KR102179053B1 - 다단 스퀴징 롤러를 이용한 부직포 연속 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

다단 스퀴징 롤러를 이용한 부직포 연속 처리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고흡수성 부직포를 제조하기 위한 부직포 연속 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 다단으로 형성된 스퀴징 롤러 쌍을 적용하여 셀룰로오스 부직포를 연속적으로 처리할 수 있으며, 균일한 고흡수성 부직포를 제조할 수 있다.

Description

다단 스퀴징 롤러를 이용한 부직포 연속 처리 시스템 및 방법{CONTINUOUS PROCESSING SYSTEM AND METHOD FOR NON WOVEN FABRIC USING MULTI STAGE SQUEEZING ROLLERS}
본 발명은 다단 스퀴징 롤러를 이용한 부직포 연속 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 미용 분야에 대한 관심이 증가하고 있으며, 특히 얼굴 피부 관리를 위한 관심이 증가하고 있는 추세이다. 얼굴 피부 관리를 위한 방법 중 하나는 다양한 형태의 미용 목적 혹은 기능성 목적의 마스크 팩을 적용하는 것이다.
기존의 마스크 팩은 부직포로 이루어진 마스크 시트에 에센스 성분을 침지시킨 상태로 사용자의 얼굴에 부착하는 방식이다. 그러나, 면 소재 등으로 이루어진 마스크 시트는 에센스 성분에 대한 흡수도가 높이 않다는 한계가 있다.
마스크 시트의 에센스 성분에 대한 흡수도를 높이기 위한 방법 중 하나로, 셀룰로오스 부직포를 화학적으로 처리하여 CMC(Carboxy Methyl Cellulose) 부직포를 제조하는 방안을 고려할 수 있다. 도 1은 기존의 CMC 부직포를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 1을 참조하면, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S10), 침지된 셀룰로오스 부직포를 픽업한 후 숙성하는 1차 숙성 단계(S11), 카르복시메틸화 용액에 침지하는 단계(S20) 및 셀룰로오스 부직포를 픽업한 후 다시 숙성하는 2차 숙성 단계(S21) 등을 거친다. 그런 다음, 중화 단계(S30)와 수세 단계(S40)을 거친 후 CMC 부직포를 제조하게 된다. 그러나, 알칼리 용액에 침지하는 단계(S10), 카르복시메틸화 용액에 침지하는 단계(S20), 중화 단계(S30) 및 수세 단계(S40)는, 각각 배치식 방식으로 연속 공정으로 적용할 수 없다는 한계가 있다. 특히, 알칼리 용액에 침지하는 단계(S10), 카르복시메틸화 용액에 침지하는 단계(S20)를 각각 거친 후에는, 제품의 균일성을 유지하기 위해 숙성 단계(S11, S21)를 거쳐야 하는 문제가 있다. 이러한 기존의 방식은, 공정 효율이 좋지 못하며, 제품 균일성이 낮다는 한계가 있다.
따라서, 기존의 CMC 부직포 제조 과정에서 발생하는 문제점들을 해소할 수 있는 새로운 제조 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
미국 공개특허공보 제2016-0153143호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, CMC 부직포를 연속 방식을 제조할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 부직포 연속처리 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 장치는, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 처리조; 상기 머서화 처리조를 거친 셀룰로오스 부직포를 스웰링조로 이송하며 스퀴징하는 m개(m은 3 이상의 정수)의 스퀴징 롤러 쌍; 및 머서화 처리조로부터 공급된 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 스웰링조를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 스퀴징 롤러 쌍은, k번째(k는 1 내지 m-1 사이의 정수) 스퀴징 롤러 쌍의 레벨이 k+1번째 스퀴징 롤러 쌍의 레벨과 상이하다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 시스템은, 상기 스퀴징 롤러 쌍의 일부 또는 전부를 경유하는 라인 상에서 셀룰로오스 부직포를 가열하는 가열 장치를 더 포함한다.
하나의 예에서, 상기 머서화 처리조는, TD 방향(Traverse Direction)으로 평행하게 배향되되 MD 방향(Machine Direction)으로 p개(p는 5 이상의 정수) 배열된 거치 롤러를 포함한다.
또 다른 한의예에서, 상기 스웰링조는, 셀룰로오스 부직포를 거치한 상태에서 이송하는 봉형의 거치대(hanging bar)를 포함하고, 상기 봉형의 거치대는 TD 방향으로 평행하게 배향되되, 일정한 이격거리를 두고 MD 방향으로 n개(n은 10 이상의 정수) 배열된 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 스웰링조는 수조 내에 충진된 카르복시알킬화 용액을 포함하고, 셀룰로오스 부직포는, 봉형의 거치대에 거치된 상태로 산과 골을 형성하도록 위치한 상태로 이송되며, 봉형의 거치대 레벨은 카르복시알킬화 용액의 수위 레벨보다 낮은 것을 특징으로 한다.
하나의 예에서, 상기 부직포 연속처리 시스템은, 셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화조; 및 셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세조를 더 포함하며, 상기 스웰링조를 거친 셀룰로오스 부직포는 중화조 및 수세조를 따라 컨베이어 라인을 따라 연속적으로 이송된다.
