СЛОИСТЫЙ ЛИСТ БЕЗ ПВХ ДЛЯ ОБОЕВ С УЛУЧШЕННЫМИ АДГЕЗИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ
PVC-FREE LAYERED SHEET FOR WALLPAPER WITH IMPROVED ADHESIVE PROPERTIES

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение
Предлагаемое изобретение относится к слоистому листу для производства обоев, в частности, к слоистому листу, не содержащему поливинилхлорида (ПВХ), и к обоям из такого листа.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
Тонкие, имеющие общую толщину менее 1 мм обои обычно состоят из двух главных слоев, из которых верхний является декоративным слоем из ПВХ с горячим тиснением, а нижний представляет собой основу из бумаги или из нетканого материала. Слоистые обойные материалы без ПВХ становятся все более актуальными по причине экологических проблем, которые создает ПВХ. В качестве примера обоев без ПВХ можно назвать обои с полиолефином. Однако обои с полиолефином склонны к термическому закручиванию при производстве. Чтобы избежать термического закручивания таких обоев или свести это закручивание к минимуму, нужно сделать как можно меньшим различие термических коэффициентов полиэфинового верхнего слоя и слоя-основы из нетканого материала, а также усадку верхнего слоя по сравнению со стабильным нижним слоем в ходе циклов нагревания-охлаждения в процессе производства. Такие обои раскрыты в заявке на Европейский патент №14158061.3, эти обои выполнены из слоистого листа, содержащего слой-основу и связанный с ним декоративный слой из вспениваемого материала. Этот слой из вспениваемого материала имеет модуль упругости ниже 0,1 ГПа. Слой-основа содержит нетканый материал, модуль упругости которого выше 0,1 ГПа. Кроме того, отношение модуля верхнего слоя к модулю нижнего слоя должно составлять 0,05.
Процесс наклейки обоев с полиолефиновым верхним слоем включает нанесение связующего вещества между слоем-основой обоев и поверхностью, на которую обои наклеивают. В качестве связующего вещества используют по большей части клей на водной основе. Слой-основа при увлажнении расширяется, в частности, в поперечном направлении (то есть, под прямым углом к ходу бумаги на бумагоделательной машине). Это приводит к изменению размера бумаги: расширению при увлажнении и усадке при высыхании. Таким образом, разбухание целлюлозных волокон приводит к изменению размеров бумаги при увлажнении. Однако верхний слой не расширяется, и поэтому напряжения, действующие на верхний слой со стороны нижнего слоя, вызывают закручивание (закручивание при увлажнении). Из-за этого закручивания обойного листа при увлажнении процесс наклейки обоев усложняется, так как края стремятся отстать от стены.
Материалы, которые кроме целлюлозных волокон содержат также полиэфирные волокна, то есть, нетканые материалы, демонстрируют значительно меньшее расширение при увлажнении, чем материалы только из целлюлозных волокон. В случае обоев с ПВХ для слоя-основы используют разные нетканые материалы и даже простую бумагу с большим коэффициентом расширения при увлажнении. Это объясняется тем, что поливинилхлоридные композиции с относительно высоким модулем могут быть покрыты без значительного термического закручивания. Полихлорвиниловое покрытие с более высоким модулем значительно стабилизирует расширение нижнего слоя при увлажнении и закручивания удается избежать. Однако в случае полиолефиновых материалов, чтобы избежать термического закручивания при производстве верхнего слоя, содержащего только полиолефин, нужно использовать верхний слой с относительно низким модулем: ниже 0,1 ГПа. Такие особые свойства слоев требуются, чтобы избежать закручивания при увлажнении у полиолефиновых обоев, раскрываемых в настоящем описании.
Краткое описание предлагаемого изобретения
Предлагаемый слоистый лист для обоев содержит слой-основу и связанный с ним верхний слой. Этот верхний слой представляет собой слой из вспененного материала, являющегося полиолефиновым компаундом. Кроме того, этот лист из слоистого материала может содержать дополнительный слой, накладываемый на слой из вспениваемого материала. Эти слой-основа, слой из вспениваемого материала и, факультативно, дополнительный слой таковы, что позволяют избежать закручивания полиолефиновых обоев при увлажнении в процессе их наклеивания. Используя вместе с разработанным методом испытания выведенную зависимость закручивания при увлажнении от различных параметров слоев и уравнение Тимошенко для биметаллических полос, получили обои с полиолефиновым слоем, свободные от вышеописанных недостатков.
