KR20180016483A - 유연성 흡수성 시트, 유연성 흡수성 시트를 제조하기 위한 구조화 패브릭, 및 유연성 흡수성 시트의 제조 방법 - Google Patents

유연성 흡수성 시트, 유연성 흡수성 시트를 제조하기 위한 구조화 패브릭, 및 유연성 흡수성 시트의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

유연성 흡수성 시트, 유연성 흡수성 시트를 제조하기 위한 구조화 패브릭, 및 유연성 흡수성 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 유연성 흡수성 시트는 상기 시트의 표면으로부터 연장되는 복수의 돔형 영역 또는 돌출된 영역, 및 돔형 영역 사이의 네트워크를 형성하는 연결 영역을 갖는다. 상기 돔형 및 돌출된 영역은 상기 흡수성 시트의 실질적으로 교차 기계 방향으로 상기 돔형 및 돌출된 영역을 가로질러 연장되는 만입형 바를 포함한다. 상기 흡수성 시트는 긴 경사 너클을 갖는 구조화 패브릭에 의해 형성될 수 있다.

Description

유연성 흡수성 시트, 유연성 흡수성 시트를 제조하기 위한 구조화 패브릭, 및 유연성 흡수성 시트의 제조 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2015년 6월 8일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 62/172,659를 기초로 하며, 이는 그 전문이 본원에 참조로 통합된다.
기술분야
본 발명은 흡수성 시트와 같은 종이 제품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 흡수성 시트와 같은 종이 제품의 제조 방법, 뿐만 아니라 흡수성 시트와 같은 종이 제품을 제조하기 위한 구조화 패브릭(structuring fabric)에 관한 것이다.
종이 제품에 구조를 부여하기 위한 패브릭의 사용은 제지 산업에서 널리 공지되어 있다. 보다 구체적으로, 셀룰로오스 섬유의 가단성 웹(malleable web)을 패브릭에 대하여 프레스한 다음, 후속으로 상기 웹을 건조시킴으로써 형상이 종이 제품에 제공될 수 있다는 것이 널리 공지되어 있다. 이에 의해, 생성된 종이 제품은 패브릭의 표면에 상응하는 성형된 형상을 갖도록 형성된다. 또한 이에 의해, 생성된 종이 제품은 성형된 형상으로부터 기인하는 특성, 예컨대 특정한 캘리퍼(caliper) 및 흡수도를 갖는다. 이에 따라, 다양한 형상 및 특성을 갖는 제품을 제공하도록 제지 공정에 사용하기 위한 무수히 많은 구조화 패브릭이 개발되었다. 또한, 패브릭은 제지 공정에서의 잠재적 사용을 위한 거의 무제한의 수의 패턴으로 직조될 수 있다.
다수의 흡수성 종이 제품의 하나의 중요한 특성은 유연성(softness)이다 - 소비자들은, 예를 들어 유연성 종이 타월을 원한다. 그러나, 종이 제품의 유연성을 증가시키기 위한 다수의 기술은 종이 제품의 다른 바람직한 특성들을 감소시키는 효과를 갖는다. 예를 들어, 종이 타월을 제조하기 위한 공정의 부분으로서 베이스시트(basesheet)를 캘린더링하는 것은 생성되는 종이 타월의 유연성을 증가시킬 수 있지만, 캘린더링은 또한 종이 타월의 캘리퍼 및 흡수도를 감소시키는 효과를 갖는다. 반면, 종이 제품의 다른 중요한 특성들을 개선하기 위한 다수의 기술은 종이 제품의 유연성을 감소시키는 효과를 갖는다. 예를 들어, 습윤 및 건조 강도 수지는 종이 제품의 기본 강도(underlying strength)를 개선할 수 있지만, 습윤 및 건조 강도 수지는 또한 상기 제품의 지각 유연성(perceived softness)을 감소시킨다.
이러한 이유로, 보다 유연성의 종이 제품, 예컨대 흡수성 시트를 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 흡수성 시트의 제조 방법에 사용되는 구조화 패브릭의 조작을 통해 이러한 보다 유연성의 흡수성 시트를 제조할 수 있는 것이 바람직하다.
일 측면에 따르면, 본 발명은 제1 면 및 제2 면을 갖는 셀룰로오스 섬유의 흡수성 시트를 제공한다. 상기 흡수성 시트는 상기 시트의 제1 면으로부터 돌출된 복수의 돔형(domed) 영역을 포함하며, 각각의 상기 돔형 영역은 상기 흡수성 시트의 실질적으로 교차 기계 방향 (CD)으로 각각의 돔형 영역을 가로질러 연장되는 복수의 만입형 바(indented bar)를 포함한다. 연결 영역이 상기 흡수성 시트의 돔형 영역을 상호연결하는 네트워크를 형성한다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 제1 면 및 제2 면을 갖는 셀룰로오스 섬유의 흡수성 시트를 제공한다. 상기 흡수성 시트는 상기 시트의 제1 면으로부터 돌출된 복수의 돔형 영역을 포함하며, 각각의 상기 돔형 영역은 또 다른 돔형 영역에 인접하게 위치되어 돔형 영역의 엇갈린 라인(staggered line)이 실질적으로 상기 흡수성 시트의 MD를 따라 연장된다. 상기 흡수성 시트는 또한 상기 흡수성 시트의 돔형 영역을 상호연결하는 네트워크를 형성하는 연결 영역을 포함하며, 각각의 상기 연결 영역은 2개의 다른 연결 영역과 실질적으로 연속적이므로 연결 영역의 실질적으로 연속적인 라인이 상기 흡수성 시트의 MD를 따라 계단형(stepped) 방식으로 연장된다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 제1 면 및 제2 면을 갖는 셀룰로오스 섬유의 흡수성 시트를 제공한다. 상기 흡수성 시트는 상기 시트의 제1 면으로부터 돌출된 복수의 돔형 영역을 포함하며, 각각의 상기 돔형 영역은 상기 흡수성 시트의 MD로 적어도 약 2.5 mm의 거리로 연장된다. 상기 복수의 돔형 영역 각각은 상기 흡수성 시트의 실질적으로 CD로 각각의 돔형 영역을 가로질러 연장되는 만입형 바를 포함하며, 상기 만입형 바는 상기 돔형 영역의 인접 부분들 아래로 적어도 약 45 미크론의 깊이로 연장된다. 또한, 연결 영역은 상기 흡수성 시트의 돔형 영역을 상호연결하는 네트워크를 형성한다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 종이 제품의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 수성 셀룰로오스 웹을 제지기에서 구조화 패브릭 상에 형성하는 단계를 포함하며, 상기 구조화 패브릭은 상기 구조화 패브릭의 경사(warp yarns) 상에 형성된 너클(knuckle)을 포함하고, 상기 너클은 상기 흡수성 시트의 MD로의 길이 및 상기 흡수성 시트의 CD로의 폭을 갖는다. 상기 너클의 길이 및 상기 너클 폭의 폭의 비를 곱한 상기 구조화 패브릭의 평면 체적 밀도 지수(planar volumetric density index)는 약 43 내지 약 50이다. 상기 방법은 상기 구조화 패브릭 상의 셀룰로오스 웹을 탈수하는 단계 및 후속으로 상기 셀룰로오스 웹을 건조시켜 흡수성 시트를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
추가의 측면에 따르면, 본 발명은 제1 면 및 제2 면을 갖는 흡수성 셀룰로오스 시트를 제공하며, 상기 흡수성 시트는 상기 시트의 제1 면으로부터 연장되는 돌출된 영역을 포함한다. 상기 돌출된 영역은 실질적으로 상기 흡수성 시트의 MD로 연장되며, 각각의 상기 돌출된 영역은 상기 흡수성 시트의 실질적으로 CD로 상기 돌출된 영역을 가로질러 연장되는 복수의 만입형 바를 포함하고, 상기 돌출된 영역들은 서로에 대해 실질적으로 평행하다. 상기 돌출된 영역들 사이에 연결 영역이 형성되며, 상기 연결 영역은 실질적으로 MD로 연장된다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 패브릭-크레이핑(creping)된 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 제지 지료(furnish)를 치밀하게(compactively) 탈수하여 약 30 퍼센트 내지 약 60 퍼센트의 점조도(consistency)를 갖는 웹을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 웹은 이송 표면 및 구조화 패브릭 사이의 크레이핑 닙(nip)에서 가압 하에 크레이핑된다. 상기 구조화 패브릭은 상기 구조화 패브릭의 경사 상에 형성된 너클을 포함하며, 상기 너클은 상기 흡수성 시트의 기계 방향 (MD)으로의 길이 및 상기 흡수성 시트의 교차 기계 방향 (CD)으로의 폭을 갖는다. 상기 너클의 길이 및 상기 너클 폭의 폭의 비를 곱한 상기 구조화 패브릭의 평면 체적 밀도 지수는 적어도 약 43이다. 상기 방법은 또한 상기 웹을 건조시켜 상기 흡수성 셀룰로오스 시트를 형성하는 단계를 포함한다.
추가의 일 측면에 따르면, 본 발명은 패브릭-크레이핑된 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 제지 지료를 치밀하게 탈수하여 웹을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 웹은 이송 표면 및 구조화 패브릭 사이의 닙에서 가압 하에 크레이핑된다. 상기 구조화 패브릭은, (i) 상기 구조화 패브릭을 따라 실질적으로 MD 라인으로 연장되는 너클, 및 (ii) 상기 너클의 라인들 사이에서 상기 구조화 패브릭을 따라 실질적으로 MD 라인으로 연장되는 포켓의 실질적으로 연속적인 라인들을 형성하는 기계 방향 (MD) 사(yarn)를 갖는다. 상기 구조화 패브릭은 또한, 상기 MD 사의 너클들에 의해 획정된 평면 아래로 완전히 위치된 교차 기계 방향 (CD) 사를 갖는다. 상기 방법은 또한 상기 웹을 건조시켜 상기 흡수성 셀룰로오스 시트를 형성하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 패브릭-크레이핑된 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 제지 지료를 치밀하게 탈수하여 약 30 퍼센트 내지 약 60 퍼센트의 점조도를 갖는 웹을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 추가로, 상기 웹을 이송 표면 및 구조화 패브릭 사이의 크레이핑 닙에서 가압 하에 크레이핑하는 단계 및 상기 웹을 건조시켜 상기 흡수성 셀룰로오스 시트를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 흡수성 시트는 적어도 약 9.5 g/g 및 적어도 약 500 g/m2의 SAT 용량을 갖는다. 또한, 크레이핑 비는 상기 구조화 패브릭의 스피드에 대한 상기 이송 표면의 스피드에 의해 정의되고, 상기 크레이핑 비는 약 25% 미만이다.
도 1은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 제지기 구성의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른, 종이 제품을 제조하기 위한 구조화 패브릭의 상면도이다.
도 3a 내지 3f는 본 발명의 구현예에 따른 구조화 패브릭의 특성 및 비교 구조화 패브릭의 특성을 나타낸다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 구현예에 따른 흡수성 시트의 사진이다.
도 5는 도 4e에 나타낸 사진의 주석이 달린 버전이다.
도 6a 및 6b는 각각 본 발명의 구현예에 따른 흡수성 시트의 일부분 및 비교 흡수성 시트의 일부분의 횡단면도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 구현예에 따른 흡수성 시트의 일부분의 프로파일을 결정하기 위한 레이저 스캔을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 구현예에 따른 구조화 패브릭 및 비교 구조화 패브릭의 특성을 나타낸다.
도 9는 도 8에 특성화된 구조화 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트의 특성을 나타낸다.
도 10a 내지 10d는 본 발명의 구현예에 따른 또 다른 추가의 구조화 패브릭의 특성을 나타낸다.
도 11a 내지 11e는 본 발명의 구현예에 따른 흡수성 시트의 사진이다.
도 12a 내지 12e는 본 발명의 구현예에 따른 추가의 흡수성 시트의 사진이다.
도 13은 본 발명의 구현예에 따른 구조화 패브릭 및 비교 구조화 패브릭의 특성을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 구현예에 따른 구조화 패브릭의 경사 중 하나를 따른 프로파일의 측정을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 구현예에 따른 패브릭 및 비교 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트에 대한 패브릭 크레이프(crepe) 백분율 대 캘리퍼를 나타내는 차트이다.
도 16은 본 발명의 구현예에 따른 패브릭 및 비교 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트에 대한 패브릭 크레이프 백분율 대 SAT 용량을 나타내는 차트이다.
도 17은 상이한 지료 및 본 발명의 구현예에 따른 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트에 대한 패브릭 크레이프 백분율 대 캘리퍼를 나타내는 차트이다.
도 18은 상이한 지료 및 본 발명의 구현예에 따른 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트에 대한 패브릭 크레이프 백분율 대 SAT 용량을 나타내는 차트이다.
도 19는 본 발명의 구현예에 따른 패브릭 및 비교 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트에 대한 패브릭 크레이프 백분율 대 공극 체적(void volume)을 나타내는 차트이다.
도 20a 및 20b는 본 발명의 구현예에 따른 흡수성 시트의 연질 x선 이미지이다.
도 21a 및 21b는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 흡수성 시트의 연질 x선 이미지이다.
도 22a 내지 22e는 본 발명의 추가의 구현예에 따른 흡수성 시트의 사진이다.
도 23a 및 23b는 본 발명의 구현예에 따른 흡수성 시트 및 비교 흡수성 시트의 사진이다.
도 24a 및 24b는 도 23a 및 23b에 나타낸 흡수성 시트의 횡단면도의 사진이다.
본 발명은 흡수성 시트와 같은 종이 제품 및 흡수성 시트와 같은 종이 제품의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 흡수성 종이 제품은 당업계에 공지되어 있는 다른 흡수성 종이 제품보다 우수한 특성들의 뛰어난 조합을 갖는다. 일부의 특정 구현예에서, 본 발명에 따른 흡수성 종이 제품은 흡수성 핸드 타월, 미용 티슈(facial tissues) 또는 화장지(toilet paper)에 특히 매우 적합한 특성들의 조합을 갖는다.
본원에 사용된 용어 "종이 제품"은 주요 구성성분으로서 셀룰로오스를 갖는 제지 섬유를 포함하는 임의의 제품을 포함한다. 이는, 예를 들어 종이 타월, 화장지, 미용 티슈 등으로서 시판되는 제품들을 포함할 것이다. 제지 섬유는 천연 펄프(virgin pulp) 또는 재활용 (2차) 셀룰로오스 섬유, 또는 셀룰로오스 섬유를 포함하는 섬유 혼합물을 포함한다.　 목재 섬유는, 예를 들어 낙엽수 및 침엽수로부터 얻은 것, 예컨대 북부 및 남부 연목 크라프트 섬유와 같은 연목 섬유, 및 유칼립투스, 단풍나무, 자작나무, 사시나무와 같은 경목 섬유 등을 포함한다. 본 발명의 제품을 제조하는 데 적합한 섬유의 예는 비목재 섬유, 예컨대 면(cotton) 섬유 및 면 유도체, 아바카(abaca), 케나프(kenaf), 사바이초(sabai grass), 아마(flax), 에스파르토초(esparto grass), 짚(straw), 황마(jute), 대마(hemp), 바가스(bagasse), 밀크위드 플로스 섬유(milkweed floss fiber) 및 파인애플 잎 섬유를 포함한다.
