KR20030051792A - 재생 합성 섬유 재료를 함유하는 수얽힘 부직 웹 - Google Patents

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KR20030051792A
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파블로 라미레즈
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헨리 스쿠그
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Abstract

액체에 현탁되어 있는 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴함으로써 발생되는 하나 이상의 불규칙한 변형을 포함하는, 합성 재료로 구성된 하나 이상의 실 요소를 갖는 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료를 포함하는 수력 얽힘 부직포가 개시된다. 이 재료는 와이퍼 또는 흡수성 재료로서 사용될 수 있다. 그 재료의 성형 방법은 (a) 액체에 현탁되어 있는 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴함으로써 발생되는 하나 이상의 불규칙한 변형을 포함하는, 합성 재료로 구성된 하나 이상의 실 요소를 갖는 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료의 층을 제공하는 단계; (b) 그 층을 수력으로 얽히게 하여 부직 웹을 형성하는 단계; 및 (c) 그 웹을 건조시키는 단계를 포함한다.

Description

재생 합성 섬유 재료를 함유하는 수얽힘 부직 웹{Hydroentangled Nonwoven Web Containing Recycled Synthetic Fibrous Materials}
펄프 섬유의 부직 웹이 흡수성인 것으로 공지되어 있긴 하지만, 전체가 펄프 섬유로 제조된 부직 웹은 강도 및 내마모성이 부족하므로 예를 들어 강력 와이퍼와 같은 특정 용도에 바람직하지 않을 수 있다.
펄프 섬유는 스테이플 길이 섬유와 배합되고 수력으로 얽혀진다. 그러나, 스테이플 섬유 첨가는 비용을 증가시킨다. 또한, 스테이플 섬유를 함유하는 현탁액은 통상의 제지 또는 습식-레잉 기술을 이용하여 가공하기 어려울 수 있다. 이들 재료를 배합하기 위한 공지된 기술 중의 하나는 수력 얽힘에 의한 것이다. 예를 들면, 수스킨드 (Suskind)의 미국 특허 4,808,467호는 연속 필라멘트 베이스 웹과 얽혀진 목재 펄프 및 직물 섬유의 혼합물로 제조된 고강도 부직포를 개시한다.
펄프 섬유와 직물 및(또는) 부직 웹과의 라미네이트는 샴벨란 (Shambelan)의 카나다 특허 841,398호에 개시되어 있다. 이 특허에 따르면, 고압 분사 수류는 비처리된 종이층을 베이스 웹, 예를 들면 연속 필라멘트 웹과 얽히게 하는데 사용될수 있다.
결합된 섬유 웹을 섬유 번들, 실 및(또는) 개개의 섬유와 같은 더 작은 단편으로 기계적으로 파괴하고 그후에 이 단편들을 수력 얽힘에 의해 웹으로 성형하는 것이 제시되어 있다. 이는 일반적으로 건조 재료의 기계적 인열 및 세단에 의해 이루어진다.
예를 들면, 국제 특허 출원 PCT/SE95/00938호는 건조 부직 및 직물 폐기물을 기계적으로 세단하는 것이 공지된 사실이며 합성 및 천연 섬유 둘다를 함유하는 건조 혼합된 폐기물이 사용될 수 있음을 언급하고 있다. PCT/SE95/00938호에 따르면, 세단 및 인열 기술의 중요한 특징은 인열 또는 세단 작업이 종종 불완전하여 재생 섬유가 "플록" 또는 섬유 번들로서 특징지워질 수 있는 원 직물의 분리 비트 형태로 부분적으로 존재한다는 것이다. 이러한 플록은 그러한 플록을 함유하는 웹에 더욱 직물상 외관을 제공하는 비균일성을 제공하는 것으로 설명된다.
직물의 플록 및 비트는 예를 들어 습식 레잉 공정, 에어-레잉 공정, 수력 얽힘 공정 또는 기타 웹 성형 공정과 같은 계속되는 작업에서 가공하기가 어렵다. 이들 비균일성의 존재는 재생 섬유의 가치를 떨어뜨리고 재생 섬유로 제조된 웹 또는 직물의 외관, 강도, 균일성 및 다른 바람직한 특성을 저하시킬 수 있다. 스크리닝 또는 다른 기술에 의한 비균일성의 제거는 섬유 회수의 효율을 감소시킨다. 섬유 번들 또는 플록을 5 ㎜ 미만의 길이를 가진 섬유 또는 섬유-유사 재료로 감소시키기 위한 추가의 건조 기계적 쵸핑, 세단, 인열, 가넷팅 또는 픽킹 작업은 비실용적일 수 있다. 또한, 추가의 기계적 작업은, 건조 재료를 사용가능하지 않은 덩어리로 용융시킬 수 있는 열 형태의 너무 많은 에너지를 전달할 수 있으며 재료 재생에 의한 초기에 존재하던 임의의 환경적 또는 경제적 이점을 감소 또는 제거할 수 있다.
발명의 요약
본 발명은 액체에 현탁되어 있는 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴함으로써 발생되는 하나 이상의 불규칙한 변형을 포함하는, 합성 재료로 구성된 하나 이상의 실 요소를 갖는 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료를 포함하는 수력 얽힘 부직포를 제공하여 상기 논의된 필요를 해결한다.
실 요소는 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 예를 들면, 실 요소는 약 1.5 내지 약 10 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 또다른 예로서, 실 요소는 약 2 내지 약 5 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 실 요소는 100 ㎛ 미만의 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 실 요소는 약 30 ㎛ 미만의 직경을 가질 수 있으며, 특별한 예로서 약 10 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 섬유 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 한면에 따라서, 불규칙한 변형은 실 요소의 굴곡, 실 요소의 편평한 세그먼트, 실 요소의 퍼진 세그먼트 및 그의 조합된 형태일 수 있다. 또한, 재생 시에, 굴곡 및(또는) 꼬임은 얽힘 공정에서 섬유 웹의 더욱 효과적인 연동을 제공한다.
일반적으로 말하면, 불규칙한 변형은 재생 재료의 실 요소가, 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴하기 전의 결합 섬유 재료 내의 실 요소 보다 더 큰 표면적을 갖도록 한다. 예를 들면, 재생 실 요소의 표면적은 약 5％ 이상이다.
본 발명의 실시태양에서, 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 유리 섬유 및 그의 조합물로부터 선택된 합성 재료일 수 있다. 본 발명의 실시태양에서, 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료는 합성 열가소성 재료일 수 있다. 예를 들면, 합성 열가소성 재료는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 그의 조합물과 같은 폴리올레핀일 수 있다. 합성 열가소성 재료는 다성분 섬유, 필라멘트, 가닥 등의 형태일 수 있으며 각종 단면 형태, 로브 또는 다른 구조를 갖는 섬유 및(또는) 필라멘트를 포함할 수 있다.
수력 얽힘 부직포는 비-재생 천연 섬유 재료, 비-재생 천연 합성 재료, 재생 천연 섬유 재료, 입상 재료 및 그의 조합물을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 수력 얽힘 부직포는 펄프 섬유를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시태양에서, 수력 얽힘 부직포는 약 1 내지 약 85％ 중량의 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료 및 약 15 내지 약 99 중량％의 펄프를 함유할 수 있다.
펄프 섬유 성분은 목본 및 비목본 식물 섬유 펄프일 수 있다. 그 펄프는 다른 유형 및(또는) 품질의 펄프 섬유의 혼합물일 수 있다.
본 발명은 또한 수력 얽힘 부직포를 소량의 재료, 예를 들면 결합제, 계면활성제, 가교결합제, 탈결합제, 난연제, 수화제, 안료 및(또는) 염료로 처리하는 것을 포함한다. 별법으로 및(또는) 추가로, 본 발명은 부직포에 활성화 목탄, 점토, 전분 및 초흡수제와 같은 입자를 첨가하는 것을 포함한다. 한 실시태양에서, 수력 얽힘 부직포는 약 3％ 이하의 탈결합제를 더 포함할 수 있다.
