KR101012570B1 - 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 페이퍼 웨브에 추가되는 3차원 텍스처링을 웨브의 표면상에 프린팅되는 접착 재료에 의해 '고정'할 수 있는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 티슈, 에어레이드 웨브, 또는 다공성 비직조 웨브와 같은 페이퍼 웨브의 표면에 접착 재료를 송출하기 위해 특정한 저압 프린팅 기법이 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 이 접착제는 표면 텍스처를 증가시키기 위해 웨브가 성형되기 전, 도중, 또는 후에 웨브에 도포될 수 있다. 상기 웨브는 제지 섬유를 크게 변형시키지 않고 표면 텍스처를 증가시키기 위해 비교적 낮은 압력 하에 성형될 수 있다. 경화된 접착 재료는 추가된 텍스처가 다시 2차원 상태로 이완되는 것을 방지할 수 있거나, 또는 웨브의 표면 위로 돌출함으로써 추가 텍스처에 기여할 수 있다. 이 방법은 건조 및 습윤 상태에 있을 때 웨브의 벌크를 증가시킬 뿐 아니라, 웨브의 습윤 탄성, 습윤 강도, 및 촉감 특성을 증가시킬 수 있다.
페이퍼 웨브, 접착 재료, 패턴, 3차원 상태, 경화, 피크 압력

Description

페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법{A PROCESS FOR PRINTING AN ADHESIVE MATERIAL ON A PAPER WEB}
배쓰 티슈(bath tissue), 세안 티슈(facial tissue), 종이 타월, 산업용 와이퍼, 급식용(food service) 와이퍼, 냅킨, 의료용 패드, 및 기타 유사 제품과 같은, 페이퍼 웨브로부터 제조된 제품들은 몇가지 중요한 특성을 갖도록 디자인된다. 예를 들면, 상기 제품은 비교적 부드러운 느낌을 가져야 하며, 대부분의 적용에 있어서 흡수성이 높아야 한다. 그러한 제품에서는 또한 종종 하이 벌크(high bulk)가 바람직하기도 하다. 예를 들면, 3차원 하이 벌크 페이퍼 제품이, 얇은 보다 2차원적인 제품에 비해 바람직하다.
섬유상(fibrous) 페이퍼 제품에 3차원 구조를 부여하기 위한 몇가지 방법이 과거에 제안된 바 있다. 한가지 공지된 방법은 엠보싱이며, 이 방법에서 웨브내 섬유는, 웨브가 건조한 동안 실질적으로 영구적으로 유지되는 섬유에 꺾임부(kink) 및 미세압축부를 제공하기 위해 높은 기계적 압력 하에 기계적으로 변형된다. 그러나 젖어있을 때, 섬유는 섬유내 꺾임 및 미세압축부와 연관된 국소적 응력이 완화됨에 따라 팽창하여 똑바로 펴질 수 있다. 따라서, 습윤 상태에 있을 때의 엠보싱된 티슈는 엠보싱에 의해 부여된 추가 벌크의 많은 부분을 손실하는 경향이 있으며, 비교적 편평한 상태로 다시 붕괴되는 경향이 있다. 유사한 고려사항들이, 주 름형성(creping) 또는 미세변형(microstraining)에 의해 티슈에 부여된 미세 텍스처에 적용되는 바, 이는 그러한 텍스처가 일반적으로, 티슈가 습윤 상태에 있을 때 완화되어, 티슈가 건조 상태에 있을 때보다 편평한 상태로 붕괴되게 할 수 있는 섬유내의 국소적 꺾임부 및 미세압축부에 의한 것이기 때문이다.
예를 들면 습윤 상태에 있을 때의 페이퍼 웨브의 강도를 보호하기 위한 다른 방법들이 당업계에 공지되어 있다. 그러나 이들 방법은 웨브 강도를 유지하면서 웨브의 텍스처 또는 추가 벌크를 보호하지 못한다. 예를 들면, 웨브가 건조될 때 웨브의 섬유대 섬유 결합을 강화하거나 보호하기 위해 티슈 및 기타 페이퍼 웨브에는 습윤 강도 증강제(wet strength agent)가 사용될 수 있지만, 이러한 증강제는 엠보싱, 주름형성, 미세변형, 또는 유사 과정에 의해 건조 웨브에 부여되는 추가 텍스처를 보호하지 못한다. 습윤 강도 증강제로 처리된 엠보싱된 웨브가 습윤 상태에 있을 때, 섬유의 팽창 및/또는 섬유내 응력의 완화는, 습윤 강도 증강제가 활성화 또는 경화되었을 때 웨브가 초기에 건조됨에 따라 존재했던 형상으로 웨브가 되돌아갈 때, 엠보싱된 텍스처의 많은 것을 제거하는 경향이 있다.
따라서, 건조 티슈 웨브 또는 기타 다공성 웨브를 텍스처 및 물리적 특성이 개선된 구조로 전환하는 방법이 필요하다. 또한, 습윤 상태로 된 후에도 높은 레벨의 추가 벌크를 유지할 수 있는 하이 텍스처드(highly textured) 웨브가 필요하다.
또한, 습윤 강도 증강제로 처리된 것과 같은 습윤-탄성 웨브는 웨브내에 실질적으로 균일한 물리적 특성을 갖는 경향이 있다. 페이퍼 웨브의 물리적 특성은 보다 불균일한 구조를 통해서 향상될 수 있다. 따라서, 불균일한 물리적 특성을 갖는 하이 벌크 섬유 웨브, 및 그러한 불균일 웨브를 제조하기 위한 개선된 방법이 필요하다.
본 발명은 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 접착 재료는 웨브의 표면상에 저압 프린팅 방법에 의해 프린팅될 수 있으며 따라서 웨브는 프린팅 방법에 의해 실질적으로 치밀해지지 않는다. 예를 들면, 프린팅 방법은 웨브 상에 대략 100psi(689kPa) 미만, 보다 구체적으로는 대략 0.2psi(1.38kPa) 내지 대략 30psi(206.8kPa), 가장 구체적으로는 대략 5psi(34.5kPa) 미만의 피크 프린팅 압력을 가할 수 있다. 예를 들면, 저압 프린팅 방법은 플렉소그래픽(flexographic) 프린팅 방법, 잉크젯 프린팅 방법, 또는 디지털 프린팅 방법일 수 있다.
접착 재료는 웨브에 임의의 소정 패턴으로, 예를 들면 웨브의 표면에 걸쳐서 불균일한 패턴으로 도포될 수 있다.
일 실시예에서, 접착 재료는 두 상호맞물림(interdigitating) 롤 사이에 프린팅 닙(nip)이 형성되는 플렉소그래픽 프린팅 방법을 사용하여 웨브 상에 프린팅될 수 있다. 그러한 실시예에서, 웨브는 또한 필요할 경우 프린팅 닙에 미세변형될 수 있다. 다른 대안적 실시예에서, 웨브는 플렉소그래픽 플레이트에 의해서만 플렉소그래픽적으로 프린팅될 수 있으며, 백킹(backing) 또는 임프레션 실린더는 전혀 사용되지 않는다.
접착 재료는 프린팅 방법을 사용하여 웨브에 도포될 수 있는 임의의 적합한 접착제일 수 있다. 그 예로는 공지의 핫멜트(hot melts), 실리콘 접착제, 라텍스 화합물, 및 기타 경화성 접착제(구조적 접착제(에폭시, 우레탄 등), UV-경화성 접착제, 등)가 포함된다. 이들 접착제는 비감압성 접착제(non-PSA: non-pressure sensitive adhesives)일 수도 있다.
종이에 프린트하기 위한 종래의 플렉소그래픽 잉크는 통상, 브룩필드(Brookfield) 점도계로 20rpm에서 측정되는 대략 2 poise 이하의 점도 또는 Casson plot에 의해 결정되는 무한 전단에서 대략 1 poise의 점도와 같은, 낮은 점도를 갖는다. 직물에 사용하기 위한 보다 점도가 높은 잉크가 사용되는 바, 이 경우 잉크는 브룩필드 점도계에서 20rpm에서 대략 10 내지 65poise의 점도 및 Casson plot에 의해 결정되는 무한 전단에서 대략 3 내지 15poise의 점도를 가질 수 있다. 보다 높은 점도의 잉크 및 페이스트 또한 직물에 플렉소그래픽 프린팅을 실시하기 위해 사용되었으나, 본 발명에 따르면, 더 높은 점도를 갖는 접착 재료가 플렉소그래픽 수단에 의해 흡수 웨브에 프린트될 수 있다.
예를 들면, 적용 온도에서, 플렉소그래픽 수단에 의해 티슈 또는 에어레이드(airlaid) 웨브에 적용되는 핫멜트는 20poise(p) 이상, 예를 들면 30p, 50p, 100p, 200p, 500p, 1,000p, 5,000p, 10,000p, 20,000p 이상의, 브룩필드 점도계로 20rpm에서 측정된 점도를 가질 수 있다. Casson plot를 사용하여 측정된 무한 전단에서, 본 발명의 점성 접착제의 겉보기 점도(apparent viscosity)는 예를 들면, 300p, 800p, 3,000p, 8,000p, 15,000p 이상일 수 있다. 점도 값은 풀 온도(pool temperature)에서의 핫멜트에 적용되거나, 150℃에서 측정된 점도를 지칭할 수도 있다. 대안적으로, 본 발명에서 사용하기 위한 핫멜트 접착제는 195℃에서 평가되는 1poise 내지 300poise(100cp 내지 30,000cp)의 점도, 보다 구체적으로는 대략 10poise 내지 200poise, 가장 구체적으로는 대략 20poise 내지 100poise의 점도를 가질 수도 있다.
실온에서, 점성 접착제는 고체처럼 거동할 수도 있다. 본 발명에서 사용하기 위한 점성 접착제의 융점은 예를 들면, 40℃, 60℃, 80℃, 100℃, 120℃, 150℃, 200℃, 250℃, 300℃ 또는 그 이상일 수 있다. 특정 실시예에서, 접착제의 융점은 대략 40℃ 내지 200℃, 보다 구체적으로는 대략 60℃ 내지 150℃, 가장 구체적으로는 대략 60℃ 내지 120℃일 수 있다.
적합한 핫멜트에는, EVA(에틸렌 비닐 아세테이트) 핫멜트(예를 들면, EVA의 코폴리머), 폴리올레핀 핫멜트, 폴리아미드 핫멜트, 감압성 핫멜트, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 코폴리머, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 코폴리머, 에틸렌 에틸아크릴레이트 코폴리머(EEA), 폴리우레탄 반응성(PUR) 핫멜트 등이 포함되지만, 이것에 한정되지는 않는다. 일 실시예에서는, 폴리(알킬옥사졸린) 핫멜트 화합물이 사용될 수 있다. 필요하다면, 핫멜트는 감수성(water sensitive)이거나 재습윤성(water-remoistenable)일 수도 있다. 이는 예를 들면, 적용된 핫멜트가 습윤화된 후 다른 표면에 결합되어 프린팅된 웨브를 다른 표면에 접합할 수 있는 실시예에서 바람직할 수 있다.
핫멜트 외에 라텍스 또는 기타 접착 재료가 사용되면, (건조 또는 경화 이전의) 도포시의 점도는 65cp를 초과할 수 있는 바, 구체적으로는 대략 100cp 이상, 보다 구체적으로는 대략 200cp 이상, 더욱 구체적으로는 대략 250cp 이상, 예를 들면 대략 150cp 내지 500cp, 또는 대략 200cp 내지 1000cp, 또는 대략 260cp 내지 5000cp일 수 있다. 라텍스의 고체 함량은 대략 10% 이상, 구체적으로는 대략 25% 이상, 보다 구체적으로는 대략 35% 이상, 가장 구체적으로는 대략 45% 이상일 수 있다.
필요하다면, 접착 재료는 페이퍼 웨브의 양쪽 면에 프린트될 수 있다. 마찬가지로, 페이퍼 웨브의 어느 한쪽 면 또는 양쪽 면에 다른 접착제가 프린트될 수도 있다. 일 실시예에서는, 웨브의 양 표면에 접착 재료를 프린트하기 위해 이중(duplex) 플렉소그래픽 시스템 또는 다른 양면 프린팅 시스템이 사용된다.
일 실시예에서, 본 발명의 방법은 페이퍼 웨브를 형성하는 단계, 상기 페이퍼 웨브를 3차원 상태로 성형(molding)하는 단계, 상기 웨브상에 접착 재료를 프린트하는 단계, 및 상기 접착 재료를 경화시키는 단계를 포함한다. 상기 접착 재료는 웨브 상에 저압 프린팅 방법에 의해, 경화시에 웨브 상의 접착제의 존재로 인해 웨브의 3차원 상태가 보다 2차원적인 배향으로 이완되는 것이 방지되는 프린팅 패턴으로 프린트될 수 있다. 3차원 상태의 전부가 유지될 필요는 없지만, 3차원 상태의 적어도 일부가 유지되면 프린트된 접착제는 3차원 상태를 유지하는데 효과적이라고 말할 수 있다. 예를 들어, 웨브가 대략 1mm 높이의 성형 고점 및 저점(peak and valley)을 갖는 상태로 성형되지만, 접착제의 경화 이후 추가된 성형 고점 및 저점이 대략 0.4mm의 높이를 갖도록 어느 정도의 이완이 발생하면, 3차원 상태의 대략 40%가 유지되었다고 말할 수 있다. 추가 접착제는 성형 3차원 상태의 대부분 또는 그 일부분(예를 들면, 적어도 대략 20%)을 유지하는데 효과적일 수 있다. 대안적으로, 추가 접착제는 적어도 0.1mm 높이의 구조물이 추가 접착제에 의해 유지되면 접착제가 전혀 추가되지 않는 동일한 다른 방법에 비해 성형 3차원 구조물을 유지하는데 있어서 효과적이라고 말할 수 있다.
다른 실시예에서, 페이퍼 웨브에는, 기저 페이퍼 웨브 위로 대략 0.03mm 이상 상승하는 웨브 표면상의 프린트된 접착제 재료의 돌출 영역에 의해 증가된 3차원 상태가 부여될 수 있다.
프린팅 중에 웨브에 가해지는 압력은 특정 시스템의 요구에 최적화될 수 있다. 예를 들면, 웨브에 접착 재료의 격리 스폿을 저압 플렉소그래픽 프린팅하면 웨브의 인장 강도를 거의 변경하지 않고서 (특히 웨브 상의 돌출된 접착제 퇴적물의 존재로 인해) 웨브의 텍스처를 변경시킬 수 있다. 그러나, 보다 높은 하중으로 가해지는 동일 패턴에 의하면 접착 재료가 다공성 웨브 내로 보다 깊이 주입되고 아마도 플렉소그래픽 플레이트의 돌출 프린트 요소로부터 번져나갈 수도 있게 됨으로써 웨브내의 접착 재료가 많은 섬유들을 함께 접합시켜 결과적으로 웨브내의 인장 강도를 상당히 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 필요할 경우 웨브내로 접착제가 침투하는 것은 또한 점도 및 표면의 화학적 성질의 제어에 의해 달성될 수 있다(낮은 점도는 침투를 향상시킬 수 있으며, 웨브를 보다 쉽게 젖게하거나 웨브의 소공(pore)내로 보다 쉽게 유동하는 접착 재료는 대체로 침투를 향상시킬 것이다).
본 발명에 있어서 상기 방법에서의 성형 및 프린팅의 순서는 중요하지 않다. 예를 들면, 웨브는 접착 재료로 프린팅된후 성형되거나, 접착제로 프린팅되기 전에 성형될 수 있거나, 또는 성형과 프린팅이 거의 동시에 이루어질 수 있다.
상기 웨브는 임의의 적합한 과정을 통해서 성형될 수 있는 바, 예를 들면, 웨브는 인가되는 압력에 의해 성형 기판에 대해 유지되는 동안 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 웨브는 공압적 힘에 의해 성형 기판에 대해 보유될 수도 있다. 예를 들어, 웨브는 웨브 전역에 걸쳐서 대략 1 내지 200kPa, 보다 구체적으로는 대략 5 내지 150kPa의 차등 압력으로 성형될 수 있다.
일 실시예에서, 웨브는 웨브의 성형이 제지 섬유의 상당한 변형을 초래하지 않도록 비교적 낮은 성형 압력으로 성형된다.
접착 재료는 경화시에 3차원 성형 구조를 웨브에 로크시키도록 보조하는 프린팅 패턴으로 웨브상에 프린팅될 수 있다. 예를 들면, 프린팅 패턴은 성형 방법에 의해 형성되는 돌출 웨브 부분의 주요 곡률 영역의 적어도 일 부분을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프린팅 패턴은 웨브의 돌출 부분을 둘러싸는 베이스 또는 저위 돌출 영역과 일치할 수도 있다.
본 발명은 또한 상기 방법에 의해 형성되는 페이퍼 제품에 관한 것이다. 상기 페이퍼 제품에는, 웨브가 3차원 구조를 갖도록 웨브의 표면으로부터 돌출하는 돌출 웨브 부분을 갖는 페이퍼 웨브가 포함된다. 상기 웨브는 또한 돌출 웨브 부분이 다시 웨브 평면으로 이완되는 것을 방지하기 위해 웨브 상으로 프린팅되는 접착 재료를 갖는다.
일반적으로, 본 발명의 웨브는 대략 10 내지 200gsm(grams/㎡), 구체적으로는 대략 15 내지 120gsm, 보다 구체적으로는 대략 25 내지 100gsm, 가장 구체적으로는 대략 30 내지 90gsm의 기초 중량을 가질 수 있다. 상기 웨브는 대략 3cc/g를 초과하는 벌크를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 웨브는 대략 3 내지 20cc/g의 벌크를 가질 수 있다. 베이스 웨브의 프라지어(frazier) 공기 투과율은 일반적으로 대략 10cfm(cubic feet/min)(4.72 liter/sec)보다 클 수 있다. 일 실시예에서, 페이퍼 웨브는 층상(層狀: stratified) 웨브일 수 있다.
웨브에 추가되는 텍스처링은 웨브의 편평면 위로 대략 0.2mm 이상, 대략 0.3mm 이상, 대략 0.5mm 이상, 또는 대략 0.7mm 이상, 예를 들면, 대략 0.2mm 내지 1mm 또는 대략 0.25mm 내지 0.6mm의 높이를 갖는 돌출 웨브 부분을 생성할 수 있다.
정의 및 테스트 방법
본원에서 사용되는 "흡수성"이란, 후술하는 고유 흡수 용량(Intrinsic Absorbent Capacity)에 대한 테스트에 의해 측정될 때 재료가 그 건조 상태 중량의 적어도 100%에 상당하는 양의 물을 유지할 수 있는(즉, 재료가 대략 1 이상의 고유 흡수 용량을 갖는) 것을 지칭한다. 예를 들어, 본 발명의 흡수성 제품에 사용되는 흡수 재료는, 대략 2 이상, 보다 구체적으로는 대략 4 이상, 더욱 구체적으로는 대략 7 이상, 더욱 구체적으로는 대략 10 이상, 예를 들면 대략 3 내지 30, 또는 대략 4 내지 25, 또는 대략 12 내지 40 범위의 고유 흡수 용량을 가질 수 있다.
본원에서 사용되는 "고유 흡수 용량"이란, 포화 상태의 샘플이 그 건조 상태 중량에 비해 유지할 수 있는 수분의 양을 지칭하며, 이는 무차원 수(질량/질량)로서 보고된다. 테스트는 Federal Government Specification UU-T-595b에 따라 이루어진다. 이는 길이 10.16cm, 폭 10.16cm(길이 4인치, 폭 4인치)의 테스트 샘플을 절단하고, 무게를 측정한 후, 3분간 침지(soaking)시켜 수분 포화시킴으로써 이루어진다. 샘플은 이후 물에서 제거되고, 잉여 수분이 배출될 수 있도록 30초간 한쪽 모서리에서 매달려 있게 된다. 이후 샘플은 다시 무게 측정되고, 습윤 상태 중량과 건조 상태 중량의 차이가 길이 10.16cm, 폭 10.16cm의 샘플당 그램으로 표시되는 샘플의 흡수량(water pickup)이다. 고유 흡수 용량 값은 전체 흡수량을 샘플의 건조 상태 중량으로 나눔으로써 얻어진다. 재료가 샘플 붕괴 없이 테스트를 수행하기에는 적절한 일체성(integrity)이 부족하면, 테스트 방법은 그 흡수 특성을 거의 변화시키지 않고 샘플의 일체성을 향상시키도록 변경될 수 있다. 구체적으로, 상기 재료는 이 재료를 방수 밴드로 둘러싸도록 물품의 외표면에 가해지는 대략 1mm 직경을 갖는 6라인의 핫멜트 접착제로 보강될 수 있다. 상기 핫멜트는 테스트되는 재료의 본체 내로 접착제가 침투하는 것을 방지하도록 적용되어야 한다. 샘플이 매달리는 모서리는 특히 처리되지 않은 샘플이 습윤 상태에 있을 때 30초간 매달릴 수 없을 경우 일체성을 증강시키기 위해 외부 핫멜트 접착제로 보강되어야 한다.
본원에서 재료가 "변형가능(deformable)"하다는 것은, 100kPa의 압축 하중에서 평행한 압반(platen) 사이에서의 재료의 두께가 1000kPa의 압축 하중에서 평행한 압반 사이에서의 재료의 두께보다 적어도 5% 두꺼운 경우를 말한다.
"수분 보유치(water retention value)"(WRV)란, 본 발명의 목적에 유용한 일부 섬유를 특징짓는데 사용될 수 있는 값이다. WRV는 탈이온수에 0.5그램의 섬유를 분산시키고, 밤새 침지시킨 후, 섬유를 바닥에 0.15mm(100 메쉬)의 망(screen)을 갖는 4.83cm(1.9인치) 직경 튜브에서 20분간 1000 중력에서 원심분리함으로써 측정된다. 이 샘플은 무게 측정된 후, 105℃에서 두 시간 동안 건조되고, 다시 무게 측정된다. WRV는 (습윤상태 중량- 건조상태 중량)/(건조상태 중량)이다. 본 발명의 목적에 유용한 섬유는 대략 0.7 이상, 보다 구체적으로는 대략 1 내지 2의 WRV를 가질 수 있다. 수율이 높은 펄프 섬유는 통상 대략 1 이상의 WRV를 갖는다.
