KR20010015762A - 텍스쳐드 부직 복합 재료 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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휴고우 폴 왓츠
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로날드 디. 맥크레이
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Abstract

텍스쳐드 부직 복합 재료의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 섬유상 성분 및 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 포함하는 수엉킴 웹을 제공하는 단계; 웹의 적어도 한쪽 면에 결합제 물질을 가하는 단계; 및 웹의 적어도 하나의 평면을 따라 웹을 압축시켜 두께를 증가시키고 텍스쳐를 부여하는 단계를 포함한다. 결합제 물질은 경화성 라텍스 중합체, 안료, 및 경화 증진제를 포함한 수성 혼합물일 수 있다. 또한, 섬유상 성분 및 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 포함하는 수엉킴 웹; 및 복합 재료의 적어도 한쪽 면의 적어도 일부를 덮는 결합제 물질을 함유하는 부위를 포함하고, 웹을 그의 적어도 하나의 2차원 평면을 따라 압축시켜 그의 두께를 증가시키고 텍스쳐를 부여한 텍스쳐드 복합 재료가 개시되어 있다.

Description

텍스쳐드 부직 복합 재료 및 그의 제조 방법{Textured Nonwoven Composite Material and Method for Making the Same}
산업용 와이퍼, 식품 서비스용 와이퍼, 및 기타 유사한 품목과 같은 흡수성 제품은 여러가지 중요한 특성이 조합되도록 고안된다. 예를들면, 이러한 제품은 벌크성이 양호하고, 감촉이 부드럽고 고흡수성이어야 한다. 또한 이러한 제품은 젖었을 때에도 강도가 양호해야 하고 내인열성이 있어야 한다. 또한, 와이핑 제품은 연신 특성이 양호해야 하고 내마모성이 있어야 하며, 이들이 사용되는 환경에서 손상되어서는 안된다.
지금까지, 와이핑 제품, 특히 다량의 펄프 또는 종이를 함유하는 와이핑 제품의 특정한 물리적 특성을 향상 및 증가시키기 위하여 많은 시도를 행하여왔다. 그러나, 불행하게도, 와이핑 제품의 한가지 특성을 증가시키기 위한 처리를 하면, 제품의 다른 특성에 악영향을 미칠 수도 있었다. 예를들면, 펄프 섬유 기재의 와이핑 제품에서는, 종이 웹내의 섬유간 결합을 저하 또는 감소시킴으로써 유연성 및 벌크성이 증가될 수 있다. 그러나, 화학적 및(또는) 기계적 박리에 의해 섬유 결합을 억제하거나 감소시키는 것은 제품의 강도에 악영향을 미친다. 펄프 기재의 와이핑 제품의 고안시 당면하는 문제는 제품의 강도 및(또는) 내마모성을 저하시키지 않으면서 유연성, 벌크성 및 텍스쳐를 증가시키는 것이다.
따라서, 고도의 텍스쳐를 갖고 직물과 유사할 수 있는 펄프 기재의 와이핑 제품이 널리 요구되고 있다. 또한, 여전히 강하면서도 종래의 제품에 비해 유연성이 개선된 펄프 기재의 와이핑 제품이 요구되고 있다. 또한, 젖었을 때에도 압착되지 않고 사용시에 직물의 촉감을 갖는 펄프 기재의 와이핑 제품이 요구되고 있다. 또한, 직물의 일반적 외관을 갖는 펄프 기재의 와이핑 제품이 요구되고 있다.
발명의 개요
본 발명의 상기 및 기타 목적은 텍스쳐드 복합 재료를 형성하는 방법을 제공함으로써 달성된다. 이 방법은 섬유상 성분 및 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 함유하는 수엉킴 웹을 제공하는 단계; 웹의 적어도 한쪽 면에 결합제 물질을 가하는 단계; 및 웹을 적어도 하나의 2차원 평면을 따라 압축하여 두께를 증가시키고 텍스쳐를 부여하는 단계를 포함한다.
결합제 물질은 경화성 라텍스 중합체, 안료 및 경화 증진제를 포함한 수성 혼합물을 함유할 수 있다. 바람직하게는, 수성 혼합물은 약 100 건조 중량부의 경화성 라텍스 중합체, 약 0.5 내지 33 건조 중량부의 안료 및 약 1 내지 10 건조 중량부의 경화 증진제를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 수성 혼합물은 약 100 건조 중량부의 경화성 라텍스 중합체, 약 1 내지 5 건조 중량부의 안료, 및 약 4 내지 6 건조 중량부의 경화 증진제를 포함한다.
소멸성 알칼리를 사용하여 수성 혼합물의 경화전 pH를 8이 넘게 조절할 수 있고, 이 혼합물을 수엉킴 웹의 융점 미만의 온도에서 경화시킬 수 있다.
수성 혼합물중의 경화성 라텍스 중합체를 압축 단계전에 경화시킬 수도 있다. 별법으로 및(또는) 추가로, 수성 혼합물중의 경화성 라텍스 중합체를 압축 단계후에 경화시킬 수도 있다.
웹의 제1 면 및 웹의 반대쪽 제2 면에 결합제 물질을 가할 수 있다. 결합제 물질은 약 2 중량% 내지 약 15 중량%의 양으로 상기 웹의 적어도 한쪽 면에 가할 수도 있다. 2% 미만의 결합제 물질을 사용할 수 있는 것으로 생각된다.
웹은 추가로 웹의 섬유상 성분의 적어도 일부가 함께 결합되는 것을 억제하는 박리제를 함유할 수도 있다. 마찰 경감제를 웹의 적어도 한쪽 면에 가할 수도 있다.
결합제 물질을 일정 패턴으로 웹에 가할 수 있다. 예를들면, 일정 패턴은 격자형 패턴, 생선 비늘 패턴, 불연속 반점 또는 점 등일 수 있다. 매우 다양한 패턴을 고려할 수 있다.
본 발명은 상술한 방법에 따라 형성된 텍스쳐드 복합 재료를 포함한다. 복합 재료는 섬유상 성분 및 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 포함하는 수엉킴 웹; 및 복합 재료의 적어도 한쪽 면의 적어도 일부를 덮는 결합제 물질을 함유하는 부위를 함유한다. 바람직하게는, 수엉킴 웹은 섬유상 성분을 약 50 중량% 넘게, 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 약 0 중량% 초과 약 50 중량% 이하로 포함한다. 더욱 바람직하게는, 수엉킴 웹은 섬유상 성분을 약 70 중량% 넘게, 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 약 0 중량% 초과 약 30 중량% 이하로 포함한다.
실질적으로 연속적인 필라멘트는 단일 성분 필라멘트일 수 있거나, 또는 하나 이상의 저연화점 성분 및 하나 이상의 고연화점 성분을 갖고 하나 이상의 저연화점 성분으로 구성된 필라멘트의 외면을 적어도 일부 포함하는 복합 방사 (conjugate spun) 필라멘트일 수도 있다.
섬유상 성분은 펄프일 수 있다. 섬유상 성분은 합성 섬유를 더 포함할 수도 있다. 텍스쳐드 복합 재료는 부수적인 물질을 더 포함할 수도 있다. 부수적인 물질은 예를들어 점토, 충전제, 전분, 입상물질, 초흡수성 입상물질, 및 이들의 1종 이상의 조합물과 같은 임의의 적절한 물질일 수 있다. 텍스쳐드 복합 재료의 기본 중량은 약 20 내지 약 200 g/m2일 수 있다.
본 발명의 한가지 면에 있어서, 텍스쳐드 복합 재료는 pH 약 2 내지 약 13의 액체에 노출시에 착색견뢰도를 3이 넘게 유지할 수 있는 결합제 물질을 포함한다. 텍스쳐드 복합 재료는 차아염소산나트륨에 노출시에 착색견뢰도를 3이 넘게 유지하는 결합제 물질을 포함할 수 있다. 텍스쳐드 복합 재료는 알콜에 노출시에 착색견뢰도를 3이 넘게 유지하는 결합제 물질을 포함할 수 있다.
본 발명은 (1) 섬유상 성분; 및 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 함유하는 수엉킴 웹; 및 (2) 복합 재료의 적어도 한쪽 면의 적어도 일부를 덮는 결합제 물질을 함유하는 부위를 포함하며, 상기 웹은 그의 적어도 하나의 2차원 평면을 따라 압축되어 두께가 증가되고 텍스쳐가 부여된, 텍스쳐드 부직 복합 재료를 포함한다.
