KR20190130653A - 맞춤형 액체 위킹 능력을 가진 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 - Google Patents

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기셀라 골드홀름
말콤 존 해이허스트
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Abstract

라이오셀 방사 용액 (104)으로부터 직접 제조된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102)이 개시된다. 직물 (102)는 실질적으로 무한 섬유 (108)의 네트워크를 포함한다. 직물 (102)은 다음 특징 중 하나 이상을 특징으로 한다:
(i) 액체 확산 속도는 5분 내에 3000 mm2 이상이며;
(ii) 물 흡수 능력은 직물 1g 및 1 초당 당 물 0.25g 이상의 위킹 속도에 의해 특징지어진다. 이러한 직물 (102)을 제조하기 위한 방법 및 장치, 이러한 직물을 포함하는 제품 또는 복합재, 및 이러한 직물 (102)에 대한 다양한 용도의 응용이 추가로 개시된다.

Description

맞춤형 액체 위킹 능력을 가진 부직포 셀룰로오스 섬유 직물
본 발명은 부직포 셀룰로오스 섬유 직물, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제조 방법, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제조 장치, 제품 또는 복합재 및 이러한 직물의 사용 방법에 관한 것이다.
라이오셀 기술은 셀룰로오스 목재 펄프 또는 다른 셀룰로오스-기반 공급원료를 극성 용매 (예를 들어, "아민 옥사이드" 또는 "AO"로 또한 표시될 수 있는, n-메틸 모폴린 n-옥사이드)에 직접 용해하여, 다양한 유용한 셀룰로오스-기반 물질로 변형될 수 있는 점성이 높은 전단 박하 용액(shear-thinning soulution)을 생성하는 것과 관련이 있다. 상업적으로 상기 기술은 텍스타일 산업에서 널리 사용되는 셀룰로오스 스테플 섬유 (오스트리아, 렌징의 Lenzing AG에서 상표로 TENCEL®로 시판)를 제조하는데 사용된다. 라이오셀 기술의 다른 셀룰로오스 제품도 사용되었다.
셀룰로오스 스테플 섬유는 부직포 웹으로의 전환을 위한 성분으로서 오랫동안 사용되어 왔다. 그러나 부직포 웹을 직접 제조하기 위한 라이오셀 기술의 적용은 최근 셀룰로오스 웹 제품으로는 불가능한 특성 및 성능에 접근할 수 있다. 중요한 기술적 차이로 인해 합성 폴리머 기술을 라이오셀에 직접 적용하는 것은 불가능하지만, 합성 섬유 산업에서 널리 사용되는 멜트블로우(meltblow) 및 스펀본드(spunbond) 기술의 셀룰로오스 버전으로 간주될 수 있다.
라이오셀 용액으로부터 직접 셀룰로오스 웹을 형성하는 기술을 개발하기 위해 많은 연구가 수행되었다(특히, WO 98/26122, WO 99/47733, WO 98/07911, US 6,197,230, WO 99/64649, WO 05/106085, EP 1 358 369, EP 2 013 390). 추가의 기술은 WO 07/124521 A1 및 WO 07/124522 A1에 개시되어 있다.
다른 셀룰로오스 물질과 마찬가지로, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 액체, 특히 물 또는 수용액 또는 분산액을 흡수하기 위한 제한 속도를 가진다. 그러나, 웹과 같은 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 많은 응용에서, 높은 액체를 흡수하는 속도 또는 액체 흡수 속도가 바람직하다.
발명의 요약
부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 수단으로 액체를 흡수하기 위한 속도를 개선할 필요가 있을 수 있다.
이 요구는 독립 청구항에 따른 주제에 의해 충족될 수 있다. 본 발명의 유리한 실시 형태는 종속항에 의해 설명된다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 특히 라이오셀 방사 용액으로부터 직접 제조될 수 있는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물이 제공된다. 제공된 직물은 실질적으로 무한 섬유(endless fiber)의 네트워크를 포함한다. 제공된 직물은 5분 내에 3000 mm2 이상의 확산 속도를 가지는 흡수 능력을 나타낸다. 대안으로 또는 조합하여 직물은 24시간 내에 3500 mm2 이상의 액체 확산 속도를 가지는 흡수 성능을 나타낼 수 있다.
제공된 직물은 이하에서 종종 간단히 "직물"로 지칭되며, 라이오셀 방사 용액으로부터 특히 직접 직물을 제조하기 위한 적절한 공정 파라미터를 사용함으로써, 적어도 알려진 셀룰로오스 제품과 비교하여 테스트 액체 물에 대한 매우 높은 비율의 액체 확산에 의해 반영되는 증가된 수분 흡수 능력을 나타내는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 또는 섬유 웹이 제공될 수 있다는 아이디어에 기초한다. 이는 많은 응용을 위해 상응하는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제품의 효율을 증가시키거나 새로운 응용을 위해 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제품을 개방한다.
본 문서에 개시된 액체 확산 속도 값은 피펫으로 0.5 ml의 테스트 유체가 (a의 표면) 샘플 즉, 각각의 직물 상에 조심스럽게 각각 천천히 공급되는 "액체 확산 속도 테스트"와 관련이 있다. 테스트 중인 샘플은 "단위 면적당 질량"을 가지며, 종종 평량으로 표시된다. 테스트 유체는 리터 당 2g의 농도로 녹색 염료를 포함하는 증류수이다. 독일어의 사용된 염료는 "Sulfacidebrilliantgrun"으로 표시된다. 염료는 시중에서 구할 수 있는 카메라, 예컨대 ixus 타입의 캐논 카메라로 "확산 속도" 측정을 정량적으로 평가할 수 있다. 카메라로 액체 확산을 감지할 수 있는 일반적인 시점은 테스트 유체 공급 후 5분, 테스트 유체를 테스트 중인 샘플(의 표면)에 공급한 후 24시간이다.
"액체 확산 속도 테스트"의 경우, 테스트를 시작하기 전에 완전히 건조된 상태에서 직물을 조절해야 한다. 따라서, "완전 건조"는 직물을 제조한 후 (건조 절차를 포함함), 직물이 온도 23 ℃ ± 2 ℃, 상대 습도 50% ± 5%로 정의된 표준 기후에서 24시간 동안 직물이 컨디셔닝 되었음을 의미한다. 별도의 언급이 없는 한, 모든 측정은 이 표준 기후 하에서 수행되었다. 이와 대조적으로, 용어 "완전 습윤"은 직물이 물로 완전히 로딩되어, 즉 물이 더이상 흡수되지 않음을 의미할 수 있다.
특정 이론에 구속되지 않으면서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 모세관 현상은 수분 흡수 능력, 및 특히 상기 명시된 액체 확산 속도와 관련된 수분 흡수 속도에 강한 영향을 미치는 것으로 현재 여겨진다. 구체적으로 모세관 현상은 공동이 물 입자에 대해 다소 적절한 수용 공간을 제공하는 이웃하는 섬유 사이에 형성된 (마이크로) 공동 또는 채널의 수 및 크기와 관련된다.
또한, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 제조 공정에 대한 실험적인 연구는 적절한 공정 파라미터를 사용함으로써, 적어도 셀룰로오스 제품 또는 중합체 섬유로 제조된 제품과 비교하여, 흡수되는 물에 대한 액체 확산 속도가 증가된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 또는 섬유 웹이 제조될 수 있음을 밝혀냈다. 이는 많은 응용 분야에서 상응하는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제품의 효율을 증가시키거나 새로운 응용을 위해 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제품을 개방한다.
액체 확산에 대해 큰 값이 요구될 때 무한 섬유가 사용된다는 사실은 매우 중요할 수 있다고 지적된다. 비교적 짧은 스테플 섬유로 제조된 공지된 직물과 대조적으로 본 명세서에 개시된 직물은 훨씬 더 긴 (실질적으로 무한한) 섬유로 제조된다. 결과적으로, 개시된 섬유 내의 섬유 말단의 밀도는 섬유를 따라 이동하는 액체에 대한 장벽을 감소시키기 위해 상당히 작다. 본 문맥에서, 섬유 말단과 관련된 모든 간극(gap)은 직물을 통한 액체 전파용 장벽에 기여한다.
또한, 합성 중합체 무한 섬유와 대조적으로, 개시된 직물에 사용된 무한 셀룰로오스 섬유는 액체 흡수 시에 팽윤을 나타낸다. 이러한 팽윤은 액체 확산과 관련하여 직물의 능력을 증진시키는 서브마이크론 채널에 영향을 미친다. 또한, 상이한 섬유들 사이의 병합 지점은 액체의 흡수시 팽윤하는 재료로 구성된다. 따라서 또한, 병합 지점은 액체 확산을 촉진시킨다. 결과적으로, 병합 인자를 적응시키는 것은 또한 원하는 값을 향해 액체 확산 속도를 맞추기 위한 척도로 사용될 수 있다. 병합 지점에 대한 추가의 세부 사항은 추가로 하기에 설명된다.
특히, 단위 면적당 작은 질량을 가지는 직물에 대해 흡수되는 물에 대한 액체 확산을 개선하는 것은 기재된 직물, 예를 들어 얇은 와이프를 필요로 하는 많이 다양한 용도에 사용될 수 있다는 이점을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 높은 물 흡수 속도를 가지는 직물은 또한 다른 액체에 대한 높은 흡수 능력을 가질 수 있다고 언급된다. 특히, 물 기반 액체, 즉 물이 용매로 작용하는 액체에 적용된다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "부직포 셀룰로오스 섬유 직물" (또한, 부직포 셀룰로오스 필라멘트 직물로 지칭될 수 있음)은 특히, 복수의 실질적으로 무한 섬유로 구성된 직물 또는 웹(web)을 의미할 수 있다. 용어 "실질적으로 무한 섬유"는 특히 종래의 스테플 섬유보다 상당히 더 긴 길이를 가지는 필라멘트 섬유의 의미를 가진다. 대안적인 어구에서, 용어 "실질적으로 무한 섬유"는 특히, 종래의 스테플 섬유보다 부피당 상당히 작은 양의 섬유 말단을 가지는 필라멘트 섬유로 형성된 웹의 의미를 가질 수 있다. 특히, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 직물의 무한 섬유는 부피당 섬유 말단의 양이 10,000 말단/cm3 미만, 특히 5,000 말단/cm3 미만일 수 있다. 예를 들어, 스테플 섬유를 면의 대체재로 사용되는 경우, 길이는 38 mm일 수 있다(전형적인 천연 면 섬유의 길이에 상응). 이와 대조적으로, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실질적으로 무한 섬유는 200 mm 이상, 특히 1000 mm 이상의 길이를 가질 수 있다. 그러나, 당업자는 무한 셀룰로오스 섬유조차도 섬유 형성 동안 및/또는 후에 공정에 의해 형성될 수 있는 중단이 있을 수 있다는 사실을 알 것이다. 결과적으로, 실질적으로 무한 셀룰로오스 섬유로 제조된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 동일한 데니어의 스테플 섬유로 제조된 부직포 직물에 비하여 질량당 섬유수가 상당히 적다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 복수의 섬유를 방사하고, 후방을 바람직하게는 이동하는 섬유 지지 유닛을 향해 감쇄 또는 신장시킴으로써 제조될 수 있다. 이에 의해, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 구성하는 셀룰로오스 섬유의 3차원 네트워크 또는 웹이 형성된다. 직물은 주요 또는 유일한 성분으로서 셀룰로오스로 제조될 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "라이오셀 방사 용액"은 특히, 셀룰로오스 (예를 들어, 목재 펄프 또는 다른 셀룰로오스-기반 공급원료)가 용해된 용매 (예를 들어, N-메틸-모폴린, NMMO, "아민 옥사이드" 또는 "AO"와 같은 극성 물질의 용매)를 나타낼 수 있다. 라이오셀 방사 용액은 융해물(melt) 보다는 용액이다. 셀룰로오스 필라멘트는 용매의 농도를 감소시킴으로써, 예를 들어 필라멘트를 물과 접촉시킴으로써 라이오셀 방사 용액으로부터 생성될 수 있다. 라이오셀 방사 용액으로부터 셀룰로오스의 섬유의 초기 생성 과정은 응고로 기술될 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "가스 유동"은 라이오셀 방사 용액을 떠나거나 방사구를 떠난 동안 및/또는 후에 셀룰로오스 섬유 또는 이의 프리폼(preform) (즉, 라이오셀 방사 용액)의 이동 방향에 실질적으로 평행한 공기과 같은 가스 흐름을 특히 나타낼 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "응고 유체"는 특히, 셀룰로오스 섬유가 라이오셀 필라멘트로부터 형성될 정도로 라이오셀 방사용액을 희석하고 용매와 교환할 수 있는 능력을 갖는 비-용매 유체 (즉, 선택적으로 고체 입자를 포함하는, 가스 및/또는 유체)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이러한 응고 유체는 워터 미스트일 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "공정 파라미터"는 특히 섬유 및/또는 직물의 특성, 특히, 섬유 직경 및 또는 섬유 직경 분포에 영향을 미칠 수 있는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하는데 사용되는 모든 물리적 파라미터 및/또는 화학적 파라미터 및/또는 물질의 장치 파라미터 및/또는 장치 구성요소를 나타낼 수 있다. 이러한 공정 파라미터는 제어 유닛에 의해 자동으로 및/또는 사용자에 의해 수동으로 조정되어 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 섬유 특성을 조율 또는 조정할 수 있다. 섬유의 특성 (특히, 이들의 직경 또는 직경 분포)에 영향을 줄 수 있는 물리적 파라미터는 공정 (예를 들어 라이오셀 방사 용액, 응고 유체, 가스 유동 등)에 관련된 다양한 매체의 온도, 압력 및/또는 밀도일 수 있다. 화학적 파라미터는 관련된 매체 (예를 들어 라이오셀 방사 용액, 응고 유체 등)의 농도, 양, pH 값일 수 있다. 장치 파라미터는 오리피스 사이의 크기 및/또는 거리, 오리피스와 섬유 지지 유닛 사이의 거리, 섬유 지지 유닛의 이동 속도, 하나 이상의 선택적인 문맥 후공정 유닛 제공, 가스 흐름 등일 수 있다.
