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KR20070112242A - 내오염성 나노입자를 코팅한 제지용 직물 및 그 자리에의도포 방법 - Google Patents

내오염성 나노입자를 코팅한 제지용 직물 및 그 자리에의도포 방법 Download PDF

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KR20070112242A
KR20070112242A KR1020077022932A KR20077022932A KR20070112242A KR 20070112242 A KR20070112242 A KR 20070112242A KR 1020077022932 A KR1020077022932 A KR 1020077022932A KR 20077022932 A KR20077022932 A KR 20077022932A KR 20070112242 A KR20070112242 A KR 20070112242A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fabric
coating
nanoparticle
surface treatment
paper machine
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020077022932A
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English (en)
Inventor
사무엘 엠 베이커
렉스 바렛트
버드 제이 체이스
브루스 더블유 젠다
이안 제랄드 랭
디에트마르 비르츠
레리 앤더슨
Original Assignee
아스텐존슨 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아스텐존슨 인코포레이티드 filed Critical 아스텐존슨 인코포레이티드
Publication of KR20070112242A publication Critical patent/KR20070112242A/ko
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Abstract

본 발명에 따르면, 나노입자 유형 코팅을 도포함으로서 제지용 직물을 처리하여 제지 시스템의 외부 물질에 대한 내오염성을 개선시킨다. 직물을 제조하는 동안 코팅을 도포하고 가열 고정하는 동안 경화시킨다. 대안적으로, 기존의 샤워기를 사용하거나 또는 드라이어 섹션에 스프레이 붐 또는 기타 적당한 코팅 도포 장치를 배치하여 제어되고 균일한 방식으로 직물에 코팅을 도포함으로써 코팅을 도포 또는 재도포하였다. 코팅의 도포 이전에, 직물을 먼저 예를 들어 샤워, 또는 스프레이에 의해 철저히 클리닝한 후 건조한다. 코팅의 제어된 도포 후에 임의의 과잉 재료는 적당한 수단, 예컨대 진공에 의해 제거한 후, 직물 상의 잔여 코팅은 드라이어 섹션의 주변 열기를 사용하거나 또는 휴대용 가열기 저장소에 의해 경화시킨다. 이러한 방식으로, 내오염성 코팅을 도포 또는 재도포하기 위해 기계로부터 직물을 제거하지 않아도 된다.

Description

내오염성 나노입자를 코팅한 제지용 직물 및 그 자리에의 도포 방법{PAPERMAKING FABRICS WITH CONTAMINANT RESISTANT NANOPARTICLE COATING AND METHOD OF IN SITU APPLICATION}
본 발명은 제지용 직물에 내오염성 코팅을 그 자리에서 도포하는 방법, 및 상기와 같이 코팅된 제지용 직물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기계 휴지기를 감소시키면서 제지용 직물에 나노입자 코팅을 그 자리에서 도포하는 방법에 관한 것이다.
제지기와 함께 제지용 직물을 사용하여 펄프 슬러리로부터 종이의 초기 웹(embryonic web)을 형성하고 다양한 탈수 및 건조 과정을 수행하여 다수 유형의 종이 제품을 형성한다. 제지용 직물은 일반적으로 미세한 그물망 형태인데, 제지기에서의 배치에 따라 다양한 형태일 수 있으며, 예컨대 일부 프레스 및 드라이어 직물(fabrics)에서 추가 배트(batt) 층을 포함할 수 있다.
종이를 형성하는 데 사용되는 주로 셀룰로스 섬유 원료 중에 현탁된 입자는 피치(pitch), 접착제, 기타 아교형 물질 및 제지용 직물에 점착성을 갖는 기타 재료를 포함하여, 직물 투과성을 감소시키고, 제지용 직물의 성능에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 이러한 과제를 해결하기 위한 기존의 해결 방안으로, 직물의 점착 방지성을 향상시키고 제지기 상에 인스톨 후 보다 오랜 시간 동안 직물 클리너를 유지하기 위해 직물을 오염 방지재로 코팅하는 것이 제안되었다. 하지만, 기존의 코팅은 사용할수록 마모 제거되어 제지용 직물의 성능을 감소시킨다. 또한, 코팅 자체의 두께는 코팅 자체가 직물 투과성을 감소시키지 않도록 매우 얇아야 한다.
초기 코팅은 수명이 상당히 짧았는데, 배쓰를 사용하여 직물에 도포된 후 제지 장치 상에 직물을 인스톨하기 전에 200℉∼400℉의 온도에서 경화되는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 함유하는 종래 공지된 오염 방지 코팅이 개발되었다. 이러한 오염 방지 코팅은 수명은 보다 길지만, 여전히 마모가 일어났다.
