KR20070028380A - 고수압직조를 이용한 가죽 시트 물질의 형성 - Google Patents

고수압직조를 이용한 가죽 시트 물질의 형성 Download PDF

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Abstract

가죽 시트 물질(leather sheet material)은 혼합되고 재생된 가죽 섬유와 합성 섬유의 웹(4)을 고수압직조(hydroentangling)함으로써 제조된다. 상기 합성 섬유는 용융성 이상구조 섬유(meltable bicomponent fiber)인데, 이들 섬유는 얽힘(entanglement) 이전에 가열되고 융합되어 가죽 섬유에 대한 지지 망상조직(support network)을 형성한다. 티슈 종이(tissue paper, 1a)의 시트(sheet)는 가죽 섬유 웹(4)의 표면에 입혀지고, 고수압직조 분사(hydroentanglement jet)(16)는 티슈 종이를 통하여 웹으로 지향된다.

Description

고수압직조를 이용한 가죽 시트 물질의 형성{FORMATION OF LEATHER SHEET MATERIAL USING HYDROENTANGLEMENT}
본 발명은 특히, 고수압직조(hydroentanglement) 또는 스펀레이싱(spunlacing)으로 알려진 공정을 이용하여 가죽 섬유(leather fiber)로부터 시트 물질(sheet material)의 형성에 관계한다.
선행 특허 출원 WO 01/94673(PCT/GB 01/02451)에서는 폐기물 가죽 섬유로부터 고품질 재생 가죽 시트 물질을 생산하기 위한 고수압직조(또는 스펀레이싱)의 이용을 기술한다. 고수압직조 분사(Hydroentangling jet)는 고압에서, 특수한 스크린(screen)을 통하여 가죽 섬유의 웹으로 지향된다. 이들 스크린은 웹의 표면에서 쉽게 엉클어져 더 이상의 얽힘(entanglement)을 방해하는 가죽 섬유의 성향으로 인하여 동일한 정도로 진행되지 않는 분사의 깊은 침투를 가능하게 한다.
폐기물 가죽의 분해로부터 유래된 가죽 섬유는 고수압직조 공정에 통상적으로 이용되는 섬유보다 실질적으로 짧고 미세하기 때문에, 스크린의 구속 작용(constraining action)에도 불구하고 섬유가 분사에 의해 휩쓸리는 문제점이 있 다.
이를 위하여, 선행 출원 WO 03/048437(PCT/GB02/05381)에서는 내부 코어(inner core)보다 낮은 용융점(melting point)을 갖는 외부층(outer layer)을 보유하는 인공 이상구조 섬유(man made bicomponent fiber)의 이용을 제안한다. 이들 이상구조 섬유는 기초 가죽 섬유(base leather fiber)와 혼합되어 웹을 형성하고, 상기 웹은 이후, 가열되어 이들 이상구조 섬유를 교차점(intersection)에서 서로 융합시켜 웹 내에서 망상조직(network)을 형성한다.
상기 망상조직은 미세하고 짧은 가죽 섬유가 고수압직조 동안 이탈되지 않도록 하고, 따라서 고압에서 분사가 섬유 본체로 깊숙이 침투하여, 가죽 제품에 요구되는 상대적으로 두꺼운 층을 얽히게 할 수 있다.
이상구조 섬유의 망상조직을 활용함으로써, 고압 분사를 이용한 강한 얽힘을 달성할 수 있다. 이는 섬유 파괴를 피하기 위하여 낮은 분사 압력(jet pressure)이 초기에 이용되는 전통적인 고수압직조 절차와 대조된다. 이러한 전통적인 절차는 가죽 섬유에 이용하기 적합하지 않은데, 그 이유는 가죽 섬유가 상당히 쉽게 고수압직조되고, 전통적인 절차가 내부 섬유(interior fiber)의 얽힘을 방해하는 완전히 엉클어진 층을 표면에 형성하기 때문이다.
하지만, 결합된 섬유의 내부 망상조직의 이용에서 한가지 문제점은 이로 인하여 최종 산물의 가죽-유사 감촉(leather-like handle)이 약화될 수 있다는 점이다.