Краткое описание прилагаемых графических материалов
Признаки предлагаемого изобретения, являющиеся новыми и обеспечивающими изобретательский уровень, подробно раскрыты в прилагаемой формуле изобретения. Однако само изобретение может быть понято наилучшим образом из последующего подробного описания не ограничивающих объем изобретения вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 изображено расположение слоев слоистых листов: а) двухслойного листа, b) трехслойного листа.
На фиг. 2 графически представлены результаты закручивания при увлажнении для слоистых листов с одинаковым верхним слоем на нетканых основах с разными коэффициентами расширения при увлажнении (другие параметры постоянны).
На фиг. 3 графически представлены результаты параметра закручивания при увлажнении слоистых листов с разным отношением толщины верхнего слоя к толщине нижнего для разных нетканых основ (другие параметры постоянны).
На фиг. 4 изображена таблица для сравнения результатов испытаний на влияние дополнительного полимерного слоя на расширение при увлажнении.
На фиг. 5 изображен образец, испытуемый на закручивание при увлажнении.
Подробное описание предлагаемого изобретения
Далее со ссылками на прилагаемые графические материалы будут подробно описаны предпочтительные варианты осуществления предлагаемого изобретения, которыми, однако, не ограничен объем предлагаемого изобретения, который охватывает любые эквивалентные варианты и модификации, подпадающие под прилагаемую формулу изобретения.
Зависимость закручивания при увлажнении от разных параметров слоев может быть проанализирована как проблема биметаллической полосы, к которой применимо уравнение Тимошенко, по которому вычисляется искривление биметаллической полосы при разности коэффициентов термического расширения.
0
b
При температуре Т полоса не изогнута, при достижении температурой значения Т полоса приобрела кривизну k:
1
2
1
2
1
2
0
2
1
где m - отношение толщин t/t, n - отношение модулей упругости Е/Е, h - общая толщина t+t, ΔT - изменение температуры Т-Т, а Δα - разность коэффициентов термического расширения α-α.
Аналитическое решение Тимошенко было адаптировано и использовано для оценки стабильности геометрических размеров обоев путем определения величины закручивания слоистого обойного листа при увлажнении, при этом рассогласование коэффициентов термического расширения ΔTΔα заменено на β - расширение листа-основы при увлажнении.
ΔТΔα→β
Таким образом, величина закручивания при увлажнении может быть определена по следующей формуле:
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
где β - безразмерная величина расширения слоя-основы при увлажнении в %, m - отношение толщин t/t (t - толщина верхнего слоя, t - толщина слоя-основы), n - отношение модулей упругости Е/Е (E - модуль упругости верхнего слоя, Е - модуль упругости слоя-основы), h - общая толщина листа, то есть t+t (t - толщина верхнего слоя, t - толщина слоя-основы).
Предполагается, что закручивание при увлажнении измеряют при комнатной температуре и относительной влажности 50%, и при этом отсутствуют какие-либо другие факторы, кроме расширения слоя-основы при увлажнении, которые могли бы существенно повлиять на закручивание.
Соответственно, значительно и в достаточной степени уменьшить закручивание при увлажнении может по меньшей мере один (или любая комбинация) из следующих факторов:
- уменьшение расширения слоя-основы при увлажнении, и/или
- увеличение отношения толщины верхнего слоя к толщине слоя-основы, и/или
- повышение модуля упругости верхнего слоя.
Тем не менее, должны быть соблюдены некоторые ограничения, касающиеся, в частности, модулей упругости верхнего слоя и слоя-основы и общей толщины слоистого листа. Ограничения по модулям упругости верхнего слоя и слоя-основы обусловлены термической усадкой, а ограничения по толщине - из практических соображений: слой-основа из нетканого материала обычно не может быть тоньше 100 мкм, и общая толщина обоев редко может превышать 1 мм, из эстетических и стоимостных соображений предпочтительная толщина составляет 0,8 мм.
