 렌즈를 갖는 비디오 카메라를 사용할 수 있다.

입체경과 비디오 카메라로 기록될 이미지를 얻는다. 프레임 지지판이 이미지의 아날로그 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지탈 신호로 포맷하여 준다.

워싱턴주 에드몬드 소재 BioScan Company 사에서 가용한 Optimas Image Analysis 소프트웨어 (3.0 버젼)와 같은 적당한 소프트웨어를 사용하여 컴퓨터 파일에 저장된 이미지를 측정한다. Optimas 소프트웨어는 IBM PS/2 다채널 시스템상에서 뿐 아니라 IBM PC AT 또는 호환기종 컴퓨터에서 호환가능한 어떤 윈도우즈상에서도 작동될 것이다. 적당한 컴퓨터는 프레임 지지판용 확장슬롯, Intel 80386 CPU, 8 메가바이트의 RAM, 200 메가바이트의 하드 디스크 저장 용량을 가지고 DOS (3.0 또는 이후 버전)가 인스톨된 IBM 호환 PC이다. 컴퓨터는 워싱턴주 레드몬드 소재 Microsoft Corporation 에서 가용한 3.0 또는 이후 버전의 윈도우즈를 인스톨하고 있어야 한다. 저장된 이미지는 파일로부터 불려져서 Sony Model PVM - 1271 Q 또는 Model PVM - 1343 MO 비디오 모니터 상에서 표시도리 수 있다.

슬라이드를 입체경 단계상에 위치시킨다. 입체경을 15 배율 수준으로 조절한다. 입체경 광원의 강도를 최대로 고정하고, 입체경 구멍을 최소 구멍 크기로 고정시켜 최대 이미지 콘트라스트를 얻는다. Optimas 소프트웨어를 다중 모드 세트와 ARAREA (면적) 및 ARLENGTH (길이) 측정이 선택되도록 하여 구동시킨다. "샘플링 옵션" 하에서, 하기 디폴트 값이 이용된다: 샘플링 단위를 선택하고, 세트수는 64 간격이고, 최소 경계 길이는 10 샘플이다. 하기 조작은 선택되지 않는다: 관심분야의 접속 지역 제거 (ROI), 다른 지역내의 지역제거 및 연한 경계. 소프트웨어 콘트라스트와 밝기 조절은 각각 0 및 170로 고정한다 소프트웨어 한계 조절은 125 및 255로 고정한다. 이미지 분석 소프트웨어를 뷰(view) 영역 내에 위치한 길이 조절기로 mm 단위로 보정한다. 보정을 수행하여 폭이 6.12mm 인 스크린을 얻는다.

관심 영역을 선택하여 관심 영역의 경계를 가르는 섬유가 없도록 한다. 작동자는 슬라이드의 위치를 정하고 한 분야에서 이미지 데이타 (면적 및 길이) 를 얻는다. 이어서 슬라이드를 재위치시키고 이미지 데이타를 제 2 분야에서 얻는다. 전체 슬라이드로부터 데이타가 얻어질 때까지 데이터 수집을 계속한다. 반드시 필요한 것은 아니나 슬라이드 상에서 격자라인을 사용하는 것은 현미경 관찰자가 1 회 이상 어떤 영역을 읽거나 영역을 간과하는 것을 방지하는 데에 매우 유용하다. 격자 라인을 가로지르는 섬유는 데이터 수집에 포함되지 않는다.

가로지르지 않는 개개의 섬유로만 구성된 슬라이드를 갖는 것이 바람직하지만, 가로지르는 섬유가 포함한 어떤 이미지가 생성되는 것은 피할 수 없을 것이다.

가로질러진 섬유가 모두 방해 받으면 가로질러진 섬유 이미지를 Optimas 소프트웨어에서 이용가능한 페이트 옵션으로 지운다. 가로질러진 섬유 이미지에서 방해받지 않는 섬유는, 다른 섬유에 의해 적어도 부분적으로 방해된 가로질러진 섬유 이미지에서 섬유위로 페인팅함으로써 보유된다.

이미지 분석 소프트웨어는 이미지 분석 시스템으로 기록된 각각의 섬유 이미지의 투사된 섬유 표면적 및 섬유길이를 제공한다. 섬유 이미지는 섬유 길이와 섬유 표면적에 의해 서열화 될 수 있다. Microsoft 사의 Excel (3.0 버젼)과 같은 스프레드쉬트 소프트웨어를 사용하는 것도 유용하나 이러한 데이타 조작을 수행하는 것이 요구되지 않는다.

길이에 의해 섬유의 순위를 매긴 후, 길이가 0.25 mm 미만인 섬유에 대한 섬유 이미지 데이타를 지운다. 적어도 500개 이상의 섬유 이미지가 남아야 한다. 이어서 투사된 섬유 표면적 기준으로 하여 남은 섬유 이미지 데이타의 순위를 매기고, 이 순위에 따라 각각의 섬유 이미지에 번호를 매긴다. 가장 큰 투사 표면적을 갖는 섬유 이미지를 1번으로 한다.

