CN105593029A - 制备疏水或超疏水表面形貌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在压板1、环形带或压印轧辊形式的压制工具的平坦或结构化的表面上制备疏水或超疏水表面形貌的方法，所述压制工具用于制备材料板、塑料膜、分离膜、PVC表面和LVT(豪华乙烯基瓷砖)，所述方法包括如下步骤：准备具有微结构的表面模型，用树脂对表面进行印模，用3D显微镜扫描模制的表面，将来自具有深度测量的扫描方法的数字化数据转换成灰度位图，使用灰度位图控制研磨表面处理的加工过程或施加用于化学加工压制工具的掩膜从而制备表面形貌。为此，压制工具要么被掩膜局部覆盖并且经受蚀刻过程，要么使用确定的灰度位图数据从而控制研磨加工头。

Description

制备疏水或超疏水表面形貌的方法
本发明涉及在压板、环形带或压印轧辊形式的压制工具的平坦或结构化的表面上制备疏水或超疏水表面形貌的方法，所述压制工具用于制备材料板、塑料膜、分离膜、PVC表面和LVT(豪华乙烯基瓷砖)。
需要通常的压制工具从而例如制备由基材层(优选木质基材层)组成的材料板，在所述基材层上铺设用树脂浸渍的纸张。为此使用至少一张装饰纸和覆盖纸，否则出于制造技术的原因不仅需要衬垫纸而且需要覆盖纸，或任选多张具有刚玉的覆盖纸，从而改进表面的耐磨性。
为了避免材料板的弯曲，优选两侧覆盖近似相同数目的覆盖纸和衬垫纸。
在压制装置中加热和压制材料板，使得例如氨基树脂形式的热固性树脂固化。在固化的过程中，压板的表面结构转移至材料板，使得材料板不仅获得希望的纹理，而且还获得直达装饰纸的浮雕式的覆盖顺应性深度结构。为此目的，纸层用热固性树脂浸渍，因此不仅可以进行固化，而且同时实现单个纸层的透明度，使得在成品(即纸板)中装饰层可以透照。材料板的基材层优选由木质基材或纸层组成，所述木质基材或纸层被经浸渍和经印刷的纸幅覆盖并且在压制装置中用相应的钢压板或黄铜压板进行压制。根据存在的客户需求，压板在此可以具有平坦或结构化的表面。然后通常对表面进行镀铬，因此相比于热固性树脂实现良好的分离性能并且还实现表面硬度，所述表面硬度允许用同一个压制工具进行尽可能多的压制过程。铬层还用于保护结构化表面免于损坏。
所使用的木质基材层可以是HDF板、MDF板、OSB板、硬纸板或胶合板，相反HPL板仅为例如由牛皮纸和名贵木浆纸组成的多层纸幅，所述多层纸幅以重新印刷或单色的形式制备。在此，设计选择由于覆盖纸而非常多样，例如可以具有石材仿制品、皮革仿制品、织物仿制品或木材仿制品，其中在使用具有同步设置的结构的压板进行压制过程之后，单个装饰面被结构重叠，即覆盖顺应性压印，使得凹处例如顺应木纹的走向，因此特别凸显材料板的自然性。在制备层压地板时，例如在压制装置中的压板上压制装饰结构和同步走向的结构，因此特别强化木材仿制品的真实性。还有可能通过对压制工具进行特定处理以局部不同的光泽度制备表面，使得经压制的材料板的下陷的层具有比周围区域更低或任选更高的光泽度。制备的材料板可以一方面用于家具工业另一方面用于内部装修，即用于地板以及墙面嵌板和天花板嵌板。
可惜发现这种表面的清洁性较差。特别是在地板区域中，其中层压板通过其槽和榫结合，当用含水清洁体系处理时产生问题。尽管接缝通常密封，特别是在木质基材的情况下由于水的进入造成基材层中的厚度膨胀，并且造成不希望的边缘翘起和厚度不均。
此外，家具板或墙板和天花板中的某些结构几乎只能进行机械清洁，并且造成表面的损坏。结构化和平坦的三聚氰胺树脂表面的清洁目前没有得到满意的解决并且需要改进。
通过欧洲申请EP0772514B1例如已知一种容易清洁的表面，其中结构化凸部由疏水性聚合物或持久疏水化材料组成。
