KR20150080514A

KR20150080514A - 미세섬유성 셀룰로오스를 포함하는 필라멘트, 섬유 부직포 웹 및 이를 제조하기 위한 공정

Info

Publication number: KR20150080514A
Application number: KR1020157012791A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 엠. 잭슨; 크리스토퍼 오. 루엣겐
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-07-09
Also published as: BR112015009359A2; BR112015009359B1; WO2014068441A1; KR101799658B1; RU2615109C2; AU2013340447B2; MX360516B; US20140121622A1; RU2015118531A; AU2013340447A1; CN104736749B; EP2917389B1; US9422641B2; EP2917389A4; MX2015005020A; EP2917389A1; CN104736749A

Abstract

본원에는, 미세섬유성 셀룰로오스 섬유 및 증점제로 이루어진 셀룰로오스 방직 필라멘트 뿐만 아니라, 이러한 필라멘트를 형성하기 위한 전구체 도프, 이러한 셀룰로오스 방직 필라멘트로 이루어진 부직포 웹 및 이러한 필라멘트 및 이러한 필라멘트를 포함하는 부직포 웹을 형성하기 위한 공정이 개시되어 있다. 이들 필라멘트의 이점들 중 하나는 필라멘트들이 리오셀 섬유를 제조하는 데에 사용된 것들과 같은 기타 공정들과 달리 임의의 화학적 용매를 요구하지 않는 수성 도프를 이용하기 때문에 필라멘트가 제조되는 친환경 방식인 것이다. 또한, 상기 공정은 임의의 세척 또는 추출 단계들을 포함하지 않으며, 광범위한 기반으로 재생 가능한 셀룰로오스 섬유 공급원을 사용한다.

Description

미세섬유성 셀룰로오스를 포함하는 필라멘트, 섬유 부직포 웹 및 이를 제조하기 위한 공정{FILAMENTS COMPRISING MICROFIBRILLAR CELLULOSE, FIBROUS NONWOVEN WEBS AND PROCESS FOR MAKING THE SAME}

본 출원은 2012년 10월 31일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/720,510호로부터의 우선권의 이익을 주장한다.

본 발명은 재생 가능한 자원(renewable resource)들로부터 셀룰로오스 필라멘트들을 제조하고 사용하는 것 뿐만 아니라 이러한 필라멘트들을 포함하는 제품 분야에 관한 것이다.

에너지 및 자원 보호는 초점을 두고 점점 성장하고 있는 분야이다. 에너지 비용이 계속해서 상승하고 석유계 재료 같은 많은 재료 공급원들은 끊임없이 비용과 가용성에 대한 염려 하에 놓여 있다. 이것이 특히 해당되는 한 분야는, 특히 개인, 가정 및 상업적 응용에서 사용되는 소비재들의 분야에서, 일회용 및 준-내구재(semi-durable good)들을 갖는다.

오늘날의 소비자 일상 생활은 종종 단일 사용 제품들 또는 폐기되기 전에 수회만 사용되는 제품들 중 어느 하나인 제품들의 사용을 포함하고 있다. 이러한 제품들의 비한정적 예들은 개인 위생 흡수 물품들, 위생 관련 제품들, 및 가정, 사업 및 상업적 응용들을 위한 세정 제품들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 개인 위생 흡수 물품들의 예들은, 기저귀, 기저귀 팬티, 훈련용 팬티, 여성용 위생 제품, 성인 요실금 장치, 습식 및 건식 수건(wiper), 붕대 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 위생 관련 제품들은 세정 수건, 화장 및 미용 수건 및 패드를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 세정 제품들은 가정용 수건 및 타월, 종이 타월, 걸레 커버 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

상기 제품 및 기타 제품들 중 다수는 유체를 흡수하고/하거나 배출하는 데에 사용되는 섬유 부직포 웹들의 제조에 사용되는 폴리올레핀 및 기타 폴리머계 필라멘트들과 같은 석유계 재료들을 이용한다. 예를 들면, 개인 위생 흡수 물품들 내의 많은 층은 폴리머계 섬유 부직포들로 이루어진다.

지속 가능한 자원들로부터 이러한 필라멘트들 및 부직포들을 제조하고 보다 많은 석유계 제품들로부터 옮겨가려는 노력이 계속 진행 중에 있다. 한 분야는 셀룰로오스계인 재생 가능한 원료들로부터 이러한 필라멘트들 및 부직포들의 제조와 연관되어 있다. 하나의 잘 알려진 방법은, 셀룰로오스를 용해하여 섬유로 형성될 수 있게 하는 화학 기반 용매들(N-메틸모폴린 N-옥사이드(N-methylmorpholine N-oxide))을 요구하는 많은 공정 예들 중 하나인 리오셀(Lyocell) 공정으로서 지칭되고 있다. 섬유가 형성되면, 산화 아민과 같은 기타 화학 물질들을 후에 섬유들을 물로 세척해서 상기 형성 공정 화학 물질들을 제거해야 하는 섬유를 설정하는 데에 사용된다. 분명하게, 이는 많은 처리 단계들, 사용, 추출 및 재생하는 데에 더 많은 비용이 드는 추가 화학 물질들의 사용 뿐만 아니라 공정에 사용되는 화학 물질들의 사용 및 폐기에 관한 잠재적인 환경 문제점들을 포함한다. 따라서, 제조의 맥락에서 더 적은 단계들, 더 적은 화학 물질의 사용 및 이에 따라 더 낮은 비용을 포함하는 보다 단순한 공정을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명은 이러한 노력에 관한 것이다.

본원에는, 구성성분들 및 제조 공정 단계들이 단순화된 수성(water-based) 공정으로부터 매우 적은 화학 첨가제들로 만들어지는 미세섬유성 셀룰로오스를 이용하는 셀룰로오스 방직 필라멘트가 개시되어 있다. 상기한 리오셀 공정과 같은 기타 공정들과 달리, 형성 후에 추가 화학 물질의 사용 및 섬유 형성 공정의 개시부에서 사용된 화학 물질들을 제거하도록 후속하는 추출 및/또는 세척 공정들이 실시되어야만 하는, 압출 가능한 섬유 도프(dope)를 제조하기 위해서 셀룰로오스 공급원을 용해시키는 N-메틸모폴린 N-옥사이드와 같은 화학 물질들을 사용할 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 공정은, 예를 들면 리오셀 공정의 경우와 같이 화학/용해 공정보다는 물리 공정이 더 많다. 또한, 미세섬유성 셀룰로오스는 모든 재생 가능한 거의 무한 수의 셀룰로오스 식물 자원 및 일부 경우에서는 다른 셀룰로오스계 공정의 부산물(byproduct)로부터 만들어질 수 있다. 그 결과, 필라멘트들, 섬유 부직포 웹들 및 최종 제품들은 더 적은 단계 및 더 적은 화학 물질로 완전히 재생 가능한 자원으로부터 만들어질 수 있다. 이는, 본 발명에 의해 생성된 재료들이 석유 및 다른 비재생 기재들에 기반하는 섬유들 및 섬유 부직포 웹들에 현재 대응하는 다수의 제품으로 교체하기 위한 적합한 후보들일 수 있다는 것을 의미하게 된다.

