KR100384670B1

KR100384670B1 - 모세관식탈수방법및장치

Info

Publication number: KR100384670B1
Application number: KR1019960703937A
Authority: KR
Inventors: 스트롱 씨. 추앙; 케니스 카우프만; 로버트 에이취. 쉬에스저
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 1994-11-23
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2003-08-21
Also published as: AU4100096A; EP1300641B1; EP1300641A2; AR000162A1; DE69530754D1; DE69530754T8; AU698155B2; MY114404A; EP1300641A3; US5598643A; DE69530754T2; ID24738A; US5701682A; DE69534256T2; EP1300642A2; JPH09511568A; BR9506569A; CA2181484C; EP0740765A4; WO1996016305A1

Abstract

초기 웨브(14)가 너클식 통과 건조기 직물 상에 지지되어 너클식 통과 건조기 직물과 모세관 탈수 롤의 모세관 막(12) 사이에 가볍게 가압되는, 10 % 내지 32 %의 범위의 건조도로부터 33 % 내지 50 %의 범위의 건조도로 제지 공정에서 종이 웨브의 수분 함유량을 감소시키는 방법이 개시된다. 모세관 막(12)은 약 2 내지 약 20의 공극 종횡비를 갖고 사실상 직선인 비틀리지 않은 관통 통로를 갖는 공극들을 갖고 있다. 진공은 모세관 공극들의 음의 모세관 흡입 압력 이하의 압력으로 모세관 탈수 롤 내에서 흡인된다.

Description

모세관식 탈수 방법 및 장치{CAPILLARY DEWATERING METHOD AND APPARATUS}

허비(Hervey)에게 허여된 미국 특허 제3,262,840호는 다공성 폴리아미드 몸체를 사용하여 종이 및 직물 등과 같은 섬유 제품으로부터 액체를 제거하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 다공성 폴리아미드 몸체는 예컨대, 탄성 다공성 소결 나일론 롤이다. 이 방법에서, 젖은 종이 섬유 웨브는 적어도 하나의 다공성 나일론 롤을 각각 포함하는 일련의 가압 닙(nip)을 통과한다. 분명하게는, 액체는 젖은 종이 섬유 웨브로부터 다공성 나일론 롤들로, 닙 롤들에 의해 인가되는 압력과 다공성 롤에서의 약간의 모세관 작용과 진공의 도움의 조합에 의해 전달된다. 그러나, 액체 전달은 이 공정에서 현저히 제한되며, 이는 웨브가 닙과 대향 롤들 사이를 통과하는 비교적 짧은 시간동안 공정이 반드시 수행되어야 하기 때문이다. 허비의 특허는 또한 다공성 나일론 롤에 의해 흡수된 물이 롤 내의 챔버를 가압하여 공극으로부터 불어내거나, 롤에 외부 진공을 가함으로써 공극으로부터 제거되는 것을 개시하고 있다. 이와 같이 공극으로부터 물을 불어내는 것은 또한 공극을 세척하는작용을 한다.

추앙 등에게 허여된 미국 특허 제4,556,450호는 웨브를 압축시키지 않고 모세관력의 사용에 의해 웨브로부터 액체를 제거하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 웨브는 모세관 크기의 공극들을 내장하는 커버를 갖는 회전 실린더의 주연 구역 위를 통과한다. 회전 실린더의 내부 체적은 고정부 및 밀봉부에 의해 서로 분리된 적어도 2개에서 많게는 6개까지의 챔버로 나누어진다. 챔버들 중 적어도 하나는 시트로부터 물의 모세관 유동을 증대시키기 위해 그 안에 도입된 진공을 갖는다. 다른 챔버는 시트가 제거된 후 물을 공극으로부터 커버의 외측으로 방출하기 위한 양의 압력을 갖는다. 아마도, 공극들은 이러한 물의 방출에 의해 세척될 것이다. 시트로부터 흡수된 물은 모두 공극 안에 또는 공극 바로 아래에 유지되고, 실린더의 각 회전에서 모세관 커버로부터 방출된다. 폴에게 허여된 미합중국 특허 제3,327,866호에 개시된 소결 결합 더블 더치 트윌 위브(sinter-bonded Double Dutch Twill Weave)를 포함하는 몇 개의 커버 재료가 논의되었다.

람피넨에게 허여된 미국 특허 제4,357,758호는 액체로 포화되고, 건조되는 웨브에 대해 감소된 압력 하에 배치된 액체와 수압 접촉하게 되는 미세한 공극들을 갖는 다공성 흡입면을 사용하여 종이 웨브와 같은 물체들을 건조하는 방법 및 장치를 개시한다. 미세한 공극을 갖는 다공성 액체 흡입면은 회전 드럼의 외측에 위치되고 물은 드럼으로부터 드럼을 회전시키는 펌프의 사용에 의해 흡수되는 것으로 보인다. 이 특허는 공극들을 세척하기 위한 장치를 제공하지 않는다.

종래 기술은 웨브의 전체적인 압축없이 웨브에 함유된 물과 모세관 막의 공극들 내의 물 사이의 수압 접촉을 보장하도록 웨브를 모세관 막에 대해 경량 너클식 가압(light knuckled pressing)하는 것을 개시하지 않고 있다. 경량 너클식 가압은 모세관 막을 사용하여 더 빠르고 더 많은 탈수를 촉진한다. 또한 종래 기술은, 모세관 막의 평균 유동 공극 직경의 유효 모세관 현상 개시 압력에 근접하나 초과하지는 않는 단일 압력으로 전체가 유지되는 비구획 모세관 탈수 롤과 협력하여 웨브를 너클면으로 모세관 막에 대해 경량 가압하는 것을 개시하지 않고 있다. 또한 종래 기술은 모세관 탈수 롤의 외측으로부터 내측으로 모세관 막을 수세 및 청소하여 공극에 포획된 입자들을 드럼의 내측으로 배출하는 것을 개시하지 않고 있다. 이는 드럼이 구획되어 있지 않고 단일의 진공 압력으로 유지되며, 모세관 공극들이 대체로 직선인, 비틀리지 않은 관통 통로 공극들이기 때문에 가능하다.

본 발명은 제지 공정에서 종이 웨브의 탈수에 관한 것이고, 더 자세하게는 제지 공정 중 웨브의 현저한 전체적인 압축없이 가압되지 않은 젖은 웨브로부터 물을 제거하기 위해 모세관력을 사용하는 방법에 관한 것에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 구성된 모세관 탈수 시스템의 일부분의 개략도이다.

도2는 리임 기본 중량(ream basis weight)당 4.54 kg (10 1bs)에서, 스코트 페이퍼 캄파니(Scott Paper Company)에 의해 제조된 등록 상표 코토넬 티슈 (Cottonelle^Rbrand tissue)의 핸드 시트(hand sheet)의 코울터 포로미터(Coulter Porometer) 공극 크기 분포 곡선이다.

도3a, 3b 및 3c는 본 발명의 양호한 실시예에 의해 제어된 모세관 탈수 공정의 그래프 표시이다.

도4는 본 발명의 양호한 실시예에 의한 모세관 탈수 복합 구조의 부분 단면도이다.

도5a 및 5b는 이상적인 공극 형태 및 실제의 공극 형태를 도시한다.

도6은 본 발명에 의한 누클레포어(Nuclepore) 5 마이크로 미터 모세관 막의 코울터 포로미터 차별 유동 분포의 그래프 도시이다.

도7은 본 발명의 양호한 실시예에 의한 양호한 모세관 진공 롤 공극 패턴을 도시한다.

도8은 모세관 탈수 롤 상의 진입 건조도의 효과의 그래프 도시이다.

도9는 모세관 탈수 롤과, 관통 공기 건조기와 크레이프 건조기를 갖는 본 발명에 의한 웨브 제지기의 개략도이다.

도10은 모세관 탈수 롤과, 크레이프 건조기를 가지나 관통 공기 건조기가 없는 본 발명에 의한 웨브 제지기의 개략도이다.

도11은 모세관 탈수 롤과, 고온 펴면 건조기와, 크레이프 건조기를 갖는 본 발명에 의한 웨브 제지기의 개략도이다.

도12는 관통 공기 건조기 및 크레이프 건조기를 갖는 종래의 웨브 제지기의 개략도이다.

