用于形成装饰层压纸的耐磨纸及生产该纸的处理方法

专利名称：用于形成装饰层压纸的耐磨纸及生产该纸的处理方法
技术领域：
本发明涉及耐磨纸，如用在装饰层压纸中的涂层纸或装饰纸，更具体而言，涉及一种耐磨纸，该耐磨纸在层压处理期间，结合分隔或是隔离颗粒来最小化地降低由于均衡压力用覆盖板与耐磨材料相接触引起的高度抛光的均衡压力用覆盖板的损害。本发明还涉及生产这种耐磨纸的生产方法。
背景技术：
装饰层压纸通常是由合成热固树脂浸渍的多层纸在热和压力下堆垛和熟化制成的。通常装配实际上是这样的，从颠倒的底部看起，是由三到八层由酚醛树脂浸渍的牛皮纸制成的芯纸页组成的，其上放置浸渍三聚氰胺树脂(melamine resins)的花纹或装饰纸；在装饰纸的顶部是涂层纸层，这个涂层纸层基本上是透明的并且保护该图案纸。
当装饰纸或图案纸有表面印刷时总是用涂层纸层来保护所印刷的图文不被磨损。涂层纸层通常是大约20-30磅令重的高质量的α纤维素纸，除了是用纸的每单位重量的大量的树脂外，通常也是用类似于用在装饰纸上一样的方式浸渍有三聚氰胺甲醛树脂在纸上。单张的纸页是用上面指出的方式堆垛的。
已经公知，将小的、坚硬的耐磨颗粒(也指“砂粒”)加入到涂层纸层中，或者加到浸渍的装饰纸中的树脂混合物中，能提高高压层压制品的耐磨性。氧化铝已经被用来给出400-600循环周期的耐磨性。但是，在层压制品处理期间，在生产高压和低压都有的层压制品时，耐磨磨损颗粒会趋向刮擦和引起高抛光的均衡压力用覆盖板的高度损害。均衡压力用覆盖板由于与耐磨材料相接触被刮擦或损坏必须花费巨大才能重新涂布一次或者替换掉。当前，估计用在均衡压力用覆盖板上重新覆盖一次的费用大约是每平方英尺0.01-0.02美元。
不损坏均衡压力用覆盖板来生产耐磨层压制品的一种传统的方法包括用隔离纸，这种隔离纸给出一物理障碍来将磨损砂粒颗粒与均衡压力用覆盖板之间分隔开。用隔离纸的花费是预算中不希望有的。隔离纸的费用大约是每平方英尺0.02-0.05美元。人们试图用各种方法，在不必损坏昂贵的，高度抛光的均衡压力用覆盖板，并且也不需要用隔离纸的情况下，生产耐磨涂层纸层或装饰纸来生产装饰层压纸。Lex等人的美国专利US4971855中公开了一种用极小的(小于9微米)耐磨颗粒来生产耐磨，光滑的层压制品而不会在迭片结构生产期间引起均衡压力用覆盖板的快速破坏。O`dell等人的美国专利US5545476中公开了一种耐磨损光滑的层压制品，其具有厚的结合有预熟化的颗粒超过250微米的热固性树脂保护涂层，其能够保护均衡压力用覆盖板在涂层纸层中免受小的耐磨损颗粒的影响。
这些生产耐磨层压制品而不引起昂贵的均衡压力用覆盖板的快速破坏的方法不是没有潜在缺点的。为防止抛光的均衡压力用覆盖板快速破坏，采用小的颗粒尺寸砂粒，还是会在砂粒接触均衡压力用覆盖板时在均衡压力用覆盖板的表面上引起刮擦。而且，大颗粒尺寸砂粒是优选于大颗粒的，通常其能提供更好的耐磨性。作为隔板或分隔板颗粒的预熟化树脂的效果能改变所依据的变数的数目，比如，熟化度，粒子尺寸分布，颗粒形状和在树脂基体内的颗粒分布等。因此，就需要能生产高和低压力层压制品显示具有改进的耐磨性并且能用大尺寸砂粒，同时还能对昂贵的均衡压力用覆盖板从耐磨损的砂粒颗粒中得到保护。
