DE60108121T2

DE60108121T2 - Laminatdeckblatt mit schutzpressplatte-eigenschaften und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE60108121T2
Application number: DE60108121T
Authority: DE
Inventors: X. Ann LIU; Ramon Guivernau-Marques
Original assignee: Coveright Surfaces Holding GmbH
Current assignee: Coveright Surfaces Holding GmbH
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2021-05-25
Also published as: WO2001092037A2; ATE285907T1; AU2001266269A1; EP1289778A2; PT1289778E; ES2234845T3; CA2413924A1; DE60108121D1; WO2001092037A3; EP1289778B1

Description

Die Erfindung betrifft einen verschleißresistenten, Harz-imprägnierten Überzug für Laminate, der die Pressplatten-Beschädigung reduziert, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Technischer Hintergrund der Erfindung
Dekorlaminate für Fußbodenbeläge, Wandplatten, Arbeitsplatten, Möbel und ähnliche Dinge sind im Allgemeinen von zweierlei Art: Niederdruck-Laminat und Hochdruck-Laminat. Niederdruck-Laminate werden in der Regel durch Heißpresslaminierung von synthetischem Harzfilm, typischerweise in Form von Harz-imprägniertem Papier, auf eine „Unterschicht" oder eine „Platte", beispielsweise eine Faserplatte, insbesondere eine Faserplatte mittlerer Dichte, eine Spanplatte, eine Verbundplatte, etc. hergestellt. Dadurch wird ein hartes, quervernetztes Duroplastenmaterial auf der Oberfläche der Platte oder der Unterschicht erzeugt. Hochdruck-Laminate wiederum werden konventionell zunächst durch das Aufschichten und Aushärten unter Hitze und Druck von einer Mehrzahl von Schichten (mindestens zwei) aus imprägniertem Papier, Gewebe und/oder einem anderen Kernmaterial hergestellt.
Sowohl bei Niederdruck- als auch bei Hochdruck-Laminaten, wird eine gefärbte, bedruckte oder auf andere Weise verschönerte Dekorschicht aus synthetischem Harzfilm (z.B. imprägniertem Papier), Trockenpapier, etc. zuoberst auf den anderen Schichten platziert, um dem Laminat ansprechende ästhetische Qualitäten zu verleihen.
Um den Schutz vor Verschleiß des Dekorlaminats zu unterstützen, ist es seit langem Praxis, die Dekorschicht mit einem Überzug zu bedecken. Ein Überzug ist ein Harz-imprägniertes Trägermaterial, das unter Einwirkung von Hitze und/oder Druck während des Laminierprozesses transparent oder lichtdurchlässig wird und das Betrachten der Dekorschicht erlaubt. Jedes Trägermaterial, das während des Laminierens transparent oder lichtdurchlässig wird, kann zur Herstellung eines Überzugs verwendet werden. Typischerweise wird alpha-Cellulose verwendet.
Mittlerweile ist es üblich, den Überzügen Partikel hinzuzufügen (manchmal auch als „Grit" bezeichnet), um die Abnutzungsfestigkeit und insbesondere die Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Beispielsweise lehrt das US-Patent 5,820,937 mineralische Partikel, beispielsweise Kieselerde, Tonerde, Alundum, Korund, Schmirgel, Spinel, Wolframcarbid, Zirkonborid, Titannitrid, Tantalcarbid, Berylliumcarbid, Siliziumcarbid, Aluminiumborid, Borcarbid und Diamantenstaub zuzusetzen.
Überzüge, die Hartpartikel wie beispielsweise die zuvor genannten enthalten, verleihen dem schlussendlich hergestellten Dekorlaminat gewünschte Abnutzungs- und Verschleißfestigkeiten. Diese Überzüge stellen jedoch ein anhaltendes Problem für die Laminathersteller dar; die abrasiven Partikel schädigen die Pressplatten (manchmal auch Beschickblechplatten genannt) der Laminierausrüstung. Beschädigte Pressplatten müssen ausgetauscht werden, was zu erhöhten Instandhaltungskosten und verlorener Herstellungszeit führt.
Dies ist ein bekanntes Problem und es wurden Versuche unternommen, um die durch Grit enthaltende Überzüge hervorgerufenen Pressplatten-Beschädigungen unter Beibehaltung der gewünschten Abnutzungs- und Verschleißfestigkeit zu reduzieren.
EP 0 732 449 und der Artikel „Liquid Overlay: High wear resistant surfaces", Graudenz, Eckhard und Titho, Gunter, 1996 Plastic Laminates Symposium, TAPPI Proceeding, S. 245–6, schlagen vor, einige typische Überzugkomponenten (Harz, alpha-Cellulose und Korund) zu mischen und die Mischung in flüssiger Form auf ein Dekorpapier aufzutragen.
US 5,141,799 lehrt, dass durch die Verwendung von Kieselerdepulver mit einer Mohs-Härte von 3,0 bis 6,0 als Verschleißschutzmaterial in einem Überzug das Zerkratzen der Beschickblechplatten reduziert werden kann.
Trotz dieser Versuche bleibt die Schädigung der Pressplatten der Laminierausrüstung aufgrund von verschleißfesten Überzügen ein anhaltendes Problem.
Die vorliegende Erfindung stellt einen verschleißfesten Überzug zur Verfügung, der die Pressplatten-Beschädigung der Laminierausrüstung reduziert und weiterhin eine Verschleißfestigkeit gemäß Industriestandard zur Verfügung stellt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Partikel-enthaltenden Überzugs für Laminate, wobei das Verfahren umfasst:

