CN1255174A - 具有改进的伸长率的树脂的造纸带 - Google Patents
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Abstract
一种由具有改进的伸长率的树脂状聚合物构成的造纸带。本发明的造纸带由增强元件和树脂状聚合物构成,其中树脂状聚合物在室温和升高的温度下都呈现出改进的伸长率,同时保持抗蠕变性且拉伸强度没有过度损失。除用作造纸带外,本发明的树脂状聚合物也可用于其它用途。
Description
发明领域
本发明以美国临时申请号60/045,983为优先权。本发明涉及由呈现出改进的性能的树脂状聚合物构成的造纸带。
背景技术
本领域中公知的造纸带用于生产构图纸。使用本发明所披露的这种类型的造纸带生产的纸张在下列普通转让的专利中进行了描述：1985年7月9日授权于Trokhan的美国专利号4,528,239、1996年5月7日授权于Trokhan等人的美国专利号5,514,523、1996年4月2日授权于Trokhan等人的美国专利号5,503,715、1994年8月2日授权于Trokhan等人的美国专利号5,334,289、1996年9月10日授权于Trokhan等人的美国专利号5,554,467、1985年4月30日授权于Johnson等人的美国专利号4,514,345、1996年7月9日授权于Trokhan等人的美国专利号5,534,326、1996年9月17日授权于Trokhan等人的美国专利号5,556,509和1997年5月13日授权于Ayers等人的美国专利号5,628,876，将这些专利的公开内容引入本发明作为参考。
造纸带通常由两个主要部件构成：增强元件和如Trokhan的’239和Johnson等人的’345专利所描述的树脂状聚合物。这些描述部分中用于生产造纸带的树脂具有共同的缺点是由于造纸过程中树脂老化，出现脆变、裂化和树脂损失使得带的寿命有限。据信，当发生老化时，树脂伸长是主要的性能损失。
本发明的目的是提供一种由呈现出改进的最终伸长率的固化的树脂状聚合物构成的造纸带，所述最终伸长率是由断裂点的伸长率定义的。本发明的另一个目的是相对于现有技术，通过提供在高温下具有改进的树脂伸长率，同时在高温下抗蠕变性、拉伸强度和或硬度没有过度损失的造纸带而提高造纸带的寿命。
发明概述
本发明含有一种造纸带，其中所述的带由树脂状聚合物构成。所述树脂状聚合物沉积在一框架中。在固化后，所述树脂状聚合物在22℃时的伸长率至少约为100％，在室温下的拉伸强度至少约为2600磅/英寸2。
在固化后，该聚合物的伸长率至少约为45％，拉伸强度至少约为700磅/英寸2，其中所述聚合物的伸长和拉伸强度是在90℃的温度下测量的。
在对流炉中140℃的空气温度下老化24小时后，该固化的树脂状聚合物的伸长率至少约为70％，拉伸强度至少约为2000磅/英寸2，所述伸长和拉伸强度是在22℃的温度下测量的。
附图简述
图1是造纸带的一个完整装备的实施方案的平面图。
发明详述
参照图1，本发明涉及含有沉积在框架内的树脂状聚合物20的造纸带10。在固化后，该树脂状聚合物20呈现出改进的伸长率，而没有损失硬度或抗蠕变性。更优选的是，本发明的树脂状聚合物20是完全固化的。当对样品继续照射时聚合反应中不放出另外的热量，此时树脂状聚合物20被认为是完全固化的。正如本领域普通技术人员所公知的，可以采用量热器来进行这种测量。应注意到，即使在如前面所述的完全固化时，可聚合的基团可截留在聚合物网络中，因此不能进行进一步聚合。
本发明的造纸带可以根据普通转让的1994年8月2日授权于Trokhan等人的美国专利号5,334,289、1985年4月30日授权于Johnson等人的美国专利号4,514,345、1996年6月18日授权于Trokhan等人的美国专利号5,527,428和1985年7月16日授权于Trokhan等人的美国专利号4,529,480制备，将这些专利的公开内容引入本发明作为参考，目的是显示如何制备本发明所用的造纸带10。在用于生产造纸带10的优选方法中，所需的四种主要材料包括：增强元件30如织造网；阻挡膜如热塑性片；包括透明和不透明区的框架的掩膜，其中不透明区限定框架内的预选图案的浓密的孔(grossforamina)；和液态光敏树脂，其在造纸过程中固化以形成树脂状聚合物20。
