紋理隔離片材、用其制造紋理裝飾層壓板的方法及包括該片材的裝飾層壓疊層板的制作方法

專利名稱：紋理隔離片材、用其制造紋理裝飾層壓板的方法及包括該片材的裝飾層壓疊層板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及裝飾層壓板、用于裝飾層壓板的疊層板(lay-ups)以及制造裝飾層壓板的方法。另一方面，本發(fā)明涉及紋理隔離片材，該片材的制造方法，包括該片材的裝飾層壓疊層板以及使用該片材的層壓方法。
在裝飾層壓板的早年生產(chǎn)中，通常僅生產(chǎn)光澤面層壓板(即，使用拋光的模塑面)，但進行了某些嘗試以提供具有輕微表面不平整度的層壓板，得到緞面裝飾或“紋理”裝飾。在更近些年中，人們?nèi)找嫘枰峁└鞣N不規(guī)則表面，從較淺的凹陷如紋理(如緞面、無光或半光澤)表面到較深的“雕刻”或壓花表面，后者具有明顯的三維效果，如木紋、皮革、條板(slate)、抽象圖案、創(chuàng)造性設計等。特別是隨著天然產(chǎn)品的成本升高，越來越需要提供仿造天然材料如木材、皮革和板條的深度雕刻的高壓層壓板。
當前，滿足NEMA標準的高壓裝飾層壓板制造成具有光滑的光澤表面、紋理表面或深度雕刻或壓花表面。
作為常規(guī)的背景知識，由熱壓壓固制備的裝飾層壓板已工業(yè)生產(chǎn)許多年且廣泛用于建筑和家俱行業(yè)，作為柜臺和桌子頂部、浴室和廚房工作表面、護墻板、間壁和門。這類裝飾層壓板可描述為含有許多板坯，這些板坯經(jīng)壓固形成帶有表面裝飾的單元結構，該表面裝飾可以象單色一樣簡單到象壓花仿木紋裝飾一樣復雜。
更具體而言，裝飾層壓板一般包含多層合成樹脂浸漬的紙板，其經(jīng)熱壓壓固或粘結在一起形成單元結構。在通常的實踐中，裝飾層壓板組合件從下至上包括一個由一個或多個用酚醛樹脂浸漬的片材組成的芯，其上是用密胺樹脂浸漬的裝飾性片材。
該芯或基件用來賦予層壓板以剛性且通常包括固體基材，該基材可在或不在最初的層壓步驟之前形成。在堆置之前，芯件片材用苯酚甲醛樹脂的水醇溶液浸漬，干燥并在熱空氣烘箱中部分固化，最后切割成片材。該基件或芯件的實例包括多張90-150磅/令的用基本完全固化的酚醛樹脂徹底浸漬并粘結的牛皮紙(所述樹脂已在最初的層壓步驟過程中轉化為熱固性狀態(tài))，預固化的塑料層壓板如玻璃纖維增強的熱固性聚酯樹脂層壓板等，木制品如硬纖維板、廢木屑或碎料板、膠合板等，礦質(zhì)基板如水泥-石棉板、石膏板、糊墻紙板等，或這些基材的組合。
裝飾片材一般用來使層壓板具有吸引性外觀，也使板條具有其表面特性(即耐化學試劑性、耐熱性、耐光性、抗震性和耐磨性)。通常高質(zhì)量50-125令重(ream weight)的顏料填充的α纖維素紙張已用蜜胺-甲醛樹脂的水-醇溶液浸漬，干燥并部分固化，最后切割成片材。在用樹脂浸漬之前，裝飾性片材可為單色或可包含裝飾性設計，或為天然材料如木紋大理石(wood marble)、皮革等的照相凹版印刷復制品。
裝飾層壓板通常通過將樹脂浸漬的芯和裝飾性片材置于鋼板之間并將層壓堆置物在約800-1600psi范圍的壓力下處理足以壓固該層壓板和固化該樹脂的時間(一般約25分鐘至1小時)而得到。這使得紙片材中的樹脂發(fā)生流動，固化并壓實各片材成為單一的層壓體，這在本領域中稱為裝飾性高壓層壓板。
通常，通過在一個堆置體中插入多個組合片材一次形成不只一個層壓板，其中各組合件用允許單個層壓板在壓固后分離的隔離片材分隔開。
最后，將如此形成的裝飾層壓板粘結于增強基材如膠合板、硬纖維板、石棉板、碎料板等上。
