KR20180129816A - 셀룰로오스 제품의 제조 방법, 셀룰로오스 제품 성형 장치 및 셀룰로오스 제품 - Google Patents

셀룰로오스 제품의 제조 방법, 셀룰로오스 제품 성형 장치 및 셀룰로오스 제품 Download PDF

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Abstract

건조 형성 유닛에서 셀룰로오스 블랭크을 건조 형성하는 단계; 형성 금형에서 셀룰로오스 블랭크를 배치하는 단계; 셀룰로오스 블랭크ㄹ,f 100 ℃ to 200 ℃의 범위 내의 형성 온도까지 가열하는 단계; 및 적어도 1 MPa의 형성 압력으로 형성 금형에서 셀룰로오스 블랭크를 프레스하는 단계를 포함하는, 셀룰로오스 제품의 제조 방법.

Description

셀룰로오스 제품의 제조 방법, 셀룰로오스 제품 성형 장치 및 셀룰로오스 제품
본 발명은 셀룰로오스 섬유들로부터 셀룰로오스 제품을 제조하는 방법에 대한 것이다. 본 공개는 또한 셀룰로오스 제품 형성 장치 및 셀룰로오스 제품에 대한 것이다.
평평하거나 또는 본질적으로 평평하지 않은 형상의 지속가능한 물질로 만들어진 물체를 제공하는 것이 바람직한 상황이 많이 있다. 평평한 형상은 일반적으로 예컨대 시트 물질 또는 블랭크(blank)의 형상과 같은, 이-차원 (2D) 형상을 가리킬 수 있고, 본질적으로 평평하지 않은 형상은 임의의 적절한 삼차원 (3D) 물체 형상을 가리킬 수 있다. 이러한 상황 중 하나는 액체들, 건조 물질들 및 다른 종류들의 상품의 포장에 대한 것으로, 이때 포장은 3차원 형상으로 만들어지거나 또는 2차원 시트 물질로부터 삼차원 형상으로 형성될 수 있다.
예컨대, 기계적인 고정밀 물품들, 전기 장치 및 다른 가정 및 하드웨어 물품들과 같은, 민감한 상품을 포장할 때, 예컨대, 이동, 보관 또는 다른 취급 동안 기계적 충격, 흔들림들 또는 압축 때문에, 민감한 상품의 손상을 피하기 위하여 보호 포장에 대한 필요가 있다. 이러한 포장은 보통 수용되는 상품에 적합한 형상을 갖는 보호용 장착물을 요구하여, 포장재 내 상품을 단단히 유지한다. 이러한 장착물들은 발포(expanded) 폴리스티렌(polystyrene) (EPS)으로 상업적으로 만들어지는데, 이는 경량 석유 유래 물질로, 지속가능한 물질로 간주되지 않는다.
포장 장착물로 보통 사용되는 저렴한 물질은 성형(moulded) 펄프이다. 성형 펄프는 지속가능한 포장 물질로 고려되는데 이점을 갖는데, 이는 그것이 생체적합물질로부터 생산되고 사용 후 재활용될 수 있기 때문이다. 그 결과 성형 펄프는 일차 및 이차 포장 응용들 (물품 옆에 포장 및 이러한 포장들의 조립) 모두에서 인기가 급속히 높아져 왔다. 성형 펄프 물품들이 일반적으로 펄프 현탁액 내로 흡입 금형(mould)을 담금으로써 형성되는데, 흡입이 적용되는 동안, 이로써 펄프 본체(body)가 섬유 퇴적에 의하여 원하는 물품의 형상으로 형성된다. 흡입 금형은 그 다음에 현탁액으로부터 빼내어지고, 흡입은 일반적으로 계속되어 퇴적된 섬유들을 압축시키는 반면 잔여 액체를 고갈시킨다.
모든 습식-형성 기술들의 일반적인 단점은 시간 및 에너지 소비 단계인 성형 제품의 건조 단계의 필요이다. 또다른 단점은 수소 결합들로 자주 설명되는, 강한 섬유-간 결합들이 물질의 굴곡성(flexibility)을 제한하는, 물질 내 섬유들 간에 형성된다는 것이다.
게다가, 많은 현대의 린(lean) 생산 라인들은 습식-형성 공정이 바람직하지 않은 인-라인 및 주문형 포장 또는 구성요소 생산을 요구한다.
최근, 새로운 섬유-기반 물질들이 삼차원 물체들의 건조 형성을 가능하게 하려는 목적으로 개발되어 왔다. 한 접근이 WO 2014/142714 A1에 개시되어 있는데, 40-95 중량 퍼센트 CTMP 섬유들, 5-50 중량 퍼센트 열가소성 물질, 및 0-10 중량 퍼센트 첨가제들을 포함하고, 이때 삼-차원적으로 성형된 물체들의 열성형을 위한 중간 산물인 건조(dry-laid) 복합(composite) 웹이 있고, 이때 건조 복합 웹은 열가소성 물질, 폴리머를 포함하는 분산액, 에멀젼 또는 용액으로 함침되어 있고, 그리고 건조되어 50-250 kg/m3의 밀도를 얻거나, 또는 캘린더링으로 압축될 때 400-1000 kg/m3을 얻는다. WO 2014/142714 A1의 개시에 따라, 폴리머의 결합은 열성형 공정에서 적용되는 더 높은 온도에 의하여 활성화되고 열성형된 물체의 최종 강도에 기여한다.
WO 2014/142714 A1의 개시에 따른 폴리머가 최종 강도에 기여할 수 있고 건조 웹을 형성할 수 있다는 것에도 불구하고, 합성물이 재활용가능하지 않기 때문에 이러한 열가소성 성분은 셀룰로오스의 지속가능한 특징들을 지울 것이다. 물질 재활용을 위한 실행계획이 이용가능하지 않기 때문에 재생가능하고 비료로 사용가능한 바이오플라스틱, 예컨대, 폴리락타이드(polylactide) (PLA)가 WO 2014/142714 A1에서 제안된 대로 사용되더라도 이 단점이 적용가능하다.
최근 발견들 및 정치적 결정들, 예컨대, 기후변화에 관한 파리 협정,은 소위 라이프 사이클 분석기(life cycle analysis)(LCA)에서 소비되는 상품들 및 포장들의 탄소 발자국이 물질들을 재활용하고 재사용하는 능력에 의하여 매우 영향을 받는다는 것을 명기한다. 셀룰로오스 및 PLA와 같은 재사용가능한 물질들조차 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)와 같은 다중 재활용되는 재생가능하지 않은 물질들로 측정하기 위하여 재활용되어야 한다. 물질 재활용은 세계 대부분의 지역들에서 천천히 그리고 서서히 더욱 더 확립되고 있다. 유럽은 거의 30% 재활용으로 세계적으로 선두에 있는 반면, 미국은 10%에 도달했을 분이며 여전히 많은 개발도상국들은 아직 재활용을 시작도 하지 않고 있다. 모든 재활용 노력들에 공통적으로 종이, 판지, 유리, 알루미늄, 철 및 PET와 같은 가장 빈번하게 사용되는 물질들에 초점을 맞춘다. 이들 재활용가능한 부분들은 대부분의 낭비된 상품들을 대표하며 바이오-폴리머들과 같은, 다른 부분들이 가까운 미래에 대중적으로 이용가능한 재활용 활용전략으로서 확립되지 않을 것이다.
플라스틱들에 가까운 기계적 물성들을 갖는 재생가능하고 재활용가능한 물질들에서 3D 성형된 포장들, 박스들, 옥설이들, 명들, 컵들, 접시들, 그릇들, 인서트들(inserts) 및 커버들(covers) 에 대한 세계적 수요는 그러므로 거대하다.
공개에서, 물만으로 가공된 상업적인 화학적 목재(wood) 펄프들의 압축 성형(moulding)을 이용하는 하나의 가능한 접근인, ISBN 978-91-7501-518-7 (Helena Halonen, October, 2012)이 연구되어 왔다. 목적은 가공 동안 구조적 변화들 및 최종 바이오-합성물들의 기계적 물성들을 나노-스케일 구조체에 결부시키는 복잡성을 연구하는 것이다.
압축 성형 동안 고온 (150-170 ℃) 및 고압 (45 MPa)의 조합은 아마도 셀룰로오스-셀룰로오스 융합 결합들, 즉 섬유-섬유 결합 영역에서 소섬유(fibril) 응집,을 포함하는 소섬유 응집에서 상당한 증가를 야기한다. 이 소섬유 응집은 예컨대, PET-강도 (75 MPa) 및 PET-계수(modulus) (PET 3 GPa)에 비하여 개선된 강도 (289 MPa), 율(modulus) (12.5 GPa) 및 인성(toughness) (6%)을 포함하는 주목할만한 기계적 물성들을 갖는 바이오-합성물을 야기한다.
WO2014142714A1이 재활용할 수 없는 열가소성 성분을 제안하고 ISBN 978-91-7501-518-7이 좋은 기계적 물성들을 얻기 위하여 재활용가능한 셀룰로오스 섬유들을 형성하기 위한 과학적인 결과들을 보여주는데도 불구하고, 지금까지 실질적 또는 산업적 방법들은 합지로서 재활용하는 것이 가능한 플라스틱에 대한 대체로서 셀룰로오스인 제품들 및 포장들의 합리적인 사이클 시간으로, 상업적 생산을 가능하게 하는 것이 발명되지 않았다.
