KR101414540B1 - 초지용 펠트 - Google Patents

Abstract

본 발명의 초지용 펠트(10)는 배트 섬유가 고분자 탄성 재료(50)에 포함되어 일체화되어서 배트 섬유층을 형성하고 있다. 고분자 탄성 재료(50)에 포함된 배트 섬유층에는 친수성의 1-메틸-2-피롤리돈이 함유되어 있다. 초지용 펠트(10)는 사용 초기부터 펠트 구조체로서 친수성을 발휘할 수 있다. 또한, 펠트는 장기에 걸쳐 압축 회복성을 지속하고, 착수성, 습지 평활성, 습지 반송성의 기능을 펠트의 사용 기간 말기까지 유지한다.

초지용 펠트

Description

초지용 펠트{PAPER MAKING FELT}

본 발명은 초지 기계에 사용되는 초지용 펠트(이하, 단순히 「펠트」라고 할 경우가 있음)에 관한 것이다.

종래부터 제지 공정에 있어서 종이 원료로부터 수분을 제거하기 위해 초지기에는 크게 나누어 성형(forming), 프레스 및 건조의 3개의 파트가 있다. 각각의 파트에서 습지(濕紙)로부터 수분이 연속적으로 탈수된다. 그리고, 각각의 파트에서는 탈수의 기능에 대응한 초지용구가 이용되고 있다.

프레스 파트에서는 펠트가 사용되고 있고, 세로 방향(MD 방향)으로 주행한다. 프레스 파트 내에는 프레스 가압부가 설치되어 있다. 이 프레스 가압부에서 펠트와 습지를 통과시켜 습지 중의 수분을 펠트에 이행시킴으로써 습지로부터 수분을 탈수하고 있다.

또한, 프레스 가압부는 한 쌍의 프레스 롤에 의해 구성되는 것이나, 프레스 롤과 프레스 롤의 둘레면에 대응한 형상을 갖는 슈에 의해 구성되는 것이 일반적이다.

이 펠트의 구성을 도 1에 기초하여 설명한다. 도 1은 종래의 초지용 펠트(100)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.

초지용 펠트(100)는 기체(20)에 배트 섬유로서 표면측 배트 섬유(31)와 이면측 배트 섬유(32)를 각각을 적층하고, 니들 펀칭 등에 의해 식모하여 구성되어 있다. 또한, 기체(20)에는 경사(21)와 위사(22)를 제직하여 구성되는 직포가 통상 사용되고 있다.

펠트는 기본적인 복수의 기능을 갖고 있다. 이들 기능이란 습지로부터 물을 짜내는 착수성(搾水性)과, 습지의 평활성을 높이는 평활성과, 습지를 반송하는 습지 반송성이라는 역활을 완수하는 것이다.

특히, 이들 펠트 기능 중에서 습지로부터 물을 짜내는 기능(착수성)이 중요시되고 있다. 습지로부터 물을 짜내는 기능(착수성)에서는 습지와 펠트가 한 쌍의 프레스 롤 사이를 통과할 때, 가압에 의해 습지로부터 물을 펠트에 이행시킨다.

그리고, 펠트 중의 물은 가압에 의해 펠트 이면측으로부터 배출되거나, 또는 초지기의 석션 박스에서 흡인되어 펠트 계외로 배출된다. 이 때문에, 펠트에 관해서는 가압하에서 압축되고 제압시에 회복되는 압축 회복성의 지속과, 펠트의 물 투과성이 중요시되고 있다.

최근의 초지 기술의 동향으로서는 생산성 향상을 위해 초지기의 고속화와 프레스 파트에 있어서 롤 또는 슈 프레스 등에 의한 고가압화가 진행되고 있다. 그 결과, 펠트가 고가압하에 있어서 편평화되어 물 투과성이나 압축 회복성이 저하되고, 펠트의 착수성이 현저하게 저하되는 등의 문제가 있었다.

그래서, 이 문제를 해결하는 방법의 하나로서 펠트를 구성하는 섬유층에 고분자 탄성 재료를 포함시키는 방법이 있다.

