KR20240023640A

KR20240023640A - 발포체 형성 공정에서의 섬유 재배향 공정 및 시스템

Info

Publication number: KR20240023640A
Application number: KR1020247002347A
Authority: KR
Inventors: 피터 월리스; 조셉 케이. 베이커; 찰스 콜맨
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2024-02-22
Also published as: CA3222681A1; CO2024000516A2; AU2022299328A1; EP4359607A1; WO2022272159A1; US20240254695A1; EP4359607A4; MX2023014915A; US12297599B2

Abstract

발포체 형성 웹을 위한 공정이 개시된다. 섬유의 발포된 현탁액을 혼합 챔버 내로 공급한 다음, 섬유의 발포된 현탁액의 속도가 증가되는 좁은 수축부를 통해 유도된다. 좁은 수축부로부터, 섬유의 발포된 현탁액은 섬유의 발포된 현탁액이 속도의 급속한 감소를 유발하는 형성 챔버로 진입한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 섬유의 발포된 현탁액은 수력 점프를 겪어 상당한 섬유 재배향을 초래한다. 공정을 통해, 섬유 배향이 제어될 수 있다. 예를 들어, 교차 기계 방향과 비교하여 기계 방향으로 유사한 섬유 배향을 갖는 웹이 제조될 수 있다.

Description

발포체 형성 공정에서의 섬유 재배향 공정 및 시스템

관련 출원

본 출원은 2021년 6월 25일자로 출원된 미국 특허 가출원 일련 번호 제63/215,128호, 및 2021년 6월 27일자로 출원된 미국 특허 가출원 일련 번호 제63/215,494호에 기초하고 우선권을 주장하며, 이는 본원에 참조로서 통합된다.

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.

티슈 웹의 다양한 특성을 개선하기 위해, 웹은 또한 발포체(foam) 형성 공정에 따라 형성되었다. 발포체 형성 공정 중, 섬유의 발포된 현탁액이 형성되어 배아 웹을 제조하기 위해 이동중인 다공성 컨베이어 상으로 확산된다. 발포체 형성된 웹은 벌크, 신축성, 캘리퍼 및/또는 흡수성의 개선을 입증할 수 있다.

티슈 웹에 더하여, 발포체 형성은 모든 상이한 유형의 웹 및 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 비교적 긴 섬유 및 합성 섬유는 발포체 형성 공정을 사용하여 웹에 혼입될 수 있다. 따라서, 발포체 형성 공정은 많은 습식 레이드 공정보다 더 유용할 수 있다.

그러나, 발포체 형성 공정에 따라 웹을 형성할 때, 생성된 웹에서 섬유 배향을 제어하는 데 문제가 발생하였다. 웹의 제조 동안, 예를 들어, 발포체는 섬유를 현탁시키고 플러그 흐름 특성 및/또는 낮은 항복 응력을 나타내는 유량으로 섬유를 하류로 운반한다. 결과적으로, 특히 발포체 형성 웹이 경사진 표면 상에 형성될 때, 많은 발포체 형성 공정은 섬유가 주로 웹 제조 공정의 기계 방향으로 배향되는 웹을 생산한다.

따라서, 섬유 배향을 제어하는 발포체 형성된 웹을 제조하는 시스템 및 공정에 대한 필요성이 현재 존재한다. 특히, 섬유 배향이 더욱 무작위적이고 섬유가 기계 방향 및 교차 기계 방향으로 배향되는 발포체 형성된 웹을 생성할 수 있는 공정 및 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 보다 균일한 섬유 배향 분포를 갖는 웹을 생성하는 것은 다양한 이점 및 장점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 웹은 웹의 기계 방향과 웹의 교차 기계 방향 사이의 물리적 특성의 더 큰 균일성을 보여줄 수 있다.

일반적으로, 본 발명은 섬유의 발포된 현탁액으로부터 웹을 형성하기 위한 개선된 공정 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 공정 및 시스템은 특히 공정으로부터 제조된 웹에서 섬유 배향을 더욱 양호하게 제어하기 위해 설계되었다. 예를 들어, 공정으로부터 제조된 웹은 더 많은 양의 섬유가 기계 방향으로 배향되도록 더 무작위적인 섬유 배향을 나타낼 수 있다. 일 측면에서, 기계 방향으로 배향된 섬유의 양은 교차 기계 방향으로 배향된 섬유의 양에 비례하거나 실질적으로 동일하다.

본 발명의 공정을 통하여, 개선된 특징 및 특성을 갖는 웹을 생산할 수 있다. 예를 들어, 웹은 기계 방향 및 교차 기계 방향 모두에서 향상된 신장 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 발포체 형성된 웹은 약 0.8 내지 약 1.8, 예컨대 약 0.9 내지 약 1.6, 예컨대 약 0.9 내지 약 1.4, 예컨대 약 0.9 내지 약 1.2의 기계 방향 대 교차 기계 방향 인장 강도 비를 가질 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 웹은 약 1 내지 약 1.15의 기계 방향 대 교차 기계 방향 인장 강도 비를 가질 수 있다.

웹은 높은 벌크 특성 또는 낮은 벌크 특성으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 웹은 약 3cc/g 초과, 예컨대, 약 5cc/g 초과, 예컨대, 약 7cc/g 초과, 예컨대, 약 9cc/g 초과, 예컨대, 약 11cc/g 초과, 예컨대 약 14cc/g 초과, 일반적으로, 약 20cc/g 미만의 벌크를 가질 수 있다. 대안적으로, 웹은 약 3cc/g 미만, 예컨대 약 1cc/g 미만, 예컨대 약 0.5cc/g 미만, 예컨대 약 0.08cc/g 미만, 및 일반적으로 약 0.03cc/g 초과의 벌크를 가질 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 웹은 모든 상이한 유형의 평량을 가질 수 있다. 예를 들어, 평량은, 약 6gsm 내지 약 800gsm, 예컨대, 약 10gsm 내지 약 200gsm, 예컨대 약 20gsm 내지 약 120gsm일 수 있다. 웹은 펄프 섬유로만 제조될 수 있거나 합성 섬유 및/또는 초흡수성 입자 또는 섬유와 같은 다른 섬유와 배합된 펄프 섬유로 제조될 수 있다. 대안적으로, 웹은 합성 중합체 섬유, 재생 셀룰로오스 섬유, 또는 이들의 혼합물로부터 전적으로 제조될 수 있다. 일 측면에서, 예를 들어, 합성 섬유는 약 5중량% 초과의 양으로, 예로 약 15중량% 초과, 예로 약 20중량% 초과의 양으로, 예로 약 25중량% 초과의 양으로, 최대 100중량%의 양으로 부직포 웹에 존재할 수 있다. 합성 섬유는 폴리에스테르 섬유와 같은 중합체 섬유를 포함할 수 있다. 대안적으로, 합성 섬유는 재생 셀룰로오스 섬유, 예컨대 레이온 섬유, 비스코스 섬유 등을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같은 웹을 제조하기 위해, 일 실시예에서, 공정은 섬유의 발포된 현탁액을 혼합 챔버 내에 넣는 단계를 포함한다. 일 측면에서, 섬유의 발포 현탁액은 적어도 한 방향으로 그리고 가능하게는 두 개의 상이한 방향으로 혼합 챔버 내로 주입될 수 있다. 예를 들어, 섬유의 발포된 현탁액은 수직 방향 및 수평 방향으로 혼합 챔버 내로 주입될 수 있다. 일 실시예에서, 섬유의 발포 현탁액은 혼합 챔버의 상단으로부터 그리고 혼합 챔버의 측면으로부터 혼합 챔버 내로 주입된다. 발포된 현탁액은 약 1 m/초 초과, 예컨대 약 1.5 m/초 초과, 예컨대 약 2 m/초 초과, 예컨대 약 2.5 m/초 초과, 및 약 6 m/초 미만, 예컨대 약 5 m/초 미만, 예컨대 약 4 m/초 미만의 속도로 혼합 챔버에 진입할 수 있다.

공정은 섬유의 발포된 현탁액을 혼합 챔버로부터 좁은 수축부를 통해 형성 구역 내로 흐르게 하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 혼합 챔버는 좁은 수축부를 제외하고는 밀폐될 수 있다. 좁은 수축부는 바닥에서 혼합 챔버의 폭을 따라 연장되는 슬롯을 포함할 수 있다. 슬롯은 섬유의 발포된 현탁액이 초임계 흐름에 도달하게 할 수 있다. 섬유의 발포된 현탁액은, 섬유의 발포된 현탁액이 형성 구역 내에서 난류 흐름을 겪도록 유체 유속으로 좁은 수축부를 통해 이동한다. 예를 들어, 섬유의 발포된 현탁액은 발포체 내에 와류를 형성하고 더 양호한 섬유 혼합을 유발하는 수력 점프를 겪을 수 있다.

