用於改變電介質材料上電荷的設備和方法

2023-06-01 22:41:36 3

專利名稱：用於改變電介質材料上電荷的設備和方法
技術領域：
本發明涉及用於中和或者說是改變電介質材料(例如聚合物型幅材)上的電荷的 方法和系統。
背景技術：
中和作用在幅材處理操作中，在幅材(如聚合物型幅材)上很多情況下會產生靜電荷， 其中幅材在各種輥、棒和其它幅材處理設備上移動或圍繞這些設備移動。幅材上產生靜 電荷的原因有許多，包括幅材與各種輥和設備的接觸和分離，膜從輥的卷繞/退繞以及 幅材暴露於電子束或電暈處理(直流電或交流電)。幅材中/幅材上存在的電荷也可以 來自前序處理，例如澆鑄期間膜的靜電釘扎。幅材上的靜電荷在精密塗層區域中會是有 害的，這不僅因為火花點火的危險，而且還因為這些靜電荷會導致對後續液態塗層的破 壞，並形成不可取的圖案(例如參見「Coating & Drying Defects」，Gutoff and Cohen, Wiley, NY, 1995 (Gutoff和Cohen所著的《塗層和乾燥缺陷》，Wiley出版社(NY)， 1995年))。除了不均勻的電荷圖案之外，均勻的電荷也會生成塗層缺陷。在照相工業中，例如，當將照相塗層材料塗敷到隨機帶電的幅材時，通常導致 這種塗層材料厚度的顯著不均一分布。由於在照相膠片中使用的高電介質材料(例如聚 酯基材料等等)的高表面電阻率，相當普遍的是具有不同強度和極性的相對高的靜電電 荷佔據毗鄰彼此的幅材區域。這種塗層材料用作照相正片或負片的成分(例如)經常需 要使用相對厚的塗層，從而在整個幅材上至少得到最小厚度的塗層，從而補償這種不均 一厚度的分布，為了產生有效的塗層厚度，這不可避免地導致相對昂貴的照相塗層材料 用量增加。視覺效果(例如相斑)也是使用照相塗層材料塗覆不均一的帶電幅材的結果。 過去的實踐包括忍受這種不均一的電荷分布和它的缺陷，或在施加照相塗層材料之前試 圖儘可能中和隨機帶電的幅材。已知各種用於中和帶電幅材的技術。美國專利No.2,952,559所述的技術涉及在一對相對的接地壓力輥之間傳遞帶電幅 材，這一對相對的接地壓力輥被彈簧力偏壓在相背的幅材表面上以中和限定型或極化型 靜電荷，然後將電離化空氣吹到幅材表面上，以首先中和表面電荷，然後在其塗覆之前 建立特定的幅材表面電荷水平。在與幅材表面電荷具有相反極性的實際塗覆過程中，通 過將電壓施加到塗層塗敷器，來補償所得的表面電荷水平。美國專利No.3,730,753所述的另一種技術涉及用第一極性的帶電粒子在幅材表面 「溢流」，以便基本均一地對表面充電，之後清除給予所述幅材表面的電荷，以便使表
面基本不帶電。可控制增加到幅材表面的電荷量和/或從幅材表面移除的電荷量，以使 得表面上的電荷變化和淨電荷降低到合格的水平。除了上文參考的方法之外，還存在市售的中和系統，例如空氣離子發生器，其提供電離化空氣源。空氣自然地包含離子。然而，在大多數情況下，這些離子的量不足以快速中和靜電荷，從而不足以保護靜電敏感設備。空氣 離子在潔淨室中還被HEPA和ULPA過濾器移除。靜電消除器，其由一個或多個電極和高壓電源組成。來自靜電消除器的離子在 圍繞高壓電極的空氣空間中產生。這些電荷隨後被吸引至材料上的靜電荷，從而導致中 和作用。有各種靜電消除器的商業來源，例如MKS離子系統和Simco (Illinois Tool Works 旗下的子公司)。感應靜電消除器，其為無源器件，其中，響應於由材料上的靜電荷產生的電場 來產生中和離子。常見的感應靜電消除器的實例包括STATIC STRING 、金屬絲、針杆 及毛刷。核靜電消除器，其通過空氣分子的放射產生離子。