用于生产多孔涂层原纸或预浸料的纤维基材及其生产方法 技术领域 本发明涉及一种纤维基材及其生产方法。 此外,本发明涉及由本发明的基材形成的涂布原纸或预浸料。 根据本发明的产品被提供用于生产用于家具表面和家具贴膜的涂层基材,但也用于墙壁、地板和天花板。 背景 生产此类纸张的主要目标是它们在强度、浸渍性能、清漆性和印刷适性方面的定性特性,这些特性对于进一步的加工步骤是必需的,而且也是实现所需和指定着色的光学目标。 在所有情况下,都必须为纸张提供彻底和深度的颜色。 生产各种色度的涂料原纸! 可以从整个色谱中计量获得的饱和度/亮度。 涂层原纸,有时也称为装饰原纸,是一种高科技特种纸,使用含水或含溶剂的染料系统印刷,或以未印刷或单色形式进一步加工。 这适用于所有传统印刷工艺,如凹版印刷、胶版印刷、柔版印刷、丝网印刷,也适用于所有非冲击印刷工艺,如数字印刷系统。 进一步加工可基本上分为浸渍、涂漆、压制到木质材料上或层压到木质材料或其他片状材料上的过程。 收件日期/收件日期 2021-05-13 木质材料是刨花板、纤维板、中密度纤维板 (MDF) 和高密度纤维板。 然而,也可以涂覆或层压由各种其他材料制成的板,例如,特别是矿物材料、塑料或金属。 此类纸的另一种进一步加工是装饰层压板的生产,这些板由浸渍、印刷和/或深色涂层原纸和芯纸通过压制成均质板制成,或者在 无尽的过程[1]。 涂料原纸必须能够生产出人眼可感知的色谱中的所有颜色,包括最高亮度(白色)和最高暗度(黑色)。 为了在特定的颜色位置获得特定的颜色以及特定的物理特性,使用不同粒径的有机和无机颜料以不同的混合比例和浓度。 为了满足和保持所有的物理条件和要求,额外使用填料。 用于提高纸张亮度和不透明度的重要颜料是二氧化钛 (TiO2)。 通常,在“湿部工艺”中将二氧化钛添加到纤维纸中(参见例如WO 2013/109441 A1)。 作为纤维基材提供的涂层原纸是最经济、灵活和实用的解决方案,可为各种应用提供经过设计和风格化的表面,例如起居区和睡眠区的家具、厨房、办公室、浴室、地板、大型物体的内部 例如机场、旅馆、办公楼、公共利益建筑物例如博物馆、画廊(参见例如WO 2013/109441 A1)。 涂布原纸需要有很高的遮盖力,遮盖力要尽可能接近100%。 应确保相对于背景(即相对于基材颜色)的涂层能力,不会损失颜色印记 - 接收日期/收货日期 2021-05-13。 实现这一目标的关键因素是颜料和填料在纸体内的含量(数量)和分布。 限制量由关于纸张强度的要求预先确定。 基本上已知可以通过增加纸的面密度来提高限制量。 因此,如果纸张的面密度足够高,几乎可以达到所需的 100% 不透明度。 根据已知的技术水平,颜料和填料的合理使用存在商业限制。 最常用的颜料,即白色(二氧化钛)和彩色(氧化铁)代表着高价值,并且会受到巨大的周期性价格波动的影响。 因此,达到最大产量非常重要。 这反过来意味着纸体中的颜料/填料必须具有最大的颗粒分布,以实现最佳的不透明度和最佳的涂布能力。 到目前为止,还不可能达到这个标准。 颜料/填料通常作为附聚物存在于纸体中。 结果,光散射层重叠并降低了不透明效果并产生不同的颜色感知。 为了减少团聚现象,使用特定的粘合剂、填料或分散剂,从而提高光散射效率 [2]。 然而,鉴于环境问题的重要性日益增加以及原材料成本的增加,正在制定新的解决方案,这将导致通过使用生物材料减少二氧化钛的需求。 因此,本发明的一个目的是提供一种纤维基材,特别是一种涂布原纸,其以高质量、特别是高不透明度、对颜料的低要求和良好的机械稳定性而著称。 本发明的另一个目的是提供一种用于生产根据本发明的基材的方法。 作为本发明的进一步的申请日期/收稿日期 2021-05-13 项目,提供了一种具有改进性能的涂布原纸或预浸料。 描述根据本发明,上述目的通过纤维基材、生产方法和多孔涂布原纸或下文定义的预浸料实现。 本发明的有利实施例也定义如下。 根据本发明的用于生产多孔涂层原纸或预浸料的单层纤维基材以已知方式包含由纤维素纤维制成的平面可浸渍结构,此外,其包含至少一种颜料物质。 在一些实施例中,纤维素纤维还包含其他常规用于纸张的添加剂。 进一步地,所述纤维素纤维含有1-20wt.