專利名稱：具有可除去保護涂層的涂覆制品及相關方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于具有和不具有任何(一個或多個)功能涂層的基材的可除去保護涂層，且更具體涉及主要包含含碳材料的可除去保護涂層。
背景技術：
諸如玻璃、塑料等的基材可以具有兩個終止于外圍邊緣的主要表面，且至少一個表面具有0％至小于100％的可見光透射率。諸如鏡子的一些基材可以具有透射可見光的一個表面和反射可見光的另一個表面。這些基材可以被加工成各種制品和產品。
在玻璃工業(yè)中，玻璃制造商制備例如4英尺(1.2m)×6英尺(1.8m)的大玻璃板，然后將其運送至加工商，加工商將這些玻璃板切割成適用于各種生產制品的較小玻璃基材，如建筑窗戶、汽車透明物件、絕緣玻璃(IG)單元、鏡子等。該玻璃基材可以包括或者不包括一個或多個眾所周知的功能涂層，例如防日光涂層、傳導涂層、抗反射涂層和/或低發(fā)射率涂層。加工商將生產制品運送到用戶。
典型地，玻璃制造商將玻璃板大批量運送至加工商。例如可以將玻璃板捆扎起來并以托板(pallet)或玻璃運送領域中公知的一些其它類型的專用運送容器進行運送。通常，在操作、處理、運送或貯存期間，基材本身和/或該基材上的功能涂層會受到破壞。
本發(fā)明為基材特別是具有一些可見光透射性質的基材如玻璃提供了一種新型的可除去保護涂層。本發(fā)明的可除去保護涂層主要由含碳材料構成。
發(fā)明概述在一個非限定實施方案中，本發(fā)明是一種涂覆基材，其包含具有表面的基材；和沉積在至少部分基材上的主要包含含碳材料的可除去保護涂層。
在另一個非限定實施方案中，本發(fā)明是用于保護基材的方法，該方法包含在至少部分基材上沉積主要包含含碳材料的可除去保護涂層。
發(fā)明詳述應當理解的是，本說明書和權利要求書中用于表示尺寸、物理特性、成分數量、反應條件等的所有數值在所有情形中均為被術語“約”修飾。因此，如果不相反指出，則下面的說明書和權利要求書中所述的數值可以根據試圖通過本發(fā)明獲得的期望特性而變化。絲毫且并不試圖限制將等同原則應用于權利要求的范圍，應至少根據所報導的重要數字并通過應用常用的舍入技術來理解每個數值參數。此外，應理解這里所公開的所有范圍均包括其中所包含的任何和所有子范圍。例如，應認為“1-10”的所述范圍包括最小值1和最大值10之間的任何和所有子范圍(且包含端值)；即所有以1或更大的最小值開始并以10或更小的最大值結束的子范圍，例如1.0-7.8、3.0-4.5、6.3-10.0。
這里所使用的空間或方向術語，例如“左”、“右”、“內”、“外”、“上方”、“下方”、“頂部”、“底部”等應被理解為包括各種替代取向，因此不應這些術語是用于限制。
這里所用的術語“在...上”、“在...上/上方施用”、“在...上/上方形成”、“在...上/上方沉積”、“覆蓋”和“在...上/上方提供”意指在表面上形成、沉積或提供但并不一定與該表面接觸。例如在基材“在...上形成”涂層并不排除位于形成的涂層與基材之間的具有相同或不同組成的一個或多個涂層的存在。例如，該基材可以包括常規(guī)涂層，例如本領域中公知的用于涂覆諸如玻璃或陶瓷的基材的常規(guī)涂層。
這里所用的術語“功能涂層”是指改變基材的一種或多種物理性質(例如光學、熱學、化學或力學性質)且并不打算在隨后的處理期間從基材上除去的涂層。該功能涂層典型為“耐久”或“不可除去”的涂層，即應認為該功能涂層為功能涂覆基材的最終用途的實施所固有或需要如這里所使用的，當外部的表面或部分(即最遠離基材的表面或部分)、內部的表面或部分(即最接近基材的表面或部分)和外表面與內表面之間的部分具有基本相同的組成時，涂層是“均勻的”。
