KR101889112B1

KR101889112B1 - 부직포를 강화시키는 방법

Info

Publication number: KR101889112B1
Application number: KR1020137004388A
Authority: KR
Inventors: 인고 베른트; 월터 로젠스테인; 엔몬 타우텐한
Original assignee: 켈하임 피브레스 게엠베하
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2018-08-16
Also published as: US20190194846A1; CN103080397B; BR112013005857B1; KR20130139859A; CN103080397A; BR112013005857A2; EP2616578A1; IL225101A; EP2616578B1; JP2013537263A; WO2012034934A1; EP2428603A1

Abstract

본 발명은 워터 제트 처리 수단으로 부직포를 강화하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법은 상기 부직포가 폭(B) 대 두께(D)의 비가 B:D > 10:1인 붕괴된 중공 비스코스 섬유 형태의 편평 섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

부직포를 강화시키는 방법{Method for strengthening a nonwoven fabric}

본 발명은 워터 제트 처리 수단으로 부직포를 강화시키는 방법에 관한 것이다.

워터 제트 수단으로 부직포를 강화시키는 것은, 또한 "하이드로엔탱글먼트(hydroentanglement)" 또는 "스펀레이싱(spunlacing)"이라고도 하며, 당해 기술분야의 전문가에게 잘 알려져 있다.

워터 제트 공정에 따른 부직포 제조에서, 본 카디드 플리스(carded fleece)의 강화는 섬유의 레이스화 및 스월링(swirling)에 의해 얻어진다. 본 섬유는 워터 제트에 의해 에워싸지고, 움직이게 되어 스월링 모션에 의해 3차원적으로 서로 얽혀진다.

목화는 일반적으로 하이드로엔탱글먼트에 특히 적당한 섬유 재료로 다루어지며, 예를 들어, Alfred Watzl, Messrs. Fleissner의 논문, “Aquajet Spunlace Verfahren -Technik fur Baumwollfasern"을 참고한다. 상기 목화 섬유의 낮은 습윤율뿐만 아니라 원형의 부드러운 섬유 단면이 보이지 않는다는 사실은 그러므로 이로운 것으로 취급된다.

높은 탄성계수(이하 "e-계수"라 함)을 갖는 섬유는 높은 망 강도(web strength)를 얻는데 적당하다. 이들은 근본적으로 비-셀룰로오스 섬유이다.

충분한 망 강도를 얻기 위하여, 하이드로엔탱글먼트 과정에서 높은 압력이 요구되며, 그 결과 본 방법은 에너지 집약적이게 된다.

본 발명의 목적은 부직포의 하이드로엔탱글먼트의 방법을 제공하는 것이고, 이는 적은 에너지 소비로도 실현가능하다.

상기 목적은 워터 제트 처리 수단으로 부직포를 강화시키는 방법으로 달성되며, 상기 부직포는 폭 B 대 두께 D의 비가 B:D> 10:1인 붕괴된 중공 비스코스 섬유 형태로 편평한 섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.

게다가, 본 발명은 폭 B 대 두께 D의 비가 B:D> 10:1인 붕괴된 중공 비스코스 섬유 형태의 편평한 섬유를 포함하는 하이드로엔탱글된 부직포에 관한 것이다.

바람직한 실시예들은 종속항에서 설명된다.

놀랍게도, 워터 제트에 의해 강화되는 부직포에서의 붕괴된 중공 비스코스 섬유의 사용은, 동일한 에너지 사용(즉, 동일한 높은 처리 압력의 적용)을 한 하이드로엔탱글먼트 동안에, 어떠한 편평한 섬유도 포함하고 있지 않은 유사한 부직포 재료를 사용한 것에 비하여 보다 높은 망 강도의 결과를 나타내는 효과를 갖는다. 마찬가지로, 어떠한 셀룰로오스 편평 섬유도 포함하고 있지 않은 부직포 재료에서 보다 더 적은 에너지 사용으로 원하는 망 강도를 달성할 수 있다.

이러한 방법으로, 에너지가 절약될 수 있고, 따라서 공정 비용이 줄어둘 수 있다. 또한, 장치와 관련한 경비가, 보다 낮은 압력으로 인하여 적게 유지될 수 있다. 또한, 보다 유연한 강화, 즉 낮은 압력에서 강화가 수행될 수 있다. 이것은 예를 들어, 셀룰로오스와의 혼합물인 경우, 높은 압력은 셀룰로오스가 씻어 내려가게 만들 수 있으므로 특히 유리하며, 또는 섬세한 섬유와의 혼합물인 경우에도 마찬가지 이다. 또한, 합성 섬유의 사용(특히 높은 강도를 얻기 위함)을 피하게 되거나 적어도 줄이게 된다.

