DE69935266T2

DE69935266T2 - In einer Presse durchgeführter Prozess zur Beschichtung von Verbundwerkstoff-Substraten

Info

Publication number: DE69935266T2
Application number: DE69935266T
Authority: DE
Inventors: Frank Chen; Greg Muselman; Travis W. Greensboro Idol; David H. Nowak
Original assignee: Valspar Sourcing Inc
Current assignee: Sherwin Williams Co
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: US20010006704A1; EP1152897A1; TW562743B; CA2349233C; AU752402B2; EP1568489A1; KR100637549B1; ATE354469T1; AR024225A1; CN1191160C; DE69924029T2; EP1152897A4; TR200101229T2; ATE289919T1; MY128927A; ES2238859T3; CA2349233A1; DE69924029D1; US6165308A; DE69935266D1

Description

Bereich der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Verbundbaumaterials. Insbesondere ist die Erfindung auf ein kosteneffizientes Verfahren zur Herstellung von beschichteten zusammengedrückten Verbundsubstraten in einer Presse gerichtet, bei welchem die Beschichtung als formaldehydfreie Grundierungskomponente des Verbundsubstrats ausgebildet ist. Die in der Presse grundierten Verbundsubstrate, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, haben eine harte glatte Oberfläche mit geringer Porosität und einem hervorragenden Widerstand und einer ausgezeichneten Sperrwirkung gegenüber Wasser und sind ohne weitere Behandlung für die Aufnahme einer abschließenden Feinbeschichtungsmischung bereit.
Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
Der Bedarf der Bauindustrie an multifunktionalen wenig kostenden Baumaterialien hat zu einer ausgedehnten Verwendung von Verbundsubstraten geführt, die insgesamt durch Zusammendrücken und Erhitzen einer Matte aus Teilchen und/oder Fasern kombiniert mit einem Harzbindemittel und Wachs gebildet werden. Während die üblichsten Fasern-/Teilchenkomponenten für solche Verbundstoffe Zellulosederivate sind, wie Teilchen, Fasern, Flocken oder Späne aus Holz, gab es auch eine signifikante Forschung und Entwicklung, die sich auf die Verwendung von Fasern/Teilchen anderer Quellen richtete, wie Glas, synthetische Polymere, Kohlenstoff und anorganische Füllstoffe, wie Talk, Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd, Kalziumkarbonat und zementartige Materialien, wie Flugasche und Portlandzement. Die üblichsten Verbundsubstrate für die heutige Verwendung auf dem Bau bestehen aus Teilchen, Fasern, Spänen, Plättchen oder anderen Fragmenten aus Holz und dienen der Herstellung von Hartfaserplatten-, mitteldichten Faserplatten-, gerichteten Faserbündelplatten-, Partikelplatten-, Sperrholz- und mit Papier belegten Verbundstoffen. Solche Verbundstoffe werden gewöhnlich aus einer Mischung aus Holzteilchen, Fasern, Plättchen oder Spänen mit einem Bindemittel, gewöhnlich einem wärmehärtbaren Harz, hergestellt. Die Mischung wird zu einer Matte unter Nass-trocken- oder Trocken-Prozessbedingungen gebildet und dann unter Wärme und Druck zu einem dichten Verbundsubstrat, gewöhnlich in Bahnform, zusammengedrückt. Bei manchen Anwendungen, beispielsweise bei der Herstellung von Türbelägen, wird die Masse in eine gewünschte Form gebracht und/oder mit einer glatten oder texturierten Oberfläche während des thermischen Kompressionsprozesses versehen. Bei verwandten Herstellungsprozessen wird auf die Oberfläche der Matte in der Presse Papier geklebt. Die Herstellung von dichten komprimierten Verbundsubstraten zur Verwendung in der Bauindustrie sind im Stand der Technik bekannt, siehe beispielsweise US-Patent 3 164 511, 3 391 223, 3 940 230 und 4 241 133.
Ein wesentlicher Aspekt bei Verbundsubstraten, die für die Verwendung in der Bauindustrie bestimmt sind, ist die Qualität und Art der Substratoberfläche. Viele Verbundsubstrate werden bei Einsätzen verwendet, bei denen gefordert wird, dass das Flächensubstrat für die Aufnahme von Planbeschichtungen geeignet sind. Deshalb möchte man, dass die Substratoberfläche hart, im Wesentlichen frei von Rissen, Hohlräumen und Porosität ist. Man hat große Anstrengungen auf die Entwicklung von Fertigungstechniken gerichtet, um bei Verbundstrukturen für die Endbeschichtung bereite Oberflächen zu erhalten und ihre hohe Qualität zu gewährleisten. So wird beispielsweise bei der Herstellung von veredelten Türaußenflächen oder von Hartfaserplattenaußenverkleidungen eine Matte aus Holzfasermasse, Harzbindemittel und Zusatzstoffen in einer Presse zwischen beheizten Metallplatten (Platten mit einer Temperatur von etwa 149°C (300°F) bis etwa 254°C (490°F) bei einem Druck von etwa 3448 bis 10343 MPa (300 bis etwa 1500 psi)) über etwa 20 Sekunden bis etwa 2 Minuten komprimiert. Das Harzbindemittel ist gewöhnlich ein wärmehärtbares Harz, wie Harnstoff/Formaldehydharze, Phenol/Formaldehydharze, Melamin/Formaldehydharze, Acrylharze, Polyisocyanate oder Urethanharze. Die Matte wird gewöhnlich mit einem Vorpress-Versiegelungsmittel behandelt, um für ein Lösen von den heißen Pressenplatten und somit für ein Optimieren der Oberflächenglätte und einem Minimieren des Ansammelns an den Pressenplatten (Metallplatten) zu sorgen. Nachdem die Matte gepresst ist, gewöhnlich auf eine vorgegebene Enddicke, wird die erhaltene Platte in einer Reihe von Schritten weiterbehandelt, wozu eine Wiederbefeuchtung, die Dimensionierung, das Lagern und der Transport zu einer Grundierungsstraße zum Aufbringen einer Grundierung und dann das Härten der aufgebrachten Grundierungsmischung gehören. Mit solchen geläufigen Herstellungstechniken sind durch den Transport des Verbundplattensubstrats von der Presse zu der Grundierungs- und Härtungsstation beträchtliche Arbeitskosten verbunden. Ferner sind mit dem erforderlichen Schritt einer Wiedererhitzung und Härtung der grundierten Verbundplatten beträchtliche Kapital- und Brennstoffkosten verbunden.
