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KR102547710B1 - 수력얽힘된 에어레이드 공정 및 산업용 와이프 제품 - Google Patents

수력얽힘된 에어레이드 공정 및 산업용 와이프 제품 Download PDF

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KR102547710B1
KR102547710B1 KR1020197033612A KR20197033612A KR102547710B1 KR 102547710 B1 KR102547710 B1 KR 102547710B1 KR 1020197033612 A KR1020197033612 A KR 1020197033612A KR 20197033612 A KR20197033612 A KR 20197033612A KR 102547710 B1 KR102547710 B1 KR 102547710B1
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fiber
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리처드 놀슨
에릭 마리아니
제프리 더블유 콜린스
Original Assignee
글래트펠터 홀딩 (스윗처랜드) 아게
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Abstract

양호한 MD 강도 및 CD 강도를 갖는 산업용 와이프로서 사용하기에 적합한 부직포 웹의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 3.5㎜ 이하의 섬유 길이를 갖는 천연 셀룰로스 섬유, 6.0 내지 12.0㎜의 섬유 길이를 갖는 접합 섬유 및 선택적으로, 6.0 내지 12.0㎜의 섬유 길이를 갖는 인공 섬유의 에어레이드 웹을 수력얽힘시키는 단계를 포함한다. 상기 에어레이드 웹은 상기 천연 셀룰로스 섬유, 상기 선택적인 인공 섬유 및 상기 접합 섬유의 균질한 매트이고, 전구체 웹 상에 배치되지 않는다. 어떠한 비-섬유 접착제 또는 결합제도 사용되지 않는다. 에어레이어링 및 수력얽힘은 연속식 작업으로 수행된다. 상기 부직포 웹의 상기 제조 방법은 엠보싱 또는 크레이핑 작업을 포함할 수 있다.

Description

수력얽힘된 에어레이드 공정 및 산업용 와이프 제품
본 발명은 산업용 일회용 와이프(wipe)로서 사용하기에 적합한 높은 습윤 강도, 내마모성, 내용매성을 갖고, 린팅(linting) 또는 더스팅(dusting)이 낮거나 없고, 흡수성이 양호한 부직포 웹(nonwoven web)의 연속식 제조 방법에 관한 것이다.
산업용 와이프는 음식 서비스 와이프, 일반 산업용, 스페셜티 와이프 및 의료용 와이프를 비롯하여 산업 및 기관에서 다양한 응용을 위해서 사용되는 일회용 부직포 제품이다. 이러한 제품은 습식이거나 건식일 수 있고, 구체적인 목적, 예컨대, 연마, 세정 또는 박테리아 제거를 위한 성분이 함침될 수 있다. 경제적으로 효율적이고, 교차 오염을 방지하는 편리하고, 시간 절약적이고, 사용하기 쉬운 제품에 대한 요구의 결과로서, 목표 최종 용도에 의해서 추구되는 성능 및 경제성을 충족시키는 단일 또는 제한된 사용의 산업용 또는 기관용 와이프 및 경제적이고 에너지 효율적인 이들의 제조 방법에 대한 계속되는 요구가 존재한다.
부직포 와이프는, 소비자 분야에 대해서 의도되든 또는 산업용 분야에 대해서 의도되든 간에, 잔류하는 오일 또는 오염물질, 예컨대, 중금속이 없는 높은 강도, 양호한 내마모성 및 양호한 위생의 제품을 제공하기 위해서 가공될 수 있다. 산업용 와이프에 대한 용도는 기계, 툴(tool), 바닥 및 설비, 흡수 유체 및 오일, 개인 세정 및 위생, 연마 및 먼지 제거를 포함할 수 있다.
통상적으로, 부직포 일회용 와이프 제품은 당업자에게 공지된 광범위한 산업 방법을 통해서 제조되어 왔다. 일반적으로, 특정 목표 특성의 부직포 웹을 수득하기 위해서 각각의 제조사는 기술적 변화를 사용하지만, 사용되는 통상적으로 가장 일반적인 방법은 용어 에어레이드(airlaid), 스펀레이싱(spunlacing), 더블 리크레이프(double recrepe), 에어레이싱(airlacing) 및 수력얽힘 코폼(hydroentangled co-form)에 의해서 폭넓게 분류될 수 있다.
기본적인 에어레이드 웹은 성형 웹(forming web) 상에서 드라이 레이드된(dry laid) 섬유로 구성된다. 강도를 얻기 위해서, 대부분의 에어레이드 부직포는 라텍스 결합제 조성물을 사용하여 접합되거나 또는 2성분 접착제 섬유 및 라텍스를 사용하여 다중접합된다. 에어레이드 웹은 저비용이고, 생분해 가능한 원재료(목재 펄프)의 사용에 의해서 이점을 제공할 수 있지만, 또한 생분해 가능하지 않고 고비용인 라텍스 결합제 및 2성분 섬유를 포함한다. 그 결과, 결합제 및/또는 2성분 섬유 함량에 따라서, 부직포는 뻣뻣하거나 또는 단지 중간의 건식/습식 강도 및 내마모성을 가질 수 있다.