(a) das Imprägnieren des Partikel-enthaltenden Überzugs mit einer Duroplastenharz-Zusammensetzung, die ein nicht ausgehärtetes Duroplastenharz und Fasern enthält und
(b) das Trocknen des imprägnierten Überzugs aus (a).

Zusätzlich kann der imprägnierte Überzug gleichzeitig mit und/oder nachfolgend dem Trocknen zumindest teilweise gehärtet werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Harzimprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzugs für Laminate, wobei das Verfahren umfasst:

(a) das Imprägnieren des Partikel-enthaltenden Überzugs mit einer ersten Duroplastenharz-Zusammensetzung, enthaltend ein erstes, nicht ausgehärtetes Duroplastenharz,
(b) das Trocknen und optional das wenigstens teilweise Aushärten des imprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzugs aus (a),
(c) das Imprägnieren des Überzugs aus (b) mit einer zweiten, nicht ausgehärteten Duroplastenharz-Zusammensetzung, enthaltend ein zweites, nicht ausgehärtetes Duroplastenharz und
(d) das Trocknen und optional das wenigstens teilweise Aushärten des imprägnierten Substrats aus (c),

Vorzugsweise sind die Fasern Cellulosefasern, besonders bevorzugt alpha-Cellu losefasern.
Die Erfindung betrifft weiterhin Partikel-enthaltende, imprägnierte Überzüge, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung Laminate, die derartige Überzüge aufweisen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist in einer Ausführungsform ein Verfahren zum Imprägnieren eines Partikel-enthaltenden Überzugs mit einer Duroplastenharz-Zusammensetzung, die ein nicht ausgehärtetes Duroplastenharz und Fasern enthält, und das darauf folgende Trocknen des imprägnierten Überzugs. In einer anderen Ausführungsform wird das nicht ausgehärtete Duroplastenharz nach der Imprägnierung wenigstens teilweise ausgehärtet, entweder während und/oder nachfolgend dem Trocknen. Die Erfindung umfasst zudem eine nachfolgende Harzimprägnierung, einschließlich der optionalen Trocknung und/oder Aushärtung nach jeder Imprägnierbehandlung. Falls mehr als eine Imprägnierung des Überzugs ausgeführt werden, müssen die Fasern wenigstens in einer Duroplastenharz-Zusammensetzung enthalten sein; sie können auch in allen diesen Zusammensetzungen enthalten sein. Die Erfindung umfasst zudem den resultierenden imprägnierten Überzug. Es wurde herausgefunden, dass die Verwendung von Fasern wie hier beschrieben bedeutend und überraschenderweise die Pressplatten-Beschädigung reduziert, während die gewünschte Verschleißfestigkeit erhalten bleibt.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Partikel-enthaltende Überzug kann jegliches Überzugsmaterial mit Partikeln darstellen, die hart genug sind, um Pressplatten von Laminierausrüstung zu zerkratzen, schädigen oder auf sonstige Weise zu beschädigen. In der Regel bedeutet dies eine Verschleißfestigkeit von wenigstens 900 Zyklen (NEMA LD 3.13 Verschleißfestigkeitstest). Das Grundgewicht von Überzügen, wie sie vorteilhaft für die vorliegende Erfindung verwendet werden, beträgt (vor der Imprägnierung) typischerweise ca. 20 bis ca. 90 Gramm, besonders typisch ca. 30 bis ca. 80 Gramm. Solche Überzüge sind kommerziell erhältlich, beispielsweise (nicht einschränkend) von Mead Specialty Paper Division, South Lee, Massachusetts oder Scholler & Hoesch N. A. Inc., Pisgah Forest, N. C.
Prinzipiell kann jedes nicht ausgehärtete Duroplastenharz oder eine Kombination von Duroplastenharzen für eine Duroplastenharz-Zusammensetzung verwendet werden, um gemäß der vorliegenden Erfindung einen Partikel-enthaltenden Überzug zu imprägnieren. Zum jetzigen Zeitpunkt sind die am meisten verwendeten Harze Melamin-Formaldehyd, Harnstoff-Formaldehyd, Phenol-Formaldehyd, Acryl- und Polyesterharze. Das Harz wird typischerweise in Form einer wässrigen oder mit Lösungsmittel versetzten Lösung mit einer Harzkonzentration von ca. 40 bis ca. 60 Gewichts-%, vorzugsweise ca. 45 bis ca. 55 Gewichts-% auf den Überzug aufgebracht. Der Überzug kann mit Harz unter Verwendung von verschiedenen Techniken zum Auftragen von Harzzusammensetzungen, beispielsweise mit Bädern, Rollen, Schabern, Luftmessern, Drahtwickelstäben, Rollrakeln, Rakeln, etc. imprägniert werden. Die Harzzusammensetzung kann in einem oder mehreren Stufen, mit einem Trocknen und/oder teilweisen Aushärten zwischen den Aufbringungsstufen aufgebracht werden. Wie bereits angemerkt, können die Fasern in einer, einigen oder allen Harzzusammensetzungen vorhanden sein, wenn eine Mehrschichtimprägnierung angewendet wird.