Entsprechend den Bedürfnissen der Kunden hinsichtlich Verringerung der Kosten und Verbesserung der Qualität der Verbundsubstratbaumaterialien haben die Hersteller solcher Materialien viel Forschung und Entwicklungskräfte aufgebracht, um die Verbundsubstratfertigung zu verbessern. Ein Ziel dieser Anstrengungen war, einen Fertigungsprozess für Verbundsubstrate, insbesondere für solche aus Holzteilchen- und Fasern zu entwickeln, bei denen der Verbund mit einer grundierten/polymerbeschichteten Oberfläche in der Presse versehen wird, wodurch die darauf folgenden Schritte der Grundierungsaufbringung und des Härtens ausgeschlossen werden, wie sie bei den gegenwärtigen Verbundfertigungsmaßnahmen üblich sind. Ein solcher Prozess ist in dem US-Patent 5 635 248 beschrieben, bei welchem ein Polymerlatex als Schaum auf die Oberfläche der Matte aufgebracht und der Schaum zu einer gehärteten Schicht getrocknet wird, die danach zerkleinert wird und während des Pressens der Matte zu einem beschichteten wiederverfestigten Substrat erstarrt. Obwohl diese Methodik eine grundierte Verbundplatte direkt aus der Presse erzeugen soll, erfordert das Verfahren einen gesonderten Latex-Schäum-Schritt, sowie einen gesonderten, zeitraubenden und kostspieligen Erhitzungsschritt, ähnlich wie bei den augenblicklichen Fertigungsverfahren.
Die EP 0 326 919 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von schnell härtenden Beschichtungen, beispielsweise auf Holzoberflächen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen kosteneffizienten Fertigungsprozess zur Herstellung von polymerbeschichteten (grundierten) Verbundstrukturen direkt aus der Presse ohne irgendeine gesonderte Latexbehandlung oder Erwärmungs-/Trocknungsschritte bereit. Gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Verbundsubstraten mit einer polymerbeschichteten Oberfläche hoher Qualität direkt aus der Presse bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 oder Anspruch 9 angegeben ist. Auf die Oberfläche der kompressiblen Matte oder auch auf auf die Oberfläche der Matte geklebtes Papier wird eine schnell härtende formaldehydfreie Grundierungsbeschichtungsmischung aufgebracht. Die schnell härtende Grundierungsbeschichtungsmischung hat eine hervorragende „Barrierewirkung" an der Oberfläche der Matte während der anschließenden Mattenkompression zwischen erhitzten Metallflächen einer Presse. Die Grundierungsbeschichtungsmischung ist so reze piert, dass eine chemisch vernetzte Polymergrundmasse gebildet wird, wenn sie auf die Oberfläche aufgebracht wird. Das Pressen der beschichteten Matte unter Standardbedingungen mit erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck erzeugt ein Verbundsubstrat mit einer glatten Oberfläche und geringer Porosität, die ideal für die Aufnahme von Veredelungsbeschichtungsmischungen ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch die Herstellung von beschichtetem Papier, wobei eine Fasermatte beschichtet und in beschichtetes Papier als Teil des Papierherstellungsprozesses gepresst wird.
Die Grundierungsbeschichtungsmischung weist entweder ein wärmehärtbares Polymer oder ein thermoplastisches Polymer auf und ist auf andere Weise für eine schnelle Vernetzungs/Gelbildung beim Aufbringen auf die Oberfläche der Matte rezepiert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Grundierungsbeschichtungsmischung so rezepiert, dass sie bei Aufbringen auf die kompressible Matte eine ionische Vernetzung erfährt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Grundierungsbeschichtungsmischung einen anionisch stabilisierten thermoelastischen Latex auf, der eine gelbildende pH-abhängige ionisch vernetzende Reaktion erfährt, wenn er auf die Oberfläche der Matte aufgebracht wird. Alternativ kann die Grundierungsmischung eine Zweikomponentenmischung sein, bei der die erste und die zweite Komponente in der Lage sind, durch ionische Vernetzung ein Gel zu bilden, wenn sie beispielsweise mit einem Zweikanalsprüher aufgebracht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Bildung des polymerbeschichteten Substrats eine obere Beschichtungsmischung auf der aufgebrachten Grundierungsbeschichtungsmischung aufgebracht, bevor Wärme und Druck auf die Matte aufgebracht werden. Bei einer Ausführungsform ist die obere Beschichtungsmischung eine wärmehärtbare Latexmischung, die die Oberflächeneigenschaften des erzeugten polymerbeschichteten Verbundsubstrats verbessert und die Freigabe des Verbunds von den erhitzten Metallflächen in der Presse erleichtert. Die obere Beschichtung ist vorzugsweise eine formaldehydfreie, bei niedriger Temperatur wärmehärtende Beschichtung, die sowohl als Trennmittel als auch als Antimetallabdrucksbeschichtung wirkt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Erleichterung der Freigabe des polymerbeschichteten Verbundsubstrats von der Presse auf die Grundierungsbeschichtungsmischung eine Trennmittelbeschichtungsmischung mit einem nachstreichbaren Silikonpolymer oder einem oberflächenaktiven Stoff aufgebracht.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemäße polymerbeschichtete Verbundsubstrat durch ein Filmübertragungsverfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren wird die Grundierungsbeschichtungsmischung auf eine erhitzte Pressenplatte, fakultativ über eine erste Schicht eines Trennmittels und/oder der wärmehärtbaren Beschichtungsmischung aus Latex, aufgebracht, wonach die erhitzte Metallplatte unter Druck mit der kompressiblen Matte kontaktiert wird, die fakultativ mit einer Klebstoffzusammensetzung vorbehandelt ist, um ein komprimiertes polymerbeschichtetes Verbundsubstrat zu bilden. Das Grundierungsfilm-Übertragungsverfahren kann mit einem besonderen Vorteil bei der Fertigung von Verbundsubstraten in Pressen in Endlosbandbauweise verwendet werden.
