KR20010031626A

KR20010031626A - 에너지를 적게 투입하며 저밀도 티슈를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20010031626A
Application number: KR1020007004678A
Authority: KR
Inventors: 마이클 알란 허만스; 쉐리 린 벤케; 로버트 이르빙 구스키; 프랑크 스테픈 하다
Original assignee: 로날드 디. 맥크레이; 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2001-04-16
Also published as: JP2001522002A; AR017541A1; AU1292499A; TW438929B; US6096169A; ES2217600T3; EP1027496B1; CN1282393A; CA2307675A1; AU737366B2; DE69821967D1; ZA989733B; BR9815233A; DE69821967T2; WO1999023302A1; CO5050415A1; EP1027496A1

Abstract

비압축성 탈수 장치는 에너지 효율적 방법으로 셀룰로스성 웹을 탈수하기 위해 사용될 수 있는 공기 스트림을 발생시킨다. 또한, 드루 건조 공정에 비하여 에너지/자본 면에서 효율적인 저밀도 티슈를 경제적으로 생산할 수 있도록 변형된 습식 압축기를 제공할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로스성 웹을 비압축적으로 탈수할 수 있다. 즉, 동일한 속도에서 진공 탈수법으로 얻을 수 있는 에너지 효율보다 적어도 10% 더 큰 에너지 효율로 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 약 25% 내지 수분 보유 치밀도까지 비압축적으로 탈수할 수 있다. 특정 실시태양에서는, 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 13 마력 이하의 에너지로 치밀도가 수분 보유 치밀도의 적어도 70%까지, 또는 분당 25000 피트의 속도와 시트 폭 1 인치당 30 마력 이하의 에너지로 수분 보유 치밀도의 적어도 80%까지 웹을 비압축적으로 탈수할 수 있다.

Description

에너지를 적게 투입하며 저밀도 티슈를 제조하는 방법{Method for Making Low-density Tissue with Reduced Energy Input}

종이 타월, 냅킨, 티슈, 손수건 등과 같은 종이 물품의 제조에 있어서, 일반적으로 원료 시트를 제조하는 방법은 습식 압축(wet-pressing)법과 완전 건조법(throughdrying)법 2가지가 있다. 이들 두 방법은 공정의 전후부가 같지만, 초기 성형 후의 습식 웹으로부터 수분을 제거하는 방식에서 크게 다르다.

구체적으로, 습식 압축법에서는 새로 성형된 습식 웹은 통상 제지 펠트로 이동된 후 펠트에 지지된 채로 스팀 가열된 양키 건조기의 표면에 대고 압착된다. 그 후 탈수된 웹(통상 약 40%의 치밀도)은 양키 건조기의 뜨거운 표면상에서 건조된다. 이어서 웹은 크레이프되고 연화되고 이로써 최종 시트에 스트레치를 제공하게 된다. 이러한 습식 압축법은 압축 단계에서 웹이 고밀도화되어 시트의 벌크 및 흡수성이 저하되는 단점이 있다. 후속되는 크레이핑 단계에서도 바람직하게 요구되는 시트의 이들 물성이 부분적으로만 회복될 뿐이다.

한편, 완전 건조법에서는 새로 성형된 웹은 비교적 다공성인 직물 상으로 이동되고 뜨거운 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 비압축적으로 건조된다. 이로써 얻어진 웹은 크레이핑을 위하여 양키 건조기로 이동될 수 있다. 웹은 양키 건조기로 이동되는 때에 거의 건조 상태이기 때문에 웹의 밀도는 상기 이동에 의해서는 그렇게 증가되지는 않는다. 또한, 완전 건조된 직물 상에 지지되는 동안 웹이 건조되기 때문에 완전 건조된 시트의 밀도도 그 성질상 비교적 작다. 이러한 완전 건조법은 완전 건조기에 소요되는 비용 및 에너지가 과다하다는 단점이 있다.

완전 건조법에서는, 2가지 공정, 즉 진공 탈수 후의 완전 건조에 의해 수분이 제거된다. 마무리 공정, 속도 및 에너지 비용에 따라, 진공 탈수는 초기 단계에 시트의 치밀도가 약 10%의 성형 후 치밀도로부터 20 - 28%가 되는 데에 사용된다. 탈수에 소요되는 비용은 치밀도가 낮은 경우에는 얼마 안되지만, 더 많은 물이 제거됨에 따라 기하급수적으로 상승한다는 사실은 잘 알려져 있다. 따라서, 탈수에 드는 추가적인 비용이 완전 건조 단계에서 소요되는 비용보다 많아지기 전까지는 일반적으로 진공 탈수법이 사용된다.

완전 건조법에 소용되는 에너지 비용은 그 공정 및 설비에 따라 다르지만, 물의 증발 잠열 때문에 어느 경우에나 최소한 제거되는 물 1 파운드당 1000 BTU의 열이 필요하다. 실제적으로는, 물을 끓는 점까지 올리는 데에 필요한 현열과 열량계의 에너지 손실을 고려하면 에너지가 더 필요하게 되는데, 필요한 에너지는 일반적으로 물 1 파운드당 약 1500 BTU 정도가 된다. 완전 건조법은 에너지 투입량이 비교적 큼에도 불구하고, 최종 제품의 품질상 부드럽고, 벌키한 티슈를 제조하기 위해 선택된다. 고급 티슈를 제조하는 새로운 티슈 기계를 위하여 추가적인 자본과 에너지를 들이는 것이 유리할 수 있다.

그러나, 기존의 대부분의 티슈 기계들은 구식의 습식 압축법을 사용하기 때문에 제조자로서는 소비자가 선호하는 저밀도 제품을 생산하기 위하여 기존의 습식 압축기를 개조하는 방법을 모색하는 것이 매우 중요하다. 물론, 습식 압축기를 완전 건조기의 배열로 다시 제작하는 것도 가능하지만, 이는 비용이 너무 과다하게 소요되는 문제가 있다. 완전 건조기와 그에 따른 설비들을 구축하는 것도 변형 과정이 너무 복잡할 뿐더러 비용 또한 너무 과다하게 요구된다. 따라서, 기존의 습식 압축기의 설계는 크게 변경하지 않으면서 새로이 변형하는 방법에 대해 관심이 집중되어 왔다.

더 부드럽고, 벌키한 티슈를 제조하기 위하여 습식 압축기를 변형한 한 예가 미국특허 제5,230,770호(1993.7.27자 특허, 앤더슨 등)에 개시되어 있다. 즉, 이특허에는 펠트를 와이어 형태의 관통형 벨트로 교체하고 프레스 롤에 이르기까지 웹을 성형 와이어와 상기 관통형 벨트 사이에 샌드위치시킨 변형 예가 개시되어 있다. 또한 이 특허에는 양키 실린더 전 단계에서 건조 고형 성분 함량을 더 증가시키기 위하여 상기 샌드위치 구조 내에 위치될 수 있는 스팀 블로잉 튜브, 블로잉 노즐 및/또는 별도의 프레스 벨트와 같은 추가적인 탈수 수단이 개시되어 있다. 이들 추가 장치에 의해 최소한 완전 건조기의 속도와 거의 같은 속도로 운전될 수 있는 것이다.

기계 속도를 유지하고 물집 잡히는 것 또는 웹이 고착되지 않는 것을 방지하기 위하여 양키 건조기 상에 놓일 웹의 수분 함량을 낮추는 것이 중요하다. 그러나, 상기 특허에서 별도의 프레스 펠트를 사용하는 경우 통상적인 습식 압축기에서와 같은 방식으로 웹이 고밀도화되는 경향이 있어서, 그 결과 웹의 벌크와 흡수성이 나빠지는 문제가 따르게 된다.

또한, 웹을 탈수하기 위한 에어 젯의 경우에는 그 자체가 탈수와 에너지 효율성 면에서 효과적이지 못하다. 건조를 위하여 시트에 공기를 블로잉하는 것은 당업계에 잘 알려져 있는 것으로서 대류 건조를 위하여 양키 건조기의 후드에 사용된다. 그러나, 양키 건조기의 후드의 경우, 젯으로부터 나온 공기의 대부분이 웹을 통과하지 못한다. 따라서, 고온으로 가열하지 않는다면 공기의 대부분이 소실되고 탈수 효율이 저하되게 된다. 양키 건조기의 후드는, 공기의 온도가 약 900℉ 정도로 높게, 체류 시간도 높게 유지되어야 건조 공정의 효율을 기할 수 있다.

이상과 같이, 당업계에서 요구되는 것은 통상적인 습식 압축 속도로 습식 압축기 상에서 저밀도 티슈를 제조하는 방법이고, 특히는 에너지를 적게 투입하며 소비자가 선호하는 저밀도 제품을 제조하는 방법이다.

본 발명은 셀룰로스성 웹을 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 에너지를 적게 투입하며 티슈와 같은 저밀도 종이 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 저밀도 셀룰로스성 웹을 제조하는 방법에 대한 도식화된 공정도이다.

도 2는 습식 웹과 진공 박스에 비하여 올라간 부분에 있는 공기 압축기의 공기 플레넘(plenum) 밀봉 어셈블리와 함께 도 1의 방법에 사용되는 공기 압축기에 대한 확대 단면도이다.

도 3은 도 2의 공기 압축기에 대한 측면도이다.

도 4는 도 2(단, 직물에 대하여 적재된 밀봉 어셈블리가 포함됨)의 선 4 - 4에 따른 면으로 취한 확대 단면도이다.

도 5는 도 2의 선 5 - 5에 따른 면으로 취한 도 4에 유사한 확대 단면도이다.

도 6은 직물에 기대어 위치된 공기 플레넘 밀봉 어셈블리의 일부 구성 요소들에 대한 투시도이다(도시를 위하여 일부는 잘려짐).

도 7은 도 2의 공기 압축기의 또다른 밀봉 배열에 대한 확대 단면도이다.

도 8은 도 2의 공기 압축기의 밀봉 단면을 도식화한 확대도이다.

도 9는 실시예 1 및 2에 있어서 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도의 그래프이다.

도 10은 실시예 3 및 4에 있어서 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도의 그래프이다.

도 11은 실시예 5 및 6에 있어서 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도의 그래프이다.

도 12는 실시예 7 및 8에 있어서 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도의 그래프이다.

도 13은 실시예 1 내지 8로부터 얻은 데이터에 대한 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도의 그래프이다.

도 14는 실시예 1 내지 8로부터 얻은 데이터에 대한 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도의 그래프이다.

도 15는 진공 펌프와 공기 압축기의 에너지 요구량에 대한 비교 그래프이다.

발명의 요약

에너지 효율적인 방법으로 셀룰로스성 웹으로부터 비압축적으로 탈수하는 데에 공기 스트림을 사용할 수 있다는 점이 밝혀졌다. 구체적으로는, 본 발명에 따르면 습식 압축기를 변형하여 에너지 효율성과 생산성은 유지하면서 완전 건조기에서 얻을 수 있는 물성과 거의 동일한 물성을 지닌 티슈를 제조할 수 있다. 또한, 습식 압축기를 변형하여 경제적으로 실행가능한 전환율이 되는 데에 필요한 생산성은 유지하면서 완전 건조로 재개조하는 데에 소요되는 비용보다 적은 비용으로 티슈를 제조할 수 있다. 더 구체적으로는, 습식 압축기를 변형하여 완전 건조 공정에 비하여 비용/에너지 효율면에서 향상된 방법으로 저밀도 티슈를 제조할 수 있다.

