СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение в основном относится к способам нанесения наночастиц на поверхности для создания слоя с внедренными наночастицами фотокатализатора. Кроме того, изобретение относится к способу получения равномерного распределения наночастиц в верхнем слое плат и панелей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Хорошо известно получение ламинированных строительных панелей с поверхностью, содержащей ламинированные листы бумаги. Также известен новый тип панели, называемой древесно-волокнистым полом (ДВП), который раскрыт в WO 2009/065769, в котором показаны как продукты, так и способы для получения такого продукта, в котором также использованы наночастицы. Кроме того, в WO 2009/062516 описано нанесение наночастиц на ламинированную поверхность или на бумагу оверлей.

Документы, приведенные ниже, описывают некоторые способы обработки бумаги или пропитанной бумаги перед конечной сушкой и перед тем как бумагу можно использовать в ламинированных обивочных картонах.

В US 2009/0208646 A1 описано нанесение покрытия по типу нанесения мокрого состава на мокрый материал, на пропитанный оверлей посредством впускного канала для нанесения покрытий. Контроль толщины слоя достигается с помощью протирающих устройств, которые стирают избыточное покрытие. Документ показывает способ получения оверлея, в частности для ламинатов, включающий пропитку бумаги, со следующими стадиями способа:

разматывание оверлейной бумаги из рулона в целях получения бумажного полотна (10);

увлажнение бумажного полотна (10) на одной стороне пропитывающей средой (14);

пропитывание бумажного полотна (10) пропитывающей средой (18);

нанесение в виде мокрого состава на мокрый материал крупнозернистой дисперсии корунда и смолы (27) на одну сторону бумажного волокна (10);

наоборот, нанесение в виде мокрого состава на мокрый материал покрывающего вещества (29) в виде смолы и тонкоизмельченного корунда на бумажное полотно (10);

дозирование наносимого покрывающего вещества (29) с помощью протирающего устройства (32) до достижения желаемой массы покрытия;

сушка бумажного полотна (10) с использованием подводящего короба.

В US 3798111 описано внедрение частиц в бумагоделательную машину, где частицы могут распределяться по всей бумаге, запутываясь в волокнах.

В WO 2007144718 раскрыта грубая суспензия наночастиц, нанесенная на предварительно обработанный несущий лист смолы. В данном способе указано, что суспензия содержит смолу. Способ включает добавление суспензии посредством проволочного шаберного валика и/или растрового валика, или других способов, подразумевающих использование валиков и/или ракелей. А также воздушных ракелей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты воплощения изобретения относятся к способу нанесения наночастиц на поверхность для создания слоя листа или поверхности с фотокаталитическими наночастицами. Задача состоит в повышении эффекта фотокаталитических наночастиц при внедрении частиц в слой листа или поверхности, т.е. в поддержании активности на высоком уровне и в поддержании желаемых свойств листа или слоя с внедренными частицами.

В WO 2009/062516 A2 показано использование фотокаталитических наночастиц в поверхностном слое для повышения, например, очищающей способности. Кроме того, раскрыт способ для нанесения наночастиц. Способ согласно вариантам воплощения изобретения обеспечивает повышенную прозрачность, повышенный срок службы и повышенное распределение наночастиц.

Первый аспект изобретения состоит в способе изготовления листа, содержащего фотокаталитические наночастицы, причем способ включает стадии:

пропитывания листа полимерной смолой, предпочтительно содержащей износостойкие частицы;

опрыскивания листа, только что пропитанного полимерной смолой в неотвержденном и влажном состоянии, пропитывающим жидким составом, содержащим рассеянные фотокаталитические частицы;

высушивание и/или, по меньшей мере, частичное отверждение упомянутого пропитанного листа, содержащего полимерную смолу и пропитывающую жидкость.

Лист может содержать целлюлозные волокна.

Является предпочтительным, чтобы пропитывающий жидкий состав содержал растворитель, содержащий воду.

