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形成多層脫模襯墊的方法及用此方法形成的襯墊的制作方法

文檔序號(hào):3803637閱讀:275來源:國(guó)知局
專利名稱:形成多層脫模襯墊的方法及用此方法形成的襯墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
一般來說,本發(fā)明涉及具有壓敏粘結(jié)劑(PSA)結(jié)構(gòu)的脫模表面。更具體地說,本發(fā)明涉及多層脫模襯墊及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)
壓敏粘結(jié)劑結(jié)構(gòu)如標(biāo)簽一般包括面材或標(biāo)簽表面、粘附在面材上的粘結(jié)劑組合物和脫模襯墊。粘結(jié)劑組合物一般涂覆在襯墊的含硅酮的脫模表面上。PSA也可以直接涂覆在面材上,然后層壓為脫模襯墊。在這些組合中,脫模襯墊在標(biāo)簽使用前保護(hù)PSA,在將標(biāo)簽用于另一表面上時(shí)立即脫除。另外,脫模襯墊有利于經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)標(biāo)簽卷或標(biāo)簽薄片。脫模襯墊還可作為自動(dòng)貼標(biāo)簽操作中分發(fā)標(biāo)簽和在EDP領(lǐng)域中進(jìn)行計(jì)算機(jī)打印標(biāo)簽的載體。脫模襯墊的性能屬性對(duì)于粘膠標(biāo)簽的生產(chǎn)和最終用途都很關(guān)鍵。
在傳統(tǒng)實(shí)踐中,脫模襯墊作為硅酮層提供在具有高不滲透性的紙或膜表面上,即,上面沉積有硅酮層的紙的表面不能滲透硅酮。這是優(yōu)選的,因?yàn)樵诿撃Rr墊中硅酮往往是昂貴的組分,因此需要使硅酮的涂覆量最小化。為了達(dá)到這一目的,需要提供對(duì)硅酮的吸收比常規(guī)透孔紙小得多的表面,所以傳統(tǒng)上用于生產(chǎn)脫模襯墊的是高質(zhì)量紙如超級(jí)砑光或致密光澤紙。但是,使用這些高質(zhì)量紙將增加最終產(chǎn)品粘結(jié)劑結(jié)構(gòu)的成本,因?yàn)檫@些紙一般比常規(guī)透孔紙貴得多。
目前可接受的一種將硅酮脫模組合物施加到高不滲透性紙上的方法是溶劑涂覆。對(duì)環(huán)境的日益關(guān)注使得在將基于硅酮的溶劑施加在高不滲透性襯背紙或其它材料上中使用的溶劑的回收有非常嚴(yán)格的規(guī)定。一種替代方法是使用100%的硅酮脫模組合物。提供的這些硅酮具有適用于輥涂技術(shù)的粘度(通常<2000cps)。當(dāng)施加在多孔低成本紙如機(jī)制(MF)或機(jī)械拋光(MG)紙上時(shí),這些材料浸入紙內(nèi)(滲入紙表面),不能有效地覆蓋紙纖維,除非使用過量的昂貴硅酮。對(duì)紙纖維的無(wú)效覆蓋不能提供合適的用于PSA領(lǐng)域的脫模襯墊,特別是當(dāng)高速轉(zhuǎn)化性是必要性能屬性時(shí)。
一種提議的解決這些問題的現(xiàn)有技術(shù)是使用已預(yù)先涂覆有包括便宜填料的支撐層的低成本透孔紙,然后在支撐層上涂覆硅酮層。
支撐層的填料流入透孔紙表面的孔和空隙中,如果將硅酮直接涂覆在這種紙上,則紙表面將吸收硅酮。因此,在形成適當(dāng)?shù)拿撃1砻鏁r(shí)只需要少量硅酮。該方法的例子公開在授權(quán)于Patterson的美國(guó)專利4859511中。
但是,該現(xiàn)有技術(shù)中的方法也有很多缺點(diǎn)。首先,因?yàn)樵摤F(xiàn)有技術(shù)中的方法需要兩個(gè)涂覆步驟,所以會(huì)產(chǎn)生附加成本。在該現(xiàn)有技術(shù)中,必須首先涂覆支撐層、然后干燥,在涂覆硅酮前將其固化或硬化。否則,各個(gè)層可能混合或破壞。第二,因?yàn)樾枰獌蓚€(gè)獨(dú)立的涂覆步驟,所以形成脫模襯墊時(shí)需要更長(zhǎng)的時(shí)間。這些附加的工藝費(fèi)用將在一定程度上抵消結(jié)合低成本透孔紙使用支撐層時(shí)材料方面的節(jié)省。
因此,目前需要改進(jìn)的形成多層脫模表面的方法,其中,支撐層和硅酮層結(jié)合使用,形成脫模襯墊。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明概述本發(fā)明有利地提供一種能夠有效地生產(chǎn)多層脫模襯墊的方法,以克服現(xiàn)有技術(shù)中的方法所帶來的問題。本發(fā)明是通過提供基本上同時(shí)在基底上涂覆支撐層和脫模層的方法來取得這些優(yōu)點(diǎn)的。這樣就取消了獨(dú)立的涂覆步驟,相應(yīng)地節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用。
一般來說,可以用至少兩種不同的涂覆方法達(dá)到這些有益效果。第一種達(dá)到這些效果的方法是改進(jìn)涂覆支撐層和脫模層(如硅酮層)時(shí)使用的模具,使該模具在一個(gè)涂覆站能夠基本上同時(shí)分送兩層的流體。該模具將支撐層發(fā)送到基底上,基本上同時(shí)將脫模層發(fā)送到支撐層上。不需要為防止這些層混合而單獨(dú)進(jìn)行干燥、硬化或固化步驟。通過控制模具和基底間的涂覆間隙可以優(yōu)化改進(jìn)模具的工藝條件以使這些層最穩(wěn)定和最有效地沉積。在一些實(shí)施方案中,可以使用在雙模上應(yīng)用受控真空的涂覆工藝以改進(jìn)涂覆效率、增加涂層公差以及使涂覆在基底上的涂覆流體的滲透量更少。還可以認(rèn)為用雙模同時(shí)涂覆支撐層和含硅酮層得到的多層脫模表面具有獨(dú)特的形態(tài)和有益性能。
為了形成多層脫模表面,還可以用幕涂法同時(shí)涂覆支撐層和脫模層。例如,對(duì)滑動(dòng)涂覆模具進(jìn)行改進(jìn),使其有兩個(gè)狹槽,上狹槽計(jì)量脫模層,下狹槽計(jì)量支撐層。脫模層和支撐層在模具工作面上結(jié)合后作為多層液體薄片落到移動(dòng)的基底上。模具和基底的距離可以是5cm-50cm,更優(yōu)選10cm-30cm。幕涂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不需要精確地優(yōu)化模具和基底之間的涂覆間隙以產(chǎn)生高速涂覆,并且易于達(dá)到高的涂覆速度。
至于用雙模的同時(shí)涂覆,本發(fā)明提供的方法能夠以穩(wěn)定的涂覆狀態(tài)精確地控制支撐層和含硅酮層之間的界面或“分離流線”,因?yàn)檫@些層都涂覆在基底上。與單層涂覆不同,流動(dòng)的穩(wěn)定性(即,傾向于穩(wěn)定的二維流動(dòng)),特別是兩層之間分離流線處流動(dòng)的穩(wěn)定性極其重要。有利的是,可以用該方法基本上同時(shí)在襯背上涂覆支撐層和在支撐層上涂覆含硅酮的脫模層。本申請(qǐng)中用“基本上同時(shí)”表示在一個(gè)涂覆站沉積兩個(gè)或多個(gè)層時(shí),不對(duì)支撐層進(jìn)行中間干燥、固化或硬化步驟。對(duì)于模具涂覆,一個(gè)涂覆站優(yōu)選包括上述的雙模,盡管這對(duì)于本發(fā)明來說不是必需的,例如,一個(gè)涂覆站可以包括兩個(gè)獨(dú)立的相距很近的模具以達(dá)到雙模的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的雙模法涉及許多預(yù)備步驟,其順序并不是特別重要。這些步驟包括對(duì)用于涂覆的液體的某些參數(shù)的分析、對(duì)模唇幾何形狀的特殊和精確地設(shè)計(jì)、以及相對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)(moving web)的模具的組裝或構(gòu)建。為了成功地實(shí)現(xiàn)多層雙模涂覆,在進(jìn)行完這些步驟后可以制備許多實(shí)驗(yàn)用脫模表面涂層以確定操作窗口。為了進(jìn)行批量生產(chǎn)的涂覆作業(yè),即使在該窗口內(nèi)還可以確定更高質(zhì)量的窗口。這些步驟有助于產(chǎn)生穩(wěn)定的二維流動(dòng)。
不穩(wěn)定的流動(dòng)會(huì)隨著時(shí)間而改變其流動(dòng)曲線。這將在流動(dòng)曲線中造成無(wú)規(guī)波動(dòng)或規(guī)則振動(dòng),從而在橫截面的膜結(jié)構(gòu)中造成不規(guī)則性。另外,在不穩(wěn)定狀態(tài)下涂覆工藝中的輕微波動(dòng)都有可能放大,而不會(huì)迅速衰退到像穩(wěn)定流動(dòng)那樣的穩(wěn)定狀態(tài)。同樣,三維流動(dòng)可能使兩層產(chǎn)生不希望的混合、或?qū)е陆缓辖z、不均一的層厚度及其它缺陷如不連續(xù)的層或孔洞等。在穩(wěn)定的二維流動(dòng)中,每一層都具有更大的均一性,從而生產(chǎn)出具有更高一體性和性能的產(chǎn)品。另外,如果流動(dòng)產(chǎn)生波動(dòng),這種類型的流動(dòng)會(huì)迅速返回到其穩(wěn)定的二維流動(dòng)性能,因此使產(chǎn)品中的任何缺陷最小化。
本發(fā)明的雙模形式的涂覆方法通過控制流體在其最上游處的界面(在本申請(qǐng)稱之為分離流線或分離線)得到穩(wěn)定的二維流動(dòng)。從移動(dòng)網(wǎng)意義上將該線定義為底部流動(dòng)層(即,支撐層)的最上面流線和頂部流動(dòng)層(即,含硅酮的脫模層)的最下面流線相遇處的交合絲線。
從相反方向看,分離線可看作是兩種流體與模唇的分離處。盡管分離線完全橫穿該網(wǎng),當(dāng)從側(cè)面顯示模具/網(wǎng)界面時(shí),分離線看起來象是一個(gè)點(diǎn)。如上所述,該分離線發(fā)生在底層和頂層的流體交匯處的下游狹槽或加料間隙的出入口區(qū)域。為了便于敘述,這個(gè)區(qū)域在本申請(qǐng)中稱為“界面區(qū)域”。應(yīng)當(dāng)理解的是如果兩層的交匯流動(dòng)在該界面區(qū)域內(nèi),更特別的是在分離線上是穩(wěn)定和二維的,則很可能在整個(gè)涂覆工藝中能夠保持這種流動(dòng)性能。從而可以生產(chǎn)改進(jìn)的最終產(chǎn)品。
為了在分離線處得到這種有利的流動(dòng)性能,借助本發(fā)明的多層涂覆方法將該線定位在模具中唇的下游角處。該角表示一條直的、橫跨模具的二維線。因此,如果分離線在該角處,則可以確保得到穩(wěn)定的二維流動(dòng)。因此,該角在本申請(qǐng)中稱為“穩(wěn)定點(diǎn)”。另一方面應(yīng)當(dāng)意識(shí)到不穩(wěn)定的或三維流動(dòng)狀態(tài)可以使分離線發(fā)生在界面區(qū)域中的幾個(gè)位置處。例如,底層流體中的“回流”可能使頂層流體拉回上游,使其從中唇下面的位置處分離。同樣,頂層中的旋渦或其它滯流會(huì)使頂層在頂層流的加料間隙內(nèi)的一個(gè)位置處與中唇分離。
在本發(fā)明中,在雙模界面區(qū)域內(nèi)能夠得到穩(wěn)定的二維流動(dòng)性能部分是因?yàn)檎{(diào)節(jié)壓力梯度的方法使分離線位于穩(wěn)定點(diǎn)上。根據(jù)本發(fā)明的一種方法,壓力梯度可以通過設(shè)計(jì)和組裝具有特定中唇幾何形狀的模具調(diào)節(jié)。壓力調(diào)節(jié)方法有助于將分離線銷定或鎖定在穩(wěn)定點(diǎn)上。這可以如其名稱所示通過調(diào)節(jié)界面區(qū)域內(nèi)的壓力梯度達(dá)到。正如大家所公知的那樣,該區(qū)域內(nèi)壓力梯度在很大程度上取決于涂覆間隙及其與下游膜厚度的關(guān)系。根據(jù)復(fù)雜但易于理解的流體力學(xué)原理,在珠體內(nèi)特定縱向部分處產(chǎn)生的壓力梯度與該點(diǎn)處的涂覆間隙及該流體的下游膜厚度有關(guān)。但是,在分析時(shí)必須特別小心。事實(shí)上,對(duì)于單層涂覆來說,這種分析更直接,因?yàn)橹挥幸粋€(gè)流體和一個(gè)下游膜厚度。但是,對(duì)于多層涂覆工藝來說,存在兩個(gè)或多個(gè)流體。因此,在給定點(diǎn)處調(diào)節(jié)流體中的壓力梯度時(shí),為了得到正確的模唇設(shè)計(jì)和位置參數(shù),必須對(duì)該點(diǎn)處的涂覆間隙及該流體形成的多層的下游膜厚度進(jìn)行分析。
因此,對(duì)特定流體內(nèi)壓力梯度的分析,特別是對(duì)界面區(qū)域內(nèi)組合流體的壓力梯度的分析非常復(fù)雜。
本發(fā)明的雙模方法設(shè)計(jì)的中唇和下游模唇的幾何形狀使流體內(nèi)的壓力梯度與穩(wěn)定點(diǎn)處的分離線相吻合。在該方法的另一個(gè)方面,中唇可略微向網(wǎng)處延伸。因此,中唇和下游模唇的設(shè)計(jì)形成的曲線表示在網(wǎng)移動(dòng)方向上遠(yuǎn)離網(wǎng)的一個(gè)臺(tái)階。該臺(tái)階的形狀可以是平面,也可以與網(wǎng)平行,還可以與網(wǎng)呈一定的角度。甚至可以有其它設(shè)計(jì)。只有使某些壓力梯度保持在界面區(qū)域內(nèi),特別是沿從穩(wěn)定點(diǎn)向中唇上游角的涂覆間隙保持時(shí)才是很重要的。
我們已經(jīng)觀察到當(dāng)涂覆多層粘結(jié)劑組合物時(shí),臺(tái)階的大小可以是0至約100微英寸。但是,對(duì)于雙模涂覆支撐層和含硅酮層來說,優(yōu)選盡量減小該臺(tái)階,或消除該臺(tái)階。因此,對(duì)于這些多層脫模系統(tǒng)來說,目前優(yōu)選使所有的臺(tái)階都是0至約50微米,最佳的臺(tái)階大小接近零。以這種方式使臺(tái)階最小化或使其消除能夠優(yōu)化用于硅酮脫模系統(tǒng)的多層涂覆工藝。
當(dāng)使用臺(tái)階設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)意識(shí)到模唇臺(tái)階設(shè)計(jì)影響界面區(qū)域內(nèi)的中唇和下游模唇下的涂覆間隙。因?yàn)橹写较蚓W(wǎng)階躍,所以中唇下的涂覆間隙小于下游模唇下的涂覆間隙。因此對(duì)于大多數(shù)多層涂覆來說,如果模具相對(duì)于網(wǎng)的位置合適,則中唇下的壓力梯度是接近零的非常小的正值,而下游模唇下的壓力梯度是負(fù)值。當(dāng)使用這些具有這樣的壓力梯度差的臺(tái)階模時(shí),下游模唇下的涂覆間隙可以是膜厚度的2-3倍,相應(yīng)的中唇下的壓力梯度再次從小的正值變?yōu)榱恪A硗?,這種關(guān)系至少存在于接近下游進(jìn)料間隙口的界面區(qū)域內(nèi)。由于其它模唇設(shè)計(jì)(如傾斜)和對(duì)模具迎角的調(diào)節(jié)使得中唇下的壓力梯度和下游模唇下的壓力梯度之間的關(guān)系常發(fā)生變化。但是,在界面區(qū)域內(nèi)重要的是該區(qū)域處或正好其上游的壓力梯度在網(wǎng)移動(dòng)方向上不能連續(xù)為正值。