선행 기술의 전술된 그리고 다른 단점들의 관점에서, 개선된 기계적 물성들을 갖는 셀룰로오스 산물의 비용-효율적이고 합리적인 생산을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 공개의 이들 및 다른 측면들은 본 공개의 예시적 예들을 보여주는 첨부된 도면들을 참조하여, 더 자세히 설명될 것이고, 이때:
도 1은 본 공개에 따른 셀룰로오스 제품 형성 장치를 도해적으로 보여주고,
도 2 a-b는 본 공개의 예시적 예에 따른 초기 단계 (a) 및 압축된 단계 (b)에서 보이는, 다중-이용 막을 이용한 압축 기구의 첫 번째 대체 배치를 도해적으로 보여주고;
도 3 a-b는 본 공개의 예시적 예에 따른 초기 단계 (a) 및 압축된 단계 (b)에서 보이는, 단일-사용 물질 통합된 배리어를 포함하는 압축 기구의 두 번재 대체 배치를 도해적으로 보여주고;
도 4 a-d는 본 공개의 예시적 예에 따른 초기 단계 (a & b) 및 압축된 단계 (c)에서 보이는, 단일-사용 물질 통합된 배리어 및 블로우 몰딩을 이용한 압축 기구 및 요소의 세 번째 대체 배치를 도해적으로 보여주고;
도 5 a-b는 본 공개의 예시적 예에 따른 초기 단계 (a) 및 압축된 단계 (b)에서 보이는, 멀티-사용 막을 이용한 압축 기구의 네 번째 대체 배치를 도해적으로 보여주고;
도 6 a-c는 본 공개의 예시적 예에 따른 초기 단계 (a & b) 및 압축된 단계 (c)에서 보이는, 공동 보완하는 압력 통제를 이용한, 압축의 다섯 번째 대체 배치를 도해적으로 보여주고;
도 7 a-b는 본 공개의 예시적 예에 따른 초기 단계 (a) 및 압축된 단계 (b)에서 보이는, 블랭크 두께 보완을 이용하여 압축 기구의 여섯 번째 대체 배치를 도해적으로 보여주고; 그리고
도 8a-c는 본 공개에 따른 거대한 가요성 막을 이용하여, 압축 기구의 대체 배치를 도해적으로 보여주고; 그리고
도 9a-c는 본 공개에 따른 거대한 가요성 막을 이용하여, 압축 기구의 또다른 대체 배치를 도해적으로 보여준다.
개요
본 발명의 목적은 셀룰로오스 제품을 제조하는 방법, 셀룰로오스 형성 장치 및 전술한 문제들이 회피된 셀룰로오스 제품을 제공하는 것이다. 이 목적은 독립항들의 특징들에 의하여 적어도 부분적으로 달성된다. 종속항들은 셀룰로오스 제품의 제조 방법, 셀룰로오스 형성 장치 및 셀룰로오스 제품의 발달을 더 포함한다.
편평하거나 또는 기본적으로 편평하지 않은 형상들인 지속가능한 물질들로 만들어진 물체들을 제공하는 것이 바람직한 많은 경우들이 있다. 편평한 형상은 일반적으로 예컨대 시트 물질 또는 블랭크(blank)의 형상과 같은, 이-차원 형상을 가리킬 수 있고, 그리고 기본적으로 편평하지 않은 형상들은 임의의 지속가능한 삼-차원 물체 형상을 가리킬 수 있다. 이러한 하나의 상황은 액체들, 건조 물질들 및 다른 종류들의 상품들의 포장에 대한 것으로, 이때 포장은 삼-차원 형상으로 만들어지거나 또는 이-차원 시트 물질로부터 삼-차원 형상으로 성형될 수 있다.
본 공개는 셀룰로오스 산물을 제조하는 방법에 대한 것으로 하기 단계들을 포함한다: 건조 형성 유닛에서 셀룰로오스 블랭크를 건조 형성하는 단계; 형성 금형에서 셀룰로오스 블랭크를 배열하는 단계; 셀룰로오스 블랭크를 100 ℃ 내지 200 ℃의 범위의 온도를 형성하는 것으로 가열하는 단계; 및 적어도 1 MPa의 형성 압력으로 형성 금형에서 셀룰로오스 블랭크를 프레스하는 단계.
셀룰로오스 블랭크의 건조 형성으로 셀룰로오스 섬유들이 셀룰로오스 블랭크를 형성하기 위하여 에어-레이드(air-laid)되는 공정들이 의미된다. 에어-레이드 공정에서 셀룰로오스 블랭크를 형성할 때, 셀룰로오스 섬유들이 전달되고 전달 매질로 공기에 의하여 블랭크 구조로 형성된다. 이는 종이 구조체를 형성할 때 셀룰로오스 섬유에 대하여 전달 매질로서 물이 사용되는, 정상적인 종이제조 공정과 다르다. 에어-레이드 공정에서, 물 또는 다른 물질들이 셀룰로오스 블랭크의 물성을 변화시키기 위하여 셀룰로오스 섬유들에 첨가될 수 있으나, 공기는 형성 공정에서 전달 물질로 여전히 사용된다.
이들 특징들을 갖는 이점들은 셀룰로오스 제품이 건조 형성 공정에서 제조되고, 이때 셀룰로오스 블랭크가 건조 형성 유닛에서 셀룰로오스 섬유들로부터 건조 형성된다는 것이다. 셀룰로오스 블랭크를 가열 및 프레스함으로써 좋은 물질 물성들을 가진 셀룰로오스 산물들이 달성된다. 셀룰로오스 산물들은 예컨대 병, 용기 또는 용기의 부분일 수 있고, 이때 본 방법에 따라 제조되는 셀룰로오스 제품은 재활용하기 더 어려운 플라스틱 제품들을 대체할 수 있다. 본 방법에 따라 제조되는 다른 셀룰로오스 제품들은 예컨대 포장들, 포장용 인서트들, 옷걸이들, 박스들, 그릇들, 접시들, 컵들, 쟁반들 또는 커버들일 수 있다. 100 ℃ 내지 200 ℃의 범위 내의 형성 온도로 적어도 1 MPa의 형성 압력으로 셀룰로오스 섬유들을 프레스할 때, 셀룰로오스 섬유들은 그 결과인 셀룰로오스 제품이 좋은 기계적 물성을 가질 방법으로 서로 결합될 것이다. 테스트들은 더 높은 형성 온도들이 특정 형성 압력에서 프레스될 때 셀룰로오스 섬유들 사이에 더 강한 결합을 줄 것이라는 것을 보였다. 적어도 1 MPa의 형성 압력과 함께 100 ℃ 초과의(above) 형성 온도로, 셀룰로오스 섬유들은 서로 강하게 결합될 것이다. 더 높은 형성 온도는 소섬유 응집, 내수성, 영률 및 최종 셀룰로오스 제품의 기계적 물성들을 증가시킬 것이다. 고압은 셀룰로오스 제품에서 셀룰로오스 섬유들 사이의 소섬유 응집에 중요하다. 200 ℃보다 더 높은 온도에서, 셀룰로오스 섬유들은 열분해될 것이고, 그러므로 200 ℃ 초과의 온도들을 피해야 한다.
본 공개의 측면에 따라, 셀룰로오스 블랭크는 편평하거나 또는 기본적으로 편평하지 않은 형상을 갖는 셀룰로오스 제품으로 형성된다. 이 방법에서, 많은 다른 종류들의 제품들이 제조될 수 있고, 이는 삼-차원 제품들을 형성하는데 사용될 수 있는 기본적으로 이-차원인 블랭크들을 포함한다.
본 공개의 다른 측면에 따라, 형성 압력은 1 MPa 내지 100 MPa의 범위 내이다. 이 압력 범위 내에서, 바람직한 물성들을 가진 셀룰로오스 제품들을 형성하는 것이 달성될 수 있고, 압력 수준은 형성되는 제품들의 종류들의 특정 필요들에 맞게 조정될 수 있다.
본 공개의 추가의 측면에 따라, 셀룰로오스 블랭크의 가열은 적어도 부분적으로는 셀룰로오스 블랭크의 프레스 전에 발생한다. 이 선택으로, 형성 금형에서 셀룰로오스 블랭크가 프레스되기 전에 셀룰로오스 블랭크가 전(pre)-가열될 수 있다. 대체로서, 셀룰로오스 블랭크는 프레스 전에 특정 정도로 전-가열되고 프레스될 때 더 가열될 수 있다.
본 공개의 또다른 측면에 따라, 형성 금형은 셀룰로오스 블랭크를 프레스하기 전에 가열된다. 형성 금형의 가열을 통하여, 형성 금형에 위치될 때 열은 셀룰로오스 블랭크로 전달될 것이다. 이 방법에서, 셀룰로오스 블랭크의 형성 온도는 형성 금형으로부터 열 전달을 통하여 효율적인 방법으로 달성될 수 있다.
본 공개의 측면에 따라, 전조 형성 유닛은 분리 유닛, 형성 와이어 및 압축(compacting) 유닛을 포함하고, 이때 본 발명은 하기 단계들을 더 포함한다: 분리 유닛에서 셀룰로오스를 떼어낸 셀룰로오스 섬유들로 분리하는 단계; 셀룰로오스 섬유들을 형성 와이어 상에 배열하는 단계; 및 압축 유닛에서 셀룰로오스 섬유들을 압축하여 셀룰로오스 블랭크를 형성하는 단계. 이 방법에서, 셀룰로오스 블랭크의 효율적인 형성이 달성된다. 건조 형성 유닛은 공정 유닛으로 배치될 수 있는데, 이는 셀룰로오스 제품이 생산되는 연속적인 제조 공정의 한 부분이다. 건조 형성 유닛은 셀룰로오스 형성 장치로부터 떨어져 배치될 수 있는 반면 셀룰로오스 블랭크는 바람직하게는 셀룰로오스 형성 장치로 롤 형태로 공급될 수 있다.
본 공개의 또다른 측면에 따라, 본 방법은 하기 단계를 더 포함한다: 셀룰로오스 블랭크의 소수성 물성들 및/또는 기계적 강도를 증가시키기 위하여 셀룰로오스 섬유들에 풀(sizing agent)을 가하는 단계. 풀들의 다른 종류들이 셀룰로오스 블랭크로부터 생산되는 셀룰로오스 제품의 소수성 물성들 및/또는 기계적 강도를 증가시키기 위하여 사용될 수 있고, 이는 생산되는 제품의 종류에 의존할 수 있다. 예로서, 풀들은 플루오로화 시약들(fluorochemicals), 알킬 케톤 다이머(alkyl ketene dimer) (AKD), 알케닐 숙시닐 무수물(alkenyl succinic anhydride) (ASA), 로진(rosin) (산성 풀(acidic sizing)), 왁스, 리그닌 및 물풀 (규산나트륨(sodium silicate))일 수 있다.
본 공개의 추가적 측면에 따라, 셀룰로오스 블랭크는 건조 형성 유닛에서 연속적 셀룰로오스 웹으로서 형성된다. 연속적 셀룰로오스 웹은 연속적 제조 공정에서 사용될 수 있고, 이때 연속적 셀룰로오스 웹은 건조 형성 유닛에서 셀룰로오스 섬유들로부터 건조 형성되고, 그 다음에 형성 금형으로 이송된다.
