KR20020047146A - 셀룰로오스 웹으로부터의 물 제거용 제지 장치 및 방법 - Google Patents

셀룰로오스 웹으로부터의 물 제거용 제지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

셀룰로오스 웹으로부터 물을 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 제지 장치는 절대 공극 체적을 가진 날인 부재를 포함하는데, 이런 절대 공극 체적은 수압식 연결부가 닙에 압축될 시에 셀룰로오스 웹과 모세관 탈수 부재 사이에 형성되도록 한다. 이런 절대 공극 체적은 셀룰로오스 웹으로부터 나타낸 물의 체적의 추정치에 따라 미리 정해진다.

Description

셀룰로오스 웹으로부터의 물 제거용 제지 장치 및 방법{PAPERMAKING APPARATUS AND PROCESS FOR REMOVING WATER FROM A CELLULOSIC WEB}
종이 타올, 안면용 화장지, 냅킨 및 화장실용 화장지와 같은 셀룰로오스 섬유 구조물은 일상 생활의 중요 상품이다. 그런 소비자 제품의 일정한 사용을 위한 욕구의 증가로 이런 제품의 버젼을 개선하고, 또한 그의 제조 방법을 개선시키기 위한 욕구가 생기게 되었다. 그런 셀룰로오스 섬유 구조물은, 수성 슬러리(aqueous slurry)를 헤드박스에서 장망 또는 쌍망식 초지기 상에 침착(deposite)시킴으로써 제조된다. 그런 포밍 와이어(forming wire)는 이음매없는(endless) 벨트인데, 이를 통해 초기에 탈수가 이루어지고, 섬유 재배치가 일어난다.
나중에 셀룰로오스 섬유 구조물이 되는 웹의 초기 형성 후에, 제지 초지기는 웹을 초지기의 건조 단부로 운반한다. 종래의 초지기의 건조 단부에서는, 프레스 펠트가 웹을 단일 면적, 즉, 균일 밀도 및 평량, 최종 건조 전의 셀룰로오스 섬유 구조물내에 콤팩트(compact)시킨다. 최종 건조는 보통 양키 건조 드럼과 같은 가열 드럼에 의해 달성된다.
제조 방법를 상당히 개선하는 방법 중 하나는 종래의 프레스 펠트 탈수법을 대체하는 통풍 건조법을 이용하는 것이다. 통풍 건조법은 소비자 제품을 상당히 개선한다. 통풍 건조법에서는, 프레스 펠트 건조법 처럼, 웹이 헤드박스에서 1 퍼센트 이하의 농도의 수성 슬러리(수성 슬러리의 섬유의 중량 퍼센트)를 수용하는 포밍 와이어 상에서 개시한다. 초기 탈수는 포밍 와이어에서 일어난다. 포밍 와이어로부터, 웹은 공기 투과성 통풍 건조 벨트로 전달(transfer)된다. 이런 "습윤 전달(wet transfer)"은 통상적으로 픽업 슈(pickup shoe)(PUS)에서 일어나며, 이런 포인트에서 웹이 먼저 통풍 건조 벨트의 지형으로 성형된다.
통풍 건조법은 상이한 밀도의 면적을 가진 구조화된(structured) 종이를 산출한다. 이런 형태의 종이는, 바운티(bounty) 종이 타올과 화장실용 화장지의 차민(charmin) 및 차민 울트라 브랜드와 같이 상업적으로 성공한 제품에 이용되어 왔다. 통상적인 펠트 건조법은 구조화된 종이 및 이에 수반하는 이점을 생성시키지 않는다. 그러나, 종래의 펠트 건조법을 이용하여 구조화된 종이를 통풍 건조 시스템의 속도에 근접한 속도로 생성시키는 것이 바람직하다.
초기(embryonic) 웹을 날인(imprint)하기 위해 패턴화된 프레임워크를 가진 종래의 펠트를 활용하여 시도가 행해져 왔다. 본 기술 분야에서의 이런 시도의 예는, 1996년 9월 17일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,556,509호, 1996년 12월 3일자로 앰펄스키 등에게 허여된 미국 특허 제5,580,423호, 1997년 3월 11일자로 판에게 허여된 미국 특허 제5,609,725호, 1997년 5월 13일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,629,052호, 1997년 6월 10일자로 앰펄스키 등에게 허여된 미국 특허 제5,637,194호, 1997년 10월 7일자로 맥파랜드 등에게 허여된 미국 특허 제5,674,663호 및, 1998년 1월 20일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,709,775호를 포함하는데, 이들은 여기서 참조로 포함된다.
분리 날인 패브릭(imprinting fabric) 상에 종이 웹을 운반하여, 2개의 롤 사이에 형성된 압축 닙의 결합부를 압축함으로써 다른 시도가 행해져 왔다. 1983년 12월 20일자로 호스테트러에게 허여된 미국 특허 제4,421,600호는 2개의 펠트, 3 프레스 동작 및 분리 직물(woven) 날인 패브릭을 가진 장치를 개시하고 있다. 호스테트러에서, 웹은 양키 건조기로 전달되기 전에 프레스 동작을 통해 날인 패브릭 상에 운반된다.
본 기술 분야에서의 다른 시도는 1982년 1월 5일자로 휴릿 등에게 허여된 미국 특허 제4,309,246호에 기술되어 있다. 휴릿 등은 닙이 2개의 롤 사이에 형성되는 3개의 구성을 기술하고 있다. 각 구성에서, 종이 웹은, 종선 및 횡선 전환점에 형성된 너클(knuckle)에 의해 한정된 콤팩트 요소를 가진 날인 패브릭 상에 운반된다. 날인 패브릭, 웹 및 펠트는 롤 사이에 압축된다.