如果該區(qū)域內(nèi)的壓力梯度太高,則流體內(nèi)可能產(chǎn)生某些不穩(wěn)定因素,導(dǎo)致涂覆缺陷。例如,在不進(jìn)行合適的壓力梯度調(diào)節(jié)時(shí),底層流體在中唇下會(huì)“回流”。例如,如果中唇中向下的臺(tái)階沒有合適地調(diào)節(jié)且該區(qū)域內(nèi)有過大的涂覆間隙就會(huì)發(fā)生這種情況。當(dāng)中唇和下游模唇的臺(tái)階最小化時(shí),對(duì)于雙模涂覆多層硅酮脫模系統(tǒng)來說就能夠得到要求的壓力梯度。另外,中唇和下游模唇的涂覆間隙可以是總濕膜厚度的2-3倍。較大的涂覆間隙將導(dǎo)致底層流體中很大正值的壓力梯度,使其在轉(zhuǎn)向下流之前實(shí)際上向上游流動(dòng)了很短的距離,產(chǎn)生流體的“回流”。底層流體中這種回流的最嚴(yán)重的一個(gè)缺點(diǎn)是可能將頂層流體上游拉到中唇下,并遠(yuǎn)離穩(wěn)定點(diǎn)。從而使分離線向上游移動(dòng),無(wú)法確保以直線和穩(wěn)定的方式形成分離線。因此,這兩層在其界面處的混和與擴(kuò)散將增加。另外,流體可能染色或起泡。回流還可能導(dǎo)致其它缺陷。回流有兩種類型開環(huán)和閉環(huán)。開環(huán)回流的破壞性小,因?yàn)樗羞M(jìn)入其中的流體在繼續(xù)流向下游前停留很短時(shí)間后就離開(低“停留時(shí)間”)。但是,閉環(huán)回流產(chǎn)生很長(zhǎng)的停留時(shí)間,這是因?yàn)殚]環(huán)將流體捕獲在其中。另外,大家都知道所有的回流都傾向于具有三維流體性能。
另一方面,中唇下的壓力梯度不能太大(例如,如果該區(qū)域的涂覆間隙過小,可能會(huì)發(fā)生這種情況)。大的壓力梯度很可能造成流體上游泄漏。另外,如前所述,大的壓力梯度可能產(chǎn)生大的剪切應(yīng)力及其它對(duì)涂覆性能有害的影響。
我們還觀察到將中唇置于適當(dāng)?shù)耐扛查g隙處并使下游模唇遠(yuǎn)離網(wǎng)可以得到設(shè)計(jì)成中唇的臺(tái)階。但是,這個(gè)參數(shù)也需要折衷。如果下游模唇下的涂覆間隙由此變得太大,則可能在頂層流體中產(chǎn)生回流或旋渦。另外一種可能發(fā)生的缺陷是大家都知道的“振蕩(chatter)”或液珠的二維振動(dòng)。
因此,本發(fā)明的雙模方法的重要優(yōu)點(diǎn)是在涂覆多層硅酮系統(tǒng)時(shí)能夠在界面區(qū)域前產(chǎn)生合適的壓力梯度。但是,如上所述,這一優(yōu)點(diǎn)只有在模具相對(duì)于網(wǎng)正確設(shè)置以使其具有適當(dāng)?shù)耐扛查g隙性能時(shí)才能得到。優(yōu)選地是,我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)設(shè)置模具使中唇下(特別是界面區(qū)域內(nèi))的涂覆間隙約為下游模具底層濕膜(干燥前)厚度的2-3倍。但是應(yīng)當(dāng)再次強(qiáng)調(diào)的是,該厚度是底層厚度,只有底層厚度用中層下面的該特定流體涂覆。同樣,下游模唇下(特別是界面區(qū)域內(nèi))的涂覆間隙應(yīng)當(dāng)比下游濕膜厚度的一倍大,而不大于其三倍,以在模唇下產(chǎn)生最小的壓力,從而使流入紙內(nèi)的材料量最小化。在后一種情況下,該厚度是這兩層和任一上述層的組合厚度。因此應(yīng)當(dāng)理解的是,這些原則適用于多層涂覆任意數(shù)目的層,術(shù)語(yǔ)“底層”和“頂層”表示任意兩個(gè)相鄰的層。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這些關(guān)系會(huì)因?yàn)橐后w的非牛頓性能及其它變量而略微有變化。
另一方面,本發(fā)明的方法能夠優(yōu)化雙模多層涂覆工藝。在該方法的一個(gè)方面中,中唇和下游唇都是平面或相互平行。因此,通過調(diào)節(jié)模具迎角可以達(dá)到下游唇的收斂。但是,在該方法的另一個(gè)方面中,通過傾斜下游模唇使其具有一定程度的收斂,甚至在不對(duì)迎角進(jìn)行任何調(diào)節(jié)的情況下都可以促進(jìn)對(duì)涂覆工藝的優(yōu)化。這種改進(jìn)可以增加模具的“操作窗口”。這意味著即使不能對(duì)某些涂覆參數(shù)進(jìn)行精確控制也能進(jìn)行成功地涂覆。另一方面,較大的操作窗口增加了進(jìn)行最佳涂覆的更好質(zhì)量的窗口的機(jī)會(huì)。另外,大的操作窗口使不太熟練或經(jīng)驗(yàn)較少的技術(shù)人員能夠成功地進(jìn)行涂覆操作。另外可以生產(chǎn)由更寬范圍的液體構(gòu)成的產(chǎn)品,甚至單層產(chǎn)品。
在本發(fā)明的另一方面中,上游模唇也設(shè)計(jì)為使其相對(duì)于中唇向網(wǎng)階躍。這也能夠增加上游方向上的壓力梯度并且有助于密封模唇下的液珠以避免上游泄漏。在上游模唇下的底層中總是存在回流。但是,這種回流一般是開放式的,因此不會(huì)對(duì)底層質(zhì)量產(chǎn)生副作用。上游模唇可以是“平面”,也可以與網(wǎng)平行,還可以傾斜或與網(wǎng)呈一定的角度。從移動(dòng)網(wǎng)意義上來說傾斜優(yōu)選意味著分歧。這種曲線給出了上游方向上正的壓力梯度,這有助于進(jìn)一步密封液珠。
當(dāng)本發(fā)明方法中的上游模唇和下游模唇都是傾斜的時(shí)候,優(yōu)選使中唇保持近于平面(從這個(gè)意義上來說,中唇與網(wǎng)大致平行,不用考慮任何曲面)。即使在操作中這也能夠達(dá)到,因?yàn)橛捎谏鲜瞿4降膬A斜使得對(duì)迎角的調(diào)節(jié)最小化。平面的中唇和適當(dāng)?shù)耐扛查g隙對(duì)流體產(chǎn)生零壓力梯度,如上所述,這有利于避免回流,還能降低剪切率和剪切應(yīng)力。平面的中唇還有降低上游泄漏危險(xiǎn)性的優(yōu)點(diǎn)。另外,這種中唇的生產(chǎn)成本最高,因此,不傾斜還有助于降低成本。
應(yīng)當(dāng)注意的是,為了取得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可能還有其它幾何形狀的模唇。可能還有其它調(diào)節(jié)壓力的方法。
在本發(fā)明的另一方面中,將模唇,特別是中唇和下游模唇設(shè)計(jì)成特定長(zhǎng)度也可以進(jìn)行壓力梯度調(diào)節(jié)。即,應(yīng)當(dāng)意識(shí)到,如果調(diào)節(jié)模具的迎角,則模唇長(zhǎng)度將影響涂覆間隙。一般來說,當(dāng)迎角是負(fù)值時(shí)(在下游方向上帶網(wǎng)的模唇收斂),每一個(gè)模唇的上游部分的涂覆間隙都大于每一個(gè)模唇的下游部分的涂覆間隙。當(dāng)考慮到支撐軋輥的曲率時(shí)這特別正確。如上所述,如果涂覆進(jìn)行太大,則由于不合適的壓力梯度會(huì)造成回流,從而失去對(duì)分離線位置的控制,并導(dǎo)致差的涂覆質(zhì)量。
另外,如上所述,主要因?yàn)榭焖僖苿?dòng)網(wǎng)而使流體經(jīng)受液珠內(nèi)的剪切應(yīng)力。即使剪切率對(duì)流體性能來說可以忍受,但是經(jīng)受剪切力對(duì)液體質(zhì)量也有破壞作用。模唇越長(zhǎng),液體經(jīng)受剪切應(yīng)力的時(shí)間越長(zhǎng)。因此,設(shè)計(jì)模唇的幾何形狀時(shí)考慮到產(chǎn)生涂覆間隙的模唇長(zhǎng)度及剪切應(yīng)力很重要。
因此,本發(fā)明方法的一個(gè)重要方面是盡量縮短模唇長(zhǎng)度,但又要使其長(zhǎng)度足以形成穩(wěn)定的直線流。也許最重要的模唇長(zhǎng)度是下游模唇的長(zhǎng)度。下游模唇的長(zhǎng)度必須足以形成流體。下游模唇的長(zhǎng)度可以為0.1-3.0mm,優(yōu)選約0.8-1.2mm。中唇長(zhǎng)度也可以為0.1-3.0mm,但優(yōu)選約0.3-0.7mm。另一方面,上游模唇長(zhǎng)度可以更長(zhǎng),不會(huì)破壞液體中的剪切應(yīng)力,因?yàn)槠湫谐炭s短。另外,更長(zhǎng)的上游模唇有助于密封液珠。因此,上游模唇長(zhǎng)度為1.0-3.0mm時(shí)是有利的,但是優(yōu)選1.5-2.5mm。
因此,本發(fā)明的多層涂覆方法有一個(gè)下游加料間隙區(qū),其特征是具有在底層(包括所有上述涂層)和頂層之間的界面處能夠產(chǎn)生穩(wěn)定流的壓力梯度。對(duì)于上述實(shí)施方案,該壓力梯度是通過組合中唇和下游模唇的幾何形狀取得的,這將在界面區(qū)形成足夠大的壓力梯度,該正值的壓力梯度又不會(huì)大到產(chǎn)生回流的程度。
除了正確地設(shè)計(jì)模唇幾何形狀和組裝、建造網(wǎng)的模具以得到合適的涂覆間隙外,本發(fā)明的方法還涉及對(duì)要涂覆到網(wǎng)上的液體的某些流體參數(shù)的認(rèn)真分析。具體來說,本發(fā)明的方法涉及對(duì)兩種液體的相對(duì)粘度的分析。優(yōu)選地是,頂層液體的粘度應(yīng)當(dāng)大于底層液體的粘度。更具體地說,頂層粘度最好比底層粘度大約30%;但是,當(dāng)頂層粘度比底層粘度大約50%而小于100%(或者甚至更大)時(shí)能夠成功地進(jìn)行多層涂覆。但是,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到對(duì)于給定的一系列涂覆參數(shù),這些范圍可以改變,甚至可以超出其邊界。
為了使該工藝得到穩(wěn)定的二維流體,這種粘度差很重要。但是,因?yàn)樵摿黧w要經(jīng)受如此高的剪切率,所以在進(jìn)行粘度分析時(shí)必須考慮這樣的剪切率造成的粘度變化。因此,例如因?yàn)榧羟邢』沟盟型扛驳囊后w粘度變化幾個(gè)數(shù)量級(jí)的毫帕.秒(mPa.s)。同時(shí),本發(fā)明涉及的涂膜參數(shù)使剪切率變化四個(gè)或更多個(gè)數(shù)量級(jí)。具體來說,在這樣的涂覆條件下可能要經(jīng)受大于1000s-1的剪切率。因此,涂覆液體的相對(duì)粘度應(yīng)當(dāng)在這些更高剪切率下進(jìn)行比照。
另外應(yīng)當(dāng)分析各種液體的表面張力,頂層液體的表面張力優(yōu)選小于底層液體的表面張力。這種情況有助于避免在相對(duì)于底層的頂層中形成空隙,去濕現(xiàn)象可能形成這樣的空隙。
一旦對(duì)模唇幾何形狀的設(shè)計(jì)和相對(duì)于模具的設(shè)定及對(duì)液體參數(shù)的分析完成以后,本發(fā)明的另一個(gè)重要方面是實(shí)驗(yàn)確定成功地進(jìn)行涂覆的操作參數(shù)面積。該面積常稱為“涂覆窗口”,可以用涂覆間隙與模具迎角的關(guān)系的座標(biāo)圖定義。因此,為了確定涂覆窗口,以變化的涂覆間隙和迎角實(shí)驗(yàn)性地涂覆兩種液體的樣品,觀察涂覆質(zhì)量。注意充分涂覆的面積,該面積包括涂覆質(zhì)量非常高的面積(通常是總涂覆窗口的子集)。涂覆窗口優(yōu)選盡可能大,使得不精確的涂覆間隙和/或迎角不會(huì)造成涂覆缺陷或產(chǎn)品退化。為了給涂覆窗口增加另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),還要將實(shí)驗(yàn)的同樣液體在各種粘度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
一旦確定了涂覆窗口,優(yōu)選在迎角范圍的中間點(diǎn)處和接近最大涂覆間隙和迎角處進(jìn)行涂覆生產(chǎn)。
當(dāng)用雙模同時(shí)涂覆支撐層和脫模層時(shí),得到的多層脫模表面具有幾個(gè)所需的特征。首先,因?yàn)橹螌雍凸柰獙踊旧贤瑫r(shí)作為液體涂覆,所以支撐層和硅酮層之間的界面不清晰和不明顯,好像支撐層在涂覆硅酮層之前已經(jīng)固化或硬化。這在某些應(yīng)用領(lǐng)域是有利的,因?yàn)閮蓪又g分散的增加能夠促進(jìn)硅酮層粘結(jié)在支撐層上,從而能夠降低硅酮層脫落或與支撐層分離的傾向。第二,因?yàn)楸景l(fā)明的方法嚴(yán)格地控制了支撐層和硅酮層的涂覆參數(shù),所以兩層之間的分散度減小到支撐層和硅酮層粘結(jié)在一起所必需的程度,同時(shí)又沒有過多地浪費(fèi)分散在支撐層中的硅酮。最后,可以用雙模涂覆法形成來自支撐層和脫模層的多層脫模表面,而用幕涂法時(shí)因?yàn)楸砻婺懿顒e太大從而無(wú)法形成穩(wěn)定的幕布。
可以用幾種方法表征本發(fā)明的包括多層脫模表面的支撐層和硅酮層的改進(jìn)的分散性能。一種優(yōu)選方法是使用透射電子顯微鏡(TEM)。當(dāng)用TEM表征現(xiàn)有技術(shù)中的多層脫模系統(tǒng)和本發(fā)明的雙模構(gòu)造時(shí),可以觀察到這兩種方法都形成了兩個(gè)截然不同的包括支撐層和硅酮脫模層的層。但是,現(xiàn)有技術(shù)涂覆的兩個(gè)層的邊界非常清晰,這表明支撐層和硅酮脫模層之間的混合非常少。相反,本發(fā)明的多層脫模構(gòu)造的TEM掃描圖顯示雖然也有輪廓明顯的邊界,但是在支撐層中有少量硅酮,這表示在兩層之間有所需要的粘結(jié)。
總之,本發(fā)明的方法提高了多層脫模表面的涂覆工藝的優(yōu)化性能。為了生產(chǎn)多層脫模表面,可以用各種涂料和基底在透孔紙表面上應(yīng)用該方法,其脫模性能與在高質(zhì)量紙上生產(chǎn)的脫模表面的脫模性能相等或更好。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是可用在本發(fā)明方法中的多層模具的透視圖,該模具鄰近圍繞支撐軋輥移動(dòng)的移動(dòng)網(wǎng)。
圖2是要用本發(fā)明的方法涂覆在網(wǎng)上的三種樣品液體的剪切率和粘度關(guān)系的座標(biāo)圖。
圖3是要涂覆的不同樣品液體的剪切率和粘度關(guān)系的第二個(gè)座標(biāo)圖。
圖4是單層模具和移動(dòng)網(wǎng)之間形成的涂覆間隙的特寫橫截面圖,用于說明用在本發(fā)明方法中的某些流體力學(xué)原理。
圖5a-5d是對(duì)在某些涂覆條件下圖4中所示的涂覆間隙內(nèi)形成的速度曲線的示意性說明。
圖6是圖1中所示的多層模具的涂覆間隙的特寫橫截面圖,用于進(jìn)一步說明本發(fā)明的方法對(duì)各種涂覆參數(shù)的調(diào)節(jié)。
圖7是圖6中所示的涂覆間隙的界面區(qū)的特寫橫截面圖,用于更詳細(xì)說明模唇幾何形狀和本發(fā)明的涂覆間隙調(diào)節(jié)步驟之間的關(guān)系。
圖8是對(duì)如果不按照本發(fā)明方法的步驟進(jìn)行則底層液體中可能發(fā)生的回流的示意性說明。
圖9是對(duì)如果不按照本發(fā)明方法的步驟進(jìn)行則底層液體中可能形成的旋渦的示意性說明。
圖10是圖7所示多層模具的特寫橫截面圖,用于說明用相對(duì)于網(wǎng)的負(fù)迎角調(diào)節(jié)模具的步驟。
圖11是對(duì)當(dāng)圖10所示的負(fù)迎角調(diào)節(jié)導(dǎo)致模唇上游部分處的涂覆間隙過大時(shí)模唇下可能發(fā)生的回流的示意性說明。
圖12是一個(gè)特寫橫截面圖,用于說明在本發(fā)明的方法中傾斜上游模唇和下游模唇的步驟。
圖13是如果沒有用本發(fā)明的方法合適地調(diào)節(jié)加料間隙大小時(shí)可能發(fā)生在加料間隙內(nèi)的回流的示意圖。
圖14是涂覆間隙和迎角關(guān)系的座標(biāo)圖,用于說明在特定系列涂覆參數(shù)下實(shí)驗(yàn)性確定成功涂覆窗口和質(zhì)量窗口的步驟。
圖15是在支撐層上濕罩濕印花兩通道涂覆含硅酮層產(chǎn)生的對(duì)比實(shí)施例的橫截面的TEM(放大6700倍)。
圖16和17是本發(fā)明的多層脫模表面的橫截面的TEM(放大3700倍)。
圖18是在干燥的支撐層上涂覆硅酮層產(chǎn)生的對(duì)比實(shí)施例的橫截面的TEM(放大2700倍)。
圖19A-C是真空輔助模具涂覆工藝的原理圖。
圖20是適用于輔助模具涂覆的真空箱的橫截面圖。
圖21是可以用于形成多層脫模表面的幕涂模具的示意性橫截面圖。
圖22是幕涂法形成的多層脫模表面的橫截面的TEM。