섬유의 발포된 현탁액은 이동중인 형성 표면 상의 형성 구역을 통해 운반된다. 섬유의 발포된 현탁액은 형성 구역 내의 형성 표면을 통해 유체를 배수하여 배아 웹을 형성한다. 일 측면에서, 움직이는 형성 표면의 속도는 기계 방향으로 움직이는 섬유의 발포된 현탁액의 속도와 관련하여 제어된다. 예를 들어, 형성 구역에서 섬유의 발포된 현탁액의 배수 동안 섬유의 발포된 현탁액 속도 대 형성 표면 속도의 비는 약 1:0.5 내지 약 1:2, 예컨대 약 1:0.8 내지 약 1:1.8일 수 있다.

섬유의 발포된 현탁액의 속도에 대해 이동중인 형성 표면의 속도를 제어하는 것 이외에, 섬유의 혼합으로 인해 발생하는 섬유 배향을 보존하기 위해 섬유의 발포된 현탁액의 배수(drainage)가 또한 제어될 수 있다. 예를 들어, 형성 구역은 길이를 가질 수 있고, 섬유의 발포된 현탁액은 형성 구역의 길이에 걸쳐 배수 프로파일을 가질 수 있다. 일 측면에서, 섬유의 발포된 현탁액의 배수의 약 50% 초과, 예컨대 약 60% 초과, 예컨대 약 70% 초과가 형성 구역의 길이의 초기 33%에 걸쳐 발생한다. 일 측면에서, 형성 표면은 수평면에 대하여 경사질 수 있다.

섬유의 발포된 현탁액은 발포체를 섬유 지료와 조합함으로써 본 발명에 따라 형성될 수 있다. 발포체는 약 200g/L 내지 약 600g/L, 예컨대 약 250g/L 내지 약 400g/L의 밀도를 가질 수 있다. 발포된 현탁액은 발포제를 물과 조합함으로써 형성될 수 있다. 혼합 챔버 내의 발포 섬유 현탁액은 약 40 부피% 내지 약 65 부피%의 공기를 함유할 수 있다.

본 발명은 또한 부직포 웹을 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 섬유의 발포된 현탁액을 수용하기 위한 밀폐된 혼합 챔버를 포함한다. 밀폐된 혼합 챔버는 상단, 하단, 및 적어도 하나의 측벽을 포함한다. 혼합 챔버는 높이 및 폭을 갖는다. 혼합 챔버는 좁은 수축부를 형성하는 혼합 챔버의 하단으로부터 일정 거리에서 끝나는 전방 슬라이스 벽을 추가로 포함한다. 일단 섬유의 발포된 현탁액이 혼합 챔버 내에 놓여 혼합되면, 섬유의 발포된 현탁액은 좁은 수축부를 통해 혼합 챔버 밖으로 유도된다.

시스템은 혼합 챔버와 작동 가능하게 연결된 이동 형성 표면을 추가로 포함한다. 형성 표면은 기계 방향으로 이동하고 섬유의 발포된 현탁액을 하류로 운반하기 위해 혼합 챔버로부터 섬유의 발포된 현탁액을 수용한다. 혼합 챔버의 좁은 수축부에 인접하여, 형성 구역이 위치된다. 형성 구역은 이동 형성 표면에 의해 정의되는 길이를 갖는다. 형성 구역은 이동 형성 표면으로부터 위치된 상단 형성 표면을 더 포함한다. 일 실시예에서, 형성 구역은 형성 구역의 길이에 걸쳐 기계 방향으로 점진적으로 감소하는 높이를 갖는다. 혼합 챔버의 좁은 수축부를 통해 운반되는 섬유의 발포된 현탁액은 발포된 현탁액의 난류 흐름 및 섬유의 더 양호한 혼합을 야기할 수 있는 수력 점프를 겪는다. 시스템은 형성 구역에 형성된 웹을 건조시키기 위해 형성 구역으로부터 하류에 위치된 건조 장치를 더 포함한다. 건조 장치는, 예를 들어, 통기 건조기 또는 하나 이상의 가열된 건조 드럼일 수 있다.

본 발명의 기타 특징들과 측면들을 이하에서 더욱 상세히 설명한다.

본 발명을, 첨부 도면을 참조하여 명세서의 나머지 부분에서 더욱 구체적으로 완전하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 섬유의 발포된 현탁액으로부터 웹을 형성하기 위한 공정의 일 실시예의 개략도이고;
도 2는 본 발명에 따른 섬유의 발포된 현탁액을 형성 표면 상에 피착하기 위한 시스템 및 공정의 단면도이고;
도 3은 본 발명에 따른 섬유의 발포된 현탁액을 수용하기 위한 혼합 챔버의 단면도이고;
도 4는 도 2에 도시된 바와 같은 공정 및 시스템을 사용할 때 섬유의 발포된 현탁액의 흐름을 도시하는 도면이고; 그리고
도 5는 아래 실시예에서 논의된 결과의 일부의 그래프이다.
본 명세서와 도면에서 참조 문자를 반복 사용하는 것은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내려는 것이다.

정의

본원에서 사용하는 바와 같이 용어 "기계 방향"은 부직포 웹의 형성 중 섬유가 피착되는 성형 표면의 이동 방향을 지칭한다.

본원에서 사용하는 바와 같이 용어 "교차 기계 방향"은 상기 정의된 기계 방향에 수직인 방향을 지칭한다.

본원에서 사용하는 바와 같이 용어 "펄프"는 목질 및 비목질 식물 같은 천연 공급원으로부터 섬유를 지칭한다. 목질 식물은, 예를 들어, 낙엽수와 침엽수를 포함한다. 비목질 식물은, 예를 들어, 면, 아마, 에스파르토 풀, 밀크위드, 짚, 황마, 대마, 및 바가스를 포함한다. 펄프 섬유는 경질목 섬유, 연질목 섬유, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "평균 섬유 길이"는 현미경 기술을 사용하는 측정에 의해 결정된 섬유, 섬유 다발 및/또는 섬유 유사 물질의 평균 길이를 지칭한다. 적어도 20개의 무작위로 선택된 섬유의 샘플은 섬유의 액체 현탁액으로부터 분리된다. 섬유를 물에 현탁시키기 위해 준비된 현미경 슬라이드 상에 섬유를 둔다. 틴팅 염료를 현탁된 섬유에 첨가하여 셀룰로오스 함유 섬유를 착색시켜 이들이 합성 섬유와 구별되거나 분리될 수 있게 한다. 슬라이드는 Fisher Stereomaster II Microscope--S19642/S19643 시리즈 아래에 배치된다. 샘플에서 20개의 섬유의 측정은 0 내지 20 mil의 스케일을 사용하여 20X 선형 배율로 이루어지고, 평균 길이, 최소 및 최대 길이, 및 변이의 편차 또는 계수가 계산된다. 일부 경우에, 평균 섬유 길이는, 예를 들어, 핀란드 카자니 소재의 Kajaani Oy Electronics로부터 입수 가능한 카자니 섬유 분석기 모델 번호 FS-200과 같은 장비에 의해 결정된 섬유(예를 들어, 섬유, 섬유 다발, 섬유 유사 물질)의 가중 평균 길이로서 계산될 것이다. 표준 시험 절차에 따라, 샘플은 냉침액으로 처리해서 아무런 섬유 다발 또는 조각(shive)이 존재하지 않도록 보장한다. 각 샘플은 뜨거운 물에 붕해시키고 대략 0.001% 현탁액에 희석한다. 표준 Kajaani 섬유 분석 시험 절차를 이용하여 시험할 때 개별적인 시험 샘플들을 희석 현탁액에서 약 50 내지 100ml 부분으로 뽑아낸다. 가중 평균 섬유 길이는 산술 평균, 길이 가중 평균 또는 중량 가중 평균일 수 있고, 다음 식에 의해 표현될 수 있다:

여기서

k=최대 섬유 길이

x _i =섬유 길이

n _i =길이 xi를 갖는 섬유의 수

n=측정된 섬유의 총 수.

Kajaani 섬유 분석기에 의해 측정되는 평균 섬유 길이 데이터의 한 가지 특성은 상이한 유형의 섬유 간에 구별하지 않는다는 것이다. 따라서, 평균 길이는 샘플 내의 섬유의 모든 상이한 유형(존재하는 경우)의 길이를 기준으로 한 평균을 나타낸다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "스테이플 섬유"는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 소비자 사용 후 재활용(PCR) 섬유, 폴리에스테르, 나일론, 재생 셀룰로오스 섬유(예: 레이온, 비스코스, 리오셀, 모달 등) 등과 같은 합성 중합체로 제조된 불연속 섬유를 의미하며, 친수성이 아닌 것들은 친수성이 되도록 처리될 수 있다. 스테이플 섬유는 절단된 섬유 등일 수 있다. 스테이플 섬유는 원형, 이성분, 다중성분, 형상화된, 중공형 등인 단면을 가질 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 건조 강도 또는 건조 인장 강도는 인장 시험을 사용하여 측정된다. 시험은 23°C ± 1°C 및 50% ± 2% 상대 습도에서 최소 4시간 동안 컨디셔닝된 샘플에 대해 수행한다. 샘플은, 미국 펜실베니아주 필라델피아에 소재하는 Thwing-Albert Instruments로부터 입수 가능한 정밀 샘플 절단기 모델 JDC 15M-10을 사용하여 3인치 x 6인치 샘플로 절단된다.