본 기술 분야에서의 전술한 시도의 각각은, 날인 패브릭/종이 웹 결합부를 탈수 펠트와 접촉시키기 위하여 복합(complex) 닙 시스템을 필요로 한다. 이런 시스템은, 분리 펠트 루프를 부가하기 위해 부가적인 스페이스, 드라이브 등을 통상적으로 필요로 할 시에, 현존하는 종래의 기계 장치를 개장(retrofit)하기 위해 매우 값비싼 계획을 만들어야 한다. 더욱이, 종이 웹을 충분히 탈수하기 위하여, 시스템은 통풍 건조 시스템보다 저속으로 동작시키기 위해 요구된다.
1997년 6월 10일자로 앰펄스키 등에게 허여되고, 여기서 참조로 포함되는 미국 특허 제5,637,194호는, 성형된 웹이 날인 부재에 의해 2개의 압력 롤과 제 2 탈수 펠트 사이에 형성된 제 1 압축 닙으로부터 압력 롤과 양키 건조 드럼 사이에 형성된 제 2 압축 닙으로 운반될 시에 제 1 탈수 펠트가 날인 부재의 면에 인접하여 위치되는 선택적인 초지기 실시예를 개시하고 있다. 날인 부재는 성형된 웹을 인쇄하여, 양키 건조 드럼으로 운반한다. 2개이 압축 닙에서의 날인 부재에 인접한 제 1 펠트의 존재로, 양키 드럼으로 전달하기 전에 웹으로부터 물이 부가적으로 제거된다.
본 발명은, 부가적인 탈수 펠트 또는 압축 닙을 필요로 하지 않고 종래의 제지 초지기에 의해 구조화된 종이를 제조하는데 적당한 웹 패턴화 장치를 제공한다. 본 발명은, 통풍 건조 시스템의 속도에 근접한 속도로 동작하면서 종래의 펠트 탈수 기술을 이용하여 종이 웹을 단일 압축 닙 시스템으로 탈수할 수 있는 웹 패턴화 장치를 제공한다.
본 발명은 제지에 관한 것으로써, 특히, 셀룰로오스 웹으로부터 물을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 명세서는 본 발명을 청구한 청구 범위를 포함하지만, 본 발명은 첨부한 도면과 관련하여 취해진 아래의 설명으로부터 더욱 더 이해될 수 있고, 여기서 동일 부호는 동일 소자를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 제지 초지기의 수직 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 날인 부재의 부분 평면도이다.
도 3은 도 1의 라인 3-3을 따라 취해진 수직 단면도이다.
본 발명은 셀룰로오스 웹으로부터 물을 제거하기 위한 제지 장치 및 방법에 관한 것이다. 제지 장치는 절대 공극 체적(absolute void volume)을 가진 날인 부재를 포함하는데, 이런 절대 공극 체적은 수압식 연결부가 닙에 압축될 시에 셀룰로오스 웹과 모세관 탈수 부재 사이에 형성되도록 한다. 이런 절대 공극 체적은 닙에서 셀룰로오스 웹으로부터 나타낸 물의 체적의 추정치에 따라 미리 정해진다. 본 발명에 대해, 웹으로부터 날인 부재의 절대 공극 체적으로 배출된 물의 체적의 비는 적어도 약 0.5이다.
이런 닙은 동축으로 나란히 놓인 제 1 및 2 롤 사이에 형성될 수 있다. 셀룰로오스 웹은 날인 부재의 상측 상으로 운반된다. 셀룰로오스 웹 및 날인 부재는 닙 내에 보간됨으로써, 셀룰로오스 웹의 상부면이 제 1 롤의 주변과 접촉하도록 한다. 닙에서, 날인 부재의 배면은 모세관 탈수 부재의 상부면과 접촉해 있지만, 모세관 탈수 부재의 배면은 제 2 롤의 주변과 접촉해 있다. 닙은 종이 웹, 날인 부재 및 모세관 탈수 부재를 압축한다. 웹으로부터 배출된 물은 날인 부재를 통해 수압식 연결부를 형성하는 모세관 탈수 부재로 통과한다.
정의:
여기에 사용된 바와 같이, 아래의 용어는 아래의 의미를 갖는다.
수압식 연결부는 물 또는 다른 유사한 액체에 의해 형성된 연속적인 링크이다.
공극 체적(VV)은 유체 경로를 제공하는 개방 스페이스이다.
상대 공극 체적(VVRelative)은 주어진 샘플이 차지하는 스페이스의 전체 체적에 대한 VV의 비율이다.
절대 공극 체적(VVAbsolute)은 단위 면적당 VV의 체적 측정치(㎤/㎠)이다.
초지기 방향(MD)은 제품 제조 장비를 통한 셀룰로오스 웹의 흐름과 평행한 방향이다.
초지기 폭방향(CD)은 셀룰로오스 웹의 동일면의 초지기 방향과 수직인 방향이다.
모세관 탈수 부재는 모세관 흡인을 통해 물을 제거하는 장치이다.
캘리퍼는 아래에 기술되는 바와 같이 측정된 샘플의 거시적 두께이다.
평량(BW)은 g/㎠로 보고된 셀룰로오스 웹의 샘플의 단위 면적(㎠) 당 셀룰로오스 섬유의 무게(g)이다.
또한, 여기에 이용된 바와 같이, 종이 웹은 셀룰로오스 웹과 동일하다.
