KR20230047015A - 벨트 - Google Patents

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KR20230047015A
KR20230047015A KR1020220123495A KR20220123495A KR20230047015A KR 20230047015 A KR20230047015 A KR 20230047015A KR 1020220123495 A KR1020220123495 A KR 1020220123495A KR 20220123495 A KR20220123495 A KR 20220123495A KR 20230047015 A KR20230047015 A KR 20230047015A
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KR
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belt
polydialkylsiloxane
modified polyurethane
polyurethane
mol
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Application number
KR1020220123495A
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Inventor
베사-마티 리히오야
Original Assignee
발메트 테크놀로지스 오와이
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Publication date
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    • C08F283/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
    • C08F283/006—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polymers provided for in C08G18/00
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Abstract

본 발명은 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계용 벨트(10)의 본체를 제조하는 프로세스에 관한 것으로, 본체는 내면과 외면을 가지며, 본 방법은: 변성 폴리우레탄을 얻기 위해 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산을 폴리우레탄의 제조 프로세스에 첨가함으로써 변성 폴리우레탄 - 이 변성 폴리우레탄은 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함함 - 을 제조하는 단계, 및 벨트의 본체 - 본체는 변성 폴리우레탄을 포함함 - 를 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계용 벨트(10)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 슈 프레스 및 슬리브 롤에 관한 것이다.

Description

벨트{BELT}
본 발명은 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계용 벨트의 본체를 제조하는 프로세스에 관한 것이다. 본 발명은 또한 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계용 벨트에 관한 것이다.
제지기(paper machines)뿐만 아니라, 판지, 펄프, 및 티슈 기계에는 전형적으로 성형 섹션, 프레스 섹션, 및 건조 섹션이 구비되어 있다. 종이, 펄프, 및 판지 제조에서는, 생산 효율을 향상시키기 위해 습윤 섬유 웹(wet fiber web)으로부터 탈수량을 어떻게 증가시킬지가 관심사이다.
오늘날 이들 기계는 전형적으로 섬유 웹으로부터 수분을 제거하기 위한 펠트들(felts) 및 와이어들을 갖는다. 예를 들어, 성형 섹션에서는 적어도 하나의 성형 와이어를 통해서, 및 프레스 섹션에서는 예를 들면, 펠트들을 사용하여 수분이 제거될 수 있다.
예를 들어, 성형 섹션들에서는 습윤 섬유 웹으로부터의 탈수를 개선하기 위해 슬리브 롤(sleeve roll)이 사용될 수 있다. 예를 들면, 프레스 섹션들에서의 탈수를 개선하기 위해 슈 프레스(shoe press)가 프레스 섹션들에서 사용될 수 있다.
본 발명은 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계용 벨트에 관한 것이다. 본 발명의 일 목적은 개선된 벨트를 제공하는 것이다.
본 발명의 양태들은 청구범위의 독립항들에 기재된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다양한 실시예들은 청구범위의 종속항들에 개시되어 있다.
종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계는 슬리브 롤을 포함할 수 있다. 슬리브 롤은 전형적으로 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계의 와이어 섹션에 위치된다. 슬리브 롤로 인해, 와이어 섹션의 수분 제거가 개선될 수 있다.
대체로서 또는 추가적으로, 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계는 하나 이상의 슈 프레스를 포함할 수 있다. 슈 프레스는 전형적으로 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계의 프레스 섹션에 위치된다. 슈 프레스로 인해, 프레스 섹션의 수분 제거가 개선될 수 있다.
따라서, 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계는 적어도 하나의 슬리브 롤 및/또는 적어도 하나의 슈 프레스를 포함할 수 있다. 이 신규한 벨트는 슬리브 롤용의 벨트, 또는 슈 프레스용의 벨트일 수 있다.
벨트는 내면과 외면을 포함하는 본체를 포함한다. 또한, 벨트는 예를 들면, 본체에 매립될 수 있는 보강 구조를 포함할 수 있다. 벨트는 폐루프를 형성할 수 있다.
이 신규한 벨트는 변성 폴리우레탄을 포함하고, 변성 폴리우레탄은 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함한다.
유리하게는, 본체는 본체의 외면을 형성하는 외층을 포함하고, 외층은 적어도 0.5mm, 바람직하게는 적어도 1mm, 및 가장 바람직하게는 적어도 1.5mm의 두께를 가지며, 본체의 외층은 변성 폴리우레탄을 포함한다. 그 기술적 효과는 벨트의 외면이 마모되기 시작한 후에도 벨트가 마찰을 줄일 수 있다는 것이다. 적어도 1mm, 바람직하게는 적어도 1.5mm의 보다 두꺼운 두께에 의해, 벨트는 벨트의 사용 중에 벨트의 마모를 더 오래 줄이는 데 적합하다.
종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계용 벨트의 본체를 제조하는 프로세스는 다음의 단계들을 포함할 수 있다:
· 변성 폴리우레탄을 얻기 위해 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산을 폴리우레탄의 제조 프로세스에 첨가함으로써 변성 폴리우레탄 - 변성 폴리우레탄은 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함함 - 을 제조하는 단계, 및
· 벨트의 본체 - 본체는 본체의 외면을 형성하는 외층을 포함하고, 외층은 적어도 0.5mm의 두께를 가지며, 본체의 외층은 변성 폴리우레탄을 포함함 - 를 형성하는 단계.
폴리디알킬실록산의 알킬기(alkyl groups)는 1 내지 4개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 유리하게는, 폴리디알킬실록산은 폴리디메틸실록산이다. 그래서, 제조 공정의 용이성이 개선될 수 있다. 또한, 폴리디메틸실록산으로 인해, 변성 폴리우레탄의 몇 가지 특성이 개선될 수 있다.
폴리우레탄의 제조 프로세스 중에 이소시아네이트(-NCO)기와 반응할 수 있는 적어도 하나의 작용기를 갖는, 폴리디메틸실록산과 같은, 폴리디알킬실록산으로 인해, 개선된 특성을 갖는 변성 폴리우레탄을 얻을 수 있다. 폴리디알킬실록산은 폴리우레탄 매트릭스와 공유 결합을 갖기 때문에, 변성 폴리우레탄의 폴리디알킬실록산 함량은 변성 폴리우레탄 재료 전체를 통해 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 그래서, 변성 폴리우레탄을 포함하는 벨트의 층은 상기 층을 통해 동일하거나 실질적으로 동일한 폴리디알킬실록산 함량을 가질 수 있다. 따라서, 벨트의 외면의 마찰 레벨이 제어될 수 있다.
적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 직쇄 실록산 사슬을 기초로 할 수 있다.
실시예에서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다:
· 하이드록시 말단 폴리디메틸실록산, 및
· 아미노 말단 폴리디메틸실록산.
적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 다음의 구조를 가질 수 있으며:
F1-[Si(CH3)2O]n-Si(CH3)2-F2,
여기서 n은 반복 단위 Si(CH3)2O의 수이고, F1과 F2 중 적어도 하나는 작용기를 포함하거나 작용기로 이루어진다.
실시예에서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 아미노프로필 말단 폴리디메틸실록산이다. 실시예에서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 카르비놀 하이드록시(carbinol hydroxy) 말단 폴리디메틸실록산이다. 실시예에서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 아미노메틸 말단 폴리디메틸실록산이다.
그래서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 다음의 구조를 포함할 수 있으며:
F1-[Si(CH3)2O]n-Si(CH3)2-F2,
여기서 F1은 NCO, 또는 OH 또는 NH2를 포함할 수 있고, F2는 NCO 또는 OH 또는 NH2 또는 H를 포함할 수 있다.
폴리디알킬실록산의 적어도 하나의 작용기는 변성 폴리우레탄을 형성하기 위해 이소시아네이트(-NCO)기와 전형적으로 반응한다. 폴리디알킬실록산의 적어도 하나의 작용기가 NCO를 포함하는 경우, 제조된 변성 폴리우레탄은 상기 적어도 하나의 작용기가 OH 또는 NH2를 포함하는 경우보다 일부 열등한 특성을 가질 수 있다. 따라서, 바람직하게는, F1은 OH 또는 NH2이고, F2는 OH 또는 NH2 또는 H이다.
하이드록시 말단 폴리디메틸실록산 및 아미노 말단 폴리디메틸실록산은 예를 들면, 상이한 반응 속도들 - 즉 화학 반응이 진행되는 속도 - 를 가지며, 이는 변성 폴리우레탄에 상이한 특성을 유발할 수 있다. 그래서, 가장 바람직하게는 F1은 OH를 포함하고, F2는 수소이거나 OH를 포함한다.