망상조직이 감촉에 대한 눈에 띄는 효과를 나타내지 못할 만큼 연약하면, 고 압 분사(high pressure jet)는 가죽 섬유, 특히 짧은 길이의 가죽 섬유를 부식시키기 경향이 있다. 상대적으로 긴 가죽 섬유는 WO 01/94673(PCT/GB01/02451)에 기술된 방법으로 제조될 수 있긴 하지만, 고수압직조에 앞서 요구되는 이들 섬유의 동질한 레잉(even laying)이 전통적인 에어 레잉 장치(air laying equipment)를 이용한 생산을 지연시킬 수 있다. 고압 분사의 최초 적용 동안 섬유의 부식은 WO 01/94673(PCT/GB01/02451)에 기술된 바와 같이, 이들 섬유의 표면 위에 스크린을 이용함으로써 예방될 수 있긴 하지만, 스크린의 고체 부분에 충돌하는 상당한 양의 물로 인하여 고수압직조 에너지(hydroentangling energy)가 낭비될 수 있다.
최종 산물에 대한 이상구조 섬유 망상조직의 영향을 최소화할 때의 다른 문제점은 이들 망상조직이 구조적으로 연약하고, 가죽과 이상구조 섬유로부터 생성된 웹이 고수압직조 공정이 수행되는 생산 조건하에 회전부(reel)로부터 안전하게 분리되기 힘들다는 점이다.
본 발명의 목적은 얽힘 에너지(entangling energy)의 부당한 손실 없이, 또는 최종 산물 성능을 부당하게 약화시키는 내부 망상조직을 이용하지 않으면서 깊은 얽힘을 만족스럽게 달성할 수 있는 가죽 섬유의 얽힘으로 가죽 시트 물질(leather sheet material)을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 회전부로부터 안전하게 취급되고 분리되어 얇은 웹의 경우에도 고수압직조 공정이 수행될 수 있는 강화된 가죽 섬유 웹(strengthened leather fiber web)이 형성될 수 있도록 하는 것이다.
이런 이유로, 본 발명에서는 가죽 기초 섬유(leather base fiber)를 주로 포함하고, 합성 섬유(synthetic fiber)를 추가로 포함하는 섬유 혼합물로부터 시트 물질(sheet material)을 형성하는 방법을 제시하는데, 상기 합성 섬유는 외부 용융성 층(outer meltable layer)을 보유하고, 상기 방법은
이들 섬유를 웹(web)으로 형성하고;
추가의 합성 섬유의 외부층(outer layer)을 가열 용융함으로써, 이들 섬유를 교차점(intersection)에서 서로 융합시켜 상기 웹 내에서 망상조직(network)을 형성하고;
상기 웹에 고수압직조(hydroentanglement)를 수행하여, 망상조직에 의한 구속(constrain) 하에 상기 기초 섬유를 얽히게 하는 단계를 포함하고,
티슈 물질(tissue material)이 웹 면(web face)으로부터 얽힘(entanglement) 이전에 상기 웹의 적어도 한 면에 적용되는 것으로 특성화된다.
이런 정렬에서, 티슈(tissue)는 얽힘 동안 부식으로부터 가죽 섬유를 구속하는 외부 스크린(external screen)으로서 기능할 수 있다. 따라서, 가죽 섬유가 얽힘 동안 부식될 수 있는 상대적으로 짧고 미세한 섬유인 경우에도, 웹 내에서 최소한의 망상조직으로 우수한 얽힘이 달성될 수 있다. 게다가, 이들 티슈는 상기한 바와 같은 스크린의 경우에서처럼 얽힘 동안 상당한 에너지 낭비를 초래하는 현저한 차단 움직임(shielding action)을 제공하지 않을 만큼 상대적으로 연약할 수 있다. 이런 이유로, 상기 티슈를 제외한 외부 스크린(external screen)은 완전 배제될 수 있지만, 원하는 경우에 제한되거나 감소된 수준에서 부가적으로, 또는 다른 목적, 예를 들면, 고수압직조 분사에 의해 유발된 표면 라인(surface line)을 감추는데 이용될 수 있다.
티슈 물질(tissue material)은 특히, 얇고 미세한 다공성 시트 물질을 의미하는데, 상기 물질은 예로써 공급롤(feed roller) 등을 이용하는 경우에 즉시 분해 없이 정밀한 촉감을 제공할 만큼 충분한 강도를 보유하고, 섬유 웹에 입혀질 때 구조 강도(structural integrity)를 유지함으로써 습성 조건에서도 이런 웹에 대한 구속이나 억제 효과를 제공하지만 전통적인 에어-레잉 기술(air-laying technique)을 이용하여 에어-레잉될 수 있도록 상대적으로 저분자량이며, 또한 상기 물질은 바로 밑의 가죽 섬유를 고수압직조할 수 있을 만큼, 바람직하게는, 특히 전통적인 고수압직조 물 분사의 충격하에 얽힘 절차가 수행될 때 실질적으로 완전히 붕괴될 만큼 충분한 에너지를 이용한 전통적인 고수압직조 물 분사의 국소 침투에 별다른 저항성을 유발하지 않는 상대적으로 개방된 다공성 연약 구조 조성을 보유한다.
