KR100385273B1

KR100385273B1 - 양이온계실리콘을사용하는연질티슈의제조방법

Info

Publication number: KR100385273B1
Application number: KR1019970700830A
Authority: KR
Inventors: 제임스 마틴 카운
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 2003-08-19
Anticipated expiration: 2015-07-14
Also published as: BR9508544A; DE69528835D1; US5591306A; MX9700901A; WO1996005372A1; EP0775235A1; TW318194B; AU3099195A; CA2150790C; CA2150790A1; ZA956371B; US5529665A; AU693582B2; PL318497A1; EP0775235B1; PL180701B1; JPH10504358A; DE69528835T2

Abstract

티슈 제조 공정의 습윤 목적에서 상대적으로 소량의 양이온계 실리콘을 제지 섬유의 수성 현탁액으로의 첨가는 생성되는 티슈에 개선된 촉감성 (연성)을 제공한다.

Description

양이온계 실리콘을 사용하는 연질 티슈의 제조 방법 {Method for Making Soft Tissue Using Cationic Silicones}

세안 티슈 및 목욕 티슈 등의 연질 티슈의 제조면에서, 소비자들의 필요 및 요구를 만족시키기 위하여 관련 산업은 제품의 촉감 특성을 끊임없이 개선하여왔다. 티슈의 촉감을 개선시킬 수 있는 하나의 방법은 폴리실록산 등의 실리콘을 포함하는 첨가제를 티슈 내로 혼입하는 것이다. "실리콘"이란 용어는 코어 구조로서 실리콘 원자의 쇄를 갖는 넓은 범위의 물질을 포함한다. 실리콘 골격에 선택된 화학 관능성기를 부착함으로써 다양한 성질들이 얻어진다. 생성되는 구조물은 통상적으로 폴리실록산, 폴리디메틸실록산, 또는 폴리디오르가노실록산으로 언급된다. 실리콘은 일반적으로 소수성이고, 순수 유체, 유기 용매 용액, 또는 수성 에멀젼으로서 얻어질 수 있다. 이들 에멀젼은 양전하, 중성, 또는 음전하를 가질 수 있다. 에멀젼 입자의 크기는 또한 약 50 나노미터 (미크로-에멀젼) 내지 약 1 미크론으로 조절될 수 있다. 실리콘은 유체로서 제공될 수 있으나, 이들은 친수성을 부여하는 부가적인 관능기를 사용하지 않으면 통상적으로 물 중에서 낮은 용해도를 갖는다.

실리콘은 티슈의 표면에 바람직한 평활성 또는 실크와 같은 촉감을 제공하고, 이로써 인지되는 연성을 개선시키는 것으로 알려져 있다. 통상적으로 실리콘은 티슈 웹이 형성된 후, 건조 전 또는 후에, 티슈의 표면 상에 실리콘을 분무하거나 또는 프린팅하여 티슈 웹의 일부 지점에 도포된다. 상기 방법이 효과적인 반면, 이들은 실리콘을 도포하기 위한 분무 장치 또는 프린팅 장치에 자본 투자를 필요로 한다. 또한, 실리콘 자체가 값비싸며, 일반적으로 티슈에 목적하는 성질을 부여하는데 상당한 양의 실리콘이 필요하다. 부가되는 양은 통상적으로 섬유의 중량을 기준으로 약 1-2 건조 중량 %이다.

티슈 제조 공정의 습윤 목적에 실리콘을 첨가하는 개념은 간단하고 자본이 드는 부대 설비가 없기 때문에 전부터 고려되어져 왔다. 그러나 분무 또는 프린팅에 의해 통상 필요한 상당한 양으로 사용되었을때, 실리콘은 건조기 표면에 시트가 적당히 부착되지 못하고 시트가 건조기로부터 분리되어 떨어지게 하므로써 후속 크레핑 공정에 혼란을 야기시킨다. 또한, 실리콘은 습윤 목적의 수성계 중에서 재빨리 축적되어 (이들은 폐기되어야 함), 그 결과 값비싼 실리콘이 손실되게 된다.

그러므로, 티슈의 촉감성을 개선시키고 간단하며 자본 및 재료 비용의 면에서 상대적으로 덜비싼, 실리콘 물질을 티슈 내로 혼입할 수 있는 방법이 필요하다.

<발명의 요약>

실리콘, 특히 폴리실록산은 생성되는 티슈 제품의 연성을 개선시키는데 여전히 효과적이고 크레핑 공정에 장애가 되지 않는 매우 낮은 농도에서 티슈 제조 공정의 습윤 목적으로 도입될 수 있다는 것이 현재 발견되어졌다. 이것은 실리콘 자체 또는 콜로이드성 입자를 안정화하기 위하여 사용된 계면 활성제 상의 양전하를 통하여 셀룰로스 섬유의 표면 상의 음전하 위치에 결합하는 저농도의 실리콘을 사용함으로써 달성된다. 크레핑 접착 제제는 높은 실리콘 첨가 속도에서 실리콘의양을 감당할 수 있는 정도로 조절될 수 있다. 양이온계 결합은 셀룰로스 섬유를 수용성 또는 물과 상용가능한 양이온계 실리콘 또는 양성 결합 위치를 제공하도록 양이온계 계면 활성제로 처리된 실리콘과 접촉시켜 달성할 수 있다. 이러한 실리콘은 셀룰로스 섬유에 부착하여 비이온계 또는 음이온계 실리콘보다 섬유상에 보다 큰 보유도를 나타낸다. 결론으로서, 상당히 적은 실리콘이 티슈 웹의 성형 동안에 백수 (白水) 계로 손실되고, 실리콘이 첨가되었을때 실리콘은 섬유 층에 실질적으로 잔류한다. 상기 사실은 연성의 강한 티슈 시트를 제조할 수 있게 한다.