Способ может включать стадию между стадией пропитывания и стадией распыления, на которой полимерная смола частично высушивается.

Путем нанесения фотокаталитических наночастиц на влажную поверхность, в частности, повышается распределение частиц.

Пропитывающий жидкий состав может содержать фотокаталитические частицы и растворитель, причем упомянутый растворитель выбирают из воды, этиленгликоля, бутилового эфира, алифатических линейных, разветвленных или циклических или смешанных ароматическо-алифатических спиртов, таких как метанол, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол, изобутанол, бензиловый спирт или метоксипропанол, или их сочетания.

Вторым аспектом изобретения является способ получения ламинированных досок или обивочного картона путем установления листа, полученного согласно первому аспекту, на сердцевине предпочтительно панели КВП, и приложения тепла и давления.

Третьим аспектом изобретения является способ изготовления листа, содержащего фотокаталитические наночастицы, причем способ включает стадии:

перемешивания фотокаталитических частиц в полимерной смоле, с получением пропитанной смеси;

нанесения пропитанной смеси на лист, предпочтительно путем распыления.

Четвертым аспектом изобретения является способ получения листа бумаги, содержащего фотокаталитические наночастицы, введенные в бумагоделательную установку, предпочтительно перед наматыванием бумаги.

Пятым аспектом изобретения является способ получения панели WFF, содержащей фотокаталитические частицы, причем способ включает стадии:

1. Рассеяния сухой смеси, содержащей древесные волокна, термоотверждаемую смолу, предпочтительно меламиновую смолу и износостойкие частицы на сердцевине.

2. Нанесения органического растворителя на смесь на сердцевине.

3. Распыления пропитывающего жидкого состава, содержащего рассеянные фотокаталитические наночастицы, предпочтительно рассеянные в воде.

4. Приложения тепла и давления.

Стадии 2 и 3 способа можно применять в любом из способов, раскрытых в WO 2009/065769 и WO 2009/124704 для получения панелей ДВП.

Является предпочтительным, чтобы способ был осуществлен в перечисленном порядке 1-4.

Является предпочтительным, чтобы органический растворитель содержал кетон, такой как ацетон и метилэтилкетон, и/или спирт, такой как этанол, пропанол и метанол, и/или ацетат, такой как бутилацетат, этилацетат. Предпочтительным вариантом воплощения органического растворителя является этанол.

В другом варианте воплощения способ включал стадию нанесения, предпочтительно перед стадией 2, жидкости со смачивателем на смесь, предпочтительно в виде воды, содержащей 1 мас.% BYK-348 от компании BYK Chemie. Жидкость со смачивателем и органический растворитель также можно наносить вместе.

Хорошо известно, что наноматериал не является именно наноматериалом, а характеризуется внедренными в него наночастицами, которые важны для его характеристик и, например, свойств упомянутой доски или обивочного картона. В конкретном предпочтительном варианте воплощения согласно любому из аспектов внедренные наночастицы обладают размером первичных частиц или размером кристалла <50 нм, таким как <30 нм, предпочтительно размером первичных частиц или размером кристалла <20 нм. Таким образом, эффективность наночастиц повышается и/или для достижения специфического эффекта требуется меньше наночастиц.

Первичные частицы редко присутствуют в виде отдельных первичных частиц, а присутствуют в более или менее агрегированных формах. Эффективный контроль размера агломерата и/или кластера является особо предпочтительным. Следовательно, в предпочтительных вариантах воплощения внедренные наночастицы имеют размер кластера или агрегата <100 нм, например <80 нм, а предпочтительно размер кластера или агрегата <60 нм, например <40 нм, и даже более предпочтительно размер кластера или агрегата <30 нм, например <20 нм. Таким образом, упомянутые наночастицы можно легче равномерно рассеять по упомянутому перекрывающему слою и упомянутый слой становится в большей мере оптически прозрачным.

