KR100287387B1 - 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 리미팅-오리피스 건조 방법, 이를 위한 장치, 및 상기 방법에 의해 제조된 셀룰로즈성 섬유상 구조물 - Google Patents

셀룰로즈성 섬유상 구조물의 리미팅-오리피스 건조 방법, 이를 위한 장치, 및 상기 방법에 의해 제조된 셀룰로즈성 섬유상 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일정한 기본 중량 및/또는 밀도, 또는 기본 중량 및/또는 밀도가 다양한 다수 영역들을 갖는 셀룰로즈 섬유 구조물의 건조 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기와 같은 셀룰로즈 섬유 구조물은 기술된 방법 및 장치에 의해 건조되기 전에 불균일한 수분 분포를 가질 수도 있다. 동일하거나 보다 균일한 수분 분포는 셀룰로즈 섬유 구조물 웹의 섬유들간의 간극보다 큰 흐름 저항성을 갖는 기류 경로의 미세기공 매질을 제공함으로써 이룩된다. 상기 미세기공 매질은 상기 건조 공정에 사용된 기류의 제한 오리피스이다. 상기 미세기공 매질은, 각각이 연속적으로 증가하거나 감소하는 기공 크기를 갖는 다수개의 박층들의 적층물로 제작될 수 있다. 상기와 같은 배열은 각 박층들이 다음층의 보다 성긴 박층내로 늘어지거나 변형되는 것을 최소로 하고, 상기 미세기공 매질과 셀룰로즈 섬유 구조물간의 측방향 기류를 감소시키는 잇점을 제공한다. 상기 미세기공 매질을 공기 통과 건조시킬 셀룰로즈 섬유 구조물의 기류 경로의 상부 또는 하부로 배치시킬 수도 있다.

Description

[발명의 명칭]
셀룰로즈성 섬유상 구조물의 리미팅-오리피스 건조 방법, 이를 위한 장치, 및 상기 방법에 의해 제조된 셀룰로즈성 섬유상 구조물(LIMITING ORIFICE DRYING OF CELLULOSIC FIBROUS STRUCTURES, APPARATUS THEREFOR, AND CELLULOSIC FIBROUS STRUCTURES PRODUCED THEREBY)
[발명의 분야]
본 발명은 셀룰로즈성 섬유상 구조물, 특히 통기 건조되는 초기 웹(embryonic web)을 갖는 셀룰로즈성 섬유상 구조물에 관한 것이다.
[발명의 배경]
셀룰로즈성 섬유상 구조물은 일상 생활에 사용되는 섬유 재료로서 사용되어 왔다. 셀룰로즈성 섬유상 구조물은 미용 티슈, 화장지 및 종이 타월에 사용된다.
최근의 셀룰로즈성 섬유상 구조물은 상기 셀룰로즈성 섬유상 구조물에 다수의 영역을 제공하는 것으로 발전되어 왔다. 셀룰로즈성 섬유상 구조물은 상기 구조물중 하나의 영역이 인접 영역과 기본 중량, 밀도, 또는 이들 모두가 상이한 경우 다수의 영역을 갖는 것으로 간주한다.
셀룰로즈성 섬유상 구조물이 다수 영역을 갖는 경우 상기 섬유상 구조물의 제조에 사용되는 섬유의 경제성 측면에서 유리하다. 또한, 이러한 다중 영역은 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 사용 소비자가 원하는 다양한 기능에 부합되게 할 수 있다. 상기 상이한 영역들은 흡수성, 인장 강도 및 균일한 불투명성의 제공과 같은 기능들을 제공할 수 있다.
셀룰로즈성 섬유상 구조물의 제조에서, 액체 캐리어중에 분산된 셀룰로즈 섬유들의 습윤 초기 웹을 성형 와이어상에 부착시킨다. 상기 습윤 초기 웹을 여러가지 공지된 수단들중 임의의 하나, 또는 이들의 조합에 의해 건조시킬수 있으며, 상기 각각의 건조 수단은 생성된 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 특성에 영향을 줄 것이다. 예를들어, 건조 수단 및 건조 공정은 생성된 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 유연성, 캘리퍼, 인장 강도 및 흡수성에 영향을 줄 수 있다. 또한, 상기 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 건조에 사용되는 수단 및 공정은 상기 구조물의 생산 속도에 영향을 미치며, 그 속도는 상기와 같은 건조 수단 및 공정에 의해 제한되지 않는다.
건조 수단의 일례로 펠트 벨트(felt belt)가 있다. 펠트 건조 벨트는 초기 웹과 접촉된채 유지되는 투과성 펠트 매체내로의 액체 캐리어의 모세관 유동을 통해 초기 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 탈수시키는데 오랫동안 사용되어 왔다. 그러나, 펠트 벨트를 사용하여 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 상기 벨트내로 탈수시키는 것은 건조되는 초기 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 전반적으로 균일하게 압축 및 압착시킨다.
펠트 벨트 건조는 진공에 의해 보조되거나, 대향된 압축률에 의해 보조될수도 있다. 상기 압축롤은 셀룰로즈성 섬유상 구조물에 대해 상기 펠트를 기계적으로 최대한 압축한다. 펠트 벨트 건조의 예가 1982년 5월 11일자로 볼튼(Bolton)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,329,201 호 및 1989년 12월 19일자로 코완(Cowan)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,888,096 호에 예시되어 있다.
그러나, 일반적으로 펠트 벨트는 다수 영역을 갖는 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 제조 및 건조에 부적합하다. 상술한 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 전반적으로 압착시키는 것을 방지하는 것 이외에 상이한 영역들에 함유된 함수량이 상이하므로, 다수 영역을 갖는 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 건조시키는 다른 수단이 바람직하다.
예를들어, 펠트 벨트를 사용하지 않고 진공 탈수를 통해 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 건조시키는 방법이 당해분야에 공지되어 있다. 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 진공 탈수는 수분이 액체인 동안 상기 구조물로 부터 수분을 기계적으로 제거한다. 또한, 진공은 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 불연속 영역들을 건조 벨트의 편향 도관내로 편향시키고, 상기 구조물의 다양한 영역들에 상이한 수분량을 갖게 한다. 유사하게, 임의의 기공 크기를 갖는 다공성 실린더를 사용하여 진공 모세관 유동을 통한 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 건조도 또한 당해분야에 공지되어 있다. 상기와 같은 진공 건조 기법의 예가 1985년 12월 3일자로 챵(Chuang)등에게 허여되고 통상적으로 양도된 미합중국 특허 제 4,556,450 호 및 1990년 11월 27일자로 쟌(Jean)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,973,385 호에 예시되어 있다.
또 다른 건조 방법으로, 통기식 건조에 의해 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 초기 웹을 건조시키는 방법이 상당히 성공하였다. 전형적인 통기식 건조방법에서는 소공성 공기 투과성 벨트가 건조시킬 초기 웹을 지지한다. 고온의 공기가 유동하여 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 통과한 다음 상기 투과성 벨트를 통과하거나, 또는 상기 투과성 벨트를 통과한 다음 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 통과한다. 상기 공기 투과성 벨트중의 소공을 공유하고 소공내로 편향된 영역들이 우선적으로 건조되며 생성된 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 캘리퍼가 증가한다. 상기 공기 투과성 벨트의 너클을 공유하는 영역들은 덜 건조된다. 공기 유동은 주로 증발에 의해 초기 웹을 건조시킨다.