더욱 구체적으로, 티슈 물질(tissue material)은 티슈 종이, 특히, 목재 펄프 섬유로부터 만들어진 티슈 종이이지만, 다른 자연 및/또는 합성 섬유 역시 가능하고(목재 펄프 섬유에 대안으로 또는 부가적으로), 전형적으로 부직성(non-woven)이고, 40g/㎡ 이하, 특히, 30g/㎡ 이하의 중량을 보유한다. 더욱 구체적으로, 이런 종류의 티슈 종이는 25g/㎡ 이하 또는 21g/㎡, 특히 15-25g/㎡ 범위 또는 17-21g/㎡의 중량을 보유한다. 적절하게는, 이런 종류의 티슈 종이는 '습성 강도(wet strength)'를 보유한다. 이런 측면에서, 순전히 부직성 목재 펄프 섬유로부터 만들어진 티슈 종이의 경우에, 이들 섬유는 수소 결합에 의해 서로 유지되는데, 습성 조건에서 이들 결합은 파괴되고 종이는 분해된다. ‘습성 강도’를 보유하는 티슈 종이의 경우에, 소량의 첨가제가 통합되어 물에 의해 쉽게 분해되지 않는 섬유간 결합(inter-fiber bonding)이 제공된다. 가령, 중합성 물질(polymeric material), 예를 들면, 폴리아미노아마이드(폴리아마이드 에피클로로하이드린 수지(polyamide epichlorohydrin resin, PAE))가 낮은 수준으로 통합된다. 이들 중합성 물질은 섬유 교차점에서 덩어리를 이루고, 공유 섬유-섬유 결합을 유도하는 것으로 밝혀졌다. 이들 결합은 전체 또는 대부분의 강도를 제공하기 보다는 티슈의 강도에 도움이 된다.
적절하게는, 추가의 용융성이나 이상구조성 섬유가 티슈에 결합하여 후자가 고수압직조 동안 분리되지 않도록 하기 위하여, 티슈는 가열 단계에 앞서 웹 면에 적용진다. 더 나아가, 상기 결합은 보관과 생산 동안 회전부가 안전하게 취급될 수 있도록 하기 위하여, 고수압직조에 앞서 웹을 강화하는데 도움이 될 수 있다.
고압에서 물의 미세한 분사가 티슈로 덮인 복합 웹의 표면에 적용될 수 있는데, 이들 분사는 티슈에 침투하고, 바로 밑의 가죽 섬유를 고수압직조할 만큼 충분한 에너지를 보유한다.
고수압직조이후, 분사의 직접 통로에서 티슈는 파괴될 수 있지만, 다른 곳에서는 분사가 상이한 라인을 따라 침투하게 되는 추가의 고수압직조가 수행될 때까지 손상 없이 존속된다. 이들 절차 동안, 티슈는 포화되고, 특히 목재 펄프로부터 만들어진 티슈는 상당히 약화될 수 있다. 하지만, 이 시점에서 가죽 섬유의 고수압직조는 티슈의 보호 기능이 더 이상 필요하지 않고 티슈 물질을 포함하는 섬유가 기초 섬유의 매트릭스에 분산되어 최종 산물의 일부분이 되는 단계까지 진행된다. 티슈가 얇고 이를 포함하는 섬유가 복합 웹의 작은 일부분이기 때문에, 이들 티슈 섬유는 최종 산물에서 눈에 띄지 않는다. WO 01/94673(PCT/GB01/02451)에 기술된 금속 스크린(metal screen)과 달리, 티슈 “스크린”은 분사를 가죽 섬유로부터 현저하게 차단하지 않기 때문에, 실질적으로 모든 고수압직조 에너지가 웹을 합체시키는데 이용될 수 있다.
적절하게는, 본 발명의 얽힘 방법은 가급적, 복수 통로(multiple pass)에서 액체(특히, 물)의 고압 분사를 이용하여 수행된다. 이들 특징의 추가적인 상세는 WO 01/94673(PCT/GB01/02451)을 참조한다.
추가의 합성 섬유는 인공 이상구조 섬유일 수 있고, 웹은 이상구조 섬유의 외부층을 용융시켜 이들을 교차점에서 융합시키고 웹 전체에 3차원 망상조직을 형성하는 가열 수단(heating means)을 통과하여 전진될 수 있다. 이들 특징의 추가적인 상세는 WO 03/048437(PCT/GB02/05381)을 참조한다.
