СЛОИСТАЯ АРАМИДНАЯ БУМАГА С ГЛАДКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ, ОБЛАДАЮЩАЯ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ И ПРИГОДНОСТЬЮ ДЛЯ ПЕЧАТАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК D21H27/30 D21H13/26 

Данное изобретение относится к усовершенствованной сложной арамидной бумаге, обладающей гладкой поверхностью и высокой прочностью при растяжении и высоким сопротивлением разрыву.

Известна многослойная каландрованная арамидная бумага, имеющая поверхность, пригодную для высококачественного печатания, содержащая слои субстрата, состоящие из арамидных фибрид и флока (патент США N 5089088).

Данная бумага обладает гладкой поверхностью, что обеспечивает хорошую четкость печати и делает такую бумагу особенно пригодной для высокотемпературного нанесения этикеток.

Однако данная бумага характеризуется пониженной механической прочностью и термостабильностью. Более того, данная синтетическая бумага из-за того, что ее подвергают прессованию или каландрованию при высоких температуре и давлении, содержит на поверхности волокна, которые вызывают шероховатость или появление брака, когда поверхность бумаги подвергается целевой обработке.

В основу изобретения положена задача создания такой многослойной каландрованной арамидной бумаги, которая обладала бы гладкой поверхностью и не имела бы вышеуказанных недостатков.

Данная задача решается посредством многослойной каландрованной арамидной бумаги, имеющей поверхность, пригодную для высококачественного печатания, содержащей слои субстрата, состоящие из арамидных фибрид и флока, которая, согласно изобретению, содержит от 40 до 55 вес.% фибрид и представляет собой один или два поверхностных слоя, каждый из которых соединен со слоем субстрата с образованием одного монолитного листа, причем указанный поверхностный слой (слои) составляет от 10 до 67% от веса бумаги и состоит по существу из 65 - 90 вес.% арамидных фибрид и 10 - 35 вес.% арамидного флока, при этом вся поверхность бумаги откаландрована, а лист имеет плотность от 0,8 до 1,0 г/см³ и толщину 0,0254 - 0,762 мм.

Предпочтительно, чтобы бумага состояла из двух поверхностных слоев, тесно связанных с противоположными сторонами указанного слоя субстрата.

Многослойная арамидная бумага согласно изобретению состоит из слоев различного состава, обеспечивающих желательные свойства. Поверхностный слой (слои) обеспечивают гладкую поверхность и содержат от 65 до 90% арамидных фибрид и от 10 до 35% арамидного флока. Поверхностные слои (слои) составляют 10 - 67% от веса бумаги. Слой субстрата обеспечивает высокое сопротивление разрыву. Для того, чтобы многослойная бумага вела себя как единая структура, предпочтительно, чтобы волокна на границе раздела слоев были смешаны. Это достигается осаждением слоя шихты, а именно водной дисперсии флока и фибрид для изготовления бумаги, на невысушенный предварительно сформованный слой шихты в бумагоделательной машине или одновременным осаждением слоев разного состава на сите бумагоделательной машины с использованием 2- или 3-слойного напорного ящика высокого давления. Бумага, выходящая из машины, высушивается и каландруется, предпочтительно, до толщины от 1 до 30 мил. Плотность слоистой бумаги равна, предпочтительно, от 0,8 до 1,0 15 г/см³ при использовании в качестве этикеток.

Было установлено, что многослойная бумага, согласно данному изобретению, обладает превосходными механическими свойствами. Гладкая поверхность сохраняет свою гладкость даже после необходимой обработки при подготовке ее к целевому использованию. Это качество важно, если нужно достичь четкости печати и интенсивности окраски.

Арамидный флок представляет собой устойчивый к высоким температурам флок или короткие волокна, нарубленные из более длинного арамидного волокна, такие, как полученные способами, описанными в патентах США N 3063966; 3133138; 3767756 и 3869430. Это относится к коротким волокнам, обычно имеющим длину 2-12 мм и линейную плотность 1-10 децитекс, изготовленным из неплавкого ароматического полиамида.

Арамидные фибриды могут быть получены с использованием фибридирующего устройства, в котором раствор полимера осаждается и подвергается одностадийному сдвигу, как описано в патенте США N 3756908.

Опыты и измерения
Предел прочности на разрыв. Прочность на разрыв при растяжении бумаги определяют при помощи метода ASTM D 828-87 "Стандартный метод определения прочности на разрыв бумаги и картона при растяжении". Образцы имеют ширину 2,54 см и длину 20,3 см, зажимы прибора для определения прочности первоначально разведены на расстояние 12,7 см. Десять образцов бумаги испытывают в продольном направлении (ПН) и в поперечном направлении (ПоН) и величины измерений усредняются. Сумму значений прочности в ПН и ПоН делят на плотность бумаги и вес сухой бумаги и получают величину предела прочности на разрыв.

Толщина. Толщину бумаги определяют, используя толщиномеры согласно ASTM D 374 - 79 (1986).

Плотность. Плотность бумаги определяют как вес единицы поверхности бумаги (сухой основы) согласно ASTM D 646-86, деленный на толщину.

