KR100822568B1 - 티슈지 제조방법 - Google Patents

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마이클 알란 헤르만스
프랭크 스테판 하다
스티븐 잭 히키
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

완전 밀폐된 공기프레스를 사용하여 변형된 습식 프레스 방법으로 변형된 습식 프레싱 기계를 사용하여 티슈 시트를 제조한다. 초기 형성 및 통상의 진공 탈수 후, 습윤 웹을 상대적으로 성긴 직물의 표면 윤곽과 같은 모양이 되게 하여 웹에 조직화된 표면을 제공한다. 수은 약 30 인치 (약 101.7 kPa) 이상의 웹을 가로질러서 발생하는 압력차 및 1 평방인치당 500 SCFM (1 평방미터당 약 365.72 ㎥/s) 이상의 웹을 통한 공기 스트림을 발생시킴으로써, 가열된 건조 실린더에 앞서 공기프레스가 습윤 웹을 약 30 내지 40%의 컨시스턴시가 되도록 비압축 탈수시킨다. 웹을 쓰루드라잉된 것과 유사한 그의 3차원 조직을 실질적으로 유지하도록 건조시킨다. 이 방법은 습식 프레스 제품에서 예상치 못했던 이례적으로 높은 벌크 및 흡수능을 가지는 웹을 제공한다.
Figure R1020027017836
변형된 습식 프레스 기계, 변형된 크레센트-포머 티슈 기계, 공기프레스

Description

티슈지 제조방법 {METHOD FOR MAKING TISSUE PAPER}
본 발명은 일반적으로 종이 제품 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 보다 구체적으로, 변형된 통상의 습식 프레스 기계(wet-pressed machine)로 높은 벌크 및 흡수능을 갖는 셀룰로스웹을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 말해서, 종이 타월, 냅킨, 티슈, 와이프 등과 같은 종이 제품의 원지(base) 시트를 제조하는 데는 두가지 다른 방법이 있다. 이 방법들은 흔히 습식 프레싱(wet-pressing) 및 쓰루드라잉(throughdrying)이라고 불린다. 두 방법은 공정의 앞부분과 뒷부분은 동일하지만, 습윤 웹이 처음에 형성된 후 그로부터 물이 제거되는 방식이 상당히 다르다.
더 구체적으로 말하자면, 습식 프레싱 방법에서는 갓 생성된 습윤 웹을 제지 펠트 위로 이송한 후, 펠트에 의해 여전히 지지된 채로 스팀 가열 양키 건조기의 표면에 대해 프레싱하는 것이 대표적이다. 웹이 양키 건조기의 표면으로 이송될 때, 웹으로부터 물이 짜내어지고 이 물은 펠트에 의해 흡수된다. 이어서, 탈수된 웹(대표적으로, 약 40%의 컨시스턴시(consistency)를 가짐)은 양키 건조기의 뜨거운 표면 위에 있는 동안에 건조된다. 이어서, 웹을 크레이핑하여 그것이 부드러워지게 하고, 얻어진 티슈 시트에 신장성을 제공한다. 습식 프레싱의 단점은 프레싱 단계가 웹을 치밀화시켜 티슈 시트의 벌크 및 흡수능을 감소시킨다는 것이다. 뒤이은 크레이핑 단계는 이러한 바람직한 시트 성질을 부분적으로만 회복시킨다.
쓰루드라잉 방법에서는 갓 생성된 웹을 먼저 진공을 이용하여 탈수시킨 후에 비교적 다공성인 직물로 이송하고 웹을 통해 뜨거운 공기를 통과시킴으로써 비압축적으로 건조시킨다. 이어서, 얻은 웹을 크레이핑하기 위해 양키 건조기로 이송할 수 있다. 웹이 양키 건조기로 이송될 때는 웹이 실질적으로 건조한 상태이기 때문에, 웹의 밀도가 이러한 전달에 의해 상당히 증가되지는 않는다. 또, 쓰루드라잉된 시트의 밀도는 웹이 쓰루드라잉 직물 위에 지지된 채로 건조되기 때문에 본래 비교적 낮다. 쓰루드라잉 방법의 단점은 상대적으로 높은 작업에너지 비용 및 쓰루드라이어(throughdryer)와 관련된 자재 비용이다.
대다수의 기존 티슈 기계는 더 오래된 습식 프레싱 방법을 이용하기 때문에, 제조업자들이 기존의 기계를 변형시키는 데 비용을 많이 들이지 않으면서 소비자들이 선호하는 저밀도 제품을 제조하도록 현존 습식 프레스 기계를 변형시키는 방법을 찾아내는 것이 매우 중요하다. 물론, 습식 프레스 기계를 쓰루드라잉 형태로 개축하는 것도 가능하지만, 이것은 보통 엄청나게 많은 비용이 든다. 쓰루드라이어 및 관련 장비를 설비하는 데는 복잡하고 비용이 많이 드는 많은 변화가 필요하다. 게다가, 쓰루-에어 드라잉 티슈 기계의 길이가 더 길어서 건조물 증축 또는 개량이 필요하다. 어떤 부지에서는, 건조물 개량이 실용적이지 않거나 또는 가능하지 않거나, 또는 다른 기존 장비와의 저촉 또는 그 부지에서 이용가능한 제한된 면적 때문에 엄청나게 많은 비용이 든다. 따라서, 기계 디자인을 상당히 변경시키 지 않으면서 기존 습식 프레스 기계를 변형하는 방법을 찾는 데 큰 관심이 있었다.
어떤 경우에는, 습부보다는 습식 프레스 티슈 기계의 프레스 섹션을 변형하는 것이 더 편리하고 비용효과적이며, 특히 습부 및 헤드박스의 상태가 좋은 경우에 그러하다. 게다가, 오래된 습식 프레스 기계는 다른 용도에 쉽게 적응될 수 있는 저부 펠트 런(felt run)과 연관된 기존 장비를 가질 수 있으며, 이는 변형을 더 간단하게 하고 훨씬 더 비용효과적이 되게 한다. 본 발명은 개선된 소비자가 선호하는 저밀도 제품을 제조할 수 있도록 습식 프레스 기계를 변형하는 간단한 방법을 기술한다.
본 발명의 또다른 특별한 예로서, 개선된 방법으로 제조될 수 있는 소비자가 선호하는 저밀도 제품으로 이익을 얻을 수 있는 기존 크레센트-포머(crescent-former) 티슈 기계가 많이 있기 때문에, 크레센트-포머 티슈 기계를 변형하는 접근이 특히 바람직하다. 많은 오래된 크레센트-포머 티슈 기계에는 본 발명의 몇몇 실시태양에 필요한 추가 직물 런 구실을 하도록 쉽게 적응될 수 있는 더 낮은 펠트 런이 제공되어 있다. 본 발명은 크레센트-포머 티슈 기계를 변형하는 간단한 방법을 기술한다.
더 부드럽고 더 벌키(bulky)한 티슈를 제조하도록 습식 프레스 기계를 변형하는 한가지 간단한 접근은 앤더슨(Andersson) 등의 미국 특허 제5,230,776호(1993년 7월27일자로 등록됨)에 기술되어 있다. 이 특허에서는 펠트를 와이어형의 구멍뚫린 벨트로 대체하고, 프레스 롤에 이르기까지 웹을 포밍 와이어(forming wire)와 이 구멍뚫린 벨트 사이에 샌드위치 모양으로 삽입시키는 것을 기술한다. 또, 이 특허에서는 양키 건조기에 전달되기 전에 건조 고형물 함량을 더 증가시키기 위해 샌드위치 구조의 범위 내에 위치할 수 있는 스팀 송풍관, 송풍 노즐 및(또는) 별도의 프레스 펠트와 같은 추가의 탈수 수단을 기술하고 있는 것으로 보인다. 이러한 여분의 건조 장치 때문에 그 기계가 쓰루드라잉 기계의 속도와 적어도 실질적으로 같은 속도로 운전할 수 있다고 기술하고 있다.
기계 속도를 유지하고 웹의 블리스터링(blistering) 또는 접착성 결여를 방지하기 위해서는 양키 건조기로 가는 웹의 수분 함량을 감소시키는 것이 중요하다. 그러나, 미국 특허 제5,230,776호를 보면, 별도의 프레스 펠트의 사용은 통상의 습식 프레스 기계와 동일한 방식으로 웹을 치밀화시키는 경향이 있다. 따라서, 별도의 프레스 펠트 때문에 발생하는 치밀화는 웹의 벌크 및 흡수능에 부정적인 영향을 미칠 것이다.
게다가, 웹을 탈수하기 위한 공기 제트는 물 제거 또는 에너지 효율의 면에서는 그 자체로는 효과적이지 않다. 건조하기 위해 시트에 공기를 송풍하는 것은 당업계에 잘 알려져 있고, 대류 건조를 위해 양키 건조기의 후드에서 이용된다. 그러나, 양키 건조기 후드에서, 제트로부터의 공기의 대부분은 웹을 침투하지 못한다. 따라서, 높은 온도로 가열되지 않는다면, 공기의 대부분을 낭비하게 될 것이고 물을 제거하는 데 효과적으로 사용되지 못할 것이다. 양키 건조기 후드에서는 건조를 수행하기 위해 공기를 900 ℉ (약 482.22 ℃) 정도의 높은 온도로 가열하고 긴 체류시간을 준다.
따라서, 당업계에서 부족해서 필요로 하는 것은 변형된 통상의 습식 프레스 기계로 쓰루드라잉된 시트에 필적하는 높은 벌크 및 흡수능을 갖는 티슈 시트를 제조하는 실용적인 방법이다.
발명의 요약
본 발명자들은 합리적인 기계 생산성을 유지하면서 필적하는 쓰루드라잉된 제품과 동등한 벌크 및 흡수능 성질을 갖는 습식 프레스 티슈를 제조할 수 있다는 것을 발견하였다. 더 구체적으로 말하자면, 습식 프레싱된 셀룰로스 웹은 습윤 웹을 약 30% 컨시스턴시가 되도록 진공탈수시키고, 이어서 완전 밀폐된 공기프레스를 사용하여 시트를 30 내지 40 % 컨시스턴시가 되도록 비압축 탈수시킴으로써 제조될 수 있다. 이어서, 습윤 웹은 바람직하게는 습윤 웹에 더 많은 윤곽 또는 3차원성을 부여하기 위해 통상의 습식 프레싱 펠트를 대체하는 "몰딩" 직물에 이송된다. 그 후, 습윤 웹은 바람직하게는 몰딩 직물에 의해 지지된 채로 양키 건조기에 대해 프레싱되고 건조된다. 이렇게 하여 얻어진 제품은 통상의 습식 프레싱된 타월 및 티슈를 훨씬 능가하고 현재 입수가능한 쓰루드라잉된 제품과 동등한 이례적인 습윤 벌크 및 흡수능을 가진다.
본원 명세서에서 사용된 "비압축 탈수" 및 "비압축 건조"라는 용어는 각각 탈수 또는 건조 과정 동안 웹의 일부를 상당히 치밀화 또는 압축시키는 압축 닙 또는 다른 단계를 포함하지 않는, 셀룰로스 웹으로부터 물을 제거하기 위한 탈수 또는 건조방법을 의미한다.
본 방법에서는 웹의 3차원성 및 흡수 성질을 개선하기 위해 습윤 웹을 습식 몰딩한다. 본원 명세서에서 사용된 "습식 몰딩된" 티슈 시트는 약 30 내지 약 40% 컨시스턴시에서 몰딩 직물의 표면 윤곽과 같은 모양이 된 후, 임의의 추가 건조 수단 이전에 쓰루드라이어와 같은 다른 건조 수단과는 대조적으로 가열된 건조 실린더와 같은 열전도 건조 수단에 의해 건조된 것들이다.
본 발명의 목적에 적당한 "몰딩 직물"은 웹의 z 방향 편향을 더 크게 부여하기에 충분한 상당한 개방 면적 또는 3차원성 표면 윤곽을 나타내는 제지 직물을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 직물은 단층, 다층 또는 복합 침투성 구조를 포함한다. 바람직한 직물은 다음 특성들 중 적어도 몇가지를 갖는다: (1) 몰딩 직물의 습윤 웹 접촉면(상부면)에서, 인치 (㎝) 당 기계방향(MD) 스트랜드 수(메쉬(mesh))는 10 내지 200 (3.94 내지 78.74/㎝)이고, 인치 (㎝) 당 횡 기계 방향(CD) 스트랜드 수(카운트(count))도 10 내지200(3.94 내지 78.74/㎝)이다. 스트랜드 직경은 대표적으로 1.27 ㎜(0.050 인치)보다 작다; (2) 상부면에서, MD 너클의 최고점과 CD 너클의 최고점 사이의 거리는 0.025 ㎜ 내지 약 0.508 ㎜ 또는 0.762 ㎜(약 0.001 내지 약 0.02 또는 0.03 인치)이다. 이들 두 레벨 사이에는, 습식 몰딩 단계 동안에 시트에 부여되는 3차원적 힐(hill)/밸리(valley) 외관을 토포그래피에 주는 MD 또는 CD 스트랜드에 의해 형성된 너클들이 있을 수 있다; (3) 상부면에서, MD 너클의 길이는 CD 너클의 길이와 같거나 또는 그보다 더 길다; (4) 직물이 다층 구조로 제조된 경우에는, 웹 침투 깊이를 제어하고 섬유 보류율을 최대화하기 위해 저부층이 상부층보다 더 미세한 메쉬를 갖는 것이 바람직하다; (5) 직물은 대표적으로 날실 2개 내지 50개마다의 사이에서 반복되는, 육안으로 보았을 때 만족을 주는 기하학적 패턴을 보여주도록 제조될 수 있다.
이리하여, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하고, (b) 습윤 웹을 약 10 % 내지 약 30%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고, (c) 습윤 웹을 무한 제2 직물 위로 이송하고, (d) 제2 직물과 지지 직물 사이에 습윤 웹을 삽입시키고, 습윤 웹과 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig(pound per square inch gauge) (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 비압축 탈수 장치를 이용하여 습윤 웹을 30% 초과의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고, (e) 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더 표면에 대해 프레싱하여 습윤 웹을 적어도 부분적으로 건조시키고, (f) 탈수된 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 것을 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하고, (b) 습윤 웹을 무한 제2 직물에 이송하고; (c) 습윤 웹을 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입시키고, 습윤 웹을 약 30% 이하의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고, (d) 공기충만실과 수집장치 사이에 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 공기프레스를 이용하여 습윤 웹을 약 30% 내지 약 40%의 컨시스턴시가 되도록 보충 탈수시키고, (e) 가압 롤에 대한 탈수된 습윤 웹의 비지지 시트 랩 각도(wrap angle)가 90°미만이 되도록 제2 직물을 배치하고; (f) 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더 표면에 대해 프레싱하여 탈수된 습윤 웹을 적어도 부분적으로 건조시키고, (g) 탈수된 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 것을 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하고, (b) 습윤 웹을 약 10% 이하의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고, (c) 습윤 웹을 무한 제2 직물에 이송하고, (d) 습윤 웹을 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입시키고, (e) 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입된 습윤 웹을 수은 약 30 인치 (약 101.7 kPa) 이상의 습윤 웹을 가로질러 발생하는 압력차 및 1 평방인치당 약 10 SCFM(standard cubic feet per minute) (1 평방미터당 약 7.31 ㎥/s) 이상의 습윤 웹을 통하는 가압 유체 스트림을 발생하기에 적합하게 된 작용적으로 결합된(operably associated) 공기충만실과 수집장치 사이로 제2 직물이 습윤 웹과 수집장치 사이에 배치된 채로 통과시키고, (f) 가압 유체 스트림을 사용하여 습윤 웹을 약 30% 내지 약 40%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고, (g) 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더의 표면에 대해 제2 직물과 함께 프레싱하고, (h) 탈수된 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 것을 포함하는 셀룰로스웹 제조방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 하나 이상의 펠트를 하나 이상의 직물로 대체하고, (b) 압축 탈수장치를 비열적 비압축 탈수장치로 대체하는 것을 포함하는 하나 이상의 펠트 및 압축 탈수장치를 갖는 통상의 습식 프레스 기계를 변경시키는 방법에 관한 것이다. 습식 프레스 가공 및 장비는 본원에 참고로 인용한 1979년 2월 13일에 허여된 타피오(Tapio) 등의 미국 특허 제 4,139,410호에서 논의하고 있다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하는 단계, (b) 습윤 웹을 약 10% 내지 약 30%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (c) 습윤 웹을 무한 제2 직물에 이송하는 단계; (d) 습윤 웹을 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입시키고, 습윤 웹과 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 비압축 탈수장치를 이용하여 습윤 웹을 약 30% 초과의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (e) 습윤 웹을 다시 제2 직물에 이송하는 단계, (f) 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더 표면에 대해 프레싱하여 습윤 웹을 적어도 부분적으로 건조시키는 단계; 및 (g) 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하는 단계, (b) 습윤 웹을 무한 제2 직물에 이송하는 단계, (c) 습윤 웹을 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입시키고, 습윤 웹을 약 30% 의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (d) 공기충만실과 수집장치 사이에 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 공기프레스를 이용하여 습윤 웹을 약 30% 초과 내지 약 40%의 컨시스턴시가 되도록 추가 탈수시키는 단계, (e) 가압 롤에 대한 습윤 웹의 시트 랩 각도가 90°미만이 되도록 제2 직물에 습윤 웹을 다시 이송하는 단계; (f) 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더 표면에 대해 프레싱하여 습윤 웹을 적어도 부분적으로 건조시키는 단계; 및 (g) 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하는 단계, (b) 습윤 웹을 약 10% 내지 약 30%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (c) 습윤 웹을 다른 직물에 이송하는 단계, (d) 습윤 웹을 제2 직물과 지지 직물(그 중 하나는 토우(tow) 프레스 습식 프레스 기계의 저부 펠트 런에 이미 사용된 공간 및 성분을 이용함) 사이에 삽입하는 단계, (e) 공기충만실과 수집장치 사이에 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 공기프레스를 이용하여 습윤 웹을 약 30% 초과 내지 약 40%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (f) 습윤 웹을 다시 제2 직물에 이송하는 단계, (g) 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더 표면에 대해 프레싱하여 습윤 웹을 적어도 부분적으로 건조시키는 단계, 및 (h) 웹을 최종 건조도로 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하는 단계, (b) 습윤 웹을 무한 제2 직물에 이송하는 단계, (c) 습윤 웹을 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입시키고, 습윤 웹을 약 10% 내지 약 30%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (d) 공기충만실과 수집장치 사이에 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 공기프레스를 이용하여 습윤 웹을 약 30% 초과 내지 약 40%의 컨시스턴시가 되도록 추가 탈수시키는 단계, (e) 습윤 웹을 다시 제2 직물에 이송하여 웹에 약 8 cc/g(cubic centimeter per gram) (㎖/g) 이상의 벌크를 제공하는 단계, (f) 약 8 cc/g (㎖/g) 이상의 벌크를 보존하도록 직물과 함께 가열된 건조 실린더의 표면에 대해 탈수된 웹을 프레싱하는 단계, 및 (g) 웹을 최종 건조도로 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하는 단계, (b) 습윤 웹을 무한 제2 직물에 이송하는 단계, (c) 습윤 웹을 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입시키는 단계, (d) 습윤 웹이 그 사이에 삽입된 제2 직물 및 지지 직물을 수은 약 30 인치 (약 101.7 kPa) 이상의 습윤 웹을 가로질러 발생하는 압력차 및 1 평방인치당 약 10 SCFM (1 평방미터당 약 7.31 ㎥/s) 이상의 습윤 웹을 통하는 가압 유체 스트림을 발생하기에 적합하게 된 작용적으로 결합된 공기충만실과 수집장치 사이로 제2 직물이 습윤 웹과 수집장치 사이에 배치된 채로 통과시키는 단계, (e) 가압 유체 스트림을 사용하여 습윤 웹을 약 30% 이상의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (e') 습윤 웹을 제2 직물과 함께 가열된 건조 실린더의 표면에 대해 프레싱하는 단계, 및 (f) 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로스웹 제조방법에 관한 것이다.