미국 특허 제4,755,421호(Manning 등)에 기술된 바와 같은 "하이드라스펀(hydraspun)" 방법에 따르면, 펄프 및 인공 섬유의 Ÿ‡레이드(wetlaid) 웹은 스펀레이싱 작업으로 수력얽힘되고, 건조된다. 그러나, 이러한 제품은 불량한 습식 강도를 가질 수 있는데, 이것은 전형적으로 생분해 가능하지 않은 결합제의 첨가로 보상된다. 미국 특허 제7,732,357호(Annis 등)에는 가열 시에 적어도 부분적으로 용융하여 섬유 대 섬유 결합을 형성함으로써 활성화되는 부직포 시트에 결합제 섬유를 사용하는 것이 기술되어 있다. 따라서, 일반적으로 고함량의 스테이플 인공 섬유 및 2성분 섬유를 함유할 수 있는 섬유 조성물에 따라서, 스펀레이스 웹은 고비용일 수 있거나, 또는 접합 섬유가 존재하지 않거나 또는 저 함량인 경우 부직포 웹은 낮은 강도, 낮은 내마모성 및 불량한 치수 안정성을 가질 수 있다.
더블 리크레이프 공정(DRC)에서, 기재 시트는 크레이핑되고(creped), 이어서 기재 시트의 한 면 상에 라텍스 결합제가 인쇄된다. 인쇄된 기재 시트는 다시 크레이핑되고, 이어서 기재 시트의 나머지 면에 결합제가 인쇄되고, 그 다음 세 번째로 기재 시트가 크레이핑된다. DRC 공정은 강도 및 연성의 양호한 조합을 갖는 웹을 제공하지만, 더 낮은 강도 및 내마모성을 갖고, 생분해 가능하지 않은 라텍스 결합제를 포함한다.
에어레이스 방법은 일반적으로 웹의 에어-레이어링과 그 다음 스펀레이싱의 조합을 포함한다. 통상적으로, 스테이플 인공 섬유의 전구체 또는 기재 부직포 웹이 먼저 제조되고, 이어서 펄프 섬유의 에어레이드 웹이 그 위에 배치된다. 2개의 웹은 스펀레이싱 작업에서 얽힌다.
에어레이스 방법은, 스테이플 길이 섬유 및 목재 펄프 섬유의 에어레이드 웹을 부직포 캐리어 층 또는 전구체 기재 부직포 웹 상에 침착시키는 작업, 및 에어레이드 층과 부직포 캐리어를 수력얽힘시키는 작업을 조합한다. 이러한 기술은 미국 특허 제8,250,719호(Ouellette) 및 이 특허에 기술된 참고 문헌에 기술되어 있다. 캐리어 웹을 사용하는 것에 더하여, Ouellette은 고온 공기 또는 분무 접착제를 사용하여 에어레이드 섬유를 접합하는 것을 기술한다.
수력얽힘 코폼 웹은 적어도 2개의 섬유성 층을 미리 형성하고, 층을 수력얽힘시켜 제조된다. 코폼 혼합물의 성분은 일반적으로 목재 펄프 및 열가소성 필라멘트를 포함한다.
양호한 건식/습식 강도 특성 및 높은 흡수성을 갖고, 린트 또는 먼지 함량이 낮거나 없고, 사용자에 대한 양호한 감촉을 갖는 산업용 와이프로서 사용하기에 적합한 부직포 웹을 제조하는 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 최소한의 가공 작업을 포함하고, 접착제 또는 결합제를 사용하지 않고, 산업용 와이프로서 사용하기에 충분한 습식 인장 강도 및 흡수성을 갖는 부직포 웹을 제공하는, 부직포 웹의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 산업용 와이프로서 사용될 충분한 습식 강도 및 흡수성을 갖는 부직포 웹을 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적은 본 발명에 따라서 달성되는데, 본 발명의 제1 실시형태는 해섬된(defibrated) 천연 셀룰로스 섬유, 접합 섬유 및 선택적으로, 인공 섬유의 혼합물을 제조하는 단계; 혼합물을 에어성형시켜 적어도 하나의 균질한 에어레이드 웹을 수득하는 단계; 에어레이드 웹을 수력얽힘시켜 웹을 적어도 하나의 면 상에 통합시키는 단계; 및 수력얽힘된 웹을 건조 및 열접합시켜 부직포 웹을 수득하는 단계를 포함하는, 부직포 웹의 제조 방법을 포함하고; 여기서 에어성형 및 수력얽힘은 연속식 작업으로 수행되고, 섬유의 혼합물 중의 천연 셀룰로스 섬유의 함량은 50 내지 90중량%이고, 접합 섬유 및 선택적인 인공 섬유의 함량은 10 내지 50중량%이고, 어떠한 비-섬유 결합제 또는 접착제도 사용되지 않고, 어떠한 연속 섬유도 사용되지 않고, 천연 셀룰로스 섬유의 섬유 길이는 3.5㎜ 이하이고, 접합 섬유의 섬유 길이는 6.0 내지 12.0㎜이고, 선택적인 인공 섬유의 섬유 길이는 6.0 내지 12.0㎜이고, 부직포 웹의 평량은 20g/㎡ 내지 100g/㎡이고, 부직포 웹의 두께는 0.25㎜ 내지 2㎜이고, 중량%는 부직포 웹의 총 건조 중량에 대한 것이다.
