JP4331268B2 - 伸び改良樹脂からなる抄紙用ベルト - Google Patents

Description

発明の分野
本出願は米国仮特許出願第６０／０４５，９８３号明細書の利益を援用する。本発明は、改良特性を発揮する樹脂状高分子重合体からなる抄紙用ベルトに関する。
発明の背景
抄紙用ベルトは、当該技術によく知られるように、型に基づいて造る紙の製造に使用される。本発明に開示する抄紙用ベルトの類型を使用して造る紙は、１９８５年７月９日発行のトロクハンの米国特許第４，５２８，２３９号明細書、１９９６年５月７日発行のトロクハン等の米国特許第５，５１４，５２３号明細書、１９９６年４月２日発行のトロクハン等の米国特許第５，５０３，７１５号明細書、１９９４年８月２日発行のトロクハン等の米国特許第５，３３４，２８９号明細書、１９９６年９月１０日発行のトロクハン等の米国特許第５，５５４，４６７号明細書、１９８５年４月３０日発行のジョンソン等の米国特許第４，５１４，３４５号明細書、１９９６年７月９日発行のトロクハン等の米国特許第５，５３４，３２６号明細書、１９９６年９月１７日発行のトロクハン等の米国特許第５，５５６，５０９号明細書、及び１９９７年５月１３日発行のエイヤ−ス等の米国特許第５，６２８，８７６号明細書に記述されており、これらの開示事項は参考文献として本明細書に組込まれている。
抄紙用ベルトは、二つの主要構成要素、すなわち強化構成要素とトロクハンの４，５２８，２３９号明細書及びジョンソン等の４，５１４，３４５号明細書から教示される樹脂状高分子重合体とを典型的に有する。これら教示の抄紙用ベルトの製造に使用される樹脂は、樹脂が抄紙に使用される間に老化するに従い、脆弱化、ひび割れ及び樹脂減量が発生し、その結果ベルト使用可能期間が限られるという、一般的な障害を受ける。樹脂の伸びは老化が起きるに従い失われる主要特性である。
本発明の目的は、破断時の伸びとして定義された伸びが改良された樹脂状硬化高分子重合体を有する抄紙用ベルトを提供することである。本発明の他の目的は、従来技術と比較して、より高い温度で耐クリ一プ性、引張強さ及び／又は硬さの過度の減少を伴わずに、より高い温度での伸び改良樹脂を有する抄紙用ベルトを提供することにより抄紙用ベルトの使用可能期間を改良することである。
発明の要約
本発明は抄紙用ベルトを含み、このベルトは樹脂状高分子重合体を有する。樹脂状高分子重合体は枠組みに配置される。硬化後で、樹脂状高分子重合体は２２℃で少くても約１００％の伸びと室温で少くても約１８２．８ｋｇ／ｃｍ²（２６００ポンド／平方インチ）の引張強さとを有する。
硬化後で、同一の樹脂状高分子重合体は、いずれも９０℃の温度で測定して少くても約４５％の伸びと少くても約４９．２ｋｇ／ｃｍ²（７００ポンド／平方インチ）の引張強さを有する。
対流乾燥器中、温度１４０℃で２４時間老化した後の樹脂状硬化高分子重合体は、２２℃で測定して少くても約７０％の伸びと少くても約１４０．６ｋｇ／ｃｍ²（２０００ポンド／平方インチ）の引張強さを有する。
【図面の簡単な説明】
図１は、抄紙用ベルトの完全集合体の実施例の平面図である。
発明の詳細な説明
図１を参照すると、本発明は枠組み中に配置された樹脂状高分子重合体２０を有する抄紙用ベルト１０に関する。硬化後の樹脂状高分子重合体２０は、硬さ又は耐クリ一プ性を犠牲にせずに改良された伸びを発揮する。最も好ましくは、本発明の樹脂状高分子重合体２０は完全に硬化される。樹脂状高分子重合体２０は、試料を照射し続けたときに重合によるいかなる追加の熱も発生しない時点で、完全に硬化されたと考えられる。当業者によく知られるように、熱量計をこの測定に使用できる。まさに上記のように完全硬化では、重合可能な基が高分子ネットワ一ク内に捕捉されており、それゆえに更なる重合反応を受付けないであろうということに注目すべきである。