본 발명에 따른 방법에서, 부직포 내에 포함된 편평 섬유는 바람직하게는 B:D의 비가 10:1 내지 30:1, 특히 바람직하게는 20:1이다.

바람직하게, 상기 편평 섬유는 0.9 내지 5dtex의 타이터(titre), 특히 바람직하게는 1.3 내지 1.9dtex의 타이터를 가질 수 있다.

편평 섬유 및 그들의 제조는 공지되어 있다. 공통적으로 본질적으로 둥근 섬유 단면과 대조적으로, 편평 섬유는 본질적으로 편평하거나, 또는 각각 직사각형의 단면을 갖는다.

한편, 셀룰로오스 편평 섬유는 슬롯 형상의 방사노출(slot-shaped spinneret)을 통해 셀룰로오스 또는 셀룰로오스 유도체를 포함하는 스피닝 방사 원액(spinning dope)을 스피닝하여 제조될 수 있다. 비스코스 섬유의 경우, 편평 섬유는 선택적으로 붕괴된 중공 섬유의 형태로 제조될 수 있다. 이렇게 할 때에, 기체, 예를 들어 질소, 또는 발포제, 예를 들어 소듐 카보네이트는 스피닝 비스코스에 혼합된다. 그대로 종래 기술인, 다이스(dies)를 통해 섬유 스피닝 동안에, 중공 섬유가 형성되나, 그의 벽이 얇아지도록 적당한 공정 조건이 선택되어 섬유가 붕괴되고 이후 편평 섬유 형태로 제공될 것이다.

셀룰로오스 편평 섬유의 제조는 예를 들어, GB 945,306 A, US 3,156,605 A, US 3,318,990, GB 1,063,217 A에 공지되어 있다. 그러한 섬유는 상기 언급된 문헌 일부에서 기술된 것처럼, 종이 제조에 사용되는 것이 특히 추천되어 왔다.

C.R. Woodings, A. J. Bartholomew의 논문 "The manufacture properties and uses of inflated viscose rayon fibres"; TAPPI Nonwovens Symposium; 1985; pp. 155-165. Source: http://www.nonwoven.co.uk/publications_cat4.php은 여러 가지 타입의 중공 섬유 및 그들의 사용을 기술하고 있다.

국제공개공보 WO 2006/134132는 섬유 복합체의 물에서의 분리성(dissolubility)을 개선하기 위한 목적으로 섬유 복합체 내에서 비스코스 편평 섬유의 사용을 기술하고 있다. WO 2006/134132에 따라, 상기 사용된 편평 섬유는 총안 모양(crenelated)[피나클 타입] 표면을 가지며, 따라서 붕괴된 중공 섬유와 대조적으로, 슬롯 다이를 통해 스피닝되어 제조된다. 그러한 편평 섬유의 골이진 표면(ribbed surface)은 섬유-섬유 접착력 및 그로 인한 강도를 감소시킨다. 한편으로는, 종래 편평 섬유를 가지고, 얻을 수 있는 두께는, 상기 다이의 기하학적 구조에 의해 제한받는다. 높이 25㎛의 개구를 갖는 다이스로 최종 스피닝을 하면 약 4-6㎛의 섬유 두께를 이끌어 낸다. 붕괴된 중공 섬유를 가지고 한 것처럼 약 2-3㎛의 섬유 두께를 지속적으로 제조하기 위하여, 높이 약 12.5㎛의 다이 개구가 요구되며, 이는 다이스 제조나 종래 방법을 사용하는 비스코스 섬유 제조 어디에서도 경제적으로 용이하지 않다.

대조적으로, 본 발명에 따라 사용된 비스코스 편평 섬유는 붕괴된 중공 섬유이며, 상술한 바와 같이, 기체 또는 발포제(특히 소듐 카보네이트)를 스피닝 비스코스에 도입하여 제조될 수 있다. 상기 섬유는 완전히 붕괴되거나 약간 벌어질 수도 있다. 그러나 섬유의 수분 보유력은 바람직하게는 200% 이하(DIN 53814에 따라 측정)인 것이 바람직하다. 상기 섬유의 섬유 단면은 대부분 편평하고 바람직하게는 분지되어 있지 않아야만 한다.