Die zu der Duroplastenharz-Zusammensetzung hinzugefügten Fasern weisen typischerweise eine durchschnittliche Länge von ungefähr 10 bis ungefähr 200 μm (Mikrometer), vorzugsweise ungefähr 20 bis ungefähr 120 μm (Mikrometer) und eine durchschnittliche Stärke von ungefähr 10 bis 45 μm (Mikrometer) auf. Derartige Fasern mit einer Länge von weniger als ca. 30 μm (Mikrometer) werden manchmal auch als „Mikrofasern" bezeichnet, während solche mit einer Länge zwischen 30 und 200 manchmal auch als „Kurzfasern" bezeichnet werden. Mikrofasern, Kurzfasern und Mischungen davon können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Für die vorliegende Erfindung verwendete Fasern sind typischerweise Cellulosefasern, wobei sie jedoch auch aus anderen Materialen bestehen können. Nicht einschränkende Beispiele von kommerziell erhältlichen Fasern, die sich hierzu eigenen, sind ARBOCEL B 600 und ARBOCEL BE 600-30, erhältlich von J. Rettenmaier USA LP, Schoolcraft, Michigan. Die Fasern sollten in der Duroplastenharz-Zusammensetzung in einer Menge vorhanden sein, die den gewünschten Pressplattenschutz ermöglicht, während die Verschleißfestigkeitsanforderungen (typischerweise mindestens 3.000 IP Zyklen, besonders bevorzugt mindestens 7.000, gemessen nach NEMA LD 3.13) erfüllt werden. Um diese technischen Voraussetzungen zu erfüllen, liegen die Fasern in der Regel in der letzten Duroplastenharz-Zusammensetzung in einer Menge von mindestens 2 Gewichts-% und in dem Überzug in einer Menge von wenigstens 6 g/m², vorzugsweise we nigstens 8 g/m², besonders bevorzugt wenigstens 10 g/m², und am meisten bevorzugt mit wenigstens 12 g/m² vor. Mischungen von Fasertypen und/oder -größen sind in der vorliegenden Erfindung ebenfalls vorgesehen.
Die Erfindung wird in den folgenden, nicht einschränkenden Beispielen weiter dargestellt und beschrieben. Alle Prozentsätze, soweit nicht anders angezeigt, sind Gewichts-%.
Zubereitung des Beispiels 1 (Vergleich)
Eine Vits-Imprägniermaschine wurde mit einer 2,53 m breiten Rolle von abrasivem alpha-Celluloseüberzug (46 g/m² Basisgewicht von der Mead Specialty Paper Division, South Lee, Massachusetts) beschickt und mit einer Geschwindigkeit von 30 m/Minute durch ein erstes Bad bewegt (vgl. Tabelle 1). Der derart behandelte, Partikel-enthaltende Überzug wurde luftgetrocknet. Der Überzug wurde dann in einer zweiten Imprägnierung in einer Vits Imprägniermaschine mit einer Geschwindigkeit von 30 m/Minute durch ein zweites Bad (vgl. Tabelle 1) bewegt und im Ofen bei einer Temperatur von 130 bis 155°C getrocknet. Der imprägnierte Überzug wurde dem nachfolgend beschriebenen Verschleiß- und Pressplatten-Beschädigungstest unterzogen.
Tabelle 1
Zubereitung der Beispiele 2 bis 5
Das Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die in Tabelle 2 aufgeführte Fasermenge in die Duroplastenharz-Zusammensetzung vor dem Imprägnieren des Partikel-enthaltenden Überzugs gemischt wurde. In jedem der Beispiele 2 bis 5 waren die hinzugefügten Fasern ARBOCEL BE 600-30 alpha-Cellulose von J. Rettenmaier & Sohn, Rosenberg, Deutschland. Die Menge des Melamin-Formaldehydharzes wurde entsprechend der hinzugefügten Fasermenge in jedem Beispiel reduziert. Die Fasern waren in jedem der Harzzusammensetzungsbäder vorhanden.
Untersuchung der Beispiele 1 bis 5
Abnutzungsfestigkeit (Verschleiß)
Die Abnutzungsfestigkeit (Verschleiß) für jede der Proben wurde anhand des NEMA LD 3.13 Verschleißfestigkeitstest gemessen. Der Initialverschleißpunkt (IP) ist in der Tabelle 1 für jedes der fünf Beispiele dargestellt.
Pressplatten-Beschädigung
Die von den verschiedenen Partikel-enthaltenden Überzügen der Beispiele 1 bis 5 hervorgerufenen Pressplatten-Beschädigungen wurden anhand der nachfolgend beschriebenen Methode gemessen.