웹은 WO 01/94673(PCT/GB01/02451)과 WO 03/048437(PCT/GB02/05381)에 기술된 바와 같은 한가지이상의 직물 보강제(fabric enforcement)를 통합할 수 있다. 직물 보강제는 웹 내에서 중간에 위치할 수 있는데, 여기서 고수압직조 분사는 섬유를 직물(fabric)의 틈새로 유도하기 위하여 전체 두께에서 절반을 약간 상회하여 도달하면 충분하였다. 하지만, 일부 산물에서는 보강 직물(reinforcing fabric)을 한 면에 더욱 가깝게 위치시키는 것이 바람직할 수 있는데, 이로 인하여, 반대 면은 더욱 두꺼워지고 분사는 더욱 깊이 침투하게 된다. 이들 사례(및 일반적으로, 두꺼운 산물)에서, 분사가 침투해야 하는 거리는 상대적으로 얇은 복합 층(composite layer)을 코어 직물(core fabric)에 고수압직조하고, 이후 다른 층을 앞서 합체된 층에 고수압직조함으로써 감소될 수 있다. 각 경우에, 분사는 티슈로 덮인 면에 적용되는데, 상기 면은 후행 층(succeeding layer)으로부터 섬유가 차후의 고수압직조에 의해 선행 층(preceding layer)으로 유도될 수 있도록 분사에 의해 충분히 전위된다. 이런 복수 계층화 절차(multiple layering procedure)는 표면 스크린(surface screen)의 복수 적용을 필요로 하는 기존의 방법에 비하여, 고수압직조될 수 있는 전체 두께의 상한선을 대략 25% 정도 증가시킬 수 있다.
다양한 티슈가 이용될 수 있는데, 상기 공정에 대한 이들의 적합성(suitability)은 고수압직조 시험을 수행함으로써 결정될 수 있다. 특히, 비용을 줄이기 위하여, 티슈는 대량 생산된 경량의 종이 티슈일 수 있다. 습성 강도와 고수압직조 분사에 의한 침투의 용이성이 적절하게 균형된 이런 물질은 통상적으로, 기저귀 안감 또는 냅킨에 사용된다. 티슈는 또한, 에어 레잉(air laying)이나 고수압직조 플랜트의 다공성 캐리어 벨트(porous carrier belt)를 통한 공기와 물 흐름을 방해하지 않을 만큼 충분히 다공성이어야 한다. 습성 강도는 기초 가죽 섬유가 만족스럽게 고수압직조되는 기회를 갖기 이전에 티슈가 분해되지 않도록 담보할 만큼 충분해야 하지만, 고수압직조 분사가 티슈를 통하여 침투하여 바로 밑의 가죽 섬유에 도달하는 것을 방해하지 않아야 한다. 이들 특성의 만족스런 조합은 2000 l/㎡/s의 공극률(porosity)과 대략 30N/m의 습인장강도(wet tensile strength)를 보유하는 18g/㎡의 개립도(open grade) 기저귀 티슈(diaper tissue)에서 나타난다.
더욱 강하고 더욱 무거운 티슈를 이용하는 것이 기술적으로 가능하긴 하지만, 여기에는 더욱 많은 비용이 소요되고 최종 산물에서 더욱 많은 비-가죽 섬유가 존재하게 된다. 더욱 가벼운 티슈를 사용하는 것이 일부 허용되긴 하지만, 일반적으로, 18g/㎡가 상업적으로 구입가능한 티슈의 한계이다. 또한, 목재 펄프 이외의 섬유로부터 만들어진 티슈를 이용하는 것도 가능하지만, 이들은 일반적으로, 가격이 훨씬 비싸고 섬유 길이(fiber length)가 분사에 의한 침투에 더욱 많은 장애를 유발한다.
다양한 이상구조 섬유가 추가의 합성 섬유로서 이용될 수 있는데, 이들은 가죽 섬유 중량의 소수 비율(대략, 4%)을 구성한다.