그러므로 본 발명의 목적은 모세관력을 사용하여 웨브의 현저한 전체적인 압축없이 제지 공정에서 연속 함수(wet) 다공성 웨브에 함유된 액체의 일부분을 제거하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 드럼의 표면을 세척하고 모세관 공극에 낀 오염 입자들을 드럼내로 배출시키는 외부 고압 분무수의 사용에 의해 세척될 수 있는 회전 모세관 탈수 드럼 상의 모세관 탈수면을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 연속 함수 다공성 웨브에 함유된 물과 모세관 탈수 막의 모세관 공극 내의 물 사이의 수압 경계가 개방 너클식 직물로 모세관 탈수 막에 대한 연속 함수 다공성 웨브를 경량 가압함으로써 향상되는 제지 공정에서 연속 함수 다공성 웨브에 함유된 액체의 일부분을 제거하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 막의 모세관 공극의 평균 유동 공극 직경의 유효 모세관 현상 개시 압력에 근접하나 초과하지는 않는 단일 진공 압력으로 유지되는 비구획 모세관 탈수 롤의 사용에 의해 모세관 막의 모세관 공극들로부터 제지 공정 중 연속 함수 다공성 웨브로부터 흡수된 물을 제거하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 전술한 목적 및 다른 여러 목적, 특징 및 장점이 이하의 상세한 설명, 청구범위 및 도면으로부터 명백히 알 수 있을 것이다. 이들 목적, 특징 및 장점은 복합 구조를 갖는 모세관 탈수 막을 포함하는 모세관 탈수 롤의 사용에 의해 이루어진다. 모세관 탈수 막은 적어도 2개부터 많게는 4개의 층으로 구성된다. 상부층은 이에 대해 함수 웨브가 위치되는 모세관면 자체이다. 모세관 막의 공극의 평균 유동 공극 직경은 10 미크론 이하이어야 한다. 이 상부 모세관 층을 하나 이상의 지지 층이 후방에서 지지한다. 모세관 막을 지지하고 안정시키는 이외에 이들 비교적 개방된 층들은 물이 용이하게 관통하여 천공된 롤의 내부로 유동할 수 있게 한다. 이는 모세관 진공이 상부 모세관 막 아래에 균일하게 분포되게 허용한다. 이어지는 층들이 점점 더 큰 개구들을 갖는다는 사실은 상부 모세관 층을 통해 또는 그 안으로 통과하는 오염 물질이 탈수 롤의 중심으로 연속 배출될 수 있게 한다. 모세관 탈수 롤은 구획되지 않은 롤이고, 음의 모세관 흡입 압력 C_p에 접근하는 일정한 진공 하에 유지된다.

σ는 물-공기-고체 경계 장력이고, θ는 물-공기-고체 접촉각이고, r은 모세관 공극의 반경이다. 모세관 공극 및 탈수되는 시트의 모세관 모두의 접촉각이 0이면(완전히 함수가능하면), 공기-물 경계에서의 물 메니스커스의 곡률 반경은 대략 r과 동일하다. 이는 모세관 막 및 탈수되는 시트 내에서 모두 그렇다. 일단 평형 상태에 도달하면, 탈수된 시트는 모세관 매체로부터 떨어져 이동된다. 모세관 탈수 롤의 내부에 연결된 진공원은 모세관 흡입력 Cp를 모의하여 연속적으로 제거되는 모세관 막의 아래쪽의 물과 모세관 공극을 통한 물의 유동을 촉진한다.

웨브가 모세관 막의 표면을 떠나는 지점과 웨브가 모세관 막의 표면에 대해 가볍게 가압되는 지점 사이의 모세관 탈수 롤의 표면을 세척하는 세척 샤워가 제공된다. 세척 샤워는 또한 모세관 공극에 낀 입자들을 롤의 중심으로 몰아내어 물에 실려가게 하는 역할을 한다. 사실상 직선인 비틀리지 않은 관통 통로 공극들은 이러한 외측으로부터 내부로의 세척 방법을 용이하게 한다.

본 발명의 모세관 탈수 롤은 공정의 에너지 효율을 향상시키기 위해 다양한 제지 공정의 변형예에 사용될 수도 있다. 이러한 공정 중 하나는 초벌 종이 웨브를 형성하도록 헤드 박스로부터 형성 직물까지 공급물(furnish)을 이송하는 것이다. 다음에, 초벌 종이 웨브는 형성 직물에 지지되면서 진공 탈수되어 웨브가 약 6% 내지 32%의 범위로 건조된다. 다중 진공 상자들이 32%의 건조도를 얻기 위해 필요할것이다. 그 후, 웨브는 형성 직물로부터 개방된 너클식 운반 직물로 진공 전달되고, 이와 같은 운반 직물에 지지되면서 웨브는 본 발명의 모세관 탈수 롤의 모세관 막 표면에 대해 경량 가압된다. 또는 진공 탈수의 일부 또는 모두는 웨브가 운반 직물 상에 있는 동안 수행될 수 있다. 웨브는 모세관 탈수 롤에 의해 약 33% 내지 43%의 범위로 탈수된다. 다중 모세관 탈수 롤을 연속으로 위치시킴으로써 추가적인 건조가 수행될 수 있다. 그후 웨브의 건조는 관통 건조기, 양키 건조기(Yankee dryer), 고온 가스 연소 표면 건조기, 증기 가열 캔 건조기 등의 사용을 포함하는 다양한 수단으로 완성될 수 있다.

도1을 보면, 모세관 막 복합체(12)를 그 주위에 갖는 본 발명의 모세관 탈수 드럼(10)이 도시되어 있다. 개방 너클식 운반 직물(14)에 의해 지지되는 함수 웨브 (W)가 회전 모세관 탈수 드럼(10)의 모세관 막 복합체(12)에 대해 접촉된다. 닙 롤 (16)이 웨브(W)를 모세관 막 복합체(12)에 대해 가압하여 웨브(W)가 개방 너클식 운반 직물(14)의 너클 구역에서 가볍게 압축되게 한다. 여기 한정된 "경량 가압"의의미는 1.75 N/cm[1 pli(pounds of force per lineal inch)](닙 롤의 중량을 거의 평형화함으로써)로부터 263 N/cm(150 pli)이하까지 범위의 선형 가압력으로 가압하는 것이다. 가장 바람직하게는 닙(16)롤은 웨브(W)를 대체로 35 내지 87.5 N/cm(20 내지 50 pli)의 범위 내의 선형 가압력으로 모세관 막 복합체(12)에 대해 가압한다. 모세관 막에 대한 웨브의 경량 너클식 가압의 목적은 웨브를 전체적으로 압축하지 않고 웨브에 함유된 물과 모세관 막의 공극들 내의 물과의 수압 접촉을 보장하는 것이다. 이는 모세관 막의 사용을 통한 더 빠르고 강한 탈수를 촉진한다.

본 발명은 원치 않는 웨브의 압축이 일어날 수는 있지만, 700 N/cm (400 pli)와 같은 높은 선형 가압력에서도 작동될 수 있다.