通过CH-PS-268258已知一种防水表面的制备，所述表面与水形成超过120°的接触角，因此减少污染。所述表面在此以如下方式实现：额外施加粉末层(例如高岭土、滑石、黏土或硅胶)，其中粉末预先通过有机硅化合物进行疏水化。
上述技术不涉及三聚氰胺树脂表面，并且由于额外施加塑料层因此不可用于指定的目标应用。
除了制备主要用于家具工业或内部装修的材料板之外，借助于压制工具同样可以制备具有疏水或超疏水表面形貌的塑料膜。除了塑料膜之外，可以以相同方式制备分离膜、PVC表面和乙烯基瓷砖(LVT)。
为了简化借助于压制工具制备疏水或超疏水的表面形貌，因此本发明所基于的目的在于，提供一种制备压制工具的新型方法，通过所述方法可以为地板、家具板、天花板、墙板和HPL板、塑料膜、分离膜、LVT(豪华乙烯基瓷砖)和PVC表面设置容易清洁的表面。
根据本发明为了实现所述目的而使用一种方法，所述方法用于在压板、环形带或压印轧辊形式的压制工具的平坦或结构化的表面上制备疏水或超疏水的表面形貌，所述方法包括如下步骤：
-准备具有微结构的表面模型，
-用树脂对表面进行印模，
-用3D显微镜扫描模制的表面，
-将来自具有深度测量的扫描方法的数字化数据转换成灰度位图，
-使用灰度位图控制研磨表面处理的加工过程或施加用于化学加工压制工具的掩膜从而制备表面形貌。
通过从属权利要求得到本发明的其它有利的实施方案。
对以这种方式结构化的表面进行的研究表明，一定的表面形貌在污染时具有自清洁作用。在此，表面形貌包括自然界中出现的已知结构，例如在莲叶、白菜叶或其它相似构造的植物叶中存在的结构。替代性地，还有可能仿制甲壳虫的外骨骼的表面结构。为此，首先准备天然模板，使得可以通过浇铸树脂对表面进行印模，而不会损坏表面并且因此实现逼真的复制。在浇注树脂固化之后形成阴模，所述阴模准备对表面进行印模。通过3D显微镜对表面进行印模和因此的数字化，所述3D显微镜确定表面模型的数字化数据，所述数字化数据对于其它过程步骤来说是必需的。为此合适的例如是Keyence公司的3D显微镜。
3D显微镜的优点在于，不仅获取二维表面，而且还获取最终希望在压制工具的表面上展现的当前表面模型的深度。在此有可能额外使用3D扫描仪的当前数字化数据，然后可以考虑3D扫描仪的数据以及3D显微镜的数据用于制备灰度位图。
通过根据本发明的方法，可以借助于3D显微镜通过扫描以数字化数据的形式获取自然界中已知的微结构，所述数字化数据被转化成灰度位图。灰度位图然后用于控制研磨表面处理的加工过程或施加用于化学加工压制工具的掩膜。因此可以借助于所述方法在压制工具的平坦或结构化的表面上制备表面形貌。通过所使用的3D显微镜，不仅获取二维结构，而且还获取表面模型的深度。此外，表面模型的深度还用以例如在表面研磨处理时控制激光射线、水射流或其它研磨技术。就压制工具的表面的化学加工而言，可以借助于数字化数据(灰度位图)施加掩膜，其中在该情况下借助于确定的深度决定蚀刻时间。
掩膜的施加在此优选适用于化学表面处理，即适用于蚀刻压制工具的表面。掩膜的施加可以在平板上进行，也可以在压制工具的已经结构化的表面上进行，从而制备微结构以实现疏水或超疏水的表面形貌。在此优选由UV漆制备待施加的掩膜，所述UV漆用UV灯至少局部地、优选全面地固化，从而保证对蚀刻浴的必需的抵抗力。进行蚀刻之后除去掩膜，从而可以进行其它处理步骤(如果必需的话)。
完成蚀刻方法并且除去掩膜之后，可以额外地对表面结构进行电解抛光或机械抛光，从而额外地修圆所获得的结构。作为最后的方法步骤，然后通常进行硬质镀铬，使得压制工具然后用在水力单板或多板热压机中，其中根据边缘压制技术通过用三聚氰胺树脂浸渍的装饰纸在相应基材的上侧和下侧进行覆盖，并且在板表面上形成压制工具的负结构化表面，使得经印模的结构模板的表面对应于表面形貌。这样制备的表面具有较大的易清洁性，其中特别是污染颗粒在表面上的附着力更小并且因此更容易除去。在此，根据本发明的方法可以用在不锈钢环形带、压板以及压印轧辊上。