본 발명의 필라멘트들은, 전구체 도프(dope)의 총 중량 기준, 약 7 내지 약 20 중량%의 미세섬유성 셀룰로오스 섬유, 약 0.2 내지 약 3 중량%의 증점제(thickening agent) 및 약 75 내지 약 95 중량%의 수성 용매가 포함되어 있는 셀룰로오스 방직 필라멘트 전구체 도프로부터 이루어진다. 상기 미세섬유성 셀룰로오스 섬유는 상기 증점제가 상기 용매에 용해되는 동안에 상기 수성 용매 내에 분산된다. 상기 전구체 도프는 100 s^-1의 전단율에서 약 400 내지 약 3000 Pa·s 범위의 동적 점도(dynamic viscosity)를 가져야만 한다.

소정의 실시예들에서, 물리 및 화학 양쪽 모두의 결합제들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 기타 구성성분들이 전구체 도프에 첨가되어서, 상기 전구체 도프로부터 형성된 산출된 필라멘트들의 온전성(integrity)을 향상시킬 수도 있다.

형성되면, 일 실시예에서 상기 셀룰로오스 방직 필라멘트는 상기 필라멘트의 총 건조 중량 기준, 약 80 내지 약 99.5 중량%의 미세섬유성 셀룰로오스 섬유 및 약 20 내지 약 0.5 중량%의 증점제를 포함할 수 있다. 상기 형성된 필라멘트 내의 건조 백분율을 계산하면, 상기 백분율은 건조 원료성분들의 총 중량에 기초하며 임의의 잔여 수분을 배제한다. 따라서, 예를 들면, 필라멘트 또는 샘플이 80g의 미세섬유성 셀룰로오스, 20g의 증점제 및 10g의 잔여 수분을 포함하는 110g의 총 중량을 갖는 경우, 상기 건조 중량 백분율은 80 중량%의 미세섬유성 셀룰로오스 및 20 중량%의 증점제일 수 있다.

대안적인 실시예에서, 상기 셀룰로오스 방직 필라멘트는, 상기 필라멘트의 총 건조 중량 기준, 약 75 내지 약 99 중량%의 미세섬유성 섬유, 약 20 내지 약 0.5 중량%의 증점제 및 약 0.5 내지 약 5%의 기타 구성성분들을 포함할 수 있다. 또 다른 구성성분의 일례는 결합제(binding agent)이다.

이렇게 형성된 필라멘트들은 일반적으로 건조 상태에서 약 5와 약 50 μm 사이의 직경을 가질 것이다. 상기 필라멘트들의 길이는 구체적인 최종 요구를 충족시키도록 가변될 수 있다. 필라멘트들은 통상적으로 약 6과 50 mm 사이인 단섬유(staple fiber) 길이로 형성될 수 있지만, 사용되고 있는 필라멘트 압출 공정에 따라 더 긴 연속 필라멘트들이 형성될 수 있고, 그래서 멜트블로운(meltblown) 및 스펀본드(spunbond) 성형 공정과 함께 발견된 바와 같은 본질적으로 더욱 연속하는 필라멘트들도 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주된다. 또한, 통상적으로 단섬유용으로 사용되는 것 이하의 매우 작은 길이를 갖는 필라멘트들이 여전히 다른 용도를 위해 형성될 수 있다.

통상적으로, 상기 증점제는 해당 재료에 따라 산업계에서 사용된 표준 방법들에 의해 결정될 수 있는 약 200,000과 약 2,000,000 사이의 점도 평균 분자량(Mv)을 가질 것이다. 광범위한 수의 증점제가 필라멘트들의 형성에서 사용하기 위해 적합할 수도 있지만, 상기 증점제는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리(비닐 피롤리돈), 나노결정 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 나노스타치(nanostarch)로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수도 있다.

본 발명에 따른 필라멘트 및 산출된 섬유 부직포 웹을 형성하기 위해서, 처음에 상술한 바와 같은 전구체 도프의 수성 분산액이 형성되고, 그런 다음 100 s^-1의 전단율에서 약 400 내지 약 3000 Pa s의 점도로 혼합되어야 한다. 일반적으로, 필라멘트들로의 압출을 위해서, 스피닝 공정 동안의 전단율은 약 50과 약 200 s^-1 사이일 것이다. 상기한 점도 및 전단율 범위 이내이면, 상기 전구체 도프는 필라멘트 다이를 사용하여 압출될 수 있거나 그렇지 않으면 형성 표면 상에 필라멘트로 형성되고 나서 건조될 수 있다. 그런 다음, 이렇게 형성된 필라멘트들은 보다 작은 필라멘트 길이로의 절단(cutting) 또는 전단(chopping) 뿐만 아니라 그들의 벌크를 증가시키는 권축가공(crimping)과 같은 기타 처리 단계들을 거칠 수도 있다.

더 큰 멀티-압출기 헤드 또는 다른 타입의 압출기 오리피스(orifice)들과 장치들에 의해, 상기 전구체 도프는 다음에 건조되고 원하는 경우 추가 처리가 실시되는 섬유 부직포 웹을 형성할 표면 상에 다음에 임의의 패턴으로 피착되는 복수의 필라멘트로 압출될 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 건조 공정 이전, 그와 함께 또는 그 이후에, 상기 섬유 부직포 웹은 접합(bonding) 및/또는 엉킴(entanglement) 공정을 거쳐서 전체 웹의 강도 및 온전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 접합 공정의 한 형태에서, 평활하거나 양각된 캘린더 롤들 중 어느 하나 또는 전부를, 이렇게 형성된 섬유 부직포 웹의 표면 질감 및 외관을 변경하거나, 양각된 디자인을 부여하여 부직포의 심미적 특성들을 변경하거나 또는 보다 많은 3차원 캐릭터 및 벌크를 제공하는 데에 사용할 수도 있다. 상기 형성된 필라멘트들의 친수성 때문에, 니들링(needling) 또는 공기 엉킴 공정과 같은 비수성인 엉킴 공정들을 사용하는 것이 더욱 적합할 수도 있다. 하지만, 양각화/캘린더가공 롤들에 의한 더욱 치밀화/양각화를 수반하는 상기 형성된 필라멘트들/부직포에 물 분무에 의해서와 같이, 소량의 물을 첨가할 수 있다. 일반적으로, 첨가된 물의 양은 상기 물 첨가 전의 필라멘트/부직포 중량에 비해서 상기 물 및 필라멘트/부직포의 중량에 기초하여, 많아 봐야 5 중량% 이어야 한다.

필라멘트들이 형성되면, 그들의 내부 강도는, 상기 필라멘트들 그 자체 내부의 수소 결합에 적어도 부분적으로 기초하는 것으로 여겨진다. 그러나, 이러한 초기 온전성은 접착제 및 고분자 코팅과 같은 추가적인 결합제들로 상기 필라멘트들 또는 산출된 섬유 부직포 웹을 표면 코팅 같은 다른 처리를 통해 증가될 수 있다는 것을 인식해야 한다.