웨브는 전체적으로는 압축되지 않으나 운반 직물(14)의 너클에 의해 접촉되는 개별 지점에서 가볍게 압축된다. 웨브(W)는 운반 직물(14)에 지지된 상태로 회전 모세관 탈수 드럼(10)의 주연 구역 둘레로 이송된다. 모세관 탈수 드럼(10)의 주연 구역 둘레를 이동한 후, 웨브(W)는 운반 직물(14)에 지지된 상태로 모세관 막 복합체(12)와의 접촉으로부터 제거된다. 모세관 막(12)의 표면에 대해 물을 분무하는 세척 샤워(18)가 있다. 세척 샤워(18)는 막(12)의 외측을 세척하고, 막 복합체 (12)를 통해 반송되는 입자들과 같은 막(12)의 모세관 공극에 낀 입자들을 드럼 (10)의 중심으로 몰아낸다. 물은 모세관 탈수 드럼(10)의 중심으로부터 사이폰(20)에 의해 제거된다. 작동시, 모세관 탈수 드럼은 내부의 음압을 받는다. 다시 말해서, 진공이 모세관 막(12)의 공극들의 평균 유동 공극 직경의 유효 모세관 현상 개시 압력에 근접시키는 진공원예 의해 드럼(10)의 내측으로 인가된다. 유효 모세관현상 개시 압력은 함수 모세관 막을 통한 공기 유동이 동일한 압력(진공)에서의 건조 막을 통한 공기 유동의 10%를 초과하지 않는 수준의 압력(진공)수준이다.. 모세관 롤(10)은 공기 유동이 동일한 압력(진공) 수준의 건조 막을 통한 공기 유동의 3% 내지 5%를 초과하지 않는 압력(진공)에서 일반적으로 작동하고, 그 이하의 진공 수준에서도 작동할 수 있다. 도2는 리임 기본 중량당 4.54 kg(10 lbs)에서, 스코트 페이퍼 캄파니에 의해 제조된 등록 상표 코토넬 티슈의 핸드 시트의 코울터 포로미터 공극 크기 분포 곡선이다. 곡선은 최대 주파수 분포가 약 30 미크론의 공극 직경에서 일어나는 것을 도시한다. 평균 유동 공극 직경은 약 36 미크론이다. 이는 이와 같은 함수 핸드 시트에 함유된 자유수(free water)의 대부분이 30 미크론 또는 더 큰 공극 크기의 범주에 있음을 나타낸다. 개략적인 공극 크기 분포 곡선을 도시한 도3a의 그래프에 개념적으로 나타나있다. 이 공극 크기 분포 곡선 아래의 빗금친 영역은 이와 같은 공극들 내에 포획된 자유수의 양을 나타낸다. 본 발명의 제어된 모세관식 탈수 개념은 기본적으로, 예컨대 8 미크론에서 소세관 공극 크기 분포의 정상을 갖는 모세관 매체와 같이 더 작은 모세관 공극 크기를 갖는 건조 모세관 매체와 함수 시트를 접촉시킴으로써 이와 같은 자유 수를 제거하는 것이다. 모세관 매체의 개략적 공극 크기 분포 곡선이 도3a에 점선으로 도시되어 있다. 이 8 미크론 모세관 매체가 충분한 공극 체적을 가지면, 이는 평형 상태가 도달될 때까지 시트 내의 더 큰 공극으로부터 물을 흡수할 것이다. 이와 같은 평형 상태에서 시트 내의 8 미크론 이상의 직경을 갖는 공극들에서는 자유수가 더 이상 남지 않는다. 이 상태에서 8 미크론 공극 크기의 모세관 매체 내의 물과 시트 내의 잔여수의일부분은 연속 상 내에 있다. 이 연속 상에서 음의 모세관 흡입 압력 C_P가 존재한다.

전술한 바와 같이, 모세관 및 시트에서의 접촉각이 모두 0이면, 공기-물 경계에서의 물의 메니스커스의 곡률 반경은 대략 r과 동일하다. 그러므로, r이 작을 수록 시트로부터 모세관 매체로 흡수되는 물의 양은, 모세관 매체가 흡수되는 물을 유지하기에 충분한 체적을 갖거나 시트에서 물을 흡수하는 도중에 모세관 매체로부터 물을 제거하는 수단이 제공된다면 더 커진다.

도4를 보면, 도1의 선 4-4를 따라 취한 단면이 도시되어 있다. 이와 같은 단면으로부터 모세관 탈수 막(12)이 실제로 적어도 2개, 바람직하게는 4개까지의 층으로 이루어진 복합 구조임을 알 수 있다. 최상층은 그에 대해 함수 웨브(W)가 위치되는 모세관 면(22)이다. [플로리다주 히앨리 소재의 코울터 일렉트로닉스, 인크.에 의해 제조된 코울터 포로미터에 의해 측정된] 평균 유동 공극 직경은 양호한 탈수를 위해 충분히 높은 모세관 진공 수준을 인가하기 위해 약 10 미크론 이하 이어야 한다. 모세관 공극 직경이 작을수록, 탈수 수준이 높아지며, 모세관 면(22)을 떠나는 시트는 더 건조하게 된다. 지지층(24, 26, 28)들이 모세관 표면층(22)을 받친다. 이 지지층(24, 26, 28)들과 모세관 막 표면(22)은 천공된 진공 롤(30)의 외측에 권취된다. 모세관 막 표면(22)을 지지하고 안정화시키기 위해, 이 비교적 개방된 층(24, 26, 28)들은 물이 천공된 진공 롤(30)의 내측으로 용이하게 관통 유동하게 하여, 모세관 진공이 모세관 막(22) 전체에 걸쳐 균일하게 분포되게 한다. 이어지는 층(24, 26, 28)들이 개방되고, 각각의 내부로 이어지는 층은 이전의 층보다 더 큰 공극 크기를 갖는 개부들을 가진다는 사실은 상부 모세관 층을 관통하는 오염 물질이 롤 중심을 통해 외부로 연속해서 배출될 수 있게 한다. 층(22, 24, 26, 28)들은 접착(플라스틱) 또는 소결 결합(금속)의 조합에 의해 복합체로 형성된다. 본 발명에 사용하기 위한 수용가능한 복합체 막 구조의 한 예(이하의 예 A 참조)는 3개의 점진적으로 더 거친 지지층들에 소결 결합된 [뉴욕주 마노브라이어클리프 소재의 텍토 인크.(Tekto Inc.)로부터 얻을 수 있는 것과 같은] 더블 더취 트윌 직조된 메쉬 막(Double Dutch Twill Woven mesh membrane)이다. 제2 예(이하의 예 B 참조)는 폴리에스터 직조 메쉬 직물에 접착된 폴리에스터 부직포에 접착된 [캘리포니아주 플린샌튼 소재의 누클레포어 코포레이션에 의해 제조된 것과 같은] 누클레포어 누클리에이션 트랙 막(Nuclepore nucleation track membrane)이다.

복합체 모세관 막(12)은 61 내지 366 cm (2 내지 12 피트) 또는 그이상의 직경을 가질 수 있는 천공된 원통(30) 둘레에 권취되기에 충분한 가요성을 갖는다. 이음매는 접착되거나, 맞대기(butt)되거나, 클램핑되거나, 중첩 및/또는 용접된다. 시험에 의하면, 기계 방향 또는 기계를 횡단하는 방향의 이음매의 폭이 약 3.8 cm (1/8 인치) 이하인 한, 또는 탈수 시간이 0.15 초 이상인 한 모세관 탈수 롤(10)을 떠나는 종이에서 함수 띠를 볼 수 없다. 탈수를 용이하게 하기 위해 시트를 통한 분산이 충분히 이루어진 것으로 보인다. 3.8 cm(1/8 인치)보다 넓은 이음매는 함수 마크를 나타낼 수 있다. 유사하게 7.6 cm(1/4 인치) 이하의 직경을 갖는 오염된 또는 장애가 되는 점은 웨브에 함수 마크를 남기지 않는다.

예 A - 시트 탈수

예 B - 시트 탈수

본 발명의 모세관 탈수 롤(10)에서, 미세한 모세관 공극들을 포함하나 큰 체적이나 두께가 아닌 얇은 모세관 막(22)이 사용된다. 공극이 길수록, 물이 시트로부터 흡수되는 시간은 점성 항력 때문에 길어진다. 또한 더 긴 미세한 모세관 공극에서는, 미세한 오염물에 의한 공극의 막힘이나 코팅 축적이 일어날 가능성이 더 크고, 공극을 세척하기가 더 힘들다. 모세관 막 표면(22)은 비교적 얇기 때문에 시트로부터 흡수되는 물의 체적을 유지할 체적 용량을 갖지 않으므로, 진공원이 모세관 막의 아래쪽에 연결되어 모세관 흡입력 C_P을 모의하고 모세관 공극을 통한 물의 유동을 촉진한다. 이는 시트로부터 제거되는 물이 모세관 막 표면(22)과 지지층 (24, 26, 28)들을 통해 완전히 통과하도록 허용하여 물이 드럼(30) 내측으로부터 연속적으로 제거될 수 있게 한다. 물은 모세관 막 표면(22)으로부터 연속적으로 제거되기 때문에, 모세관 막 표면(22)에 의해 더 많은 흡수를 위한 추가적인 체적이 계속 생성된다. 진공 드럼(30) 내의 진공 수준은 최대 시트 탈수를 촉진하기 위해 C_P에 가능한 한 근접해야 한다. 그러나, 진공이 C_P보다 크면 모세관 수밀이 파괴되고 공기가 누설되기 시작한다. 이 현상이 어느 크기까지 일어나면, 진공 에너지는 낭비되고, 모세관 탈수 효과가 손상된다.

모세관 공극 직경이 작을수록 탈수의 수준이 높으며, 모세관 표면을 떠나는 시트는 더 건조해진다. 그러나 공극 직경이 작을수록 공극의 오염 또는 막힘을 방지하는 것이 어렵다. 약 5 미크론의 평균 유동 공극 직경을 갖는 얇은 모세관 막이 시험에서 양호한 성능을 나타내었다. (평균 유동 공극 직경은 비원형 단면의 동등한 공극 직경을 의미한다.) 이와 같은 모세관 공극 크기를 갖는 막은 높은 시트 건조도를 나타내고 깨끗이 유지되었다. 0.8 내지 10 미크론의 공극 크기가 7.6 내지 38cm (3 내지 15 인치)의 수은주 수준의 진공으로 시험되었다. 바람직한 공극의 직경은 약 2 내지 10 미크론이다.

