KR20170108943A - 입자 형태의 중합체 생성물 및 그의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음이온 및 양이온 단량체들과 함께 아크릴아미드의 겔 중합에 의해 획득되는, 양쪽성 폴리아크릴아미드를 포함하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물에 관한 것이다. 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 1,500,000 내지 6,000,000 g/mol의 질량평균분자량(MW)과, 4 내지 15 mol%의 총 이온도를 가짐으로써, 상기 중합체 생성물이 적어도 60 중량%의 중합체 함량을 갖는다. 본 발명은 또한, 종이 및 판자 제조에서의 상기 중합체 생성물의 용도에 관한 것이다.

Description

입자 형태의 중합체 생성물 및 그의 용도{POLYMER PRODUCT IN PARTICLE FORM AND ITS USE}
본 발명은 첨부된 독립 청구항의 전제부에 따라, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물, 그의 용도, 그리고 종이 및/또는 판자(board)의 제조에서 섬유 스톡(fibre stock)을 처리하는 방법에 관한 것이다.
종이 및 판자 제조시에, 폐골판지(OCC) 및 다른 재활용 종이 및 판자 등급과 같은 저렴한 섬유 공급원의 사용이 지난 수십 년 동안 증가해왔다. 많은 양의 재생 섬유를 포함하는 스톡으로부터 제조된 종이 또는 판자는 재활용 동안에 섬유의 품질이 저하되기 때문에 전형적으로 낮은 건조 강도 특성을 가진다. 일반적으로 저 강도 특성은 다양한 중합체를 이용하여 내부 사이징을 함에 의해 향상된다. 그러나 재활용 섬유 원료로부터 만들어진 섬유 스톡은 음이온 쓰레기라고 하는 높은 용량의 음이온 물질이 포함되어 있어 내부 사이즈의 중합체가 섬유 대신 음이온 물질과 반응하기 때문에 내부 사이즈의 소모를 증가시킨다. 동시에, 상기 재생된 섬유는 상대적으로 낮은 전하 수준을 나타내며 이는 섬유와 내부 사이즈 중합체 사이의 상호 작용이 처녀 섬유만큼 효과적이지 않다는 것을 의미한다.
재활용 섬유를 포함하는 스톡 처리의 한 측면은 전체 공정 경제성이다. 재생 섬유로 만든 제품은 일반적으로 저가의 대량 제품이다. 따라서 특정 수준 이상의 섬유 원료 생산 과정에서 화학 물질 비용을 증가시키는 것은 경제적으로 실현 가능하지 않으며 화학 첨가물의 비용은 달성할 수 있는 이익과 최종 제품 가격에 대해 신중히 계산된다. 다시 말해서, 내부 사이즈 중합체의 용량은 자유롭게 증가 및/또는 효과적일 수는 없지만, 최종 비용이 지나치게 증가하면 고가의 중합체를 사용할 수 없다. 결과적으로 동시에 경제적인 가능성이 있는 효과적인 강도 향상제에 대한 수요가 증가하고 있다.
양이온기 및 음이온기 모두를 포함하는 아크릴아미드의 공중합체인 양쪽성 폴리아크릴아미드(Amphoteric polyacrylamide)는 제지 업계에서 강도 증가 사이징제로서 사용되어 왔다. 양쪽성 폴리아크릴아미드는 제지 산업에서 용액 형태로 분산 중합체, 유제 중합체 또는 용액 중합체로서 사용된다. 그러나, 분산 중합체 및 용액 중합체는 제조 비용이 비싸고, 중합체 용액은 활성 중합체의 양에 비해 운반 및 저장 비용이 높다. 따라서 재활용 원재료로부터 저비용 종이 및 판자 제품을 제조하는데 바람직한 대안이 아니었다.
용액 중합체 생성물의 단점은 특히, 낮은 전하 밀도를 갖는 중합체의 경우 제한된 자체 수명이다. 저장 중에 상기 용액 중합체는 우세한 조건에서 쉽게 분해되어 생성물에서의 활성 중합체의 양을 감소시킨다. 예를 들어, 용액 중합체 생성물에서 미생물 성장은 대사 산물을 생성하며, 이는 중합체 생성물의 품질에 해로울 수있다. 예를 들어, 미생물이 혈전을 생성하여 최종 종이 또는 판자에 문제를 일으킬 수 있다. 상기 생성물의 낮은 전하 밀도는 미생물 성장을 억제하지 않는다.
본 발명의 일 목적은 종래 기술에 존재하는 단점을 최소화하거나 제거하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 강도 중합체 및 제제에 대한 비용 효과적이고 기능적인 대안을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 파열(burst) 강도 및/또는 단거리 압축 시험 (SCT) 강도와 같은 건조 강도 특성이 증가한 종이, 판자 등을 제조하기 위한 간단하고 효과적인 방법을 제공하는 것이다.
이들 목적은 독립항의 특징부에 하기 제시되는 특징을 갖는 본 발명으로 달성된다.
본 발명의 일부 바람직한 실시형태는 종속항에 제시된다.
입자 형태의, 본 발명에 따른 일반적인 수용성 중합체 생성물은 음이온 및 양이온 단량체들과 함께 아크릴아미드의 중합에 의해 획득되는, 양쪽성 폴리아크릴아미드(amphoteric polyacrylamide)를 포함하고, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는,
- 1,500,000 내지 6,000,000 g/mol의 질량평균분자량(MW)과,
- 4 내지 15 mol%의 총 이온도를 가짐으로써,
상기 중합체 생성물은 적어도 60 중량%의 중합체 함량을 갖는다.
종이 및/또는 판자의 제조에서 섬유 스톡을 처리하는 일반적인 방법은,
- 본 발명에 따른 입자 형태의 수용성 고분자 생성물을 물에 용해함으로써, 수성 처리 용액을 획득하는 단계와,
- 상기 획득된 처리 용액을 섬유 스톡에 첨가하는 단계와,
- 섬유 웹(web)을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 수용성 중합체 생성물의 일반적인 용도는 종이 또는 판자를 위한 건조 강도 작용제로서이다.
본 발명에 따른 상기 수용성 중합체 생성물의 다른 일반적인 용도는 종이 또는 판자를 위한 표면 사이즈 조성물을 제조하기 위한 것이다.
엄선된 특성들을 가지며 겔 중합반응에 의해 생성된 양쪽성 폴리아크릴아미드를 포함하는 입자 형태의 중합체 생성물이 예기치 않은 건조 강도의 향상을 제공하도록 종이 및/또는 판자를 위한 건조 강도 작용제로서 사용될 수 있다는 것을 놀랍게도 발견했다. 본 발명에 따른 중합체 생성물은, 최종적인 종이 또는 판자의 건조 강도 특성에 분명한 이점들을 제공하면서, 생산 및 운반하기에 비용 효과적이다.