산출된 필라멘트들은 광범위한 응용예에서 사용될 수 있다. 그들은 단독으로 사용될 수 있거나 다른 섬유들(천연 및 합성 모두)과 혼합될 수 있어 추가적인 성능들을 갖는 섬유 부식 웹들을 형성한다. 또한, 기타 구성성분들은 상기 필라멘트들이 완전히 건조되기 전이나 후에 상기 전구체 도프의 일부로서 또는 필라멘트들의 형성 후에 필라멘트들에 첨가될 수 있다. 예를 들면, 섬유 또는 입자 형태의 초흡수성 재료가 상기 필라멘트들에 또는 그들과 함께 첨가되어, 소변, 생리혈 및 대변과 같은 체액들을 흡수하도록 기능할 수 있는 섬유 부직포 웹들과 같은 고용량 구조체를 형성할 수도 있다. 염료, 안료, 트리트먼트 및 활성 입자 물질과 같은 기타 구성성분들이 상기 전구체 도프 또는 형성된 경우 상기 필라멘트들에 첨가될 수 있다. 상기 전구체 도프 또는 상기 형성된 필라멘트들의 일부로서 상기 필라멘트들에 첨가될 수 있는 트리트먼트로는 방화제, 고분자 코팅, 및 단지 수 회만 거론하는 표면 장력 조절제(surface tension modifier)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 셀룰로오스 방직 필라멘트들을 포함하는 섬유 부직포 웹들은 단독으로 사용될 수 있거나 또는 다른 재료들 및 층들과 조합하여 사용될 수 있어 다기능 구조체, 적층체 및 제품을 형성한다. 그들은 다른 섬유 부직포 재료, 필름층 및 그들의 조합에 인접하게 배치되거나 적층될 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 셀룰로오스 방직 필라멘트들을 포함하거나 이들로 형성되는 섬유 부직포 웹들은 다른 섬유 부직포 웹들 및 다른 재료들과 같은 기타 재료들 또는 기재들과 결합되거나 뒤엉킬 수 있다.

개인 위생 흡수 물품들을 포함하는 흡수 물품들은 필라멘트들 그들 자체 또는 이러한 필라멘트들을 함유하는 섬유 부직포 웹들이 이러한 흡수 물품들의 전부 또는 적어도 일부로서 사용될 수 있는 하나의 제품 분야이다. 이러한 흡수 물품들의 예들은, 기저귀, 기저귀 팬티, 성인 및 아동 모두를 위한 요실금 장치, 생리대, 팬티라이너 및 탐폰을 포함하는 여성용 위생 제품 뿐만 아니라 붕대, 수건, 침대 패드, 수유용 패드, 및 기타 종이-기반 제품을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 필라멘트들 및 이러한 필라멘트들을 함유하는 섬유 부직포 웹들은 또한 세정 수건, 화장 및 미용 수건 및 패드와 같은 위생 관련 제품들 뿐만 아니라 가정용 수건 및 타월, 종이 타월, 걸레 커버 등과 같은 세정 제품들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 기타 제품들의 전부 또는 일부를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 필라멘트들 및 이러한 필라멘트들을 함유하는 섬유 부직포 웹들은 또한 산업용 클린 룸 및 건강 관리 관련 응용예들을 포함하는 광범위한 응용예들 용도의 수건 및 일회용 의복과 같은 기타 제품들의 전부 또는 일부를 형성하는 데에 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 셀룰로오스 방직 필라멘트들 및 섬유 부직포 웹들을 형성하는 데에 사용될 수 있는 제안된 상업용 등급 공정이다.
도 2는 본 발명에 따른 셀룰로오스 방직 필라멘트들 및 섬유 부직포 웹들을 형성하는 데에 사용될 수 있는 대안적인 제안된 상업용 등급 공정이다.
도 3은 본 발명에 따른 셀룰로오스 필라멘트 전구체 도프의 복소 점도(complex viscosity) 또는 동적 점도를 나타내는 그래프 도시이다. 상기 그래프 도시는 s^-1의 각 진동수(angular frequency)(전단율)의 함수로서 Pa s의 점도를 나타낸다.

재료 구성성분들

셀룰로오스 방직 필라멘트 전구체 도프는 3개의 주 구성성분, 즉, 용매, 미세섬유성 셀룰로오스 및 증점제를 갖는다. 다른 구성성분들이 이하에서 더욱 상세히 설명하는 필라멘트들 및 산출된 최종 제품들의 특성을 가변시키도록 포함될 수 있다.

용매

셀룰로오스 전구체 도프를 제조하는 데에 사용되는 용매는 물이거나, 또는 필수적으로 물과 임의의 경우에는 용매의 부피 기준 적어도 90%가 물로 이루어진 것을 의미하는 최소한 수성이다. 본 발명의 중요한 이점은 저비용의 접근법이라는 점과, 스피닝 도프, 필라멘트 및 산출된 섬유 부직포 웹들 및 최종 제품들을 형성하기 위해서 미세섬유성 셀룰로오스 및 증점제를 넘어서는 추가적인 구성성분들을 사용할 필요가 없다는 사실이다. 그 결과, 셀룰로오스를 용해하는 데에 화학-기반 용매가 필요 없게 되고, 리오셀 공정과 같은 다른 잘 알려진 공정들을 갖는 경우와 같이 미세섬유성 셀룰로오스 필라멘트들 및 부직포들을 생성하는 데에 추출, 세척 또는 다른 화학적 제거 공정들이 필요하지 않다. 원하는 경우, 상기 물 공급원은 정제 및/또는 증류될 수 있지만, 이것이 공정 및 산출된 재료를 작업하는 데에 필요하지 않다.

이하의 예들로 나타낸 바와 같이, 공정은 실온에서 수행될 수 있지만, 원하는 경우, 수성 용매 및 산출된 셀룰로오스 필라멘트 전구체 도프가 고온으로 가열될 수 있다. 일부 경우에서 공정에 열이 가해지는지의 여부는 사용되는 증점제에 의존할 것이다. 또한, 사용되는 온도의 범위는 필라멘트들을 압출하는 데에 사용되는 압력에 의존할 것이다. 보통의 대기압에서, 온도는 필라멘트 형성을 방해할 수 있는 버블 형성을 일으키지 않도록 물의 비등점 이하이어야 한다. 그 결과, 온도는 일반적으로 화씨 약 200도(93℃) 아래일 것이다. 그러나, 압출 압력이 증가함에 따라, 상기 전구체 도프 및 거기에 함유된 물의 온도는 화씨 212도(100℃) 초과 온도로 상승될 수 있지만, 일반적으로 보통 조위(normal sea level)/STP 조건에서, 물이 스팀으로서 플래시 오프(flash off)되지 않고 필라멘트 형성을 방해하지 않도록 온도는 화씨 약 210도(99℃) 아래로 잔류해야 한다.