增强元件30可以根据下列普通转让的专利制备：1996年3月19日授权于Trokhan等人的美国专利号5,500,277或1996年3月5日授权于StelljesJr.等人的美国专利号5,500,277，将其引入本发明作为参考。合适的增强元件30的实例包括造纸机织物如成形织物、湿压榨毛毡和干燥器织物。另外，杰克德式织造增强元件30可用作造纸带10，该造纸带具有由根据本发明的树脂状聚合物20制成的框架。
生产造纸带10的方法包括将阻挡膜施用到带形成单元的工作表面上；将增强元件30并置到阻挡膜上使阻挡膜插在增强元件30和成形单元之间；将液态光敏树脂涂层施用到增强元件30的表面上；将涂层的厚度控制到预选值；以接触的关系将含有不透明区和透明区的框架的掩膜与液态光敏树脂涂层并置；将液态光敏树脂暴露于通过掩膜的具有活化波长的光，从而引发与掩膜的透明区相对准的那些区域中液态光敏树脂的固化；从增强元件30中基本上除去所有未固化的液态光敏树脂。本发明的实施中所用的确切装置或设备是不重要的，只要其实际上能用于实施本发明。
被认为对造纸带10的寿命重要的树脂状聚合物20的性质包括在室温和升高的温度下的伸长率、拉伸强度、硬度和抗蠕变性。为了使造纸带10的寿命最大化，在升高的温度下(包括造纸带10使用期间所暴露的那些温度下)，相对于现有技术，特别希望树脂状聚合物20呈现出伸长性，而不会过度牺牲抗蠕变性、拉伸强度或硬度。本发明的树脂状聚合物20在22℃测量的室温伸长率至少约100％、更优选约110％、最优选约125％。与现有技术相比，本发明的树脂状聚合物20呈现出改进的最终伸长率，同时抗蠕变且拉伸强度和硬度没有过度损失。
本发明优选的液态光敏树脂组合物由四个主要类型的组分：预聚物、单体、光引发剂和抗氧化剂。优选的液态光敏树脂是Merigraph L-055，可从MacDermid Imaging Technology，Inc.，Wilmington，Delaware买到。该液态光敏树脂的预聚物由甲基丙烯酸化的或丙烯酸化的由聚醚形成的聚氨酯制成，且基本上不含聚酯。优选的是，该预聚体是由二异氰酸酯化合物与多元醇反应而得到的聚氨酯。该多元醇优选由基本上不含聚酯的羟基封端的聚醚化合物构成。实质上全部含聚醚的多元醇优选于或全部含聚酯或含聚酯与聚醚的混合物的多元醇，因为据信，酯链段增加了酯基转移的可能性。酯基转移是可能导致预聚物分子量损失的机制。而预聚物分子量损失可导致树脂状聚合物20的伸长率的损失。另外，不受理论的约束，据信，聚醚比聚酯或聚酯与聚醚的混合物提供更多的水解稳定性。优选的聚氨酯是被甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯封端或官能化的。基于聚氨酯的预聚物优选主要是聚醚构成，且基本上不含聚酯。聚醚优选由环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷构成。
除了基于聚氨酯的预聚物外，本发明的液态光敏树脂也可由单体的混合物构成，所述单体包括含有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的单官能度、二官能度和三官能度的单体。优选的单官能度的单体是丙烯酸羟基烷基酯或甲基丙烯酸羟基烷基酯。
也可以使用光引发剂，优选由2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮构成。将光引发剂加入到光敏树脂组合物中，其用量优选是树脂组合物的总重量的0.05-1.0％。当暴露于紫外光时，光引发剂产生自由基，其又引发聚合反应。合适的引发剂购自Ciba Geigy Corp.，Hawthorne，New York，品名为Irgacure651。
