KR20010042674A - 신장성 종이 웹 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20010042674A
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카벨데이비드윌리암
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데이비드 엠 모이어
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Abstract

본 발명의 종이 웹은 종방향 중심선(L)과 횡방향 중심선(T)을 가지며, 다수의 제 1 영역(60)과 다수의 제 2 영역(66)을 포함한다. 제 1 영역(60)은 제 2 영역(66)을 분리시키는 경계를 형성하며, 제 1 영역(60)은 실질적으로 종이 웹의 평면내에 있다. 제 2 영역(66)은 상기 평면으로부터 융기된 다수의 리브형 요소(74)를 포함하며, 제 2 영역 각각의 리브형 요소(74)는 주(major) 리브 축선에 평행하며, 부(minor) 리브 축선에 수직하게 배치된다. 각각의 제 1 영역은 전부 또는 대부분 주 리브 축선 성분과 부 리브 축선 성분을 갖는다. 제 1 및 제 2 영역은 웹 재료가 적어도 하나의 축선을 따라 연장될 때 기하학적으로 변형된다. 본 발명의 방법은 셀룰로오스 기재를 제공하는 단계와, 치형 영역(407)과 비치형 영역(408)을 갖는 제 1 플래튼(402)을 제공하는 단계와, 치형 영역을 가지며, 제 1 플래튼과 작동적으로 결합될 때 제 1 플래튼과 제 2 플래튼의 치형 영역이 맞물리도록 제 1 플래튼과 정렬된 제 2 플래튼(401)을 제공하는 단계와, 상기 제 1 플래튼과 제 2 플래튼 사이에서 셀룰로오스 기재를 가압하여 치형 영역이 상기 웹을 변형시켜 분리된 팬-주름형 리브형 요소의 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 선택적으로 셀룰로오스 기재는 가압 단계전에 축축하게 젖을 수 있다.

Description

신장성 종이 웹 및 그 제조방법{EXTENSIBLE PAPER WEB AND METHOD OF FORMING}
종이 타월, 와이프, 고급 화장지 및 두루마리 화장지와 같은 일회용 종이 제품은 오랫동안 주로 일회의 또는 제한된 사용을 위해 널리 이용되고 있다. 의도된 목적에 따라, 이러한 유형의 종이 제품은 일반적으로 가변적인 레벨의 부드러움(softness), 흡수성 및 강도를 요구하며, 일회용 종이 제품의 성능은 특히 프리미엄 종이 제품에 중요하다.
일회용 종이 제품의 전체적 외관, 감촉 및 성능에 기여하는 두 개의 중요한 특성은 벌크(bulk)과 신장성(extensibility)이다. 벌크는 기본 중량에 대한 종이 두께의 비로 규정된다. 벌크는 기본 중량을 증가시키지 않고 종이의 두께 또는 캘리퍼를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 신장성은 찢어짐없이 상당히 늘어나는 종이의 능력을 지칭한다. 신장성은 통상적으로 크레이핑되지 않은 종이 웹, 특히 티슈 종이 웹의 속성은 아니다. 크레이핑 또는 습윤 미세수축에 의한 것과 같은 종이의 축소는 신장성을 증가시킬 수 있으나, 이것은 또한 기본 중량을 증가시킨다. 티슈 종이 웹은 일반적으로 구성하는 종이 섬유의 비교적 비탄력적인 성질에 기인하여, 수% 연장에 의해 파단된다. 그러나, 종이 웹의 신장성, 보다 바람직하게는 탄성을 증가시키면, 종이 웹의 전체적 외관 및 촉감이 상당히 향상된다.
기본 중량을 상당히 증가시키지 않고 벌크를 증가시키는 것은 종이의 압축성을 증가시킴으로써 종이의 텍스처 및 주관적 부드러움에 기여하여, 결과적으로 사용자에게 좋은 감촉을 준다. 신장성의 증가는, 웹의 주관적 부드러운 촉감을 증가시킴으로써 일회용 종이 제품의 전체적 외관, 촉감 및 성능에 기여한다. 종이 타월, 와이프 및 문지르는데 사용되는 기타 종이 제품에 있어서, 신장성의 증가는 또한 사용하는 동안 의도하지 않은 시트의 찢겨짐을 방지하는데 조력한다.
통상적인 제지 기계상에서 생산된 종이 웹은 통상적으로, 섬유가 최초로 탈수되고 재배열되는 한 쌍의 수렴하는 포드리니어(Fourdrinier) 와이어 중 하나와 같은, 다공성 표면상에 종이 섬유의 수성 슬러리를 배치함으로써 형성된다. 포드리니어 와이어상에서 종이 웹이 최초로 형성된 후, 종이는 가압 탈수 펠트에 전달되어 탈수에 의해 더욱 건조된다. 통상적인 종이 기계의 탈수 펠트는 전형적으로 울(wool) 또는 합성 재료의 매우 미세한 섬유로 구성된 치밀하게 직조된 펠트로 제조된다. 종이를 탈수시키기 위해, 탈수 펠트와 종이는, 링거(wringer)형 세탁기의 롤과 유사하게, 함께 작동되는 롤의 쌍 사이에서 가압된다. 롤은 종종 진공 시스템을 포함하여, 종이 및 펠트로부터 보다 효과적으로 물을 제거한다. 가압 롤이 양키 건조기와 같은 건조 드럼에 전체 시트 영역을 고착시킬 때, 부가적인 시트 압축이 일어난다.
통상의 제지 기계상에서 종이 웹을 경제적으로 형성하고 건조시키는데 필요한 압축에 의해, 웹은 비교적 낮은 캘리퍼와, 비교적 큰 강성 및 제한된 신장성을 갖게 된다. 캘리퍼를 증가시키는 것은 생성되는 완성지료(furnish)내의 종이 섬유의 양을 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 방식으로 캘리퍼를 증가시키면, 그에 따라 기본 중량이 증가되므로 벌크를 증가시키지 못하거나 또는 상대 강성을 감소시키지 못한다.
최근에는, 보다 벌크가 크고 다소 신장성을 갖는 일회용 종이 제품을 제조하기 위해, 종래의 제지 기계에 대한 다양한 변형 및 개선이 행해지고 있다. 생성되는 소비자용 제품에 상당한 개선을 가져온 제조 공정에 대한 하나의 중요한 개선은 통상의 가압 펠트 탈수 대신에 통기 건조(through-air-drying)를 사용하는 것이다. 통기 건조에서, 가압 펠트 건조와 같이, 웹은 헤드 박스로부터 1% 농도(수성 슬러리내의 섬유의 중량%) 미만의 수성 슬러리를 수용하는 형성 와이어상에서 발생된다. 최초의 탈수는 성형 와이어상에서 일어난다. 웹은, 성형 와이어로부터 공기 투과성의 통기 건조 벨트로 운반된다. 이러한 "습윤 운반"은 픽업 슈(pickup shoe)에서 발생되며, 이 지점에서 웹은 통기 건조 벨트의 지형으로 성형된다.
시간이 경과함에 따라, 추가적인 개선이 요구되게 되었다. 통기 건조 벨트의 상당한 개선은 보강 구조체상에 수지 골조를 사용하는 것이다. 수지 골조는 일반적으로 제 1 표면 및 제 2 표면과, 이들 표면사이에서 연장하는 편향 도관을 갖는다. 편향 도관은 웹의 섬유가 그 내로 편향 및 재배열될 수 있는 영역을 제공한다. 이러한 구성에 의해, 건조 벨트는, 종래의 직조 벨트에 의해 달성될 수 있는 분리형 패턴 이외에, 연속 패턴 또는 임의의 소망 형태의 패턴을 가질 수 있다. 이러한 벨트 및 그에 의해 제조된 셀룰로오스 섬유 구조체의 예가 1985년 4월 30일자로 존슨 등에 허여된 미국 특허 제 4,514,345 호, 1985년 7월 9일자로 트로칸에 허여된 미국 특허 제 4,528,239 호, 1985년 7월 16일자로 트로칸에 허여된 미국 특허 제 4,529,480 호 및 1987년 1월 20일자로 트로칸에 허여된 미국 특허 제 4,637,859 호에 개시되어 있다. 상기 4개의 특허는 패턴화된 수지 골조 및 보강형 통기 건조 벨트와 그 위에서 제조된 제품의 양호한 구조를 도시할 목적으로 본 명세서에 참조로 인용 합체된다. 이러한 벨트는 본 출원인에 의해 제조 시판되는 Bounty 종이 타월 및 Charmin Ultra 화장지와 같은 상업적으로 매우 성공한 제품에 사용되고 있다.