통상적으로, 상기 수성 용매는 건조 및 습식 재료들을 포함하는 전구체 도프의 총 중량 기준 약 75 내지 약 95 중량%의 중량%로 상기 수성 분산 전구체 도프 내에 존재할 것이다.

미세섬유성 셀룰로오스

본 발명의 셀룰로오스 방직 필라멘트들의 주 건조 구성성분은 "MFC"라고도 지칭되는 미세섬유성 또는 미세섬유화 셀룰로오스이다. 미세섬유성 셀룰로오스는 약 10 내지 약 100 나노미터(nm) 범위의 측면 치수 또는 직경 및 일반적으로 마이크로미터 규모인 길이를 갖는 셀룰로오스 피브릴을 생산하도록 셀룰로오스 섬유에 고 전단력을 인가함으로써 생성된 셀룰로오스 형태이다.

본 발명의 이점들 중 하나는 본 발명의 미세섬유성 셀룰로오스를 형성할 수 있게 하는 셀룰로오스 공급원들이 거의 무한대인 것이다. 일반적으로, 적절한 처리에 의해, 상기한 크기의 미세섬유화 셀룰로오스 섬유들을 생산할 수 있는 임의의 셀룰로오스 공급원은 본 발명의 이러한 MFC의 공급원이 될 수 있다. 셀룰로오스 공급원들 중 일부 예들은 목재 펄프, 조류(algae), 나무, 풀, 양마(Kenaf), 대마(hemp), 황마(jute), 대나무(bamboo), 및 미생물 셀룰로오스(microbial cellulose)를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

많은 논문 및 문헌이 미세섬유성 셀룰로오스, 그의 공급원들 및 생산에 대해 입수 가능하다. 예를 들면, 참조로 전체 내용이 본 명세서에 포함되어 있는, Turbak A, Snyder F, Sandberg K (1983) Microfibrillated cellulose: a new cellulose product: properties, uses, and commercial potential. J ApplPolymSciApplPolymSymp 37:815827를 참조한다. 또한, 참조로 전체 내용이 본 명세서에 포함되어 있는, Chinga-Carrasco, Gary (June 13, 2011), Cellulose fibres, nanofibrils and microfibrils: The morphological sequence of microfibrillar cellulose components from a plant physiology and fibre technology point of view, Nanoscale Res Lett. 2011; 6(1): 417. published online 2011 June 13. doi: 10.1186/1556-276X-6-417PMCID: PMC3211513를 참조한다.

미세섬유성 셀룰로오스는 예를 들면 셀룰로오스 섬유들의 기계적 분해에 의해 제조될 수 있다. 이를 달성하기 위해서, 우선, 연질목 펄프와 같은 셀룰로오스 공급원이 윌리 밀링(Willey mill)되고 0.50 mm 체(sieve)를 통과한다. 미니 모델(Mini model)과 같은 윌리 밀은 미국 뉴저지주 스웨데스버러에 있는 Thomas Scientific으로부터 입수 가능하다. 셀룰로오스가 밀링된 후, 다음으로 3x10k 회전수(revolution)의 PFI 밀을 사용하여 정제되고, 그런 다음 셀룰로오스 공급원 및 물의 총 중량 기준, 대략 0.2 % 고체에 물로 희석되고, 22,000 psi (1.52x10⁸Pa s)로 미국 메사추세츠주 사우스이스턴의 BEE International Inc.로부터의 DeBee벤치 톱 균질화기(Debeebench top homogenizer)를 3번 통과한다. 마지막으로, 균질화된 재료는 30분 동안 12,000rpm으로 Beckman Avanti J-E 원심 분리기에 의해 원심 분리되어 미세섬유화 셀룰로오스를 얻는다 (PFI 밀들의 보다 많은 정보를 위해, 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함되는 TAPPI test method T 248 sp-08를 참조한다).

통상적으로, 미세섬유성 셀룰로오스는 건조 및 습식 재료들을 포함하는 전구체 도프의 총 중량 기준 약 7 내지 약 20 중량%의 중량%로 수성 분산 전구체 도프 내에 존재할 것이다. 완성된 건조 필라멘트에서, 미세섬유성 셀룰로오스 함량은 필라멘트의 총 건조 중량 기준 약 80과 약 99.5 중량% 사이의 범위일 것이다.

이하에서 설명하는 예들 및 시험을 위해서, 미국 조지아주 아틀란타에 있는 Georgia Institute of Technology로부터 미세섬유성 셀룰로오스를 얻었다. 형성된 경우에 상기에서 얻어진 미세섬유성 셀룰로오스를 30분 동안 12,000 rpm으로 Beckman Avanti J-E 원심 분리기에 의해 원심 분리해서 109.1g의 중량 및 15.2%의 평균 고체 함량을 갖는 머드형(mud-like) 미세섬유성 셀룰로오스 제품을 생산하였다.

미세섬유성 셀룰로오스로부터 형성된 필라멘트들의 예상되는 이점들은 이렇게 생성된 필라멘트들이 신장(elongation)이 적은 유사한 크기의 폴리프로필렌 섬유들과 유사한 강도를 가질 것이라는 점이다. 또한, 미세섬유성 셀룰로오스로부터 형성된 필라멘트들은 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀들과 같은 폴리머계 섬유들보다도 높은 건조 및 공정 온도를 지속할 수 있다. 폴리올레핀계 부직포 웹들과 달리, 미세섬유성 셀룰로오스 필라멘트들로 이루어진 것들은 본질적으로 습윤성이고 보다 높은 흡수 용량을 갖는다.

증점제

수성 용매 내에 분산된 미세섬유성 셀룰로오스의 동적 점도(복소 점도라고도 칭함)를 변화시키기 위해서, 증점제를 이용해서 수성 분산 전구체 도프 내에 용해시켜서 압출 및 필라멘트 형성 공정을 돕는다. 적합한 증점제들은 수성 분산의 미세섬유성 셀룰로오스의 점도를 증가시킬 수 있게 할 것이다. 통상적으로, 증점제는 수성 분산의 미세섬유성 셀룰로오스로 하여금 100 s^-1의 전단율로 약 400과 약 3000 Pa s 사이, 보다 구체적으로 100 s^-1의 전단율에서 약 800과 약 1250 Pa s @사이의 동적 점도를 갖도록 할 것이다.

복소 점도는 뉴튼의 법칙(Newtonlaw)을 따르며, τ(t)=η*dγ/dt 로 쓴다. 상기 별(*)은, 보통의 정상 상태 전단율 시험보다는 진동 시험(oscillatory test)에서, 예를 들면 모세관 유동 측정(capillary rheology measurement)에서 점도를 측정한 것을 표시하는 데에 사용된다. Cox/Merz 규칙에 따르면, dγ/dt(s^-1) 및 ω(s^-1) 의 값들이 동일한 경우에, η(dγ/dt)=|η^*(ω)| 이다. 그래서 복소 점도는 처리 조건들을 설정하는 데에 사용될 수 있다.