수력 얽힘 부직포는 강력 와이퍼로서 사용될 수 있다. 한 실시태양에서, 부직포는 약 20 내지 약 200 gsm (평방 미터 당 그램)의 기초 중량을 갖는 한겹 또는 여러겹 와이퍼일 수 있다. 예를 들면, 와이퍼는 약 25 내지 약 150 gsm, 더욱 특별하게는 약 30 내지 약 110 gsm의 기초 중량을 가질 수 있다. 와이퍼는 바람직하게는 약 450 ％를 넘는 수 용량, 약 250 ％를 넘는 오일 용량, 15초 당 약 2.0 ㎝를 넘는 수 흡상 속도 (기계 방향) 및 15초 당 약 0.5 ㎝를 넘는 오일 흡상 속도 (기계 방향)을 갖는다.
본 발명은 또한 (a) 액체에 현탁되어 있는 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴함으로써 발생되는 하나 이상의 불규칙한 변형을 포함하는, 합성 재료로 구성된 하나 이상의 실 요소를 갖는 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료의 층을 제공하는 단계; (b) 그 층을 수력으로 얽히게 하여 부직 웹을 형성하는 단계; 및 (c) 그 웹을 건조시키는 단계를 포함하는 수력 얽힘 부직포의 제조 방법을 포함한다.
본 발명에 따라서, 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료의 층을 제공하는 단계는 재생 섬유의 층을 건식 성형 또는 습식 성형 기술에 의해 수력 얽힘 직물 상에 침적시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시태양에서, 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료의 층을 제공하는 단계는 재생 섬유 및 펄프 섬유로 구성된 층을 습식 성형 기술에 의해 수력 얽힘 직물 상에 침적시키는 것을 포함할 수 있다.
수력 얽힘은 통상의 수력 얽힘 기술에 의해 수행될 수 있다.
수력 얽힘 부직 복합 직물은 비-압축 건조 방법을 이용하여 건조될 수 있다. 통기 건조 방법이 특히 잘 이용되는 것으로 밝혀졌다. 적외선, 양키 건조기, 증기 통, 진공 탈수, 마이크로파 및 초음파 에너지를 포함하는 다른 건조 방법이 이용될 수도 있다.
정의
본원에 사용된 용어 "기계 방향"은 부직 웹의 형성 중에 섬유가 침적되는 성형 표면의 이동 방향을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "횡-기계 방향"은 상기 정의한 기계 방향에 대해 수직인 방향을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "펄프"란 목본 및 비목본 식물과 같은 천연 자원으로부터 얻은 섬유를 의미한다. 목본 식물은 예를 들면 낙엽수 및 침엽수를 포함한다. 비목본 식물은 예를 들면 목화, 아마, 아프리카 나래새, 밀크위드, 짚, 황마, 삼 및 사탕수수를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "평균 섬유 길이"는 현미경 기술을 이용한 측정에 의해 결정된 섬유, 섬유 번들 및(또는) 섬유-유사 재료의 평균 길이를 의미한다. 20개 이상의 무작위로 선택된 섬유의 시료를 섬유의 현탁액으로부터 분리한다. 섬유를 물에 현탁시키기 위해 준비한 현미경 슬라이드 상에 섬유를 놓는다. 착색 염료를 현탁된 섬유에 첨가하여 셀룰로오스 함유 섬유를 착색하여 그들을 합성 섬유와 구별 또는 분리할 수 있다. 슬라이드를 피셔 스테레오마스터 II 마이크로스코프 S19642/S19643 시리즈 아래에 놓는다. 시료 중의 20개 섬유를 0-20 mils 스케일을이용하여 20X 선형 배율로 측정하고, 평균 길이, 최소 및 최대 길이, 및 편차 또는 변동 계수를 계산한다. 일부 경우에, 평균 섬유 길이는 예를 들면 카자아니 (Kajaani) 섬유 분석기 모델 FS-200 (Kajaani Oy Electronics (Kajaani, Finland 소재)로부터 판매됨)과 같은 장치에 의해 결정되는 섬유 (예를 들면, 섬유, 섬유 번들, 섬유-유사 재료)의 가중 평균 길이로서 계산될 것이다. 표준 시험 절차에 따라서, 시료를 침연 액체로 처리하여 섬유 번들 또는 결속 섬유가 존재하지 않음을 확인하였다. 각 시료는 고온수 내로 분해되어 약 0.001％ 현탁액으로 희석된다. 개개의 시험 시료를 표준 카자아니 섬유 분석 시험 절차를 이용하여 시험할 때 약 50 내지 100 ㎖씩 나누어 희석 현탁액으로부터 취한다. 가중 평균 섬유 길이는 산술 평균, 길이 가중 평균 또는 중량 가중 평균일 수 있으며 다음 방정식으로 표시될 수 있다:
여기서, k = 최대 섬유 길이
xi= 섬유 길이
ni= 길이 xi을 가진 섬유의 수
n = 측정된 섬유의 총수
카자아니 섬유 분석기에 의해 측정된 평균 섬유 길이 데이타의 한가지 특징은 그것이 다른 유형의 섬유를 구별하지 않는다는 것이다. 따라서, 평균 길이는시료 내의 모든 다른 유형의 섬유의 길이를 기준으로 한 평균을 나타낸다.
본원에 사용된 용어 "스펀본디드 섬유"란 용융 열가소성 재료를 방사구의 다수의 미세한, 일반적으로 원형인 모관으로부터 필라멘트로서 압출시키고 그후에 압출된 필라멘트의 직경을 예를 들면 추출 또는 기계적 연신 및(또는) 공지된 스펀본드 메카니즘에 의해 급격하게 감소되도록 함으로써 형성되는 작은 직경의 연속 필라멘트를 의미한다. 스펀본디드 부직 웹의 제조는 아펠 (Appel) 등의 미국 특허 4,340,563호 및 도르쉬너 (Dorschner) 등의 미국 특허 3,692,618호와 같은 특허에 예시되어 있다. 이들 특허의 개시는 본원에 참고로 포함된다.
본원에 사용된 용어 "멜트블로운 섬유"란 용융 열가소성 재료를 다수의 미세한, 일반적으로 원형인 다이 모관을 통해, 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 섬세화 (纖細化)시켜 그의 직경을 감소시켜 미세섬유 직경이 될 수 있게 하는 고속 가스 (예를 들면, 공기) 스트림 내에 용융 사 또는 필라멘트로서 압출시킴으로써 형성된 섬유를 의미한다. 그후에, 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 수집 표면 상에 침적되어 불규칙하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 그러한 방법은 예를 들어, 본원에 참고로 포함되는 부틴 (Butin) 등의 미국 특허 3,849,241호에 개시되어 있다.
본원에 사용된 용어 "미세섬유"는 약 100 미크론 이하의 평균 직경을 갖는, 예를 들면 약 0.5 미크론 내지 약 50 미크론의 직경을 갖는 작은 직경 섬유를 의미하며, 더욱 상세하게는 미세 섬유는 약 1 미크론 내지 약 40 미크론의 평균 직경을 가질 수 있다.
본원에 사용된 용어 "열가소성 재료"는 열에 노출될 때 연화되고 실온으로 냉각될 때 일반적으로 그의 비연화된 상태로 회복되는 중합체를 의미한다. 이러한 거동을 나타내는 천연 물질은 원료 고무 및 다수의 왁스이다. 다른 예시적인 열가소성 재료는 폴리비닐 클로라이드, 일부 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리플루오로카본, 폴리올레핀, 일부 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리비닐 알코올, 카프로락탐, 에틸렌 및 1 이상의 비닐 단량체의 공중합체 (예를 들면, 폴리에틸렌 비닐 아세테이트), 에틸렌 및 n-부틸 아크릴레이트의 공중합체 (예를 들면, 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트), 폴리락트산, 열가소성 엘라스토머 및 아크릴산 수지를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에 사용된 용어 "비-열가소성 재료"는 상기 "열가소성 재료"의 정의에 속하지 않는 임의의 재료를 의미한다.