본 출원의 문맥에서, 상기 용어 "양쪽성 폴리아크릴아미드"는 양이온기와 음이온기 모두가 pH 7의 수용액에 존재하는 폴리아크릴아미드를 나타낸다. 양쪽성 폴리아크릴아미드는 양쪽 양이온 단량체 및 음이온 단량체와 함께 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드의 공중합에 의해 획득된다. 바람직하게는, 양쪽성 폴리아크릴아미드는 양이온 단량체 및 음이온 단량체 모두와 함께 아크릴아미드의 공중합에 의해 획득된다.
본 출원의 문맥에서, 상기 용어 "입자 형태"는 분리된 고체 입자들 또는 과립들을 나타낸다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 중합체 생성물은 2.5 mm 미만, 바람직하게는 2.0 mm, 더 바람직하게는 1.5 mm 미만의 평균 입도를 갖는 양쪽성 폴리아크릴아미드의 입자들 또는 과립들을 포함한다. 이들 입자들은 상기 획득된 폴리머 겔이 절단, 제분, 파쇄, 초핑(chopping) 등과 같은 기계적 분쇄를 받게 함에 의해 획득된다.
상기 용어 "수용성"은 본 출원의 문맥에서, 상기 중합체 생성물 및 결과적으로, 양쪽성 폴리아크릴아미드가 물과 완전히 혼합할 수 있다고 이해된다. 과다한 물과 혼합하는 경우에, 상기 중합체 생성물의 양쪽성 폴리아크릴아미드는 바람직하게는 완전히 용해되며, 상기 획득된 중합체 용액은 바람직하게는 분리된 중합체 입자들 또는 과립들이 없다. 과다한 물은 상기 획득된 중합체 용액이 포화 용액이 아니라는 것을 의미한다.
일 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 선형의 폴리아크릴아미드이다. 환언하자면, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 비분지형이고, 바람직하게는 가교 되지 않는다. 상기 겔 중합에서, 가교제의 양은 0.002 몰% 미만, 바람직하게는 0.0005 몰% 미만, 더 바람직하게는 0.0001 몰% 미만이다. 일 실시형태에 따르면, 상기 겔 중합은 가교제가 완전히 없다. 상기 선형의 양쪽성 폴리아크릴아미드는 제조된 종이 또는 판자의 품질을 감소시킬 수 있는, 중합체 입자들이 용해되지 않을 가능성을 효과적으로 감소시킨다.
일 실시형태에 따르면, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드 구조에서 대전된 기(charged group)의 10 내지 95%, 바람직하게는 30 내지 90%, 더 바람직하게는 50 내지 85%, 한층 더 바람직하게는 60 내지 80%가 양이온이다.
본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 중합체 생성물 내의 양쪽성 폴리아크릴아미드는 양이온성 순전하를 갖는다. 이는 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 순전하가 음이온기를 함유할지라도, 양전기를 유지한다는 것을 의미한다. 양이온성 순전하는 스톡 내의 섬유들과 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 상호작용을 향상시킨다. 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 순전하는 존재하는 양이온기 및 음이온기의 전하들의 총합으로서 산출된다.
본 발명에 따른 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 고체 함량은 80 중량% 초과, 바람직하게는 85 중량% 초과, 더 바람직하게는 80 내지 97 중량%의 범위, 한층 더 바람직하게는 85 내지 95 중량%의 범위일 있다. 상기 높은 고체 함량은 상기 중합체 생성물의 저장 및 운반 특성 측면에서 유익하다.
상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 질량평균분자량(MW)은 1,500,000 내지 6,000, 000 g/mol, 바람직하게는 2,000,000 내지 5,000,000 g/mol, 더 바람직하게는 2, 500,000 내지 4,500,000 g/mol, 한층 더 바람직하게는 2,700,000 내지 4,300,000 g/mol이다. 일 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 질량평균분자량(MW)은 2,000,000 내지 4,500,000 g/mol의 범위이다. 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 질량평균분자량이 2,000,000 g/mol 초과이면, 스톡 내의 섬유들 간에 양호한 부착 및 가교(bridging)를 제공한다는 것이 관찰되었다. 유사하게는, 상기 평균분자량이 6,000,000 g/mol 미만일 때에, 섬유들이 균일하게 간격을 두고 배치되고, 웹의 형성이 방해되지 않는다. 이러한 출원서에서, 상기 값 "질량평균분자량"은 중합체 사슬 길이의 크기를 기술하도록 사용된다. 질량평균분자량 값은 우베로데 모세관 점도계를 이용함에 의해 25℃의 1N NaCl에서 알려진 방식으로 측정된 고유 점도 결과로부터 측정된다. 상기 선택된 모세관이 적절하며, 이 출원서의 측정에서, 상수 K = 0.005228를 갖는 우베로데 모세관 점도계가 사용되었다. 그리고 나서 평균분자량이 마크-휴잉크(Mark-Houwink)등식 [η]=K·Ma를 이용하여 알려진 방식으로 고유 점도 결과로부터 산출된다. 여기서, [η]는 고유 점도이고, M은 분자량(g/mol)이며, K 및 a는 폴리머 핸드북(Fourth Edition, Volume 2, Editors: J. Brandrup, E.H. Immergut and E.A. Grulke, John Wiley & Sons, Inc., USA, 1999, p. VII/11 for poly(acrylamide))에 제공되는 파라미터이다. 이에 따라, 파라미터 K의 값은 0.0191 ml/g이고, 파라미터 "a"의 값은 0.71이다. 사용 조건에서의 상기 파라미터에 제공되는 평균분자량범위는 490,000 내지 3,200,000 g/mol이지만, 동일한 파라미터들이 마찬가지로 이러한 범위 밖의 분자량 크기를 기술하도록 사용된다. 고유 점도 판단을 위한 중합체 용액의 pH는, 양쪽성 폴리아크릴아미드의 가능한 다중이온 착화를 회피하기 위해 포름산에 의해 2.7로 조절된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드 생성물의 중합체 함량은 60 내지 98 중량% 범위이다. 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드 생성물의 중합체 함량은 70 내지 98 중량%, 바람직하게는 75 내지 95 중량%, 더 바람직하게는 80 내지 95 중량%, 한층 더 바람직하게는 85 내지 93 중량% 범위이다. 상기 중합체 생성물의 중합체 함량이 높기 때문에, 자연적으로 활성의 양쪽성 폴리아크릴아미드의 양도 높다. 이는 상기 중합체 생성물의 운반 및 저장 비용에 긍정적인 영향을 미친다. 상기 중합체 생성물의 수분 함량은 일반적으로 5 내지 12 중량%이다.