본 명세서에서 사용된 최소 섬유 표면적은 하기와 같이 서술될 수 있다. 잔류 섬유 이미지의 수에 0.01 (1%)을 곱하여 섬유 이미지 수를 얻는다. 곱한 값이 정수가 아니면, 근처의 장수로 반올림 한다. 이 값을 갖는 섬유 이미지의 투사 표면적은 최소 섬유 표면적에 해당된다

"최소 섬유 표면적"에 대해 기술하였으나, 이 방법은 통계적 중요성으로 인해 다수의 이미지(1000 이상)를 요구한다. 따라서 바람직한 방법이 권고된다. 바람직한 방법은 1%, 3%, 5%, 10%, 및 20%의 간격으로 잔류 섬유 이미지의 투사 표면적을 얻는 것으로 이루어진다. %의 로그함수로서 투사 표면적을 선형 회귀분석하고 1% 마크로 투사 표면적에 대해 얻어진 함수를 내삽하여 전술한 섬유 길이를 근거로 이미지 제거를 한 후 500개 이상의 섬유 이미지를 남기는 데에 충분한 이미지를 제공하는 진술한 바와 같은 충분한 유용성을 지닌 최소 섬유 표면적의 값을 얻는다.

본 명세서에서 사용된 용어 "표면적 증가분"은 진술한 바람직한 방법으로 결정된 최소 섬유 표면적으로 규정되며, 고려되는 표본중에 함유된 연목질의 각 % 포인트에 대해 0.0022 ㎟ 감소된 것이다. 최소 섬유 표면적을 표면적 증가분으로 변화시키는 데에 적용된 보정은 경목질에 대한 연목질의 표면적인 다양한 차이를 보상하여 주기 때문에 고려되는 표본의 경목질 및 연목질 함량에도 불구하고 펄프 표본의 균일성을 담보하는데에 단일 표면적 값을 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 섬유 성질의 균일성은 평균 성질에 무관한 장점을 제공하는 것으로 믿어진다.

비교적 섬유 성질이 많이 불균일한 펄프 표본은, 비교적 높은 값의 표면적 증가분을 가질 것이다. 표면적 증가분은 주어진 셀룰로오즈 섬유의 표본에 의해 처리된 섬유 성질의 균일한 수준을 나타내는 지표를 제공한다.

뉴욕주 시라큐스소재 Paper Research Materials로부터 항목번호 DDJ #2로 이용가능한 Britt Dynamic Drainage Jar, 필터 및 교반장치로 제조된 측정기에 의해 펄프표본중의 미립자의 백분율을 결정할 수 잇다. 최상의 결과를 얻기 위해, 약 1g 건조중량의 펄프 표본을 사용하는 것이 권고된다. 섬유 표본으로부터 나온 미립자를 여과지상에서 포획하고 계량하여 원래 표본중의 미립자 %를 결정한다. 배출구 용기에는 동일한 회사에서 얻어진 "125 P" 스크린이 장착되어 있고, 이 스크린은 76.2 미크론의 구멍직경과 14.5% 개방 면적을 갖는다. 표본을 용기에 직접 위치시킨 후, 용기 꼭대기의 1 인치 내까지 물로 채운다. 미립자의 분리를 촉진하기 위해, 탄산 나트륨, 소듐 트리폴리포스페이트 및 TAMOL 850 계면 활성제(펜실베니아주 필라델피아 소재 Rohm and Haas Company 로부터 가용) 각각 2.5%로 구성된 분산용액 1㎖를 섬유와 물 혼합물에 가한다.

1000 rpm 으로 5분간 교반한 후, 슬러리 500㎖를 1000㎖ 비이커에 흘려 넣고, 용기를 신선한 물로 채운다. 동일한 방식으로 교반을 반복하고, 다른 50㎖를 비이커에 흘려 넣는다. 4개의 비이커가 각각 1000㎖에 이를때까지 이 과정을 반복한다. 이어서 뷔흐너 깔대기 또는 영국 메이드스톤 소재 Whatman International Ltd. 사 제조의 11.0 ㎝ Whatman 유리 미세섬유 필터 #1820110 함유 여과지 지지용 다른 적당한 깔대기를 사용하여 역순으로 비이커를 여과시켜 미립자를 포획한다. 필터는 0.1㎎ 근처로 미리 계량되어야 한다. 4개의 물이든 비이커 모두를 여과시킨 후, 필터 패드를 깔대기에서 제거하여 105℃로 1시간동안 건조시키고, 데시케이터에서 냉각시켜 0.1㎎ 근처까지 최종 중량을 얻는다. 초기 필터 중량과 최종 필터 중량사이의 사이가 미립자 중량이다. 동일한 여과 및 건조공정 배열을 통해 Britt Jar의 내용물을 여과시켜 섬유 중량을 유사하게 얻는다. 미립자 중량을 총 미립자 중량으로 나누고 섬유 주량에 100을 곱하여 원표본중의 미립자 백분율을 기록한다.