인장 프레임의 게이지 길이는 4 인치로 설정한다. 인장 프레임은 TestWorks 4 소프트웨어를 사용하는 Alliance RT/1 프레임 런이다. 인장 프레임 및 소프트웨어는 미네소타주 미니애폴리스에 위치한 MTS Systems Corporation으로부터 입수 가능하다.

샘플을 인장 프레임의 조에 배치하고 샘플 파괴 지점까지 분당 25.4 cm의 속도로 적용된 변형을 부여받는다. 샘플에 대한 응력을 변형의 함수로서 모니터링한다. 계산된 출력은 피크 하중(그램-힘/3인치, 그램-힘으로 측정), 피크 신장(%, 샘플의 신장률을 샘플의 원래 길이로 나누고 100%를 곱하여 계산함), 500 그램-힘에서의 신장 백분율, 파단시 인장 에너지 흡수(TEA)(그램-힘*cm/cm², 하중이 그 피크 값의 30%까지 떨어지는 파괴 지점까지 응력-변형 곡선 아래 면적을 적분하거나 취하여 계산함), 및 기울기 A(킬로그램-힘, 57-150 그램-힘으로부터 응력-변형 곡선의 기울기로서 측정됨)를 포함한다.

5개의 복제 샘플을 사용하여 제품을 측정한다. 기계 방향 및 교차 기계 방향으로 제품을 시험한다.

습식 강도 또는 습식 인장 강도는, 샘플이 시험 전에 습윤된다는 점을 제외하고는 건식 강도와 동일한 방식으로 측정한다. 구체적으로, 샘플을 습윤시키기 위해, 3 인치 x 5 인치 트레이가 23°C ± 2°C의 온도에서 증류수 또는 탈이온수로 채운다. 물을 트레이에 약 1 cm의 깊이까지 첨가한다.

3M "스카치-브라이트" 범용 스크럽 패드를 2.5인치 x 4인치의 치수로 절단한다. 대략 5인치 길이의 마스킹 테이프 조각을 패드의 4인치 에지 중 하나를 따라 배치한다. 마스킹 테이프를 사용하여 스크럽 패드를 고정시킨다.

그런 다음, 스크럽 패드는 테이프 단부가 위로 향한 상태로 물에 넣는다. 패드는 시험이 완료될 때까지 항상 물에 남아 있다. 시험할 샘플을 TAPPI T205에 부합하는 블로터 종이에 놓는다. 수조에서 스크럽 패드를 제거하고, 습식 팬과 관련된 스크린 상에서 가볍게 3회 두드린다. 이후, 스크럽 패드는 대략 중심에서 샘플의 폭에 평행하게 샘플에 부드럽게 위치된다. 스크럽 패드는 대략 1초 동안 제 위치에 유지된다. 그런 다음, 샘플을 인장 시험기에 즉시 넣고 시험한다.

습식/건식 인장 강도 비율을 계산하기 위해, 습식 인장 강도 값을 건식 인장 강도 값으로 나눈다.

상세한 설명

통상의 기술자라면, 본 논의는 예시적인 실시예들을 설명하는 것일 뿐이며 본 발명의 더욱 넓은 측면들을 한정하려는 것이 아니라는 점을 이해할 것이다.

일반적으로, 본 발명은 미용 티슈, 욕실 티슈, 종이 타월 등과 같은 티슈 웹; 산업용 와이퍼, 미리 습윤된 와이퍼 등을 포함하는 와이핑 제품에 적합한 웹; 및 기저귀, 성인 실금 제품, 여성용 위생 제품, 풀업, 수영 기저귀 등과 같은 흡수 용품에 혼입하기 위한 부직포 웹을 포함하는 모든 상이한 유형의 부직포 웹을 포함하는 웹을 형성하기 위한 시스템 및 공정에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 웹은 섬유의 발포된 현탁액으로 형성된다. 섬유의 발포된 현탁액은 웹을 형성하는 데 사용되는 섬유의 배향에 대한 제어를 제공하는 것으로 밝혀진 특정 유동 경로에 따라 웹 형성 공정 내로 피착되거나 주입된다. 특히, 본 발명의 시스템 및 공정은 교차 기계 방향으로 배향된 섬유의 수에 비해 기계 방향으로 배향된 섬유의 양에 있어서 더 많은 균일성을 초래하는 더 무작위인 섬유 배향을 갖는 웹을 생성하는 데 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이 더욱 무작위적이지만 균일한 섬유 배향은 기계 방향으로 웹의 물성 대 교차 기계 방향으로 웹의 물성을 비교할 때 더욱 균일한 특성을 갖는 웹을 초래한다.

이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 공정 및 시스템은 또한 섬유 배향을 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 웹은 원하는 결과에 따라 기계 방향으로 더 큰 배향을 갖거나 교차 기계 방향으로 더 큰 배향을 갖는 본 발명에 따라 형성될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 시스템 및 공정은 또한 특정 최종 사용 용도에 맞는 맞춤형 특성을 갖는 웹을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 공정을 통해, 개선된 신축 특성, 개선된 흡수성 특성, 원하는 경우 증가된 벌크, 원하는 경우 증가된 캘리퍼, 및/또는 증가된 평량을 갖는 웹이 형성될 수 있다. 또한, 상이한 특성의 조합이 향상되고 개선될 수 있다.

전술한 바와 같이 발포체 형성 공정에 많은 장점과 이점이 있다. 발포체 형성 공정 동안, 웹을 형성하는 섬유에 대한 캐리어로서 물을 발포체로 대체한다. 다량의 공기를 나타내는, 발포체는 제지 섬유와 배합된다. 웹을 형성하는 데 더 적은 물이 사용되기 때문에, 웹을 건조하기 위해 더 적은 에너지가 요구된다.

본 발명에 따르면, 발포체 형성 공정은 원하는 특성들의 균형을 가진 웹을 생산하기 위한 독특한 섬유 배향 및/또는 혼합 공정과 조합된다. 섬유 배향 및/또는 혼합 공정은 먼저 섬유의 발포된 현탁액을 형성하는 단계 및 혼합 챔버에서 섬유의 발포된 현탁액을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 섬유의 발포된 현탁액은, 예를 들어, 혼합 챔버 내로 주입될 수 있고 이는 섬유가 혼합되어 균질한 섬유 분포를 형성하게 한다. 혼합 챔버는 좁은 수축부를 제외하고 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 혼합 챔버는 섬유의 발포된 현탁액이 유도되는 슬롯을 형성하는 전방 슬라이스 벽을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 섬유의 발포된 현탁액은 초임계 유속으로 좁은 수축부를 통해 개방되고 확대된 형성 구역으로 흐른다. 좁은 수축부를 통해 형성 구역 내로 이동하면 섬유의 발포된 현탁액이 속도 또는 유속을 증가시킨 다음 난류 흐름이 발생하고 와류가 생성되게 하는 속도 또는 유속을 빠르게 감소시킨다. 이러한 방식으로, 좁은 수축부 및 형성 구역은 섬유의 발포된 현탁액으로 하여금 섬유의 균일하고 균질한 혼합을 더 유발하는 수력 점프를 겪게 하여, 기계 방향에 비해 교차 기계 방향으로 더 양호한 섬유 배향을 생성한다.

섬유의 발포된 현탁액이 형성 구역 내에서 난류 흐름을 겪으면, 섬유의 발포된 현탁액은 다공성 형성 표면 상에 운반된다. 하나 이상의 진공 장치는 섬유의 수성 현탁액으로부터 유체를 배수하기 위해 형성 표면 아래에 위치될 수 있다. 본 발명에 따르면, 섬유의 발포된 현탁액의 수력 점프 지점에서, 발포된 현탁액은, 추가 가공 및 건조를 위해 하류에 추가로 공급되는 배아 웹을 생성하기 위해 형성 구역에서 생성된 섬유 배향을 보존하기 위해 형성 표면이 제어된 속도로 이동하는 동안 배수된다. 예를 들어, 배아 웹의 형성 동안, 섬유의 발포된 현탁액의 속도에 대한 형성 표면의 속도 및 섬유의 발포된 현탁액의 배수 프로파일은 수력 점프 동안 생성되는 섬유 배향을 고정하기 위해 제어된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 이동 형성 표면의 속도는 기계 방향으로 섬유의 발포된 현탁액의 속도와 실질적으로 일치한다. 또한, 개별 배수 박스는 대부분의 유체가 형성 표면의 시작부에서 섬유의 발포된 현탁액으로부터 배수되도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 형성 표면은 길이를 가질 수 있고, 부피 또는 중량 기준 유체의 배수의 50% 초과, 예컨대 약 60% 초과, 예컨대 약 70% 초과가 형성 표면의 길이의 초기 33%에 걸쳐 발생한다.

본 발명에 따른 티슈 또는 종이 웹 또는 부직 합성 섬유 웹을 포함할 수 있는 부직 웹을 형성함에 있어서, 일 실시예에서, 발포체는 먼저 발포제와 물을 조합함으로써 형성된다. 발포제는, 예를 들어, 임의의 적절한 계면활성제를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 발포제는, 라우레쓰 황산 나트륨 또는 라우릴 에테르 황산나트륨으로도 공지된, 라우릴 황산 나트륨을 포함할 수 있다. 다른 발포제는 도데실 황산 나트륨 또는 라우릴 황산 암모늄을 포함한다. 다른 실시예들에서, 발포제는 임의의 적합한 양이온성 및/또는 양쪽성 계면활성제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 발포제는 지방산 아민, 아미드, 아민 옥사이드, 지방산 사차 화합물 등을 포함한다.