이리하여, 본 발명의 또다른 실시태양은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물과 무한 제2 직물 사이에 침착시켜 제1 직물과 제2 직물 사이에 삽입된 습윤 웹을 형성하고, (b) 습윤 웹과 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 비압축 탈수장치를 이용하여 습윤 웹을 약 30% 이상의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고, (c) 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더의 표면에 대해 프레싱하여 탈수된 습윤 웹을 적어도 부분적으로 건조시키고, (d) 탈수된 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 것을 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물과 무한 제2 직물 사이에 침착시켜 제1 직물과 제2 직물 사이에 삽입된 습윤 웹을 형성하고, (b) 습윤 웹을 약 10% 내지 약 30%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고; (c) 공기충만실과 수집장치 사이에 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 공기프레스를 이용하여 습윤 웹을 약 30% 내지 약 40%의 컨시스턴시가 되도록 보충 탈수시켜서 탈수된 습윤 웹에 약 8 cc/g (㎖/g) 이상의 벌크를 제공하고; (d) 약 8 cc/g (㎖/g) 이상의 벌크를 유지하도록 직물과 함께 가열된 건조 실린더 표면에 대해 탈수된 습윤 웹을 프레싱하고; (e) 탈수된 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 것을 포함하는 셀룰로스 웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물과 무한 제2 직물 사이에 침착시켜 제1 직물과 제2 직물 사이에 삽입된 습윤 웹을 형성하고, (b) 제1 직물과 제2 직물 사이에 삽입된 습윤 웹을 수은 약 30 인치 (약 101.7 kPa) 이상의 습윤 웹을 가로질러 발생하는 압력차 및 1 평방인치당 약 10 SCFM (1 평방미터당 약 7.31 ㎥/s) 이상의 습윤 웹을 통하는 가압 유체 스트림을 발생하기에 적합하게 된 작용적으로 결합된 공기충만실과 수집장치 사이로 제2 직물이 습윤 웹과 수집장치 사이에 배치된 채로 통과시키고, (c) 가압 유체 스트림을 사용하여 습윤 웹을 약 30% 이상의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고, (d) 탈수된 습윤 웹을 제2 직물과 함께 가열된 건조 실린더의 표면에 대해 프레싱하고, (e) 탈수된 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 것을 포함하는 셀룰로스 웹 제조방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 하나 이상의 펠트를 하나 이상의 직물로 대체하고, (b) 압축 탈수장치를 비열적 비압축 탈수장치로 대체하는 것을 포함하는 하나 이상의 펠트 및 압축 탈수장치를 갖는 통상의 크레센트-포머 티슈 기계를 변경시키는 방법에 관한 것이다. 크레센트-포머 가공 및 장비는 본원에 참고로 인용한 리(Lee) 등의 미국 특허 제3,224,928호에서 논의하고 있다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물과 무한 제2 직물 사이에 침착시켜 습윤 웹을 형성하는 단계, (b) 포밍 롤(forming roll) 둘레의 원심력과 직물 장력의 조합을 이용하여 습윤 웹을 약 10% 이상의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (c) 습윤 웹과 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 비압축 탈수장치를 이용하는 단계, (d) 습윤 웹을 다시 제2 직물에 이송하거나 또는 제2 직물 위에 보류시키는 단계, (e) 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더 표면에 대해 프레싱하여 습윤 웹을 적어도 부분적으로 건조시키는 단계, 및 (f) 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물과 무한 제2 직물 사이에 침착시켜 습윤 웹을 형성하는 단계, (b) 습윤 웹을 포밍 롤 둘레의 원심력과 직물 장력의 조합을 이용하여 약 10% 이상의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (c) 습윤 웹을 10% 내지 약 30%의 컨시스턴시가 되도록 추가 탈수시키는 단계, (d)공기충만실과 수집장치 사이에 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 공기프레스를 이용하여 습윤 웹을 약 30% 내지 약 40%의 컨시스턴시가 되도록 보충 탈수시키는 단계, (e) 습윤 웹을 제2 직물로 다시 이송하거나 또는 제2 직물 위에 보류시키는 단계, (f) 가열된 건조 실린더 표면에 대해 탈수된 습윤 웹을 프레싱하여 웹을 적어도 부분적으로 건조시키는 단계, 및 (g) 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물과 무한 제2 직물 사이에 침착시켜 습윤 웹을 형성하는 단계, (b) 습윤 웹을 약 10% 내지 약 30%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (c) 공기충만실과 수집장치 사이에 형성된 완전 밀폐로 인해 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 실질적으로 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 공기프레스를 이용하여 웹을 약 30% 내지 약 40%의 컨시스턴시가 되도록 보충 탈수시키는 단계, (d) 습윤 웹을 제2 직물로 다시 이송하거나 또는 제2 직물 위에 보류시켜서 습윤 웹에 약 8 cc/g (㎖/g) 이상의 벌크를 제공하는 단계, (e) 약 8 cc/g (㎖/g) 이상의 벌크를 유지하도록 직물과 함께 가열된 건조 실린더 표면에 대해 탈수된 습윤 웹을 프레싱하는 단계, 및 (f) 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로스웹 제조 방법에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물과 무한 제2 직물(상기 무한 직물 중 하나 이상은 3차원 몰딩 직물임) 사이에 침착시켜 습윤 웹을 형성하는 단계, (b) 습윤 웹이 그 사이에 삽입된 제1 직물과 제2 직물을 수은 약 30 인치 (약 101.7 kPa) 이상의 습윤 웹을 가로질러 발생하는 압력차 및 1 평방인치당 약 10 SCFM (1 평방미터당 약 7.31 ㎥/s) 이상의 습윤 웹을 통하는 가압 유체 스트림을 발생하기에 적합하게 된 작용적으로 결합된 공기충만실과 수집장치 사이로 3차원 몰딩 직물이 습윤 웹과 수집장치 사이에 배치된 채로 통과시키는 단계, (d) 가압 유체 스트림을 사용하여 습윤 웹을 약 30% 이상의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키는 단계, (e) 탈수된 습윤 웹을 직물과 함께 가열된 건조 실린더의 표면에 대해 프레싱하는 단계, 및 (f) 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로스웹 제조방법에 관한 것이다.
본원에서 "제1 직물"이라는 용어는 포밍 직물, 몰딩 직물 및 티슈 제조에 사용되는 다른 지지 직물을 포함하는(이에 제한되지 않음) 본원에 설명되거나 또는 당업계에 알려진 티슈 제조에 사용되는 어떠한 직물이라도 의미하는 것으로 사용된다. 그러나, 제1 직물은 바람직하게는 포밍 직물이다. 본원에서 "제2 직물"이라는 용어는 포밍 직물, 몰딩 직물 및 티슈 제조에 사용되는 다른 지지 직물을 포함하는(이에 제한되지 않음) 본원에 설명되거나 또는 당업계에 알려진 티슈 제조에 사용되는 어떠한 직물이라도 의미하는 것으로 사용된다. 그러나, 제2 직물은 바람직하게는 본원에서 설명된 몰딩 직물이다. 제2 직물이 몰딩 직물인 경우, 얻어지는 웹은 몰딩된 웹이다. 본원에서 "지지 직물"이라는 용어는 포밍 직물, 몰딩 직물 또는 티슈 제조에 사용되는 다른 직물을 포함하는(이에 제한되지 않음) 본원에 설명되거나 또는 당업계에 알려진 티슈 제조에 사용되는 어떠한 직물이라도 의미하 는 것으로 사용된다.
본원에서 "완전 밀폐" 또는 "완전히 밀폐된"이라는 용어는 공기충만실이 수은 약 30 인치 (약 101.7 kPa) 이상의 웹을 가로질러 발생하는 압력차에서 작동할 때는 공기충만실로 공급된 공기의 약 85% 이상이 웹을 통해 유동하도록 공기충만실이 습윤 웹과 간접 접촉하고 작용적으로 결합된 공기충만실과 습윤 웹간의 관계, 및 공기충만실과 수집장치가 수은 약 30 인치 (약 101.7 kPa) 이상의 웹을 가로질러 발생하는 압력차에서 작동할 때는 공기충만실로 공급된 공기의 약 85% 이상이 웹을 통해 수집장치 안으로 유동하도록 공기충만실이 웹 및 수집장치와 간접 접촉하고 작용적으로 결합된 공기충만실과 수집장치간의 관계를 의미하는 것으로 사용된다.
공기프레스는 대부분은 웹을 가로질러서 발생한 높은 압력차 및 그로 인해 일어나는 웹을 통한 공기 유동 때문에 습윤 웹을 매우 높은 컨시스턴시가 되도록 탈수시킬 수 있다. 특별한 실시태양에서, 예를들면, 공기프레스는 습윤 웹의 컨시스턴시를 약 3% 이상, 특히 약 5% 이상(예: 약 5% 내지 약 20%), 더 특히 약 7% 이상, 훨씬 더 특히 약 7% 이상(예: 약 7 내지 20%) 증가시킬 수 있다. 따라서, 공기프레스를 빠져나갈 때 습윤 웹의 컨시스턴시는 약 25% 이상, 약 26% 이상, 약 27% 이상, 약 28% 이상, 약 29% 이상이 될 수 있고, 바람직하게는 약 30% 이상, 특히 약 31% 이상, 더 특히 약 32% 이상(예: 약 32 내지 약 42%), 보다 더 특히 약 33% 이상, 훨씬 더 특히 약 34% 이상(예: 약 34 내지 약 42%), 훨씬 보다 더 특히 약 35% 이상일 수 있다.
완전 밀폐된 공기프레스 탈수 단계를 공정에 첨가함으로써, 앞에서 설명한 기존 공정에 비해 상당한 개선점을 달성할 수 있다. 가장 중요한 첫째는, 그 공정이 산업적으로 유용한 속도로 작업될 수 있도록 높은 충분한 컨시스턴시가 달성된다는 점이다. 본원에서 사용된 티슈 기계의 "고속 작업" 또는 "산업적으로 유용한 속도"는 다음 값 또는 범위 중 어느 하나와 적어도 같은 빠른 기계 속도를 의미한다:(단위: fpm (feet per minute) (m/분)) 1,000 (304.8); 1,500 (457.2); 2,000 (609.6); 2,500 (762); 3,000 (914.4); 3,500 (1066.8); 4,000 (1219.2); 4,500 (1371.6); 5,000 (1524); 5,500 (1676.4); 6,000 (1828.8); 6,500 (1981.2); 7,000 (2133.6); 8,000 (2438.4); 9,000 (2743.2); 10,000 (3048), 및 이 값들을 상한치 및 하한치로 갖는 범위. 게다가, 높은 컨시스턴시에서 시트를 몰딩하는 것은 시트가 3차원성을 보유할 수 있는 능력을 상당히 개선시키고, 또한 얻어진 시트의 캘리퍼를 상당히 개선시킨다. 본원에서 직물, 펠트 또는 캘린더링되지 않은 종이 웹의 표면에 적용되는 "조직화된(textured)" 또는 "3차원"이라는 용어는 표면이 실질적으로 평탄하지 않고 동일평면이 아님을 의미한다. 게다가, 본원의 기계 구성은 돌격적 이송 단계를 혼입시킬 수 있는 여지가 있고, 이것도 역시 기존 습식 프레싱 공정에 비해 벌크 및 컨시스턴시를 상당히 증가시킨다.
공기프레스를 거친 후의 컨시스턴시 증가 및(또는) 웹의 횡 기계 방향 수분 프로필 개선을 위해 공기프레스에 앞서 임의의 스팀 샤워 등이 사용될 수 있다. 게다가, 기계속도가 비교적 느리고 공기프레스에서의 체류시간(dwell time)이 비교적 길 때, 더 높은 컨시스턴시를 얻을 수 있다.
공기프레스에 의해 제공되는 습윤 웹을 가로질러 발생하는 압력차는 수은 약 25 인치 (약 84.75 kPa) 이상(예: 수은 약 25 내지 약 120 인치 (약 84.75 내지 약 406.8 kPa)), 특히 수은 약 35 인치 (약 118.65 kPa) 이상(예: 수은 약 35 내지 약 60 인치 (약 118.65 내지 약 203.4 kPa)), 보다 특히 수은 약 40 내지 약 50 인치 (약 135.6 내지 약 169.5 kPa)일 수 있다. 이것은 부분적으로는 습윤 웹의 한쪽면에 대한 유체 압력을 0 초과 내지 약 60 psig (약 413.4 kPa), 특히 0 초과 내지 약 30 psig (약 206.7 kPa), 더 특히 약 5 psig (약 34.45 kPa) 이상(예: 약 5 내지 약 30 psig (약 34.45 내지 약 206.7 kPa)), 훨씬 더 특히 약 5 내지 약 20 psig (약 34.45 내지 약 137.8 kPa)으로 유지하는 공기프레스의 공기충만실에 의해 달성될 수 있다. 공기프레스의 수집장치는 바람직하게는 수은 0 내지 약 29 인치 (0 내지 약 98.31 kPa) 진공, 특히 수은 0 내지 약 25 인치 (0 내지 약 84.75 kPa) 진공, 특히 수은 0 초과 내지 약 25 인치 (0 초과 내지 약 84.75 kPa) 진공, 더 특히 수은 약 10 내지 약 20 인치 (약 33.9 내지 약 67.8 kPa) 진공(예: 수은 약 15 인치 (약 50.85 kPa) 진공)에서 작동하는 진공상자로서 기능한다. 몇몇 실시태양에서, 공기프레스의 수집장치는 수은 30 인치 (약 101.7 kPa) 진공 또는 그 이상에서 작동할 수 있다. 수집장치는 공기충만실과 완전 밀폐를 형성해서 진공을 빨아들여 공기 및 액체의 수집장치로서의 그의 기능을 돕도록 하는 것이 바람직하지만, 반드시 필요로 되는 것은 아니다. 공기충만실 및 수집장치 내의 압력 수준을 모니터하여 소정의 수준으로 조절하는 것이 바람직하다.
중요한 것은 공기프레스에 사용되는 가압 유체가 주위 공기로부터 밀폐되어웹을 통하는 실질적인 공기 유동을 발생시키고 이로써 공기프레스의 탈수능력이 엄청나게 커진다는 점이다. 공기프레스를 통한 가압 유체의 유동은 적당하게는 개방 영역 1 in2당 약 5 내지 약 500 SCFM (1 ㎡당 약 3.66 내지 약 365.72 ㎥/s), 특히 개방 영역 1 in2당 약 10 SCFM (1 ㎡당 약 7.31 ㎥/s) 이상(예: 개방 영역 1 in2당 약 10 내지 약 200 SCFM (1 ㎡당 약 7.31 내지 약 146.29 ㎥/s)), 더 특히 개방 영역 1 in2당 약 40 SCFM (1 ㎡당 약 29.26 ㎥/s) 이상(예: 개방 영역 1 in2당 약 40 내지 약 120 SCFM (1 ㎡당 약 29.26 내지 약 87.77 ㎥/s))이다. 공기충만실에 공급된 가압 유체의 70% 이상, 특히 80% 이상, 더 특히 90% 이상이 습윤 웹을 통해 진공상자 안으로 끌여들여지는 것이 바람직하다. 본 발명의 목적상, "SCFM(standard cubic feet per mimute)"이라는 단위는 60 ℉ (약 15.55 ℃) 및 14.7 psia(pound per square inch absolute) (약 101.3 kPa)에서 측정되는 CFM(cubic feet per minute)을 의미한다.
"공기" 및 "가압 유체"라는 용어는 공기프레스에서 습윤 웹을 탈수하는 데 사용되는 기체상 물질을 의미하는 것으로서, 본원 명세서에서는 호환적으로 사용된다. 기체상 물질은 적당하게는 공기, 스팀 등을 포함한다. 바람직하게는, 가압유체는 주위 온도의 공기, 또는 오로지 가압 과정에 의해서만 약 300 ℉ (약 148.89 ℃) 이하, 더 특히는 약 150 ℉ (약 65.56 ℃) 이하의 온도로 가열된 공기를 포함한다.
바람직하게는, 습윤 웹은 이전 처리에 의해 부여된 조직, 특히 3차원 직물에 몰딩함으로써 부여된 조직의 실질적인 부분을 유지시키는 방식으로 양키 건조기 또는 다른 가열된 건조 실린더 표면에 부착된다. 습식 프레싱된 크레이핑된 종이를 제조하는 데 사용되는 통상의 방법은 이 목적에는 부적절한데, 왜냐하면 그 방법에서는 습윤 웹을 탈수하고 습윤 웹을 치밀하고 편평한 상태로 균일하게 프레싱하는 데 가압 롤이 사용되기 때문이다. 본 발명에서는, 통상의 실질적으로 평탄한 프레스 펠트를 유공(有孔) 직물 및 바람직하게는 쓰루드라잉 직물과 같은 조직화된(textured) 물질로 대체한다. 본 발명의 또다른 실시태양에서는, 통상의 크레센트-포머 티슈 기계의 통상의 실질적으로 평탄한 프레스 펠트를 유공 직물 및 바람직하게는 쓰루드라잉 직물과 같은 조직화된 물질로 대체한다. 본 발명에 따라 제조된 티슈 웹은 바람직하게는 3차원 직물로 몰딩된 후의 벌크가 약 8 cc/g (㎖/g) 이상, 특히 약 10 cc/g (㎖/g) 이상, 더 특히 약 12 cc/g (㎖/g) 이상이고, 이 벌크는 조직화된 유공 직물을 사용하여 가열된 건조 실린더로 프레싱된 후에도 유지된다.
