专利名称：使用矿物颜料复合物的耐磨性层压材料的制作方法
背景技术：
本发明涉及用于装饰性层压材料和地板的耐磨性贴面，和涉及由该贴面制备的层压材料和地板。装饰性层压材料一般通过堆积多层被合成热固性树脂浸渍的纸而制成。一般来说，该组合体包括由酚醛树脂浸渍的牛皮纸制成的多层(例如3-8层)芯板，在其上是被蜜胺树脂浸渍的装饰片材，通常是印刷的或固有的颜色。另一种贴面片材通常位于装饰片材的上部，该贴面在层压材料中制成尽可能透明，而且用于保护装饰片材。
贴面片材可以通过许多不同的方式形成。其中的一种方法中，贴面是具有很低基本重量的纤维素纤维的片材，在该片材中和片材内带有耐磨性颗粒。通常，纤维素纤维从第一个网前箱沉积在造纸机线路上，并被由第二个网前箱沉积的矿物颗粒的浆液所涂覆。矿物颗粒的浆液流过纤维素纤维，使得许多矿物颗粒包埋在贴面中，这些颗粒在那里不能用于抗磨损。大部分矿物颗粒也被冲洗到造纸机的底层。因此，从第二个网前箱沉积矿物颗粒的常规操作在使用矿物颗粒方面不太有效。
一种更有效地沉积矿物颗粒的方法包括使用缝孔式涂布器(slotorifice coater)例如幕涂机代替第二个网前箱，如美国专利5820937所述。
发明概述根据本发明，将耐磨性矿物颜料颗粒引入适宜的载体材料中以便生产矿物颜料复合物。这些复合物可以从第二个网前箱或任何其它涂布设备涂在贴面上。因为矿物颜料颗粒被包埋在载体材料中作为一部分较大的矿物颜料复合颗粒，所以所述颗粒倾向于停留在贴面的表面，在那里它们更有效地防磨损。另外，包裹矿物颗粒的载体材料用作处于磨料矿物颗粒和对刮擦敏感的表面之间的保护层，例如高度抛光的垫板。这种贴面可以用于生产装饰性层压材料、家具器件、地板层压材料、和其它要求耐磨的表面。
发明详述除了在装饰性片材之上的透明保护层之外，本发明的层压材料适宜地根据标准实施方法生产，并适宜地具有常规结构，例如该层压材料可以含有由被酚醛树脂浸渍的牛皮纸形成的2-8个芯板，在其上是被蜜胺树脂浸渍的装饰片材，并在高光泽度的装饰层上通过镜面板压成本发明的保护层。最终的层压材料按照常规方法生产，例如通过将芯层堆积在适宜的压机或压板模具上，在其上具有保护层所涂覆的装饰片材，并使组合体在足够的热和压力下在下压板模具与高度抛光的上压板之间放置足以生产所需装饰性层压材料的时间。对高压层压材料和低压层压材料的加压条件都是标准和公知的。
本发明的一个关键特征是使用适宜的载体材料，在该载体材料中可以分散入矿物颗粒以形成能被硫化、固化或硬化的复合物，并分成独立的含有耐磨颗粒的复合颗粒。耐磨矿物颜料颗粒分散或引入熔融的、未交联的、未硫化的或溶解形式的适宜载体材料中，以便生产矿物颜料复合浆液。矿物颜料复合浆液被固化、硫化或硬化和加工以便制备具有所需粒径的矿物颜料复合颗粒。每种矿物颜料复合颗粒优选含有一种或多种被包封在固化的载体材料中的耐磨颗粒。此处所用的术语“固化”不限于被交联的材料，也包括通过任何公知的方法例如聚合、除溶剂、冷冻、化学反应等进行硫化、硬化或固化的材料。
矿物颜料复合颗粒被涂在来自第二个网前箱或任何其它涂布设备的贴面之上。尽管复合颗粒通常涂在片材上而代替常规的耐磨颗粒，但在一些应用中，有利地是使用这两种类型的颗粒。如果使用耐磨颗粒和矿物颜料复合颗粒两者，则它们可以是作为单一涂层混合和涂布或分别从两个不同的装置涂布。当与常规耐磨颗粒组合使用时，矿物颜料复合物用作间隔剂和分离剂，以防止磨料砂粒在层压过程中与垫板接触和损害垫板。