일 실시예에서, 비이온성 계면활성제가 사용된다. 비이온성 계면활성제는, 예를 들어, 알킬 폴리글리코시드를 포함할 수 있다. 일 측면에서, 예를 들어, 계면활성제는 C8 알킬 폴리글리코시드, C10 알킬 폴리글리코시드, 또는 C8 및 C10 알킬 폴리글리코시드의 혼합물일 수 있다.

발포제는 일반적으로 약 0.1중량% 초과의 양으로, 예컨대 약 0.5중량% 초과의 양으로, 예컨대 약 0.7중량% 초과의 양으로 물과 조합된다. 하나 이상의 발포제는 일반적으로 약 0.01중량% 내지 약 5중량%의 양으로, 예컨대 최대 약 2중량%의 양으로 존재한다.

발포제와 물이 조합되면, 혼합물은 배합되거나 그렇지 않으면 발포체를 형성할 수 있는 힘을 받게 된다. 발포체는 일반적으로, 채널이나 모세관을 형성하기 위해 상호 연결될 수 있는 중공 셀 또는 기포의 집합체인 다공성 매트릭스를 지칭한다.

발포체 밀도는 특정 응용예에 따라 가변될 수 있고, 사용된 섬유 지료를 포함하는 다양한 인자들에 따라 가변될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들면, 발포체의 발포체 밀도는 약 200g/L 초과, 예컨대 약 250g/L 초과, 예컨대 약 300g/L 초과일 수 있다. 발포체 밀도는 일반적으로 약 600g/L 미만, 예컨대 약 500g/L 미만, 예컨대 약 400g/L 미만, 예컨대 약 350g/L 미만이다. 일 실시예에서, 예를 들면, 일반적으로 약 350g/L 미만, 예컨대 약 340g/L 미만, 예컨대 약 330g/L 미만의 발포체 밀도를 가진 낮은 밀도 발포체가 사용된다. 발포체는 일반적으로 (STP에서) 약 40% 초과, 예컨대 약 50% 초과, 예컨대 약 60% 초과의 공기 함량을 가질 것이다. 공기 함량은 일반적으로 약 75 부피% 미만, 예컨대 약 70 부피% 미만, 예컨대 약 65 부피% 미만이다.

발포체는 섬유 지료의 존재 하에 형성될 수 있거나, 대안적으로, 발포체는 먼저 형성되고 이어서 섬유 지료와 조합될 수 있다. 일반적으로, 본 발명에 따라 티슈 웹 또는 다른 유형의 부직포 웹과 같은 베이스시트를 만들 수 있는 임의의 섬유가 사용될 수 있다.

웹을 제조하는 데 적절한 섬유는, 코튼, 아바카, 케나프, 사바이 그래스, 아마, 에스파르토 그래스, 스트로, 황마 대마, 바가스, 유액 분비(milkweed) 플로스 섬유, 파인애플 잎 섬유 등의 비목재 섬유; 및 북부 및 남부 연질목 크래프트 섬유 등의 연질목 섬유; 유칼립투스, 메이플, 자작나무, 사시 나무 등의 경질목 섬유를 비롯한, 낙엽성 및 침엽성 나무로부터 얻는 것 등의 목재 또는 펄프 섬유를 포함한 임의의 천연 또는 합성 셀룰로오스 섬유를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 펄프 섬유는 고 수율 또는 저 수율 형태로 준비될 수 있고, 크래프트법, 아황산법, 고수율 펄프화 방법, 및 알려져 있는 기타 펄프화 방법을 포함한 임의의 알려져 있는 방법으로 펄프화될 수 있다. 오가노솔브 펄프화 방법으로부터 제조된 섬유가 또한 사용될 수 있다.

예로 건조 중량 기준 최대 100% 이하의 섬유 부분은 합성 섬유일 수 있다. 예를 들어, 합성 섬유는 약 5중량% 초과의 양으로, 예컨대 10 중량% 초과의 양으로, 예컨대 20 중량% 초과의 양으로, 예컨대 30 중량% 초과의 양으로, 예컨대 40 중량% 초과의 양으로, 예컨대 50 중량% 초과의 양으로, 예컨대 60 중량% 초과의 양으로, 예컨대 70 중량% 초과의 양으로, 예컨대 80 중량% 초과의 양으로, 예컨대 85 중량% 초과의 양으로, 약 100 중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 90 중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 80 중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 70 중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 60 중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 50 중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 40 중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 30 중량% 미만의 양으로 웹에 존재할 수 있다. 일 측면에서, 합성 섬유는 부직포 웹에 1중량%의 모든 증분을 포함하여 약 5중량% 내지 약 70중량%, 예컨대 5중량% 내지 약 30중량%의 양으로 존재한다. 합성 섬유는 레이온 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유, 2성분 시스-코어 섬유, 다성분 바인더 섬유 등을 포함한다. 섬유는 버진 섬유 또는 재활용 섬유일 수 있다. 섬유는 스테이플 섬유일 수 있고 약 3mm 내지 약 150mm의 평균 길이를 가질 수 있다. 예시적인 폴리에틸렌 섬유는, Minifibers, Inc.(테네시주 잭슨시티 소재)로부터 입수가능한 Fybrel®이다. 합성 중합체 섬유를 함유할 때, 웹은 섬유가 교차하는 곳에서 열적으로 접합될 수 있다.

일 측면에서, 부직포 웹은 폴리에스테르 섬유와 조합된 연질목 섬유와 같은 펄프 섬유를 함유할 수 있다. 폴리에스테르 섬유는 약 0.5 데니어 내지 약 2.5 데니어의 크기를 갖는 스테이플 섬유일 수 있다. 폴리에스테르 섬유는 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 예컨대 10 중량% 내지 약 40 중량%의 양으로 웹에 함유될 수 있다.

합성 셀룰로오스 섬유 유형은, 모든 변형의 레이온 및 비스코스 또는 화학적 변형된 셀룰로오스로부터 유도된 다른 섬유들과 같은 재생 셀룰로오스 섬유를 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. 대량의 양호한 압축성이 가능한 일부 실시예들에서, 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.

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 갖게 한다. 고 수율 섬유는, 통상적인 화학적 펄핑 섬유에 비해 건식 상태와 습식 상태 모두에 있어서 단단한 것으로 널리 알려져 있다.

웹은, 또한, 상당량의 내측 섬유간 결합 강도 없이 형성될 수 있다. 이러한 점에서, 특히 셀룰로오스 섬유가 존재할 때 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 발명에 사용될 수 있는 적절한 탈접합제는, 지방 디알킬 사차 아민 염, 모노 지방 알킬 삼차 아민 염, 일차 아민 염, 이미다졸린 사차 염, 실리콘 사차 염, 및 불포화 지방 알킬 아민 염 등의 양이온성 탈접합제를 포함한다. 다른 적절한 탈접합제는, 본 명세서에 참고로 원용되는 Kaun의 미국 특허번호 제5,529,665호에 개시되어 있다. 구체적으로, Kaun은 양이온성 실리콘 조성물을 탈접합제로서 사용하는 것을 개시하고 있다.

일 실시예에서, 본 발명의 공정에 사용되는 탈접합제는, 유기 사차 암모늄 염화물이고, 구체적으로는, 사차 암모늄 염화물의 실리콘계 아민 염이다. 예를 들어, 탈접합제는 Hercules Corporation에 의해 시판되고 있는 PROSOFT.RTM. TQ1003일 수 있다. 탈접합제는, 섬유 슬러리 내에 존재하는 섬유들의 메트릭 톤(MT)당 약 1kg 내지 약 10kg의 양으로 섬유 슬러리에 첨가될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 탈접합제는 이미다졸린계 탈접합제일 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 화학물의 예로서 포함된다. 화학물은, 예로서 포함된 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 이러한 화학물질은 제지 공정에서의 임의의 지점에서 첨가될 수도 있다.

페이퍼 웹에 첨가될 수 있는 화학물의 추가 유형은, 일반적으로 양이온성, 음이온성, 또는 비이온성 계면활성제, 습윤제, 및 가소제의 형태로 된 흡수성 보조물, 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.

웹을 형성하기 위해, 발포체는 임의의 보조 제제와 함께 선택된 섬유 지료와 조합된다. 섬유의 발포된 현탁액을 탱크에 펌핑할 수 있고, 탱크로부터 헤드박스로 공급한다. 대안적으로, 발포된 현탁액은 개재 탱크를 사용하지 않고 헤드박스에 직접 펌핑되거나 헤드박스에 직접 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1은 웹을 형성하기 위한 본 발명에 따른 공정의 일 실시예를 도시한다. 특히 도 1에 도시된 대로, 헤드박스(10)로부터, 발포형 섬유 현탁액은, 습식 배아 웹(12)을 지지하기 위해 롤들(28 )이 지지하고 구동하는 무한 주행하는 직물(26) 상에 헤드박스로부터 배출된다. 웹(12)은, 섬유들의 단일 균질층을 포함할 수 있고 또는 계층화된 또는 층화된 구성을 포함할 수 있다. 시스템은 단일 헤드박스를 포함할 수 있거나, 부직포 웹을 생성하기 위해 함께 작동하는 복수의 헤드박스를 포함할 수 있다.

