KR20200125929A - 섬유 제품 및 섬유 제품의 제조 방법 - Google Patents

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KR20200125929A
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카리타 키누넨-라우다스코스키
마르자 주버넌.
에사 토르니아이넨
마틴 해그블롬
투오마스 무스토넨
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Abstract

본 발명은 다층 섬유 제품(multi-layer fiber product) 및 이러한 종류의 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 제품은 주로 천연 섬유로 이루어진 제1 층(12) 및 제1 층의 상부에 위치한 제2 열 밀봉 층(14)을 포함한다. 열 밀봉 층(14)은 주로 합성 열가소성 섬유 또는 입자로 구성된다. 본 방법에 따르면, 열 밀봉 층(14)은 웹 형성 공정 동안 이미 제1 층(12) 상에 도입되고, 제1 및 제2 층은 포움 형성 공정에서 형성되고 함께 결합된다. 본 발명에 따르면, 열 밀봉 성질을 갖는 포장 재료에서 플라스틱 재료의 양을 감소시킬 수 있다.

Description

섬유 제품 및 섬유 제품의 제조 방법
발명의 분야
본 발명은 섬유 제품(fiber product)을 제조하는 청구항 1의 서문에 따른 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법에서, 주로 천연 섬유를 포함하는 베이스 층(base layer)이 웹 형성 공정에서 형성되고, 열 밀봉 층(heat-sealing layer)이 다층 섬유 제품을 제조하기 위해 베이스 층 상에 제공된다.
본 발명은 또한 청구항 20에 따른 섬유 제품 및 청구항 26에 따른 용도에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
오늘날 소비자들은 점점 더 친환경적인 포장 해결책을 요구한다. 이러한 이유로, 많은 소매 체인 및 브랜드 소유자에게는 페이퍼 및 판지가 선호되는 포장 재료인데, 왜냐하면, 이러한 제품은 재생 가능한 원료로부터 얻어지고 쉽게 재활용되기 때문이다. 예를 들어 산소, 물 및 그리스에 대한 우수한 차단 성질을 필요로 하는 많은 포장재(package)에는 열 밀봉 성질을 가진 재료의 층이 제공된다. 이러한 이유로, 페이퍼-플라스틱 라미네이트는 사탕 및 베이커리 제품의 포장에 자주 사용되며, 이러한 라미네이트는 페이퍼의 압출 코팅, 또는 냉간 또는 열간 접착제를 사용하여 플라스틱 필름과 함께 페이퍼를 라미네이팅함으로써 제조된다.
압출 필름의 페이퍼 또는 판지 기재로의 접착 또는 라미네이팅된 필름의 강도 증가 요구로 인해, 이들 필름 라미네이트에서 플라스틱의 비율은 종종 수십 퍼센트이고, 이에 따라 재료가 펄프화되기 어렵고, 재활용은 흔히 연소에 의한 열 회수를 기반으로 한다. 예를 들어, 페이퍼의 압출 코팅에서, 플라스틱 필름의 최소 두께는 일반적으로 약 15 um인데, 표시된 두께보다 얇은 필름은 페이퍼에 대해 필름의 충분한 접착력을 얻는 것을 어렵게 하기 때문이다. 한편, 라미네이션 공정에서 필름은 자체 지지되어야 하기 때문에, 라미네이션에 의해 두께가 20 um 미만인 필름을 부착하는 것은 어렵다.
FI 126474 B는 열가소성 섬유가 강화 섬유로서 혼입됨으로써 제품의 열 밀봉 성질을 부여할 수 있는, 천연 섬유 매트릭스를 포함하는 제품을 개시한다. 그러나, 매트릭스에 혼합된 이러한 강화 섬유의 양은 적합한 열 밀봉성을 제공하기 위해 상대적으로 높아야 한다.
예를 들어, 상기 언급된 현재의 수렴 공정 및 재료의 결점으로 인해, 현재의 열 밀봉 페이퍼 재료는 재료의 재활용을 손상시키는 비교적 많은 양의 플라스틱을 포함한다. 또한, 이러한 재료의 제조에는 원칙적으로 하나 이상의 추가 공정 단계가 필요하며, 이는 비용을 증가시킨다.
또한, 플라스틱 필름을 기반으로 하는 열 밀봉 제품은 통기성이 없다. 그러나, 많은 포장되는 제품, 예를 들어 분말 제품은 포장 라인의 유효성으로 인해 포장재에 통기성을 요구한다. 텍스타일 및 가구와 같은 많은 제품의 경우, 저장 및 운송 동안 통기 또는 환기가 바람직하다. 빵과 같은 베이커리 제품은 통기성 포장재가 이로운데, 그 이유는 포장 전에 제품을 냉각할 필요성을 없애므로써 배송 시간을 단축시킬 것이기 때문이다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 당업계와 관련된 문제점 중 적어도 일부를 제거하고 새로운 유형의 열 밀봉 제품 및 열 밀봉 섬유 제품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
특히, 제품에 포함되는 열가소성 재료의 양을 감소시키고 재활용 가능한 포장 재료 제조의 비용 효율성을 증가시킴으로써 열 밀봉 페이퍼형 재료의 재활용성을 향상시키는 것이 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 신규한 열 밀봉 및 통기성의 최종 제품을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 주로 천연 섬유를 포함하는 기재 층 상에 주로 합성 섬유 또는 입자, 특히 긴 합성 섬유를 포함하는 열 밀봉 층이 형성된다.
