KR20230106721A - 권축된 스테이플 섬유를 구비한 폼-형성된 섬유 시트 - Google Patents

권축된 스테이플 섬유를 구비한 폼-형성된 섬유 시트 Download PDF

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지안 퀸
데보라 제이. 카일워츠
찰스 더블유. 콜맨
도날드 이. 월드롭
캐스린 엠. 위테트
피터 월래스
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

고-벌크 폼-형성된 기재를 제조하기 위한 방법은 적어도 1중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 1중량%의 바인더 섬유를 포함하는 수계 폼을 생산하는 단계; 수계 폼으로부터 습윤 시트를 형성하는 단계; 및 습윤 시트를 건조시켜서 폼-형성된 기재를 얻는 단계를 포함한다. 기재는 적어도 1중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 1중량%의 바인더 섬유를 포함하는 수계 중합체 폼을 포함하고, 여기서 기재는 초흡수성 물질이 없다. 고-벌크 폼-형성된 기재를 제조하기 위한 방법은 적어도 2중량%의 권축된 바인더 섬유를 포함하는 수계 폼을 생산하는 단계; 수계 폼으로부터 습윤 시트를 형성하는 단계; 및 습윤 시트를 건조시켜서 폼-형성된 기재를 얻는 단계를 포함하고, 여기서 폼-형성된 기재는 초흡수성 물질이 없고, 여기서 기재는 0.02g/cc 내지 0.1g/cc의 건조 밀도를 갖는다.

Description

권축된 스테이플 섬유를 구비한 폼-형성된 섬유 시트{FOAM-FORMED FIBROUS SHEETS WITH CRIMPED STAPLE FIBERS}
본 발명은 권축된 스테이플 섬유를 구비한 폼-형성된 섬유 시트에 관한 것이다.
미용 티슈, 욕실 티슈, 종이 타월, 공업용 와이퍼 등과 같은 많은 티슈 제품은 습식 레이드 공정에 따라 생산된다. 습식 레이드 웹은 펄프 섬유의 수성 현탁액을 성형 직물 상에 피착한 다음 새로 형성된 웹으로부터 물을 제거함으로써 제조된다. 통상적으로 "습식 가압(wet-pressing)"이라고 지칭되는 웹 밖으로 물을 기계적으로 가압함으로써 물이 웹으로부터 제거된다. 습식 가압은 효과적인 탈수 공정이지만, 공정 동안 티슈 웹이 압축되어 웹의 캘리퍼에 그리고 웹의 벌크에 현저한 감소를 야기한다.
그러나, 대부분의 응용예들에서, 다른 제품 속성을 손상시키지 않으면서 가능한 한 많은 벌크를 최종 제품에 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 당업자들은 습식 레이드 웹의 벌크를 증가시키기 위해 다양한 공정 및 기술을 고안하였다. 예를 들어, 크레이핑(creping)은 종종 종이 결합을 방해하고 티슈 웹의 벌크를 증가시키는데 사용된다. 크레이핑 공정 동안, 티슈 웹은 가열된 실린더에 접착되고, 그런 다음 크레이핑 블레이드를 사용하여 실린더로부터 크레이핑된다.
웹 벌크를 증가시키는 데 사용되는 다른 공정은 "급속 전사(rush transfer)"로 알려져 있다. 급속 전사 공정 동안, 웹은 제1 이동 직물로부터 제2 이동 직물로 전사되는데, 이때 제2 직물이 제1 직물보다 느린 속도로 이동하고 있다. 급속 전사 공정은 티슈 웹의 벌크, 캘리퍼 및 연성을 증가시킨다.
습식 가압 공정의 대안으로서, 웹의 벌크를 보존하고 향상시키기 위해 웹 압축이 가능한 한 많이 회피되는 통기 건조(through-drying) 공정이 개발되었다. 이러한 공정은 거친 메쉬 직물 상에 웹을 지지시키는 한편 가열된 공기가 웹을 통과하여 수분을 제거하고 웹을 건조하게 한다.
그러나, 당 기술분야의 추가적인 개선이 여전히 필요하다. 특히, 웹이 급속 전사 공정 또는 크레이핑 공정을 거치게 할 필요 없이 웹의 벌크 및 연성을 증가시키기 위해 티슈 웹 내의 독특한 섬유를 포함하는 개선된 공정에 대한 필요성이 현재 존재한다.
일반적으로, 본 발명은 티슈 및 제지 기술의 추가 개선에 관한 것이다. 본 발명의 공정 및 방법을 통해, 벌크, 신축, 캘리퍼, 및/또는 흡수도와 같은, 티슈 웹의 특성을 개선할 수 있다. 특히, 본 발명은 부직포 웹, 특히 펄프 섬유를 함유하는 티슈 웹을 폼(foam) 형성 공정에서 형성하기 위한 공정에 관한 것이다. 예를 들어, 섬유의 폼 현탁액이 형성되어 배아 웹을 제조하기 위해 이동중인 다공성 컨베이어 상으로 확산될 수 있다.
일 측면에서, 예를 들면, 본 발명은 고-벌크(high-bulk), 폼-형성된(foam-formed) 기재의 제조 방법에 관한 것으로, 적어도 1중량%의 권축된(crimped) 합성 섬유 및 적어도 1중량%의 바인더 섬유를 포함하는 수계(aqueous-based) 폼을 생산하는 단계; 상기 수계 폼으로부터 습윤 시트를 형성하는 단계; 및 상기 습윤 시트를 건조시켜 폼-형성된 기재를 얻는 단계를 포함한다.
다른 측면에서, 기재는 적어도 1중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 1중량%의 바인더 섬유를 포함하는 수계 중합체 폼을 포함하고, 여기서 기재는 초흡수성 물질이 없다.
또 다른 측면에서, 고-벌크 폼-형성된 기재의 제조 방법은 적어도 2중량%의 권축된 바인더 섬유를 포함하는 수계 폼을 생산하는 단계; 상기 수계 폼으로부터 습윤 시트를 형성하는 단계; 및 습윤 시트를 건조시켜서 폼-형성된 기재를 얻는 단계를 포함하고, 여기서 상기 폼-형성된 기재는 초흡수성 물질이 없고, 그리고 여기서 상기 기재는 0.02g/cc 내지 0.1g/cc의 건조 밀도를 갖는다.
본 발명의 다른 특징들 및 측면들은 하기에서 보다 상세히 논의된다.