제1 실시형태의 양상에서, 에어레이드 웹은 전구체 웹을 미리 형성하거나 또는 연속식 필라멘트 웹을 혼입하지 않고 에어성형기의 캐리어 상에 직접 형성된다.
제1 실시형태의 양상에서 접합 섬유의 함량은 건조 부직포 웹의 10 내지 20중량%이다.
추가 양상에서, 제1 실시형태는 수력얽힘된 웹을 엠보싱하는 단계를 포함하고; 여기서 엠보싱 작업은 에어성형 및 수력얽힘과 연속적이다.
추가적인 추가 양상에서 제1 실시형태는 건조된 수력얽힘된 웹의 기계적 크레이핑을 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 제1 실시형태에 따른 방법에 의해서 수득된 부직포 웹을 제공하며, 여기서 부직포 웹의 CD 습식 인장 강도는 적어도 1.8lbf(8N/5㎝)이고, MD/CD 비는 3 미만이다.
특별한 양상에서 부직포 웹은 60중량% 내지 85중량%의 목재 펄프; 20중량% 내지 5중량%의 라이오셀(lyocell); 및 10 내지 20중량%의 접합 섬유를 포함하고; 여기서 부직포 웹의 평량은 40g/㎡ 내지 60g/㎡이고, MD/CD 비는 3 미만이고, CD 습식 인장 강도는 적어도 2.7lbf(12N/5㎝)이고, 부직포 웹의 두께는 0.5㎜ 내지 1.5㎜이다.
추가로 특별한 양상에서 부직포 웹은 60중량% 내지 85중량%의 목재 펄프; 20중량% 내지 5중량%의 비스코스(viscose); 및 10 내지 20중량%의 접합 섬유를 포함하고; 여기서 부직포 웹의 평량은 40g/㎡ 내지 60g/㎡이고, MD/CD 비는 3 미만이고, CD 습식 인장 강도는 적어도 2.7lbf(12N/5㎝)이고, 부직포 웹의 두께는 0.5㎜ 내지 1.5㎜이다.
상기 단락은 일반적인 개요의 방식으로 제공되었고, 하기 청구범위의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 추가 이점과 함께, 기술된 실시형태는 첨부된 도면과 함께 기술된 하기 상세한 설명을 참고로 가장 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 수력얽힘 유닛에서 워터 제트의 배열의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태의 연속적인 생산 라인의 개략적인 다이어그램이다.
하기 설명에 따라서, 기술된 모든 수치 범위는 달리 명시되지 않는 한 모든 하위 범위 및 그 사이의 모든 값을 포함한다. 모든 중량 함량 값은 총 중량을 기준으로 한다. 하기 설명은 본 발명의 일반적인 설명 및 구체적인 바람직한 실시형태를 제공한다. 그러나, 당업자는 본 발명의 요지를 벗어나지 않으면서 본 발명의 다수의 변경이 가능할 수 있음을 인식할 것이다. 본 설명 및 하기 청구범위는 이러한 모든 변경을 포함하도록 의도된다.
제1 실시형태에서, 본 발명은 해섬된 천연 셀룰로스 섬유, 접합 섬유 및 선택적으로, 인공 섬유의 혼합물을 제조하는 단계; 혼합물을 에어성형시켜 적어도 하나의 균질한 에어레이드 웹을 수득하는 단계; 에어레이드 웹을 수력얽힘시켜 웹을 적어도 하나의 면 상에 통합시키는 단계; 및 수력얽힘된 웹을 건조 및 열접합시켜 부직포 웹을 수득하는 단계를 포함하는, 부직포 웹의 제조 방법을 제공하고; 여기서 에어성형 및 수력얽힘은 연속식 작업으로 수행되고, 섬유의 혼합물 중의 천연 셀룰로스 섬유의 함량은 50 내지 90중량%이고, 접합 섬유 및 선택적인 인공 섬유의 함량은 10 내지 50중량%이고, 어떠한 비-섬유 결합제 또는 접착제도 사용되지 않고, 어떠한 연속 섬유도 사용되지 않고, 천연 셀룰로스 섬유의 섬유 길이는 3.5㎜ 이하이고, 접합 섬유의 섬유 길이는 6.0 내지 12.0㎜이고, 선택적인 인공 섬유의 섬유 길이는 6.0 내지 12.0㎜이고, 부직포 웹의 평량은 20g/㎡ 내지 100g/㎡이고, 부직포 웹의 두께는 0.25㎜ 내지 2㎜이고, 중량%는 부직포 웹의 총 건조 중량에 대한 것이다.