本发明概述本发明涉及耐磨损纸张并且特别是用在形成装饰层压纸中的耐磨损纸张。本发明还涉及用于生产这些耐磨损纸张的方法。按照本发明，微球体结合到耐磨损纸页中以便降低用有耐磨颗粒的均衡压力用覆盖板的损害。耐磨颗粒或砂粒是加到纸页中给予纸页耐磨的性质的。微球体优选是大于耐磨颗粒的大小的，并且因此在耐磨纸张中起分隔板或隔离板的功能来保护均衡压力用覆盖板免受耐磨颗粒的损害。已经发现，较大的微球体在用耐磨纸页进行随后的层压操作期间，能防止在耐磨颗粒和昂贵的均衡压力用覆盖板之间的过度接触。因此，本发明提供了耐磨层压制品而不会反向影响到均衡压力用覆盖板的寿命。按照本发明制耐磨纸页的主要用途是用在地板材料和类似材料的类型中的装饰层压纸。微球体和耐磨颗粒都适合以节约的成本在连续运行的造纸机上工作。
按照本发明的优选实施例，玻璃微球体与纤维混合一起作为纸模的一部分，并且在商业规模的连续制耐磨纸张期间，将耐磨砂粒颗粒分别地施加到纸幅中。在一个实施例中，微球体被加到纤维中，例如将微球体悬浮液连续加到送入初级流浆箱的浆流中，然后微球体和纤维的混合物在造纸机的湿端部就形成纸页。在一第二实施例中，微球体是从流化床喷射到纸幅中的。在另一实施例中，微球体与水混合，通过涂布机如幕帘式涂布机或筛式涂布机，施加到造纸机的湿端的纤维纸幅上。在另一实施例中，微球体悬浮液与纤维混合后，从初级或第二流浆箱施加到造纸机上。
术语“湿端”在这里是指造纸工艺中在造纸机上早于干燥部之前的造纸机的任意部分，并且特别包括将微球体加到送入流浆箱的浆流中，加到风箱、打浆器或是贮料池的浆中，喷射微球体到纸幅中的在干燥器能干燥前的任意位置处，将微球体加到白水中，以及通过第二流浆箱或是筛孔涂布机如幕帘式涂布机在早于干燥器能干燥之前施加微球体和纤维的混合物作为表面涂层，举例来说，在水印辊和湿压榨之间，也就是在早于干燥器能干燥之前即结合这些点，例如在打浆器处加入并且从喷射单元施加。
这里用的术语“筛式涂布机或是筛孔涂布机”包括这样的涂布机，其中，涂料通过一孔然后形成幕帘落在纸幅上，然后涂布机中的涂料通过一狭孔伸出，在该狭孔处形成一头部与纸幅接触。
发明详述本发明中用的微球体可以是玻璃、陶瓷或聚合物。微球体优选是玻璃的，更优选是钠钙玻璃。钠钙玻璃发荧光，并且因此便于监控微球体在纸页中的分布。为适宜作分隔体或是隔离体颗粒，微球体的颗粒尺寸应该等于或是大于耐磨砂粒的颗粒尺寸。优选是，微球体2-10倍并且更优选是5倍于耐磨颗粒的尺寸。优选是，微球体的直径在35-200微米之间，而耐磨砂粒颗粒的直径再10-100微米之间。微球体的尺寸相当重要，微球体必须足够大以便足够留存在纸页中，但不会大到干扰耐磨颗粒的功能或是负冲击清晰度。钠钙玻璃微球体优选通常用的是85-100微米直径的微球体。同样，微球体在纸页中的浓度是由执行标准制定的。微球体必须以足够的量出现以在保持所需水平的清晰度和耐磨性的同时有效降低均衡压力用覆盖板的损害。
按照本发明，微球体和耐磨颗粒在造纸处理工艺中是一起加入到耐磨纸页中的。耐磨纸页可以是涂层纸页或是装饰纸页。纸页可以是以普通方式为该目的从纤维中制出的，优选是用漂白硫酸盐浆制成的。浆料可以是硬木或是软木或是通常优选的硬木与软木的混合浆。高α纤维素如棉花可被加入到浆料中，能提高如快速成形等性能。纸页的定量(包括砂粒和微球体)可以是每3000平方英尺5-70磅，优选对涂层纸是每3000平方英尺15-50磅。玻璃微球体可以在浆料池中加入与纤维混合，也可以在造纸机的湿端的任何位置处加入。当与纤维混合时，微球体为纤维重的大约2-20wt％，优选是大约为10％。当作为涂布施加到成形纸页时，微球体是以大约每3000平方英尺2-10磅的涂料重施加的。比较而言，砂粒典型地是以大约每3000平方英尺2-40磅的涂料重施加到纸页的(干重)。