1. Zurechtschneiden einer mitteldichten Niederdruck-Laminatfaserplatte (MDF) mit einem konventionellen Melaminharz-imprägnierten, bedruckten Papier mit Glanzfinish (60 Grad) auf eine Größe von 10 × 10 cm (4 × 4 inches).
2. Bohren einer Zentrierbohrung in die Laminatplatte (ID = 7 mm).
3. Befestigen der Laminatplatte an der Drehplatte einer Schleifmaschine von Teledyne Taber Inc.
4. Befestigen von doppelseitigem Klebeband auf der Siebseite des Überzugs und dessen Zurechtschneiden zu Streifen von 12,7 mm (1/2 inch) Breite und 153 mm (6 inches) Länge.
5. Verwendung der Überzugsstreifen zum Zusammenstellen der Testräder (NEMA Räder von Teledyne Taber Inc.), indem diese auf der Platte der Drehscheibe platziert werden und die Maschine betätigt wird.
6. Untersuchen der Druckplatte jede 50 Zyklen, bis der Initialverschleißpunkt (IP) erreicht wird. Der IP ist erreicht, wenn der deutlich erkennbare Teil des Drucks in allen vier Quadranten des Probekörpers entfernt wurde und das Rohpapier freigelegt wird. Der aufgezeichnete IP ist der Mittelwert von 2 Prüfkörpern, gerundet auf die nächstliegenden 50 Zyklen.

