用於裝飾性包覆材料的原紙的製作方法
2023-09-21 07:57:45 2
專利名稱：用於裝飾性包覆材料的原紙的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可用熱固性合成樹脂浸漬的原紙(base paper)和由此可得到的 裝飾性包覆材料。
背景技術：
所謂裝飾紙或裝飾膜的裝飾性包覆材料優選用於家具製造過程中的表面包覆和 室內裝修工程，特別是層壓地板。裝飾紙/裝飾膜應當理解為用合成樹脂浸漬的或用合成 樹脂浸漬並經過表面處理的印刷或未印刷的紙。裝飾紙/裝飾膜用膠料或膠粘劑結合到載 體板上。根據浸漬工藝的不同類型，對具有完全浸漬的紙芯的裝飾紙/裝飾膜和所謂的預 浸漬紙之間進行區分，在後者的情況下紙僅僅在造紙機中在線地或離線地進行部分浸漬。 預浸漬紙應當理解為用樹脂部分浸漬的紙，其中樹脂的比例達到基於紙坯(raw paper)重 量的10至35重量％。為將裝飾膜結合到諸如刨花板或MDF(中密度纖維)板的木質材料上，通常使用脲 膠料或聚醋酸乙烯酯(PAVC)膠料。高壓層壓板是通過將多層壓制而形成的層壓板，這些高 壓層壓板通常由產生最大表面抗性的透明覆蓋層、樹脂浸漬的裝飾紙和一層或多層酚醛樹 脂塗布的牛皮紙組成。例如，硬質纖維板、刨花板和膠合板通常用作基板。在由短周期法生產的層壓板(低壓層壓板)的情況下，把用合成樹脂浸漬的裝飾 紙與基板如刨花板用低壓直接壓制。作為上述包覆材料使用的裝飾紙以白色或彩色、印刷或未印刷的狀態使用。為浸漬裝飾紙坯，通常使用基於脲、三聚氰胺或酚醛樹脂且含有甲醛的樹脂。但 是，不含有害健康的物質的樹脂，特別是基於苯乙烯/丙烯酸酯共聚物的無甲醛的合成樹 脂正越來越多地得到使用。關於應用的工程性質，作為起始材料的裝飾紙坯必須滿足某些要求。這些要求包 括用於更好地覆蓋基板的高不透明度，用於均勻的樹脂吸收的薄片的均勻形成和克重，高 耐光性，用於將通過印刷施加的圖案的良好可重複性的色彩的高純度和均勻性，用於順利 運行的浸漬工藝的高的溼強度，為了獲得必要程度的樹脂飽和的適當的吸收能力，在造紙 機收卷操作過程中以及在印刷機中印刷過程中重要的幹強度。此外，內部粘接強度特別重 要，因為它是裝飾紙坯加工容易程度的量度。因此，用膠料結合的裝飾紙/裝飾膜在諸如鋸 或鑽的加工步驟過程中必須不磨損。為了生產裝飾性表面，將裝飾紙坯印刷。具有少的缺陷和高的色強度的印刷圖像 的前提條件是高不透明度，儘可能光滑和均勻的表面形貌，以及紙張表面的匹配的顏色吸 收行為。基於這一原因，裝飾紙坯通常用所謂的軟壓光機，部分地也用所謂的雙面壓光機 (Janus calenders)平滑。這種處理會造成壓扁紙張表面並因此使其壓實，對樹脂吸收能力 具有不利影響。
上述性能受到裝飾紙坯的浸漬即所用浸漬劑(浸漬樹脂)的類型的強烈影響。通常用來浸漬裝飾紙坯的基於脲樹脂、三聚氰胺樹脂或酚醛樹脂的樹脂導致了抗 撕裂強度和適印性差的易碎產品。由於合成樹脂的浸漬，部分損失了裝飾紙所需的由二氧化鈦的含量決定性地確定 的不透明度。儘管不透明度的損失可以通過增加二氧化鈦含量來補償，但損失了紙的強度。 根據EP 0 964 956A1，這個問題將通過將待浸漬的紙坯用水不可溶的聚合物特別是醋酸乙 烯酯/乙烯共聚物與水溶性聚合物特別是聚乙烯醇的混合物預浸漬來解決。但是，對於內 部粘接強度和浸漬速度，用這種方式預浸漬的紙需要進一步改進。
發明內容