本発明の抄紙用ベルト１０は、１９９４年８月２日発行のトロクハン等の米国特許第５，３３４，２８９号明細書、１９８５年４月３０日発行のジョンソン等の米国特許第４，５１４，３４５号明細書、１９９６年６月１８日発行のトロクハン等の米国特許第５，５２７，４２８号明細書、及び１９８５年７月１６日発行のトロクハン等の米国特許第４，５２９，４８０号明細書に従って造られるが、これらの開示事項は、本発明で使用のために抄紙用ベルト１０をいかにして造るかを示す目的で、参考文献としてここに組入れてある。抄紙用ベルト１０を造る好ましい方法には、必要とする四つの主要材料が含まれる。すなわち、織り網のような強化構成要素３０、熱可塑性シ一トのような防壁フィルム、不透明部分が枠組み中における事前に選択された全体的孔のパタ一ンを決定するところの枠組みの透明及び不透明な部分からなる保護用覆い、及び樹脂状高分子重合体２０を形成するためにベルト製造工程で硬化される液状感光性樹脂が含まれる。
強化構成要素３０は、１９９６年３月１９日発行のトロクハン等の米国特許第５，５００，２７７号明細書、又は１９９６年３月５日発行のステルジェス・ジュニア等の米国特許第５，４９６，６２４号明細書に従って造られる。又これらの明細書は本明細書に参考文献として組入れてある。適当な強化構成要素３０には、紙層形成用ファブリック、ウェット・プレス用フェルト、及びドライヤ一・ファブリックのような抄紙機用織物が含まれる。あるいは、ジャカ一ド織り強化構成要素３０を、本発明による樹脂状高分子重合体２０から造られた枠組みを有する抄紙用ベルト１０に使用してもよい。
抄紙用ベルト１０を製造する方法には、ベルト形成のための用具の機能表面に防壁フィルムを使用すること、防壁フィルムが強化構成要素３０とベルト形成のための用具との間に挿入されるように強化構成要素３０を防壁フィルムに対し並置すること、強化構成要素３０の表面に液状感光性樹脂の塗料を塗布すること、塗料の厚さを事前に選ばれた値に制御すること、枠組みの不透明及び透明な部分を有する保護用覆いを液状感光性樹脂の塗料と接触させて並置すること、保護用覆いを通して活性化波長を持つ光に液状感光性樹脂を露出し、それにより保護用覆いの透明部分と合致して正しく重なっている部分において液状感光性樹脂の硬化を引起こすこと、及び未硬化液状感光性樹脂の全てを強化構成要素３０から実質的に除去することが含まれる。本発明の実施に使用される精密な装置又は設備は、要するにそれが使用されて本発明が実施できる限り、格別重要ではない。
抄紙用ベルト１０の使用可能期間に重要と考えられる樹脂状高分子重合体２０の特性には、室温及びより高い温度での伸び、引張強さ、硬さ及び耐クリ一プ性が含まれる。抄紙用ベルト１０の使用可能期間を最長にするためには、樹脂状高分子重合体２０が、抄紙用ベルト１０が使用期間中にさらされる温度も含めより高い温度において、従来技術に比較して耐クリ一プ性、引張強さ又は硬さを過度に犠牲にすることなく伸びを発揮することは、特に望ましい。本発明の樹脂状高分子重合体２０は少くても約１００％、より好ましくは約１１０％、さらに一層好ましくは１２５％の、２２℃で測定された、室温伸びを有する。本発明の樹脂状高分子重合体２０は、従来技術に比較しクリ一プに耐えながら又引張強さ及び硬さの過度の減少なしに、改良された伸びを発揮する。
本発明の好ましい液状感光性樹脂組成には、主要四種類の成分、すなわちプレポリマ一、単量体、光重合開始剤及び酸化防止剤が含まれる。好ましい液状感光性樹脂は、マクダミド・イメイジング・テクノロジ社（MacDermid Imaging Technology Inc.,デラウエア州、ウイルミントン）から得られるMerigraph Ｌ−０５５である。この液状感光性樹脂のプレポリマ一は、ポリエ一テルから形成されるメタアクリレーテッドポリウレタン又はアクリレーテッドポリウレタンから造られ、実質的にポリエステルを含まない。好ましくはプレポリマ一は、ジイソシアナ−ト化合物と多価アルコ一ル類又は多価フェノ一ル類との反応から誘導されるポリウレタンである。多価アルコ一ル類又は多価フェノ一ル類には、好ましくは、実質的にポリエステルを含まない、水酸基で反応を停止したポリエ一テル化合物が含まれる。エステル・セグメントはトランスエステル化反応の可能性を増加すると思われているので、実質的に全てのポリエ一テルを含む多価アルコ一ル類又は多価フェノ一ル類は、全てのポリエステル又はポリエ−テルとポリエステルの混合物を含む多価アルコ一ル類又は多価フェノ一ル類よりも好ましい。トランスエステル化反応は、プレポリマ一の分子量減少の結果となり得る作用である。プレポリマ一の分子量減少は、同様に樹脂状高分子重合体２０の伸び減少の結果となり得る。さらに、理論によって拘束されることなく、ポリエ一テルは、ポリエステル又はポリエステルとエ−テルの混合物よりも大きな加水分解安定性を提供する。好ましいポリウレタンは、メタクリレート基又はアクリレート基で末端が覆われているか、官能基化している。ポリウレタンを基本にしたプレポリマ一には好ましくは主にポリエ一テルが含まれ、かつ実質的にポリエステルは含まない。ポリエ一テルには好ましくはエチレンオキシド、プロピレンオキシド及びブチレンオキシドが含まれる。