본 발명은 셀룰로오스 웹(20)을 탈수하는 장치를 포함한다. 도 1에서, 셀룰로오스 섬유 및 물을 포함하는 수성 슬러리는 헤드박스(10)에서 포밍 와이어(15)로 방출되어, 이음매없는 벨트로 도시된 날인 부재(30)를 포함하는 건조 장치로 전달된다. 날인 부재(30)는 많은 물을 함유한 셀룰로오스 웹(20)을 2개의 동축 롤 사이에 형성된 닙(38)으로 운반한다. 제 1 롤(70)은 도 1에 도시된 바와 같이 양키 건조 드럼과 같은 가열된 롤일 수 있다. 제 2 롤(35)은 그 상에 배치된 모세관 탈수부재(60) 주변의 압력 롤일 수 있다. 모세관 탈수 부재(60)는 펠트일 수 있고, 압력 롤은 진공 압력 롤일 수 있다.
모세관 탈수 부재(60)는 상부면(62) 및 하부면(64)을 포함한다. 닙(38)에서, 모세관 탈수 부재(60)의 하부면(64)이 제 2 롤(35)과 인터페이스하고, 상부면(62)이 날인 부재(30)의 배면(32)과 인터페이스함으로써, 날인 부재(30)의 상측(31) 상에 운반된 셀룰로오스 웹(20)은 제 1 롤(70)과 인터페이스하도록 한다. 닙(38)은 모세관 탈수 부재(60), 날인 부재(30) 및 셀룰로오스 웹(20) 결합부를 압축하여, 웹으로부터의 많은 물을 날인 부재(30)를 통해 모세관 탈수 부재(60)로 짜낸다. 동시에, 날인 부재(30)는 셀룰로오스 웹을 날인하여, 양키 건조 드럼(70)으로 전달한다.
바람직하다면, 진공은 제 2 롤(35)을 통해 모세관 탈수 부재(60)에 가해질 수 있다. 이런 진공은 모세관 탈수 부재(60) 및 셀룰로오스 웹(20)으로부터 물 제거를 돕는다. 제 2 롤(35)은 진곤 압력 롤일 수 있다. 증기(steam) 박스는 진공 압력 롤(35)에 대향하여 배치된다. 이런 증기 박스는 셀룰로오스 웹(20)을 통해 증기를 분출시킨다. 증기가 셀룰로오스 웹(20)을 통과하고, 그 내에서 응축할 시에, 증기는 온도를 상승시키고, 그 내에 포함된 물의 점성도를 감소시켜, 더욱 더 탈수되게 한다. 증기 및/또는 응축물은 진공 압력 롤(35)에 의해 수집된다.
물론, 당업자는, 동시 날인, 탈수 및 전달 동작이 양키 건조 드럼(70)을 필요로 하는 동작과 다른 실시예에서 일어날 수 있다. 예를 들면, 2개의 평면은 그 사이에 신장(elongate) 닙(38)을 형성하도록 함께 나란히 놓여질 수 있다. 선택적으로, 2개의 롤이 이용될 수 있는데, 그 중 어느 것도 가열되지 않는다. 이런 롤은 예컨대 기능적 첨가물을 웹의 표면 상에 프린트하는 동작 또는 칼렌더 스택(calendar stack)의 부분일 수 있다. 기능적 첨가물은 로션 에몰리엔트(lotions emollients), 디메티콘(dimethicones), 연화제, 향료, 멘톨 등을 포함하는데, 이들은 본 기술 분야에 공지되어 있다.
소정의 날인 부재(30)에 대해, 닙(38)내의 셀룰로오스 웹(20)으로부터 제거된 물의 량은 날인 부재(30)를 통해 셀룰로오스 웹(20)과 모세관 탈수 부재(60) 사이에 형성된 수압식 연결부에 직접 관계된다. 날인 부재(30)는 수압식 연결부를 최적화하여 대응하는 물 제거를 최대화시키도록 설계될 수 있는 절대 공극 체적을 갖는다.
셀룰로오스 웹(20)내의 물의 량은 물 및 섬유의 웹을 만드는 셀룰로오스 섬유의 중량 퍼센트인 농도로 평가된다. 농도는 아래식으로 결정된다.
농도 =
닙(38)에 들어감과 동시에, 셀룰로오스 웹(20)은 약 4.54로 이루어진 약 0.22의 유입 농도를 가질 수 있다. 닙(38)을 나가는 셀룰로오스 웹(20)에 대한 바람직한 농도는 약 2.50로 이루어진 약 0.4이다. 따라서, 약 2.04은 닙에서 제거된다. 닙을 나감과 동시에 셀룰로오스 웹의 평량이 주어질경우, 닙에서 배출된 물의 체적은 다음에 의해 결정된다:
Vwater per unit area=
여기서, BW = 닙을 나간 웹의 평량.
닙에서 물 제거를 최대화시키기 위해, 셀룰로오스 웹(20)으로부터 배출된 물의 체적 대 날인 부재(30)의 절대 공극 체적의 비는 적어도 약 0.5이다. 셀룰로오스 웹(20)으로부터 배출된 물의 체적 대 날인 부재(30)의 절대 공극 체적의 비는 적어도 약 0.7일 수 있다. 어떤 실시예에서, 이런 비는 1.0이상일 수 있다.
날인 부재는 직포(woven fabric)로 이루어질 수 있다. 직포는 통상적으로 종선 및 횡선 방직 섬유(filament)로 이루어지는데, 종선 방직 섬유는 초지기 방향과 평행하고, 횡선 방직 섬유는 초지기 폭방향과 평행하다. 종선 및 횡선 방직 섬유는 방직 섬유가 연속하여 서로 교차하는 불연속 너클을 형성한다. 이런 불연속 너클은 제조 공정 동안에 셀룰로오스 웹(20)내에 이산 날인된(discrete imprinted) 면적을 제공한다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "롱 너클(long knuckles)"은 종선 및 횡선 방직 섬유가 제각기 2 이상의 종선 및 횡선 방직 섬유를 교차할 시에 형성된 불연속 너클을 형성하는데 이용된다.