본 발명은 또한, 앞서 설명한 부직포 연속처리 시스템을 이용한 부직포 연속처리 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법은, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 단계; 머서화 처리된 셀룰로오스 부직포를 m개(m은 3 이상의 정수)의 스퀴징 롤러 쌍에 의해 연속적 또는 순차적으로 스퀴징하는 스퀴징 단계; 및 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 스웰링 단계를 포함한다.
구체적인 예에서, 머서화 단계, 스퀴징 단계 및 스웰링 단계는, 셀룰로오스 부직포를 이송하는 컨베이어 라인을 따라 연속적으로 수행된다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 스퀴징 단계에서, 스퀴징 롤러 쌍의 일부 또는 전부를 거치는 셀룰로오스 부직포를 가열하는 과정을 더 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 머서화 단계는 5 내지 16 몰 농도의 알칼리 용액을 이용하여 수행하고, 상기 스웰링 단계는 0.5 내지 3 몰 농도의 카르복시알킬화 용액을 이용하여 수행한다. 예를 들어, 상기 머서화 단계는 18 내지 25℃ 온도에서 20 내지 60 초간 수행하고, 상기 스웰링 단계는 50 내지 80℃에서 3 내지 10 분간 수행한다.
하나의 예에서, 상기 스웰링 단계는, 셀룰로오스 부직포를 봉형의 거치대에 산과 골을 형성하도록 거치한 상태로 카르복시알킬화 용액에 침지시켜 이송하면서 수행한다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법은 스웰링 단계 이후에, 셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화 단계; 및 셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 부직포 연속처리 장치 및 방법은, 공정 중 별도의 에이징 과정 없이 셀룰로오스 부직포를 연속적으로 처리할 수 있으며, 제조된 고흡수성 부직포의 품질 균일도가 우수하다.
도 1은 종래의 셀룰로오스 부직포를 처리하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀룰로오스 부직포를 처리하는 과정을 도시한 공정도이다.
도 3 및 4는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 다단 스퀴징 롤러를 도시한 모식도들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 부직포 연속처리 시스템을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 시스템은, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 처리조; 상기 머서화 처리조를 거친 셀룰로오스 부직포를 스웰링조로 이송하며 스퀴징하는 m개(m은 3 이상의 정수)의 스퀴징 롤러 쌍; 및 머서화 처리조로부터 공급된 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 스웰링조를 포함한다.
본 발명에서 셀룰로오스 부직포는 상기 머서화 처리조, 스퀴징 롤러 쌍 및 스웰링조를 따라 셀룰로오스 부직포를 연속적으로 이송하는 컨베이어 라인을 따라 이동한다. 상기 '컨베이어 라인'은 셀룰로오스 부직포가 공정 라인을 따라 이동하면서 처리 과정을 거친다는 것을 의미한다. 구체적으로는, 상기 컨베이어 라인은, 별도의 컨베이어 벨트에 의해 셀룰로오스 부직포가 지지된 상태에서 이동하는 경우 뿐만 아니라 별도의 컨베이어 벨트가 형성되지 않더라도 이송 롤러 혹은 스퀴징 롤러 등에 의해 셀룰로오스 부직포가 공정 라인을 따라 이송되는 경우도 포함한다.
본 발명은 알칼리 용액을 이용한 머서화 처리조를 거친 셀룰로오스 부직포를 다단 형성된 스퀴징 롤러 쌍으로 순차적 혹은 연속적으로 스퀴징하게 된다. 단일 스퀴징 롤러 쌍 만으로 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하게 되면, 머서화 처리조를 거친 셀룰로오스 부직포는 다량의 알칼리 용액을 함유한 상태로 스웰링조에 투입된다. 이로 인해 스웰링조를 오염시키고, 공정 균일성이 저하되는 문제가 있다. 본 발명에서는 다단 스퀴징 롤러를 도입함으로써, 셀룰로오스 부직포에 함유된 알칼리 용액의 양을 최소화하게 된다. 이를 통해 스웰링조의 오염을 최소화하고, 나아가 알칼리 용액의 재사용률을 높임으로써 공정 단가를 낮추고 알칼리 용액으로 인한 환경 오염을 줄이게 된다.
본 발명에서 스퀴징 롤러 쌍의 수(m)는 3 이상이며, 상세하게는 3 내지 20, 3 내지 10, 3 내지 5 범위이다. 이는 공정 효율과 셀룰로오스 부직포의 손상을 고려한 것이다. 스퀴징 롤러 쌍의 수(m)가 증가하면 스퀴징 정도는 높아지지만 셀룰로오스 부직포에 손상을 주고 설비 면적이 증가하게 된다.