본 발명은 또한 상술한 텍스쳐드 복합 재료로부터 형성된 와이핑 제품을 포함한다. 와이핑 제품은 식품 서비스 와이퍼, 경미한 용도의 와이퍼, 산업용 와이퍼, 일반적 목적의 와이퍼 또는 임의의 적절한 와이핑 용도로서 사용될 수 있다.
정의
본 명세서에서 사용된 용어 "부직포 또는 부직 웹"은, 사이에 끼워지거나, 또는 편포된 패브릭에서와 같은 방식과는 동일시할 수 없는 개개의 섬유 또는 실의 구조를 갖는 웹을 의미한다. 부직포 또는 부직 웹은 예를들면 멜트블로잉 방법, 스펀본딩 방법 및 본디드 카디드 웹 방법과 같은 여러 방법으로 형성되어 왔다. 부직포의 기본 중량은 통상 평방야드 당 물질의 온스 (osy) 또는 평방미터 당 그램 (gsm)으로 표시하며, 유용한 섬유 직경은 통상 마이크론으로 표시된다 (주: osy를 gsm으로 전환시키기 위해서는 osy를 33.91로 곱함).
본 명세서에서 사용된 용어 "마이크로섬유"는, 평균 직경이 약 75 마이크론 이하, 예를들면 약 0.5 마이크론 내지 약 50 마이크론, 더욱 특별하게는 약 2 마이크론 내지 약 40 마이크론인 작은 직경의 섬유를 의미한다. 종종 사용되는 섬유 직경의 또다른 표시는 데니어이며, 이는 섬유의 9000 미터 당 그램으로 정의된다. 예를들면, 마이크론으로 제공된 폴리프로필렌 섬유의 직경은 그값을 제곱하고 거기에 0.00629를 곱함으로써 데니어로 환산할 수 있으며, 즉 15 마이크론 폴리프로필렌 섬유는 약 1.42의 데니어 (152×0.00629=1.415)를 갖는다.
본 명세서에서 사용된 용어 "멜트블로운 섬유"는, 용융된 열가소성 물질을 다수의 미세하고 통상 원형인 다이 모세관을 통해 용융된 실 또는 필라멘트로서 압출시키고, 이것에 고속 가스 (예, 공기) 스트림을 집중시켜 용융된 열가소성 물질의 필라멘트를 가늘게하여 직경 (마이크로섬유 직경일 수도 있음)을 감소시킴으로써 형성되는 섬유를 의미한다. 그후에, 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림을 통해 운반하고, 수집 표면상에 침착시켜 랜덤하게 분배된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이 방법은 예를들면, 미국 특허 제3,849,241호에 개시되어 있다. 일반적으로 말하자면, 멜트블로운 섬유는 연속 또는 불연속일 수 있는 마이크로섬유일 수 있으며, 이는 직경이 일반적으로 10 마이크론 미만이고, 수집 표면상에 침착시에 일반적으로 점성이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "중합체"에는 단독중합체, 공중합체, 예를들어 블록, 그라프트, 랜덤 및 교호 공중합체, 삼원공중합체 등, 및 이들의 블렌드 또는 이들의 변형물이 포함되지만 이에 한정되지는 않는다. 또한, 용어 "중합체"는 구체적으로 달리 한정되지 않는 한, 물질의 모든 가능한 기하학적 배열을 포함한다. 이러한 배열에는 이소택틱, 신디오택틱 및 랜덤 대칭이 포함되지만 이에 한정되지는 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어 "단일 성분" 섬유는 단지 1종의 중합체를 사용하여 하나 이상의 압출기로부터 형성된 섬유를 일컫는다. 여기에는 1종의 중합체로부터 형성된 섬유에 착색, 대전방지성, 윤활성, 친수성 등을 부여하기 위해 소량의 첨가제를 첨가한 섬유도 포함된다. 이러한 첨가제, 예를들어 착색용 이산화티탄은 일반적으로 5 중량% 미만, 더욱 전형적으로 약 2 중량% 미만의 양으로 존재한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "스펀본디드 필라멘트"는, 용융된 열가소성 물질을 압출된 필라멘트의 직경을 갖는 방사구의 미세하고 통상 원형인 다수의 모세관으로부터 필라멘트로서 압출한 다음, 예를들어 추출 연신 및(또는) 기타 공지된 스펀-본딩 메카니즘에 의해 급속히 감소시킴으로써 형성되는, 실질적으로 연속적인 작은 직경의 필라멘트를 일컫는다. 스펀 본디드 부직 웹의 제조는 예를들면, 미국 특허 제4,340,563호 (Appel 등), 및 동 제3,692,618호 (Dorschner 등), 동 제3,802,817호 (Matsuki 등), 동 제3,338,992호 및 제3,341,394호 (Kinney), 동 제3,502,763호 (Hartman), 동 제3,502,538호 (Levy), 및 동 제3,542,615호 (Dobo 등)와 같은 특허문헌에 설명되어 있다. 스펀본드 필라멘트는 일반적으로 수집 표면상으로 침착시에 점성이 아니다. 스펀본드 필라멘트는 종종 7 마이크론 이상의 직경, 더욱 특별하게는 약 10 내지 약 20 마이크론의 직경을 갖는다.
본 명세서에서 사용된 용어 "복합 방사 필라멘트"는 다수의 필라멘트 또는 피브릴 요소로 구성된 방사 필라멘트 및(또는) 섬유를 일컫는다. 일례의 복합 필라멘트는 쉬스/코어 배열 (즉, 코어 부분이 하나 이상의 쉬스로 실질적으로 또는 완전히 둘러싸임) 및(또는) 사이드-바이-사이드 스트랜드 (즉, 필라멘트) 배열 (즉, 공동 계면을 따라 연결된 다중 필라멘트/섬유)를 가질 수도 있다. 일반적으로 말하자면, 복합 필라멘트를 형성하는 상이한 요소들 (예를들어, 코어 부분, 쉬스 부분 및(또는) 사이드-바이-사이드 필라멘트)은 상이한 중합체로 이루어지며, 예를들어 용융-방사 방법, 용매 방사 방법 등과 같은 방법을 사용하여 방사된다. 바람직하게는, 복합 방사 필라멘트는 별개의 압출기에서 압출되지만 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하는 2종 이상의 열가소성 중합체로부터 형성된다. 복합 필라멘트는 때로는 다성분 또는 이성분 필라멘트 또는 섬유로도 칭한다. 복합 필라멘트들은 단일 성분 필라멘트일 수도 있으나 중합체들은 통상 서로 상이하다. 복합 필라멘트는 미국 특허 제5,108,820호 (Kaneko 등), 동 제5,336,552호 (Strack 등) 및 동 제5,382,400호 (Pike 등)에 교시되어 있다. 이성분 필라멘트의 경우에, 중합체들은 75/25, 50/50, 25/75 또는 기타 바람직한 비율로 존재할 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "연화점"은 일반적으로 열가소성 중합체의 용융전이점 근처의 온도를 칭한다. 연화점은 용융 전이점 근처 또는 바로 아래의 온도에서 일어나며, 중합체가 예를들어 셀룰로스 섬유 및(또는) 입상물과 같은 다른 물질과 비교적 지속적으로 융합 또는 결합될 수 있도록 하기에 충분한 정도의 중합체 구조에서의 변화 및(또는) 상변화의 규모에 상응한다. 일반적으로 말하자면, 중합체내의 내부 분자 배열은 연화점 아래의 온도에서 비교적 고정되는 경향이 있다. 이러한 조건하에서, 많은 중합체들은 연화되기 곤란하고, 그 결과 조금씩 늘어나거나, 유동되고(되거나) 비틀려서 통합되거나 흡수되고 궁극적으로 다른 물질과 융합되거나 결합된다. 연화점 부근에서, 중합체의 유동 능력이 향상되어 다른 물질과 지속적으로 결합될 수 있다. 일반적으로 말하자면, 일반적인 열가소성 중합체의 연화점은 사실상 ASTM D 1525-91에 따라 결정된 비캣 연화 온도 (Vicat Softening Temperature) 근처 또는 부근임을 특징으로 할 수 있다. 즉, 연화점은 일반적으로 대략 중합체의 용융 전이점 미만이며, 일반적으로 중합체의 비캣 연화 온도 부근이거나 그보다 높다.