Die Ergebnisse der Pressplatten-Beschädigungstests für jede Beispielsform sind in Tabelle 2 aufgezeichnet.
Die Tests zur Abnutzungsfestigkeit und Pressplatten-Beschädigung wurden entsprechend der oben beschriebenen Verfahren an dem erhaltenen imprägnierten Papier angewandt. Die Ergebnisse ergaben Folgendes:
Tabelle 2
Wie anhand der oben aufgeführten Ergebnisse gezeigt wurde, verringert der imprägnierte, Partikel-enthaltende Überzug gemäß der vorliegenden Erfindung be deutend die Pressplatten-Beschädigung während die gewünschte Höhe der Abnutzungsfestigkeit (Verschleiß) beibehalten wurde.
Beispiel 6 (Vergleich)
Das Beispiel 6 wurde entsprechend der Lehre der EP 0 732 449 ausgeführt. Eine Dekorschicht wurde unter Verwendung einer Babcock-Beschichtungsmaschine mit einer Melamin-Formaldehydharzlösung entsprechend dem ersten Bad der Tabelle 1 imprägniert und daraufhin bei 70 bis 98°C getrocknet. Die behandelte Dekorschicht wurde daraufhin mit einer Melamin-Formaldehydlösung gemäß dem zweiten Bad der Tabelle 1, das weiterhin abrasive Aluminiumoxidpartikel mit einer Partikelgröße von 50 μm (Mikrometer) in einer Menge von 50 Gewichts-% und weiterhin Fasern (ARBOCEL BE 600-20) in einer Menge 12% gemessen am Harzgewicht enthielt, imprägniert. Die behandelte Dekorschicht wurde in einem Ofen bei 110–160°C getrocknet. Die Babcock-Beschichtungsmaschine wurde mit einer Geschwindigkeit von 28 m/Minute bei beiden Bädern betrieben.
Das resultierende imprägnierte Papier wurde den oben beschriebenen Tests zur Abnutzungsfestigkeit und Pressplatten-Beschädigung unterzogen. Die Ergebnisse ergaben Folgendes:
Taber Verschleiß IP = 7.000 Zyklen
Pressplatten-Beschädigung IP = 50 Zyklen
Deutlich zeigt sich, dass das imprägnierte Papier, das entsprechend der EP 0 732 449 hergestellt wurde, einen unzureichenden Pressplattenschutz bereitstellt. Der Pressplattenschutz der von dem Überzug der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, ist überraschend höher.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Harz-imprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzugs für Laminate, wobei dieses Verfahren umfasst: (a) Imprägnieren des Partikel-enthaltenden Überzugs mit einer Duroplastenharz-Zusammensetzung, die ein nicht ausgehärtetes Duroplastenharz und Fasern enthält, und (b) Trocknen des imprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzugs aus (a).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Duroplastenharz in dem imprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzug wenigstens teilweise gehärtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Cellulosefasern sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulosefasern alpha-Cellulosefasern sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ein Gemisch verschiedener Fasern sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Mikrocellulosefasern, kurzen Cellulosefasern und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht ausgehärtete Duroplastenharz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Melamin-Formaldehyd, Harnstoff-Formaldehyd, Phenol-Formaldehyd und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fasern in ausreichender Menge vorhanden sind, um dem imprägnierten Partikel-enthaltenden Überzug eine Festigkeit gegen eine Pressplatten-Beschädigung in Höhe eines anfänglichen Reibepunkts von etwa 1200 Zyklen zu verleihen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern zu wenigstens 2 Gewichts-% in der Duroplastenharz-Zusammensetzung vorliegen.
Harz-imprägnierter, Partikel-enthaltender Überzug für Laminate, hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1.
Laminat, umfassend den Harz-imprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzug nach Anspruch 10.
Verfahren zur Herstellung eines Harz-imprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzugs für Laminate, wobei dieses Verfahren umfasst: (a) Imprägnieren des Partikel-enthaltenden Überzugs mit einer ersten Duroplastenharz-Zusammensetzung, enthaltend ein erstes, nicht ausgehärtetes Duroplastenharz, (b) Trocknen und gegebenenfalls wenigstens teilweises Aushärten des imprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzugs aus (a), (c) Imprägnieren des Überzugs aus (b) mit einer zweiten, nicht ausgehärteten Duroplastenharz-Zusammensetzung, enthaltend ein zweites, nicht ausgehärtetes Duroplastenharz und (d) Trocknen und gegebenenfalls wenigstens teilweises Aushärten des imprägnierten Substrats aus (c), wobei wenigstens eine der ersten und zweiten, nicht ausgehärteten Duroplastenharz-Zusammensetzungen außerdem Fasern enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Duroplastenharz-Zusammensetzung Fasern enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Cellulosefasern sind.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulosefasern alpha-Cellulosefasern sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ein Gemisch verschiedener Fasern sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Mikrocellulosefasern, kurzen Cellulosefasern und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, nicht ausgehärtete Duroplastenharz und das zweite, nicht ausgehärtete Duroplastenharz jeweils ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Melamin-Formaldehyd, Harnstoff-Formaldehyd, Phenol-Formaldehyd und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in ausreichender Menge vorhanden sind, um dem imprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzug mit einer Festigkeit gegen Pressplatten-Beschädigung von wenigstens 1200 Zyklen zu verleihen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern zu wenigstens 2 Gewichts-% in wenigstens einer der nicht ausgehärteten ersten oder zweiten Duroplastenharz-Zusammensetzungen vorliegen.
Harz-imprägnierter, Partikel-enthaltender Überzug für Laminate hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 12.
Laminat umfassend den Harz-imprägnierten, Partikel-enthaltenden Überzug aus Anspruch 21.