DE69129360T2

DE69129360T2 - Statische Elektrizität zerstreuender Schichtstoff

Info

Publication number: DE69129360T2
Application number: DE69129360T
Authority: DE
Inventors: Robin Pasadena Maryland 21122 O'dell; Israel S. Randallstown Maryland 21122 Ungar; Christine C. Randallstown Maryland 21133 Wyche
Original assignee: International Paper Co
Current assignee: Nevamar Co LLC
Priority date: 1990-12-10
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2011-12-07
Also published as: JP3272010B2; EP0490853A2; DE69129360D1; ATE165766T1; EP0490853B1; US5275876A; AU643574B2; CA2057301A1; JPH04292939A; EP0490853A3; AU8881991A; CA2057301C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft statische Elektrizität streuende Schichtstoffe und insbesondere einen statische Elektrizität streuenden Schichtstoff, der eine oder mehrere Lagen aufweist, die Kohlenstoffasern-Papier unter einer Dekorlage enthalten.

Hintergrund der Erfindung

Beträchtliches Interesse besteht für statische Elektrizität streuende und elektrisch leitende Schichtstoffe zur Anwendung in unterschiedlichen Umgebungen, einschließlich statische Elektrizität streuender Arbeitsflächen und leitender Bodenbeläge. Unter den bekannten Patenten gibt es erwähnenswerte Patente, nämlich das US-Patent 3,922,383 von Wilks et al.; das US-Patent 4,480,001 von Cannady et al.; das US-Patent 4,540,624 von Cannady; das US-Patent 4,454,199 sowie das US-Patent 4,455,350 von Berbeco. Die Verwendung von mit Rußpartikeln gefülltem Papier ist genauso bekannt, wie die Verwendung von Salzen, was Patente, wie z. B. das US-Patent 3,650,821 von Meiser und das US-Patent 3,567,689 von Economy et al. Jedoch ist kein einziges Produkt für alle Elektrizität streuende und leitende Umgebungen geeignet, da unterschiedliche Verwendungen, d. h. Umgebungen, unterschiedliche Eigenschaften erfordern.
Das US-Patent 4,472,474 von Grosheim et al. gehört zu dem obenerwähnten Stand der Technik, ist aber von größerem Interesse hinsichtlich der Offenbarung der Verwendung eines elektrisch leitenden Faservlies, um dem Schichtstoff eine größere Leitfähigkeit zu verleihen, wobei dieses leitende Vlies vorzugsweise in hohem Maße mit leitenden Partikeln versehen ist. Als eine nicht bevorzugte Alternative können leitende Fasern verwendet werden. Beispiel 5 erwähnt besonders die Verwendung von Kohlenstoffasern enthaltendem, leitendem Vlies mit 90 % und 40 % Kohlenstoffasern.
Das US-Patent 4,540,624 von Cannady offenbart anti-elektrostatische Schichtstoffe, die lange Kohlenstoffasern enthalten, wobei diese Kohlenstoffasern überall gleichmäßig wenigstens in der dekorativen Decklage des Schichtstoffs verteilt sind.
Bekannte statische Elektrizität streuende Schichtstoffe leiden unter gewissen Nachteilen zusätzlich dazu, entweder zu leitend oder nicht leitend genug zu sein. Deswegen weisen einige von diesen statische Elektrizität streuenden Schichtstoffen eine Oberfläche auf, die Kohlenstoffpartikel zur Schaffung eines leitenden Weges von der Oberfläche des Schichtstoffs in das Innere enthält. Dies kann zu einem Stauben des leitenden Materials von der Fläche des Schichtstoffs bei Abnutzung führen, welches leitende Material durch sich selbst zu Schäden wegen elektrischer Kurzschlüsse führt. Zusätzlich ist die Farbe dieser Schichtstoffe auf Schwarz begrenzt, was zu Ergonomie-Problemen führen kann.