용어 "섬유"는 특히 셀룰로오스, 예를 들어 단면에서 대략적으로 둥글거나 비정형으로 형성되고, 선택적으로 다른 섬유와 꼬인 셀룰로오스를 포함하는 연장된 재료 조각을 나타낼 수 있다. 섬유는 10 초과, 특히, 100 초과, 보다 특히 1000 초과의 종횡비를 가질 수 있다. 종횡비는 섬유의 길이와 섬유의 직경 사이의 비이다. 섬유는 병합 (통합된 다중-섬유 구조가 형성되도록) 또는 마찰 (섬유는 서로 분리되어 있지만, 서로 물리적으로 접촉하고 있는 섬유를 서로 이동할 때 발생하는 마찰력에 의해 약하게 기계적으로 결합되도록)에 의해 상호 연결되어 네트워크를 형성할 수 있다. 섬유는 직선, 구부러지거나, 뒤틀린, 또는 꺽일 수 있는 실질적으로 원통형 형태를 가질 수 있다. 섬유는 단일 균질 물질(즉, 셀룰로오스)로 구성될 수 있다. 그러나, 상기 섬유는 또한 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 섬유 사이에 물 또는 오일과 같은 액체 물질이 축적될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 5분 내의 액체 확산 속도는 4000 mm2, 특히, 5000 mm2, 더욱 특히 5500 mm2 이상이다. 대안으로 또는 조합하여, 24 시간 내의 액체 확산 속도는 4500 mm2, 특히, 5500 mm2, 나아가 특히 6000 mm2 이상이다.
본 발명의 추가적인 실시 형태에 따르면, 직물 내의 제1 방향을 따라 액체 확산 속도는 제1 값을 가지며, 직물 내의 제2 방향을 따라 액체 확산 속도는 제2 값을 가지고, 제2 방향은 제1 방향 값에 수직이다. 제1 값과 제2 값은 20% 미만, 특히, 10% 미만으로 서로 상이하다. 이는 본 실시 형태에서 개시된 직물이 액체 확산 속도와 관련하여 적어도 대략 등방성 거동을 나타낸다는 것을 가리킨다. 위킹 속도의 등방성 거동에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다고 언급되어 있다.
본 발명의 추가적인 실시 형태에 따르면, 직물 내의 제1 방향을 따라 액체 확산 속도는 제1 값을 가지며, 직물 내의 제2 방향을 따라 액체 확산 속도는 제2 값을 가지고, 제2 방향은 제1 방향 값에 수직이다. 제1 값과 제2 값은 20% 초과, 특히, 30% 초과, 및 나아가 특히 40% 초과로 서로 상이하다. 이는 본 실시 형태에서 개시된 직물이 액체 확산 속도와 관련하여 현저한 이방성 거동을 나타낸다는 것을 가리킨다. 위킹 속도의 이방성 거동에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다고 언급되어 있다.
본 명세서에서 용어 "X% 만큼 서로 상이한"은 특히, 제1값과 제2 값 사이의 비에 100%를 곱한 값을 나타내며, 여기서 수득된 결과로부터 100%를 뺀 값은 X%의 값을 제공한다.
본 발명의 이 실시 형태는 섬유 지지 유닛, 특히 컨베이어 벨트 상에 방적 섬유를 올려놓은 섬유 지지 유닛의 이송 방향과 관련하여 실질적으로 무한 섬유의 (평균) 배향과 관련하여 적어도 어느 정도의 바람직한 방향이 존재한다는 생각에 의존한다. 그러나, 바람직한 방향의 정도, 즉, 수송 방향에 대한 섬유의 각도 확산은 라이오셀 방사 용액 공정의 적어도 일부의 공정 파라미터를 적절히 설정함으로써 조정될 수 있다.
이와 관련하여, 섬유의 각도 확산에 대한 효과를 쉽게 이해할 수 있는 하나의 공정 파라미터는 (a) 라이오셀 방사 용액이 압출되는 오리피스 및 (b) 섬유 지지 유닛의 상부 표면 사이에서 연장되는 응고 영역 내의 가스 난류의 잠재적 장치이다.
셀룰로오스 직물에 의한 액체 퍼짐은 특히 인접한 섬유 사이에 위치한 마이크로 공동 내에 생성된 모세관력에 기초한다. 따라서 바람직한 (평균) 섬유 방향의 확산 (정도)를 조정함으로써 공간 등방성은 각각 직물 내 위킹 속도 방향에 대한 공간 이방성을 조정할 수 있다.
본 발명의 추가의 측면에 따르면, 특히 라이오셀 방사 용액으로부터 직접 제조된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물이 제공된다. 직물은 실질적으로 무한 섬유의 네트워크를 포함한다. 제공된 직물은 직물 1g 및 1 초당 당 물 0.25g 이상의 위킹 속도를 가지는 흡수 성능을 나타낸다.
또한, 본 발명의 이러한 추가적인 측면에 따른 개시된 직물은 특히, 라이오셀 방사 용액으로부터 직접 직물을 제조하기 위한 적절한 공정 파라미터를 사용함으로써, 적어도 알려진 셀룰로오스 제품과 비교하여 테스트 액체인 물에 대한 매우 높은 위킹 속도에 의해 반영되는 증가된 수분 흡수 능력을 나타내는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 또는 섬유 웹이 제공될 수 있다는 아이디어에 기초한다. 이는 많은 응용을 위해 상응하는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제품의 효율을 증가시키거나 새로운 응용을 위해 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제품을 개방한다.
본 명세서에 개시된 위킹 속도의 값은 테스트 중인 샘플 (즉, 각각의 직물)이 완전히 건조된 상태로 조절되는 "위킹 속도 테스트"와 관련이 있다. 이 완전 건조 상태는 액체 확산 테스트의 설명과 관련하여 이미 위에서 정의하였다.
"위킹 속도 테스트"에서 테스트 중인 샘플은 테스트 테이블에 배치된다. 중앙에서 테스트 테이블은 개구부를 통해 액체 저장소가 있는 채널과 연결된다. 액체 저장소는 증류수로 채워진다. 테스트 테이블의 높이는 액체 저장소 내 물의 채워진 높이와 정확하게 상응한다. 이에 의해, 수압이 없이도 테스트 중인 샘플의 흡인력에 의해 각각 테스트 중인 샘플의 위킹의 흡입이 독점적으로 발생하는 것이 보장된다.
실제 "위킹 속도 테스트" 동안 테스트 중인 샘플에 의해 흡수된 물의 부피는 주사기를 사용하여 액체 저장소로 지속적으로 재충전된다. 이는 액체 레벨이 항상 일정하게 유지됨을 의미한다. 보충된 물의 부피는 보충된 물의 질량으로 변환된다(증류수의 알려진 밀도를 통해). 이 절차를 사용하면 흡수된 물에 의해 야기된 테스트 중인 샘플의 "흡수 부하"가 증가함에 따라 테스트 중인 샘플의 흡입력이 감소하기 때문에 위킹 속도가 시간에 따라 감소한다는 것이 명백하다. 물 보충을 위해 20 초당 0.005g의 임계값에 도달할 때까지 재충전 절차를 계속한다. 시간의 함수로서 첨가된 물의 질량을 나타내는 측정 곡선이 기록되고 평가된다. 본 명세서에서 위킹 속도는 실제 테스트의 시작부터 시작하여 첫 번째 타임 슬롯이 10초인 측정 곡선의 기울기이다. 측정된 값은 각 직물 1g당 정규화된다.
위킹 속도는 또한 DIN53924에 의해 개시된 방법, 특히 본 출원의 우선일에 발회된 최신 버젼에 따라 측정될 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 직물은 DIN53924에 따라 하나 이상의 방향으로 300초에서 >130 mm의 위킹 속도를 포함할 수 있다.
위킹 속도에 대한 큰 파라미터 값이 요구될 때, 무한 섬유가 사용된다는 사실도 매우 중요할 수 있다는 것이 지적된다. 더 짧은 스테플 섬유로 제조된 직물과 대조적으로 본 명세서에 개시된 직물은 훨씬 더 긴 (실질적으로 무한한) 섬유로 제조된다. 결과적으로 개시된 직물 내에서 섬유 말단의 밀도 및 결과적으로 섬유를 따라 이동하는 액체에 대한 장벽은 상당히 작다.
나아가, 개시된 직물에 사용된 셀룰로오스 무한 섬유는 액체 흡수 시 팽윤을 나타낸다. 이러한 팽윤은 위킹 능력을 촉진하는 서브마이크론 채널의 형성 및/또는 크기에 영향을 미친다. 또한, 상이한 섬유들 사이의 병합 지점은 액체 흡수시 판매되는 재료로 구성된다. 따라서 또한 병합 지점은 액체 확산 및 위킹을 촉진시킨다. 결과적으로 병합 인자는 또한 원하는 값을 향해 위킹 속도를 맞추기 위한 파라미터일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 개시된 직물의 위킹 속도는 직물 1 g 및 1 초당 물 0.35 g 이상, 특히, 직물 1 g 및 1 초당 물 0.35 g 이상, 더욱 특히 직물 1 g 및 1 초당 물 0.40 g 이상이다.
본 발명의 추가의 실시 형태에 따르면, 섬유 108의 적어도 일부는 병합 위치에서 일체로 병합된다. 특히 또는 바람직하게는, 섬유의 병합 인자는 0.2% 내지 100% 사이, 특히 0.5% 내지 15% 사이의 범위에 있다.
본 명세서에서, 용어 "병합"은 특히 각각의 병합 위치에서 상이한 섬유의 완전한 상호 연결을 나타내며, 이는 이전에 분리된 섬유 프리폼으로 구성된 하나의 일체형으로 연결된 섬유 구조의 형성을 초래한다. 병합은 병합된 섬유들 중 하나, 일부 또는 전부의 응집 동안 확립되는 섬유-섬유 연결로 표시될 수 있다. 상호 연결된 섬유는 공통 구조를 형성하기 위해 상이한 추가 재료 (예컨대, 별도의 접착제) 없이 각각의 병합 위치에서 서로 강하게 접착될 수 있다. 병합된 섬유의 분리는 섬유 네트워크 또는 그 일부의 파괴를 요구할 수 있다.
직물의 병합 인자 (면적 병합 인자라고도 함)를 결정하기 위해, 하기의 결정 공정이 수행될 수 있다: 직물의 정사각형 샘플이 광학적으로 분석될 수 있다. 정사각형 샘플 내부에 완전히 남아있어야 하는 직경을 가진 원은 정사각형 샘플의 대각선 중 하나 이상을 교차하는 섬유의 각 병합 위치 (특히, 병합지점 또는 병합 라인) 주위에 그려진다. 원의 크기는 원이 병합된 섬유들 사이의 병합 영역을 포함하도록 결정된다. 결정된 원의 직경 값의 산술 평균이 계산된다. 병합 인자는 평균 직경 값과 정사각형 샘플의 대각선 길이 사이의 비율로 계산되며, 백분율로 표시될 수 있다.
부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 제조 방법의 공정 파라미터의 상응하는 제어에 의해 병합이 유발될 수 있다. 특히, 이들 필라멘트 사이의 제1 접촉이 아직 침전된 고체 섬유 상태에 있지 않은 후에 라이오셀 방사 용액의 필라멘트의 응고가 유발 (또는 적어도 완료)될 수 있다. 이에 의해, 여전히 용액 상에 있는 동안 및 또는 그 후에 응고에 의해 이들 필라멘트를 고체-상태 상으로 전환시키면서 이들 필라멘트 사이의 상호 작용은 병합 특성을 적절히 조절할 수 있게 한다. 병합 정도는 제조된 직물의 특성을 조정하는 데 사용할 수 있는 강력한 매개 변수이다. 특히, 네트워크의 기계적 안정성은 병합 위치의 밀도가 높을수록 더 크다. 직물의 부피에 걸쳐 병합 위치의 불균일한 분포에 의해, 기계적 안정성이 높은 영역 및 기계적 안정성이 낮은 다른 영역을 조정하는 것도 가능하다. 예를 들어, 분리된 부분으로 직물의 분리는 적은 수의 병합 위치를 가지는 기계적으로 약한 영역에서 국부적으로 발생하도록 정확하게 정의될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 섬유 사이의 병합은 라이오셀 방사 용액 형태의 상이한 섬유 프리폼을 응고 전에 서로 직접 접촉시킴으로써 유발된다. 이러한 응고 공정에 의해, 섬유의 단일 재료 공통 석출이 수행되고, 이에 의해 병합 위치가 형성된다.
개시된 병합 인자는 직물의 섬유 네트워크의 상이한 섬유 사이의 네트워킹을 위한 매우 특성적인 파라미터이다. 0%의 병합 인자는 병합 지점이 없는 직물, 즉 마찰에 의해서만 서로 작용하는 완전히 분리된 섬유에 해당한다. 병합 인자의 100%는 병합 지점으로 구성된 직물, 즉, 필름과 같이 연속 구조를 형성하는 완전 일체형 섬유에 해당한다. 병합 인자를 조정함으로써, 상응하는 섬유의 물리적 특성 (특히 기계적 안정성)이 정확하게 조정될 수 있다.
특정 구조 및 특히 병합 인자에 따라 병합 위치는 (a) 섬유가 점 접촉(point contact)과 병합되는 병합 지점; (b) 섬유가 이의 길이의 적어도 일부에 걸쳐 서로 나란히 정렬되어 상위 섬유 구조를 형성하는 병합 라인을 포함할 수 있다. 병합 지점은 상호 연결된 섬유와 동일한 재료로 만들어진 도트-형 구조일 수 있다. 병합 라인은 병합 라인을 따라 연결된 섬유의 직경보다 상당히 큰 장방형(oblong shpae)의 라인을 가지는 병합 위치로 간주될 수 있다. 병합 라인은 따라서 섬유가 평행하거나 나란히 연장되는 섹션을 따라 섬유를 연결하는 확장된 구조일 수 있다.