본원에서 사용되는 "습윤:건조 비율(wet:dry ratio)"이란, 평균 가로 방향 습윤 인장 강도를 평균 가로 방향 건조 인장 강도로 나눈 비율이다. 본 발명에 사용되는 흡수성 웨브는 대략 0.1 이상, 보다 구체적으로는 대략 0.2 이상의 습윤:건조 비율을 가질 수 있다. 가로 방향(cross-direction) 또는 기계 방향(machine direction)의 인장 강도는, 샘플을 테스트 전에 TAPPI 조건 하에 4시간 동안 유지한 후에, 3인치(7.62cm) 조오(jaw) 폭(샘플 폭), 2인치(5.08cm)의 조오 길이(게이지 길이), 및 25.4cm/min의 크로스헤드 속도를 사용하는 Instron 인장 테스터를 사용하여 측정될 수 있다.
달리 규정되지 않는 한, 본원에서 사용되는 "인장 강도"는 "기하학적 평균 인장 강도"를 의미한다(습윤 인장 강도는 일반적으로 가로 방향으로 측정된다). 기하학적 평균 인장 강도(GMT:geometric mean tensile strength)는 웨브의 기계 방향 인장 강도와 가로 방향 인장 강도의 곱의 제곱근이다. 본 발명의 흡수성 웨브는 대략 0.01gram/gsm, 구체적으로 대략 0.05gram/gsm, 보다 구체적으로 대략 0.2gram/gsm, 더 구체적으로 대략 1gram/gsm, 가장 구체적으로 대략 2gram/gsm 내지 50gram/gsm의, 기초 중량에 대한 건조 인장 강도의 최소 절대 비율을 갖는다.
달리 규정되지 않는 한, 본원에서 사용되는 "벌크(bulk)" 및 "밀도"는, 샘플을 네 시간 동안 상태조절한 후 TAPPI 조건(73°F(22.8℃), 50% 상대습도) 하에 제조된 7.62cm(3인치) 직경의 원형 압반에 의한 0.34kPa(0.05psi)의 하중에서 이루어지는 두께 측정 및 샘플의 오븐-건조 질량에 기초하고 있다. 다섯장 시트의 적층체가 사용된다.
상기 시트는 편평 압반의 아래와, 이 압반에 평행한 편평면 위에 놓인다. 상기 압반은 시트의 존재에 의해 초래되는 압반의 변위를 감지하는 Mitutoyo 디지털 게이지와 같은 두께 게이지에 연결된다. 샘플은 접촉 압반 아래에서 반드시 편평하고 균일해야 한다. 단위 시트당 두께를 얻기 위해서, 상기 적층체의 측정된 두께는 시트의 장수로 나누어진다. 이런 식으로 이루어지는 거시적 두께 측정은 웨브의 "벌크"를 계산하는데 사용하기 위한 시트의 전체 두께를 제공한다. 벌크는 다섯장 시트의 두께를 다섯장 시트의 기초 중량으로 나눔으로써 계산된다(한장의 시트의 면적인 적층체가 차지하는 면적에 의해 나누어진 다섯장 시트의 적층체의 정량 질량). 벌크는 단위 질량당 체적(cc/g)으로 표현되고, 밀도는 그 역(g/cc)으로 표시된다.
본원에서 사용되는 "국소 두께(local thickness)"란, 웨브의 두 대향 표면에 대해 거의 수직한 선을 따라서 이들 표면 사이의 거리를 지칭한다. 측정은 마이크로-캘리퍼(micro-caliper)에 대향하는, 특정 위치에서의 웨브의 실제 두께를 반영한다.
"브룩필드 점도(Brookfield viscosity)"는 스핀들 #27을 사용하는 브룩필드 온도 제어기를 구비한 Brookfield Digital Rheometer Movel DV-Ⅲ로 측정될 수 있다.
공기에 대한 직물 또는 웨브의 투과율의 측정기준은, 1978년 7월 20일자로 연방 테스트 기준 191A, Method 5450에 따라 실시되고 3 샘플 판독치의 평균값으로서 보고되는 "프라지어 투과율(Frazier Permeability)"이다. 프라지어 투과율은 웨브를 통과하는 공기 유량을, 분당 웨브의 평방피트당 공기의 입방피트(cubic feet of air per square foot of web per minute) 또는 CFM 단위로 나타낸다.
3차원 베이스시트 또는 웨브는 시트 자체의 고유한 구조로 인해 표면의 높이에 상당한 변화를 갖는 시트이다. 본원에서 사용될 때, 이러한 높이 차이는, 대략 500×500 픽셀의 x-y픽셀 밀도를 갖는 대략 38mm 사각면적에 걸쳐서 표면 높이를 측정하는 CADEYES 모아레 간섭계(interferometry)(보다 자세하게 후술됨)와 같은 비압축 광학 수단에 의해 측정되는, 표면의 고유 고점-대-저점 깊이인 "표면 깊이(Surface Depth)"로서 표현된다. 예를 들면, 높이가 30 내지 60미크론 범위(모아레 간섭계로 측정)인 반복적 주름 접힘을 갖는 주름형성된 표면은 대략 60미크론의 표면 깊이를 가질 것이다(명백한 표면 결함, 광학 노이즈 등으로 인해 발생하는 피크는 측정이 샘플을 확실하게 나타내도록 배제됨). 단위 셀 전역에서 150미크론의 높이 차이를 갖는 반복적 단위 셀 구조를 갖는 성형 티슈 웨브는 대략 150미크론의 표면 깊이를 가질 것이다.
CADEYES 표면 지형(topography) 측정
표면 깊이를 측정하기에 적합한 방법은 티슈 웨브의 표면을 변형시키지 않고 정확한 측정을 할 수 있는 모아레 간섭기법이다. 본 발명의 티슈 웨브를 참조하면, 티슈 웨브의 표면 지형은 대략 38mm의 시야를 갖는 컴퓨터-제어식 백색광 필드-시프트형 모아레 간섭계를 사용하여 측정되어야 한다. 모아레 간섭기법에 적합한 시판중인 기기는 Integral Vision(Farmington Hills, Michigan 소재)에 의해 제조된, 38mm 시야(37 내지 39.5mm 범위의 시야가 적절함)용으로 구성된 CADEYES®간섭계이다. 상기 CADEYES®시스템은 샘플 표면상으로 미세한 흑색선을 투사하기 위해 그리드를 통해 투사되는 백색광을 사용한다. 표면은 작은 그리드를 통해 관찰되며, CCD 카메라에 의해 관찰되는 모아레 무늬(moire fringe)를 생성한다. 적절한 렌즈 및 스테퍼 모터는 필드 시프트를 위한 광학 구성을 조정한다. 비디오 프로세서는 캡처된 무늬 이미지를 PC 컴퓨터로 보내어, 표면 높이의 세부사항이 비디오 카메라에 의해 관찰된 무늬 패턴으로부터 다시 계산될 수 있게 한다.
컴퓨터제어식 CADEYES®간섭계 시스템은 지형(topographical) 데이터를 수집하여 지형 데이터의 농담(濃淡) 이미지를 생성하는데 사용되며, 상기 이미지는 이후 "높이 맵"으로 지칭된다. 높이 맵은 컴퓨터 모니터상에 통상 256 그레이 쉐이드로 표시되며, 정량적으로는 측정되는 샘플에 대해 얻어진 지형 데이터에 기초하고 있다. 38mm 사각형 측정 면적에서의 결과적인 높이 맵은, 표시된 높이 맵의 수평 및 수직 방향으로 대략 500픽셀에 상응하는 대략 250,000 데이터 포인트를 포함해야 한다. 높이 맵의 픽셀 치수는, 컴퓨터 소프트웨어에 의해 분석될 샘플 상에 모아레 패턴의 이미지를 제공하는 512×512 CCD 카메라에 기초한다. 높이 맵에서의 각 픽셀은 샘플 상의 대응 x 및 y 위치에서의 높이 측정을 나타낸다. 추천되는 시스템에서, 각 픽셀은 대략 70미크론의 폭을 갖는 바, 즉 직교하는 면내 방향으로 대략 70미크론 정도 긴 샘플 표면상의 영역을 나타낸다. 이 레벨의 해상도는 표면 위로 돌출하는 단일 섬유가 표면 높이 측정에 현저한 효과를 미치는 것을 방지한다. z-방향 높이 측정은 2미크론 미만의 공칭 정확도와, 적어도 1.5mm의 z-방향 범위를 가져야 한다.
모아레 간섭계 시스템은, 전술한 정확도 및 z-방향 범위를 제공하도록 설치 및 공장 보정되면, 종이 타월과 같은 재료에 대해 정확한 지형 데이터를 제공할 수 있다. (당업자라면 공지의 치수를 갖는 표면에 대해 측정을 실시함으로써 공장 보정의 정확도를 확인할 수 있다.) 테스트는 Tappi 조건(23℃, 50% 상대습도) 하의 룸 내에서 실시된다. 샘플은 기기의 측정 평면과 정렬되거나 근사 정렬되어 배치되는 표면 상에 편평하게 배치되어야 하며, 관심 대상인 최저 영역과 최고 영역이 기기의 측정 영역 이내에 들게 되는 높이에 있어야 한다.
표면이 반투명 또는 투명할 때, 측정은 높은 광학적 노이즈를 받을 수 있다. 그러한 경우에는, 표면의 퍼티 임프레션(putty impression)을 떠서 이 퍼티 임프레션의 지형을 측정하는 것이 도움이 된다. 본 발명에 관한 몇가지 측정에 있어서, 퍼티 임프레션은, 23℃ 및 50% 상대습도로 조절된 룸 내에서 주홍색 Dow Corning 3179 팽창성 화합물(Dilatant Compound)(오리지널 "Silly Putty®재료로 믿어짐)를 65그램 사용하여 제조되었다. 모아레 간섭에서 보다 좋은 결과가 나오도록 상기 팽창성 화합물은, 퍼티의 부분에 백색 Pentel®(Torrance, CA 소재) Correction Pen 유체(1997년에 구입)를 페인팅하고, 상기 유체를 건조시킬 수 있으며, 이후 퍼티 전체에 걸쳐 백색 고체(주로 이산화 티타늄이라고 믿어짐)가 균일하게 분산되도록 페인팅된 부분을 혼합함으로써 적용되는 백색 고체 0.8그램의 추가에 의해 보다 불투명하게 되었다. 이 행위는 0.8그램의 질량 증가가 달성되기까지 대략 열두번 반복되었다. 퍼티의 일부는 압연되어 대략 3cm 직경 및 대략 0.5cm 두께의 편평하고 매끄러운 디스크로 되었으며, 이 디스크는 플렉소그래픽적으로 프린트된 재료의 임프레션을 갖는 퍼티를 성형하도록 플렉소그래픽적으로 프린트된 샘플 위에 배치되어 압축되었다. 측정을 위해, 퍼티의 성형된 측이 위를 향하여 뒤집어지고, Cadeyes®장치의 5mm 시야 광학 헤드 아래에 배치되었다.
저점 및 고점의 높이는 예에 개시되어 있듯이, CADEYES 시스템으로 얻어진 높이 맵을 따라서 대표 프로파일 라인을 검사함으로써 결정될 수 있다. CADEYES 시스템에 의한 표면 구조 측정의 세부사항은, 2002년 5월 28일자로 Chen et al에게 허여되고, 발명의 명칭이 "Dual-Zoned Absorbent Webs"이며, 그 내용이 본원에 원용되는 미국 특허 제6,395,957호에도 개시되어 있다.
표면 깊이는 베이스 시트에 생성된 지형, 특히 건조 과정 이전과 건조 과정 도중에 형성되는 특징과 본 발명에 따른 프린팅 작업에 의해 추가되는 구조를 검사하고자 하는 것이지만, 엠보싱, 천공, 주름잡기(pleating) 등과 같은 다른 건식 전환 작업으로부터 "인공적으로" 생성된 대규모 지형을 배제하려는 것이기도 하다. 따라서, 검사되는 프로파일은 비엠보싱, 비천공, 비주름잡힌 영역으로부터 취해져야 한다. 시트 지형은 전체 베이스 시트에 영향을 주는 캘린더링(calendering) 및 기타 작업에 의해 감소될 수 있음을 알아야 한다. 표면 깊이 측정은 캘린더링 가공된 베이스 시트에 대해 적절히 이루어질 수 있다.
일반적으로, 본 발명에 따른 플렉소그래픽 방법 또는 관련 수단에 의한 접착 재료 프린팅은 후술하는 임의의 수치만큼 웨브의 표면 위로 돌출하는(또는 대안적으로, 웨브의 표면 깊이를 증가시키는) 접착 퇴적물을 추가할 수도 있다: 0.03mm 이상, 0.04mm 이상, 0.05mm 이상, 0.06mm 이상, 0.07mm 이상, 0.08mm 이상, 0.1mm 이상, 0.15mm 이상, 0.2mm 이상, 0.3mm 이상, 및 0.4mm 이상, 예를 들면 대략 0.04mm 내지 0.4mm, 또는 대략 0.07mm 내지 0.3mm. CADEYES 시스템이 주변 웨브에 관하여 프린팅된 접착 구조의 높이를 결정하도록 사용될 수도 있다.
당업자에 대한 본 발명의 최선의 태양을 포함하는 본 발명의 완전한 이해가능한 설명이 명세서의 나머지 부분에 이하의 첨부도면을 참조하여 보다 특별하게 개시되어 있다.
도1은 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 플렉소그래픽 프린팅 장치의 일 실시예의 도시도이다.
도2는 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 플렉소그래픽 프린팅 장치의 다른 실시예의 도시도이다.
도3은 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 플렉소그래픽 프린팅 장치의 다른 실시예의 도시도이다.
도4는 플렉소그래픽 프린팅 시스템에서의 상호맞물림 닙의 일 실시예의 도시도이다.
도5는 본 발명에 따라 웨브에 부여될 수 있는 접착 재료의 한가지 가능한 프린팅 패턴의 도시도이다.
도6은 본 발명에 따라 웨브에 부여될 수 있는 접착 재료의 다른 가능한 프린팅 패턴의 도시도이다.
도7a 및 도7b는 플렉소그래픽 플레이트와 임프레션 실린더 사이에 형성되는 닙의 실시예의 개략도이다.
도8은 웨브의 양쪽 면에 접착제가 프린트될 때의 이중 플렉소그래픽 닙의 일 실시예의 개략도이다.
도9는 플렉소그래픽적으로 프린트된 핫멜트 접착제의 아일랜드를 갖는 페이퍼 웨브의 퍼티 임프레션의 높이 맵으로서, 높이 맵의 일부로부터의 프로파일 라인을 도시하는 도면이다.
도10은 높이 맵으로부터 추출된 상이한 프로파일 라인을 도시하는 도9의 높이 맵의 도시도이다.
도11은 도5의 것과 유사한 패턴을 갖는 패터닝된 플렉소그래픽 플레이트에 의해 핫멜트 접착제 접착제로 플렉소그래픽적으로 프린트된 페이퍼 웨브의 퍼티 임프레션의 높이 맵의 도시도이다.
도12는 본 발명에 따라 베이스 웨브에 프린트될 수 있는 접착 재료의 불균일 패턴의 한가지 가능한 실시예의 도시도이다.
도13은 플렉소그래픽 프린팅 시스템의 일 실시예의 도시도이다.
도14a, 도14b, 및 도14c는 티슈 웨브의 플렉소그래픽 프린팅에 사용되는 패 턴의 도시도이다.
도15는 실험 데이터의 표를 도시한다.
본 명세서 및 도면에서의 참조부호의 반복적 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내기 위한 것이다.
이제 본 발명의 여러 실시예들에 대해 자세히 설명할 것이며, 이들 실시예중 하나 이상이 후술된다. 각각의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이지 한정하려는 것이 아니다. 사실, 본 발명의 범위나 정신을 벗어남이 없이 다양한 수정예 및 변형예가 있을 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들면, 일 실시예의 일부로서 개시 또는 기술된 특징은 다른 실시예를 만들어내도록 다른 실시예에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 청구범위 및 그 균등물의 범위에 포함되는 그러한 수정예 및 변형예를 커버하고자 하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 개량 하이벌크 페이퍼 웨브를 제조하기 위한 방법, 및 이 방법에 의해 제조되는 하이벌크 웨브에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 웨브의 표면상에 프린팅되는 접착 재료에 의해 웨브에 가해지는 3차원 텍스처링을 '고정(locking in)'하기 위한 방법을 제공한다. 구체적으로, 티슈, 에어레이드 웨브, 또는 섬유 비직조 웨브와 같은 페이퍼 웨브의 표면에 접합제 또는 접착 재료를 송출하기 위해 특정한 프린팅 기술이 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 접착제는 웨브의 표면 텍스처를 증가시키기 위해 웨브가 성형되는 도중에 또는 성형된 후에 웨브에 도포될 수 있다. 접착 재료는 이후 마지막에 경화(즉, 건조 또는 다른 방법 으로 응결)될 수 있다.
웨브 상의 접착제의 패턴은, 경화된 접착제가 웨브의 추가된 3차원 구조를 고정하여 유지하고, 텍스처링된 웨브가 다시 보다 2차원적인 배향으로 이완되는 것을 방지하도록 이루어진다. 필요하다면, 접착 재료의 패턴은 웨브의 전체 면에 걸쳐서 불균일하도록 설계될 수 있으며, 따라서 패턴 및/또는 양이 상이한 접착 재료로 프린트되는 웨브의 거시적 영역이 존재한다. 그러한 거시적 패턴은 예를 들면 향상된 촉감 및/또는 강도 특성을 통해서 웨브 특성을 더 향상시키도록 설계될 수 있다.
다양한 실시예에서, 본 발명은 습윤 상태 및 건조 상태에 있을 때 증가된 벌크를 갖는 페이퍼 웨브 제품을 제조할 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 습윤 탄성, 습윤 강도를 증가시킬 수 있으며, 페이퍼 제품의 촉감 특성을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에서, 처리된 웨브는 습윤 상태에 있거나 압축 하중 하에 있더라도 하이벌크를 유지할 수 있는 반면, 도포되는 접착 재료가 없으면 성형 웨브는 비교적 편평해질 것이며 특히 하중을 받거나 습윤 상태에 있을 때에는 낮은 벌크를 가질 것이다.
일반적으로, 추가 접착 재료와 함께 사용되는 성형 방법은 페이퍼 웨브에 적합한 임의의 공지의 성형 방법일 수 있다. 일 실시예에서, 성형 방법은 엠보싱과 같은 고압 성형 방법일 수 있다. 대안적으로, 성형 방법은 저압 성형 방법일 수도 있다. 즉, 성형 방법은 종래의 엠보싱에 대한 경우와 같이 섬유의 기계적 손상을 초래하는 국소 영역에 집중되는 고압 적용을 통해 상당한 꺾임이나 섬유 손상을 생 성하지 않는 방법일 수 있다. 오히려, 웨브는 예를 들면 100psi(689kPa) 미만, 50psi(345kPa) 미만, 10psi(68.9kPa) 미만, 5psi(34.5kPa) 미만, 2psi(13.8kPa) 미만의 낮은 인가 압력, 예를 들면 대략 0.1psi(689Pa) 내지 20psi(138kPa), 또는 대략 0.5psi(3.45kPa) 내지 10psi(68.9kPa)로 성형될 수 있으며, 상기 압력은 웨브를, 웨브의 인가된 3차원 형상을 고정할 수 있는 접착 재료가 도포되지 않았다면 통상 상당한 정도로 웨브에 남지 않게 될 3차원으로 배치하기에 적합하다.
상기 웨브는, 예를 들면 본 발명의 3차원 구조화 이전에 또는 이후에 예를 들어 엠보싱 기법과 같은 다른 성형 기법의 적용을 받을 수도 있지만, 이는 필수요건이 아니다. 예를 들어, 일 실시예에서는, 기계적으로 전혀 엠보싱되지 않는 하이 벌크 페이퍼 웨브 제품이 제조될 수 있다(즉, 섬유는 추가 3차원 텍스처를 제공하기 위한 꺾임부에 의해 손상되지 않는다).
본 발명의 방법에 사용될 수 있는 베이스 웨브는 특정 적용에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 상기 방법에는 웨브의 특성을 향상시키기 위해 임의의 적합한 베이스 웨브가 사용될 수도 있다. 또한, 웨브는 임의의 적합한 형태의 제지 섬유로 제조될 수도 있다.
본원에서 사용되는 "제지 섬유(papermaking fiber)"란, 모든 공지의 셀룰로스 섬유 또는 셀룰로스 섬유를 포함하는 섬유 혼합물을 구비한다. 본원에서 사용되는 용어 "셀룰로스(cellulosic)"란 주요 구성요소로서 셀룰로스를 갖고, 특히 셀룰로스 또는 셀룰로스 유도체를 적어도 50중량 퍼센트 구비하는 모든 재료를 포함하는 의미이다. 따라서, 상기 용어에는 면, 통상의 목재 펄프, 비목재 셀룰로스 섬유, 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 트리아세테이트, 레이온, 열가공(thermomechanical) 목재 펄프, 화학 목재 펄프, 박리된(debonded) 화학 목재 펄프, 유액(mikweed), 또는 박테리아 셀룰로스가 포함된다.