본 발명의 전술한 및 다른 특징들 및 측면들과 그것들을 얻는 방식은 보다 명백해질 것이고, 그 발명 자체는 다음의 설명, 첨부된 청구범위 및 수반되는 도면을 참조로 하여 더 잘 이해될 것이며, 여기에서:
도 1은 파일럿 라인 상에서 형성 와이어로부터 건조 와이어 상으로 전사되고 있는 폼-형성된 습윤 시트의 개략도이고;
도 2a는 권축된 섬유가 없는 폼-형성된 습윤 섬유 시트의 사진이고;
도 2b는 권축된 섬유가 있는 폼-형성된 습윤 섬유 시트의 사진이고;
도 3a는 15X의 배율 레벨에서의 코드 C의 표면 주사 전자 현미경(SEM) 사진이고;
도 3b는 120X의 배율 레벨에서의 코드 C의 표면 SEM 사진이고;
도 3c는 15X의 배율 레벨에서의 코드 D의 표면 SEM 사진이고;
도 3d는 120X의 배율 레벨에서의 코드 D의 표면 SEM 사진이고;
도 3e는 15X의 배율 레벨에서의 코드 E의 표면 SEM 사진이고;
도 3f는 120X의 배율 레벨에서의 코드 E의 표면 SEM 사진이고;
도 4a는 15X의 배율 레벨에서의 코드 C의 단면 SEM 사진이고;
도 4b는 120X의 배율 레벨에서의 코드 C의 단면 SEM 사진이고;
도 4c는 15X의 배율 레벨에서의 코드 D의 단면 SEM 사진이고;
도 4d는 120X의 배율 레벨에서의 코드 D의 단면 SEM 사진이고;
도 4e는 15X의 배율 레벨에서의 코드 E의 단면 SEM 사진이고; 그리고
도 4f는 120X의 배율 레벨에서의 코드 E의 단면 SEM 사진이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 문자의 반복적인 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위해 의도된다. 도면은 대표적인 것이고 반드시 일정 축척으로 도시되어야 하는 것은 아니다. 도면의 특정 비율은 과장될 수 있는 반면, 다른 부분은 최소화될 수 있다.
해당 기술분야의 숙련자는 본 논의가 본 발명의 예시적인 측면의 설명일 뿐이고, 본 발명의 더 넓은 측면을 제한하는 것으로 의도되지 않았음을 인지해야 한다.
일반적으로, 본 발명은 양호한 벌크 및 연성 특성을 갖는 티슈 또는 종이 웹의 형성에 관한 것이다. 본 발명의 공정을 통해, 예를 들어 더욱 양호한 신축 특성, 개선된 흡수성 특성, 증가된 캘리퍼, 및/또는 증가된 연성을 갖는 티슈 웹이 형성될 수 있다. 일 측면에서, 패턴이 있는 웹도 형성될 수 있다. 일 측면에서, 예를 들어, 티슈 웹은 본 발명에 따라 섬유의 폼형 현탁액으로부터 제조된다.
전술한 바와 같이 폼 형성 공정에 많은 장점과 이점이 있다. 폼 형성 공정 동안, 웹을 형성하는 섬유에 대한 담체로서 물을 폼으로 대체한다. 다량의 공기를 나타내는, 폼은 제지 섬유와 배합된다. 웹을 형성하는 데 더 적은 물이 사용되기 때문에, 웹을 건조하기 위해 더 적은 에너지가 요구된다. 예를 들어, 폼 형성 공정에서 웹을 건조시키는 것은 종래의 습식 가압 공정과 관련하여 약 10% 초과, 예컨대 약 20% 초과의 에너지 요구를 감소시킬 수 있다.
폼 형성 기술은, 개선된 섬유 균일성, 공정에서의 감소된 물 양, 감소된 물 양과 표면 장력 모두로 인한 감소된 건조 에너지, 정기적인 습식 레잉 공정으로 긴 스테이플 섬유와 매우 짧은 섬유 핀(fine)의 도입을 허용하는 극히 길거나 짧은 섬유 취급 능력 개선, 및 다수의 제품 응용분야를 커버하도록 고밀도에서 초저밀도까지의 다양한 물질을 생산할 수 있도록 한 공정을 확장시키는 향상된 벌크/감소된 밀도를 포함하는, 제품에 많은 이점을 가져오는 능력을 입증하였다.
고속 믹서 및 계면활성제를 사용한 벤치 실험은 0.008 내지 0.02g/cc의 초저밀도 폼-형성된 섬유 물질을 생산하였다. 이러한 결과에 기초하여, 공기 형성되고(air-formed), 3D 구조로 된, 부직포 같은 섬유 물질은 저비용이지만 고속 습식 레잉(high speed wet laying) 공정을 사용하여 생산될 수 있다. 통상적인 폼 형성 라인을 사용하여 이러한 저밀도 섬유 물질을 생산하려는 이전의 시도에서는 바람직한 결과를 낳지 않았다. 두 공정 모두 저밀도 또는 고 벌크 폼-형성된 섬유 물질의 생산을 막는 장비 한계를 가지고 있다. 한 가지 공정은 건조 능력이 부족하며, 이에 따라 습윤 시트 무결성을 얻기 위해 형성된 습윤 시트로부터 물을 가능한 한 많이 제거하여, 시트가 롤 상에 권취될 수 있도록 높은 압력에 의한 가압을 이용해야 한다. 또한, 다른 공정은 압력 롤을 갖지 않지만 연속 건조 터널을 갖는다. 후자의 공정은 저밀도 섬유 물질을 생산할 잠재력이 있는 것으로 보이지만, 폼-형성된 습윤 시트는 건조 터널 내부에서 건조되기 전에 성형 직물로부터 건조 금속 와이어로 전사되어야 한다. 재차, 이 전사에 충분한 습윤 시트 무결성을 얻기 위해, 폼-형성된 시트는 이 전사에 앞서 진공에 의해 가능한 한 많이 탈수되어야 한다. 그 결과, 습윤 시트 내부에서 포획된 기포들 대부분은 또한 진공에 의해 제거되어, 보통의 습식 레잉 공정에 의해 생산된 시트의 밀도와 유사한 밀도를 갖는 최종 건조된 시트를 생성하게 된다.
후자의 공정은 긴 스테이플 섬유를 취급하도록 설계된 폼 형성 라인을 포함하며, 다른 구성요소들과 매우 균일한 섬유 혼합을 달성할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같은 장비 한계로 인해 고 벌크 섬유 물질을 생산하도록 설계된 것은 아니다. 도 1은, 고 벌크 섬유 물질을 생산하는 데 있어서 이 공정을 이용하는 어려움을 도시하며, 여기에서 시트가 두 개의 와이어 사이에서 전사된다. 이 파일럿 라인에서, 포말형 섬유 물질(20)은 헤드박스(35)에 의해 형성 와이어(30) 상에 형성되고, 여기에서 물질(20)은 형성 와이어(30) 상에 바로 놓이는 순간에 고 벌크를 갖는다. 그런 다음, 물질(20)은 높은 진공을 받아서 가능한 한 많은 물을 제거하여, 습윤 시트(20)가 제1 형성 와이어(30)의 말단으로 주행할 때, 시트(20)가 건조 와이어(40)로 옮겨질 수 있게 하기에 충분한 일체성 또는 강도를 얻게 된다. 시트(20)가 형성 및 건조 와이어(30, 40) 사이에 브리지(60)를 형성하는 성형 및 건조 와이어(30, 40) 사이에 에어 갭(50)이 존재한다. 진공 레벨을 감소시켜서 습윤 시트(20) 내에 소정 양의 물을 유지하는 것은 시트가 충분한 양의 포말형 기포를 보유해서 그 벌크를 향상시킬 수 있게 한다. 그러나, 이 방법에서, 형성된 습윤 시트(20)는 도 1에 도시된 위치에서 브리지(60)를 형성하기에 충분한 강도를 갖지 않았다. 그 결과, 가능한 한 많은 물을 제거하더라도 개방 구조, 고 벌크 물질을 제조하는데 변형된 공정 또는 새로운 섬유 조성물이 필요하다.
