KR101102093B1 - 제지 펠트 - Google Patents

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KR101102093B1
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타카시 오오우치
히로유키 오다
히로후미 무라카미
타카오 야자키
요시아키 이토
유야 타카모리
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이치가와 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 기본적인 기능들이 잘 균형잡히고, 습지필 이송 결핍이 전혀 없고, 프레스 압력 및 수압의 영향이 탈수되는 습지필에 거의 전달되지 않는 펠트의 자유 공간이 운전 개시부터 초기 워밍업에 적당한 양으로 설정되어 초기 워밍업 기간이 단축되고, 수분 투과성의 조기 감소로 인해 그리고 과도한 치밀화 및 먼지의 축적에 따른 압축성을 유지하기 위한 능력의 결핍으로 인해 탈수성이 저하되지 않는 제지 펠트를 제공함에 있다. 상기 목적은 기재(1) 및 상기 기재의 습지필 운반측의 층에 마련된 배트층(2,3)으로 이루어지며, 상기 펠트의 배트층(2)에는 수분 흡수 수지(4)가 포함되어 있는 제지 펠트에 의해 달성된다. 상기 기재는 엔드리스 형태를 가질 수 있거나, 개방 단부 펠트가 제지 기계에서 엔드리스 형태로 연결될 수 있다. 상기 펠트내 수분 흡수 수지는 전면 배트층 (2; 도 2)에 머무를 수 있거나, 기재(1) 또는 후면 배트층(3; 도 2)에 도달할 수도 있다.

Description

제지 펠트{PAPERMAKING FELT}
본 발명은 습지필(wet paper web)상에 놓여져서 제지 기계의 한 쌍의 회전 롤 또는 롤(roll) 및 슈(shoe)에 의하여 습지필의 내부로부터 물을 짜내기 위해 사용되는 제지 펠트(papermaking felt; 이하, "펠트"라고도 함)에 관한 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 제지 기계의 초기 워밍업 기간(initial warming-up period) 내지 일정한 생산이 가능한 최대 속도 동작 기간을 포함한 기간동안 습지필로부터 물을 짜내는 능력을 개선하기 위한 제지 펠트에 관한 것이다.
종래에, 제지 공정의 제지 기계는 외이어부, 프레스부 및 지필(paper web)을 탈수하기 위한 건조부를 구비한다. 이들 부분들은 습지필이 운반되는 순서로 구비된다. 즉, 와이어부, 프레스부 및 건조부의 순서로 구비된다. 습지필이 탈수되는 동시에, 와이어부, 프레스부 및 건조부에 각각 마련된 하나의 제지 장치로부터 다음 제지 장치로 이송되어 최종적으로 건조부에서 건조된다.
탈수용 제지 장치는 이들 부분들의 각각에 대응하도록 구비된다. 프레스부에 구비된 프레스기는 습지필이 이송되는 방향으로 직렬로 배열된 복수의 프레스기들을 포함한다.
각각의 프레스기는 엔드리스 펠트(endless felt)를 포함하거나 또는 제지 기계에서 연결함으로써 엔드리스 펠트가 되는 개방 단부 펠트(open-ended felt)를 포함하고, 한 쌍의 롤(즉, 롤 프레스) 또는 롤 및 슈(즉, 슈 프레스)를 프레스로서 포함한다. 상기 롤들 또는 롤 및 슈는 서로 마주보고 펠트의 일부분을 각각 위 및 아래로부터 끼우도록 구비된다. 롤들에 의해 또는 롤과 슈 사이에서 실질적으로 동일한 속도 및 방향으로 이동하는 펠트에 의해 이송되는 습지필에 압력이 인가됨으로써, 습지필의 수분이 짜내어져서 펠트에 연속적으로 흡수된다.
또한, 이러한 유형의 제지 기계들 중에는, 롤들 사이에서 압착과 동시에 핀칭(pinching)을 위해 프레스부의 프레스기에 마련된 롤 프레스 기구(습지필이 펠트(들)의 일부분의 사이에서 유지됨)를 갖는 것들과, 롤과 슈 사이에서 압착과 동시에 핀칭을 위해 프레스부의 프레스기에 마련된 슈 프레스 기구(습지필이 펠트(들)의 일부분의 사이에서 유지됨)를 갖는 것들이 있다.
상기 펠트는 기재 및 (a) 배트층(들)(batt layer(s))로 이루어진다. 상기 배트층(들)은 기재의 습지필 운송측 및 프레스 롤측 모두에 마련되거나 또는 습지필 운송측에만 마련된다. 상기 배트층은 니들 펀칭을 통해 배트 섬유(batt fiber)를 기재와 서로 얽히게 통합함으로써 제조된다. 근본적으로 상기 펠트는 습지필로부터 물을 짜내는 기능(물을 짜내는 능력), 습지필의 평활성(smoothness)을 증가시키는 기능 및 습지필을 이송하는 기능을 갖는다.
그 중에서도, 펠트에서 중요하다고 판단되는 것은 습지필을 탈수시키는 기능으로서, 롤들의 사이 또는 롤과 슈 사이에 압력을 가함으로써 습지필로부터 펠트로 이동한 물을 펠트계의 외부로 배출하기 위해 압축성 및 수분 투과성(펠트내의 적당한 자유 공간 체적에 따른)을 유지하기 위한 능력이다.