특히 경제적이고 가죽-유사 촉감(leather-like handle)으로 우수한 호환성(compatibility)을 갖는 이상구조 섬유는 낮은 용융성 폴리에틸렌 외부층을 보유하는 4 ㎜ 또는 6 ㎜, 1.7 dtex 폴리프로필렌이다(polypropylene)이다. 이들 섬유는 통상적으로, 에어-레이(air-laid) 제품을 결합시키는데 사용되는데, 가죽 섬유 중량은 최대 4%의 매우 낮은 용량이 선호된다. 용량을 4% 미만으로 줄이는 것도 가능하지만, 제한 요인(limiting factor)은 측정 장비의 정확성; 가죽 섬유 전체에 분산의 동질성(evenness); 티슈를 섬유 본체에 고정시킬 만큼 충분한, 티슈에 대한 결합이다. 이런 고정(anchorage)은 티슈가 고수압직조 분사를 통한 임의의 후속적 통로를 견딜 수 있을 만큼 충분히 엉클어지기 이전에 상기 티슈가 가죽 섬유로부터 제거되지 않도록 하기 위하여 요구된다. 4% 이상(가령, 20% 이상)의 이상구조 섬유가 사용될 수 있지만, 이는 최종 산물의 가죽-유사 촉감을 약화시킬 수 있다. WO 03/048437(PCT/GB02/05381)에 지시된 바와 같이, 더욱 높은 이상구조 함량은 최종 산물의 표면 크래킹(surface cracking)에 저항하는데 도움을 주는데, 적절하게는 상기 함량과 촉감 사이에 균형을 이루는 것이다.
보강 목적으로, 다른 섬유가 가죽과 이상구조 섬유에 추가로 통합될 수 있다. 이러한 보강은 매우 짧은 가죽 섬유(가령, 해머 밀링(hammer milling)에 의해 생산된)가 사용될 때 필요한데, 적합한 인공 보강 섬유(manmade reinforcing fiber)는 종이와 목재 펄프 제품(가령, 6㎜ 1.7 dtex 주름진 Tencel 섬유)의 강도를 보강하도록 설계된 것들이다. 보강 섬유의 첨가율(dose rate)은 최종 산물의 필요조건에 따라 폭넓게 변할 수 있는데, 짧은 가죽 섬유를 이용한 신발에 사용되는 경우에, 분사 홈(jet groove)에 의해 시초된 표면 크래킹이 가죽 섬유 중량에 비례하여 대략 20% 정도 추가로 예방될 수 있다. 상기 수준에서 첨가율은 통상적으로, 최종 산물의 섬세한 표면(finish surface)을 둘러싸는 섬유 층에만 요구되고, 섬세한 표면으로부터 멀리 떨어진 층은 보강 섬유를 더욱 적은 양으로 보유하거나, 또는 전혀 보유하지 않는다. 내부 보강 직물(internal reinforcing fabric) 역시 상기한 바와 같이 이용될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 다수의 복합 웹(composite web)이 최종 산물의 필요조건, 특히 전체 중량과 두께에 따라 복수 계층화(multiple layering)에 의해 합체될 수 있다. 전형적으로, 건성 섬유와 티슈의 전체 입력은 대략 530 g/㎡이지만, 예로써 이는 600 g/㎡ 이상으로 증가될 수 있다. 더욱 무거운 이들 기질에서, 우수한 합체는 첫 번째와 두 번째 웹을 합체한 이후 세 번째 웹을 추가하고, 이후 세 번째 웹을 고수압직조하여 두 번째 웹과 합체시키고 병합함으로써 달성될 수 있다. 이런 경우에, 웹의 중량은 일반적으로, 동일하게 조정되지만, 반드시 그러할 필요는 없다. 최종 산물 필요조건과 산물 두께에 따라, 이들 층은 보강 직물(reinforcing fabric)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 2개 이상 존재할 수 있다. 대안으로, 하나의 웹이 이런 직물의 한쪽 면에만 존재하거나, 또는 이런 직물의 각 면에 존재할 수 있고, 전체 웹 중량은 300g/㎡ 이하이다. 또한, 임의의 강화 직물(reinforcing fabric) 없이 복수 계층화(multi-layering)가 이용될 수도 있다.
고수압직조 순서와 분사 매개변수, 예를 들면, 압력, 직경, 분사 공간(jet spacing)과 관련하여, 이들은 최종 산물의 필요조건에 좌우되고 시행착오 검사로 확립될 수 있다. 전반적인 가이드로서, 최대 합체를 위하여 200 bar 이상의 고압이 이용될 수 있지만, 얇은 웹(특히, 차후에 최종 산물의 섬세한 표면을 제공하는 면에서)의 경우에, 압력은 상기한 바와 같이 분사로 인한 깊은 홈을 줄이기 위하여 감소될 수 있다. 대안으로, 홈은 최종 통과(finishing pass) 동안 WO 01/94673에 기술된 유형의 표면 스크린(surface screen)을 적용함으로써 피할 수 있다. 이는 라인을 연속 홈이 아닌 분리된 톱니모양 결각으로 단절시키고, 결과적으로 눈에 덜 띄게 한다. 또한, 합체 정도는 웹 층의 두께 및 층에서 분사가 통과하는 속도에 좌우된다. 더욱 두꺼운 구성을 위하여, 더욱 느린 속도(가령, 5 m/min)가 이용되고, 더욱 얇은 구성은 일반적으로, 더욱 빠른 속도(가령, 10 내지 16 m/min 이상)에서 합체될 수 있다.