그러므로 한 면에서, 본 발명은 (a) 섬유의 중량을 기준으로 양이온계 실리콘 약 0.01 내지 약 1 건조 중량 %를 포함하는 셀룰로스성 제지 섬유의 수성 현탁액을 제조하는 단계; (b) 습윤 웹을 제조하기 위하여 섬유를 보유할 수 있는 유공 (有孔)의 성형 와이어 상에 수성 섬유 현탁액을 침착하는 단계; (c) 습윤 웹을 탈수 또는 탈수/건조하는 단계; (d) 크레핑 접착제로 웹을 양키 건조기 등의 크레핑 실린더에 부착하는 단계; 및 (e) 크레핑 블레이드를 사용하여 크레핑 실린더로부터 웹을 크레핑하여 연질 티슈를 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 연질 티슈 시트를 제조하는 방법이다.

습윤-프레싱 공정의 경우에, 티슈 웹은 양키 건조기에서 건조될 수 있다. 통기 건조(throughdrying) 공정의 경우에, 크레핑 실린더 (또 양키 건조기일 수 있음)에 부착되기 전에 웹은 부분적으로 건조되거나 또는 전체 건조될 수 있다. 별법으로, 웹을 통기 건조시킬 수 있고, 양이온계 실리콘 및 섬유가 크레핑없이 적당한 연성을 제공한다면 크레핑을 하지 않을 수 있다. 이러한 미크레핑 통기 건조티슈는 바람직하게는 층상 구조가 되고, 주로 경목 섬유 및 양이온계 실리콘을 포함하는 하나 이상의 외층을 갖는다.

바람직하게는 티슈는 외측 표면 상의 경목층 및 내측 표면 상에 연목 (강도) 층을 갖는 층상 티슈로서 제조된다. 어떤 면에서는 양이온계 실리콘이 탈결합제와 유사하게 작용함으로, 실리콘은 바람직하게는 외층 경목 퍼니쉬(furnish)에만 첨가되어 연목층의 강도를 저하시키지 않고 생성되는 티슈의 연성을 개선시킨다. 또한, 양이온계 실리콘을 포함하는 경목층이 크레핑 동안에 크레핑 실린더 또는 양키 건조기의 표면에 놓여 양이온계 실리콘이 좀더 평활하고 연성의 티슈의 면이 되게 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 티슈의 "건조기쪽"이 반대쪽 (공기쪽)보다 더 평활하다. 최종 티슈 제품은 하나, 둘, 세개 이상의 층을 가질 수 있다. 다층 제품의 경우, 개별적인 층은 제품의 내부에 위치한 강도 층과 제품의 외부 상의 보다 연성의 경목층을 갖는 2 층의 구조물이 바람직하다.

그러므로 또다른 면에서, 본 발명은 제1층 및 제2층을 포함함을 특징으로 하는 층상 구조의 티슈 시트에 관한 것이며, 여기에서 제1층은 외층이고 유칼리 섬유 등의 주로 경목 섬유를 함유하고 외층 중의 섬유의 중량 기준으로 약 0.01 내지 약 0.2 건조 중량 %의 양이온계 실리콘을 포함하고, 상기 제2층은 연목 섬유를 주로 함유한다.

명세서에서 사용하는 "양이온계 실리콘"은 실리콘 구조물 자체의 결과 또는 계면 활성제와의 혼합에 의한 결과로서, 양전하를 갖고, 폴리실록산을 포함하는, 실리콘 골격을 갖는 임의의 실리콘 중합체 또는 올리고머이다. 실리콘은 실리콘유체, 에멀젼, 현탁액, 또는 고체로서 제지 섬유의 수성 현탁액으로 이동될 수 있다. 실리콘은 비치환 폴리디메틸실록산일 수 있거나 또는 아미노-, 에폭시-, 실라놀-, 4급 질소 등의 치환 관능성기를 갖는 폴리실록산일 수 있다.

크레핑된 티슈의 경우, 제지 섬유의 수성 현탁액에 첨가된 양이온계 실리콘의 양은 약 0.01 내지 약 1 건조 중량 %, 보다 구체적으로는 약 0.05 내지 약 0.5 건조 중량 %, 보다 좀더 구체적으로는 약 0.1 내지 0.2 건조 중량 %가 될 수 있다. 첨가된 양은 목적하는 촉감성, 제지 섬유 조성물, 및 크레핑 접착제 조성물에 의존할 수 있다. 양이온계 실리콘이 한 층에 첨가된다면, 전술한 양은 특정 층에 도포된다. 티슈가 혼합된다면 (층상 구조가 아님), 전술한 양은 전체 중량의 티슈에 도포된다. 미크레핑된 티슈의 경우, 실리콘이 방해할 수 있는 크레핑 단계가 없기 때문에 첨가된 양이온계 실리콘 양의 상한은 좀더 높아질 수 있고, 1차적으로 경제적인 면에서 제한될 수 있다.

실리콘이 계면 활성제와 혼합된다면, 적당한 계면 활성제는 바람직한 실리콘 화합물의 에멀젼을 안정화하는 계면 활성제를 포함한다. 특정 구조의 이들 계면 활성제는 광범위하게 다양할 수 있으나, 최소한 일부 양이온계 특성을 가져야 한다.

본 발명의 방법에 따른 크레핑된 티슈를 제조하는데 유용한 크레핑 접착제 제제에 관하여, 적당한 크레핑 접착제는 가소제 (본 명세서에서는 "이형제"로 언급됨) 및 열경화성 양이온계 폴리아미드 수지의 수용액을 포함하고, 바람직하게는 추가로 폴리비닐 알코올을 포함함을 특징으로 한다. 크레핑 접착제는 약 0.1 내지약 1 % 고체를 포함하고 물로 맞추어진 용액으로 도포된다.