또한, 나노입자 코팅은, 예를 들어 문헌[WO 02/50191호 Solvent-Poor Sol-Gel Systems; US 6,482,525호 Method for producing themoshaped substrates coated with a SOL-Gel Lacquer; US 6,620,514호 Nanostructured forms and layers and method for producing them; US 6,607,994호 Nanoparticle-Based permanent treatments for textiles; US 6,649,266호 Substrates produced with a microstructured surface; US 6,629,070호 Nanostructured moulded bodies; WO 03/014232A1호 Material for producing abrasion proof hydrophobic and/or oleophobic coatings]에 기술된 바와 같이 공지되어 있다. 이러한 코팅은, 예를 들어 내오염성을 위해 또는 마모 수명을 증가시키기 위해 다수 유형의 직물과 함께 사용되어 왔다. 하지만, 이들은 특별히 제지용 직물과 사용되지는 않았다.
사용시, 재코팅 및 후속 재인스톨을 위해 실질적으로 유효한 수명이 잔존하는 제지용 직물을 제지기로부터 제거시켜 오염 방지성 코팅의 이점을 유지하는 방 안이 또한 공지되어 있다. 하지만, 이는 제지기에 대한 실질적인 추가 비용 및 휴지기가 수반된다.
따라서, 의도하는 환경에 인스톨되었을 때 점착방지성을 제공하는 내오염성 나노입자 코팅된 제지용 직물이 이용 가능하다면 바람직할 것이다. 그러한 직물과 상기와 같이 처리되지 않은 직물이 의도하는 환경(즉, 코팅의 그 자리 도포)에 인스톨하는 동안 소수성 또는 소유성(oleophobic) 내오염성 나노입자 코팅 중 어느 하나 또는 모두로 코팅 또는 재코팅될 수 있는 방법이 존재하는 경우 더욱 바람직할 것이다. 이러한 직물의 선택된 영역에만 내오염성 소수성 및/또는 소유성 나노입자 코팅을 그 자리 도포할 수 있는 방법이 존재하는 경우 또한 바람직할 것이다.
발명의 개요
내오염성 산업용 텍스타일, 예컨대 제지 성형, 드라이어 또는 통기 건조(Through-Air Drying; TAD) 직물, 및 그러한 직물의 내오염성화 방법을 제공한다. 현재 바람직한 본 발명의 제1 구체예에 있어서, 직물을 제지기 상의 제자리에 인스톨하는 동안(즉, 작동 준비 중이거나 또는 조작 중이나 종이를 제작하지는 않음), 수계 나노입자 유형 내오염성 코팅을 제지용 직물과 같은 산업용 텍스타일에 도포한다. 코팅은 소수성 또는 소유성 특성 중 어느 하나 또는 모두 가질 수 있고, 제지 장치에 이미 존재하는 기존의 가열원을 사용하거나 또는 직물에 인접하게 위치한 보조 가열기를 사용하여 제지용 직물 상에서 열 경화된다. 바람직하게는, 직물이 제지 장치 상에서 열 경화될 때, 이 과정은 기존의 가열원 또는 보조 가열기에 의해 약 32℃ (9O℉)∼약 120℃ (248℉)의 온도에서 실시한다. 모든 온도는 텍스타일의 표면, 또는 표면에 바로 인접한 부분에서 측정된 바와 같다.
대안적으로, 직물이 제지기 상의 제자리에 인스톨되는 동안(즉, 작동 준비 중이거나 또는 조작 중이나 종이를 제작하지는 않음), 수계 나노입자 유형 소수성 또는 소유성 내오염성 코팅을 산업용 텍스타일, 예컨대 제지용 직물의 선택된 일부분에만 처리한다. 예를 들어, 직물의 측면 가장자리에만 코팅을 도포한 후, 제지 장치에 이미 존재하는 기존의 가열원 또는 직물에 인접하여 위치하는 보조 가열기를 사용하여 그러한 영역만을 그 자리에서 열 경화시킨다. 바람직하게는, 코팅이 산업용 텍스타일 상의 그 자리에서 경화되는 경우, 이 과정은 약 32℃ (90℉)∼120℃ (248℉) 범위의 온도에서 실시한다.
본 발명의 제2 구체예에 있어서, 코팅은 제조한 후 그러나 의도한 거래처에 전달하기 이전에 텍스타일에 도포한다. 코팅이 직물에 확실하게 결합되도록 약 52℃ (125℉)∼약 204℃ (400℉) 범위의 온도를 사용하여 텍스타일 제조 장치 상에서 코팅을 열 경화시키며, 모든 그러한 온도는 텍스타일의 표면, 또는 바로 인접한 부분에서 측정된다.
바람직하게는, 의도하는 환경에 직물을 인스톨하기 이전에 약 66℃ (150℉)∼약 177℃ (350℉)의 온도에서 코팅을 열 경화시키고; 더욱 바람직하게는, 인스톨하기 이전에 약 66℃ (150℉)∼약 149℃ (300℉)의 온도에서 코팅을 열 경화시킨다.