본 발명에서, 이러한 개별 열 밀봉 섬유 층은 총 층 두께가 상당히 훨씬 더 얇고, 이에 따라 합성 재료의 총량이 더 적은 것으로 밝혀졌다. 한편, 본 발명에 의해, 종래의 압출 코팅된 또는 라미네이션된 필름에 대해 얻어진 것보다 전형적으로 더 강한 열 밀봉, 및 또한 동일한 양의 합성 섬유 또는 입자의 베이스 층에 균일하게 포함된 제품에 대해 얻어진 것보다 더 강한 열 밀봉과 결합될 수 있는 재료가 제공된다.
본 발명에 따른 방법에서, 층, 특히 열 밀봉 층은 웹 형성 단계에서 이미 기재 층 상에 제공되어, 열 밀봉 섬유 층은 임의의 완전히 별개의 공정 단계 또는 라인을 필요로 하지 않고 기재 층에 강하게 부착된다.
본 발명에 따르면, 바람직하게는 층 중 적어도 하나, 특히 적어도 하나의 기재 층 또는 적어도 하나의 열 밀봉 층, 또는 둘 모두가 포움(foam) 형성에 의해 형성된다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 주로 청구항 1의 특징부에 언급된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제품은 또한 청구항 20의 특징부에 언급된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 용도는 청구항 26에 정의되어 있다.
본 발명에 의해 상당한 이점이 얻어진다.
특히, 본 발명에 의해, 포장 재료로서 일반적으로 사용되는 페이퍼-플라스틱 라미네이트와 비교하여 신규 재료의 플라스틱의 비율을 최대 75%까지 상당히 감소시킬 수 있다. 이는 섬유 또는 입자가 풍부한 열 밀봉 층이 웹 형성 단계에서 제품의 기재 층에 견고하게 부착되는 매우 얇은 구조로서 생성될 수 있다는 사실 때문이다. 따라서, 본 발명은 재활용이 보다 용이한 다층 재료의 제조를 가능하게 한다. 본 발명은 생산 체인으로부터 하나의 별개의 정제 공정을 제거하므로, 본 발명은 또한 비용 효율적인 열 밀봉 재료의 제조를 가능하게 한다.
또한, 합성 열가소성 섬유가 전체 섬유 매트릭스에 균일하게 혼합된 기존의 플라스틱 모방 제품과 비교할 때, 본 발명에 따른 열 밀봉은 동일한 출발 재료 및 재료 총량으로 최대 60% 더 강한 것으로 밝혀졌다. 이는 훨씬 더 적은 양의 플라스틱 재료를 사용할 수 있고, 이에 따라 재료의 보다 용이한 재활용 및 또한 강한 시임(seam)의 제조가 가능하며, 이는 포장 산업에서 실질적으로 중요하다.
라미네이션 또는 압출 코팅 방법에 의해 제조된 제품과 비교할 때, 베이스 층에 추가하여 섬유 구조물의 열 밀봉 층이 자체 포함 필름과 달리, 또한 통기성 구조로서 구현될 수 있기 때문에, 제품이 통기성이라는 이점이 얻어진다.
바람직하게는, 제품의 건조 물질 함량이 여전히 낮을 때, 예를 들어 35% 이하일 때 포움 형성 공정에서 베이스 층 및 열 밀봉 층 둘 모두가 형성되고 서로 부착된다. 층의 밀봉은 층에 또는 적어도 그들의 계면 구역에 결합제를 첨가함으로써 강화될 수 있다. 사용된 결합제는 바람직하게는 합성 섬유 재료의 필요성이 더 감소될 때 자체로 열 밀봉성인 것이 바람직하다. 한편, 충분한 압력 및 온도에서 캘린더링함으로써 충분히 강한 상호연결이 보장될 수 있다.
열 밀봉 층의 두께는 전형적으로 베이스 층의 두께보다 상당히 더 얇으며, 열 밀봉 층의 평량(grammage)은 15 g/m2 이하, 바람직하게는 10 g/m2 이하, 더욱 바람직하게는 5 g/m2 이하이다.
열 밀봉 층의 절대 두께는 바람직하게는 10 um 이하, 예를 들어 2-10 um이며, 이는 통상적인 열 밀봉 제품에서 얻을 수 있는 것보다 상당히 더 얇다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 구체예는 동반되는 도면에 기초하여 더욱 면밀히 검토될 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 구체예에 따른 이중층 다층 섬유 제품의 구조의 단면도를 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명의 일 구체예에 따른 3층 다층 섬유 제품의 구조의 단면도를 도시한 것이다.
도 1c는 본 발명의 일 구체예에 따른 다층 섬유 제품의 구조의 단면도를 도시한 것이며, 이 구조에서 베이스 층 및 열 밀봉 층은 층들 사이의 결합을 강화하기 위해 서로 부분적으로 혼합된다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 두 구체예에 따른 본 발명에 따른 제조 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1에서 설명한 강도 테스트 결과를 그래프로 도시한 것이다.
구체예
본 문맥에서 용어 "주로 X로 이루어진 층"(또는 "주로 포함하는")은 상기 층이 적어도 50 중량%의 재료 X를 포함함을 의미한다.
용어 "열 밀봉"은 적어도 다른 유사한 구조 및 재료와 열 및 압력의 영향 하에서 영구 밀봉을 형성할 수 있는 구조 및 재료를 지칭한다.
용어 "웹 형성 공정" 및 "형성"은 최종 제품에 함유된 원료가 수성 슬러시 또는 포움의 형태로 와이어에 도입되는 웨트-레이드 공정(wet-laid process)에 의한 웹형 섬유 기반 구조물의 형성을 나타낸다. 즉, 이들은 최종 섬유 매트릭스를 제공하기 위해 페이퍼 또는 판지 기계의 건조 섹션에서 건조되는 섬유 웹으로 성형되거나 형성된다. "포움 형성"은 특히 FI126474에 개시된 바와 같은 방법을 의미한다.
