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KR20170094245A - 섬유 시이트 및 섬유 시이트를 포함하는 구조물 - Google Patents

섬유 시이트 및 섬유 시이트를 포함하는 구조물 Download PDF

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KR20170094245A
KR20170094245A KR1020177017257A KR20177017257A KR20170094245A KR 20170094245 A KR20170094245 A KR 20170094245A KR 1020177017257 A KR1020177017257 A KR 1020177017257A KR 20177017257 A KR20177017257 A KR 20177017257A KR 20170094245 A KR20170094245 A KR 20170094245A
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foam
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뚜오마스 무스또넨
까리따 낀누넨
뚜오모 히엘뜨
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팹틱 리미티드
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Abstract

본 발명은 섬유 시이트, 상기 섬유 시이트를 포함하는 구조물 및 상기 시이트의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 비-생분해성 제품을 대체하는데 유용한, 상기 섬유 시이트를 포함하는 생분해성 및/또는 재활용 가능한 제품에 관한 것이다.

Description

섬유 시이트 및 섬유 시이트를 포함하는 구조물 {FIBER SHEETS AND STRUCTURES COMPRISING FIBER SHEETS}
본 발명은 섬유 시이트, 상기 섬유 시이트를 포함하는 구조물, 상기 섬유 시이트의 용도 및 상기 섬유 시이트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 비-생분해성 제품을 대체하는데 유용한, 상기 섬유 시이트를 포함하는 생분해성 및/또는 재활용 가능한 제품에 관한 것이다.
플라스틱 포장 재료, 플라스틱 백 및 기타 플라스틱 용도와 같은 중합체 제품은 심각한 환경 문제가 되었다. 각 EU 시민은 매년 평균 200 개의 플라스틱 백을 사용하는 것으로 평가된다. 상기 플라스틱 백은 평균 20 분 동안 보관되며, 플라스틱 백을 분해하는데는 약 1000 년이 걸린다. 바다와 해양에서는 매년 약 4 백만 톤의 플라스틱 재료, 특히 플라스틱 백을 발견할 수 있으며, 이것은 바다 생태계에 심각한 피해를 입힌다. EU 의 폐기물 처리 지침 및 개별 국가 차원의 지침 이행에 대한 새로운 개정안은, 2019 년까지 시민 1 인당 90 개의 백, 및 또한 2025 년까지 40 개의 백의 수준까지 플라스틱 백의 사용을 줄이려고 하고 있다. 현재 플라스틱 백의 약 6.6 % 만이 재활용되고 있으며, 8 % 이상은 쓰레기로 처리된다. 따라서, 환경적으로 수용 가능한, 소비자가 선호하는, 재활용 가능하고 생분해성이 있는, 플라스틱 백의 대체 물질이 필요하다.
종이 백과 같은 종이로 전통적으로 제조된 상응하는 제품도 또한 사용된다. 그러나, 이들은 불량한 내수성을 가지며, 이들은 상대적으로 중량이 높고 (예를 들어, 플라스틱과 비교하여), 이들은 유연성이 없으며, 이들은 전환 과정이 느리고, 이들은 부족한 사용자 경험 및 선호도를 가지며, 이들은 일반적으로 특히 찢어짐과 관련하여 제한된 강도 특성을 가진다.
또한, 폴리락트산 또는 중합체성 전분과 같은 생분해성 플라스틱으로 제조된 플라스틱 백이 이용 가능하지만, 이들은 제한된 내수성 뿐만 아니라, 사용자 수용성 및 강도 특성을 가진다. 전분 제품은 또한 식품 생산과 경쟁하며, 이것은 지속 가능성 및 토지 이용에 심각한 우려가 된다.
CN101302319 에는, 정제된 풀, 밀짚, 바가스, 연례 허브 잎 및 줄기, 폴리비닐 알코올, 임의적인 석고, 염, 소포제 및 방수제를 포함하는 슬러리로 제조된 생분해성 쇼핑 백이 기재되어 있으며, 상기 슬러리를 주형에 붓고, 탈수시키고, 건조시켜 시이트를 수득한 후, 쇼핑 백으로 성형한다.
폼-레이드 (foam-laid) 섬유 웹의 제조 방법에 관한 기술은 특히 부직포 및 티슈 제품의 제조 분야에서 공지된 기술이다. 섬유 웹은 발포 액체 중의 섬유의 분산액으로부터 형성된다. 펄프 또는 섬유 공급물을 먼저 펄프화기에서 제조한 다음, 탈수시키고, 계면활성제 및 물을 함유하는 발포체 또는 발포성 액체와 혼합한다. 섬유를 발포체 내에 분산시키고, 형성된 섬유-발포체를 와이어 상에 침착시키고, 본질적으로 발포체의 형태인 액체의 주요 부분을 흡입에 의해 제거한다. 이 기술은 EP 481746 에 개시되어있다. 계면활성제는 음이온성, 양이온성, 비이온성 및 양쪽성 계면활성제와 같은 임의의 적합한 유형일 수 있다. 또한, 습윤-강화제, 결합제, 크레이핑 화학약품 등을 사용할 수 있다. 발포 공정에서 사용되는 계면활성제는 일반적으로 종이 웹의 건조 및 습윤 인장 강도 모두에 부정적인 영향을 미치는 것으로 간주된다.
상기에 기초하여, 포장, 플라스틱 백 등과 같은 다양한 용도에서 현재 사용되고 있는 비-분해성 플라스틱에 대한, 환경적으로 허용 가능하고, 생분해 가능한 대체 물질을 제공할 필요성이 있음을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 현재 사용 가능한 재활용 시스템을 사용하여, 생분해성 및/또는 재활용 가능하고, 유연하며, 제조가 용이하고, 사용자 (소비자 및 소매업자 모두) 친화적이며, 비용 효율적이고, 특히 물, 에너지, 화학 물질 및 재료 비용에 관하여 효율적이며, 충분한 강도 특성을 갖는 신규의 재료를 발견함으로써, 포장 재료와 같은 비-생분해성 플라스틱 재료의 사용과 관련한 상기 기술한 문제점을 극복하거나 또는 실질적으로 감소시키는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 플라스틱 재료를 대체할 수 있는 섬유 시이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 섬유 시이트를 포함하는 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 포장, 캐리어 백 및 쌕, 피복, 건설, 의류 및 직물, 그래픽 및 인테리어 디자인 용도에서의, 상기 섬유 시이트의 용도를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 섬유 시이트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 발포체 기반의 제조 기술에 의해 수득 가능한 섬유 시이트에 관한 것이며, 이것은 섬유, 결합제 및 발포 중합체를 포함하고, 상기 섬유의 50 ∼ 99 wt% 는 천연 섬유이며, 상기 섬유의 1 ∼ 50 wt% 는 중합체 섬유, 미네랄 섬유, 비-목재 천연 섬유 및 유리-섬유 및 이들의 조합물에서 선택되는 강화 섬유이고, 상기 시이트는 전형적으로 플라스틱 재료, 유연성, 열 밀봉성, 소수성, 발수성, 신율 및 강도를 특징으로 하는 특성을 가지며, 상기 시이트는 생분해성 및/또는 재활용 가능하다.
본 발명은 발포체 기반의 제조 기술에 의해 수득 가능한 섬유 시이트에 관한 것이며, 이것은 0.5 ∼ 100 ㎜ 의 평균 섬유 길이를 갖는 섬유, 결합제 및 발포제를 포함하고, 상기 섬유의 50 ∼ 99 wt% 는 천연 섬유이며, 상기 섬유의 1 ∼ 50 wt% 는 중합체 섬유, 미네랄 섬유, 비-목재 천연 섬유 및 유리-섬유 및 이들의 조합물에서 선택되는 강화 섬유이고, 상기 섬유 시이트는 3 ∼ 50 % 의 범위의 연신율을 가진다. 상기 섬유 시이트는 생분해성 및/또는 재활용 가능하다.
