用於生產片體顆粒的方法

2023-06-21 16:08:51

專利名稱：用於生產片體顆粒的方法
技術領域：
本發明涉及用於生產包括顆粒的薄膜的方法，特別地涉及用於生產薄的、明亮的 金屬葉片(leaf)顏料的連續方法。
背景技術：
金屬塗層用於裝璜和裝飾已有數千年。近來，金屬顏料作為表面塗層在商業上已 變得很重要。金屬塗覆的表面能產生美觀的，明亮的，金屬光潔面，比起很多其它表面或表 面塗層，其還能更好地抵抗環境狀況和風化。金屬例如金和銀的高成本，促進了用於表面塗 層的薄葉片產品的使用。薄葉片包括小於約2mm厚，典型地小於約0. 1mm厚的片材。例如， 金葉片可以小於約0.001mm厚。生產這樣的薄葉片可為困難的並且可包括將金屬錘鍛至合 適厚度。此方法所要求的勞動和金屬的延展性限制了這樣的薄葉片產品的可行性。歷史上， 薄葉片金屬塗層的消耗限於將其用於珠寶，瓷器，陶瓷和其它藝術品的用途。金屬葉片的替代包括含有薄金屬片體和幹性油的混合物。將該混合物施加至表面 並乾燥後，混合物可以類似於連續的金屬塗層。可以通過任何方便的方法生產金屬片體，包 括碾磨，衝壓，滾軋和研磨。可以在厭氧環境中例如在有機油中生產反應性金屬例如鋁。用 於生產金屬塗層的一種方法包括在合適的液體中形成金屬顆粒的懸浮液，並使用常規技術 例如塗漆或印刷施加該懸浮液。該方法很方便，但是得到的塗層可缺乏反射能力和用真金 屬葉片塗覆的表面的美感。金屬顆粒的形狀和它們在乾燥的懸浮液中的分布被認為影響反 射能力。使用氣相沉積例如真空氣相沉積可以形成薄的、反射的金屬片體。通過這種方法 所生產的片體可以更好地模仿傳統金屬葉片。氣相沉積可以包括在真空中加熱金屬以形成 金屬蒸氣，並使表面暴露至蒸氣。蒸氣在表面上凝聚從而形成金屬膜。可以使表面變冷以 促進凝聚。各種因素例如蒸氣壓力、蒸氣和表面間的溫度梯度，以及表面在蒸氣中的停留時 間控制著金屬膜的厚度和得到的金屬片體。金屬膜的厚度通常小於10微米，更通常地小於 1微米。氣相沉積方法包括的方式例如熱蒸發、電子束蒸發、凝聚、濺射或其結合。沉積之後，可以將金屬膜從表面上移除。通常，表面包括分離(release)塗層並且 金屬膜凝聚在分離塗層上。使表面通過溶解分離塗層的溶劑系統並將金屬膜分離到溶劑 中。形成了在溶劑中的金屬片體的懸浮體，可以由此分離金屬片體。金屬片體可以用於塗 料中，例如塗料和墨，或者對作為產品上或包含在產品內的塗層的產品賦予光學、機械或電 特性。生產金屬片體的常見方法是在由移動網組成的表面上沉積金屬膜。可以將網纏繞 在兩個捲軸之間，並且可以在網上方連續地實施該方法。在金屬化之前，可以用可溶塗層塗 覆網，以更有利於從網分離真空沉積的金屬層。然後將網浸漬在溶劑溶液中，在溶劑溶液中 使金屬膜與網分離從而生產金屬片體。然而，這種生產金屬片體的方法並不完全令人滿意。 首先，這種方法不連續並且可為慢的，因為網的移動必須周期性地停止或移動得足夠慢從 而使網可以在溶劑溶液中浸漬一些可觀的時間。這種方法的性質使產量降低。第二，由於必須頻繁地更換網，因而使用網的必要性意味著可觀的資本和維持花費。在這種方法的實施方案中，基底基材(base substrate)基本上由網組成。使網塗 有可溶的分離塗層，在蒸氣金屬化方法中進行金屬化，並用分離塗層反覆塗覆並金屬化以 在單獨的網上產生金屬層和分離塗層的堆垛。除去金屬片體後，典型地對網進行捨棄，所以 單獨的網上的多個層能夠減少所需要的網，因此，也減少了花費。雖然這種實施方案減少了 用於基底基材的花費，但是因為該結構必須在用於施加可溶塗層的塗覆系統和真空金屬化 系統之間反覆移動，因而花費也很可觀。這增加了生產金屬化層的處理和時間。現有技術已經嘗試去掉基底基材的使用以生產獨立的薄膜顆粒。