폴리디알킬실록산의 말단기는 증가된 길이를 가질 수 있다. 따라서, F1은 예를 들면, -R1-OH, -R1-NH2, 또는 -OH, 또는 -NH2일 수 있으며, R1은 (CH2)m일 수 있다. 반복 단위(CH2)의 수 m은 1 내지 3의 범위일 수 있다. 대체로서 또는 추가적으로, F2는 예를 들면, -R1-OH, -R1-NH2, 또는 -OH, 또는 -NH2일 수 있고, R1은 (CH2)p를 포함할 수 있으며, 반복 단위의 수 p는 1 내지 3의 범위일 수 있다. 말단기의 길이가 길어지면 변성 폴리우레탄의 일부 특성은 변할 수 있다. 그래서, 이 실시예에서, 상기 수치들은 바람직하게는 3 이하이다.
실시예에서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 아미노 말단 폴리디메틸실록산이다. 이 실시예에서, 아미노 말단 폴리디메틸실록산 중의 NH2기의 분율(fraction)은 바람직하게는 0.2 mol % 내지 4 mol %의 범위, 더욱 바람직하게는 1 mol % 내지 2 mol %의 범위이다. 상기 분율은 사전 결정된 마찰 특성을 갖는 변성 폴리우레탄을 얻는 데 적합할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 하이드록시 말단 폴리디메틸실록산이다. 이 실시예에서, 하이드록시 말단 폴리디메틸실록산 중의 OH기의 분율은 바람직하게는 0.2 mol % 내지 4 mol %의 범위, 더욱 바람직하게는 1 mol % 내지 2 mol %의 범위이다. 상기 분율은 개선된 마찰 특성을 갖는 변성 폴리우레탄을 얻는 데 적합할 수 있다.
적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산 및 변성 폴리우레탄 중의 폴리디알킬실록산 사슬은 다음의 반복 단위를 가질 수 있으며:
[Si(CH3)2O-]n,
여기서 n은 반복 단위 Si(CH3)2O-의 수이다.
반복 단위 Si(CH3)2O-의 상기 수 n은 바람직하게는 30 내지 200의 범위, 보다 바람직하게는 50 내지 150의 범위, 및 가장 바람직하게는 60 내지 120의 범위일 수 있다. 상기 반복 단위의 수로 인해, 변성 폴리우레탄의 특성이 개선될 수 있다. 또한, 제조 프로세스의 용이성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 실시예에서, 반복의 수는 적어도 5, 및 500 미만일 수 있다.
폴리우레탄의 제조 프로세스에 첨가되는 적어도 하나의 작용기를 갖는, 폴리디메틸실록산과 같은, 폴리디알킬실록산의 점도는 20 cst 내지 750 cst의 범위, 바람직하게는 50 cst 내지 400 cst의 범위, 보다 바람직하게는 70 cst 내지 250 cst의 범위, 및 가장 바람직하게는 80 cst 내지 180 cst의 범위일 수 있다. 그래서, 폴리디알킬실록산은 폴리디알킬실록산의 작용기가 그 NCO기와 반응할 수 있게 하고, 그에 따라 변성 폴리우레탄을 얻을 수 있도록 하기 위해 변성 폴리우레탄의 다른 원료들과 용이하게 혼합될 수 있다.
벨트는 내면과 외면을 포함하는 본체를 포함한다. 벨트의 본체는 본체의 외면을 형성하는 본체의 외층을 포함한다. 본체의 외층은 벨트의 본체의 두께 이하의 두께를 가질 수 있다. 상기 외층은 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 갖는 변성 폴리우레탄을 포함한다.
폴리디메틸실록산과 같은 폴리디알킬실록산은 약 1500 g/mol 내지 8000 g/mol, 보다 바람직하게는 1600 g/mol 내지 6000 g/mol, 가장 바람직하게는 1700 g/mol 내지 5000 g/mol의 범위의 분자량(molecular weight; MW)을 가질 수 있다. 상기 분자량을 갖는 폴리디알킬실록산을 사용함으로써, 제조 프로세스의 용이성을 향상시킬 수 있으며, 그래서 제품의 품질이 향상될 수 있다.
변성 폴리우레탄 중의 폴리디알킬실록산의 양은 변성 폴리우레탄 재료의 중량으로부터 결정하면 0.5 wt% 내지 3 wt%의 범위, 바람직하게는 0.8 wt% 내지 2.5 wt%의 범위일 수 있다. 또한, 벨트의 본체의 외층 중의 폴리디알킬실록산의 양은 외층의 총 중량으로부터 결정하면 0.5 wt% 내지 3 wt%의 범위, 바람직하게는 1 wt% 내지 2.5 wt%의 범위일 수 있다. 그래서, 벨트와 와이어/펠트 사이의 마찰이 비용 효율적으로 저감될 수 있다.
논의한 바와 같이, 벨트의 적어도 외층은 변성 폴리우레탄을 포함한다. 변성 폴리우레탄을 포함하는 외층은 벨트의 외면으로부터의 깊이로서 결정하면 0.5mm 이상, 바람직하게는 1.0mm 이상, 더욱 바람직하게는 1.5mm 이상의 두께를 갖는다. 그래서, 외층은 마찰을 줄일 수 있도록 적절한 두께를 가질 수 있다. 적어도 0.5mm, 바람직하게는 적어도 1mm의 보다 두꺼운 두께로 인해, 벨트는 벨트의 외면이 마모되기 시작한 후에도 마찰을 줄일 수 있다. 변성 폴리우레탄을 포함하는 본체의 외층은 벨트의 외면으로부터의 깊이로서 결정하면 본체의 두께 이하, 바람직하게는 4mm 이하, 보다 바람직하게는 3mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 외층은 벨트의 외면으로부터의 깊이로서 결정하면 0.5mm 내지 3mm의 범위, 더욱 바람직하게는 1mm 내지 2.5mm의 범위의 두께를 갖는다.
벨트의 본체의 외면은 매끄러울 수 있다. 그래서, 벨트는 매끄러운 외면을 가질 수 있다. 변성 폴리우레탄은 벨트가 상기 매끄러운 또는 실질적으로 매끄러운 외면을 갖는 경우에 벨트의 마찰 특성에 가장 큰 영향을 미칠 수 있다.
벨트의 본체는 내층을 더 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 본체의 외층의 두께는 본체의 두께 미만이며, 내층은 본체의 내면을 형성한다. 내층의 두께는 벨트의 본체의 두께 미만이다. 내층에는 폴리디알킬실록산이 없을 수 있다. 이는 벨트의 제조 비용을 낮출 수 있다. 하지만, 실시예에서, 내층은 폴리디알킬실록산을 포함한다.
벨트의 본체는 적어도 상기 외층을 포함한다. 벨트의 본체는 상기 내층을 더 포함할 수 있다. 또한, 벨트의 본체는 내층과 외층 사이에 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 내층과 외층 사이의 상기 층(들)은, 사용되는 경우, 변성 폴리우레탄을 포함하지 않을 수 있다. 이는 벨트의 다른 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않으면서 벨트의 제조 비용을 낮출 수 있다. 하지만, 실시예에서, 벨트는 내층과 외층, 및 내층과 외층 사이의 하나 이상의 층을 포함하며, 내층과 외층 사이의 적어도 하나의 층은 변성 폴리우레탄을 포함한다.
신규한 해법으로 인해, 벨트의 마모는 물론 벨트와 접촉하는 와이어 또는 펠트의 마모를 줄일 수 있다.
이하에서는, 본 발명이 도면들에 의해 설명될 것이다.
도 1a는 슈 프레스의 예를 도시한다.
도 1b는 슬리브 롤의 예를 도시한다.
도 2는 벨트의 예를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 벨트들의 몇몇 예시적인 구조를 도시한다.
도면들은 축척에 맞지 않을 수 있는 도해들이다. 도면들에서 유사한 부분들은 동일한 참조 번호들로 나타내고 있다.
본 출원의 모든 실시예들은 설명을 위한 예들로서 제시되며, 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 출원에서, "변성 폴리우레탄(modified polyurethane)"이라는 용어는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)과 같은 폴리디알킬실록산(polydialkylsiloxane)과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함하는 물질을 가리킬 수 있다.
본 출원에서, "PDMS"라는 용어는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 가리킨다.
"PDMS-F1"이라는 용어는 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디메틸실록산을 가리킨다. 상기 적어도 하나의 작용기는 예를 들면, OH, NH2, 또는 NCO, 보다 바람직하게는 OH 또는 NH2, 가장 바람직하게는 OH를 포함할 수 있다.