적당한 열경화성 양이온계 폴리아미드 수지는 에피할로히드린, 바람직하게는 에피클로로히드린과, 약 3 내지 10개의 탄소 원자를 포함하는 포화 지방족 이염기성 카르복실산 및 폴리알킬렌 폴리아민으로부터 유도된 2급 아민기를 갖는 수용성 폴리아미드와의 수용성 중합 반응 생성물이다. 수용성 폴리아미드는 하기 화학식의 반복 단위를 포함한다.

-NH(C_nH_2nHN)_x-CORCO-

상기 식에서,

n 및 x는 각각 2 이상이고,

R은 이염기성 카르복실산의 2가의 탄화수소 라디칼이다.

전술한 수지들의 중요한 특징은 이들이 폴리비닐 알코올과 상용가능하다는 것이다. 이 형태의 적당한 물질은 KYMENE (등록상표, Hercules, Inc.사 제품) 및 CASCAMID (등록상표, Borden사 제품)의 상품명으로 시판되고 있으며, 1960년 2월 23일에 제랄드 케임(Gerald Keim)에게 허여된 미국 특허 번호 제2,926,116호, 1962년 10월 16일에 제랄드 케임 등에게 허여된 미국 특허 번호 제3,058,873호 및 1985년 7월 9일에 데이브 소렌스 (Dave Soerens)에게 허여된 미국 특허 번호 제4,528,316호에 보다 충분히 기술되어 있고, 이들 모두는 본 명세서에서 인용 문헌으로 포함된다. 크레핑 접착제는 또한 바람직하게 폴리비닐 알코올을 포함한다. 크레핑 조성물 중의 열경화성 양이온계 폴리아미드 수지의 양은 고체 중량 기준으로 약 10 내지 약 80 %, 보다 구체적으로는 약 20 내지 약 60 %일 수 있다.

비록 소르비톨의 가소화 메카니즘이 4급 폴리아미노 아미드의 가소화 메카니즘과 약간 상이하더라도, 적당한 가소제 또는 이형제는 4급 폴리아미노 아미드 및 소르비톨을 포함한다. 바람직한 4급 폴리아미노 아미드는 퀘이커 케미칼 컴파니(Quaker Chemical Company)에서 시판되는 Quaker 2008이다. 티슈 시트가 건조기 주위를 둘러싸는 것을 방지하고 섬유가 건조기 표면 상에 축적되는 것을 실질적으로 방지하기 위하여, 상기 이형제의 상당양이 크레핑 조성물에 포함되어야 한다. 크레핑 접착제 조성물 중의 이형제의 적당한 양은 고체 기준으로 약 10 내지 약 40 중량 %, 보다 구체적으로는 약 15 내지 약 25 중량 %일 수 있다.

존재한다면, 폴리비닐 알코올의 양은 고체 기준으로 약 1 내지 약 80 중량 %, 보다 구체적으로는 약 20 내지 약 60 중량 %일 수 있다.

티슈가 크레핑된다면, 건조기 온도는 티슈가 가능한 한 건조되어 건조기 표면으로부터 크레핑되는 정도이다. 티슈 웹이 크레핑 블레이드에 도착될때 적외선 온도 센서에 의해 측정된 바에 따르면 티슈 웹의 온도는 약 93 ℃ (200 ℉) 이상, 바람직하게는 약 104 ℃ (220 ℉) 이상, 및 보다 바람직하게는 약 113 ℃ (235 ℉)이다. 적당한 범위는 약 107 ℃ (225 ℉) 내지 약 113 ℃ (235 ℉)이다. 동시에, 크레핑 블레이드에서 웹의 함수율은 약 3 % 이하, 바람직하게는 2.5 % 이하이다. 적당한 범위는 약 2 내지 3 % 사이이다. 상기 조건은 건조기 표면에 웹의 매우 높은 부착성을 제공하여 크레핑 블레이드가 균일하게 시트를 탈결합시킬 수 있게 한다.

도 1은 2개의 웹을 개별적으로 형성하고 함께 코우치 (couch) 성형하여 층상 웹을 형성하는, 본 발명에 유용한 티슈 제조 방법의 개략 공정도이다.

도 2는 층상 헤드박스를 사용하여 층상 티슈를 제조하는, 본 발명의 실시에 유용한 습윤-프레싱 티슈 제조 방법의 개략 공정도이다.

도 3은 양이온계 실리콘이 더 많이 보유됨을 설명하는, 셀룰로스성 제지 섬유에 의한 여러가지 실리콘의 보유도에 대한 핸드시트 연구의 결과에 대한 막대 그래프이다.

도 4는 핸드시트의 강도에 대한 실리콘의 영향을 설명하는, 실리콘의 보유도에 대한 핸드시트 연구의 결과에 대한 막대 그래프이다.

도 5는 2개의 화학 물질의 양이 균형을 이루도록 이용할 수 있는 조작 사용 범위 (operating window)를 설명하는, 크레핑 접착 제제 중의 이형제의 양 대 실리콘의 양의 개략적인 그래프이다.

<도면의 상세한 설명>

도 1에서는, 통상적으로 코우치 성형으로 불리는, 본 발명의 습윤-프레싱 티슈의 제조 방법이 기술되어 있고, 여기에서는 2개의 습윤 웹이 독립적으로 형성된 후 단일의 웹으로 조합된다. 제1 웹을 형성하기 위하여, 특정 섬유 (경목 또는 연목)를 제지 분야에서 널리 공지된 방법으로 제조해서, 제1 원료실 (1)로 이송하고, 여기에서 섬유는 수성 현탁액으로 유지된다. 원료 펌프 (2)는 필요한 양의 현탁액을 팬 펌프 (4)의 흡인면쪽으로 공급한다. 계량 펌프 (5)는 건조 강도 수지 또는실리콘 등의 화학 물질을 섬유 현탁액 내로 공급한다. 추가의 희석수 (3)은 또한 섬유 현탁액과 혼합된다. 이어서 혼합물 전체를 압착하고, 헤드박스 (6)으로 이송한다. 수성 현탁액은 헤드박스 (6)을 떠나서 흡인 박스 (8) 상의 순환하는 제지 직물 (7) 상에 침착된다. 흡인 박스는 진공 상태이며, 현탁액으로부터 물을 빨아들이는데, 이렇게 하여 제1 웹이 형성된다. 본 예에서, 헤드박스 (6)으로부터 유출되는 원료는 "공기쪽" 층으로 언급될 수 있으며, 이 층은 결국 건조 중에 건조기 표면으로부터 분리되어 위치하게 된다.