ポリウレタンを基本にしたプレポリマ一に加えて、本発明の液状感光性樹脂には、またアクリレート基又はメタクリレート基を含む単官能基、二官能基及び三官能基の単量体を含めて単量体混合物が含まれる。好ましい単官能基単量体はヒドロキシアルキルアクリレート又はヒドロキシアルキルメタクリレートである。
光重合開始剤は、最も好ましくは２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを含むものが用いられる。光重合開始剤は、好ましくは液状感光性樹脂製剤に対しこの樹脂製剤の全重量の約０．０５％−１．０％の量で添加される。紫外線光に露出されたとき、光重合開始剤は順番に重合反応を開始するフリ−・ラジカルを生成する。適した光重合開始剤が、チバ・ガイギ社（Ciba Geigy Corp.ニュ一ヨ一ク州、ホ一ソン）からIrgacure ６５１として入手できる。
液状感光性樹脂高分子重合体の酸化防止剤成分は、１９９１年１０月２２日発行のフ一ド等の米国特許第５，０５９，２８３号明細書及び１９９１年１２月１７日発行のトロクハンの米国特許第５，０５７３，２３５号明細書に従い実施される、又これらの明細書は参考文献として本明細書に組入れてある。酸化防止剤は、樹脂状高分子重合体２０が酸化され、そして抄紙用ベルト１０の強度を低下し抄紙用ベルト１０の早すぎる損傷の結果となることを防止するために、液状感光性樹脂製剤に添加される。酸化防止剤として使用される適切な化学薬品には、高分子量束縛フェノ一ル、第２アミン、リン酸塩、亜リン酸塩、チオエステル、硫黄含有化合物、及び第２チオエ一テルが含まれるが、これらに限定されない。本発明に使用される好ましい酸化防止剤には、チバ・ガイギ社（Ciba Geigy Corp.ニュ一ヨ一ク州、ホ一ソン）により市販のIrganox １０１０及びサイテックス社（Cytec Industries Inc.,ニュ一ジャ一ジ一州、ウエストパタ−ソン）により市販のCyanox １７９０が含まれる。酸化防止剤は好ましくは重量基準で約０．００１％から５．０％までの濃度で添加される。
本発明に記載された型式の抄紙用ベルト１０は、長網抄紙部、ツインワイヤ抄紙部、クレセント抄紙部、通気空気乾燥システム、及び従来型プレス部を含むがこれに限定されない、当該技術によく知られた、種々の異なる型式の抄紙機の系統及び形態と結合して使用される。
樹脂状高分子重合体２０の引張強さ、伸び、硬さ及び耐クリ一プ性を含む特性は樹脂状硬化高分子重合体の切取り試料を用い測定される。樹脂状高分子重合体の切取り試料は、マクダミッド・イメイジング・テクノロジ社（MacDermid Imaging Technologyデラウエア州、ウイルミントン）から入手できるMerigraph ２２２８感光性高分子重合体露光装置を用い０．００２５ｃｍ（１ミル）厚さのポリプロピレン・フィルム上に０．１０２ｃｍ（０．０４０インチ）層の液状感光性樹脂を流込み、かつそれを０．０１０ｃｍ（０．００４インチ）の厚さのポリエステル・フィルムで覆うことにより準備する。試料は始めに上部光源に３０秒露光する、そして次に下部光源に４００秒露光する。いずれのフィルムも硬化後に除去する。
引張強さと伸びの試験の目的で、樹脂状高分子重合体の切取り試料はアメリカ試験材料学会試験法Ｄ−６３８に従い試験する。各切取り試料は標準IV型亜鈴金型を用いて型抜きする。樹脂状高分子重合体の切取り試料は金型を槌で打つことにより切取る。切取り試料は、全長１１．４ｃｍ（４．５インチ）、最狭部幅０．６４ｃｍ（０．２５インチ）及び全幅１．９１ｃｍ（０．７５インチ）を有するように切取る。適切な金型がテスティング・マシン社（Testing Machines Inc.,ニュ一ヨ一ク州、アミテビレ）から入手できる。