본 발명은 또한 상기 섬유 시이트를 포함하는 구조물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 하기의 단계를 포함하는 섬유 시이트의 제조 방법에 관한 것이다:
- 천연 섬유 및 강화 섬유 (강화 섬유는 중합체 섬유, 미네랄 섬유, 비-목재 천연 섬유 및 유리-섬유 및 이들의 조합물에서 선택된다) 를 포함하는 섬유를, 물 및 하나 이상의 발포제를 포함하는 발포체 또는 발포 가능한 액체에 분산시켜 하나 이상의 발포 분산액을 형성시킴으로써, 천연 섬유 50 ∼ 99 중량%, 강화 섬유 1 ∼ 50 중량%, 하나 이상의 발포제 0.5 ∼ 10 중량% 를 포함하는 섬유-발포체를 수득하는 단계,
- 형성된 섬유-발포체를 유공성 지지체로 운반하고, 유공성 지지체를 통해 액체를 배출시켜 시이트를 형성시키는 단계,
- 시이트를 건조 및 캘린더링시켜 섬유 시이트를 수득하는 단계, 및
- 발포체 또는 발포 가능한 액체는 하나 이상의 결합제를 포함하고; 또는 형성된 시이트는 하나 이상의 결합제로 시이트의 표면을 처리함으로써 건조 전 또는 후에 마무리되고; 또는 발포체 또는 발포 가능한 액체는 하나 이상의 결합제를 포함하고, 형성된 시이트는 하나 이상의 결합제로 시이트의 표면을 처리함으로써 건조 전 또는 후에 마무리된다.
본 발명은 상기 기술한 바와 같은 비-생분해성/비-재활용 가능한/비-재생 가능한 재료를 적어도 부분적으로 대체하기 위한, 간단하고, 환경적으로 수용 가능한 해결책을 제공하며, 이것은 섬유 시이트로부터 제조되는 제품 및 구조물에 더 많은 이점을 제공한다. 현재 이용 가능한 재활용 시스템은 본 발명의 제품을 재활용하는데 사용될 수 있다.
특히, 놀랍게도, 높은 강도, 파열 및 신율 특성을 갖는, 유연하고, 가벼운, 생분해성 및/또는 재활용 가능한 섬유 시이트를 제조할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 상기 섬유 시이트는 포장, 피복, 건설, 인테리어 디자인, 그래픽, 의류 및 직물, 백 및 쌕 등과 같은 광범위한 용도에 사용될 수 있다.
여기에서, 발포체 기반의 제조 기술을 이용하는 방법은 특히 폼-레이드 방법을 사용하여 섬유 웹을 형성시키는 방법을 의미한다. 바람직하게는, 상기 폼-레이드 방법은 마무리 단계가 뒤따른다. 바람직하게는, 마무리는 표면 처리 방법에서 선택되는 방법으로 섬유성 웹에 결합제를 적용함으로써 수행된다.
본 발명은 또한 포장, 캐리어 백 및 쌕, 피복, 건설, 인테리어 디자인, 그래픽, 의류 및 직물 등의 분야에서의 용도에서의, 섬유 시이트의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 특징적인 특성은 첨부된 특허청구범위에서 제시된다.
도 1 (1a ∼ 1d) 은 본 발명의 종이, 플라스틱 및 제품에 대한 신율의 함수로서의 인장력을 나타낸다.
도 2 (2a ∼ 2b) 는 곡선의 총면적으로부터 계산되는, 본 발명의 종이, 플라스틱 및 제품의 강도 및 TEA 를 나타낸다.
도 3 은 본 발명에 따른 제품의 강도 특성을 나타낸다.
도 4 (4a ∼ 4e) 는 물과 접촉했을 때의 본 발명에 따른 샘플의 특성을 나타낸다.
도 5 (5a ∼ 5d) 는 종이를 참조로서 사용하여, 본 발명에 따른 습윤 샘플의 연신 및 강도 특성을 나타낸다.
도 6 은 본 발명에 따른 제품의 유익한 파열 동작을 나타낸다.
도 7 은 본 발명에 따른 제품의 인열 강도를 나타낸다.
도 8 (8a ∼ 8e) 은 본 발명의 개발에 사용되는 실험실 규모 공정을 나타낸다.
도 9 (9a ∼ 9b) 는 본 발명의 섬유 시이트로부터 제조된 백을 나타낸다.
정의
달리 명시하지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 용어는 포장 산업 뿐만 아니라, 펄프 및 제지 산업의 분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 가진다. 구체적으로, 하기의 용어는 하기에 나타낸 의미를 가진다.
여기에서, 용어 "생분해성" 은 자연 과정에 의해, 즉, 미생물과 같은 생물의 작용에 의해 무해한 제품 또는 매우 작은 부분으로 분해되거나 또는 파괴될 수 있는 물질을 의미한다.
여기에서, 용어 "재활용 가능한" 은 새로운 제품을 제공하기 위해 재사용될 수 있는 물질을 의미한다.
여기에서, 용어 "생분해성 및/또는 재활용 가능한 제품" 은 생분해성 제품, 또는 재활용 가능한 제품, 또는 생분해성 및 재활용 가능한 제품을 의미한다.
여기에서, "발포 성형법" 으로도 알려져 있는, 용어 "폼-레잉 (foam-laying) 방법" 은 부직포 제품, 종이 제품, 티슈 제품 등의 제조에 사용되는 임의의 종래의 단층 및 다층 폼-레이드 방법을 의미한다.
여기에서, "유공화 지지체" 로도 알려져 있는, 용어 "유공성 지지체" 는 와이어 등을 의미한다.
여기에서, 용어 "섬유 시이트" 는 섬유성 재료 또는 섬유성 웹의 편평하고, 연속적인 또는 비연속적인 질량체 또는 조각을 의미한다.
발명의 상세한 설명
놀랍게도, 파열 내성, 유연성, 그러나 아직 충분히 강한, 탄성 및 내수성 섬유 시이트가, 생분해성 및/또는 재활용 가능한 재료로부터, 간단하고 비용 효율적인 방법으로 수득될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 상기 섬유 시이트는 포장의 분야에서, 캐리어 백 및 쌕, 피복, 건설, 인테리어 디자인, 그래픽, 의류 및 직물 등에서 다수의 용도를 발견한다.
섬유 시이트는 종이와 플라스틱의 유리한 특성의 이상적인 조합을 가지며, 따라서 이전에 플라스틱 또는 종이가 가장 일반적인 선택이었던 분야에서 다수의 용도를 발견한다.
본 발명은 발포체 기반의 제조 기술에 의해 수득 가능한 섬유 시이트에 관한 것이며, 이것은 0.5 ∼ 100 ㎜ 의 평균 섬유 길이를 갖는 섬유, 결합제 및 발포제를 포함하고, 상기 섬유의 50 ∼ 99 wt% 는 천연 섬유이며, 상기 섬유의 1 ∼ 50 wt% 는 중합체 섬유, 미네랄 섬유, 비-목재 천연 섬유 및 유리-섬유 및 이들의 조합물에서 선택되는 강화 섬유이고, 상기 섬유 시이트는 3 ∼ 50 % 의 범위의 연신율을 가진다. 상기 섬유 시이트는 생분해성 및/또는 재활용 가능하다.
바람직하게는, 섬유 시이트는 5 ∼ 45 %, 특히 바람직하게는 10 ∼ 40 % 의 범위의 연신율을 가진다. 연신율은 방법 ISO 1924-2:2008 을 사용하여 측정된다.
"발포체 기반의 기술에 의해 수득 가능한" 은 발포체 기반의 제조 기술을 이용하는 방법을 의미한다. 이것은 특히 폼-레이드 방법을 사용하여 섬유 웹을 형성시킨 후, 마무리하는 방법을 의미한다. 마무리는 표면 처리 방법에서 선택되는 방법으로 수행된다. 바람직하게는, 결합제는 표면 처리 방법에서 선택되는 방법으로 섬유성 웹에 적용된다. 결합제는 대안적으로는 폼-레이드 방법 동안에, 또는 표면 처리 방법 및 폼-레이드 방법으로 적용될 수 있다.
