KR20130137008A - 재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 부직포 복합체 - Google Patents

재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 부직포 복합체 Download PDF

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KR20130137008A
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데이비드 엠 잭슨
도날드 이 왈드로프
케이우르 엠 데사이
제프리 에프 주레나
데보라 제이 칼레와츠
지안 퀸
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 재생 셀룰로오스 섬유와 스테이플 또는 목재 펄프 섬유를 포함하는 연성이고, 부피가 크며, 흡수성인 하이드로인탱글링된 부직포와, 이를 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 a) 성형 표면 상에 재생 셀룰로오스 섬유를 배치하는 단계와, b) 재생 셀룰로오스 섬유 상에 스테이플 또는 목재 펄프 섬유를 퇴적하는 단계와, c) 하이드로인탱글링된 복합체를 형성하도록 재생 셀룰로오스 섬유와 스테이플 또는 목재 펄프 섬유를 함께 하이드로인탱글링시키는 단계와, d) 하이드로인탱글링된 복합체를 건조시키는 단계와, 이어서, e) 발포된 크레이핑 용액 또는 분산액으로 하이드로인탱글링된 복합체를 크레이핑하는 단계를 포함한다.

Description

재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 부직포 복합체{NONWOVEN COMPOSITE INCLUDING REGENERATED CELLULOSE FIBERS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 2010년 12월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/979852호의 이득을 주장한다.
합성 섬유 웨브와 수력적으로 얽혀진(hydraulically entangled) 흡수성 섬유를 갖는 하이드로인탱클링된(hydroentangled) 부직포 복합체가 종래 기술에 알려져 있으며, 예로서, Suskind의 미국 특허 제4,808,467호 및 Everhart 등의 미국 특허 제5,284,703호를 포함하는 다양한 특허 및 공보에서 고려되었다. 합성 섬유 웨브와 얽혀진 흡수성 섬유로 형성된 하이드로인탱클링된 부직포 복합체는 내구성 있고, 내마모성을 가지면서 여전히 흡수성인 것으로 본 기술 분야에 알려져 있다.
이들 하이드로인탱클링된 부직포 복합체는 하이드로인탱클링된 부직포 복합체의 부피 및 연성을 증가시키도록 크레이핑(creping)될 수 있다. 그러나, 크레이핑 공정 동안, 크레이핑 건조기로부터의 열은 건조 온도에서 연화 및 용융이 발생할 수 있는 폴리프로필렌 섬유 같은 합성 섬유에 유해한 영향을 가질 수 있다. 결과적으로, 더 높은 온도에서의 크레이핑에 더욱 적합한 하이드로인탱클링된 부직포 복합체가 본 기술 분야에 필요하다.
일 실시예에서, 재생 셀룰로오스 섬유와 스테이플(staple) 또는 목재 펄프 섬유를 포함하는 직접-성형 부직포가 이하의 단계에 의해 형성된다: a) 성형 표면 상에 재생 셀룰로오스 섬유를 배치하는 단계, b) 재생 셀룰로오스 섬유에 스테이플 또는 목재 펄프 섬유를 퇴적하는 단계, c) 하이드로인탱글링된 복합체를 형성하도록 재생 셀룰로오스 섬유와 스테이플 또는 목재 펄프 섬유를 함께 하이드로인탱글링시키는 단계, d) 하이드로인탱글링된 복합체를 건조시키는 단계, 이어서 e) 발포된(frothed) 크레이핑 용액 또는 분산액으로 하이드로인탱글링된 복합체를 크레이핑하는 단계. 일 실시예에서, 재생 셀룰로오스 섬유는 제곱 미터당 약 10 내지 약 20 그램의 기본 중량을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 재생 셀룰로오스 섬유는 연속 섬유일 수 있다. 다른 실시예에서, 스테이플 또는 목재 펄프 섬유는 제곱 미터당 약 30 내지 약 150 그램의 기본 중량을 갖는다.
일 양태에서, 크레이핑 단계는 a) 고온 불투과성 건조기 표면에 인접하게 첨가제 조성물 적용기를 위치시키는 단계와, b) 첨가제 조성물을 포함하는 발포된 분산액 또는 발포된 용액을 건조기 표면에 적용하는 단계와, c) 발포된 분산액 또는 발포된 용액을 접착제 필름으로 전환시키는 단계와, d) 접착제 필름에 하이드로인탱글링된 복합체를 직접적으로 결합시키는 단계, 및 e) 건조기 표면으로부터 결합된 하이드로인탱글링된 복합체 및 접착제 필름을 스크레이핑(scraping)하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 첨가제 조성물은 발포제를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 첨가제 조성물은 하이드록시프로필 셀룰로오스 용액을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고온 불투과성 건조기 표면은 약 300℉를 초과하는 온도, 선택적으로 약 500℉ 내지 약 550℉의 온도를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 접착제 필름은 실질적으로 연속 접착제 필름일 수 있다.
다른 실시예에서, 통합 복합체 페브릭은 약 5 중량% 초과 및 약 30 중량% 미만의 연속 재생 셀룰로오스 필라멘트와 약 70 중량% 초과 및 약 95 중량% 미만의 목재 펄프 섬유를 포함한다. 일 실시예에서, 통합 복합체 페브릭은 5.6 g/g 초과의 흡수 용량을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 통합 복합체 페브릭은 재생 셀룰로오스 필라멘트 대신 폴리프로필렌 필라멘트를 갖는 유사한 통합 복합체 페브릭보다 4 로그(log) 이상의 연성(softness)을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 목재 펄프 섬유는 불연속 섬유일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 연속 재생 셀룰로오스 필라멘트는 Lyocell 필라멘트이다. 다른 실시예에서, 연속 재생 셀룰로오스 필라멘트는 스펀본드 필라멘트일 수 있다.
다른 실시예에서, 재생 셀룰로오스 섬유와 목재 펄프 섬유를 포함하는 직접-성형 부직포를 제조하는 방법은 a) 성형 표면 상에 재생 셀룰로오스 섬유를 배치하는 단계와, b) 재생 셀룰로오스 섬유에 목재 펄프 섬유를 퇴적하는 단계와, c) 하이드로인탱글링된 복합체를 형성하도록 재생 셀룰로오스 섬유와 목재 펄프 섬유를 함께 하이드로인탱글링시키는 단계와, d) 하이드로인탱글링된 복합체를 건조시키는 단계와, 이어서 e) 발포된 크레이핑 용액 또는 분산액으로 하이드로인탱글링된 복합체를 크레이핑하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 재생 셀룰로오스 섬유는 연속 섬유일 수 있다.
다른 실시예에서, 크레이핑 단계는 a) 고온 불투과성 건조기 표면에 인접하게 첨가제 조성물 적용기를 위치시키는 단계와, b) 첨가제 조성물을 포함하는 발포된 분산액 또는 발포된 용액을 건조기 표면에 적용하는 단계와, c) 발포된 분산액 또는 발포된 용액을 접착제 필름으로 전환시키는 단계와, d) 접착제 필름에 하이드로인탱글링된 복합체를 직접적으로 결합시키는 단계, 및 e) 건조기 표면으로부터 결합된 하이드로인탱글링된 복합체와 접착제 필름을 스크레이핑하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 첨가제 조성물은 발포제를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 첨가제 조성물은 하이드록시프로필 셀룰로오스 용액을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고온 불투과성 건조기 표면은 약 300℉를 초과하는 온도, 선택적으로 약 500℉ 내지 약 550℉의 온도를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 접착제 필름은 실질적으로 연속 접착제 필름일 수 있다.
도 1은 본 발명의 부직포 복합체를 준비하기 위한 예시적 공정을 도시한다.
