KR20220122686A - 부직포 웹 및 웹의 제조 방법 - Google Patents

부직포 웹 및 웹의 제조 방법 Download PDF

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게오프 콜린스
산토쉬 샤반
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야콥 홀름 운트 존스 아게
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Abstract

섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 블렌드로 이루어진 하나 이상의 제1 균질층을 포함하는 부직포 웹이 제공된다. 부직포 웹은 결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유를 포함하지 않으며, 하나 이상의 균질층의 평량은 20 g/㎡ 내지 100 g/㎡이다. 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm를 초과하는 경우, 부직포 웹은 INDA/EDANA GD4에 따른 분산성의 요건을 충족하지 않는 비-분산성 제품이며, 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm 미만인 경우, 부직포 웹은 INDA/EDANA GD4에 따라 정의된 바와 같은 분산성 제품이다. 부직포 웹을 제조하는 방법이 제공된다.

Description

부직포 웹 및 웹의 제조 방법
본 발명은 결합제, 접착제 및 열 결합 섬유가 없고, 경제적이며 매우 다양한 유틸리티에 유용한 부직포 웹(nonwoven web) 조성물에 관한 것이다. 구조 및 조성에 따라, 웹은 INDA/EDANA GD4에 따라 분산 가능하거나 또는 분산 가능하지 않을 수 있다. 본 발명은 또한 최소한의 작업을 사용하고, 물품의 구조 및 조성에 따라 매우 다양한 용도에 유용한 경제적인 부직포 웹 물품을 제공하는 부직포 웹을 제조하기 위한 연속 공정에 관한 것이다.
부직포 기재(nonwoven substrate)는 일반적으로 한 번 사용하고 버리는 매우 다양한 소비재의 제조에 사용된다. 이러한 제품은 일회용 세정 와이프, 일회용 기저귀, 일회용 성인 요실금 제품, 체액의 흡수를 위해 전형적으로 병원에서 사용되는 일회용 패드, 및 화장품 어플리케이터 또는 메이크업 및 기타 물질을 지우기 위한 화장품 패드 및 케라틴성 기재로부터의 기타 물질을 포함한다.
이러한 상품은 특히 개선된 성능 특성을 갖는 동시에 훨씬 더 낮은 비용 및/또는 낮은 환경적 영향을 갖는 증가하는 성장 가능성과 용도의 확장성을 갖는 산업을 구성한다. 많은 이러한 제품들이 매립 또는 하수 시스템을 통해 잠재적으로 환경에 유입되기 때문에, 제조가 간단하며 결합제, 접착제 또는 열가소성 중합체와 같은 생분해성이 불량한 화학 성분을 최소로 포함하거나 또는 전혀 포함하지 않으면서도 성능에 필요한 우수한 습윤 인장 강도(wet tensile strength)를 갖는 부직포 웹 조성물이 필요하다. 이러한 제품에서는 수분산성이 장점으로 간주된다. 상이한 범위의 부직포 조성물에서, 수분산성은 유용한 특성이 아닐 수 있으며, 낮은 비용 및 낮은 환경적 영향과 함께 높은 인장 강도와 같은 기타 특성이 중요한 매개변수일 수 있다.
통상적으로, 일회용 부직포 와이프 제품은 업계에서 "에어레이스(airlace)" 및 "하이드라스펀(hydraspun)" 공정으로 알려진 두 가지 기본 기술 중 하나를 통해 제조될 수 있다. 상이한 제조사는 의도된 최종 용도 및 이용 가능한 생산 장비에 따라 변형하여 이러한 기술을 수행할 수 있지만, 작업의 기본 원리는 유지된다.
에어레이스 방법은 스테이플 길이 섬유 및 목재 펄프 섬유의 에어레이드 웹(airlaid web)을 부직포 캐리어층 또는 전구체 베이스 부직포 웹 상에 침착시키는 작업 및 에어레이드 층을 부직포 캐리어와 수류결합시키는(hydroentangling) 작업을 조합한다. 이러한 기술은 Ouellette의 미국 특허 제8,250,719호에 기술되어 있으며, 이는 본 명세서에 기재되어 있다. 캐리어 웹을 사용하는 것에 더하여, Ouellette은 열풍 또는 분무 접착제로 에어레이드 섬유를 결합시키는 것을 기술하고 있다.
Manning 등의 미국 특허 제4,755,421호에 기술되어 있는 바와 같은 "하이드라스펀" 방법에 따라, 펄프 및 인조 섬유의 웨트레이드 웹(wetlaid web)은 수류결합되고 건조된다. 그러나, Viazmensky 등의 미국 특허 제5,292,581호는 이러한 제품이 불량한 습윤 강도의 문제가 있음을 보여주며, 결합제의 첨가가 실질적으로 강도를 개선한다고 기술하고 있다. 보다 최근에, Annis 등의 미국 특허 제7,732,357호는 가열시 적어도 부분적으로 용융됨으로써 활성화되어 섬유 대 섬유 결합(fiber to fiber bond)을 형성하는 결합제 섬유를 부직포 시트에 사용하는 것을 기술하고 있다. 결합제 섬유는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 이들의 혼합물을 포함한다.
