KR20030044921A - 입자 포착 시스템 - Google Patents

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KR20030044921A
KR20030044921A KR1020027017866A KR20027017866A KR20030044921A KR 20030044921 A KR20030044921 A KR 20030044921A KR 1020027017866 A KR1020027017866 A KR 1020027017866A KR 20027017866 A KR20027017866 A KR 20027017866A KR 20030044921 A KR20030044921 A KR 20030044921A
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cleaning
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콜린 더블유. 브라운
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에스.씨. 존슨 앤드 선, 인코포레이티드
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    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L13/00—Implements for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L13/10—Scrubbing; Scouring; Cleaning; Polishing
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    • A47L13/40—Cleaning implements actuated by electrostatic attraction; Devices for cleaning same; Magnetic cleaning implements

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Abstract

본 발명은 표면을 청소하여 상기 표면으로부터 입자를 제거하기 위한 청소 쉬트에 관한 것이다. 상기 청소 쉬트는 입자를 수집 및 유지하기 위한 입자 유지층을 포함한다. 상기 입자 유지층은 상기 층의 최소한 일부분상에 석출된 일렉트릿 왁스를 포함한다.

Description

입자 포착 시스템{PARTICLE ENTRAPMENT SYSTEM}
일반적으로, 청소할 표면으로부터 먼지를 제거하기 위한 먼지 제거용 천(dust cloth)이 알려져 있다. 대표적으로, 이와 같이 알려져 있는 먼지 제거용 천은 직포 또는 부직포로 이루어지고, 흔히 먼지를 유지하기 위한 축축한 유성 물질이 분무 또는 코팅되어 있다. 그러나, 이와 같이 알려져 있는 먼지 제거용 천은 사용후 표면상에 유성 막을 남길 수 있다.
다른 알려져 있는 먼지 제거용 천으로는 얽힌 부직 섬유(non-woven entangled fiber)들이 있는데 상기 얽힌 섬유들의 사이에는 먼지를 유지하기 위한 공간부가 형성되어 있다. 대표적으로, 상기 얽힌 섬유들은 상기 천에 추가의 강도를 제공할 수 있는 망상구조 그리드(network grid) 또는 스크림(scrim) 구조체에 의해 지지된다. 그러나, 이러한 천들은 사용시에 먼지로 포화(즉, 먼지 축적)될 수 있고 및/또는 조밀한 입자, 큰 입자 또는 기타 부스러기를 포착하는데 있어서완전히 효과적이지 못할 수 있다.
따라서, 먼지 및 부스러기를 포착 및 유지할 수 있는 청소 쉬트(cleaning sheet)을 제공하는 것이 유익했을 것이다. 또한, 향상된 집진 능력을 갖는 청소 쉬트를 제공하는 것이 유익했을 것이다. 또한, 유성 스프레이를 사용하지 않고 부스러기를 끌어당기는 청소 쉬트를 제공하는 것이 유익했을 것이다. 또한, 부스러기의 비교적 크고 및/또는 조밀한 입자를 유지하는 청소 쉬트를 제공하는 것이 유익했을 것이다. 또한, 이러한 유익한 특징들 또는 기타 유익한 특징들중 한 가지 이상의 특징을 포함하는 청소 쉬트를 제공하는 것이 유익했을 것이다.
일반적으로, 본 발명은, 예를 들어 가정 또는 작업 환경에서 표면을 청소하는 등의 용도로 사용하기 위한 청소 쉬트(cleaning sheet)에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 큰 입자 및/또는 기타 부스러기(debris)를 수집 및 유지하기 위한 청소 쉬트 분야에 관한 것이다.
도 1은 모범적인 구현예에 따른 청소 도구의 사시도이다.
도 2는 모범적인 구현예에 따른 도 2의 선 2-2를 따라 절취한 청소 쉬트의 단면도이다.
도 3은 또 다른 모범적인 구현예에 따른 청소 쉬트의 단편적인 부분 분해 조립 단면도이다.
도 4는 또 다른 모범적인 구현예에 따른 청소 쉬트의 단편적인 부분 분해 조립 단면도이다.
도 5는 또 다른 모범적인 구현예에 따른 청소 쉬트의 단편적인 부분 분해 조립 단면도이다.
도 6은 적당한 구현예에 따른 청소 쉬트의 스크림의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 적당한 구현예에 따른 청소 쉬트의 단편적인 평면도이다.
도 8은 본 발명의 적당한 구현예에 따른 청소 쉬트의 구멍을 보여주는 단편적인 평면도이다.
도 9는 응력 변형 곡선으로서, 수직축은 응력을 나타내고, 수평축은 변형을 나타내고, O는 원점을 나타낸다.
도 10은 왁스에 일렉트릿을 부여하기 위한 장치의 단면도이다.
도 11은 도 10에서 도시한 장치를 이용하여 형성한 일렉트릿 왁스의 단면도이다.
도 12는 일렉트릿층과 마이크로파이버층을 구비한 청소 쉬트의 단면도이다.
도 13은 불연속적인 패턴으로 분포된 일렉트릿 왁스를 포함하는 청소 쉬트의 평면도이다.
도 14는 줄의 패턴으로 분포된 일렉트릿 왁스를 포함하는 청소 쉬트의 단면도이다.
도 15는 입자 유지층의 함몰부에 석출된 일렉트릿 왁스를 보여주는 도 3의청소 쉬트의 단면도이다.
일반적으로, 본 발명은, 예를 들어 가정 또는 작업 환경에서 표면을 청소하는 등의 용도로 사용하기 위한 청소 쉬트(cleaning sheet)에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 큰 입자 및/또는 기타 부스러기를 수집 및 유지하기 위한 청소 쉬트 분야에 관한 것이다.
입자 포착 시스템(particle entrapment system) 또는 청소 쉬트가 제공된다. 상기 청소 쉬트는 테이블, 마룻바닥, 가구 제품 등의 표면으로부터 입자 또는 기타 부스러기를 청소 및 제거하는데 유용하다. 상기 청소 쉬트는 부스러기 유지력(debris retention) 및/또는 강도를 증가시키기 위한 다수의 층 또는 쉬트들을 구비할 수도 있다. 대표적으로, 상기 쉬트는 입자를 수집 및 유지하기 위한 일렉트릿 물질(electret material)을 함유하는 입자 유지층을 구비한다. 상기 일렉트릿 물질은 상기 입자 유지층의 최소한 일부분에 석출 및/또는 함침되는 일렉트릿왁스이다.
또한, 상기 쉬트는 상기 입자 유지층의 최소한 일부분을 씌우는 외층(예, 커버층)을 구비할 수도 있다. 상기 커버층은 부스러기를 포착 및/또는 끌어당길 수 있는 다수의 구멍들을 구비할 수 있다. 상기 구멍들은 상기 커버층의 실제적인 부분을 구성할 수 있고, 대표적으로는 약 1.0 mm2이상의 단면적을 가질 수 있다. 적당한 커버층의 예로는 약 1.0 내지 약 10.0 mm2의 평균 단면적의 다수의 구멍들을 갖는 재료가 있다. 일반적으로, 상기 커버층은 먼지 유지력(dust retention)이 낮은 재료로 이루어진다(예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 천공 쉬트). 상기 커버층은 먼지 유지력이 낮은 재료로 이루어지고 다수의 관통 구멍을 구비한다.
또한, 상기 청소 쉬트를 구비하는 청소 도구가 제공된다. 상기 청소 도구는 상기 청소 쉬트에 연결하기에 적합한 청소 헤드(cleaning head)를 구비할 수 있다. 상기 청소 쉬트(들)는 표면을 청소하기 위한 청소 도구 키트(cleaning utensil kit)의 일부 형태로 포장될 수도 있다. 상기 키트는 상기 쉬트에 연결하기에 적합한 청소 헤드와, 상기 청소 헤드에 연결하기 위한 손잡이를 구비할 수 있다.
또한, 표면을 청소하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 청소할 표면을 상기 청소 쉬트와 접촉시키는 것을 포함한다. 상기 청소할 표면의 부스러기는 입자 유지층으로 끌어당겨져서 상기 청소 쉬트에 유지될 수 있다.
상기 청소 쉬트의 다수의 구현예들에 있어서, 상기 입자 유지층은 커버층,배킹 쉬트(backing sheet) 또는 배킹층 또는 코어층(core layer)일 수 있다. 상기 입자 유지층은 균일한 평면 쉬트이거나, 또는 돌출부 및 함몰부를 갖는 등고선 표면일 수도 있다. 대표적으로, 상기 입자 유지층의 입자 수집력 및/또는 입자 유지력(retention capacity)을 향상시키기 위해, 일렉트릿이 되어진 왁스 등의 일렉트릿 재료가 상기 입자 유지층의 최소한 일부분에 석출 또는 함침되어 있다.
또한, 부스러기를 수집 및 유지하기 위한 청소 도구를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 직조 섬유, 또는 부직 섬유 및/또는 발포체(foam) 등의 입자 유지 재료를 형성하는 것을 포함한다. 상기 방법은 상기 입자 유지 재료의 최소한 일부분에 비일렉트릿 왁스(non-electret wax)를 도포하는 것을 포함한다. 최소한 상기 왁스에서 영구 전하를 유도하기 위하여 전기장이 쉬트에 인가된다. 일반적으로, 이것은 상기 입자 유지 재료를 실제적으로 연화시키지 않고 상기 왁스를 용융시키기에 충분한 온도까지 상기 쉬트를 가열함으로써 달성된다. 상기 왁스가 용융 상태로 존재하는 동안, 전기장이 쉬트에 인가된다. 상기 전기장은 상기 왁스를 전기적으로 대전시키기에 충분한 크기 및 기간을 갖는다. 예를 들어, 이것은 상기 쉬트를 상기 용융 왁스와 함께 코로나 방전시킴으로써 달성될 수 있다. 다음에, 상기 대전된 왁스는 냉각되어 응고됨으로써 비교적 영구적으로 대전된다.
또한, 본 발명의 쉬트는 용융 왁스를 입자 유지층에 도포함에 따라 상기 용융 왁스에 전기장을 인가하는 방법에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 왁스가 전기장을 통과하면서 용융 상태로 유지되도록 용융 왁스가 연속 또는 불연속적인 패턴으로 입자 유지 재료 층의 부분들상에 분무될 수 있다. 일반적으로, 상기 왁스가 상기 입자 유지 재료와의 접촉시에 또는 접촉후 바로 응고되도록 상기 입자 유지 재료를 충분히 낮은 온도로 유지하는 것이 유익하다.