예를 들면, 펠트를 구성하는 섬유에 에멀션형 수지를 함침하고, 또한 펠트를 구성하는 습지측 부분을 새롭게 고안한 것이 알려져 있다(미국 특허 제 4500588호 공보 참조).

이 종래의 펠트는 보다 상세하게는 기층의 표면에 형성된 배트 섬유에 에멀션형 수지가 함침된다. 또한, 상기 배트 섬유층의 습지측 표면이 치밀하고 또한 섀미 가죽(chamois leather) 형상의 매끈한 표면이 되도록 캘린더 가공되어 있다. 이로 인해, 배리어층이 형성되거나, 또는 기층의 표면에 형성된 조섬유층에 에멀션형 수지가 함침된다.

또한, 상기 조섬유층 상에 배리어층(부직포층)이 형성되고, 또한 상기 배리어층(부직포층) 상에 세섬유층이 더 형성된다. 상기 배리어층에 의해 에멀션형 수지가 펠트의 습지측 표면에까지 침투되는 것이 저지된 것이다. 그 결과, 펠트의 재습 및 브로잉이 방지되어 초지 속도를 높이는 것을 가능하게 한다.

그런데, 이러한 고분자 탄성 재료에 포함된 섬유층을 이용해도 사용 초기에 고분자 탄성 재료에 포함된 섬유층의 친수성이 낮기 때문에 초지기에 펠트를 장착한 초기에는 물을 강하게 튀기는 성질이 있다.

따라서, 예를 들어 샤워수를 산포(散布)하면서 펠트를 사용했어도 펠트 내부에까지 수분이 충분하게는 침투되지 않는다. 따라서, 펠트에 수분이 흡수될 때까지의 기간, 초지기의 조업은 서동(徐動)을 강요당해 왔다.

특허문헌 1 : 미국 특허 제 4500588호 공보

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 행해진 것으로, 초지용 펠트의 구성 성분인 배트 섬유는 고분자 탄성 재료에 포함되어 일체화되어서 배트 섬유층을 형성하고 있고, 사용 초기에 고분자 탄성 재료의 친수성이 높으므로 초지기에 펠트를 장착한 초기부터 펠트 내부에까지 수분이 충분히 침투되는 초지용 펠트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 펠트의 사용 초기부터 장기에 걸쳐 압축 회복성을 지속하고, 착수성, 습지 평활성, 습지 반송성이라는 기능을 펠트의 사용 기간 말기까지 유지할 수 있는 초지용 펠트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 초지용 펠트는 기체와 배트 섬유층을 갖고 있다. 그리고, 초지용 펠트의 배트 섬유는 고분자 탄성 재료에 포함되어 일체화되어서 배트 섬유층을 형성하고 있다. 상기 고분자 탄성 재료에 포함된 배트 섬유층은 1-메틸-2-피롤리돈을 함유하고 있다.

바람직하게는, 상기 고분자 탄성 재료는 우레탄계 에멀션, 아세트산 비닐계 에멀션, 스티렌-부타디엔계 에멀션 및 아크릴계 에멀션 중 어느 1종 또는 복수 종을 함유하는 에멀션형 수지로 이루어져 있다.

상기 고분자 탄성 재료가 배트 섬유에 대하여 20g/㎡~150g/㎡ 포함되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 1-메틸-2-피롤리돈이 고분자 탄성 재료에 포함된 배트 섬유층에 대하여 5g/㎡~100g/㎡ 포함되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 초지용 펠트 중의 배트 섬유에 고분자 탄성 재료가 포함되어 일체화되어서 배트 섬유층을 형성하고 있다. 따라서, 펠트가 프레스 압력에 의해 압축을 반복해도 고분자 탄성 재료의 내압력 효과에 의해 펠트는 지속성이 우수한 압축 회복 효과를 발휘할 수 있다.

도 1은 종래의 초지용 펠트의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 초지용 펠트의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 초지용 펠트의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실험 장치의 개략도이다.