Ein weiteres Problem, das bei solchen bekannten statische Elektrizität streuenden Schichtstoffen auftritt, ist, daß die Oberfläche des Schichtstoffs dazu neigt, ihre elektrische Leitfähigkeit zu verlieren, wenn die relative Feuchte während der Winterzeit abfällt. Der gemessene spezifische Widerstand von konventionellen statische Elektrizität streuenden und leitenden Schichtstoffen ist stark von der relativen Feuchte abhängig und kann sich in mehreren Größenordnungen zwischen 50 % und 15 % relativer Feuchte ändern. Bekannte statische Elektrizität streuende und leitende Schichtstoffe funktionieren bei relativen Feuchten von unter 25 bis 30 % nicht gut. Aus diesen Gründen sollten Arbeitsbereiche befeuchtet werden, was nicht immer wegen der Möglichkeit, Korrosion in gewissen Produkten und auch in gewissen Geräten herbeizuführen, wünschenswert ist. Außerdem erhöht die Notwendigkeit für eine genaue Befeuchtung die Kosten der Handhabung elektronischer Komponenten.
Zwei von den dekorativen Hochdruck-Schichtstoffen, die statische Elektrizität streuende oder leitende Eigenschaften aufweisen, verwenden eine in hohem Maße leitende, imprägnierte Lage unter der Dekorlage. Von diesen weist eine einen übermäßigen Oberflächenwiderstand auf, und es scheint, daß die obere Lage nicht ausreichend leitend ist. Der andere verwendet in der oberen Lage quartäre Ammonium-Verbindungen zusammen mit dem darunterliegenden, leitenden, Kohlenstoff enthaltenden Papier, und während dieser Schichtstoff für eine normale relative Feuchte (ca. 50 %) geeignet ist, ist er für niedrige relative Feuchten ungeeignet. Ein drittes Produkt eines weiteren Herstellers ist, obwohl irgendwie besser, immer noch für niedrige relative Feuchten ungeeignet.
Ein bekannter statische Elektrizität streuender Schichtstoff hat auch das Problem der Feldabschwächung eingeführt. Dies tritt in Erscheinung, wenn der Schichtstoff mit einer in hohem Maße leitenden Lage hergestellt wird, die unter einer verhältnismäßig nicht-leitenden Oberfläche verlegt ist. Wenn ein geladener Gegenstand auf die Schichtstoff-Oberfläche plaziert wird, wird ein Feld in der verlegten leitenden Lage induziert, die etwas bildet, was im Endeffekt einen schlecht isolierten Kondensator darstellt. Das Gesamtergebnis besteht darin, daß für einen äußeren Beobachter, z. B. für ein statische Elektrizität erfassendes Meßgerät, wie z. B. ein Elektrometer, ein elektrisches Null-Potential existiert, wenn in Realität das Feld innerhalb des Schichtstoffs verborgen wird. Wenn ein Gegenstand, wie z. B. eine Elektronikkomponente, von der Schichtstoff-Oberfläche angehoben wird, tritt die Ladung erneut auf, wodurch die Gefahr statischer Elektrizität erzeugt wird, die vermieden werden sollte.