[방법]

후술하는 내용은 본 명세서의 특허청구 범위에 결부되는, 본 발명에 따르는 셀룰로오즈 섬유의 제조방법을 설명한다. 여기에는 길이분류 단계 및 원심분리 단계를 함유하는 2 단계의 분류 공정의 2 가지 기본적인 배열이 포함된다.

제 1 도는 본 발명에 따르는 셀룰로오즈 펄프를 제조하는 데에 사용될 수 있는 한가지 배열을 나타내는 흐름도이다. 이 배열에서는, 길이 분류 단계를 먼저 수행하고, 원심 분리 단계를 나중에 수행한다.

제 1 도에서 목질 펄프 섬유를 함유하는 수성 슬러리(21)는 길이 분류단계(32)로 들어가는 주입류를 형성한다. 만족스런 길이 분류기는 매사츄세츠주 싸우스 월폴소재 Brid Escher Wyss Corporation 에서 제조한 Brid "센트리소터"와 같은 원심분리 압력 스크린이다. 슬러리(21)는 길이분류 단계(32)에서 처리되어 분류단계(32)의 수용류 (33)와 분류단계(32)의 분출류(34)를 제공한다. 분출류(34)는 수용류(33) 중의 섬유보다 평균섬유 길이가 큰 섬유를 함유한다. 길이분류단계(32)는 슬러리를 함유하는 분출류(34)의 평균 섬유 길이보다 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 30% 작은 평균섬유 길이를 갖는 수용류(33)를 제공하도록 후술하는 바와같이 배치되고 조작된다. 분출류(34) 중의 섬유는 본 발명에서 목적으로 추구하는 특성의 가치가 적게 요구되는 다른 종국적인 용도가 있는 곳으로 보내진다. 이와 관련하여 이들은 다른 분출류와 혼합되거나, 분리 보관되거나 폐기될 수 있다.

이론에 의해 제한됨이 없이, 길이분류 단계(32)의 수용류(33)의 섬유 중량은, 길이 분류 단계(32)로 들어가는 주입류의 섬유 중량의 약 30 내지 70% 사이가 되어야 하며, 따라서, 수용류(33)와 분출류(34) 사이의 길이 분류단계(32)로 들어가는 섬유의 약 30 내지 70%의 덩어리 분열이 있어야 한다. 이러한 덩어리의 분열 과정은 길이 분류단계(32)가 옹이나 날붙이와 같은 파편을 주입류로 부터 제거하는 작용을 한다기 보다는 섬유길이에 의해 주입류를 분류하는 기능을 하도록 보장한다는 점에서 바람직하다.

제 1 도에 나타낸 바와같이, 길이 분류 단계(32)의 수용류(33)의 적어도 일부는 원심분리단계(42)를 함유하는 제 2 분류 단계로 들어가는 주입류(41)를 제공한다. 만족스런 원심분리 단계(42)는 오하이오주 스프링필드소재 CE Bauer Company에서 제조된 3인치 "센트리클리너" 수력 사이클론과 같은 1종 이상의 수력 사이클론을 함유한다.

원심분리 단계(42)의 최상의 조작을 위해, 원심분리 단계(42)에서 주입류(41)를 처리하기 전에 원심분리 단계(42)로 들어가는 주입류(41)의 농도를 조절할 필요가 있다. 예를들면, 주입류(41)의 농도를 증가시키기 위해 주입류(41)로 부터 물을 제거하는 것이 바람직하다면, 제 1 도에서 보는 바와같이 길이분류 단계(32)와 원심분리 단계(42) 중간에 적당한 체(36)를 위치시킬 수 있다. 적당한 체(36)는 100 미크론의 스크린이 장착된 CE Bauer "마이크라시이브"를 함유한다.

원심분리 단계(42)는 주입류 (41)를 처리하여 원심분리 단계(42)의 수용류(43)와 원심분리 단계(42)의 분출류(44)를 제공한다. 수용류(43)는 수력 사이클론의 상류측으로부터 배출되고, 분출류(44)는 수력 사이클론의 하류측("끝" 부분)으로 부터 배출된다.

제 1 도에 도시된 공정이 본 발명에 따라 조작되었을때, 수용류(43) 중의 섬유의 정규 거칠기는, 원심분리 단계(42)의 분출류(44) 중의 섬유보다 적어도 3%, 바람직하게는 적어도 10% 적다. 제 1 도에 나타낸 바와같은 공정을 본 발명의 셀룰로오즈 펄프를 함유하는 수용류 (43)를 제공하도록 조작할 수 있다.