본 발명은 재생 섬유를 함유하는 수력 얽힘 부직포 및 부직 복합 직물의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용되는 유형의 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
도 2는 예시적인 천연 합성 스테이플 섬유의 세부 사진이다.
도 3은 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용되는 유형의 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
도 4는 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용되는 유형의 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
도 5는 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용되는 유형의 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
도 6은 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용되는 유형의 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
도 7은 예시적인 천연 합성 스테이플 섬유의 세부 사진이다.
도 8은 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용되는 유형의 예시적인 다중 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
도 9는 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용될 수 있는 유형의 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
도 10은 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용될 수 있는 유형의 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
도 11은 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용될 수 있는 유형의 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
도 12는 예시적인 수력 얽힘 부직 웹의 형성에 사용될 수 있는 유형의 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진이다.
본 발명은 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료로 형성된 수력 얽힘 부직포를 포함한다. 합성 섬유 및 섬유-유사 재료는 실질적으로 개개의 섬유 및 섬유-유사 재료로 전환되는 결합 섬유 재료로부터 회수된다. 중요하게는, 이들 결합 섬유 재료는 합성 섬유를 포함하는 재료이며, 예를 들면 직물, 편직물, 부직 웹 및 그의 조합물과 같은 결합 섬유 재료일 수 있다. 또다른 예로서, 재생 섬유는 열 결합,접착 결합, 기계적 얽힘, 용매 결합, 수력 얽힘 및(또는) 그러한 기술의 조합에 의한 부직 웹으로부터 얻을 수 있으며 합성 섬유 재료, 천연 섬유 재료 및 그의 조합물을 함유할 수 있다. 합성 섬유 재료는 열가소성 섬유 및 필라멘트를 포함할 수 있다.
수력 얽힘을 위해 사용가능한 재생 합성 섬유를 회수하기 위하여, 결합 섬유웹을 액체에 현탁시키는데 적합한 크기의 단편으로 절단 또는 세단한다. 다음에, 단편을 액체에 현탁시키고 분리 단편의 현탁액에 기계적 작업을 실시하여 결합 섬유 재료를 섬유 및 섬유-유사 성분으로 수력 파쇄하는데 충분한 수압 및 기계적 전단 응력 조건을 형성한다. 마지막으로, 실질적으로 개개의 섬유 및 섬유-유사 성분을 액체로부터 분리한다.
결합 섬유 재료는 예를 들어 기계적 세단, 기계적 절단, 기계적 인열, 기계적 연마, 미분쇄, 분사수 절단, 레이저 절단, 가넷팅 및 그의 조합과 같은 통상의 작업에 의해 분리 단편으로 전환될 수 있다.
중요하게는, 이들 단편의 현탁액은 결합 섬유 재료의 단편을 유용한 자유 섬유 및 섬유 번들 또는 섬유-유사 재료로 파쇄, 파단, 파열 또는 붕괴시키는데 충분한 수압, 전단 응력 및(또는) 공동화 힘의 조건에 노출된다. 세단된 재료를 재생 섬유로 전환하는데 이용되는 이러한 공정 조건은 통상적인 펄프화 작업 조건 보다 더욱 공격적이고 혹독하다.
일례로서, 일반적인 펄프화 작업은 전형적으로 재료의 건조 톤 당 약 3 마력-일 (24시간) 미만의 에너지를 이용한다. 본 발명의 실시태양은 훨씬 더 큰에너지를 이용할 수 있다. 본 발명에 따라서, 현탁액에 실시된 기계적 작업의 대략적인 양은 결합 섬유 재료의 건조 톤 당 약 3 마력-일 (24시간)을 넘을 수 있으며, 이는 수압 및 전단 응력 조건을 형성하는 성분으로의 이동을 제공하는 모터에 의해 가해지는 전류를 측정함으로써 결정된다. 이 수치는 톤 당 4 마력-일을 넘을 수 있으며 6 이상일 수도 있다. 예를 들면, 본 발명의 방법은 결합 섬유 재료로부터 유용한 자유 섬유 및 섬유 번들을 분리하기 위해 35％를 넘는 에너지, 50％를 넘는 에너지 또는 더 많은 에너지를 이용하여 실시될 수 있다. 일부 상황에서 또는 일부 조건 하에서, 대략적인 양의 기계적 작업은 결합 섬유 재료의 건조 톤 당 3 마력-일 미만일 수 있다.
본 발명자가 특별한 작업 이론을 주장해서는 안되지만, 수압, 전단 응력 및 공동화 힘의 조합이 재료를 자유 섬유 및 섬유 번들로 분쇄하는 것으로 생각된다. 또한, 자유 섬유의 함량 및 번들의 평균 크기는 압력 및 기계적 응력을 변화시킴으로써 조절될 수 있는 것으로 생각된다. 일반적으로, 공정 중에 물/액체는 자유 섬유 및 섬유-유사 재료가 결합 섬유 재료로부터 분리될 때 발생되는 열을 흡수하므로 결합 섬유 재료 (예를 들면, 용융 합성 열가소성 재료 없음)의 합성 성분의 상당한 분해 없이 이러한 고도의 기계적 작용 또는 작업이 가능한 것으로 생각된다.
일반적으로 말하면, 통상의 고해 및(또는) 정련 장치가 수화 및 피브릴화의 제지 특성을 개발하기 위해 셀룰로오스 섬유를 변형시키는데 사용된다. 본 발명에 따라서, 통상의 고해기 및(또는) 정련기는 결합 섬유 재료를 자유 섬유, 섬유 번들 및 섬유-유사 재료로 파쇄 및 파단시키는데 충분한 수압 및 전단 응력 조건을 제공하는 비통상적인 방법으로 구성되고 작업될 수 있다. 예시적인 고해기 장치는 벨로이트 존스, E.D. 존스, 밸리, 및 노블 & 우드와 같은 제조사로부터 판매된다.
결합 섬유 재료 단편의 현탁액은 고해기 장치로 도입된다. 별법으로 및(또는) 추가로, 결합 섬유 재료 단편은 고해기 통 안의 액체 내로 직접 도입될 수 있다. 결합 섬유 재료 및 물은 각종 비율로 이용될 수 있으며 당업계의 숙련인은 적절한 비율을 결정할 수 있다.
작업 중에, 원통 및 고해기 롤은 롤 상의 블레이드 또는 날개와 롤 아래의 고정판에 장착된 분리 블레이드 사이에 충분한 수압 및 전단 응력이 형성되기에 충분한 속도로 회전된다.
회전 속도, 통 안의 현탁액의 점조도 및 회전 블레이드 또는 날개와 고정 블레이드 사이의 간격은 또한 자유 섬유, 섬유 번들 및 섬유-유사 재료의 길이를 절단 또는 조절하는 "금속 대 섬유" 상호작용을 증진시키는 조건으로 조정된다. 용어 "금속 대 섬유" 상호작용은 장섬유를 분리, 절단 또는 파단시키는데 충분한 수압 및 기계적 전단 응력의 조건 하에서 일어날 수 있는 결합 섬유 재료와 고정 및(또는) 회전 블레이드 사이의 접촉을 설명하는데 사용된다. 본 발명에 따라서, 이 상호작용은 현탁액에 존재할 수 있는 펄프 또는 단섬유의 길이 및(또는) 자유도에 물질적으로 영향을 미치거나 또는 저하시키지 않고 장섬유를 절단하도록 조절되어야 한다.
