DE19604907A1 - Verfahren zur Herstellung von hoch-abriebfesten Auftragsschichten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von hoch-abriebfesten Auftragsschichten

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Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hoch-abriebfesten Auftragsschichten mit Grobstaub. Diese hoch-abriebfeste Auftragsschicht stellt ein hohes Maß an Abriebwiderstand zur Verfügung und ist geeignet zur Verwendung in Hoch- und Niederdruck-Folien für die Herstellung von Abdeckungen für Ladentheken, Wandtäfelungen, Bodenbelägen und ähnlichem.
Hintergrund der Erfindung
Dekorative Folien werden üblicherweise hergestellt durch Zusammenfügen von verschiedenen Schichten eines Blattmaterials, wie beispielsweise Papier oder Gewebe, das mit Kunststoffen verschiedener Arten imprägniert ist. Typischerweise können die Kunststoffe ausgewählt werden aus Phenolen, Aminoplasten, Polyestern, Polyurethanen, Epoxidharzen, Melaminharzen und ähnlichen Stoffen.
Die Auswahl des Papieres bzw. des zu verwendenden Gewebes und des Kunstharzes zur Imprägnierung wird durch den beabsichtigten Endverbrauch der fertigen Folie vorgegeben. Für einige Endverwendungen ist eine Oberflächendekoration nicht erforderlich, aber in vielen Fällen sind Farben und/oder Muster für die optische Wirkung der fertigen Folie erwünscht. Während eine Farb- und/oder Musterdekoration auf einer Außenfläche der Folie erwünscht sein kann, fungiert der Kern oder die Basis primär als ein verstärkender Träger und kann Holz, wie beispielsweise Sperrholz, mehrere Schichten von ungebleichtem oder dunkelfarbigem Papier oder Gewebe umfassen und es können dunkelfarbige, billige, imprägnierte Kunstharze, wie beispielsweise Phenolharze, genutzt werden.
Wenn eine dekorierte oder bedruckte Oberfläche der Folie erwünscht ist, wird eine als eine Dekorschicht bekannte äußere Oberflächenschicht verwendet, um die Kernschicht bzw. -schichten abzudecken. Die Dekorschicht ist ein farbiges dekoratives Papier, das mit Titandioxid und/oder anderen deckfähigen Pigmenten pigmentiert sein kann, oder bedrucktes dekoratives Papier, wobei das dekorative Papier ferner mit Mustern bedruckt ist, um den dunkel gefärbten Kernstoff abzudecken. Die Dekorschicht kann mit einer großen Vielzahl von Kunstharzen, wie beispielsweise Melaminharzen, Polyesterharzen usw. imprägniert sein.
Es ist erwünscht, die Oberfläche einer dekorativen Folie zu schützen. Andernfalls wird ein fortgesetzter Gebrauch das gedruckte Muster beschädigen. Um dekorierten Folien eine Abnutzungs- und/oder Abriebswiderstandsfähigkeit zu geben, war es lang üblich, ein mit Kunstharz imprägniertes Oberflächenpapier, das als Auftragsschicht bekannt war, über der Dekorschicht anzuordnen. Bei der Verfestigung der Folie wird die Auftragsschicht transparent und gestattet die Betrachtung des bedruckten Musters auf der Dekorschicht. In jüngster Zeit sind Grobstaubpartikel, wie beispielsweise Aluminiumoxid, in die Auftrags-Papiere eingebracht worden, um den diese Partikel enthaltenen Folien eine zusätzliche Abriebfestigkeit zu geben. In gleicher Weise sind gedruckte Dekorpapiere mit Kunstharzsirupen beschichtet worden, die abriebfeste Partikel enthalten. Die Verwendung von dekorativen Folien, die hoch-abriebfeste Auftragsschichten als ein Bodenbelagmaterial enthalten, gewinnt insbesondere in Europa zunehmend an Popularität.
Zur Zeit wird eine Schicht von Grobstaub der Oberfläche der Dekorschicht unter Verwendung eines zweiten Gußkopfes auf der Papier-Herstellmaschine zugeführt. Dieses Verfahren zum Aufbringen des Grobstaubes auf die Auftragsschicht wird durch extreme Änderungen der Verteilung und der Bedeckung mit Grobstaub quer zur Bahn und durch den Verlust von Grobstaub in Z-Richtung des Blattes beeinträchtigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt ein Schema des Beschichtungsverfahrens gemäß der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche einer Auftragsschicht, die mit 29,1 Pfund Grobstaub pro 3.000 Quadratfuß unter Verwendung eines Schlitzmündungs-Vorhangbeschichters gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet ist.