대표적으로, 상기 청소 쉬트는 상대량의 유연성(flexibility)을 보존하기 위하여 비교적 낮은 총괄 파괴 강도(overall breaking strength)를 갖는다. 본원에서 사용되는 용어 "파괴 강도"는 상기 청소 쉬트가 인장 하중이 인가될 때 파괴되기 시작하는 하중값(즉, 인장 강도 측정시의 첫번째 피이크 값)을 의미하는 것이다. 그러나, 상기 쉬트의 파괴 강도는 사용시에 상기 청소 쉬트의 벗겨짐(shedding) 또는 찢어짐(tearing)을 방지하도록 충분히 높아야 한다. 대표적으로, 상기 청소 쉬트의 파괴 강도는 최소한 약 500g/30cm이며, 본원에서 설명한 청소 도구와 함께 사용하기 위하여는 1,500g/30cm 내지 4,000g/30cm의 파괴 강도를 갖는 청소 쉬트가 적당하다.
청소 도구 또는 장착 구조체 등과 함께 사용하고자 하는 경우, 대표적으로 상기 청소 쉬트는 주름잡힘(bunching) 또는 구겨짐(pucking)을 억제하는 것을 돕도록 비교적 낮은 총괄 신장율을 가진다. 본원에서 사용되는 용어 "신장율"은 500g/30mm의 인장 하중이 인가되는 경우의 상기 청소 쉬트의 신장율(%)을 의미하는 것이다. 예를 들어, 상기 청소 쉬트가 고정적으로 장착되는 자루걸레 또는 유사한 청소 도구와 함께 사용하고자 하는 경우, 본 발명의 청소 쉬트는 대표적으로 약 25% 이하의 신장율, 바람직하게는 약 15% 이하의 신장율을 가진다.
본원에서 사용되는 용어 "표면" 및 "청소할 표면"은 광범위한 용어로서, 제한적인 용어로 사용하려는 것이 아니다. 이러한 용어 "표면"에는 실질적으로 단단하거나 딱딱한 표면(예를 들어, 가구 제품, 테이블, 선반, 마룻바닥, 천정, 단단한 건구, 가정 용구 등), 및 비교적 더 부드럽거나 또는 반경질의 표면(예, 깔개, 양탄자, 부드러운 건구, 리넨, 의류 등)이 포함된다.
본원에서 사용되는 용어 "부스러기"(debris)는 광범위한 의미로서, 제한적인 용어로 사용하려는 것이 아니다. 먼지 및 기타 미립자 물질 외에도, 상기 용어 부스러기에는, 통상적인 먼지용 넝마에 의해서는 수집될 수 없는 것으로 큰 크기의 오물, 음식물 입자, 빵부스러기, 흙, 모래, 솜부스러기, 섬유 부스러기 및 털과 같이, 1 mm 이상의 평균 직경을 갖는 비교적 큰 크기의 미립자 물질 외에도, 먼지 및 기타 미립자 물질이 포함된다.
본원에서, 상기 청소 쉬트 및/또는 이를 사용 또는 형성하는 방법의 여러 가지 구현예들에 관하여 설명한다. 본원에서 설명되는 여러 가지 구현예들은 단순히 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하려는 의미가 있는 것은 아니다. 본원에서 설명되는 여러 가지 구현예들은 여러 가지 실례들을 제공하기 위한 것으로서, 상기 여러 가지 구현예들의 설명들이 중복 범위를 가질 수도 있으므로 반드시 여러 가지의 변형예 설명으로는 해석되지 않는다.
미립자 물질 및 기타 부스러기(예를 들어, 먼지, 흙, 기타 공기 운반 물질, 솜부스러기, 털 등)를 수집하고, 끌어당기고 유지하기 위한 청소 쉬트의 일례가 도 1에서 먼지제거용 패드(dusting pad; 10)로서 도시되어 있다. 상기 패드(10)는, 미립자 물질(도 2에서 부스러기(68)로 도시함)을 끌어당기고(예, 수집) 및 유지하기 위한 것으로, 정전기력이 영구적으로 대전되어 있는 "일렉트릿" 베이스 또는 코어 입자 유지층(30)을 구비한다. 상기 패드(10)가 청소할 표면(도 1에서 작업 표면(66)으로 도시함)을 따라 이동하는 때 부스러기(68)가 상기 입자 유지층(30)내로 끌어당겨진다. 코어(30)의 공극(공동부(34)로서 도시함)은 패드(10)의 공동부(32)내에 부스러기(68)를 유지 및/또는 포착한다(예를 들어, 도 2 참조).
또한, 상기 미립자 물질은 이를 상기 일렉트릿 물질내에 포착하여 유지하기 위하여 일렉트릿 물질의 전부 또는 일부를 씌우거나 또는 감쌀 수 있는 커버 쉬트에 의해 유지될 수도 있다. 바깥 또는 커버층(20)은 비교적 낮은 부스러기 유지 력을 갖는(즉, 부스러기를 상당히 끌어 당기거나 또는 수집하지 않는) 재료로 이루어질 수 있으며, 일반적으로 코어보다 더욱 낮은 부스러기 유지력을 가짐으로써 커버층(20)의 외측 표면은 부스러기(68)이 실제적으로 없는 상태로 유지된다. 먼지를 상당히 끌어당기지 않는 모범적인 재료의 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 천공 쉬트가 있다. 대표적으로, 상기 커버 쉬트는 약 10g/m2이상의 미립자 물질, 더욱 적당하게는 약 1 내지 5 g/m2의 입자 물질을 유지하도록 구성된다.
1. 입자 유지층
본 발명의 청소 쉬트는 입자 유지층을 구비하며, 상기 입자 유지층의 최소한 일부는 일렉트릿 물질(즉, 영구히 전기적으로 대전되어진 것)이다. 상기 쉬트는 커버층(20)에 이웃하여 패드(10)내에 위치하는 입자 유지층(32)을 포함하는 코어(30)를 구비한다. 다른 구현예에서, 상기 청소 쉬트는 단순히 입자 유지층으로만 이루어질 수 있다(예를 들어, 부직 마이크로파이버의 스크림-지지층 및 상기 지지층의 최소한 일부분에 일렉트릿 왁스가 코팅된 것). 입자 유지층(32)의 공동부(34)는 상당량의 부스러기(68)를 포착하여, 수집 및 유지한다. 예를 들어, 부스러기가 상기 공동부의 벽과 접촉하면서 파묻혀질 수 있다. 적당한 구현예에 따라, 상기 입자 유지층은 성형 직물, 유연한 재료의 연속적인 쉬트, 또는 재료의 다중 쉬트일 수 있다. 도 2를 참조하면, 공동부(34)는 코어(30)내에 불규칙하게 분포된 공극들로 이루어질 수 있다. 도 2에서 도시한 바와 같이, 공동부(34)는 원형 외에도, 라운드진 형상, 톱니형상, 불규칙한 형상들중 어떤 형상 또는 상기 형상들의 조합 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 공동부는 사각 형상, 별 형상, 타원 형상, 또는 불규칙 형상을 가질 수 있다. 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 공동부들은 규칙적인 패턴으로 배치될 수 있고 불규칙적으로 배열될 수도 있다.
상기 공동부의 크기 및 깊이는 포착된 부스러기가 청소되는 표면을 긁거나 손상시키지 않도록 충분한 크기의 "포켓" 또는 공동부를 형성하기에 충분히 큰 것이 바람직하다. 그러나, 상기 공동부는 부스러기가 공동부와 접촉하기 어려울 정도로 깊지 않은 것이 바람직하다. 대표적으로, 상기 공동부는 유지하고자 하는 입자의 크기에 부분적으로 의존하여 약 1 내지 10 mm의 평균 폭, 더욱 적당하게는 2 내지 5 mm의 평균폭을 가진다. 상기 공동부는 대표적으로 약 0.1 내지 5 mm의 평균 깊이, 더욱 적당하게는 1 내지 3 mm의 평균 깊이를 가진다.
도 3은 청소 쉬트의 모범적인 구현예인 패드(110)의 단면을 도시한다. 패드(110)는 코어(30)의 구조가 변화된다는 점에서 패드(10)와 실제적으로 상이한 것이다. 이러한 변형외에, 도 3에서 도시한 패드(110)의 구조, 성능 및 기능은 패드(10)와 실질적으로 동일하고, 동일 요소를 나타내기 위해 동일 도면 부호가 사용된다. 패드(110)의 코어(130)는 함몰부(134)로서 도시한 공극을 형성하도록 구성된다. 외측으로 연장되고 유연하고 반경질인 핑거(136)로 도시한 돌출부는 코어(130)로부터 커버층(20)을 향해 연장되어 있다. 핑거(136)는 일반적으로 사각 형상을 갖지만, 다른 구현예에 따라 다른 형상(예, 지그재그형, 라운드형, 웨이브형 등)을 가질 수도 있다. 핑거(136)는 줄 형태의 패턴으로 배열되어 있지만, 다른 적당한 구현예에 따라 다른 패턴 또는 모양(예, 원형, 무작위형 등)으로 배열될 수도 있다. 핑거(136)는 두 개의 돌출부들의 사이에서 부스러기(68)를 유지하기 위한 함몰부(134)를 한정한다. 함몰부(134)내에 유지되는 때, 부수러기(68)는 커버층(20)에 의하여 패드(110)의 내부로부터 빠져나오는 것이 실제적으로 방지된다.
도 4는 청소 쉬트의 또 다른 모범적인 구현예인 패드(210)를 도시한다. 패드(210)는 코어(30)의 구조가 변화되고 코어(30)의 재료가 변화된다는 두 가지의점에서 패드(10)와 실질적으로 상이한 것이다. 이러한 변형 외에, 패드(210)의 구조, 성능 및 기능은 패드(10)와 실질적으로 동일하고, 동일 요소를 나타내기 위해 동일 도면 부호가 사용된다. 패드(210)의 코어(230)는 부스러기(68)를 유지하기 위한 공극(함몰부(234)로서 도시함)이 형성되도록 하는 형상을 가진다. 상부 커버층(20)은 하부 커버층(20)과의 사이에서 코어(230)를 개재하고있다. 돌출부(236)가 코어(230)로부터 연장됨으로써 함몰부(234)가 형성된다. 돌출부(236)는 일반적으로 무딘 형상을 가지며 경사벽(240)을 포함한다. 상기 돌출부(236)의 경사벽은 부스러기(68)를 수집 및 유지하기 위한 함몰부(234)에 추가의 표면적을 제공한다. 도 4에서 도시한 바와 같이, 돌출부(236)들은 줄의 형태 또는 물결 모양으로 배열되어 있다. 상부 입자 유지 표면(232)의 돌출부(236)들은 하부 입자 유지 표면(238)의 함몰부(234)에 대응하도록 번갈은 형태로 배열되어 있는 것으로 도시되어 있다. 다른 적당한 구현예에 따라, 상기 돌출부 및 공극(즉, 함몰부)들은 여러 가지의 다른 형태로 배열될 수도 있다(예를 들어, 상부 입자 유지 표면의 돌출부가 하부 입자 유지 표면의 돌출부에 대응하고 줄 형상 또는 웨이브 형상으로 배열됨). 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같은 다른 적당한 구현예에 따라, 입자 유지층(즉, 코어)은 최소한 두 개의 면을 가지며, 공극(즉, 공동부)들이 상기 입자 유지층의 각각의 면에 배열된다.