引張強さと伸びの測定には、樹脂状高分子重合体の切取り試料が，インストロン社（Instron Corp.,マサチュ一セッツ州、カントン）製インストロン引張試験機モデルＮｏ．１１２２のような引張試験機に挿入される。５．０８ｃｍ（２インチ）のクロスヘッド分離速度と６．３５ｃｍ（２．５インチ）のゲ一ジ長を選択する。切取り試料を引張試験機に装着し、切取り試料を破断点に到達するまで引張ることにより破断試験を行う。破断点での伸びは、伸びとして定義されるが、引張試験機から直接測定するか、または代わりに、既存技術によく知られるように、チャ一ト記録計を用いて測定してもよい。
樹脂状高分子重合体の切取り試料の硬さは、ショア・インスツルメント・アンド・マニュファクチャリング社（Shore Instrument and Manufacturing Co.,ニュ一ヨ一ク州、フリ一ポ一ト）から入手できるショアＤジュロメ一タ一計器と梃（てこ）荷重付与スタンドとを用いて、アメリカ試験材料学会試験法Ｄ−２２４０に従い測定する。硬さ試験に用いる樹脂状高分子重合体の切取り試料は直径２．５４ｃｍ（１インチ）の円形金型により切取る。円形の切取り試料は、試験に先立ち積み重ね、少なくても０．６４ｃｍ（０．２５０インチ）の全試料厚さとする。
２２℃で測定した本発明及び既存技術の特性を以下の表Ｉに示す。

樹脂状高分子重合体２０の引張強さ、伸び、クリ一プ及びショアＤ硬度を含む特性はより高い温度でも測定する。引張強さ及び伸びは、インストロンの両クロスヘッドつかみ部を９０±１℃に加熱した環境試験室に封入するインストロン引張試験機を用い９０℃で測定する。適切な環境試験室がインストロン社（Instron Corp.,マサチュ一セッツ州、カントン）から入手できる。試験に供する樹脂状高分子重合体の切取り試料も、また試験室に３分間置き、そして直ちにインストロンを用い試験する。
９０℃の温度で行われる硬さ測定では、てこ荷重付与スタンド及び樹脂状高分子重合体の切取り試料は、実験用強制通気乾燥機中３０分間９０℃に予熱し、次に上記の手順に従い乾燥機中で試験する。
耐クリ一プ性は、ボ一リン社（Bohlin Co.,ニュ一ジャ一ジ一州、クランバリ）により製造されたボ一リンＣＶＯ制御応力レオメ一タ一を用い測定する。９０℃でのクリ一プ試験では、樹脂状高分子重合体の切取り試料はレオメ一タ一中１０分間９０℃に加熱し、次に試験する。クリ一プ測定は、初期加重を加えた後２５％歪み及び１００秒で行った。９０℃及び２５％歪みでの本発明の樹脂状高分子重合体２０は、約２×１０⁷ダイン（ｄｙｎ）／ｃｍ²より大きなクリ一プ係数を示し、ここではその係数の減少は応力が加えられた後最初１００秒で１０％未満である。９０℃で試験された本発明及び既存技術による樹脂状高分子重合体２０の特性を以下の表IIに示す。

本発明の他の重要な特性については、上述の手順に従い造られた樹脂状高分子重合体の切取り試料は対流乾燥器中１４０±２℃の温度で２４時間老化する。この切取り試料を２４時間後に取り出し、この切取り試料を２２℃に冷却した後実際的に無理無く直ちに上述のように試験する。これと同一の試験を９６時間老化した切取り試料につき繰り返す。より高い温度で老化した、本発明及び既存技術による樹脂状高分子重合体２０の特性を以下の表IIIに示す。

表II及び表IIIは、従来の常識に反して、引張強さはベルト１０の使用可能期間を改良するための決定力のある特性ではないということを示している。上述の樹脂は本明細書に記載の製紙用ベルトのみならず他の利用法にも使用できる。本発明の特定の実施例が例証され又説明されているけれども、種々の他の変化及び変更が本発明の範囲及び趣旨を外れずに可能であるということは当業者に明白である。それ故、本発明の範囲内にあるそのような全ての変化及び変更を添付したクレ一ムに含むことが意図されている。

Claims (16)

1. 製紙用ベルトであって、前記ベルトが、樹脂状高分子重合体と強化構成要素とからなり、前記樹脂状高分子重合体が、型に基づき造られた枠組みに配置され、又硬化後の前記樹脂状高分子重合体が、少なくても１００％の伸びと少なくても１８２．８ｋｇ／ｃｍ²の引張強さとを有し、前記伸びと前記引張強さが、摂氏２２度の温度で測定され、