Fig. 3 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche einer Auftragsschicht, die mit 28 Pfund Grobstaub pro 3.000 Quadratfuß unter Verwendung eines zweiten Gußkopfes gemäß dem Stand der Technik beschichtet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen eines Grobstaubes auf eine fasrige Cellulose-Auftragsschicht, wobei die Schicht aus Grobstaub gleichmäßig über die Oberfläche des Blattes unter Verwendung eines Schlitzmündungs-Beschichtungskopfes am nassen Ende der Papiermaschine verteilt wird. Die Verwendung eines Schlitzmündungs-Beschichters (im Gegensatz zu einem zweiten Gußkopf) erhöht die Wirksamkeit und Gleichmäßigkeit der Grobstaubauftragung und vermindert den Abfall.
Der Schlitzmündungs-Beschichtungs-Auftragskopf wird erfindungsgemäß direkt auf der Papier-Herstellmaschine verwendet. Der Auftragskopf kann irgendwo hinter dem primären Gußkopf angeordnet sein und vor den Trocknern, aber er ist vorzugsweise in der Nähe und noch mehr bevorzugt unmittelbar nach der Trockenlinie angeordnet, d. h. an der Stelle, an der die abgelegten Fasern eine beginnende Verfestigung zeigen und wo es keine Schicht von Oberflächenwasser mehr gibt. Der Schlitzmündungs-Beschichtungs-Auftragskopf wird zusammen mit einer Verdrängungspumpe verwendet, die es ermöglicht, einen vorbestimmten Betrag der Grobstaubzusammensetzung gleichmäßig über die Oberfläche des Cellulose-Blattes zu verteilen. Ein statischer Mischer kann in der Zuführungsleitung des Schlitzmündungs-Beschichters enthalten sein, um zu verhindern, daß Grobstaub aus dem Brei ausfällt oder der Betrag des ausfallenden Grobstaubes vermindert wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine gleichförmige Schicht aus Grobstaub der Oberfläche einer fasrigen Cellulose-Auftragsschicht aus einem Grobstaub enthaltenden Brei unter Verwendung eines Schlitzmündungs- Beschichtungs-Auftragskopfes aufgebracht. Der Ausdruck "Schlitzmündungs-Beschichter", wie er hier benutzt wird, wird in der gleichen Weise verwendet, wie er in der Technik verwendet wird, nämlich, um einen Beschichter zu bezeichnen, der eine zentrale Ausnehmung aufweist, die sich zu einem Schlitz öffnet, durch welchen die Beschichtung unter Druck erfolgt. Beispiele von Schlitzmündungs-Beschichtern, die bei der vorliegenden Erfindung nützlich sind, beinhalten Vorhangbeschichter, bei denen die Auftragsschicht beschichtet wird, wenn sie durch einen fallenden Vorhang der Beschichtungszusammensetzung läuft und Beschichter, bei denen die Auftragsschicht beschichtet wird, indem sie einen Wulst der Beschichtungszusammensetzung berührt, wenn sie aus einer Schlitzmündung gepreßt wird. Die Beschichter vom letzteren Typ können so ausgerichtet werden, daß sie das Substrat beschichten, wenn es direkt oberhalb des Beschichters verläuft, direkt unterhalb des Beschichters verläuft oder seitlich des Beschichters verläuft. Die Schlitzbreite der Schlitzmündungs-Beschichter, wie sie für das Verfahren verwendet werden, reicht typischerweise von 0,4 bis 0,8 mm. Die Spalthöhe (d. h. der Abstand zwischen der Kante der Schlitzmündung und der Substratoberfläche) beträgt ungefähr 0,5 bis 1,55 mm, wenn die Beschichtung durch einen Wulst erfolgt und ungefähr 2,5 bis 25 mm, wenn die Beschichtung durch einen Vorhang erfolgt. Der Beschichtungskopf-Druck beträgt ungefähr 5 bis 25 psig, wenn die Beschichtung durch einen Wulst erfolgt und ungefähr 5 bis 150 psig, wenn die Beschichtung durch einen Vorhang erfolgt. Ein Schlitzmündungs-Beschichter, wie er für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, wird durch die Firma Liberty Tool Corp. unter dem Handelsnamen Technikote verkauft. Andere Hersteller stellen ebenfalls Schlitzmündungs-Beschichter her, die hier verwendbar sind. Die Schicht kann eine Dekorschicht oder eine Auftragsschicht sein.