바람직하게는, 직물의 전체 표면적을 수계 나노입자 유형 내오염성 코팅으로 코팅한 후 약 52℃ (125℉)∼약 204℃ (400℉)의 온도에서 열처리하며, 그러한 온도는 텍스타일의 표면, 또는 표면에 바로 인접한 부분에서 측정된다. 대안적으로는, 텍스타일 표면의 선택된 일부분만 상기와 같이 처리하고 열 경화시킨다.
제지용 직물 제조에 통상 사용되는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 방적사를 비롯한 다수의 텍스타일 재료들은 약 93℃ (200℉) 이상의 온도에서 치수 안정성을 상실하기 시작하는 것으로 잘 공지되어 있다. 전체 직물이, 예를 들어 제조자의 시설에서의 가열 고정(heatsetting) 공정에서와 같이 약 93℃ (200℉)보다 높은 온도에 노출되는 경우, 목적하는 범위 내에서 직물의 일정 치수 및 기타 물리적 특성을 유지하도록 일부 치수 안정성 제어 수단을 적용할 것을 권장한다. 이의 한 수단은 텐터(tenter)에 의해 직물을 재변형시키는 것이지만(즉, 측면 및/또는 세로 장력을 공급하지만); 기타 적당한 수단들도 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다.
본 발명의 제1 또는 제2 구체예 중 하나 또는 모두에 있어서, 나노입자 표면 처리는 바람직하게는 소수성 및 소유성 특성 모두를 포함한다. 하지만, 소수성 또는 소유성 특성 중 하나만을 갖는 코팅으로 직물을 코팅함으로서 효과적인 결과를 얻었다. 복수의 코팅 및 경화 단계를 수행하여, 예를 들어 제1 코팅 층은 소수성 또는 소유성 특성 중 하나를 갖고, 및 제2 또는 후속 코팅은 소수성 또는 소유성 특성 중 상기와 다른 하나, 또는 또다른 목적하는 특성을 갖는 직물 상의 복합 코팅을 형성하는 것이 또한 가능하다. 그 결과 본 발명에 따른 제지용 직물에는 향상된 내오염성이 제공된다.
또다른 측면에 있어서, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법으로 생성된 내오염성이 개선된 제지용 직물에 관한 것이다. 그러한 직물은 본 발명에 따라 처리되지 않은 직물과 비교하였을 때 상당히 개선된 상대 내오염성을 갖는다.
바람직한 구체예와 관련한 발명의 상세한 설명
다음의 설명에 있어서 편의를 위해 일정한 용어를 사용하는데 이는 비제한적이다. 단어, 예컨대 "전", "후", "상" 및 "하"는 참조로 제시되어 있는 도면에서의 방향을 의미한다. 이러한 용어는 상기 특정하게 제시된 단어, 이의 파생어 및 유사 의미 단어를 포함한다. 또한, 용어 "a" 및 "one"은 특별히 언급하지 않는 한 참조 항목 중 하나 이상을 포함하는 것으로서 정의된다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "텐터"란 옷감의 가장자리를 고정하고 이를 고온의 롤 위로 또는 고온 에어 박스를 관통하여 전달하는 일련의 핀, 클립 또는 클램프가 각각 구비된 2개의 분기성 순환 사슬을 작동시켜 텍스타일을 최종 너비로 신장시키고 직조를 정돈하는 장치를 의미한다. 기타 적당한 수단들도 본 발명의 취지로부터 벗어나지 않는 목적하는 결과를 달성하도록 사용할 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명의 코팅된 산업용 텍스타일의 가열 고정 및 경화와 관련하여 본원에 언급된 모든 온도는 적당한 수단에 의해 텍스타일의 표면, 또는 표면에 인접한 위치에서 측정된다.
본 발명의 제1 구체예에 따르면, 산업용 텍스타일, 예컨대 쓰루 에어 드라이어 ("TAD") 직물, 성형 직물 또는 드라이어 직물(10)은 제자리 (즉, 통상적 위치에서의 제지기 성형 섹션 또는 드라이어 섹션)에서 먼저 클리닝되며, 제지기(12)는 물 또는, 경우에 따라, 필요에 따라 계면활성제 및/또는 pH 조절제를 포함하는 물로 샤워시켜 느린 또는 "서행" 속도로 직물(10)을 이동시킨다. 이 과정은 사용시 직물(10)에 부착되었던 만큼의 임의의 오염 물질들을 제거하여 후속 직물 처리시 직물(10) 방사에 나노입자 재료가 만족스럽게 결합하는 것을 돕는다. 샤워기(14)는 기존의 제지기 샤워기가 바람직하나, 도 2에 도시한 바와 같이 휴대용 스프레이 붐(16), 또는 기타 적당한 외부 클리닝 시스템을 사용할 수 있다. 진공 박스(22) 또는 다른 에어 처리는 직물로부터 임의의 과량의 물 및/또는 클리닝 유동액을 제거하고 이를 건조시키기 위해 클리닝 샤워기 뒤에 직물의 종이 측 (PS) 및 기계 측 (MS) 중 하나 또는 모두에 위치시킬 수 있다.