在需要的情况下，为了升高表面内的结构化精确度，额外使用3D扫描仪，其中在该情况下可以使用来自3D扫描仪的数据和来自3D显微镜的数据的组合从而制备灰度位图。
除了施加掩膜之外，在所述方法的另一个实施方案中，在压制工具的表面上至少局部地，优选全面地设置耐蚀刻的保护层，然后借助于通过灰度位图控制的激光局部地除去保护层。然后可以使这样预处理的压制工具经受蚀刻方法，其中仅蚀刻暴露的金属表面。所述方法的优点在于，相比于金属表面的直接加工，激光射线的强度可以明显更低。由此，还可以在激光射线的更高强度下极度缩短压板的加工时间。还有利的是，可以以无图案形式制备通常长度为7至14米的待加工的压制工具。通过借助于激光(激光通过灰度位图的数字化数据进行精确控制)除去保护层，可以实现高的精确度和可再现性。为了避免蚀刻掩膜的不整齐的烧尽边缘，可以优选使用波长在红外线范围内的激光。这种激光在金属表面中的耦合程度极低，由此在压制工具的表面上耗散少量的热。因此不影响压制工具的金属表面的性能，由此实现精确和可再现的蚀刻掩膜结构的优点，其中通过激光仅烧掉对应于希望的表面形貌的保护层，因此压制工具的金属表面局部暴露用于蚀刻。
借助于激光除去保护层之后，可以借助于蚀刻过程制备微结构化的表面。需要的蚀刻时间在此由表面模型的确定的深度而决定。通过这种方式可以制备尽可能仿制所选择的表面模型的表面形貌。
为了制备在所选择的模板中主要由环形重复凹处形式存在的微结构，可以以几乎圆或圆形的烧掉区域的形式至少局部地除去保护层从而微结构化。烧掉区域在此可以例如彼此隔开地设置，但是也可以在周边区域接触或者至少局部重叠地设置。为了制备单个尺寸达到至多10μm的烧掉区域，特别适合的是可以在施加的保护层上容易地烧掉这种小结构的激光。出于上述原因，激光法是用于制备微结构的非常好的方法。
替代性地，除了掩膜之外还有可能使用借助于所述方法获得的数字化数据(灰度位图)直接进行结构化，例如使用激光或水射流装置。在该情况下，压制工具的表面的研磨加工在支撑台上进行，所述支撑台提供固定压制工具的可能性，并且加工头在X平面和Y平面中借助于推进单元移动，或者在固定的加工头的情况下，支撑台可移动。研磨工具例如水射流的停留时间，或激光射线的停留时间、聚焦和/或强度在此同样由灰度位图决定。为此优选使用借助于3D显微镜通过深度测量确定的数据。因此可以通过例如激光射线的停留时间、聚焦和强度精确地控制深度。水射流装置的情况同样如此，其中可以通过表面的矩阵点相应地控制停留时间。
然后可以对所获得的表面结构再次进行电解抛光或机械抛光，从而额外地修圆所述结构(如果需要的话)。然后通常进行最后的方法步骤(即硬质镀铬)从而提供表面硬度，因此压制工具能够进行大量压制。
所提供的方法在此用于制备疏水或超疏水的表面形貌，因此实现清洁效果的改进。所述方法步骤在此不仅适用于平坦的压制工具，而且适用于结构化的压制工具，所述压制工具然后用在液压单板或多板热压机中。当涉及平坦的压制工具时，仅为其设置表面形貌的希望的微结构。相反当涉及例如发出木质纹理的结构化的压制工具时，可以在结构化步骤结束之后额外施加疏水或超疏水的微结构，从而即使在压制工具中也实现希望的清洁效果。
所述方法步骤优选作为局部光泽度调节的替代。但是这不排除以如下方式进行最后的硬质镀铬：在局部区域中通过不同的硬质铬层实现不同的光泽度，或者最后在局部区域中对硬质铬层进行后处理从而调节光泽度。
除了全面的硬质镀铬之外，还有可能借助于数字化印刷技术对表面形貌进行局部的硬质镀铬作为进一步的表面处理。在此可以涉及具有不同表面粗糙度并且因此决定不同光泽度的铬层。替代性地，有可能在进行硬质镀铬之后进行全面或局部的光泽度调节作为进一步的表面处理。为此目的，可以借助于掩膜对压制工具进行局部覆盖，使得未被掩膜覆盖的暴露区域可以经受例如由另一个化学方法步骤(电解抛光或机械抛光)组成的额外的加工步骤。