하나의 실시예에서, 상기 스퀴징 롤러 쌍은, k번째(k는 1 내지 m-1 사이의 정수) 스퀴징 롤러 쌍의 레벨이 k+1번째 스퀴징 롤러 쌍의 레벨과 상이하다. 이웃하는 스퀴징 롤러 쌍의 레벨을 서로 다르게 설정함으로써, 스퀴징 효율을 높이고 설비 면적이 증가하는 것을 방지한다. 예를 들어, 상기 스퀴징 롤러 쌍의 레벨은 순차적으로 증가하거나, 높은 레벨과 낮은 레벨이 교차하도록 설정할 수 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 스퀴징 롤러 쌍의 일부 또는 전부를 경유하는 라인 상에서 셀룰로오스 부직포를 가열하는 가열 장치를 더 포함한다. 머서화 과정은 상온 혹은 그 이하의 온도에서 수행하는 것이 공정 효율에 유리하다. 이에 반해 스웰링 과정은 상대적으로 고온, 예를 들어 40℃ 이상의 온도에서 수행하는 것이 효율적이다. 본 발명에서는 머서화 처리조와 스웰링조 사이에 위치하는 스퀴징 롤러 쌍을 경유하는 라인 상에 가열 장치를 형성함으로써, 셀룰로오스 부직포를 예열하게 된다. 이를 통해, 급격한 온도 변화로 인한 셀룰로오스 부직포의 손상을 방지하고, 머서화 반응을 저감 내지 차단하며, 나아가 스웰링조에서의 반응 효율을 높일 수 있다. 상기 가열 장치는 스퀴징 롤러 쌍을 모두 포함하도록 형성할 수 있으나, 설비 효율을 위해 일부 스퀴징 롤러 쌍을 포함하도록 형성하는 것이 유리하다.
하나의 실시예에서, 상기 머서화 처리조는, TD 방향(Traverse Direction)으로 평행하게 배향되되 MD 방향(Machine Direction)으로 p개(p는 5 이상의 정수) 배열된 거치 롤러를 포함한다. 구체적인 실시예에서, 상기 머서화 처리조(100)는, TD 방향으로 평행하게 배향되되 MD 방향으로 p개(p는 5 이상의 정수) 배열된 상부 거치 롤러; 및 상부 거치 롤러의 하부에 위치하고 TD 방향으로 평행하게 배향되되 MD 방향으로 q개(q은 5 이상의 정수) 배열된 하부 거치 롤러를 포함한다.
상부 및 하부 거치 롤러의 수(p, q)는 각각 독립적으로 5 내지 100 범위이다. 구체적으로, 상부 및 하부 거치 롤러의 수(p, q)는 각각 독립적으로 5 내지 50 범위, 5 내지 30 범위 또는 8 내지 20 범위이다. 예를 들어, 상부 및 하부 거치 롤러의 수(p, q)는 동일하거나 어느 한 쪽이 하나 더 많은 구조일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 머서화 처리조에서, 셀룰로오스 부직포는 하부 거치 롤러를 시작으로 상부 및 하부 거치 롤러를 거친 후 하부 거치 롤러를 끝으로 다음 단계로 진행되고, 이 경우에는 하부 거치 롤러가 상부 거치 롤러보다 하나 더 많은 구조이다.
구체적인 실시예에서, 상기 머서화 처리조에서, 셀룰로오스 부직포는 상부 거치 롤러와 하부 거치 롤러를 교번하도록 거치된 상태에서 이송되는 구조이다. 본 발명에서는, 셀룰로오스 부직포를 상부 및 하부 거치 롤러에 교번하도록 거치함으로써, 머서화 처리조를 거치는 동안 셀룰로오스 부직포에 일정 수준의 인장력을 부여하게 된다. 알칼리 용액을 처리하는 머서화 처리조에서, 셀룰로오스 부직포는 수축되는 현상이 발생한다. 본 발명에서는, 셀룰로오스 부직포를 상부 및 하부 거치 롤러에 교번하도록 거치함으로써, 셀룰오오스 부직포의 과도한 수축을 방지할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 머서화 처리조에서, 상부 및 하부 거치 롤러 중 어느 하나 이상은 상하 방향으로 이동되는 구동축과 체결된 구조이다. 예를 들어, 상부 거치 롤러는 상하 방향으로 이동되는 구동축과 체결된 구조이고, 이를 통해 셀룰로오스 부직포에 인가되는 인장력을 제어하고, 작업 효율을 높일 수 있다.
구체적인 실시예에서, 상기 머서화 처리조에서, 상부 거치 롤러 열을 형성하는 각 거치 롤러는 정방향으로 회전하고, 하부 거치 롤러 열을 형성하는 각 거치 롤러는 역방향으로 회전하는 구조이다. 이를 통해, 셀룰로오스 부직포의 연속적인 이송을 구현한다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 머서화 처리조에서, 상부 거치 롤러의 레벨은 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 알칼리 용액의 수위 레벨보다 높고, 하부 거치 롤러의 레벨은 알칼리 용액의 수위 레벨보다 낮은 구조이다. 머서화 처리조에서 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 완전히 침지하는 것도 가능하나, 이는 공정 비용을 증가시키는 원인이 된다. 본 발명에서는, 상부 거치 롤러의 레벨을 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 알칼리 용액의 수위 레벨보다 높게 제어함으로써, 머서화 처리조를 거치는 동안, 셀룰로오스 부직포가 알칼리 용액에 침지되었다가 픽업되는 과정을 반복하게 된다. 이를 통해, 본 발명은 머서화 과정의 효율은 저하시키지 않으면서, 알칼리 용액의 사용량을 획기적으로 절감할 수 있다.