본 명세서에서 사용된 용어 "저연화점 성분"이란, 동일한 복합 방사 필라멘트의 적어도 하나의 상이한 요소를 이루는 하나 이상의 중합체 (즉, 고연화점 성분)에 비해 더 낮은 연화점을 갖는, 복합 방사 필라멘트의 요소 (즉, 쉬스, 코어 및(또는) 사이드-바이-사이드 요소)를 이루는 하나 이상의 열가소성 중합체를 말하며, 따라서 저연화점 성분은 그의 연화점에서 또는 그 부근에서 실질적으로 연화되거나 전성되거나 쉽게 비틀리는데 반해, 동일한 복합 방사 필라멘트의 적어도 하나의 상이한 요소를 구성하는 하나 이상의 중합체는 동일한 조건하에서 비틀리거나 재성형되기가 비교적 곤란하다. 예를들면, 저연화점 성분은 고연화점 성분보다 약 20 ℃ 이상 더 낮은 연화점을 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "고연화점 성분"이란, 동일한 복합 방사 필라멘트의 적어도 하나의 상이한 요소를 이루는 하나 이상의 중합체 (즉, 저연화점 성분)에 비해 더 높은 연화점을 갖는, 복합 방사 필라멘트의 요소 (즉, 쉬스, 코어 및(또는) 사이드-바이-사이드 요소)를 이루는 하나 이상의 중합체를 말하며, 따라서 고연화점 성분은 동일한 복합 방사 필라멘트의 적어도 하나의 상이한 요소를 구성하는 하나 이상의 중합체 (즉, 저연화점 성분)가 실질적으로 연화되거나 전성되는 온도 (즉, 그의 연화점 부근)에서 비교적 비틀리지 않거나 재성형되지 않는다. 예를들면, 고연화점 성분은 저연화점 성분에 비해 약 20 ℃ 더 높은 연화점을 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "이성분 필라멘트"란, 동일 압출기로부터 압출된 2종 이상의 중합체의 블렌드로부터 형성되어진 필라멘트 또는 섬유를 말한다. 용어 "블렌드"에 대해서는 하기에 정의된다. 이성분 필라멘트는 필라멘트의 단면을 가로질러 비교적 일정하게 위치한 별개의 영역에 배열된 여러 중합체 성분을 갖지 않으며, 여러 중합체들은 통상 필라멘트의 전체 길이에 걸쳐 연속적이지 않고 그 대신 랜덤하게 시작되고 끝나는 피브릴 또는 원피브릴을 형성한다. 이성분 필라멘트는 때로는 다성분 필라멘트라고도 일컬어진다. 이러한 일반적 유형의 섬유/필라멘트는 예를들면 미국 특허 제5,108,827호 (Gessner)에 논의되어 있다. 복합 및 이성분 섬유/필라멘트는 또한 문헌 [Polymer Blends and Composites, John A. Manson and Leslie H. Sperling 저, copyright 1976 by Plenum Press, a division of Plenum Publishing Corporation of New York, IBSN 0-306-30831-2, 273∼277면]에 논의되어 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "블렌드"란 2종 이상의 중합체의 혼합물을 의미하는 반면, 용어 "얼로이 (alloy)"란 성분들이 비혼화성이지만 혼방되어 있는 블렌드의 아류를 의미한다. "혼화성" 및 "비혼화성"은 각각 혼합의 자유 에너지에 대해 - 및 + 값을 갖는 블렌드로 정의된다. 또한, "혼방"은 얼로이를 제조하기 위하여 비혼화성 중합체 블렌드의 계면 특성을 변성시키는 과정으로 정의된다.
본 명세서에서 사용된 "열 점 결합"이란, 결합시키고자 하는 섬유의 패브릭 또는 웹을 가열된 캘린더 롤과 앤빌 롤 사이에 통과시키는 결합 기술을 말한다. 캘린더 롤은 통상, 항상 그런것은 아니지만, 전체 패브릭이 그의 전체 표면에 걸쳐 결합되지 않는 방식으로 패턴화된다. 그 결과, 기능적 이유 뿐만 아니라 심미적 이유로 캘린더 롤에 대한 다양한 패턴이 개발되어 왔다. 패턴의 일례는 점을 갖는 것이고, 미국 특허 제3,855,046호 (Hansen and Pennings)에 교시된 바와 같이 in2당 결합점이 약 200개이고 약 30%의 결합 면적을 지닌 한센 페닝스 (Hansen Pennings) 또는 "H&P"패턴이다. H&P 패턴은 각각의 핀이 0.965 mm (0.38 인치)의 측면 치수, 1.778 mm (0.070 인치)의 핀 간격, 및 0.584 mm (0.023 인치)의 결합 깊이를 갖는 평방 점 또는 핀 결합 면적을 갖는다. 얻어진 패턴은 약 29.5%의 결합 면적을 갖는다. 또다른 전형적인 점 결합 패턴은 확장된 한센 페닝스 또는 "EHP" 결합 패턴이며, 이는 0.94 mm (0.037 인치)의 측면 지수, 2.464 mm (0.097 인치)의 핀 간격 및 0.991 mm (0.039 인치)의 결합 깊이를 갖는 평방 핀으로서 15% 결합 면적을 생성한다. "714"로 명명된 또다른 전형적인 점 결합 패턴은 각각의 핀이 0.584 mm (0.023 인치)의 측면 지수, 1.575 mm (0.062 인치)의 핀 간격 및 0.838 mm (0.033 인치)의 결합 깊이를 갖는 평방 핀 결합 면적을 갖는다. 얻어진 패턴은 약 15%의 결합 면적을 갖는다. 그러나, 또다른 통상의 패턴은 약 16.9%의 결합 면적을 갖는 씨-스타 (C-Star) 패턴이다. 씨-스타 패턴은 유성 모양에 의하여 간섭된 "코듀로이 (corduroy)" 디자인 또는 교차-방향 바아를 갖는다. 다른 통상의 패턴에는 반복적이고 약간의 상쇄 다이아몬드를 갖는 다이아몬드 패턴 (약 16%의 결합 면적), 및 예를 들어 윈도우 스크린과 같은 제안된 이름으로서 와이어 위이브 패턴이 포함된다. 전형적으로는, % 결합 면적은 패브릭 라미네이트 웹 면적의 약 10% 내지 약 30%로 다양하다. 국소 결합은 함께 라미네이트 층을 유지시킬 뿐만 아니라 각각의 층내에서 필라멘트 및(또는) 섬유를 결합함으로써 각각의 층에 대해 통합성을 부여한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "식품 서비스용 와이퍼"는 식품 서비스 산업, 즉 식당, 카페테리아, 바, 케이터링 등에서 주로 사용될 뿐만 아니라 가정에서도 사용될 수 있는 와이퍼를 의미한다. 식품 서비스 와이퍼는 직포 또는 부직포로 제조될 수 있다. 이러한 와이퍼는 통상 시료대, 의자 등의 위에 엎지른 음식을 닦아내고 조리 또는 서빙 구역에 튀거나 엎지른 그리스, 오일 등을 여러가지 세정액으로 청소하는데 사용된다. 식품 서비스 구역을 청소하는데 전형적으로 사용되는 세정액은 고산성 내지 고알칼리성의 pH로 다양하게 변할 수 있고 또한 용매 용액일 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "펄프"는 목질 및 비-목질 식물과 같은 천연 자원으로부터의 섬유를 말한다. 목질 식물에는 예를들면 낙엽수 및 침엽수가 포함된다. 비-목질 식물에는 예를들면 목화, 아마, 에스파르토, 흰 유액이 나는 잡초, 밀짚, 황마, 대마 및 바가스가 포함된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "평균 섬유 길이"는 핀란드 카자니 소재의 카자니 오이 일렉트로닉스 (Kajaani Oy Electronics)에서 입수가능한 카자니 섬유 분석기 모델 번호 FS-100을 사용하여 결정된 펄프 섬유의 가중 평균 길이를 말한다. 시험 절차에 따르면, 펄프 시료를 해리액으로 처리하여 섬유 다발 또는 조각이 존재하지 않도록 한다. 각각의 펄프 시료를 열수내로 붕해시키고 대략 0.001% 용액으로 희석한다. 표준 카자니 섬유 분석 시험 절차를 이용하여 시험시에, 개개의 시험 시료를 희석 용액으로부터 약 50 내지 100 ml 분량으로 연신한다. 가중 평균 섬유 길이는 하기 식으로 나타낼 수 있다:
식 중, k = 최대 섬유 길이
xi= 섬유 길이
ni= 길이 xi를 갖는 섬유의 갯수
n = 측정된 섬유의 총수