本發(fā)明方法的詳述在詳述本發(fā)明方法的各種步驟前,應(yīng)當(dāng)注意的是,該方法并不限于涂覆只有兩層的脫模表面,而是還包括涂覆可加入脫模襯墊中的任意數(shù)目的多層。因此,不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為附圖和說明書限定了本發(fā)明方法的保護(hù)范圍;另外,除非特別指出,該方法不應(yīng)當(dāng)限定為任何特定的步驟順序。
本發(fā)明的同時(shí)涂覆法可有利地使用各種不同的基底、支撐層填料組合物和硅酮材料。例如,應(yīng)用于支撐層和硅酮層的基底可以是機(jī)制或機(jī)械拋光紙,如購(gòu)自Wasau Technical Papers的RL-541、購(gòu)自Crown Van-Gelder的Data-60和-70、購(gòu)自Ahistrom Paper Group的AT-45和AT-70、購(gòu)自Georgia Pacific vellumina papers的Willamette paper#50 EDP、購(gòu)自Gascogne Paper Company的NL-60,也可以使用任何其它種類的相對(duì)多孔的透孔紙??梢允褂玫钠渌埌ù?、砑光和非砑光的粘土涂層紙、乳膠飽和紙等。盡管使用較便宜的透孔紙時(shí)本發(fā)明具有節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn),但是應(yīng)當(dāng)意識(shí)到本發(fā)明也可以使用較貴的精制紙基底,包括公知具有高不滲透性的那些紙基底。
另外,基底可以包括非紙材料,如聚合物膜,包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚酯膜,如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚硫化物、聚酰胺和尼龍聚合物。合適的基底還可包括上述聚合物的組合物,包括紙和聚合物基底的組合物。當(dāng)使用非紙材料時(shí),基底厚度優(yōu)選約為35-100微米,更優(yōu)選35-65微米,這樣更易于使用傳統(tǒng)的涂料機(jī)、加工紙機(jī)和分配機(jī)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到還優(yōu)選特定的基底以提供能很好地粘結(jié)在支撐層的填料上的表面,使得到的結(jié)構(gòu)不會(huì)分層。
如上所述,支撐層施加在基底表面上,流入構(gòu)成基底表面的的小孔和開孔內(nèi)。支撐層包括低成本的填料。在本發(fā)明中可以使用寬范圍的填料形成支撐層。選擇的填料應(yīng)當(dāng)很好地粘結(jié)在基底上,正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知道的那樣,在基底上涂覆的填料快速封閉紙孔。另外,填料應(yīng)當(dāng)能夠用下面概述的原理由雙?;蚰煌磕>邔?dǎo)出。出于這些目的,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)適用于本發(fā)明的填料可以包括乳膠、可交聯(lián)乳膠、水溶性聚合物如聚乙烯醇、羧甲基纖維素(CMC)、淀粉、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)的乳液或水分散液,還可包括無(wú)機(jī)化合物和填料如碳酸鈣。非限定性的代表性填料包括丁苯乳膠、丁苯橡膠化合物(SBR)在水分散體中的乳液、水和Air ProductsAirflex 465的混合物、National Starch E-200和水的混合物。
硅酮脫模表面可以有各種來源。例如,可以使用下面實(shí)施例1-6中所述的加入乳液乙烯基的硅酮系統(tǒng)。也可以使用至少包括一種輔助或樹脂組分的加入乙烯基的硅酮系統(tǒng)的水乳液混合物。輔助組分可以是在加工或同時(shí)涂覆硅酮脫模表面時(shí)起輔助作用的傳統(tǒng)增稠劑,如乙二醇、環(huán)氧乙烷、淀粉、與尿烷相關(guān)的丙烯酸酯、纖維素聚環(huán)氧乙烷、聚氧化乙烯及其它本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的增稠劑。合適的具有輔助組分的加入乙烯基的硅酮系統(tǒng)描述在美國(guó)專利5318815或5165976中,此處引入這些專利均作為參考。代表性的硅酮脫模組合物可以商購(gòu),如General Electric生產(chǎn)的硅酮GE1111-11-259、GE1192-05-117、GE1111-13-286、GE1111-15-307;Dow Corning生產(chǎn)的硅酮7980、7923、5602;Wacker生產(chǎn)的硅酮38197 VP、V-20,和Rhodia Silicolease。
另外,適用于本發(fā)明的脫模表面還可以有不含硅酮的組合物形成??梢愿鶕?jù)本申請(qǐng)的說明書將這些脫模表面加入本發(fā)明。這些無(wú)硅酮的脫模表面的例子包括聚乙烯基氨基甲酸酯、乙酸乙烯酯均聚物和共聚物、quillon(鉻的絡(luò)合物)、硝化纖維素、酪蛋白、甲醛改性淀粉、乙酸丁酸纖維素、聚氯乙稀樹脂、碳氟聚合物如乙烯基醚和石蠟,所有這些都能形成適用于各種PSA結(jié)構(gòu)的脫模表面。
實(shí)施例用兩種方法定量分析實(shí)施例1-22的襯墊的脫模性能90°剝離脫模力和180°剝離脫模曲線。在TLMI Lab Master設(shè)備上以襯墊脫離方式以7.62m/min的速度測(cè)試90°剝離脫模力,測(cè)試結(jié)果以cN/25mm表示。通過在ZPE-1000高速剝離試驗(yàn)機(jī)設(shè)備上以襯墊脫離方式以10、30、100、200和300m/min的速度測(cè)試剝離脫模力來生成180°脫模曲線,測(cè)試結(jié)果表示為cN/25mm。進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)的方案如下90%剝離脫模力該實(shí)驗(yàn)方法使最終用戶能夠測(cè)定從壓敏粘結(jié)劑涂層面材上分離脫模襯背所需要的力。脫模力定義為以90°的角度和7.62m/min的顎式分離速度將壓敏粘結(jié)劑涂層材料從其脫模表面上分離(或相反)所需要的力。
使用TLMI Lab Master設(shè)備。為了在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中保持90°的剝離角度,在該設(shè)備上裝有實(shí)驗(yàn)條片附著在其上的墊板。壓力板上承載負(fù)荷以在試樣上給出6.86kPa(70g/m2)的壓力。實(shí)驗(yàn)條片25mm寬,在加工方向上最小長(zhǎng)度為175mm。
將實(shí)驗(yàn)條片置于兩個(gè)平板之間,并且在23±2℃的溫度和6.86kPa(70g/m2)的壓力下保持20小時(shí)以確保脫模表面和粘結(jié)劑之間接觸良好。以這種方式儲(chǔ)存后將實(shí)驗(yàn)條片從兩板中間取出,在23±2℃和50±5%RH的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下的保持時(shí)間不少于4小時(shí)。
用雙面膠將每一個(gè)實(shí)驗(yàn)條片都固定在板上,使疊片能夠以90°的角度剝離開。
180°高速脫模力該實(shí)驗(yàn)方法允許標(biāo)簽用戶評(píng)定在速度可與轉(zhuǎn)換和分配材料時(shí)常用速度相比時(shí)疊片的分離力。因此,該方法提供一種很好的評(píng)價(jià)待測(cè)試疊片的轉(zhuǎn)換性能的方法。
脫模力定義為以180°的角度和10-300m/min的顎式分離速度將襯背從粘結(jié)劑涂層材料上分離所需要的力。
進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)使用ZPE-1000高速剝離試驗(yàn)機(jī)設(shè)備。速度為10、30、100、200和300m/min,測(cè)試結(jié)果表示為cN/25mm。實(shí)驗(yàn)條片25mm寬,在加工方向上最少是30mm長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)條片沒有破損,有清潔的割邊。
將實(shí)驗(yàn)條片置于兩個(gè)平板之間,并且在23±2℃的溫度和6.87kPa(70g/m2)的壓力下保持20小時(shí)以確保脫模紙和粘結(jié)劑之間接觸良好。以這種方式儲(chǔ)存后將實(shí)驗(yàn)條片從兩板中間取出,在23±2℃和50±5%RH的標(biāo)準(zhǔn)條件下的保持時(shí)間不少于4小時(shí)。
實(shí)施例1和2實(shí)施例1和2對(duì)由有100%硅酮固體的涂層形成的脫模表面和由有40%硅酮固體的涂層形成的脫模表面的相對(duì)脫模性能進(jìn)行對(duì)比。在每一種情況下,含硅酮層都涂覆在脫模支撐層(RSL)上,其中的RSL包括涂覆在紙上的填料。
實(shí)施例1由涂覆在作為RSL支撐層的合成SBR上的General Electric生產(chǎn)的硅酮脫模層組成,然后再涂覆在AT-70紙上。將GE1111-11-259(62.7g)、GE1192-05-117(3.3g)和水(34.0g)混合制備頂層。因?yàn)樾纬擅撃訒r(shí)只涂覆了硅酮固體,所以實(shí)施例1的脫模層由100%硅酮固體形成。底層RSL是33%的固體合成SBR填料。以200m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在AT-70紙上,在160℃下固化4秒鐘生成精制襯墊。在1.5g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量為1.5g/m2。用S-490壓敏粘結(jié)劑(Avery Dennison Corporation生產(chǎn))涂覆該脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2由和涂覆在作為RSL的合成SBR上的作為脫模層的合成SBR以40/60(Si/SBR)的比例混合的General Electric生產(chǎn)的硅酮脫模層組成,然后再涂覆在AT-70紙上。將GE1111-11-259(25.08g)、GE1192-05-117(1.32g)、合成SBR填料(60.0g)和水(13.6g)混合制備頂層。因此,實(shí)施例2的脫模層只有40%是硅酮。底層RSL是33%的固體合成SBR填料。以200m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在AT-70紙上,在160℃下固化4秒鐘生成精制襯墊。頂層的涂覆重量為1.5g/m2的硅酮和2.25g/m2的RSL,底層的涂覆重量為1.0g/m2的RSL。用S-490壓敏粘結(jié)劑涂覆該脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。
下面是得到的脫模力數(shù)據(jù)表1

實(shí)施例3-6實(shí)施例3-6由涂覆在作為RSL的Air Products Airflex 465上的作為脫模層的Wacker生產(chǎn)的硅酮組成,然后再涂覆在Data-70或Willamette紙上。將Wacker 38197 VP(66.0g)、Wacker交聯(lián)劑V20(3.5g)、10%的3M Fluorad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.7g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100 MH(7.5g)水溶液和水(22.3g)混合制備頂層。將AirProducts Airflex 465(52.3g)和水(47.7g)混合制備底層RSL。以400m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Data-70或Willamette紙上,在170℃下固化3秒鐘生成精制襯墊。在5.0g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量為1.0g/m2。用S-2000乳液壓敏粘結(jié)劑或S-2045熱熔粘結(jié)劑(Avery DennisonCorporation生產(chǎn))涂覆該脫模襯墊,生成實(shí)施例3-6的PSA結(jié)構(gòu)。
用兩種方法定量分析這些襯墊的脫模性能90°剝離脫模力和180°剝離脫模曲線。在TLMI Lab Master設(shè)備上以7.62m/min的速度測(cè)試90°剝離脫模力,測(cè)試結(jié)果以cN/25mm為單位表示。通過在ZPE-1000高速剝離試驗(yàn)機(jī)設(shè)備上以10、30、100、200和300m/min的速度測(cè)試180°剝離脫模力來生成脫模曲線。測(cè)試結(jié)果以cN/25mm為單位表示。下面是得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2

實(shí)施例7-10實(shí)施例7-10由涂覆在作為RSL的National Starch E-200上的Wacker生產(chǎn)的硅酮組成,然后再涂覆在Data-70或Willamette紙#50 EDP上。將Wacker 38197 VP(66.0g)、Wacker交聯(lián)劑V20(3.5g)、10%的3M Fluorad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.7g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100 MH(7.5g)水溶液和水(22.3g)混合制備頂層。將National StarchE-200(54.5g)和水(45.5g)混合制備底層RSL。以400m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Data-70或Willamette紙上,在170℃下固化3秒鐘生成精制襯墊。在6.0g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量為1.0g/m2。用S-2000乳液壓敏粘結(jié)劑或S-2045熱熔粘結(jié)劑涂覆該脫模襯墊,生成實(shí)施例7-10的PSA結(jié)構(gòu)。
用上述同樣的方法定量分析這些襯墊的脫模性能,下面是得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表3

實(shí)施例11-14實(shí)施例11-14由涂覆在作為RSL的Air Products Airflex 465上的General Electric生產(chǎn)的硅酮組成,然后再涂覆在Data-70或Willamette紙上。將GE1111-13-286(34.7g)、GE1111-15-307(34.75g)、10%的3MFluorad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.75g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100 MH(8.9g)水溶液和水(20.85g)混合制備頂層。將AirProducts Airflex 465(52.3g)和水(47.7g)混合制備底層RSL。以400m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Data-70或Willamette紙上,在170℃下固化3秒鐘生成精制襯墊。在5.0g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量為1.0g/m2。用S-2000乳液壓敏粘結(jié)劑或S-2045熱熔粘結(jié)劑涂覆該脫模襯墊,生成實(shí)施例11-14的PSA結(jié)構(gòu)。