바람직하게는 모세관 공극은 가능한 한 짧아야 하고 최소 공극 직경 위의 하류로 신속히 개방된다(도5a 참조). 이 방식으로 모세관력이 감소되는 유동 저항으로 발생될 수 있다. 또한 공극의 오염이 최소화된다. 최소 공극 직경을 관통하는 입자들은 포획되지 않는 경향이 있으므로, 이 형태의 공극 설계는 모세관 탈수 롤(10)의 외측으로부터 내측으로의 세척을 용이하게 한다. 실제로 바람직한 설계는 공극을 그 직경에 대해 가능한 한 짧게 유지하는 것이다. 실제의 동등한 공극 직경 d에 대한 동등한 모세관 공극 통로 직경 1의 비는 작아야 한다(도5b 참조). 공극 종횡비(1/d)는 약 2 내지 20의 범위이어야 한다. 바람직하게는 공극 종횡비는 15 이하이어야 한다. 직선 관통 공극이 바람직하다. 통로가 비틀릴수록 공극을 개방하여 깨끗하게 유지하기가 어렵다. 미로형 구조(예컨대, 발포형, 소결 금속, 세라믹)가 가장 깨끗이 유지하기 어렵고 바람직하지 않다.

모세관 막(22)의 침투성이 또한 중요하며, 이는 소정의 시간에 제거될 수 있는 물의 양에 영향을 미치기 때문이다. 침투성은 공극 크기와, 공극 종횡비와, 공극 밀도에 관련되며, 프래지어 수(Frazier Number)(0.5"H₂O △P에서 단위 표면적당 공기 유동 체적)로 특정된다. 비교적 높은 침투성이 바람직하다. 그러므로 3 이상의 프래지어 수가 바람직하다. 그러나 낮은 침투성 막(대략 0.8의 프래지어 수)이 적절한 방식으로 작동되었다.

전술한 바와 같이, 비틀리지 않은 직선, 관통 통로 모세관 공극이 바람직하다. [예컨대, 누클레포어 또는 포레틱스(Poretics)와 같은] 누클리에이션 트랙 기술에 의해 생산된 직선 관통 모세관 공극들이 함수 웨브를 탈수하기 위한 본 발명의 표면 막(22)으로서의 역할을 잘 수행한다. 이와 같은 모세관 공극들은 우수한 공극 종횡비(1/d)를 가짐으로써 깨끗이 유지되고 탈수되는 특성이 양호하다. 또한, 그것들은 코울터 포로미터로 측정된 작은 공극 크기 범위를 갖는다. 달리 말해서 누클리에이션 트랙 기술에 의해 생산된 모세관 공극들의 공극 크기 분포는 비교적 작다. 이는 차별 유동 퍼센트에 대한 누클레포어 5 미크론 공극 구조의 공극 크기 분포를 도시한 도6의 그래프에 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 누클리에이션 트랙 막이 누클레포어 코포레이션으로부터 얻어질 수 있다. 누클리에이션 트랙 기법에 의해 제조된 막(22)의 단점은 다소 취약하다는 것이다. 그러나 이 형태의 막은 복합 막(12)의 모세관 층(22) 또는 외측으로서 가압되지 않은 함수 시트의 탈수에 효과적이다.

뉴욕주 마노 브리아클리프의 텍토 인크.로부터 입수가능한 피캡(PeCap) 7-5/2와 같은(예 C 참조) 폴리에스터 직조 메쉬 직물을 사용하여 모세관 막(22)이 성공적으로 작동되었다. 또한 팔 등에게 허여된 미국 특허 제3,327,866호에 기재된 것과 같은 강 더블 더취 트윌 직조 와이어 메쉬가 함수 웨브를 탈수하기 위한 본 발명의 공정에서 적절한 모세관 층으로 사용되었다. 상기 특허의 직조된 와이어 메쉬는 개구들을 제 위치에 로크하고 표면을 평활하게 하기 위해 캘린더링 및 소결 결합될 수 있다. 다른 막들도 바람직한 직경, 공극 종횡비 및 침투성을 갖는 한 사용가능하다.

예 C - 시트 탈수

모세관 탈수 롤에 앞서 함수 시트를 예열하고 물의 점성을 감소시키는 방법(예컨대, 증기 샤워)의 사용은 모세관 탈수 롤을 벗어나는 웨브의 건조도를 증가시켰다. 이와 같은 방법은 더 작은 공극과, 더 높은 진공 수준 및/또는 모세관 탈수 롤 상의 더 긴 지체 시간의 사용과 함께 모세관 탈수 롤을 벗어날 때의 건조도를 약 50% 증가시켰다. 연구실에서 모세관 탈수를 사용하여 52%와 같은 높은 건조도가 얻어졌다. 2개 이상의 모세관 탈수 롤(10)을 직렬로 사용하는 것은 상업적 제지기의 고속 작동에서 현저히 긴 체류 시간을 얻는 실질적 수단을 제시할 수 있다. 각 롤은 세척을 용이하게 하기 위해 계속해서 작아지는 평균 유동 공극 직경 막(22) 및 높아지는 모세관 진공 수준을 가질 수 있다.

막 복합체, 특히 최상부 모세관 공극 표면(22)의 설계는 모세관 표면(22) 및 전체 막 복합체(12) 모두를 깨끗이 유지할 수 있게 하는 데 기여한다. 막 오염은 모세관 탈수 시스템에서 겪는 주요 문제이다. 미크론 크기의 공극들은 자주 막힌다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 바람직하게는 종횡비(1/d)가 20 이하로 2 내지 10 미크론 범위의 공극 직경을 갖는 모세관 공극을 사용한다. 또한 공극들은 기본적으로 직선 관통이고 비틀려있지 않으며, 막은 모세관 막 표면(22)에서 제시되는 최소의 제한 후 유동 면적을 증가시키는 높은 침투성을 갖는다. 종이 웨브가 모세관 탈수 롤(10)을 일단 떠나면 모세관면은 모세관 탈수 롤(10)의 작동중 복합체 롤을 세척하는 외부 고압 샤워(18)에 간헐적으로 노출된다. 고압 샤워(18)는 막 복합체(12)의 외부로부터 탈수 롤(10)의 중심을 향해 작용한다. 분무의 에너지 및 모멘트는 [통상적으로 막 복합체(12)의 외측에 위치한] 최소 제한부를 통해 공극에 낀 입자들을 모세관 층(22)의 아래쪽 밖으로 그리고 복합 층(24, 26, 28)들의 계속해서 커지는 개구들을 통해 강제로 몰아낸다. 오염물들은 이와 같이 샤워의 물과 종이 웨브로부터 흡수된 물과 함께 롤의 중심으로 배출된다. 모세관 막의 표면에 남겨지는 파편은 모세관 막 표면(22)의 단단한 부분에 의하여 접선 방향으로 편향되는 분무수의 부분에 의해 씻겨나간다. 샤워가 막 표면(22)에 대체로 직각으로 충돌하도록 모세관 탈수 롤(10)에 대체로 반경 방향으로 지향된 샤워(18)에서, 세척 목적을 위한 적절한 압력의 샤워(18)를 설계하기 위해, 복합체 막(12)을 관통한 후에도 물이 1.27 cm(1/2 인치)의 수압 헤드를 갖고 있으면 샤워는 복합체 막(12)을 세척하기에 충분히 강한 것으로 믿어진다. 충분히 강한 것으로 믿어진다. 수압 헤드는 샤워의 물이 수직 상향으로 그리고 막의 미세한 모세관쪽[롤(10)의 외측]으로 수직으로 충돌될 때 복합체 막(22)의 거친쪽[롤(10)의 내측]상의 물 기둥의 높이이다.