形成紋理的方法在層壓技術領域中是眾所周知的。
例如，1976年12月14日授予Jaisle等人的題為“紋理層壓板及制造方法”的US 3,997,696公開了現(xiàn)有技術的紋飾包括將壓花、機制或刻蝕三維壓板用于從這些板直接制造紋理裝飾層壓板。盡管很成功，但這類程序已被證明極為昂貴，因為各板的制備和維護成本高。還討論了使用“負表面層壓母模”，注意到該類母模的壓制壽命稍受限制。
各種隔離片材在現(xiàn)有技術中也是眾所周知的，其中一些已用于對裝飾層壓板提供紋理。
1982年4月27日授予Gray，III的美國專利4,327,121公開了使用隔離片材來紋飾可模塑的塑料表面，如將裝在碎料板上的塑料膜壓向具有所需紋飾圖案的片材并固定該塑料膜。一種生產(chǎn)具有紋理表面的薄膜的技術包括擠出一種熔融的熱塑性薄膜，如聚丙烯或聚甲基戊烯于紙表面上，冷卻之，然后使之通過匹配的鋼制壓花輥。
1989年3月28日授予Prawdzik等人的US4,816,314公開了一種自撐式隔離片材，該片材的至少一個表面用包含分散在樹脂狀基質(zhì)中的礦質(zhì)顆粒的組合物涂覆。適于用作隔離片材的材料包括聚氨酯、金屬箔、聚烯烴和聚酯，如聚丙烯、聚丁烯以及聚對苯二甲酸乙二醇酯。
1990年5月15日授予Crass等人的US4,925,728公開了一種共擠出的，雙軸拉伸的取向多層薄膜，其適于作為在生產(chǎn)具有無光表面裝飾的裝飾層壓條板中的隔離片材。該薄膜包括聚丙烯基層以及至少一層由98.5-99.6wt％丙烯均聚物和0.4-1.5wt％聚二有機硅氧烷組成的頂層。該頂層表面的峰谷間高度Rz優(yōu)選為1.0-3.0μm。
因此，在本領域需要制造不具有現(xiàn)有技術中的局限的紋理裝飾層壓板的方法。
本領域另外需要用于制造不具有現(xiàn)有技術中的局限的紋理裝飾層壓板的設備。
本領域中的這些和其他需要在看完該說明書(包括其附圖
和權利要求書)后本領域熟練技術人員可以更加明了。
本發(fā)明的一個目的是提供制造不具有現(xiàn)有技術中的局限的紋理裝飾層壓板的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于制造不具有現(xiàn)有技術的局限的紋理裝飾層壓板的設備。
本領域中的這些和其他目的在看完該說明書(包括其附圖和權利要求書)后本領域熟練技術人員可以更加明了。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供了一種形成紋理裝飾層壓板的方法。該方法包括首先形成具有頂層的熱塑性樹脂浸漬層的堆置體；然后放置具有紋理表面的聚丙烯片材以使紋理表面緊鄰頂層排列，其中紋理表面在聚丙烯片材形成過程中在該片材中形成，同時該片材處于其軟化點以上的溫度，然后加熱加壓于該堆置體和聚丙烯片材以足以形成具有紋理表面的裝飾層壓板。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，提供了一種具有多個熱固性樹脂浸漬層(具有頂層)的裝飾層壓疊層板，排列紋理聚丙烯隔離片材以使該紋理表面緊鄰頂層。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施方案，提供了一種具有紋理裝飾的裝飾層壓板，其中紋理裝飾通過與具有紋理表面的聚丙烯片材接觸而提供，且其中該紋理表面在聚丙烯片材形成過程中在該片材中形成，同時該片材處于其軟化點以上的溫度。
本發(fā)明的這些和其他實施方案在看完該說明書(包括其附圖和權利要求書)之后本領域熟練技術人員可以更加明了。
