专利名称：涂布刀及其制备方法
技术领域：
本发明涉及用于将涂布色料(coating colour)施加至移动辐条(travellingweb)上的涂布刀(coating blade)，以及本发明也涉及制备这种涂布刀的方法。
背景技术：
钢刀及由诸如陶瓷或金属基复合材料系列等材料形成的硬质合金刀(hard-tipped blade)，或者软质合金弹性体刀在对着辐条装载刀的过程中，对着移动的未涂布的或预涂布的干燥纸时遭受干摩擦。取决于造纸机，在刀片与移动的干辐条接触的时刻与涂布色料到刀片的时刻之间消逝的时间约为1-5秒。使用现代离线涂布机(off-line coating machine)，刀片装载工序期间的辐条速度可高至700米/分钟或更多，这表示干摩擦长度为12米至接近60米。
取决于刀片材料的摩擦系数、刀片装载角(loading angle)或相对于辐条的压力以及原纸的纤维和颜料的本性，干摩擦可对刀片材料的表面特性具有显著的影响。例如，软质合金刀的弹性体的仔细研磨斜面(ground bevel)可在该期间完全被毁坏(烧坏)，并且甚至硬质合金刀的硬质材料可刻有凹槽，凹槽可能对涂层质量具有负面影响。该相当重要的初始磨损将进一步减小刀片的寿命。
此外，由于干摩擦在刀片顶端(blade tip)产生的热可能足够损害在涂布工艺开始时对涂层色料的正确测量。对耐磨损层是由金属或金属基复合材料制成的钢刀和硬质合金刀而言，由于干摩擦产生的热容易被传送至刀片顶端的某个部位。由于刀片的相对部位是被夹在刀片架中，所以忍受热的顶端无法自由膨胀。因此，涂层色料的测量可变得相当不规则，并且需要较长的时间来得到良好的横截面涂布重量分布。这当然削弱产率。
因此，非常需要防止刀片材料的这种损害，以使高质量的表面保持完整无缺并且可用于涂布工艺。
保护刀片材料免受干摩擦可通过在装载过程中润滑刀片或辐条来获得，例如，通过手工将润滑剂施加至刀片顶端，或者通过将润滑剂溶液(例如CMC水溶液或用作流变改性剂的共聚物和保水助剂的水溶液)直接喷洒至辐条之上。然而，这反过来要求喷射臂(spray boom)、贮槽等昂贵装置。
发明目的本发明的主要目的是提供减小或消除辐条装载阶段的过程中刀片和移动辐条之间的干摩擦，以使刀片寿命增加的方法。
本发明的另一目的是提供归属于用于将涂布色料施加至移动辐条上的涂布刀，并同时减小或消除辐条装载阶段过程中干摩擦的方法。
本发明的另一目的是提供一种涂布刀，其具有边缘部分，所述边缘部分具有与待涂布的辐条表面一致的轮廓。
本发明的另一目的是提供制备用于将涂层色料施加至移动辐条的涂布刀的方法。
发明概述根据本发明所公开的，这些和其它目的将对本领域的技术人员是清楚的，本发明提供用于将涂层色料施加至移动辐条上的涂布刀，所说刀片具有边缘部分，所说边缘部分具有当与辐条接合时与所述辐条表面一致的轮廓。本发明涂布刀的特征在于牺牲层，所述牺牲层覆盖至少所述部分并在辐条装载阶段的过程中保护底下边缘部分。所述牺牲层在由涂布色料配制剂构成的涂布介质中是可溶的或者不可溶的。
优选地，使用这种用于施加含水涂布色料的涂布刀，其中所述牺牲层在水中是可溶的，否则与涂布色料相容。
牺牲层优选为基本上不吸湿的，以便避免否则迅速增加的摩擦。
牺牲层合适地由选自能形成膜的水溶性聚合物与多糖的材料构成。
多糖可为天然多糖或者天然多糖的衍生物。
在天然多糖中，可提及黄原胶、胍尔豆胶、刺槐豆胶、果胶、鹿角菜胶、右旋糖苷和多糖醛酸苷，如藻酸脂。
在天然多糖的衍生物中，可提及纤维素衍生物，例如羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、甲基纤维素(MC)、甲基羟乙基纤维素(MHEC)和羟丙基纤维素(HPC)。