도 5는 청소 쉬트의 또 다른 모범적인 구현예인 패드(310)를 도시한다. 패드(310)는 코어(30)의 구조가 변화되고 코어(30)의 재료가 변화된다는 두 가지 점에서 패드(10)과 실질적으로 상이한 것이다. 이러한 변화외에, 패드(310)의 구조,성능 및 기능은 패드(10)와 실질적으로 동일하고, 동일 요소를 나타내기 위해 동일 도면 부호가 사용된다. 패드(310)의 코어(330)는 부직 섬유의 얽힌 그물 구조로 구성되는 것으로 도시되어 있다. 부스러기를 포착하기 위한 공극들은 상기 얽힌 섬유들 사이의 공간부로 구성된다(즉, 부스러기는 코어를 구성하는 섬유들의 사이에 유지된다). 다른 적당한 구현예에 따라, 상기 코어는 여러 가지의 구조로 형성된 재료들의 여러 가지 조합으로 구성될 수도 있다.
본원에서 사용되는 용어 "부직"(non-woven)은 개개의 섬유 또는 실들이 편직물에서와 같이 규칙적이거나 확인가능한 형태가 아니라 사이에 끼워져 있는 구조를 갖는 웨브(web)를 포함한다. 또한, 상기 용어는 개개의 필라멘트 및 스트랜드, 얀 또는 토우를 포함하는 외에도, 가는 섬유가 있거나 구멍이 있거나 또는 그렇지 않으면 직물과 같은 특성을 부여하기 위해 처리되어진 발포물 또는 필름을 포함한다. 부직포 또는 웨브는 멜트블로우잉법(meltblowing process), 스펀본딩법(spunbonding process) 및 본디드 카디드 웨브법(bonded carded web process) 등의 많은 방법들을 이용하여 형성되어 왔다. 일반적으로, 부직포의 평량(basis weight)은 재료의 온스/입방 야드("osy") 또는 그램/입방 미터("gsm")로 표시되고, 유용한 섬유 직경은 단순히 osy의 값에 33.91을 곱함으로써 osy로부터 gsm으로 환산될 수 있다. 다른 적당한 구현예에 따라, 상기 섬유는 직조된 것일 수도 있다.
모범적인 구현예에 따라, 웨브 또는 래티스(도 6에서 스크림(50)으로 도시함)는 부직 쉬트의 섬유들을 지지할 수도 있다. 따라서, 비교적 낮은 얽힘계수(entanglement coefficient)(예, 800m 이하)를 가지면서도 청소에 사용하기에 충분한 강도를 유지하는 쉬트의 제조가 가능하게 된다. 도 5에서 도시한 바와 같이, 스크림(scrim)이 섬유내로 일체적으로 끼워짐으로써 하나의 지지 구조를 형성할 수도 있다. 도 6에서, 스크림(60)은 망상 구조로 배열된 수직 성분(54)에 부착된 수평 성분(52)을 갖는 네트(net)를 포함한다. 스크림(50)에 매시 또는 래티스형 구조를 부여하기 위하여 수직 성분(54)와 수평 성분(52)의 사이에 공간부(구멍(56)으로 도시함)가 형성되어 있다. 여러 가지 구현에에 따라, 상기 스크림의 수평 또는 수직 성분들은 부직하거나(woven), 점 접합하거나(spot welded), 죄거나(cinched), 묶는(tied) 등의 여러 가지 방법에 따라 일제히 연결될 수 있다. 일반적으로 상기 구멍(56)의 직경은 20 내지 500 mm 이고, 더욱 적당하게는 100 내지 200 mm 이다. 대표적으로 상기 섬유들 사이의 거리는 약 2 내지 30 mm 이고, 더욱 적당하게는 약 4 내지 20 mm 이다. 또는 그렇지 않으면, 상기 부직 쉬트는, 단순히 필라멘트 둘레에 마이크로파이버를 수압직조(hydroentangling)함으로써 얻어지는 기계적 힘에 의해 적소에서 유지되는 것으로 쉬트내에 끼워진 필라멘트로 보강될 수도 있다.
상기 섬유는 스크림(50)의 각각의 면에 놓여져서 스크림(50)에 부착됨으로써 단일 종 또는 구조로서 패드(310)를 형성할 수도 있다. 다음에, 저압 워터 제트(low-pressure water jet)를 이용하여 상기 섬유들을 서로 및 스크림(50)과 얽히게 함으로써(즉, 수압직조) 부직 섬유들의 비교적 느슨한 얽힘물을 형성할 수도 있다. 상기 섬유들의 수압얽힘은 워터 제트로부터 물의 제거(예, 건조)동안에 더욱 더 증가할 수 있다. 또한 상기 스크림은 주름지거나 또는 등고선의 표면을 갖는 직물을 얻기 위한 건조동안에 어느정도 수축할 수도 있다. 또한, 상기 섬유는 여러 가지의 기타 통상적인 방법(예, 에어 레이드, 접착제, 직조 등)에 의하여 웨브(즉, 스크림)에 부착될 수도 있다. 대표적으로, 상기 섬유는 웨브상에 얽혀져서, 청소시에 웨브로부터 섬유의 벗겨짐을 방지하는 것을 돕는 단일체를 형성한다. 상기 웨브는 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스테르 등의 여러 가지 재료로 이루어질 수 있다. 대표적인 웨브(즉, 스크림)가 미합중국 특허 제 5,525,397호에 설명되어 있으며, 상기 특허의 개시내용은 참조로 본원에 통합된다.
상기 코어에서 섬유들의 얽힘 정도는 "얽힘 계수"로 측정할 수 있다. 상기 얽힘 계수는 "CD 초기 모듈러스"라고도 나타내어진다. 본원에서 사용되는 용어 "얽힘 계수"는 섬유 집합체에서 섬유 배향에 수직한 방향(크로스 머쉰 방향)을 중심으로 측정한 응력-변형 곡선의 초기 기울기를 나타내는 것이다. 본원에서 사용되는 용어 "응력"은 인장 하중값을 척 폭(chucking width)(즉, 인장 강도의 측정시 시험 스트립의 폭) 및 부직 섬유 집합체의 평량으로 나눔으로써 얻어지는 값을 의미하는 것이다. 본원에서 사용되는 용어 "변형"은 청소 쉬트 재료의 신장율 값을 의미하는 것이다.
상기 청소 쉬트를 형성하는데 사용하기에 적당한 부직 섬유 집합체는 부직 섬유 웨브로부터 어떤 강화용 필라멘트 또는 망상구조체를 제거한 후에 측정하였을 때 약 20 내지 500m, 바람직하게는 약 250m 이하의 얽힘 계수를 갖는다. 일반적으로, 얽힘 계수의 값이 작을 수록 섬유의 얽힘 정도는 작아진다. 상기 얽힘 계수는섬유의 형태 및 양, 섬유 중량, 물의 양 및 압력을 선택하여 부분적으로 제어할 수 있다(섬유의 얽힘에 대하여 설명하고 있는 미합중국 특허 제 5,525,397호의 컬럼 4의 라인 52부터 컬럼 5의 라인 26까지 참조).
상기 코어(예, 도 5에서 도시한 코어(330))는 먼지 및 보다 큰 미립자를 청소 쉬트내에 효과적으로 수집 및 유지하는데 유리할 수 있는 것으로 높은 자유도 및 충분한 강도의 섬유를 갖는 부직 집합체를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 섬유들의 얽힘에 의해 형성되는 부직포는 섬유들의 용융 또는 부착에 의해서만 형성되는 부직포보다 구성 섬유들의 더욱 높은 자유도를 수반한다. 상기 섬유들의 얽힘에 의해 형성되는 부직포는 먼지와 부직포의 섬유 사이의 얽힘을 통해 더욱 우수한 집진 성능을 나타낼 수 있다. 즉, 얽힘이 너무 강한 경우, 이동하기 위한 섬유의 자유도가 저하되고 먼지의 유지력이 감소하게 된다. 대조로, 섬유들의 얽힘이 너무 약한 경우, 부직포의 강도가 현저히 저하되고 그로인해 부직포의 가공성이 문제가 될 수 있다. 또한, 얽힘 정도가 매우 낮은 부직 집합체의 경우 부직포로부터 섬유의 벗겨짐이 더욱 더 발생할 수 있다.
본 발명의 청소 쉬트를 제조하는데 사용하기에 적당한 부직 집합체는 비교적 저압하에서 섬유 웨브(지지 필라멘트가 끼워져 있거나 또는 끼워져 있지 않은 것 또는 망상구조 쉬트)를 수압직조함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 카디드 (carded) 폴리에스테르 부직 웨브의 섬유들은 부직 섬유 웨브를 약 25 kg/cm3의 압력하에서 고속으로 분사되는 물로 처리함으로써 망상구조 쉬트와 충분하게 얽힐 수있다. 물은 실질적으로 평탄한 비다공성 지지 드럼 또는 밸트를 지나감에 따라 상기 웨브의 상부에 위치한 오리피스들로부터 분출될 수 있다. 대표적으로, 상기 오리피스들은 0.05 내지 0.2 mm의 직경을 가지며 2 m이하의 간격으로 물 공급관의 아래에서 줄지어 배열될 수 있다.
상기 섬유 집합체의 얽힘 계수가 최대 약 800m의 값으로 설정되는 경우, 섬유 집합체만으로 구성되는 쉬트는 충분한 파괴 강도 및 신장율의 값을 달성하기가 어려울 수도 있다. 섬유들을 스크림(50)과 얽히게 하여 단일체를 형성함으로써, 상기 층의 신장율이 낮게 유지되고 그 가공성이 향상될 수 있다. 동일한 얽힘 상태로 존재하는 섬유 집합체만으로 구성되는 종래의 얽혀진 쉬트와 비교하여 청소 쉬트로부터 섬유들의 벗겨짐이 현저히 방지된다.
상기 얽힘 계수가 너무 작은 경우(예, 약 10 내지 20 m), 상기 섬유들은 서로 충분히 얽히지 않게 된다. 또한, 상기 섬유와 스크림 사이의 얽힘이 불충분하게 된다. 따라서, 종종 섬유들의 벗겨짐이 일어날 수 있다. 얽힘 계수가 너무 큰 경우(예, 약 700 내지 800m), 얽힘이 너무 강하기 때문에 섬유들의 충분한 자유도가 얻어질 수 없다. 따라서, 섬유가 먼지, 털 및/또는 부스러기와 쉽게 얽히는 것이 억제될 수 있고, 쉬트의 청소 성능이 불만족스럽게 될 수도 있다.