"PDMS-OH"라는 용어는 하이드록시 말단 폴리디메틸실록산을 가리킨다.
PDMS는 물론 PDMS-F1도 직쇄 실록산 사슬(linear siloxane chain)을 기초로 할 수 있다.
본 출원에서, "벨트의 본체의 외층"이라는 용어는 폴리디알킬실록산을 포함하는 변성 폴리우레탄을 포함하는 층을 가리킨다. 폴리디알킬실록산은 폴리우레탄 매트릭스와 공유 결합을 가질 수 있다. 상기 외층은 본체의 외면으로부터 벨트의 깊이 방향으로 연장된다. 벨트의 본체의 외층의 두께는 벨트의 본체의 두께 이하일 수 있다.
본 출원에서는, "이동 방향"(MD)과 "가로 방향"(CD)이라는 용어가 사용된다.
이동 방향(MD)은 사용 중의 벨트의 회전 방향을 가리킨다. 또한, "제2 방향"(D2)이라는 용어는 벨트의 이동 방향에 평행하거나 실질적으로 평행한 방향을 가리킬 수 있다.
가로 방향(CD)은 전형적으로는 벨트(10)의 이동 방향(MD)에 횡방향인 길이 방향을 가리킨다. 사용 중에, 가로 방향은 벨트의 회전축에 평행하다. 본 출원에서, "제1 방향"(D1)이라는 용어는 벨트의 가로 방향에 평행하거나 실질적으로 평행한 방향을 가리킬 수 있다.
본 출원에서, "실질적으로 평행한"이라는 용어는 하나의 방향이 상기 실질적으로 평행한 방향으로부터 10도를 초과하여, 가장 바람직하게는 3도를 초과하여 일탈하지 않는다는 것을 의미한다. 그래서, 예를 들어 "이동 방향에 실질적으로 평행한"은 본 출원에서 방향이 상기 이동 방향으로부터 10도를 초과하여, 바람직하게는 3도를 초과하여 일탈하지 않는다는 것을 의미한다.
벨트의 두께라는 용어가 사용되어, 벨트의 깊이 방향을 가리킨다. 또한, 본체의 두께는 벨트의 본체의 깊이 방향을 가리킨다.
종이, 판지, 펄프, 및 티슈 기계
전형적으로, 종이, 판지, 펄프, 및 티슈 기계에서는, 프로세스 라인에 연속적으로 배치된 여러 장치에 의해 형성된 어셈블리에 의해 섬유 웹이 생산 및 처리된다.
전형적인 생산 라인은 헤드박스와 와이어를 포함하는 성형 섹션, 펠트를 포함하는 프레스 섹션, 건조 섹션, 및 마지막으로, 릴업(reel-up)을 포함한다. 또한, 생산 라인은 전형적으로 예를 들면, 고객용 롤(customer rolls)을 형성하기 위한 적어도 하나의 와인더(winder)를 포함한다.
성형 섹션에서 헤드박스는 섬유 웹을 형성하는 데 사용된다. 또한, 적어도 하나의 제지기 직물(paper machine fabric), 즉 적어도 하나의 성형 와이어를 통해 약간의 수분이 제거될 수 있다. 벨트를 포함하는 슬리브 롤을 사용함으로써 수분 제거율이 향상될 수 있다.
프레스 섹션에서는, 성형 섹션 후에 남아있는 수분의 일부가 적어도 하나의 제지기 직물, 즉 펠트를 사용하여 제거될 수 있다. 벨트를 포함하는 슈 프레스(1)를 사용함으로써 수분 제거율이 향상될 수 있다.
슈 프레스(Shoe press)
도 1a는 슈 프레스의 예를 도시한다.
슈 프레스(1)는 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계에서 사용될 수 있다. 도 1a는 슈 프레스(1)의 슈 프레스 벨트(10)의 구성의 축소도를 도시한다.
슈 프레스 벨트(10)가 구비된 슈 프레스(1)는 섬유 웹(8)의 탈수에 사용될 수 있다. 슈 프레스(1)는 전형적으로 카운터 롤(counter roll; 3)과 프레스 슈(press shoe; 2)를 포함하고, 이들 사이에 프레스 존(press zone; 4)이 형성된다. 그래서, 프레스 슈(2)와 카운터 롤(3) 사이에는 확장 프레스 존, 즉 소위 롱 닙(long nip)이 형성된다. 슈 프레스(1)의 기능은 전형적으로 섬유 웹(8)으로부터 수분을 제거하는 것이다.
슈 프레스 벨트(10), 적어도 하나의 제지기 직물(6, 7), 바람직하게는 2개의 제지기 직물(6, 7), 및 탈수 대상 섬유 웹(8)은 프레스 존(4)을 이동 방향(M)으로 지나가도록 배치된다. 상기 섬유 웹(8)은 그래서 펠트 및/또는 와이어와 같은 적어도 하나의 제지기 직물(6, 7)에 의해 지지된다.
슈 프레스 벨트(10)는 그 외면(12)이 섬유 웹(8)과 마주하고 그 내면(11)이 프레스 슈(2)와 마주하도록 슈 프레스(1)와 관련하여 배치되어 있거나 배치될 수 있다. 습윤 섬유 웹(8)의 일면은 전형적으로는 회전 카운터 롤(3)에 의해 압축되는 한편, 섬유 웹(8)의 타면은 가요성 본체와 루프 형상을 갖는 슈 프레스 벨트(10)에 의해 둘러싸인 프레스 슈(2)에 의해 압축된다.
작동 시에, 슈 프레스 벨트(10)는 전형적으로 적어도 하나의 카운터 롤(3)과 프레스 슈(2) 사이의 프레스 존(4)을 지나간다. 유리하게는, 제지기 직물(6), 바람직하게는 프레스 펠트가 슈 프레스 벨트(10)에 들어맞게 되어있거나 들어맞게 되도록 구성된다. 프레스 펠트 또는 대응하는 제지기 직물(6, 7)의 상부에서, 슈 프레스 벨트(10)의 외면(12)이 제지기 직물(6), 바람직하게는 프레스 펠트와 직접 접촉하고 슈 프레스 벨트(10)의 내면(11)이 프레스 슈(2)의 슬라이딩 면에 대해 슬라이딩하도록, 섬유 웹(8)은 슈 프레스(1)를 통해 이송된다.
전형적으로, 슈 프레스 벨트(10), 적어도 하나의 제지기 직물(6, 7), 및 탈수 대상 섬유 웹(8) - 모두 프레스 슈(2)와 카운터 롤(3) 사이의 닙(nip)을 지나감 - 이 압축되도록 프레스 슈(2)와 카운터 롤(3)은 프레스 존에서 서로 눌려진다. 예를 들어, 프레스 펠트는 전형적으로 프레스 존에서 압축되고 압축 후에 실질적으로 그 초기 두께를 다시 취하도록 구성된다.
슬리브 롤
도 1b는 슬리브 롤의 예를 도시한다.
슬리브 롤(100)은 성형 섹션에서의 수분 제거를 개선하기 위해 성형 섹션에 위치될 수 있다. 슬리브 롤(100)은 예를 들면, 하단층 와이어 루프에 위치될 수 있다. 슬리브 롤은 예를 들면, 슬리브 롤과 트윈 와이어 형성부의 반대쪽 와이어 사이의 슬리브 롤 닙(sleeve roll nip)에서 다겹 섬유 웹의 층들을 접합하는 데 사용될 수 있다. 벨트(10)는 예를 들어, 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계의 와이어 섹션에 위치될 수 있는 슬리브 롤(100) 상에 배치될 수 있다.
슬리브 롤(100)은 지지 샤프트(102)를 포함할 수 있다. 슬리브 롤은 전형적으로 슬리브 롤(100)의 외면 둘레에 위치되는 벨트(10)를 더 포함한다. 벨트(10)는 지지 샤프트(102) 둘레에 원을 형성하도록 될 수 있다.
또한, 슬리브 롤(100)은 지지 샤프트(102) 상에서 서로 거리를 두고 위치된 지지 요소들을 포함할 수 있다. 슬리브 롤의 외면의 둘레에 원을 형성할 수 있는 벨트(10)는 지지 요소들에 의해 지지될 수 있다.