직물(10)을 클리닝하고 건조시킨 후, 적당한 가수분해 및/또는 소유성 나노입자 유형 내오염성 액체 용액/현탁액(20)을 적어도 직물의 한쪽 표면에, 바람직하게는 적어도 한쪽 표면 상에 액체 형태로 롤 도포 코팅, 스프레이 또는 샤워하여 도포할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 내오염성 액체 용액/현탁액은
1. 부착 촉진제,
2. 유기 예비 중합체로 구성된 나노 미립자 재료, 및
3. 플루오로탄소 중합체
로 이루어지는 수계 3 성분 시스템이다.
바람직하게는, 부착 촉진제는 비닐기, 메타크릴레이트기, 에폭시기, 아미노기, 또는 머캅토기 중 하나인 작용기를 보유하는 유기 작용성 부착 촉진제이다.
바람직하게는, 나노 미립자 재료는 유기 나노입자, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함한 나노 왁스, 또는 축합된 실란, 예컨대 메틸트리에톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 또는 페닐트리메톡시실란 등의 예비 중합체로 구성되어 있다. 실란 예비 중합체를 사용함으로써 제공되는 이점은 부착 촉진제와 반응하여 유기 예비 중합체의 네트워크를 형성할 수 있는 가능성이다.
바람직하게는, 플루오로탄소 중합체는 플루오로아크릴레이트 또는 플루오로알킬-폴리우레탄 공중합체이다. 기타 유사한 플루오로탄소 중합체도 적당할 수 있다.
이러한 3가지 재료를 부착 촉진제 약 10∼25 중량%, 나노 미립자 재료 10∼25 중량%, 및 플루오로탄소 중합체 약 30∼70 중량%의 비율로 배합하여 목적하는 3 성분 시스템을 제공한다.
코팅은 도 1에 도시한 바와 같이 제지기에 이미 위치할 수 있는 기존의 샤워기(14)에 의해 도포할 수 있다. 대안적으로, 코팅(20)은 분리 가능한 스프레이 붐(16) 또는 코팅을 직물에 도포하는 기타 적당한 수단을 적당하게 배치하여 도포할 수 있다. 스프레이 붐(16)은 바람직하게는 복수의 스프레이 노즐(18)을 포함하고, 다리(19) 상에 지지되거나 또는 쥘 수 있거나 또는 그렇지 않은 경우에는 제지기(12)에서 직물에 인접하게 배치할 수 있다. 직물(10)은 선택된 코팅 장치를 사용하여 기계로부터 직물(10)을 분리하지 않으면서 제자리(예, TAD 드라이어 섹션 위치)에서 코팅된다. 임의의 과잉 코팅 재료(20)는 도포 장치 하류의 진공 슬롯 박스(22)에 의해 제거되고 코팅 시스템으로 재순환된다.
스프레이 조건 및 처리 시간을 계산하여 제지용 직물(10)의 유효한 적용 범위를 산출하여 직물(10) 방사에 나노입자를 성공적으로 결합시키도록 한다. 직물(10)의 속도 및 처리 온도를 계산하여 가능한 최상의 코팅 완전성을 부여한다. 교차 기계 방향에서 텐터에 의해 변형되지 않는 직물을 위한 통상적인 코팅 온도는 약 32℃ (90℉)∼약 120℃ (248℉)이다. 통상적인 도포량을 계산하여 직물 표면의 제곱 미터 당 활성 재료 약 23 g을 사용한다. 재료는 물 희석하여 활성 나노-고형분 0.5∼30 %의 범위 내에서 도포할 수 있다. 사용시 바람직한 활성 고형분 농도는 2.5∼10 % 고형분이었다. 과잉량은 도포가 발생한 영역 하류의 진공 슬롯으로 바람직하게 제거된다.
매우 두꺼운 직물은 직물의 내부 부피를 완전하게 피복하기 위해 단위 면적 당 더욱 높은 코팅 비율을 필요로 할 수 있다. 분 당 2.5∼4 미터(분 당 8∼12 피트)의 직물 속도가 일반적이나, (텐터가 직물의 치수를 제어하는 직물 제조에서의 최종 가열 고정의 경우를 제외하고는) 가열기 지역에서의 체류 시간을 조정하여 방사 재료의 치수 안정점을 이상으로 가열하지 않도록 해야 한다. 그리고나서 직물(10)의 성분 방사와 양호하게 결합되도록 바람직하게는 제지기(12)의 드라이어 섹션의 가열된 드라이어 롤(24)을 가로질러 통과시킴으로써 코팅(20)을 경화시킨다.