본 공개의 또다른 측면에 따라, 연속적 셀룰로오스 웹은 공급 유닛에 의하여 형성 금형으로 간헐적으로 공급된다. 형성 금형으로 연속적 셀룰로오스 웹의 간헐적 공급을 통하여 연속적 셀룰로오스 웹의 형성 및 형성 금형에서 셀룰로오스 제품의 형성이 셀룰로오스 섬유들로부터 셀룰로오스 제품들의 효율적 생산을 위한 동일한 생산 유닛의 부분일 수 있다.
본 공개는 나아가 셀룰로오스 제품의 제조를 위한 셀룰로오스 제품 형성 장치에 대한 것으로, 이때 셀룰로오스 제품 형성 장치는 셀룰로오스 블랭크를 형성하기 위한 건조 형성 유닛 및 셀룰로오스 제품을 형성하기 위한 형성 금형을 포함하고, 이때 셀룰로오스 제품 형성 장치는 셀룰로오스 제품의 제조 방법을 수행하기 위하여 구성된다. 이들 특징들이 갖는 이점들은 셀룰로오스이 건조 형성 공정에서 셀룰로오스 제품 형성 장치에서 제조되고 이때 셀룰로오스 블랭크는 건조 형성 유닛에서 셀룰로오스 섬유들로부터 건조 형성된다. 셀룰로오스 블랭크를 가열 및 프레스함으로써, 좋은 물질적 물성들을 가진 셀룰로오스 제품들이 달성된다.
본 공개의 측면에 따라, 셀룰로오스 블랭크는 형성 금형에서 편평하거나 또는 기본적으로 편평하지 않은 형상을 갖는 셀룰로오스 제품으로 형성된다. 많은 다른 종류들의 제품들이 제조될 수 있으며, 이는 삼-차원 제품들을 형성하는데 사용될 수 있는 기본적으로 이-차원의 블랭크들을 포함한다.
본 공개의 또다른 측면에 따라, 건조 형성 유닛은 떼어낸 셀룰로오스 섬유들로 셀룰로오스을 분리하기 위한 분리 유닛, 셀룰로오스 섬유들을 위한 형성 와이어 및 셀룰로오스 블랭크를 형성하기 위하여 셀룰로오스 섬유들를 압축하기 위한 압축 유닛을 포함한다.
본 공개의 추가의 측면에 따라, 형성 금형은 가열 유닛에 의하여 가열된다. 가열 유닛으로, 셀룰로오스 블랭크는 셀룰로오스 블랭크를 형성 금형에서 프레스하기 전에 전(pre)-가열될 수 있다. 대체로서 셀룰로오스 블랭크는 특정 정도로 전-가열되고 프레스될 때 추가로 가열될 수 있다. 형성 금형에 위치될 때 열이 셀룰로오스 블랭크로 전달되도록 가열 유닛은 형성 금형에서 통합될 수 있다. 이 방법에서, 셀룰로오스 블랭크의 형성 온도는 형성 금형으로부터 열 전달을 통하여 효율적인 방법으로 달성될 수 있다.
본 공개의 측면에 따라, 풀 또는 다른 물질들이 적용(application) 유닛에 의하여 셀룰로오스 섬유들에 적용된다. 적용 유닛은 건조 형성 유닛에서 셀룰로오스 섬유들에 풀을 첨가하는, 예컨대 스프레이 노즐 또는 유사한 기구의 형태일 수 있다.
본 공개의 또다른 측면에 따라, 건조 형성 유닛은 연속적인 셀룰로오스 웹으로 셀룰로오스 블랭크를 형성하고, 나아가 연속적인 셀룰로오스 웹은 공급 유닛에 의하여 형성 금형으로 간헐적으로 공급된다. 연속적인 셀룰로오스 웹은 연속적 제조 공정에서 사용될 수 있는데, 이때 연속적인 셀룰로오스 웹은 건조 형성 유닛에서 셀룰로오스 섬유들로부터 건조 형성되고 그 다음에 형성 금형으로 이송된다. 공급 유닛에 의하여 형성 금형으롱 연속적인 셀룰로오스 웹의 간헐적 공급을 통하여, 연속적인 셀룰로오스 웹의 형성 및 형성 금형에서 셀룰로오스 제품의 형성은 셀룰로오스 섬유들로부터 셀룰로오스 제품들의 효율적 생산을 위한 동일한 생산 유닛의 부분일 수 있다.
본 공개는 나아가 편평하거나 또는 기본적으로 편평하지 않은 형상을 갖는 셀룰로오스 제품에 대한 것이다. 셀룰로오스 제품은 적어도 90 중량 퍼센트 셀룰로오스 섬유들을 포함할 수 있다.
예시적 예들의 기재
본 공개의 여러가지 측면들이 설명하기 위하여 뒤이어 첨부된 도면들과 함께 기재될 것이나, 본 공개를 한정하는 것을 아니고, 이때 비슷한 명칭들은 비슷한 요소들을 나타내고, 기재된 측면들의 변형들은 특별히 보여진 예들에 제한되는 것이 아니고 본 공개의 다른 변형들에 적용가능하다.
이 상세한 기재에서, 셀룰로오스 제품, 셀룰로오스 제품 형성 장치, 및 셀룰로오스 제품이 기재될 것이다.
본 공개에 따른 시트 물질들 또는 블랭크들의 여러가지 예들이 주로 편평한 형상에서, 형성 금형에서 형성을 위한 자리에 위치된 셀룰로오스 블랭크에 관하여 논의된다. 이것은 예컨대, 블랭크 전(pre)-형상된 삼-차원 물체를 동등하게 포함하는, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 결코 아니라는 것이 주의된다. 예컨대, 블랭크는 물체의 바람직한 최종 형상과 유사한 형상인 형성 금형으로 주어질 수 있다. 또다른 예는 롤 상에 웹인 금형으로 공급되는 셀룰로오스 블랭크를 포함할 수 있다.
편평한 형상은 일반적으로 예컨대 블랭크 또는 시트 물질의 형상과 같은, 이-차원 (2D) 형상을 가리킬 수 있고, 기본적으로 편평하지 않은 형상들은 임의의 적합한 삼-차원 (3D) 형상을 가리킬 수 있다. 본 공개에 따른 물체는 이-차원 형상, 삼-차원 형상으로 만들어질 수 있고 또는 이-차원의 블랭크 또는 시트 물질로부터 삼-차원 형상으로 형성될 수 있다.
게다가, 셀룰로오스 섬유들의 밀착한 시트를 도해적으로 보임으로써, 이것은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 전혀 아니며, 예컨대, 형성 금형에 적용된 느슨하고 분리된 섬유들을 갖는 블랭크들을 동일하게 포함한다.
본 상세한 기재에서, 형성되는 삼-차원 셀룰로오스 제품들 및 본 발명에 따른 셀룰로오스 제품들을 형성하기 위한 금형의 여러가지 예들이 주로 균일한 두께를 가진 빈 그릇, 빈 컵 또는 빈 병에 관하여 주로 논의된다. 이는 예컨대, 다른 두께, 비지 않은 부분 또는 거대한 물체들을 가진 복잡한 형상들을 동일하게 포함하는 본 발명의 범위를 절대 제한하지 않는 다른 것을 알아야 한다. 예컨대, 물체는 유리하게, 보강재들(stiffeners), 주름들(creases), 구멍들(holes), 3D 형상의 글(text), 경첩(hinges), 자물쇠들(locks), 가닥들(threads), 스냅들(snaps), 발들(feet), 손잡이들(handles) 또는 표면 패턴들을 포함할 수 있다.
도 1에서, 셀룰로오스 제품 형성 장치 18에서 셀룰로오스 제품을 제조하는 방법의 도해적으로 보여지며, 이때 셀룰로오스 블랭크 1a이 건조 형성 유닛 11에서 건조 형성되고, 형성 금형 3에서 배열되고, 형성 온도로 가열되고 형성 압력으로 형성 금형 3에서 프레스된다. 첫 번째 단계에서, 셀룰로오스 블랭크 1a이 건조 형성 유닛 11에서 건조 형성된다. 도 1에서 건조 형성 유닛 11은 점선으로 도해적으로 나타내어지며, 분리 유닛 13, 형성 박스 23, 형성 와이어 14 및 압축 유닛 15을 포함한다. 그 발명에서 셀룰로오스 블랭크 1a는 편평하거나 또는 기본적으로 편평하지 않은 형상을 가진 셀룰로오스 제품으로 형성된다.
분리 유닛 13, 셀룰로오스는 떼어진 셀룰로오스 섬유들 12로 분리된다. 분리 유닛 13에서 사용되는 셀룰로오스는 예컨대 목재 펄프 및 보풀(fluff) 펄프, 또는 면, 린넨, 삼, 사탕수수 및 곡물로부터의 셀룰로오스 섬유들과 같은 임의의 적합한 소스로부터 올 수 있다. 다른 종류들의 셀룰로오스가 또한 사용될 수 있고, 분리 유닛 13의 디자인에 따라, 직물들, 종이, 합지 또는 다른 적합한 소스들로부터의 셀룰로오스 섬유들을 재사용하는 것도 가능할 수 있다. 예로서, 분리 유닛은 종래의 해머 밀일 수 있다. 표준인 자연 그대로의 보풀 펄프가 셀룰로오스 원(raw) 물질로 사용될 수 있고 예컨대 롤(rolls)로 공개 시장에서 구입될 수 있다. 도 1에서 예컨대 보풀 펄프의 롤 21이 원 물질로 사용되는데, 이는 분리 유닛 13으로 공급된다.
