KR20100016031A - 적층 분산성 기재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 외층, 중간층, 및 제2 외층을 포함하는 적어도 3개의 층을 갖는 분산성 부직 웹이다. 제1 외층 및 제2 외층은 복수의 단섬유, 촉발성(triggerable) 결합제를 포함하고, 제1 외층 또는 제2 외층 중의 적어도 하나는 복수의 장섬유를 포함한다. 중간층은 복수의 단섬유, 촉발성 결합제, 및 임의로는 복수의 장섬유를 포함한다. 분산성 부직 웹은 제1 외층 또는 제2 외층 중의 적어도 하나 내의 장섬유의 중량％가 중간층 내의 장섬유의 중량％보다 높다.
분산성 부직 웹, 촉발성 결합제, 장섬유, 단섬유, 습윤 와이프

Description

적층 분산성 기재{LAYERED DISPERSIBLE SUBSTRATE}
습윤 와이프(wipe)는 가재 도구 표면 청소 및 인체 세정과 같은 다양한 목적으로 사용된다. 습윤 와이프로 제조되는 기재(substrate)는 다양한 물질로부터 선택될 수 있다. 흔히, 부직 기재가 그의 바람직한 특성 및 낮은 제조 비용으로 인해 습윤 와이프의 제조에 사용된다. 최근, 사용 후 변기에 폐기되었을 때 분산되는 능력을 갖는 습윤 와이프의 제공이 보다 강조되고 있다. 다수의 지역자치단체가 지역 하수 처리 시스템에 비분산성 습윤 와이프를 폐기하는 것을 금지하였다. 비분산성 습윤 와이프는 파이프, 펌프, 펌프장(lift station), 또는 스크린과 같은 전형적인 하수 취급 성분을 막히게 함으로써 처리 플랜트에 운전상의 문제를 일으킨다.
분산성 습윤 와이프를 제조할 때, 대개 충분한 사용시 강도를 획득하면서도 바람직한 분산 특성을 제공하는 것은 어렵다. 습윤 와이프를 보다 강하게 제조하면, 흔히 분산성이 떨어지거나 또는 습윤 와이프의 분산 또는 파괴가 불가능하게 된다. 습윤 와이프를 보다 약하게 제조하면, 향상된 분산성이 제공되지만, 습윤 와이프가 사용 중에 해어지거나 찢어질 수 있으므로 사용시 성능 요건을 위태롭게 한다. 따라서, 향상된 사용시 강도를 가지면서도 바람직한 분산 특성을 획득하는 분산성 습윤 와이프 구조체가 필요하다.
요약
본 발명자들은 베이스시트(basesheet)를 형성하는 섬유를 특정 방식으로 적층함으로써, 습윤 와이프의 분산 특성에 부정적 영향을 주지 않으면서 습윤 와이프의 습윤 인장 강도를 증가시키거나 유지할 수 있음을 발견하였다. 한 실시양태에서, 본 발명은 제1 외층, 중간층, 및 제2 외층을 포함하는 적어도 3개의 층을 갖는 분산성 부직 웹이다. 제1 외층 및 제2 외층은 복수의 단섬유, 촉발성(triggerable) 결합제를 포함하고, 제1 외층 및 제2 외층 중의 적어도 하나는 복수의 장섬유를 포함한다. 중간층은 복수의 단섬유, 촉발성 결합제, 및 임의로는 복수의 장섬유를 포함한다. 분산성 부직 웹은 제1 외층 또는 제2 외층 중의 적어도 하나 내의 장섬유의 중량％가 중간층 내의 장섬유의 중량％보다 높다.
본 발명의 상기 면(aspect) 및 다른 특징, 면 및 이점은 하기 설명, 첨부된 청구의 범위 및 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 분산성 습윤 와이프 기재의 개략적 단면도이다.
도 2는 분산성 습윤 와이프의 한 실시양태에 대한 기계 방향 습윤 인장 강도 대 장섬유 백분율의 그래프이다.
도 3은 에어 레잉(air laying) 형성 장치의 개략도이다.
도 4는 에어 레이드 웹의 제조를 위한 에어 레잉 공정의 개략도이다.
도 5는 에어 레이드 습윤 와이프 기재의 사진이다.
도 6은 에어 레이드 습윤 와이프 기재의 사진이다.
도 7은 에어 레이드 습윤 와이프 기재의 사진이다.
도 8은 에어 레이드 습윤 와이프 기재의 사진이다.
명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복 사용은 본 발명의 동일 또는 유사 특징부 또는 요소를 표시하기 위함이다.
정의
본원에 사용된 "포함하다", "갖다", 및 "비롯하다"의 단어 형태들은 법률상 동등하고 비제한적(open-ended)이다. 따라서, 언급된 요소, 기능, 단계 또는 제한에 더하여 추가의 언급되지 않은 요소, 기능, 단계 또는 제한이 존재할 수 있다.
본원에 사용된 "촉발성 결합제"는, 섬유 기재 내의 섬유들을 결합시켜서, 불용화제를 포함하는 습윤 조성물에는 불용성이나, 변기 탱크, 변기 또는 폐수 시스템에서 발견되는 것과 같은 폐기용 물에는 분산성 또는 용해성인 부직 웹을 형성할 수 있는 제제이다. 이와 같이, 촉발성 결합제를 이용한 부직 웹은 변기 물을 내려서 폐기될 때에 쪼개어지거나 분산되거나 또는 실질적으로 약화될 것이다. 예를 들어, 알콜 불용화제를 사용한 촉발성 결합제가 런지(Runge) 등에 의해 2006년 1월 5일자로 공개된, 표제가 "아크릴아미드 또는 비닐아미드/아민 중합체의 국소 적용 또는 습식 적용을 통한 분산성 알콜/세정 와이프(Dispersible Alcohol/Cleaning Wipes Via Topical or Wet-End Application of Acrylamide Or Vinylamide/Amine Polymers)"인 미국 특허 출원 공개 제2006/0003649호에 개시되어 있다. 또 다른 예로서, 염 불용화제를 사용한 촉발성 결합제가 고마쯔(Komatsu) 등에게 1994년 5 월 17일자로 허여된, 표제가 "염에 민감한 수용성 중합체(Water-Soluble Polymer Sensitive to Salt)"인 미국 특허 제5,312,883호에 개시되어 있다.
본원에 사용된 "염 촉발성 결합제"는, 섬유 기재 내의 섬유들을 결합시켜서, 소정 농도의 염화나트륨, 황산나트륨, 시트르산나트륨, 칼륨, 또는 불용화제로서 작용하는 다른 1가 또는 2가 염을 포함하는 습윤 조성물에는 불용성이나, 변기 탱크, 변기 또는 폐수 시스템에서 발견되는 것과 같은 폐기용 물에는 분산성 또는 용해성인 부직 웹을 형성할 수 있는 제제이다. 폐기용 물은 200 ppm 이하의 Ca2 + 및/또는 Mg2 + 이온을 함유할 수 있다. 이와 같이, 염 촉발성 결합제를 이용한 부직 웹은 변기 물을 내려서 폐기될 때에 쪼개어지거나 분산되거나 또는 실질적으로 약화될 것이다. 염 촉발성 결합제의 예는 미국 특허 제5,312,833호; 머믹(Mumick) 등에게 2004년 1월 27일자로 허여된, 표제가 "이온 감응성 수분산성 중합체, 그의 제조 방법 및 그를 사용한 물품(Ion-Sensitive, Water-Dispersible Polymers, a Method of Making Same and Items Using Same)인 미국 특허 제6,683,143호; 버냐드(Bunyard) 등에게 2006년 11월 28일자로 허여된, 표제가 "이온 촉발성 양이온성 중합체, 그의 제조 방법 및 그를 사용한 물품(Ion Triggerable, Cationic Polymers, A Method of Making Same and Items Using Same)"인 미국 특허 제7,141,519호; 브랜햄(Branham) 등에게 2007년 1월 2일자로 허여된, 표제가 "이온 촉발성 양이온성 중합체, 그의 제조 방법 및 그를 사용한 물품(Ion Triggerable, Cationic Polymers, A Method of Making Same and Items Using Same)"인 미국 특허 제7,157,389호; 표제가 "N-알킬 아크릴아미드를 갖는 염 감응성 결합제 조성물 및 이를 포함하는 섬유 물품(Salt-Sensitive Binder Compositions With N-Alkyl Acrylamide and Fibrous Articles Incorporating Same)"인 파르와(Farwah) 등의 2006년 11월 9일자 미국 특허 출원 공개 제2006/0252877호; 표제가 "습윤 인장 강도 부직 웹(Wet Tensile Strength Nonwoven Webs)인 존스(Jones) 등의 2005년 10월 27일자 미국 특허 출원 공개 제2005/0239359호에 개시되어 있다.
본원에 사용된 "단섬유"는 약 5.5 mm 미만, 바람직하게는 약 0.2 mm 내지 약 5 mm의 불연속 섬유 길이를 갖는 섬유이다. 단섬유 길이는 표제가 "편광을 사용한 자동화 광학 분석 장치에 의한 펄프 및 종이의 섬유 길이(Fiber Length of Pulp and Paper by Automated Optical Analyzer Using Polarized Light)"인 TAPPI 시험법 T 271 om-02에 의해 측정할 수 있다. 이 시험법은 0.1 mm 내지 7.2 mm 범위의 펄프 및 종이의 섬유 길이 분포를 편광 광학을 사용하여 측정할 수 있는 자동화 방법이다. 단섬유 길이는 이 시험법에 따라 길이 가중 평균 섬유 길이로서 측정 및 계산된다.
본원에 사용된 "장섬유"는 약 5.6 mm 내지 약 40 mm, 바람직하게는 약 6 mm 내지 약 12 mm의 불연속 또는 절단 섬유 길이를 갖는 섬유이다. 5.5 mm 초과의 섬유 길이는 당업계의 숙련자들에게 공지된 현미경 또는 측정 기술을 사용하여 적당한 자 또는 눈금으로 직접 측정할 수 있다.
상세한 설명
본 논의는 단지 예시적인 실시양태의 설명일 뿐, 본 발명의 보다 넓은 면들 을 제한하고자 함이 아니며, 상기 보다 넓은 면들이 예시적인 구성으로 구체화되는 것임을 알아야 한다.