복소 점도는 전단 응력의 강제 사인형 진동(forced sinusoidal oscillation)에 응답하여 정해지는 진동수-의존형 점도 함수이다. 이는 각 진동수 (|η^*|=|G^*|/ω) 로 복소 탄성률(complex modulus)를 제산함으로써 구해지고, 유체의 점탄성 속성을 연구하는 데에 사용된다. 점탄성 유체가 사인형 방식으로 압박되었을 때, 산출된 사인형 전단 속도 함수는 완전히 동상(in-phase)과 이상(out-of-phase) 응답 사이의 어딘가에 존재한다. 동상 성분은 동적 점도로서도 알려져 있고 점성 거동을 나타내는, 복소 점도 (η'=G"/ω)의 실부이고, 복소 점도(η"=G'/ω) 의 허부는 탄성 거동을 나타낸다. 복소 점도 함수는 동상 점도와 이상 점도 또는 복소 점도의 허수 성분들 간의 차, η^*=η'-iη"로서 표현된다.

동적 또는 복소 점도는 실온(70℉/21℃) 조건에서 오스트리아 그레이즈의 Anton Paar GmbH로부터의 Anton Paar Model Physica MCR 301 유동계(rheometer)를 사용하여 측정될 수 있다. 셀룰로오스 전구체 도프의 복소 점도의 결정은 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함되어 있는 이 장치의 매뉴얼에 따라 결정될 수 있다. 상기 예시들의 샘플(10)에 대한 점도 대 전단율의 결정을 표 3 및 도면들 중 도 3에 나타낸다.

증점제들의 구체적인 예들은 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리비닐피롤리돈, 나노결정 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 나노스타치를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. PEO의 예들은 1,000,000의 점도 평균 분자량(Mv)을 갖는 등급 37281 PEO, 600,000의 점도 평균 분자량(Mv)을 갖는 등급 182028 및 200,000의 점도 평균 분자량(Mv)을 갖는 등급 181994를 포함하는 미국 미주리주 세인트루이스의 Sigma-Aldrich Co, LLC로부터 입수 가능한 것들을 포함한다. 적합한 폴리비닐 피롤리돈의 예는 또한 1,300,000의 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는 Sigma-Aldrich Co, LLC로부터의 등급 437190이다. 나노결정 셀룰로오스는 캐나다 몬트리올의 CelluForce, Inc.로부터 입수 가능하다. 증점제의 분자량 관련하여, 일부 분자량은 제조사들 및 공급사들에 의해 수 평균 분자량(Mn), 중량 평균 분자량(Mw) 및 점도 평균 분자량(Mv)으로서 보고되어 있다는 점을 유의하도록 한다. 따라서, 분자량의 적절한 버전은 해당 특정 재료의 산업계에서 사용되는 표준 방법들에 의해 결정되어야 한다.

증점제들의 다른 예들은 말토덱스트린(maltodextrin), 콩 단백질 단리물(soy protein isolate), 구아 검(guar gum), 잔탄 검(xanthan gum), 변형 옥수수 전분(modified corn starch), 카라기난(carrageenan), 설탕, 에스테르, 알긴산칼슘, 펙틴(pectic), 곤약, 액상 글루코오스 및 삼인산나트륨을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 이러한 리스트는 총망라한 것이 아니며, 다른 증점제들이 본 발명의 범주 내에서 또한 고려되며, 그들이 본 발명에 따른 필라멘트들을 형성하는 데에 선택된 수성 분산 전구체 도프의 기타 구성성분들 및 공정 및 장비 파라미터들과 호환 가능한 것으로 제공되는 것을 인식해야 한다.

일반적으로, 본 발명에 적합한 증점제들은 약 2,000,000까지의 점도 평균 분자량(Mv)을 가질 것이다. 일반적으로, 증점제의 점도 평균 분자량은, 다른 분자량이 특정의 최종 사용 응용예에 따라 사용될 수 있지만, 약 200,000과 약 2,000,000 사이, 보다 구체적으로 약 500,000과 약 1,000,000 사이의 범위일 것이다. 사용될 증점제의 양은 통상적으로 용매, 미세섬유성 셀룰로오스, 증점제 및 임의의 다른 첨가제 또는 구성성분들의 중량을 비롯하여 수성 분산 전구체 도프의 총 중량에 기초하여 약 0.2와 약 3.0 중량% 사이의 범위일 것이다. 전구체 도프에 사용된 이러한 증점제들의 타입 및 수량의 최종 결과는, 적합한 필라멘트들이 사용되는 특정 장비에 의해 압출될 수 있도록 상기한 점도 범위 내에 들어있는 전구체 도프를 생산하려는 요구이다.

완성된 건조 필라멘트에서, 증점제 함량은 필라멘트의 총 건조 중량 기준 약 20과 약 0.5 중량% 사이의 범위일 것이다.

기타 구성성분들

용매, 증점제 및 미세섬유성 셀룰로오스가 전구체 도프 및 최종 사용 필라멘트들 및 섬유 부직포 웹들 모두의 핵심 구성성분들인 반면에, 기타 구성성분들은 특정의 최종 사용 응용예에 따라 포함될 수 있다. 기타 구성성분들은 수성 결합제들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서 사용될 수 있는 결합제들의 예로서 디-알데히드(Di-aldehyde)가 있다. 통상적으로, 사용되는 결합제는 도프의 형성 또는 필라멘트 형성 공정과 간섭하는 지점에서 너무 이르게 교차결합하지 않도록 설계되어야 한다. 그 결과, 필라멘트들이 형성된 후의 건조 공정 동안에 인가될 수 있는 추가 열의 사용을 통해 결합 시에 활성화되거나 용이하게 될 수 있는 결합제들을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 관련한 일례는 약 300℉/149℃의 온도에서 가열된 공기로 가속될 수 있는 아크릴 라텍스 바인더이다.

기타 구성성분들이 필라멘트 전구체 도프에 첨가되면, 일반적으로 완성된 건조 필라멘트가 이 필라멘트의 총 건조 중량에 기초하여, 약 75 내지 약 99 중량%의 미세섬유성 셀룰로오스 섬유들, 약 20 내지 약 0.5 중량%의 증점제 및 약 0.5 내지 약 5%의 기타 구성성분들을 가질 수 있도록 할 만큼의 양으로 기타 성분들을 첨가하는 것이 바람직하다.