일단 습식 웹이 직물(26) 상에 지지되면, 웹은 하류로 운반되고 추가로 탈수 및 건조된다.

본 발명에 따르면, 섬유의 발포된 현탁액은 원하는 섬유 배향을 갖는 웹을 생성하는 방식으로 혼합 및 난류 흐름을 겪는다. 일 측면에서, 예를 들어, 섬유 배향은 헤드박스(10) 내에서 제어될 수 있다. 예를 들어, 헤드박스(10)는 도 2 및 도 3에 더욱 상세히 예시되어 있다. 도 2를 참조하면, 예를 들어, 본 발명의 공정은 섬유의 발포된 현탁액을 수용하도록 설계된 혼합 챔버(14)를 포함한다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 혼합 챔버(14)는 제지 시스템의 폭에 걸쳐 연장되는 직사각형 단면 형상을 갖는다. 그러나, 혼합 챔버(14)는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 혼합 챔버(14)는 섬유 혼합을 더 잘 향상시키는 만곡 표면을 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 혼합 챔버(14)는 하단(18)으로부터 이격된 상단(16)을 포함한다. 혼합 챔버(14)는 측벽(20) 및 폭 방향을 따라 혼합 챔버(14)의 말단을 둘러싸는 한 쌍의 대향하는 말단 벽면을 더 포함한다. 본 발명에 따라, 혼합 챔버(14)는 전방 슬라이스 벽(22)을 추가로 포함한다. 전방 슬라이스 벽은 혼합 챔버(14)의 상단(16)으로부터 연장되고 하단(18) 이전에 종결된다. 보다 구체적으로, 전방 슬라이스 벽(22)은 혼합 챔버(14 )의 하단(18)과 함께 좁은 수축부(24)를 형성한다. 도시된 실시예에서, 좁은 수축부(24)는 혼합 챔버(14)의 폭에 걸쳐 연장되는 슬롯의 형상이다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 혼합 챔버(14) 내에 넣거나 주입된 섬유의 발포된 현탁액은 좁은 수축부(24)를 통해 혼합 챔버(14) 밖으로 유도된다.

도시된 실시예에서, 전방 슬라이스 벽(22)은 혼합 챔버(14)의 하단(18)과 함께 좁은 수축부(24)를 형성한다. 그러나, 좁은 수축부(24)는 혼합 챔버(14)에서 상승될 수 있고 전방 슬라이스 벽(22) 상의 임의의 적절한 위치에 위치할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 좁은 수축부는 임의의 적합한 단면 형상을 가질 수 있다.

섬유의 발포된 현탁액은 다양한 기술 및 공정을 사용하여 혼합 챔버(14)에 공급될 수 있다. 예를 들어, 섬유의 발포된 현탁액은 섬유의 더 양호한 혼합을 촉진하는 방식으로 혼합 챔버 내로 주입될 수 있다.

일 측면에서, 섬유의 발포된 현탁액은 적어도 2개의 상이한 방향으로 혼합 챔버(14) 내로 주입된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 인젝터 펌프(34)는 혼합 챔버(14)의 상단 (16)에 위치한 하나 이상의 상단 노즐(28)을 통해 그리고 혼합 챔버(14)의 측벽(20)을 따라 위치한 하나 이상의 측면 노즐(30)을 통해 섬유의 수성 현탁액을 주입하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 섬유의 발포된 현탁액은 수직 방향 및 수평 방향으로부터 혼합 챔버(14) 내로 주입된다. 섬유의 수직 스트림과 섬유의 수평 스트림은 혼합 챔버(14) 내에서 교차하고 챔버 내에서 강력한 혼합을 촉진한다.

발포된 현탁액은 약 1 m/초 초과, 예컨대 약 1.5 m/초 초과, 예컨대 약 2 m/초 초과, 예컨대 약 2.5 m/초 초과, 및 약 6 m/초 미만, 예컨대 약 5 m/초 미만, 예컨대 약 4 m/초 미만의 속도로 혼합 챔버에 진입할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같은 혼합 챔버(14)는 발포된 현탁액 내에서 섬유를 초기에 혼합하기 위한 방법의 일 실시예를 나타낸다. 그러나, 다른 실시예에서, 섬유의 발포된 현탁액은 혼합을 촉진하기 위한 배플 또는 만곡 표면을 포함하는 단일 방향을 따라 혼합 챔버(14) 내로만 주입될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 섬유의 발포된 현탁액은 2개 초과의 상이한 방향으로부터 혼합 챔버(14) 내로 주입될 수 있다.

일단 혼합 챔버(14) 내로 주입되고 혼합되면, 섬유의 발포된 현탁액은 전방 슬라이스 벽(22)에 의해 형성된 좁은 수축부(24)를 통해 유도된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 좁은 수축부(24)를 빠져나온 후, 섬유의 발포된 현탁액은 섬유의 발포된 현탁액이 부피가 팽창할 수 있게 하는 형성 구역(60)으로 들어간다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 형성 구역(60)은 펄프 섬유를 함유할 때 제지 기계와 같은 부직포 웹 제조 기계의 폭에 걸쳐 연장되고, 이동 형성 표면(62)과 상단 형성 표면(64) 사이의 공간으로서 정의된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이동 형성 표면은 수평선에 대해 경사지게 위치될 수 있다. 예를 들어, 형성 표면(62)은, 수평선에 대해 약 5°보다 큰, 예컨대, 약 10°보다 큰, 예컨대, 약 15°보다 큰, 예컨대, 약 20°보다 큰, 예컨대, 약 25°보다 큰, 예컨대, 약 30°보다 큰, 각도를 이룰 수 있다. 형성 표면(62)의 각도는, 일반적으로, 약 60° 미만이고, 예컨대, 약 50° 미만이고, 예컨대, 약 40° 미만이고, 예컨대, 약 30° 미만이다. 선택사항이지만, 경사진 형성 표면은 섬유의 발포된 현탁액을 배수하는 것을 도울 수 있고 배아 웹(12)을 형성하는 것을 도울 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이동중인 형성 표면(62)과 상단 형성 표면(64) 사이에 형성된 형성 구역은 점진적으로 감소하는 부피를 가질 수 있다. 예를 들어, 형성 구역(60)의 점진적으로 감소하는 부피는 섬유의 발포된 현탁액을 하류로 보내는 것을 돕고 배아 웹(12)의 형성을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 형성 구역(60)은 일반적으로 좁은 수축부(24)에 인접하여 비교적 큰 부피를 가지며, 그런 다음 대향 단부에서 더 작은 부피로 점진적으로 감소한다. 좁은 수축부(24)에 인접하여 넓거나 큰 부피를 갖는 것은 발포된 현탁액이 형성 챔버로 진입할 때 섬유의 발포된 현탁액의 팽창을 허용하고 결과적으로 섬유의 더 양호한 혼합을 촉진한다. 예를 들어, 좁은 수축부(24)에 인접한 형성 챔버(60)의 높이는 혼합 챔버(14)와 동일한 높이일 수 있거나, 도 2에 도시된 대로 혼합 챔버(16)보다 높은 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 좁은 수축부(24)에 인접한 상기 형성 챔버(60)의 높이는 좁은 수축부(24 )의 높이의 적어도 약 1.3배, 예컨대 적어도 약 1.5배, 예컨대 적어도 약 1.8배, 예컨대 적어도 약 2배, 예컨대 적어도 약 2.3배, 예컨대 적어도 약 2.5배, 예컨대 적어도 약 2.8배, 예컨대 적어도 약 3배, 예컨대 적어도 약 3.5배, 예컨대 적어도 약 4배, 예컨대 적어도 약 4.5배일 수 있고 일반적으로 약 5배 미만일 수 있다. 좁은 수축부(24)에 인접한 형성 챔버(60)의 높이는 일반적으로 제한되지 않지만, 사실상 혼합 챔버(16)의 높이와 거의 동일할 수 있다.

전술한 바와 같이, 섬유의 발포된 현탁액은 혼합 챔버(14)를 빠져나가고 이동 형성 표면(62) 상에 작동 가능하게 피착된다. 이동 형성 표면(62)은 펠트, 와이어 또는 스크린일 수 있고, 유체가 섬유의 발포된 현탁액으로부터 배출될 수 있게 하기 위해 다공성이다. 일 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 발포된 현탁액의 배수를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 배수 박스가 이동 형성 표면(62) 아래에 위치할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 예를 들어, 시스템은 3개의 배수 박스(66, 68 및 70)를 포함한다. 각각의 배수 박스(66, 68 및 70)는 이동 형성 표면(62) 상에서 운반되는 섬유의 발포된 현탁액에 흡입력을 인가하기 위한 진공 또는 흡입 장치와 연관될 수 있다. 일 측면에서, 예를 들어, 단일 진공 장치를 사용하여 상이한 배수 박스들(66, 68 및 70) 각각으로부터 흡입을 적용할 수 있다. 진공 장치는 각각의 배수 박스에서의 흡입량이 개별적으로 가변될 수 있는 방식으로 각각의 배수 박스와 연동 가능하게 배치될 수 있다. 대안적으로, 각각의 배수 박스(66, 68 및 70)는 각각의 배수 박스 내의 흡입력의 양을 제어하기 위한 별도의 진공 장치와 연관될 수 있다. 이동 형성 표면(62) 아래에 다수의 배수 박스를 갖는 것은 섬유의 발포된 현탁액의 제어된 배수를 허용한다. 예를 들어, 형성 표면(62)의 길이에 걸친 배수는 균일할 수 있거나, 배아 웹(12)이 형성될 때 특정 배수 프로파일이 있도록 변화될 수 있다.