用上述同樣的方法定量分析這些襯墊的脫模性能,下面是得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表4

實(shí)施例15實(shí)施例15由涂覆在作為RSL的Air Products Airflex 465上的DowCorning生產(chǎn)的硅酮組成,然后再涂覆在Data-70紙上。將Dow Corning7980(44.0g)、Dow Corning 7923(11.0g)、Dow Corning 5602(1.0g)和水(44.0g)混合制備頂層。將Air Products Airflex 465(52.3g)和水(47.7g)混合制備底層。以400m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Data-70紙上,在170℃下固化3秒鐘生成精制襯墊。在5.0g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量為1.0g/m2。用S-2000乳液壓敏粘結(jié)劑涂覆該脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。
用與上述實(shí)施例1中同樣的方法定量分析這些襯墊的脫模性能,下面是得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
表5

實(shí)施例16-19用四種不同的硅酮配方尋找最低的可能硅酮涂覆重量,這種涂覆重量對(duì)于測(cè)試的PSA來說提供了可以接受的脫模性能。
實(shí)施例16由涂覆在作為RSL的National Starch E-200上的6.7%的General Electric生產(chǎn)的固體硅酮組成,然后再涂覆在Data-70紙上。將GE1111-11-259(12.65g)、GE1192-05-117(0.67g)、10%的3M Flurad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.13g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100 MH(30.44g)水溶液和水(56.11g)混合制備頂層。將NationalStarch E-200(54.5g)和水(45.5g)混合制備底層RSL。以6.62m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Data-70紙上,在155℃下固化60秒鐘生成精制襯墊。用這種配方生成在6.0g/m2的E-200支撐層上硅酮重量為0.2g/m2的干燥涂層。用S-490壓敏粘結(jié)劑疊壓脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。然后將這些樣品在70℃下Keil老化20小時(shí)用于脫模實(shí)驗(yàn)。在Keil老化中,樣品在壓力為6.9Kpa的兩個(gè)鋁金屬板中間老化20小時(shí)。當(dāng)樣品在烘箱中時(shí)通過在金屬板上加一個(gè)重塊就能夠很方便地做到這一點(diǎn)。然后將樣品在23℃和50%的相對(duì)濕度下平衡24小時(shí)。
實(shí)施例17由涂覆在National Starch E-200 RSL上的10%的GeneralElectric生產(chǎn)的固體硅酮組成,然后再涂覆在Data-70紙上。將GE1111-11-259(18.96g)、GE1192-05-117(1.0g)、10%的3M Fluorad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.2g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100MH(28.51g)水溶液和水(51.33g)混合制備頂層。將National StarchE-200(54.5g)和水(45.5g)混合制備底層RSL。以7.62m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Data-70紙上,在155℃下固化60秒鐘生成精制襯墊。用這種配方生成在6.0g/m2的作為RSL的E-200上硅酮重量為0.3g/m2的涂層。用S-490壓敏粘結(jié)劑疊壓脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。然后如上所述將這些樣品在70℃下Keil老化20小時(shí)用于脫模實(shí)驗(yàn)。并如上所述進(jìn)行平衡。
實(shí)施例18由涂覆在作為RSL的National Starch E-200上的13.3%的General Electric生產(chǎn)的固體硅酮組成,然后再涂覆在Data-70紙上。將GE1111-11-259(25.27g)、GE1192-05-117(1.33g)、10%的3M Fluorad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.27g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100 MH(25.65g)水溶液和水(47.48g)混合制備頂層。將NationalStarch E-200(54.5g)和水(45.5g)混合制備底層RSL。以7.62m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Data-70紙上,在155℃下固化60秒鐘生成精制襯墊。用這種配方生成具有0.4g/m2RSL的涂層。用S-490壓敏粘結(jié)劑疊壓脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。然后如上所述將這些樣品在70℃下Keil老化20小時(shí)用于脫模實(shí)驗(yàn)。并如上所述進(jìn)行平衡。
實(shí)施例19由涂覆在National Starch E-200 RSL上的16.7%的GeneralElectric生產(chǎn)的固體硅酮組成,然后再涂覆在Data-70紙上。將GE1111-11-259(31.56g)、GE1192-05-117(1.66g)、10%的3M Fluorad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.33g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100MH(22.55g)水溶液和水(43.90g)混合制備頂層。將National StarchE-200(54.5g)和水(45.5g)混合制備底層RSL。以7.62m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Data-70紙上,在155℃下固化60秒鐘生成精制襯墊。用這種配方生成在6.0g/m2RSL上硅酮重量為0.5g/m2的涂層。用S-490壓敏粘結(jié)劑疊壓脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。然后如上所述將這些樣品在70℃下Keil老化20小時(shí)用于脫模實(shí)驗(yàn)。并如上所述進(jìn)行平衡。
用90°剝離脫模力定量分析這些襯墊的脫模性能。在TLMI Lab Master設(shè)備上以7.62m/min的速度測(cè)試90°剝離脫模力,測(cè)試結(jié)果表示為cN/25mm。下面是得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
表6

實(shí)施例20-22實(shí)施例20由涂覆在Air Products Airflex 426上的General Electric生產(chǎn)的硅酮組成,然后再涂覆在Georgia Pacific vellumina紙上。將GE1111-13-286(34.75g)、GE1111-15-307(34.75g)、10%的3M Fluorad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.75g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100MH(8.9g)水溶液和水(20.85g)混合制備頂層。將Air Products Airflex426(54g)和水(46g)混合制備底層RSL。以91.4m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Georgia Pacific vellumina紙上,在165℃下固化3秒鐘生成精制襯墊。干燥涂層重量是在5.0g/m2RSL上有1.4g/m2的硅酮。用S-2000乳液壓敏粘結(jié)劑涂覆脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例21由涂覆在Air Products Airflex 426上的General Electric生產(chǎn)的硅酮和20%的CRA組成,Air Products Airflex 426涂覆在GeorgiaPacific vellumina紙上。將GE 1111-13-286(29.6g)、GE1111-15-307(29.6g)、GE1111-16-332(14.8g)、10%的3M Fluorad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.63g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100MH(4.65g)水溶液和水(20.72g)混合制備頂層。將Air Products Airflex426(54.0g)和水(46.0g)混合制備底層RSL。以91.4m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Georgia Pacific vellumina紙上,在165℃下固化3秒鐘生成精制襯墊。涂層重量是在5.0g/m2RSL上有1.4g/m2的硅酮。用S-2000乳液壓敏粘結(jié)劑涂覆脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例22由涂覆在Air Products Airflex 426上的General Electric生產(chǎn)的硅酮和30%的CRA組成,Air Products Airflex 426涂覆在GeorgiaPacific vellumina紙上。將GE1111-13-286(26.63g)、GE1111-15-307(26.63g)、GE1111-16-332(22.83g)、10%的3M Fluorad氟化學(xué)表面活性劑FC-129(0.69g)溶液、1%的Cellosize羥乙基纖維素QP-100MH(3.81g)水溶液和水(22.83g)混合制備頂層。將Air ProductsAirflex 426(54.0g)和水(46.0g)混合制備底層RSL。以91.4m/min的涂覆速度用雙模將涂層施加在Georgia Pacific vellumina紙上,在165℃下固化3秒鐘生成精制襯墊。涂層重量是在5.0g/m2RSL上有1.45g/m2的硅酮。用S-2000乳液壓敏粘結(jié)劑涂覆脫模襯墊,生成PSA結(jié)構(gòu)。
用兩種方法定量分析這些襯墊的脫模性能90°剝離脫模力和180°剝離脫模曲線。在TLMI Lab Master設(shè)備上以7.62m/min的速度測(cè)試90°剝離脫模力,測(cè)試結(jié)果表示為cN/25mm。通過在ZPE-1000高速剝離試驗(yàn)機(jī)設(shè)備上以3、30、60、100和300m/min的速度測(cè)試180°剝離脫模力來生成脫模曲線。測(cè)試結(jié)果表示為cN/25mm。下面是得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表7

實(shí)施例23和24及對(duì)比實(shí)施例25和26在實(shí)施例23和24中,用透射電子顯微鏡(TEM)研究本發(fā)明的多層脫模襯墊的形態(tài),并與現(xiàn)有技術(shù)的脫模襯墊對(duì)比。
在實(shí)施例23和24中,GE硅酮乳液1111-11-259和硅酮催化劑乳液1192-05-117結(jié)合在一起形成總固體含量為35%的硅酮層。這種含硅酮層涂覆在National Starch以E-200銷售的包括乙烯乙酸乙烯酯支撐層的脫模支撐層上。脫模支撐層的固體總含量為30%。將脫模支撐層涂覆在Data-70紙上。在實(shí)施例23中,涂覆速度是7.62m/min,在154.4℃下固化1分鐘。在實(shí)施例23中,硅酮與RSL的涂覆重量比是2.0g/m2的硅酮比6.0g/m2的脫模支撐層。在實(shí)施例24中,涂覆速度是91.4m/min,在溫度為171.1℃的烘箱中固化。在實(shí)施例24中,涂覆重量比是2.0g/m2的硅酮比5.0g/m2的RSL。
為了與現(xiàn)有技術(shù)的脫模襯墊對(duì)比,用硅酮混合物、作為RSL的E-200和實(shí)施例23和24中的紙制備對(duì)比實(shí)施例25和26。在對(duì)比實(shí)施例25中,E-200支撐層涂覆在Data-70紙上,然后在154.4℃下干燥1分鐘。然后將硅酮層涂覆在干燥的作為RSL的E-200上,該多層結(jié)構(gòu)在154.4℃下固化1分鐘。硅酮與作為RSL的E-200的比是6.0g/m2比12.0g/m2,或1∶2。按照與對(duì)比實(shí)施例25同樣的方法制備對(duì)比實(shí)施例26,不同之處是作為RSL的E-200在施加硅酮層前不干燥。
對(duì)實(shí)施例23和24及對(duì)比實(shí)施例25和26的橫截面進(jìn)行TEM拍照。在所有TEM中,較暗的區(qū)域表示有硅酮存在,較亮的區(qū)域表示有EVA支撐層或紙存在。
參看圖15,該圖示出對(duì)比實(shí)施例26的TEM。如上所述,對(duì)比實(shí)施例是按照下述方法制備的將作為RSL層的液體E-200涂覆在作為RSL紙表面的E-200上,然后不用使RSL干燥或固化就可將含硅酮層涂覆在RSL上。如圖15所示,這種順序的涂覆工藝會(huì)導(dǎo)致硅酮和EVA層進(jìn)行大量不必要的混合。RSL中大量的硅酮被浪費(fèi),因?yàn)檫@些硅酮對(duì)襯墊的脫模性能沒有貢獻(xiàn)。
相反,我們?cè)谟帽景l(fā)明的雙模法基本上同時(shí)涂覆的兩個(gè)液體層中觀察到在含硅酮層和RSL之間產(chǎn)生明顯的邊界。這示于圖16和17中,圖16和17分別對(duì)應(yīng)于實(shí)施例23和24。如圖16和17所示,含硅酮層和RSL層完全隔離,只是界面層不規(guī)則,有少量硅酮分散在RSL中的不同點(diǎn)處。如上所述,這種不規(guī)則的界面層能使這兩層更好地粘結(jié),從而能夠降低含硅酮層脫落或與RSL分離的傾向。
參看圖18,該圖示出對(duì)比實(shí)施例25的TEM。如圖18所示,在含硅酮層和RSL層之間存在非常清晰的邊界。這兩層之間很少或沒有發(fā)生混合。因此可以認(rèn)為這兩層之間的粘結(jié)與雙模涂層結(jié)構(gòu)相比很小,因此,這兩層更可能分離。
硅酮分散深度曲線對(duì)于雙模涂覆來說,支撐層和含硅酮層之間的混合度在一定程度上取決于硅酮與支撐層的涂覆重量比。對(duì)于雙模涂覆來說,我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)層間混合度隨硅酮/支撐層之比的增加而減少。參考下表8可對(duì)此作出最好的說明,該表說明了用TEM掃描圖測(cè)定的作為含硅酮層上表面下深度函數(shù)的多層結(jié)構(gòu)中硅酮的總百分?jǐn)?shù)。表8還示出對(duì)比實(shí)施例27和28。這兩個(gè)對(duì)比實(shí)施例表示現(xiàn)有技術(shù)的工藝首先將RSL施加在基底上,然后在施加含硅酮層之前將RSL固化或干燥。對(duì)比實(shí)施例27和28是通過將6.0g/m2的GE1111-13-286/GE1111-15-307涂覆在12.0g/m2的作為RSL的E-200上制備的。在施加硅酮之前將RSL干燥,即,在加熱到154.4℃并維持60秒鐘。這兩個(gè)對(duì)比實(shí)施例中使用的紙是Data-70。