본 발명의 웨브를 제조하는데 적합한 섬유에는, 면, 마닐라 삼(abaca), 케나프(kenaf), 사발 그래스(sabal grass), 아마(亞麻:flax), 에스파르토 그래스(esparto grass), 짚, 황마(黃麻: jute hemp), 베가세(begasse), 유액 명주솜 섬유, 및 파인애플 잎섬유와 같은 비목재 섬유; 북방 및 남방 침엽수 크라프트(kraft) 섬유와 같은 연질 섬유, 및 유칼립투스(eucalyptus), 단풍나무, 자작나무, 및 미루나무와 같은 활엽수 섬유를 포함하는, 낙엽수 및 침엽수로부터 얻어지는 것과 같은 목재 섬유를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 임의의 천연 또는 합성 셀룰로스 섬유가 포함될 수 있다. 목재 섬유는 고수율 또는 저수율 형태로 준비될 수 있으며, 크라프트, 아황산처리, 고수율 펄핑법, 및 기타 공지의 펄핑 방법을 포함하는 임의의 공지 방법으로 펄핑될 수 있다. 오르가노솔브 펄핑(organosolv pulping) 방법으로 제조된 섬유 또한 사용될 수 있다. 유용한 섬유는 또한 안트라퀴논(anthraquinone) 펄핑에 의해 제조될 수도 있다. 섬유의 일부, 예를 들면 50 이하의 건조 중량 퍼센트, 또는 대략 5 내지 30의 건조 중량 퍼센트는 레이온, 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유, 2성분 쉬쓰-코어 섬유 등과 같은 합성 섬유일 수도 있다. 예시적인 폴리에틸렌 섬유는 Hercules, Inc.(Wilmington, DE 소재)로부터 입수가능한 Pulpex®이다.
합성 셀룰로스 섬유 형태는 그 모든 다양한 종류, 및 점도 또는 화학 변성된 셀룰로스로부터 유도되는 다른 섬유에 있어서 레이온을 구비한다. 머서화(mercerized) 펄프, 화학적으로 강화 또는 가교결합된 섬유, 또는 설폰화(sulfonated) 섬유와 같은 화학적으로 처리된 천연 셀룰로스 섬유가 사용될 수도 있다. 제지 섬유 사용시의 양호한 기계적 특성을 위해서는, 섬유는 상대적으로 손상받지 않고 주로 비정제되거나 약간만 정제되는 것이 바람직할 수 있다. 재생 섬유가 사용될 수도 있지만, 그 기계적 특성 및 오염물 부족의 이유로 인해 처녀(virgin) 섬유가 유용하다. 머서화 섬유, 재생된 셀룰로스 섬유, 미생물에 의해 생성된 셀룰로스, 레이온, 및 기타 셀룰로스 재료 또는 셀룰로스 유도체가 사용될 수도 있다. 적합한 제지 섬유에는 또한 재생 섬유, 버진 섬유, 또는 그 혼합물이 포함될 수 있다. 하이 벌크 및 양호한 압축 특성이 가능한 특정 실시예에서, 섬유는 적어도 200, 보다 구체적으로는 적어도 300, 더 구체적으로는 적어도 400, 가장 구체적으로는 적어도 500의 캐나다 표준형 여수도(濾水度)(Canadian Standard Freeness)를 가질 수 있다.
본원에서 사용되는 "고수율 펄프 섬유(high yield pulp fibers)"란, 대략 65퍼센트 이상, 보다 구체적으로는 75퍼센트 이상, 더 구체적으로는 대략 75 내지 95퍼센트의 수율을 제공하는 펄핑 방법에 의해 제조되는 펄프의 제지 섬유를 말한다. 수율(yield)은, 초기 목재 질량의 퍼센트로서 표현되는 처리된 섬유의 양이다. 고수율 펄프에는 BCTMP(bleached chemithermomechanical pulp), CTMP(chemithermomechanical pulp), PTMP(pressure/pressure thermomechanical pulp), TMP(thermomechanical pulp), TMCP(thermomechanical chemical pulp), 고수 율 설파이트 펄프, 및 고수율 크라프트 펄프가 포함되는 바, 이들은 모두 고레벨의 리그닌(lignin)을 갖는 섬유를 포함한다. 특징적인 고수율 섬유는 대략 1질량% 이상, 구체적으로는 대략 3질량% 이상, 보다 구체적으로는 대략 2 내지 25질량%의 리그닌 함량을 가질 수 있다. 마찬가지로, 고수율 섬유는 예를 들어 20보다 큰 카파 수(kappa number)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 고수율 섬유는 주로 북방 침엽수 또는 보다 구체적으로는 북방 침엽수 BCTMP와 같은 침엽수이다. 시트에 존재하는 고수율 펄프 섬유의 양은 특정 적용에 따라 다르다. 예를 들면, 고수율 펄프 섬유는 대략 5 건조 중량 퍼센트 이상, 또는 구체적으로는 대략 15 건조 중량 퍼센트 이상, 보다 구체적으로는 대략 15 내지 30 건조 중량 퍼센트의 양으로 존재할 수 있다. 다른 실시예에서, 웨브 내의 고수율 섬유의 퍼센트는 이하의 어느 것보다 클 수 있다: 대략 30%, 대략 50%, 대략 60%, 대략 70%, 및 대략 90%. 예를 들면, 웨브는 대략 100% 고수율 섬유를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 웨브는 다층 페이퍼 웨브 제품일 수 있다. 예를 들면, 2이상 티슈 층의 적층체 또는 에어레이드 웨브와 웨트레이드(wetlaid) 티슈의 적층체가 접착제 또는 당업계에 공지된 다른 수단을 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 페이퍼 웨브는 선택적으로, 웨브 특성을 개선하도록 사용될 수 있는 다른 공지의 제지 첨가물로 형성될 수 있다. 예를 들면, 계면활성제, 유연제(softening agents), 영구 및/또는 일시 습윤 강도 증강제, 또는 건조 강도 증강제로 형성되는 페이퍼 웨브는 모두 본 발명의 방법에 사용하기에 적합하다.
본원에 사용되는 "계면활성제"라는 용어는 단일 계면활성제 또는 둘 이상의 계면활성제의 혼합물을 포함한다. 둘 이상의 계면활성제의 혼합물이 사용될 경우, 혼합물에 존재하는 계면활성제들이 서로 호환될 때에만, 계면활성제는 동일하거나 상이한 클래스로부터 선택될 수 있다. 일반적으로, 계면활성제는 음이온, 양이온, 비이온, 및 양성 계면활성제를 포함하는 당업자에게 공지된 임의의 계면활성제일 수 있다. 음이온 계면활성제의 예로는 다른 것들 중에서 선형 및 분지형-사슬(branched-chain) 나트륨 알킬벤젠설포네이트; 선형 및 분지형-사슬 알킬 설페이트(sulfates); 선형 및 분지형-사슬 알킬 에톡시 설페이트; 및 Norcross, Georgia에 소재하는 Lambent Technologies에 의해 제조되는 것과 같은 실리콘 포스페이트 에스테르, 실리콘 설페이트, 및 실리콘 카르복실레이트가 포함된다. 양이온 계면활성제는 예시적으로, 수지(tallow) 트리메틸암모늄 클로라이드를 포함하며, 보다 일반적으로는 실리콘 아미드, 실리콘 아미도 4원(quarternary) 아민, 및 실리콘 이미다졸린 4원 아민을 포함한다. 비이온 계면활성제의 예에는, 단지 예로서, 알킬 폴리에톡실레이트; 폴리에톡시레이티드 알킬페놀; 지방산 에탄올 아미드; Lambent Technologies에 의해 제조되는 것과 같은 디메티콘 코폴리올 에스테르, 디메티코놀 에스테르, 및 디메티콘 코폴리올; 및 에틸렌 산화물, 프로필렌 산화물, 및 알콜의 복합 폴리머가 포함된다. 양성 계면활성제의 한가지 예시적 클래스는 Lambent Technologies(Norcross, Georgia 소재)에 의해 제조되는 실리콘 양성물이다.
때로는 디본더(debonder)로 지칭되기도 하는 유연제는 본 발명에서 티슈 제품의 유연성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 유연제는 분산 이전, 도중, 또는 이후에 섬유와 통합될 수도 있다. 그러한 유연제는 또한 형성후 습윤 상태에 있는 동안 웨브에 분사, 프린팅, 또는 코팅될 수 있거나, 형성 전에 티슈 기계의 습윤 단부에 추가될 수도 있다. 적절한 유연제에는, 비제한적으로, 지방산, 왁스, 4원 암모늄염, 디메틸 2수소화 수지 암모늄 클로라이드, 4원 암모늄 메틸 설페이트, 카르복실레이티드 폴리에틸렌, 코카미드 디에탄올 아민, 코코 베타인, 나트륨 라우릴 사르코시네이트, 부분 에톡실레이티드 4원 암모늄 염, 디스티어릴(distearyl) 디메틸 암모늄 클로라이드, 폴리실록산 등이 포함된다. 적합한 시중에서 구할 수 있는 화학 유연제의 예에는, 비제한적으로, Eka Nobel Inc.에 의해 제조된 Berocell 596 및 584(4원 암모늄 화합물), Sherex Chemical Company에 의해 제조된 Adogen 442(디메틸 2수소화 수지 암모늄 클로라이드), Quaker Chemical Company에 의해 제조된 Quasoft 203(4원 암모늄 염), 및 Akzo Chemical Company에 의해 제조된 Arquad 2Ht-75(2수소화 수지 디메틸 암모늄 클로라이드)가 포함된다. 유연제의 적정량은 선택되는 종류 및 소정 결과에 따라 크게 달라질 것이다. 그러한 양은 비제한적으로, 섬유의 중량에 기초하여 대략 0.05 내지 1 중량 퍼센트, 보다 구체적으로는 대략 0.25 내지 0.75 중량 퍼센트, 더 구체적으로는 대략 0.5 중량 퍼센트가 될 수 있다.
통상적으로, 페이퍼 및 티슈 제품에서 섬유를 함께 유지하는 수단에는, 수소 결합이 포함되고, 때로는 수소 결합과 공유 결합 및/또는 이온 결합의 조합이 포함된다. 본 발명에서는, 섬유-대-섬유 결합 지점을 움직일 수 없게 하여 이들 지점이 습윤 상태에서 파열에 대한 내성을 갖도록 섬유를 결합시킬 수 있는 재료를 제공하는 것이 유용할 수 있다. 본 예에서, 습윤 상태는 대개 제품이 물이나 기타 수용액으로 대부분 포화되어 있는 때를 의미하지만, 소변, 혈액, 콧물, 월경, 대변, 림프, 및 기타 신체 침출물과 같은 체액으로의 상당한 포화를 의미할 수도 있다.
본 발명에 적용될 수 있는 페이퍼 및 보드에 습윤 강도를 부여하기 위해 제지 산업에서 통상 사용되는 다수의 재료가 있다. 이들 재료는 당업계에서 "습윤 강도 증강제"로서 공지되어 있으며, 다양한 소스로부터 입수할 수 있다. 페이퍼 웨브 또는 시트에 첨가되었을 때 0.1을 초과하는, 평균 가로방향 습윤 인장 강도: 건조 가로방향 인장 강도 비율을 시트에 제공하는 임의의 재료를 습윤 강도 증강제로 지칭한다. 통상적으로 이들 재료는 영구 습윤 강도 증강제 또는 "일시적(temporary)" 습윤 강도 증강제로서 지칭된다. 영구 습윤 강도 증강제를 일시 습윤 강도 증강제와 구별하기 위해서, 영구 습윤 강도 증강제는 페이퍼 또는 티슈 제품에 포함되었을 때 적어도 5분의 기간 동안 물에 노출된 후 그 초기 습윤 강도의 50% 이상을 유지하는 제품을 제공하는 수지로서 정의된다. 일시 습윤 강도 증강제는 5분간 물로 포화된 후 그 초기 습윤 강도의 50% 미만을 나타내는 것이다. 양 클래스의 재료는 본 발명에 적용된다. 펄프 섬유에 첨가되는 습윤 강도 증강제의 양은 섬유의 건조 중량에 기초하여, 적어도 대략 0.1 건조 중량 퍼센트, 보다 구체적으로는 대략 0.2 건조 중량 퍼센트, 더 구체적으로는 대략 0.1 내지 0.3 건조 중량 퍼센트일 수 있다.
영구 습윤 강도 증강제는 제품에 대해 다소 장기간의 습윤 강도를 제공할 것이다. 대조적으로, 일시 습윤 강도 증강제는 저밀도와 고탄성을 갖는 제품을 제공 할 것이나, 물이나 체액에 대해 장기간 노출 내성을 갖는 제품은 제공하지 않을 것이다. 습윤 강도가 발생하는 메커니즘은, 섬유/섬유 결합 지점에서 발생하는 내수성 결합의 필수 특성이 얻어지는 한, 본 발명의 제품에 거의 영향을 미치지 않는다.
적합한 영구 습윤 강도 증강제는 통상, 스스로 가교결합될 수 있거나(호모크로스링킹) 목재 섬유의 셀룰로스 또는 다른 성분과 가교결합될 수 있는 수용성 수지, 양이온 올리고머 수지, 또는 폴리머 수지이다. 이 목적으로 가장 널리 사용되는 재료는 폴리아미드-폴리아민-에피클로로하이드린 타입 수지로 알려진 클래스의 폴리머이다.
열거된 습윤 강도 증강제의 클래스 및 형태에 관하여 알아야 할 것은, 이러한 리스트는 단지 예를 제공하기 위한 것일 뿐이며, 다른 형태의 습윤 강도 수지를 배제하거나 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니라는 것이다.
전술한 습윤 강도 증강제가 본 발명과 연관하여 사용될 수도 있지만, 다른 형태의 결합제 또한 습윤 탄성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이들은 베이스시트 제조 과정의 습윤 종료 시점에 적용되거나, 베이스시트가 형성된 후 또는 건조된 후 분사 또는 프린팅에 의해 적용될 수 있다.
본 발명의 베이스 웨브가 형성되는 방법은 또한 특정 적용에 따라 달라질 수도 있다. 예를 들면, 상기 웨브는 펄프 섬유를 포함할 수도 있고, 종래의 제지 기술에 따라 웨트-레이(wet-lay) 방법으로 형성될 수도 있다. 웨트-레이 방법에서, 섬유 마무리는 수성 현탁액(suspension)을 형성하도록 물과 조합된다. 수성 현탁 액은 와이어나 펠트(felt) 상에 분사되고 건조되어 웨브를 형성한다.
일 실시예에서, 웨브는 당업계에 공지되어 있듯이 섬유의 수성 현탁액으로부터 형성될 수 있고, 이후 압연 롤에 의해 Yankee 건조기와 같은 회전가능한 가열 건조기 드럼의 표면상에 가압된다. 웨브가 건조기 표면의 회전 경로의 일 부분을 통해서 운반될 때, 웨브에 열이 가해져 웨브에 포함된 수분의 대부분을 증발되게 한다. 웨브는 이후 주름형성 블레이드에 의해 건조기 드럼으로부터 제거된다. 웨브가 형성될 때 웨브에 주름을 형성하면 웨브 내의 내부결합이 감소되고 유연성이 증가된다.
대안적 실시예에서는, 베이스 웨브를 건조기 드럼에 습식 가압하여 웨브에 주름을 형성하는 대신에, 웨브가 공기를 통해 건조될 수 있다. 공기를 통한 건조기는 일체의 기계적 압력을 가하지 않고 웨브에 공기를 통과시킴으로써 베이스 웨브로부터 수분을 제거시킨다.
대안적으로, 본 발명의 베이스 웨브는 공기 형성될 수도 있다. 이 실시예에서는, 섬유를 운반하고 웨브를 형성하는데 공기가 사용된다. 공기-형성 방법은 통상 일부 적용에서 장점을 제공할 수 있는 대부분의 웨트-레이 방법에 비해 보다 긴 섬유를 처리할 수 있다.
본 발명의 방법은 일반적으로 임의의 형성가능한 베이스 웨브에 대해 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 베이스 웨브는 대략 10 내지 80gsm의 기초 중량을 가질 수 있다. 또한, 베이스 웨브는 상당히 다공성일 수 있으며, 대략 10cfm(4.72 liter/sec) 보다 큰 Frazier 공기 투과율을 가질 수 있다. 더욱이, 본 발명의 베 이스 웨브는 대략 2gH2O/g 보다 큰 고유 흡수 용량을 갖는 흡수성 베이스 웨브일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 처리에 적합한 웨브는 대략 5gH2O/g 보다 큰 고유 흡수 용량을 가질 수도 있다.
베이스 웨브의 초기 벌크는, 본 발명의 성형 과정 이전에, 필요에 따라 보다 크거나 작을 수도 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 베이스 웨브는, 본 발명의 성형 과정 이전에, 10cc/g 미만의 벌크와 대략 0.2mm 미만, 보다 특별하게는 대략 0.1mm 미만의 표면 깊이를 갖는 비교적 낮은 벌크 베이스 웨브일 수 있다. 예를 들면, 베이스 웨브는 대략 3 내지 10cc/g, 보다 구체적으로는 대략 5 내지 10cc/g의 벌크를 가질 수 있다. 대안적 실시예에서, 베이스 웨브는 본 발명의 과정이 적용되기 전에, 이미 비교적 큰 벌크의 웨브일 수 있다. 예를 들면, 베이스 웨브는 대략 10cc/g 내지 20cc/g의 벌크를 가질 수 있다. 베이스 웨브가 이미 비교적 큰 벌크를 갖는 그러한 실시예에서, 본 발명의 방법은 웨브에 큰 벌크를 추가하지 않을 수 있지만, 예를 들면 촉감, 강도, 및 습윤 탄성 특성과 같은 웨브의 다른 특성들을 증진시키는데 주로 사용될 수 있다.
필요하다면, 베이스 웨브는 다층의 섬유 마감재로 형성될 수도 있다. 강도 및 유연성은 층상 헤드박스로부터 제조된 것과 같은 층상 웨브를 통해서 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 헤드박스에 의해 송출된 적어도 하나의 층은 침엽수 섬유를 포함하며, 다른 층은 활엽수 섬유 또는 다른 섬유 형태를 포함한다. 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 제조되는 층상 구조물은 본 발명의 범위에 포함된다. 예 를 들어, 일 실시예에서는, 높은 내부 벌크와 양호한 표면 일체성을 가지며 합성 바인더 섬유가 소량 구비되는 페이퍼 웨브가 형성될 수 있으며, 상기 웨브는 약한 또는 디본디드 중간층과 상대적으로 강한 외층을 구비한 층상 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 외층은 강도를 위해 정제된 침엽수를 포함할 수 있으며, 중간층은 디본더로 처리된 CTMP와 같은 30% 이상의 고수율 섬유를 포함할 수 있다. 또한, 2성분 쉬쓰-코어 섬유와 같은 긴 합성 바인더 섬유가 사용될 수도 있다. 일 실시예에서는, 웨브에 z-방향 강도를 제공하기 위해 섬유의 일부가 중간층을 가로질러 연장될 수 있다.
일 실시예에서는, 가열시에 말려들어가는(curl) 2성분 섬유를 사용하여 웨브에 하이 벌크가 부여될 수 있다. 가열시에 말려들어가는 섬유가 웨브에 어느 곳에나 첨가될 수 있지만, 이는 중간층에 있어서 특히 유용하다.
본 발명에 따르면, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린트하기 위해 다양한 저압 프린팅 기법중 어느 것이나 사용될 수 있다. 본 명세서에서, 저압 프린팅 기법은 일반적으로, 프린팅 과정 중에 웨브에 가해지는 피크 압력이 웨브를 실질적으로 치밀하게 만들지 않을 정도의 것으로 간주된다. 예시적인 피크 압력은 후술하는 것들중 임의의 것일 수 있다: 대략 100psi(689kPa) 이하, 대략 50psi(345kPa) 이하, 대략 20psi(138kPa) 이하, 대략 10psi(68.9kPa) 이하, 대략 5psi(34.5kPa) 이하, 대략 2psi(13.8kPa) 이하, 대략 1psi(6.89kPa) 이하, 및 대략 0.8psi(5.5kPa) 이하. 프린팅 과정 중에 웨브의 평균 압력에 관하여 동일한 범위가 적용될 수도 있다.
일반적으로, 접착 재료는 패턴을 형성하기 위해 웨브 상으로 프린팅될 수 있 다. 프린팅 패턴은 일반적으로 접착 재료가 거의 없는 웨브 표면 영역을 구비한다. 접착 재료를 프린팅하는 것과 연관하여, 웨브는 성형 과정을 통해서, 웨브의 평면으로부터 돌출하는 돌출 웨브 부분을 갖는 보다 3차원적인 배향으로 변형될 수 있다. 성형 과정에 의해 웨브 내에 형성된 돌출 웨브 부분의 주위 또는 근방에 경화된 접착 재료가 존재함으로써, 텍스처링된 웨브에는 습윤 상태에 있을 때뿐만 아니라 하중 하에 배치될 때 붕괴에 대항하는 어느 정도의 탄성이 부여될 수 있다. 즉, 돌출 웨브 부분은 웨브상에 프린팅된 경화 접착 재료의 존재로 인해 웨브의 평면으로 다시 이완되는 경향이 덜해진다.
웨브에 성형된 돌출 웨브 부분은 임의의 방법으로 형성될 수 있으며, 임의의 소정 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 돌출 웨브 부분은, 웨브의 표면 위에서 보았을 때, 거의 원형, 타원형, 세장형, 다각형, 활형상, 뼈형상, 아크형 등의 형상일 수 있다. 웨브는 공기를 통한 건조 과정 도중과 같은 건조 중에 성형될 수 있거나, 또는 대안적으로 웨브가 거의 건조된 후 별도의 단계에서 성형될 수도 있다.
일반적으로, 웨브에 성형된 돌출 웨브 부분의 패턴은 다수의 돌출 웨브 부분의 반복 패턴일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서는, 돌출 웨브 부분의 단일 반복 패턴이 웨브의 표면을 거의 커버할 수 있다. 대안적으로, 돌출 웨브 부분의 단일 반복 패턴은 웨브 표면의 특정 개별 섹션에 한정될 수 있다. 예를 들면, 웨브 표면은 돌출 웨브 부분의 반복 패턴을 구비하는 영역 및 기타 거의 편평한 영역을 구비할 수 있다. 또한, 웨브의 표면은 웨브가 웨브 표면에 걸쳐 분포되는 불균일 패턴을 갖도록, 상이한 패턴의 돌출 웨브 부분에 의해 커버되는 다른 웨브 영역을 구비할 수 있다.
