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KR20190126940A - 균질하게 병합된 섬유를 갖는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 - Google Patents

균질하게 병합된 섬유를 갖는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 Download PDF

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KR20190126940A
KR20190126940A KR1020197032534A KR20197032534A KR20190126940A KR 20190126940 A KR20190126940 A KR 20190126940A KR 1020197032534 A KR1020197032534 A KR 1020197032534A KR 20197032534 A KR20197032534 A KR 20197032534A KR 20190126940 A KR20190126940 A KR 20190126940A
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KR
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fabric
fiber
fibers
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KR102240699B1 (ko
Inventor
톰 칼라일
미르코 에인즈만
기셀라 골드홀름
말콤 존 해이허스트
카타리나 매이어
아이브라힘 새게러-포릭
Original Assignee
렌징 악티엔게젤샤프트
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Publication date
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Abstract

부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102), 특히 라이오셀 방사 용액 (104)으로부터 직접 제조되고, 상기 직물 (102)은 실질적으로 무한 섬유 (108)의 네트워크를 포함하고, 섬유 (108)는 전체 직물 (102)에 실질적으로 균질하게 병합된다.

Description

균질하게 병합된 섬유를 갖는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물
본 발명은 부직포 셀룰로오스 섬유 직물, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제조 방법, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제조 장치, 제품 또는 복합재 및 사용 방법에 관한 것이다.
라이오셀 기술은 셀룰로오스 목재 펄프 또는 다른 셀룰로오스-기반 공급원료를 극성 용매 (예를 들어, "아민 옥사이드" 또는 "AO"로 또한 표시될 수 있는, n-메틸 모폴린 n-옥사이드)에 직접 용해하여, 다양한 유용한 셀룰로오스-기반 물질로 변형될 수 있는 점성이 높은 전단 박하 용액 (shear-thinning soulution)을 생성하는 것과 관련이 있다. 상업적으로 상기 기술은 텍스타일 산업에서 널리 사용되는 셀룰로오스 스테플 섬유 (오스트리아, 렌징의 Lenzing AG에서 상표로 TENCEL®로 시판)를 제조하는데 사용된다. 라이오셀 기술의 다른 셀룰로오스 제품도 사용되었다.
셀룰로오스 스테플 섬유는 부직포 웹으로의 전환을 위한 성분으로서 오랫동안 사용되어 왔다. 그러나 부직포 웹을 직접 제조하기 위한 라이오셀 기술의 적용은 최근 셀룰로오스 웹 제품으로는 불가능한 특성 및 성능에 접근할 수 있다. 중요한 기술적 차이로 인해 합성 폴리머 기술을 라이오셀에 직접 적용하는 것은 불가능하지만, 합성 섬유 산업에서 널리 사용되는 멜트블로우 (meltblow) 및 스펀본드 (spunbond) 기술의 셀룰로오스 버전으로 간주될 수 있다.
라이오셀 용액으로부터 직접 셀룰로오스 웹을 형성하는 기술을 개발하기 위해 많은 연구가 수행되었다 (특히, WO 98/26122, WO 99/47733, WO 98/07911, US 6,197,230, WO 99/64649, WO 05/106085, EP 1 358 369, EP 2 013 390). 추가의 기술은 WO 07/124521 A1 및 WO 07/124522 A1에 개시되어 있다.
발명의 목적 및 요약
본 발명의 목적은 높은 기계적 안정성을 가지는 셀룰로오스-기반 직물을 제공하는 것이다.
상기 정의된 목적을 달성하기 위해, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제조 방법, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제조 장치, 제품 또는 복합재 및 독립 청구항에 따른 사용 방법이 제공된다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따르면, (특히, 용액 취입(solution-blown)) 부직포 셀룰로오스 섬유 직물이 제공되며(라이오셀 방사 용액으로부터 특히 직접적으로(특히, in situ 공정 또는 연속적으로 운영되는 생산 라인에서 연속공정에서 실행 가능한) 제조됨), 상기 직물은 실질적으로 무한 섬유(endless fiber)의 네트워크를 포함하고 상기 섬유 (특히, 섬유의 10% 이상)는 전체 직물에 실질적으로 균질하게 병합된다.
다른 예시적인 실시 형태에 따르면, 라이오셀 방사 용액으로부터 직접(특히, 용액-취입) 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 가스 유동에 의해 지지되는 오리피스를 갖는 제트를 통해 라이오셀 방사 용액을 응고 유체 분위기(atmosphere)(특히 분산된 응고 유체 분위기)로 압출하여 실질적으로 무한 섬유를 형성하는 것, 섬유 지지 유닛 상에 섬유를 수집하여 직물을 형성하는 것, 섬유 (특히, 섬유의 10% 이상)가 전체 직물에 걸쳐 실질적으로 균질하게 병합되도록 공정 파라미터를 조정하는 것을 포함한다.
추가의 예시적인 실시 형태에 따르면, 라이오셀 방사 용액으로부터 직접적으로 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 가스 유동에 의해 지지되는 라이오셀 방사 용액을 압출하도록 구성된 오리피스를 가지는 하나 이상의 제트, 압출된 라이오셀 방사 용액에 응고 유체 분위기를 제공하여 실질적으로 무한 섬유를 형성하도록 구성된 응고 유닛, 섬유를 수집하여 직물을 형성하도록 구성된 섬유 지지 유닛, 및 섬유 (특히, 섬유의 10% 이상)가 전체 직물에 걸쳐 실질적으로 균질하게 병합되도록 공정 파라미터를 조정하도록 구성된 제어 유닛(예컨대, 라이오셀 방사 용액으로부터 직접적으로 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하기 위한 프로그램 코드를 실행하도록 구성된 프로세서)을 포함한다.
또 다른 예시적인 실시 형태에 따르면, 상기 언급된 특성을 가지는 직물을 포함하는 제품 또는 복합재가 제공된다.
또 다른 실시 형태에 따르면, 상기 언급된 특성을 갖는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 와이프(wipe), 드라이어 시트, 필터, 위생 용품, 의학적 적용 용품, 지오텍스타일, 아그로텍스타일, 의류, 건축 기술 용품, 자동차 용품, 가구, 산업 용품, 미용, 레저, 스포츠 또는 여행 관련 용품 및 학교 또는 사무실 관련 용품으로 이루어진 군 중 하나 이상에 사용된다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "부직포 셀룰로오스 섬유 직물" (또한, 부직포 셀룰로오스 필라멘트 직물로 지칭될 수 있음)은 특히, 복수의 실질적으로 무한 섬유로 구성된 직물 또는 웹(web)을 의미할 수 있다. 용어 "실질적으로 무한 섬유"는 특히 종래의 스테플 섬유보다 상당히 더 긴 길이를 가지는 필라멘트 섬유의 의미를 가진다. 대안적인 어구에서, 용어 "실질적으로 무한 섬유"는 특히, 종래의 스테플 섬유보다 부피당 상당히 작은 양의 섬유 말단을 가지는 필라멘트 섬유로 형성된 웹의 의미를 가질 수 있다. 특히, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 직물의 무한 섬유는 부피당 섬유 말단의 양이 10,000 말단/cm3 미만, 특히 5,000 말단/cm3 미만일 수 있다. 예를 들어, 스테플 섬유를 면의 대체재로 사용되는 경우, 길이는 38 mm일 수 있다(전형적인 천연 면 섬유의 길이에 상응). 이와 대조적으로, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실질적으로 무한 섬유는 200 mm 이상, 특히 1000 mm 이상의 길이를 가질 수 있다. 그러나, 당업자는 무한 셀룰로오스 섬유조차도 섬유 형성 동안 및/또는 후에 공정에 의해 형성될 수 있는 중단이 있을 수 있다는 사실을 알 것이다. 결과적으로, 실질적으로 무한 셀룰로오스 섬유로 제조된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 동일한 데니어의 스테플 섬유로 제조된 부직포 직물에 비하여 질량당 섬유수가 상당히 적다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 복수의 섬유를 방사하고, 후방을 바람직하게는 이동하는 섬유 지지 유닛을 향해 감쇄 또는 신장시킴으로써 제조될 수 있다. 이에 의해, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 구성하는 셀룰로오스 섬유의 3차원 네트워크 또는 웹이 형성된다. 직물은 주요 또는 유일한 성분으로서 셀룰로오스로 제조될 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "라이오셀 방사 용액"은 특히, 셀룰로오스 (예를 들어, 목재 펄프 또는 다른 셀룰로오스-기반 공급원료)가 용해된 용매 (예를 들어, N-메틸-모폴린, NMMO, "아민 옥사이드" 또는 "AO"와 같은 극성 물질의 용매)를 나타낼 수 있다. 라이오셀 방사 용액은 융해물(melt) 보다는 용액이다. 셀룰로오스 필라멘트는 용매의 농도를 감소시킴으로써, 예를 들어 필라멘트를 물과 접촉시킴으로써 라이오셀 방사 용액으로부터 생성될 수 있다. 라이오셀 방사 용액으로부터 셀룰로오스의 섬유의 초기 생성 과정은 응고로 기술될 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "가스 유동"은 라이오셀 방사 용액을 떠나거나 방사구를 떠난 동안 및/또는 후에 셀룰로오스 섬유 또는 이의 프리폼(preform) (즉, 라이오셀 방사 용액)의 이동 방향에 실질적으로 평행한 공기과 같은 가스 흐름을 특히 나타낼 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "응고 유체"는 특히, 셀룰로오스 섬유가 라이오셀 필라멘트로부터 형성될 정도로 라이오셀 방사용액을 희석하고 용매와 교환할 수 있는 능력을 갖는 비-용매 유체 (즉, 선택적으로 고체 입자를 포함하는, 가스 및/또는 유체)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이러한 응고 유체는 워터 미스트일 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "공정 파라미터"는 특히 섬유 및/또는 직물의 특성, 특히, 섬유 직경 및 또는 섬유 직경 분포에 영향을 미칠 수 있는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하는데 사용되는 모든 물리적 파라미터 및/또는 화학적 파라미터 및/또는 물질의 장치 파라미터 및/또는 장치 구성요소를 나타낼 수 있다. 이러한 공정 파라미터는 제어 유닛에 의해 자동으로 및/또는 사용자에 의해 수동으로 조정되어 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 섬유 특성을 조율 또는 조정할 수 있다. 섬유의 특성 (특히, 이들의 직경 또는 직경 분포)에 영향을 줄 수 있는 물리적 파라미터는 공정 (예를 들어 라이오셀 방사 용액, 응고 유체, 가스 유동 등)에 관련된 다양한 매체의 온도, 압력 및/또는 밀도일 수 있다. 화학적 파라미터는 관련된 매체 (예를 들어 라이오셀 방사 용액, 응고 유체 등)의 농도, 양, pH 값일 수 있다. 장치 파라미터는 오리피스 사이의 크기 및/또는 거리, 오리피스와 섬유 지지 유닛 사이의 거리, 섬유 지지 유닛의 이동 속도, 하나 이상의 선택적인 in situ 후공정 유닛 제공, 가스 흐름 등일 수 있다.
용어 "섬유"는 특히 셀룰로오스, 예를 들어 단면에서 대략적으로 둥글거나 비정형으로 형성되고, 선택적으로 다른 섬유와 꼬인 셀룰로오스를 포함하는 연장된 재료 조각을 나타낼 수 있다. 섬유는 10 초과, 특히, 100 초과, 보다 특히 1000 초과의 종횡비를 가질 수 있다. 종횡비는 섬유의 길이와 섬유의 직경 사이의 비이다. 섬유는 병합 (통합된 다중-섬유 구조가 형성되도록) 또는 마찰 (섬유는 서로 분리되어 있지만, 서로 물리적으로 접촉하고 있는 섬유를 서로 이동할 때 발생하는 마찰력에 의해 약하게 기계적으로 결합되도록)에 의해 상호 연결되어 네트워크를 형성할 수 있다. 섬유는 직선, 구부러지거나, 뒤틀린, 또는 꺽일 수 있는 실질적으로 원통형 형태를 가질 수 있다. 섬유는 단일 균질 물질(즉, 셀룰로오스)로 구성될 수 있다. 그러나, 상기 섬유는 또한 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 섬유 사이에 물 또는 오일과 같은 액체 물질이 축적될 수 있다.
본 출원의 문맥에서, "오리피스를 가지는 제트"(예를 들어, "오리피스의 배열"로 표시될 수 있음)는 선형으로 배열된 오리피스의 배열을 포함하는 임의의 구조일 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "병합"은 특히 각각의 병합 위치에서 상이한 섬유의 완전한 상호 연결을 나타내며, 이는 이전에 분리된 섬유 프리폼으로 구성된 하나의 일체형으로 연결된 섬유 구조의 형성을 초래한다. 병합은 병합된 섬유들 중 하나, 일부 또는 전부의 응집 동안 확립되는 섬유-섬유 연결로 표시될 수 있다. 상호 연결된 섬유는 공통 구조를 형성하기 위해 상이한 추가 재료 (예컨대, 별도의 접착제) 없이 각각의 병합 위치에서 서로 강하게 접착될 수 있다. 병합된 섬유의 분리는 섬유 네트워크 또는 그 일부의 파괴를 요구할 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 용어 "직물 전체에 걸쳐 실질적으로 균질하게 병합된"은 특히 용적 측정 영역 당 섬유들 사이의 병합 위치의 양이 섬유의 상이한 공간 영역에서 매우 유사하다는 것을 나타낸다. 그러나, 당업자는 직물의 가장자리에서 (예를 들어 후자가 예를 들어 잘릴 수 있는 곳) 병합의 관점에서의 직물의 물리적 특성이 직물의 내부의 특성과 비교할 수 없음을 이해할 것이다. 따라서, 언급된 균질성은 본질적으로 직물의 전체 연장부(특히, 이들의 중앙 부분)에 존재하여야 하며, 인위적으로 언급된 균질성의 국부적인 편차를 초래할 수 있는 직물의 외부 둘레를 따른 가장자리 효과는 무시되어야 한다.