합성 섬유에 사용될 때 용어 "긴"은 일반적으로 적어도 1 mm의 길이를 갖는 섬유를 의미한다.
"다층 섬유 제품"의 용어 "다층 웹"은 적어도 2개의 중첩되는 섬유 층에 의해 형성된 웹 또는 섬유 제품을 나타낸다. 이러한 중첩 층은 복수개, 전형적으로 2 내지 10개, 특히 2 또는 3개가 존재할 수 있다. 바람직하게는, 다층 웹 또는 제품의 표면을 형성하는 층 중 적어도 하나는 열 밀봉 층에 의해 형성된다. 일 구체예에서, 열 밀봉 층에 인접한 층은 전형적으로 자체로 열 밀봉 성질을 갖지 않는 기재 층이다. 섬유 층 이외에도, 층상 제품에 미리 선택된 성질, 예를 들어 소수성을 부여하는 표면 층이 또한 존재할 수 있다.
"평균 섬유 길이"의 "섬유 길이"는 길이 가중 평균으로 표시된다. 길이 가중 평균 섬유 길이(length weighted average fiber length)는 개별 섬유 길이의 합을 제곱한 것을 개별 섬유 길이의 합으로 나눈 값으로서 계산된다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 바람직한 구체예의 제조 방법에서, 페이퍼 재료의 열 밀봉 층은 이미 제조 단계에서 제품에 도입되어 다층 제품을 제공한다. 이러한 다층 섬유 제품은 전형적으로 제1 층, 예를 들어 화학 펄프, 기계적 펄프, 반 기계적 펄프, 재생 섬유 또는 이들의 임의의 조합물과 같은 천연 섬유를 주로 포함하는 베이스 층, 및 제2 층, 즉, 웹 형성 공정에서 제1 층 상에 형성되는 합성 섬유, 미립자 또는 이들의 조합물을 주로 포함하는 열 밀봉 층으로 구성된다.
일 구체예에서, 적어도 2개의 중첩 층을 포함하는 다층 섬유 제품을 제조하는 방법은 웹 형성 공정, 특히 포움 형성에 의해 달성된다. 이 구체예에서,
― 주로 천연 섬유를 함유하는 제1 층이 제공되고,
― 합성 섬유 또는 입자를 함유하는 제2 층이 제공되며,
제1 및 제2 층은 중첩 관계로 배열된다. 제2 층은 섬유 제품에 열 밀봉 성질을 부여할 수 있다.
일 구체예에서,
― 제1 층은 제1 조성물을 갖는 제1 슬러시로부터 웹으로 형성되고,
― 제2 층은 제2 조성물을 갖는 제2 슬러시로부터 제1 층에 의해 형성된 웹 상에 적용되어 다층 웹을 형성한다.
제1 및 제2 조성물은 예를 들어 섬유, 폴리머, 첨가제 및 물로부터 선택된 적어도 하나의 성분의 함량에 있어서 서로 상이하다. 바람직하게는, 조성물 중 적어도 하나, 특히 둘 모두는 발포제를 함유한다.
일 구체예에서, 제1 및 제2 층은 다층 헤드박스를 사용하여 포움 형성 공정에서 형성되고 함께 결합된다.
일 구체예에 따르면, 본 발명의 다층 섬유 제품은 적어도 베이스 층의 제조, 및 바람직하게는 또한 열 밀봉 층의 제조 및 층의 상호 연결을 위한 포움 형성 기술을 사용하여 제조된다. 일반적으로, 이 기술은 공보 FI 126474 B 및 FI 126092 B에 기술되어 있다. 포움 형성은 긴 합성 섬유를 얇은 층으로도 고른 분포를 가능하게 하고, 이에 따라 고품질의 최종 제품을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 본 다층 제품의 포움 형성은 포움 스트림이 층 또는 섹션으로 공급되는 단일 성형 유닛을 사용하여 수행된다.
성형 유닛은 수평 또는 수직일 수 있다. 예를 들어, 2층 웹에서, 하나의 포움 스트림은 베이스 웹을 형성한다. 그 스트림의 건조 물질은 주로 천연 섬유를 포함한다. 밀봉 층을 형성하는 다른 형성 층은 주로 열가소성 섬유를 포함한다.
일반적으로, 포움 형성에 의해 퍼니시(funish)의 높은 컨시스턴시(consistency)(슬러시의 높은 건조 물질 함량)가 유지될 수 있다. 전형적으로, 본 기술에서, 헤드박스에서의 컨시스턴시는 0.1 중량% 초과, 특히 0.5 중량% 초과 및 최대 약 3 중량%이다.
바람직한 구체예에서, 출발 재료의 일부는 먼저 제1 수상 및 천연 섬유를 주로 포함하는 제1 섬유상을 포함하는 수분-함유 평면 베이스 웹으로 형성된다. 특히, 웹은 하기에 기술되는 바와 같이 물 및 적어도 하나의 발포제의 포움 또는 발포성 액체에 섬유를 분산시킴으로써 포움 형성에 의해 형성된다. 열 밀봉 층은 제2 수상, 및 주로 합성 섬유 또는 입자 또는 이들의 조합물을 포함하는 제2 섬유 또는 입자 상을 포함하는, 부분 웹으로서 또는 분산물로서, 특히 발포 부분 웹으로서 또는 발포 분산물으로서, 그리고 합성 섬유 및 제2 섬유상의 임의의 입자가 제1 섬유상의 천연 섬유 사이에 적어도 부분적으로 침윤되게 함으로써, 베이스 웹에 부착된다.