상기 중합체 생성물 내의 양쪽성 폴리아크릴아미드는 아크릴아미드 및/또는 메타크릴아미드 단량체들로부터 유래된 적어도 85 몰%의 구조 단위와, 양이온 단량체 및 음이온 단량체를 발생시키는 15 몰% 미만의 구조 단위를 포함할 수 있다. 백분율 값들은 중합체의 총 건조 중량으로부터 산출된다. 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 총 이온도는 4 내지 15 몰%, 바람직하게는 5 내지 13 몰%, 더 바람직하게는 6 내지 12 몰%, 한층 더 바람직하게는 6 내지 10 몰% 범위이다. 총 이온도는 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드 중에 이온 전하를 갖는 모든 기, 이온 단량체로부터 발생하는 대전 기들의 대부분을 포함하지만, 사슬 종료제 등으로부터 발생하는 다른 대전 기들도 마찬가지로 포함할 수 있다. 강도 강화 목적을 위한 중합체의 총 이온도가 15 몰% 미만일 경우에, 특히, 상기 중합체의 평균분자량이 2,000,000 내지 6,000,000 g/mol일 경우에, 유익한 것으로 관찰되었다. 상기 이온도가 더 높으면, 섬유들 간에 양호한 부착력을 제공하는 대신에 스톡 내에 음이온 폐물 및 다른 방해 물질들을 응집시키는 경향을 가질 수 있다. 상기 이온도는 최종 종이/판자 제품에 최대 강도, 웹(web)의 양호한 형성을 제공하도록 신중히 선택된다. 더하여, 상기 이온도는 스톡 내의 제타 전위 문제, 즉, 양의 제타 전위값을 회피하는 측면에서 최적화된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드에서 대전된 기(charged group)의 10 내지 90%, 바람직하게는 30 내지 90%, 더 바람직하게는 50 내지 85%, 한층 더 바람직하게는 60 내지 80%가 양이온이다.
상기 양쪽성 폴리아크릴아미드 내의 양이온기는 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트(ADAM), [2-(아크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄클로라이드(ADAM-Cl), 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트 벤질클로라이드, 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트 디메틸설페이트, 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 2-(메타크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄클로라이드(MADAM-Cl), 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 디메틸설페이트, [3-(아크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄클로라이드(APTAC), [3-(메타크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄클로라이드(MAPTAC)및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC)로부터 선택된 단량체로부터 발생할 수 있다. 바람직하게는, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드 내의 양이온기는 [2-(아크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄클로라이드(ADAM-Cl), [3-(아크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄클로라이드(APTAC) 및 [3-(메타크릴로일아미노 )프로필] 트리메틸암모늄클로라이드(MAPTAC)로부터 선택된 단량체로부터 발생할 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 양이온 단량체는 [2-(아크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄클로라이드 (ADAM-Cl)이다.
상기 양쪽성 폴리아크릴아미드 내의 음이온기는 아크릴산, 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 아코니트산, 메사콘산, 시트라콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 안젤산 또는 티글린산과 같은 불포화 모노 - 또는 디카복실산들로부터 선택된 단량체들로부터 발생한다.
일 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 양이온성 순전하를 갖는다.
상기 중합체 생성물의 양쪽성 폴리아크릴아미드는 겔 중합에 의해 획득된다. 일 실시형태에 따르면, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드를 포함하는, 입자 형태의 중합체 생성물의 이러한 제조 과정은 아크릴아미드와 같은 비이온성 단량체와, 대전된 음이온 및 양이온 단량체들을 포함하는 반응 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 반응 혼합물 내의 단량체들은 자유 라디컬 중합을 이용함에 의해 개시제(들)의 존재하에 중합된다. 상기 중합의 출발 온도는 40℃ 미만, 때때로 30℃ 미만일 수 있다. 때때로, 상기 중합의 출발 온도는 5℃보다도 작을 수 있다. 상기 반응 혼합물의 자유 라디컬 중합은 겔 형태이거나 고 점도 액체인, 양쪽성 폴리아크릴아미드를 생성한다. 상기 겔 중합 이후에, 겔 형태의 획득된 양쪽성 폴리아크릴아미드는 건조되는 것뿐만 아니라, 파쇄되거나 초핑되는 것과 같이 분쇄되며, 이에 의해 미립자의 중합체 생성물이 획득된다. 사용되는 반응 장치에 따라, 중합이 일어나는 동일한 반응 장치에서 파쇄 또는 초핑이 수행될 수 있다. 예를 들어, 중합이 스크류 믹서의 제1 영역에서 수행될 수 있으며, 획득된 중합체의 파쇄가 상기 스크류 믹서의 제2 영역에서 수행된다. 상기 파쇄, 초핑 또는 다른 입자크기 조정이 상기 반응 장치로부터 분리된 처리 장치에서 수행되는 것도 가능하다. 예를 들어, 상기 획득된 수용성, 즉, 물 용해 가능한, 중합체는 벨트 콘베이어인, 반응 장치의 제2 단부로부터, 그것이 작은 입자들로 파쇄되거나 또는 초핑되는 회전 홀 스크린을 통해 운반된다. 파쇄 또는 초핑한 후에, 상기 분쇄된 중합체가 건조되어, 소망하는 입자 크기로 제분되고 저장 및/또는 운반을 위해 패킹된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 반응 혼합물 내의 비-수성 용매의 함량이 10 중량% 미만, 바람직하게는 5 중량% 미만, 더 바람직하게는 3 중량% 미만인, 겔 중합 공정에 의해 획득된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 중합의 시작에서 상기 반응 혼합물 내의 단량체의 함량이 적어도 29 중량%, 바람직하게는 적어도 30 중량%, 더 바람직하게는 적어도 32 중량%인, 겔 중합에 의해 획득된다.
사용시에, 입자 형태의 상기 수용성 중합체 생성물은 물에 용해되어, 이에 의해 수성 처리 용액이 획득된다. 상기 수성 처리 용액의 중합체 함량은 0.1 내지 4 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 3 중량%, 더 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%일 수 있다.
다음으로, 양쪽성 폴리아크릴아미드를 포함하는 상기 수성 처리 용액이 섬유 스톡에, 바람직하게는 두꺼운 스톡에, 습부(wet end) 화학물질로서 첨가될 수 있다. 두꺼운 스톡은 여기서 적어도 20 g/l, 바람직하게는 25 g/l보다 높은, 더 바람직하게는 30 g/l보다 높은 경도(consistency)를 갖는 섬유성 스톡 또는 퍼니시로서 이해된다. 일 실시형태에 따르면, 상기 처리 용액의 첨가는 스톡 저장 타워 후에 위치되지만, 두꺼운 스톡 이전에는 짧은 루프 백수를 갖는 와이어 피트(wire fit)(오프-머신 실로(off-machine silo))에서 희석된다. 습부 화학물질로서 사용시에, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 100 내지 2000 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 양으로, 바람직하게는 300 내지 1500 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 범위로, 더 바람직하게는 400 내지 900 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 범위로 사용될 수 있다.