부직포 내 편평 섬유의 함량은 바람직하게는 5% 내지 100%, 특히 20% 이상, 보다 바람직하게는 50%이상이다. 그러므로 상기 부직포 재료는 전체적으로 편평 섬유로 제조될 수 있고 또한 편평 섬유와 다른 섬유의 혼합물을 포함할 수도 있다. 하이드로엔탱글먼트에 적당한 모든 셀룰로오스 및 비-셀룰로오스 섬유 재료는 가능한 혼합 파트너이다. 본 발명에 따른 효과(즉, 부직포 재료의 강도 증가 및 에너지 절약 각각)는 부직포 재료 내 편평 섬유의 함량이 더 높아질수록 더 나타난다는 것은 당해 기술분야의 통상의 전문가에게는 자명하다.

본 발명은 또한 폭 B 대 두께 D의 비가 B:D > 10:1인 붕괴된 중공 비스코스 섬유의 형태로 편평 섬유를 포함하는 하이드로엔탱글된 부직포에 관한 것이다. 부직포 내에서 편평 섬유뿐만 아니라 그의 비에 관한 자세한 것은 종속항 및 상기 설명을 각각 참조한다.

실시예 :

하이드로엔탱글된 부직포의 제조를 위해, 각각 1.7dtex의 타이터를 갖는 다음 섬유들이 사용되었다:

a) 기준 비스코스 섬유(Type Danufil ®)

b) 중공 섬유 공정 유래 비스코스 편평 섬유; 섬유 두께 약 2-3 m; 폭:두께 비 = 약 20: 1

상기 섬유들은 카디드 부직포로서 제출되었고 두 가지 경로로 양 측면이 강화되었다.

2 가지의 단위 면적당 무게 및, 각각의 경우에, 2가지 강화 단계(최소-최고 강화)를 갖는 부직포가 각 섬유로부터 산출되었다.

단위 면적 당 무게: 각각 50g/m²및 80g/m²

강화 단계(strengthening level): (두 가지 경로에서 모든 다이 바의 모든 압력의 합으로 나타난 각각의 경우에 있어서의 강화 압력)

단위 면적당 무게 50g/m² - 최소 강화: 65bar

단위 면적당 무게 50g/m² - 최고 강화: 95bar

단위 면적당 무게 80g/m² - 최소 강화: 95bar

단위 면적당 무게 80g/m² - 최고 강화: 145bar

최고 강화 압력은 그러므로, 각 경우에 있어서, 최고 강화 압력의 약 50% 이상이다.

검사:

5x25cm의 표준 시험 표본을 가지고, 모든 부직포에 대하여 다음 파라미터들이 밝혀 졌다:

- 습식 및 건식 각각의 경우에 제조방향(MD) 및 제조방향에 대해 가로방향(CD) 최대 인장 강도[N/5cm]

- 최대 인장 강도 신장율 및 그로부터 유도된 MD+CD 뿐만 아니라 MD/CD 비는 다음으로부터 유도된다.

결과는 다음 표에 요약되어 있다:

비스코스 편평 섬유 유래 부직포(본 발명에 따름)

단위 면적당 무게	강화 단계	건식
		최대 인장강도 [N/5cm]		신장율 [%]		MD/CD
		MD	CD	MD	CD
50g/m²	최소	40.1	34.0	17.0	31.4	1.18
50g/m²	최대	38.9	33.3	16.2	29.1	1.17
80g/m²	최소	62.0	60.9	18.3	34.5	1.02
80g/m²	최대	59.8	59.8	14.7	30.6	1.00

비스코스 편평 섬유 유래 부직포 (본 발명에 따름)

단위 면적당 무게	강화 단계	습식
		최대 인장강도 [N/5cm]		신장율 [%]		MD/CD
		MD	CD	MD	CD
50g/m²	최소	27.4	22.6	27.8	34.1	1.21
50g/m²	최대	29.9	24.6	27.9	31.0	1.22
80g/m²	최소	44.3	40.3	28.6	35.8	1.10
80g/m²	최대	45.0	37.8	28.5	31.7	1.19

기준 비스코스 섬유 유래 부직포 (비교예)