정의
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "스테이플 섬유"는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 사용후 재생(post consumer recycle)(PCR) 섬유, 폴리에스테르, 나일론 등 같은 재생 셀룰로오스 또는 합성 중합체로 제조된 불연속 섬유를 의미하며, 비친수성인 것들은 친수성을 갖도록 처리될 수 있다. 스테이플 섬유는 절단 섬유 등일 수 있다. 스테이플 섬유는 라운드형(round), 이성분, 다성분, 성형, 중공 등인 단면을 가질 수 있다. 본 발명에 사용되는 전형적 스테이플 섬유 길이는 3 내지 12 mm이며, 1 내지 6 dpf(denier per fiber)의 데니어를 갖는다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "펄프 섬유"는 목질 및 비목질 식물 같은 천연 소스로부터의 섬유를 의미한다. 목질 섬유는 예로서, 활엽수 및 침엽수를 포함한다. 비목질 식물은 예로서, 무명, 아마(flax), 에스파토 그래스(esparto grass), 밀크위드(milkweed), 지푸라기, 주트 헴프(jute hemp) 및 버개스(bagasse)를 포함한다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "부직포 웨브"는 인터레잉되지만 편직 페브릭으로서 식별될 수 있는 방식으로 인터레잉되는 개별 섬유 또는 스레드(thread)의 구조를 갖는 웨브를 의미한다. 부직포 웨브는 예로서, 멜트블로잉 공정, 스펀본딩 공정 및 결합 카디브 웨브 공정 같은 다수의 공정으로 형성된다. 부직포 웨브의 기본 중량은 일반적으로 osy(ounces of material per square yard) 단위 또는 gsm(grams per square meter)으로 표현되며, 섬유 직경은 일반적으로 미크론 단위 또는 dpf(denier per fiber) 단위로 표현된다(osy로부터 gsm으로의 변환을 위해서는 osy에 33.91을 승산한다는 것을 주의하여야 한다).
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "마이크로섬유"는 약 75 미크론 이하의, 예로서, 약 0.5 미크론 내지 약 50 미크론의 평균 직경을 갖는 작은 직경의 섬유이거나, 특히, 마이크로섬유는 약 0.5 미크론 내지 약 40 미크론의 평균 직경을 가질 수 있다. 섬유 직경의 다른 자주 사용되는 표현은 데니어(denier)이며, 이는 섬유의 9000 미터 당 그램으로서 규정된다. 예로서, 미크론 단위로 주어진 폴리프로필렌 섬유의 직경은 제곱하고 결과에 0.00629를 승산함으로써 데니어로 변환될 수 있고, 따라서, 15 미크론 폴리프로필렌 섬유는 약 1.42의 데니어를 갖는다(152 x 0.00629=1.415).
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "스펀본드"는 예로서, Appel 등의 미국 특허 제4,340,563호 및 Dorschner 등의 미국 특허 제3,692,618호, Matsuki 등의 미국 특허 제3,802,817호, Kinney의 미국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, Levy의 미국 특허 제3,502, 538호, Hartman의 미국 특허 제3,502,763호 및 Dobo 등의 미국 특허 제3,542,615호에 개시된 공정에 의한 것처럼 압출된 필라멘트의 직경이 압출 이후 급격히 감소되는 방사노즐(spinnerette)의 복수의 미세한, 일반적으로 원형의 모세관으로부터 필라멘트로서 용융된 열가소성 재료를 압출함으로써 작은 직경의 섬유가 형성되는 공정을 지칭한다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이고, 7 미크론보다 큰, 특히, 약 10과 30 미크론 사이의 직경을 갖는다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 이들이 수집 표면 상에 퇴적될 때 점착성을 갖지 않는다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "멜트블로운"은 마이크로섬유 직경일 수 있는, 그 직경을 감소시키기 위해 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 감쇠시키는 수렴성 고속 가스(예를 들어, 공기) 스트림 내로 용융된 스레드 또는 필라멘트로서 복수의 미세한, 일반적으로 원형의 다이 모세관을 통해 용융된 열가소성 재료를 압출함으로써 섬유가 형성되는 공정을 지칭한다. 그 후, 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 수집 표면 상에 퇴적되어 임의적으로 분배된 멜트블로운 섬유의 웨브를 형성한다. 이런 공정은 예로서, Butin의 미국 특허 제3,849,241호에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속 또는 불연속적일 수 있으며, 일반적으로 직경이 10 미크론보다 작은 마이크로섬유이다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "멜트스펀"은 "스펀본드" 또는 "멜트블로운"을 포함하며, 결합을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "결합 카디드 웨브"는 당업자에게 알려져 있고, 예로서 본 발명에 준하는 정도로 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 제4,488,982호에 추가로 설명되어 있는 카딩 공정에 의해 형성된 부직포 웨브를 지칭한다. 카딩 공정에서, 스테이플 섬유, 결합 섬유 및 가능하게는 접착제 같은 다른 성분의 블렌드를 사용할 수 있다. 이들 성분은 실질적으로 균일한 기본 중량을 생성하도록 빗질(comb) 또는 다른 방식으로 처리된 부피 큰 볼(ball)로 형성된다. 이 웨브는 임의의 접착제 성분을 활성화시키기 위해 가열 또는 다른 방식으로 처리되어 통합된, 로프티(lofty) 부직포 재료를 초래한다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "크레이핑"은 웨브에 접착된 중합체가 닥터 블레이드(doctor blade)로 건조기 표면(예를 들어, 양키 건조기 표면)으로부터 스크레이핑될 때를 지칭한다. 예로서, 발포 조성물은 발포 조성물로부터 물을 증발시키는 가열된 건조기에 적용될 수 있다. 건조기의 열은 발포 조성물을 중합체 필름으로 변화시킨다. 압축력을 사용하여, 웨브는 건조기의 표면 상의 필름과 접촉하고, 그래서, 이는 크레이핑 이전에 그에 부착된다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "발포(forth)"는 액체 포움이다. 발포성 조성물이 가열될 때, 이는 고체 포움 구조를 형성하지 않는다. 대신, 가열된 표면에 적용될 때, 발포성 조성물은 실질적으로 연속적인 필름으로 전환된다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "포함하다", "포함하는" 및 다른 근원 용어 "포함하다"로부터의 다른 파생어는 임의의 선언된 특징, 요소, 완전체(integer), 단계 또는 성분의 존재를 명시하는 개방단 용어를 의도하며, 하나 이상의 다른 특징, 요소, 완전체, 단계, 성분 또는 그 그룹의 추가 또는 존재를 배제하는 것을 의도하지 않는다.
본 기술 분야의 당업자는 본 설명이 단지 예시적 실시예의 설명이며, 본 발명의 더 넓은 양태를 제한하는 것을 의도하지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 재생 셀룰로오스를 포함하는 섬유와 하이드로인탱글링된 짧은 섬유와 재생 셀룰로오스를 포함하는 섬유를 포함하는 부직포 웨브 복합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 부직포 복합체 웨브는 부직포 복합체를 형성하도록 재생 셀룰로오스를 포함하는 연속 섬유의 부직포 웨브와 하이드로인탱글링된 불연속 섬유의 층과 재생 셀룰로오스를 포함하는 연속 섬유의 부직포 웨브로부터 준비된다. 대안적으로, 본 발명의 부직포 복합체 웨브는 부직포 복합체를 형성하도록 재생 셀룰로오스를 포함하는 불연속 섬유의 부직포 웨브와 하이드로인탱글링된 다른 불연속 섬유의 층과 재생 셀룰로오스를 포함하는 불연속 섬유의 부직포 웨브로부터 준비될 수 있다.