노즐 크기, 형태, 간격 및 압력의 상이한 조합들이 필요한 1.27 cm(1/2 인치)의 수압 헤드를 발생시킬 수 있다. 모세관 탈수 롤(10)을 갖는 실험적 제지기에서 양호하게 작동하는 분부 다기관이 막(22)의 표면으로부터 6.4 cm(2.5 인치) 떨어져 위치하고, 4.76 Mpa(690 psig)의 압력에서 작동하는, 스프레잉 시스템즈 캄파니(Spraying Systems Company)의 모델 번호 1506 노즐들로 구성된다. 이 구조는 325x2300 메쉬의 더블 더취 트윌 복합체 막을 1.65 cm(0.65 인치) 수압 헤드로 관통하였다. 복합체 막(12)의 대응 관통 폭은 3.8 cm(1.5 인치)이었다. 인접한 노즐간의 간격이 중심선 대 중심선에서 7.6 cm(3 인치)이었으므로, 노즐당의 유효 세척 폭은 단지 3.8 cm(1.5 인치)이었지만, 샤워는 기계의 횡방향으로 진동하여 복합체 막(12)의 100% 회복을 보장하였다. 진동 주파수는 막(12)의 특정 영역이 분무에 의해 충돌되지 않는 최대 간헐 기간을 14초로 유지하도록 변동되었다. 이는 막(12)의 어느 부분도 전체 시간의 단지 0.2%에 의하여 세척되게 하였다. 0.04%와 같은 낮은 값이 얻어졌다. 한 예로서, 모세관 탈수 롤(10)을 포함하는 실험적 제지기에서 분무 노즐들은 기계의 횡방향으로 초당 0.54 cm(0.214 인치)의 비율로 진동되었다. 이와 같은 실험적 제지기는 분당 152 m(500 fpm)의 선속도로 작동하였고, 이와 같은 실험적 제지기상의 모세관 탈수 롤(10)은 0.61 m(2 ft)의 직경을 갖는다.

상이한 막 설계는 상이한 샤워 조합이 요구된다는 것을 알 것이다. 예컨대 누클레포어 5 미크론 모세관 막은 전술한 실험적 제지기의 모세관 탈수 롤(10)의 모세관 표면층(22)으로서 사용될 경우 적절한 깨끗함을 유지하는 데 단지 약 0.69 내지 1.38 Mpa (100 내지 200 psi)의 압력만을 필요로 한다.

천공된 진공 원통(30)은 비부식성 재료로 만들어져야 한다. 황동도 사용가능하지만 스테인레스 강이 바람직하다. 구멍 크기 및 분포는 모세관 막 복합체(12)의 아래쪽의 모든 영역에 균일한 진공을 제공하게 구성되어야 한다. 예컨대, 진공 롤(30)은 도7에 도시된 바와 같이, 엇갈린 1.27cm(1/2 인치) 중심들 상의 0.32 cm(1/87인치) 직경의 공극들을 가질 수 있다. 필요에 따라 홈들이 배수 및 진공의 균일성을 용이하게 확보하도록 표면에서 절단될 수 있다.

진공은 고정된 중심 저널을 통해 모세관 탈수 롤(10)에 도입된다. 모세관 탈수 롤(10)에는 상이한 수준의 압력 또는 진공에서 작동되는 복수의 내부 챔버가 없다. 상이한 압력 또는 진공 수준에서 작동되는 이와 같은 복수의 내부 챔버들은 챔버에서 챔버로의 누수, 원통 저널의 마모 및 회전 원통 내의 비평형 부하 등의 심각한 작동 문제를 일으킬 수 있다. 본 발명의 롤 안으로의 공기의 유일한 누설은 중심 저널에서의 기계적 밀봉부 및 유효 모세관 현상 개시 압력이 초과되는 더 큰 공극들에서 일어난다. 이 공기 유동은 비교적 작고 대응하는 진공 탈수 상자의 공기 유동보다는 현저히 작다.

모세관 탈수 롤(10)의 전체 내부가 대기압에 대해 균일한 진공 수준으로 유지되므로, 셀은 균일한 압력차를 받는다. 셸 두께는 그러므로 통상적인 응력 분석 기법에 의해 결정된다. 비구획 진공 롤(30)에서 심각한 비평형력은 없으며, 따라서 베어링 부하는 최소화된다. 셸은 약 63.5 cm (25 인치) 수은주차(최대)로 설계되어야 한다.

전술한 바와 같이, 물은 원통(30)의 내부벽에서 또는 가까이에서 종료되는 사이폰(20)에 의해 롤(10)의 내부로부터 제거될 수 있다. 진공 드럼 셸(30)을 통해 복합체 막(12) 아래로부터 물을 연속적으로 제거하는 것이 바람직하다. 모세관 표면 막(22) 또는 복합체 막(12) 아래에는 연속적 수막이 전혀 필요없다. 수막이 있으면, 모세관 탈수 롤(10)이 작동되는 높은 제지기 속도에서 원심력의 증가를 야기시키고; 이는 모세관 진공의 대응하는 증가에 의해 상쇄되어야 한다. 물 웅덩이를 포함한 이러한 물을 제거하기 위한 많은 다른 방법들이 있다.

닙 롤(16)은 웨브(W) 내의 물과 막 표면(22)의 모세관 공극들 내의 물 사이의 수압 접촉을 설정하기 위한 것이다. 운반 직물(14) 상의 너클 지역에서 웨브로 부터 약간의 물이 가압된다. 이러한 물은 모세관 막 표면(22) 내 어떤 빈 체적을 채워, 웨브(W)로부터 모세관 막 표면(22)의 공극 속으로의 물의 이동에 대한 계면저항을 감소시킨다. 또한, 웨브(W)의 섬유 네트워크가 모세관 표면(22)과 보다 밀착 접촉하게 되며, 약간의 포획된 공기가 웨브(W)로부터 제거될 수 있다. 이들 요소들은 웨브(W)를 탈수하는데 도움이 된다.

닙 롤(16)은 개방 너클식 캐리어 직물(14)과 모세관 막 표면(22) 사이에 보유된 시트에 아주 경량의 하중을 가해야 한다. 닙 롤(16)은, 바람직하게는, 비교적 부드러운 덮개를 가져야 한다. 약 150의 피 앤드 제이 경도(P & J hardness)를 갖는 부드러운 덮개가 성공적으로 사용되었다. 약 17.5 내지 78.7 N/cm(약 10 내지 45 pli)의 힘들이 닙 롤(16)에 의해 가해져서 닙 롤(16)과 모세관 탈수 롤(10) 사이의 닙에서 약 0.076 내지 0.26Mpa(약 11 내지 38 psi)의 평균값들을 발생시킨다. 약 35N/cm(약 20 pli)[닙에서 약 0.14Mpa(약 20 psi)] 미만의 값들은 상술한 유익한 요소들을 증진시키는 데 충분한 것으로 보인다. 닙에서의 압력이 낮을수록, 웨브 전체를 압축할 기회는 적어진다. 웨브(W)의 사실상 전체적인 압축이 없음을 보장하도록 운반 직물(14)의 너클 영역에서만 종이가 가볍게 가압되게 하는 아주 넓고, 부드러운 닙이 바람직하다. 닙 롤(16)의 사용은 본 발명의 모세관 탈수 드럼 (10)으로부터 건조도를 약 2 내지 7%만큼 증가시킨다(예컨대, 예 B). 이는 다량의 물이 있음을 의미하고, 본 발명의 시스템의 중요한 이점이다.

통상, 개방 너클식 운반 직물(14)은 통과 건조기 공정(예컨대, 미합중국 뉴욕주 알바니 소재의 알바니 인터내셔날에 의해 제조된 알바니 5602(Albany 5602))에서 통상 볼 수 있는 직조 폴리에스터 직물이다. 금속 또는 플라스틱 와이어, 성형형 직물, 비직조 직물, 또는 어떤 차별 습식 프레스 제지 펠트를 포함하는 다른형태의 운반 직물들도 허용가능하다. 개방 너클식 운반 직물(14)은 공기에 대해 투과성이 있어야 하고, 모세관 막 표면(22)에 대해 가압시에 사실상 시트를 가압해서는 안된다. 통상, 운반 직물(14)의 너클 또는 프레스 지역들은 직물의 표면적의 약 35% 미만, 가장 바람직하게는 직물(14)의 표면적의 15 % 내지 25 %의 범위에 있어야 한다.

젖은 웨브(W) 및 모세관 막 표면(22)이 서로 접촉해 있는 체류 시간은 모세관 탈수 드럼(10) 둘레의 권취량, 모세관 탈수 드럼(10)의 직경, 및 작동 속도의 함수이다. 체류 시간은 식 t = 0.5236DA/V, 이 식에서, t = 체류 시간(초), D = 롤 직경(피트), A = 권취각(각도), V = 접선 속도(fpm)이다.