돌출 웨브 부분의 횡단면 형상은 대체로 사인곡선 형상일 수 있으나, 이는 본 발명의 필수요건은 아니다. 일반적으로, 돌출 웨브 부분은 웨브의 편평면 위로 대략 0.2mm 이상, 대략 0.3mm 이상, 대략 0.5mm 이상, 또는 대략 0.7mm 이상, 예를 들면 대략 0.2mm 내지 1mm, 또는 대략 0.25mm 내지 0.7mm의 높이를 가질 수 있다. 더욱이, 반복 패턴 내에서 하나의 돌출 웨브 부분으로부터 인접한 돌출 웨브 부분까지의 거리는 대체로 대략 20mm 미만일 수 있다. 일 실시예에서, 반복 패턴 내에서 하나의 돌출 웨브 부분으로부터 인접한 돌출 웨브 부분까지의 거리는 대략 15mm 미만, 예를 들면 대략 0.5mm 내지 10mm일 수 있다. 이에 대한 개시를 위해서, 하나의 돌출 웨브 부분으로부터 인접한 돌출 웨브 부분까지의 거리는, 반복 패턴 내에서의 인접하는 돌출 웨브 부분들에 대한 편평면 위로의 최대 높이 지점들 사이의 직선 거리로 정의된다.
일 실시예에서, 웨브는 웨브 상에 접착 재료가 존재하지 않으면 성형 과정에 의해 웨브에 제공된 텍스처가 상당한 정도로 남지 않도록 비교적 낮은 인가 압력으로 성형될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서 웨브는 웨브를 소정의 3차원 형상을 갖도록 성형 기판에 대해 변형시키는 비교적 낮은 기계적 또는 공압적 힘과 같은 저압 힘으로 성형될 수 있다. 대안적으로, 그러나, 웨브는 엠보싱 과정 중에 겪는 압력과 같은 높은 인가 압력으로 성형될 수도 있다.
성형 기판은 웨브에 임의의 소정 형상을 제공할 수 있는 것일 수도 있다. 일 실시예에서, 성형 기판은 웨브를 지지할 수 있는 텍스처링된 직물일 수도 있다. 예를 들면, Voith Fabrics(Appleton, WI 소재)의 Lindsay Wire 부서의 하이 텍스처드 관통-건조 직물중 임의의 것 또는 조각된 비직조 직물이 본 발명에서의 성형 기판으로서 사용될 수도 있다.
대안적으로, 성형 기판은 예를 들면, 소정의 3차원 구조를 부여하도록 변형가능한 흡수성 웨브가 기계적으로 가압될 수 있는 에어펠트(airfelt), 다공성 컨투어드(contoured) 기판, 또는 중실형 컨투어드 표면의 제조시에 분쇄된 섬유를 수용하는데 사용되는 것과 같은 텍스처가공된 금속 스크린일 수 있다.
필요하다면, 웨브를 다공성 성형 기판에 대해 성형하여 소정의 3차원 구조를 형성하기 위해 공압적 힘이 사용될 수 있다. 그러한 실시예에서는, 스팀, 공기, 연소 가스, 또는 기타 적절한 가스가 웨브에 대해 유동하여 소정 레벨의 압력을 제공할 수 있다. 일반적으로, 웨브 전역에서의 차등 압력은 대략 1kPa 이상일 수 있다. 예를 들면, 3kPa 이상, 6kPa, 10kPa, 20kPa, 50kPa, 100kPa, 또는 200kPa 중 적어도 어느 하나의 압력, 예시적인 범위로는 대략 1.5kPa 내지 50kPa, 또는 대략 5kPa 내지 150kPa의 압력이, 웨브에 대해 적절한 성형 압력을 제공할 수 있다. 가스 온도는 대략 실온 이상, 예를 들면 대략 50℃ 내지 400℃, 보다 구체적으로는 대략 80℃ 내지 300℃, 및 가장 구체적으로는 대략 150℃ 내지 240℃일 수 있다. 웨브를 추가로 강화시키고 웨브의 성형을 추가로 향상시키기 위해 웨브가 열가소성 바인더 섬유를 추가로 포함할 때의 실시예에서는 가열된 가스가 유용할 수 있다.
전술했듯이, 접착 재료는 웨브가 소정 3차원 상태로 성형되기 전, 도중, 또는 후에 웨브에 도포될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 웨브는 소정의 3차원 상태로 성형될 수 있으며, 이후 웨브가 텍스처링된 상태로 유지되는 동안 또는 대안적으로 웨브가 텍스처링된 상태로부터 이완되기 전에, 접착 재료가 소정 패턴으로 웨브 상에 프린팅될 수 있다. 대안적으로, 접착제가 웨브 상에 패턴으로 프린팅될 수 있으며, 이후 웨브는 접착 재료가 최종 경화되기 전에 3차원 기판에 대해 성형될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 접착제는 웨브 상에 프린팅될 수 있으며, 이후 웨브는 예를 들면 공압적 힘에 의해 성형 기판에 대해 가압될 수 있다. 그러한 실시예에서, 성형 방법은 또한 웨브를 몰드에 대해 가압하는 가스 또는 공기유동으로 접착 재료를 경화시키는 작용을 할 수 있다. 대안적으로, 웨브는 성형될 수 있으며, 동시에 접착제가 웨브에 도포될 수 있다.
접착제의 경화는 웨브가 3차원 형상을 갖도록 변형되기 전, 도중, 또는 후에 시작될 수 있으며, 경화의 완료는 웨브가 성형 기판과 접촉하고 있는 동안에 또는 웨브가 성형 기판으로부터 제거된 후에 이루어질 수 있으나, 어느 경우에나 웨브가 3차원 상태로부터 이완되기 전에 이루어질 수 있다.
접착제는 일반적으로 임의의 저압 프린팅 기법으로 웨브에 프린팅 패턴으로 도포될 수 있다. 일반적으로, 접착 재료의 적어도 일 부분은, 베이스 웨브로 성형되는 돌출 웨브 부분의 (웨브의 z방향으로 측정했을 때) 주 곡률 영역의 일부와 중첩될 수 있다. 접착 재료의 존재는 따라서, 성형 방법에 의해 생성된 텍스처의 '고정'을 보조할 수 있다. 예를 들면, 접착제 패턴은 상부를 형성하는 웨브 영역 또는 대안적으로 돌출 웨브 부분의 베이스 영역과 부분적으로 중첩되거나 완전히 일치할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 접착제는 웨브에 성형되는 3차원 상 태의 낮은 돌출 영역에 실질적으로 대응하는 패턴으로 웨브에 도포될 수 있다.
일 실시예에서, 접착제는 플렉소그래픽 프린팅 방법을 통해서 웨브에 도포될 수 있다. 본 발명에 유용한 접착 재료의 플렉소그래픽 프린팅은, 프린트되는 웨브에 비교적 작은 압력을 가하는 한편 도포되는 접착 재료의 양을 탁월하게 제어할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
일부 실시예에서는 본 발명에 맞게 변형시킬 필요가 있지만 임의의 공지의 상업적 플렉소그래픽 장비가 사용될 수 있다. 예를 들면, 장비는 Fulflex Inc.(Middletown, RI 소재)에 의해 제공될 수 있다. 일 실시예에서는, 플렉소그래픽 플레이트를 준비하기 위해, Fulflex의 실시간 디지털 다이렉트-투-플레이트(direct-to-plate) 레이저 각인 시스템(Direct Digital Flexo 또는 DDF)이 사용될 수 있다. Fulflex Laserflex®이미지 전송 재료 또한 도포될 수 있다.
일반적으로, 웨브는 건조 상태의 것이지만(예를 들면, 대략 92% 이상 고체), 습윤 웨브에 대한 프린팅이 반드시 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다. 예를 들면, 웨브는 5% 이상, 10% 이상, 또는 20% 이상, 예를 들면 대략 5% 내지 50%, 또는 10% 내지 25%의 수분 함량을 가질 수 있다.
도1은 본 발명의 방법에 따라 흡수성 웨브(34) 상에 접착 재료(30)를 프린팅하기에 적합한 플렉소그래픽 프린팅 장치(20)의 한가지 가능한 실시예를 나타낸다. 도시되어 있듯이, 플레이트 실린더(22)는 돌출 요소의 패턴으로 각인되거나 달리 텍스처링(도시되지 않음)될 수 있는 플렉소그래픽 플레이트(24)로 커버될 수 있다. 플렉소그래픽 플레이트(24)는 본 발명의 필수요건은 아니지만 통상 탄성중합 재료 를 포함한다. 예를 들면, 플렉소그래픽 기법은 필요하다면, 광학경화된 고무 수지, 폴리에스테르, 또는 기타 당업계에 공지된 EPDM 니트릴(nitrile), 니트릴 PVC, 카르복실레이티드 니트릴, 수화 니트릴, 하이파론(Hypalon), 및 실리콘 탄성중합체를 포함하는 폴리머로 형성된 것을 포함하는 고무 롤을 사용할 수 있다.
도포기 롤(28)과 역회전(counter-rotating) 롤(26)(통상은 고무 롤 또는 닥터 롤) 사이의 수침 닙(flooded nip)에서, 접착 재료(30)의 풀(46)이 유지된다. 롤(26, 28)의 어느 하나 또는 양자는 내부 가열될 수 있다. 접착 재료(30)의 풀(46)의 온도를 제어하여 점도를 제어하기 위해 적외선 가열기 또는 기타 가열 소스(48)가 적용될 수 있다. 상기 역회전 롤(26)은 플레이트(24)로의 접착 재료(30) 송출의 제어를 보조할 수 있으며, 통상은 도포기 롤의 속도 U2보다 느린 속도 U1로 회전할 수 있다. 일반적으로, U1/U2 비율은 대략 0.1 내지 0.9, 보다 구체적으로는 대략 0.2 내지 0.6, 가장 구체적으로는 대략 0.3 내지 0.5일 수 있다.
도포기 롤(28)은 거의 매끄러운, 예를 들면 크롬 도금된 스틸 롤, 세라믹 롤, 또는 폴리머 커버를 갖는 롤일 수 있으며, 대안적으로 당업계에서 공지된 임의의 다양한 각인된 아닐록스(anilox) 롤과 같은 텍스처링된 롤일 수 있다. 역회전 롤(26)은 매끄럽지만, 필요에 따라 텍스처링될 수 있으며, 당업계에 공지된 임의의 재료를 포함할 수 있다.
도포기 롤(28)을 따르는 접착 재료(30)는 플렉소그래픽 플레이트(24)의 상부로 이송된다. 플레이트 실린더(22) 상의 플렉소그래픽 플레이트(24)에 도포되는 접착 재료의 필름의 두께는 롤 속도, 접착제 및 롤 온도, 도포 비율, 접착제 점도, 및 기타 인자들을 제어함으로써 지배될 수 있다.
일 실시예에서, 접착 재료는 대략 50℃ 이상, 구체적으로는 대략 70℃ 이상, 보다 구체적으로는 대략 100℃ 이상, 가장 구체적으로는 대략 120℃ 이상의 온도에서 플렉소그래픽 플레이트에 의해 프린트된다. 플렉소그래픽 플레이트는 적외선 복사, 플렉소그래픽 실린더내의 내부 가열, 충분히 뜨거운 접착 재료의 도포, 등에 의해 가열될 수 있다.
플렉소그래픽 플레이트(24)에 도포된 접착 재료(30)는 플렉소그래픽 플레이트(24)의 돌출 부분에 프린팅 층(32)을 형성한다. 프린팅 층(32)은 대략 0.03mm 이상, 예를 들면 대략 0.05mm 내지 2mm, 보다 구체적으로는 대략 0.1mm 내지 1mm, 가장 구체적으로는 대략 0.2mm 내지 0.7mm의 두께를 가질 수 있다. 프린팅 층(32)은 플레이트 실린더(22)와 대향 임프레션 실린더(36) 사이의 닙(38)으로 진입하며(임프레션 실린더는 웨브(34)가 닙(38)을 통과할 때 웨브(34)를 플렉소그래픽 플레이트(24)에 대해 유지함), 프린팅 층(32) 내의 접착 재료(30)는 소정 패턴(도시되지 않음)으로 웨브(34)에 도포될 수 있다.
닙(38)에서 기계적으로 가해지는 압력은 통상 그라비아(gravure) 프린팅에서 가해지는 것보다 작으며, 일반적으로 웨브(34)를 실질적으로 치밀하게 만들지 않는다. 예를 들면, 가해지는 하중은 직선 인치당 파운드(pounds per linear inch)로 표현되며, 200pli(350N/cm) 미만, 예를 들면 대략 0.2pli(0.35N/cm) 내지 200pli(350N/cm), 보다 구체적으로는 대략 1pli(1.75N/cm) 내지 60pli(105N/cm), 가장 구체적으로는 대략 2pli(3.5N/cm) 내지 30pli(52.5N/cm), 또는 대안적으로 대략 3pli(5.25N/cm) 미만이 될 수 있다. 감압성 닙 지시 필름으로 측정된, 웨브(34)에 가해지는 피크 압력은, 100psi(689kPa) 미만, 예를 들면 대략 0.2psi(1.38kPa) 내지 30psi(206.8kPa), 보다 구체적으로는 대략 0.5psi(3.45kPa) 내지 10psi(68.9kPa), 가장 구체적으로는 대략 1psi(6.89kPa) 내지 6psi(41.4kPa)이거나, 또는 대안적으로는 10psi(68.9kPa) 미만 또는 5psi(34.5kPa) 미만일 수 있다.
웨브(34)는 닙(38)을 통해서 기계 방향(42)으로 이동하며, 표면(44)상의 패턴으로 프린팅된 재료(40)를 수용한다. 프린팅된 재료(40)가 도1에서는 연속적인 것으로 도시되어 있으나, 임의 개수의 연속 및 비연속 패턴이 고려된다. 패턴은 접착 재료(30)의 연속 네트워크 또는 접착 재료(30)의 격리된 아일랜드, 그 조합 등을 규정할 수 있다. 예를 들면, 패턴은 성형 공정에 의해 형성된 웨브의 낮은 돌출 영역에 대응하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 웨브는 프린팅 공정 이전에 성형될 수 있으며, 프린팅 패턴은 접착 재료가 3차원 웨브의 저위 영역 상으로 프린팅될 수 있도록 성형 패턴과 매치될 수 있다. 대안적으로, 접착 재료는 웨브 상에 프린팅될 수 있고, 이어서 웨브는 접착 재료가 최종 경화되기 전에 성형될 수 있으며, 따라서 접착 재료의 프린팅된 패턴은 성형 웨브의 저위 영역에 위치한다.
웨브(34)의 표면(44)에 대한 프린팅된 재료(40)의 두께는 광범위한 획득가능한 수치에 걸쳐서 달라질 수 있다. 비제한적으로, 두께는 대략 1mm 이하, 구체적으로 대략 0.5mm 이하, 보다 구체적으로 대략 0.25mm 이하일 수 있거나, 또는 미크 론 미만, 구체적으로는 대략 0.1mm 이하, 가장 구체적으로는 대략 0.05mm 이하일 수 있으며, 예시적인 범위로는 0 내지 0.1mm, 0.05 내지 1mm, 또는 0.1mm 내지 0.4mm일 수 있다.
변형 실시예(도시되지 않음)에서는, 임프레션 실린더(36)가 제거되고, 웨브(34)가 플렉소그래픽 플레이트(24)의 일부분 주위로 간단히 래핑되며, 따라서 웨브(34)를 플렉소그래픽 플레이트(24)에 접촉하도록 가해지는 힘이 웨브(34)의 장력에 의해 제공되고, 웨브(34)와 플렉소그래픽 플레이트(24) 사이의 접촉 시간이 닙(38)내의 닙 길이보다 상당히 클 수 있는 접촉 길이로 인해 대응적으로 크다. 이러한 실시예는 "키스 코팅(kiss coating)"으로 알려져 있다. 낮은 도포 압력은 이 비압축 과정에서 코팅 재료(30)를 웨브(34)의 표면(44) 상에 유지하는 것을 보조할 수 있다. 이는 재료를 웨브의 상면에 유지한다. 키스 코팅은 또한 그라비아 실린더(도시되지 않음), 도포기 롤(28), 또는 웨브(34)에 대한 비압축 프린팅을 위한 접착제를 함유하는 다른 실린더에 의해 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 키스 코팅은 도포기 롤(28)(예를 들면, 아닐록스 롤)에 의해 2 내지 6 BCM(billion cubic microns per square inch)의 표면 세공 용적(pore volume)으로 이루어진다. 키스 코팅 또는 임의의 다른 실시예에서는, 모든 성분의 적정 속도를 유지하기 위해 디지털 드라이브 및 제어 시스템이 사용될 수 있다.
도2는 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 플렉소그래픽 프린팅 장치(20)의 다른 실시예의 개략 도시도이다. 플렉소그래픽 프린팅 장치(20)는 두 역회전 롤(26, 28) 사이의 계량된 닙(33)을 이용한다. 접착 재료(30)가 도포시 통과하는 노 즐(도시되지 않음)과 같은 임의의 수단을 통해서 접착 재료(30)가 역회전 롤(26)에 도포될 수 있다. 잉여 접착 재료(30)는 트레이(68)에 수집될 수 있다. 접착 재료(30)는 또한 역회전 롤(26)과 트레이(68) 내의 접착 재료(30)의 접촉에 의해 도포될 수 있다.
도3은 본 발명의 방법에 사용하기 위한 플렉소그래픽 프린팅 장치(20)의 다른 실시예를 도시한다. 접착 재료(30')는, 유동가능한 형태의 접착 재료(30')(예를 들면, 액체 또는 슬러리)를 수용하기 위해 입구 튜브(76')에 연결된 챔버 보디(78')를 갖고 또한 풀(46') 내의 접착 재료(30')를 도포기 롤(28)의 커버(29)와 접촉 유지하기 위한 선단 블레이드(72') 및 말단 블레이드(72')를 구비하는 밀봉된 도포 챔버(70')에 의해, 접착 재료(32')(또는 도포기 롤(28) 표면의 오목부에 도포되는 접착 재료(30'))의 계량된 코팅을 수용하는 도포기 롤(28)에 의해 플렉소그래픽 플레이트(24)에 도포된다. 상기 말단 블레이드(72')는 도포기 롤(28) 상으로의 소정 양의 접착 재료를 계량하도록 조정된다. 선택적으로, 도포 챔버(70')는 접착 재료(30')에 소정의 점도를 제공하기 위해 온도 제어 수단(도시되지 않음)에 의해 가열되어 거의 일정한 온도로 유지될 수 있다.
상기 도포기 롤(28)은 폴리머 커버(29)를 갖는 것으로 도시되어 있으며, 상기 커버는, 예를 들면 고온 탄성중합 재료와 같이 변형될 수 있거나, 도포기 롤(28)로부터 플렉소그래픽 플레이트(24)로의 양호한 전송을 촉진하도록 용융 접착 재료(30)에 대해 친화성이 낮은 폴리머일 수 있다.
플렉소그래픽 실린더(22)는 제1 속도(U1)(롤의 외표면에서 측정되는 속도)로 회전하며, 도포기 롤(28)은 제2 속도(U2)로 회전한다. 플렉소그래픽 플레이트(24)에 대한 접착 재료(32', 32)의 코팅을 계량하기 위해 제2 속도(U2)는 제1 속도(U1)보다 실질적으로 느릴 수 있다. 예를 들면, 비율 U2/U1은 대략 0.2 내지 1, 보다 구체적으로는 대략 0.4 내지 0.8, 가장 구체적으로는 대략 0.4 내지 0.7일 수 있다.
플렉소그래픽 실린더(22)는 웨브(34)를 닙(38)에 프린팅한 후에 플렉소그래픽 플레이트(24) 상에 남아있는 잉여 접착 재료(30')를 제거하도록 클리닝될 수 있다. 클리닝 재료(도시되지 않음)를 플렉소그래픽 플레이트(24)의 표면으로 이송하는 입구 라인(120), 및 이렇게 이송된 클리닝 재료 및 잉여 접착 재료(30')를 제거하기 위한 상기 입구 라인과 협력 관계의 인접한 진공 라인(122)을 포함하는 플레이트 클리너(118)가 사용될 수 있다. 상기 클리닝 재료는 수용성 접착 재료(예를 들면, 수용성 핫멜트) 또는 수성 에멀젼(예를 들면, 라텍스)용의 용제일 수 있으며, 이는 물(예를 들면, 물방울 또는 워터제트의 스프레이) 또는 스팀을 포함한다. 상기 클리닝 재료는 또한 유기 용제 또는 기타 재료일 수 있다. Tresu Plate Cleaners(Tresu, Inc., Denmark 소재) 또는 Novaflex, Inc.(Wheaton, Illinois 소재)의 플레이트 클리너와 같은 시판중인 플레이트 클리너가 사용될 수도 있다.