본 발명의 추가의 실시 형태에 따르면, 섬유의 상이한 것은 상이한 식별가능한 층에 적어도 부분적으로 위치되며, 직물은 하기 특징 중 하나 이상을 포함한다: (a) 상이한 층의 섬유는 층 사이의 하나 이상의 위치에서 일체로 연결된다; (b) 상이한 층에 적어도 부분적으로 위치된 섬유의 상이한 것은 섬유 직경에 대해, 특히 평균 섬유 직경에 대해 상이하다; (c) 상이한 층의 섬유는 동일한 섬유 직경, 특히 실질적으로 동일한 평균 섬유 직경을 갖는다; (d) 상이한 층의 섬유 네트워크는 상이한 기능성을 제공하며, 상기 상이한 기능성은 특히, 상이한 위킹, 상이한 이방성 거동, 상이한 액체 흡수 능력, 상이한 세정성, 상이한 광학 특성, 상이한 거칠기, 상이한 평활도, 및 상이한 기계적 특성으로 이루어진 군 중 하나 이상을 포함한다.
본 명세서의 문맥에서 "섬유의 상이한 것은 상이한 식별 가능한 층에 적어도 부분적으로 위치되는"은 각각의 층이 적어도 캡쳐된, 예컨대 전자 현미경에 의해, 이미지 내에서 적어도 층들 사이에서 가시적인 분리 또는 계면 영역을 나타내는 것을 의미할 수 있다. 특징 (a)로 특정된 바와 같이, 상이한 층은 하나 이상의 병합 위치에서 일체로 연결될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 두 개(또는 그 이상)의 상이한 층의 직물은 라이오셀 방사 용액이 응고 및 섬유 형성을 위해 압출되는 오리피스와 두 개 (또는 그 이상)의 제트를 연속적으로 정렬시킴으로써 형성될 수 있다. 이러한 배열이 이동 가능한 (컨베이어 벨트 타입) 섬유 지지 유닛과 결합될 때, 제1 제트에 의해 제1 섬유 층이 섬유지지 유닛 상에 형성되고, 제2 제트는 이동 섬유지지 유닛이 제2 제트의 위치에 도달할 때 제1 층 상에 제2 섬유 층을 형성한다. 위에서 이미 언급한 바와 같이, "병합"은 각각의 병합 지점에서 상이한 섬유의 상호 연결을 나타내며, 이는 이전에 상이한 층들과 관련되었던 이전의 두 개의 분리된 섬유로 구성된 하나의 일체형으로 연결된 섬유 구조의 형성을 초래한다. 특히, 응고에 의해 아직 완전히 경화되거나 고화(solidified)되지 않은 형성중인 제2 층의 섬유는 예를 들어 여전히 액체 라이오셀 용액 상에 있고 아직 완전히 경화된 고체 상태가 아닌 외부 피부 또는 표면 영역을 여전히 가질 수 있다. 이러한 예비-섬유 구조가 서로 접촉하고, 그 후에 고체 섬유 상태로 완전히 경화될 때, 이는 각각 다른 인접한 층들 사이에 위치하는 영역의 계면에서 2 개의 합쳐진 섬유를 형성할 수 있다.
상기 특징 (b)로 특정된 바와 같이, 상이한 층들에 적어도 부분적으로 위치된 섬유의 상이한 것은 섬유 직경에 대해, 특히 평균 섬유 직경에 대해 상이하다. 개시된 직물의 상이한 층이 상이한 (평균) 섬유 직경을 가지는 섬유로 형성되는 경우, 상이한 층의 기계적 특성은 개별적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 비교적 큰 섬유 직경을 가지는 섬유를 사용하여 층들 중 하나에 강성 특성이 제공될 수 있으며, 반면, 다른 층은 (예를 들어, 상대적으로 낮은 섬유 직경을 가지는 섬유를 사용함으로써) 매끄럽거나 탄성적인 특성이 제공될 수 있다. 예를 들어, 더러움을 기계적으로 제거하기 위해 비교적 거친 표면을 가지고, 와이핑을 위해 비교적 매끄러운 표면을 가지는, 즉, 세정될 표면으로부터 물 또는 유사한 것들을 흡수하도록 구성된 와이프가 제조될 수 있다.
그러나, 상기 특징 (c)로 특정된 바와 같이, 상이한 층의 섬유가 동일한 직경, 특히 동일한 평균 직경을 갖는 것이 또한 가능하다. 이러한 실시 형태에서, 인접한 층은 유사하거나 또는 동일한 물리적 특성을 가질 수 있다. 이들은 그 사이의 병합 지점에서 강하거나 또는 약하게 상호 연결될 수 있다. 인터페이스 영역당 이러한 병합 지점의 수는 인접한 층들 사이의 결합 강도를 정의할 수 있다. 작은 결합 강도로, 층은 사용자에 의해 쉽게 분리될 수 있다. 높은 기계적 강도로, 층들은 서로 영구적으로 부착된 채로 남아있을 수 있다.
개시된 다층 구조 내의 이웃 층을 상호 부착하기 위해, 바인더와 같은 임의의 추가 접착 물질이 필요하지 않다고 언급된다. 결과적으로 액체는 어떤 방해 없이 각각의 층 계면을 통해 분산될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시 형태에 따르면, 섬유 네트워크는 다음 특징 중 하나 이상을 포함한다:
(a) 동일한 섬유 내에서 상이한 섬유 섹션은 이 섬유의 최소 직경과 관련하여 50% 초과만큼 관련 섬유 직경이 차이가 난다;
(b) 상이한 섬유는 섬유의 하나의 최소 직경과 관련하여 50% 초과만큼 관련 섬유 직경이 차이가 난다;
본 명세서에서 용어 "최소 직경과 관련하여 50% 초과만큼 관련 섬유 직경이 상이한"은 특히, 최대 섬유 직경과 최소 섬유 직경 사이의 비에 100을 곱한 값을 나타내며, 여기서 100%는 얻어진 결과에서 뺀 값이 50% 보다 큰 값을 제공한다. "최소 직경과 관련하여 50% 초과만큼 관련 섬유 직경이 상이한"은 최대 섬유 직경 및 최소 섬유 직경 사이의 비가 1.5를 초과함을 의미할 수 있다.
상기 주어진 특징 (a)로 특정된 동일한 섬유 내에서 그러한 섬유 직경의 변화가 큰 경우, 직경에 대한 불균일성은 섬유 내부 직경 변화를 나타내는 것으로 간주될 수 있다. 특정 이론에 구속되기를 원하지 않으면서, 섬유가 직물에서 네트워크를 형성할 때, 각각의 섬유 직경의 불균일성은 직물 내에서 다양한 섬유를 서로에 대해 이동할 때 극복되어야 하는 마찰력을 증가시키는 것으로 현재 여겨진다. 이 효과의 결과로 직물의 기계적 안정성이 향상된다.
상기 주어진 특징 (b)로 특정된 상이한 섬유들 사이에서 그러한 섬유 직경의 변화가 큰 경우, 직경 면에서 불균일은 섬유 간 직경 변화로 표시될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 각각의 섬유 자체는 직경 균질성 또는 비균질성을 나타낼 수 있지만, 섬유 비교에 의해 상이한 섬유는 섬유에서 직경에 대해 상이하다. 이러한 시나리오(scenario)에서 상이한 직경 또는 상이한 직경 분포의 섬유의 상호작용은 더 얇은 섬유의 더 강한 굽힘 및 더 두꺼운 섬유의 약간 굽힘을 초래할 수 있다. 상이한 직경의 이러한 섬유가 직물에서 네트워크를 형성할 때, 증가된 장애는 서로에 대한 상이한 섬유의 상호 운동을 억제한다. 이 현상의 결과로 직물의 안정성이 향상된다.
본 발명의 추가의 실시 형태에 따르면, 섬유 네트워크는 다음 특징 중 적어도 하나를 포함한다:
(a) 섬유의 3% 이상, 특히 5% 이상이 90% 이하의 진원도를 가지는 비원형 단면 형상을 가짐;
(b) 섬유의 1% 이상, 특히 3%이상이 80% 이하, 특히 70% 이하의 진원도를 가지는 비원형 단면 형상을 가짐.
이와 관련하여, 용어 "진원도"는 특히 섬유 단면의 내접원과 외접원 사이의 비율, 즉, 섬유의 단면을 각각 둘러싸거나 포위하기 위해 섬유의 단면에 내에 각각적합하기에 충분한 원의 최대 크기를 나타낼 수 있다. 진원도를 결정하기 위해, 섬유의 연장 방향에 수직인 단면은 섬유와 교차될 수 있다. 따라서, 진원도는 각 섬유의 단면 형상이 진원도 100%인 원의 단면 형상에 얼마나 근접한지를 나타내는 척도로 나타낼 수 있다.
예를 들어, 섬유의 단면은 타원형 (특히 타원) 형상을 갖거나 다각형 형상을 가질 수 있다. 보다 일반적으로 섬유의 단면의 외부 한계를 정의하는 궤적은 원으로부터의 편차를 나타내는 임의의 폐쇄 평면 선일 수 있다. 섬유의 단면은 전체적으로 둥글거나, 하나 이상의 날카로운 또는 둥근 모서리를 가질 수 있다.
기술적으로 말하면, 이 실시 형태로 설명된 직물의 섬유는 완전히 원형인 원통형과 상당한 편차를 보인다. 기계적 관점에서, 이것은 기계적 하중의 존재 하에서 섬유의 바람직한 굽힘 방향이 섬유의 단면 설계에 의해 정의된다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 섬유가 상이한 길이를 가지는 2 개의 주축 (즉, 장축 및 단축)을 가지는 타원 단면 형상을 갖는 경우, 가해진 힘의 존재하에 굽힘은 주로 단축이 굽힘 선으로서 발생한다. 따라서, 이러한 섬유 직물의 굽힘 특성은 더 이상 통계적이고 예측할 수 없지만, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 정의된 순서를 증가시킨다. (적어도 방향에서) 직물의 기계적 안정성에 강한 영향을 주는 것 이외에도 (평균) 굽힘 반경은 또한 상이한 섬유 사이에 형성될 수 있는 공동의 크기 및 형상과 하나의 섬유 내부 구조에 형성된 미세 공동의 크기 및 형상에 영향을 미치는 파라미터이다.
따라서, 물 흡수 능력에 대한 공동(cavity)의 수, 크기 및/또는 모양의 영향에 관한 상기 주어진 고려 사항을 고려할 때, (진원도에 의존하는) 평균 굽힙도 또한 물 분산 및 위킹 능력에 강한 영향을 미친다는 것이 명백해야 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 섬유는 5 ppm 미만의 구리 함량 및/또는 2 ppm 미만의 니켈 함량을 갖는다.
본 명세서에서 언급된 ppm 값은 모두 (부피가 아닌) 질량과 관련이 있다. 이와 별도로, 섬유 또는 직물의 중금속 오염은 각각의 개별 중금속 원소에 대해 10 ppm 이하일 수 있다. 무한 섬유 기반 직물 (특히, N- 메틸-모폴린, NMMO와 같은 용매를 포함하는 경우)을 형성하기 위한 기초로서 라이오셀 방사 용액을 사용하기 때문에, (사용자의 알레르기 반응을 일으킬 수 있는) 구리나 니켈과 같은 중금속에 의한 직물의 오염은 매우 작게 유지될 수 있다.
섬유 직경 및/또는 섬유 내 및/또는 섬유 간 직경 불균일성 및/또는 섬유 밀도의 값 또는 정도에 따라 활성 섬유 표면은 물론 인접한 섬유 사이의 간극(gap)의 부피 및 간격이 조정될 수 있다. 이는 예를 들어 모세관 효과의 영향 하에서 액체가 간극에 축적되는 능력에 영향을 미친다.
보다 상세하게는, 개시된 액체 흡수 능력은 부직포 섬유 직물 또는 섬유 웹이 다양한 인접 섬유 사이에 공동 또는 공극을 포함하는 구조로 간주될 수 있다는 사실에 기초할 수 있다. 직물은 침지되지 않은 원래 상태에서, 이들 공극은 공기로 채워진다. 직물이 액체를 흡수하면, 공극은 액체 (물, 에멀젼, 오일)로 채워진다.
본 발명의 추가의 측면에 따르면, 라이오셀 방사 용액으로부터 직접 부직포 셀룰로오스 섬유 직물, 특히 상기 개시된 직물을 제조하는 방법이 제공된다. 제공된 방법은 (a) 가스 유동에 의해 지지되는 오리피스를 가지는 제트를 통해 라이오셀 방사 용액을 응고 유체 분위기(atmosphere)로 압출하여 실질적으로 무한 섬유를 형성하는 것; (b) 섬유 지지 유닛 상에 섬유를 수집하여 직물을 형성하는 것; 및 (c) 직물이 하기의 특징 중 하나 이상에 의해 특징짓도록 공정 파라미터를 조정하는 것을 포함한다:
(i) 액체 확산 속도는 5분 내에 적어도 3000 mm2 이다;
(ii) 물 흡수 능력은 직물 1g 및 1 초당 당 물 0.25g 이상의 위킹 속도를 특징으로 한다. 대안으로 또는 조합하여 액체 확산 속도는 직물은 24시간 내에 3500 mm2 이상일 수 있다.
또한, 개시된 방법은 공정 파라미터의 적절한 선택에 의해 전술한 바와 같은 개선된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물이 효과적이고 신뢰할 수 있는 방식으로 제조될 수 있다는 아이디어에 기초한다.
파라미터에 대한 주어진 값과 관련하여, "액체 확산 속도" 및 "위킹 속도"는 상기 설명을 참조한다.
본 명세서의 문맥에서 "오리피스를 가진 제트" (예를 들어 "오리피스의 배열"로 표시될 수 있음)는 일렬로 배열된 오리피스의 배열을 포함하는 임의의 구조일 수 있다.