Ins Einzelne gehende Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Verfahren zur Fertigung von polymerbeschichteten Verbundsubstraten bereitgestellt, insbesondere von solchen, die aus einer kompressiblen Matte gebildet werden, die Zellulosefasern-Teilchen und/oder Holzschnitzel oder Späne aufweist. Solche Holzverbundsubstrate werden gewöhnlich in einer breiten Vielfalt im Hausbau verwendet, wo verlangt wird, dass Verbundsubstrate glatte, harte Oberflächen hoher Qualität haben, die für die Aufnahme von Veredelungsbeschichtungsmischungen geeignet sind. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die kosteneffiziente Fertigung von derartigen hochqualitativen Verbundsubstraten. Sie stellt auch die Methodik für eine effiziente Herstellung von beschichteten Papieren bereit, wobei der Verbundaufbau eine Zellulosefasermatte ist, die gewöhnlich viel dünner als diejenigen ist, die für die Hartfaserplattenfertigung verwendet werden, und die fakultativ Wachs, Füllstoff und Bindemittelkomponenten hat.
Die kompressible Matte, aus der das Substrat gebildet wird, wird zuerst mit einer schnell härtenden Grundierungsbeschichtungsmischung beschichtet, die die Herstellung eines polymerbeschichteten Verbundsubstrats hoher Qualität direkt aus der Presse ermöglicht. Die Matte kann fakultativ mit einer Papierbahn abgedeckt sein, die gewöhnlich auf die Oberfläche der Matte geklebt und danach mit der schnell härtenden Grundierungsmischung beschichtet wird. Bei einer Ausführungsform gehört zu der Erfindung der Schritt des Aufbringens einer schnell härtenden Grundierungsbeschichtung mit hervorragender Beschichtung-„Barrierewirkung" für die kompressible Matte, wo fakultativ der Schritt des Aufbringens einer wärmehärtbaren oder thermoplastischen oberen Beschichtungsrezeptur auf der schnell härtenden Grundie rungsbeschichtungsschicht sowie der Schritt des Komprimierens der Matte mit aufgebrachter/aufgebrachten Beschichtungen zwischen erhitzten Metallplatten (Pressplatten) unter Standardbedingungen von Wärme und Druck zur Erzeugung des verbesserten polymerbeschichteten Verbundsubstrats dieser Erfindung. Die Metallplatten können flach und glatt sein (oder geprägt, um ein vorgegebenes Muster in der Oberfläche der Produktverbundbahnen zu bilden), oder die Platten können die Form von komplementären Formen haben, die so wirken, dass sie die Matte in eine dreidimensionale Form zusammendrücken, beispielsweise in eine, wie sie bei der Herstellung von Türaußenflächen verwendet werden. Die Polymerbeschichtung auf dem so hergestellten Verbundsubstrat ergibt ideale physikalische Eigenschaften, wie geringe Porosität, Oberflächenglätte, Oberflächenhärte und Flexibilität – eine besonders wichtige Eigenschaft, wenn das Verbundsubstrat zu einer vorgegebnen Form während der Mattenkompression ausgeformt wird. Die Verbundsubstratbeschichtung hat auch günstige chemische Eigenschaften, zu denen ein ausgezeichneter Sperrwiderstand und Feuchtewiderstand sowie ein gutes Anhaften für aufgebrachte veredelnde Beschichtungsmischungen gehören.
Die erfindungsgemäß verwendete Grundierungsbeschichtungsmischung weist gewöhnlich ein in Wasser dispergierbares wärmehärtbares oder thermoplastisches Polymer auf. Die Mischung wird so angesetzt, dass sie eine chemisch vernetzte Polymermatrix bildet, beispielsweise ein dreidimensionales Gel, wenn es auf die Oberfläche der komprimierbaren Matte aufgebracht wird oder ist. Es kann jeder Latex aus einer breiten Vielfalt von Polymerlatizes, entweder als Ein- oder Zweikomponentenmischung verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie so zubereitet sind, dass sie eine schnell härtende Chemie haben, die ein schnelles chemisches Vernetzen des Polymers ermöglicht, wenn es auf die kompressible Matte aufgebracht ist.