단위 면적당 무게	강화 단계	건식
		최대 인장강도 [N/5cm]		신장율 [%]		MD/CD
		MD	CD	MD	CD
50g/m²	최소	21.0	33.5	26.1	41.6	0.62
50g/m²	최대	38.8	42.5	30.6	37.8	0.91
80g/m²	최소	10.8	51.3	13.6	42.4	0.21
80g/m²	최대	29.7	69.2	19.5	36.1	0.43

기준 비스코스 섬유 유래 부직포 (비교예)

면적당 무게	강화 단계	습식
		최대 인장 강도 [N/5cm]		신장율 [%]		MD/CD
		MD	CD	MD	CD
50g/m²	최소	18.0	19.8	16.8	29.9	0.91
50g/m²	최대	21.3	24.7	25.1	30.5	0.86
80g/m²	최소	5.9	21.5	16.8	29.9	0.27
80g/m²	최대	18.5	41.2	25.1	30.5	0.45

상기 나타난 데이터로부터, 다음 결론이 도출될 수 있다:

신장율 :

건식 부직포에서, 최대 인장 강도 신장율(동일한 단위 면적당 무게 및 동일한 강화 조건)은, 기준 비스코스 섬유 유래 부직포와 대조적으로, 편평 섬유 유래 부직포에서 분명하게 낮다. 아마도, 이것은 더 높은 함량의 섬유-섬유 결합에서 기인한 것이다.

MD / CD 비:

동일한 실험 셋팅하에서, 편평 섬유를 포함하는 부직포는 기준 비스코스 섬유로 제조된 부직포보다 실질적으로 더 높은 MD/CD비를 나타낸다.

최소 강화인 낮은 MD/CD 비로 출발하여, 강화 공정에서 섬유의 재배치 결과로서 상기 MD/CD 비가 증가한다. 상기 부직포의 MD/CD 비는 편평 섬유로 제조되고, 상기 비는 동일한 압력하에서, 기준 비스코스 섬유로 제조된 부직포보다 실질적으로 더 높고, 이는 편평 섬유의 상당히 높은 유연성을 나타내며, 강화 공정을 매우 용이하게 한다.

강도:

비스코스 편평 섬유 유래 부직포 (본 발명에 따름)

단위 면적당 무게	강화 단계	건식	습식
		최대 인장 강도[N/5cm]	최대 인장 강도[N/5cm]
		MD + CD	MD + CD
50g/m²	최소	74.1	50.1
50g/m²	최고	72.3	54.5
80g/m²	최소	122.9	84.7
80g/m²	최고	119.6	82.8

기준 비스코스 섬유 유래 부직포(비교예)

단위 면적당 무게	강화 단계	건식	습식
		최대 인장 강도[N/5cm]	최대 인장 강도[N/5cm]
		MD + CD	MD + CD
50g/m²	최소	54.5	37.8
50g/m²	최대	81.3	46.0
80g/m²	최소	62.1	27.4
80g/m²	최대	98.8	59.8

검사를 용이하게 하기 위하여, 강도 평가를 위해 각각의 경우에 파단력의 합 MD+CD이 사용된다:

편평 섬유로 제조된 본 발명에 따른 부직포를 참조하면, 더 높은 강도는 “최소” 내지 “최고”로 강화 압력을 증가시키는 것으로 얻어지지 않는다는 것이 분명하다. 이것은 명백하게 부직포 재료가 낮은 강화 단계에서 항상 최대 정도로 이미 강화되어 있다는 것을 의미한다.

동일하게 강화시키면, 부직포 강도는 보통 단위 면적당 무게와 연관성이 있다.

이 경우에, 단위 면적당 무게의 비는 80g/m²내지 50g/m²= 1.6이다.

예를 들어, 50g/m²의 단위 면적당 무게를 갖는 높게 강화된 부직포의 약 72 N/5cm의 측정된 강도를 기초로 하면, 단위 면적당 무게 80g/m²를 갖는 부직포에 대한 것으로서 72 * 1.6 = 115 N/5cm 의 강도가 예측될 수 있으며, 이는 실질적으로 측정된 값 약 120과 잘 맞는다.

이것은 모든 네 가지 구성으로, 상기 부직 재료가 이미 최대로 강화된 것을 의미한다.

기준 비스코스 섬유로 제조된 부직포를 가지고는 다른 그림이 나타난다:햅틱 평가에서, 최소 강화 단계의 2개의 부직포 재료는 다만 불충분하게 강화되었다.

