制造辊包覆物的方法以及辊包覆物的制作方法

制造辊包覆物的方法以及辊包覆物的制作方法
【专利摘要】本发明给出了一种制造辊包覆物的方法，特别是制造应用于制造和/或加工譬如纸张幅材或纸板幅材的纤维幅材的机器中的辊包覆物的方法，其中，该辊包覆物包括至少一个由树脂基质制成的层，其填充有至少一种含有填充材料颗粒的填充材料。填充材料颗粒在树脂基质的聚合物组分中制造，和/或由分散体通过基质交换引入到树脂基质中。
【专利说明】制造辊包覆物的方法以及辊包覆物

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于制造应用于制造和/或 整理纤维材料幅材的机器中的辊包覆物的方法，以及一种根据权利要求9的前序部分所述 的、借助这种方法制造的辊包覆物。

【背景技术】
[0002] 针对用于造纸行业和类似用途的研光机辊包覆物和其他的耐磨的辊包覆物，使用 纤维增强的环氧树脂和以填充材料填充的环氧树脂已经是现有技术。
[0003] 在此，填充材料的使用份额总是在对包覆物的不同要求之间的妥协的结果。为了 实现尽可能高的抗磨蚀性和所期望的高抗压模数，所希望的是尽可能高的填充度。
[0004] 然而通过本身在使用中发生调整的表面粗糙度，特别是坚硬的、抗磨蚀的填充材 料的量被限定在平均粒径大于0. 5 μ m，这是因为否则会生成过于粗糙的表面，其对纸张的 期望的平滑度产生负面影响。
[0005] 此外，提高的填充材料含量从某个界限起导致材料脆变的增加，并且因此导致在 逐点过载情况下或者在出现热应力情况下大规模损伤的风险的提高。
[0006] 例如由EP1 612 392B1公知，可以通过还与较大颗粒组合地使用带有几纳米到小 数额的几百纳米的范围中的粒径的颗粒，使这些界限直至一定程度地向着所期望的方向移 动。
[0007] 在此，实现所期望的特性的基本前提是填充材料颗粒在基质中尽可能均匀地分 布，并且首先要避免形成集聚。
[0008] 通常，填充材料颗粒，特别是带有在1到100nm(D50)范围中的平均粒径的填充材 料颗粒，借助不同方法，例如溶胶凝胶过程，通过特殊的磨削过程或者通过由气相沉积来制 造，并且然后混入到树脂基质或者其单体的或低聚体的前体中。


【发明内容】

[0009] 在出现填充材料颗粒的集聚之后，在制造由经填充的复合材料制成的产品期间仅 能不充分地或者不能以合理的成本在质量保证的情况下进行监控，因此本发明的任务是， 给出一种制造辊包覆物的方法，其中，填充材料颗粒不发生集聚或者仅发生微小程度的集 聚。
[0010] 在此，根据本发明设置：填充材料颗粒在树脂基质的组分中制造，和/或通过基质 交换从悬浮液引入到树脂基质中，据此，填充材料颗粒通过表面改性在其集聚倾向上受到 了限制。由此，可以生成稳定的悬浮液，填充材料颗粒在该悬浮液中均匀分布。
[0011] 这种方式制造的带有填充材料颗粒的基质材料悬浮液，通常是能稳定存储较长时 间的，并且可以在质量保证中例如经由不同的、相当容易测量的标准譬如密度、粘度或不透 明度的组合充分监控，以便识别出错误装料。
[0012] 因此，在可以直接用于制造热固性塑料的树脂基质中使用这种稳定的填充材料颗 粒，相对于把填充材料颗粒直接混入到树脂混合物中，在过程安全性上具有巨大优势，特别 是当还额外使用其他的更大的填充材料时。
[0013] 本发明的其他优点和改进方案在从属权利要求中进行了说明。
[0014] 有利地，含有颗粒的填充材料可以以溶胶凝胶方法通过水解在存在表面活性物质 的情况下在溶剂中析出。
[0015] 特别有利地，填充材料可以通过四乙氧基硅烷借助氨的水溶液的水解，在存在非 离子性的表面活性剂的情况下以油包水乳剂的形式直接在己烷中析出。
[0016] 在析出反应之后，根据本方法的优选实施方式，可以通过逐步添加聚合物组分中 的一种并且蒸发溶剂，使溶剂的液相转变为聚合物组分。
[0017] 备选地，可以在析出反应之后，通过连续添加聚合物组分中的一种并且同时蒸发 溶剂，使溶剂的液相转变为聚合物组分。
[0018] 根据本发明的另一有利方面，还可以设置，填充材料颗粒的制造在树脂基质的聚 合物组分中进行，其方式为，析出反应直接在树脂基质的聚合物组分中施行。
[0019] 此外，本方法可以附加地或备选地设置：填充材料颗粒在树脂基质的聚合物组分 中发生表面改性的步骤。据此，可以改进填充材料颗粒在树脂基质的聚合物组分上的结合。
[0020] 优选地，含有Si02的填充材料颗粒的表面的改性可以借助环氧硅烷或聚乙交酯 (poly (L-lactinid)) [wl]进行。
[0021] 有利地，填充材料颗粒具有在纳米范围内（1到100nm(D50))的平均粒径。
[0022] 根据本发明的有利实施方案，填充材料颗粒可以选取自：优选合成来源的氧化物、 碳化物、氮化物、硅酸铝、硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、钛酸盐、碳纳米管、碳纳米纤维、 金属或它们的混合物。
[0023] 根据本发明的有利改进方案，填充材料颗粒可以是表面改性的，特别是通过经聚 乙交酯覆层的Si0 2表面改性。据此，改进了在树脂基质上的结合。
[0024] 有利地，树脂基质是热固性塑料，特别是胺交联或酸酐交联的或者自交联的环氧 树脂或者异氰酸酯或者由它们制成的混合物。
[0025] 优选：填充材料在树脂基质中的含量可以在0. 5与30体积百分比之间。据此，能 获得辊包覆物的期望的特性，而不使辊包覆物脆化。