천연 셀룰로스 섬유의 길이는 3.5㎜ 이하, 바람직하게는 1.5㎜ 내지 3.5㎜, 가장 바람직하게는 2.5 내지 3.5㎜이다. 임의의 천연 셀룰로스 섬유가 혼합물의 단섬유로서 사용될 수 있다. 일 실시형태에서 기술된 길이의 목재 펄프는 단섬유일 수 있고, 바람직한 실시형태에서, 남부 소나무(southern pine) 크래프트(Kraft)는 천연 셀룰로스 섬유일 수 있다. 설파이트 펄핑 공정으로부터 수득된 목재 펄프가 추가로 천연 셀룰로스 섬유의 공급원일 수 있다. 천연 셀룰로스 섬유의 혼합물이 사용될 수 있다. 천연 셀룰로스 섬유는 해섬되어 개별 루즈(loose) 섬유의 혼합물을 형성할 수 있다.
해섬된 섬유는 당업자에게 공지된 건식 해머밀 유형 작업에서 수득된 목재 섬유이다. 해머밀 처리에서, 목재 펄프는 에어본(airborne)인 개별 섬유로 해섬되고, 건식 개별 섬유를 에어레이어링 작업으로 운반하는 공기 유동 중에 분산된다. 펄프의 양호한 분산 및 효과적인 탈응집(deagglomeration)은 에어-레이드 웹의 형성에서 중요할 수 있다.
인공 섬유는 와이퍼 산업에서 부직포 웹의 생산에 통상적으로 사용되는 임의의 비-열가소성 섬유 또는 섬유의 혼합물일 수 있다. 이러한 섬유는 합성 섬유, 예를 들어, 비제한적으로 폴리에스터 섬유 및 폴리프로필렌 섬유 등을 포함한다. 당업자는 웹의 특정 목표 특성을 얻기 위해서 합성 섬유 또는 섬유 조합물을 선택할 수 있다. 본 발명의 양상에서, 인공 섬유는 재생 가능한 공급원으로부터 얻은 기재 원재료, 예컨대, 순환 농작물(rotational crop) 또는 동물 생산된 물질로부터 유래된 지속 가능한 물질일 수 있다. 기재 원재료는 셀룰로스 아세테이트의 경우에서와 같이 개질될 수 있다. 지속 가능한 섬유 물질의 예는 셀룰로스 아세테이트, 폴리락트산, 폴리락트산의 에스터, 폴리락트산의 아마이드, 라이오셀, 비스코스 및 유단백을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 바람직하게는 인공 섬유는 비스코스 또는 라이오셀이다. 이러한 지속 가능한 섬유의 혼합물 또는 합성 섬유와 지속 가능한 섬유의 혼합물이 사용될 수 있다.
당업자에게 친숙한 바와 같이, 합성 섬유 및 인공 섬유는 다양한 단면 형상으로 수득될 수 있다. 예를 들어, 통상적으로 공지된 단면 형상은 원형, 납작한 형상(flat), 삼엽형 및 X자 형상을 포함할 수 있고, 각각은 섬유의 화학 및 생산 방법에 따라서 상이한 정도의 톱날형 또는 표면 불규칙성 또는 파형을 가질 수 있다. 표면 대 표면 상호작용이 부직포 웹의 강도 및 구조적 특성에 기여할 수 있기 때문에, 당업자는 강성도, 접합에 사용 가능한 표면적 및 부직포 웹의 수분 흡수성 정도를 변화시키기 위해서 단면 형상이 선택될 수 있음을 인식할 것이다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 부직포 웹의 인공 섬유 또는 섬유들의 길이는 6.0㎜ 이상, 바람직하게는 6.0 내지 25㎜, 가장 바람직하게는 6.0㎜ 내지 12㎜의 길이일 수 있다.
일 실시형태에서 인공의 지속 가능한 섬유는 예컨대, 켈하임 파이버스사(Kelheim Fibres)에 의해서 상표명 DANUFIL(등록상표), VILOFT(등록상표) 및 GALAXY(등록상표) 하에 판매되는 비스코스 섬유일 수 있다. 이러한 상업적으로 입수 가능한 섬유는 단지 예시적인 물질로서 식별되며, 제한이도록 의도되지 않는다.
접합 섬유는 예컨대 당업자에게 공지된 임의의 것일 수 있다. 바람직하게는 접합 섬유는 코어 및 피복부(sheath) 구조로 구성되는데, 여기서 피복부는 코어의 중합체 또는 중합체 조성물의 용융점보다 더 낮은 용융점을 갖는 중합체를 함유하거나 그러한 중합체로 제조된다. 이러한 방식에서 피복부를 선택적으로 용융시키거나 연화시켜 다른 섬유와 접합시키는 것이 가능하지만, 섬유의 온전성은 용융되지 않은 코어에 의해서 유지된다. 접합 섬유의 용융 범위는 건조 유닛의 온도 범위 이내로 설정되어 건조 및 열접합은 사실상 동일한 시간에 일어날 수 있다. 바람직한 일 양상에서 접합 섬유는 폴리프로필렌 또는 폴리에스터 코어를 가질 수 있고, 피복부는 폴리에틸렌 또는 저 융점 폴리에스터(polyester low melt: PLM)일 수 있다. 이러한 2성분 섬유는 부직포 섬유 매트릭스에 3차원 구조를 부여하면서 접합 목적을 위해서 피복부 용융 온도의 변화를 제공하도록 가공될 수 있다.