장치가 넓은 범위의 길이를 가진 섬유, 섬유 번들 및 섬유-유사 재료를 제공하도록 작업될 수 있긴 하지만, 그것은 또한 약 7 ㎜ 이하의 평균 길이 분포를 가진 섬유 및 섬유-유사 재료를 형성하는데 이용될 수도 있다. 일반적으로 말하면, 더욱 균일한 섬유 분포가 가공 및 수력 얽힘을 증진시키기 쉽다. 그러나, 더 긴 섬유 및 더 짧은 섬유의 혼합이 바람직할 수 있다. 더 긴 섬유는 강도를 제공하는데 유리할 수 있으며 더 짧은 섬유는 예를 들어 흡수성, 핸드, 드레이프 및(또는) 벌크와 같은 다른 유용한 특성을 제공하는데 유리할 수 있다.
길이를 조절하는 것 외에, 일부 "금속 대 섬유" 상호작용은 결합 섬유 재료의 합성 성분의 변형 및 왜곡을 발생시킬 수 있다. 일부 변형 및 왜곡이 결합 섬유 재료의 수력 파쇄에 의해 발생될 수 있지만, 다른 것은 섬유 및(또는) 필라멘트의 인열, 슬라이싱 및 파단에 의해 발생될 수 있다. 이들 섬유 변형 및 불규칙성은 웹의 습식 성형 (또는 건식 성형) 및 이어지는 수력 얽힘을 돕는 것으로 생각된다. 재생 섬유 및 섬유-유사 재료의 이러한 특징은 수력 얽힘 방법에서의 그의 유용성을 향상시키며 100％ 천연 섬유로부터 생산된 것과 동일하거나 유사한 물리적 특성을 나타내고 그 특성을 능가할 수 있는 수력 얽힘 직물을 실용적으로 생산할 수 있게 한다.
재생 합성 섬유에 대한 논의는 이들 섬유로부터 제조된 수력 얽힘 직물을 이해하는데 유용하다. 이제 도 1, 3-6 및 8-12를 참고로 하면, 액체에 현탁되어 있는 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴함으로써 발생되는 하나 이상의 불규칙한 변형을 포함하는, 합성 재료로 구성된 하나 이상의 실 요소를 갖는 각종의 예시적인 재생 합성 섬유, 섬유 번들 및(또는) 섬유-유사 재료가 나타내어져 있다.
실 요소는 불연속적이며, 일례로서 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 예를 들면, 실 요소는 약 1.5 내지 약 10 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 또다른 예로서, 실 요소는 약 2 내지 약 5 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 실 요소는 100 ㎛ 미만의 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 실 요소는 30 ㎛ 미만의 직경을 가질 수 있다. 일반적으로 말하면, 이 치수는 시판되는 각종 펄프와 유사하며 시판되는 펄프와 쉽게 혼합될 수 있다. 일부 실시태양에서, 실 요소는 10 미크론 미만의 직경을 가질 수 있으며 1 미크론 미만일 수도 있다.
불규칙한 변형은 실 요소의 굴곡, 실 요소의 편평한 세그먼트, 실 요소의 퍼진 세그먼트 및 그의 조합된 형태일 수 있다.
일반적으로 말하면, 불규칙한 변형은 재생 재료의 실 요소가, 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴하기 전의 결합 섬유 재료 내의 실 요소 보다 더 큰 표면적을 갖도록 한다. 예를 들면, 재생 실 요소의 표면적은 약 5％ 이상일 수 있다. 또한, 증가된 표면적은 종종 남아있는 섬유 결합 면, 교차점, 편평 면, 섬유 변형 등의 결과일 것이다.
도 1은 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 500X 선형 배율)이다. 재생 섬유는 열점 결합된 연속 폴리프로필렌 필라멘트 웹 및 연속 필라멘트 웹과 수력으로 얽혀진 펄프 섬유를 함유하는 복합 구조로부터 회수되었다. 사진의 중앙에서 보이는 섬유는 필라멘트 내의 굴곡 및 비교적 편평한 세그먼트를 갖는 스펀본디드 폴리프로필렌 실 요소이다. 이들 변형의 적어도 일부, 예를 들면 편평한 단면은 결합된 연속 폴리프로필렌 섬유 웹과 셀룰로오스 펄프 (즉, 복합 구조)로부터의실 요소의 수력 파괴에 의해 발생되거나 노출된다. 실 요소 주위의 재료는 셀룰로오스 펄프이다.
도 2는 통상적인 본디드 카디드 웹 구조에서 나타나는 통상의 폴리프로필렌 스테이플 섬유를 나타내는 사진 (약 500X 선형 배율)이다. 도 1의 실 요소와 대조적으로, 이들 섬유는 불규칙한 변형이 비교적 없는 것으로 보인다. 섬유는 비교적 평활한 표면, 균등한 또는 균일한 직경을 가지며, 도 1에 나타낸 실 요소에서 명백하게 나타나는 꼬임, 굴곡, 비틀림 및 다른 불규칙한 변형이 없다.
도 3은 도 1에 나타낸 실 요소와 동일한 유형의 복합 구조로부터 회수된 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 120X 선형 배율)이다. 사진의 중앙 영역에 가로질러 보이는 섬유는 루프 및 굴곡 뿐만 아니라 비교적 편평한 세그먼트를 나타내는 폴리프로필렌 실 요소이다. 이들 변형의 적어도 일부는 결합 섬유 재료 (즉, 복합 구조)로부터의 실 요소의 수력 파괴에 의해 발생되거나 노출된다. 실 요소 주위의 재료는 셀룰로오스 펄프이다.
도 4는 도 1에 나타낸 실 요소와 동일한 유형의 복합 구조로부터 회수된 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 120X 선형 배율)이다. 사진의 중앙에서 보이는 섬유는 폴리프로필렌 실 요소이다. 사진 내의 화살표는 실 요소에서의 예리한 굴곡을 나타내고 있다.
도 5는 도 1에 나타낸 실 요소와 동일한 유형의 복합 구조로부터 회수된 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 500X 선형 배율)이다. 사진의 중앙에서 보이는 섬유는 굴곡 및(또는) 꼬임 뿐만 아니라 울퉁불퉁한 세그먼트를 나타내는폴리프로필렌 실 요소이다.
도 6은 도 1에 나타낸 실 요소와 동일한 유형의 복합 구조로부터 회수된 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 500X 선형 배율)이다. 사진의 중앙 영역에 가로질러 보이는 섬유는 편평하고 퍼진 섬유의 절단 단부를 나타내는 폴리프로필렌 실 요소이다.
도 7은 통상의 폴리프로필렌 스테이플 섬유의 세부 사진 (약 500X 선형 배율)이다. 도 6의 실 요소와 대조적으로, 이들 섬유는 불규칙한 변형이 비교적 없는 것으로 보이며 퍼짐 또는 다른 변형의 증거 없이 깨끗하게 절단된 것으로 보이는 단부를 갖는다.
도 8은 도 1에 나타낸 실 요소와 동일한 유형의 복합 구조로부터 회수된 2가지 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 250X 선형 배율)이다. 사진의 중앙을 가로지르고 사진 하부 부근에서 보이는 섬유는 굴곡 뿐만 아니라 울퉁불퉁한 세그먼트를 나타내는 폴리프로필렌 실 요소이다.
도 9는 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 500X 선형 배율)이다. 재생 섬유는 폴리프로필렌 멜트블로운 섬유의 열점 결합된 웹을 함유하는 킴텍스 (Kimtex)(R)브랜드 와이퍼로부터 회수되었다. 사진의 중앙에서 보이는 비교적 미세한 멜트블로운 섬유는 굴곡, 꼬임, 얽힘 및 비교적 편평한 세그먼트를 갖는 폴리프로필렌 실 요소이다. 이들 변형의 적어도 일부는 결합 섬유 재료 (즉, 킴텍스(R)와이퍼)로부터의 실 요소의 수력 파괴에 의해 발생되거나 노출된다. 실 요소 주위의재료는 셀룰로오스 펄프이다.