如這里所使用的，當從內表面向外表面(或相反)移動時涂層具有增加的重量百分比的一種或多種成分和減少的重量百分比的一種或多種其它成分時，涂層是“漸變的”。
如這里所使用的，當涂層不是均勻時，涂層是“非均勻的”。
如這里所使用的，術語“低發(fā)射率涂層”描述了如下的功能涂層允許可見光波長能量(即從400nm至780nm的可見光譜)透過涂層但卻反射更長波長的紅外能量，并且一般意圖用以改善建筑窗玻璃的絕熱性質。典型地，“低發(fā)射率”涂層表現(xiàn)出至多0.3例如至多0.2的發(fā)射率。
在非限定實施方案中，本發(fā)明是包含可除去的保護涂層的涂覆基材，即該涂層是臨時的且并不存在于最終形式的基材上。本發(fā)明的可除去保護涂層可以提供在基材的至少一部分上方或者提供在下述形成于基材上的功能涂層的至少一部分上方。
在本發(fā)明的非限定實施方案中，可除去保護涂層主要包含含碳材料。正如本領域中所公知的，碳可以以無定形形式和許多晶體結構如金剛石和石墨存在。如這里所使用的，“主要”意指至少50重量％的碳，例如至少75重量％的碳，或至少90重量％的碳，或至少95重量％的碳，其中這些重量百分數是基于可除去保護涂層的總重量。在本發(fā)明的非限定實施方案中，構成可除去保護涂層的材料中的碳量范圍是至多100重量％。
根據本發(fā)明，能夠以任何常規(guī)方式沉積該可除去保護涂層，例如但不限于磁控濺射氣相沉積(MSVD)、化學氣相沉積(CVD)、噴涂熱解(即熱解沉積)、常壓CVD(APCVD)、低壓CVD(LPCVD)、等離子增強CVD(PECVD)、等離子輔助CVD(PACVD)、熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)、陰極電弧沉積、等離子噴涂沉積、和濕法化學沉積(例如溶膠-凝膠、銀鏡處理等)、電子束、碳電弧沉積等。
美國專利No.3,652,246；4,351,861；4,719,126；4,853,257；5,356,718；和5,776,236中公開了適宜的CVD涂覆設備和方法的實例，這里通過引用將這些專利并入本文。
美國專利No.5,028,759；4,898,789；4,948,677；4,834,857；4,898,790；和4,806,220中公開了適宜的MSVD涂覆技術的實例，這里通過引用將這些專利并入本文。
在本發(fā)明的非限定實施方案中，在常規(guī)的MSVD涂覆設備中涂覆基材。可以通過在涂覆機的一個陰極隔間中濺射含碳濺射靶來沉積該可除去保護涂層，例如可商購自MSI公司(Columbus，OH)的石墨靶?？梢砸匀魏纬Ｒ?guī)方式濺射碳靶以便在基材上方沉積可除去保護涂層。
在非限定實施方案中，可以通過在基本不含氧的氣氛中濺射碳靶來完成MSVD過程以便將濺射的碳材料的燃燒最小化?！盎静缓酢币庵覆淮笥?0體積％的氧，例如不大于10體積％的氧，或不含氧。適宜的非限定性無氧氣氛包含氬氣。
可以沉積任何厚度的可除去保護涂層。例如，可以沉積厚度至多50微米的可除去保護涂層，例如至多10微米、或至多3微米、或至多3000、或至多350。
根據本發(fā)明，適合的基材可以由任何材料制成，例如玻璃、金屬、塑料(如聚丙烯酸酯、聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))、陶瓷或它們的混合物或組合。