일 예시적인 실시 형태에 따르면, 섬유의 일부 또는 전부가 병합에 의해 서로 일체로 연결된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물이 제공된다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 제조 방법의 공정 파라미터의 상응하는 제어에 의해 병합이 유발될 수 있다. 특히, 이들 필라멘트 사이의 제1 접촉이 아직 침전된 고체 섬유 상태에 있지 않은 후에 라이오셀 방사 용액의 필라멘트의 응고가 유발 (또는 적어도 완료)될 수 있다. 이에 의해, 여전히 용액 상에 있는 동안 및 또는 그 후에 응고에 의해 이들 필라멘트를 고체-상태 상으로 전환시키면서 이들 필라멘트 사이의 상호 작용은 병합 특성을 적절히 조절할 수 있게 한다. 병합의 공간적 균질성의 정도는 제조된 직물의 특성을 조정하는데 사용할 수 있는 강력한 매개 변수이다. 직물의 부피당 섬유 사이의 병합 위치의 수가 전체 직물에 대해 매우 유사할 때, 직물은 기계적 강도의 실질적으로 공간적으로 독립적인 값을 나타내고, 동시에 전체 직물 내에서 실질적으로 균질한 탄성을 제공한다. 따라서, 직물은 기계적 약점을 실질적으로 갖지 않을 수 있으며, 균질한 탄성으로 인해 가해진 힘 피크가 직물에 분포되는 각각의 모든 위치에 허용된다. 이러한 균질한 병합 분포에 의해 기계적 특성에 대한 맞춤형 부직포가 합리적인 노력으로 얻어질 수 있음이 밝혀졌다. 바람직한 실시 형태에서, 섬유 사이의 병합은 라이오셀 방사 용액 형태의 상이한 섬유 프리폼(preform)을 응고 전에 서로 직접 접촉시킴으로써 유발된다. 이러한 응고 공정에 의해, 섬유의 단일 재료 공통 석출이 수행되고, 이에 의해 병합 위치가 형성된다.
발명의 실시예의 상세한 설명
이하에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 제조방법, 부직포 셀룰로오스 직물의 제조 장치, 제품 또는 복합재, 및 사용 방법의 추가의 예시적인 실시 형태가 개시된다.
일 실시 형태에서, 섬유 병합 인자는 20% 이하, 특히 10% 이하의 절대값에 의해 실질적으로 전체 직물과 상이하다. 직물의 다수 샘플 (예를 들어 각 샘플의 면적은 1×1 cm2 일 수 있음)이 각각의 샘플의 국소 병합인자를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 최대로 결정된 병합 인자 (백분율) 및 최소로 결정된 병합 인자 (백분율) 사이의 차이는 20% 이하, 특히, 10% 이하일 수 있다. 예를 들어, 샘플 중 최대 병합 인자가 70%이고, 샘플 중 최소 병합인자가 65%인 경우, 언급된 차이는 5% (70% - 65%)이므로 10% 이하이다. 설명에 따르면, 하기에 정의된 병합 인자는 직물의 크기 유닛당 병합 위치의 수를 나타낸다. 언급된 균질성은 국부적으로 낮은 안정성 영역을 생성하거나 과도한 강성 영역을 생성하지 않기 때문에, 설명된 한도 내에서 전체 직물에 대한 병합 인자의 균질한 값은 직물이 기계적 하중이 발생할 경우 경화하는 경향을 가지지 않는다. 따라서, 직물을 손상시키지 않으면서 힘이 직물에 대해 평형을 이룰 수 있다.
직물의 병합 인자 (면적 병합 인자라고도 함)를 결정하기 위해, 하기의 결정 공정이 수행될 수 있다: 직물의 정사각형 샘플이 광학적으로 분석될 수 있다. 정사각형 샘플 내부에 완전히 남아있어야 하는 직경을 가진 원은 정사각형 샘플의 대각선 중 하나 이상을 교차하는 섬유의 각 병합 위치 (특히, 병합지점 및/또는 병합 라인) 주위에 그려진다. 원의 크기는 원이 병합된 섬유들 사이의 병합 영역을 포함하도록 결정된다. 결정된 원의 직경 값의 산술 평균이 계산된다. 병합 인자는 평균 직경 값과 정사각형 샘플의 대각선 길이 사이의 비율로 계산되며, 백분율로 표시될 수 있다.
병합 인자 0%는 병합 지점이 없는 직물, 즉 마찰에 의해서만 서로 작용하는 완전히 분리된 섬유에 해당한다. 병합 인자의 100%는 병합 지점으로 구성된 직물, 즉, 필름과 같이 연속 구조를 형성하는 완전 일체형 섬유에 해당한다. 병합 인자를 조정함으로써, 상응하는 섬유의 물리적 특성 (특히 기계적 안정성)이 정확하게 조정될 수 있다.
일 실시 형태에서, 섬유의 적어도 일부의 병합 인자는 0.1% 내지 100%의 범위, 특히 0.2 내지 50%의 범위, 보다 특히 0.5% 내지 15%의 범위에 있다.
일 실시 형태에서, 직물은 인장 강도와 평량(비인장 강도) 사이의 비가 0.5 Nm2/g 이상, 특히 1.0 Nm2/g 이상이 되도록 구성된다. 본 발명의 일 예시적인 실시 형태에 따른 뚜렷한 병합 균질성을 가지는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물로 주어진 화합물 질량 (즉, 직물과 같은 시트의 면적당 중량)에 대해 더 높은 기계적 안정성이 얻어지거나 동일한 기계적 안정성에서 감소된 화합물 질량이 얻어질 수 있다.
일 실시 형태에서, 영률의 값은 실질적으로 전체 직물에 대해 20% 이하, 특히 10% 이하로 상이하다. 직물의 다수의 샘플 (예를 들어 각 샘플은 1×1 cm2 면적을 가질 수 있음)은 각각의 샘플의 각각의 국부 영률을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 최대 결정 영률과 최소 결정 영률 사이의 차는 최대 결정 영률로 나눌때 20% 이하, 특히 10% 이하일 수 있다. 탄성률로도 잘 알려진 영률은 고체 물질의 강성의 척도이며, 선형 탄성 고체 물질의 기계적 성질이다. 영률은 물질에서 응력 (단위 면적당 힘) 및 변형 (비례 변형)간의 관계를 정의한다. 영률이 직물의 전체 신장에 걸쳐 실질적으로 균질하고, 20%이하 또는 심지어 10% 이하로 변할 때, 직물의 탄성 특성이 바람직하지 않은 인열을 촉진하지 않도록 과도한 탄성 또는 과도한 강성의 국소 영역이 없음이 보장될 수 있다.
일 실시 형태에서 인장 강도의 값은 실질적으로 전체 직물에 대해 20% 이하, 특히, 10% 이하로 상이하다. 직물의 다수의 샘플 (예를 들어 각 샘플은 1×1 cm2 면적을 가질 수 있음)은 각각의 샘플의 각각의 국부 인장 강도를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 최대 결정 인장 강도와 최소 결정 인장 강도 사이의 차는 최대 결정 인장 강도로 나눌때 20% 이하, 특히 10% 이하일 수 있다. 인장 강도는 신장 되기 쉬운 하중을 견딜 수 있는 물질 또는 구조의 능력이다. 다시 말하면, 인장 강도는 직물이 분리될 때 인장에 저항한다. 인장 강도는 표준 DIN EN 29 073 파트 3 또는 ISO 9073-3 (F31_5)로 측정된다.
일 실시 형태에서 부직포 표준 WSP90.3에 기초한 "핸들-O-미터 (Handle-O-Meter)"로 측정된 직물의 평활도, 각각의 특정 핸드는 2 mNm2/s 내지 70 mNm2/s의 범위에 있다. 기술된 제조 방법의 공정 파라미터를 변화시킴으로써 평활도가 넓은 범위에 걸쳐 변화될 수 있다. 섬유들 사이의 병합을 구현할 때, 이는 직물의 충분한 안정성을 이미 보장할 수 있다. 표면층의 평활도-매우 높은 평활도의 정도-는 직물의 안정성에 영향을 미칠 위험 없이 자유롭게 조절될 수 있다.
언급된 직물의 평활도는 부직포 표준 WSP90.3에 기초하여 "핸들-O-미터 (Handle-O-Meter)"(PA : Philadelphia, Thwing-Albert Instrument Co.에 의해 상업적으로 이용가능함)로 측정될 수 있다. 직물의 평활도를 측정하기 위해, "핸들-O-미터 (Handle-O-Meter)"의 피팅봇 암이 낮아지고, 직물 샘플 (예를 들어 10×10 cm2의 정사각형 크기를 가짐)을 조정 가능한 평행 슬릿으로 압축한다. 샘플을 슬릿으로 누르는데 필요한 힘이 측정된다. 이 과정에서 샘플에 굽힘력 및 마찰력이 가해진다. CD 방향 및 MD 방향의 측정값의 평균값은 슬릿을 통해 샘플을 누루는데 필요한 평균 힘에 해당한다. 직물의 평균 힘 (예를 들어 mN으로 표시)과 기본 무게 (예를 들어 g/m2으로 표시) 사이의 비는 직물 물질의 평활도를 나타내는 mMm2/g 으로 특정 핸드로 측정된 평활도 값을 제공한다.
일 실시 형태에서, 섬유는 5 ppm 미만의 구리 함량 및/또는 2 ppm 미만의 니켈 함량을 갖는다. 본 출원에서 언급된 ppm 값은 모두 (부피가 아닌) 질량과 관련이 있다. 이와 별도로, 섬유 또는 직물의 중금속 오염은 각각의 개별 중금속 원소에 대해 10 ppm 이하일 수 있다. 무한 섬유 기반 직물 (특히, N-메틸-모폴린, NMMO와 같은 용매를 포함하는 경우)을 형성하기 위한 기초로서 라이오셀 방사 용액을 사용하기 때문에, (사용자의 알레르기 반응을 일으킬 수 있는) 구리나 니켈과 같은 중금속에 의한 직물의 오염은 매우 작게 유지될 수 있다. 공정 제어에 의해 조정 가능한 특정 조건 하에서 직접 병합이라는 개념으로 인해, 섬유를 상호 연결하기 위한 공정에서 추가 재료 (예컨대, 바인더 등)가 도입될 필요가 없다. 이것은 직물의 오염을 매우 낮게 유지하고 셀룰로오스 직물의 균질성에 또한 기여한다.
일 실시 형태에서, 병합 위치 (즉, 직물 내의 섬유-섬유 병합 위치)는 섬유가 점 접촉(point contact)과 병합되는 병합 지점을 포함한다. 병합 지점은 상호 연결된 섬유와 동일한 재료로 만들어진 도트 형 구조일 수 있다.
일 실시 형태에서 병합 위치는 섬유가 그 길이의 일부에 적어도 서로 나란히 정렬되어 상위 섬유 구조를 형성하는 병합 라인을 포함한다. 이러한 병합 라인은 병합 라인을 따라 연결된 섬유의 직경보다 상당히 큰 장방형(oblong shape)의 라인을 가지는 병합 위치로 간주될 수 있다. 병합 라인은 따라서 섬유가 평행하거나 나란히 연장되는 섹션을 따라 섬유를 연결하는 확장된 구조일 수 있다.
일 실시 형태에서, 병합 위치는 병합된 섬유와 동일한 재료로 구성된다. 따라서 병합 위치는 라이오셀 방사 용액의 응고로부터 직접 생성된 셀룰로오스 물질에 의해 형성될 수 있다. 이는 섬유 연결 물질 (예를 들어 접착제 또는 바인더)를 별도로 제공하지 않아도 될 뿐만 아니라 직물이 깨끗하게 유지되고, 단일 재료로 만들어져서 매우 균질하다.