직포의 너클 날인 면적은 종선 및 횡선 교차점에서 방직 섬유의 표면을 샌드(sand)함으로써 향상될 수 있다. 그런 샌드된 직포는, 1971년 3월 30일자로 프리드버그 등에게 허여된 미국 특허 제3,573,164호 및, 1975년 9월 16일자로 아이어즈에게 허여된 미국 특허 제3,905,863호의 교지에 따라 제조될 수 있는데, 이들 양자 모두는 여기서 참조로 포함된다.
직포의 절대 공극 체적은 공지된 면적의 직포의 샘플의 중량 및 캘리퍼를 측정함으로써 결정될 수 있다. 이런 캘리퍼는 직포의 샘플을 수평 평면 상에 배치하여, 이런 평면과, 수평 로딩 표면을 가진 로드 푸트 사이에 형성시킴으로써 측정되는데, 여기서, 로드 푸트 로딩 표면은 약 3.14 제곱 인치의 원형 표면 면적을 가지고, 약 15 g/㎠ (0.21 psi)의 구속 압력(confining pressure)을 샘플에 가한다. 캘리퍼는 평면과 로드 푸트 로딩 표면간의 결과적인 갭이다. 그런 측정은 펜실베니아 필라델피아 트윙-앨버트로부터 이용 가능한 VIR Electronic Thickness Tester Model Ⅱ에 의해 획득될 수 있다.
방직 섬유의 밀도는 결정되지만, 공극 스페이스의 밀도는 0 gm/cc인 것으로 추정된다. 예컨대, 폴리에스테르(PET) 방직 섬유는 1.38 g/㎤의 밀도를 갖는다. 공지된 면적의 샘플은 무게가 측정되어, 테스트 샘플의 질량을 산출한다. 그 후, 직포의 단위 면적당 절대 공극 체적 (VVAbsolute)은 아래식에 의해 계산된다(단위 변환이 이루어진다):
VVAbsolute= Vtotal- Vfilaments
= (t ×A)-(m/r)
여기서,
Vtotal= 테스트 샘플의 전체 체적(t ×A).
Vfilaments= 성분 방직 섬유만의 체적과 동일한 직포의 고체 체적.
t = 테스트 샘플의 캘리퍼.
A = 테스트 샘플의 면적.
m = 테스트 샘플의 질량.
r = 방직 섬유의 밀도.
상대 공극 체적은 아래에 의해 결정된다:
VVRelative= VVAbsolute/Vtotal
본 발명에 대해, 닙에서의 최대 물 제거는 직포에 대해 달성될 수 있는데, 여기서, VVRelative는 약 0.05의 하한치, 양호하게는 0.10의 저 한계치에서, 약 0.45의 상한치, 양호하게는 약 0.4의 상한치까지의 범위에 있다. 샌드된 직포에 대해, VVRelative의 상한치는 약 0.30이다.
도 2는 직포가 수지 너클 패턴(42)에 대한 보강 구조물 역할을 하는 날인 부재(30)를 도시한 것이다. 도 3은 양키 드럼(70)과 압력 롤(35) 사이에 형성된 압축 닙(38)내의 날인 부재(30)의 단위 셀의 단면을 도시한 것이다. 이런 날인 부재(30)는 셀룰로오스 웹(20)과 접촉한 상부면(31) 및, 모세관 탈수 부재(60)와 접촉한 배면(32)을 가지고 있다. 이런 실시예에 대해, 너클 패턴(42)은 편향 도관(46)을 형성한다. 모세관 탈수 부재(60)는 탈수 펠트를 포함한다. 닙(38)에서, 너클패턴(42)은 섬유를 콤팩트한 셀룰로오스 웹(20)을 압축함과 동시에 물을 편향 도관(46)내로 보낸다. 편향 도관(46)에서, 물은, 모세관 탈수 부재로 수압식 연결부를 형성하는 보강 구조물의 절대 공극 체적을 통해 흐른다. 셀룰로오스 섬유는 셀룰로오스 웹(20)내에 저밀도 필로(pillow) 면적을 형성하는 보강 구조물(44)의 고체 체적에 의해 획득된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 수지 너클 패턴(42)을 가진 날인 부재(30)의 VVAbsolute는, 용융된 폴리에틸렌 글리콜 1000(PEG)의 전해조(bath)의 날인 부재(30)의 샘플을 샘플의 두께를 약간 초과하는 깊이에 침지(immerse)시킴으로써 결정된다. 모든 공기가 침지된 샘플로부터 배출되게 한 후에, PEG는 다시 응고하게 된다. 상면(31) 위, 배면(32) 아래 및 샘플의 에지를 따른 PEG는 샘플에서 제거되고, 샘플은 다시 무게를 재게 된다. PEG를 가진 샘플과 PEG를 가지지 않은 샘플간의 중량차는 절대 공극 체적을 채운 PEG의 중량이다. 절대 공극 체적 및 샘플의 고체 체적은 아래식으로 결정된다:
VVAbsolute=
여기서,
= PEG의 밀도
SVAbsolute= VFilaments+ VResinous Knuckles
=
여기서,
SVAbsolute= 절대 고체 체적
mfilaments= 방직 섬유의 질량
rfilaments= 방직 섬유의 밀도
MResinous Knuckles= 수지 너클의 질량
= 수지 너클의 밀도
본 발명에 대해, 닙에서의 최대 물 제거는 수지 너클 패턴(44)을 가진 보강 구조물(42)에 대해 달성될 수 있는데, 여기서, VVRelative는 약 0.05의 하한치, 양호하게는 0.10의 저 한계치에서, 약 0.45의 상한치, 양호하게는 약 0.28의 상한치까지의 범위에 있다. 가장 양호하게는, 수지 너클 패턴(44)을 가진 보강 구조물(42)에 대한 VVRelative는 약 0.19이다.
