專利名稱：涂布刀及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將涂布色料(coating colour)施加至移動輻條(travellingweb)上的涂布刀(coating blade)，以及本發(fā)明也涉及制備這種涂布刀的方法。
背景技術(shù)：
鋼刀及由諸如陶瓷或金屬基復(fù)合材料系列等材料形成的硬質(zhì)合金刀(hard-tipped blade)，或者軟質(zhì)合金彈性體刀在對著輻條裝載刀的過程中，對著移動的未涂布的或預(yù)涂布的干燥紙時遭受干摩擦。取決于造紙機(jī)，在刀片與移動的干輻條接觸的時刻與涂布色料到刀片的時刻之間消逝的時間約為1-5秒。使用現(xiàn)代離線涂布機(jī)(off-line coating machine)，刀片裝載工序期間的輻條速度可高至700米/分鐘或更多，這表示干摩擦長度為12米至接近60米。
取決于刀片材料的摩擦系數(shù)、刀片裝載角(loading angle)或相對于輻條的壓力以及原紙的纖維和顏料的本性，干摩擦可對刀片材料的表面特性具有顯著的影響。例如，軟質(zhì)合金刀的彈性體的仔細(xì)研磨斜面(ground bevel)可在該期間完全被毀壞(燒壞)，并且甚至硬質(zhì)合金刀的硬質(zhì)材料可刻有凹槽，凹槽可能對涂層質(zhì)量具有負(fù)面影響。該相當(dāng)重要的初始磨損將進(jìn)一步減小刀片的壽命。
此外，由于干摩擦在刀片頂端(blade tip)產(chǎn)生的熱可能足夠損害在涂布工藝開始時對涂層色料的正確測量。對耐磨損層是由金屬或金屬基復(fù)合材料制成的鋼刀和硬質(zhì)合金刀而言，由于干摩擦產(chǎn)生的熱容易被傳送至刀片頂端的某個部位。由于刀片的相對部位是被夾在刀片架中，所以忍受熱的頂端無法自由膨脹。因此，涂層色料的測量可變得相當(dāng)不規(guī)則，并且需要較長的時間來得到良好的橫截面涂布重量分布。這當(dāng)然削弱產(chǎn)率。
因此，非常需要防止刀片材料的這種損害，以使高質(zhì)量的表面保持完整無缺并且可用于涂布工藝。
保護(hù)刀片材料免受干摩擦可通過在裝載過程中潤滑刀片或輻條來獲得，例如，通過手工將潤滑劑施加至刀片頂端，或者通過將潤滑劑溶液(例如CMC水溶液或用作流變改性劑的共聚物和保水助劑的水溶液)直接噴灑至輻條之上。然而，這反過來要求噴射臂(spray boom)、貯槽等昂貴裝置。
發(fā)明目的本發(fā)明的主要目的是提供減小或消除輻條裝載階段的過程中刀片和移動輻條之間的干摩擦，以使刀片壽命增加的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供歸屬于用于將涂布色料施加至移動輻條上的涂布刀，并同時減小或消除輻條裝載階段過程中干摩擦的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種涂布刀，其具有邊緣部分，所述邊緣部分具有與待涂布的輻條表面一致的輪廓。
本發(fā)明的另一目的是提供制備用于將涂層色料施加至移動輻條的涂布刀的方法。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明所公開的，這些和其它目的將對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是清楚的，本發(fā)明提供用于將涂層色料施加至移動輻條上的涂布刀，所說刀片具有邊緣部分，所說邊緣部分具有當(dāng)與輻條接合時與所述輻條表面一致的輪廓。本發(fā)明涂布刀的特征在于犧牲層，所述犧牲層覆蓋至少所述部分并在輻條裝載階段的過程中保護(hù)底下邊緣部分。所述犧牲層在由涂布色料配制劑構(gòu)成的涂布介質(zhì)中是可溶的或者不可溶的。