상기 적당한 자유 공간 체적(free space volume)은 제지 기계의 일정 속도 동작 동안의 자유 공간 체적이다. 생산성의 관점에서, 동작 속도를 신속히 안정화하는 것이 중요한데, 이러한 안정화가 일어날때 까지의 시간은 초기 워밍업 기간(initial warming-up period)이라 한다. 초기 워밍업 기간은 제지 기계의 조작 조건에 따라 다르지만, 일반적으로는 1일 내지 2일, 길어야 5일이 필요하다. 특히, 그 대표적인 예가 Tandem-Nipco Flex 제지 기계인 무장력 직선통과형(no-draw straight-through type)인 습지 이송 방법의 경우, 초기 워밍업 기간을 단축하고 동작 속도를 증가시키는 것이 중요하다.
이러한 관점에서 여러가지 종래의 펠트들이 개발되어 왔다. 예를 들어, 펠트가 제조된후, 일반적으로 알려진 방법은 압력을 인가하여 후속 공정동안 펠트를 더욱 얇게하고 밀도를 증가시키는 것이다. 또한, 압착 효과를 증가시키기 위하여 가열 매체에 의해 가열된 롤과 펠트를 접촉시키는 경우도 있다. 그 동작 기구는 펠트내 자유 공간 체적을 감소시키고 프레스부에 수용된 압착력의 습지필로의 전달을 촉진하기 위한 것이다.
특허 문헌 (JP, T, 2005-524002)에는 펠트를 중합체 물질로 처리한 후 매끄럽게 하는 치밀화(compacting) 방법이 기재되어 있다. 이러한 구조의 펠트는 조작 개시부터 치밀화되므로, 제지 기계의 초기 워밍업 기간이 단축된다.
그럼에도 불구하고, 특허 문헌 1에 따른 폴리우레탄, 폴리카보네이트우레탄, 폴리아크릴레이트, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 또는 이들의 혼합 중합체를 이용한 제지 펠트는 상기 중합체의 접착력 및 응집력으로 인해 치밀화될 수 있긴 하지만, 펠트 전체에 강성(stiffness)이 부여된다. 강성이 너무 크게되면, 압착하의 압착/회복 거동이 억제되고, 충분한 습지필 탈수 성능이 얻어질 수 없다. 또한, 펠트가 제지 기계에 위치하는때, 펠트를 롤들 사이의 좁은 공간에 수동으로 끼우는 작업이 어렵고, 펠트를 로딩하는 것이 용이하지 않다는 문제점도 있다.
특허 문헌 2 (JP, A, 02-127585)에는, 발포 수지를 펠트 표면상에 코팅하고 이를 건조 및 경화하기 위한 제조 방법이 기재되어 있다. 이러한 구조의 펠트의 경우, 발포 수지로 인해 다공성 접촉 영역을 갖는 펠트 표면이 습지필로부터 물을 제거한다.
그럼에도 불구하고, 특허 문헌 2에 기재된 펠트의 경우, 처음에는 습지필로부터 짜내어지는 수분을 다공성 부분이 수용할 수 있지만, 프레스 롤의 반복된 압력의 직접적인 영향하에서, 그 다공성 부분을 포함하는 펠트는 점차적으로 치밀화된다. 상기 발포 수지층이 치밀화되는 때, 수분 투과성이 감소하고, 습지필로부터 수지층에 먼지가 축적되는 경우, 습지필로부터 수분을 수용하는 것이 불가능하기 때문에 탈수 능력(water squeezing capability)이 저하된다는 문제점이 있다.
동일 유형의 발포 수지를 이용하는 특허 문헌 3 (JP, A, 2005-146443)은 펠트 기재상의 습지필 접촉층 내부의 발포 겔(foam gel)에 의해 층(벽 구조)을 제공하는 생산 방법을 제안하고 있다. 압력 분산성이 양호한 이러한 구조의 펠트의 경우, 기재 직물 마킹(base fabric marking)이 방지되고 습지필의 표면 평활성이 개선된다.
그럼에도 불구하고, 특허 문헌 3에 기재된 펠트의 경우, 겔 발포층이 프레스 롤과 직접 접촉하지는 않지만, 특허 문헌 2에서와 동일한 문제점이 있다.
특허문헌 4 (JP, A, 56-53297)에 기재된 펠트의 경우, 아크릴산 나트륨-아크릴아미드 공중합체 섬유의 소수성으로 인해 초기 워밍업 기간이 단축되는 것으로 예상된다.
그럼에도 불구하고, 특허문헌 4에 기재된 펠트의 경우, 아크릴산 나트륨-아크릴아미드 공중합체 섬유의 내구성이 낮기때문에, 탈수능을 유지하기 위한 능력이 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 상기 저내구성의 섬유가 펠트로부터 벗겨져서 종이에 부착되어 인쇄동안 방해가 된다는 문제점이 있다.