Ein exzellenter, statische Elektrizität streuender Schichtstoff, der in dem US-Patent 4,784,908 von Ungar et al. beschrieben wird, dessen Schichtstoff der Industrie sehr genützt hat, verwendet ein mit Kohlenstoffpartikeln gefülltes Papier, das zwei Lagen unterhalb der dekorativen Schichtstoff- Oberfläche liegt. Dieses Schwarzpapier enthält eine ungleichmäßige Verteilung von Kohlenstoffpartikeln, was in dem fertigen Schichtstoff dazu neigt, die Leitfähigkeit dieser Lage zu vergrößern. Die Kohlenstoffpartikel sind äußerst klein, nämlich in submikroskopischer Größe. Auf diese Weise hängt die elektrische Kontinuität in der Lage von den hohen Konzentrationen der Kohlenstoffpartikel ab, um geringe Widerstandswerte zu erreichen. Sogar dann ist der Widerstand irgendwie vom Kunststoffgehalt abhängig, weil je größer der Kunststoffgehalt ist, desto mehr bedeckt der Kunststoff jeden einzelnen Partikel und isoliert ihn von den benachbarten Partikeln.
Außerdem ruft die Verwendung von schwarzem Kohlenstoffpapier enorme Handhabungs- und Steuerprobleme hervor. Das schwarze Kohlenstoffpapier weist eine in hohem Maße gleichmäßige Kohlenstoff-Verteilung auf, was sich in hohem Maße ändernde elektrische Eigenschaften lokal innerhalb des Papiers hervorruft. Die Naßreißfestigkeit variiert auch über eine Rolle von solchem schwarzen Kohlenstoff-(Carbon Black-)Papier als Ergebnis der ungleichmäßigen Kohlenstoffverteilung, die es oft schwierig macht, gleichmäßig mit Kunststoff zu imprägnieren.
Ein weiterer Nachteil des Carbon Black-Papiers ist, daß der Nutzen durch eine Verwendung dieses Carbon Black-Papiers wegen des Verschleißes, teilweise wegen der bereits erwähnten Probleme, sich als nicht optimal herausgestellt hat. Es hat sich dort auch herausgestellt, daß mit der Verwendung von Carbon Black in dem dekorative Schichtstoff-Verfahren Probleme mit gegenseitigen Verunreinigungen bestehen.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile und Probleme des Standes der Technik, wie sie oben aufgezeigt sind, und ohne Verlust der Vorteile des Schichtstoffs aus dem US-Patent 4,784,908 von Ungar et al. zu lösen.
Es ist eine weitere Aufgabe, die sichere und effektive Streuung der statischen Elektrizität von Arbeitsoberflächen vorzusehen.
Eine weitere Aufgabe ist es, einen verbesserten, statische Elektrizität streuenden und nicht leitenden Schichtstoff zu schaffen, der einen definierten und konsistenten inneren Widerstand von weniger als 2 x 10&sup6; Ohm und einen Widerstand gemessen gegen Erde von ungefähr 5 x 10&sup6; aufweist.
Es ist eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten statische Elektrizität streuenden Schichtstoff, der eine verringerte Ungleichheit zwischen dem Oberflächenwider und dem Widerstand der unteren Lagen aufweist, und damit einen statische Elektrizität streuenden Schichtstoff zu schaffen, in dem es kein Feldabschwächungsproblem gibt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, hervorragende statische Elektrizität streuende Eigenschaften unabhängig von der relativen Luftfeuchtigkeit der umgebenden Luft zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gut aussehenden statische Elektrizität streuenden Schichtstoff zu schaffen, der wie ein normaler, dekorativer Hochdruck-Schichtstoff aussieht und eine gute Hitzewiderstandsfähigkeit, Wasserbeständigkeit aufweist und Flecken abweisend ist, wie auch eine hervorragende Verschleißfestigkeit aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen statische Elektrizität regulierenden Schichtstoff zu schaffen, der in hohem Maße gleichmäßige elektrische Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgaben werden erfüllt, indem eine oder mehrere Lagen eines Kunststoff-imprägnierten