도 1을 참조하면, 분산성 부직 웹 (20)이 개략적으로 도시되어 있다. 분산성 부직 웹은, 단겹의 일체형 분산성 부직 웹을 형성하는 제1 외층 (21), 중간층 (22) 및 제2 외층 (23)을 포함할 수 있다. 제1 외층 및 제2 외층 (21, 23)은 복수의 단섬유 (24), 복수의 장섬유 (25), 및 섬유와 섬유의 결합을 보조하는 촉발성 결합제 (26)을 포함한다. 중간층 (22)는 복수의 단섬유 (24) 및 촉발성 결합제 (26)을 포함한다. 임의로는, 중간층 (22)는 복수의 장섬유 (26)을 포함할 수 있으나, 중간층 내의 장섬유의 백분율은 외층 (21, 23) 중의 적어도 하나 내의 장섬유의 백분율보다 낮아야 한다.
분산성 부직 웹 (20)이 폐기용 물 안에 위치할 때, 촉발성 결합제 (26)에 의해 웹 내부에 형성된 섬유와 섬유의 결합이 약화되기 시작해서, 분산성 부직 웹이 쪼개어지거나 분산되거나 일체성을 잃거나 또는 실질적으로 약화된다. 이론에 얽매이기를 원하지 않으나, 외층 (21, 23) 내의 장섬유 (25)는 콘크리트 구조물 내부에 흔히 그를 강화시키기 위해 배치하는 강화 강철 막대(리바; rebar)와 유사하게 작용하는 것으로 여겨진다. 장섬유 (25)(리바)는 단섬유 (24)와 촉발성 결합제 (26)의 매트릭스(이것은 개념적으로 경화된 콘크리트에 비교할 수 있음)를 보다 양호하게 안정화시키는 것을 보조함으로써 외층의 강도 특성을 향상시키는 것으로 여겨진다. 중간층 (22)에 보다 적은 장섬유 (25)를 사용하거나 또는 장섬유를 전혀 사용하지 않음으로써, 중간층의 강도 또는 일체성은 외층 (21, 23)의 강도 또는 일 체성보다 낮을 수 있다. 분산성 부직 웹 (20)이 폐기용 물 안에 위치할 때, 중간층 (22)은 외층 (21, 23)보다 빠르게 쪼개어지기 시작하고 웹이 박리되도록 하여 추가의 표면을 물의 공격에 노출시킴으로써 분산성의 속도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 보다 강하면서도 여전히 폐기용 물 내에 위치할 때 쉽게 쪼개어지는 분산성 부직 웹이 제조될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명자들은, 염 촉발성 결합제 (26)을 사용할 때 염 용액 중의 분산성 부직 웹 (20)의 기계 방향 습윤 인장 강도(MDWT)는 두 외층 (21, 23)에서 장섬유 (25)의 중량 백분율이 증가함에 따라 증가한다고 단정지었다. 시험된 분산성 부직 웹 (20)은 중간층 (22)에 장섬유를 거의 0 중량％ 함유하였다. 도 2에서 장섬유 중량 백분율은 분산성 부직 웹의 총 기초 중량(basis weight)에 대한 백분율로서 표시하였고, 각 외층 (21, 23)은 총량의 대략 절반을 함유하였다. 도 2의 데이터는 분산성 부직 웹 (20)의 한 실시양태를 나타낸다. 보는 바와 같이, MDWT의 증가는 장섬유의 총 중량 백분율이 총 기초 중량의 약 5％(각 외층 내의 섬유의 총 중량에 대해 약 5 중량％)에 도달할 때까지는 완만하였다. 그 후의 습윤 인장 강도의 증가는, 장섬유의 중량％가 부직 웹 내의 섬유의 총 중량의 약 5％에서 약 12％ (각 외층 내의 섬유의 총 중량에 대해 약 5 내지 약 12 중량％)로 증가함에 따라 비교적 가파르다. 그 후에는, 습윤 인장 강도의 증가는, 장섬유의 중량％가 부직 웹 내의 섬유의 총 중량의 12 중량％ 초과로 증가함에 따라 최소한이다.
역시 이론에 얽매이기를 원하지 않으나, 단섬유와 장섬유 사이에 결합을 생 성하여 콘크리트에 리바를 첨가하는 것과 유사하게 습윤 인장 강도를 향상시킴으로써 외층을 효과적으로 강화시키기 위해서는 최소량의 장섬유가 필요하다고 여겨진다. 최소량 초과로 장섬유의 중량％를 증가시키는 것은 추가의 장섬유와 단섬유의 결합을 형성하여 습식 인장 강도의 추가적인 증가를 초래한다. 그러나, 일단 장섬유의 중량％가 상한 역치에 도달하면, 보다 많은 장섬유가 단섬유에보다는 다른 장섬유에 결합하기 시작하여 추가의 장섬유 첨가의 유효성을 감소시키므로, 인장 강도의 추가적인 증가는 미미하다.
본 발명의 다양한 실시양태에서, 제1 외층 및 제2 외층 (21, 23) 내의 장섬유의 중량％는 모두 분산성 부직 웹 (20) 내의 섬유의 총 중량에 대한 ％로서 1％ 내지 약 15％, 약 4％ 내지 약 13％, 약 5％ 내지 약 12％, 또는 약 6％ 내지 약 10％일 수 있다.
분산성 부직 웹을 제조할 때, 그 특정 층을 위한 섬유 혼합물의 총 중량에 대한 백분율로서의 장섬유의 중량 백분율은 분산성 부직 웹의 총 중량을 기준으로 표시한 상기의 백분율의 대략 두 배일 수 있다. 즉, 개별 층들의 기초 중량에 대한 백분율로서 장섬유의 중량％는 2％ 내지 약 30％, 약 8％ 내지 약 26％, 약 10％ 내지 약 24％, 또는 약 12％ 내지 약 20％일 수 있다.
나아가, 제1 외층 및 제2 외층 (21, 23) 내의 장섬유의 중량％는 필요한 특정 분산성 및 강도 특성에 따라 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 보다 많은 장섬유가 제1 외층 (21)에 첨가되고, 보다 적은 장섬유가 제2 외층 (23)에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 제1 외층 및 제2 외층 (21, 23) 내의 장섬유의 중량％ 는 대략 동일하다. 이러한 방식으로 섬유를 조절하는 것은 2개의 보다 강한 외층 및 보다 약한 중간층을 생성할 수 있다.
분산성 부직 웹 (20)의 분산성 개선을 돕기 위해, 중간층 (22)는 각 층 기준으로 외층 (21, 23) 중 적어도 하나보다 더 낮은 중량 백분율의 장섬유 (25)를 가져야 한다. 바람직하게는, 중간층 (22)는 각 층 기준으로 외층 (21, 23) 둘 다보다 더 낮은 중량％의 장섬유 (25)를 함유한다. 본 발명의 다양한 실시양태에서, 중간층 (22) 내의 장섬유의 중량％는 분산성 부직 웹의 섬유 총 중량에 대한 ％로서 약 0％ 내지 약 10％, 약 0％ 내지 약 5％, 약 0％ 내지 약 2％, 또는 약 0％ 내지 약 1％일 수 있다. 중간층만의 총 섬유 혼합물에 대한 중량 백분율로서 나타낸다면, 중간층 내의 장섬유의 백분율은 약 0％ 내지 약 20％, 약 0％ 내지 약 10％, 약 0％ 내지 약 4％, 또는 약 0％ 내지 약 2％일 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 분산성 부직 웹의 강도를 증가시키기 위해 중간층 (22)에 장섬유를 포함시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 실시양태에서, 분산성을 최대화하기 위해 중간층 (22)에서 장섬유를 최소화하거나 제거하는(장섬유 0 중량％) 것이 바람직할 수 있다. 한 실시양태에서, 중간층 (22)는 약 0.5 중량％ 미만의 장섬유를 함유한다.
분산성 부직 웹 (20)의 분산성을 더욱 향상시키기 위해, 촉발성 결합제 (26)의 양을 여러 층들 간에 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 보다 많은 촉발성 결합제 (26)을 외층 (21, 23)에 첨가하고 보다 적은 촉발성 결합제를 중간층 (22)에 첨가하면, 보다 강한 외층 및 보다 약한 중간층을 갖는 분산성 부직 웹이 생성될 수 있 다. 중간층은 보다 적은 촉발성 결합제로 인해 보다 약하므로, 보다 빠르게 분해될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시양태에서, 외층 (21, 23) 내의 촉발성 결합제의 중량％는 중간층 (22) 내의 촉발성 결합제의 중량％보다 높거나 또는 그와 동일할 수 있다.
부직 웹 (20)은 셀룰로스 섬유(전형적으로 단섬유) 및 합성 섬유(전형적으로 장섬유)를 함유하는 에어 레이드 부직 웹을 형성함으로써 제조할 수 있다. 본디드-카디드 웹, 스펀레이스 웹, 하이드로인탱글드 웹(hydroentangled web), 웨트 레이드 웹(wet laid web) 등과 같은 다른 제조 방법을 사용하여 부직 웹을 형성할 수도 있다. 형성된 에어 레이드 웹을 이어서 압착시키고, 임의로는 엠보싱하고, 촉발성 결합제 물질로 처리한다. 촉발성 결합제 물질은 에어 레이드 웹 상에 분무될 수 있다. 대부분의 적용에 있어서, 예를 들어, 촉발성 결합제 물질은 웹의 양면에 적용된다. 촉발성 결합제 물질의 적용 후, 에어 레이드 웹을 경화 및 건조시킬 수 있다.
이제 특히 도 3 및 4를 참조하여 에어 레이드 웹의 형성 방법의 한 실시양태를 상세히 설명하겠다. 도 3 및 4에 도시된 에어 레잉 장치는 단지 예시를 위해 제공된 것일 뿐, 임의의 적합한 에어 레잉 장치가 사용될 수 있음을 알아야 한다. 도 3을 참조하면, 에어 레잉 형성 스테이션 (30)이 형성 직물 또는 스크린 (34)상에 에어 레이드 웹 (32)를 생성하는 것이 도시되어 있다. 형성 직물 (34)는 지지 롤러 (36, 38)상에 설치된 순환 벨트(endless belt)의 형태일 수 있다. 적합한 구동 장치, 예를 들어 전기 모터 (40)이 지지 롤러 (38) 중의 적어도 하나를 화살표 방향으로 선택된 속력으로 회전시킨다. 그 결과, 형성 직물 (34)는 화살표 (42)로 나타낸 기계 방향으로 이동한다.