인용 문헌 목록
특허 문헌
[특허문헌 1] JP, T, 2005-524002
[특허문헌 2] JP, A, 02-127585
[특허문헌 3] JP, A, 2005-146443
[특허문헌 4] JP, A, 56-53297
이러한 유형의 종래의 펠트의 경우, 초기 워밍업 기간이 짧지만, 조작 개시부터 얇게 만들어진 펠트 내부의 자유 공간이 감소되기 때문에, 사용동안에 받은 반복된 압력에 의해 펠트가 찌부러지고 사용가능한 두께의 한계에 신속히 도달하므로, 습지필이 충분히 탈수될 수 있는 시간이 짧다는 문제점이 있다.
또한, 자유 공간을 더욱 더 감소시키기 위하여 생산 공정동안 압착력을 증가시키는 경우, 펠트를 구성하는 섬유들이 서로 부딪치고, 섬유들이 섞이는 지점에서 압력 흔적이 남고 강도가 저하되기 때문에 섬유가 손실되는 염려가 있다.
본 발명의 목적은 초기 워밍업 기간을 단축하고 일정한 동작 속도를 확보하는 상반되는 과제를 해결함에 있다.
특히, 본 발명의 목적은 기본적인 기능들이 잘 균형잡히고, 멘더링(meandering)에 의한 습지필 이송 결핍이 전혀 없고, 프레스 압력 및 수압의 영향이 탈수되는 습지필에 거의 전달되지 않는 펠트의 자유 공간이 운전 개시부터 초기 워밍업에 적당한 양으로 설정되어 초기 워밍업 기간이 단축되고, 수분 투과성의 조기 감소로 인해 그리고 과도한 치밀화 및 먼지의 축적에 따른 압축성을 유지하기 위한 능력의 결핍으로 인해 탈수성이 저하되지 않는 제지 펠트를 제공함에 있다.
본 발명은 제지 펠트에 수분 흡수 수지를 포함시킴으로써, 수분 흡수후 펠트내의 자유 공간 체적을 적절히 확보하고 압축성을 유지하는 것이 가능하다는 것을 발견함으로써 만들어졌고, 이에 기초하여 본 발명이 완성되었다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기재(base material) 및 최소한 하나의 습지필 적층측의 배트층(wet paper web stacking side batt layer)으로 이루어진 제지 펠트 배트층에 수분 흡수 수지(water-absorbing resin)가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 하기의 기술에 기초한다.
(1) 기재의 일면 또는 양면에 배트층이 구비되어 있고, 수분 흡수 계수가 1.05 내지 10인 수분 흡수 수지가 상기 배트층에 포함되어 있는 제지 펠트.
(2) 상기 (1)에 따른 제지 펠트에 있어서, 상기 수분 흡수 수지는 성분[a]의 화합물들로부터 선택된 폴리이소시아네이트 화합물(들)을 성분[b]의 화합물들로부터 선택된 폴리올 화합물(들)과 반응시켜서 얻은 우레탄 구조체를 포함한다:
[a] 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데카메틸렌 디이소시아네이트, 1-이소시아네이트-3-이소시아네이트메틸-3,5,5-트리메틸시클로헥산 (이소포론 디이소시아네이트), 비스-(4-이소시아네이트시클로헥산)메탄(수소화 MDI), 4,4'-메틸렌 비스(페닐 이소시아네이트), 톨일렌-디이소시아네이트(tolylene-diisocyanate), 실릴렌-디이소시아네이트, 테트라메틸실릴렌-디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, p-페닐렌-디이소시아네이트, 시클로헥산 디이소시아네이트, 2- 및 4-이소시아네이트 시클로헥실-2'-이소시아네이트 시클로헥실 메탄, 비스-(이소시아네이트 메틸)-시클로헥산, 및 비스-(4-이소시아네이트-3-메틸 시클로헥실)메탄으로부터 선택된 한 종 이상의 폴리이소시아네이트 화합물;
[b] 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜, 폴리펜틸렌 글리콜, 폴리헥실렌 글리콜, 글리세린, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 헥산트리올, 및 펜타에리트리톨로부터 선택된 한 종 이상의 폴리에테르 폴리올, 및/또는 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 아젤라산, 세바신 산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 리시놀레산, 및 e-카프로락톤으로부터 선택된 한 종 이상의 폴리에스테르 폴리올, 및 에틸렌 글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 3-메틸-1,5-프로판디올, 글리세린, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 헥산트리올, 및 펜타에리트리톨로부터 선택된 한 종 이상의 화합물, 및/또는 C6-호모-카보네이트 디올, C5/C6 공중합 폴리카보네이트 디올, 및 C4/C6 공중합 폴리카보네이트 디올로부터 선택된 한 종 이상의 폴리카보네이트 폴리올, 및/또는 아크릴 폴리올로부터 선택된 한 종 이상의 폴리올 화합물.
(3) 상기 (2)에 따른 제지 펠트에 있어서, 상기 수분 흡수 수지는 상기 성분[b]의 폴리올 화합물을 카르복실산 나트륨염, 카르복실산 칼륨염, 설폰산 나트륨염, 설폰산 칼륨염, 및 4차 할로겐화 암모늄염으로부터 선택된 화합물과 반응시켜서 얻은 하나 이상의 구조체를 포함한다.