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, wird ein wäßriger Brei aus Aluminiumoxidstaub, der in einem Vorratstank gespeichert ist, durch eine Beschichtungs-Versorgungsleitung zu einer Verdrängerpumpe überführt, welche einen vorbestimmten Betrag des Breies zu dem Schlitzmündungs-Beschichtungskopf pumpt. Eine Einwirkungseinrichtung, wie beispielsweise ein statischer Mixer, kann zwischen der Pumpe und dem Schlitzmündungs-Beschichtungskopf angeordnet sein, um den Grobstaub daran zu hindern, aus dem Brei auszufallen. Der den Grobstaub enthaltende Brei wird sodann auf die Rohlaser-Cellulosebahn unter Verwendung des Schlitzmündungs-Beschichters aufgebracht, der den den Grobstaub enthaltenden Brei gleichmäßig über die Oberfläche der Bann verteilt. Vorzugsweise ist der Schlitzmündungs-Beschichter ein Vorhang-Beschichter. Die beschichtete Bahn wird sodann durch irgendeine herkömmliche Einrichtung getrocknet, um ein fasriges Celluloseblatt zu ergeben, wie beispielsweise ein Dekorblatt oder ein Auftragsblatt, das eine Schicht aus abriebfesten Grobstaubpartikeln auf der Oberfläche des Blattes aufweist.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß der Schlitzmündungs-Beschichtungs-Auftragskopf die Abgabe eines vorbestimmten Betrages an Breimischung in einer gleichmäßig verteilten Weise auf die Oberfläche der Auftragsschicht mit einem Beschichtungsgewicht von ungefähr 2 bis 40 Pfund pro 3.000 Quadratfuß (Trockenbasis) gestattet. Die Verwendung des Schlitzmündungs-Beschichtungs-Auftragskopfes erhöht nicht nur die Betriebseffektivität durch gleichmäßige Verteilung der Grobstaub-Breimischung auf dem Dekorblatt, sondern vermindert auch durch Verringerung des Abfalls beträchtlich die Kosten des Verfahrens, während noch ein gewünschter oder geforderter Produktstandard erzielt wird. Die Fig. 2 und 3 sind Fotografien, welche die Beschichtung vergleichen, die mit einem Schlitzmündungs-Vorhangbeschichter gemäß der Erfindung und mit einem zweiten Gußkopf gemäß dem Stand der Technik erzielt wird. Fig. 2 zeigt, daß die unter Verwendung des Schlitzmündungs-Vorhangbeschichters aufgetragene Beschichtung gleichmäßiger ist im Vergleich zu der Beschichtung gemäß Fig. 3, welche sehr streifig und ungleichförmig ist und eine leicht gefleckte Erscheinungsform aufweist, wobei diese unter Verwendung eines Zuführsystems mit zweitem Gußkopf hergestellt wurde.
Die Verwendung des Schlitzmündungs-Beschichtungs-Auftragskopfes gestattet ferner die Einführung von anderen Materialien und Zusätzen, die typischerweise in solchen Auftragsschichten verwendet werden und die direkt in dem Grobstaubbrei enthalten sein können. Beispielsweise ist das Einbringen von Melaminharz in die Grobstaubmischung möglich und dies würde die Zuführung von sowohl Kunstharz als auch Grobstaub zu dem fasrigen Celluloseblatt in einem einzigen Schritt ermöglichen. Die Stranggeschwindigkeiten, die verwendet werden können, variieren mit der Art der Beschichtungszusammensetzung und dem spezifischen Typ des verwendeten Schlitzmündungs-Beschichters. Stranggeschwindigkeiten von ungefähr 1 bis 100 fpm können verwendet werden, wenn die Beschichtung aus einem Wulst aufgebracht wird, während Stranggeschwindigkeiten von ungefähr 500 bis 4000 fpm verwendet werden können, wenn die Beschichtung aus einem Vorhang aufgebracht wird.