날인 부재
날인 부재(30)는 날인 패브릭(imprinting fabric)일 수 있다. 날인 패브릭은 거시적 모노플래이너(macroscopically monoplanar)이다. 날인 패브릭의 평면은 X-Y 방향을 설정한다. 날인 패브릭의 Z-방향은 X-Y 방향 및 날인 패브릭의 평면에 수직이다. 또한, 본 발명에 따른 셀룰로오스 웹(20)은 거시적 모노플래이너로 생각할수 있고, X-Y 평면에 위치한다. 셀룰로오스 웹(20)의 Z-방향은 X-Y 방향 및 웹의 평면에 수직이다.
날인 패브릭은 상면(31)상에 운반되는 셀룰로오스 웹(20)에 접촉하는 상면(31) 및, 탈수 펠트에 접촉하는 배면(32)을 포함한다. 날인 패브릭은 날인 패브릭을 위한 제지 산업에 보통 이용된 직포에 비교 가능한 직포로 이루어진다. 이런 목적에 적합한 것으로 공지된 그런 날인 패브릭은, 1967년 1월 31일자로 샌드포드 등에게 허여된 미국 특허 제3,301,746호, 1975년 9월 16일자로 아이어즈에게 허여된 미국 특허 제3,905,863호 및, 1982년 12월 16일자로 트로칸에게 허여된 미국 특허 제4,239,065호에 기술되어 있는데, 이들은 여기서 참조로 포함된다.
직포의 방직 섬유는 그렇게 만들어지고, 적어도 적층(lamina)의 Z-방향으로 상당히 꾸불꾸불하게 구성되어, 종선 및 횡선 방직 섬유 양자 모두의 동일 평면의 상부면 교차점(crossover)의 어레이 또는 제 1 그룹 및, 보조 상부면 교차점의 어레이 또는 미리 정해진 제 2 그룹을 제공한다. 이런 어레이는, 상부면 교차 부분이 패브릭의 상부면내의 위커-바스킷형 공동부(wicker-basket-like cavities)의 어레이를 형성하도록 산재된다. 이런 공동부는 초지기 방향 및 초지기 폭방향 양자 모두에서 지그재그식으로 배치됨으로써, 각 공동부가 하나 이상의 보조 상부면 교차점을 스팬(span)하도록 한다. 그런 어레이를 가진 직포는, 1980년 12월 16일자로 트로칸에게 허여된 미국 특허 제4,239,065호 및, 1980년 3월 4일자로 트로칸에게 허여된 미국 특허 제4,191,069호에 따라 만들어지는데, 이들은 여기서 참조로 포함된다.
직포에 대해, 용어 셰드(shed)는 최소 반복 유닛내에 포함된 종선 방직 섬유의 수를 정하는데 이용된다. 용어 "스퀘어 위브(square weave)"는 n-셰드의 위브로 정의되는데, 한 세트(예컨대, 횡선 또는 종선)의 방직 섬유의 각 방직 섬유는 선택적으로 다른 세트(예컨대, 횡선 또는 종선)의 방직 섬유의 하나의 방직 섬유 위와 n-1 방직 섬유 아래로 교차하고, 다른 세트의 방직 섬유의 각 방직 섬유는 선택적으로 제 1 세트의 방직 섬유의 하나의 방직 섬유 아래와 n-1 방직 섬유 위로 통과한다.
본 발명에 대한 직포는 셀룰로오스 웹(20)을 형성하고 지지하는데 요구되며, 물이 통과하도록 한다. 날인 패브릭에 대한 직포는 3의 셰드를 가진 "반능직물(semi-twill)"로 이루어질 수 있는데, 각 종선 방직 섬유는 연속하여 2개의 횡선 방직 섬유 위와 하나의 횡선 방직 섬유 아래로 통과하며, 각 횡선 방직 섬유는 연속하여 하나의 종선 방직 섬유 위와 2개의 종선 방직 섬유 아래로 통과한다. 날인 패브릭에 대한 직포는 또한 2의 셰드를 가진 "스퀘어 위브"로 이루어질 수 있는데, 각 종선 방직 섬유는 연속하여 하나의 횡선 방직 섬유 위와 하나의 횡선 방직 섬유 아래로 통과하며, 각 횡선 방직 섬유는 연속하여 하나의 종선 방직 섬유 위와 하나의 종선 방직 섬유 아래로 통과한다.
그러나, 직포의 캘리퍼는 셀룰로오스 웹(20)과 모세관 탈수 부재(60) 간에 수압식 연결을 용이하게 하기 위하여 변할 수 있고, 날인 패브릭의 캘리퍼는 약 0.011 인치(0.279 mm) 내지 약 0.026 인치(0.660 mm)의 범위에 있다.
본 발명의 선택적인 실시예에서, 날인 패브릭은 직물간 얀(interwoven yarn)의 2이상의 층을 가진 다층 패브릭, 제 1 층에 직면한 셀룰로오스 웹(20) 및, 제 1 층과 대향한 제 2 층에 직면한 탈수 펠트를 포함할 수 있다. 직물간 얀의 각 층은 직물간 종선 및 횡선 얀으로 구성된다. 본 실시예에 대해, 제 1 적층은 셀룰로오스 웹(20) 직면층 및 탈수 펠트 직면층의 각 얀과 함께 직물간 타이(tie) 얀으로 이루어진다. 직물간 얀의 다층을 가진 예시적인 벨트는, 1996년 3월 5일자로 스텔예스 등에게 허여된 미국 특허 제5,496,624호, 1996년 3월 19일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,500,277호 및, 1996년 10월 22일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,566,724호에 기술되어 있는데, 이들은 여기서 참조로 포함된다.