형성 직물 (34)은 원하는 다른 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 형성 직물은, 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 제4,666,647호, 미국 특허 제4,761,258호, 또는 미국 특허 제6,202,259호에 개시된 바와 같은, 모터를 사용하여 회전시킬 수 있는 원형 드럼의 형태일 수 있다. 형성 직물 (34)는 다양한 물질, 예를 들어 플라스틱 또는 금속으로 제조될 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 다양한 적합한 형성 직물은 제직된 합성 스트랜드 또는 실로부터 제조될 수 있다. 적합한 한 형성 직물은 미국 뉴욕주 알바니에 사무소를 둔 알바니 인터내셔널(Albany International)로부터 입수가능한 일렉트로테크(ElectroTech) 100S이다. 일렉트로테크 100S 직물은 97 메쉬 × 84 카운트 직물로서, 대략적인 공기 투과도가 575 cfm이고, 대략적인 캘리퍼(caliper)가 0.048 인치이며, 개방 면적률(percent open area)가 대략 0％이다.
도시된 바와 같이, 에어 레잉 형성 스테이션 (30)은 말단 벽 및 측벽을 갖는 형성 챔버 (44)를 포함한다. 형성 챔버 (44)의 내부에는, 형성 챔버 (44) 내부의 섬유 및/또는 다른 입자들을 챔버 폭 전체에 분산시키는 한 쌍의 물질 분산 장치 (46, 48)이 있다. 물질 분산 장치 (46, 48)은 예를 들어 회전하는 원통형 분산 스크린일 수 있다.
도 3에 도시된 실시양태에는, 형성 직물 (34)에 관하여 하나의 형성 챔버 (44)가 도시되어 있다. 하나 초과의 형성 챔버가 시스템에 포함될 수 있음이 이해 된다. 다수의 형성 챔버를 포함시킴으로써, 각 층이 동일하거나 상이한 물질로부터 제조된 적층 웹을 형성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같은 에어 레잉 형성 스테이션은 덴마크 아르후스의 댄-웹포밍 인터내셔널 엘티디.(Dan-Webforming International LTD.)를 통해 상업적으로 입수가능하다. 다른 적합한 에어 레잉 형성 시스템이 또한 덴마크 호르센스의 엠 앤드 제이 파이버테크(M ＆ J Fibretech)로부터 입수가능하다. 상기한 바와 같이, 임의의 적합한 에어 레잉 형성 시스템이 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 에어 레잉 형성 스테이션 (30)의 밑에는 진공원 (50), 예를 들어 통상적인 송풍기(blower)가 있어서, 섬유 물질을 형성 직물 (34)쪽으로 끌어당기기 위한, 형성 챔버 (44)를 통한 선택된 차압을 생성한다. 원할 경우, 송풍기는 섬유를 아래의 형성 직물 (34)상으로 불어 보내는 것을 보조하기 위해 형성 챔버 (44)에 포함될 수도 있다.
한 실시양태에서, 진공원 (50)은 형성 챔버 (44) 및 형성 직물 (34)의 밑에 위치하는 진공 상자 (52)에 연결된 송풍기이다. 진공원 (50)은 형성 챔버 (44)의 내부에 도시된 화살표가 지시하는 기류를 생성한다. 다양한 밀봉이 챔버와 형성 직물 표면 사이에 포지티브(positive) 공기 압력을 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
운전하는 동안, 전형적으로 섬유 원료는 하나 이상의 분섬기(defibrator)(도시하지 않았음)에 도입되고, 물질 분산 장치 (46, 48)에 도입된다. 물질 분산 장치는 도시된 바와 같이 섬유를 형성 챔버 (44) 전체에 고르게 분산시킨다. 진공원 (50) 및 가능하다면 추가의 송풍기에 의해 생성된 포지티브 기류는 섬유를 형성 직물 (34)상으로 밂으로써 에어 레이드 부직 웹 (32)를 형성한다.
형성 직물 (34)상에 퇴적되는 물질은 특정 적용에 따라 달라질 것이다. 에어 레이드 웹 (32)를 형성하기 위해 사용될 수 있는 섬유 물질은 예를 들어 천연 섬유를 단독으로 또는 합성 섬유와의 조합으로 포함할 수 있다. 본원에 사용된 "천연 섬유"는 야채, 식물, 나무 또는 동물로부터 얻을 수 있는 섬유를 포함한다. 천연 섬유의 예는 목재 펄프 섬유, 면 섬유, 리넨 섬유, 모 섬유, 견 섬유, 황마 섬유, 대마 섬유, 밀크위드(milkweed) 섬유 등 및 이들의 조합을 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 에어 레이드 웹의 목재 펄프 섬유는 감긴 형태 및 부풀린(fluffed) 형태일 수 있다. 본원에 사용된 "합성 섬유"는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 및 폴리아크릴로부터 유래된 섬유를 포함한다. 본원에 사용된 "합성 섬유"는 또한 비스코스, 레이온, 큐프라암모늄 레이온, 및 라이오셀(Lyocell)과 같은 용매 방사 셀룰로스와 같은 재생 셀룰로스 섬유를 포함한다. 합성 섬유들의 조합이 사용될 수 있다. 합성 섬유는 폴리프로필렌 중심(core) 및 폴리에틸렌 외피(sheath)를 갖는 이성분 섬유, 또는 사이드-바이-사이드(side-by-side) 이성분 섬유일 수 있다.
일반적으로, 합성 섬유는 약 5.6 mm 초과의 섬유 길이를 가지므로 장섬유로서 분류될 것이고, 반면 천연 섬유는 약 5.5 mm 미만의 섬유 길이를 가지므로 단섬유로서 분류될 것이다. 합성 섬유는 형성 스테이션 (30)의 처리량을 현저히 감소시키므로, 주어진 기초 중량의 완성 에어 레이드 웹의 생산량을, 어떠한 합성 섬유 도 없이 생성되는 동일 기초 중량의 웹에 비해 감소시킬 수 있다. 따라서, 임의의 처리량의 감소를 최소화하기 위해 에어 레이드 부직 웹 (32) 내의 합성 섬유의 총량 및 위치의 조절이 바람직하다.
원할 경우, 저 조도(coarseness) 연목 섬유를 웹에 혼입할 수 있다. 저 조도 연목 섬유는 예를 들어 유피엠-카이멘(UPM-Kymmene)으로부터 입수가능한, 스칸디나비아의 연목 섬유로부터 제조된 라우마 셀 바이오브라이트 티알(RAUMA CELL BIOBRIGHT TR) 펄프를 포함한다. 저 조도 연목 섬유는 예를 들어 해머밀(hammermill)을 통해 처리함으로써 분섬(defiberize)될 수 있다. 저 조도 연목 섬유는 전형적으로 비교적 작은 직경을 가지며, 유사 섬유에 비해 길이가 짧다. 저 조도 연목 섬유는 약 18 mg/100m 미만, 예를 들어 약 16.5 mg/100m 미만의 펄프 조도 지수(Pulp Coarseness Index)를 가질 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 섬유는 약 15 mg/100m 미만의 펄프 조도 지수를 가질 수 있다. 저 조도 연목 섬유는 에어 레이드 웹의 형성에 단독으로 또는 다양한 다른 섬유와의 조합으로 사용될 수 있다. 또한, 다른 유형의 저 조도 연목 섬유를 배합하여 웹을 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 에어 레이드 웹의 형성에 사용되는 펄프 섬유는 에어 레이드 웹 내에 혼입하기 전에 탈결합제(debonder agent)로 예비처리될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 적합한 탈결합제는 양이온성 탈결합제, 예를 들어 지방 디알킬 4급 아민 염, 모노 지방 알킬 3급 아민 염, 1차 아민 염, 이미다졸린 4급 염, 실리콘 4급 염 및 불포화 지방 알킬 아민 염을 포함한다. 다른 적합한 탈결합제는 본 원에 참조로 포함되는 카운(Kaun)의 미국 특허 제5,529,665호에 개시되어 있다. 특히, 카운은 양이온성 실리콘 조성물의 탈결합제로서의 용도를 개시하였다. 상업적으로 입수가능한 적합한 탈결합제는 유기 4급 암모늄 클로라이드, 특히 4급 암모늄 클로라이드의 실리콘계 아민 염, 예를 들어 허큘리스 코포레이션(Hercules Corporation)에서 시판하는 프로소프트(PROSOFT) TQ1003이다. 탈결합제는 존재하는 섬유의 미터 톤 당 약 1 kg 내지 약 6 kg의 양으로 섬유에 첨가될 수 있다.
상이한 물질들 및 섬유들로부터 에어 레이드 웹 (32)를 형성할 때, 형성 챔버 (44)는 그 물질들을 챔버에 도입하기 위한 다수의 유입구를 포함할 수 있다. 일단 챔버 내에서는, 물질들은 원할 경우 함께 혼합될 수 있다. 다르게는, 상이한 물질들은 웹을 형성할 때에 상이한 층들로 분리될 수 있다.
도 4를 참조하면, 에어 레이드 기재의 제조에 유용한 전체 웹 형성 시스템의 개략도가 도시되어 있다. 이 실시양태에서, 시스템은 3개의 분리된 에어 레잉 형성 챔버 (44A, 44B, 44C)를 포함한다. 상기한 바와 같이, 다수의 형성 챔버의 사용은 원하는 전체 기초 중량의 적층 에어 레이드 웹의 형성을 용이하게 하는 기능을 할 수 있다. 도시된 바와 같이, 형성 스테이션 (44A, 44B, 44C)는 단겹의 적층된 에어 레이드 웹 (32)의 형성에 기여한다. 특히, 웹이 형성 직물 (34)상에서 우측에서 좌측으로 형성 챔버 아래를 지날 때, 형성 챔버 (44A)는 부직 웹 (20)의 제2 외층 (23)을 제조하는데 사용될 수 있고, 형성 챔버 (44B)는 중간층 (22)를 제조하는데 사용될 수 있으며, 형성 챔버 (44C)는 제1 외층 (21)을 제조하는데 사용될 수 있다. 적층 분산성 부직 웹 (20)의 제조를 위해 각 형성 챔버에 보내어지는 섬 유들의 유형 및 선택, 및 그들 각각의 섬유 길이는 변경될 수 있다.
한 실시양태에서, 제1 외층 (21)은, 형성 챔버 (44C)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 90 중량％의 서던 소프트우드 크라프트 플러프(Southern Softwood Kraft Fluff) 펄프 단섬유(웨이어헤이우저(Weyerhaeuser) CF405) 및 10 중량％의 합성 장섬유(평균 섬유 길이가 8 mm인 라이오셀)를 포함하였다. 중간층 (22)는, 형성 챔버 (44B)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 100 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유)를 포함하였다. 제2 외층 (23)은, 형성 챔버 (44A)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 90 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 10 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다.