성형 직물은 바람직하게는 약 150 이상의 섬유 지지 지수를 갖는, 임의의 성형 직물일 수 있다. 구체적인 적당한 성형 직물로는 단일층 직물 (예: Albany International Corporation, Appleton Wire Division, Menasha Wisconsin사로부터 시판되는 Appleton Wire 94M); 2중층 직물 (예: Asten Group, Appleton, Wisconsin사로부터 시판되는 Asten 866); 및 3중층 직물 (예: Lindsay Wire (Mississippi, Florencd)사로부터 시판되는 Lindsay 3080)이 있지만, 이들에 제한되지는 않는다.

헤드박스를 떠나는 제지 섬유의 수성 현탁액의 농도는 약 0.05 내지 약 2 %, 바람직하게는 약 0.2 %가 될 수 있다. 양이온계 실리콘은 예를 들면 원료실 또는 원료 상자에서처럼, 웹의 성형에 앞서 어느때나 제지 섬유의 수성 현탁액에 가할 수 있다. 실리콘을 크레핑 동안 건조기 표면에 놓이는 퍼니쉬 층에 첨가하는 것이 바람직하며, 이경우에 퍼니쉬 층은 제2 헤드박스 (6)으로부터 유출되는 층이 될 수 있다. 양이온계 실리콘은 경목 섬유 퍼니쉬 층에 가하는 것이 바람직하며, 이는 바람직하게는 티슈의 하나 또는 두개의 외층을 형성하는데 사용된다. 제1 헤드박스 (6)은 층을 이룬 또는 층상의 제1 습윤 웹을 이송하는 2개 이상의 층을 이룬 챔버를 갖는 층상 헤드박스일 수 있거나, 또는 혼합되거나 또는 균질한 제1 습윤 웹을 이송하는 단일층상의 헤드박스일 수 있다.

제2 웹을 형성하기 위하여, 특정 섬유 (경목 또는 연목)를 제지 분야에서 널리 공지된 방법으로 제조하여 제2 원료실 (11)로 이송하고, 여기에서 섬유는 수성 현탁액으로 유지된다. 원료 펌프 (12)는 팬 펌프 (14)의 흡인면쪽으로 필요한 양의 현탁액을 공급한다. 계량 펌프 (5)는 택일적으로 건조 강도 수지 또는 실리콘 등의 화학 물질을 전술한 바와 같이 섬유 현탁액 내로 공급할 수 있다. 또한 추가의 희석수 (13)을 섬유 현탁액과 혼합한다. 이어서 전체 혼합물을 압착하고, 헤드박스 (16)으로 이송한다. 수성 현탁액은 헤드박스 (16)을 떠나서, 흡인 박스 (18) 상의 순환하는 제지 직물 (17) 상에 침착된다. 흡인 박스는 진공 상태이며, 현탁액에서 물을 빨아들이는데, 이렇게 하여 제2 습윤 웹이 형성된다. 본 예에서, 헤드박스 (16)으로부터 유출되는 원료는 "건조기쪽" 층으로서 일컫어지고, 이 층은 결국 건조기 표면과 접촉하게 된다. 제2 헤드박스의 성형 직물 (17)에 적당한 성형 직물은 제1 헤드박스 성형 직물에 관하여 전술한 성형 직물을 포함한다.

제1 및 제2 습윤 웹을 먼저 형성한 후에, 2개의 웹은 약 10 내지 약 30 % 농도에서 함께 접촉된다 (코우칭된다). 농도가 얼마로 선택되던지, 2개의 습윤 웹의 농도는 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 코우칭은 제1 습윤 웹을 롤 (19)에서 제2 습윤 웹과 접촉되게 함으로써 달성된다.

통합된 웹이 진공 박스 (20)에서 펠트 (22)로 이송된 후에, 통합된 웹의 탈수, 건조 및 크레핑은 통상적인 방법으로 달성된다. 보다 구체적으로는, 코우칭된 웹은 추가로 탈수되고 프레스 롤 (31)을 사용하여 양키 건조기 (30)으로 이송되는데, 프레스 롤 (31)은 웹으로부터 물을 짜내는 기능을 하고, 이 물은 펠트에 의해 흡수되며, 양키 건조기의 표면에 웹이 부착되게 한다. 이후 최종 크레핑된 제품으로 전환시키기 위하여 이어서 웹을 건조시키고, 크레핑하고 롤 (32)로 귄취한다.

도 2는 본 발명에 따라 사용하기 적합한 대표적인 습윤-프레싱 티슈 제조 방법의 개략 공정도이다. 층상의 헤드박스 (41), 성형 직물 (42), 성형 롤 (43), 제지 펠트 (41), 프레스 롤 (45), 양키 건조기 (46) 및 크레핑 블레이드 (47)이 나타나 있다. 또한, 부호를 매기지는 않았지만, 개략도에는 직물의 운전을 정의하기 위해 사용된 여러가지 유동 또는 인장 롤이 나타나 있으나, 실제로는 다를 수 있다. 운전시에, 층상 헤드박스 (41)은 성형 직물 (42) 및 펠트 (44) 사이에 층상 원료 젯트를 연속적으로 침착시키는데, 이는 성형 롤 (43) 주위에 부분적으로 감긴다. 새로이 성형된 웹이 성형 롤의 호를 횡단할때 원심력에 의해 성형 직물을 통하여 수성 원료 현탁액으로부터 물이 제거된다. 성형 직물 및 펠트가 분리될때, 습윤 웹은 펠트에 잔류하여 양키 건조기로 이송된다.