날인 패브릭의 직포는 도 2에 도시된 바와 같이 벨트를 위한 보강 구조물(44) 역할을 하고, 너클 패턴(42)을 지지할 수 있다. 그런 너클 패턴은 양호하게도 보강 구조물(42)의 표면에 접촉한 셀룰로오스 웹(20) 상에 배치되는 경화된 중합체 광감지 수지로 이루어진다.
양호하게도, 너클 패턴(42)은 동일한 패턴을 그 상에 운반된 종이에 날인하는 미리 정해진 패턴을 형성한다. 특히 너클 패턴(42)에 대한 양호한 패턴은 본래 연속 네트워크이다. 양호한 본래 연속 네트워크 패턴이 너클 패턴(42)에 선택될 경우, 이산 편향 도관은 날인 패브릭의 제 1 표면과 제 2 표면 사이로 연장한다. 본래 연속 네트워크는 편향 도관을 둘러싸 형성한다.
연속 네트워크 상부면의 돌출면 영역은, 날인 패브릭의 표면(22)에 접촉한 셀룰로오스 웹(20)의 돌출 영역의 약 5 내지 80 퍼센트를 제공할 수 있고, 양호하게는 표면(22)에 접촉한 웹의 약 25 퍼센트 내지 약 75 퍼센트이며, 더욱 양호하게는 표면(22)에 접촉한 웹의 약 50 퍼센트 내지 약 65 퍼센트이다.
보강 구조물(44)은 상술한 바와 같이 너클 패턴(42)을 지지하고, 각종 구성으로 이루어질 수 있다. 보강 구조물(44)의 부분은 제지용으로 사용된 섬유가 편향 도관을 완전히 통과하지 못하게 하여 핀홀(pinholes)의 발생을 감소시킨다. 보강 구조물을 위한 직포를 사용하기를 원하지 않는다면, 부직(nonwoven) 요소, 스크린, 네트(net), 또는 다수의 홀을 가진 플레이트(plate)는 본 발명의 너클 패턴(42)에 적당한 강도 및 지지를 제공할 수 있다.
본 발명에 따라 배치된 너클 패턴(42)을 가진 날인 패브릭은, 1985년 4월 30일자로 존슨 등에게 허여된 미국 특허 제4,514,345호, 1985년 7월 9일자로 트로칸에게 허여된 미국 특허 제4,528,239호, 1992년 3월 24일자로 허여된 미국 특허 제5,098,522호, 1993년 11월 9일자로 스머코스키 등에게 허여된 미국 특허 제5,260,171호, 1994년 1월 4일자로 트로칸에게 허여된 미국 특허 제5,275,700호, 1994년 7월 12일자로 라쉬 등에게 허여된 미국 특허 제5,328,565호, 1994년 8월 2일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,334,289호, 1995년 7월 11일자로 라쉬 등에게 허여된 미국 특허 제5,431,786호, 1996년 3월 5일자로 스텔예스 2세 등에게 허여된 미국 특허 제5,496,624호, 1996년 3월 19일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,500,277호, 1996년 5월 7일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,514,523호, 1996년 9월 10일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,554,467호, 1996년 10월 22일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,566,724호, 1997년 4월 29일자로 트로칸 등에게 허여된 미국 특허 제5,624,790호 및, 1997년 5월 13일자로 아이어즈 등에게 허여된 미국 특허 제5,628,876호에 따라 제조될 수 있는데, 이들은 여기서 참조로 포함된다.
양호하게도, 너클 패턴(42)은 약 0.15 밀리미터(0.006 인치) 이하, 양호하게는 약 0.10 밀리미터(0,004 인치) 이하, 더욱 양호하게는 약 0.05 밀리미터(0.002 인치) 이하의 간격을 보강 구조물의 너클로부터 외향으로 연장한다. 너클 패턴(42)은 보강 구조물(44)의 너클의 엘리베이션(elevation)에 거의 부합할 수 있다. 보강 구조물로부터 그런 짧은 간격만큼 너클 패턴(42)을 외향으로 연장함으로써, 소프터 제품이 제조될 수 있다. 특히, 짧은 간격은, 종래 기술에서와 같이 날인 패브릭의 날인 표면으로 종이의 성형 또는 편향을 없게 한다. 따라서, 결과적인 종이는 표면을 부드럽게 하고, 촉각의 거침을 적게 한다.
더욱이, 보강 구조물로부터 그런 짧은 간격만큼 너클 패턴(42)을 외향으로 연장함으로써, 보강 구조물은 편향 도관 내에 배치된 상부면의 너클에 종이를 접촉시킨다. 이런 배치는 너클을 양키 건조 드럼에 부합시키는 포인트에 종이를 더 콤팩트시켜, 콤팩트된 영역 사이의 X-Y 스페이싱을 감소시킨다.
따라서, 셀룰로오스 웹(20)과 양키 간에 더욱 빈번하고 밀접하게 스페이스된 접착이 일어난다. 본 발명의 이점중 하나는, 웹의 날인 및 양키로의 전달이 동시에 일어나, 종래 기술의 분리 압축 닙을 포함하는 다수의 동작 단계를 제거하는 것이다. 또한, 종래 기술에서와 같이 영역을 바로 날인하기 보다는 종이의 거의 전체 접촉부를 양키로 전달함으로써, 전체 접촉 건조가 달성될 수 있다.