(4) 상기 (1)에 따른 제지 펠트에 있어서, 상기 수분 흡수 수지는 하기의 화합물들로부터 선택된 화합물을 포함한다: 측쇄 및/또는 말단에서 수소, 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 히드록시기, 폴리에테르기, 폴리글리세롤기, 아미노기, 에폭시기, 카르복시기, 아미드기, 메타크릴레이트기, 머캅토기 및 N-알킬피롤리돈기로부터 선택된 하나 이상의 작용기를 갖는 사슬 또는 고리형 실리콘 화합물로부터 선택된 한 종 이상의 화합물; 아크릴로니트릴, 아크릴산, 아크릴아미드, 메틸 메타크릴레이트, 비닐 아세테이트, 비닐 설폰산, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 소듐 모노클로로아세테이트, 소듐 폴리아크릴레이트, 에피클로로히드린, 및 스티렌 설폰산으로부터 선택된 한 종 이상의 화합물을 전분상에 부가 반응시켜 얻은 구조체를 포함하는 화합물; 자체 가교된 전분의 구조체를 포함하는 화합물; 아크릴로니트릴, 소듐 모노클로로아세테이트, 소듐 폴리아크릴레이트, 에피클로로히드린, 및 스티렌 설폰산으로부터 선택된 한 종 이상의 화합물을 카르복시메틸 셀룰로오스상에 부가 반응시켜 얻은 구조체를 포함하는 화합물; 자체 가교된 카르복시메틸 셀룰로오스의 구조체를 포함하는 화합물; 히알루론산 및/또는 아가로스가 붕소 및/또는 알루미늄 이온과 가교되어 있는 구조를 포함하는 화합물; 자체 가교된 히알루론산 및/또는 아가로스의 구조체를 포함하는 화합물; 아크릴산 및 소듐 폴리아크릴레이트로부터 선택된 화합물이 폴리비닐 알콜상에 그라프트 중합되어 있는 구조체를 포함하는 화합물; 자체 가교된 폴리비닐알콜의 구조체를 포함하는 화합물; 아크릴산, 아크릴산나트륨, 메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 비닐 알콜, 이소프로필아크릴아미드, 및 메틸렌-비스-아크릴아미드로부터 선택된 한 종 이상의 화합물이 공중합되어 있는 구조체를 포함하는 아크릴 공중합체 화합물; 아크릴산 및 아크릴산나트륨이 폴리우레탄상에 그라프트 공중합되어 있는 구조체를 포함하는 화합물; 메타크릴산 및 이소프로필아크릴아미드로부터 선택된 화합물이 공중합되어있는 구조체를 포함하는 메틸렌-비스-아크릴아미드 공중합체 화합물; 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 및 2,3-디히드록시프로필 메타크릴레이트로부터 선택된 화합물이 공중합되어 있는 구조체를 포함하는 히드록시 메타크릴레이트 공중합체 화합물; 자체 가교된 히드록실 메타크릴레이트 공중합체 화합물, 이소프로필아크릴아미드 및 디메틸아크릴아미드의 구조체를 포함하는 화합물로부터 선택된 화합물이 헥토라이트에 의해 조절되어있는 나노복합체 히드로겔.
(5) 상기 (1) 내지 (4)중 어느 하나에 따른 제지 펠트에 있어서, 한 종 이상의 가교제[c] 성분이 상기 수분 흡수 수지와 부가하여 가교반응한다.
(6) 상기 (5)에 따른 제지 펠트에 있어서, 상기 가교제[c] 성분은 에틸렌 글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜, 비스페놀 A, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 프로판트리올(글리세린), 부탄트리올, 펜탄트리올, 헥산트리올, 시클로펜탄트리올, 시클로헥산트리올, 에리트리톨, 펜타에리트리톨, 디글리세린, 소르비톨, 만니톨, 수크로스, 트리에탄올아민, 에탄올아민, 암모니아, 에틸렌디아민, 프로판디아민, 부탄디아민, 헥산디아민, 디에틸 톨루엔디아민, 디메틸-티오-톨루엔디아민, 4,4'-비스(2-클로로아닐린), 4,4'-비스(sec-부틸아미노)-디페닐메탄, N,N'-디알킬디아미노-디페닐메탄, 4,4'-메틸렌디아닐린, 4,4'-메틸렌-비스(2,3-디클로로아닐린), 4,4'-메틸렌-비스(2-클로로아닐린), 4,4'-메틸렌-비스(2-에틸-6-메틸아닐린), 트리메틸렌-비스(4-아미노벤조에이트), 폴리(테트라메틸렌 옥사이드)-디-p-아미노벤조에이트, 페닐렌디아민, 이소포론 디아민, 4,4'-메틸렌 비스(2-메틸시클로헥산-1-아민), 4,4'-메틸렌 비스(시클로헥산 아민), 비스(아미노메틸)시클로헥산, 크실렌 디아민, 이미노비스-프로필아민, 비스(헥산메틸렌)트리아민, 트리에틸렌 테트라민, 테트라에틸렌 펜타민 , 펜타에틸렌헥사민, 디프로필렌 트리아민, 아미노에틸에탄올아민, 피페라진(piperazine), 트리(메틸아미노)헥산, 멜라민, 멜라민과 포름알데히드의 중축합물, 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, N-메틸올 (메타)아크릴아미드, 글리시딜 (메타)아크릴레이트, N,N-메틸렌 비스(메타)아크릴아미드, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 디에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 글리세린 디글리시딜 에테르, 글리세린 트리글리시딜 에테르, 부탄디올 디글리시딜 에테르, 헥산디올 디글리시딜 에테르, 시클로헥산 디메탄올 디글리시딜 에테르, 트리메틸올프로판 디글리시딜 에테르, 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 폴리글리시딜 에테르, 및 비스페놀 A 디글리시딜 에테르로부터 선택된 한 종 이상의 화합물이다.