이제 도 4를 참조하면, 본 발명에 따라 가공된 섬유의 발포된 현탁액의 흐름 프로파일 및 배수 프로파일의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 섬유들(72)의 발포된 현탁액은 혼합 챔버(14)에 잘 혼합된 상태로 함유된다. 혼합 챔버(14)로부터, 섬유들(72)의 발포된 현탁액은 좁은 수축부(24)를 통해 압송된다. 좁은 수축부(24)는 섬유들(72)의 발포된 현탁액이 속도 및 유속을 빠르게 증가시키도록 하는 크기를 갖는다. 그런 다음, 섬유들(72)의 발포된 현탁액은 좁은 수축부(24)를 빠져나가고 형성 구역(60)으로 배출된다. 유속의 급속한 증가에 이어서 섬유(72)의 발포된 현탁액의 유속의 상당한 감소는 형성 챔버(60)에서 상당한 난류를 발생시켜 섬유의 추가 혼합을 야기한다. 이러한 공정을 통해, 섬유의 배향은 흐름 방향으로만 배향되는 것이 아니라 훨씬 더 무작위적으로 된다. 결과적으로, 기계 방향으로의 섬유 배향은 교차 기계 방향으로의 섬유 배향과 동일하거나 유사할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 좁은 수축부(24)를 빠져나온 후, 섬유 배향으로의 보존 및 고정을 위해 섬유들(72)의 발포된 현탁액을 형성 표면(62)을 통해 배수한다. 이러한 방식으로, 교차 기계 방향으로의 물성과 매우 유사한 기계 방향으로의 물성을 갖는 배아 웹(12)이 제조될 수 있다.

웹이 주로 단일 방향으로 섬유 배향과 반대로 무작위 섬유 배향을 갖는지 여부를 결정하기 위한 하나의 방법은 기계 방향 및 교차 기계 방향 모두에서 웹의 인장 강도를 측정하고 비율을 결정하는 것이다. 1의 비율은 섬유 배향이 일반적으로 양 방향으로 동일한 것을 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 웹은, 예를 들어, 일반적으로 약 0.8 초과, 예컨대 약 0.9 초과, 예컨대 약 1 초과, 예컨대 약 1.1 초과의 기계 방향 대 교차 기계 방향 인장 강도 비를 가질 수 있다. 웹의 기계 방향 대 교차 기계 방향 인장 강도 비는 일반적으로 약 1.8 미만, 예컨대 약 1.6 미만, 예컨대 약 1.4 미만, 예컨대 약 1.2 미만일 수 있다. 그러나, 본 발명의 공정 및 시스템은 또한 섬유 배향을 제어하는 데 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 공정 및 시스템은 또한 주로 단일 방향으로 배향된 섬유를 갖는 웹을 제조하는 데 사용될 수 있다. 결과적으로, 다른 실시예들에서, 본 발명의 공정 및 시스템은 상술한 범위를 벗어나 기계 방향 대 교차 기계 방향 인장 강도 비를 갖는 웹을 제조하는 데 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 4에서, 섬유(72)의 발포된 현탁액은 먼저 혼합 챔버에서 혼합되고, 좁은 수축부(24)를 통해 유속 및 속도가 가속된 다음, 큰 부피를 갖는 형성 구역(60) 내로 배출되어, 섬유의 발포된 현탁액이 속도 및 유속을 빠르게 감소시켜 유체 내의 난류 흐름을 유발하고 무작위 섬유 배향을 초래한다. 난류는 유체가 매끄러운 경로 또는 층으로 이동하는 층류와 대조적으로, 유체가 불규칙한 변동, 또는 혼합을 겪는 발포된 현탁액의 흐름을 지칭한다. 도 4에 도시된 공정에서, 예를 들어, 섬유의 발포된 현탁액은 형성 챔버(60) 내에서 난류 흐름을 겪을 수 있어서, 발포체 내의 섬유의 무작위 분포를 상당히 향상시키는 유체 소용돌이 및 와류가 생성된다.

일 실시예에서, 예를 들어, 섬유들(72)의 발포된 현탁액은 혼합 챔버(14)로부터 형성 구역(60)으로의 유압 점프를 겪는다. 예를 들어, 얕은 고속 유체가 느린 이동 유체와 만나 운동 에너지의 신속한 소산을 야기할 때 유압 점프가 발생할 수 있다. 예를 들어, 고속의 유체가 더 낮은 속도의 구역 내로 방출될 때, 유체 표면에서 다소 급격한 상승이 발생할 수 있다. 빠르게 흐르는 유체는 급격히 느려지고 높이가 증가하여 운동 에너지를 방출하여 난류 및/또는 와류의 형성을 초래한다. 예를 들어, 일부 조건 하에서, 빠른 속도에서 느린 속도로 유체의 전이는 유체 그 자체가 다시 말리게 하고, 이는 본 발명의 공정에서 섬유가 집중적인 혼합 및 재배향을 거치게 한다.

일 실시예에서, 섬유의 발포된 현탁액의 흐름은 좁은 수축부(24) 내에서 초임계 흐름에 도달한 후, 이어서 형성 챔버(60) 내에서 미임계 흐름에 도달한다. 초임계 흐름은 중력이 아난 관성력에 의해 흐름이 지배될 때 발생하며, 급속하거나 불안정한 흐름으로서 작용할 수 있다. 초임계 흐름은 1 초과의 프루드 수(Froude number)를 갖는다. 한편, 미임계 흐름은 중력에 의해 지배되고, 더 느린 안정적인 방식으로 거동한다. 흐름이 초임계 흐름에서 미임계 흐름으로 전이됨에 따라, 높은 에너지 손실, 난류, 및 섬유의 무작위 배향을 나타내는 유압 점프가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 측면에서, 좁은 수축부(24)를 통한 섬유의 발포된 현탁액의 흐름은 원하는 프루드 수로 작동할 수 있다. 예를 들어, 섬유의 발포된 현탁액의 푸루드 수는 약 2 초과, 예컨대 약 5 초과, 예컨대 약 10 초과, 예컨대 약 15 초과, 예컨대 약 20 초과, 예컨대 약 25 초과, 예컨대 약 30 초과, 및 일반적으로 약 50 미만, 예컨대 약 40 미만일 수 있다.

일단 섬유들(72)의 발포된 현탁액이 형성 구역(60)으로 방출되고 섬유 재배향을 거치면, 섬유들의 발포된 현탁액은 온전하게 유지되고 생성된 웹 내에서 섬유 배향을 고정하기 위한 노력으로 유체로부터 배수된다. 섬유 배향에 영향을 미칠 수 있는 2개의 인자는 기계 방향으로 섬유의 발포된 현탁액의 속도 및 발포된 현탁액의 배수 프로파일과 관련하여 형성 표면(62)의 상대 속도를 포함한다.

예를 들어, 일 측면에서, 이동 형성 표면(62)의 속도는 발포된 현탁액 내에 함유된 섬유가 주로 기계 방향 배향으로 재배향하는 것을 방지하도록 제어된다. 이와 관련하여, 이동중인 형성 표면(62)의 속도는 섬유들의 발포된 현탁액이 형성 구역(60)을 통해 기계 방향으로 흐르는 속도와 일치할 수 있다. 일 측면에서, 예를 들어, 섬유의 발포된 현탁액은 형성 구역에서 기계 방향으로 일정 속도로 이동하고, 형성 표면은 일정 속도로 이동하며, 섬유의 발포된 현탁액의 배수 동안 섬유의 발포된 현탁액 속도 대 형성 표면 속도의 비는 약 1:0.5 내지 약 1:2, 예컨대 약 1:0.8 내지 약 1:1.8이다.

형성 표면(62)의 속도에 더하여, 섬유의 발포된 현탁액의 배수 프로파일은 또한 원하는 섬유 배향을 유지하기 위해 제어될 수 있다. 예를 들어, 형성 구역은 일정한 길이를 가질 수 있고, 섬유의 발포된 현탁액은 형성 구역의 길이에 걸쳐 배수 프로파일을 가져서 배수가 형성 구역의 시작부터 형성 구역의 끝까지 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 일 실시예에서, 배수 프로파일은 배수된 유체의 부피 또는 배수된 유체의 중량 중 어느 하나의 관점에서 형성 구역의 길이에 걸쳐 약 20% 초과, 예컨대 약 10% 이하만큼 변하지 않는다.