재생 셀룰로오스 섬유는 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 재생 셀룰로오스 섬유의 제조를 위해 가용한 다수의 공정이 존재한다. 예로서, 비스코스 레이온은 알칼리 셀룰로오스를 형성하도록 머서화 강도 가성 소다 용액(mercerizing strength caustic soda solution)으로 셀룰로오스를 우려내는(steep) 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 재생 셀룰로오스 섬유이다. 다른 예로서, 구리암모늄 레이온은 암모니아 구리 산화물의 용액에 셀룰로오스를 용해시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 생성된 재생 셀룰로오스 섬유이다. 다른 예로서, Lyocell은 하이드록실 기의 어떠한 치환도 발생하지 않으면서 어떠한 화학적 매개체도 형성되지 않는 유기 용액으로부터 석출된 셀룰로오스로 구성된 재생 셀룰로오스 섬유를 위해 사용되는 용어이다. Lyocell은 물, 적합하게는 약 12% 물과 N-메틸모폴린-N-옥시드(N-methylmorpholine-N-oxide) 내에 셀룰로오스를 용해시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 부직포 복합체 웨브의 재생 셀룰로오스 섬유는 비스코스 레이온, 구리암모늄 레이온 및 Lyocell로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 부직포 복합체 웨브의 재생 셀룰로오스 섬유는 Lyocell 섬유에 의거할 수 있다. 일부 실시예에서, 재생 셀룰로오스 섬유는 섬유당 약 0.1 내지 약 2.7 데니어 이상의 범위, 또는, 적절하게는 섬유 당 약 0.9 내지 약 2.7 데니어의 범위의 데니어를 가질 수 있다. Lyocell 섬유, Lyocell 섬유를 제조하는 방법 및 Lyocell 섬유의 웨브를 제조하는 방법은 그 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 Luo 등의 미국 특허 제6,306,334호, Luo 등의 미국 특허 제7,067,444호 및 Luo의 미국 특허 제8,012,565호에 추가로 설명되어 있다.
일 실시예에서, 재생 셀룰로오스 섬유는 Lyocell 재생 셀룰로오스로부터 형성된 섬유의 부직포 웨브일 수 있다. 예로서, 재생 셀룰로오스 섬유는 (오스트리아, 렌징 소재의 Lenzing AG로부터 입수할 수 있는) Lyocell 재생 셀룰로오스로부터 형성된 섬유의 TencelWeb 부직포 웨브일 수 있다.
재생 셀룰로오스를 포함하는 연속 섬유의 부직포 웨브는 예로서, 공지된 솔벤트 스피닝 또는 멜트 스피닝 공정, 예로서 스펀본딩 또는 멜트블로잉 같은 공지된 부직포 압출 공정에 의해 형성될 수 있다.
재생 셀룰로오스 섬유는 최초 재생 셀룰로오스, 재순환 재생 셀룰로오스 또는 그 혼합물로부터 준비될 수 있다.
재생 셀룰로오스 섬유는 다른 솔벤트 스피닝 가능하거나 멜트 스피닝 가능한 열가소성 중합체, 공중합체 또는 그 블렌드를 더 포함할 수 있다. 적절한 다른 중합체는 예로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등 같은 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 열 가소성 엘라스토머, 그 블렌드 및 공중합체 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 선택적으로, 재생 셀룰로오스 섬유는 둘 이상의 서로 다른 중합체로 구성되는 다성분 섬유일 수 있다. 재생 셀룰로오스 섬유는 둥글거나 바이로벌(bilobal), 트리로벌 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 본 기술 분야의 숙련자들에게 공지된 임의의 적절한 형상일 수 있다. 바람직하게는, 재생 셀룰로오스 섬유는 약 8 내지 약 70 gsm의 기본 중량을 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 재생 셀룰로오스 섬유는 약 10 내지 약 35 gsm의 기본 중량을 갖는다.
예로서, 안료, 항산화제, 유동 촉진제, 안정화제, 향수(fragrance), 연마 입자, 충전재 등을 포함하는 재생 셀룰로오스 섬유를 준비하기 위해 사용되는 재생 셀룰로오스에 다른 성분 또는 첨가물이 추가될 수 있다.
재생 셀룰로오스 섬유의 부직포 웨브와 하이드로인탱글링되는 불연속 섬유는 스테이플 섬유, 펄프 섬유 또는 그 블렌드일 수 있다. 불연속 섬유는 웨브로 형성되고 재생 셀룰로오스 섬유의 부직포 웨브와 얽혀질 수 있거나, 불연속 섬유는 재생 셀룰로오스 섬유의 부직포 웨브 상에 배설되고 그 후 재생 셀룰로오스 섬유의 부직포 웨브와 얽혀질 수 있다.
일반적으로, 불연속 섬유는 스테이플 섬유 또는 펄프 섬유이다. 스테이플 섬유 및 펄프 섬유는 종종 약 1 내지 약 150 mm, 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 50 mm, 일부 실시예에서는 약 10 내지 약 40 mm 그리고, 일부 실시예에서는 약 10 내지 약 25 mm의 범위의 섬유 길이를 갖는다. 일반적으로, 스테이플 섬유는 종래의 카딩 공정, 예를 들어, 모직 또는 무명 카딩 공정을 사용하여 카딩된다. 그러나, 에어 레이드(air laid) 또는 습식 레이드(wet raid) 공정 같은 다른 공정이 또한 스테이플 섬유 또는 펄프 섬유 웨브를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 매우 다양한 중합체 재료가 스테이플 섬유를 제조하는 데 사용하기에 적합한 것으로 알려져 있다. 예는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 재생 셀룰로오스 및 다른 멜트 스핀가능한 및/또는 섬유 형성 중합체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 섬유를 제조하기 위해 통상적으로 사용되는 임의의 종래의 중합체가 본 발명에 유용한 스테이플 섬유를 생성하기 위해 중합체 성분으로서 사용될 수 있다. 다른 적절한 스테이플 섬유는 아세테이트 스테이플 섬유, 레이온 스테이플 섬유, Nomex® 스테이플 섬유, Kevlar® 스테이플 섬유, 폴리비닐 알콜 스테이플 섬유, Lyocell 스테이플 섬유 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
부직포 복합체를 제조하기 위해 사용 가능한 스테이플 섬유는 또한 다성분(예를 들어, 이성분) 스테이플 섬유일 수 있다. 예로서, 다성분 섬유를 위한 적절한 구성은 나란한(side-by-side) 구성 및 외피-코어 구성을 포함하고, 적절한 외피-코어 구성은 편심 외피-코어 및 동심 외피-코어 구성을 포함한다. 일부 실시예에서, 본 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 다성분 섬유를 형성하기 위해 사용되는 중합체는 다양한 결정화 및/또는 응고 특성을 형성하도록 충분히 서로 다른 용융점을 가진다. 다성분 섬유는 약 20 중량% 내지 약 80 중량%, 그리고, 일부 실시예에서는, 약 40 중량% 내지 약 60 중량%의 저 융점 중합체(low melting polymer)를 가질 수 있다. 또한, 다성분 섬유는 약 80 중량% 내지 약 20 중량%, 그리고, 일부 실시예에서는, 약 60 중량% 내지 약 40 중량%의 고 융점 중합체를 가질 수 있다. 이성분 또는 다성분 섬유가 스테이플 섬유로서 사용되거나 스테이플 섬유의 일부일 때, 복합체는 열을 추가로 열을 사용하여 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 부직포 웨브 복합체는 또한 예로서, 활성화된 차콜(charcoal), 점토, 전분 및 초흡수성 재료 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. 예로서, 이들 재료는 복합체 층 내로의 그 통합 이전에 비열가소성 흡수성 스테이플 섬유에 추가될 수 있다. 대안적으로, 및/또는 추가적으로, 이들 재료는 비열가소성 흡수성 스테이플 섬유 및 열가소성 섬유가 조합된 이후 복합체에 추가될 수 있다. 유용한 초흡수제는 흡수성 재료의 분야의 당업자에게 알려져 있다.