【具体实施方式】
[0026] 以下详细阐述本发明。
[0027] 用于纤维材料幅材，例如纸张幅材或纸板幅材的研光机或滚光机具有以下任务， 艮P，使纤维材料幅材要么直接在其制造的末尾中进行滚光（在线），要么在之后的时间点上 进行滚光（离线）。通过这个任务，对于存在于研光机中的辊的辊包覆物，一方面在其表面 品质方面提出了极高要求，另一方面在其相对热负载或机械负载的耐抗性方面提出了极高 要求。
[0028] 通常，在研光机中多个辊布置成堆栈，其中，根据常见的实施方式，金属的、能加热 的辊相对没有加热的弹性辊在形成夹挤区（Nip)的情况下运转。首先，在多个彼此相继的 夹挤区中，纤维材料幅材的第一侧通过压力和热作用被滚光。在超级研光机或多夹挤区研 光机中，通常大致在堆栈的中部设置所谓的"交替夹挤区（Wechselnip) "，之后纤维材料幅 材的另一侧与滚光用的热辊发生接触。
[0029] 没有加热的辊的辊包覆物通常由至少一个、经常是多个施布到辊体上的层组成， 这个/这些层由不同材料制成，例如橡胶、聚氨酯或纤维增强的塑料。针对在研光机中的应 用，所选择的材料通常是纤维增强的塑料，这是因为它们具有高的温度耐抗性以及高的机 械强度和良好的抗磨蚀性。
[0030] 这种类型的塑料通常具有树脂基质以及作为配筋（Armierung)的、嵌入该树脂基 质中的、由玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维或其他类似的合适的纤维组成的纤维增强部。对这 种类型的辊包覆物的制造是充分公知的，从而在这里仅给出简短概述。
[0031] 制造可以根据多种已知的方法实现。一方面可以实现，干燥地缠绕纤维并且通过 铸造法施布树脂基质。另一种常见的方法设置了，纤维束，例如所谓的"粗纱（Rovings)"穿 过含有树脂基质的树脂浴拉伸，并且然后湿式地缠绕到辊体上。通过能轴向移动的喷嘴把 基质材料施加到旋转的辊体上的注塑方法是公知的，并且适用于制造根据本发明的辊包覆 物。
[0032] 在此，结构可以实现为单层式或多层式的，还可以设置充当辊芯和辊包覆物之间 的粘附中介的譬如基础层的其他层，以及额外的结合层。根据本发明的措施涉及辊包覆物 的功能层，其与纤维材料幅材发生接触。
[0033] 对于树脂基质，考虑胺交联、酸酐交联以及自交联的环氧树脂、异氰酸酯或其他热 固性塑料或它们的混合物作为基质系统。
[0034] 在所有方法中可行的并且常见的是，以填充材料填充树脂基质，以便因此改进其 力学特性和热学特性。
[0035] 对于根据本发明分散的、带有在纳米范围中的粒径的填充材料颗粒可以考虑：优 选合成来源的氧化物、碳化物、氮化物、硅酸铝、硅酸盐，以及硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、钛酸 盐、碳纳米管、碳纳米纤维、金属或它们组成的混合物。
[0036] 可以使用带有或没有表面改性的填充材料颗粒，例如通过聚乙交酯覆层的Si02， 用以改进在树脂基质上的结合。
[0037] 在此重要的是，填充材料颗粒在树脂基质中制造，和/或通过基质交换从其他悬 浮液引入到基质中。备选地，随后还可以在混入之后，在悬浮液中进行填充材料颗粒的表面 改性。
[0038] 为此还可以考虑其他方法，这将在以下加以介绍。
[0039] 例如，纳米级的二氧化硅可以以溶胶-凝胶方法，通过硅烷（例如四乙氧基硅烷） 例如借助氨的水溶液的水解，在例如存在非离子性的表面活性剂的情况下以油包水乳剂的 形式直接在己烷或其他适合的溶剂中析出。在此，颗粒可以通过表面活性剂组成的包覆层 稳定化，并且因此具有均一的粒径以及极其微小的集聚倾向。通过逐步添加聚合物组分并 且蒸发己烷，己烷的液相转变为聚合物组分，而无需分离并且重新分散纳米级颗粒。这种制 造方法也被称为基质交换。
[0040] 备选地，添加聚合物组分和蒸发溶剂可以连续且同时地进行。
[0041] 在另一种方法中，可以直接在选择的聚合物组分中施行以上所描述的析出反应。 于是取消了基质交换的步骤。