도 10은 도 9에 나타낸 실 요소와 동일한 유형의 재료로부터 회수된 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 100X 선형 배율)이다. 길이가 약 500 ㎛인 결합 점이 사진의 중앙에서 보인다. 섬유는 굴곡, 꼬임, 얽힘 및 비교적 편평한 세그먼트를 갖는 폴리프로필렌 실 요소 형태로 결합 점의 연부에서 바깥쪽으로 퍼져있다. 이들 변형의 적어도 일부는 결합 섬유 재료로부터의 실 요소의 수력 파괴에 의해 발생되거나 노출된다. 실 요소의 배경에 있는 재료의 일부는 셀룰로오스 펄프이다.
도 11은 도 10에 나타낸 실 요소와 동일한 유형의 재료로부터 회수된 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 500X 선형 배율)이다. 약 40 ㎛의 폭을 가진 가진 더 큰 섬유-유사 재료 또는 섬유 번들이 사진의 중앙에서 보인다. 섬유는 굴곡, 꼬임, 얽힘 및 비교적 편평한 세그먼트를 갖는 폴리프로필렌 실 요소 형태로 섬유-유사 재료 또는 섬유 번들의 연부를 둘러싸고 연부에서 바깥쪽으로 퍼져있다. 이들 변형의 적어도 일부는 결합 섬유 재료로부터의 실 요소의 수력 파괴에 의해 발생되거나 노출된다. 실 요소의 부근에 있는 더 큰 섬유 재료는 셀룰로오스 펄프 섬유이다.
도 12는 도 10에 나타낸 실 요소와 동일한 유형의 재료로부터 회수된 예시적인 재생 합성 섬유의 세부 사진 (약 500X 선형 배율)이다. 굴곡, 꼬임, 얽힘 및 비교적 편평한 세그먼트를 갖는 폴리프로필렌 실 요소 형태의 셀룰로오스 펄프 및 재생 섬유의 혼합 섬유가 나타내어져 있다.
재생 섬유 및 섬유-유사 재료의 수력 얽힘 웹은 통상적인 수력 얽힘 기술에 의해 제조될 수 있다. 예를 들면, 재생 섬유 및 섬유-유사 재료의 희석 현탁액은 헤드-박스에 의해 공급되어 균일한 분산액 중의 슬루스를 통해 통상적인 제지기의 성형 직물 상에 침적될 수 있다.
섬유의 현탁액은 통상적인 제지 방법에 전형적으로 사용되는 점조도로 희석될 수 있다. 예를 들면, 현탁액은 물에 현탁된 약 0.01 내지 약 1.5 중량％의 섬유를 함유할 수 있다. 섬유의 현탁액으로부터 물이 제거되면 균일한 층이 형성된다. 재생 섬유는 또한 첨가된 펄프 섬유 및(또는) 다른 유형의 섬유, 입자 또는 다른 재료를 포함할 수도 있다. 재생 섬유 및 이들 각종 섬유 및(또는) 다른 재료는 또는 성층 또는 불균일 시트 또는 층으로 성형될 수 있다. 별법으로 및(또는) 추가로, 이들 성분은 블렌딩 또는 혼합되어 균일 층을 형성할 수 있다.
섬유 내에 셀룰로오스 성분이 있다면 소량의 습윤지력 증강용 수지 및(또는) 수지 결합제를 첨가하여 강도 및 내마모성을 개선시킬 수 있다. 유용한 결합제 및 습윤지력 증강용 수지는, 예를 들면 키멘 557H (Hercules Chemical Company 제품) 및 파레즈 (Parez) 631 (American Cyanamid, Inc. 제품)을 포함한다. 어떤 경우에는, 섬유에 가교결합제 및(또는) 수화제를 첨가할 수 있다. 탈결합제를 첨가할 수도 있다. 하나의 예시적인 탈결합제는 콰커 케미칼 캄파니 (Quaker Chemical Company; Conshohocken, Pennsylvania 소재)로부터 콰커 2008이라는 상품명으로 판매된다.
섬유 층은 그후에 통상의 수력 얽힘 기기의 유공성 얽힘 표면 상에 놓여진다. 재생 섬유 및 섬유-유사 재료 (및 임의의 첨가된 펄프, 섬유 및(또는) 다른 재료)의 층이 하나 이상의 수력 얽힘 매니폴드 아래로 통과되고 분사 유체로 처리됨으로써 재생 섬유 및 섬유-유사 재료가 서로 얽히게 된다.
섬유 층이 습식 레잉이 일어나는 동일한 유공성 스크린 (즉, 메쉬 직물) 상에 있는 동안 수력 얽힘이 일어날 수 있다.
수력 얽힘은 예를 들면 본원에 참고로 포함되는 에반스 (Evans)의 미국 특허 3,485,706호에 기재되어 있는 통상의 수력 얽힘 장치를 이용하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 수력 얽힘은 적절한 작동 유체, 예를 들면 물에 의해 수행될 수 있다. 작동 유체는 유체를 일련의 개개의 호울 또는 오리피스로 고르게 분포시키는 매니폴드를 통해 흐른다. 이들 호울 또는 오리피스는 직경이 약 0.003 내지 약 0.015 인치 (약 0.00762 내지 약 0.0381 cm)일 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 0.007 인치 (약 0.01778 cm) 직경의 오리피스, 인치 당 30 호울 (cm 당 약 11.81 호울) 및 1열의 호울을 갖는 스트립을 함유하는 허니컴 시스템스 인코포레이티드 (Honeycomb Systems Incorporated; Biddeford, Maine 소재)에 의해 생산되는 매니폴드를 이용하여 실시될 수 있다. 많은 다른 매니폴드 구조 및 조합이 이용될 수 있다. 예를 들면, 단일 매니폴드가 사용될 수 있거나 또는 수개의 매니폴드가 연속으로 배열될 수 있다.
수력 얽힘 방법에서, 작동 유체는 약 200 내지 약 2000 파운드/평방 인치 게이지 (psig)의 압력으로 오리피스를 통과한다. 약 2000 psig에서, 복합 직물은 약 1000 피트/분 (fpm)의 속도로 가공될 수 있다. 유체는 약 40 x 40 내지 약 100 x100의 메쉬 크기를 가진 단면 메쉬일 수 있는 유공성 표면에 의해 지지되는 섬유 층에 충돌한다. 유공성 표면은 또한 약 50 x 50 내지 약 200 x 200의 메쉬 크기를 가진 여러겹 메쉬일 수도 있다. 많은 분사수 처리 방법에서 전형적인 바와 같이, 진공 슬롯이 히드로니들링 매니폴드 바로 아래에 또는 얽힘 매니폴드의 하류인 유공성 얽힘 표면 아래에 위치되어 과량의 물이 수력 얽힘 재료로부터 제거된다.
본 발명자가 특별한 작업 이론을 주장해서는 안되지만, 얽힘 표면 상에 놓여진 상대적으로 변형되고, 꼬여진 고표면적의 재생 섬유에 직접 충돌하는 작동 유체의 원주 분사가 그 섬유들을 서로 (또한 예를 들면, 펄프 섬유와 같이 존재할 수 있는 다른 섬유와) 얽히고 꼬이게 하는 작용을 하는 것으로 생각된다.
일반적으로 말하면, 중앙 실 요소 및 임의의 분지 실 요소, 피브릴 등의 각종 불규칙성이 재생 섬유가 합착되는 얽힘 매트릭스를 형성하는 것을 돕는다. 재생 섬유가 펄프 섬유와 혼합될 때, 이 매트릭스는 펄프 섬유를 고정시키는 것을 돕는 것으로 생각된다.