양쪽성 폴리아크릴아미드를 포함하는 수성 처리 용액은 종이 또는 판자를 위한 표면 사이즈 조성물을 제조하는데도 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 상기 처리 용액은 전분 용액, 선택적으로는 소수성화제(hydrophobisation agent)와 같은 다른 처리 제제와 혼합된다. 상기 전분 성분은 감자, 쌀, 옥수수, 찰옥수수, 밀, 보리 또는 타피오카 전분, 바람직하게는 옥수수 전분과 같은, 표면 사이징에 사용되는 임의의 적절한 전분일 수 있다. 상기 전분은 10% 미만, 바람직하게는 15% 미만, 더 바람직하게는 20% 미만의 아밀로오스 함량을 가질 수 있다. 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 전분의 아밀로오스 함량은 요오드 친화성 절차를 사용함에 의해 측정된, 10 내지 80%, 바람직하게는 15 내지 40%, 더 바람직하게는 25 내지 35%의 범위일 수 있다. 전분 성분은 바람직하게는 분해 전분 및 용해 전분이다. 전분 성분은 효소로 또는 열 분해된 전분이거나 산화 전분일 수 있다. 상기 전분 성분은 분해된 비대전 생전분이거나 약간의 음이온성 산화 전분일 수 있으며, 바람직하게는 열화된 비대전 생전분일 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 상기 전분 성분은 약간의 양이온성 산화 표면 사이즈의 전분일 수 있다.
상기 획득된 표면 사이즈는 필름 프레스, 퍼들 또는 폰드 사이즈 프레스 또는 스프레이 애플리케이션과 같은 알려진 사이징 장치들을 이용하여 종이 또는 판자 웹(web) 표면상에 적용된다. 표면 사이즈 첨가제로서 사용시에, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 500 내지 5000 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 양으로, 바람직하게는 1000 내지 3000 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 범위로, 더 바람직하게는 1500 내지 2500 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 범위로 사용될 수 있다.
본 문맥에서, 상기 사용된 바와 같이, 상기 용어 "섬유 스톡"은 섬유 및 선택적으로 필러를 포함하는 수성 현탁액으로서 이해된다. 상기 섬유 스톡은 적어도 5%, 바람직하게는 10 내지 30%, 더 바람직하게는 11 내지 19%의 미네랄 필러를 포함할 수 있다. 미네랄 필러의 양은 상기 스톡을 건조함에 의해 산출되고, 525℃의 온도에서 표준 ISO 1762를 사용함에 의해 재 함량을 측정하는 것은 재 함량 측정에 사용된다. 미네랄 필러는, 연마 탄산칼슘, 침강 탄산칼슘, 점토, 활석, 석고, 이산화티타늄, 합성 규산염, 알루미늄 삼수화물, 황산바륨, 산화마그네슘 또는 그의 혼합물과 같이, 종이 및 판자 제조에 전통적으로 사용되는 임의의 필러일 수 있다. 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따르면, 양쪽성 폴리아크릴아미드를 포함하는 상기 처리 용액은 재활용 섬유를 포함하는 섬유 스톡에 첨가될 수 있다. 이는 상기 섬유 스톡 내의 섬유들이 바람직하게는 재활용 종이 또는 폐골판지(OCC)로부터 생겨난다는 것을 의미한다. 일 바람직한 실시형태에 따르면, 처리될 섬유 스톡은 재활용 종이 또는 판지로부터 생겨난 섬유의 적어도 20 중량%, 바람직하게는 적어도 50 중량%를 포함한다. 일부 실시형태에서, 상기 섬유 스톡은 70 중량%를 초과하는, 때때로 80 중량%를 초과하는, 재활용 종이 또는 판자로부터 발생하는 섬유를 포함할 수 있다.
일 바람직한 실시형태에 따르면, 선형, 플루팅(fluting), 폴딩 박스보드(FBB), 백색선의 칩보드(WLC), 고체 걸러진 설페이트(SBS) 보드, 고체 걸러지지 않은 설페이트(SUS) 보드 또는 액체 패키징 보드(LPB)를 제조할 시에, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드가 보드 제조에 건조 강도 첨가제로서 사용된다. 보드는 120 내지 500 g/m2인 평량(grammage)을 가질 수 있고, 1차 섬유에 100%, 재활용된 섬유에 100%, 또는 1차와 재활용된 섬유 사이의 임의의 가능한 블렌드(blend)에 기초할 수 있다.
상기 제지 약품 조성물은 상기 섬유 스톡에 상기 제지 약품 조성물의 첨가 전에, Muteck SZP-06 장치를 이용하여 측정된 특히, 제타-전위값 -35 내지 -1 mV, 바람직하게는 -10 내지 -1 mV, 더 바람직하게는 -7 내지 -1 mV를 갖는 두꺼운 섬유 스톡에 적합하다.
상기 제지 약품 조성물은 코팅 전에 10% 초과, 바람직하게는 15% 초과, 더 바람직하게는 20% 초과하는 재 함량을 갖는 종이 및/또는 판자 등급의 제조에 특히 적절하다. 표준 ISO 1762, 525℃의 온도가 재 함량 측정에 사용된다.
실험
본 발명의 일부 실시형태들이 다음의 비 제한적인 실시예들에 기술된다.
중합체 생성물의 제조
단량체 용액의 제조가 하기 예시적인 실시예를 위해 기재되며, 다른 단량체 용액들이 유사한 방식으로 제조된다. 각각의 시험 중합체 생성물에 사용되는 단량체 및 그의 비율은 표 1에 제공된다.
상기 기재에 따라 단량체 용액이 제조된 후에, 상기 단량체 용액은 산소를 제거하기 위해 질소 흐름으로 정화된다. 개시제, 폴리에틸렌 글리콜-물 (중량으로 1:1) 중의 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논이 상기 단량체 용액에 첨가되고, 상기 단량체 용액은 트레이 상에 배치되어 자외선 하에 약 1 cm의 층을 형성한다. 자외선은 주로 350 내지 400 nm 범위에 있으며, 예를 들어, 광 튜브 Philips Actinic BL TL 40W이 사용될 수 있다. 중합이 완료되도록 중합반응이 진행됨에 따라 광의 세기가 증가한다. 처음 10분에는, 광의 세기가 550 μW/cm2이고 다음의 30분에는 광의 세기가 2000 μW/cm2이다. 획득된 겔은 압출기를 통해 퍼져 60℃의 온도에서 10% 미만의 습기로 건조된다. 건조된 중합체는 연마되어 입자 크기 0.5 내지 1.0 mm로 체에 걸러진다.
단량체 용액 AD7-AC2 A의 제조
단량체 용액은 20 - 25℃의 온도 제어된 실험실 유리 반응기에서 50% 아크릴아미드 용액 248.3g, 40% DTPA 나트륨-염 용액 0.01g, 글루콘산 나트륨 2.9g, 디프로필렌 글리콜 4.4g, 아디프산 1.9g 및 구연산 7.2g을 혼합함으로써 제조된다. 고체 물질이 용해될 때까지 혼합물을 교반한다. 상기 용액에 32.6g의 80% ADAM-Cl을 첨가한다. 구연산으로 용액의 pH를 3.0으로 조정하고, 아크릴산 2.8g을 용액에 첨가한다. pH는 2.5 - 3.0으로 조정한다. 개시제 용액은 폴리에틸렌 글리콜-물 (중량으로 1:1) 용액 중 6% 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 5ml이다. 상기 일반적인 설명에서 기재한 바와 같이 제조를 계속한다.