为了模制天然的表面摸板，优选使用环氧树脂或硅树脂，因为它们不损坏表面并且逼真地再现表面，其中为了仿制微细结构，最合适的特别是具有超细添加剂的硅树脂。
这样制造的压制工具可以用于压印材料板，也可以用于压印塑料膜、分离膜、LVT产品(豪华乙烯基瓷砖)和用于地板、墙壁和家具领域的PVC表面。
本发明所基于的目的还在于提供可以进行所述方法的装置。
为了实现所述装置目的，为压制工具设置托架设备，所述托架设备或是具有固定的加工头并且托架设备可以借助于推进单元在X方向和Y方向上移动，或是加工头可以借助于推进单元在X坐标和Y坐标的方向上在延伸平面内移动，其中为了控制使用灰度位图进行表面加工，并且通过表面模型的确定的深度控制加工头或托架设备的速度，其中在压制工具的表面的研磨加工的情况下，研磨工具例如水射流的停留时间，或激光射线的停留时间、聚焦和/或强度由灰度位图和通过3D显微镜获取的深度决定。替代性地，可以借助于加工头除去全面施加的保护层，其中之后的蚀刻过程的时间由3D显微镜获取的深度决定。
本发明还涉及根据本发明的方法制备的压板、环形带或圆柱形压印轧辊作为压制工具的用途，所述压制工具用于压制和/或压印具有深度为至多500μm的平坦或逼真结构化的表面的材料板、塑料膜、分离膜、PVC表面、LVT(豪华乙烯基瓷砖)，其中通过经模制的3D表面模型的灰度位图的预定的数字化数据和借助3D显微镜获取的深度在平坦或结构化的表面上制备疏水或超疏水的表面形貌。通过使用这样制备的压制工具(所述压制工具可以用在液压单板和多板热压机中)，可以进一步制备设置有疏水或超疏水的表面形貌的材料板。
通过本发明基本上有可能首先实现压制工具，并且在进行压制之后为材料板的表面设置具有疏水或超疏水性能的微结构化。因此污染颗粒基本上难以附着，因此基本上可以更容易和更好地进行这种表面的清洁。为此目的，对来自自然界的这种结构化的微结构进行模制，更确切地说优选借助于3D显微镜，从而将特别是关于深度的结构精细度转移至压制工具并且因此转移至材料板。根据所述方法制备的材料板非常适合用于制备家具、地板、天花板和墙板以及HPL板。还有可能使用压制工具从而压印可以用于地板和墙壁区域的塑料膜、分离膜、PVC表面和LVT(豪华乙烯基瓷砖)。
下文通过附图进一步解释本发明。
附图显示
图1以透视图显示了具有表面结构化的压板，
图2以放大横截面图显示了图1中已知的具有结构化的压板，
图3以进一步放大的横截面图显示了根据图1的具有微结构化的压板，
图4以俯视图显示了用于进行根据本发明的方法的第一装置，和
图5以俯视图显示了用于进行根据本发明的方法的第二装置。
图1以透视图显示了具有表面结构化的压板1，所述压板1可以由钢板或黄铜板构成。在压板1的表面2上形成木质纹理3，所述木质纹理3例如通过施加掩膜然后进行蚀刻而制得。替代性地，有可能借助于水射流装置或激光和相应的控制单元在表面2上进行结构化。
外周边缘4在此用于纳入和插入在未示出的水力单板或多板压机内。
图2以放大截面图显示了具有木质纹理3的压板1。通过放大可见，木质纹理3由凸起区域5和下陷区域6组成，所述凸起区域5和下陷区域6例如借助于蚀刻方法、激光加工或水射流加工制得。在木质纹理3上还施加硬质铬层7，所述硬质铬层7在所显示的实施例中在压板1上全面地形成。替代性地，有可能在局部区域例如在现有的木质纹理3的下陷区域6或凸起区域5中额外地施加另一个硬质铬层。
图3以进一步放大的截面图显示了具有木质纹理3和微结构化8的压板1，所述微结构化8通过使用根据本发明的方法实现并且造成疏水或超疏水的表面形貌，使得污染颗粒在由其制得的最终产品(例如材料板)的表面上的附着力明显更差，由此获得改进的清洁可能性。微结构化8额外被硬质铬层9覆盖，从而提高压制工具的耐久性。在该情况下还有可能在现有的硬质铬层9上至少在局部区域中额外施加另一个铬层，从而为下陷区域6或凸起区域5设置另一个表面光泽度。