통기식 건조에 사용되는 공기 투과성 벨트에 대한 여러가지 개선이 당해분야에서 수행되었다. 예를들어, 상기 공기 투과성 벨트를 큰 개방 면적(40%이상)을 갖도록 제조할 수 있다. 또는, 상기 벨트를 감소된 공기 투과성을 갖도록 제조할 수도 있다. 감소된 공기 투과성은 수지상 혼합물을 적용시켜 상기 벨트중의 직조된 얀사이의 간극을 폐색시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 건조 벨트를 금속성 입자들과 함께 함침시켜 상기 벨트의 열 전도성을 증가시키고 방사율을 감소시키거나, 또는 상기 건조 벨트를 연속적인 망상구조를 갖는 감광성 수지로부터 제작할 수도 있다. 상기와 같은 통기식 건조방법의 예가 1975년 7월 1일자로 콜(Cole)등에게 재허여된 미합중국 재특허 제 28459 호, 1979년 10월 30일자로 로타(Rotar) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,172,910 호, 1981년 2월 24일자로 로타에게 허여된 미합중국 특허 제 4,251,928 호, 1985년 7월 9일자로 트로칸(Trokhan)등에게 허여되고 동시 양도된 미합중국 특허 제 4,528,239 호 및 1990년 5월 1일자로 토드(Todd)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,921,750 호에 예시되어 있다.
또한, 여전히 초기 웹을 건조시키면서 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 건조 프로파일을 조절하기 위한 다수의 시도가 당해분야에서 수행되었다. 상기와 같은 시도는 건조 벨트, 또는 양키 후드를 갖춘 적외선 건조기를 사용할 수 있다. 프로파일된 건조의 예가 1986년 4월 22일자로 스미스(Smith)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,583,302 호 및 1990년 7월 24일자로 선도비스트(Sundovist)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,942,675 호에 예시되어 있다.
선행 분야, 특히 통기식 건조를 소개한 분야는 다수 영역의 셀룰로즈성 섬유상 구조물 건조시에 접하게 되는 문제점들을 다루고 있지 않다. 예를들어, 전형적으로는 제2영역 보다 적은 절대 습도, 밀도 또는 기본 중량을 갖는 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 제1영역이 상기 제2영역 보다 상대적으로 다량의 공기를 유동시키게 된다. 이와 같은 상대적으로 다량의 공기 유동은 상기 제1영역의 보다 적은 절대 습도, 밀도 또는 기본 중량이 상기 영역을 통과하는 공기에 대해 비례적으로 적은 유동 저항성을 제공함에 기인한다.
이러한 문제는 건조시킬 다수 영역 셀룰로즈성 섬유상 구조물이 양키 건조 드럼으로 급송되는 경우 악화된다. 양키 건조 드럼상에서, 분리된 상기 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 불연속 영역들은 가열된 실린더 주위와 긴밀한 접촉 상태를 유지하며, 후드로부터의 고온 공기가 상기 가열된 실린더에 대향된 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 표면에 도입된다. 그러나, 전형적으로, 상기 양키 건조 드럼과의 가장 긴밀한 접촉은 고 밀도 또는 고 기본 중량 영역에서 일어나는데, 상기 영역은 저 밀도 또는 저 기본 중량 영역만큼 건조되지 않는다. 상기 저 밀도 영역의 우선적인 건조는 상기 양키 건조 드럼 후드의 공기 유동으로부터의 대류성 열 전달에 의해 일어난다. 따라서, 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 생산 속도는 느려야 하며, 이는 고 밀도 또는 고 기본 중량 영역의 훨씬 많은 수분에 보충된다. 상기 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 고 밀도 및 고 기본 중량 영역을 완전히 건조시키고 상기 후드로부터의 공기에 의해 이미 건조된 저 밀도 또는 저 기본 중량 영역이 눋거나 타지 않도록 하기 위해서, 상기 양키 후드 공기 온도를 감소시키고 상기 후드중의 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 체류 시간을 증가시켜야 하는데, 이는 상기의 생산 속도를 느리게 한다.
선행 분야의 방법에 대한 또다른 단점(펠트 벨트와 같은 기계적 압축의 사용은 제외)은 각 방법들이 건조시킬 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 지지하는데 따라 다르다. 공기 유동은 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 향하여 상기 지지 벨트를 통해 이동하거나, 또는 달리 건조 벨트를 통해 상기 셀룰로즈성 섬유상 구조물로 유동한다. 벨트를 통한 유동 저항성 또는 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 통한 유동 저항성의 편차는 상기 구조물내의 수분 분포차를 증폭시키고/시키거나, 이전에 존재하지 않던 수분 분포차를 생성시킨다. 그러나, 상기 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 다양한 영역들간의 상이성에 공기 유동을 맞추려는 어떠한 시도도 당해분야에서 수행되지 않았다.
특히, 공기 유동을 최소로 필요로하는 저 밀도 또는 저 기본 중량 영역으로부터 상기 공기 유동을 비교적 수분이 많은 고 밀도 또는 고 기본 중량 영역으로 향하게 하거나 정화하는 어떠한 시도도 당해분야에서 수행되지 않았다. 마찬가지로, 상기 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 각 영역의 균일한 건조를 개선시키고자 하는 시도도 수행되지 않았다.
따라서, 본 발면의 목적은 공기 유동을 리미팅-오리피스(limiting orifice)를 통한 통기식 건조방법으로 저 밀도 및 저 기본 중량 영역과 고 밀도 및 고 기본 중량 영역으로 실질적으로 균등하게 향하게 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 상기 장치 및 방법은 리미팅-오리피스를 통한 통기식 건조 통상적인 압축 펠트, 적외선 건조등, 및 이들의 조합을 이용하는 종이의 제조에 사용하도록 계획되어 있다. 본 발명의 목적은 또한 상기 제조 방법의 통기식 건조 또는 양키 건조 드럼 건조 단계에 의한 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 생산 속도의 제한을 감소시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 최종적으로, 본 발명의 목적은 상기와 같은 방법 및 장치를 사용하여 다수 영역의 셀룰로즈성 섬유상 구조물을 제조하는 것이다.
[발명의 개요]
본 발명은 리미팅-오리피스 통기식 건조장치(limiting-orifice-through-air-drying apparatus)에 사용하기 위한 미세기공 매체를 포함한다. 상기 미세기공 매체는 수분이 분포되어 있는 셀룰로즈 섬유의 초기 웹과 조합된 형태로 사용하여 상기 초기 웹을 통해 공기를 유동시키는 리미팅-오리피스를 제공한다.
하나의 실시태양으로, 본 발명은 초기 웹을 급송하기 위해 상기 웹의 한면상에 통기식 건조 벨트를 갖는 장치, 및 상기 초기 웹에 또는 상기 초기 웹을 통해 실질적으로 균일한 공기 유동을 제공하기 위한 시도로 상기 웹의 반대면상에 미세기공 매체를 포함한다. 상기 장치는 또한 상기 초기 웹을 통해 공기를 유동시키는 수단을 가지며, 여기에서 미세기공 매체는 상기 초기 웹을 통해 공기를 유동시키는 리미팅-오리피스이다. 수분 분포는 상기 장치에 의한 건조 후에 동일하거나 보다 더 균일해진다.
또다른 실시태양으로, 본 발명은 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 리미팅-오리피스 통기식 건조 방법을 포함한다. 상기 방법은 건조시킬 초기 웹을 제공하는 단계, 상기 초기 웹을 통해 공기를 유동시키는 수단, 상기 초기 웹의 한 면을 지지하는 건조 벨트, 및 상기 건조 벨트에 대향된 미세기공 매체를 포함한다. 초기 웹을 통해 공기가 유동하며, 이때 미세기공 매체는 상기 공기 유동의 리미팅-오리피스 역할을 한다. 초기 웹의 수분 분포는 상기 방법에 의한 건조 후에 동일하거나 보다 더 균일해진다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명을 사용하여 제1도에 예시한 셀룰로즈성 섬유상 구조물 (10)을 제조할 수 있다. 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)은 단일 영역(12)으로 이루어지거나, 바람직하게는 상기 도면에 예시되고 위에서 기술한 다수 영역들(12)을 포함한다. 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)은 화장지, 미용 티슈 또는 종이 타월과 같은 소비자 제품으로서 사용하기에 적합하다.
셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)의 섬유들은 다른 2개의 비교적 작은 치수(서로 수직인 방향의 치수, 모두 상기 섬유의 종방향 축에 대해 수직이고 방사상 방향의 치수)에 비해 하나의 매우 큰 치수(상기 섬유의 종방향 축을 따름)를 갖는 성분으로 대략 직선 형태를 취한다. 섬유의 현미경 검사로 상기 섬유의 주 치수에 비해 작은 두개의 다른 치수들이 밝혀질수 있겠지만, 상기와 같은 두개의 다른 치수들은 실질적으로 상기 섬유의 축 길이 전체를 통해 같거나 일정할 필요는 없다. 단지 상기 섬유가 그의 축에 대해 휠수 있고, 다른 섬유들과 결합할 수 있고, 액체 캐리어에 의해 분포되고 이어서 건조될수 있는 것만이 중요하다.
셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)을 포함하는 섬유는 예를들어 폴리올레핀 또는 폴리에스테르와 같은 합성 섬유일 수 있으며; 바람직하게는 예를들어 조면, 레이온 또는 버개스(bagasse)와 같은 셀룰로즈성 섬유이고; 보다 바람직하게는 예를들어 연질 목재(나자 식물 또는 침엽수) 또는 경질 목재(피자 식물 또는 낙엽수)와 같은 목재 펄프 섬유이다. 길이 약 2.0 내지 약 4.5㎜ 및 직경 약 25 내지 약 50㎛를 갖는 연질 목재 섬유, 및 길이 약 1㎜ 미만 및 직경 약 12 내지 약 25㎛를 갖는 경질 목재 섬유를 포함하는 목재 펄프 섬유의 셀룰로즈 혼합물이 본원에 개시된 종이에 매우 적합한 것으로 밝혀졌다.
상기 섬유들은 예를 들어 설파이프, 설페이트 및 소다 공정과 같은 화학적 처리 공정; 및 예를들어 돌 쇄목 펄프화 공정과 같은 기계적 처리 공정을 포함하는 임의의 펄프화 공정으로 제조할 수 있다. 한편, 상기 섬유들을 화학적 및 기계적 공정들의 조합에 의해서 제조하거나 재생하여 사용할 수도 있다. 본원에 개시된 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)에 사용되는 섬유들의 유형, 조합 및 생산 공정들은 본 발명에 중요하지 않다.
제2도에 대해서, 제지 장치(15)를 사용하는 본 발명에 따른 공정을 실시하는 첫번째 단계는 셀룰로즈 섬유의 수성 분산액을 제공하는 것이다. 상기 셀룰로즈 섬유의 수성 분산액을 선두상자(headbox)(20)에 넣는다. 제지 공정에 도시된 단일의 선두상자(20)를 사용할 수도 있지만, 다수개의 선두상자(20)들을 사용하는 또다른 배열도 사용할 수 있음은 물론이다. 제지 섬유의 수성 분산액을 제조하기 위한 선두상자(들)(20) 및 장치는 1976년 11월 30일자로 모간(Morgan)등에게 허여되고 통상적으로 양도된 미합중국 특허 제 3,994,771 호 및 1985년 7월 16일자로 트로칸에게 허여되고 통상적으로 양도된 미합중국 특허 제 4,529,480호에 적절하게 개시되어 있으며, 상기 특허들은 제지 섬유의 제조 및 분산액에 유용한 장치를 나타내기 위해서 본원에 참고로 인용되어 있다.
제지 섬유의 수성 분산액을 선두상자(20)에서 부터 정망(Fourdriner) 와이어(22)와 같은 성형 벨트로 공급한다. 상기 장망 와이어(22)는 융기 롤과 다수개의 복귀 롤에 의해 지지된다. 추가로, 성형 판지, 진공 상자, 인장 롤, 세척용 샤워기등이 장망 와이어(22)와 통상적으로 관련되어 있고, 이는 당해 분야에 잘 공지되어 있고 본원에서는 더 이상 예시하거나 논의하지 않는다.
제지 섬유의 수성 분산액을 사용하여 상기 장망 와이어(22) 또는 다른 성형 섹션 와이어상에 초기 웹(21)을 형성시킨다. 본원에 사용된 “초기 웹”이란 용어는 하기 논의된 건조 단계전에 제지 공정동안 장망 와이어(22) 또는 다른 성형 벨트상에 재배열되는 섬유 부착물을 지칭한다. 통상적인 진공 상자(26)등을 사용하여 수성 초기 웹(21)으로 부터 물을 계속 제거할 수 있다.
초기 웹(21)을 두번째 제지 벨트, 특히 건조 벨트(28)로 이동시킨다. 어떠한 공기 투과성 공기 통과 건조 벨트(28)도 사용할 수 있다. 특히 바람직한 건조 벨트(28)는 연속적인 감광성 수지상 망상구조물을 사용한다. 특히 바람직한 건조 벨트(28)를 1985년 7월 9일자로 트로칸에게 허여되고 통상적으로 양도된 미합중국 특허 제 4,528,239호에 따라 제조할 수도 있으며, 상기 특허는 본 발명에 따라 사용하기에 적합한 건조 벨트(28)를 나타내기 위해서 본원에 참고로 인용되어 있다. 경우에 따라, 건조 벨트(28)에 직물로 된 배면을 제공할 수도 있다. 필요시에, 상기와 같은 직물 배면을 갖는 건조 벨트(28)는 1991년 10월 22일자로 후드(Hood)등에게 허여되고 통상적으로 양도된 미합중국 특허 제 5,059,283호 및 1991년 12월 17일자로 트로칸에게 허여되고 통상적으로 양도된 미합중국 특허 제 5,073,235호에 따라 우선적으로 제조될수 있다.
초기 웹(21)에 입력차를 발생시켜 상기 웹을 성형 섹션 와이어(22)에서 건조 벨트(28)로 이동시킬 수 있다. 특히, 초기 웹(21)을 성형 섹션 와이어(22)로 부터 분리시키고, 건조 벨트(28)의 소공으로 편향시키고, 동시에 탈수시키는 이동 헤드(24)에 의해 이동시킬수 있다. 초기 웹(21)을 진공 상자(26)에 의해서 건조 벨트(28)상의 적소에 유지시킬수도 있다. 그러나, 초기 웹(21)이 성형 와이어에서 건조 벨트(28)로 이동되는 동안은, 상기 초기 웹(21)에 유체 압력차를 발생시킬 수 있는 다른 수단들을 사용할 수도 있음은 물론이다.
진공 상자(26)는 건조 벨트(28)의 소공내로 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)의 영역들(12)을 추가로 편향시킨다. 상기 편향은 상기와 같이 편향된 영역들(12)이 상기와 같이 편향되지 않은 영역들(12)과 상이한 밀도 및/또는 기본 중량을 갖게 한다. 진공 상자(26)는 초기 웹(21)을 기계적으로 탈수시킨다. 상기 진공 상자(26)와 달리 또는 상기 이외에, 1985년 12월 3일자로 챵등에게 허여되고 통상적으로 양도된 미합중국 특허 제 4,556,450호에 따라 제조된 롤을 또한 사용할 수 있으며, 상기 특허는 초기 웹(21)의 기계적 탈수에 적합한 장치(15)를 나타내기 위해서 본원에 참고로 인용되어 있다.
건조 벨트(28)를 수 샤워기(도시안됨)로 세척하여 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10) 섬유, 접착제등(이들은 초기 웹이 제거된 후에 건조 벨트(28)상에 부착되어 남아 있다)을 제거할 수도 있다. 건조 벨트(28)는 또한 이형제로서 작용하는 유화제를 가질 수 있고, 산소 분해를 감소시킴으로써 상기 벨트의 유효 기간을 연장시킬 수 있다. 바람직한 유화제 및 분배 방법이 1991년 12월 17일자로 트로칸에게 허여되고 통상적으로 양도된 미합중국 특허 제 5,073,235호에 개시되어 있다.