단량체 용액 M8-AC2. 5 A의 제조
단량체 용액은 20 - 25℃의 온도 제어된 실험실 유리 반응기에서 224.4g의 50% 아크릴아미드 용액, 0.01g의 40% DTPA 나트륨-염 용액, 2.7g의 글루콘산 나트륨, 1.7g의 아디프산 및 6.5g의 구연산을 혼합함으로써 제조된다. 고체 물질이 용해될 때까지 혼합물을 교반한다. 상기 용액에 62.4g의 30% MAPTAC를 첨가한다. 구연산으로 용액의 pH를 3.0으로 조정하고, 아크릴산 2.6g을 용액에 첨가한다. pH는 2.5 내지 3.0으로 조정한다. 개시제 용액은 폴리에틸렌 글리콜-물 (중량으로 1:1) 용액 중 12% 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 6.5ml이다. 상기 일반적인 설명에서 기재한 바와 같이 제조를 계속한다.
단량체 용액 AD7-IT3의 제조
단량체 용액은 20 - 25℃의 온도 제어된 실험실 유리 반응기에서 50% 아크릴아미드 용액 244.1g, 40% DTPA 나트륨-염 용액 0.01g, 글루콘산 나트륨 2.9g, 디프로필렌 글리콜 4.3g, 아디프산 1.8g 및 구연산 7.0g을 혼합함으로써 제조된다. 고체 물질이 용해될 때까지 혼합물을 교반한다. 이 용액에 32.4g의 80% ADAM-Cl을 첨가한다. 추가 구연산으로 용액의 pH를 3.0으로 조정하고 이타콘산 7.5g을 용액에 첨가한다. pH는 2.5 내지 3.0으로 조정한다. 개시제 용액은 폴리에틸렌 글리콜-물 (중량으로 1:1) 용액 중 6% 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 5ml이다. 상기 일반적인 설명에서 기재한 바와 같이 제조를 계속한다.
단량체 용액 M8-AC2.5 B의 제조
단량체 용액은 20 - 25℃의 온도 제어된 실험실 유리 반응기에서 224.4g의 50% 아크릴아미드 용액, 0.01g의 40% DTPA 나트륨-염 용액, 2.7g의 글루콘산 나트륨 및 1.7g의 아디프산을 혼합함으로써 제조된다. 고체 물질이 용해될 때까지 혼합물을 교반한다. 상기 용액에 62.4g의 30% MAPTAC를 첨가한다. 용액의 pH를 37% 염산으로 3.0으로 조정하고, 3.2 g의 아크릴산을 용액에 첨가한다. pH는 2.5 내지 3.0으로 조정한다. 개시제 용액은 폴리에틸렌 글리콜-물 (중량으로 1:1) 용액 중 12% 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 6.5ml이다. 상기 일반적인 설명에서 기재한 바와 같이 제조를 계속한다.
중합체 생성물의 고유 점도는 25℃에서 1M NaCl의 우베로데 모세관 점도계로 측정하였다. 모세관 점도 측정을 위한 중합체 용액의 pH는 점성에 대하여 가능한 다중이온 착화를 회피하기 위해 포름산에 의해 2.7로 조절되었다. 분자량은 폴리 아크릴아미드의 "K" 및 "a" 파라미터를 사용하여 산출되었다. 파라미터 "K"의 값은 0.0191 ml/g이고 파라미터 "a"의 값은 0.71이다. 시험 중합체 생성물에 대하여 측정된 고유 점도 값 및 산출된 분자량 값은 또한, 표 1에 제공된다.
[표 1] 시험 중합체 생성물에 대한 단량체, 그의 비율, 고유 점도 값 및 산출된 분자량 값
Figure pct00001
비교 중합체 생성물
상용 중합체 생성물을 비교 중합체 생성물로 사용하였다. 비교 중합체 생성물의 중합체 용액의 분자량은 폴리에틸렌옥사이드 430 - 1,015,000 g/mol의 협소한 분자량 교정 표준으로 교정된, 사이즈 배제 크로마토그래피(SEC)로 측정하였다. 건조 양이온성 폴리아크릴 아미드의 분자량은 시험 중합체 생성물과 동일한 방식으로 고유 점도에 기초하여 근사화되었다. 건조 폴리비닐포름아미드/폴리비닐아민 폴리머(VF60-VAM40)의 분자량은 폴리에틸렌 옥사이드로 교정된 사이즈 배제 크로마토그래피, SEC에 의해 측정되었다. VF60-VAM40의 분자량 값은 교정 표준보다 높기 때문에 평가액이다. 기준 중합체 생성물의 사용된 단량체, 그 비율, 고유 점도 값 및 산출된 분자량 값이 표 2에 제공된다.
[표 2] 기준 중합체 생성물의 단량체, 그의 비율, 고유 점도 값 및 산출된 분자량 값
Figure pct00002
기술적 성능 실시예
시험 중합체 생성물과 비교 기준 중합체 생성물의 기술적 성능을 다른 펄프 및 시트 연구를 통해 시험하였다. 사용된 펄프 및 시트 시험 장치 및 표준은 표 3에 제공된다.
[표 3] 펄프 및 시트 시험 장치 및 표준
Figure pct00003
성능 실시예 1 : 테스트라이너 핸드시트의 건조 강도
상업용 중부 유럽 폐골판지(OCC) 스톡이 원료로 사용되었다. 스톡은 이미 분쇄기에서 스크린 분별 공정에 의해 장 섬유 (LF-) 부분 및 단 섬유 (SF-) 부분으로 분리되었다. 백수(white water) 및 깨끗한 여과액뿐만 아니라 두 부분 모두를 포함하는 혼합 펄프가 특징 되었고 그 결과를 별첨 표 4에 나타내었다.
[표 4] 성능 실시예 1에서 사용된 스톡의 특징
Figure pct00004
시험할 각 중합체 생성물을, 상기 스톡에, 1000 rpm으로 혼합하면서 혼합 용기에서 첨가하였다. 중합체 생성물 첨가 후, 혼합을 1분 동안 계속하고, 시트 제조 전에 30초간 펄프 (2/3)에 백수(1/3)를 첨가하고, 스톡 현탁액이 시트 제조를 위해 준비될 때까지 30초 동안 1000 rpm으로 혼합을 계속 하였다 보유제(retention aid) Fennopol K3400R (Kemira Oyj)을 시트 제조 전에 10초 약 100g/t 용량으로 첨가하였다. 따라서, 중합체 생성물은 시트 제조 전 총 반응 시간 90초가 허용되었다. 시트의 평량은 보유제 용량을 변경하여 조정하였다. 기준 보유제 용량은 100g/t였다.
실험용 시트의 제조를 위해, 상기 스톡은 맑은 여과액 (CF)으로 1% 경도(consistency)로 희석되었다. ISO 5269-2:2012에 따라 순환수와 함께 Rapid Kothen 시트 형성기를 사용하여 평량(basis weight) 120g/m2의 핸드시트를 만들었다. 스톡 부분의 양(240 ml)은 일정하게 유지하였다. 상기 시트를 92℃ 및 1000 mbar에서 6분 동안 진공 건조기에서 건조했다.
