KR0123010B1 - 고온 가압에 응용되는 신규 직물 - Google Patents

Abstract

초지기의 프레싱 또는 건조 섹션에 사용하기 위한 초지기 클로딩의 제품은 광택화 표면을 가진 시트-접촉층을 가지고 있다. 표면의 광택화는 열 및/또는 압력의 적용을 통해 수행될 수 있으며, 극히 매끄럽고, 거의 완전히 밀폐된, 표면을 가진 초지기 클로딩을 제공한다. 제품은 충격 건조법을 수행하는데 적합한 초지기의 프레스 섹션에 사용될 수 있다.

Description

고온 가압에 응용되는 신규 직물

본 발명은 통상 초지기용 천(paper machine clothing)이라 불리우는 초지기직물(fabrics)에 관한 것이다.

통상 초지기의 가압(pressing)부에서 천으로 사용되는 텍스타일 구조는 일반적으로 니들링된 배트 섬유질(batt fiber)의 층에 의해 피복된 직조된 기재 구조(woven base structure)로 구성된다.

제지 공정은 성형 직물(forming fabric)에 제지 구성물의 슬러리를 침지시킨 후 그 슬러리를 탈액화하여(deliquefying) 자기 부착 시트(self-coherent sheet)를 제조하는 것으로 이루어진다. 이 시트는 최종 종이 시트를 제조하기 위한 탈액화가 진행되는 다양한 위치로 직물에 이송한다. 탈액화는 상승 온도에서의 가압과 건조의 조합에 의해, 또한 제조될 종이의 최종 등급과 형태에 따라 필요에 여러가지 다른 처리에 의해 수행된다. 섬유질 구성성분의 품질 및 특성과, 가압과 건조의 조합은 최종 제품의 품질을 결정할 것이다.

초지기 천의 일차 기능, 특히 가압 직물(press fabric)의 일차 기능은 프레스 닙에서 종이 시트로부터 급송된(expressed) 종이를 흡착하고, 프레스 닙에서 시트를 지지하며, 뭉개짐(crushing)을 방지하고, 프레스를 롤사이의 닙에서 종이 전반에 균일한 압력을 제공하며, 종이 쉬트가 가압부(press section) 및 건조부를 통과할 때 그 시트에 원하는 표면 마무리를 부여하는 것이다. 동시에, 초지기 천 또는 가압 직물은 시트와 접촉하여 가압 중에 압력 분포를 균등하게 하고, 그루브 또는 감압 롤에 의해 야기될 수 있는 새도우 마킹(shadow marking)을 제거하거나 감소시키는 역할을 한다. 또, 초지기 천의 아이템(item)은 시트를 한 위치에서 다른 위치로 옮기는 역할을 하며, 초지기에서 모든 비구동 롤을 구동시키기 위한 파워 전달 벨트로 작용한다.

따라서, 이와 같은 다양한 기능을 수행하기 위하여, 초지기 천은 매우 혹독한 화학적 환경하에 연속 베이시스로 유지될 수 있는 특성이 요구된다. 초지기 직물, 특히 가압 직물은 그 성능을 실질적으로 열화시키지 않으면서 오랜시간동안 사용할 수 있어야 한다. 그러나, 프레스 닙에서 직물을 많이 부가하면 일정 시간에 걸쳐 직물의 성분에 기계적 손상을 주게되며, 이것에 의해 실제로, 직물의 수명과 직물의 바람직한 특성이 일관성 있게 유지되는 것이 제한된다.

베이스 직물의 구조에 대한 많은 변형이 보고된 바 있고, 섬유질의 형태와 직경을 다양하게 조합하여 배트 성분으로 사용하였으나, 경험에 비추어볼 때, 직물 평면내에 재료가 보다 균일하게 분포된 가압 직물을 사용하는 경우 시트 마킹 및 탈수를 보다 양호하게 수행할 수 있다. 그러나 시트-접촉면에 미세한 섬유질을 가지는 가압 직물이 훨씬 만족스런 방식으로 탈수 및 시트 강화(consolidation) 기능을 수행한다는 사실이 관찰된다.

그러나, 미세한 섬유질은 그들의 단면적에 비례하여 섬유질 자체의 브리킹로드(breaking load)가 자명하게 감소되기 때문에, 미세한 섬유질의 사용은 제한된다. 그 결과, 예를 들어 나일론과 같은 기존의 재료의 극히 미세한 섬유질은 초지기의 가압부 및 건조부에 광범위하게 사용될 수 있을 정도로 충분한 인장 강도 및 고유 결착성(integrity)을 가지지 못한다.