在本發(fā)明的非限定實施方案中，該基材是玻璃。該玻璃可以是例如常規(guī)的鈉鈣硅玻璃，即“透明玻璃”，或者可以是有色或其它著色的玻璃，硼硅酸鹽玻璃，鉛玻璃，鋼化、未鋼化、退火或熱強化的玻璃。該玻璃可以是任何類型的玻璃，例如常規(guī)的浮法玻璃或平板玻璃，并且可以是具有任何光學性質的任何組成，例如任何可見光透射值、紫外線透射值、紅外線透射值、和/或全日光能量透射值。美國專利No.4,746,347；4,792,536；5,240,886；5,385,872；和5,393,593中公開了用于實施本發(fā)明的適宜玻璃基材的實例，這里通過引用將這些專利并入本文。
該基材不局限于任何尺寸。例如，該基材可以大于約4英尺(1.2m)×5英尺(1.5m)。該基材可以為任何厚度。例如，該基材的厚度范圍可以是1mm至50mm，例如2mm至13mm或2mm至6mm。該基材可以具有任何形狀。例如，該基材可以為彎曲、圓形或平坦。
本領域的技術人員清楚，該基材可以為任何類型，例如剛性、柔性、或甚至是自支承的膜或網，只要該基材能夠用本發(fā)明的可除去保護涂層進行涂覆。例如，該基材可以是用于商業(yè)玻璃市場中的常規(guī)拱肩(spandrel)。
在基材為玻璃并且與汽車透明物件(如檔風玻璃、側燈、尾燈、天窗、玻璃天窗等)結合的非限定實施方案中，可以將本發(fā)明的可除去保護涂層施用在基材整個可視區(qū)域的至少一部分上，例如至少50％的可視區(qū)域上、或至少80％的可視區(qū)域上、或基本整個可視區(qū)域上。
在另一個非限定實施方案中，可以將可除去保護涂層施用在用于建筑窗玻璃的基材之上?？梢詫⒃摽沙ケＷo涂層施用在基材的任何部分上。
在本發(fā)明的非限定實施方案中，可以將可除去保護涂層沉積在至少一部分基材上的一個或多個功能涂層的至少一部分上。該功能涂層可以具有相同或不同的組成或功能。功能涂層可以是均勻或者非均勻的。該功能涂層可以由一層或多層“膜”構成。
在本發(fā)明的非限定實施方案中，該功能涂層可以是導電涂層，例如美國專利No.5,653,903和5,028,759所公開的導電涂層，這里通過引用將這些專利并入本文。
在本發(fā)明的另一個非限定實施方案中，該功能涂層可以是防日光涂層，例如反射或吸收可見光、紅外線或紫外線能量的涂層。美國專利No.4,898,789；5,821,001；4,716,086；4,610,771；4,902,580；4,716,086；4,806,220；4,898,790；4,834,857；4,948,677；5,059,295；和5,028,759，以及美國專利申請No.09/058,440中公開了適宜的防日光涂層的非限定性實例，這里通過引用將這些專利并入本文。
在本發(fā)明的又一個非限定實施方案中，該功能涂層可以是低發(fā)射率的涂層。該低發(fā)射率涂層可以是單層或多層涂層。該低發(fā)射率涂層可以包含一種或多種金屬、非金屬、半金屬、半導體和/或它們的合金、化合物、復合材料、組合或混合物。美國專利No.4,952,423和4,504,109以及英國文獻GB 2,302,102中公開了低發(fā)射率涂層的非限定性實例，這里通過引用將這些專利并入本文。
用于本發(fā)明的適宜功能涂層的非限定實例是可購自PPGIndustries，Inc.of Pittsburgh，Pennsylvania的SUNGATE和SOLARBAN系列涂層。
可以使用上文關于可除去保護涂層所述的任何常規(guī)技術來沉積(一個或多個)該功能涂層。
在本發(fā)明的非限定實施方案中，在功能涂層上方沉積阻擋層來防止可除去保護涂層破壞該功能涂層。更具體而言，如果不使用阻擋層，則含碳的可除去保護涂層可能將功能涂層的上部化學還原，即可除去保護涂層中的碳會從功能涂層中提取出氧原子形成碳的氧化物。該阻擋層包含可防止功能涂層被可除去保護涂層化學還原但不會有害影響涂覆制品的透射或視覺特性的材料。在本發(fā)明的非限定實施方案中，該阻擋層選自硅、鈦、鋯、鈮、鋁、鉿、釔、鑭的氧化物、氮化物和氮氧化物以及它們的混合物。