대표적으로, 상기 청소 쉬트는 비교적 낮은 평량(basis weight)을 갖는 코어층으로서 부직 섬유 집합체(non-woven fiber aggregate)를 포함한다. 일반적으로 상기 부직 섬유 집합체의 평량은 30 내지 100 g/m2이고, 대표적으로는 75 g/cm2이하이다. 상기 부직 섬유 집합체의 평량이 약 30 g/m2이하인 경우, 먼지는 청소 작업시에 부직 섬유 집합체를 너무 쉽게 통과할 수 있고 그 집진 능력이 한정될 수 있다. 상기 부직 섬유 집합체의 평량이 너무 큰 경우(예, 약 150 g/m2이상), 일반적으로 부직 섬유 집합체내의 섬유들이 서로 충분히 얽힐 수 없게 되어 원하는 정도의 얽힘을 달성할 수 없다. 또한, 상기 부직 섬유 집합체의 가공성이 악화될 수 있고, 청소 쉬트로부터 섬유의 벗겨짐이 더욱 빈번하게 일어날 수 있다. 상기 부직 섬유 집합체내의 섬유의 데니어, 상기 부직 섬유 집합체에서 사용된 섬유의 길이, 단면 형상 및 강도는 일반적으로 성능에 관한 인자 외에도, 가공성 및 코스트를 고려하여 결정된다.
대표적으로 상기 청소 쉬트는 외측 직물층(즉, 쉬트의 청소 표면상의 재료)로서 비교적 낮은 평량을 갖는 외측 부직 섬유층 또는 네트/웨브를 구비한다. 특히 적당한 구현예에 따라, 상기 부직층 또는 네트는 약 20 내지 150 g/m2의 평량, 바람직하게는 30 내지 75 g/m2의 평량을 가진다.
상기 청소 쉬트는 섬유 또는 마이크로파이버(microfiber)로 이루어진 부직포를 구비할 수도 있다. 본원에서 사용되는 용어 "데니어"(denier)는 9000 미터 길이 섬유의 중량(그램)으로 정의된다. 상기 입자 유지층의 섬유의 데니어는 바람직하게는 약 0.1-6, 더욱 바람직하게는 약 0.5-3이다.
a. 입자 유지층의 정전 특성
입자 유지층은 전체 또는 부분적으로 일렉트릿(electret)이 될 수 있는 유전 물질을 포함할 수 있다. 일렉트릿은 장기간(예, 수 년)에 걸쳐서 정전하를 유지하는 것이다. 일렉트릿은 전기장 또는 정전기장의 비교적 영구적인 소오스인 것으로 판단된다. 따라서, 청소 쉬트(예, 입자 유지층, 커버층, 배킹층 등)에서 유전 물질을 일렉트릿으로 만들면 정전하가 청소 쉬트상에 축적될 수 있다. 이러한 정전하의 축적은 청소 과정 동안에 부스러기를 끌어 당기고, 수집하고, 포착하고 유지하기 위한 청소 쉬트의 능력을, 부스러기가 통상적인 비일렉트릿 재료에 부착하거나 또는 거기에 싸여지면서 부스러기와 물리적으로만 접촉하는 통상적인 비일렉트릿 재료와 비교하여, 향상시킬 수 있다.
외부 전기장을 인가하면 유전 재료를 "일렉트릿"으로 만들 수 있다. 상기 유전체의 분자 및 전하는 특정의 방향 또는 모멘트로 극성화 또는 배향된다. 얻어지는 일렉트릿은 영구 정전기장을 발생하는 전기 내부 체적 극성(electric internal volume polarization)을 가지는 것으로 판단된다. 상기 일렉트릿의 서로 대향하는 외측면들은 반대의 정전하를 나타낸다. 외측 표면 분자 및 전하뿐 아니라 내부 분자 및 전하도 극성화되므로, 전체 일렉트릿에 걸쳐서 정전 배향이 연장된다. 따라서, 일렉트릿의 파괴 또는 분할에 의하여 다중 일렉트릿이 얻어진다(예, 영구 자석의 파괴와 유사함).
유전 물질을 일렉트릿으로 만드는데 있어서는 유전 출발 물질 및 제조 방법에 의존하여 이형전하(heterocharge), 동형전하(homocharge) 또는 둘 모두가 수반된다. 본원에서 사용되는 "동형전하"는 이웃한 형성 전극의 극성과 동일한 부호의유전체상의 전하이다. 상기 형성 전극은 유전체에 전기장을 인가하여 유전체를 일렉트릿으로 만든다. 동형전하는 에스테르 및/또는 알콜을 함유하는 화합물에서 흔히 발생하는 것으로 판단된다. 본원에서 사용되는 "이형전하"는 형성 전극의 극성과 반대의 부호의 유전체상의 전하이다. 대표적으로 이형전하는 불안정하다. 형성 전극에 의해 전기장을 인가한 후, 이형전하의 전하량은 극성 반전이 발생하여 겉보기 평형에 도달할 때 까지 감소한다. 얻어지는 일렉트릿은 대응하는 형성 전극과 동일한 극성을 갖는 표면 전하(즉, 동형전하)를 가진다.
i. 왁스 일렉트릿
왁스는 일렉트릿이 될 수 있다. 일렉트릿 또는 비일렉트릿 상태의 왁스가 상기 청소 쉬트에 도포될 수 있다. 왁스를 일렉트릿으로 만드는 한 가지 방법은 다음과 같다. 한 가지 방법에 따라, 용융 상태의 적당한 왁스(도 10에서 파라핀(400)으로 도시함)를 콘덴서 또는 몰드(주석 포일(404)로 도시한 랩으로 씌워진 평평한 황동 접시(402))내로 주입한다. 히터(가스 버너(406)로 도시함)가 파라핀(400)의 용융을 촉진할 수 있다. 전기장의 인가시에 파라핀(400)이 완전한 유체 상태까지 용융하는 때 특히 바람직한 결과가 얻어진다. 변형예에 따라, 왁스를 용융시키지 않고 일렉트릿을 형성할 수 있다. 이러한 구현예에 있어서, 일반적으로 왁스는 전기장에 노출시키기 전에 연화 상태가 얻어지도록 가열된다.
파라핀(400)이 냉각(예, 약 실온까지)되고 응고됨에 따라, 전기장 소오스(410)에 의해 전압이 인가된다. 전기장 소오스(410)는 양의 형성 전극(412), 음의 형성 전극(414) 및 콘덴서(402)에 전기적으로 연결된 접지(416)을가지는 것으로 도시되어 있다. 파라핀(400)은 충분히 높은 전위에서 전기 응력하에 응고함으로써 전기적으로 포화된다. 일부의 왁스는 약 10V/cm의 낮은 전기장 및 약 15kV/cm의 높은 전기장에 의해 일렉트릿이 될 수 있다. 약 500-10000V의 고전위 직류 전압은 왁스내에 전하를 영구적으로 유지시키에 충분할 수 있고, 또 다른 적당한 전압은 약 11kV/cm의 전기장에 대응하는 약 1,800V이다. 적당한 구현예에 따라, AC 또는 DC 전류가 전기장을 발생할 수도 있다. 상기 전기장은 왁스를 응고시키는데 필요한 시간에 부분적으로 의존할 수 있다. 파라핀(400)이 완전히 응고하였지만 승온으로 계속 유지하는 상태에서 전기장을 제거하는 때 적당한 결과가 얻어진다. 또 다른 적당한 구현예에 따라, 상기 전하는 파라핀(400)에 약 1 시간동안 인가된다.
전극(412) 및 (414)은 약 2-5cm의 직경을 갖는 주석, 황동 또는 구리 디스크와 같은 어떤 통상적인 전극일 수 있다. 또한, 전극(412) 및 (414)은 파라핀(400)에 의한 오염을 억제하기 위하여 포일(404)로 싸여질 수 있으며, 포일(404)은 응고후 파라핀의 제거를 촉진한다. 전기장을 제거한 후, 포일(404)의 하부층은 얻어지는 일렉트릿 파라핀(400)상에 남아있을 수 있다. 포일(404)의 상부층은 제거되어, 일렉트릿을 짧게 만들도록 배열되는 느슨한 포일(도시하지 않음)로 교체될 수 있다. 얻어지는 일렉트릿 파라핀(400)의 단면도가 도 11에서 도시된다. 상기 왁스는 당업자에게 알려져있는 기타 방법에 의해서도 일렉트릿이 될 수 있다.
어떤 특별한 이론으로 한정하지 않고, 전기장이 파라핀에 인가되는 때, 분자들 또는 상기 분자들의 클러스터의 축이 전기장의 방향으로 배향됨으로써, 파라핀이 응고하는 때 분자들이 그 배향을 유지하는 것으로 판단된다. 이러한 분자 배향에 의하여 파라핀은 영구적 전기 분극을 유지할 수 있다(즉, 냉각시에 파라핀내의 분자 이중극은 인가된 전기장에 의해 결정되는 배향으로 고정된다).
얻어지는 일렉트릿은, 최소한 5 X 10-11C/cm2, 적당하게는 약 1 X 10-10C/cm2내지 2 X 10-9C/cm2, 그리고 어쩌면 약 30 kV/cm 내지 1.7 nC/cm2정도로 높은 양으로 존재하는 분극 전하를 가질 수 있다. 얻어지는 일렉트릿 왁스의 전하가 장기간에 걸쳐서 사라지는 것으로는 판단되지 않는다. 예를 들어, 미합중국 특허 제 2,284,038호는 일렉트릿 왁스가 최소한 수 년간 남아있게 되는 것으로 예상하고 있다. 일렉트릿 왁스의 제조에 관한 추가의 정보에 대하여는, 일렉트릿 왁스의 제조를 설명하고 있는 미합중국 특허 제 2,986,524호를 참조하며, 상기 특허의 개시내용은 본원에 참조로 통합된다.
ii. 적당한 왁스
본원에서 사용되는 "왁스"는 상온에서 가소성 고체이고 적당히 승온되는 때 낮은 점도의 액체가 되는 물질이다. 가용성 왁스는 약 실온에서 고체 상태로 존재하고, 보통은 제조동안 청소 시이트의 용융, 연소 또는 연화를 회피하기 위하여 약 40 내지 80 ℃의 용융점을 가진다. 이러한 적당한 왁스의 예로는 이러한 범위의 용융점을 갖는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 및 플루오르 중합체 왁스가 있다. 기타 적당한 왁스는 특히 일렉트릿이 된 후 청소 쉬트에 도포되는 경우 85 ℃이상의 용융점을 가질 수 있는 것이다. 일렉트릿 왁스는 왁스가 일렉트릿이 된 후에 용융하는 경우 그의 전하를 상실 할 수 있다(예를 들어, 전하의 극성이 불규칙해 질 수 있다). 적당한 구현예에 따라, 냉각시에 비교적 낮은 수축 계수를 갖는 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 청소 쉬트의 경도가 너무 커지는 것을 회피하기 위하여, 약 45 내지 70 ℃의 범위의 어느 정도 비교적 낮은 융점의 왁스를 사용하는 것이 가끔 유익하다. 또한, 이것은 비교적 낮은 침투 경도값(penetration hardnesss value)(ASTM D 1321에 의해 측정함)을 갖는 왁스를 선택함으로써 달성될 수도 있다.