本發(fā)明的紋理隔離片材一般為聚丙烯片材，其中紋理部分在該片材形成的同時提供。在形成紋理隔離片材的方法中，關鍵的是紋理不應在后成型步驟過程中施加，而應與片材的形成同時提供，即在此同時聚丙烯一般處于其軟化點以上的溫度。
用于實施本發(fā)明的聚丙烯可以一般地描述為丙烯均聚物或丙烯與任何其他α-烯烴的共聚物。
用于本發(fā)明中的丙烯的熔體流動指數(shù)一般經(jīng)選擇能提供紋理方法中所需的物理性能。通常，該熔體流動指數(shù)的范圍約1-20，優(yōu)選約5-15，更優(yōu)選約7-12，使用ASTM D-1238測量。
適用于本發(fā)明的聚丙烯的非限定性商業(yè)實例包括購自Fina(Dallas，Texas)的EOD97-06，其熔體流速為12g/10min(ASTM D-1238，條件“L”)，密度為0.91g/cc(ASTM D-1505)，拉伸強度為5800psi(ASTMD-638)，屈服伸長率為10％，拉伸模量為280,000psi(ASTM D-638)，撓曲模量為270,000(ASTM D-790)，熔點為333°F(DSC)以及再結晶點為261°F；還包括ESCORENE聚丙烯PD 4443(Exxon Chemical)，熔體流速為7.25g/10min(ASTM 1238)，密度為0.90g/cm3(ASTM D792)，拉伸強度為3300psi(縱向)和3500psi(橫向)，屈服伸長率為5％(縱向和橫向)，斷裂拉伸強度為8000psi(縱向)和7000psi(橫向)，斷裂伸長率為600％(縱向和橫向)，霧度為2.5％，光澤度為85％以及摩擦系數(shù)為0.3。
眾所周知，為生產(chǎn)聚丙烯存在各種方法和催化劑。在本發(fā)明的實施中，據(jù)信可以使用任何適宜的方法和催化劑，只要生產(chǎn)出適用于制造裝飾層壓板用紋理隔離片材的聚丙烯即可。
例如，傳統(tǒng)的齊格勒-納塔催化劑體系使用由烷基鋁助催化的過渡金屬化合物。在二十世紀五十年代早期，這些齊格勒-納塔型聚烯烴催化劑、其通常的制造方法以及隨后的使用在聚合領域中是眾所周知的。
更具體而言，齊格勒-納塔型聚合催化劑基本上為衍生自過渡金屬如鈦、鉻或釩的鹵化物與金屬氫化物和/或金屬烷基化物(一般是有機鋁化合物)的配合物。該催化劑組分通常由承載在與烷基鋁配合的鎂化合物上的鹵化鈦組成且甚至可包括電子給體。該類催化劑體系的實例示于下列美國專利中4,107,413；4,294,721；4,439,540；4,115,319；4,220,554；4,460,701和4,562,173；這些專利的公開內(nèi)容在此引作參考。這些僅是幾百件涉及主要設計用于聚合丙烯和乙烯的催化劑和催化劑體系的已頒專利中的一些。
作為制造聚丙烯的另一實例，在二十世紀五十年代首先提出用于烯烴聚合的“金屬茂”催化劑，其包含金屬茂和烷基鋁組分。在金屬茂催化劑體系中，過渡金屬化合物具有兩個或多個環(huán)戊二烯基環(huán)配體。因此，二茂鈦、二茂鋯和二茂鉿均已在用于生產(chǎn)聚烯烴的這類含“金屬茂”催化劑體系中用作過渡金屬組分。
本發(fā)明的紋理隔離片材通常由任何合適的加工方法形成，所述方法將形成可用于對裝飾層壓板提供紋理的所需紋理隔離片材。作為非定性實例，可用于本發(fā)明的常見方法包括擠出和流延壓花。
在擠出法中，使聚丙烯以熔融狀態(tài)強行通過擠出模頭，然后隨著熔融擠出物在驟冷輥間通過而冷卻成片材。驟冷輥在片材形成過程中對該片材提供所需紋理，而不是在片材冷卻之后用后冷卻壓花輥來對片材提供紋理。使紋理片材的背表面光滑。