최상의 결과를 얻기 위해서는, 통상의 티슈 제조에 비해 상당히 더 낮은 프레싱 압력을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 최대 압력 지점을 포함하는 1인치 (25.4 ㎜) 정사각형 영역을 가로질러 평균했을 때, 웹에 적용되는 최대 하중 대역이 약 400 psi (약 2756 kPa) 이하, 특히 약 350 psi (약 2411.5 kPa) 이하, 더 특히 약 150 psi (약 1033.5 kPa) 이하(예: 약 2 내지 약 50 psi (약 13.78 내지 약 344.5 kPa)), 가장 특히 약 30 psi (약 206.7 kPa) 이하이어야 한다. 최대 압력 지점에서 측정된 프레싱 압력(단위: pli(pound per lineal inch) (N/㎜))은 바람직하게는 약 400 pli (약 70 N/㎜) 이하, 특히 약 350 pli (약 61.25 N/㎜) 이하이다. 가열된 건조 실린더에 3차원 웹 구조를 저압 적용하는 것은 건조된 웹에 실질적으로 균일한 밀도를 유지하는 데 도움을 준다. 실질적으로 균일한 밀도는 양키 건조기 부착에 앞서 비압축 수단으로 웹을 효과적으로 탈수시키고, 건조기에 웹을 접촉시키는 유공 직물을 웹에 높은 국소 압력을 가할 수도 있는 높은 불요성(不撓性) 돌출부가 비교적 없는 것으로 선택함으로써 촉진된다. 직물은 바람직하게는 웹이 일단 건조기 표면과 접촉한 후 직물로부터 웹이 탈착하는 것을 촉진하는 직물이탈제(fabric release agent) 유효량으로 처리한다.
티슈 시트의 흡수능은 흡수용량 및 흡수속도로 특징지울 수 있다. 본원에서 사용된 "흡수용량"은 시트가 흡수할 수 있는 증류수의 최대량이고, 샘플 시트 1g 당 물의 양(g)으로 나타낸다. 더 구체적으로 말하면, 샘플 시트의 흡수용량은 건조 시트의 101.6 ㎜ x 101.6 ㎜ (4 인치 x 4 인치) 샘플을 절취하고, 그것을 0.01g 까지 칭량함으로써 측정할 수 있다. 샘플을 실온 증류수 수조의 표면 위로 떨어뜨리고 수조 안에 3분동안 둔다. 이어서, 집게 또는 핀셋을 사용해서 샘플을 꺼내고, 세갈래 클램프를 사용해서 수직으로 매달아 과량의 물이 빠지게 한다. 각 샘플에 대해 3분 동안 물이 빠지게 한다. 이어서, 칭량접시를 샘플 아래에 둔 채로 클램프를 풀어줌으로써 샘플을 칭량접시 안에 넣는다. 습윤 샘플을 0.01g까지 칭량한다. 흡수용량은 샘플의 습윤중량에서 건조중량을 뺀 양(흡수된 물의 양)을 샘플의 건조중량으로 나눈 값이다. 각 제품에 대해 5개 이상의 대표 샘플을 시험해서 그 결과를 평균하여야 한다.
"흡수속도"는 어떤 제품이 증류수 중에서 완전히 습윤되는 데 걸리는 시간이다. 그것은 각 시트의 크기가 63.5 ㎜ x 63.5 ㎜(2.5 인치 x 2.5 인치)인 시트 20장으로 이루어진 패드를 30 ℃ 온도의 증류수 수조의 표면으로 떨어뜨림으로써 결정한다. 샘플이 물에 부딪치는 순간부터 그것이 완전히 습윤될 때까지 경과한 시간(초)이 흡수속도이다.
본 발명의 방법은 미용티슈, 욕실용 티슈, 타월, 냅킨, 와이프 등을 포함하여 다양한 흡수제품을 제조하는 데 유용하다. 본 발명의 목적상, "티슈" 또는 "티슈제품"이라는 용어는 일반적으로 이러한 제품 구조를 기술하는 데 사용되고, "셀룰로스 웹"이라는 용어는 최종 제품 구조에 상관없이 셀룰로스 섬유를 포함하거나 또는 셀룰로스 섬유로 이루어진 웹을 광범위하게 의미하는 데 사용된다.
본 발명을 위해서는 활엽수재 또는 침염수재, 짚, 아마, 밀크위드 씨드 플로스 섬유(milkweed seed floss fiber), 아바카, 대마, 케나프, 버개스, 목화, 갈대 등을 포함하여 많은 섬유 종류가 사용될 수 있다. 표백 및 비표백 섬유, 천연 기원의 섬유(목재 섬유 및 다른 셀룰로스 섬유, 셀룰로스 유도체, 및 화학적으로 강성처리된 또는 가교된 섬유를 포함함) 또는 합성 섬유(합성 제지 섬유는 폴리프로필렌, 아크릴릭, 아라미드, 아세테이트 등으로부터 제조된 몇가지 형태의 섬유를 포함함), 버진 및 회수된 또는 재생된 섬유, 활엽수재 및 침엽수재, 및 기계적 펄핑된(예: 쇄목), 화학적 펄핑된(크라프트 및 설파이트 펄핑 공정을 들 수 있지만, 이에 한정되지 않음), 열기계적 펄핑된, 화학열기계적 펄핑된 섬유 등을 포함하여 알려진 모든 제지섬유가 사용될 수 있다. 상기 언급한 또는 관련된 섬유 부류의 아군의 혼합물이 사용될 수도 있다. 섬유는 당업계에서 유리한 것으로 알려진 많은 방법으로 제조될 수 있다. 유용한 섬유제조방법은 헤르만(M.A. Hermans) 등의 미국 특허 제5,348,620호(등록일자 1994년 9월 20일) 및 제5,501,768호(등록일자 1996년 3월 26일)에 기재된 바와 같은 컬(curl) 및 개선된 건조 성질을 부여하는 분산물을 포함한다.
또, 화학첨가제도 사용할 수 있고, 원섬유에 첨가하거나, 섬유 슬러리에 첨가하거나, 또는 제조하는 동안 또는 그후에 웹에 첨가할 수 있다. 이러한 첨가제는 불투명화제, 안료, 습윤지력증강제, 건조지력증강제, 연화제, 완화제, 습윤제, 살바이러스제, 살균제, 완충제, 왁스, 플루오로폴리머, 악취제어물질 및 탈취제, 제올라이트, 염료, 형광염료 또는 증백제, 퍼퓸, 디본더(debonder), 식물성 오일, 미네랄 오일, 습윤제, 사이징제, 초흡수제, 계면활성제, 보습제, UV 차단제, 항생물제, 로션, 살진균제, 방부제, 알로에-베라 추출물, 비타민 E 등을 포함한다. 화 학첨가제의 적용은 균일해야 할 필요는 없고, 티슈의 부위마다 좌우로 달라질 수 있다. 웹 표면의 일부에 침착된 소수성 물질은 웹의 성질을 향상시키는 데 사용될 수 있다.
헤드박스는 웹 형성시 단일 헤드박스 제트로부터 다층구조를 제조할 수 있도록 층화될 수 있다. 특정 실시태양에서는, 개선된 연성을 위해 웹의 한쪽에 보다 짧은 섬유를 우선적으로 침착시키고, 웹의 다른 한쪽에 또는 3개 이상의 층을 갖는 웹의 내층에 상대적으로 긴 섬유를 침착시키기 위해 층화 또는 층상 헤드박스를 사용해서 웹을 제조한다. 웹은 바람직하게는 액체 배출 및 웹의 부분 탈수를 가능케 하는 유공 포밍 직물의 무한 루프로 형성된다.
본 발명의 많은 특징 및 이점은 아래의 설명으로부터 명백하게 나타날 것이다. 아래의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시태양을 예시하는 첨부도면을 참고로 한다. 이 실시태양은 본 발명의 전범위를 대표하지 않는다. 따라서, 본 발명의 전범위를 해석하기 위해서는 특허청구범위를 참고하여야 한다.
도1은 높은 벌크 및 흡수능을 갖는 셀룰로스웹을 제조하기 위한 본 발명의 방법을 예시하는 공정흐름 개략도를 대표적으로 나타냄.
도2는 본 발명의 다른 방법을 예시하는 공정흐름 개략도를 대표적으로 나타냄.
도3은 공기프레스의 공기충만실 밀폐 어셈블리가 습윤 웹 및 진공상자에 비해 높여진 위치로 있는. 도1-2의 방법에 사용하기 위한 공기프레스의 확대단면도를 대표적으로 나타냄.
도4는 도3의 공기프레스의 측면도를 대표적으로 나타냄.
도5는 밀폐 어셈블리가 직물에 로딩된, 일반적으로 도3의 선6-6의 평면으로부터 취한 확대단면도를 대표적으로 나타냄.
도6은 도5와 유사하지만 일반적으로 도3의 선7-7의 평면으로부터 취한 확대단면도를 대표적으로 나타냄.
도7은 예시 목적상 부분들을 부수어서 단면으로 도시한, 직물에 위치한 공기충만실 밀폐 어셈블리의 여러 부품들의 투시도를 대표적으로 나타냄.
도8은 도3의 공기프레스의 다른 밀폐 구성의 확대단면도를 대표적으로 나타냄.
도9는 도3의 공기프레스의 밀폐 섹션의 확대 개략도를 대표적으로 나타냄.
도10은 높은 벌크 및 흡수능을 갖는 셀룰로스 웹을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법을 예시하는 공정흐름 개략도를 대표적으로 나타냄.
도11은 본 발명의 다른 방법을 예시하는 공정흐름 개략도를 대표적으로 나타냄.
도12는 본 발명의 또다른 방법을 예시하는 공정흐름 개략도를 대표적으로 나타냄.
이제, 도면을 참고로 하여 본 발명을 더 상세히 설명할 것이다. 다른 도면에서 유사한 요소는 동일 부호로 표기한다. 간략하게 하기 위해, 여러 개의 직물 런(run)을 정의하기 위해 다양한 인장 롤들을 개략적으로 나타내기는 했지만, 부호를 표기하지는 않았다. 지료(stock) 제조, 헤드박스, 포밍 직물, 웹 이송, 크레이핑 및 건조에 있어서는 다양한 통상의 제지 장치 및 작업을 이용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 다양한 실시태양을 이용할 수 있는 상황을 제공하기 위한 목적에서 특정의 통상의 부품들을 예시한다.
본 발명의 방법은 대표적인 습식 프레스 티슈지 기계로부터 변형된 도1에 도시한 장치로 수행할 수 있다. 제지섬유의 슬러리로서 형성된 엠브리오닉 (embryonic) 습윤 웹(10)이 헤드박스(12)로부터 제1 직물(14)의 무한 루프 위에 침착된다. 트윈-와이어 포머(twin-wire former)와 같은 다른 포밍 배열도 가능하고 이러한 변형의 기능성을 변화시키지 않는다는 점을 주목한다. 슬러리의 컨시스턴시 및 유속은 건조 웹 기초중량을 결정하고, 건조 웹 기초중량은 바람직하게는 약 5 내지 약 80 g/㎡, 더 바람직하게는 약 8 내지 약 40 g/㎡이다.
엠브리오닉 습윤 웹(10)은 습윤 웹(10)이 제1 직물(14) 위에서 운반되는 동안 제1 직물(14) 및 포밍 롤(52)와 공동으로 연관된 자연 배수에 의해 부분 탈수된다. 추가의 탈수는 진공상자(46)과 같은 탈수 수단 또는 장치에 의해 달성될 수 있다. 부분 탈수 단계가 일단 완료되면, 습윤 웹(10)은 진공 슈(shoe)(50)을 사용하거나 또는 사용하지 않고서 제2 직물(24)에 이송되거나 또는 그 위에 보류된다. 직물(14) 및 (24) 중 적어도 하나는 포밍 직물일 수 있고, 바람직하게는 제1 직물(14)가 포밍 직물이다. 게다가, 직물(14) 및 (24) 중 적어도 하나는 몰딩 직물 일 수 있고, 바람직하게는 제2 직물(24)가 몰딩 직물이다.
본 발명의 고속 작업을 위해, 가열된 건조 실린더(30) 이전의 통상의 티슈 탈수 방법은 불충분한 수분 제거를 제공할 수 있으므로, 추가의 탈수장치가 필요할 수 있다. 임의로, 습윤 웹은 진공상자(47)을 이용해서 추가로 탈수될 수 있다. 예시된 실시태양에서는, 공기프레스(16)을 사용해서 습윤 웹(10)을 비압축 탈수시킨다. 예시된 공기프레스(16)은 습윤 웹(10) 위쪽에 배치되는 가압 공기충만실(18), 및 가압 공기충만실(18) 및 제2 직물(24)와 작용적 관계로 지지 직물(22) 아래쪽에 배치된 진공상자 형태로 도시된 물 및 유체 수집장치(20)의 어셈블리를 포함한다. (다른 실시태양에서는, 유체 수집장치(20)이 가압 공기충만실(18) 및 지지 직물(22)와 작용적 관계로 제2 직물(24) 옆에 배치될 수 있다.) 공기프레스(16)을 통해 통과하는 동안, 습윤 웹(10)에 손상을 주지 않으면서 습윤 웹(10)에 대한 밀폐를 돕기 위해 습윤웹(10)은 제2 직물(24)와 지지 직물(22) 사이에 삽입된다.
공기프레스(16)은 상당한 수분 제거율을 제공함으로써, 바람직하게는 실질적인 압축 탈수의 필요 없이, 웹이 양키 건조기와 같은 건조 실린더(30)에 부착하기 전에 30%가 훨씬 넘는 건조 수준을 달성할 수 있게 한다. 공기프레스(16)의 몇몇 실시태양을 아래에서 더 상세히 설명한다. 다른 적당한 실시태양은 1996년 5월 14일자로 출원된 헤르만(M.A. Hermans)의 미국 특허 출원 제08/647,508호(발명의 명칭: "Method and Apparatus for Making Soft Tissue"; 본원에 참고로 포함시킴)에 기재되어 있다.
공기프레스(16)을 거친 다음에, 습윤 웹(10)은 이송 스테이션에 있는 진공 이송 슈(26)의 도움 하에 또는 그의 도움 없이 습윤 웹(10)이 제2 직물(24), 바람직하게는 조직화된 직물로 다시 이송될 때까지 제2 직물(24)와 지지 직물(22) 사이에 삽입된 채로 더 이동한다.
제2 직물(24)는 치우(K.F. Chiu) 등의 미국 특허 제5,429,686호(등록일자: 1995년 7월 4일)(본원에 참고로 포함시킴)에 기재된 것들과 같은 3차원 쓰루드라잉 직물을 포함할 수 있거나, 또는 다른 직포, 조직화된 웹 또는 부직포를 포함할 수 있다. 제2 직물(24)는 후에 습윤 웹이 제2 직물(24)로부터 이탈하는 것을 돕기 위해 실리콘 또는 탄화수소의 혼합물과 같은 직물이탈제로 처리될 수 있다. 직물이탈제는 웹의 픽업(pick-up) 전에 제2 직물(24) 위에 분무될 수 있다. 적어도 픽업(pick-up)하는 동안 이송 슈(26)에서의 진공력 때문에 발생하는 몰딩이 습윤 웹(10)의 몰딩에 충분하긴 하지만, 제2 직물(24) 위에 있을 때 습윤 웹(10)은 진공압력 또는 약한 프레싱(도시되지 않음)을 적용함으로써 제2 직물(24)에 대해 추가로 몰딩될 수 있다.
이어서, 제2 직물(24) 위에 있는 습윤 웹(10)은 가압 롤(32)에 의해 가열된 건조 실린더(30)에 대해 프레싱된다. 가열된 건조 실린더(30)에는 증기 후드 또는 양키 건조기 후드(34)가 설비되어 있다. 후드(34)는 대표적으로 약 300 ℉ (약 148.89 ℃) 이상, 특히 약 400 ℉ (약 204.44 ℃) 이상, 보다 특히 약 500 ℉ (약 260 ℃) 이상, 가장 특히는 약 700 ℉ (약 371.11 ℃) 이상의 온도의 가열된 공기의 제트를 사용하고, 이것은 공기 제트가 후드(34)에서 다음 수준들 중 하나인 최대 또는 국소평균 속도를 가지도록 노즐 또는 다른 유동 장치로부터 습윤 웹(10) 쪽으로 향한다: 약 10 m/s(meter/second) 이상, 약 50 m/s 이상, 약 100 m/s 이상 또는 약 250 m/s 이상.
가열된 건조 실린더(30)에 붙어 있을 때 습윤 웹(10)은 약 30 % 이상, 특히 약 35% 이상(예: 약 35% 내지 약 50%), 더 특히 약 38% 이상의 섬유 컨시스턴시를 가지는 것이 적당하다. 가열된 건조 실린더(30)으로부터 제거될 때 습윤 웹(10)의 건조도는 약 60% 이상, 특히 약 70% 이상, 더 특히 약 80% 이상, 훨씬 더 특히 약 90% 이상, 가장 특히 약 90% 내지 약 98%로 증가된다. 습윤 웹(10)은 가열된 건조 실린더(30)에서 부분 건조되고 약 40% 내지 약 80%의 컨시스턴시에서 습식 크레이핑된 후에 약 95% 이상의 컨시스턴시로 건조(후건조)될 수 있다. 습윤 웹(10)의 건조를 증진시키기 위해 양키 건조기 후드(34)를 대체해서 또는 그에 부가해서 비전통적 후드 및 충돌 시스템이 사용될 수 있다. 추가의 가열된 건조 실린더(30) 또는 다른 건조 수단, 특히 비압축 건조 수단이 제1 가열된 건조 실린더(30) 후에 사용될 수 있다. 후건조를 위한 적당한 수단은 양키 건조기 및 캔(can) 건조기, 쓰루드라이어 또는 기타 다른 상업적으로 효율적인 건조 수단과 같은 가열된 건조 실린더(30)을 하나 이상 포함한다. 별법으로, 제2 직물(24)가 몰딩 직물인 경우 몰딩될 수도 있는 습윤 웹(10)은 가열된 건조 실린더(30) 위에서 완전 건조되어 건조 크레이핑될 수 있다. 가열된 건조 실린더(30)에서의 건조 정도는 습윤 웹(10)의 속도, 가열된 건조 실린더(30)의 크기, 습윤 웹(10) 중의 수분 함량 등과 같은 요인에 따라 좌우될 것이다.
이와 같이 건조된 웹(36)이 가열된 건조 실린더(30)으로부터 예를 들면 크레 이핑 블레이드(28)에 의해 끌어당겨지거나 또는 전달된 후 롤(38)에 감겨진다. 습윤 웹(10)이 가열된 건조 실린더(30)의 표면과 접촉하기 전에, 회전하는 가열된 건조 실린더(30)의 표면에 스프레이 붐(spray boom)(42)로부터 분무액 형태로 적용되는 계면제어혼합물(40)이 예시되어 있다. 가열된 건조 실린더(30)의 표면에 직접 분무하는 대신, 계면제어혼합물(40)은 그라비아 인쇄에 의해 습윤 웹(10) 또는 가열된 건조 실린더(30)의 표면에 직접 적용될 수 있거나, 또는 제지 기계의 습부의 수성 섬유 슬러리에 혼입될 수 있다. 가열된 건조 실린더(30)의 표면에 있는 동안, 습윤 웹(10)은 가열된 건조 실린더(30) 표면으로부터의 이탈을 촉진하는 물질의 첨가를 포함하여 건조되고 있는 웹(10)에 용액을 인쇄 또는 직접 분무하는 것 등에 의해 화학물질로 추가 처리될 수 있다.
