KR20230047083A - 폴리락티드 섬유를 포함하는 섬유상 웨브의 제조방법 - Google Patents

폴리락티드 섬유를 포함하는 섬유상 웨브의 제조방법 Download PDF

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KR20230047083A
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안드레아스 슈미트
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맥에어레이드'스 플리스스토페 게엠베하
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Abstract

본 발명은 폴리락티드 섬유 및 필요에 따라 다른 섬유를 포함하는 섬유상 웨브의 제조 방법에 관한 것으로, 여기서는 (a) 폴리락티드 섬유 및 필요에 따라 다른 섬유를 포함하는 섬유 플라이가 랜덤 섬유 배열로 기재 상에 배치되고, (b) 섬유 플라이 상에 제 1 압력을 가함으로써, 느슨한 예비압밀된 매트가 먼저 생성되고, 매트의 파열 강도는 매트가 파열되기 전에 0.1 m 내지 1 m 의 스팬을 프리 브리징하는 것을 허용하고, (c) 예비압밀된 매트는 후속적으로 캘린더의 닙을 통해 진행하고, 점선 또는 선형 압축 영역의 패턴이 닙에서 생성되고, 압축 영역 내의 섬유는 폴리락티드 섬유의 융합이 발생하는 온도와 관련하여 제 1 압력보다 높은 제 2 압력을 받는다. 폴리락티드 섬유 및 필요에 따라 다른 섬유를 포함하는 생분해성 섬유 웨브는 다른 섬유, 예를 들어 셀룰로오스 섬유와의 혼합물에서도 습기에 대한 우수한 저항성을 갖도록 제조될 수 있다. 또한 섬유 웨브를 치수적으로 안정된 3차원 형태로 옮기는 것도 가능하다.

Description

폴리락티드 섬유를 포함하는 섬유상 웨브의 제조방법
본 발명은 폴리락티드 섬유를 함유하는 섬유상 웨브의 제조 방법, 청구된 방법에 의해 수득가능한 섬유상 웨브, 및 제조된 섬유상 웨브의 용도에 관한 것이다.
웨브 재료 형태의 섬유에 기초한 제품들, 특히 셀룰로오스, 플라스틱, 또는 섬유 혼합물로 제조된 섬유로 구성된 제품들은 종래 기술로부터 알려져 있다. 그들은 액체용의 흡수 재료, 위생 제품, 필터 재료 및 포장에서 다양한 용도를 발견한다.
모든 생활 영역에서, 특히 소모품의 경우에, 사용되는 재료의 생분해성에 이제 큰 가치가 부여된다. WO 99/25281 은 위생 물품에서 사용하기 위한 셀룰로오스 섬유로 구성된 섬유상 웨브를 제조하는 방법을 개시한다. 섬유상 웨브의 제조를 위해, 셀룰로스 섬유의 섬유 플라이가 먼저 기재 상에 랜덤으로 배치되고, 이러한 섬유 플라이는 비교적 낮은 압력 하에서 예비압밀되며, 그 결과 매트가 파열되기 전에 0.1 m 내지 1 m 의 브리징을 허용하는 인열 강도 및 낮은 밀도를 갖는 느슨한 매트가 얻어지고, 이어서 얻어진 매트가 점 또는 선형 압축 영역의 패턴이 생성되는 캘린더 롤 쌍의 닙 내로 도입되고, 여기서 랜덤 배열로 놓인 섬유들이 150 내지 600 MPa 범위의 압력 하에서 함께 가압된다. 섬유들의 융착이 얻어지고, 엠보싱 패턴을 갖는 섬유상 웨브가 제조된다. 제조된 섬유 웨브는 사실상 바인더를 함유하지 않기 때문에, 완전히 생분해성이라고 볼 수 있다.
선행 기술로부터 공지된 생분해성 섬유의 웨브는 통상적인 응력 하에서 양호한 습윤 강도를 갖는다. 습윤 강도는 위생 제품이 전형적으로 기계적 응력을 받지 않기 때문에, 위생 제품에 사용하기에 충분하다. 또한, 액체에 대한 섬유상 웨브의 흡수율을 동시에 증가시키는 초흡수제라고 불리는 것을 첨가함으로써 위생 제품의 습윤 강도를 향상시킬 수 있다. 이러한 개선은 섬유 웨브가 수성 액체와 접촉하게 되어 초흡수제의 입자들이 팽윤하게 될 때에만 발생한다.
웨브의 굴곡성 및 가요성은 웨브를 3차원 필터 바디로 가공하기 위해 활용된다. 이러한 필터 바디는 예를 들어, 국제 특허 출원 WO 2010/112024 A2 에 기재되어 있다. 필터 재료는 웨브 재료로부터 진행하여 제조된다. 섬유 웨브는 세정될 공기 스트림의 종방향으로 연장되는 채널들을 형성하도록 크림핑된다. 건조한 조건하에, 형성된 채널들은 안정한 구조를 갖지만, 이는 더 높은 공기 습도에서 붕괴될 수 있다.
모두 생분해성인 천연 발생 섬유뿐만 아니라, 퇴비화 방법에 의해 분해될 수 있는 합성 섬유도 공지되어 있다. 생분해성 중합체의 군은 폴리락티드 (PLA) 를 포함한다. 폴리락티드는 전형적으로 PLA 블렌드라고 하는 것의 형태로 사용되며, 이는 압출, 열성형, 사출 성형, 및 또한 블로우몰딩에 의해 처리된다.
본 발명의 목적은 환경적으로 적합한 성분, 바람직하게는 생분해성 섬유로부터 제조되고, 습윤 상태 및 응력 하에서도 양호한 강도를 갖는 섬유상 웨브를 제공하는 것이다.