본 발명의 한 태양은 a) 무단(無斷) 성형 직물에 제지성 섬유의 수용성 현탁액을 퇴적시켜 습식 웹을 성형시키고(여기서, 제지성 섬유는 수분 보유 치밀도를 가짐), b) 동일한 속도에서 진공 탈수법으로 얻을 수 있는 에너지 효율보다 적어도 10% 더 큰 에너지 효율로 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 약 25% 내지 수분 보유 치밀도까지 상기 웹을 비압축적으로 탈수하는 것을 포함하는, 셀룰로스성 웹을 제조하는 방법에 관한 것이다.

펄프 시료의 ″수분 보유치″(Water Retention Value; 이하 ″WRV″로 나타냄)는 표준 조건에서 원심 분리된 후 습식 펄프 시료가 보유하는 수분의 양을 나타낸다. WRV는 티슈 기계 상에서 탈수 작용에 대한 펄프의 성능을 평가하는 유용한 도구가 될 수 있다. 펄프의 WRV를 측정하는 적합한 방법은 TAPPI Useful Method 256이다. 이 방법에 따르면 원심력, 원심분리 시간 및 샘플 준비에 대한 표준치가 제공된다. 여러 민간 실험실들에서 TAPPI 또는 그 변형된 형태를 사용하여 WRV가 측정되고 있다. 본 발명에서는 테스트를 위하여 샘플을 워싱턴주 타코마에 있는 웨이어하에우서 테크놀로지 센터(Weyerhaeuser Technology Center)에 보냈다.

하기에 기재된 혼합물의 경우, WRV는 각 구성 요소들의 산술 평균치로 보고된다. WRV는 원심 분리된 후 섬유 1 그램에 대한 물의 그램으로 표현된다.

펄프 시료의 ″수분 보유 치밀도″(Water Retention Consistency; 이하 ″WRC″로 나타냄)는 다음 방정식에 따라 WRV로부터 계산될 수 있다.

WRC = (1+WRC)^-1x 100

여기서는 WRC가 사용된다. 왜냐하면 WRC는 일정한 WRV를 갖는 펄프 시료에 대하여 비열적 수단을 사용하여 얻을 수 있는 최대 치밀도를 의미하기 때문이다.

여기서 사용되는 ″에너지 효율성″(Energy Efficiency; 이하 ″EE″로 나타냄)이라는 용어는 시트 폭 1 인치당 마력으로서 탈수 후 치밀도를 WRC로 나눈 값을 의미한다.

본 발명에 따른 비열, 비압축 탈수 메카니즘은 통상적인 메카니즘(예컨대, 진공 탈수, 블로우 박스, 또는 이들의 혼합 형태 등)에 비하여 에너지 효율성을 더 향상시킨다. 또한, 에너지 요구성도 완전 건조 공정에 비하여 크게 개선시킨다. 구체적으로는, 본 발명의 전체 에너지 소비량은 완전 건조에 이론적으로 필요한 에너지 1000 BTU/파운드 보다 적은, 즉 750 BTU/파운드 이하, 바람직하게는 500 BTU/파운드 이하, 더 바람직하게는 400 BTU/파운드 이하, 특히 바람직하게는 350 BTU/파운드 이하이다.

진공 탈수는 완전 건조 티슈 기계를 포함한 제지 기계에서 일반적으로 수행되는 탈수법이다. 구체적으로는 연속 직물에 의해 지지된 시트는 공기/물 스트림에 대한 수집 장치에 연결된 1 이상의 슬롯과 홀(hole) 상에서 운반되고, 시트 아래는 나쉬(Nash) 엔지니어링 캄파니로부터 구입한 액체 링 펌프와 같은 펌프에 의해 진공이 유지된다. 공기/물 혼합물은 분리기로 보내지고, 분리기에서는 버게스 마닝(Burgess Manning)로부터 구입한 표준 공기/물 분리 장치를 사용하여 물과 공기가 분리된다.

진공 슬롯 반대편의 시트 면은 주변 공기에 노출되어 있다. 그러므로, 시트에는 탈수의 원동력이 되는 압력차(P) 즉, 진공 박스에 의해 형성되는 진공과 주변 공기압 사이의 압력차가 발생한다. 따라서, 전체 탈수 원동력(공기압과 완전 진공간의 차이)은 29.92 수은주 인치(Hg 인치; 해발 기준)를 초과할 수 없다. 실제적으로는, 25 인치 이하의 원동력이 형성되고, 이 때문에 상업적으로 유용한 속도에서 탈수 후 치밀도는 30 퍼센트 미만으로 제한된다. 거꾸로 말하면, 본 발명에서는 수집 장치의 반대면 상에 있는 양성(+) 압력 장치가 웹에 대하여 완전히 밀봉되어 있기 때문에 본 발명의 탈수 원동력은 더 커질 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 태양은 a) 무단 성형 직물에 제지성 섬유의 수용성 현탁액을 퇴적시켜 습식 웹을 성형시키고(여기서, 제지성 섬유는 수분 보유 치밀도를 가지고 웹은 시트 폭을 지님), b) 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 13 마력 이하의 에너지를 사용하고 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 수분 보유 치밀도의 70% 이상까지 상기 웹을 비압축적으로 탈수하는 것을 포함하는, 셀룰로스성 웹을 제조하는 방법에 관한 것이다.

또다른 실시 태양은 a) 무단 성형 직물에 제지성 섬유의 수용성 현탁액을 퇴적시켜 습식 웹을 성형시키고(여기서, 제지성 섬유는 수분 보유 치밀도를 가지고 웹은 시트 폭을 지님), b) 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 30 마력 이하의 에너지를 사용하고 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 수분 보유 치밀도의 80% 이상까지 상기 웹을 비압축적으로 탈수하는 것을 포함하는, 셀룰로스성 웹을 제조하는 방법에 관한 것이다.

바람직하게는, 공기 플레넘과 진공 박스(이들은 상호 연결되고 완전히 밀봉됨)을 포함하는 공기 압축기를 사용하여 상기 습식 티슈 웹은 비열적 및 비압축적으로 탈수된다. 공기 플레넘으로부터 나온 가압 유체가 습식 웹 내를 통과하고 진공 박스에 의하여 비워지게 된다. 특정 실시 태양에서는, 이 공기 압축기는 3 이하의 압력비로 작동되도록 되어 있다. 본 발명에서 압력비(Pressure Ratio; 이하 ″PR″)는 절대 충진치 또는 공기 압력을 진공 압력으로 나눈 값으로 정의된다. 절대 압력은 1 제곱 인치당 파운드(psia)로 표현될 수도 있다. 통상적인 진공 탈수는 약 20 인치 수은 이상이고, 그 결과 압력비는 약 3 이상이 되므로, 일반적으로는 약 20%를 초과하는 높은 치밀도를 얻기 위해 필요하다.

여기서 사용되는 ″비압축성 탈수″ 및 ″비압축성 건조″이란 용어는 압축성 닙(nip) 또는 건조 또는 탈수 공정 동안 웹의 일부에 대하여 상당하게 고밀도화 또는 압축을 일으키는 기타 단계가 없이, 셀룰로스성 웹으로부터 물을 제거하기 위한 탈수 또는 건조 방법을 의미한다.

여기서 사용되는 ″완전 밀봉″ 및 ″완전히 밀봉″이란 용어는 공기 플레넘과 습식 웹간의 관계를 나타낸다. 즉, 공기 플레넘은 기능적으로 연관되어 있고, 공기 플레넘이 약 30 Hg 인치 이상의 (웹에 걸친) 압력차로 작동하는 경우에는 웹과 직접 접촉하고 있어서 공기 플레넘에 주입된 약 85% 이상의 공기가 웹 내를 통과하게 된다. 또한, 공기 플레넘과 수집 장치간의 관계를 나타낸다. 즉, 공기 플레넘은 기능적으로 연관되어 있고, 공기 플레넘과 수집 장치가 약 30 Hg 인치 이상의 (웹에 걸친) 압력차로 작동하는 경우에는 웹과 수집 장치와 직접 접촉하고 있어서 공기 플레넘에 주입된 약 85% 이상의 공기가 웹 내를 통과하게 된다.

주 탈수 장치들은(스팀 블로잉 튜브, 블로잉 노즐 등을 진공 또는 흡입 박스 반대편에 위치됨) 완전히 밀봉되지 않아서 동일한 에너지 투입량으로는 상당한 탈수 치밀도를 얻을 수 없거나, 동일한 탈수 치밀도를 얻기 위해서는 에너지가 더 투입되어야 한다. 하기 실시예들에서는 완전 밀봉된 공기 압축기와 통상의 탈수 장치들 간의 에너지 투입량과 탈수 특성들이 비교될 것이다.

상기 공기 탈수기는 웹에 걸친 압력차가 높고, 이에 의해 웹 내에 공기가 흐르게 되므로 셀룰로스성 웹을 매우 높은 치밀도로 탈수할 수 있다. 특정 실시 태양에서는, 상기 공기 압축기에 의해 습식 웹의 치밀도가 약 3% 이상, 바람직하게는 약 5% 이상(즉, 5 내지 20%), 더 바람직하게는 약 7% 이상(즉, 7 내지 20%)으로 증가될 수 있다. 즉, 공기 압축기에 존재하는 습식 웹의 치밀도는 약 25% 이상, 약 26% 이상, 약 27% 이상, 약 28% 이상, 약 29% 이상일 수 있다. 바람직하게는, 약 30% 이상, 더 바람직하게는 약 31% 이상, 더욱 바람직하게는 약 32% 이상(즉, 32 내지 42%), 더더욱 바람직하게는 약 33% 이상, 특히 바람직하게는 약 34% 이상(즉 34 내지 42%), 35% 이상일 수 있다.

산업에서 활용가능한 속도에서 작동하는 경우 상기 공기 압축기에 의해 이들 치밀도가 얻어질 수 있다. 여기서 사용되는 티슈 기계의 ″고속 작동″ 또는 ″산업에서 활용가능한 속도″라 함은 하기의 것(분당 피트)들 중 어느 하나의 속도 이상을 의미한다: 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 8000, 9000, 10000. 또한 상기의 것들 중 어느 둘의 사이값일 수도 있다. 임의로는 스팀 샤워기 등을 공기 압축기 전에 두어서 공기 압축 후 치밀도를 증가시키고/시키거나 웹의 종방향 수분 프로파일을 변형시킬 수도 있다. 또한, 속도를 비교적 낮게 하고 공기 압축기 내에 머무는 시간을 비교적 길게 하면 더 높은 치밀도가 얻어질 수도 있다.

공기 압축기에 의해 제공된 웹에 걸친 압력차는 약 25 Hg 인치 이상(즉, 약 25 내지 120), 바람직하게는 약 35 Hg 인치 이상(즉, 35 내지 60), 더 바람직하게는 약 40 내지 50 Hg 인치일 수 있다. 이는 웹의 일측면 상의 유체 압력을 제곱 인치당 0 내지 약 60 파운드(psig), 바람직하게는 0 내지 30, 더 바람직하게는 약 5 psig 이상(즉, 약 5 내지 약 30), 특히 바람직하게는 약 5 내지 약 20 psig 보다 크게 유지하는 공기 압축기의 공기 플레넘에 의해 부분적으로 달성된다. 공기 압축기의 수집 장치는 바람직하게는 0 내지 약 29 수은주 인치, 바람직하게는 0 내지 약 25 수은주 인치(특히 바람직하게는 0 내지 25 수은주 인치를 초과), 특히 바람직하게는 약 10 내지 약 20 수은주 인치(즉, 15 수은주 인치 등)에서 작동되는 진공 박스로서 역할한다. 수집 장치는 바람직하게는 공기 플레넘과 완전히 밀봉될 필요는 없고, 공기와 액체를 수집하는 역할을 하도록 진공 상태를 만든다. 공기 플레넘과 수집 장치 내부의 압력들은 모두 모니터링되고 미리 결정된 값으로 조절되는 것이 바람직하다.