일 실시 형태에서, 섬유의 상이한 것들은 상이한 구별 가능한 층에 적어도 부분적으로 위치된다 (즉, 층들 사이에서 가시적인 분리 또는 계면 영역을 나타냄). 보다 구체적으로, 상이한 층의 섬유는 층 사이의 하나 이상의 병합 위치에서 일체로 병합된다. 따라서, 상이한 구별 가능한 층 (병합 인자, 섬유 직경 등과 같은 하나 이상의 파라미터에 대해 동일하거나 또는 상이할 수 있음)에 적어도 부분적으로 위치된 섬유의 상이한 것들은 하나 이상의 병합 위치에서 일체로 연결될 수 있다. 예를 들어, 두 개(또는 그 이상)의 상이한 층의 직물은 라이오셀 방사 용액은 응고 및 섬유 형성을 위해 압출되는 오리피스와 두 개 (또는 그 이상)의 제트를 연속적으로 정렬시킴으로써 형성될 수 있다. 이러한 배열이 이동 가능한 섬유 지지 유닛 (예를 들어, 섬유 수용 표면을 가지는 컨베이어 벨트)과 결합될 때, 제1 제트에 의해 제1 섬유 층이 섬유지지 유닛 상에 형성되고, 제2 제트는 이동 섬유지지 유닛이 제2 제트의 위치에 도달할 때 제1 층 상에 제2 섬유 층을 형성한다. 제1 섬유 층이 섬유지지 유닛 상에 형성되고, 제2 제트는 이동 섬유지지 유닛이 제2 제트의 위치에 도달할 때 제1 층 상에 제2 섬유 층을 형성한다. 이 방법의 공정 파라미터는 제1 층과 제2 층 사이에 병합 지점이 형성되도록 조정될 수 있다. 특히, 응고에 의해 아직 완전히 경화되거나 고화(solidified)되지 않은 형성중인 제2 층의 섬유는 예를 들어 여전히 액체 라이오셀 용액 상에 있고 아직 완전히 경화된 고체 상태가 아닌 외부 피부 또는 표면 영역을 여전히 가질 수 있다. 이러한 예비-섬유 구조가 서로 접촉하고, 그 후에 고체 섬유 상태로 완전히 경화될 때, 이는 상이한 층들 사이의 계면에서 2 개의 합쳐진 섬유를 형성할 수 있다. 공간적으로 균질하게 병합된 직물에서 병합 위치의 수가 많을수록 직물의 층들 사이의 상호 연결의 안정성이 더 높다. 따라서 병합을 제어하면 직물의 층들 사이의 연결의 강성을 제어할 수 있다. 병합은 예를 들어, 각각의 층의 예비-섬유 구조가 섬유의 하부 층 또는 예비-섬유 구조의 섬유 지지 플레이트에 도달하기 전에 경화 또는 응고의 정도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 그들 사이의 계면에서 상이한 층의 섬유를 병합함으로써, 층의 바람직하지 않은 분리가 방지될 수 있다.
일 실시 형태에서, 병합을 조정하기 위한 공정 파라미터의 조정은 라이오셀 방사 용액이 오리피스를 떠난 후 및 라이오셀 방사 용액이 섬유 지지 유닛에 도달 하기 전에 병합 위치의 적어도 일부를 형성하는 것을 포함한다. 이는 예를 들어 오리피스의 상이한 하나를 통해 압출된 라이오셀 방사 용액의 가닥 사이의 상호 작용을 유발하여 아래쪽으로 가속화될 수 있다. 예를 들어, 가스 유동은 강도 및 방향의 측면에서 조정될 수 있으며, (아직 완전히 응고되지 않은) 방사 용액의 상이한 가닥 또는 필라멘트가 섬유 지지 유닛에 도달하기 전에 측면 방향으로 서로 상호작용하도록 강제된다. 가스 유동은 또한 섬유의 다양한 프리폼 사이의 상호의 상호 작용을 촉진하기 위해 근접하거나 난류 유동 상태로 작동될 수도 있다. 따라서, 섬유의 프리폼은 응고 전에 서로 접촉하여 병합 위치를 형성할 수 있다.
일 실시 형태에서, 병합을 조정하기 위한 공정 파라미터의 조정은 라이오셀 방사 용액이 섬유 지지 유닛에 도달 한 후 섬유 지지 유닛 상에 놓일 때 섬유의 적어도 일부의 응고를 유발함으로써 병합 위치의 적어도 일부를 형성하는 것을 포함한다. 이러한 일 실시 형태에서, 응고 공정은 의도적으로 지연될 수 있다 (응고 유닛에 상응하는 작동에 의해 특히, 응고 유체의 특성 및 공급 위치를 상응하게 조정함으로써 조정될 수 있음). 보다 구체적으로 응고 공정은 방사 용액이 섬유 지지 플레이트에 도달할 때까지 지연될 수 있다. 이러한 일 실시 형태에서, 아직 응고 이전의 섬유의 프리폼은 섬유 지지 플레이트까지 아래로 가속되고, 따라서 여전히 응고 이전의 섬유의 다른 프리폼과 접촉하게 된다. 상이한 가닥 또는 프리폼(preform)의 방사 용액이 서로 접촉하도록 유동하도록 강제될 수 있고, 그 후에서야 응고가 시작되거나 완료될 수 있다. 따라서 여전히 비-응고된 섬유의 상이한 프리폼 사이의 초기 접촉에 뒤따르는 응고는 병합 위치를 형성하는 효율적인 측정이다.
일 실시 형태에서, 병합을 조정하기 위한 공정 파라미터의 조정은 이동가능한 섬유 지지 유닛을 따라 오리피스를 가지는 다수의 제트를 일렬로 배열하는 것, 섬유 지지 유닛 상에 섬유의 제1층을 증착시키는 것, 및 층들 사이의 계면에서 섬유의 적어도 일부의 응고가 완료되기 전에 제1 층 상에 섬유의 제2 층을 침착시키는 것을 포함한다. 형성될 각각의 층에 대해 오리피스를 가진 상응하는 제트를 작동시키는 공정 파라미터는 층 특정 응고 거동을 얻도록 조정될 수 있다. 상이한 층의 층 특정 응고 거동은 병합 위치가 각각의 층 내에 및 바람직하게는 인접한 층 사이에 형성되도록 조정될 수 있다. 보다 구체적으로 공정 제어는 상이한 층과 관련된 방사 용액 사이의 초기 접촉 후에만 두 층의 응고를 촉진함으로써 두 개의 인접한 층들 사이에 병합 위치가 형성되도록 조정될 수 있다.
일 실시 형태에서, 병합을 조정하기 위한 공정 파라미터의 조정은 실질적으로 연속인 필름-형 직물이 얻어지도록 그러한 양의 병합의 형성을 유발하는 것을 포함한다. 이 실시 형태는 100%의 병합 인자에 관한 것이다. 과도한 병합이 수행될 때, 섬유 네트워크보다는 연속적인 평평한 셀룰로오스 층이 직물로서 얻어진다(예를 들어 도 10 참조).
일 실시 형태에서, 상기 방법은 섬유 지지 유닛 상에 수집된 후 섬유 및/또는 직물을 추가로 가공하는 것을 포함하지만, 바람직하게는 무한 섬유를 가지는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 형성과 함께 여전히 그 자리(in situ)에서 존재한다. 이러한 in situ 공정은 제조된 (특히, 실질적으로 무한한) 직물이 제품 제조 목적지로 운송하기 위해 저장되기 전에 (예를 들어, 와인더에 의해 상처를 입히기 전에) 수행되는 공정일 수 있다. 예를 들어, 이러한 추가 공정 또는 후공정은 수력얽힘을 수반 할 수 있다. 수력얽힘은 습윤 또는 건조 섬유 웹에 대한 결합 공정으로서 표시될 수 있으며, 생성된 결합 직물은 부직포이다. 수력얽힘은 웹을 관통하고 섬유지지 유닛 (특히 컨베이어 벨트)을 치고, 튕겨서 섬유가 얽히게 하는 미세한 물의 고압 제트를 사용할 수 있다. 직물의 상응하는 압축은 직물을 보다 콤팩트하고 기계적으로 보다 안정적으로 만들 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 수력얽힘에 가압 스팀으로 섬유를 스팀 처리할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 이러한 추가 공정 또는 후공정은 제조된 직물의 니들링 처리를 포함할 수 있다. 직물 또는 웹의 섬유를 결합시키기 위해 니들 펀칭 시스템이 사용될 수 있다. 니들 펀치된 직물은 바브 니들 (barbed needles)이 섬유질 웹을 통해 밀어질 때 웹을 통해 일부 섬유를 강제할 때 생성될 수 있으며, 여기서 이들은 니들이 인출될 때 유지된다. 웹 또는 직물의 또 다른 추가 공정 또는 후공정 처리는 함침 처리이다. 무한 섬유의 네트워크를 함침시키는 것은 직물에 하나 이상의 화학 물질 (연화제, 소수성제 및 정전기 방지제 등)의 도포하는 것을 포함할 수 있다. 직물의 또 다른 추가 공정 처리는 캘린더링이다. 캘린더링은 직물을 처리하기 위한 마무리 공정으로서 지칭될 수 있으며, 캘린더를 사용하여 직물을 매끄럽게, 코팅 및/또는 압축할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 또한 하나 이상의 다른 재료와 조합 (예를 들어, in situ에서 또는 후속 공정에서)되어 본 발명의 일 실시 형태에 따른 복합재를 형성할 수 있다. 이러한 복합재를 형성하기 위해 직물과 조합될 수 있는 예시적인 재료는 하기 재료 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 군으로부터 선택될 수도 있다: 플러프 펄프, 섬유 현탁액, 습식 부직포, 에어레이드 부직포, 스펀본드 웹, 멜트프로운 웹, 카디드 스펀레이스드 또는 니틀 펀치드 웹 또는 다양한 재료로 제조된 다른 시트와 같은 구조. 일 실시 형태에서, 상이한 재료들 사이의 연결은 하기 공정 중 하나 또는 그 조합에 의해 (비제한적으로) 수행될 수 있다: 병합, 수력얽힘, 니들 펀칭, 수소 결합, 열접착, 바인더에 의한 접착, 라미네이팅 및/또는 캘린더링.
하기에, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 포함하거나, 이의 사용의 예시적인 유리한 제품이 요약된다:
웹의 특정 용도, 100% 셀룰로오스 섬유 웹 또는 예를 들어, 둘 이상의 섬유를 포함하거나 이로 구성된 웹, 또는 항균 재료, 이온 교환 재료, 활성 탄소, 나노 입자, 로션, 의료 약제 또는 난연제와 같은 화학적으로 개질된 섬유 또는 혼입된 재료를 가지는 섬유, 또는 이성분 섬유는 다음과 같을 수 있다:
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 아기, 부엌, 물티슈, 화장품, 위생, 의료, 청소, 연마 (자동차, 가구), 먼지, 산업, 먼지털이 및 대걸레 와이프과 같은 와이프 제조에 사용될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물이 필터를 제조하는데 사용되는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 이러한 필터는 에어 필터, HVAC, 에어컨 필터, 연도 가스 필터, 액체 필터, 커피 필터, 티백, 커피 백, 식품 필터, 정수 필터, 혈액 필터, 담배 필터; 캐빈 필터, 오일 필터, 카트리지 필터, 진공 필터, 진공 청소기 백, 먼지 필터, 유압 필터, 주방 필터, 팬 필터, 수분 교환 필터, 화분 필터, HEVAC/HEPA/ULPA 필터, 맥주 필터, 우유 필터, 액체 냉각수 필터 및 과일 주스 필터일 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 흡수 위생 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 그 예는 포획층, 커버스톡, 분배층, 흡수 커버, 위생 패드, 탑시트, 백시트, 레그 커프스, 플러셔블 용품, 패드, 간호 패드, 처리 속옷, 트레이닝 팬츠, 페이스 마스크, 뷰티 페이셜 마스크, 코스메틱 리무벌 패드, 수건, 기저귀, 및 활성 성분 (예컨대, 텍스타일 소프트너)을 방출하는 세탁 건조기용 시트이다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 의료적 적용 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 의료적 적용 제품은 일회용 캡, 가운, 마스크 및 신발 커버, 상처 관리 용품, 멸균 포장 용품, 커버스톡 용품, 드레싱 재료, 편도 의류, 투석 용품, 비강 스트립, 덴탈 플레이트용 접착제, 처리 속옷, 드레이프, 랩 및 팩, 스폰지, 드레싱 및 와이프, 베드 린넨, 경피 약물 전달, 슈라우드, 언더 패드, 시술 팩, 히트 팩, 오스토미 백 라이너, 고정 테이프 및 인큐베이터 매트리스일 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 지오텍스타일을 제조하는데 사용될 수 있다. 여기에는 작물 보호 덮개의 생산, 모세관 매트, 정수, 관개 제어, 아스팔트 오버레이, 토양 안정화, 배수, 침강 및 침식 제어, 연못 라이너, 함침 기반, 배수 채널 라이너, 토양 안정화, 구덩이 안감, 종자 블랭킷, 잡초 방제 직물, 온실 차양, 뿌리 주머니 및 생분해성 식물 화분이 포함될 수 있다. 식물 포일에 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 사용하는 것도 가능하다 (예를 들어, 식물에 대한 광 보호 및/또는 기계적 보호를 제공 및/또는 거름 또는 종자를 식물 또는 토양에 제공).
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 의복 제조에 사용될 수 있다. 예를 들어, 심지 (interlinings), 의류 단열 및 보호, 핸드백 구성요소, 신발 구성요소, 벨트 라이너, 산업용 모자/식품복, 일회용 작업복, 의류 및 신발 주머니 및 단열재는 이러한 직물을 기반으로 제조될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 건축 기술에 사용되는 제품의 제조에 사용될 수 있다. 예를 들어, 지붕 및 기와 받침, 언더슬레이팅, 열 및 소리 절연재, 하우스 랩, 석고 보드용 페이싱, 파이프 랩, 콘크리트 몰딩 레이어, 기초 및 지면 안정화, 수직 배수장치, 슁글스(shingles), 루핑 펠트(roofing felts), 소음 제거, 보강재, 실링재, 및 댐핑재 (기계식)는 이러한 직물을 사용하여 제조될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 자동차 용품을 제조하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 캐빈 필터, 부트 라이너, 소화물 선반(parcel shelves), 히트 쉴드, 쉘프 트림, 성형 보닛 라이너, 부트 플로어 커버링, 오일 필터, 헤드라이너, 후방 소화물 선반, 장식 직물(decorative fabrics), 에어백, 소음기 패드, 단열재, 차량 커버, 언더패딩, 차량 매트, 테이프, 백킹 및 터프트 카펫, 시트 커버, 도어 트림, 니들레드 카펫(needled carpet) 및 오토 카펫 백킹이다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라 제조된 직물의 또 다른 적용 분야는 예컨대 가구, 건축물, 팔 및 등의 절연재, 쿠션 티킹(cushion thicking), 먼지 커버, 안감, 스티치 보강재, 가장자리 트림 재료, 침대 구조물, 이불 뒷감, 스프링 랩, 매트리스 패드 구성재, 매트리스 커버, 창문 커튼, 벽 덮개, 카펫 뒷감, 램프갓, 매트리스 부품, 스프링 절연재, 실링재, 베개 티킹(pillow ticking) 및 매트리스 티킹 (mattress ticking)과 같은 세간이다.