제지 공정의 다른 개선은 다중 기본 중량 영역을 갖는 종이 웹을 제공하는 특정한 제지 장치에 관련된다. 이러한 공정은 1993년 9월 14일자로 트로칸에 허여된 미국 특허 제 5,245,025 호, 1996년 4월 2일자로 트로칸 등에 허여된 미국 특허 제 5,503,715 호 및 1996년 7월 9일자로 트로칸 등에 허여된 미국 특허 제 5,534,326 호에 개시되어 있으며, 상기 특허의 개시내용은 본 명세서에 참조로 인용 합체된다.
상기 보다 벌크가 크고 다소 보다 큰 신장성의 일회용 종이 제품을 제조하기 위한 종래의 종이 제조에 대한 개선은 현존하는 장비 및 기계에 대한 상당한 변형과 관련된다. 벌크가 증가되고 그에 수반하는 텍스처 및 부드러움의 특성을 갖는 것이 요망되지만, 필요한 개선을 포함하도록 종래의 제지 기계를 변형시키는 것과 관련된 자본 비용은, 종종 엄청나다.
통상적인 종이 제조와 비통상적인 종이 제조에 있어서, 통상적으로 종이 건조후의 축소 작업에 의해 특정한 레벨의 신장성이 종이에 제공된다. 축소는 많은 형태로 될 수 있지만, 크레이핑이 가장 일반적인 형태이다. 크레이핑은 통상적으로 형성된 건조 종이가 닥터 블레이드에 의해 건조 드럼으로부터 제거되는 것과 같은, 종이 제조 공정의 최종 단계 중 하나에서 발생한다. 간단한 관점에서, 크레이핑은 웹의 가공 방향을 가로지르는 미세 릿지와 주름의 형태를 형성한다. 미세한 아코디언형 주름의 빈도와 크기는 좁은 작동 범위내에서 다소 변할 수 있으며, 생성되는 웹은 가공 방향으로의 신장성만을 얻을 수 있다. 횡단 방향으로의 신장성은 사실상 변하지 않은 상태로 남아, 오직 수%만의 인장적 연장에 의해서도 파단된다. 또한 크레이핑 공정은 크레이핑의 양에 비례하여 웹의 기본 중량을 증가시킨다. 따라서, 소정 레벨의 크레이프에 의해 야기된 신장성은 기본 중량의 비례적 증가에 의해 달성된다.
통상적인 제지 기계 또는 통상적이지 않은 제지 기계상에서 형성된 종이 웹의 캘리퍼 및 벌크를 증가시키는 것은 후-제지 변형 작업에서 달성될 수 있다. 변형 작업은 완성된 종이를 엠보싱, 프린팅 및 팩키징 등에 의해 다른 형태로 처리하는 것을 말한다. 예를 들면, 보다 큰 캘리퍼는 단일 플라이의 종이를 다중 플라이 제품으로 적층함으로써 달성될 수 있으며, 보다 큰 벌크는 엠보싱에 의해 달성될 수 있다. 벌크 및 캘리퍼는 엠보싱과 적층의 조합에 의해 증가될 수 있다. 그러나, 통상의 엠보싱 특히 거시적 패턴의 엠보싱은 엠보싱 패턴을 유지하기 위해 비교적 강성의 시트를 필요로 한다. 또한, 통상적인 거시적 패턴의 엠보싱은 전형적으로 종이 신장성에 거의 영향을 주지 못하며, 사실상 종이 탄성에 영향을 주지 못한다. "거시적 패턴의 엠보싱"은 약 12인치의 거리에서 육안으로 관찰될 때 쉽게 식별가능한 패턴을 형성하는 엠보싱을 의미한다.
따라서, 종이 웹 특히 통상의 제지 기계상에서 제조된 웹을 적어도 한 방향으로의 신장성의 증가와 함께 벌크 및 텍스처가 증가되고 양호한 전체적 외관 및 촉감을 갖는 종이 웹으로 경제적으로 변형하는 수단이 요구된다.
따라서, 적어도 한 방향으로의 신장성의 증가와 함께 벌크 및 텍스처가 증가되고, 양호한 전체적 외관 및 촉감을 갖는 일회용 종이 제품이 요망된다.
또한 현존하는 제지 기계를 변형하기 위해 자본 지출이 필요하지 않은 후-제지 작업에서, 벌크 및 텍스처가 증가되고 양호한 전체적 외관 및 촉감을 갖는 종이 웹을 생산할 수 있는 것이 요망된다.
발명의 요약
본 발명의 종이 웹은 종방향 중심선과 횡방향 중심선을 가지며, 다수의 제 1 영역과 다수의 제 2 영역을 포함한다. 제 1 영역은 제 2 영역을 분리시키는 경계를 형성하며, 제 1 영역은 실질적으로 종이 웹의 평면내에 있다. 제 2 영역은 상기 평면으로부터 융기된 다수의 리브형 요소를 가지며, 제 2 영역 각각의 리브형 요소는 주(major) 리브 축선에 평행하며, 부(minor) 리브 축선에 수직하게 배치된다. 각각의 제 1 영역의 전부 또는 대부분은 주 리브 축선 성분과 부 리브 축선 성분을 갖는다. 제 1 및 제 2 영역은 웹 재료가 적어도 하나의 축선을 따라 연장될 때 기하학적으로 변형된다.
본 발명의 방법은 셀룰로오스 기재를 제공하는 단계와, 치형 영역과 비치형 영역을 갖는 제 1 플래튼을 제공하는 단계와, 치형 영역을 가지며, 제 1 플래튼과 작동적으로 결합될 때 제 1 플래튼과 제 2 플래튼의 치형 영역이 맞물리도록 제 1 플래튼과 정렬되는 제 2 플래튼을 제공하는 단계와, 상기 제 1 플래튼과 제 2 플래튼 사이에서 셀룰로오스 기재를 가압하여 치형 영역이 상기 웹을 변형시켜 분리된 팬-주름형(fan-folded) 리브형 요소의 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 선택적으로 셀룰로오스 기재를 가압 단계전에 축축하게 젖게 할 수 있다.
본 발명은 종이 웹 및 형성된 종이 웹 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 종이 타월, 와이프, 티슈 및 화장지와 같은 일회용 흡수 종이 웹 및 이러한 웹을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 명세서는 본 발명을 상세하게 지적하고 구별되게 청구하는 청구범위로 종결되지만, 본 발명은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다. 도면에서 동일한 요소에는 동일한 참조부호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 종이 웹의 양호한 실시예의 평면도,
도 2는 본 발명의 종이 웹의 변형예의 평면도,
도 3은 도 1의 종이 웹의 인장력이 가해진 상태의 평면도,
도 4는 본 발명의 종이 웹의 변형예의 평면도,
도 5는 도 1의 5-5선을 따라 취한 단면도,
도 6은 도 3의 6-6선을 따라 취한 단면도,
도 7은 본 발명의 종이 웹을 형성하는 사용되는 장치의 개략적인 사시도로서, 치형이 노출되도록 장치의 일부가 경사져 있는 도면,
도 8은 본 발명의 종이 웹을 형성하는데 사용되는 장치의 정합 치형을 도시하는 개략적 단면도,
도 9는 본 발명의 종이 웹을 형성하는데 유용한 양호한 장치의 개략적 사시도,
도 10은 본 발명의 종이 웹을 형성하는 양호한 방법의 개략도.