슬리브 롤(100)은 만곡 요소(110)를 더 포함할 수 있다. 작동 중에 벨트는 전형적으로 만곡 요소 상의 탈수 존을 지나간다. 만곡 요소(110)는 만곡 요소(110) 상의 벨트를 신장시키는 증가된 힘들을 야기할 수 있다. 만곡 요소(110)는 이동 가능할 수 있다, 즉 만곡 요소(110)를 슬리브 롤의 중심 쪽으로 또는 슬리브 롤의 외면으로부터 외측으로 이동시킴으로써 만곡 요소(110)의 표면 상의 벨트의 곡률 반경이 제어될 수 있다. 그래서, 벨트(10)의 신장(stretching)은 통상적인 비율로부터 초고비율(very high rate)까지 변할 수 있다.
벨트(10)는 그 외면(12)이 섬유 웹과 마주하고 그 내면(11)이 슬리브 롤과 마주하도록 슬리브 롤(100)과 관련하여 배치될 수 있다. 그래서, 슬리브 롤(100)은 루프 형상을 갖는 벨트(10)에 의해 둘러싸일 수 있다.
가동식 만곡 요소(110)에 의해 벨트의 작동 시간 중에 벨트의 원주가 증감될 수 있다. 따라서, 벨트는 슬리브 롤의 만곡 요소(110)에 의해 야기되는 신장에 대처할 수 있도록 하기 위해 고탄성을 가질 수 있다. 또한, 벨트는 쉽게 파단되지 않도록 양호한 강도 특성을 가질 수 있다.
벨트(10)는 정지된 지지 샤프트(102)의 둘레에 원을 형성하도록 될 수 있다. 또한, 와이어(들)는 곡선형 탈수 존(C1, C2)을 통해 유도될 수 있는데, 이 탈수 존은 벨트(10)에 의해 지지될 수 있다.
슬리브 롤(100)은, 제1 부분 만곡부(C1)의 곡률 반경이 벨트의 이동 방향(MD)으로 제1 부분 만곡부에 이어지는 제2 부분 만곡부(C2)의 곡률 반경보다 클 수 있도록 전형적으로 적어도 2개의 부분 만곡부(C1, C2)를 포함하는 적어도 하나의 곡선형 탈수 존(C1, C2)을 포함할 수 있다. 이는 섬유 웹으로부터의 수분 제거를 향상시킬 수 있다.
곡선형 탈수 존(C1, C2)은 슬리브 롤(100)의 만곡 요소(110)에 의해 형성될 수 있다. 만곡 요소(110)의 곡률 정도는, 만곡 요소(110) 상의 상기 적어도 하나의 곡선형 탈수 존(C1, C2) 상의 와이어들 사이를 이동하는 섬유 웹에 증가하는 탈수 압력이 가해지도록 벨트(10)의 이동 방향으로 증가할 수 있다. 만곡 요소(110) 상의 곡선형 탈수 존(C1, C2)은 곡률 반경이 바람직하게는 와이어들의 진행 방향으로 감소하도록 여러 만곡부를 포함할 수 있다. 이는 섬유 웹으로부터의 수분 제거를 향상시킬 수 있다.
슬리브 롤(100)은 벨트(10)의 내면(11)과 슬리브 롤(100)의 외면 사이에 윤활제를 포함할 수 있다. 그래서, 슬리브 롤은 예를 들면, 상기 벨트(10)와 슬리브 롤의 외면 사이의 갭에 윤활제를 펌핑하는데 사용될 수 있는 윤활 펌프(들)를 포함할 수 있다.
만곡 요소(110)는 2개 이상의 위치 사이에서 이동될 수 있다. 따라서, 만곡 요소(110)는 만곡 요소(110) 상의 벨트(10)의 곡률 반경을 제어하는 데 사용될 수 있다.
만곡 요소(110)의 제1 위치는 만곡 요소 상의 제1 면을 형성할 수 있다. 제1 면은 만곡 요소 근처의 면과 동일한 곡률 반경을 가질 수 있다.
만곡 요소(110)의 제2 위치에서, 만곡 요소의 외면은 외측으로 이동될 수 있다. 그래서, 만곡 요소(110)의 제2 위치는 만곡 요소 상의 제2 면을 형성할 수 있다. 제2 면은 만곡 요소 근처의 면들과 비교하면 감소된 곡률 반경을 가질 수 있다.
만곡 요소(110)의 제2 위치에서, 벨트(10)는 만곡 요소(110)로 인해 신장될 필요가 있을 수 있다. 또한, 만곡 요소(100)가 이동 가능한 경우, 벨트(10)는 만곡 요소가 제1 위치로 되돌아가면 그 원래의 형상으로 복귀할 필요가 있을 수 있다. 그래서, 벨트(10)는 적절한 강도 특성뿐만 아니라 양호한 탄성을 가질 필요가 있을 수 있다.
위에서 논의한 바와 같이, 벨트(10)는 슬리브 롤(100)의 둘레를 지나가도록 배치될 수 있다. 벨트(10)의 내면(11)은 슬리브 롤(100)의 외면에 대해 슬라이딩할 수 있다. 처리 대상 섬유 웹은 전형적으로 와이어와 같은 하나 이상의 직물에 의해 지지되는 벨트(10)로 인도될 수 있다.
벨트
"벨트"라는 용어는 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계의 슬리브 롤 및/또는 슈 프레스에 적합한 벨트를 가리킨다.
벨트(10)는 전형적으로 무한 루프와 같은 형상을 갖는다. 벨트(10)는 길이, 원주, 및 두께를 갖는다. 두께는 최소의 치수이다. 원주와 길이는 벨트를 슬리브 롤(100)에 또는 슈 프레스(1)에 적합하게 하도록 선택될 수 있다. 벨트(10)의 원주는 작동 시 벨트(10)의 내경이 목적에 적합하도록 결정된다. 벨트(10)는 불투과성 벨트일 수 있다.
벨트는 내면과 외면을 포함한다. 벨트는 보강 구조를 포함할 수 있다. 벨트는 폐루프를 형성할 수 있다.
벨트는 벨트의 본체를 갖는다. 본체는 본체의 내면과 본체의 외면을 포함할 수 있다. 본체의 내면은 벨트의 내면을 형성할 수 있다. 본체의 외면은 벨트의 외면, 또는 벨트의 외면의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
본 출원에서 "탄성"이라는 용어는 힘이 제거되었을 때 그 원래의 형상으로 복귀하는 벨트의 능력을 가리킨다. 탄성 백분율(%)은 벨트가 얼마나 탄성적으로 신장될 수 있는지를 나타내는 값들이다.
벨트는 벨트를 신장시키는 힘이 제거된 후에 그 원래의 길이로 복귀하도록 벨트의 이동 방향으로 1.5% 이상 탄성적으로 신장되도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 벨트는 벨트를 신장시키는 힘이 제거된 후에 그 원래의 길이로 복귀하도록 벨트의 이동 방향으로 1.5% 내지 적어도 5.0%, 보다 바람직하게는 2.0% 내지 4.0%의 범위에서 탄성적으로 신장되도록 구성될 수 있다. 그래서, 벨트는 적어도 벨트의 이동 방향으로 양호한 신축성 및 탄성을 가질 수 있다. 그래서, 벨트는 쉽게 손상되지 않을 수 있다. 벨트(10)는 또한 구부릴 수 있다, 즉 벨트는 파단 없이 적어도 사전 결정된 곡률 반경으로 구부릴 수 있다.
가로 방향의 벨트의 길이는 기계의 폭에 따라 결정되며, 예를 들면 1.5m 내지 12.6m 사이의 범위일 수 있다.
벨트(10)의 원주, 즉 1회전의 길이는 작동 시 벨트(10)의 내경이 사용에 적합하도록 결정된다. 슬리브 롤의 벨트들과 슈 프레스의 벨트들의 원주들은 상이할 수 있다. 벨트의 내경은 0.7m 내지 6.3m의 범위일 수 있다. 실시예에서, 벨트(10)의 내경은 0.7 내지 2.5m, 보다 바람직하게는 1.0 내지 1.9m, 가장 바람직하게는 1.09 내지 1.82m이다. 다른 실시예에서, 벨트(10)의 원주는 적어도 2.2m, 보다 유리하게는 적어도 3.0m, 바람직하게는 적어도 3.4m이다. 또한, 이 실시예에서, 벨트의 원주는 적합하게는 6.3m 이하, 보다 유리하게는 6.0m 이하, 바람직하게는 5.8m 이하이다.