장비 및 공정

이하의 실시예들에서 제시되는 셀룰로오스 방직 전구체 도프 재료들 및 필라멘트들을 벤치 규모 장비를 사용하여 제조하였다. 미세섬유성 셀룰로오스, 증점제 및 물을 150ml 용기 내의 모든 습식 및 건조 성분들의 총 중량에 기초하여 중량% 기반의 미리 정해진 비율로 혼합하고, 전구체 도프를 형성하는 데에 가능한 가장 높은 균일도 및 분산도로 유리 교반 막대를 사용하여 손으로 교반하였다. 통상적으로, 이는 1분 내지 2분 동안의 반복된 교반 간격으로 대략 60분 내지 120분 소요되었고, 허용 가능하게 균일한 분산이 얻어질(시각적으로 덩어리가 없을) 때까지 5분 내지 10분 동안 샘플을 그대로 둔다. 그런 다음, 바늘이 없는 일반적인 25ml 용량의 일회용 플라스틱 주사기의 개방 말단 내에 전구체 도프를 주입하였다. 플런저(plunger)를 교체하고 공기를 제거하였다. 도프가 압출되는 주사기의 출구 오리피스는 1ml에 근접한 직경을 가졌다. 도프가 피착되는 수평방향 성형면을 형성하는 실리콘-처리 종이가 배치되어 있는 수평방향 실험실 벤치 표면에 45도 각도로 손으로 주사기를 잡았다. 주사기의 선단을 상기 성형면의 대략 2cm 위로 유지하였다.

플런저를 주사기 하우징 내로 감압함으로써 주사기 선단으로부터 전구체 도프를 압출하면서 주사기를 후방으로 인출하면서 파지한 주사기로부터 필라멘트들을 압출하였다. 필라멘트 길이는 대략 300mm 범위에 있었다. 필라멘트들의 초기 습식 직경들은 대략 1mm이었다. 필라멘트들을 실온에서 하룻밤 동안 공기 건조시킬 수 있게 하였다. 건조되면, 필라멘트들은 직경의 수축을 나타내었다. 건조 직경들은 대략 0.25mm이었다. 상술한 공정의 모든 부분을 실온(75℉/21℃)에서 수행하였다. 필라멘트들을 시각적으로 관찰하면 필라멘트들이 양호하게 형성된 것으로 보여졌고, 필라멘트들은 손으로 잡아당겼을 때에 양호한 인장 강도를 나타내었다.

수성 분산 방직 필라멘트 전구체 도프의 낮은 고체 함량 때문에, 새롭게 형성된 필라멘트의 수축 및 이에 따른 필라멘트 직경의 감소는 공정 파라미터들을 감안해야 한다. 예를 들면, 필라멘트가 대략 10%의 고체 함량을 갖는 전구체 도프로부터 건조되었을 때에 30 μm 직경의 필라멘트가 요구되는 경우, 초기 필라멘트 직경은 수축을 보상하도록 대략 95 μm으로 될 것이다. 이러한 관계가 선형이고, 그래서 예를 들면 동일한 10% 고체 함량에서 10 μm 건조 필라멘트는 대략 32 μm 습식 필라멘트 직경을 요구할 것이다. 또한, 압출되는 필라멘트의 축소(draw down)도 또한 고려해 두어야 한다. 통상적으로, 상용 공정에서의 필라멘트 직경의 축소는 50 내지 80% 범위일 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 5 내지 50 μm의 건조 필라멘트 직경이 요구되는 경우, 대략 15% 고체 전구체 도프를 이용하면, 습식 필라멘트 직경이 70 내지 100 μm 범위에 있을 것으로 예상된다. 그 결과, 이는 수성 분산 전구체 도프의 점도, 압출되는 필라멘트들의 인출량, 형성 표면으로부터 압출 오리피스들의 형성 높이, 오리피스들로부터 전구체 도프의 유량, 필라멘트들의 인출 및 형성 표면의 속도에 따라서 조절될 수 있지만, 압출 장비는 70 내지 100 μm 범위의 직경을 갖는 압출 개구들 또는 오리피스들을 이용하여 5 내지 50 μm 범위의 필라멘트 직경을 갖는 완성된 건조 필라멘트들을 생산할 것으로 또한 예상된다.

예들에서 설명한 바와 같이, 미세섬유성 셀룰로오스 필라멘트들은 벤치 규모 장비를 사용하여 제조되었지만, 예를 들면, 리오셀 공정에 따라 셀룰로오스계 섬유들 및 부직포들을 제조함에 있어서 이용되는 장비를 포함하는 통상적인 섬유 압출 장비가 사용될 수 있음이 예상된다. 예를 들면, 각각 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함되는, Luo 등에 의한 미국 특허 제6,306,334호 및 제6,235,392호; White 등에 의한 미국 특허출원공개 제2011/0124258호 및 Luo 등에 의한 WO 01/81664를 참조한다. 이러한 타입의 장비는, 1) 셀룰로오스를 용해하는 데에 사용된 용매에 화학 물질들을 첨가할 필요가 없고, 2) 형성되는 필라멘트들의 점착력(tenacity) 때문에 최소 가스 또는 기계적 스트레칭이 반드시 사용될 필요가 있고, 3) 불용화(insolubilizing) 단계가 사용될 필요가 있고, 마지막으로, 4) 산출된 필라멘트들을 생산하도록 세척 또는 기타 화학적 추출 단계가 수행될 필요가 없는 차이점을 갖는 본 발명에 따른 미세섬유성 셀룰로오스 필라멘트들을 혼합하고 회전시키는 데에 이용될 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 필라멘트들 및 섬유 부직포 웹들을 형성하는 데에 사용될 수 있는 예상 공정의 개략도를 도시하고 있다.

도 1로 돌아가서, 전구체 도프 탱크(12), 스핀 펌프(14) 및 압출 다이(16)를 포함하는 본 발명에 따른 공정 및 장비(10)가 도시되어 있다. 전구체 도프는 도프 탱크(12) 내에 배치되며 스핀 펌프(14)에 의해 압출 다이(16)로 펌핑된다. 전구체 도프는 성형면(24) 상에 피착되는 필라멘트들(20)의 형태로 압출 다이(16)를 빠져나간다. 원하는 경우, 선택사양인 인출 유닛(22)이 압출 다이(16)와 성형면(24) 사이에 사용될 수 있어 필라멘트들이 압출 다이(16)를 빠져나갈 때와 필라멘트들이 성형면(24) 상에 피착되기 전에 필라멘트들을 더 인출하고 약화시킨다. 진공 보조부(26)가 성형면(24) 상에 필라멘트들의 피착을 용이하게 하는 데에 사용될 수 있어 섬유 부직포 웹(28)을 형성한다. 웹(2)이 형성된 후, 건조기(30)를 통해 건조 단계가 실시될 수 있고, 원하는 경우, 건조기(30) 전 및 후 중 어느 하나 또는 양쪽에서 부직포 웹(28)을 한 쌍의 캘린더/양각 롤들(34 및 36)의 닙(32)을 통과시켜서 캘린더가공 및/또는 양각하는 그러한 단계들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 상기한 바와 같은 또 다른 처리 단계들이 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 셀룰로오스 필라멘트들을 형성하기 위한 공정의 가능한 대안적인 실시예가 도면들 중 도 2에 도시되어 있다. 본 실시예에서는, 유사한 참조번호들이 유사한 구성성분들을 표현하며, 2 단계의 건조 공정이 사용될 수 있고, 여기서 새롭게 형성된 섬유 부직포 웹(28)은 건조기(30a)를 통해 제1 건조 단계를 거치고, 그 후 웹(28)에는 물 분무(38)가 실시되며 건조기(30b)를 통해 제2 건조 단계가 수반된다. 통상적으로, 물 첨가물은 섬유 부직포 웹 및 물의 중량에 기초하여 약 5 중량% 보다 많지 않을 것이다.