其它衍生物是淀粉衍生物，例如可溶性淀粉、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、阳离子淀粉和糊精。
在水溶性聚合物中，可提及丙烯酸(酯)类和甲基丙烯酸(酯)类聚合物和共聚物，例如聚(甲基)丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、丙烯酰胺与(甲基)丙烯酸或(甲基)丙烯酸酯的共聚物、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯与丙烯腈的共聚物。
其它的水溶性聚合物是乙烯类与烯丙基类聚合物，例如聚烯丙基胺及其盐、聚乙烯基醇、聚乙烯基吡啶及其衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基甲基醚、聚苯乙烯磺酸以及盐、苯乙烯磺酸与马来酸的共聚物及其盐。
可使用的其它聚合物为聚乙烯亚胺、聚乙二醇、聚氧化乙烯与聚(2-乙基-2-噁唑啉)。
优选地，所使用的聚合物与多糖是成膜的，以便获得由薄膜构成的牺牲层。
在优选的水溶性聚合物中，可提及丙烯酰胺聚合物和共聚物。
在有用的多糖中，可提及半纤维素、植物胶、纤维素以及衍生物、淀粉及其衍生物、微生物多糖、藻类多糖和脱乙酰壳多糖及其衍生物。
优选的多糖为乙基纤维素、羟乙基纤维素与羧甲基纤维素。
具有牺牲层(构成本发明的本质特征)的涂布刀衬底可以是任何种类的衬底，例如钢、具有陶瓷涂层的钢，以及所谓的软质合金刀。钢衬底的实例是碳钢UHB质量，20C(Uddeholm，Sweden)。具有硬质顶端或陶瓷涂层的涂布刀描述于GB 2130924中。最后，所谓的软质合金刀公开于EP 0944438中，以及优选的软材料是聚氨酯。
本发明也提供制备用于将涂布色料施加至移动辐条上的涂布刀的方法，所述刀片具有边缘部分，所述边缘部分具有当与辐条接合时与所述辐条表面一致的轮廓，所述方法包括a)制备含有当蒸发溶剂时能成膜的材料的溶液；b)将所述溶液施加至至少所述部分；以及c)使施加的溶液干燥，以便在至少所述部分形成固体膜。
步骤c)优选包括加热至高温，以及在施加各层之间中间加热(intermediate heating)时，合适地将涂布溶液施加在几层中。
为保护刀片材料免受干摩擦，牺牲层集成至刀片概念中，以及在将刀片材料研磨成所需的几何形状和表面光滑度后施加。因此，施加牺牲层可为最终的制造步骤。牺牲层的功能将是在刀片装载过程中磨损，然后在涂布色料到达时完全消失，保留原始的刀片几何形状和表面质量。因此，这种牺牲层的要求可总结如下该层应具有对移动辐条(例如，未涂布的或预涂布的干纸)的低摩擦系数，并具有吸收摩擦能量的能力，而没有熔化或转变成粘稠状况；该层应具有良好的成膜性能，显示出对刀片材料良好的粘附性，以及具有充分的机械强度以抵抗装载限制(loading constraint)；此外，该层应具有在涂布色料介质中良好的溶解度(例如，良好的水溶性而没有吸湿)，以便当涂布色料到达刀片时尽可能快地消失；该层应具有与涂布色料良好的相容性，并且对涂布色料没有污染。
以下，将参考附图描述本发明，其中图1表示本发明的涂布刀的示意图，其中本发明的牺牲层施加在美国专利6312520所述的那种刀片上。
图2表示本发明另一涂布刀的示意图，其中本发明的牺牲层施加在典型的硬质合金刀上。
图3表示本发明的另一涂布刀的示意图，其中本发明的牺牲层施加在标准斜面的钢刀上。