표면 처리 방법은 제지기의 프레스 부분에서 수행되는 스프레이 코팅 및 폼 어시스트 (foam assisted) 방법 (폼-레이드 방법이 수행된다), 제지기에서 수행되는 외부 사이징 방법 (폼-레이드 방법이 수행된다), 사이즈 프레스를 사용하는 방법, 및 온라인 또는 오프라인 코팅기에서 수행되는 종래의 표면 처리 방법, 및 폼 어시스트 코팅 방법에서 선택된다.
바람직한 구현예에 따르면, 섬유 시이트는 5 ∼ 50 %, 바람직하게는 10 ∼ 40 %, 특히 바람직하게는 25 ∼ 40 % 의 파단 신율을 가진다. 파단 신율은 방법 ISO 1924-2:2008 을 사용하여 측정된다.
섬유성 웹은 2 g/㎡ ∼ 500 g/㎡, 바람직하게는 10 g/㎡ ∼ 500 g/㎡ 의 평량을 가질 수 있으며, 이는 최종 제품 또는 구조에 따라서 조정할 수 있다.
천연 섬유
천연 섬유는 목재 펄프, 비-목재 식물 재료, 및 이들의 조합물에서 선택된다.
천연 섬유는 화학 펄프, 예컨대 술페이트 및 술파이트 펄프, 오가노솔브 펄프; 재활용 섬유; 및/또는 기계 펄프, 예를 들어 리파이너 기계 펄프 (RMP), 가압 리파이너 기계 펄프 (PRMP), 전처리 리파이너 화학 알칼리 퍼옥사이드 기계 펄프 (P-RC APMP), 열기계 펄프 (TMP), 열기계 화학 펄프 (TMCP), 고온 TMP (HT-TMP) RTS-TMP, 알칼리 퍼옥사이드 펄프 (APP), 알칼리 퍼옥사이드 기계 펄프 (APMP), 알칼리 퍼옥사이드 열기계 펄프 (APTMP), 서모펄프 (Thermopulp), 분쇄 목재 펄프 (GW), 석재 분쇄 목재 펄프 (SGW), 압력 분쇄 목재 펄프 (PGW), 초고압 분쇄 목재 펄프 (PGW-S), 열 분쇄 목재 펄프 (TGW), 열 석재 분쇄 목재 펄프 (TSGW), 화학 기계 펄프 (CMP), 화학 리파이너 기계 펄프 (CRMP), 화학 열기계 펄프 (CTMP), 고온 CTMP (HT-CTMP), 술파이트-변성 열기계 펄프 (SMTMP), 리젝트 CTMP (CTMPR), 분쇄 목재 CTMP (G-CTMP), 세미화학 펄프 (SC), 중성 술파이트 세미화학 펄프 (NSSC), 고수율 술파이트 펄프 (HYS), 생체역학 펄프 (BRMP), OPCO 공정, 폭발 펄프화 공정, Bi-Vis 공정, 희석수 술폰화 공정 (DWS), 술폰화 장섬유 공정 (SLF), 화학 처리 장섬유 공정 (CTLF), 장섬유 CMP 공정 (LFCMP) 에 따라서 제조되는 펄프, 크라프트 (Kraft) 목재 펄프, 및 이들의 변성물 및 조합물에서 선택될 수 있다. 펄프는 표백 또는 비-표백 펄프일 수 있다.
목재 펄프는 자작나무, 너도밤나무, 유럽 아스펜과 같은 아스펜, 오리나무, 유칼립투스, 단풍나무, 아카시아, 혼합 열대성 나무, 로블리 소나무와 같은 소나무, 전나무, 솔송나무, 낙엽송, 가문비나무 무리 또는 독일 가문비나무와 같은 가문비나무, 및 이의 혼합물을 포함하는, 활엽수 또는 침엽수에서 유래할 수 있다. 적합하게는, 소나무에서 유래하는 펄프가 사용된다.
또한, 시드 헤어 섬유, 잎 섬유, 인피 섬유, 식물 섬유와 같은 비-목재 식물 원료는, 예를 들어 곡물의 짚, 밀 짚, 리드 카나리아 풀, 갈밭, 아마, 대마, 케나프, 황마, 라미, 종자, 사이잘, 아바카, 코이어, 대나무, 바가스, 면화 케이폭, 유채, 파인애플, 면화, 쌀, 갈대, 에스파르토 풀, 팔라리스 아룬디나세아 (Phalaris arundinacea), 또는 이들의 조합물로 제공될 수 있다.
또한, 목재 펄프와 비-목재 식물 재료의 임의의 조합물을 사용할 수 있다.
바람직한 구현예에 따르면, 섬유 시이트는 천연 섬유 50 ∼ 99 wt%, 특히 바람직하게는 70 ∼ 99 wt% 를 포함한다.
바람직한 구현예에 따르면, 섬유 시이트는 0.5 ∼ 5 ㎜ 의 평균 섬유 길이를 갖는 천연 섬유 50 ∼ 99 wt% 를 포함한다.
바람직한 구현예에 따르면, 천연 섬유는 0.5 ∼ 5 ㎜, 바람직하게는 1 ∼ 3 ㎜ 의 평균 섬유 길이를 가진다.
강화 섬유
강화 섬유는 중합체 섬유, 미네랄 섬유, 비-목재 천연 섬유 및 유리-섬유 및 이들의 조합물에서 선택되는 장섬유이다. 중합체 섬유는 열가소성 특성을 갖거나, 또는 이들은 열가소성 재료와 혼합된다.
비-목재 천연 섬유는 상기 기술한 바와 같은 비-목재 식물 재료에서 유래한다.
바람직한 구현예에 따르면, 중합체 섬유는 폴리락티드 (PLA), 글리콜산 중합체 (PGA), 폴리올레핀 (PO), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에스테르 (PES), 폴리비닐 알코올 (PVA) 에서 선택되는 열가소성 중합체 섬유 및 열가소성 중합체를 포함하는 이성분 섬유이다.
바람직하게는, 이성분 섬유는 폴리에스테르 (PES) 코어 및 폴리에틸렌 (PE) 쉬트 (sheat) 와 같은, 쉬트 중합체로서 열가소성 중합체를 갖는 섬유 (열가소성 표면을 갖는 이성분 섬유) 에서 선택된다. 적합하게는, PES/PE 이성분 섬유가 사용된다.
이성분 섬유는 상이한 화학적 및/또는 물리적 특성을 갖는 2 종의 중합체로 구성되며, 이는 동일한 필라멘트에서 상기 2 종의 중합체를 이용하여 동일한 방적돌기에서 압출된다.
강화 장섬유는 섬유 시이트에 유연성, 연신성, 강도 및 기능적 특성을 부여한다.
열가소성 섬유는, 표면 처리로서 적용되는 라텍스 결합제 뿐만 아니라, 섬유 시이트에 열 밀봉성과 같은 기능적 특성을 부여한다.
바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 섬유 시이트는 3 ∼ 100 ㎜ 의 평균 섬유 길이를 갖는 강화 섬유 1 ∼ 50 wt% 를 포함한다.
바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 섬유 시이트는 강화 섬유 1 ∼ 30 wt%, 특히 바람직하게는 1 ∼ 20 wt% 를 포함한다.
바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 섬유 시이트는 열가소성 중합체 섬유 5 wt% 이상을 포함하며, 이로써 수득된 섬유 시이트는 열 밀봉 가능하다.
바람직한 구현예에 따르면, 강화 섬유는 5 ∼ 30 ㎜, 특히 바람직하게는 6 ∼ 15 ㎜ 의 평균 섬유 길이를 가진다.
결합제
바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 섬유 시이트는 결합제를 0.005 ∼ 10 중량%, 바람직하게는 0.05 ∼ 5 중량%, 특히 바람직하게는 1 ∼ 5 중량% 의 양으로 포함한다.