사용된 순환수는 별도의 용기에서 제조되었으며, 여기서 수돗물의 전도도와 경성(hardness)이 CaC12 및 NaCl을 사용하여 제지 공장의 백수에 대응한다.
시험 전에, 상기 제조된 실험용 시트는 ISO 187에 따라, 50% 상대 습도로 23℃에서 24 시간 동안 사전 컨디셔닝되었다.
중합체 생성물, 그의 용량 수준 및 제조된 핸드시트에 대하여 획득된 SCT 강도 결과가 표 5에 제공된다.
[표 5] 중합체 생성물, 그의 용량 수준 및 제조된 핸드시트에 대하여 획득된 SCT 강도 결과
Figure pct00005
표 5로부터 양쪽성 건조 중합체 생성물이 용액 양쪽성 중합체와 비교하여 핸드시트의 SCT 강도를 향상시키는 것을 알 수 있다. 가장 우수한 SCT 강도는 2,800, 000 g/mol의 분자량(AD7-AC2 A) 및 3,500,000 g/mol의 분자량(AD7-AC2 C)을 갖는 네트(net) 양이온 양쪽성 건조 중합체 생성물 및 분자량 3,300,000 g/mol(M5-AC5)을 갖는 네트(net) 중성 양쪽성 건조 중합체 생성물을 이용하여 획득된다.
성능 실시예 2 : 파일럿 기계 연구
상업용 중부 유럽 폐골판지(OCC) 스톡이 원료로 사용되었다. OCC는 개방 충전재와 함께 35분 동안 Andritz 실험용 정제기를 사용하여 베일에서 분해되었다. 시험용 스톡 현탁액에 대해 2.3 %의 경도를 얻기 위해 상기 베일은 밀 물(mill water)로 분해되었다.
중합체 생성물을 분해된 OCC 두꺼운 스톡에 투여하였다. 신선한 밀 물이 교반하에 상기 스톡을 구비한 혼합 탱크로 공급된 공정 수로서 사용되었고, 상기 스톡은 1%의 헤드박스 경도로 희석되었으며, 얇은 스톡 현탁액이 파일럿 제지기의 헤드박스에 공급되었다. 사용된 보유제는 1) 아크릴아미드의 양이온성 공중합체, 분자량 약 6,000,000 g/mol, 전하 10 mol% (C-PAM), 100 g/톤 용량의 건조 제품 및 2) 콜로이드 실리카, 평균 입도 5 nm, 200 g/톤 용량의 건조 제품. C-PAM이 파일럿 제지기의 헤드박스 펌프 전에 추가된 반면에 실리카는 파일럿 제지기의 헤드박스 전에 투여되었다. 상기 헤드박스 스톡의 특성은 표 6에 제공된다.
[표 6] 성능 실시예 2에서 사용된 헤드박스 스톡의 특성
Figure pct00006
100 g/m2의 평량을 갖는 OCC 라이너 및 플루팅 시트가 파일럿 제지기에서 제조되었다. 상기 파일럿 제지기의 동작 파라미터는 다음과 같다.
작동 속도 : 2m/분; 웹 너비: 0.32 m; 홀리 롤의 회전 속도: 120 rpm; 프레스 부분: 2 닙; 건조 부분: 8개의 사전 건조 실린더, 아기 실린더, 5개의 건조 실린더
생산된 라이너 및 플루트 시트의 강도 특성을 테스트하기 전에, 그들은 표준 ISO 187에 따라 50% 상대 습도의 23℃에서 24시간 사전 컨디셔닝 되었다. 시트의 특성을 측정하는데 사용된 장치 및 표준이 표 3에 주어진다.
중합체 생성물의 용량과 강도 특성 시험 결과는 표 7에 나와 있다. 강도 결과는 시험 중합체 생성물들 간에 대표적 비교를 위해 동일한 재 함량으로 인덱싱되고 보정된다. 인장 및 SCT 측정은 획득된 각 측정값을 측정된 시트의 평량으로 나눈 다음 기계 방향 강도 및 교차 방향 강도의 기하 평균으로 계산하여 인덱싱된다. 결과는 16% 재 함량으로 평준화되었다. 결과는 알려진 데이터 포인트를 기반으로 16% 재 함량으로 삽입되었다. 재 함량에서 +1% 단위의 차이는 기하학적 SCT 지수에서 -0.25 Nm/g의 차이와 기하학적 인장 지수에서 -0.75 Nm/g의 차이에 해당한다.
[표 7] 중합체 생성물의 용량 및 성능 실시예 2에 대한 강도 특성 시험의 결과
Figure pct00007
성능 실시예 2의 결과는 양이온성 폴리아크릴아미드 및 폴리비닐아민/폴리 비닐포름아미드 공중합체를 포함하는 기준 중합체 생성물과 비교하여 2,800,000 g/mol의 분자량을 갖는 양쪽성 네트(net) 양이온 건조 중합체 생성물이 SCT 강도, 파열 강도 및 인장 강도를 향상시킨다는 것을 보여준다.
성능 실시예 3: 테스트라이너 핸드시트의 SCT 및 파열 강도
상업용 중부 유럽 폐골판지(OCC) 스톡이 원료로 사용되었다. 스톡은 이미 분쇄기에서 스크린 분별 공정에 의해 장 섬유 (LF-) 부분 및 단 섬유 (SF-) 부분으로 분리되었다. 백수 및 깨끗한 여과액뿐만 아니라 두 부분 모두를 포함하는 혼합 펄프가 특징되었으며 그 결과를 별첨 표 8에 나타내었다.
[표 8] 성능 실시예 3에서 사용된 스톡의 특징
Figure pct00008
성능 실시예 2에서와 동일한 C-PAM이 사용되었다. 중합체 생성물 및 C-PAM은 상기 스톡에, 1000 rpm으로의 혼합하에 혼합 용기에서 첨가되었다. 상기 중합체 생성물 및 C-PAM의 첨가 후에, 혼합을 1분 동안 계속하고, 시트 제조 전에 30초간 펄프 (2/3)에 백수(1/3)를 첨가하고, 스톡 현탁액이 시트 제조를 위해 준비될 때까지 30초 동안 1000 rpm으로 혼합을 계속 하였다. 보유제 Fennopol K3400R (Kemira Oyj)을 시트 제조 전에 약 100g/t 용량으로 10초 첨가하였다. 따라서, 중합체 생성물은 시트 제조 전 총 반응 시간 90초가 허용되었다. 평량은 보유제 용량을 변경하여 조정하였다. 기준 보유제 용량은 100g/t였다.
실험용 핸드시트 및 사용된 순환수의 제조는 성능 실시예 1에 기술된 바와 같이 수행되었다. 시험 전에, 상기 실험용 시트는 ISO 187에 따라, 50% 상대 습도로 23℃에서 24시간 동안 사전 컨디셔닝 되었다.
중합체 생성물, 그의 용량 수준 및 제조된 핸드시트에 대하여 14% 재 함량에서 획득된 SCT 강도 지수 결과 및 파열 강도 지수가 표 9에 제공된다.