"지료" 및 유사 용어는, 제지 섬유 및 선택적으로 습윤 강도 수지, 탈착제(debonder) 등을 포함하는, 종이 제품 제조용 수성 조성물을 지칭한다. 다양한 지료가 본 발명의 구현예에 사용될 수 있으며, 구체적인 지료는 하기 논의되는 실시예에 개시되어 있다. 일부 구현예에서, 미국 특허 번호 8,080,130 (이의 개시내용은 그 전문이 참조로 통합됨)에 기재된 사양에 따른 지료가 사용된다. 이러한 특허에서의 지료는 특히, 적어도 약 15.5 mg/100 mm의 섬유조도(coarseness)를 갖는 셀룰로오스 장섬유를 포함한다. 지료의 예는 또한 하기 논의되는 실시예에 명시된다.
본원에 사용된, 제지 공정에서 최종 제품으로 건조되는 초기 섬유 및 액체 혼합물은 "웹" 및/또는 "발생기(nascent) 웹"으로서 지칭될 것이다. 제지 공정으로부터 건조된 1겹 제품은 "베이스시트"로서 지칭될 것이다. 또한, 제지 공정의 제품은 "흡수성 시트"로서 지칭될 수 있다. 이에 관하여, 흡수성 시트는 단일 베이스시트와 동일할 수 있다. 대안적으로, 흡수성 시트는 다겹 구조체에서와 같이 복수의 베이스시트를 포함할 수 있다. 또한, 흡수성 시트는 전환된 베이스시트로부터 최종 종이 제품을 형성하기 위해 초기 베이스시트 형성 공정에서 건조된 후 추가의 가공을 겪었을 수 있다. "흡수성 시트"는, 예를 들어 핸드 타월로서 시판되는 상업 제품을 포함한다.
본원에서 본 발명을 설명하는 경우, 용어 "기계 방향 (MD)" 및 "교차 기계 방향 (CD)"은 당업계에서 이들의 널리 이해되는 의미에 따라 사용될 것이다. 즉, 패브릭 또는 다른 구조체의 MD는 제지 공정에서 상기 구조체가 제지기 상에서 이동하는 방향을 지칭하는 한편, CD는 상기 구조체의 MD와 교차하는 방향을 지칭한다. 유사하게, 종이 제품을 언급하는 경우, 종이 제품의 MD는 제지 공정에서 상기 제품이 제지기 상에서 이동한 상기 제품에 대한 방향을 지칭하고, 상기 제품의 CD는 상기 제품의 MD와 교차하는 방향을 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 종이 제품을 제조하는 데 사용될 수 있는 제지기(200)의 일례를 나타낸다. 제지기(200)의 구성 및 작동의 상세한 설명은 미국 특허 번호 7,494,563 ("'563 특허")에서 찾아볼 수 있으며, 이의 개시내용은 그 전문이 참조로 통합된다. 주목할 만하게는, 상기 '563 특허는 통기 건조(through air drying; TAD)를 사용하지 않는 제지 공정을 기재한다. 다음은 제지기(200)을 사용하여 흡수성 시트를 형성하기 위한 공정의 간략한 개요이다.
제지기(200)은 크레이핑 조작이 수행되는 프레스 섹션(100)을 포함하는 3개-패브릭 루프 기계이다. 프레스 섹션(100)의 상류는 형성 섹션(202)이다. 형성 섹션(202)는, 수성 지료를 롤(208 및 210)에 의해 지지되는 형성 와이어(206) 상에 퇴적시키며 이에 의해 초기 수성 셀룰로오스 웹(116)을 형성하는 헤드박스(204)를 포함한다. 형성 섹션(202)는 또한, 제지 펠트(102)를 지지하여 웹(116)이 또한 상기 펠트(102) 상에서 직접 형성되도록 하는 형성 롤(212)를 포함한다. 펠트 주행부(felt run)(214)는 흡인 터닝 롤(suction turning roll)(104) 둘레에 이어서 슈 프레스(shoe press) 섹션(216)으로 연장되며, 여기서 웹(116)은 배킹 롤(backing roll)(108) 상에 퇴적된다. 웹(116)은 배킹 롤(108)로의 이송과 동시에 습식-가압되며, 배킹 롤(108)은 웹(116)을 크레이핑 닙(120)으로 전달한다. 그러나, 다른 구현예에서, 배킹 롤(108) 상으로 이송되는 대신에, 웹(116)은 펠트 주행부(214)로부터 탈수 닙에서의 무한 벨트 상으로 이송되며, 이어서 무한 벨트가 웹(116)을 크레이핑 닙(120)으로 전달한다. 이러한 구성의 일례는 그 전문이 본원에 참조로 통합된 미국 특허 번호 8,871,060에서 볼 수 있다.
웹(116)은 크레이핑 닙(120)에서 구조화 패브릭(112) 상으로 이송된 다음, 진공 성형 박스(114)에 의해 진공으로 잡아당겨진다(vacuum drawn)된다. 이러한 크레이핑 조작 후, 웹(116)은 크레이핑 접착제를 사용하는 또 다른 프레스 닙(217)에서 양키 건조기(Yankee dryer)(218) 상에 퇴적된다. 웹(116)은 가열된 실린더인 양키 건조기(218) 상에서 건조되고, 웹(116)은 또한 양키 건조기(218) 주위의 양키 후드에서 고속 분사식 충돌 공기(high jet velocity impingement air)에 의해 건조된다. 양키 건조기(218)이 회전할 때, 웹(116)은 위치(220)에서 상기 건조기(218)로부터 박리된다. 이어서, 웹(116)은 후속으로 테이크-업 릴(take-up reel) (미도시) 상에 권취될 수 있다. 상기 릴은 추가의 크레이프를 상기 웹에 부여하기 위해 정상 상태에서 양키 건조기(218)보다 더 느리게 작동될 수 있다. 선택적으로, 크레이핑 닥터 블레이드(222)가 웹(116)이 양키 건조기(218)로부터 제거될 때 이를 종래와 같이 건조-크레이핑하는 데 사용될 수 있다.
크레이핑 닙(120)에서, 웹(116)은 구조화 패브릭(112)의 상부 면 상으로 이송된다. 크레이핑 닙(120)은 배킹 롤(108) 및 구조화 패브릭(112) 사이에 획정되며, 구조화 패브릭(112)는 크레이핑 롤(110)에 의해 배킹 롤(108)에 대하여 프레스된다. 웹이 구조화 패브릭(112)로 이송될 때 이는 여전히 높은 수분 함량을 갖기 때문에, 웹은 웹의 부분들이 구조화 패브릭(112)를 구성하는 사들(yarns) 사이에 형성된 포켓 내로 잡아당겨지도록 변형가능하다. (구조화 패브릭의 포켓은 하기에 상세히 설명될 것이다.) 특정한 제지 공정에서, 구조화 패브릭(112)는 제지 펠트(102)보다 더 느리게 이동한다. 따라서, 웹(116)은 이것이 구조화 패브릭(112) 상으로 이송될 때 크레이핑된다.
진공 성형 박스(114)로부터 가해지는 흡인력은 또한 웹(116)을 구조화 패브릭(112)의 표면에서의 포켓 내로 잡아당겨지는 것을 보조할 수 있으며, 이는 하기에 설명될 것이다. 구조화 패브릭(112)를 따라 이동할 때, 웹(116)은 수분의 대부분이 제거된 매우 일관된 상태(consistent state)에 도달한다. 이에 의해, 웹(116)은 구조화 패브릭(112)에 의해 거의 영구적으로 형상이 부여되며, 상기 형상은 웹(116)이 구조화 패브릭(112)의 포켓 내로 잡아당겨진 곳인 돔형 영역을 포함한다.
제지기(200)을 사용하여 제조된 베이스시트는 또한 베이스 시트를 특정 제품으로 전환시키기 위해 당업계에 공지되어 있는 바와 같이 추가의 가공으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 베이스시트는 엠보싱(embossing)될 수 있으며, 2개의 베이스시트가 다겹 제품으로 합쳐질 수 있다. 이러한 전환 공정의 세부사항은 당업계에 널리 공지되어 있다.
상기 언급된 '563 특허에 기재된 공정을 사용하여, 웹(116)은, 이것이 다른 제지 공정, 예컨대 TAD 공정에서의 유사한 조작과 비교하여 구조화 패브릭(112)의 상부 면 상으로 이송될 때 더 높은 점조도를 갖는 시점까지 탈수된다. 즉, 웹(116)은 크레이핑 닙(120)으로 투입되기 전에 약 30 퍼센트 내지 약 60 퍼센트의 점조도 (즉, 고형분 함량)를 갖도록 치밀하게 탈수된다. 크레이핑 닙(120)에서, 웹은 약 30 PLI 내지 약 200 PLI의 하중이 가해진다. 또한, 배킹 롤(108) 및 구조화 패브릭(112) 사이의 스피드 차이가 존재한다. 이러한 스피드 차이는 패브릭 크레이핑 백분율로서 지칭되며, 하기와 같이 계산될 수 있다:
패브릭 크레이프 % = S1/S2 - 1
상기 식에서, S1은 배킹 롤(108)의 스피드이고, S2는 구조화 패브릭(112)의 스피드이다. 특정한 구현예에서, 패브릭 크레이프 백분율은 약 3% 내지 약 100% 중의 임의의 값일 수 있다. 웹 점조도, 크레이핑 닙에서 발생하는 스피드 델타, 크레이핑 닙(120)에서 이용되는 압력, 및 구조화 패브릭(112) 및 닙(120) 기하구조의 이러한 조합은, 웹(116)은 구조적 변화를 겪기에 여전히 충분히 가요성이면서 셀룰로오스 섬유를 재배열하도록 작용한다. 특히, 이론에 얽매이도록 의도하지 않지만, 구조화 패브릭(112)의 보다 느린 형성 표면 스피드는 웹(116)이 구조화 패브릭(112)에서의 개구 내로 실질적으로 성형되도록 하며, 섬유는 크레이핑 비에 비례하여 재정렬되는 것으로 믿어진다.
특정 공정이 제지기(200)과 함께 기재되었지만, 통상의 기술자는 본원에 개시된 본 발명이 상술한 제지 공정에 제한되지 않음을 알 것이다. 예를 들어, 상술한 비(non)TAD 공정과 반대로, 본 발명은 TAD 제지 공정과 관련될 수 있다. TAD 제지 공정의 일례는 미국 특허 번호 8,080,130에서 볼 수 있으며, 이의 개시내용은 그 전문이 참조로 통합된다.
도 2는, 본 발명의 구현예에 따른 종이 제품을 형성하기 위한 구성을 갖는 구조화 패브릭(300)의 웹 접촉 면의 일부분에 대한 상세사항을 나타내는 도면이다. 상기 패브릭(300)은 패브릭이 제지 공정에 사용될 때 기계 방향 (MD)으로 이어지는 경사(302) 및 교차 기계 방향 (CD)으로 이어지는 위사(304)를 포함한다. 경사 및 위사(302 및 304)는 구조화 패브릭(300)의 몸체를 형성하도록 함께 직조된다. 구조화 패브릭(300)의 웹 접촉 표면은 너클 (이들 중 2개가 도 2에 개략화되어 있으며, (306) 및 (310)으로서 표지되어 있음)에 의해 형성되며, 너클은 경사(302) 상에 형성되지만, 위사(304) 상에는 너클이 형성되지 않는다. 그러나, 도 2에 나타낸 구조화 패브릭(300)이 오직 경사(302) 상에만 너클을 갖지만, 본 발명은 오직 경사 너클만을 갖는 구조화 패브릭에 제한되지 않고, 경사 및 위사 너클 둘 모두를 갖는 패브릭을 포함한다는 것을 주목해야 한다. 실제로, 오직 경사 너클만을 갖는 패브릭 및 경사 및 위사 너클 둘 모두를 갖는 패브릭이 하기 상세히 설명될 것이다.
패브릭(300)에서의 너클(306 및 310)은 제지 공정 동안 웹(116)이 접촉하는 표면을 구성하는 평면 내에 존재한다. 포켓(308) (이들 중 1개가 도 2에 개략화된 영역(area)으로서 나타나 있음)은 너클(306) 및 너클 (310) 사이의 영역으로 획정된다. 너클(306 및 310)과 접촉하지 않는 웹(116)의 부분들은 상술한 바와 같이 포켓(308) 내로 잡아당겨진다. 생성된 종이 제품에서 발견되는 돔형 영역을 유발하는 것은 포켓(308) 내로 잡아당겨진 웹(116)의 부분들이다.
통상의 기술자는 구조화 패브릭(300)의 MD로의 경사 너클(306 및 310)의 유의미한 길이를 알 것이며, 긴 경사 너클(long warp yarn knuckle)(306 및 310)이 MD로의 긴 포켓의 윤곽을 그리도록(delineate) 상기 패브릭(300)이 구성됨을 또한 알 것이다. 본 발명의 특정한 구현예에서, 경사 너클(306 및 310)은 약 2 mm 내지 약 6 mm의 길이를 갖는다. 당업계에 공지되어 있는 대부분의 구조화 패브릭은 보다 짧은 경사 너클 (적어도 패브릭이 어떠한 경사 너클을 갖는 경우)을 갖는다. 하기에 설명될 바와 같이, 보다 긴 경사 너클(306 및 310)은 제지 공정 동안 웹(116)에 대한 보다 큰 접촉 면적을 제공하며, 이는 종래의 보다 짧은 경사 너클을 갖는 흡수성 시트와 비교하여 본 발명에 따른 흡수성 시트에서 보여지는 증가된 유연성에 적어도 부분적으로 기여할 수 있는 것으로 믿어진다.
본원에 기재된 구조화 패브릭의 파라미터를 정량화하기 위해, 미국 특허 출원 공개 번호 2014/0133734; 2014/0130996; 2014/0254885, 및 2015/0129145에 기재된 패브릭 특성화 기술 (이하, "패브릭 특성화 공개물(fabric characterization publications)"로서 지칭됨)이 사용될 수 있다. 패브릭 특성화 공개물의 개시내용은 그 전문이 참조로 통합된다. 이러한 패브릭 특성화 기술은 너클 길이 및 폭, 너클 밀도, 포켓 면적, 포켓 밀도, 포켓 깊이 및 포켓 체적을 포함하는 구조화 패브릭의 파라미터들이 용이하게 정량화되도록 한다.