本發明的問題是提供不存在上述缺點並且以良好的可浸漬性和良好的機械性能 特別是高的內部粘接強度為特徵的用於裝飾性包覆材料的原紙。同時，將保持紙的高不透 明性。這個問題是通過下述原紙解決的它包含含有5-55重量％的白色顏料和/或填料 的紙坯，該紙用含有至少一種由多分散指數Mw/Mn表達的分子量分布為10至25的水溶性 改性澱粉的塗層溶液塗布。具有15至23的多分散指數的改性澱粉為優選的。在本發明的特定實施方案中，紙坯用含有至少一種水溶性改性澱粉的水性塗層溶 液塗布，其中澱粉分子的分子量優選在下列平均分子量(Mw)範圍內-最高6重量％的分子量為0至1，000克/摩爾的分子，特別是1至5重量％，-5至20重量％的分子量為1，000至5，000克/摩爾的分子，特別是7至18重 量％，-20至40重量％的分子量為5，000至25，000克/摩爾的分子，特別是20至30重
量％，-20至45重量％的分子量為25，000至200，000克/摩爾的分子，特別是30至45
重量％，-6至22重量％的分子量為200，000至1，000，000克/摩爾的分子，特別是10至
22重量％，-0. 5至5重量％的分子量大於1，000, 000克/摩爾的分子，特別是1至5重量％。通常，給出重均分子量與數均分子量之比Mw/Mn作為多分散指數。它提供了分子 量分布曲線的寬度的信息。改性澱粉的分子量分布由澱粉生產商以通常的方式用凝膠滲透色譜(GPC)確定。 該GPC分析用帶有Shodex KS色譜柱的色譜儀完成。洗脫劑是1毫升/分鐘流速的0. 05M 的NaOH。校準用已知分子量的支鏈澱粉標樣實現。根據本發明使用的改性澱粉可以單獨地或以具有在前面所述範圍內的類似分子 量分布的不同澱粉的混合物使用。但是，它也可以以與其它水溶性聚合物如聚乙烯醇的混 合物使用。在這種情況下，皂化程度為88至98摩爾％的聚乙烯醇已證明是特別有利的。根據本發明使用的水溶性改性澱粉優選為具有優選100，000至250，000克/摩爾 的平均分子量的非成膜澱粉。通常用於紙的表面施膠的成膜澱粉不適用於根據本發明的應 用。
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根據本發明使用的改性澱粉優選地以20至100重量％的量用於塗層溶液中；但 是，優選50至100重量％並且特別是70至100重量％的量。該量的數據分別涉及塗料的 乾物質。在本發明的另一實施方案中，塗層溶液可以含有1至30重量％，特別是2至20重 量％的量的其它成分。該量的數據涉及粘結劑質量(b. d.)。術語粘結劑應當理解為根據本 發明的改性澱粉或幾種改性澱粉的混合物，如有必要還與其他水溶性聚合物混合。作為其它成分，可以使用諸如二氧化鈦、滑石、碳酸鈣和/或高嶺土的無機顏料、 有機顏料、染料、粘度調節劑、消泡劑和適用於造紙行業的其它添加劑。用於製造根據本發明的原紙的塗層溶液展現出基於乾物質為5至30重量％，優選 15至25重量％，特別是20至25重量％的總固體含量。在塗層溶液的生產過程中，首先製備溶解在冷水即室溫直到最高60°C的水和/或 大約120至145°C的煮沸的水中的澱粉。在這一過程中，生產了 pH值為5至6的大約35至 45%的溶液。將其用水稀釋到所需的固體含量。在另一步驟中，其它成分和/或添加劑的添加可以以水溶液或分散體的形式進 行。裝飾紙坯是既沒有內部施膠也沒有表面施膠的那些。它們基本上由紙漿、顏料和 填充料以及常用添加劑組成。常用添加劑可以為溼強度劑、助留劑和固色劑。裝飾紙坯由 於相當高比例的填料或顏料含量並且沒有任何在紙張中普遍的內部施膠或表面施膠而不 同於一般類型的紙。將根據本發明浸漬的紙坯可以含有高比例的顏料或填料。在紙坯中的填料的比例 可以高達基於(紙張)定量(basis weight)的55重量％，特別為8至45重量％。