본 발명은 폴리락티드 섬유 및 임의로 추가의 섬유를 포함하는 섬유상 웨브의 제조 방법을 제공하며, 여기서
(a) 폴리락티드 섬유 및 임의로 추가 섬유를 랜덤 섬유 배열로 포함하는 섬유 플라이 (fiber ply) 가 기재 상에 배치되고,
(b) 상기 섬유 플라이 상에 제 1 압력을 가함으로써, 느슨한 예비압밀된 (precompacted) 매트가 먼저 생성되고, 상기 매트의 파열 강도는 상기 매트가 파열되기 전에 0.1 m 내지 1 m 의 스팬 (span) 의 비지지 브리징 (unsupported bridging) 을 허용하고,
(c) 상기 예비압밀된 매트는 후속적으로 캘린더 (calender) 의 닙 (nip) 을 통해 진행하고, 점선 또는 선형 압축 영역의 패턴이 상기 닙에서 생성되고, 압축 영역 내의 섬유는 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력, 및 섬유의 융합이 발생하는 온도를 겪는다.
본 발명의 방법은 폴리락티드 섬유 및 선택적으로 다른 섬유, 예를 들어 셀룰로오스 섬유와의 혼합물에서도 양호한 습윤 강도를 갖는 추가 섬유를 함유하는 생분해성 섬유상 웨브를 제조하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 셀룰로오스 섬유뿐만 아니라 폴리락티드 섬유의 주요 비율을 포함하는 섬유상 웨브는 셀룰로오스 섬유만으로 구성된 섬유상 웨브에 비해 뚜렷하게 개선된 습윤 강도를 갖는다.
또한, 추가의 제조 단계에서 주로 폴리락티드 섬유로부터 제조된 섬유 웨브를 가공하여 치수 안정성을 특징으로 하는 3차원 형상체를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명자들은 압축 영역에서 섬유들의 융합이 1차적으로 폴리락티드 섬유의 용융에 의해 수행되며, 이 경우 폴리락티드 섬유들은 함께 용융될 수 있고 또한 존재하는 임의의 다른 섬유에 대한 결합에 들어갈 수 있다고 가정한다. 또한, 방법 조건 하에서, 즉 압력 및 온도 조건 하에서, 섬유들이 서로 결합으로 들어갈 수 있는 것이 가능하며, 이 경우, 확립된 결합의 유형은 본 발명자들에게 알려져 있지 않고, 물리적 및/또는 화학적 결합인지 여부도 알려져 있지 않다.
본 발명에 따른 폴리락티드 섬유의 가공은 종래기술에서 셀룰로오스 섬유를 가공하는 에어레이드 (airlaid) 공법의 컴포넌트 단계를 이용한다. 폴리락티드 섬유를 에어레이드 공법으로 사용하면 단위 부피당 무게가 적고 광범위한 특성을 갖는 생분해성 제품을 제조할 수 있다. 폴리락티드 섬유로부터 주로 100% 정도 제조된 웨브는 치수적으로 안정한 섬유상 웨브를 형성할 수 있고, 이어서 매우 낮은 중량 및 우수한 생분해성을 갖는 3차원 형상체로 가공될 수 있다.
또한, 셀룰로오스 섬유 및 비교적 낮은 비율의 폴리락티드 섬유를 함유하는 섬유 웨브는 가요성이고 굽힘성이며, 액체 및 기체에 대한 양호한 흡수 능력을 갖는다.
본 발명의 재료 웨브의 특성은 셀룰로오스 섬유에 대한 폴리락티드 섬유의 비율에 의해서뿐만 아니라, 전체적으로 사용되는 섬유의 양에 의해, 즉 방법 단계 a) 에서 생성되는 레이드 섬유 플라이 (laid fiber ply) 의 두께에 의해 결정된다.
본 발명에 따라 사용되는 폴리락티드 섬유는 합성 섬유이다. 폴리락티드는 폴리에스테르 중에 있다; 이는 용융되고 용융 온도에서 성형 방법에 적용될 수 있다는 점에서 열가소성 특성을 나타낸다. 폴리락티드의 융점은 전형적으로 150℃ 내지 160℃ 이다.
본 발명의 방법에서, 3 내지 10 mm 의 섬유 길이를 갖는 폴리락티드 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 섬유는 충분한 섬도를 가져야 하며, 바람직한 섬도는 0.7 내지 3.0 dtex, 특히 1.0 내지 1.5 dtex 이다.
바람직한 구현예에서, 폴리락티드 섬유는 셀룰로오스 섬유와의 혼합물에 사용된다. 사용되는 셀룰로오스 섬유는 바람직하게는 종래 기술에서 "플러프 펄프 (fluff pulp)" 로 알려진 그러한 섬유이다. 플러프 펄프는 셀룰로오스 섬유로 구성된 코튼 울과 같은 제품, 즉 "플러프 펄프" 가 형성될 때까지 분쇄하여 전형적으로 해머 밀에서 사용하기 전에 섬유들로 분리함으로써, "목재 펄프 판지" 로 불리우는 보드, 플래시-건조 베일 (flash-dried bale) 또는 시트의 형태로 공급된 셀룰로오스 재료로부터 제조된 목재로부터 만들어진 표준화된 제품이다.
제 1 방법 단계 a) 에서, 섬유들, 즉 랜덤 섬유 배열의 폴리락티드 섬유 및 임의로 추가의 섬유, 예컨대 셀룰로오스 섬유가 기재 상에 배치된다. 섬유들은 전형적으로 공기 스트림 (air stream) 으로 운반되고 기재 상에 디포짓팅된다. 이 절차를 에어레이드 공법이라고도 한다.