출원인은 2016년 7월 19일자로 등록된 미국 특허 제9,394,637호 및 2019년 9월 17일자로 등록된 미국 특허 제10,415,116호에서 특정 조성의 부직포 웹을 제조하기 위한 연속 방법을 설명하였다.
그러나, 제조하기에 경제적이며 조성물의 물질에 의해 결정되는 성능 특성을 갖는 접착제, 결합제 또는 결합제 섬유를 포함하지 않는 부직포 웹에 대한 요구가 남아 있다. 특정 부직포 웹은 분산성 또는 비분산성일 수 있다.
또한, 수행하기에 편리하고 경제적인 광범위한 구성 물질의 부직포 웹을 제조하기 위한 보다 일반적인 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 구성 물질 및 조성에 의해 결정되는 성능 특성을 갖는 다양한 부직포 웹을 제공하는 것이다. 두 번째 목적은 최소한의 가공 작업을 포함하고, 접착제, 결합제 또는 결합 섬유를 사용하지 않으며, 지속 가능한 식물 공급원으로부터 얻은 물질을 포함하여 광범위한 이용 가능한 물질을 사용하여 선택된 최종 용도에 유리한 특성을 갖는 부직포 웹을 제공하는 다양한 부직포 웹을 제조하는 일반적인 방법을 제공하는 것이다.
이들 목적 및 다른 목적이 본 발명에 따라 달성되었으며, 제1 실시형태는 하기를 포함하는 부직포 웹을 포함한다:
섬유가 분리(defibrated)되거나 또는 개별화된(individualized) 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플(staple) 섬유 중 하나 이상의 블렌드(blend)로 이루어진 하나 이상의 제1 균질층; 여기서, 하나 이상의 균질층은 결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유를 포함하지 않고, 하나 이상의 균질층의 평량(basis weight)은 20 g/㎡ 내지 100 g/㎡이되,
섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm를 초과하는 경우, 부직포 웹은 INDA/EDANA GD4에 따라 분산성의 요건을 충족하지 않는 비-분산성 제품이고, 그리고
섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm 미만인 경우, 부직포 웹은 INDA/EDANA GD4에 따라 정의된 바와 같은 분산성 제품이다.
제1 실시형태의 일 양태에서, 부직포 웹은 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유를 포함하되; 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유는 목재 펄프, 목화 펄프, 목재 및 목화와 다른 천연 식물의 펄프, 목화, 목화 린터, 목화 솜, 대나무, 인피, 모시, 대마, 케이폭, 아마, 황마, 사이잘 및 마닐라삼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이다.
제1 실시형태의 또 다른 양태에서, 부직포 웹은 개별화된 천연 식물 기반 섬유를 포함하되; 개별화된 천연 식물 기반 섬유는 아마 섬유, 대마 섬유, 황마 섬유, 모시 섬유, 쐐기풀 섬유, 스페인 브룸 섬유(Spanish broom fiber) 및 케냐프 식물 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이다.
제1 실시형태의 또 다른 양태에서, 부직포 웹은 재생 셀룰로스 섬유, 목화, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌, 폴리락트산, 폴리락트산의 에스터, 폴리락트산의 아마이드, 우유 단백질 및 나일론으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 스테이플 섬유를 포함한다.
제1 실시형태에 따라, 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 및/또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및/또는 스테이플 섬유의 조합이 부직포 웹에 포함될 수 있다.
제1 실시형태의 또 다른 양태에서, 섬유가 분리된 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유의 길이-가중 평균 섬유 길이는 0.5 mm 내지 8.0 mm이다.
제1 실시형태의 또 다른 양태에서, 스테이플 섬유의 섬유 길이는 3 mm 내지 100 mm이다.
제1 실시형태의 또 다른 양태에서, 스테이플 섬유의 섬도(fineness)는 0.1 데니어(denier) 내지 10 데니어이다.
제1 실시형태의 또 다른 양태에서, 부직포 웹의 평량은 15 g/㎡ 내지 100 g/㎡이고, 추가적인 양태에서 부직포 웹의 MD/CD 비는 부직포 표준 절차(Nonwoven Standard Procedure: NWSP) 110.4에 따라 결정된 바와 같이 4 미만이다.
제2 실시형태에서, 본 발명은 하기를 포함하는 제1 실시형태에 따른 부직포 웹을 제조하는 방법을 제공한다:
섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 균질한 건식 혼합물을 제조하는 단계;
혼합물을 건식 적층(dry laying)시켜 하나 이상의 균질한 건식 레이드 웹을 얻는 단계;
건식 레이드 웹을 수류결합시켜 적어도 한 면에 웹을 압밀화(consolidating)하는 단계; 및
수류결합된 웹을 건조시켜 부직포 웹을 얻는 단계;
여기서, 건식 적층 및 수류결합은 연속 작업으로 수행되고,
결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유가 사용되지 않고;
부직포 웹의 두께는 0.25 mm 내지 2 mm이다.
제2 실시형태의 양태에서, 건식 적층은 균질한 건식 혼합물을 천공된 실린더를 통해 통과시키고 유공성 캐리어(foraminous carrier)에 공기 적층(air laying)시키는 것을 포함한다.