大多數模型使用發射同位素 的α粒子來產生離子對以中和靜電荷。這些也經常被稱為核棒。這些市售的中和系統中的每一個提供用於獲得淨中和的幅材的方法(即使得採 用常用靜電計測量的電場的大小顯著低於其初始值，前提是初始電量很大)。然而，淨中 和的幅材可以仍然具有大量電荷。也提及了使用液體中和電介質上的靜電荷。通過將電介質材料暴露於至少為弱 導電性的流徑接地的流體中來中和電介質材料上的電荷的基本構思已有文獻記載(例如 參見 J.Lowell and A.C.Rose-InnesRose-Innes，Advances in Physics, 1980, Vol.29, No.6, 947-1023 (ILowell和A.C.Rose-Innes的《物理學進展》第29卷第956頁，1980年， No.6,947-1023))。例如，美國專利Νο.6,176,245Β1描述了幅材清潔和靜電消除設備，該 設備在前槽處移除清潔溶液，並由後槽提供底塗層。塗覆的底塗層特別用於消除由前槽 處刮去清潔溶液而生成的靜電。美國專利No.6,176,245 Bl沒有明確對該消除靜電底塗層 的電導率提出要求，但美國專利No.6,176,245 Bl中給定的實例卻描述了含有88%的甲基 乙基酮的溶液(弱導電性溶液)。另外，美國專利No.6,176,245 Bl也沒有明確陳述該液 體必須具有接地流徑，但可能的是，在他們的實驗中使用的該槽型幅材清潔和靜電消除 設備由例如金屬的導電材料製成。該設備限於處理該幅材的相同側，清潔溶液從該側被 移除。沒有關於使用該設備可修復電荷分布類型的討論。美國專利Νο.6,231,679Β1描述了使用與美國專利Νο.6,176,245Β1所述類似的設 備的方法。正如美國專利6,176,245 Bi，沒有討論對流體導電性或接地路徑的要求。也 沒有關於使用該設備可修復電荷分布類型的討論。較早的專利，即美國專利Νο.2,967,119描述了可用於超聲清潔和非蒸發性乾燥 (如氣刀移除剩餘流體)連續膜的超聲方法和設備。美國專利Νο.2,967,119的目的在於清 潔該膜，但美國專利Νο.2,967,119教導了乾燥器操作的另一特徵為離開該乾燥器的膜不帶 有靜電荷。該消除電荷的效果被加入至若干權利要求中，並一直與非蒸發性乾燥步驟相 結合。美國專利Νο.2,967,119中沒有給出關於流體導電性的必要等級的深入研究，也沒 有提供數據來最終表明該靜電的消除確實發生於乾燥器中，而不是發生於超聲槽中。另 外，美國專利Νο.2,967,119沒有指明該方法和設備處理的電荷分布類型。美國專禾IjNo.6,176,245 Bi、美國專利 No.6,231,679 Bl 和美國專利 Νο.2,967,119 描述了使用液體來實現中和作用，但沒有涉及雙側或雙極性的電荷分布。用於消除非常見靜電分布的市售的方法。這些電荷分布會在最終產品中引起顯著的缺陷。基底上的電荷圖案可用於材料被控制沉積到該電荷圖案上。「複印」法是該類 方法中的常見實例。在複印法中，光電導體滾筒均一帶電。隨後使用光對該光電導體 區域進行放電，從而留下靜電圖案。然後調色劑粒子優先被吸引至光電導體上的帶電區 域，從而在光電導體滾筒上生成調色劑圖案。然後，將該調色劑圖案轉印至另一個基底 (例如紙)並稠合，以在最終產品上設定圖像。在這種已應用於複印機和雷射印表機的復 印法方面存在多種變化。然而，這些傳統的靜電複印法依賴於傾向於出現電荷擴散(線 模糊)和衰減的光電導體，且在微米級長度及以下時不能穩固地形成電荷圖案。在規避該光電導體的限制的嘗試中，已經開發出用於直接在基底上生成微米級 和納米級電荷圖案的方法。