发明详述优选的牺牲层材料是水溶性聚合物，例如丙烯酸(酯)类共聚物或可溶性纤维素衍生物。这些聚合物择选地以水溶液的形式用连续的方式施加至研磨的刀片材料上，以及以受控的方式热空气干燥，以得到光滑的、不发粘的干层。该操作可在研磨成所需的几何形状之后以及在切割成所需刀片长度之前，在100米的刀片卷上完成。可通过不同的技术施加该溶液，例如辊涂、刮涂、流涂、流延、喷洒、浸渍等。干燥后所需的层厚度可通过溶液的浓度或粘度，或者通过在中间干燥(intermediate drying)各单独的层时，施加连续的溶液层。要求的牺牲层厚度是造纸机的刀片装载条件(例如，辐条速度、装载角)和纸质量(纸浆、颜料等)的函数。在100μm至700μm之间的厚度对多数装载条件是足够的。
在本发明的另一实施方式中，牺牲材料是水溶性的、成膜材料，其以类似于水溶性材料的方式应用，但是是以非水性溶液方式的。这种材料的沸限制性实例是纤维素衍生物，例如硝化纤维素、纤维素酯(乙酸酯、丁酸酯等)、聚(甲基)丙烯酸酯和它们的共聚物。
在本发明的另一实施方式中，牺牲材料是通过粘合中间层作为自支持膜而应用的。特别合适的是对未涂布的或预涂布的纸辐条具有低摩擦系数的粘合带。这种材料的非限制性实例是粘合带，例如MOCAP 210(获自Mocap Ltd.的聚酯带，具有89μm的厚度)、SCOTCH 5480(获自3M的PTFE带，具有90μm的厚度)、SCOTCH 244(获自3M的纸带，具有80μm的厚度)。
图1-3显示典型的涂布刀，其具有本发明的保护牺牲层。
图1示意显示软质合金刀，其具有本发明的保护牺牲层，并包括钢衬底1，所述衬底支持顶端的软质刀片材料2，所述软质刀片材料2的研磨斜面和部分顶部被本发明的保护牺牲层3覆盖。
图2示意显示硬质合金刀，其具有本发明的保护牺牲层。该刀包括钢衬底1，所述衬底1具有硬质边缘部分4。硬质边缘部分可用各种方法获得，例如通过陶瓷涂层、金属涂层或者金属基复合材料的涂层。硬质边缘部分具有本发明的保护牺牲层3。
图3显示本发明的另一涂布刀。在所示的实例中，普通类型的斜面钢刀1在其研磨边缘斜面上具有保护牺牲层3。
下述实施例通过具体实施方式
进一步说明本发明。然而，应当注意的是，本发明并不限于这些实施例。
实施例1该实施例和以下的实施例涉及在软质合金涂布刀上保护牺牲层的应用，如美国专利6312520 B1中所述的，以及根据EP 1156889所制备的。这种刀示意显示于图1中。借助0.152mm厚的钢拖刀(steel trailing blade)将含有25％固体的基于丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯腈的阴离子共聚物(例如，Sterocoll SL(BASF))的水溶液施加至移动的刀片卷上，以便形成连续的规则的湿膜，其覆盖软质合金涂布刀材料，特别是研磨斜面。使用定量泵(dosingpump)，以2.5克/分钟的速率施加水溶性共聚物，同时涂布刀片卷以1m/min的速度移动。使具有湿膜的移动刀片卷经过热空气通道，以在用隔离物将其卷绕之前蒸发大部分水，并在60℃的热空气炉中干燥2小时。以这种方式获得的无粘性、有光泽的层具有90μm的平均厚度。
实施例2使用每次相同的具有施加的保护层的涂布刀片卷，重复数次实施例1的方法，以使建立多层保护层，给以上各层增加90μm的厚度。因此，2层膜的厚度是180μm，5层膜的厚度是450μm。
实施例3以与实施例1相同的方式，将Sterocoll SL(BASF)的25％水溶液施加至移动涂布刀片卷上，不同的是没有使用拖刀来调节厚度，并且施加速率是18克/分钟。干燥后，膜厚度是650μm。
实施例4以与实施例1相同的方式，将中等粘度的羟乙基纤维素(Fluka Chemie，Switzerland)的5％水溶液施加至移动涂布刀片卷上，不同的是没有使用拖刀来调节厚度，并且施加速率是24克/分钟。干燥后，膜厚度是170μm。