제3 실시형태에서, 본 발명은 하기를 포함하는 제1 실시형태에 따른 부직포 웹을 제조하는 방법을 제공한다:
섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상으로 이루어진 균질한 건식 혼합물을 제조하는 단계;
혼합물을 카딩(carding)하고 건식 적층시켜 하나 이상의 균질한 건식 레이드 웹을 얻는 단계;
건식 레이드 웹을 수류결합시켜 적어도 한 면에 웹을 압밀화하는 단계; 및
수류결합된 웹을 건조시켜 부직포 웹을 얻는 단계;
여기서, 카딩, 건식 적층 및 수류결합은 연속 작업으로 수행되고,
결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유가 사용되지 않고;
부직포 웹의 두께는 0.25 mm 내지 2 mm이다.
제3 실시형태의 양태에서, 건식 적층은 카딩된 균질한 건식 혼합물 유공성 캐리어 상에 통과시키는 것을 포함한다.
도 1은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 연속 시스템의 개략도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 연속 시스템의 개략도를 보여준다.
하기 설명에 따라, 기재된 모든 수치 범위는 달리 명시되지 않는 한 모든 하위 범위 및 그 사이의 모든 값을 포함한다. 모든 중량 함량 값은 총 중량을 기준으로 한다. 하기 설명은 본 발명의 일반적인 설명 및 특정한 바람직한 실시형태를 제공한다. 그러나, 당업자는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 본 발명의 많은 변형이 가능할 수 있음을 인식할 것이다. 본 설명 및 하기 청구범위는 이러한 모든 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
하기 설명에서, "식물-기반 섬유"는 식물에 의해 생성되고/되거나 이로부터 추출된 섬유를 의미하며, 재생 유형의 셀룰로스 섬유는 포함하지 않는다. 용어 "부직포"는 무작위로 얽혀 있으며 편물 또는 직물과 관련된 것과 같은 정의된 패턴이 없는 개별 섬유의 구조를 갖는 웹 또는 직물을 의미한다.
제1 실시형태에서, 본 발명은 하기를 포함하는 부직포 웹을 제공한다:
섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 블렌드로 이루어진 하나 이상의 제1 균질층; 여기서, 하나 이상의 균질층은 결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유를 포함하지 않고, 하나 이상의 균질층의 평량은 20 g/㎡ 내지 100 g/㎡이며, 추가로 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm를 초과하는 경우, 부직포 웹은 INDA/EDANA GD4에 따른 분산성의 요건을 충족하지 않는 비-분산성 제품이고, 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm 미만인 경우, 부직포 웹은 INDA/EDANA GD4에 따라 정의된 바와 같은 분산성 제품이다.
섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유는 목재 펄프, 목화 펄프, 목재 및 목화와 다른 천연 식물의 펄프, 목화, 목화 린터, 목화 솜, 대나무, 인피, 모시, 대마, 케이폭, 아마, 황마, 사이잘 및 마닐라삼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종일 수 있다. 이 목록은 제한하려는 것이 아니며, 섬유가 분리될 수 있는 임의의 천연 식물의 섬유가 본 발명에 사용될 수 있다.
본 발명에 따라, 용어 섬유가 분리된은 섬유가 건조 상태의 펄프가 개별 섬유의 단계로 파쇄(break down)되는 기계적 공정에 의해 얻어지는 것을 의미한다. 전형적으로, 섬유분리는 해머밀(hammermill) 또는 해머밀-유형 장치에서 수행될 수 있다. 이러한 구조는 전단력과 압축력을 적용하여 습식 단계의 고해(refining) 공정에서 섬유화되어 섬유 세포벽을 파쇄하고 섬유 표면에 미세한 털을 형성하여 결합에 이용할 수 있는 표면적을 증가시키는 제지 산업에서 사용되는 펄프와 구분되며 상이하다.
섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유는 0.5 mm 내지 8.0 mm, 바람직하게는 1.0 mm 내지 7.0 mm, 가장 바람직하게는 2.0 mm 내지 6.0 mm의 섬유 길이를 가질 수 있다. 임의의 천연 식물 기반 섬유의 혼합물이 사용될 수 있다.
개별화된 천연 식물 기반 섬유는 아마 섬유, 대마 섬유, 황마 섬유, 모시 섬유, 쐐기풀 섬유, 스페인 브룸 섬유 및 케냐프 식물 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 인피 섬유일 수 있다. 용어 "개별화된"은 인피 섬유가 기계적으로, 또는 화학적 또는 효소적 공정을 통해 단일 섬유로 "개별화"되었음을 의미한다. 화학적 또는 효소적 방법은 개별 섬유를 결합하는 펙틴을 제거할 수 있는 반면, 기계적 방법은 펙틴을 제거하지 않는다.
개별화된 천연 식물 기반 섬유는 3.0 mm 내지 100 mm, 바람직하게는 4.0 mm 내지 50 mm, 가장 바람직하게는 6.0 mm 내지 40 mm의 섬유 길이를 갖는다.
스테이플 섬유는 재생 셀룰로스 섬유, 목화, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌, 폴리락트산, 폴리락트산의 에스터, 폴리락트산의 아마이드, 우유 단백질 및 나일론으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 섬유일 수 있고, 스테이플 섬유의 길이는 3.0 mm 내지 100 mm, 바람직하게는 4.0 mm 내지 50 mm, 가장 바람직하게는 6.0 mm 내지 40 mm일 수 있다.