도13은 본 발명의 방법에 사용하기 위한 플렉소그래픽 프린팅 장치(20)의 다른 실시예를 도시한다. 상기 장치(20)는 웨브(34)의 양쪽 면에 유사한 장비를 갖 는 이중 플렉소그래픽 모드로 작동하는 바, 상기 장비에는, 이중 4-롤 플렉소 시스템에서와 같이 예를 들면 도포기 롤(도시되지 않음)로부터의 접착 재료(30, 30') 이송에 의한 것과 같은, 임의의 수단에 의해서 제1 및 제2 접착 재료(32, 32')가 각각 그 위에 제공되는 제1 및 제2 플렉소그래픽 플레이트(24, 24')를 갖는 대향하는 제1 및 제2 플레이트 실린더(22, 22')를 구비한다. 제1 및 제2 플렉소그래픽 플레이트(24, 24')와 협력하는 각각의 도포기 롤(도시되지 않음)은 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 접착 재료(32, 32')를 수용할 수 있는 바, 상기 공지 수단에는, 예를 들어, 스프레이, 도포기 롤 상으로 유동하는 용융물 또는 액체의 커튼, 역회전 롤(도시되지 않음)에 의한 수침 닙 도는 계량 닙으로부터의 이송, 트레이 또는 밀봉 챔버 내의 접착 재료(32, 32')와의 접촉, 소결 롤의 내부 챔버를 통한 그 표면으로의 접착 재료의 송출(접착 재료는 이 표면으로부터 플렉소그래픽 플레이트(24, 24')으로 전송됨), 등이 포함된다. 제1 및 제2 플렉소그래픽 플레이트(24, 24')는 하이-벌크 웨브(34)의 실질적인 치밀화 또는 파괴를 방지하도록 조정될 수 있는 갭 오프셋(G) 만큼 분리된다. 플렉소그래픽 플레이트(24, 24')가 밀봉 챔버(도시되지 않음)와 유체 연통하는 도포기 롤로부터 접착 재료(32, 32')를 수용할 때, 웨브(34)의 양쪽 면에 있는 프린팅 장비 구조는 도3에서의 웨브(34)의 한쪽 면에서의 프린팅을 위해 도시된 것과 유사할 수 있다.
종래의 플렉소그래피에서의 잉크 전송 방법과 달리, 본 발명의 방법은 프린팅 장치의 프린팅 닙에서 압력이 극히 작은 상태로 또는 추가 압력이 전혀 없이 접착 재료를 웨브 표면 상에 프린트할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 플레 이트 실린더의 접착 재료 지지면은, 웨브가 매끄러운 임프레션 실린더상에 배치될 때 웨브에 대해 가압할 필요가 없다. 웨브가 플레이트 실린더 상의 돌출 요소에 의해 유지될 때의 국소 웨브 장력은, 접착 재료가 웨브 표면 상으로 이송될 수 있도록 접착 재료에 대한 적절한 웨브 접촉을 초래하기에 충분할 수 있다. 그러므로, 일부 실시예에서는, 임프레션 실린더를 전혀 구비하지 않는 플렉소그래픽 프린팅 장치에 의해 프린팅 과정이 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 웨브는 미세변형 힘을 받음으로써 소정의 3차원 상태로 성형될 수 있다. 웨브가 미세변형 힘을 받게 함으로써 웨브를 원하는대로 성형할 수 있으며, 또한 웨브의 촉감 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 일반적으로, 웨브의 미세변형은, 시트를, 시트 내의 비교적 약한 제지 결합은 파괴되지만 보다 강한 결합은 손상되지 않는 하나 이상의 닙으로 통과시킴으로써, 웨브가 강도의 손실이 전혀 없이 또는 상당한 손실 없이 상당히 유연해질 수 있는 일체의 과정을 포함한다. 시트 내의 약한 결합의 파괴는, 처리된 시트의 단면에 나타나는 퍼센트 보이드 면적의 증가된 측정에 의해 정량화될 수 있는 보다 개방적인 시트 구조에서 명백해진다. 엠보싱 방법과 달리, 미세변형은 시트의 z-방향 수축을 방지한다. 예를 들면, 그 내용이 본원에 원용되는, Kamps, et al.에게 허여된 미국 특허 제5,743,999호를 참조하기 바란다.
일 실시예에서는, 플렉소그래픽 프린팅의 변형예가 적용될 수 있는 바, 여기에서 웨브는 프린팅 닙 내의 미세변형 힘 아래에 놓임으로써 성형되는 동시에 접착 재료로 프린팅된다. 예를 들면, 임프레션 실린더는 플레이트 실린더의 역상 (reverse image)과 근사하도록 텍스처링될 수 있으며, 따라서 웨브는 플레이트 실린더의 돌출 접착 재료 지지부가 웨브를 임프레션 실린더의 작은 오목부내로 밀어넣을 때 미세 레벨로 변형된다. 어떤 의미에서, 플레이트 실린더 및 임프레션 실린더 상의 플렉소그래픽 플레이트는 상호맞물리는 롤로 간주될 수 있다. 플렉소그래픽 플레이트와 임프레션 실린더 양자가 웨브를 미세변형시키도록 텍스처링되는 그러한 실시예에서, 양 롤의 경도뿐 아니라 텍스처는 최적의 프린팅 및 미세변형을 위해 최적화될 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 롤의 쇼어 A경도는 그러한 실시예에서 40, 60, 또는 80을 초과할 수 있다. 또한, 소정의 촉감 특성을 달성하기 위해 조합된 프린팅 및 미세변형 단계가 추가 미세변형 단계에 선행할 수 있다.
도4는 접착 재료(30)의 프린팅 및 웨브(34)의 성형이 동시에 발생할 수 있는 닙(38)을 도시하고 있다. 상기 닙(38)은, 플렉소그래픽 플레이트(24)로 커버된 플레이트 실린더(22)와, 대향하는 임프레션 실린더(36) 사이에 형성되며, 상기 임프레션 실린더는 돌출부(80) 및 오목부(82)를 갖는 텍스처링된 플렉소그래픽 플레이트(24)와 상호맞물리는 돌출부(50) 및 오목부(52)를 갖는 텍스처링된 표면을 갖는다. 상기 플렉소그래픽 플레이트(24)의 돌출부(80)는 이후, 접착 재료(30)가 거의 없는 웨브(34)의 격리된 돌출부(56)를 제공하면서 웨브(34)의 오목부(58)에 접착 재료(30)의 망(도시되지 않음)을 형성하기 위해 닙(38)에서 웨브(34)로 전송될 수 있는 소정의 접착 재료(30)로 코팅될 수 있다. 그러한 실시예에서 웨브에 가해지는 압력은, 본 발명에 따라 웨브를 미세변형 및 성형하기에 적절한 동시에, 웨브내 제지 섬유를 현저히 변형시키지 않기에 충분히 낮은 압력일 수 있는 바, 예를 들면 피크 압력이 대략 50psi(345kPa) 미만 또는 대략 5psi(34.5kPa) 미만인 압력일 수 있다.
또한, 돌출부(56)가 웨브(34)내 섬유 길이 정도의 폭을 갖는 실시예에서, 웨브(34)의 주위 오목부(58) 내의 접착 재료(30)는 섬유의 단부를 웨브(34)의 돌출부(56)에 적소에 고정함으로써 돌출부(56)에 추가적인 안정성을 제공할 수 있다.
대안적 실시예에서, 웨브는 도4에 도시된 방법에서 사용된 상호맞물림 임프레션 실린더가 없이, 소정의 3차원 상태로 성형될 수 있고, 동시에 접착 바인더로 프린팅될 수 있다. 예를 들면, 도7a는 예를 들면 금속 롤(도시되지 않음) 상의 탄성중합 커버일 수 있는 탄성중합 임프레션 실린더(36)와 플렉소그래픽 플레이트(24) 사이의 닙(38)을 클로즈업하여 도시하는 개략도이다. 상기 웨브(34)는 플렉소그래픽 플레이트(24)의 돌출부(80) 및 오목부(82)의 교호적인 패턴에 의해 성형될 수 있는 바, 상기 플레이트는 웨브(34)를 탄성중합 실린더(36)에 대해 가압하여, 탄성중합 실린더(36)에 일련의 일시적 돌출부(50) 및 오목부(52)를 유도하고, 결과적으로 웨브(34)는 오목부(58)와 돌출부(56)를 갖도록 성형된다. 웨브(34)의 오목부(58)는 이 경우에, 웨브(34)의 돌출부(34)보다 상대적으로 더 압축된다. 플렉소그래픽 플레이트(24)의 돌출부(80)상의 접착 재료(30)는 닙(38)에서 웨브(34)와 접촉될 수 있으며, 웨브(34)로 이송될 수 있다. 추가된 접착 재료(30)는, 웨브(34)의 돌출부(56)를 둘러싸서 안정화시킬 수 있는 접착 재료(30)의 연속적인 망(도시되지 않음)을 웨브(34)의 오목부(58)에 형성하여, 닙(38)에서의 성형 중에 부여된 웨브(34)의 3차원 구조를 고정할 수 있다.
도7a와 관련한 대안적 실시예에서, 임프레션 실린더(36)는 실질적으로 강성(예를 들면, 금속성 또는 경질 고무)일 수 있으며, 따라서 닙에서 실질적으로 편평할 수 있다.
도7b는 플렉소그래픽 플레이트(24)와, 플렉소그래픽 플레이트(24)의 패턴에 일치하지만, 임프레션 실린더(36)의 영구 돌출부(50)가 플렉소그래픽 플레이트(24)의 오목부(82)와 정합되도록 플렉소그래픽 플레이트(24)에 대해 비스듬한(오프셋된) 패턴을 갖는 임프레션 실린더(36) 사이의 닙(38)의 대안적 실시예를 도시한다. 상기 임프레션 실린더(36)는 강성이거나 변형가능할 수 있다. 대안적인 정합된 실시예(도시되지 않음)에서는, 임프레션 실린더(36)의 영구 돌출부(50)가 닙에서 플렉소그래픽 플레이트(24)의 돌출부(80)와 정합될 수 있다.
또한, 필요하다면, 웨브는 또한 소정의 촉감 특성을 달성하도록 브러싱, 캘린더링, 링-압연, 또는 Walton 롤 처리에 의해 미세변형될 수 있다. 그러한 처리는 접착제에 의한 프린팅 이전 또는 이후에 적용될 수 있다. 웨브를 미세변형시키기 위한 수단으로서 러시 이송이 또한 사용될 수 있는 바, 여기에서는 면내 압축 응력이 웨브의 좌굴(buckling) 및 내부 박리를 초래할 수 있다. 일 실시예에서는, 웨브의 한쪽 면이 습윤 상태이고 다른쪽 면이 건조 상태일 때, 예를 들면 웨브의 한쪽 면을 수성 잉크 또는 본 발명의 접착 재료로 프린팅한 직후와 같은 때, 러시 이송 중에 내부 박리가 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 웨브는, Melius, et al.에게 허여된 미국 특허 제6,214,274호(그 내용이 본원에 원용됨)에 개시된 방법과 같은, S-랩(wrap) 기법 의 사용을 통해서 미세변형될 수 있다. 이 실시예에서, 웨브는 웨브가 S-형 경로를 추종하도록 비교적 소직경을 갖는 롤 위를 통과할 수 있으며, 이는 웨브의 어느 한쪽 면에 작용하는 접선력의 차이를 조장하여 웨브를 효과적으로 미세변형시킬 수 있다.
본 발명의 다른 가능한 실시예는 Walton 롤 처리의 사용을 통하여 웨브를 미세변형시키는 것을 포함할 수 있다. Walton 롤이란, 원주방향으로 홈이 형성된 한쌍의 결합 롤로서, 이들 롤에 의해 형성된 닙을 통과하는 웨브를 변형시키는 롤을 지칭하며, Walton에게 허여된 미국 특허 제4,921,643호(그 내용이 본원에 원용됨)에 개시되어 있다.
웨브를 미세변형시키는 다른 가능한 방법이 Tanzer, et al.에게 허여된 미국 특허 제5,562,645호(그 내용이 본원에 원용됨)에 개시되어 있다. 여기에서 펄프 롤은 펄프 시트를, 시트를 절단 또는 인열(tearing)시키지 않고 기계적으로 연화시키기 위해 갭이 형성된 반대로 회전하는 한 쌍의 각인된 금속 롤 사이의 닙을 통해 이동시킴으로써 미세변형된다. 원하는 정도의 시트 연화를 달성하기 위해 복수회의 통과 이동이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 접착 재료는 베이스 웨브의 양 표면에 프린팅될 수 있다. 예를 들면, 웨브의 양 표면에 접착 재료를 프린팅하기 위해 2회의 프린팅 단계가 사용될 수 있다. 대안적으로, 도4에 도시된 것과 같은 상호맞물림 시스템이 사용될 수 있으며, 임프레션 실린더는 또한 한 번의 프린팅 단계에서 웨브의 양쪽 면에 접착 재료가 프린팅될 수 있도록 플레이트 실린더로서 작용할 수도 있다. 웨브의 양쪽 면을 상호 엇갈리는 패턴으로 프린팅하는 것은 웨브에 강도 및 양호한 유연성을 제공할 수 있다. 대안적으로, 웨브의 서로 대향하는 표면들 상의 두 패턴이 서로 정렬하도록 양면 프린팅이 이루어질 수 있으며, 따라서 한쪽 면 상의 프린팅된 영역은 반대쪽 면상의 프린팅된 영역과 바로 대향한다. 대안적으로, 웨브의 두 측면에 접착제 중첩이 있기도 하고 없기도 한 불규칙한 영역이 존재하도록 웨브의 두 측면 상의 프린팅된 패턴이 실질적으로 상이할 수 있다.
도8은 웨브(34)가 제1 및 제2 실린더(22, 22') 사이의 닙(38)에서 각각 제1 및 제2 플렉소그래픽 플레이트(24, 24')와 접촉할 때 제1 및 제2 접착 재료(30, 30')가 동시에 웨브(34)의 양쪽 면에 도포되는 이중 플렉소그래픽 프린팅 장치(20)의 실시예를 도시한다. 도시하듯이, 제1 및 제2 플렉소그래픽 플레이트(24, 24') 상의 패턴은 정렬되지 않지만, 웨브(34)의 제1 및 제2 표면(44, 44') 상의 프린팅된 접착제 퇴적물(40, 40')이 서로의 바로 위 또는 아래에 위치하고 서로에 대해 엇갈리도록 비스듬하다. 다른 실시예에서, 대향하는 플렉소그래픽 플레이트(24, 24') 상의 패턴은 정렬될 수 있거나, 또는 서로에 대해 불규칙하게 달라질 수 있다. 제1 및 제2 플렉소그래픽 플레이트(24, 24')가 동일할 때, 필요하다면, 웨브(34)의 양쪽 면에서 동일한 중첩 패턴의 프린팅을 방지하도록 하나의 플레이트가 다른 플레이트에 대해 회전될 수 있거나, 또는 이들 플레이트가 동일한 중첩 패턴이 프린트되도록 정렬될 수 있다.
접착 재료를 웨브의 표면으로 송출하는 것은 플렉소그래픽 프린팅 기법에 한정되지 않는다. 접착제를 소정 패턴으로 송출하는 것은, 프린팅 과정에 적합한 점 도를 접착 재료에 제공하기 위해 프로세스의 온도 및 기타 파라미터가 제어되는 한, 임의의 비교적 비압축적인 프린팅 기법으로 달성될 수 있다. 예를 들면, 열전사(DoD: Drop on Demand) 잉크젯, 압전 DoD 잉크젯, 에어브러시/밸브젯, 연속 잉크젯, 정전 승화(昇華: sublimation) 및 수지, 전자사진, 레이저 및 LED, 열전달, 사진 현상, 등을 포함하는 다양한 잉크젯 프린팅 방법이 사용될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 예시적인 시판중인 디지털 프린팅 시스템은 CreoScitex SP 레이저 촬영 시스템이다.
단지 예시적으로만, 접착 재료는 H.B. Fuller Company(St.Paul, Minnesota 소재)로부터의 핫멜트의 Advantra™시리즈중 하나, 예를 들면 350°F의 추천 적용 온도, 350°F에서 1640센티포아즈(cP), 325°F에서 2380cP, 375°F에서 1230cP의 점도, 0.926의 비중, 1의 가드너 색수(Gardner Color value)(가드너 색상 스케일은 ASTM D-1544, "투명 액체의 색상에 대한 표준 테스트 방법(가드너 색상 스케일)"에 기술되어 있음)를 갖는 HL 9253 패키징 접착제일 수 있다. 추가적인 예에는 Rapidex®반응성 핫멜트 접착제, 및 Clarity™접착제(이들 양 접착제는 H.B. Fuller Company사의 제품임)의 클래스가 포함된다. Clarity™HL-4164 핫멜트 접착제는 예를 들면, 4의 가드너 색수, 300°F의 추천 적용 온도, 300°F에서 805cP의 점도, 250°F에서 2650cP의 점도, 및 350°F에서 325cP의 점도, 0.966의 비중을 갖는다. Eastman Chemical Company의 Epolane 왁스는 다른 클래스의 적절한 핫멜트를 나타낸다. 하나의 예는 120℃의 연화점(링 및 볼 연화점), 6,500의 중량-평균 분자량 및 2,800의 수(number)-평균 분자량(달리 규정되지 않는 한, 본원에서 사용 되는 "분자량"은 수-가중 분자량을 지칭함), 150℃에서 350cP의 브룩필드 점도, 및 870℃의 흐림점(cloud point)(130℃에서 파라핀 2% 용액에 대해)을 갖는 Epolene™N021 왁스이다. 다른 예는 158℃의 연화점, 190℃에서 60,000cP의 브룩필드 점도, 52,000의 중량-평균 분자량과 27,200의 수-평균 분자량, 및 8의 산성 지수(일 실시예에서, 적합한 핫멜트는 대략 8 이하, 예를 들면 2 미만과 같은 산성 지수를 가질 수 있음)를 갖는 Epolene™G-3003 폴리머이다.
일 실시예에서는, 라텍스가 유용한 접착 재료일 수 있다. 라텍스 에멀젼 또는 분산체는 일반적으로 가교결합가능한 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머와 같은 작은 폴리머 입자를 포함하는 바, 이 입자는 통상 구형이고, 물에 분산되며, 저분자량 유화제 또는 고분자량 보호 콜로이드와 같은 표면 활성 성분에 의해 안정화된다. 라텍스가 사용될 때, 라텍스는 음이온, 양이온, 또는 비이온성일 수 있다. 라텍스 폴리머에는 NMA와 같은 가교결합제가 존재하거나, 별도의 성분으로서 첨가되거나, 또는 전혀 존재하지 않을 수 있다. 라텍스 에멀젼은 필요할 경우, Rohm & Haas Company(Philadelphia, PA 소재)로부터의 Acrysol®RM-8과 같은 공지의 점도 변경자에 의해 두꺼워질 수 있다.
Rovene®시리즈(Charlotte, N.C.에 소재하는 Mallard Creek Polymers로부터 구입할 수 있는 스티렌 부타디엔 라텍스); Rohm and Haas Company의 Rhoplex®라텍스; National Starch의 Elite®라텍스, 다양한 비닐 아세테이트 코폴리머 라텍스, 예를 들면, Union Oil Chemicals Divisions로부터의 76 RES 7800, 및 National Starch and Chemical Corporation으로부터의 Resyn 25-1103, Resyn 25-1109, Resyn 25-1119, 및 Resyn 25-1189; Air Products and Chemicals Inc.로부터의 Airflex 에틸렌-비닐아세테이트와 같은 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머 에멀젼; 아크릴-비닐 아세테이트 코폴리머 에멀젼; Reichhold Chemicals Inc.로부터의 Synthemul™97-726; Union Oil Chemical Division으로부터의 76 RES 3103과 같은 비닐 아크릴 터폴리머(terpolymer:3원 중합체) 라텍스; Rohm and Haas Company로부터의 Rhoplex™B-15J 또는 다른 Rhoplex™라텍스 화합물과 같은 아크릴 에멀젼 라텍스; 및 B.F. Goodrich Chemical Group으로부터의 Hycar 2600 X 322 및 관련 화합물; Union Oil Chemicals Division으로부터 구입할 수 있는 76 RES 4100 및 76 RES 8100과 같은 스티렌-부타디엔 라텍스; Reichhold Chemical Inc.로부터의 Tylac™수지 에멀젼; Dow Chemical Company로부터 구입할 수 있는 DL6672A, DL6663A, DL6638A, DL6626A, DL6620A, DL615A, DL617A, DL620A, DL640A, DL650A; Serva Biochemicals로부터 구입할 수 있는 네오프렌과 같은 고무 라텍스; Eastman Chemical Company로부터 구입할 수 있는 Eastman AQ 29D와 같은 폴리에스테르 라텍스; B.F. Goodrich Chemical Group으로부터 구입할 수 있는 Geon™352와 같은 비닐 클로라이드 라텍스; Air Products and Chemicals로부터의 Airflex™에틸렌-비닐 클로라이드와 같은 에틸렌-비닐 클로라이드 코폴리머 에멀젼; Air Products and Chemicals로부터의 Vinac™과 같은 폴리비닐 아세테이트 호모폴리머 에멀젼; Reichhold Chemicals Inc.로부터의 Synthemul™합성 수지 에멀젼 40-502, 40-503, 97-664 및 Rohm and Haas Company로부터의 Polyco™2149, 2150, 2171과 같은 카르복실레이티드 비닐 아세테이트 에멀젼 수지로부터 선택되는 것을 포함하는, 다양한 시판중인 라텍스 에멀젼이 고려될 수 있다. 실리콘 에멀젼 및 바인더 또한 고려될 수 있다.
일 실시예에서 접착 재료는 라텍스가 아니며, 다른 실시예에서 프린팅된 웨브는 라텍스가 거의 없거나 천연 라텍스가 거의 없을 수 있다.
접착 재료가 불용성이거나 내수성인 실시예에서, 결과적인 성형 방법은 습윤 상태에 있을 때 하이 벌크 및 3차원 구조를 유지할 수 있는 능력을 특징으로 하는 높은 습윤 탄성을 가질 수 있다. 웨브의 양쪽 면에 접착 재료가 프린팅되는 실시예에서, 접착제는 양쪽 면에서 동일하거나 상이한 조성일 수 있다.