表8

另外,作為脫模表面下深度函數(shù)的硅酮分布在用雙模形成的本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)中和用兩步驟涂覆工藝形成的現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比結(jié)構(gòu)中是不同的。相鄰1微米深度之間含硅酮的總百分?jǐn)?shù)的增加的差值可對(duì)此作出最好的說明。對(duì)于對(duì)比實(shí)施例27來說,表面下1微米深度內(nèi)基底上涂覆的硅酮總量為13%,表面下2微米深度內(nèi)硅酮總量為26.4%。1微米和2微米深度之間百分?jǐn)?shù)的差值是13.4%(26.4%-13%)。在對(duì)比實(shí)施例1的連續(xù)深度內(nèi)重復(fù)該過程可以觀察到相鄰1微米深度之間平均增加13.7%±0.3%,直至硅酮總含量大于90%。這基本上是線性分布曲線,這從現(xiàn)有技術(shù)可以預(yù)見,因?yàn)楣柰诟稍锏闹螌由闲纬煞浅kx散的層,在支撐層和硅酮層之間很少發(fā)生混合。
相反,雙模形成的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中硅酮的分布曲線是非線性的。另外,對(duì)于硅酮與支撐層之比為2∶6g/m2的情況,連續(xù)1微米深度之間硅酮總含量的增加值如下表9

在更接近脫模層表面處可觀察到硅酮濃度更大的點(diǎn)。相反,在對(duì)比實(shí)施例27和28中觀察到較恒定的硅酮濃度值。另外,看0.4∶6.0和0.5∶6.0g/m2的實(shí)施方案,在2微米深度處硅酮總含量為50.7-76.9%,在4微米深度處為70.6-95.7%,在5微米深度處為79.9-98.4%。
模涂下面說明雙模涂覆制備多層結(jié)構(gòu)的原理。
在本發(fā)明的雙模方法的一個(gè)方面中,通過認(rèn)真分析要涂覆在網(wǎng)上形成多層產(chǎn)品的液體的粘度及其它物理參數(shù)可以制得在交合網(wǎng)方向上均質(zhì)分層膜。這種均質(zhì)性能產(chǎn)生高質(zhì)量產(chǎn)品。除這種分析外,本發(fā)明的方法還涉及根據(jù)流體力學(xué)的重要原理對(duì)模唇及其相對(duì)于網(wǎng)的位置進(jìn)行設(shè)計(jì),這是為了調(diào)節(jié)操作過程中流體的壓力梯度。除上述方法外,還可以通過在涂覆珠體上游施加真空進(jìn)行壓力梯度調(diào)節(jié)。模唇設(shè)計(jì)、模唇組裝和施加真空這些步驟使該方法能夠?qū)蓚€(gè)或多個(gè)相鄰液體層控制在穩(wěn)定點(diǎn)處以確保得到穩(wěn)定的二維流體。為了確保成功操作,可以確定涂覆窗口(包括質(zhì)量窗口),可以確定最佳操作點(diǎn)。
參看圖1,該圖在一定程度上示意性地說明了一種典型的模圖操作。模具20的位置與以箭頭24的方向行進(jìn)的移動(dòng)基底或網(wǎng)22相鄰。當(dāng)支撐軋輥26橫穿過多層模具20末端時(shí),網(wǎng)22繞支撐軋輥26行進(jìn)。如圖1所示,應(yīng)當(dāng)理解的是,模具20和網(wǎng)22的寬度基本相同,使基底或網(wǎng)整個(gè)寬度的大部分在一次通過時(shí)被從模具中流出的流體涂覆并涂覆在網(wǎng)上。
模具20是模塊,所以可以由許多獨(dú)立元件組裝,然后固定在涂覆機(jī)中作為一個(gè)一體化設(shè)備。每一個(gè)模具元件一般都由歧管19和更末端模具部分21構(gòu)成。最末端模具部分稱為模唇29,這將在圖2中詳述。因?yàn)槟>?0是模塊,所以對(duì)模唇29進(jìn)行各種組合,而沒有必要改變其它模具部分和模唇29。
如圖1中水平箭頭28所示,為了調(diào)節(jié)涂覆間隙30可以使模具20徑向移近或遠(yuǎn)離支撐軋輥26,涂覆間隙定義為模唇29和網(wǎng)22之間的距離。另外,可以如圖1中的箭頭所示調(diào)節(jié)模具20的迎角(α)。
模具20的元件可通過狹槽或加料間隙32相互略微分離,狹槽或加料間隙32允許涂覆材料從模具20中的歧管34流出,經(jīng)過模具20中的這些加料間隙涂覆到移動(dòng)網(wǎng)22上。在圖1的多層模具20中示出兩個(gè)加料間隙32。但是如上所述,我們應(yīng)當(dāng)理解除兩層外,本發(fā)明的原理是等同地施加多個(gè)層。
分析涂覆液體如上所述,在本發(fā)明的一個(gè)重要方面中,為了在交合網(wǎng)方向上得到均一的膜厚度,要對(duì)涂覆在基底或網(wǎng)上的多層中的液體的某些物理參數(shù)進(jìn)行分析。在這些參數(shù)中,最重要的也許是液體粘度。更具體地說,我們應(yīng)當(dāng)理解必須認(rèn)真分析要涂覆的兩個(gè)相鄰層的粘度比,如果可能或?qū)嶋H需要的話,應(yīng)當(dāng)將該比值調(diào)節(jié)到最佳范圍內(nèi)。
例如,我們觀察到盡管如果在其它參數(shù)都優(yōu)化的情況下其它比值也可能產(chǎn)生好的涂覆結(jié)果,但是,如果頂層液體粘度比底層液體粘度在大于50%而小于100%的范圍,則可能得到更好的涂覆結(jié)果。優(yōu)選地是,頂層粘度應(yīng)當(dāng)比底層粘度大約30%。該范圍內(nèi)的粘度比能夠產(chǎn)生更穩(wěn)定的流動(dòng)。更具體地說,較高粘度的頂層能夠減少產(chǎn)生術(shù)語(yǔ)為“層間棱線”的交合網(wǎng)缺陷的危險(xiǎn),在交合網(wǎng)缺陷中,頂層和底層在網(wǎng)斷面上相互疊合,而不是形成一個(gè)在上一個(gè)在下的兩個(gè)均一膜。
應(yīng)當(dāng)理解的是,要涂覆的液體的相對(duì)粘度在很大程度上根據(jù)要生產(chǎn)的多層產(chǎn)品進(jìn)行確定。即,根據(jù)成本、供應(yīng)量、輸送量或其它變量調(diào)節(jié)一種液體或其它液體中的粘度不可能也不實(shí)際。但是,從一定程度上講為了達(dá)到所需的涂覆條件可以使液體的粘度“匹配”。例如,如果需要更大的流動(dòng)穩(wěn)定性,則可以通過加入增稠劑增加頂層液體粘度。同樣,可以通過加入稀釋劑如水、溶劑等降低底層粘度。另一方面,這些稀釋劑,特別是溶劑將產(chǎn)生其它問題如環(huán)境問題、增加干燥時(shí)間等。
但是,在分析粘度時(shí)必須考慮特定液體在一般的涂覆條件下要經(jīng)受的剪切率。這些剪切率可以變化幾個(gè)數(shù)量級(jí),但在沿珠體的大多數(shù)地方一般都超過1000s-1。因此,在這些剪切率下,液體的相對(duì)粘度變化很大。
圖3示出剪切率/粘度座標(biāo)圖,其中假定頂層A涂覆在以兩種不同粘度(B和B’)配制的第二種液體上,其中B’大于B。在該座標(biāo)圖中,剪切率的分布范圍是0.1-100000s-1;盡管分析區(qū)域是剪切率約大于1000s-1的區(qū)域。應(yīng)當(dāng)注意的是層A和層B之間的粘度比在高剪切率下比在低剪切率下的變化大得多。另外,根據(jù)上述分析我們可以假定液體A在液體B上的組合可以很好地涂覆,因?yàn)锳的粘度大于B的粘度。事實(shí)上,在實(shí)驗(yàn)上可以成功地進(jìn)行涂覆,但是開始時(shí)只能在低速網(wǎng)上。下面將詳述在液珠滲漏上游的高速網(wǎng)處的缺陷條件。在該實(shí)施例中產(chǎn)生這種狀態(tài)的原因是流體力學(xué),還和低粘度液體(在該實(shí)施例中是液體B)難以在上游模唇下產(chǎn)生足以密封液珠的壓力降有關(guān),下游部分由粘度更大的液體(A)組成。這說明在分析液體粘度時(shí)必須考慮幾種原理的相互作用。例如,可以用幾種可能方法校正這種上游泄漏狀態(tài)。一種方法涉及根據(jù)下面詳述的本發(fā)明方法的原理對(duì)模唇幾何形狀的設(shè)計(jì)。另一種方法涉及對(duì)兩種液體的相對(duì)粘度的調(diào)節(jié)。
例如,當(dāng)實(shí)驗(yàn)性涂覆液體A/B’時(shí),在很寬范圍的網(wǎng)速下都能得到好的涂覆結(jié)果。如圖2的座標(biāo)圖所示,這是因?yàn)樵诟呒羟新氏逻@兩種液體的粘度是對(duì)稱或更好地匹配的。例如,液體B’的粘度是B的粘度的兩倍。但必須注意B’的粘度不能超過頂層A的粘度。
這種狀態(tài)示于圖3,圖3是液體C和D這兩種樣品的剪切率/粘度的座標(biāo)圖。在該實(shí)施例中,液體C涂覆在液體D的頂部。在該座標(biāo)圖中只需分析高剪切率下的粘度。因此,從圖3可以觀察到對(duì)于大部分一般的剪切率范圍而言,底層D的粘度大于頂層C的粘度。在這些相反的粘度條件下,我們發(fā)現(xiàn)難以進(jìn)行穩(wěn)定的涂覆,盡管可能進(jìn)行多層涂覆,但難以進(jìn)行高質(zhì)量涂覆。在合適的粘度條件下,特定操作的涂覆窗口較大,從而能夠增加穩(wěn)定流動(dòng)的可能性。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到在生產(chǎn)特定的多層產(chǎn)品時(shí)會(huì)遇到各種粘度關(guān)系。因此,不能認(rèn)為上述實(shí)施例窮盡了本發(fā)明方法的步驟中能夠遇到的液體分析的所有范圍。
液體分析的另一方面涉及要涂覆液體的相對(duì)表面張力。我們發(fā)現(xiàn)如果頂層表面張力小于底層表面張力,則某些缺陷如去濕或孔隙或某一特定層中的孔隙會(huì)減少。在這些條件下,局部表面張力(包括在成膜區(qū)域中的動(dòng)態(tài)表面張力)會(huì)關(guān)閉這些孔隙。可以用有效的表面活性劑或其他有機(jī)可溶液體(醇、酮等)將頂層中的表面張力降低到一定程度。
因此,為了得到適宜的涂覆條件,本發(fā)明方法的液體分析方面很重要。下面將把該方法中的模唇設(shè)計(jì)和膜具組裝方面結(jié)合在一起討論;但是,下面與單層涂覆相關(guān)的信息用于說明本發(fā)明方法的這些方面是如何有助于得到穩(wěn)定流動(dòng)的。
單層流體力學(xué)為了幫助理解本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn),重要的是要理解涂覆間隙30、下游濕膜厚度和液體壓力梯度的關(guān)系。用單層涂覆工藝可對(duì)此作出最好的說明。
因此,參看圖4,圖4是穿過鄰接移動(dòng)網(wǎng)22形成涂覆間隙30(″c.g.″)的一對(duì)模唇36的特寫橫截面示意圖。應(yīng)當(dāng)注意的是在圖1中為了便于演示,模具20順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了約90度。另外,圖示的網(wǎng)22是平面或水平面,但實(shí)際上當(dāng)它與支撐軋輥(未示出)貼合時(shí)有一定的曲率。但是圖4所示的結(jié)構(gòu)非常接近模唇36和移動(dòng)網(wǎng)22之間的涂覆間隙30中形成的液體的液珠內(nèi)發(fā)生的流體力學(xué)。
為了便于說明,“下游”指網(wǎng)22行進(jìn)的方向,而“上游”指相反方向或向左。因此,在模具上游部分38a的最末端上形成上游模唇36a,在模具下游部分38b的最末端上形成下游模唇36b。在這兩個(gè)模具部分38a、38b之間形成涂覆狹槽或加料間隙40,液體從此流出到移動(dòng)網(wǎng)22上。如圖4所示,液體首先向上游移動(dòng),然后以在液珠42內(nèi)開放式的回流返流到下游。上游彎月面44將液珠42限制在其上游邊上,下游彎月面46或成膜區(qū)域?qū)⒁褐?2限制在其下游邊上。如果流體因?yàn)闃O限條件而脫離液珠42向上游行進(jìn),則稱為上游泄漏。
涂覆間隙30在圖4中示為A向。特別是參考下面的附圖時(shí)應(yīng)當(dāng)理解在沿模唇36的縱向上涂覆間隙30可以隨不同的模唇幾何形狀、模唇加工缺陷、模唇傾斜角、模具迎角的調(diào)節(jié)度等而變化。
在液珠42的下游示出流體的濕膜厚度(h)。濕膜厚度定義為干燥前的流體厚度。不同縱向位置處流體的壓力梯度與濕膜厚度(f.t.)及該位置處的涂覆間隙30相關(guān)。應(yīng)當(dāng)理解的是,對(duì)于給定的流速(Q),膜厚度和網(wǎng)速成反比。因此,對(duì)于穩(wěn)定狀態(tài)的牛頓液體流,其速度用下式表示u=u‾ya+a22μ(dpdx)[(ya)-(ya)]]]>
其中u=下游液體的速度;=網(wǎng)速;a=涂覆間隙(c.g.);h=濕膜厚度(f.t.);μ=液體粘度;x=下游方向上的水平軸;y=從模唇向網(wǎng)方向上的垂直軸;和dp/dx=下游方向上的壓力梯度。
從該等式可以注意到流體速度(u)由兩個(gè)分量構(gòu)成。第一個(gè)分量是“拖拉驅(qū)動(dòng)”分量,其中流速與網(wǎng)速成正比。第二個(gè)分量可稱為“壓力驅(qū)動(dòng)”分量,給定點(diǎn)處的流速與壓力梯度(dp/dx)成正比。利用流速(Q)的定義可以對(duì)上述等式積分,求得壓力梯度dpdx=12μa3(ua‾2-Q)]]>因?yàn)閴毫μ荻瓤梢杂猛扛查g隙(a)和濕膜厚度(h)表示dpdx=12μu‾a3(a2-h)]]>因此,當(dāng)h=1/2a(或者換句話說,涂覆間隙是濕膜厚度的2倍時(shí)),dp/dx=0。因此,根據(jù)這些已知的關(guān)系,可以用給定的涂覆間隙/膜厚度的關(guān)系確定液珠內(nèi)特定點(diǎn)處的流速和相關(guān)的壓力梯度。這些流速可以繪成流速曲線,如圖5系列所示的那些曲線。在下述所有情況下,應(yīng)當(dāng)注意當(dāng)y=0時(shí)(模唇處),流速(u)等于0;但當(dāng)y=a時(shí)(在網(wǎng)上),流速等于網(wǎng)速。
圖5a示出其中的涂覆間隙30正好等于膜厚度兩倍時(shí)的涂覆狀態(tài)。在這種狀態(tài)下,液體內(nèi)壓力恒定,壓力梯度為0。
但是,如上所述,涂覆間隙狀態(tài)可以隨多種變量而變化。因此,圖5b示出涂覆間隙30小于下游膜厚度2倍時(shí)的狀態(tài)。在這種條件下速度曲線在下游方向上是凹形,因此呈現(xiàn)負(fù)的壓力梯度。這種負(fù)的壓力梯度在下游方向上沿下游模唇36b產(chǎn)生壓力降。上游區(qū)域內(nèi)的壓力較高,因此使液體增加了速度性能,并使速度曲線向前或凸出,如圖5b所示。
另一方面,圖5c示出涂覆間隙30等于膜厚度(h)3倍時(shí)的狀態(tài)。在這種條件下下游壓力梯度大于零,這意味著下游流體壓力增加。這種壓力的增加有減小速度的趨勢(shì),使下游方向上的速度曲線凸出。
最后,圖5d示出涂覆間隙30大于膜厚度(h)3倍時(shí)的狀態(tài)。同樣,壓力梯度是正值,但比圖5c中所示的值大。因此,下游壓力更大,使流體在轉(zhuǎn)向下流之前實(shí)際上向上游流動(dòng)了很短的距離。這種狀態(tài)演示了液體中產(chǎn)生回流的主要原因。如圖4所示,這種回流可發(fā)生在上游模唇36a下,但如果如圖5d所示涂覆間隙30過大時(shí)也可以發(fā)生在下游模唇36b下。
這種回流雖然在單層涂覆中不會(huì)對(duì)膜質(zhì)量產(chǎn)生特別的破壞作用,但在多層涂覆中有致命的影響。我們發(fā)現(xiàn) 正確設(shè)計(jì)模唇、正確組裝模具、正確構(gòu)建模具時(shí)基本上可以避免這些情況。因?yàn)樗鼈冎g有關(guān)系,所以下面一起討論本發(fā)明的這些方面。
模唇設(shè)計(jì)和模具構(gòu)建為了得到穩(wěn)定流動(dòng),本發(fā)明的方法控制在各種涂覆條件下液體內(nèi)的壓力梯度。在很大程度上這是通過設(shè)計(jì)模唇的幾何形狀、對(duì)模唇組裝、構(gòu)建和調(diào)節(jié)模具實(shí)現(xiàn)的。