Spezial-Kohlenstoffaser-Papiers direkt unterhalb der Dekorlage verwendet werden, wobei das spezielle Kohlenstoff-Papier nur eine sehr geringe Menge an Kohlenstoff enthält. Das Kohlenstoffaser- Papier ersetzt das Carbon-Black-gefüllte Papier des Standes der Technik, was überraschende Ergebnisse hinsichtlich verbesserter Eigenschaften liefert, die in hohem Maße gleichmäßige elektrische Eigenschaften umfassen, wenn die relativ unbedeutende Menge an verwendeten leitenden Fasern in Erwägung gezogen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die einzige Figur zeigt eine schematische, perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Schichtstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Figur zeigt einen statische Elektrizität streuenden Schichtstoff 10, der eine Dekorlage 12 mit einer verschleißfesten oberen Fläche als seine obere Lage, eine oder mehrere spezielle Kohlenstoffasern enthaltende, daneben liegende Kernlagen 14 und eine Vielzahl an regulären Kernlagen 16 daneben umfaßt.
Die Dekorlage 12 kann ein konventionelles Dekorpapier sein, das z. B. ganz gefärbt oder gemustert ist, indem es z. B. ein auf seine obere Fläche gemäß konventioneller Praxis gedrucktes Design aufweist. Die Dekorlage 12 stimmt vorzugsweise mit derjenigen überein, die in der bereits erwähnten US-Patentschrift 4,784,908 von Ungar et al. offenbart ist, die hiermit durch Referenznahme einbezogen ist. Um dem Schichtstoff 10 die gewünschte Verschleißfestigkeit zu geben, kann die Dekorlage 12 eine extrem dünnschichtige Verschleißwiderstands-Lage auf ihrer Oberfläche aufweisen, was mit dem US-Patent 4,255,480 und seinem Vorläufer von Scher et al. oder mit dem US-Patent 4,713,138 von Ungar et al. übereinstimmt. Um den Schichtstoff abriebfest zu machen, kann die sehr dünne Beschichtung weiter modifiziert werden, um festes Schmiermittel gemäß dem US-Patent 4,567,087 von O' Dell et al. zu enthalten.
Wie bereits oben festgestellt, wird die verschleißfeste Dekorlage 12 des statische Elektrizität streuenden Schichtstoffs 10 der vorliegenden Erfindung vorzugsweise nach dem '908-Patent angefertigt und ist vorzugsweise eine mit Melamin-Kunststoff imprägnierte dekorative Papierlage, das ein Feuchthaltemittel, wie z. B. Glyzerin und ein ionisches Salz, wie z. B. Sodium-Formiat, in den Anteilen enthält, die in diesem Patent festgelegt sind.
Eine oder mehrere spezielle Kernlagen 14 eines Kohlenstoffasern enthaltenden Papiers werden vorzugsweise direkt unter der Dekorlage 12 des Schichtstoffs 10 verwendet. In der fertiggestellten Lage ist der Kohlenstoff zu näherungsweise 1 % oder weniger des Gewichts der Lage in Form von zufällig und ungleichmäßig verteilten Kohlenstoffasern enthalten. Der bevorzugte Bereich liegt von 0,6 bis 1 Gewichts-% Kohlenstoff. Der bevorzugte durchschnittliche und ideale Kohlenstoffgehalt liegt näherungsweise bei 0,8 Gewichts-%. Es hat sich herausgestellt, daß der untere Wert des Kohlenstoffgehalts von ungefähr 0,6 Gewichts-% in dem Sinne kritisch ist, daß bei einem geringen Wert unter dem kritischen Wert, der bei 0,6 % oder sehr nahe daran liegt, was von der genauen Menge an Kunststoff und vorhandenen vorhandenen Additiven abhängt, die Leitfähigkeit verloren gehen wird.