고수압직조를 수행하는 장치에는 웹을 분사 헤드(jet head)를 통과하여 운반하기 위한 평면 캐리어 벨트(horizontal carrier belt)가 포함된다. 하지만, WO 01/94673(PCT/GB 01/02451)에 기술된 바와 같이, 분사 헤드를 다공성 드럼(porous drum) 주변에 다양한 각도로 배치하여 더욱 조밀한 정렬을 제공할 수 있다. 이 경우에 배치(layout)는 외부 스크린(external screen)이 배제될 수 있기 때문에, 본 발명의 방법을 이용하여 더욱 단순화될 수 있다. WO 01/94673(PCT/GB01/02451)과 WO 03/048437(PCT/GB02/05381)에 기술된 바와 같이, 일반적으로, 수집 트레이(collecting tray)를 이용하여 웹의 표면으로부터 반동되는 분사로부터 물을 수집하는 것이 바람직하다. 또한, 일반적으로, 웹을 통과하는 분사로부터 물의 적어도 일부를 끌어들이기 위하여 캐리어 벨트 바로 밑에 충분한 진공 채취(vacuum extraction)을 이용하는 것이 바람직하다. 가죽 섬유의 미세한 특성이 물의 흐름을 방해하기 때문에, 진공은 통상적으로 이용되는 것보다 훨씬 높은 600 mbar이어야 한다.
본 발명은 아래의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 더욱 상세하게 기술되긴 하지만, 이들 실시예와 도면은 본 발명을 한정하지 않는다.
도 1은 본 발명의 방법의 수행에 이용되는 한가지 기구 형태의 초기 단계의 개요도이며, 융합된 이상구조 망상조직으로 섬유 웹(fiber web)을 제조하기 위한 상업적 플랜트의 주요 작동 원리를 보여준다.
도 2에서는 이런 웹을 강화 직물(reinforcing web)과 결합시키고, 생성된 샌드위치 모양의 산물을 고수압직조하기 위한 기구의 단계를 추가로 보여준다.
도 1을 참조하면, 폐기물 가죽 섬유는 일정한 6 ㎜ 길이로 각각 절단된 4%의 1.7 dtex 이상구조 섬유와 5%의 3.0 dtex 표준 폴리에스테르 섬유와 혼합된다.
대략 2000 l/㎡/s의 공극률과 18g/㎡ 중량을 보유하는 연속 길이의 다공성 종이 티슈(1a)는 구동된 다공성 벨트(1)에 실린다. 섬유 혼합물은 적어도 한 쌍의 천공된 드럼(2)에 의해, 구동된 다공성 벨트(1)에서 티슈(1a)에 대략 200 g/㎡로 균질하게 분산되는데, 이들 섬유는 벨트(1) 바로 밑에 진공 상자(vacuum box, 3)에 의해 티슈(1a)로 끌어당겨진다.
티슈(1a) 내에서 균등하게 입혀진 섬유의 생성 웹(4)은 통상적인 전공 컨베이어(5)에 의해 다공성 벨트(6,7)로 운반되고, 여기서 이들 벨트는 상기 웹을 부분적으로 압착하고, 상자(8)로부터 뜨거운 공기가 벨트(7,6)와 웹(4)을 통하여 날려 보내지고 흡인 상자(suction box, 9)에 의해 수용된다. 뜨거운 공기의 온도는 이상구조 섬유(내부 코어(inner core) 제외)의 외피(outer sheath)를 용융시키고, 따라서 이들 섬유를 교차점에서 서로 융합시킬 만큼 충분하다.
교차점에서 이상구조 섬유의 용융된 외피가 완전히 응고되기 이전에 웹을 닙 롤러(nip roller, 10)로 압착하여, 결합되지 않은 가죽 및 폴리에스테르 섬유로 구성되고 융합된 이상구조 섬유의 3차원 망상조직에 의해 뒷받침되는 더욱 조밀한 웹 을 형성한다. 교차점의 응고(solidification)에서, 망상조직은 수송 및/또는 보관을 위하여 웹이 회전부(11)로 감길 만큼 충분한 강도를 제공한다. 이들 모든 단계는 기저귀와 같은 에어-레이 펄프 산물을 제조하는데 상업적으로 이용가능한 장치에 의해 수행된다.