계면제어혼합물(40)은 습식 프레스 및 크레이핑 작업을 위한 통상의 크레이핑 첨가제 및(또는) 건조기 이탈제를 포함할 수 있다. 또. 습윤 웹(10)은 본원과 동일자로 출원되었지만 출원번호가 알려지지 않은 드루에케(Druecke) 등의 미국특허출원(발명의 명칭: "Method of Producing Low Density Resilient Webs")(본원에 참고로 포함시킴)에 기재된 유형의 계면제어혼합물(40)을 사용해서 가열된 건조 실린더(30)의 표면으로부터 크레이핑 없이 제거될 수도 있다.
도 2에는 습윤 웹(10)이 양키 건조기 또는 다른 가열된 건조 실린더(30)으로 이송되기 전에 지지 직물(22)의 런(run)의 롤(55)가 제2 직물(24), 지지 직물(22) 및 습윤 웹(10)의 방향을 변화시키도록 배향되어서 습윤 웹(10)이 흡인 가압 롤(32)로부터 덜 이탈될 것이라는 점을 제외하고는 도1과 유사한 다른 실시태양이 도시되어 있다. 롤(55)는 비지지 시트 랩 각도 α를 감소시킴으로써 습윤 웹(10)이 가열된 건조 실린더(30)으로 이송되기 전에 습윤 웹(10)이 제2 직물(24)로부터 분리될 수 있는 기회를 최소화한다. 제지 섬유의 슬러리로서 형성된 엠브리오닉 습윤 웹(10)이 헤드박스(12)로부터 제1 직물(14)의 무한 루프 위에 침착된다. 직물(14) 및 (24) 중 적어도 하나는 포밍 직물일 수 있고, 바람직하게는 제1 직물(14)가 포밍 직물이다. 게다가, 직물(14) 및 (24) 중 적어도 하나는 몰딩 직물일 수 있고, 바람직하게는 제2 직물(24)가 몰딩 직물이다.
엠브리오닉 습윤 웹(10)은 습윤 웹(10)이 제1 직물(14)에서 운반되는 동안 제1 직물(14)와 포밍 롤(52)와 공동으로 연관된 자연 배수에 의해 부분 탈수된다. 습윤 웹(10)은 제1 직물(14) 위에 있는 동안 임의의 진공상자(46) 또는 다른 적당한 탈수 장치에 의해 추가로 탈수될 수 있다. 부분 탈수 단계가 일단 완료되면, 습윤 웹(10)은 진공 슈(50)을 사용하거나 또는 사용하지 않고서 제2 직물(24)로 이송된다. 습윤 웹(10)은 제2 직물(24)와 지지 직물(22) 사이에 삽입되고, 임의로, 제2 직물(24)와 지지 직물(22) 사이에 있는 동안 진공상자(47) 또는 다른 적당한 탈수 장치에 의해 추가로 탈수된다.
습윤 웹(10)이 제2 직물(24)와 지지 직물(22) 사이에 삽입되어 있을 때 공기프레스(16)을 사용해서 습윤 웹(10)을 비압축 탈수시킨다. 예시된 공기프레스(16)은 진공상자(20)과 작용적 관계로 배치된 가압 공기충만실(18)의 어셈블리를 포함한다. 공기프레스(16)을 통해 통과할 때, 습윤 웹(10)은 제2 직물(24)와 지지 직물(22) 사이에 삽입되어 있고, 지지 직물(22)는 습윤 웹(10)과 진공상자(20) 사이에 배치된다. (다른 실시태양에서는, 제2 직물(24)가 습윤 웹(10)과 진공상자(20) 사이에 배치될 수 있다.)
이어서, 습윤 웹(10)은 진공 슈(26)의 도움 하에 또는 도움 없이 다시 제2 직물(24)로 이송된다. 이어서, 제2 직물(24) 위에 있는 습윤 웹(10)은 가압 롤(32)에 의해, 바람직하게는 가압 롤(32) 위의 비지지 시트 랩 각도α를 최소화하는 방식으로, 건조 실린더(30)에 대해 프레싱된다. 비지지 시트 랩 각도 α는 0 내지 약 90°, 0 내지 약 45°,및 0 내지 약 10°의 범위일 수 있다. 게다가, 더 작은 비지지 시트 랩 각도 α는 요구되는 진공대역의 크기를 감소시킴으로써 가압 롤에서 발생되는 진공을 위한 에너지 필요량을 감소시킨다. 비지지 시트 랩 각도 α는 습윤 웹(10)이 건조 실린더(30)에 이송될 때 가압 롤(32) 위의 습윤 웹(10)의 최초 접촉 지점에서부터 가압 롤(32) 위의 습윤 웹(10)의 최후 접촉 지점까지의 습윤 웹(10)으로 덮혀지는 가압 롤(32)의 원주의 부분(° 단위로 표시됨)으로 정의된다.
가열된 건조 실린더(30)에는 증기 후드 또는 양키 건조기(34)가 설비되어 있다. 이렇게 하여 건조된 웹(36)이 건조 실린더(30)으로부터 끌어당겨지거나 또는 전달되고, 크레이핑 없이 제거되며, 그 다음 그것은 롤(38) 위에 감겨진다. 건조된 웹(36)이 가열된 건조 실린더(30)의 표면으로부터 당겨질 때의 각도는 약 0 내지 약 100 °인 것이 적당하고, 분리 지점에서 가열된 건조 실린더 표면에 대한 접선으로 측정되지만, 이것은 작업속도가 달라지면 변할 수 있다.
계면제어혼합물(40)이 스프레이 붐(42)로부터 분무액 형태로 회전하는 가열 된 건조 실린더(30)의 표면에 적용될 수 있다. 예를 들면, 계면제어혼합물(40)은 50 내지 75 mg/m2의 용량으로 5 중량% 미만의 고형물을 갖는 수용액으로 적용되는 폴리비닐 알콜, 소르비톨 및 헤르큘레스(Hercules) 1336 폴리글리콜의 혼합물을 포함할 수 있다. 습윤 웹(10)이 후드(34) 안으로 올라가지 않게 습윤 웹(10)을 부착시키면서도 건조된 웹(36)이 크레이핑 없이 건조 실린더(30)으로부터 잡아당겨질 수 있도록 하기 위해서는 접착제 화합물과 이탈제의 양이 균형을 이루어야 한다.
도3 내지 도6에는 습윤 웹(10)을 탈수하기 위한 공기프레스(200)이 도시되어 있다. 공기프레스(200)은 일반적으로 상부의 공기충만실(202)를 진공상자 형태의 하부의 수집장치 (204)와 함께 포함한다. 습윤 웹(10)은 상부 지지 직물(206)과 하부 지지 직물(208) 사이에 삽입된 채로 공기충만실(202)와 진공상자(204) 사이를 기계방향으로 이동한다. 공기충만실(202) 및 진공상자(204)는 공기충만실(202)에 공급된 가압 유체가 습윤 웹(10)을 통과하여 이동해서 진공상자(204)를 통해 제거 또는 배출되도록 서로 작용적으로 연관되어 있다.
각각의 연속 직물(206) 및 (208)은 당업계에 공지된 방식으로 직물(206) 및 (208)을 안내, 구동 및 인장하는 일련의 롤(도시되지 않음) 위로 이동한다. 직물 장력은 예정된 양, 적당하게는 약 10 내지 약 60 pli (약 1.75 내지 약 10.5 N/㎜), 특히 약 30 내지 약 50 pli (약 5.25 내지 약 8.75 N/㎜), 더 특히 약 35 내지 약 45 pli (약 6.13 내지 약 7.88 N/㎜)로 설정된다. 습윤 웹(10)을 공기프레스(200)을 통해 수송하는 데 유용할 수 있는 직물(206) 및 (208)은 거의 모든 유체 투과성 직물, 예를 들면 알바니 인터내셔날(Albany International) 94M, 애플톤 밀스(Appleton Mills) 2164B 등을 포함한다.
습윤 웹(10)의 폭에 걸쳐 미치는 공기프레스(200)의 단면도는 도3에 도시되고, 기계방향(205)에서의 공기프레스(200)의 측면도는 도4에 도시되어 있다. 도3 및 도4에서, 공기충만실(202)의 몇개의 부품은 습윤 웹(10) 및 진공상자(204)에 비해 높여진 또는 후퇴된 위치인 것으로 예시되어 있다. 후퇴된 상태에서는 가압 유체의 효과적인 밀폐가 가능하지 않다. 본 발명의 목적상, 공기프레스(200)의 "후퇴된 상태"라는 것은 공기충만실(202)의 부품들이 습윤 웹(10) 및 지지 직물(206) 및 (208)에 부딪치지 않는다는 것을 의미한다.
예시된 공기충만실(202) 및 진공상자(204)는 적당한 프레임 구조(210) 내에 장착된다. 예시된 프레임 구조(210)은 다수의 수직배향된 지지 막대(212)에 의해 분리된 상부 및 하부 지지 플레이트(211)을 포함한다. 공기충만실(202)는 가압 유체 소스(도시되지 않음)에 작용적으로 연결된 하나 이상의 적당한 공기 회로(215)를 통해 가압 유체 공급을 수용하기에 적합하게 된 충만실 챔버(214)(도6)를 정의한다. 따라서, 진공상자(204)는 바람직하게는 적당한 유체 회로(217) 및 (218)에 의해 각각 저진공 소스 및 고진공 소스(도시되지 않음)에 작용적으로 연결된 다수의 진공 챔버(이하에서 도6과 관련시켜 설명함)를 정의한다. 이어서, 습윤 웹(10)으로부터 제거된 물은 공기 스트림으로부터 분리된다. 공기프레스(200)의 부품들을 장착하기 위한 다양한 패스너가 도4, 5 및 6에 되시되어 있지만 표지되어 있지는 않다.
도5 및 6에는 공기프레스(200)의 확대단면도가 도시되어 있다. 이들 도면 도5 및 도6에서, 공기프레스(200)은 공기충만실(202)의 부품들이 습윤 웹(10) 및 지지 직물(206) 및 (208)과 충돌하는 관계로 하강한 작업중 상태로 도시되어 있다. 최소의 접촉력 및 따라서 감소된 직물 마모로 가압 유체를 적당히 밀폐시키는 것으로 밝혀진 충돌 정도는 이하에서 더 상세하게 설명한다.
공기충만실(202)는 프레임 구조(210)에 고정되게 장착된 정지 부품(220), 및 프레임 구조(210) 및 습윤 웹(10)에 대해 이동가능하게 장착된 밀폐 어셈블리(260)을 포함한다. 별법으로, 전체 공기충만실(202)가 프레임 구조(210)에 대해 이동가능하게 장착될 수 있다.
특히, 도6에 있어서, 공기충만실(202)의 정지 부품(220)은 서로 이격되고 상부 지지 플레이트(211) 아래에 위치하는 1쌍의 상부 지지 어셈블리(222)를 포함한다. 상부 지지 어셈블리(222)는 서로 향해 있고 그들 사이에서 충만실 챔버(214)를 부분 한정하는 페이싱(facing) 표면(224)를 한정한다. 또, 상부 지지 어셈블리(222)는 진공상자(204)쪽으로 향하는 아랫쪽면(226)을 한정한다. 예시된 실시태양에서, 각 아랫쪽면(226)은 상부 압축공기 로딩 튜브(230)이 고정되게 장착된 긴 움푹 패임부(228)를 한정한다. 상부 압축공기 로딩 튜브(230)은 적당하게는 횡 기계 방향의 중심에 있고, 바람직하게는 습윤 웹(10)의 전체 폭에 걸쳐 미친다.
또, 공기충만실(202)의 정지 부품(220)은 서로 이격되고 상부 지지 어셈블리(222)로부터 수직으로 간격을 두는 1쌍의 하부 지지 어셈블리(240)을 포함한다. 하부 지지 어셈블리(240)은 윗쪽면(242) 및 페이싱 표면(244)를 한정한다. 위쪽면(242)는 상부 지지 어셈블리(222)의 아랫쪽면(226) 쪽으로 향해 있고, 예시 된 바와 같이, 하부 압축공기 로딩 튜브(248)이 고정되게 장착된 긴 움푹 패임부(246)을 한정한다. 하부 압축공기 로딩 튜브(248)은 적당하게는 횡 기계 방향의 중심에 있고, 적당하게는 습윤 웹의 폭의 약 50 내지 100%에 걸쳐 미친다. 예시된 실시태양에서, 측부 지지 플레이트(250)은 하부 지지 어셈블리(240)의 페이싱 표면(244)에 고정되게 부착되고, 밀폐 어셈블리(260)의 수직 이동을 안정화시키는 기능을 한다.
도7을 추가로 참고하면, 밀폐 어셈블리(260)은 서로 이격된 1쌍의 횡 기계 방향 밀폐 부재(CD 밀폐 부재라고 칭함)(262)(도5-7), CD 밀폐 부재(262)들을 연결하는 다수의 브레이스(263), 및 1쌍의 기계방향 밀폐 부재(MD 밀폐 부재라고 칭함)(264)(도 5 및 7)를 포함한다. CD 밀폐 부재(262)는 정지 부품(220)에 대해 수직으로 이동가능하다. 임의적인 것이지만 바람직한 브레이스(263)은 CD 밀폐 부재(262)에 고정되게 부착되어 구조적 지지를 제공하고, 이리하여 CD 밀폐 부재(262)와 함께 수직으로 이동한다. 기계방향(205)에서는, MD 밀폐 부재(264)가 상부 지지 어셈블리(222)들 사이 및 CD 밀폐 부재(262)들 사이에 배치된다. 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, MD 밀폐 부재(264)의 부분들은 정지 부품(220)에 대해 수직으로 이동가능하다. 횡 기계 방향에서는, MD 밀폐 부재(264)가 습윤 웹(10)의 가장자리 가까이에 위치한다. 한 특정 실시태양에서는, 가능한 습윤 웹 폭의 범위를 수용하기위해 MD 밀폐 부재(264)가 횡 기계 방향으로 이동가능하다.
예시된 CD 밀폐 부재(262)는 직립한 주요 벽 섹션(266), 벽 섹션의 상부(270)으로부터 바깥쪽으로 돌출한 가로 플랜지(268), 및 벽 섹션(266)의 반대 쪽 저부(274)에 장착된 밀폐 블레이드(272)를 포함한다(도6). 따라서, 바깥쪽으로 돌출한 플랜지(268)은 밀폐 어셈블리(260)의 이동 방향에 대해 실질적으로 수직인 서로 반대쪽에 있는 상부 조절 표면(276) 및 하부 조절 표면(278)을 형성한다. 벽 섹션(266) 및 플랜지(268)은 별개의 다른 부품을 포함할 수 있거나 또는 예시된 바와 같이 단일 부품을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 밀폐 어셈블리(260)의 부품들은 도3 및 4에 나타낸 후퇴된 위치와 도5 및 6에 나타낸 작용 위치 사이를 수직 이동가능하다. 특히, CD 밀폐 부재(262)의 벽 섹션(266)은 위치 조절 플레이트(250)의 안쪽에 위치하고, 그것에 대해 슬라이딩가능하다. 수직 이동의 양은 가로 플랜지(268)이 상부 지지 어셈블리(222)의 아랫쪽면(226)과 하부 지지 어셈블리(240)의 윗쪽면(242) 사이를 이동할 수 있는 능력에 의해 결정된다.
가로 플랜지(268) 및 따라서 CD 밀폐 부재(262)의 수직 위치는 압축공기 로딩 튜브(230) 및 (248)의 작동에 의해 조절된다. 로딩 튜브(230) 및 (248)은 압축공기 소스 및 공기프레스의 제어 시스템(도시되지 않음)에 작용적으로 연결되어 있다. 상부 로딩 튜브(230)의 작동은 CD 밀폐 부재(262)의 상부 조절 표면(276)에 하향력을 발생시켜서 플랜지(268)을 그것이 하부 지지 어셈블리(240)의 윗쪽면(242)와 접촉하거나 또는 하부 로딩 튜브(248)에 의한 상향력 또는 직물 장력에 의해 정지될 때까지 하향이동시킨다. CD 밀폐 부재(262)의 후퇴는 하부 로딩 튜브(248)의 작동 및 상부 로딩 튜브(230)의 비작동에 의해 달성된다. 이 경우, 하부 로딩 튜브(248)이 하부 조절 표면(278)을 위쪽으로 밀어서, 플랜지(268)이 상 부 지지 어셈블리(222)의 아랫쪽면쪽으로 이동하게 한다. 물론, CD 밀폐 부재(262)의 이동이 일어나게 하기 위해 상부 로딩 튜브(230) 및 하부 로딩 튜브(248)이 다른 압력으로 작용할 수 있다. CD 밀폐 부재(262)의 수직 이동을 조절하기 위한 대체 수단은 다른 형태 및 연결의 압축공기 실린더, 수압 실린더, 스크류, 잭, 기계적 연결자, 또는 다른 수단을 포함할 수 있다. 적당한 로딩 튜브(230) 및 (248)은 실 마스터 코포레이션(Seal Master Corporation)(미국 오하이오주 켄트)으로부터 입수가능하다.
도6에 도시된 바와 같이, 가압 유체가 빠져나가는 것을 방지하기 위해 1쌍의 브릿지(bridge) 플레이트(279)가 상부 지지 어셈블리(222)와 CD 밀폐 부재(262) 사이의 갭에 걸쳐 있다. 이리하여, 브릿지 플레이트(279)는 공기충만실 챔버(214)의 부분을 한정한다. 브릿지 플레이트(279)는 상부 지지 어셈블리(222)의 페이싱 표면(224)에 고정되게 부착될 수 있고, CD 밀폐 부재(262)의 내부 표면에 대해 슬라이딩가능하거나, 또는 그 역도 가능하다. 브릿지 플레이트(279)는 렉산(LEXAN), 시트 금속 등과 같은 유체 불투과성 반경질 저마찰 물질로 형성될 수 있다.
밀폐 블레이드(272)는 공기프레스(200)의 다른 특징부들과 함께 기계방향에서 공기충만실(202)와 습윤 웹(10) 사이에서 가압 유체가 빠져나가는 것을 최소화하는 기능을 한다. 추가로, 밀폐 블레이드(272)는 직물 마모 정도를 줄이는 방식으로 모양을 가지고 형성된다. 특정 실시태양에서, 밀폐 블레이드(272)는 탄성 플라스틱 컴파운드, 세라믹, 코팅된 금속 기질 등으로 형성된다.
특히, 도5 및 도7을 보면, MD 밀폐 부재(264)는 서로 이격되고, 공기프레스(200)의 측면 가장자리를 따라 가압 유체가 손실되는 것을 방지하기에 적합하도록 되어있다. 도 5 및 도 7은 각각 횡 기계 방향에서 습윤 웹(10)의 가장자리 가까이에 위치하는 MD 밀폐 부재(264)중 하나를 보여준다. 예시된 바와 같이, 각 MD 밀폐 부재(264)는 가로 지지 부재(280), 가로 지지 부재(280)과 작용적으로 연결된 말단 덱클(deckle) 스트립(282), 및 가로 지지 부재(280)에 대해 말단 덱클 스트립(282)를 이동시키기 위한 작동기(284)를 포함한다. 가로 지지 부재(280)은 보통은 습윤 웹(10)의 측면 가장자리 가까이에 위치하고, 일반적으로 CD 밀폐 부재(262) 사이에 배치된다. 예시된 바와 같이, 각 가로 지지 부재(280)은 말단 덱클 스트립(282)가 장착된 하향진행채널(281)(도7)을 한정한다. 게다가, 각 가로 지지 부재(280)은 작동기(284)가 안에 장착된 원형 구멍(283)을 한정한다.