실시예

MFC 농축물은 이것이 풀어지기 전에는 매우 두꺼운 페이스트이다. 그 결과, 물을 MFC에 증가량으로 첨가하여 적합한 점도의 전구체를 생성해야 한다. 이것이 행해지면, 특정 양의 PEO 증점제를 첨가할 수 있다. 필요한 경우, 적합한 점도를 갖는 전구체 도프를 생산하도록 손 혼합 공정 동안에 추가적인 물을 첨가할 수 있고, 후에 상기한 주사기를 이용하여 손으로 도프를 압출할 수 있다. 도프 내의 모든 습식 및 건조 재료의 총 중량에 기초하여 5.0-7.5 중량%의 미세섬유성 셀룰로오스 및 1.0-2.3 중량%의 PEO로 만족스러운 도프들을 제조하였다. 단순한 주사기로부터, 실온에서 도프를 압출하여 필라멘트들을 생성하였고, 그들이 공기 건조될 수 있게 하였다. 이렇게 생성된 필라멘트들은 상당히 강했다.

총 10개의 미세섬유성 셀룰로오스 전구체 도프 샘플을 제조하고 필라멘트들로 형성하였다. 이들 10개의 샘플에 관한 데이터를 이하의 표 1에 제시하고 있다. 3개의 성분을 사용하여 미세섬유성 셀룰로오스, 증점제 및 용매로서의 수돗물을 포함하는 미세섬유성 셀룰로오스 전구체 도프를 형성하였다. 미세섬유성 셀룰로오스는 미국 조지아주 아틀란타에 있는 Georgia Institute of Technology로부터 구했다. 미세섬유성 셀룰로오스 샘플 재료는 16.6g의 오븐 건조 중량을 갖는다. 균질화한 미세섬유성 셀룰로오스(~0.16%)를 30분 동안 12000rpm에서 Beckman Avanti J-E 원심 분리기로 원심 분리하였고, 그 후 머드형 미세섬유성 셀룰로오스 제품을 수득했다. 원심 분리된 미세섬유성 셀룰로오스 샘플 내의 고체 함량은, 평균 고체 함량이 15.2%인 샘플의 최상부에서의 12.5%로부터 샘플의 최하부에서의 19.35%까지 고체 함량의 등급이 있기 때문에 균일하지 못했다. 샘플은 109.1g 중량이고, 그래서 그램의 중량을 고체 함량과 곱해서(109.1g x 0.152) 16.6g의 오븐 건조 중량의 미세섬유성 셀룰로오스를 수득하였다.

샘플들에 사용한 증점제들은 미국 미주리주 세인트루이스의 Sigma-Aldrich Co., LLC로부터 입수 가능한 3개의 미리 식별된 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)이었다. 이하의 표 1에서 "저(Low)"로 칭한 증점제는 200,000의 점도 평균 분자량(Mv)을 갖는 등급 181994이었다. 이하의 표 1에서 "중(Medium)"으로서 식별된 증점제는 600,000의 점도 평균 분자량(Mv)을 갖는 등급 182028이었고, "고(High)"로서 식별된 증점제는 1,000,000의 점도 평균 분자량(Mv)을 갖는 등급 372781 PEO이었다.

샘플 1, 2 및 3은 MFC를 함유하지 않았다. 이들 샘플의 목적은 물 용매의 점도에 대한 증점제 양 및 타입(분자량)의 효과를 결정하는 것이었다. 당밀류(molasses-like) 점도를 갖는 전구체를 생성할 필요가 있었다. 샘플 4에서, MFC만을 물에 첨가하여, 재차 주관적인 점도를 결정하였다. 샘플 5 및 6에서, 가변량의 MFC 및 중간 분자량 PEO를 물에 첨가하였다. 여기서 목적은 MFC와 중간 분자량 PEO 등급 간의 혼합비를 결정하는 데에 초점을 두고 있었다.

샘플 7 및 8에서, 가변량의 MFC를 물에 첨가하였지만, 용매 내의 MFC의 분산도를 관찰하려고 증점제를 사용하지는 않았다. 샘플 9에서, 성분들의 비를 최적화하고 혼합 순서를 결정하려는 노력으로 MFC 및 중간 분자량 PEO를 물에 첨가하였다. 바람직한 방법은 처음에 MFC를 물에 첨가하고 그런 다음 증점제 내에 첨가하는 것임을 발견하였다.

마지막으로, 샘플 10에서, 상업적 관점에서, 적절한 전구체 도프를 형성하는 데에 필요한 증점제의 농도를 최소화하기 위해서 더 높은 분자량의 증점제를 사용하는 것이 보다 바람직하게 때문에, 더 높은 분자량 PEO를 사용하여 혼합을 최적화하려는 노력으로 MFC 및 고 분자량 PEO를 물에 첨가하였다.

샘플 9 및 10은 모두 손 주사기를 사용하여 상술한 방식으로 필라멘트들로 형성되었다. 또한, 샘플 10으로부터 전구체의 동적 점도 또는 복소 점도를 저장 탄성률(storage modulus) 및 손실 탄성률(loss modulus)과 함께 측정하였다. 데이터를 표 2 및 표 3에 제시하고 있고, 데이터의 그래프 도시를 도면들 중 도 3에 도시하고 있다. 필라멘트들을 생성하기 위한 전단율 범위에서 원하는 최적의 점도에 근접하는 점도를 갖는 것이 보여지므로 이러한 계산을 위해 샘플 10을 사용하였다.

중량%는 미세섬유성 셀룰로오스, 증점제 및 물의 총 중량에 기초하여 주어진다.

샘플	MFC wt %	PEO 타입 사용된 리스트 등급	PEO wt %	H2O wt %
1	0.0	저	10.0	90.0
2	0.0	중	4.0	96.0
3	0.0	고	3.5	96.5
4	5.6	무	0.0	94.4
5	7.5	중	3.0	89.5
6	3.75	중	1.5	94.75
7	6.8	무	0.0	93.2
8	5.0	무	0.0	95.0
9	5.0	중	3.0	92.0
10	7.5	고	1.0	91.5

이하의 표 3 및 도면들 중 도 3에 나타낸 동적 점도, 저장 탄성률 및 손실 탄성률 데이터 용 입력 데이터

데이터 시리즈 정보
명칭:	7.5% solid 1% PEO FS RT 2
간격 수:	1
애플리케이션:	RHEOPLUS/32 V3.40 21004566-33024
디바이스:	MCR301 SN80485247; FW3.51D090723; Slot2; Adj19d
측정 시스템:	CP25-1/TG-SN14155; d=0.047 mm
액세서리:	TU1=CTD450L+R+L-PP/TG-SN80197782-80197782-14
계산 상수:
- Csr [min/s]:	5.963509
- Css [Pa/mNm]:	245.5763
- 개시 지연 시간 [s]:	5.491
- 물질 밀도 [rho]:	1,000
- 측정 타입:	0
- 모터 교정 팩터:	1
간격:	1
데이터 포인트들의 수:	16
시간 설정:	16 Meas. Pts.
측정 프로파일:	진폭 감마 = 0.2 % 각 진동수 오메가 = 500 ... 0.5 rad/s log; \|Slope\| = 5 Pt. / dec