셀룰로오스 섬유들 12는 건조 형성 유닛 11 내 종래 방법으로 형성 와이어 14 상에 배열된다. 떼어진 셀룰로오스 섬유들 12은 원심 선풍기 22에 의하여 분리 유닛 13로부터 끌어내어지고, 형성 박스 23 내로 날려 들어가며, 이는 공기 소면(carding) 탑의 형태일 수 있고, 예컨대 형성 와이어 14 위에(above) 배치될 수 있다. 형성 탑 또는 박스 23은 밑에 있는 형성 와이어 14 상에(onto) 떼어진 셀룰로오스 섬유들 12을 위한 직접적인 접근을 제공하는 열린 바닥을 갖는 하우징을 포함한다. 진공 박스 24는 형성 와이어 14의 윗 부분 밑에(underneath) 배열될 수 있다. 원심 선풍기 22는 형성 박스 23의 안으로 떼어진 셀룰로오스 섬유들 12을 제공하고, 하나 이상의 열의 다수의 섬유 분리하는 롤러들 25이 형성 와이어 14 상에(onto) 고르게 셀룰로오스 섬유들 12을 분포시키기 위하여 형성 박스 하우징 바닥 및 섬유 주입구 사이의 형성 박스 하우징에 배열될 수 있다. 원심 선풍기 22는 분리 유닛 13으로부터 떼어진 셀룰로오스 섬유들 12 을 이와 같이 뽑아내고 형성 박스 23 내로 셀룰로오스 섬유들 12을 불어 넣는다. 셀룰로오스 섬유들 12은 나아가 형성 와이어 14에 의하여 압축 유닛 15으로 이송되는 셀룰로오스 웹을 형성하기 위하여, 진공 박스 24에서 진공에 의하여 형성 와이어 14 상으로(onto) 끌어당겨진다. 형성 와이어 14는 예컨대 직조된 망(mesh) 구조체로부터 만들어지는 순환 피대(endless belt)로서 종래 방법으로 배열될 수 있고, 순환 피대는 셀룰로오스 웹을 형성할 때 일정 속력으로 연속적으로 이동될 수 있다. 셀룰로오스 웹의 밀도는 형성되는 셀룰로오스 제품에 적합하도록 선택될 수 있다.
셀룰로오스 웹으로부터 셀룰로오스 블랭크 1a을 형성하기 위하여, 셀룰로오스 섬유들 12이 압축 유닛 15에서 압축 또는 캘렌더링된다. 압축 유닛 15는 건조 형성 유닛 11 내에 통합된 하나 이상의 압축 또는 캘렌더링 롤들과 설계될 수 있고, 하나 이상의 압축 롤들은 형성 와이어 14와 함께 배열될 수 있다. 예로서, 압축 롤이 건조 형성 공정에서 형성된 셀룰로오스 웹 상(on)에 압축 압력을 적용하도록 압축 롤은 형성 와이어(above) 상에 배열될 수 있다. 이 방법으로, 셀룰로오스 블랭크 1a는 건조 형성 유닛 11에서 연속적인 셀룰로오스 웹 16으로서 성형된다. 압축 또는 캘렌더링 롤들은 셀룰로오스 섬유들 12을 압축할 때 가열될 수 있다.
셀룰로오스 블랭크 1a의 건조 형성은 셀룰로오스 블랭크 1a가 셀룰로오스 제품을 형성하기 전에 롤링된 웹으로서 배열되거나 또는 시트들로 쌓여질 수 있는 분리 공정 단계로서 발생할 수 있다. 대체로서, 셀룰로오스 블랭크 1a의 건조 형성은 도 1에 나타낸 대로, 셀룰로오스 제품이 셀룰로오스 제품 형성 장치에서 제조되는, 연속 공정의 부분일 수 있고, 셀룰로오스 블랭크 1a의 건조 형성은 그 다음에 배열, 가열 및 셀룰로오스 블랭크 1a에서 셀룰로오스 블랭크 1a의 프레스 전 최초 공정 단계일 수 있다.
셀룰로오스 제품을 형성하기 위하여, 셀룰로오스 블랭크 1a가 형성 금형 3에서 배치되는데, 여기에서 그 후 셀룰로오스 블랭크 1a가 100 ℃ 내지 200 ℃의 범위 내 형성 온도로 가열되고 그 다음에 적어도 1 MPa의 형성 압력으로 형성 금형 3에서 프레스된다. 형성 금형 3에서 셀룰로오스 블랭크 1a의 가열 및 프레스는 하기에 더 기재될 것이다. 테스트들이 적합한 압력 수준이 1-100 MPa의 범위 내에 있다는 것을 보여주었다. 셀룰로오스 블랭크 1a의 가열은 형성 금형 3에서 프레스되기 전에 또는 적어도 부분적으로 형성 금형 3에서의 프레스 전에 발생할 수 있다. 대체로서, 셀룰로오스 블랭크 1a의 가열은 프레스될 때 형성 금형 3에서 발생한다. 셀룰로오스 블랭크 1a의 가열은 예컨대, 셀룰로오스 블랭크 1a을 프레스하기 전에 형성 금형 3의 가열을 통하여 달성될 수 있다. 압력은 또한 셀룰로오스 블랭크 1a를 가열하기 전에 적용될 수 있고 예컨대 셀룰로오스 블랭크의 가열은 공정 동안 형성 금형 3에서 발생할 수 있다.
100 ℃ 내지 200 ℃의 범위 내 형성 온도로 적어도 1 MPa의 형성 압력으로 셀룰로오스 섬유들을 프레스할 때, 셀룰로오스 섬유들 12은 결과인 셀룰로오스 제품이 좋은 기계적 물성들을 갖도록 서로 결합될 수 있다. 테스트들은 더 높은 형성 온도들이 특정 형성 압력에서 프레스될 때 셀룰로오스 섬유들 12 사이의 더 강한 결합을 줄 것이라는 것을 보였다. 1-100 MPa의 형성 압력과 함께 100 ℃ 초과(above)의 형성 온도들로, 셀룰로오스 섬유들 12은 서로 강하게 결합될 것이다. 더 높은 형성 온도는 소섬유 응집, 내수성, 영률 및 최종 셀룰로오스 제품의 기계적 물성들을 증가시킬 것이다. 고압은 셀룰로오스 제품에서 셀룰로오스 섬유들 12 간 소섬유 응집에 중요하다. 200℃보다 높은 온도에서 셀룰로오스 섬유들 12는 열 분해될 것이고 그러므로 200 ℃ 초과의(above) 온도는 피해야 한다. 형성 압력 및 형성 온도는 생산되는 특정 셀룰로오스 제품에 적합하도록 선택될 수 있다.
셀룰로오스 블랭크 1a는 적합한 방식으로 형성 금형 3 내로 배열될 수 있고, 예로서, 셀룰로오스 블랭크 1a는 형성 금형 3에서 수동으로 배열될 수 있다. 또다른 대체가 형성 금형으로 셀룰로오스 블랭크 1a를 이송시키는 셀룰로오스 블랭크 1a를 위한 공급 기구를 배열하는 것이다. 공급 기구는 예컨대, 컨베이어 벨트, 산업 로봇 또는 다른 임의의 적합한 제조 설비일 수 있다. 셀룰로오스 블랭크 1a의 건조 형성이 도 1에서 보여진 대로 셀룰로오스 제품이 생산되는 연속적인 제조 공정의 부분이라면, 셀룰로오스 블랭크 1a는 형성 와이어 14를 가진 건조 형성 유닛 11으로부터 형성 금형 3으로 공급될 수 있다. 더 특이적으로, 형성 와이어 14가 건조 형성 유닛 11을 통하여 일정 속도로 이동하고, 형성 금형 3에서 셀룰로오스 제품들의 형성이 간헐적 공정 단계들에서 발생할 때, 셀룰로오스 블랭크 1a는 공급 유닛 17에 의하여 형성 금형 3으로 간헐적으로 공급될 수 있다.
셀룰로오스 블랭크는 예로서, 도 1에서 보이는 대로 완충 구역 배치의 형태로 공급 유닛 17을 거쳐 형성 금형으로 간헐적으로 공급될 수 있다. 리프트 롤러를 가진 피봇 롤러(pivot roller) 팔(arm) 26은 동시에 움직이는 서보(servo) 통제되는 운동으로 심하지 않은 호(arc)로 셀룰로오스 블랭크 1a를 들어올리고 구부린다. 이 방법에서, 적절한 길이의 셀룰로오스 블랭크 1a가 형성 금형 3으로 셀룰로오스 블랭크 1a의 즉시 응답식의 증가하는 공급이 가능하도록 완충된다. 피봇 롤러 팔 26이 낮아질 때, 완충된 셀룰로오스 블랭크 1a는 간헐적으로 형성 금형 3에 공급될 수 있다. 셀룰로오스 블랭크 1a가 예컨대 피봇 롤러 팔 26 뒤에 배열된 공급 롤러들 27을 거쳐, 형성 금형 3으로 간헐적으로 공급될 수 있도록 셀룰로오스 블랭크 1a의 완충을 달성하는 반복된 방식으로, 이와 같이 피봇 롤러 팔 26은 올려지고 낮아진다.
대체로서, 공급 유닛 17을 이용하는 대신, 형성 금형 3의 운동이 셀룰로오스 블랭크 1a의 공급에 답하고 동시에 발생할 수 있는데, 이는 생산 공정 내내 셀룰로오스 블랭크 1a의 일정 속력을 가능하게 한다. 이 방법에서, 형성 금형은 셀룰로오스 제품의 프레스 동안 셀룰로오스 블랭크의 공급 방향으로 함께 움직인다.
전술한 바와 같이, 셀룰로오스 제품은 셀룰로오스 섬유들 12으로부터 제조되고, 셀룰로오스 제품은 적어도 90 중량 퍼센트 셀룰로오스 섬유들을 포함할 수 있다. 셀룰로오스 섬유들만으로 제조된 셀룰로오스 제품을 갖는 것이 가능할 수 있으나, 풀들 또는 다른 적절한 첨가제들이 셀룰로오스 블랭크 1a의 소수성 특성들, 기계적 강도 및/또는 다른 물성들을 증가시키기 위하여 셀룰로오스 섬유들 12에 첨가될 수 있다. 풀들 또는 첨가제들은 예컨대 분리 유닛 13에서, 셀룰로오스 블랭크 1a의 형성에서 적용될 수 있다. 셀룰로오스 섬유들에 첨가될 수 있는 다른 적절한 물질들은 형성 금형 3에성 셀룰로오스 제품의 형성 전 셀룰로오스 섬유들 12 에 첨가될 수 있는, 감자들, 곡물 또는 옥수수로부터의 전분과 같은 전분의 다른 형태들일 수 있다. 전분을 첨가함으로써, 최종 셀룰로오스 제품의 강도가 증가될 것이다. 예로서, 셀룰로오스 제품은 90-98 중량 퍼센트의 셀룰로오스 섬유들 및 2-10 중량 퍼센트의 전분, 풀들, 및/또는 다른 적절한 첨가제들 및 물질들과 같은 다른 물질들을 포함할 수 있다. 다른 적절한 물질들이 사용될 때 90 중량 퍼센트보다 더 적은 양의 셀룰로오스 섬유들을 갖는 것도 가능할 수 있다. 셀룰로오스 섬유들에 첨가될 수 있는 다른 적절한 물질들은 예컨대, 종이 제품들, 플루오로화 시약들, 알킬 케톤 다이머 (AKD), 알케닐 숙시닐 무수물 (ASA), 로진 (산성 풀(acidic sizing)), 왁스, 리그닌 및 물풀 (규산나트륨)의 습식(wet) 형성에 종래 사용되는 풀들 또는 첨가제들이다. 셀룰로오스 제품이 사용 후 재활용될 수 있다는 것을 확실히 하기 위하여, 첨가된 물질들은 생분해성 또는 재활용에 적합할 수 있다.