   ここで前記樹脂状高分子重合体が、メタアクリレーテッドポリウレタン又はアクリレーテッドポリウレタンからつくられるプレポリマー、及び２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを包含するベンジルジメチルケタールを含む光重合開始剤を用いてつくられる感光性樹脂からなる、製紙用ベルト。
2. 製紙用ベルトであって、前記ベルトが、樹脂状高分子重合体と強化構成要素とからなり、前記樹脂状高分子重合体が、型に基づき造られた枠組みに配置され、又硬化後の前記樹脂状高分子重合体が、少なくても４５％の伸びと、少なくても４９．２ｋｇ／ｃｍ²の引張強さとを有し、前記伸びと前記引張強さが、摂氏９０度の温度で測定され、
   ここで前記樹脂状高分子重合体が、メタアクリレーテッドポリウレタン又はアクリレーテッドポリウレタンからつくられるプレポリマー、及び２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを包含するベンジルジメチルケタールを含む光重合開始剤を用いてつくられる感光性樹脂からなる、製紙用ベルト。
3. 前記硬化後の前記樹脂状高分子重合体が、少なくても５０％の伸びを有する、請求項２記載の製紙用ベルト。
4. 前記硬化後の前記樹脂状高分子重合体が、少なくても５５％の伸びを有する、請求項２記載の製紙用ベルト。
5. 前記硬化後の前記樹脂状高分子重合体が、少なくても６３．３ｋｇ／ｃｍ²の引張強さを有する、請求項２記載の製紙用ベルト。
6. 製紙用ベルトであって、前記ベルトが、樹脂状高分子重合体と強化構成要素とからなり、前記樹脂状高分子重合体が、型に基づき造られた枠組みに配置され、又老化が摂氏１４０度の温度で２４時間行われた後の前記樹脂状高分子重合体が、少なくても７０％の伸びと少なくても１４０．６ｋｇ／ｃｍ²の引張強さとを有し、前記伸びと前記引張強さが、摂氏２２度の温度で測定され、
   ここで前記樹脂状高分子重合体が、メタアクリレーテッドポリウレタン又はアクリレーテッドポリウレタンからつくられるプレポリマー、及び２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを包含するベンジルジメチルケタールを含む光重合開始剤を用いてつくられる感光性樹脂からなる、製紙用ベルト。
7. 前記老化が摂氏１４０度の温度で２４時間行われた後の前記樹脂状高分子重合体が、少なくても８０％の伸びを有する、請求項６記載の製紙用ベルト。
8. 前記老化が摂氏１４０度の温度で２４時間行われた後の前記樹脂状高分子重合体が、少なくても８５％の伸びを有する、請求項６記載の製紙用ベルト。
9. 前記老化が摂氏１４０度の温度で２４時間行われた後の前記樹脂状高分子重合体が、少なくても１７５．８ｋｇ／ｃｍ²の引張強さを有する、請求項６記載の製紙用ベルト。
10. 前記樹脂状高分子重合体が、少なくても２１０．９ｋｇ／ｃｍ²の引張強さと少なくても１１０％の伸びを有する、請求項１記載の製紙用ベルト。
11. 前記樹脂状高分子重合体が、少なくても２４６．１ｋｇ／ｃｍ²の引張強さを有する、請求項１０記載の製紙用ベルト。
12. 前記樹脂状高分子重合体が、少なくても１２５％の伸びを有する、請求項１０記載の製紙用ベルト。
13. 前記樹脂状高分子重合体が、少なくても２４のショアＤ硬度を有し、又２５％歪みで２×１０⁷ダイン／ｃｍ²より大きいクリ一プ係数を有し、前記クリ一プ係数が、荷重が加えられる最初の１００秒で１０％未満減少する、請求項２〜５記載の製紙用ベルト。
14. 前記樹脂状高分子重合体が、少なくても４０のショアＤ硬度を有する、請求項１記載の製紙用ベルト。
15. 前記樹脂状高分子重合体が、少なくても２０のショアＤ硬度を有する、請求項２〜５記載の製紙用ベルト。
16. 前記樹脂状高分子重合体が、少なくても４４のショアＤ硬度を有する、請求項１０〜１２記載の製紙用ベルト。

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