재생 셀룰로오스 섬유의 부직포 웨브 내로의 펄프 섬유의 스테이플의 하이드로인탱글링은 본 기술 분야에 잘 알려진 종래의 하이드로인탱글링 장비를 사용하여 달성될 수 있다. 이런 하이드로인탱글링 장비는 독일 에겔스바흐 소재의 Fleissner GmbH 또는 다른 잘 알려진 제조업자로부터 얻어질 수 있다. 본 발명의 하이드로인탱글링은 예로서 물 같은 임의의 적절한 작동 유체로 수행될 수 있다. 작동 유체는 일련의 개별 구멍 또는 오리피스에 유체를 균등하게 분배하는 매니폴드를 통해 유동한다. 이들 구멍 또는 오리피스는 직경이 약 0.003 내지 약 0.015 in일 수 있다. 예로서, 본 발명은 0.007 in 직경 오리피스, 인치당 30 구멍 및 1개 구멍 열을 포함하는 매니폴드를 사용하여 실시될 수 있다. 다수의 다른 매니폴드 구성 및 조합이 사용될 수 있다. 예로서, 단일 매니폴드가 사용될 수 있거나 다수의 분사기가 연속적으로 배열될 수 있다.
하이드로인탱글링 공정에서, 작동 유체는 약 200 내지 약 3500 psig(pounds per square inch gage)의 범위의 압력으로 오리피스를 통과한다. 설명된 압력의 상부 범위에서, 하이드로인탱글링되는 재료 또는 재료들은 약 500 fpm(feet per minute) 내지 약 2000 fpm의 속도로 처리될 수 있는 것으로 고려된다. 유체는 예로서 약 40 x 40 내지 약 100 x 100의 메시 크기를 갖는 단일 평면 메시일 수 있는 다공성 표면 또는 와이어에 의해 지지되는 재료에 영향을 준다. 다공성 표면은 또한 약 50 x 50 내지 약 200 x 200의 메시 크기를 갖는 다층(multi-ply) 메시일 수 있다. 다수의 수류 제트 처리 공정에서 통상적인 바와 같이, 진공 슬롯은 하이드로인탱글링 분사기 바로 아래 및/또는 하이드로인탱글링 매니폴드의 하류의 다공성 얽힘 표면 아래에 위치될 수 있으며, 그래서, 과도한 물이 하이드로인탱글링 재료 또는 재료들로부터 인출된다.
부직포 웨브 복합체에 선택된 특성을 부여하기 위해 마감 단계 및/또는 후처리 공정을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예로서, 부직포 웨브 복합체는 기계적 처리, 화학적 처리 등을 받을 수 있다. 기계적 처리는 비제한적 예로서 균일한 외부 외관 및/또는 특정 촉각적 특성을 제공하기 위한 가압, 크레이핑, 브러싱 및/또는 캘린더 롤, 엠보싱 롤 등에 의한 가압을 포함한다. 화학적 후처리는 비제한적 예로서, 접착제, 염료 등을 포함한다.
부직포 웨브 복합체의 크레이핑에서, 크레이핑 화학제의 수성 분산액은 건조기 표면 상에 분사될 수 있다. 예로서, 액체 또는 발포 화학제가 사용될 수 있다. 액체 화학제에 대조적으로, 발포 화학제는 건조기 표면에 도달하기에 충분한 구조적 완전성을 갖는다. 발포 화학제를 생성함으로써, 화학제 적용기는 건조기 표면에 매우 근접하게 배치될 수 있다. 건조기 표면에 대한 화학제 적용기의 긴밀한 근접도는 화학적 질량 효율 및 에너지 효율을 개선시킨다. 발포체 내로 도입된 공기가 희석제로서 작용하기 때문에 효율이 증가된다. 결과적으로, 건조 공정 동안 크레이핑 화학제로부터 물을 제거하기 위해 더 적은 열이 요구된다.
일반적으로, 발포 화학제를 준비하는 단계는 액체와 공기 양자 모두를 혼합기 내로 펌핑하는 시스템을 사용한다. 혼합기는 공기를 액체 내로 혼합하여 고유하게 복수의 작은 공기 기포를 포함하는 발포체를 생성한다. 발포체는 혼합기를 벗어나고 적용기로 유동한다.
발포 화학제의 양을 규정하기 위한 한 가지 파라미터는 블로우 비율이며, 이는 혼합 이전의 분산액의 체적에 대한 분산액 화학제에 의해 포획된 작은 기포의 체적의 비율로 정의된다. 예로서, 10:1의 블로우 비율에서, 1 리터/분의 분산액 유량은 10 리터/분의 공기를 그 액체에 포획하고 분당 11 리터의 전체 발포체 유량을 생성할 수 있다.
높은 블로우 비율을 달성하기 위해, 첨가제 조성물의 기계적 혼합 및 발포 기능 양자 모두가 결정 인자이다. 화학제가 단지 5의 블로우 비율까지의 공기 체적을 보유 또는 포획할 수 있는 경우, 발포체 유닛이 얼마나 강력하든, 10의 블로우 비율을 갖는 안정한 발포체를 생성할 수 없다. 5의 블로우 비율을 초과한 임의의 잉여 공기는 기계적 힘이 제거되고 나서 발포 시스템의 외부로 방출된다. 달리 말하면, 분산액의 공기 함유 기능보다 높은 임의의 포획 공기는 불안정해지게 된다. 이런 불안정한 공기 기포의 대부분은 기계적 교반이 중단된 직후 발포체로부터 탈출된다(기포제거).
발포체 크레이핑의 추가적 장점은 크레이핑 단계 이후, 티슈 기재 표면 상에 남아있는 첨가제 조성물의 건조 층이 더 많은 부피를 추가한다는 것이다. 부피의 증가는 코팅된 층 내부에 포획된 공기에 기인한다. 발포된 첨가제 조성물이 건조 단계 동안 필름이 되지만, 발포된 첨가제 조성물의 더 높은 고체 수준과 연계된 더 높은 점성에 기인하여 발포체 내에 포획된 공기 중 전체가 건조 단계 동안 소실되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 필름은 실질적으로 연속적인 필름일 수 있다.
대부분의 상업적 발포제가 발포체 크레이핑을 생성하기에 적합하다. 적합한 발포제는 액체 형태의 중합체 재료를 포함한다. 비수용성 중합체의 발포성 조성물은 분산액 또는 용액의 형태일 수 있다. 발포성 분산액의 예는 미국 텍사스주 프리포트 소재의 The Dow Chemical Company로부터 상업적으로 입수할 수 있는 HYPOD 8510 같은 폴리올레핀 분산액; 및 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Kraton Polymers U.S. LLC로부터 상업적으로 입수할 수 있는 KRATON 상표 하에 판매되는 것들 같은 폴리이소프렌 분산액, 폴리부타디엔-스티렌 블록 공중합체 분산액, 독일 뮌헨의 Wacker로부터 상업적으로 입수할 수 있는 E-PLUS 같은 라텍스 분산액; 양자 모두를 미국 위스콘신 밀워키의 Aldrich로부터 입수할 수 있는 폴리비닐 피롤리돈-스티렌 공중합체 분산액 및 폴리비닐 알콜-에틸렌 공중합체 분산액을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
발포 크레이핑 공정에 관한 추가적 세부사항은 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 2010년 12월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/979852호에서 찾을 수 있다.
중요하게는, 재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 부직포 복합체의 크레이핑 효율은 재생 셀룰로오스 섬유가 다른 합성 열가소성 중합체 섬유 같이 온도 민감성이 아니라는 사실에 의해 개선된다. 재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 부직포 복합체는 약 300℉를 초과하는 온도, 적절하게는 약 350 내지 약 550℉의 범위의 온도, 더욱 적합하게는 약 500 내지 약 550℉의 범위의 온도의 고온 건조기 표면 상에서 건조될 수 있다.