추가 실험 결과 20% 만큼 적은 권축된 스테이플 섬유 첨가가 최종 섬유 시트 밀도를 거의 50% 만큼 많이 감소시킨다는 발견을 가져왔다. 도 2는 습윤 시트 두께를 유지하는 데 있어서 이러한 개선을 보여준다. 도 2a는 탈수 진공 라인(80)을 따라 붕괴되는 권축된 섬유가 없는 총 습윤 시트 벌크를 보여주는 한편, 도 2b는 권축 섬유의 존재로 인해, 시트 두께의 약간 감소만을 보여준다.
이론을 고수하지 않고, 권축된 섬유가 폼-형성된 습윤 섬유 시트 내부에서 많은 강성 스프링으로 작용해서, 물과 포획된 기포를 모두 완전히 제거한 후에도 섬유 구조를 개방된 상태로 유지하는 것으로 여겨진다. 이 때문에, 권축된 섬유 길이, 직경, 권축된 구조(즉, 2D 대 3D 권축된 형상), 중합체 유형, 및 권축된 섬유 양은 전부 폼-형성된 섬유 물질의 밀도 또는 벌크에 영향을 미치는 요인이다.
본 발명에 따르면, 폼 형성 공정은 원하는 특성들의 균형을 가진 웹을 생산하기 위한 독특한 섬유 첨가와 조합된다.
본 발명에 따른 티슈 또는 종이 웹을 형성함에 있어서, 일 측면에서, 폼은 먼저 폼 형성제와 물을 조합함으로써 형성된다. 폼 형성제는, 예를 들어, 임의의 적절한 계면활성제를 포함할 수 있다. 일 측면에서, 예를 들어, 폼 형성제는, 라우레쓰 황산 나트륨 또는 라우릴 에테르 황산나트륨으로도 공지된, 라우릴 황산 나트륨과 같은 음이온성 계면활성제를포함할 수 있다. 다른 폼 형성제는 도데실 황산 나트륨 또는 라우릴 황산 암모늄을 포함한다. 다른 측면에서, 폼 형성제는 임의의 적합한 양이온성, 비이온성 및/또는 양쪽성 계면활성제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 폼 형성제는 지방산 아민, 아미드, 아민 옥사이드, 지방산 4급 화합물, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 소리탄 알킬 에스테르, 글루코시드 알킬 에테르, 코카미도프로필 히드록시술타인, 코카미도프로필 베타인, 포스파티딜에탄올아민 등을 포함한다.
폼 형성제는 일반적으로 약 0.001중량% 초과의 양으로, 예컨대 약 0.005중량% 초과의 양으로, 예컨대 약 0.01중량% 초과의 양으로, 또는 예컨대 약 0.05중량% 초과의 양으로 물과 조합된다. 또한 폼 형성제는 일반적으로 약 0.2중량% 초과의 양으로, 예컨대 약 0.5중량% 초과의 양으로, 예컨대 약 1.0중량% 초과의 양으로, 또는 예컨대 약 5중량% 초과의 양으로 물과 조합된다. 하나 이상의 폼 형성제는 일반적으로 약 5중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 2중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 1중량% 미만의 양으로, 또는 예컨대 약 0.5중량% 미만의 양으로 존재한다.
폼 형성제와 물이 조합되면, 혼합물은 섬유 지료와 합쳐진다. 일반적으로, 본 발명에 따라 티슈 또는 종이 웹 또는 다른 유사한 유형의 부직포를 만들 수 있는 임의의 섬유가 사용될 수 있다.
티슈 웹을 제조하기에 적합한 섬유는 임의의 천연 및/또는 합성 섬유를 포함한다. 천연 섬유는, 코튼, 아바카, 케나프, 사바이 그래스, 아마, 에스파르토 그래스, 스트로, 황마, 바가스, 유액 분비(milkweed) 플로스 섬유, 파인애플 잎 섬유 등의 비목재 섬유; 및 북부 및 남부 연질목 크래프트 섬유 등의 연질목 섬유; 및 유칼립투스, 메이플, 자작나무, 사시나무 등의 경질목 섬유를 비롯한, 낙엽성 및 침엽성 나무로부터 얻는 것 등의 목재 또는 펄프 섬유를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 펄프 섬유는 고 수율 또는 저 수율 형태로 준비될 수 있고, 크래프트법, 아황산법, 고 수율 펄핑법, 및 알려져 있는 기타 펄핑법을 포함한 임의의 알려져 있는 방법으로 펄프화될 수 있다. 오가노솔브 펄프화 방법으로부터 제조된 섬유가 또한 사용될 수 있다.
건조중량 기준 최대 50% 이하, 또는 건조중량 기준 약 5% 내지 약 30% 등의 섬유들의 부분은, 레이온, 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유, 이성분 시스-코어 섬유, 다성분 바인더 섬유 등의 합성 섬유일 수 있다. 예시적인 폴리에틸렌 섬유는, Minifibers, Inc.(테네시주 잭슨시티 소재)로부터 입수가능한 FYBREL 폴리에틸렌 섬유이다. 알려져 있는 임의의 표백 방법을 이용할 수 있다. 재생되거나 개질된 셀룰로오스 섬유 유형은, 모든 변형의 레이온 및 비스코스 또는 화학적 개질된 셀룰로오스로부터 유도된 다른 섬유들을 포함한다. 화학적으로 처리된 천연 셀룰로오스 섬유를, 광택 가공된 펄프, 화학적으로 경화된 또는 가교된 섬유, 또는 술폰화된 섬유로서 사용할 수 있다. 제지 섬유를 사용하는 데 있어서 양호한 기계적 특성을 위해, 섬유들이 비교적 손상되지 않고 대략적으로 미정제 상태거나 약간만 정제된 상태인 것이 바람직할 수 있다. 재활용된 섬유들을 사용할 수 있지만, 일반적으로 오염원이 없으며 기계적 특성을 위한 버진 섬유들이 유용하다. 광택 가공된 섬유, 재생된 셀룰로오스 섬유, 미생물에 의해 제조된 셀룰로오스, 레이온, 및 기타 셀룰로오스 재료 또는 셀룰로오스 유도체를 사용할 수 있다. 적절한 제지 섬유는, 또한, 재활용된 섬유, 버진 섬유, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 고 벌크 및 양호한 압축 특성이 가능한 소정의 측면들에서, 섬유들은 적어도 200, 더욱 구체적으로는 적어도 300, 더욱 구체적으로는 적어도 400, 가장 구체적으로는 적어도 500인 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness)를 가질 수 있다. 바인더 섬유는 폴리비닐 알코올(PVA) 섬유 또는 임의의 다른 적절한 바인더 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 다른 제지 섬유들은, 페이퍼 브로크(paper broke) 또는 재활용된 섬유 및 고수율 섬유를 포함한다. 고수율 펄프 섬유는, 약 65% 이상, 더욱 구체적으로는 약 75% 이상, 더욱 구체적으로는 약 75% 내지 약 95%의 수율을 제공하는 펄핑 공정에 의해 제조되는 제지 섬유이다. 수율은, 초기 목재 질량의 퍼센트로서 표현되는 처리된 섬유들의 양이다. 이러한 펄핑 공정은, 표백 화학 열 기계식 펄프(bleached chemithermomechanical pulp; BCTMP), 화학 열 기계식 펄프(CTMP), 압력/압력 열 기계식 펄프(PTMP), 열 기계식 펄프(TMP), 열 기계식 화학적 펄프(TMCP), 고 수율 술파이트 펄프, 고 수율 크래프트 펄프를 포함하며, 이들 모두는 형성되는 섬유에 고 수준의 리그닌을 남겨 놓는다. 고 수율 섬유는, 통상적인 화학적 펄핑 섬유에 비해 건식 상태와 습식 상태 모두에 있어서 단단한 것으로 널리 알려져 있다.