도 1과 관련하여 전술된 바와 같이, 셀룰로오스 제품 형성 장치 18은 셀룰로오스 제품의 형성을 위한 형성 금형 3 및 셀룰로오스 블랭크 1a의 형성을 위한 건조 형성 유닛 11을 포함한다. 셀룰로오스 제품 형성 장치 18은 셀룰로오스 제품들이 셀룰로오스 원 물질로부터 제조되는 하나의 단일 생산 유닛으로서 셀룰로오스 제품들을 위한 연속적 생산 유닛으로서 구축될 수 있다. 셀룰로오스 블랭크 1a는 먼저 건조 형성 유닛 11에서 형성되고 그 다음에 셀룰로오스 제품이 편평하거나 또는 기본적으로 편평하지 않은 형상을 가질 수 있는 형성 금형 3에서 셀룰로오스 제품으로 형성된다.
건조 형성 유닛은 셀룰로오스를 떼어진 셀룰로오스 섬유들 12로 분리하기 위한 분리 유닛 13, 셀룰로오스 섬유들 12을 위한 형성 와이어 14 및 형성 박스 23, 및 셀룰로오스 블랭크 1a를 형성하기 위하여 셀룰로오스 섬유들 12을 압축하기 위한 압축 유닛 15를 포함한다. 도 1에 보여진 바와 같이, 분리되어 배열된 가열 유닛 19는 형성 금형 3에서 셀룰로오스 블랭크 1a의 프레스 전에 셀룰로오스 블랭크 1a을 가열한다. 대체로서 형성 금형 3는 가열된 유체 매질, 전기적 히터 또는 다른 적합한 가열 수단들이 형성 금형 3의 가열을 위하여 사용되는, 가열 유닛 19에 의하여 대신 가열될 수 있다.
필요한 풀, 첨가제 또는 다른 물질들이 적용 유닛 20에 의하여 셀룰로오스 섬유들 12에 적용된다. 적용 유닛은 예컨대 건조 형성 유닛 11에서 셀룰로오스 섬유들 12에 풀들 또는 다른 물질들을 첨가하는 하나 이상의 스프레이 노즐들 또는 유사한 기구들의 형태일 수 있다.
공급 유닛 17은 연속적인 셀룰로오스 웹 16의 형태인 셀룰로오스 블랭크 1a가 공급 유닛 17에 의하여 형성 금형 3으로 간헐적으로 공급될 수 있도록 건조 형성 유닛 뒤에 배치된다.
하기에서, 형성 금형 3에서 셀룰로오스 블랭크 1a로부터 셀룰로오스 제품을 형성하는 것이 더 기재될 것이다. 하기 기재된 형성 금형 3에서 셀룰로오스 블랭크 1a로부터 셀룰로오스 제품의 형성 방법들은 연속적인 셀룰로오스 제품 형성 방법의 부분일 수 있고, 기재된 다른 종류들의 형성 금형들 3이 셀룰로오스 제품 형성 장치 18에서 통합될 수 있다.
본 공개의 예시적 예에 따라, 힘으로 정의된 압축 기구일 수 있는 형성 금형 3은 도 2a-b에 관하여 지금 기재될 것이다. 도 2a에서, 열을 이용한 셀룰로오스 섬유들을 위한 형성 금형 3의 모양으로, 압력 몰딩 기구 또는 압축 기구의 도해적 측면도가 열린 상태로 보여진다. 압축 기구 또는 형성 금형 3은 셀룰로오스 제품을 형성할 때 등방압(isostatic pressure)이 적용되도록 구축될 수 있다. 적용되는 압력은 또한 셀룰로오스 제품을 형성할 때 다른 압력 수준들이 형성 금형 3의 다른 부분들에 적용되도록 비(non)-등방성일 수 있다.
본 공개의 이 예의 형성 금형 3은 다중-이용 막 4 하 위치된 하나의 강성(stiff) 형성 금형 부분 2a을 이용한다. 막 4는 도면에 나타내지 않은, 가압 챔버에 포함되는, 예컨대 유압유와 같은 압력 매질 또는 유액 5를 위한 밀폐 물질이 된다. 격판(diaphragm)이라고도 불리는 막 4는 바람직하게는 고무, 실리콘, 탄성중합체 또는 폴리우레탄으로 만들어질 수 있다.
유사한 프레스 기구가 예컨대 비행기들을 위한 금속 시트들을 형성할 때 또는 동종 물질들로 금속 분말들을 가공할 때와 같은 완전히 다른 산업들에서 발견된다. 종래 목적들을 위한 프레스들은 보통 1000-2000 바(bar) 범위 내와 같은 초고압을 이용한다.
몇몇 첨가제들 및 제제들과 셀룰로오스 섬유들을 주로 포함하는 셀룰로오스 블랭크 1a는 도 2a에 나타낸 대로 도 2a에서 막 4 밑(below)에 배치된 강성 형성 금형 부분 2a 및 막 4 사이의 간격에 위치해 왔다. 셀룰로오스 블랭크 1a는 또한 예컨대 주위의 대기의 습도에 의존할 수 있는, 물의 양을 포함할 수 있다.
셀룰로오스 블랭크 1a로부터 셀룰로오스 제품 또는 셀룰로오스 제품의 부분을 형성하기 위하여, 셀룰로오스 블랭크 1a는 100 ℃ 내지 200 ℃ 범위 내일 수 있는 형성 온도 T1까지 가열되었다. 형성 금형 부분 2a는 셀룰로오스 블랭크 1a의 형성 온도 T1을 달성하기 위하여 열이 셀룰로오스 블랭크 1a로 전달되도록 바람직한 온도 T2까지 가열될 수 있다. 형성 금형 3은 예컨대 형성 금형 부분 2a의 내부 채널들 7 내로 가열된 오일들을 펌핑함으로써 150-170 ℃의 온도로 전(pre)-가열될 수 있다. 형성 금형 3을 전-가열하는 대체 방법은 도면에 나와 있지는 않지만 통합된 전기 저항기들을 사용하는 것이다. 셀룰로오스 블랭크 1a는 또한 예컨대, 도구 도입 전 적외선들을 이용함으로써, 전-가열될 수 있다. 압력 매질 온도 T5로 압력 매질 5를 가열하는 것은 또한 적절한 대체일 수 있다.
도 2b에서, 압력 매질 5로서 사용되는 유압유는 적어도 1 MPa의 압력으로 가압되었고, 막 4는 중간에 셀룰로오스 제품을 형성하는 압착 물질 1b로 가열된 형성 금형 2a을 둘러쌌다. 셀룰로오스 제품을 형성할 때 적절한 압력 P1은 1-100 MPa 범위 내일 수 있다. 적절한 압력을 적용함으로써 셀룰로오스 섬유들이 압축된다. 적용되는 압력은 섬유들의 실제 국부적 양에 상관없이 그리고 형성 금형 2a 상 그것들의 상대적인 자리에 상관없이 고르게 셀룰로오스 섬유들을 압축하기 위하여 등방성 또는 균일할 수 있다. 대체의 예에서, 압력은 대신 형성 금형 3의 다른 부분들에서 다른 압력 수준들이 셀룰로오스 제품을 형성하는데 사용되도록 비-등방성일 수 있다. 이것은 예컨대 셀룰로오스 제품의 다른 부분들에서 다른 구조적 물성들이 바람직할 때 사용될 수 있다.
압축 기구는 압력 매질 5를 위한 (도면으로 보여지지 않는) 유체 통제 기구를 포함할 수 있고, 가압된 유체가 그것의 벽의 부분으로서 가요성 막 4를 갖는 압력 챔버에 들어가는 것을 가능하게 하는 통제가능한 것을 위한 유체 흐름 통제 기구 또는 유체를 압축하는 작동기일 수 있다. 그 장치는 유체를 포함할 수 있고, 그 유체는 주위 공기로부터 취해진 공기일 수 있다.
본 발명자들은 셀룰로오스 제품을 형성할 때, 160 ℃의 온도에서 4 MPa (40 bar)의 압력 P1이 유지 시간 10 초 후 많은 열가소성 수지들과 비교되는 셀룰로오스 섬유들에서 소섬유 응집을 준다는 것을 발견하였다.
압착 물질 1b로부터 셀룰로오스 제품들의 산업적 생산을 위한 사이클 시간을 감소시키기 위하여, 상기 압착 물질 1b의 냉각은 예컨대, 가압 챔버 내로 또는 형성 금형 부분 2a에 배열된 내부 채널들 7 내로 냉각된 오일을 펌핑함으로써 이루어질 수 있고, 이때 셀룰로오스 섬유들에서 소섬유 응집이 완료된 후 형성 금형 부분 2a 온도 T2 및 압력 매질 온도 T5는 급히 낮아질 수 있다.
공정 및 기구는 압력 매질 5를 대기 압력 P0로 낮춤으로써 도 2a에 보이는 그것의 열린 상태로 돌아갈 것이고, 이때 상기 막 4는 그것의 거의 편평한 초기 상태로 들어가고 이때 끝난 셀룰로오스 제품이 사출되고 원하지 않는 잔여 압착되거나 또는 압착되지 않은 셀룰로오스 섬유들로부터 절단될 수 있다.
셀룰로오스 제품의 최종 두께 t1은 셀룰로오스 섬유들의 실제 국부적 양에 따라 약간 다를 수 있다.
대체 예에서, 강성 형성 금형 부분은 만약 다른 압력 수준들이 셀룰로오스 제품을 형성할 때 바람직하다면 적합할 수 있는, 가요성 또는 유연한 막 4의 대신 사용될 수 있다. 가요성 막 4의 사용은 높은 강도 및 짧은 생산 사이클 시간을 갖고 균일한 셀룰로오스 제품을 야기하는 등방성 압축 방법을 제공할 수 있다.