優(yōu)選地，使用這種用于施加含水涂布色料的涂布刀，其中所述犧牲層在水中是可溶的，否則與涂布色料相容。
犧牲層優(yōu)選為基本上不吸濕的，以便避免否則迅速增加的摩擦。
犧牲層合適地由選自能形成膜的水溶性聚合物與多糖的材料構(gòu)成。
多糖可為天然多糖或者天然多糖的衍生物。
在天然多糖中，可提及黃原膠、胍爾豆膠、刺槐豆膠、果膠、鹿角菜膠、右旋糖苷和多糖醛酸苷，如藻酸脂。
在天然多糖的衍生物中，可提及纖維素衍生物，例如羧甲基纖維素(CMC)、羥乙基纖維素(HEC)、甲基纖維素(MC)、甲基羥乙基纖維素(MHEC)和羥丙基纖維素(HPC)。
其它衍生物是淀粉衍生物，例如可溶性淀粉、羥乙基淀粉、羥丙基淀粉、陽離子淀粉和糊精。
在水溶性聚合物中，可提及丙烯酸(酯)類和甲基丙烯酸(酯)類聚合物和共聚物，例如聚(甲基)丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、丙烯酰胺與(甲基)丙烯酸或(甲基)丙烯酸酯的共聚物、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯與丙烯腈的共聚物。
其它的水溶性聚合物是乙烯類與烯丙基類聚合物，例如聚烯丙基胺及其鹽、聚乙烯基醇、聚乙烯基吡啶及其衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基甲基醚、聚苯乙烯磺酸以及鹽、苯乙烯磺酸與馬來酸的共聚物及其鹽。
可使用的其它聚合物為聚乙烯亞胺、聚乙二醇、聚氧化乙烯與聚(2-乙基-2-噁唑啉)。
優(yōu)選地，所使用的聚合物與多糖是成膜的，以便獲得由薄膜構(gòu)成的犧牲層。
在優(yōu)選的水溶性聚合物中，可提及丙烯酰胺聚合物和共聚物。
在有用的多糖中，可提及半纖維素、植物膠、纖維素以及衍生物、淀粉及其衍生物、微生物多糖、藻類多糖和脫乙酰殼多糖及其衍生物。
優(yōu)選的多糖為乙基纖維素、羥乙基纖維素與羧甲基纖維素。
具有犧牲層(構(gòu)成本發(fā)明的本質(zhì)特征)的涂布刀襯底可以是任何種類的襯底，例如鋼、具有陶瓷涂層的鋼，以及所謂的軟質(zhì)合金刀。鋼襯底的實(shí)例是碳鋼UHB質(zhì)量，20C(Uddeholm，Sweden)。具有硬質(zhì)頂端或陶瓷涂層的涂布刀描述于GB 2130924中。最后，所謂的軟質(zhì)合金刀公開于EP 0944438中，以及優(yōu)選的軟材料是聚氨酯。
本發(fā)明也提供制備用于將涂布色料施加至移動輻條上的涂布刀的方法，所述刀片具有邊緣部分，所述邊緣部分具有當(dāng)與輻條接合時與所述輻條表面一致的輪廓，所述方法包括a)制備含有當(dāng)蒸發(fā)溶劑時能成膜的材料的溶液；b)將所述溶液施加至至少所述部分；以及c)使施加的溶液干燥，以便在至少所述部分形成固體膜。
步驟c)優(yōu)選包括加熱至高溫，以及在施加各層之間中間加熱(intermediate heating)時，合適地將涂布溶液施加在幾層中。
為保護(hù)刀片材料免受干摩擦，犧牲層集成至刀片概念中，以及在將刀片材料研磨成所需的幾何形狀和表面光滑度后施加。因此，施加犧牲層可為最終的制造步驟。犧牲層的功能將是在刀片裝載過程中磨損，然后在涂布色料到達(dá)時完全消失，保留原始的刀片幾何形狀和表面質(zhì)量。因此，這種犧牲層的要求可總結(jié)如下該層應(yīng)具有對移動輻條(例如，未涂布的或預(yù)涂布的干紙)的低摩擦系數(shù)，并具有吸收摩擦能量的能力，而沒有熔化或轉(zhuǎn)變成粘稠狀況；該層應(yīng)具有良好的成膜性能，顯示出對刀片材料良好的粘附性，以及具有充分的機(jī)械強(qiáng)度以抵抗裝載限制(loading constraint)；此外，該層應(yīng)具有在涂布色料介質(zhì)中良好的溶解度(例如，良好的水溶性而沒有吸濕)，以便當(dāng)涂布色料到達(dá)刀片時盡可能快地消失；該層應(yīng)具有與涂布色料良好的相容性，并且對涂布色料沒有污染。