생성된 습윤성 다층 웹을 건조시켜 물을 제거함으로써, 천연 섬유 및 합성 섬유가 함께 층상 섬유 매트릭스를 형성한다. 동일한 연결에서, 하나 이상의 결합제가 제1 및/또는 제2 수성 상에 또는 전체 웹에 적용될 수 있으며, 이에 따라 결합제는 또한 요망하는 층에 침윤된다. 바람직하게는, 결합제는 열 밀봉 층의 섬유 및 입자와 상용성이 되도록 선택된다.
일반적으로, 포움 스트림의 속도 대 와이어의 속도 비(제1 슬러시의 제1 층이 가능하게는 이미 증착된 경우)는 0.1 내지 2.5의 범위이다.
일 구체예에서, 상기 비는 1이 아니다. 그러한 구체예에서, 층간 층 결합의 발생을 허용하기 위해 와이어 상에 층들의 혼합이 있을 것이다.
일 구체예에서, 상기 비는 1 초과 및 최대 2.5이다.
일 구체예에서, 포움 형성은 섬유를 물 및 적어도 하나의 발포제의 포움 또는 발포성 액체에 분산시켜 전형적으로 0.1 내지 15 중량%, 예를 들어 0.5 내지 10 중량%의 적어도 하나의 발포제를 포함하는 섬유-포움을 얻음으로써 발포 분산물을 형성시키는 것을 포함한다. 이렇게 형성된 섬유-포움은 이후 와이어와 같은 구멍이 있는 지지체로 운반되고, 구멍이 있는 지지체를 통해 액체가 배출되어 시트를 형성한다.
포움을 제조하기 위한 발포제는 포움의 형성을 가능하게 하는 계면 활성제로부터 선택된다. 따라서, 전형적으로, 발포제는 수용성 발포 중합성 제제 및 수분산성 발포 중합성 제제 및 이들의 조합물로부터 선택된다. 발포제는 수용성 글리칸, 수분산성 글리칸, 수용성 친수성 폴리머 및 수분산성 친수성 폴리머 및 이들의 조합물로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 수용성 글리칸 및 수분산성 글리칸은 다당류 및 이의 유도체로부터 선택된다. 수용성 친수성 폴리머 및 수분산성 친수성 폴리머는 또한 폴리(비닐 알코올) 및 폴리(비닐 아세테이트) 및 이들의 코폴리머로부터 선택될 수 있다.
섬유가 수소 결합을 형성하지 않는 일 구체예에서, 발포 화학제가 또한 결합제로서 작용한다.
일 구체예에서, 특히 별도의 헤드박스를 사용하여 수행되는 경우, 제1 헤드박스로부터 제1 슬러시로 형성된 층을 먼저 건조시켜 제2 층이 여전히 습윤 상태의 제1 층 상의 제2 헤드박스로부터 증착되기 전에 물의 일부, 전형적으로 대부분을 제거할 수 있다. 따라서, 일 구체예에서,
― 제1 층이 제1 고형물 함량을 갖는 웹으로 형성되고,
― 웹이 건조 처리되어 웹의 고형물 함량을 증가시켜 제2 고형물 함량(제2 건조 물질 함량)을 갖는 개질된 웹을 제공하고,
― 개질된 웹 상에 제2 층이 적용된다.
마찬가지로, 특히 별도의 헤드박스를 사용하는 경우:
― 제1 층이 제1 고형물 함량을 갖는 웹으로 형성되고,
― 웹이 프레스 섹션에서 프레싱 처리되거나, 실린더 섹션에서 실린더 건조 처리되거나, 이들의 조합으로 처리되어 웹의 고형물 함량을 증가시켜 제2 고형물 함량(제2 건조 물질 함량)을 갖는 개질된 웹을 제공하고,
― 개질된 웹 상에 제2 층이 적용된다.
제1 층은 초기에 웹 형성에 사용된 제1 물 조성물의 물 함량과 유사한 높은 수분 함량을 가지며, 이는 제2 물 조성물의 증착 전에 개질된 웹을 형성하도록 보다 높은 고형물 함량(건조 물질 함량)으로 건조된다. 예를 들어, 제1 층은 웹 상에 제2 층을 적용하기 전에 개질된 웹을 형성하기 위해 15 내지 35 중량%, 특히 20 내지 35 중량%의 제2 고형물 함량으로 건조된다.
일 구체예에서, 웹 및 특히 다층 웹의 건조는 비접촉 건조에 의해 수행된다.
건조는 예를 들어 진공 건조, 열풍 건조, 통기 건조, IR 건조, 실린더 건조 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 방법에 의해 수행된다.
건조는 전형적으로 20 중량% 미만, 전형적으로 15 중량% 미만, 특히 10 중량% 미만의 최종 수분 함량에 도달할 때까지 수행된다.
일 구체예에서, 층의 입자(섬유 포함)는 와이어의 공극 크기보다 큰 크기를 갖는다. 이것은 웹으로부터의 물 제거를 향상시키기 위해 진공을 사용할 수 있게 한다.
결합제의 적용은 부분 웹 또는 다층 웹 상으로, 즉 이들을 함께 결합하기 전 또는 결합 후에만 베이스 층 웹 및 열 밀봉 층의 웹 상으로 개별적으로 수행될 수 있다. 웹을 함께 결합시키기 전에, 하나 또는 두 개의 부분 웹 상에, 전형적으로 이들의 접촉 표면 상으로, 층의 계면에 결합제를 적용함으로써 구조를 강화시킬 수 있다.