본 발명의 셀룰로오즈 펄프를 함유하는 수용류(43)는 적어도 10%의 연목질 섬유를 포함하고, 표면적 증가분이 0.085㎡ 미만이며, 전술한 바와같은 대수적 표현에 의해 평균 섬유 길이와 관계되는 거칠기를 갖는다. 수용류(43)의 평균섬유 길이는, 바람직하게는 약 0.70㎜ 내지 약 1.1㎜, 보다 바람직하게는 약 0.75㎜ 내지 약 0.95㎜로서 섬유 길이에 대한 거칠기 관계를 제시한다.

원심분리 단계(42)의 수용류(43)의 섬유중량은, 원심분리 단계(42)로 들어가는 주입류(41)의 섬유 중량의 약 30 내지 70%가 되어야 하며, 따라서 원심분리 단계(42)로 들어가는 섬유의 약 30 내지 70%의 덩어리 분열이 수용류(43)와 분출류(44) 사이에서 각각 있다.

이러한 덩어리 분열은, 원심분리 단계(42)가 단지 주입류(41)로 부터 옹이나 날붙이와 같은 파편을 제거하는 작용을 하는 것 보다는, 분출류(44)에 대한 환산 정규 거칠기를 갖는 수용류(43)를 제공하는 것을 보장한다는 면에서 바람직하다.

제 2 도는 본 발명에 따르는 셀룰로오즈 펄프를 제조하는 데에 사용 될 수 있는 또 다른 배열을 나타내는 흐름도이다. 이 배열에서, 원심분리 단계가 제일먼저 수행되고, 이어서 길이분류단계가 수행된다.

제 2 도에서 목질 펄프 섬유를 함유하는 수성 슬러리(21)는 먼저 원심분리 단계(52)로 들오가는 주입류를 형성한다. 원심분리 단계(52)는 1개 이상의 수력 사이클론을 함유한다. 원심분리 단계(52)는 주입류를 처리하여 원심분리 단계(52)의 수용류(53) 및 원심분리 단계(52)의 분출류(54)를 제공한다. 수용류(53)는 수력 사이클론의 상류측으로부터 배출되고, 분출류는 수력 사이클론의 하류측("끝" 부분)으로 부터 배출된다. 본 발명에 따라 조작하면, 수용류(53) 중의 섬유의 정규 거칠기는, 원심분리 단계(52)의 분출류(54) 중의 섬유 보다 적어도 3%, 바람직하게는 적어도 10% 작으며, 수용류(53) 중의 섬유의 평균 섬유 길이는 바람직하게는 슬러리(21)와 거의 같거나 그 이상이다.

원심분리 단계(52)의 수용류의 적어도 일부는, 길이분류 단계(62)로 들어가는 주입류(61)를 제공하게 배치된다. 길이분류 단계(62)는 전술한 바와같은 원심분리 스크린과 같은 스크린을 함유할 수 있다.

길이분류 단계(62)에서 주입류(61)를 처리하기 전에 주입류(61)의 농도를 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 예를들면, 농도를 증가시키기 위해, 주입류(61)의로 부터 물을 제거하는 것이 바람직하다면, 제 2 도에 나타낸 바와같이 원심분리 단계(52)와 길이 분류단계(62) 중간에 적당한 체(60)를 위치시킬 수 있다. 적당한 체(60)는 100 미크론의 스크린이 장착된 CE Bauer "마이크라시이브"를 함유한다.

길이분리 단계(62)는 주입류(61)를 처리하여 길이 분류 단계의 수용류(63)와 길이분리 단계의 분출류(64)를 제공한다. 분출류(64)는 수용류(63) 중의 섬유보다 큰 평균섬유 길이를 갖는 섬유를 함유한다. 평균 섬유 길이는 길이 분류 단계의 분출류(64)의 평균섬유 길이보다 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 30%작다.

제 2 도에 도시한 바와같은 공정은 본 발명의 셀룰로오즈 펄프를 함유하는 수용류(63)를 제공하도록 조작될 수 있다. 본 발명의 셀룰로오즈 펄프를 함유 하는 수용류(63)는 적어도 10%의 연목질 섬유를 포함하고, 표면적 증가분이 0.085㎟ 미만이며, 전술한 바와같은 대수적 표현에 의해 평균 섬유 길이와 관계되는 거칠기를 갖는다. 수용류 (63)의 평균 섬유 길이는, 바람직하게는 약 0.7㎜ 내지 약 1.1㎜, 보다 바람직하게는 약 0.75㎜ 내지 약 0.95㎜ 로서, 전술한 섬유 길이에 대한 거칠기 관계를 제시한다.

본 발명에서 각각 요구되는 평균 섬유 길이와 정규 거칠기를 필요한 정도로 변화시키기 위해, 슬러리(21)에 함유된 섬유의 구체적인 특성에 따라 길이 분류 및 원심분리 단계의 조작 인자를 조절할 수 있다. 길이분류 단계가 원심분리 스크린을 함유하는 구현예에서는, 이러한 조작 인자에 주입 및 배출 슬러리의 농도; 스크린 재료내에 있는 구멍의 크기, 모양 및 밀도; 스크린 펄쉐이터가 회전하는 속도; 및 주입 및 배출류 각각의 유속등이 포함된다.