实施例5以与实施例1相同的方式，将中等粘度的羧甲基纤维素(Fluka Chemie，Switzerland)的2％水溶液施加至移动涂布刀片卷上，不同的是没有使用拖刀来调节厚度，并且施加速率是24克/分钟。干燥后，膜厚度是70μm。
实施例6以19克/分钟的速度，将Sterocoll SL(BASF)的25％水溶液施加至移动的涂布刀片卷上，同时卷速度是2米/分钟，并使用刮刀来调节厚度。干燥后，膜厚度为在300和350μm之间。
实施例7将获自3M的“TEFLON”(PTFE)粘合带(Scotch 5480，12mm宽和90μm厚度)施加至移动的涂布刀片卷上，以形成连续的规则的干膜，其覆盖软质合金涂布刀，如美国专利6312520中所述的以及如图1示意所示的。借助于压力辊以5米/分钟的速度施加该带，以防止任何空气夹带在刀片材料和带之间，并确保完整和精确地覆盖研磨刀片斜面。以类似的方式，施加由下述材料制成的粘合带聚酯带Mocap 210、纸带3M 244。
实施例8该实施例和以下的实施例9涉及牺牲层在保护涂布刀材料免受干摩擦影响的效率。工业导向涂布机(pilot coater)(Beloit S-matic)用于以下目的在装载角、压力、辐条速度和时间的各种条件下，对着无涂层的纸(机械纸浆，48g/m2)装载具有牺牲层的涂布刀以及没有涂布色料。在涂布刀与移动辐条之间的干摩擦的不同条件是以这样的方式实现的。试验之后，然后通过溶解在水中除去刀片的剩余牺牲层，并且将刀片斜面的宽度与没有牺牲层的参照刀片的原始斜面进行比较。在该实施例中，在实施例3的条件，将牺牲层施加至涂布刀，条件是保护膜具有650mm的厚度。
表1干摩擦试验
表1的结果显示在试验1-4的条件下实现了对软质合金刀的100％保护。在试验5和6中，辐条速度和刀片压力的增加使得牺牲层磨损以及刀片斜面的宽度不显著的增加(+25μm)，仍然提供了对刀片的良好保护。试验7显示极限装载条件，其中对刀片的保护没有保证。
实施例9在该实施例中，在实施例4的条件，将牺牲层应用至涂布刀，条件是保护膜具有70μm的厚度。在类似于实施例8的条件下，使用相同的设备、原材料对刀片进行试验。表2的结果表明在试验8-11的条件下提供了对刀片的良好保护，而在试验12的条件下，良好的保护没有保证。
表2干摩擦试验
实施例10该实施例涉及水不溶性牺牲层在保护涂布刀材料免受干摩擦影响的效率。为此目的，使用模拟对无涂层纸的干摩擦的实验室设备。借助于双面粘合带，将无涂层纸片(Gprint，66g/m2基准重，获自Stora Enso)固定在小的支承辊(宽度为10厘米，φ15厘米)。以17.5Hz的频率旋转该辊，该频率对应于495m/min的圆周速度。例如美国专利6312520中所述的软质合金涂布刀具有9厘米的长度和10厘米的宽度，将该涂布刀固定在10厘米宽的ABC类型的(BTG涂布系统)刀片夹上，在20秒的期间内，以0.5巴的恒定分压对着旋转的支承辊施加由水不溶性牺牲层保护的软质合金刀材料。测量磨损接触面积或斜面的宽度，并与没有牺牲层的参照刀比较。表3的结果表明聚酯和纸带提供了优异的刀片保护，以及PTFE带提供略微较少的良好保护。
表3干摩擦试验(实验室模拟)