유체 분사 처리 후에, 수력 얽힘 직물은 비압축식 건조 작업으로 이송될 수 있다. 다른 속도의 픽업 롤은 수력 니들링 벨트로부터 비압축식 건조 작업으로 재료를 이송시키는데 이용될 수 있다. 별법으로, 통상의 진공형 픽업 및 이송 직물이 이용될 수 있다. 필요시에, 얽힘 직물은 건조 작업으로 이송되기 전에 습식 크레이핑될 수 있다. 직물의 비압축식 건조는 통상의 회전 드럼 통기 건조 장치를 이용하여 이루어질 수 있다. 통기 건조기에 의해 수력 얽힘 직물을 강제 통과하는 공기의 온도는 약 200 내지 약 500 ℉일 수 있다. 다른 유용한 통기 건조 방법 및장치는 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 2,666,369호 및 3,821,068호에 기재되어 있다.
통기 건조 방법이 특히 바람직한 것으로 알려져 있지만, 적외선, 양키 건조기, 증기 통, 진공 탈수, 마이크로파 및 초음파 에너지를 포함하는 다른 건조 방법이 이용될 수도 있다.
마무리 단계 및(또는) 후처리 방법을 이용하여 복합 직물에 선택된 특성을 부여하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 그 직물은 균일한 외관 및(또는) 특정의 입체 성질을 제공하기 위해 캘린더 롤에 의해 약하게 압착되거나, 크레이핑되거나 또는 브러슁될 수 있다. 별법으로 및(또는) 추가로, 화학적 후처리, 예를 들면 접착제 또는 염료가 직물에 첨가될 수 있다.
본 발명의 한 면에서, 직물은 예를 들면 활성화 목탄, 점토, 전분 및 초흡수성 재료와 같은 각종 재료를 함유할 수 있다. 예를 들면, 이들 재료는 섬유 층을 형성하는데 이용되는 재생 섬유의 현탁액에 첨가될 수 있다. 이들 재료는 유체 분사 처리 전에 섬유 층 상에 침적되므로 이들은 유체 분사 작용에 의해 수력 얽힘 직물로 통합된다. 별법으로 및(또는) 추가로, 이들 재료는 유체 분사 처리 후에 수력 얽힘 직물에 첨가될 수 있다.
시험 방법
시료의 사다리꼴 인열 강도는, 인열 하중이 최저 및 최고 피이크 하중의 평균이 아니라 첫번째 및 최고 피이크 하중의 평균으로서 계산되는 것을 제외하고는, ASTM 표준 시험 D 1117-14에 따라서 측정되었다.
시료의 물 및 오일 흡수 용량을 공업적 및 대량 소비자용 타월 및 와이핑지 상에서 연방 규격 (Federal Specification) UU-T-595C에 따라서 측정하였다. 흡수 용량은 일정 기간에 걸쳐 액체를 흡수하는 재료의 용량을 의미하며 그의 포화 지점에서 재료에 의해 보유되는 액체의 총량에 관계된 것이다. 흡수 용량은 액체 흡수의 결과인 재료 시료의 중량 증가를 측정함으로써 결정된다. 흡수 용량은 다음 방정식에 의해 시료의 중량으로 나눈 흡수된 액체의 중량으로서 백분율로 표시될 수 있다.
총 흡수 용량 = [(포화된 시료 중량 - 시료 중량)/시료 중량] x 100
시료의 기초 중량은 1) 시료 크기가 20 평방 인치 (130 ㎠) 이상이고, 2) 최소 3개의 무작위 표분을 각 시료에 대해 시험한 것을 제외하고는, ASTM D-3776-9에 따라서 결정하였다.
시료의 드레이프 강성은 시료 크기가 1 인치 x 8 인치 (약 2.54 cm x 20.32 cm)인 것을 제외하고는, 거의 ASTM D1388에 따라서 측정하였다.
시료의 벌크 (즉, 두께)는 엠베코 200-A 티슈 칼리퍼 시험기를 이용하여 거의 TAPPI 402 om-93 및 T 411 om-89에 따라서 측정하였다. 시험기에 2500 ㎟의 면적을 가진 56.42 ㎜ 직경의 푸트를 장치하였다. 2.00 kPa의 하중 및 3초의 정체 시간으로 10개 샘플을 겹쳐서 시험하였다.
일반적으로 방법 5306 연방 시험 방법 표준 No. 191A 및 ASTM 표준 D 3884 (Abrasion Resistance of Textile Fabrics)에 따라서, 텔레다인 테이버 (Teledyne Taber; North Tonawanda, New York 소재)로부터 판매되는 모델 No. E140-15 시험편홀더와 테이버 마모시험기, 모델 No. 5130 (회전 헤드, 이중 헤드 마모시험기)을 이용하여 내마모성 시험을 수행하였다. 시료 크기는 약 5 인치 x 5 인치 (약 12.7 cm x 12.7 cm)인 것으로 측정되었다. 시료를 약 250 g의 헤드 중량 하에 마모 주기를 거쳤다. 각 연마재 헤드를 비-탄성, 유리질화, 칼리브레이드 연마용 지석 No. H-18, 중간 입자/중간 결합으로 부하시켰다. 각 시험편 후에 연마재 헤드를 진공시키고 각 시료 후에 재연마하였다 (일반적으로 약 4 시험편). 연마재 헤드의 재연마를 다이아몬드 연마지석 재연마기로 수행하였다. 연마 시험으로 시료를 통해 1/2 인치 (약 1.27 cm) 호울을 형성하는데 필요한 주기의 수를 측정하였다.
이 실시예는 천연 섬유 및 합성 필라멘트를 함유하는 결합 및 얽힘 복합 재료를 재생하고, 그 재료를 습식 성형 공정의 공급 스트림에 도입하고, 그 재료를 부직 연속 필라멘트 기질 상에 침적시키고 그후에 재료들을 함께 수력으로 얽히게 하는 것에 관한 것이다.
천연 목재 펄프 및 결합된 합성 폴리프로필렌 필라멘트의 연속 웹 (약 20 중량％) (즉, 스펀본드 연속 필라멘트 웹)을 함유하는 복합 수력 얽힘 재료 (Kimberly-Clark Corporation (Roswell, Georgia 소재)로부터 상품명 WYPALL(R)WORKHORSE(R)제조 걸레 및 HYDROKNIT(R)신속 흡수재로 판매됨)를 약 10 내지 350 ㎜의 길이 및 3 내지 70 ㎜의 폭의 단편으로 세단하였다. 복합재는 약 80 중량％의 펄프 및 약 20 중량％의 폴리프로필렌 필라멘트를 함유하였다. 이 재료를 이스트시카고 머쉰 툴 캄파니 (East Chicago Machine Tool Company)로부터 판매되는 세단기를 이용하여 세단하였다. 단편을 통상의 홀랜더-타입 공업용 고해기 (E.D. Jones & Sons (Pittsfield, MA 소재)에 의해 제조)로 이송하였다. 고해기는 45° 기울어진 베드 플레이트가 장치된 "넘버 3 존스 비팅 유닛 (Number 3 Jones Beating Unit)"이었다. 고해기는 일반적으로 롤 상에 정렬된 블레이드 또는 날개가 있는 회전 롤을 가졌다. 블레이드 또는 날개는 폭이 약 1/4 인치 (~6 ㎜)이고 높이가 약 1/2 인치 (~12 내지 13 ㎜)였다. 이들은 회전 방향 또는 면에 수직인 롤의 바깥쪽으로 약 1/2 인치 (~12 내지 13 ㎜) 간격으로 떨어져 있었다. 고정판은 회전 롤 바로 아래에 장착되었으며 폭이 약 1/8 인치 (~3 ㎜)이고 높이가 약 1/4 인치 (~6 ㎜)이고 약 3/8 인치 (~9 내지 10 ㎜) 간격으로 떨어져 있는 블레이드 또는 "나이프"가 장치되어 있다. 이들은 회전 방향 또는 면에 대해 45°의 각도로 정렬되어 있다.