矿物颜料复合颗粒比单独的耐磨颗粒大，所以不太容易被从网排出的白水携带而穿过网。在耐磨颗粒周围的载体材料也通过作为偶联剂促使该颗粒保留在片材上，从而提高复合颗粒与层压树脂之间的粘合性。在本发明的优选实施方案中，矿物颜料复合颗粒以单丝的形式挤出。单丝形式的复合颗粒还通过增加纸结构中的孔之间的距离和增加纤维素纤维簇的间隔来促进颗粒的滞留。传统的砂粒倾向于以不同的程度被包埋在片材中，或与白水一起流过片材，而本发明的矿物颜料复合物基本上保留在片材的表面上，在那里它们最有效地用于耐磨。另外，在涂布操作中，较大的复合颗粒更容易加工。因为颗粒保留在片材的表面上且更易于加工，所以可以使用较少的砂粒且仍能提供可接受水平的耐磨性。
载体材料还用作包埋在复合物中的磨料矿物颗粒与对擦刮敏感的表面例如垫板之间的保护隔离层。被加入耐磨片材以使由其制得的层压材料具有耐磨性的磨料矿物颗粒导致对在造纸机和辅助设施和加工设备上不同器件的过分磨损。在高压层压工艺中使用的高度抛光的垫板特别易于受到由于与矿物颜料的尖锐边缘接触所导致的损害。根据本发明，磨料矿物颜料被包埋在可固化的载体材料中形成矿物颜料复合物。固化后的载体材料通过覆盖和使磨料矿物颜料的尖锐边缘表面变圆滑而保护对擦刮敏感的器件。所以，由于维修和更换造纸机、辅助设备和垫板的费用最小化，总的生产成本降低了。
在本发明的优选实施方案中，载体材料是热固性树脂，该树脂在预固化状态时具有与在层压工艺中成为热固性之后的层压树脂相同或基本上相同的折射指数。在其中分散有耐磨矿物颗粒的热固性树脂进行预固化以生产矿物颜料复合物。在该特定的实施方案中，预固化的矿物颜料复合物进行研磨，从而制得许多粒径变小的矿物复合颗粒。矿物颜料复合颗粒被研磨成平均粒径为约1-400μ，优选约20-200μ。术语“预固化”的含义是树脂颗粒的固化已预先进行到尽可能大的程度，或至少进行到固化态，在此状态下，预固化后的树脂颗粒的熔体粘度足够高以便在加压/层压形成层压材料期间防止这些颗粒溶解于液体层压树脂和/或在常规层压条件下熔化和流动而因此不希望地饱和进入下层的纸张中，例如装饰纸。在所得的层压材料中，预固化后的树脂颗粒通常固化至比层压树脂更大的程度，后者形成前者的基体。
如上所述，在传统用于生产能满足NEMA标准的高压装饰层压材料的高压层压方法中，通常用于饱和/浸渍装饰片材和贴面片材的典型层压树脂是蜜胺树脂，所以蜜胺树脂是优选用于本发明的上层的层压树脂。所以，优选的热固性树脂载体材料也是蜜胺树脂。但是，其它树脂体系也是可以的，例如聚酯、脲-甲醛、双氰胺-甲醛、环氧、聚氨酯、可固化的丙烯酸类及其混合物。热固性树脂载体材料可以选自蜜胺、聚酯、环氧和可固化的丙烯酸类，或其混合物。
在本发明的另一个实施方案中，耐磨颗粒分散在熔化的、未交联的或溶解形式的适宜的载体材料中。矿物颜料浆液被泵入加压的歧管中，并从多个孔隙挤出，形成带有砂粒的单丝，然后拉伸到较小的直径。复合单丝经过固化，然后降低到所需的尺寸，通常其长度是约0.5-10毫米，优选约1-4毫米，直径是约10-100微米，优选30-70微米。单丝形式的矿物颜料复合物是有利的，因为该复合材料的形状能促使砂粒保留在片材表面上。单丝的形状使其不太可能与白水一起从网通过，并倾向于与形成网的纤维相互缠绕在一起。