핫멜트 접착제가 사용될 때, 핫멜트를 처리하여 핫멜트의 스트림을 본 발명의 프린팅 시스템에 공급하기 위한 장비는 임의의 공지된 핫멜트 또는 접착제 처리 장치일 수 있다. 그 예로는, Hot Melt Technologies, Inc.(Rochester, Michigan 소재)의 ProFlex®도포기; Hendersonville, TN 소재의 ITW Dynatec의 "S" 시리즈 접착제 공급 유닛, 뿐 아니라 DynaMelt "M" 시리즈 접착제 공급 유닛, Melt-on-Demand 호퍼, 및 핫멜트 접착제 피더를 열거할 수 있으며, ITW Dynatec의 것들은 모두 사용될 수 있는 예시적인 시스템이다.
접착제 화합물은 잉크가 거의 없을 수 있거나, 또는 잉크를 포함하지 않는 화합물일 수 있다.
실리콘 감압성 접착 재료 또한 본 발명에 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 예시적인 실리콘 감압성 접착 재료에는 Dow Corning Corp.로부터 구입할 수 있는 것들, 의료용 제품(Medical Products), 제너럴 일렉트릭으로부터 구입할 수 있는 것들이 포함될 수 있다. 제한적이지는 않지만, Dow Corning으로부터 구입할 수 있 는 가능한 실리콘 접착제의 예에는 BIO-PSA X7-3027, BIO-PSA X7-4919, BIO-PSA X7-2685, BIO-PSA X7-3122, BIO-PSA X7-4502의 상표명으로 판매되는 것들이 포함된다.
필요하다면, 접착 재료에는 착색 첨가물이 포함될 수 있으며, 접착제는 백색, 칼라 또는 무색일 수 있다. 필요하다면, 잉크뿐 아니라 다른 선택적 첨가물 또한 접착 재료에 소량(통상 탄성중합 상(phase)의 대략 25중량 퍼센트 미만)첨가될 수 있다. 그러한 첨가물에는 예를 들면, pH 조절기, 약제, 방부제, 성장 인자, 콜라겐과 같은 상처 치료 성분, 항산화제, 탈취제, 향수, 항균제, 및 살균제가 포함될 수 있다.
접착 재료는 수분이 거의 없거나(예를 들면, 물이 바인더 재료용 캐리어 재료나 용제로서 사용되지 않음) 염료 또는 안료가 거의 없거나(통상의 잉크에 대조적으로), 또는 대략 8이하, 보다 구체적으로는 대략 4이하, 및 가장 구체적으로는 대략 1이하의 가드너 색수를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 백색 기판 상의 접착 재료의 50미크론 필름의 색상에 대한 HunterLab Color Scale(Reson, Virginia 소재의 Hunter Associate Laboratory) 측정에 의하면, "a"와 "b"에 대해 각각 대략 25이하, 보다 구체적으로는 각각 대략 10이하, 더 구체적으로는 각각 대략 5이하, 가장 구체적으로는 각각 대략 3이하의 절대치가 산출되었다. Hunterlab Color Scale은 세 개의 파라미터, L, a, b를 갖는다. "L"은 휘도(brightness value)를 나타내고, "a"는 적색정도(redness)(+a) 및 녹색정도(greenness)(-a)를 나타내며, "b"는 황색정도(yellowness)(+b) 및 청색정도(blueness)(-b)를 나타낸다. "a" 및 "b" 값은, 0에서 멀어질수록, 색상이 짙어진다. "L"은 0(흑색) 내지 100(최고 휘도)의 범위를 갖는다. 접착 재료는 (백색 배경에서의 50미크론으로서 프린팅되었을 때)대략 40이상, 보다 구체적으로는 대략 60이상, 더 구체적으로는 대략 80이상, 가장 구체적으로는 대략 85이상의 "L"값을 가질 수 있다. HunterLab L-a-b 값을 얻기 위한 재료의 측정은 New Albany, Indiana, USA 소재의 Technidyne Corporation에 의해 제조된 Technibryte Micro TB-1C 테스터로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 접착 재료는 아크릴 수지 터폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들면, 접착 재료는 30 내지 55중량 퍼센트의 스티렌, 20 내지 35중량 퍼센트의 아크릴산 또는 메타크릴산, 및 15 내지 40중량 퍼센트의 N-메티롤 메타크릴아미드를 포함하는 아크릴 수지 터폴리머를 포함할 수 있거나, 또는 수용성 멜라민-포름알데히드 아미노플라스트 및 탄성중합체 라텍스를 포함할 수 있다.
다른 적절한 접착제에는, 아크릴 기초의 감압성 접착제(PSA: pressure sensitive adhesive), 적절한 고무 기초의 감압성 접착제, 및 적절한 실리콘 감압성 접착제가 포함된다. 적절한 폴리머 고무 베이스의 예로는 스티렌-이소프렌-스티렌 폴리머, 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 폴리머를 구비하는 스티렌-올레핀-스티렌 폴리머, 폴리이소부틸렌, 스티렌부타디엔-스티렌 폴리머, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 천연 고무, 실리콘 고무, 아크릴로니트릴 고무, 니트릴 고무, 폴리우레탄 고무, 폴리이소부틸렌 고무, 부틸 고무, 브로모부틸 고무를 구비하는 할로부틸 고무, 부타디엔아크릴로니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 및 스티렌-부타디엔 고무 중 하나 이상이 포함된다.
일 실시예에서는, 열가소성 탄성중합 성분 및 수지 성분을 가질 수 있는 고무 기초 접착제가 사용될 수 있다. 상기 열가소성 탄성중합 성분은 대략 55-85 파트의 단순 A-B 블록 코폴리머(A-블록은 스티렌 동족체(homolog)로부터 유도되고, B-블록은 이소프렌으로부터 유도됨), 및 대략 15-45 파트의 선형 또는 방사형 A-B-A 블록 코폴리머(A-블록은 스티렌 또는 스티렌 동족체로부터 유도되고, B-블록은 공액 디엔 또는 저(lower) 알켄으로부터 유도됨)를 포함할 수 있으며, 상기 A-B 블록 코폴리머에서의 A-블록은 A-B 코폴리머의 대략 10-18중량 퍼센트를 구성하고, 전체 A-B 및 A-B-A 코폴리머는 대략 20퍼센트 이하의 스티렌을 함유한다. 수지 성분은 탄성중합 성분으로 점착부여 수지를 포함할 수 있다. 일반적으로, 임의의 적합한 종래의 점착부여 수지 또는 그러한 수지의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 것에는 탄화수소 수지, 로진 및 로진 유도체, 폴리테르펜, 및 기타 점착부여제가 포함된다. 접착제 조성에는 100 중량부의 열가소성 탄성중합 성분당 대략 20-300 파트의 수지 성분이 포함될 수 있다. 한가지 그러한 고무-기초 접착제를 Ato Findley로부터 HM321 0이라는 상표명으로 구입할 수 있다.
여러가지 상이한 형태의 모노머 및 가교결합가능한 수지가 폴리머 분야에 공지되어 있으며, 그 특성은 강성, 유연성, 또는 다른 특성을 제공하도록 당업계에서 교시된 바와 같이 조절될 수 있다.
예를 들면 경화성 폴리우레탄과 같은 다양한 형태의 탄성중합 조성이 공지되어 있다. "탄성중합체(elastomer)" 또는 "탄성중합"이란 용어는 고무 또는 고무와 유사한 탄성 특성을 갖는 폴리머를 지칭하는데 사용된다. 특히, 탄성중합체라는 용어는, 상당한 연신을 견딘 후 탄성중합체를 연신하는 응력이 해제되면 그 초기 치수로 복귀할 수 있는 재료의 특성을 반영하고 있다. 모든 경우에 탄성중합체는 (0.5mm의 두께에서) 적어도 10%의 연신을 견디고 그 연신 상태에서 2초간 유지된 후 1분 이완 시간이 지난 후 그 초기 치수로 복귀할 수 있어야 한다. 보다 일반적으로 탄성중합체는 그 탄성 한계를 초과하지 않는 상태에서 25%의 연신을 견딜 수 있다. 일부 경우에 탄성중합체는 조성의 탄성 한계를 초과하거나 찢어지지 않는 상태에서 그 초기 치수의 최대 300% 이상까지 연신을 견딜 수 있다. 탄성중합체는 통상, ASTM 규격 DS83-866에서와 같이 실온에서 약한 응력에 의한 상당한 변화 및 응력 해제 이후에 신속히 거의 그 초기 치수 및 형상으로 복귀하는 고분자 재료로서 이러한 탄성을 반영하도록 정의된다. ASTM 규격 D412-87은 탄성중합 특성을 평가하기 위한 적절한 수단일 수 있다. 일반적으로, 그러한 조성물은, 경화되면 일체형 망 또는 구조를 형성하는 비교적 높은 분자량의 화합물을 포함한다. 경화(curing)는 화학적 경화제, 촉매, 및/또는 조사의 이용을 포함하는 다양한 수단에 의한 것일 수 있다. 경화된 재료의 최종 물리적 특성은 다양한 인자들의 함수이며, 가장 주목할 만한 인자들로는, 수(number) 및 중량 평균 폴리머 분자량, 탄성중합체의 강화 도메인(하드 세그먼트)의 융점 또는 연화점(이는 예를 들면 ASTM 규정 D1238-86에 따라 결정될 수 있음), 하드 세그먼트 도메인을 포함하는 탄성중합체 조성의 중량 퍼센트, 탄성중합체 조성의 강인화(toughening) 또는 소프트 세그먼트(저 Tg) 부분의 구조, 가교결합 밀도(가교결합 사이의 평균 분자량), 및 첨가물 또는 보조물의 성질 및 레벨, 등이 있다. 본원에서 사용되는 "경화된"이라는 용어는, 열경화성(불용질성;non-melting) 또는 상대적으로 불용성 상태로 가교결합되거나 화학적으로 변형되는 것을 의미한다.
열가소성 폴리머의 연화(softening) 온도는 ATM D 1525-91에 따른 Vicat 연화 온도로서 근사될 수 있다.
접착 재료는 또한, 알킬 아크릴레이트 모노머 또는 메타크릴레이트, 불포화 카르복실산, 및 선택적으로 비닐 락탐 중 적어도 하나의 중합(polymerization)으로부터 형성되는 것을 포함하는 아크릴 폴리머를 포함할 수 있다. 적절한 알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르의 예로는, 부틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 이소노닐 아크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 메틸부틸 아크릴레이트, 4-메틸-2-펜틸 아크릴레이트, see-부틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 이소데실 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 등, 및 그 혼합물을 포함하지만, 이것에 한정되지는 않는다. 적절한 에틸렌(ethylenically) 불포화된 카르복실산의 예로는, 아크릴산, 메타크릴산, 푸마르산, 이타콘산 등, 및 그 혼합물이 포함되지만, 이것에 한정되지는 않는다. 바람직한 에틸렌 불포화된 카르복실산 모노머는 아크릴산이다. 적절한 비닐 락탐의 예로는 N-비닐 카프로락탐, 1-비닐-2-피페리돈, 1-비닐-5-메틸-2-피롤리돈, 비닐 피롤리돈 등, 및 그 혼합물이 포함되지만, 이것에 한정되지는 않는다.
접착제는 또한 점착부여제(tackifier)를 포함할 수 있다. 점착부여제는 일반적으로 탄화수소 수지, 목재 수지, 로진, 로진 유도체, 등이다. 탄성중합 폴리 머 조성과 융화성이 있는 당업자에게 공지된 임의의 점착부여제가 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있을 것으로 생각된다. 적절한 것으로 밝혀진 그러한 하나의 점착부여제는, Akron, Ohio 소재의 Goodyear Tire and Rubber Company에 의해 판매되는 실온에서 액체인 합성 폴리테르펜 수지인 Wingtak 10이다. Wingtak 10은 피레릴렌 및 이소프렌으로부터 유도된 폴리머를 주로 포함하는 Goodyear로부터 구입할 수 있는 합성 점착부여제 수지이다. 다른 적절한 점착부여 첨가물에는 Escorez 1310(지방족 탄화수소 수지), 및 Escorez 2596(aC5-C9(방향족 변성 지방족) 수지)이 포함될 수 있으며, 이들은 둘다 Irving, Texas 소재의 Exxon에 의해 제조된 것이다. 물론, 당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명의 실시를 위해서 다양한 다른 점착부여 첨가물이 사용될 수 있다.
점착부여제에 추가적으로, 소정의 특성을 부여하기 위해 다른 첨가물이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 가소제가 포함될 수도 있다. 가소제는 탄성중합 조성을 갖는 접착제 조성물의 유리 전이 온도를 감소시키는 것으로 알려졌다. 적절한 가소제의 예는 Houston, Texas 소재의 Shell Oil Company로부터 구입할 수 있는 나프텐 처리 오일인 Shellflex 371이다. 항산화제 또한 접착제 조성물에 포함될 수 있다. 예시적인 항산화제에는 Hawthorne, N.Y. 소재의 Ciba-Geigy로부터 구입할 수 있는 Irgafos 168 및 Irganox 565가 포함된다. 왁스 및 계면활성제와 같은 절삭 작용물 또한 접착제에 포함될 수 있다.
다른 실시예에서, 접착 재료는 4원 암모늄 화합물이 거의 없을 수 있거나, 또는 이하의 것들중 임의의 것 또는 그 임의의 조합이 거의 없을 수 있다: 페트로 라튬, 실리콘 오일, 밀랍, 에멀젼, 파라핀, 지방산, 지방 알콜, 50℃ 미만의 융점을 갖는 임의의 소수성(疎水性) 재료, 에피클로로하이드린, 종래의 제지 습윤 강도 첨가물(일시적 또는 영구적 습윤 강도 첨가물중 어느 하나 또는 양자), 전분 및 전분 유도체, 생고무; 카르복시메틸셀룰로스 또는 카르복시메틸셀룰로스와 같은 셀룰로스 유도체; 갑각류에서 추출한 키토산 또는 기타 재료; 단백질에서 유도된 재료; 초흡수성 재료; 폴리아크릴레이트 또는 폴리아크릴산; 양이온 폴리머, 계면활성제, 폴리아미드, 폴리에스테르 화합물, 염화 폴리머, 중금속, 수용성 폴리머, 수용성 염, 슬러리, 분산물, 및 불투명 입자. 접착 재료는 또한 대략 60℃, 예를 들면 대략 80℃ 이상, 보다 구체적으로는 대략 100℃ 이상, 가장 구체적으로는 대략 130℃ 이상의 연화 온도를 가질 수 있다.
접착제의 경화, 즉 접착 재료의 건조나 기타 경화는 웨브가 3차원 형상을 갖도록 변형되기 전, 변형되는 도중, 변형된 후에 시작될 수 있으며, 경화의 완료는 웨브가 성형 기판과 접촉하고 있는 동안 또는 대안적으로 웨브가 성형 기판으로부터 제거된 후에 이루어질 수 있지만, 어느 경우에나 추가된 텍스처가 보다 2차원적인 상태로 이완되기 전에 이루어진다. 웨브 상에 프린팅된 접착 재료는 임의의 방식으로 경화될 수 있다. 예를 들면, 접착 재료는 열, 자외선 또는 기타 형태의 복사선을 가함으로써 경화되거나, 또는 일정 기간의 통과만이 요구되는 화학적 반응에 의해 경화될 수 있다. 일 실시예에서, 접착제는, 베이스 웨브가 공기압에 의해 성형 기판에 대해 가압될 때 공기유동(airflow)을 가함으로써 경화될 수 있다.
웨브에 도포된 후의 접착제는 점착성이 거의 없을 수 있다(특히 40℃ 이하, 또는 30℃ 이하의 온도로 냉각된 후). 많은 실시예에서, 프린팅된 접착 재료는 티슈 웨브를 임의의 다른 층 또는 물품에 결합시키는데 사용되지 않지만, 이하의 것들중 적어도 하나를 변형시키는데 사용된다: 티슈 웨브의 구조, 티슈 웨브의 강도 특성, 티슈 웨브의 지형(웨브의 표면 깊이의 텍스처를 증가시킴), 웨브의 습윤 특성, 및 웨브의 촉감 특성. 보다 구체적으로, 접착제의 프린팅은 향상된 텍스처와 개선된 강도 또는 습윤 탄성을 갖는 하이 벌크 웨브를 생성하는데 사용된다. 습윤 압축 벌크(wet compressed bulk)란, 2psi(13.8kPa)의 하중 하에서의 완전 습윤 상태(건조 섬유 일그램당 수분 1.1그램의 수분비율로 젖음)의 티슈 샘플의 벌크를 지칭한다. 스프링백(springback)이란, 티슈를 2psi(13.8kPa)로 압축하는 단계 및 이후에 하중을 제거하는 단계를 포함하는 2회의 중간 압축 사이클 이후의, 완전 습윤 샘플의 0.025psi(172Pa)에서의 초기 저압 두께에 대한 0.025psi(172Pa)에서의 최종 저압 두께의 비율을 지칭한다. 예로서, 1의 스프링백은 2psi(13.8kPa)로의 중간 압축으로 인해 샘플의 벌크에 전혀 손실이 없는 것을 의미하며, 0.5의 스프링백 값은 벌크의 절반이 유지되었음을 나타낸다. 웨브의 습윤 압축 벌크(Wet Compressed Bulk)는, 프린팅되지 않지만 다른 것은 거의 동일한 샘플에 대해, 본 발명에 따른 접착제의 플렉소그래픽 프린팅에 의해, 대략 5% 이상, 구체적으로는 대략 10% 이상, 보다 구체적으로는 대략 15% 이상, 가장 구체적으로는 대략 25% 이상, 증가될 수 있다. 스프링백은, 프린팅되지 않지만 다른 것은 거의 동일한 샘플에 대해, 본 발명에 따른 접착제의 플렉소그래픽 프린팅에 의해, 0.03 이상, 보다 구체적으로는 대략 0.05 만큼, 가장 구체적으로는 대략 0.1 이상 증가될 수 있다.
접착 재료는 임의의 소정 패턴으로 웨브에 도포될 수 있다. 예를 들면, 접착 재료는 예를 들면 작은 불연속 도트(small discrete dots)의 패턴을 통해서, 연속적인 망 또는 효과적으로 연속적인 망을 형성할 수 있다. 작은 불연속 도트의 패턴은, 도트가 웨브의 인장 강도를 향상시킬 수 있는 패턴을 형성하도록 도트가 통상적인 섬유 길이보다 짧은 간격으로 이격되어 있을 때, 효과적으로 연속적일 수 있다. 예를 들면, 대략 4mm의 평균 섬유 길이를 갖는 침엽수 섬유를 구비하는 섬유가 형성될 수 있으며, 대략 0.5mm 이하의 직경을 갖는 미세 도트의 패턴은 대규모 벌집 패턴 또는 사각형 그리드 패턴으로 도트의 중심 사이에서 1mm 미만으로 이격되어 있을 수 있으며, 특징적인 무접착제 벌집 셀 또는 사각형 그리드 셀의 폭은 대략 3mm 이하이다.
접착 재료는 상호연결된 망 또는 일련의 격리된 요소들 또는 망과 격리된 요소의 조합과 같은 임의의 소정 패턴으로 프린팅될 수 있다. 상기 패턴은 꽃, 별, 동물, 인간, 만화 캐릭터 등, 또는 미적으로 즐거움을 주는 임의 종류의 패턴과 같은 인지가능한 물체를 형성할 수 있다. 예를 들면, 패턴은 일련의 평행선, 평행한 사인곡선, 직선 그리드, 육각형 그리드, 격리되거나 중첩되는 원 또는 타원, 격리되거나 중첩되는 다각형, 격리된 점선, 등을 포함할 수 있다.
접착 재료에 의해 덮이는 웨브 표면의 면적은, 대략 1% 내지 100%, 예를 들면 대략 5% 내지 95%, 구체적으로는 대략 10% 내지 80%, 보다 구체적으로는 대략 10% 내지 50%, 가장 구체적으로는 대략 10% 내지 40%의 범위가 될 수 있다. 대안적으로, 접착 재료에 의해 덮이는 웨브 표면의 면적은 50% 미만, 예를 들면 30% 미 만 또는 15% 미만이며, 예를 들면 1% 내지 15%일 수 있다.
일 실시예에서, 시트 상에 프린팅되는 접착 재료의 패턴의 파라미터는 웨브의 외표면에서의 섬유의 길이에 의존될 수 있다. 그러한 상호의존성은 양호한 표면 일체성 유지를 도와줄 수 있다. 웨브의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 긴 합성 섬유를 갖는 실시예에서, 접착제는 거칠게 프린팅될 수 있으며, 웨브는 여전히 인장 및 강도 특성에 있어서 상당한 게인을 나타낼 수 있다. 따라서, 예를 들면 15mm 이상의 평균 길이를 갖는 합성 섬유에 있어서, 접착제는 대략 5mm 이하의 특징 셀 크기를 갖는 패턴으로 프린팅될 수 있다.
도5는 플렉소그래픽 플레이트에 각인된 대응 패턴과 같은, 웨브(도시되지 않음) 상으로 프린팅될 수 있는 접착 재료의 패턴(84)의 일 실시예의 개략 도시도이다. 이 실시예에서, 패턴(84)은 육각형 요소(86)의 연속 망 구조를 가지며, 상기 육각형 요소(86)에는 원(88)과 점(90)이 포함되어 있다. 육각형 요소(86)의 측면은 대략 0.5mm 이상, 보다 구체적으로는 대략 1mm 이상, 더 구체적으로는 대략 2.5mm 이상, 가장 구체적으로는 대략 5mm 이상, 예시적인 범위로는 대략 1.5mm 내지 18mm 또는 대략 3mm 내지 7mm일 수 있는 특성 길이 'A'를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 특성 길이 A는 웨브의 수 평균 섬유 길이와 대략 동일한 바, 예를 들어 통상의 침엽수 티슈 웨브의 경우에는 대략 5mm 이하이거나 주로 활엽수 티슈 웨브에 대해서는 대략 2mm 이하이다. 도5의 패턴(84)은 물론 채택될 수 있는 수많은 다양한 패턴들중 하나에 불과하다. 그러한 패턴의 특징적 단위 셀은 임의의 형상, 예를 들면, 사각형, 다이아몬드형, 원형, 계란형, 나비넥타이형, 바둑판형, 반복적 또는 비반복적 타일형, 도트형, 선(dash)형, 스트라이프형, 그리드 라인형, 별모양, 초승달모양, 파형 등, 또는 그 조합된 형상을 갖는 요소를 포함할 수 있다. 단위 셀의 특성 폭 또는 길이는 대략 0.5mm 이상, 구체적으로는 대략 1mm 이상, 보다 구체적으로는 대략 2mm 이상, 가장 구체적으로는 대략 5mm 이상일 수 있으며, 예를 들면 대략 0.5mm 내지 7mm, 또는 대략 0.8mm 내지 3.5mm의 범위에 있을 수 있다.