부직포 웹 조성물 중의 접합 섬유의 함량은 5 내지 25중량%, 바람직하게는 8 내지 20중량%, 가장 바람직하게는 10 내지 16중량%일 수 있다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 부직포 웹의 특성 중 다수는 접합 섬유 함량에 변화에 의해서 조정될 수 있고, 따라서 본 발명의 특정 실시형태에서 접합 섬유 함량은 이 단락에 열거된 바람직한 범위 및 가장 바람직한 범위 내에 존재하지 않을 수 있다.
에어레이드 웹의 형성 방법은 일반적으로 미국 특허 제4,640,810호(Laursen 등)에 기술되어 있다. 해섬된 천연 셀룰로스 섬유, 접합 섬유 및 인공 섬유(존재하는 경우)는 균질한 혼합물로 블렌딩되고, 공기 스트림 중에 지지되면서, 분포기 유닛으로 수송된다. 분포기 유닛은 유공성(foraminous) 캐리어 상에서 섬유의 통과를 허용하도록 설계된 구멍, 슬롯 또는 다른 적절한 형상의 애퍼처(aperture)가 천공된 회전 실린더 또는 드럼을 포함한다. 드럼의 구성 및 애퍼처의 구성 및 크기는 사용될 섬유 혼합물의 특징에 따라서 달라질 수 있고, 고유한 웹 구성을 수득할 수 있다. 공기 유동, 드럼 내에서의 기계적 교반 및 캐리어의 하부로부터의 흡입 중 임의의 것의 조합의 영향 하에서, 섬유는 천공된 드럼의 개구부를 통해서 안내되고, 캐리어의 표면 상에 균질한 웹을 형성한다. 건식 웹의 매팅(matting) 정도 및 높이는, 섬유 함량 및 크기, 드럼 애퍼처 크기 및 형상, 공기 유동 속도, 캐리어의 바닥으로부터 적용된 흡입 정도 및 캐리어 속도를 비롯한 공정 변수의 제어를 통해서 달라질 수 있다. 다른 장비 제어를 또한 변경하여 고유한 매팅 구성을 제공할 수 있다. 해섬된 천연 셀룰로스 섬유, 접합 섬유 및 인공 섬유(존재하는 경우)의 균질한 건식 혼합물로서 매트를 에어레잉함으로써, 성분 섬유의 단일 균질 층이 수득될 수 있다.
웹의 폭은 사용되는 에어성형기 장비에 좌우될 수 있고, 1m에서 6m까지 달라질 수 있다. 단-웹(Dan-Web)에 의해서 공급되는 것과 같은 종래의 상업적인 유닛, Oerlikon 및 Anpap Oy는 폭이 2 내지 5m 범위이다.
본 발명에 따라서 형성된 에어레이드 웹은 수력얽힘 유닛 또는 스펀레이싱 유닛으로 직접 또는 연속적으로 수송되며, 이 유닛에서 에어레이드 균질 매트는 일련의 고압 워터 제트와 부딪혀서 섬유를 기계적으로 얽히게 하거나 통합시켜 부직포 웹을 형성한다. 제트는 캐리어의 표면에 대해서 수직으로 배향될 수 있거나 웹에 고유한 특성을 제공하는 각도일 수 있다. 제트는 한 면, 바람직하게는 상부 면으로부터 또는 상부 면 및 하부 면 둘 다로부터의 웹을 통합시키도록 배치될 수 있다. 제트의 압력은 0.07bar/㎏/h/m 내지 11bar/㎏/h/m, 바람직하게는, 0.1bar/㎏/h/m 내지 10bar/㎏/h/m, 가장 바람직하게는 1.0bar/㎏/h/m 내지 3bar/㎏/h/m일 수 있다.
양면으로부터의 웹을 통합시키기 위한 제트의 배열을 나타내는 실시형태를 도 1에 개략적으로 도시한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 에어성형기로부터 직접 취한 에어레이드 웹이 일련의 캐리어 벨트를 따라서 통과되고, 번호 순서대로 제시된 고압 제트에 노출된다. 제트(11, 12 및 13)는 웹의 상부와 부딪히는 반면, 제트(21 및 22)는 반대 또는 하부 면과 충돌한다. 도식으로 나타낸 제트(11 내지 13, 21 내지 22, 31 내지 33, 41 내지 43 및 51 내지 52)는 웹의 폭을 가로지르는 제트의 뱅크를 나타내고, 제트 뱅크는 웹을 가로지르는 얽힘의 다양한 완전성을 부여하도록 배치 및 배열될 수 있다. 따라서 얽힘은 부직포 웹의 의도된 최종 용도에 따라서 패턴화되거나 무작위화될 수 있다.