에어 레이드 웹 (32)는 형성 챔버 (44A, 44B, 44C)에서 나온 후, 형성 직물 (34)상에서 압착 장치 (54)로 이송될 수 있다. 압착 장치 (54)는 에어 레이드 웹 및 형성 직물이 통과하는 닙(nip)을 형성하는 한 쌍의 대향 롤일 수 있다. 한 실시양태에서, 압착 장치는 외면에 탄력성(resilient) 롤 피복재를 갖는 피복 롤 (55) 위에 위치한 강철 롤 (53)을 포함할 수 있다. 압착 장치는 에어 레이드 웹의 이송 직물 (56)으로의 이송을 위한 충분한 강도를 발생시키기 위해 에어 레이드 웹의 밀도를 증가시킨다. 일반적으로, 압착 장치는, 단지 국소화된 고밀도 영역을 생성하는 것(엠보싱)과 대조적으로, 웹의 전체 표면 영역에 걸쳐 웹의 밀도를 증가시킨다(캘린더링).
압착 롤 (53, 55)는 직경이 약 10 인치 내지 약 30 인치일 수 있고, 임의로 는 그의 작동을 더욱 향상시키기 위해 가열될 수 있다. 예를 들어, 강철 롤은 약 150℉ 내지 약 500℉의 온도로 가열될 수 있다. 압착 롤은 특정된 하중 힘에서 작동되거나, 또는 각 롤의 표면들 사이에 특정된 갭(gap)을 두고 작동될 수 있다. 너무 많은 압착은 완성 제품에서 웹의 부피감(bulk) 상실을 초래할 것이고, 반면 너무 적은 압착은 에어 레이드 웹을 공정의 다음 구획으로 이송할 때에 주행성(runnability) 문제를 초래할 수 있다.
다르게는, 압착 장치 (54)는 제거될 수 있고, 이송 직물 (56) 및 형성 직물 (34)가 함께 만나서, 에어 레이드 웹 (32)가 형성 직물로부터 이송 직물로 이송되도록 할 수 있다. 이송 효율은 당업계에 공지된 적합한 진공 이송 상자 및/또는 가압 송풍 상자의 사용에 의해 향상될 수 있다.
에어 레이드 웹 (32)는, 이송 직물 (56)에 이송된 후에, 분무 팔(spray boom)에 의해 물과 같은 액체로 수화될 수 있다. 수화 후 에어 레이드 웹의 함수율은, 웹의 총 건조 섬유에 대한 중량％로, 약 0.1％ 내지 약 5％, 또는 약 0.5％ 내지 약 4％, 또는 약 0.5％ 내지 약 2％일 수 있다. 너무 많은 수분은 에어 레이드 웹이 이송 직물에 들러붙어 공정의 다음 구획으로의 이송을 위한 방출이 되지 않게 할 수 있고, 반면 너무 적은 수분은 웹에 생성되는 임의적인 텍스쳐(texture)의 양을 감소시킬 수 있다.
수화 후, 젖은 에어 레이드 웹을, 이송 직물 (56)상에 머무는 동안, 엠보싱 장치 (60)에 의해 엠보싱하여 텍스쳐링된 에어 레이드 웹 (33)을 제조할 수 있다. 엠보싱 장치는 배킹 롤(backing roll) (64)와의 사이에 닙이 형성된, 임의로 가열 된 조각 압착 롤(engraved compaction roll) (62)일 수 있으며, 이송 직물 (56)상에 놓인 에어 레이드 웹 (32)은 그 사이로 보내어져서 텍스쳐링된 에어 레이드 웹 (33)을 형성한다. 다르게는, 엠보싱 장치 (60)은 본 발명의 다른 실시양태에서 제2 압착 장치 (54)로 대체되거나 또는 제거될 수 있다.
원하는 텍스쳐 또는 엠보싱 패턴을 에어 레이드 웹 (33)에 생성하기 위해, 조각 압착 롤 (62)의 높이 및/또는 패턴, 수화의 정도, 조각 압착 롤의 온도, 및 닙 하중과 함께, 이송 직물의 압축성을 조절할 수 있다.
이송 직물 (56), 및 특히 그것과 조각 압착 롤 (62)의 상호작용에 있어서, 특정 압축성을 갖는 직물을 선택함으로써, 뛰어난 텍스쳐를 갖는 텍스쳐링된 에어 레이드 웹이 생성된다. 이송 직물의 압축성은 강철 볼 (3.175 mm 직경)에 의해 일정 하중 (1000 그램)하에서 특정 시간(60초) 동안 이송 직물의 표면에 만들어진 만입(indention)의 깊이를 측정함으로써 결정될 수 있다. 측정된 만입은 퍼세이 앤드 존스 넘버(Pusey ＆ Jones number)이며, 이는 흔히 P＆J 경도로서 약칭된다. 유사한 시험이 흔히 플라스토미터 모델(Plastometer Model) 1000 또는 등가물을 사용하여 고무 피복 롤에 대해, 고무 피복 롤의 P＆J 경도를 측정하기 위해 실시된다. 시험의 설비 및 방법은 문헌[ASTM D531 Standard Test Method For Rubber Property - Pusey and Jones Indentation] 및 문헌[Metso Paper No. 25 Measuring the Hardness of Rubber Covered Rolls ( Plastometer test )]에 기재되어 있다.
직물의 압축성을 시험하기 위한 플라스토미터의 사용은 텍스쳐링된 에어 레이드 웹을 제조하기 위한 특정 특성을 갖는 이송 직물을 선택하기 위해 이루어질 수 있다. 특히, 이송 직물은 약 30 내지 약 150, 또는 약 50 내지 약 150, 또는 약 100 내지 약 150의 P＆J 경도를 가질 수 있다. 따라서, 너무 낮은 경도값을 갖는 이송 직물은 불충분한 텍스쳐를 생성하거나 텍스쳐를 생성하지 못할 것이고, 반면 너무 큰 경도값을 갖는 이송 직물은 매우 짧은 주행 수명(running life)을 가질 수 있다.
이송 직물의 압축성 및 수명과 관련하여, 이송 직물을 형성하는 실의 데니어를 조절할 수 있다. 너무 가는 데니어의 실을 갖는 이송 직물은 원하는 것보다 짧은 수명을 가질 것이고, 너무 큰 데니어를 갖는 것은 에어 레이드 웹의 양호한 이송을 위한 충분히 매끄러운 표면을 가지지 않을 것이다. 이송 직물을 형성하는 실의 데니어는 10 이상, 또는 약 10 내지 약 40, 또는 약 10 내지 약 25일 수 있다.
사용하기에 적합한 이송 직물은 특정된 P＆J 경도 범위를 갖는 제지 기계 펠트(felt)를 포함할 수 있다. 예를 들어 밀레니엄 액시얼(Millennium Axxial) 펠트가 사용하기에 적합하다. 밀레니엄 액시얼 펠트는 미국 매사추세츠주 웨스트보로에 사무소를 둔, 제리움 테크놀로지스, 인크.(Xerium Technologies, Inc.)의 자사인 위벡스(Weavexx)로부터 입수가능하다.
조각 압착 롤에 부여되는 패턴은 원하는 텍스쳐를 생성하는 임의의 적합한 패턴 또는 상일 수 있다. 특히, 패턴의 결합 면적 백분율(Percent Bond Area)은 적당한 패턴을 선택하는데 사용될 수 있는 한 가지 인자인 것으로 여겨진다. 결합 면적 백분율은, 웹과 접촉하게 될 롤 표면의 총면적에 대한 백분율로서 표시되는, 엠보싱 롤상의 양각 엠보싱 패턴의 면적으로서 정의된다. 이것은 여러 가지 방법 에 의해 엠보싱 롤로부터 직접 측정되거나, 또는 엠보싱 롤에 의해 생성된 엠보싱된 기재를 측정함으로써 간접적으로 측정될 수 있다. 결합 면적 백분율을 계산하기 위해 사용되는 면적은 엠보싱 패턴의 전체 반복 부분을 적어도 하나 포함하도록 충분히 커야 한다. 사용하기에 적합한 엠보싱 패턴은 약 4％ 내지 약 50％, 또는 약 4％ 내지 약 25％, 또는 약 4％ 내지 약 15％, 또는 약 6％ 내지 약 12％의 결합 면적 백분율을 가질 수 있다. 결합 면적 백분율은 웹에 적절한 텍스쳐 및 강도를 생성하기에 충분히 클 수 있으며, 반면 에어 레이드 웹의 경도 증가 또는 부피감 상실을 초래할 정도로 너무 크지는 않다.
이제 도 5 내지 8을 참조하면, 몇몇 에어 레이드 웹의 표면 텍스쳐가 나타나 있다. 사진들은 실제 크기보다 약 1.8배 더 크다. 도 5 및 6에서, 침상(枕狀; pillow) 영역 (68)의 보다 긴 대각선은 엠보싱 표면상에서 구석에서 구석까지 측정시 약 10 mm였고, 보다 짧은 대각선은 약 9 mm였다. 결합 면적 백분율은 조각 도면(engraving drawing)을 기초로 9.6％로 계산되었다. 도 7에서, 침상 영역 (68)의 보다 긴 대각선은 엠보싱 표면상의 구석에서 구석까지 측정시 약 14 mm였고, 보다 짧은 대각선은 약 13 mm였다. 결합 면적 백분율은 조각 도면을 기초로 7.2％로 계산되었다. 도 8에서, 큰 곡선의 바닥을 가로지르는 거리(우산 모양의 바닥을 가로지르는 차양 엣지에서 차양 엣지까지의 거리)는 엠보싱 표면상에서 측정시 약 19 mm였다. 결합 면적 백분율은 조각 도면을 기초로 5.7％인 것으로 계산되었다.
에어 레이드 웹에 부여된 패턴의 유형은 생성되는 텍스쳐 및 부직 웹 (20)의 분산성에 영향을 미칠 수 있다. 한 실시양태에서, 도 5 내지 8에서 보는 바와 같 이, 패턴은 패턴을 형성하는 복수의 엠보싱된 선 (67)이 두 방향으로, 예를 들어 도 5에서 기계 방향 및 횡 기계 방향으로 상호연결된 망상(network) 패턴 (66)을 포함할 수 있다. 망상 패턴은 복수의 상호연결된 엠보싱된 선 (67)에 의해 완전히 둘러싸인 복수의 침상 영역 (68)을 형성한다. 한 실시양태에서, 침상 영역 (68)은 도 5 내지 7에 나타난 바와 같이 4개의 꼭지점 및 사인파형 엣지를 갖는 파형 별 모양을 가졌다. 본원에 사용된 "망상 패턴"은, 복수의 엠보싱된 선이 격자 또는 메쉬를 형성하도록 복수의 엠보싱되지 않은 침상 영역을 완전히 둘러싸는 상호연결된 일련의 엠보싱된 선을 갖는 엠보싱 패턴을 의미한다. 이와 같이, 연속적인 엠보싱된 선을 따라서 샘플을 위에서 아래로 좌에서 우로 횡단하는 것이 가능하다. 다른 실시양태에서, 엠보싱 패턴은 상호연결된 선들의 망상 패턴을 형성하지 않는 동물, 기호, 단어, 또는 상과 같은 불연속 물체일 수 있다. 다르게는, 에어 레이드 부직 웹을 제조할 때 엠보싱 패턴을 사용하지 않을 수도 있다.