Der Schlitzmündungs-Beschichter kann verwendet werden, um Breie aufzubringen, die ungefähr 5% bis 95% und bevorzugt ungefähr 10% bis 80% Feststoffe enthalten. Im Vergleich hierzu ist ein zweiter Gußkopf im allgemeinen nicht brauchbar, wenn Breie, die mehr als ungefähr 0,5 bis 5% und bevorzugt ungefähr 1% oder 2% Feststoffe enthalten, aufgebracht werden. Infolge der höheren Breikonzentrationen, die bei der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden können, können höhere Stranggeschwindigkeiten und/oder niedrigere Beschichtungs-Fließraten gegenüber dem Fall verwendet werden, wo die Zuführung des Breies aus einem zweiten Gußkopf erfolgt. Insbesondere ist es bei der Verwendung des Gußkopfes nicht unüblich, wenn die Beschichtung einer Bahn mit einer Breite von 10 Fuß mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 bis 1000 Gallonen pro Minute erfolgt. Bei diesen Geschwindigkeiten tritt Wasser von dem Beschichtungsbrei durch das Blatt hindurch und führt beträchtliche Mengen von nicht zurückgehaltenem Grobstaub mit sich. Bei Schlitzmündungs-Beschichtern sind andererseits Fließgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 5 bis 10 Gallonen pro Minute üblich bei Beschichtung einer Bahn mit einer Breite von 10 Fuß aus einem Wulst und mit 5 bis 50 Gallonen pro Minute, wenn die Beschichtung aus einem Vorhang erfolgt, und die Mengen an Wasser und nicht zurückgehaltenem Grobstaub sind wesentlich geringer.
Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Grobstaub kann ein Mineralpartikel sein, wie beispielsweise Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Alundum, Korund, Schmirgel, Spinell sowie andere Materialien, wie beispielsweise Wolframcarbid, Zirkonborid, Titannitrid, Tantalcarbid, Berylliumcarbid, Siliciumcarbid, Aluminiumborid, Borcarbid, Diamantstaub und Mischungen davon. Die Eignung des speziellen Grobstaubes hängt von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise der Verfügbarkeit, den Kosten, der Partikel-Größenverteilung und auch von der Farbe der Partikel ab.
Betrachtet man die Kosten, die Verfügbarkeit, die Härte, die verfügbare Partikelgröße und die fehlende Farbe, so ist Aluminiumoxid der bevorzugte Grobstaub für die meisten Anwendungen. Die Endverbrauchsleistung bestimmt das Basisgewicht, den Aschegehalt, die Größe und die Art der Grobstaubpartikel. Der Grobstaub besitzt vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße von ungefähr 10 bis 100 µm und eine Partikel-Größenverteilung von ungefähr 10 bis 150 µm.
Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Grobstaubbrei enthält typischerweise ein Bindemittel. Das Bindemittel kann irgendeiner der üblicherweise verwendeten Binder sein, wie beispielsweise Melaminharze, Polyvinylalkohol, Acryllatex, Stärke, Kasein, Styrol/Butadien-Latex, Carboxymethyl-Cellulose (CMC), mikrokristalline Cellulose, Natriumalginate usw. oder Mischungen daraus, welche in Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden, bei denen das Beschichtungsmaterial an ein Substrat gebunden sein soll, wie beispielsweise ein Dekorblatt oder ein Auftragsblatt. Melaminharze, wie beispielsweise Melamin-Formaldehyd, werden vorteilhaft als Bindemittel bei der vorliegenden Erfindung benutzt, da das Melamin- Formaldehyd-Harz ebenfalls üblicherweise dazu benutzt wird, um das Dekorblatt zu sättigen. Der Binder wird gewöhnlicherweise in einer Menge von ungefähr 1 bis 10 Gew.-% des Beschichtungsfeststoffes verwendet. Beim Beschichten aus einem Gußkopf wird gewöhnlicherweise kein Binder verwendet.
Das Breimedium kann ungefähr 5 bis 95% und vorzugsweise ungefähr 10 bis 80% Grobstaub enthalten. Vorzugsweise besitzt der Brei eine Viskosität von ungefähr 50 bis 150 cps beim Beschichten aus einem Wülst und von ungefähr 50 bis 500 cps beim Beschichten aus einem Vorhang. Bei der Vorhangbeschichtung enthält der Brei vorzugsweise eine kleine Menge einer oberflächenaktiven Substanz (0,05 bis 0,5%).
Die Auftragsschicht wird aus Fasern gebildet, die üblicherweise für solche Zwecke verwendet werden und besteht vorzugsweise aus einem gebleichten Kraftzellstoff. Der Zellstoff kann aus Harthölzern oder Weichhölzern oder aus einer Mischung von Harthölzern und Weichhölzern bestehen, was normalerweise bevorzugt wird. Eine höhere Alpha-Cellulose, wie beispielsweise Baumwolle, kann hinzugefügt werden, um bestimmte Eigenschaften, wie beispielsweise die Nach-Verformbarkeit zu verbessern. Das Basisgewicht der unbeschichteten Auftragsschicht kann von ungefähr 10 bis 40 Pfund pro 3000 Quadratfuß und vorzugsweise von ungefähr 15 bis 40 Pfund pro 3000 Quadratfuß reichen.