본 발명은 티슈 종이 웹과 관련하여 설명되지만, 용어 "종이 웹"은 그것에 제한되는 것은 아니다. "종이 웹"은 일반적으로 종이 섬유의 수성 슬러리를 적합한 형성 구조체상에 부가하고 그 뒤 다양한 탈수 수단 중 어느 하나에 의해 슬러리로부터 물을 제거하는 방법에 의해 형성된 임의의 다양한 웹을 말한다. 이러한 "종이 웹"은 종이 타월, 와이프, 고급 화장지 및 두루마리 화장지와 같은 종이 제품에 대한 베이스 종이를 포함한다. 종이 웹을 형성하는 방법은 통상적으로 탈수 공정동안 섬유를 상당히 재배열하는 수단과 완성된 웹을 크레이핑 또는 습윤 미세수축 등에 의해 축소하는 수단을 포함한다. "종이 웹"은 또한 에어-레이드(air-laid) 웹으로의 물의 도입을 포함하거나 또는 그렇지 않은 다양한 공기 부가 공정에 의해 형성된 종이를 포함할 수도 있다. 에어-레이드 종이 웹은 합성 섬유, 라텍스 등의 사용을 포함하는 당해 기술분야에 공지된 방법에 의해 결합될 수 있다.
본 명세서에서 "섬유"는, 광물, 식물, 동물 및 합성 섬유를 포함하는, 본 발명의 성형 종이 웹에 사용되기에 적합한 섬유를 지칭한다. 양호한 섬유는 우드 및 비-우드 섬유를 포함하는 식물 섬유이다. 본 발명의 범주에서 가장 양호한 섬유는 통상적으로 티슈 페이퍼와 같은 셀룰로오스 종이에 사용되는 소프트우드 및 하드우드와 같은 우드 섬유이다. 일반적으로, 적합한 우드 섬유는 종이에 가요성 및 인장 강도를 부여하는, 연장되어 가늘어지는 박벽형(thin-walled) 식물 세포이다.
티슈 종이를 제조하는데 양호한 종이 섬유는 일반적으로 비탄성이다. 비탄성은 섬유가 탄성중합체로 전혀 고려되지 않는 것을 의미한다. 또한, 완성된 종이 웹내의 섬유 대 섬유 결합의 성질의 결과로, 일반적으로 티슈, 타월 또는 와이프에 유용한 유형의 티슈 종이는 탄성중합체로 전혀 고려되지 않는다. 크레이핑되지 않은 셀룰로오스 종이 제품이 통상의 제지 기계상에서 형성되는 경우 축소에 의해 약간의 신장성이 제공되지만, 크레이핑되지 않은 셀룰로오스 종이 제품은 고밀도의 섬유 대 섬유 결합에 기인하여 실질적으로 비신장성이다. 섬유 대 섬유 결합은 신장되기 대신에 파열되어, 찢어지는 경향이 있다.
따라서, 통상의 제지 기계상에 형성된 티슈 종이 웹은 실질적으로 비탄성이며, 이들은 또한 인식할 수 있는 양의 비탄성 신장을 나타내지 않는다. 즉, 열가소성 물질을 포함하는 웹 및 필름 재료와 반대로, 종이 웹은 소성 변형 물질과 관련된 "분자-레벨" 변형을 갖는 경향이 없다. 그러나, 후술되는 바와 같이, 본 발명의 종이는 매우 큰 신장성을 가지며, 어느 정도 탄성을 갖는다. 이 뛰어난 신장성 및 탄성은 제조 방법 즉, 통상적인 건조나 비통상적인 건조에 관계없이 베이스 종이 웹에 부여된다.
종이
본 발명의 종이 웹은 다수의 제 1 영역과 다수의 제 2 영역으로 이루어지는데, 제 1 영역은 사실상 제 2 영역으로부터 분리되어 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "사실상 분리"는 웹 재료 또는 웹 재료를 구현하는 물체가 통상적으로 사용되는 경우 통상의 육안에 의해 쉽게 식별되는 웹 재료의 형상을 지칭한다. 제 1 영역이 제 2 영역으로부터 사실상 분리되는 것에 부가하여, 제 1 영역은 제 2 영역이 본 발명의 웹상에 시각적 분리 패턴을 형성하도록 제 2 영역과 경계를 이룬다. 이러한 시각적 분리 패턴의 예가 본 명세서에 기재되어 있으며, 다이아몬드 형상의 규칙적 패턴, 물결치는 패턴, 삼각형 형상의 규칙적 패턴 및 이들 형상들의 조합 등을 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 캘리퍼, 신장성 및 탄성이 증가된 본 발명의 종이 웹(52)의 양호한 실시예가 실질적으로 인장되지 않는 상태로 도시되어 있다. 종이 웹(52)은 두 개의 중심선, 즉 종방향 중심선(이하, 축선, 라인 또는 방향 "L"이라고도 지칭됨)과 횡방향 또는 측방향 중심선(이하, 축선, 라인 또는 방향 "T"라고도 지칭됨)을 갖는다. 횡방향 중심선 "T"은 종방향 중심선(L)에 대체로 수직하다. 재료의 웹이 형성되는 제지 공정에 있어서, 종방향 중심선은 "가공 방향"(MD)에 평행할 수 있으며, 횡방향 중심선은 "횡단 방향"(CD)에 팽행할 수 있다.
종이 웹(52)은 분리된 영역의 "변형성 네트워크"를 포함한다. 본 명세서에 사용된 용어 "변형성 네트워크"는 예정된 방향으로 약간의 유용한 정도로 연장될 수 있는 영역의 상호 결합되고 상호 관련된 그룹을 지칭한다. 또한, 변형성 네트워크는 종이 웹에 유용한 탄성중합체적 성질을 제공한다. "탄성중합체적"은 베이스 종이는 탄성중합체적이지 않은 반면, 본 발명의 웹으로 형성되는 경우, 변형이 가해지고 해제되는 것에 응답하여 웹이 탄성적 행동을 나타내도록 변형성 네크워크는 웹에 변형-회복 성질을 부여한다.
변형성 네트워크는 다수의 제 1 영역(60)과 다수의 제 2 영역(66)을 포함한다. 종이 웹(52)은 또한 제 1 영역(60)과 제 2 영역(66)간의 계면에 위치되는 전이 영역(65)을 포함한다. 전이 영역(65)은 제 1 영역과 제 2 영역 모두의 행동의 복잡한 조합을 나타낸다. 본 발명의 모든 실시예는 전이 영역을 갖지만, 본 발명은 주로 분리된 영역[예컨대, 제 1 영역(60)과 제 2 영역(66)]에서의 웹 재료의 행동에 의해 규정됨을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명에 대한 이하의 설명은 제 1 영역(60)과 제 2 영역(66)내의 웹 재료의 행동에 관련되는데, 이는 이것이 전이 영역(65)내의 웹 재료의 복잡한 행동에 거의 좌우되지 않기 때문이다.
제 1 영역(60)은 본 명세서에서 "다수의" 제 1 영역(60)으로 기재되지만, 도 1의 실시예와 같은 일부 실시예에 있어서, 다수의 제 1 영역(60)은 단일의 상호 결합된 연속 네트워크 "영역"을 형성할 수도 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 용어 "다수의 제 1 영역(60)"은 단일의 연속 네트워크 영역을 형성하는 상호 결합된 제 1 영역을 포함한다. 제 1 영역(60)은 단일의 연속 네트워크 영역으로 상호 결합되지만, 제 1 영역(60)은 여전히 후술되는 바와 같이 상호 결합되고 상호 교차하는 분리된 영역, 예컨대 영역(61, 62)으로 고려될 수 있다.
종이 웹(52)은 제 1 표면(도 1 및 도 2에서 관찰자를 향함)과 대향하는 제 2 표면(도시안됨)을 갖는다. 도 1에 도시된 양호한 실시예에 있어서, 변형성 네트워크는 다수의 제 1 영역(60)과 다수의 제 2 영역(66)을 포함한다. 참조부호(61)로 표시된, 제 1 영역(60)의 일 세트는 선형인 것이 바람직하고 참조부호(D1)으로 지시된 제 1 방향으로 연장한다. 참조부호(62)로 표시된 나머지 제 1 영역(60)은 선형인 것이 바람직하며 참조부호(D2)로 지시된 제 2 방향(제 1 방향에 실질적으로 수직함)으로 연장한다. 제 1 방향이 제 2 방향에 수직한 것이 바람직하지만, 제 1 영역(61, 62)이 서로 교차하는 한 제 1 방향과 제 2 방향 사이에 다른 각도 관계도 적합할 수 있다. 바람직하게는, 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도는 약 45°내지 약 135°범위이며, 90°가 가장 바람직하다. 제 1 영역(61, 62)이 교차는 도 1에서 가상선(63)으로 표시되며 제 2 영역(66)을 완전히 둘러싸는 경계를 형성할 수 있다.