본 명세서에서 사용된 용어 "저-평균 섬유 길이 펄프"란, 상당량의 단 섬유 및 비-섬유 입자를 함유하는 펄프를 말한다. 많은 후생 목재 섬유 펄프는 저-평균 섬유 길이 펄프로 간주될 수 있다; 그러나, 후생 목재 섬유 펄프의 품질은 재생 섬유의 품질 및 이전의 가공 유형 및 양에 따라 좌우된다. 저-평균 섬유 길이 펄프는 예를들어 카자니 섬유 분석기 모델 번호 FS-100 (Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Finland)와 같은 광학적 섬유 분석기로 측정시에 약 1.2 mm 미만의 평균 섬유 길이를 가질 수 있다. 예를들면, 저-평균 섬유 길이 펄프는 약 0.7 내지 1.2 mm의 평균 섬유 길이를 가질 수 있다. 일례의 저-평균 섬유 길이 펄프에는 원시 낙엽활엽수 펄프, 및 사무처리 폐지, 신문 용지 및 판지 폐품과 같은 자원으로부터의 후생 섬유 펄프가 포함된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "고-평균 섬유 길이 펄프"는 비교적 소량의 단섬유 및 비-섬유 입자를 함유하는 펄프를 말한다. 고-평균 섬유 길이 펄프는 전형적으로 특정한 비-후생 (즉, 원시) 섬유로부터 형성된다. 선별되어진 후생 섬유 펄프는 또한 고-평균 섬유 길이를 가질 수도 있다. 고-평균 섬유 길이 펄프는 전형적으로 예를들어 카자니 섬유 분석기 모델 번호 FS-100 (Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Finland)와 같은 광학적 섬유 분석기로 측정시에 약 1.5 mm가 넘는 평균 섬유 길이를 갖는다. 예를들면, 고-평균 섬유 길이 펄프는 약 1.5 내지 약 6 mm의 평균 섬유 길이를 가질 수 있다. 목재 섬유 펄프인 고-평균 섬유 길이 펄프의 일례에는 표백 및 비표백된 원시 침엽수 섬유 펄프가 포함된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "착색견뢰도"란, 크로킹 시험에 대한 착색견뢰도로 측정시에 샘플로부터 착색된 물질이 전달되는 것을 말한다. 크로킹에 대한 착색견뢰도는, 시험하고자 하는 재료의 127 mm ×178 mm (5 인치 ×7 인치) 조각을 미국 60613 일리노이주 시카고 래벤스우드 애비뉴 4114 소재의 애틀라스 일렉트릭 디바이스사 (Atlas Electric Device Company)로부터 입수가능한 Crockmeter 모델 cm-1에 위치시킴으로써 측정된다. 크로크미터는 고정된 양의 힘으로 소정의 횟수 (본 시험에서 횟수는 30회임)만큼 샘플위를 교차하여 앞뒤로 면포를 문지르거나 마찰한다. 5는 면포위에 색이 없는 것을 나타내고 1은 면포위의 다량의 색을 나타내는 것을 기준으로하여, 샘플로부터 면포로 전달된 색을 비교한다. 값이 높을수록 비교적 샘플의 착색견뢰도가 높은 것을 의미한다. 비교 기준은 미국 27709 노쓰 캐롤라이나주 리써치 트라이앵글 파크 PO Box 12215 소재의 아메리칸 어쏘시에이션 오브 텍스타일 케미스츠 앤드 컬러리스트 (American Association of Textile Chemists and Colorists (AATCC))로부터 입수가능하다. 이 시험은, AATCC 시험 절차가 단지 옷감을 10회 문지르고 상이한 샘플 크기를 사용하는 것을 제외하고는, AATCC 시험 방법 8과 유사하다. 본 발명자들은 이러한 30회의 문지름 방법이 AATCC의 10회 문지름 방법에 비해 더욱 정확하다고 생각한다.
본 발명은 일반적으로 부직 복합 재료에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 강하고 흡수성 및 유연성이 있을 뿐만 아니라 텍스쳐드 (textured) 외관을 갖는 와이핑 제품에 관한 것이다.
도 1은 수엉킴 웹을 형성하는 방법의 하나의 구현양태의 예시도.
도 2는 텍스쳐드 복합 재료를 형성하기 위한 예시적 방법의 일부인 압축 구역의 예시도.
도 3은 사용되는 결합제 물질에 대한 날염 패턴의 예시도.
양호한 흡수성을 갖지만 일반적으로 강성이고, 얇고, 편평한 (즉, 텍스쳐가 부족한) 수엉킴 복합 재료는 복합 재료의 적어도 한쪽 면위에 결합 물질을 날염하고 웹을 압축하여 텍스쳐를 부여함으로써 개선될 수 있음이 밝혀졌다. 또한 중요한 것은, 본 발명의 방법은 유연성을 증가시킬 뿐만 아니라 유사하게 제조된 복합 재료에 비해 웹의 강도에 악영향을 미치지 않는다는 것이 예상외로 더 밝혀졌다. 일부 용도에서, 웹의 강도가 실제로 증가된다.
도 1을 참조하면, 복합 재료를 제조하기 위해 사용되는 일례의 수엉킴 방법이 나타나있다. 예를들어, 펄프와 같은 섬유상 성분 및 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 함유하는 수엉킴 복합 재료는 예를들면 전체내용이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제5,389,202호 (Everhart 등)에 기재되어 있다.
일반적으로 말하자면, 적절한 수엉킴 복합 재료는 헤드박스 (12)에 펄프의 희석 현탁액을 공급하고 이것을 균일한 분산액으로 수로 (14)를 거쳐 통상적인 제지 기계의 성형 직물 (16)상에 침착시킴으로써 형성될 수 있다. 펄프 섬유의 현탁액은 통상의 제지 공정에서 전형적으로 사용되는 점조도로 희석될 수 있다. 펄프 섬유의 현탁액으로부터 물을 제거하여 펄프 섬유 (18)의 균일층을 형성한다.
펄프 섬유는 고-평균 섬유 길이 펄프, 저-평균 섬유 길이 펄프 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 고-평균 섬유 길이 목재 펄프의 예는 킴벌리-클락 코포레이션 (Kimbery-Clark Corporation)으로부터 상표명 롱글락 (Longlac) 19, 쿠사 리버 (Coosa River) 56 및 쿠사 리버 57로 입수될 수 있는 것이 포함된다.
저-평균 섬유 길이 펄프는 예를들면 특정한 원시 낙엽활엽수 펄프, 및 신문 용지, 재생된 판지 및 사무처리 폐지와 같은 자원으로부터의 후생 (즉, 재생)섬유 펄프일 수 있다.
고-평균 섬유 길이 펄프 및 저-평균 섬유 길이 펄프의 혼합물은 상당한 비율의 저-평균 섬유 길이 펄프를 함유할 수 있다. 예를들어, 합성 섬유, 스테이플 길이 섬유 등과 같은 다른 섬유 재료를 펄프 섬유에 첨가할 수도 있다.
이러한 다른 섬유 재료는 일반적으로 웹의 형성시에 수소 결합되지 않은 섬유로 일컬어지는 "비-결합 섬유"일 수 있다. 비-결합 섬유에는 예를들면 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 폴리비닐 아세테이트 섬유, 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다. 비-결합 섬유는 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 양으로 웹에 첨가할 수 있다.
비-결합 섬유 이외에도, 열기계적 (thermomechanical) 펄프를 또한 첨가할 수도 있다. 열기계적 펄프란 펄프화 공정동안에 통상적인 펄프와 동일한 정도로 열처리되지는 않은 펄프를 말한다. 열기계적 펄프는 강성 섬유를 함유하는 경향이 있고 보다 높은 수준의 리그닌을 갖는다. 개방형 공극 구조를 생성하기 위하여 본 발명의 기재 웹에 열기계적 펄프를 첨가할 수 있으며, 따라서 벌크성 및 흡수성이 증가된다.
존재시에, 열기계적 펄프를 약 10 중량% 내지 약 30 중량%의 양으로 기재 웹에 첨가할 수 있다. 열기계적 펄프를 사용할 때, 웹의 형성동안에 습윤제를 첨가하는 것도 바람직하다. 습윤제는 약 1% 미만의 양으로 첨가될 수 있으며, 한가지 구현양태에서 이것은 술폰화 글리콜일 수 있다.
소량의 습윤-강도 수지 및(또는) 수지 결합제를 첨가하여 강도 및 내마모성을 향상시킬 수 있다. 가교제 및(또는) 수화제도 또한 펄프 혼합물에 첨가할 수 있다. 매우 개방되거나 느슨한 부직 펄프 섬유 웹을 원하는 경우, 펄프 혼합물에 박리제를 첨가하여 수소 결합도를 감소시킬 수 있다. 예를들어 복합 재료의 1 내지 4 중량%의 양으로 특정한 박리제를 첨가하면, 측정된 마찰 정적 및 동적 계수가 감소되고 복합 패브릭의 연속 필라멘트가 풍부한 측면의 내마모성이 향상되는 것으로 나타난다. 박리제는 윤활제 또는 마찰 경감제로서 작용하는 것으로 생각된다.