상이한 섬유의 직경의 변화는 섬유의 응고를 제어함으로써 생성되는 것으로 언급된다. 다시 말해서, 적어도 대략 평행한 방향으로 배열된 적어도 2개의 상이한 섬유는 (일반적인 병합 라인을 따라) 서로 병합되어 상당히 증가된 직경을 가지는 섬유가 생성될 수 있다. 공정 파라미터(의 값)를 제어함으로써 그러한 긴 섬유 병합의 확률이 선택될 수 있다. 결과적으로, 병합된 (두꺼운) 섬유 및 원래 (얇은) 섬유 사이의 비는 예를 들어 점성 라이오셀 방사 용액이 압출되는 제트의 인접한 오리피스 사이의 거리를 조정함으로써 조정될 수 있다. 이와 관련하여, 거리가 작을수록 두 섬유 사이의 병합 가능성이 더 높다는 것이 명백하여야 한다.
난류의 응고 유체 스트림을 사용하면, 상이한 아직 (완전히) 응고되지 않은 섬유들 사이의 공간 거리를 교란시킬 수 있다. 결과적으로, 제트에서 섬유 지지 유닛으로 가는 도중에 두 개의 섬유가 서로 만나는 확률이 증가될 수 있다.
또한, 세 개 이상의 개별섬유로부터의 병합도 실현될 수 있다고 언급된다. 결과적으로 섬유 직경 변화가 증가되도록 더 두꺼운 섬유가 제조될 수 있다.
본 명세서에 개시된 직물의 주요 특성에 대한 "병합"의 관련성과 관련하여 즉, "액체 확산 속도" 및/또는 "위킹 속도"와 관련하여 물 흡수 능력은 상기 주요 특성의 병합으로부터의 의존성에 대한 예시적인 물리 이론을 설명하는 상기 섹션을 참조한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 라이오셀 방사 용액으로부터 직접 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하기 위한 장치, 특히, 상기 개시된 바와 같은 직물을 제조하기 위한 장치가 제공된다. 제공된 장치는 (a) 가스 유동에 의해 지지되는 라이오셀 방사 용액을 압출하도록 구성된 오리피스를 가지는 제트; (b) 압출된 라이오셀 방사 용액에 응고 유체 분위기를 제공하여 실질적으로 무한 섬유를 형성하도록 구성된 응고 유닛; (c) 섬유를 수집하여 직물을 형성하도록 구성된 섬유 지지 유닛; 및 (d) 직물이 하기의 특징 중 하나 이상을 특징짓도록 공정 파라미터를 조정하도록 구성된 제어 유닛:
(i) 액체 확산 속도는 5분 내에 적어도 3000 mm2 이다;
(ii) 물 흡수 능력은 직물 1g 및 1 초당 당 물 0.25g 이상의 위킹 속도를 특징으로 한다. 대안으로 또는 조합하여 액체 확산 속도는 직물은 24시간 내에 3500 mm2 이상일 수 있다.
개시된 장치는 제어 유닛이 전술한 추가 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 제조하기 위한 방법을 신뢰할 수 있는 방식으로 수행할 수 있다는 아이디어에 기초한다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 또한 하나 이상의 다른 재료와 조합 (예를 들어, 그 자리 (in situ)에서 또는 후속 공정에서)되어 본 발명의 일 실시 형태에 따른 복합재를 형성할 수 있다. 이러한 복합재를 형성하기 위해 직물과 조합될 수 있는 예시적인 재료는 하기 재료 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 군으로부터 선택될 수도 있다: 플러프 펄프, 섬유 현탁액, 습식 부직포, 에어레이드 부직포, 스펀본드 웹, 멜트프로운 웹, 카디드 스펀레이스드 또는 니틀 펀치드 웹 또는 다양한 재료로 제조된 다른 시트와 같은 구조. 일 실시 형태에서, 상이한 재료들 사이의 연결은 하기 공정 중 하나 또는 그 조합에 의해 (비제한적으로) 수행될 수 있다: 병합, 수력얽힘, 니들 펀칭, 수소 결합, 열접착, 바인더에 의한 접착, 라미네이팅 및/또는 캘린더링.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 와이프(wipe), 가정용 시트, 필터, 위생 용품, 의학적 적용 용품, 지오텍스타일, 아그로텍스타일, 의류, 건축 기술 용품, 자동차 용품, 가구, 산업 용품, 레저, 미용, 스포츠 또는 여행 관련 용품 및 학교 또는 사무실 관련 용품으로 이루어진 군 중 하나 이상에 대해 상기 개시된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 사용하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 바와 같은 부직포 셀룰루오스 섬유 직물을 포함하는 제품 또는 복합재가 제공된다.
웹의 특정 용도, 100% 셀룰로오스 섬유 웹 또는 예를 들어, 둘 이상의 섬유를 포함하거나 이로 구성된 웹, 또는 항균 재료, 이온 교환 재료, 활성 탄소, 나노 입자, 로션, 의료 약제 또는 난연제와 같은 화학적으로 개질된 섬유 또는 혼입된 재료를 가지는 섬유, 또는 이성분 섬유는 다음과 같을 수 있다:
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 아기, 부엌, 물티슈, 화장품, 위생, 의료, 청소, 연마 (자동차, 가구), 먼지, 산업, 먼지털이 및 대걸레 와이프과 같은 와이프 제조에 사용될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물이 필터를 제조하는데 사용되는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 이러한 필터는 에어 필터, HVAC, 에어컨 필터, 연도 가스 필터, 액체 필터, 커피 필터, 티백, 커피 백, 식품 필터, 정수 필터, 혈액 필터, 담배 필터; 캐빈 필터, 오일 필터, 카트리지 필터, 진공 필터, 진공 청소기 백, 먼지 필터, 유압 필터, 주방 필터, 팬 필터, 수분 교환 필터, 화분 필터, HEVAC/HEPA/ULPA 필터, 맥주 필터, 우유 필터, 액체 냉각수 필터 및 과일 주스 필터일 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 흡수 위생 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 그 예는 포획층, 커버스톡, 분배층, 흡수 커버, 위생 패드, 탑시트, 백시트, 레그 커프스, 플러셔블 용품, 패드, 간호 패드, 처리 속옷, 트레이닝 팬츠, 페이스 마스크, 뷰티 페이셜 마스크, 코스메틱 리무벌 패드, 수건, 기저귀, 및 활성 성분 (예컨대, 텍스타일 소프트너)을 방출하는 세탁 건조기용 시트이다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 의료적 적용 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 의료적 적용 제품은 일회용 캡, 가운, 마스크 및 신발 커버, 상처 관리 용품, 멸균 포장 용품, 커버스톡 용품, 드레싱 재료, 편도 의류, 투석 용품, 비강 스트립, 덴탈 플레이트용 접착제, 처리 속옷, 드레이프, 랩 및 팩, 스폰지, 드레싱 및 와이프, 베드 린넨, 경피 약물 전달, 슈라우드, 언더 패드, 시술 팩, 히트 팩, 오스토미 백 라이너, 고정 테이프 및 인큐베이터 매트리스일 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 지오텍스타일을 제조하는데 사용될 수 있다. 여기에는 작물 보호 덮개의 생산, 모세관 매트, 정수, 관개 제어, 아스팔트 오버레이, 토양 안정화, 배수, 침강 및 침식 제어, 연못 라이너, 함침 기반, 배수 채널 라이너, 토양 안정화, 구덩이 안감, 종자 블랭킷, 잡초 방제 직물, 온실 차양, 뿌리 주머니 및 생분해성 식물 화분이 포함될 수 있다. 식물 포일에 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 사용하는 것도 가능하다 (예를 들어, 식물에 대한 광 보호 및/또는 기계적 보호를 제공 및/또는 거름 또는 종자를 식물 또는 토양에 제공).
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 의복 제조에 사용될 수 있다. 예를 들어, 심지 (interlinings), 의류 단열 및 보호, 핸드백 구성요소, 신발 구성요소, 벨트 라이너, 산업용 모자/식품복, 일회용 작업복, 의류 및 신발 주머니 및 단열재는 이러한 직물을 기반으로 제조될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 건축 기술에 사용되는 제품의 제조에 사용될 수 있다. 예를 들어, 지붕 및 기와 받침, 언더슬레이팅, 열 및 소리 절연재, 하우스 랩, 석고 보드용 페이싱, 파이프 랩, 콘크리트 몰딩 레이어, 기초 및 지면 안정화, 수직 배수장치, 슁글스(shingles), 루핑 펠트(roofing felts), 소음 제거, 보강재, 실링재, 및 댐핑재 (기계식)는 이러한 직물을 사용하여 제조될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 자동차 용품을 제조하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 캐빈 필터, 부트 라이너, 소화물 선반(parcel shelves), 히트 쉴드, 쉘프 트림, 성형 보닛 라이너, 부트 플로어 커버링, 오일 필터, 헤드라이너, 후방 소화물 선반, 장식 직물(decorative fabrics), 에어백, 소음기 패드, 단열재, 차량 커버, 언더패딩, 차량 매트, 테이프, 백킹 및 터프트 카펫, 시트 커버, 도어 트림, 니들레드 카펫(needled carpet) 및 오토 카펫 백킹이다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라 제조된 직물의 또 다른 적용 분야는 예컨대 가구, 건축물, 팔 및 등의 절연재, 쿠션 티킹(cushion thicking), 먼지 커버, 안감, 스티치 보강재, 가장자리 트림 재료, 침대 구조물, 이불 뒷감, 스프링 랩, 매트리스 패드 구성재, 매트리스 커버, 창문 커튼, 벽 덮개, 카펫 뒷감, 램프갓, 매트리스 부품, 스프링 절연재, 실링재, 베개 티킹(pillow ticking) 및 매트리스 티킹 (mattress ticking)과 같은 세간이다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 산업 용품을 제조하는데 사용될 수 있다. 전자 제품, 플로피 디스크 라이너, 케이블 절연재, 연마재, 절연 테이프, 컨베이어 벨트, 소음 흡수층, 공기 조절(air conditioning), 배터리 분리기, 산 시스템, 미끄럼 방지 매트 얼룩 제거제, 식품 포장재, 접착 테이프, 소세지 포장, 치즈 포장, 인조 가죽, 오일 회수 붐 및 양말, 및 제지용 펠트가 포함될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 또한 레저 및 여행과 관련된 용품의 제조에도 적합하다. 이러한 적용의 예로는 침낭, 텐트, 짐가방(luggage), 핸드백, 쇼핑백, 항공사 머리받침, CD-보호물, 베갯잇 및 샌드위치 포장재가 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 또 다른 적용 분야는 학교 및 사무실 용품에 관한 것이다. 예를 들어, 책 표지, 우편 봉투, 지도, 표지판 및 페넌트, 타월, 및 깃발이 언급된다.
본 발명의 실시 형태는 상이한 주제를 참조하여 설명되었다는 것에 주목하여야 한다. 특히, 일부 실시 형태는 장치 유형 청구항을 참조하여 설명되었지만, 다른 실시 형태는 방법 유형 청구항을 참조하여 설명되었다. 그러나, 별다른 언급이 없는한, 당업자는 한 유형 주제에 속하는 특징들의 조합에 추가하여 상이한 주제에 관한 특징들 사이, 특히, 장치 유형 청구항의 특징과 방법 청구항의 특징 사이의 임의의 조합이 본 명세서에 개시된 것으로 간주되는 상기 설명 및 하기 설명으로부터 수집할 것이다.
상기 정의된 양상들 및 본 발명의 다른 양상은 후술될 실시 형태의 예를 참고하여 설명된다. 이하, 실시 형태를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 응고 유체에 의해 응고되는 라이오셀 방사 용액으로부터 직접 형성된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 제조 장치를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 개별 섬유의 병합이 특정 공정 제어에 의해 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 5 및 도 6은 섬유의 팽윤이 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시하며, 여기서, 도 5는 건조 비-팽윤 상태의 섬유 직물을 나타내고, 도 6은 습윤 팽윤 상태의 섬유 직물을 도시한다.
도 7은 두 개의 연속하는 노즐 바를 구현하는 특정 공정에 의해 두 개의 중첩된 섬유층의 형성이 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 8은 모세관 직경의 함수로서 물의 모세관 높이에 의해 주어진 모세관 힘의 일반적인 의존성을 도시한다.
도 9는 액체 확산 속도에 대한 이방성 값을 가지는 직물에 의해 흡수된 액체의 비-등방성 확산을 도시한 개략도를 도시한다.
도 10은 내부 구조가 복수의 피브릴 구조 및 그에 따른 서브마이크론 규모의 채널을 갖는 단일 섬유의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 11은 실질적으로 평행한 방식으로 응고된 섬유 및, 상이한 크기 및 형상의 공동에서 꼬입, 섬유내 직경 변화, 섬유간 직경 변화를 가지는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 12는 섬유들 사이의 상이한 유형의 병합 위치 및 섬유들 사이의 교차위치가 도시된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 개략도를 도시한다.
도 13은 두 개의 적층 및 병합된 섬유 네트워크 층을 포함하는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 개략도를 도시한다.
도 14는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라 원형 단면에서 벗어난 단면을 가지는 섬유의 진원도가 섬유 단면의 내접원과 외접원 사이의 비율로 어떻게 계산될 수 있는지를 도시한다.
도 15는 3개의 네트워크 층을 포함하는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 도시한다.
도 16은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 무한 셀룰로오스 섬유 웹의 두 개의 적층된 층으로 구성된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하기 위한 장치의 일부를 도시한다.
도면의 상세한 설명
도면의 그림은 개략적이다. 상이한 도에서 유사하거나 또는 동일한 요소 또는 특징에는 동일한 참조 부호가 제공된다는 점에 유의한다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 이전에 설명된 실시 형태와 관련하여 이미 개시된 요소 또는 특징은 명세서의 뒷부분에서 다시 기술되지 않는다.