按照本发明，微球体是在造纸机的湿端加入到纤维中的。这个加入过程是在几个不同的操作中完成的。按照本发明的一个实施例，微球体是在纤维沉积到成形网上之前混合到纤维中的，这个过程可以在打浆器、贮料池或风箱泵中完成的，或者微球体可以连续地加入到送入流浆箱的浆料中。微球体也可以从一喷射装置施加到湿纤维垫中。在本发明的另一实施例中，微球体的悬浮液是用第二流浆箱或是筛式涂布机在成形网上施加到湿纸幅的表面的，并且更具体而言，是用的适宜在造纸机湿压榨之前的幕帘式筛式涂布机的优选形式。本发明的这些实施例的每种情况在下面都有详细描述。
微球体可混入到纤维中以提供配料组成，该配料能从初级流浆箱布到造纸机成形网上。微球体可以在纤维的成形或稀释的任意点处施加到配料中。例如，微球体悬浮液可以加入到白水中，并且可以在任意浆料池中稀释浆料(例如，浓浆池、稀浆池和成浆池)，或者在打浆器或是风箱泵处将悬浮液加入到浆料中。当混合悬浮液与浆料一起分布到造纸机成形网上时，微球体悬浮液典型地会包含大约1-5％的固体。作为配料的一部分送入到流浆箱的悬浮液包含大约0.5-0.7％的固体。
微球体也可以通过喷射施加到造纸机的湿端。微球体优选是以引起在湿纤维垫中能至少部分嵌入的速度喷射。喷射涂布装置可以设置在造纸机的湿端的任意位置处，但是微球体优选是在成形期间施加到成形网侧上。微球体可随意与热固性层压树脂或是其他树脂或试剂一起喷射涂布以将微球体支持到纸页上。热固性层压树脂优选是三聚氰胺甲树脂，而其他树脂如聚酯、尿素甲醛、双氰胺甲醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂类或是它们的混合物都是可用的。微球体可在流化床上涂布，或是穿过树脂薄雾喷射微球体。微球体优选是通过喷射水中树脂溶液或是分散液来涂布的，以产生树脂薄雾，并穿过树脂薄雾喷射微球体以至少部分涂布微球体。薄雾中的树脂颗粒尺寸大约为0.50-5微米。穿过细薄雾的微球体的运动也包括将电荷分布到微球体上。树脂涂层和电荷提高了微球体到纸幅上的锚固性能。
树脂溶液或是分散液优选是以大约30-60％的浓度在溶剂或是水中溶解或是分散树脂。树脂溶剂或是分散液供应到树脂喷射装置中，并通过多个喷嘴喷射以产生平均颗粒度在0.50-5微米之间的细薄雾。树脂喷射是直接喷射的，以便产生位于造纸机和喷射装置之间的薄雾，以流体方式与微球体的流化床交互相通。当微球体以喷射到纸幅的方向喷射时，它们会穿过树脂薄雾。穿过树脂薄雾的微球体的运动会产生涂布以及在微球体上布上电荷，以使得微球体更肯定地锚固到纸幅中。
在用幕帘式筛孔涂布机施加微球体到纸页表面时，微球体悬浮液包含大约5-60％的固体，并施加了大约每3000平方英尺1-20磅微球体的量。幕帘式涂布和湿压榨参数和操作条件是以传统方式调节来最大化留存力的。对筛式幕帘式涂布机模的优选位置是刚刚过了水印辊的造纸机的湿端。另一位置可以是在水印辊的前面，在最后一个真空吸水箱和湿压榨之间，或是在造纸机的水印辊和最后一个真空吸水箱之间的任意位置。当用筛式涂布机时，微球体可单独施加或是与砂粒一起施加。也可包括一些纤维。
在本发明的另一实施例中，微球体悬浮液是从第二流浆箱施加的。从第二流浆箱施加的悬浮液优选是含0.5-7％的固体，更优选是大约1-3％的固体。第二流浆箱位于初级流浆箱和水印辊之间。当从幕帘式涂布机或是第二流浆箱施加悬浮液作为涂料时，重要的是避免密封了纸页从而发生不能接受的阻碍树脂浸透的情况。再有，当从第二流浆箱施加时，微球体可单独或是与砂粒和/或纤维一起施加。