제 1 영역(61, 62)의 교차는 도 1에 도시된 바와 같이 대체로 직선일 팰요는 없다. 또한 제 1 영역은 도 1에 도시된 바와 같이 교차될 필요는 없다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 영역(60)은 물결치는 비교차(non-intersecting) 제 1 영역(60)을 포함할 수 있으며, 물결치는 비교차 제 1 영역(60)은 각각 제 1 방향(D1)과 제 2 방향(D2)으로 연장하는 부분을 갖는 망상 구조를 형성한다. 도 2에 도시된 물결치는 비교차 제 1 영역(60)은, 제 1 영역(60)이 제 2 영역(66)과 완전 경계를 이루는 도 1의 것과 유사한 패턴을 형성하는 대신에, 제 2 영역(66)과 분리되지만, 제 2 영역(66)과 완전 경계를 이루지는 않는다.
바람직하게는, 제 1 영역(60)의 폭(68)은 약 0.020 인치 내지 약 0.100 인치이고, 보다 바람직하게는 약 0.030 인치 내지 약 0.050 인치이다. 그러나, 제 1 영역(60)에 대해 다른 폭 치수가 적합할 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 양호한 실시예에 있어서, 제 1 영역(61, 62)은 서로 수직하며 동일하게 이격되어 있으므로, 제 2 영역은 대체로 정사각형 또는 다이아몬드 형상을 갖는 것이 바람직하다. 하나의 구조는, 중심간의 간격이 0.212 인치인 평행한 관계로 이격된 약 0.040 인치의 폭을 갖는 제 1 영역을 포함한다. 그러나, 제 2 영역(66)에 대해서는 다른 형상이 적합하며 제 1 영역간의 간격 및/또는 제 1 영역(61, 62)의 서로에 대한 정렬을 변경함으로써 달성될 수 있다.
제 1 영역(60)의 현저한 일 기여는 "망상 구조"[그 일부가 도 1 및 도 2에서 점선(88)으로 도시됨]의 형성이다. 제 1 영역(60)에 관한 "망상 구조"는 제 1 영역(60)의 부분이 2차원적 스프링으로 성형되어 웹의 평면내의 연장부를 제공하며 일부 웹에 탄성을 제공하는 약간의 복원력을 공급한다.
도 1 및 도 2에 도시된 제 1 영역은 제 1 영역(60)에 대해 현재 양호한 패턴으로 도시되어 있지만, 이들은 제한적인 것은 아니다. 다른 교차 및 비교차 패턴이 고려될 수 있으며, 유일한 제한은 제 1 영역과 제 2 영역이 변형이 가해질 때 기하학적으로 변형되어 웹에 적어도 일방향으로의 증가된 신장성 및 탄성을 제공한다는 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종이 웹(52)은, 횡방향 축선에 거의 평행한 방향으로 축방향으로 연장된 경우 축선(도시된 실시예의 경우, 종이 웹의 횡방향 축선에 거의 평행함)을 따라 신장성 또는 탄성중합체적인 성질을 나타내도록, 후술되는 방법에 의해 "형성"된다. 본 명세서에 사용된 용어 "형성"은 종이 웹이 연장되거나 또는 외력을 받지 않는 경우 소망의 구조 또는 기하학적 형상을 거의 유지하는 소망의 구조 또는 기하학적 형상을 종이 웹에 만드는 것을 말한다.
제 1 영역(60)은 거시적으로 거의 단일 평면이다. 즉, 제 1 영역(60)은 이들이 평면 밖으로 거의 또는 전혀 변형되지 않도록 후속 공정에 의해 거의 변형되지 않는다. 즉, 제 1 영역(60)내의 재료는 웹(52)이 겪는 형성 단계 전후에 거의 동일한 상태에 있다. 제 2 영역(66)은 다수의 융기된 리브형 요소(74)를 포함한다. 리브형 요소(74)는 엠보싱되거나 디보싱되거나 또는 이들의 조합으로 되어 "팬-주름형" 구조로 일반적으로 설명될 수 있는 형태를 형성한다. 리브형 요소(74)의 각 팬-주름형 구조는 제 1 또는 주 리브 축선(70)[웹(52)의 종방향 축선에 실질적으로 평행함]과 제 2 또는 부 리브 축선(71)[웹(52)의 횡방향 축선에 실질적으로 평행함]을 갖는다. 각각의 리브형 요소(74)에 대해, 주 리브 축선(70)은 부 리브 축선(71)에 실질적으로 수직하다. 리브형 요소(74)는 연속적일 수 있으며, 그들 사이에 비형성 영역을 갖지 않는다.
융기된 리브형 요소의 주 리브 축선(70)과 부 리브 축선(71)은, 예컨대 주 리브 축선(70)을 웹의 횡방향 축선에 거의 평행하게 배향함으로써, 도 1 또는 도 3에 도시된 것과 다른 방식으로 웹의 평면에 대해 배향될 수 있다. 또한, 각 리브형 요소(74)의 주 축선(70)은 서로 평행하게 정렬되는 것이 현재 양호하지만, 벌크가 증가된 본 발명의 많은 장점은 그렇지 않은 경우에도 실현될 수 있다.
웹(52)이 도 3에 도시된 화살표(80)로 지시된 축방향 힘(D)을 받는 경우, 제 2 영역(66)내의 리브형 요소(74)는 기하학적으로 변형되거나 펼쳐져서, 신장에 대한 저항을 최소로 한다. 또한, 축방향 힘이 가해진 결과 제 1 영역(60)에 의해 형성된 망상 구조의 능력에 기인하여 제 1 영역(60)의 형상이 변경되어 2차원적 스프링으로 작용한다. 즉, 제 1 방향(D1)과 제 2 방향(D2)간의 각도 관계가 변경됨으로써 신장된다. 제 1 영역(60)이 기하학적으로 변형되기 때문에, 제 2 영역도 형상이 변경되는데, 이는 제 1 영역(60)이 제 2 영역(66)과 접해있으며, 그것을 분리시키며 또한 일부 경우에 있어서 제 2 영역(66)과 경계를 이루기 때문이다.
따라서, 웹(52)이 신장된 경우, 제 1 영역(60)은 기하학적 변형 즉, 망상 구조 외측으로의 직선화를 겪게되어, 제 2 영역(66)의 형상이 변경된다. 제 2 영역은 연장 방향과 평행한 방향으로 연장되거나 또는 늘어나며, 연장 방향과 수직한 방향으로 축소된다. 이하에 상세히 설명되는 바와 같은, 다른 모드의 기하학적 변형이 관찰된다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 영역(60)는 교차하든 그렇지 않든 대체로 제 1 방향(D1) 또는 제 2 방향(D2)으로 연장되는 부분을 갖는데, 이 부분은 웹의 평면내에 주 리브 축선 성분과 부 리브 축선 성분을 갖는다. 즉, 상세히 후술되는 바와 같이, 제 1 방향(D1) 또는 제 2 방향(D2)은 제 2 영역(66)의 주 리브 축선(70) 또는 부 리브 축선(71)에 평행하도록 형성되지 않는 것이 바람직하다. 도 1의 제 1 영역(60)의 교차점과 같은 주 리브 축선 성분 또는 부 리브 축선 성분을 갖지 않는 제 1 영역(60)의 부분은 최소로 되는 것이 바람직하며, 이 부분은 웹의 신장성 또는 탄성에 거의 영향을 주지 않는다고 생각된다.
주 및 부 리브 축선 성분을 갖지 않는 제 1 영역(60)의 부분을 최소로 하는 것이 대체로 바람직하지만, 본 발명의 많은 장점은 제 2 영역(66)의 주 축선 또는 부 축선과 정렬된 제 1 영역(60)의 지역에 의해 실현될 수도 있다. 예를 들면, 주 리브 축선(70)에 평행한 일부 제 1 영역(64)을 갖는 도 4에 도시된 웹은 벌크가 크며 신장성인 상태로 남는다. 이러한 구성은 주 리브 축선(70)이 도 10에 도시된 바와 같이 종방향 축선(L)(이것은 웹 처리 동안의 가공 방향에 대응함)과 평행하게 정렬되어 있는 경우 가공 방향 인장 강도를 유지하는데 유용할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 주 리브 축선(70)에 평행한 일부 제 1 영역(64)을 갖지만 횡방향 축선(T)과 평행하게 정렬된 주 리브 축선(70)(이것은 웹 처리 동안의 횡단 방향에 대응함)을 갖는 것과 같은 다른 구성이 고려될 수 있다.