또한, "앞" 및 "뒤", "위" 및 "아래", "왼쪽" 및 "오른쪽" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 바와 같이, 다른 요소(들)에 대한 요소의 관계를 설명하기 위해 사용된다. 따라서, 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향과 상이하게 사용 중인 방향에 적용될 수 있다. 명백하게, 이러한 공간적으로 상대적인 모든 용어는 설명의 편의를 위해 단지 도면에 도시된 방향을 지칭하며, 본 발명의 실시 형태에 따른 장치가 사용시에 도면에 도시된 것과 다른 방향을 가정할 수 있으므로, 반드시 제한적인 것은 아니다.
도 1은 라이오셀 방사 용액 104 로부터 직접 형성된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 제조하기 위한 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 장치 100을 도시한다. 후자는 유체 응고 106에 의해 적어도 부분적으로 응고되어 부분적으로 형성된 셀룰로오스 섬유 108로 변환된다. 장치 100에 의해, 본 발명의 일 예시적인 실시형태에 따른 라이오셀 용액 취입 공정이 수행될 수 있다. 본 출원의 문맥에서, 용어 "라이오셀 용액 취입 공정"은 특히 수득되는 불연속 길이의 본질적으로 무한 필라멘트 또는 섬유 108 또는 불연속 길이의 무한 필라멘트와 섬유의 혼합물을 야기할 수 있는 공정을 포함할 수 있다. 하기에서 더 설명되는 바와 같이, 셀룰로오스 용액 또는 라이오셀 방사 용액 104가 이를 통해 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 제조하기 위해 가스 스트림 또는 가스 유동 146과 함께 배출되는 오리피스 126를 각각 가지는 노즐이 제공된다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 목재 펄프 110, 다른 셀룰로오스-기반 공급 원료 등은 계량 유닛 113을 통해 저장 탱크 114에 공급될 수 있다. 물 용기 112로부터의 물은 또한 계량 유닛 113을 통해 저장 탱크 114로 공급된다. 따라서 계량 유닛 113은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 제어 유닛 140의 제어 하에서 저장 탱크 114에 공급될 물 및 목재 펄프 110의 상대적 양을 정의할 수 있다. 용매 용기 116에 수용된 용매 (예를 들어, N-메틸-모폴린, NMMO)는 농축 유닛 118에서 농축될 수 있고, 이어서 혼합 유닛 119에서 물 및 목재 펄프 110의 혼합물 또는 규정 가능한 상대량을 가진 다른 셀룰로오스-기반 공급 원료로 혼합될 수 있다. 또한, 혼합 유닛 119는 제어 유닛 140에 의해 제어될 수 있다. 이에 의해, 수목 펄프 110 매질은 조정 가능한 상대량으로 용해 유닛 120에서 농축 용매에 용해되고, 이에 의해 라이오셀 방사 용액 104를 얻는다. 수성 라이오셀 방사 용액 104는 목재 펄프 110 및 (예를 들어 85 질량% 내지 95 질량%) 용매를 포함하는 (예를 들어 5 질량% 내지 15 질량%) 셀룰로오스로 구성된 허니-비스코스 매질일 수 있다.
라이오셀 방사 용액 104는 섬유 형성 유닛 124로 전달된다 (이것은 다수의 방사 빔 또는 제트 122로 구현되거나 이를 포함할 수 있음). 예를 들어, 제트 122의 오리피스 126의 수는 50 초과, 특히 100 초과일 수 있다. 일 실시 형태에서, 제트 122의 오리피스 126의 섬유 형성 유닛 124 (다수의 제트 122의 방사구를 포함할 수 있음)의 모든 오리피스 126은 동일한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 대안으로, 하나의 제트 122의 상이한 오리피스 126 및/또는 상이한 제트 122 (다층 직물을 형성하기 위해 연속적으로 배열될 수 있음)의 오리피스 126의 크기 및/또는 형상은 상이할 수 있다. 오리피스 126은 오리피스 126의 1차원 정렬로 배열될 수 있다.
라이오셀 방사 용액 104가 제트 122의 오리피스 126을 통과할 때, 라이오셀 방사 용액 104의 복수의 평행 가닥으로 분할된다. 즉, 방사 방향에 실질적으로 평행하게 배향되는 수직 방향의 가스 유동은 라이오셀 방사 용액 104를 강제하여, 제어 유닛 140의 제어 하에 공정 조건을 변화시킴으로써 조정될 수 있는 더욱더 길고 얇은 가닥으로 변형된다. 가스 유동은 오리피스 126로부터 섬유 지지 유닛 132으로의 경로의 적어도 일부를 따라 라이오셀 방사 용액 104를 가속화할 수 있다.
라이오셀 방사 용액 104가 제트 122를 통해 더 아래쪽으로 이동하는 동안 라이오셀 방사 용액 104의 길고 얇은 가닥은 비-용매 응고 유체 106과 상호 작용한다. 응고 유체 106은 유리하게는 증기 미스트, 예를 들어 수성 미스트로서 구현된다. 응고 유체 106의 공정 관련 특성은 하나 이상의 응고 유닛 128에 의해 제어되어 응고 유체 106에 조정 가능한 특성을 제공한다. 응고 유닛 128은 차례로 제어 유닛 140에 의해 제어된다. 바람직하게는, 각각의 응고 유닛 128은 제조되는 직물 102의 각각의 층의 특성을 개별적으로 조정하기 위해 개별 노즐 또는 오리피스 126 사이에 제공된다. 바람직하게는, 각각의 제트 122는 각각의 측면으로부터 하나씩 두 개의 할당된 응고 유닛 128을 가질 수 있다. 따라서 개별 제트 122는 제조된 직물 102의 상이한 층의 상이한 제어 특성을 가지도록 조정될 수 있는 라이오셀 방사 용액 104의 개별 부분이 제공될 수 있다.
응고 유체 106 (예를 들어 물)과 상호 작용할 때, 라이오셀 방사 용액 104의 용매 농도가 감소되며, 앞의 셀룰로오스, 예를 들어 목재 펄프 110 (또는 다른 공급원료)는 길고 얇은 셀룰로오스 섬유 108 (여전히 잔류 용매 및 물을 함유할 수 있음)로서 적어도 부분적으로 응고된다.
압출된 라이오셀 방사 용액 104로부터 개별 셀룰로오스 섬유 108의 초기 형성 동안 또는 이후에, 셀룰로오스 섬유 108은 섬유 지지 유닛 132 상에 침착되며, 이는 여기서 평면 섬유 수용 표면을 갖는 컨베이어 벨트로서 구현된다. 셀룰로오스 섬유 102는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 108을 형성한다 (도 1에만 개략적으로 도시됨). 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 연속적이고 실질적으로 무한 필라멘트 또는 섬유 108로 구성된다.
도 1에는 도시되지 않았지만, 응고 유닛 128에 의한 응고 및 세척 유닛 180에서의 세척에서 제거된 라이오셀 방사 용액 104의 용매는 적어도 부분적으로 재순환될 수 있다.
섬유 지지 유닛 132를 따라 이송되는 동안, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 세척액을 공급하는 세척 유닛 180에 의해 세척되어 잔류 용매를 제거한 다음 건조될 수 있다. 선택적이지만 유리한 추가 처리 유닛 134에 의해 추가로 처리될 수 있다. 예를 들어, 이러한 추가 처리는 수력 얽힘, 니들 펀칭, 함침, 가압스팀으로 스팀 처리, 캘린더링 등을 포함할 수 있다.
섬유 지지 유닛 132는 또한 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102이 실질적으로 무한 시트로서 수집될 수 있는 와인더 136로 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 운반할 수 있다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 이어서 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102에 기초하여 와이프 또는 텍스타일과 같은 엔티티 제조 용품에 롤-제품으로서 운송될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상술된 공정은 제어 유닛 140 (예컨대, 프로세서, 일부 프로세서 또는 복수의 프로세서)에 의해 제어된다. 제어 유닛 140은 도 1에 도시된 다양한 유닛 특히, 계량 유닛 113, 혼합 유닛 119, 섬유 형성 유닛 124, 응고 유닛(들) 128, 추가 처리 유닛 134, 용해 유닛 120, 세척 유닛 118 등의 하나 이상의 동작을 제어하도록 구성된다. 따라서 제어 유닛 140은 (예를 들어 컴퓨터 실행가능 프로그램 코드를 실행함으로써 및/또는 사용자에 의해 정의된 제어 명령을 실행함으로써) 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102가 제조되는 것에 따라 공정 파라미터를 정확하고 유연하게 정의할 수 있다. 본 문맥에서, 설계 파라미터는 오리피스 126을 따른 공기 유동, 응고 유체 106의 특성, 섬유 지지 유닛 132의 구동 속도, 라이오셀 방사 용액 104의 조성, 온도 및/또는 압력 등이다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 특성을 조정하기 위해 조정될 수 있는 추가의 설계 파라미터는 오리피스 126의 수 및/또는 상호 거리, 및/또는 기하학적 배열, 라이오셀 방사 용액 104의 화학적 조성 및 농도의 정도 등이다. 이에 의해, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 특성은 후술하는 바와 같이 적절히 조정될 수 있다. 이러한 조정 가능한 특성 (아래의 상세한 설명 참조)은 다음 특성 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 섬유 108의 직경 및/또는 직경 분포, 섬유 108 사이의 병합량 및/또는 영역, 섬유 108의 순도 수준, 다층 직물 102의 특성, 직물 102의 광학 특성, 직물 102의 유체 보유 및/또는 유체 방출 특성, 직물 102의 기계적 안정성, 직물 102의 표면 평활도, 섬유 108의 단면 형상 등.
도시되지는 않았지만, 각각의 방사 제트 122는 라이오셀 방사 용액 104가 제트 122에 공급되는 것을 통해 중합체 용액 유입구를 포함할 수 있다. 공기 유입구를 통해 가스 유동 146은 라이오셀 방사 용액 104에 적용될 수 있다. 제트 122의 내부에서 상호 작용 챔버로부터 출발하여 제트 케이싱에 의해 한정된, 라이오셀 방사 용액 104는 각각의 오리피스 126을 통해 아래쪽으로 (가스 흐름 146이 라이오셀 방사 용액 104를 아래쪽으로 잡아 당김으로써) 이동하거나 가속되고, 라이오셀 방사 용액 104가 응고 유체 106의 환경에서 가스 유동 146과 함께 하향으로 이동할 때, 연속적으로 점점 작아지는(tapering) 셀룰로오스 필라멘트 또는 셀룰로오스 섬유 108이 형성되도록 가스 흐름 146의 영향 하에 측면 방향으로 좁아진다.
따라서, 도 1을 참조하여 설명된 제조방법에 수반되는 공정은 셀룰로오스 용액이 성형되어 액체 가닥 또는 잠재 필라멘트를 형성하도록 나타내어 질 수 있는 라이오셀 방사 용액 104를 포함할 수 있으며, 이는 가스 유동 146에 의해 끌어당겨지고, 직경이 현저히 감소하고 길이가 증가한다. 섬유 지지 유닛 132 상의 웹 형성 이전 또는 도중에 응고 유체 106에 의한 잠재 필라민트 또는 섬유 108 (또는 이의 프리폼(preform))의 부분 응고가 또한 수반될 수 있다. 필라멘트 또는 섬유 108은 직물 102과 같은 웹으로 형성되고, 세척되고, 건조되며, 필요에 따라 추가 처리될 수 있다(추가 처리 유닛 134 참조). 필라멘트 또는 섬유 108은 예를 들어 회전 드럼 또는 벨트 상에 수집되어 웹이 형성될 수 있다.
기재된 제조 공정 및 특히, 사용된 용매의 선택의 결과로서, 섬유 108은 5 ppm 미만의 구리 함량을 가지고, 2 ppm 미만의 니켈 함량을 갖는다. 이는 직물 102의 순도를 유리하게 개선시킨다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 라이오셀 방사 취입 웹 (즉, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102)은 바람직하게는 다음 특성 중 하나 이상을 나타낸다:
(i) 웹의 건조 중량은 5 내지 300 g/m2, 바람직하게는 10-80 g/m2임
(ii) 표준 WSP120.6, 개별 DIN29073에 따른 웹의 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전) 두께는 0.05 내지 10.0 mm, 바람직하게는 0.1 내지 2.5 mm임
(iii) EN29073-3, 개별 ISO9073-3 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전)에 따른 MD에서의 웹의 비인성(specifc tenacity)는 0.1 내지 3.0 Nm2/g, 바람직하게는 0.4 내지 2.3 Nm2/g 범위임
(iv) EN29073-3에 따른 웹의 평균 신장, 각각 ISO9073-3 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전)은 0.5 내지 100%, 바람직하게는 4 내지 50% 범위임
(v) 웹의 MD/CD 강도(tenacity) 비는 1 내지 12임
(vi) DIN 53814 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전)에 따른 웹의 수분 유지율은 1 내지 250%, 바람직하게는 30 내지 150%임
(vii) DIN 53923 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전)에 따른 웹의 수분 보유 용량은 90 내지 2000%, 특히 400 내지 1100%의 범위임
(viii) 5 ppm 미만의 구리 함량 및 2 ppm 미만의 니켈 함량의 금속 잔류 수준임
가장 바람직하게는, 라이오셀 용액-취입 웹은 상기 언급된 (i) 내지 (viii)의 모든 특성을 나타낸다.