이론에 얽매이기를 원하지 않으나, 망상 패턴 (66)은, 사용될 경우, 얻어지는 분산성 부직 웹 (20)을 강하게 할 뿐 아니라, 촉발성 결합제 (26)을 함유하는 분산성 부직 웹의 분산성을 증가시키는 경향이 있는 것으로 여겨진다. 망상 패턴은 복수의 상호연결된 엠보싱된 선 (67)을 따라 섬유의 국소 밀도를 증가시켜서, 분산성 부직 웹 (20)의 인장 강도 증가를 보조한다. 촉발성 결합제 물질 (26)이 웹에 적용되고 경화될 때, 촉발성 결합제는 상기 보다 높은 밀도의 영역에서 보다 많은 수의 결합을 발생시키므로, 상호연결된 엠보싱된 선 (67)을 따라 국소적으로 보다 높은 강도의 연속 망을 형성한다. 이러한 상호연결된 강도의 망은 보다 적은 촉발성 결합제로 보다 높은 인장 강도의 기재를 생성함으로써, 촉발성 결합제 (26)의 보다 효율적인 사용을 유도할 수 있다.
부직 웹에 촉발성 결합제 (26)를 분무한 후 열풍을 부직 웹에 통과시켜 경화시킨 후에, 흥미로운 효과가 일어날 수 있다. 분산성 부직 웹 (20)이 복수의 엠보싱된 선 (67)을 따르는 망상 패턴 (66)에 의해 치밀화된 경우, 웹을 통과하는 기류가 보다 적을 수 있다. 침상 영역 (68)에서는 웹을 통한 기류가 보다 많이 존재할 수 있다. 그 결과, 촉발성 결합제 또는 염 촉발성 결합제는, 복수의 상호연결된 엠보싱된 선 (67)에서보다는 침상 영역 (68)에서 웹을 통과하는 열기에 보다 많이 노출됨으로써 보다 많이 경화될 수 있다. 분산성 부직 웹 (20)이 폐기용 물 안에 놓일 경우, 촉발성 결합제는 망상 패턴 (66) 내의 복수의 상호연결된 엠보싱된 선 (67)을 따라 덜 경화된 곳에서 보다 쉽게 용해될 수 있다. 따라서, 촉발성 결합제를 도 5에 나타낸 망상 패턴 (66)과 함께 사용하는 분산성 부직 웹 (20)은, 먼저 침상 영역 (66)의 형태(대략 정사각형)로 쪼개어지고, 이어서 층들 (21, 22, 23)이 계속 분리되고 떨어짐에 따라 추가로 분산되는 경향이 있으며, 특히 미국 특허 제7,157,389호에 개시된 염 촉발성 결합제를 사용할 경우에 그러하다.
텍스쳐링된 분산성 부직 웹 (20)을 더욱 바람직하게 하기 위해서, 망상 패턴 (66)의 배향이 조절될 수 있다. 도 5에 나타난 바와 같이, 망상 패턴 (66)은 복수의 엠보싱된 선 (67)이 실질적으로 웹의 기계 방향(MD) 및 횡 기계 방향(CD)으로 배향되도록 배향된다. 분산성 부직 웹 (20)이 나중에 개별 시트로 천공되는 경우, 천공선은 흔히 MD 또는 CD로 배향된다. 천공 반복 길이 및 망상 패턴 크기에 따라 서, 한 군의 천공들은 실질적으로 상호연결된 엠보싱된 선 (67)(수직 또는 수평)상에 정렬되고, 또 다른 군의 천공들은 실질적으로 침상 영역 (68)의 중간에 정렬되는 것이 가능하다. 이것은, 상기 논의된 바와 같이 국소화된 웹 강도가 침상 영역 (68)과 엠보싱된 선 (67) 사이에서 다를 수 있으므로, 천공 분리 강도의 현저한 변화성(variability)를 초래할 수 있다. 천공 분리 강도의 변화성을 개선하는 한 가지 방법은 도 5의 텍스쳐링된 패턴을 도 6에 나타난 바와 같이 MD 또는 CD로부터 회전시키는 것이다. 한 실시양태에서, 도 5의 패턴을 도 6에 나타난 바와 같이 복수의 엠보싱된 된 (67)이 웹의 각각의 MD 및 CD에 대해 약 45도의 각을 이루도록 약 45도 회전시켰다. 이와 같이, 회전된 패턴을 갖는 텍스쳐링된 분산성 부직 웹 (20)을 시트로 천공할 경우, 천공선은 일반적으로 망상 패턴 (66)을 형성하는 복수의 엠보싱된 선 (67) 중의 어느 것과도 정렬되지 않는다. 대신, 천공들은 도 6에 MD 또는 CD 화살표로 나타낸 각으로 복수의 상호연결된 엠보싱된 선 (67)을 가로지를 것이다. 복수의 상호연결된 엠보싱된 선 (67)은 도 6에 나타난 바와 같이 분산성 부직 기재의 MD 또는 CD에 실질적으로 정렬되지 않는다.
조각 압착 롤 (62)은 조각 요소의 상부로부터 그의 기부까지 측정된 조각 깊이가 약 0.020 인치 내지 약 0.100 인치, 또는 약 0.025 인치 내지 약 0.060 인치, 또는 약 0.030 인치 내지 약 0.050 인치일 수 있다. 엠보싱 패턴이 너무 얕으면, 특히 이송 직물의 P＆J 경도가 감소함에 따라, 엠보싱 패턴과 이송 직물의 상호작용이 불충분할 것이므로, 에어 레이드 웹에 보다 적은 텍스쳐가 생성될 것이다.
조각 압착 롤 (62)에 의해 생성되는 텍스쳐를 향상시키기 위해, 조각 압착 롤을 가열할 수 있다. 압착 롤 (62)는 약 150℉ 내지 약 500℉, 약 200℉ 내지 약 500℉, 또는 약 250℉ 내지 약 500℉ 범위의 온도로 가열될 수 있다.
배킹 롤 (64)은 강철 롤, 또는 천연 또는 합성 압축성 피복재를 갖는 고무 피복 롤일 수 있다. 조각 압착 롤 및 배킹 롤은 약 10 인치 내지 약 30 인치의 직경을 가질 수 있다. 조각 압착 롤 및 배킹 롤은 선 인치 당 파운드 힘(pli)으로 표시하여 약 50 pli 내지 약 400 pli, 예를 들어 약 200 pli 내지 약 300 pli의 닙 하중으로 함께 하중을 받을 수 있다. 선택된 닙 하중은 흔히 기계의 선 속력에 따라 달라지는데, 이는 하중 힘은 닙에서의 시간(체류 시간)의 함수로서 에어 레이드 웹을 엠보싱하는데 이용가능한 에너지를 나타내기 때문이다.
다음으로, 텍스쳐링된 에어 레이드 웹 (33)은 분무 직물 (70A)로 이송되고, 분무 챔버 (72A) 내에 도입된다. 분무 챔버 (72A) 내에서, 촉발성 결합제 (26)이 텍스쳐링된 에어 레이드 웹 (33)의 한 면에 적용된다. 촉발성 결합제는 예를 들어 분무 노즐을 이용하여 웹의 상부 면에 퇴적된다. 촉발성 결합제의 웹 내로의 침투를 조절 및 제어하기 위해 직물 아래에 진공을 사용할 수도 있다. 에어 레이드 웹에 적용되는 촉발성 결합제 (26)은, 습윤 와이프를 형성하기 위한 불용화제를 함유하는 습윤 용액으로 젖게 할 때에 촉발성 결합제가 웹의 텍스쳐(있을 경우)를 유지하도록 선택될 수 있다. 한 가지 적합한 염 촉발성 결합제는 미국 특허 제6,683,143호에 개시된 NaAMPS SSB를 사용한다. 또 다른 염 촉발성 결합제는 미국 특허 제7,157,389호에 개시된 바와 같은, 비닐-관능성 양이온성 단량체, 메틸 측쇄를 갖는 소수성 비닐 단량체, 및 탄소 원자 1 내지 4개의 알킬 측쇄를 갖는 1종 이 상의 소수성 비닐 단량체의 중합 생성물을 포함하는, 전하 밀도가 낮은 양이온성 폴리아크릴레이트를 사용한다. 다른 실시양태에서, 촉발성 결합제는 미국 특허 제7,157,389호의 청구항 제18항, 제25항 또는 제26항에 청구된 결합제 조성물을 포함할 수 있다.
촉발성 결합제 물질은, 라텍스 조성물, 아크릴레이트, 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드, 및 메타크릴레이트와 같은 비촉발성 결합제를 사용하는 것과 대조적으로, 분산성 부직 웹 (20)에 충분한 인장 강도를 발생시키기 위해 보다 많은 촉발성 결합제 물질의 첨가를 필요로 할 수 있다. 웹에 적용되는 추가의 촉발성 결합제 물질은 건조 전에 에어 레이드 웹의 습윤도 또는 함수율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 텍스쳐는 아직 촉발성 결합제 물질의 경화 및 건조에 의해 고정되지 않았으므로, 분무 챔버 (72A)는 텍스쳐링된 분산성 부직 웹의 제조시 웹에 엠보싱된 페턴을 "제거(wash out)"할 수 있다. 존재하는 추가의 촉발성 결합제로부터의 추가적인 수분은 기재 내의 텍스쳐링된 패턴이 이완되거나 사라지게 할 수 있다. 압축성 이송 직물 (56)을 이용함으로써, 경화 및 건조 전에 엠보싱 패턴의 이완에 저항하는 분산성 에어 레이드 웹이 제조될 수 있도록 충분한 텍스쳐가 생성된다.
촉발성 결합제 물질은 웹의 적어도 한 면의 전체 표면적을 균일하게 피복하도록 적용될 수 있다. 예를 들어, 촉발성 결합제 물질은 웹의 한 면의 표면적의 약 80％ 이상, 예를 들어 웹의 한 면의 표면적의 약 90％ 이상을 피복하도록 웹의 제1 면에 적용될 수 있다. 다른 실시양태에서, 촉발성 결합제 물질은 웹의 한 면의 표면적의 약 95％ 초과를 피복할 수 있다.