이와 같은 3개의 웹(4a, 4b, 4c)은 단위 중량(unit weight)에서 차별되게 형성된다, 다시 말하면, 웹(4a)의 중량은 15Ogm/㎡인 반면, 더욱 많은 양의 섬유의 첨가로 수득되는 다른 웹(4b,4c)의 중량은 190g/㎡이다.
도 2를 참조하면, 2개의 웹(4a,4b)은 회전부(12)로부터 직물 보강제(4d)와 함께 회전부(11a,11b)로부터 풀려지고, 롤러(13)에 의해 서로 묶여 다공성 벨트(14)에 공급된다. 직물(4d)이 중간에 위치하는 웹(4a,4b)은 복합 샌드위치모양 산물(15)을 포함하는데, 상기 산물은 고수압직조 분사(16)를 통하여 벨트(14)에 의해 운반되고, 분사로부터 물은 진공 상자(vacuum box, 17)에 의해 샌드위치모양 산물(15)과 다공성 벨트(14)를 통하여 끌어당겨진다. 복합 샌드위치모양 산물의 표면으로부터 물 반동(water rebounding)은 트레이(18)에 수집되고 WO 01/94673(PCT/GB01/02451)에서 더욱 상세하게 기술된 바와 같이 운반된다.
생성되는 합체된 웹 구조는 분사가 웹 구조의 양 표면에 모두 적용될 수 있도록 동일한 다공성 벨트(14) 및 후속으로 다른 벨트에서, 복수의 연속 고수압직조 단계를 통과한다. 이와 같은 하나의 추가 벨트에서, 세 번째 웹(4c)은 풀려지고, 면-형성(face-forming) 웹(4a)을 마주보는 웹(4b)의 고수압직조된 표면 위에, 티슈 면(tissue face)이 최상위에 위치하도록 층을 이룬다. 이후, 결과의 복수 층은 웹(4b)이 웹(4a)에 단단하게 부착되도록 다른 복수의 고수압직조 단계를 통과시킨다.
더욱 상세하게는, 고수압직조 절차는 3개의 웹(4a,4b,4c) 및 직물(4d)을 합체시키기 위하여 아래와 같이 적용된다:
일차 합체: 웹(4a), 강화 직물(4d), 웹(4b)은 회전부로부터, 8 m/min로 동작하는 다공성 캐리어 벨트로 운반되는데, 여기서 웹(4b)에서 티슈가 최상위에 위치하고, 웹(4a)에서 티슈가 벨트와 접촉하며, 직물(4d)이 웹(4a)과 웹(4b) 사이에 위치한다. 이들 세 층은 0.7 ㎜ centre와 200 bar 압력에서 130 마이크론 직경 고수압직조 분사를 보유하는 첫 번째 분사 헤드 아래를 통과한다. 합체는 두 번째 분사 헤드 아래에서 상기 절차를 반복함으로써 더욱 강화된다. 이들 절차는 웹(4b)로부터 섬유가 직물(4d)의 틈새로 침투하고 웹(4a)에서 섬유와 연결될 만큼 충분하게, 웹(4b)에서 섬유를 최종 수준에 가깝게 고수압직조시키고, 따라서 이들 층을 상기 직물에 단단하게 부착시켜 합체된 기초적인 복수 웹 구조를 형성한다.
섬세한 면 합체(finish face consolidation): 생성되는 기초적인 웹 구조는 두 번째 다공성 캐리어 벨트로 운반되고 세 번째 분사 헤드 아래를 통과하는데, 여기서 웹(4a)에서 티슈가 최상위에 위치하고 분사 직경과 공간이 기존의 헤드에서와 동일하다. 분사 압력은 웹(4b)에 비하여 웹(4a)의 더욱 가벼운 중량 및 분사에 의해 형성되는 홈의 깊이를 제한할 필요성으로 인하여 120 bar로 낮아지는데, 상기 홈은 제한되지 않을 경우에 산물의 섬세한 외관에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 상기 기초적인 웹 구조는 이전의 분사에 의해 유발된 분사 라인(jet line)의 돌출부 와 골을 완화시키고 최종 산물의 섬세한 표면을 더욱 개선하기 위하여 각각 80과 50 bar의 점진적으로 낮아지는 압력에서 2개의 추가 분사 헤드 아래를 통과한다.