본 발명에 대한 더 양호한 이해를 얻기 위해, 본 명세서의 도면을 참조한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 부직포 복합체를 형성하기 위한 공정(10)이 개략적으로 예시되어 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 부직포 복합체는 모두 재생 셀룰로오스 섬유로 구성될 수 있거나, 단지 부분적으로 재생 셀룰로오스 재료를 포함할 수 있다. 예로서, 연속 섬유 및/또는 불연속 섬유는 모두 재생 셀룰로오스 재료로 구성될 수 있거나, 단지 부분적으로 재생 셀룰로오스 재료를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 불연속 섬유의 희석 현탁액은 헤드 박스(12)에 의해 공급되고, 균일한 분산액 내의 슬러시(14; sluice)를 통해 종래의 제지기의 성형 페브릭(16) 상으로 퇴적된다. 섬유의 현탁액은 임의의 원하는 농도로 희석될 수 있다. 예로서, 현탁액은 약 0.01 내지 약 1.5 중량%의 물에 현탁된 섬유를 포함할 수 있다. 섬유의 현탁액으로부터 물이 제거되어 불연속 섬유(18)의 층을 형성한다.
소량의 습윤-강도 수지 및/또는 수지 결합제가 강도 및 내마모성을 향상시키기 위해 추가될 수 있다. 유용한 결합제 및 습윤-강도 수지는 예로서, Ashland Hercules Chemical Company로부터 입수할 수 있는 Kymene 557 H를 포함한다. 가교결합 보조제 및/또는 수화 보조제도 섬유 혼합물에 추가될 수 있다. 매우 개방된 또는 헐거운 부직포 섬유 웨브가 바람직한 경우 임의의 잠재적 수소 결합의 정도를 감소시키기 위해 섬유 혼합물에 분리 보조제가 추가될 수 있다. 일 실시예의 결합 보조제는 상표명 Quaker 2008 하에 펜실바니아주 콘소호켄 소재의 Quaker Chemical Company로부터 입수할 수 있다. 복합체의 예로서, 0.1 내지 4 중량%의 양으로 특정 분리 보조제를 추가하는 것은 또한 측정된 정적 및 동적 마찰 계수를 감소시키고 부직포 복합체의 연속적 필라멘트 농후 측부의 내마모성을 개선시키는 것으로 나타났다. 분리제는 윤활제 또는 마찰 감소제로서 작용하는 것으로 믿어진다.
재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 부직포 웨브(20)는 공급 롤(22)로부터 풀려지고, 스택 롤러(28, 30)에 의해 형성된 S-롤 배열(26)의 닙(24)을 통과한다. 부직포 웨브(20)는 예로서, 공지된 솔벤트 스피닝 또는 멜트 스피닝 공정 같은 공지된 부직포 웨브 제조 공정에 의해 형성될 수 있으며, 최초에 공급 롤 상에 저장되지 않고 닙(24)을 직접적으로 통과할 수 있다. 연속적 필라멘트 부직포 웨브(20)는 스펀본드 공정에 의해 형성된 연속적 멜트 스펀 재생 셀룰로오스 필라멘트의 부직포 웨브일 수 있다. 멜트 스펀 필라멘트는 상술한 재생 셀룰로오스를 포함하는 임의의 조성물로부터 형성될 수 있다.
부직포 기재(20)는 약 3.5 내지 약 70 gsm(grams per square meter)의 기본 중량을 가질 수 있다. 특히, 부직포 기재(20)는 약 10 내지 약 35 gsm의 기본 중량을 가질 수 있다. 중합체는 예로서, 안료, 항산화제, 유동 촉진제, 안정화제 등 같은 추가적 재료를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 부직포 연속적 필라멘트 웨브(20)는 약 30% 미만의 전체 결합 영역과, 제곱 인치 당 약 100 결합보다 큰 균일한 결합 밀도를 갖는다. 예로서, 부직포 연속적 필라멘트 웨브는 약 2 내지 약 30%(종래의 광학적 현미경 방법에 의해 결정됨)의 전체 결합 영역과, 제곱 인치 당 약 250 내지 약 600 핀 결합의 결합 밀도를 가질 수 있다.
이런 전체 결합 영역과 결합 밀도의 조합은 매끄러운 엔빌 롤과 전체적으로 접촉할 때 약 30% 미만의 총 결합 표면 영역을 제공하는 제곱 인치 당 약 100보다 많은 핀 결합을 갖는 핀 결합 패턴을 갖는 연속적 필라멘트 웨브를 결합함으로써 달성될 수 있다. 제곱 인치 당 결합의 상한은 제곱 인치 당 600 핀 결합 이상일 수 있다. 제곱 인치 당 핀 결합의 수가 증가할 때, 핀의 크기는 원하는 범위 이내의 결합 밀도를 유지하도록 일반적으로 감소할 것이다. 바람직하게는, 결합 패턴은 제곱 인치 당 약 250 내지 약 350 핀 결합의 핀 결합 밀도와, 매끄러운 엔빌 롤과 접촉할 때 약 10% 내지 약 25%의 전체 결합 표면 영역을 가질 수 있다.
비록, 열적 결합 롤에 의해 생성된 핀 결합이 상술되었지만, 본 발명은 고온 에어 나이프(HAK) 같은 최소 전체 결합 영역을 갖는 필라멘트의 양호한 고정구(tie down)를 생성하는 임의의 결합 형태를 고려한다. 다른 예는 최소 결합 영역을 갖는 바람직한 필라멘트 고정구를 제공하기 위해 사용될 수 있는 라텍스 주입물과 열적 결합의 조합이다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 수지, 라텍스 또는 접착제는 예로서, 원하는 결합을 제공하도록 분사 또는 인쇄되고 건조됨으로써 부직포 웨브에 적용될 수 있다.
섬유(18)의 층은 그 후 종래의 수력 얽힘 기계(hydraulic entangling machine)의 다공성 얽힘 표면(32) 상에 배치되는 부직포 웨브(20) 상에 배설된다. 섬유(18)는 수력 얽힘 매니폴드(34)와 재생 셀룰로오스의 부직포 웨브(20) 사이에 있는 것이 바람직하다. 부직포 웨브(20) 및 섬유(18)의 층은 하나 이상의 수력 얽힘 매니폴드(34) 아래를 통과하고, 재생 셀룰로오스의 부직포 웨브(20)의 필라멘트와 섬유의 전체 또는 적어도 대부분을 얽도록 유체의 제트로 처리된다. 또한, 유체의 제트는 복합체(36)를 형성하도록 재생 셀룰로오스 섬유(20)의 부직포 웨브 내로, 그리고, 그를 통해 섬유를 구동한다.
대안적으로, 섬유(18)의 층과 부직포 웨브(20)가 습식 배설이 그 위에 이루어지는 동일한 다공성 스크린(즉, 메시 부직포 복합체) 상에 존재하는 동안, 수력 얽힘이 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명은 재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 부직포 웨브 상에 건조된 시트를 중첩시키고, 건조된 시트를 특정 농도로 재가습하고, 그 후, 재가습된 시트를 수력 얽힘을 받게 하는 것을 고려한다.
섬유(18)가 물로 고도로 포화되어 있는 동안 수력 얽힘이 이루어질 수 있다. 예로서, 섬유(18)의 층은 수력 얽힘 직전에 약 90 중량%까지의 물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 섬유는 섬유의 에어레이드 또는 건식 배설 층일 수 있다.