這種方法包括用 固體分離劑例如蠟塗覆沉積鼓的表面，並在蠟上沉積金屬膜。刀或刮片可以在連續過程中 從表面刮去分離劑和金屬膜。在典型實施方案中，移動的表面是布置在真空腔中的可旋轉 金屬鼓。位於鼓周圍附近的是至少一個真空沉積站。該站將金屬膜散布在旋轉鼓的表面上。 在將金屬膜和分離劑從表面刮去之後，典型地在溶劑洗滌過程中將殘餘分離劑從金屬膜上 除去。破碎為薄金屬片體的金屬膜可以通過例如蒸發或離心與溶劑分離。固體分離劑可以 回收至真空腔以用於再沉積在可旋轉鼓上。作為替代，現有技術在塗覆鼓上氣相沉積分離劑，並且隨後沉積金屬層。該方法可 以是連續過程，並且可以產生大量的分離劑和金屬的層。多層堆垛可以從沉積鼓上除去，並 隨後被破碎以更好地使分離層暴露至溶劑過程。雖然這樣的實施方案可以克服氣相沉積方法的某些局限，特別是省去使用一次性 且昂貴的移動網，但是問題繼續存在。例如，這些方法可需要分離層的氣相沉積因而需要特 殊蒸發和沉積設備。現有技術中所描述的分離劑要麼是以固態沉積在塗覆鼓上，要麼是在 使用電子束或等離子體暴露進行金屬化之前被凝固。固體分離劑需要強溶劑從而與薄金屬 膜分離。液體分離劑更易於與金屬膜分離，但是在液體表面上沉積金屬膜的嘗試已是無效 的。發明概述本發明涉及用於形成薄片體的方法。該方法包括將液體分離劑施加至基底基材。 液體分離劑包括可固化化合物。將膜的至少一層沉積在液體分離劑暴露的表面上從而形成 多層結構。可固化化合物在處理期間凝固並形成支承膜的凝固層。該方法還包括從基底基 材上除去多層結構以及使液體分離劑與膜分離。在一個實施方案中，使基底基材上塗有液體分離劑，可以在其上沉積薄膜。液體分 離劑包含可固化化合物，可固化化合物包括，例如可固化單體，二聚物，三聚物，或低聚物。 可固化化合物的凝固層可以由例如來自薄膜沉積的熱形成。方便地，可固化化合物將硬化， 從而在液體分離劑的暴露表面上形成凝固層。凝固層優選地小於0. OOlmm(Iym)厚。刮片 從基底基材上除去薄膜、凝固層和下方的液體分離劑。用很少的溶劑或不用溶劑就可以將 液體分離劑和凝固層從薄膜上除去。在另一個實施方案中，基底基材是放置在真空腔中的可旋轉鼓。位於鼓周圍附近 布置的是至少一個真空沉積站。用含有可固化化合物的液體分離劑塗覆該鼓。凝固層在沉 積過程期間形成。凝固層可以小於約100人。該站在凝固層上沉積薄膜，刮片從基底基材上 除去薄膜，凝固層和液體分離劑。與使用蠟作為分離劑的傳統方法相比，凝固層的厚度大大 減少或消除了所需要的溶劑洗滌從而生產片體。
附圖簡述

圖1是現有技術的氣相沉積裝置。圖2是本發明的真空沉積裝置。圖3展示了通過本發明的方法製備的金屬片體的顯微圖。發明詳述用於金屬片體生產的現有技術方法包括在已經塗有可溶分離劑的表面上進行金 屬膜的真空沉積。圖1展示了一種用於生產金屬片體的此類裝置1的實施方案。可旋轉 鼓12包括基底表面2。塗覆器3將分離劑4施加至基底表面2。將金屬條11放入蒸發器 5中，該蒸發器充分加熱金屬條11以產生金屬蒸氣。金屬蒸氣沉積在塗覆表面上從而形成 金屬膜6。刮片7從基底表面2上除去固體物質8。將固體物質8浸入溶劑浴9中從而分 離金屬膜6和分離劑4。通過從金屬膜溶解分離劑得到金屬片體。可以通過攪拌或加熱加速溶解。金屬膜 在溶劑中形成懸浮體，並且必須從溶劑中分離從而生產金屬片體。常見的方法包括離心和 蒸發。溶解分離劑花費時間，從溶劑中分離金屬片體也是如此。此外，該方法使用大量必 須回收的溶劑。進一步地，從表面刮去固體分離劑和金屬膜可為困難的。為了使金屬膜/分離劑易於從表面除去，可以將塑料膜，例如聚酯膜或固化聚合 物，固定在基底基材2上方。可以將分離劑4施加至塑料膜，並且可以將金屬層沉積在分離 塗層上。可以將塑料膜從基底表面剝去，但是這種技術以消耗基底基材的形式產生大量廢 物。