이하, 본 발명의 초지용 펠트의 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 일 실시 형태에 따른 펠트를 가로 방향(CMD 방향 : 펠트의 폭 방향)으로 절단한 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 초지용 펠트(10)는 기체(20)와 배트 섬유층을 갖고 있고, 니들링에 의해 결합 일체화되어 있으며, 세로 방향(MD 방향)으로 주행한다.

기체(20)에는 경사(21)와 위사(22)를 직기 등에 의해 제직한 직물이 통상 이용되고 있다. 경사(21)와 위사(22)에는 나일론, 폴리에스테르, 올레핀 등의 모노필라멘트 및 멀티필라멘트를 이용하고 있다. 직물의 구조로서는 1중직, 2중직 또는 3 중직 등의 다중직 구조를 갖고 있다.

또한, 기체(20)에는 직물 외에 경사와 위사를 혼직하는 일 없이 접착제 등에 의해 접착 형성한 기체나, 부직포, 필름이나 수지 성형체 등의 기체를 이용해도 좋다.

펠트(10) 중의 배트 섬유는 고분자 탄성 재료(50)에 포함되어 일체화되어서 배트 섬유층을 형성하고 있다. 고분자 탄성 재료(50)에 포함된 배트 섬유층은 친수성의 1-메틸-2-피롤리돈을 함유하고 있다.

펠트(10)가 프레스 압력에 의해 압축을 반복해도 고분자 탄성 재료(10)가 내압력 효과를 발휘한다. 그 결과, 펠트(10)는 지속성이 우수한 압축 회복 효과를 발휘할 수 있다.

배트 섬유는 스테이플 파이버(41)로 이루어져 있다. 배트 섬유에는 나일론 섬유 등의 합성 섬유나 양모 등의 천연 섬유의 단섬유를 웹 형상으로 형성하여 적층하고 있다. 또한, 배트 섬유에는 굵기나 재질이 다른 섬유를 블랜딩하여 이용해도 좋다.

배트 섬유는 습지측에 위치하는 표면측 배트 섬유(31)와, 초지기의 프레스 롤측 또는 슈측에 위치하는 이면측 배트 섬유(32)로 이루어져 있다. 표면측 배트 섬유(31)는 최표면측 배트 섬유(311)와, 내층측 배트 섬유(312)에 의해 구성되어 있다.

또한, 경우에 따라서는 표면측 배트 섬유(31)만으로 배트 섬유를 구성하는 경우도 있다. 또한, 펠트(10)의 표면이 치밀하고 매끈한 표면이 되도록 최표면측 배트 섬유(311)에 가는 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 내층측 배트 섬유(312) 및 이면측 배트 섬유(32)에는 물 투과성을 높이기 위해 굵은 섬유를 이용해도 좋다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 초지용 펠트(10a)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.

도 3에 나타내는 초지용 펠트(10a)에 있어서, 스테이플 파이버(41)로 이루어지는 배트 섬유(표면측 배트 섬유(31)와 이면측 배트 섬유(32) 중 어느 한쪽, 또는 양쪽)는 고분자 탄성 재료(50)에 포함되어 일체화되어서 배트 섬유층을 형성하고 있다.

그리고, 상기 고분자 탄성 재료(50)에 포함된 배트 섬유층에는 친수성의 1-메틸-2-피롤리돈이 침투되어 포함되어 있는 상태에 있다(도시 생략). 즉, 배트 섬유층(배트 섬유와 고분자 탄성 재료(50))에는 친수성의 1-메틸-2-피롤리돈이 침투되어 있고, 이들이 일체화되어 배트 섬유층을 형성하고 있다.

이와 같이, 도 2, 도 3에 나타내는 펠트(10, 10a)에서는 배트 섬유가 고분자 탄성 재료(50)에 포함되어 일체화되어서 배트 섬유층이 형성되어 있다.