웹 내로 상당량의 공기를 통과시키기 위하여 공기 압축기 내의 가압 유체는 외부 공기로부터 밀봉되는데, 이로써 공기 압축기의 탈수 능력이 크게 향상된다. 공기 압축기를 통한 가압 유체의 흐름은 개방 면적 1 제곱 인치당 분당 약 5 내지 약 500 표준 세제곱 피트(SCFM), 바람직하게는 약 10 이상(즉, 약 10 내지 약 200), 더 바람직하게는 약 40 이상(즉, 약 40 내지 약 120) SCFM인 것이 적당하다. 바람직하게는, 공기 플레넘에 공급된 가압 유체의 70% 이상, 특히 80% 이상 또는 90% 이상이 습식 웹을 통하여 진공 박스로 유도된다. 본 발명에서, ″분당 표준 세제곱 미터″라는 용어는 1 절대 제곱 인치당 14.7 파운드 및 60℉에서 측정하였을 때의 분당 세제곱 피트를 의미한다.

여기서 사용된 ″공기″ 및 ″가압 유체″는 의미상 서로 교환될 수 있는 것으로서 웹을 탈수하기 위하여 공기 압축기에 사용되는 어떠한 종류의 가스 상태의 물질을 의미한다. 이 가스 상태의 물질로는 공기, 스팀 등이 적합하다. 바람직하게는, 가압 유체에는 상온의 공기, 압력을 가함으로써 약 300℉ 이하, 특히 150℉ 이하의 온도로 가열된 공기가 포함된다.

본 발명의 목적을 위해, 공기 압축 및 진공 탈수에 필요한 공기 흐름 에너지는 장치 제조업자로부터 얻은 장치 성능 데이터를 사용하여 계산하였다.

통상적으로 티슈 제조에 사용되는 표준 액체 링 진공 펌프의 진공 마력을 나쉬 엔지니어링 캄파니가 공표한 성능 데이터를 기초로 하기 방정식으로부터 계산하였다.

시트 폭 1 인치당 마력 =

{(-0.03797)+(0.06150 x PR) + (3.97168 ÷ SCFM)} x SCFM ÷ W

여기서, PR은 상류 psia / 하류 psia; SCFM은 공기 흐름(14.7 psia 및 60℉에서의 분당 표준 세제곱 피트); W는 시트 폭(인치)를 나타낸다.

이중 날개 압축기에 대한 압축 공기의 마력을 스프링필드의 터블렉스사가 공표한 성능 데이터를 기초로 하기 방정식으로부터 계산하였다.

시트 폭 1 인치당 마력 =

{(-0.05674)+(0.057009 x PR) + (18.79257 ÷ SCFM)} x SCFM ÷ W

상기 방정식을 기초로 하여, 진공 펌프와 공기 압축기에 대한 에너지 소요량을 비교하여 이를 도 15에 그래프로 나타내었다. 상기 방정식과 그래프로부터 다음과 같은 결론을 얻어냈다: a) 압축 공기는 조사된 모든 압력차 범위 내에서 진공펌프 보다 에너지가 적게 필요하다(예를 들면, 20 수은주 인치 압력차에서, 압축 공기는 시트 폭 1 인치당 10 마력이 필요하나, 이는 진공 펌프에 의한 경우의 30 마력에 비하면 3분의 1에 지나지 않는다); b) 진공 펌프는 절대 진공(29 수은주 인치)에 가까이 갈수록 필요 에너지가 무한대로 증가하지만, 압축 공기는 조사된 모든 압력차 범위 내에서 에너지가 선형적으로 증가한다; c) 압축 공기는 진공 펌프가 물리적으로 가능한 압력차보다 큰 압력차를 제공할 수 있다(특히, 보다 높혔을 때).

장치 제조자로부터 입수한 마력을 계산할 수 있는 성능 데이터가 있으면 다른 공기 흐름 탈수 장치 또는 설비에 대해서도 에너지 소요량을 계산할 수 있다.

본 방법은 세안용 티슈, 목욕용 티슈, 타월, 냅킨, 손수건, 주름진 제지 제품, 선박 바닥, 신문 용지 등을 포함한 다양한 흡수성 제품을 제조하는 데에 유용하다.

공기 압축기를 사용하여 티슈 웹을 탈수하고 3 차원 직물상에서 성형할 수 있다. 약 8 cc/g 이상, 바람직하게는 10 cc/g 이상, 더 바람직하게는 12 cc/g 이상으로 성형한 후 벌크를 갖게 되고, 이 벌크는 텍스쳐드된 유공성 직물을 사용하여 가열된 건조 실린더상에서 압축된 후 유지될 수 있다.

실시 태양에 따라서는, 웹을 가열된 건조 실린더 상에서 부분적으로 건조시키고 약 40 내지 80%의 치밀도로 습식 크레이핑시킨 다음 약 95% 이상의 치밀도로 후건조 시킬 수 있다. 적당한 후건조 수단에는 1 이상의 실린더 건조기(예, 양키 건조기), 캔 건조기, 완전 건조기 또는 기타 상업적으로 가능한 건조 수단이 포함된다. 또한, 성형된 웹을 가열된 건조 실린더 상에서 완전히 건조시킨 후 건식 크레이핑시키거나 크레이핑 없이 꺼낼 수도 있다. 가열된 건조 실린더 상에서의 건조량은 웹의 속도, 건조기 크기, 웹 내의 수분 함량 등과 같은 요인에 따라 정해진다.

엠. 허만스 등의 ″부드러운 티슈를 제조하기 위한 방법 및 장치″에 관한 1996.5.14자 출원[미국특허 출원번호 제08/647,508호], 본원과 동일자로 출원된 엠. 허만스 등의 ″통상적인 습식 압축기를 변형하여 티슈 시트를 제조하는 방법″에 관한 미국특허출원[출원번호는 미정], 본원과 동일자로 출원된 에프. 하다 등의 ″습식 웹을 탈수하기 위한 공기 압축기″에 관한 미국특허출원[출원번호는 미정], 본원과 동일자로 출원된 에프. 드루에케 등의 ″저밀도 탄성 웹을 제조하는 방법″에 관한 미국특허출원[출원번호는 미정] 및 본원과 동일자로 출원된 에스. 엘. 첸 등의 ″저밀도 탄성 웹 및 그 제조 방법″에 관한 미국특허출원[출원번호는 미정]에는 본 발명의 에너지 효율성 탈수 메카니즘을 사용하기 위한 여러 기계 배열 및 기술들이 개시되어 있다.

본 발명에 사용할 수 있는 섬유의 형태에는 활엽수, 침엽수, 밀짚, 아마, 밀크위드 씨앗 풀솜 섬유, 마닐라삼, 대마, 케나프(kenaf), 버개스(bagasse), 면화, 갈대 등이 포함된다. 표백 섬유, 미표백 섬유, 천연 섬유(목재성 섬유 및 기타 셀롤로스성 섬유, 셀룰로스 유도체 및 화학적으로 강화시키거나 가교시킨 섬유 등 포함) 또는 합성 섬유(폴리프로필렌, 아크릴류, 아라미드류, 아세테이트류 등으로부터 만들어진 섬유 등 제지용 합성 섬유 포함), 가공되지 않은 섬유 및 재활용 또는재회수된 섬유, 활엽수 및 침엽수, 그리고 기계적으로 펄핑된 섬유(예, 쇄목 펄프), 화학적으로 펄핑된 섬유(크라프트, 설파이트 펄핑 공정 등을 포함), 열-기계적으로 펄핑된 섬유, 화학-열-기계적으로 펄핑된 섬유 등을 포함한 제지용 섬유로 알려진 것은 모두 사용될 수 있다. 상기에 열거된 것 또는 그와 관련된 섬유 군들의 혼합물이 사용될 수도 있다. 섬유들은 당업계에 유용하다고 알려진 여러 방법들에 의해 제조될 수 있다. 유용한 방법에는 컬(curl)과 개선된 건조 특성을 부여하는 분산 기법이 포함된다. [각각 1994.9.20자와 1996.3.26자로 등록된 엠. 허만스 등의 미국특허 제5,348,620호와 제5,501,768호 참조]

화학 첨가제도 사용될 수 있다. 원료 섬유 또는 섬유성 슬러리에 첨가할 수 있다. 생산하는 동안 또는 생산 후에 첨가할 수도 있다. 이들 첨가제에는 투명제(opacifier), 안료, 습식 강도 개선제, 건조 강도 개선제, 연화제, 완화제(emollient), 습윤제, 살바이러스제, 살균제, 완충액, 왁스류, 플루오로폴리머, 향 조절제, 탈취제, 제올라이트, 염료, 형광 염료 또는 백색제, 향료, 탈결합제, 식물성유 및 광유, 사이징(sizing)제, 초흡수체, 계면활성제, 수분 공급제, 자외선 차단제, 항생제, 로숀, 항진균제, 저장제, 알로에베라 추출액, 비타민 E 등이 포함된다. 화학 첨가제의 사용은 획일적으로 정해질 필요는 없다. 티슈의 사용 부분에 따라 달라질 수 있다. 웹의 표면 어느 한 쪽에 소수성 물질을 넣어 웹의 물성을 향상시킬 수도 있다.

헤드박스를 1 또는 그 이상 사용할 수 있다. 웹을 형성함에 있어서 헤드박스 젯으로부터 다층 구조를 만들도록 헤드박스(들)을 층상 구조로 할 수 있다. 실시 태양에 따라서는, 웹은 층상화된 헤드박스를 사용하여 부드러움을 개선시키기 위하여 짧은 섬유는 웹의 어느 한 면에 위치시키고, 비교적 긴 섬유는 다른 한 면 또는 웹의 내부에 위치시켜 3 층 이상이 되게 한다. 바람직하게는 웹이 유공성 직물의 무단 루프 상에서 성형되도록 하여 액체의 배수 및 웹의 부분 탈수가 가능하게 한다. 다중 헤드박스로부터 나온 다중 미성숙 웹에 침상 작업을 가하거나 수분이 있는 상태에서 기계적 또는 화학적 연결 작업을 가하여 다층을 갖는 단일 웹을 만들 수도 있다.

본 발명의 여러 특징 및 장점들은 하기에 기술될 것이다. 발명의 바람직한 실시 태양을 도시하는 도면을 참조하여 기술될 것이다. 이들 실시 태양들은 본 발명의 전 범위를 나타내지는 않는다. 본 발명의 전 범위를 해석하고자 한다면 청구범위를 참조하여야 할 것이다.

발명의 상세한 설명

하기에서는 도면을 기준으로 본 발명을 상세히 설명할 것이다. 도면들에 있어서 같은 구성 요소들은 동일한 참조 부호가 주어진다. 간명하게 하기 위해서, 직물기 조작을 정의하기 위해 도식적으로 표현한 여러 텐션 롤들에는 숫자를 표시하지 않았다. 원료 제조, 헤드박스, 성형 직물, 웹 이동, 크레이핑 및 건조에 관련해서는 통상적인 여러 제지 장치 및 작동 방식이 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 여러 실시 태양이 사용될 수 있는 경우에는 그에 대한 설명을 위하여 특정의 통상적인 구성 요소들을 도시하였다.

본 발명은 도 1에 도시된 장치에 의해 수행될 수 있다. 제지 섬유의 슬러리로서 형성된 미성숙 웹(10)은 헤드박스(12)로부터 유공성 성형 직물(14)의 무단 루프상에 위치된다. 건조 웹 기준 중량은 슬러리의 치밀도와 유속에 의해 결정되고, 이는 바람직하게는 제곱 미터당 약 5 내지 약 80 그램 (gsm), 더 바람직하게는 약 8 내지 약 40 gsm 이다.