벨트의 두께는 적어도 1.5mm, 보다 바람직하게는 적어도 2.0mm, 가장 바람직하게는 3mm 이상일 수 있다. 그래서, 적절한 강도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 예를 들면, 방적사(yarns)와 같은 보강 구조를 벨트에 배치할 수 있다. 또한, 벨트의 두께는 7mm 이하, 보다 바람직하게는 5mm 이하, 가장 바람직하게는 4mm 이하, 예를 들면 2.5mm 내지 5mm의 범위일 수 있다. 벨트의 재료들과 함께 상기 두께는 벨트에 양호한 강도 특성을 제공할 수 있다.
벨트의 본체
바람직하게는, 벨트(10)는 압축된 후에 그 초기의 형상을 다시 취할 수 있는 능력을 갖는 탄성체를 포함한다. 벨트(10)는 그 주원료로서 바람직하게는 엘라스토머 재료를 포함한다. 벨트(10)는 양호한 탄성을 갖기 위해 탄성체(15)를 포함할 수 있다. 본 출원에서 "탄성"이라는 용어는 신장 또는 가압 후에 그 원래의 형상으로 복귀하는 벨트의 능력을 가리킨다.
벨트(10)는, 종이, 판지, 펄프, 및 티슈 기계들에 적합하고, 와이어 또는 섬유 웹에 손상을 가하지 않으며, 적절한 신축 및 강도 특성을 갖는 재료들로 제작될 수 있다.
본체는 폴리머(들)를 포함하거나 폴리머(들)로 구성될 수 있다. 본체(15)는 엘라스토머 재료를 포함하거나 엘라스토머 재료로 구성될 수 있다. 엘라스토머 재료는 바람직하게는 벨트의 주원료이다.
본체는 변성 폴리우레탄을 포함하여 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 본체의 적어도 최외측면은 폴리디알킬실록산을 포함하는 변성 폴리우레탄을 포함한다. 바람직하게는, 탄성체는 주로 폴리우레탄을 포함한다. 유리하게는, 벨트는 벨트의 총 중량으로부터 계산하여 적어도 50 wt%, 보다 유리하게는 적어도 70 wt%, 바람직하게는 적어도 80 wt%의 폴리우레탄을 포함한다. 폴리우레탄은 탄성 및 굽힘성(bendability)과 같은 벨트의 특성을 개선할 수 있으며, 슈 프레스 및 슬리브 롤과 조합하여 사용하기에 특히 적합하다. 그래서, 폴리우레탄은 양호한 강도 및 탄성 특성을 얻는 데 사용될 수 있으며; 그에 따라, 벨트는 파단 없이 작동 시간 중에 신장 및 구부릴 수 있다. 또한, 변성 폴리우레탄은 벨트의 외면의 마찰을 낮추기 위해 특히 적합할 수 있다. 또한, 벨트는 벨트의 총 중량으로부터 계산하여 99.9 wt% 이하, 보다 바람직하게는 97 wt% 이하, 또는 95 wt% 이하의 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보강 구조는 다른 재료(들)를 포함할 수 있다.
벨트의 본체는 특정 조성과 경도를 가지며, 내크랙성, 내마모성, 내굴곡피로성의 물성이 우수한 폴리우레탄으로 이루어진 층(들)을 가질 수 있다. 본체의 적어도 최외층은 변성 폴리우레탄을 더 포함하며, 그래서 내마모성이 현저히 개선될 수 있다.
변성 폴리우레탄의 제조
변성 폴리우레탄은 폴리디알킬실록산과 공유 결합된 폴리우레탄 매트릭스를 포함한다.
적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 예를 들면, 탄소와 규소를 포함하는 구조를 갖는 폴리머이며, OH기와 같은 적어도 하나의 작용기가 폴리머에 첨가된다.
폴리우레탄을 제조하는 방법들은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려져 있다. 폴리우레탄의 제조 프로세스는 선행 기술의 방법을 기초로 할 수 있다.
폴리우레탄은 말단 이소시아네이트기(terminal isocyanate groups)를 갖는 우레탄 프리폴리머를 사슬 연장제(chain extender), 바람직하게는 아민기(HN2-), OH기, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 사슬 연장제와 혼합함으로써 제조될 수 있다.
변성 폴리우레탄은 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산과 함께 선행 기술의 원료들을 사용하고, 그에 따라 폴리디알킬실록산의 작용기를 폴리우레탄 매트릭스의 NCO기와 반응할 수 있게 함으로써 제조될 수 있다.
그래서 실시예에서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 변성 폴리우레탄을 형성하기 위해 변성 폴리우레탄의 다른 원료들와 혼합될 수 있으며, 변성 폴리우레탄은 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함한다.
적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 다음의 구조를 가질 수 있는데:
F1-[Si(CH3)2O]n-Si(CH3)2-F2,
여기서 n은 반복 단위 Si(CH3)2O의 수이고, F1과 F2 중 적어도 하나는 작용기를 포함하거나 작용기로 이루어진다.
F1은 NCO, 또는 OH 또는 NH2를 포함할 수 있고, F2는 NCO 또는 OH 또는 NH2 또는 H를 포함할 수 있다. 폴리디알킬실록산의 적어도 하나의 작용기는 변성 폴리우레탄을 형성하기 위해 NCO기와 반응할 수 있다. 폴리디알킬실록산의 적어도 하나의 작용기가 NCO를 포함하는 경우, 제조된 변성 폴리우레탄은 상기 적어도 하나의 작용기가 OH 또는 NH2를 포함하는 경우보다 일부 열등한 특성을 가질 수 있다. 그래서, 바람직하게는, F1은 OH 또는 NH2를 포함하고, F2는 OH 또는 NH2 또는 H이다.
하이드록시 말단 폴리디메틸실록산 및 아미노 말단 폴리디메틸실록산은 예를 들면, 상이한 반응 속도 - 즉 화학 반응이 진행되는 속도 - 를 가지며, 이는 변성 폴리우레탄에 상이한 특성을 유발할 수 있다. 하이드록시 말단 폴리디메틸실록산은 OH기를 갖는 반응성 폴리디메틸실록산이다. 그래서 벨트에서, 폴리디메틸실록산은 폴리우레탄 매트릭스에 견고하게 부착될 수 있다. 이 해법은 벨트와 제지기 직물 사이의 마찰을 줄일 수 있는데, 이는 다른 벨트들에 비해 상기 벨트의 수명을 연장할 수 있다. 그래서, 가장 바람직하게는 F1은 OH를 포함하고, F2는 수소이거나 OH를 포함한다.
실시예에서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산은 다음의 구조를 갖는 하이드록시 말단 폴리디메틸실록산이인데:
HO-[Si(CH3)2O]n-Si(CH3)2OH,
여기서 n은 반복 단위 Si(CH3)2O의 수이다.
폴리디메틸실록산의 OH기는 변성 폴리우레탄의 제조 프로세스 중에 NCO기와 반응할 수 있으며, 그에 따라 폴리우레탄 매트릭스와 공유 결합을 형성할 수 있다.
놀랍게도 폴리디알킬실록산은 NCO기와 공유 결합을 형성할 수 있으며 그래서 결과로 얻어지는 물질은 벨트에 적합한 특성을 가지면서 와이어 또는 펠트와 같은 제지기 직물과 벨트 사이의 마찰을 줄일 수 있다는 것이 밝혀졌다.
OH기와 같은 작용기들의 분율(fraction)은 형성된 변성 폴리우레탄의 특성에 영향을 미치며, 그에 따라 형성된 벨트의 특성에 영향을 미친다.
폴리디알킬실록산은 0.2 mol % 내지 4 mol %의 범위, 바람직하게는 0.5 mol % 내지 3 mol %의 범위, 더욱 바람직하게는 0.8 mol % 내지 2.2 mol %의 범위, 및 가장 바람직하게는 1 mol % 내지 2 mol %의 범위의 작용기 함량을 갖는 F1-[Si(CH3)2O]n-Si(CH3)2-F2 폴리머를 포함할 수 있다. 폴리우레탄 매트릭스와 폴리디알킬실록산 사이의 상기 공유 결합으로 인해, 폴리디알킬실록산은 시간 경과에 걸쳐 폴리우레탄에 견고하게 부착된 채로 유지될 수 있다. 또한, 이러한 분율을 갖는 폴리디알킬실록산은 폴리디알킬실록산과 폴리우레탄 사이에 공유 결합을 형성하기 위해 폴리우레탄의 NCO기와 효과적으로 반응할 수 있다. 또한, 형성된 변성 폴리우레탄은 마찰을 효율적으로 줄일 수 있다.