스크린의 작용에 의해 과도하게 농도가 증가되는 경우, 체(60)내의 스크린으로 부터 보다 긴 섬유 분출류를 제거하는데에 희석수를 보조로 가하는 것 또한 바람직할 수 있다. 원심분리 단계가 수력 사이클론을 함유하는 구현예에서, 조작 인자의 예로는 주입류의 농도, 원뿔의 직경, 원뿔각, 하류 개폐구의 크기, 및 주입 슬러리와 배출되는 각각의 지류사이에서의 압력 강하가 포함된다.

[실시예]

본 발명의 실시를 돕기위해 하기 실시예를 예시한다.

[실시예 1]

본 실시예는 재생 펄프로 부터 제조된 주입 슬러리를 순차적으로 길이 분류 및 원심분리하여 본 발명에 따르는 셀룰로오즈 펄프를 제조하는 한 방법을 설명한다. 본 실시예의 참고도는 제 1 도이다.

재생펄프는 위스콘신주 오스코시소재 Ponderosa Pulp Company 에서 얻는다. 판매인에 따르면 100% 최종 소비자에 의한 폐지로 부터 탈잉크화한 펄프라 한다. 이 펄프의 대표적인 특성은 섬유 길이가 1.12㎜ 이고, 미립자가 15.8%이며, 수분이 50 - 55%이다. 하기 실시예에서 희석용으로는 모두 통상의 샘물을 사용한다. 작업이 수행되는 동안의 주위 온도는 50 ~ 80℉이다.

한기 단계를 수행하여 수성 슬러리(21)를 제조한다. 오하이오주 미들타운소재 Black Clawson 사에 의해 제조된 5 피이트 HICON 수화펄프제조기에 습식 랩 펄프를 충진시키고, 여기에서 10 ~ 15분간 10 ~ 12% 농도로 약 400 파운드의 양의 분리된 배치가 재펄프화 되도록 한다. 펄프제조기 출구에서 펌프가능한 정도의 농도로 희석시키고, 약 3% 농도의 생성된 슬러리를 저장탱크로 보낸다.

이어서, CD Bauer Company 사 제조의 Bauer 마이크라시이브 (100 미크론 와이어 간격을 지닌 522 - 1형 모델)로 슬러리를 보낸다. 유속은 260 gpm 이고, 농도는 2.8%이다. 수용류를 다른 저장 탱크로 돌려보내는 한편, 미립자들이 많은 분출류는 폐기시킨다. 이 방법을 마이크라시이브를 통해 총 3 회 반복시켜, 펄프의 미립자 함량이 5.4%가 되도록 한다. 선택적으로, 미립자를 길이분류 단계(32)와 원심분리 단계(42) 사이에 위치한 Bauer 마이크라시이브와 같은 체(36)에서 제거할 수 있다.

펄프를 저장 탱크내에서 1%로 희석시켜, 제 1 도의 수성 슬러리(21)를 제공한다. 이를 분석하여 평균 섬유 길이가 1.16 ㎜ 이고, 거칠기가 1.36 ㎎/10m 임을 알았다. 이것을 Bird Escher Wyss Company 사 제조의 Bird 센트리소터(모델 100)의 형태인 길이분리기(32)로 펌프질하여 이동시킨다. 센트리소터를 센트리소터 펄세이터에 대한 방사속도가 2200 rpm이 되도록하는 폴리를 통해 50 hp, 1750 rpm 모터로 구동시킨다. Brid 센트리소터의 스크린 구멍크기는 12% 개방 면적에서 0.032"이다. 분출 희석 라인수는 약 28 gpm이다. 슬러리(21)를 260 gpm으로 센트리소터에 이송한다. 분출류(34)를 40 gpm으로 센트리소터로 부터 제거하고, 수용류(33)를 248 gpm으로 센트리소터로 부터 제거한다.

수용류(33)중의 셀룰로오즈 펄프 섬유 덩어리를 측정하여 수성 슬러리(21)를 함유하는 주입류중에 셀룰로오즈 펄프의 섬유 덩어리 55.8%가 함유되어 있음을 알았다. 분출류(34)를 분석하여 폐기전에 1.62 ㎎/10m의 거칠기와 1.55㎜의 섬유 길이를 갖는다는 것을 알았다. 수용류(33)를 분석하여 평균섬유 길이가 0.94㎜이고, 거칠기가 1.26㎎/10m 인 것을 알아내고, 이것을 저장 탱크로 보냈다.