미성숙 웹(10)은 성형 직물(14)상에서 운반되는 동안 포일, 흡입 박스 기타 당업계에 알려진 장치에 의하여 일부 탈수된다. 본 발명의 고속 운전에 있어, 건조 실린더에 앞서 통상적인 티슈 탈수 방법을 사용하면 탈수가 부적당하고/하거나 비효율적이므로, 추가적인 탈수 수단이 필요하다. 실시 태양에서, 공기 압축기(16)가 건조 실린더에 앞서 웹(10)을 비압축적으로 탈수하는 데에 사용된다. 공기 압축기(16)는 웹(10) 위에 위치한 가압 공기 챔버(18), (이 가압 공기 챔버와 기능적으로 작동하도록 되어 있는), 성형 직물(14)의 아래에 위치한 진공 박스(20), 지지 직물(22)의 어셈블리로 이루어진다. 웹에 손상을 일으키지 않으면서 웹에 대해 밀봉이 용이해지도록 하기 위하여 습식 웹(10)은 공기 압축기(16)을 통과하는 동안 성형 직물(14)와 지지 직물(22) 사이에 샌드위치된다.

공기 압축기에 의해 상당 정도 탈수되고, 이 탈수에 의해 (바람직하게는, 압축 탈수없이도) 웹의 건조도는 양키 건조기에 부착하기 전에 30%를 상회하는 정도가 된다. 공기 압축기(16)의 여러 실시 태양은 하기에 상세히 설명될 것이다. 다른 적합한 실시 태양들은 엠. 허만스 등의 ″부드러운 티슈를 제조하기 위한 방법 및 장치″에 관한 1996.5.14자 미국특허출원[미국특허 출원번호 제08/647,508호], 본원과 동일자로 출원된 에프. 하다 등의 ″습식 웹을 탈수하기 위한 공기 압축기″에 관한 미국특허출원[출원번호는 미정]에 개시되어 있다.

이렇게 탈수된 웹(10)은 습식 압축 공정과 마무리 공정으로 가서 원하는 최종 제품이 된다. 예를 들어, 웹은 성형 직물로부터 텍스쳐드된 유공성 직물에 이동되고, 웹과 텍스쳐드된 직물은 이어서 가열된 양키 건조기의 표면 상에서 압축된다. 실시 태양에 따라서, 웹은 본원과 동일자로 출원된 엠. 허만스 등의 ″통상적인 습식 압축기를 변형하여 티슈 시트를 제조하는 방법″에 관한 미국특허출원[출원번호는 미정]에 개시된 바와 같이 텍스쳐드된 직물 상에 재빨리 이동시킬 수도 있다. 또는, 공기 압축기(16)은 엠. 허만스 등의 ″부드러운 티슈를 제조하기 위한 방법 및 장치″에 관한 1996.5.14자 미국특허출원[미국특허 출원번호 제08/647,508호]에 개시된 완전 건조 공정과 결합될 수도 있다.

도 2 내지 5에는 웹(10)을 탈수하기 위한 공기 압축기(200)가 도시되어 있다. 공기 압축기(200)은 일반적으로 상부 공기 플레넘(202)와 진공 박스(204) 형태의 하부 수집 장치로 이루어진다. 습식 웹(10)은 상부 지지 직물(206)과 하부 지지 직물(208) 사이에 샌드위치되면서 공기 플레넘과 진공 박스 사이의 횡방향(205)로 운반된다. 공기 플레넘과 진공 박스는 공기 플레넘으로 공급된 가압 유체가 습식 웹 내로 이동한 후 진공 박스를 통하여 제거되도록 기능적으로 상호작용을 한다.

각 연속 직물(206)과 (208)은 일련의 롤(도시되지 않음)들을 통과하여 당업계에 공지된 방법으로 직물을 가이드하고, 드라이브하며 텐션을 준다. 직물 텐션의 예정된 양까지 준다. 즉, 선 모양으로 1 인치당 약 10 내지 약 60 파운드(pli), 바람직하게는 약 30 내지 약 50 pli, 더 바람직하게는 약 35 내지 약 45 pli이다. 습식 웹(10)을 공기 압축기(200) 내로 운반하는 데에 유용한 직물에는 투과성 직물{예, 알바니(Albany) 인터내셔날 94M, 아펠톤 밀스 2164B} 등이 포함된다.

도 2는 웹(10)에 다리놓아진 공기 압축기(200)의 단부를 나타낸다. 도 3은횡방향(205)으로 된 공기 압축기의 측면부를 나타낸다. 두 도면에서, 공기 플레넘(202)의 몇몇 구성 요소들은 웹(10)과 진공 박스(204)에 비하여 약간 올려진 상태로 도시되어 있다. 후퇴한 위치에서는, 가압 유체의 밀봉이 효과적일 수 없다. 본 발명의 목적을 위해, 공기 압축기의 ″후퇴 위치″란 공기 플레넘(202)의 구성 요소들이 습식 웹과 지지 직물을 침범하지 않는 것을 말한다.

공기 플레넘(202)와 진공 박스(204)는 프레임 구조(210) 내에 탑재되어 있다. 프레임 구조는 다수의 수직 방향 지지 막대(212)에 의해 떨어진 상부 지지판과 하부 지지판(211)으로 이루어진다. 공기 플레넘(202)는 가압 유체 공급원(도시되지 않음)에 기능적으로 연결된 1 이상의 도관(215)을 통하여 가압 유체를 수용하도록 되어 있는 챔버(214)를 가진다(도 5 참조). 그 결과, 진공 박스(204)는 각각 유체 도관(217)과 (218)에 의해(도 3, 4 및 5 참조) 저 진공 및 고 진공 공급원(도시되지 않음)에 기능적으로 연결된 다수의 진공 챔버(이하, 도 5와 관련하여 기술됨)들을 가진다. 습식 웹(10)으로부터 제거된 물은 그 후 공기 스트림으로부터 분리된다. 공기 압축기의 구성 요소들을 탑재하는 여러 고정체들은 표지되지 않았다.

공기 압축기(200)에 대한 확대 단면도는 도 4 및 5에 도시되어 있다. 이들 도면에서, 공기 플레넘(202)의 구성 요소들은 습식 웹(10)과 지지 직물 (206)과 (208)과 충돌해서 아래에 놓여져 있다. 충돌 정도에 따라서는 최소한의 접촉력으로 가압 유체의 적합한 밀봉이 가능하고, 그에 따라 직물 손상을 줄이게 되는데, 이는 하기에서 상세히 설명될 것이다.

공기 플레넘(202)는 프레임 구조(210)에 고정적으로 탑재된 정치 구성 요소(220)와 프레임 구조와 습식 웹에 대하여 이동할 수 있도록 탑재된 밀봉 어셈블리(260)으로 이루어진다.

도 5를 보면, 정치 구성 요소(220)는 한 쌍의 지지 어셈블리(222)를 포함하는데, 이들은 서로 간격이 있게 분리되어 있고 상부 지지판(211) 아래에 위치한다. 상부 지지 어셈블리는 외장 표면(224)를 가지는데, 이는 서로를 향하고 있고 부분적으로는 그 사이에 플레넘 챔버(214)를 가진다. 또한 상부 지지 어셈블리는 하부 표면(226)을 정의하는데, 이는 진공 박스(204)를 향하고 있다. 도시된 실시 태양에서, 각 하부 표면(226)은 연장된 오목히 패인 부분(228)을 가지고 있고, 여기서 상부 공기식 로딩 튜브(230)이 고정 탑재되어 있다. 상부 공기식 로딩 튜브(230)은 종방향 중앙부에 위치하는 것이 적합하고, 습식 웹의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다.

또한 공기 플레넘(202)의 정치 구성 요소(220)은 한 쌍의 지지 어셈블리(240)을 가지고 있는데, 이는 서로 떨어져 있고 상부 지지 어셈블리(222)와는 수직 방향으로 떨어져 있다. 하부 지지 어셈블리는 상층 표면(242)과 외장 표면(244)을 갖는다. 상층 표면(242)은 상부 지지 어셈블리(222)의 하부 표면(226)을 향하여 있고, 연장된 오목히 패인 부분(246)을 갖는데, 여기에 공기식 로딩 튜브(248)은 고정 탑재되어 있다. 하부 공기식 로딩 튜브(248)은 종방향 중앙부에 위치하고, 습식 웹의 촉의 약 50 내지 100%에 걸쳐 연장되는 것이 적합하다. 도시된 실시 태양에서, 측면 지지판(25)은 하부 지지 어셈플리의 외장 표면(244)에 고정적으로 부착되어 있고 밀봉 어셈블리(26)의 수직 운동을 안정하게 해주는 역할을 한다.

도 6을 보면, 밀봉 어셈블리(260)은 CD 밀봉 부재(262)라고 하는 서로 떨어져 있는 한 쌍의 종방향 밀봉 부재, 이 CD 밀봉 부재와 연결된 한 쌍의 버팀대(263) 및 MD 밀봉 부재(264)라고 하는 한 쌍의 횡방향 밀봉 부재를 포함한다. (도 4 내지 6 참조) CD 밀봉 부재(262)는 정치 구성 요소(220)에 대하여 수직으로 이동할 수 있다. 임의적인 그러나 바람직한 구성 요소인 버팀대(263)은 CD 밀봉 부재에 고정적으로 부착되어 구조적 지지를 제공하고, 그렇게 함으로써 CD 밀봉 부재를 따라 수직으로 움직인다. 횡방향(205)에서는, MD 밀봉 부재(264)가 상부 지지 어셈블리(222)들 사이와 CD 밀봉 부재(262)들 사이에 위치한다. 하기에서 보다 상세히 기술되겠지만, MD 밀봉 부재의 부분들은 정치 구성 요소(220)에 대하여 수직으로 이동할 수 있다. 종방향에서는, MD 밀봉 부재가 습식 웹(10)의 가장자리 근처에 위치하고 있다. 실시 태양에 따라서는, 상기 MD 밀봉 부재는 습식 웹의 폭 범위를 수용하기 위하여 종방향으로 움직일 수 있다.

CD 밀봉 부재(262)는 주 직벽부(266), 벽부의 상부(270)으로부터 밖으로 돌출된 횡간 플랜지(268) 및 벽부의 하부(274)의 반대편에 탑재된 밀봉 블레이드(272)를 포함한다. 밖으로 돌출한 플랜지(268)은 반대 방향, 윗 방향, 아래 방향 조절 표면(276)과 (278)을 이루는데, 이들은 밀봉 어셈블리의 이동 방향과 거의 수직이다. 벽부(266)와 플랜지(268)은 별도의 구성 요소(들)을 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 밀봉 어셈블리(260)의 구성 요소들은 도 2 및 3에 도시된 후퇴부와 도 4 및 5에 도시된 작동부 사이에서 수직으로 이동가능하다. 특히, CD 밀봉 부재(262)의 벽부(266)는 조절판(250)의 내부에 위치하고 있고 그에 대하여 미끄러질 수 있다. 수직 이동량은 횡간 플랜지(268)가 상부 지지 어셈블리(222)의 하부 표면(226)과 하부 지지 어셈블리(240)의 상부 표면(242) 사이에서 이동할 수 있는 능력에 따라 결정된다.