또 다른 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 산업 용품을 제조하는데 사용될 수 있다. 전자 제품, 플로피 디스크 라이너, 케이블 절연재, 연마재, 절연 테이프, 컨베이어 벨트, 소음 흡수층, 공기 조절(air conditioning), 배터리 분리기, 산 시스템, 미끄럼 방지 매트 얼룩 제거제, 식품 포장재, 접착 테이프, 소세지 포장, 치즈 포장, 인조 가죽, 오일 회수 붐 및 양말, 및 제지용 펠트가 포함될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물은 또한 레저 및 여행과 관련된 용품의 제조에도 적합하다. 이러한 적용의 예로는 침낭, 텐트, 짐가방(luggage), 핸드백, 쇼핑백, 항공사 머리받침, CD-보호물, 베갯잇 및 샌드위치 포장재가 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 또 다른 적용 분야는 학교 및 사무실 용품에 관한 것이다. 예를 들어, 책 표지, 우편 봉투, 지도, 표지판 및 페넌트, 타월, 및 깃발이 언급된다.
도면의 간단한 설명
이하, 실시 형태를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다:
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시 형태에 따른 응고 유체에 의해 응고되는 라이오셀 방사 용액으로부터 직접 형성된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 제조 장치를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 개별 섬유의 병합이 특정 공정 제어에 의해 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 5 및 도 6은 섬유의 팽윤이 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시하며, 여기서, 도 5는 건조 비-팽윤 상태의 섬유 직물을 나타내고, 도 6은 습윤 팽윤 상태의 섬유 직물을 나타낸다.
도 7은 두 개의 연속하는 노즐 바를 구현하는 특정 공정에 의해 두 개의 중첩된 섬유층의 형성이 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 8은 섬유 사이의 패드형 영역 병합 위치의 형성이 상응하는 공정 제어에 의해 달성되는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 9는 병합 인자의 결정을 예시하는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 10은 공정 제어에 의한 거의 100%로 병합 인자가 조정된 본 발명의 일 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 11은 공정 제어의 의한 거의 0%로 병합 인자가 조정된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 12는 직물의 병합 인자의 정의 및 결정을 나타내는 개략적인 이미지를 도시한다.
도 13은 본 발명의 다른 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하기 위한 장치를 도시하며, 여기서 공정은 섬유 사이의 병합 위치의 균질한 형성이 유발하도록 제어된다.
도 14는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 제조 방치의 일부분으로서, 상기 공정은 응고 동안 섬유에 횡력을 가함으로써 섬유 사이의 병합 위치의 형성을 유발하도록 제어된다.
도 15는 섬유들 사이의 병합 위치의 상이한 유형 및 섬유 사이의 교차 위치를 보여주는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 개략적인 이미지를 도시한다.
도면의 상세한 설명
도면의 예시는 개략적이다. 상이한 도면에서 유사하거나 또는 동일한 요소에는 동일한 참조 레이블이 제공된다.
도 1은 라이오셀 방사 용액 104 로부터 직접 형성된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 제조하기 위한 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 장치 100을 도시한다. 후자는 유체 응고 106에 의해 적어도 부분적으로 응고되어 부분적으로 형성된 셀룰로오스 섬유 108로 변환된다. 장치 100에 의해, 본 발명의 일 예시적인 실시 형태에 따른 라이오셀 용액 취입 공정이 수행될 수 있다. 본 출원의 문맥에서, 용어 "라이오셀 용액 취입 공정"은 특히 수득되는 불연속 길이의 본질적으로 무한 필라멘트 또는 섬유 108 또는 불연속 길이의 무한 필라멘트와 섬유의 혼합물을 야기할 수 있는 공정을 포함할 수 있다. 하기에서 더 설명되는 바와 같이, 셀룰로오스 용액 또는 라이오셀 방사 용액 104가 이를 통해 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 제조하기 위해 가스 스트림 또는 가스 유동 146과 함께 배출되는 오리피스 126를 각각 가지는 노즐이 제공된다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 목재 펄프 110, 다른 셀룰로오스-기반 공급 원료 등은 계량 유닛 113을 통해 저장 탱크 114에 공급될 수 있다. 물 용기 112로부터의 물은 또한 계량 유닛 113을 통해 저장 탱크 114로 공급된다. 따라서 계량 유닛 113은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 제어 유닛 140의 제어 하에서 저장 탱크 114에 공급될 물 및 목재 펄프 110의 상대적 양을 정의할 수 있다. 용매 용기 116에 수용된 용매 (예를 들어, N-메틸-모폴린, NMMO)는 농축 유닛 118에서 농축될 수 있고, 이어서 혼합 유닛 119에서 물 및 목재 펄프 110의 혼합물 또는 규정 가능한 상대량을 가진 다른 셀룰로오스-기반 공급 원료로 혼합될 수 있다. 또한, 혼합 유닛 119는 제어 유닛 140에 의해 제어될 수 있다. 이에 의해, 수목 펄프 110 매질은 조정 가능한 상대량으로 용해 유닛 120에서 농축 용매에 용해되고, 이에 의해 라이오셀 방사 용액 104를 얻는다. 수성 라이오셀 방사 용액 104는 목재 펄프 110 및 (예를 들어 85 질량% 내지 95 질량%) 용매를 포함하는 (예를 들어 5 질량% 내지 15 질량%) 셀룰로오스로 구성된 허니-비스코스 매질일 수 있다.
라이오셀 방사 용액 104는 섬유 형성 유닛 124로 전달된다 (이것은 다수의 방사 빔 또는 제트 122로 구현되거나 이를 포함할 수 있음). 예를 들어, 제트 122의 오리피스 126의 수는 50 초과, 특히 100 초과일 수 있다. 일 실시 형태에서, 제트 122의 오리피스 126의 섬유 형성 유닛 124 (다수의 제트 122의 방사구를 포함할 수 있음)의 모든 오리피스 126은 동일한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 대안으로, 하나의 제트 122의 상이한 오리피스 126 및/또는 상이한 제트 122 (다층 직물을 형성하기 위해 연속적으로 배열될 수 있음)의 오리피스 126의 크기 및/또는 형상은 상이할 수 있다.
라이오셀 방사 용액 104가 제트 122의 오리피스 126을 통과할 때, 라이오셀 방사 용액 104의 복수의 평행 가닥으로 분할된다. 즉, 방사 방향에 실질적으로 평행하게 배향되는 수직 방향의 가스 유동은 라이오셀 방사 용액 104를 강제하여, 제어 유닛 140의 제어 하에 공정 조건을 변화시킴으로써 조정될 수 있는 더욱더 길고 얇은 가닥으로 변형된다. 가스 유동은 오리피스 126로부터 섬유 지지 유닛 132으로의 경로의 적어도 일부를 따라 라이오셀 방사 용액 104를 가속화할 수 있다.
라이오셀 방사 용액 104가 제트 122를 통해 더 아래쪽으로 이동하는 동안 라이오셀 방사 용액 104의 길고 얇은 가닥은 비-용매 응고 유체 106과 상호 작용한다. 응고 유체 106은 유리하게는 증기 미스트, 예를 들어 수성 미스트로서 구현된다. 응고 유체 106의 공정 관련 특성은 하나 이상의 응고 유닛 128에 의해 제어되어 응고 유체 106에 조정 가능한 특성을 제공한다. 응고 유닛 128은 차례로 제어 유닛 140에 의해 제어된다. 바람직하게는, 각각의 응고 유닛 128은 제조되는 직물 102의 각각의 층의 특성을 개별적으로 조정하기 위해 개별 노즐 또는 오리피스 126 사이에 제공된다. 바람직하게는, 각각의 제트 122는 각각의 측면으로부터 하나씩 두 개의 할당된 응고 유닛 128을 가질 수 있다. 따라서 개별 제트 122는 제조된 직물 102의 상이한 층의 상이한 제어 특성을 가지도록 조정될 수 있는 라이오셀 방사 용액 104의 개별 부분이 제공될 수 있다.
응고 유체 106 (예를 들어 물)과 상호 작용할 때, 라이오셀 방사 용액 104의 용매 농도가 감소되며, 앞의 셀룰로오스, 예를 들어 목재 펄프 110 (또는 다른 공급원료)는 길고 얇은 셀룰로오스 섬유 108 (여전히 잔류 용매 및 물을 함유할 수 있음)로서 적어도 부분적으로 응고된다.
압출된 라이오셀 방사 용액 104로부터 개별 셀룰로오스 섬유 108의 초기 형성 동안 또는 이후에, 셀룰로오스 섬유 108은 섬유 지지 유닛 132 상에 침착되며, 이는 여기서 평면 섬유 수용 표면을 갖는 컨베이어 벨트로서 구현된다. 셀룰로오스 섬유 102는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 108을 형성한다(도 1에만 개략적으로 도시됨). 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 연속적이고 실질적으로 무한 필라멘트 또는 섬유 108로 구성된다.
도 1에는 도시되지 않았지만, 응고 유닛 128에 의한 응고 및 세척 유닛 180에서의 세척에서 제거된 라이오셀 방사 용액 104의 용매는 적어도 부분적으로 재순환될 수 있다.
섬유 지지 유닛 132를 따라 이송되는 동안, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 세척액을 공급하는 세척 유닛 180에 의해 세척되어 잔류 용매를 제거한 다음 건조될 수 있다. 선택적이지만 유리한 추가 처리 유닛 134에 의해 추가로 처리될 수 있다. 예를 들어, 이러한 추가 처리는 수력 얽힘, 니들 펀칭, 함침, 가압스팀으로 스팀 처리, 캘린더링 등을 포함할 수 있다.
섬유 지지 유닛 132는 또한 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102이 실질적으로 무한 시트로서 수집될 수 있는 와인더 136로 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 운반할 수 있다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 이어서 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102에 기초하여 와이프 또는 텍스타일과 같은 엔티티 제조 용품에 롤-제품으로서 운송될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상술된 공정은 제어 유닛 140 (예컨대, 프로세서, 일부 프로세서 또는 복수의 프로세서)에 의해 제어된다. 제어 유닛 140은 도 1에 도시된 다양한 유닛 특히, 계량 유닛 113, 혼합 유닛 119, 섬유 형성 유닛 124, 응고 유닛(들) 128, 추가 처리 유닛 134, 용해 유닛 120, 세척 유닛 118 등의 하나 이상의 동작을 제어하도록 구성된다. 따라서 제어 유닛 140은 (예를 들어 컴퓨터 실행가능 프로그램 코드를 실행함으로써 및/또는 사용자에 의해 정의된 제어 명령을 실행함으로써) 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102가 제조되는 것에 따라 공정 파라미터를 정확하고 유연하게 정의할 수 있다. 본 문맥에서, 설계 파라미터는 오리피스 126을 따른 공기 유동, 응고 유체 106의 특성, 섬유 지지 유닛 132의 구동 속도, 라이오셀 방사 용액 104의 조성, 온도 및/또는 압력 등이다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 특성을 조정하기 위해 조정될 수 있는 추가의 설계 파라미터는 오리피스 126의 수 및/또는 상호 거리, 및/또는 기하학적 배열, 라이오셀 방사 용액 104의 화학적 조성 및 농도의 정도 등이다. 이에 의해, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 특성은 후술하는 바와 같이 적절히 조정될 수 있다. 이러한 조정 가능한 특성 (아래의 상세한 설명 참조)은 다음 특성 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 섬유 108의 직경 및/또는 직경 분포, 섬유 108 사이의 병합량 및/또는 영역, 섬유 108의 순도 수준, 다층 직물 102의 특성, 직물 102의 광학 특성, 직물 102의 유체 보유 및/또는 유체 방출 특성, 직물 102의 기계적 안정성, 직물 102의 표면 평활도, 섬유 108의 단면 형상 등.
도시되지는 않았지만, 각각의 방사 제트 122는 라이오셀 방사 용액 104가 제트 122에 공급되는 것을 통해 중합체 용액 유입구를 포함할 수 있다. 공기 유입구를 통해 가스 유동 146은 라이오셀 방사 용액 104에 적용될 수 있다. 제트 122의 내부에서 상호 작용 챔버로부터 출발하여 제트 케이싱에 의해 한정된, 라이오셀 방사 용액 104는 각각의 오리피스 126을 통해 아래쪽으로 (가스 흐름 146이 라이오셀 방사 용액 104를 아래쪽으로 잡아 당김으로써) 이동하거나 가속되고, 라이오셀 방사 용액 104가 응고 유체 106의 환경에서 가스 유동 146과 함께 하향으로 이동할 때, 연속적으로 점점 작아지는(tapering) 셀룰로오스 필라멘트 또는 셀룰로오스 섬유 108이 형성되도록 가스 흐름 146의 영향 하에 측면 방향으로 좁아진다.