이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 본 발명의 종이 웹의 신장성 또는 탄성은 리브형 요소를 따라 3차원적인 기하학적 방식으로 펼쳐지는 제 2 영역(66)의 팬-주름형 구조의 능력에 기인한다고 생각된다. 동시에, 제 1 영역(60)은 도 3에 도시된 바와 같이 종이 웹의 평면내의 2차원적인 기하학적 형태로 부하가 가해지는 방향과 대체로 수직한 방향으로 접촉한다. 제 1 영역(60)의 수축과 그에 따른 제 2 영역(66)의 형상 변경은 2차원 푸아송(Poisson) 효과와 유사하다고 고려될 수 있다. 예를 들면, 도 1을 참조로 가장 잘 설명되는 바와 같이, 웹이 횡방향 중심선(T)에 대체로 평행한 방향으로 연장될 때, 제 2 영역(66)의 형상은 도 2에 도시된 바와 같이 변경되어, 일 치수가 증가하고 다른 치수가 감소된다. 전술한 바와 같이, 주 축선(70) 또는 부 축선(71)이 제 1 영역(60)의 제 1 방향(D1) 또는 제 2 방향(D2)과 평행하게 정렬되는 것을 회피함으로써, 제 2 영역(66)의 펼쳐짐과 제 1 영역(60)의 수축이 동시에 제공된다.
본 발명의 종이 웹의 하나의 부가적인 매우 장점적인 속성은 적어도 일방향으로의 연장에 응답하여 벌크를 증가시키는 능력이다. 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 이하 이러한 행동을 도 5 및 도 6을 참조로 별개의 모드의 기하학적 변형의 견지에서 설명한다. 도 5는 도 1에 도시된 바와 같은 웹(52)의 신장되지 않은 부분을 5-5선을 따라 취한 단면도이다. 제 2 영역(66)은 본 발명의 방법에 의해 초기에 형성된 바와 같은 대표적 리브형 요소(74)를 갖도록 도시된다. 초기 형성에서, 리브형 요소는 종이 웹에 초기 캘리퍼(C1)를 부여한다. 제 2 영역(66)의 리브형 요소(74)는 도 2 및 도 6에 화살표(80)로 지시된 축장향 인장을 받는 경우, 제 1 모드의 기하학적 변형 즉, 리브형 요소의 아코디언 형태로의 펼쳐짐을 겪는다. 제 1 모드의 기하학적 변형이 일어날 때, 제 2 모드의 기하학적 변형 즉, 도 2에 도시된 바와 같은 교차하는 제 1 영역(61, 62)과 같은 제 1 영역(60)에 의해 형성된 망상 구조의 운동의 결과로 제 2 영역(66)의 형상이 동시에 변경된다. 제 2 모드의 기하학적 변형은 제 2 영역(66)이 인장 방향에 수직한 방향으로 수축되도록 한다. 제 2 영역(66)의 형상이 변경될 때, 제 2 영역(66)의 리브형 요소(74)는 제 3 모드의 기하학적 변형을 겪는데, 이는 이들이 인장에 대체로 수직한 죔력에 의해 그 원래 위치의 평면 밖으로 가압되기 때문이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 신장시의 웹의 죔 또는 "부풀음"은 캘리퍼를 증가시킨다. 웹의 탄성 영역을 지나 연장되면, 이러한 캘리퍼 증가의 대부분은 신장력이 제거된 후에도 남아 웹에 새로운 캘리퍼(C2)를 부여한다. 웹의 "부풀음"은 웹에 보다 큰 텍스처와 벌크를 제공하여, 본 발명의 웹의 소망하는 캘리퍼 발생 속성을 더욱 증가시킨다.
따라서, 본 발명의 종이의 장점적 결과는 제 2 영역내에 형성된 융기된 리브형 요소에 기인한 벌크 및 텍스터의 증가 및 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 기하학적 관계에 기인한 신장성이다. 베이스 종이 및 사용된 처리 파라미터(후술됨)에 따라, 종이는 또한 적어도 한 방향으로 상당한 양의 탄성을 나타낸다. 신장성 및 탄성의 증가가 소비자의 수용을 위해 중요한 양호한 전체적 외관 및 촉감에 부가된다.
제조 방법
도 7을 참조하면, 도 1에 도시된 종이 웹을 형성하는데 사용되는 장치(400)가 도시되어 있다. 장치(400)는 상호 맞물리는 판(401, 402)을 포함한다. 판(401, 402)은 각각 상호 맞물리는 톱니(403, 404)를 포함한다. 판(401, 402)은 압력에 의해 서로 맞물려서 본 발명의 웹을 형성한다. 판(402)은 치형 영역(407)과 그루브형 영역(408)을 포함한다. 판(402)의 치형 영역(407)내에는 다수의 톱니(404)가 있다. 판(401)은 판(402)의 톱니(404)와 맞물리는 톱니(403)를 포함한다. 종이 웹이 판(401, 402) 사이에서 형성될 때, 판(402)의 그루브형 영역(408)과 판(401)의 톱니(403)내에 위치되는 웹의 부분은 거의 변형되지 않은 상태로 남는다. 이러한 영역은 도 1에 도시된 웹(52)의 제 1 영역(60)에 대응한다. 판(402)의 치형 영역(407)[톱니(404)를 포함함]과 판(401)의 톱니(403) 사이에 위치된 웹의 부분은 증가적으로 형성되어 종이 웹(52)의 제 2 영역(66)에 리브형 요소(74)를 형성한다.
도 7은 도 1에 도시된 바와 같은 제 1 영역(60)의 패턴을 갖는 종이를 생산하는데 사용하기에 적합한 판을 도시하지만, 당업자는 도 2 및 도 4에 도시된 패턴과 같은 다른 패턴을 생성하기 위한 유사한 판을 쉽게 생각할 수 있다. 본 발명의 종이는 패턴에 무관하다. 즉, 제 1 영역과 제 2 영역이 전술한 바와 같은 기하학적 변형을 겪도록 제 1 영역(60)이 "망상 구조"의 패턴을 형성하고 제 2 영역(66)이 융기된 리브형 부재를 갖는한, 패턴은 본 발명의 범위내에 있다. 이러한 패턴은 개시된 모드의 기하학적 변형이 발생하도록 하여, 인장시 종이가 신장성, 탄성 및 캘리퍼 증가를 나타내도록 한다.
또한, 도 7은 치형 영역을 갖는 판[판(401)]과 그루브형 즉, 비치형 영역을 갖는 판[판(402)]을 도시하지만, 당업자는 치형 영역(407)과 그루브형 영역(408)을 갖는 판을 쉽게 생각할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 일치된 위치 또는 오프셋된 위치에서 규칙적으로 또는 불규칙적으로 오프셋된 패턴과 상호 맞물리는 동일하게 패턴화된 판을 사용하는 것이 장점적일 수 있다. 치형 및 비치형 영역을 모두 갖는 판을 사용하는 것이 장점적일 수 있는데, 한 판은 제 1 패턴을 형성하는 비치형 영역을 가지며, 다른 판은 상이한 제 2 패턴을 형성하는 비치형 영역을 갖는다. 판 설계 및 형태의 이러한 변형이나 다른 변형은 본 발명의 양호한 실시예에 대한 예로서, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
도 8은 정합하는 톱니(403, 404)의 부분 단면을 도시한다. 리브형 요소의 깊이, 간격 및 빈도는 본 발명의 웹의 이용가능한 신장 및 캘리버의 증가를 제어하도록 변할 수 있다. 특히 리브형 요소(74)의 빈도, 간격 및 깊이는 제 2 영역의 표면-경로길이를 결정한다. 본 명세서에서 사용된 "표면-경로길이"는 1996년 5월 21일자로 챠펠 등에 허여된 미국 특허 제 5,518,801 호(본 명세서에 참조로 인용 합체됨)에 개시된 바와 같이, 당해 영역의 지형적 표면을 따라 축선에 거의 평행한 방향으로 측정한 것을 말한다. 본 발명의 웹에 대한 양호한 톱니 형상은 0.060인치의 톱니 높이와 0.030인치의 피치이다.