일 구체예에서, 베이스 층 및 열 밀봉 층 둘 모두는 층 상에 또는 층 내에 적절히 균일하게 퍼져 있는 동일한 열가소성 결합제를 포함한다.
본원에 개시된 제품의 소수성 성질이 추가로 개선될 수 있다. 따라서, 일 구체예에서, 베이스 층의 열 밀봉 층의 반대 표면 상에 소수성 성질을 갖는 층이 배열된다. 일례는 표면-래커 층(surface-laquer layer)이다.
소수성 성질은, 소수성 제제, 예컨대 알킬렌 케텐 이량체(AKD), 알케닐 석신산 무수물(ASA) 및 결합제를 가교 결합제와 함께 사용하여 다층 생성물의 표면층에 부여될 수 있다.
층의 섬유상 및 입자상 재료와 관련하여, 다음에 주목할 수 있다.
본 맥락에서, 특히, 천연 섬유는 예를 들어 화학적 또는 반-화학적 펄프화 또는 디파이버링(defibering)을 사용하여 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 원료로부터 공급된다. 섬유는 또한 기계적 펄프 섬유 또는 재활용 섬유일 수 있다. 특히, 천연 섬유는 공보 FI 126474 B에 보다 정확하게 기재된 천연 섬유 및 이들의 혼합물을 지칭한다.
셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 섬유의 원료로서, 목재 재료 또는 식물성 재료, 예컨대 일년생 또는 다년생 식물이 사용될 수 있다. 특히, 낙엽수(예를 들어 자작나무, 사시나무, 미루나무, 오리나무, 유칼립투스 또는 혼합 열대 견목재(mixed tropical hardwood)로부터 얻어짐) 또는 특히 침엽수 나무 재료가 원료로서 사용된다. 후자의 예는 가문비 나무 또는 소나무에서 얻은 목재를 포함한다.
셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 섬유는 정제될 수 있다.
일 구체예에서, 비정제 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 섬유, 특히 셀룰로스 섬유가 사용된다.
일 구체예에서, 베이스 층(기재 층)은 주로 천연 섬유로 이루어진다. 일 구체예에서, 베이스 층(기재 층)은 베이스 층(기재 층)의 섬유의 총 중량으로부터 계산하여 50 중량% 초과 및 최대 100 중량%의 천연 섬유를 포함한다.
일 구체예에서, 베이스 층(기재 층)은 1 내지 49 중량%, 전형적으로 약 1 내지 30 중량%, 예를 들어 약 1 내지 20 중량%의 다른 섬유, 특히 합성 섬유를 포함할 수 있다.
추가 성분, 예를 들어 결합제 또는 다른 첨가제, 및 잠재적으로 제품 또는 제조 공정에 필요한 다른 성분이 또한 포함될 수 있다. 이러한 성분의 양은 일반적으로 층 100 중량부당 약 0.1 내지 30 중량부이다.
결합제의 예에는 천연 결합제 및 바이오폴리머, 예를 들어 전분 및 개질된 전분 및 전분 유도체, 키토산, 알기네이트 및 합성 결합제, 예컨대 비닐 아세테이트 및 비닐 아크릴레이트 라텍스 및 폴리우레탄 및 SB-라텍스뿐만 아니라 이들의 혼합물 및 다양한 코폴리머, 특히, 합성 결합제 폴리머의 코폴리머가 포함된다.
열 밀봉 층은 최대 100 중량%, 예를 들어 50-100 중량%, 예를 들어 51-99 중량%의 열가소성 섬유 및/또는 입자, 예컨대 폴리락타이드(PLA), 글리콜산 폴리머, 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐 알코올 또는 이성분(바이코) 섬유 또는 입자를 포함할 수 있다. 특히, 재료는 PLA, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 이성분 섬유일 수 있다. 또한, 폴리부틸 렌 석시네이트(PBS)와 같은 다른 바이오폴리머는 이들 합성 섬유 또는 입자에 대한 잠재적 폴리머이다. 바람직한 예 중 하나는 PLA-PBS 다층 합성 섬유 또는 입자이다. 특히 열가소성 섬유는 생분해성 열가소성 섬유일 수 있다.
열 밀봉 층의 원료로서, 예를 들어 최대 약 50 중량%, 예를 들어 약 0.1 내지 약 50 중량% 미만(예를 들어, 1 내지 49 중량%), 그 밖의 섬유, 예컨대 긴 강화 섬유, 특히 비스코스, 또는 천연 섬유 또는 열가소성 합성 섬유 이외의 섬유도 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 기술된 종류(및 정제되거나 바람직하게는 비정제된)의 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 섬유가 열 밀봉 층에 포함될 수 있다. 전형적으로 이러한 섬유의 양은 최대 40 중량%, 특히 약 5 내지 30 중량%이다.
열 밀봉 층의 합성 섬유는 예를 들어, 10 dtex 이하, 바람직하게는 5 dtex 이하, 예컨대 1-5 dtex의 선형 밀도를 가질 수 있다. 장 섬유의 평균 길이는 예를 들어 1-50 mm, 바람직하게는 1-20 mm, 예컨대 3-12 mm일 수 있다. 사용하기에 적합한 전형적인 PLA 섬유는 길이 질량이 1.7 dtex이고 길이는 6 내지 12 mm이다.
제품 또는 제조 공정에 필요한 결합제 및/또는 다른 첨가제도 포함될 수 있다. 이러한 성분의 양은 일반적으로 층 100 중량부당 약 0.1 내지 30 중량부이다.