초기 웹(21)은 상기 제조 공정으로부터 내부에 수분을 분포시키게 된다. 수분 분포는 실질적으로 균일할 수도 있으나, 초기 웹(21)의 반복 패턴에 상응하게 불균일할 가능성이 더 크다. 초기 웹(21)의 반복 패턴은 상이한 기본 중량 및/또는 밀도 영역과 같은 패턴에 기인한다. 상기 수분 분포는 연성 X-선의 상 분석 또는 당해 분야에 잘 공지된 다른 수단에 의해서 반복 패턴에 상응하는 규모로 정성적으로 결정할 수도 있다.
건조 벨트(28)는 초기 웹(21)을 공기 유동을 통기식 건조 방법으로 본 발명에 따른 저 밀도 및 저 기본 중량 영역(12)과 고 밀도 및 고 기본 중량 영역(12)으로 및 이들 영역을 관통하여 균일하게 유도하는 장치(15)로 급송시킨다. 본 발명에 따른 상기 장치(15)는 미세기공 건조 매체, 상기 매체 및 건조시킬 초기 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)을 지지하는 수단, 및 미세기공 건조 매체(30) 및 초기 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)을 통해 공기를 유동시키는 수단을 포함한다.
특히, 건조 벨트(28)는 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)을 축방향으로 회전하는 다공성 실린더(32)로 급송시킨다. 상기 다공성 실린더(32)의 둘레는 본 발명에 따른 미세기공 매체(30)로 둘러싸여 있다. 다공성 실린더(32)는 본원에 개시된 실시태양에 대해서 내부적으로 대기압 미만의 압력을 가질수 있지만, 대기압에 비해 정압을 가질수 있음이 나중에 개시될 것이다. 상기 정압은 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)을 통해 유동을 제공하기에 충분해야 하며, 바람직하게 임의의 액체 상태의 물이 미세기공에 존재하는 경우 상기 미세기공 매체의 돌파 압력을 초과해야 한다. 본원에 개시된 실시태양에 대해서, 약 2.5 내지 약 30.5cmHg(1 내지 12inHg), 바람직하게 약 17.8 내지 약 25.4cmHg(7 내지 10inHg)의 대기압 미만의 압력이 잘 적용되는 것으로 밝혀졌다.
제3A도에 대해서, 건조 벨트(28)는 유입 롤(34)에서 부터 회수 롤(36)까지 다공성 실린더(32)를 둘러싸며, 원형 단편을 한정하는 호를 대하고있다. 대기압 미만의 압력을 상기 원형 단편 전체를 통해 적용시켜 초기 웹(21)으로 부터 상기 다공성 실린더(32)의 내부로 물을 제거한다. 이어서 상기 웹은 회수 롤(36)에서 다공성 실린더(32)를 나가는데, 상기 웹은 거의, 바람직하게 약 30% 이상, 보다 바람직하게 약 50% 이상의 점조도로 건조된다.
초기 웹(21)이 다공성 실린더(32)와 접촉하고 있는 동안, 상술한 건조 벨트(28)는 원형 단편의 외부상에 있고, 미세기공 매체(30)로 덮인 다공성 실린더(32)는 상기 원형 단편의 내부상에 있으며, 초기 웹(21)은 상기 외부 건조 벨트(28)와 내부 미세기공 매체(30)사이에 있다. 다공성 실린더(32) 내부의 대기압 미만의 압력으로 인해, 공기 유동은 건조 벨트(28), 초기 웹(21), 미세기공 매체(30) 및 다공성 실린더(32)에 의해 형성된 적층물을 통해 당겨진다.
제2도에 대해서, 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)의 제조에 사용된 장치(15)에는 초기 웹(21)의 건조를 위해서 고온 공기를 공급하는 후드(54)가 또한 제공되낟. 특히, 상기 후드(54)는 초기 웹(21)을 통과하는 공기 유동에 건조한 고온 공기를 제공한다. 상기 공기 유동이 상기 초기 웹(21)에 물을 가하지 않고, 대신에 증발 및 기계적 비말동반을 통해 물을 제거할 수 있음은 중요하다. 그러나, 단지 기계적 탈수만을 목적하는 경우, 포화된 공기가 적합할 수 있음을 알아야 한다. 바람직하게 후드(54)는 주변 온도 내지 약 290℃(500℉), 바람직하게 약 93 내지 약 150℃(200 내지 300℉) 온도의 공기 유동을 초기 웹(21)을 통과하는 공기 유동에 제공할 수 있다.
비교적 저온의 공기를 사용하는 한가지 잇점은 건조 벨트(28) 및 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)이 저온 공기 유동을 사용하는 제조 공정동안, 각각 조기 파손되거나, 눌거나, 타거나 악취를 발생시키는 경향이 적을뿐아니라 잠재적인 에너지 절감이 있다는 것이다. 상기와 같은 후드(54)를 당해분야에 통상적으로 공지된 수단 및 기술에 따라 제작 공급할 수 있으며, 본원에서 추가로 개시하지 않을 것이다.
초기 웹(21)을 미세기공 매체(30) 및 다공성 실린더(32)에 도입시키는 경우, 상기 초기 웹(21)은 약 5 내지 약 50%의 점조도를 가질 수 있다. 이러한 웹을 유입 수분, 섬유 조성, 미세기공 매체(30)의 형태, 초기 웹(21)의 기본 중량, 상기 초기 웹(21)의 미세기공 매체(30)상에서의 체류 시간, 및 상기 초기 웹(21)을 통과하는 공기 유동 속도 및 수분함량 및 온도에 따라, 약 25 내지 약 100%의 점조도로 건조시킬수도 있다.
일반적으로, 초기 웹(21)의 기본 중량이 증가함에 따라, 미세기공 매체(30)상에서의 상기 초기 웹(21)의 체류시간도 길어질 필요가 있다. 예를들어 장치(15)는 약 0.02kg/m2(12 1b/3,000 ft2)의 기본 중량 및 30 내지 50%의 점조도를 갖는 초기 웹(21)에 대해서 약 250 밀리초 이상의 미세기공 매체(30)상에서의 체류시간을 제공해야 한다.
본원에 사용된 “미세기공 매체”이라는 용어는 공기 유동을 통과시키는 임의의 요소를 지칭하며, 공기 유동을 또다른 요소로 향하게 하거나, 맞추거나, 정제시키거나 감소시키기 위해서 사용될수 있다. 다른 요소는 상기 미세기공 매체(30)은 일반적으로, 도시된 바와같이 평면상이거나, 또는 임의의 목적하는 형태로 유형화될수도 있다. 바람직하게, 상기 미세기공 매체(30)중의 기공들은 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)의 간극들보다 작은 수압 반경을 가지며, 상기와 같은 공기 유동 범위내에서 모든 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)로 공기 유동이 실질적으로 균일하게 제공되도록 잘 분포되어 있다. 또는, 리미팅-오리피스가 여전히 균일하게 분포되도록 하면서, 상기 미세기공 매체(30)을 통과하는 공기 유동은 상기 미세기공 매체(30)을 통과하는 고 유동 저항성 경로(수개의 만곡부, 유동 제한부, 작은 도관등)에 의해 영향받을 수 있다.
제4도에 있어서, 미세기공 매체(30)은 건조 벨트(28), 특히 초기 웹(21)을 통해 공기를 유동시키기 위한 리미팅-오리피스를 생성시킨다. 본원에 사용된 “리미팅-오리피스”란 용어는 공기 유동에 대한 최대의 개별적인 유동 저항성 요소를 제공하는 요소를 지칭한다. 건조 벨트(2), 초기 웹(21), 미세기공 매체(30) 및 실린더를 통한 유동 저항성과 이들에 대한 압력차를 조합하여 상기 미세기공 매체(30)이 상기 공기 유동에 대한 리미팅-오리피스가 되는 것이 중요하다. 미세기공 매체(30)가 공기 유동에 대한 리미팅-오리피스를 가짐으로써 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)의 거의 모든 다양하고 상이한 영역들(12)에 균일한 공기 유동을 제공하는 것으로 판단되나, 이것은 이론에 근거하는 것은 아니다.