폼 형성제, 물과 섬유들이 조합되면, 혼합물은 배합되거나 그렇지 않으면 폼을 형성할 수 있는 힘을 받게 된다. 폼은 일반적으로, 채널이나 모세관을 형성하기 위해 상호 연결될 수 있는 중공 셀 또는 버블의 집합체인 다공성 매트릭스를 지칭한다.
폼 밀도는 특정 응용예에 따라 가변될 수 있고, 사용된 섬유 지료를 포함하는 다양한 인자들에 따라 가변될 수 있다. 일 측면에서, 예를 들면, 폼의 폼 밀도는 약 200g/L 초과, 예컨대 약 250g/L 초과, 또는 예컨대 약 300g/L 초과일 수 있다. 폼 밀도는 일반적으로 약 600g/L 미만, 예컨대 약 500g/L 미만, 예컨대 약 400g/L 미만, 또는 예컨대 약 350g/L 미만이다. 일 측면에서, 예를 들면, 약 350g/L 미만, 예컨대 약 340g/L 미만, 또는 예컨대 약 330g/L 미만의 폼 밀도를 가진 낮은 밀도 폼이 사용된다. 폼은 일반적으로 약 40% 초과, 예컨대 약 50% 초과, 또는 예컨대 약 60% 초과의 공기 함량을 가질 것이다. 공기 함량은 일반적으로 약 80 부피% 미만, 예컨대 약 75 부피% 미만, 또는 예컨대 약 70 부피% 미만이다.
티슈 웹은, 또한, 상당량의 내측 섬유간 결합 강도 없이 형성될 수 있다. 이러한 점에서, 베이스 웹을 형성하는 데 사용되는 섬유 지료(furnish)를 화학적 탈접합제로 처리할 수 있다. 탈접합제는, 펄핑 공정 동안 폼형 섬유 슬러리에 첨가될 수 있고 또는 헤드박스에 직접 첨가될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 적합한 탈접합제는 지방산 디알킬 4차 아민 염, 모노 지방산 알킬 3차 아민 염, 1차 아민 염, 이미다졸린 4차 염, 실리콘 4차 염 및 불포화 지방산 알킬 아민 염 같은 양이온성 탈접합제를 포함한다. 다른 적절한 탈접합제는, 본 명세서에 참고로 원용되는 Kaun의 미국 특허번호 제5,529,665호에 개시되어 있으며, 이는 참고로 본원에 원용된다. 구체적으로, Kaun은 양이온성 실리콘 조성물을 탈접합제로서 사용하는 것을 개시하고 있다.
일 측면에서, 본 발명의 공정에 사용되는 탈접합제는, 유기 사차 암모늄 염화물이고, 구체적으로는, 사차 암모늄 염화물의 실리콘계 아민 염이다. 예를 들어, 탈접합제는 Hercules Corporation에서 판매하는 PROSOFT TQ1003 탈접합제일 수 있다. 탈접합제는, 섬유 슬러리 내에 존재하는 섬유들의 메트릭 톤(MT)당 약 1kg 내지 약 10kg의 양으로 섬유 슬러리에 첨가될 수 있다.
대안적인 측면에서, 탈접합제는 이미다졸린계 제제일 수 있다. 이미다졸린계 탈접합제는, 예를 들어, Witco Corporation으로부터 얻을 수 있다. 이미다졸린계 탈접합제는, 2.0 내지 약 15kg/MT의 양으로 첨가될 수 있다.
또한, 다른 선택 사항인 화학적 첨가제는, 제품과 공정에 추가 이점을 제공하도록 수성 제지 지료에 또는 형성된 배아 웹에 첨가될 수 있다. 다음에 따르는 재료들이 웹에 적용될 수 있는 추가 화학물질의 예로서 포함된다. 화학물질은, 예로서 포함된 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 이러한 화학물질은 제지 공정에서의 임의의 지점에서 첨가될 수 있다.
종이 웹에 첨가될 수 있는 화학물질의 추가 유형은, 일반적으로 양이온성, 음이온성, 또는 비이온성 계면활성제, 습윤제, 및 가소제의 형태로 된 흡수 보조제, 예컨대, 저분자량 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리하이드록시 화합물, 예컨대, 글리세린과 프로필렌 글리콜을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 일반적으로 미네랄 오일, 알로에 추출물, 비타민 E, 실리콘, 로션 등의 피부 건강 유익물을 제공하는 재료도, 최종 제품에 통합될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 제품은, 의도한 용도에 모순되지 않는 알려져 있는 임의의 재료 및 화학물질과 함께 사용될 수 있다. 이러한 재료의 예로는, 탈취제 등의 냄새 제어제, 활성화된 탄소 섬유 및 입자, 베이비 파우더, 베이킹 소다, 킬레이트제, 제올라이트, 향수, 또는 기타 냄새 차단제, 시클로덱스트린 화합물, 산화제 등이 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 초흡수성 입자가 또한 이용될 수 있다. 추가 선택 사항은, 양이온성 염료, 광택제, 습윤제, 유연제 등을 포함한다.
티슈 웹을 형성하기 위해, 폼은 임의의 보조 제제와 함께 선택된 섬유 지료와 조합된다. 폼은 공동 계류중인 미국 특허 가출원 번호 제62/437974호에 설명된 것을 포함하는, 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다.
일반적으로, 종이 웹을 형성할 수 있는 임의의 공정 또한 본 발명에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제지 공정은, 크레이프(crepe), 이중 크레이프, 엠보싱, 공기 가압, 크레이프 통기 건조, 언크레이프 통기 건조, 코폼, 수력엉킴, 및 당해 기술분야에 알려져 있는 다른 단계들을 이용할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 티슈 웹의 평량은 완제품에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 공정은 목욕 티슈, 미용 티슈, 종이 타월, 산업용 와이퍼, 기타 등등을 제조하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 티슈 제품의 평량은, 약 6gsm 내지 약 120gsm으로 가변될 수 있는데, 예를 들어, 약 10gsm 내지 약 90gsm으로 가변될 수 있다. 목욕 티슈 및 미용 티슈 제품의 경우에는, 예를 들어, 평량은 약 10gsm 내지 약 40gsm의 범위일 수 있다. 한편, 종이 타월의 경우, 평량은 약 25gsm 내지 약 80gsm 범위일 수 있다.