말단 덱클 스트립(282)는 실린더형 작동기(284) 때문에 가로 지지 부재(280)에 대해 수직 이동가능하다. 커플링 부재(285)(도5)가 말단 덱클 스트립(282)를 실린더형 작동기(284)의 출력 섀프트와 연결시킨다. 커플링 부재(285)는 말단 덱클 스트립(282)가 채널(281) 내에서 슬라이딩할 수 있도록(예를 들어, 교체를 위해) 역T형 막대 또는 막대들을 포함할 수 있다.
도7에 도시된 바와 같이, 가로 지지 부재(280) 및 말단 덱클 스트립(282) 둘 모두는 O-링 물질 등과 같은 유체 불투과성 밀폐 스트립(286)을 끼우기 위한 슬롯을 한정한다. 밀폐 스트립(286)은 누출되지 않도록 공기프레스(200)의 공기 챔버(214)를 밀폐하는 것을 돕는다. 밀폐 스트립(286)이 존재하게 되는 슬롯은 가로 지지 부재(280)과 말단 덱클 스트립(282)간의 상대적 이동에 편의를 도모하기 위해 두 부품사이의 계면에서 넓혀지는 것이 바람직하다.
브릿지 플레이트(287)(도5)이 MD 밀폐 부재(264)와 상부 지지 플레이트(211) 사이에 위치하고, 상부 지지 플레이트(211)에 고정되게 장착된다. 공기충만실 챔버(214)(도6)의 측면 부분들이 브릿지 플레이트(287)에 의해 한정된다. 바람직하게는, 브릿지 플레이트(287)과 MD 밀폐 부재(264)간의 상대적 이동을 가능케 하고 가압 유체의 손실을 방지하기 위해 브릿지 플레이트(287)과 MD 밀폐 부재(264) 사이에 유체 불투과성 가스켓 물질과 같은 밀폐 수단이 위치한다.
적당하게는, 작동기(284)는 CD 밀폐 부재(262)의 수직 위치와 무관하게 상부 지지 직물(206)에 대한 말단 덱클 스트립(282)의 로딩 및 비로딩(unloading)의 제어를 제공한다. 로드(load)는 필요한 밀폐력에 부합하도록 정확하게 제어될 수 있다. 모든 말단 덱클 및 직물 마모를 제거할 필요가 없을 때는 말단 덱클 스트립(282)가 후퇴할 수 있다. 적당한 작동기는 빔바 코포레이션(Bimba Corporation)으로부터 입수가능하다. 별법으로, 상부 지지 직물(206)에 말단 덱클 스트립(282)를 유지시키는 데 스프링(도시되지 않음)이 사용될 수 있지만, 이 경우 말단 덱클 스트립(282)의 위치를 제어할 수 있는 능력이 희생될 수 있다.
도5를 보면, 각 말단 덱클 스트립(282)는 커플링 부재(285)와 인접해서 배치된 윗쪽 표면 또는 가장자리, 그 반대쪽에 있는 사용시 상부 지지 직물(206)과 접촉되는 아랫쪽 표면 또는 가장자리, 및 CD 밀폐 부재(262)에 밀접되어 있는 옆쪽 표면 또는 가장자리를 갖는다. 아랫쪽 표면(292)의 모양이 진공상자(204)의 굴곡과 정합하기에 적합하게 된 것이 적당하다. CD 밀폐 부재(262)가 직물(206) 및 (208) 에 충돌하는 경우, 아랫쪽 표면(292)가 직물 충돌의 굴곡을 따르도록 모양을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 아랫쪽 표면(292)는 이격된 말단부(298)들에 의해 기계방향에서 측면이 둘러싸인 중앙부(296)을 갖는다. 중앙부(296)의 모양은 일반적으로 진공상자(204)의 모양을 따르고, 한편 말단부(298)의 모양은 일반적으로 CD 밀폐 부재(262)로 인한 직물(206) 및 (208)의 편향을 따른다. 돌출한 말단부(298)에서의 마모를 방지하기 위해, CD 밀폐 부재(262)가 후퇴하기 전에 말단 덱클 스트립(282)가 후퇴하는 것이 바람직하다. 말단 덱클 스트립(282)는 바람직하게는 직물 마모를 최소화하는 기체불투과성 물질로 형성한다. 말단 덱클 스트립(282)에 적당할 수 있는 특별한 물질은 폴리에틸렌, 나일론 등을 포함한다.
MD 밀폐 부재(264)는 횡 기계 방향으로 이동가능한 것이 바람직하고, 따라서 CD 밀폐 부재(262)에 대해 슬라이딩가능하게 위치하는 것이 바람직하다. 예시된 실시태양에서, MD 밀폐 부재(264)의 횡 기계 방향 이동은 브라켓(bracket)(306)(도7)에 의해 제자리에 유지된 쓰레디드(threaded) 섀프트 또는 볼트(305)에 의헤 제어된다. 쓰레디드 섀프트(305)는 가로 지지 부재(280)에 쓰레디드 구멍을 통해 통과하고, 섀프트가 회전하면 MD 밀폐 부개가 섀프트를 따라서 이동한다. 또한, 압축공기 장치 등과 같이 횡 기계 방향으로 MD 밀폐 부재(264)를 이동시키기 위한 다른 수단이 사용될 수 있다. 다른 한 실시태양에서는, MD 밀폐 부재(264)가 CD 밀폐 부재(262)에 고정되게 부착되어서 전체 밀폐 부재(260)이 함께 올라가고 내려간다(도시되지 않음). 또다른 실시태양에서는, 가로 지지 부재(280)이 CD 밀폐 부재(262)에 고정되게 부착되고, 말단 덱클 스트립(282) 가 CD 밀폐 부재(262)와 무관하게 이동하기에 적합하게 되어 있다(도시되지 않음).
진공상자(204)는 하부 지지 직물(208)이 그 위로 이동하는 윗쪽면(302)를 갖는 진공상자 커버(300)을 포함한다. 진공상자 커버(300) 및 밀폐 어셈블리(260)은 바람직하게는 웹 제어가 쉽도록 완만하게 굴곡된다. 예시된 진공상자 커버(300)은 기계방향(205)에서 맨앞 가장자리(leading edge)에서부터 맨뒤 가장자리(trailing edge)까지가 제1 외부 밀폐 슈(311); 제1 밀폐 진공 대역(312); 제1 내부 밀폐 슈(313); 3개의 내부 슈(315),(317) 및 (319)를 둘러싸는 일련의 4개의 고진공 대역(314),(316),(318) 및 (320); 제2 내부 밀폐 슈(321); 제2 밀폐 진공 대역(322); 및 제2 외부 밀폐 슈(323)으로 형성된다(도6). 밀폐 슈(315),(317) 및 (319) 및 진공대역(314),(316),(318) 및 (320) 각각은 바람직하게는 횡 기계 방향에서 웹의 전체 폭에 걸쳐 미친다. 슈(315),(317) 및 (319) 각각은 상당한 직물 마모를 발생시킴이 없이 하부 지지 직물(208)에 얹히도록 바람직하게는 세라믹 물질로 형성된 윗쪽면을 포함한다. 적당한 진공상자 커버 및 슈는 플라스틱, 나일론, 코팅된 스틸 등으로 형성될 수 있고, 제이더블유아이 코포레이션(JWI Corporation) 또는 아이비에스 코포레이션(IBS Corporation)으로부터 입수가능하다.
4개의 진공대역(314),(316),(318) 및 (320)은 비교적 높은 진공 수준을 끌어들이는 하나 이상의 진공 소스(도시되지 않음)와 작용적으로 연결된 커버(300) 내의 통로이다. 예를들면, 고진공 대역(314),(316),(318) 및 (320)은 수은 0 내지 25 인치 (0 내지 약 84.75 kPa) 진공, 더 특히는 수은 약 10 내지 약 25 인치 (약 33.9 내지 약 84.75 kPa) 진공으로 작동될 수 있다. 예시된 통로에 대한 대안으로서, 커버(300)은 웹을 통한 가압 유체의 유동을 일으키기 위해 진공 소스에 연결된 다수의 호울(hole) 또는 다른 모양의 개구부를 한정할 수 있다. 한 실시태양에서, 고진공 대역(314),(316),(318) 및 (320)은 기계방향으로 0.375 인치 (9.525 ㎜)의 크기를 갖고 습윤 웹의 전체 폭을 가로질러서 미치는 슬롯들을 포함한다. 웹 상의 어떤 주어진 지점이 가압 유체의 유동에 노출되는 체류시간(도시된 실시태양에서는 슬롯(314),(316),(318) 및 (320) 위에 있는 시간임)은 적당하게는 약 10 밀리초 이하, 특히 약 7.5 밀리초 이하, 더 특히 5 밀리초 이하(예를 들어, 약 3 밀리초 이하 또는 심지어는 약 1 밀리초 이하)이다. 고압 진공 슬롯(314),(316),(318) 및 (320)의 수와 폭 및 기계속도가 체류시간을 결정한다. 선택된 체류시간은 습윤 웹에 함유된 섬유 종류 및 원하는 탈수 정도에 좌우될 것이다.
제1 밀폐 진공 대역(312) 및 제2 밀폐 진공 대역(322)는 공기프레스(200)으로부터의 가압 유체 손실을 최소화하는 데 이용될 수 있다. 밀폐 진공 대역(312) 및 (322)는 4개의 고진공 대역(314),(316),(318) 및 (320)에 비해 상대적으로 낮은 진공 수준을 끌어들이는 하나 이상의 진공 소스(도시되지 않음)와 작용적으로 연결될 수 있는 커버(300) 내의 통로이다. 구체적으로, 밀폐 진공 대역에 바람직한 진공의 양은 물 기둥 0 내지 약 100 인치 (0 내지 약 24.89 kPa)의 진공이다.
공기프레스(200)은 바람직하게는 CD 밀폐 부재(262)가 밀폐 진공 대역(312) 및 (322) 내에 배치되도록 구성된다. 더 구체적으로, 공기프레스(200)의 맨앞쪽에 있는 CD 밀폐 부재(262)의 밀폐 블레이드(272)가 기계방향에서 제1 외부 밀폐 슈(311)과 제1 내부 밀폐 슈(313) 사이에 배치되고, 보다 특히는 둘 사이의 중심에 있다. CD 밀폐 부재(262)의 맨뒷쪽 밀폐 블레이드(272)도 마찬가지로 기계방향에서 제2 내부 밀폐 슈(321)과 제2 외부 밀페 슈(323) 사이에 배치되고, 보다 특히는 둘 사이의 중심에 있다. 따라서, CD 밀폐 부재(262)가 습윤 웹(10) 및 직물(206) 및 (208)의 정상적인 이동 경로를 진공상자(204)(예시의 목적상, 도6에 약간 확대해서 나타냄)쪽으로 편향하도록 밀폐 어셈블리(260)이 하강할 수 있다.
밀폐 진공대역(312) 및 (322)는 습윤 웹(10)의 폭을 가로질러서 공기프레스(200)으로부터 가압 유체가 손실되는 것을 최소화하는 기능을 한다. 밀폐 진공대역(312) 및 (322)에서의 진공은 공기충만실(202)로부터 가압 유체를 끌어들이고 공기프레스(200) 외부로부터 주위 공기를 끌어들인다. 그 결과, 밀폐 진공 대역(312) 및 (322)로부터 공기프레스(200) 외부로의 가압 유체 누출이 일어나는 것이 아니라, 공기프레스(200) 외부로부터 밀폐 진공 대역(312) 및 (322) 안으로의 공기 유동이 일어난다. 그러나, 고진공 대역(314),(316),(318) 및(320)과 밀폐 진공대역(312) 및 (322)간의 상대적인 진공 차이 때문에 공기충만실(202)로부터의 가압 유체의 대부분이 밀폐 진공 대역(312) 및 (322) 안으로 끌려들어가는 것이 아니라, 고진공 대역(314),(316),(318) 및 (320) 안으로 끌려들어간다.
도8에 부분적으로 예시된 다른 실시태양에서는, 밀폐 진공 대역(312) 및 (322) 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 진공을 빨아들이지 않는다. 오히려, 기계방향에서의 가압 유체 누출을 방지하기 위해 밀폐 진공 대역(312) 및 (322)(밀폐 대역(322)만 도시됨) 안에 변형가능 밀폐 덱클(330)이 배치된다. 이 경우, 공기프레스(200)은 직물(206) 및 (208) 및 습윤 웹(10)에 충돌하는 밀폐 블레이드(272)에 의해서 그리고 직물(206) 및 (208) 및 습윤 웹(10)이 변형가능 밀폐 덱클(330)에 밀접해서 또는 접촉해서 배치됨에 의해서 기계방향으로 밀페된다. CD 밀폐 부재(262)가 직물(206) 및 (208) 및 습윤 웹(10)에 충돌하고 CD 밀폐 부재(262)가 직물(206) 및 (208)의 다른 쪽에서 변형가능 밀폐 덱클(330)과 맞서는 이 구성이 특히 효과적인 공기충만실 밀폐를 일으킨다는 것을 발견하였다.
변형가능 밀폐 덱클(330)은 바람직하게는 습윤 웹(10)의 전체 폭을 가로질러서 미쳐서 공기프레스(200)의 맨앞 말단, 맨뒤 말단 또는 맨앞 말단과 맨뒤 말단 둘 무두를 밀폐한다. 밀폐 진공 대역(312) 및 (322)는 변형가능 밀폐 덱클(330)이 전체 웹 폭을 가로질러서 미칠 때는 진공 소스와 연결되지 않을 수 있다. 공기프레스(200)의 맨뒤 말달이 전체 폭 변형가능 밀폐 덱클(330)을 사용할 때는, 직물(206) 또는 (208)이 분리될 때 웹(10)이 직물(206) 및 (208) 중 하나와 남아있을 수 있도록 공기프레스(200)의 하류에 진공장치 또는 송풍상자가 사용될 수 있다.
변형가능 밀폐 덱클(330)은 직물(208)에 비해 우선적으로 마모되는 물질을 포함하거나(직물(208) 및 물질이 사용 중에 있을 때, 그 물질이 직물(208)에 상당한 마모를 발생시킴이 없이 닳아버리는 것을 의미함) 또는 탄력성이 있고 직물(208)에 충돌시 편향하는 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 어느 경우이든, 변형가능 밀폐 덱클(330)은 바람직하게는 기체불투과성이고, 바람직하게는 독립기포형 발포체 등과 같이 높은 공극 부피를 갖는 물질을 포함한다. 한 특정 실시태양에서, 변형가능 밀폐 덱클(330)은 두께가 0.25 인치 (6.35 ㎜)인 독립기포형 발포체를 포함한다. 더 바람직하게는, 변형가능 밀폐 덱클(330) 자체가 마모되어 직물(206) 및 (208)의 경로와 매치(match)한다. 변형가능 밀폐 덱클(330)은 바람직하게는 구조적 지지를 위한 뒷받침 플레이트(332), 예를 들면 알루미늄 막대를 동반하다.
전체 폭 밀폐 덱클(330)이 사용되지 않는 실시태양에서는, 몇몇 종류의 밀폐 수단이 웹의 측면에 필요하다. 습윤 웹(10)의 바깥쪽 측면으로의 직물(206) 및 (208)을 통한 가압 유체의 유동을 차단하기 위해 상기한 바와 같은 변형가능 밀폐 덱클(330) 또는 당업계에 알려진 다른 적당한 수단이 사용될 수 있다.
CD 밀폐 부재(262)가 상부 지지 직물(206) 안으로 습윤 웹(10)의 폭을 가로질러서 균일하게 충돌하는 정도가 웹을 가로질러 효과적인 밀폐를 발생시키는 데 있어서 중요한 인자임이 밝혀졌다. 필요한 충돌 정도는 상부 지지 직물(206) 및 하부 지지 직물(208)의 최대 장력, 웹을 가로질러 생기는, 이 경우에는 공기충만실 챔버(214)와 밀폐 진공 대역(312) 및 (322) 사이에 생기는 압력차, 및 CD 밀폐 부재(262)와 진공상자 커버(300) 사이의 갭의 함수임이 밝혀졌다.
도9에 도시된 공기 프레스(200)의 맨뒤 밀폐 섹션에 대한 개략도를 더 참고하면, CD 밀폐 부재(262)가 상부 지지 직물(206)에 충돌하는 최소의 바람직한 충돌 정도 h(min)은 다음 수학식 1로 나타내어진다는 것이 밝혀졌다:
Figure 112002043255353-pct00001
상기 식에서, T는 직물의 장력(lb/in (N/m) 단위)이고; W는 웹을 가로질러 발생하는 압력차(psi (kPa) 단위)이고; d는 기계방향에서의 갭(인치 (m) 단위)이다.
도9는 상부 지지 직물(206)을 화살표 "h"로 표시되는 양만큼 편향하게 하는 맨뒤 CD 밀폐 부재(262)를 보여준다. 상부 지지 직물(206) 및 하부 지지 직물(208)의 최대 장력은 화살표 "T"로 나타낸다. 직물 장력은 훅 코포레이션(Hyuck Corporation)으로부터 입수가능한 모델 인장기 또는 기타 다른 적당한 방법에 의해 측정될 수 있다. 기계방향에서 측정되는 CD 밀폐 부재(262)의 밀폐 블레이드(272)와 제2 내부 밀폐 슈(321) 사이의 갭은 화살표 d로 나타내어진다. 충돌 결정에 중요한 갭 "d"는 밀폐 블레이드(272)의 더 높은 압력차가 있는 쪽, 즉 충만실 챔버(214)를 향한 쪽에서의 갭인데, 왜냐하면 그 쪽에서의 압력차가 직물(206) 및 (208) 및 웹(10)의 위치에 가장 많은 영향을 주기 때문이다. 바람직하게는, 밀폐 블레이드(272) 및 제2 외부 슈(323) 사이의 갭은 갭 "d"와 거의 같거나 또는 그보다 작다.
CD 밀폐 부재(262)의 수직 배치를 상기에서 정의된 최소 충돌 정도로 조정하는 것이 CD 밀폐의 효율에 있어서 결정적인 인자이다. 밀폐 어셈블리(260)에 적용되는 하중력은 밀폐 효율을 결정함에 있어서 그 역할이 다소 적고, 필요 충돌 정도를 유지시키는 데 필요한 양으로 설정되는 것이 필요로 될 뿐이다. 물론, 직물 마모의 양은 공기프레스(200)의 상업적 유용성에 영향을 줄 것이다. 실질적인 직물 마모 없이 효과적인 밀폐를 달성하기 위해, 충돌 정도는 바람직하게는 상기 최소 충돌 정도와 같거나 또는 아주 약간 크다. 직물의 폭을 가로질러 일어나는 직물 마모의변화성을 최소화하기 위해, 횡 기계 방향에 걸쳐 직물에 적용되는 힘을 일정 하게 유지하는 것이 바람직하다. 이것은 CD 밀폐 부재(262)의 제어된 균일한 로딩 또는 CD 밀폐 부재(262)의 제어된 위치 및 CD 밀폐 부재(262)의 충돌의 균일한 기하로 달성될 수 있다.