촉발성 결합제 물질은 적당한 사용시 습윤 인장 강도를 생성하기에 충분한 양으로 에어 레이드 웹에 적용되어야 한다. 특히, 촉발성 결합제 물질의 양은 분산성 부직 웹의 총 중량의 약 10％ 내지 약 25％일 수 있다. 필요한 촉발성 결합제의 양은, 원하는 습윤 인장 강도, 및 다른 인자들 중에서는 베이스시트의 캘리퍼에 의해 결정된다.
일단 촉발성 결합제 물질이 웹의 한 면에 적용되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 에어 레이드 웹 (33)은 건조 직물 (80A)로 이송되고, 건조 장치 (82A)에 도입된다. 건조 장치 (82A)에서, 웹은 촉발성 결합제 물질의 건조 및/또는 경화를 유발하는 열에 노출된다. 건조 장치 (82A)로부터, 에어 레이드 웹은 이어서 제2 분무 직물 (72B)로 이송되고, 제2 분무 챔버 (72B)에 도입된다. 제2 분무 챔버 (72B)에서, 제2 촉발성 결합제 물질이 에어 레이드 웹의 나머지 미처리 면에 적용된다. 제1 촉발성 결합제 물질 및 제2 촉발성 결합제 물질은 동일하거나 상이한 촉발성 결합제 물질일 수 있다. 제2 촉발성 결합제 물질은 상기 제1 촉발성 결합제 물질과 관련하여 설명한 바와 같이 에어 레이드 웹에 적용될 수 있다.
제2 분무 챔버 (72B)로부터, 텍스쳐링된 에어 레이드 웹은 이어서 제2 건조 직물 (80B)로 이송되고, 제2 촉발성 결합제 물질의 건조 및/또는 경화를 위해 제2 건조 장치 (82B)를 통과한다. 제2 건조 장치 (82B)로부터, 텍스쳐링된 에어 레이드 웹 (33)은 복귀 직물 (90)으로 이송되고, 이어서 롤 또는 릴 (92)로 감긴다. 감긴 후, 당업계의 숙련자에게 공지된 이후의 전환 단계들을 사용하여 분산성 부직 웹 (20)을 복수의 습윤 와이프로 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 분산성 부직 웹 (20)을 개별 와이프로 절단하고, 개별 와이프를 접어서 적층체로 하고, 습윤 와이프의 적층체를 촉발성 결합제를 위한 불용화제를 함유하는 용액으로 적시고, 습윤 와이프의 적층체를 적합한 배출 장치(dispenser) 또는 포장 내에 위치시킬 수 있다.
분산성 부직 웹 (20)의 기초 중량은 특정 적용 및 원하는 용도에 따라 달라질 수 있다. 대부분의 실시양태에서, 예를 들어, 분산성 부직 웹의 기초 중량은 약 35 gsm 내지 약 120 gsm, 예를 들어 약 50 gsm 내지 약 80 gsm일 수 있다.
본 발명의 분산성 부직 웹 (20)의 강도는 특정 적용 및 원하는 용도에 따라 달라질 수 있다. 대부분의 실시양태에서, 충분한 양의 불용화제를 함유하는 습윤 용액으로 포화되었을 때의 MDWT 인장 강도는 약 1,000 g/3" 내지 약 2,000 g/3", 예를 들어 약 1,250 g/3" 내지 약 1,750 g/3"일 수 있다.
분산성 부직 웹 (20)은 충분한 양의 불용화제를 함유하는 적당한 용액으로 웹을 습윤시켜 습윤 와이프를 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 아기를 닦는데 사용되는 습윤 와이프는 가재 도구 표면의 세정에 사용되는 습윤 와이프에 비해 보다 낮은 농도 및 상이한 유형의 계면활성제 및 활성 화학 물질을 가질 수 있다. 차를 광내거나 세정하는데 사용되는 습윤 와이프는 개인 세정용으로 의도된 습윤 와이프와는 상이한 활성 성분을 가질 수 있다. 세정 용액은 계면활성제, 습윤제, 컨디셔너, 향, 항균제, 및 사용된 촉발성 결합제에 알맞은 불용화제를 함유할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 베이스시트의 건조 중량에 대한 중량％로서의 용액 부착량(add-on)은 약 150％ 내지 약 350％일 수 있다. 한 가지 적합한 세 정 용액은 본원에 참조로 포함되는 2004년 1월 6일자로 콜(Cole) 등에게 허여된 미국 특허 제6,673,358호에 개시되어 있다. 염 촉발성 결합제를 사용할 때, 분산성 웹이 폐기용 물 안에 위치하기 전에 분산되는 것이 방지되도록 약 1 중량％ 내지 약 10 중량％의 염이 습윤 용액에 첨가될 수 있다.
실시예 1
실시예 1은 도 2와 유사한 공정을 사용하여 상용 에어레이드 기계상에서 제조하였다. 3000 rpm으로 작동하는 댄웹 타입(DanWeb Tyep) H 60 M 해머밀을 사용하여 서던 소프트우드 크라프트 플러프 펄프 단섬유(웨이어헤이우저 CF405)를 분섬(defiberize)하였다. 섬유를 니들 롤 속력 4920 fpm 및 형성 드럼 속력 920 fpm으로 작동되는 형성 헤드(댄 웹 제품)로 운반하였다. 펄프 섬유를 렌징 파이버스(Lenzing Fibres)에 의해 공급되는 평균 섬유 길이가 8 mm인 용매 방사 셀룰로스계 섬유(라이오셀) 장섬유와 혼합하였다. 제1 외층 (21)은, 형성 챔버 (44C)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로 표시하여, 90 중량％의 CF405(단섬유) 및 10 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 중간층 (22)는, 형성 챔버 (44B)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 100 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유)를 포함하였다. 제2 외층 (23)은, 형성 챔버 (44A)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 90 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 10 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다.
이어서, 섬유를 형성 직물(알바니 일렉트로테크 100S)상에 퇴적시켜 적층 웹 을 형성하였다. 이어서, 초기 웹을 제1 압착 롤 세트에 통과시킴으로써 치밀화 및 강화시켰다. 상부 압착 롤은 웹에 직접 접촉하는 매끄러운 강철 유도 가열 롤(도꾸덴, 인크.(Tokuden, Inc.))이었고, 275℉에서 작동시켰다.
이어서, 웹을 진공에 의해, 이송 구획에 설치된 P＆J 경도 약 57의 위벡스 액시얼 밀레니엄 펠트로 이송하였다. 이어서, 웹의 기초 중량을 기준으로 약 1.5 중량％의 부착량의 물로 웹을 습윤시켰다. 그 후에 곧바로 웹을 제2 압착 롤 세트에 통과시켜 더욱 치밀화 및 강화시켰다. 하부 압착 롤은 웹에 직접 접촉하는 조각된 강철 유도 가열 롤(도꾸덴, 인크.)이었고, 250 pli의 닙 하중에서 350℉로 작동시켰다. 사용된 망상 조각 패턴은 도 5에 도시되어 있다.
이어서, 웹을 분무 챔버 (72A) 구획으로 이송하였다. 이어서, 보스틱 핀들리(Bostik Findley)로부터 입수가능한 L7170 염 촉발성 결합제, 즉, 미국 특허 제7,157,389호에 개시된 것과 같은 폴리아크릴레이트 결합제를 분무 팔을 통해 15％ 고형분 및 총 시트 중량에 대해 약 6.3％의 부착량으로 웹에 적용하였다. 폴리아크릴레이트 결합제를 에어 프로덕쓰(Air Products)로부터 입수가능한 비닐-아세테이트 에틸렌 라텍스 공결합제(에어플렉스(AirFlex) EZ123®)와 혼합하였다. 결합제와 공결합제의 비율은 약 70:30이었다. 이어서, 웹을 400℉로 작동하는 다구획 건조기로 이송하여 물을 증발시키고 결합제를 경화시켰다. 이어서, 웹을 분무 챔버 (72B) 구획으로 이송하였다. 이어서, L7170 염 촉발성 결합제 및 에어플렉스 EZ123® 공결합제(70:30 비율)를 분무 팔을 통해 웹의 반대쪽 면에 15％ 고형분으로 적용하여, L7170 부착량이 총 시트 중량에 대해 약 6.3％가 되고 에어플렉스 EZ123® 부착량이 총 시트 중량에 대해 약 1.90％가 되도록 하였다. 이어서, 웹을 400℉로 작동하는 다구획 건조기로 이송하여 물을 증발시키고 결합제를 경화시켰다.
제2 건조기 통과 후, 웹을 릴 구획으로 이송하여 롤 형태로 감았다. 에어 레이드 웹의 기초 중량은 71.3 gsm으로 측정되었다. 이 에어 레이드 웹은 물 약 95％, 및 프로필렌 글리콜, DMDM 히단토인, 디소듐 코코암포디아세테이트, 폴리소르베이트 20, 향, 요오도프로피닐 부틸카르바메이트, 알로에 바르바덴시스, 토코페릴 아세테이트를 포함하는 활성 성분 5％를 함유하는 세정 용액 약 235 중량％(기재 중량의 2.5배), 및 불용화제로서 염화나트륨 약 2 중량％를 첨가하여 습윤 와이프를 제조하는데 사용하였다. 결합 면적 백분율은 압착 롤들과 이송 직물 사이를 통과시킨 닙 인쇄지 상에 남은 자국으로부터 광학 분석에 의해 측정하였다. 얻어진 분산성 부직 웹은 표 1에 기재한 물성 및 7.7％의 결합 면적 백분율을 가졌다.
실시예 2
실시예 2는 층 당 섬유 분할을 다음과 같이 조정한 것 이외에는 실시예 1의 단계들을 사용하여 제조하였다. 제1 외층 (21)은, 형성 챔버 (44C)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 90 중량％의 CF405(단섬유) 및 10 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 중간층 (22)는, 형성 챔버 (44B)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 90 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 10 중량％의 라이오셀 합성 섬유를 포함하였다. 제2 외층 (23)은, 형성 챔버 (44A)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 90 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 10 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 얻어진 분산성 부직 웹은 표 1에 기재한 물성 및 7.7％의 결합 면적 백분율을 가졌다.
실시예 3
실시예 3은 층 당 섬유 분할을 다음과 같이 조정한 것 이외에는 실시예 1의 단계들을 사용하여 제조하였다. 제1 외층 (21)은, 형성 챔버 (44C)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 93.3 중량％의 CF405(단섬유) 및 6.7 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 중간층 (22)는, 형성 챔버 (44B)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 93.3 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 6.7 중량％의 라이오셀 합성 섬유를 포함하였다. 제2 외층 (23)은, 형성 챔버 (44A)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 93.3 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 6.7 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 얻어진 분산성 부직 웹은 표 1에 기재한 물성 및 7.7％의 결합 면적 백분율을 가졌다.