Die Grundierungsbeschichtungsmischung kann so angesetzt sein, dass die Vernetzungsbindung schnell über eine Ionen- oder kovalente Bindung erfolgt, wenn sie auf die Matte aufgebracht ist. Die Grundierungsbeschichtungsmischung ist deshalb bei einer Ausführungsform der Erfindung so zubereitet, dass sie eine ionisch vernetzte Polymermatrix bildet, wenn sie auf die Oberfläche der kompressiblen Matte aufgebracht ist. Solche Beschichtungsmischungen sind im Stand der Technik bekannt, ihre spezielle Anwendung bei der Fertigung von polymerbeschichteten Verbundsubstraten, wie sie hier beschrieben ist, ist jedoch neu und bildet einen wesentlichen Vorteil für die Fertigung von in der Presse hergestellten polymerbeschichteten Verbundsubstraten. Beispiele für Beschichtungsmischungen, die für eine schnelle Härtung über ionische Vernetzung der Polymerkomponente zubereitet sind, sind solche, wie sie in der internationalen PCT-Anmeldung PCT/US 96/00802, veröffentlicht am 25. Juli 1996 als internationale Veröffentlichung WO 96/22338 beschrieben sind, deren Offenbarung durch Referenz eingeschlossen ist. Die in dieser Veröffentlichung beschriebene wässrige Beschichtungsmischung weist basierend auf dem Gewicht von Trockenmaterialien in der Mischung 95 bis 99 Gewichtsprozent einer anionisch stabilisierten wässrigen Emulsion eines Kopolymers mit einer Tg von -10°C bis 50°C auf. Das Kopolymer weist eine polymerisierte Form einer Polymerisationsmischung auf, die zwei oder mehr ethylenisch ungesättigte Monomere enthält, wobei basierend auf dem Gesamtgewicht aller ethylenisch ungesättigten Monomere in der Polymerisierungsmischung 0 bis 5 Gewichtsprozent der Monomeren alpha-, beta-ethylenisch ungesättigte aliphatische Karbonsäuremonomere, 0,2 bis 5 Gewichtsprozent eines Polyimins mit einem Molekulargewicht von 250 bis 20000 und 0,2 bis 5 Gewichtsprozent einer flüchtigen Base sind. Die Mischung hat einen pH-Wert von etwa 10,3 bis etwa 12, insbesondere von etwa 8 bis etwa 11. Ein gegossener Film der Mischung hat einen Aushärtungswert-Messwert von wenigstens 5 innerhalb 20 Minuten nach dem Vergießen unter Umgebungsbedingungen bei einer Temperatur bis zu 30°C und einer relativen Feuchte von nicht weniger als 50%. Die Mischung ist fakultativ pigmentiert und wird als besonders zweckmäßig für eine schnell härtende wässrige Straßenmarkierungsfarbe beschrieben.
Die schnell härtende Latexmischung kann auch so angesetzt werden, dass sie Standardbeschichtungszusätze aufweist, wie Entschäumer, Benetzungsmittel, Dispergiermittel, Trennmittel, Pigmente und Füllstoffe, wie organische Füllstoffe, anorganische Füllstoffe, organische Fasern, anorganische Fasern oder Mischungen davon. Die Mischung ist fakultativ pigmentiert und wird als besonders zweckmäßig als schnell härtende wässrige Straßenmarkierungsfarbe beschrieben.
Die Komponente des schnell härtenden Latex in Form der flüchtigen Base weist eine organische oder anorganische Verbindung auf, die eine schwache oder starke Base ist, oder die einen ausreichend hohen Dampfdruck und die Neigung hat, zu verdampfen oder sich auf andere Weise aus der wässrigen Beschichtungsmischung zu verflüchtigen, wodurch eine Reduktion des pH-Wertes und eine damit verbundene ionische Vernetzung der Polyimin- und Carboxypolymerkomponenten der Mischung verursacht werden. Beispiele flüchtiger Basen sind Amoniumhydroxyd und organische Amine, die bis zu vier Kohlenstoffatome enthalten, einschließlich beispielsweise Dimethylamin, Diethylamin, Aminopropanol, Ammoniumhydroxyd, wobei 2-Amino-2-methyl-1-propanol mit Amoniumhydroxyd am stärksten bevorzugt wird. Die flüchtige Base weist gewöhnlich etwa 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent der Beschichtungsmischung auf. Eine Polymerbeschichtungsmischung mit einer solchen Chemie ist im Handel von Dow Chemical Company als schnell härtender 50%-Feststofflatex erhältlich, der unter dem Namen Dow DT 211 NA verkauft wird.
Es gibt natürlich viele andere Polymermischungen, die angesetzt und angewendet werden, um die schnell härtende ionische Chemie zur Bereitstellung einer Polymergelmatrix zu bilden, die die gewünschte hohe „Barrierewirkungs"-Eigenschaft hat, die für die Bildung von in der Presse polymerbeschichteten Polymersubstraten hoher Qualität nach der Erfindung wesentlich ist. Somit ist es möglich, Polymergerüste herzustellen, die sowohl kationische als auch anionische Anteile in dem gleichen Polymermolekül haben, wobei eine der Ionenspezies durch Steuerung des Umgebungs-pH-Werts modifiziert wird. Siehe beispielsweise die in dem US-Patent 5 674 934 beschriebenen Polymersysteme, die hier durch Referenz speziell eingeschlossen werden. Das Polymersystem ist so ausgelegt, dass nach dem Aufbringen der Beschichtung eine aufbringungsabhängige pH-Änderung, die beispielsweise durch Verlust an Kohlendioxyd bewirkt wird, die neutralisierte Ionenspezies zur Schaffung eines ionisch vernetzten Systems durch die überhängenden anionischen und kationischen Gruppen reionisiert, was zu einer schnellen Bildung einer ionisch vernetzten Polymermatrix oder eines ionisch vernetzten Polymergels führt.
Alternativ kann eine ionisch vernetzte Polymergelmatrix auf der Oberfläche einer kompressiblen Matte bei der Ausführung des Verfahrens der Erfindung gebildet werden, indem ein anionisches Latexsystem aufgebracht wird, das beispielsweise unter Verwendung einer Doppelkanalsprühkanone zusammen mit einem kationischen Polyamin oder Polyimin oder einem kationischen Latexsystem zur Bildung einer dreidimensionalen ionisch vernetzten Polymergelmatrix beim Aufbringen auf die Oberfläche der Matte gesprüht wird. Alternativ kann ein anionisches Latexsystem zusammen mit einem wasserlöslichen Salz, das zwei- oder mehrwertige kationische Spezies enthält, beispielsweise Zink- oder Kalziumsalze, versprüht werden, um eine ionische Vernetzung und Gelbildung beim Aufbringen auf eine kompressible Matte bei der Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung zu bewirken. Der schnell härtende Latex kann im Wesentlichen thermoplastisch sein oder er kann andere funktionale Gruppen aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind, um dem Polymerlatex eine wärmehärtende Funktionalität zu geben.