제3A도에 예시된 바와 같이, 초기 웹(21)을 건조시키는 동일한 공기 유동은 최종적으로 미세기공 매체(30)을 통해 다공성 실린더(32)와 그의 내부를 통과한다. 따라서, 미세기공 매체(30)을 통과하는 유동 경로는 상기와 같은 공기 유동 경로에 대한 리미팅-오리피스를 제공하도록 크기 및 형태를 가져야 한다. 본원에 사용된 “유동 경로”란 용어는 공기 유동이 건조 공정의 일부로 향하는 영역 또는 영역들의 조합을 지칭한다.
미세기공 매체(30) 및 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)은, 강제환기가 이들 사이에서 발생되지 않도록하고 상기 구조물로의 공기 유동 또는 상기 구조물을 통한 공기 유동은 상기 구조물의 개별적인 영역들(12)의 유동 저항성에 의해 제한되지 않도록 하기 위해, 접촉 상태, 특히 제3B도의 유동 배열의 접촉 상태가 유지되어야 한다. 상기 강제식 환기는 공기 유동을 초기 웹(21)에 측방향으로 유동하여 목적하는 균일한 공기 유동이 상기 초기 웹(21)을 향하거나 또는 이를 통과하지 않게 한다. 본원에 사용된 바와 같이, 공기 유동은 상기와 같은 공기 유동이 초기 웹(21)의 부근에 있는 경우 미세기공 매체(30)의 면에 평행한 주 이동 방향을 갖는 경우 “측방향”으로 간주된다.
초기 웹(21)을 미세기공 매체(30) 및 관련 방법에 의해 건조시킨 후에, 상기중의 수분 분포는 건조전과 동일하게 균일하거나, 또는 보다 더 균일하다. 하여튼, 수분 분포차는 종래 분야에 따른 통기식 건조 방법에서 발생되는 것처럼 발생되고/거나 증폭되지 않는다. 이러한 수분 분포는 또한 초기 웹(21)에서의 반복 패턴에 상응하는 규모상에서 고려된다. 수분 분포의 상대 균일도를 연성 X-선의 상 분석 또는 상기 규모에 적합한 상대 측정치를 제공하는 임의의 다른 수단에 의해서 정상적으로 측정할 수도 있다.
제3A도의 실시태양에 대해서, 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)과 미세기공 매체(30) 사이의 공기 유동을 밀폐시키는 중간 그리드가 제공되는 경우, 상기 구조물(10)과 매체(30)은 약간의 거리로 이격될 수 있는 것으로 보인다. 이러한 배열은 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)에 의한 미세기공 매체(30)의 오염 및 마모를 최소화한다.
제4도에 예시된 바와같이, 미세기공 매체(30)을 박층 구조로 제조할 수도 있다. 그러나, 단일 박층의 미세기공 매체(30)이 그의 강도, 선택된 제지화 공정에 대해 사용된 상술한 압력차 및 유동 저항성의 특정 조합에 따라 적합할 수도 있음은 물론이다.
미세기공 매체(30), 및 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)의 제조에 사용되는 전체 장치(15)가 위사(wrap) 및 경사(shute) 방향을 갖는 것으로서 생각할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 “위사” 방향은 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10) 면내의, 제지 장치(15) 전체에 걸쳐 이동되는 방향에 평행한 방향을 지칭한다. 본원에 사용된 “경사” 방향은 상기 위사 방향에 직교하는 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10) 웹 면내의, 일반적으로 제작중에 이동하는 방향의 교차방향을 지칭한다.
미세기공 매체(30)의 제1 내지 제5 박층(38), (40), (42), (44) 및 (46)은 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)에 유해한 영향 또는 특성을 부여하지 않으면서 제지화 공정 고유 및 임시적인 열, 수분 및 압력을 견디기에 적합한 임의의 물질로 제조될수 있다. 상기 미세기공 매체(30) 적층물이 제조과정동안 초기 웹(21)의 면에 과도하게 편향되거나 수직적인 변형을 일으키지 않는 것이 중요한데, 그렇지 않으면 상기 통과하는 바람직한 균일한 공기 유동이 유지되지 않을 수도 있다. 유동 경로에서 리미팅-오리피스이고 편향되지 않거나 전혀 편향되지 않은 유동 저항성을 제공하는 박층(38), (40), (42), (44) 및 (46) 또는 기타 요소들의 임의의 조합은 상기 미세기공 매체(30)에 적합한 방식으로 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)을 적절하게 지지한다. 단지 각각의 박층(38), (40), (42), (44) 또는 (46)이 과도한 편향없이 하부 박층( 38), (40), (42), (44) 또는 (46)에 의해 지지될 필요가 있을 뿐이다.
본원에 개시된 실시태양에 대해서, 초기 웹(21)에 가장 가깝고 심지어는 접촉 관계일수도 있는 제1 박층(38)을 갖고 직경 약 6 내지 7μ의 작용성 기공 크기를 갖는 적층물을 사용할 수도 있다. 상기 제1 박층(38)을 금속 위사 및 경사 섬유의 덧치 능직에 의해 제조할 수도 있다. 위사 섬유는 약 0.038mm(0.0015in)의 직경을 가질수 있다. 경사 섬유는 약 0.025mm(0.001in)의 직경을 가질 수 있다. 상기 위사 및 경사 섬유는 약 0.071mm(0.0028in)의 캘리퍼, 및 위사방향으로 약 128 섬유/cm(325 섬유/in) 및 경사 방향으로 약 906 섬유/cm(2,300 섬유/in)의 번수를 갖는 제1 박층(38)으로 직조할 수도 있다. 상기 제1 박층(38)을 경우에 따라 캘린더링시켜 그의 유동 저항성을 증가시킬 수도 있다.
본원에 개시된 실시태양에 대해서, 상기 제1 박층(38)과 접하여 그 아래에 있는 제2 박층(40)을 갖고 약 93μ의 평방 기공 크기를 갖는 적층물을 사용할 수도 있다. 상기 제2 박층(40)을 금속 위사 및 경사 섬유의 평직에 의해 제조할 수 있다. 위사 섬유는 약 0.076mm (0.003in)의 직경을 가질 수 있다. 경사 섬유는 약 0.152mm (0.006in)의 캘리퍼, 및 위사방향으로 약 59섬유/cm(150섬유/in) 및 경사 방향으로 약 59 섬유/cm(150 섬유/in)의 번수를 갖는 박층으로 직조할 수도 있다.
본원에 개시된 실시태양에 대해서, 상기 제2 박층(40)과 접하여 그 아래에 있는 제3 박층(42)을 갖고 약 234μ(0.092in)의 평방 기공 크기 및 위사방향으로 약 24 섬유/cm(60 섬유/in)와 차단 방향으로 약 24 섬유/cm(60 섬유/in)의 번수를 갖는 적층물이 적합하다. 상기 제3 박층(42)을 금속 위사 및 경사 섬유의 평직에 의해 제조할 수도 있다. 위사 섬유는 약 0.191mm(0.075in)의 직경을 가질 수 있다. 경사 섬유는 약 0.191mm(0.075in)의 직경을 가질 수 있다. 상기 위사 및 경사 섬유는 약 0.254mm(0.010in)의 캘리퍼, 및 위사방향으로 약 24 섬유/cm(60 섬유/in) 및 경사 방향으로 약 24 섬유/cm(60 섬유/in)의 번수를 갖는 박층으로 직조할 수도 있다.