따라서, 본 기술에 숙련된 자에게는, 초지기의 가압부(press section)에서, 직물의 바람직한 표면 특성과 직물의 건조/수분 흡수 특성이 서로 양립하기 어렵다는 사실이 이해될 것이다.

그러나, 본 발명자들은 변형된 가압 직물을 이용하고 고온에서 프레스 롤을 작동시킴으로써 초지기내에서의 탈수 기술을 개선할 수 있다는 사실을 발견하였다.

따라서, 본 발명에 의해, 성형 직물에 종이 형성 성분의 슬러리를 침지시키고, 그 슬러리를 탈수하여 자기 부착 시트를 형성한 다음, 추가로 그 시트를 한쌍의 프레스 롤의 닙을 통해 통과시켜 시트를 탈수하는 것으로 이루어지며, 적어도 한개의 롤을 250°F를 초과한 온도로 가열하고, 종이 시트를 가압 직물에 지지시키고, 그 표면을 사용되는 롤 온도에서 효과있는 조건하에 탈수를 증가시킬 수 있도록 충분히 광택하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

본 발명은 시트-접촉면이 광택화된 시트-접촉층으로 이루어지며, 초지기의 가압부 및/또는 건조부에 사용하기 위한 초지기 천 제품도 포함한다.

가압 직물의 시트-접촉층을 부분적으로 광택화하거나 보다 실질적으로 광택화할 수 있으며 광택화된 표면이 매끄러운 것이 바람직하다. 본 발명의 전형적인 일예에서, 초지기 천 제품은 직조된 지지층 및 그 지지층에 니들링된 배트 섬유질 층으로 이루어질 수 있으며; 상기 배트층은 종이 지지층 역할을 한다. 열 및/또는 압력을 부가하므로서 배트층의 노출면을 광택화시킬 수 있다. 본 발명의 구체적 일예에 있어서, 광택화는 250를 초과한 온도로 가열하므로서 수행될 수 있다.

본 발명의 추가 일예에서, 배트층은 가교결합된 나일론 섬유질로 이루어질 수 있다. 가교결합은 배트 형성 후 및 가압 직물의 형성 전에, 각 나일론 섬유질 또는 배트를 포름알데히드 수용액으로 처리함에 의해, 또는 가압 직물 제조후 가압 직물을 포름알데히드 수용액으로 처리함에 의해 형성될 수 있다. 또, 초지기에 초지기 천 제품을 설치한 후에도 형성시킬 수 있다.

본 발명의 추가 일예에서, 사용된 프레스 롤 온도는 250를 초과한 온도일 수 있으며, 프레스의 닙에서 압력은 300 lbs/직선인치 이상일 수 있다.

지금까지는, 극히 매끄럽고 또한 거의 완전히 밀폐된 가압 직물 표면이 형성되거나 광택화된 초지기에서의 탈수에 대해 나쁜 영향을 미친다고 여겨졌다. 미세 데니어 섬유질에 의해 또는 다른 방법에 의해 극히 균일한 표면을 형성하는 것이, 압력을 적용할 수 있어 다른 종래의 탈수에 유익하다는 것이 본 기술에 숙련된 자에게 잘 알려져 있으며 명세서의 도입부에도 기재되어 있다. 그러나, 표면이 너무 매끄러워 실질적으로 밀폐된, 일반적으로 탈수가 점차 실질적으로 감소된다.

본 발명은 종래의 가압 기구와는 다른 기구에 의해 수행되는 효과적인 충격건조법을 제공한다. 매우 높은 온도의, 즉 250이상 및 통상적으로 300이상인 프레스 롤을 사용하므로서 스팀 압력 기울기가 형성되며, 이것이 수벽(wall of water)이 시트를 통과하도록 구동한다고 생각된다. 이것은 프레스 롤의 닙을 이탈할 때 매우 높은 수준의 시트 건조를 나타낸다.

놀랍게도, 이 방법에서, 본 발명자들은 광택화된 가압 직물 표면이, 예외적으로 높은 시트 건조값을 제공할 수 있다는 것을 발견하였다.