Das leitende Kernpapier aus speziellen Kohlenstoffasern wird mittels konventionellen Papierherstelltechniken hergestellt, wobei geringe Mengen an Kohlenstoffasern zusammen mit den gewöhnlichen papierherstellenden Fasern verwendet werden. Die Kohlenstoffasern weisen vorzugsweise ursprünglich eine der Länge von ungefähr 0,635 cm (0,25 inches) auf, obwohl zumindestens einige von ihnen üblicherweise während der Herstellung des Papiers gebrochen werden. Falls die Fasern wesentlich länger sind, z. B. 1,27 cm (0,5 inches), neigen sie unerwünschterweise während des Herstellungsverfahrens zum Verklumpen; falls die Kohlenstoffasern wesentlich kürzer sind, z. B. 0,38 cm (0,15 inches), sind wesentlich größere Mengen von diesen sehr teueren Fasern erforderlich und auch der Schichtstoff wird unerwünschterweise steifer werden. Die Kohlenstoffasern umfassen vorzugsweise näherungsweise 0,9 bis 1,5 Gewichts-% aller Fasern der Papierlage. Eine Verwendung von mehr als 1,9 % Kohlenstoffasern macht das Papier unerwünschterweise steif und den resultierenden Schichtstoff schwieriger nachzuformen.
Dieses spezielle Kernpapier 14 wird, wie auch das konventionelle Kernpapier 16 daneben, mit Phenol-Kunststoff o. ä. auf übliche Weise imprägniert. Der Phenol-Kunststoff kann entweder durch Zugabe von ionischem Salz und/oder Feuchthaltemittel, wie nach Ungar et al. '908, behandelt werden oder unbehandelt bleiben; vorzugsweise bleibt der in dem speziellen Kernpapier verwendete Phenol-Kunststoff unbehandelt, während derjenige, welcher in dem regulären Kernpapier verwendet wird, behandelt wird. Wie oben festgestellt ist, umfassen die Kohlenstoffaser nur 0,6 bis 1 % des Gesamtgewichts der Kernlage 14 in dem festgestellten Schichtstoff 10.
Keine Decklage oder irgendeine spezielle Bodenlage ist notwendig. Die Kernlagen (spezielle Lagen 14 und reguläre Lagen 16) erfordern keine Anwesenheit eines Feuchthaltemittels oder ionischen Salzes.
Wegen der sehr geringen Menge an Kohlenstoff, die in dem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Kohlenstoffaser-Kernpapier vorliegt, ist ein solches spezielles Kohlenstoffaser-Kernpapier nicht schwarz, wie das kohlenstoffgefüllte, schwarze Kernpapier des Standes der Technik, und deshalb (anders als das Carbon-Black-Kernpapier des Standes der Technik) kann es direkt unterhalb der Dekorlage angeordnet sein, ohne die visuellen Effekte des Fertigschichtstoffs zu beeinträchtigen. Tatsächlich kann dieses spezielle Kohlenstoffaser-Kernpapier durch die Verwendung von gebleichter Papiermasse weiß sein oder gefärbt sein, z. B. grau oder leicht bräunlich, wie z. B. durch die Verwendung von Farbstoffen und/oder Pigmenten, um die Erscheinungsform des Fertigschichtstoffs zu verbessern. Das Verlegen der leitenden Kernlage nach oben in eine Position direkt unterhalb der Dekorlage eliminiert die Notwendigkeit für irgendwelche speziellen Behandlungen mit Phenol-Kunststoff in jeder anderen Lage, z. B. die Verwendung von ionischem Salz und/oder Feuchthaltemittel, selbst wenn eine solche spezielle Behandlung hinsichtlich anderer Gründe wünschenswert sein kann.
Die folgenden Beispiele illustrieren die Art, in der die Erfindung ausgeführt werden kann, wobei zu verstehen ist, daß diese Beispiele als die Erfindung nicht begrenzend betrachtet werden:

Serie-I-Beispiele

Eine Reihe von Beispielen werden ähnlich zu den Beispielen 3 bis 5 des US-Patents 4,784,908 von Ungar et al. durchgeführt, außer daß die Kohlenstoff enthaltenden Kernlagen, wie sie in der Ungar US-Patentschrift '908 verwendet werden, zusammen mit der optionalen Deckkernlage eliminiert werden und diese durch eine Anzahl an konventionellen Kernlagen ersetzt werden, die mit einem speziellen Kohlenstoffaser-Kernpapier bedeckt werden, das 0,95 Gewichts-% Kohlenstoffasern bezogen auf das Gesamtpapiergewicht enthält. In einigen der Schichtstoffschichten wird ein konventioneller Phenol-Kunststoff ohne ionische Salze verwendet und in anderen Schichten ist der verwendete Phenol-Kunststoff mit dem Beispiel 4 der Ungar et al. USP '908 konsistent. Die Schichtstoffe werden unter konventionellen Bedingungen gepreßt und es hat sich herausgestellt, daß die resultierenden statische Elektrizität streuenden Schichtstoffe exzellente Eigenschaften aufweisen, die mit den Erfordernissen der vorliegenden Erfindung konsistent sind.

Serie-II-Beispiele

Zusätzliche statische Elektrizität streuende Schichtstoffe werden ähnlich zu denjenigen des Beispiels 6 des Ungar et al. US-Patent '908, jedoch mit den obengenannten Serie-I-Beispielen festgelegten Modifikationen hergestellt, wobei das die Lage 14 bildende Kernpapier ein braunes Papier ist. Die resultierenden Schichtstoffe weisen übereinstimmend einen internen Widerstand bei Messungen gegen Erde von weniger als 2 x 10&sup6; Ohm und einen Widerstand von ungefähr 5 x 10&sup6; Ohm und weniger als 5 x 10&sup7; Ohm auf, was ein überraschendes Ergebnis hinsichtlich der relativ unerheblichen Menge von Kohlenstoffasern ist, die in dem brauen Kernpapier 14 vorliegen.

Claims

1. Dekorativer, statische Elektrizität streuender Hochdruck-Schichtstoff eines Typs, der eine Vielzahl von miteinander verbundenen, mit einem thermisch aushärtenden Kunststoff imprägnierten Lagen einschließlich einen Kern und einer Dekoroberflächenlage aufweist, die ein ionisches Salz und ein Feuchthaltemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern zumindest eine mit einem thermisch aushärtenden Kunststoff imprägnierte Papierkernlage und zwischen der Dekorlage und dieser zumindest einen Papierkernlage zumindest eine spezielle, mit einem thermisch aushärtenden Kunststoff imprägnierte Kernlage von vorzugsweise Papierfasern und Kohlenstoffasern aufweist, die zufällig unter den Papierfasern verteilt sind, wobei die Kohlenstoffasern in einer Menge von 0,6% bis 1% bezogen auf das Gesamtgewicht der speziellen Kernlage vorhanden sind.

2. Schichtstoff nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoffasern vor der Herstellung der Papierlage eine Länge von etwa 0,635 cm (0,25 inch) aufweisen.

3. Schichtstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei die spezielle Kernlage 0,9% bis 1,9% Kohlenstoffasern bezogen auf das gesamte Fasergewicht der speziellen Kernlage enthält.

4. Schichtstoff nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoffasern etwa 0,8% des Gewichtes der speziellen Kernlage umfassen.

5. Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das ionische Salz Natriumformat und das Feuchthaltemittel Glyzerin sind.

6. Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Kern im wesentlichen frei von ionischem Salz und Feuchthaltemittel ist.

7. Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kern ein ionisches Salz und/oder ein Feuchthaltemittel enthält und die spezielle Kernlage im wesentlichen frei von ionischem Salz und Feuchthaltemittel ist.

8. Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die spezielle Kernlage eine von schwarz abweichende Farbgebung aufweist.

9. Ein statischer, Elektrizität zerstreuender Hochdruckschichtstoff umfassend eine Vielzahl von miteinander verbundenen Lagen, die eine effektive 0-Volt-Ladung nach 2 Sekunden bei 17% oder geringerer relativer Luftfeuchtigkeit aufweisen; und eine Dekorlage auf diesen Kernlagen, welche Dekorlage mit einem thermisch aushärtenden Kunststoff und Glyzerin oder einem aliphatischen tertiären Amin zusammen mit einem ionischen Salz imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern zumindest eine nicht-leitfähige Kernlage aufweist, die mit einer speziellen Kernlage abgedeckt ist, die zufällig darin verteilte Kohlenstoffasern aufweist, die in einer Menge von zumindest 0,6% bezogen auf das Gesamtgewicht der speziellen Kernlage enthalten sind.

10. Schichtstoff nach Anspruch 9, wobei die Kohlenstoffasern 0,6 bis 1,0% des Gewichtes der speziellen Kernlage bilden.