본원에 개시된 실시태양에 대해서, 상기 제3 박층(42)의 하부에 있는 제4 박층(44)을 갖고 약 265 내지 약 285μ의 작용성 기공 크기를 갖는 적층물을 사용할 수도 있다. 상기 제4 박층(44)을 금속 위사 및 경사 섬유의 더치 평직에 의해 제조할 수도 있다. 위사 섬유는 약 0.584mm(0.023in)의 직경을 가질수 있다. 경사 섬유는 약 0.419mm(0.0165in)의 직경을 자질수 있다. 상기 위사 및 경사 섬유는 약 0.813mm(0.032in)의 캘리퍼, 및 위사방향으로 약 5 섬유/cm(12 섬유/in) 및 경사 방향으로 약 25 섬유/cm(64 섬유/in)의 번수를 갖는 박층으로 직조할 수도 있다.
본원에 개시된 실시태양에 대해서, 제5 박층(46)은 제4 박층(44)의 하부에 있고 다공성 실린더(32)의 주변부와 접하고 있다. 상기 제5 박층(46)은 천공 금속 판으로 제조된다. 약 1.52mm(0.060in)의 두께를 갖고 2.38mm(0.0938in)직경의 구멍이 제공된 천공판은 60°로 엇물려있고 인접 구멍들과 약 4.76mm(0.188in)로 균등하게 등길이로 이격되어 있다.
적합한 미세기공 매체(30)의 제1 내지 제4 박층(38), (40), (42) 및 (44)를 304L 스테인레스 강으로 제조할 수 있다. 제5 박층(46)은 304 스테인레스 강으로 제조할 수 있다. 적합한 미세기공 매체(30)을 노쓰캐롤라이나 그린스보로 소재의 퓨롤레이터 프로덕츠 캄파니(Purolator Products Company)로 부터 포로플레이트(Poroplate) 파트 1742180-07번으로 공급할 수 있다. 경우에 따라, 제1 박층(38)을 독일 욀드 베스트팔렌 소재의 하버 앤드 벡커(Haver ＆ Boecker)에서 경우에 따라 약 10%이하로 캘린더링시킨 325×2300 DTW 8 직물로서 직접 주문할 수도 있다.
미세기공 매체(30)을, 목적하는 형상 및 크기를 갖는 미세기공 매체(30)을 제조하기 위해서, 상기 제5 박층(46)에서 부터 제1 박층(38)으로 텅스텐 불활성 기체로 완전 침투 용접 시킬 수도 있다. 특히 바람직한 형상은 다공성 실린더(32)상에 적용시키기 위해서 원통형 쉘모양이다. 원통형 쉘과 같이 성형된 미세기공 매체(30)을 수축 접합에 의해서 다공성 실린더(32)에 결합시킬수 있다. 상기 수축 접합을 수행하기 위해서, 미세기공 매체(30)을 가열 수단으로 부터의 오염없이 가열한 다음, 다공성 실린더(32)의 외부상에 배치시키고 상기 미세기공 매체(30)이 냉각됨에 따라 상기 주위가 수축된다. 상기 수축 접합은 미세기공 매체(30)과 다공성 실린더(32)사이에 각진 편향을 방지할 정도로 충분하고, 상기 매체(30)의 박층들(38), (40), (42), (44) 및 (46)에 과도한 응력을 부여하지 않으면서 상기 박층들의 어떠한 거칠음도 극복할 정도로 충분해야 한다.
바람직하게 다공성 실린더(32)에 원통형으로 성형된 미세기공 매체(30)이 적응되기에 적합한 외면(도시안됨)을 제공한다. 상기 외면도 또한 원통형 형상일수 있으며 상기를 통과하는 다수개의 구멍과 상기 구멍들 사이에 축방향으로 배향된 립이 제공될수도 있다. 상기 구멍과 립들은 약 15.75mm(0.620in)로 둘레가 이격되어 있고 구멍들은 약 60mm(2.362in)로 축방향으로 이격되어 있을 수 있다. 립들은 약 6mm(0.24in)의 방사상 범위 및 약 3mm(0.19in)의 주변 너비를 가질 수 있다. 구멍들은 직경이 약 12mm(0.472in)이고 다음열의 구멍들로 부터 약 12.7mm(0.500in) 축방향으로 나란히 놓여있을수 있다. 상기 외면은 상기 립의 기부에서 약 43mm(1.69in)의 방사상 두께를 가질 수 있다. 이러한 배열은 약 12%의 개방영역 및 대략 27.1cm(10.67in)의 반복 패턴을 갖는 외면을 제공한다.
물론, 본 발명의 잇점을 얻기 위해서 반드시 상술한 박층들 (38), (40), (42), (44) 및 (46)의 정확한 배열, 수 또는 크기를 이용해야 할 필요는 없다. 따라서, 상기 구멍 또는 기공내로의 상부 박층의 편향을 방지할 정도로 충분히 작으면서 충분하고 적절한 유동 저항성을 제공하는 구멍 또는 기공들을 갖는 제1 박층(38) 및 하부 박층들(38), (40), (42), (44) 및 (46)의 어떠한 조합들도 적합하다.
셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)과 대하는 다공성 실린더(32)의 원형 단편의 내부에는 상기 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)을 통해 공기 유동을 흐르게 하는 수단이 있다. 이러한 공기 유동 발생 수단에는 전형적으로 블로어, 팬 및 진공 펌프가 포함되는데, 이는 당해분야에 잘 공지되어 있으며, 본원에서 추가로 논의되지 않을 것이다.
일반적으로, 하향 공기 유동 방향으로 기공 크기가 증가하는 다수 박층 미세기공 매체(30)은 초기 웹(21)에 평행한 면에서 상기 미세기공 매체(30)을 통과하는 공기 유동의 측방향 유동을 증진시킨다. 물론, 주 공기 유동이 상기 초기 웹(21)의 면에 수직으로 발생하여, 증발 손실이외에 물이 여전히 액체 형태로 있는 동안 상기 초기 웹(21)으로 부터 물을 제거하는 것이 중요하다.
액체 수가 초기 웹(21)으로 부터 제거되어 증발 공정에서 상기 액체의 기화 잠열을 극복하는 에너지의 낭비가 없도록 하는 것이 특히 바람직하다. 따라서 본원에 개시된 장치(15) 및 방법을 사용함으로써 액체 상태의 물의 기계적 비밀동반 및 수증기의 증발을 통한 초기 웹(21)의 탈수에 의해 에너지가 효율적으로 사용된다. 물론, 상술한 모든 탈수는 균일한 유동에 기인하여 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)의 다양한 영역들(12)의 밀도 또는 기본 중량에 대해 손해나 특혜없이 일어난다.
상술한 128 위사 번수/cm ×906 경사 번수/cm 및 6μ의 기공 크기를 갖는 미세기공 매체(30)을 사용함으로써, 상기와 같은 미세기공 매체(30)이 약 0.15 내지 약 1.0mm(0.006 내지 0.040in)의 캘리퍼 및 약 0.013 내지 약 0.065kg/m2(8 내지 40 1b/3,000 ft2)의 기본 중량을 갖는 초기 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10) 웹을 통과하는 공기 유동의 리미팅-오피리스가 될 것임을 확신할 수 있다. 그러나, 상기 초기 웹(21) 및 미세기공 매체(30)을 가로질러 압력차가 증가되거나 감소되고 상기 초기 웹(21)의 기본 중량 또는 밀도가 증가되거나 감소됨에 따라, 박층들(38),(40), (42), (44) 및 (46), 특히 초기 웹(21)과 접촉하고 있는 제1 박층(38)의 기공 크기가 상응하게 조절될 필요가 있음을 알아야 한다.