셀룰로오스 섬유와 폴리락티드 섬유의 혼합물이 사용되는 경우, 전술한 바와 같이 셀룰로오스 섬유는 바람직하게는 해머 밀 (hammer mill) 에서 섬유들로 분리되고 공기 스트림으로 혼합기에 수송된다. 별도의 공기 스트림에서, 폴리락티드 섬유가 혼합기에 공급된다. 두 개의 공기 스트림들을 혼합함으로써, 개별 섬유들도 또한 혼합된다. 랜덤 섬유 배열체가 얻어진다. 레이드 섬유 플라이는 전형적으로 약 5 내지 15 mm 의 베드 높이를 갖는다.
기재 상에 디포짓팅된 섬유들의 양은 레이드 섬유 플라이의 베드 높이 및 궁극적으로 또한 완성된 섬유상 웨브의 평량을 결정한다.
추가의 방법 단계 b) 에서, 방법 단계 a) 에서 얻어진 레이드 섬유 플라이는 느슨한 사전압밀된 매트를 형성하기 위해 섬유 플라이에 제 1 압력을 가함으로써 추가로 가공되며, 매트의 인열 강도는 매트가 파열되기 전에 0.1 m 내지 1 m 의 스팬의 비지지 브리징을 허용한다. 방법 단계 b) 에서, 레이드 섬유 플라이는 바람직하게는 컨베이어 벨트 또는 이동 스크린 상에서, 예를 들어 제 1 압력에서 캘린더 롤 쌍일 수 있는 제 1 예비압밀 스테이션을 통해 안내되어, 낮은 밀도 및 인열 강도를 갖는 느슨한 매트를 생성한다. 인열 강도는 이러한 처리 상태의 매트가 인열 없이 약 0.1 내지 1 m 의 길이에 걸쳐 지지되지 않고서 매달릴 수 있도록 되어야 한다. 그 결과, 매트는 또한 제조 방법에서 발생할 수 있는 바와 같은 공기 압력을 견딜 수 있어야 한다.
방법 단계 c) 에서, 방법 단계 b) 에서 얻어진 매트는 캘린더 롤 쌍의 닙을 통해 진행되며, 여기서 점선 또는 선형 압축 영역의 패턴은 닙에서 재료 웨브에 대해 작용한다. 특히 압축 영역들에서, 섬유들은 섬유들의 융착이 발생하는 그러한 제 2 압력을 받는다. 별개의 압축 영역들에서의 압력은 전형적으로 100 MPa 이상이고, 바람직하게는 150 내지 600 MPa 이다. 개별 압축 영역들 내의 고압은 핌플 (pimples), 상호 인터레이스된 라인 패턴들 또는 다른 돌출된 점선 또는 선형 압축 표면을 갖는 캘린더 롤을 사용함으로써 달성된다. 이들 압축 영역의 패턴 밀도는 바람직하게는 cm2 당 1 내지 16 패턴 도트이다. 이 방법 단계에 대한 보다 상세한 설명은 WO 99/25281 에서 찾을 수 있으며, 여기서 특정 참조가 이루어진다.
전술한 방법에 의해, 바람직하게는 평량이 50 g/m2 내지 1500 g/m2 인 섬유상 웨브가 얻어진다.
랜덤 배열의 섬유들은 예를 들어 점선 또는 선형인 압축 영역에서 매우 높은 국부적 압력 하에 서로 밀린다. 압축 영역에서, 온도 및 압력은 섬유 웨브의 폴리락티드 섬유들이 용융되고 이들 압력 지점에서 서로 불가분의 방식으로 결합되도록 조정된다. 압축 영역의 온도는 바람직하게는 100℃ 내지 200℃ 이다. 이러한 치밀한 결합은 용접 결합과 유사하게 응집 결합으로도 지칭될 수 있다.
존재하는 임의의 셀룰로오스 섬유가 부분적으로 용융된 폴리락티드 섬유에 의해 서로 결합되지 않으면, 이들은 서로 열기계적으로 결합된 것으로 추정되며, 이 결합의 성질은 알려져 있지 않다.
폴리락티드 섬유와 다른 섬유, 예를 들어 방법 온도 및 압력에서 용융되지 않는 셀룰로오스 섬유와의 혼합물이 사용되는 경우, 이 다른 섬유는 용융된 폴리락티드에 의해 둘러싸이고, 개별 섬유들 사이에 친밀한 결합이 형성된다. 이들 영역에서, 개별 섬유들은 다시 서로 분리될 수 없다; 이들 영역은 오로지 절단 또는 인열에 의해서만 분할될 수 있다. 섬유들의 접합은 압축 영역에서 강도의 증가를 초래하며, 그 결과, 일반적으로 인열 강도뿐만 아니라, 특히 셀룰로오스만을 함유하는 섬유상 웨브에 비해, 생성된 섬유상 웨브의 공기 습도 및 습윤 강도에 대한 안정성이 개선된다.
하나의 가능한 실시형태에서, 이 섬유상 웨브는, 그 표면들 중 적어도 하나에, 웨브가 접착 결합 및/또는 용접 및/또는 기계적으로 결합된 텍스타일, 플리스형, 종이형 또는 필름형 재료의 웨브를 갖는다.
특히 바람직한 실시형태에서, 방법 단계 a) 에서의 본 발명의 섬유상 웨브의 제조에서, 레이드 섬유 플라이는 웨브에 적용된다. 섬유상 웨브가 양 표면 상에 텍스타일, 플리스형, 종이형 또는 필름형 재료의 웨브를 갖는 경우, 하나의 가능한 실시형태에서 방법 단계 a) 후에 제 2 웨브를 적용하는 것이 가능하다. 각각의 하부 또는 상부 표면 상의 코어 및 웨브 재료로서의 섬유 재료의 3개의 플라이들은 방법 단계 b) 에서 함께 예비압밀될 수 있고, 그 후 방법 단계 c) 에서 함께 추가로 처리될 수 있다.