適合的 顏料和填料為例如二氧化鈦、滑石、硫化鋅、高嶺土、氧化鋁、碳酸鈣、剛玉、矽酸鋁和矽酸鎂 或其混合物。軟木紙漿(長纖維紙漿)和/或硬木紙漿(短纖維紙漿)可以用作製造紙坯的紙 漿。也可以使用棉花纖維及其與上述類型的紙漿的混合物。特別優選10 90至90 10、 特別是20 80至80 20的比例的軟木/硬木紙漿的混合物。然而，使用100%的硬木紙 漿也已經證實是有利的。該量的數據涉及紙漿質量(b.d.)。紙漿混合物還可以含有比例為基於該紙漿混合物的重量的至少5重量％的陽離 子改性纖維素纖維。已經證實在紙漿混合物中比例為10至50重量％，特別是10至20重 量％的陽離子改性紙漿是特別有利的。纖維素纖維的陽離子改性可以通過該纖維與表氯醇 樹脂和叔胺的反應或與諸如氯代羥丙基三甲基氯化銨或縮水甘油基三甲基氯化銨的季銨 鹽氯化物的反應進行。陽離子改性紙漿及其製造從例如DAS PAPIER，第12期(1980)，第 575-579頁中為人所知。紙坯可以在長網造紙機或單光造紙機上生產。為此，可以將紙漿混合物在2至5 重量％的原料稠度下研磨以達到10至45° SR的自由度(freeness)。在混合箱中，可以添 加諸如二氧化鈦和滑石的填料和溼強度劑並且與該紙漿混合物徹底混合。在根據本發明的 紙坯的情況下，使用基於紙漿(b. d.)的0. 8至2. 0重量％，特別是1. 0至1. 8重量％的量 的溼強度劑已經證實是特別有利的。由此獲得的高密度紙漿可以稀釋為大約的原料稠 度，並且如有必要，可以混合其它助劑，如助留劑、消泡劑、硫酸鋁以及其它上述助劑。這種低濃度紙漿經由造紙機的流漿箱傳遞到網部(wire setion)。形成纖維氈，並且脫水之後得 到隨後被乾燥的紙坯。生產的紙的(紙張)定量可以是15至200克/米2。然而，(紙張) 定量為40至100克/米2的紙坯是特別合適的。根據本發明使用的塗層溶液的施加可以在造紙機中進行或通過噴灑、浸沒、滾塗 或刮塗(刮墨刀片)離線進行。經由膠料壓機或薄膜壓機的施加是特別優選的。可以將該 塗層溶液施加以1至15克/米2(b.d.)的塗料重量施加到紙坯上。由於紙的(紙張)定 量優選地不應當通過塗布而改變，將構成紙張的一部分紙漿用本發明的塗布劑替代。塗料紙的乾燥以通常的方式用紅外乾燥機或滾筒乾燥機在120至180°C的溫度範 圍內進行，以達到2至8%的殘餘水分含量。乾燥後，用常見的方法將根據本發明塗布的紙印刷和浸漬，並隨後層壓在諸如刨 花板或纖維板的不同基板上。根據本發明的用熱固性樹脂的原紙浸漬沒有發生不透明度損失。該紙顯示出改進 的內部粘接強度。至於其它機械性能如溼斷裂負荷和幹斷裂負荷，可以取得與現有技術相 比同樣好或者更好的結果。施加於紙的塗布劑降低了接觸液體的纖維的膨脹，並因此降低了橫向(X方向)、 縱向(y方向)和紙的厚度方向(z方向)的尺寸變化。特別地，這種在z方向上降低的尺 寸變化導致了要用樹脂填充的紙的體積的減小，這在用浸漬樹脂對紙的浸漬過程中是有益 的。尺寸更穩定的紙因而充當隨後的浸漬樹脂施加的非常合適的基底，結果需要更少的樹 脂來達到飽和的浸漬核心。發現樹脂的量的減少與紙中纖維的量成正比。此外，發現雖然根據本發明進行了塗布，但是在該紙張中沒有發生孔隙尺寸的減 小。相反，隨著施加到紙張的塗布劑的量的增加並且該紙張的(紙張)定量保持不變，平均 孔隙尺寸出人意料地增大了。另一優點在於原紙可以用速度高達1200米/分鐘的高的機器速度生產。浸漬合 成樹脂的速度也可以提高，因為可以保持最佳滲透時間。滲透時間應理解為標準浸漬樹脂 為了在不施加壓力的情況下從該紙打開的背面滲透到該紙的前面所需要的時間。