티슈 웹 벌크도, 약 3cc/g 내지 약 20cc/g으로 가변될 수 있는데, 예를 들어, 약 5cc/g 내지 약 15cc/g으로 가변될 수 있다. 시트 "벌크"는, gsm으로 표현되는 건식 평량으로 나눈, μm로 표현되는 건식 티슈 시트의 캘리퍼의 몫으로서 산출된다. 얻어진 시트 벌크는 cm3/g로 표현된다. 더욱 구체적으로, 캘리퍼는, 10개의 대표적인 시트의 스택의 총 두께로서 측정되며, 스택의 총 두께를 10으로 나눔으로써 측정되며, 스택 내의 각 시트는 동일한 면을 위로 해서 배치한다. 캘리퍼는, 적층된 시트들에 대한 Note 3이 있는 TAPPI 테스트 방법 T411 om-89 "Thickness (caliper) of Paper, Paperboard, and Combined Board"에 따라 측정된다. T411 om-89를 실행하는데 사용되는 마이크로미터는 오레건주 뉴버그 소재의 Emveco, Inc.로부터 입수가능한 Emveco 200-A Tissue Caliper Tester이다. 마이크로미터는, 2.00kPa(132g/in2)의 부하, 2500mm2의 압력 풋 면적, 56.42mm의 압력 풋 직경, 3초의 지속 시간, 및 0.8mm/s의 하강 속도를 갖는다.
여러 겹 제품에서는, 상기 제품에 존재하는 각각의 티슈 웹의 평량 또한 다양할 수 있다. 일반적으로, 여러 겹 제품의 총 평량은 일반적으로 상기 언급한 것과 동일하며, 예컨대 약 15gsm 내지 약 120gsm일 것이다. 따라서, 각각의 겹의 평량은 약 10gsm 내지 약 60gsm, 또는 예컨대 약 20gsm 내지 약 40gsm일 수 있다.
바인더 섬유는 본 발명의 섬유 구조를 안정화시키기 위해 사용될 수 있다. 바인더 섬유는, PE/PET 코어/시스 섬유와 같은 열가소성 이성분 섬유, 또는 폴리비닐 알코올 섬유와 같은 수민감성 중합체 섬유일 수 있다. 상업용 바인더 섬유는 일반적으로 2개의 상이한 용융 중합체를 갖는 이성분 열가소성 섬유이다. 이러한 이성분 섬유에 사용되는 2개의 중합체는 일반적으로 상당히 다른 융점을 갖는다. 예를 들어, PE/PET 이성분 섬유는 PE의 경우에 120℃의 융점을 가지며 PET의 경우에 260℃의 융점을 갖는다. 이러한 이성분 섬유가 바인더 섬유로서 사용될 때, PE/PET 섬유를 포함하는 폼-형성된 섬유 구조는 120℃를 약간 넘는 온도에서 열처리에 노출됨으로써 안정화될 수 있어서 PE 섬유 부분은 다른 섬유와 용융되고 섬유간 접합을 형성하면서 섬유 망을 온전하게 유지하기 위해 PET 섬유 부분이 그 기계적 강도를 전달하게 된다. 이성분 섬유는, 사이드-사이드, 코어-시스, 편심 코어-시스, 해상 섬 등의, 2개의 중합체 성분과 상이한 형상을 가질 수 있다. 코어-시스 구조는 상업용 바인더 섬유 응용예들에서 가장 널리 사용된다. 상업용 바인더 섬유는 Trevia로부터의 6 또는 12mm 섬유 길이 및 2.2dtex 섬유 직경을 갖는 T 255 바인더 섬유, 또는 FiberVisions로부터의 4mm 섬유 길이 및 1.7dtex 섬유 직경을 갖는 WL 접착 C 바인더 섬유를 포함한다.
섬유는 기계적으로 처리되어 권축된 구조를 얻을 수 있다. 권축된 섬유는, 최소 외부 응력 하에 섬유의 축이 직선에서 출발하여 간단하거나 복잡하거나 불규칙한 파형 경로를 따르는 파형을 나타낸다. 가장 간단한 형태로 권축(crimp)은 평면적이고 규칙적이며, 즉 사인파와 유사하지만, 종종 훨씬 더 복잡하고 불규칙하다. 3차원 권축의 예는 나선형 권축이다. 권축은 단위 길이 당 파장(권축)의 수로서 수치로 표현될 수 있고, 또는 이완된 상태일 때와 적절한 장력 하에 곧게 펴진 상태일 때 섬유 상의 2개의 지점 사이의 거리 간의 차이로서, 이완된 거리의 퍼센트로서 표현될 수 있다. 본 발명의 폼-형성된 섬유 물질의 높은 벌크를 달성하는 데에 중요한 권축된 섬유의 한 속성은 섬유가 제조되는 중합체의 유형이다. 예를 들어, 중합체는 0℃와 같거나 더 높은 Tg를 가져야 한다. 권축된 섬유가 -125℃의 Tg를 갖는 폴리에틸렌(PE)과 같은 중합체로 제조되는 경우, 섬유는 심지어 실온에서도 연성이며 그리고 올바른 권축된 구조를 갖는 경우이더라도 높은 외부 압력 하에서 섬유 구조를 개방 상태로 유지하는 충분한 탄성계수가 결여되어 있다. 권축 섬유의 다른 속성은 섬유 직경이다. 권축된 섬유가 너무 얇으면, 0℃ 보다 높은 Tg를 갖는 중합체로 제조되더라도, 구조를 개방 상태로 유지하는 데 필요한 팽창력이 여전히 부족할 수 있다. 권축된 섬유는, 본원에 개시된 고 벌크 향상에 기여하도록 섬유 직경에 적어도 4dtex를 가져야 한다. 적절한 권축된 섬유는, 섬유 길이 약 6mm와 섬유 직경 약 7dtex를 갖는 Barnet 또는 Mini-Fiber, Inc.에 의해 제조된 PET 또는 폴리에스테르 권축된 섬유, 섬유 길이 약 12mm와 섬유 직경 약 6.5dtex를 갖는 Fiber Innovation Technology 사의 PTT/PET FIT 컬링 및 보타이 형상 섬유, 및 섬유 길이 약 6mm와 섬유 직경 약 13dtex를 갖는 Mini-Fiber, Inc. 사의 나일론 권축된 섬유를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
실시예
권축된 스테이플 섬유가 폼-형성된 섬유 물질을 위해 벌크 강화 또는 밀도 감소에 항상 기여하는지를 확인하기 위해 상이한 실험 세트를 수행하였다. 제1 세트에서, 매우 안정적인 폼을 생성하기 위해 벤치 고속 믹서를 사용하여 목재 펄프 섬유와 이성분 바인더 섬유의 혼합물 내에 섬유를 혼입하였다. 이 폼-형성된 섬유 물질을 캐스팅/건조하였다. 두 가지 물질을 생산하였다: 하나는 60% LL 19 목재 펄프 섬유, 권축된 구조가 없는 30% PET 6mm 스테이플 섬유, 및 10% Trevira의 T 255 이성분 바인더 섬유를 가짐 (표 1의 코드 A); 다른 하나는 60% LL 19, MiniFiber Inc.의 30% PET 5mm 권축된 섬유, 및 10% Trevira의 T 255 이성분 바인더 섬유를 가짐 (표 1의 코드 B). 이 두 가지 섬유 조성물 모두 0.02g/cc 아래의 밀도를 갖는 매우 높은 벌크 시트를 생산하였다(표 1의 코드 A 및 B 참조).