하나의 가능한 실시형태에서, 본 발명의 섬유 웨브의 강도는 웨브를 하류 방법 단계 d) 에서 열 에너지에 적용함으로써 추가로 증가될 수 있다. 열 후처리 단계에서, 심지어 압축 영역 외부의 폴리락티드 섬유는 (부분적으로) 용융되고 적어도 부분적으로 서로 그리고/또는 존재하는 임의의 다른 섬유에 결합된다. 열 에너지를 이용한 후처리는, 예를 들어, 고온 가스로, 섬유 웨브가 삽입되는 고온 캘린더링 롤들에 의해, 또는 전자기파를 사용하여 수행될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 열 후처리는 30 cm 내지 1 mm 의 파장을 갖는 전자기파들로 수행된다. 파장이 30 cm 내지 1 mm 인 전자기파를 마이크로파라고 한다. 폴리락티드는 공급된 에너지에 따라 마이크로파에 대해 활성이며, 즉 섬유가 (부분적으로) 용융되어, 섬유상 웨브 내의 추가 섬유들의 융합이 달성되고 섬유상 웨브의 강도가 추가로 증가될 수 있다. 마이크로파로 처리하는 경우에, 방법 단계 c) 의 압축 영역 외부에서 섬유들의 (부분적인) 용융이 또한 존재한다. 마이크로파로 섬유상 웨브를 조사하는 것은, 예를 들어 방법 단계 c) 로부터 수득된 섬유상 웨브를 방법 단계 d) 에서 마이크로파로 직접 조사함으로써 수행될 수 있다. 섬유상 웨브 또는 블랭크 및 그로부터 제조된 제품의 이러한 처리는 통상적인 마이크로파 장비에 의해 그 자체로 공지된 방식으로 수행될 수 있다.
방법 단계 d) 의 수행을 위해, 섬유상 웨브 또는 그의 블랭크는 먼저 원하는 최종 생성물의 형상으로 가공될 수 있고, 이어서 마이크로파로 조사될 수 있다. 폴리락티드 섬유의 적어도 일부는 용융되고, 냉각 후, 치수적으로 안정한 방식으로 원하는 형상을 유지하여, 따라서 생성된 최종 생성물, 예를 들어 디쉬가 또한 치수적으로 안정하다.
또한, 본 발명은 전술한 제조 방법에 의해 얻을 수 있는 섬유상 웨브를 제공하고 폴리락티드 섬유 및 셀룰로오스 섬유의 혼합물을 포함하는 특징을 갖는다. 폴리락티드 섬유의 비율을 최대 100% 까지 갖는 섬유상 웨브를 제조할 수 있으며, 폴리락티드 섬유 및 셀룰로오스 섬유와 같은 다른 섬유의 비율에 따라 그 물성이 조절될 수 있다. 주로 셀룰로오스 섬유들로 이루어진 섬유상 웨브들은 높은 흡수성을 나타내고, 비교적 높거나 높은 비율의 폴리락티드 섬유들 또는 심지어 100% 폴리락티드 섬유들을 갖는 섬유상 웨브들은 통상적인 성형 방법에 의해 예를 들어 이들이 보유하는 3차원 형상으로 전환될 수 있다.
또한, 본 발명은 5 중량% 내지 100 중량% 의 폴리락티드 섬유 및 0 중량% 내지 95 중량% 의 셀룰로오스 섬유를 함유하는 섬유상 웨브를 추가로 제공하며, 여기서 폴리락티드 섬유 및 셀룰로오스 섬유는 점선 또는 선형 엠보싱 영역의 엠보싱 패턴으로 융합된다. 바람직한 실시형태에서, 섬유상 웨브는 10 중량% 내지 100 중량% 의 폴리락티드 섬유 및 0 중량% 내지 90 중량% 의 셀룰로오스 섬유를 함유한다.
본 발명의 하나의 가능한 실시형태는 5 중량% 내지 30 중량% 의 폴리락티드 섬유 및 70 중량% 내지 95 중량% 의 셀룰로오스 섬유, 특히 8 중량% 내지 20 중량% 의 폴리락티드 섬유 및 80 중량% 내지 92 중량% 의 셀룰로오스 섬유, 및 임의로 추가의 섬유를 포함하는 섬유상 웨브에 관한 것이며, 여기서 폴리락티드 섬유 및 셀룰로오스 섬유는 점 또는 선형 엠보싱 영역의 엠보싱 패턴으로 융합된다.
이에 따라, 본 발명은 전술한 방법으로 얻을 수 있는 섬유상 웨브를 추가로 제공하며, 섬유상 웨브가 17 내지 40 중량% 의 폴리락티드 섬유 및 60 내지 83 중량% 의 셀룰로오스 섬유를 함유하고, 폴리락티드 섬유 및 셀룰로오스 섬유가 점 또는 선형 엠보싱 영역의 엠보싱 패턴으로 융합되는 것을 특징으로 한다. 이 구성에서, 섬유상 웨브는 양호한 습윤 강도를 나타낸다.
우세한 비율의 셀룰로오스 섬유를 갖는 본 발명의 섬유 웨브는 습윤 강도와 조합된 높은 흡수 용량, 즉 습윤 상태에서의 높은 강도에 대해 주목할만하다. 본 발명의 섬유상 웨브는 위생 제품, 식품 포장에서의 흡수 재료, 액체 및 기체의 여과를 위한 필터 재료, 또는 민감한 물품들을 위한 포장 재료로서 특히 적합하다.