這些精細的電荷圖案可隨後用於導向顆粒的沉積，以在基 底上生成微米或納米級特徵物。例如，明尼蘇達大學的Heiko Jacobs團隊具有一系列 出版物(C.Barry，J.Gu, and H.O.Jacobs, Nano Letters 5(10) (2005)2078 ； H.O.Jacobs and C.Barry, Patent Application US20050123687 (Al)),其中他們使用了 「納米靜電復 印術」，以在駐極體基底上生成精細的電荷圖案，其中該駐極體基底上沉積了銀納米粒 子。在該機件中，電荷圖案通過直接接觸帶電模具而實現。通過在有機矽上使用平版印 刷生成該模具，並通過鍍金使其具有導電性。這些作者聲稱可生成IOnm那麼小的矽壓模 特徵物，其可具有亞100微米的圖案化能力。所有靜電複印法，包括「微米靜電複印」和「納米靜電複印」，均依賴於在基 底上生成受控的電荷圖案的能力。已報導的通過直接接觸帶電而生成微米級和納米級電 荷圖案的方法包括使用原子力顯微鏡探針(P.Mesquida，A.Stemmer，Adv.Mater.13 (18) (2001) 1395 ； N.Naujoks, A.Stemmer, Microelectronic Engineering 78-79 (2005) 331)、 不鏽鋼針(T.J.Krinke 等人，App.Phys丄etters 78 (2001) 3708)或納米壓模(C.Barry, N.Z.Lwin, W.Zheng, and H.O.Jacobs, App.Phys丄etters，83 (26) (2003) 5527)。除了這些 直接接觸的方法之外，微米或納米級的電荷圖案也可通過使用聚焦的離子束和電子束生 成(H.Fudouzi 等人，Langmuir 18 (2002) 7648)。以上提及的生成受控的電荷圖案的方法已經能夠解決標準靜電複印技術的特徵 物尺寸的限制問題，其依賴於對光電導體材料的充放電。然而，以上提及的方法通常速 度非常慢和/或需要使用專用基底(例如駐極體)，以實現該文獻中論證的精細、清晰的 特徵物。該納米或微米靜電複印區域的另一挑戰是最終圖案與基底的粘結性。以上提及 的背景技術提供了在電介質(或駐極體)基底上設置電荷圖案的方法，該基底可隨後用於 導向第二材料的沉積。一旦沉積了第二材料(即納米粒子)，就必須解決粘結性的問題。 例如，可使用加熱和/或加壓的方法解決。

發明內容
本發明涉及消除或改變電介質材料上電荷分布的設備和方法。在一些實施例 中，本發明的設備和方法通過使電介質(如幅材)的表面的至少一部分接觸至少為弱導電 性並保持在預定電勢下的液體來改變電介質材料上的電荷分布。
一方面為改變電介質材料上電荷的方法，該方法包括獲得表面上具有基本不均 一的靜電荷分布的電介質材料，該靜電荷分布是相對於地電勢進行測量的；對該電介質 材料表面施加至少為弱導電性的液體；以及從該表面至少部分地移除至少為弱導電性的 液體，從而在表面上留下基本均一的靜電荷。另一方面為在電介質材料上生成靜電荷圖案的方法，該方法包括獲得具有第 一電荷電勢的電介質材料；向該電介質材料的第一部分施加具有第二電荷電勢的至少為 弱導電性的液體；以及從該電介質材料的第一部分至少部分地移除該液體，從而在該電 介質材料的第一部分上留下基本均一的靜電荷。又一方面為中和電介質材料的細長幅材的方法，該方法包括將至少為弱導電性 的液體電連通到地電勢；獲得具有與地電勢基本上不完全相等的電荷電勢的電介質材 料；將該連續幅材的一部分浸沒在該液體中，以完全地包覆細長幅材的這部分，以中和 該細長幅材上的電荷；從該液體移除連續幅材的這部分；從浸沒後的連續幅材至少部分 地乾燥液體。