사용시, 제어 시스템은 공기충만실(202)의 밀폐 어셈블리(260)이 작업 위치로 하강하게 한다. 첫째, CD 밀폐 부재(262)는 밀폐 블레이드(272)가 상기한 정도로 상부 지지 직물(206)에 충돌하도록 하강한다. 더 구체적으로, 상부 로딩 튜브(230) 및 하부 로딩 튜브(248)의 압력은 하부 지지 어셈블리(240)과 접촉하는 가로 플랜지(268)에 의해 이동이 멈춰지게 될 때까지 또는 직물 장력에 의해 균형이 이루어질 때까지 CD 밀폐 부재(262)의 하향이동을 일으키도록 조정된다. 둘째, MD 밀폐 부재(264)의 말단 덱클 스트립(282)는 하강해서 상부 지지 직물(206)과 접촉하거나 또는 밀접하게 된다. 결과적으로, 공기충만실(202) 및 진공상자(204)는 둘 모두 습윤 웹(10)에 대해 밀폐되어 가압 유체가 빠져나가는 것을 방지한다.
이어서, 공기프레스(200)은 가압 유체가 공기충만실(202)를 채우고 웹(10)을 통한 공기 유동이 일어나도록 작동된다. 도6에 예시된 실시태양에서는, 공기 유동, 밀폐 및 물 제거를 촉진하기 위해 고진공 대역(314),(316),(318) 및 (320) 및 밀폐 진공 대역(312) 및 (322)에 고진공 및 저진공이 적용된다. 도8의 실시태양에서는, 가압 유체가 공기충만실(202)로부터 고진공 대역(314),(316),(318) 및 (320)으로 유동하고, 변형가능 밀폐 덱클(330)이 횡 기계 방향에서 공기프레스(200)을 밀폐한다. 이렇게 해서 습윤 웹(10)을 가로질러서 발생하는 압력차 및 그에 의한 웹(10)을 통한 공기 유동은 웹(10)의 효과적인 탈수를 제공한다.
공기프레스(200)의 많은 구조적 및 작업적 특징은 상대적으로 낮은 정도의 직물 마모와 함께 가압 유체가 거의 빠져나가지 못하게 하는 것에 기여한다. 먼저, 공기프레스(200)은 직물(206) 및 (208) 및 습윤 웹(10)에 충돌하는 CD 밀폐 부재(262)를 사용한다. 충돌 정도는 CD 밀폐의 효율을 최대화하도록 결정한다. 한 실시태양에서, 공기프레스(200)은 밀폐 진공 대역(312) 및 (322)를 이용해서 주위 공기가 습윤 웹(10)의 폭을 가로질러서 공기프레스(200) 안으로 유동하도록 한다. 또다른 실시태양에서는, 변형가능 밀폐 덱클(330)을 CD 밀폐 부재(262) 반대쪽에 밀폐 진공 대역(312) 및 (322)에 배치한다. 어느 경우이든, 공기충만실(202)와 진공상자(204) 사이의 맞붙는 표면들을 정확하게 정렬해야 하는 필요성을 최소화하기 위해 CD 밀폐 부재(262)가 진공상자 커버(300)의 통로에 적어도 부분적으로 배치되는 것이 바람직하다. 게다가, 밀폐 어셈블리(260)은 프레임 구조(210)에 연결된 하부 지지 어셈블리(240)과 같은 정지 부품에 로딩될 수 있다.
공기프레스(200)을 위한 하중력은 공기충만실(202) 내의 가압 유체 압력과 무관하다. 또, 직물 마모가 적은 물질 및 윤활 시스템 사용으로 인해 직물 마모가 최소화된다. 적당한 윤활 시스템은 화학 윤활제, 예를들면 유화된 오일, 디본더 또는 기타 유사 화학물질, 또는 물을 포함할 수 있다. 대표적인 윤활제 적용 방법은 횡 기계 방향으로 균일하게 적용되는 희석된 윤활제의 분무액, 수력학적으로 또는 공기에 의해 무화(霧化,atomization)된 용액, 더 농축된 용액의 펠트 와이프, 또는 분무 시스템 응용에서 잘 알려진 다른 방법을 포함한다.
더 높은 압력의 충만실 압력으로 수행될 수 있는 능력은 누출 방지 능력에 좌우된다는 것이 관찰되었다. 누출의 존재는 이전의 또는 예상되는 작업에 비해 과다하게 일어나는 공기 유동, 추가 작업 노이즈, 수분 분무, 및 극단적인 경우에슨, 호울 및 라인을 포함하여 습윤 웹의 규칙적 또는 무작위적 결함으로부터 검출할 수 있다. 누출은 공기프레스 밀폐 부품의 정렬 또는 조정에 의해 복구될 수 있다.
공기프레스(200)에서 웹(10)의 균일한 탈수를 제공하기 위해서는 횡 기계 방향에서 균일한 공기 유동이 일어나는 것이 바람직하다. 횡 기계 방향 유동 균일성은 컴퓨터에 의한 유체의 동력학적 모델링을 이용하여 형상화된 가압부 및 진공부의 테이터상 도관과 같은 메카니즘으로 개선시킬 수 있다. 웹 기초중량 및 수분 함량이 횡 기계 방향에서 균일하지 않을 수 있기 때문에, 시트 특성을 기초로 공기 유동을 변화시키기 위해 가압부 또는 진공부에 댐퍼를 갖는 독립적으로 제어되는 대역들, 습윤 웹에 이르기 전에 유동에서 상당한 압력 강하를 일으키는 배플, 또는 기타 다른 직접 수단과 같이 횡 기계 방향에서 균일한 공기 유동을 얻기 위한 추가의 수단을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 또, CD 탈수 균일성을 제어하는 다른 방법은 대역별 제어 스팀 샤워(zoned controlled steam shower), 예를 들면 데브로나이저(Devronizer) 스팀 샤워(미국 오하이오주 더블린에 소재하는 Honeywell-Measures Systems Inc.로부터 입수가능함) 등과 같은 외부 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시태양의 방법은 대표적인 크레센트-포머 티슈지 기계로부터 변형된 도10에 도시된 장치로 수행될 수 있다. 제지섬유의 슬러리로서 형성된 엠브리오닉 습윤 웹(410)이 헤드박스(412)로부터 제1 직물(414)의 무한 루프 및 제2 직물(424)의 무한 루프 사이에 침착된다. 제2 직물(424)는 일반적으로 표준 크레센트-포머 티슈 기계의 펠트를 대신한다. 슬러리의 컨시스턴시 및 유속이 건조 웹 기초중량을 결정하고, 건조 웹 기초중량은 바람직하게는 약 5 내지 약 80 g/㎡, 더 바람직하게는 약 8 내지 약 40 g/㎡이다. 직물(414) 및 (424) 중 하나 이상은 포밍 직물일 수 있고, 바람직하게는 제1 직물(414)가 포밍 직물이다. 게다가, 직물(414) 및 (424) 중 하나 이상은 몰딩 직물일 수 있고, 바람직하게는 제2 직물(424)가 몰딩 직물이다.
엠브리오닉 습윤 웹(410)은 습윤 웹(410)이 제1 직물(414)와 제2 직물(424) 사이로 운반되는 동안 습윤 웹(10)이 포밍 롤(452) 둘레를 통과할 때 생기는 원심력 및 제1 직물(414) 상의 장력으로 인한 압력에 의해 부분 탈수된다. 부분 탈수 단계가 일단 완료되면, 습윤 웹(410)은 진공 슈(450)을 사용하거나 또는 사용하지 않고서 제2 직물(424)에 이송되거나 또는 그 위에 보류된다.
본 발명의 고속 작업을 위해, 가열된 건조 실린더(430) 이전의 통상의 티슈 탈수 방법은 불충분한 수분 제거를 제공할 수 있으므로, 추가의 탈수장치 또는 수단이 필요할 수 있다. 예시된 실시태양에서는, 공기프레스(416)을 사용해서 습윤 웹(410)을 비압축 탈수시킨다. 예시된 공기프레스(416)은 습윤 웹(410) 위쪽에 배치되는 가압 공기충만실(418), 및 가압 공기충만실(418) 및 제2 직물(424)와 작용적 관계로 지지 직물(422) 아래에 배치된 진공상자 형태로 도시된 유체 수집장치(420)의 어셈블리를 포함한다. (다른 실시태양에서는, 유체 수집장치(420)이 가압 공기충만실(418) 및 지지 직물(422)와 작용적 관계로 제2 직물(424) 옆에 배치될 수 있다.) 공기프레스(416)을 통해 통과하는 동안, 습윤 웹(410)에 손상을 주지 않으면서 습윤 웹(410)에 대한 밀폐를 돕기 위해 습윤 웹(410)은 제2 직물(424)와 지지 직물(422) 사이에 삽입된다.
공기프레스(416)은 상당한 수분 제거율을 제공함으로써, 바람직하게는 실질적인 압축 탈수의 필요 없이, 웹이 양키 건조기와 같은 건조 실린더(430)에 부착하기 전에 30%가 훨씬 넘는 건조 수준을 달성할 수 있게 한다. 공기프레스(416)의 몇몇 실시태양을 아래에서 더 상세히 설명한다. 다른 적당한 실시태양은 1996년 5월 14일자로 출원된 헤르만(M.A. Hermans)의 미국 특허 출원 제08/647,508호(발명의 명칭: "Method and Apparatus for Making Soft Tissue"; 본원에 참고로 포함시킴)에 기재되어 있다.
공기프레스(416)을 거친 다음에, 습윤 웹(410)은 이송 스테이션에 있는 진공 이송 슈(426)의 도움 하에 또는 그의 도움 없이 습윤 웹(410)이 제2 직물(424), 바람직하게는 조직화된 직물로 다시 이송될 때까지 제2 직물(424) 및 지지 직물(422)와 함께 더 이동한다.
제2 직물(424)는 치우(K.F. Chiu) 등의 미국 특허 제5,429,686호(등록일자: 1995년 7월 4일)(본원에 참고로 포함시킴)에 기재된 것들과 같은 3차원 쓰루드라잉 직물을 포함할 수 있거나, 또는 다른 직포, 조직화된 웹 또는 부직포를 포함할 수 있다. 제2 직물(424)는 습윤 웹(410)이 후에 제2 직물(424)로부터 이탈하는 것을 촉진하기 위해 실리콘 또는 탄화수소의 혼합물과 같은 직물이탈제로 처리될 수 있다. 직물이탈제는 웹의 픽업 전에 제2 직물(424)에 분무될 수 있다. 적어도 픽업(pick-up)하는 동안 이송 슈(426)에서의 진공력 때문에 발생하는 몰딩이 습윤 웹(410)을 몰딩하는데 충분하긴 하지만, 제2 직물(424) 위에 있을 때 습윤 웹(410)은 진공압력 또는 약한 프레싱(도시되지 않음)을 적용함으로써 제2 직물(424)에 대해 추가로 몰딩될 수 있다.
이어서, 제2 직물(424) 위에 있는 습윤 웹(410)은 가압 롤(432)에 의해 가열된 건조 실린더(430)에 대해 프레싱된다. 건조 실린더(430)에는 증기 후드 또는 양키 건조기 후드(434)가 설비되어 있다. 후드(434)는 대표적으로 약 300 ℉ (약 148.89 ℃) 이상, 특히 약 400 ℉ (약 204.44 ℃) 이상, 보다 특히 약 500 ℉ (약 260 ℃) 이상, 가장 특히 약 700 ℉ (약 371.11 ℃) 이상의 온도의 가열된 공기의 제트를 사용하고, 이것은 공기 제트가 후드(434)에서 다음 수준들 중 하나인 최대 또는 국소평균 속도를 가지도록 노츨 또는 다른 유동 장치로부터 습윤 웹(410) 쪽으로 향한다: 약 10 m/s(meter/second) 이상, 약 50 m/s 이상, 약 100 m/s 이상 또는 약 250 m/s 이상.
가열된 건조 실린더(430)에 붙어있을 때 습윤 웹(410)은 약 30 % 이상, 특히 약 35% 이상(예: 약 35% 내지 약 50%), 더 특히 약 38% 이상의 섬유 컨시스턴시를 가지는 것이 적당하다. 가열된 건조 실린더(430)으로부터 제거될 때 습윤 웹(410)의 건조도는 약 60% 이상, 특히 약 70% 이상, 더 특히 약 80% 이상, 훨씬 더 특히 약 90% 이상, 가장 특히 약 90% 내지 약 98%로 증가된다. 습윤 웹(410)은 가열된 건조 실린더(430)에서 부분 건조되고 약 40% 내지 약 80%의 컨시스턴시에서 습식 크레이핑된 후에 약 95% 이상의 컨시스턴시로 건조(후건조)될 수 있다. 습윤 웹(410)의 건조를 증진시키기 위해 양키 건조기 후드(434)를 대체해서 또는 그에 부가해서 비전통적 후드 및 충돌 시스템이 사용될 수 있다. 추가의 가열된 건조 실린더(430) 또는 다른 건조 수단, 특히 비압축 건조 수단이 제1 가열된 건조 실린더(430) 후에 사용될 수 있다. 후건조를 위한 적당한 수단은 양키 건조기 및 캔(can) 건조기, 쓰루드라이어 또는 기타 다른 상업적으로 효율적인 건조 수단과 같은 가열된 건조 실린더(430)을 하나 이상 포함한다. 별법으로, 제2 직물(424)가 몰딩 직물인 경우 몰딩될 수도 있는 습윤 웹(410)은 가열된 건조 실린더(430) 위에서 완전 건조되어 건조 크레이핑될 수 있다. 가열된 건조 실린더(430)에서의 건조 정도는 습윤 웹(410)의 속도, 가열된 건조 실린더(430)의 크기, 습윤 웹(410) 중의 수분 함량 등과 같은 요인에 따라 좌우될 것이다.
이와 같이 건조된 웹(436)이 가열된 건조 실린더(430)으로부터 예를 들면 크레이핑 블레이드(428)에 의해 끌어당겨지거나 또는 전달된 후 롤(438)에 감겨진다. 습윤 웹(410)이 가열된 건조 실린더(430)의 표면과 접촉하기 전에, 회전하는 가열된 건조 실린더(430)의 표면에 스프레이 붐(442)로부터 분무액 형태로 적용되는 계면제어혼합물(440)이 예시되어 있다. 가열된 건조 실린더(430)의 표면에 직접 분무하는 대신, 계면제어혼합물(440)은 그라비아 인쇄에 의해 습윤 웹(410) 또는 가열된 건조 실린더(430)의 표면에 직접 적용될 수 있거나, 또는 제지 기계의 습부의 수성 섬유 슬러리에 혼입될 수 있다. 가열된 건조 실린더(430)의 표면에 있는 동안, 습윤 웹(410)은 가열된 건조 실린더(430) 표면으로부터의 이탈을 촉진하는 물질의 첨가를 포함하여 건조되고 있는 웹(410)에 용액을 인쇄 또는 직접 분무하는 것 등에 의해 화학물질로 추가 처리될 수 있다.
계면제어혼합물(440)은 습식 프레스 및 크레이핑 작업을 위한 통상의 크레이핑 첨가제 및(또는) 건조기 이탈제를 포함할 수 있다. 또. 건조된 웹(436)은 본원과 동일자로 출원되었지만 출원번호가 알려지지 않은 드루에케(Druecke) 등의 미국특허출원(발명의 명칭: "Method of Producing Low Density Resillient Webs")(본원에 참고로 포함시킴)에 기재된 유형의 계면제어혼합물(440)을 사용해서 가열된 건조 실린더(430)의 표면으로부터 크레이핑 없이 제거될 수도 있다.
다른 실시태양은 도11에 도시되어 있으며, 여기서는 제지섬유의 슬러리로서 형성된 엠브리오닉 습윤 웹(510)이 헤드박스(512)로부터 제1 직물(514)의 무한 루프 및 제2 직물(524)의 무한 루프 사이에 침착된다. 제2 직물(524)는 일반적으로 표준 크레센트-포머 티슈 기계의 펠트를 대신한다. 직물(514) 및 (524) 중 하나 이상은 포밍 직물일 수 있고, 바람직하게는 제1 직물(514)가 포밍 직물이다. 게다가, 직물(514) 및 (524) 중 하나 이상은 몰딩 직물일 수 있고, 바람직하게는 제2 직물(524)가 몰딩 직물이다.
엠브리오닉 습윤 웹(510)은 습윤 웹(510)이 제1 직물(514)와 제2 직물(524) 사이로 운반되는 동안 습윤 웹(510)이 포밍 롤(552) 둘레를 통과할 때 생기는 원심력 및 제1 직물(514) 상의 장력으로 인한 압력에 의해 부분 탈수된다. 부분 탈수 단계가 일단 완료되면, 습윤 웹(510)은 제1 직물(514)와 제2 직물(524) 사이에 있는 동안 진공상자(546) 또는 다른 적당한 장치에 의해 임의로 추가 탈수되고, 진공 슈(550)을 사용하거나 또는 사용하지 않고서 제2 직물(524)에 이송되거나 또는 그 위에 보류된다.
습윤 웹(510)이 제2 직물(524)와 지지 직물(522) 사이에 삽입되어 있을 때 공기프레스(516)을 사용해서 습윤 웹(510)을 비압축 탈수시킨다. 예시된 공기프레스(516)은 진공상자(520)과 작용적 관계로 배치된 가압 공기충만실(518)의 어셈블리를 포함한다. 공기프레스(516)을 통해 통과할 때, 습윤 웹(510)은 제2 직물(524)와 지지 직물(522) 사이에 삽입되어 있고, 지지 직물(522)는 습윤 웹(510)과 진공상자(520) 사이에 배치된다. (다른 실시태양에서는, 제2 직물(524)가 습윤 웹(510)과 진공상자(520) 사이에 배치될 수 있다.)
이어서, 습윤 웹(510)은 진공 슈(526)의 도움 하에 또는 도움 없이 다시 제2 직물(524)로 이송된다. 지지 직물(522)의 런(run)의 롤(555)는 습윤 웹(510)이 양키 건조기 또는 다른 가열된 건조 실린더(530)에 이송되기 전에 흡인 가압 롤(532)로부터 덜 이탈되도록 제2 직물(524), 지지 직물(522) 및 습윤 웹(510)의 방향을 변화시키도록 배향된다. 롤(555)는 비지지 시트 랩 각도 α를 감소시킴으로써 습윤 웹(510)이 가열된 건조 실린더(530)으로 이송되기 전에 습윤 웹(510)이 제2 직물(524)로부터 분리되는 기회를 최소화한다.