以下，將參考附圖描述本發(fā)明，其中圖1表示本發(fā)明的涂布刀的示意圖，其中本發(fā)明的犧牲層施加在美國專利6312520所述的那種刀片上。
圖2表示本發(fā)明另一涂布刀的示意圖，其中本發(fā)明的犧牲層施加在典型的硬質(zhì)合金刀上。
圖3表示本發(fā)明的另一涂布刀的示意圖，其中本發(fā)明的犧牲層施加在標(biāo)準(zhǔn)斜面的鋼刀上。
發(fā)明詳述優(yōu)選的犧牲層材料是水溶性聚合物，例如丙烯酸(酯)類共聚物或可溶性纖維素衍生物。這些聚合物擇選地以水溶液的形式用連續(xù)的方式施加至研磨的刀片材料上，以及以受控的方式熱空氣干燥，以得到光滑的、不發(fā)粘的干層。該操作可在研磨成所需的幾何形狀之后以及在切割成所需刀片長度之前，在100米的刀片卷上完成?？赏ㄟ^不同的技術(shù)施加該溶液，例如輥涂、刮涂、流涂、流延、噴灑、浸漬等。干燥后所需的層厚度可通過溶液的濃度或粘度，或者通過在中間干燥(intermediate drying)各單獨(dú)的層時，施加連續(xù)的溶液層。要求的犧牲層厚度是造紙機(jī)的刀片裝載條件(例如，輻條速度、裝載角)和紙質(zhì)量(紙漿、顏料等)的函數(shù)。在100μm至700μm之間的厚度對多數(shù)裝載條件是足夠的。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，犧牲材料是水溶性的、成膜材料，其以類似于水溶性材料的方式應(yīng)用，但是是以非水性溶液方式的。這種材料的沸限制性實(shí)例是纖維素衍生物，例如硝化纖維素、纖維素酯(乙酸酯、丁酸酯等)、聚(甲基)丙烯酸酯和它們的共聚物。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，犧牲材料是通過粘合中間層作為自支持膜而應(yīng)用的。特別合適的是對未涂布的或預(yù)涂布的紙輻條具有低摩擦系數(shù)的粘合帶。這種材料的非限制性實(shí)例是粘合帶，例如MOCAP 210(獲自Mocap Ltd.的聚酯帶，具有89μm的厚度)、SCOTCH 5480(獲自3M的PTFE帶，具有90μm的厚度)、SCOTCH 244(獲自3M的紙帶，具有80μm的厚度)。
圖1-3顯示典型的涂布刀，其具有本發(fā)明的保護(hù)犧牲層。
圖1示意顯示軟質(zhì)合金刀，其具有本發(fā)明的保護(hù)犧牲層，并包括鋼襯底1，所述襯底支持頂端的軟質(zhì)刀片材料2，所述軟質(zhì)刀片材料2的研磨斜面和部分頂部被本發(fā)明的保護(hù)犧牲層3覆蓋。
圖2示意顯示硬質(zhì)合金刀，其具有本發(fā)明的保護(hù)犧牲層。該刀包括鋼襯底1，所述襯底1具有硬質(zhì)邊緣部分4。硬質(zhì)邊緣部分可用各種方法獲得，例如通過陶瓷涂層、金屬涂層或者金屬基復(fù)合材料的涂層。硬質(zhì)邊緣部分具有本發(fā)明的保護(hù)犧牲層3。
圖3顯示本發(fā)明的另一涂布刀。在所示的實(shí)例中，普通類型的斜面鋼刀1在其研磨邊緣斜面上具有保護(hù)犧牲層3。