벤치 상에서 생산된 포말형 폼은 저 밀도를 가졌는데, 이는 폼이 훨씬 더 안정적이고 진공 공정에 의해 물을 제거시키지 않았기 때문이다. 이러한 낮은 밀도에서, 권축된 섬유를 사용하여 밀도의 추가 감소가 나타나지 않았다.
두 번째 세트는 비교를 위해 3개의 코드를 생성하였다. 이들 코드 중 첫번째는 60% LL 19, 20% PET 20mm 스테이플 섬유, 및 20% T 255 이성분 바인더 섬유를 가진 대조군이었다(코드 C). 다른 두 개의 코드는 권축된 섬유를 사용하여 생산하였다. 코드 D는 20% 권축된 섬유로 Barnet의 6.3mm PET 권축된 섬유, 60% LL 19, 및 20% T 255 이성분 바인더 섬유를 가졌다. 코드 E는 코드 C에서의 60% LL 19와 20% PET 비-권축된 스테이플 섬유를 둘 다 대체하기 위해 80% 권축된 섬유로 Barnet의 6.3mm PET 권축된 섬유를 가졌다. 권축된 섬유를 사용하는 두 경우 모두에서, 큰 벌크 강화를 의미하는, 큰 밀도 감소가 관찰되었다. 대조군 코드 C와 비교하여, 권축된 섬유의 20%만이 사용되었더라도 코드 D는 밀도 감소가 거의 50%였다. 더 많은 권축된 섬유를 첨가할수록 시트의 밀도를 더욱 감소시킬 수 있지만, 감소의 정도는 대부분 감소하였다. 80% 권축된 섬유의 코드 E 사용에서, 밀도 감소는 대조군 코드 C에 비해 약 67%였다. 폼-형성된 물질의 밀도는, 그의 대조군 물질이 적어도 0.05g/cc 넘는, 또는 바람직하게는 적어도 0.08g/cc 넘는 밀도를 갖는 경우에 감소될 수 있다. 대조군 폼-형성된 섬유 물질이 0.02g/cc 아래의 밀도를 갖는 경우, 폼-형성된 섬유 물질 내로 권축된 섬유의 첨가는 밀도를 더 감소시키거나 폼-형성된 섬유 물질의 벌크를 강화시키지 않는다.
표 1. 벤치 연구 및 파일럿 라인 시도에서 생산된 폼-형성된 코드
Figure pat00001
주의: a: LL 19는 NSWK 목재 펄프 섬유이다
b: 6mm 섬유 길이를 갖는 PET 스테이플 섬유
c: T 255는 6mm의 섬유 길이 및 2.2 dtex의 섬유 직경을 갖는 Trevira에 의해 생산된 이성분 바인더 섬유이다
d: 5mm의 섬유 길이를 가지고 MiniFiber Inc.에 의해 생산된 폴리에스테르 권축된 스테이플 섬유
e: 20mm 섬유 길이를 갖는 PET 스테이플 섬유
f: 5 데니어 & 1/4 인치 섬유 길이를 가지고 Barnet에 의해 생산된, 권축된 PET 스테이플 섬유, P60FMCR
도 3a 내지 도 3f는 2개의 배율 레벨을 갖는(15X 대 120X) 코드 C, D 및 E에 대한 일련의 표면 SEM 사진을 도시한다. 권축된 섬유의 첨가는 밀도를 상당히 감소시킬 수 있다. 이는 도 4a 내지 도 4f에서 다시 볼 수 있으며, 이들은 2개의 배율 레벨을 갖는(15X 대 120X) 코드 C, D 및 E에 대한 일련의 단면 SEM 사진을 보여준다. 이들 단면 사진에서, 시트의 밀도 및 물질의 벌크 또는 두께도 모두 볼 수 있다. 시트의 밀도가 권축된 섬유의 존재로 인해 코드 C에서 D로 감소됨에 따라, 그의 두께도 증가된다. 코드 D는 코드 C보다 훨씬 낮은 평량을 갖는다는 점에 주목한다(90 대 140gsm). 만약 이들이 동일한 평량이라면, 코드 D는 훨씬 더 두껍거나 코드 C보다 더 큰 벌크를 가져야 한다.
추가 실험들에서, 폼-형성 파일럿 라인 시도를 수행하여 웹 캘리퍼 및 폼-형성된 섬유 시트의 밀도에 대한 권축된 섬유의 화학적 및 물리적 구조 둘 다의 효과를 연구하였다. 섬유 공급업자들로부터 7개의 상이한 권축된 섬유를 포함하는 13개의 샘플을 생산하였다. 권축된 섬유 변수들은 (1) 중합체 유형, (2) 섬유 길이, 및 (3) 섬유 직경을 포함하였다(상세한 섬유 화학적 및 물리적 파라미터들에 대한 표 2 참조).