수용류(33)를 0.1% 농도로 희석하고, 5도 10분의 원뿔각을 갖는 CE Bauer Company 사 제조의 3인치 액체 수력 사이클론, 즉, 10 Bauerlite Model 600 ~ 22 의 뱅크 형태의 원심분리 단계(42)로 펌프질하여 보낸다. 각각의 하류 단부에 직경이 5/32 인치인 배출부 끝부분을 장착한다. 수력 사이클론의 뱅크를 총 241 gpm 의 속도로 공급한다. 뱅크의 주입류(41)의 압력은 70 psig이다. 배출구에서의 수용류(43)의 압력은 16.5 psig이다. 하류배출 (끝) 부분에서의 분출류(44)는 대기압으로 직접 방출한다. 수용류 (43)중의 셀룰로오즈 펄프를 측정하여 주입류(41)의 섬유 덩어리의 54%가 함유됨을 알았다. (주입류 (41) 중의 섬유 더어리의 46%를 함유하는) 분출류(44) 중의 섬유가, 폐기전에 0.94의 평균섬유 길이 및 1.31 ㎎/10m의 거칠기를 갖는 것을 발견하였다.

수용류 (43)는 하기 가용한 측정치에 따라 검시된 본 발명의 요구조건에 맞는 섬유를 함유한다.

연목질 % : 24%

거칠기 : 1.23 ㎎/10m

평균 섬유길이 : 0.92 ㎜

최소 섬유 표면적 : 0.130 ㎟

이러한 측정치를 사용하여, 표면적 증가분을 0.130 - 24 ＊0.0022 = 0.077 ㎟로서 계산할 수 있다. 한계 거칠기는 하기와 같이 계산할 수 있다.

C 〈 (L)^0.3+ 0.3

C 〈 (0.92)^0.3+ 0.3

C 〈 0.98^0.3+ 0.3

C 〈 1.28

관측된 거칠기 1.23 ㎎/10m 가 한계 거칠기보다 적기 때문에, 본 공정에 따라 제조된 셀룰로오즈 펄프는 본 발명의 조건에 잘 맞는다.

[실시예 2]

본 실시예는 재생 펄프로 부터 형성된 주입 슬러리를 순차적으로 원심 분리 및 길이분류 함으로써 본 발명에 따른 셀룰로오즈 펄프를 제조하는 다른 방법을 설명한다. 본 실시예의 참고 도면은 제 2 도이며, 여기에는 공정 배열이 도식화되어 있다.

실시예 1 에서 사용된 것과 동일한 재생 펄프를 본 실시예에서 사용하였다. 또한, 통상의 샘물을 사용하였고, 작업 수행중의 주위 온도는 50 ~ 80℉이었다. 슬러리(21)의 제조단계는 실시예 1과 동일하다. 슬러리(21)를 1% 농도로 저장된 저장탱크로 부터 펌프질하고, 0.1% 농도로 인 - 라인 희석시키고 펌프질하여 원심분리 단계(52)로 들어가는 주입류를 제공한다. 원심분리단계(52)는 10 Bauerlite Model 600 ~ 22의 뱅크, 즉 5 도 10 분의 원뿔각을 갖는 CE Bauer Company 사 제조의 3 인치 액체 수력 사이클론을 함유한다.

각각의 수력 사이클론의 하류 단부에는 직경이 5/32 인치인 배출구 끝 부분이 장치되어 있다. 수력 사이클론의 뱅크는 249 gpm의 총 속도로 공급된다. 수력 사이클론의 뱅크로 들어가는 주입류의 압력은 69 psig 이다. 상류 배출구에서의 수용류(53)의 압력은 10 psig로 계측되며, 하류 (끝 부분)에서의 분출류(54)는 대기압으로 직접 방출된다. 분출류(54)를 분석하여 폐기전의 평균 섬유 길이가 1.09 ㎜ 이고 거칠기가 1.42 ㎎/10 m 임을 알았다.

수용류(53)가 실시예 1 에서 사용된 것과 동일한 Bird 센트리소터(모델 100)를 함유하는 길이분류 단계(62)로 들어가는 주입류(61)를 제공하도록 한다. 원심분리 단계(52)에 의해 수용류(53)가 희석되기 때문에, 수용류(53)는 전술한 Baurer 마이크라시이브를 함유하는 체(60)를 통과하여 2 내지 3 % 의 농도를 갖는 주입류(61)를 제공한다. 체(60)는 또한 수용류(53)의 섬유 특성을 변경시키는데, 그 이유는 섬유의 일부가 마이크라시이브를 빠져나오는 물로부터 제거되기 때문이다. 체(60)를 통과하기 전의 수용류(53)는 평균 섬유길이가 1.21 ㎜ 이고 거칠기가 1.36 ㎎/10 m 인 섬유를 함유한다. 체(60)는 빠져 나오는 주입류(61)는 평균 섬유길이가 1.35㎜ 이고, 거칠기가 1.45㎎/10m 이다. 주입류(61)를 저장 탱크에 보관한다.