典型地，砂粒可以是单独的步骤施加，也可以是任意公知的将砂粒加入纸中或涂布纸页的过程用在这里来将砂粒颗粒施加到纸页中。本发明所采用的砂粒可以是矿物颗粒，如氧化硅、氧化铝、刚铝玉、刚石、金刚石、尖晶石，还有其他物质如碳化钨、硼化锆、一氮化钛、碳化钽、碳化铍、碳化硅、硼化铝、碳化硼、金刚石砂；或者非矿物颗粒如粘土，以及它们的混合物。适宜的具体砂粒依赖于几个因素，如实用性、费用、适宜颗粒尺寸甚至于颗粒的颜色。考虑到花费可承受性、硬度、颗粒尺寸和轻微的颜色表现，最适宜的优选砂粒为氧化铝。产品使用性能表示为定量、灰分承载、砂粒颗粒的尺寸和型号。本发明的具体使用是150、180、220和240等级氧化铝砂粒。
当微球体与纤维一起或单独施加时，砂粒典型地是以悬浮液的形式施加到纸幅中的。含有砂粒的悬浮液是用第二流浆箱或是筛孔涂布机施加到原纤维状纤维素纸幅中的，在该处能将含砂粒的悬浮液横跨纸幅表面均匀分布。通常，一层砂粒和纸纤维是用造纸机上的第二流浆箱施加到涂层纸页的表面上的。但是，为了改进横跨纸幅砂粒的分布和覆盖度，也为了在纸页的Z方向上改进砂粒的分布，需要用筛孔涂布机如幕帘式涂布机施加砂粒。
砂粒的施加可以是在从初级流浆箱向后到干燥器之前的任何位置，但是，优选是靠近，并且更优选是直接在干燥线之后，即在沉积的纤维开始显示凝固的那个点，并且该处没有表层水。当从第二流浆箱施加砂粒时，典型地，悬浮液中含0.5-2％重的砂粒，而当用筛孔涂布机时是1-40％重的砂粒。
这里所述的涂布操作是以传统纸速即每分钟400-2000英尺的速度下操作的。
用筛孔涂布机并具体是用幕帘式涂布机(与第二流浆箱比较)来施加砂粒，能增加砂粒施加时的有效性而减少浪费。筛孔涂布机头部施加器是与正排量泵一起使用的，使得预定量的砂粒组成能均匀分布在横跨纤维素纸页的表面上。优选是将静态混合器与筛孔涂布机供应线一起使用，来防止或是降低悬浮液的砂粒沉析出的数量。
用筛孔涂布机头部施加器的具体优点是能使得预定数量的悬浮液混合物运送去施加时，能均匀地分布到涂层纸页的表面。用筛孔涂布机头部不仅能使得在横跨装饰纸页表面均匀分布砂粒悬浮液混合物的操作效率增加，而且能显著降低为了同时要达到或是需要的产品标准通过降低浪费而降低工艺处理的费用。用筛孔涂布机头部施加器还能将典型地用在这类涂层纸页中的其他物质和添加剂直接引入添加到砂粒悬浮液中。例如，在砂粒混合物中加入三聚氰胺树脂是可以的，并且还可允许在单独的步骤中将两种树脂和砂粒都加入到纤维状纤维素纸页中。
筛孔涂布机可施加含至少5％，更具体是至少10％固体的悬浮液。作为比较，通常第二流浆箱用来施加含超过大约2％或3％固体的悬浮液。作为高浓度的悬浮液，可以用筛孔涂布机，以比第二流浆箱适用的施加悬浮液时的高生产线速度和/或低涂布流量速率来施加。用流浆箱，当涂布10英尺宽的纸幅在涂布流动速率为每分钟500-1000加仑的情况下时，就不是不寻常了。在这样的速率下，水从涂布悬浮液瀑布中通过纸幅，并与水一起携带巨大量的未留存的砂粒通过纸幅。用筛孔涂布机，当涂布10英尺纸幅宽度流量在平均每分钟5-10加仑是普通的，而打量的水和为留存砂粒也基本上没有。
当用筛孔涂布机施加砂粒悬浮液到纸幅中时，有利的是在悬浮液中有增稠剂。当用筛孔涂布机如幕帘式涂布机施加砂粒时，增稠剂是特别推荐的。增稠剂可以是通常用作黏合剂的任意一种，如三聚氰胺树脂、聚乙烯醇、丙烯酸胶乳、淀粉、干酪素、苯乙烯-丁二烯乳胶、羰甲基纤维素(CMC)、微晶纤维素、烷基芳基磺酸钠等，或者它们的混合物，被用在涂布组分中，在这里涂布材料被粘结到基底如装饰纸或是涂层纸页中。三聚氰胺树脂如三聚氰胺甲醛树酯(melamine-formaldehyde)被优选用作增稠剂材料，因为三聚氰胺甲醛树酯也通常是用于使装饰纸饱和的。增稠剂通常是用大约1-10％重涂布固体量的。