도면들 중 도 3에 나타낸 복소(동적) 점도, 저장 탄성률 및 손실 탄성률 용 데이터 포인트들

Meas. Pts.	각 진동수 [1/s]	저장 탄성률 [Pa]	손실 탄성률 [Pa]	진동감쇠 인자 [1]	복소 점도 [Pa·s]	편향 각 [mrad]	토크 [μNm]	상태
1	500	2.11E+05	6.23E+04	0.295	4.39E+02	3.49E-02	1.78E+03	TGC,DSO
2	315	2.05E+05	5.98E+04	0.292	6.76E+02	3.49E-02	1.72E+03	TGC,DSO
3	199	1.99E+05	5.70E+04	0.286	1.04E+03	3.49E-02	1.68E+03	TGC,DSO
4	126	1.87E+05	5.37E+04	0.287	1.55E+03	3.51E-02	1.58E+03	TGC,DSO
5	79.2	1.77E+05	5.04E+04	0.285	2.32E+03	3.50E-02	1.49E+03	TGC,DSO
6	50	1.67E+05	4.76E+04	0.285	3.48E+03	3.51E-02	1.41E+03	TGC,DSO
7	31.5	1.57E+05	4.53E+04	0.288	5.18E+03	3.51E-02	1.33E+03	TGC,DSO
8	19.9	1.50E+05	4.29E+04	0.286	7.83E+03	3.50E-02	1.26E+03	TGC,DSO
9	12.6	1.44E+05	4.15E+04	0.288	1.19E+04	3.49E-02	1.21E+03	TGC,DSO
10	7.92	1.40E+05	4.12E+04	0.294	1.84E+04	3.49E-02	1.18E+03	TGC,DSO
11	5	1.38E+05	4.29E+04	0.31	2.90E+04	3.49E-02	1.17E+03	TGC,DSO
12	3.15	1.41E+05	4.61E+04	0.326	4.72E+04	3.48E-02	1.20E+03	TGC,DSO
13	1.99	1.64E+05	6.11E+04	0.373	8.77E+04	3.49E-02	1.41E+03	TGC,DSO
14	1.26	3.89E+05	1.66E+05	0.428	3.37E+05	3.38E-02	3.32E+03	WMa,TGC
15	0.792	8.16E+05	3.84E+05	0.471	1.14E+06	3.40E-02	7.11E+03	WMa,TGC
16	0.5	1.35E+06	7.44E+05	0.551	3.08E+06	3.43E-02	1.23E+04	WMa,TGC

본 발명에 대한 이들 및 기타 변형예들 및 변경예들은, 첨부된 특허청구범위에서 보다 구체적으로 제시하고 있는, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고, 당 기술분야에서 통상의 숙련자들에 의해 실시될 수 있다. 또한, 다양한 실시예의 측면들이 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교환될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 당 기술분야에서 통상의 숙련자들이라면 상기한 설명이 단지 예시를 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 더 설명된 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아님을 이해할 것이다.

Claims

전구체 도프의 총 중량 기준, 약 7 내지 약 20 중량%의 미세섬유성 셀룰로오스 섬유, 약 0,2 내지 약 3 중량%의 증점제 및 약 75 내지 약 95 중량%의 수성 용매를 포함하되, 상기 미세섬유성 셀룰로오스 섬유는 상기 용매 내에 분산되고, 상기 증점제는 상기 용매 내에 용해되고, 상기 전구체 도프는 100 s^-1의 전단율에서 약 400 내지 3000 Pa·s 범위의 동적 점도를 갖는 셀룰로오스 필라멘트 전구체 도프.
필라멘트의 총 건조 중량 기준, 약 80 내지 약 99.5 중량%의 미세섬유성 셀룰로오스 섬유 및 약 20 내지 약 0.5 중량%의 증점제를 포함하는 셀룰로오스 필라멘트.
제2항에 있어서, 상기 증점제는 약 200,000과 약 2,000,000 사이의 점도 평균 분자량을 갖는 셀룰로오스 필라멘트.
제2항에 있어서, 상기 필라멘트는 약 5와 약 50 μm 사이의 직경을 갖는 셀룰로오스 필라멘트.
제2항에 있어서, 상기 증점제는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리(비닐 피롤리돈), 나노결정 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 나노스타치(nanostarch)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 셀룰로오스 필라멘트.
제1항에 따른 셀룰로오스 방직 전구체 도프를 100 s^-1의 전단율에서 약 400 내지 약 3000 Pa s의 점도로 혼합하는 단계, 상기 전구체 도프를 필라멘트로 압출하는 단계 및 상기 필라멘트를 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로오스 필라멘트 형성 공정.
제1항에 따른 셀룰로오스 방직 필라멘트 전구체 도프를 100 s^-1의 전단율에서 약 400 내지 약 3000 Pa s의 점도로 혼합하는 단계, 상기 전구체 도프를 복수의 필라멘트로 압출하는 단계, 상기 필라멘트들을 부직포 웹을 형성하는 표면 상에 임의의 패턴으로 피착하는 단계 및 상기 부직포 웹을 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로오스 필라멘트 부직포 웹 형성 공정.
제7항에 있어서, 상기 부직포 웹에 접합 또는 엉킴(entangling) 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 셀룰로오스 필라멘트 부직포 웹 형성 공정.
필라멘트의 총 건조 중량 기준, 약 75 내지 약 99 중량%의 미세섬유성 셀룰로오스 섬유, 약 20 내지 약 0.5 중량%의 증점제 및 약 0.5 내지 약 5%의 기타 구성성분을 포함하는 셀룰로오스 필라멘트.
제9항에 있어서, 상기 기타 구성성분은 결합제를 포함하는 셀룰로오스 필라멘트.
제9항에 있어서, 상기 증점제는 약 200,000과 약 2,000,000 사이의 점도 평균 분자량을 갖는 셀룰로오스 필라멘트.
제9항에 있어서, 상기 필라멘트는 약 5와 약 50 μm 사이의 직경을 갖는 셀룰로오스 필라멘트.
제9항에 있어서, 상기 증점제는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리(비닐 피롤리돈), 나노결정 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 나노스타치로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 셀룰로오스 필라멘트.
적어도 일부분은 제1항의 셀룰로오스 필라멘트를 포함하는 흡수 물품.
제14항에 있어서, 상기 물품은 기저귀, 기저귀 팬티, 훈련용 팬티, 요실금 장치, 여성용 위생 제품, 붕대 또는 수건(wipe)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 흡수 물품.