부직포 웹의 드레이프(drape), 연성, 편안한 취급성은 고압 제트에 의해서 전달되는 에너지 및 장비를 통한 웹의 이동 속도에 의해서 제어될 수 있다. 추가로, 부직포 웹의 공극률 및 흡수성은 접합 섬유의 함량 및 구조와 함께 이들 파라미터에 의해서 영향을 받을 수 있다. 수압 및 스펀레이싱 장비를 통한 웹 이동 속도 둘 다의 제어에 의해서 본 발명에 따라서, 천연 셀룰로스 섬유, 인공 및 접합 섬유의 조성물 구성뿐만 아니라 접착제 및 결합제가 존재하지 않고, 다양한 강도, 흡수성, 연성 및 두께를 갖는 부직포 웹이 수득될 수 있다. 추가로, 접합된 부직포 웹은 접착제 및 결합제가 존재하지 않고, 위생적으로 안전하고, 린트 및 먼지 입자가 실질적으로 존재하지 않는다.
스펀레이싱 또는 수력얽힘 유닛은 플라이스너 게엠베하사(Fleissner GmbH)(독일) 및 안드리츠 퍼포제트사(Andritz Perfojet)(프랑스)로부터 입수 가능하다.
도 2는 수력얽힘된 에어레이드 웹의 제조를 위한 연속 시스템의 실시형태의 개략적인 도면을 나타낸다. 에어성형 시스템이 유닛(7)으로서 도시되어 있고, 여기서 해섬된 천연 셀룰로스 섬유(1) 및 선택적으로 인공 섬유를 포함하는 접합 섬유(2)가 공급 유닛(3)에서 균질하게 혼합되고, 이어서 구멍(5)을 갖는 회전 실린더(4)로 이송된다. 해섬된 천연 셀룰로스 섬유, 인공 섬유(존재하는 경우) 및 접합 섬유의 혼합물은 유공성 캐리어(6) 상의 구멍을 통해서 통과되는데, 이것은 상기에 기술된 바와 같이 수력얽힘 유닛(8)을 통해서 에어레이드 웹을 수송한다. 유닛(8)으로부터 통합된 웹은 건조 유닛(9)에서 건조 및 열접합된다.
상기 기본 실시형태의 일 변형에서, 이미 기술된 바와 같은 다중 에어레이드 균질 웹이 제조될 수 있고, 더 두꺼운 부직포 웹이 제조될 수 있도록 스펀레이싱 이전에 적층될 수 있다. 각각의 적층된 층은 동일한 섬유 조성물을 가질 수 있거나 부직포 웹의 의도된 최종 사용을 위해서 선택된 상이한 조성물을 가질 수 있다. 각각의 이러한 가능한 실시형태에서, 얽힘은 워터 제트 압력 및 스펀레이싱 유닛을 통한 웹의 이동 속도의 변화에 의해서 달성될 수 있다. 어떠한 비-섬유 결합제 또는 접착제도 사용되지 않는다.
스펀레이싱 이후에 습식 부직포 웹은 건조되고, 수송 및 저장을 위해서 권취될 수 있다. 추가의 바람직한 양상에서 부직포 매트는 엠보싱될 수 있다. 이러한 양상에 따라서 엠보싱은 건조 작업 이전에 수행될 수 있고, 이 경우 수력엠보싱 작업이 사용될 수 있다. 대안적으로, 수력얽힘된 웹은 건조 및 열접합 작업 이후에 엠보싱될 수 있고, 이 경우 엠보싱은 열 엠보싱에 의해서 달성될 수 있다. 수력엠보싱 또는 열엠보싱 중 임의의 것이 사용될 수 있고, 이러한 방법의 적용에 의해서 외관, 강도 증가, 감촉 및 흡수성과 관련된 특별한 효과 및 고유한 효과가 수득될 수 있다. 당업자는 표준 실험을 통해서 효과 및 파라미터를 결정할 수 있다.
또 다른 대안적인 양상에서, 건조된 수력얽힘된 웹 및 열 접합된 웹은 웹의 연성을 증가시키기 위해서, 웹의 벌크를 증가시키기 위해서 그리고/또는 건조된 접합된 웹에 표면 구조를 부여하기 위해서 기계적으로 크레이핑될 수 있다. 상이한 블레이드(blade) 구성을 갖는 크레이핑 유닛 중 임의의 것이 적용되어 상이한 정도의 연성 및 벌크를 수득할 수 있다. 부직포 웹이 크레이핑되게 하기 위해서 웹을 더 짧은 폭으로 슬릿팅하는 것이 필요할 수 있다.
상업적으로 입수 가능한 크레이핑 유닛, 예를 들어, Micrex(등록상표)로부터 입수 가능한 유닛 등이 사용될 수 있다.
부직포 웹의 평량은 0.25㎜ 내지 2㎜ 두께의 부직포 웹의 경우 20g/㎡ 내지 100g/㎡, 바람직하게는, 40g/㎡ 내지 80g/㎡일 수 있다. 그러나, 다중 에어레이드 웹이 적층되는 경우, 평량 및 두께는 이러한 범위 내에 존재하지 않을 수 있다. 평량은 에어레잉 작업 및 스펀레이싱 작업 둘 다에 대해서 기술된 공정 변수의 제어에 의해서 그리고 당업자에게 통상적으로 공지된 다른 공정 변수의 제어에 의해서 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 부직포 웹은 일부 통상적으로 입수 가능한 부직포 웹보다 더 전방향성(omnidirectional)인 강도 프로파일을 갖는다. 기계 방향(MD)의 습식 인장 강도 대 폭 방향(cross machine direction)(CD)의 습식 인장 강도의 비는 3 미만, 바람직하게는 2 미만, 가장 바람직하게는 CD/MD 인장 강도 비는 1.5 대 1.0이다.