液态光敏树脂状聚合物的抗氧化剂组分可以根据下列普通转让的专利实施：1991年10月22日授权于Hood等人的美国专利号5,059,283和1991年12月17日授权于Trokhan的美国专利号5,573,235，将这两篇专利引入本发明作为参考。将抗氧化剂加入到液态光敏树脂组合物中以防止树脂状聚合物20氧化或引起造纸带10的老化，导致带10过早失效。可以用作抗氧化剂的合适的化学品包括(但不限于)：高分子量的位阻酚、仲胺、磷酸盐、亚磷酸盐、硫代酯、含硫的化合物和二代硫化物。本发明所用的优选的抗氧化剂包括：Irganox 1010，由Ciba Geigy Corp.，Hawthorne，New York销售，和Cyanox 1790，由Cytec Industries Inc.，West Paterson，New Jersey销售。抗氧化剂优选以约0.001-5.0％的浓度加入。
本发明所述类型的造纸带10可以与各种不同类型的造纸机体系一起使用，本领域公知的构型包括(但不限于)：长网成形部、双网成形机、月牙型成形机、穿透空气干燥体系和常规的压榨部。
树脂状聚合物20的性能，包括拉伸强度、伸长率、硬度和抗蠕变性在固化的树脂状聚合物试样(coupon samples)上进行测量。树脂状聚合物试样制备如下：通过将0.040英寸的液态光敏树脂层浇铸在1密耳厚的聚丙烯膜上，并用0.004英寸厚的聚酯膜覆盖该树脂层，在购自MacDermid ImagingTechnology，Wilmington，Delaware的Merigraph 2228光聚合物暴露单元上进行。该样品先暴露于上面的灯30秒，然后暴露于下面的灯400秒。在固化后，将两个膜除去。
为了拉伸测试和伸长，根据ASTM测试法D-638对树脂状聚合物试样进行测试。通过使用标准类型的IV哑铃模具对每个试样进行模切。用锤子打击模具而切出树脂状聚合物试样。切出的试样的总长度为4.5英寸，试样的最窄部分的宽度为0.25英寸，总宽度为0.75英寸。合适的模具购自TestingMachine Inc.，Amityville，New York。
为了测量拉伸强度和伸长率，将树脂状聚合物试样插入拉伸测试仪如Instron拉伸测试仪型号1122，由Instron Corporation，Canton，Massachusetts制造。选用的十字头分离速度为2英寸/分钟，计量长度为2.5英寸。将试样装入拉伸测试仪，并通过拉伸试样直到其达到断裂点而测试到断裂。断裂点的伸长率，定义为最终伸长率，由拉伸测试仪直接测量，或者也可以使用本领域公知的图表记录仪来测量。
可以根据ASTM试验法D-2240使用购自Shore Instrument andManufacturing Company，Freeport，New York的肖氏D级硬度计和杠杆式加载器(leverloader)架来测量树脂状聚合物试样的硬度。用直径为1英寸的圆形模具模切出用于硬度测试的树脂状聚合物。在测试前堆积圆形试样直到总样品厚度至少为0.25英寸。
在22℃测量的本发明和现有技术的性能列于下表I中。
表I
| 在22℃下测量的现有技术的树脂的最终伸长率，％ | 在22℃下测量的本发明的树脂的最终伸长率，％ | 在22℃下测量的现有技术的树脂的拉伸强度，磅/英寸2 | 在22℃下测量的本发明的树脂的拉伸强度，磅/英寸2 | 在22℃下测量的现有技术的树脂的硬度(肖氏D级) | 在22℃下测量的本发明的树脂的硬度(肖氏D级) |
| 76.2 | 125 | 3906 | 3930 | 48 | 45 |
在升高的温度下，继续测量树脂状聚合物20的性能，包括拉伸强度、伸长率、抗蠕变性和肖氏D级硬度。在Instron拉伸测试仪上在90℃测量拉伸强度和伸长率，其中Instron的十字头夹子密封在加热到90℃±1℃的环境测试室(environmental test chamber)中。合适的环境测试室可从Instron Corp.，Canton，Massachusetts买到。将要测试的树脂状聚合物试样也放入测试室中3分钟，然后立即在Instron上测试。
为了在90℃测试硬度，将杠杆式加载器架和树脂状聚合物试样在强制通风实验炉中预热到90℃ 30分钟，然后根据前述的方法在炉中进行测试。