대안적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 시스템은 유체의 더 큰 배수가 형성 표면의 시작에서 발생하고 이어서 형성 표면의 끝을 향해 점진적으로 감소하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 배수 박스(66, 68 및 70)는 임의의 원하는 배수 프로파일을 생성하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 형성 구역의 길이에 걸친 배수 프로파일은 유체 배수의 약 50% 초과, 예컨대 약 55% 초과, 예컨대 약 60% 초과, 예컨대 약 65% 초과, 예컨대 심지어 약 70% 초과가 형성 구역의 길이의 초기 33%에 걸쳐 발생하도록 한다.

일단 섬유들의 발포된 현탁액이 웹으로 형성되면, 웹은 다양한 기술과 방법을 이용하여 처리될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서, 통기건조된 부직포 웹을 제조하기 위한 방법이 도시되어 있고, 단지 예시적인 목적을 위해 도시되어 있다. (간략화를 위해, 여러 직물 실행을 정의하는데 개략적으로 사용되는 다양한 장력 부여 롤들이 도시되어 있지만, 번호가 부여되지 않는다. 도 1에 도시된 장치 및 방법으로부터의 변형이 일반적인 공정에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다).

습식 웹은 직물(26)로부터 전사 직물(40)로 전사된다. 일 실시예에서, 전사 직물은, 증가된 신축성을 웹에 부여하기 위해 성형 직물보다 느린 속도로 주행할 수 있다. 이는 일반적으로 "급속"(rush) 전사라고 칭한다. 전사 직물은 성형 직물의 것과 같거나 작은 공극 부피를 가질 수 있다. 두 개의 직물 간의 상대 속도 차는, 0-60%, 더욱 구체적으로는 약 15-45%일 수 있다. 전사는, 성형 직물과 전사 직물이 진공 슬롯의 선단 에지에서 동시에 수렴 및 발산하도록 진공 슈(42 )의 보조로 실행될 수 있다.

그 후, 웹은 진공 전사 롤(46) 또는 진공 전사 슈의 보조로 전사 직물로부터 통기건조 직물(44)로 전사된다. 통기건조 직물은, 전사 직물에 대하여 대략 동일한 속도 또는 다른 속도로 이동할 수 있다. 필요하다면, 신축성을 더욱 향상시키도록 통기건조 직물이 더욱 느린 속도로 이동할 수 있다. 전사는, 통기건조 직물에 부합하는 시트의 변형을 확실히 하도록 진공 보조에 의해 실행될 수 있고, 이에 따라 필요시 원하는 벌크 및 외관을 야기할 수 있다. 적절한 통기건조 직물은 Kai F. Chiu 등에게 발행된 미국 특허 제5,429,686호 및 Wendt 등의 미국 특허 제5,672,248호에 기재되어 있으며, 이들 문헌은 참고로 원용된다.

일 실시예에서, 통기건조 직물은 고 및 긴 인상 너클(impression knuckle)을 함유한다. 예를 들어, 통기건조 직물은 직물의 평면 위로 적어도 약 0.005인치로 상승되는 제곱 인치당 약 5 내지 약 300개의 인상 너클을 가질 수 있다. 건조 동안, 웹은 통기건조 직물의 표면에 맞추어 3차원 표면을 형성하도록 추가로 거시적으로 배열될 수 있다. 그러나, 평평한 표면 또한 본 발명에서 사용될 수 있다.

통기건조 직물과 접촉하는 웹의 면은, 통상적으로, 종이 웹의 "직물측"이라 칭한다. 전술한 바와 같이, 종이 웹의 직물측은, 직물이 통기건조기에서 건조된 후 통기건조 직물의 표면에 부합하는 형상을 가질 수 있다. 반면, 종이 웹의 반대측 면은 통상적으로 "공기측"이라 칭한다. 웹의 공기측은, 통상적으로, 정상적인 통기건조 공정 동안 직물측보다 매끄럽다.

웹 전사에 사용되는 진공의 레벨은, 약 3 내지 약 15인치 수은주 (75 내지 약 380mm 수은주), 바람직하게는 약 5인치 (125mm) 수은주일 수 있다. 진공 슈(음의 압력)는, 웹을 진공에 의해 다음 직물 상으로 흡입하는 것에 더하여 또는 그를 대신하여, 웹을 다음 직물 상으로 블로잉(blow)하도록 웹의 반대측으로부터의 양의 압력의 사용에 의해 보조되거나 대체될 수 있다. 또한, 진공 롤 또는 롤들을 사용하여 진공 슈(들)를 대체할 수 있다.

웹은, 통기건조 직물에 의해 지지되는 동안, 마지막으로, 통기건조기(48)에 의해 약 94% 이상의 점조도로 건조된 후 캐리어 직물(50)로 전사된다. 건조된 베이스시트(52)는, 캐리어 직물(50)과 선택적 캐리어 직물(56)을 사용하여 릴(54)로 이송된다. 선택적 가압된 터닝 롤(58)을 사용하여 웹이 캐리어 직물(50)로부터 직물(56)로 전사되는 것을 용이하게 할 수 있다. 이를 위한 적절한 캐리어 직물은 Albany International 84M 또는 94M 및 Asten 959 또는 937이며, 이들 모두는 미세한 패턴을 갖는 비교적 매끄러운 직물들이다. 도시하지는 않았지만, 릴 캘린더링 또는 후속 오프라인 캘린더링을 이용하여, 베이스시트의 매끄러움과 부드러움을 개선할 수 있다.

일 실시예에서, 생성된 웹(52)은 3차원 상태로 건조된 질감있는 웹일 수 있어서, 웹이 편평한 평면 상태에 있지 않은 동안 셀룰로오스 섬유들(존재시)을 결합하는 수소 결합이 실질적으로 형성되었다. 예를 들어, 웹(52)은 기체 운반 장치(30)에 의해 웹으로 형성된 패턴을 여전히 포함하면서 건조될 수 있고 및/또는 통기 건조기에 의해 부여되는 질감을 포함할 수 있다.

일반적으로, 웹을 성형할 수 있는 임의의 공정 또한 본 명세서에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 공정은, 크레이핑(creping), 이중 크레이핑, 엠보싱, 공기 가압, 크레이프 통기 건조, 언크레이프 통기 건조, 코폼, 수력엉킴, 열 본딩 뿐만 아니라 당해 기술분야에 알려져 있는 다른 단계들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 웹은 공정 동안 수력엉킴 단계를 거칠 수 있다. 또한, 통기 건조 대신에, 웹은 하나 이상의 가열된 건조 롤러와 같은 임의의 적합한 건조 장치를 사용하여 건조될 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 웹의 평량은 최종 제품에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 공정은 목욕 티슈, 미용 티슈, 종이 타월, 산업용 와이퍼, 기타 등등을 제조하는 데 사용될 수도 있다. 다양한 다른 제품이 본 발명에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, 공정 및 시스템은 또한 흡수 용품에 통합될 수 있는 웹과 같은 모든 상이한 유형의 부직포 웹을 제조하는 데 사용될 수 있다. 일 측면에서, 상당한 양의 합성 중합체 섬유를 함유하는 웹이 제조될 수 있다. 예를 들어, 웹은 약 20중량% 초과의 양으로, 예로 약 30중량% 초과의 양으로, 예로 약 40중량% 초과의 양으로, 예로 약 50중량% 초과의 양으로 합성 중합체 섬유를 포함할 수 있다. 일반적으로, 제품의 평량은, 약 6gsm 내지 약 800gsm으로 가변될 수 있는데, 예를 들어, 약 10gsm 내지 약 200gsm으로 가변될 수 있다. 목욕 티슈 및 미용 티슈 제품의 경우에는, 예를 들어, 평량은 약 10gsm 내지 약 40gsm의 범위일 수도 있다. 한편, 종이 타월의 경우, 평량은 약 25gsm 내지 약 90gsm 범위일 수 있다. 와이퍼의 경우, 평량은 약 40gsm 내지 약 125gsm의 범위일 수 있다.

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 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 실행하는 데 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.

대안적인 실시예에서, 더 낮은 벌크 제품이 형성될 수 있다. 예를 들어, 웹은 3cc/g 미만, 예컨대 2cc/g 미만, 예컨대 1cc/g 미만의 벌크를 가질 수 있다.

여러 겹 제품에서는, 상기 제품에 존재하는 각각의 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, 예컨대 약 20gsm 내지 약 40gsm일 수 있다.

본 발명은 다음의 예시들을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.

예

도 2에 도시된 것과 유사한 공정을 사용하여 다양한 발포체 형성된 웹을 제조하였다. 각각의 웹은 70중량%의 연질목 섬유 및 30중량%의 12mm, 0.5 데니어 폴리에스테르 섬유를 함유하였다. 섬유를 물 및 계면활성제와 조합하고 40 내지 60% 공기를 함유하는 발포체로 형성하였다. 시스템을 통한 형성 표면의 속도는 80m/분이었다. 좁은 수축부의 높이를 변화시켜 섬유의 발포된 현탁액의 유동의 프루드(Froude) 수를 변화시켰다. 샘플 번호 1 및 2에서, 프루드 수는 30이었다. 샘플 번호 4에서, 프루드 수는 14였다. 전방 슬라이스 벽(샘플 번호 3)을 사용하지 않고 추가 실험을 수행하였다.