(7) 상기 (1) 내지 (6)중 어느 하나에 있어서, 상기 수분 흡수 수지의 건조 수지 중량은 상기 수지를 포함하기 전의 펠트 중량의 0.5 내지 30 중량%이다.
(8) 상기 (1) 내지 (7)중 어느 하나에 있어서, 상기 수분 흡수 수지는 산화티타늄, 카올린, 클레이, 탈크 등의 한 종 이상의 충진제(filler)를 포함한다.
본 발명에 따른 제지 펠트에 있어서, 수분 흡수 수지의 수분 흡수 작용으로 인해, 펠트내의 자유 공간 체적이 감소되어 프레스 압력 및 수압의 영향이 습지필에 거의 전달되지 않고, 초기 워밍업 기간이 단축된다.
또한, 물에 의해 팽윤되는 상기 수지의 유연성 및 내구성 때문에 압축성이 유지되므로, 그 배수 능력이 유지될 수 있는 동시에, 하기의 실시예에서 나타내는 바와 같이 탄성을 유지하기 위한 능력이 개선된다.
도 1은 수분 흡수 수지가 전면(습지필 접촉면) 배트층에 위치하는 본 발명에 따른 펠트를 도시한다.
도 2는 수분 흡수 수지가 전면 배트층으로부터 후면 배트층에 도달하는 본 발명에 따른 펠트를 도시한다.
첨부 도면은 본 발명에 따른 제지 펠트의 일례를 도시한다. 그러나, 본 발명이 첨부도면에 도시된 특정의 예로 제한되는 것은 아니다.
첨부도면에 도시한 제지 펠트의 예는 기재(1), 배트층(2), 및 상기 기재의 프레스 롤 측에 배치된 후면 배트층(3)을 포함한다. 도 1에서, 수분 흡수 수지는 습지필 운송측의 배트층(2)에 위치하고, 도 2에서, 수분 흡수 수지는 프레스 롤 측의 배트층(3)에 도달한다. 상기 습지필 측의 배트층(2)은 배트 섬유를 포함하고 상기 배트 섬유로 형성된 공간의 일부를 채우는 수분 흡수 수지를 포함한다.
일반적으로, 제지 펠트는 기재를 개재한 배트층들로 이루어진다. 일반적으로, 상기 기재는 세로방향사(machine direction yarn) 및 가로방향사(cross machine direction yarn)로부터 직기 등에 의해 직조된 직물이다.
상기 기재의 세로방향 및 가로방향사 및 배트 섬유의 제조를 위해 사용된 재료의 예로는 폴리에스테르(폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등), 폴리아미드(나일론 6, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612 등), 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리프로필렌, 아라미드, 폴리에테르에스테르케톤, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 면, 울, 금속 등이 있다.
<수분 흡수 수지의 유형>
수분 흡수 수지로서는, 수분 흡수 계수가 1.05 내지 10인 천연 중합체 또는 합성 중합체의 한 종 이상의 수분 흡수 수지가 사용될 수 있다.
천연 중합체형 수분 흡수 수지중에서, 전분계의 예로는 전분상에 단량체(들)을 부가 반응시키거나 전분에 이온화 방사선을 조사하여 가교를 유도함으로써 얻은 수분 흡수 수지가 있으며, 상기 단량체는 아크릴로니트릴, 아크릴산, 아크릴아미드, 메틸 메타크릴레이트, 비닐 아세테이트, 비닐 설폰산, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 소듐 모노클로로아세테이트, 소듐 폴리아크릴레이트, 에피클로로히드린, 스티렌 설폰산 등과 같은 일반적으로 알려진 단량체일 수 있다.
셀룰로오스계 수분 흡수 수지의 예로는 CMC상에 단량체(들)을 부가 중합시키거나 CMC에 이온화 방사선을 조사하여 가교를 유도함으로써 얻은 수분 흡수 수지가 있으며, 상기 단량체의 예로는 아크릴로니트릴, 소듐 모노클로로아세테이트, 소듐 폴리아크릴레이트, 에피클로로히드린, 스티렌 설폰산 등이 있다.
다당류계 수분 흡수 수지의 예로는 히알루론산 또는 아가로스를 붕소나 알루미늄 등의 다가 이온과 가교시키거나 이온화 방사선을 조사하여 가교를 유도함으로써 얻은 수분 흡수 수지가 있다.
합성 중합체형 수분 흡수 수지중에서, PVA계 수지의 예로는 PVA상에 단량체(들)을 부가 중합시키거나 PVA에 이온화 방사선을 조사하여 가교를 유도함으로써 얻은 수분 흡수 수지가 있다. 상기 단량체의 예로는 아크릴산, 폴리아크릴산 나트륨 등이 있다.