在流延壓花中，可流動聚丙烯沉積或“流延”到壓花表面上，然后冷卻形成聚丙烯片材。其上流延聚丙烯的壓花表面適于給如此形成的片材提供所需的紋理。
與形成紋理隔離片材的方法無關，關鍵的是通常在聚丙烯仍處于其軟化溫度以上的同時，優(yōu)選在仍處于熔融溫度以上的同時提供紋理。紋理隔離片材具有紋理前表面和光滑背表面。
本發(fā)明的紋理可呈任何可以想象的形式、尺寸或圖案。通常紋理表面的峰谷高度Rz可為任何所需高度，但優(yōu)選大于100μ英寸，更優(yōu)選大于約200μ英寸，甚至更優(yōu)選大于約300μ英寸。
本發(fā)明紋理隔離片材的厚度可在寬范圍內(nèi)變化。若該片材太薄，紋理將不會轉移。經(jīng)濟方面的因素限定了該片材厚度的上限。通常，紋理隔離片材的厚度至少為1密耳，優(yōu)選至少約1.5密耳，更優(yōu)選至少2密耳。
在紋理裝飾層壓板的生產(chǎn)中，使用紋理隔離片材為裝飾層壓板提供紋理表面，該片材另外用作裝飾層壓疊層板之間的隔離片材。典型的裝飾層壓板片材組合件包括幾層支撐有熱固性樹脂浸漬的裝飾層的熱固性樹脂浸漬的芯料(優(yōu)選牛皮紙)，其上可進一步用熱固性樹脂浸漬的貼面片材貼面。所用熱固性樹脂優(yōu)選為用于芯料的酚醛樹脂以及優(yōu)選用于裝飾層和貼面片材的透明密胺甲醛樹脂。紋理隔離片材的紋理表面排列得緊靠最頂層(如果它是裝飾片材或貼面片材的話)，而紋理隔離片材的光滑背表面排列得緊靠相鄰疊層板的芯料。在適當?shù)膶訅簤喊彘g壓制時，紋理隔離片材將紋理賦予第一疊層板的最頂層且用于使第一疊層板與相鄰疊層板間分離。
使用層壓領域眾所周知的平板式層壓組件來提供層壓過程中所需的熱和/或壓力。
在本發(fā)明的實施中，可以根據(jù)需要使用抗氧劑、防粘連劑、滑爽劑、交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、潤滑劑、發(fā)泡劑、抗靜電劑、有機和無機阻燃劑、增塑劑、染料、顏料、滑石、碳酸鈣、炭黑、云母、玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺樹脂、石棉以及其他本領域已知的填料。
用于本發(fā)明的聚丙烯可進一步與一種或多種其他熱塑性塑料共混或摻入其中。合適的其他熱塑性塑料包括聚烯烴，尤其是聚乙烯，其他聚丙烯，聚酯，聚丙烯酰胺，聚酰胺，聚碳酸酯，聚氨酯，聚丙烯腈以及丁二烯-苯乙烯。優(yōu)選的聚乙烯包括線性低密度聚乙烯。
提供下列非限制性實施例僅僅是為了說明本發(fā)明而不是用來限制本發(fā)明權利要求書的范圍。實施例1使用6″×6″實驗室壓機對各種形態(tài)的39種薄膜進行冷卻后壓花處理。為了產(chǎn)生紋理，使用120粗砂紙和80粗砂紙。將表1所列薄膜樣品切成6″方塊，與砂紙配對并在1000psi下壓制1分鐘。冷壓花薄膜然后與樹脂浸漬的裝飾牛皮紙一起壓制，紋理側面向牛皮紙，在本領域眾知的高壓壓制裝飾層壓板(HPDL)條件下制成高壓層壓板。所有薄膜在HPDL條件下平展且未轉印圖案。
表1
實施例2進行一個循環(huán)，使PET和聚丙烯(PP)在鋁絲網(wǎng)上熱壓花。PET循環(huán)為350°F3.5分鐘。聚丙烯薄膜在290°F下壓花3.5分鐘。以此方式壓花表2所列薄膜產(chǎn)生一側具有均勻紋理而另一側為光滑表面的薄膜樣品。所有薄膜樣品在HPDL條件下壓制時均將均勻的紋理轉移到層壓板上。兩個在商店買到的薄膜樣品已經(jīng)在一側上具有均勻紋理而另一側為光滑表面。這兩個樣品為購自Dupont的Moire Fingerprint薄膜和Mylar 200WC。這兩個樣品均在HPDL條件下壓制時將均勻的紋理轉移到層壓板上。