Abriebwerte von 1500 bis 20 0000 Zyklen (NEMA:LD3.13) können durch Auswahl des Grobstaubes und des Grundmaterials sowie durch Einstellung der Beschichtungsbedingungen innerhalb der zuvor erwähnten Parameter erzielt werden.
Die Erfindung wird durch das folgende nicht einschränkende Beispiel ausführlicher veranschaulicht.
Beispiel
Ein Brei wird durch Mischen von 24 Pfund Aluminiumoxid mit einer mittleren Partikelgröße von 50 µm mit 73 lbs. Wasser in einem Mischer mit hoher Scherkraft während 15 Minuten hergestellt. Der Brei wird unter einem Druck von 20 psi zu einem Schlitzmündungs-Beschichtungskopf der Firma Liberty Tool gepumpt und auf eine Schicht von Zellstoff, der auf das Sieb der Papiermaschine abgelegt wurde, in einer Breite von einem Fuß aufgebracht. Der Brei wird von dem Beschichtungskopf mit einer Fließgeschwindigkeit von 0,73 Gallonen/Minute und einer geradlinigen Stranggeschwindigkeit von 67,5 Fuß/Minute abgegeben. Die Beschichtung wird in einem Trocken-Beschichtungsgewicht von ungefähr 10 Pfund pro 3000 Quadratfuß aufgebracht.
Nachdem die Erfindung im einzelnen beschrieben worden ist, liegt es auf der Hand, daß Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne daß von dem Rahmen der Erfindung abgewichen wird, wie er in den angefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (19)

1. Verfahren zur Bildung einer abriebfesten Auftragsschicht, welches die Bildung einer Bann von Cellulosefasern auf einer Papier-Herstellungsmaschine aufweist, sowie das Auftragen eines Breies, der einen abriebfesten Grobstaub enthält, auf die obere Oberfläche der Bahn auf der Papier-Herstellungsmaschine unter Verwendung eines Schlitzmündungs-Beschichtungskopfes, wobei der genannte Grobstaub gleichmäßig auf der genannten Oberfläche der erwähnten Bann mit einem Beschichtungsgewicht von ungefähr 2 bis 40 Pfund pro 3000 Quadratfuß verteilt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitzmündungs-Beschichtungskopf am nassen Ende der erwähnten Papier-Herstellungsmaschine angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitzmündungs-Beschichtungskopf nach dem ersten Gußkopf und vor den Trocknern angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitzmündungs-Beschichtungskopf in der Nähe der Trocknungslinie angeordnet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei auf die Oberfläche der genannten Bann aus einem Schlitzmündungs-Vorhangbeschichter aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei auf die Oberfläche der genannten Bann durch Inkontaktbringen der genannten Oberfläche mit einem Wulst des genannten Breies aufgebracht wird, der durch einen Schlitzmündungs-Beschichtungskopf gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Brei ein Brei auf wäßriger Basis mit einer Viskosität von ungefähr 50 bis 500 cps ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei auf die genannte Oberfläche der besagten Bahn in einer vorbestimmten Menge unter Verwendung einer Verdrängungspumpe in Verbindung mit dem erwähnten Schlitzmündungs-Beschichtungs-Auftragskopf aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein statischer Mischer in der Zuführungsleitung zu dem genannten Schlitzmündungs-Beschichtungs-Auftragskopf angeordnet ist, um zu verhindern, daß der genannte Grobstaub aus dem Brei ausfällt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulosefasern Hartholz- und Weichholzfasern beinhalten.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei ferner ein Bindemittel enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei auf das Substrat mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 5 bis 50 Gallonen/Minute/10 Fuß Breite des Substrates aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat mit einer Stranggeschwindigkeit von ungefähr 100 bis 4000 fpm wandert, wenn es mit dem Brei beschichtet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn ein Trockenbasisgewicht von ungefähr 10 bis 40 Pfund/3000 Quadratfuß aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn ein Trockenbasisgewicht von ungefähr 15 bis 40 Pfund pro 3000 Quadratfuß aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobstaub Aluminiumoxid beinhaltet.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei wenigstens 5% Feststoffe enthält.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei wenigstens 10% Feststoffe enthält.
19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zu einer Auftragsschicht führt, die 1500 bis 20 000 Abriebzyklen widersteht.
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