양키 건조기에서, 크레핑 화학물질은 수용액의 형태로 존재하는 접착제의 상단에 연속적으로 도포된다. 이 용액은 통상적인 임의 방법으로 도포되는데, 바람직하게는 크레핑 접착제 용액으로 건조기의 표면에 균일하게 분무하는 스프레이 붐을 사용하여 도포된다. 건조기의 표면 상의 도포 지점은 크레핑 닥터 블레이드 바로 다음이고, 이는 신선한 접착제의 필름을 전착하고 건조하는데 충분한 시간을 허용한다.

습윤 웹은 약 14 kg/cm²(200 파운드/inch²)의 도포력을 갖는 프레스 롤을 사용하여 건조기의 표면에 도포된다. 생기는 습윤 웹은 프레스 롤에 도달하는 시점에서 약 10 % (약 8 내지 약 20 % 범위)의 농도를 갖는다. 압착 또는 탈수 단계후, 웹의 농도는 약 30 % 이상이다. 충분한 양키 건조기 증기력 및 후드 건조 성능은 상기 웹이 3 % 이하, 바람직하게는 2.5 % 이하의 최종 함수율에 이르도록 적용된다. 크레핑 블레이드 직전의 시트 또는 웹의 온도는 적외선 온도 센서로 측정된 바에 의하면 약 113 ℃ (235 ℉)가 바람직하다.

도 3은 실시예 1에서 후술하는 핸드시트 연구에서 기술하는 바와 같은 셀룰로스성 제지 섬유에 의한 여러가지 형태의 실리콘의 보유도를 설명하는 막대 그래프로서, 상당히 높은 양이온계 실리콘 보유도를 설명한다. 실리콘 코드에 의해 식별되는 특정 실리콘의 함수로서 속슬렛 추출물의 %를 나타낸다. 막대 그래프에 의해 나타낸 바에 따르면, 양이온계 실리콘 (1716 및 108)은 시험된 다른 실리콘보다 상당히 높은 보유도를 가졌다.

도 4는 핸드시트의 인장 강도에 대한 전술한 실리콘의 영향을 보여주는 막대 그래프이다. 양이온계 에멀젼을 갖고 가장 높은 속슬렛 추출물을 나타내는 실리콘 ("1716" 및 "108")은 핸드시트 인장에 대해 가장 높은 효과를 가졌다. "1716" 실리콘은 인장 강도가 58 % 감소하였다. 비이온계 "DSW"는 인장에서 의미있는 변화를 보이지 않았다.

도 5는 크레핑 접착제 조성물 중의 이형제의 농도의 함수로서 크레핑 실린더와 접하는 섬유 중의 양이온계 실리콘의 농도를 표시한 개락적인 그래프로서, 크레핑 기능이 효과적인 조작 사용 범위 (곡선 아래 빗금 부분)을 예시한다. 양이온계 실리콘은 이형제처럼 기능을 하는 것으로 여겨지며, 2종의 화학물질 사이의 적절한 균형을 달성하는데 조절을 필요로 한다. 도시된 바와 같이, 실리콘이 첨가되는 섬유의 중량을 기준으로 약 1 건조 중량 % 이상으로 여겨지는 양이온계 실리콘 첨가 농도가 매우 높은 경우에는, 크레핑 접착제 제제 중의 이형제의 양과 상관없이 적절한 크레핑은 달성될 수 없다. 양이온계 실리콘 첨가 농도가 낮은 경우에는, 조작 사용 범위의 왼쪽의 면적은 지나친 부착으로 인하여 건조기 표면 상에 스쿨치(skulch)가 형성되는 영역을 나타낸다. 조작 사용 범위의 오른쪽의 면적은 부적절한 부착으로 인하여 시트가 건조기로부터 분리되어 떨어지는 영역을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이형제의 농도가 높은 경우에는 적절한 크레핑이 또한 달성될 수 없다. 조작 사용 범위의 정확한 형태는 알려져 있지 않은 반면, 이들 한계 하에서 실리콘 및 이형제의 양을 균형되게 하고 최적화할 수 있는 여지가 있다.

<실시예 1>

여러가지 섬유 형태 (유칼리, 분산 유칼리, 및 단풍 BCTMP)의 물리적 및 촉감 특성에 대한 여러가지 실리콘의 효과를 평가하기 위해 핸드시트 연구를 행했다. 핸드시트 제조시에는, 50 g (무수 중량)의 섬유 원료 슬러리 및 증류수 1950 g을 각 코드의 경우 제조하였다. 이후 슬러리를 브리티쉬 펄프 디스인터그레이터(British Pulp Disintegrator) 내에서 5분 동안 3000 rpm으로 뒤섞었다. 생성되는 슬러리를 증류수로 8 리터로 만들었다. 0.5 % 활성 실리콘 용액을 제조하고, 섬유 중량을 기준으로 하여 활성 실리콘 1.81 건조 중량 %를 슬러리에 가하였다. 이 혼합물을 후속 처리 전에 10 분 동안 방치하였다. 잘 섞인 슬러리 450 밀리리터를 사용하여 21.6 cm x 21.6 cm (8.5 인치 x 8.5 인치) 핸드시트를 발리 아이런워크 몰드 (Valley Ironwork mold)에서 제조하였다. 핸드시트를 스크린으로부터 코우칭하여, 압지와 함께 프레스 내에 놓고, 5.3 kg/cm²/분 (75 파운드/inch²/분)의 압력으로 압착하고, 2 분 동안 증기 건조기에서 건조하고, 마지막으로 약 60-70 ℃의 오븐 내에서 건조하여 일정 중량 (60 g/m²,무수 건조 중량)이 되게 하였다. 핸드시트를 48.4 cm²(7.5 inch²)으로 절단하였다. 이어서, TAPPI 402에 따라 핸드시트를 최소한 48 시간 동안 일정 상대 습도 및 일정 온도가 유지되는 방에서 컨디셔닝하였다. 각 코드에 대해서 10개의 표준 핸드시트가 제조되었다.