폴리락티드 섬유의 비율이 너무 낮은 경우, 셀룰로오스 섬유로만 이루어진 섬유상 웨브에 비해 섬유상 웨브에 더 높은 강도를 부여할 수 있다. 10 중량% 이상의 폴리락티드 섬유 비율의 경우에도, 종래 기술로부터 공지된 성형 방법에 의해 본 발명의 섬유상 웨브를 3차원 형상으로 전환시킬 수 있다.
적합한 성형 방법은 특히 열성형 방법이다. 이러한 목적을 위해, 섬유상 웨브의 개별 블랭크들은 예를 들어 감압에 의해 열성형되고, 임의로, 전술한 바와 같이, 이어서 수득된 형상을 안정화시키기 위해 열 후처리된다.
본 발명은 또한 본 발명의 섬유상 웨브가 종래 기술로부터 공지된 성형 방법에 의해 가공되어 디쉬, 파이프, 필터 바디 등과 같은 성형체를 제공하는 3차원 성형체의 제조 방법에 관한 것이다.
하나의 가능한 실시형태에서, 섬유상 웨브는 폴리락티드 섬유의 융점 또는 연화점 초과의 온도로 가열되고, 성형 단계에서 성형체로 성형되어 함몰부를 형성한다. 여기서 특이한 것은 형상 안정화를 위한 섬유상 웨브가 가열된 성형체 또는 마이크로파에 의해 폴리락티드 섬유의 융점 이상으로 먼저 가열된다는 것이다. 이는 폴리락티드를 갖는 셀룰로오스 섬유의 액화 및 따라서 인클로저를 달성한다. 성형체는 최종적으로 폴리락티드의 융점 미만으로 냉각된다.
본 발명의 섬유상 웨브 및 이로부터 제조된 성형체는 낮은 밀도 및 우수한 생분해성에 대해 주목할만하다. 본 발명의 섬유상 웨브로 구성된 성형체가, 예를 들어 디쉬-형상의 식품 포장으로서 사용되는 경우, 이 포장은 또한 식품 잔여물처럼 합성될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시형태는 전술된 방법에 의해 제조된 섬유상 웨브로부터 얻어질 수 있는 필터 재료에 관한 것이다. 하나의 가능한 실시형태에서, 여과 작업은 여과될 재료, 공기, 기체 또는 액체를 섬유상 웨브를 통해 통과시키고 섬유 구조체를 통해 여과 작업을 수행함으로써 달성된다.
공기 및 기체들의 세정에 사용될 섬유상 웨브는 세정될 기체 또는 공기 스트림의 길이방향으로 연장되는 채널들을 형성하도록 놓이는 것이 바람직하다. 공기 또는 기체들은 이들 채널들을 따라 세정된다. 바람직한 실시형태에서, 섬유상 웨브 및 임의로 존재하는 추가의 층들은 먼저 크림핑되고, 이어서 세정될 공기 스트림의 길이방향으로 연장되는 채널들을 형성하도록 놓인다. 이와 같이 하여 제조되는 바디는 막대 형상의 바디인 것이 바람직하다.
필터 재료의 추가적인 강화는, 선택적으로 크림핑되고 이미 놓인 재료를 마이크로파로 처리함으로써 후처리 단계에서 달성될 수 있다. 마이크로파 처리의 경우, 섬유상 웨브에 존재하는 모든 폴리락티드 섬유들이 부분적으로 용융되는 것을 방지하고 느슨한 복합체가 파괴되는 것을 방지할 필요가 있기 때문에, 너무 오래 걸리지 않도록 보장되어야 한다. 엠보싱 점 외부의 폴리락티드 섬유들도 마찬가지로 어느 정도 용융된다는 점에서 필터 재료의 강화가 달성되는 것으로 추측된다.
본 발명의 방법의 하나의 가능한 실시형태에서, 관형 바디는 다양한 가능한 응용들을 위해 제조된다. 이러한 목적을 위해, 본 발명에 따라 제조된 섬유상 웨브의 하나 이상의 블랭크들은 먼저 세장형, 바람직하게는 막대-형상의 바디를 형성하는데 사용된다. 이는 원형, 직사각형 또는 상이한 단면일 수 있다. 이어서, 이 바디는 심리스 (seamless) 강 파이프의 생산으로부터 유사하게 공지된 바와 같이, 안정적인 맨드릴 주위로 길이방향으로 이동하고, 그 결과 바디가 변형되고, 바디 내에 길이방향 채널이 형성된다. 동일한 성형 방법에 의해 원칙적으로, 예를 들어 막대 형상 바디 내로 길이방향 홈들을 도입하는 것도 가능하다.
이어서, 그 형상의 지속된 보장을 위해, 튜브형 바디가 가열될 수 있고, 가능하게는 또한, 예를 들어, 이미 전술한 공정 대안들 중 하나에 의해 전자기파로 압축 및/또는 조사될 수 있다. 냉각 후, 생성된 튜브는, 그것이 높은 길이이거나 심지어 연속적으로 생성된 경우, 또한 각각의 최종 용도를 위해 원하는 길이로 절단될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면들에 상세히 예시되고 설명된다. 도면은 다음을 나타낸다:
도 1 은 피라미드형 핌플들을 갖는 2개의 캘린더 롤들의 압축 영역을 통한 단면에서의 섬유 웨브의 확대도이다.
도 2 는 크림핑된 상태의 섬유 재료를 통한 단면도이다.
도 3 은 시스 (sheath) 층이 부분적으로 생략된, 도 1 에 따른 섬유 재료로부터 제조된 관형 구성의 바디의 사시도이다.
도 4 는 도 3 의 A/A 평면의 단면도이다.