실시예 4
실시예 4는 층 당 섬유 분할을 다음과 같이 조정한 것 이외에는 실시예 1의 단계들을 사용하여 제조하였다. 제1 외층 (21)은, 형성 챔버 (44C)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 71.5 중량％의 CF405(단섬유) 및 19.5 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 중간층 (22)는, 형성 챔버 (44B)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서, 100 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유)를 포함하였다. 제2 외층 (23)은, 형성 챔버 (44A)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 71.5 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 19.5 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 얻어진 분산성 부직 웹은 표 1에 기재한 물성 및 7.7％의 결합 면적 백분율을 가졌다.
실시예 5
실시예 5는 층 당 섬유 분할을 다음과 같이 조정한 것 이외에는 실시예 1의 단계들을 사용하여 제조하였다. 제1 외층 (21)은, 형성 챔버 (44C)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 87.0 중량％의 CF405(단섬유) 및 13.0 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 중간층 (22)는, 형성 챔버 (44B)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 87.0 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 13.0 중량％의 라이오셀 합성 섬유를 포함하였다. 제2 외층 (23)은, 형성 챔버 (44A)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 87.0 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 13.0 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 얻어진 분산성 부직 웹은 표 1에 기재한 물성 및 7.7％의 결합 면적 백분율을 가졌다.
실시예 6
실시예 6은 층 당 섬유 분할을 다음과 같이 조정한 것 이외에는 실시예 1의 단계들을 사용하여 제조하였다. 제1 외층 (21)은, 형성 챔버 (44C)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 87.0 중량％의 CF405(단섬유) 및 13.0 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 중간층 (22)는, 형성 챔버 (44B)에 의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 87.0 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 13.0 중량％의 라이오셀 합성 섬유를 포함하였다. 제2 외층 (23)은 형성 챔버 (44A)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 87.0 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 13.0 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 공결합제를 에어플렉스 EZ123®에서 롬 앤드 하스(Rhom ＆ Haas)에서 공급되는 로플렉스(Rhoplex) ECO-4015로 바꾸었다. 웹은 망상 엠보싱 패턴으로 엠보싱되지 않았고, 매끈한 표현을 가졌다. 얻어진 분산성 부직 웹은 표 1에 기재한 물성을 가졌다.
실시예 7
실시예 7은 층 당 섬유 분할을 다음과 같이 조정한 것 이외에는 실시예 1의 단계들을 사용하여 제조하였다. 제1 외층 (21)은, 형성 챔버 (44C)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 87.0 중량％의 CF405(단섬유) 및 13.0 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 중간층 (22)는, 형성 챔버 (44B)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 87.0 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 13.0 중량％의 라이오셀 합성 섬유를 포함하였다. 제2 외층 (23)은 형성 챔버 (44A)에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서 표시하여, 87.0 중량％의 CF405 목재 펄프(단섬유) 및 13.0 중량％의 라이오셀 합성 섬유(장섬유)를 포함하였다. 공결합제를 에어플렉스 EZ123®에서 롬 앤드 하스에서 공급되는 로플렉스 ECO-4015로 바꾸었다. 얻어진 분산성 부직 웹은 표 1에 기재한 물성 및 7.7％의 결합 면적 백분율을 가졌다.
결과
표 1, 2 및 3은 실시예들의 시험 결과 및 구체적인 특성을 요약한다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
각 층에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서의 장섬유 비율 10.0％ 층 (21) 0.00％ 층 (22) 10.0％ 층 (23) 10.0％ 층 (21) 10.0％ 층 (22) 10.0％ 층 (23) 6.7％ 층 (21) 6.7％ 층 (22) 6.7％ 층 (23)
부직 웹의 총 기초 중량에 대한 ％로서의 장섬유 비율 6.7％ 10％ 6.7％
MDWT (g/in) 343.6 342.7 338.8
3시간 진탕 플라스크 12 mm 스크린 중량％ 통과 100％ 100％ 100％
3시간 진탕 플라스크 6 mm 스크린 중량％ 통과 95％ 80％ 90％
3시간 진탕 플라스크 3 mm 스크린 중량％ 통과 91％ 70％ 77％
건조 캘리퍼 (mm) 1.2 1.2 1.2
기초 중량 (gsm) 72.1 73.4 74.8
실시예 4 실시예 5
각 층에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서의 장섬유 비율 19.5％ 층 (21) 0.00％ 층 (22) 19.5％ 층 (23) 13.0％ 층 (21) 13.0％ 층 (22) 13.0％ 층 (23)
부직 웹의 총 기초 중량에 대한 ％로서의 장섬유 비율 13.0％ 13.0％
MDWT (g/in) 416.3 389.6
3시간 진탕 플라스크 12 mm 스크린 중량％ 통과 100％ 99.9％
3시간 진탕 플라스크 6 mm 스크린 중량％ 통과 95.4％ 90.1％
3시간 진탕 플라스크 3 mm 스크린 중량％ 통과 94.2％ 86.2％
건조 캘리퍼 (mm) 1.4 1.3
기초 중량 (gsm) 73.3 69.0
실시예 6 실시예 7
각 층에의 섬유 혼합 공급물에 대한 중량％로서의 장섬유 비율 13.0％ 층 (21) 13.0％ 층 (22) 13.0％ 층 (23) 13.0％ 층 (21) 13.0％ 층 (22) 13.0％ 층 (23)
부직 웹의 총 기초 중량에 대한 ％로서의 장섬유 비율 13.0％ 13.0％
MDWT (g/in) 467.7 452.3
3시간 진탕 플라스크 12 mm 스크린 중량％ 통과 100％ 100％
3시간 진탕 플라스크 6 mm 스크린 중량％ 통과 90％ 96％
3시간 진탕 플라스크 3 mm 스크린 중량％ 통과 88％ 92％
건조 캘리퍼 (mm) 1.0 1.2
기초 중량 (gsm) 70.7 71.8
염 촉발성 결합제를 사용한 실시예 1, 2 및 3은 염화나트륨 약 2 중량％를 함유하는 습윤 조성물 내에 침지시 비슷한 MDWT 강도를 가졌다. 세 실시예는 또한 비슷한 건조 캘리퍼, 및 기초 중량을 가졌다. 그러나, 중간층 (22)에 장섬유를 함유하지 않는 실시예 1은 분산성 진탕 플레이크 시험(Dispersibility Shake Flask Test)에 의해 측정시 현저히 개선된 분산성 속도를 가졌다. 특히, 실시예 1은 6 mm 스크린 및 3 mm 스크린에서의 보다 높은 중량％ 통과값에 의해 입증되는 바와 같이 보다 작은 조각들로 파괴되었다. 즉, 실시예 1은 실시예 2 및 3과 유사한 MDWT 강도를 가졌을지라도, 실시예 1은 유사 기초 중량으로 제조시 장섬유를 외층 (21, 23)내에만 배치시켰을 때 훨씬 빠르게 분산되었다.
염 촉발성 결합제를 사용한 실시예 4 및 5는 염화나트륨 약 2 중량％를 함유하는 습윤 조성물 내에 침지시 비슷한 MDWT 강도를 가졌다. 실시예 4 및 5는 또한 비슷한 건조 캘리퍼 및 기초 중량을 가졌다. 그러나, 중간층 (22)에 장섬유를 함유하지 않는 실시예 4는 분산성 진탕 플라스크 시험에 의해 측정시 현저히 개선된 분산성 속도를 가졌다. 특히, 실시예 4는 6 mm 스크린 및 3 mm 스크린에서의 보다 높은 중량％ 통과값에 의해 입증되는 바와 같이 보다 작은 조각들로 파괴되었다. 즉, 실시예 4는 실시예 5와 유사한 MDWT 강도를 가졌을지라도, 실시예 4은 유사 기초 중량으로 제조시 장섬유를 외층 (21, 23)내에만 배치시켰을 때 훨씬 빠르게 분산되었다.
실시예 6 및 7은 분산성 개선을 위해 망상 엠보싱 패턴을 사용한 결과를 보여준다. 두 샘플 간의 주요 차이점은, 실시예 7은 도 5의 패턴으로 엠보싱되었고, 실시예 6은 엠보싱되지 않고 매끄러운 캘린더링된 표면을 가졌다는 것이다. 망상 엠보싱 패턴을 갖는 실시예 7은 6 mm 스크린 및 3 mm 스크린에서의 보다 높은 중량％ 통과값에 의해 입증되는 바와 개선된 분산성을 가졌다.
시험 방법
결합 면적 백분율
결합 면적 백분율은 롤 표면의 총 면적에 대한 백분율로서 표현되는 엠보싱 롤상의 양각 엠보싱 패턴의 면적으로서 정의된다. 바람직하게는, 결합 면적 백분율은 조각 도면으로부터 직접 계산된다. 도면이 입수되지 않는 경우, 실제 조각 롤의 표면을 사용하여 각 면적을 측정할 수 있다. 다르게는, 사용되는 공정 조건에서 닙 인쇄지에 엠보싱 패턴의 자국을 내고, 닙 인쇄지 상의 자국을 측정할 수 있다. 결합 면적 백분율을 계산하는데 사용되는 대표 면적의 크기는 엠보싱 패턴의 전체 반복 부분을 적어도 하나 포함하도록 충분히 커야 한다. 예를 들어, 컴퓨터 보조 드래프팅(drafting) 프로그램을 사용하여 엔지니어링 도면으로부터 웅형 엠보싱 요소의 상부 표면의 면적 및 롤의 전체 면적을 계산할 수 있다. 결합 면적 백분율은 엠보싱 요소의 상부 평면의 면적을 전체 면적으로 나눈 비율을 구한 후 100을 곱하여 결정할 수 있다. 다르게는, 경쟁 제품의 분석시 조각 도면 또는 조각 롤을 입수할 수 없는 경우, 텍스쳐링된 기재의 표면을 당업계의 숙련자들에게 공지된 광학 수단에 의해 측정하여, 총 면적에 대한 ％로서 기재의 엠보싱된 면적을 정확히 측정할 수 있다.