구체적인 실시예에서, 상기 머서화 처리조는, 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 분사 노즐을 더 포함한다. 상기 분사 노즐은 셀룰로오스 부직포 보다 높은 레벨에 위치한 상태에서 알칼리 용액을 셀룰로오스 부직포에 분사하게 된다. 또한, 분사된 알칼리 용액 중에서 셀룰로오스 부직포에 흡수되지 않은 잔량은 머서화 처리조 내의 침지조에 수용되어 재사용 가능하다.
하나의 실시예에서, 상기 머서화 처리조에서, 셀룰로오스 부직포는 상부 및 하부 거치 롤러에 거치된 상태로 산과 골을 형성하도록 위치한 상태로 이송되며, 산과 골 사이의 이격 높이(G'H)와 산과 산 사이의 이격 폭(G'W) 사이의 비율은, 3~50 : 1 범위이다. 구체적으로, 상기 비율(G'H : G'W)은 3~15 : 1 범위, 3~30 : 1 범위 또는 10~50 : 1 범위이다. 상기 비율 범위는 머서화 처리조(100)에서의 공정 효율과 셀룰로오스 부직포에 가해지는 인장력을 고려하여 산정된 것이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 스웰링조는 수조 내에 충진된 카르복시알킬화 용액을 포함하고, 셀룰로오스 부직포는, 봉형의 거치대에 거치된 상태로 산과 골을 형성하도록 위치한 상태로 이송되며, 봉형의 거치대 레벨은 카르복시알킬화 용액의 수위 레벨보다 낮게 제어한다.
본 발명은 셀룰로오스 부직포에 대한 카르복시알킬화 처리를 통해 흡수성 및 팽윤성이 향상된 부직포를 제조한다. 상기 스웰링조에서는, 봉형의 거치대(hanging bar)를 이용하여 셀룰로오스 부직포를 루프(loop) 형태로 거치한 상태에서 이송하게 된다. 이를 통해, 스웰링조를 거치는 동안 셀룰로오스 부직포에 가해지는 장력을 해소하고 부직포의 손상을 방지할 수 있다. 더불어 본 발명에서는, 스웰링조에서의 처리시간을 머서화 처리조 대비 상대적으로 길게 제어한다. 본 발명은 셀룰로오스 부직포를 봉형의 거치대에 루프 형태로 거치함으로써, 상대적으로 처리시간이 긴 스웰링조 설비의 과도한 확장을 방지하고, 셀룰로오스 부직포에 대한 연속처리를 가능하게 한다.
구체적인 실시예에서, 본 발명에서 셀룰로오스 부직포가 거치된 상태의 봉형의 거치대(hanging bar)는 n개 배열된 구조이며, 상세하게는, 20 내지 1,000 개, 20 내지 500 개, 50 내지 200 개 또는 50 내지 150 개 배열된 구조이다. 상기 봉형의 거치대의 개수는 셀룰로오스 부직포를 처리하는 설비의 규모, 생산량 내지 카르복시에틸화 용액의 농도와 처리시간 등을 고려하여 설계 변경 가능하다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 스웰링조(300)에서, 셀룰로오스 부직포는, k 번째(k는 1 내지 n-1 사이의 정수) 봉형의 거치대에 거치되되, MD 방향 양측이 k 번째 봉형의 거치대 하단으로 늘어뜨려진 형태이고, k 번째 봉형의 거치대에 거치된 셀룰로오스 부직포의 전단은 k+1 번째 봉형의 거치대에 거치된 형태이고, 상기 셀룰로오스 부직포는 봉형의 거치대에 거치된 상태로 스웰링조 내에서 이송되는 구조이다. 즉, 상기 셀룰로오스 부직포는 봉형의 거치대에 루프 형태로 거치된다. 이를 위해서, 상기 스웰링조(300)에 셀룰로오스 부직포가 연속적으로 공급되되, 봉형의 거치대는 이동과 멈춤을 일정 간격으로 반복하게 된다. 상세하게는, 봉형의 거치대가 이동 상태에서 셀룰로오스 부직포는 봉형의 거치대에 거치되고, 봉형의 거치대가 멈춤 상태에서는 봉형의 거치대 사이의 이격 공간에 셀룰로오스 부직포가 루프 형태로 늘어뜨려진다. 이러한 과정을 반복함으로써, 봉형의 거치대에 셀룰로오스 부직포를 루프 형태로 거치하게 된다.
구체적인 실시예에서, 상기 스웰링조에서, 셀룰로오스 부직포는, 거치대에 거치된 상태로 산과 골을 형성하도록 위치한 상태로 이송되며, 산과 골 사이의 이격 높이(GH)와 산과 산 사이의 이격 폭(GW) 사이의 비율(GH : GW)은, 10~100 : 1 범위이다. 구체적으로, 상기 비율(GH : GW)은 10~50 : 1 범위, 30~100 : 1 범위 또는 25~75 : 1 범위이다. 상기 비율 범위는 스웰링조(300)에서의 공정 효율과 셀룰로오스 부직포에 대한 카르복시에틸화 정도를 고려하여 산정된 것이다.