실험 세트 동안, 섬유의 발포된 현탁액의 속도와 형성 표면 속도 사이의 속도 비율을 변화시켰다. 그런 다음, 제조된 샘플을 기계 방향 대 교차 기계 방향 인장 강도 비율(md/cd)에 대해 시험하였다. 그 결과가 아래 및 도 4에 도시되어 있다.

샘플 번호 1

Froude 30

속도 비율 md/cd

2.04 3.98

1.63 1.98

1.36 1.60

1.16 1.81

1.04 1.82

0.93 2.56

0.79 2.49

샘플 번호 2

Froude 30

속도 비율 md/cd

2.14 4.55

1.64 1.83

1.40 1.60

1.22 1.35

0.99 1.84

0.92 2.50

0.80 2.50

샘플 번호 3

슬라이스 없음

속도 비율 md/cd

2.03 3.50

1.63 2.50

1.34 2.20

1.17 3.50

1.16 3.90

1.01 4.60

0.90 4.50

0.83 6.10

0.74 6.80

샘플 번호 4

Froude 14

속도 비율 md/cd

1.89 3.98

1.55 1.98

1.30 1.60

1.12 1.81

0.98 1.82

0.91 2.56

0.85 2.49

도 4에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 구성을 사용하면 md/cd 비율이 극적으로 개선될 뿐만 아니라, 섬유 배향을 최적화하기 위한 훨씬 더 큰 작동 윈도우를 예기치 않게 생성한다.

통상의 기술자라면, 청구범위에 더욱 구체적으로 기재되어 있는 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 본 발명의 이러한 예들 및 기타 수정예들과 변형예들을 실시할 수 있다. 또한, 다양한 실시예들의 측면들을 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교환할 수 있다는 점을 이해하기 바란다. 게다가, 본 기술분야의 당업자는, 위 설명은, 예를 든 것일 뿐이며, 이러한 청구범위에 더 설명되어 있는 본 발명을 한정하려는 것이 아님을 인식할 것이다.

Claims

웹을 생산하기 위한 방법으로,
섬유의 발포된 현탁액을 혼합 챔버 내에 넣는 단계;
상기 섬유의 발포된 현탁액을 상기 혼합 챔버로부터 좁은 수축부를 통해 형성 구역 내로 흐르게 하되, 상기 발포된 현탁액은 이동중인 형성 표면 상에서 운반되고, 상기 섬유의 발포된 현탁액은 유체 유량을 가지고, 상기 좁은 수축부는 상기 섬유의 발포된 현탁액이 상기 형성 구역 내에서 섬유 혼합을 거치도록 하는 크기를 갖는, 단계;
상기 형성 구역 내의 형성 표면을 통해 상기 섬유의 발포된 현탁액으로부터 유체를 배수하여 배아 웹을 형성하는 단계; 및
상기 배아 웹을 건조시키는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 혼합 챔버는 상단으로부터 하단으로 연장되는 높이 및 폭을 포함하되, 상기 혼합 챔버는 상기 좁은 수축부를 제외하고 둘러싸이고, 상기 좁은 수축부는 상기 혼합 챔버의 폭을 따라 연장되는 슬롯을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 섬유의 발포된 현탁액은 상기 좁은 수축부에서 초임계 흐름을 겪는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유의 발포된 현탁액은 상기 형성 구역에서 기계 방향으로 소정의 속도로 이동하고, 상기 형성 표면은 소정의 속도로 이동하고, 상기 섬유의 발포된 현탁액의 배수 동안 상기 섬유의 발포된 현탁액 속도 대 상기 형성 표면 속도의 비는 약 1:0.5 내지 약 1:2인, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형성 구역은 길이를 가지고, 상기 섬유의 발포된 현탁액은 상기 형성 구역의 길이에 걸쳐 배수 프로파일을 가지고, 배수의 약 50% 초과, 예컨대 약 60% 초과는 상기 형성 구역의 길이의 초기 33%에 걸쳐 발생하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건조된 웹은 약 0.8 내지 약 1.8, 예컨대 약 0.9 내지 약 1.6, 예컨대 약 0.9 내지 약 1.4, 예컨대 약 0.9 내지 약 1.2의 기계 방향 대 교차 기계 방향 인장 강도 비를 갖는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형성 구역 내의 섬유의 발포된 현탁액의 난류 흐름은 발포된 현탁액 내의 섬유의 배향 변화를 유발하는 와류를 생성하는, 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형성 표면은 수평에 대해 경사지는, 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유의 발포된 현탁액은 발포체를 섬유 지료와 조합하여 형성되며, 상기 발포체는 약 200g/L 내지 약 600g/L, 예컨대 약 250g/L 내지 약 400g/L의 밀도를 가지는, 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포된 현탁액은 발포제를 물과 조합함으로써 형성되고, 상기 혼합 챔버 내의 발포된 섬유 현탁액은 약 40 부피% 내지 약 65 부피%의 공기를 함유하는, 방법.
제10항에 있어서, 상기 발포제는 라우릴 황산 나트륨을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웹에 함유된 섬유는 적어도 약 50중량%의 펄프 섬유, 예컨대 적어도 약 60중량%의 펄프 섬유, 예컨대 적어도 약 70중량%의 펄프 섬유, 예컨대 적어도 약 80중량%의 펄프 섬유를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웹에 함유된 섬유는 적어도 약 5중량%의 합성 섬유를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 웹은 통기 건조에 의해 건조되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 건조된 웹은 약 3cc/g 초과, 예컨대 약 5cc/g 초과, 예컨대 약 7cc/g 초과, 예컨대 약 9cc/g 초과, 예컨대 약 11cc/g 초과의 벌크를 가지는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 건조된 웹은 약 3cc/g 미만, 예컨대 약 2cc/g 미만, 예컨대 약 1cc/g 미만의 벌크를 갖는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 건조된 웹은 약 6gsm 내지 약 800gsm, 예컨대 약 10gsm 내지 약 200gsm, 예컨대 약 20gsm 내지 약 120gsm의 평량을 가지는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 섬유의 발포된 현탁액은 약 1 m/초 초과, 예컨대 약 2 m/초 초과의 속도로 상기 혼합 챔버 내로 주입되는, 방법.
웹을 제조하기 위한 시스템으로서,
섬유의 발포된 현탁액을 수용하기 위한 밀폐된 혼합 챔버로서, 상기 밀폐된 혼합 챔버는 상단, 하단, 및 적어도 하나의 측벽을 포함하고, 상기 혼합 챔버는 높이 및 폭을 가지고, 상기 혼합 챔버는 좁은 수축부를 형성하는 상기 혼합 챔버의 하단으로부터 일정 거리를 두고 종료하는 전방 슬라이스 벽을 더 포함하고, 상기 혼합 챔버 내에 놓인 섬유의 발포된 현탁액은 상기 좁은 수축부를 통해 상기 혼합 챔버 밖으로 유도되는, 밀폐된 혼합 챔버;
상기 혼합 챔버와 작동 가능하게 맞물리는 이동 형성 표면으로, 상기 형성 표면은 기계 방향으로 이동하고 상기 섬유의 발포된 현탁액을 하류로 운반하기 위해 섬유의 발포된 현탁액을 수용하는, 이동 형성 표면;
상기 혼합 챔버의 좁은 수축부에 인접하여 위치되는 형성 구역으로, 상기 형성 구역은 길이를 가지고 상기 이동 형성 표면 및 상단 형성 표면에 의해 정의되고, 상기 상단 형성 표면은 상기 이동 형성 표면으로부터 이격되는, 형성 구역; 및
상기 형성 구역에 형성된 웹을 건조시키기 위해 상기 형성 구역으로부터 하류에 위치된 건조 장치를 포함하는, 시스템.
제19항에 있어서, 상기 형성 구역은 상기 형성 구역의 길이에 걸쳐 상기 기계 방향으로 점진적으로 감소하는 높이를 갖는, 시스템.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 이동 형성 표면은 수평에 대해 경사지는, 시스템.
헤드박스로서,
섬유의 발포된 현탁액을 수용하기 위한 밀폐된 혼합 챔버로, 상기 밀폐된 혼합 챔버는 상단, 하단, 및 적어도 하나의 측벽을 포함하고, 상기 혼합 챔버는 높이 및 폭을 갖고, 상기 혼합 챔버는 좁은 수축부를 형성하는 상기 혼합 챔버의 하단으로부터 일정 거리를 두고 종료하는 전방 슬라이스 벽을 더 포함하고, 상기 혼합 챔버 내에 놓인 섬유의 발포된 현탁액은 상기 좁은 수축부를 통해 상기 혼합 챔버 밖으로 유도되는, 밀폐된 혼합 챔버; 및
상기 혼합 챔버의 좁은 수축부에 인접하여 위치된 형성 구역을 포함하되, 상기 형성 구역은 길이 및 상단 형성 표면을 갖고, 상기 형성 구역은 상기 좁은 수축부로부터 상기 형성 구역의 길이를 따라 감소하는 높이를 갖는, 헤드박스.