표 2. 폼-형성 시도에 사용되는 섬유
Figure pat00002
주의: Tg 데이터는 Misumi Technical Tutorial에 의해 참조되었음(www.misumi-techcentral.com/tt/en/mold/2011/12/106-glass-transition-temperature-tg-of-plastics.html)
* 섬유 직경 변환: 1 dtex는 0.9 데니어와 같음
표 3의 실시예 1-13: 팽창된 폼을 형성하는데 사용한 슬러리는 계면활성제로서 Triton X-100을 포함하였다. 고체들은, LL-19와 같은, NSBK(북부 연질목 표백 크래프트) 목재 펄프 섬유; 권축된 또는 비-권축된 구조를 갖는 합성 스테이플 섬유; 및 6mm 섬유 길이와 2 데니어 섬유 직경을 갖는 바인더 섬유 Trevira T-255-6 폴리에틸렌/PET 시스/코어 스테이플 섬유의 조합을 포함하였다. 사용한 합성 스테이플 섬유는 상이한 중합체 화학 및 섬유 치수를 갖는다. 이들 실시예는 파일럿 라인 상에서 생산되었다. NBSK 목재 펄프 섬유를 250L의 물에 카우치 펄프기(couch pulper)에서 펄프화하였다. 총 시스템 부피(카우치 펄프기의 내용물을 포함)가 총 부피의 약 64%의 공기 함량을 갖는 4,440L의 폼으로 되도록 Triton X-100를 첨가하여 주 펄프기에서 폼의 배치를 준비하였다. 합성 스테이플 섬유 및 바인더 섬유 T-255를 주 펄프기에 첨가하였다; 이 고농도 스톡을 Fourdrinier 페이퍼 기계의 헤드박스에 150L/분으로 공급하였다. 총 섬유 점조도는 0.15중량%의 섬유 슬러리 내 계면활성제 고체 레벨을 갖는 0.45중량%이었다. 웹을 형성하고, 카우치 펄프기를 통해 주 펄프기로 복귀할 수 있게 했다. 따라서, NBSK를 카우치 펄프기로부터 퍼징하고 주 펄프기로 도입하여 지료를 완성하였다. 이 시스템을 약 10분 동안 폐쇄 루프 방식으로 진행하여 고농도 및 저농도 스톡 점조도를 허용하고 질량 물질이 평형을 이룰 수 있게 하였다. 공정이 안정적이라는 것이 제어 시스템으로부터 분명해지면, 웹을 2-구역, 전기 가열식 통기 건조기를 통해 취하였다. 시스템을 폐쇄 루프 작동으로부터 전환시키고, 과량의 폼을 배수로 보내어, 고농도 스톡 점조도가 일정하게 유지되고 펄프기 내용물이 흘러나가게 했다. 구역 1의 공기 온도를 설정하여 웹을 건조시켰다. 구역 2의 공기 온도를 이성분 바인더 섬유를 '활성화'하여 부분적으로 용융시키고 섬유 매트릭스를 함께 접합하도록 설정하였다. 건조기 조건은 다음과 같았다: 구역 1 온도 170 - 180℃, 구역 2 온도 150 - 170℃, 약 50 내지 70%의 팬 속도를 가짐. 생성물들을 100gsm의 평량을 달성하도록 목표로 하였다. 건조 샘플을 10인치Х10인치 시트로 절단하고 그 중량 및 캘리퍼를 측정하였다. 각 생성물의 평량과 밀도를 측정된 값들로부터 계산하였다. 권축된 섬유가 높은 벌크를 발생시키는데 효과적이라면, 밀도가 감소하면서 캘리퍼가 증가한다는 것이 발견되었다. 우리는 밀도 감소를 사용하여 본 발명을 정의할 수 있다. 밀도 감소는 아래의 식을 이용하여 계산된다:
밀도 변화 = (D권축된 - D비-권축된)/D비-권축된 x100%
여기서 D권축된 및 D비-권축된은 권축된 섬유와 비-권축된 섬유로 각각 이루어진 것의 웹 밀도를 나타낸다. 두 웹 모두 동일한 양의 다른 섬유를 함유할 필요가 있다. 두 웹 간의 유일한 차이는, 하나가 권축된 섬유를 포함하는 한편, 다른 하나는 비-권축된 섬유를 포함하고 있다는 것이다.
결과
표 3의 중합체 유형을 참조하면, PET, 나일론, 아크릴, PTT/PET, 및 PE로부터의 권축된 섬유들의 광범위한 상이한 중합체 유형이 진행되었다. 권축된 섬유는 바람직하게는 벌크를 발생시키는데 효과적인 "강성" 중합체로 제조된다. 예를 들면, 폴리에틸렌 중합체(PE)로 만들어진 권축된 섬유의 경우, 비록 6 데니어의 섬유 직경을 갖고 이에 따라 충분히 두껍다 하더라도, PE 섬유는 특히 공정 도중에 상승된 온도에서, 그것의 연성으로 인해 벌크를 발생시키는 능력이 부족하다(표 3의 코드 8 참조). 섬유 연성 또는 강성은 섬유의 유리 전이 온도, Tg를 사용하여 정의할 수 있다. Tg가 높을수록, 중합체 또는 섬유가 더 강직해진다. 일반적으로, 적합한 권축된 섬유는 0℃ 이상인 Tg를 갖는 중합체로부터 만들어져야 한다. PE는 -125℃의 Tg를 갖는 반면, PP는 0℃의 Tg를 갖는다.
또한, 6mm 내지 60mm의 광범위한 섬유 길이를 갖는 권축된 섬유들을 사용하였다. 그러나, 파일럿 라인은 단지 30mm 미만의 길이를 갖는 섬유들을 취급할 수 있다. 그 결과, 유용한 섬유 길이의 상한은 정해지지 않았다. 그러나, 권축된 섬유들은 폼-형성된 섬유 시트에 균일하게 분산될 수 있고 벌크를 발생시킬 수 있어야 한다면, 최대 60mm를 사용할 수 있어야 한다.
또한, 상이한 섬유 직경을 갖는 실험은 섬유 직경이 주요 변수라고 결정하였다. 3 데니어보다 작은 직경을 갖는 권축된 섬유는 벌크 강화 측면에서 비효과적인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 심지어 Tg가 0℃ 위인 경우에도, 모든 권축된 섬유가 원하는 벌크 강화를 전달하는 데 효과적인 것은 아니다. 예를 들어, 표 3의 코드 5 및 6 간의 비교에서, 15 데니어 섬유 직경을 갖는 권축된 아크릴 섬유가 단지 1.5 데니어 섬유 직경을 갖는 섬유보다 습윤 벌크를 발생시키는데(또는 웹 밀도 감소에) 더욱 효과적이었다.
마지막으로, 권축된 구조는 실험에서 다양하였다. 비-권축된 섬유를 포함하는 것과 대조적으로 권축된 섬유를 포함하는 폼-형성된 섬유 시트의 벌크 강화 이점이 정해졌다. 두 가지의 섬유 웹 조성물을 사용하였다: (1) 단지 20% 권축된 섬유 대 20% 비-권축된 섬유를 함유하는 웹, 및 (2) 80% 권축된 섬유 대 80% 비-권축된 섬유를 함유하는 웹. 일반적으로, 사용된 권축된 함량의 비율이 클수록, 캘리퍼 향상이 더 높거나 섬유 시트 밀도의 감소가 더 많게 보일 수 있다.
표 3. 폼-형성된 섬유 시트의 특성
Figure pat00003
* 밀도 변화 = (웹 밀도 - 대조군 웹 밀도)/대조군 웹 밀도 X 100%.
제1 특정 측면에서, 고-벌크 폼-형성된 기재를 제조하기 위한 방법은 적어도 1중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 1중량%의 바인더 섬유를 포함하는 수계 폼을 생산하는 단계; 상기 수계 폼으로부터 습윤 시트를 형성하는 단계; 및 상기 습윤 시트를 건조시켜서 상기 폼-형성된 기재를 얻는 단계를 포함한다.
제2 특정 측면은 제1 특정 측면을 포함하고, 여기서 상기 폼-형성된 기재는 0.02g/cc 내지 0.1g/cc의 건조 밀도를 갖는다.
제3 특정 측면은 제1 및/또는 제2 측면을 포함하고, 상기 권축된 합성 섬유는 5mm 내지 60mm의 길이를 갖는다.
제4 특정 측면은 제1 내지 제3 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 권축된 합성 섬유는 5mm 내지 30mm의 길이를 갖는다.
제5 특정 측면은 제1 내지 제4 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 권축된 합성 섬유는 적어도 4 dtex의 직경을 갖는다.
제6 특정 측면은 제1 내지 제5 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 권축된 합성 섬유는 3차원 꼬임 또는 컬이 있는 구조를 갖는다.
제7 특정 측면은 제1 내지 제6 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 권축된 합성 섬유는 0℃ 이상의 Tg를 갖는 중합체를 포함한다.
제8 특정 측면은 제1 내지 제7 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 폼-형성된 기재는 상기 권축된 섬유를 대체하는 비-권축된 섬유를 갖는 동일한 폼-형성된 기재에 비해 적어도 30%의 밀도 감소를 나타낸다.