따라서, 도 1을 참조하여 설명된 제조방법에 수반되는 공정은 셀룰로오스 용액이 성형되어 액체 가닥 또는 잠재 필라멘트를 형성하도록 나타내어 질 수 있는 라이오셀 방사 용액 104를 포함할 수 있으며, 이는 가스 유동 146에 의해 끌어당겨지고, 직경이 현저히 감소하고 길이가 증가한다. 섬유 지지 유닛 132 상의 웹 형성 이전 또는 도중에 응고 유체 106에 의한 잠재 필라민트 또는 섬유 108 (또는 이의 프리폼(preform)의 부분 응고가 또한 수반될 수 있다. 필라멘트 또는 섬유 108은 직물 102과 같은 웹으로 형성되고, 세척되고, 건조되며, 필요에 따라 추가 처리될 수 있다(추가 처리 유닛 134 참조). 필라멘트 또는 섬유 108은 예를 들어 회전 드럼 또는 벨트 상에 수집되어 웹이 형성될 수 있다.
기재된 제조 공정 및 특히, 사용된 용매의 선택의 결과로서, 섬유 108은 5 ppm 미만의 구리 함량을 가지고, 2 ppm 미만의 니켈 함량을 갖는다. 이는 직물 102의 순도를 유리하게 개선시킨다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 라이오셀 방사 취입 웹 (즉, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102)은 바람직하게는 다음 특성 중 하나 이상을 나타낸다:
(i) 웹의 건조 중량은 5 내지 300 g/m2, 바람직하게는 10-80 g/m2이다
(ii) 표준 WSP120.6, 개별 DIN29073에 따른 웹의 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전) 두께는 0.05 내지 10.0 mm, 바람직하게는 0.1 내지 2.5 mm이다
(iii) EN29073-3, 개별 ISO9073-3 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전)에 따른 MD에서의 웹의 비인성(specifc tenacity)는 0.1 내지 3.0 Nm2/g, 바람직하게는 0.4 내지 2.3 Nm2/g 범위이다
(iv) EN29073-3에 따른 웹의 평균 신장, 각각 ISO9073-3 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전)은 0.5 내지 100%, 바람직하게는 4 내지 50% 범위이다
(v) 웹의 MD/CD 강도(tenacity) 비는 1 내지 12이다
(vi) DIN 53814 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전)에 따른 웹의 수분 유지율은 1 내지 250%, 바람직하게는 30 내지 150%이다
(vii) DIN 53923 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전)에 따른 웹의 수분 보유 용량은 90 내지 2000%, 특히 400 내지 1100%의 범위이다
(viii) 기판 분해용 표준 EN 15587-2 및 ICP-MS 분석용 EN 17294-2 (특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전)에 따르면 5 ppm 미만의 구리 함량 및 2 ppm 미만의 니켈 함량의 금속 잔류 수준이다.
가장 바람직하게는, 라이오셀 용액-취입 웹은 상기 언급된 (i) 내지 (viii)의 모든 특성을 나타낸다.
기재된 바와 같이, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 제조하는 방법은 바람직하게는 하기를 포함한다:
(a) 하나 이상의 제트 122의 오리피스 126를 통해 NMMO에 용해된 셀룰로오스를 포함하는 용액 (참조번호 104 참조)을 압출하여 라이오셀 방사 용액 104의 필라멘트를 형성하는 것,
(b)기체 스트림에 의해 라이오셀 방사 용액 104의 상기 필라멘트를 신장시키는 것 (참조번호 146 참조),
(c) 바람직하게는 물을 함유하는 증기 미스트 (참조번호 106 참조)와 상기 필라멘트를 접촉시킴으로써 상기 섬유 108을 적어도 부분적으로 침전시키는 것, 결과적으로 필라멘트 또는 섬유 108은 웹 또는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 형성하기 전에 부분적으로 침전됨,
(d) 웹 또는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 형성하기 위해 상기 필라멘트 또는 섬유 108를 수집 및 침전시키는 것,
(e) 세척 라인에서 용매를 제거하는 것 (세척유닛 180 참조),
(f) 수력얽힘, 니들 펀칭 등을 통해 선택적으로 접착하는 것 (추가 처리 유닛 134 참조),
(g) 건조 및 롤 수집.
부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 구성 성분은 병합, 혼합, 수소 결합, 수력얽힘 또는 니들 펀칭과 같은 물리적 결합 및/또는 화학적 결합에 의해 결합될 수 있다.
추가로 처리하기 위해, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 예를 들어 (도시되지 않은) 합성 중합체의 층, 셀룰로오스 플러프 펄프, 셀룰로오스 또는 합성 중합체 섬유의 부직포 웹, 이성분 섬유, 에어 레이드 또는 습식 펄프와 같은 셀룰로오스 펄프 웹, 고 인성(high tenacity) 섬유의 웹 또는 직물, 소수성 물질, 고성능 섬유 (예컨대 내열성 재료 또는 난연성 재료), 최종 제품에 변경된 기계적 성질을 부여하는 층 (예를 들어 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 층), 생분해성 물질 (예 필름, 폴리 락트산의 섬유 또는 웹 ) 및 또는 하이 벌크 물질 같은 동일한 및/또는 다른 재료의 하나 이상의 층과 조합될 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 몇몇 구별 가능한 층을 조합하는 것도 가능하다.
부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 본질적으로 셀룰로오스 단독으로 구성될 수 있다. 대안으로, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 셀룰로오스와 하나 이상의 다른 섬유 재료의 혼합물을 포함할 수 있다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 더욱이 이성분 섬유 재료를 포함할 수 있다. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 섬유 재료는 개질 물질을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 개질 물질은 예를 들어, 중합체 수지, 무기 수지, 무기 안료, 항균성 제품, 나노입자, 로션, 난연성 제품, 초흡수성 수지 같은 흡수성 개선 첨가제, 이온교환 수지, 활성 탄소, 그라파이트, 전기 전도성용 탄소와 같은 탄소 화합물, X-선 조영 물질, 발광 안료, 및 염료 물질로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
결론적으로, 라이오셀 방사 용액 104로부터 직접 제조된 셀룰로오스 부직포 웹 또는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 스테플 섬유 경로를 통해 불가능한 부가적인 웹 성능의 가치에 엑세스 할 수 있게 한다. 이는 균일한 경량 웹을 형성하고, 마이크로섬유 제품을 제조하고, 및 웹을 형성하는 연속 필라멘트 또는 섬유 108을 제조할 수 있는 가능성을 포함한다. 또한, 스테플 섬유의 웹에 비해 몇 가지 제조 절차가 더 이상 필요하지 않다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 생분해 가능하고 지속 가능하게 공급되는 원료 (즉, 목재 펄프 110 등)으로부터 제조된다. 또한, 순도 및 흡수성 측면에서도 이점이 있다. 이외에도 조절 가능한 기계적 강도, 강성 및 부드러움을 가진다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 면적당 낮은 중량 (예를 들어 10 내지 30 g/m2)으로 제조될 수 있다. 이 기술을 이용하여 직경이 5 ㎛ 이하, 특히, 3 ㎛ 이하인 매우 미세한 필라멘트까지 제조될 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 예를 들어, 플랫 크리스피 필름 같은 방식, 종이 같은 방식, 또는 부드럽고 유연한 직물과 같은 방식으로 광범위한 웹 미학으로 형성될 수 있다. 기술된 공정의 공정 파라미터를 조정함으로써, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 단단함 (stiffness) 및 기계적 강직성 (rigidity) 또는 유연성 (flexibility) 및 부드러움을 정확하게 조절하는 것이 또한 가능하다. 이는 예를 들어 다수의 병합 위치 또는 층 수를 조정하거나, 후공정 (예를 들어 니들 펀칭, 수력얽힘 및/또는 캘린더링)에 의해 조정될 수 있다. 10 g/m2 이하의 비교적 낮은 평량을 가지는 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 제조하여 매우 작은 직경 (예를 들어 3 내지 5 μm 이하)의 필라멘트 또는 섬유 108 등을 얻는 것이 특히 가능하다.
도 2, 도 3 및 도 4는 개별 섬유 108의 병합이 상응하는 공정 제어에 의해 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다. 도 2 내지 도 4의 타원형 마커는 다수의 섬유 108이 서로 일체로 연결된 그러한 병합 영역을 도시한다. 이러한 병합 지점에서 둘 이상의 섬유 108은 상호 연결되어 일체형 구조를 형성할 수 있다.
도 5 및 도 6은 섬유 108의 팽윤이 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시하며, 여기서, 도 5는 건조 비-팽윤 상태의 섬유 직물 102를 도시하고, 도 6은 습한 팽윤 상태의 섬유 직물 102를 도시한다. 기공의 직경은 도 5 및 도 6의 상태 양쪽 모두에서 측정될 수 있고, 서로 비교될 수 있다. 30회 측정의 평균값을 계산할 때, 수성 매질에서 섬유 108을 이들의 초기 직경의 47%까지 팽윤시킴으로써 기공 크기의 감소가 결정될 수 있었다.
도 7은 섬유 108의 두 개의 중첩된 층 200, 202의 형성이 상응하는 공정 설계, 즉 다중 방사구의 연속되는 배열에 의해 달성된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다. 두 개의 개별적이지만 연결된 층 200, 202는 도 7에서 수평선으로 표시되어 있다. 예를 들어, n-층 직물 102 (n≥2)은 기계 방향을 따라 n 방사구 또는 제트 122를 연속적으로 배열함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 특정한 예시적인 실시 형태가 하기에서 보다 상세하게 설명될 것이다:
도 8은 섬유 108 사이의 패드-형 영역 병합 위치 204의 형성이 상응하는 공정 제어에 의해 달성되는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다.
도 8에 따른 이미지는 라이오셀 방사 용액 104로부터 직접 제조되는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 직물 102의 일부를 도시한다. 직물 102는 실질적으로 무한 섬유 108의 네트워크를 포함한다. 섬유 108의 일부는 공간적으로 균질한 방식으로, 즉 직물의 영역당 실질적으로 균질한 병합 위치 204의밀도로 병합 위치에서 서로 일체로 병합된다. 다양한 섬유 108을 연결하는 병합 위치 204는 실질적으로 각각의 병합된 섬유 108 자체와 동일한 물질, 즉, 셀룰로오스로 구성된다.
따라서, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 직물 100의 병합 위치 204는 매우 상이한 현상 및 특성을 가질 수 있다. 도 3, 도 4 및 도 8에 따르면, 병합 위치 204는 섬유 108이 실질적으로 점 접촉과 병합되는 병합 지점을 포함한다. 도 5에 따르면, 병합 위치 204는 섬유 108가 길이의 일부에 걸쳐 서로 나란히 또는 병행하게 정렬되어 상부 섬유 구조를 형성하는 장방형 병합 라인을 포함한다.
도 9는 병합 인자의 결정을 나타내는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡처된 이미지를 도시한다. 병합 인자는 직물 102의 섬유 108 사이의 섬유 간 병합 정도에 의한 정량적 측정치이다. 도 9의 다양한 작은 원은 직물 100의 각각의 섬유 108이 합쳐지는 병합 위치 204를 나타낸다.
도 9에 도시된 병합 위치 204의 수를 계산하고 정량화하면 병합 인자를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 병합 인자는 도 12를 참조하여 설명된 바와 같이 결정될 수 있다.
전형적으로, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따르면 직물 102의 섬유 108의 병합 인자는 0.1% (즉, 섬유 108의 충분히 강하고 높은 탄성 커플링) 내지 100%의 범위일 수 있다 (즉, 생성된 직물 102가 연속적인 시트 또는 필름이도록 일부 잔류 탄성을 가지는 섬유 108 사이의 매우 강한 결합).
병합 위치 204의 형성은 공정 파라미터의 단순한 조정에 의해 (즉, 첨가제를 첨가할 필요 없이) 직물 102를 제조하는 동안 자급(self-sufficient) 방식으로 달성되기 때문에, 섬유 108은 5 ppm 미만의 구리 함량을 갖고, 2 ppm 미만의 니켈 함량을 갖는다. 따라서, 기술된 제조 방법은 또한 중금속 원소가 금속 불순물을 가진 직물 102의 오염에 10 ppm을 초과하여 기여하지 않도록 보장할 수 있다. 이는 접착제 글루(adhesive glue)와 같은 다른 바인더를 공급하지 않고, 고체 섬유 108의 응고 전에 라이오셀 방사 용액 104의 상이한 가닥 또는 필라멘트를 접촉시킴으로써 병합 위치 204를 형성함으로써 달성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 도시한다. 도시된 실시 형태에서 거의 하나 (보다 정확하게는 약 98%)의 병합 인자가 공정 제어에 의해 조정되었다. 매우 높은 병합 인자의 결과로서, 도 10에 도시된 직물 102는 종이 시트와 유사한 일관성을 갖는 실질적으로 연속적인 시트이다. 이러한 직물 102은 플랫 크리스피 필름 유사 거동을 갖는다. 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 공정 파라미터는 실질적으로 연속적인 필름-형 직물 102가 얻어지는 그러한 양의 병합 위치 204의 형성을 유발하도록 병합을 조정하도록 조정될 수 있다.