펠트(10, 10a)에 대하여 프레스 압력에 의한 압축이 반복되어도 배트 섬유층에 있어서의 탄성 변형 가능한 고분자 탄성 재료(50)가 내압력 효과를 발휘한다. 이로 인해, 상기 배트 섬유층 내에 형성된 공극은 변형되지 않고 남는다. 그 결과, 펠트(10, 10a)의 물 투과성과 압축 회복성은 저하되지 않는다.

또한, 고분자 탄성 재료(50)에 포함된 배트 섬유층은 친수성의 1-메틸-2-피 롤리돈이 침투되어 이것을 포함하고 있다. 따라서, 초지기에 펠트(10, 10a)를 장착한 초기부터 수분이 펠트(10, 10a)의 내부에까지 충분히 침투된다.

펠트(10, 10a)는 사용 초기부터 장기에 걸쳐 압축 회복성을 지속하고, 착수성, 습지 평활성, 습지 반송성의 기능을 펠트(10, 10a)의 사용 기간 말기까지 유지할 수 있다.

만약, 배트 섬유가 고분자 탄성 재료(50)에 포함되어 있지 않은 경우에는 반복 압축에 의한 펠트의 변형이 커진다. 그 결과, 펠트의 착수성, 습지 평활성, 습지 반송성의 기능을 유지할 수 없어서 바람직하지 못하다.

또한, 만약 고분자 탄성 재료(50)에 포함된 배트 섬유층이 친수성의 1-메틸-2-피롤리돈을 포함하고 있지 않은 경우에는 펠트의 사용 초기에 배트 섬유층의 친수성이 낮다.

그 결과, 초지기에 펠트를 장착한 초기부터 펠트 내부에 수분이 침투되기 어렵다. 그 때문에, 펠트에 수분이 흡수될 때까지 긴 기간을 필요로 한다. 그 때문에, 그 기간 중은 초지기는 저속도에서의 조업을 강요받아 버린다.

이에 대하여, 본 발명의 펠트(10, 10a)에 있어서의 고분자 탄성 재료(50)는 우레탄계 에멀션, 아세트산 비닐계 에멀션, 스티렌-부타디엔계 에멀션 및 아크릴계 에멀션 중 어느 1종 또는 복수 종을 함유하는 에멀션형 수지로 이루어져 있다.

이 에멀션형 수지의 수분 증발에 의해 고분자 탄성 재료(50)의 고형물이 배트 섬유를 포함할 수 있다. 에멀션형 수지의 안정화를 위해 에멀션형 수지에는 계면활성제 또는 점도 조정제가 첨가되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 에멀션형 수지의 안정화를 위해 에멀션형 수지에 계면활성제를 첨가하는 경우가 있다. 고분자 탄성 재료(50)에 포함된 배트 섬유층이 친수성이 될 일은 없다. 그 이유는 계면활성제의 종류(친수도로서의 지표(HLB)의 차이에 의한 종류)나 사용량에 상관없이 초지기에 펠트(10, 10a)를 장착한 초기부터 충분히 펠트(10, 10a)의 내부에까지 수분이 침투되지 않기 때문이다.

또한, 본 발명의 친수성의 1-메틸-2-피롤리돈은 분자량과 점도가 계면활성제에 비해 현저히 낮으므로 펠트(10, 10a)의 내부에까지 수분이 침투되는 힘이 특별히 큰 것으로 되어 있다.

여기에서, 배트 섬유에 대하여 고분자 탄성 재료(50)를 20g/㎡~150g/㎡ 포함하고 있는 것이 바람직하다.

그 이유는 고분자 탄성 재료(50)가 이 포함량의 범위(20g/㎡~150g/㎡)보다 적으면 펠트(10, 10a)의 압축 회복성을 지속할 수 없다. 그 결과 착수성, 습지 평활성, 습지 반송성의 기능이 유지되지 않게 되므로 바람직하지 못하다. 또한, 고분자 탄성 재료(50)가 이 포함량의 범위보다 많으면 펠트의 통수성이 나빠져서 착수성의 기능에 악영향이 있으므로 바람직하지 못하다.