왁스는 비교적 가소성이므로, 비교적 약한 열의 적용시 압력하에서 변형 또는 유연성이 있을 수 있다. 파라핀 등의 적당한 왁스는 비교적 유연성이 있고 청소 쉬트의 외형을 따르도록 도포될 수 있다. 또한, 카나우바 왁스와 같은 큰 경도를 갖는 왁스도 허용가능하다. 너무 단단한 왁스는 청소시에 청소 쉬트로부터 전단 또는 제거될 수 있다. 이러한 쉬트로부터 왁스의 제거는 왁스가 쉬트로부터 청소할 표면에 전달될 수 있다는 단점이 있다. 또한, 더욱 높은 경도의 왁스를 사용하면 청소 쉬트가 단단해 질 수 있다. 물론, 쉬트의 강성은 입자 유지층을 형성하기 위해 사용되는 재료, 이러한 층의 형태, 이용되는 왁스이 유형, 상기 층에 존재하는 왁스의 양 및 위치를 포함한 여러 가지 파라미터의 함수일 수 있다. 일반적으로, 적당한 왁스는 그 개시내용이 본원에 참조로 통합되는 ASTM D 1321에 따라 측정하였을 때 25 ℃에서 최소한 약 0.2 mm, 바람직하게는 25 ℃에서 약 0.5 내지 3 mm의 침투 경도를 갖는다.
고체 상태의 왁스의 색상은 백색이거나 또는 투명하고 쉽게 분해 또는 변색하지 않는 것이 바람직하다. 적당한 무색 왁스로는 파라핀, 트리스테아린 왁스와 같은 수소화 왁스 및 기타 수소화 식물성 왁스가 있다. 기타 적당한 왁스로는 황오렌지색을 띨 수 있는 것으로 밀랍 및 카나우바 왁스 등의 색상있는 왁스가 있다. 적당한 구현예에 따라 천연 왁스는 방부제로 처리되어 세균 및/또는 해충에 의한 분해 또는 오염을 억제할 수 있다.
적당한 왁스는 비교적 장기간 동안 일렉트릿을 유지하여야 한다. 주위 공기의 이온화, 습도 및 수분과 같은 일렉트릿 중화 변수가 이러한 일렉트릿 왁스에 약간 영향을 미칠 수 있다. 아마도 대기중의 온도, 습도 및 고도의 변화는 일렉트릿 왁스에 그다지 영향을 미치지 않을 것이다. 이러한 중화 변수는 비교적 짧은 기간(예, 수 시간)내에 사라지게 함으로써 일렉트릿상의 유효 전하를 회복함으로써 최소화될 수 있다. 또한, 이러한 중화 변수는 제거될 때 까지 일렉트릿의 표면을 감싸는 얇은 수층 또는 포일층(예, 쇼트 회로)의 제거에 의하여 또는 당업자에 알려져 있는 기타 방법에 의하여 CaCl2등의 건조 물질로 포장함으로써 최소화될 수도 있다.
적당한 왁스는 형성 전극에 의해 대전된 후 영구 전기 모멘트를 가질 수 있다. 이러한 범주의 왁스로는 벌이 분비하는 밀랍과 같은 곤충 및 동물 왁스가 있다. 밀랍은 64 ℃의 용융점, 25 ℃에서 2.0 mm 및 43.3 ℃에서 7.6 mm의 경도(침투)를 갖는다. 또한, 적당한 왁스로는 식물성 왁스, 수지 및 로진이 있다. 식물성 왁스로는 칸데릴라, 오리큐리, 일본 왁스, 오리큐리 왁스, 더글라스-퍼 바크 왁스, 쌀겨 왁스, 조호바, 아주까리 왁스, 월계수 왁스 및 카나우바 왁스가 있다. 카나우바 왁스는 실온 내지 약 75 ℃에서 고체 상태로 존재하고 83 ℃이상의 온도에서 액체 상태로 존재한다.
또한, 적당한 왁스로는 무기 왁스가 있다. 무기 왁스로는 몬탄 왁스, 토탄 왁스, 지랍, 세레신 왁스 및 석유 왁스 등이 있다. 석유 왁스로는 반결정성, 미소결정성 및 파라핀 왁스가 있다. 일반적으로 미소결정성 왁스는 60-93 ℃의 용융점, 98.9 ℃에서 10-25 mm2의 점도, 및 분자당 30-75 탄소수를 갖는다. 파라핀 왁스는 주로 알칸으로 이루어지며, 대표적으로는 약 40-70 ℃의 용융점, 98.9 ℃에서 4.2-7.4 mm2의 점도 및 분자당 20-36 탄소수를 갖는다.
또한, 적당한 왁스로는 합성 왁스 및 아스팔트가 있다. 합성 왁스로는 폴리에틸렌 왁스, 피셔-트롭스 왁스, 화학적으로 변형된 탄화수소 왁스, 치환 아미드 왁스, 합성 밀랍 및 합성 경랍 등의 합성 왁스, 산화 폴리에틸렌 왁스, 수소화 조호바 오일, 및 알킬 메틸 실록산(실리콘 화합물) 등의 실리콘 왁스 등이 있다.
기타 적당한 왁스로는 폴리에틸렌 왁스가 있다. 폴리에틸렌 왁스로는 왁스와 같은 특성을 갖는 저분자량(약 10,000 이하) 폴리에틸렌이 있고, 대표적으로는 석유 왁스와 함께 사용된다. 폴리에틸렌 왁스로는 왁스와 같은 특성을 갖는 올레핀 중합체, 에틸렌 단독중합체, 테일린, 프로필렌, 부타디엔 및 아크릴산의 공중합체 등이 있다. 한 가지 폴리에틸렌 왁스로는 86 ℃의 융점, 25 ℃에서 0.7 mm 및 60 ℃에서 6.1 mm(ASTM D 1321에 따라 측정)의 경도를 갖는 Polywax™폴리에틸렌합성 탄화수소 왁스(미합중국 미저리주 세인트 루이스의 Petrolite Corporation으로부터 상업적으로 입수가능함)가 있다. 변형예에 따라, 상기 왁스는 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및/또는 플루오르카본 등의 중합체일 수 있다. 이러한 중합체는 용융점 이상으로 온도를 상승시키지 않고 일렉트릿이 될 수 잇는 것이다.
상기 왁스는 비교적 순수하거나 또는 기타 왁스 및 물질과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 적당한 일렉트릿은 동일 중량의 수지 및 카나우바, 40% 로진 및 60% 카나우바, 또는 45% 수지, 45% 카나우바, 및 10% 밀랍을 갖는 왁스 등을 이용하여 제조할 수 있다. 기타 적당한 일렉트릿으로는 일부의 카나우바 왁스, 일부의 로진, 및 일부의 밀랍을 이용하여 제조할 수 있다. 이러한 비율은 광범위한 범위에서 다양할 수 있다.
변형예에 따라, 상기 왁스는 에틸 셀룰로오스(셀룰로오스의 히드록시기가 에톡시기(OEt)로 치환된 백색 입상 고체), 메타크릴레이트 수지(즉, 열, 빛 또는 벤질 퍼옥사이드의 작용에 의해 중합되는 메타크릴산의 고체 에스테르), 및/또는 티타늄 화합물(예, 이산화티타늄 및 티탄산바륨) 등의 기타 성분들을 작은 부분으로 함유할 수 있다. 티타늄 화합물이 포함되면, 냉각 기간 동안 카나우바 왁스와 같은 성분들의 입자 크기가 감소할 수 있고 일렉트릿 표면상의 전하가 명백하게 증가할 수 있다.
iii. 섬유 및 기타 일렉트릿
섬유(예, 직조 및 부직) 및 발포체는 예를 들어 일렉트릿 왁스를 이용하지 않고 직접 일렉트릿이 될 수 있다. 섬유 일렉트릿은 한 표면이 양으로 대전되고다른 표면이 음으로 대전되는 쉬트 또는 필름 형태로 제조될 수 있다. 섬유 일렉트릿을 만드는 것에 관한 추가의 정보에 대하여는, 다음문헌(Bernard Gross, "Electret Device for Pollution Control", State of the Art Review, Vol. 6, Optosonic Press 1972(일렉트릿 물질의 특성을 설명)), Nishiura 등의 미합중국 특허 제 5,057,710호(일렉트릿 물질의 제조 방법을 설명), Ando 등의 미합중국 특허 제 5,429,848호(DC 전계에서 유체에 의해 운반되는 섬유를 포착함으로써 형성되는 일렉트릿 관형 부직포를 설명) 및 미합중국 특허 제 4,486,365호(일렉트릿 필라멘트, 직물 섬유 및 유사한 제품을 설명)을 참조하며, 상기 문헌들의 개시내용은 본원에 참조로 통합된다.
적당한 구현예에 따라, 유전 물질은 강유전 물질이 인가 압력때문에 두 표면에서 반대 극성의 전하를 나타내는 강유전 효과에 의해 일렉트릿이 될 수도 있다. 다른 적당한 구현예에 따라, 유전 물질은 실온에서 전하대신 빛을 이용(6000 lux의 빛의 조명)하여 일렉트릿이 될 수 있다. 또한, 다른 적당한 구현예에 따라, 특정의 압전 절연 또는 반도체 물질은 조명 및 강한 전기장의 결합된 작용하에서 일렉트릿이 될 수 있다. 또한, 다른 적당한 구현예에 따라, 유전 물질은 마찰전기 효과에 의해 일렉트릿이 될 수 있다.
b. 입자 유지층의 재료
대표적으로, 상기 코어에서 사용되는 섬유는 열가소성 물질로 이루어진다. 열가소성 물질은 장기간에 걸쳐서 정전하를 유지하며, 비교적 양호한 절연성을 가지며, 연속적 대전 기술이 가능한 롤 형태로 형성될 수 있는 것으로 판단된다. 또한, 상기 섬유로는 반합성 섬유(아세테이트 섬유 등), 재생 섬유(쿠프라 및 레이온), 천연 섬유(면 및 면 블렌드), 및 천연 또는 합성 섬유의 기타 섬유 또는 조합을 들 수 있다. 상기 섬유의 외측에는 일렉트릿 왁스가 코팅될 수 있다.