스테이플 섬유의 섬도는 0.1 데니어 내지 10 데니어, 바람직하게는 1.0 데니어 내지 8.0 데니어, 가장 바람직하게는 2.0 데니어 내지 6.0 데니어일 수 있다.
스테이플 섬유의 단면 기하학(cross-sectional geometry)은 당업계에 공지된 임의의 형상일 수 있고, 예를 들어, 편면형, 원형, 삼각 단면형(trilobal) 또는 X-형일 수 있다. 목적하는 성능 특성을 얻기 위해 당업자에 의해 이해되는 바와 같은 형상의 조합이 사용될 수 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 따라, 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 어느 하나 또는 임의의 조합이 후술되는 방법으로 얻어지는 부직포 웹에 사용될 수 있다. 따라서, 각 유형의 섬유에 의해 제공되는 특성 및 특징은 선택된 성능 특성 및 유용성을 갖는 균질하게 분포된 섬유의 부직포 웹을 얻기 위해 블렌딩될 수 있다.
부직포 웹은 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유로부터 선택되는 단일 유형의 섬유를 포함할 수 있거나, 또는 임의의 가능한 조합 및 중량% 함량으로 세 가지 유형의 섬유의 조성물을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 부직포 웹은 10 중량% 내지 90 중량%의 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 및/또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유; 및 10 중량% 내지 90 중량%의 스테이플 섬유를 포함할 수 있다.
부직포 웹은 위에 기재된 바와 같은 하나의 제1 균질층을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 부직포 웹은 개별 부직포 웹 층이 동일한 조성물을 갖거나 또는 제2 균질층으로 본 명세서에 기재된 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 상이한 조성물을 갖는 위에 기재된 바와 같은 다수의 적층된 층을 포함할 수 있다. 다수의 상이한 층 조성물로 구성된 웹은 특정한 최종 용도에 필요한 특성을 갖도록 설계될 수 있고, 다수의 상이한 균질 조성물, 예를 들어, 제3 균질층, 제4 균질층 등을 포함할 수 있다. 따라서, 부직포 웹은 1개 내지 10개의 층을 포함할 수 있고, 각각 층은 동일한 조성물을 갖거나 또는 층은 상이한 조성물을 가질 수 있다.
놀랍게도 본 발명자들은 INDA/EDANA GD4에 따라 결정된 분산성이 부직포 웹에 포함된 섬유의 가중 평균 길이와 관련될 수 있음을 발견하였다. 따라서, 약 4.0 mm 초과의 가중 평균 길이를 갖는 섬유가 결합되면, INDA/EDANA GD4에 따른 분산성이 없는 부직포 웹이 얻어질 수 있다. 용어 "약"이 본 설명 전반에 걸쳐 수치 값과 연관되는 경우, 값의 10%만큼의 변동이 포함된다는 의미를 가짐에 유의한다. 따라서, 본 발명의 경우, 분산성과 관련된 가중 평균 길이 값은 3.6 mm 내지 4.4 mm로 다양할 수 있으며, 여기서 변동은 부직포 웹에 포함된 특정 섬유로 인한 것일 수 있다.
가중 평균 섬유 길이에 대한 분산성 관계에 영향을 줄 수 있는 요소 또는 변수는 섬유의 조성, 다양한 성분 섬유의 길이, 스테이플 섬유의 단면 기하학, 건식 적층의 방법 및 수류결합 작업에서 웹에 적용되는 에너지를 포함할 수 있다.
부직포 웹의 평량은 15 g/㎡ 내지 100 g/㎡일 수 있고, 선택된 성분 섬유 조성 및 부직포 웹을 제조하는데 사용된 방법에 따라 달라질 것이다. 평량은 섬유 조성 및 생산 방법의 변수의 선택에 의해 제어될 수 있으며, 당업자에 의해 이해되는 바와 같은 이러한 모든 변수의 선택에 따라 특정한 최종 용도에 대해 결정될 수 있다.
위에 기재된 바와 같은 부직포 웹의 조성 및 하기 텍스트에 기재된 제조 방법으로 인해, 부직포 표준 절차(NWSP) 110.4에 따라 측정된 세로 방향(machine direction: MD)에 수직인 방향(direction perpendicular: CD)에서의 웹의 습윤 인장 강도는 2.5 N/5cm 이상이다. CD 습윤 인장 강도는 웹의 섬유 조성물의 가중 평균 길이와 관련될 수 있고, 가중 평균 섬유 길이가 약 4 mm 미만인 조성물에 2.5 N/5cm 이상의 값이 적용될 수 있다. 가중 평균 섬유 길이가 약 4 mm를 초과하는 경우, CD 습윤 인장 강도는 5 N/5cm 이상일 수 있다. 위에 기재된 바와 같이, 이러한 값은 특정한 조성물에 포함된 섬유뿐만 아니라 생산 방법에 따라 달라질 수 있다.
NWSP 110.4에 따라 측정된 웹의 MD/CD 비는 약 4 미만, 바람직하게는 약 3 미만, 가장 바람직하게는 약 2 미만이다.