這種技術也不能對付緩慢溶解，該緩慢溶解可限制生產速度至僅僅約50英尺每分鐘 (約15米/分鐘)。為了減少廢物流和增加產量，可以將分離劑/金屬膜的多層施加於單 個基底基材上方。這種技術需要常常在不同機器上進行多次塗覆和沉積步驟。本發明包括液體分離塗層從而提高生產效率和金屬片體品質。液體分離塗層包括 可固化化合物。至少部分可固化化合物在沉積期間凝固。液體分離塗層的主要部分保持至 少基本上是液體。在實施方案中，液體分離塗層的粘度可以增加。本發明包括用於生產金屬片體以及不使用大量溶劑且不需要塑料膜的方法。該方 法包括在基底表面上沉積含有可固化化合物的液體分離劑。使薄膜沉積在分離劑上方從而 形成多層結構。在實施方案中，沉積薄膜包括使塗覆的基底基材通過至少一個真空蒸發器 上方，該真空蒸發器產生可以按薄膜塗層形式真空沉積的任何材料的蒸氣。薄膜可以包括 金屬，例如，鋁、銅、鎳、銀、金、鉻及其組合，或無機材料例如氧化物、硫化物、氟化物及其組 合。沉積可以包括，但不限於，熱蒸發、電子束蒸發、離子束沉積或濺射。在液體上真空沉積典型地很困難或不可能，因為凝聚物理學不允許在液體表面上 形成伸展的晶體結構。通常，在液體上真空沉積的已知例子產生與金屬片體性質不同的微 晶粉末。然而，本發明包括含有可固化化合物的分離塗層。在沉積步驟期間，可固化化合物 在分離塗層的暴露表面上形成薄凝固層。凝固層意指在整個沉積時間範圍內是基本為非流 體的層。凝固層可以包括結晶或半結晶結構、玻璃、或已變得足夠粘稠以至於在該方法的整 個時間範圍內基本上是固體的液體。可固化化合物可以根據沉積條件而凝固，例如蒸發熱， 凝聚熱，輻射，或其組合。不希望受到該解釋的限制，凝固層減少了分離塗層表面上的分子 遷移性，並允許伸展的晶體結構形成。
凝固層將具有至少一個分子層的厚度。實際上，該厚度將少於約0. OOlmmd U m) 厚，優選地小於約0. 000Imm(0. Iym)厚，並且最優選地是小於約0. 00001mm (IOOA)0可固化化合物可以包括合成的或天然的化學物質，包括單體，二聚物，三聚物和低 聚物。合成化學物質可以包括可聚合化合物，例如丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯和其它液體樹 脂。天然化學物質可以包括反應性的油，例如桐油或亞麻籽油。至少可固化化合物的暴露 表面必須凝固。通過沉積方法引起的表面層的凝固速度可以確定適合的可固化化合物。凝固參數可以包括反應動力學，表面能，和對金屬片體的黏附力。反應動力學決定 了凝固速度。快速動力學可以在該方法的較後步驟中產生不易從片體除去的交聯聚合物。 另一方面，不充分的反應性不能有效地生產金屬片體。具有低表面能的凝固層可以抑制優 質金屬片體的產量。凝固層與金屬片體的某些黏附力可以是有用的。雖然現有技術中典型 地從片體除去所有分離材料，但是已發現非常薄的凝固層的存在增加了金屬片體的功能。 首先，薄的凝固層可以對金屬片體提供腐蝕防護。第二，薄的凝固層還可以在分離塗覆層的 暴露側提供表面功能，該分離塗覆層改善了與溶劑、有機物或填料(例如被用於漆和塗料) 的相容性，因此改善了這種金屬片體在其最終應用中的加工性。圖2顯示了本發明的實施方案。該實施方案包括真空腔21，可旋轉鼓22，用於分 離劑的塗覆器24，和至少一個塗抹器29。真空腔21可以維持適於薄膜塗層沉積的低壓環 境。在該實施方案中，真空腔中的壓力將不大於0. 1毫乇，並且優選地在0. 001和0. 01毫 乇之間。真空腔21可以包括多個子腔17，在真空腔21內通過隔板23形成。可以根據壓 力，氣體流率和氣體組成分別控制每個子腔17。可旋轉鼓22可以是溫控的，例如，其可以冷卻從而抵抗沉積塗抹器所產生的熱。 