바람직하다면, 상술한 바와 같이 너클 패턴(42)을 가진 날인 패브릭 대신에,무늬 위브(jacquard weave) 또는 제본용(dobby) 위브를 가진 벨트가 이용될 수 있다. 그런 벨트는 날인 부재(30) 또는 보강 구조물로서 이용될 수 있다. 무늬 위브 또는 제본용 위브를 가진 예시적인 벨트는 1995년 7월 4일자로 치우 등에게 허여된 미국 특허 제5,429,686호 및, 1997년 9월 30일자로 웬트 등에게 허여된 미국 특허 제5,672,248호에 기술되어 있다.
모세관 탈수 부재
모세관 탈수 부재(60)는 탈수 펠트일 수 있다. 탈수 펠트는 거시적 모노플래이너이다. 탈수 펠트의 평면은 X-Y 방향을 정한다. 제 2 적층의 Z-방향은 X-Y 방향 및 탈수 펠트의 평면에 수직이다.
적당한 탈수 펠트는, 니들(needle)함으로서와 같이 직물 방직 섬유로 형성된 2차 베이스에 접합된 천연 또는 합성 섬유의 부직 배트(batt)를 포함한다. 2차 베이스는 섬유의 배트를 위한 지지 구조물 역할을 한다. 부직 배트가 형성될 수 있는 적당한 물질은 울과 같은 천연 섬유와, 폴리에스테르 및 나일론과 같은 합성 섬유를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 배트가 형성되는 섬유는 방직 섬유 길이의 9000 미터당 약 3 그램 및 약 20 그램 간의 데니어를 가질 수 있다.
탈수 펠트는 계층 구성을 가질 수 있고, 섬유 타입 및 사이즈의 혼합물을 포함할 수 있다. 펠트의 층은, 날인 부재(30)의 표면을 제 1 펠트 표면으로부터 제 2 펠트 표면으로 떨어져 접촉한 웹으로부터 수용된 물의 수송을 촉진시키도록 형성된다. 압력 롤(35)과 접촉하여 펠트 표면에 인접한 펠트 층의 밀도 및 관공(pore) 사이즈와 비교되듯이, 펠트 층은 날인 부재(30)의 배면(32)과 접촉하여 펠트 표면에인접한 비교적 고밀도 및 비교적 작은 관공 사이즈를 가질 수 있다.
탈수 펠트는 약 5 및 약 30 분당 입방 피트(cfm)의 투기도(0.002 ㎥/sec - 0.142 ㎥/sec)를 가지며, 50 cfm 이하의 투기도(0.24 ㎥/sec)가 본 발명에 이용하기에 바람직하다. 투기도(cfm)는 물의 약 0.5 인치 (12.7 mm)의 탈수 펠트 두께에 걸친 압력차에서 펠트 층의 한 제곱 푸트 면적을 통과하는 분당 공기의 입방 피트의 수의 측정치이다. 이런 투기도는 핀란드 헬싱키의 밸멧사로부터 이용 가능한 밸멧 투기성 측정 장치(Model Wigo Taifun Type 1000)를 이용하여 측정된다.
바람직하다면, 다른 모세관 탈수 부재는 상술한 펠트(60) 대신에 이용될 수 있다. 예컨대, 거품(foam) 모세관 탈수 부재가 선택될 수 있다. 그런 거품은 50 미크론 이하의 평균 관공 사이즈를 갖는다. 적당한 거품은, 1993년 11월 9일자로 데스마라이스 등에게 허여된 미국 특허 제5,260,345호 및, 1997년 7월 22일자로 데스마라이스 등에게 허여된 미국 특허 제5,625,222호에 따라 형성될 수 있는데, 이들은 여기서 참조로 포함된다.
선택적으로, 제한 오리피스(orifice) 건조 매체는 모세관 탈수 부재로 이용될 수 있다. 그런 매체는 정면으로 중첩된 각종 적층으로 형성될 수 있다. 이런 적층은 종이의 섬유 간의 틈새(interstitial) 면적 보다 작은 틈새 흐름 면적을 갖는다. 적당한 제한 오리피스 건조 부재는, 1997년 5월 6일자로 엔사인 등에게 허여된 미국 특허 제5,625,961호 및, 1994년 1월 4일자로 엔사인 등에게 허여된 미국 특허 제5,274,930호에 따라 제조될 수 있는데, 이들은 여기서 참조로 포함된다.
셀룰로오스 웹(20)은 또한 본 기술 분야에 공지된 바와 같이축소(foreshorten)될 수 있다. 축소는 단단한 표면, 양호하게는 실린더로부터 웹(20)을 크레이핑(creping)함으로써 달성될 수 있다. 양키 건조 드럼(70)은 보통 이런 목적을 위해 사용된다. 크레이핑은 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 닥터 블레이드(doctor blade)로 달성된다. 크레이핑은 1992년 4월 24일자로 소다이에게 허여된 미국 특허 제4,919,756호에 따라 달성될 수 있는데, 이는 여기서 참조로 포함된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 축소는 1984년 4월 3일자로 웰즈 등에게 허여된 미국 특허 제4,440,597호에서 제시된 바와 같이 습식 미소 단축(microcontraction)에 의해 달성될 수 있는데, 이는 여기서 참조로 포함된다.