제9 특정 측면은 제1 내지 제8 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 생산은 적어도 2중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 2중량%의 바인더 섬유를 포함한다.
제10 특정 측면은 제1 내지 제9 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 생산은 적어도 5중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 5중량%의 바인더 섬유를 포함한다.
제11 특정 측면은 제1 내지 제10 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 폼-형성된 기재는 초흡수성 물질이 없다.
제12 특정 측면은 제1 내지 제11 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 권축된 섬유는 5 내지 30mm의 섬유 길이, 적어도 4 dtex의 섬유 직경을 가지고, 0℃ 이상의 Tg를 갖는 중합체를 포함한다.
제13 특정 측면에서, 기재는 적어도 1중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 1중량%의 바인더 섬유를 포함하는 수계 중합체 폼을 포함하고, 여기서 상기 기재는 초흡수성 물질이 없다.
제14 특정 측면은 제13 특정 측면을 포함하고, 상기 기재는 0.02g/cc 내지 0.1g/cc의 건조 밀도를 갖는다.
제15 특정 측면은 제13 및/또는 제14 특정 측면을 포함하고, 상기 권축된 합성 섬유는 5mm 내지 30mm의 길이를 갖는다.
제16 특정 측면은 제13 내지 제15 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 권축된 합성 섬유는 적어도 4 dtex의 직경을 갖는다.
제17 특정 측면은 제13 내지 제16 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 권축된 합성 섬유는 0℃ 이상의 Tg를 갖는 중합체를 포함한다.
제18 특정 측면은 제13 내지 제17 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 권축된 섬유는 5mm 내지 30mm의 섬유 길이, 적어도 4 dtex의 섬유 직경을 가지고, 0℃ 이상의 Tg를 갖는 중합체를 포함한다.
제19 특정 측면은 제13 내지 제18 측면들 중 하나 이상을 포함하고, 생산하는 단계는 적어도 2중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 2중량%의 바인더 섬유를 포함한다.
제20 특정 측면에서, 고-벌크 폼-형성된 기재를 제조하기 위한 방법은 적어도 2중량%의 권축된 바인더 섬유를 포함하는 수계 폼을 생산하는 단계; 상기 수계 폼으로부터 습윤 시트를 형성하는 단계; 및 상기 습윤 시트를 건조시켜서 상기 폼-형성된 기재를 얻는 단계를 포함하고, 여기서 상기 폼-형성된 기재는 초흡수성 물질이 없고, 여기서 상기 기재는 0.02g/cc 내지 0.1g/cc의 건조 밀도를 갖는다.
본 발명에 대한 이들 및 다른 변형예 및 변경예가 첨부된 청구항들에 보다 구체적으로 기재되어 있는, 본 발명의 사상 및 범주를 이탈하지 않고서, 당 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 실시될 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 측면들의 측면들이 전체적으로나 부분적으로 상호 교환될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 당 기술분야에 통상의 지식을 가진 자는 상기한 설명이 예시만을 위한 것이고, 이러한 첨부된 청구항에 더 설명되어 있는 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아님을 인지할 것이다.

Claims (12)

  1. 고-벌크 폼-형성된 기재를 제조하기 위한 방법으로, 상기 방법은
    적어도 1중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 1중량%의 바인더 섬유를 포함하는 수계 폼을 생산하는 단계;
    상기 수계 폼으로부터 습윤 시트를 형성하는 단계; 및
    상기 습윤 시트를 건조시켜서 상기 폼-형성된 기재를 얻는 단계를 포함하며,
    상기 폼-형성된 기재는 0.02g/cc 내지 0.1g/cc의 건조 밀도를 갖고,
    상기 권축된 합성 섬유는 5 내지 30mm의 섬유 길이 및 적어도 4 dtex의 섬유 직경을 가지며, 0℃ 이상의 Tg를 갖는 중합체를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 권축된 합성 섬유는 3차원 꼬임 또는 컬이 있는 구조를 갖는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폼-형성된 기재는 상기 권축된 합성 섬유를 대체하는 비-권축된 섬유를 갖는 동일한 폼-형성된 기재에 비해 적어도 30%의 밀도 감소를 나타내는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 생산은 적어도 2중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 2중량%의 바인더 섬유를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 생산은 적어도 5중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 5중량%의 바인더 섬유를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폼-형성된 기재는 초흡수성 물질이 없는, 방법.
  7. 적어도 1중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 1중량%의 바인더 섬유를 포함하는 수계 중합체 폼을 포함하는 기재로서,
    상기 기재는 초흡수성 물질이 없는, 기재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 권축된 합성 섬유는 5mm 내지 30mm의 길이를 갖는, 기재.
  9. 제7항에 있어서, 상기 권축된 합성 섬유는 0℃ 이상의 Tg를 갖는 중합체를 포함하는, 기재.
  10. 제7항에 있어서, 상기 권축된 합성 섬유는 5mm 내지 30mm의 섬유 길이, 적어도 4 dtex의 섬유 직경을 가지고, 0℃ 이상의 Tg를 갖는 중합체를 포함하는, 기재.
  11. 제7항에 있어서, 생산은 적어도 2중량%의 권축된 합성 섬유 및 적어도 2중량%의 바인더 섬유를 포함하는, 기재.
  12. 고-벌크 폼-형성된 기재를 제조하기 위한 방법으로, 상기 방법은
    적어도 2중량%의 권축된 바인더 섬유를 포함하는 수계 폼을 생산하는 단계;
    상기 수계 폼으로부터 습윤 시트를 형성하는 단계; 및
    상기 습윤 시트를 건조시켜서 상기 폼-형성된 기재를 얻는 단계를 포함하며,
    상기 폼-형성된 기재는 초흡수성 물질이 없고,
    상기 기재는 0.02g/cc 내지 0.1g/cc의 건조 밀도를 가지며,
    상기 권축된 바인더 섬유는 적어도 4 dtex의 섬유 직경을 가지며, 0℃ 이상의 Tg를 갖는 중합체를 포함하는, 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102165232B1 (ko) * 2017-11-29 2020-10-13 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크. 개선된 특성을 갖는 섬유 시트
WO2021138393A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-08 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Foam-based manufacturing system and process

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4488932A (en) * 1982-08-18 1984-12-18 James River-Dixie/Northern, Inc. Fibrous webs of enhanced bulk and method of manufacturing same
JPS59144611A (ja) * 1983-02-01 1984-08-18 Teijin Ltd ポリエステル繊維
KR100518389B1 (ko) * 1996-12-06 2005-09-29 웨어하우저컴퍼니 단일 층상 복합물
JPH11302991A (ja) * 1998-04-21 1999-11-02 Oji Paper Co Ltd 低密度紙
US20010041876A1 (en) * 1999-12-23 2001-11-15 Creagan Christopher Cosgrove Superabsorbent and nonwoven composites for personal care products
JP3934916B2 (ja) * 2001-11-06 2007-06-20 オペロンテックス株式会社 伸縮性不織布およびその製造方法
US7201816B2 (en) * 2001-12-21 2007-04-10 Invista North America S.A.R.L. High bulk composite sheets and method for preparing

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