200° 내지 315°의 권취각들이 예상된다. 권취각이 커질수록 더 많은 탈수가 이루어진다. 최소 0.15 초, 최대 0.35 초까지의 체류 시간들이 양호하다. 시트는 더 많은 잔류 시간에 따라 더 건조해지지만, 변화 속도는 0.15초 이상에서 아주 느리다. 더치 트윌(Dutch Twill) 복합 막으로 행해진 한 번의 시험은 체류 시간이 0.46 초로부터 0.24 초로 감소될 때 단지 약 1 %의 건조도의 감소(39 %에서 38 %로 하강)를 보였다.

본 발명의 모세관 탈수 시스템은 가압되지 않은 함수 웨브들을 42 %에 근접하는 건조도 레벨까지 탈수하는 능력을 보였다. 특별 티슈 공급물의 경우 본 발명의 모세관 탈수 방법 및 장치는 약 36% 내지 42%의 건조도 레벨을 향상시켰다. 모세관 탈수 드럼(10)으로부터 배출될 때의 건조도는 공급물, 기본 중량, 정련 레벨, 막 공극 크기 및 투과성, 모세관 진공 레벨, 닙 롤, 및 체류 시간의 함수이다.

본 발명의 모세관 탈수 단계 중에, 티슈의 밀도 및 두께는 대응하는 통과 건조 및 크레이핑된 티슈 웨브의 비중 및 두께와 동일하거나 더 우수하게 유지된다(제품 예 1A, 1B, 2A 및 2B 참조). 웨브의 전체적인 압축이 전혀 발생하지 않아서 체적이 크고 밀도가 작은 웨브의 제조를 가능하게 한다. 제품 예 1A 및 2A는 표준 통과 공기 건조되고 크레이핑된 스코트 티슈 제품들이다. 제품 예 1B 및 2B는 본 발명의 공정에 따라 만들어진 모세관 탈수된, 통과 공기 건조된 티슈 제품들이다. 예 1A 및 1B의 제품을 위한 공급물은 소나무 65% 및 유칼립튜스 35%의 균질 혼합물이었다. 예 2A 및 2B의 제품을 위한 공급물은 NSWK 70% 및 유칼립튜스 30%의 균질 혼합물이었다.

제품 예 1A 및 1B

하나의 플라이 티슈 제품

제품 예 2A 및 2B

하나의 플라이 티슈 제품

본 발명의 모세관 탈수 시스템의 다른 이점은 모세관 탈수 드럼(10)으로부터배출될 때의 건조도가 웨브(W)의 후속 건조도와는 비교적 독립적이라는 점이다. 소정 세트의 조건들에 대해, 모세관 탈수 드럼(10)으로부터 배출될 때의 웨브(W)의 건조도는 웨브(W)의 건조도가 약 14 %로부터 약 30 %로 변화될 때 약 1 % 이상은 변화되지 않는다(도8 참조). 웨브(W)의 건조도는 후속 건조도가 약 30 %보다 더 높게 증가할 때 약간 증가하는 경향이 있다. 이는 여러 가지 이점들을 갖는다. 첫째, 아주 다량의 물을 제거할 수 있게 함으로써(예컨대, 도입시의 14 % 건조도로부터 배출시의 38% 건조도는 매 gf마다 4.51 gw 제거된 것에 상당한다), 전체 제지 공정에서 사용된 에너지 집중 진공 탈수 스테이션들의 수가 감소되거나 아마 제거될 수조차 있다. 둘째, 모세관 탈수 시스템은 수분 줄무늬들을 위한 평활 장치로서 작용한다. 모세관 탈수 롤(10) 속으로 들어가는 수분 내의 비균일성이 크게 감소하거나 고르게 된다. 만일 건조의 다음 단계에서 통과 건조기가 사용된다면, 이는 통과 건조기 내에서 더 양호한 건조가 이루어지게 되고, 통과 건조기 직물 상에 줄무늬가 더 적어지게 된다.

본 발명의 모세관 탈수 시스템의 다른 이점은 기본 중량에 대한 상대적인 무 감각성이다. 리임(ream)당 약 5.4Kg 내지 11.3Kg(약 12 lb 내지 25 lb)의 기본 중량의 변화는 모세관 탈수 롤 이후 건조도에 어떤 큰 변화를 야기시키는 것 같지는 않다. 한 시험은 1% 미만의 차이를 일으켰다. 또한, 이러한 특징은 기본 중량 비 균일성과 관련한 바람직하지 않은 결과를 감소시키는 경향이 있고, (경량 세면 티슈로부터 중량 타월에 이르기까지의) 제품의 범위가 동일한 제지기에서 작업될 수 있게 한다.

모세관 탈수 롤(10)은 통과 건조기, 양키 건조기, 가스 점화식 표면 온도 건조기, 스팀 가열식 캔 건조기 또는 이들의 조합과 결합하여 사용될 수 있다. 예컨대, 이제 도9를 참조하면, 원료를 함수 초벌 웨브(W)를 그 위에 형성하는 성형 와이어(52)로 이송하는 헤드 박스(50)가 도시되어 있다. 웨브(W)는 진공 상자(54)들에 의해 진공 탈수된다. 그 다음에, 웨브(W)는, 웨브(W)가 진공 픽업(58)에 의해 약 10 % 내지 약 32 %의 범위에 있을 때, 너클식 통과 건조기 직물(56)로 운반된다. 원한다면, 시트는 진공 박스(56)에 의해 계속 탈수 및 성형될 수 있지만, 진공 박스는 필수적인 것은 아니다. 너클식 통과 건조기 직물(56)은, 웨브(W)가 모세관 탈수 롤(10) 속으로 들어갈 때 웨브(W)의 건조도가 약 12 % 내지 약 32 %의 범위에 있게 하면서, 웨브(W)를 모세관 탈수 롤(10)로 운반한다. 닙 롤(16)은 모세관 탈수 롤(10)의 모세관 막(12)에 대해 웨브(W)와 너클식 통과 건조기 직물(56)을 가압한다. 모세관 탈수 롤로부터 배출될 때의 건조도는 약 33 % 내지 약 43%의 범위에 있게 된다. 그 다음에, 통과 건조기 직물(56)은 통과 건조기(60)를 통해 웨브(W)를 운반한다. 그 다음에, 웨브(W)는, 약 65 % 내지 95 %의 범위에서, 가압 롤(64)에 의해 가압되는 양키 건조기(62)로 운반된다. 그 다음에, 웨브는 웨브가 약 95 % 내지 약 99 %의 건조도에 있을 때 양키 건조기(62)로부터 크레이핑되고, 캘린더 롤(66)들을 통해 진행한다.

본 발명의 모세관 탈수 드럼(10)을 이용하는 다른 제지 공정이 도10에 도시되어 있다. 그러한 공정들에 사용되는 부품들은 도9에 도시 및 기술된 것과 거의 동일하다. 따라서, 도10의 동일 부품들은 도9에서와 동일한 참조 부호로 표시되어있다. 도10에 도시된 공정에서의 유일한 차이는 통과 건조기가 제외되었다는 점이다. 따라서, 모세관 탈수 롤(10)은 12 % 내지 약 32 %의 건조도에서 웨브(W)를 수납하고, 웨브(W) 는 약 33 % 내지 약 43 %의 건조도에서 롤(10)을 나가고, 웨브(W)는 양키 건조기 표면으로 운반될 때 약 33 % 내지 약 43 %의 범위에만 있다. 이 방식(도10)의 모세관 탈수 롤을 사용하여 만들어진 티슈는 통과 건조 및 크레이프 식 공정 및 비모세관 탈수에 의해 만들어진 비교가능한 중량의 티슈 제품과 동일하거나 그보다 양호한 두께, 밀도, 및 촉감도 값들을 가졌다(제품 예 3A, 3B, 4A, 4B 참조). 제품 예 3A는 양키 크레이프 건조기를 수반하는 모든 통과 건조식 공정에 의해 만들어졌다. 제품 예 3B는 통과 공기 건조기에 의한 건조 다음에 양키 크레이프 건조기에 의한 건조를 수반하는 본 발명의 모세관 탈수 공정에 의해 만들어졌다. 제품 예 4A는 크레이핑된 제품으로서, 양키 크레이프 건조기 상에서 건조가 완료되고 통과 건조기는 사용하지 않은 본 발명의 모세관 탈수 공정에 의해 만들어졌다. 제품 예 4B는 종래의 펠트 가압 및 건조 크레이프식 티슈 제품이다. 예 3A, 3B, 4A 및 4B는 NSWK가 70% 및 유칼립튜스 30%의 균질 혼합물이었다.