또한, 기층(즉, 코어)는 도 2에서 도시한 바와 같이 다공성 스폰지 또는 발포체로 이루어질 수도 있다. 적당한 발포체로는 폴리우레탄 발포체 및 라텍스 발포체가 있다. 대표적으로, 이러한 발포체는 화학제와 반응하여 중합 동안에 버블 형태로 포착되는 가스(예, 이산화탄소)를 발생하여 발포체를 형성하는 발포제를 이용하여 제조된다. 기타 적당한 발포체로는 페놀 수지 발포체가 있다. 대표적으로, 페놀 수지 발포체는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 염기성 촉매의 존재하에 페놀과 포름알데히드를 반응시킨 후 얻어지는 용액을 중화하고 물을 증류 제거함으로써 제조된다. 이러한 반응은 반응성 메톨기를 포함한 레졸(A-단계 수지)을생성하는 것으로 판단된다. 상기 A-단계 수지는 산 촉매 및 발포제의 존재하에 더욱 더 반응하여 페놀 수지를 형성함으로써 경화될 수 있다. 경화 동안에, 일부의 포름알데히드 및 물이 유리된다. 상기 A-단계 수지의 반응성 메톨기는 더욱 더 반응하여 중합체 사슬 길이 및/또는 가교 결합을 증가시켜서 삼차원 망상구조를 형성할 수 있다.
상기 기층(즉, 코어)은 도 4에서 도시한 바와 같은 모범적인 구현예에 따라 직물 재료(예, 연속적 쉬트)로 이루어질 수 있다. 상기 직물은 직조(즉, 직기에서 직각으로 고정된 하나 이상의 얀의 인터레이싱), 또는 편직(즉, 하나 이상의 얀의 인터루핑)에 의하여 제조되는 전형적인 섬유 직물과 같은 부직물일 수 있다. 도 4에서 도시한 바와 같은 적당한 구현예에 따라, 상기 직물은 부직물일 수 있다. 부직물은 섬유 또는필라멘트 또는 얀의 층 또는 망상구조를 기계적으로(수압얽힘 등), 화학적으로 또는 열적으로 연결(interlocking)함으로써 제조될 수 있다. 섬유 또는 필라멘트를 연결하면 압출과 동시에 또는 비교적 얇은 막을 천공함으로써 부직포가 제조될 수 있다.
상기 코어의 재료는 어떤 알려진 방법에 의해 일렉트릿이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 재료는 왁스 등의 일렉트릿 물질로 코팅함으로써 일렉트릿이 될 수 있다. 또한, 상기 코어 재료는 강한 정전기장에서 섬유를 방적함으로써 일렉트릿이 될 수도 있다. 또한, 상기 코어 재료는 마찰 전기 효과를 이용하여(즉, 섬유를 기타 매체로 러빙하여 전하를 유도함) 일렉트릿이 될 수도 있다. 적당한 구현예에 따라, 상기 코어 재료의 최소한 20%는 일렉트릿이고, 일부의 경우에는 상기 코어 재료의 50-100%가 일렉트릿일 수도 있다. 상기 코어 재료는 바람직하게는 약 1.0 x 10-11내지 1.0 x 10-3C/cm2, 더욱 바람직하게는 1.0 x 10-5내지 1.0 x 10-3C/cm2의 전하를 가진다. 상기 코어 재료는 최소한 약 20 g/m2의 크기를 갖는 부스러기를 유지하기 위한 능력을 갖는다. 상기 청소 쉬트의 코어 또는 기타 재료의 전하는 수집되는 입자의 밀도에 부분적으로 영향을 미칠 수 있다. 상기 코어는 코어으 파괴 강도 및 신장율을 증가시키기 위하여 비일렉트릿 천연 또는 합성 섬유를 포함할 수도 있다. 이러한 비일렉트릿 섬유로는 울, 면, 셀룰로오스, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리테트라플루오린(PTE), 나일론, 레이온, 아크릴및 이들의 조합 등이 있다.
청소 쉬트에 일렉트릿 왁스의 도포
일렉트릿 왁스는 청소 쉬트에, 또는 코어, 커버, 배킹층 등과 같은 청소 쉬트의 어떤 요소에 도포될 수 있다. 상기 왁스는 도 5에서 도시한 바와 같이 부직 입자 유지층(330)과 같은 직물 표면에 도포하기에 특히 적합한 것이다. 상기 왁스는 일렉트릿이 되기 전 및/또는 후에 부직 셀룰로오스 종이 타올, 수압얽힘 폴리에스테르, 또는 PLEDGERGRAB-ITTM스위퍼 클리닝천(미합중국 위스콘신주 레이신의 S.C.Johnson & Son으로부터 상업적으로 입수가능함)과 같은 청소 쉬트에 도포될 수 있다. 또한, 상기 왁스는 도 2 내지 도 4에서 도시한 유형의 발포 입자 유지층 또는 도 2에서 커버 쉬트(20)로 도시한 커버 쉬트에 도포될 수도 있다. 또 다른 구현예에 따라, 상기 일렉트릿 왁스는 청소 쉬트의 배킹층(도 4에서 배킹층(20)으로 도시함)에 도포될 수 있다. 다른 변형예에 따라, 상기 왁스는 도 2 내지 도 5에서 도시한 유형의 중앙 입자 유지층에 도포됨으로써 커버층의 구멍을 통해 부스러기를 끌어당기고 수집할 수 있다.
도 12를 참조하면, 일렉트릿층(424)에 부착된 직조(또는 부직) 마이크로파이버층(422)을 갖는 청소 쉬트가 도시되어 있다. 일렉트릿층(424)은 일렉트릿 왁스(또는 또 다른 방법에 의해 일렉트릿이 된 섬유)가 코팅된 직조 또는 부직 섬유 재료일 수 있다. 일렉트릿층(424) 및 마이크로파이버층(422) 모두는 건조 표면을 청소하기에 특히 적합한 것이다. 마이크로파이버층(422)은 1-2 mm의 두께를 갖는 것이 바람직하고 약 1.0 내지 약 5 데니어를 갖는 섬유로 구성된다. 1 내지 3 데니어를 갖는 비교적 두꺼운 마이크로파이버와 약 0.9 이하, 일반적으로는 약 0.2 이상(바람직하게는 약 0.5 내지 0.9)의 데니어를 갖는 핑거 섬유의 혼합물을 이용하여 형성한 마이크로파이버층을 이용하는 것이 유익할 수 있다.
상기 왁스는 여러 가지 방법에 따라 여러 가지 모양 및 패턴으로 청소 쉬트에 도포될 수 있다. 용융 왁스(434)는 도 3에서 도시한 바와 같이 청소 쉬트(430)의 입자 유지층에 불연속적인 반점들 또는 섬들의 형태로 도포될 수 있다. 또한, 용융 왁스(434)는 도 13에서 도시한 바와 같이 불연속적인 소적의 형태로 또는 균일한 스프레이, 쉬트 또는 층의 형태로 입자 유지층(432)에 유체 스프레이(예, 에어 스프레이 건에 의하여)로 도포될 수도 있다. 적당한 구현예에 따라, 상기 왁스는 왁스의 점도를 감소시키기 위하여 용매와 결합될 수 있고 입자 유지층에 분무될 수 있다. 다음에, 상기 용매는 입자 유지층상에 용융 또는 응고 왁스를 남기면서 증발할 수 있다. 파라핀 왁스를 위한 적당한 용매로는 톨루엔, 벤젠, 기타 탄화수소 용매, 클로로포름, 에테르 및 이들의 혼합물이 있다.
변형예에 따라, 용융 왁스(434)는 도 4에서 도시한 바와 같이 물결모양(436)으로 도포될 수 있다. 상기 왁스는 섬유의 외측을 덮고 있으며, 전체 또는 일부가 재료(432)내로 함침, 포화 또는 적셔질 수 있다. 상기 왁스는 섬유들의 교차점의 사이에 모여질 수 있고, 및/또는 상기 섬유들을 일제히 결합시킬 수 있다. 다른 변형예에 따라, 용융 왁스(434)는 도 15에서 도시한 바와 같이 입자 유지층(130)의 함몰부(134)에 석출될 수도 있다. 또 다른 변형예에 따라, 상기 용융 왁스는 상기입자 유지층의 어떤 면 또는 표면상에 하나의 연속적인 층으로 도포될 수 있다. 적당환 구현예에 따라, 왁스가 도포되는 입자 유지 재료의 건조 중량을 기준으로 상기 왁스의 약 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.7 내지 2 중량%가 상기 입자 유지층에 도포될 수 있다. 상기 왁스의 중량은 왁스로서 피복될 수 있는 면적에 부분적으로 비례한다. 적당한 구현예에 따라, 상기 왁스는 입자 유지층의 표면적의 약 10% 이상, 바람직하게는 약 30-50%를 피복한다. 상기 입자 유지층의 실질적인 부분(예, 50% 이상)은 왁스로 처리하지 않은 상태로 유지하는 것이 유익할 수 있다. 도포되는 왁스의 양은 왁스가 도포되는 재료가 약 20 g/m2이상의 입자 유지 능력을 가지도록 하여야 한다.
외층 또는 커버층
본 발명의 청소 쉬트는 입자 유지층의 일부 또는 전체를 피복하도록 감싸는 커버를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 커버층(20)으로 피복 또는 둘러싸여짐으로써 작업 표면 또는 청소할 표면과 실질적으로 접촉하지 않는 코어(30)가 도시되어 있다. 커버층(20)은 실질적으로 평면이고 일반적으로 평면이다. 도 4에서 도시한 모범적인 구현예에 따라, 코어(30)는 상부 커버층(322)와 하부 또는 배킹층(320)의 사이에 샌드위치 형태로 위치할 수 있다. 커버층(322)은 섬세한 표면(예, 나무, 유리, 플라스틱 등) 또는 단단한 표면을 청소하기 위한 일반적으로 매끄럽고 유연한 평면 쉬트이다. 다른 적당한 구현예에 따라, 상기 코어와 커버층(들)의 사이에 공간부 또는 기타 중간층이 위치할 수 있다.
배킹층은 더욱 단단할 수 있고 및/또는 청소 쉬트에 지지 구조를 제공하기 위해 코어 또는 커버층보다 더욱 큰 평량을 가질 수 있다. 다른 적당한 구현예에 따라, 상기 배킹층과 외측 직물층의 사이에 공간 또는 기타 중간층(들)이 위치할 수도 있다. 배킹층은 원하는 정도의 유연성을 가지며 전체가 쉬트를 충분히 지지할 수 있으므로 여러 가지의 재료가 배킹층으로 사용하기에 적합하다. 배킹층으로 사용하기에 적합한 재료의 예로는 사용시에 찢어짐 또는 신장에 견디기에 충분한 강도를 쉬트에 제공할 수 있는 경량(예, 약 10 내지 75 g/m2의 평량)의 유연한 재료가 있다. 대표적으로, 상기 배킹층은 비교적 얇고(예, 약 0.05 mm 내지 약 0.5 mm의 두께를 가짐) 비교적 다공질일 수 있다. 적당한 재료의 예로는 합성 및/또는 천연 중합체를 이용하여 형성한 스펀본드(spunbond) 또는 열본드(thermal bond) 부직 쉬트가 있다. 상기 청소 쉬트를 제조하기 위해 이용될 수 있는기타 배킹 재료로는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀 또는 이들의 혼합물을 이용하여 형성한 비교적 다공질의 유연한 층들이 있다. 또한, 상기 배킹층은, 특수한 적용에 필요한 성능 기준을 만족시키는 경우 수압얽힘 부직섬유로 이루어질 수도 있다. 적당한 배킹층의 한 가지 특별한 예는 약 20 내지 50 g/m2의 평량을 갖는 스펀본드 폴리프로필렌 쉬트이다.