추가의 웹과 최종 합체: 완전히 합체된 기초적인 복수 웹 구조는 세 번째 캐리어 벨트로 운반되는데, 여기서 웹(4b)의 티슈 면이 최상위에 위치하고, 웹(4c)이 웹(4b)의 표면 위에 풀려지고 웹(4c)의 티슈 면이 최상위에 위치한다. 웹(4c)과 기초적인 웹 구조는 첫 번째 분사 헤드와 동일한 유형과 고압을 보유하는 추가의 분사 헤드 아래를 통과하고, 상기 절차는 또 다른 분사 헤드에서 반복된다. 이후, 최종 산물에서 라인이 더욱 감소되고 섬세한 후면(back face)을 제공하기 위하여, 완전 합체된 기질은 섬세한 면(4a)에서 기술된 바와 같이, 더욱 낮은 압력에서 추가로 2개의 분사 헤드 아래를 통과할 수 있다. 상기 섬세한 면에서처럼, 더욱 낮은 이들 분사 압력은 넓고 깊지 않은 합체를 제공하는데, 이들의 목적은 근본적으로, 표면 외관(surface appearance)을 개선하고 최종 산물에서 표면 크랙(surface crack)을 유발하는 분사 홈의 가능성을 감소시키는 것이다.
분사 홈이 완전히 없는 섬세한 면을 요하는 산물의 경우에, WO 01/94673(PCT/GB01/02451)에 기술된 바와 같은 천공된 스크린이 분사와 웹(4a)의 표면 사이에 배치될 수 있다. 이는 선형 분사 홈을 복수의 분리된 톱니모양 결각으로 전환시킬 수 있는데, 이는 일반적으로, 최종 산물에서 눈에 덜 띈다. 이런 경우에, 스크린의 방해로 인한 고수압직조 에너지(hydrotangling energy)의 손실을 보상하기 위하여, 분사 압력을 앞서 기술된 바와 같은 120 bar로부터 200 bar로 증가시키는 것이 바람직하다.
고수압직조이후, 완전 합체된 웹 구조는 오일 에멀젼, 색소, 중합체가 스며들게 하여 최종 산물의 촉감과 내구성을 개선한다. 이들 처리는 통상적인 가죽-제조 절차를 대체적으로 추종하고, 이후 건조, 양 면의 버핑(buffing), 표면 코팅(surface coating)을 수행하여 가죽과 유사한 최종 마무리를 제공한다.
앞서 기술된 바와 같이, 상기 공정은 신발 제조업자에게 적합한 물질을 제공한다. 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 상기 공정은 다른 목적의 가죽 재료를 형성하는데 이용될 수 있다.
따라서 본 발명은 실례로서 기술된 상기 구체예에 한정되지 않는다.

Claims (12)

  1. 가죽 기초 섬유(leather base fiber)를 주로 포함하고, 합성 섬유(synthetic fiber)를 추가로 포함하는 섬유 혼합물로부터 시트 물질(sheet material)을 형성하는 방법에 있어서, 상기 합성 섬유는 외부 용융성 층(outer meltable layer)을 보유하고, 상기 방법은
    이들 섬유를 웹(web)으로 형성하고;
    추가의 합성 섬유의 외부층(outer layer)을 가열 용융함으로써, 이들 섬유를 교차점(intersection)에서 서로 융합시켜 상기 웹 내에서 망상조직(network)을 형성하고;
    상기 웹에 고수압직조(hydroentanglement)를 수행하여, 망상조직에 의한 구속(constrain) 하에 상기 기초 섬유를 얽히게 하는 단계를 포함하고,
    티슈 물질(tissue material)이 웹 면(web face)으로부터 얽힘(entanglement) 이전에 상기 웹의 적어도 한 면에 적용되는 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 티슈(tissue)는 추가의 섬유가 상기 티슈에 결합하도록 하기 위하여 가열 단계 이전에 웹 면에 적용되는 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 얽힘(entanglement)은 고압 물 분사(high pressure water jet)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 분사의 복수 통로(multiple pass)가 이용되는 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 합성 섬유는 이상구조 섬유(bicomponent fiber)인 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 웹은 직물 보강제(fabric enforcement)를 통합하는 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 티슈는 목재 펄프(wood pulp) 유래된 티슈 종이(tissue paper)인 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 티슈 종이는 15-25g/㎡의 중량을 보유하는 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 티슈 종이는 2000 l/㎡/s의 공극률(porosity)과 30N/m의 습인장강도(wet tensile strength)를 보유하는 18g/㎡의 개립도(open grade) 기저귀 티슈(diaper tissue)인 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 합성 섬유는 가죽 섬유 중량의 최대 4%를 구성하는 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  11. 제 4항 또는 제 4항에 종속된 임의의 청구항에 있어서, 최종 산물에서, 적어도 하나의 스크린(screen)에서 통로가 분사와 웹 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 시트 물질의 형성 방법.
  12. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 형성된 가죽 시트 물질(leather sheet material).
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