В любом варианте воплощения настоящего изобретения концентрация упомянутых наночастиц в упомянутой пропиточной жидкости может составлять >1 мас.%, например >5 мас.%, предпочтительно концентрация упомянутых наночастиц >10 мас.%, например >15 мас.%, и даже более предпочтительно концентрация упомянутых наночастиц >20 мас.%, например >25 мас.%.

Кроме того, в любых вариантах воплощения наночастицы в упомянутом пропиточном жидком составе могут иметь размер кластера или агрегата <100 нм, например <80 нм, предпочтительно размер кластера или агрегата <60 нм, например <40 нм, и даже более предпочтительно размер кластера или агрегата <30 нм, например <20 нм.

Согласно всем аспектам изобретения количество пропитывающего жидкого состава на квадратный метр покрывающего листа (листов) может находиться в диапазоне 1-200 мл/м², например в диапазоне 5-100 мл/м², а предпочтительно в диапазоне 10-50 мл/м², например 20-40 мл/м² упомянутого пропиточного жидкого состава на квадратный метр покрывающего листа (листов), который необходимо пропитать.

Полимерную смолу, используемую для упомянутого состава полимерной смолы, содержащего наночастицы, можно выбрать из группы, содержащей меламиноформальдегидную смолу, фенолформальдегидную смолу, карбамидоформальдегидную смолу, меламинокарбомидоформальдегидную смолу, акриламидные смолы, уретановые смолы, эпоксидные смолы, кремнийорганические смолы, акриловые смолы, виниловые смолы или их смеси.

В вариантах воплощения изобретения фотокаталитические наночастицы в упомянутом составе полимерной смолы с наночастицами могут быть введены в виде сухого порошка, в виде пасты или в виде суспензии, а затем рассеяны в полимерной смоле.

В вариантах воплощения изобретения растворитель упомянутой суспензии с фотокаталитическими наночастицами, рассеиваемыми в составе полимерной смолы, выбирают из воды, этиленгликоля, бутилового эфира, алифатических линейных, разветвленных или циклических или смешанных ароматическо-алифатических спиртов, таких как метанол, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол, изобутанол, бензиловый спирт или метоксипропанол или их сочетания.

Варианты воплощения изобретения могут быть достигнуты согласно шестому аспекту изобретения посредством способа изготовления досок или обивочного картона, причем способ включает:

обеспечение верхней поверхности основания или скомпонованной ламинированной доски или обивочного картона с нанесением покрытия в виде покрывающего жидкого состава, содержащего фотокаталитические наночастицы; и

высушивание и/или отверждение упомянутого основания или ламинированной доски или обивочного картона вслед за упомянутой стадией нанесения покрытия.

Покрывающую жидкость можно согласно любому из вышеописанных аспектов наносить на поверхность упомянутого материала путем распыления, окунания, прокатки, напыления щеткой или другими стандартными способами нанесения. Количество покрывающего жидкого состава на квадратный метр поверхности упомянутого материала может находиться в диапазоне 1-200 мл/м², например в диапазоне 5-100 мл/м², и предпочтительно в диапазоне 10-50 мл/м², например 15-25 мл/м², упомянутого покрывающего жидкого состава на квадратный метр поверхности упомянутого материала.

Некоторые сочетания ингредиентов можно превращать в полностью функционирующие продукты. Ниже приведено три примера, показывающие три функциональных варианта воплощения изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Раскрытие в дальнейшем будет описано применительно к предпочтительным вариантам воплощения, а более подробно со ссылкой на прилагаемые примерные чертежи, в которых:

Фиг.1 иллюстрирует технологическую линию для получения бумаги оверлей;

Фиг.2 иллюстрирует технологическую линию для получения бумаги оверлей, содержащую установку для распыления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к изготовлению оверлея или досок, или обивочного картона, например ламинированных досок или листов картона, содержащих различные типы фотокаталитических наночастиц, которые делают изготовленные продукты фотокаталитически активными. Каждый слой и стадия технологии могут быть выбраны из других, например, в зависимости от стоимости ламинированных досок и обивочного картона (продукта низкой/высокой стоимости) и технических средств, поставляемых изготовителями ламината.