유리한 실시예에서, 하이드록시 말단 폴리디알킬실록산은 0.2 mol % 내지 4 mol %의 범위, 바람직하게는 0.5 mol % 내지 3 mol %의 범위, 더욱 바람직하게는 0.8 mol % 내지 2.2 mol %의 범위, 및 가장 바람직하게는 1 mol % 내지 2 mol %의 범위의 OH 함량을 갖는 HO-[Si(CH3)2O]n-Si(CH3)2-OH 폴리머를 포함한다. 폴리우레탄과 폴리디알킬실록산 사이의 상기 공유 결합으로 인해, 안정적인 전자 구성이 형성될 수 있다. 그래서, 폴리디알킬실록산은 시간 경과에 걸쳐 폴리우레탄에 견고하게 부착된 채로 유지될 수 있다. 또한, 이러한 분율의 OH기를 갖는 폴리디알킬실록산은 폴리디알킬실록산과 폴리우레탄 사이에 공유 결합을 형성하기 위해 폴리우레탄의 NCO기와 효과적으로 반응할 수 있다. 또한, 형성된 변성 폴리우레탄은 마찰을 효율적으로 줄일 수 있다.
실시예에서, 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산의 점도는 20 cst 내지 750 cst의 범위일 수 있다. 이는 제조 프로세스의 용이성을 향상시킬 수 있다.
반응성 폴리디알킬실록산으로 인해, 폴리디알킬실록산의 작용기는 폴리우레탄의 제조 프로세스 중에 이소시아네이트(-NCO)기와 반응할 수 있다. 그래서, 폴리디알킬실록산은 공유 결합으로 폴리우레탄 매트릭스에 부착될 수 있다. 그래서, 첨가된 폴리디알킬실록산은 벨트가 2개 이상의 폴리우레탄 층을 포함하는 경우에도 폴리우레탄 층들 사이의 접착을 방해하지 않을 수 있다. 또한, 폴리디알킬실록산은 벨트의 외면에 고르게 분포된 채로 유지될 수 있다.
하이드록시 말단 폴리디알킬실록산 중의 반복 단위 Si(CH3)2O-의 수 n은 30 내지 200의 범위, 바람직하게는 50 내지 160의 범위, 보다 바람직하게는 60 내지 130의 범위, 및 가장 바람직하게는 70 내지 100의 범위일 수 있다. 전형적으로, 상기 반복 단위의 수는 변성 폴리우레탄의 제조 프로세스 중에 변하지 않는다. 그래서, 변성 폴리우레탄 중의 폴리디알킬실록산은 변성 폴리우레탄의 제조 프로세스에 적용된 폴리디알킬실록산과 동일한 수의 반복 단위를 가질 수 있다. 반복 단위의 수로 인해, 재료의 가공성이 향상될 수 있다.
변성 폴리우레탄 중의 폴리디알킬실록산으로 인해, 폴리디알킬실록산이 없는 벨트들과 비교하여 벨트와 와이어/펠트 사이의 마찰을 최대 30%까지 줄일 수 있다.
벨트의 본체의 폴리디알킬실록산
벨트의 본체는 변성 폴리우레탄을 포함한다.
벨트의 본체의 적어도 외면은 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함하는 변성 폴리우레탄을 포함한다.
본체는 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 본체는 본체의 적어도 외면을 형성하는 적어도 외층을 포함한다.
변성 폴리우레탄을 포함하는 본체의 외층의 두께는 벨트의 본체의 두께 이하일 수 있다.
실시예에서, 벨트의 본체는 적어도 본질적으로 폴리디알킬실록산을 포함하는 변성 폴리우레탄으로 이루어진다.
변성 폴리우레탄을 포함하는 본체의 외층은 벨트의 본체의 외면으로부터의 깊이로서 결정하면 0.5mm 이상, 바람직하게는 1mm 이상, 보다 바람직하게는 1.5mm 이상, 가장 바람직하게는 1.8mm 이상의 두께를 가질 수 있다. 그래서, 벨트의 마모를 줄일 수 있다. 0.5mm의 보다 작은 두께는 벨트의 기동 중에 벨트와 와이어/펠트 사이의 마찰을 줄이는 데 특히 적합할 수 있다. 1.0mm 이상, 바람직하게는 1.5mm 이상의 보다 두꺼운 두께는 벨트가 마모되기 시작했을 때 벨트의 사용 중에 벨트의 마모를 줄이는 데 적합할 수 있다.
변성 폴리우레탄을 포함하는 본체의 외층은 벨트의 본체의 외면으로부터의 깊이로서 결정하면 벨트의 본체의 두께 이하, 바람직하게는 3mm 이하, 보다 바람직하게는 2.5mm 이하, 가장 바람직하게는 2.2mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 그래서, 벨트의 마모를 비용 효율적으로 줄일 수 있다. 또한, 폴리디알킬실록산은 벨트의 중간에서는 많은 긍정적인 효과를 갖지 않을 수 있다.
변성 폴리우레탄 중의 폴리디알킬실록산의 양은 변성 폴리우레탄의 특성에 영향을 미친다. 폴리디알킬실록산의 양은 변성 폴리우레탄의 총 중량으로부터 결정하면 0.5 wt% 내지 3 wt%의 범위, 바람직하게는 0.8 wt% 내지 2.7 wt%의 범위, 더욱 바람직하게는 1.0 wt% 내지 2.5 wt%의 범위, 가장 바람직하게는 1.2 wt% 내지 2.0 wt%의 범위일 수 있다. 기술적 효과는 형성된 변성 폴리우레탄 중의 폴리디알킬실록산의 상기 총량이 벨트의 다른 특성에 과도한 영향을 미치지 않으면서 사용 중에 벨트와 와이어 또는 펠트 사이의 마찰을 상당히 줄일 수 있다는 것이다. 또한, 변성 폴리우레탄 중의, OH기와 같은, 미결합 작용기들이 너무 많으면 제품에 유리하지 않을 수 있다.
폴리디알킬실록산의 양은 벨트의 외층의 총 중량으로부터 결정하면 0.5 wt% 내지 3 wt%의 범위, 바람직하게는 0.8 wt% 내지 2.7 wt%의 범위, 더욱 바람직하게는 1.0 wt% 내지 2.5 wt%의 범위, 및 가장 바람직하게는 1.2 wt% 내지 2.0 wt%의 범위일 수 있다. 그래서, 벨트의 외면과 와이어 또는 펠트 사이의 마찰이 저감될 수 있다.
하이드록시 말단 폴리디알킬실록산의 분자량(MW, g/mol)은 변할 수 있다. 하이드록시 말단 폴리디알킬실록산은 1500 g/mol 내지 8000 g/mol의 범위와 같이, 1500 g/mol 초과의 분자량(MW)을 가질 수 있다. 하이드록시 말단 폴리디알킬실록산의 분자량은 바람직하게는 약 1500 g/mol 내지 6000 g/mol, 보다 바람직하게는 약 2000 g/mol 내지 약 5500 g/mol의 범위, 및 가장 바람직하게는 2500 g/mol 내지 5000 g/mol의 범위이다. 폴리디알킬실록산의 분자량은 변성 폴리우레탄의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 폴리디알킬실록산의 분자량은 제조 프로세스에 영향을 미칠 수 있다.
논의한 바와 같이, 벨트의 본체는 상기 변성 폴리우레탄을 포함하며, 폴리디알킬실록산은 폴리우레탄 매트릭스와 공유 결합을 갖는다. 폴리디알킬실록산의 첨가는 벨트의 내마모성을 크게 향상시킬 수 있다. 폴리디알킬실록산은 바람직하게는 폴리디메틸실록산이다.
벨트와 제지기 직물 사이의 마찰은 특히 벨트가 실질적으로 매끄러운 외면을 갖는 경우에 상당히 높을 수 있다. 그래서, 벨트는 너무 빨리 마모되기 시작할 수 있다. 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함하는 변성 폴리우레탄으로 인해, 벨트와 와이어/펠트 사이의 마찰이 저감될 수 있다. 그래서, 벨트와 와이어/펠트의 마모가 저감될 수 있다.
벨트의 외면
벨트의 외면(12)은 변성 폴리우레탄을 포함하거나 변성 폴리우레탄으로 이루어진다. 벨트의 본체의 외면(12)은 변성 폴리우레탄으로 형성될 수 있다.
변성 폴리우레탄은 매끄러운 외면을 갖는 벨트들에 특히 유리할 수 있는데, 이는 이러한 벨트들은 그렇지 않으면 벨트와 와이어/펠트 사이에 고마찰을 가질 수 있기 때문이다. 그래서 유리하게는, 변성 폴리우레탄을 포함하는 벨트는 매끄러운 외면을 갖는다. 매끄러운 외면을 갖는 벨트는 0.4mm 초과의 깊이를 갖는 그루브들(grooves) 또는 패터닝을 갖지 않을 수 있다. 특히, 매끄러운 면은 0.4mm 초과의 깊이를 갖는 어떠한 영역도 10mm2를 초과하지 않을 수 있다.