도 3a 내지 3e는 패브릭 1 내지 15로서 표지된, 본 발명의 구현예에 따라 제조된 구조화 패브릭의 특성 중 일부를 나타낸다. 도 3f는 또한 패브릭 16 및 17로서 표지된 종래 구조화 패브릭의 특성을 나타낸다. 도 3a 내지 3f에 나타낸 유형의 구조화 패브릭은 Albany International (Rochester, New Hampshire) 및 Voith GmbH (Heidenheim, Germany)를 포함한 다수의 제조업체에 의해 제조될 수 있다. 패브릭 1 내지 15는 긴 경사 너클 패브릭을 가져, 패브릭 1 내지 15에서의 접촉 면적의 절대 다수가 위사 너클 (적어도 패브릭이 어떠한 위사 너클을 갖는 경우)이 아니라 경사 너클로부터 비롯되도록 한다. 보다 짧은 경사 너클을 갖는 패브릭 16 및 17은 비교를 위해 제공된다. 도 3a 내지 3f에 나타낸 특성 모두는, 상기 언급된 패브릭 특성화 공개물에서의 기술을 사용하여, 특히 패브릭 특성화 공개물에 제시된 직사각형이 아닌 평행사변형 계산 방법을 사용하여 결정되었다. 도 3a 내지 3f에서 "N/C"의 표시는 특정한 특성이 결정되지 않았음을 의미함을 주목한다.
구조화 패브릭의 공기 투과도는 상기 구조화 패브릭을 사용하여 제조된 종이 제품의 특성에 영향을 미칠 수 있는 또 다른 특성이다. 구조화 패브릭의 공기 투과도는 당업계에서 널리 공지되어 있는 장비 및 시험, 예컨대 Frazier Precision Instrument Company (Hagerstown, Maryland)에 의한 Frazier® 차압 공기 투과도 측정 기기(Differential Pressure Air Permeability Measuring Instruments)에 따라 측정된다. 일반적으로 말하면, 본 발명에 따른 종이 제품의 제조에 사용되는 긴 경사 너클 구조화 패브릭은 높은 양의 공기 투과도를 갖는다. 본 발명의 특정한 구현예에서, 긴 경사 너클 구조화 패브릭은 약 450 CFM 내지 약 1000 CFM의 공기 투과도를 갖는다.
도 4a 내지 4e는 도 3a 내지 3e에 특성화되어 있는 것과 같은 긴 경사 너클 구조화 패브릭을 사용하여 제조된 흡수성 시트의 사진이다. 보다 구체적으로, 도 4a 내지 4e는 흡수성 시트의 대기 면(air side), 즉 흡수성 시트의 형성 공정 동안 구조화 패브릭과 접촉한 흡수성 시트 면을 나타낸다. 따라서, 구조화 패브릭과의 접촉을 통해 흡수성 시트에 부여된 구별되는 형상, 예컨대 흡수성 시트의 상기 나타낸 면으로부터 돌출된 돔형 영역이 도 4a 내지 4e에서 보여질 수 있다. 흡수성 시트의 MD는 이들 도면에서 수직으로 나타내었음을 주목한다.
흡수성 시트(1000)의 특정 특징들이, 도 4e로서 나타낸 사진인 도 5에 주석으로 표시되어 있다. 흡수성 시트(1000)은 실질적으로 직사각형-형상의 복수의 돔형 영역을 포함하며, 이들 중 일부가 도 5에 개략화되어 있고, (1010), (1020), (1030), (1040), (1050), (1060), (1070) 및 (1080)으로 표지되어 있다. 상기 설명한 바와 같이, 돔형 영역들(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060, 1070 및 1080)은 흡수성 시트(1000)의 형성 공정 동안 구조화 패브릭의 포켓 내로 잡아당겨지는 웹의 부분들에 해당한다. 그 일부가 도 5에 (1015), (1025) 및 (1035)로 표지된 연결 영역들은 돔형 영역들을 상호연결하는 네트워크를 형성한다. 상기 연결 영역들은 일반적으로 흡수성 시트(1000)의 형성 공정 동안 구조화 패브릭의 너클의 평면 내에 형성된 웹의 부분들에 해당한다.
통상의 기술자는 도 4a 내지 4e 및 도 5에 나타낸 흡수성 시트의 여러 특징들이 종래 흡수성 시트와 상이함을 바로 알 것이다. 예를 들어, 돔형 영역 모두는 돔형 영역의 상부 내에 형성된 복수의 만입형 바를 포함하며, 상기 만입형 바는 흡수성 시트의 CD로 돔형 영역을 가로질러 연장된다. 이러한 만입형 바 중 일부가 도 5에 개략화되어 있으며, (1085)로 표지되어 있다. 주목할 만하게는, 돔형 영역 거의 모두가 3개의 이러한 만입형 바를 가지며, 이들 돔형 영역 중 일부는 4, 5, 6, 7개 또는 심지어 8개의 만입형 바를 갖는다. 만입형 바의 수는 레이저 스캔 프로파일링 (하기 설명됨)을 사용하여 확인될 수 있다. 이러한 레이저 스캔 프로파일링을 사용하여, 본 발명의 구현예에 따른 특정한 흡수성 시트에서 평균 (보통(mean))적으로 돔형 영역당 약 6개의 만입형 바가 있음이 발견되었다.
이론에 의해 제한되지 않지만, 본 발명자들은, 도 4a 내지 4e 및 도 5에 나타낸 흡수성 시트에서 보여지는 만입형 바는 웹이 본원에 기재된 바와 같은 제지 공정 동안 본원에 기재된 구성을 갖는 구조화 패브릭 상으로 이송되었을 때 형성되는 것으로 믿는다. 구체적으로, 웹이 구조화 패브릭 상으로 이송될 때 이를 크레이핑하는 데 스피드 차이가 사용되는 경우, 웹은 구조화 패브릭의 너클 상에서 그리고 너클들 사이의 포켓 내로 "고랑을 형성(plow)"한다. 결과적으로, 웹의 구조에, 특히 구조화 패브릭의 포켓 내로 이동되는 웹의 부분에 접힌 부분(folds)이 생성된다. 이에 따라, 웹에서의 이러한 2개의 접힌 부분 사이에 만입형 바가 형성된다. 본원에 기재된 긴 경사 너클 구조화 패브릭에서의 긴 MD 포켓으로 인하여, 고랑 형성/접힌 부분 형성(folding) 효과는 구조화 패브릭에서의 포켓에 걸쳐지는 웹의 부분 상에서 다수의 횟수로 일어난다. 따라서, 본원에 기재된 긴 경사 너클 구조화 패브릭을 사용하여 제조된 흡수성 시트의 각각의 돔형 영역에 다수의 만입형 바가 형성된다.
또한, 이론에 의해 제한되지 않지만, 본 발명자들은 돔형 영역에서의 만입형 바가 본 발명에 따른 흡수성 시트에서 지각되는 증가된 유연성에 기여할 수 있다고 믿는다. 구체적으로, 만입형 바는 종래 돔형 영역을 갖는 흡수성 시트와 비교하여, 흡수성 시트를 만질 때 지각되는 보다 평활하고 편평한 평면을 제공한다. 지각 평면에서의 상이함이 도 6a 및 6b에 예시되어 있으며, 이는 각각 본 발명에 따른 흡수성 시트(2000) 및 비교 시트(3000)의 횡단면을 나타내는 도면이다. 흡수성 시트(2000)에서, 돔형 영역(2010 및 2020)은 만입형 바(2080)들을 포함하며, 만입형 바(2080)들 사이에 능선(ridge)이 형성된다 (상기 능선/만입부는 상술한 바와 같은 제지 공정 동안의 웹에서의 접힌 부분에 해당함). 작은 만입형 바(2080)들 및 만입형 바(2080)들 둘레의 복수의 능선들의 결과로서, 편평하고 평활한 지각 평면 P1 (도 6a에 점선으로 표시됨)이 형성된다. 이러한 편평하고 평활한 평면 P1은 흡수성 시트(2000)을 만질 때 감지된다. 본 발명자들은 또한, 사용자들이 돔형 영역(2010 및 2020)의 표면에서 만입형 바(2080)들의 작은 불연속성을 감지할 수 없을 뿐만 아니라, 사용자들이 돔형 영역(2010 및 2020) 사이의 짧은 거리를 감지할 수 없다고 믿는다. 따라서, 흡수성 시트(2000)은 평활한 유연성 표면을 갖는 것으로서 지각된다. 반면, 도 6b에 나타낸 바와 같이 비교 시트(3000)에서의 종래 돔(3010 및 3020)의 경우 지각 평면 P2는 보다 원형의 형상을 갖고, 종래 돔(3010 및 3020)은 떨어져 이격된다. 종래 돔(3010 및 3020)의 지각 평면 P2는 서로 상당한 거리를 두고 이격되어 있기 때문에 비교 시트(3000)은 만입형 바(2080)들을 갖는 돔형 영역(2010 및 2020)에서 발견되는 지각 평면 P1과 비교하여 덜 평활하고 덜 유연성인 것으로서 지각되는 것으로 믿어진다.
통상의 기술자는 제지 공정의 특성상 흡수성 시트에서의 모든 돔형 영역이 동일하지는 않을 것임을 알 것이다. 실제로, 상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 흡수성 시트의 돔형 영역은 상이한 수의 만입형 바를 가질 수 있다. 동시에, 본 발명의 임의의 특정한 흡수성 시트에서 관찰되는 몇몇의 돔형 영역은 어떠한 만입형 바도 포함하지 않을 수 있다. 그러나, 이는, 대다수의 돔형 영역이 만입형 바를 포함하는 한 흡수성 시트의 전체 특성에 영향을 미치지 않을 것이다. 따라서, 본 발명자들이 흡수성 시트가 복수의 만입형 바를 포함하는 돔형 영역을 갖는 것으로서 언급하는 경우, 흡수성 시트가 만입형 바를 갖지 않는 몇몇의 돔형 영역을 가질 수 있음이 이해될 것이다.
흡수성 시트에서의 만입형 바의 길이 및 깊이, 뿐만 아니라 돔형 영역의 길이는 레이저 스캐닝 기술을 사용하여 이루어진 돔형 영역의 표면 프로파일로부터 결정될 수 있으며, 이는 당업계에 널리 공지되어 있다. 도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 2개의 흡수성 시트에서의 돔형 영역을 가로지르는 레이저 스캐닝 프로파일을 나타낸다. 레이저 스캐닝 프로파일의 피크는 만입형 바에 인접한 돔의 부분이며, 상기 프로파일의 계곡(valley)은 만입형 바의 하단을 나타낸다. 이러한 레이저 스캔 프로파일을 사용하여, 본 발명자들은 만입형 바가 돔형 영역의 인접 부분들의 상부 아래로 약 45 미크론 내지 약 160 미크론의 깊이로 연장됨을 알아내었다. 특정한 구현예에서, 만입형 바는 돔형 영역의 인접 부분들의 상부 아래로 평균 (보통) 약 90 미크론으로 연장된다. 일부 구현예에서, 돔형 영역은 흡수성 시트의 실질적으로 MD로 총 약 2.5 mm 내지 약 3 mm의 길이로 연장된다. 통상의 기술자는, 돔형 영역의 MD로의 이러한 길이는 종래 패브릭에서의 돔형 영역의 길이보다 더 크며, 긴 돔형 영역은 적어도 부분적으로, 상기 논의된 바와 같이 흡수성 시트를 생성하는 데 사용된 구조화 패브릭에서의 긴 MD 포켓의 결과라는 것을 알 것이다. 레이저 스캔 프로파일로부터, 만입형 바들은 본 발명의 구현예에서 돔형 영역의 길이를 따라 약 0.5 mm 떨어져 이격되어 있음을 또한 알 수 있다.
도 4a 내지 4e 및 도 5에 나타낸 흡수성 시트에서 볼 수 있는 추가의 구별되는 특징은, 돔형 영역의 실질적으로 연속적인 계단형 라인이 상기 시트의 MD로 연장되도록 MD로 양측으로 엇갈려져 있는 돔 영역을 포함한다. 예를 들어, 다시 도 5를 참조하여, 돔형 영역(1010)은 돔형 영역(1020)에 인접하여 위치되어 있으며, 상기 2개의 돔형 영역은 영역(1090)에서 중첩된다. 유사하게, 돔형 영역(1020)은 영역(1095)에서 돔형 영역(1030)과 중첩된다. 양측으로 엇갈려져 있는 돔형 영역(1010, 1020 및 1030)은 실질적으로 흡수성 시트(1000)의 MD를 따라 연속적인 계단형 라인을 형성한다. 다른 돔형 영역들도 MD로의 유사한 연속적인 계단형 라인을 형성한다.
본 발명자들은, 길게 늘어진 양측으로 엇갈려져 있는 돔형 영역과 상기 돔형 영역을 가로질러 연장되는 만입형 바의 조합된 구성이 보다 안정한 구조를 갖는 흡수성 시트를 낳는다고 믿는다. 예를 들어, 양측으로 엇갈려져 있는 돔형 영역은 흡수성 시트의 양키 면 상에 평활한 평면상 표면을 제공하며, 이에 의해 흡수성 시트 상의 가압 지점의 보다 양호한 분포를 낳는다 (상기 흡수성 시트의 양키 면은 제지 공정 동안 구조화 패브릭 내로 잡아당겨지는 흡수성 시트의 대기 면에 대향하는 흡수성 시트 면임). 사실상, 양측으로 엇갈려져 있는 돔형 영역은 흡수성 시트 구조체가 편평하게 놓이도록 하는 MD 방향으로의 긴 판(board)과 같이 작용한다. 양측으로 엇갈려져 있는 돔형 영역 및 만입형 바의 조합으로부터 유래하는 이러한 효과는, 예를 들어 웹이 제지 공정 동안 양키 건조기의 표면 상에 보다 양호하게 내려 놓아질 수 있도록 할 것이며, 이는 보다 양호한 흡수성 시트를 낳을 것이다.
돔형 영역들의 연속적인 라인들과 유사하게, 연결 영역들의 실질적으로 연속적인 라인들이 흡수성 시트(1000)의 MD를 따라 계단형 방식으로 연장된다. 예를 들어, 연결 영역(1015) (이는 실질적으로 CD로 이어짐)는 연결 영역(1025) (이는 실질적으로 CD로 이어짐)와 인접한다. 연결 영역(1025)는 또한 연결 영역(1035) (이는 실질적으로 MD로 이어짐)와 인접한다. 유사하게, 연결 영역(1015)는 연결 영역(1025) 및 연결 영역(1055)와 인접한다. 요컨대, MD 연결 영역은 CD 연결 영역보다 실질적으로 더 길어, 계단형의 연속적인 연결 영역들의 라인들이 흡수성 시트를 따라 보여질 수 있도록 한다.