Ламинированные доски и обивочный картон обычно изготавливают из основания волокнистого картона (а именно картона высокой плотности, КВП) и трех или более листов: декоративного листа, поверхностного листа целлюлозы наверху и одного или нескольких листов-подложек, помещенных на противоположную сторону основы волокнистого картона для уравновешивания картона и предохранения его от искривления. Между волокнистым картоном и декоративным листом часто помещают другие листы. Лист декора может быть одноцветным или украшенным узором, чтобы он выглядел, например, как дерево, пробка, камень, черепица или более абстрактный рисунок. Поверхностный лист обычно содержит износостойкие частицы, как правило, определенное количество оксида алюминия (Al₂O₃), придавая ламинату лучшую стойкость к истиранию. Кроме того, поверхностный лист пропитывают полимерной смолой, обычно меламиноформальдегидной смолой. Другие листы, чаще всего листы бумаги, также пропитывают смолой. Лист декора обычно пропитывают меламиноформальдегидной смолой, тогда как фенолформальдегидная смола часто используется в сердцевине ламината. Ламинированную доску или обивочный картон компонуют, прикладывая тепло и давление, заставляя смолу полимеризоваться в ходе реакции термоотверждения. После ламинирования полимеризованный поверхностный листа и бумага декора составляют верхний слой ламинированной доски или картона и, таким образом, он должен быть оптически прозрачным, начиная прямо с верхней поверхности ламината и сквозь декоративный отпечаток бумаги декора.

В одном варианте воплощения изобретения (фиг.2) фотокаталитические наночастицы наносят распылением покрытия по типу нанесения мокрого состава на мокрый материал (43, 40) на верхнюю и/или нижнюю поверхность бумаги (10), после осуществления первого (42) и/или второго (41) пропитывания бумаги (10) смолой и износостойкими частицами, предпочтительно оксида алюминия. Бумагу можно высушивать (44, 45) после каждого пропитывания. Является предпочтительным, чтобы фотокаталитические наночастицы были нанесены после стадии пропитывания, но перед стадией высушивания. В одном варианте воплощения бумагу (10) на первой стадии (46) увлажняют смолой и/или пропитывают в смоле. Этот способ распыления фотокаталитических наночастиц может быть встроен в любую технологическую линию для получения бумаги оверлей или декоративной бумаги, а также в технологическую линию, показанную на фиг.1 и описанную выше согласно US 2009/0208646. Распыление фотокаталитических наночастиц, как показано на фиг.1, можно осуществлять на технологической линии на любой стадии, после стадии увлажнения (14) бумажного полотна (10).

Подходящим типом распылительной насадки для нанесения покрытия распылением фотокаталитических наночастиц является установка с электронным управлением Autojet Pulsejet B10000jjau.

Предпочтительная скорость напыления бумаги оверлей или декоративной бумаги может составлять >1 м/с, например >2 м/с, предпочтительно >5 м/с, например >8 м/с, и даже более предпочтительно >10 м/с.

В другом варианте воплощения фотокаталитические наночастицы наносят путем нанесения покрытия методом распыления по типу мокрое на сухое, на верхнюю и/или нижнюю поверхность бумаги оверлей и/или декоративной бумаги, после осуществления первого или второго пропитывания бумаги в смоле и износостойких частицах, предпочтительно оксида алюминия. Бумагу обычно высушивают после каждого пропитывания.

В предпочтительном варианте воплощения изобретения фотокаталитические наночастицы могут быть перемешаны со смачивателем и/или спиртом, перед стадией нанесения покрытия распылением, для повышения смачивающей способности пропитывающей жидкости на поверхности поверхностного и/или декоративного листа.