구체적으로, 초지기에서 브리킹-인 기간중에 또 예비처리에 의해 적당한 수준으로 광택화할 수 있는 직물 형태는, 적합한 내열성을 가지면서, 닙 압력 및 온도 조건에 노출될 때에는 광택화 구조로 편평해지고 변형된 특성을 가지는 여러가지 개별적인 섬유질 형태 또는 혼합물(blend)중에서 선택될 수 있다. 본 발명에서는, Nomex와 Kevlar 섬유질의 혼합물이 특히 효과적이라고 발견되었다. 또한 적절한 내열성을 가진 다른 섬유질과 Teflon의 혼합물이 효과적이었다.

Nomex와 Kevlar 섬유질은 방향족 폴리아미드 섬유질이다. Nomex 섬유질은 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드) 섬유질이며; Kevlar 섬유질은 폴리(파라-페닐렌테레프타아미드) 섬유질이다. Teflon은 플루오로폴리머이며, 특히 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이다. Teflon 대신에, 다른 플루오로폴리머 및 플루오로폴리머의 코폴리머를 사용할 수 있다. 적절한 내열성을 가지는 다른 섬유질은 폴리아릴에테르케톤 또는 폴리페닐렌 술파이드 또는 가교결합된 폴리아미드 섬유질일 수 있다.

본 발명의 또다른 일예에서, 가압 직물의 접촉면은 본 발명에 따라, 광택화된 가압 직물 표면을 형성할 수 있도록 포름알데히드 수용액 처리에 의해 가교결합되는 나일론 섬유질로 이루어질 수 있다.

이러한 후자의 일예의 장점은 부여된 가교결합이 온도 저항성을 상승시키는 한편, 만족스런 광택화 표면을 제공하는 습윤하고 뜨거운 조건하에서 섬유질이 충분한 정보의 변형성을 보유한다는 것이다.

다음은 단지 본 발명을 효과적으로 수행하는 방법의 실예에 의한 기술내용이다.

직조된 후면 지지 직물 Nomex와 Kevlar 섬유질의 50% 혼합물로 형성된 배트층이 니들링된 것으로 이루어진 가압 직물을 제조하였다. 가압 직물을 가열된 롤 온도가 400인 초지기의 가압부에서, 압력 375 lbs/직선인치하, 펠트 습기비 0.2 및 40밀리초의 닙 체류 시간을 제공하는데 충분한 속도에서 작업되었다.

70%의 분쇄 목재와 30%의 Kraft로 구성되며 m²당 클레이 충전제각 49g 첨가되고, 인고잉 건조도(ingoing dryness)가 45%인 신문용지 공급물의 핸드 시트(hand sheet)를 닙을 통해 공급하였다. 광택화시키지 않은 가압 직물 구성물은 시트에 시트 건조도 60-65%를 부여하였으며, 가압 직물에 대한 상당한 후기 닙 접착성(postnip adherence)을 제공하였다.

그 후, 광택화 표면을 제공하기에 충분한 기간 동안 상승 온도에서 프레스를 작동시킴으로써 가압 직물표면을 광택화한 다음 상기에 기재된 핸드 시트의 처리를 반복하였다. 2차 시험에서, 광택화 표면은 양호한 실시예트 해리성(release)을 나타냈으며, 시트 건조도는 70-75%였다.

[실시예 2]

가압 직물 접착층으로, 가교결합된 나일론의 배트 구조인 비광택 가압 직물 구조물을 사용하면서, 실시예 1을 반복하였다. 신문용지 공급물의 핸드 시트를 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조하였고, 그 후 비광택화 직물 조성물과 함께 초지기의 가열된 가압부를 통과시켰다. 시트 건조도가 60-65%였다.

그 후, 가압 직물을 실시예 1에 기재된 바와 같이 광택화하여 광택 표면을 얻었다. 실험을 반복하였을 때, 시트 건조도 인자 70-75% 또는 그 이상을 얻었으며 양호한 시트 해리성을 나타냈다.

[실시예 3]

15%의 폴리페닐렌 술파이드와 85% Teflon으로 된 표면 배트층으로 이루어지는 가압 직물을 제조하였다. 다양한 고온 저항성 폴리아미드 섬유질의 배트층을 Teflon 표면층 밑에 위치시켰다. 직조된 폴리아미드 기재의 표준 직물을 사용하여 표준 니들링 방법에 의해 직물을 제조하였다.

다음의 고온 가압 조건에서 작동되는 초지기의 파일롯 가압부에서 가압 직물을 시험하였다; 가열된 롤온도 -400, 닙 압력 -500psi, 35밀리초의 닙 체류 시간을 얻는 초지기 속도.