횡간 플랜지(268)와 CD 밀봉 부재의 수직 위치는 공기식 로딩 튜브 (230)과 (248)의 활성화에 의해 조절된다. 상기 로딩 튜브는 공기식 공급원과 공기 압축기의 조절 시스템(도시되지 않음)에 기능적으로 연결되어 있다. 상부 로딩 튜브(230)이 활성화되면 CD 밀봉 부재(262)의 상부 조절면(276) 상에 아래 쪽 방향으로 힘을 실어주게 되어 하부 지지 어셈블리(240)의 상부 표면(242)에 충돌할 때까지 또는 히부 로딩 튜브(248) 또는 직물의 장력에 의하여 발생한 윗 방향으로의 힘에 의해 정지될 때까지 플랜지(268)을 아래 방향으로 이동시킨다. CD 밀봉 부재(262)의 후퇴는 하부 로딩 튜브(248)의 활성화와 상부 로딩 튜브의 불활성화에 의해 달성된다. 이 경우, 하부 로딩 튜브(248)가 하부 조절 표면(278) 상에 윗 방향으로 압축하여 플랜지(268)이 상부 지지 어셈블리(222)의 하부 표면을 향하여 움직이게 한다. 물론, 상부 및 하부 로딩 튜브는 압력차로 작동하게 되어 CD 밀봉 부재를 이동하게 한다. CD 밀봉 부재의 수직 이동을 조절하는 또다른 방법으로는 공기식 실린더, 수력식 실린더, 스크류, 잭, 기계적 연결수단 또는 기타 적절한 수단들이 포함된다. 오하이오주 켄트의 실 마스터 코포레이션으로부터 적절한 로딩 튜브를 구입할 수 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 가교판(279)은 상부 지지 어셈블리(222)와 CD 밀봉 부재(262) 사이의 갭을 연결지어 가압 유체가 새는 것을 방지한다. 가교판은 상부 지지 어셈블리의 외장 표면(224)에 고정적으로 부착되고 CD 밀봉 부재의 내부 표면에 대하여 (또는 그 반대로) 미끄러질 수 있다. 가교판은 유체 불투과성이고 거의 딱딱하며 마찰력이 적은 물질{예, 렉산(LEXAN)}, 시트 물질 등으로 만들 수 있다.

밀봉 블레이드(272)는 공기 압축기의 다른 특징과 함께 공기 플레넘(202)와 종방향의 습식 웹(10) 사이의 가압 유체가 새는 것을 최소화하는 기능도 한다. 또한 밀봉 블레이드는 바람직하게 성형되고 직물 손상이 덜되는 방식으로 성형되어야 한다. 특정 실시 태양에서는, 밀봉 블레이드가 탄성 플라스틱 화합물, 세라믹, 코팅된 금속 물질 등으로 만들어진다.

도 4 및 6을 보면, MD 밀봉 부재(264)는 서로 떨어져 있고 공기 압축기의 측단부를 따라 가압 공기가 누출되는 것을 방지하도록 되어 있다. 도 4 및 6은 각각 MD 밀봉 부재(264)들을 나타내는데, 이들은 습식 웹(10)의 가장자리 근처에서 횡방향으로 위치한다. 각 MD 밀봉 부재는 횡간 지지 부재(280), 이 횡간 지지 부재에 기능적으로 연결된 단부 뜸틀 스트립(282) 및 이 단부 뜸틀 스트립을 횡산 지지 부재에 대하여 움직이게 하기 위한 구동기(284)가 포함한다. 횡간 지지 부재(280)는 웹(10)의 측단부 근처에 위치하고, 일반적으로는 CD 밀봉 부재(262)즐 사이에 위치한다. 각 횡간 지지 부재는 아래 방향으로 향하는 채널(281)을 갖는데, 여기에 단부 뜸틀 스트립이 탑재되어 있다. 또한, 각 횡간 지지 부재는 원형 동공(283)들을 갖는데, 여기에 구동기(284)가 탑재되어 있다.

단부 뜸틀 스트립(282)는 실린더형 구동기(284) 때문에 횡간 지지 부재(280)에 대하여 수직으로 이동가능하다. 연결 부재(285)는 단부 뜸틀 스트립을 실린더형 구동기의 출구 샤프트에 연결시킨다. 연결 부재는 단부 뜸틀 스트립이 채널(281) 내에 미끄러질 수 있도록(즉, 치환되도록) 역 T 형 막대(들)을 포함할 수 있다.

도 6에서 보는 바와 같이, 횡산 지지 부재(280)과 단부 뜸틀 스트립(282)은 유체 불투과성 밀봉 스트립(286)(예, O 링 등)을 하우징할 수 있는 슬롯을 가진다. 밀봉 스트립은 공기 압축기의 공기 챔버(214)를 밀봉하여 누출을 방지한다. 밀봉 스트립이 있는 슬롯은 바람직하게는 횡간 지지 부재(280)와 단부 뜸틀 스트립(282) 사이의 계면에서 넓어져서 이들 구성 요소들 사이의 상대적인 이동이 가능하게 한다.

가교판(287)은 MD 밀봉 부재(264)와 상부 지지판(211)의 사이에 위치하고 상부 지지판에 고정적으로 탑재되어 있다. 공기 챔버(214)의 측부는 가교판에 의하여 정해진다. 밀봉이란 유체 불투과성 개스킷 물질이 가교판과 MD 밀봉 부재 사이에 바람직하게 위치되어 그들 사이의 움직임을 가능하게 하면서 가압 유체의 누출을 방지하는 것을 의미한다.

구동기(284)는 CD 밀봉 부재(262)의 수직 위치와는 관계없이 단부 뜸뜰 스트립(282)가 상부 지지 직물(206)에 대하여 로딩을 적절히 조절한다. 로딩은 필요한 밀봉력에 정확히 맞도록 조절될 수 있다. 단부 뜸틀 스트립은 단부 뜸틀 스트립 모두와 직물 손상을 완전히 제거할 필요가 없는 때 후퇴될 수 있다. 빔바(Bimba)사로부터 적합한 구동기를 입수할 수 있다. 또한, 단부 뜸틀 스트립의 위치를 조절하는 능력이 희생되기는 하지만, 단부 뜸틀 스트립을 직물에 대하여 머무르게 하기 위하여 스프링을 사용할 수도 있다.

도 4를 보면, 각 단부 뜸틀 스트립(282)는 연결 부재에 인접하여 위치한 상부 표면 또는 가장자리(290), 사용시에 직물(206)과 접촉하게 위치된 하부 표면 또는 가장자리(292) 및 CD 밀봉 부재(262)에 근접하여 위치된 측면 또는 가장자리(294)를 가진다. 하부 표면(292)의 모양은 진공 박스(204)의 곡률에 맞도록 되어 있다. CD 밀봉 부재(262)가 직물 상에 올라가면, 하부 표면(292)은 직물의 곡률을 따르도록 모양지어지는 것이 바람직하다. 즉, 하부 표면은 중앙부(296)을 갖고, 이는 간격지어진 단부(298)에 의하여 종방향으로 측면을 둘러싸여진다. 단부(298)의 모양이 CD 밀봉 부재(262)에 의한 직물의 삐뚤림을 따라가는 동안 중앙부(296)의 모양은 일반적으로 진공 박스의 모양을 따라가야 한다. 돌출 단부(298)가 닳아지는 것을 방지하기 위하여, 단부 뜸틀 스트립이 CD 밀봉 부재(262)가 오그라들기 전에 오그라드는 것이 바람직하다. 단부 뜸틀 스트립(282)는 가스 투과성 물질로 만들어지는데, 이는 직물 손상을 최소화한다. 단부 뜸틀에 적합할 수 있는 특정 물질에는 폴리에틸렌, 나일론 등이 포함된다.

MD 밀봉 부재(264)는 바람직하게는 횡방향으로 움직일 수 있고 CD 밀봉 부재(262)에 대하여 미끄러질 수 있도록 위치된다. 도시된 실시 태양에서, 횡방향으로 MD 밀봉 부재(264)가 이동하는 것은 브래킷(306)에 의하여 위치를 지키는 실로 꿰맨 샤프트 또는 볼트(305)에 의해 조절된다. 샤프트(305)는 횡간 지지 부재(280) 내에 있는 공동을 통과하게 되고, 이러한 샤프트가 회전하면 MD 밀봉 부재가 샤프트를 따라 이동하게 된다. MD 밀봉 부재(264)를 횡방향으로 이동하게 하는 또다른 수단, 예컨대 공기식 장치가 사용될 수도 있다. 한 실시 태양에서는, MD 밀봉 부재는 CD 밀봉 부재에 고정적으로 부착되어 전체 밀봉 어셈블리가 전체적으로 올려지고 내려진다(도시되지 않음). 다른 실시 태양에서는, 횡간 지지 부재(280)가 CD 밀봉 부재에 고정적으로 부착되고 말단 뜸틀 스트립은 CD 밀봉 부재와는 독립적으로 이동할 수 있도록 되어 있다(도시되지 않음).

진공 박스(204)는 커버(300)을 갖는데, 커버는 상부 표면(302)를 갖고, 이 상부 표면 위에는 하부 지지 직물(208)이 이동한다. 진공 박스 커버(300)과 밀봉 어셈블리(260)은 바람직하게는 웹을 조절할 수 있도록 약간 구부러져 있다. 진공 박스 커버는 횡방향(205)에서 선두 가장자리로부터 끝 가장자리에 이르기까지 제1 외곽 밀봉 편자(311), 제1 밀봉 진공 구역(312), 제1 내부 진공 편자(313), 3개의 내부 편자(315, 317, 319)를 둘러싸는 4개의 일련의 고 진공 구역(314, 316, 318, 320), 제2 밀봉 진공 구역(322), 제2 외곽 밀봉 편자(323)으로 이루어진다. 각 편자와 구역들은 바람직하게는 웹의 전체 폭을 가로지르는 종방향으로 연장된다. 각 편자는 바람직하게는 하부 직물에 손상을 입히지 않고 하부 직물(208)에 얹혀질 수 있도록 세라믹 물질로 형성된 상부 표면을 가지고 있다. 진공 박스 커버와 편자는 플라스틱, 나일론, 코팅된 강 등으로 만들어질 수 있다. 이는 JWI사 또는 IBS사로부터 입수 가능하다.

4개의 진공 구역(314, 316, 318, 320)은 커버(300) 내의 통로인데, 이들은 비교적 고 진공을 유도하는 1 이상의 진공 공급원에 기능적으로 연결된다. 예를 들어, 고 진공 구역은 0 내지 25 수은주 인치, 더 바람직하게는 약 10 내지 25 수은주 인치에서 작동될 수 있다. 도시된 통로의 대안으로, 커버(300)은 다수의 홀 또는 기타 형태의 개구들이 가능한데, 이들은 진공 공급원과 연결되어 웹 내에 가압 유체가 흐를 수 있도록 한다. 한 실시 태양에서, 고 진공 구역은 횡 방향으로 0.375 인치 정도의 크기를 갖고 습식 웹의 전체 폭을 가로질러 연장하는 슬롯을 갖는다. 웹 상의 어느 지점(도면에서는 314, 316, 318, 320)에 가압 유체의 흐름이 노출되는 시간, 즉 머무는 시간은 바람직하게는 약 10 밀리초 이하, 바람직하게는 7.5 밀리초 이하, 더 바람직하게는 5 밀리초 이하, 특히 바람직하게는 3 밀리초 이하 또는 심지어 약 1 밀리초 이하이다. 이는 습식 웹 내에 함유된 섬유의 형태 및 요구되는탈수량에 따라 좌우된다.

제1 및 제2 밀봉 진공 구역(312, 322)은 공기 압축기로부터 가압 유체가 누출되는 것을 최소화하기 위하여 채용될 수 있다. 밀봉 진공 구역은 커버(300) 내의 통로인데, 이들은 비교적 저 진공을 유도하는 1 이상의 진공 공급원에 기능적으로 연결된다. 구체적으로는, 밀봉 진공 구역에 대하여 바람직한 진공 양은 0 내지 약 100 인치 수주(水柱)이다.