아크릴산의 예로는 아크릴아미드 공중합체(공중합 단량체의 예로는 아크릴산 나트륨, 아크릴산, 비닐 알콜, 이소프로필아크릴아미드, 메틸렌 비스 아크릴아미드 등이 있음), 아크릴산 공중합체(공중합 단량체의 예로는 아크릴산 나트륨, 아크릴로니트릴 등이 있음), 메틸렌 비스 아크릴아미드 공중합체(공중합 단량체의 예로는 메타크릴산, 이소프로필아크릴아미드 등이 있음), 또는 이온화 방사선을 조사하여 가교시킨 폴리아크릴산 나트륨이 있다.
이들 외에도, 아크릴아미드 유도체(NIPA, DMAA) 단량체가 무기 성분(헥토라이트)으로 조절되어 있는 NC 겔을 사용할 수도 있다.
우레탄계 수분 흡수 수지의 예로는 에틸렌 옥사이드 단독 또는 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 다가 알콜상에 부가 중합하여 얻은 친수성 폴리올을 폴리이소시아네이트와 반응시켜 얻은 변성 폴리올, 전분, PVA 등의 수분 흡수 수지를 폴리올과 혼합하고 이소시아네이트 등과 반응시켜서 얻은 혼합 폴리올 등이 있다.
이들 중에서, 에틸렌 옥사이드(EO) 및 프로필렌 옥사이드(PO)를 다가 알콜상에 부가 중합하여 얻은 친수성 폴리올을 폴리이소시아네이트와 반응시켜서 얻은 수분 흡수 수지가 바람직하다.
전술한 폴리이소시아네이트의 예로는 방향족, 지방족 또는 지환족 폴리이소시아네이트, 예를 들어, 톨일렌 디이소시아네이트(TDI), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 2,4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 및 이들의 혼합물이 있다.
전술한 폴리올의 예로는 EO 또는 PO를 방향족 다가 알콜상에 부가 중합하여 얻은 방향족 친수성 폴리올이 있다. 바람직한 방향족 다가 알콜은 4,4'-디히드록시 페닐 설폰, 레소르신, 1,4-비스 히드록시에톡시 벤젠이다.
이들 중에서, 옥시에틸렌기의 양이 폴리옥시 알킬렌 중량의 40 내지 100 중량%인 폴리에테르 폴리올, 및 분자량이 1000 이하이고 옥시에틸렌 기의 양이 폴리옥시알킬렌 중량의 0 내지 30 중량%인 폴리에테르 폴리올을 반응시켜서 얻은 폴리에테르 폴리올이 바람직하다.
<수분 흡수 수지의 형태>
제지 펠트의 배트층에 포함되는 수분 흡수 수지의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 입자 형태 또는 분산된 필름 형태일 수 있다. 그러나, 수분 흡수후 시이트와 같은 연속적인 필름층을 형성하여 수분 투과성을 저해하는 수분 흡수 수지는 바람직하지 않다.
<수분 흡수 계수>
수분 흡수 계수는 하기의 방법에 따라 측정한다.
1. 105 ℃에서 1 시간동안 건조후 0.01 g의 정밀도까지 측정한 시편(수분 흡수지)의 중량은 M1으로 정의한다.
2. 적당한 양(예를 들어 100 g)의 시편을 부직포의 백(bag)들에 채우고, 부직포 백들을 20 ± 2 ℃의 충분량의 순수로부터 얻은 침적액에 완전히 침적시킨다.
3. 상기 시편을 함유한 부직포 백들을 침적액으로부터 1 시간 간격으로 꺼내고 회전식 탈수기(Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd. 제조의 시이트 형성장치(Sheet Former))에 넣는다.
4. 상기 시이트 형성 장치의 회전 속도를 1500 m/min의 규정 속도가 얻어지도록 설정하고, 속도가 상기 설정값에 도달한 후(12초 후) 탈수를 규정 시간(5 분) 동안 실시한다.
5. 탈수를 5 분간 계속한 후, 제동을 인가하여 원심 탈수를 멈춘다. 탈수된 부직포 백 및 시편의 총 중량을 0.01 g의 정밀도까지 측정한다.
6. 다음에, 상기 단계 3 내지 5 를 반복하고, 중량이 더 이상 증가하지 않을 때 시편 및 부빅포 백의 총 중량을 M2로 정의한다.
7. 부직포 백 단독을 순수한 물에 침적시키고, 상기 단계 3 내지 5에 따라 측정한 부직포 백의 중량을 S1으로 정의하고, 수분 흡수 계수값을 하기 식에 따라 게산한다:
수분 흡수 계수 = (M2 - S1) / M1.
수분 흡수 계수는 1.05 내지 10 인 것이 바람직하다.
이러한 수분 흡수 수지가 제지 펠트에 포함되는 위치는 특별히 제한되지 않으나, 습지필 운반측의 배트층으로부터 기재에 걸친 영역에 포함되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 수분 흡수 수지는 단지 습지필 운송측의 배트층(2), 습지필 운송측의 배트층(2) 내지 프레스 롤측의 배트층(3)에 걸친 영역, 습지필 운송측의 배트층(2) 내지 기재(1)에 걸친 영역, 또는 프레스 롤측의 배트층(3) 내지 기재(1)에 걸친 영역에 포함될 수 있다.