본 발명의 완성된 웹의 형성 높이는 상호 맞물리는 판의 결합 깊이에 의해 설정될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 결합 깊이(E)는 톱니(403)의 팁으로부터 톱니(401)의 팁까지 측정된다. 결합 깊이(E)가 증가함에 따라, 리브형 요소(74)의 높이는 증가된다. 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 종이 웹의 영구적 변형은 섬유 결합을 파괴하고 섬유를 재배열함으로써 달성되는데, 이는 종이는 소성 변형성이 아니기 때문이다. 결합 레벨(E)이 클수록 섬유 결합의 파괴가 많아지고 재배열이 많아진다. 따라서, 종이 웹의 인장 성질은 결합이 증가함에 따라 감소하는 경향이 있다. 소정의 출발 캘리퍼에 대해, 톱니 높이(TH), 피치(P) 및 결합(E)은 인장 성질, 캘리퍼, 웹 탄성 및 신장성이 양호한 조화를 이루도록 조절될 수 있다.
형성 방법은 종이 웹의 한 분리된 부분이 동시에 변형되는 정적인 모드에서 달성될 수 있다. 대안적으로, 형성 방법은 이동하는 종이 웹에 간헐적으로 접촉하여 웹을 본 발명의 형성된 종이 웹으로 형성하는 연속적인 다이나믹 프레스를 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 다이나믹 프레스는 도 9에 도시된 바아 같은 상호 맞물리는 치형 프레스 롤(500)을 포함한다. 롤(502)은 치형 영역(507)과 그루브형 영역(508)을 포함한다. 롤(502)의 치형 영역(507)내에는 다수의 톱니(504)가 있다. 롤(501)은 롤(502)의 톱니(504)와 맞물리는 톱니(503)를 갖는다. 종이 웹이 롤(501, 502) 사이에서 형성될 때, 롤(502)의 그루브형 영역(508)과 롤(501)의 톱니(503)내에 위치된 웹의 부분은 거의 변형되지 않은 상태로 남는다. 이들 영역은 도 1에 도시된 웹(52)의 제 1 영역(60)에 대응한다.
다이나믹 프레스 롤(500)은 도 10에 개략적으로 도시된 형성 장치(600)내에서 본 발명의 종이 웹을 제조하는 방법의 구성요소 중 하나로 사용되는 것이 바람직하다. 형성 장치(600)는 롤 스톡(610)으로부터 종이의 연속 웹(50)을 푸는 수단을 포함한다. 종이 웹(50)은 적당한 수단(605)에 의해 프레스 롤(500)로 안내되는데, 여기서 본 발명의 웹(52)으로 형성된다. 웹(52)이 형성되면, 이것은 적당한 수단(605)에 의해 권취 롤(620)과 같은 추가 변형 공정으로 안내될 수 있다. 1996년 5월 21일자로 챠펠 등에 허여된 미국 특허 제 5,518,801 호(본 명세서에 참조로 인용 합체됨)에 자세히 개시된 방법 및 변형을 포함하는 다른 변형적 방법이 고려될 수 있다.
도 9는 치형 영역을 갖는 한 롤[롤(501)]과 그루브형 즉, 비치형 영역을 갖는 한 판[롤(502)]을 도시하지만, 당업자는 치형 영역(507)과 그루브형 영역(508)을 갖는 롤을 쉽게 생각할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 일치된 위치 또는 오프셋된 위치에서 규칙적으로 또는 불규칙적으로 오프셋된 패턴과 상호 맞물리는 동일하게 패턴화된 롤을 사용하는 것이 장점적일 수 있다. 치형 및 비치형 영역을 모두 갖는 롤을 사용하는 것이 장점적일 수 있는데, 한 롤은 제 1 패턴을 형성하는 비치형 영역을 가지며, 다른 롤은 상이한 제 2 패턴을 형성하는 비치형 영역을 갖는다. 마찬가지로, 그루브형 영역(508)에 의해 형성된 동일하거나 상이한 패턴을 가지며, 상이한 직경을 갖는 롤을 사용하는 것이 장점적이다. 롤 설계 및 형태의 이러한 변형이나 다른 변형은 본 발명의 양호한 실시예에 대한 예로서, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
변형예에 있어서, 본 발명의 방법은 프레스 롤(500)에서 형성하기 전에 웹(50)에 습윤제를 부가하는 것을 포함한다. 양호한 습윤제는 물이지만, 습윤 예컨대 습윤 강도 화학 약품 및 연성 화학 약품을 포함하는 다른 습윤제도 첨가될 수 있다. 습윤제의 첨가는 캘리퍼 증가나 신장성에 상당한 영향을 주지 않지만, 처리후에 겪게되는 인장 강도의 손실을 최소화하는 것으로 보인다. 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 습윤제 예컨대 물의 첨가는 셀룰로오스 섬유 구조의 가소화에 기인하여 어느 정도의 인장 강도를 보존한다. 물의 첨가는 셀룰로오스 구조를 가소화하여 건조한 상태에서 겪게될 수 있는 정도의 섬유 파괴없이 본 발명의 방법에 의해 보다 쉽게 형성되도록 한다. 이러한 가소화는 셀룰로오스 구조내의 수소의 환원에 기인한 것이라고 여겨지며, 섬유 팽창에 의존하여 섬유를 가소화하고 섬유가 보다 가요성을 갖도록 한다. 독일 윌밍톤 소재의 허큘레스 인코포레이티드로부터 입수가능한 Kymene 557H 또는 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)(상표명 7MT)와 같은 (웹 형성동안 첨가되는) 습윤 강도 첨가제는 구조가 섬유의 가소화동안 결합된 상태로 유지되도록 돕는다.
도 10에 도시된 바와 같이, 물 첨가기(640)는 예정된 양의 물을 웹(50)에 첨가하여, 웹에 약 10중량% 내지 80중량%, 바람직하게는 40중량% 내지 60중량%의 수분 함량을 첨가한다. 일 실시예에 있어서, 50중량%의 레벨이 웹에 첨가되어 인장 강도의 손실을 최소하는데 양호한 결과를 얻었다. 일단 웹(52)이 형성되면, 웹(52)은 적합한 수단에 의해 건조되거나 또는 추가의 변형 작업에서 습윤 처리될 수 있으며, 웹이 권취 롤(620)로 형성되면 증발에 의해 건조가 발생한다.
본 발명의 종이 웹은 적층 즉 다중 플라이의 종이 웹을 포함할 수 있다. 적층은 당업자에게 공지된 임의의 결합 방법에 의해 형성 단계 전에, 중에 또는 후에 결합될 수 있다. 이러한 결합 방법으로는 열결합, 압력 결합 및 접착제 결합(스프레이 접착제, 고온용융 접착제, 라텍스계 접착제 등을 포함하는 다수의 접착제 중 어느 하나를 사용함)을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 접착제 결합은 적층 전에 한 플라이상에 접착제 층을 균일하게 도포하거나 규칙적 또는 불규칙적 패턴으로 별개의 결합 사이트 예컨대 스폿 결합으로 적어도 하나의 플라이에 접착제를 도포함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 접착제는 연속 네트워크 예컨대 도 1의 연속 제 1 영역에 대응하는 네트워크로 적어도 하나의 플라이에 도포될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 감압 스프레이 접착제, 예컨대 3M사에 의해 시판되는 "Super 77(등록상표)"를 사용하여 통상의 종이의 두 플라이를 접착식으로 결합시킴으로써 적층이 행해졌다. 접착제의 매우 가벼운 미스트(mist)가 한 플라이에 균일하게 도포되었고, 제 2 플라이는 접착제가 도포된 플라이의 상부에 어느 플라이에도 주름이 생기지 않도록 주의하면서, 조심스럽게 놓여졌다. 손으로 가볍게 가압하여 두 개의 플라이가 서로 확실히 결합되도록 하였다.