因此,參看圖6,該圖示出本發(fā)明的方法可以使用的多層模具20的特寫橫截面圖。使用本發(fā)明的方法時(shí),可以使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的模具和其他涂覆技術(shù)以成功地生產(chǎn)多層產(chǎn)品。
盡管與圖4類似,但這種模具20由上游模具部分50a和下游模具部分50c及將二者分開的中間部分50b構(gòu)成。這些不同部分之間形成上游加料間隙52和下游加料間隙54。從上游加料間隙52流出的液體流到網(wǎng)22上形成底層58,而從下游加料間隙54流出的液體流到底層上形成頂層56。應(yīng)當(dāng)注意的是,這兩個(gè)加料間隙52、54之間形成的角度約為30度,這有利地產(chǎn)生良好的用于加工中唇60b的結(jié)構(gòu),中唇60b形成于中間部分50b的末端。從圖6還應(yīng)當(dāng)注意到為了調(diào)節(jié)該區(qū)域內(nèi)的壓力梯度,上游模具部分50a和下游模具部分50c的模唇60a和60c和中唇60b之間形成臺(tái)階或有梯度的結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合圖5詳述這種關(guān)系的重要性。
在圖6中應(yīng)當(dāng)注意這種臺(tái)階式結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生各種涂覆間隙。為了便于說明,下標(biāo)b表示底層58,而下標(biāo)t表示頂層56。因此,底層的涂覆間隙(c.g.b)用兩個(gè)不同的值表征,上游模唇60a下的一個(gè)值和中唇60b下的一個(gè)值。頂層的涂覆間隙(c.g.t)用更大的值表征。如上所述,這些涂覆間隙與由此形成的各種流體的下游膜厚度之間有重要的關(guān)系。因此,例如,底層涂覆間隙與底層58的下游膜厚度(f.t.b)之間有重要的壓力梯度的關(guān)系,而頂層56的涂覆間隙與總的下游膜厚度(f.t.t)之間有重要的關(guān)系(注意下標(biāo)t不僅表示頂層,而且還可以表示下游膜的“總”厚度)??偟南掠文ず穸劝ǖ讓雍晚攲又?。這是因?yàn)樵诖_定壓力梯度中的涂覆間隙的分析一定要基于該間隙處的總流體,包括該位置處接近網(wǎng)22的流體和由此產(chǎn)生的前面所有的流體和層。
從圖6還應(yīng)當(dāng)注意到為了形成上述“臺(tái)階”,底層涂覆間隙要小于頂層涂覆間隙。但是應(yīng)當(dāng)意識(shí)到在需要消除或減小臺(tái)階的那些實(shí)施方案中,圖6中觀察到的差別很可能注意不到或者根本就不存在。中唇60b和下游模唇60c之間的臺(tái)階發(fā)生在非常重要的界面區(qū)域中,在該區(qū)域中兩種流體匯聚在下游加料間隙54處。因此,本發(fā)明的重要方面是能夠產(chǎn)生特定中唇60b和下游模唇60c的幾何形狀的設(shè)計(jì)過程,設(shè)計(jì)內(nèi)容包括該區(qū)域內(nèi)每一個(gè)模唇的長(zhǎng)度。下面將結(jié)合圖7對(duì)這些進(jìn)行詳述。
最后在圖6中應(yīng)當(dāng)注意模唇60相互平行,換句話說,模唇60都處于平行平面上。但是,本發(fā)明的原理并不限于這樣的設(shè)計(jì)考慮。例如,模唇60相互之間可以有一個(gè)角度或相互傾斜,下面將結(jié)合圖7對(duì)此詳述。另外,其他各種幾何形狀的模唇和影響壓力梯度的方法也在本發(fā)明的原理范圍內(nèi)。
參看圖7,該圖示出界面區(qū)域的特寫圖,如同圖4所概述的那樣。該圖示出頂層流體56和底層流體58之間完整的界面。每一層的流動(dòng)及其各自的方向都用一系列箭頭表示。因此,所示的兩層顯示出穩(wěn)定的二維流動(dòng),分離流線任選地位于穩(wěn)定點(diǎn)上。這將在交合網(wǎng)和下游網(wǎng)的橫截面厚度上生成均一的層。這種穩(wěn)定的二維流動(dòng)能夠產(chǎn)生良好的多層產(chǎn)品性能。
如上所述,為了得到這種穩(wěn)定的流動(dòng),重要的是要避免這兩層發(fā)生混合。在本發(fā)明的一個(gè)方面中,這可通過精確控制兩種流體的分離線來實(shí)現(xiàn)。如圖7所示,當(dāng)分離線與稱為穩(wěn)定點(diǎn)的中唇60b的下游角62吻合時(shí)能夠達(dá)到最好的涂覆結(jié)果。本發(fā)明包括調(diào)節(jié)流體中壓力梯度的方法,以將頂層流體的分離線銷定或鎖定在穩(wěn)定點(diǎn)62上。中唇60b下(具體來說是中唇60b的下游角62)的壓力梯度優(yōu)選不大于將造成中唇下產(chǎn)生回流的壓力梯度。因此,頂層的流體不具有侵入上游方向上底層涂覆間隙的趨勢(shì)。這種壓力狀況能夠?qū)⒎蛛x線固定在下游模唇下的穩(wěn)定點(diǎn)62上。
如上所述,在本發(fā)明的一個(gè)方面中這一優(yōu)點(diǎn)的取得是通過在下游方向上遠(yuǎn)離網(wǎng)22的模唇處設(shè)置臺(tái)階。該臺(tái)階在圖7中示為A。該臺(tái)階的大小范圍可以是很寬的優(yōu)化給定的一系列涂覆條件的范圍。但是,A的大小優(yōu)選為0-100微米,更優(yōu)選0-30微米,當(dāng)涂覆多層脫模系統(tǒng)時(shí)最好接近零。
但是同時(shí)如上所述,為了得到本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn),這些模唇相對(duì)于網(wǎng)22的位置必須合適以得到適當(dāng)?shù)耐扛查g隙。例如,如圖5d所示,如果底層涂覆間隙(c.g.b)大于膜厚度(f.t.b)的三倍,則就在界面區(qū)域的上游會(huì)形成大的壓力梯度。因此,會(huì)產(chǎn)生負(fù)的速度曲線,在中唇60b下的底層中造成回流。這種回流會(huì)拖拉頂層上游,使其遠(yuǎn)離穩(wěn)定點(diǎn)62。這種情況示于圖8,這種情況具有上述所有缺點(diǎn)。另一方面,如果底層涂覆間隙小于膜厚度(f.t.b)的二倍,則雖然能夠產(chǎn)生所需的負(fù)壓力梯度,但壓力梯度太高,這樣會(huì)造成上游泄漏、高的剪切率等。因此,應(yīng)當(dāng)優(yōu)選使底層涂覆間隙保持在膜厚度的約2-3倍。
另外,下游模唇60c下的涂覆間隙(c.g.t)應(yīng)當(dāng)是總膜厚度(f.t.t)的1-3倍。同樣,如果太大,則將如圖9所示,下游模唇下的壓力梯度將大到足以使分離線移入下游加料間隙內(nèi)并在該加料間隙上游壁上的某一點(diǎn)處與中唇分離的程度。這種流動(dòng)狀態(tài)會(huì)在底層中產(chǎn)生閉環(huán)回流并產(chǎn)生膜缺陷。因此,為了精確地控制壓力梯度,有許多需要對(duì)這些參數(shù)認(rèn)真地進(jìn)行平衡的地方。
參看圖7,應(yīng)當(dāng)注意在朝向網(wǎng)22的方向上,上游模唇60a相對(duì)于中唇60b也有一個(gè)向上的臺(tái)階。這也有減小涂覆間隙和增加上游壓力梯度的作用。這種狀況有助于封閉模唇下的液珠42。下述基本原理實(shí)際上決定了這種涂覆間隙。沿該區(qū)域形成的壓力降必須與通過沿流體下游部分的流體的壓力降和在液體下游與上游界面處周圍大氣壓所產(chǎn)生的壓力差之和相匹配。因此可以用上游模唇60a下的涂覆間隙平衡這些壓力。我們發(fā)現(xiàn)0-100微米的小臺(tái)階(在圖7中示為B)是合適的。
另外,因?yàn)樵摲椒ň哂忻舾行?,所以?yīng)當(dāng)意識(shí)到還應(yīng)當(dāng)認(rèn)真調(diào)節(jié)上游模唇60a和下游模唇60c之間的總臺(tái)階(即,A+B)。因此,我們發(fā)現(xiàn)0-0.008英寸的總臺(tái)階是有利的。另外,還應(yīng)當(dāng)小心使加料間隙大小保持不大于通過該間隙加入的濕膜厚度的約5倍。如果該間隙過大,則如圖13所示,加料間隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生回流。因此,這些尺寸(圖7中的C和D)每一個(gè)都可以在25-400微米的范圍內(nèi)變化。
本發(fā)明另一個(gè)重要的有助于保持合適的涂覆間隙和縮小剪切率的方面是模唇長(zhǎng)度。如圖7所示,下游模唇60c(Ld)的長(zhǎng)度可以是0.1-3.0毫米,優(yōu)選約0.8-1.2毫米。但是,應(yīng)當(dāng)減小該模唇的長(zhǎng)度以減小多層膜的剪切力,這種剪切力會(huì)導(dǎo)致三維流動(dòng)及形成不均一的膜。中唇60b(Lm)的長(zhǎng)度可以是0.1-3.0毫米,優(yōu)選約0.3-0.7毫米。應(yīng)當(dāng)減小該模唇的長(zhǎng)度以降低上游部分受到模具迎角變化的影響時(shí)使涂覆間隙接近膜厚度的3倍的可能性。但是,該模唇又必須足夠長(zhǎng)以使底層流動(dòng)能夠形成線性流動(dòng)。最后,上游模唇60a的長(zhǎng)度不是很關(guān)鍵,因?yàn)檠卦撃4降牧黧w很少。但是,這個(gè)區(qū)域長(zhǎng)度的增加有助于封閉該流體。
如上所述,為了生成收斂的下游模唇60c,可以將模具20相對(duì)于網(wǎng)22的迎角設(shè)為一個(gè)小的負(fù)值。因此,圖6示出相對(duì)于網(wǎng)22順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)負(fù)迎角(α)的本發(fā)明的多層模具20。因此,我們發(fā)現(xiàn)0至-5度的迎角適用于本發(fā)明。還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到這個(gè)迎角能夠變化所有模唇上游邊處的涂覆間隙,從而影響本發(fā)明的壓力梯度調(diào)節(jié)器的性能。因此,即使使下游邊處的涂覆間隙保持為合適大小(這取決于模具長(zhǎng)度并應(yīng)當(dāng)考慮軋輥26的曲率)時(shí),模唇上游邊處的涂覆間隙也可能大于所需值,使操作處于操作窗口之外。因此,模唇越長(zhǎng)、迎角負(fù)值越大,涂覆條件超出操作窗口的可能性越大。這種狀況示于圖11,該圖示出中唇和下游模唇下的回流。
因此,在本發(fā)明的另一方面中,為了降低這些效應(yīng),模具20的上游和下游模唇可以傾斜。因此,例如,如果如圖7所示以角度γ傾斜下游模唇60c,則可能不需要將模具20旋轉(zhuǎn)一個(gè)負(fù)迎角。這就允許對(duì)沿下游模唇的涂覆間隙(c.g.t)進(jìn)行較大控制。同樣如圖所示,下游模唇60c收斂性傾斜時(shí),中唇60b優(yōu)選保持平面。再者, 在不調(diào)節(jié)迎角的情況下,可以認(rèn)真控制這個(gè)重要的中唇60b的涂覆間隙(c.g.b)。即,涂覆間隙(c.g.b)不大可能超過膜厚度(f.t.b)的3倍,特別是中唇60b的上游邊處。但是還應(yīng)當(dāng)注意到如上面結(jié)合圖7所討論的那樣,中唇和下游模唇之間的臺(tái)階仍然存在。
同樣,如圖7所示通過分開一定角度的方式傾斜上游模唇60a可以得到某些優(yōu)點(diǎn)??梢杂眠@個(gè)分角封閉液珠42和調(diào)節(jié)橫穿液珠的壓力降。因此,我們發(fā)現(xiàn)下游模唇60c傾斜0-5度是合適的,優(yōu)選傾斜0-2度。如上所述,這些傾斜能夠改進(jìn)涂覆過程的優(yōu)化,增加操作窗口的大小,降低涂覆時(shí)所要求的精確度。
設(shè)計(jì)過程在給定系列涂覆和液體參數(shù)的情況下設(shè)計(jì)模唇幾何形狀時(shí),可能會(huì)有任意特定序列的分析或計(jì)算。一種方法是從下游模唇開始移向上游,在該過程中計(jì)算每一個(gè)涂覆間隙和模唇長(zhǎng)度。
開始時(shí)必須確定各個(gè)層的濕膜厚度。一般來說,每一層的干膜厚度可以通過用已知的涂覆重量(如g/m2)、固體份數(shù)(固體在液體中的百分?jǐn)?shù))、液體制劑的密度和粘度表示的產(chǎn)品說明書得到。因此,為了得到濕膜厚度,將涂覆重量除以固體份數(shù)與密度的乘積。然后可以根據(jù)上面設(shè)定的范圍和大小用該數(shù)值計(jì)算模具內(nèi)所有的涂覆和加料間隙。也可以根據(jù)本發(fā)明的方法計(jì)算模唇長(zhǎng)度和傾斜角(或迎角)以優(yōu)化涂覆操作。
從下游模唇的下游邊處開始時(shí),可以將涂覆間隙一次性設(shè)定為總濕膜厚度。在該值下應(yīng)當(dāng)能夠得到行進(jìn)網(wǎng)意義上的足夠大的負(fù)壓力梯度,這樣就能夠得到光滑的膜表面性能。然后如上所述設(shè)計(jì)模唇長(zhǎng)度。
無(wú)論模唇是否傾斜或者無(wú)論在模具上是否應(yīng)用負(fù)迎角,模唇在網(wǎng)行進(jìn)方向上都應(yīng)當(dāng)收斂。已知下游模唇迎角和長(zhǎng)度后,可以計(jì)算該模唇上游部分處的涂覆間隙,以確保使其落在可接受范圍內(nèi)。
在設(shè)計(jì)下游模唇時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮迎角和傾斜的關(guān)系。如上所述,傾斜通常是有利的,因?yàn)檫@實(shí)際上消除了和迎角相關(guān)的負(fù)面平衡方案。但是,傾斜的模唇比平面模唇難以加工,因此,要犧牲一些精度。還有增加成本方面的考慮。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向中唇,如上所述,該下游區(qū)域處的涂覆間隙很關(guān)鍵。應(yīng)當(dāng)使其保持在底層膜厚度的約2-3倍,并且這個(gè)正值不能過大,以免造成該模唇下的回流。應(yīng)當(dāng)減小該模唇長(zhǎng)度以降低在模具上應(yīng)用迎角時(shí)形成過大正值的涂覆間隙的可能性,但也不能小到不能形成線性流動(dòng)的程度。
沿液珠的壓力降決定上游模唇的設(shè)計(jì)。任何足以封閉液珠的設(shè)計(jì)都是可以的。岔分傾斜是優(yōu)選的,因?yàn)閴毫惦S沿液珠的距離呈平方關(guān)系變化。這意味著相對(duì)于擾動(dòng)來說液珠上游彎月面的位置更易于控制。
一旦確定了模唇長(zhǎng)度和角度并計(jì)算出所需的涂覆間隙,就可以將模具的各個(gè)部分組裝在一起。這可以用襯墊料等公知技術(shù)完成。但是,正確地將模唇的臺(tái)階相互定位也是重要的。還必須通過正確定位模具成形段形成加料間隙。為了避免回流,加料間隙不能過寬。最后,模具可以設(shè)定一個(gè)起始迎角,這可由上述的計(jì)算方法或形成涂覆窗口所決定,下面將對(duì)涂覆窗口進(jìn)行討論。
涂覆窗口如果考慮到必要性或需要性,則要確定由此設(shè)計(jì)和建構(gòu)的模具的各種操作參數(shù)的范圍。這一般可通過實(shí)驗(yàn)性地在網(wǎng)上涂覆各種生產(chǎn)中使用的液體樣品并逐步調(diào)節(jié)迎角和涂覆間隙來完成。還可以涂覆不同粘度的液體。得到的信息可以用“涂覆窗口”表示,“涂覆窗口”表示能夠得到好的涂覆結(jié)果的參數(shù)區(qū)域。
圖14示出以給定網(wǎng)速涂覆的多層結(jié)構(gòu)的一般涂覆窗口。如圖所示,涂覆間隙和迎角的各個(gè)點(diǎn)繪出涂覆窗口的邊界。在該窗口外,在圖上可注意到發(fā)生了涂覆缺陷。因此明確地說應(yīng)當(dāng)使操作保持在涂覆窗口內(nèi)。