벨트의 외면(12)은 약간의 패터닝, 즉 소위 버핑(buffing)을 포함할 수 있다. 벨트(10)의 외면(12)에서의 버핑의 깊이는, 예를 들어 0 내지 50㎛, 또는 3 내지 30㎛일 수 있다. 벨트의 외면의 적절한 거칠기는 제지기 직물, 특히 변성 폴리우레탄과 함께 그 작용에 유리한 영향을 미칠 수 있다.
실시예에서, 벨트의 외면(12)은 벨트(10)의 탈수 특성을 개선하기 위해 예를 들면, 도 3b 내지 도 3c에 나타낸 바와 같이, 여러 개의 평행한 그루브(50) 및 이들 사이의 릿지들을 포함한다. 그 기술적 효과는 개선된 수분 제거율을 얻는 것이다. 그루브의 깊이는 탈수 그루브의 최심점(deepest point)으로부터 측정하여 0.4mm 초과, 및 바람직하게는 0.5mm 내지 1.5mm의 범위와 같이, 2.0mm 이하일 수 있다. 탈수 그루브(50)의 폭은 0.5mm 이상 2.0mm 이하일 수 있다. 2개의 평행한 인접한 탈수 그루브(50)의 중심선들 사이의 거리는 적어도 1.5mm 및 7.0mm 이하일 수 있다. 탈수 그루브들(50)의 총 수량(water volume)은 예를 들면, 100 내지 800 g/m2일 수 있다. 탈수 그루브들(50)의 개수는 적어도 140/m 개, 보다 유리하게는 적어도 200/m 개, 및 유리하게는 670/m 개 이하일 수 있다. 탈수 그루브(50)의 위에서 언급한 특징들에 의해, 상기 탈수 그루브(50)을 통해 웹으로부터 수분이 보다 효율적으로 제거될 수 있다. 이들 이점은 전형적으로, 위에서 언급한 특징들이 더 많이 벨트(10)에 구현될수록, 더 잘 실현된다. 그루브들은 도 3b에 나타낸 바와 같이 본체 재료에 의해 형성될 수 있다. 혹은, 벨트의 외면(12)은 예를 들면, 도 3a에 나타낸 바와 같이 실질적으로 매끄러울 수 있다.
실시예에서, 그루브들은 도 3c에 나타낸 바와 같이 보강 구조에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 약간의 방적사를 벨트의 면 가까이에 배치함으로써, 벨트의 마모를 더욱 줄일 수 있다. 벨트의 중립축(neutral axis)을 벨트의 외면 가까이에 배치함으로써, 벨트의 외면이 덜 마모될 수 있다. 벨트의 외면이 방적사들을 포함하는 경우, 이들은 전형적으로 벨트의 이동 방향으로 배치된다. 하지만, 논의한 바와 같이, 벨트의 외면(12)은 예를 들면, 도 3a에 나타낸 바와 같이 실질적으로 매끄러울 수도 있다. 그래서, 실시예에서, 본체(15) 및/또는 보강 구조(30)는 상기 그루브들(50)을 형성하지 않을 수도 있다.
벨트의 내면
벨트(10)는 내면(11)을 갖는다. 본체의 내면은 벨트의 내면을 형성할 수 있다.
벨트의 내면(11)은 실질적으로 매끄러울 수 있다. 내면은 약간의 패터닝, 즉 소위 버핑을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 버핑의 깊이는 예를 들면, 0 내지 15㎛, 바람직하게는 0.01㎛ 내지 4.00㎛, 및 보다 바람직하게는 0.1㎛ 내지 2㎛의 범위일 수 있다. 벨트의 내면의 상기 거칠기, 즉 버핑은 벨트의 내구성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 윤활유막(lubricating oil film)의 균일성이 중단된 경우, 버핑이 있는 내면(11)을 갖는 벨트는 매끄러운 내면을 갖는 벨트만큼 쉽게 손상되지 않을 수 있다. 즉, 내면(11)의 버핑이 없으면, 벨트는 윤활유막의 균일성의 중단 후에 매끄러운 면들로 인해 강한 감속 효과를 가질 수 있는데, 이는 벨트에 영구적인 변형을 초래할 수 있다. 실시예에서, 내면(11)은 변성 폴리우레탄을 포함한다.
벨트의 보강 구조
벨트는 보강 구조를 포함할 수 있다. 보강 구조는 본체를 지지하는 지지 구조일 수 있다. 벨트의 탄성은 상당히 높을 필요가 있을 수 있으며, 그에 따라 보강 구조는 벨트의 탄성을 과도하게 저하시키지 않아야 하다.
보강 구조는 방적사들을 포함할 수 있다. "방적사(yarn)"라는 용어는 상대적으로 작은 단면을 갖는 기다란 구조를 가리킨다. 방적사는 꼬임(twist)이 있거나 없는 섬유들 및/또는 필라멘트들로 구성될 수 있다. 방적사는 다겹 방적사(multiple plied yarn)일 수 있다. 방적사는 합성 폴리머(들)를 기초로 할 수 있다. "필라멘트"라는 용어는 매우 긴 길이의 섬유를 가리킨다.
벨트는 적어도 2개의 방향, 즉 제1 방향과 제2 방향으로 배치된 여러 개의 방적사를 가질 수 있다. 제1 방향은 벨트의 회전축에 평행하거나 실질적으로 평행할 수 있고, 제2 방향은 벨트의 이동 방향에 평행하거나 실질적으로 평행할 수 있다.
상이한 층들(31, 32)의 방적사들은 그 다음 층의 방적사들과 접촉하거나 접합될 수 있으며, 또는 이들은 서로 이격될 수도 있다. 바람직하게는, 서로 상하 관계의 보강 방적사 층들(31, 32)은 서로 분리된다. 그래서, 방적사 층들은 어떤 식으로도 서로 고정되거나 서로 결속될 필요가 없다. 혹은, 제2 방적사들은 제1 방적사들에 접합될 수도 있다. 제2 방적사들에 접합된 제1 방적사들은 보강 구조의 강도 특성을 개선할 수 있다.
방적사들은 탄성체에 매립될 수 있다. 그래서, 방적사들은 본체의 재료에 의해 완전히 둘러싸일 수 있다. 실시예에서, 일부 방적사는 벨트의 탄성체 상에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 그래서 이 실시예에서, 방적사들 중 일부는 본체의 재료에 의해 완전히 둘러싸이지 않을 수 있다. 그 기술적 효과는 벨트의 중립축이 벨트의 외면 가까이에 있을 수 있다는 것이다. 이는 벨트의 마모를 줄이고 벨트의 긴 수명을 제공할 수 있다.
방적사들은 고강도, 고모듈러스(high modulus), 및 고탄성률을 갖는 합성 섬유들을 포함할 수 있다. 방적사는 폴리아미드(PA), 예를 들면 나일론, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 레이온, 비스코스, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르, 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리아라미드, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 플라스틱(LCP), 폴리이미드, 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 중 적어도 하나를 포함하거나 또는 이로 이루어질 수 있다. 위에서 언급한 재료들을 포함하거나 이들로 이루어진 방적사들은 벨트를 강화할 수 있으면서도, 여전히 벨트의 필요한 레벨의 굽힘 및 신장을 가능케 할 수 있다.
제조 방법의 예
벨트의 본체를 제조하는 프로세스는:
· 변성 폴리우레탄을 얻기 위해 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산을 폴리우레탄의 제조 프로세스에 첨가함으로써 변성 폴리우레탄 - 이 변성 폴리우레탄은 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함함 - 을 제조하는 단계, 및
· 벨트의 본체 - 본체의 적어도 외면은 변성 폴리우레탄을 포함함 - 를 형성하는 단계:
를 포함할 수 있다.
벨트는 그 자체로 알려진 방식으로 형성될 수 있다. 벨트는 예를 들면:
· 여러 개의 지지 방적사(support yarns)를 제공하는 단계,
· 폴리우레탄을 포함하는 엘라스토머 재료를 몰드 면에 주조함으로써 벨트용 본체 - 본체의 적어도 외면은 변성 폴리우레탄을 포함함 - 를 성형하는 단계,
· 재료를 경화하는 단계; 및
· 선택적으로, 프레임의 외면에 여러 개의 그루브를 제공하는 단계:
에 의해 제조될 수 있다.