[표 9] 중합체 생성물, 그의 용량 수준 및 제조된 핸드시트에 대하여 획득된 SCT 강도 결과
Figure pct00009
표 9의 결과로부터 양쪽성 건조 중합체는 상용되는 폴리비닐포름아미드/폴리 비닐아민용액 중합체와 비교하여 SCT 및 파열 강도 지수를 증가시킨다는 것을 알 수 있다.
성능 실시예 4
원지는 120g/m2, 100% 재활용 섬유 기반 라이너 등급의, 상업용 제지 공장으로부터 사이징되지 않은 테스트라이너 종이였다.
상업용 표면 사이즈의 전분 C*필름 07311 (Cargill)을 사용하였고, 전분을 95 ℃에서 15% 농도로 30분 동안 조리하였다. 상업용 소수성화제 Fennosize S3000 (Kemira Oyj)을 사이즈 공식으로, 건조 표면 사이즈 조성물의 1 중량%로 사용하였다. 1.5 % 농도로 용해된 건조 중합체 생성물을 표면 사이즈 조성물에 첨가하였다. 표면 사이즈 조성물을 혼합하고 70℃에서 저장하고, 최소 혼합은 2분/실험이었다.
사이즈 프레스 파라미터는 다음과 같다.
사이즈 프레스 제조업체: Werner Mathis AG, CH 8155 Niederhasli/Zurich; 사이즈 프레스 모델: HF 47693 Type 350; 동작 속도: 2m/min; 동작 압력: 1 bar; 동작 온도: 60℃; 사이징 용액 부피 : 100 ml/시험; 사이징 시간/시트: 1.
사이징은 기계 방향으로 수행되고 표면 사이즈 조성물은 12 중량% 용액으로 적용된다.
사이징된 시트의 건조는 Rapid Kothen 시트 건조기에서 97℃로 5분간 실시하였다.
사이징된 시트의 특성을 측정하였다. 사용된 측정, 시험 장치 및 표준은 표 3에 제공된다. 인덱싱된 값은 종이/판자의 평량으로 나눈 강도이다. 기하학적 (GM) 값은 (MD 값) * (CD 값)의 제곱근이다. MD 값은 기계 방향에서 측정된 강도 값이며 CD 값은 기계 교차 방향에서 측정된 강도 값이다. 측정된 값은 표 10에 제공된다.
[표 10] 성능 실시예 4의 측정값
Figure pct00010
표 10에 주어진 결과로부터 양쪽성 건조 중합체 생성물은 양쪽성 용액 중합체 및 표면 사이즈 전분과 비교하여 SCT 강도 및 파열 강도 지수 값을 증가시킨다는 것을 알 수 있다. 모든 양쪽성 중합체는 표면 전분 및 비교 중합체 생성물에 비해 개선된 소수성을 제공하였다. 가장 높은 분자량을 갖는 양쪽성 건조 중합체 생성물은 소수성에 가장 현저한 영향을 미쳤다.
성능 실시예 5 : 배수 및 전분 유지 연구
배수 및 전분 유지를 연구하기 위해 이 실시예에서 상업용 폐골판지(OCC) 스톡을 사용했다. 고정제는 상업적으로 사용되는 폴리아민 유형의 양이온성 중합체 인 Fennofix 50 (Kemira Oyj)이었고 1.4kg/t의 양으로 사용되었다. 사용된 양쪽성 건조 중합체 생성물은 AD7-AC2 C이었다.
배수 성능은 DDA(AB Akribi Kemikonsulter, Sweden)의 Dynamic Drainage Analyzer를 사용하여 시험 되었다. DDA의 진공 및 교반기가 교정되었고 설정에 필요한 조정이 이루어졌다. DDA는 진공의 적용과 진공 파괴 점 사이의 시간을 측정하기 위해 컴퓨터에 연결되었다. 진공의 변화는 배수 시간을 나타내는 증점 웹을 통해 공기가 파괴될 때까지 습윤 섬유 웹의 형성 시간을 나타낸다. 배수 시간제한은 측정을 위해 30초로 설정되었다.
배수 측정에서, 500ml의 스톡 샘플을 반응 단지 내에서 측정하고, 0.25mm 개구 및 300mbar 진공을 갖는 와이어를 사용하였다. 배수 시험은 고정제와 중합체 생성물을 소정의 순서로 첨가하면서 샘플 스톡을 교반기를 이용하여 1200 rpm으로 30 초 동안 혼합하여 수행하였다.
DDA 여과액의 전분 함량은 다음과 같이 측정하였다.
스톡 샘플을 여과지로 여과하였다. 여과액 1.5ml를 측정 큐벳에 넣고 1% 염산 1.3 ml를 첨가했다. 7.2 ml의 탈 이온수를 첨가하여 10 ml 측정 큐벳을 채웠다. 흡광도는 파장 590 nm에서 Hach Lange DR 5000 분광 광도계를 사용하여 다음과 같이 측정되었다. 첫 번째 시약 blank를 기록한 다음 100 ul Lugol의 요오드 용액을 첨가하고 시료가 혼합되었으며 30초 후에 흡광도를 측정하였다. 전분 농도는 흡광도 측정치에 선형적으로 관련되어 있는데, 흡광도가 증가하면 전분 농도가 높아진다는 것을 나타낸다.
흡광도 및 DDA 배수 결과는 표 11에 나와 있다.
[표 11] 성능 실시예 6에 대한 흡광도 및 DDA 배수 결과
Figure pct00011
표 11의 결과는 양쪽성 건조 중합체 생성물이 고정제 중합체와 함께 사용될 때 전분 보유 및 배수에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 도시한다.
성능 실시예 6: 크라프트 펄프의 건조 강도
크라프트 펄프의 건조 강도에 대한 양쪽성 중합체 생성물의 영향을 시험하였다. 시험은 다음과 같은 방식으로 이루어졌다. 크라프트 두꺼운 스톡을 깨끗한 여과액으로 1%의 경도로 희석시켰다. 펄프, 두꺼운 스톡, 깨끗한 여과액 및 두꺼운 스톡의 특성을 표 12에 나타내었다. 시험에서 고정제(fixative) 중합체는 상용되는 폴리에틸렌이민 유형의 중합체 Retaminol 2S (Kemira Oyj)이고 시트 형성 전에 펄프에 120초 첨가되었다. 시험에서 건조 강도 중합체 생성물은 AD7-AC2 D이었고 시트 형성 전에 90초 투여되었다. DDJ에서 1000 rpm으로 혼합하면서 1% 펄프에 고정제 및 건조 강도 중합체를 모두 첨가하였다. 시트를 형성하기 전에 펄프를 30초 동안 백수로 1:1의 비율로 희석시켰다. 시험에서 보유제는 상용되는 양이온성 폴리아크릴 아미드인 Fennopol K 3400P (Kemira Oyj)였고 시트 형성 전에 10초 펄프에 첨가되었다. 보유 제제의 용량은 기준으로 200g/톤이었다.