도 3a-b를 참조할 때, 도 2a-b에서 다중-이용 막 4은 얇은(thin) 필름(film) 배리어 6을 포함하는 단일-이용 막으로 대체되었고, 이때 셀룰로오스 블랭크 1a가 생산되었을 때 상기 필름 배리어 6는 셀룰로오스 블랭크 1a에 전(pre)-적용될 수 있고, 이때 필름 배리어 6는 도면에는 보이지 않는, 예컨대 롤들인, 압축 기구에 제공되고, 셀룰로오스 블랭크 1a의 등방성 압축 동안 셀룰로오스 블랭크 1a에 적용된다.
상기 얇은 필름 배리어 6은 범위 1- 700 μm 내 두께를 가진, PET, 바이오폴리에틸렌 또는 PLA와 같은 열가소성 수지 물질로 만들어질 수 있다.
도 3a는 도면에 보여지지 않은, 가압 챔버에 포함되는, 압력 매질 또는 유체 5, 바람직하게는 대기압에서 공기 또는 가스인, 온도 T2로 전가열된 더 낮은 네거티브 형성 금형 부분 2b를 포함하는, 셀룰로오스 섬유들 1a에 적용된 얇은 필름 배리어 6을 이용하여 그것의 초기 열린 상태에서 압축 기구 또는 형성 금형 3을 포함하는 방법을 도식적으로 보여준다.
도 3b는 압축된 상태에서 도 3a에 보이는 바와 같이 셀룰로오스 블랭크 1a 및 동일한 기구를 보여주고, 이때 바람직하게는 압축 공기 또는 물처럼 오염되지 않은 액체인, 압력 매질 5이 압력 P1으로 가압되었고, 이때 얇은 필름 배리어 6가 셀룰로오스 블랭크 1a의 압착 물질 1b로부터 압력 매질을 분리하고 밀폐하고, 이때 상기 형성 금형 부분 2b의 온도 T2로 가열된 형성 표면을 가로질러 셀룰로오스 섬유들 상에 작용하는 동일한 압력을 형성하는 막 6 및 압력 매질 5. 시간 X의 특정 기간 동안 특정 압력에서 특정 압력을 유지함으로써, 셀룰로오스 섬유들에서 소섬유 응집이 열가소성 수지에 근접한 기계적 물성들을 갖는 압착 물질 1b의 바이오-복합 요소를 만들 것이다. 예로서, 4 MPa (40 bar)인 압력 P1, 140 ℃인 형성 온도 T1, 160 ℃인 형성 금형 부분 2b의 온도 T2, 및 10 초인 시간 기간 X인 경우, 열가소성 수지에 근접한 기계적 물성을 갖는 압착 물질 1b의 바이오-복합 요소가 달성될 수 있다. 시간 기간 X는 셀룰로오스 블랭크의 형성 온도 및 적용된 압력에 의존하여 예컨대 0.1 초부터 수 초 까지의 범위일 수 있다.
시간 기간 X 후, 대기압 P0로 압력을 낮추고 압력 매질 5를 제거함으로써, 압착 물질 1b에 의하여 형성된 셀룰로오스 제품이 사출될 수 있고, 필요 시 그것의 최종 형상으로 절단될 수 있다.
도 3a-b에서 논의된 방법의 하나의 이점은 필름 배리어 6이 또한 사용 동안 요소에 노출되는 다른 매질을 향하여 배리어로서 기능할 수 있다는 것이다. 예컨대, 필름 배리어 6와 제공되는 셀룰로오스 제품이 휴대용(on-the-go) 샐러드 보울인 경우, 보울의 흡습성 특징들을 감소시키기 위하여 그리고 채소들과의 접촉으로부터 압착 물질 1b 내 셀룰로오스 섬유들을 보호하기 위하여 배리어 6를 갖는 것이 바람직하다. 이 방법은 또한 액체 제품들을 위한 용기들 또는 병들을 생산하는데 사용될 수 있고, 그러므로 탄산이 든 액체들을 포함하는, 음료들 또는 여러 종류들의 액체들의 포장에 적합할 수 있다.
도 4a-d를 참조해, 형성 금형 3은, 필름 배리어 6를 포함하는 튜브 형상의 셀룰로오스 블랭크 1a를 둘러싼, 적어도 두 개의 열릴 수 있고 닫힐 수 있는 네거티브 형성 표면들 또는 부분들 2a, 2b를 포함하고, 이때 외층은 압축되지 않은 셀룰로오스 섬유들 및 그것의 첨가제들이고 내층 6는 얇은 필름 배리어 6를 포함하는 단일-사용 막이다. 블랭크는 편평한 형상으로 바람직하게는 도면에는 도시되지 않은, 롤들인 압축 기구에 공급될 수 있고, 이때 블랭크는 압력 매질 노즐 8을 둘러싼, 도면에 도시되지 않은 튜브 형상으로 형성된다.
도 4a에서, 형성 표면들 또는 부분들 2a를 가진 형성 금형 3이 형성 금형 온도 T2로 전(pre)-가열되고, 형성 공정 방법의 열린 초기 단계에서 도식적으로 보여진다. 필름 배리어 6이 있는 튜브 형상의 셀룰로오스 블랭크 1a이 고정된 압력 매질 노즐 8을 둘러싼 위(top)로부터 공급되는데, 이는 필름 배리어 6이 있는 튜브 형상의 셀룰로오스 블랭크 1a이 윗쪽으로부터 형성 표면들 2a, 2b 내로의 방향으로 공급된다는 것을 의미한다.
전(pre)-가열된 형성 금형 3을 닫음으로써 폐쇄력 Fc이 적용되는데, 이는 도 4c에서 보여지는, 압력 매질 노즐 8에 의하여 형성 금형 3의 내부로 압력 매질 9에 의하여 적용되는 압력 P1에 의하여 만들어지는 개방력보다 더 크다. 형성 표면들 2a, 2b이 있는 형성 금형 3의 닫힌 상태는 도 4 b-c에 도식적으로 보여진다. 공동의 위 및 아래에 인접한 표면들 2a, 2b의 설계 및 폐쇄력 Fc는 대기압 P0 밖으로부터 셀룰로오스 블랭크 1a의 내부 부피를 밀폐한다.
대체 예에서, 도면에는 보여지지 않지만, 셀룰로오스 블랭크 1a는 형성 금형 3이 닫힐 때 잔여 물질로부터 형성 금형들에 의하여 절단될 수 있다. 하나 또는 둘 다인 형성 금형 부분들이, 형성 금형에서 셀룰로오스 제품을 형성할 때 동일한 프레스 동작으로 원하지 않는 잔여 압축되거나 또는 압축되지 않은 셀룰로오스 섬유들이 없는 셀룰로오스 제품을 절단하기 위하여, 예컨대 날카로운 절삭날과 같은, 절단 기구로 제공될 수 있다. 절단 기구는 셀룰로오스 제품의 특정 두께를 맞추기 위하여 설계될 수 있다. 절단 기구는 셀룰로오스 제품의 바람직한 형상에 따라 이-차원 및 삼-차원 둘다의 형상들로 형성된 셀룰로오스 제품의 가장자리를 절단할 수 있다. 절단 기구는, 예컨대, 다른 형성 금형 부분의 돌출된 절삭날과 상호작용하는 형성 금형 부분들 중 하나의 위에 배열된 좁은 절개, 또는 다른 형성 금형 부분 상 절단 표면과 상호작용하는 형성 금형 부분들 중 하나의 위에 배열된 절삭날인, 최종 제품의 절단에 효율적이기 위한 다른 방법들로 구축될 수 있다. 대체로서, 절단 기구는 프레스 작동에 대한 방향으롱 움직이는 금형에 통합된 이동가능한 절단기로서 배치될 수 있다.
셀룰로오스 제품에 사용되지 않은 임의의 잔여 셀룰로오스 섬유들 12이 수집되고 재활용 목적으로 분리 유닛 13으로 다시 공급될 수 있다.
도 4c는 본 발명의 방법의 형성 및 소섬유 응집 국면을 보여주는데, 이때 상기 블랭크의 안쪽 부피는 압력 매질 노즐 8로부터의 압력 매질 9로 채워지고 압력 P1으로 가압되었으며, 이때 상기 형성 금형들 2a 및 2b의 가열된 형성 표면을 가로지르는 셀룰로오스 섬유들 상에서 작용하는 동일한 압력을 형성하는 단일-사용 막 6 및 압력 매질 9.
채워지는 공정은 도 4b 및 4c에 보여지는 단계들 사이에서 일어나고, 공기 채널들 10이 형성 금형 3의 공동(cavity)에서 필름 배리어 6이 있는 셀룰로오스 블랭크 1a의 바깥의 공기를 블랭크 확장 공정 동안 빼내는 것이 가능하다록 하는 것을 요구한다.
도 4d는 압착 물질 1b로 만들어진 빈 물체의 형상인 삼-차원 셀룰로오스 제품 및 필름 배리어 6, 예컨대, 상기 압력 매질 9로 채워진 도 4a-c에 기재된 방법에 의하여 형성된, 음료들을 위한 병을 나타내고, 이때 필름 배리어 6은 압축된 셀룰로오스 섬유들 1b로부터 압력 매질 9를 분리한다.
본 공개에 따라, 이 예의 압력 매질 9는 예컨대 우유, 주스, 물 및 탄산이 든 음료들과 같은, 셀룰로오스 제품 내로 채워지는 것이 의도된 음료에 의하여 구축될 수 있다.
필름 배리어 6는 바람직하게는 1 - 700 μm의 범위의 두께를 가진, PET, 바이오폴리에틸렌 또는 PLA와 같은 얇은 열가소성 물질로 만들어질 수 있고, 이때 음료들의 종이 포장들에 종래 적용되는, 필름 배리어 6는 또한 셀룰로오스 제품의 저장 및 사용 동안 음료와의 접촉으로부터 셀룰로오스 섬유들 1b을 밀폐한다.
도 4c에서 보이는 공정 단계에 대한 사이클 시간은, 음료가 온도 T9, 예컨대 1-20 ℃의 범위로 냉각되고, 빨리, 바람직하게는 1초 미만으로 채워질 때, 단축될 수 있다. 형성 표면들 2a, 2b을 가진 형성 금형 3이, 예컨대 200 ℃인, 금형 온도 T2로 전-가열되고 블랭크가 예컨대 140 ℃인 온도 T1로 전-가열되면, 압력 매질 온도 T9는 몇 초 또는 그 미만의 사이클 시간으로 형성 금형 3으로부터 채워진 병의 방출을 가능하게 할 것이다.