본 발명의 웹은 다중 플라이 적층으로 형성되는 경우 다양한 형상 중 하나로 위치될 수 있다. 예를 들면, 2-플라이 적층의 양 웹이 리브형 요소(74)의 제 2 영역(66)을 갖도록 형성되는 경우, 각각의 제 2 영역(66)은 이들이 적층 구조체에서 일치하도록 위치될 수 있다. 대안적으로, 적층될 때 이들이 일치하지 않도록 각 플라이의 제 2 영역을 설치하는 것도 장점적일 수 있다. 마찬가지로, 일 웹상의 제 1 패턴과 다른 웹상의 제 2 다른 패턴을 사용하여 다중 플라이 적층을 형성하는 것도 장점적일 수 있다.
종이 웹의 신장성이 요구되지 않는 경우, 다중 플라이 적층은 베이스 웹의 신장성없이 각 베이스 웹의 벌크의 거의 두배를 갖도록 제조될 수도 있다. 이것은 각각 다른 플라이의 제 2 영역(66)의 주 리브 축선(70)에 대체로 수직한 제 2 영역(66)의 주 리브 축선(70)을 갖는, 본 발명의 적어도 두 개의 웹을 적층함으로써 달성될 수도 있다. 예를 들면, 도 1을 참조하면, 종방향 중심선 "L"에 대체로 평행한 주 리브 축선(70)을 갖는 제 2 영역(66)을 구비한 일 웹은 종방향 중심선 "L"에 대체로 수직한 주 리브 축선(70)을 갖는 제 2 영역(66)을 구비한 제 2 웹에 적층될 수 있다. 종이 웹(52)은 제 1 축선(70)에 대체로 평행한 방향으로 상대적으로 거의 신장성을 나타내지 않도록 제조될 수 있기 때문에, 이러한 형태로 제조된 적층은 어느 방향으로도 비교적 거의 신장성을 나타내지 않을 수 있다.
예
다음은 본 발명의 특정한 실시예의 예이다. 캘리퍼, 신장 및 인장 강도에 대한 데이터는 후술하는 시험 방법 섹션에 기재된 시험 방법에 의해 얻어졌다.
예 1
본 발명의 종이 웹은 도 7에 도시된 것과 유사한 상호 맞물림 판을 사용하여 제조되었다. 상호 맞물림 판은 기계가공된 금속 몰드상에 알루미늄 충전 에폭시 재료를 주조하여 폭이 약 5인치이고 길이가 약 12인치이고 두께가 약 0.75인치인 두 개의 상호 맞물림 판을 제조함으로써 제작되었다. 상호 맞물림 판의 톱니는 거의 삼각형 형상 즉, 테이퍼진 형상이며 베이스의 길이가 약 0.030인치이고 정점의 반경이 약 0.008인치로 테이퍼진다. 각 톱니의 높이는 0.060인치였으며, 이들은 0.030인치의 피치로 설정되었다. 각각의 판은 판이 서로 결합될 때 정확하고 일관되게 정합되도록 확실히 하기 위해, 정합하는 구멍과 핀에 의해 결합된다. 도 7의 그루브형 영역(408)에 대응하는 일련의 그루브는 도 7의 판(402)에 대응하는 한 판의 치형 영역이 기계가공되었다. 그루브는 폭이 0.040인치이며 평행한 그루브는 중심간의 간격이 0.275인치였다.
3000제곱피트당 20파운드의 기본 중량을 갖는 북부 소프트우드 크라프트(Northern Softwood Kraft) 섬유의 단일 플라이의 종이 웹이 종래의 제지 장비에 의해 제조되었다. 종이는 건조 종이 웹의 약 80중량%까지 증류수로 고르게 포화되었다. 포화된 종이는 두 개의 상호 맞물림 판 사이에 종이의 가공 방향이 도 7에 도시된 바와 같은 종방향 중심선(L)에 대응하는 종방향으로 배향되도록 설치되었다. 알 수 있는 바와 같이, 이러한 구성은 종방향 가공 방향이 또한 형성된 웹의 리브형 요소의 부 리브 축선에 평행하도록 한다.
그들 사이에 종이가 위치된 상호 맞물림 판은 판에 걸쳐 고른 압력을 가할 수 있도록 판보다 큰 플래튼을 갖는 유압 프레스내에 설치되었다. 상호 맞물린 판의 결합량을 0.018인치로 제한하도록 판의 에지에 스페이서가 설치되었다. 판은 유압 플레스에 의해 4000파운드의 힘으로 압축되어 판의 상호 맞물리는 치형 요소에 의해 종이의 변형을 야기한다. 압력은 약 10초후에 제거되고 종이는 공기중에서 건조되었다.
베이스 종이 웹과 형성된 종이 웹은 후술되는 시험 방법에 의해 시험되어 비교되었다. 베이스 종이는 8.1mil(0.008인치)의 캘리퍼를 가졌으며 횡단 방향으로 6.1% 신장하였다. 상호 맞물림 판 사이에서 압축하여 웹을 형성한 후, 웹은 24.1mil의 캘리퍼를 가졌으며 횡단 방향으로 24.4% 신장하였다. 종이의 기본 중량이 거의 변경되지 않은 상태로 남아 있기 때문에, 캘리퍼의 증가는 약 200%의 벌크 증가를 나타낸다. 따라서, 벌크와 횡단 방향 신장이 실질적으로 증가되었다.
예 2
본 발명의 종이 웹은 도 10에 도시된 방법에 의해 제조되었다. 프레스 롤(500)의 롤러는 도 9에 도시된 롤러(501, 502)에 대응하는 두 개의 10-인치 길이, 6-인치 직경의 스틸 롤내로 그루브를 기계가공함으로써 제조되었다. 기계가공된 그루브는 도 9에 도시된 바와 같은 톱니(503, 504)에 대응하는 톱니를 형성하였다. 톱니는 거의 삼각형이며 베이스의 길이가 약 0.030인치로 정점이 약 0.004 내지 0.008인치의 반경을 갖도록 테이퍼졌다. 각각의 톱니의 높이는 0.060인치였으며, 이들은 0.030인치의 피치로 설정되었다. 도 9의 그루브형 영역(508)에 대응하는 일련의 그루브는 도 9의 롤러(502)에 대응하는 롤러상에 기계가공되었다. 그루브는 폭이 0.040인치이며 평행한 그루브는 중심간의 간격이 0.275인치이다. 두 개의 롤러는 상호 맞물리는 관계로 설정되어 도 10에 도시된 프레스 롤(500)에 대응하는 치형 롤을 형성하였다.
3000제곱피트당 20파운드의 기본 중량을 갖는 북부 소프트우드 크라프트(Northern Softwood Kraft) 섬유의 단일 플라이의 종이 웹이 종래의 제지 장비에 의해 제조되어 도 10의 롤(610)에 대응하는 롤상에 제공되었다. 종이는 분당 45피트의 속도로 프레스 롤로 공급되며 프레스 롤은 다양한 레벨의 결합으로 설정되었다. 프레스 롤의 치형 및 비치형 영역은 종이 웹의 가공 방향이 형성된 종이의 리브형 요소의 주 리브 축선에 평행하도록 구성되었다. 물이 사용되는 경우, 물은 프레스 롤에서 형성되기 전에 미국 일리노이주 휘톤 소재의 스프레이 시스템즈 캄파니 노즐 특히 노즐 번호 2850/73320에 의해 제공되었다.
아래의 표 1은 웹에 대한 물의 다양한 레벨의 결합과 부가의 결과로 베이스 종이 웹의 캘리퍼와 횡단 방향 신장이 어떻게 변하는 지를 나타낸다. 또한, 형성전에 웹에 물을 첨가함에 따른 다른 장점적 결과를 나타내기 위해 가공 방향 인장 강도의 변경이 도시되어 있다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 캘리퍼와 가공 방향 신장은 결합의 증가에 따라 성공적으로 증가되었다. 중요한 점의 하나는 물을 적용하느냐 적용하지 않느냐에 따라 0.020인치의 결합의 결과에 대한 비교이다. 가공 방향 인장 특성이 결합의 증가에 따라 쇠퇴함에도 불구하고, 물의 적용은 특정한 결합에 대해 가공방향 인장 특성을 향상시킨다.