연속 필라멘트 부직 기재 (20)는 공급 롤 (22)로부터 풀리고, 공급 롤 (22)이 그와 관련된 화살표 방향으로 회전함에 따라 그와 연관된 화살표로 표시된 방향으로 이동된다. 부직 기재 (18)는 스택 롤러 (28 및 30)에 의해 형성된 S-롤 배열 (26)의 닙 (24)을 통과한다.
부직 기재 (20)는 공지된 연속 필라멘트 부직포 압출 방법, 예를들어 공지된 용매 방사 또는 용융-방사 방법에 의해 형성될 수 있으며, 먼저 공급 롤에 저장됨 없이 닙을 직접 통과한다. 바람직하게는, 연속 필라멘트 부직 기재는 복합 방사 필라멘트로 된 부직 웹이다. 더욱 바람직하게는, 복합 방사 필라멘트는 예를들어 복합 스펀본드 필라멘트와 같은 복합 용융-방사 필라멘트이다. 이러한 필라멘트는 성형된 필라멘트, 쉬스/코어 필라멘트, 사이드-바이-사이드 필라멘트 등일 수 있다.
스펀본드 필라멘트는 임의의 용융-방사가능한 중합체, 공중합체 또는 이들의 블렌드로부터 형성될 수 있다. 바람직하게는, 복합 방사 필라멘트는 복합 용융-방사 필라멘트이다. 더욱 바람직하게는, 복합 방사 필라멘트는 하나 이상의 저연화점 성분 및 하나 이상의 고연화점 성분으로 구성된 복합 용융 방사 필라멘트이다 (여기에서, 필라멘트의 외면의 적어도 일부는 하나 이상의 저연화점 성분으로 구성됨). 복합 용융-방사 필라멘트의 하나의 중합체 성분은 저연화점 열가소성 물질임을 특징으로 하는 중합체이어야 한다 (예를들어, 하나 이상의 저연화점 폴리올레핀, 저연화점 엘라스토머 블록 공중합체, 에틸렌과 하나 이상의 비닐 단량체 [예컨대 비닐아세테이트, 불포화 지방족 모노카르복실산, 및 이러한 모노카르복실산의 에스테르]와의 저연화점 공중합체, 및 이들의 블렌드). 예를들면, 폴리에틸렌은 저연화점 열가소성 물질로서 사용될 수 있다.
복합 용융-방사 필라멘트의 다른 중합체 성분은 고연화점 물질임을 특징으로 하는 중합체이어야 한다 (예를들어 하나 이상의 폴리에스테르, 폴리아미드, 고연화점 폴리올레핀, 및 이들의 블렌드). 예를들면, 폴리프로필렌은 고연화점 열가소성 물질로서 사용될 수 있다.
본 발명의 한가지 구현양태에서, 연속 부직 필라멘트 기재는 약 30% 미만의 총 결합 면적 및 in2당 결합점이 약 100개가 넘는 균일한 결합 밀도를 가질 수 있다. 예를들면, 연속 부직 필라멘트 기재는 약 2 내지 약 30% (통상적인 광학 현미경 방법으로 측정됨)의 총 결합 면적 및 in2당 핀 결합점이 약 250 내지 약 500개인 결합 밀도를 가질 수 있다.
이러한 총 결합 면적 및 결합 밀도의 조합은 연속 필라멘트 기재를 in2당 약 100개 이상의 핀 결합을 갖는 핀 결합 패턴과 결합시킴으로써 달성될 수 있으며, 이는 평활한 앤빌 롤과 충분히 접촉시에 약 30% 미만의 총 결합 표면적을 제공한다. 바람직하게는, 결합 패턴은 in2당 핀 결합점이 약 250 내지 약 350개인 핀 결합 밀도를 가질 수 있고, 평활한 앤빌 롤과 접촉시에 약 10% 내지 약 25%의 총 결합 표면적을 가질 수 있다.
열 결합 롤에 의해 생성되는 핀 결합은 상기 기재되어 있으나, 본 발명의 구현양태는 전체 결합 면적을 최소로하면서 필라멘트를 양호하게 잡아맬 수 있는 임의의 형태의 결합을 의도하고 있다. 예를들면, 초음파 결합, 열 결합 및(또는) 초음파 결합 및(또는) 라텍스 함침을 함께 사용하여, 결합 면적을 최소로 하면서 필라멘트를 바람직하게 잡아맬 수 있다. 별법으로 및(또는) 추가로, 수지, 라텍스 또는 첨가제를 예를들어 분무 또는 날염에 의해 부직 연속 필라멘트 웹에 가하고 건조시켜 바람직한 결합을 제공할 수 있다.
복합 방사 필라멘트를 사용하여 부직 기재 (20)를 형성하거나 또는 부직 기재 (20)에 포함시킨 경우에, 부직 기재는 펄프 층과의 엉킴 이전에는 비교적 약하게 결합될 수도 있거나 심지어 결합되지 않을 수도 있다.
이어서 펄프 섬유 층 (18)을 통상적인 수엉킴 기계의 다공성 엉킴 표면 (32)상에 걸쳐 있는 부직 기재 (20)상에 적층시킨다. 펄프 층 (18)이 부직 기재 (20)와 수엉킴 다기관 (34) 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 펄프 섬유 층 (18) 및 부직 기재 (20)는 하나 이상의 수엉킴 다기관 (34)아래를 통과하고, 유체 젯트로 처리되어 펄프 섬유를 연속 필라멘트 부직 기재 (20)의 필라멘트와 엉키게 한다. 또한 유체 젯트는 부직 기재 (20)를 통해 펄프 섬유내로 진행하여 복합 재료 (36)을 형성한다.
또는, 펄프 섬유 층 (18) 및 부직 기재 (20)가 습식-적층이 일어나는 동일한 다공성 막 (즉, 망상 직물)상에 위치하면서 수엉킴이 일어날 수도 있다. 본 발명은 또한 건조된 펄프 시트를 연속 필라멘트 부직 기재상에 포개어 놓고, 건조된 펄프 시트를 특정한 점조도로 재수화시킨 다음 재수화된 펄프 시트를 수엉킴시킨다.
펄프 섬유 층 (18)은 물로 매우 포화되면서 수엉킴이 일어날 수도 있다. 예를들면, 펄프 섬유 층 (18)은 수엉킴 직전에 약 90 중량% 이하의 물을 함유할 수 있다. 또는, 펄프 섬유 층은 펄프 섬유의 통풍식 또는 건식 층일 수 있다.
수엉킴은 예를들어, 개시내용이 본 명세서에서 참고로 인용되는 미국 특허 제3,485,706호 (Evans)에서 찾아볼 수 있는 바와 같은 종래의 수엉킴 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 본 발명의 수엉킴은 적절한 유동 유체, 예컨대 물을 사용하여 수행될 수 있다.
유체는 펄프 섬유 층 (18) 및 부직 기재 (20)에 영향을 주며, 이들은 예를들어 약 40 ×40 내지 약 100 ×100의 메쉬 크기를 지닌 단면 메쉬일 수 있는 다공성 표면에 의해 지지된다. 다공성 표면은 또한 약 50 ×50 내지 약 200 ×200의 메쉬 크기를 지닌 다중 메쉬일 수도 있다. 많은 수 제트 처리 방법에서 전형적인 바와 같이, 진공 슬롯 (38)은 엉킴 다기관의 하류쪽으로 하이드로-니들링 다기관 아래에 또는 다공성 엉킴 표면 (32) 아래에 직접 위치될 수도 있으며, 따라서 과량의 물이 수엉킴 복합 재료 (36)로부터 회수된다.