제품 예 3A 및 3B

두개의 플라이 티슈 제품

* 모든 통과 건조된 것에 대한 일반적으로 건조된 것의 비율은 1.00

제품 예 4A 및 4B

두개의 플라이 티슈 제품

웨브의 실질적인 압축없이 물을 제거하는 모세관 탈수 시스템의 능력은 종래의 습식 가압식 제지 기계를 저밀도, 흡수성 연질 티슈 및 타월 제품들을 제조할수 있는 기계로 개량하는 것을 경제적으로 유리하게 만든다. 예컨대, 습식 프레스 펠트 런은 너클식 통과 건조기 직물 및, 도10에 도시된 바와 같이 성형 직물과 양키 크레이프 건조기 사이에 남은 공간에 삽입되는, 본 발명의 모세관 탈수 시스템으로 대체될 수 있다. 그 다음에, 시트는 약 33 % 내지 43 %의 건조도로 양키 건조기로 운반되어, 제지기의 통상의 크레이프 건조도로 크레이핑된다. 상술한 예 3a, 3b, 4a 및 4b에서 알 수 있는 바와 같이, 최종 저밀도 연질 제품은 도12에 도시된 바와 같이 통과 건조기-양키 건조기의 조합에 의해 만들어진다. 그러나, 모세관 탈수 시스템을 사용하는 개량 비용이 낮고, 제지기 작동을 크게 방해하지 않으면서 수행될 수 있다. 그로 인한 제지기 공정 역시 통과 건조기 개량에 비해 더 적은 에너지를 사용한다.

마찬가지로, 모세관 탈수 시스템은 양키 건조기 사용 전에 더 많은 건조가 필요한 경우 습식 가압 제지기를 개량하기 위해 통과 건조기와 조합하여 사용될 수 있다. 또한 모세관 탈수 시스템은 에너지를 절약하고 작동 비용을 줄이기 위해서도 현재의 두 건조기 시스템 중 하나의 통과 건조기를 대체하기 위해 사용될 수 있다. 제지기 기술 분야에서 숙련된 사람들은, 본 발명이 도9, 도10 및 도11에 도시된 바와 같이 크레이핑(creping)과 조합하여 기술되었지만, 본 발명이 크레이핑 단계를 포함하지 않는 제지 공정에서도 사용될 수 있음을 인식할 수 있다. 본 발명은 크레이핑 단계없이 통과 건조기, 캔 건조기, 높은 표면 온도 건조기, 또는 그들의 조합과 함께 사용될 수 있다.

현재의 제지기들에 대해, 본 발명의 모세관 탈수 드럼(10)은 진공 펌프들의제외, 통과 건조기 팬 동력의 감소 및 적은 후드 가스 사용에 의해 작동 비용 및 에너지 비용을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 잠재적으로, 현재의 두개의 통과 건조기로부터 하나의 통과 건조기가 제외될 수 있다. 또한, 두개의 통과 건조기들을 유지하면서 제지기의 속도 및 생산성을 높이기 위해 본 발명의 모세관 탈수 드럼(10)이 사용될 수도 있다. 도12에 도시된 종래의 통과 건조기 공정에 본 발명의 모세관 탈수 드럼(10)을 부가함으로써, 공정의 전체 에너지 사용이 17 % 내지 25 % 만큼 감소되게 된다. 전술한 바로부터, 본 발명은 명백한 다른 이점들 및 본 발명 장치 및 방법에 고유한 이점들과 함께 본 명세서에서 기술한 목표 및 목적들을 전부 달성할 수 있도록 잘 채택된 발명임을 인식해야 한다.

어떤 특징들 및 소조합도 실용성이 있고 다른 특징들 및 소조합을 참조로 하여 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 이는 청구 범위에 의해 예측될 수 있고 청구 범위 내에 든다.

본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 가능한 실시예들이 만들어질 수 있지만, 첨부 도면들에 설명 또는 도시된 모든 사항은 제한을 하려는 것이 아니라 설명을 위한 것으로 해석되어야 한다.

Claims

웨브 제조 공정에서 섬유 웨브의 수분 함유량을 감소시키는 방법이며,

(a) 공기 투과가능한 직물 상에 웨브를 지지시키는 단계와,

(b) 음의 모세관 흡입 압력을 유발하도록 구성된 공극들을 그 내부에 형성한 모세관 탈수 롤의 모세관 막과 공기 투과가능한 직물 사이에서 1.75 N/cm(1pli)로 부터 263 N/cm(150pli) 이하 범위의 선형 가압력으로 웨브를 경량 가압하는 단계와,

(c) 모세관 공극들의 음의 모세관 흡입 압력보다 크지 않은 진공을 모세관 탈수 롤 내로 흡인하는 단계를

구비하는 것을 특징으로 하는 섬유 웨브의 수분 함유량 감소 방법.
제1항에 있어서, 모세관 공극들은 직경이 0.8 미크론 내지 10 미크론 범위인 것을 특징으로 하는 섬유 웨브의 수분 함유량 감소 방법.
제2항에 있어서, 모세관 공극들은 직경이 2 미크론 내지 10 미크론 범위인 것을 특징으로 하는 섬유 웨브의 수분 함유량 감소 방법.
제1항에 있어서, 상기 공기 투과가능한 직물은 너클식 통과 건조기 직물로 이루어지고, 상기 경량 가압 단계는 너클식 통과 건조기 직물의 너클 지역의 웨브를 단지 압착하는 것을 특징으로 하는 섬유 웨브의 수분 함유량 감소 방법.
연속적인 함수 다공성 웨브를 사실상 전체적으로 압착하지 않고서 제지 공정에서 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법이며,

(a) 원료의 분출물을 헤드 박스로부터 성형 직물로 반송하여 초벌 (embryonic) 종이 웨브를 형성하는 단계와,

(b) 초벌 웨브의 건조도가 약 6% 내지 약 32%의 범위 내에 있도록 초벌 웨브를 진공 탈수하는 단계와,

(c) 웨브를 성형 직물로부터 개방 너클식 운반 직물로 운반하는 단계와,

(d) 웨브를 개방 너클식 운반 직물과 회전 모세관 탈수 롤의 모세관 막 사이에서 1.75 N/cm(1pli)로부터 263 N/cm(150pli) 이하 범위의 선형 가압력으로 경량 가압하는 단계로서, 모세관 막은 사실상 직선인 비틀리지 않는 관통 통로를 갖는 모세관 공극들을 갖고 있고, 모세관 공극들은 종횡비가 약 2 내지 약 20인 단계와,

(e) 모세관 공극들의 음의 모세관 흡입 압력보다 크지 않은 진공을 모세관 탈수 롤 내로 흡인하는 단계를 구비하며,

상기 단계(b)와 단계(c)는 특별한 순서가 없이 수행될 수 있는

것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제5항에 있어서, 적어도 0.15초 동안 웨브를 모세관 막과 접촉시킨 채로 유지하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제5항에 있어서, 개방 너클식 운반 직물은 상기 경량 가압 단계 중에 웨브의 전체 표면적의 35% 이하로 웨브를 가압하는 너클들의 패턴을 직물로부터 돌출하게 갖는 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제7항에 있어서, 개방 너클식 운반 직물은 상기 경량 가압 단계 중에 웨브의 전체 표면적의 25% 이하로 웨브를 가압하는 너클들의 패턴을 직물로부터 돌출하게 갖는 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제5항에 있어서, 모세관 탈수 롤은 비구획 롤(non-sectored roll)이어서 모세관 탈수 롤 내의 진공 압력이 전체적으로 사실상 동일한 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제5항에 있어서,

웨브를 개방 너클식 운반 직물 상에 계속 지지하면서 웨브를 모세관 막과의 접촉으로부터 분리시키는 단계와,

약 0.69 내지 6.2Mpa(약 100psi 내지 900psi)의 압력으로 물을 모세관 막에 분무하여 모세관 막의 표면을 세척하고 모세관 공극들 내에 포획되어 있는 임의의 입자들을 모세관 공극들을 통해 회전 모세관 탈수 롤의 내측으로 씻어내는 단계를

더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제5항에 있어서,

웨브를 약 65% 내지 약 95%의 건조도로 통과 건조시키는 단계와,

웨브를 양키 건조기 표면으로 운반하는 단계와,

웨브의 건조도가 약 95% 내지 약 99%일 때 웨브를 양키 건조기 표면으로부터 크레이핑하는 단계를

더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제5항에 있어서,

웨브의 건조도가 약 33% 내지 약 43%일 때 웨브를 양키 건조기 표면으로 운반하는 단계와,

웨브의 건조도가 약 95% 내지 약 99%일 때 웨브를 양키 건조기 표면으로부터 크레이핑하는 단계를

더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제5항에 있어서, 통과 공기 건조기로 웨브의 건조를 완료시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제5항에 있어서, 표면 온도가 높은 건조기로 웨브의 건조를 완료시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
제5항에 있어서, 캔 건조기들로 웨브의 건조를 완료시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 젖은 다공성 웨브 내에 함유된 액체의 일부를 제거하는 방법.
웨브를 사실상 전체적으로 압축하지 않고서 제지 공정에서 젖은 다공성 웨브로부터 물을 제거하는 방법이며,