适用于生产本发明的单丝状矿物颜料复合物的载体材料包括无机材料，例如熔融的玻璃、熔融的石英和可溶性硅酸盐，以及有机材料，例如尼龙、聚脲、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、蜜胺树脂等，或其混合物。对适宜载体材料的选择取决于许多因素，包括固化机理、与层压树脂的相容性和折射指数。优选，载体材料应该能提高在层压材料内的矿物颜料的粘合性和透明化。
根据本发明，单一层的矿物颜料复合颗粒或载有矿物颜料的单丝通过含有该复合物的浆液用第二个网前箱或任何其它涂布设备涂在纤维状纤维素贴面片材的表面上。本发明的矿物颜料复合颗粒可以通过任何用于涂布常规砂粒的方法涂在片材上。用于沉积矿物颜料复合颗粒的优选设备是第二个网前箱或缝孔式涂布网前(coating headapplicator)涂布器。此处所用的术语“缝孔式涂布器”按照与本领域所用相同的方式使用，即意指具有中心孔穴的涂布器，该孔穴在缝隙上开口并向缝隙供料，由此加压强制加入涂料。用于本发明的缝孔式涂布器的例子包括幕涂器，其中当贴面经过涂料组合物的降落帘幕时，该贴面被涂覆，以及这样的涂布器，其中当贴面与涂料组合物珠粒接触时，在从缝隙挤出时该贴面被涂覆。后一种涂布器可以定向为在基质直接通过上述涂布器时涂覆基质。本发明所用的缝孔式涂布器的缝隙宽度通常为0.4-0.8毫米。当涂覆形成珠粒时，间隙高度(即，缝孔边缘与基质表面之间的距离)是约0.5-1.55毫米，当涂覆形成帘幕时，间隙高度为约2.5-25毫米。当涂覆形成珠粒时，涂布网的压力是约5-25psi，当涂覆形成帘幕时，涂布网的压力是约5-150psi。用于本发明的缝孔式涂布器由Liberty Tool Corp.以商品名Technikote销售。其它生产者也制造此处所用的缝孔式涂布器。片材可以是装饰片材或贴面片材。
来自供应罐的矿物颜料复合颗粒的含水浆液经由涂料供应管线输送到正位泵，该泵将预定量的浆液泵入缝孔涂布头。搅拌装置例如静态混合器可以布置在泵和缝孔涂布头之间，以防止复合颗粒从浆液中析出。然后用缝孔涂布器将含复合物的浆液涂在原料纤维状纤维素网上，该涂布器将含复合物的浆液均匀地分布在网的表面上。缝孔涂布器优选是幕涂器。涂布后的网然后通过任何常规方法干燥，以提供纤维状纤维素片材，例如在片材表面上具有耐磨矿物颜料复合颗粒层的装饰片材或贴面片材。
缝孔式涂布网前涂布器能将预定量的要涂覆的浆液混合物按照平均分布的方式输送到贴面片材的表面上，涂层重量是约2-40磅/3000平方英尺(干重)。缝孔式涂布器的使用不仅通过在装饰片材上平均分配砂粒浆液混合物而提高了操作效率，而且通过在仍达到所需产品标准的同时减少废料而显著降低该方法的成本。
缝孔式涂布网前涂布器的使用还能引入通常用于这种贴面的其它材料和添加剂，直接引入矿物颜料复合浆液。例如，蜜胺树脂在混合物中的引入是可能的，并将允许在一个步骤中将树脂和复合颗粒都涂到纤维状纤维素片材上。所用的线速度将随着涂料组合物的性质和所用的缝孔涂布器的特定类型而变化。当从珠粒涂覆涂料时，线速度是约1-100fpm，当从帘幕涂覆涂料时，线速度是约500-4000fpm。