도 5에서 도시한 바와 같이, 연속적인 쉬트일 수 있는 커버층(322)에 구멍(구멍(22)로서 도시함)이 일체적으로 형성될 수 있다. 상기 구멍은 도 7에서 도시한 바와 같이 원형일 수 있지만, 변형예에 따라 사각형, 별모양, 타원형, 불규칙형상, 또는 이들의 조합 등과 같이 다른 형상일 수도 있다. 도 8에서, 구멍(22)의 또 다른 예로서 구멍(122)은 불규칙한 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 적당한 구현예에 따라, 상기 커버 시트를 천공하면 구멍이 형성될 수 있다. 일반적으로, 구멍(22)은 충분한 크기의 부스러기(예, 0.5-100 mm)를 입자 유지층으로 통과시키기에 충분한 크기를 가진다. 구멍을 통과한 후, 부스러기는 입자 유지층의 공극(즉, 공동부)내에서 유동한다. 각각의 구멍(22)은 구멍의 외경보다 더욱 큰 일차 직경(D1), 및 상기 일차 직경 D1에 수직한 최대 단면축인 2차 직경(D2)를 가진다(도 8 참조). 적당한 구현예에 따라, 모든 구멍들의 평균 일차 직경은 약 1 내지 10 mm 이고, 바람직하게는 약 2 내지 5 mm 이다.
각각의 구멍(22)은 단면적을 가진다. 평균 단면적은 구멍의 D1+ D2의 합의 1/2에 해당한다(즉, 평균 단면 치수=(D1+ D2)/2). 대표적으로, 상기 각각의 구멍의 평균 단면적은 약 1 mm2이상, 더욱 대표적으로는 약 1 내지 100 mm2, 가장 대표적으로는 약 5 내지 약 25 mm2이다. 적당한 구현예에 따라, 상기 커버층의 외측 표면의 표면적에 대한 모든 구멍들의 단면적은 대표적으로는 약 30% 내지 95%, 더욱 적당하게는 70% 내지 90%이다. 상기 구멍들의 수 및 평균 단면적은 최대량의 부스러기가 구멍을 통과하면서, 코어를 청소할 표면으로부터 분리하고 부스러기를 코어내에 유지하도록 선택된다.
상기 커버층은, 낮은 부스러기 유지력(즉, 부스러기를 상당히 끌어 당기거나수집하지 않음)을 가지며 코어보다 낮은 부스러기 유지력을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 적당한 구현예에 따라, 상기 커버층은 열가소성 재료로 이루어질 수 있다. 열가소성 재료 또는 섬유로는 폴리아미드 및 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 나일론, 레이온, 아크릴 등 및 이들의 조합이 있다. 상기 열가소성 재료는 멜트 블로우법(melt brown process)에 따라 제조될 수 있다. 부스러기를 상당히 끌어당기지 않는 기타 재료로는 비교적 높은 정도의 얽힘 계수의 비교적 타이트하게 패킹된 섬유를 갖는 직조 또는 부직 섬유 직물이 있다. 또한, 가타 재료로는 천공된 중합체 섬유 또는 쉬트와 같은 비섬유질 재료가 있다. 적당한 구현예에 따라, 상기 코어층은 스펀본드 또는 열본드 폴리프로필렌일 수 있다. 다른 적당한 구현예에 따라, 상기 커버층은 천연 재료(예, 고무, 라텍스 등), 폴리올레핀(예, 폴리프로필렌 및 폴리부텐), 폴리에스테르(예, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 테레프탈레이트 및 폴리부텐 테레프탈레이트), 폴리아미드(예, 나일론 6 및 나일론 66), 아크릴로니트릴, 비닐 중합체 및 비닐리덴 중합체(예, 폴리염화비닐 및 폴리염화비닐리덴), 및 변형 중합체와 같은 합성 재료, 또는 이들의 얼로이 또는 혼합물, 및 비교적 높은 먼지 유지 능력을 갖는 기타 재료로 이루어질 수 있다.
커버층과 입자 유지층의 연결
커버층은 도 3에서 바늘자리(126)으로 도시한 바와 같이 멜트 본딩과 같은 패스너(fastener)에 의해 코어에 부착될 수 있다. 상기 패스너는 상기 커버층을 코어에 물리적으로 및/또는 화학적으로 결합하거나 또는 고정하기 위한 도구로서기능을 한다. 적당한 구현예에 따라, 접착제를 이용하여 상기 커버층을 코어에 부착할 수 있다. 상기 접착제는 청소할 표면에 대하여 비교적 부드럽고 비마모성인 유형이어야 한다. 또한 상기 접착제는 부스러기를 상기 커버층의 구멍에 통과시킬 수 있고 부스러기를 실질적으로 유지하지 않는 것이어야 한다. 상기 접착제는 고체층, 연속적 패턴(예, 원 또는 S자 패턴), 불연속적인 패턴(예, 점들의 일련의 라인들), 또는 서양장기판형, 십자형 등과 같은 어떤 다른 원하는 패턴으로 도포될 수 있다. 상기 접착제는 커버층, 코어, 또는 어떤 다른 적당한 중간 표면 또는 배킹층에 도포될 수 있다. 적당한 구현예에 따라, 상기 커버층의 전체 또는 일부 및 상기 코어는 일제히 접합될 수 있다(예, 국소화된 위치에서 멜트 본딩, 초음파, 적외선, 스폿 웰딩 등). 다른 적당한 구현예에 따라, 상기 커버층은 얽힘(예, 수압직조) 또는 기타 패스너(예, 구성 접착제, 클립, 엠보싱 등)에 의해 상기 코어에 부착될 수 있다.
청소 쉬트의 치수
일반적으로, 상기 커버층 및 코어의 물리적인 치수는 중요한 것으로 생각되지 않는다. 대표적으로 커버층(20)의 외측 주변은 도면에서 도시한 바와 같이 코어(30)의 외측 주변보다 크므로 부스러기(68)가 코어(30)에 보유되기 전에 커버층(20)의 구멍(22)을 통과할 수 있다. 도 2에서 도시한 바와 같이, 커버층(20)은 코어(30)의 두께(T2)보다 일반적으로 작은 두께(T1)을 갖는다. 비제한적인 예로서, 상기 커버층은 약 1 mm 이하, 바람직하게는 0.05 내지 0.5 mm의 평균 두께를 가질 수 있다. 상기 코어는 약 5 mm 이하, 바람직하게는 1 내지 2 mm의 평균 두께를 가질 수 있다. 도 1에서 도시한 바와 같은 적당한 구현예에 따라, 커버층(20)은 코어층(30)과 유사한 형상을 갖는다. 상기 청소 쉬트는 약 8 인치 길이 및 약 12 인치 폭을 가질 수 있다.
청소 도구 및 사용 방법
패드(10)는 표면(66)을 청소하기 위해 단독으로(예, 넝마 형태로) 또는 다른 도구와 조합하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 패드(10)는 청소할 표면(66)의 어떤 외형(예, 평탄함, 깔쭉깔쭉함, 불규칙함 등)에 따르기 위하여 유연성이 있다. 따라서, 패드(10)는 단단하고 딱딱한 표면을 청소하기에 특히 적당한 것이다. 또 다른 구현예에 따라, 패드(10)는 반경질이어서 평평한 표면을 청소하기에 특히 적합한 것일 수 있다. 또한, 패드(10)는 양탄자, 융단, 실내 장식 재료 및 기타 부드러운 제품과 같은 비교적 부드러운 표면을 청소하기 위해서도 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 모범적인 구현예에 따라 청소 도구(먼지 자루걸레(60)로 도시함)의 청소 헤드(62)에 부착된 패드(10)가 도시되어 있다. 헤드(62)는 패드(10)를 장착하기 위한 패스너(스프링 클립(82)으로서 도시함)를 제공하는 캐리지(80)를 구비한다. 장착 구조체(84)에서, 기다란 경질 부재(분할 손잡이(64)로 도시함)가 캐리지(80)에 부착되어 있다. 장착 구조체(84)는 소켓(볼 조인트(90)로 도시함)에 회동가능하게 장착된 y-형 단부(88)를 갖는 요크(암(86)으로 도시함)을 구비한다. 어뎁터(컨넥터(92)로서 도시함)에 의해 암(86)이 손잡이(64)에 나사식으로 부착된다. 적당한 구현예에 따라, 상기 청소 도구는 청소 쉬트를 고정하기에적합한 빗자루, 브러시, 폴리셔, 손잡이 등 일 수 있다. 상기 청소 쉬트는 여러 가지의 패스너(예, 마찰 클립, 나사, 접착제, 유지 핑거 등)중 어떤 것에 의해 청소 도구에 부착될 수 있다. 다른 적당한 구현예에 따라, 청소 쉬트는 단일 유니트의 형태로, 또는 복수의 쉬트들의 형태로 부착될 수 있다.
상기 청소 도구의 구성요소, 즉, 장착 구조체, 어뎁터, 손잡이 및 일렉트릿으로 된 왁스는 개별적으로 또는 조합(예, 키트 또는 패키지)으로 제공될 수 있다. 상기 청소 도구의 구성 요소들은 현장(예, 작업장, 가정, 사무실 등)에서 쉽고 신속하게 조립될 수 있다. 또한, 상기 청소 도구는 미리조립된 상태 및/또는 단일체의 상태로 제공될 수도 있다. 적당한 구현예에 따라, 상기 청소 쉬트는 PLEDGERGRAB-ITTM스위퍼(미합중국 위스콘신주 레이신의 S.C.Johnson & Son으로부터 상업적으로 입수가능함)과 함께 사용하기 위한 형상을 가진다.
표면(66)을 청소하기 위하여, 패드(10)는 자루(60)의 헤드(62)에 클립(82)으로 고정될 수 있다. 패드(10)는 표면(66)과 접촉하게 되고 표면(66)을 따라 이동(예, 수평 방향, 수직 방향, 회전 이동, 직선 이동 등)한다. 표면(66)으로부터 의 부스러기(68)가 구멍(22)을 통해 커버층(20)내로 제공되거나 또는 끌어 당겨진다. 코어(30)내의 일렉트릿 물질의 정전하가 도 2에서 도시한 바와 같이 커버층(20)의 구멍(22)을 통해 코어(30)내로 부스러기를 끌어 당길 수 있다. 코어(30)의 공극(공동부(34)로서 도시함)는 패드(10)의 공동부(32)내로 부스러기(68)를 수집하고 및/또는 포착한다. 커버층(20)의 외측 표면은 부스러기가 실질적으로 없는 상태로유지된다. 사용후, 패드(10)는 처리 또는 청소(예, 세척, 흔듦, 부스러기 제거 등)를 위해 자루걸레(60)로부터 제거될 수 있다. 다른 적당한 구현예에 따라, 상기 청소 쉬트는 표면을 청소하기 위해 단독으로(예, 손으로 잡고) 사용될 수 있다. 도 1에서 도시한 바와 같은 구현예에 따라, 실온에서 패드(10)에 일렉트릿 왁스가 도포될 수 있다.