도 5 는 방법의 개략적인 개요도이다.
도 1 은 폴리락티드 섬유 (3) 및 셀룰로오스 섬유 (4) 를 함유하는 본 발명의 섬유 웨브 (1) 의 형성에서의 단계의 단면을 도시한다. 도 1 은, 우측에서, 폴리락티드의 섬유 (3) (폴리락티드 섬유) 및 셀룰로오스 섬유 (4) 양자 모두를 함유하는 느슨한 단지 예비압밀된 매트 (2) 를 도시한다. 도시된 섬유들 (3 및 4) 은 단지 예로서 도시되어 있으며, 실제로 존재하는 섬유의 양, 두께 및 길이를 반영하지 않는다.
섬유 웨브 (1) 의 상면 및/또는 하면 상에, 얇은 웨브 재료 (5.1, 5.2), 예를 들어 텍스타일, 플리스형 또는 필름형 재료의 웨브를 적용하는 것이 추가적으로 가능하다.
예비압밀된 매트는 각각의 경우에 도 1 에서 세그먼트들로만 도시되어 있는 캘린더 롤 쌍 (6.1, 6.2) 의 닙 (nip) 을 통해 진행된다. 캘린더 롤들의 표면들은 돌출부들 (7.1 및 7.2) 을 가져서, 이 돌출부들 (7.1 및 7.2) 이 만나는 영역에서, 상당한 압력이 매트에 인가되는 이산적인, 예를 들어 점으로 된 압력 영역이 형성된다. 이들 영역에서, 섬유들은 압축되어, 이산 엠보싱 영역들 (8) 을 형성한다. 이들 엠보싱 영역에서의 압력은 적어도 100 MPa 이어야 한다; 본 실시형태에서, 압력은 약 520 MPa 이다. 롤 또는 롤 상의 돌출부들은 이러한 압력의 생성을 위해 대응하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 핌플들, 상호 인터레이스된 라인 패턴들 또는 다른 돌출된 점 또는 선형 압축 표면들 (7.1, 7.2) 을 갖는 롤들을 사용할 수 있다. 점으로 된 이들 압축 영역의 패턴 밀도는 바람직하게는 cm2 당 1 내지 16 패턴 도트이다.
캘린더 롤 쌍 (6.1, 6.2) 의 롤들은 예를 들어 전기 가열 요소들에 의해 가열되어서, 압력에 더하여 적어도 압축 영역 (7.1, 7.2) 에서의 온도는 폴리락티드 섬유가 부분적으로 또는 완전히 용융되어, 개별 폴리락티드 섬유들 사이에 응집 결합을 초래하고 선택적으로 또한 셀룰로오스 섬유를 포함하게 한다.
폴리락티드 섬유의 (부분) 용융은 셀룰로오스 섬유가 또한 폴리락티드 용융물에 의해 완전히 둘러싸이도록 한다. 엠보싱 영역이라고도 불리는 이들 영역에서, 섬유들의 융합이 발생하여, 이 섬유들은 무리 없이, 특히 엠보싱 영역 (8) 을 파괴하지 않고는 서로 분리될 수 없다.
캘린더 (6.1, 6.2) 로부터 나온 후에, 영역 (9) 의 섬유들이 느슨한 복합체를 형성하는 섬유상 웨브 (1) 가 얻어진다. 섬유 웨브 (1) 의 상승된 안정성 및 강도는 엠보싱 영역 (8) 에서의 폴리락티드 섬유들의 응집 결합에 기인한다.
추가의 단계에서, 섬유상 웨브 (1) 는 예를 들어 공기 및 기체의 세정을 위한 필터 재료를 제공하도록 추가로 가공된다. 이러한 목적을 위해, 섬유상 웨브는 바람직하게는 도 2 에 도시된 바와 같이 먼저 크림핑된다. 개별 층들은 여기에 도시되지 않는다. 여기에 나타낸 구성에서, 섬유 웨브 재료는 불규칙한 폴드들로 놓여 있다. 기존의 엠보싱 영역 (8) 에 추가하여, 교번하는 융기부 (11) 및 함몰부 (12) 를 갖는 크림핑된 표면 구조를 갖는 필터 재료가 얻어진다. 이는 필터 공정에 유리한 표면적의 증가를 달성한다.
도 3 은 도 1 에 도시된 바와 같은 시트형 구조 형태의 섬유 웨브 재료 (1) 로부터 그리고 도 3 에서 부분적으로 생략된 주변 시스 층 (18) 으로부터 형성된 로드형 필터 (17) 를 도시한다. 여기에 도시된 실시형태의 웨브 재료 (1) 는 교대로 놓이거나 접혀서, 필터의 길이방향으로 연장되는 채널 (19) 을 형성한다. 대안적인 배치는 균일하거나 불균일할 수 있다. 세정될 기체는 채널 (19) 을 통해 그리고 필터 재료의 섬유 층 (1) 을 통해 통과할 수 있다. 따라서, 세정될 기체는 바람직하게는 접힌 층들을 따라, 즉 섬유상 재료의 표면들을 따라 흐르고, 그에 횡단하지 않으며, 그렇게 한다면, 층들 (1) 을 통해 단지 작은 정도로만 그렇게 된다. 따라서, 압력 강하는 단지 낮다.
엠보싱 영역 (8) 의 강도 및 수분에 대한 그 안정성은 채널 (19) 이 붕괴되지 않지만 비교적 높은 공기 습도 및 여과 또는 세정될 기체의 비교적 높은 수분 함량 하에서도 그 형상을 유지하는 효과를 갖는다.