도6은 패턴(84)이 그 중실 부분이 프린팅되지 않은 영역의 미세 도트(94)로 분할되도록 스크리닝된 것을 제외하고는, 도5의 것과 유사한 접착 재료의 패턴(84)의 개략 도시도이다. 핫멜트 접착제에 의한 실험에서는, 도6에 도시된 스크린 효과를 제공함으로써, 웨브 표면을 향한 핫멜트의 보다 양호한 이송이 달성될 수 있다. 패턴의 중실 부분이었을 부분에서의 매우 작은 개방 표면적에 대해서도 장점이 있을 수 있는 것으로 나타난다. 따라서, 패턴(84) 상에 스크리닝 효과를 형성하기 위해 프린팅되지 않은 도트 또는 다른 요소를 조합함으로써, 웨브의 개선된 텍스처링이 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 프린팅 표면에서의 도트 패턴은 보다 많은 접착제를 유지하고 웨브로의 이송을 향상시키도록 작은 저장부 역할을 할 수 있다. 일 실시예에서, 도트의 스크린 패턴은 연소되어 플렉소그래픽 플레이트 또는 다른 프린팅 표면이 된다. 일 실시예에서, 도트는 100미크론 이하, 보다 구체적으로는 50미크론 이하의 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 접착 재료의 프린팅 패턴은 웨브의 표면에 걸쳐서 균일한 패턴일 수 있다. 즉, 프린팅 패턴은 웨브의 상이한 영역을 형성할 수 있으며, 특정 영역은 다른 영역과 적용 패턴이 상이한 접착 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 균일하게 프린팅된 웨브의 영역들은 모두 프린팅된 접착 재료가 없을 수 있다. 도12는 본 발명의 균일한 프린팅 패턴의 한가지 가능한 실시예를 도시한다. 도12의 프린팅 패턴은 웨브(34)의 일 부분에 대해 도시된 것이며, 도5의 패턴에 의해 도시된 것과 같은 반복적 패턴으로 접착 재료로 프린팅되는 국소 영역(10)을 갖는다. 상기 균일 패턴은 또한 영역(10)의 것과 상이한 반복 패턴으로 접착 재료에 의해 프린팅되는 영역(12)을 구비한다. 접착 재료의 균일한 패턴은 웨브에 고유한 강도 및/또는 촉감 특성을 제공하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 방법은 웨브가 건조된 후 작동중에(online) 실시될 수 있거나, 또는 필요에 따라 작동중지 상태에서(offline) 전환 설비에서 있을 수 있다. 예를 들면, 작동중 제지 공정은 VIVA®형 타월을 제조하기 위해 성형, 프린팅, 미세변형 및 성형, 및 후속 경화를 포함하도록 변경될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 웨브는 형성되고, 러쉬 전송되며, 텍스처링된 직물 상에서 관통-건조되고, 웨브의 한쪽 면 또는 양쪽 면 상에서 미세변형과 동시에 플렉소그래픽적으로 프린팅된 후, 관통 건조되어 종료되며, 다시 미세변형되어, 권선되고, 전환될 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 페이퍼 웨브는 또한 본 발명의 접착 재료 뿐 아니라, 다른 재료로 프린팅될 수 있다. 예를 들면, 당업계에 공지된 임의의 장식 요소가 추가로 본 발명의 것과 같은 저압 프린팅 기법에 의해 베이스 웨브에 프린팅될 수 있거나, 또는 다른 수단에 의해 적용될 수 있다. 장식적 프린팅은 접착 재료가 착색되어 미적으로 만족스러운 패턴으로 도포되는 경우와 같이 본 발명의 범위 내에서 접착 재료의 도포와 연관하여 적용될 수 있다. 장식적 프린팅은 선택적으로 별도의 단계로서 적용될 수도 있다. 일 실시예에서는, 액정 안료와 같은 장식 색소가 본 발명의 웨브에 적용될 수 있다. 예를 들면, 관측 각도에 따라 달라지는 색상("색 플롭(color flops)")을 생성할 수 있는 다크 기판에 액정 안료가 적용될 수 있다. 이들 효과를 내는데 사용되는 재료의 예로는 Wacker-Chemie로부터의 Helicone HC®안료가 있다. "색 플롭" 효과는 본 발명의 임의의 물품에 이런 식으로 적용될 수 있다.
대안적으로, 본원에 개시되거나 당업계에 공지된 임의의 다른 첨가물, 안료, 잉크, 피부연화제, 약제 또는 기타 피부 건강 작용제 등이 본 발명의 웨브에 균일하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 웨브의 어느 한쪽 면은, 본 발명에 따른 첨가물로 프린팅될 수 있거나, 거의 균일하게 분사되는 첨가물을 구비하거나, 웨브의 전체 부분 또는 일 부분에 선택적으로 증착되는 첨가물을 구비할 수 있다. 피부 건강 작용제로는 예를 들어 임의의 공지된 피부 건강 작용제가 포함될 수 있으며, 이것에는 소염(消炎) 화합물, 지질(脂質:lipid), 무기 음이온 및 양이온, 단백 반응억제제, 격리 작용제, 항균제, 살균제, 여드름약, 등이 포함되지만 이것에 한정되지는 않는다.
본원에서 사용되는 "페이퍼 웨브"라는 용어는, 웨트레이드 페이퍼, 에어레이드 섬유 웨브, 플러프(fluff) 펄프, 코폼(coform)(멜트블로운 폴리머 및 제지 섬유의 복합체) 등의 층과 같은 셀룰로스 섬유 웨브를 적어도 한 층 포함하는 웨브를 지칭한다. 본 발명의 페이퍼 웨브는 다층 구조, 복합 조립체, 등의 여러가지 형태 로 사용될 수 있으며, 예를 들면 엠보싱, 크림핑, 바느질, 코애퍼처링(coaperture)되거나, 기타 기계적 처리되어 접합되거나, 또는 핫멜트 접착제, 라텍스, 경화성 접착제, 열용융 바인더 입자 또는 섬유 등에 의해 접합되는 둘 이상의 티슈 플라이가 포함된다. 상기 플라이는 실질적으로 동질적(similar)이거나 이질적(dissimilar)일 수 있다. 이질적인 플라이는, 에어레이드에 접합된 주름형성된 티슈 웨브, 비직조 웨브, 개구형성된 필름, 주름형성되지 않은 티슈 웨브, 색상, 기초 중량, 화학 조성(화학 첨가물이 상이), 섬유 조성이 상이한 티슈 웨브를 포함될 수 있거나, 또는 엠보스먼트, 개구, 프린팅, 연화 첨가물, 연마 첨가물, 충진재(fillers), 냄새 제어제, 항균제, 등의 존재로 인해 달라질 수 있다. 웨브는 또한 예를 들어 웨트 와이프(wet wipes), 종이 타월, 및 기타 물품의 구성에 있어서 베이스시트로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 웨브는 라텍스로 프린팅된 후 주름형성될 수 있다. 일 실시예에서, 웨브는 단일 또는 이중 프린트-주름형성을 위해 사용될 수 있다. 웨브는 또한 Yankee 건조기와 접촉하기 전에 한쪽 면이 프린팅되거나 습윤 강도 수지로 처리될 수 있으며, 상기 습윤 강도 수지는 주름형성을 보조하고 웨브에 대한 일시적인 습윤 강도를 증강시킨다. 티슈 웨브는 합성 섬유 또는 다른 첨가물을 포함할 수 있다.
그러나, 일 실시예에서, 웨브는 프린팅 이전에 합성 폴리머 재료를 20중량 퍼센트 미만, 보다 구체적으로는 10중량 퍼센트 미만 갖는다. 다른 실시예에서, 웨브는 수력으로 뒤엉킨(hydroentangled) 비직조 웨브를 포함하지 않는다.
일 실시예에서, 프린팅된 접착제는 웨브 내로 완전히 침투하지는 않지만, 웨 브의 표면 위로 적어도 10미크론, 보다 구체적으로는 웨브 표면 위로 적어도 대략 20미크론, 가장 구체적으로는 웨브 표면 위 적어도 대략 50미크론 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 페이퍼 웨브는 스펀본드(spunbond) 또는 멜트블로운 웨브와 같은 비직조 재료, 또는 다른 합성 또는 천연 재료로 이루어진 추가적인 티슈 플라이 또는 층으로 적층될 수 있다. 이는 접착 재료에 의한 프린팅 이전 또는 이후에 이루어질 수 있다. 예를 들면, 배쓰 티슈와 같은 티슈를 두 장 이상 포함하는 셀룰로스 제품에 있어서, 제품의 대향하는 외표면을 형성하는 플라이와 같은 한 쌍의 플라이는 이하의 것들중 임의의 것을 포함할 수 있다: 주름형성되고 주름형성되지 않은 웨브; 캘린더링되고 캘린더링되지 않은 웨브; 소수성 물질 또는 사이즈제(sizing agent)를 포함하는 웨브 및 보다 소수성의 웨브; 두 가지 상이한 기초 중량을 갖는 웨브; 두 가지 상이한 엠보스먼트 패턴을 갖는 웨브; 엠보싱되고 엠보싱되지 않은 웨브; 높은 습윤 강도를 갖는 웨브와 낮은 습윤 강도를 갖는 웨브; 향사(向斜:syncline) 마크를 갖는 웨브와 향사 마크가 없는 웨브; 항균 첨가물을 갖는 웨브와 그러한 첨가물이 없는 웨브; 비대칭 돔을 갖는 웨브와 돔이 없는 웨브; 관통-건조된 웨브와 관통-건조기 없이 건조된 웨브; 두 가지 다른 색상을 갖는 웨브; 개구형성된 웨브와 개구형성되지 않은 웨브 등. 적층은 주름형성, 퍼프-엠보싱(perf-embossing), 접착제 부착 등을 통해서 달성될 수 있다.
본 발명의 티슈 웨브는 단일 플라이 웨브로서, 단독으로 또는 다른 흡수성 재료와 조합하여 제공될 수 있다. 다른 실시예에서는, 본 발명의 둘 이상의 웨브가 다층 구조를 형성하도록 함께 겹쳐질 수도 있다. 접착 재료가 웨브의 한쪽 면 에만 프린팅되면, 다층 물품은 접착제가 프린팅된 쪽이 다층 물품의 바깥쪽을 향하거나 안쪽을 향하도록 뒤집어져 프린팅되지 않은 쪽이 바깥쪽을 향하도록 될 수 있으며, 또는 웨브의 프린팅된 한쪽 면이 물품의 일 표면을 향하고 프린팅되지 않은 쪽 면이 물품의 반대쪽 표면을 향할 수 있다.
본 발명의 웨브로 제조된 제품은 별도의 코어를 갖거나 갖지 않는 롤 형태이거나, 세안용 티슈의 적층체와 같은 거의 평면적인 형태 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 형태일 수 있다. 소매 유통을 위한 용도 또는 소비자에게 판매를 위한 용도의 제품은 일반적으로, 통상은 플라스틱(예를 들면, 가요성 필름 또는 강성 플라스틱 카톤(carton)) 또는 페이퍼보드로 구성되고, 제품 데이터 및 기타 소매 판매에 유용한 다른 소비자 정보를 표시하는 인쇄 내용을 갖는 패키지로 제공될 것이다. 제품은 또한, 피부 건강을 위한 로션이나 크림, 국소 적용을 위한 약제나 항균제, 기저귀 발진 치료제, 향수 및 파우더, 스프레이 병에 담긴 사이클로덱스트린의 액체 용액 및 기타 첨가물과 같은 냄새 제어 작용제, 일회용 고 습윤 강도 페이퍼로 닦기 위한 스폰지 또는 몹 헤드(mop heads), 등과 같은 다른 유용한 아이템과 결합된 패키지로 판매될 수도 있다.
다른 실시예에서, 본 발명의 웨브는 미리젖어있는(premoistened) 배쓰 티슈와 같은 습윤 와이프를 제조하는데 사용될 수 있다. 양호한 분산성 및 양호한 습윤 강도를 위해, 이온 농도에 민감한 바인더가 사용될 수 있는 바, 이에 의하면 바인더는 이온 농도가 높지만 통상의 수돗물에 배치되었을 때는 낮은 이온 강도로 인해 강도를 손실하는 습윤성 용액에 일체성을 제공한다.
본 발명의 웨브는 당업계에 공지된 임의의 방식으로 순차적으로 처리될 수 있다. 웨브에는 예를 들면 이온 블라스트 기법 등에 의한 미립자의 도포와 같이, 웨브 또는 웨브의 돌출 영역 또는 오목 영역에 대한 입자의 도포에 의해, 슬러리에 의한 코팅, 정전 접착, 접착성 부착과 같은 방법에 의해 초흡수성 입자, 미네랄 충진재, 약제 물질, 냄새 제어 작용제 등과 같은 입자 또는 안료가 제공될 수 있다. 웨브는 또한 캘린더링, 엠보싱, 슬릿절단(slitting), 재습윤, 웨트 와이프로 사용되도록 수분함유, 열가소성 재료 또는 수지로 함침, 소수성 물질로 처리, 프린팅, 개구형성, 다층 조립체로 전환, 또는 배쓰 티슈, 세안 티슈, 종이 타월, 와이퍼, 흡수성 물품 등으로 전환될 수 있다.
본 발명의 티슈 제품은 소비자의 이용에 적합한 임의의 공지의 티슈 제품으로 전환될 수 있다. 전환에는, 캘린더링, 엠보싱, 슬릿절단, 프린팅, 향수 첨가, 로션이나 피부연화제 또는 멘톨과 같은 헬스 케어 첨가물의 첨가, 카톤에 배치하거나 완제품의 롤을 생산하기 위한 절단된 시트의 적층, 및 적합한 그래픽이 인쇄되어 있는 폴리 필름으로의 래핑 또는 다른 제품 형태에 대한 합체를 포함하는 제품의 최종 포장이 포함될 수 있다.
이제 본 발명의 다양한 실시예를 참조할 것이며, 그중 하나 이상의 예가 하기에 개시되어 있다. 각각의 예는 단지 발명을 설명하기 위한 것에 불과하며, 발명을 제한하지 않는다. 사실, 당업자라면, 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정예 및 변형예가 있을 수 있음을 알 수 있을 것이다.
예1
상당량의 고 충실, 고점성 접착 재료를 종이 표면에 전송하기 위한 플렉소그래픽 프린팅의 가능성을 설명하기 위해, 시판중인 코팅된 프린팅 페이퍼의 릴을 Propheteer International(Lake Zurich, IL 소재)의 가열 플렉소그래픽 프린팅 장비를 사용하여 핫멜트 접착제로 플렉소그래픽적으로 프린팅하였다. 감김해제(unwind) 유닛, 자외선 경화 스테이션, 플렉소그래픽 핫멜트 도포기, 재권선(rewind) 유닛, 시트형성 스테이션, 및 스태커(stacker)를 포함하는 Propheteer 2000 3-Color line이 사용되었다. 플렉소그래픽 도포기는 Steinebrunn, Switzerland 소재의 GRE Engineering Products AG에서 제조한 Flexo Hot Melt Applications Processor(GRE 모델 HM 220-500으로 믿어짐)였다. 이는 시트를 20인치(50.8cm) 폭으로 처리하기 위해 채택되었다. 플렉소그래픽 플레이트는, PolyOne Corporation(Kennedale, Texas 소재)의 Chase Elastomer Division에 의해 제조된 폴리디메틸실록산에 기초한 최대 500°F의 도포 온도를 갖는 고온 실리콘 탄성중합체를 포함하였다. Propheteer 시스템은 추가로, 실리콘의 자외선 경화가 이 시도에 포함되지는 않았지만 Flexo 자외선 실리콘 도포기를 Propheteer Label Printing Press에 포함한다. (그러나, 대안적 실시예에서, 본 발명의 방법에는 필요하다면, 플렉소그래픽 프린팅에 의한 실리콘 화합물의 도포, 및 이후의 자외선 경화 또는 다른 경화 단계가 포함될 수 있다.)
웨브는 그 코팅된 상태에서 실질적으로 매끄럽고 비교적 비다공성이며, 대략 90gsm의 기초 중량을 갖는, 코팅 표백된 크라프트 웨브였다. 일련의 실행에서, Flexo 핫멜트 도포기 프로세서는 Eastman Chemical(Longview, Texas 소재)의 Texas Eastman Division에서 제조한 핫멜트 Epolene®C-10, 폴리에틸렌-기초 Epolene®왁스 핫멜트를 도포하는데 사용되었다. 제조업자에 의하면 이 핫멜트는 Texas Eastman Division의 테스트 방법 TEX-542-111에 따라 150℃에서 7800의 브룩필드 점도를 갖는 것으로 보고되었다. 또한, Epolene®C-10은 (130℃에서의 2% 파라핀 용액에 대해) 25℃에서 0.906g/㎖의 밀도, 104℃의 연화점(Ring and Bell 연화점), 190℃에서 2250의 용융 지수(Melt Index), 35,000의 중량-평균 분자량과 7,700의 수-평균 분자량, 및 77℃의 흐림점을 갖는 것으로 보고되었다. Epolene®왁스는 100℃ 내지 163℃의 연화점을 갖는 것으로 보고되었다. (제한 없이, 유용한 핫멜트는 90℃ 내지 250℃ 사이의 임의의 적분 온도 이상의 연화점을 가질 수 있다.)
다른 일련의 실행에서, 핫멜트는 HM-0727이었으며, Advantra™핫멜트의 시리즈중 하나는 St.Paul, Minnesota 소재의 H.B. Fuller Company에서 제작된 것이다.
플렉소그래픽 실린더의 실린더 베이스는 Action Rotary Die, Inc.(Addison, Illinois 소재)에 의해 제조되었으며, 실린더상의 고무 판은 Schawk, Inc.(Des Plaines, Illinois 소재)에 의해 제조되었다. 고무 판은 Schawk, Inc.에 의해 가황처리되고 레이저 각인된다.
핫멜트 도포기의 예비 실증으로서, Propheteer International의 직원은 간단한 테스트 패턴을 갖는 핫멜트를 캘린더링된 프린팅 페이퍼 상에 프린트하였다. 상기 패턴은 0.5cm의 폭과 4cm의 길이를 갖는 간단한 이격된 다수의 바아를 갖는다.
도9는 플렉소그래픽적으로 프린팅된 핫멜트 접착제의 아일랜드를 그 위에 바 아 패턴으로 갖는 프린팅된 페이퍼 웨브의 퍼티 임프레션의 높이 맵(96)을 포함하는 스크린 샷(95)의 부분이다. 상기 높이 맵(96)은 5.4×5.4mm 치수의 영역에서의 대략 250,000개의 측정된 지점을 나타낸다. 높이 맵(96)에서, 검은 영역은 웨브의 표면 상의 돌출 부분(웨브 상의 접착 재료의 돌출 부분을 포함)에 대응하는, 퍼티의 표면 상의 낮은 부분을 나타낸다.
도9에서, 높이 맵(96)의 상부 좌측 코너에 있는 매끄러운 영역(98)은 웨브의 프린팅되지 않은 부분에 대응한다. 에지 영역(100)은 프린팅된 부분의 에지를 따라서, 프린팅된 접착 재료내의 비교적 매끄러운 영역에 대응한다. 에지 영역(100)에서 떨어져 있는 것은 웨브 상의 플렉소그래픽적으로 프린팅된 바아 영역의 대부분을 대표하는 텍스처를 보여주는 나머지 거친 영역(102)이다.
높이 맵(96) 우측의 프로파일 표시 박스(104)는 높이 맵(96) 상에서 프로파일 라인(108)을 따라서 취한 프로파일(106) 형태의 지형을 나타낸다. 프로파일(106)의 지형적 특징에는, 높이 맵(96)의 매끄러운 영역(98)에 대응하는 비교적 매끄러운 돌출 영역(98'); 높이 맵(96)의 에지 영역(100)에 대응하는 오목 영역(100'); 높이 맵(96)의 거친 영역(102)에서의 돌출 영역(110)에 대응하는 돌출 영역(110'); 및 높이 맵(96)의 오목 영역(112)(이는 페이퍼 웨브 상의 접착 재료(도시되지 않음)의 피크에 대응됨)에 대응하는 오목 영역(112')을 포함한다.
웨브 상의 플렉소그래픽 프린팅된 접착 재료의 표면 깊이의 크기는 프로파일(106)의 표면 깊이로 나타난다. 제1 기준선(114)은 프로파일(106)의 오목 영역(112)의 높이에 대략 일치하고, 제2 기준선(116)은 프로파일(106)의 돌출 영역 (110)의 높이에 대략 일치한다. 제1 및 제2 기준선(114, 116) 사이의 높이 차이는 0.089mm이며, 이는 적어도 도9에 관한 프린팅 영역의 부분에 있어서 접착 재료 피크가 웨브의 표면 위로 대략 0.089mm 돌출함을 나타낸다.
도10은 도9의 높이 맵을 도시하지만, 상이한 프로파일 라인(108)과 그 연관 프로파일(106)을 도시한다. 이 경우에, 프로파일(106)이 걸쳐 있는 특성 높이는 대략 0.075mm이다.