적합하게는, 결합제는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트 분산액, 에틸 비닐 알코올 분산액, 폴리우레탄 분산액, 아크릴 라텍스, 스티렌 부타디엔 분산액, 미세하게 분할된 셀룰로오스를 기반으로 하는 결합제, 셀룰로오스 유도체를 기반으로 하는 결합제, 생중합체, 예컨대 전분 유도체, 천연 검 라텍스, 알기네이트, 구아 검, 헤미셀룰로오스 유도체, 키틴, 키토산, 펙틴, 한천, 크산탄, 아밀로오스, 아밀로펙틴, 알테르난, 겔란, 무탄, 덱스트란, 풀룰란, 프룩탄, 로커스트 빈 검, 카라기난, 글리코겐, 글리코사미노글리칸, 무레인, 세균성 캡슐 다당류 등을 기반으로 하는 생중합체 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다.
결합제는 바람직하게는, 임의로 폴리비닐알코올과 조합되는, 아크릴 라텍스 (폴리아크릴레이트 라텍스 또는 폴리아크릴산 라텍스) 및 이들의 조합물에서 선택된다.
결합제는 폼-레이드 방법에서, 또는 마무리 방법에서, 또는 이들 모두에서 유래할 수 있다.
발포제
바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 섬유 시이트는 발포제를 0.1 ∼ 10 wt% 포함한다.
발포제는 표면 활성제로서 작용하여, 발포의 형성을 가능하게 하며, 또한 형성된 섬유성 웹에 원하는 강도를 제공한다.
발포제는 수용성 중합체성 발포제 및 수분산성 중합체성 발포제 및 이들의 조합물에서 선택된다.
바람직하게는, 발포제는 수용성 글리칸, 수분산성 글리칸, 수용성 친수성 중합체 및 수분산성 친수성 중합체 및 이들의 조합물에서 선택된다.
바람직하게는, 수용성 글리칸 및 수분산성 글리칸은 다당류 및 이의 유도체에서 선택된다.
바람직하게는, 수용성 친수성 중합체 및 수분산성 친수성 중합체는 폴리(비닐 알코올) 및 폴리(비닐 아세테이트) 및 이의 공중합체에서 선택된다.
임의적인 첨가제
임의로, 내열성, 열 밀봉성, 불투명성, 인쇄성, 성형성, 난연성 등과 같은 시이트의 기능적 성질을 변성시키거나, 또는 보다 양호한 유연성 및/또는 강도를 제공하는 첨가제, 및/또는 웹의 외관을 변화시키는 첨가제가 사용될 수 있다.
적합하게는, 첨가제는 나노피브릴화 셀룰로오스, 마이크로피브릴화 셀룰로오스, 전분, 수지 등, 및 착색제 등에서 선택된다.
섬유 시이트의 용도 및 적용
놀랍게도, 고도의 내구성 및 유연성 섬유 시이트는 포장, 피복, 건설, 인테리어 디자인, 그래픽, 의류 및 직물의 분야에서, 캐리어 백 및 쌕 등에서의 다수의 용도에 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 용도의 예는 산업용 포장, 캐리어 백 및 쌕, 피복, 의료용 포장, 싸개, 덮개, 의료용 직물, 보호용 의복 등이다.
섬유 시이트는 열가소성 중합체로부터 강화 섬유을 선택함으로써 열 밀봉 가능하게 할 수 있다. 적합하게는, 열가소성 중합체와 라텍스의 조합물이 사용된다. 따라서, 백, 쌕, 유연성 포장 및 의류 등과 같은 제품은, 점착제 및 접착제를 사용하지 않고도, 효율적인 열 밀봉 전환 기계로, 적합한 내구성을 갖는 이음새를 제공하면서, 용이하게 제조할 수 있다.
섬유 시이트는 매우 양호한 습윤 강도 및 발수성을 가지며, 따라서 백 및 쌕과 같은 구조물은 수분과 접촉하여도, 이들의 형태를 유지한다.
섬유 시이트는 원하는 경우, 섬유 및 종이 및 플라스틱 기재에 사용되는 인쇄 방법, 예컨대 오프셋, 그라비야, 플렉소, 디지털 인쇄 등을 사용하여 인쇄할 수 있다.
섬유 시이트 및 이로부터 제조되는 구조물, 예컨대 제품은 적합한 멸균 방법을 사용하여 멸균시킬 수 있다.
섬유 시이트 및 이로부터 제조되는 구조물은 작은 부피로 프레스, 압착 또는 압축될 수 있으며, 이로써 놀랍게도, 상기 제품은 작은 부피를 유지하며, 플라스틱 백 등과 같이 팽창되지 않는다. 그러나, 이것은 이의 원래의 형상으로 반복해서 재개방될 수 있으며, 원래의 상태를 유지할 수 있다.
섬유 시이트는 제조에 사용되는 선택된 재료에 따라서, 재활용 가능할 수 있으며 및/또는 적어도 부분적으로 또는 심지어 완전히 생분해성일 수 있다. 완전히 생분해성인 섬유 시이트는 완전히 생분해성인 재료로부터 수득된다.
섬유 시이트 및 구조물, 예컨대 제품은 원하는 제품의 조성, 두께 및 사용 분야와 관련하여, 다양한 요구 및 사양에 따라서 설계 및 제조될 수 있다.
포장 분야에서의 제품, 예컨대 캐리어 백 및 쌕, 경량 및 중량 쇼핑 백, 식료품 상점 등에서의 종래의 플라스틱 백을 대체하기 위한 다양한 크기의 백, 쓰레기 봉투, 상품의 포장, 산업용 포장, 의료용 포장, 덮개, 싸개 등, 포장 구조물은 섬유 시이트로부터 수득될 수 있다.
건설 분야에서의 제품, 예컨대 방풍 패널, 보호 및 건설 시이트, 토양/땅 서리 단열 시이트, 굴착에서의 토목섬유 및 시이트는 섬유 시이트로부터 수득될 수 있다. 상기 제품은 물 및 습기 침입에 대해 개선된 보호를 제공한다.
내수성 커버는 특히 보트, 자동차, 캠핑카 등에 적합하다.
다양한 그래픽 용도에 사용하기 위한 제품, 예컨대 지도, 포스터, 깃발, 플래그는 섬유 시이트로부터 수득될 수 있다.
인테리어 디자인 분야에서의 제품, 예컨대 장식용 시이트는 섬유 시이트로부터 수득될 수 있다.
의류 및 직물 분야에서의 제품, 예컨대 보호용 의복, 일회용 의류, 일회용 천 및 시이트, 의료용 직물, 기저귀용 및 일회용 요실금 제품용 천 등은 섬유 시이트로부터 수득될 수 있다.
본 발명의 제품 및 섬유 시이트는, 이들을 생물학적으로 분해함으로써, 이들을 종이 및/또는 종이상자 재활용 시스템에서 재활용함으로써, 또는 연소시킴으로써, 처분할 수 있다.
섬유 시이트의 제조
섬유 시이트는 발포체 기반의 제조 기술을 이용하는 방법에 의해 수득할 수 있다. 바람직하게는, 섬유 시이트는 발포체 기반의 제조 기술을 이용하는 방법에 의해 수득한 후, 표면 처리 기술을 이용하는 방법에 의해 마무리할 수 있다.
특히, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 섬유 시이트의 제조 방법에 관한 것이다:
- 천연 섬유 및 강화 섬유 (강화 섬유는 중합체 섬유, 미네랄 섬유, 비-목재 천연 섬유 및 유리-섬유 및 이들의 조합물에서 선택된다) 를 포함하는 섬유를, 물 및 하나 이상의 발포제를 포함하는 발포체 또는 발포 가능한 액체에 분산시켜 하나 이상의 발포 분산액을 형성시킴으로써, 천연 섬유 50 ∼ 99 중량%, 강화 섬유 1 ∼ 50 중량%, 하나 이상의 발포제 0.5 ∼ 10 중량% 를 포함하는 섬유-발포체를 수득하는 단계,
- 형성된 섬유-발포체를 유공성 지지체로 운반하고, 유공성 지지체를 통해 액체를 배출시켜 시이트를 형성시키는 단계,
- 시이트를 건조 및 캘린더링시켜 섬유 시이트를 수득하는 단계, 및
- 발포체 또는 발포 가능한 액체는 하나 이상의 결합제를 포함하고; 또는 형성된 시이트는 하나 이상의 결합제로 시이트의 표면을 처리함으로써 건조 전 또는 후에 마무리되고; 또는 발포체 또는 발포 가능한 액체는 하나 이상의 결합제를 포함하고, 형성된 시이트는 하나 이상의 결합제로 시이트의 표면을 처리함으로써 건조 전 또는 후에 마무리된다.