공기 압축기(200)은 바람직하게는 CD 밀봉 부제(262)가 밀봉 진공 구역(312, 322)의 내부에 위치하도록 만들어진다. 더 구체적으로는, 공기 압축기의 전방면 상에 있는 CD 밀봉 부재(262)의 밀봉 블레이드(272)는 횡방향으로 제1 외곽 밀봉 편자(311)과 제1 외곽 밀봉 편자(313) 사이에, 바람직하게는 중앙에 위치한다. CD 밀봉 부재의 밀봉 블레이드(272)도 마찬가지로 횡방향으로 제2 외곽 밀봉 편자(321)와 제2 외곽 밀봉 편자(323) 사이에, 바람직하게는 중앙에 위치한다. 그 결과, 밀봉 어셈블리(260)은 CD 밀봉 부재가 습식 웹(10), 직물(206, 208)이 진공 박스를 향하여 정상적으로 이동하는 데에 따라 구부러지도록 낮아질 수 있다. 이는 본 발명을 더욱 잘 도시하기 위하여 도 5에서 약간 과장적으로 표현되어 있다.

밀봉 진공 구역(312, 322)는 습식 웹(10)의 폭에 따라 공기 압축기(200)으로부터 가압 유체가 누출되는 것을 최소화하는 역할을 한다. 밀봉 진공 구역(312, 322) 내에서의 진공은 공기 플레넘(202)로부터 가압 유체를 이끌어 내고 공기 압축기의 바깥으로부터 주변 공기를 이끌어낸다. 그 결과, 공기는 공기 압축기 바깥으로부터 밀봉 진공 구역으로 흐르게 되어 반대 방향으로 가압 공기가 누출되지 않게 된다. 고 진공 구역과 밀봉 진공 구역 사이의 진공 간의 상대적 차이 때문에, 공기 플레넘으로부터 온 가압 유체 대부분은 밀봉 진공 구역보다는 고 진공 구역으로 간다.

도 7에 나타낸 다른 실시 태양에서, 밀봉 진공 구역들 (312)와 (322)들 중 어느 하나, 또는 둘 모두에서 진공은 얻어지지 않는다. 오히려, 변형성 밀봉 뜸틀(330)이 밀봉 구역 (312)와 (322)에 위치되어 횡방향으로의 가압 유체의 누출을 방지한다(도시된 것은 (312)만임). 이 경우, 공기 압축기는 직물(206, 208) 및 습식 웹(10)에 충돌하고 있는 밀봉 블레이드(272) 및 상기 변형성 밀봉 뜸틀(330)에 가까이 접근해 있거나 접촉하고 있는 직물과 습식 웹에 의하여 횡방향으로 밀봉된다. CD 밀봉 부재(262)가 직물과 습식 웹에 충돌하고 있고 CD 밀봉 부재가 변형성 밀봉 뜸틀(330)에 의하여 직물과 습식 웹의 다른 면과 마주하는 이러한 구조가 공기 플레넘의 밀봉에 특히 유효하다.

변형성 밀봉 뜸틀(330)은 바람직하게는 습식 웹의 전체 폭에 걸쳐 연장되어 공기 압축기(200)의 선단, 그 후속단(trailing end), 또는 이들 양단을 밀봉하게 된다. 변형성 밀봉 뜸틀이 웹의 전체 폭에 걸쳐 연장하는 경우에는 밀봉 진공 구역은 진공 공급원과 연결되지 않을 수 있다. 공기 압축기의 후속단이 전체 폭의 변형성 밀봉 뜸틀을 채용하는 경우, 웹(10)이 직물이 분리되는 때 그 직물들 중 어느 하나에 남도록 하기 위하여 진공 장치 또는 블루우 박스가 공기 압축기의 하류에 사용될 수 있다.

변형성 밀봉 뜸틀(330)은 바람직하게는 직물(208)에 비하여 더 소모되기 쉬운 물질로 이루어지거나(이는 직물과 이 물질이 사용되는 경우 이 물질이 직물에 큰 손상을 주지 않고 닳아 없어질 수 있음을 의미함) 직물에 닿았을 때 꾸부러지고 탄성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 이들 어느 경우에나, 변형성 밀봉 뜸틀은 바람직하게는 가스 투과성이어야 하고, 공극 부피가 큰 물질(예, 폐쇄 셀 폼 등)로 이루어져야 한다. 특정 실시 태양에서는, 변형성 밀봉 뜸틀은 두께가 0.25 인치인 폐쇄 셀 폼으로 이루어진다. 가장 바람직하게는, 변형성 밀봉 뜸틀 자체가 직물이 지나간 경로에 맞게 닳아지는 것이다. 변형성 밀봉 뜸틀은 바람직하게는 구조적 지지체에 대한 뒷받침판(332)이 있다(예, 알루미늄 막대).

전체 폭 밀봉 뜸틀이 사용되지 않는 실시 태양에서는, 웹의 측면에 몇몇 종류의 밀봉 수단이 필요하다. 변형성 밀봉 뜸틀 또는 기타 당업계에 공지된 적절한 수단들은 습식 웹의 바깥 측면에 직물 내로 가압 유체가 흐르는 것을 방지하기 위하여 사용될 수도 있다.

CD 밀봉 부재가 습식 웹의 폭을 따라 균일하게 상부 지지 직물(206)에 충돌하는 정도는 웹 전체에 걸쳐 효과적인 밀봉을 제공하는 데에 있어서 중요한 요인이 된다. 충돌 정도는 상부 및 하부 지지 직물 (206)과 (208)의 최대 장력, 웹에 걸친 압력차(이 경우, 공기 플레넘 챔버(214)와 밀봉 진공 구역 (312) 및 (322) 사이의 차) 및 CD 밀봉 부재(262)와 진공 박스 커버(300)의 함수임이 밝혀졌다.

공기 압축기의 후속 밀봉부의 도식화된 그림인 도 8을 보면, CD 밀봉 부재(262)가 상부 지지 직물(206)에 최소 충돌 정도 h는 다음 방정식으로 표현된다.

h = (T/W){cosh(Wd/T)-1}

여기서, T는 직물의 장력(인치당 파운드), W는 웹에 걸친 압력차(psi), d는 횡방향에서의 갭(인치)이다.

도 8은 후속 CD 밀봉 부재(262)가 화살표 h로 표현된 만큼 상부 지지 직물(206)이 꾸부러진 것을 나타낸다. 화살표 T는 상부 지지 직물(206)과 하부 지지 직물(208)의 최대 장력을 나타낸다. 직물의 장력은 후이크(Huyck)사로부터 구입한 표준 장력 측정기를 사용하거나 기타 적당한 방법으로 측정할 수 있다. 화살표 d는 CD 밀봉 부재의 밀봉 블레이드(272)와 제2 내부 밀봉 편자(321)간의 횡방향 갭을 나타낸다. 충돌 정도를 결정하는 데에 있어서 중요한 의미를 지니는 갭은 밀봉 블레이드(272)의 압력차가 더 큰 면에서의 갭, 즉 플레넘 챔버(214)를 향한 갭이다. 왜냐하면, 그 면에서의 압력차가 직물과 웹의 위치에 가장 큰 영향을 미치기 때문이다. 바람직하게는, 밀봉 블레이드와 제2 외곽 편자(323) 사이의 갭은 거의 d와 같거나 약간 작다.

CD 밀봉 부재(262)를 최소 충돌 정도로 수직 위치시키는 것은 CD 밀봉의 유효성을 결정하는 중요한 요소가 된다. 밀봉 어셈블리(260)에 가해진 로딩력은 밀봉의 유효성을 결정하는 데에 있어서는 별로 역할하지 못하고, 필요시되는 충돌 정도를 유지하는 데에 필요한 만큼만 유지하여 주면 될 뿐이다. 물론, 직물의 소모량은 공기 압축기(200)의 상업적 유용성에 영향을 미칠 것이다. 직물이 크게 소모되지 않으면서 유효한 밀봉을 달성하기 위해서는, 충돌 정도가 바람직하게는 상기에서 정의된 최소 충돌 정도와 같거나 이보다 약간 커야 한다. 직물의 폭 전체에 걸친 직물의 변화도를 최소화하기 이하여, 직물에 가해지는 힘을 바람직하게는 횡방향으로 일정하게 유지하여야 한다. 이는 CD 밀봉 부재를 조절된 방법으로 로딩하거나 균일하게 로딩하거나 CD 밀봉 부재를 조절된 방법으로 위치(기하학적 배치 포함)시킴으로써 달성된다.

사용 중, 조절 시스템은 공기 플레넘(202)의 밀봉 어셈블리(260)을 구동 위치에까지 낮춘다. 우선, CD 밀봉 부재(262)를 밀봉 블레이드(272)가 상부 지지 직물(206)에 상기 정의된 충돌 정도가 되도록 낮추어진다. 더 바람직하게는, 상부 로딩 튜브(230)과 하부 로딩 튜브(248) 내의 압력은 하부 지지 어셈블리(240)에 접촉하는 횡간 플랜지(268)에 의해 정지될 때까지 또는 직물의 장력이 균형을 이룰때까지 CD 밀봉 부재(262)가 아래로 이동되도록 조절된다. 둘째, MD 밀봉 부재(264)의 단부 뜸틀 스트립(282)은 상부 지지 직물과 접촉하거나 이에 가까이 접근하도록 낮추어진다. 그 결과, 공기 플레넘(202)와 진공 박스(204)는 모두 습식 웹에 대하여 밀봉되어 가압 유체가 누출되는 것을 방지된다.

이어서 공기 압축기를 활성화하여 가압 유체가 공기 플레넘(202)를 채우고 공기 흐름이 웹 내로 되도록 한다. 도 5의 실시 태양에서는, 고 진공과 저 진공이 고 진공 구역(314, 316, 318, 320)과 저 진공 구역(312, 322)에 가해 공기 흐름, 밀봉 및 탈수가 되도록 한다. 도 7의 실시 태양에서는, 가압 유체는 공기 플레넘으로부터 고 진공 구역(314, 316, 318, 320)으로 흐르고, 변형성 밀봉 뜸틀(330)은 공기 압축기를 종방향으로 밀봉한다. 그 결과 웹에 걸친 압력차와 웹 내의 공기 흐름은 웹의 탈수가 효과적으로 일어나도록 한다.

공기 압축기의 여러 구조 및 동작적 특징은 직물의 소모가 비교적 적음과 동시에 가압 유체가 거의 누출되지 않도록 하는 데에 기여한다. 먼저, 공기 압축기(200)은 직물과 습식 웹에 충돌하고 있는 CD 밀봉 부재(262)를 사용한다. 충돌 정도는 CD의 밀봉이 최대화되도록 정해진다. 한 실시 태양에서는, 공기 압축기는 밀봉 진공 구역(312, 322)을 사용하여 습식 웹의 폭에 걸쳐 공기 압축기로 주변 공기가 흐르도록 한다. 다른 실시 태양에서는, 변형성 밀봉 부재(330)가 CD 밀봉 부재의 반대편에 있는 밀봉 진공 구역(312, 322)에 위치한다. 어느 경우에나, 공기 플레넘(202)와 진공 박스(204) 사이의 마주보는 면들이 정확하게 정렬할 필요성을 최소화하기 위하여 CD 밀봉 부재(262)는 바람직하게는 적어도 일부나마 진공 박스 커버(300)의 통로에 위치된다. 또한, 밀봉 어셈블리(260)은 프레임 구조(210)에 연결된 하부 지지 어셈블리(240)과 같은 정치 구성 요소에 대하여 로딩될 수 있다. 그 결과, 공기 압축기에 대한 로딩력은 공기 플레넘 내의 가압 유체 압력에는 비의존적이다. 직물 소모가 적은 물질과 윤활유 시스템을 사용하기 때문에 직물 소모도 최소화된다. 바람직한 윤활유 시스템에는 화학 윤활제(에멀시화된 오일, 탈결합제, 기타 화학제) 또는 물이 포함된다. 윤활제를 가하는 전형적인 방법은 횡방향으로 균일하게 희석 윤활제를 분무하거나, 수력식 또는 공기식으로 세분화된 용액으로 분무하거나, 더 농축된 용액을 펠트 와이핑하거나, 기타 당업계에 공지된 분무 시스템을 적용하는 방법이 포함된다.