회전 롤은 72 인치 (약 182.88 cm)의 직경, 72 인치 (약 182.88 cm)의 폭, 192개의 블레이드를 가졌으며, 블레이드 각각은 72 인치 (약 182.88 cm)의 길이를 가지며 1/2 인치 (약 1.27 cm)의 간격으로 떨어져 있다. 롤의 중량은 약 16 톤이었다. 일반적으로 말하면, 회전 속도는 일정하고 변형되는 변수는 롤 상의 압력 또는 하중이다. 롤은 0 psi의 게이지 압력 표시가 섬유 및 결합 섬유 재료의 단편이 회전 롤 하부에 있는 블레이드와 롤 아래에 장착된 고정 블레이드 사이에 존재하는 간격을 통해 압착될 때 그들에 의해 발생되는 힘에 반작용하는 롤의 중량 부분이 거의 없거나 또는 전혀 없는 것에 해당하도록 장착되었다. 50 psi의 게이지압력 표시는 섬유 및 결합 섬유 재료의 단편이 회전 롤 하부에 있는 블레이드와 롤 아래에 장착된 고정 블레이드 사이에 존재하는 간격을 통해 압착될 때 그들에 의해 발생되는 압력에 반작용하는 롤의 중량의 대략 1/2 (~8 ton)에 해당하였다. 100 psi의 게이지 압력 표시는 섬유 및 결합 섬유 재료의 단편이 회전 롤 하부에 있는 블레이드와 롤 아래에 장착된 고정 블레이드 사이에 존재하는 간격을 통해 압착될 때 그들에 의해 발생되는 압력에 반작용하는 롤의 거의 전체 중량 (~16 ton)에 해당하였다.
물을 세단된 재료에 첨가하고 수압 및 전단 응력을 홀랜더-타입 고해기에서 2단계로 재료에 가하였다. 롤이 회전할 때의 롤 상의 하중을 조정하여 수압 및 전단 응력을 조절하였다. 이러한 특별한 배열에서, 수압 및 전단 응력은 고해기 롤이 회전하고 그의 부착된 블레이드 또는 날개가 회전 방향 또는 면에 비스듬히 장착된 블레이드를 갖는 고정 판에 대해 액체 및 습윤 재료를 압입시킬 때 형성되는 "외륜 (paddle wheel)" 타입 펌핑 작용에 의해 발생된다. 일반적으로 말하면, 회전 롤에 가해진 더 큰 하중은 회전 롤과 고정 판 사이의 간격을 더 좁게 한다. 이는 더 큰 정도의 수압 및 전단 응력에 해당한다.
제1 단계 중에, 회전 롤에 대한 압력 또는 하중은 10분 동안 0 psig (파운드/평방 인치 게이지)였다. 본질적으로, 하중이 가해지지 않았으며, 회전 롤의 "외륜" 작용이 회전 롤의 블레이드와 고정 판 상에 장착된 블레이드 사이의 약 1 ㎝ 이상의 간격을 통해 현탁액 내의 단편을 압착시켰다. 일반적으로 말하면, 제1 단계를 이용하여 세단된 재료를 습윤시키고 천연 섬유를 합성 섬유로부터 분리하였다. 점조도는 약 3.3 ％ (현탁액 중의 공기 또는 오븐 건조 섬유 재료의 중량％)로 조정되었다.
제2 단계 중에, 조건을 조정하여 회전 롤 상의 이동 블레이드와 그의 가장 밀접한 접촉 지점 또는 그 부근에 있는 고정 블레이드 사이에 아주 높은 수압, 전단 응력 및 가능하게는 공동화 힘의 작은 영역을 형성하였다. 이들 작은 영역은 세단된 결합 섬유 재료 상에 미세 파열 작용을 하여 형성된 합성 섬유를 수력으로 파쇄하고(하거나) 불어내어 그의 길이를 감소시키는 것으로 생각된다. 또한, 수력 파쇄 및 "금속 대 섬유" 또는 "금속 대 결합 섬유 재료" 접촉은 더 긴 합성 필라멘트의 길이를 조절한다. 이 실시예에서, 특정 목적은 현탁액에 존재할 수 있는 펄프 섬유의 길이 또는 자유도를 실질적으로 저하시키지 않고 균일한 외관 및 물리적 특성을 갖는 시트를 생산하면서 길이가 최대가 되도록 합성 섬유의 길이를 조절하는 것이다.
제2 단계에서, 회전 롤에 대한 게이지 압력은 50 psig로 증가되었고 회전 롤과 고정 판의 블레이드 사이의 간격은 1 내지 10 ㎜로 감소되었으며 16 톤 롤 중량의 대략 1/2 (~8 톤)은 섬유 단편이 롤과 고정 판 사이의 간격을 통해 압착될 때 그의 의해 발생되는 압력에 반작용하는데 이용되었다. 이러한 조건은 50분 동안 유지되었다.
처리 후에, 자유 섬유, 섬유 번들 및 섬유-유사 재료의 시료를 현미경으로 검사하였다. 천연 또는 펄프 섬유를 분리하고 합성 섬유와 별개로 측정하였다. 이 실시예에서, 평균 섬유 길이는 이미 설명된 바와 같이, 20 합성 섬유 및 20 펄프 섬유의 무작위 시료를 손으로 분리하고, 현미경을 이용하여 개개의 섬유의 길이를 측정하고 그후에 평균 길이를 계산함으로써 결정되었다. 결과의 재생 섬유 및 섬유-유사 재료는 다음과 같은 특징을 가졌다:
· 합성 섬유의 평균 길이는 목재 펄프 섬유와 거의 동일한 길이였다. 합성 섬유의 평균 길이는 4.21 ㎜였다. 시료 내의 개개의 섬유의 길이는 2.54 내지 7.11 ㎜였다. 가공 전에, 초기의 합성 섬유는 불확정된 길이 또는 적어도 7.11 ㎜를 훨씬 넘는 길이를 갖는 실질적으로 연속인 폴리프로필렌 필라멘트였음을 알아야 한다. 펄프 성분에 대한 평균 섬유 길이는 2.7 ㎜였다. 시료 내의 개개의 펄프 섬유의 길이는 1.52 내지 3.94 ㎜였다.
· 목재 펄프 섬유 자유도는 약간 (약 10％) 감소되었으며, 이는 복합재의 목재 펄프 섬유 성분에 대해 일부 추가의 표면적이 발생되었음을 나타낸다. 그러나, 섬유 길이는 영향받지 않았다.
· 합성 섬유의 실질적인 수는 남아있는 개개의 섬유 결합 면, 교차 또는 편평한 면의 결과로서 증가된 표면적을 가졌다.
처리된 재생 섬유 스트림 (목재 펄프 섬유 및 합성 섬유를 함유함)을 습식 성형법의 공급 스트림에 도입하였다. 재생 섬유를 20 건조 중량％로 천연 라디에타 파인 펄프 섬유 (CMPC Celulosa (Chile 소재)로부터 판매되는 Laja 10)와 직렬 블렌딩하였다.
이러한 섬유 블렌드를 알바니 인터내셔날 (Albany International)로부터 84M이라는 상품명으로 판매되는 성형 와이어를 이용하여 50 평방 미터 당 그램 (gsm)의 기초 중량을 갖는 습윤 시트로 성형하였다. 그후에, 습윤 시트를 약 24 gsm의 기초 중량을 갖는 연속 필라멘트 폴리프로필렌 스펀본드의 층 상에 놓았다. 두 층을 알바니 인터내셔날 (Albany International)로부터 90BH라는 상품명으로 판매되는 수얽힘 와이어 상에 지지되게 하였다. 두 층은 5개의 매니폴드를 이용하여 얽혀졌다. 각 매니폴드에는 0.005 인치 (약 0.0127 cm) 호울의 한 열을 인치 당 40 호울 (cm 당 15.75 호울)의 밀도로 갖는 분사 스트립이 장치되었다. 수압은 1100 파운드/평방 인치 게이지 (psig)였고 웹이 압력에 노출되는 총 시간은 213 마이크로초였다.