В другом варианте воплощения изобретения фотокаталитические наночастицы можно наносить способом, сочетающим нанесение покрытия распылением по типу мокрое на мокрое и по типу мокрое на сухое.

В другом варианте воплощения изобретения фотокаталитические наночастицы наносят в виде полимерной смеси на стадии пропитки смолой.

В другом варианте воплощения изобретения фотокаталитические наночастицы вводят в поверхностный лист, например в сам лист декоративной бумаги перед пропиткой в полимерной смоле. Таким образом, использование упомянутого фотокаталитического поверхностного листа или декоративной бумаги для фотокаталитического слоя можно легко применять существующие способы нанесения, используемые для изготовления ламинированных досок или обивочного картона, т.е. пропитывание фотокаталитического поверхностного листа или декоративной бумаги в полимерной смоле, с последующим изготовлением ламинированной доски на стадии ламинирования путем горячего прессования.

Упомянутые стадии пропитывания фотокаталитическими наночастицами и высушивания/отверждения могут быть встроены в существующую технологическую линию непосредственно перед пропиткой упомянутого поверхностного листа или декоративной бумаги в полимерной смоле, или упомянутый фотокаталитический пропитанный и отвержденный поверхностный лист или декоративную бумагу можно хранить до того как они понадобятся.

Подходящим типом наночастиц для использования в покрывающем жидком составе является диоксид титана. Наночастицы диоксида титана могут согласно некоторым аспектам настоящего изобретения дополнительно содержать другие элементы. В некоторых вариантах воплощения такие элементы можно вводить в упомянутые наночастицы с целью повышения фотокаталитической активности упомянутых наночастиц путем изменения диапазона абсорбции упомянутых фотокаталитических наночастиц диоксида титана.

Растворитель упомянутого покрывающего жидкого состава может содержать воду, метанол, этанол или изопропанол или их сочетания, или может даже представлять собой воду.

Концентрацию упомянутых фотокаталитических наночастиц в изготовленной доске или картоне можно повысить путем повторения упомянутого этапа нанесения покрытия несколько раз.

Предпочтительный вариант воплощения полученной пропитанной бумаги предполагает наличие дискретных фотокаталитических наночастиц на и в упомянутом поверхностном листе или в листе декоративной бумаги. Упомянутые наночастицы или кластеры наночастиц во многих применениях согласно настоящему изобретению могут иметь фактически одинаковый размер, как эффективный размер частиц в упомянутом пропиточном жидком составе.

Полученную пропитанную бумагу, содержащую фотокаталитические наночастицы, можно использовать во всех известных технологиях, для получения ламинированных строительных панелей, предпочтительно половых досок, стеновых панелей и крышек кухонных столов.

Фотокаталитический состав, рассеиваемый в полимерной смоле, может предпочтительно содержать фотокаталитически активные наночастицы диоксида титана (TiO₂). В предпочтительном варианте воплощения упомянутые наночастицы содержат кристаллические формы диоксида титана в виде анатаза и/или рутила, и/или брукита или их сочетания. Кроме того, упомянутые фотокаталитически активные наночастицы согласно настоящему изобретению присутствуют в упомянутом составе преимущественно в их конечной кристаллической форме, т.е. для преобразования упомянутых частиц в их активную форму не требуется никакой термообработки. Является предпочтительным, чтобы средний размер первичных частиц или размер кристаллита наночастиц, например диоксида титана, выраженный как эквивалентный сферический диаметр, мог составлять менее 30 нм, например менее 20 нм, а предпочтительно менее 15 нм, например, менее 10 нм. Средний размер первичных частиц или размер кристаллита можно измерять методом рентгеновской дифракции, с использованием формулы Шерера. Кроме того, является предпочтительным, чтобы распределение упомянутых наночастиц по размерам было относительно узким.