두가지 형태의 핸드시트(LWC(경량 피복) 및 신문용지)를 가압 직물을 평가하는데 사용하였다. LWC 핸드시트는 40% Kraft와 60% 분쇄 목재로 구성되었다. 신문용지 핸드시트는 20% Kraft와 80% TMP(열가공 펄프)로 구성되었다. 두가지 형태 모두의 핸드시트를 고형분 약 37%를 제조하였다.

시험전에, Teflon 표면을 가진 직물을 상온에서 약 500 압축 사이클 동안 순환시켰다. 순환후에, 직물 표면은 홈이 없었고, HSPT(HUyck-Smith Porosity Tester)를 이용하여 측정한 직물의 공기 특징으로 하는 과성은 H₂O vac.의 20 in.(20in. of H₂O vac.)였다. HSPT에서 20의 값은 개방(open) 직물을 나타내며, 150의 값은 폐쇄/밀폐 직물을 나타낸다. 이러한 순환(∼500 사이클) 단계에서, 가압 시험을 수행하여 최종 시트 건조는 64%인 LWC 핸드시트, 및 최종 시트 건조도 65%인 신문용지 핸드시트를 제조하였다.

이 가압 시험에 이어서, 가압 직물을 가열된 닙을 통해 순환시켰다. 약 300 사이클 후에, 가압 직물의 표면은 광택을 띠고 밀폐되었다. 이 때에, 직물 공기 투과성을 측정하였으며 밀폐된 표면임을 나타내는, H₂O vac.의 150in.을 얻었다. 일단 직물이 광택화 및 밀폐되면, 가압 시험을 반복하였다. 가압 시험의 결과는 최종 건조도가 미광택 직물보다 높은 핸드시트를 제조하였다는 것을 보여주었다. 광택화직물의 경우, 최종 시트 건조도가 LWC는 69%-74%였고 신문용지는 67%-71%였다.

광택화 직물은 시험중 내지 28,000 사이클 동안, 이러한 높은 시트 건조도를 계속 나타냈다.

본 발명의 특정 일예가 제시되고 기재된 바 있지만, 다양한 변화와 변형이 이루어질 수 있다는 것이 명백하며, 따라서 다음 청구범위는 본 발명의 진정한 정신 및 범위내에 속할 수 있는 모든 변형과 변화를 포함한다고 의도된다.

Claims (10)

1. 고온 가압 응용에 사용하기 위한 초지기 천 제품에 있어서, 상기 응용이 초지기 프레스 롤 온도가 250이상인 것이고, 상기 제품이 직조된 지지층 및 시트-접촉 표면층으로 이루어지고, 상기 시트-접촉 표면층이 상기 직조된 지지층에 니들링된 스테이플 섬유질의 소모된(carded) 배트이고, 상기 시트-접촉 표면층에 수직방향으로 적용된 상승된 압축하에서 250를 초과한 온도를 가하여 얻어지는 광택화 표면으로 이루어지며, 예외적으로 높은 시트 건조도를 제공할 수 있는 초지기 천 제품.
2. 제1항에 있어서, 상기 광택화 표면이 미세다공성 표면인 초지기 천 제품.
3. 제1항에 있어서, 상기 광택화 표면이 부분적으로 밀폐된 표면인 초지기 천 제품.
4. 제1항에 있어서, 상기 광택화 표면이 매끄러운 초지기 및 제품.
5. 제1항에 있어서, 상기 스테이플 섬유질이 방향족 폴리아미드 섬유질로 이루어진 초지기 천 제품.
6. 제5항에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드 섬유질이 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드) 섬유질 및 폴리(파라-패닐렌 테레프탈아미드) 섬유질의 혼합물인 초지기 천 제품.
7. 제1항에 있어서, 상기 스테이플 섬유질이 플루오로폴리머 또는 플루오로폴리머와 다른 고온 저항성 섬유질의 코폴리머의 섬유질 혼합물로 이루어진 초지기 천 제품.
8. 제7항에 있어서, 상기 플루오로폴리머가 폴리테트라플루오로에틸렌이고 다른 고온 저항성 섬유질이 폴리아릴에테르케톤 또는 폴리페닐렌 술파이드의 섬유질인 초지기 천 제품.
9. 제1항에 있어서, 상기 스테이플 섬유질이 가교결합된 폴리아미드 섬유질인 초지기 천 제품.
10. 제9항에 있어서, 상기 폴리아미드가 포름알데히드 수용액 처리를 통해 가교결합되는 초지기 천 제품.