도 11은 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 실험적으로 캡쳐된 이미지를 보여주며, 거의 0 (보다 정확하게: 약간 2% 이하)의 병합 인자는 공정 제어에 의해 조정되었다. 이러한 직물 102는 소프트 플렉시블 텍스타일 유사 거동을 가진다. 매우 작은 병합 인자의 결과로서, 도 11에 도시된 직물 102는 적은 병합 위치 204를 통해서만 약하게 링크된 섬유 108의 네트워크이다. 그러나, 직물 100의 대부분에 걸쳐, 섬유 108은 병합에 의해 결합되는 것보다는 서로 마찰 결합될 뿐이다. 결과는 그럼에도 불구하고 병합 위치 204에 의해 적절하게 함께 유지되는 비교적 플렉시블한 직물 102 이다. 도 11에 도시된 구조에 걸쳐 병합 위치 204의 조정 가능한 증가로, 본 발명의 다른 예시적인 실시 형태에 따른 직물 102가 제조될 수 있다.
도 12는 영역 병합 인자 MF(위의 설명은 도 9를 참조)의 정의 및 결정을 나타내는 개략적인 이미지를 도시한다.
분석 중인 직물 102에 대해, 다음에 설명될 측정 및 계산 절차를 적용함으로써 광학 현미경 분석을 통해 병합 인자 MF를 절정하기 위해 3개의 시편 (예를 들어 면적은 1×1 cm2 일 수 있음)이 취해진다.
각 시편에 대해 광학 현미경을 사용한 측정 창은 대각선 270을 가지는 1 mm2 정사각형 272이다 (도 12, 그림 A 참조, 이는 정사각형 272가 측정 창을 정의함을 나타냄). 정사각형 272의 대각선 270의 하나 또는 둘 모두를 가로지르는 모든 병합된 필라멘트 또는 섬유는 대각선 270 (도 12, 그림 B 및 도 9의 원 참조)을 가로지르는 병합된 섬유 108의 병합 영역 276 (즉, 병합 지점, 병합 패드 또는 병합 라인에 해당하는 영역) 주위에 각각의 원 274를 놓음으로써 측정된다. 예를 들어, 각각의 원 274의 직경 M은 원 274와 병합 영역 276 사이에 적어도 제곱 핏으로 결정될 수 있다. 필라멘트 또는 섬유 108의 MF를 측정하기 위해 사용된 원 274 (그러나 전체 원형 영역은 아님)의 직경, M,은 항상 직사각형 272의 측정창 내에 유지되어야 한다. 대각선 270 (3중 결정 이상)을 가로지르는 모든 병합된 필라멘트 또는 섬유 108의 원 직경 M은 평균화된다. 평균값, AM은 정사각형 272의 하나의 대각선 길이, L,의 백분율로 재계산된다.
따라서, 병합 인자 MF는 다음 공식에 따라 백분율로 계산된다.
MF [%] = AM/L*100%
AM은 병합된 섬유 108의 원 274의 병합 직경의 평균이다 (특히, 3중 이상). L은 정사각형 272를 통한 하나의 대각선 270의 길이이다.
예를 들어, 3중 이상의 모든 측정 창이 연속 필름으로 채워져 있으면, 병합된 필라멘트 또는 섬유 108의 평균 원 직경 AM은 각각의 정사각형의 대각선 270의 길이 L과 동일하며, 이는 100%의 병합 인자 MF를 제공한다 (도 12, 그림 C 참조). 즉 필름은 AM = L 및 결과적으로 MF=100%를 의미한다. 100% 미만의 병합 인자 MF의 각각의 값은 직물 102가 연속 필름에 존재하지 않음을 의미한다.
따라서 직물 102의 면적 병합 인자를 결정하기 위해, 다음의 결정 공정이 수행될 수 있다: 직물 102의 정사각형 샘플 (참조 번호 270 참조)은 광학적으로 분석될 수 있다. 정사각형 샘플 272 내부에 완전히 머물러야 하는 각각의 원 274는 정사각형 샘플의 대각선 270 중 적어도 하나를 가로지르는 섬유 108의 각각의 병합 위치 204 (특히, 병합 지점, 병합 패드 및/또는 병합 라인) 주위에 그려져 있다. 결정된 원 274의 직경 M의 값의 산술 평균 AM이 결정된다. 병합 인자 MF는 평균 직경 값 AM과 정사각형 샘플의 대각선 길이 L 사이의 비로 계산되며, 퍼센트로 제공될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따르면, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102 및 위의 도면에 도시한 바와 같이, 섬유 108은 전체 직물 102에 걸쳐 공간적으로 균질하게 병합된 섬유 108을 가지는 것이 유리하다. 균질도는 도 12를 참조하여 정의된 바와 같이, 섬유 108의 병합 인자가 실질적으로 전체 직물 102와 바람직하게는 10 미만의 절대값만큼 상이하도록 한다 (특히, 동일한 직물 102의 다양한 상이한 1×1 cm2 샘플에 대해 상이함). 이는 직물 102의 뚜렷한 강성 영역 뿐만 아니라 기계적 약점을 방지한다. 각각의 샘플 108(특히, 동일한 직물 102의 다양한 상이한 1×1 cm2 샘플 각각)의 병합 인자의 절대값은 예를 들어 0.1% 내지 100%의 범위일 수 있다. 이는 직물 102의 균질한 기계적 특성을 보장한다. 이러한 직물 102에서, 직물 102의 주어진 화합물질량에 대한 높은 기계적 안정성 또는 종래의 직물과 동일한 기계적 안정성에서 감소된 화합물질량을 얻기 위해 물리적 특성 (제조 절차의 공정 파라미터를 조정하여, 위에서 설명한 도 1과 아래에서 설명한 도 13 및 14를 비교)을 조정하는 것이 유리하다.
이하에서, 도 13 및 도 14를 참조하면, 상술한 병합 균질성 및 관련 특성을 갖는 직물 102를 얻기 위해 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 직물 102의 제조 방법의 공정 파라미터가 어떻게 조정될 수 있는지 더 상세히 설명될 것이다:
도 13은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 무한 셀룰로오스 섬유 108의 두 개의 적층된 층 200, 202로 구성된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물을 제조하기 위한 장치 100의 일부를 도시한다. 도 13에 도시된 장치 100과 도 1에 도시된 장치 100의 차이점은 도 13에 따른 장치 100이 전술한 바와 같이 두 개의 연속적으로 정렬된 제트 122 및 각각 할당된 응고 유닛 128을 포함한다는 것이다. 컨베이어 벨트-타입 섬유 형성 유닛 132의 가동 섬유 수용 표면을 고려하면, 도 13의 좌측의 상류 제트 122는 섬유 108의 층 202를 생성한다. 다른 섬유 108의 층 200은 하류 제트 122 (도 13의 우측 참조)에 의해 제조되고, 직물 102의 이중층 200, 202이 얻어지도록 미리 형성된 층 202의 상부 주 표면에 부착된다.
도 13에 따르면, 제어 유닛 140 (제트 122 및 응고 유닛 128의 제어)은 섬유 108의 적어도 일부가 층 200, 202 사이의 병합 위치 204에서 일체로 병합되도록 공정 파라미터를 조정하도록 구성된다.
도 13에 도시되지는 않았지만, 예를 들어 수력 얽힘(hydro-entanglement), 니들링 및/또는 함침에 의해 섬유 지지 유닛 132 상에 수집된 후 섬유 108을 추가로 처리하는 것이 가능하다.
여전히 도 13에 도시된 실시 형태를 참조하면, 하나 이상의 추가 노즐 바 또는 제트 122가 제공될 수 있고, 섬유 지지 유닛 132의 이송 방향을 따라 연속적으로 배열될 수 있다. 다수의 제트 122는 바람직하게는 층 202 및/또는 층(202)의 섬유 108의 응고 또는 경화 공정 완전히 완료되기 전에, 섬유 108의 추가 층 200이 이전에 형성된 층 202의 상부에 증착되어 병합을 유발할 수 있도록 배열될 수 있다. 공정 파라미터를 적절히 조정할 때, 이는 다층 직물 102의 특성 측면에서 유리한 효과를 가질 수 있다:
도 13에 따른 직물 102의 섬유 108 사이의 의도된 병합은 직물 102의 기계적 안정성을 추가로 증가시키면서 동시에 약간의 탄성을 얻도록 유발될 수 있다. 동시에 시트형 직물 102의 영역당 병합 위치 204는 견고성 및 유연성 (flexibility)의 측면에서 공간적으로 균질한 특성을 얻기 위해 직물 102의 연장부에 걸쳐 균질하게 분포될 수 있다. 이와 관련하여, 병합은 특히 병합되는 섬유 108 중 하나 또는 둘 다의 응집 공정이 완료되기 전에 섬유 108의 연결 필라멘트의 지지된 접촉점 점착성으로 표시될 수 있다.
다층 직물 102의 제조를 위해 구성된, 도 13에 따른 장치 100은 섬유 층 200, 202 뿐만 아니라 섬유 108 의 병합 인자를 조정하고, 형상 및/또는 직경 또는 직경 분포를 설계하는데 사용될 수 있는 많은 수의 공정 파라미터를 구현한다. 이는 다수의 제트 122의 연속 배열의 결과이며, 각각은 개별적으로 조정가능한 공정 파라미터로 작동 가능하다.
도 13에 따른 장치 100을 사용하면, 특히 2개 이상의 층 200, 202 (바람직하게는 2개 이상의 층)으로 구성된 직물 102를 제조할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따르면, 인접한 층 200, 202 (예를 들어 병합에 의한 및/또는 마찰 발생 접촉에 의한) 사이의 섬유 108의 층간 접착뿐만 아니라, 하나의 층 200, 202의 섬유 108의 층간 접착 둘 다가 적절하고 개별적으로 조정될 수 있으며, 바람직하게는 동일할 수 있다. 하나의 층 202의 섬유 108의 응고 또는 경화가 이미 완료되어 섬유 108의 다른 층 200이 이들의 상부에 배치되도록 공정 파라미터가 조정될 때, 각각의 층 200, 202에 대한 상응하는 개별제어가 개별적으로 얻어질 수 있다.
예를 들어, 도 13에 따른 병합을 조정하기 위한 공정 파라미터의 조정은 이동 가능한 섬유 지지 유닛 132를 따라 오리피스 126을 가지는 다수의 제트 122를 연속적으로 배열하는 것, 섬유 지지 유닛 132 상에 섬유 108의 제1 층 202를 증착하는 것 및 층 200, 202 사이의 계면에서 섬유 108의 일부 또는 전부의 응고가 완료되기 전에 제1 층 202 상에 섬유 108의 제2 층 200을 증착하는 것을 포함한다. 따라서, 직물 102의 상이한 섬유 108은 상이한 구별 가능한 층 200, 202에 위치될 수 있지만, 병합 위치 204를 형성함으로써 병합될 수 있다. 다시 말해, 상이한 층 200, 202의 섬유 108은 층 200, 202 사이의 하나 이상의 병합 위치 204에서 일체로 병합될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 제조하기 위한 장치 100의 일부를 도시하며, 여기서 공정은 응고 동안 및 따라서 응고 완료 전에 섬유 108에 대해 횡력을 가함으로써 섬유 108 사이에 병합 위치 204의 형성을 유발하도록 제어된다.
도 14에 따르면, 공정 파라미터는 라이오셀 방사 용액 104가 제트 122의 오리피스 126을 떠난 후 및 라이오셀 방사 용액 104가 섬유 지지 유닛 132의 상부에서 섬유 수송 표면에 도달하기 전에 병합 위치 204를 형성함으로써 병합을 조정하기 위해 조정될 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 병합 공정은 침전이 완료되기 전에 오리피스 126 중 상이한 하나를 통해 압출된 라이오셀 방사 용액 104의 상이한 인접 가닥 사이의 상호작용 또는 물리적 접촉을 유발함으로써 개시될 수 있다. 도 14의 개략도에서 알 수 있는 바와 같이, 라이오셀 방사 용액 104의 가닥 또는 필라멘트 주위의 가스 흐름 146은 응고 전에 이들 가닥 또는 필라멘트에 횡력을 가하도록 조정될 수 있다. 이는 도 14에 따르면, 가스 유동 146이 순전히 수직으로 배향되지 않으며, 수평 방향으로 힘 벡터를 가진다는 것을 의미한다. 이러한 가스 유동 146은 도 14의 수평 방향을 따라 공기 또는 다른 가스를 취입함으로써 생성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 수평력 성분은 가스 흐름이 난류 상황에서 적어도 부분적으로 작동하는 속도로 가스 유동 146의 공기 또는 다른 가스를 취입함으로써 생성될 수 있다. 결과적인 와류는 또한, 응고 전에, 즉, 용액 상으로부터 침전된 고체 섬유 상으로 옮겨지기 전에 라이오셀 방사 용액 104의 필라멘트 사이의 물리적 접촉을 유발할 수 있다. 따라서 병합 위치 204의 형성은 응고가 완료되기 전에 라이오셀 방사 용액 104의 필라멘트를 서로 직접적인 물리적으로 접촉시키고, 응고가 완료될 때까지 직접 물리적 접촉을 유지함으로써 수행될 수 있다.
도 15는 한편으로는 섬유 108 사이의 상이한 유형의 병합 위치 204 및 한편으로는 섬유 108 사이의 병합되지 않은 교차 위치 220가 도시된 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 개략도를 도시한다.
병합 위치 204는 섬유 108이 병합 지점에서 직경의 상당한 증가 없이 점 접촉과 병합되는 병합 지점 (참조 번호 222 참조)을 포함한다. 병합 지점 204는 또한 병합 라인 228을 포함하며, 이들 섬유 108은 전체 병합 라인을 따라 직경이 증가된 상위 섬유 구조 204를 형성하기 위해 이들의 길이의 일부에 걸쳐 나란히 상호 정렬된다. 섬유 108은 병합 위치 204에서 일체로 연결되고, 섬유 네트워크를 파괴함으로써만 분리될 수 있지만, 섬유 108은 교차 위치 220에서 단지 서로 마찰 접촉할 뿐이며, 서로에 대해 자유롭게 이동할 수 있다. 각각의 두 개의 섬유 108 사이의 병합 및 교차가 도 15에 도시되어 있으며, 병합 및/또는 교차는 또한 적어도 3개 섬유 108 사이에서 발생될 수도 있다.