코팅(20)은 경우에 따라 휴대용 적외선 가열기 저장소(26) 등을 사용하여 열 경화시킬 수 있으나, 기계의 드라이어 시스템에서 유도된 열에 의해, 특히 TAD, 즉 쓰루 에어 드라이어 섹션에서 경화시키는 것이 바람직하다. 티슈 제조 기계의 TAD 섹션은 49℃(120℉) 이상의 충분한 열이 있어서 코팅(20)을 경화시켜서 그 자체가 방사에 안전하게 부착되게 하기 때문에 이러한 코팅(20)의 도포 및 경화에 특히 적당할 것이라 생각된다. 또한, 성공적인 도포에 필요한 다수의 부재들 (즉, 샤워기, 진공 슬롯 및 롤, 열)은 이미 드라이어 섹션에 존재하거나 또는 이러한 유형의 기계에 용이하게 맞출 수 있다. 어떤 경우에도, 직물이 위치하고 있는 환경의 온도는 코팅이 그 자리에서 경화되도록 충분해야 한다. 바람직하게는, 직물이 위치하고 있는 제지 환경의 온도는 약 32℃ (90℉)∼약 120℃ (248℉)의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 온도는 약 49℃ (120℉)∼약 93℃ (200℉)의 범위이다. 가장 바람직하게는, 온도는 약 60℃ (14O℉)∼약 82℃ (180℉)의 범위이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 임의의 다양한 열 처리 수단, 예컨대 적외선 가열기(26)의 임시 저장소를 사용함으로서 코팅을 경화시킬 수 있다. 이러한 코팅 장치 시스템은 자체 내장된 휴대용 유닛으로 설계될 수 있고 구입하여 페이퍼 밀 내에 사용하거나 또는 재생 과정을 위해 렌트할 수 있다. 또한, 도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이, 장치는 기계(12)의 너비를 완전히 채우지 말아야 하고 1회 통과 후 다음 회 통과 전에 직물(10)의 너비를 가로질러 이동시켜 코팅 공정을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 직물(10)의 처음 절반은 제1 위치에서 스프레이 붐(16)으로 코팅할 수 있다. 그리고나서, 도 3B에 도시한 바와 같이, 직물(10)의 두번째 절반은 제2 위치에서 스프레이 붐(16)으로 코팅할 수 있다. 스프레이 붐(16)의 크기 및 직물(10)의 너비에 따라 3회 이상 통과시킬 수 있다. 반복 도포 (즉, 기존의 하나 위에 1회 도포 또는 층 스프레딩)는 서로간에 부착되지 않아서 중첩된 도포는 진공 제거되거나 또는 그렇지 않은 경우 하류 진공에 의해 제거되기 때문에 문제되지 않음을 경험상 알 수 있다. 코팅의 이러한 특성은 "창유리(windowpaning)" 현상을 제거함으로써, 코팅의 박막이 그물망 개구 위에 형성되어 잔류하여 하나 이상의 위치에서 그물망을 효과적으로 차단한다.
대안적으로, 상기 장치는 직물의 가장자리를 코팅만 하도록 설계되거나 사용되어 이러한 영역에서의 조기 직물 불량, 예컨대 "점성" 및 종이 웹에서의 유사한 외부 물질에 의한 오염, 및 직물 가장자리에서의 성분 방사의 가수 분해성 분해의 전형적인 원인을 방지할 수 있다. 놀랍게도, 본 발명자들은 소수성 또는 소유성 나노입자 유형 내오염성 액체 용액/현탁액으로 코팅하고 이어서 경화되었던 TAD 직물의 측면 가장자리는 비교적 유연하며 유사한 미처리 직물과 비교하였을 때 통상적인 가수 분해성 분해의 징후가 나타나지 않았음을 밝혀내었다.
나노입자 표면 처리된 코팅(20)은 바람직하게는 소수성 및 소유성 특성을 모두 포함한다. 복수의 코팅 및 경화 단계를 수행하여, 예를 들어 제1 코팅 층은 소수성 또는 소유성 특성 중 하나를 갖고, 및 제2 또는 후속 코팅은 소수성 또는 소유성 특성 중 상기와 다른 하나, 또는 또다른 목적하는 특성을 갖는 직물(10) 상의 복합 코팅을 형성하는 것이 또한 가능하다. 그 결과 본 발명에 따른 제지용 직물에 향상된 내오염성을 제공한다.
일단 직물이 성공적으로 코팅되고 직물 표면 및 방사에 알맞게 잘 결합되도록 그 코팅이 경화되면 코팅 장치를 기계에서 분리하고 종이 생산을 재시작한다.