도 5a-b는 본 공개의 또다른 원리를 보여주는데, 이때 압축 기구는 적어도 하나의 포지티브(positive)) 형성 금형 부분 2a, 적어도 하나의 네거티브 압력 금형 부분 2b 및 다중-이용 전(pre) 형성된 막 4를 포함하고, 이때 압력 매질 5는 셀룰로오스 블랭크 1a를 둘러싼 금형 부분들 2a 및 2b이 닫힌 후, 압력 P1으로 가압된다.
셀룰로오스 블랭크 1a의 셀룰로오스 섬유들에서 소섬유 응집이 발생하는 최종 형성 단계는 도 5b에 보여진다. 도 5b에 보여지는 확대된 단면도는 압력 매질 5가 어떻게 위쪽 네거티브 압력 금형 부분 2b 및, 압력 P1이 전-가열된 아래쪽 포지티브 형성 금형 2a의 형성 표면을 향하여 셀룰로오스 블랭크 1a를 균일하게 압축할 막 4 사이에 형성 금형 3을 관통시키는지를 분명히 보여준다. 압력 매질 5의 관통은 압력 매질 5를 위한 마이크로 채널들로서 작동하는 위쪽 네거티브 압력 금형 부분 2b의 표면에서, 도면에 보이지 않는, 작은 자국들에 의하여 용이하게 될 수 있다.
도 5a-b에 따른 압축 기구의 예는 더 짧은 사이클 시간들이 선호되는 도 2a-b에서 논의된 방법에 비하여 이로울 수 있다. 막 4는 도 5a-b에 보이는 예에서 동일한 정도로 변형될 필요는 없다. 도 2-5를 참조하여, 압축 방법의 상기 기재된 예들은 등방압을 제공하는데 사용될 수 있는, 가요성 막 4를 포함한다. 물만으로 가공된 목재 펄프와 같은, 셀룰로오스 섬유들의 가열된 압축 성형을 이용하여 모든-셀룰로스 복합에서 삼-차원 물체의 형성이 여전히 등방압을 달성하면서 종래 도구들을 이용하여 얻어질 수 있다.
도 6a-c를 참조하여, 위쪽의 전-가열된 네거티브 비-가요성 압력 금형부분 2b 및 아래쪽의 전-가열된 포지티브 비-가요성 형성 금형 부분 2a은 셀룰로오스 블랭크 1a를 둘러싸고, 이때 아래쪽 전-가열된 포지티브 비-가요성 형성 금형 부분 2a 및 위쪽의 전-가열된 네거티브 비-가요성 압축 금형 부분 2b 사이의 공동(cavity) 두께 t(P)는 명목상의 고른 두께로부터 벗어나며, 이때 편차가 이론상 그리고/또는 실제로 금형 부분들이 힘 F로 함께 프레스될 때 금형 부분들 2a 및 2b을 향하여 셀룰로오스 블랭크 1a의 모든 부분 상에 등방압 P1을 만들도록 확정된다.
도 6a는 연속적인 웹 1a에서 금형 부분들에 공급되는 편평한 상태에서 셀룰로오스 블랭크로 초기 열린 상태에서의 예를 도해적으로 보여준다. 도 6c는 압축된 편평하지 않은 상태에서 셀룰로오스 블랭크 1a로 닫힌 상태에서의 예를 도해적으로 보여준다. 도 6b는 열리고 닫힌, 압축되지 않은 편평하지 않은 상태 중간에서의 상태에서 예를 도해적으로 보여준다.
도 6a-c는 빈 보울을 위한 압축 기구의 예를 보여주며, 이때 포지티브 형성 금형 부분 2a는 명목상의, 선호되는, 형상을 갖고, 이때 네거티브 압력 금형 부분 2b는 동일한 압력 P1을 얻기 위하여 보완된 형상을 갖는다.
도 6b에 보여지는 대로, 블랭크는 두 개의 금형 부분들 2a, 2b에 의하여 변형되고 이때 셀룰로오스 블랭크 1a의 두께 t는 마찰 때문에 달라지고 변형은 셀룰로오스 블랭크 1a에서 억제한다. 많은 방식들로 변화될 수 있는, 이 도해적 예에서, 셀룰로오스 블랭크 1a는 결국 형성 금형 2a의 꼭대기 상에 가장 두꺼운 두께 및 압력 금형 2b의 공동(cavity) 입구에 인접한 가장 얇은 두께 tmin에 처하게 된다.
두 개의 금형 부분들 2a, 2b 사이의 공동 두께, s, 는 그러므로 보완되어, 형성 표면을 가로질러 셀룰로오스 블랭크 1a 상에 작용하는 대체로 동일한 형성 압력 P1으로 포지티브 금형 2a를 형성하는 것에 대항하여 셀룰로오스 블랭크 1a를 프레스하는, 네거티브 압력 금형 2b에 의하여, 가장 좁은 공동 두께 smin이 셀룰로오스 블랭크이 가장 얇은 tmin인 곳에 인접하여 위치되고, 가장 넓은 공동 두께 smax은 압축되지 않은 셀룰로오스 블랭크 1a이 가장 두꺼운 tmax인 곳에 인접하여 위치되게 된다.
게다가 셀룰로오스 블랭크, t, 및 공동 두께 s 사이의 두께 및 최종 공동 형상의 관계는 또한 공동의 기하학적 압력 생성에 관련된다. 힘 F는 포지티브 형성 금형 부분 2a의 꼭대기 상에 압력 P1을 결정하는 반면, 가장 좁은 공동 두께 smin에 인접한 공동의 볼록함, 두께 및 각도(angel)은 최종 압력 P1을 결정한다.
본 발명의 발명자들은 공동의 최종 형상이 대체로 등방압 P1을 얻기 위하여 복잡한 알고리즘 t(P)이라는 것을 발견하였고, 이때 수학적, 바람직하게는 FEM-분석, 및 실험적 테스트들, 바람직하게는 시행착오 둘 다가 전면적인 요소에서 동일한 압력을 얻기 위하여 요구된다.
본 공개의 또다른 예에 따라, 가요성 막 없이, 6a-c의 기하학적 압력 보완된 공동은 셀룰로오스 블랭크의 두께 보완으로 대체될 수 있다.
도 7a-b는 선호되는 동일하고 명목상인 공동 두께, t,를 가진 전통적인 보완되지 않은 압력 네거티브 형성 금형 부분 2b 및 보완되지 않은 포지티브 형성 금형 부분 2a를 보여주며, 이때 블랭크는 도 6a-c와 관련하여 논의된 예에서 기재된 바와 같이 동일한 방식으로 동일한 이론을 갖고 확정된 tmin-tmax 사이의 압력 보완된 두께를 갖는다.
6a-c 및 7a-b과 관련하여 제시된, 가요성 막 없이 등방압을 만드는 방법의 선호는 더 짧은 사이클 시간 및 압축 기구에 대한 더 낮은 비용과 관련된다. 그러나, 뻑뻑한 금형들을 이용한 방법의 발달 노력은 더 많은 비용이 들 수 있다.
도 6a-c와 관련하여 기재된 방법을 넘어 도 7a-b와 관련하여 기재된 방법을 이용하는 이점은 최종 셀룰로오스 제품의 달성된 고른 두께이다. 그러나, 블랭크들은 도 7 a-b에 기재된 방법으로 생산하는 것이 더 비용이 많이 들 수 있다.
대체로서, 형성 금형 3은 또한 거대한 가요성 막 구조로서 구축된 막과 배열될 수 있다. 도 8a-c에서 네거티브 형성 금형 부분 2b 및 포지티브 형성 금형 부분 2a를 가진 대체 형성 금형 3가 도해적으로 보여진다. 포지티브 형성 금형 부분 2a이 셀룰로오스 제품을 형성할 때 셀룰로오스 블랭크 1a 상에 등방압을 적용하는 거대한 가요성 막 4 상에 형성 압력, F를 적용하고 있다. 거대한 가요성 막으로 가요성 구조가 의미되는데, 이는 상기 예에 기재된 막 구조들로서, 더 얇은 막 구조에 비교하여 더 큰 탄성 변형 영역을 갖지만, 셀룰로오스 블랭크 1a에 등방압을 적용하는 유사한 능력을 갖는다. 거대한 가요성 막 4는 두꺼운 막 구조를 갖고 구축되거나 또는 가요성 물질의 균일한 본체로 만들어질 수 있다. 가요성 물질은 압력이 본체에 적용될 때 형성 금형 부분들 사이에서 물질을 뜨게 만들 물성들을 가질 수 있다. 도 8a-c에 보여지는 예에서, 거대한 가요성 말 4는 가요성 물질의 균일한 본체로부터 구축된다.
대체 예에서, 거대한 가요성 막 4은 다양한 두께를 가질 수 있고, 이때 거대한 가요성 막 4은 예컨대 다양한 두께를 가진 구조체로 주조되거나 또는 모양이 만들어진다. 다양한 두께를 가진 거대한 가요성 막의 더 얇거나 더 두꺼운 영역들이 셀룰로오스 블랭크 1a에 가해지는 압력을 동일하게 또는 균일하게 하기 위하여 막의 더 작거나 더 큰 변형을 필요로 하는 형성 금형 부분들에서 영역들을 보완할 수 있다. 거대한 가요성 막 구조를 이용함으로써 형성 금형은 제작에 있어 더 저렴하고 더 간단하게 만들어질 수 있다.
거대한 가요성 막 4이 구축되어 압력, F가 형성 금형 부분들로부터 적용될 때, 거대한 가요성 막 4은 등방압을 제공하기 위하여 변형된다. 거대한 가요성 막 4는 예컨대 고무, 라텍스, 폴리우레탄 또는 실리콘과 같이, 적합한 물성들을 갖는 물질로 만들어질 수 있다. 탄성 중합체 물성들을 가진 다른 적합한 물질들 또는 물질들의 조합들이 또한 사용될 수 있다. 거대한 가요성 막 4의 가요성 물성 때문에, 거대한 가요성 막 4가 셀룰로오스 블랭크 1a에 등방압을 적용한다.