제2도에 대해서, 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)이 미세기공 매체(30)을 갖는 다공성 실린더(32)를 떠난 후에, 상기 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)은 리미팅-오피리스를 통한 통기식으로 건조되는 것으로 간주된다. 이어서 상기 리미팅-오피리스를 통한 통기식으로 건조되는 웹(50)은 건조 벨트(28)상에서, 회수롤(36)로 부터 또다른 건조기, 예를들어 통기식 건조기, 적외선 건조기, 비열 건조기 또는 양키 건조 드럼(56), 또는 충돌포집 건조기, 예를들어 후드(58)(상기 건조기들을 단독으로 사용하거나, 또는 다른 건조 수단들과 함께 사용할 수도 있다)로 이동한다.
본원에 개시된 제조 방법은 특히 양키 건조 드럼(56)과 함께 사용하기에 적합하다. 상기 제조 공정에 양키 건조 드럼(56)을 사용하는 경우, 상기 양키 건조 드럼(56) 둘레로 부터의 열은 상기 양키 건조 드럼(56) 둘레와 접하고 있는 리미팅-오리피스를 통한 공기 통과 건조된 웹(50)으로 전도된다. 상기 리미팅-오리피스를 통한 공기 통과 건조된 웹(50)을 건조 벨트(28)에서 가압 롤(52), 또는 당해분야에 잘 공지된 다른 임의의 수단에 의해서 양키 건조 드럼(56)으로 이동시킬수도 있다. 상기 리미팅-오리피스를 통한 통기식으로 건조되는 웹(50)을 양키 건조 드럼(56)으로 이동시킨 후에, 상기 리미팅-오리피스를 통한 공기 통과 웹(50)을 양키 건조 드럼(56)상에서 약 95% 이상의 점조도로 건조시킨다.
리미팅-오리피스를 통한 통기식으로 건조되는 웹(50)을 크레이핑 접착제를 사용하여 양키 건조 드럼(56)에 일시적으로 접착시킬 수도 있다. 전형적인 크레이핑 접착제로는 1975년 12월 16일자로 베츠(Bates)에게 허여된 미합중국 특허 제 3,926,716호에 개시된 폴리비닐알콜 기재 폴이 있으며, 상기 특허는 상기와 같은 접착제를 리미팅-오리피스를 통한 공기 통과 건조된 웹(50) 또는 양키 건조 드럼(56) 중 어느 하나에 적용시킴으로써 상기 웹을 상기 드럼에 접착시키기에 적합한 접착제를 나타내기 위해서 본원에 참고로 인용하였다.
임의의, 상기 건조 웹을 축소시켜, 섬유 대 섬유의 결합이 붕괴되어 위사 방향의 길이가 감소되고 셀룰로즈 섬유가 재배열될 수 있다. 축소는 당해분야에 잘 공지된 가장 통상적인 여러 방식으로 수행할 수 있으며, 크레이핑이 바람직하다. 크레이핑 공정에서, 리미팅-오리피스를 통한 공기 통과 건조된 웹(50)을 단단한 면, 예를들어 양키 건조 드럼(56)의 면에 접착시키고, 이어서 닥터 블레이드(60)를 사용하여 상기 표면으로 부터 떼어낸다. 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)을 크레이핑 및 양키 건조 드럼(56)으로 부터 떼어낸 후에, 경우에 따라 캘린더링시키거나 또는 달리 전환시킬 수도 있다.
제3B도에 대해서, 경우에 따라 다공성 실린더(32)는 내부 정압을 가져서, 상기 다공성 실린더(32)의 내부 압력이 대기압 보다 클 수 있다. 이러한 배열에서, 공기 유동은 상기 다공성 실린더(32)의 내부에서 외부를 향해 유동한다.
이러한 배열은, 건조 벨트(28)가 초기 웹(21)의 방사상 외향으로 배치되고 미세기공 매체(30)이 상기 초기 웹(21)과 접하여 그의 방사상 내부로 배치될 것을 필요로 한다. 제3B도에 도시되고 내부 정압을 갖는 배열에서, 공기 유동은 상기 미세기공 매체(30)의 가장 성긴 제5 박층(46)으로 부터 제1 박층(38)을 향해 상기를 통과한다. 이어서 공기 유동은 상기 제1 박층(38)에서 나와 초기 웹(21)을 향하고 상기를 통과한다. 이어서 공기 유동은 상기 초기 웹(21)을 통과한 후에, 건조 벨트(28)을 통과해서 유동 경로로 계속 유동한다.
제3A 및 3B 도에 예시된 대기압 미만의 압력 및 정압을 갖는 다공성 롤 둘다 특정한 잇점을 갖는다. 예를들어, 제3A도에 예시한 대기압 미만의 압력을 갖는 다공성 실린더(32)는 초기 웹(21)을 미세기공 매체(30)과 긴밀하게 접촉된 상태로 유지시켜서 공기 유동의 균일한 분포를 증진시키는 잇점을 제공한다. 또한, 대기압 미만의 압력을 갖는 다공성 실린더(32)는 정압의 다공성 실린더(32) 보다 더욱 효율적으로 초기 웹(21)을 탈수시키는 것으로 판단된다. 역으로, 제3B도에 예시된 정압의 다공성 실린더(32)는 공기, 물 또는 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)에 포집된 오염물이 미세기공 매체(30)의, 가장 미세한 기공을 갖는 제1 박층(38)상에서 건조되어 후속적으로 상기 위 또는 상기중에 잔류하는 경향이 적다는 잇점을 제공한다.
미세기공 매체(30)을 다공성 실린더(32)의 표면상에 배치시키고, 리미팅-오리피스를 통한 공기 통과 건조된 웹(50)을 별도의 건조 벨트(28) 없이 적소에 고정시킬 수 있음을 추측할 수 있다. 이러한 배열은 물론, 초기 웹(21)이 미세기공 매체(30)상에 있는 동안 온전하게 남아있으며 바람직하게는 대기압 미만의 압력을 갖는 다공성 실린더(32)와 함께 사용기에 충분한 점조도로 건조될 것을 필요로 한다. 상기 배열은 리미팅-오리피스를 통한 공기 통과 건조된 웹(50)이 미세기공 매체(30)을 떠난 후에 필수적으로 건조되거나 또는 비교적 고온 공기 유동을 원하는 경우 특히 이로울 수 있다.
다공성 실린더(32)는 각각 상이한 압력을 갖는 상이한 대역을 가질수도 있다. 상기 배열은, 대기압 미만의 압력 또는 정압을 생성시키고 공기 유동이 사용할 초기 웹(21)을 향하거나 상기를 통과하게 하는 보다 저렴한 수단을 허용한다. 예를들어 비교적 작은 압력차, 특히 미세기공 매체(30)의 리미팅-오리피스의 요철면의 돌파 압력보다 작은 압력차를 갖는 대기압 미만의 압력을 갖는 다공성 실린더(32)의 제1 대역; 훨씬 큰 압력차를 갖는 제2 대역; 및 상기 제1 대역보다 작거나 같은 압력차를 가지나, 초과된 돌파 압력을 갖는 제2 대역에 기인하여 공기 유동이 통과되는 제3 대역을 제공할 수도 있다. 예를들어, 상기 제1 대역은 약 10.2 내지 17.8cmHg(4 내지 7inHg)의 압력차를 가질 수 있다. 제2 대역은 물 오리피스를 실질적으로 비우기 위해 약 22.9cmHg(9inHg)의 압력차를 제공할 수 있다. 제3 대역을 특정 시스템의 돌파 압력차으로 또는 이보다 약간 낮게 유지시켜 에너지를 보존할 수도 있으나, 여전히 우수한 공기 유동을 제공한다.
상기 대역들이 미세기공 매체(30)상에서 초기 웹(21)의 체류시간과 같을 필요는 없다. 특히, 추가의 에너지 보존을 위해서, 훨씬 큰 압력차를 갖는 제2 대역이 상기 제1 및 제3 대역보다 완곡하게 작을 수도 있다.