유체 제트 처리후에, 복합 패브릭 (36)을 비-압축 건조 공정으로 옮길 수 있다. 상이한 속도의 픽업 롤 (40)을 사용하여 재료를 수압 니들링 벨트로부터 비-압축 건조 공정으로 이송시킬 수 있다. 또는, 종래의 진공형 픽업 및 이송 패브릭을 사용할 수 있다. 원한다면, 복합 패브릭을 건조 공정으로 이송하기 전에 습식-크레이프화할 수 있다. 웹의 비-압축 건조는 도 1에서 (42)로 나타낸 종래의 회전 드럼 공기-관통식 건조 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 관통식 건조기 (42)는, 천공 (46)을 통과한 열풍을 수용하기 위한 외부 후드 (48)와 조합된, 천공 (46)이 있는 외부 회전식 실린더 (44)일 수 있다. 관통식 건조기 벨트 (50)는 관통식 건조기 외부 실린더 (40)의 상부 위로 복합 패브릭 (36)을 운반한다. 관통식-건조기 (42)의 외부 실린더 (44)에 있는 천공 (46)을 통해 가해지는 열풍은 복합 패브릭 (36)으로부터 물을 제거시킨다. 다른 유용한 관통식-건조 방법 및 장치는 예를들면, 내용이 본 명세서에서 참고로 인용되는 미국 특허 제2,666,369호 및 동 제3,821,068호에서 찾아볼 수 있다. 그러나, 다른 건조장치들도 본 방법에서 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를들면, 일부 적용에서는 관통식-건조 공정 대신에 또는 그것에 추가하여 양키 (Yankee) 건조기를 사용할 수 있는 것으로 생각된다.
패브릭은 예를들어 정련제, 마모제, 활성탄, 점토, 전분 및 초흡수제 물질과 같은 각종 물질을 함유할 수 있다. 예를들면, 이러한 물질들을 펄프 섬유 층을 형성시키는데 사용되는 펄프 섬유의 현탁액에 첨가할 수 있다. 이러한 물질들은 또한 유체 제트 처리 전에 펄프 섬유 층상에 침착될 수 있으며, 따라서 이들은 유체 제트의 작용에 의해 복합 패브릭내로 혼입되어진다. 별법으로 및(또는) 추가로, 이러한 물질들은 유체 제트 처리후에 복합 패브릭에 첨가할 수도 있다.
건조 공정에 앞서 또는 건조 공정 이후에 수엉킴 복합 패브릭 (36)에 결합제 물질을 가할 수도 있다. 결합제 물질은 종래의 기술을 사용하여 가할 수 있다. 바람직하게는, 결합제 물질을 복합 재료위에 날염한다. 날염 방법은 예를들어 플랙소인쇄 날염, 그라비어 날염, 석판 오프셋 날염, 잉크젯 날염, 분무식 날염 및(또는) 스크린 날염과 같이 당업계에 효과적인 것으로 공지된 임의의 방법일 수 있다.
일반적으로 말하자면, 결합제 물질은 라텍스 기재일 수도 있다. 이들은 라텍스 기재 및 경화 증진제 및 원한다면 안료를 함유할 수도 있다. 조성물을 주변온도에서 경화시키기 위하여 경화 증진제를 라텍스 기재에 첨가할 수 있으나, 그 온도 미만에서는 경화 증진제가 일반적으로 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 포함하는 부직포 웹의 중합체 성분을 용융시키므로, 그러한 온도를 피하는 것이 바람직하다고 생각된다. 경화공정은 배합물의 일부를 형성할 수도 있는 소멸성 알칼리의 소실에 의해 유발될 수 있다. 또는, 내부 경화제를 가진 라텍스 중합체를 사용할 수도 있다.
모든 성분의 첨가후에 점도가 날염을 위해 적절한 범위가 아니라면, 점도 조절제 또는 추가의 물을 배합물의 일부에 첨가할 수도 있다. 예를들어 소포제와 같은 기타 성분들을 첨가할 수도 있다.
본 발명에서 사용하기 위해 허용되는 라텍스 중합체 계는 실온에서 또는 약간 승온에서 가교될 수 있어야 하고, 주변 기후 조건에 대해 안정해야 하고 경화시에 가요성이어야 한다. 예로서는, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 비닐 클로라이드, 스티렌-부타디엔, 아크릴레이트, 및 스티렌-아크릴레이트 공중합체의 중합체가 포함된다. 이러한 라텍스 중합체는 일반적으로 -15 내지 +20 ℃ 범위의 유리전이온도를 갖는다. 한가지 적절한 라텍스 중합체 조성물은 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 비. 에프. 굿리치사 (B.F.Goodrich Company)로부터의 HYCAR26084로서 공지되어 있다. 다른 적절한 라텍스에는 비. 에프. 굿리치사로부터의 HYCAR2671, 26445, 26322 및 26469, 롬 앤드 하스 (Rohm & Haas)로부터의 RHOPLEXB-15, HA-8 및 NW-1715, 미국 뉴저지주 브릿지워터 소재의 내셔날 스타치 앤드 케미칼사 (National Starch & Chemical Co.)로부터의 DUR-O-SETE-646 및 미국 테네시주 채터누가 소재의 BASF로부터의 BUTOFAN4261 및 STYRONAL4574가 포함된다.
본 발명에서 사용하기 위해 허용가능한 안료 (만일 안료가 요구된다면)는 사용되는 라텍스 및 가교제와 상용성이어야 한다. 일반적으로 말하자면, 안료란 염료에서와 같은 액체가 아니라 입상 착색체를 갖는 조성물을 말한다. 본 발명에서 사용하기 위한 시판중인 안료에는 상표명 GRAPHTOL로 미국 노쓰 캐롤라이나주 산토츠 케미칼사 (Sandoz Chemical Company)에 의해 제조된 제품이 포함된다. 구체적인 안료에는 GRAPHTOL1175-2 (적색), GRAPHTOL6825-2 (청색), GRAPHTOL5869-2 (녹색) 및 GRAPHTOL4534-2 (황색)이 포함된다. 다양한 색을 내기 위해서는 안료의 조합물을 사용할 수도 있다.
일부 안료에 추가하여 또는 그 대신에, 점토와 같은 충전제를 전색제로서 사용할 수도 있다. 점토는 조성물의 착색견뢰도를 감소시키는 효과를 갖는 것으로 나타나고 물론 안료의 색을 내지는 않지만, 안료에 비해 저렴하기 때문에 비용을 절감하는 수단이 된다. 사용가능한 점토로는 예를들어, 미국 08830 뉴저지주 이셀린 우드 애비뉴 101 소재의 엥겔하드 코포레이션 (Engelhard Corp.)으로부터 입수가능한 울트라화이트 (Ultrawhite) 90이 있다.
유용한 경화 증진제는 조성물에서 라텍스 중합체의 가교를 유발하거나 가교시켜야 한다. 바람직하게는, 경화 증진제는 라텍스 기재의 조성물을 실온에서 또는 약간 높은 온도에서 경화시킬 수 있어야 하고, 따라서 복합 재료는 라텍스를 경화시키기 위하여 용융되기 시작하는 온도로 가열되지 않아도 된다. 경화 증진제는 중성 또는 산성 pH에서 활성화될 수 있고, 따라서 결합제 조성물은 혼합 및 적용시에 8이 넘는 pH로 유지된다. 예를들어 암모니아와 같은 소멸성 알칼리를 사용하여 경화전 pH를 8이 넘게 유지시킨다. 실온에서 건조시키거나 또는 별법으로 이들을 가열함으로써 소량을 제거하여 증발율이 증가될 때까지, 소멸성 알칼리를 용액에 유지시킨다. 알칼리의 소실은 조성물의 pH를 저하시키며, 이는 경화 증진제의 작용을 유발한다.
적절한 경화 증진제는 예를들면 XAMA-2 및 XAMA-7이며, 비. 에프. 굿리치사로부터 시판된다. 다른 허용가능한 경화 증진제로는 일본 오사까 소재의 닛본 슈꾸바이사 (Nippon Shokubai Co.)로부터 입수가능한 케미티테 (Chemitite) PZ-33이 있다. 이러한 물질들은 2개 이상의 아지리딘 작용기를 갖는 아지리딘 올리고머이다.
일반적으로 필요한 것은 아니지만, 날염 조성물의 점도가 원하는 날염 방법을 위해 적절하지 않다면 점도 개질제를 사용할 수도 있다. 한가지 적절한 점도 개질제는 ACRYSOLRM-8로 공지되어 있으며, 롬 앤드 하스사로부터 입수가능하다. 본 발명의 날염 조성물의 점도를 감소시키기를 원한다면, 물을 간단히 혼합물에 첨가할 수도 있다.
상기 나타낸 바와 같이, 결합제 물질은 소정의 패턴으로 복합 패브릭 (36)에 가한다. 예를들면 한가지 구현양태에서, 패턴이 서로 연결되어 표면상에 그물형의 무늬를 형성하도록 결합제 물질을 망상 패턴으로 복합 패브릭 (36)에 가할 수 있다. 예를들면, 결합제 물질은 다이아몬드형 격자에 따라 가할 수 있다. 한가지 구현양태에서, 다이아몬드는 0.32 cm (1/8 인치)의 길이 치수를 갖는 사각형일 수 있다. 대안적인 구현양태에서, 격자를 포함하는 다이아몬드는 1.5 × 10-2cm (6 ×10-3인치) 및 2.3 × 10-2cm (9 ×10-3인치)의 길이 치수를 가질 수 있다.