На фиг. 1а представлен слоистый обойный лист согласно первому варианту осуществления предлагаемого изобретения, он содержит верхний слой 1 и слой-основу 2. Верхний слой 1 содержит декоративный вспениваемый материал, например, полиолефин, модуль которого во вспененном состоянии составляет 0,1 ГПа. Модуль слоя-основы 2 более 1 ГПа, и этот слой содержит целлюлозные и синтетические волокна. Отношение модуля верхнего слоя 1 к модулю слоя-основы 2 равно 0,05. Расширение слоя-основы 2 при увлажнении не более 0,5%, а отношение толщины верхнего слоя 1 к толщине слоя-основы 2 составляет от 2 до 6, при этом общая толщина слоистого листа не превышает 1 мм, в частности, не превышает 0,8 мм.
Стабильность обоев из слоистого листа, описанного выше, можно повысить, повысив модуль верхнего слоя 1. Но это невозможно в случае, когда этот верхний слой 1 состоит только из полиолефина, так как возникает закручивание в процессе производства (см. заявку №14158061.3 на Европейский патент). Чтобы повысить стабильность обоев путем повышения модуля упругости верхнего слоя 1, при производстве слоистого листа на верхний слой 1 наносят дополнительный слой 3, имеющий высокий модуль упругости, но свободный или почти свободный от влияния на термическую усадку. На фиг. 1b изображен обойный слоистый лист согласно другому варианту осуществления предлагаемого изобретения. Этот слоистый лист содержит верхний слой 1, содержащий полиолефин во вспененном состоянии, слой-основу 2 и дополнительный слой 3, содержащий полимер. Полиолефиновый слой 1 имеет модуль ниже 0,1 ГПа, слой-основа 2 имеет модуль выше 1 ГПа и содержит целлюлозные и синтетические волокна. Модуль дополнительного слоя 3 выше 0,1 ГПа, предпочтительно - выше 1 ГПа, и толщина этого слоя составляет от 5 мкм до 20 мкм. Этот дополнительный слой 3 может состоять из полимера, например, он может быть получен из акриловой эмульсии на водной основе, наподобие слоя полиграфической краски. В случае акриловых полимеров при комнатной температуре модуль обычно выше 1 ГПа, когда температура стеклования полимера выше 30°С, предпочтительно - выше 40°С. Дополнительный слой толщиной 20 мкм вызывает термическое закручивание, но при толщине 5 мкм его влияние на термическое закручивание незначительно. Отношение модуля верхнего слоя 1 к модулю слоя-основы 2 равно 0,05. Расширение слоя-основы 2 при увлажнении не превышает 0,5%, а отношение толщины верхнего слоя 1 к толщине слоя-основы 2 составляет от 2 до 6, при этом общая толщина слоистого листа не превышает 1 мм, в частности, не превышает 0,8 мм.
И в первом, и во втором вариантах осуществления предлагаемого изобретения предпочтительно решение, когда расширение слоя-основы 2 при увлажнении не превышает 0,3%, а отношение толщины верхнего слоя 1 к толщине слоя-основы 2 составляет от 3 до 6, при этом общая толщина слоистого листа не превышает 1 мм, в частности, не превышает 0,8 мм.
Методика испытаний, проведенных заявителем
Была разработана методика испытаний, позволяющая измерять закручивание обоев при их увлажнении воспроизводимым образом и с предсказуемым поведением этих обоев при их наклеивании.
Из слоистого листа вырезали испытуемый образец с размерами 12 см × 15 см, так чтобы его более длинная сторона соответствовала машинному направлению. При комнатной температуре и относительной влажности 50% на тыльную сторону образца наносили стандартный клей на водной основе и образец сразу же наклеивали, держа в одной точке. Образец закручивался, и через одну минуту измеряли расстояние между верхним и нижним краями. Параметр закручивания при увлажнении рассчитывали путем вычитания среднего значения указанного расстояния из ширины образца. Диапазон значений параметра - от 0 до 12. В случае, когда образец закручивается в рулон, расстояние считается нулевым, и параметр близок к 12 или равен 12. Предпочтительным является значение параметра закручивания при увлажнении, близкое к 0 или равное 0. Чем больше это значение, тем труднее наклеивать обои.