本发明中特别适用的筛孔涂布机是由Liberty Tool Corp.公司卖的商品名为Technikote的幕帘式涂布机。当用幕帘式涂布机时，悬浮液能在20磅压力下被泵入Liberty Tool的筛孔涂布机头部中，并且施加一英尺宽的浆层，该浆层已经沉积到造纸机成形网上。悬浮液能以每分钟0.73加仑的流动速率和每分钟67.5线性英尺的线性速度从涂布头分散。涂料能以每3000平方英尺大约10磅的干燥涂布重量施加。
在本发明的优选实施例中，微球体是施加到纸幅的成形网那一侧的，而耐磨颗粒是施加到纸幅的毛毯侧的。在典型的层压操作中，耐磨纸页的成形网侧是与均衡压力用覆盖板相接触的。因此，将微球体放在成形网侧而将耐磨颗粒放在毛毯侧，就能在还能提供具有优良耐磨和耐磨性的层压制品时，最大程度地保护均衡压力用覆盖板。
已经详细描述了本发明，在不脱离附后的权利要求书界定的本发明的范围内的任何可能的改进和变化会凸显。
权利要求
1.一种生产用来形成装饰层压纸的耐磨纸的方法，包括以下步骤形成有纤维素纤维和微球体的纸幅；预备耐磨颗粒的悬浮液；和施加所述耐磨颗粒的悬浮液到所述纸幅中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微球体是陶瓷、玻璃或聚合物。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的微球体是和树脂一起涂布的。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述树脂是从由三聚氰胺甲醛树酯(melamine formaldehyde resin)和聚酯树脂组成的组中选的。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述微球体的颗粒尺寸为大约35-200微米。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微球体是玻璃的，并且其颗粒尺寸为大约85-100微米。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成所述纸幅的步骤还包括形成纤维素纤维垫的步骤，和以足够的速度喷射涂布所述微球体到所述垫上的步骤，该速度至少引起微球体在纤维垫上部分嵌入。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成所述纸幅的步骤还包括在打浆器或是贮浆池中将微球体加入到纤维中的步骤，或是当纤维被送入流浆箱中时，在造纸机成形网上沉积包含微球体的纤维的步骤。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纸幅的定量为每3000平方英尺大约5-70磅。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的耐磨纸是一种涂层纸。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述耐磨纸是一种装饰纸。