[0042] 在另一有利方法中，根据公知方法获取的纳米颗粒在溶剂或聚合物组分中分散， 并且随后施行表面改性。由此也可以减少颗粒的集聚倾向。
[0043] 然而在原则上还可以实现，颗粒不进行基质交换地直接混入到树脂基质中，其中， 所述颗粒的集聚倾向通过颗粒表面改性（例如借助环氧基官能化的硅烷或聚乙交酯）而减 小。通过表面改性，可以额外地改进在基质上的结合，并且因而提高颗粒的效力。
[0044] 此外，可以把另一种特别是带有其他平均粒径的填充材料颗粒引入到悬浮液中， 以便相应地塑造出辊包覆物的特性面貌。
【权利要求】
1. 一种制造辊包覆物的方法，特别是制造应用于制造和/或加工譬如纸张幅材或纸板 幅材的纤维幅材的机器中的辊包覆物的方法，其中，所述辊包覆物包括至少一个由树脂基 质制成的层，所述层填充有至少一种含有颗粒的填充材料，其特征在于，所述填充材料颗粒 在所述树脂基质的组分中制造和/或由分散体经由基质交换引入到所述树脂基质的聚合 物组分中。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有颗粒的填充材料以溶胶凝胶方 法通过水解在存在表面活性物质的情况下在溶剂中析出。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述填充材料通过四乙氧基硅烷借助氨 的水溶液的水解，在存在非离子性的表面活性剂的情况下以油包水乳剂的形式直接在己烷 中析出。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在析出反应之后，通过逐步添加聚合 物组分中的一种并且蒸发溶剂，使所述溶剂的液相转变为所述聚合物组分。
5. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在析出反应之后，通过连续添加聚合 物组分中的一种并且同时蒸发溶剂，使所述溶剂的液相转变为所述聚合物组分。
6. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述填充材料颗粒的制造在所述树脂 基质的聚合物组分中进行，其方式为，析出反应直接在所述树脂基质的聚合物组分中施行。
7. 根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述方法附加地或备选地设置： 所述填充材料颗粒在所述树脂基质的聚合物组分中发生表面改性的步骤。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，含有Si02的填充材料颗粒的表面的改性 借助环氧硅烷或聚乙交酯进行。
9. 一种辊包覆物，特别是应用于制造和/或整理譬如纸张幅材或纸板幅材的纤维幅材 的机器中的辊包覆物，其中，所述辊包覆物包括至少一个由树脂基质制成的层，所述层填充 有至少一种含有颗粒的填充材料，其特征在于，至少一种所使用的填充材料类型依照根据 前述权利要求之一所述的方法制造。
10. 根据权利要求9所述的辊包覆物，其特征在于，所述填充材料颗粒选取自：优选合 成来源的氧化物、碳化物、氮化物、硅酸铝、硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、钛酸盐、碳纳米 管、碳纳米纤维、金属或它们的混合物。
11. 根据权利要求9或10所述的辊包覆物，其特征在于，所述填充材料颗粒以lnm到 100nm(D5〇)的粒径存在。
12. 根据权利要求9至11中任一所述的辊包覆物，其特征在于，所述树脂基质包括热固 性塑料，特别是胺交联或酸酐交联或自交联的环氧树脂或者异氰酸酯或者由它们制成的混 合物。
13. 根据权利要求9至12中任一所述的辊包覆物，其特征在于，所述填充材料在所述树 脂基质中的含量为在〇. 5与30体积百分比之间。
【文档编号】D21F3/08GK104220670SQ201380018593
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】弗兰茨·格罗曼, 马丁·布赖纳德, 托马斯·布赖纳德 申请人:福伊特专利公司