기재된 바와 같이, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 제조하는 방법은 바람직하게는 하기를 포함한다:
(a) 하나 이상의 제트 122의 오리피스 126를 통해 NMMO에 용해된 셀룰로오스를 포함하는 용액 (참조번호 104 참조)을 압출하여 라이오셀 방사 용액 104의 필라멘트를 형성하는 것,
(b)기체 스트림에 의해 라이오셀 방사 용액 104의 상기 필라멘트를 신장시키는 것 (참조번호 146 참조),
(c) 바람직하게는 물을 함유하는 증기 미스트 (참조번호 106 참조)와 상기 필라멘트를 접촉시킴으로써 상기 섬유 108을 적어도 부분적으로 침전시키는 것, 결과적으로 필라멘트 또는 섬유 108은 웹 또는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 형성하기 전에 부분적으로 침전됨,
(d) 웹 또는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 형성하기 위해 상기 필라멘트 또는 섬유 108를 수집 및 침전시키는 것,
(e) 세척 라인에서 용매를 제거하는 것 (세척유닛 180 참조),
(f) 수력얽힘, 니들 펀칭 등을 통해 선택적으로 접착하는 것 (추가 처리 유닛 134 참조),
(g) 건조 및 롤 수집.
부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 구성 성분은 병합, 혼합, 수소 결합, 수력얽힘 또는 니들 펀칭과 같은 물리적 결합 및/또는 화학적 결합에 의해 결합될 수 있다.
추가로 처리하기 위해, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 예를 들어 (도시되지 않은) 합성 중합체의 층, 셀룰로오스 플러프 펄프, 셀룰로오스 또는 합성 중합체 섬유의 부직포 웹, 이성분 섬유, 에어 레이드 또는 습식 펄프와 같은 셀룰로오스 펄프 웹, 고 인성(high tenacity) 섬유의 웹 또는 직물, 소수성 물질, 고성능 섬유 (예컨대 내열성 재료 또는 난연성 재료), 최종 제품에 변경된 기계적 성질을 부여하는 층(예를 들어 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 층), 생분해성 물질 (예 필름, 폴리 락트산의 섬유 또는 웹) 및 또는 하이 벌크 물질 같은 동일한 및/또는 다른 재료의 하나 이상의 층과 조합될 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 몇몇 구별 가능한 층을 조합하는 것도 가능하다.
부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 본질적으로 셀룰로오스 단독으로 구성될 수 있다. 대안으로, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 셀룰로오스와 하나 이상의 다른 섬유 재료의 혼합물을 포함할 수 있다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 더욱이 이성분 섬유 재료를 포함할 수 있다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 섬유 재료는 개질 물질을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 개질 물질은 예를 들어, 중합체 수지, 무기 수지, 무기 안료, 항균성 제품, 나노입자, 로션, 난연성 제품, 초흡수성 수지 같은 흡수성 개선 첨가제, 이온교환 수지, 활성 탄소, 그라파이트, 전기 전도성용 탄소와 같은 탄소 화합물, X-선 조영 물질, 발광 안료, 및 염료 물질로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
결론적으로, 라이오셀 방사 용액 104로부터 직접 제조된 셀룰로오스 부직포 웹 또는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 스테플 섬유 경로를 통해 불가능한 부가적인 웹 성능의 가치에 엑세스 할 수 있게 한다. 이는 균일한 경량 웹을 형성하고, 마이크로섬유 제품을 제조하고, 및 웹을 형성하는 연속 필라멘트 또는 섬유 108을 제조할 수 있는 가능성을 포함한다. 또한, 스테플 섬유의 웹에 비해 몇 가지 제조절차가 더 이상 필요하지 않다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 생분해 가능하고 지속 가능하게 공급되는 원료 (즉, 목재 펄프 110 등)으로부터 제조된다. 또한, 순도 및 흡수성 측면에서도 이점이 있다. 이외에도 조절 가능한 기계적 강도, 강성 및 부드러움을 가진다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 면적당 낮은 중량 (예를 들어 10 내지 30 g/m2)으로 제조될 수 있다. 이 기술을 이용하여 직경이 5 ㎛ 이하, 특히, 3 ㎛ 이하인 매우 미세한 필라멘트까지 제조될 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 예를 들어, 플랫 크리스피 필름 같은 방식, 종이 같은 방식, 또는 부드럽고 유연한 직물과 같은 방식으로 광범위한 웹 미학으로 형성될 수 있다. 개시된 공정의 공정 파라미터를 조정함으로써, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 단단함 (stiffness) 및 기계적 강직성 (rigidity) 또는 유연성 (flexibility) 및 부드러움을 정확하게 조절하는 것이 또한 가능하다. 이는 예를 들어 다수의 병합 위치 또는 층 수를 조정하거나, 후공정 (예를 들어 니들 펀칭, 수력얽힘 및/또는 캘린더링)에 의해 조정될 수 있다. 10 g/m2 이하의 비교적 낮은 평량을 가지는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 제조하여 매우 작은 직경 (예를 들어 3 내지 5 μm 이하)의 필라멘트 또는 섬유 108 등을 얻는 것이 특히 가능하다.
도 2, 도 3 및 도 4는 개별 섬유 108의 병합이 상응하는 공정 제어에 의해 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다. 도 2 내지 도 4의 타원형 마커는 다수의 섬유 108이 서로 일체로 연결된 그러한 병합 영역을 도시한다. 이러한 병합 지점에서 둘 이상의 섬유 108은 상호 연결되어 일체형 구조를 형성할 수 있다.
도 5 및 도 6은 섬유 108의 팽윤이 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시하며, 여기서, 도 5는 건조 비-팽윤 상태의 섬유 직물 102를 도시하고, 도 6은 습한 팽윤 상태의 섬유 직물 102를 도시한다. 기공의 직경은 도 5 및 도 6의 상태 양쪽 모두에서 측정될 수 있고, 서로 비교될 수 있다. 30회 측정의 평균값을 계산할 때, 수성 매질에서 섬유 108을 이들의 초기 직경의 47%까지 팽윤시킴으로써 기공 크기의 감소가 결정될 수 있었다.
도 7은 섬유 108의 두 개의 중첩된 층 200, 202의 형성이 상응하는 공정 설계, 즉 다중 방사구의 연속되는 배열에 의해 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다. 두 개의 개별적이지만 연결된 층 200, 202는 도 7에서 수평선으로 표시되어 있다. 예를 들어, n-층 직물 102 (n≥2)은 기계 방향을 따라 n 방사구 또는 제트 122를 연속적으로 배열함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 특정한 예시적인 실시 형태가 하기에서 보다 상세하게 설명될 것이다:
도 8은 평행 원통형 튜브 다발의 모세관 유동을 설명하는 공지된 워시번 방정식에 따라 모세관 직경의 함수로서 물의 모세관 높이에 의해 주어진 모세관 힘의 일반적 의존성을 도시한다. 워시번 방정식(Washburn equation)은 다음과 같다:
Figure pct00001
(1)
따라서, t는 동적 점도 η(에타) 및 표면 장력 γ (감마)를 가지는 액체가 직경 D를 가지는 튜브 내로 거리 L을 침투하는 시간이다. 과학에서 워시번 방정식 (1)이 다공성 물질의 모세관 효과에 대해 적어도 대략 적용되는 것으로 논의되었지만, 워시번 방정식 (1)이 또한 부직포 셀룰로오스 섬유 직물에서 적어도 적용된다는 것을 발견한 것은 본 발명자들이다. 따라서, 직경 D는 섬유 사이에 형성된 공극의 평균 공간 확장에 의해 주어진다.
도 8에 도시된 그래프는 수직 방향으로 즉, 중력 방향에 평행하게 연장된 복수의 튜브를 이용한 모세관 실험 결과를 도시하며, 모세관 힘에 응답하여 테스트 액체가 흡수된다. 모세관력은 시간 t의 특정 양 내에 달성되는 모세관 높이에 정비례한다.
테스트 액체 물을 양호하게 흡수하는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 경우, 물의 표면 장력과 관련된 동적 점도 η는 상수로 간주될 수 있다. 직물 내의 복수의 상이한 크기의 공극 또는 공동 각각의 "제공"으로 인해, 일부 공극은 큰 위킹 속도를 생성하는 반면, 다른 공극은 더 작은 위킹 속도를 생성한다. 그러나, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 벌크 물질 전체에 걸쳐 이러한 상이한 위킹 속도는 의미를 갖는다. 이와 관련하여, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 내의 공극의 평균 크기는 위킹 속도에 중요한 파라미터라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 라이오셀 방사 공정에 적합한 파라미터를 선택함으로써 각각의 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 기공의 평균 크기 및 위킹 속도가 조정될 수 있다.
위킹 속도와 관련하여, 컨베이어 벨트-타입 섬유 지지 유닛 (도 1의 참조 번호 132 참조)의 이동 속도는 중요한 파라미터라는 것이 지적된다. 이 파라미터를 제어함으로써 적절한 위킹 속도를 얻을 수 있다. 특정 이론에 구속되지 않으면서, 이동 속도가 증가함에 따라 컨베이어 벨트-타입 섬유 지지 유닛 상의 응고된 섬유의 레이다운은 지지 유닛의 운동 방향을 향해 지지 유닛 상의 섬유 배향 분포가 "좁아질" 것으로 여겨진다. 바람직한 위킹 방향이 셀룰로오스 섬유 길이 방향을 따른다는 것을 고려할 때, 지지 유닛의 속도를 조절함으로써 일반적인 위킹 속도를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 직물 내의 상이한 방향을 따라 상이한 위킹 속도를 달성할 수 있다. 상이한 위킹 속도와 관련하여, 1:2, 1:5 또는 심지어 1:10의 이방성이 달성될 수 있다.
위킹 속도의 이방성 거동은 예를 들어 기저귀 또는 냅킨에 유리한 방식으로 사용될 수 있다. 이와 관련하여 기저귀는 적어도 직사각형이며, 정사각형 직물이 아닌것으로 보일 수 있다. 그 후, 이방성 거동은 특히 직물의 측면 길이의 비에 상응하는 방식으로 컨베이어 벨트-타입 섬유 지지 유닛의 속도를 조정함으로써 조정될 수 있다. 이러한 문맥에서, 더 큰 위킹속도는 더 긴 측면의 길이와 관련이 있다는 것이 명백해야 한다. 이는 직물의 전체 영역이 (빠른) 수분 흡수를 위해 활용될 수 있다는 이점을 제공할 수 있다.
상기 제시된 물리적 사진에서 액체 확산 속도에 대해서도 동일한 고려 사항이 또한 적용된다고 언급되어 있다.
도 9는 액체 확산 속도에 대한 이방성 값을 가지는 직물에 의해 흡수된 액체의 비-등방성 확산을 도시한 개략도이다. 도면은 흡수될 유색 액체가 "X"로 표시된 위치에서 직물 102 상에 침착되는 실험에 해당된다. 시간의 함수로서 직물 내에 침착된 액체의 전파가 관찰된다. 액체 침착 시작 후 미리 결정된 시간에 액체 확산의 이미지가 카메라에 의해 캡쳐된다. 이러한 측정 절차에 관한 추가 세부사항은 이미 위에서 설명되었다.
점선 원은 액체 확산 및/ 또는 위킹 속도와 관련하여 등방성 거동을 가지는 직물 102 내에서 발생하는 (직물 102의 표면에서 볼 수 있는 바와 같이) 액체 확산의 가장자리를 나타낸다. 이에 의해, 액체의 전파 속도 v는 직물의 평면 내에서 모든 방향에 대해 동일하다. 이것은 동일한 길이 v를 갖는 두 개의 점선 화살표로 도 9에 도시되어 있다.
실선으로 도시된 타원은 액체 확산 및/또는 위킹 속도와 관련한 이방성의 거동의 실시예이다. 이에 의해, 액체의 전파 속도는 직물 102의 평면 내에서 상이한 방향에 대해 상이하다. 이것은 실선으로 표시된 두개의 화살표로 도 9에 도시되어 있다. 구체적으로, 타원의 더 긴 연장은 더 빠른 전파 속도 v2에 대응하고, 타원의 더 짧은 연장은 더 느린 전파속도 v1에 대응한다.
도 10은 단일 섬유 108 및 이의 내부 구조의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다. 곡선 108b는 섬유108의 쉘이다. 섬유의 내부 구조는 복수의 피브릴 108a를 포함한다. 피브릴 108a의 존재로 인해, 섬유 108의 내부 구조는 액체 흡수 능력에 상당한 기여를 제공할 수 있는 서브마이크론 규모의 채널을 갖는 피브릴 구조를 나타내는 것으로 간주될 수 있다.
실험적 연구는 놀랍게도 개시된 (서브마이크론) 피브릴 구조가 특히 라이오셀 방사 절차에 의해 생성된 무한 섬유의 현저한 특징인 것으로 밝혀졌다. 구체적으로 섬유 108 내의 피브릴 구조의 높은 균질성이 달성될 수 있다. 섬유 응고가 방금 일어난 위치에서 섬유 응고 공정을 위한 층류 가스 유동은 특히 액체를 수용하기에 적합한 피브릴 구조의 형성을 촉진한다는 것이 밝혀졌다.
이 시점에서 섬유의 내부 구조 내 액체 흡수는 섬유의 팽윤 과정과 함께 진행된다고 언급되어 있다. 열가소성 물질과 비교하여 신중하게 생산된 라이오셀 섬유는 내부에서 비교적 균일한 피브릴의 모세관 시스템을 나타내며, 이 시스템은 섬유를 따라 연장된다. 이 모세관 시스템은 액체 흡수 시 팽윤한다. 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이 팽윤은 액체 확산 속도 및/또는 위킹 속도에 대한 파라미터 값에 대해 현저한 증가를 가져온다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다. 이는 섬유 네트워크가 직경/역가(titer) 및/또는 형상의 상이한 변형을 특징으로 하는 섬유 108을 포함한다는 것을 보여준다. 이것은 실질적으로 평행한 방식으로 응고된 섬유 108에서의 꼬임, 섬유내 직경 변화, 섬유간 직경 변화 및 상이한 공동 크기 및 형상을 포함한다. 평균 섬유 직경의 변화, 섬유의 병합 및 비틀림에 의해 생성된 직물의 모세관 특성 및 이에 따른 위킹 속도 및 액체 분산 속도가 제어될 수 있다.