可旋轉鼓22的優選溫度將足夠高以至於分離劑4不會凝結，但是又足夠低從而防止分離劑 過度聚合。溫度的容許範圍將依賴於分離劑和反應動力學。塗覆器3可以包括用於將液體施加至可旋轉鼓22的表面13的任何裝置。優選地， 塗覆器3可以控制施加至可旋轉鼓22的表面13的液體分離塗層28的厚度。實施方案可 以包括凹版塗覆器，該凹版塗覆器包括含有液體分離劑的貯存器25。蘸料(pickup)輥26 至少部分地浸入貯存器25中旋轉。蘸料輥26典型地包括計量反應劑的量的凹版表面。計 量刀片(沒有顯示)還可以用於從蘸料輥26除去過量的反應劑。蘸料輥26將反應劑轉移 至施加輥27，該施加輥27將反應劑轉移至可旋轉鼓22的表面13，從而在可旋轉鼓22上產 生一層液體分離塗層28。當然，塗覆器3可以包括本領域技術人員已知的任何合適的施加 方法，包括但不限於槽式模，幕塗，蒸發和凝聚。將液體分離劑28施加至可旋轉鼓22的表面13之後，將液體分離劑28暴露至塗 抹器29。塗抹器29可以包括用於將薄膜沉積在分離劑上從而形成多層結構15的任何方 法。塗抹器可以包括，例如電子束蒸發，濺射，離子束蒸發和熱蒸發。在實施方案中，塗抹器 29包括蒸發器30，將薄膜所需材料的線31連續地送入其中。蒸發器30可以包括，例如陶 瓷加熱器。通過舉例說明，當所需材料基本上由鋁組成時，蒸發器30可以包括含有氮化硼 和二硼化鈦的燒結塊的陶瓷加熱器。從塊中通過的電流產生足夠的熱以熔化鋁線。結合在 真空腔中的低壓，使鋁蒸發。將液體分離劑28暴露於塗抹器29，在分離劑的暴露表面上引起反應，並產生接受 所需材料的蒸氣凝聚的凝固層。蒸氣凝聚在凝固表面上形成薄膜16的連續層。在實施方案中，薄膜可以黏附於分離劑的凝固層。影響用該方法生產的片體品質和外觀的參數包括 薄膜16的厚度，塗抹器29的熱量，線31送入蒸發器30時的送入速率，以及真空系統21中 的壓力和氣體組成。將包括薄膜16和液體分離劑28的多層結構15從基底基材移除。可以用刮片14 實現移除。以與可旋轉鼓22的一定接觸角放置刮片14從而允許從可旋轉鼓22除去液體 分離劑28和薄膜16的多層結構15。優選地，液體分離劑28仍基本上是液體，使得與使用 固體分離劑的現有技術相比，從可旋轉鼓22除去結合體所需的力減少。有益地，如此低的力減少了在刮片14處的熱量，從而也減少了液體分離劑28的進 一步凝固。在收集系統36中收集液體分離劑28和薄膜16的多層結構15。在實施方案中， 收集系統36能從真空腔21中移除而不破壞真空。在其它實施方案中，收集系統36在分離 劑或所需材料耗盡後將進行空化，並且必須進行補充。在多層結構的移除後，可以用典型處 理薄片體的方法處理多層結構。因為僅小部分分離劑凝固，所以可以將過量的分離劑快速 地溶於合適的溶劑中，例如有機溶劑、表面活性劑溶液、酸性溶液和鹼性溶液。有機溶劑可 以包括酮、醚、醛、醇、乙酸酯、烴及其組合。常見的溶劑包括丙酮、乙酸乙酯、檸檬酸和肥皂 水。混合和攪拌典型地足以稀釋過量的液體分離劑至允許通過常見方法(例如離心)進一 步處理和分離薄片體的濃度。在實施方案中，凝固的分離劑層可以仍保持附著在金屬片體 上。這可以在不影響視覺特性或美感的同時改善薄片體的性能。
實施例凹版塗覆器將含有桐油的分離劑施加至包含在具有兩個子腔的真空腔內的可旋 轉鼓上。計量輥保證旋轉鼓上的分離劑厚度為約5 μ m。將塗覆鼓的表面冷至約5°C。在第 一子腔中在約0. 03乇的壓力下塗覆分離劑。第二子腔含有塗抹器，並保持約5X 10_5乇的 壓力。所需材料是純度為99. 8%的鋁金屬。可旋轉鼓表面的速度為約4米每秒，使鋁蒸發 同步，從而產生光學密度為2. 2的金屬膜，即，厚度為約30nm。沉積鋁約30分鐘。鋁在液體 桐油塗層上形成光亮層。使用刮片將金屬層和桐油的結合體從旋轉鼓上除去，並將結合體 收集在容器中。結合體形成了外觀類似於金屬顏料的糊劑。通過使用乙酸乙酯來稀釋液體 使片體與桐油分離，並通過紙濾器過濾。該實施例產生了側向尺寸在20至100 μ m之間並 且厚度為約30nm的扁平片體。在圖2中的掃描電子顯微照片中展示了片體樣品。上述描述被認為是本發明的最佳方法。然而，在不背離本發明精神的同時對本發 明作出典型描述的眾多變化對本領域技術人員而言將是顯而易見的。通過權利要求中所表 述術語的寬泛普遍意義限定本發明的範圍。