수력 얽힘은 예로서 그 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 Evans의 미국 특허 제3,485,706호에서 찾을 수 있는 것 같은 종래의 수력 얽힘 장비를 사용하여 달성될 수 있다. 본 발명의 수력 얽힘은 예로서 물 같은 임의의 적절한 작동 유체로 수행될 수 있다. 작동 유체는 일련의 개별 구멍 또는 오리피스에 유체를 균등하게 분배하는 매니폴드를 통해 유동한다. 이들 구멍 또는 오리피스는 직경이 약 0.003 내지 0.015 in일 수 있다. 예로서, 본 발명은 프랑스 그렌노블 소재의 Rieter-PerfoJet, Inc.에 의해 생성되는 매니폴드를 사용하여 실시될 수 있다. 다수의 다른 매니폴드 구성 및 조합이 사용될 수 있다. 예로서, 단일 매니폴드가 사용될 수 있거나 다수의 매니폴드가 연속적으로 배열될 수 있다.
수력 얽힘 공정에서, 작동 유체는 약 200 내지 약 3000 psig(pounds per square inch gauge)의 범위의 압력으로 오리피스를 통과한다. 설명된 압력의 상부 범위에서, 부직포 복합체는 약 1500 fpm(feet per minute)의 속도로 처리될 수 있는 것으로 고려된다. 유체는 예로서, 약 8 x 8 내지 약 100 x 100의 메시 크기를 갖는 단일 평면 메시일 수 있는 다공성 표면에 의해 지지되는 재생 셀룰로오스 섬유의 부직포 웨브(20) 및 섬유(18)에 충격을 줄 수 있다. 다공성 표면은 또한 약 50 x 50 내지 약 200 x 200의 메시 크기를 갖는 다층 메시일 수 있다. 다수의 수류 제트 처리 공정에서 전형적인 바와 같이, 진공 슬롯(38)은 하이드로-니들링 매니폴드 바로 아래 또는 얽힘 매니폴드의 하류의 다공성 얽힘 표면(32) 바로 아래에 위치될 수 있으며, 그래서, 과도한 물이 수력 얽힘 복합체(36)로부터 인출된다.
비록, 본 발명자가 특정 동작 이론에 얽매이지는 않지만, 재생 셀룰로오스 섬유의 부직포 웨브 상에 배설되는 섬유에 직접적으로 영향을 주는 작동 유체의 주상 제트는 웨브의 필라멘트의 매트릭스 또는 부직포 네트워크를 통해 부분적으로 그리고 그 내부로 이들 섬유를 구동하도록 작용하는 것으로 믿어진다. 유체 제트 또는 섬유가 상술한 결합 특성(그리고, 약 5 미크론 내지 약 40 미크론의 범위의 필라멘트 직경)을 갖는 부직포 웨브와 상호 작용할 때, 섬유는 또한 부직포 웨브의 재생 셀룰로오스 필라멘트와, 그리고, 서로 얽혀진다. 다른 한편, 웨브의 전체 결합 영역이 너무 큰 경우, 섬유 침투는 열악해질 수 있다. 또한, 너무 큰 결합 영역은 또한 더러운 부직포 복합체를 유발하고, 그 이유는 이들이 큰 비다공성 결합 스팟을 가격할 때 유체의 제트가 튀기고, 비산하고, 섬유를 씻어내리기 때문이다. 지정된 레벨의 결합은 일관성 있는 웨브를 제공하며, 이 일관성 있는 웨브는 단지 일 측부 상에서 수력 얽힘에 의해 부직포 복합체로 형성될 수 있으며, 또한, 강하고 유용한 부직포 복합체 및 바람직한 치수 안정성을 갖는 부직포 복합체를 제공한다.
본 발명의 일 양태에서, 섬유와 웨브에 영향을 주는 유체 제트의 에너지는 섬유가 부직포 복합체의 2측면성(two-sidedness)을 향상시키는 방식으로 재생 셀룰로오스 섬유의 웨브 내로 삽입되고 그와 얽혀지도록 조절될 수 있다. 즉, 얽힘은 대향 측부 상의 대응하는 낮은 섬유 농도와 부직포 복합체의 일 측부 상의 높은 섬유 농도를 생성하도록 조절될 수 있다. 대안적으로, 재생 셀룰로오스 섬유의 부직포 웨브는 일 측부 상의 섬유 층 및 다른 측부 상의 다른 섬유 층과 얽혀질 수 있다.
유체 제트 처리 이후, 부직포 복합체(36)는 비압축성 건조 작업으로 전달될 수 있다. 차등 속도 픽업 롤(40)은 하이드롤릭 니들링 벨트로부터 비압축성 건조 동작으로 재료를 전달하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 종래의 진공형 픽업 및 전달 부직포 복합체가 사용될 수 있다. 필요시, 부직포 복합체는 건조 동작으로 전달되기 이전에 상술한 바와 같은 액체 또는 발포 크레이핑 공정에 의해 습식 크레이핑될 수 있다. 웨브의 비압축성 건조는 도 1에 42로 도시된 종래의 회전 드럼 관통-공기 건조 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 관통 건조기(42)는 천공부(46)를 통해 송풍되는 고온 공기를 수용하기 위해 외부 후드(48)와 조합하여 천공부(46)를 갖는 외부 회전가능 실린더(44)일 수 있다. 관통 건조기 벨트(50)는 관통 건조기 외부 실린더(40)의 상부 부분 위로 부직포 복합체(36)를 전달한다. 관통 건조기(42)의 외부 실린더(44) 내의 천공부(46)를 통해 송풍된 가열된 공기는 부직포 복합체(36)로부터 물을 제거한다. 관통 건조기(42)에 의해 부직포 복합체(36)를 통해 송풍된 공기의 온도는 약 200 내지 약 550℉, 적절하게는 약 300 내지 약 550℉, 그리고, 더욱 적합하게는 약 500 내지 약 550℉의 범위일 수 있다. 다른 유용한 관통 건조 방법 및 장치는 예로서 그 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 제2,666,369호 및 제3,821,068호에서 찾을 수 있다.
복합체(36)에 선택된 특성을 부여하기 위해 마감 단계 및/또는 후처리 공정을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예로서, 부직포 복합체는 균일한 외부 외관 및/또는 특정 촉각 특성을 제공하도록 캘린더 롤에 의해 가볍게 가압, 크레이핑 또는 브러싱될 수 있다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 접착제 또는 염료 같은 화학적 후처리가 부직포 복합체에 추가될 수 있다.
테스트 절차
캘리퍼(Caliper): 페브릭의 캘리퍼는 그 두께에 대응한다. 캘리퍼는 본 예에서 TAPPI 테스트 방법, T402 "Standard Conditioning and Testing Atmosphere For Paper, Board, Pulp Handsheets and Related Products" 또는 적층된 시트를 위한 노트 3을 갖는 T411 om-89 "Thickness (caliper) of Paper, Paperboard, and Combined Board"로 측정된다. T411 om-89를 수행하기 위해 사용되는 마이크로미터는 2 킬로파스칼의 엔빌 압력과 57.2 mm의 엔빌 직경을 갖는 Emveco Model 200A Electronic Microgage(오레곤주 뉴베리 소재의 Emveco, Inc.에 의해 제조됨)일 수 있다.