-%比例的纳米原纤化纤维素,这里的百分比规格与所有纤维素纤维的总重量有关。 正如下面将更详细地解释的,在本文中,术语“纳米原纤化纤维素”,在此也缩写为“NFC”,应理解为直径为约 3 nm 至约 200 nm 且长度为 至少500nm和至少100的纵横比(长度:直径)。根据本发明,NFC具有至少125m2/g的比表面积(SSA)。 通常,NFC纤维的直径为10-100nm,平均为nm,长度至少为数微米,纵横比可以为1000nm或更大。 根据本发明的一个实施例,NFC 的比例为 5 至 10 wt.- 日期 Recue/Date Received 2022-06-15 对用其生产的纤维基材具有各种有利的效果,特别是提供用于生产多孔涂层原纸或预浸料。 到目前为止,已知添加 NFC 会导致纸张致密化。 这通常会导致透气性变差,或者相关的 Gurley 值变高。 然而,令人惊奇地发现,根据本发明生产的涂布原纸尽管具有较高的格利值或较低的透气性,但仍实现了非常好的树脂浸渍性、改进的形貌和印刷适性。 众所周知,添加 NFC 可以对强度产生有益影响。 例如,EP 1936032 A1 描述了一种用于生产多层纸产品的方法,特别是具有低密度的纸板,例如饮料纸盒。 因此,主要目标是在保持强度特性的同时降低克重或面积重量。在本发明的上下文中,已经发现在形成强含颜料的多孔吸收性涂层原纸或预浸料坯的过程中添加 NFC 作为新的效果允许颜料物质显着更均匀地嵌入其中 光纤网络,具有非常有利的效果。 由此产生的直接优点是给定的颜料含量导致显着更高的不透明度,或者可以用较低的颜料含量实现给定的不透明度。 这带来了明显的经济和生态优势。 一个直接明显的优势来自颜料材料的节省以及伴随的成本降低,而且还减少了加工过程中的粉尘形成。 此外,就其所需量而言,可有利地避免或减少目前用于改进颜料保留的化学品。 对于给定的不透明度,较低颜料含量的另一个非常显着的优势在于结构完整性的进一步即时/接收日期 2021-05-13 证明,特别是纤维基材结构的抗撕裂性,即 的涂布原纸。 这适用于基材结构内的所有方向,并且适用于干态和湿态。 显然,添加 NFC 具有协同效应:一方面,添加似乎通过形成额外的氢键导致更好的机械内聚力,另一方面,添加似乎为机械内聚力提供了额外的贡献 由于可能降低颜料含量,以及通过形成相对较小的团块和避免较大的团块,颜料分布更均匀。 较大的附聚物会成为薄弱点并降低纤维载体材料的抗撕裂性。 根据本发明的纤维基材在其用作涂布原纸时的另一个令人惊讶的优点来自表面形貌的改善,这导致更好的可印刷性和染料接受性,同时节省常用的印刷染料。 在过去的 20 年里,纤维素纳米纤维(以下简称 NFC)在文献中得到了广泛的研究和描述。 同样在普通造纸领域,此类纳米纤维已被提议作为一种可能的“湿部”添加剂,用于改善纸张的某些性能。 然而,众所周知,添加大量 NFC 通常会导致不透明度下降 [3],这是非常不希望出现的,尤其是对于涂布原纸而言。 NFC 通常是通过以木材和其他植物纤维为原料的机械粉碎工艺获得的; 第一个描述可以追溯到 Herrick 等人。 [4] 和 Turback 等人。 [5]在1983年。由此获得的新材料最初被称为微纤化纤维素(MFC)。 然而,如今除了术语 MFC 之外,还经常使用各种其他术语,例如纤维素纳米纤维 (CNF)、纳米原纤化纤维素 (NFC) 和纤维素纳米原纤维或微原纤维。 它是一种半结晶纤维素材料,由具有高纵横比(= 检索日期/收稿日期 2021-05-13 长径比)的纤维素纤维制成,与完整植物纤维相比聚合度较低,并且相应地大大增加了 表面,例如通过均质化或研磨工艺获得 [6]。 与直线“纤维素晶须”相反,后者也称为“纤维素纳米晶体”,呈棒状,长度通常为 100 至 500 nm(根据纤维素来源,也有晶体 长度可达 1 pm),纤维素纳米纤维又长又柔韧。 由此获得的 NFC 通常包含结晶和非晶域,并且由于强氢键而具有网络结构 [7, 8, 9]。 术语“纸的常规添加剂”尤其包括填料。 包含在根据本发明的基底材料中的颜料和填料优选选自金属氧化物、半金属/半导体的氧化物和/或混合氧化物或其混合物。优选地,颜料/填料可以选自但不限于硅、镁、钙、铝、锌、铬、铁、铜、锡、铅或其混合物。 