제2 실시형태에서, 본 발명은 위에 기재된 균질 웹을 제조하는 방법을 제공한다. 방법은 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 균질한 건식 혼합물을 제조하는 단계; 혼합물을 건식 적층시켜 균질한 건식 레이드 웹을 얻는 단계; 건식 레이드 웹을 수류결합시켜 적어도 한 면에 웹을 압밀화하는 단계; 및 수류결합된 웹을 건조시켜 부직포 웹을 얻는 단계를 포함하되; 건식 적층 및 수류결합은 연속 작업으로 수행되고, 결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유가 사용되지 않으며, 부직포 웹의 단일 층의 두께는 0.25 mm 내지 2 mm이다.
일반적으로, 웹 구조 내에 균질하게 분포된 성분 섬유를 갖는 건조 부직포 웹을 제조하는 임의의 건식 적층 작업이 본 발명 내에 포함될 수 있다. 섬유의 균질한 분포는 현미경을 통해 웹을 관찰함으로써 평가될 수 있다. 섬유는 렌즈의 필드를 통해 균일한 농도로 나타난다.
에어 레이드 웹을 형성하는 한 방법은 일반적으로 Laursen 등의 미국 특허 제4,640,810호에 기술되어 있다. 선택된 섬유 혼합물은 균질 혼합물로 건조 블렌딩되며 분배기 유닛으로 이송되는 공기 흐름(air stream) 내에 지지된다. 분배기 유닛은 섬유가 유공성 캐리어로 통과할 수 있도록 설계된 구멍, 슬롯 또는 다른 적절한 모양의 개구로 천공된 회전 실린더 또는 드럼을 포함한다. 드럼의 구조 및 개구의 구성과 크기는 사용하여 고유한 웹 구성을 얻기 위한 섬유 혼합물의 특성에 따라 다양할 수 있다. 임의의 공기 흐름, 드럼 내부의 기계적 교반 및 캐리어 아래의 흡입의 조합의 영향하에, 섬유는 천공된 드럼의 구멍을 통해 안내되어, 캐리어의 표면에 균질한 섬유 분포의 웹을 형성한다. 건조 웹의 높이 및 매팅(matting)의 정도는 섬유 함량 및 크기, 드럼 개구 크기 및 형상, 공기 흐름의 속도, 캐리어 바닥으로부터 적용된 흡입의 정도 및 캐리어 속도를 비롯한 공정 변수의 제어를 통해 달라질 수 있다. 고유한 매트 구성을 제공하기 위해 다른 장비 제어도 달라질 수 있다.
웹의 폭은 사용되는 에어 포머(air former) 장비의 유형에 따라 다르며, 1m 내지 6m로 달라질 수 있다. 단-웹(Dan-Web), 올리콘(Oerlikon) 및 안팝 오이(Anpap Oy)에서 공급되는 것과 같은 기존의 상업적 유닛의 폭은 2m 내지 5m이다.
본 발명에 따라, 형성된 에어 레이드 웹은 수류결합 유닛 또는 스펀레이싱(spunlacing) 유닛으로 직접 그리고 연속적으로 이송되되, 에어레이드 매트(mat)는 일련의 고압 워터 제트에 충돌하여 섬유를 기계적으로 얽히게 하거나 또는 압밀화되어 부직포 웹을 형성한다. 제트는 웹의 고유한 특성을 제공하도록 캐리어의 표면과 수직으로 배향되거나 또는 비스듬히 놓일 수 있다. 제트는 한쪽 면, 바람직하게는, 상면 또는 상면과 하면 둘 다로부터 웹을 압밀화하도록 배치될 수 있다. 제트의 압력은 0.04 바(bar)/㎏/h/m 내지 15 바/kg/h/m, 바람직하게는, 0.1 바/kg/h/m 내지 10 바/kg/h/m, 가장 바람직하게는 0.3 바/kg/h/m 내지 4 바/kg/h/m일 수 있다.
에어 레이드 전구체로 부직포 웹을 제조하기 위한 유닛의 배열을 보여주는 실시형태가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 에어포밍 시스템은 유닛(7)으로 도시되어 있되, 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 (1), (2) 중 하나 이상의 블렌드가 공급 유닛(3)에서 균질하게 혼합된 다음 천공(5)이 있는 회전 실린더(4)로 이송된다. 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의의 블렌드는 수류결합 유닛(8)을 통해 에어레이드 웹을 수송하는 유공성 캐리어(6) 상으로 천공을 통과한다. 수류결합 유닛(8)에서, 에어 레이드 웹은 일련의 캐리어 벨트를 따라 통과하고, 번호순으로 표시된 고압 제트에 노출된다. 제트(11, 12 및 13)는 웹의 상단에 충돌하는 반면, 제트(21 및 22)는 반대쪽 또는 하단에 충돌한다. 개략적인 제트(11 내지 13, 21 내지 22, 31 내지 33, 41 내지 43 및 51 내지 52)는 웹의 폭에 걸친 제트의 뱅크(bank)를 나타내며, 제트 뱅크는 웹에 걸쳐 얽힘의 다양한 완성도를 제공하도록 배치되고 배열된다. 따라서, 얽힘은 부직포 웹의 의도된 최종 용도에 따라 패턴화되거나 무작위화될 수 있다. 유닛(8)에서, 압밀화된 웹은 건조 유닛(9)에서 건조된다.