權利要求
1.用於生產薄片體顆粒的方法，其特徵在於a.將液體分離劑施加在基底基材的表面上，液體分離劑包含可固化化合物和暴露的表b.通過在暴露的表面上沉積至少一層膜形成多層結構；c.從基底基材除去多層結構；d.收集多層結構；和e.用合適的溶劑從膜提取液體分離劑從而得到薄片體。
2.權利要求1的方法，其特徵在於所述方法的至少部分發生在小於約0.1毫乇的壓力下。
3.權利要求1的方法，其特徵在於基底基材選自可旋轉鼓、網及其組合。
4.權利要求3的方法，其特徵在於對基底基材連續進行步驟(a)至(e)。
5.權利要求1的方法，其特徵在於步驟(a)和(b)在進行至步驟(c)之前重複至少一次。
6.權利要求1的方法，其特徵在於可固化化合物包括單體、二聚物、三聚物、低聚物，及其組合。
7.權利要求1的方法，其特徵在於可固化化合物選自合成有機化合物、天然有機化合 物，及其組合。
8.權利要求7的方法，其特徵在於可固化化合物選自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯，及其組 合。
9.權利要求7的方法，其特徵在於可固化化合物選自桐油、亞麻籽油，及其組合。
10.權利要求1的方法，其特徵在於用塗覆器將液體分離劑施加至基底基材的表面，所 述塗覆器選自凹版塗覆器、槽塗覆器、模塗覆器、閃蒸蒸發器，及其組合。
11.權利要求1的方法，其特徵在於液體分離劑在暴露的表面上形成凝固層。
12.權利要求11的方法，其特徵在於凝固層具有的厚度小於約O.OOlmmdym)。
13.權利要求1的方法，其特徵在於使用選自熱蒸發、電子束蒸發、凝聚、濺射，及其組 合的方法將膜沉積在液體分離劑上。
14.權利要求1的方法，其特徵在於膜包含選自金屬、無機材料，及其組合的材料。
15.權利要求14的方法，其特徵在於所述金屬選自鋁、銅、鎳、銀、金、鉻，及其組合。
16.權利要求14的方法，其特徵在於所述無機材料選自氧化物、硫化物、氟化物，及其 組合。
17.權利要求16的方法，其特徵在於所述無機材料選自硫化鋅、氧化鋁、二氧化鈦，及其組合。
18.權利要求1的方法，其特徵在於使用刮片從基底基材除去多層結構。
19.權利要求1的方法，其特徵在於所述合適的溶劑選自有機溶劑、表面活性劑溶液、 酸性溶液、鹼性溶液，及其組合。
20.權利要求19的方法，其特徵在於所述有機溶劑選自酮、醚、醛、醇、乙酸酯、烴，及其組合。
21.權利要求1的方法，其特徵在於基底基材包含網，且網被纏繞在兩個捲軸之間，並 且對網連續進行所述方法在。
22.薄片體顆粒，其是通過權利要求1-21中任一項的方法生產的。
全文摘要
用於形成薄片體顆粒的方法，包括在基底基材上塗覆液體分離劑，通過在液體分離劑上方沉積膜形成多層結構，收集多層結構，並使用合適的溶劑從多層結構分離得到的片體。液體分離劑包含可固化化合物，該可固化化合物能形成小於0.001mm厚的凝固層，而膜能沉積在所述凝固層上。由於該凝固層的厚度，分離需要很少的溶劑。
文檔編號B32B5/16GK102006996SQ200980107617
公開日2011年4月6日 申請日期2009年2月26日 優先權日2008年3月4日
發明者W·戴克 申請人:瓦斯特薄膜有限公司