상기 논의된 바와 같이, 흡수성 시트의 돔형 영역 및 연결 영역의 크기는 일반적으로 흡수성 시트의 제조에 사용되는 구조화 패브릭에서의 포켓 및 너클 크기에 상응한다. 이에 관하여, 본 발명자들은, 돔형 및 연결 영역의 상대적인 크기 결정(sizing)이 상기 패브릭을 사용하여 제조된 흡수성 시트의 유연성에 기여한다고 믿는다. 본 발명자들은 또한, 돔형 영역들 및 연결 영역들의 실질적으로 연속되는 라인들의 결과로서 유연성이 추가로 개선된다고 믿는다. 본 발명의 특정한 구현예에서, 돔형 영역을 가로지르는 CD로의 거리는 약 1.0 mm이고, MD 배향된 연결 영역을 가로지르는 CD로의 거리는 약 0.5 mm이다. 또한, 실질적으로 연속적인 라인에서 인접 돔형 영역들 사이의 중첩/접촉 영역은 MD를 따라 그 길이가 약 1.0 mm이다. 이러한 치수는 흡수성 시트의 육안 검사로부터 또는 상기 기재된 바와 같은 레이저 스캔 프로파일로부터 결정될 수 있다. 이러한 치수가 본원에 기재된 본 발명의 다른 특징들과 조합될 때 이례적으로 유연한 흡수성 시트가 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 제품의 특성을 평가하기 위해, 상술한 바와 같은 공정으로, 도 1에 나타낸 일반적인 구성을 갖는 제지기에서 도 3e에 나타낸 바와 같은 패브릭 15를 사용하여 흡수성 시트를 제조하였다. 비교를 위해, 동일한 공정 조건 하에 도 3f에 또한 나타낸 보다 짧은 경사 길이 너클 패브릭 17을 사용하여 제품을 제조하였다. 이러한 시험을 위한 베이스시트의 제조에 사용된 파라미터는 하기 표 1에 나타냈다.
공정 변수 위치 비율
지료:
65% SHWK
35% SSWK
 양키 층에 100% SHWK

중간 및 대기 층에 70% SSWK 및 30% SHWKK
 계층화됨
(Stratified)
리파이너(Refiner) 스톡(stock) 필요한 경우 변화함
임시 습윤 강도 수지
(Temporary Wet Strength Resin):
FJ98		 스톡 펌프 3 lb/T
전분:
REDIBONDTM 5330A		 정적 혼합기 8 lb/T
크레이프 롤 하중 크레이프 롤 45 PLI
패브릭 크레이프 크레이프 롤 20%
릴 크레이프 릴 7%
캘린더 하중 캘린더 스택(Stacks) 필요한 경우
성형 박스 진공 성형 박스 최대
베이스시트를 2겹의 접착된 티슈 프로토타입을 생성하도록 전환시켰다. 하기 표 2는 시험을 위한 전환 사양을 나타낸다.
전환 공정 접착
겹수 2
롤 직경 4.65 in.
시트 번수(Count) 190
시트 길이 4.09 in.
시트 폭 4.05 in.
롤 압축률 18-20%
엠보싱 공정 미국 특허 번호 6,827,819 (이는 그 전문이 참조로 통합됨)의 공정을 따름
엠보싱 패턴 일정함/비가변적임
패브릭 15 (즉, 긴 경사 너클 패브릭)를 사용한 시험에서 형성된 시트는 패브릭 17 (즉, 보다 짧은 경사 너클 패브릭)을 사용한 시험에서 형성된 시트보다 더 평활하며 더 유연성인 것으로 확인되었다. 패브릭 15를 사용하여 제조된 시트의 다른 중요한 특성들, 예컨대 캘리퍼 및 부피(bulk)는 패브릭 17을 사용하여 제조된 시트의 그러한 특성들에 매우 필적할 만한 것으로 확인되었다. 따라서, 긴 경사 너클 패브릭 15를 사용하여 제조된 베이스시트는 흡수성 제품의 다른 중요한 특성들의 감소 없이 보다 짧은 경사 너클 패브릭 17을 사용한 흡수성 제품보다 더 유연성인 흡수성 제품을 제조하는 데 잠재적으로 사용될 수 있음이 명백하다.
상기 언급된 패브릭 특성화 특허에 기재된 바와 같이, 평면 체적 지수(planar volumetric index; PVI)는 구조화 패브릭을 특성화하기 위한 유용한 파라미터이다. 구조화 패브릭에 대한 PVI는 접촉 면적 비 (CAR) × 유효 포켓 체적 (EPV) × 100으로서 계산되며, 여기서 EPV는 포켓 면적 추정치 (PA) 및 측정된 포켓 깊이의 곱이다. 포켓 깊이는, 실험실에서 구조화 패브릭 상에 형성된 핸드시트(handsheet)의 캘리퍼를 측정한 다음, 상기 측정된 캘리퍼를 포켓 깊이에 대해 상관시킴으로써 가장 정확하게 계산된다. 또한, 달리 언급되지 않는 한, 본원에 기재된 PVI 관련 파라미터 모두는 이러한 핸드시트 캘리퍼 측정 방법을 사용하여 결정되었다. 또한, 직사각형이 아닌 평행사변형 PVI는 접촉 면적 비 (CAR) × 유효 포켓 체적 (EPV) × 100으로서 계산되며, 여기서 CAR 및 EPV는 직사각형이 아닌 평행사변형 단위 셀 면적 계산을 사용하여 계산된다. 본 발명의 구현예에서, 구조체화 긴 경사 너클 패브릭의 접촉 면적은 약 25% 내지 약 35%에서 변화하고, 포켓 깊이는 약 100 미크론 내지 약 600 미크론에서 변화하며, 이에 의해 PVI는 이에 따라 변화한다.
PVI에 관련된, 구조화 패브릭을 특성화하기 위한 또 다른 유용한 파라미터는 구조화 패브릭의 평면 체적 밀도 지수 (PVDI)이다. 구조화 패브릭의 PVDI는 PVI × 포켓 밀도로서 정의된다. 본 발명의 구현예에서 포켓 밀도는 약 10 cm-2 내지 약 47 cm-2에서 변화하는 것에 주목한다. 구조화 패브릭의 또 다른 유용한 파라미터는 PVDI에 상기 패브릭의 너클의 길이 및 폭의 비를 곱하여 PVDI-너클 비 (PVDI-KR)를 제공함으로써 생길 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같은 긴 경사 너클 구조화 패브릭에 대한 PVDI-KR은 CD로의 경사 너클 폭에 대한 MD로의 경사 너클 길이의 비를 구조화 패브릭의 PVDI에 곱한 것일 것이다. PVDI 및 PVDI-KR을 계산하기 위해 사용된 변수로부터 명백한 바와 같이, 이러한 파라미터는 구조화 패브릭을 사용하여 제조된 종이 제품의 형상에 영향을 미치는 구조화 패브릭의 중요한 측면들 (접촉 면적의 백분율, 포켓 밀도 및 포켓 깊이 포함)을 고려하며, 따라서 PVDI 및 PVDI-KR은 종이 제품의 유연성 및 흡수도와 같은 특성들을 나타낼 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 3개의 긴 경사 너클 구조화 패브릭에 대해 PVI, PVDI, PVDI-KR 및 다른 특성들을 측정하였으며, 그 결과는 도 8에 패브릭 18 내지 20으로서 나타냈다. 비교를 위해, PVI, PVDI, PVDI-KR 및 다른 특성들을 도 8에 패브릭 21로서 나타낸 바와 같은 보다 짧은 경사 너클 구조화 패브릭에 대해 또한 측정하였다. 주목할 만하게는, 패브릭 18 내지 20에 대한 PVDI-KR은 약 43 내지 약 50이며, 이는 패브릭 21에 대한 16.7의 PVDI-KR보다 상당히 더 크다.
패브릭 18 내지 21을 사용하여 흡수성 시트를 제조하였고, 상기 흡수성 시트의 특성들은 도 9에 나타낸 바와 같이 측정되었다. 도 9에 나타낸 특성들은 상기 언급된 패브릭 특성화 특허에 기재되어 있는 동일한 기술을 사용하여 측정되었다. 이에 관하여, 상호연결 영역의 측정치들은 구조화 패브릭 상의 경사 너클에 상응하고, 돔 영역의 측정치들은 구조화 패브릭의 포켓에 상응한다. 또한, 긴 경사 너클 패브릭 18 내지 20으로부터 제조된 시트는 각각의 돔 영역에 다수의 만입형 바를 갖는다는 것을 또한 알 수 있었다. 반면, 보다 짧은 경사 너클 패브릭 21로부터 형성된 흡수성 시트의 돔형 영역은 많아야 1개의 만입형 바를 가졌고, 다수의 돔형 영역은 어떠한 만입형 바도 전혀 갖지 않았다.
도 9에 나타낸 흡수성 시트에 대해 감각 유연성(sensory softness)을 결정하였다. 감각 유연성은 표준화된 시험 기술을 사용하여 숙련된 평가자에 의해 결정된 바와 같은 종이 제품의 지각 유연성의 척도이다. 보다 구체적으로, 감각 유연성은 유연성의 측정에 숙련된 평가자에 의해 측정되며, 평가자는 종이를 파지(grasping)하고 종이의 지각 유연성을 알아내기 위한 특정의 기술을 따른다. 감각 유연성 수(number)가 높을수록, 지각 유연성이 높다. 패브릭 18 내지 20으로부터 제조된 시트의 경우에, 패브릭 18 내지 20을 사용하여 제조된 흡수성 시트는 패브릭 21을 사용하여 제조된 흡수성 시트보다 0.2 내지 0.3 유연성 단위가 더 높은 것으로 확인되었다. 이러한 상이함은 주목할 만하다. 또한, 감각 유연성은 패브릭의 PVDI-KR과 상관관계가 있는 것으로 확인되었다. 즉, 구조화 패브릭의 PVDI-KR이 높을수록, 달성되는 감각 유연성 수가 높다. 따라서, 본 발명자들은, PVDI-KR이 구조화 패브릭을 사용하는 공정으로 제조된 종이 제품에서 달성될 수 있는 유연성의 양호한 지표이며, 보다 높은 PVDI-KR의 구조화 패브릭이 보다 유연성의 제품을 생성한다고 믿는다.
도 10a 내지 10d는 본 발명의 다양한 구현예에 따른 추가의 긴-경사 너클 패브릭 22 내지 41의 특성들, 예컨대 패브릭 각각에 대한 PVI, PVDI 및 PVDI-KR을 나타낸다. 주목할 만하게는, 이러한 구조화 패브릭은 상술한 구조화 패브릭보다 더 넓은 범위의 특성을 갖는다. 예를 들어, 패브릭 22 내지 41의 경사 너클의 접촉 길이는 약 2.2 mm 내지 약 5.6 mm의 범위였다. 그러나, 본 발명의 추가의 구현예에서, 경사 너클의 접촉 길이는 약 2.2 mm 내지 약 7.5 mm의 범위일 수 있다. 패브릭 22 내지 37 및 41의 경우에, 포켓 깊이는 패브릭 상에 핸드시트를 형성한 다음, 상기 핸드시트 상의 돔의 크기 (상기 돔의 크기는 상술한 바와 같이 포켓의 크기에 상응함)를 측정함으로써 측정되었음을 주목한다. 패브릭 38 내지 40에 대한 포켓 깊이는 상기 언급된 패브릭 특성화 특허에 제시된 기술을 사용하여 측정되었다.
본 발명의 구현예에 따른 흡수성 시트의 특성을 평가하기 위한 추가의 시험을 수행하였다. 이러한 시험에서, 패브릭 27 및 38을 사용하였다. 이러한 시험에 대해, 도 1에 나타낸 일반적인 구성을 갖는 제지기를 상술한 바와 같은 공정과 함께 사용하였다. 이러한 시험을 위한 베이스시트의 제조에 사용된 파라미터는 하기 표 3에 나타냈다. 가변 비율의 표시는 공정 변수가 상이한 시험 실행에서 달라졌음을 의미하는 것을 주목한다.
공정 변수 위치 비율
지료
 Lighthouse 재활용 섬유 균질
리파이너
 스톡 하중 없음 (22 hp)
임시 습윤 강도 수지
 N/A 0
전분:
REDIBONDTM 5330A
 정적 혼합기 필요한 경우
크레이프 롤 하중 크레이프 롤
 30-40 PLI
패브릭 크레이프
 크레이프 롤 25%-35% (가변)
릴 크레이프 릴 2-4%
성형 박스 진공
 성형 박스 최대
이러한 시험에서의 베이스시트를 엠보싱되지 않은 1겹 롤로 전환시켰다.
패브릭 27을 사용하여 제조된 흡수성 시트의 사진들은 도 11a 내지 11e에 나타냈고, 패브릭 38을 사용하여 제조된 흡수성 시트의 사진들은 도 12a 내지 12e에 나타냈다. 도 11a 내지 11e 및 도 12a 내지 12e로부터 명백한 바와 같이, 흡수성 시트 돔형 영역은 상술한 흡수성 시트와 같이 복수의 만입형 바를 포함하였다. 그리고, 또한 상술한 흡수성 시트와 같이, 패브릭 27 및 38을 사용하여 제조된 흡수성 시트는 흡수성 시트의 MD로의 실질적으로 연속적인 계단형 라인을 유발하는 양측으로 엇갈려져 있는 돔형 영역, 및 상기 돔형 영역 사이의 실질적으로 연속적인 계단형 연결 영역을 포함한다.
패브릭 27 및 38로부터 제조된 베이스시트에서의 돔형 영역의 프로파일은, 상기 프로파일이 상술한 흡수성 시트에서 결정된 바와 동일한 방식으로 레이저 스캐닝을 사용하여 결정되었다. 패브릭 27을 사용하여 제조된 베이스시트에서의 돔형 영역은 4 내지 7개의 만입형 바를 가졌으며, 돔형 영역당 평균 (보통) 5.2개의 만입형 바가 존재하는 것으로 확인되었다. 돔형 영역의 만입형 바는 돔형 영역의 인접 부분들의 상부 아래로 약 132 내지 약 274 미크론 연장되었으며, 약 190 미크론의 평균 (보통) 깊이를 가졌다. 또한, 돔형 영역은 베이스시트의 MD로 약 4.5 mm 연장되었다.
패브릭 38을 사용하여 제조된 베이스시트에서의 돔형 영역은 4 내지 8개의 만입형 바를 가졌으며, 돔형 영역당 평균 (보통) 6.29개의 만입형 바가 존재하였다. 패브릭 38을 사용하여 제조된 베이스시트에서의 돔형 영역의 만입형 바는 돔형 영역의 인접 부분들의 상부 아래로 약 46 내지 약 159 미크론 연장되었으며, 약 88 미크론의 평균 (보통) 깊이를 가졌다. 또한, 돔형 영역은 베이스시트의 MD로 약 3 mm 연장되었다.
패브릭 27 및 38을 사용하여 제조된 베이스시트에서의 연장된 MD 방향 돔형 영역은 복수의 만입형 바를 포함하기 때문에, 결과적으로 상기 베이스시트는 상술한 흡수성 시트와 같은 돔형 영역의 구성으로부터 기인하는 유사한 유익한 특성들을 가질 것이다. 예를 들어, 패브릭 27 및 38을 사용하여 제조된 베이스시트는 긴 경사 너클을 갖지 않는 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트와 비교하여 만지기에 보다 유연성일 것이다.