在一些實施例中，該液體為常用溶劑，當同時均一地接觸該電介質幅材的兩側 時，該液體保持在地電勢下。然後，採用非蒸發性和/或蒸發性的方法對稱地將該溶劑 從幅材的兩側移除。在這些實施例中，不僅最終的幅材是淨中和的，而且大體上雙側都 是中和的。在一些實施例中，該液體為常用溶劑，當均一地接觸該電介質幅材的第一側面 時，該液體保持在地電勢下，該幅材具有有效接地的至少為弱導電性的第二側面。然 後，應用非蒸發性和/或蒸發性的方法對稱地將該溶劑從該第一側面移除。在這些實施 例中，不僅最終的幅材是淨中和的，而且大體上雙側都是中和的。在一些實施例中，該液體為常用溶劑，當同時均一地接觸該電介質幅材兩側 時，該液體保持在非零電勢下。然後，應用非蒸發性和/或蒸發性的方法對稱地將該溶 劑從幅材兩側移除。在這些實施例中，最終的幅材兩側分布了大體均一的電荷。在一些實施例中，該液體為常用溶劑，當均一地接觸該電介質幅材的第一側面 時，該液體保持在非零電勢下，該幅材的第二側面至少為弱導電性並被有效接地。然 後，採用非蒸發性和/或蒸發性的方法對稱地將該溶劑從該幅材的第一側面移除。在這 些實施例中，最終的幅材的第一側面分布了大體均一的電荷。在一些實施例中，使保持在第一電勢下的第一液體均一地接觸電介質幅材的第 一側面，同時，通過(例如)接觸保持在第二電勢下的第二液體，使該電介質幅材的第二 側面保持在第二電勢下。然後，採用非蒸發性和/或蒸發性的方法將該溶劑從幅材兩側 移除。在這些實施例中，不僅最終的幅材是淨帶電的，而且大體上雙側也都是帶電的。在一些實施例中，使保持在第一電勢下的第一液體均一地接觸電介質幅材的第 一側面，同時，通過(例如)接觸導電性物體，使該電介質幅材的第二側面保持在第二電 勢下。在這些實施例中，不僅最終的幅材是淨帶電的，而且大體上雙側也都是帶電的。在一些實施例中，使保持在第一電勢下的第一液體不均一地接觸(例如通過使 用圖案化模具)電介質幅材的第一側面，同時，通過(例如)接觸保持在第二電勢下的第 二液體，使該電介質幅材的第二側面保持在第二電勢下。然後，採用非蒸發性和/或蒸 發性的方法將該溶劑從幅材兩側移除。在這些實施例中，不僅最終的幅材具有淨電荷圖案，而且大體上也具有雙側電荷圖案。在一些實施例中，使保持在第一電勢下的第一液體不均一地接觸(例如通過使 用圖案化模具)電介質幅材的第一側面，同時，通過(例如)接觸導電性物體，使該電介 質幅材的第二側面保持在第二電勢下。然後，採用非蒸發性和/或蒸發性的方法將該溶 劑從幅材的第一側面移除。在這些實施例中，不僅最終的幅材具有淨電荷圖案，而且大 體上也具有雙側電荷圖案。在一些實施例中，該液體為常用溶劑，當不均一地接觸(例如通過使用圖案化 模具)電介質幅材的第一側面時，該液體保持在地電勢下，該幅材具有有效接地的至少 為弱導電性的第二側面。然後，採用非蒸發性和/或蒸發性的方法將該溶劑從幅材的第 一側面移除。在這些實施例中，最終的幅材在幅材的第一側面上大體具有圖案化的電荷 分布。在一些實施例中，該液體是可固化的(例如丙烯酸酯溶液)，而且在原位固化， 而不是被移除。在這些實施例中，最終的幅材不僅大體具有均一的或有圖案化的電荷分 布，而且還具有留下的硬化材料。在一些實施例中，本發明涉及消除或改變移動幅材上的電荷分布的方法和設 備。在多個實施例中，本發明的方法和設備提供了淨中和的幅材。在這些實施例中，不 僅幅材是淨中和的，而且大體上雙側也都是中和的。根據本發明，本發明的方法和設備接觸將要與液體溶劑中和的幅材，該液體溶 劑具有至少某些程度的導電性。術語溶劑用於表示潤溼該幅材的液體，並且該術語沒有 一定暗指任何特定化學物種的溶劑化。