그후에, 결과 복합 시트를 건조시켜 최종 제품을 얻었다. 결과 제품을, 재생 섬유가 없는 것을 제외하고는 동일한 조건 하에서 동일한 비의 동일한 목재 펄프 및 스펀본드로 제조된 대조군 수력 얽힘 재료와 비교하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
특성 재생 재료 없는 제품 20％ 재생 재료 있는 제품
기초 중량 65.7 gsm 66.0 gsm
두께 12.88 mils 12.64 mils
CD 사다리꼴 인열 1068 grams 1070 grams
MD 사다리꼴 인열 1805 grams 1868 grams
CD 드레이프 3.75 ㎝ 4.21 ㎝
MD 드레이프 6.11 ㎝ 6.09 ㎝
펄프측 마모 13.2 주기 12.7 주기
수 용량 18.4 grams 19.77 grams
두번째 실험은 20％ 재생 재료를 함유하는 시료의 수력 얽힘 압력을 1200 psig로 증가시킨 것을 제외하고는, 동일한 재료 및 조건을 이용하여 수행하였다. 재료를 이전과 동일한 방식으로 건조시켰다. 결과 특성을 하기 표 2에 나타내었다.
특성 재생 재료 없는 제품 20％ 재생 재료 있는 제품
기초 중량 65.7 gsm 63.5 gsm
두께 12.88 mils 12.7 mils
CD 사다리꼴 인열 1068 grams 1179 grams
MD 사다리꼴 인열 1805 grams 2147 grams
CD 드레이프 3.75 ㎝ 4.31 ㎝
MD 드레이프 6.11 ㎝ 6.16 ㎝
펄프측 마모 13.2 주기 17.3 주기
수 용량 18.4 grams 19.10 grams
더 높은 얽힘 압력이 재생 섬유와 함께 사용될 수 있음을 표 2로부터 명백히 알 수 있다. 이들 시료가 캐리어 직물 또는 기질 (즉, 스펀본드 웹)을 이용하여 얽혀지긴 하였지만, 실시예는 재생 섬유가 그러한 캐리어 직물 또는 기질 없이 수력 얽힘 와이어 상에 직접 얽혀질 수 있음을 입증한다.
수력으로 파쇄된 재생 섬유는 그들이 일반적으로 균일하고 결합 섬유 재료로부터 형성된 이전의 재생 재료의 플록 및 비균일성 없이 강한 합착 직물에 쉽게 수력으로 얽혀질 수 있으므로 이점을 제공한다. 본 발명에 사용되는 재생 재료의 상대적으로 변형되고, 꼬여진 불규칙한 성질은 고압 분사에 의해 세척되는 재료를 더 적게 하므로 더 큰 효율성을 갖게 하는 것으로 생각된다. 이는 적어도 부분적으로 더 높은 표면적 및 섬유 형태로 인해 더 적은 섬유 손실을 일으키기 때문인 것으로 생각된다. 재생 섬유 및 섬유-유사 재료의 구조는 섬유가 습식 성형 방법에 쉽게 적용되고 성형 단면에서 잘 유지되게 하므로 또다른 이점을 제공한다. 또한, 습식 성형 기술에 의해 비교적 쉽게 가공될 수 있는 재생 섬유는 수력 얽힘을 위한 적합하게 균일한 출발 물질을 제공한다.
아주 균일한 직물은 이점을 제공한다. 외관이 아주 균일한 직물은 심미적으로 만족스럽게 되기 쉽다. 더 적은 펄프 재료 및(또는) 더 가벼운 기초 중량의 기질이 재료의 차단 또는 커버 능력의 손실 없이 사용될 수 있다. 어떤 경우에는, 인장 특성 및 다른 물리적 특성이 큰 변화 또는 비균일한 국소 반점을 덜 생기게 할 수 있다.
본 발명이 특정한 바람직한 실시태양과 관련하여 설명되긴 하였지만, 본 발명의 주제는 이들 특정 실시태양에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 오히려, 본 발명의 주제는 하기 청구범위의 취지 및 영역에 포함될 수 있는 모든 별법, 변형 및 등가 사항을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 액체에 현탁되어 있는 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴함으로써 발생되는 하나 이상의 불규칙한 변형을 포함하는, 합성 재료로 구성된 하나 이상의 실 요소를 갖는 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료를 포함하는 수력 얽힘 부직포.
  2. 제1항에 있어서, 실 요소가 약 1 내지 약 15 ㎜ 범위의 길이를 가진 수력 얽힘 부직포.
  3. 제2항에 있어서, 실 요소가 약 1.5 내지 약 10 ㎜ 범위의 길이를 가진 수력 얽힘 부직포.
  4. 제3항에 있어서, 실 요소가 약 2 내지 약 5 ㎜ 범위의 길이를 가진 수력 얽힘 부직포.
  5. 제1항에 있어서, 불규칙한 변형이 실 요소의 굴곡, 실 요소의 편평한 세그먼트, 실 요소의 퍼진 세그먼트 및 그의 조합된 형태인 수력 얽힘 부직포.
  6. 제1항에 있어서, 재생 재료의 실 요소가, 결합 섬유 재료로부터 실 요소를분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴하기 전의 결합 섬유 재료 내의 실 요소에 비해 더 큰 표면적을 갖는 수력 얽힘 부직포.
  7. 제6항에 있어서, 재생 실 요소의 표면적이, 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴하기 전의 결합 섬유 재료 내의 실 요소에 비해 약 5％ 이상 더 큰 수력 얽힘 부직포.
  8. 제1항에 있어서, 합성 재료가 합성 열가소성 재료인 수력 얽힘 부직포.
  9. 제1항에 있어서, 펄프 섬유를 더 포함하는 수력 얽힘 부직포.
  10. 제9항에 있어서, 약 1 내지 약 85 중량％의 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료 및 약 15 내지 약 99 중량％의 펄프를 포함하는 수력 얽힘 부직포.
  11. 제1항에 있어서, 약 20 내지 약 200 gsm (평방 미터 당 그램)의 기초 중량을 갖는 수력 얽힘 부직포.
  12. 제1항에 있어서, 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료가 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀 및 그의 조합물로부터 선택된 수력 얽힘 부직포.
  13. 제1항에 있어서, 펄프 섬유가 천연 경목 펄프 섬유, 천연 연목 펄프 섬유, 2차 섬유, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 수력 얽힘 부직포.
  14. 제1항에 있어서, 점토, 전분, 입자 및 초흡수성 입자를 더 포함하는 수력 얽힘 부직포.
  15. 제1항에 있어서, 약 3％ 이하의 탈결합제를 더 포함하는 수력 얽힘 부직포.
  16. 약 20 gsm 내지 약 200 gsm의 기초 중량을 가진, 제1항의 수력 얽힘 부직포의 층을 하나 이상 포함하는 와이퍼.
  17. 제16항에 있어서, 약 40 gsm 내지 약 150 gsm의 기초 중량을 가진 와이퍼.
  18. 액체에 현탁되어 있는 결합 섬유 재료로부터 실 요소를 분리하기 위해 실 요소를 수력 파괴함으로써 발생되는 하나 이상의 불규칙한 변형을 포함하는, 합성 재료로 구성된 하나 이상의 실 요소를 갖는 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료의 층을 제공하는 단계;
    그 층을 수력으로 얽히게 하여 부직 웹을 형성하는 단계; 및
    그 웹을 건조시키는 단계
    를 포함하는 수력 얽힘 부직포의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료의 층을 제공하는 단계가 재생 섬유의 층을 건식 성형 또는 습식 성형 기술에 의해 수력 얽힘 직물 상에 침적시키는 것을 포함하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 재생 합성 섬유 및 섬유-유사 재료의 층을 제공하는 단계가 재생 섬유 및 펄프 섬유로 구성된 층을 습식 성형 기술에 의해 수력 얽힘 직물 상에 침적시키는 것을 포함하는 방법.
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