하나의 실시예에서, 상기 스웰링조는, 각 봉형의 거치대 일측 또는 양측에 체결되고, 순환 운동을 하는 순환 벨트; 및 상기 순환 벨트에 구동력을 전달하는 구동모터를 더 포함한다. 구동모터에 의한 축의 회전운동은 순환 벨트를 통해 봉형의 거치대를 순환시키게 된다. 상기 봉형의 거치대는 스웰링조(300) 내부에서 순환하면서 셀룰로오스 부직포를 이송하게 된다. 예를 들어, 상기 순환 벨트는 체인 벨트이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 스웰링조는 수조 내에 카르복시알킬화 용액이 충진된 구조를 포함하며, 봉형의 거치대 레벨은 카르복시알킬화 용액의 수위 레벨보다 낮게 설정된다. 이를 통해, 스웰링조 내에서 봉형의 거치대에 거치된 셀룰로오스 부직포는 카르복시알킬화 용액에 침지된 상태로 이송된다. 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 카르복시알킬화 용액의 수위 레벨보다 낮게 제어함으로써, 셀룰로오스 부직포에 대한 카르복시알킬화 효율 및 균일성을 높일 수 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 스웰링조는, 봉형의 거치대와 체결되어 상하 방향으로 이동되는 구동축을 더 포함한다. 예를 들어, 상기 구동축에 의해 봉형의 거치대는 상하 방향으로 레벨을 제어하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 셀룰로오스 부직포의 산과 골 사이의 이격 높이(GH)에 따라 봉형의 거치대 레벨을 제어할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스 부직포의 이격 높이(GH)가 낮은 경우에는 봉형의 거치대 레벨을 그에 상응하도록 낮춤으로써 공정 효율을 높이고 카르복시알킬화 용액의 충전량 내지 사용량을 줄일 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 부직포 연속처리 시스템은, 셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화조; 및 셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세조를 더 포함한다. 또한, 상기 스웰링조를 거친 셀룰로오스 부직포는 중화조 및 수세조를 따라 컨베이어 라인을 따라 연속적으로 이송된다.
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 시스템은, 스웰링조(300), 중화조(400) 및 수세조(500) 사이에, 각각 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하는 스퀴징 롤러를 더 포함한다. 이를 통해, 각 처리 단계를 거친 셀룰로오스 부직포에 잔류하는 용액 성분 등을 제거하고, 다음 처리 단계의 효율을 높일 수 있다.
예를 들어, 상기 중화조(400)는 단일 수조로 형성될 수 있으며, 또는 중화전 수세를 위한 수조와 중화를 위한 수조를 포함하는 구조일 수 있다. 또한, 상기 수세조(500)는 단일 수조로 형성될 수 있으며, 또는 2 내지 5개의 수조를 형성함으로써 단계적으로 연속적 수세를 수행하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 부직포 연속처리 시스템을 이용한 부직포 연속처리 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법은, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 단계; 머서화 처리된 셀룰로오스 부직포를 m개(m은 3 이상의 정수)의 스퀴징 롤러 쌍에 의해 연속적 또는 순차적으로 스퀴징하는 스퀴징 단계; 및 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 스웰링 단계를 포함한다.
본 발명은 알칼리 용액을 이용하여 셀룰로오스 부직포를 머서화하는 머서화 단계를 거친후 다단으로 형성된 스퀴징 롤러 쌍을 이용하여 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하게 된다. 이를 통해, 머서화 단계를 거친 셀룰로오스 부직포의 알칼리 용액의 픽업율을 현저히 낮추게 되고, 알칼리 용액의 재사용율을 높일 수 있다. 또한, 이후 진행되는 스웰링 단계에서 알칼리 용액에 의한 오염을 최소화 한다.
하나의 실시예에서, 상기 머서화 단계, 스퀴징 단계 및 스웰링 단계는, 셀룰로오스 부직포를 이송하는 컨베이어 라인을 따라 연속적으로 수행된다. 이를 통해, 본 발명에서는 셀룰로오스 부직포에 대한 연속처리가 가능하다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 스퀴징 단계에서, 스퀴징 롤러 쌍의 일부 또는 전부를 거치는 셀룰로오스 부직포를 가열하는 과정을 더 포함한다. 가열하는 과정을 통해, 급격한 온도 변화로 인한 셀룰로오스 부직포의 손상을 방지하고, 머서화 반응을 저감 내지 차단한다. 나아가 스웰링조에서의 반응 효율을 높일 수 있다. 상기 가열하는 과정은 스퀴징 롤러 쌍을 모두 포함하도록 형성할 수 있으나, 설비 효율을 위해 일부 스퀴징 롤러 쌍을 포함하도록 형성하는 것이 유리하다.
하나의 실시예에서, 상기 머서화 단계는 5 내지 16 몰 농도의 알칼리 용액을 이용하여 수행한다. 또한, 상기 스웰링 단계는 0.5 내지 3 몰 농도의 카르복시알킬화 용액을 이용하여 수행한다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 머서화 단계는 18 내지 25℃ 온도에서 20 내지 60 초간 수행한다. 또한, 상기 스웰링 단계는 50 내지 80℃에서 3 내지 10 분간 수행한다.