핸드시트 연구는 여러개의 상이한 실리콘을 평가하였다:

"소프트너(Softner) DSW"는 다우 코닝 (Dow Corning; Midland, Michigan)사에서 시판되는, pH 7의 비이온계 수성 에멀젼의 형태인 에폭시-치환 폴리실록산이었다. "Q4-3667"은 다우 코닝사에서 시판되는 공중합체 실리콘 유체이었다. "1716 미크로-에멀젼(Micro-Emulsion)"은 다우 코닝사에서 시판되는 pH 5.7의 양이온계 실라놀-치환 폴리실록산 에멀젼이었다. "108 에멀젼(Emulsion)"은 다우 코닝사에서 시판되는 pH 4.5-5.5의 양이온계 아미노-치환 폴리실록산 에멀젼이었다."E-677 에멀젼(Emulsion)"은 워커 실리콘즈 코포레이션 (Wacker Silicones Corporation; Adrian, Michigan)사에서 시판되는 비이온계 아미노-치환 폴리실록산 에멀젼이었다.

속슬렛 추출에 의한 추출물의 변화 (%) (도 3) 및 인장 강도 (도 4)는 양이온계 에멀젼인 다우 코닝사의 "108 에멀젼" 및 "1716 미크로-에멀젼"이 티슈 기기의 습윤 목적에서 적절한 보유도를 달성하는 최고의 후보 물질이라는 것을 나타냈다. 이것은 실리콘 에멀젼 (양이온계) 및 섬유 (음이온계) 사이의 전하 차이를 필요로 하는 보유 메카니즘을 뒷받침한다.

추가로 티슈를 제조할 수 있는 여러가지 실리콘 물질을 평가하기 위하여, 여러가지 티슈 원형을 도 1에서 나타낸 것과 같은 구성의 소규모의 연속적인 파이로트 기기로 제조하였다 (실시예 2-7). 이 기기는 2개의 분리된 티슈 시트를 형성하고 이들을 함께 코우칭하여 단일 시트로 만든 후 압착, 건조하고 크레핑하였다. 상기 순서는 매우 높은 층 순도를 갖는 층상 티슈 시트의 시뮬레이션을 가능하게 하였다. 각 성형기는 원료실, 계량 펌프, 팬 펌프 및 백수 취급기를 포함하는 자체의 저장 시스템을 가졌다. 이것은 각 층이 자체의 섬유 혼합물 및 독립적인 화학 처리를 갖게 하였다. 화학물질을 원료실에 가하여 하나의 농도로 단일 배치를 만들 수 있게 하거나 또는 원료 라인 내로 계량 공급되어 주기적인 조절이 가능하게 할 수 있었다.

<실시예 2>

다우 코닝사의 "소프트너 DSW"를 약 0.8 % 농도에서 단풍 BCTMP를 포함하는공기쪽 원료실로 12 lbs/MT (0.54 %)와 균등한 양으로 가하였다. 건조기쪽의 원료실은 북부 지방의 연목 크래프트 섬유 (LL19)를 포함하였다. 50 % 실리콘 처리 단풍 BCTMP 및 50 % 미처리 연목을 포함하는 층상 티슈 시트가 제조되었다. 미처리된 연목은 건조기 쪽에서 운전되었다. 건조 강도 전분 (National Starch and Chemical company사의 RediBond 2005)을 연목쪽 원료 펌프에 첨가하여 인장 강도를 조절하였다. 티슈 시트는 외부에 경목이 위치하도록 층구조화 되었다. 후속 시험은 50 % 미처리 단풍 BCTMP 및 50 % 북부 지방의 연목 크래프트 섬유로 제조된 대조물과 비교하여 촉감이 개선되지 않았음을 나타냈다.

<실시예 3>

다우 코닝사의 "Q4-3667"을 약 0.8 % 농도에서 분산된 유칼리 섬유를 포함하는 공기쪽의 원료실로 4.5kg (10 lbs)/MT (0.45 %)와 균등한 양으로 가하였다. 건조기쪽의 원료실은 연목 섬유 (LL19)를 포함하였다. 50 % 실리콘 처리 분산 유칼리 및 50 % 미처리 연목을 포함하는 층상 티슈 시트가 제조되었다. 미처리된 연목은 건조기쪽에서 운전되었다. 건조 강도 전분 (RediBond 2005)을 연목쪽 원료 펌프에 첨가하여 인장 강도를 목표치로 조절하였다. 실리콘이 첨가되었을때 기본 중량의 증가를 관찰하였다. 이것은 실리콘이 시트내에 보유되는 정도를 비간접적으로 나타낸다. (기타 양이온계 화학물질도 보유 보조제로서 기능하는 전하를 띤 분자로서 먼저 가해졌을때 상기 효과를 나타냄). 티슈 시트는 외부에 경목이 위치하도록 층구조화 되었다. 후속 시험은 50 % 미처리 분산 유칼리 및 50 % 미처리 연목으로 제조된 대조물과 비교하여 촉감이 개선됐음을 나타냈다.