파지 인장 강도: 파지 인장 테스트는 단방향 응력을 받을 때의 페브릭의 파괴 강도의 척도이다. 본 테스트는 본 기술 분야에 알려져 있으며 Federal Test Methods Standard 191A의 방법 5100의 제원에 부합된다. 결과는 파괴까지 파운드 단위로 표현된다. 더 높은 수는 더 강한 페브릭을 나타낸다. 파지 인장 테스트는 두 개의 클램프를 사용하며, 이들 각각은 두 개의 조오를 가지며, 각 조오는 샘플과 접촉하는 면을 갖는다. 클램프는 3 in(76 mm)만큼 동일 평면에서 일반적으로 수직으로 분리된 재료를 보유하고, 지정된 연신율로 이격된다. 파지 인장 강도를 위한 값은 1 in(25 mm) x 1 in의 조오 대면 크기 및 300 mm/min의 일정한 연신율(constant rate of extension)을 갖는, 4 in(102 mm) x 6 in(152 mm)의 샘플 크기를 사용하여 얻어진다. 샘플은 페브릭내의 인접한 섬유에 의해 기여되는 추가적 강도와 조합된 클램핑된 폭의 섬유의 유효 강도를 대표하는 결과를 제공하도록 클램프 조오보다 더 넓다. 시편은 예로서, 노스캐롤라이나주 캐리 소재의 Sintech Corporation으로부터 입수할 수 있는 Sintech 2 테스터, 매사츄세츠주 캔톤 소재의 Instron Corporation으로부터 입수할 수 있는 Instron ModelTM 또는 펜실바니아주 필라델피아의 Thwing-Albert Instrument Co.로부터 입수할 수 있는 Thwing-Albert Model INTELLECT II 내에 클램핑된다. 이는 실제 사용되는 페브릭 응력 조건을 모사한다. 결과는 세 개의 시편의 평균으로서 보고되고 횡단 방향(CD) 또는 기계 방향(MD)으로 시편을 사용하여 수행될 수 있다.
흡수 능력: 흡수 능력은 시간 기간에 걸쳐 액체(예를 들어, 물 또는 모터 오일)를 흡수하기 위한 재료의 능력을 지칭하며, 그 포화 지점에서 재료에 의해 보유되는 전체 액체 양에 관련된다. 흡수 능력은 산업적 및 규격적 타월 및 와이핑 종이 상에서 연방 제원 번호 UU-T595C에 따라 측정된다. 구체적으로, 흡수 능력은 액체의 흡수로부터 초래되는 샘플의 중량의 증가를 측정함으로써 결정되고, 이하의 방정식을 사용하여 흡수된 액체의 % 또는 흡수된 액체의 중량 중 어느 하나로서 표현된다.
흡수 능력 = (포화 샘플 중량 - 샘플 중량)
또는
% 흡수 능력 = [(포화된 샘플 중량 - 샘플 중량)/샘플 중량] x 100
컵 분쇄(Cup Crush): 부직포 직물의 연성은 "컵 분쇄" 테스트에 따라 측정될 수 있다. 컵 테스트는 컵 형상 페브릭의 균일한 변형을 유지하도록 컵 형상 페브릭이 대략 6.5 cm 직경 실린더에 의해 둘러싸여져 있는 상태로, 6.5 cm 높이 반전 컵에 의해 대략 6.5 cm 직경으로 성형된 페브릭의 23 cm x 23 cm 단편을 분쇄하기 위해 4.5 cm 직경 반구형 성형 푸트(foot)를 위해 필요한 피크 부하를 측정함으로써 페브릭 강성도를 평가한다. 평균 10개 판독치가 사용된다. 푸트와 컵은 판독치에 영향을 줄 수 있는 푸트와 컵 벽 사이의 접촉을 피하도록 정렬된다. 푸트가 초당 약 0.25 in(분당 38 cm)의 율로 강하하는 상태로 측정되고 그램 단위로 측정된다. 더 낮은 컵 분쇄 값은 더 연성의 라미네이트를 나타낸다. 또한, 컵 분쇄 테스트는 테스트의 시작시로부터 피크 부하 지점까지의 에너지인 샘플("컵 분쇄 에너지")을 분쇄하기 위해 필요한 전체 에너지를 위한 값, 즉, 하나의 축 상에서 그램 단위의 부하에 의해 형성되는 곡선 아래의 영역 및 푸트가 나머지 상으로 이동하는 밀리미터 단위 거리를 산출한다. 컵 분쇄 에너지는 gf*mm 단위로 보고된다. 컵 분쇄를 측정하기 위한 적절한 장치는 뉴저지주 펜사우켄 소재의 Schaevitz Company로부터 입수할 수 있는 모델 FTD-G500 로드 셀(500 gm 범위)이다.
인-핸드 랭킹 테스트(IHR): IHR은 섬유성 웨브의 손 촉감의 기본 평가이고, 연성 같은 속성을 평가한다. 이러한 테스트는 공정 변화가 인력으로 검출가능한지 및/또는 대조구에 대비하여 연성 인지도에 영향을 주는지 여부에 대한 신속한 판독을 획득하는 데 유용하다. 처리된 웨브와 대조구 웨브 사이의 IHR 연성 데이터의 차이는 연성 개선의 정도를 반영한다.
테스터의 패널은 평균적 비훈련 소비자가 제공할 수 있는 것 보다 더 정확하게 평가를 제공하도록 훈련되었다. 패널에 의해 각 샘플 코드를 위해 생성된 등급 데이터는 비례 위험 재귀 모델(proportional hazards regression model)을 사용하여 분석되었다. 이 모델은 패널리스트가 평가되는 가장 큰 속성으로부터 가장 작은 속성까지 등급화 절차를 통해 진행하는 것을 연산적으로 가정한다. 연성 테스트 결과는 로그 오드(log odd) 값으로서 표현된다. 로그 오드는 비례 위험 재귀 모델로부터 각 코드를 위해 추산된 위험 비율의 자연 로그이다. 더 큰 로그 오드는 관련 속성이 더 큰 강도로 인지된다는 것을 나타낸다.
IHR 결과가 로그 오드로 표현되기 때문에, 개선된 연성의 편차가 실제로 데이터가 나타내는 것보다 매우 더 현저하다. 예로서, IHR 데이터의 편차가 1일 때, 이는 실제로 전체 연성의 10 배(101 = 10) 개선 또는 그 대조구에 비한 1,000% 개선을 나타낸다. 다른 예에서, 편차가 0.2인 경우, 이는 1.58배(100.2=1.58) 또는 85% 개선을 나타낸다.
IHR로부터의 데이터는 또한 등급 형태로 표현될 수 있다. 이 데이터는 일반적으로 제품의 등급화가 등급화된 제품에 의존할 때 테스트 내에서 상대적 비교를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 적어도 하나의 제품이 양자의 테스트에서 테스트될 때 교차-테스트 비교가 이루어질 수 있다.
이하의 예 및 비교예는 본 발명의 부직포 복합체의 예상치 않은 특성을 예시하기 위해 준비되었다.
예
이하에 설명된 바와 같은 코팅 화학제는 발포되고 오프라인 변환 공정에서 가열된 실린더의 드럼 상에 적용된다. 건조기는 22 in의 직경을 갖는다. 다양한 건조 하이드로인탱글링 기초시트가 코팅 화학제와 함께 가열된 실린더 롤 상에 코팅되고 기재 상의 발포체 코팅의 경화시 가열된 롤로부터 크레이핑된다.
평가된 다양한 기초시트는 아래와 같다:
1. 상업적 54 gsm 펄프/폴리프로필렌(PP) 상업적 Hydroknit® 기초시트.
2. 펄프와 하이드로인탱글링된 Lyocell 결합 카디드 웨브(Lyocell Hydroknit®)(Lyocell 기초 중량 = 25 gsm)
3. 펄프와 하이드로인탱글링된 TencelWeb(TencelWeb Hydroknit®)(TencelWeb 기초 중량 = 15 gsm)
상술한 기초시트는 이하의 화학제로 처리된다:
1. 14% 고체 Crepetrol 혼합물: Resozol(90:10)(델라웨어주 윌밍톤 소재의Ashland, Inc.로부터 입수가능함) + 발포제. (Unifroth 0154(사우스캐롤라이나주 그린빌 소재의 Unichem, Inc.로부터 입수가능함))
2. 30% DPOD 고형물 + 10% Expancel®을 갖는 HYPOD 8510 크레이핑 화학제(조지아주 댈러스 소재의 Eka Chemicals, Inc.로부터 입수가능함).