주입류(61)를 라인중에서 1% 농도로 희석하고, 전술한 Bird 센트리소터를 함유하는 길이 분류단계(62)로 260 gpm 으로 보낸다. 분출 희석수를 약 27 gpm 으로 고정한다. 분출류(64)를 34 gpm 으로 센트리소터로 부터 제거하고, 수용류(63)를 253 gpm으로 센트리소터로 부터 제거한다. 수용류(63)를 분석하여 주입류(61) 중의 셀룰로오즈 펄프의 섬유 덩어리 47.5%가 함유되어 있음을 알았다. 분출류(64)를 분석하여, 폐기전의 평균 섬유 길이가 1.73 ㎜이고, 거칠기가 1.66 ㎎/10m 임을 알았다.

수용류 (63)는 하기 가용한 측정치로 검시된 본 발명의 요구조건에 맞는 섬유를 함유한다.

연목질 % : 29%

거칠기 : 1.19 ㎎/10m

평균 섬유길이 : 1.02 ㎜

최소 섬유 표면적 : 0.138 ㎟

표면적 증분을 하기와 같이 계산할 수 있다 :

0.138 - 29 ＊0.0022 = 0.074 ㎟

한계 거칠기는 하기와 같이 계산할 수 있다.

C 〈 (L)^0.3+ 0.3

C 〈 (1.02)^0.3+ 0.3

C 〈 1.01^0.3+ 0.3

C 〈 1.31

관측된 거칠기 1.19 ㎎/10m 가 한계 거칠기보다 낮기 때문에, 본 공정에 따라 제조된 셀룰로오즈 펄프는 본 발명의 조건에 잘 맞는다.

본 발명의 셀룰로오즈 펄프는 다양한 제지 및 제지 제조공정에 사용하기에 적당하다. 트로칸에게 특허된 미합중국 특허 제 4,191,609 호 (1980. 3. 4), 제 4,528,239 호 (1985. 7. 9) 및 제 4,637,859 호 (1987. 1. 20)는 종이 티슈 제조방법을 나타내는 목적으로 본 명세서에 참고로 인용된다.

본 발명의 셀룰로오즈 펄프는 종이티슈의 제조, 예컨대 0.15 g/㎤ 미만의 밀도와 약 16.3 내지 약 35.9 g/㎡(약 10 내지 약 22 lbs/3000 ft²)의 기본중량을 갖는 한겹 종이티슈의 제조에 사용하기에 특히 적당하다. 5.0 g/㎤ (0.07 lbs/in²)의 힘을 가하는 12.9 ㎠ (2in²)의 판을 사용하여, 겉보기 두께를 측정하여 밀도값을 결정한다. 5겹의 종이 묶음의 두께를 측정하고, 이 값을 5로 나누어 한겹의 겉보기 두께를 결정한다. 그후, 겉보기 두께와 가로 중량으로 부터 밀도를 계산할 수 있다.

이러한 종이 티슈는 걸칠기 연성 기대치에 부응하는 낮은 거칠기를 갖는 섬유로 이루어져야 한다. 그러나 이러한 제지의 기본 중량과 낮은 밀도에서 기인하는 섬유와 섬유간의 적은 접촉 면적 및 연성 요구조건을 맞출 수 있는 이러한 제지에 사용되는 전형적으로 짧은 섬유로 인하여, 이러한 제지의 필요한 강도를 얻는것이 어렵다. 본 발명의 펄프는, 주어진 섬유 길이에 비하여 감소된 거칠기를 갖는 종이티슈를 제공하기 때문에 이러한 한계를 극복하였다.

전술한 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이나, 후술하는 특허 청구 범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

Claims

선택된 형태의 목질섬유로 구성된 셀룰로오즈 펄프로서, 10% 이상의 연목질 섬유를 함유하고, 섬유 표면적 증가분이 0.085 ㎟ 미만이여, 평균 섬유길이에 관련된 섬유 거칠기가 하기식으로 표현되는 셀룰로우즈 펄프 :