예를 들어, 상기 머서화 단계는 셀룰로오스 부직포를 18 내지 25℃에서 20 내지 60 초간 알칼리 용액으로 처리하는 단계를 통해 수행한다. 구체적으로는, 상기 머서화 단계는 셀룰로오스 부직포를 20 내지 23℃에서 25 내지 40 초간 알칼리 용액으로 처리하는 단계를 통해 수행한다. 상기 알칼리 용액은 상대적으로 저농도이며, 구체적으로는 5 내지 20 M, 8 내지 15 M 또는 10 내지 16 M 농도 범위이다. 본 발명의 머서화 단계에 적용되는 알칼리 용액의 농도 범위는, 공정 효율을 저하시키지 않으면서 셀룰로오스 부직포의 손상을 방지하기 위한 것이다. 예를 들어, 상기 알칼리 용액으로 NaOH 수용액을 적용할 수 있다. 본 발명에서는 상대적으로 저농도의 알칼리 용액을 이용하여 1 분 이내의 짧은 시간 동안 알카리화 함에도 원하는 수준의 머서화가 가능함을 확인하였다.
또한, 상기 스웰링 단계는 60 내지 80℃ 조건에서 3 내지 10 분 동안 진행한다. 구체적으로, 상기 카르복시알킬화 용액으로는 용매로 알코올을 이용한 MCA(monochloroacetic acid) 용액을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 카르복시알킬화 용액으로는 MCA 3 g을 IPA(isopropyl alcohol) 300 ml에 녹인 용액(1% MCA)를 사용한다.
하나의 실시예에서, 상기 스웰링 단계는, 셀룰로오스 부직포를 봉형의 거치대에 산과 골을 형성하도록 거치한 상태로 카르복시알킬화 용액에 침지시켜 이송하면서 수행한다. 봉형의 거치대의 형상, 배열 및 개수 등에 대해서는 앞서 설명한 바와 중복된다.
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법은, 스웰링 단계 이후에, 셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화 단계; 및 셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세 단계를 더 포함한다.
상기 중화 단계는, 셀룰로오스 부직포를 0.2 내지 3 M 농도의 산 용액에 침지시켜 수행한다. 구체적으로, 상기 중화 단계는 약산을 이용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 중화 단계는 0.2 내지 3 M 농도의 CA(Citric acid)를 이용하여 수행 가능하다. 본 발명에서는 상대적으로 저농도의 약산을 이용하여 중화 단계를 수행함으로써, 셀룰로오스 부직포의 손상을 방지하고 잔류될 수 있는 산 성분에 의한 사용자의 피부 손상을 최소화한다.
상기 수세 단계는 셀룰로오스 부직포를 세정액에 침지시켜 수행한다. 수세 단계는 하나의 수조에서 수행하는 것도 가능하나, 둘 또는 그 이상의 수조를 연속적으로 배치하여 다단으로 수행하는 것이 효과적이다. 예를 들어, 상기 수세 단계는 셀룰로오스 부직포가 3개의 수소를 연속적으로 거치면서 수행할 수 있다. 상기 세정액으로는 물이 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 알코올 등이 함께 사용된다.
상기 수세 단계 이후에 건조 단계를 더 거칠 수 있다. 상기 건조 단계는, 예를 들어, 45 내지 80℃ 온도에서 15 내지 60분간 건조를 수행한다. 상기 건조 단계의 건조 조건은 셀룰로오스 섬유의 손상 내지 변형을 방지하면서 공정 효율을 높이기 위한 범위에서 설정하였다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀룰로오스 부직포를 처리하는 과정을 도시한 공정도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 시스템은, 셀룰로오스 부직포(10)를 알칼리 처리하는 머서화 처리조(100); 머서화 처리조(100)를 거친 셀룰로오스 부직포(10)를 스웰링조(300)로 이송하며 스퀴징하는 3개의 스퀴징 롤러 쌍(201, 202, 203); 및 셀룰로오스 부직포(10)를 카르복시알킬화하는 스웰링조(300); 셀룰로오스 부직포(10)를 중화하는 중화조(400); 및 셀룰로오스 부직포(10)를 수세하는 수세조(500)를 포함하며, 각 처리조를 따라 셀룰로오스 부직포(10)는 연속적으로 이송된다.
구체적으로, 셀룰로오스 부직포(10)가 이송 카트(11)에 의해 이송되거나, 공급 롤러에 권취된 상태로 공급된다. 셀룰로오스 부직포(10)는 머서화 처리조(100)의 전면의 이송 롤러(101)를 통해 머서화 처리조(100)로 공급된다. 공급된 셀룰로오스 부직포(10)는 알칼리 용액이 충진된 수조 내에 침지되어 머서화 과정을 거치게 된다. 상기 머서화 처리조(100)는, 예를 들어, 셀룰로오스 부직포의 일종인 텐셀(Tencel) 부직포를 20 내지 23℃ 조건에서 알칼리 용액으로 20 내지 60 초 동안 처리한다. 상기 알칼리 용액은 NaOH 15 g을 물 100 ml에 녹인 용액 (13% NaOH)을 사용할 수 있다. 또한, 머서화 처리조(100)는 TD 방향으로 평행하게 배향되되 MD 방향으로 배열된 상부 거치 롤러(111); 및 상부 거치 롤러의 하부에 평행하게 위치하는 하부 거치 롤러(112)를 포함한다. 셀룰로오스 부직포(10)는 하부 거치 롤러(112)를 거쳐 상부와 하부 거치 롤러(111, 112)를 교번하여 거치된 후 하부 거치 롤러(112)를 거쳐 다음 단계로 이송된다.