주어진 다공성 실린더(32)에 대해 단지 하나의 특정 압력 대역이 바람직한 경우, 2개이상의 다공성 실린더(32)를 일렬로 사용할 수 있으며, 이들 각각은 상이한 내부 정압 또는 대기압 미만의 압력을 갖는다. 또한, 하나는 대기압 미만의 내부 압력을 갖고, 하나는 내부 정압을 갖는 2개이상의 다공성 실린더(32)를 일렬로 연결할 수 있다.
더욱 또다른 변형(도시안됨)으로, 미세기공 매체(30)이 이음매없는 벨트(endless belt) 형태로 유형화될 수 있다. 이러한 이음매 없는 벨트는 상기 논의된 바와 같이, 목적하는 체류 시간을 얻기에 충분한 거리에 대해 건조 벨트(28)를 평행시킬 수 있다. 초기 웹(21)은 여전히 미세기공 매체(30) 벨트와 건조 벨트(28)의 중간일 수 있다. 제3A 및 3B도와 비교하여 상기 논의한 바와 같이, 상기와 같은 미세기공 매체(30) 벨트를 상기 목적한 대로 초기 웹(21)을 통과하는 공기 유동의 리미팅-오리피스가 되기에 충분한 메쉬 크기 및 번수를 갖는 단일 박층의 폴리에스테르 또는 나일론 섬유로 제조할 수 있다.
상기 제2 내지 3B도에 예시된 다공성 실린더(32) 주위를 둘러싸고 있는 미세기공 매체(30)의 실시태양은 추측상 벨트로 표현된 미세기공 매체(30)을 능가하는 몇몇 잇점을 제공한다. 예를들어, 다공성 실린더(32) 유형의 미세기공 매체(30)은 훨씬 큰 보존성과 보다 긴 수명을 가지나 용접선에서 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)에 대해 보다 차등성을 부여할 것으로 예상된다.
역으로, 미세기공 매체의 이음매 없는 벨트 실시태양은 우선적으로 보다 쉽게 세척되므로 통상적인 샤워 기법에 의해 역플러쉬를 수행할 수도 있다. 또한, 단일의 박층 폴리에스테르 벨트는 균일한 방식으로 미세기공 매체(30)중의 기공들을 통해 실제로 보다 많은 역플러쉬가 배출되는 잇점을 갖는다. 이러한 실시태양은 미세기공 매체 파손의 경우 다공성 실린더가 결합된 미세기공 매체보다 쉽게 작동성이 복원될 수 있고 보다 좁은 용접선을 갖는다. 다-박층 미세기공 매체(30), 예를들어 제4도에 예시한 바와 같은 매체에서, 많은 역플러쉬 수가 인접한 박층들(38), (40), (42), (44) 및 (46)사이 또는 상기 들을 통과하여 측방향으로 채널링되며, 부분적으로 다공성 실린더(32) 외면의 구멍 패턴에 기인하여 가장 필요한 제1 박층(38)의 가장 미세한 기공들을 통해 균일하게 배출되지 않는다.
상기 논의된 미세기공 매체(30)의 직조 박층들(38), (40), (42), (44) 및 (46) 대신에, 미세기공 매체(30)을 화학적으로 부식시키거나, 소결된 고온의 표면이 평형하게 압착되어 소결된 금속으로 제조하거나, 또는 1985년 12월 3일자로 챵등에게 허여되고 통상적으로 양도된 미합중국 특허 제 4,556,450호의 기법에 따라 제조할 수도 있다.
미세기공 매체(30)의 각 실시태양에서, 제1 박층(38)을 갖는 것, 즉 상기 미세기공 매체(30)의 한 표면상에서, 특히 셀룰로즈성 섬유상 구조물(10)과 접하고 있는 미세기공 매체(30)의 표면상에서 가장 큰 유동 저항성을 제공하고 전형적으로 상기를 통과하는 가장 미세한 기공을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 배열은 상기 미세기공 매체(30)을 통과하는 측방향 공기 유동을 감소시키고, 바람직하게 상기와 같은 측방향 공기 유동과 관련된 어떠한 불균일한 공기 분포도 최소화시킨다.
첨부된 특허청구범위내에 있는 본 발명의 많은 다른 실시태양 및 변형들이 존재할 수 있음은 자명할 것이다.
[도면의 간단한 설명]
본 명세서는 본 발명을 구체적으로 지적하고 분명하게 특허청 구하는 청구범위로 결론지어지는 한편, 도면에 따라 하기의 설명으로 부터 보다 잘 이해될 것으로 여겨진다. 도면에서, 같은 요소들은 동일한 참고번호로 나타내며:
제1도는 본 발명에 따라 제조된 다수 영역 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 단편적인 상면도이고;
제2도는 본 발명에 따른 제지 기계의 도식적인 측면도이고;
제3A도는 대기압 미만의 내부 압력을 갖는 투과성 실린더상에 표현된 본 발명에 따른 미세기공 매체의 도식적인 측면도이고;
제3B도는 내부 정의 압력(이하, 정압)을 갖는 투과성 실린더상에 표현된 본 발명에 따른 미세기공 매체 롤의 도식적인 측면도이고;
제4도는 다양한 박층을 나타내는 본 발명에 따른 미세기공 매체의 단편적인 상면도이다.

Claims (11)

  1. 초기 웹(embryonic web)을 통해 공기를 유동기키는 수단; 상기 초기 웹의 한 면과 접촉 상태를 유지하면서 상기 초기 웹을 지지하기 위한 통기식 건조 벨트; 및 초기 웹에 대한 수분 분포가 상기 미세 기공 매체를 통해 건조되기 전의 수분 분포보다 균일해지도록 제지 장치의 다른 모든 구성 요소의 수분 분포보다 큰 상기 초기 웹을 통한 공기 유동 저항성을 갖는, 상기 초기 웹의 반대편에 배치되는 미세기공 매체를 포함하는, 수분이 내부에 균일하게 분포되어 있는 셀룰로즈 섬유의 초기 웹의 리미팅-오리피스(limitint-orifice) 통기식 건조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미세기공 매체가 다공성 실린더의 주위에 배치되는 리미팅-오리피스 통기식 건조장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 실린더가 대기압 미만의 내부 압력을 갖는 리미팅-오리피스 통기식 건조장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 실린더가 정의 내부압력(positive internal pressure)을 갖는 리미팅-오리피스 통기식 건조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 미세기공 매체가 이음매 없는 벨트(endless belt)의 형태로 배치된 장치.
  6. 수분이 분포된 건조시킬 셀룰로즈 초기 웹을 제공하는 단계; 상기 초기 웹을 통해 공기를 유동시키는 수단을 제공하는 단계; 상기 초기 웹을 지지하는 건조 벨트를 제공하는 단계; 상기 초기 웹이 건조 벨트와 미세 기공 매체 사이에 위치되도록 건조 벨트 반대편의 초기 웹의 측부에 제지 장치의 다른 모든 구성 요소의 수분 분포보다 큰 상기 초기 웹을 통한 공기 유동 저항성을 갖는 미세 기공 매체를 제공하는 단계; 상기 초기 웹을 건조 벨트 위에 배치시키는 단계; 및 초기 웹에 대한 수분 분포가 상기 미세 기공 매체를 통해 건조되기 전의 수분 분포보다 균일해지도록 상기 초기 웹 및 상기 미세기공 매체를 통해 공기를 유동시키는 단계를 포함하는, 리미팅-오리피스 통기 건조된 셀룰로즈성 섬유상 구조물의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 건조 벨트로부터 미세 기공 매체의 방향으로 상기 초기 웹을 통해 공기를 유동시키는 것을 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 미세 기공 매체로부터 건조벨트의 방향으로 상기 초기 웹을 통해 공기를 유동시키는 것을 포함하는 방법.
  9. 제6항의 방법에 의해 제조된 셀룰로즈성 섬유상 구조물.
  10. 제7항의 방법에 의해 제조된 셀룰로즈성 섬유상 구조물.
  11. 제8항의 방법에 의해 제조된 셀룰로즈성 섬유상 구조물.
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