시험 방법
c. 파괴 강도(크로스 머쉰 방향(cross machine direction))
각각의 청소 쉬트로부터, 30 mm의 폭을 갖는 시편이 상기 쉬트내의 섬유 배향에 수직한 방향(즉, 크로스 머쉰 방향)으로 절단될 수 있다. 상기 시편은 인장 시험기에서 100 mm의 척(chuck)간 거리로 고정될 수 있고 섬유 배향에 수직한 방향으로 300 mm/min의 속도로 연신될 수 있다. 상기 쉬트가 파괴되기 시작하는 하중값(응력/변형 측정에 의해 얻은 연속 곡선의 첫번째 피이크값)이 파괴 강도로서 취해질 수 있다.
d. 500g/30mm의 하중에서 신장율
전술한 크로스 머쉰 방향의 파괴 강도의 측정시에 500g의 하중에서 시편의 신장율이 측정될 수 있다. 이러한 시험을 위하여, "신장율"은 500g의 인장 하중이 스트립에 인가되는 때 청소 쉬트 재료의 30mm 스트립의 상대 길이 증가(%)로서 정의된다.
c. 얽힘 계수
부직 섬유 집합체로부터 스크림이 제거될 수 있다. 상기 스크림이 격자형의네트 구조를 가지는 경우, 대표적으로 이것은 상기 망상구조 쉬트를 구성하는 섬유들을 이들의 접합점에서 절단하고 핀셋을 이용하여 상기 부직 섬유 집합체로부터 망상구조 쉬트를 조심스럽게 제거함으로써 달성된다. 15 mm의 폭을 갖는 시편이 쉬트내의 섬유 배향에 수직한 방향(즉, 크로스 머쉰 방향)으로 절단될 수 있다. 상기 시편은 인장 시험기에서 50 mm의 척간 거리로 고정될 수 있고, 섬유 배향에 수직한 방향(크로스 머쉰 방향)으로 30 mm/min의 속도로 연신될 수 있다. 상기 시편의 신장율에 관한 인장 하중값 F(g)이 측정될 수 있다. 상기 인장 하중값 F를 시편의 폭(m) 및 부직 섬유 집합체의 평량 W(g/cm2)으로 나눔으로써 얻어지는 값이 응력 S(m)으로 취해진다. 신장율("변형"(%))에 대하여 응력("S")을 플로팅하여 응력-변형 곡선을 얻는다(즉, 응력 S(m)=(F/0.015)/W).
섬유들의 얽힘을 통해서만 일제히 유지되는 부직 섬유 응집체의 경우, 상기 응력-변형(신장율) 곡선의 초기 단계에서 직선 상관관계가 일반적으로 얻어진다. 상기 직선의 기울기는 얽힘 계수(m)로 계산된다. 예를 들어, 도 9(수직축은 응력을 나타내고 수평축은 변형을 나타내고 O는 원점을 나타냄)에서 도시한 예시적인 응력-변형 곡선에 있어서, 직선 상관관계의 한계는 P로 나타내어지고, P에서의 응력은 Sp로 나타내어지고, P에서의 변형은 γp로 나타내어 진다. 이러한 경우에 있어서, 얽힘 계수는 E=Sp/γp이다. 예를 들어, Sp=60m 이고 γp=86%인 경우, E=60.0/0.86=70m로 계산된다. 선 OP가 항상 완전히 직선인 것만은 아니다. 이러한 경우에 있어서, 직선은 선 OP에 근접한다.
단지 몇 개의 모범적인 구현예만이 설명되었지만, 본 발명은 하나의 특별한 구현예로 한정되지 않는다. 실제로, 본 발명을 실시하기 위하여, 당업자는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 본원에서 설명한 구현예에 대한 변형예(예, 여러 가지 요소들의 크기, 구조, 형상 및 비율, 파라미터값, 장착 배열, 또는 사용 재료의 변화)가 있을 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 본원의 개시내용에 대한 여러 가지 변경이 이루어질 수 있다.
본 발명의 청소 쉬트는 공업적으로 이용가능한 방법, 장치 및 재료를 이용하여 제조될 수 있다. 또한, 상기 청소 쉬트는 플라스틱, 나무, 양탄자, 직물, 유리 등과 같은 여러 가지 표면에 사용될 수 있다. 또한, 상기 청소 쉬트를 이용하여 표면을 청소하기 위한 청소 도구 및 방법이 제공된다. 상기 청소 도구는 인택트 도구의 형태 또는 청소 도구 키트의 형태로 제조될 수 있다. 상기 인택트 도구로는 글러브, 더스터 및 로울러가 있다. 표면의 청소를 위해 사용되도록 디자인되는 본 발명의 키트는 청소 헤드 및 상기 청소 헤드에 연결될 수 있는 청소 쉬트를 구비한다. 또한, 상기 키트는 상기 청소 헤드에 설치할 수 있는 요크 및 상기 요크에 부착하기 위한 기다란 손잡이를 구비할 수 있다. 완전히 조립된 청소 도구 또는 키트의 형태로 제공되는 경우, 상기 청소 도구는 상기 청소 쉬트를 청소 헤드에 해체가능하게 부착시킬 수 있는 청소 헤드를 구비할 수 있다.

Claims (28)

  1. 표면을 청소하여 상기 표면으로부터 입자를 제거하기 위한 청소 쉬트로서 상기 입자를 수집 및 유지하기 위한 입자 유지층을 포함하는 청소 쉬트에 있어서, 상기 입자 유지층은 일렉트릿 왁스를 포함하는 것인 청소 쉬트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 일렉트릿 왁스는 40 ℃이상의 융점을 갖는 것인 청소 쉬트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 유지층은 0.1 중량% 이상의 일렉트릿 왁스를 포함하는 것인 청소 쉬트.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 입자 유지층은 10 중량% 이하의 일렉트릿 왁스를 포함하는 것인 청소 쉬트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 일렉트릿 왁스는 상기 쉬트의 외측 표면의 최소한 일부분에 존재하는 것인 청소 쉬트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 일렉트릿 왁스는 10% 이상의 외측 표면에 존재하는 것인 청소 쉬트.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 유지층의 최소한 일부분은 상기 일렉트릿 왁스로 함침되어 있는 것인 청소 쉬트.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 유지층은 1.0 X 10-11C/cm2이상의 전하를 가지는 것인 청소 쉬트.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 유지층은 직포, 부직포, 발포체, 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 먼지 유지 재료를 포함하는 것인 청소 쉬트.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 유지층은 비일렉트릿 물질을 포함하는 것인 청소 쉬트.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 유지층은 섬유를 포함하고 상기 왁스는 상기 섬유의 최소한 일부분의 외측에 석출되어 있는 것인 청소 쉬트.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 유지층은 마이크로파이버층인 청소 쉬트.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 유지층은 약 20 g/cm2이상의 입자 유지력을갖는 것인 청소 쉬트.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 청소 쉬트는 약 500g/30mm의 파괴 강도를 갖는 것인 청소 쉬트.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 청소 쉬트는 500g/30mm의 하중에서 약 25%의 신장율을 갖는 것인 청소 쉬트.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 청소 쉬트는 약 50 내지 250 g/m2의 평량을 갖는 것인 청소 쉬트.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 청소 쉬트는 장착 구조체에 연결되는 것인 청소 쉬트.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 왁스는 25 ℃에서 0.2 이상의 침투 경도를 갖는 것인 청소 쉬트.
  19. 직조 섬유, 부직 섬유 또는 발포체중 최소한 한 종을 포함하는 입자 유지 재료로부터 쉬트를 형성하고;
    상기 입자 유지 재료의 최소한 일부분에 비일렉트릿 왁스를 도포하고;
    상기 입자 유지 재료의 쉬트에 전기장을 인가하여 상기 왁스를 일렉트릿으로 만드는 것을 포함하는 청소 쉬트의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 입자 유지 재료의 쉬트를 상기 왁스를 연화시키기에 충분한 온도까지 가열하고;
    상기 입자 유지 재료의 쉬트에 전기장을 인가하면서 상기 왁스를 연화 상태로 유지하고;
    상기 입자 유지 재료의 쉬트를 충분히 냉각하여 상기 왁스를 응고시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 입자 유지 재료의 쉬트를 상기 왁스를 용융시키기에 충분한 온도까지 가열하고;
    상기 입자 유지 재료의 쉬트에 전기장을 인가하면서 상기 왁스를 연화 상태로 유지하고;
    상기 입자 유지 재료의 쉬트를 충분히 냉각하여 상기 왁스를 응고시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 입자 유지 재료를 연화시키지 않고 상기 왁스를 용융시키기에 충분한 온도까지 상기 입자 유지 재료의 쉬트를 가열하는 것을 포함하는 방법.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 비일렉트릿 왁스를 상기 쉬트에 불연속적인 패턴으로 도포하는 것을 포함하는 방법.
  24. 제 19 항에 있어서, 상기 비일렉트릿 왁스를 상기 쉬트에 연속적인 패턴으로 도포하는 것을 포함하는 방법.
  25. 제 19 항에 있어서, 상기 비일렉트릿 왁스를 도포하는 것은 상기 왁스 및 용매를 포함하는 혼합물을 상기 쉬트에 분무하는 것을 포함하는 것인 방법.
  26. 직조 섬유, 부직 섬유 또는 발포체중 최소한 한 종을 포함하는 입자 유지 재료로부터 쉬트를 형성하고;
    용융 왁스가 전기장을 통과하도록 상기 용융 왁스를 상기 입자 유지 재료의 최소한 일부분에 분무하고;
    상기 용융 왁스를 냉각하여 응고된 일렉트릿 왁스를 형성하는 것을 포함하는 청소 쉬트의 제조 방법.
  27. 부스러기를 수집하고 유지하기 위한 청소 도구로서,
    청소 헤드와;
    상기 헤드에 연결하기에 적합한 것으로 입자를 수집 및 유지하기 위한 입자 유지층을 가지는 청소 쉬트를 포함하고, 상기 입자 유지층은 일렉트릿 왁스를 포함하는 것인 청소 도구.
  28. 표면을 청소하고 부스러기를 수집 및 유지하기 위한 키트로서,
    청소 헤드와;
    상기 헤드에 연결하기에 적합한 것으로 입자를 수집 및 유지하기 위한 입자 유지층을 가지는 청소 쉬트를 포함하고, 상기 입자 유지층은 일렉트릿 왁스를 포함하는 것인 키트.
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