图4以俯视图显示了用于进行根据本发明的方法的装置20，所述装置20具有水射流喷嘴作为加工头。所述装置由水槽21组成，在所述水槽21中设置托架设备26。在托架设备26中存在凹部，在所述凹部中设置抽吸装置27，所述抽吸装置27可以是具有橡胶弹性密封件的吸孔或吸盘。因此可以将希望加工其表面2的压板1平面地固定在托架设备26上。所述装置还具有包括连接管路23的高压泵单元22。通过连接管路23用水供应高压泵单元22。在此，水可以是之前已经用于工件1的表面结构化的经回收的水。水通过输水元件24输送至加工头25。通过研磨料接头31可以向加工头25输送研磨料，所述研磨料通过在水喷嘴中快速流动的水而吸入其中，由此从水喷嘴中喷出水-研磨料-射流。
借助于x方向上的两个导轨29使得加工头25在x方向上移动。借助于y方向上的另一个导轨30使得加工头25在y方向上移动，所述导轨30在x方向上可移动地设置在导轨29上，所述加工头25在y方向上可移动地设置在导轨30上。在所述装置的相应的设计方案中，还有可能仅设置一个x方向上的导轨。通过平行于导轨28、29的移动的叠加，加工头25可以移动至表面2的每个位置(x、y)。根据本发明通过加工头25在x方向和/或y方向上的推进速度、水压、体积流量、喷射时间或表面2和加工头25之间的距离控制表面2的位置(x、y)处的腐蚀深度，其中为此考虑确定的灰度位图的数据。
图5以俯视图显示了用于进行根据本发明的方法的装置40，所述装置40具有作为加工头的激光或印刷单元。所述装置40由具有平坦加工平面42的支撑台41组成。在加工平面42的内部形成凹处43，所述凹处43与真空泵连接，因此吸住位于加工平面42上的压板1并且因此可以固定压板1从而用于其它加工过程。通过横梁45使得加工头46可以在Y坐标的方向上移动。相反横梁45可以在X坐标的方向上移动，使得加工头46可以到达压制工具44的表面的每个点。除了加工头46的移动之外，还可以使用固定的加工头，并且工作平面42与位于其上的压制工具44在X方向和Y方向上移动。
通过控制单元47控制横梁45和加工头46的可移动性，其中所述控制单元47得到来自灰度位图的数据。加工头在此可以例如由印刷头构成，从而在压制工具44的表面上施加掩膜。然后可以对压制工具44进行蚀刻。替代性地，有可能是研磨加工头，例如激光，其同样可以通过控制单元47在X平面和Y平面中的每个位置移动，从而对压制工具44的表面进行激光结构化，其中为此考虑确定的灰度位图的数据。
相同的装置40也可以用于借助于激光加工设置有耐蚀刻保护层的压板。激光可以从存在的保护层中烧掉计划进行蚀刻的区域。在此，所述区域优选为圆或圆形的烧掉区域，所述烧掉区域接近所使用的天然表面并且计划进行微结构化的蚀刻。对于所述特定情况优选使用红外线激光，所述红外线激光仅用于烧掉保护层并且尽可能不接触压制工具的金属表面。烧掉区域在此可以彼此隔开，但是在周边区域接触或者重叠地设置。
附图标记列表
1.压板
2.表面
3.木质纹理
4.边缘
5.区域
6.区域
7.硬质铬层
8.微结构化
9.硬质铬层
20.装置
21.水槽
22.高压泵单元
23.连接管路
24.输水元件
25.加工头
26.托架设备
27.抽吸装置
28.导轨
29.导轨
30.导轨
40.装置
41.支撑台
42.工作平面
43.凹处
45.横梁
46.加工头
47.控制单元

Claims (13)

1.在压板(1)、环形带或压印轧辊形式的压制工具的平坦或结构化的表面上制备疏水或超疏水表面形貌的方法，所述压制工具用于制备材料板、塑料膜、分离膜、PVC表面和LVT(豪华乙烯基瓷砖)，所述方法包括如下步骤：