下述實(shí)施例通過具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1該實(shí)施例和以下的實(shí)施例涉及在軟質(zhì)合金涂布刀上保護(hù)犧牲層的應(yīng)用，如美國專利6312520 B1中所述的，以及根據(jù)EP 1156889所制備的。這種刀示意顯示于圖1中。借助0.152mm厚的鋼拖刀(steel trailing blade)將含有25％固體的基于丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯腈的陰離子共聚物(例如，Sterocoll SL(BASF))的水溶液施加至移動的刀片卷上，以便形成連續(xù)的規(guī)則的濕膜，其覆蓋軟質(zhì)合金涂布刀材料，特別是研磨斜面。使用定量泵(dosingpump)，以2.5克/分鐘的速率施加水溶性共聚物，同時涂布刀片卷以1m/min的速度移動。使具有濕膜的移動刀片卷經(jīng)過熱空氣通道，以在用隔離物將其卷繞之前蒸發(fā)大部分水，并在60℃的熱空氣爐中干燥2小時。以這種方式獲得的無粘性、有光澤的層具有90μm的平均厚度。
實(shí)施例2使用每次相同的具有施加的保護(hù)層的涂布刀片卷，重復(fù)數(shù)次實(shí)施例1的方法，以使建立多層保護(hù)層，給以上各層增加90μm的厚度。因此，2層膜的厚度是180μm，5層膜的厚度是450μm。
實(shí)施例3以與實(shí)施例1相同的方式，將Sterocoll SL(BASF)的25％水溶液施加至移動涂布刀片卷上，不同的是沒有使用拖刀來調(diào)節(jié)厚度，并且施加速率是18克/分鐘。干燥后，膜厚度是650μm。
實(shí)施例4以與實(shí)施例1相同的方式，將中等粘度的羥乙基纖維素(Fluka Chemie，Switzerland)的5％水溶液施加至移動涂布刀片卷上，不同的是沒有使用拖刀來調(diào)節(jié)厚度，并且施加速率是24克/分鐘。干燥后，膜厚度是170μm。
實(shí)施例5以與實(shí)施例1相同的方式，將中等粘度的羧甲基纖維素(Fluka Chemie，Switzerland)的2％水溶液施加至移動涂布刀片卷上，不同的是沒有使用拖刀來調(diào)節(jié)厚度，并且施加速率是24克/分鐘。干燥后，膜厚度是70μm。
實(shí)施例6以19克/分鐘的速度，將Sterocoll SL(BASF)的25％水溶液施加至移動的涂布刀片卷上，同時卷速度是2米/分鐘，并使用刮刀來調(diào)節(jié)厚度。干燥后，膜厚度為在300和350μm之間。
實(shí)施例7將獲自3M的“TEFLON”(PTFE)粘合帶(Scotch 5480，12mm寬和90μm厚度)施加至移動的涂布刀片卷上，以形成連續(xù)的規(guī)則的干膜，其覆蓋軟質(zhì)合金涂布刀，如美國專利6312520中所述的以及如圖1示意所示的。借助于壓力輥以5米/分鐘的速度施加該帶，以防止任何空氣夾帶在刀片材料和帶之間，并確保完整和精確地覆蓋研磨刀片斜面。以類似的方式，施加由下述材料制成的粘合帶聚酯帶Mocap 210、紙帶3M 244。
實(shí)施例8該實(shí)施例和以下的實(shí)施例9涉及犧牲層在保護(hù)涂布刀材料免受干摩擦影響的效率。工業(yè)導(dǎo)向涂布機(jī)(pilot coater)(Beloit S-matic)用于以下目的在裝載角、壓力、輻條速度和時間的各種條件下，對著無涂層的紙(機(jī)械紙漿，48g/m2)裝載具有犧牲層的涂布刀以及沒有涂布色料。在涂布刀與移動輻條之間的干摩擦的不同條件是以這樣的方式實(shí)現(xiàn)的。試驗(yàn)之后，然后通過溶解在水中除去刀片的剩余犧牲層，并且將刀片斜面的寬度與沒有犧牲層的參照刀片的原始斜面進(jìn)行比較。在該實(shí)施例中，在實(shí)施例3的條件，將犧牲層施加至涂布刀，條件是保護(hù)膜具有650mm的厚度。