벨트는 판지 기계, 제지기, 펄프 기계, 또는 티슈 기계의 슬리브 롤 또는 슈 프레스에 설치하기 위한 것일 수 있다. 벨트는 예를 들면, 벨트의 설치를 위한 벨트의 복수의 부착점(60)을 더 포함할 수 있다.
예 1
실험 테스트들 중에 마찰에 대한 변성 폴리우레탄의 영향이 테스트되었다. 표 1에 나타낸 바와 같이 폴리디메틸실록산의 양이 변성 폴리우레탄 샘플들에서 변경되었다.
표준 ASTM D1894에 따라 어셈블리를 갖는 Alwetron TCT-20 디바이스를 사용하여 동일한 방법으로 모든 샘플의 마찰이 측정되었다. 3420 mm2의 동일한 면적을 갖는 원형 샘플에 52 N의 웨이트(weight)를 사용하여 값들이 결정되었다. 샘플의 아래에 직물(습윤 와이어)을 두고는 고정했다. 각 샘플에 대해, 측정 중에 와이어의 뒷면이 샘플과 직접 접촉하였다.
결과들이 표 1에 제시되어 있다. 알 수 있다시피, 0 wt% 초과의 PDSM 함량을 갖는 변성 폴리우레탄이 마찰에 대한 개선된 효과를 냈으며, 1 wt% 내지 2 wt%의 범위의 PDMS의 양이 마찰에 가장 큰 영향을 미쳤다.
마찰(N) 마찰 계수
PU 중의 PDMS 0.0 wt% 29.1 0.56
PU 중의 PDMS 1.2 wt% 25.3 0.49
PU 중의 PDMS 1.75 wt% 19.4 0.37
PU 중의 PDMS 2.0 wt% 25.4 0.49
PU 중의 PDMS 2.5 wt% 28.0 0.54
표 1에서 "PU"라는 용어는 (변성) 폴리우레탄을 가리킨다.
본 발명은 도해 및 예들의 보조하에 설명되었다. 본 발명은 위에 제시된 실시예들에만 한정되지 않고 첨부된 청구범위 내에서 변경될 수 있다.
다음의 참조 번호들이 본 출원에서 사용된다.
1: 슈 프레스
2: 프레스 슈
3: 카운터 롤
4: 프레스 존
6: 제1 제지기 직물, 예를 들면 프레스 펠트
7: 제2 제지기 직물
8: 섬유 웹
10: 벨트
10a: 벨트의 본체의 두께
11: 내면
12: 외면
15: 벨트의 본체
30: 보강 구조
31: 보강 구조의 제1 방적사 층
32: 보강 구조의 제2 방적사 층
50: 벨트의 외면 상의 그루브들
53: 그루브들 사이의 랜드들
60: 벨트의 부착점
D1: 벨트의 제1 방향
D2: 벨트의 제2 방향
MD: 벨트의 이동 방향
CD: 벨트의 가로 방향
100: 슬리브 롤
102: 슬리브 롤의 지지 샤프트
110: 슬리브 롤의 만곡 요소
C1: 슬리브 롤의 제1 만곡부
C2: 슬리브 롤의 제2 만곡부

Claims (17)

  1. 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계용 벨트의 본체를 제조하는 프로세스로서,
    상기 본체는 내면과 외면을 가지며,
    · 변성 폴리우레탄을 얻기 위해 적어도 하나의 작용기를 갖는 폴리디알킬실록산을 폴리우레탄의 제조 프로세스에 첨가함으로써 상기 변성 폴리우레탄 - 상기 변성 폴리우레탄은 상기 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함함 - 을 제조하는 단계, 및
    · 상기 벨트의 본체 - 상기 본체는 상기 본체의 외면을 형성하는 외층을 포함하고, 상기 외층은 적어도 0.5mm의 두께를 가짐 - 를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 본체의 외층은 상기 변성 폴리우레탄을 포함하는,
    프로세스.
  2. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 작용기를 갖는 상기 폴리디알킬실록산은 다음의 구조를 갖는 폴리디메틸실록산이며:
    F1-[Si(CH3)2O]n-Si(CH3)2-F2,
    여기서, n은 반복 단위 Si(CH3)2O의 수이고,
    F1과 F2 중 적어도 하나는 상기 작용기를 포함하는,
    프로세스.
  3. 제2 항에 있어서,
    F1은 OH 또는 NH2를 포함하거나 OH 또는 NH2로 이루어지는,
    프로세스.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    F2는 OH 또는 NH2를 포함하거나 OH 또는 NH2로 이루어지는,
    프로세스.
  5. 제2 항, 제3 항, 또는 제4 항에 있어서,
    · F1과 F2 중 하나는 수소(H)이고,
    · F1과 F2 중 하나는 상기 작용기를 포함하는,
    프로세스.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 작용기를 갖는 상기 폴리디알킬실록산 중의 작용기들의 분율(fraction)은 0.2 mol % 내지 4 mol %의 범위, 바람직하게는 1 mol % 내지 2 mol %의 범위인,
    프로세스.
  7. 종이, 판지, 펄프, 또는 티슈 기계용 벨트(10)로서,
    상기 벨트는 내면과 외면을 포함하는 본체를 포함하고,
    상기 본체는 상기 본체의 외면을 형성하는 외층을 포함하고, 상기 외층은 적어도 0.5mm의 두께를 가지며,
    상기 벨트의 상기 본체의 외면은 변성 폴리우레탄을 포함하고, 상기 변성 폴리우레탄은 폴리디알킬실록산과의 공유 결합을 갖는 폴리우레탄 매트릭스를 포함하는,
    벨트.
  8. 제7 항에 따른 벨트, 또는 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 따른 프로세스에 있어서,
    상기 폴리디알킬실록산은 다음의 반복 단위를 갖는 폴리디메틸실록산이며:
    [Si(CH3)2O]n,
    여기서 n은 반복 단위 Si(CH3)2O의 수이고,
    상기 반복 단위의 수 n은 바람직하게는 30 내지 150의 범위인,
    벨트 또는 프로세스.
  9. 제7 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 벨트, 또는 제1 항 내지 제6 항 또는 제8 항 중 어느 한 항에 따른 프로세스에 있어서,
    상기 외층은 상기 벨트의 본체의 두께 이하의 두께를 가지며,
    적어도 상기 외층은 상기 변성 폴리우레탄을 포함하는,
    벨트 또는 프로세스.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 변성 폴리우레탄을 포함하는 상기 본체의 외층은 상기 벨트의 외면으로부터의 깊이로서 결정되는 0.5mm 내지 3mm의 범위, 바람직하게는 1mm 내지 2.5mm의 범위의 두께를 갖는,
    벨트 또는 프로세스.
  11. 제7 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 따른 벨트, 또는 제1 항 내지 제6 항 또는 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 따른 프로세스에 있어서,
    상기 폴리디알킬실록산의 양은 상기 변성 폴리우레탄의 총 중량으로부터 결정되는 0.8 wt% 내지 3 wt%의 범위, 바람직하게는 1.0 wt% 내지 2.5 wt%의 범위인,
    벨트 또는 프로세스.
  12. 제7 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 벨트, 또는 제1 항 내지 제6 항 또는 제8 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 프로세스에 있어서,
    상기 본체는 매끄러운 외면을 갖는,
    벨트 또는 프로세스.
  13. 제7 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 벨트, 또는 제1 항 내지 제6 항 또는 제8 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 프로세스에 있어서,
    상기 본체의 외면은 그루브들(grooves)을 갖는,
    벨트 또는 프로세스.
  14. 제7 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 벨트, 또는 제1 항 내지 제6 항 또는 제8 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 프로세스에 있어서,
    상기 본체는 내층을 더 포함하고, 상기 내층은 상기 벨트의 본체의 두께 미만의 두께를 가지며, 상기 내층은 상기 본체의 내면을 형성하고, 상기 내면에는 상기 폴리디알킬실록산이 없는,
    벨트 또는 프로세스.
  15. 제7 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 따른 벨트, 또는 제1 항 내지 제6 항 또는 제8 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 따른 프로세스에 있어서,
    상기 폴리디알킬실록산은 1500 g/mol 초과, 바람직하게는 약 1500 내지 6000 g/mol의 분자량(molecular weight; MW)을 갖는,
    벨트 또는 프로세스.
  16. 제7 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 따른 벨트(10)를 포함하는 슬리브 롤.
  17. 제7 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 따른 벨트(10)를 포함하는 슈 프레스(shoe press).
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