可以使用上文關于可除去保護涂層所述的常規(guī)技術中的任一種沉積該阻擋層。該阻擋層的沉積厚度可以是至多50微米，例如至多25微米，或至多10微米，或至多3.0微米，或至多1.7微米，或至多0.5微米。
在本發(fā)明的非限定實施方案中，該阻擋層包含厚度范圍為25至500例如50的氧化硅。
如上文所述，可以將本發(fā)明的涂覆基材運送至加工商進行進一步的處理。通常，加工商將可除去保護涂層除去。該可除去保護涂層可以被除去而不會破壞下面的基材、(一個或多個)功能涂層或阻擋層(倘若使用的話)。
在本發(fā)明的非限定實施方案中，可以通過燃燒將可除去保護涂層除去。例如，當基材為玻璃板時，可以在玻璃鋼化窯中將可除去保護涂層除去，該玻璃鋼化窯典型工作在高于1000(538℃)的溫度下?？沙ケＷo涂層的燃燒溫度不應高于基材的軟化溫度。在鋼化期間，構成可除去保護涂層的含碳材料被燃燒并從基材上除去。
在本發(fā)明的其它非限定實施方案中，可以使用液體溶劑或通過擦拭、噴涂或將涂覆基材浸入水性或非水性溶劑中，例如有機、堿性或酸性溶劑，將可除去保護涂層除去。
除上面所討論的涂覆基材外，本發(fā)明包括制造涂覆基材的方法。在非限定實施方案中，本發(fā)明是一種用于保護基材的方法，該方法包括在上述基材的至少一部分上沉積主要包含含碳材料的可除去保護涂層。
根據本發(fā)明的涂覆基材，其具有主要包含含碳材料的可除去保護涂層，該涂覆基材證實相對于沒有該可除去保護涂層的涂覆基材具有多個優(yōu)點。首先，該含碳材料可以極好地保護功能涂層，因為碳在室溫下為化學惰性。這導致涂覆產品具有提高的貯藏壽命。其次，通過減少由功能涂層反射的熱能量并充當吸熱層，可除去保護涂層中的碳可以增加向基材的輻射熱傳遞。這能夠使涂覆基材在鋼化、熱強化、彎曲等期間表現(xiàn)出改良的熱處理特性。例如，根據本發(fā)明的涂覆基材的鋼化時間可以少于不含本發(fā)明的可除去保護涂層的涂覆制品所需的鋼化時間。第三，本發(fā)明的可除去臨時涂層可以充當某些材料如氧的阻礙層。
實施例通過下面的非限定實施例舉例說明本發(fā)明。如下制備本發(fā)明的涂覆基材。使用具有平面磁控管陰極的Airco ILS-1600涂覆機，對涂覆有Sungate涂層(可商購自PPG Industries)的厚度為1.8mm的透明浮法玻璃基材進行涂覆。基材處于環(huán)境溫度。
通過將基材轉移到包含15重量％鋁和85重量％硅的Si-Al靶下，在由80％氧氣和20％氬氣構成的氣氛中，以每分鐘120英寸的生產線速度在基材上沉積阻擋層。沉積室中的基礎壓力是低的10-5托范圍而工作壓力是4微米。以2.0千瓦的功率設置運行Si-Al靶，電壓為320伏特而電流為6.4安培。在該靶下通過2次后透射率為70.1％，而厚度大約為60埃。
然后，在100％的氬氣氣氛中通過濺射沉積石墨靶來施用本發(fā)明的可除去保護涂層。以4.0千瓦的功率設置運行該石墨靶，電壓為686伏特而電流為5.8安培。在該靶下通過6次后透射率為29.8％而厚度據測量為250埃。
本領域的技術人員易于理解，可以在不背離前述說明書所公開的思想的情況下對本發(fā)明進行修改。因此，這里所詳述的具體實施方案僅僅是說明性的而并不限定本發(fā)明的范圍，附屬的說明書及其任何和所有的等同物給出了本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.涂覆基材，其包含具有表面的基材；和沉積在所述基材至少一部分上的主要包含含碳材料的可除去保護涂層。
2.根據權利要求1的涂覆基材，其中所述可除去保護涂層包含至少75重量％的碳.