-准备具有微结构的表面模型，
-用树脂对表面进行印模，
-用3D显微镜扫描模制的表面，
-将来自具有深度测量的扫描方法的数字化数据转换成灰度位图，
-使用灰度位图控制研磨表面处理的加工过程或施加用于化学加工压制工具的掩膜从而制备表面形貌。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在数字化印刷方法之后使用灰度位图施加掩膜用于进一步的表面处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
在施加掩膜之后对压制工具的表面进行化学加工，其中蚀刻过程的时间由确定的表面模型的深度决定。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，
其特征在于，
压制工具的表面至少局部地，优选全面地设置耐蚀刻的保护层，然后借助于通过灰度位图控制的激光局部地除去保护层。
5.根据权利要求1至4所述的方法，
其特征在于，
借助激光使压制工具的金属表面仅在保护层的厚度上出露。
6.根据权利要求1至5所述的方法，
其特征在于，
为了微结构化，以几乎圆或圆形的烧掉区域的形式局部地除去保护层，和/或烧掉区域彼此隔开，在周边区域接触或者局部重叠地设置。
7.根据权利要求4、5或6任一项所述的方法，
其特征在于，
以一定程度除去保护层从而通过蚀刻过程制备微结构化的表面，其中蚀刻过程的时间由确定的表面模型的深度决定。
8.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
对压制工具的表面进行研磨加工，其中研磨工具例如水射流的停留时间，或激光射线的停留时间、聚焦和/或强度由灰度位图和确定的表面模型的深度决定。
9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，
其特征在于，
通过电解抛光或机械抛光进行之后的表面加工，和/或进行表面形貌的全面和/或局部的硬质镀铬(9)作为之后的表面处理，和/或进行全面或局部的光泽度调节作为之后的表面处理。
10.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
使用环氧树脂或硅树脂进行模制。
11.使用根据权利要求1至10任一项所述的方法的装置(20、40)，包括用于压制工具的托架设备(26)并且使用灰度位图进行表面加工，其中为了控制掩膜的施加或结构化设备，设定灰度位图和表面模型的深度，其中加工头(25、46)在X坐标和Y坐标的方向上在延伸平面内移动，或者在固定的加工头(25、46)的情况下，托架设备(26)在X方向和Y方向上可移动，并且在压制工具的表面(2)的研磨加工时，研磨工具例如水射流的停留时间，或激光射线的停留时间、聚焦和/或强度由灰度位图和通过3D显微镜获取的深度决定，或者局部除去全面施加的保护层并且蚀刻时间由3D显微镜确定的深度决定。
12.根据权利要求1至10所述的方法制备的压板(1)、环形带或圆柱形压印轧辊作为压制工具的用途，所述压制工具用于压制和/或压印具有深度为至多500μm的平坦或逼真结构化的表面的材料板、塑料膜、分离膜、PVC表面和LVT(豪华乙烯基瓷砖)，其中通过经模制的3D表面模型的灰度位图的预定的数字化数据和借助3D显微镜获取的深度在平坦或结构化的表面上制备疏水或超疏水的表面形貌。
13.使用根据权利要求1至10的方法制备的压制工具同时使用根据权利要求11或12所述的装置(20、40)制备的材料板，所述材料板具有疏水或超疏水的表面形貌。
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