하나의 구현예에 따르면, 발포체 또는 발포 가능한 액체는 하나 이상의 결합제를 포함하며, 섬유-발포체는 하나 이상의 결합제 0.5 ∼ 10 중량% 를 포함한다.
발포체 기반의 제조 기술을 이용하는 방법은 당업계에서 일반적으로 공지되어 있는 폼-레이드 방법이다.
바람직하게는, 섬유 웹은 폼-레이드 방법을 이용하여 형성한 후, 표면 처리 방법에서 선택되는 방법으로 마무리하고, 특히 바람직하게는 표면 처리 방법에서 선택되는 방법으로 섬유성 웹 또는 시이트에 결합제를 적용한다.
상기 표면 처리 방법에 있어서는, 결합제 10 ∼ 70 wt%, 바람직하게는 20 ∼ 50 wt% 를 포함하는 수성 분산액 또는 발포체가 시이트의 표면 상에 적용된다. 바람직하게는, 발포체가 사용된다. 바람직하게는, 결합제 2 ∼ 50 g/㎡, 특히 바람직하게는 2 ∼ 10 g/㎡ 가 표면 상에 적용된다.
표면 처리 기술을 이용하는 방법, 즉, 표면 처리 방법은 종이 및 보드 제조에 사용되는 종래의 코팅 방법 및 외부 사이징 방법에서, 및 제지기의 프레스 부분에서 수행되는 스프레이 코팅 및 폼 어시스트 코팅 방법에서, 및 폼 어시스트 코팅 방법에서 선택된다.
표면 처리 방법은 바람직하게는 제지기의 프레스 부분에서 수행되는 스프레이 코팅 및 폼 어시스트 방법 (폼-레이드 방법이 수행된다) 에서, 제지기에서 수행되는 외부 사이징 방법 (폼-레이드 방법이 수행된다) 에서, 사이즈 프레스를 사용하는 방법에서, 및 온라인 또는 오프라인 코팅기로 수행되는 종래의 표면 처리 방법에서, 및 폼 어시스트 코팅 방법에서 선택된다.
본 발명의 방법은 본 발명의 섬유 시이트를 제조하기 위한 효과적이고, 연속적이며, 경제적인 수단을 제공한다.
폼-레이드 방법
폼-레이드 방법은 당업계에 공지된 임의의 폼-레이드 방법일 수 있다. 전형적으로, 섬유 웹은 발포 액체 중의 섬유의 분산액으로부터 형성된다. 펄프 또는 섬유 완성품을 먼저 펄프화기에서 제조한 다음, 탈수시키고, 계면활성제 및 물을 포함하는 발포체 또는 발포성 액체와 혼합한다. 섬유를 발포체 내에 분산시키고, 형성된 섬유-발포체를 와이어 상에 침착시키고, 본질적으로 발포체의 형태인 액체의 주요 부분을 제거한다. 이 기술은 EP 481746 에 개시되어있다.
폼-레이드 방법은 섬유 웹과 같은 유연한 플라스틱을 제조할 수 있게 한다. 발포체-형성 기술은 균일한 형성, 제어 가능한 섬유 배향과 같은 여러가지 이점을 제공하며, 일반적으로 물 형성 방법에 적합하지 않은 중합체 및 강화 장섬유를 사용할 수 있게 한다.
폼-레이드 방법에 있어서는, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트 분산액, 에틸 비닐 알코올 분산액, 폴리우레탄 분산액, 스티렌 부타디엔 분산액, 미세하게 분할된 셀룰로오스를 기반으로 하는 결합제, 셀룰로오스 유도체를 기반으로 하는 결합제, 생중합체, 예컨대 전분 유도체, 천연 검 라텍스, 아크릴 라텍스, 알기네이트, 구아 검, 헤미셀룰로오스 유도체, 키틴, 키토산, 펙틴, 한천, 크산탄, 아밀로오스, 아밀로펙틴, 알테르난, 겔란, 무탄, 덱스트란, 풀룰란, 프룩탄, 로커스트 빈 검, 카라기난, 글리코겐, 글리코사미노글리칸, 무레인, 세균성 캡슐 다당류 등을 기반으로 하는 생중합체 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 결합제가 사용될 수 있다.
발포 중합체로도 알려져 있는 발포제는 수용성 중합체성 발포제 및 수분산성 중합체성 발포제 및 이들의 조합물에서 선택된다.
바람직하게는, 발포제는 수용성 글리칸, 수분산성 글리칸, 수용성 친수성 중합체 및 수분산성 친수성 중합체 및 이들의 조합물에서 선택된다.
바람직하게는, 수용성 글리칸 및 수분산성 글리칸은 다당류 및 이의 유도체에서 선택된다.
바람직하게는, 수용성 친수성 중합체 및 수분산성 친수성 중합체는 폴리(비닐 알코올) 및 폴리(비닐 아세테이트) 및 이의 공중합체에서 선택된다.
임의로, 발포체 또는 발포 가능한 액체는 하나 이상의 결합제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 결합제의 양은 0.5 ∼ 10 중량% 이다.
여기에서, 섬유-발포체는 발포 분산액을 의미한다.
임의로, 하나 이상의 부가적인 발포 분산액은 물 및 하나 이상의 발포 중합체를 포함하는 발포성 액체 중에 상기 섬유를 분산시킴으로써, 천연 섬유 및 강화 섬유를 포함하는 섬유로 형성된다.
임의로, 상기 발포 분산액은 개별적인 층으로서 유공성 지지체로 운반된다.
유공성 지지체는 적합하게는 와이어이다.
배출은 적절하게는 진공 펌프를 사용하여 진공의 도움으로, 또는 중력 여과에 의해 수행된다.
형성된 웹 또는 시이트의 건조는 적절하게는, 예를 들어 부직포, 종이 및 티슈 제품의 제조에 통상적으로 사용되는 수단으로 가열함으로써 수행된다.
상기 방법에 있어서, 발포 분산액 (또는 분산액) 은 천연 섬유 50 ∼ 99 중량%, 바람직하게는 70 ∼ 99 중량%, 특히 바람직하게는 85 ∼ 99 중량%, 강화 섬유 1 ∼ 50 중량%, 바람직하게는 1 ∼ 30 중량%, 특히 바람직하게는 1 ∼ 20 중량%, 하나 이상의 발포 중합체 0.5 ∼ 10 중량%, 바람직하게는 0.5 ∼ 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.5 ∼ 2 중량%, 하나 이상의 결합제, 물 및 임의적인 첨가제 0.5 ∼ 10 중량%, 바람직하게는 0.5 ∼ 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.5 ∼ 2 중량% 로 형성된다.
부가적인 발포 분산액(들)은 지지체 상에 개별적으로 운반될 수 있으며, 이로써 2 개 이상의 개별적인 섬유 층을 포함하는 제품이 수득된다.
발포 분산액은 40 ∼ 80 부피%, 바람직하게는 55 ∼ 75 부피% 의 공기를 포함한다. 여기에서, 공기는 대기 또는 대기에서 유도되는 기체를 포함하는, 질소 함량이 50 부피% 를 초과하는 모든 기체를 의미한다.
폼-레이드 방법에 있어서는, 예를 들어 GB 1397378, EP 481746 및 US 3716449 에서 제안된 것과 같은, 티슈 종이 및 부직포 제조에서의 발포체-형성 공정에 사용되는 임의의 장비 및 장치가 여기에서 사용될 수 있다. 하나 이상의 발포체-증착 층을 포함하는 제품이 수득될 수 있다.