实施例11该实施例涉及本发明的涂布刀在工业涂布条件下的用途，并与标准涂布刀进行了比较。试验是通过装备有ABC刀片架的导向宽涂布机而进行的，在450米/分钟的辐条速度下使用260g/m2的预涂板和具有64％固体含量的涂布色料。用于这些试验的涂布刀是软质合金类型的，并且由300μm厚的牺牲层保护，其是根据实施例6制备的。在刀片装载期间，以及在涂布色料到达之前，刀片经受对着移动板的干摩擦。在涂布卷轴之后，从刀片夹中取出涂布刀，以进行检测。为进行比较，使用类似但没有牺牲层的刀在相同的条件下进行参照试验。表4的结果清楚地显示了保护牺牲层的益处。从试验1-4中在涂布一个卷轴后对刀片的检测表明没有残余微量的牺牲层剩余，即，所有未使用的成膜材料已经被涂布色料溶解，而且没有因干摩擦受到损害。另一方面，必须中断参照试验，这是因为由于干摩擦对刀片损害的结果，在涂层中出现大条纹。
表4导向涂布试验
权利要求
1.用于将涂布色料施加至移动辐条上的涂布刀，所述刀具有边缘部分，所述边缘部分具有当与辐条接合时与所述辐条表面一致的轮廓，其特征在于牺牲层，其覆盖至少所述部分并在辐条装载阶段期间保护底下边缘部分。
2.权利要求1的用于施加含水涂布色料的涂布刀，其中所述牺牲层在水中是可溶的，否则与所述涂布色料相容。
3.权利要求1或2的涂布刀，其中所述牺牲层是基本上不吸湿的。
4.上述权利要求中任一项的涂布刀，其中所述牺牲层是由选自能成膜的水溶性聚合物和多糖的材料构成的。
5.权利要求4的涂布刀，其中所述材料选自丙烯酸(酯)类或甲基丙烯酸(酯)类共聚物和它们的盐。
6.权利要求4的涂布刀，其中所述材料选自基于丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯腈的阴离子共聚物。
7.权利要求4的涂布刀，其中所述材料选自成膜的多糖。
8.权利要求7的涂布刀，其中所述材料选自半纤维素、植物胶、纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、微生物多糖、藻类多糖与脱乙酰壳多糖及其衍生物。
9.权利要求8的涂布刀，其中所述材料选自乙基纤维素、羟乙基纤维素与羧甲基纤维素。
10.上述权利要求中任一项的涂布刀，其选自钢刀、硬质合金刀与软质合金刀。
11.一种制备用于将涂布色料施加至移动辐条上的涂布刀的方法，所述刀具有边缘部分，所述边缘部分具有当与辐条接合时与所述辐条表面一致的轮廓，所述方法包括如下步骤a)制备含有当蒸发溶剂时能成膜的材料的溶液；b)将所述溶液施加至至少所述部分；以及c)使施加的溶液干燥，以便在至少所述部分形成固体膜。
12.权利要求11的方法，其中步骤c)包括加热至高温。
13.权利要求11或12的方法，其中在施加各层之间中间加热时，将溶液施加在几层中。
14.权利要求11-13中任一项的方法，其中在步骤a)中，制备含有多糖的水溶液，其浓度为至多约10％重量。
15.权利要求14的方法，其中所述浓度为从约1％至约7％重量。
16.权利要求11-13中任一项的方法，其中在步骤a)中，制备含有基于丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯腈的阴离子共聚物的水溶液，其浓度为至多约40％重量。
17.权利要求16所述的方法，其中所述浓度为从约15％至约30％。
全文摘要
本发明披露用于将涂布色料施加至移动辐条上的涂布刀，所述刀具有边缘部分，所述边缘部分当与辐条接合时具有与所述辐条的表面一致的轮廓，其特征在于牺牲层覆盖至少所述部分并在辐条装载阶段期间保护底下边缘部分。本发明也涉及将成膜溶液施加酯刀的边缘部分，然后允许溶液干燥以形成固体膜的制备涂布刀的方法。
文档编号B05C11/04GK1668390SQ03816998
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月11日 优先权日2002年7月15日
发明者冈特·贝尔曼, 西尔瓦诺·弗雷蒂 申请人:Btg埃克莱庞股份有限公司