더 얇고 더 두꺼운 섬유의 혼합물은 직물 102의 몇몇 환영 특성을 제공할 수 있다고 언급된다. 예를 들어, 얇은 섬유는 인접한 섬유들 사이의 높은 모세관을 형성할 수 있으며, 이는 특히 위킹 속도 및 액체 확산 속도와 관련하여 특히 액체 흡수 능력을 향상시킨다. 두꺼운 섬유는 3차원 섬유 직물 구조의 높은 기계적 안정성에 기여할 수 있다. 섬유 네트워크 내에서 개발된 소위 마이크로 기공이 특히 상이한 섬유들 사이의 접착력으로 인해 붕괴되지 않는 경우, 이러한 증가된 안정성은 필요할 수 있다. 이러한 문맥에서, 이러한 미세 기공의 붕괴는 액체 흡수 능력을 감소시킬 것이라는 것이 명백해야 한다. 물론 기공, 챔버, 공극, 간극, 또는 기공은 모세관력으로 인해 직물 102의 액체 흡수 능력에 어느 정도 강한 기여를 제공한다.
꼬임은 나선형 방식으로 서로 꼬인 적어도 두 개의 개별 섬유에 의해 주어질 수 있다. 또한, 비-원형 단면을 가지고, (그 자체로) 꼬인 단일 섬유 108이 그러한 꼬임을 나타내는 것으로 간주될 수 있다.
라이오셀 방사 절차에서, 각각의 평균 섬유 직경, 섬유 역가는 예를 들어 각각의 라이오셀 섬유가 압출되는 오리피스의 크기를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 또한, 아직 응고되지 않은 섬유를 (컨베이어 벨트-타입) 섬유 지지 유닛 132 (도 1의 참조번호 12 참조) 쪽으로 끌어당기는 가스 유동 (도 1의 참조번호 146 참조)의 변형이 섬유 108의 직경 내 및/또는 직경 간 변형을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
섬유 길이에 따른 변형은 예를 들어, 압출된 라이오셀 방사 용액을 컨베이어 타입 섬유 지지 유닛 (도 1의 참조번호 132 참조)을 향해 가속시키는 가스 유동의 압력 및/또는 속도 변화에 의해 생성될 수 있다.
이들 측정에 의해, 직경이 5 μm (=5 × 10-6 m) 미만인 셀룰로오스 섬유가 특히 기계적 안정화를 위해 더 큰 직경의 섬유를 가지는 직물 내에 포함될 수 있다. 이러한 기계적 안정화 기능은 예를 들어 (컨베이어 벨트-타입) 섬유 지지 유닛 (도 1의 참조 번호 132 참조)의 표면에서 음성 압력의 수단에 의해 흡입될 때 직물 자체 중량의 하중 및/또는 외부 하중의 존재하에 직물의 모세관 구조가 적어도 부분적으로 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에는 기재된 직물의 섬유 네트워크의 모세관 치수를 예측 가능한 방식으로 적용시키기 위한 몇몇 제어 가능한 파라미터가 기재되어 있다. 이와 관련하여, 특히 위킹 속도 및/또는 액체 확산 속도와 관련하여 물을 흡수하는 메커니즘은 모세관 시스템의 구조 및 공간 치수에 크게 좌우된다고 언급되어 있다. 수분 흡수 공정의 시작에서, 모세관 위킹 속도 및/또는 액체 확산의 모세관 속도는 다소 미세한 모세관 구조의 직경 및/또는 모세관 반경에 크게 의존한다.
액체 확산 속도 및/또는 위킹 속도에 대한 도달 가능한 파라미터 값과 관련하여, 본 명세서에 개시된 직물이 실질적으로 무한 섬유를 포함한다는 사실이 더욱 중요할 수 있다. 적어도 스테플 섬유로 제조된 공지의 직물과 비교하여 본 명세서에 개시된 직물은 연속적인 섬유로 제조된다. 따라서, 개시된 직물 내에서 섬유 말단의 수는 상당히 더 작다. 이는 개시된 직물 내에서 상이한 섬유 또는 섬유 말단 사이에서 연장되는 간극의 수가 상당히 더 작다는 것을 의미한다. 이와 관련하여 모든 간극은 직물 내에서 액체 "이동"에 대한 특정 장벽을 야기한다. 결과적으로 무한 섬유는 액체 표면 분산 및/또는 위킹 속도의 상당한 증가에 기여한다.
나아가, 고분자 무한 섬유와 달리, 셀룰로오스 무한 섬유는 액체 흡수 시 팽윤을 나타낸다. 이러한 팽윤은 액체 확산 및 위킹과 관련하여 직물의 능력을 증진시키는 서브마이크론 채널(도 10 참조)에 영향을 미친다. 더욱이, 또한 병합 지점은 액체 흡수 시 팽윤하는 재료로 구성된다. 따라서 또한 병합 지점은 액체 확산 및 위킹을 촉진시킨다. 결과적으로, 병합 인자의 개작은 액체 확산 속도 및/또는 위킹 속도를 원하는 값으로 맞추기 위한 척도로 또한 사용될 수 있다.
도 12는 한편으로 섬유 108 사이의 상이한 유형의 병합 위치 204 및 한편으로 섬유 108 사이의 병합되지 않은 교차 위치 220가 도시된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 개략도를 도시한다.
복수의 병합 위치 204는 병합 지점(여기서 적어도 두개의 다른 섬유는 각각 교차하며) 및 상이함 섬유 108이 전체 병합 라인을 따라 증가하는 직경을 가진 상위 섬유 구조 206을 형성하도록 그들의 길이의 일부에 걸쳐 나란히 상호 정렬되는 병합 라인을 포함한다. 섬유 108은 병합 위치 204에서 일체로 연결되고, 섬유 네트워크를 파괴함으로써만 분리될 수 있지만, 다른 섬유 108은 교차 위치 220에서 단지 서로 마찰 접촉할 뿐이며, 서로에 대해 자유롭게 이동할 수 있다. 각각의 두 개의 섬유 108 사이의 병합 및 교차가 도 12에 도시되어 있으며, 병합 및/또는 교차는 또한 적어도 3개의 각각의 섬유 108 사이에서 발생할 수도 있다.
특정 이론에 구속되지 않으면서, 비-병합에서 병합이 없거나 또는 열악하거나 교차 위치에서의 열악한 병합은 하나의 섬유에서 다른 섬유로 이동하는 액체에 대한 장벽을 나타내는 것으로 현재 알려져있다. 적어도 두개 사이의 강한 병합(예를 들어 도 12의 참조)의 경우, 관련된 섬유 사이의 액체 전달이 더 쉽고 특히 더 빠르다. 직물 내에서 섬유의 바람직하지 않은 공간 경로의 경우에도 모든 섬유는 액체 입자를 수용하여 팽윤하고 액체 흡수 능력에 기여할 수 있다.
도 13은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라 상호 연결된 섬유 108의 2개의 적층 및 병합된 네트워크 층을 포함하는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 개략적인 단면도를 도시한다. 제1 섬유 108을 포함하는 제1 네트워크 층은 참조번호 200으로 표시되어 있다. 제2 섬유 108을 포함하는 제2 네트워크 층은 참조번호 202로 표시되어 있다. 상이한 공정 파라미터 (값)으로 인해, 제1 섬유 108은 하나 이상의 물리적 및/또는 화학적 특성에서 제2 섬유 108과 상이하다.
명세서에 개시된 예시적인 실시 형태에 따르면 제1 섬유 108의 (평균) 직경은 제2 섬유 108의 (평균) 직경보다 크다. 이는 하기 도 12의 두 세부사항으로 표시된다. 층들 200, 202 사이의 계면에서 중요한 특성이 도 12의 상단에 상세하게 도시되어 있으며, 계면에서 직물 102의 안정성을 증가시키기 위한 계면에서 층 200, 202 양쪽 모두의 섬유 108를 일체로 결합시키는 층내 병합 지점 204가 보인다. 추가적으로, 상이한 층 200, 202에 위치된 상이한 섬유 108의 상이한 것은 적어도 하나의 각각의 내부층 병합 위치 204에서 일체로 연결된다. (도 13의 2개의 하부 세부사항 참조).
상이한 섬유 네트워크 층 200, 202 내에 위치되고, 상이한 평균 직경으로 형성된 섬유 108는 상이한 기능을 가지도록 제공될 수 있다. 이러한 상이한 기능성은 상이한 평균 직경에 의해 지지될 수 있지만, 각각의 코팅 또는 이와 유사한 것에 의해 추가로 촉진될 수도 있다. 이러한 상이한 기능성은 예를 들어 위킹, 이방성 거동 상이한 오일 흡수능력, 상이한 흡수 성능, 상이한 세정성 및/또는 상이한 거칠기의 관점에서 상이한 거동일 수 있다.
도 14는 원형 단면으로부터 이탈된 단면을 가지는 섬유 108의 진원도가 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 섬유 108의 단면의 내접원 280과 외접원 282 사이의 비로서 어떻게 계산될 수 있는지를 도시한다.
이 정의에 의해 최소 외접원 282는 도 14에 도시된 섬유 108의 단면의 진원도 프로파일 전체를 둘러싸는 최소 원으로 정의된다. 최대 내접원 280은 도 14에 도시된 바와 같이, 섬유 108의 단면의 진원도 프로파일 내애 새겨질 수 있는 최대 원으로 정의된다. 본 명세서의 문맥에서, 진원도는 내접원 280의 반경 r을 외접면 282의 반경 R로 나눈 비율로 정의될 수 있다. 진원도는 결과 백분율 값으로 표시될 수 있다. 본 실시예에서, 섬유 108의 R
Figure pct00002
2r 및 진원도는 대략 50%이다. 비교를 위해서, 원형 원통형 섬유 108은 조건 R〓r을 충족시키고, 1의 진원도를 갖는다.
도면 평면 내에서 셀룰로오스 섬유의 외부 쉘의 굽힘, 즉, 섬유의 종방향 연장에 적어도 실질적으로 직각은, 또한 전체 모세관력에 영향을 미칠 수 있고 수성 기반 및/또는 유성 기반 액체의 액체 입자를 수용할 수 있는 (작은 공동)의 형성에 또한 기여한다. 결과적으로, 원형 단면으로부터의 편차는 직물이 큰 액체 흡수 능력을 나타내는 것을 도울 수 있다.
섬유의 특정 단면이 주어지면, 외부 섬유 표면은 원형 단면으로부터 편차가 증가함에 따라 각각 진원도가 감소함에 따라 증가한다. 따라서, 진원도는 모세관 (표면) 강도, 결과적으로 또한 직물 102의 액체 흡수 능력에 있어서, 특히 위킹 속도 및/또는 액체 확산 속도와 관련하여 영향을 미치는 중요한 파라미터라는 것이 명백해야 한다.
섬유 108의 단면 형상은 예를 들어 라이오셀 방사 용액의 각각의 부분이 압출되는 오리피스 (도 1에서 참조번호 126으로 표시됨)의 상응하는 단면 형상에 의해 조정될 수 있다. 그러나 각각의 오리피스의 다른 구조적 치수는 또한 최종 섬유 108의 단면 형상에 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로 가장 작은 굽힘 반경을 가지는 단면 형상의 부분은, 즉 도 14의 좌측에서 섬유 108의 표면이 내접원 280과 일치하는 경우, 단면 형상 컨디셔닝에 의해 형성된 모세관 채널의 적어도 일부로서 보여질 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 세 개의 네트워크 층을 포함하는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 도시한다. 제1 (하부) 섬유 네트워크 층은 참조번호 200으로 표시된다. 제1 섬유 네트워크 층 200의 상부에 형성된 제2 (중앙부) 섬유 네트워크는 참조번호 202로 표시된다. 제2 섬유 네트워크 층 202의 상부에 형성된 추가 (상단) 섬유 네트워크 층은 참조번호 202'으로 표시된다. 위에서 이미 언급한 바와 같이, 직물 102는 세개 이상의 적층된 섬유 네트워크 층을 포함할 수 있다.
도 15로부터 더 알 수 있는 바와 같이, 명세서에 설명된 예시적인 실시 형태에 따르면 세개의 섬유 네트워크 층 200, 202, 202'는 상이한 두께를 갖는다. 제1 섬유 네트워크층 200은 제1 두께 t을 갖는다. 제2 섬유네트워크 층 202는 제2 두께 t2를 갖는다. 추가의 섬유 네트워크층 202'은 제3 두께 t3을 갖는다.
전술한 바와 같이, 각각의 층은 개별적으로 연관될 수 있으며 개별 기능을 포함할 수 있다. 상이한 기능은 다양한 섬유 네트워크의 특성, 예컨대, 특히 (평균) 섬유 직경 및/또는 각 층의 병합 인자에 의해 야기될 수 있다. 나아가 적절한 층간 병합으로, 인접 층의 상호 부착을 위한 임의의 추가 접착 물질이 필요로 하지 않는다. 따라서 기술된 직물은 환경적으로 호환 가능한 방식으로 실현될 수 있다. 구체적으로 기재된 다층 직물은 완전 생분해성 제품에 사용될 수 있다.
도 15에 개략적으로 도시된 바와 같이 다층 직물은 특정 햅틱 특성을 요구하는 적용에 특히 적합할 수 있다. 개시된 직물로 제조된 섬유질 웹의 적합한 특정 기본 특성은 특정 응용에 맞춰질 수 있다. 이러한 특정 기본 특성은 예를 들어, 직물의 커버층의 소프트 햅틱 특성과 결합된 특정 액체 흡수 및/또는 방출 관리일 수 있다. 특히 섬유 직경 변화의 적절한 설계 파라미터는 유연도, 기계적 안정성, 액체 흡수 능력 위킹 (속도) 등의 원하는 조합을 생성할 수 있게 한다.
구체적으로, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 다층 직물은 큰 액체 흡수 및/또는 액체 보유 능력을 가지는 하나 이상의 내부 또는 중간 층을 포함할 수 있다. 이 내부 또는 중간 층은 각각의 섬유 직물 제품, 예컨대, 페이셜 마스크, 청소용 천 등에 적용 동안 액체에 침지될 수 있으며, 방출을 지지할 수 있다. 커버 층들 중 적어도 하나는 (시간 및/또는 공간에 걸친) 균일한 액체 분배가 되도록 구성된다. 다층 직물의 이러한 설계는 예를 들어 전체 직물 내의 적절한 섬유 직경 변화에 의해 달성될 수 있다.