應(yīng)當(dāng)注意到更大的負(fù)迎角通常導(dǎo)致更小的下游涂覆間隙,這是因?yàn)槟>呦鄬?duì)于網(wǎng)發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。在圖14中,較小的負(fù)迎角(網(wǎng)行進(jìn)方向上收斂性小)表示較大的下游涂覆間隙。因此,根據(jù)本發(fā)明的另一方面,需要嘗試將涂覆操作保持在有更大的下游模唇涂覆間隙發(fā)生并且迎角剛剛足以避免剝離缺陷發(fā)生的涂覆窗口內(nèi)。這些區(qū)域內(nèi)的操作能夠減小剪切應(yīng)力的升高,剪切應(yīng)力的升高會(huì)導(dǎo)致涂覆質(zhì)量差。但是又必須使涂覆間隙足以避免中唇下的回流。
這些區(qū)域包括涂覆窗口的子集,該子集稱為“質(zhì)量窗口”,在該窗口內(nèi)涂覆質(zhì)量最好。另外,從另一方面講需要較大的涂覆間隙(但不是可能造成過大正壓力梯度的那些涂覆間隙),因?yàn)槊撃D軌蚪档脱匾褐榈膲毫担⑶以谏嫌螐澰旅嫣幰子诜忾],能夠使?jié)B入網(wǎng)內(nèi)的涂覆量更小。
這種平衡具有更大的擾動(dòng)方面的危險(xiǎn)。即,在質(zhì)量窗口內(nèi),特別是迎角較小時(shí),操作在接近缺陷(例如,圖14中的“剝離”)邊界處發(fā)生。擾動(dòng)能夠使涂覆狀態(tài)至少在一定期間內(nèi)處于涂覆窗口外,從而生成有缺陷的產(chǎn)品。因此,最好選擇一個(gè)操作點(diǎn),該點(diǎn)位于質(zhì)量窗口內(nèi),同時(shí)又離缺陷邊界足夠遠(yuǎn),這樣,一般的擾動(dòng)不能使操作處于涂覆窗口外。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到可以存在包括其它參數(shù)座標(biāo)的涂覆窗口。例如,一般可將網(wǎng)速和層厚度比繪成座標(biāo)圖。為了確定涂覆窗口及其內(nèi)部的質(zhì)量窗口,可以將兩個(gè)或三個(gè)相關(guān)的涂覆參數(shù)組合繪成座標(biāo)圖。真空輔助涂覆我們發(fā)現(xiàn)在鄰近液珠和涂覆液珠寬度上面的上游處應(yīng)用均勻的真空度有助于形成穩(wěn)定的涂覆狀態(tài)。另外,可以通過施加真空擴(kuò)大涂覆窗口,從而增加涂覆操作的容易程度和效率。有利的是,涂覆間隙的增加能夠使?jié)B入基底表面的涂覆材料量減少,例如硅酮滲入紙表面的量減少。
參照?qǐng)D19A-C可以從概念上描述真空輔助涂覆。參看圖19A,該圖是在紙基底120上涂覆層110的單層模具100的示意性原理圖。為了促進(jìn)穩(wěn)定涂覆,根據(jù)上述原理選擇涂覆間隙以產(chǎn)生合適的壓力梯度。模具100下面的座標(biāo)圖是模具下面和模具100直接下游處的壓力梯度。應(yīng)當(dāng)注意壓力峰值正好在模具100的狹槽下面,然后迅速減小,在模具100的下游點(diǎn)處減小到大氣壓。在圖19A的示意圖中,模具100下面的壓力很大,這就迫使層110的一部分112進(jìn)入紙120。這是不希望的,因?yàn)楸黄冗M(jìn)入紙中的材料對(duì)層的所需性能沒有貢獻(xiàn)。例如,當(dāng)層110是硅酮時(shí),112部分無(wú)助于脫模性能,因此將造成浪費(fèi)。
為了降低模具100下面的壓力,可以增加模具和紙之間的涂覆間隙。這種情況示于圖19B,從該圖可以觀察到模具100的模唇和紙120的表面之間的涂覆間隙從間隙135增加到間隙136。模具的示意圖下面的座標(biāo)圖是模具下面和模具直接下游處的壓力梯度。正如預(yù)料的那樣,增加涂覆間隙產(chǎn)生的壓力梯度使模具100的壓力減小。因此,涂層110中被迫進(jìn)入紙中的112部分大大少于圖19A中觀察到的量。但是,較大的間隙136使模具100的狹槽的上游涂覆液珠不穩(wěn)定。這可導(dǎo)致涂覆缺陷,對(duì)涂覆效率產(chǎn)生有害影響。
真空輔助涂覆的優(yōu)點(diǎn)示于圖19C,通過在模具100的直接上游處應(yīng)用真空可以重新建立涂覆液珠的穩(wěn)定狀態(tài)。這可通過使用帶有開孔155的真空箱150進(jìn)行。真空箱150的寬度優(yōu)選等于或大于模具100的交合網(wǎng)寬度。開孔155至少也沿模具100的寬度延伸。開孔155位于上游且鄰接涂覆液珠,用于增加模具下面的壓力梯度直到建立起穩(wěn)定的涂覆狀態(tài)。但是,較大的間隙會(huì)減少被迫進(jìn)入紙表面120中的涂覆材料量。因此,使用真空箱150時(shí)可以使用較大的涂覆間隙136涂覆層110,進(jìn)入紙120中的112部分的涂覆材料浪費(fèi)很少。真空輔助涂覆最適用于低粘度液體涂覆,這種涂覆對(duì)真空輔助涂覆的反應(yīng)更強(qiáng)。
參看圖20,該圖示出用在本發(fā)明的真空輔助涂覆實(shí)施方案中的一種真空箱的一個(gè)實(shí)施方案的橫截面。真空箱200包括主體210,側(cè)板220、葉片230、真空管240和裝配架250。主體210的組合寬度優(yōu)選等于或大于涂覆模具的狹槽寬度。側(cè)板220連接在主體210上形成顯著的液封,該液封能夠保持真空箱200的罩體內(nèi)的真空度。主體210和側(cè)板220在其中定義了一個(gè)腔室225。腔室225與開孔260流體相通,這樣就可以利用腔室內(nèi)的真空,使真空箱260通過開孔260向外界環(huán)境產(chǎn)生一種真空力。
如圖20所示,葉片230還可以插入真空箱200中。葉片230優(yōu)選有一個(gè)傾斜的底邊235。在一個(gè)實(shí)施方案中,真空通過真空管240導(dǎo)入腔室225,真空管240沿真空箱200的寬度方向在腔室225中延伸。真空管240與真空源(未示出)流體相通。真空源可以是傳統(tǒng)上已知的真空源,如真空泵、文丘里管等。真空源優(yōu)選至少能夠產(chǎn)生1-250cmH2O、更優(yōu)選25-200cmH2O、最優(yōu)選至少50-75cmH2O的真空度。在該實(shí)施方案中,在開孔260的相對(duì)一側(cè)沿真空管240鉆孔,使管240中的真空能夠在腔室225中產(chǎn)生真空,并因此而通過開孔260。然后可以將開孔260置于涂覆液珠的上游并鄰接涂覆液珠,從而影響涂覆流體所產(chǎn)生的壓力梯度。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到可以使用許多其它的實(shí)施方案形成適用于輔助涂覆的真空箱。
生產(chǎn)實(shí)施例將根據(jù)上述方法制備的寬24英寸的真空箱進(jìn)行改裝,在該箱寬度上有七個(gè)位置能夠測(cè)定涂覆液珠處的真空度。通過離線測(cè)試來證明真空箱寬度方向上的真空均一性。測(cè)得的真空箱寬度方向上的真空可變性是對(duì)于所有可變條件下的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于25mm水柱(2.5x10-4巴)。
在沒有真空輔助的情況下用AT-70紙產(chǎn)生涂覆窗口,在發(fā)生震蕩缺陷前建立最大的涂覆間隙。單層涂覆材料由硅酮和SBR組成,固體濃度為35%,Si與SBR的比為40∶60。模具迎角設(shè)定為-2.0°,涂覆速度設(shè)定為30m/min。涂覆的目標(biāo)重量是1.5gsm的干燥硅酮。沒有使用真空的情況下涂覆間隙是74微米。在該涂覆間隙下液珠是穩(wěn)定的,沒有觀察到振蕩和鑒別織物纖維染色劑的情況。我們觀察到大于74微米的涂覆間隙會(huì)造成涂覆缺陷。
為了確定真空對(duì)振蕩的影響,將間隙增大的同時(shí)增加真空度。調(diào)節(jié)真空葉片和真空度使振動(dòng)的涂覆缺陷完全消除,以此建立涂覆窗口。結(jié)果是有了好的涂覆質(zhì)量,鑒別織物纖維染色劑方面情況良好(沒有針孔),這表示涂覆效果得以改進(jìn)。涂覆間隙增加到70-100μm。模具迎角(AOA)是-2.0°,真空度是25.6cmH2O(0.0251巴)。后來在-4.0°AOA下的研究證明增大涂覆間隙的范圍是可能的。另外,在真空輔助下生產(chǎn)涂覆質(zhì)量好和鑒別織物纖維染色劑方面情況良好的樣品的速度可高達(dá)90m/min。
幕涂本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)可以用幕涂技術(shù)形成多層脫模表面,其中支撐層和脫模層基本上同時(shí)涂覆。正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知道的那樣,在幕涂中,液體薄片從一個(gè)設(shè)備如模具中擠出,自由下落一段距離,直到撞擊在要涂覆的移動(dòng)基底上。液體薄片撞擊基底表面,如果正確控制涂覆條件,則能夠在其上形成涂層。通過形成從幕涂設(shè)備中擠出的多層液體薄片可以用幕涂法涂覆多層。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以參看Kistler等人的″Liquid Film Coating″,Chapman&Hall出版,London(1997),此處引入該專利作為參考,該文獻(xiàn)公開了多層幕涂技術(shù)。還可以參看Kistler,S.F.的″The Fluid Mechanics of Certain Coating and Related Viscous FreeSurface Flows with Contact Lines,″Doctoral Thesis,University ofMinnesota,1983.11。
對(duì)于多層脫模表面,幕涂法與上述雙模涂覆機(jī)相比有一些優(yōu)點(diǎn)。首先,在幕涂法中,液體薄片從模具到基底運(yùn)行的距離可以比雙模涂覆中模具與基底之間的間隙大數(shù)百倍。因此,幕涂法不要求雙模涂覆中所必需的對(duì)涂覆間隙的精確控制。因此,經(jīng)驗(yàn)較少的操作員能夠/可以成功地幕涂多層脫模表面,涂覆效率也更高。事實(shí)上,在某些涂覆中間隙在5cm-50cm之間變化很正常。第二,從其本性上講,幕涂法的流體力學(xué)要求一種流體必須超過其流動(dòng)下限,即,為了保持幕布的整體性必須有一個(gè)最小體積(m/min)。涂層厚度和涂覆速度是耦合的,這一點(diǎn)易于理解。為了保持幕布的整體性,要將涂層厚度從30μm減小到25μm,必須將涂覆速度提高30/25倍(補(bǔ)償線速度)。這就能夠解釋為什么認(rèn)為幕涂是高速涂覆工藝。因此,用幕涂技術(shù)可以比用雙模技術(shù)更快地形成多層脫模表面。
可以用本發(fā)明幕涂的支撐層、脫模層和基底如上所述。但是我們觀察到當(dāng)構(gòu)成多層薄片的各個(gè)液體層的動(dòng)表面張力大致相同時(shí)易于得到穩(wěn)定的多層液體薄片。當(dāng)動(dòng)態(tài)表面張力相差太大時(shí),幕布在接觸下面的移動(dòng)網(wǎng)之前就可能分裂。為了減小或克服與表面張力差相關(guān)的問題,可以用表面活性劑優(yōu)化本發(fā)明的幕涂工藝。在一些情況下,加入表面活性劑并不足以形成穩(wěn)定的幕布。對(duì)于這些類型的材料,一般可以用上述雙模涂覆技術(shù)形成多層脫模表面,因?yàn)殡p模與基底的距離很近,所以表面張力的影響就小得多。
參看圖21,該圖是可以用于幕涂多層脫模表面的滑動(dòng)涂覆機(jī)300的示意性橫截面圖?;瑒?dòng)涂覆機(jī)300包括上部固體部分302、中部固體部分304和下部固體部分306。這些固體部分定義了模具外表面。固體部分302、304和306可以用任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的用于形成精確模具的材料制成,如不銹鋼、316不銹鋼、15-5HP鋼及其它用于制備模具的不可腐蝕的金屬。這些固體部分的大小可以隨特定的涂覆需要而變化。但是,固體部分302、304和306的寬度至少應(yīng)當(dāng)能夠提供要涂覆在基底上的液體薄片所需寬度的狹槽。另外,如果需要在基底的側(cè)邊之間涂覆整個(gè)基底,則使用的模具應(yīng)當(dāng)足夠?qū)挘阅芴峁┍然讓挼莫M槽。我們發(fā)現(xiàn)一系列特定的能夠成功地涂覆多層脫模結(jié)構(gòu)的尺寸,這些尺寸示于圖21??梢杂帽绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的方法如體栓法將固體部分302、304和306結(jié)合在一起。
上部固體部分302和中部固體部分304之間形成第一個(gè)水平或傾斜的狹槽330。傾斜狹槽能夠防止模具內(nèi)捕獲氣穴,氣穴有沿計(jì)量流體產(chǎn)生氣泡的危險(xiǎn),氣泡將導(dǎo)致幕布破裂和/或產(chǎn)生橢圓體涂覆缺陷。狹槽330與歧管310流體相通,流經(jīng)供應(yīng)管325并進(jìn)入歧管310的流體將進(jìn)入狹槽330,并作為第一層從模具300中沿工作面滑動(dòng)部分315擠出/計(jì)量。中部固體部分304和下部固體部分306之間形成第一個(gè)水平(或傾斜)的狹槽340。狹槽340與歧管320流體相通,流經(jīng)供應(yīng)管326并進(jìn)入歧管320的流體將進(jìn)入狹槽340,并作為第二層沿工作面滑動(dòng)部分315擠出/計(jì)量。歧管310和320橫穿滑動(dòng)涂覆機(jī)300延伸到加料狹槽330和340。歧管310和320優(yōu)選從滑動(dòng)涂覆機(jī)300的中心向其側(cè)邊方向上有一個(gè)向下的斜坡(即,淺的倒V型),用于促進(jìn)流體沿歧管長(zhǎng)度方向上的流動(dòng)。
正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的那樣,流經(jīng)狹槽如狹槽330和340的流體進(jìn)行拋物線流動(dòng)。當(dāng)流體從狹槽330和340擠出/計(jì)量后穿過模具面滑動(dòng)時(shí)流體的流動(dòng)從拋物線流變?yōu)榘霋佄锞€流。一旦流體的流動(dòng)變?yōu)榘霋佄锞€,則該流體就能夠形成本申請(qǐng)中所述的多層液體薄片。
第一層和第二層在狹槽340處相遇,形成用于要涂覆的多層液體薄片。狹槽330計(jì)量的流體在狹槽340計(jì)量的流體上面流動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,狹槽330和340基本上是平行的。盡管成功進(jìn)行幕涂并不一定要將這些狹槽平行排列。在這些固體部分之間可以插入/使用墊片350或其它手段以調(diào)節(jié)狹槽330和340的大小。幕涂法中使用的狹槽可以根據(jù)成功地建立多層幕布的需要而改變其開孔。適用于滑動(dòng)涂覆機(jī)250狹槽的開孔是200-1000微米,優(yōu)選300-600微米。狹槽330和340之間沿工作面315的距離稱為“滑動(dòng)距離”,該距離應(yīng)當(dāng)足以使流體的流動(dòng)從拋物線流變?yōu)榘霋佄锞€流。對(duì)于滑動(dòng)涂覆機(jī)300來說,該滑動(dòng)長(zhǎng)度約為60mm。根據(jù)涂覆材料的不同,這些狹槽之間的滑動(dòng)距離是10-100mm時(shí)是合適的。應(yīng)當(dāng)避免使這些狹槽之間的距離過長(zhǎng),以避免產(chǎn)生使流體不穩(wěn)定的可能性。一般來說,滑動(dòng)距離應(yīng)當(dāng)約為滑動(dòng)塊上流體層厚度的5-20倍。
盡管圖中所示的模具300只有兩個(gè)狹槽,但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到可以用本申請(qǐng)的教導(dǎo)形成有三個(gè)或更多個(gè)狹槽的模具。例如,可以在上部固定部分302中形成一個(gè)歧管,在其上施加一個(gè)蓋罩部分就可形成用于擠出附加流體層的第三個(gè)狹槽(圖中未示出)。