임의로, 건조된 제품 (예컨대, 시이트, 펠트 등) 은 하나 이상의 중합체를 포함하는 하나 이상의 층으로 한쪽 또는 양쪽이 코팅 또는 적층된다.
중합체의 적용은 스프레이 코팅, 압출 코팅, 커튼 코팅 또는 폼 코팅을 이용한 코팅에 의해 수행될 수 있다.
시이트의 마무리
시이트는 표면 처리 방법을 이용하여 마무리할 수 있다. 표면 처리 방법은 바람직하게는 제지기의 프레스 부분에서 수행되는 스프레이 코팅 및 폼 어시스트 방법 (폼-레이드 방법이 수행된다) 에서, 제지기에서 수행되는 외부 사이징 방법 (폼-레이드 방법이 수행된다) 에서, 사이즈 프레스를 사용하는 방법에서, 및 온라인 또는 오프라인 코팅기로 수행되는 종래의 표면 처리 방법에서, 및 폼 어시스트 코팅 방법에서 선택된다.
발포 조성물을 이용한 표면 처리 방법은 발포 조성물을 사용한 섬유성 웹의 외부 사이징 및 발포 조성물로의 코팅을 포함한다. US 4,597,831 및 EP 0195458 에 기재된 바와 같은, 당업계에 공지된 발포 조성물을 이용한 임의의 표면 처리 방법이 사용될 수 있다.
상기 방법에 있어서, 기재는 액체 운반체, 결합제 및 발포제를 포함하는 발포 조성물을 하나 이상의 폼 어플리케이터를 통해 기재의 표면에 적용한 후, 적용된 발포체의 적어도 일부를 기계적으로 분해함으로써 처리된다.
기재는 상기 기술한 바와 같은 폼-레이드 기술을 사용하여 천연 섬유 및 강화 섬유로부터 수득되는 시이트 또는 웹이다.
액체 운반체는 바람직하게는 수용액, 적합하게는 물이다.
상기 표면 처리 방법에 있어서는, 결합제 10 ∼ 70 wt%, 바람직하게는 20 ∼ 50 wt% 를 포함하는 수성 분산액 또는 발포체가 시이트의 표면 상에 적용된다. 바람직하게는, 발포체가 사용된다. 바람직하게는, 결합제 2 ∼ 50 g/㎡, 특히 바람직하게는 2 ∼ 10 g/㎡ 가 표면 상에 적용된다.
적합하게는, 결합제는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트 분산액, 에틸 비닐 알코올 분산액, 폴리우레탄 분산액, 아크릴 라텍스, 스티렌 부타디엔 분산액, 미세하게 분할된 셀룰로오스를 기반으로 하는 결합제, 셀룰로오스 유도체를 기반으로 하는 결합제, 생중합체, 예컨대 전분 유도체, 천연 검 라텍스, 알기네이트, 구아 검, 헤미셀룰로오스 유도체, 키틴, 키토산, 펙틴, 한천, 크산탄, 아밀로오스, 아밀로펙틴, 알테르난, 겔란, 무탄, 덱스트란, 풀룰란, 프룩탄, 로커스트 빈 검, 카라기난, 글리코겐, 글리코사미노글리칸, 무레인, 세균성 캡슐 다당류 등을 기반으로 하는 생중합체 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다.
발포제는 수용성 중합체성 발포제 및 수분산성 중합체성 발포제 및 이들의 조합물에서 선택된다. 바람직하게는, 발포제는 수용성 글리칸, 수분산성 글리칸, 수용성 친수성 중합체 및 수분산성 친수성 중합체 및 이들의 조합물에서 선택된다.
바람직하게는, 수용성 글리칸 및 수분산성 글리칸은 다당류 및 이의 유도체에서 선택된다.
바람직하게는, 수용성 친수성 중합체 및 수분산성 친수성 중합체는 폴리(비닐 알코올) 및 폴리(비닐 아세테이트) 및 이의 공중합체에서 선택된다.
발포체의 기계적 분해는 바람직하게는, 발포체가 여전히 와이어 또는 유공성 형성제 상에서 시이트 또는 웹에 적용되는 경우, 흡입에 의한 것과 같은 임의의 적합한 방법을 사용하여, 건조 펠트로 건조시킨 후에 수행될 수 있거나, 또는 발포체가 시이트에 적용되는 경우, 기계적 분해는 나이프 에지 또는 블레이드, 롤-닙 프레스를 사용하여, 또는 롤, 로드 또는 에어 나이프에 의해 수행될 수 있다.
발포체의 분해 후, 시이트 또는 웹을 건조 및 캘린더링시키고, 이어서 상기 기술한 바와 같이 임의로 코팅한다.
대안적으로, 온라인 또는 오프라인 코팅기로 수행되는 종래의 표면 처리 방법은, 상기 기술한 바와 같은 폼-레이드 방법에 의해 수득되는 섬유 시이트를 마무리하기 위해 사용될 수 있다. 상기 종래의 방법은 결합제를 포함하는 수성 비-발포 코팅 조성물을 사용한다. 코팅은 적합하게는 롤-닙 프레스, 블레이드-코터, 스프레이 코팅 장치, 커튼 코팅 장치, 압출 코팅 장치를 사용하여, 시이트 또는 웹 상/내에서 수행된다.
발포 조성물로의 표면 처리와 관련하여 기술한 바와 같은 결합제 및 발포제가 동일한 양으로 사용될 수 있다.
바람직한 구현예에 있어서, 아크릴 라텍스가 본 발명에서 사용된다.
또다른 바람직한 구현예에 있어서, 아크릴 라텍스 (폴리아크릴산) 및 폴리비닐알코올이 사용된다.
또다른 바람직한 구현예에 있어서, 아크릴산이 사용되며, 제조 방법은 발포 조성물을 이용한 표면 처리 방법에서 선택된다.
특히, 공업적 규모에서는, 폼-레이드 방법을 사용한 후, 마무리 단계에서 결합제를 첨가하여 마무리하는 것이 바람직하다.
본 발명은 여러가지 이점을 가진다. 본 발명은 유연한 섬유성 웹을 제조하기 위한 연속적이고, 효과적이며, 경제적인 방법을 제공함으로써, 경제적 및 환경적 이점을 제공한다. 원하는 경우, 완전히 생분해성인 제품을 수득할 수 있다. 제품의 특성은 출발 물질 및 공정을 조정함으로써 맞출 수 있다.
본 발명의 섬유 시이트는 종이와 달리, 열-밀봉 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 섬유 시이트는 종이와 달리, 내수성이다.
본 발명의 섬유 시이트는 종이보다 플라스틱에 더 전형적인 여러가지 특성을 가진다. 특히, 플라스틱과 비교할 때, 본 발명의 섬유 시이트는 주로 또는 심지어 완전히 재생 가능한 원료를 포함하며, 이것은 재활용 가능하고, 생분해성일 수 있다.
종이의 한가지 심각한 단점은 수분에 대한 감도이다. 종이가 젖으면, 강도 값이 매우 빠르게 손실된다. 본 발명의 섬유 시이트의 경우, 습윤은 강도 값을 단지 약간만 감소시킨다.
특히, 우수한 특성을 갖는 생분해성 제품을 수득할 수 있다. 맞춤형 제품은 최종 사용자의 필요에 따라서 제조될 수 있으며, 성분의 양, 발포 중합체 및 결합제는 제품내에서 상이한 특성을 갖도록 다양할 수 있다.
실시예
하기의 실시예는 상기 기술한 바와 같은 본 발명의 구현예를 예시하는 것이며, 이들은 본 발명을 결코 제한하려는 것은 아니다.