도 16은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 무한 셀룰로오스 섬유 108의 두 개의 적층된 층 200, 202로 구성된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하기 위한 장치 100의 일부를 도시한다. 도 16에 도시된 장치 100과 도 1에 도시된 장치 100의 차이점은 도 16에 따른 장치 100이 전술한 바와 같이 두 개의 연속적으로 정렬된 제트 122 및 각각 할당된 응고 유닛 128을 포함한다는 것이다. 여기에 기술된 실시 형태에서, 두 개의 응고 유닛 128이 제트 122의 각각에 할당된다. 도 16에서, 하나의 응고 유닛 128은 제트 122와 섬유 지지 유닛 132 사이에서 연장되는 라이오셀 방사 용액 104의 경로의 좌측에 위치되고, 다른 응고 유닛 128은 이 경로의 각각의 우측에 위치된다. 컨베이어 벨트-타입 섬유 지지 유닛 132의 가동 섬유 수용 표면의 관점에서, 도 16의 좌측의 상류 제트 122는 층 200를 생성한다. 층 202은 하류 제트 122 (도 16의 우측 참조)에 의해 제조되고, 직물 102의 이중층 200, 202이 얻어지도록 미리 형성된 층 202의 상부 주 표면에 부착된다.
도 16에 따르면, 제어 유닛 140 (제트 122 및 모든 응고 유닛 128의 제어)은 상이한 층 200, 202의 섬유 108이 최소 직경과 관련하여 관련 섬유 직경이 50% 초과만큼 상이하도록 공정 파라미터를 조정하도록 구성된다. 제어 유닛 140에 의해 층 200, 202의 섬유 108의 섬유 직경을 조정하는 것은 라이오셀 방사 용액 104와 상호 작용하는 응고 유체 106의 양을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 도 16의 실시 형태는 이동 가능한 섬유 지지 유닛 132를 따라 (선택적으로 상이한 특성을 가진) 오리피스 126 를 갖는 다수의 제트 122를 연속적으로 배열함으로써 섬유 직경을 조정하기 위한 공정 파라미터를 조정한다. 예를 들어, 이러한 상이한 특성은 상이한 오리피스 126 직경, 상이한 가스 유동 속도 146, 상이한 가스 유동 146의 양 및/또는 상이한 가스 유동 146 압력일 수 있다. 도 16에 도시되지는 않았지만, 예를 들어 수력-얽힘(hydro-entanglement), 니들 펀칭, 함침, 가압 스팀으로 스팀 처리 및/또는 캘린더링에 의해 섬유 지지 유닛 132 상에 수집된 후, 섬유 108를 추가로 처리하는 것이 가능하다.
여전히 도 16에 도시된 실시 형태를 참조하면, 하나 이상의 추가 노즐 바 또는 제트 122가 제공될 수 있고, 섬유 지지 유닛 132의 이송 방향을 따라 연속적으로 배열될 수 있다. 다수의 제트 122는 바람직하게는 층 200 및/또는 층 202의 섬유 108의 응고 또는 경화 공정이 완전히 완료되기 전에, 섬유 108의 추가 층 200이 이전에 형성된 층 200의 상부에 증착되어 병합을 유발할 수 있도록 배열될 수 있다. 공정 파라미터를 적절히 조절할 때, 이는 다층 직물 102의 특성 측면에서 유리한 효과를 가질 수 있다.
특정 이론에 구속되지 않으면서, 현재 제2 층 202는 제1 층 200의 강화물로서 간주될 수 있고, 이는 생성되는 직물 102의 균질성을 증가시킨다. 이러한 기계적 안정성의 증가는 섬유 직경 변화 (특히, 개별적인 섬유 108의 섬유간 직경 변화 및/또는 섬유 내 종방향 직경 변화)에 의해 추가로 개선될 수 있다. 더 깊은 (특히, 엄수되는) 압력 (예를 들어, 공기 또는 물에 의해 제공)을 가할 때, 섬유 108의 단면 형상은 의도적으로 추가적으로 왜곡될 수 있으며, 이는 유리하게는 추가적으로 증가된 기계적 안정성을 초래할 수 있다.
한편, 도 16에 따른 직물 102의 섬유 108 사이에 의도된 병합은 직물 102의 기계적 안정성을 추가로 증진시키기 위해 유발될 수 있다.
용어 "포함하는"은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, "일" 또는 "하나"이라는 용어의 사용은 복수를 배제하지 않음에 유의해야 한다. 다른 실시 형태와 관련하여 설명된 요소들이 결합될 수도 있다. 또한 청구 범위의 참조 부호는 청구 범위의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
참조 부호 목록:
100 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하기 위한 장치
102 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 / 직물과 같은 웹
104 라이오셀 방사 용액
106 응고 유체
108 섬유
108a 피브릴
108b 섬유 쉘
110 목재 펄프
112 물 용기
113 계량 유닛
114 저장 탱크
116 용매 용기
118 세정 유닛
119 혼합 유닛
120 용해 유닛
122 제트
124 섬유 형성 유닛
126 오리피스
128 응고 유닛
132 (컨베이어 벨트-형) 섬유 지지 유닛
134 추가 공정 유닛
136 롤
140 제어 유닛
146 가스 유동
200 병합 층 / 제1 네트워크 층
202 병합 층 / 제2 네트워크 층
202' 병합 층 / 추가 네트워크 층
204 층내 병합 위치 / 층간 병합 위치 / 층간 병합 라인
206 상위 섬유 구조
220 비병합된 교차 위치
280 내접원
282 외접원
r, R 각각의 내접원 외접원 반경
t1, t2, t3 층 두께
하기에서, 병합 인자의 변동을 생성하기 위한 예가 아래 표에 기술되고 시각화되어있다. 일정한 방사 용액 (즉, 일정한 일관성을 가지는 방사 용액), 특히 라이오셀 방사 용액 및 일정한 가스 유동 (예컨대 공기 처리량)을 사용하면서 응고 스프레이 흐름을 변화시킴으로써 셀룰로오스 섬유 직물의 상이한 병합 인자가 달성될 수 있다. 이에 의해, 응고 스프레이 유량과 병합 인자의 관계, 즉 병합 거동 경향 (응고 스프레이 유량이 높을수록 병합 인자가 낮아짐)이 관찰될 수 있다. 여기서, MD는 기계 방향을 나타내고, CD는 교차 방향을 나타낸다.
Figure pct00003
부드러움은 위에서 기술한 병합 추세를 따를 수 있다 (부직포 표준 WSP90.3 특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전에 기초하여 소위 "핸들-O-미터(Handle-O-Meter)"로 측정된 공지된 특정 핸드 측정 기술에 의해 설명됨). 인성 (Fmax로 기술됨), 예를 들어 EN29073-3, 각각 ISO9073-3에 따른, 특히 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전은 전술한 병합 추세를 따를 수 있다. 따라서, 생성된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 부드러움 및 인성은 (병합 인자에 의해 특정된 바와 같이) 병합 정도에 따라 조정될 수 있다.

Claims (13)

  1. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102)로서, 특히, 라이오셀 방사 용액 (104)으로부터 직접 제조되며, 상기 직물 (102)은
    직물 (102)이 5분 내에 3000 mm2 이상의 액체 확산 속도를 나타내는, 실질적으로 무한 섬유 (108)의 네트워크를 포함하거나,
    직물 (102)이 직물 1g 및 1 초당 당 물 0.25g 이상의 위킹 속도를 나타내는, 실질적으로 무한 섬유 (108)의 네트워크를 포함하며,
    동일한 섬유 (108) 내에서, 상이한 섬유 섹션은 이 섬유 (108)의 가장 최소 직경과 관련하여 관련 섬유 직경이 50% 초과만큼 관련 섬유 직경이 상이한 것인, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102).
  2. 전술한 항에 제시된 바에 있어서, 상기 5분 내의 액체 확산 속도가 4000 mm2, 특히 5000 mm2, 더욱 특히 5500 mm2 이상인, 직물 (102).
  3. 전술한 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 제시된 바에 있어서,
    상기 직물 (102) 내의 제1 방향을 따라서 액체 확산 속도는 제1 값을 가지며, 및
    상기 직물 (102)내의 제2 방향을 따라서 액체 확산 속도는 제2 값을 가지며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향 값에 수직이고,
    제1 값과 제2 값은 서로 20% 미만, 특히 10% 미만으로 상이하거나, 또는
    제1 값과 제2 값은 서로 20% 초과, 특히 30% 초과, 더욱 특히 40% 초과로 상이한 것인, 직물 (102).
  4. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 제시된 바에 있어서,
    상기 위킹 속도는 직물 1 g 및 1 초당 물 0.30g 이상, 특히, 직물 1 g 및 1 초당 물 0.35 g 이상, 더욱 특히, 직물 1 g 및 1 초당 물 0.40 g 이상인, 직물 (102).
  5. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 제시된 바에 있어서,
    섬유 (108)의 적어도 일부는 병합 위치 (204)에서 일체로 병합되며, 특히, 섬유 (108)의 병합 인자는 0.2% 내지 100% 사이의 범위, 특히 0.5% 내지 15% 사이의 범위에 있는, 직물 (102).
  6. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 제시된 바에 있어서,
    섬유 (108) 중 상이한 것은 상이한 구별 가능한 층들 (200, 202)에 적어도 부분적으로 위치하며, 특히, 상기 직물은 하기 특징 중 하나 이상을 포함하는 직물 (102):
    상이한 층들 (200, 202)의 섬유 (108)는 층들 (200, 202) 사이의 하나 이상의 층간 병합 위치 (204)에서 일체로 연결되고,
    상이한 층들 (200, 202)에 적어도 부분적으로 위치된 섬유 (108)의 상이한 것은 섬유 직경에 대하여 상이, 특히 평균 섬유 직경에 대하여 상이하고;
    상이한 층들 (200, 202)의 섬유 (108)는 동일한 섬유 직경을 가지고, 특히 실질적으로 동일한 평균 섬유 직경을 가지고;
    상이한 층들 (200, 202)의 섬유 (108) 네트워크는 상이한 기능성을 제공하며, 상기 상이한 기능성이란, 특히 상이한 위킹(wicking), 상이한 이방성 거동, 상이한 액체 흡수 능력, 상이한 세정성, 상이한 광학 특성, 상이한 거칠기, 상이한 평활도, 및 상이한 기계적 특성으로 이루어진 군 중 하나 이상을 포함함.
  7. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 제시된 바에 있어서, 상이한 섬유 (108)는 섬유 (108)의 최소 직경과 관련하여 50% 초과만큼 관련 섬유 직경이 상이한, 직물 (102).
  8. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 제시된 바에 있어서,
    상기 섬유 네트워크는 하기 특징 중 하나 이상을 포함하는 것인 직물 (102):
    섬유 (108)의 3% 이상, 특히 5% 이상은 90% 이하의 진원도(roundness)를 갖는 비원형 단면 형상을 가지고,
    섬유 (108)의 1% 이상, 특히, 3% 이상은 80% 이하, 특히 70% 이하의 진원도를 갖는 비원형 단면 형상을 가짐.
  9. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 제시된 바에 있어서,
    상기 섬유는 5 pm 미만의 구리 함량 및/또는 2 ppm 미만의 니켈 함량을 갖는, 직물 (102)
  10. 라이오셀 방사 용액 (104)으로부터 직접적으로 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102), 특히 전술한 항들 중 어느 한 항에 제시된 직물 (102)을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    가스 유동 (146)에 의해 지지되는 오리피스 (126)를 가지는 제트 (122)를 통해 라이오셀 방사 용액 (104)을 응고 유체 (106) 분위기로 압출하여 실질적으로 무한 섬유 (108)를 형성하는 것;
    섬유 지지 유닛 (132)상에 섬유 (108)를 수집하여 직물 (102)을 형성하는 것; 및
    상기 직물 (102)이 5분 내에 3000 mm2 이상의 액체 확산 속도를 나타내거나 또는
    상기 직물 (102)이 직물 1g 및 1 초당 당 물 0.25g 이상의 위킹 속도를 나타내도록 제조 공정의 공정 파라미터를 조정하는 것;을 포함하는 방법.
  11. 라이오셀 방사 용액 (104)으로부터 직접적으로 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102)을 제조하기 위한, 특히, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 제시된 직물을 제조하기 위한 장치 (100)로서, 상기 장치 (100)는,
    가스 유동 (146)에 의해 지지되는 라이오셀 방사 용액 (104)을 압출하도록 구성된 오리피스 (126)를 갖는 제트 (122);
    압출된 라이오셀 방사 용액 (104)에 응고 유체 (106) 분위기를 제공하여 실질적으로 무한 섬유 (108)을 형성하도록 구성된 응고 유닛 (128);
    섬유 (108)를 수집하여 직물 (102)을 형성하도록 구성된 섬유 지지 유닛 (132); 및
    상기 직물 (102)이 5분 내에 3000 mm2 이상의 액체 확산 속도를 나타내거나 또는
    상기 직물 (102)이 직물 1g 및 1 초당 당 물 0.25g 이상의 위킹 속도를 나타내도록 공정 파라미터를 조정하도록 구성된 제어 유닛 (140)을 포함하는, 장치 (100).
  12. 와이프(wipe), 가정용 시트, 필터, 위생 용품, 의학적 적용 용품, 지오텍스타일, 아그로텍스타일, 의류, 건축 기술 용품, 자동차 용품, 가구, 산업 용품, 레저, 미용, 스포츠 또는 여행 관련 용품 및 학교 또는 사무실 관련 용품으로 이루어진 군 중 하나 이상에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102)을 사용하는 방법.
  13. 전술한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 제시된 바에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 포함하는 제품 또는 복합재.
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