종이
본 발명에 따라 제조된 티슈지는 거시적 모노플래이너인데, 티슈지의 평면은 X-Y 방향을 설정하고, 여기에 직각인 Z-방향을 갖는다. 본 발명의 티슈지는 2개의 영역을 갖는다. 제 1 영역은 날인 부재(30)의 너클 패턴(42)에 날인되는 날인 영역을 포함한다. 티슈지의 제 2 영역은 날인 영역에 걸쳐 분산된 다수의 돔(dome)을 포함한다. 이런 돔은 일반적으로 기하학적 형태이고, 제지 시에, 날인 부재(30)의 편향 도관(46)에 대한 적소에 위치해 있다.
제 1 영역은 다수의 날인 영역을 포함할 수 있다. 제 1 의 다수의 영역은 X-Y 평면내에 놓여 있고, 제 2 의 다수의 영역은 X-Y 평면으로부터 외향으로 연장한다. 제 2 의 다수의 영역은 제 1 의 다수의 영역 보다 저밀도를 갖는다. 제 1 및 2 영역의 밀도는 1994년 1월 11일자로 판 등에게 허여된 미국 특허 제5,277,761호 및, 1995년 4월 22일자로 판 등에게 허여된 미국 특허 제5,443,691호에 따라 측정될 수 있는데, 이들 양자 모두는 여기서 참조로 포함된다.
상술한 바와 같이 축소 동안에, 하나 이상의 축소 릿지(ridge)는 제 2 의 다수의 영역에 생성된다. 그런 하나 이상의 축소 릿지는 Z 방향의 평면에서 떨어져 일정한 간격을 이루게 된다.
본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 정신 및 범주내에서 다양한 변경 및 수정이 행해질 수 있다. 그런 모든 수정 및 변경은 본 발명의 범주내에서 가능하다.

Claims (10)

  1. 날인 부재를 포함하는 셀룰로오스 웹을 탈수하는 장치로서,
    날인 부재는 수지 너클 패턴을 가진 보강 구조물을 포함하고, 약 0.05 내지 약 0.28 범위의 상대 공극 체적을 가지는, 셀룰로오스 웹 탈수 장치.
  2. 제 2 항에 있어서,
    상기 너클 패턴은 약 0.15 밀리미터이하의 간격만큼 상기 보강 구조물로부터 외향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 웹 탈수 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 날인 부재는 배출될 물의 체적을 함유한 셀룰로오스 웹을 운반하는 배면 및 상면을 가지는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 웹 탈수 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 웹으로부터 배출된 물의 체적 대 상기 날인 부재의 절대 공극 체적의 비율은 적어도 약 0.5인 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 웹 탈수 장치.
  5. 직포를 포함하는 셀룰로오스 웹을 탈수하기 위한 날인 부재로서,
    상기 날인 부재는 약 0.3 이하인 상대 공극 체적을 가지는, 셀룰로오스 웹탈수용 날인 부재.
  6. 제 14 항에 있어서,
    상기 직포는 샌드되는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 웹 탈수용 날인 부재 장치.
  7. 샌드되지 않은 직포를 포함하는 셀룰로오스 웹을 탈수하기 위한 날인 부재로서,
    상기 날인 부재는 약 0.4 이하인 상대 공극 체적을 가지는, 셀룰로오스 웹 탈수용 날인 부재.
  8. 제 7 또는 9 항에 있어서,
    상기 날인 부재는 배출될 물의 체적을 함유한 셀룰로오스 웹을 운반하는 배면 및 상면을 가지며, 상기 셀룰로오스 웹으로부터 배출된 물의 체적 대 상기 날인 부재의 절대 공극 체적의 비율은 적어도 약 0.5인 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 웹 탈수용 날인 부재.
  9. 셀룰로오스 웹으로부터 물을 제거하는 공정으로서,
    나란히 배치된 제 1 롤 및 제 2 롤을 제공하여, 그 사이에 닙을 형성하는 단계,
    물의 체적을 함유한 셀룰로오스 웹을 제공하는 단계,
    상기 웹을 날인하기 위한 상면 및, 이런 상면과 대향한 배면을 가지고, 절대 공극 부재를 가진 날인 부재를 제공하는 단계,
    상기 날인 부재의 시트 측면상에 상기 셀룰로오스 웹을 위치시키는 단계,
    상부면 및 하부면을 가진 모세관 탈수 부재를 제공하는 단계,
    상기 모세관 탈수 부재의 상부면을 상기 날인 부재의 배면과 나란히 배치시키는 단계,
    상기 셀룰로오스 웹, 상기 날인 부재 및 상기 모세관 탈수 부재를 상기 닙 내에 삽입하는 단계로서, 상기 셀룰로오스 웹은 상기 제 1 롤과 접촉해 있고, 상기 모세관 탈수 부재의 하부면은 상기 제 2 롤과 접촉해 있음으로써, 상기 물의 체적은 상기 날인 부재를 통해 상기 셀룰로오스 웹으로부터 배출되며, 상기 날인 부재는 상기 셀룰로오스 웹과 상기 모세관 탈수 부재 간의 수압식 연결부를 형성하여, 상기 웹으로부터 배출된 물의 체적 대 상기 날인 부재의 절대 공극 체적의 비율이 적어도 약 0.5이도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 웹으로부터의 물 제거 공정.
  10. X-Y 평면을 설정하고, 여기에 직각인 Z-방향을 가진 티슈지로서,
    상기 티슈지는 평면내에 놓인 제 1 의 다수의 영역 및, 상기 평면으로부터 외향으로 연장한 제 2 의 다수의 영역을 포함하는데, 상기 제 2 의 다수의 영역은 상기 제 1 의 다수의 영역 보다 저밀도를 가지며, 상기 제 2 의 다수의 영역은 하나 이상의 축소 릿지를 가지고, 상기 하나 이상의 축소 릿지는 Z 방향의 평면에서 떨어져 일정한 간격을 이루게 되는 것을 특징으로 하는 티슈지.
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