표 1: 종이 성질의 비교
결합(in) 첨가된 물(%) 피크 가공 방향 인장력(g/in) 캘리퍼(mil) 횡단 방향 신장(%)
베이스 종이 0 2350 9.6 6.3
0.010 50 1950 14 15.4
0.015 50 1368 19 24.1
0.020 50 948 23 28.7
0.020 0 380 22 28.3
0.025 50 853 26 39.1
시험 방법
캘피퍼
종이 웹의 캘리퍼는 2인치 직경의 프레스 푸트(foot)에 의해 95g/in2(15g/㎠) 압축 하중을 받을 때 미리 조절된 종이의 두께로 측정된다. "미리 조절된"은 TAPPI 방법 #T4020M-88에 따라 24시간동안 50±2%의 상대 습도, 23±1℃의 웹을 의미한다. 캘리퍼는 Thwing-Albert model 89-11 두께 테스터(미국 펜실베니아주 필라델피아 소재의 Thwing-Albert Co.)에 의해 측정된다.
인장 및 퍼센트 신장 시험
인장 시험은 힘 대 퍼센트 신장 특성을 측정하기 위해 사용된다. 시험은 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재의 Thwing-Albert Co.로부터 입수가능한 Thwing-Albert Intellect II-STD Model No. 1451-24PGB상에서 수행된다.
이 시험에서 사용된 샘플은 폭 1" X 길이 6"이며, 샘플의 긴축은 샘플의 최대 신장성의 방향에 평행하게 절단된다. 샘플은 정밀한 1" 폭 샘플을 절단하는 예리한 Exacto 나이프나 어느정도 적합하게 예리한 절단 장치에 의해 절단되어야 한다. (일방향 이상의 재료의 신장성이 존재한다면, 샘플은 대표적인 신장 방향에 평행하게 절단되어야 한다.) 샘플은 변형된 영역의 전체 패턴을 대표하는 영역이 나타나도록 절단되어야 한다. (변형된 부분의 크기나 영역 1 및 2의 상대적 형상의 편차에 기인하여) 본 명세서에 제안된 것보다 크거나 작은 샘플을 절단할 필요가 있는 경우가 있을 수 있다. 이 경우에, (보고된 데이터와 함께) 샘플의 크기를 기록하는 것이 중요한데, 샘플은 변형된 영역으로부터 취해지며 바람직하게는 샘플로 사용된 대표적인 영역의 구성을 포함한다. 소정 재료의 3개의 샘플이 시험된다.
Thwing-Albert 인장 테스터의 그립(grip)은 시험응력의 방향에 수직한 단일 라인을 따라 전체 파지력을 집중시키도록 설계된 공기 작동 그립으로 구성된다.
파지력의 라인간의 거리는 그립 옆에 고정된 스틸자에 의해 측정되었을 때 4"이어야 한다. 이 거리는 이후로 "게이지 길이"로 지칭된다. 샘플은 그 긴축이 퍼센트 신장의 방향에 수직하도록 그립내에 장착된다. 크로스헤드 스피드는 4in/min으로 설정된다. 크로스헤드는 샘플이 파단될 때가지 샘플을 신장시키며, 이 지점에서 크로스헤드는 정지되어 그 원래의 위치(0% 연장)로 복귀한다. 퍼센트 신장은 종이 샘플이 파열되기 전에 최대 하중이 달성되는 퍼센트 연장이다. 3개의 샘플에 대한 평균 퍼센트 신장이 표 1에 기록되어 있다.
본 발며의 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 당업자에게는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남없이 다양한 변경 및 변형이 행해질 수 있음이 자명할 것이다. 또한, 본 발명의 전체 웹은 제 1 및 제 2 영역의 변형성 네트워크를 포함할 수 있지만, 본 발명은 또한 종이 웹의 특정한 부분에만 제 1 및 제 2 영역으로 구성된 변형성 네트워크를 제공함으로써 실시될 수도 있다. 따라서, 상기 내용은 첨부된 청구범위내에서 본 발명의 범위내에 있는 모든 변경 및 변형을 커버하는 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 종방향 중심선 및 횡방향 중심선과, 다수의 제 1 영역과 다수의 제 2 영역을 가지며, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역을 분리시키는 경계를 형성하는 종이 웹에 있어서,
    상기 제 1 영역은 실질적으로 상기 종이 웹의 평면내에 있으며, 상기 제 2 영역은 상기 평면으로부터 융기된 다수의 리브형 요소를 포함하며, 상기 제 2 영역 각각의 리브형 요소는 주 리브 축선에 평행하고 주 리브 축선에 수직하도록 배치되며, 상기 제 1 영역 각각은 모두 또는 대부분 주 리브 축선과 부 리브 축선 성분을 가지며, 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 상기 웹 재료가 적어도 하나의 상기 축선을 따라 신장된 경우 기하학적인 변형을 겪는 것을 특징으로 하는 종이 웹.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역을 완전히 둘러싸는 경계를 형성하도록 연속 네트워크를 형성하는 종이 웹.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 상기 웹의 평면내에서 제 1 모드의 기하학적인 변형을 격을 수 있는 망상 구조를 형성하며, 상기 제 1 모드의 변형은 상기 웹 재료가 적어도 하나의 상기 축선을 따라 신장되는 경우 상기 웹의 평면내의 상기 망상 구조의 일반적 신장인 종이 웹.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리브형 요소는 제 2 모드의 기하학적인 변형을 겪을 수 있는 팬-주름형 구조를 형성하며, 상기 제 2 모드의 변형은 상기 웹 재료가 적어도 하나의 상기 축선을 따라 신장되는 경우 상기 팬-주름형 구조의 일반적 펼쳐짐인 종이 웹.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리브형 요소는 제 3 모드의 기하학적 변형을 겪을 수 있으며, 상기 제 3 모드의 기하학적 변형은 상기 웹 재료가 적어도 하나의 상기 축선을 따라 신장되는 경우 상기 제 2 영역의 상기 평면을 벗어난 연장인 종이 웹.
  6. 종방향 중심선 및 횡방향 중심선과, 다수의 제 1 영역과 다수의 제 2 영역을 갖는 적어도 하나의 플라이를 가지며, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역을 분리시키는 경계를 형성하는 종이 웹에 있어서,
    상기 제 1 영역은 실질적으로 상기 종이 웹의 평면내에 있으며, 상기 제 2 영역은 상기 평면 밖으로 융기된 다수의 리브형 요소를 포함하며, 상기 제 2 영역 각각의 리브형 요소는 주 리브 축선에 평행하고 주 리브 축선에 수직하도록 배치되며, 상기 각각의 제 1 영역은 모두 또는 대부분 주 리브 축선 성분과 부 리브 축선 성분을 가지며, 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 상기 웹 재료가 적어도 하나의 상기 축선을 따라 신장된 경우 기하학적인 변형을 겪는 것을 특징으로 하는 다중 플라이 종이 웹.
  7. 제 6 항에 있어서,
    적어도 한 플라이의 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역을 완전히 둘러사는 경계를 형성하도록 연속적인 네트워크를 형성하는 다중 플라이 종이 웹.
  8. 셀룰로오스 웹을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 셀룰로오스 기재를 제공하는 단계와,
    (b) 치형 영역과 비치형 영역을 포함하는 제 1 플래튼을 제공하는 단계와,
    (c) 치형 영역을 포함하는 제 2 플래튼을 제공하는 단계로서, 상기 제 2 플래튼은 상기 제 1 및 제 2 플래튼의 치형 영역이 작동적으로 결합될 때 맞물리도록 상기 제 1 플래튼과 정렬되는, 단계와,
    (d) 상기 치형 영역이 상기 웹을 변형시켜 분리된 팬-주름형 리브형 요소의 영역을 형성하도록 상기 제 1 프래튼과 제 2 플래튼 사이에서 셀룰로오스 기재를 가압하는 단계를 포함하는 셀룰로오스 웹 제조 방법.
  9. 셀룰로오스 웹을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 셀룰로오스 기재를 제공하는 단계와,
    (b) 상호 맞물리는 치형 영역을 갖는 제 2 롤과 작동적으로 결합되는 치형 영역과 비치형 영역을 갖는 제 1 롤을 포함하는 치형 프레스 롤을 정합시키는 단계와,
    (c) 상기 제 1 롤의 치형 영역이 상기 웹을 변형시켜 분리된 팬-주름형 리브형 요소의 영역을 형성하도록 상기 정합하는 치형 프레스 롤 사이에서 셀룰로오스 기재를 가압하는 단계를 포함하는 셀룰로오스 웹 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 롤은 또한 비치형 영역을 포함하는 셀룰로오스 웹 제조 방법.
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