선택된 일 실시형태에서, 부직포 웹은 60중량% 내지 85중량%의 목재 펄프; 20중량% 내지 5중량%의 라이오셀; 및 10 내지 20중량%의 접합 섬유를 포함할 수 있고; 여기서 부직포 웹의 평량은 40g/㎡ 내지 60g/㎡이고, MD/CD 비는 3 미만이고, CD 습식 인장 강도는 적어도 2.7lbf(12N/5㎝)이고, 부직포 웹의 두께는 0.5㎜ 내지 1.5㎜이다.
또 다른 선택된 실시형태에서, 부직포 웹은 60중량% 내지 85중량%의 목재 펄프; 20중량% 내지 5중량%의 비코스; 및 10 내지 20중량%의 접합 섬유를 포함할 수 있고; 여기서 부직포 웹의 평량은 40g/㎡ 내지 60g/㎡이고, MD/CD 비는 3 미만이고, CD 습식 인장 강도는 적어도 2.7lbf(12N/5㎝)이고, 부직포 웹의 두께는 0.5㎜ 내지 1.5㎜이다.
본 발명에 따른 부직포 웹은 건식 및 습식 강도, 흡수성, 위생 및 낮은 먼지 및/또는 린트 함량이 요구되는 상기에 기술된 용도 중 임의의 것을 위한 산업용 와이프로서 특히 적합할 수 있다. 따라서, 또 다른 실시형태에서 본 발명은 롤, 시트, 접힌 시트의 형태로 존재하거나 분배 유닛에서 압착될 수 있는 산업용 와이프를 제공한다.
산업용 와이프의 의도된 기능 및 용도에 따라서 용매, 세정제, 살균제, 탈취제, 소독제, 연마제 및 정전기방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종이 부직포 웹에 함유될 수 있다.
실시예
해섬된 천연 셀룰로스 섬유, 라이오셀 및 2성분 접합 섬유의 균질한 혼합물을 청구항 1항에 따라서 에어레이드, 수력얽힘 및 건조/열접합시켰다. 제1 샘플을 샘플 A-플랫으로서 시험하였다. 샘플 A-플랫 웹을 기계적으로 크레이핑시켜 부직포 샘플 A-크레이핑을 생성시킴으로써 제2 샘플을 제조하였다 이어서 2개의 샘플을 시험하고, 표 I에 열거된 상업적으로 입수 가능한 와이프와 비교하였다. 표 I에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 부직포 웹은 시험된 시판 와이프 제품의 값의 범위의 중간인 평량 및 인장 강도를 갖는다. 그러나, 예상치 못하게, 청구항 1에 따른 생성물은 더 높은 상대 수 흡수성을 나타낸다.
Figure 112019116698814-pct00001
상기 설명은 당업자가 본 발명을 수행하고, 사용하는 것을 가능하게 하도록 제공되며, 특정 응용 및 이의 요건과 관련하여 제공된다. 바람직한 실시형태에 대한 다양한 변경은 당업자에게 쉽게 자명할 것이고, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 다른 실시형태 및 응용에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 제시된 실시형태에 제한되도록 의도되지 않지만, 본 명세서에 개시된 원칙 및 특징과 일관된 가장 넓은 범주에 따른다. 이와 관련하여, 광범위하게 고려되는 본 발명 내의 특정 실시형태는 본 발명의 모든 이익을 나타내지 않을 수 있다.