다른 구현양태에서, 결합제 물질은 별개의 점의 연속을 나타내는 패턴으로 패브릭에 가할 수 있다. 이러한 특정한 구현양태는 낮은 기본 중량의 와이핑 제품에서 사용하기에 적합할 수 있다. 예컨대 점과 같은 별개의 형태로 결합제를 가하면, 웹의 실질적인 표면적의 일부를 덮지 않고도 패브릭에 충분한 강도가 제공된다. 일부 경우에, 결합제 물질을 패브릭의 표면에 가하면 패브릭의 흡수성에 악영향을 미칠 수 있다. 즉, 일부 용도에서는, 가해지는 결합제 물질의 양을 최소로 하는 것이 바람직하다.
추가의 대안적인 구현양태에서, 별개의 점과 조합된 망상 패턴에 따라 결합제 물질을 패브릭/웹 (36)에 가할 수 있다. 예를들면, 한가지 구현양태에서, 다이아몬드 형태내에 웹에 가해지는 별개의 점을 가진 다이아몬드 형태의 격자에 따라 결합제 물질을 패브릭에 가할 수 있다.
거의 모든 표면적을 덮기 위해서는, 패브릭의 각각의 측면에 결합제 물질을 가할 수 있다. 예를들면, 결합제 물질을 표면적의 약 10% 내지 약 60%를 덮도록 가할 수도 있다. 바람직하게는, 결합제 물질은 패브릭의 각 측면의 표면적의 약 20% 내지 약 40% 를 덮는다. 패브릭/웹의 각 측면에 가해지는 결합제 물질의 총량은 바람직하게는 웹의 총 중량을 기준으로하여 약 2 중량% 내지 약 15 중량%의 범위일 수 있다. 즉, 결합제 물질이 패브릭의 각 측면에 가해질 때, 첨가되는 총량은 약 4 중량% 내지 약 30 중량%가 된다.
패브릭 (36)이 결합제 물질로 날염되면, 상이한 위치에서 이후의 가공을 위해 웹을 롤위에 감을 수 있거나, 또는 추가의 가공 위치로 연속적으로 공급할 수 있다.
도 2를 참조하면, 일례의 압축 또는 텍스쳐화 공정이 나타나 있다. 날염된 패브릭 (36)을 압축 구역으로 도입한다. 일반적으로 말하자면, 임의의 적절한 압축 공정을 사용하여 웹에 텍스쳐를 부여할 수 있다. 바람직하게는, 웹의 압축 및(또는) 텍스쳐화는 미크렉스 (Micrex) 압축 처리 공정을 사용하여 수행된다. 미크렉스 공정 장치는 미국 매사추세츠주 왈폴 소재의 미크렉스 코포레이션 (Micrex Corporation)으로부터 입수가능하다. 미크렉스 압축 처리 공정 장치 대신에 또는 그에 추가하여 통상의 크레이핑 장치를 사용할 수도 있는 것으로 생각된다.
날염된 패브릭 (36)은 공급 롤 (100)로부터 풀려서 마이크로크레이퍼 (102)에 공급된다. 날염된 웹 (36)은 주 롤 (104)에 의해 지지되고, 수축 통로 (106)내로 공급되어 그곳에서 패브릭 (36)에 대해 힘을 가하는 제1 표면 (108)과 접촉하고, 처리 공동 (110)내로 도입되어 그곳에서 2차원 평면을 따라 (예를들어 종방향으로) 웹의 압축이 일어난다.
패브릭 (36)이 압축되면, 경화 또는 건조 구역 (200)을 통해 인발될 수 있다. 패브릭 (36)이 압축 위치 (100)내에 도입될 때 패브릭상에 날염된 결합제 물질이 충분히 경화되지 않았다면 경화 또는 건조 구역 (200)을 이용할 수도 있다. 별법으로 및(또는) 추가로, 패브릭을 건조시키기 위한 일부 응용에서 건조 구역 (200)이 필요할 수도 있다. 선택된 결합제 물질 및(또는) 패브릭의 상대 건조도에 따라, 다른 응용에서는 건조 구역 (200)이 필요하지 않을 수도 있다. 경화 또는 건조 구역 (200)은 증기 캔, 가열된 롤러, 가압 열풍과 같은 임의의 형태의 가열 장치를 포함하거나, 또는 건조 구역은 적외열, 마이크로파 에너지, 열풍 등에 의해 에너지를 얻는 오븐의 형태일 수 있다.
건조 구역 (200)을 통해 인발되면, 패브릭 (36)은 추가의 가공을 위한 다른 위치로 이동될 수 있거나 또는 와이핑 제품으로서 포장하기 위한 상업용 크기의 시트로 절단될 수 있다.
결합제 물질을 패브릭에 가하고 패브릭을 압축 (및 필요하다면 경화하거나 건조)한 후에, 패브릭은 본 발명에 따른 와이핑 제품으로서 사용될 준비가 된다. 그러나, 별법으로는, 원하는 바에 따라 패브릭에 대해 추가의 가공 단계를 수행할 수 있다. 예를들면, 한가지 구현양태에서, 평활하고 저마찰의 표면을 가진 와이핑 제품을 제공하기 위하여 패브릭을 캘린더가공한 다음 마찰 경감제로 처리할 수 있다. 패브릭에서 가능한 한 벌크성이 크게 유지되는 것이 중요하다면, 캘린더링 단계가 배제될 수도 있음을 이해해야 한다. 사용가능한 마찰 경감 조성물의 일부 예는 미국 특허 제5,558,873호 (Funk 등)에 기재되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다.
마찰 경감 조성물은 4급 실리콘 스프레이와 같은 4급 로숀일 수도 있다. 예를들면, 조성물은 실리콘 4급 염화암모늄을 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적절한 한가지의 시판되는 글리콜 4급 염화암모늄으로는 독일 에쎈 소재의 골트슈미트 케미칼사 (Goldschmidt Chemical Company)에 의해 시판되는 ABIL SW가 있다.
상술한 방법에 따라 제조된 텍스쳐드 복합 부직 재료는 지금까지 제조된 많은 와이핑 제품에 비해 많은 장점 및 이익을 제공한다. 특히 유리한 것은, 본 발명의 와이핑 제품이 패브릭 제품의 외관 및 촉감을 갖는 것이다.
종래 제조된 수엉킴 비-텍스쳐드 복합 재료에 비하여, 본 발명의 텍스쳐드 재료는 더욱 높은 조화성 및 연신성을 갖는다. 텍스쳐드 재료는 또한 텍스쳐로 인해 더욱 양호한 와이핑 또는 세정 특성을 제공할 수도 있다. 또한, 본 발명의 텍스쳐드 복합 재료는 텍스쳐 및 라텍스 날염으로 인해 습윤 벌크성이 개선된다.
본 발명에 따라 제조된 종이 와이핑 제품의 기본 중량은 일반적으로 m2당 약 20 내지 약 200 그램 (gsm)의 범위, 특히 약 35 gsm 내지 약 100 gsm일 수 있다. 일반적으로, 경미한 용도의 와이퍼로서 사용하기 위해서는 낮은 기본 중량의 제품이 적합한데 반해, 산업용 와이퍼로서 사용하기 위해서는 높은 기본 중량의 제품이 더욱 적합하다.
본 발명은 하기 실시예를 참고로 하여 더욱 잘 이해될 수 있다.
수엉킴 복합 재료로부터 제조된 텍스쳐드 와이핑 제품을, 사실상 동일한 수엉킴 복합 재료로 제조된 비-텍스쳐드 와이핑 제품과 비교하였다.
2개의 상이한 와이핑 제품을 제조하고 시험하였다. 시험 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 샘플을 제조하기 위해 사용되는 기재 웹은 동일하였으며, 종이 웹을 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 웹상에 습윤-침착시키고 전체적으로 건조시킴으로써 형성하였다. 기재 웹은 워크호스 (Workhorse)TM제품화된 단편으로서 킴벌리-클락 코포레이션으로부터 입수가능하고, 약 93 gsm의 기본 중량을 갖고 있었다. 재료는 약 77 중량%의 북부 침엽수 크라프트 (Northern Softwood Kraft) 펄프 및 약 23 중량%의 폴리프로필렌 스펀본드를 함유하였다.