具體實施例方式下面的實施例作為對本發明的進一步說明。按重量百分比的數據涉及紙漿的重 量，除非另有說明。數量比指的是質量比和/或重量比。實施例實施例1通過研磨由80重量％的桉樹紙漿和20重量％的松木硫酸鹽紙漿組成的、具有5 % 的原料稠度的紙漿混合物以達到33° SlUSchopper-Riegler)的自由度來製備紙漿懸浮 液。隨後，添加1.8重量％的表氯醇樹脂作為溼強度劑。用硫酸鋁將該紙漿懸浮液調整到 6. 5的pH值。接著，將30重量％的二氧化鈦與5重量％的滑石、0. 11重量％的助留劑和 0. 03重量％的消泡劑的混合物添加到該紙漿懸浮液，生產出具有大約73克/米2的(紙 張)定量和大約23重量％的含灰量的裝飾紙坯。重量規格數據涉及紙漿的重量(b. d.)。將該紙坯用含有熱改性玉米澱粉(澱粉I，表1) (CAS 9004-53-9)的水性塗層溶 液通過施膠壓機塗布。這種澱粉是商業可得的自由流動的白色粉末，除特徵分子量分布以外，其特徵在於11. 5%的水分、6. 5的pH值、185mPas的Brookfield粘度(100轉數/分) (批煮，25%的溶液，40°C )。塗層溶液以四種不同的施加量施加。塗層溶液的固體含量為20重量％。為此，首 先生產45%的澱粉製劑，並通過將澱粉置於水中並將其在125°C的水蒸汽煮2分鐘而稀釋 至20重量％的濃度。然後用水將該溶液稀釋至20重量％的濃度。隨後將塗料紙在大約120°C的溫度下乾燥以達到2. 5%的殘餘水分含量。乾燥後 塗層重量為2. 1克/米2 (實施例1A)，4. 9克/米2 (實施例1B)，9. 8克/米2 (實施例1C) 和14. 5克/米2 (實施例1D)。實施例2將來自實施例1的紙坯用含有熱改性玉米澱粉(澱粉II，表2) (CAS9004-53-9)的 水性塗層溶液通過施膠壓機塗布。這種澱粉是商業可得的自由流動的白色粉末，除特徵分 子量分布以外，其特徵在於10. 5%的水分、6. 25的pH值、170mPas的Brookf ield粘度(100 轉數/分，Sp 2)(批量煮，15%的溶液，40°C)。澱粉製劑如實施例1中生產。塗層溶液的固體含量為25重量％。隨後將塗料紙在大約120°C的溫度下乾燥以達到2. 5%的殘餘水分含量。乾燥後 塗層重量為4.8克/米2。實施例3將如實施例1生產但是具有100 %的桉樹紙漿的紙坯用含有如實施例1的澱粉I 的水性塗層溶液通過施膠壓機塗布。固體含量為大約20%。隨後將塗料紙在大約120°C的溫度下乾燥以達到2. 5%的殘餘水分含量。乾燥後 塗層重量為5克/米2。比較實施例Vl將來自實施例1的紙坯用含有澱粉III (C-Film 07380)(表1)的水性塗層溶液通 過施膠壓機塗布。塗層溶液的固體含量為大約20重量％。隨後將塗料紙在大約120°C的溫度下乾燥以達到2. 5%的殘餘水分含量。乾燥後 塗層重量為5. 1克/米2。比較實施例V2將來自實施例1的紙坯用含有成膜澱粉(C-Fi lm 05731)的水性塗層溶液通過 施膠壓機塗布。塗層溶液的固體含量為大約20重量％。澱粉製劑如實施例1進行製備。隨後將塗料紙在大約120°C的溫度下乾燥以達到2. 5%的殘餘水分含量。乾燥後 塗層重量為5. 1克/米2。比較實施例V3將來自實施例1的紙坯用含有量化比例為10 90的聚乙烯醇(M0Wi0l 4_98) 和醋酸乙烯酯/乙烯共聚物(Vinamul 3265，Celanese)的水性塗層物料通過施膠壓機 塗布。塗層溶液的固體含量為大約10重量％。隨後將塗料紙在大約120°C的溫度下乾燥以達到2. 5%的殘餘水分含量。乾燥後