결합제의 예에는 천연 결합제 및 바이오폴리머, 예를 들어 전분 및 개질된 전분 및 전분 유도체, 키토산, 알기네이트 및 합성 결합제, 예컨대 비닐 아세테이트 및 비닐 아크릴레이트 라텍스 및 폴리우레탄 및 SB-라텍스 뿐만 아니라 이들의 혼합물 및 다양한 코폴리머, 특히 합성 바인더 폴리머의 코폴리머가 포함된다. 일 구체예에서, 열 밀봉할 수 있는 결합제가 사용된다. 일 구체예에서, 열 밀봉 층에 탄성 성질을 부여할 수 있는 결합제, 예컨대 폴리우레탄이 사용된다.
층의 상호 연결은 열에 의해, 예를 들어 다층 웹을 적어도 90℃, 및 바람직하게는 130℃ 초과에서 캘린더링함으로써 수행될 수 있거나, 또한 이에 의해 개선될 수 있다.
일 구체예에서, 제1 층에 대한 수성 조성물("제1 슬러시")은 천연 섬유 이외에, 임의로 합성 섬유 및/또는 입자, 또한 고형물 함량으로부터 계산하여 0.1 내지 15 중량%의, 계면 활성제, 결합제 및 이들의 조합물로부터 선택된 첨가제를 함유한다.
일 구체예에서, 제2 층에 대한 수성 조성물("제2 슬러시")은 합성 섬유 및/또는 입자 이외에, 임의로 다른 섬유, 예컨대 천연 섬유, 또한 고형물 함량으로부터 계산하여 0.1 내지 15 중량%의, 계면 활성제, 결합제 및 이들의 조합물로부터 선택된 첨가제를 함유한다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 바람직한 일 구체예에서, 제1 층은 "비-열 밀봉", 즉 다른 유사한 층에 대한 열 밀봉이 불가능한 반면, 제2 층은 다른 층에 대한 열 밀봉이 가능하다.
다양한 구체예들을 보다 상세하게 설명하는 도면들 다음으로 넘어 가면, 도 1a는 베이스 층(12)(또한 "기재 층"으로서 지칭될 수 있음) 및 베이스 층의 제1 표면 상에 배열된 열 밀봉 층(14)을 지닌 기본 구조를 도시한 것임을 알 수 있다. 도 1b는 또한 베이스 층의 제2 반대 표면 상에 기능성 표면 층(16)이 배열된 구체예를 도시한 것이다. 이 제2 표면 층(16)은 예를 들어 최종 제품에 열 밀봉 및 개선된 방습 성질 둘 모두를 제공하기 위해 소수성 층일 수 있다.
일반적으로, 열 밀봉 층(14)은 베이스 층(12)보다 얇다. 전형적으로, 그것의 평량은 10 g/m2 이하, 바람직하게는 1-5 g/m2, 예컨대 2-4 g/m2이며, 베이스 층의 평량은 바람직하게는 20-100 g/m2, 예를 들어 30-70 g/m2, 특히 20-60 g/m2 또는 20-40 g/m2이다. 일 구체예에서, 70 g/m2 다층 제품(시트 또는 웹)을 60 g/m2 섬유 베이스 층과 중첩되는 10 g/m2 열 밀봉 층으로 제조하였다. 다른 구체예에서, 베이스 층에 대해 30 g/m2의 평량 및 열 밀봉 층에 대해 3 g/m2의 평량을 갖는 다층 제품이 제조되었다.
상기에서 논의된 바와 같이, 베이스 층은 50 내지 100 중량%, 예를 들어 51 내지 99 중량%의 천연 섬유, 전형적으로 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 섬유를 함유할 수 있다.
일 구체예에서, 도면에 도시된 바와 같은 다층 구조는 포움 형성을 위해 구성된 다층 헤드박스를 사용하여 페이퍼 또는 판지 기계에 의해 제조된다.
도 2a를 참조하면, 일 구체예에 따라, 베이스 층을 형성하는 부분 웹 및 열 밀봉 층을 형성하는 부분 웹은 제지 기계의 다층 헤드박스를 사용하여 상이한 질량으로부터 포움 형성 공정으로 단계 21A 및 21B에서 형성되고, 이후, 다층 웹이 단계 22에서 부분 웹으로부터 형성됨을 알 수 있다.
다층 섬유 웹은 다층 섬유 제품을 제조하기 위해 단계 23에서 추가로 건조된다. 임의로, 결합제는 단계 21A 및 21B에서 부분 웹에 적용될 수 있다. 추가로 또는 임의로, 결합제는 또한 다층 웹에 적용될 수 있다. 다층 웹은 또한 층들의 상호 연결을 향상시키기 위해 캘린더링될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 일 구체예에 따르면, 베이스 층을 형성하는 베이스 웹은 단계 26에서 포움 형성에 의해 형성되고, 그 후에 베이스 층을 형성하는 웹의 표면 상에, 다층 웹을 제조하기 위해 여전히 웹 형성 단계 동안, 단계 28에서 열가소성 합성 섬유 또는 입자가 적용된다. 이전에, 단계 27에서 결합제가 베이스 웹에 적용될 수도 있다. 끝으로, 단계 29에서 다층 섬유 제품을 제조하기 위해 다층 웹이 건조된다.
특히 웹 형성과 관련하여 수행되는 포움 형성에 의해, 요구되는 층 강도를 달성하기 위해 상이한 층들 사이의 혼합을 조정할 수 있다.