使用由Bohlin Corporation，Cranbury，New Jersey生产的Bohlin CVOControlled Stress流变仪来测量抗蠕变性。为了在90℃测试抗蠕变性，将树脂状聚合物试样在流变仪中加热到90℃十分钟，然后测试。在25％应变(strain)和开始加载100秒后测试抗蠕变性。在90℃和25％应变下本发明的树脂状聚合物20将呈现出大于约2×107达因/厘米2的蠕变模量，其中在施加应力后的开始100秒内模量的降低小于10％。在90℃测试的本发明和现有技术的树脂状聚合物20的性能如下表II所示。
表II
| 在90℃下测量的现有技术的树脂的最终伸长率，％ | 在90℃下测量的本发明的树脂的最终伸长率，％ | 在90℃下测量的现有技术的树脂的拉伸强度，磅/英寸2 | 在90℃下测量的本发明的树脂的拉伸强度，磅/英寸2 | 在90℃下测量的现有技术的树脂的硬度(肖氏D级) | 在90℃下测量的本发明的树脂的硬度(肖氏D级) | 现有技术的树脂的蠕变模量(达因/厘米2)，在25％应变，在90℃开始加载100秒后测量 | 本发明的的树脂的蠕变模量(达因/厘米2)，在25％应变，在90℃开始加载100秒后测量 |
| 36 | 60 | 1161 | 980 | 29 | 27 | 2.6×107 | 2.7×107 |
根据本发明的另一重要的性能，根据前述方法制备的树脂状聚合物试样在对流炉中在140±2℃的温度下老化24小时。24小时后移去试样，当将试样冷却到22℃后按如前述在实际上可行时就进行测试。在老化96小时的试样上重复该相同测试。根据本发明和现有技术的在升高的温度下老化的树脂状聚合物20的性能如下表III所示。
表III
| 样品在140℃保持的小时 | 现有技术的树脂的伸长率(％) | 本发明的树脂的伸长率(％) | 现有技术的树脂的拉伸强度(磅/英寸2) | 本发明的树脂的拉伸强度(磅/英寸2) |
| 24 | 62.5 | 89.0 | 2929 | 2600 |
| 96 | 44.3 | 80.0 | 1808 | 2100 |
表II和表III说明，与常规的常识相反，对于根据带10的寿命来说，拉伸强度不是决定性的性能。现已认识到，上述树脂可以用于其它用途和本发明所述的造纸带。尽管已例举和描述了本发明的实施方案，但对于本领域普通技术人员来说，在不偏离本发明的范围和精神明显可作出各种其它的改变和修正。因此，所附的权利要求书将覆盖本发明范围内的所有这些变化和修正。
Claims (10)
1.一种造纸带，其中所述的带由树脂状聚合物构成，所述树脂状聚合物沉积在构图的框架中，其中在固化后所述树脂状聚合物的伸长率至少为100％，拉伸强度至少为2600磅/英寸2，所述伸长和拉伸是在22℃的温度下测量的。
2.一种造纸带，其中所述的带由树脂状聚合物构成，所述树脂状聚合物沉积在构图的框架中，其中在固化后所述树脂状聚合物的伸长率至少为45％、优选至少为50％、更优选至少为55％，拉伸强度至少为700磅/英寸2、优选至少为900磅/英寸2，所述伸长和拉伸是在90℃的温度下测量的。
3.一种造纸带，其中所述的带由树脂状聚合物构成，所述树脂状聚合物沉积在构图的框架中，其中在固化后所述树脂状聚合物在140℃的温度下老化24小时，其伸长率至少为70％、优选至少为80％、更优选至少为85％，拉伸强度至少为2000磅/英寸2、优选至少为2500磅/英寸2，所述伸长和拉伸是在22℃的温度下测量的。
4.根据权利要求1的造纸带，其中所述树脂状聚合物的拉伸强度至少为3000磅/英寸2、优选至少为3500磅/英寸2，伸长率至少为110％、优选至少为125％。
5.根据权利要求2的造纸带，其中所述树脂状聚合物的拉伸强度至少为900磅/英寸2。
6.根据权利要求3的造纸带，其中所述树脂状聚合物的拉伸强度至少为2500磅/英寸2。
7.根据权利要求2的造纸带，其中所述树脂状聚合物的肖氏D级硬度至少为24，在25％应变时的蠕变模量大于2×107达因/厘米2，其中在加载后的起始100秒内所述模量降低小于10％。
8.根据权利要求1的造纸带，其中所述树脂状聚合物的肖氏D级硬度至少为40。
9.根据权利要求2的造纸带，其中所述树脂状聚合物的肖氏D级硬度至少为20。
10.根据权利要求4的造纸带，其中所述树脂状聚合物的肖氏D级硬度至少为44。
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