일반적으로, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 기계적 안정성은 섬유의 병합 특성을 균질화함으로써 조정될 수 있다. 이는 병합 특성을 조정하여 제품의 특정기능화를 허용한다. 보다 구체적으로, 개별 섬유 108의 응고 공정이 완료되기 전에 용액 취입 셀룰로오스 섬유 108의 균질, 특히 또한 등방성 병합의 제어가 수행될 수 있다. 예시적인 실시 형태에 따르면, 병합은 중금속으로 직물 102의 오염을 증가시키지 않고, 특히, 병합을 달성하기 위한 별도의 인터페이스 물질의 추가 없이 달성될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 병합 제어는 매우 견고한 직물 102를 얻을 수 있게 한다. 균질화의 병합은 상호 연결된 웹을 형성하기 위한 응고 전에 라이오셀 방사 용액 104의 상이한 필라멘트 사이의 상호작용을 제어함으로써 달성될 수 있다. 기술적으로 말하면, 미시적 수준에서 임의의 또는 무작위 공정은 거시적 규모로 누적되어 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다. 동일한 화학물질량에서 더 높은 안정성 또는 동일한 안정성에서 감소된 화학물질량을 얻을 수 있다. 직물 102 또는 직물 102의 개별 부분 (예를 들어, 이들의 개별 층 200, 202)의 기능화는 전체 직물 102의 균질한 병합 특성에도 불구하고 수행될 수 있다.
한편 섬유 대 섬유 연결 병합 위치 204의 균질한 형성은 종방향 연신 절차 동안, 즉, 응고가 완료되기 전, 라이오셀 방사 용액 104의 가닥 주위의 난류 가스 유동 246에 의해 촉진될 수 있다. 한편, 섬유 병합 위치에 대한 이러한 섬유는 또한 라이오셀 방사 용액 104의 가닥이 섬유 응고의 완료 전에 발생한다면 섬유 지지 유닛 132의 섬유 수용 표면 위에 놓일 때 생성될 수 있다. 섬유 108 사이의 자가 접착의 결과가 병합으로 표시될 수 있다.
이러한 병합은 섬유 108의 경화동안 상이한 시간 및 다양한 강도에서 발생될 수 있으며, 상이한 물리적 조건 (예컨대, 물, 공기 등)의 상이한 매체를 사용하여 조정할 수 있다. 이러한 제어 조작에 의해, 필라멘트의 응고 및 형상 변화는 제어될 수 있고, 한편 언급된 접착 위치 또는 병합 위치 204에서의 접착력이 조정될 수 있다. 그러나 결과적으로 매우 상이한 병합 효과가 공간적으로 균질한 방식으로 조정될 수 있으며, 이는 손쉽게 제조된 직물 102의 매우 상이한 조정 가능한 균질한 특성으로 해석된다.
언급된 정리의 문맥에서 통계 공정은 직물 102의 형성 동안 발생한다. 이는 무한 섬유 108의 임의의 또는 랜덤 구조를 초래한다. 이러한 공정의 결과로서, 균질한 섬유 분포 및 이방성 섬유 분포를 가지는 구역이 형성된다 (이하 설명을 위해 "홀"으로 표시될 수 있음). 안정성 (주어진 섬유량에서) 평량, 층의 양, 병합 인자 및 병합의 균질성에 크게 의존한다는 실험적 증거가 있다. 주어진 평량에 대해 안정성을 분석할 수 있거나, 또는 주어진 안정성을 바뀌는 평량의 측면에서 분석할 수 있다. 결과적으로, 병합 인자와 병합 균질성은 자유롭게 조정가능한 제어 파라미터로서 남아있다. 균질성은 공정 유체 (예를 들어, 공기 또는 물, 예를 들어 가스 유동 146 참조), 섬유 108 또는 이들의 프리폼이 놓이는 섬유 수용 구조의 구성 등에 의해 제어될 수 있다 (즉, 섬유 지지 유닛 132의 설계는, 예를 들어 유체가 직물 102를 형성 중에 성형하기 위해 안내될 수 있는 그리드 일 수 있음). 일 실시 형태에서, 섬유 108의 임의적으로 정렬된 다수의 구조의 조합에 의해 병합 균질성이 증가될 수 있다. 예를 들어, 이는 제조장치 100 (도 13 비교)에서 복수의 노즐 바 또는 제트 122의 연속적인 배열에 의해 달성될 수 있다.
기술적으로 말하면, 주어진 차원 (이방성 붕괴의 영역을 나타냄)의 "홀"의 확률이 10%이면, 이중층의 "홀" 확률은 이미 상당히 낮다 (이는 양쪽 층 200, 202에서 대응하는 위치에 "홀"의 존재를 요구하기 때문). 두 층 200, 202은 직물 102의 이송방향을 따라 상이한 제트 122를 연속적으로 배열할 때 다른 것과 독립적으로 응고될 수 있으므로 두 층 200, 202에서 "홀"이 남아있을 확률은 더욱 감소된다 (선형 함수에 따른 것 뿐만 아니라 직사각형 함수에 따라).
따라서, 다층 직물 102이 가진 "홀" (즉, 병합 측명의 비균질성)의 확률은 다층 직물과 동일한 두께의 단일층 직물에 비해 강하게 감소될 수 있다. 따라서, 단일층 직물 102의 섬유 108의 이미 유리한 균질한 병합은 서로 독립적으로 형성된 다수의 층 200, 202를 서로 겹쳐서 더욱 현저하게 개선될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 직물 102의 기계적 안정성을 참고하면, 이 안정성은 또한 병합 인자에 의존한다. 그러나, 또한 놀랍게도 전체 직물 102의 안정성에 중요한 것은 특히 병합의 균질성이라는 것이 밝혀졌다: 이 시트형 직물 102 내의 다른 영역에 비해 지나치게 높은 병합 인자를 가지는 시트-형 직물 102의 영역은 국부적으로 탄성을 잃는 경향이 있다. 이는 직물 102의 제1 섬유 108의 파손이 눈사태와 같은 방식으로 전체 직물의 인열을 유발할 수 있는 결과를 초래한다. 그 이유는 더 작은 병합 인자 (이전에 언급된 영역과 비교했을 때)를 가지는 직물 102의 연장된 평면 내의 다른 영역이 국부적으로 약한 섬유 화합물을 야기할 수 있기 때문이다. 따라서 나중에 언급된 영역은 충격하중을 직물 102의 다른 영역으로 전달할 수 없다. 후자의 힘의 평형은 먼저 언급된 직물 102의 과도한 저탄성 영역에 의해 더욱더 억제된다. 따라서, 이는 특히 기계적 안정성을 악화시키는 불균질한 병합이므로, 따라서 균질한 병합은 충분히 높은 병합 인자보다 적절한 기계적 안정성(특정 병합 범위 내)을 위해 훨씬 더 중요하다. 결론적으로, 병합 균질성은 직물 102의 전체 안정성 측면에서 결정적인 요소이다. 그러나, 적어도 0.2%의 충분히 높은 병합 인자로 직물 102의 전체 연장에 걸쳐 균질한 병합 인자의 조합에 의해 최상의 결과가 얻어질 수 있는 것으로 여겨진다.
병합 제어는 오리피스 126을 가지는 다수의 제트 122가 연속적으로 배열되는 도 13에 도시된 바와 같은 배열에 의해 효율적인 방식으로 달성될 수 있다. 다수의 제트 122의 연속적인 배열을 가지는 장치 100은 특정 응용의 요구를 구체적으로 충족시키기 위해 직물 102를 기능적으로 조정하기 위한 다수의 조정 가능한 파라미터를 포함한다. 특히, 이러한 구성은 섬유 108의 응고 및 따라서 침전이 완료되기 전에 상이한 층 200, 202의 섬유 108을 상호작용하게 한다. 이러한 조치를 위함으로써, 다음과 같은 특성을 가지는 다층 직물 102가 제조될 수 있다:
a) 제1 증착층 202는 섬유 지지 유닛 132 (예를 들어 운송 벨트) 상에 놓일 수 있다. 후자는 유지 메커니즘 및 공기 흡입 개구의 규칙적인 구조로서 구현될 수 있다. 필라멘트 또는 섬유 108의 통계적 분포에서, 이는 공기 유동이 없는 영역에서 더 높은 물질 농도가 발견될 수 있는 효과를 가진다. 이러한 (특히 미세한) 물질 밀도 변동은 패턴 형성의 경향을 가지는 천공으로서 해석될 수 있다. 운송 벨트를 통해 공기 또는 물이 배출되는 위치에서, 직물 102에는 매우 작은 기공이 형성된다. 기술적으로 말하면, 제2 층 200은 제1층 202의 보강으로 해석될 수 있고, 제1 층 202의 잠재적 균질성 변화를 보완한다.
이러한 인장 강도의 증가는 각각의 층 200, 202 내에서 및/또는 층들 200, 202 사이에서 섬유 직경의 변화를 유발함으로써 추가로 증가될 수 있다. 이러한 직경 변화는 상이한 섬유 108 사이의 직경 변화, 또는 이들의 다양한 종방향 섹션에 걸친 하나의 섬유 108의 직경 변화일 수 있다.
b) 다층 직물 102의 병합 특성은 인접한 층 200, 202 사이의 병합 관련 접착이 직물 102의 각각의 층 200, 202 내의 병합 관련 접착과 동일하도록 조정될 수 있다. 이는 다음 층 202의 섬유 108이 그 위에 증착될 때, 하부 층 200의 섬유 형성이 아직 완료되지 않은 경우 달성될 수 있다. 이러한 병합 제어는 원하지 않는 분리를 방지할 수 있다.
c) 서로 접촉하는 아직 완전히 응고되지 않은 라이오셀 방사 용액 104의 필라멘트에 조정 가능한 접착 촉진력을 제공함으로써 한정된 병합 공정이 지지될 수 있다. 예를 들어, 응고 동안 이러한 필라멘트가 상호 접촉하도록 유지하기 위한 접촉 압력이 제공될 수 있다. 이러한 접촉 압력은 예를 들어 공기 또는 물에 의해 발휘될 수 있다. 이는 다층 직물 102의 형성 동안 개별적인 층 200, 202의 필라멘트 사이 및/또는 층 200, 202 사이의 응집력을 조절할 수 있게 한다.
기술된 구체적으로 구성된 라이오셀 제조 방법을 사용한 필라멘트 생산의 결과로서, 공정 관련 중금속 기여가 매우 작게 유지되도록 보장할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 직물 102의 구리 오염은 3 ppm 미만의 매우 낮은 수준으로 유지될 수 있다. 또한, 니켈 수준이 매우 낮게 유지될 수 있다. 제조된 직물 102에서 이러한 낮은 함량의 중금속에 의해, 직물 102는 인간 생존 또는 자연 유기와의 접촉을 수반하는 적용에 매우 적합하다.
예시적인 실시 형태의 중요한 이점은 상이한 물리적 특성을 가지지만 동일한 병합 인자 및 따라서 동일한 기계적 강도를 가지는 다수의 병합 위치 204를 가지는 상이한 섬유 108 또는 섬유 영역 (예컨대 상이한 층 200, 202) 사이의 전이 또는 계면에서 바인더 또는 접착제 물질을 추가 사용 없이 직물 102를 형성하는 능력이다.
직물 102의 수직 또는 두께 방향으로 균질한 병합 조정은 무한 셀룰로오스로부터 제조된 직물 102에 특히 유리하며, 이러한 직물 유형은 생산의 유사한 공정 파라미터 창 (예를 들어, 팽윤 능력, 친수성 특성, 친유성 특성, 위킹, 유체 보유 능력, 등)에서 상이한 물질 특성 (특정 기능화에 의한)을 제조할 수 있기 때문이다.
추가의 실시 형태에서, 일정한 병합 인자 (예를 들어, 직물 102의 두께 방향에 수직인 평면에서)의 조정은 공동 같은 구조를 형성할 수 있고, 예를 들어 세정 응용 (예를 들어 와이프 용)에 매우 적합하다. 이러한 구조 또는 가장자리는 직물 102의 표면에 순서가 있거나 또는 불규칙적인 배열로 형성될 수 있다. 이것은 또한 직물 102의 그리핑 측면에서 효과를 조정할 수 있게 한다.
또 다른 실시 형태에서, 마이크로 구조와 같은 프레임워크는 오일이 저장될 수 있는 섬유 100에 형성될 수 있다. 통상적인 셀룰로오스 직물에서, 셀룰로오스의 이러한 친유성 표면은 존재하지 않는다. (예를 들어, 와이프 또는 드라이어 시트의 경우와 같이) 오일 또는 왁스 제제가 직물 102에 통합되는 용도에 특히 적합하다. 정상적인 사용 동안, 오일 또는 왁스 제제는 직물 100으로부터 주변 환경으로 방출될 수 있으며, 이때, 오일 또는 왁스 제제는 연화제 등으로 사용될 수 있다.