缝孔式涂布器用于涂覆含有约5-95％、更特别约10-80％固体的浆液。相比之下，第二个网前箱通常不用于涂覆含有多于约0.5-5％、更特别约1-2％固体的浆液。由于用缝孔涂布器可以涂覆浓度较高的浆液，所以可以使用比用来自第二个网前箱的浆液涂覆时可行值更高的线速度和/或更低的涂料流速。特别是，使用网前箱时，一般当涂覆10英尺宽的网时可以以500-1000加仑/分钟的流速涂布涂料。在这些速率下，来自涂料浆液的水流过片材，并带走显著量的未滞留的砂粒。另一方面，用缝孔式涂布器，当从珠粒涂覆10英尺宽的网时，通常使用约5-10加仑/分钟的流速，当从帘幕涂覆时，通常使用约5-50加仑/分钟的流速，且水和未滞留的砂粒的量显著减少。与涂布方法无关，在砂粒保留率方面的改进可以通过使用本发明的矿物颜料复合颗粒、特别是纤维状复合物获得。
本发明所用的矿物颜料或砂粒可以是矿物颗粒，例如二氧化硅、氧化铝、刚铝石、刚玉、金刚砂、尖晶石，以及其它材料，例如碳化钨、硼化锆、氮化钛、碳化钽、碳化铍、碳化硅、硼化铝、碳化硼、金刚石粉、和它们的混合物。矿物颗粒应该优选具有Moh标准的硬度至少为7。特定砂粒的适用性将取决于几个因素，例如可行性、成本、粒径分布和甚至颗粒的颜色。考虑到成本可行性、硬度、粒径可行性和颜色的缺乏，对于大多数应用，氧化铝是优选的砂粒。最终的应用性能表明基本重量、灰分载附量、砂粒的尺寸和类型。砂粒通常具有平均粒径是约10-100微米，优选30-70微米，粒径分布是约1-150微米。砂粒颗粒比矿物颜料复合物小。平均矿物颜料复合物通常是砂粒颗粒尺寸的约1.5-4倍。
本发明所用的矿物颜料复合浆液通常包括粘合剂材料。粘合剂材料可以是任何常用的粘合剂，例如蜜胺树脂、聚乙烯醇、丙烯酸胶乳、淀粉、酪蛋白、苯乙烯-丁二烯胶乳、羧甲基纤维素(CMC)、微晶纤维素、藻酸钠等，或它们的混合物，可以用于涂料组合物中，其中涂料材料与基质例如装饰片材或贴面片材粘合。蜜胺树脂例如蜜胺-甲醛在本发明中有利地用作粘合剂材料，因为蜜胺-甲醛树脂还通常用于使装饰性片材饱和。粘合剂的通常用量是涂料固体的约1-10重量％。当从网前箱涂覆时，通常不使用粘合剂。
优选，当从珠粒涂覆时，所述浆液的粘度是约50-150cps，当从帘幕涂覆时，所述浆液的粘度是约50-500cps。对于帘幕涂覆，所述浆液优选包含少量表面活性剂(0.05-0.5％)。
从常规用于这种目的的纤维形成贴面片材，优选是漂白的牛皮纸。纸浆可以包括硬木或软木，或通常优选是硬木与软木的混合物。可以加入高级α纤维素例如棉，以便提高特定的特性，例如后成型性。未涂覆的贴面片材的基本重量可以为约10-40磅/3000平方英尺，优选约15-40磅/3000平方英尺。
Taber循环的500-15000磨耗值可以通过选择矿物颜料复合物和基本原料，并将基本重量、灰分含量、矿物颜料复合物的尺寸和氧化铝填料的尺寸以及涂布条件调节在上述参数范围内来达到。
本发明将通过以下非限定性实施例来详细地说明。
粒径小于20μ的Al2O3粉末与蜜胺饱和树脂按照50∶50重量比混合。通过加入适宜的催化剂和加热使矿物颜料复合物固化成聚合物。然后将固化后的矿物颜料复合物研磨至平均粒径为约100μ。每种复合颗粒含有许多较小的矿物颜料颗粒。