실시예 1
섬유성 시이트의 제조
섬유성 시이트를 하기와 같이 실험실 규모로 제조하였다. 연질 라텍스 (폴리아크릴산) 를 함유하는 폴리비닐 알코올 및 물로부터 제조된 사전 제작된 발포체에, 연질 목재 섬유를 이성분 합성 섬유 (PES/PE) 와 70:30 의 비율로 혼합하였다. 유리 섬유 산업에서 채택되는 방법 및 장비 설정을 사용하여, 폼-레이드 핸드 시이트를 제조하였다. 섬유 발포체를 핸드 시이트 몰드로 경사 분리시키고, 진공 챔버를 사용하여 와이어를 통해 여과하였다. 이어서, 여과한 시이트를 와이어를 이용하여 몰드로부터 분리하고, 흡입 테이블 상에서 예비-건조시켰다. 흡입 테이블은 폭 5 ㎜ 의 슬릿을 가지며, 이것은 ∼0.2 bar 진공으로 시이트를 통해 공기를 흡입한다. 도 8 에 제시한 사진 시리즈는 실험실 규모 개발 작업에 사용된 작업 절차를 나타낸다.
일정한 대기하에서 건조시킨 후, 그라덱 (Gradek) 실험실 캘린더를 사용하여, 닙 압력 80 bar 하에서 및 롤 온도 60 ℃ 에서 시이트를 캘린더링하였다.
수득된 섬유 시이트의 특성을 시험하고, 종이 및 플라스틱을 참고로서 사용하였다. 본 발명의 섬유 시이트의 이점은, 이의 특성이 종이와 플라스틱의 장점을 조합한다는 것이다. 본 발명의 섬유 시이트는 종이보다는 작지만, 플라스틱 백에 사용되는 플라스틱과 유사한 인장 강도를 가진다. 섬유 네트워크의 국소적 파괴가 발생하면, 종이 시이트는 즉시 분해된다. 플라스틱 필름과 유사하게, 본 발명의 시이트는 일정한 힘에 의한 연신 영역을 가진다. 이것은 구조물이 파손되기 시작하더라도, 재료가 여전히 하중을 전달할 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 또한 도 1 에서 예시하는, 커다란 힘 피이크를 견디기 위한 재료 유연성을 제공한다. 도 1 은 종이 (1a), 플라스틱 (1b) 및 본 발명의 샘플 60 및 20 g/㎡ (1c 및 1d) 에 대한 신율의 함수로서의 인장력을 나타낸다.
도 2 는 곡선의 총 면적으로부터 계산되는, 종이, 플라스틱 및 본 발명의 제품의 강도 (2a) 및 TEA (2b) 를 나타내며, 이는 재료의 인성을 제공한다. 본 발명의 시이트는, 이 값이 종이보다 높지만, 플라스틱보다 작다.
도 3 은 본 발명에 따른 샘플의 연신 및 강도 특성 및 실패 매커니즘을, 측정에 사용되는 시험 조각에 대한 사진으로서 예시한다. 샘플 1 ∼ 5 는 본 발명에 따라서 제조된 평행 샘플이다. 이 시험에서는, 강도 측정후의 본 발명에 따른 샘플을 사용하였다. 종이를 참고로서 사용하여, 한 지점에서 완전한 파단을 관찰하였다. 본 발명의 샘플은 파단전에 현저하게 연신되었으며, 최종적으로 하나 이상의 지점에서 파단이 발생하였다.
도 4 는 물과 접촉할 때의 본 발명에 따른 샘플의 특성을 예시한다. 종래의 종이의 한가지 심각한 결점은 수분에 대한 감도이다. 종이 시이트가 수분을 흡수하면, 이것은 이의 강도 특성을 매우 빠르게 상실한다. 본 발명의 시이트의 경우, 샘플의 습윤은 강도 값을 단지 약간만 감소시킨다.
도 4 의 4a 및 4b 에서, 15 초 후 및 30 초 후의, 종래의 종이 백 (좌측 및 중간 샘플, 백의 양쪽면) 및 본 발명에 따른 재료 (우측 샘플) 의 표면 상에서의 물 방울의 거동. 종이 백은 물 방울을 흡수하였지만, 본 발명에 따른 샘플의 표면 상의 물 방울은 변함없이 남아 있었다. 40 분 후 (4c), 물 방울은 본 발명에 따른 표면 상에서 여전히 관찰될 수 있다.
도 4, 4d 및 4e 는 종이, 종래의 종이 백 (갈색, 수지 사이즈화) 및 본 발명에 따른 재료의 샘플을 예시하며, 샘플은 물 중에 세팅되었다 (4d). 3 분 후, 샘플을 물로부터 회수하여, 연신하였다 (4e). 종이 재료는 유사한 방식으로 파단되었지만, 본 발명에 따른 재료는 파단 전에 연신되었다.
도 5 는 종이를 참고로서 사용한, 본 발명에 따른 습윤 샘플의 연신 및 강도 특성을 예시한다. 크기 200 ㎕ 의 물 방울을 샘플 상에 놓고, 구조물 내에서 흡수되도록 하였다: 종이에서 40 초, 본 발명에 따른 샘플 40 분 및 나머지의 물을 종이 타월을 사용하여 건조시켰다. 샘플로부터 신율을 측정하였다. 건조 종이 샘플의 신율을 도 5a 에 나타내고, 습윤 종이 샘플의 신율을 도 5b 에 나타낸다. 본 발명의 건조 샘플의 신율을 도 5c 에 나타내고, 습윤 종이 샘플의 신율을 도 5d 에 나타낸다. 종래의 종이 및 또한 갈색 종이 백에서는 30 초 이내에 물 방울이 흡수된 반면, 본 발명의 섬유 시이트는 물을 튕겨냈다. 습윤 샘플에서, 종이의 신율은 2 % 에서 0.7 % 미만으로 감소하였다. 섬유 시이트는 40 분 후에 물 방울의 2/3 를 흡수하였다. 본 발명의 촉촉한 샘플에서, 신율은 37 % 에서 9 % 로 감소하였다.
도 6 은 본 발명에 따른 샘플 (좌측) 및 종이 (우측) 의 파열 강도를 예시한다. 초기 파열 이후의 종이의 경우, 압력하의 모든 부분이 개방되는 반면, 본 발명의 시이트의 경우, 압축된 부분의 캡만이 손상된다. 이것은 펑크에 견디기 위한 훨씬 양호한 내성을 나타내며, 이는 특히 포장 용도에서 매우 중요한 특성이다.
도 7 은 본 발명에 따른 샘플의 인열 강도를 예시한다. 본 발명에 따라서 제조되는 시이트의 인열 강도는 전형적인 종이 백 재료 (크라프트 (kraft) 종이) 보다 70 % 이상 높고, 종래의 종이보다 200 % 이상 높으며, 생분해성 플라스틱 필름보다 50 % 이상 높다. 측정된 플라스틱 쇼핑 백은 6200 mN 의 인열 강도를 가졌다.
실시예 2
섬유 시이트로부터 백의 제조
하기와 같이 제조된 섬유 시이트로부터 백을 제조하였다. 실시예 1 에 기술한 바와 같은 폼-레이드 방법으로 섬유 시이트를 수득하였다. 연질 라텍스 (폴리아크릴산) 를 함유하는 폴리비닐 알코올 (PVA) 및 물로부터 제조된 사전 제작된 발포체에, 연질 목재 (소나무) 섬유를 이성분 합성 섬유 (PES/PE) 와 70:30 의 비율로 혼합하였다. 일정한 대기하에서 건조시킨 후, 시이트를 캘린더링하였다. 10 wt% 의 PVA 및 라텍스 (전체) 를 함유하며, 30 g/㎡ 및 80 g/㎡ 의 평량을 갖는 섬유 시이트를 수득하였다. 열 밀봉 백을 섬유 시이트로 제조하였다. 상기 백은 작은 볼로 반복적으로 압축되고, 외관에 임의의 변화없이 원래의 형상으로 재개방되며, 파손이 관찰되지 않았다. 상기 백은 양말과 같이 뒤집을 수 있다. 백의 사진을 도 9a 에 나타내고, 플라스틱 백, 종이 백, 종이 및 본 실시예에서 제조된 백의 인열 강도를 도 9b 에 나타낸다.