12.一种生产用来形成装饰层压纸的耐磨纸的方法，包括以下步骤与热固性层压树脂一起涂布微球体以便获得至少部分被涂布的微球体；用该被涂布的微球体和纸纤维在造纸机上形成一纸幅；预备耐磨颗粒的悬浮液；和施加所述耐磨颗粒的悬浮液到所述造纸机的所述纸幅中。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述与热固性层压树脂一起涂布所述微球体的步骤包括以下步骤提供微球体的流化床；喷射热固性层压树脂以形成树脂薄雾；和将所述微球体与该树脂薄雾接触。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述树脂薄雾包括具有大约0.5-5微米颗粒大小的树脂颗粒。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述微球体的颗粒尺寸为大约35-200微米。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成纸幅的步骤是由喷射被涂布的微球体到造纸机的纸纤维的垫上来执行的。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述纸幅的定量为每3000平方英尺大约5-70磅。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的耐磨纸是一种涂层纸。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述纸幅是一种装饰纸。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述耐磨颗粒是氧化铝。
21.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述微球体的颗粒尺寸至少是所述耐磨颗粒尺寸的1.5倍。
22.一种在形成装饰层压纸中用的耐磨纸，包括纤维素纸幅；耐磨颗粒；和微球体，其特征在于，所述微球体大于所述耐磨颗粒的尺寸。
23.如权利要求22所述的耐磨纸，其特征在于，所述微球体是陶瓷、玻璃或聚合物。
24.如权利要求22所述的耐磨纸，其特征在于，所述微球体的颗粒尺寸为大于35-200微米。
25.如权利要求22所述的耐磨纸，其特征在于，所述微球体是玻璃的，并且有大约35-200微米的颗粒尺寸。
26.如权利要求22所述的耐磨纸，其特征在于，所述纸的定量为每3000平方英尺大约5-70磅。
27.如权利要求26所述的耐磨纸，其特征在于，所述纸是装饰纸。
28.如权利要求26所述的耐磨纸，其特征在于，所述纸是涂层纸。
29.如权利要求22所述的耐磨纸，其特征在于，所述耐磨颗粒是氧化铝。
30.如权利要求22所述的耐磨纸，其特征在于，所述微球体是玻璃，所述耐磨颗粒是氧化铝，而所述微球体是所述耐磨颗粒尺寸的2-10倍。
31.如权利要求22所述的耐磨纸，其特征在于，所述基底具有第一表面和第二表面，所述微球体主要位于所述第一表面上，而所述耐磨颗粒主要位于所述第二表面上。
32.一种具有权利要求22所述的耐磨纸的耐磨层压纸。
全文摘要
用在装饰层压纸中的耐磨纸如涂层纸或装饰纸，并特别涉及在层压处理期间，结合分隔或是隔离颗粒来最小化地降低由于均衡压力用覆盖板与耐磨材料相接触引起的高度抛光的均衡压力用覆盖板的损害的耐磨纸，以及这种耐磨纸的生产方法。
文档编号D21H27/18GK1406302SQ01805878
公开日2003年3月26日 申请日期2001年1月29日 优先权日2000年2月2日
发明者阿米特·达斯 申请人:米德公司