表1干摩擦試驗(yàn)

表1的結(jié)果顯示在試驗(yàn)1-4的條件下實(shí)現(xiàn)了對軟質(zhì)合金刀的100％保護(hù)。在試驗(yàn)5和6中，輻條速度和刀片壓力的增加使得犧牲層磨損以及刀片斜面的寬度不顯著的增加(+25μm)，仍然提供了對刀片的良好保護(hù)。試驗(yàn)7顯示極限裝載條件，其中對刀片的保護(hù)沒有保證。
實(shí)施例9在該實(shí)施例中，在實(shí)施例4的條件，將犧牲層應(yīng)用至涂布刀，條件是保護(hù)膜具有70μm的厚度。在類似于實(shí)施例8的條件下，使用相同的設(shè)備、原材料對刀片進(jìn)行試驗(yàn)。表2的結(jié)果表明在試驗(yàn)8-11的條件下提供了對刀片的良好保護(hù)，而在試驗(yàn)12的條件下，良好的保護(hù)沒有保證。
表2干摩擦試驗(yàn)

實(shí)施例10該實(shí)施例涉及水不溶性犧牲層在保護(hù)涂布刀材料免受干摩擦影響的效率。為此目的，使用模擬對無涂層紙的干摩擦的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。借助于雙面粘合帶，將無涂層紙片(Gprint，66g/m2基準(zhǔn)重，獲自Stora Enso)固定在小的支承輥(寬度為10厘米，φ15厘米)。以17.5Hz的頻率旋轉(zhuǎn)該輥，該頻率對應(yīng)于495m/min的圓周速度。例如美國專利6312520中所述的軟質(zhì)合金涂布刀具有9厘米的長度和10厘米的寬度，將該涂布刀固定在10厘米寬的ABC類型的(BTG涂布系統(tǒng))刀片夾上，在20秒的期間內(nèi)，以0.5巴的恒定分壓對著旋轉(zhuǎn)的支承輥施加由水不溶性犧牲層保護(hù)的軟質(zhì)合金刀材料。測量磨損接觸面積或斜面的寬度，并與沒有犧牲層的參照刀比較。表3的結(jié)果表明聚酯和紙帶提供了優(yōu)異的刀片保護(hù)，以及PTFE帶提供略微較少的良好保護(hù)。
表3干摩擦試驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)室模擬)

實(shí)施例11該實(shí)施例涉及本發(fā)明的涂布刀在工業(yè)涂布條件下的用途，并與標(biāo)準(zhǔn)涂布刀進(jìn)行了比較。試驗(yàn)是通過裝備有ABC刀片架的導(dǎo)向?qū)捦坎紮C(jī)而進(jìn)行的，在450米/分鐘的輻條速度下使用260g/m2的預(yù)涂板和具有64％固體含量的涂布色料。用于這些試驗(yàn)的涂布刀是軟質(zhì)合金類型的，并且由300μm厚的犧牲層保護(hù)，其是根據(jù)實(shí)施例6制備的。在刀片裝載期間，以及在涂布色料到達(dá)之前，刀片經(jīng)受對著移動板的干摩擦。在涂布卷軸之后，從刀片夾中取出涂布刀，以進(jìn)行檢測。為進(jìn)行比較，使用類似但沒有犧牲層的刀在相同的條件下進(jìn)行參照試驗(yàn)。表4的結(jié)果清楚地顯示了保護(hù)犧牲層的益處。從試驗(yàn)1-4中在涂布一個卷軸后對刀片的檢測表明沒有殘余微量的犧牲層剩余，即，所有未使用的成膜材料已經(jīng)被涂布色料溶解，而且沒有因干摩擦受到損害。另一方面，必須中斷參照試驗(yàn)，這是因?yàn)橛捎诟赡Σ翆Φ镀瑩p害的結(jié)果，在涂層中出現(xiàn)大條紋。
表4導(dǎo)向涂布試驗(yàn)

權(quán)利要求