패브릭 27 및 38을 사용하여 제조된 베이스시트의 다른 특성들을 보다 짧은 너클 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트의 특성들과 비교하였다. 구체적으로, 상이한 패브릭을 사용하여 제조된 비캘린더링된 베이스시트에 대해 캘리퍼 및 포켓 깊이를 비교하였다. 캘리퍼는 당업계에 널리 공지되어 있는 표준 기술을 사용하여 측정하였다. 패브릭 27을 사용하여 제조된 베이스시트의 캘리퍼는 약 80 mils/8 sheets 내지 약 110 mils/8 sheets에서 변화하는 한편, 패브릭 38을 사용하여 제조된 베이스시트는 약 80 mils/8 sheets 내지 약 90 mils/8 sheets에서 변화하는 것으로 확인되었다. 상기 두 범위의 캘리퍼 모두는 유사한 공정 조건 하에 보다 짧은 경사 너클 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트에서 확인된 약 60 내지 약 93 mils/8 sheets의 캘리퍼보다 더 양호한 것까지는 아니더라도 이에 매우 필적할 만하다.
베이스시트의 대기 면 (즉, 제지 공정 동안 구조화 패브릭과 접촉하는 베이스시트 면)의 지형적 프로파일 스캔을 사용하여 양키 면 표면 아래의 돔형 영역의 최저 지점의 깊이를 결정하여 돔형 영역의 깊이를 측정하였다. 패브릭 27을 사용하여 제조된 베이스시트에서의 돔형 영역의 깊이는 약 500 미크론 내지 약 675 미크론의 범위인 한편, 패브릭 38을 사용하여 제조된 베이스시트에서의 돔형 영역의 깊이는 약 400 미크론 내지 약 475 미크론의 범위였다. 이들 돔형 영역은 보다 짧은 경사 너클을 갖는 구조화 패브릭으로부터 제조된 베이스시트에서의 돔형 영역의 깊이보다 크지는 않더라도 이에 필적할 만하다. 돔형 영역의 깊이의 이러한 비교가능성은, 돔형 영역의 깊이가 흡수성 시트의 캘리퍼에 직접적으로 관련되는 점을 고려할 때, 긴 경사 구조화 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트가 보다 짧은 경사 구조화 패브릭을 사용하여 제조된 베이스시트에 필적할 만한 캘리퍼를 갖는다는 발견에 일치한다.
본 발명에 따른 추가의 긴 경사 너클 패브릭의 특성은 도 13에 패브릭 42 내지 44로서 표지되어 있다. 긴 경사 너클을 포함하지 않는 종래 패브릭 45를 또한 도 13에 나타냈다. 패브릭 42의 추가의 특성이 도 14에 주어지며, 이는 상기 패브릭의 경사 중 하나를 따른 프로파일을 나타낸다. 이러한 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 패브릭 42는 긴 경사 너클을 포함하는 것에 더하여 여러 주목할 만한 특징들을 갖는다. 하나의 특징은, 도 13에 명시된 PVI 관련 파라미터에 반영되어 있는 바와 같이 포켓이 길고 깊다는 것이다. 도 13에 나타낸 패브릭 42의 가압 임프린트(pressure imprint)에서 또한 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 패브릭의 또 다른 주목할 만한 특징은 CD 사가 MD 사에서의 너클의 평면 아래로 완전히 위치되어 상기 패브릭의 상부 표면에 CD 너클이 존재하지 않는다는 것이다. CD 너클이 존재하지 않기 때문에, z-방향으로 경사에 대해 완만한 기울기가 있고, 이의 상세사항은 도 14의 프로파일 스캔에 나타냈다. 이러한 도면에서 명시된 바와 같이, 경사가 CD 사 아래로 통과하는 최저 지점으로부터 인접 경사 너클의 상부로 경사가 약 200 μm/mm의 기울기를 갖는다. 보다 일반적으로 말하면, 경사는 패브릭이 크레이핑 조작 동안 그를 따라 이동하는 평면에 대해 약 11도의 각도를 갖는다. 경사의 이러한 완만한 기울기는 패브릭 42에 대해 프레스되는 웹에서의 섬유들이, 상기 섬유들의 일부가 인접 너클의 상부 너머로 완전히 미끄러지기(slip up) 전에, 경사의 기울어진 부분 상에 오직 약간만 쌓이도록 하는 것으로 믿어진다. 이에 의해, 패브릭 42에서의 경사의 완만한 기울기는 경사가 웹에 의해 접촉되는 보다 가파른 기울기를 갖는 다른 패브릭과 비교하여, 웹의 섬유들에 대한 더 적은 갑작스러운 중단 및 섬유의 더 적은 조밀화(densification)를 생성한다.
패브릭 42 및 43 둘 모두는 보다 높은 PVDI-KR 값을 갖고, 본원에 기재된 다른 구조화 패브릭의 PVDI-KR 값과 함께 이들 값은 일반적으로 본 발명의 구현예에서 확인될 수 있는 PVDI-KR 값의 범위를 나타낸다. 또한, 심지어 보다 높은, 예를 들어 최대 약 250의 PVDI-KR 값을 갖는 구조화 패브릭이 또한 사용될 수 있다.
패브릭 42의 특성들을 평가하기 위해, 상기 패브릭 및 비교를 위해 패브릭 45를 사용하여 일련의 시험을 수행하였다. 이러한 시험에서, 도 1에 나타낸 일반적인 구성을 갖는 제지기를 사용하여 흡수성 타월 베이스시트를 형성하였다. 상기에 개괄적으로 기재되었으며 상기 언급된 '563 특허에 구체적으로 제시된 비TAD 공정을 사용하였으며, 여기서 웹은 이것이 크레이핑 닙에서 구조화 패브릭 (즉, 패브릭 42 또는 45)의 상부 면 상으로 이송될 때 약 40 내지 약 43 퍼센트의 점조도를 갖는 시점까지 탈수되었다. 이러한 시험의 다른 특정한 파라미터는 하기 표 4에 나타낸 바와 같았다.
공정 변수 위치 비율
지료
 프리미엄(premium) ("P"):
70 % NSWK/ 30% 유칼립투스.
또는
비프리미엄 ("NP"):
70 % SSWK/ 30% SHWK
 계층화됨
리파이너
 스톡 가변적임
WSR/CMC
(#/T (총))
 정적 혼합기 20/3.2
탈착제 첨가 없음 없음
크레이프 롤 하중 크레이프 롤
 40-60 PLI
패브릭 크레이프
 크레이프 롤 하기 표에 명시되어 있는 바와 같음
릴 크레이프 릴 2%
성형 박스 진공
 성형 박스 최대(full) 내지
0에서 가변적임
패브릭 42 및 45를 사용하여 이러한 시험에서 제조된 베이스시트의 특성들을 하기 표 5 내지 9에 나타냈다. 하기 표 5 내지 9에 명시된 특성들을 측정하기 위해 사용된 시험 프로토콜은 미국 특허 번호 7,399,378 및 8,409,404 (이는 그 전문이 본원에 참조로 통합됨)에서 찾아볼 수 있다. "N/C"의 표시는 특정한 시험에 대해 특성이 계산되지 않았음을 나타낸다.
시험 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
패브릭 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45
패브릭 크레이프
(%)		 3 3 5 5 8 8 15 15 20 20 30
지료 NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP
캘리퍼
(mils/8 sheets)		 63.18 62.93 68.20 67.35 77.98 77.53 84.98 88.43 92.38 90.55 99.38
평량
(basis weight)
(lb/3000 ft2)		 15.17 15.42 15.33 15.38 15.31 15.34 15.59 15.28 15.85 15.50 15.47
MD 인장 강도
(g/3 in)		 1590 1554 1353 1639 1573 1498 1387 1445 1401 1145 1119
MD 연신율 (%) 8.1 8.9 9.8 10.3 13.1 12.4 20.1 18.8 24.2 24.5 33.9
CD 인장 강도
(g/3 in)		 1393 1382 1294 1420 1393 1428 1401 1347 1231 1200 1272
CD 연신율 (%) 4.5 4.8 4.5 4.7 4.9 4.9 6.1 7.1 6.1 6.0 7.0
습윤 인장 강도
(Finch)
경화됨-CD
(g/3 in)		 378.42 377.31 396.72 426.79 392.27 399.08 389.35 359.39 381.15 383.22 388.66
SAT 용량 (g/m2) 303.76 316.09 329.09 339.94 369.38 362.64 421.02 415.43 454.08 420.03 486.14
GM 인장 강도
(g/3 in)		 1488 1466 1323 1526 1481 1462 1394 1395 1313 1172 1193
GM 파단 모듈러스
(Break Modulus)
(g/%)		 254.08 227.72 198.96 220.16 186.53 189.30 130.30 116.76 108.50 97.10 78.67
SAT 시간 (s) N/C N/C N/C N/C 47.3 47.3 N/C N/C N/C N/C N/C
건조 인장 강도 비 1.14 1.12 1.05 1.15 1.13 1.05 0.99 1.07 1.14 0.95 0.88
SAT율(SAT Rate)
g/s0.5 		N/C N/C N/C N/C 0.1233 0.1073 N/C N/C N/C N/C N/C
총 건조 인장 강도 (g/3 in) 2983 2937 2647 3059 2967 2926 2788 2792 2632 2345 2391
CD 습윤/건조
인장 강도		 0.27 0.27 0.31 0.30 0.28 0.28 0.28 0.27 0.31 0.32 0.31
원지(Raw) 평량
중량 (g)		 1.147 1.166 1.159 1.163 1.158 1.160 1.179 1.156 1.198 1.172 1.170
T.E.A. CD
(mm-g/mm2)		 0.386 0.388 0.370 0.439 0.448 0.434 0.505 0.537 0.472 0.445 0.521
T.E.A. MD
(mm-g/mm2)		 0.693 0.759 0.733 0.911 1.043 0.982 1.461 1.400 1.700 1.431 1.993
CD 파단 모듈러스
(g/%)		 314.12 292.46 274.57 305.26 283.37 297.78 240.35 171.68 200.07 199.94 190.52
MD 파단 모듈러스
(g/%)		 205.51 177.30 144.18 158.79 122.78 120.33 70.64 79.40 58.84 47.16 32.48
시험 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
패브릭 45 45 42 42 42 42 42 42 42 42 42
패브릭
크레이프 (%)		 30 40 5 5 8 8 12 12 15 15 17.5
지료 NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP
캘리퍼
(mils/8 sheets)		 100.03 103.35 104.73 101.30 103.33 106.95 112.40 111.78 115.83 124.73 118.75
평량
(lb/3000 ft2)		 15.48 15.89 15.55 15.71 15.16 15.77 15.52 14.99 15.62 15.46 15.54
MD 인장 강도
(g/3 in)		 1191 1310 1346 1404 1217 1381 1205 1118 1139 1193 1100
MD 연신율
(%)		 33.8 42.1 9.4 9.2 11.9 13.6 16.3 16.8 18.5 18.6 22.5
CD 인장 강도
(g/3 in)		 1216 1091 1221 1171 1164 1305 1229 1187 1208 1273 1186
CD 연신율
(%)		 6.4 9.7 6.7 6.5 7.6 6.7 8.2 9.0 8.9 7.3 8.4
습윤 인장 강도
(Finch)
경화됨-CD (g/3 in)		 375.14 333.25 384.19 341.28 334.01 391.05 383.33 356.94 367.40 386.18 398.40
SAT 용량
(g/m2)		 482.86 N/C 421.51 426.61 457.53 455.88 479.24 509.33 533.67 491.24 515.91
GM 인장 강도
(g/3 in)		 1203 1195 1282 1283 1191 1343 1217 1152 1173 1232 1142
GM
파단 모듈러스
(g/%)		 84.14 59.92 162.90 168.66 128.36 141.14 105.49 93.56 94.07 106.55 84.05
SAT 시간 (s) N/C N/C 58.5 55.9 48.4 62.4 46.9 46.6 43.8 39.6 40.8
건조 인장 강도 비 0.98 1.20 1.10 1.20 1.05 1.06 0.98 0.94 0.94 0.94 0.93
SAT율
g/s0.5 		N/C N/C 0.1240 0.1250 0.1460 0.1330 0.1463 0.1703 0.1787 0.1653 0.1747
총 건조
인장 강도
(g/3 in)		 2406 2401 2568 2576 2382 2686 2434 2305 2347 2466 2286
CD
습윤/건조
인장 강도		 0.31 0.31 0.31 0.29 0.29 0.30 0.31 0.30 0.30 0.30 0.34
원지 평량
중량 (g)		 1.170 1.202 1.176 1.188 1.146 1.193 1.173 1.134 1.181 1.169 1.175
T.E.A. CD
(mm-g/mm2)		 0.493 0.614 0.486 0.458 0.504 0.520 0.561 0.586 0.600 0.527 0.555
T.E.A. MD
(mm-g/mm2)		 2.102 2.729 0.854 0.875 0.965 1.147 1.262 1.191 1.326 1.397 1.476
CD
파단 모듈러스
(g/%)		 200.28 115.03 186.61 185.12 160.98 196.28 149.84 131.23 142.85 172.21 141.16
MD
파단 모듈러스
(g/%)		 35.35 31.21 142.20 153.67 102.35 101.49 74.26 66.71 61.95 65.93 50.04
시험 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
패브릭 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42
패브릭
크레이프
(%)		 17.5 20 20 25 25 3 3 5 5 8 8
지료 NP NP NP NP NP P P P P P P
캘리퍼
(mils/8 sheets)		 120.55 125.73 119.30 119.08 117.58 88.60 80.00 102.35 99.75 106.93 113.50
평량
(lb/3000 ft2)		 15.36 15.46 15.54 15.71 15.56 15.38 15.73 15.46 15.67 15.73 15.59
MD
인장 강도
(g/3 in)		 1156 1168 1218 1098 1164 1545 1481 1255 1336 1305 1266
MD
연신율
(%)		 22.7 24.9 24.5 28.8 29.6 8.6 8.3 11.5 11.5 13.5 13.4
CD 인장 강도 (g/3 in) 1230 1137 1220 1135 1160 1353 1263 1171 1194 1202 1145
CD
연신율(%)		 9.5 9.8 10.1 9.0 8.7 6.6 6.6 7.4 7.7 7.1 8.4
습윤 인장
강도
(Finch)
경화됨-CD