본 발명의 제2 구체예에 따라, 소수성 및/또는 소유성 수계 나노입자 유형 내오염성 코팅을 도포한 후 미립자 물질이 직물 성분의 노출된 표면에 부착되도록 경화시킴으로써 직물이 내오염성이 되도록 제조 과정에서 직물을 처리한다. 도 5의 박스(100)에 도시된 바와 같이, 물 및 경우에 따라 세정제 또는 계면 활성제를 사용하여 먼저 직물을 클리닝하여 제조 과정에서 표면에 부착될 수 있는 임의의 오일 또는 불순물을 제거한다. 직물이 안정화되도록 열 경화시키기 전에, 박스(102)에 제시한 바와 같이, 스프레이, 딥 또는 릭 코팅, 또는 예컨대 당분야에 잘 공지되어 있고 신중하게 제어된 소수성 및/또는 소유성 수계 나노입자 유형 내오염성 액체 용액/현탁액을 직물의 한쪽 또는 양쪽 평면에 제공하는데 사용할 수 있는 기타 수단에 의해 클리닝된 직물을 코팅한다. 바람직하게는, 텍스타일의 양면을 상기와 같이 처리한다. 대안적으로, 직물의 선택된 부분, 예컨대 측면 가장자리만을 상기와 같이 처리한다.
현재 바람직한 처리 재료는
1. 부착 촉진제 (비닐기, 메타크릴레이트기, 에폭시기, 아미노기, 또는 머캅토기 중 하나인 작용기를 보유하는 유기 작용성 부착 촉진제가 바람직함);
2. 유기 예비 중합체로 구성된 나노 미립자 재료 (유기 나노입자, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 나노 왁스, 또는 축합된 실란, 예컨대 메틸트리에톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 또는 페닐트리메톡시실란 등의 예비 중합체로 바람직하게 구성되어 있으며, 실란 예비 중합체를 사용함으로써 제공되는 하나의 이점은 부착 촉진제와 반응하여 유기 예비 중합체의 네트워크를 형성할 수 있는 가능성이 있다는 것임);
3. 플루오로탄소 중합체 (플루오로아크릴레이트 또는 플루오로알킬-폴리우레탄 공중합체가 바람직하나, 기타 유사한 플루오로탄소 중합체도 적당할 수 있음)
로 이루어지는 수계 3 성분 시스템을 포함한다.
이러한 3가지 재료는 부착 촉진제 약 10∼25 중량%, 나노 미립자 재료 10∼25 중량%, 및 플루오로탄소 중합체 약 30∼70 중량%의 비율로 배합하여 목적하는 3 성분 시스템을 제공한다. 또한 다른 코팅도 사용될 수 있다.
코팅의 이러한 적용에 따라, 직물은 텍스타일에 적당한 일반 방식으로 가열 고정된다. 가열 고정 공정 동안, 직물은 약 52℃ (125℉)∼약 204℃ (400℉)의 범위의 온도에 노출될 것이다. 바람직하게는 직물은 약 66℃ (150℉)∼약 177℃ (350℉)의 온도로 가열될 것이고; 더욱 바람직하게는 이러한 온도는, 텍스타일의 적어도 제1 표면을 포함하는 직물 성분의 표면 처리물을 경화시켜 결합하기에 충분한 약 66℃ (150℉)∼약 149℃ (300℉)일 것이다. 박스(104)에 도시한 바와 같이, 직물이 치수 안정성을 유지하도록 텐터시키거나 또는 그렇지 않은 경우 적당한 수단에 의해 안정화되는 것을 필요로 한다. 가열 고정에 필요한 온도는 박스(106)에 도시된 바와 같이 코팅을 경화시키는데 동시에 사용될 수 있다.
나노입자 코팅은 소수성 및 소유성 특성을 모두 보유하는 것이 현재 바람직하다. 하지만, 상기에 제시된 바와 같이 복수의 코팅 및 경화 단계를 수행하여, 예를 들어 제1 코팅 층은 소수성 또는 소유성 특성 중 하나를 갖고, 및 제2 또는 후속 코팅은 소수성 또는 소유성 특성 중 상기와 다른 하나, 또는 또다른 목적하는 특성을 갖는 직물 상의 복합 코팅을 형성하는 것 또한 가능하다. 그 결과 본 발명에 따른 제지용 직물에 향상된 내오염성을 제공한다. 어떤 경우에도, 직물에는 직물 표면에 효과적인 내오염성을 제공하도록 소수성 또는 소유성 특성 중 하나를 갖는 코팅 층이 제공되어야 한다.
그리고나서 필요에 따라 솔기를 형성하고, 세로 가장자리를 밀봉하는 등의 통상의 직물 가공을 실시한다. 단일 평면이 되도록 직물의 한쪽 또는 양쪽 표면이 샌딩되거나 또는 그렇지 않은 경우 물리적으로 가공되어야 하는 경우, 나노입자 코팅을 도포하기 이전에 실시한다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 직물은, 의도한 제지기 상에 인스톨한 후에 코팅하거나, 또는 제조 후에 코팅할 수 있다. 유효성 및 내구력이 증가된 복합재를 얻도록 상이한 나노입자 오염 방지성 시스템을 수회 통과시켜 각 경우에서 직물을 코팅할 수 있다.