또한, 친수성의 1-메틸-2-피롤리돈이 고분자 탄성 재료(50)에 포함된 배트 섬유층에 대하여 5g/㎡~100g/㎡ 포함되어 있는 것이 바람직하다.

그 이유는 1-메틸-2-피롤리돈이 이 포함량의 범위(5g/㎡~100g/㎡)보다 적으면 펠트의 내부에 수분이 침투되지 않아서 펠트에 수분이 흡수될 때까지 긴 기간을 필요로 해버리므로 바람직하지 못하다. 또한, 1-메틸-2-피롤리돈이 이 포함량의 범 위보다 많으면 고분자 탄성 재료(50)가 변성되어 버린다. 그 결과, 고분자 탄성 재료(50)가 배트 섬유를 포함하는 접합력이 저하되어 펠트의 압축 회복성을 지속할 수 없게 되므로 바람직하지 못하다.

펠트(10, 10a)에서는 배트 섬유에 고분자 탄성 재료(50)를 포함시켜 일체화되어 있다. 이 방법에서는 기체(20)와 배트 섬유를 니들 펀칭에 의해 식모하여 펠트를 형성한다. 그 후, 에멀션형 수지의 물 희석액을 도포하고 건조하여 일체화되어 있다.

고분자 탄성 재료(50)에 포함된 배트 섬유층에 친수성의 1-메틸-2-피롤리돈을 포함시키려면 두 가지 방법이 있다. 한 가지 방법은 소정량의 1-메틸-2-피롤리돈을 상기 에멀션형 수지의 물 희석액에 혼합하는 방법이다. 다른 방법은 펠트에 에멀션형 수지의 물 희석액을 도포한 후, 소정량의 1-메틸-2-피롤리돈을 도포하는 방법이다.

(실시예)

본 발명에 따른 초지용 펠트의 효과를 확인하기 위해 이하와 같은 실험을 행했다.

여기에서, 실시예 1~6 및 비교예 1~3 모두 제조건을 공통으로 하기 위해 모든 펠트의 기본 구성을 다음과 같이 했다.

·기체(나일론 모노필라멘트의 연사를 평직) : 평량 750g/㎡

·배트 섬유[나일론 6의 단섬유(17dtex의 스테이플 파이버)] : 기체의 표면측 배트 섬유로서 평량 500g/㎡, 기체의 이면측 배트 섬유로서 평량 250g/㎡.

·펠트의 총평량 : 1,500g/㎡.

우선, 기체에 그 이면측 배트 섬유와 표층측 배트 섬유를 적층하고, 니들링에 의해 결합시켜 펠트를 형성한다. 그 후, 표 1에 나타내는 바와 같은 고분자 탄성 재료와 1-메틸-2-피롤리돈을 혼합한 물 희석액을 펠트의 표층측에서부터 도포한다. 그리고, 이 펠트를 105℃에서 건조하여 실시예 1~6 및 비교예 1~3의 각 펠트를 완성시켰다.

도 4의 실험 장치는 한 쌍의 프레스 롤(P) 사이에 초지용 펠트(F)를 통과시킨다. 그리고, 이 펠트(F)에 일정한 장력을 가한다. 펠트(F)를 회전시키면서 한 쌍의 프레스 롤(P)로 반복해서 프레스하는 장치이다.

도 4에 나타내는 실험 장치에 의해 실시예와 비교예의 각 펠트에 관하여 펠트의 압축 회복 성능, 지속 성능, 및 펠트에 물이 침투된 상태에 이르기까지의 시간의 비교를 행했다.

실험 장치의 구동 조건은 프레스 압력이 100㎏/㎝, 펠트 구동 속도가 1,000m/분이고, 120시간 계속해서 행했다. 또한, 이 실험 장치에서는 한 쌍의 프레스 롤(P)로 펠트(F)를 프레스하고 있다. 따라서, 프레스 압력[㎏/㎝]은 한 쌍의 프레스 롤(P)로 가압되는 닙부의 폭 방향(CMD 방향) 1㎝ 부근의 선압이다.