이어서, 제2 직물(524) 위에 있는 습윤 웹(510)은 가압 롤(532)에 의해 가열된 건조 실린더(530)에 대해 프레싱된다. 제2 직물(524) 위에 있는 습윤 웹(510)은 가압 롤(532)에 의해, 바람직하게는 가압 롤(532) 위의 비지지 시트 랩 각도α를 최소화하는 방식으로, 건조 실린더(530)에 대해 프레싱된다. 비지지 시트 랩 각도 α는 0 내지 약 90°, 0 내지 약 45°및 0 내지 약 10°의 범위일 수 있다. 게다가, 더 작은 비지지 시트 랩 각도 α는 요구되는 진공대역의 크기를 감소시킴으 로써 가압 롤에서 발생되는 진공을 위한 에너지 필요량을 감소시킨다. 비지지 시트 랩 각도 α는 습윤 웹(510)이 건조 실린더(530)에 이송될 때 가압 롤(532) 위의 습윤 웹(510)의 최초 접촉 지점에서부터 가압 롤(532) 위의 습윤 웹(510)의 최후 접촉 지점까지의 습윤 웹(510)으로 덮혀지는 가압 롤(532)의 원주의 부분(° 단위로 표시됨)으로 정의된다.
가열된 건조 실린더(530)에는 증기 후드 또는 양키 건조기(534)가 설비되어 있다. 이렇게 하여 건조된 웹(536)이 가열된 건조 실린더(530)으로부터 끌어당겨지거나 또는 전달되고, 크레이핑 없이 제거되며, 그 다음 그것은 롤(538) 위에 감겨진다. 건조된 웹(536)이 가열된 건조 실린더(530)의 표면으로부터 당겨질 때의 각도는 분리 지점에서 가열된 건조 실린더(530) 표면에 대한 접선으로 측정되고, 약 80 내지 약 100°인 것이 적당하지만, 이것은 작업속도가 달라지면 변할 수 있다.
계면제어혼합물(540)이 스프레이 붐(542)로부터 분무액 형태로 회전하는 가열된 건조 실린더(530)의 표면에 적용될 수 있다. 예를 들면, 계면제어 혼합물(540)은 50 내지 75 mg/m2의 용량으로 5 중량% 미만의 고형물을 갖는 수용액으로 적용되는 폴리비닐 알콜, 소르비톨 및 헤르큘레스(Hercules) 1336 폴리글리콜의 혼합물을 포함할 수 있다. 습윤 웹(510)이 후드(534) 안으로 올라가지 않게 습윤 웹(510)을 접착시키면서도 건조된 웹(536)이 크레이핑 없이 가열된 건조 실린더(530)으로부터 잡아당겨질 수 있도록 하기 위해서는 접착제 화합물과 이탈제 의 양이 균형을 이루어야 한다.
또다른 실시태양은 도12에 도시되어 있다. 이 실시태양은 제1 직물(614)가 연장되어 도11에 나타낸 지지 직물(522)로서 작용한다는 점을 제외하고는 도11과 유사하다. 이것은 이 방법을 변형하는 데 필요한 직물 수의 감소와 함께 자본 비용 및 작업 비용의 잠재적 감소를 제공한다. 도12에 도시된 실시태양에서, 제지섬유의 슬러리로서 형성된 엠브리오닉 습윤 웹(610)이 헤드박스(612)로부터 제1 직물(614)의 무한 루프 및 제2 직물(624)의 무한 루프 사이에 침착된다. 제2 직물(624)는 일반적으로 표준 크레센트-포머 티슈 기계의 펠트를 대신한다. 직물(614) 및 (624) 중 하나 이상은 포밍 직물일 수 있고, 바람직하게는 제1 직물(614)가 포밍 직물이다. 게다가, 직물(614) 및 (624) 중 하나 이상은 몰딩 직물일 수 있고, 바람직하게는 제2 직물(624)가 몰딩 직물이다.
엠브리오닉 습윤 웹(610)은 습윤 웹(610)이 제1 직물(614)와 제2 직물(624) 사이로 운반되는 동안 습윤 웹(610)이 포밍 롤(652) 둘레를 통과할 때 생기는 원심력 및 제1 직물(614) 상의 장력으로 인한 압력에 의해 부분 탈수되고, 임의의 진공상자(646) 또는 다른 적당한 장치에 의해 추가 탈수된다. 습윤 웹(610)이 제1 직물(614)와 제2 직물(624) 사이에 삽입되어 있을 때 공기프레스(616)을 사용해서 습윤 웹(610)을 비압축 탈수시킨다. 예시된 공기프레스(616)은 진공상자(620)과 작용적 관계로 배치된 가압 공기충만실(618)의 어셈블리를 포함한다. 공기프레 스(616)을 통해 통과할 때, 습윤 웹(610)은 제2 직물(624)와 지지 직물(622) 사이에 삽입되어 있고, 지지 직물(622)는 습윤 웹(610)과 진공상자(620) 사이에 배치된 다. (다른 실시태양에서는, 제2 직물(624)가 습윤 웹(610)과 진공상자(620) 사이에 배치될 수 있다.)
이어서, 습윤 웹(610)은 진공 슈(626)의 도움 하에 또는 도움 없이 다시 제2 직물(624)로 이송된다. 제2 직물(624) 위에 있는 습윤 웹(610)은 가압 롤(632)에 의해 건조 실린더(630)에 대해 프레싱된다. 가열된 건조 실린더(630)에는 증기 후드 또는 양키 건조기(534)가 설비되어 있다. 이렇게 하여 건조된 웹(636)이 가열된 건조 실린더(630)으로부터 끌어당겨지거나 또는 전달되고, 크레이핑 없이 제거되며, 그 다음 그것은 롤(638) 위에 감겨진다. 건조된 웹(636)이 가열된 건조 실린더(630)의 표면으로부터 당겨질 때의 각도는 분리 지점에서 가열된 건조 실린더(630) 표면에 대한 접선으로 측정되고, 약 80 내지 약 100°인 것이 적당하지만, 이것은 작업속도가 달라지면 변할 수 있다.
계면제어 혼합물(640)이 스프레이 붐(642)로부터 분무액 형태로 회전하는 가열된 건조 실린더(630)의 표면에 적용될 수 있다. 예를 들면, 계면제어 혼합물(640)은 50 내지 75 mg/m2의 용량으로 5 중량% 미만의 고형물을 갖는 수용액으로 적용되는 폴리비닐 알콜, 소르비톨 및 헤르큘레스(Hercules) 1336 폴리글리콜의 혼합물을 포함할 수 있다. 습윤 웹(610)이 후드(634) 안으로 올라가지 않게 습윤 웹(610)을 접착시키면서도 건조된 웹(636)이 크레이핑 없이 건조 실린더(630)으로부터 잡아당겨질 수 있도록 하기 위해서는 접착제 화합물과 이탈제의 양이 균형을 이루어야 한다.
습윤 웹(410),(510) 또는 (610)을 탈수하기 위한 공기프레스(200)은 도3 내지 도6에서 논의하였다. 도10, 11 및 12에 나타낸 장치와 함께 사용될 수 있는 밀폐 어셈블리는 도7, 8 및 9에서 논의된 밀폐 어셈블리(260)으로 나타낸다.
다음 실시예는 본 발명을 더 상세히 이해하기 위해 제공된 것이다. 특정 양, 비율, 조성 및 변수는 예시적인 것을 의미하고, 본 발명의 범위를 구체적으로 제한하려는 의도가 없다.
실시예 1
표백된 크래프트 노던 침엽수재 섬유 및 표백된 크래프트 유칼립투스 섬유의 정제되지 않은 50:50 섬유 블렌드로 이루어진 섬유 슬러리로부터 직물 폭 22 인치 (558.8 ㎜)를 갖는 실험용 티슈 기계로 12인치 (304.8 ㎜) 폭 티슈를 제조하였다. 티슈는 층화된 3층 헤드박스를 사용해서 각 층으로부터 슬러리를 침착시켜서 19 g/㎡의 공칭 기초중량을 갖는 블렌딩된 시트를 형성함으로써 제조하였다. 헤드박스는 흡인 롤 포머로 트인 와이어 포밍 섹션에서 린드세이 와이어(Lindsay Wire) 2164B 포밍 직물 사이에 슬러리를 분사시켰다. 강도를 조절하기 위해, 포밍 과정 전에 6% 고형물의 파레쯔(Parez) 631 NC을 1000 ㎖/분씩 모액에 첨가하였다.
두개의 포밍 직물 사이에 침착되어 1000 fpm (304.8 m/분)으로 이동하는 동안, 엠브리오닉 습윤 웹은 각각 수은 약 11, 14, 13 및 19 인치 (약 37.29, 47.46, 44.07 및 64.41 kPa) 진공인 진공 압력으로 작동하는 4개의 진공상자 위로 운반되었다. 여전히 2개의 포밍 직물 사이에 함유된 엠브리오닉 습윤 웹은 서로 작용적으로 결합해서 완전 밀폐되는 공기충만실 및 수집상자를 포함하는 공기프레스를 통해 통과하였다. 공기충만실은 약 150 ℉ (약 65.56 ℃)의 공기로 15 psig (약 103.35 kPa)까지 가압하였고, 수집상자는 수은 약 11 인치 (약 37.29 kPa)의 진공에서 작동하였다. 이렇게 하여 생긴 수은 약 41.5 인치 (약 140.69 kPa)의 압력차 및 1 평방인치당 68 SCFM (1 평방미터당 약 49.74 ㎥/s)의 공기 유동에 각 길이가 3/8" (9.5 ㎜)인 4개의 슬롯을 이용하여 7.5 밀리초의 체류시간 동안 습윤 웹을 노출시켰다. 웹의 컨시스턴시는 공기프레스 바로 앞에서는 약 30%, 공기프레스를 빠져나갈 때는 39%이었다.
이어서, 탈수된 습윤 웹을 수은 약 10 인치 (약 33.9 kPa)의 진공으로 작동되는 진공 픽업 슈를 사용해서 3차원 직물인 린드세이 와이어 T-216-3 TAD 직물 위에 이송하였다. 종국에 일어나는 양키 건조기로의 이송을 쉽게 하기 위해 포밍직물로부터 이송되기 바로 전에 T-216-3 직물의 시트쪽에 물 중의 실리콘 에멀젼을 분무하였다. 실리콘은 1.0% 고형물로 400 ㎖/분의 유속으로 적용하였다. 이어서, TAD 직물을 350 pli (약 61.25 N/㎜)의 최대 프레싱 압력에서 작동하는 통상의 가압 롤로 양키 건조기의 표면에 프레싱하였다. 로딩되지 않고 양키 건조기로부터 약간 떼어놓은 이송 롤에 의해 직물이 양키 건조기 표면을 약 39 인치 (약 990.6 ㎜)에 걸쳐 덮었다.
습윤 웹을 약 0.4 gpm(gallon per minute) (약 1.51 L/분)의 유속으로 약 40 psig (약 275.6 kPa)에서 작동하는 4개의 #6501 분무 노즐(Spraying Systems Company)에 의해 적용된 물 중의 폴리비닐 알콜 AIRVOL 523(Air Products and Chemical Inc.) 및 소르비톨의 접착제 혼합물을 사용하여 양키 건조기에 부착시켰다. 분무액은 약 0.5 중량%의 고형물 농도를 가졌다. 건조된 웹은 약 92% 컨시스턴시의 최종 건조도로 양키 건조기로부터 크레이핑되어 코어에 감겼다. 이어서, 표준기술을 이용하여 제품을 2겹 욕실용 티슈로 전환시켰다. 실시예 1에서 얻은 결과를 하기 표1에 나타내었다.
시험 단위 실시예 1 본 발명 (크레이핑됨) 실시예 2 본 발명 (크레이핑되지 않음) 실시예 3 (비교예) 실시예 4 (비교예)
롤 견고도 롤 직경 시트 카운트 코어 OD 캘리퍼(2kPa, 8겹) MD 강도 MD 신장률 CD 강도 GMT 완전 건조 롤 중량 완전 건조 기초중량 흡수용량 흡수용량 0.001"(㎜) Mm Mm ㎛ g/3"(g/76.2㎜) % g/3"(g/76.2㎜) g/3"(g/76.2㎜) G g/㎡ G g(H2O)/g(섬유) 104 (2.64) 126 253 40 1667 1739 14 972 1300 133 19.1 97.4 11.8 140 (3.56) 128 180 40 2402 1911 13 1408 1640 95 18.8 117.2 14.1 134 (3.40) 125 280 46 1288 2285 22 718 1281 158 20.6 79.0 10.8 176 (4.47) 125 198 46 1719 1719 15 700 1097 106 20.4 97.0 11.0
실시예 2
표백된 크래프트 노던 침엽수재 섬유 및 표백된 크래프트 유칼립투스 섬유의 정제되지 않은 50:50 섬유 블렌드로 이루어진 섬유 슬러리로부터 직물 폭 22 인치 (558.8 ㎜)를 갖는 실험용 티슈 기계로 12인치 (304.8 ㎜) 폭 티슈를 제조하였다. 티슈는 층화된 3층 헤드박스를 사용해서 각 층으로부터 슬러리를 침착시켜서 19 g/㎡의 공칭 기초중량을 갖는 블렌딩된 시트를 형성함으로써 제조하였다. 헤드박스는 흡인 롤 포머로 트인 와이어 포밍 섹션에서 린드세이 와이어(Lindsay Wire) 2164B 포밍 직물 사이에 슬러리를 분사시켰다. 강도를 조절하기 위해, 포밍 과정 전에 6% 고형물의 파레쯔(Parez) 631 NC을 1000 ㎖/분씩 모액에 첨가하였다.
두개의 포밍 직물 사이에 침착되어 1000 fpm (304.8 m/분)으로 이동하는 동안, 엠브리오닉 습윤 웹은 각각 수은 약 11, 14, 13 및 19 인치 (약 37.29, 47.46, 44.07 및 64.41 kPa) 진공인 진공 압력으로 작동하는 4개의 진공상자 위로 운반되었다. 여전히 2개의 포밍 직물 사이에 함유된 엠브리오닉 습윤 웹은 서로 작용적으로 결합해서 완전 밀폐되는 공기충만실 및 수집상자를 포함하는 공기프레스를 통해 통과하였다. 공기충만실은 약 150 ℉ (약 65.56 ℃)의 공기로 15 psig (약 103.35 kPa)까지 가압하고, 수집상자는 수은 약 11 인치 (약 37.29 kPa)의 진공에서 작동하였다. 이렇게 하여 생긴 수은 약 41.5 인치 (약 140.69 kPa)의 압력차 및 1 평방인치당 68 SCFM (1 평방미터당 약 49.74 ㎥/s)의 공기 유동에 각 길이가 3/8" (9.5 ㎜)인 4개의 슬롯을 이용하여 7.5 밀리초의 체류시간 동안 습윤 웹을 노출시켰다. 웹의 컨시스턴시는 공기프레스 바로 앞에서는 약 30%, 공기프레스를 빠져나갈 때는 39%이었다.
이어서, 탈수된 습윤 웹을 수은 약 10 인치 (약 33.9 kPa)의 진공으로 작동되는 진공 픽업 슈를 사용해서 포밍직물보다 20% 더 느리게 이동하는 3차원 직물인 린드세이 와이어 T-216-3 TAD 직물 위에 돌격적으로 이송하였다. 종국에 일어나는 양키 건조기로의 이송을 쉽게 하기 위해 포밍직물로부터 이송되기 바로 전에 T-216-3 직물의 시트쪽에 물 중의 실리콘 에멀젼을 분무하였다. 이어서, TAD 직물을 350 pli (약 61.25 N/㎜)의 최대 프레싱 압력에서 작동하는 통상의 가압 롤로 양키 건조기의 표면에 대해 프레싱하였다. 로딩되지 않고 양키 건조기로부터 약간 떼어놓은 이송 롤에 의해 직물이 양키 건조기 표면을 약 39 인치 (약 990.6 ㎜)에 걸쳐 덮었다.
50 내지 75 mg/m2의 용량으로 적용되는 % 활성 고체 기준으로 약 26% 폴리비닐알콜, 46% 소르비톨 및 28% 헤르큘레스 M1336 폴리글리콜로 이루어진 계면제어혼합물을 사용해서 조절된 방식으로 양키 건조기에 습윤 웹을 부착시켰다. 화합물은 5 중량% 미만의 고형물을 갖는 수용액으로 제조하였다. 습윤 웹을 양키 건조기에서 약 90% 컨시스턴시가 되도록 건조시키고, 이어서 크레이핑 블레이드 바로 앞에서 건조된 웹을 제거하기에 충분한 권취 장력을 적용함으로써 양키 건조기로부터 "박리"시켰다. 이어서, 건조된 웹을 추가의 프레싱 없이 코어에 감았다. 이어서, 제품을 표준기술을 이용하여 2겹 욕실용 티슈로 전환시켰다. 실시예2에 대해서 얻은 결과는 상기 표1에 나타내었다.
실시예 3(비교예)
약 3500 fpm (약 1066.8 m/분)으로 작동하는 장망식(Fourdrinier) 포머를 사용하여 표백된 크래프트 노던 침엽수 : 표백된 크래프트 유칼립투스 : 침엽수 BCTMP 섬유의 50:40:10의 블렌드로부터 습윤 웹을 형성하였다. 이렇게 하여 얻은 기초중량 약 20 g/㎡의 습윤 웹을 포밍직물로부터 표준 습식 프레스 펠트로 이송하였다(코우치 롤 사용). 습윤 웹을 15 푸트 양키 건조기로 운반하고, 표준기술을 이용하여 양키 건조기에 이송하였다. 습윤 웹을 양키 건조기에서 표준기술을 이용하여 건조시키고, 크레이핑 블레이드를 이용하여 약 95% 컨시스턴시에서 건조기로부터 제거하였다.
캘리퍼를 더 증가시키기 위해, 웹을 오픈 드로(open draw) 위로 제2 양키 건조기(이 건조기는 정상 후드 없이 작동함)로 이송하고, 라텍스 접착제를 사용해서 양키 건조기에 부착시켰다. 이어서, 건조된 웹을 다시 크레이핑하고, 코어에 감았다. 이어서, 제품을 표준기술을 이용하여 2겹 욕실용 티슈로 전환시켰다. 이 실시예에서 사용된 방법은 단일 재크레이핑 공정(single re-creped process)으로 알 려져 있다(영국 특허 GB2179949B, GB 2152961A 및 GB 2179953; 이 문헌들은 본원에 참고로 포함됨). 실시예 3에 대해서 얻은 결과는 표1에 나타내었다.
실시예 4(비교예)
표백된 크래프트 노던 침엽수 및 표백된 크래프트 유칼립투스 섬유의 65:35 블렌드로부터 습윤 웹을 형성하였다. 습윤 웹은 층상 구성의 트윈 와이어 포머를 사용해서 유칼립투스가 습윤 웹의 바깥쪽(공기쪽)에 있도록 형성하였다. 습윤 웹을 통상의 진공탈수 기술을 이용해서 약 27%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고, 이어서 표준기술을 이용하여 약 90%의 컨시스턴시가 되도록 쓰루드라잉시켰다. 이어서, 습윤 웹을 양키 건조기로 이송하고, 접착제로 PVA를 사용하여 부착시키고, 97%의 컨시스턴시가 되도록 건조시켰다. 이어서, 건조된 웹을 코어에 감았다. 이어서, 제품을 표준기술을 이용하여 2겹 욕실용 티슈로 전환시켰다. 실시예 4에 대해서 얻은 결과는 표1에 나타내었다.