펠트에 수분 흡수 수지를 포함시키기 위한 방법으로는 수분 흡수 수지 입자를 수용액에 분산시켜 얻은 수성 분산액을 이용하여 펠트를 코팅-함침, 스프레이 코팅, 블레이드 코팅하는 등의 방법이 있다.
수분 흡수 수지를 펠트에 견고하게 유지시키기 위하여 필요한 경우 가교제를 사용할 수 있다. 상기 가교제는 전술한 수성 분산액에 분산된 형태로 코팅된 다음, 가열 또는 전자 빔 조사를 통해 가교 반응이 실시된다. 상기 가교제의 예로는 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트, N-메틸올 (메타)아크릴아미드, 글리시딜 (메타)아크릴에이트, 폴리에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, N,N-메틸렌 비스(메타)아크릴아미드 등 및 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 지방 다가 알콜 등의 디글리시딜 에테르 또는 폴리글리시딜 에테르, 및 이들의 혼합물이 있다. 또한, 한 종 이상의 가교제를 사용할 수도 있다.
섬유와는 별도로 제지 펠트에서 얻어질 수 있는 자유 공간 체적은 초기 워밍업 기간으로부터 동작 속도가 최고 속도 영역(이 영역에서는 최종 동작 기간에 도달할 때까지 일정한 생산이 가능함)으로 전이되는 기간을 포함한 기간에 걸쳐서 일정한 체적으로 유지되는 것이 바람직하다. 따라서, 펠트로부터 수분 흡수 수지의 손실 속도는 습지필로부터 제거된 물의 양 및 동작 조건을 고려하여 제어될 수 있다.
가교제의 사용량은 수분 흡수제의 반응성 기(우레탄계 수분 흡수제의 경우에는 이소시아네이트 기)의 몰 당량 및 가교제의 반응성 기(활성 수소기)의 몰 당량에 의하여 결정된다.
가교후 내구성은 적당한 당량비(-NCO/-H)를 조절함으로써 제어된다. 구체적으로, 0.7 내지 1.5의 당량비가 바람직하다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 참조로 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예, 즉 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 및 2로 제한되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에서 사용된 제지 펠트는 하기의 기본 구조를 갖는다:
기재: (나일론 모노필라멘트 합연사, 단일직): 기본 중량 750 g/m2;
배트 섬유 (17 dcTex의 나일론 6 단섬유);
기재의 습지필 운반측: 기본 중량 500 g/m2;
기재의 프레스 롤측: 기본 중량 250 g/m2.
후면측 배트 섬유, 전면측 배트 섬유 및 기재를 니들펀칭에 의해 서로 적층 교락 집속하여 펠트를 형성한 후 (비교예 1), 표 1에서 나타낸 수분 흡수 수지 조성물을 전면 배트측으로부터 도포하고, 105℃에서 60 분간 건조한 후, 140 ℃에서 30 분간 열경화시켰다.
또한, 충진제는 수분 흡수 수지 100 중량부당 8 중량부의 양으로 사용하였다. 얻어진 제지 펠트에 사용된 수분 흡수 수지의 수분 흡수 계수 및 경화후 건조 상태에서 펠트에 부착된 수분 흡수 수지의 양이 표 1에서 보여진다. 펠트에 부착된 건조 수분 흡수 수지의 양(%)은 수분 흡수 수지의 부착전 펠트 재료 100 중량부당 펠트에 부착된 수분 흡수 수지의 중량(건조 중량)의 비를 나타낸다.
실시예 및 비교예의 조건
수분 흡수 수지 가교제 충진제 수분 흡수 계수 건조 수분 흡수 수지의 부착량
실시예 1 비이온성 폴리에테르 폴리우레탄(DIC의 HYDRAN 제품) 트리메틸올프로판(Mitsubishi Gas Chemical의 제품) - 1.1 8 중량%
실시예 2 음이온성 폴리에테르 폴리우레탄(Daiichi Kogyo Seiyaku의 ELASTRON 제품) 폴리에틸렌 글리콜(Daiichi Kogyo Seiyaku의 제품) - 3.0 2 중량%
실시예 3 음이온성 폴리에테르 폴리우레탄(Daiichi Kogyo Seiyaku의 ELASTRON 제품) 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(ADEKA의 제품) 카올린
(IMERYS의 제품)		 3.0 8 중량%
실시예 4 양이온성 폴리에테르 폴리우레탄(Sanyo Chemical Industries의 PERMARIN 제품) 멜라민-포름알데히드(Monsanto의 제품) - 8.0 8 중량%
실시예 5 음이온성 폴리에스테르 폴리우레탄(ADEKA의 ADEKABONTIGHTER 제품) - - 3.0 28 중량%
실시예 6 가교된 폴리아크릴산(Sumitomo Seika Chemicals의 Aqua Keep 제품) N-메틸올(메타)아크릴아미드
(Soken Chemical의 제품)		 - 3.0 8 중량%
비교예 1 - - - - -
비교예 2 음이온성 폴리카보네이트형 폴리우레탄(Nippon Bayer의 Bayhydrol 제품) 트리메틸올프로판(Mitsubishi Gas Chemical의 제품) - 1.0 8 중량%
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 및 2에서 얻은 제지 펠트를 1,000 m/min의 이동 속도 및 100 kN/m의 롤 압력하에서 후술할 이동 시험 조건하에서 시험하고, 탈수능력(water squeezing capability), 탄성을 유지하기 위한 능력 및 수분 투과성(water permeability)을 유지하기 위한 능력을 평가했다.