도 8a에서, 셀룰로오스 블랭크 1a가 네거티브 형성 금형 부분 2b 및 거대한 가요성 막 4 사이에 적용된다. 압력, F가 도 8a-b에 보이는 대로 형성 금형 부분들에 적용될 때 포지티브 형성 금형 부분 2a이 네거티브 형성 금형 부분 2b 내로 거대한 가요성 막 4 및 셀룰로오스 블랭크 1a을 밀어 넣는다. 셀룰로오스 제품을 형성할 때, 네거티브 형성 금형 부분 2b가 형성 금형 부분 온도 T2로 가열되고, 형성 공정 동안 셀룰로오스 블랭크 1a가 형성 온도 T1로 가열된다, 도 8a-c 참조.
도 9a-c에서, 또다른 대체의 네거티브 형성 금형 부분 2b 및 포지티브 형성 금형 부분 2a을 가진 형성 금형 3이 도해적으로 보여진다. 셀룰로오스 제품을 형성할 때 네거티브 형성 금형 부분 2b가 셀룰로오스 블랭크 1a에 등방압을 적용하는 거대한 가요성 막 4에 형성 압력, F을 적용하고 있다. 거대한 가요성 막 4이 구축되어 압력, F가 형성 금형 부분들로부터 적용될 때, 거대한 가요성 막 4가 등방압을 제공하기 위하여 변형된다. 거대한 가요성 막 4는 도 8a-c에 보여진 예와 관련하여 전술한 대로 동일한 제조로 만들어질 수 있다. 도 9a-c에 보여지는 예에서, 거대한 가요성 막 4는 포지티브 형성 금형 부분 2a의 모양을 맞추기 위하여 다양한 두께를 갖는다. 거대한 가요성 막 4의 가요성 물성 때문에, 거대한 가요성 막 4은 셀룰로오스 블랭크 1a에 등방압을 적용시킨다.
도 9a에서 셀룰로오스 블랭크 1a는 포지티브 형성 금형 부분 2a 및 거대한 가요성 막 4 사이에 위치된다. 도 9a-b에 보여지는 바와 같이 형성 압력, F가 형성 금형 부분들에 적용될 때, 포지티브 형성 금형 부분 2a는 거대한 가요성 막 4을 향하여 네거티브 형성 금형 부분 2b 내로 셀룰로오스 블랭크 1a를 밀고 있다. 셀룰로오스 제품을 형성할 때, 포지티브 형성 금형 부분 2a가 형성 금형 부분 온도 T2까지 가열되고 형성 공정 동안 셀룰로오스 블랭크 1a는 형성 온도 T1까지 가열된다, 도 9a-c 참조.
특허청구범위에서, 단어 "포함하는(comprising)"은 다른 구성요소들 또는 단계들을 배제하는 것이 아니며, 부정관사 "하나" 또는 "하나"는 복수를 배제하는 것이 아니다. 서로 다른 인용하는 청구항들에서 특정 측정치가 인용된다는 단순한 사실은 측정된 이것들의 조합이 유리하게 하기 위하여 사용될 수 없다는 것을 가리키지 않는다.
상기 기재는 본질적으로 단순히 예시적인 것이며 본 공개, 그 적용 또는 용도들을 제한하려고 의도된 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 특정 예들이 명세서에 기재되고 도면에서 묘사된 반면, 당업자는 여러가지 변화들이 만들어질 수 있고, 등가물이 특허청구범위에서 규정된 본 공개의 범위를 벗어나지 않고 그 구성요소들을 대체할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 그 본질적 범위를 벗어나지 않고 본 공개의 교시에 특정 상황 또는 물질을 적응시키기 위하여 변형들이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 공개는 본 공개의 교시를 수행하기 위하여 지금 고려된 최적의 모드로서 도면들에서 묘사되고 명세서에서 기재된 특정 예들에 제한되는 것이 아니고 본 공개의 범위는 앞의 명세서 및 첨부된 특허청구범위들 내에 속하는 임의의 예들을 포함하는 것이 의도된다. 특허청구범위에서 언급된 참조 표시들은 특허청구범위에 의하여 k보호되는 것들의 정도를 제한하는 것으로 보여져서는 안되며, 그것들의 유일한 기능은 특허청구범위를 이해하기 더 쉽게 만드는 것이다.
1a: 셀룰로오스 블랭크
1b: 압축된 물질
2a-b: 형성 금형 부분들
3: 형성 금형
4: 막
5: 압력 매질
6: 필름 배리어
7: 내부 채널
8: 압력 매질 노즐
9: 압력 매질
10: 공기 채널들
11: 건조 형성 유닛
12: 셀룰로오스 섬유들
13: 분리 유닛
14: 형성 와이어
15: 압축 유닛
16: 연속적인 셀룰로오스 웹
17: 공급 유닛
18: 셀룰로오스 제품 형성 장치
19: 가열 유닛
20: 적용 유닛
21: 롤
22: 원심 선풍기
23: 형성 박스
24: 진공 박스
25: 섬유 분리하는 롤러들
26: 피봇 롤러 팔
27: 공급 롤러들

Claims (18)

  1. 셀룰로오스 제품의 제조 방법으로:
    건조 형성 유닛 (11)에서 셀룰로오스 블랭크 (1a)을 건조 형성하는 단계,
    형성 금형 (3)에서 셀룰로오스 블랭크 (1a)를 배치하는 단계;
    100 ℃ 내지 200 ℃의 범위 내의 형성 온도까지 셀룰로오스 블랭크 (1a)를 가열하는 단계; 및
    적어도 1 MPa의 형성 압력으로 형성 금형 (3)에서 셀룰로오스 블랭크 (1a)를 프레스하고, 이때 건조 형성 유닛 (11)에서 셀룰로오스 블랭크 (1a)을 건조 형성할 때, 셀룰로오스 섬유들 (12)이 운반 매체로서 공기에 의하여 운반되고 셀룰로오스 블랭크 (1a)로 형성되는 것이 특징인 단계
    를 포함하는 셀룰로오스 제품의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    셀룰로오스 블랭크 (1a)이 편평하거나 또는 기본적으로 편평하지 않은 형상을 가진 셀룰로오스 제품으로 형성되는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    형성 압력은 1 MPa 내지 100 MPa의 범위 내인 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    셀룰로오스 블랭크 (1a)의 가열은 적어도 부분적으로는 셀룰로오스 블랭크 (1a)의 프레스 전에 일어나는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    형성 금형 (3)은 셀룰로오스 블랭크 (1a)의 프레스 전에 가열되는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    건조 형성 유닛 (11)은 분리 유닛 (13), 형성 와이어 (14) 및 압축 유닛 (15)을 포함하고, 그 방법은 하기 단계들을 더 포함하는 방법:
    분리 유닛 (13)에서 셀룰로오스를 떼어진 셀룰로오스 섬유들 (12)로 분리하는 단계;
    셀룰로오스 섬유들 (12)을 형성 와이어 (14) 상에 배치하는 단계; 및
    압축 유닛 (15)에서 셀룰로오스 섬유들 (12)을 압축하여 셀룰로오스 블랭크 (1a)를 형성하는 단계.
  7. 제 6항에 있어서, 하기 단계를 더 포함하는 방법:
    셀룰로오스 섬유들 (12)에 풀을 가하여 셀룰로오스 블랭크 (1a)의 소수성 물성 및/또는 기계적 강도를 증가시키는 단계.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 잇Dj서,
    셀룰로오스 블랭크 (1a)는 건조 형성 유닛 (11)에서 연속적인 셀룰로오스 웹 (16)으로서 형성되는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    연속적인 셀룰로오스 웹 (16)은 공급 유닛 (17)에 의하여 형성 금형 (3)으로 공급되는 방법.
  10. 셀룰로오스 블랭크 (1a)로부터 셀룰로오스 제품을 제조하기 위한 셀룰로오스 제품 형성 장치 (18)로, 그 셀룰로오스 제품 형성 장치 (18)는:
    100 ℃ to 200 ℃의 범위 내 형성 온도로 셀룰로오스 블랭크 (1a)를 가열하기 위한 가열 유닛 (19);
    적어도 1 MPa의 형성 압력으로 형성 금형 (3)에서 셀룰로오스 블랭크 (1a)를 프레스함으로써 셀룰로오스 제품의 형성을 위한 형성 금형 (3);
    을 포함하고, 셀룰로오스 제품 형성 장치가 셀룰로오스 섬유들 (12)가 운반 매체로서 공기에 의하여 운반되고 셀룰로오스 블랭크 (1a)로 형성되는, 셀룰로오스 블랭크 (1a)의 형성을 위한 건조 형성 유닛 (11)을 더 포함하는 것을 특징을 하는,
    셀룰로오스 제품 형성 장치 (18).
  11. 제 10항에 있어서,
    편평하거나 또는 기본적으로 편평하지 않은 형상을 가진 셀룰로오스 제품 내로 셀룰로오스 블랭크 (1a)을 형성하도록 형성 금형 (3)이 조정되는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 제품 형성 장치 (18).
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    건조 형성 유닛 (11)이:
    셀룰로오스를 떼어진 셀룰로오스 섬유들 (12)로 분리하기 위한 분리 유닛 (13);
    셀룰로오스 섬유들 (12)을 위한 형성 와이어 (14);및
    셀룰로오스 블랭크 (1a)을 형성하기 위하여 셀룰로오스 섬유들 (12)을 압축하기 위한 압축 유닛 (15)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 제품 형성 장치 (18).
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    형성 금형 (3)이 가열 유닛 (19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 제품 형성 장치 (18).
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    셀룰로오스 제품 형성 장치 (18)이 풀 또는 다른 물질들을 셀룰로오스 섬유들 (12)에 적용하기 위하여 조정된 적용 유닛 (20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 제품 형성 장치 (18).
  15. 제 10항 내지 제 14 중 어느 한 항에 있어서,
    건조 형성 유닛 (11)은 연속적인 셀룰로오스 웹으로서 셀룰로오스 블랭크 (1a)을 형성하기 위하여 조정되는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 제품 형성 장치 (18).
  16. 제 15항에 있어서,
    셀룰로오스 제품 형성 장치 (18)은 형성 금형 (3)에 연속적인 셀룰로오스 웹 (16)을 간헐적으로 공급하기 위하여 조정된 공급 유닛 (17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 제품 형성 장치 (18).
  17. 셀룰로오스 제품이 편평하거나 또는 기본적으로 편평하지 않은 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 셀룰로오스 제품.
  18. 제 17항에 있어서,
    셀룰로오스 제품이 적어도 90 중량 퍼센트의 셀룰로오스 섬유들을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 제품.
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