제지기(12) 상에 인스톨한 후, 직물(10)은 상기 제시된 바와 같이 본 발명의 제1 구체예의 방법에 따라 재코팅될 수 있다. 이 과정은 직물(10)을 제거할 필요 없이 제지기(12) 상에서 실시하여 휴지기 및 비용을 감소시킬 수 있다.
상대 내오염성 (RCR)은 직물의 내오염성 지표이다. RCR은 대조 직물을 테스트 직물과 비교함으로서 측정된다. 테스트에 있어서, 샘플은 보다 큰 직물 조각에서 잘라내고 세척하여 임의의 먼지 또는 그리스(grease)를 제거한다. 유사한 크기의 대조 샘플 또한 제조한다. 그리고나서 적당한 길이의 이중면 부착 카펫 테이프를, 좁은 치수의 테스트 직물 및 대조 직물 각각에 대해 85℃ (185℉) 온도 및 4448 N (1,000 lbs) 압력에서 1분간 고온 압착시킨다. 그리고나서 고정 변형률로 CRE 유형의 신장 테스팅 기계를 사용하여 테스트 및 대조 샘플의 각 표면으로부터 180°의 각에서 테이프를 박리시킨다. 그리고나서 테스트 샘플로부터 테이프를 제거하기 위해 요구되는 박리력은 대조 샘플로부터 테이프를 제거하기 위해 요구되는 박리력과 비교한 후, 비율(RCR)로서 표시한다. 1.0보다 작은 RCR 값은 대조 표준보다 내오염성이 덜한 것을 의미하고, 반면 1.0보다 높은 RCR 값은 내오염성이 더욱 양호한 것을 의미한다.
실험실 연구 및 제지 기기 실험에 있어서, 발명자들은 본 발명의 내용에 따라 제조된 직물이 미처리 대응 직물과 비교하였을 때 약 3∼약 14의 RCR 값을 얻은 것을 발견하였다. RCR 값의 이러한 차이는, 코팅이 본 발명의 제1 구체예에 따라 제지기 상에서 직물에 도포되었는지, 또는 코팅이 제2 구체예에 따라 직물을 가열 고정시키는 시간에 도포되었는지에 관계없이 발생하였다. 본 발명자들은 제2 구체예의 내용에 따라 도포된 코팅은 제1 구체예에 따라 제지기 상에서 도포된 코팅보다 내구성이 뛰어나다는 것을 발견하였다.
본 발명의 내용에 따라 처리되었던 직물은 유사한 미처리 직물보다 수성 또는 유성 오염 물질 모두를 보다 용이하게 방출하는 경향이 있다. 본 발명자들은 유사한 미처리 직물보다 더욱 용이하게 물을 "제거"하는 코팅된 직물의 개선된 성향으로 인해 동량의 종이를 건조시키는데 필요한 에너지 양을 10 % 이상 감소시킬 수 있음을 밝혀내었다. 또한, 본 발명의 내용에 따라 코팅 또는 재코팅된 직물은 비코팅된 유사한 직물과 비교하였을 때 보다 오랜 기간 동안 더욱 깨끗한 경향이 있다. 추가로 관찰된 이점은 이러한 재료로 코팅된 직물이 작동 중에 비코팅된 유사한 직물과 비교하였을 때 20 %정도 감소된 견인 하중(drag load)을 갖는다는 점이다. 견인 하중이란 흡입 박스 및 호일에 의해 부과된 탈수력 때문에 직물에 의해 제지기의 구동 메카니즘 상에 부과된 하중 (및 따라서 목적하는 속도에서 직물을 구동시키는데 필요한 전력량)을 의미한다. 견인 하중 감소는 제제소 작동 비용에 매우 유리한 에너지 소비 감소를 의미한다. 또한, 상기와 같이 처리되었던 측면 가장자리를 갖는 TAD 직물은, 유사하나 미처리된 직물과 비교하였을 때 처리된 측면 가장자리 부분에서 가수분해성 분해가 더욱 양호하게 방지되는 것을 발견하였다.
본 발명의 바람직한 구체예를 자세하게 기술하였지만, 본 발명은 단지 예시로서 고려된 상기 기술된 일정 구체예들에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 변형 및 확장이 개발될 수 있으며, 모든 그러한 변형은 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 간주한다.
본 발명은 현재 바람직한 구체예가 제시된 도면과 관련하여 보다 자세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 제지기 상에서 수계 나노입자 유형 소수성 또는 소유성 내오염성 코팅을 직물에 도포하고 경화시키는 제지기의 드라이어 섹션의 개략적인 형태의 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 나노입자 유형 내오염성 코팅을 도포하기 위해 직물이 제지기 상에 있는 동안 드라이어 직물에 인접하게 위치시킬 수 있는 스프레이 붐의 사시도이다.
도 3A는 직물의 제1 부분을 코팅하기 위해 제1 위치에 도시되어 있는 드라이어 직물의 너비보다 크기가 작은 스프레이 붐의 사시도이다.