"최소" 에서 "최고"로 강화 압력을 증가시킬 때(항상 약 50% 증가), 각 경우에 있어서, 망 강도가 분명히 증가될 수 있다. 그러므로, 추가 압력은 이 경우에 명백하게 추가 강화를 일으키며, 이는 최대 강화를 위해서 보다 더 높은 압력이 요구될 것이다.

50g/m²부직포의 더 높은 강화단계에서, 건식 부직포의 강도는 편평 섬유로 제조된 부직포의 강도보다 약간 높다. 이는 아마도 실험에서 사용된 섬유(기준 비스코스 섬유: 22cN/tex; 비스코스 편평 섬유: 16cN/tex )의 더 높은 단일-섬유 강도에 의해 야기된 것일 수 있다. 그러나 이것은 부직포 재료가 그러므로 매우 강화되어진 것으로 가정될 수도 있다.

그러므로, 상기 계산에 따라, 80g/m²의 단위 면적당 무게를 갖는 완전하게 강화된 부직포 재료에 대해 적어도 81.3 x 1.6 = 130 N/5cm의 강도가 예상된다. 그러나 단지 약 99N/5cm 만이 측정되었다. 그러므로, 더 높은 강화 압력을 적용한다 하여도, 80g/m²부직포는 여전히 완전히 강화된 것과는 거리가 멀다.

상기 강화 단계에서, 상기 부직포 재료는 강화 잠재력의 단지 약 75%만을 달성하였다.

비교예 :

80g/m²부직포의 예는 명백하게 하이드로엔탱글먼트에서 편평 섬유의 본 발명에 따른 사용의 장점을 보여준다.

비스코스 편평 섬유 유래 부직포-95bar의 강화압력:

강도 건식 (MD+CD) = 120N/5cm;

강도 습식 (MD+CD) = 83N/5cm

기준 비스코스 섬유 유래 부직포-145 bar의 강화 압력:

강도 건식 (MD+CD) = 99N/5cm;

강도 습식 (MD+CD) = 60N/5cm

그러므로, 부직포 재료에서 비스코스 편평 섬유를 사용하는 것에 의해, 기준 비스코스 섬유를 사용하는 것에 비하여 각각 20%(건식) 및 40%(습식) 더 높은 강도가 50% 낮은 압력에서 얻어질 수 있다.

Claims

워터 제트 처리 수단으로 부직포를 강화하는 방법이고,
상기 부직포는 폭(B) 대 두께(D)의 비가 B:D > 10:1인 붕괴된 중공 비스코스 섬유 형태의 편평 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포를 강화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 편평 섬유는 10:1 내지 30:1의 B:D의 비를 갖는 것을 것을 특징으로 하는 부직포를 강화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 편평 섬유는 20:1의 B:D의 비를 갖는 것을 것을 특징으로 하는 부직포를 강화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 편평 섬유가 0.9 내지 5dtex의 타이터(titre)를 갖는 특징으로 하는 부직포를 강화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 편평 섬유가 1.3 내지 1.9dtex의 타이터(titre)를 갖는 특징으로 하는 부직포를 강화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 부직포의 섬유 함량이 5% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 부직포를 강화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 부직포의 섬유 함량이 20% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 부직포를 강화하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 부직포의 섬유 함량이 50% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 부직포를 강화하는 방법.
폭(B) 대 두께(D)의 비가 B:D > 10:1인 붕괴된 중공 비스코스 섬유 형태의 편평 섬유를 포함하는, 하이드로엔탱글된 부직포.
제9항에 있어서,
상기 편평 섬유가 10:1 내지 30:1의 B:D의 비를 갖는 것을 특징으로 하는, 부직포.
제9항에 있어서,
상기 편평 섬유가 20:1의 B:D의 비를 갖는 것을 특징으로 하는, 부직포.
제9항에 있어서,
상기 편평 섬유는 0.9 내지 5dtex의 타이터를 갖는 것을 특징으로 하는 부직포.
제9항에 있어서,
상기 편평 섬유는 1.3 내지 1.9dtex의 타이터를 갖는 것을 특징으로 하는 부직포.
제9항에 있어서,
상기 부직포에서 편평 섬유의 함량이 5% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 부직포.
제9항에 있어서,
상기 부직포에서 편평 섬유의 함량이 20% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 부직포.
제9항에 있어서,
상기 부직포에서 편평 섬유의 함량이 50% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 부직포.