탈수 시험(water squeezing test); 고속 프레스 테스터
탈수 시험 조건: 압력 100 kN/m, 제지 속도 1000 m/min.
압착전의 습지필 수분 함량: 70%
압착전의 습지필 수분 함량 = (압착전의 습지필 중량 - 건조 종이 중량) / 압착전의 습지필 중량 × 100
압착후 습지필 수분 함량 = (압착후 습지필 중량 - 건조 종이 중량) / 압착후 습지필 중량 × 100
압착후 습지필 수분 함량이 낮을 수록, 제지 펠트의 탈수 능력이 좋다. 제지 산업에서, 압착후 습지필 수분 함량의 차이가 겨우 1%인 경우에도, 압착후 종이 건조 공정에 필요한 열 에너지의 양에 상당한 영향을 미친다.
압축 시험; 고속 프레스 테스터
압착전 펠트 두께; T0
압착 동안 펠트 두께; T1 (100 kN/m)
압착후 펠트 두께; T2
압축비(%) = (T0 - T1) / T0 × 100
두께 유지비(%) = (T2 / T0) × 100
수분 삼출 시험; 수분 삼출 테스터
수분 삼출값; 20 MPa 압력; 120 mm 펠트 시편의 일면에 배치된 금속판, 금속판이 없는 면으로부터 3 MPa의 수압으로 5 리터의 물이 통과하는데 필요한 시간.
이러한 시간이 짧을수록, 수분 투과성이 좋다.
수분 삼출 유지비(%) = 이동 시험전의 수분 삼출값 / 이동 시험후의 수분 삼출값 × 100.
그 시험 결과가 표 2에서 보여진다.




 평가 항목
이동 시험동안 물리적 특성 이동 시험 전후의 물리적 특성
탈수 능력 탄성 유지 특성 수분 투과성 유지 특성
압착후 습지필 수분 함량(%) 압착의 압축비(%) 압착 전후 두께 유지비(%) 수분 삼출값(초) 수분 삼출 유지비(%)
10 분후 100 시간후 10 분후 100 시간후 10 분후 100 시간후 이동 시험전 이동 시험후
실시예 1 52 50 30.8 27.8 84.0 86.3 43 84 51.2
실시예 2 53 51 30.5 27.0 83.3 85.9 40 86 46.5
실시예 3 48 47 31.6 29.8 85.6 87.9 48 95 50.5
실시예 4 46 49 31.8 28.2 87.0 87.4 53 90 58.9
실시예 5 49 50 31.5 27.1 85.2 87.3 55 91 60.4
실시예 6 49 48 31.2 29.3 85.3 87.4 48 96 50.0
비교예 1 56 53 29.7 22.1 81.5 84.3 35 81 43.2
비교예 2 53 51 30.2 23.2 83.0 85.7 42 88 47.7
표 2는 압착후 습지필 수분 함량이 낮을수록, 탈수 능력이 좋고, 압착의 압축비 및 압착전후 두께 유지비가 높을수록 탄성 유지 특성이 좋다는 것을 나타낸다.
실시예 1 내지 6의 제지 펠트에 있어서, 탈수 능력 및 탄성 유지비는 펠트내 수분 흡수 수지의 팽윤으로 인해 개선된다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 6의 제지 펠트는 높은 값의 수분 삼출 유지비를 나타내는데, 그 이유는 수분 흡수 수지로 인해, 상기 펠트가 새로운 것인 경우 과도한 자유 공간이 밀폐되고, 사용에 따른 상기 수지의 점차적인 손실로 인해, 상기 펠트가 초기 워밍업 기간 내지 최종 동작 기간에 걸쳐서 적당한 수분 투과성을 가지기 때문이다.
본 발명에 따르면, 초기 워밍업 기간 및 일정한 생산이 가능한 제지 기계의 최대 속도 기간을 포함한 전체 사용 기간 동안에 습지필로부터 물을 짜내기 위한 능력이 개선될 수 있고 종래 펠트의 경우와 동일한 하중으로 제지 기계에 설치될 수 있고, 제지 산업에서 실질적인 이용성이 있는 제지 펠트가 얻어질 수 있다.
1: 기재
1a: 세로방향사(MD 사)
1b: 가로방향사(CMD 사)
2: 전면 배트층(습지필 운송측의 배트층)
3: 후면 배트층(프레스 롤측의 배트층)
4: 수분 흡수 수지

Claims (13)

  1. 기재의 일면 또는 양면에 배트층이 제공되어 있고, 수분 흡수 계수가 1.05 내지 10인 수분 흡수 수지가 상기 배트층에 포함되어 있는 제지 펠트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 수분 흡수 수지의 건조 수지 중량은 상기 수지를 포함하기 전의 펠트 중량의 0.5 내지 30 중량%인 상기 제지 펠트.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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