Bei einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Grundierungsbeschichtungsmischung so rezepiert, dass auf der Oberfläche der kompressiblen Matte eine schnell härtende kovalent vernetzte Polymermatrix gebildet wird. Die Bildung von derartigen kovalent vernetzen Polymermischungen auf der Oberfläche der kompressiblen Matte vor der Bildung des beschichteten Verbundsubstrats, wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass Zwei-Komponentensysteme verwendet werden, die bei ihrer Kombination eine Größe der kovalenten Vernetzungsreaktivität ergeben, die ausreicht, um wenigstens eine teilweise kovalente Vernetzung des aufgebrachten Polymeransatzes vor dem Komprimieren der beschichteten Matte zwischen beheizten Platten in einer Presse zu ermöglichen. So können beispielsweise herkömmliche Zwei-Komponenten-Epoxy-, Urethan- oder ethylenisch ungesättigte Polymere/Oligomere/Monomere (wobei zusammen mit der radikalen vernetzbaren Mischung ein Radikalinitiator aufgebracht wird) bei der Bildung einer vernetzten Polymermatrix auf der Oberfläche der Matte verwendet werden. Die Zwei-Komponentensysteme können auf die Matte beispielsweise als gesonderte Komponenten durch eine Doppelkanalsprühkanone aufgebracht werden oder sie können unmittelbar vor dem Aufbringen auf die Matte miteinander vermischt und als reaktive homogene Polymermischung aufgebracht werden. Die Art der reaktiven Komponenten der Zwei-Komponentenmischungen ist nicht kritisch. So können solche reaktive Polymermischungen durch Routineversuche optimiert werden, um ein Reaktivitätsniveau zu erreichen, das genügt, um wenigstens eine teilweise kovalente Vernetzung des Ansatzes auf der Oberfläche der Matte vor dem Komprimieren der Matte unter Wärme und Druck zur Bildung der vorliegenden polymerbeschichteten Verbundsubstrate zu bilden.
Die für eine optimale Fertigung von polymerbeschichteten Substraten hoher Qualität direkt aus der Presse nach der Erfindung erforderliche Menge der Grundierbeschichtungsmischung hängt von der Art der Komponenten der Grundierungsbeschichtungsmischung, der Vernetzungschemie, dem Feststoffgehalt der Grundierung und der Art der Komponenten der kompressiblen Matte ab. Bei einer Ausgestaltung kann die Grundierungsmischung für die Verwendung bei einer Hartfaserplattenfertigung einen Feststoffgehalt von etwa 30 bis etwa 80 Gewichtsprozent haben. Bei einer anderen Ausführung hat die Grundierungsmischung für die Herstellung von beschichtetem Papier einen Feststoffgehalt von etwa 20 bis etwa 70 Gewichtsprozent. Wenn die Grundierungsbeschichtungsmischung als Polymerlatex unter Verwendung einer pH-abhängigen Koacervierungschemie oder einer ionischen Vernetzungschemie zur Bildung der Polymermatrix auf der Oberfläche einer Matte angesetzt wird, die für die Herstellung einer Faserplatte, einer Teilchenplatte, einer Spanplatte oder einer Türoberflä chenschicht präpariert wird, kann die Grundierungsmischung mit einer Menge von etwa 7g bis etwa 40g, oder gewöhnlich von etwa 10g bis etwa 20g pro Quadratfuß an Oberfläche aufgebracht werden. Die Menge der Grundierungsmischung kann innerhalb dieses Bereichs eingestellt werden oder sie kann mit höheren Aufbringwerten verwendet werden, wenn es erforderlich ist, die Qualität der Polymerbeschichtung an dem in der Presse beschichteten Verbundsubstrat zu optimieren. Typische Grundierungsaufbringwerte sind bei Papierbeschichtungsvorgängen geringer, d.h. betragen etwa 1 bis etwa 10g/ft².
Die die Basis dieser Erfindung bildenden Technologie, d.h. die Verwendung einer schnell vorhärtenden formelastischen oder wärmehärtbaren Beschichtungsmischung mit hoher „Barrierewirkung" fakultativ in Kombination mit einer nass-auf-nass aufgebrachten wärmehärtbaren oberen Beschichtung, die zu einer veredelten Oberflächenbeschichtung während des Kontakts mit einer erhitzten Metallfläche gehärtet wird, kann zur Bildung dauerhafter Beschichtungen hoher Qualität auf einer Vielzzhl von porösen oder nicht porösen Substraten verwendet werden, wozu nicht nur kompressible Matten, wie vorstehend beschrieben, sondern auch vorkomprimierte Verbundsubstrate, papierbeschichtete Substrate und andere für den Handel wichtige Baumaterialien gehören.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Qualität und Funktionalität der Polymerbeschichtung bei den erfindungsgemäßen in der Presse polymerbeschichteten Verbundsubstraten durch Aufbringen einer Schicht einer ein Polymer enthaltenden oberen Abdeckmischung über der chemisch vernetzten Polymermatrix auf der kompressiblen Masse vor dem Zusammendrücken der Masse in der Presse verbessert. Die obere Deckmischung ist vorzugsweise ein wärmehärtbarer oder thermoplastischer Polymerlatex. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die obere Deckmischung einen wärmehärtbaren Polymerlatex auf, beispielsweise einen Acryllatex, der aus ungesättigten Monomeren gebildet wird, die eine Hydroxy- und/oder Glycidyl-Funktionalität und eine Carboxy-Funktionalität haben. Die obere Deckmischung wird mit einer Menge aufgebracht, die im Allgemeinen kleiner ist als diejenigen der Grundierungsbeschichtungsmischung und gewöhnlich kleiner ist als die Hälfte der Grundierung, beispielsweise etwa 0,05 bis 0,93g, besonders typisch etwa 0,27 bis etwa 0,65g/ft² (etwa 0,5 bis etwa 10g, besonders typisch etwa 3 bis etwa 7g/ft²) bei der Verbundplattenherstellung. Die obere Decklatexmischung weist etwa 25 bis etwa 65% Feststoffe auf und kann wie die Grundierungsbeschichtungsmischung unter Verwendung von Standardbeschichtungszusätzen zubereitet werden, zu denen, ohne Beschränkung darauf, Entschäumer, Dispergiermittel, Benetzungsmittel, Pigmente und Füllstoffe, wie Siliziumdioxyd, Talk, Kaolin, Kalziumkarbonat und dergleichen gehören.