더 고압에서 플레넘을 운전하는 능력은 누출을 방지하는 능력에 의존하는 것으로 관찰되었다. 이전의 조작 또는 예상되는 조작에 비하여 과량의 공기 흐름, 추가적인 동작 소음, 수분의 분무, 심한 경우에는 습식 웹 내의 규칙적이거나 불규칙적인 결함(홀 및 선들 포함)이 발생되면 이로부터 누출이 발생된다는 것을 감지할 수 있다. 공기 압축기 밀봉 구성 요소들을 정렬하거나 조정함으로써 누출은 바로 잡을 수 있다.

공기 압축기에서, 균일하게 웹을 탈수하기 위해서는 종방향으로 균일하게 공기를 흐르게 하는 것이 바람직하다. 종방향으로의 균일 흐름을 더욱 개선하기 위해서는 컴퓨터를 동원한 유체 역학 모델링으로 형성된 테이퍼 덕웍과 같은 메카니즘을 적용해 볼 수도 있다. 웹의 기저 중량과 수분 함량은 종방향으로 균일하지 않을 수 있기 때문에 균일한 종방향 공기 흐름을 얻기 위한 추가적인 수단(예컨대, 시트의 성질에 따라 공기의 흐름을 바꿀수 있는 댐퍼, 습식 웹 바로 앞에서 흐름 상의 압력 강하를 일으킬 수 있는 배플(baffle) 또는 기타 직접적인 수단을 가진 독립 조절 구역)을 강구하는 것이 바람직하다. CD 탈수의 균일성을 조절하기 위한 또다른 방법에는 구역화된 조절 스팀 샤워(예, 오하이오주, 더블린의 하니웰-메주렉스 시스템사 제품)와 같은 추가적인 장치도 포함된다.

본 발명은 하기 실시예를 통하여 보다 더 잘 이해할 수 있다. 여기서 특정하는 양, 비율, 조성과 변수들은 모두 예시를 한 것이며 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것이 아님을 알아야 한다. 각 실시예에서, 마력은 상기한 방법에 의하여 계산된 값이다.

〈실시예 1〉

북부 침엽수 크라프트와 유칼립투스 펄프의 50/50 블렌드를 4% 치밀도에서 30분간 펄핑하였다. 퍼니쉬 블렌드의 수분 보유치는 1.37이고, WRC는 42.19이었다. 이 섬유 블렌드를 분당 2500 피트로 이동하는 린드세이(Lindsay) 2164B 성형 직물 상에서 시트로 만들었다. 이렇게 얻어진 시트(기저 중량: 약 10/2880ft²과 20/2880ft², 치밀도: 약 9 내지 13%)를 진공을 이용해 탈수하였다. 실시예 1에서 얻어진 테스트 결과는 하기 표 1에 ″a″로 표시하여 나타내었다.

〈실시예 2〉

실시예 1에서의 실험을 진공 탈수 시스템의 일부를 늘이고/이거나 치환된 공기 압축기로 반복하였다. 성형 직물과 동일한 지지 직물을 사용하여 공기 압축기 전체에 걸쳐 웹을 샌드위치시켰다. 공기 압축기의 공기 플레넘을 약 150℉에서 15 또는 23 psig로 가압하였다. 진공 박스는 15 수은주 인치의 일정 압력으로 작동시켰다. 시트를 그렇게 하여 생긴 압력차 45 및 62 수은주 인치와 시트 폭 1 제곱 인치당 58 내지 135 SCFM의 공기 흐름에 0.75 또는 2.25 밀리초의 머무는 시간동안 노출시켰다. 실험 조건에 따라서는 공기 압축기는 웹의 치밀도를 약 5-10% 증가시켰다. 실시예 2에서 얻어진 테스트 결과는 하기 표 1에 ″A″로 표시하여 나타내었다.

〈표 1〉

도 9-14에서, 심볼 ″■″는 웹이 진공 박스만을 사용하여 탈수되는 경우의 데이터를 나타낸다. 심볼 ″▲″는 웹이 진공 박스와 공기 압축기를 함께 사용하여 탈수되는 경우의 데이터를 나타낸다. 심볼 ″□″는 공기 압축기만을 사용하여 탈수되는 경우의 데이터를 나타낸다.

도 9-13은 실시예 1-8로부터 얻은 데이터에 대한 치밀도 대 에너지간의 그래프를 나타낸다. 더 구체적으로는, 이들 그래프들은 탈수 후 단계의 치밀도(세로 좌표) 대 퍼니쉬를 탈수하는 데에 소요된 전체 에너지/연장된 인치(가로 좌표)에 나타낸 것이다. 각 퍼니쉬는 치밀도와 에너지 투입량간에 특이한 관계를 보인다.

이들 그래프들에서, 진공 탈수 장치에 대해 에너지 투입을 추가적으로 늘려도 치밀도가 선형적으로 증가되지 않는다는 점을 기억해야 할 것이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 진공 에너지는 절대 진공에 갈수록 무한대로 늘어난다.

도 9는 실시예 1 및 2에 있어서의 웹의 탈수에 소요되는 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도간의 그래프이다. 이 그래프는 북부 침엽수 크라프트와 유칼립투스 퍼니쉬의 경우, 공기 압축기가 일정한 에너지 투입시에 진공 탈수에 비하여 약 7% 정도 치밀도가 높았음을 보여준다. 달리 말하면, 동일한 에너지 투입시에 진공 탈수의 경우 약 60%의 WRC를 얻을 수 있을 뿐임에 반하여 공기 압축기로 퍼니쉬를 탈수하는 경우에는 70%를 초과하는 WRC를 얻을 수 있다는 것이다.

〈실시예 3〉

미국특허 제5,348,620호에 따라 분산되었던, 30분간 4%의 치밀도로 펄프된 북부 침엽수 크라프트와 유칼립투스 펄프의 50/50 블렌드로 실시예 1에 기재된 것과 동일한 실험을 하였다. 퍼니쉬 블렌드의 수분 보유치는 1.33이고, WRC는 42.92이었다. 이 섬유 블렌드를 분당 2500 피트로 이동하는 린드세이(Lindsay) 2164B 성형 직물 상에서 시트로 만들었다. 이렇게 얻어진 시트(기저 중량: 약 10/2880ft²과 20/2880ft², 치밀도: 약 9 내지 13%)를 진공을 이용해 탈수하였다. 실시예 3에서 얻어진 테스트 결과는 하기 표 2에 ″b″로 표시하여 나타내었다.

〈실시예 4〉

실시예 3에서의 실험을 진공 탈수 시스템의 일부를 늘이고/이거나 치환된 공기 압축기로 반복하였다. 성형 직물과 동일한 지지 직물을 사용하여 공기 압축기 전체에 걸쳐 웹을 샌드위치시켰다. 공기 압축기의 공기 플레넘을 약 150℉에서 15 또는 23 psig로 가압하였다. 진공 박스는 15 수은주 인치의 일정 압력으로 작동시켰다. 시트를 그렇게 하여 생긴 압력차 45.5 및 62 수은주 인치와 시트 폭 1 제곱 인치당 65 내지 129 SCFM의 공기 흐름에 0.75 또는 2.25 밀리초의 머무는 시간동안 노출시켰다. 실험 조건에 따라서는 공기 압축기는 웹의 치밀도를 약 6-15% 증가시켰다. 실시예 4에서 얻어진 테스트 결과는 하기 표 2에 ″B″로 표시하여 나타내었다.

〈표 2〉

도 10은 실시예 3 및 4에 있어서의 웹의 탈수에 소요되는 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도간의 그래프이다. 이 그래프는 북부 침엽수 크라프트와 유칼립투스 퍼니쉬의 경우, 공기 압축기가 일정한 에너지 투입시에 진공 탈수에 비하여 약 7% 정도 치밀도가 높았음을 보여준다. 달리 말하면, 동일한 에너지 투입시에 진공 탈수의 경우 약 50-60%의 WRC를 얻을 수 있을 뿐임에 반하여 공기 압축기로 퍼니쉬를 탈수하는 경우에는 70%를 초과하는 WRC를 얻을 수 있다는 것이다.

〈실시예 5〉

4%의 치밀도에서 30분간 펄핑한 100% 재활용 섬유(위스콘신주 데페레의 폭스 리버 섬유로부터 얻은 잉크를 제거한 시장 펄프)를 가지고 실시예 1에 기재된 것과 동일한 실험을 하였다. 퍼니쉬의 수분 보유치는 1.72이고, WRC는 36.76이었다. 이 섬유 블렌드를 분당 2500 피트로 이동하는 린드세이(Lindsay) 2164B 성형 직물 상에서 시트로 만들었다. 이렇게 얻어진 시트(기저 중량: 약 10/2880ft²과 20/2880ft², 치밀도: 약 9 내지 13%)를 진공을 이용해 탈수하였다. 실시예 5에서 얻어진 테스트 결과는 하기 표 3에 ″c″로 표시하여 나타내었다.

〈실시예 6〉

실시예 5에서의 실험을 진공 탈수 시스템의 일부를 늘이고/이거나 치환된 공기 압축기로 반복하였다. 성형 직물과 동일한 지지 직물을 사용하여 공기 압축기 전체에 걸쳐 웹을 샌드위치시켰다. 공기 압축기의 공기 플레넘을 약 150℉에서 15 또는 23 psig로 가압하였다. 진공 박스는 15 수은주 인치의 일정 압력으로 작동시켰다. 시트를 그렇게 하여 생긴 압력차 45 및 62 수은주 인치와 시트 폭 1 제곱 인치당 43 내지 124 SCFM의 공기 흐름에 0.75 또는 2.25 밀리초의 머무는 시간동안 노출시켰다. 실험 조건에 따라서는 공기 압축기는 웹의 치밀도를 약 2-8% 증가시켰다. 실시예 6에서 얻어진 테스트 결과는 하기 표 3에 ″C″로 표시하여 나타내었다.

〈표 3〉

도 11은 실시예 5 및 6에 있어서의 웹의 탈수에 소요되는 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도간의 그래프이다. 이 그래프는 재활용 섬유 퍼니쉬의 경우, 공기 압축기가 일정한 에너지 투입시에 진공 탈수에 비하여 약 5% 정도 치밀도가 높았음을 보여준다. 달리 말하면, 동일한 에너지 투입시에 진공 탈수의 경우 약 60-70%의 WRC를 얻을 수 있을 뿐임에 반하여 공기 압축기로 퍼니쉬를 탈수하는 경우에는 70-85%를 초과하는 WRC를 얻을 수 있다는 것이다.