(g/3 in)		 389.77 355.26 412.54 353.38 358.26 394.94 400.23 365.83 380.93 404.07 342.44
SAT
용량
(g/m2)		 549.13 566.40 487.13 550.61 541.90 366.91 380.56 438.45 424.80 462.79 454.57
GM
인장 강도
(g/3 in)		 1192 1152 1219 1116 1162 1446 1368 1212 1263 1252 1204
GM
파단 모듈러스
(g/%)		 79.01 75.16 77.59 69.14 71.02 189.84 187.19 134.80 135.76 127.34 114.64
SAT 시간
(s)		 46.2 82.5 61.1 49.6 46.0 59.8 61.4 60.9 61.3 63.5 58.6
건조 인장 강도
비		 0.94 1.03 1.00 0.97 1.00 1.14 1.17 1.07 1.12 1.09 1.11
SAT율 g/s0.5 0.1747 0.1410 0.1297 0.1593 0.1613 0.0753 0.0917 0.1230 0.1123 0.1313 0.1263
총
건조
인장 강도
(g/3 in)		 2386 2305 2438 2233 2324 2898 2744 2426 2530 2506 2411
CD
습윤/건조
인장 강도		 0.32 0.31 0.34 0.31 0.31 0.29 0.32 0.31 0.32 0.34 0.30
원지 평량
중량
(g)		 1.162 1.169 1.175 1.188 1.176 1.163 1.189 1.169 1.185 1.190 1.179
T.E.A. CD
(mm-g/mm2)		 0.638 0.647 0.652 0.610 0.613 0.503 0.492 0.505 0.533 0.501 0.514
T.E.A. MD
(mm-g/mm2)		 1.520 1.661 1.710 1.849 1.965 0.843 0.784 0.924 0.965 1.090 1.054
CD
파단 모듈러스 (g/%)		 121.69 118.88 118.90 125.56 129.39 202.35 193.60 160.78 156.90 165.68 136.75
MD
파단 모듈러스
(g/%)		 51.31 47.52 50.63 38.07 38.99 178.10 181.00 113.03 117.47 97.87 96.10
시험 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
패브릭 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42
패브릭 크레이프 (%) 12 12 15 15 17.5 17.5 20 20 25 25
지료 P P P P P P P P P P
캘리퍼 (mils/8 sheets) 106.90 111.85 126.78 113.55 116.38 117.43 124.28 118.38 127.15 123.45
평량 (lb/3000 ft2) 15.25 15.52 15.28 15.56 15.22 15.13 15.27 15.36 15.73 15.66
MD 인장 강도
(g/3 in)		 1285 1362 1151 1099 1163 1246 1311 1268 1126 1114
MD 연신율 (%) 18.0 17.8 21.4 20.1 24.2 21.7 24.1 25.6 30.0 29.5
CD 인장 강도
(g/3 in)		 1263 1291 1105 1239 1309 1156 1279 1188 1153 1215
CD 연신율 (%) 8.9 8.2 9.8 8.9 9.8 10.1 10.4 10.4 11.3 10.8
습윤 인장 강도
(Finch)
경화됨-CD
(g/3 in)		 361.36 377.41 363.51 382.17 382.19 340.60 364.82 370.56 380.50 371.50
SAT 용량 (g/m2) 540.09 498.97 502.43 514.43 535.48 558.67 585.81 568.05 553.90 551.76
GM 인장 강도
(g/3 in)		 1274 1326 1128 1167 1234 1200 1295 1227 1139 1163
GM 파단
모듈러스
(g/%)		 101.68 109.99 78.18 87.01 80.40 82.55 84.45 76.02 62.29 64.93
SAT 시간 (s) 37.5 42.7 55.4 47.3 50.2 51.4 45.1 44.3 66.6 53.5
건조
인장 강도 비		 1.02 1.06 1.04 0.89 0.89 1.08 1.03 1.07 0.98 0.92
SAT율 g/s0.5 0.1637 0.1557 0.1480 0.1570 0.1623 0.1553 0.1753 0.1783 0.1453 0.1483
총 건조
인장 강도
(g/3 in)		 2548 2652 2257 2338 2472 2402 2589 2456 2279 2328
CD 습윤/
건조
인장 강도		 0.29 0.29 0.33 0.31 0.29 0.29 0.29 0.31 0.33 0.31
원지
평량
중량 (g)		 1.153 1.173 1.156 1.177 1.151 1.144 1.155 1.161 1.189 1.184
T.E.A.CD
(mm-g/mm2)		 0.627 0.625 0.566 0.600 0.676 0.617 0.695 0.659 0.691 0.703
T.E.A.MD
(mm-g/mm2)		 1.393 1.474 1.421 1.371 1.592 1.599 1.825 1.803 1.928 1.907
CD 파단
모듈러스 (g/%)		 145.26 158.25 111.51 137.62 134.41 116.31 128.13 116.00 101.44 113.29
MD 파단
모듈러스 (g/%)		 71.18 76.45 54.81 55.01 48.09 58.59 55.66 49.82 38.25 37.21
시험 44 45 46 47
패브릭 42 42 42 42
패브릭 크레이프 (%) 30 30 35 35
지료 P P P P
캘리퍼 (mils/8 sheets) 126.38 124.25 122.83 123.23
평량 (lb/3000 ft2) 15.75 15.47 15.35 14.46
MD 인장 강도 (g/3 in) 1126 1118 1157 1097
MD 연신율 (%) 35.0 35.2 33.9 34.4
CD 인장 강도 (g/3 in) 1050 1090 1083 1097
CD 연신율 (%) 11.2 10.2 10.6 10.8
습윤 인장 강도
(Finch)
경화됨-CD (g/3 in)		 366.41 398.97 363.35 377.73
SAT 용량 (g/m2) 549.30 522.16 544.69 533.02
GM 인장 강도 (g/3 in) 1088 1104 1119 1097
GM 파단 모듈러스 (g/%) 54.29 56.95 59.34 56.65
SAT 시간 (s) 51.3 66.1 58.4 53.2
건조 인장 강도 비 1.07 1.03 1.07 1.00
SAT율 g/s0.5 0.1457 0.1330 0.1543 0.1547
총 건조 인장 강도 (g/3 in) 2176 2208 2240 2194
CD 습윤/건조 인장 강도 0.35 0.37 0.34 0.34
원지 평량 중량 (g) 1.191 1.170 1.161 1.093
T.E.A. CD (mm-g/mm2) 0.625 0.628 0.639 0.623
T.E.A. MD (mm-g/mm2) 2.094 2.062 2.049 2.074
CD 파단 모듈러스 (g/%) 90.54 103.85 103.20 100.59
MD 파단 모듈러스 (g/%) 32.55 31.23 34.12 31.90
표 5 내지 9에 나타낸 시험의 결과는, 패브릭 42를 사용하여 특성들, 특히 캘리퍼 및 흡수도의 뛰어난 조합을 갖는 베이스시트를 제조할 수 있음을 입증한다. 이론에 의해 얽매이지 않지만, 본 발명자들은 이러한 결과가 부분적으로 패브릭 42에서의 너클 및 포켓의 구성으로부터 기인한다고 믿는다. 구체적으로, 패브릭 42의 구성은 포켓의 종횡비 (즉, MD로의 포켓의 길이 대 CD로의 포켓의 폭)로 인하여 매우 효율적인 크레이핑 조작을 제공하며, 상기 포켓은 깊고, 상기 포켓은 MD로 길며 거의 연속적인 라인으로 형성된다. 포켓의 이러한 특성은 큰 섬유 "이동성"을 가능하게 하며, 이는 습윤 압축된 웹이 국부화된 평량 이동(localized basis weight movement)을 생성하는 기계적 힘을 받는 상태이다. 또한, 크레이핑 공정 동안, 웹에서의 셀룰로오스 섬유는 다양한 국부화된 힘을 받고 (예를 들어, 밀리고, 당겨지고, 휘어지고, 박리되고), 후속으로 서로 더욱 분리된다. 즉, 상기 섬유는 탈착(debonded)되며, 제품에 대한 보다 낮은 모듈러스를 낳는다. 따라서, 웹은 보다 양호한 진공 "성형성(moldability)"을 가지며, 이는 보다 큰 캘리퍼 및 보다 큰 흡수를 제공하는 보다 개방된 구조를 유발한다.
패브릭 42의 포켓 구조와 함께 제공되는 섬유 이동성은 도 15 및 16에 나타낸 결과에서 볼 수 있다. 이들 도면은 시험에 사용된 다양한 크레이프 수준에서의 캘리퍼, SAT 용량 및 공극 체적을 비교한다. 도 15 및 16은, 심지어 진공 성형이 사용되지 않은 패브릭 42를 사용한 시험에서도, 패브릭 크레이프 수준 증가에 따라 캘리퍼 및 SAT 용량이 증가하였음을 나타낸다. 진공 성형이 없었기 때문에, 결과적으로 캘리퍼 및 SAT 용량에서의 이러한 증가는 패브릭 42에서의 섬유 이동성과 직접적으로 관련된다. 도 15 및 16은 또한 높은 양의 캘리퍼 및 SAT 용량이 패브릭 42를 사용하여 달성됨을 입증한다 ― 진공 성형이 사용되는 시험에서, 각각의 크레이핑 수준에서 패브릭 42를 사용하여 제조된 베이스시트의 캘리퍼 및 SAT 용량은 패브릭 45를 사용하여 제조된 베이스시트의 캘리퍼 및 SAT 용량보다 훨씬 더 컸다.
패브릭 42에 의해 제공된 섬유 성형성은 또한 도 15 및 16에 나타낸 결과에서 볼 수 있다. 구체적으로, 진공 성형이 사용되지 않은 시험 및 진공 성형이 사용된 시험에서의 캘리퍼 및 SAT 용량의 차이는 웹에서의 섬유가 패브릭 42 상에서 매우 성형성임을 입증한다. 하기에 논의될 바와 같이, 진공 성형은 섬유 42의 포켓에 형성된 웹의 영역에서 섬유들을 잡아당겨낸다. 큰 섬유 성형성은, 섬유가 이러한 성형 조작에서 고도로 잡아당겨지며, 이는 생성된 제품에서 증가된 캘리퍼 및 SAT 용량을 낳는 것을 의미한다.
도 19는 또한, 패브릭 크레이프 수준에서의 시험으로부터의 베이스시트의 공극 체적을 비교함으로써 보다 큰 섬유 이동성이 패브릭 42로 달성됨을 입증한다. 시트의 흡수도는, 본질적으로 셀룰로오스 섬유들 사이의 공간의 척도인 공극 체적과 직접적으로 관련된다. 공극 체적은 상기 언급된 미국 특허 번호 7,399,378에 제시된 절차에 의해 측정된다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 진공 성형이 사용되지 않은, 패브릭 42를 사용한 시험에서 패브릭 크레이프가 증가함에 따라 공극 체적은 증가하였다. 이는 셀룰로오스 섬유가 추가의 공극 체적을 생성하기 위해 각각의 패브릭 크레이프 수준에서 서로 더욱 분리되었음 (즉, 보다 낮은 생성 모듈러스를 가지며 탈착됨)을 나타낸다. 도 19는 추가로, 진공 성형이 사용되는 경우, 패브릭 42는 각각의 패브릭 크레이프 수준에서 종래 패브릭 45보다 더 큰 공극 체적을 갖는 베이스시트를 생성함을 입증한다.
패브릭 42를 사용하는 경우의 섬유 이동성은 패브릭 42를 사용하여 제조된 베이스시트의 연질 x선 이미지인 도 20a, 20b, 21a 및 21b에서 또한 볼 수 있다. 통상의 기술자가 이해되는 바와 같이, 연질 x선 이미지화는 종이에서 질량 균일성을 검량하는 데 사용될 수 있는 고해상도 기술이다. 도 20a 및 20b에서의 베이스시트는 8 퍼센트의 패브릭 크레이프를 갖도록 제조된 한편, 도 21a 및 21b에서의 베이스시트는 25 퍼센트의 패브릭 크레이프를 갖도록 제조되었다. 도 20a 및 21a는 보다 "거시적" 수준에서의 섬유 이동을 나타내며, 상기 이미지들은 26.5 mm × 21.2 mm의 면적을 나타낸다. 더 적은 질량의 파형 패턴 (상기 이미지들에서 보다 밝은 영역에 해당함)은 보다 높은 패브릭 크레이프 (도 21a) 경우 볼 수 있지만, 더 적은 질량의 영역은 보다 낮은 패브릭 크레이프 (도 20a)의 경우 쉽게 볼 수 없다. 도 20b 및 21b는 보다 "미시적" 수준에서의 섬유 이동을 나타내며, 상기 이미지들은 13.2 mm × 10.6 mm의 면적을 나타낸다. 셀룰로오스 섬유들은, 보다 낮은 섬유 크레이프 (도 20b)의 경우보다 더 높은 패브릭 크레이프 (도 21b)의 경우 서로 더욱 거리를 두며, 떨어져 놓여지는 것으로서 명백히 보여질 수 있다. 총괄하여, 연질 x선 이미지는, 패브릭 42는 큰 섬유 이동성을 제공하며, 보다 높은 국부화된 질량 이동은 보다 낮은 패브릭 크레이프 수준에서보다는 보다 높은 패브릭 크레이프 수준에서 보여짐을 추가로 확인시켜준다.
도 17 및 18, 및 또한 도 19는 지료에 관한 시험의 결과를 나타낸다. 구체적으로, 이들 도면은 패브릭 42가 비프리미엄 지료를 사용하는 경우 프리미엄 지료의 경우와 같이 필적한 만한 양의 캘리퍼, SAT 용량 및 공극 체적을 생성할 수 있음을 나타낸다. 이는 패브릭 42가 보다 낮은 비용의 비프리미엄 지료를 사용하여 뛰어난 결과를 달성할 수 있음을 입증하는 것이기 때문에 매우 유익한 결과이다.
패브릭 42가 매우 긴(extra-long) 경사 너클을 갖기 때문에, 상술한 다른 매우 긴 경사 너클 패브릭의 경우와 같이, 패브릭 42를 사용하여 제조된 제품은 CD 방향으로 연장되는 다수의 만입형 바를 가질 수 있다. 상기 만입형 바는 또한 구조화 패브릭의 포켓 내로 이동되는 웹의 부분들에 생성되는 접힌 부분들의 결과이다. 패브릭 42의 경우에, 너클의 길이 및 포켓을 가로지르는 길이의 종횡비가 접힌 부분/만입형 바의 형성을 심지어 추가로 향상시키는 것으로 믿어진다. 이는, 웹이 패브릭 42의 포켓 내에서 보다 이동성이면서 긴 경사 너클 상에서 반억제되기(semi-restrained) 때문이다. 그 결과 웹은 각각의 포켓을 따라 다수의 위치에서 좌굴되거나(buckle) 또는 접힐 수 있고, 차례로 이는 제품에서 보여지는 CD 만입형 바를 낳는다.
패브릭 42로부터 제조된 흡수성 시트에 형성된 만입형 바는 도 22a 내지 22e에서 볼 수 있다. 이들 도면은 상이한 패브릭 크레이핑 수준을 갖지만 진공 성형이 사용되지 않은 패브릭 42를 사용하여 제조된 제품의 대기 면의 이미지이다. MD는 이들 도면 모두에서 수직 방향이다. 주목할 만하게는, 상술한 제품과 같이 날카롭게(sharply) 획정된 돔 영역을 갖는 대신에, 도 22a 내지 22e에서의 제품은 실질적으로 MD로 연장되는 돌출된 영역들의 평행하며 거의 연속적인 라인을 갖는 것에 의해 특성화되며, 상기 연장되는 돌출된 영역 각각은 흡수성 시트의 실질적으로 CD로 상기 돌출된 영역을 가로질러 연장되는 복수의 만입형 바를 포함한다. 이러한 돌출된 영역은 패브릭 42의 MD로 연장되는 포켓의 라인에 상응한다. 돌출된 영역들 사이에 실질적으로 MD로 또한 연장되는 연결 영역들이 존재한다. 상기 연결 영역은 패브릭 42의 긴 경사 너클에 상응한다.