강도 시험
달리 특정되지 않으면, 인장 시험은 하기 프로토콜에 따라 수행하였다. 기재의 시험은 TAPPI 조건(50％ 상대 습도, 73℉)에서 ASTM-1117-80, 섹션 7과 유사한 절차로 수행하여야 한다. 시험은 정속 신장을 유지하는 인장 시험기상에서 수행하였고, 시험된 각 시편의 폭은 3 인치였다. "조 스팬(jaw span)" 또는 조(jaw)들 간의 거리(흔히 게이지 길이라고 함)는 약 2.0 인치(50.8 mm) 내지 약 4.0 인치(100.6 mm)의 범위일 수 있다. 전형적으로, 화장지 롤과 같은 미리 절단된 물질의 횡방향 인장을 측정하는데는 2-인치 게이지 길이가 사용되고, 기계 방향 인장을 측정하는데는 4-인치 게이지 길이가 사용된다. 크로스헤드 속력은 분 당 12 인치(254 mm/분)이다. 하중 셀 또는 풀-스케일 하중은 모든 최대 하중 결과가 풀-스케일 하중의 10 내지 90％에 포함되도록 선택한다. 그러한 시험은 IMAP 소프트웨어를 이용한 신테크(Sintech) 데이터 수집 및 제어 시스템 또는 등가의 시스템에 연결된 인스트론(Instron) 1122 인장 프레임상에서 실시할 수 있다. 이 데이터 시스템은 초 당 20개 이상의 하중 및 신도 값을 기록한다. 최대 하중(인장 강도) 및 최대 하중에서의 신도(신장)가 측정된다. 각 시험 조건에서 10개 이상의 샘플을 시험하여 평균 최대 하중 또는 평균 신장 값을 보고한다.
횡방향(CD) 인장 시험에서는, 샘플을 횡 기계 방향으로 절단한다. 기계 방향(MD) 인장 시험에서는, 샘플을 기계 방향으로 절단한다. 횡방향 습윤 인장 시험(CDWT) 또는 기계 방향 습윤 인장 강도(MDWT)는, 미리 습윤시킨 샘플을 밤새 밀봉 플라스틱 백 안에 넣어 온도에 대해 평형화시킨 후에 사용하여, 상술한 바와 같이 수행하였다.
새로운 용액에 노출 후에 발생하는 미리 습윤시킨 웹의 강도 손실과 관련된 시험에서, 200 mm × 120 mm 크기에 1000 ㎖를 담기에 충분한 깊이를 갖는 용기에 선택된 침지 용액 700 ㎖를 채웠다. 시편 크기에 따라 108 제곱인치 이하의 샘플을 700 ㎖의 침지 용액에 침지하였다. 밤새 평형화시킨 미리 습윤된 시편을 침지 용액에 침지시킨 후 특정 시간(전형적으로 1 시간) 동안 방해 없이 젖게 하였다. 침지 시간 종료 후, 샘플을 침지 용액으로부터 조심스럽게 회수하고 물을 뺀 후 곧바로 상술한 바와 같이 시험하였다(즉, 샘플을 즉시 인장 시험기에 설치하여 시험함). 고 분산성 물질의 경우, 샘플은 흔히 침지 용액으로부터 분리되어 떨어짐 없이 회수할 수 없다. 그러한 샘플의 침지 인장 값은 해당 용액에 대해 0인 것으로 기록하였다. 수행된 모든 시험은 0이든 0이 아니든 평균으로 보고하였다.
탈이온수 침지 습윤 인장 시험 즉 S-WT에서는, 샘플을 탈이온수에 1시간 침지시킨 후 필요에 따라 MD 또는 CD로 시험하였다. 경수 침지 횡방향 습윤 인장 시험 즉 S-WT-M(M은 2가 금속 이온을 나타냄)에서는, 염화칼슘 및 염화마그네슘으로부터 제조한, 200 ppm의 Ca++/Mg++를 2:1 비율(Ca++ 133 ppm / Mg++ 67 ppm)을 함유하는 물에 샘플을 침지하고, 1 시간 동안 적신 후, MD 또는 CD로 시험하였다.
분산성 진탕 플라스크 시험
이 시험은 문헌[ASTM E 1279 - 89 (Reapproved 1995) Standard Test Method for Biodegradation By Shake - Flask Die - Away Method]과 유사하게 시험하였다. 시험은 가정용 하수 펌프 및 지역 운반 시스템 통과시 제품 붕해에 작용하는 물리력을 모사하기 위해 사용된다. ASTM E 1279을, 전체 제품을 1 ℓ의 수돗물을 함유하고 회전 진탕기 테이블상에서 진탕되는 3 ℓ 플라스크에서 3 시간 동안 시험하는 것으로 변형하였다. 플라스크를 제거하고, 내용물을 일련의 스크린에 통과시켰다. 스크린상에 보류되는 다양한 크기 분획을 칭량하여 제품 붕해의 속도 및 정도를 결정하였다.
첨부한 청구항에 보다 구체적으로 제시되는 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남 없이 본 발명에 대한 다른 변형 및 변경이 당업계의 숙련자에 의해 실시될 수 있다. 여러 가지 실시양태의 면들은 전체로 또는 부분적으로 상호교환될 수 있음이 이해된다. 특허받고자 하는 본 출원에 인용된 모든 문헌, 특허 또는 특허 출원을 일치하는 방식으로 본원에 인용한다. 인용된 문헌들과 본 출원 사이에 불일치 또는 모순이 있을 경우, 본 출원에서 제시된 정보를 따를 것이다. 상기 설명은 당업계의 숙련자가 청구된 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 예로써 주어진 것이며, 청구항 및 그의 모든 등가물에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 잘못 이해되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 제1 외층, 중간층, 및 제2 외층의 적어도 3개의 층을 갖는 분산성 부직 웹을 포함하는 제품으로서,
    제1 외층 및 제2 외층은 복수의 단섬유 및 촉발성(triggerable) 결합제를 포함하고, 제1 외층 또는 제2 외층 중 적어도 하나는 복수의 장섬유를 포함하고,
    중간층은 복수의 단섬유, 촉발성 결합제, 및 임의로는 복수의 장섬유를 포함하며,
    제1 외층 또는 제2 외층 중 적어도 하나 내의 장섬유의 중량％는 중간층 내의 장섬유의 중량％보다 더 높은 제품.
  2. 제1항에 있어서, 중간층이 장섬유를 포함하지 않고(0 중량％ 포함), 제1 외층 및 제2 외층이 둘 다 복수의 장섬유를 포함하는 제품.
  3. 제1항에 있어서, 촉발성 결합제가 염 촉발성 결합제를 포함하는 제품.
  4. 제3항에 있어서, 염 촉발성 결합제가 비닐-관능성 양이온성 단량체, 메틸 측쇄를 갖는 소수성 비닐 단량체, 및 탄소 원자 1 내지 4개의 알킬 측쇄를 갖는 1종 이상의 소수성 비닐 단량체의 중합 생성물을 포함하는 양이온성 폴리아크릴레이트를 포함하는 제품.
  5. 제1항에 있어서, 장섬유가 분산성 부직 웹 내에 존재하는 섬유의 총 중량의 약 1％ 내지 약 15％를 차지하는 제품.
  6. 제1항에 있어서, 장섬유가 분산성 부직 웹 내에 존재하는 섬유의 총 중량의 약 5％ 내지 약 12％를 차지하는 제품.
  7. 제2항에 있어서, 장섬유가 분산성 부직 웹 내에 존재하는 섬유의 총 중량의 약 5％ 내지 약 12％를 차지하는 제품.
  8. 제1항에 있어서, 장섬유가 제1 외층 또는 제2 외층 중 적어도 하나 내의 섬유 혼합물의 총 중량의 약 8％ 내지 약 26％를 차지하는 제품.
  9. 제2항에 있어서, 장섬유가 제1 외층 및 제2 외층 둘 다 내의 섬유 혼합물의 총 중량의 약 10％ 내지 약 24％를 차지하는 제품.
  10. 제1항에 있어서, 제1 외층 및 제2 외층 둘 다 내의 촉발성 결합제의 중량％가 중간층 내의 촉발성 결합제의 중량％보다 더 높은 제품.
  11. 제1 외층, 중간층, 및 제2 외층의 적어도 3개의 층을 갖는 분산성 부직 웹을 포함하는 제품으로서,
    제1 외층 및 제2 외층은 복수의 단섬유 및 촉발성 결합제를 포함하고, 제1 외층 또는 제2 외층 중 적어도 하나는 복수의 장섬유를 포함하고, 제1 외층 또는 제2 외층 중 적어도 하나는 망상 엠보싱 패턴을 포함하고,
    중간층은 복수의 단섬유, 촉발성 결합제, 및 임의로는 복수의 장섬유를 포함하며,
    제1 외층 또는 제2 외층 중 적어도 하나 내의 장섬유의 중량％는 중간층 내의 장섬유의 중량％보다 더 높은 제품.
  12. 제11항에 있어서, 망상 엠보싱 패턴이 복수의 침상(枕狀; pillow) 영역을 둘러싸는 복수의 상호연결된 엠보싱 선을 포함하고, 복수의 침상 영역이 4개의 꼭지점 및 사인파형 엣지를 갖는 파형 별 모양을 포함하는 제품.
  13. 제11항에 있어서, 망상 패턴이 복수의 상호연결된 엠보싱 선을 포함하고, 복수의 상호연결된 엠보싱 선이 분산성 부직 웹의 기계 방향(MD) 및 횡 기계 방향(CD)에 실질적으로 정렬되지 않는 제품.
  14. 제11항에 있어서, 중간층이 장섬유를 포함하지 않고(0 중량％ 포함), 제1 외층 및 제2 외층이 둘 다 복수의 장섬유를 포함하는 제품.
  15. 제11항에 있어서, 촉발성 결합제가 염 촉발성 결합제를 포함하는 제품.
  16. 제11항에 있어서, 장섬유가 분산성 부직 웹 내에 존재하는 섬유의 총 중량의 약 1％ 내지 약 15％를 차지하는 제품.
  17. 제11항에 있어서, 장섬유가 분산성 부직 웹 내에 존재하는 섬유의 총 중량의 약 5％ 내지 약 12％를 차지하는 제품.
  18. 제11항에 있어서, 장섬유가 제1 외층 또는 제2 외층 중 적어도 하나 내의 섬유 혼합물의 총 중량의 약 8％ 내지 약 26％를 차지하는 제품.
  19. 제14항에 있어서, 장섬유가 제1 외층 및 제2 외층 둘 다 내의 섬유 혼합물의 총 중량의 약 10％ 내지 약 24％를 포함하는 제품.
  20. 제11항에 있어서, 제1 외층 및 제2 외층 둘 다 내의 촉발성 결합제의 중량％가 중간층 내의 촉발성 결합제의 중량％보다 더 높은 제품.
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