〈실시예 7〉

4%의 치밀도에서 30분간 펄핑한 침엽수 BCTMP와 활엽수 크라프트 펄프의 25/75 블렌드를 가지고 실시예 1에 기재된 것과 동일한 실험을 하였다. 퍼니쉬의 수분 보유치는 1.68이고, WRC는 37.31이었다. 이 섬유 블렌드를 분당 2500 피트로 이동하는 린드세이(Lindsay) 2164B 성형 직물 상에서 시트로 만들었다. 이렇게 얻어진 시트(기저 중량: 약 10/2880ft²과 20/2880ft², 치밀도: 약 9 내지 13%)를 진공을 이용해 탈수하였다. 실시예 7에서 얻어진 테스트 결과는 하기 표 4에 ″d″로 표시하여 나타내었다.

〈실시예 8〉

실시예 7에서의 실험을 진공 탈수 시스템의 일부를 늘이고/이거나 치환된 공기 압축기로 반복하였다. 성형 직물과 동일한 지지 직물을 사용하여 공기 압축기 전체에 걸쳐 웹을 샌드위치시켰다. 공기 압축기의 공기 플레넘을 약 150℉에서 15 또는 23 psig로 가압하였다. 진공 박스는 15 수은주 인치의 일정 압력으로 작동시켰다. 시트를 그렇게 하여 생긴 압력차 45 및 62 수은주 인치와 시트 폭 1 제곱 인치당 66 내지 174 SCFM의 공기 흐름에 0.75 또는 2.25 밀리초의 머무는 시간동안 노출시켰다. 실험 조건에 따라서는 공기 압축기는 웹의 치밀도를 약 5-10% 증가시켰다. 실시예 8에서 얻어진 테스트 결과는 하기 표 4에 ″D″로 표시하여 나타내었다.

〈표 4〉

도 12는 실시예 7 및 8에 있어서의 웹의 탈수에 소요되는 전체 에너지 대 탈수 후 치밀도간의 그래프이다. 이 그래프는 침엽수 SCMTP/남부 활엽수 크라프트 퍼니쉬의 경우, 공기 압축기가 일정한 에너지 투입시에 진공 탈수에 비하여 약 5-6% 정도 치밀도가 높았음을 보여준다. 달리 말하면, 동일한 에너지 투입시에 진공 탈수의 경우 약 55-65%의 WRC를 얻을 수 있을 뿐임에 반하여 공기 압축기로 퍼니쉬를 탈수하는 경우에는 70-80%를 초과하는 WRC를 얻을 수 있다는 것이다.

도 13은 도 9-12에서 얻은 데이터를 모아 놓은 것이다. 이 그래프는 시험한 모든 퍼니쉬의 경우, 공기 압축기가 일정한 에너지 투입시에 진공 탈수에 비하여 약 5-7% 정도 치밀도가 높았음을 보여준다. 퍼니쉬 마다 정확한 숫자는 다르지만, 공기 압축기가 진공 탈수에 비하여 유리하다는 것은 항상 같았다.

도 9-13의 데이터와 해당 섬유의 WRV로부터, 도 14를 얻었다. 도 14는 탈수 후 치밀도를 WRC로 나눈 값 대 연장된 인치당 전체 에너지를 보여준다. 이 경우, 모든 진공 탈수 데이터는 공기 압축 데이터와 마찬가지로 합쳐졌다. 그러나, 공기 압축 데이터는 진공 탈수 곡선과 일치하지는 않았다. 일정한 에너지에 대하여, 공기 압축 탈수가 통상적인 진공 탈수 방법을 사용하는 경우보다 WRC로 나눈 탈수 후 치밀도가 더 높았다. 이 차이는 퍼니쉬의 형태와 기저 중량에 따라 발생한다.

도 9-14의 데이터를 요약하면, 각 퍼니쉬는 각 탈수 방법에 대하여 특이하게 반응을 보인다. 달리 말하면, 어떤 퍼니쉬(특히 WRV가 낮은 것들)는 다른 퍼니쉬들보다 탈수가 수월하였다. 퍼니쉬를 탈수하기 수월하다는 것은 일정한 에너지에 대하여 상대적으로 치밀도가 더 크다는 것을 의미한다. 바꾸어 말하면, WRV가 큰 퍼니쉬는 일정한 에너지가 투입될 때 상대적으로 더 작은 치밀도를 보인다는 것이다. 일정한 탈수 방법에 대하여, 치밀도/에너지간의 관계는 WRC로 치밀도를 나누어 더 근사하게 그룹화할 수 있다. 이 경우, 이론적으로 얻을 수 있는 탈수 % 대 에너지간의 단일 관계를 주어진 탈수 기법에 해석될 수 있다. 다른 탈수 기법, 말하자면 공기 압축 탈수 기법이 사용된 경우, 유사하지만 다른 치밀도/에너지 관계가 존재하고, 다른 치밀도/WRC 대 에너지 그룹핑은 다시 각 퍼니쉬의 영향을 없애는 것으로 해석된다. 본 발명의 두드러진 점은 모든 퍼니쉬, 기저 중량, 치밀도 및 에너지 투입량에 있어서, 공기 압축 탈수에 대한 치밀도/WRC 대 에너지 그룹핑이 통상의 진공 탈수(선행 기술)보다 더 크다는 점이다.

전술한 것은 본 발명의 목적을 설명하기 위함이다. 따라서, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고도 수많은 변경과 변형이 가능하다. 예를 들면, 한 실시 태양에서 사용된 선택적 또는 임의적 특징은 다른 실시 태양을 만들어내는 데에 사용될 수 있다. 또한, 2가지로 이름지워진 구성 요소들은 동일한 구조의 부분들을 나타낼 수도 있다. 또한 여러 다른 공정과 장치 배열도 가능하다. 특히, 원료 제조, 헤드박스, 성형 직물, 웹 이동, 크레이핑 및 건조에서 그러하다. 그러므로, 본 발명은 상기 실시 태양에 한정되어서는 아니되고, 오로지 청구범위와 그 균등물에 의해 해석되어져야 할 것이다.

Claims

a) 무단 성형 직물에 제지성 섬유의 수용성 현탁액을 퇴적시켜 습식 웹을 성형시키고(여기서, 제지성 섬유는 수분 보유 치밀도를 가짐), b) 동일한 속도에서 진공 탈수법으로 얻을 수 있는 에너지 효율보다 적어도 10% 더 큰 에너지 효율로 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 약 25% 내지 수분 보유 치밀도까지 상기 웹을 비압축적으로 탈수하는 것을 포함하는, 셀룰로스성 웹을 제조하는 방법.
a) 무단 성형 직물에 제지성 섬유의 수용성 현탁액을 퇴적시켜 습식 웹을 성형시키고(여기서, 제지성 섬유는 수분 보유 치밀도를 가짐), b) 이 웹을 동일한 속도에서 진공 탈수법으로 얻을 수 있는 에너지 효율보다 적어도 10% 더 큰 에너지 효율로 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 약 25% 내지 수분 보유 치밀도까지 비압축적으로 탈수하고, c) 탈수된 웹을 건조 실린더에 이동시키고, d) 이 웹을 최종 건조시키는 것을 포함하는, 습식 압축 조직기 상에서 에너지 효율적으로 저밀도 셀룰로스성 웹을 제조하는 방법.
a) 무단 성형 직물에 제지성 섬유의 수용성 현탁액을 퇴적시켜 습식 웹을 성형시키고(여기서, 제지성 섬유는 수분 보유 치밀도를 가지고 웹은 시트 폭을 지님), b) 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 13 마력 이하의 에너지를 사용하고 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 수분 보유 치밀도의 70% 이상까지 상기 웹을 비압축적으로 탈수하는 것을 포함하는, 셀룰로스성 웹을 제조하는 방법.
a) 무단 성형 직물에 제지성 섬유의 수용성 현탁액을 퇴적시켜 습식 웹을 성형시키고(여기서, 제지성 섬유는 수분 보유 치밀도를 가지고 웹은 시트 폭을 지님), b) 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 30 마력 이하의 에너지를 사용하고 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 수분 보유 치밀도의 80% 이상까지 상기 웹을 비압축적으로 탈수하는 것을 포함하는, 셀룰로스성 웹을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 웹을 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 25 마력 이하의 에너지를 사용하고 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 수분 보유 치밀도의 70% 이상까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 웹을 동일한 속도에서 진공 탈수법으로 얻을 수 있는 에너지 효율보다 적어도 20% 더 큰 에너지 효율로 성형 후 치밀도로부터 약 25% 내지 수분 보유 치밀도까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 웹을 동일한 속도에서 진공 탈수법으로 얻을 수 있는 에너지 효율보다 적어도 30% 더 큰 에너지 효율로 성형 후 치밀도로부터 약 25% 내지 수분 보유 치밀도까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 웹을 동일한 속도에서 진공 탈수법으로 얻을 수 있는 에너지 효율보다 적어도 50% 더 큰 에너지 효율로 성형 후 치밀도로부터 약 25% 내지 수분 보유 치밀도까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 웹을 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 13 마력 이하의 에너지를 사용하여 치밀도가 성형 후 치밀도로부터 수분 보유 치밀도의 70% 이상까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 웹을 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 13 마력 이하의 에너지를 사용하고 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 치밀도가 성형 후 치밀도로부터 수분 보유 치밀도의 75% 이상까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 웹을 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 13 마력 이하의 에너지를 사용하여 치밀도가 성형 후 치밀도로부터 30% 이상까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 웹을 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 13 마력 이하의 에너지를 사용하여 치밀도가 성형 후 치밀도로부터 35% 이상까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 웹을 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 13 마력 이하의 에너지를 사용하여 치밀도가 성형 후 치밀도로부터 39% 이상까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 웹을 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 25 마력 이하의 에너지를 사용하고 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 치밀도가 성형 후 치밀도로부터 수분 보유 치밀도의 80% 이상까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 웹을 분당 2500 피트 이상의 속도와 시트 폭 1 인치당 15 마력 이하의 에너지를 사용하고 공기를 웹 내로 통과시킴으로써 성형 후 치밀도로부터 수분 보유 치밀도의 80% 이상까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비압축적으로 웹을 탈수하는 단계에서 소비된 전체 에너지가 탈수된 물 1 파운드당 1000 BTU 미만인 것인 방법.
제2항에 있어서, 상기 웹이 20%의 치밀도에 이른 후 건조 실린더에 접촉되기 직전까지 소비된 에너지가 탈수된 물 1 파운드당 1000 BTU 미만인 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 웹을 탈수하는 데에 시트 폭 1 인치당 약 13 마력 이하가 소요되는 것인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웹 내를 통과하는 공기의 온도가 약 300℉ 미만인 것인 방법.
제19항에 있어서, 상기 웹 내를 통과하는 공기의 온도가 약 150℉ 미만인 것인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웹을 약 30% 이상의 치밀도까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 웹을 약 33% 이상의 치밀도까지 비압축적으로 탈수하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웹의 기저 중량이 제곱 미터당 약 100 그램 이하인 것인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 후 치밀도가 약 9 내지 약 13 퍼센트인 것인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비압축적 탈수가 공기 플레넘과 진공 박스를 포함하는 공기 압축기(투입된 모든 공기가 웹 내로 통과되도록 밀봉되어 있슴)를 포함하는 것인 방법.
제25항에 있어서, 상기 공기 압축기가 약 3 이하의 압력비로 작동되는 것인 방법.
제25항에 있어서, 상기 공기 압축기의 공기 유속이 개방 면적 1 제곱 인치당 분당 100 세제곱 피트 이상인 것인 방법.
제25항에 있어서, 상기 비압축적 탈수에 공기 압축기 전에 1 이상의 진공 박스를 더 포함하는 것인 방법.
제26항에 있어서, 상기 진공 박스가 15 수은주 인치 미만에서 작동되는 것인 방법.