일 구체예에 따르면, 도 1c에 도시된 바와 같이, 베이스 층(12C) 및 열 밀봉 층(14C)의 섬유는 층의 계면이 "슬라이딩"되도록 층의 계면 구역에서 혼합된다. 계면 구역(13C)의 두께는 예를 들어 열 밀봉 층(14C)의 두께의 5-50%, 예를 들어 0.5-3 um일 수 있다. 혼합은 접착력을 강화시키고, 이에 따라 전체 제품 및 특히 제품으로부터 생성된 열-시임을 강화시킨다. 상응하는 혼합이 가능하게는 제품의 다른 층 계면에 생성될 수도 있다. 필요에 따라, 층들이 실질적으로 서로 혼합되지 않도록 하는 방식으로 포움 형성에 의해 다층 구조를 제조할 수도 있다.
베이스 층(12, 12C)은 이 유닛에서 언급되지만 일반적으로 또한 베이스 층은 몇몇 서브 층을 포함할 수 있다. 그러나, 일 구체예에 따르면, 베이스 층(12, 12C) 뿐만 아니라 열 밀봉 층은 실질적으로 단일 층을 포함하고 균질한 섬유 조성을 갖는다.
실시예 1. 열 밀봉성에 대한 층 구조의 영향
시트 몰드를 사용하여 100% 셀룰로스 섬유로 이루어진 와이어-측면 상의 제1 층 및 셀룰로스 섬유 및 폴리락타이드(PLA) 섬유의 블렌드로 이루어진 인접 층, 즉, 열 밀봉 층을 갖는 시트를 제조하였다. 제1의 비-열 밀봉 층의 측면 상의 시트에 결합제를 적용하였다. 층을 하나의 닙(nip) 및 10 bar의 압력을 사용하여 90℃의 온도에서 캘린더링하였다.
시트를 210℃의 온도 및 0.5초의 열 밀봉 시간으로 800 N의 힘을 사용하여 접합시켰다. 시임 강도를 폭이 50 mm인 샘플 스트립을 사용하여 수평 견인 장치로 측정하였다. 시임이 기계 방향으로 배향되도록 스트립을 시트로부터 횡 방향으로 절단하였다. 페이퍼 스트립 연신 속도는 20 mm/분이고 연신 간격은 100 mm이었다. 각 샘플에 대해 3-4회의 병렬 결정(parallel determination)을 수행하였다.
그러나, 총 재료의 동일 양을 샘플(1a, 2a, 3a, 4) 및 참조 샘플(1b, 2b, 3b)에 사용하였으나, 샘플에서 합성 섬유가 셀룰로스 섬유의 일부의 양에만 혼합되는 방식으로 사용하였다. 따라서, 상기 기술된 것과 더 유사한 층 구조가 생성되었다. 기준 샘플에서, 합성 섬유는 전량의 셀룰로스 섬유와 균일하게 혼합되었다.
재료 및 결과에 대한 자세한 사항이 표 1 및 도 3에 제시되어 있다.
표 1. 시임 강도의 측정
Figure pct00001
샘플(1a, 2a, 3a, 4) 및 참조 샘플(1b, 2b, 3b)의 결과에서 각각 나타난 바와 같이, PLA 섬유가 시트의 전체 구조에 균일하게 분포된 상황과 비교하여, 합성 섬유가 시트의 한쪽 면 상에 층을 이룰 때 시임 강도는 적어도 60% 증가하였다.
샘플 4는 천연 섬유의 베이스 층 위에 얇은(5 g/m2) 열 밀봉 층도 강한 시임을 생성함을 보여준다. 따라서, 실제 적용에 충분한 본 밀봉 강도는 합성 폴리머를 전체 섬유 제품에 균일하게 혼합할 때보다 상당히 적은 양의 합성 폴리머를 사용하여 상기 기술된 구조로 달성될 수 있다.
산업상 이용 가능성
본 발명에 따른 제품은 적어도 하나의 열 밀봉 시임을 갖는, 열 밀봉 포장 블랭크(heat-sealing packaging blank) 또는 포장, 예컨대 백(bag) 또는 보우(bow)로서 사용될 수 있다.