[표 12] 성능 실시예 6에서 사용된 펄프, 두꺼운 스톡, 깨끗한 여과액 및 두꺼운 스톡의 특징
Figure pct00012
Rapid Kothen 시트 형성기를 사용하여 평량 120g/m2의 핸드시트를 만들었다. 상기 시트를 92 ℃ 및 1000 mbar에서 6분 동안 진공 건조기에서 건조했다. 시험 전에, 상기 시트는 ISO 187에 따라, 50% 상대 습도로 23℃에서 24시간 동안 사전 컨디셔닝되었다.
SCT 강도 및 파열 강도 지수는 제조 핸드시트에 대해 측정되었고 얻은 결과는 표 13에 제공된다. 시트의 특성을 측정하는 데 사용되는, 장치 및 표준은 표 3에 제공된다.
[표 13] 제조된 핸드시트의 SCT 강도 및 파열 강도 지수 값
Figure pct00013
표 13의 결과는 양쪽성 건조 증합체 생성물이 크라프트 펄프의 SCT 및 버스트 지수 값을 증가시킨다는 것을 보여준다. 고정제 중합체는 양쪽성 중합체 생성물과 함께 사용될 수 있다.
성능 실시예 7
원지가 상용 schrenz 이었고 사이징 조성물은 소수성화제가 없는 것을 제외하고, 성능 실시예 4와 동일한 절차를 사용하여 상기 실시예가 수행되었다. 양쪽성 폴리머의 건조 생성물은 AD7-IT3이었고 비교 기준 중합체 생성물은 아크릴아미드와 아크릴산의 상용 용액 공중합체인 AC8이었다.
SCT GM 지수와 CMT30 지수가 5% 픽업 레벨에서 측정되었다. SCT GM 지수는 성능 실시예 4에 기술된 바와 같이 결정되었고, CMT30 지수를 측정하기 위한 장치 표준이 표 3에 주어진다. 측정된 값은 표 14에 제공된다.
[표 14] SCT GM 지수와 CMT30 지수 값들
Figure pct00014
표 14의 결과는 양쪽성 건조 중합체 생성물이 비-소수성화 표면 사이즈 종이의 SCT 강도 및 CMT30 강도를 효과적이고 비용 효율적으로 향상시킨다는 것을 보여준다.
비록 본 발명이 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예들로 여겨지는 것을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 상술한 실시예들로 제한되지 않으며, 본 발명은 또한 동봉된 청구항의 범위 내에서 다른 변형들과 동등한 기술적 해결을 포함한다는 것을 의도도 한다.

Claims (17)

  1. 음이온 및 양이온 단량체들과 함께 아크릴아미드의 겔 중합에 의해 획득되는, 양쪽성 폴리아크릴아미드(amphoteric polyacrylamide)를 포함하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물로서,
    상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는,
    - 1,500,000 내지 6,000,000 g/mol의 질량평균분자량(MW)과,
    - 4 내지 15 mol%의 총 이온도를 가짐으로써,
    상기 중합체 생성물이 적어도 60 중량%의 중합체 함량을 갖는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 질량평균분자량(MW)은 2,000,000 내지 5,000,000 g/mol, 바람직하게는 2, 500,000 내지 4,500,000 g/mol, 더 바람직하게는 2,700,000 내지 4,300,000 g/mol 범위인 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 선형의 폴리아크릴아미드인 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 중합체 생성물은 70 내지 98 중량%, 바람직하게는 75 내지 95 중량%, 더 바람직하게는 80 내지 95 중량%, 한층 더 바람직하게는 85 내지 93 중량% 범위의 중합체 함량을 갖는 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 양이온성 순전하를 갖는 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 양쪽성 폴리아크릴아미드에서 대전된 기(charged group)의 10 내지 90%, 바람직하게는 30 내지 90%, 더 바람직하게는 50 내지 85%, 한층 더 바람직하게는 60 내지 80%가 양이온인 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 양쪽성 폴리아크릴아미드의 총 이온도는 4 내지 15 몰%, 바람직하게는 5 내지 13 몰%, 더 바람직하게는 6 내지 12 몰%, 한층 더 바람직하게는 6 내지 10 몰% 범위인 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 양쪽성 폴리아크릴아미드 내의 상기 양이온기는 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트(ADAM), [2-(아크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄클로라이드(ADAM-Cl), 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트 벤질클로라이드, 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트 디메틸설페이트, 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(MADAM), 2-(메타크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄클로라이드(MADAM-Cl), 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 디메틸설페이트, [3-(아크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄클로라이드(APTAC), [3-(메타크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄클로라이드(MAPTAC) 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC)로부터 선택된 단량체로부터 발생하고, 상기 양쪽성 폴리아크릴아미드 내의 상기 음이온기는 아크릴산, 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 아코니트산, 메사콘산, 시트라콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 안젤산 또는 티글린산과 같은 불포화 모노 - 또는 디카복실산들로부터 선택된 단량체들로부터 발생하는 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리아크릴아미드는 상기 반응 혼합물 내의 비-수성 용매의 함량이 10 중량% 미만, 바람직하게는 5 중량% 미만, 더 바람직하게는 3 중량% 미만인, 겔 중합에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 생성물은, 상기 중합의 시작에서 상기 반응 혼합물 내의 단량체의 함량이 적어도 29 중량%, 바람직하게는 적어도 30 중량%, 더 바람직하게는 적어도 32 중량%인, 겔 중합에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 생성물은 2.5 mm 미만, 바람직하게는 2.0 mm, 더 바람직하게는 1.5 mm 미만의 평균 입도를 갖는 것을 특징으로 하는, 입자 형태의 수용성 중합체 생성물.
  12. 종이 또는 판자용 건조 강도 작용제로서 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 따른 수용성 중합체 생성물의 용도.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 100 내지 2000 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 양으로, 바람직하게는 300 내지 1500 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 범위로, 더 바람직하게는 400 내지 900 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 범위로 사용되는 것을 특징으로 하는, 수용성 중합체 생성물의 용도.
  14. 종이 및/또는 판자 제조에서 섬유 스톡을 처리하는 방법으로서, 상기 방법은,
    제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 따른 입자 형태의 수용성 고분자 생성물을 물에 용해함으로써, 수성 처리 용액을 획득하는 단계와,
    상기 획득된 처리 용액을 섬유 스톡에 첨가하는 단계와,
    섬유 웹(web)을 형성하는 단계를 포함하는, 종이 및/또는 판자 제조에서 섬유 스톡을 처리하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 처리 용액은 재활용 섬유를 포함하는 섬유 스톡에, 바람직하게는 상기 두꺼운 스톡에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 종이 및/또는 판자 제조에서 섬유 스톡을 처리하는 방법.
  16. 종이 또는 판자용 표면 사이즈 조성물을 제조하기 위한 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 따른 수용성 중합체 생성물의 용도.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 양쪽성 폴리아크릴아미드는 500 내지 5000 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 양으로, 바람직하게는 1000 내지 3000 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 범위로, 더 바람직하게는 1500 내지 2500 g/톤의 제조 종이 또는 판자의 범위로 사용되는 것을 특징으로 하는, 수용성 중합체 생성물의 용도.
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