부직포 웹의 드레이프(drape), 유연도(softness) 및 편안함은 고압 제트에 의해 전달되는 에너지 및 장비를 통한 웹의 이동 속도에 의해 제어될 수 있다. 본 발명에 따라, 수압 및 스펀레이싱 장비를 통한 웹 이동 속도 둘 다의 제어뿐만 아니라 접착제, 결합제 또는 결합 섬유의 부재에 의해, 다양한 정도의 강도, 흡수성, 유연도 및 두께를 갖는 부직포 웹이 얻어질 수 있다.
스펀레이싱 또는 수류결합 유닛은 플라이스너 게엠베하(Fleissner GmbH)(독일 소재) 및 안드리츠 페르보예트(Andritz Perfojet)(프랑스 소재)로부터 입수 가능하다.
위의 기본적인 실시형태의 한 변형에서, 스펀레이싱 전에 다중 에어레이드 웹이 제조되고 적층될 수 있으므로 더 두꺼운 부직포 웹이 제조될 수 있다. 각각의 적층된 층은 동일한 섬유 조성물일 수 있거나 또는 전술한 바와 같은 부직포 웹의 의도된 최종 용도를 위해 선택된 상이한 조성물을 가질 수 있다. 이러한 각각의 가능한 실시형태에서, 얽힘은 워터 제트 압력 및 스펀레이싱 유닛을 통한 웹의 이동 속도의 변화에 의해 달성될 수 있다. 본 발명에 따라, 결합제, 접착제 또는 결합 섬유는 사용되지 않는다.
스펀레이싱 이후에, 습윤 부직포 웹은 건조되고, 이송 및 보관을 위해 권취될 수 있다.
제3 실시형태에서, 본 발명은 제1 실시형태에 따른 부직포 균질 웹을 제조하는 또 다른 방법을 제공한다. 제3 실시형태의 방법은 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상으로 이루어진 균질한 건식 혼합물을 제조하는 단계; 혼합물을 카딩 및 건식 적층시켜 하나 이상의 균질한 건식 레이드 웹을 얻는 단계; 건식 레이드 웹을 수류결합시켜 적어도 한 면에 웹을 압밀화하는 단계; 및 수류결합된 웹을 건조시켜 부직포 웹을 얻는 단계를 포함한다. 일반적으로, 섬유는 개방된 베일(bale)로 제공된 다음, 거칠게 개방된 섬유(또는 섬유 덩어리(clump))는 섬유 오프너로 운반되고, 이들이 카딩되는 카딩 기계로 추가로 운반(일반적으로 공기에 의해)된 다음, 도핑(doffing)에 의해 주 실린더로부터 제거된다. 도퍼 후, 섬유는 수류결합 섹션으로 이송하기 위한 벨트(유공성 캐리어)로 통과한 후의 수준과 높이에서 약간의 압밀화 및 균질성을 얻기 위해 롤러를 통과하거나 롤러 아래를 통과할 수 있다. 이는 도 2에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 블렌드가 공급 유닛(1)에서 컨베이어 벨트(2)를 통해 리커인(lickerin)(3) 및 카드 실린더(4)로 공급되어 섬유가 카딩된 다음 도퍼(5)에 수집되고, 롤(7)을 통과하고, 도 1에 대해 위에 기재된 바와 같이 수류결합 유닛(8)을 통해 에어레이드 웹을 수송한 다음 건조 유닛(9)으로 수송하는 유공성 캐리어(6) 상에 건식 레이드된다.
카딩, 건식 적층 및 수류결합은 연속 작업으로 수행될 수 있다.
카딩은 유공성 캐리어에 침착된 균질한 연속 건조 웹을 생성하기 위해 섬유를 풀어주고 혼합하는 기계적 공정을 제공한다. 이는 침포(card clothing)로 덮인 상이하게 움직이는 표면 사이에 섬유를 통과시킴으로써 달성된다. 이는 섬유 뭉치(lock) 및 조직화되지 않은 덩어리를 해체한 다음 개별 섬유가 서로 평행하도록 정렬한다. 섬유의 기계적 카딩은 건식 레이드 웹을 제조하는 공지된 방법이며, 투르츠슐러(Trutzschler)(독일 묀헨글라트바흐 소재)로부터 상업적으로 입수 가능한 Trutzschler-Fliessner EWK-413 카드와 같은 카딩 장비에서 수행될 수 있다. 다른 상업적으로 입수 가능한 카딩 유닛은 당업자에 의해 인식되는 바와 같이 유사하게 사용될 수 있다.
건식 레이드 카딩된 균질 웹이 형성되면, 앞서 기재된 스펀레이싱 또는 수류결합 방법 및 장비에 의해 가공될 수 있다.
추가의 실시형태에서, 건조 전에, 수류결합된 웹은 수력 엠보싱(hydroembossing) 공정 또는 열 엠보싱에 의해 엠보싱될 수 있다.