시트 형 직물 102의 면적 (또는 부피) 당 상대적으로 높은 병합 인자 또는 다수의 병합 위치 204는 직물 102의 세정 거동에 긍정적 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 다수의 병합 위치 204는 연마지의 그것과 유사한 세정기능을 제공하는 거칠기와 조합하여 원하는 강성을 초래하는 것으로 현재 여겨진다. 따라서, 상응하는 직물 102는 가정용, 산업용 및 화장품 용도에 사용되는 와이프에 특히 유리하다.
여전히 다른 예시적인 실시 양태에서, 바람직하게 전체 일정한 병합 인자(특히, 섬유 102의 두께 방향에서) 특히 높은 오일 저장 능력을 획득하도록 조정될 수 있다. 높은 균질성을 얻기 위해 공정을 제어함으로써 동일한 공동의 형성이 얻어질 수 있다. 한편, 층 전이에서의 자기-조직화는 고 흡수성 내부 모세관 시스템의 결과이다. 더욱이 저밀도는 또한 고유의 높은 오일 보유 능력 (예를 들어, 강화된 캐리어 시스템이 오일 저장 공동이 붕괴되는 것을 방지할 수 있기 때문)에 기여할 수 있다.
다른 바람직한 실시 형태에서, 직물 102는 상이한 직경을 가지는 섬유 108로 형성될 수 있다 (특히, 상이한 섬유는 직경에 따라 상이할 수 있고/있거나 동일한 섬유 중 하나의 상이한 섹션은 직경에 따라 상이할 수 있다). 예를 들어, 이것은 직경이 상이한 오리피스 126을 가지는 다중 제트 122를 사용함으로써 및/또는 어레이 104와 섬유 지지 플레이트 132 사이의 공간적으로 이의 신장 영역에서 라이오셀 방사 용액 104의 처리를 조정함으로써 조정될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시 형태에서, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102는 생분해성 제품에 사용된다. 생분해 후에는, 바인더 물질 또는 접착성 물질이 남아있지 않다. 특히 상당량의 중금속이 이러한 생분해성 제품의 일부를 형성하지 않는다. 직물 102로부터 마이크로입자의 바람직하지 않은 마모는 공정의 대응하는 설계에 의해 방지될 수 있다.
실시 형태에서, 병합 인자의 규칙 또는 불규칙적인 마이크로 변형은 직물 102 내의 공동-유사 구조를 형성하게 할 수 있다. 이러한 실시 형태는 와이프 등에 특히 적합하다. 이러한 조치를 취함으로써, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102의 그리핑을 단순화하기 위한 햅틱 효과를 구현하는 것 또한 가능하다. 이러한 마이크로-변형은 전술한 병합 인자의 균질성과 호환되도록 설계될 수 있기 때문에, 마이크로-변형은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 직물 102의 기계적 견고성을 악화시키지 않는다.
또 다른 예시적인 실시 형태에서, 직물 102의 표면 평활도는 마이크로미세섬유화(microfibrillation)가 발생되는 방식으로 병합 제어에 의해 영향받을 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 섬유 108은 마이크로미세섬유 셀룰로오스를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 이러한 마이크로피브릴은 셀룰로오스로 구성된 매우 미세한 피브릴 또는 피브릴형 가닥으로 표시될 수 있다. 셀룰로오스 섬유는 섬유 다발로 구성될 수 있으며, 이는 마이크로피브릴로 불리는 더 작은 요소로 구성될 수 있다. 피브릴화 공정을 통해, 셀룰로오스 섬유 108은 표면적이 큰 마이크로피브릴의 3차원 네트워크로 적어도 부분적으로 변환될 수 있다. 섬유 재료의 고순도 및 중금속 함량의 결과로서, 미세 섬유 구조의 정확한 형성이 또한 촉진된다. 이것은 그럼에도 불구하고 매끄러운 표면을 가지는 매우 안정한 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 102를 얻을 수 있게 한다.
요약하면, 특히 다음 조정 중 하나 이상이 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라 이루어질 수 있다:
- 낮은 균질 섬유 직경은 직물 102의 높은 평활도를 얻을 수 있게 한다
- 낮은 평균 섬유 직경을 가지는 다층 직물 102는 낮은 직물 밀도에서 높은 직물 두께를 얻을 수 있다
- 기능화된 층의 동일한 흡수 곡선은 균질한 습도 및 유체 수용 거동뿐만 아니라 유체 방출 측면에서도 균질한 거동을 얻을 수 있다
- 직물 102의 층 200, 202의 설명된 연결은 층 분리시 보풀이 적은 제품을 설계할 수 있게 한다
- 균질한 병합 특성에도 불구하고, 이방성 특성을 갖는 제품(예, 위킹, 오일 흡수, 물 흡수, 클리닝성, 거칠기)이 얻어지도록 단일층 200, 202을 다르게 기능화하는 것도 가능하다
마지막으로, 상기 언급된 실시 형태는 본 발명을 제한하기보다는 예시하는 것이며, 당업자는 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명을 벗어나지 않고서 많은 대안적인 실시 형태를 설계할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 청구 범위에서 괄호 안의 참조 부호는 청구 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 단어 "포함하는" 및 "구성되는" 등은 청구항 또는 명세서 전체에 열거된 것 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소의 단일 참조는 그러한 요소의 복수 참조를 배제하지 않으며, 그 반대도 마찬가지이다. 여러 수단을 열거하는 장치 청구항에서 이들 수단 중 몇몇은 동일한 항목의 소프트웨어 또는 하드웨어에 의해 구현될 수 있다. 특정 조치들이 서로 다른 종속항들에서 인용된다는 사실은 이러한 조치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다.
하기에서, 병합 인자의 변동을 생성하기 위한 예가 아래 표에 기술되고 시각화되어있다. 일정한 방사 용액 (즉, 일정한 일관성을 가지는 방사 용액), 특히 라이오셀 방사 용액 및 일정한 가스 유동 (예컨대 공기 처리량)을 사용하면서 응고 스프레이 흐름을 변화시킴으로써 셀룰로오스 섬유 직물의 상이한 병합 인자가 달성될 수 있다. 이에 의해, 응고 스프레이 유량과 병합 인자의 관계, 즉 병합 거동 경향 (응고 스프레이 유량이 높을수록 병합 인자가 낮아짐)이 관찰될 수 있다. 여기서, MD는 기계 방향을 나타내고, CD는 교차 방향을 나타낸다.
Figure pct00001
부드러움은 위에서 기술한 병합 추세를 따를 수 있다 (부직포 표준 WSP90.3 특히, 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전에 기초하여 소위 "핸들-O-미터(Handle-O-Meter)"로 측정된 공지된 특정 핸드 측정 기술에 의해 설명됨). 인성 (Fmax로 기술됨), 예를 들어 EN29073-3, 각각 ISO9073-3에 따른, 특히 본 특허 출원의 우선일에 발효된 최신 버전은 전술한 병합 추세를 따를 수 있다. 따라서, 생성된 부직포 셀룰로오스 섬유 직물의 부드러움 및 인성은 (병합 인자에 의해 특정된 바와 같이) 병합 정도에 따라 조정될 수 있다.

Claims (13)

  1. 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102)로서, 특히 라이오셀 방사 용액 (104)으로부터 직접 제조되고, 상기 직물 (102)은 실질적으로 무한 섬유 (108)의 네트워크를 포함하고, 상기 섬유 (108)는 전체 직물 (102)에 실질적으로 균질하게 병합되고, 섬유 (108)의 적어도 일부가 병합되는 병합 위치 (204)는 병합된 섬유 (108)와 동일한 재료로 구성되는, 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102).
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유 (108)의 병합 인자는 20% 이하, 특히 10% 이하의 절대값으로 실질적으로 전체 직물 (102)에 대하여 상이한, 직물(102).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 영률(Young modulus) 값이 20% 이하, 특히 10% 이하로 실질적으로 전체 직물 (102)에 대하여 상이한 직물 (102).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유 (108)의 적어도 일부의 병합 인자가 0.1% 내지 100%의 범위, 특히, 0.2% 내지 50%의 범위, 보다 특히 0.5% 내지 15%의 범위인 직물 (102).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 특징으로부터 하나 이상을 포함하는, 직물(102):
    특정 핸드로 측정된, 상기 직물 (102)의 평활도는 2 mNm2/g 내지 70 mNm2/g의 범위이고;
    상기 섬유 (108)는 5 ppm 미만의 구리 함량 및/또는 2 ppm 미만의 니켈 함량을 가지고;
    상기 섬유 (108)의 적어도 일부는 병합 위치 (204)에서 서로 일체로 병합되고,
    상기 섬유 (108)의 적어도 일부가 병합되는 병합 위치 (204)는 섬유 (108)가 점 접촉과 병합되는 병합 지점을 포함하고,
    상기 섬유 (108)의 적어도 일부가 병합되는 병합 위치 (204)는 섬유 (108)가 그 길이의 일부에 적어도 서로 나란히 정렬되어 상위 섬유 구조 (206)를 형성하는 병합 라인을 포함함.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유 (108)의 상이한 것은 상이한 구별 가능한 층 (200, 202)에 적어도 부분적으로 위치되는, 직물 (102).
  7. 제6항에 있어서, 하기 특징 중 하나 이상을 포함하는 직물 (102).
    상이한 층 (200, 202)의 섬유 (108)는 층 (200, 202) 사이의 하나 이상의 병합 위치 (204)에서 일체로 병합되고;
    상기 섬유 (108)의 적어도 일부 및/또는 섬유 (108)의 적어도 하나의 군은 꼬여있음.
  8. 라이오셀 방사 용액 (104)으로부터 직접적으로 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102)을 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은 가스 유동 (146)에 의해 지지되는 오리피스 (126)를 갖는 하나 이상의 제트 (122)를 통해 라이오셀 방사 용액 (104)을 응고 유체 (106) 분위기로 압출하여 실질적으로 무한 섬유 (108)를 형성하는 것;
    섬유 지지 유닛 (132) 상에 섬유 (108)를 수집하여 직물 (102)을 형성하는 것;
    섬유 (108)가 전체 직물 (102)에 대하여 실질적으로 균질하게 병합되도록 공정 파라미터를 조정하는 것;을 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 하기 특징의 하나 이상을 포함하는 것인, 방법:
    병합 조정을 위한 상기 공정 파라미터의 조정은 라이오셀 방사 용액 (104)이 오리피스 (126)를 떠난 후 및 라이오셀 방사 용액 (104)이 섬유 지지 유닛 (132)에 도달하기 전에 오리피스 (126)의 상이한 것을 통해 압출된 라이오셀 방사 용액 (104) 사이의 상호 작용을 유발함으로써 병합 위치 (204)의 적어도 일부를 형성하는 것을 포함하며;
    병합 조정을 위한 상기 공정 파라미터의 조정은 라이오셀 방사 용액 (104)이 섬유 지지 유닛 (132)에 도달한 후, 섬유 지지 유닛 (132) 상에 놓일 때, 섬유 (108)의 적어도 일부의 응고를 유발함으로써 병합 위치 (204)의 적어도 일부를 형성하는 것을 포함하며;
    병합 조정을 위한 상기 공정 파라미터의 조정은 이동 가능한 섬유 지지 유닛 (132)을 따라 오리피스 (126)를 갖는 다수의 제트 (124)를 연속적으로 배열하고, 섬유 지지 유닛 (132) 상에 섬유 (108)의 제1 층 (202)을 증착하고, 층들(200, 202) 사이의 계면에서 섬유 (108)의 적어도 일부의 응고가 완료되기 전에 제1 층 (202) 상에 섬유의 제2 층 (200)을 증착하는 것을 포함하며;
    병합 조정을 위한 상기 공정 파라미터의 조정은 실질적으로 연속적인 필름-형 직물 (102)이 얻어지도록 병합의 그러한 양의 병합의 형성을 유발하는 것을 포함함.
  10. 제9항에 있어서, 상기 방법은 섬유 지지 유닛 (132) 상에, 특히, 수력얽힘, 니들 펀칭, 함침, 가압스팀으로 스팀처리 및 캘린더링으로 이루어진 군 중 하나 이상에 의해 수집된 후, 그 자리에서 섬유 (108) 및/또는 직물 (102)을 추가로 처리하는 것을 더 포함하는 것인 방법.
  11. 라이오셀 방사 용액 (104)으로부터 직접적으로 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102)을 제조하기 위한 장치 (100)로서,
    상기 장치(100)는 가스 유동 (146)에 의해 지지되는 라이오셀 방사 용액 (104)을 압출하도록 구성된 오리피스 (126)를 갖는 하나 이상의 제트 (122);
    압출된 라이오셀 방사 용액 (104)에 응고 유체 (106) 분위기를 제공하여 실질적으로 무한 섬유 (108)을 형성하도록 구성된 응고 유닛 (128);
    섬유 (108)를 수집하여 직물 (102)을 형성하도록 구성된 섬유 지지 유닛 (132);
    섬유 (108)가 전체 직물 (102)에 대하여 실질적으로 균질하게 병합되도록 공정 파라미터를 조정하기 위해 구성된 제어 유닛 (140)을 포함하는, 장치 (100).
  12. 와이프(wipe), 드라이어 시트, 필터, 위생 용품, 의학적 적용 용품, 지오텍스타일, 아그로텍스타일, 의류, 건축 기술 용품, 자동차 용품, 가구, 산업 용품, 미용, 레저, 스포츠 또는 여행 관련 용품 및 학교 또는 사무실 관련 용품으로 이루어진 군 중 하나 이상에 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 부직포 셀룰로오스 섬유 직물 (102)을 사용하는 방법.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 직물 (102)을 포함하는 제품 또는 복합재.
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