Die wärmehärtbare obere Deckmischung wirkt nicht nur dahingehend, dass die Oberflächenhärte und die Kratzfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten beschichteten Verbundsubstrate verbessert wird, sondern auch dahingehend, dass eine Wärmehärt-„Haut" über der Grundierungsbeschichtungsmischung gebildet wird, um das Abtrennen der beschichteten Verbundsubstrate von den Metallflächen in der Presse zu erleichtern.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Schritt des Aufbringens einer wärmehärtbaren oberen Deckmischung über der chemisch vernetzten Grundierungsbeschichtungspolymermatrix kann eine gesonderte Trennmittelzusammensetzung aufgebracht werden, um das Lösen der beschichteten Verbundsubstrate aus der Presse zu erleichtern. Trennmittelzusammensetzungen sind im Stand der Technik bekannt und können so angesetzt werden, dass sie bekannte Trennmittel für sich allein oder in Kombination aufweisen, um die gewünschten Trenneigenschaften zu haben. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Trennmittelbeschichtungszusammensetzung, die ein thermoplastisches oder wärmehärtbares Silikonpolymer oder einen oberflächenaktiven Stoff ausweist, über der chemisch vernetzten Polymermatrix aufgebracht, bevor die mit der Matrix beschichtete Matte zwischen den erhitzten Metallplatten gepresst wird. Bei einer anderen Ausführung der Erfindung wird eine wärmehärtbare obere Decklatexzusammensetzung über der vernetzten Polymermatrix aufgebracht und eine Trennmittelbeschichtungszusammensetzung über der oberen Deckmischung aufgebracht, bevor die beschichtete Matte zwischen den erhitzten Metallplatten gepresst wird. Die Trennmittelzusammensetzung wird, wenn sie in dem vorliegenden Verfahren zur Herstellung von in der Presse beschichteten Verbundsubstraten verwendet wird, in gewöhnlich minimalen Nutzungswerten aufgebracht, die ausreichen, um das Trennen der beschichteten Verbundmaterialien von den Pressenplatten zu erleichtern. Trennmittelzusammensetzungen, wenn sie bei der Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden, werden gewöhnlich mit weniger als 0,65g/m² (3g/ft²) und besonders bevorzugt mit weniger als 0,09g/m² (1g/ft²) aufgebracht. Der Einsatz übermäßiger Trennmittelmengen kann die Haftung der Veredelungsbeschichtung an der Polymeroberfläche der erfindungsgemäß beschichteten Verbundsubstrate nachteilig beeinflussen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines in der Presse beschichteten Verbundsubstrats vorgesehen, das die Schritte aufweist, ein nasses Beschichtungsmischungslaminat auszubilden, das (1) eine Schicht einer Grundierungsbeschichtungsmischung mit einem in Wasser dispergierbarem wärmehärtbarem oder thermoplastischem Polymer, wobei die Grundierungsbeschichtungsschicht als chemisch vernetzte Polymermatrix gebildet wird, und (2) eine Schicht einer oberen Deckmischung aufweist, zu der eine thermoplastische oder wärmehärtbare Polymerlatexmischung gehört, die Grundierbeschichtungsschicht mit einer Oberfläche einer kompressiblen Matte zu kontaktieren, die Fasern oder Teilchen und eine Harzbindemittelzusammensetzung aufweist, die Matte und das Beschichtungslaminat zwischen erhitzten Metallflächen in einer Presse zu komprimieren und das komprimierte, polymerbeschichtete Verbundsubstrat aus der Presse herauszulösen. Dieses Verfahren kann unter Verwendung irgendeines oder mehrerer abwechselnder Protokolle ausgeführt werden. So kann, wie insgesamt vorstehend beschrieben ist, das nasse beschichtende Mischungslaminat auf der Oberfläche der komprimierten Matte ausgebildet werden, indem zuerst eine Schicht der Grundierungsbeschichtungsmischung auf die Matte aufgebracht und eine Schicht der oberen Deckbeschichtung über der Grundierungsbeschichtungsmischungsschicht aufgebracht wird, bevor die Matte und das aufgebrachte Beschichtungslaminat in einer Presse komprimiert werden. Die Grundierungsbeschichtungsmischung und die obere Deckbeschichtung können auf die Matte aufgebracht werden, indem beim Stand der Technik bekannte Aufbringtechniken Verwendung finden, zu denen das herkömmliche luftfreie oder gestützte luftfreie Sprühen, die Vorhangbeschichtung und die direkte Walzenbeschichtung gehören. Die obere Deckmischung wird gewöhnlich unmittelbar über der noch nassen Grundierungsbeschichtungsmasse auf der Mattenoberfläche aufgebracht und die Matte mit dem noch nassen Beschichtungsmischungslaminat auf ihrer Oberfläche wird komprimiert und/oder in der Presse ausgeformt, um das vorliegende polymerbeschichtete Verbundsubstrat zu bilden. In einer alternativen Ausgestaltung wird eine Trennmittelzusammensetzung aufgebracht, die gewöhnlich über die obere Deckmischungsschicht gesprüht wird, um das Trennen des polymerbeschichteten Substrats aus der Presse zu erleichtern.