Фотокаталитический состав, рассеиваемый по полимерной смоле, независимо от того, вводят ли его в виде порошка, пасты или суспензии, можно добавлять к полимерной смоле в любой конкретный момент времени. В одном варианте воплощения изобретения фотокаталитический состав рассеивают по полимерной смоле непосредственно перед пропитыванием поверхностных листов или листов декоративной бумаги полимерной смолой. Упомянутый процесс рассеяния можно ускорить с помощью специально сконструированной машины или устройства.

ПРИМЕРЫ

Описав основные аспекты изобретения, перейдем теперь к примерам, приведенным для иллюстрации их конкретных вариантов воплощения.

Пример 1 - нанесение мокрого на мокрое

Данный пример иллюстрирует создание полимерной поверхности, содержащей внедренные наночастицы. Частицы были через систему распыления нанесены в виде дисперсии на свежепропитанную полимерную поверхность, когда она была еще влажной.

В качестве сырья была использована следующая дисперсия. 30%-ная дисперсия TiO₂ в воде, содержащей агломераты частиц размера не более 80 нм, как было определено с использованием метода Particle Matriz Nanotrack NPA 252. Маточный раствор затем был распылен на свежепропитанную меламиновую бумагу сразу после того как бумага была пропитана на бумаговедущем ролике. Дисперсия была нанесена на бумагу с использованием системы автоматического струйного распыления, нагнетания жидкости в форсунки через бак низкого давления, с давлением 1,8 бар. Форсунки представляли собой форсунки для пульсирующей струи, с наконечниками для пневматического распыления (при атмосферном давлении 1,5 бар), помещенные на 35 см выше свежепропитанной бумаги, непосредственно перед входом в первую сушильную печь.

Система автоматического струйного распыления была настроена на подачу на бумагу жидкости в количестве 30 мл/м²; бумага затем была высушена в двух последовательных нагревательных печах. Это приводило к выходу меламиновой бумаги с внедренными агломератами TiO₂ очень малого размера, проникающими приблизительно сквозь первую пару сотен микрон меламиновой бумаги.

Пример 2 - нанесение мокрого на сухое

Данный пример иллюстрирует создание полимерной поверхности, содержащей встроенные наночастицы. Частицы были нанесены в виде дисперсии через систему распыления на полимерную поверхность, после того, как она была высушена в нагревательной печи.

В данном эксперименте была использована та же система распыления жидкости, что и в примере 1.

Пример 3 - нанесение мокрого материала на необработанную

Данный пример иллюстрирует получение полимерной поверхности, содержащей внедренные наночастицы.

Частицы были через систему распыления нанесены в виде дисперсии на необработанную бумагу перед тем как бумага была пропитана меламином.

Результаты испытаний

В таблице, приведенной ниже, показаны результаты различных способов нанесения фотокаталитических частиц:

Испытание I: нанесение фотокаталитического верхнего слоя путем пропитывания бумаги оверлей с использованием распыления, по типу нанесения мокрого состава на мокрый материал.

Испытание II: нанесение фотокаталитического верхнего слоя путем пропитывания бумаги оверлей с использованием распыления, по типу нанесения мокрого состава на сухой материал.

Испытание III: нанесение фотокаталитического верхнего слоя путем пропитывания бумаги оверлей по типу нанесения мокрого состава на сухой материал путем распыления на необработанную бумагу оверлей, перед пропиткой в меламине.

Оценка внешнего вида, стабильности и распределения:

a) Внешний вид по шкале 1-5, если судить по прозрачности и замутненности, где 1 - отсутствие видимых отличий от ламината, в котором нет внедренных частиц, и 5 - очень мутный.

b) Стабильность процесса была оценена по шкале 1-5, если судить по сроку службы и гибкости материала, где 1 отсутствие видимых отличий от ламината, в котором нет внедренных частиц, и 5 - очень чувствительный к изменениям процесса.

c) Распределение внедренных частиц было оценено по шкале 1-5, где 1 - полностью равномерное распределение фотокаталитических наночастиц.