Изготовляли образцы из слоистых листов с разными параметрами разных слоев и по вышеописанной методике измеряли их закручивание при увлажнении. Согласно результатам испытаний, представленным на фиг. 2 - фиг. 4, закручивание слоистого листа при увлажнении меньше, когда меньше расширение слоя-основы из нетканого материала при увлажнении. Измерения показывают также значительную роль отношения толщин слоев, а именно, когда толщина верхнего слоя 1 превосходит толщину слоя-основы 2 более чем вдвое, величина параметра закручивания при увлажнении быстро уменьшается. Вполне заметно также влияние модуля полимерного материала дополнительного слоя 3: при использовании полимера с модулем выше 0,1 ГПа, предпочтительно - выше 1 ГПа, параметр закручивания при увлажнении понижается на несколько единиц.
b
Испытания по наклеиванию обоев, имеющих разные значения параметра закручивания при увлажнении k, показали, что обои с параметром более 7 создают трудности при наклеивании, их кромки стремятся отстать от стены. Наилучшие результаты достигаются при значениях параметра не более 5.
Примеры
В первом варианте осуществления предлагаемого изобретения слоистый лист содержит верхний слой 1 из вспениваемого материала, содержащий полиолефин, слой-основу 2, содержащий нетканый материал, у которого расширение при увлажнении составляет 0,25%, при этом отношение толщины верхнего слоя 1 к толщине слоя-основы 2 составляет от приблизительно 2,2 до приблизительно 3,9.
В первом варианте осуществления предлагаемого изобретения слоистый лист содержит верхний слой 1 из вспениваемого материала, содержащий полиолефин, слой-основу 2, содержащий нетканый материал, у которого расширение при увлажнении составляет 0,3%, отношение толщины верхнего слоя 1 к толщине слоя-основы 2 составляет от приблизительно 3,5 до приблизительно 4,6.
В первом варианте осуществления предлагаемого изобретения слоистый лист содержит верхний слой 1 из вспениваемого материала, содержащий полиолефин, слой-основу 2, содержащий нетканый материал, у которого расширение при увлажнении составляет 0,5%, отношение толщины верхнего слоя 1 к толщине слоя-основы 2 составляет приблизительно 5.
Во втором варианте осуществления предлагаемого изобретения слоистый лист содержит верхний слой 1 из вспениваемого материала, содержащий полиолефин, слой-основу 2, содержащий нетканый материал, у которого расширение при увлажнении составляет 0,25%, и дополнительный слой 3, имеющий модуль упругости от 0,2 ГПа до 2 ГПа.
Во втором варианте осуществления предлагаемого изобретения слоистый лист содержит верхний слой 1 из вспениваемого материала, содержащий полиолефин, слой-основу 2, содержащий нетканый материал, у которого расширение при увлажнении составляет 0,5%, и дополнительный слой 3, имеющий модуль упругости от 1,2 ГПа до 2 ГПа.
Термином «расширение при увлажнении» обозначен параметр, представляющий собой рассчитанную по известным методикам испытаний и выраженную в процентах разницу между линейным размером сухого образца на целлюлозной основе и линейным размером этого же образца на целлюлозной основе в увлажненном состоянии в поперечном направлении (то есть, под прямым углом к ходу бумаги на бумагоделательной машине). Упомянутые методики могут быть основаны, в частности (но не исключительно), на стандартах Fenchel, Mütek 4 N, Mutek 1 N, ISO 5635. При правильном выполнении теоретически должны обеспечиваться сходные результаты. Чем меньше расширение при увлажнении, тем лучше стабильность геометрических размеров материала на целлюлозной основе. Параметр расширения при увлажнении обеспечивается производителем слоя-основы для обоев и бывает разным в зависимости от методики измерений. Должно быть понятно, что описывавшиеся выше трудности в процессе наклеивания обоев наблюдались при комнатной температуре и относительной влажности 50%.
В приведенном выше описании указаны различные характеристики и преимущества предлагаемого изобретения вместе с конструктивными подробностями и признаками, однако данное описание относится только к отдельным вариантам осуществления предлагаемого изобретения. Без отступления от принципов предлагаемого изобретения возможны изменения, касающиеся подробностей, в частности, формы, размеров и расположения материалов, при этом объем изобретения определен прилагаемой формулой изобретения при широком понимании используемых в ней терминов.