1.用于將涂布色料施加至移動輻條上的涂布刀，所述刀具有邊緣部分，所述邊緣部分具有當(dāng)與輻條接合時與所述輻條表面一致的輪廓，其特征在于犧牲層，其覆蓋至少所述部分并在輻條裝載階段期間保護(hù)底下邊緣部分。
2.權(quán)利要求1的用于施加含水涂布色料的涂布刀，其中所述犧牲層在水中是可溶的，否則與所述涂布色料相容。
3.權(quán)利要求1或2的涂布刀，其中所述犧牲層是基本上不吸濕的。
4.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的涂布刀，其中所述犧牲層是由選自能成膜的水溶性聚合物和多糖的材料構(gòu)成的。
5.權(quán)利要求4的涂布刀，其中所述材料選自丙烯酸(酯)類或甲基丙烯酸(酯)類共聚物和它們的鹽。
6.權(quán)利要求4的涂布刀，其中所述材料選自基于丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯腈的陰離子共聚物。
7.權(quán)利要求4的涂布刀，其中所述材料選自成膜的多糖。
8.權(quán)利要求7的涂布刀，其中所述材料選自半纖維素、植物膠、纖維素及其衍生物、淀粉及其衍生物、微生物多糖、藻類多糖與脫乙酰殼多糖及其衍生物。
9.權(quán)利要求8的涂布刀，其中所述材料選自乙基纖維素、羥乙基纖維素與羧甲基纖維素。
10.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的涂布刀，其選自鋼刀、硬質(zhì)合金刀與軟質(zhì)合金刀。
11.一種制備用于將涂布色料施加至移動輻條上的涂布刀的方法，所述刀具有邊緣部分，所述邊緣部分具有當(dāng)與輻條接合時與所述輻條表面一致的輪廓，所述方法包括如下步驟a)制備含有當(dāng)蒸發(fā)溶劑時能成膜的材料的溶液；b)將所述溶液施加至至少所述部分；以及c)使施加的溶液干燥，以便在至少所述部分形成固體膜。
12.權(quán)利要求11的方法，其中步驟c)包括加熱至高溫。
13.權(quán)利要求11或12的方法，其中在施加各層之間中間加熱時，將溶液施加在幾層中。
14.權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)的方法，其中在步驟a)中，制備含有多糖的水溶液，其濃度為至多約10％重量。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述濃度為從約1％至約7％重量。
16.權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)的方法，其中在步驟a)中，制備含有基于丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯腈的陰離子共聚物的水溶液，其濃度為至多約40％重量。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述濃度為從約15％至約30％。
全文摘要
本發(fā)明披露用于將涂布色料施加至移動輻條上的涂布刀，所述刀具有邊緣部分，所述邊緣部分當(dāng)與輻條接合時具有與所述輻條的表面一致的輪廓，其特征在于犧牲層覆蓋至少所述部分并在輻條裝載階段期間保護(hù)底下邊緣部分。本發(fā)明也涉及將成膜溶液施加酯刀的邊緣部分，然后允許溶液干燥以形成固體膜的制備涂布刀的方法。
文檔編號B05C11/04GK1668390SQ03816998
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月15日
發(fā)明者岡特·貝爾曼, 西爾瓦諾·弗雷蒂 申請人:Btg?？巳R龐股份有限公司