제2 및 제3 실시형태의 방법에 의해 얻어진 부직포 웹의 평량은 0.25 mm 내지 2 mm 두께의 부직포 웹에 대해 20 g/㎡ 내지 100 g/㎡, 바람직하게는 40 g/㎡ 내지 80 g/㎡일 수 있다. 그러나, 다수의 에어레이드 웹이 적층될 때, 평량 및 두께는 이러한 범위 내에 없을 수 있다. 평량은 공기적층 또는 카딩 및 스펀레이싱 작업 모두에 대해 기재된 공정 변수 및 본 기술의 당업자에게 통상적으로 알려진 다른 공정 변수의 제어에 의해 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 부직포 웹은 매우 다양한 용도를 위해 설계되고 구성될 수 있다. 웹은 접착제, 결합제 및 결합 섬유가 없기 때문에, 웹은 쉽게 처분할 수 있고 기재된 바와 같이 선택된 조성으로 표준 변기 시스템에서 분산 가능하며 심지어 변기에 버릴 수 있다(flushable). 가능한 최종 용도는 아기용 와이프, 화장품 와이프, 회음부 와이프, 일회용 물티슈, 가정용 세정 와이프, 예컨대, 주방용 와이프, 목욕용 와이프 또는 딱딱한 표면용 와이프, 소독 및 세균 제거용 와이프, 특수 세정 와이프, 예컨대, 유리용 와이프, 거울용 와이프, 가죽용 와이프, 전자 기기용 와이프, 렌즈용 와이프 및 연마용 와이프, 의료용 세정 와이프, 소독 와이프 등을 포함하는 와이프를 포함할 수 있다. 제품의 추가적인 예는 흡착제, 의료 용품, 예컨대, 외과용 드레이프, 가운 및 상처 관리 제품, 산업적 응용을 위한 개인 보호 제품, 예컨대, 보호 작업복, 슬리브 보호대 등, 자동차 응용을 위한 보호 덮개 및 해양 응용을 위한 보호 덮개를 포함한다. 부직포는 흡수 코어, 라이너, 외부 커버 또는 기저귀(아기 또는 성인), 트레이닝 팬츠, 여성 관리 용품(패드 및 탐폰) 및 수유 패드와 같은 개인 위생용품의 기타 구성요소에 포함될 수 있다.
위의 설명은 당업자가 본 개시내용의 실시형태 및 양태를 만들고 사용할 수 있게 하기 위해 제공되며, 특정 응용 및 이의 요건의 맥락에서 제공된다. 바람직한 실시형태에 대한 다양한 수정이 당업자에게 용이하게 명백할 것이며, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리는 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 실시형태 및 응용에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 나타낸 실시형태를 제한하는 것으로 의도되지 않고, 본 명세서에 개시된 원리 및 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 따라야 한다. 이와 관련하여, 본 개시내용 내의 소정의 실시형태는 광범위하게 고려되는 본 개시내용의 모든 이점을 나타내지 않을 수 있다.

Claims (27)

  1. 섬유가 분리된(defibrated) 천연 식물 기반 섬유, 개별화된(individualized) 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플(staple) 섬유 중 하나 이상의 블렌드(blend)로 이루어진 하나 이상의 제1 균질층을 포함하는 부직포 웹(nonwoven web)으로서,
    상기 하나 이상의 균질층은 결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유를 포함하지 않고;
    상기 하나 이상의 균질층의 평량(basis weight)이 20 g/㎡ 내지 100 g/㎡이고;
    상기 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm를 초과하는 경우, 상기 부직포 웹은 INDA/EDANA GD4에 따른 분산성의 요건을 충족하지 않는 비-분산성 제품이고;
    상기 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm 미만인 경우, 상기 부직포 웹은 INDA/EDANA GD4에 따라 정의된 바와 같은 분산성 제품인, 부직포 웹.
  2. 제1항에 있어서,
    섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유를 포함하되, 상기 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유가 목재 펄프, 목화 펄프, 목재 및 목화와 다른 천연 식물의 펄프, 목화, 목화 린터, 목화 솜, 대나무, 인피, 모시, 대마, 케이폭, 아마, 황마, 사이잘 및 마닐라삼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 부직포 웹.
  3. 제1항에 있어서,
    개별화된 천연 식물 기반 섬유를 포함하는 부직포 웹으로서, 상기 개별화된 천연 식물 기반 섬유는 아마 섬유, 대마 섬유, 황마 섬유, 모시 섬유, 쐐기풀 섬유, 스페인 브룸 섬유(Spanish broom fiber) 및 케냐프 식물 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 부직포 웹.
  4. 제1항에 있어서,
    스테이플 섬유를 포함하는 부직포 웹으로서, 상기 스테이플 섬유가 재생 셀룰로스 섬유, 목화, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌, 폴리락트산, 폴리락트산의 에스터, 폴리락트산의 아마이드, 우유 단백질 및 나일론으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 부직포 웹.
  5. 제2항에 있어서,
    섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유의 길이-가중 평균 섬유 길이(length-weighted average fiber length)가 0.5 mm 내지 8.0 mm인, 부직포 웹.
  6. 제3항에 있어서,
    개별화된 천연 식물 기반 섬유의 길이-가중 평균 섬유 길이가 3 mm 내지 100 mm인, 부직포 웹.