<실시예 4>

다우 코닝사의 "Q4-3667"을 약 0.8 % 농도에서 분산된 유칼리 섬유를 포함하는 건조기쪽 원료실로 4.5 kg (10 lbs)/MT (0.45 %)와 균등한 양으로 가하였다. 공기쪽 원료실은 연목 섬유 (LL19)를 포함하였다. 50 % 실리콘 처리 분산 유칼리 및 50 % 미처리 연목을 포함하는 층상 티슈 시트가 제조되었다. 처리된 경목은 건조기 쪽에서 운전되었다. 건조 강도 전분 (RediBond 2005)을 연목쪽 원료 펌프에 첨가하여 인장 강도를 목표치로 조절하였다. 실리콘이 웹 중에 존재하는지를 나타내는 크레프 특성에 약간의 손상이 있었다. 티슈 시트는 외부에 경목이 위치하도록 층구조화 되었다. 후속 시험은 대조물과 비교하여 촉감이 개선됐음을 나타냈다.

<실시예 5>

다우 코닝사의 "1716 미크로에멀젼"을 약 0.8 % 농도에서 분산 유칼리 섬유를 포함하는 건조기쪽의 원료실로 4.5kg (10 lbs)/MT (0.45 %)와 균등한 양으로 가하였다. 공기쪽의 원료실은 연목 섬유 (LL19)를 포함하였다. 50 % 실리콘 처리 분산 유칼리 및 50 % 미처리 연목을 포함하는 층상 티슈 시트가 제조되었다. 건조 강도 전분 (RediBond 2005)을 연목쪽 원료 펌프에 가하여 인장 강도를 목표치로 조절하였다. 실리콘이 웹 중에 존재하는지를 나타내는 크레프 특성에 약간 손상이 있었다. 티슈 시트는 외부에 경목이 위치하도록 층구조화 되었다. 후속 시험은 대조물과 비교하여 촉감이 개선됐음을 나타냈다.

<실시예 6>

다우 코닝사의 "1716 미크로에멀젼"을 약 0.8 % 농도에서 분산된 유칼리 섬유를 포함하는 건조기쪽 원료실로 13.6 kg (30 lbs)/MT (1.36 %)와 균등한 양으로 가하였다. 공기쪽 원료실은 연목 섬유 (LL19)를 포함하였다. 50 % 실리콘 처리 분산 유칼리 및 50 % 미처리 연목을 포함하는 층상 티슈 시트가 제조되었다. 실리콘이 저장 시스템 내로 도입된 후 몇분 내에 크레프 특성이 빠르게 손상되었다. 생성되는 시트는 크레프가 없었고 다른 목적을 위하여 제조된 기기-유약지와 유사한 아주 뻣뻣한 시트가 되었다.

<실시예 7>

다우 코닝사의 "108 에멀젼"을 약 0.8 % 농도에서 분산된 유칼리 섬유를 포함하는 건조기쪽 원료실로 4.5 kg (10 lbs)/MT (0.45 %)와 균등한 양으로 가하였다. 공기쪽 원료실은 연목 섬유 (LL19)를 포함하였다. 50 % 실리콘 처리 분산 유칼리 및 50 % 미처리 연목을 포함하는 층상 티슈 시트가 제조되었다. 처리된 경목은 건조기 쪽에서 운전되었다. 건조 강도 전분 (RediBond 2005)을 연목쪽 원료 펌프에 가하여 인장 강도를 목표치로 조절하였다. 4.5 kg (10 lbs)/MT에서, "108 에멀젼"은 실리콘이 웹 중에 존재하는지를 나타내는 여러번의 롤링 후에 결과적으로 불량한 프로필 및 불균일한 건조기 코팅에 이르게 되었다. 티슈 시트는 외부에 경목이 위치하도록 층구조화 되었다. 후속 시험은 대조물과 비교하여 촉감이 개선됐음을 나타냈다.

실리콘의 첨가에 대한 추가의 시험은 도 2에 묘사된 바와 같은 크레센트 성형기, 습윤-프레스기를 사용하여 실시예 8-14에서 기술한 바와 같이 수행되었다.다음의 모든 실시예의 경우, 습윤 보강제 (Kymene 557LX)를 약 2.3 kg/ton (5 파운드/톤)으로 가하였다. 이것은 장섬유 및 단섬유 사이에서 거의 동일하게 분할되었다. 많은 경우에 화학물질이 시트의 일부분에 첨가되기만 할지라도 "kg/ton" (파운드/톤) 이론치는 전체 시트의 건조기 기본 중량에 기준한다. 모든 경우에, 실리콘은 양이온계 실리콘이다 (Dow Corning 108 에멀젼).

<실시예 8>

실리콘 에멀젼을 경목 저장층 (건조기쪽 층)에 경목층 중의 섬유 중량에 기준한 0.16 건조 중량 %으로 가하였다. 실리콘을 헤드박스에 앞서 희석하기 전에 배치식으로 진한 원료에 가하였다. 건조 보강제 (American Cyanamid사의 시판되는 Parez 631)을 약 0.125 중량 %에서 연목 원료층 (공기쪽 층)에 가하였다. 건조 강도 시약을 헤드박스에 앞서 희석 전에 연속식으로 진한 원료로 가하였다. 본 실시예에서, 건조 보강제는 실리콘을 포함하지 않는 대조물과 동일 농도로 가하였다. 크레핑 접착제는 대조물과 동일한, 고체 기준으로 폴리비닐 알코올 40 중량%, Kymene 557LX 40 중량% 및 Quaker 2008 이형제 20 중량%를 포함하였다. 이 티슈는 대조물과 비교하여 촉감성이 실질적으로 개선됨을 나타냈다.

<실시예 9>

0.08 건조 중량 %를 가한 것을 제외하고는 실시예 8에서 기술된 바와 같이 실리콘을 가하였다. 크레핑 접착제 조성물 비도 또한 45/45/10으로 변화되었다. 이형제가 적은 경우 크레핑 블레이드가 코팅물에서 충분히 깊게 진행되지 않고 강도 손상이 더욱 크기 때문에, 건조 보강제를 약 0.25 중량 %으로 증가시켜야 했다.연성은 크게 개선되지는 않았다. 연성 개선이 부족한 것은 실시예 8과 비교하여 실리콘 저 농도에서 결합된 크레핑 접착제 조성물 중의 변화로 인한 것으로 여겨진다.