도 22a에서의 제품은 25%의 패브릭 크레이프를 갖도록 제조되었다. 이러한 제품에서, 만입형 바는 매우 뚜렷하다. 이러한 패턴의 만입형 바는 크레이핑 공정 동안 평면내(in-plane) 압축, 장력, 휨 및 좌굴을 비롯한 넓은 범위의 힘을 경험하는 패브릭 42 상의 섬유 네트워크의 결과인 것으로 믿어진다. 이러한 힘 모두는 상기 논의된 바와 같은 섬유 이동성 및 섬유 성형성에 기여할 것이다. 또한, MD로 연장되는 돌출된 영역들의 거의 연속적인 성질의 결과로서, 향상된 섬유 이동성 및 섬유 성형성이 MD를 따라 거의 연속적인 방식으로 일어날 수 있다.
도 22b 내지 22e는 도 22a에 나타낸 제품과 비교하여 더 적은 패브릭 크레이핑을 갖는 제품의 구조를 나타낸다. 도 22b에서, 도시된 제품을 형성하는 데 사용된 패브릭 크레이프 수준은 15%였고, 도 22c에서 패브릭 크레이프 수준은 10%였고, 도 22d에서 패브릭 크레이프 수준은 8%였고, 도 22e에서 패브릭 크레이프 수준은 3%였다. 예상되는 바와 같이, 접힌 부분/만입형 바의 진폭은 패브릭 크레이프 수준의 감소에 따라 감소하는 것으로 보여질 수 있다. 그러나, 만입형 바의 주파수는 패브릭 크레이프 수준 전체에 걸쳐 대략 동일하게 유지되는 것이 주목할 만하다. 이는, 사용되는 패브릭 크레이프 수준에 관계없이 웹이 패브릭 42에서의 너클 및 포켓에 대해 동일한 위치에서 좌굴/접히는 것을 나타낸다. 따라서, 접힌 부분/만입형 바의 형성으로부터 기인하는 유익한 특성들은 심지어 보다 낮은 패브릭 크레이프 수준에서도 발견될 수 있다.
요약하면, 도 22a 내지 22e는, 패브릭 42의 높은 포켓 종횡비는 덜 조밀하게 하는(decompacting) 에너지를 웹에 균일하게 발휘하여 섬유 이동성 및 섬유 성형성이 넓은 패브릭 크레이핑 범위에 걸쳐 촉진되도록 하는 능력을 갖는다는 것을 나타낸다. 또한, 이러한 섬유 이동성 및 섬유 성형성은 패브릭 42를 사용하여 제조된 흡수성 시트에서 발견되는 뛰어난 특성들, 예컨대 캘리퍼 및 SAT 용량에서의 매우 중요한 인자이다.
도 23a 내지 24b는 패브릭 42를 사용하여 제조된 제품 (도 23a 및 24a) 및 패브릭 45를 사용하여 제조된 비교 제품 (도 23b 및 24b)의 대기 면의 주사 전자 현미경 이미지이다. 이러한 경우에, 상기 제품들은 30%의 패브릭 크레이프 및 최대 진공 성형으로 제조되었다. 도 23a 및 23b에서의 이미지의 중심 영역은 각각의 패브릭의 포켓에서 이루어진 부분을 나타내며, 상기 중심 영역 둘레의 부분은 각각의 패브릭의 너클 상에 형성된 영역에 상응한다. 도 24a 및 24b에 나타낸 횡단면은 실질적으로 MD를 따라 연장되며, 패브릭 42 제품의 연장되는 돌출된 영역이 도 24a에서 보여지고, 다수의 돔 (다수의 포켓에 형성된 바와 같음)이 도 24b에 나타낸 패브릭 45 제품에서 보여진다. 패브릭 42를 사용하여 제조된 제품에서의 섬유는 패브릭 45를 사용하여 제조된 제품에서의 셀룰로오스 섬유보다 훨씬 덜 조밀하게 패킹되어 있음을 매우 명백히 알 수 있다. 즉, 패브릭 45 제품에서의 중심 돔 영역은 고도로 조밀하다 ― 패브릭 42 제품에서의 포켓 영역 둘레의 연결 영역보다 더 조밀한 것까지는 아니더라도 그만큼 조밀하다. 또한, 도 24a 및 24b는 패브릭 45 제품에서보다 패브릭 42 제품에서 섬유가 훨씬 더 헐거움, 즉 덜 조밀함을 나타내며, 도 24a에서 뚜렷한 섬유들이 패브릭 42 제품 구조로부터 튀어나와 있다. 이에 의해 도 23a 내지 24b는, 상기 패브릭 42가 다량의 섬유 이동성 및 섬유 성형성의 크레이핑 공정을 제공하며, 차례로 이는 상기 패브릭을 사용하여 제조된 흡수성 시트 제품에서 유의미하게 감소된 밀도의 영역을 유발함을 추가로 확인시켜 준다. 감소된 밀도의 영역은 제품에서의 보다 큰 흡수도를 제공한다. 또한, 감소된 밀도의 영역은, 상기 시트가 상기 감소된 밀도의 영역에서 보다 "부풀기(puffed out)" 때문에 보다 큰 캘리퍼를 제공한다. 또한 추가로, 상기 부푼 덜 조밀한 영역은 만지기에 보다 유연성인 제품 촉감을 유발할 것이다.
본 발명의 구현예에 따른 전환된 타월 제품의 특성을 평가하기 위해 패브릭 42를 사용하여 추가의 시험을 수행하였다. 이들 시험에 대해, 상기 표 4 및 5와 함께 기재된 시험과 동일한 조건을 사용하였다. 이어서, 베이스시트를 2겹의 종이 타월로 전환시켰다. 하기 표 10은 이들 시험에 대한 전환 사양을 나타낸다. 이들 시험에서 제조된 제품의 특성은 하기 표 11 내지 13에 나타냈다.
전환 공정 접착
겹수 2
롤 직경 가변적임
시트 번수 60
시트 길이 10.4
시트 폭 11 in.
롤 압축률 6 - 12%
엠보싱 공정 미국 특허 디자인 번호 D504236에 제시된 엠보싱 패턴을 갖는 미국 특허 번호 6,827,819 (이는 그 전문이 참조로 통합됨)의 공정을 따름
엠보싱 패턴 일정함/비가변적임
시험 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
패브릭 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42
패브릭 크레이프 (%) 3 5 8 12 15 17.5 20 25 30 35
지료 P P P P P P P P P P
평량 (lbs/ream) 31.57 31.39 31.27 31.12 31.21 30.94 31.34 31.69 31.50 29.99
캘리퍼 (mils/8 sheets) 152.9 183.1 185.9 204.1 215.2 218.7 225.2 236.0 229.9 223.3
MD 인장 강도 (g/3 in) 3,296 2,716 2,786 2,651 2,454 2,662 2,624 2,405 2,553 2,363
CD 인장 강도 (g/3 in) 2,656 2,479 2,503 2,526 2,420 2,617 2,668 2,478 2,279 2182
GM 인장 강도 (g/3 in) 2,958 2,595 2,641 2,588 2,437 2,639 2,646 2,441 2,412 2271
인장 강도 비 1.24 1.10 1.11 1.05 1.01 1.02 0.98 0.97 1.12 1.08
MD 연신율 (%) 8.7 11.0 13.5 17.3 20.3 22.6 25.2 28.5 32.3 32.2
CD 연신율 (%) 6.1 7.0 7.7 8.3 9.0 9.0 9.4 10.1 10.6 10.7
CD 습윤 인장 강도 - Finch (g/3 in) 797 724 738 747 746 788 803 729 728 707
CD 습윤/건조 강도 - Finch (%) 30.0 29.2 29.5 29.6 30.8 30.1 30.1 29.4 31.9 32.4
천공(Perf) 인장 강도 (g/3") 608 534 577 572 562 601 560 495 616 514
SAT 용량 (g/m2) 344 404 385 416 450 465 479 530 527 520
SAT 용량 (g/g) 6.7 7.9 7.6 8.2 8.9 9.2 9.4 10.3 10.3 10.6
SAT율 (g/sec0.5) 0.09 0.15 0.10 0.12 0.14 0.15 0.15 0.18 0.17 0.19
GM 파단 모듈러스 (g/%) 407.2 295.3 257.7 216.5 180.4 183.4 172.7 144.8 130.0 122.8
롤 직경 (in) 4.57 4.93 5.01 5.03 5.07 5.08 5.15 5.35 5.12 5.14
롤 압축률 (%) 12.1 11.56 12.38 10.06 7.89 7.81 6.93 8.78 6.90 7.52
감각 유연성 N/C 10.1 9.7 N/C N/C N/C 9.0 9.2 N/C N/C
시험 11 12 14 15 16 17 18 19 20 21
패브릭 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42
패브릭 크레이프 (%) 35 5 8 12 15 17.5 20 25 20 25
지료 P NP NP NP NP NP NP NP NP NP
평량 (lbs/ream) 29.99 31.41 31.67 31.09 31.61 31.34 31.60 31.85 31.43 31.26
캘리퍼 (mils/8 sheets) 223.3 175.6 183.0 197.8 213.4 212.3 220.6 220.3 200.3 208.2
MD 인장 강도 (g/3 in) 2,363 2,878 2,885 2,481 2,447 2,385 2,397 2374 2,684 2424
CD 인장 강도 (g/3 in) 2182 2,495 2,621 2,523 2,563 2,615 2,523 2341 2,545 2591
GM 인장 강도 (g/3 in) 2271 2,680 2,750 2,502 2,505 2,497 2,460 2357 2,613 2506
인장 강도 비 1.08 1.15 1.10 0.98 0.95 0.91 0.95 1.01 1.05 0.94
MD 연신율 (%) 32.2 10.1 12.9 16.9 19.0 20.5 23.0 28.5 23.8 27.4
CD 연신율 (%) 10.7 7.2 7.6 8.2 8.1 8.6 8.8 9.6 8.5 8.4
CD 습윤 인장 강도 - Finch (g/3 in) 707 767 828 825 752 758 752 770 865 738
CD 습윤/건조 강도 - Finch (%) 32.4 30.7 31.6 32.7 29.3 29.0 29.8 32.9 34.0 28.5
천공 인장 강도 (g/3 in) 514 644 668 575 586 496 580 602 614 530
SAT 용량 (g/m2) 520 362 402 430 497 490 520 514 473 499
SAT 용량 (g/g) 10.6 7.1 7.8 8.5 9.7 9.6 10.1 9.9 9.2 9.8
SAT율 (g/sec0.5) 0.19 0.11 0.14 0.14 0.22 0.23 0.22 0.20 0.19 0.24
GM 파단 모듈러스
(g/%)		 122.8 313.3 278.5 211.4 201.2 188.2 171.6 144.0 182.3 164.6
롤 직경 (in) 5.14 4.79 4.84 4.89 5.13 5.05 5.31 5.10 5.03 5.01
롤 압축률 (%) 7.52 8.70 9.02 7.08 9.48 7.52 11.74 6.86 10.14 7.71
감각 유연성 N/C 9.4 N/C N/C 9.2 N/C 9.2 9.1 N/C 8.8
시험 22 23 24 25 26 27 28
패브릭 42 45 45 45 45 45 45
패브릭 크레이프 (%) 25 3 5 8 15 20 30
지료 NP NP NP NP NP NP NP
평량 (lbs/ream) 26.22 31.20 31.53 30.83 31.11 31.24 30.98
캘리퍼 (mils/8 sheets) 120.3 130.5 137.3 159.3 164.1 172.5 182.3
MD 인장 강도 (g/3 in) 2687 2,939 2,742 2,787 2,647 2,649 2,629
CD 인장 강도 (g/3 in) 2518 2,569 2,510 2,664 2,726 2,647 2,594
GM 인장 강도 (g/3 in) 2601 2,748 2,623 2,724 2,686 2,648 2,611
인장 강도 비 1.07 1.14 1.09 1.05 0.97 1.00 1.01
MD 연신율 (%) 30.0 8.4 9.3 18.7 18.1 21.7 31.1
CD 연신율 (%) 7.9 5.1 5.0 6.3 6.4 7.0 7.7
CD 습윤 인장 강도 - Finch (g/3 in) 793 732 767 764 756 766 789
CD 습윤/건조 강도 - Finch (%) 31.5 28.5 30.5 28.7 27.7 28.9 30.4
천공 인장 강도 (g/3 in) 613 621 528 593 637 591 570
SAT 용량 (g/m2) 215 298 314 384 386 406 404
SAT 용량 (g/g) 5.0 5.9 6.1 7.7 7.6 8.0 8.0
SAT율 (g/sec0.5) 0.04 0.10 0.10 0.14 0.14 0.15 0.14
GM 파단 모듈러스
(g/%)		 168.2 422.4 385.5 276.5 249.2 213.6 166.6
롤 직경 (in) 5.24 4.35 4.36 4.44 4.54 4.61 4.55
롤 압축률 (%) 6.16 14.5 13.9 10.0 9.1 8.4 5.2
감각 유연성 N/C N/C 9.3 N/C N/C 8.7 8.4
시험 22는 오직 1겹 제품을 형성하였지만, 그 외에는 다른 시험과 동일한 방식으로 전환되었음을 주목한다.
상기 표 11 내지 13에 나타낸 결과는 본 발명에 따른 긴 경사 너클 패브릭을 사용하여 달성될 수 있는 탁월한 특성들을 입증한다. 예를 들어, 패브릭 42를 사용하여 제조된 최종 제품은 패브릭 45를 사용하여 제조된 비교 제품보다 더 높은 캘리퍼 및 더 높은 SAT 용량을 가졌다. 또한, 상기 표 11 내지 13에서의 결과는 프리미엄 또는 비프리미엄 지료가 사용되는지 여부에 관계없이 패브릭 42를 사용하여 매우 필적할 만한 제품이 제조될 수 있음을 입증한다.