여기에 도시된 실시형태에서, 필터는 시스 층 (18) 에 의해 둘러싸인다. 시가렛 필터로서 필터 (17) 를 사용하는 경우, 시스 층 (18) 은 시가렛의 타바코 로드 (여기서는 도시되지 않음) 및 시가렛 필터 모두를 단일-피스 형태로 둘러쌀 수 있는 간단한 포장 종이일 수 있다. 시스 층 (18) 이 필터 (17) 만을 둘러싸는 것도 가능하다.
섬유 웨브 (1) 의 표면은 채널들 (19) 의 내부 표면을 형성한다. 엠보싱 영역 (8) 과 재료의 크림핑은 채널 벽들의 불균일한 표면 구조의 형성을 초래하고, 이는 필터의 필터링 작용에 긍정적인 영향을 미친다.
도 4 는 도 3 의 A-A 선을 따르는 본 발명의 필터를 통한 단면을 나타낸다. 여기서, 필터 재료 (1) 는, 도시된 바와 같이, 채널들 (19) 이 막대형 필터의 길이방향으로 형성되도록 교번하여 놓인다. 교대로 놓인 필터 재료는 필터 (17) 내에서 대칭 또는 비대칭 배열로 있을 수 있다. 여기에 도시된 실시형태에서, 교대로 놓인 필터 재료들은 개별적인 원 세그먼트들을 형성한다. 필터 재료의 플라이들의 배열은 또한 불규칙할 수 있다.
필터 재료는 또한 공기 및 기체의 세정을 위한 시스템에서 사용될 수 있다. 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 웨브 재료 (1) 는 실린더의 형태로 놓일 수 있다; 그렇지 않으면, 시스템에 사용되는 필터의 형상은 원하는 대로 될 수 있고, 예를 들어 박스-형상 또는 임의의 다른 고려 가능한 형상일 수 있다.
추가의 방법 공정에 있어서, 섬유상 웨브 (1) 를 열처리함으로써 섬유상 웨브 (1) 의 강도를 높일 수 있다. 본 발명자들은 비압축 영역 (9) (도 1) 에 존재하는 폴리락티드 섬유조차도 (부분적으로) 용융되어 서로 결합되거나, 셀룰로오스 섬유와 같은 존재하는 임의의 다른 섬유와의 결합에 진입한다고 가정한다. 열처리는 고온 가스 또는 마이크로파와 같이 당업자에게 공지된 방법에 의해, 또는 고온 캘린더 롤을 통해 섬유 웨브를 진행시킴으로써 수행될 수 있다.
추가의 가공 단계에서, 전술한 섬유상 웨브 (1) 의 재료로부터 3차원 성형체를 제조할 수 있다. 이를 위해, 방법 단계 c) 를 통과한 후, 즉 캘린더 롤 쌍 (6.1, 6.2) 의 닙을 떠날 때, 섬유상 웨브 (1) 는 성형 방법, 예를 들어 열성형 방법에 적용된다. 이를 위해, 섬유상 웨브 또는 이로부터 얻어진 블랭크는 감압 또는 다른 방법에 의해 원하는 형상으로 전환된 후, 이미 전술한 바와 같이 열 후처리된다. 열 후처리 동안, 폴리락티드 섬유는 섬유상 웨브 (1) 가 형상에 적응되는 정도까지 (부분적으로) 용융된다. 냉각 후, 이렇게 형성된 형상은 치수 안정성을 유지하고, 영구적인 3차원 바디가 얻어진다. 이렇게 생성된 개별 형상들은 성형 공정 동안 또는 열 후처리 동안 또는 그 이후에 서로로부터 분리되고 추가 사용을 위해 보내진다.
도 5 는 섬유상 웨브 (1) 의 제조 및 그의 추가 처리를 위한 방법 도식을 도시한다.
공급물 (23) 을 통한 폴리락티드 (3) 의 섬유, 및 별도의 공급물 (24) 을 통한 추가의 섬유, 예를 들어 셀룰로스 섬유 (4) 는, 상이한 섬유들이 기재, 여기서는 회전 컨베이어 벨트 (21) 에 공기 스트림 중의 혼합물로서 도달하기 전에 혼합되는 혼합 공간 (20) 에 진입하고, 컨베이어 벨트 (21) 상에 섬유 층을 형성한다. 컨베이어 벨트 (21) 는 예를 들어 통기성 스크린 벨트일 수 있다. 이렇게 위치된 섬유 층은 그 후 약간 압축하는 캘린더 (22) 또는 압밀 갭을 통해 회전 벨트 (21) 와 함께 안내된다. 이는 섬유 플라이 상에 제 1 압력을 가하여, 압밀된 매트 (2) 를 형성한다.
이렇게 사전압밀된 매트 (2) 는 이어서 도 1 에 따른 캘린더 롤 쌍 (6.1, 6.2) 의 닙을 통해 진행된다. 이 캘린더 롤 쌍 (6.1, 6.2) 은 돌출부 (7.1, 7.2) 의 패턴을 갖는다. 이러한 돌출부들은 압축 영역들을 구성하며, 이는 캘린더에서보다 더 높은 압력을 발생시키며, 점 또는 선형 압축 영역들의 패턴을 초래한다. 매트에 열을 가하는 것과 병용하는 제 2 의 더 높은 압력은 섬유들의 융합이 발생하는 효과를 가진다.
캘린더 롤 쌍 (6.1, 6.2) 으로부터 빠져나간 후에, 이렇게 얻어진 섬유상 웨브 (1) 는 추가 가공으로 보내진다. 여기에 도시된 실시형태에서, 섬유상 웨브 (1) 는 먼저 추가의 독립적인 열처리 (25) 로 보내지고, 이를 위해, 예를 들어, 전자기 광선, 예를 들어 마이크로파를 이용한 처리가 수행된다.