C ＜ (L)^0.3+ 0.3

(여기에서, C 는 10 m의 섬유 길이당 ㎎ 단위의 평균 섬유 중량으로 측정된 섬유 거칠기이고, L은 ㎜ 단위의 평균 섬유 길이이다.)
제 1 항에 있어서, 상기 목질섬유가 약 0.70 ㎜ 내지 약 1.1 ㎜의 평균 섬유길이를 갖는 셀룰로오즈 펄프.
제 2 항에 있어서, 상기 목질섬유가 약 0.75 ㎜ 내지 약 0.95 ㎜의 평균 섬유길이를 갖는 셀룰로오즈 펄프.
제 2 항에 있어서, 20% 이상의 연목질 섬유를 함유하는 셀룰로오즈 펄프.
제 4 항에 있어서, 20 내지 40% 의 연목질 섬유를 함유하는 셀룰로오즈 펄프.
제 4 항에 있어서, 재생목재섬유를 함유하는 셀룰로오즈 펄프.
제 6 항에 있어서, 재생판지섬유를 함유하는 셀룰로오즈 펄프.
제 2 항에 있어서, 셀룰로오즈 펄프의 섬유중량중 약 5 중량% 미만인 리그닌 함량을 가지는 화학펄프를 함유하는 셀룰로오즈 펄프.
제 8 항에 있어서, 재생목재섬유를 함유하는 셀룰로오즈 펄프.
제 1 항에 있어서, 셀룰로오즈 펄프로부터 제조된 제지.
밀도가 약 0.15 g/㎤ 미만이고, 기본 중량이 약 16.3 g/㎡ 내지 약 35.9 g/㎡인, 제 2 항의 셀룰로오즈 펄프로부터 제조된 제지.
밀도가 약 0.15 g/㎤ 미만이고, 기본 중량이 약 16.3 g/㎡ 내지 약 35.9 g/㎡인, 제 6 항의 셀룰로오즈 펄프로부터 제조된 제지.
하기 단계로 구성된, 선택된 형태의 셀룰로오즈 펄프의 제조 방법 :

목질펄프 섬유를 함유하는 수성 슬러리를 제공하는 단계 ;

길이분류단계 및 원심분리단계중 하나를 포함하는 제 1 분류단계를 제공하는 단계 ;

슬러리의 적어도 일부가 제 1 분류단계로 들어가는 주입류를 형성하도록 하는 단계 ;

제 1 분류단계로 들어가는 주입류를 처리하여 제 1 분류단계의 수용류를 제공하는 단계 ;

길이분류단계 및 원심분리단계중 또 다른 하나를 포함하는 제 2 분류 단계를 제공하는 단계 ;

제 1 분류단계로부터 나온 수용류의 적어도 일부가 제 2 분류단계로 들어가는 주입류를 제공하는 단계 ;

제 2 분류단계로 들어가는 주입류를 처리하여 제 2 분류단계의 수용류를 제공하는 단계 ;

길이분류단계로 들어가는 주입류를 처리하여 길이분류단계의 분출류의 평균섬유길이 보다 적어도 20% 작은 평균섬유길이를 갖는 길이분류단계 수용류를 제공하는 단계 ; 및 원심분리단계로 들어가는 주입류를 처리하여 원심분리단계의 분출류중의 섬유의 정규섬유거칠기보다 적어도 3% 작은 정규섬유거칠기를 갖는 섬유를 포함하는 원심분리단계 수용류를 제공하는 단계.
제 13 항에 있어서, 원심분리단계로 들어가는 주입류를 처리하여 원심분리단계의 분출류중의 섬유의 정규섬유거칠기보다 적어도 10% 작은 정규섬유거칠기를 갖는 섬유를 포함하는 원심분리단계 수용류를 제공하는 단계를 함유하는 방법.
제 13 항에 있어서, 제 1 분류단계가 길이분류단계로 이루어지는 방법.
제 13 항에 있어서, 제 1 분류단계가 원심분리단계로 이루어지는 방법.
제 13 항에 있어서, 기계적 펄프섬유를 함유하는 수성 슬러리를 제공하는 것을 함유하는 방법
제 13 항에 있어서, 재생화학펄프섬유로 된 수성 슬러리를 제공하는 것을 함유하는 방법.
제 18 항에 있어서, 재생 연목질 및 경목질 화학펄프섬유로된 수성 슬러리를 제공하는 것을 함유하는 방법으로서, 슬러리의 섬유 중량중 약 30% 내지 약 70%가 연목질 섬유로 구성되는 방법.
제 13 항에 있어서, 연목질과 경목질 섬유로된 수성 슬러리를 제공하는 것, 및 제 1 분류단계와 제 2 분류단계의 수성 슬러리의 최소한 일부를 처리하여 제 2 분류단계의 수용류 섬유중량의 10% 이상이 연목질 섬유로 구성되는 제 2 분류단계의 수용류를 제공하는 공정을 함유하는 방법.
제 20 항에 있어서, 길이분류단계로 들어가는 주입류를 처리하여, 길이분류단계의 용출류의 평균섬유기이보다 적어도 30% 작은 평균섬유길이를 가지는 길이분류단계의 수용류를 제공하는 공정을 함유하는 방법.
제 20 항에 있어서, 길이분류단계의 수용류의 섬유중량이 길이분류단계로 들어가는 주입류의 섬유 중량의 30% 내지 70%인 길이분류 단계로 들어가는 주입류를 처리하는 공정을 함유하는 방법.
제 22 항에 있어서, 원심분리단계의 수용류의 섬유중량이 원심분리단계로 들어가는 주입류의 섬유 중량의 30% 내지 70%인 원심분리 단계의 수용류를 형성하는 단계를 함유하는 방법.