표1의 데이타는 본 발명을 이용하여 달성할 수 있는 시트/롤 성질의 개선을 명백히 보여준다. 크레이핑된 형태(실시예 1)의 본 발명의 제품은 대조구(실시예 3)에서 벌크를 증가시키기 위해 특별히 사용된 추가의 재크레이핑 단계에도 불구하고 대조구의 시트 캘리퍼보다 더 높은 시트 캘리퍼를 보이는(1667 ㎛ 대 1288 ㎛) 욕실용 티슈를 생성하였다. 재크레이핑 단계는 대표적으로 캘리퍼를 약 30% 더 추가시키기 때문에, 이 재크레이핑 단계가 없었다면, 그 차는 훨씬 더 커질 것이다. 롤 성질의 견지에서 볼 때, 이 추가 캘리퍼는 동일 롤 직경을 유지하면서 27 시트(280 카운트에서 253 카운트로)를 제거할 수 있게 한다. 사실상, 시트 카운트의 감소에도 불구하고 본 발명을 이용하여 제조된 롤은 동일 롤 직경에서 더 견고하였다(104 대 134, 수치가 작을수록 더 견고하다는 것을 나타냄). 전체적으로 고려할 때, 본 발명은 더 우수한 롤 성질을 유지하면서도 롤 중량을 158g에서 133g으로(16%) 감소시켰다.
롤 성질의 개선은 크레이핑되지 않은 실시예(실시예 2)를 고려할 때 훨씬 더 두드러졌다. 여기서는 롤 직경 및 견고도를 유지하면서, 시트 카운트가 180 시트로 감소하였다(대조구는 280 카운트임). 이 경우, 롤 중량은 40% 감소하였다.
별법으로, 본 발명의 생성물을 실시예 4에 설명된 크레이핑되고 쓰루드라잉된 제품과 비교하였다. 제품은 롤 벌크 등의 면에서는 대략 동일한 성질을 갖는다는 것이 명백하다. 사실상, 쓰루드라잉된 예는 비교적 낮은 견고도를 보였고, 이것은 본 발명의 제품이 쓰루드라잉된 방법의 제품보다 훨씬 더 좋다는 것을 나타낸다.
실시예 5
약 50 fpm (약 15.24 m/분)으로 운전하는 실험용 티슈 기계로 서던 표백된 크래프트 소나무, 표백된 크래프트 노던 침엽수 및 표백된 크래프트 유칼립투스의 50:30:20의 섬유 블렌드로부터 습윤 웹을 형성하였다. 이렇게 하여 얻은 어림 기초중량 41 g/㎡의 습윤 웹을 포밍직물로 운반하고, 이어서 T-216-3 몰딩 직물로 이송하였다. 이송 지점에서, 엠브리오닉 습윤 웹을 서로 작용적으로 결합되고 (완전) 밀폐된 공기충만실 및 수집상자를 포함하는 공기프레스를 통해 통과시켰다. 이 지점에서, 습윤 웹을 약 10%의 포밍후 컨시스턴시에서부터 32-35%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시켰다. 이어서, 습윤 웹을 양키 건조기까지 운반해서, 양키 건조기로 이송하고, 표준 분무 노즐을 이용해서 적용된 폴리비닐 알콜을 사용해서 부착시키고, 55%의 컨시스턴시가 되도록 건조시켰다. 이어서, 웹을 최종 건조를 위해 후건조기로 이송하고, 코어에 감았다. 이어서, 이렇게 하여 얻은 건조된 웹을 버터플라이 엠보싱 패턴을 사용하여 엠보싱해서 최종 1겹 타월 제품을 얻었다. 실시예 5에 대해서 얻은 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 6
65:35 표백된 크래프트 서던 침엽수 및 침엽수 BCTMP의 섬유 블렌드를 장망식 포머를 이용해서 250 fpm (76.2 m/분)의 기계 속도로 습윤 웹으로 형성하였다. 이렇게 하여 얻은 어림 기초중량 50 g/㎡의 습윤 웹을 표준 습식 프레싱 펠트로 이송하고, 양키 건조기로 전달하였다. 습윤 웹은 표준 습식 프레싱 기술을 이용해서 가압 롤 닙에서 양키 건조기로 이송하였다. 습윤 웹을 폴리비닐 알콜을 사용해서 건조기에 부착시키고, 약 55%의 컨시스턴시에서 크레이핑하였다. 이어서, 건조된 웹을 오픈 드로 위로 일련의 캔 건조기로 전달하고(여기서 습윤 웹은 약 95%의 컨시스턴시가 되도록 건조됨), 코어에 감았다. 이어서, 제품을 표준기술을 이용해서 1겹 타월로 전환시켰다. 실시예 6에 대해서 얻은 결과를 하기 표2에 나타내었다.
표2는 본 발명에 고유한 제품의 이점을 명백히 보여준다. 본 발명을 이용해서 제조된 종이 타월은 기초중량이 19% 감소되었음에도 불구하고 무거운 습식 크레이핑된 대조구보다 캘리퍼 및 흡수능의 면에서 우수하다.
시험 단위 실시예 5 (본 발명) 실시예 6 (비교예)
롤 견고도 롤 직경 시트 카운트 코어 OD 캘리퍼 - 10 시트 MD 강도 MD 신장률 CD 강도 CD 신장률 GMT 어떠한 처리도 가하지 않은 상태에서의 기초중량 흡수용량 흡수용량 인치 (㎜) 인치 (㎜) Mm 인치 (㎜) g/3"(g/76.2㎜) % g/3"(g/76.2㎜) % g/3"(g/76.2㎜) g/㎡ G g(H2O)/g(섬유) 0.191 (4.851) 5.3 (134.6) 80 42 0.252 (6.401) 2934 13.2 1420 8.1 2041 41.3 2.56 5.86 0.277 (7.036) 5.0 (127.0) 85 37 0.195 (4.953) 2750 7.8 1086 7.3 1728 50.9 1.73 3.84
게다가, 본 발명의 제품은 더 높은 CD 신장률을 가지며, 이것은 사용시 타월에 추가된 인성을 준다. 최종 제품으로서, 본 발명을 이용하여 제조된 롤은 더 큰 직경을 가지고(5.3 인치 (134.6 ㎜) 대 5.0 인치 (127.0 ㎜)), 더 견고하다(0.191 (4.851) 대 0.277 (7.036)). 역시, 시트 크기 및 카운트가 고정되었기 때문에 롤 중량이 19% 감소되었음에도 불구하고 이러한 것들이 달성되었다.
실시예 7
실시예 1에 설명된 포밍 장비 및 구성을 이용하여 50:50 표백된 크래프트 노던 침엽수 및 표백된 크래프트 유칼립투스의 섬유 블렌드를 사용하여 습윤 웹을 형성하였다. 이 경우, 기계속도는 2500 fpm (762 m/분)이었다. 이렇게 하여 얻은 어림 기초중량 20 파운드/2880 ft2 (약 9.07 kg/267.56 ㎡)의 습윤 웹을 각각 수은 19.8, 19.8, 22.6 및 23.6 인치 (약 67.12, 67.12, 76.61 및 80 kPa)의 4개의 진공상자를 통해 통과시켰다. 이어서, 이렇게 하여 얻은 습윤 웹을 추가의 완전 밀폐 탈수 시스템(이것도 역시 실시예 1에 설명됨)을 통해 보냈다. 공기프레스는 공기충만실에서 15 psig (약 103.35 kPa)의 압력이 유지되도록 설정하고, 컨시스턴시 측정을 위해 공기프레스를 거치기 전 및 후의 시료를 채취하였다. 실시예 7에 대해서 얻은 결과를 하기 표3에 나타내었다.
실시예 8
이 실시예에서는 공기프레스 충만실 및 결합된 수집상자 사이의 완전 밀폐를 제거하도록 공기프레스를 재구성하였다는 점을 제외하고는 실시예 7의 실험을 반복하였다. 구체적으로, 밀폐 로드 및 따라서 횡 기계 방향 밀폐 블레이드의 충돌을 공기충만실과 수집상자 사이에서 누출이 일어날 때까지 감소시켰다. 이 점에서, 공기프레스의 공기충만실/수집상자 배열은 공칭 0.1 인치 (2.54 ㎜) 갭으로 설정하였지만, 그것이 직물과 습윤 웹에 의해 점유되기 때문에 공기충만실과 수집상자 사이의 간격을 실제로 보는 것은 가능하지 않았다. 공기충만실로의 공기 유동은 압축기로부터 얻을 수 있는 최대치로 증가되었고, 탈수후 컨시스턴시 샘플을 취하였다. 실시예 8에 대해서 얻은 결과는 하기 표3에 나타내었다.
시험 단위 실시예 7 실시예 8 (비교예)
탈수후 컨시스턴시 탈수전 컨시스턴시 제거된 물 % % lb(g)(물)/ lb(g)(섬유) 34.2 26.8 0.81 (367.42) 32.1 26.8 0.61 (276.70)
표3에 예시된 것처럼, 완전 밀페의 감소가 공기프레스의 탈수능력에 있어서 상당한 손실을 초래하였다. 구체적으로 말하면, 비록 공기충만실 및 수집상자가 여전히 직물과 접촉해 있는 것처럼 보일지라도 완전 밀폐가 되지 않으면, 물이 약 25% 덜 제거되었다(0.61 (276.70) 대 0.81 (367.42)). 이와 관련하여 탈수후 컨시스턴시가 2% 손실되는 것은 건조 제한 때문에 속도 제한된 기계에서 기계속도가 대략 10% 감소하는 것으로 해석될 것이다. 이러한 제한은 본 발명의 구성으로 전환시킨 습식 프레스 기계에서 에상될 것이다.
위 실험은 미국 특허 제5,230,776호에 설명된 것과 같은 공지 기술을 이용하여 얻을 수 있는 가장 가능성있는 결과를 예시하고자 하는 시도였다. 실제로는, 실험 동안 발생하는 과도한 노이즈 및 완전 밀폐되지 않은 탈수 장비로부터 생기는 공기 제트 때문에 심지어는 장비가 위에서 설명한 것처럼 작동되지 않을 수 있을 것이다. 명시하지는 않았지만, 실제로, 미국 특허 제5,230,776호에 설명된 장비는 훨씬 더 많은 탈수 손실이 발생하고 훨씬 더 많은 공기 소모가 일어나는 조건인 1 인치 (25.4 ㎜) 이상의 갭으로 작동될 것이라고 생각된다. 사실상, 이러한 비효율은 너무 많은 추가 에너지 소모 및 속도 감소를 초래해서 그러한 기술이 상업적 장비에 부적당하게 만든다.
실시예 9
50:50 표백된 크래프트 노던 침엽수 및 표백된 크래프트 유칼립투스의 섬유 블렌드를 이용해서 실시예 1에 설명된 것처럼 2000 fpm (609.6 m/분)로 습윤 웹을 20 g/㎡ 시트로 형성하였다. 이어서, 습윤 웹을 각각 약 18, 18, 17 및 21 인치 (약 61.02, 61.02, 57.63 및 71.19 kPa)의 진공수준의 4개의 진공상자를 사용해서 탈수시켰다. 진공상자 컨시스턴시 샘플을 취하였다. 결과를 하기 표4에 나타내었다.
실시예 10
실시예 9의 실험을 반복하되, 탈수를 증가시키기 위해 스팀 "송풍상자"(데브로나이저)를 추가하였다. 스팀 상자는 진공상자에 완전 밀폐되지 않았고, 따라서 미국 특허 제5,230,776호에 설명된 장치와 유사하다고 생각된다. 데브로나이저로의 스팀 유동은 약 300 파운드/h (약 136.08 kg/h)이었다. 역시, 컨시스턴시 샘플을 취해서 스팀 송풍 상자 추가에 기인하는 증가를 측정하였다. 그 결과를 하기 표4에 나타내었다.
실시예 11
실시예 8의 실험을 반복하되, 그 방법에 실시예 1의 완전 밀폐된 공기프레스를 추가하였다. 공기프레스는 15 psig (약 103.35 kPa) 충만실 압력 및 수은 17 인치 (약 57.63 kPa)의 진공수준에서 작동되었다. 역시, 컨시스턴시 샘플을 취해서 완전 밀폐된 공기프레스의 추가에 기인하는 증가를 측정하였다. 그 결과를 하기 표4에 나타내었다.
실시예 번호 컨시스턴시 %
실시예 9 실시예 10 실시예 11 24.2 24.8 33.3
표4의 데이타는 스팀 송풍상자 사용에 비해 완전 밀폐된 공기프레스 사용과 관련하여 컨시스턴시가 상당히 증가됨을 명백하게 보여준다. 송풍상자는 컨시스턴시를 0.6% 증가시키는 반면, 완전 밀폐된 공기프레스는 컨시스턴시를 스팀 송풍상자에 의해 달성될 수 있는 것보다 추가로 8.5% 더 증가시켰다. 습윤 웹이 4개의 진공상자를 거쳐 이미 탈수되어 24.2%의 컨시스턴시에 도달했기 때문에(실시예 9), 상업적으로 필요한 속도가 달성될 수 있는 수준으로 컨시스턴시를 높이기에 충분한 진공 및(또는) 스팀송풍 상자를 추가하는 것은 실용적이지 않다. 그러나, 완전 밀폐된 공기프레스를 추가하는 경우(실시예 11), 변형된 습식 프레스 디자인으로 컨시스턴시를 상업적 속도를 얻을 수 있는 수준으로 높일 수 있다.
상기 상세한 설명은 예시를 목적으로 하는 것이었다. 따라서, 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 많은 변형 및 변화를 가할 수 있다. 예를 들면, 한 실시태양의 부분으로서 설명된 대안적인 또는 임의의 특징을 사용해서 또다른 실시태양을 만들 수 있다. 추가로, 2개의 명칭이 붙은 부품은 같은 구조의 부분들을 대표할 수 있다. 게다가, 다양한 다른 방법 및 장비 배열이 특히 모액 제조, 헤드박스, 포밍 직물, 웹 이송장치, 크레이핑 및 건조에 있어서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 설명된 구체적인 실시태양에 의해서가 아니라 특허청구범위 및 그의 균등물에 의해서 한정되어야 한다.

Claims (109)

  1. (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하고,
    (b) 습윤 웹을 10 % 내지 30%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고,
    (c) 습윤 웹을 무한 제2 직물에 이송하고,
    (d) 제2 직물과 지지 직물 사이에 습윤 웹을 삽입시키고, 습윤 웹과 형성된 완전 밀폐로 인해 5 psig(pound per square inch gauge) (34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 웹을 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 비압축 탈수 장치를 이용하여 습윤 웹을 30% 초과의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고,
    (e) 상기 (d) 단계의 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더 표면에 대해 프레싱하여 습윤 웹을 적어도 부분적으로 건조시키고,
    (f) 상기 (d) 단계의 탈수된 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는
    것을 포함하는 셀룰로스웹의 제조 방법.
  2. (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하고,
    (b) 습윤 웹을 무한 제2 직물에 이송하고,
    (c) 습윤 웹을 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입시키고, 습윤 웹을 30% 이하의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고,
    (d) 공기충만실과 수집장치 사이에 형성된 완전 밀폐로 인해 5 psig (34.45 kPa) 이상의 가압 유체가 습윤 웹을 통과하여 유동하게 하기에 적합하게 된 공기프레스를 이용하여 습윤 웹을 30% 초과 내지 40%의 컨시스턴시가 되도록 보충 탈수시키고,
    (e) 가압 롤에 대한 상기 (d) 단계의 탈수된 습윤 웹의 비지지 시트 랩 각도(wrap angle)가 90°미만이 되도록 제2 직물을 배치하고,
    (f) 상기 (d) 단계의 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더 표면에 대해 프레싱하여 탈수된 습윤 웹을 적어도 부분적으로 건조시키고,
    (g) 상기 (d) 단계의 탈수된 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는
    것을 포함하는 셀룰로스웹의 제조 방법.
  3. (a) 제지 섬유의 수성 현탁액을 무한 제1 직물 위에 침착시켜 습윤 웹을 형성하고,
    (b) 습윤 웹을 10% 이하의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고,
    (c) 습윤 웹을 무한 제2 직물에 이송하고,
    (d) 습윤 웹을 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입시키고,
    (e) 제2 직물과 지지 직물 사이에 삽입된 습윤 웹을, 수은 30 인치 (101.7 kPa) 이상의 습윤 웹을 가로질러 발생하는 압력차 및 1 평방인치당 10 SCFM(standard cubic feet per minute) (1 평방미터당 7.31 ㎥/s) 이상의 습윤 웹을 통하는 가압 유체 스트림을 발생시키기에 적합하게 된 작용적으로 결합된 공기충만실과 수집장치 사이로, 제2 직물이 습윤 웹과 수집장치 사이에 배치된 채로 통과시키고,
    (f) 가압 유체 스트림을 사용하여 습윤 웹을 30% 내지 40%의 컨시스턴시가 되도록 탈수시키고,
    (g) 상기 (f) 단계의 탈수된 습윤 웹을 가열된 건조 실린더의 표면에 대해 제2 직물과 함께 프레싱하고,
    (h) 상기 (f) 단계의 탈수된 습윤 웹을 최종 건조도로 건조시키는
    것을 포함하는 셀룰로스웹의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 비압축 탈수 장치가 습윤 웹의 컨시스턴시를 5 내지 20% 증가시키는 것인 방법.
  5. 제2항에 있어서, 습윤 웹이 32% 내지 40%의 컨시스턴시가 되도록 보충 탈수되는 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 습윤 웹이 34% 내지 40%의 컨시스턴시가 되도록 보충 탈수되는 것인 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 습윤 웹을 가로질러 발생하는 압력차가 수은 35 내지 60 인치 (118.65 내지 203.4 kPa)인 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 유체가 5 내지 30 psig (34.45 내지 206.7 kPa) 로 가압되는 것인 방법.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서, 수집장치가 수은 0 초과 내지 25인치 (0 초과 내지 84.75 kPa)의 진공을 끌어들이는 진공상자를 포함하는 것인 방법.
  11. 제2항에 있어서, 공기프레스에서의 체류시간이 10 밀리초 이하인 방법.
  12. 삭제
  13. 제2항에 있어서, 습윤 웹이 1000 fpm(feet per minute) (304.8 m/분) 이상의 속도로 이동하고, 공기프레스에 들어가서 공기프레스를 빠져나가는 습윤 웹의 컨시스턴시가 5% 이상 증가하는 것인 방법.
  14. 삭제
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 습윤 웹이 2000 fpm (609.6 m/분) 이상의 속도로 이동하는 것인 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 유체의 온도가 300 ℃ 이하인 방법.
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  36. 제2항 또는 제3항에 있어서, 공기충만실이 무한 제2 직물의 회로 내에 위치하는 것인 방법.
  37. 제2항에 있어서, 공기충만실이 지지 직물의 회로 내에 위치하는 것인 방법.
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  47. 제1항에 있어서, 비압축 탈수 장치가 공기충만실 및 수집장치로 이루어진 것인 방법.
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