表2
實施例3從外來源得到聚合物樹脂并使用25mm同向旋轉雙螺桿擠出機在下列擠出條件下平擠擠出機筒溫度 170℃模頭段溫度170℃熔融溫度 175℃供料速率 201bf/hr片材厚度 10密耳擠出速度 100rpm使用在3個堆置輥組件中央的紋理驟冷輥對擠出薄膜進行鑄塑壓花。壓花的驟冷輥用350Ra的砂磨紋理刻花。表3所列聚合物以該方式擠出。
表3
在所有情形中，制得的薄膜導致一側有均勻紋理而另一側為光滑表面。所有樣品均在HPDL條件下將均勻紋理轉移到層壓板上。
測量薄膜和層壓板的外形儀讀數(shù)，以評價轉移的紋理量。結果如表3所列。實施例4在與實施例3相同的條件下擠出Fina EOD 97-06和Exxon EscorinePD4443。改變驟冷輥溫度以確定驟冷輥溫度是否影響光澤。使用薄膜來由標準方法制備高壓層壓板。結果列于表4中。
表4
實施例5在長徑比為30∶1、寬4.5″的單螺桿中將Fina EOD 97-06在可變條件下擠出到帶驟冷輥鑄塑區(qū)段的扁平模頭中，以確定影響光澤和紋理轉移的條件。第一驟冷輥用與橡膠輥配對的450Ra砂磨紋理產(chǎn)生紋理。擠出后將薄膜在室溫下老化48小時，然后用于在標準HPDL條件下制造高壓層壓板。用Federal Surfanalyzer 5000測量薄膜和層壓板的表面紋理以確定紋理轉移百分數(shù)。條件和結果列于表5。
表5
機筒溫度1 400°F2 4003 4004 4155 4506 480頭部區(qū)域 430管接頭 410熔融溫度 451頭部壓力 1200模頭壓力 1050擠出速度 76RPM盡管已經(jīng)具體描述了本發(fā)明的說明性實施方案，但應理解在不背離本發(fā)明的要旨和范圍的情況下各種其他實施方案對本領域技術人員來說是明了的且易于做到。因此，所附權利要求書的范圍不應限于本文所述的實施例和說明，而應將權利要求書理解為包括所有存在于本發(fā)明中具有專利新穎性的特征，包括所有本發(fā)明所涉及領域的熟練人員將視為其等價物的特征。
權利要求
1.一種形成紋理裝飾層壓板的方法，包括如下步驟(a)形成兩個或多個熱塑性樹脂浸漬層的堆置體，其中樹脂浸漬層中一層為頂層；(b)放置具有一定圖案的紋理表面的聚丙烯片材以使紋理表面緊鄰頂層，其中在聚丙烯片材形成過程中在該片材中形成紋理表面，同時該片材處于其軟化點以上的溫度；(c)對該堆置體和聚丙烯片材加熱加壓以足以將該圖案壓入頂層并形成具有紋理裝飾的裝飾層壓板。
2.權利要求1的方法，其中聚丙烯片材包括熔體流速為約1-20的聚丙烯。
3.權利要求2的方法，其中聚丙烯片材的厚度至少為約1密耳。
4.權利要求2的方法，其中聚丙烯片材還包括丙烯和至少一種選自聚烯烴、聚酯、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈和丁二烯-苯乙烯的其它熱塑性塑料。
5.權利要求2的方法，其中紋理表面的峰谷間高度Rz大于約100μ英寸。
6.權利要求1的方法，其中聚丙烯片材包括丙烯均聚物或丙烯和任何其他α-烯烴的共聚物。
7.權利要求1的方法，其中聚丙烯片材包括熔體流速為約5-15的聚丙烯。
8.權利要求7的方法，其中聚丙烯片材的厚度至少為約1.5密耳。