Claims (23)

  1. 부직포 웹(nonwoven web)의 제조 방법으로서,
    해섬된(defibrated) 천연 셀룰로스 섬유, 접합 섬유 및 선택적으로, 인공 섬유의 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 혼합물을 에어성형(airforming)하여 적어도 하나의 균질한 에어레이드 웹을 수득하는 단계;
    상기 에어레이드 웹을 수력얽힘(hydroentangling)시켜 상기 웹을 적어도 하나의 면 상에 통합시키는 단계; 및
    상기 수력얽힘된 웹을 건조 및 열접합시켜 상기 부직포 웹을 수득하는 단계를 포함하되;
    상기 에어성형 및 수력얽힘은 연속 작업으로 수행되고,
    상기 섬유 혼합물 중의 상기 천연 셀룰로스 섬유의 함량은 50중량% 내지 90중량%이고,
    상기 접합 섬유 및 선택적인 인공 섬유의 함량은 10중량% 내지 50중량%이며,
    어떠한 비-섬유 결합제 또는 접착제도 사용되지 않고,
    어떠한 연속 섬유도 사용되지 않으며,
    상기 천연 셀룰로스 섬유의 섬유 길이는 3.5㎜ 이하이고,
    상기 접합 섬유의 섬유 길이는 6.0㎜ 내지 12.0㎜이며,
    상기 선택적인 인공 섬유의 섬유 길이는 6.0㎜ 내지 12.0㎜이고,
    상기 부직포 웹의 평량은 20g/㎡ 내지 100g/㎡이며,
    상기 부직포 웹의 두께는 0.25㎜ 내지 2㎜이고,
    상기 중량%는 상기 부직포 웹의 총 건조 중량에 대한 것인, 부직포 웹의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 평량은 40g/㎡ 내지 60g/㎡인, 부직포 웹의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인공 섬유가 존재하되, 상기 인공 섬유는 합성 중합체 및 지속 가능한 중합체 중 적어도 하나를 포함하는, 부직포 웹의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 천연 셀룰로스 섬유는 목재 펄프이고, 상기 인공 섬유는 비스코스(viscose) 또는 라이오셀(lyocell)인, 부직포 웹의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접합 섬유는 중합체의 피복부(sheath) 및 상기 피복부 중합체와 상이한 적어도 1종의 중합체의 코어를 갖는 2성분 섬유이되; 상기 피복부 중합체의 용융점은 상기 코어의 상기 적어도 1종의 중합체의 용융점보다 더 낮은, 부직포 웹의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 접합 섬유의 상기 피복부는 폴리에틸렌 또는 PLM 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 접합 섬유의 상기 코어는 폴리프로필렌 및 폴리에스터 중 적어도 하나를 포함하는, 부직포 웹의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 접합 섬유의 함량은 건조 부직포 웹의 8중량% 내지 25중량%인, 부직포 웹의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 목재 펄프는 설파이트 펄핑(pulping)에 의해서 수득된 설파이트 펄프인, 부직포 웹의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 에어레이드 웹은 수력얽힘되어 양면 상에 상기 웹을 통합시키는, 부직포 웹의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수력얽힘의 적용 압력은 0.07bar/㎏/h/m 내지 11bar/㎏/h/m인, 부직포 웹의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수력얽힘의 상기 적용 압력은 1.0bar/㎏/h/m 내지 3bar/㎏/h/m인, 부직포 웹의 제조 방법.
  12. 제5항에 있어서, 건조 작업의 온도는 상기 피복부 중합체의 상기 용융점과 동일하거나 최대 10℃ 더 높되, 건조 온도는 상기 적어도 1종의 코어 중합체의 상기 용융점보다 더 낮은, 부직포 웹의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 수력얽힘된 웹을 엠보싱(embossing)하는 단계를 더 포함하되; 상기 엠보싱하는 작업은 상기 에어성형 및 수력얽힘과 연속적인, 부직포 웹의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 건조 및 열접합된 부직포 웹을 크레이핑(crepeing)시키는 단계를 더 포함하는, 부직포 웹의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 에어레이드 웹의 상기 에어성형은 단일 에어성형기(airformer)에서 수행되는, 부직포 웹의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 에어레이드 웹의 상기 에어성형은 하나 초과의 에어성형기에서 수행되고, 각각의 웹의 섬유 함량은 동일한, 부직포 웹의 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 에어레이드 웹의 상기 에어성형은 하나 초과의 에어성형기에서 수행되고, 적어도 하나의 웹의 섬유 함량은 또 다른 웹의 섬유 함량과는 상이한, 부직포 웹의 제조 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 에어레이드 웹은 전구체 웹을 미리 형성하거나 연속식 필라멘트 웹을 혼입시키지 않고 에어성형기의 캐리어 상에 직접 형성되는, 부직포 웹의 제조 방법.
  19. 제1항에 있어서, 기계 방향(machine direction; MD)의 인장 강도 대 상기 기계 방향에 수직인 방향(CD)의 인장 강도의 비(MD/CD)는 3 미만인, 부직포 웹의 제조 방법.
  20. 제1항에 따른 방법에 의해서 수득된 부직포 웹으로서,
    상기 부직포 웹의 CD 습식 인장 강도는 8N/5㎝ 이상이고, MD/CD 비는 3 미만인, 부직포 웹.
  21. 제20항에 있어서, 상기 부직포 웹은
    60중량% 내지 85중량%의 목재 펄프;
    20중량% 내지 5중량%의 라이오셀; 및
    10중량% 내지 20중량%의 접합 섬유를 포함하되; 상기 부직포 웹의 평량은 40g/㎡ 내지 60g/㎡이고, MD/CD 비는 3 미만이고, CD 습식 인장 강도는 12N/5㎝ 이상이고, 상기 부직포 웹의 두께는 0.5㎜ 내지 1.5㎜인, 부직포 웹.
  22. 제20항에 있어서, 상기 부직포 웹은
    60중량% 내지 85중량%의 목재 펄프;
    20중량% 내지 5중량%의 비스코스; 및
    10중량% 내지 20중량%의 접합 섬유를 포함하되;
    상기 부직포 웹의 평량은 40g/㎡ 내지 60g/㎡이고, MD/CD 비는 3 미만이고, CD 습식 인장 강도는 12N/5㎝ 이상이고, 상기 부직포 웹의 두께는 0.5㎜ 내지 1.5㎜인, 부직포 웹.
  23. 산업용 와이프(industrial wipe)로서,
    제20항에 따른 부직포 웹; 및
    용매, 세정제, 살균제, 탈취제, 소독제, 연마제 및 정전기방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, 산업용 와이프.
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