如圖21所示,工作面315和下部固體部分306的底面之間的角度是45°。對(duì)于涂覆特定的多層脫模材料來說,為了優(yōu)化幕涂工藝可以變化這個(gè)角度。一般來說,涂覆材料的粘度越大,模具表面需要的傾角越大。對(duì)于包括涂覆在SBR支撐層內(nèi)的含硅酮脫模層的硅酮脫模系統(tǒng)來說,傾角可以平均在10-60°內(nèi)變化,優(yōu)選20-45°。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到這些范圍以外的傾角也可以工作,但有時(shí)候效果不好。
為了優(yōu)化幕涂條件,優(yōu)選對(duì)滑動(dòng)涂覆機(jī)300的模唇365的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果沒有改動(dòng),則流向模唇365的流體可能移動(dòng)到下部固體部分306下面,使穩(wěn)定的幕布流體中斷。為了對(duì)此進(jìn)行校正,在下部固體部分306的底面上安裝一個(gè)滑架370?;?70以比工作面315更尖銳的角度向下彎曲以形成更穩(wěn)定的幕布。在滑架370的下面形成具有銳角傾斜度的底邊375以防止離開滑架370邊線的液體薄片材料流到滑架370下面。滑架370的正面和背面之間形成的角度可以變化,優(yōu)選在0-35°內(nèi)變化。
在使用時(shí),當(dāng)液體從滑架370落下時(shí),模具300產(chǎn)生有兩個(gè)層的液體薄片。傳統(tǒng)上的基底是移動(dòng)紙網(wǎng),首先在歧管下行進(jìn),然后再離開滑架375。因此,狹槽330計(jì)量的液體形成第一個(gè)也是最上面的層。然后對(duì)于多層脫模表面來說狹槽330開始計(jì)量上述含硅酮的組合物。通過狹槽340計(jì)量的液體形成第二層。當(dāng)?shù)谝粚恿鬟^狹槽340時(shí)第一層將第二層覆蓋。對(duì)于多層脫模表面來說,第二層是用上述的支撐層材料形成的。
如圖21所示,上部固體部分302、中部固體部分304和下部固體部分306結(jié)合在一起形成一個(gè)平面工作面。在一個(gè)替代性實(shí)施方案中,可以調(diào)節(jié)中部固體部分304,使其突出到工作面315外,突出的長(zhǎng)度等于狹槽340形成的層厚。通過這樣的調(diào)節(jié)可以使狹槽330形成的層直接流到狹槽340形成的層上面,這樣就減小了這兩個(gè)層在相遇處產(chǎn)生不希望的界面效應(yīng)的機(jī)會(huì)。
如果在涂覆模具中結(jié)合使用導(dǎo)邊器,則幕涂效率會(huì)大大提高。導(dǎo)邊器是條棒或壓桿,從模具狹槽的側(cè)邊延伸到幾乎與下面的移動(dòng)網(wǎng)表面相接觸。導(dǎo)邊器為多層液體薄片的側(cè)邊提供一個(gè)在其上流動(dòng)的表面。如果沒有這樣一個(gè)表面,則幕布可能向里塌陷。因此,導(dǎo)邊器能夠促進(jìn)穩(wěn)定幕涂。為了達(dá)到本發(fā)明的目的,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的許多不同類型的導(dǎo)邊器都是合適的。一個(gè)例子是Bachofen+Meier AG,Bulach,Germany以Seitenblech zur Duse銷售的導(dǎo)邊器。其它合適的導(dǎo)邊器包括在許多授權(quán)的美國(guó)專利中所述的那些導(dǎo)邊器,如美國(guó)專利5976251,此處引入該專利作為參考。
可以用一個(gè)計(jì)量泵(或多個(gè)泵)將形成兩層的流體泵入滑動(dòng)涂覆機(jī)300的歧管。優(yōu)選的計(jì)量泵是無(wú)脈沖和精確的泵,如Zenith以C9000、WaukeshaUniversal 15系列銷售的那些計(jì)量泵,也可以使用其它合適的計(jì)量泵。調(diào)節(jié)計(jì)量泵使其提供涂覆時(shí)需要的流速,以為歧管和狹槽330和340供應(yīng)穩(wěn)定的物流。根據(jù)具體的工藝條件、流體流變學(xué)和模具的設(shè)計(jì),并根據(jù)涂覆液體的粘度,歧管內(nèi)的流體壓力可以在0.15-10psi之間變化。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到為了建立穩(wěn)定的流動(dòng),流體的粘度越高,如固體含量高的液體,需要的壓力越高。
材料的流速由網(wǎng)速和設(shè)計(jì)的涂層厚度決定。建立穩(wěn)定的幕布一般需要的最小流速為6L/(m.min)或更小。最大流速由線速和要求的涂層厚度所決定,可以超過30L/(m.min)。在這些極值范圍內(nèi),可以調(diào)節(jié)網(wǎng)速以得到需要的涂層厚度,這對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是公知的。
對(duì)于幕涂法,在模具下面移動(dòng)的網(wǎng)一般以最小是1.0m/s或更小,最大是20m/s或更大的速度行進(jìn)。這將在接近向下落液體幕布移動(dòng)的網(wǎng)表面處產(chǎn)生很大的氣壓。為了防止這種移動(dòng)氣體破壞幕布,應(yīng)當(dāng)使用空氣屏蔽。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)一種和有機(jī)玻璃附在一起的寬度大于基底寬度、高為120mm的軟橡膠材料就足夠了,但是可以使用其它更好的設(shè)備??諝馄帘挝挥谀徊己竺?.0cm(實(shí)際應(yīng)用中可能更小)至10cm處??梢杂镁哂羞m宜厚度和硬挺度的塑料材料使由移動(dòng)基底導(dǎo)入的空氣薄層遠(yuǎn)離液體幕布。軟橡膠材料與網(wǎng)非常輕/充分地接觸。其它設(shè)計(jì)方案可以包括美國(guó)專利5224996中公開的那些方案,此處引入該專利全文作為參考。
另一個(gè)要控制的重要變量是涂覆流體中的空氣含量。幕布中的氣泡會(huì)短暫地破壞幕布,極大地降低涂覆效率。因此,幕涂用的流體在泵入幕涂模具之前應(yīng)當(dāng)脫氣。任何已知的脫氣方法都是可以接受的。例如,一種合適的設(shè)備是Cornell Machine,Springfield,New Jersey銷售的Versator。還可以使用其它脫氣方法, 如使用Fryma AG,Rheinfelder,Switzerland銷售的那些設(shè)備或薄膜蒸發(fā)器。
還可以使用不同設(shè)計(jì)方案的模具幕涂本發(fā)明的多層脫模結(jié)構(gòu),這一定應(yīng)當(dāng)易于理解。例如,Kistler等人的″Liquid Film Coating″中描述了幾種不同設(shè)計(jì)方案的經(jīng)過改裝可用于涂覆多層脫模表面的幕涂模具。這些替代性設(shè)計(jì)方案包括倒狹槽-加料型幕涂模具(Kistler等人,圖11c.4)、反式滑動(dòng)型幕涂模具(Kistler等人,圖11c.5)、滑動(dòng)加料型幕涂模具(Kistler,圖11c.3)和結(jié)合滑動(dòng)-加料幕涂模具(Kistler等人,圖11c.6)。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在這些不同類型的涂覆機(jī)中,如果使用滑動(dòng)型涂覆機(jī)則更易于優(yōu)化涂覆工藝。
生產(chǎn)實(shí)施例下面用幕涂技術(shù)生產(chǎn)多層脫模表面。脫模層由硅酮/SBR混合物形成,硅酮與SBR的比為30∶70,未稀釋的固體濃度為50%。脫模支撐層的涂覆重量是6g/m2,脫模層的涂覆重量是4g/m2。流速為7L/(m.min)。用類似于上述的幕涂模具在Data-70紙上基本上同時(shí)涂覆每一層。將模具安裝在中試涂覆機(jī)上。涂覆網(wǎng)速是350m/min。將鎢絲置于網(wǎng)下,其位置是幕布撞擊基底處。在涂覆操作過程中施加25Kv的電壓差。這種能夠銷定流體和移動(dòng)基底之間動(dòng)態(tài)接觸線的(附加)體積力有助于在更寬的操作窗口內(nèi)達(dá)到所要求的涂覆質(zhì)量。電壓差能夠使下落的多層液體撞擊網(wǎng)的力略微比重力產(chǎn)生的力大。圖22示出得到的多層脫模表面的橫截面的TEM。如圖22所示,脫模層和支撐層之間的邊界比用雙模涂覆產(chǎn)生的邊界清晰得多,具有較少的相鄰層的相互混合。因此,當(dāng)要求在支撐層和脫模層之間得到更清晰的邊界時(shí)可以使用幕涂技術(shù)。
檢修如上所述,在生產(chǎn)過程中會(huì)發(fā)生在膜中引入缺陷的振蕩或其它不正常情況。因此, 為了降低其程度和發(fā)生時(shí)間,盡快校正這些缺陷對(duì)于本發(fā)明的方法來說是有利的。如果可能,應(yīng)當(dāng)在涂覆過程中進(jìn)行這樣的“檢修”,這樣就不會(huì)使操作停止。
如上所述,最常見的一種缺陷情況是上游泄漏。如果在操作過程中發(fā)生上游泄漏,則可以增加涂覆間隙以降低沿液珠方向上的壓力降。也可以通過變化模具迎角以產(chǎn)生更大的下游涂覆間隙和更小的上游涂覆間隙(即,更小負(fù)值的迎角)來消除上游泄漏問題。也可以用其它方法如調(diào)節(jié)液體粘度的方法來控制上游泄漏。
另一種缺陷是“去濕”,如果在成膜區(qū)域中振蕩影響膜表面,則一個(gè)或多個(gè)層會(huì)從下面的層或基底上收縮,形成空穴??梢酝ㄟ^降低上面層的表面張力如在這些層中增加表面活性劑的方法校正這一情況。為了使成膜區(qū)域的液體的動(dòng)態(tài)表面張力保持在穩(wěn)定程度或穩(wěn)定程度以下還可以降低涂覆速度。
總之,本發(fā)明的方法在多層涂覆領(lǐng)域有突出的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解的是,不能用本申請(qǐng)中的例示或上述說明限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書確定,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行某些變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種制備多層脫模襯墊的方法,其包括提供雙模,所述雙模包括上游模唇、中唇和下游模唇、在上游模唇和中唇之間形成的第一間隙、以及在中唇和下游模唇之間形成的第二間隙;在襯背上從雙模的第一間隙沉積支撐層;和基本上同時(shí)在支撐層上沉積脫模層,所述脫模層包括在支撐層上來自雙模的第二間隙的硅酮,同時(shí)通過將分離線定位在雙模中唇的下游拐角處而在分離線處控制脫模層和支撐層之間界面處的流動(dòng),控制所述脫模層和支撐層之間界面處的流動(dòng)是為了獲得支撐層中來自脫模層的硅酮區(qū)域,所述硅酮區(qū)域足以將所述脫模層結(jié)合到所述支撐層上,并且是為了在整個(gè)多層脫模襯墊上定義基本上連續(xù)的脫模表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中較大濃度的硅酮以多點(diǎn)存在于更接近脫模表面的脫模層內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,超過50%的硅酮在脫模表面下2微米內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,超過70%的硅酮在脫模表面下2微米內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,硅酮分布與至少為70%的硅酮總含量是非線性關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,硅酮分布與至少為90%的硅酮總含量是非線性關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,下游模唇的長(zhǎng)度為0.1-3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法,其中,下游模唇的長(zhǎng)度為0.8-1.2mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,中唇的長(zhǎng)度為0.1-3mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法,其中,中唇的長(zhǎng)度為0.3-0.7mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,上游模唇的長(zhǎng)度為1.0-3.0mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法,其中,上游模唇的長(zhǎng)度為1.5-2.5mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,用于形成硅酮層的液體的粘度大于用于形成支撐層的液體的粘度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,用于形成硅酮層的液體的表面張力低于用于形成支撐層的液體的表面張力。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,襯背層選自機(jī)制紙、機(jī)械拋光紙、袋紙、砑光和非砑光粘土涂層紙、乳膠飽和紙、聚合物膜及它們的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,支撐層包括填料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中,填料選自乳膠、可交聯(lián)乳膠、水溶性聚合物、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、淀粉、乙烯乙酸乙烯酯、碳酸鈣的乳液或水分散液,丁苯乳膠、和丁苯橡膠化合物在水分散體中的乳液。
18.一種制備多層脫模襯墊的方法,其包括移動(dòng)基底接近雙模,所述雙模具有第一和第二間隙;將支撐層從第一間隙發(fā)送并發(fā)送至基底上;和將包含硅酮的脫模層從第二間隙發(fā)送并發(fā)送至支撐層上,以便所述脫模層定義基本上連續(xù)的、避開所述支撐層的脫模表面,將所述脫模層和支撐層發(fā)送在所述雙模處以獲得所述支撐層中來自脫模層的硅酮區(qū)域,所述硅酮區(qū)域足以將所述支撐層與脫模層結(jié)合并且以更接近所述脫模表面的多點(diǎn)提供較大濃度的硅酮。
19.一種制備多層脫模襯墊的方法,其包括移動(dòng)基底接近雙模,所述雙模具有第一和第二間隙;將支撐層從第一間隙發(fā)送并發(fā)送至基底上;和將包含硅酮的脫模層從第二間隙發(fā)送并發(fā)送至支撐層上,以便所述脫模層包括基本上連續(xù)的、避開所述支撐層的脫模表面,將所述脫模層和支撐層發(fā)送在所述雙模處,使得在所述支撐層中定義來自脫模層的硅酮區(qū)域,所述硅酮區(qū)域足以將所述支撐層與脫模層結(jié)合,并且使得超過50%的硅酮在脫模表面下2微米內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多層硅酮脫模表面,其包括襯背、襯背上面的支撐層和支撐層上面的硅酮層。多層脫模表面的各個(gè)層基本上是同時(shí)沉積的。例如,可以使用雙?;蚴褂媚煌考夹g(shù)進(jìn)行沉積。
文檔編號(hào)B05C9/06GK101091946SQ200710138119
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2001年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月22日
發(fā)明者蘇文晨, 劉吉·薩爾托爾, 蔡國(guó)立, 弗蘭克·嚴(yán)澤·石, 丹尼爾·邁耶, 史蒂芬·胡夫, 伯特·波杰爾, 郭洪杰, 阿德·范桑頓, 阿爾諾德·H·克特尼斯, 威廉姆·克賴, 阿德里安·休姆, 亞歷山大·揚(yáng)森, 羅伯特·喬爾迪克 申請(qǐng)人:艾弗里丹尼遜公司
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