9.權利要求8的方法，其中聚丙烯片材還包括丙烯和至少一種選自聚烯烴、聚酯、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈和丁二烯-苯乙烯的其它熱塑性塑料。
10.權利要求8的方法，其中紋理表面的峰谷間高度Rz大于約200μ英寸。
11.權利要求1的方法，其中聚丙烯片材包括熔體流速為約7-12的聚丙烯。
12.權利要求11的方法，其中聚丙烯片材的厚度至少為約2密耳。
13.權利要求12的方法，其中聚丙烯片材還包括丙烯和至少一種選自聚烯烴、聚酯、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈和丁二烯-苯乙烯的其它熱塑性塑料。
14.權利要求12的方法，其中紋理表面的峰谷間高度Rz大于約300μ英寸。
15.一種裝飾層壓疊層板，包括(a)兩個或多個熱塑性樹脂浸漬層的堆置體，其中樹脂浸漬層中一層為頂層；和(b)具有紋理表面的聚丙烯片材，該紋理表面緊靠頂層，其中紋理表面在聚丙烯片材形成過程中在該片材中形成，同時該片材處于其軟化點以上的溫度。
16.權利要求15的疊層板，其中聚丙烯片材包括熔體流速為約1-20的聚丙烯。
17.權利要求16的疊層板，其中聚丙烯片材的厚度至少為約1密耳。
18.權利要求16的疊層板，其中聚丙烯片材還包括丙烯和至少一種選自聚烯烴、聚酯、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈和丁二烯-苯乙烯的其它熱塑性塑料。
19.權利要求16的疊層板，其中紋理表面的峰谷間高度Rz大于約100μ英寸。
20.權利要求15的疊層板，其中聚丙烯片材包括丙烯均聚物或丙烯和任何其他α-烯烴的共聚物。
21.權利要求15的疊層板，其中聚丙烯片材包括熔體流速為約5-15的聚丙烯。
22.權利要求21的疊層板，其中聚丙烯片材的厚度至少為約1.5密耳。
23.權利要求22的疊層板，其中聚丙烯片材還包括丙烯和至少一種選自聚烯烴、聚酯、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈和丁二烯-苯乙烯的其它熱塑性塑料。
24.權利要求22的疊層板，其中紋理表面的峰谷間高度Rz大于約200μ英寸。
25.權利要求15的疊層板，其中聚丙烯片材包括熔體流速為約7-12的聚丙烯。
26.權利要求25的疊層板，其中聚丙烯片材的厚度至少為約2密耳。
27.權利要求26的疊層板，其中聚丙烯片材還包括丙烯和至少一種選自聚烯烴、聚酯、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈和丁二烯-苯乙烯的其它熱塑性塑料。
28.權利要求26的疊層板，其中紋理表面的峰谷間高度Rz大于約300μ英寸。
29.一種具有紋理裝飾的裝飾層壓板，其中紋理裝飾通過與具有紋理表面的聚丙烯片材接觸而提供，且其中紋理表面在聚丙烯片材的形成過程中在片材中形成，同時該片材處于其軟化點以上的溫度。
全文摘要
一種制造用于紋理裝飾層壓板的聚丙烯紋理隔離片材的方法包括在該片材的最初制造過程中為聚丙烯隔離片材提供紋理,同時聚丙烯仍處于其軟化溫度以上。裝飾層壓疊層板包括具有頂層的多層熱固性樹脂浸漬層,紋理聚丙烯隔離片材緊靠頂層。形成紋理裝飾層壓板的方法包括對該疊層板施加足以形成紋理裝飾層壓板的熱和壓力。
文檔編號B32B3/28GK1240167SQ99106
公開日2000年1月5日 申請日期1999年5月19日 優(yōu)先權日1999年5月19日
發(fā)明者D·H·帕爾默, 李延銘 申請人:普雷馬克Rwp控股公司