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Beschichtungslaminat dadurch hergestellt, dass seine Komponentenschichten auf die erhitzte Metallfläche der Presse aufgebracht werden (in umgekehrter Reihenfolge ihres Aufbringens auf die Matte) und das Beschichtungslaminat auf die Matte überführt wird, die fakultativ eine Papierabdeckung hat, wenn sie mit der laminatbeschichteten Metallfläche in der Presse komprimiert wird. Bei ei nem solchen Grundierfilm-Übertragungsverfahren kann die Oberfläche der Matte (oder des Papiers) für die Aufnahme des Beschichtungslaminats mit einem Klebstoff beschichtet werden, um das Haften des Beschichtungslaminats an der komprimierten Masse während des Komprimier-/Erhitzungsschritts zu begünstigen. Somit wird durch Verwendung eines Filmübertragungs-Verfahrensprotokolls das beschichtete Laminat hergestellt, indem auf die erhitzten Pressenplatten nacheinander eine Schicht einer Trennmitteldeckzusammensetzung, eine Schicht einer oberen Deckmischung und eine Schicht einer Grundierungsbeschichtungsmischung aufgebracht werden. Fakultativ kann eine Haftschicht auf die Grundierbeschichtungsschicht an der erhitzten Platte aufgebracht werden, um das Haften des überführten Filmlaminats an dem Verbundsubstrat der Erfindung zu optimieren.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Grundierungsüberführverfahren zur Erzeugung einer grundierten Türoberflächenschicht verwendet. Es wird ein leichter Film eines Trennmittels auf Wasserbasis auf die 149°C (300°F) heiße Druckkissenplatte aufgebracht. Er trocknet sofort. Dann wird durch Sprühen die Grundierung (0,83 nass g/m² (9 nass g/ft²) – äquivalent zu 1,0 trocken mil) bei 60% Feststoffen nach Gewicht (40% nach Volumen) direkt auf die heiße Deckkissenplatte aufgebracht. Die Grundierungsmischung trocknet nahezu sofort. Die Fasermatte wird in direktem Kontakt mit der trocknen Grundierung auf dem Druckkissen gebracht. Die Matte wird auf 0,03 mm (1/8 Zoll) gepresst, und hält bei 90 Sekunden bei 149°C (330°F) an. Die Überführung von der Druckkissenplatte zu der Türoberflächenschicht erfolgt unter einer Vielzahl von Restzyklen. Die Presse ist offen für das Abtrennen der grundierten Türoberflächenschicht, die Türoberflächenschichten sehr ähnlich sieht, die in herkömmlicher Weise hergestellt werden. Ein Vorteil des Aufbringens des Trennmittels und der Grundierung auf die Druckkissenplatte besteht darin, dass die Menge der aufgebrachten Grundierung im Wesentlichen die gleiche ist, wie sie bei normalen Grundierungsvorgängen aufgebracht wird. Tatsächlich hat sich gezeigt, dass durch Verwendung des Grundierungsüberführungsverfahrens die polymerbeschichteten Verbundsubstrate (Türoberflächenschichten) mit Oberflächeneigenschaften, die zu denen ähnlich sind, die unter Verwendung von normalen Grundierungsaufbringungen außerhalb der Presse erreichbar sind, unter Verwendung von nur 90% der Grundierungsmischungsmenge erreicht werden können.
Obwohl das oben erwähnte Grundierungsüberführungsverfahren bei Standardfertigungsvorgängen für Hartfaserplattenstücke verwendet werden kann, findet das Grundierungsüberführungsverfahren besondere Anwendung bei kontinuierlichen Messfertigungsprozessen (Conti press) in der Hartfaserplatten-/Faserplattenfertigung. Bei dem kontinuierlichen Pressverfahren besteht die Presse aus einem fortlaufenden erhitzten Stahlband, das in Kontakt und abschließend in kompressivem Kontakt mit der Matte über eine Reihe von Walzen hinter dem Band gebracht wird, so dass, wenn sich die Matte fortlaufend durch den Prozess bewegt, das Band und die Walze Wärme zuführen und den Druck auf die Matte erhöhen. Am Ende der kontinuierlichen Presse wird eine massiv geformte Hartfaser- oder Faserplatte mit physikalischen Eigenschaften wie bei der normalen Hartfaserplatte erzeugt. Das Grundierungsüberführungsverfahren eignet sich einzigartig für die Anwendung bei den kontinuierlichen Pressfertigungsverfahren für die Verbundsubstratherstellung. Das Beschichtungslaminat kann an dem kontinuierlichen Band durch Aufbringen der Trennmittelbeschichtung, der oberen Abdeckung und/oder der Grundierungsschicht nacheinander auf das erhitzte Stahlband durch irgendwelche Einrichtungen, jedoch besonders praktisch durch direkte Walzenbeschichter, ausgebildet werden, bevor das Band in Kontakt mit der Matte kommt, so dass es nur einen geringen oder keinen Abfall gibt, wie er gewöhnlich bei Sprühaufbringungen auftritt.