通过在造纸过程中加入基于纤维的10％矿物颜料复合颗粒来制备耐磨贴面。复合颗粒可以作为初层或第二层加入贴面中。常规的矿物颗粒(砂粒)也可以作为初层或第二层加入。矿物颜料复合物比常规砂粒大，所以用作间隔剂和分离剂，以防止对擦刮敏感的表面与磨料砂粒颗粒接触。贴面用于按照常规方法制备层压材料。在贴面中的矿物颜料复合物使得在层压过程中对高抛光度垫板的损伤最小。
虽然以上已对本发明进行了详细描述，但是显然的是，在不偏离所附权利要求限定的本发明范围的情况下可以进行改进和改变。
权利要求是
权利要求
1.一种保护性贴面片材，包括一种在其表面上沉积有一层矿物颜料复合颗粒的纤维素纤维网，其中所述复合颗粒含有包埋在已固化的载体材料中的矿物颜料颗粒。
2.根据权利要求1的保护性贴面，其中所述矿物颜料颗粒选自氧化铝、二氧化硅、碳化硅、氮化硼及其混合物。
3.根据权利要求1的保护性贴面，其中所述复合颗粒的平均粒径是约1-400微米。
4.根据权利要求1的保护性贴面，其中所述复合颗粒是单丝形状。
5.根据权利要求4的保护性贴面，其中所述单丝状复合颗粒的平均长度是约1-4毫米。
6.根据权利要求1的保护性贴面，其中所述载体材料选自熔融的玻璃、熔融的石英和可溶性硅酸盐。
7.根据权利要求1的保护性贴面，其中所述载体材料是树脂。
8.根据权利要求7的保护性贴面，其中所述载体材料是蜜胺树脂。
9.根据权利要求1的保护性贴面，其进一步含有一层常规的矿物颜料颗粒。
10.一种包括具有装饰性上层的基质和保护性贴面的耐磨性层压材料，所述贴面包括一种在其表面上沉积有一层矿物颜料复合颗粒的纤维素纤维网，其中所述复合颗粒含有包埋在已固化的载体材料中的矿物颜料颗粒。
11.根据权利要求10的耐磨性层压材料，其中所述矿物颜料颗粒选自氧化铝、二氧化硅、碳化硅、氮化硼及其混合物。
12.根据权利要求10的耐磨性层压材料，其中所述复合颗粒的平均粒径是约1-400微米。
13根据权利要求10的耐磨性层压材料，其中所述复合颗粒是单丝形状。
14.根据权利要求13的耐磨性层压材料，其中所述单丝状复合颗粒的平均长度是约1-4毫米。
15.根据权利要求10的耐磨性层压材料，其中所述载体材料选自熔融的玻璃、熔融的石英和可溶性硅酸盐。
16.根据权利要求10的耐磨性层压材料，其中所述载体材料是树脂。
17.根据权利要求16的耐磨性层压材料，其中所述载体材料是蜜胺树脂。
18.根据权利要求10的耐磨性层压材料，其进一步含有一层常规的矿物颜料颗粒。
19.一种形成耐磨性贴面片材的方法，包括在造纸机上形成纤维素纤维网，将含有矿物颜料复合颗粒的浆液涂在造纸机上该网的上表面上，其中所述矿物颜料复合颗粒含有包埋在已固化的载体材料中的矿物颜料颗粒。
全文摘要
公开了一种用于装饰性层压材料的保护性贴面,和由其制备的层压材料,包括在其表面上沉积有一层矿物颜料复合颗粒的纤维素纤维网,其中所述复合颗粒含有包埋在已固化的载体材料中的矿物颜料颗粒。还公开了一种形成耐磨性贴面片材的方法,包括在造纸机上形成纤维素纤维网,将含有矿物颜料复合颗粒的浆液涂在造纸机上该网的上表面上,其中所述矿物颜料复合颗粒含有包埋在已固化的载体材料中的矿物颜料颗粒。
文档编号B44C5/00GK1361839SQ00810545
公开日2002年7月31日 申请日期2000年7月19日 优先权日1999年7月20日
发明者M·梅塔, A·达斯, J·罗克 申请人:米德公司