优选的颜料/填料是硅酸、氧化铝、氧化铁、硅酸镁、碳酸镁、二氧化钛、氧化锡、硅酸铝、碳酸钙、滑石、粘土、二氧化硅、无机物质如硅藻土、有机物质如, 例如,三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂、丙烯酸酯、聚乙烯醇、改性聚乙烯醇、聚乙烯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、合成粘合剂、天然来源的粘合剂如淀粉、改性淀粉、羧甲基纤维素或其混合物。 收录日期/收稿日期 2021-05-13 一种特别优选的用于形成白色着色的颜料种类是二氧化钛。 用于许多应用的另一种颜料是氧化铁。 根据进一步的方面,用于生产根据本发明的基底材料的方法包括以下步骤: -提供包含含纤维素材料和所述颜料种类的混合物的水性悬浮液,以及任选地常规用于纸的其他添加剂, - 片材成型, - 干燥,其中含纤维素材料包含比例为 1 至 20 wt.-% 的 NFC,其比表面积 (SSA) 至少为 125 m2/g。 根据另一方面,用于生产根据本发明的纤维基材的方法包括以下步骤:-提供包含所述纤维素纤维和至少一种颜料物质的混合物的水悬浮液,-片材成形,-干燥 . 一般而言,已发现使用比表面积 (SSA) 为 100 m2/g 或更小的 NFC 在可测量的表面形貌、印刷适性和颜料(如二氧化钛)的保留能力方面显示出明显更差的结果。 此外,值得注意的是,使用高度研磨的纤维素代替 NFC 不会导致根据本发明的质量改进。 不受特定理论的束缚,该发现表明本发明的优点不能简单地通过将纤维素粉碎成尺寸在纳米范围内的颗粒来实现,而是为此目的形成直径为 纳米范围和至少 100 的纵横比是必需的。 根据该方法的一个实施例,NIC 比例为 5 至 10 wt.- 接收日期/接收日期 2022-06-15 用于上述过程的 NFC 应具有至少 150 m2/g 的比表面积 (SSA) ,特别是至少 175 m2/g,优选至少 225 m2/g。 有利地,根据本发明的方法使用适合并优化用于生产涂布原纸的造纸方法。 这些方法原则上是已知的。 在本发明的上下文中,必须以这样的方式修改该方法,即在形成水悬浮液之前或在形成水悬浮液之后,将提到的 1 至 20 重量%的 NFC 部分添加到纤维素材料中 . 同样,该百分比量与所有纤维素纤维的总重量有关。 根据另一方面,提供了一种由如上所述的纤维基材制成的多孔涂层原纸,其突出之处在于对于给定的颜料含量具有更高的不透明度,或者对于给定的不透明度具有更低的颜料要求,同时 可通过商业上可获得的方法进一步加工,例如那些描述的方法,例如 在 WO 2013/109441 Al 中。 根据又一方面,提供了一种预浸料,其中本发明的纤维基材用合适的合成树脂分散体浸渍。 预浸料以已知方式通过用浸渍树脂溶液浸渍纤维基材来生产(参见例如EP 0648248 61)。 该浸渍步骤已经在造纸机中进行。 随后,可以为预浸料提供印刷图案。 根据本发明的预浸料突出了已经提到的与本发明的涂布原纸相关的优点。 根据本发明的产品用作各种片状材料,特别是层压材料的表面层。此类层压材料在 Date Recue/Date Received 2022-06-15 CA 02989124 2017-12-06 中被称为“高压层压材料 (HPL)”和“低压层压材料”。 这些可用于室内地板、墙壁和天花板以及任何家具表面。 应当理解,根据应用,表面层进一步设置有额外的保护层(覆盖层)或者它被涂漆。 文献:1. 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P-11377W0 03.06.2016 CA 02989124 2017-12-06 附图简要说明 下文将参考附图更详细地描述本发明的实施例,其中显示: 图 1 比表面积 SSA,以 m2/g 含纤维素的 NFC 作为 NFC 重量比例的函数; 图 2 黑色背景上的光反射(取自 360 至 740 nnn 波段的平均值)作为 TiO2 含量的函数,以 wt.-% 表示,对于用无 NFC 纸(三角形)和有纸获得的压制纸 含 5 wt.