도 3B는 직물의 잔여 부분을 코팅하기 위해 제2 위치에 도시되어 있는 드라이어 직물의 너비보다 크기가 작은 스프레이 붐의 사시도이다. 이러한 방법은 가장자리가 오염되거나 또는 가수 분해되는 직물의 가장자리를 처리하여 시트 영역의 외부의 문제로 인한 직물의 조기 제거를 방지하는데 사용할 수 있다.
도 4는 직물에 도포된 코팅을 경화시키 위한 위치에 도시된 휴대용 가열기의 사시도이다.
도 5는 가열 고정 이전에 직물을 코팅하고 직물의 가열 고정 동안 코팅을 경화시켜 제지에 사용되는 산업용 직물의 내오염성을 개선시키기 위한 본 발명에 따른 제2 구체예의 방법을 예시하는 블록 그림이다.

Claims (19)

  1. 제지기 상에 위치하는 그 자리에서 산업용 직물의 표면을 클리닝하는 단계;
    제지기 상에서 상기 직물이 이동하는 경로를 따라서, 적어도 한쪽 위치에서부터 직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분에 나노입자 표면 처리한 코팅을 도포하는 단계; 및
    상기 코팅을 경화시켜서 상기 나노입자 표면 처리로부터의 나노입자 재료를 직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분과 결합시키는 단계
    를 포함하는, 제지 공정에 사용하는 산업용 직물의 코팅 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경화 단계는 32℃ (90℉) 이상으로 직물을 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경화 단계는 제지기에 위치하는 가열된 롤을 사용하는 것을 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 경화 단계는 직물에 인접하여 위치한 휴대용 가열기를 사용하여 직물을 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 나노입자 표면 처리는 소수성 특성, 소유성 특성, 또 는 소수성 및 소유성 특성 모두를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 나노입자 표면 처리는 제1 표면 처리이고 소수성 또는 소유성 특성 중 하나를 포함하며,
    제지기 상에서 이동하는 직물의 경로를 따라서, 적어도 한쪽 위치에서부터 직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분에, 소수성 또는 소유성 특성 중 상기와 다른 하나를 갖는 제2 나노입자 표면 처리한 제2 코팅을 도포하는 단계; 및
    상기 코팅을 경화시켜서 제2 나노입자 표면 처리로부터의 나노입자 재료를 직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분과 결합시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 직물을 제조한 후 코팅하고, 제지기 상에서 사용한 후, 상기 직물을 제1항에 따라 재코팅하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 나노입자 표면 처리는 하나 이상의 샤워기를 사용하여 실시하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 샤워기는 제지기의 기존 부품인 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 샤워기는 휴대용 샤워 붐(boom)인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 샤워 붐은 직물 너비보다 작은 크기이고, 제1 위치에서 샤워 붐으로 직물의 제1 부분을 코팅하는 단계, 및 직물의 적어도 제2 위치로 샤워 붐을 이동시켜 직물의 적어도 제2 부분을 코팅하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 직물의 가장자리에만 위치하는 방법.
  13. 제1항에 따른 방법으로 형성되는 나노입자 코팅된 제지용 직물.
  14. 직조한 후 산업용 직물의 표면을 클리닝하는 단계;
    상기 직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분에 대해 나노입자 표면 처리를 실시하는 단계;
    상기 직물에 대해 치수 안정성 제어를 실시하는 단계;
    상기 직물을 열 처리하는 동시에 직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분에 나노입자 표면 처리를 경화시키는 단계
    를 포함하는, 제지 공정에 사용하는 산업용 직물의 내오염성의 개선 방법.
  15. 제14항에 있어서, 경화 단계는 52℃ (125℉) 이상으로 직물을 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    제지기 상에 위치하는 그 자리에서 직물의 표면을 클리닝하고;
    제지기 상에서 상기 직물이 이동하는 경로를 따라서, 적어도 한쪽 위치에서부터 직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분에 나노입자 표면 처리한 신규한 코팅을 도포하고; 및
    상기 신규한 코팅을 경화시켜서 상기 나노입자 표면 처리로부터의 나노입자 재료를 직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분과 결합시키는 것
    을 통해 제지기 상에서 사용 후 그 자리에서 직물을 재코팅하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 나노입자 표면 처리는 소수성 특성, 소유성 특성, 또는 소수성 및 소유성 특성 모두를 포함하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 나노입자 표면 처리는 제1 표면 처리이고 소수성 또는 소유성 특성 중 하나를 포함하며,
    직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분에, 소수성 또는 소유성 특성 중 상기와 다른 하나를 갖는 제2 나노입자 표면 처리한 제2 코팅을 도포하는 단계; 및
    상기 코팅을 경화시켜서 상기 제2 나노입자 표면 처리로부터의 나노입자 재료를 직물의 한쪽 표면의 적어도 일부분과 결합시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  19. 제12항에 따른 방법으로 형성되는 나노입자 코팅 제지용 직물.
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