Claims (28)

  1. 발포체 기반의 제조 기술에 의해 수득 가능한 섬유 시이트로서, 섬유 시이트가 0.5 ∼ 100 ㎜ 의 평균 섬유 길이를 갖는 섬유, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트 분산액, 에틸 비닐 알코올 분산액, 폴리우레탄 분산액, 아크릴 라텍스, 스티렌 부타디엔 분산액, 미세하게 분할된 셀룰로오스를 기반으로 하는 결합제, 셀룰로오스 유도체를 기반으로 하는 결합제, 생중합체, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 결합제, 및 발포제를 포함하고, 상기 섬유의 50 ∼ 99 wt% 가 천연 섬유이며, 상기 섬유의 1 ∼ 50 wt% 가 중합체 섬유, 미네랄 섬유, 비-목재 천연 섬유 및 유리-섬유 및 이들의 조합물에서 선택되는 강화 섬유이고, 상기 섬유 시이트가 3 ∼ 50 % 의 범위의 연신율을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 시이트.
  2. 제 1 항에 있어서, 섬유 시이트가 생분해성 및/또는 재활용 가능한 것을 특징으로 하는 섬유 시이트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중합체 섬유가 폴리락티드 (PLA), 글리콜산 중합체 (PGA), 폴리올레핀 (PO), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에스테르 (PES), 폴리비닐 알코올 (PVA) 에서 선택되는 열가소성 중합체 섬유 및 열가소성 중합체를 포함하는 이성분 섬유인 것을 특징으로 하는 섬유 시이트.
  4. 제 3 항에 있어서, 이성분 섬유가 쉬트 (sheat) 중합체로서 열가소성 중합체를 갖는 섬유에서 선택되는 것을 특징으로 하는 섬유 시이트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제가 수용성 및 분산성 발포제에서, 바람직하게는 수용성 글리칸, 수분산성 글리칸, 수용성 친수성 중합체 및 공중합체, 및 수분산성 친수성 중합체 및 공중합체에서 선택되는 것을 특징으로 하는 섬유 시이트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제가 다당류 및 이의 유도체, 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐 아세테이트) 및 이의 공중합체에서 선택되는 것을 특징으로 하는 섬유 시이트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 시이트가 5 ∼ 45 %, 바람직하게는 10 ∼ 40 % 의 범위의 연신율을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 시이트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 결합제가 아크릴 라텍스에서 선택되는 것을 특징으로 하는 섬유 시이트.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포체 기반의 제조 기술이 폼-레이드 (foam-laid) 방법 이후에, 결합제로 섬유 시이트의 표면을 처리함으로써 마무리하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 시이트.
  10. 포장, 피복, 건설, 인테리어 디자인, 그래픽, 캐리어 백 및 쌕, 및 의류 및 직물 용도에서의, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 섬유 시이트의 용도.
  11. 제 10 항에 있어서, 포장 용도가 캐리어 백 및 쌕, 쇼핑 백, 쓰레기 봉투, 상품의 포장, 산업용 포장, 의료용 포장, 덮개, 싸개 및 플라스틱 백을 대체하기 위한 백에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  12. 제 10 항에 있어서, 건설 용도가 방풍 패널, 보호 및 건설 시이트, 토양/땅 서리 단열 시이트, 굴착에서의 토목섬유 및 시이트에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  13. 제 10 항에 있어서, 의류 및 직물 용도가 보호용 의복, 일회용 의류, 일회용 천 및 시이트, 피복, 의료용 직물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  14. 제 10 항에 있어서, 인테리어 디자인 용도가 장식용 시이트에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  15. 제 10 항에 있어서, 그래픽 용도가 지도, 포스터, 깃발 및 플래그에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  16. 구조물이 포장, 캐리어 백, 쌕, 쇼핑 백, 쓰레기 봉투, 상품의 포장, 산업용 포장, 의료용 포장, 덮개, 싸개 및 플라스틱 백을 대체하기 위한 백에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 섬유 시이트를 포함하는 구조물.
  17. 구조물이 방풍 패널, 보호 및 건설 시이트, 토양/땅 서리 단열 시이트, 굴착에서의 토목섬유 및 시이트에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 섬유 시이트를 포함하는 구조물.
  18. 구조물이 의류, 직물, 보호용 의복, 일회용 의류, 일회용 천 및 시이트, 피복 및 의료용 직물에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 섬유 시이트를 포함하는 구조물.
  19. 구조물이 지도, 포스터, 깃발, 플래그 및 장식용 시이트에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 섬유 시이트를 포함하는 구조물.
  20. 하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 섬유 시이트의 제조 방법:
    - 천연 섬유 및 강화 섬유 (강화 섬유는 중합체 섬유, 미네랄 섬유, 비-목재 천연 섬유 및 유리-섬유 및 이들의 조합물에서 선택됨) 를 포함하는 섬유를, 물 및 하나 이상의 발포제를 포함하는 발포체 또는 발포 가능한 액체에 분산시켜 하나 이상의 발포 분산액을 형성시킴으로써, 천연 섬유 50 ∼ 99 중량%, 강화 섬유 1 ∼ 50 중량%, 하나 이상의 발포제 0.5 ∼ 10 중량% 를 포함하는 섬유-발포체를 수득하는 단계,
    - 형성된 섬유-발포체를 유공성 지지체로 운반하고, 유공성 지지체를 통해 액체를 배출시켜 시이트를 형성시키는 단계,
    - 시이트를 건조 및 캘린더링시켜 섬유 시이트를 수득하는 단계, 및
    - 발포체 또는 발포 가능한 액체는 하나 이상의 결합제를 포함하고; 또는 형성된 시이트는 하나 이상의 결합제로 시이트를 처리함으로써 건조 전 또는 후에 마무리되고; 또는 발포체 또는 발포 가능한 액체는 하나 이상의 결합제를 포함하고, 형성된 시이트는 하나 이상의 결합제로 시이트를 처리함으로써 건조 전 또는 후에 마무리되고,
    - 결합제는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트 분산액, 에틸 비닐 알코올 분산액, 폴리우레탄 분산액, 아크릴 라텍스, 스티렌 부타디엔 분산액, 미세하게 분할된 셀룰로오스를 기반으로 하는 결합제, 셀룰로오스 유도체를 기반으로 하는 결합제, 생중합체, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택됨.
  21. 제 20 항에 있어서, 결합제가 아크릴 라텍스에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 중합체 섬유가 폴리락티드 (PLA), 글리콜산 중합체 (PGA), 폴리올레핀 (PO), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에스테르 (PES), 폴리비닐 알코올 (PVA) 에서 선택되는 열가소성 중합체 섬유 및 열가소성 중합체를 포함하는 이성분 섬유인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 이성분 섬유가 쉬트 중합체로서 열가소성 중합체를 갖는 섬유에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제가 수용성 및 분산성 발포제에서, 바람직하게는 수용성 글리칸, 수분산성 글리칸, 수용성 친수성 중합체 및 공중합체, 및 수분산성 친수성 중합체 및 공중합체에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제가 다당류 및 이의 유도체, 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐 아세테이트) 및 이의 공중합체에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 마무리가 표면 처리 방법에서 선택되는 방법으로, 바람직하게는 표면 처리 방법에서 선택되는 방법으로 시이트에 결합제를 적용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 표면 처리 방법이 제지기의 프레스 부분에서 수행되는 스프레이 코팅 방법 및 폼 어시스트 (foam assisted) 방법 (폼-레이드 방법이 수행됨), 제지기에서 수행되는 외부 사이징 방법 (폼-레이드 방법이 수행됨), 사이즈 프레스를 사용하는 방법, 및 온라인 또는 오프라인 코팅기로 수행되는 종래의 표면 처리 방법, 및 폼 어시스트 코팅 방법에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포체 또는 발포 가능한 액체가 결합제를 포함하지 않으며, 형성된 시이트는 하나 이상의 결합제로 시이트의 표면을 처리함으로써 건조 전 또는 후에 마무리되는 것을 특징으로 하는 방법.
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