3.根據權利要求1的基材，其中所述含碳材料是無定形的。
4.根據權利要求1的基材，其中所述含碳材料包含石墨晶體結構。
5.根據權利要求1的涂覆基材，所述可除去保護涂層的厚度范圍是至多10微米。
6.根據權利要求5的基材，所述可除去保護涂層的厚度范圍是至多3000。
7.根據權利要求1的基材，其中所述基材選自未鋼化玻璃、鋼化玻璃和熱強化玻璃。
8.根據權利要求1的基材，該基材進一步包含沉積在所述基材上的功能涂層，其中該功能涂層在所述基材和所述可除去保護涂層之間。
9.根據權利要求7的基材，其中所述功能涂層包含低發(fā)射率涂層。
10.根據權利要求1的基材，該基材進一步包含功能涂層之上的阻擋層，其中該阻擋層在所述功能涂層和所述可除去保護涂層之間。
11.根據權利要求10的基材，其中所述阻擋層選自硅、鈦、鋯、鈮、鋁、鉿、釔、鑭的氧化物、氮化物和氮氧化物以及它們的混合物。
12.根據權利要求10的基材，其中所述阻擋層的厚度范圍是至多50微米。
13.根據權利要求12的基材，其中所述阻擋層的厚度范圍是25至500。
14.用于保護基材的方法，該方法包括在基材的至少一部分上沉積主要包含含碳材料的可除去保護涂層。
15.根據權利要求14的方法，該方法進一步包括在所述基材的至少一部分上沉積功能涂層，其中可除去保護涂層位于該功能涂層上。
16.根據權利要求15的方法，其中所述功能涂層包括低發(fā)射率涂層。
17.根據權利要求14的方法，該方法進一步包括將涂覆基材加熱到足以使可除去保護涂層燃燒的溫度。
18.根據權利要求14的方法，其中所述基材是玻璃。
19.根據權利要求14的方法，所沉積的可除去保護涂層的厚度范圍是至多50微米。
20.根據權利要求19的方法，所沉積的可除去保護涂層的厚度范圍是至多3000。
21.根據權利要求14的方法，該方法進一步包括在功能涂層與可除去保護涂層之間，在所述功能涂層上沉積阻擋層。
22.根據權利要求21的方法，其中所述阻擋層選自硅、鈦、鋯、鈮、鋁以及它們的氧化物、氮化物、氮氧化物和混合物。
23.根據權利要求21的方法，所沉積的阻擋層的厚度范圍是至多50微米。
24.根據權利要求14的方法，其中沉積所述可除去保護涂層包括在基本不含氧的氣氛中濺射含碳靶。
全文摘要
公開了一種涂覆制品。本發(fā)明的涂覆制品包括具有表面的基材和沉積在所述基材至少一部分上的可除去保護涂層，該可除去保護涂層包含至多100重量％的含碳材料，其中重量百分數是基于可除去保護涂層的總重量。
文檔編號B05D1/00GK101084279SQ200580043882
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權日2004年12月20日
發(fā)明者J·M·芬利, J·P·蒂爾 申請人:Ppg工業(yè)俄亥俄公司