머서화 처리조(100)를 거친 셀룰로오스 부직포(10)는 다단으로 형성된 스퀴징 롤러 쌍(201, 202, 203)을 거치면서 스퀴징된 후, 스웰링조(300)에 투입된다. 상기 스퀴징 롤러 쌍(201, 202, 203)에서는 셀룰로오스 부직포(10)를 스퀴징하면서 알칼리 용액의 픽업율을 낮추게 된다. 또한, 상기 스퀴징 롤러 쌍(201, 202, 203)은 동등 레벨로 위치하지 않도록 제어된다. 예를 들어, 첫번째 스퀴징 롤러 쌍(201) 보다 두번째 스퀴징 롤러 쌍(202)의 레벨이 낮게 형성되고, 세번째 스퀴징 롤러 쌍(203)의 레벨은 다시 높게 형성된 구조이다.
스웰링조(300)는 셀룰로오스 부직포(10)를 거치한 상태에서 이송하는 봉형의 거치대(hanging bar, 310)를 포함하고, 상기 봉형의 거치대(310)는 TD 방향(Traverse Direction)으로 평행하게 배향되되, 일정한 이격거리를 두고 MD 방향(Machine Direction)으로 배열된 구조이다. 셀룰로오스 부직포(10)는 봉형의 거치대(310)에 루프(loop) 형태로 거치된 상태로 이송된다. 예를 들어, 카르복시알킬화 용액으로는 용매로 알코올을 이용한 MCA(monochloroacetic acid) 용액을 사용하였다. 구체적으로는 상기 카르복시알킬화 용액으로는 MCA 3 g을 IPA(isopropyl alcohol) 300 ml에 녹인 용액(1% MCA)를 사용하였다. 또한, 스웰링조(300)에서는 60 내지 80℃ 조건에서 3 내지 10 분 동안 카르복시알킬화 반응을 진행한다.
스웰링조(300)를 거친 셀룰로오스 부직포(10)는 연속적으로 중화조(400)와 수세조(500)를 거치게 된다. 구체적으로, 중화조(400)는 예비 세척을 위한 수조와 중화를 위한 수조를 포함하며, 예비 세척 과정을 거쳐 중화액을 이용한 중화 과정을 거치게 된다. 상기 중화액으로는, 예를 들어, CA(citric acid) 1 g을 물 100 ml에 녹인 용액(1% CA)을 중화액으로 사용하였다. 중화조(400)는 20 내지 25℃, pH 6 내지 7.5 조건에서 1 내지 30 초 동안 셀룰로오스 부직포(10)를 처리한다. 중화조(400)를 거친 셀룰로오스 부직포(10)는 스퀴징 롤러(401)를 거쳐 수세조(500)에 투입된다.
수세조(500)는 예를 들어, 4개의 수조로 나누어 순차적으로 셀룰로오스 부직포(10)를 물에 침지하면서 수세하게 된다. 수세 시간은 5 내지 20 분 소요된다.
수세조(400)를 거친 셀룰로오스 부직포(10)는 스퀴징 롤러(501)를 거쳐 이송 카트에 실리거나 권취 롤러에 귄취된 상태로 건조 과정에 투입된다. 건조 과정은 예를 들어, 45 내지 80℃ 온도에서 15 내지 60분간 수행 가능하다. 예를 들어, 상기 건조 과정은 상업적으로 입수 가능한 텐터(tenter) 장치를 이용하여 수행 가능하다.
도 3 및 4는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 다단 스퀴징 롤러를 도시한 모식도들이다.
도 3은 머서화 처리조(100)와 스웰링조(300) 사이에 위치하는 다단 스퀴징 롤러(200(a))를 확대한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 머서화 처리조(100)를 거친 셀룰로오스 부직포(10)는 5쌍의 스퀴징 롤러 쌍(211, 212, 213, 214, 215)을 순차적으로 거치게 된다. 셀룰로오스 부직포(10)가 다수의 스퀴징 롤러 쌍(211, 212, 213, 214, 215)을 순차적으로 거치면서, 알칼리 용액에 대한 픽업율은 지속적으로 감소한다. 셀룰로오스 부직포(10)로부터 이탈된 알칼리 용액은 머서화 처리조(100)로 흘러들어 재사용 가능하다. 본 발명에서는 5쌍의 스퀴징 롤러 쌍(211, 212, 213, 214, 215)을 이용하여 셀룰로오스 부직포(10)를 순차적으로 스퀴징하기 때문에, 한번에 과도한 압력을 가할 필요가 없으며 함유된 알칼리 용액을 효과적으로 제거할 수 있다. 이를 통해, 셀룰로오스 부직포(10)의 손상을 방지하고 공정 및 에너지 효율을 높일 수 있다.