참고 문헌
특허 공보
FI 126474 B
FI 126092 B
FI 63806
EP 0 195 458 B1

Claims (26)

  1. 적어도 2개의 중첩 층을 포함하는 다층 섬유 제품(multilayered fibrous product)을 제조하는 방법으로서, 웹 형성 공정에서
    ― 주로 천연 섬유를 함유하는 제1 층, 및
    ― 합성 섬유 또는 입자를 함유하는 제2 층을 제공하고,
    상기 제1 및 제2 층은 포움 형성 공정에서 형성되고 서로 결합되고, 상기 제1 및 제2 층은 중첩 관계로 배열되고, 상기 제2 층은 상기 섬유 제품에 열 밀봉(heat-sealing) 성질을 부여할 수 있음을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    ― 제1 층이 제1 조성물을 갖는 제1 슬러시로부터 웹으로 형성되고,
    ― 제2 층이 제2 조성물을 갖는 제2 슬러시로부터 상기 제1 층에 의해 형성된 웹 상에 적용되어 다층 웹을 형성하고,
    상기 제1 조성물은 상기 제2 조성물과 다르고, 상기 제1 층 및 제2 층 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 모두가 포움 형성에 의해 형성되는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2 층이 포움 형성 공정에서, 바람직하게는 다층 헤드박스(multilayer headbox)를 사용하여 형성되고 함께 결합되는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    ― 제1 층이 제1 고형물 함량을 갖는 웹으로 형성되고,
    ― 상기 웹이 건조 처리되어 상기 웹의 상기 고형물 함량을 증가시켜 제2 고형물 함량을 갖는 개질된 웹을 제공하고,
    ― 상기 개질된 웹 상에 제2 층이 적용되는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    ― 제1 층이 제1 고형물 함량을 갖는 웹으로 형성되고,
    ― 상기 웹이 프레스 섹션에서 프레싱 처리되거나, 실린더 섹션에서 실린더 건조 처리되거나, 이들의 조합으로 처리되어 상기 웹의 상기 고형물 함량을 증가시켜 제2 고형물 함량을 갖는 개질된 웹을 제공하고,
    ― 상기 개질된 웹 상에 제2 층이 적용되는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층이 제1 층에 적용되기 전에, 15 내지 35 중량%, 특히 20 내지 35 중량%의 건조 물질 함량을 갖는 개질된 제1 층을 건조시켜 제공하는 것을 포함하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층이 포움 형태로 개질된 웹 상에 적용되는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 층에 의해 형성된 다층 웹이 다층 섬유 제품을 제조하기 위해 건조되는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 다층 웹의 건조가 비접촉 건조에 의해 수행되는 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 건조가 진공 건조, 열풍 건조, 통기 건조, IR 건조, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 방법에 의해 수행되는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층이 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 섬유 및 이들의 조합물로부터 선택된 천연 섬유를 함유하는 제1 슬러시로부터 형성되고, 특히 상기 제1 슬러시는 일년생 또는 다년생 식물로부터, 특히 목재로부터 얻어진 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 섬유, 또는 이들의 조합물을 함유하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층이 폴리락타이드, 글리콜산 폴리머, 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐 알코올, 폴리부틸렌 석시네이트 또는 이성분(바이코) 섬유 또는 입자 및 이들의 조합물로부터 선택된 열가소성 섬유 또는 입자를 함유하는 제2 슬러시로부터 형성되고, 특히 상기 제2 슬러시가 생분해성 열가소성 섬유, 예컨대 폴리락타이드 또는 폴리락타이드-폴리부틸렌 석시네이트 섬유를 함유하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층이 최대 10 dtex, 바람직하게는 최대 5 dtex, 예컨대 1-5 dtex의 선형 밀도, 및 1-50 mm, 바람직하게는 1-12 mm, 예컨대 6-12 mm의 평균 길이를 갖는 열가소성 섬유를 함유하는 제2 슬러시부터 형성되는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 슬러시가 천연 섬유 이외에, 또한 고형물 함량으로부터 계산하여 0.1 내지 15 중량%의, 계면 활성제, 결합제 및 이들의 조합물로부터 선택된 첨가제를 함유하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층이 합성 섬유 이외에, 고형물 함량으로부터 계산하여 0.1 내지 15 중량%의, 계면 활성제, 결합제 및 이들의 조합물로부터 선택된 첨가제를 함유하는 제2 슬러시로부터 형성되는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 또는 제2 슬러시 또는 둘 모두가 천연 결합제 및 바이오폴리머, 예컨대 전분 및 개질된 전분 및 전분 유도체, 키토산, 알기네이트, 또는 합성 결합제, 예컨대 비닐 아세테이트 및 아크릴레이트 라텍스 또는 폴리우레탄 또는 SB-라텍스, 폴리비닐 알코올 또는 폴리비닐 아세테이트, 또는 이들 결합제의 임의의 혼합물 또는 코폴리머의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 결합제, 특히 열가소성 결합제를 포함하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 또는 제2 층, 또는 둘 모두에 결합제가 함침되는 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층이 제1 층의 섬유의 총 중량으로부터 계산하여 50 중량% 초과 및 최대 100 중량%의 천연 섬유를 포함하는 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층이 제2 층의 섬유의 총 중량으로부터 계산하여 최대 100 중량%, 예를 들어 50-100 중량%, 예컨대 51-99 중량%의 열가소성 섬유 및/또는 입자를 포함하는 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어진, 섬유 포장재(fibrous package), 섬유 시트 또는 섬유 웹과 같은 다층 섬유 제품으로서,
    ― 주로 천연 섬유로 제조된 베이스 층(base layer),
    ― 상기 베이스 층 상에 위치한 열 밀봉 층을 포함하고,
    상기 열 밀봉 층이 주로 열가소성 합성 섬유 또는 입자로 이루어짐을 특징으로 하는 제품.
  21. 제20항에 있어서, 열 밀봉 층이 주로 최대 10 dtex, 바람직하게는 최대 5 dtex, 예컨대 1-5 dtex의 선형 밀도, 및 1-12 mm, 바람직하게는 1-12 mm, 예컨대 6-12 mm의 평균 길이를 갖는 생분해성 열가소성 섬유로 이루어지는 제품.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 열 밀봉 층의 평량(grammage)이 10 g/m2 이하, 유리하게는 1-4 g/m2이고, 베이스 층의 평량이 바람직하게는 20-100 g/m2, 예를 들어 30-70 g/m2, 특히 20-40 g/m2인 제품.
  23. 제20 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 베이스 층의 열 밀봉 층의 반대 표면 상에 소수성 성질을 갖는 섬유 층이 배열되는 제품.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 베이스 층 및 열 밀봉 층 둘 모두가 상기 층 상에 또는 상기 층에 적합하게 균일하게 퍼져 있는 동일한 열가소성 결합제를 포함하는 제품.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 제품이, 시트가 열 밀봉에 의해 그 자체에 또는 다른 시트에 부착되는 영역에 적어도 하나의 시임(seam) 구역을 포함하는 경우, 포장재를 형성하도록 접힌 적어도 하나의 시트를 포함하는 제품.
  26. 열 밀봉 또는 열-접합 포장 재료로서의, 제20항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 제품의 용도.
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