테스트 패턴은 도5에 따른 패턴을 갖는 플렉소그래픽 플레이트로 교체되었다. 핫멜트 접착제, 초기에는 HM-0727 핫멜트는 대략 300°F(148.9℃)의 불충분한 온도로 유지되었으며, 도포기 롤이 역회전 롤의 대략 세배의 속도로 회전한 도1의 것과 유사한 매끄러운 수침 닙 배치에서 대략 0.020인치(0.5mm)의 두께로 도포기 롤에 도포되었다.
결과적인 플렉소그래픽적으로 프린팅되는 웨브로 퍼티 임프레션이 제조되었으며, 퍼티 임프레션의 표면 지형을 측정하기 위해 CADEYES®시스템이 적용되었다. 도11은 대응 높이 맵(96)을 도시한다. 높이 맵(96)은 웨브의 프린팅되지 않은 표면에 대응하는 매끄러운 영역(98)을 나타내며, 웨브의 평면 위로 돌출하는 프린팅된 접착 재료(도시되지 않음)에 대응하는 다수의 오목 영역(112)을 포함한다. 오목 영역(112)은 육각형 요소(86) 및 원(88)의 부분을 형성한다. 제1 및 제2 기준선(114, 116) 사이의 높이 차이는 0.116mm인 바, 이는 적어도 도9에 관한 프린팅된 영역의 부분에 있어서 접착 재료피크가 웨브의 표면 위로 대략 0.116mm 상승함을 나타낸다.
핫멜트 프린팅되고 프린팅되지 않은 웨브는 이후 캘리퍼(caliper) 및 기초 중량에 대해 측정되었으며, 그 결과 웨브의 질량에 대해 대략 8 내지 11% 범위에 달하는 표1에 도시된 첨가(add-on) 레벨을 드러냈다. 예를 들어 8% 내지 20% 또는 8% 내지 25%와 같은 높은 첨가 레벨이 고려될 수 있다. 0.05psi(0.34kPa)와 같은 낮은 하중에서 두 개의 훨씬 넓은 압반 사이에서 측정되었을 때 티슈 웨브의 두께보다 상당히 얇을 웨브의 국소 영역에서의 두께를 나타내기 위해 캘리퍼가 휴대용 마이크로미터에의해 측정되었다. 휴대용 마이크로미터는, 스프링 로딩되는 0.25인치(6.35mm) 직경의 압축 헤드를 갖는 L.S. Starrett Company(Athol, MA 소재)로부터의 Starrett™모델 No. 1010 였다. 다이얼 인디케이터는 캘리퍼에 0.0005인치(0.0127mm) 증분의 판독을 제공한다.
표1. 핫멜트 첨가 값
샘플
 캘리퍼(mm) 기초 중량 첨가
프린팅되지 않음 프린팅됨 프린팅되지 않음 프린팅됨 (%)
1 0.091 0.203 90.1 100.0 11.0
2 0.097 0.203 91.9 100.8 9.7
3 0.091 0.188 90.4 97.7 8.1
4 0.089 0.203 90.4 99.5 10.1
프린팅은 또한 Epolene™C-10 핫멜트 및 동일한 패턴으로 이루어졌다.
예2
예1에 기술된 양 핫멜트가 예1에 따른 두 상이한 패턴으로, 하지만 하이벌크, 탄성, 3차원 주름형성되지 않은 관통-건조된 웨브에 대해 프린팅되었다.
주름형성되지 않은 웨브는 Chen, et al.에게 허여된 미국 특허 제6,395,957호(본원에 원용됨)의 예1에 개시된 것과 유사한 방법으로 형성되었다. 베이스 시 트는 Chen, et al.의 도4에 도시된 기계 구조와 유사한, 주름형성되지 않은 관통-공기 건조에 적합한 연속적인 티슈-제조 기계에서 제조되었으며, 이 기계는 포드리너(Fourdrinier) 형성 섹션, 이송 섹션, 관통-건조 섹션, 연속 이송 섹션, 및 릴을 포함한다.
이 방법에는 3층을 갖는 웨브를 형성하기 위한 3층상(three-layered) 헤드박스가 포함되었다. 3층상 헤드박스에서의 두 외층은 Kimberly-Clark Corp.(Dallas, Texas 소재)의 남방 침엽수 표백 크라프트 펄프인 LL19 펄프로 제조된 희석 펄프 슬러리(대략 1%의 농도)를 포함하였다. 중심 층은, 희석 이전에 대략 4% 농도에서 45분간 펄프가공된, LL19펄프, 및 표백된 화학열기계 펄프(BCTMP: bleached chemithermomechanical pulp)의 50/50 혼합물로부터 제조되었다. 상기 BCTMP는 Millar-Western 500/80/00(Millar-Western, Meadow Lake, Saskatchewan, Canada 소재)로서 구입할 수 있다. 층상 웨브의 질량 분할은, 헤드박스의 층상 섹션에 대한 섬유 산출량에 기초하여, 52gsm의 기초 중량을 갖는 웨브에서, 양 외층에 대해서는 25%이고 내층에 대해서는 50%로서 이루어졌다.
웨브에는 습윤 강도 증강제 또는 전분이 전혀 첨가되지 않았다. 두 외층을 형성하는 슬러리에는 디본더가 추가되었다. 상기 디본더는, 건조 섬유 1톤당 5kg의 투여량으로 첨가되는, Hercules, Inc.(Wilmington, Delaware 소재)에 의해 제조된 4원 암모늄 화합물인 ProSoft TQ 1003이었다. 슬러리는 이후 미세 형성 직물 상에 퇴적되어 진공 박스에 의해 탈수됨으로써 대략 12%의 농도를 갖는 웨브를 형성하였다. 웨브는 이후, 두 직물 사이에 속도 차이가 별로 없이 제1 이송 지점에 서 진공 슈우를 사용하여 이송 직물로 이송되었다. 웨브는 추가로 제2 진공 슈우를 사용하여 제2 이송 지점에서 이송 직물로부터 직조 관통-건조 직물로 이송되었다. 사용된 관통 건조 직물은 Chiu et al.에게 허여된 미국 특허 제5,429,686호(본원에 원용됨)의 내용에 기초한 Lindsay Wire T-1203-1 디자인(Appleton Mills, Appleton, Wisconsin 소재의 Lindsay Wire Division)이었다. T-1203-1 직물은 성형 3차원 구조물을 생성하는데 잘 맞는다. 제2 이송 지점에서, 관통-건조 직물은 이송 직물보다 느리게 45%의 속도 차이로(45% 러시 이동) 이동하였다. 웨브는 이후 시트가 건조되는 후드형 관통 건조기내로 이동되었다. 건조된 시트는 이후 관통-건조 직물로부터 다른 직물로 이동되어, 다른 직물로부터 풀어졌다. 시트는 대략 1mm(44.2mil)의 두께, 대략 665grams/3in(50% 상대습도와 22.8℃에서 10in/min(25.4cm/min)의 크로스헤드 속도와 4인치(10.16cm) 조오 스팬(jaw span)으로 측정됨)의 기하 평균 인장 강도, 1.07의 MD:CD 인장 강도 비율, 및 9.9%의 CD 연신율을 갖는다.
예1에 개시된 Propheteer 2000 3색 라인의 권선해제 스탠드에, 주름형성되지 않은 웨브의 롤이 배치되었다. 플렉소그래픽 갭은 웨브의 상당한 치밀화 없이 베이스시트(대략 1mm 두께)를 수용하도록 조절되었다. HM-0727 접착제 및 Epolene™C-10 왁스에 의한 프린팅에 의하면, 도포된 핫멜트가 의도한 패턴에 가깝게 매치되지 못한 결과를 낳았다. 어느 정도의 출혈이 있는 것으로 나타났으며, 표면에는 수많은 섬유상 핫멜트 사(threads)가 존재하였다. 핫멜트의 이러한 분포가 반드시 바람직하지 않은 것은 아니다. 그러나, 플렉소그래픽 프린트 패턴에 대해 보다 근 사하게 일치하는 핫멜트의 주름 적용을 달성하기 위해, 패턴은 도5의 패턴에서 도트와 원을 제거함으로써 덜 미세하게 만들어졌다. 플렉소그래픽 플레이트 상의 육각형 내의 도트와 원의 제거는 핸드 드릴을 사용하여 롤의 한 섹션의 육각형 내부의 돌출된 구조물을 반복적으로 드릴링 제거함으로써 달성되었다. 플렉소그래픽 플레이트의 수정된 부분은 프린팅된 패턴의 해상도를 현저히 개선시켰다. 해상도는 웨브 내의 그 위치를 보다 명료하게 관찰하기 위해 핫멜트에 청색 안료를 첨가함으로써 확인되었다.
예3
합성 라텍스 에멀젼의 플렉소그래픽 프린팅을 나타내기 위해, Neenah, Wisconsin 소재의 Kimberly-Clark 파일럿 프린팅 설비에서 실행이 이루어졌다. 도13에 실질적으로 도시되어 있는 4-롤 플렉소그래픽 시스템이 사용되었으나, 통상 접착제는 한쪽면에만 도포되었다. 플렉소그래픽 시스템은 Wrightstown, Wisconsin 소재의 Retroflex, Inc.에 의해 제조되었다. 플렉소그래픽 플레이트는 도14a 내지 14c에 도시된 세 패턴으로 준비되었다.
예2에 따라 제조된 프린팅되지 않고 주름형성되지 않은 관통-공기 건조된 티슈의 롤이 권선해제 스탠드에 배치되었으며, 이 스탠드로부터 플렉소그래픽 프레스를 통해서 안내되었다. 플렉소그래픽 프린터는 0.003인치(0.0762mm)의 갭 오프셋을 갖는 한쪽면 도포용으로 구성되었다. 프린팅된 라텍스는 웨브가 380°F(193.33℃)로 세팅된 적외선 오븐(도13에는 도시되지 않음)을 통과할 때 건조되었다. 건조된 라텍스를 갖는 웨브는 이후 롤에 권선되었다. 권선해제 유닛, 플렉소그래픽 프린팅 시스템, 오븐 건조 및 경화 유닛, 재권선 유닛은 웨브 표면 속도의 매치를 위해 동기화되었다. 플렉소그래픽 패턴 프린트는 라텍스 프린트 매체를 베이스시트에 도포하였다.
백킹 롤에 대한 패턴 프린팅 플레이트 갭의 보정은 베이스시트에 대한 균일한 유체 도포를 위해 이루어졌다. 갭은 0.0085인치(0.216mm)로 측정되었으며, 원(raw) 캘리퍼(닙에 진입하는 웨브의 두께)는 전술한 L.S. Starrett Company(Athol, MA 소재)로부터의 Starrett™모델 No. 1010 휴대용 마이크로미터로 측정했을 때 32.2mil(0.818mm)이었다. 시스템에서는 11.0 내지 48.6의 원 캘리퍼가 가능했다. 플렉소그래픽 프린트 시스템은 대략 0.25pli(0.44N/cm) 이하와 같은 최소 임프레션 압력으로의 유연한 내구성 프린트 접촉을 가능하게 한다. 닙 폭(닙에서의 접촉의 기계 방향 길이)은 기계의 폭에 걸쳐서 균일하게 관측했을 때 대략 0.25인치(6.35mm)였다. 닙 폭은 사용되는 패턴 플레이트 재료의 듀로미터(Durometer) 경도치 또는 임프레션 압력에 기초했을 때 0.75를 초과할 수 있다.
도포된 라텍스는 Air Products(Allentown, PA 소재)에 의해 제조된 AirFlex™EN1165 라텍스였다. 라텍스 도포에 이어서, 프린팅된 티슈가 Emerson Speed Dryer Model 130(Portland, Maine 소재의 Emerson Apparatus)에서 300°F에서 경화되었다. 라텍스가 촉매 없이 사용되었기 때문에 고온에서의 경화가 필요했다.
라텍스는 대략 3-5%에서 100%까지의 중실 레벨이 사용될 수도 있지만, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%의 중실 레벨로 도포되었다. 라텍스의 건조 기간은 중실 레벨이 클수록 길어짐으로써 효과적인 처리를 더 어렵게 만든다. 주름형성되지 않 은 베이스시트에 대한 첨가 레벨은 대략 5% 내지 10%이며, 대략 7%가 통상적이다.
일반적인 백킹 롤은 베이스시트 상에 패턴 그래픽 임프레션을 완전히 지지하기 위한 100% 표면 매끄러운 스틸로 구성된다. 이중 프린팅시에, 각각의 패턴 롤은 베이스시트를 프린트하기 위해 지지용 대향 롤상에 얹힌다. 각각의 실행 시리즈에 있어서, 패턴 프린트 플레이트는, 41.16%의 그래픽 커버리지(프린팅 영역이 플레이트 표면적의 41.16%를 차지)를 제공함으로써 패턴 프린트 플레이트의 대략 59%가 비프린트 영역 또는 보이드인 도14b의 프린트 패턴을 사용하였다. 이 패턴에서, 육각형 셀의 한 변에서 대향하는 평행한 변까지의 폭은 3.8mm였으며, 라인 폭은 96.5미크론이었다. 양 패턴 프린트 플레이트는 배면 맞댐(back-to-back) 패턴의 부정합(non-registered) 정렬로 이동되었다. (정합된 배면 맞댐 패턴의 프린트 플레이트는 매칭된 정렬을 사용하고 패턴 프린트 플레이트의 전체 임프레션을 위한 100% 백킹 지지를 얻는 다른 셋업이다.) 이중 프린팅 시스템을 갖는 다양한 실행 조건하에서 티슈 웨브에 라텍스가 도포되었다.
일련의 실행에서, 35% 중실도의 라텍스가 도14a의 제어 패턴으로 도포되었다. 실행 조건은 갭 폭을 변경함으로써 이루어졌으며, 갭 폭이 클수록 가해지는 압력이 낮아져서 접착제는 티슈 웨브내로 덜 침투하게 된다. 인장 강도 결과가 도15에 도시된 표에 나타나 있으며, 여기에서는 갭이 0.002인치(0.0508mm) 또는 0.004인치(0.1016mm)로 감소되었을 때 인장 강도 및 연신율에 있어서 상당한 이득이 있음을 알 수 있다. 보고된 캘리퍼는 0.289psi(1.992kPa) 및 2.22인치(5.64cm) 직경 압반의 인가 하중으로 작동하는 Emveco Model 200A Electronic Microgage(Newberg, Oregon 소재의 EMVECO Inc.)로 한장의 시트에 대해 측정된 것이다. 인장 강도는 4인치(10.16cm) 게이지 길이, 3인치(7.62cm) 폭, 및 분당 10인치(25.4cm)의 크로스헤드 속도에서 측정되었다.
다른 일련의 실행에서는, 표2에 열거된 실행들을 행하기 위해, 몇가지 라텍스 중실도 레벨이 사용되었으며, 도14a 내지 14c에서의 모두 세개의 프린팅 패턴이 사용되었다. 결과적인 라텍스-프린팅된 티슈의 물리적 특성이 표3에 나타나 있다.
표2. 다양한 플렉소그래픽 패턴을 갖는 실행을 위한 조건
실 행 플렉소그래픽 패턴 스크린 밀도 라텍스 중실도
실행1 도14a 100% 35%
실행2 도14a 100% 45%
실행3 도14a 90% 45%
실행4 도14a 90% 35%
실행5 도14b 90% 35%
실행6 도14b 90% 45%
실행7 도14c 100% 45%
실행8 도14c 100% 35%
표3. 표2의 실행을 위한 측정된 특성

실 행		 캘리퍼
(mils)		 캘리퍼
보유율
n		 MD
인장강도
(grams)		 CD
인장강도
(grams)		 경화된
습윤CD
(grams)		 습윤/
건조
GMT
MD/CD
베이스시트 27.5 NA 670 503 - - 581 1.33
실행1 19.7 71.6% 1320 821 236 28.7% 1041 1.61
실행2 22 80.0% 1511 1076 325 30.2% 1275 1.40
실행3 20.2 73.5% 1245 1006 313 31.2% 1119 1.24
실행4 22.8 82.9% 1413 1071 312 29.2% 1230 1.32
실행5 22 80.0% 1471 1133 369 32.6% 1291 1.30
실행6 22.3 81.1% 1599 1226 482 39.4% 1400 1.30
실행7 22.4 81.5% 1453 1113 419 37.7% 1272 1.31
실행8 20.5 74.5% 1781 1305 486 37.3% 1524 1.37
라텍스에 의한 프린팅은 결과적으로 습윤 및 건조 인장 강도의 상당한 증가를 초래한다. 프린팅 방법은 결과적으로 벌크에 있어서 약간의 손실을 초래하는 바, 웨브의 캘리퍼의 대략 80%가 유지된다(벌크의 대략 20%가 손실되었음). 이론에 얽매이기를 원치 않는다면, 라텍스와 같은 수분함유 접착제의 사용은, 특히 웨브가 프린팅 도중에 또는 프린팅 이후에 압축될 때, 접착 재료에 의해 유지되는 웨브에 대해 추가 벌크를 부여하기 위해 웨브가 3차원 텍스처드 구조로 유지되고 있을 때 웨브에 접착제를 도포하는 것 또한 적어도 특히 웨브를 건조시키거나 경화시키는 것과 같은 벌크의 증대 또는 보존을 위한 추가 조치가 취해지지 않는 한 건조 벌크를 약간 붕괴시키는 결과를 초래하는 것으로 믿어진다. 더 큰 프린팅 갭과 더 탄성인 베이스시트는 더 큰 캘리퍼 보유를 생성할 수도 있다.
예시적인 목적으로 제공된 전술한 예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않음을 알아야 한다. 본 발명의 단지 몇가지 예시적인 실시예를 상세히 전술하였으나, 당업자라면 본 발명의 신규한 기술사상 및 장점으로부터 실질적으로 벗어남이 없이 예시적 실시예에 있어서의 다양한 변형이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 변형예들은 후술하는 청구범위 및 그 균등범위에서 한정되는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 간주되어야 한다. 또한, 일부 실시예의 장점 모두를 달성하지 않는 여러가지 실시예들이 있을 수 있으며, 특별한 장점이 없다고 해서 그러한 실시예가 본 발명의 범위를 벗어남을 반드시 의미하는 것으로 간주되어서는 안 된다.

Claims (92)

  1. 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법이며,
    페이퍼 웨브를 제공하는 단계와,
    상기 웨브의 한쪽 면에 접착 재료를 패턴으로 플렉소그래픽 프린팅하는 단계와,
    상기 페이퍼 웨브를 돌출 웨브 부분의 패턴에 의해 규정되는 3차원 상태로 성형하는 단계와,
    상기 접착 재료를 경화시키는 단계를 포함하고,
    상기 프린팅하기 위한 방법은 웨브 상에 0.2 내지 30psi의 피크 압력을 가하고, 상기 접착 재료는 20rpm에서 20 poise 이상의 브룩필드(Brookfield) 점도를 갖고, 상기 접착 재료는 라텍스 접착제, 핫멜트(hot melt) 접착제, 감압성 접착제, 고무 기초 접착제, 및 아크릴 접착제로 구성된 그룹에서 선택되고,
    상기 접착 재료는 경화된 접착 재료가 웨브의 3차원 상태를 2차원 상태로 이완(relax)시키는 것을 방지하도록 웨브 상에 배치되고, 접착 재료가 프린팅된 상기 페이퍼 웨브의 한쪽 면은 형성된 페이퍼 제품의 노출 외측 면인, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
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  3. 제1항에 있어서, 플렉소그래픽 프린팅 방법은 상호맞물림(interdigitating) 롤을 포함하는 프린팅 닙을 통해 웨브를 안내하는 단계를 포함하는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 웨브는 프린팅 닙에서 미세변형되는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착 재료는 핫멜트 접착 재료이며, 페이퍼 웨브 상에 프린팅될 때 1000cp(centipoise) 이상의 점도를 갖는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  7. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린팅 방법은 웨브 상에 100psi(689kPa) 미만의 피크 압력을 가하는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 저압 프린팅 방법을 사용하여 웨브의 다른쪽 면에 접착 재료를 프린팅하는 단계를 추가로 포함하는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서, 접착 재료의 패턴은 웨브의 표면에 걸쳐서 불균일한(heterogeneous), 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  10. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨브는 둘 이상의 플라이(plies)를 포함하는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  11. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨브는 주름형성되지 않은(uncreped) 티슈 웨브를 포함하는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  12. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨브는 주름형성된(creped) 티슈 웨브를 포함하는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  13. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨브는 1.5kPa 내지 50kPa의 성형 압력을 받아서 성형되는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  14. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨브는 성형 기판에 대해 웨브가 가압됨으로써 3차원 상태로 성형되는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 웨브는 공압적 힘에 의해 성형 기판에 대해 가압되는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 성형 도중의 웨브에 걸친 차등 압력은 1 내지 200kPa인, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 접착 재료의 패턴은 돌출 웨브 부분의 주 곡률 영역의 적어도 일 부분을 포함하는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 접착 재료의 패턴은 돌출 웨브 부분의 베이스를 포함하는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  19. 제3항에 있어서, 상기 플렉소그래픽 프린팅 방법은 임프레션 실린더를 구비하지 않는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  20. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 페이퍼 웨브는 제지 섬유를 포함하고, 페이퍼 웨브의 제1 측면에 제1 표면 깊이를 갖고,
    프린팅된 페이퍼 웨브는 웨브의 제1 측면에 제2 표면 깊이를 갖고, 상기 제2 표면 깊이는 상기 제1 표면 깊이보다 적어도 0.04mm 큰, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  21. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 페이퍼 웨브는 제지 섬유를 포함하고, 적어도 0.2mm의 표면 깊이를 갖는 반복적인 3차원 구조의 제1 표면을 갖고,
    경화된 접착 재료는 페이퍼 웨브의 표면 위로 적어도 0.03mm 돌출하는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  22. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 페이퍼 웨브는 3㎤/gram 보다 큰 벌크를 갖는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
  23. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 페이퍼 웨브는 10ft3/min(4.72 liter/sec)보다 큰 프라지어 공기 투과율을 갖는, 페이퍼 웨브 상에 접착 재료를 프린팅하기 위한 방법.
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