(a) 사실상 직선인 비틀리지 않는 관통 통로를 갖고 종횡비가 약 2 내지 약 20인 모세관 공극들을 갖는 회전 모세관 탈수 롤의 모세관 막 상에 웨브를 위치시키는 단계와,

(b) 모세관 막으로부터 웨브를 분리시키는 단계와,

(c) 세척 유체를 모세관 막에 분무하여 모세관 막의 표면을 세척하고 모세관 공극들 내에 포획되어 있는 임의의 입자들을 곧게 통과시키고 뒤틀리지 않는 모세관 공극들을 통해 비구획식 회전 모세관 탈수 롤의 내측으로 씻어내는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 물 제거 방법.
제16항에 있어서, 단계(c)는 약 0.69 내지 6.2Mpa(약 100 내지 900psi)의 압력으로 물을 모세관 막에 분무하는 것을 특징으로 하는 물 제거 방법.
크레이핑된 종이 제품을 제조하는 방법이며,

(a) 원료의 분출물을 헤드 박스로부터 성형 직물로 반송하여 초벌 종이 웨브를 형성하는 단계와,

(b) 초벌 웨브의 건조도가 약 6% 내지 약 32%의 범위 내에 있도록 초벌 웨브를 탈수하는 단계와,

(c) 웨브를 성형 직물로부터 공기 투과가능한 직물로 운반하는 단계와,

(d) 웨브를 공기 투과가능한 직물과 회전 모세관 탈수 롤의 모세관 막 사이에서 1.75 N/cm(1pli)로부터 263 N/cm(150pli) 이하 범위의 선형 가압력으로 경량 가압하는 단계로서, 모세관 막은 사실상 직선인 비틀리지 않는 관통 통로를 갖는 모세관 공극들을 갖고 있고, 모세관 공극들은 종횡비가 약 2 내지 약 20인 단계와,

(e) 모세관 막으로부터 웨브를 분리시키는 단계와,

(f) 웨브를 종래의 통과 건조기로 먼저 통과시키지 않고서 웨브를 크레이핑하기 위해 크레이핑 건조기를 통해 분리된 웨브를 통과시켜 크레이핑된 종이 제품이 에너지를 상당히 절약하면서 제조되는 단계를 구비하고,

상기 단계(b)와 단계(c)는 특별한 순서가 없이 수행될 수 있는

것을 특징으로 하는 크레이핑된 종이 제품 제조 방법.
제18항에 있어서, 적어도 0.15초 동안 웨브를 모세관 막과 접촉시킨 채로 유지하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 크레이핑된 종이 제품 제조 방법.
성형 메쉬 상에 초벌 웨브를 형성하기 위한 성형 기구 및 초벌 웨브를 건조된 종이 웨브로 건조시키기 위한 적어도 하나의 통과 건조기를 포함하는 형태의 종래의 종이 웨브 제조 설비를 개량하는 방법이며,

(a) 적어도 하나의 통과 건조기를 제거하는 단계와,

(b) 사실상 직선인 비틀리지 않는 관통 통로를 갖고 종횡비가 약 2 내지 약 20인 모세관 공극들을 갖는 모세관 막을 구비한 회전 모세관 탈수 롤로 상기 제거된 통과 건조기를 대체시키는 단계와,

(c) 웨브를 전체적으로 압축하지 않고서 웨브 내에 함유된 물과 모세관 막의 공극들 내에 함유된 물 사이의 수압 접촉을 보장하기 위해 웨브를 모세관 막에 1.75 N/cm(1pli)로부터 263 N/cm(150pli) 이하 범위의 선형 가압력으로 경량 가압하기 위한 기구를 설치하여, 설비가 이전보다 더 에너지 효율적이 되도록 재구성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 개량 방법.
제20항에 있어서, 상기 설비는 크레이프 건조기를 더 구비하고, 상기 단계 (a)는 상기 설비로부터 모든 통과 건조기를 제거함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 개량 방법.
종이 웨브 제조 공정 중에 젖은 종이 웨브로부터 물을 제거하기 위한 시스템이며,

사실상 직선인 비틀리지 않는 관통 통로를 갖고 종횡비가 약 2 내지 약 20인 모세관 공극들을 갖는 모세관 막을 구비한 회전 모세관 탈수 롤과,

웨브를 전체적으로 압축하지 않고서도 웨브 내에 함유된 물과 모세관 막의 공극들 내에 함유된 물 사이의 수압 접촉을 보장하기 위해 웨브를 모세관 막에 1.75 N/cm(1pli)로부터 263 N/cm(150pli) 이하 범위의 선형 가압력으로 경량 가압하는 수단을 구비하며,

이럼으로써 종래의 통과 건조기 기구보다 더 에너지 효율적인 탈수 기구를 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제22항에 있어서, 상기 가압 수단은 사실상 1.75 미만 내지 263 N/cm(1 미만 내지 150 Pli)의 선형력으로 웨브를 막에 대해 가압하도록 제조 및 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제23항에 있어서, 상기 가압 수단은 35 내지 87.5 N/cm(20 내지 50pli)의 범위 내에 있는 선형력으로 웨브를 막에 대해 가압하도록 제조 및 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제22항에 있어서, 상기 탈수 롤은 비구획식 롤인 것을 특징으로 하는 시스템.
제25항에 있어서, 세척 유체를 모세관 막에 분무하여 모세관 막의 표면을 세척하고 모세관 공극들 내에 포획되어 있는 임의의 입자들을 모세관 공극들을 통해 회전 모세관 탈수 롤의 내측으로 씻어내기 위한 분무 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제26항에 있어서, 상기 분무 수단은 약 0.69 내지 6.2Mpa(약 100psi 내지 900psi)의 압력으로 물을 분무하도록 구성 및 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제지 공정에서 종이 웨브의 수분 함유량을 감소시키기 위한 시스템이며,

사실상 직선인 비틀리지 않는 관통 통로를 갖고 종횡비가 약 2 내지 약 20인 모세관 공극들을 갖는 모세관 막을 구비한 회전 모세관 탈수 롤과,

웨브 내에 함유된 물과 모세관 막의 공극들 내에 함유된 물 사이의 수압 접촉을 보장하기 위해 웨브를 모세관 막으로 1.75 N/cm(1pli)로부터 263 N/cm(150pli) 이하 범위의 선형 가압력으로 경량 가압하기 위한 수단과,

세척 유체를 모세관 막에 분무하여 모세관 막의 표면을 세척하고 모세관 공극들 내에 포획되어 있는 임의의 입자들을 곧게 통과하고 뒤틀리지 않는 모세관 공극들을 통해 비구획식 회전 모세관 탈수 롤의 내측으로 씻어내기 위한 분무 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제28항에 있어서, 상기 분무 수단은 약 0.69 내지 6.2Mpa(약 100psi 내지 900psi)의 압력으로 상기 세척 유체를 분무하는 것을 특징으로 하는 시스템.
성형 메쉬 상에 초벌 웨브를 형성하기 위한 성형 기구 및 초벌 웨브의 외부로 물을 가압하기 위한 적어도 하나의 가압 펠트 스테이션을 포함하는 형태의 종래의 젖은 가압 종이 웨브 제조 시설을 개량하는 방법이며,

(a) 가압 펠트 스테이션을 제거하는 단계와,

(b) 사실상 직선인 비틀리지 않는 관통 통로를 갖고 종횡비가 약 2 내지 약 20인 모세관 공극들을 갖는 모세관 막을 구비한 회전 모세관 탈수 롤을 포함하는 탈수 스테이션으로 상기 제거된 통과 건조기를 대체시키는 단계와,

(c) 웨브를 전체적으로 압축하지 않고서도 웨브 내에 함유된 물과 모세관 막의 공극들 내에 함유된 물 사이의 수압 접촉을 보장하기 위해 웨브를 모세관 막에 1.75 N/cm(1pli)로부터 263 N/cm(150pli) 이하 범위의 선형 가압력으로 경량 가압하기 위한 기구를 설치하여, 시스템이 이전보다 에너지 효율적이 되도록 재구성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 개량 방법.