-% NEC(正方形)。 实施本发明的方式实施例1 如图1所示,以m2/g计的含NFC的纤维素的比表面积SSA作为NEC的重量比例的函数线性增加。 虽然在所示示例中,未添加 NFC 的常规纤维素仅为约 75 m2/g,但在 100% NFC 的情况下,其值约为 225 m2/g; 有关更多详细信息,请参阅:Josset, S. 等人通过研磨过程对漂白纸浆、小麦秸秆和回收报纸进行纳米纤化的能耗。 北欧纸浆与造纸研究杂志 29, 167-175 (2014)。 为了对不含 NFC 的传统涂层原纸和含有 NEC 的此类原纸的性能进行比较评估,纸浆密度恒定为 50 g/m2 并且 TiO2 含量逐渐增加的纸坯通过以下方式生产 a sheet former (Estanit, Wilhelm an der Ruhr, Deutschland, based on DIN EN ISO 5269-2 - DIN 54358), P-11377W0 03.06.2016 CA 02989124 2017-12-06 用标准方法研磨由木纤维制成的漂白纸浆 到 35 SR 的 Schopper-Riegler 值。 制备该纸浆的第一个 1 wt.-% 悬浮液以生产标准纸坯。 第二个 1 重量。 制备含有 5 wt.-% NFC(相对于纸浆总量)的纸浆悬浮液以生产改性纸坯。 由软木纤维([OF,公司 Stendal,D)制成的 NFC 是通过以下参考文献中描述的方法生产的:Josset,S. 等人。 漂白纸浆、麦秆和再生报纸纳米纤化的能耗。 北欧纸浆与造纸研究杂志 29, 167-175 (2014)。 对于纸张生产,在每种情况下,将 150 mL 的悬浮液稀释至 4 L(对应于生产的纸张中的 50 m21g 纸浆)。 向该纸浆中添加逐渐增加量的 TiO2(0.1 克至 2.0 克 10 重量份的悬浮液)。通过Al 2 SO 4 将每种混合物的pH调节至约6.3,并通过均化系统(Ultraturrax)在15,000rpm下处理30秒。 然后通过真空过滤(根据 DIN EN ISO 5269-2)生产片材并随后真空干燥。 从每片叶子中取出样品,以便通过灰化(900 C,10 分钟)确定其 TiO2 含量。 将剩余的材料用浸渍有水性三聚氰胺树脂的覆盖纸压在黑色背景上以形成高光泽复合材料(60 巴,在 150°C 下 2 分钟,再冷却:5 分钟,至约 45-50°C)。 这些压制片材的平均光反射通过分光光度计(Konika Minolta,CM-2500D)在 360 和 740 nm 之间测定。 如图 2 所示,添加 5 wt.-NFC 导致光反射能力显着增加。 例如,在约 17 wt.-% 的 TiO2 含量下,光反射从约 49%(没有 NEC)增加到约 54%(有 P-11377W0 03.06.2016 CA 02989124 2017-12-06NFC)。 此外,在较高 TiO2 含量下,曲线平坦区域的行为特别显着。 例如,要达到 54% 的反射率,传统纸张需要约 22 wt.-% 的 TiO2 含量,在添加 5 wt.-% NFC 的情况下可降低至约 17 wt.-%。 这相当于节省了 22% 的 TiO2。 实施例 2 以上述方式使用各种类型的 NFC,即具有不同比表面积 (SSA) 值的 NFC,生产单层纤维基材的几个部分。 以 wt.-% 表示的灰分含量用作矿物成分保留能力的标准量度,此处特别是二氧化钛。 以下结果均作为 3 次测量的平均值给出。 对于不含 NFC 的生产,将其作为参考基础,发现灰分含量为 30.8 wt.-%。 使用 SSA 约为 95 m2/g 的 NFC(现有技术),灰分含量为 32.6 wt.-%,与参考相比绝对增加了 1.8 wt.-%。 使用具有约 165 m2/g 的 SSA 的 NFC(根据本发明),灰分含量为 38.9 wt.-%,这对应于与参考相比绝对增加 8.2 wt-%。 使用具有约 225 m2/g 的 SSA 的 NFC(根据本发明),灰分含量为 43.5 wt.-%,这对应于与参考相比绝对增加 12.7 wt.-%。 P-1 1377W0 03.06.2016。