시간의 계측에 있어서는 실험 개시 직후의 수치와 실험 종료시의 수치를 각각 구했다. 또한, 물에 1시간 침지한 펠트(F)에 일정한 가압력(30㎏/㎝)을 가했을 때의 펠트(F)의 두께(가압 두께)를 구한다. 이 가압 두께 등으로부터 다음 식에 의해 압축률, 회복률을 산출했다.

압축률(%)=100×(가압 전의 두께－가압 두께)/가압 전의 두께

회복률(%)=100×(제압 후의 두께－가압 두께)/가압 두께

도 4의 실험 장치에 펠트(F)를 장착하고, 펠트(F)의 표면에 물샤워(W)를 하여 펠트 전체에 균등하게 물이 침투된 상태에 이르기까지의 시간을 측정함으로써 「펠트에 물이 완전히 침투된 상태에 이르기까지의 시간」을 구했다. 그리고, 비교예 3의 펠트가 신품일 때의 시간을 100으로 하여 물 침투성의 상대 평가를 행했다.

또한, 물 침투성은

[(각 펠트에 완전히 물이 침투된 시간)/(비교예 3의 펠트에 완전히 물이 침투된 시간)×100]

이다.

실험 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예에 있어서는 압축 회복 성능과 그 지속성이 고레벨로 유지될 수 있다는 것이 확인되었다. 또한, 펠트의 내부에까지 수분이 침투되는 것이 단시간이면 되기 때문에 펠트가 습지의 착수성 및 그 지속성을 갖고 있고, 또한 펠트에 신속하게 수분이 흡수되는 것이 확인되었다.

본 발명에서는 펠트(10, 10a) 중의 배트 섬유에 고분자 탄성 재료(50)가 포함되어 일체화되어서 배트 섬유층을 형성하고 있다. 따라서, 펠트(10, 10a)는 프레스 압력에 의한 압축이 반복되어도 고분자 탄성 재료(50)의 내압력 효과에 의해 지속성이 우수한 압축 회복 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 펠트(10, 10a)에 고분자 탄성 재료(50)가 많이 포함되어 있을수록 펠트(10, 10a)는 지속성이 우수한 압축 회복 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 배트 섬유층에 친수성의 1-메틸-2-피롤리돈을 포함시킴으로써 펠트 구조체로서 친수성을 발휘할 수 있다. 그 결과, 초지기에 펠트(10, 10a)를 장착한 초기부터 충분히 펠트(10, 10a) 내부에까지 수분을 침투시킬 수 있다. 따라서, 펠트(10, 10a)를 장착한 초기부터 초지기는 최고 속도로 가동할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태(변형예, 실시예를 포함함. 이하 동일)를 설명했지만, 본 발명은 상술의 실시 형태에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지의 범위에서 여러가지 변형, 부가 등이 가능하다.

또한, 각 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타낸다.

본 발명의 초지용 펠트는 초지기의 프레스 파트에 적용 가능하다.

Claims (4)

1. 기체와 배트 섬유층을 갖는 초지용 펠트로서:

   배트 섬유는 고분자 탄성 재료에 포함되어 일체화되어서 상기 배트 섬유층을 형성하고 있고, 이 배트 섬유층은 1-메틸-2-피롤리돈을 함유하고 있고, 또한 상기 1-메틸-2-피롤리돈은 상기 고분자 탄성 재료에 포함된 상기 배트 섬유층에 대해 5g/㎡~100g/㎡ 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 초지용 펠트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 탄성 재료는 우레탄계 에멀션, 아세트산 비닐계 에멀션, 스티렌-부타디엔계 에멀션 및 아크릴계 에멀션 중 어느 1종 또는 복수 종을 함유하는 에멀션형 수지로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 초지용 펠트.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고분자 탄성 재료는 상기 배트 섬유에 대하여 20g/㎡~150g/㎡ 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 초지용 펠트.
4. 삭제

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