<실시예 10>

0.32 건조 중량 %를 가한 것을 제외하고는 실시예 8에서 기술된 바와 같이 실리콘을 가하였다. 크레핑 접착제 조성물 비도 또한 80/20/0으로 변화되었다. 이형제가 없는 경우 크레핑 블레이드가 코팅물에서 충분히 깊게 진행되지 않고 강도 손상이 더욱 크기 때문에, 건조 보강제를 약 0.5 중량 %으로 증가시켰다. 연성은 약간 개선되었다. 실질적인 연성 개선이 부족한 것은 실시예 8과 비교하여 최적의 크레핑 조건에서 벗어나기 때문인 것으로 여겨진다. 그러나, 티슈 상에 충분한 실리콘은 부적절한 크레핑의 부정적 효과를 극복할 수 있었다.

<실시예 11>

실시예 8에서 기술된 바와 같이 실리콘 0.16 건조 중량 %를 가하였다. 건조기 기본 중량은 3.2 kg/267.5 m²(7.0 파운드/2880 ft²)에서 2.3kg/267.5m²(5.0 파운드/2880ft²)으로 감소되었다. 크레핑 접착제 조성물 비는 45/45/10으로 변화되었다. 건조 강도는 대조물과 비교하여 0.7 %에서 0.8 %으로 증가되었다. 연성은 크게 개선되지 않았다. 실질적인 연성 개선이 부족한 것은 실시예 8에서 사용된 3.2 kg (7 파운드) 시트와 비교하여 본 실시예에서 사용된 2.3 kg (5 파운드)의 경우 상이한 것으로 보이는, 최적 크레핑 조건에서 벗어나기 때문인 것으로 여겨진다.

<실시예 12>

본 실시예의 경우, 장섬유 및 단섬유를 헤드박스 전 희석에 앞서 혼합하였다. 통상 장섬유 및 단섬유 퍼니쉬를 분리하는 헤드박스 분할기를 제 위치에 두었으나 가동하지 않았다. 건조기 기본 중량은 실시예 8의 3.2 Kg/267.5 m²(7.0 파운드/2880 ft²)과 비교하여 2.3 kg/267.5 m²(5.0 파운드/2880 ft²)이었다. 실리콘을 장섬유와 혼합하기 전에 0.08 건조 중량 %으로 단섬유에 가하였다. 대조물의 경우 0.5 %와 비교하여 건조 보강제를 단섬유와 혼합하기 전에 약 0.6 %으로 장섬유에 가하였다. 크레핑 접착제 조성물 비도 또한 45/45/10으로 변화되었다. 연성이 개선되었는데, 이는 양이온계 실리콘 첨가가 혼합된 (층 구조가 아닌) 시트의 연성을 개선시킬 수 있다는 것을 설명한다.

<실시예 13>

본 실시예의 경우, 장섬유 및 단섬유를 헤드박스 전 희석에 앞서 혼합하였다. 통상 장섬유 및 단섬유 층을 분리하는 분할기를 제 위치에 두었으나 가동하지 않았다. 건조기 기본 중량은 실시예 8의 3.2 Kg/267.5 m²(7.0 파운드/2880 ft²)과 비교하여 2.3 kg/267.5 m²(5.0 파운드/2880 ft²)이었다. 실리콘을 장섬유와 혼합하기 전에 0.32 건조 중량 %으로 단섬유에 가하였다. 대조물의 경우 0.5 %와 비교하여 건조 보강제를 단섬유와 혼합하기 전에 약 0.8 %으로 장섬유에 가하였다. 크레핑 접착제 조성물 비도 또한 50/50/0으로 변화되었다. 연성은 실시예 12와 비교하여 개선되었다. 크레핑 조건이 최적이 아닐지라도 실리콘 첨가를 증가시키면 연성이 개선되었다.

예시의 목적으로 주어진, 전술한 실시예들은 이어지는 청구 범위 및 이들의 모든 등가물에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

Claims

(a) 섬유의 중량을 기준으로 양이온계 실리콘 0.01 내지 1 건조 중량 %를 포함하는 셀룰로스성 제지 섬유의 수성 현탁액을 제조하는 단계; (b) 습윤 웹을 형성하기 위하여 섬유를 보유할 수 있는 유공 (有孔)의 성형 와이어 상에 수성 현탁액을 침착하는 단계; (c) 습윤 웹을 탈수 또는 탈수/건조하는 단계; (d) 크레핑 접착제로 웹을 크레핑 실린더에 부착하는 단계; 및 (e) 크레핑 블레이드를 사용하여 크레핑 실린더로부터 웹을 크레핑하여 연질 티슈를 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 연질 티슈 시트의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 양이온계 실리콘의 양이 0.05 내지 0.5 건조 중량 %인 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 양이온계 실리콘의 양이 0.1 내지 0.2 건조 중량 %인 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 크레핑 접착제가 고체 기준으로 폴리비닐 알코올 20 내지 60 중량 %, 열경화성 양이온계 폴리아미드 수지 20 내지 60 중량 % 및 4급 폴리아미노 아미드 이형제 15 내지 25 중량 %를 포함함을 특징으로 하는 것인 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 웹이 크레핑 블레이드에서 함수율이 3 % 이하로 건조되는 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제지 섬유가 티슈 웹의 외층으로서 성형 와이어 상에 침착되는 경목 섬유인 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 경목층이 크레핑 동안 크레핑 실린더의 표면에 놓이는 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 실리콘이 폴리실록산인 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 습윤 웹이 습윤-프레싱에 의해 탈수되어 양키 건조기에 부착되는 제조 방법.
제1항에 있어서, 습윤 웹이 통기 건조(throughdrying)된 후 크레핑 실린더에 부착되는 제조 방법.