도 4는 머서화 처리조(100)와 스웰링조(300) 사이에 위치하는 다단 스퀴징 롤러(200(b))를 확대한 또 다른 모식도이다. 도 4를 참조하면, 머서화 처리조(100)를 거친 셀룰로오스 부직포(10)는 5쌍의 스퀴징 롤러 쌍(211, 212, 213, 214, 215)을 순차적으로 거치게 된다. 셀룰로오스 부직포(10)가 다수의 스퀴징 롤러 쌍(211, 212, 213, 214, 215)을 순차적으로 거치면서, 알칼리 용액에 대한 픽업율은 지속적으로 감소한다. 또한, 두번째부터 네번째의 스퀴징 롤러 쌍(212, 213, 214)은 건조를 위한 가열장치(220) 내에 위치한다. 상기 가열장치(220)를 통해, 셀룰로오스 부직포(10)의 알칼리 용액 픽업율을 보다 낮추고 셀룰로오스 부직포(10)의 온도를 일정 수준 높이게 된다. 예를 들어, 상기 가열장치(220)를 통해 셀룰로오스 부직포(10)의 온도를 50 내지 70℃ 범위로 가열한다. 이러한 가열장치(220)를 적용함으로써, 셀룰로오스 부직포(10)를 스웰링조(300)로 투입시 급격한 온도 변화를 방지하고 반응 효율을 높일 수 있다.
10: 셀룰로오스 부직포
11: 공급 카트
100: 머서화 처리조
101: 이송 롤러
111: 상부 거치 롤러
112: 하부 거치 롤러
200(a), 200(b): 다단 스퀴징 롤러
201, 202, 203, 211, 212, 213, 214, 215, 301, 401, 501: 스퀴징 롤러 쌍
220: 가열장치
300: 스웰링조
310: 봉형 거치대
400: 중화조
500: 수세조
S10: 머서화 단계
S11, S21: 숙성 단계
S20: 스웰링 단계
S30: 중화 단계
S40: 수세 단계

Claims (14)

  1. 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 처리조;
    상기 머서화 처리조를 거친 셀룰로오스 부직포를 스웰링조로 이송하며 스퀴징하는 m개(m은 3 이상의 정수)의 스퀴징 롤러 쌍; 및
    머서화 처리조로부터 공급된 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 스웰링조를 포함하며,
    상기 스웰링조는 수조 내에 충진된 카르복시알킬화 용액을 포함하고,
    셀룰로오스 부직포는, 봉형의 거치대에 거치된 상태로 산과 골을 형성하도록 위치한 상태로 이송되며,
    봉형의 거치대 레벨은 카르복시알킬화 용액의 수위 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 부직포 연속처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스퀴징 롤러 쌍은,
    k번째(k는 1 내지 m-1 사이의 정수) 스퀴징 롤러 쌍의 레벨이 k+1번째 스퀴징 롤러 쌍의 레벨과 상이한 것을 특징으로 하는 부직포 연속처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스퀴징 롤러 쌍의 일부 또는 전부를 경유하는 라인 상에서 셀룰로오스 부직포를 가열하는 가열 장치를 더 포함하는 부직포 연속처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 머서화 처리조는,
    TD 방향(Traverse Direction)으로 평행하게 배향되되 MD 방향(Machine Direction)으로 p개(p는 5 이상의 정수) 배열된 거치 롤러를 포함하는 부직포 연속처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스웰링조는, 셀룰로오스 부직포를 거치한 상태에서 이송하는 봉형의 거치대(hanging bar)를 포함하고,
    상기 봉형의 거치대는 TD 방향으로 평행하게 배향되되, 일정한 이격거리를 두고 MD 방향으로 n개(n은 10 이상의 정수) 배열된 구조인 부직포 연속처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직포 연속처리 시스템은,
    셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화조; 및
    셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세조를 더 포함하며,
    상기 스웰링조를 거친 셀룰로오스 부직포는 중화조 및 수세조를 따라 컨베이어 라인을 따라 연속적으로 이송되는 부직포 연속처리 시스템.
  7. 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 단계;
    머서화 처리된 셀룰로오스 부직포를 m개(m은 3 이상의 정수)의 스퀴징 롤러 쌍에 의해 연속적 또는 순차적으로 스퀴징하는 스퀴징 단계; 및
    셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 스웰링 단계를 포함하며,
    상기 스웰링 단계는, 셀룰로오스 부직포를 봉형의 거치대에 산과 골을 형성하도록 거치한 상태로 카르복시알킬화 용액에 침지시켜 이송하면서 수행하는 부직포 연속처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    머서화 단계, 스퀴징 단계 및 스웰링 단계는, 셀룰로오스 부직포를 이송하는 컨베이어 라인을 따라 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 부직포 연속처리 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 스퀴징 단계에서, 스퀴징 롤러 쌍의 일부 또는 전부를 거치는 셀룰로오스 부직포를 가열하는 과정을 더 포함하는 부직포 연속처리 방법
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 머서화 단계는 5 내지 16 몰 농도의 알칼리 용액을 이용하여 수행하고,
    상기 스웰링 단계는 0.5 내지 3 몰 농도의 카르복시알킬화 용액을 이용하여 수행하는 부직포 연속처리 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 머서화 단계는 18 내지 25℃ 온도에서 20 내지 60 초간 수행하고,
    상기 스웰링 단계는 50 내지 80℃에서 3 내지 10 분간 수행하는 부직포 연속처리 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    스웰링 단계 이후에,
    셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화 단계; 및
    셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세 단계를 더 포함하는 부직포 연속처리 방법.
  13. 삭제
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