라텍스 결합 물질은 사실상 도 3에 나타낸 바와 같은 생선 비늘 패턴으로 기재 웹의 양쪽면에 가하였다. 라텍스 결합제 물질 (건조시)은 12 중량%의 양으로 기재 웹위에 존재하였다. 날염된 웹을 (다른 형태가 사용될 수도 있으나) 빗살 롤 형태로 고정된 미크렉스 압축 처리 방법을 사용하여 텍스처 가공하였다. (인치 두께의 천분의 일):0.010; 0.010; 0.020; 및 0.010으로 고정된 주 블레이드 시스템 (4개 블레이드)을 사용하여 공정을 시행하였다. 2개의 감속기 블레이드를 사용하였다. 이들을 제2 및 제3 주 블레이드 및 제3 및 제4 주 블레이드 사이에 위치시키고, 각각 0.0127 cm (0.005 인치)로 고정시켰다. 빗을 0.32 cm (1/8인치)로 고정하였으며 압축 횟수는 81회이었다. 주 블레이드위의 헤드 압력은 17.4 kPa (70 psi)이었으며 맨드렐 압력은 5.0 kPa (20 psi)이었다.
샘플 번호 1 2 % 변화율
기본 중량 (gsm) 93 104 +11.8
두께-건조 (mm) 0.49 0.76 +55
두께-습윤 (mm) 0.59 0.74 +25.4
종방향 그래브 인장 강도 (g)-건조 6035 8217 +36.1
종방향 그래브 인장 강도 (g)-습윤 5007 6122 +22.3
횡방향 그래브 인장 강도 (g)-건조 4637 6219 +31.2
횡방향 그래브 인장 강도 (g)-습윤 3030 4250 +40.3
물 속도 (s) 0.34 0.29 - (14.7)
물 용량 (g/m2) 371 378 -
물 용량 (%) 393 364 - (7.4)
오일 속도 (s) 4.2 4.6 - (9.5)
오일 용량 (g/m2) 308 354 +14.9
오일 용량 (%) 327 354 +8.3
드레이프 강성종방향-건조 (cm,최대=8) 8 2.9 - (64)
드레이프 강성횡방향-건조 (cm,최대=8) 3.26 - _
샘플에 대해 수행된 상기 시험은 당업계에 공지된 종래의 방법에 따라 수행하였다.
본 발명의 의도 및 범위, 더욱 특별하게는 첨부된 청구범위에 개시된 의도 및 범위에서 벗어나지 않는다면, 당업자는 본 발명에 대한 상기 및 기타 수정 및 변형을 수행할 수도 있다. 또한, 다양한 구현양태의 측면이 전체적으로 또는 부분적으로 교환될 수도 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 당업자라면 상기 설명이 단지 일례로서 주어진 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니고, 따라서 이하 첨부된 청구범위에 추가로 설명되어 있음을 이해할 것이다.

Claims (33)

  1. 섬유상 성분 및 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 포함하는 수엉킴 웹을 제공하고;
    웹의 적어도 한쪽 면에 결합제 물질을 가하고;
    웹의 적어도 하나의 2차원 평면을 따라 웹을 압축시켜 두께를 증가시키고 텍스쳐를 부여하는 단계를 포함하는, 텍스쳐드 (textured) 복합 재료의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 결합제 물질이 경화성 라텍스 중합체, 안료 및 경화 증진제를 포함한 수성 혼합물을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 수성 혼합물이 약 100 건조 중량부의 경화성 라텍스 중합체, 약 0.5 내지 33 건조 중량부의 안료, 및 약 1 내지 10 건조 중량부의 경화 증진제를 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 수성 혼합물이 약 100 건조 중량부의 경화성 라텍스 중합체, 약 1 내지 5 건조 중량부의 안료, 및 약 4 내지 6 건조 중량부의 경화 증진제를 포함하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 수성 혼합물의 경화전 pH를 소멸성 알칼리를 사용하여 8이 넘게 조정하고, 상기 혼합물을 수엉킴 웹의 융점 미만의 온도에서 경화시키는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 수성 혼합물중의 경화성 라텍스 중합체를 압축 단계 이전에 경화시키는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 수성 혼합물중의 경화성 라텍스 중합체를 압축 단계 후에 경화시키는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 결합제 물질을 상기 웹의 제1 면과 상기 웹의 반대쪽 제2 면에 가하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 결합제 물질을 약 2 중량% 내지 약 15 중량%의 양으로 상기 웹의 적어도 한쪽 면에 가하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 웹이 그의 섬유상 성분의 적어도 일부가 함께 결합되는 것을 억제하는 박리제를 더 함유하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 웹의 적어도 한쪽 면에 마찰 경감제를 가하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 결합제 물질을 일정 패턴으로 웹에 가하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 패턴이 격자형 패턴을 포함하는 방법.
  14. 약 50 중량%가 넘는 섬유상 성분;
    약 0 초과 내지 약 50 중량% 이하의 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층; 및
    텍스쳐드 복합 재료의 적어도 한쪽 면의 적어도 일부를 덮는 결합제 물질을 함유하는 부위
    를 포함하는 수엉킴 웹을 함유하는, 제1항에 정의된 방법에 따라 제조되는 텍스쳐드 복합 재료.
  15. 제14항에 있어서, 실질적으로 연속적인 필라멘트가, 하나 이상의 저연화점 성분 및 하나 이상의 고연화점 성분을 포함하고, 하나 이상의 저연화점 성분으로 구성된 필라멘트의 외면을 적어도 일부 포함하는 복합 방사 (conjugate spun) 필라멘트인 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  16. 제14항에 있어서, 섬유상 성분이 펄프를 포함하는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  17. 제16항에 있어서, 섬유상 성분이 합성 섬유를 더 포함하는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  18. 제14항에 있어서, 복합 재료가 부수적인 물질을 더 포함하는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  19. 제18항에 있어서, 부수적인 물질이 점토, 충전제, 전분, 입상물질, 초흡수 입상물질, 및 이들의 조합물로부터 선택된 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  20. 제14항에 있어서, 기본 중량이 약 20 내지 약 200 g/㎡인 텍스쳐드 복합 재료.
  21. 제14항에 있어서, 결합제 물질의 착색견뢰도가 pH 약 2 내지 약 13의 액체에 노출시에 3이 넘게 유지되는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  22. 제14항에 있어서, 결합제 물질의 착색견뢰도가 차아염소산나트륨에 노출시에 3이 넘게 유지되는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  23. 제14항에 있어서, 결합제 물질의 착색견뢰도가 알콜에 노출시에 3이 넘게 유지되는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  24. 섬유상 성분; 및 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 포함하는 수엉킴 웹, 및
    복합 재료의 적어도 한쪽 면의 적어도 일부를 덮는 결합제 물질을 함유하는 부위를 포함하고, 상기 웹은 그의 적어도 하나의 2차원 평면을 따라 압축되어 그의 두께가 증가되고 텍스쳐가 부여된 것인, 텍스쳐드 부직 복합 재료.
  25. 제24항에 있어서, 수엉킴 웹이 약 50 중량%가 넘는 섬유상 성분; 및 약 0 초과 내지 약 50 중량% 이하의 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 함유하는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  26. 제24항에 있어서, 수엉킴 웹이 약 70 중량%가 넘는 섬유상 성분; 및 약 0 초과 내지 약 30 중량% 이하의 실질적으로 연속적인 필라멘트의 부직 층을 함유하는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  27. 제24항에 있어서, 실질적으로 연속적인 필라멘트가, 하나 이상의 저연화점 성분 및 하나 이상의 고연화점 성분을 포함하고, 하나 이상의 저연화점 성분으로 구성된 필라멘트의 외면을 적어도 일부 포함하는 복합 방사 필라멘트인 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  28. 제24항에 있어서, 섬유상 성분이 펄프를 포함하는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  29. 제26항에 있어서, 섬유상 성분이 합성 섬유를 더 포함하는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  30. 제24항에 있어서, 복합 재료가 부수적인 물질을 더 포함하는 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  31. 제30항에 있어서, 부수적인 물질이 점토, 충전제, 전분, 입상물질, 초흡수성 입상물질, 및 이들의 조합물로부터 선택된 것인 텍스쳐드 복합 재료.
  32. 제24항에 있어서, 기본 중량이 약 20 내지 약 200 g/㎡인 텍스쳐드 복합 재료.
  33. 제24항의 텍스쳐드 복합 재료를 포함하는 와이핑 제품.
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