이 화학제는 물을 사용하여 상술한 레벨로 희석되고 상술한 발포체 생성 공정을 사용하여 발포체 포우밍된다. 처리 세부사항이 표 1에 나열되어 있다.
Figure pct00001
표 2, 3, 4 및 5는 각 예의 코드를 위한 측정된 특성을 요약한다.
표 2는 재료 부피 및 캘리퍼 데이터를 포함한다. 이 데이터는 크레이핑이 그 대응 대조구에 비해 재료의 부피를 증가시킨다는 것을 보여준다.
표 3은 흡수 능력 데이터를 포함하며, 이는 Lyocell 섬유의 사용과 조합된 크레이핑이 표준 펄프/PP 하이드로인탱글링 재료에 비해 증가된 흡수 능력을 초래한다는 것을 보여준다(코드 511에 비교된 코드 512s).
표 4는 다양한 재료 예를 위한 컵 분쇄 데이터를 포함한다. 데이터는 펄프와 하이드로인탱글링되고 크레이핑될 때 Lyocell 또는 TencelWeb가 더 낮은 에너지를 초래한다는 것을 보여주며, 이 더 낮은 에너지는 더 연성의 촉감의 재료라는 것을 의미한다. 에너지의 감소는 66%만큼 높다(코드 3과 코드 512s 사이).
표 5는 TencelWeb 하이드로인탱글링 펄프가 펄프와 하이드로인탱글링된 폴리프로필렌 스펀본드보다 더 연성으로 인지된다는 것을 보여주는 코드를 선택하기 위한 IHR(인핸드 랭킹) 연성도 데이터를 포함한다(코드 512s와 511).
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
비록 본 발명을 다양한 실시예를 참조로 설명하였지만, 본 기술 분야의 당업자는 본 발명의 개념 및 범주로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부사항에 변경이 이루어질 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이 때문에, 상술한 상세한 설명은 제한이 아닌 예시적인 것으로 간주되고, 모든 균등물을 포함하는 첨부 청구범위가 본 발명의 범주를 규정하는 것을 의도한다.

Claims (20)

  1. 재생 셀룰로오스 섬유와 스테이플 또는 목재 펄프 섬유를 포함하는 직접 성형 부직포로서,
    성형 표면 상에 재생 셀룰로오스 섬유를 배치하는 단계;
    재생 셀룰로오스 섬유 상에 스테이플 또는 목재 펄프 섬유를 퇴적하는 단계;
    하이드로인탱글링된 복합체(hydroentangled composite)를 형성하도록 재생 셀룰로오스 섬유와 스테이플 또는 목재 펄프 섬유를 함께 하이드로인탱글링시키는 단계;
    하이드로인탱글링된 복합체를 건조시키는 단계; 이어서
    발포된(frothed) 크레이핑 용액 또는 분산액으로 하이드로인탱글링된 복합체를 크레이핑하는 단계
    로 형성된 직접 성형 부직포.
  2. 제1항에 있어서, 재생 셀룰로오스 섬유는 제곱 미터당 약 10 내지 약 20 그램의 기초 중량을 갖는 직접 성형 부직포.
  3. 제1항에 있어서, 재생 셀룰로오스 섬유는 연속 섬유인 직접 성형 부직포.
  4. 제1항에 있어서, 스테이플 또는 목재 펄프 섬유는 제곱 미터당 약 30 내지 약 150 그램의 기초 중량을 갖는 직접 성형 부직포.
  5. 제1항에 있어서, 크레이핑 단계는
    고온 불투과성 건조기 표면에 인접하게 첨가제 조성물 적용기를 위치 설정하는 단계;
    첨가제 조성물을 포함하는 발포된 분산액 또는 발포된 용액을 건조기 표면에 적용하는 단계;
    발포된 분산액 또는 발포된 용액을 접착제 필름으로 전환시키는 단계;
    하이드로인탱글링된 복합체를 접착제 필름에 직접적으로 결합하는 단계; 및
    건조기 표면으로부터 결합된 하이드로인탱글링된 복합체 및 접착제 필름을 스크레이핑(scraping)하는 단계
    를 포함하는 직접 성형 부직포.
  6. 제5항에 있어서, 접착제 조성물은 발포제를 더 포함하는 직접 성형 부직포.
  7. 제6항에 있어서, 첨가제 조성물은 하이드록시프로필 셀룰로오스 용액을 포함하는 직접 성형 부직포.
  8. 제5항에 있어서, 고온 불투과성 건조기 표면은 약 300℉를 초과하는 온도, 선택적으로 약 500℉ 내지 약 550℉의 온도를 갖는 직접 성형 부직포.
  9. 약 5 중량% 초과 및 약 30 중량% 미만의 연속 재생 셀룰로오스 필라멘트와 약 70 중량% 초과 및 약 95 중량% 미만의 목재 펄프 섬유를 포함하는 통합 복합체 페브릭.
  10. 제9항에 있어서, 5.6 g/g 초과의 흡수 용량을 갖는 통합 복합체 페브릭.
  11. 제9항에 있어서, 재생 셀룰로오스 필라멘트 대신 폴리프로필렌 필라멘트를 갖는 유사한 통합 복합체 페브릭보다 4 로그(log) 이상의 연성(softness)을 갖는 통합 복합체 페브릭.
  12. 제9항에 있어서, 목재 펄프 섬유는 불연속 섬유인 통합 복합체 페브릭.
  13. 제9항에 있어서, 연속 재생 셀룰로오스 필라멘트는 라이코셀(Lyocell) 필라멘트인 통합 복합체 페브릭.
  14. 제9항에 있어서, 연속 재생 셀룰로오스 필라멘트는 스펀본드 필라멘트인 통합 복합체 페브릭.
  15. 재생 셀룰로오스 섬유와 목재 펄프 섬유를 포함하는 직접 성형 부직포를 제조하는 방법으로서,
    성형 표면 상에 재생 셀룰로오스 섬유를 배치하는 단계;
    재생 셀룰로오스 섬유 상에 목재 펄프 섬유를 퇴적하는 단계;
    하이드로인탱글링된 복합체를 형성하도록 재생 셀룰로오스 섬유와 목재 펄프 섬유를 함께 하이드로인탱글링시키는 단계;
    하이드로인탱글링된 복합체를 건조시키는 단계; 이어서
    발포된 크레이핑 용액 또는 분산액으로 하이드로인탱글링된 복합체를 크레이핑하는 단계
    를 포함하는 직접 성형 부직포 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 재생 셀룰로오스 섬유는 연속 섬유인 직접 성형 부직포 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서, 크레이핑 단계는
    고온 불투과성 건조기 표면에 인접하게 첨가제 조성물 적용기를 위치시키는 단계;
    건조기 표면에 첨가제 조성물을 포함하는 발포된 분산액 또는 발포된 용액을 적용하는 단계;
    발포된 분산액 또는 발포된 용액을 접착제 필름으로 전환시키는 단계;
    하이드로인탱글링된 복합체를 접착제 필름에 직접적으로 결합하는 단계; 및
    건조기 표면으로부터 결합된 하이드로인탱글링된 복합체와 접착제 필름을 스크레이핑하는 단계
    를 포함하는 직접 성형 부직포 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 첨가제 조성물은 발포제를 더 포함하는 직접 성형 부직포 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 첨가제 조성물은 하이드록시프로필 셀룰로오스 용액을 포함하는 직접 성형 부직포 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서, 고온 불투과성 건조기 표면은 약 300℉를 초과하는 온도, 선택적으로, 약 500℉ 내지 약 550℉의 온도를 갖는 직접 성형 부직포 제조 방법.
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