Beispiel 1
Eine Holzfasermatte oder eine wiederverfestigte Holzfasermatte zur Herstellung einer Türoberflächenbeschichtung wurde mit dem schnell härtenden Grundierungsansatz beschichtet, der nachstehend beschrieben ist (bei etwa 1,39g/m² (15g/ft²)). Darauf folgt die Antimetallabdruck-Deckformulierung (bei etwa 0,27g/m² (3g/ft²)). Dann wurde die beschichtete Matte in einer Presse bei einer Temperatur von etwa 121°C (250°F) bis etwa 254°C (490°F) über etwa 20 Sekunden bis etwa 120 Sekunden bei einem Druck von etwa 6,205 MPa (900 psi) angeordnet. Die Presse kann entweder flach sein oder eine Gesenkform mit Tiefzieheigenschaft haben.
Nach dem Pressen wurde aus der Presse eine in der Presse grundierte/mit an der Antimetallabdruckoberschicht versehene Türoberflächenschicht freigegeben. Die ästhetischen Merkmale dieser in der Form grundierten Türoberflächenschicht sind sehr gut mit denen einer herkömmlichen Türoberflächenschicht vergleichbar, das auf einer Veredelungsstraße nach der Pressenstraße aufgrundiert wird.
Beispiel 2:
Eine Holzfasermatte oder eine wiederverfestigte Holzfasermatte zur Herstellung einer Türaußenschicht wurde mit einem polymeren Klebstoff abgedichtet, bevor sie in die Presse bewegt wurde. Die erhitzte obere Platte der Presse wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, zuerst mit einem Trennmittel sprühbeschichtet, worauf die Antimetallabdruckbeschichtung und dann die Grundierbeschichtung folgen. Während des Presszyklus wird der laminierte Beschichtungsfilm von der oberen Platte freigegeben und auf die Matte geklebt. Aus der Form wird eine in der Form grundierte und mit einer oberen Antimetallabdruckbeschichtung versehene Türaußenschicht frei gegeben, die hervorragende Oberflächeneigenschaften hat.
Beispiel 3:
Eine fortlaufende Holzfasermatte oder wiederverfestigte Holzfasermatte zur Herstellung einer Türaußenschicht oder Spanplatte wird mit einem Grundierbeschichtungsansatz mit 1,39g/m² (15g/ft²) beschichtet, worauf die obere Antimetallabdruckbeschichtung mit 0,46g/m² (5g/ft²) folgt. Die grundierte Matte wird durch eine erhitzte Conti-Presse geführt, um eine Straße von „in der Presse" grundierten Türaußenbeschichtungen zu erhalten, die dann für den Transport in Teile geschnitten werden können. Diese in der Presse grundierte Platte kann auch über den Filmüberführungsprozess gefertigt werden, wie es in dem Beispiel 2 vorstehend für eine Conti-Press-Straße beschrieben ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats, bei welchem – eine kompressible Matte vorgesehen wird, die ein Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zellulosefasern, Zelluloseteilchen, Holzschnitzeln und Holzspänen besteht, – auf eine Oberfläche der kompressiblen Matte eine chemisch vernetzbare Grundierungsbeschichtungsmischung aufgebracht wird, die eine chemisch vernetzte polymere Grundmasse bildet, wenn oder während die Mischung auf die kompressible Matte aufgebracht wird, – auf die vernetzte polymere Grundmasse eine obere Abdeckmischung zur Bildung einer oberen Deckschicht aufgebracht wird und – die vernetzte polymere Grundmasse, die obere Deckschicht und die kompressible Matte zur Bildung des beschichteten Substrats zusammengedrückt und erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, – dass die Grundierungsbeschichtungsmischung ein Copolymer mit einer T_g von -10 bis 50°C aufweist und – dass die obere Abdeckmischung eine thermoplastische oder ein wärmehärtbare polymere Latexmischung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Beschichtungsmischung eine anionisch stabilisierte wässrige Emulsion mit 95 bis 99 Gew.-% Copolymer, 0,2 bis 5 Gew.-% Polyimin und 0,2 bis 5 Gew.-% einer flüchtigen Base bei einer Gesamtsumme von 100 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem sich auf der Oberfläche der Matte Papier befindet und die chemisch vernetzbare Mischung auf das Papier aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem weiterhin vor dem Schritt des Zusammenpressens eine Trennmischung auf die Grundmasse aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem weiterhin vor dem Schritt des Zusammenpressens eine Trennmischung auf die obere Deckschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem die Trennmischung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus thermoplastischen Siliconpolymeren, wärmehärtbaren Siliconpolymeren und Tensiden besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Grundierungsbeschichtungsmischung und die obere Abdeckmischung auf die kompressible Matte als ein Nasslaminat aufgebracht werden, wobei der weitere Schritt der Bildung des beschichteten Substrats die Schritte aufweist: – Zusammendrücken der kompressiblen Matte und des Laminats zwischen erhitzten Metallflächen in einer Presse zur Bildung des beschichteten Substrats und – Trennen des beschichteten Substrats von der Presse.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die kompressible Masse weiterhin eine Papierbahn aufweist, die auf die Oberfläche der Matte geklebt wird, und die Schicht der Grundierungsbeschichtung auf das Papier aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats, bei welchem – ein Laminat dadurch gebildet wird, dass (1) auf eine erhitzte Platte eine Schicht der oberen Abdeckmischung aus einem thermoplastischen oder wärmehärtbaren Polymerlatex aufgebracht wird und (2) auf die Schicht der oberen Abdeckmischung eine Schicht der Grundierungsbeschichtungsmischung aufgebracht wird, die ein Copolymer aufweist, das eine T_g von -10 bis 50°C hat, – das Laminat auf eine kompressible Matte überführt wird, die ein Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zellulosefasern, Zelluloseteilchen, Holzschnitzeln und Holzspänen besteht, und – die kompressible Matte und das Laminat zur Bildung eines mit Polymer beschichteten Substrats zusammengedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die kompressible Matte weiterhin einen Papierbelag aufweist und das Laminat auf den Belag aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem weiterhin vor dem Aufbringen des Laminats ein Klebstoff auf den Belag aufgebracht wird.