이렇게 열 후처리를 거친 중간 생성물은 상응하는 블랭크로 추가로 가공될 수 있고/있거나 후속 성형 공정 (30) 에서 가공되어 3차원 생성물을 제공할 수 있다. 예를 들어, 블랭크들은 3차원으로 구성된 최종 제품을 제공하기 위해, 예를 들어 디쉬 또는 막대-형상의 바디를 제공하기 위해 열성형에 의해 성형 공정 (30) 에서 추가로 처리될 수 있다. 성형 공정 (30) 에 이어서 추가의 열 처리 (32) 가 수행될 수 있으며, 이에 의해 제품의 지속적인 강화가 달성된다.
1 섬유상 웨브
2 방법 단계 b) 로부터의 매트
3 폴리락티드의 섬유
4 셀룰로오스 섬유
5.1, 5.2 웨브 재료
6.1, 6.2 캘린더 롤 쌍
7.1, 7.2 돌출부
8 엠보싱 영역
9 비압축 영역
10 형상
11 융기부
12 함몰부
17 필터
18 시스 층
19 채널
20 혼합 공간
21 컨베이어 벨트
22 캘린더
23 공급물
24 공급물
25 열처리
30 성형 공정
32 열처리

Claims (18)

  1. 폴리락티드 섬유를 포함하는 섬유상 웨브의 제조 방법으로서,
    (a) 폴리락티드 섬유 및 임의로 추가 섬유를 랜덤 섬유 배열로 포함하는 섬유 플라이 (fiber ply) 가 기재 상에 배치되고,
    (b) 상기 섬유 플라이 상에 제 1 압력을 가함으로써, 느슨한 예비압밀된 (precompacted) 매트가 먼저 생성되고, 상기 매트의 파열 강도는 상기 매트가 파열되기 전에 스팬 (span) 의 비지지 브리징 (unsupported bridging) 을 허용하고,
    (c) 상기 예비압밀된 매트는 후속적으로 캘린더 (calender) 의 닙 (nip) 을 통해 진행하고, 점선 또는 선형 압축 영역의 패턴이 상기 닙에서 생성되고, 압축 영역 내의 섬유는 상기 폴리락티드 섬유의 융합이 발생하는 온도와 관련하여 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력을 받는, 섬유상 웨브의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    배치된 상기 섬유 플라이는 폴리락티드 섬유와 셀룰로오스 섬유의 혼합물을 포함하는, 섬유상 웨브의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리락티드 섬유는 3 내지 10 mm 의 섬유 길이를 갖는, 섬유상 웨브의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리락티드 섬유는 0.7 내지 3.0 dtex, 바람직하게는 1.0 내지 1.5 dtex 의 섬도를 갖는, 섬유상 웨브의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    방법 단계 c) 에서, 상기 폴리락티드 섬유의 용융 범위가 달성되도록 압력 및 온도가 조절되는, 섬유상 웨브의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가의 방법 단계에서, 수득된 상기 섬유상 웨브에 바람직하게는 300 mm 내지 1 mm 의 파장을 갖는 전자기파가 가해지는, 섬유상 웨브의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수득된 상기 섬유상 웨브에 하나의 방법 단계에서 고온 가스 스트림이 가해지는, 섬유상 웨브의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수득된 상기 섬유상 웨브에 추가의 방법 단계에서 핫 캘린더링 (hot calendering) 방법이 적용되는, 섬유상 웨브의 제조 방법.
  9. 섬유상 웨브로서,
    5 내지 30 중량% 의 폴리락티드 섬유 및 70 내지 95 중량% 의 셀룰로오스 섬유를 함유하고, 상기 폴리락티드 섬유 및 상기 셀룰로오스 섬유는 점선 또는 선형 엠보싱 영역의 엠보싱 패턴으로 융착된, 섬유상 웨브.
  10. 섬유상 웨브로서,
    17 내지 40 중량% 의 폴리락티드 섬유 및 60 내지 83 중량% 의 셀룰로오스 섬유를 함유하고, 상기 폴리락티드 섬유 및 상기 셀룰로오스 섬유는 점선 또는 선형 엠보싱 영역의 엠보싱 패턴으로 융착된, 섬유상 웨브.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    표면들 중 적어도 하나에, 웨브가 접착 결합 및/또는 용접 및/또는 기계적으로 결합된 텍스타일, 플리스형 또는 필름형 재료의 웨브를 포함하는, 섬유상 웨브.
  12. 액체 및 기체의 여과를 위한 필터 재료로서의 위생 제품, 식품 포장에서의 흡수 재료로서의 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 섬유상 웨브의 용도.
  13. 액체 및 기체의 여과를 위한 필터 재료로서의 위생 제품, 식품 포장에서의 보조제를 위한 캐리어 재료로서의 제 11 항 또는 제 12 항에 따른 섬유상 웨브의 용도.
  14. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득될 수 있는 섬유상 웨브로서,
    상기 섬유상 웨브는 10 내지 100 중량% 의 폴리락티드 섬유 및 0 내지 90 중량% 의 셀룰로오스 섬유를 함유하고, 상기 폴리락티드 섬유 및 상기 셀룰로오스 섬유는 점선 또는 선형 엠보싱 영역의 엠보싱 패턴으로 융착된, 섬유상 웨브.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 섬유상 웨브는 치수적으로 안정하고, 성형 (shaping) 방법에 의해 3차원 형태로 전환될 수 있는, 섬유상 웨브.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 성형 방법이 열성형 방법인, 섬유상 웨브.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 성형 방법이 파이프 제조 방법인, 섬유상 웨브.
  18. 접시, 파이프 등과 같은 3차원 성형체를 제조하기 위한 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 섬유상 웨브의 용도.
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