塗層重量為5克/米2。下列表2顯示了根據本發明處理的紙與現有技術比較的測試的結果。測試了下列 特徵性能
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內部粘接強度內部粘接強度按照TAPPI T 569用內部粘接測試儀測量。該測試使用EMCO IBT內部粘接強度測試儀進行，其中紙的結構強度在ζ方向測量。該測量值以焦耳/米2表示。光滑度光滑度按照DIN 53107 (ΤΑΡΡΙ sm 48)進行確定。在測試過程中，測量一定量的空 氣穿過紙張樣本和拋光玻璃面板的時間。空氣滲誘率(Gurley)該測試的目的是表徵紙張結構的孔隙率。在這一測試過程中，測量一定量的空氣 在恆定壓力下穿過紙張表面需要的時間。用L&W密度計121D進行測量。測量的單位為 Gurley 秒 /100 毫升。幹斷裂負荷使用FDP 40-抗拉強度測試儀按照DIN EN ISO 1924-2進行測量。溼斷裂負荷使用FDP 40-抗拉強度測試儀按照DIN ISO 3781進行測量。鍾通過確定滲透，測試了原紙在浸漬過程中的行為。滲透是紙張被樹脂垂直於紙面 地浸漬的時間。該測試用50%的沒有硬化劑和交聯劑的三聚氰胺樹脂MW550作為測試液體 進行。如表2所示，根據本發明的原紙具有更高的內部粘接強度，更高的溼斷裂負荷和 幹斷裂負荷。在根據本發明的原紙的情況下，滲透時間與現有技術水平相比也顯著改善了。 紙的不透明度得以保留。表1改性澱粉 表II測試結果
權利要求
用於裝飾性包覆材料的原紙，其可用熱固性樹脂浸漬，包含具有5至55重量％的白色顏料和/或填料的紙坯，其特徵在於該紙坯用含有至少一種具有10至25的多分散指數Mw/Mn的改性澱粉的塗層溶液塗布。
2.用於裝飾性包覆材料的原紙，其可用熱固性樹脂浸漬，包含具有5至55重量％的白 色顏料和/或填料的紙坯，其特徵在於至少一種水溶性改性澱粉的澱粉分子的分子量在下 列的平均分子量(Mw)範圍內-最高6重量％的分子量為0至1，000克/摩爾的分子-5至20重量％的分子量為1，000至5，000克/摩爾的分子，-20至40重量％的分子量為5，000至25，000克/摩爾的分子，-20至45重量％的分子量為25，000至200，000克/摩爾的分子，-6至22重量％的分子量為200，000至1，000, 000克/摩爾的分子，-0. 5至5重量％的分子量大於1，000, 000克/摩爾的分子。
3.根據權利要求1和2的原紙，其特徵在於該塗層溶液含有其它水溶性聚合物。
4.根據權利要求1至3之一的原紙，其特徵在於該塗層溶液中的改性澱粉基於質量 (幹透)的量為20至100重量％。
5.根據權利要求1至4之一的原紙，其特徵在於該塗層溶液含有1至30重量％的基於 質量(幹透)的量的其它成分。
6.根據權利要求1至5之一的原紙，其特徵在於該塗層溶液具有20至25重量％的固 體含量。
7.根據權利要求1至6之一的原紙，其特徵在於該塗層溶液以1至15g/m2(幹透)的 塗層重量施加到紙坯上。
8.從根據權利要求1至7之一的原紙可得到的裝飾紙或裝飾性塗層材料。全文摘要
用於裝飾性包覆材料的原紙，其具有含有5至55重量％的白色塗料和/或填料的紙坯，並且用含有至少一種具有特定分子量分布的水溶性改性澱粉的塗層溶液塗布。
文檔編號D21H27/26GK101903596SQ200880121161
公開日2010年12月1日 申請日期2008年8月14日 優先權日2007年12月21日
發明者M·韋舍爾 申請人:泰克諾賽爾裝飾兩合公司