Число подвергшихся износу волокон. Для дальнейшего исследования износа бумаги ее складывают и рассматривают край сгиба на темном фоне. Число волокон, выступающих более чем на примерно 0,5 мм над поверхностью бумаги, принимается как число подвергшихся износу волокон (на см) и показывает степень шероховатости образца.

Следующие примеры иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его.

Пример 1. Двухслойную структуру изготавливают путем соединения фибрид поли(м-фениленизофталамида), полученных как в примере 1 патента США N 3756908, и флока, полученного сухим прядением поли (м-фениленизофталамида) из раствора, содержащего 67% диметилацетамида (ДМА), 9% хлористого кальция и 4% воды. Полученные волокна всплывают в водном растворе и содержат примерно 100% ДМА, 45% хлористого кальция и 30 - 100% воды в расчете на сухой полимер. Волокна промывают и вытягивают 4х в процессе экстракции - вытяжки, когда содержание хлорида и ДМА снижалось до примерно 0,1 и 0,5% соответственно. Волокна обладают величиной денье, равной 2 (2,2 dtex) и следующими характеристиками: удлинение при разрыве равно 34% и прочность на разрыв равна 4,3 г/денье (3,8 dN/tex). Затем волокна разрезают для получения флока на отрезки длиной 0,27 дюйма (0,68 см) и диспергируют в воде до концентрации примерно 0,35%.

Смеси фибрид и флока раздельно подают в двухслойный напорный ящик гидравлического типа, в котором каждая смесь поддерживается в виде отдельного слоя до конца ракли, где происходит ограниченное смешение слоев. Это обеспечивает хорошее сцепление между слоями при сохранении индивидуального характера каждого слоя. Сформованный лист затем обрабатывают, как это обычно делают в длинносеточной бумагоделательной машине, прессованием и сушкой.

Бумагу высушивают полностью при помощи инфракрасных нагревателей перед каландрованием при 320^oC с линейной скоростью 30 фут/мин (9 м/мин), с использованием давления 725 фунт/дюйм (130 кг/см).

Состав слоев меняется от 35 до 65% фибрид, остальное - флок. Вес каждого слоя подбирают так, что слой с высоким содержанием фибрид (65%) составляет от 33 до 67% от общего веса полученного листа. Общее содержание фибрид в испытуемых образцах меняется от 45 до 55% от веса листа в отличие от 53% для однослойных контрольных образцов (КС-1). В табл. 1 указан вес каждого слоя и его состав.

Количество свободных волокон на поверхностях листа в результате механической обработки каландрованной бумаги приведено в табл. 2. Сторона 1 представляет собой слой субстрата (слой с низким содержанием фибрид) и сторона 2 - поверхностный слой (слой с высоким содержанием фибрид).

Даже при значительном уменьшении числа свободных волокон на поверхности бумаги с высоким содержанием фибрид сохраняются превосходные механические свойства по сравнению с контрольным образцом сходного среднего состава, но однослойным (табл. 3).

Пример 2. Слоистые структуры весом 4,0 - 4,5 унций/ярд² (135,6 - 152,6 г/м²) получают при высоком содержании фибрид как в верхнем, так и нижнем слоях. Верхний и нижний наружные слои имеют одинаковый вес. Верхний и нижний слои содержат 65% фибрид и 35% флока. Верхний слой наносят с использованием вторичного напорного ящика, доставляющего шихту на уже сформованный лист, полученный по примеру 1. Контрольный образец (КС-2-1) представлял собой однослойную бумагу (табл. 4).

Число свободных волокон на поверхности в результате механической обработки бумаги показано в табл. 5.

Даже при сильном уменьшении числа свободных волокон на поверхности бумаги сохраняются превосходные механические свойства по сравнению с контрольным образцом похожего состава, но однослойного (табл. 6).

Особенно заслуживают внимания низкая усадка при 300^oC наряду с высокой прочностью на разрыв и при растяжении по сравнению с контрольным образцом.

Многослойная арамидная бумага с гладкой поверхностью, обладающая высокими прочностью при растяжении и сопротивлением разрыву, состоит из слоя субстрата и по меньшей мере одного поверхностного слоя, тесно связанного со слоем субстрата. При этом поверхностный слой (слои) содержит по существу 65 - 90 вес.% арамидных фибрид и 10 - 35 вес.% арамидного флока и составляет 10 - 67% от общего веса бумаги. В изобретении обеспечивается повышение качества бумаги для печатания. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Многослойная каландрованная арамидная бумага, имеющая поверхность, пригодную для высококачественного печатания, содержащая слои субстрата, состоящие из арамидных фибрид и флока, отличающаяся тем, что она содержит от 40 до 55 вес.% фибрид и представляет собой один или два поверхностных слоя, каждый из которых соединен со слоем субстрата с образованием одного монолитного листа, причем указанный поверхностный слой (слои) составляет 10 - 67% от веса бумаги и состоит по существу из 65 - 90 вес.% арамидных фибрид и 10 - 35 вес.% арамидного флока, при этом вся поверхность бумаги откаландрована, а лист имеет плотность 0,8 - 1,0 г/см³ и толщину 0,0254 - 0,762 мм. 2. Бумага по п.1, отличающаяся тем, что она состоит из двух поверхностных слоев, тесно связанных с противоположными сторонами указанного слоя субстрата.