  7. 제4항에 있어서,
    스테이플 섬유의 섬유 길이가 3 mm 내지 100 mm인, 부직포 웹.
  8. 제4항에 있어서,
    스테이플 섬유의 섬도(fineness)가 0.1 데니어(denier) 내지 10 데니어인, 부직포 웹.
  9. 제4항에 있어서,
    스테이플 섬유의 단면 기하학(cross-sectional geometry)이 편면형, 원형, 삼각 단면형(trilobal) 또는 X-형으로 이루어진 기하학의 군으로부터 선택되는 것인, 부직포 웹.
  10. 제1항에 있어서,
    부직포 웹의 평량이 25 g/㎡ 내지 100 g/㎡인, 부직포 웹.
  11. 제1항에 있어서,
    MD/CD 비가 약 4 미만인, 부직포 웹.
  12. 제1항에 있어서,
    섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm 미만이고, CD 습윤 인장 강도(CD wet tensile strength)가 2.5 N/5cm 이상인, 부직포 웹.
  13. 제1항에 있어서,
    섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유의 가중 평균 섬유 길이가 약 4.0 mm를 초과하고, CD 습윤 인장 강도가 5 N/5cm 이상인, 부직포 웹.
  14. 제1항에 있어서,
    10 중량% 내지 90 중량%의 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유; 및
    10 중량% 내지 90 중량%의 스테이플 섬유
    를 포함하는 부직포 웹.
  15. 제1항에 있어서,
    2개 이상의 제1 균질층을 포함하는 부직포 웹.
  16. 제1항에 있어서,
    섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 블렌드로 이루어진 하나 이상의 제2 균질층을 추가로 포함하는 부직포 웹으로서,
    상기 하나 이상의 제2 균질층이 결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유를 포함하지 않고;
    상기 하나 이상의 제2 균질층의 평량이 20 g/㎡ 내지 100 g/㎡이고;
    상기 하나 이상의 제1 균질층 및 상기 하나 이상의 제2 균질층은 상이한 조성물을 갖는, 부직포 웹.
  17. 제1항에 따른 부직포 웹을 제조하는 방법으로서,
    섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유, 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상의 균질한 건식 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 혼합물을 건식 적층(dry laying)시켜 하나 이상의 균질한 건식 레이드 웹(dry laid web)을 얻는 단계;
    상기 건식 레이드 웹을 수류결합(hydroentangling)시켜 적어도 한 면에 상기 웹을 압밀화(consolidate)하는 단계; 및
    수류결합된 웹을 건조시켜 부직포 웹을 얻는 단계
    를 포함하되,
    상기 건식 적층 및 수류결합이 연속 작업으로 수행되고;
    결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유가 사용되지 않고;
    상기 부직포 웹의 두께가 0.25 mm 내지 2 mm인, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    균질한 건식 혼합물이
    10 중량% 내지 90 중량%의 섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 및/또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유; 및
    10 중량% 내지 90 중량%의 스테이플 섬유
    를 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    건식 적층이 균질한 건식 혼합물을 천공된 실린더를 통해 통과시키고 유공성 캐리어(foraminous carrier) 상에 공기 적층(air laying)시키는 것을 포함하는, 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    균질한 건식 레이드 웹이 상기 유공성 캐리어로부터 멀어지는 상기 웹의 상측면 상에서 수류결합되는, 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    균질한 건식 레이드 웹이 상기 유공성 캐리어로부터 멀어지는 상기 웹의 상측면 및 상기 유공성 캐리어의 측면 상에서 수류결합되는, 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    균질 에어레이드 웹이 상기 유공성 캐리어로부터 멀어지는 상기 웹의 상측면 상에서 수류결합되는, 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    균질 에어레이드 웹이 상기 유공성 캐리어로부터 멀어지는 상기 웹의 상측면 및 상기 유공성 캐리어의 측면 상에서 수류결합되는, 방법.
  24. 제1항에 따른 부직포 웹을 제조하는 방법으로서,
    섬유가 분리된 천연 식물 기반 섬유 또는 개별화된 천연 식물 기반 섬유 및 스테이플 섬유 중 하나 이상으로 이루어진 균질한 건식 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 혼합물을 카딩(carding) 및 건식 적층시켜 하나 이상의 균질한 건식 레이드 웹을 얻는 단계;
    상기 건식 레이드 웹을 수류결합시켜 적어도 한 면에 웹을 압밀화하는 단계; 및
    상기 수류결합된 웹을 건조시켜 부직포 웹을 얻는 단계
    를 포함하되,
    상기 카딩, 건식 적층 및 수류결합이 연속 작업으로 수행되고;
    결합제, 접착제 또는 열 결합 섬유가 사용되지 않고;
    상기 부직포 웹의 두께가 0.25 mm 내지 2 mm인, 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    건식 적층이 카딩된 균질한 건식 혼합물을 유공성 캐리어 상에 통과시키는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    카딩된 균질한 건식 레이드 웹이 유공성 캐리어로부터 멀어지는 상기 웹의 상측면 상에서 수류결합되는, 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    카딩된 균질한 건식 레이드 웹이 유공성 캐리어로부터 멀어지는 상기 웹의 상측면 및 상기 유공성 캐리어의 측면 상에서 수류결합되는, 방법.
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