본원에 기재된 시험에서 제조된 제품의 특성들에 기초하여, 본원에 기재된 긴 경사 너클 구조화 패브릭은 특성들의 뛰어난 조합을 갖는 제품을 제공하는 방법에 사용될 수 있음이 명백하다. 예를 들어, 본원에 기재된 긴 경사 너클 구조화 패브릭은 상기 일반적으로 기재되며 상기 언급된 '563 특허에 구체적으로 제시된 비TAD 공정과 함께 사용되어 (여기서 제지 지료는 크레이핑 전에 치밀하게 탈수됨), 적어도 약 9.5 g/g 및 적어도 약 500 g/m2의 SAT 용량을 갖는 흡수성 시트를 형성한다. 또한, 이러한 흡수성 시트는 약 25% 미만의 크레이핑 비를 사용하면서 상기 방법에서 형성될 수 있다. 심지어 또한, 상기 방법 및 긴 경사 너클 구조화 패브릭을 사용하여, 적어도 약 10.0 g/g 및 적어도 약 500 g/m2의 SAT 용량을 가지며 약 30 lbs/ream 미만의 평량 및 220 mils/8 sheets의 캘리퍼를 갖는 흡수성 시트를 제조할 수 있다. 본 발명자들은 이전에는 이러한 유형의 방법이 이러한 흡수성 시트를 결코 생성하지 않았음을 믿는다.
본 발명이 특정의 구체적인 예시적 구현예로 기재되어 있지만, 본 개시내용을 고려하여 다수의 추가의 수정 및 변형이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 구체적으로 기재된 바와 다르게 실시될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 예시적인 구현예는 모든 측면에서 예시적이며 제한적이지 않고, 본 발명의 범위는 상기 설명에 의해서보다는 본 출원 및 이의 균등물에 의해 지지될 수 있는 청구범위에 의해 결정되는 것으로 간주되어야 한다.
본 발명은 핸드 타월 또는 화장지와 같은 목적하는 종이 제품의 제조에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 종이 제품 산업에 이용가능하다.

Claims (44)

  1. 제1 면 및 제2 면을 갖는 흡수성 셀룰로오스 시트로서, 상기 흡수성 시트는
    상기 흡수성 시트의 제1 면으로부터 돌출된 복수의 돔형(domed) 영역; 및
    상기 흡수성 시트의 돔형 영역을 상호연결하는 네트워크를 형성하는 연결 영역을 포함하고,
    여기서 각각의 상기 돔형 영역은 상기 흡수성 시트의 실질적으로 교차 기계 방향 (CD)으로 각각의 돔형 영역을 가로질러 연장되는 복수의 만입형 바(indented bar)를 포함하며, 상기 돔형 영역은 실질적으로 상기 흡수성 시트의 기계 방향 (MD)을 따라 연장되는, 흡수성 셀룰로오스 시트.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 상기 돔형 영역이 약 6개의 만입형 바를 포함하는 흡수성 시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 돔형 영역의 적어도 일부가 8개의 만입형 바를 포함하는 흡수성 시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 돔형 영역이 상기 흡수성 시트의 MD로 약 2.5 mm 내지 약 3.0 mm의 거리로 연장되는 흡수성 시트.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 상기 돔형 영역이 2개의 다른 돔형 영역에 인접하여 위치되어 엇갈린(staggered) 돔형 영역의 라인이 실질적으로 상기 흡수성 시트의 MD로 연장되는 흡수성 시트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 만입형 바들이 상기 흡수성 시트의 MD로 약 0.5 mm 떨어져 이격되어 있는 흡수성 시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 돔형 영역이 실질적으로 직사각형의 형상을 갖는 흡수성 시트.
  8. 제1 면 및 제2 면을 갖는 흡수성 셀룰로오스 시트로서, 상기 흡수성 시트는
    상기 흡수성 시트의 제1 면으로부터 돌출된 복수의 돔형 영역; 및
    상기 흡수성 시트의 돔형 영역을 상호연결하는 네트워크를 형성하는 연결 영역을 포함하고,
    여기서 각각의 돔형 영역은 또 다른 돔형 영역에 인접하여 위치되어 돔형 영역의 엇갈린 라인이 실질적으로 상기 흡수성 시트의 기계 방향 (MD)을 따라 연장되고,
    각각의 연결 영역은 2개의 다른 연결 영역과 실질적으로 연속적이므로 연결 영역의 실질적으로 연속적인 라인이 상기 흡수성 시트의 MD를 따라 계단형(stepped) 방식으로 연장되는, 흡수성 셀룰로오스 시트.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 상기 돔형 영역이 상기 흡수성 시트의 교차 기계 방향 (CD)으로 상기 돔형 영역을 가로질러 연장되는 복수의 만입형 바를 포함하는 흡수성 시트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 돔형 영역의 적어도 일부가 8개의 만입형 바를 포함하는 흡수성 시트.
  11. 제8항에 있어서, 각각의 상기 돔형 영역이 상기 흡수성 시트의 MD로 약 2.5 mm 내지 약 3.0 mm의 거리로 연장되는 흡수성 시트.
  12. 제8항에 있어서, 상기 돔형 영역이 직사각형의 형상을 갖는 흡수성 시트.
  13. 제1 면 및 제2 면을 갖는 흡수성 셀룰로오스 시트로서, 상기 흡수성 시트는
    상기 흡수성 시트의 제1 면으로부터 돌출된 복수의 돔형 영역; 및
    상기 흡수성 시트의 돔형 영역을 상호연결하는 네트워크를 형성하는 연결 영역을 포함하고,
    여기서 각각의 상기 돔형 영역은 (i) 상기 흡수성 시트의 기계 방향 (MD)으로 적어도 2.5 mm의 거리로 연장되고, (ii) 상기 흡수성 시트의 실질적으로 교차 기계 방향 (CD)으로 상기 돔형 영역을 가로질러 연장되는 만입형 바를 포함하며, 상기 만입형 바는 상기 돔형 영역의 인접 부분들 아래로 적어도 약 45 미크론의 깊이로 연장되는, 흡수성 셀룰로오스 시트.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 상기 돔형 영역이 복수의 만입형 바를 포함하는 흡수성 시트.
  15. 제13항에 있어서, 상기 만입형 바가 상기 돔형 영역의 인접 부분들 아래로 약 90 미크론의 깊이로 연장되는 흡수성 시트.
  16. 제13항에 있어서, 상기 돔형 영역이 상기 흡수성 시트의 CD로 약 1.0 mm의 거리로 연장되는 흡수성 시트.
  17. 제13항에 있어서, 각각의 상기 돔형 영역이 상기 흡수성 시트의 MD로 적어도 약 2.5 mm 내지 약 5.5 mm 연장되는 흡수성 시트.
  18. 제13항에 있어서, 상기 만입형 바가 상기 돔형 영역의 인접 부분들 아래로 약 45 미크론 내지 약 160 미크론의 깊이로 연장되는 흡수성 시트.
  19. 제13항에 있어서, 각각의 돔형 영역이 또 다른 돔형 영역에 인접하여 위치되어 돔형 영역의 엇갈린 라인이 실질적으로 상기 흡수성 시트의 MD를 따라 연장되고,
    각각의 연결 영역이 2개의 다른 연결 영역과 실질적으로 연속적이므로 연결 영역의 실질적으로 연속적인 라인이 상기 흡수성 시트의 MD를 따라 계단형 방식으로 연장되는 흡수성 시트.
  20. 제19항에 있어서, 상기 흡수성 시트의 MD로 연장되는 연결 영역이 상기 흡수성 시트의 CD로 약 0.5 mm의 거리로 연장되는 흡수성 시트.
  21. 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법으로서,
    수성 셀룰로오스 웹을 제지기에서 구조화 패브릭(structuring fabric) 상에 형성하는 단계로서, 상기 구조화 패브릭은 상기 구조화 패브릭의 경사(warp yarns) 상에 형성된 너클(knuckle)을 포함하고, 상기 너클은 상기 흡수성 시트의 기계 방향 (MD)으로의 길이 및 상기 흡수성 시트의 교차 기계 방향 (CD)으로의 폭을 갖고, 상기 너클 폭의 폭에 대한 상기 너클의 길이의 비를 곱한 상기 구조화 패브릭의 평면 체적 밀도 지수(planar volumetric density index)는 적어도 약 43인 단계;
    상기 구조화 패브릭 상의 상기 셀룰로오스 웹을 탈수하는 단계; 및
    상기 셀룰로오스 웹을 건조시켜 상기 흡수성 셀룰로오스 시트를 형성하는 단계를 포함하는, 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 구조화 패브릭의 MD로의 너클의 길이가 약 2.2 mm 내지 약 5.6 mm인 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 구조화 패브릭의 포켓 밀도가 약 10 cm-2 내지 약 47 cm-2인 제조 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 너클의 길이 및 상기 너클 폭의 폭의 비를 곱한 상기 구조화 패브릭의 평면 체적 밀도 지수가 약 43 내지 약 50인 제조 방법.
  25. 제1 면 및 제2 면을 갖는 흡수성 셀룰로오스 시트로서, 상기 흡수성 시트가
    상기 흡수성 시트의 제1 면으로부터 연장되는 돌출된 영역; 및
    실질적으로 MD로 연장되는, 상기 돌출된 영역 사이의 연결 영역을 포함하고,
    여기서 상기 돌출된 영역은 실질적으로 상기 흡수성 시트의 기계 방향 (MD)으로 연장되며, 각각의 상기 돌출된 영역은 상기 흡수성 시트의 실질적으로 교차 기계 방향 (CD)으로 상기 돌출된 영역을 가로질러 연장되는 복수의 만입형 바를 포함하고, 상기 돌출된 영역은 서로에 대해 실질적으로 평행한, 흡수성 셀룰로오스 시트.
  26. 제25항에 있어서, 상기 시트가 약 27 lbs/ream 미만의 평량(basis weight) 및 약 180 mils/8 sheets 미만의 캘리퍼(caliper)를 갖는 흡수성 시트.
  27. 제25항에 있어서, 상기 시트가 약 35 lbs/ream 초과의 평량 및 약 225 mils/8 sheets 초과의 캘리퍼를 갖는 흡수성 시트.
  28. 패브릭-크레이핑(creping)된 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법으로서,
    제지 지료(furnish)를 치밀하게(compactively) 탈수하여 약 30 퍼센트 내지 약 60 퍼센트의 점조도(consistency)를 갖는 웹을 형성하는 단계;
    상기 웹을 이송 표면 및 구조화 패브릭 사이의 크레이핑 닙(nip)에서 가압 하에 크레이핑하는 단계로서, 상기 구조화 패브릭은 상기 구조화 패브릭의 경사 상에 형성된 너클을 포함하고, 상기 너클은 상기 흡수성 시트의 기계 방향 (MD)으로의 길이 및 상기 흡수성 시트의 교차 기계 방향 (CD)으로의 폭을 갖고, 상기 너클 폭의 폭에 대한 상기 너클의 길이의 비를 곱한 상기 구조화 패브릭의 평면 체적 밀도 지수는 적어도 약 43인 단계; 및
    상기 웹을 건조시켜 상기 흡수성 셀룰로오스 시트를 형성하는 단계를 포함하는, 패브릭-크레이핑된 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 구조화 패브릭의 MD로의 너클의 길이가 약 2.2 mm 내지 약 5.6 mm인 제조 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 너클의 길이 및 상기 너클 폭의 폭의 비를 곱한 상기 구조화 패브릭의 평면 체적 밀도 지수가 약 43 내지 약 250인 제조 방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 이송 표면이 배킹 롤(backing roll) 또는 무한 벨트의 일부분인 제조 방법.
  32. 제28항에 있어서, 크레이핑 비가 상기 구조화 패브릭의 스피드에 대한 상기 이송 표면의 스피드에 의해 정의되며, 상기 크레이핑 비가 약 3% 내지 약 25%인 제조 방법.
  33. 패브릭-크레이핑된 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법으로서,
    제지 지료를 치밀하게 탈수하여 웹을 형성하는 단계;
    상기 웹을 이송 표면 및 구조화 패브릭 사이의 닙에서 가압 하에 크레이핑하는 단계로서, 상기 구조화 패브릭은, (i) 상기 구조화 패브릭을 따라 실질적으로 MD 라인으로 연장되는 너클 및 (ii) 너클의 라인들 사이에서 상기 구조화 패브릭을 따라 실질적으로 MD 라인으로 연장되는 포켓의 실질적으로 연속적인 라인들을 형성하는 기계 방향 (MD) 사(yarn)를 갖고, 상기 구조화 패브릭은, 상기 구조화 패브릭의 상부 표면에서 상기 MD 사의 너클들에 의해 획정된 평면 아래로 완전히 위치된 교차 기계 방향 (CD) 사를 갖는 단계; 및
    상기 웹을 건조시켜 상기 흡수성 셀룰로오스 시트를 형성하는 단계를 포함하는, 패브릭-크레이핑된 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 구조화 패브릭의 상부 표면에서의 MD 사가 상기 MD 너클들에 의해 획정된 평면으로부터 상기 구조화 패브릭의 CD 사 아래의 위치로 하향으로 기울어진 제조 방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 구조화 패브릭의 MD로의 너클의 길이가 약 2.2 mm 내지 약 7.5 mm인 제조 방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 구조화 패브릭의 MD로의 너클의 길이가 약 2.2 mm 내지 약 5.6 mm인 제조 방법.
  37. 제33항에 있어서, 상기 너클의 길이 및 상기 너클 폭의 폭의 비를 곱한 상기 구조화 패브릭의 평면 체적 밀도 지수가 약 43 내지 약 250인 제조 방법.
  38. 제33항에 있어서, 상기 이송 표면이 배킹 롤 또는 무한 벨트의 일부분인 제조 방법.
  39. 제33항에 있어서, 상기 제지 지료가 치밀하게 탈수되어 상기 웹이 상기 닙에 투입되기 전에 약 30 퍼센트 내지 약 60 퍼센트의 점조도를 갖는 제조 방법.
  40. 제33항에 있어서, 크레이핑 비가 상기 구조화 패브릭에 대한 상기 이송 표면의 스피드에 의해 정의되며, 상기 크레이핑 비가 약 3% 내지 약 25%인 제조 방법.
  41. 패브릭-크레이핑된 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법으로서,
    제지 지료를 치밀하게 탈수하여 약 30 퍼센트 내지 약 60 퍼센트의 점조도를 갖는 웹을 형성하는 단계;
    상기 웹을 이송 표면 및 구조화 패브릭 사이의 크레이핑 닙에서 가압 하에 크레이핑하는 단계; 및
    상기 웹을 건조시켜 상기 흡수성 셀룰로오스 시트를 형성하는 단계를 포함하며,
    여기서 상기 흡수성 시트는 적어도 약 9.5 g/g 및 적어도 약 500 g/m2의 SAT 용량을 갖고,
    크레이핑 비는 상기 구조화 패브릭의 스피드에 대한 상기 이송 표면의 스피드에 의해 정의되며, 상기 크레이핑 비는 약 25% 미만인, 패브릭-크레이핑된 흡수성 셀룰로오스 시트의 제조 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 흡수성 시트의 SAT 용량이 적어도 약 10.0 g/g 및 적어도 약 500 g/m2인 제조 방법.
  43. 제41항에 있어서, 상기 흡수성 시트의 평량이 약 30 lbs/ream 미만인 제조 방법.
  44. 제41항에 있어서, 상기 흡수성 시트의 캘리퍼가 적어도 약 220 mils/8 sheets인 제조 방법.
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