通常同時使該溶劑接觸該幅材兩側。可通過任何 適用的方法施加溶液，例如浸沒(如浸入池或浴中)，同時塗覆到兩個側面上，向幅材兩 側施加飽和的吸液芯或織物，在該幅材表面上吸收/吸附或冷凝蒸汽等。然後採用蒸發 性或非蒸發性方法移除和/或乾燥該溶劑。非蒸發性方法包括使用例如吸液芯、氣刀、 橡皮掃帚等的物理設備，以移除至少部分溶劑。另外或可選地，可通過蒸發移除幅材上 的至少溶劑中的某些，並可通過例如空氣對流、加熱等方法促進蒸發。優選的所得幅材 既為淨中和的，又為雙側中和的，如下文所定義的。在一個具體實施例中，本發明涉及在幅材上提供中和電荷的方法。該方法包括 對幅材兩側施加具有至少某些導電性的液體溶劑。該幅材可以是移動幅材。在另一個具體實施例中，本發明涉及在幅材上提供中和電荷的設備。該設備包 括例如輥、夾輥等的幅材處理設備，和電荷改性工位，該電荷改性工位包括具有至少某 些導電性的液體溶劑源。尤其適合將該電荷改性工位及其使用方法簡單加入現有的幅材 處理方法中。


圖1為在第一側面上具有接地導電背襯並且在相背側上具有表面電荷的幅材的 示意圖；圖2為沒有導電元件並且在一側上具有表面電荷的幅材的示意圖；圖3為在一側上具有接地導電背襯並且在相背側上具有表面電荷的幅材的示意 圖，其中相背側緊鄰接地的導電元件；
圖4為用於0.05mm/0.002英寸(約0.0508mm)幅材(具有接地表面)的底板處 的電場和平均值為零、rms值為IO5CAn2並且周期為1.3cm/0.5英寸的正弦電荷分布的圖 解表示；幅材與板的距離為約0.5cm/0.2英寸。圖5為用於0.05mm/0.002英寸幅材(具有接地表面)的底板處的電場隨幅材與 板的間隙的變化和平均值為零、rms值為105C/m2、周期為0.5英寸的正弦電荷分布的圖
解表示；圖6為0.05mm/0.002英寸幅材(具有接地表面)上的法向力和平均值為零、rms 值為105C/m2、周期為1.3cm/0.5英寸的正弦電荷分布的圖解表示；幅材與板的距離為 0.001英寸。圖7為用於0.05mm/0.002英寸幅材(具有接地表面)的電場的法向力隨幅材與 板的間隙的變化和平均值為零、rms值為105C/m2、周期為1.3cm/0.5英寸的正弦電荷分 布的圖解表示；圖8為根據本發明的包括電荷改性系統的幅材處理設備的示意圖。圖9為用於本發明所述實例的幅材處理設備的示意圖。圖10為其上未進行中和的實例中塗覆粉末的幅材的顯微照片。圖11為經過常規核棒和常規石英燈處理的實例中塗覆粉末的幅材的顯微照片。圖12為經過靜電絲、氮氣刀和紅外燈處理的實例中塗覆粉末的幅材的顯微照 片。圖13為根據本發明使用異丙醇中和的實例中塗覆粉末的幅材的顯微照片。圖14為其上沒有進行中和的實例中幅材上電荷的圖解表示。圖15為經過靜電絲和氮氣刀處理且隨後使用異丙醇潤溼的實例中幅材上電荷的 圖解表示。圖16為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在丙酮中的實 例中幅材上電荷的圖解表示。圖17為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在丙酮中的實 例中幅材上電荷的圖解表示。圖18為經過核棒處理並使用丙酮擦拭的實例中幅材上電荷的圖解表示。圖19為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在庚烷中的實 例中幅材上電荷的圖解表示。圖20為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在自來水中的 實例中幅材上電荷的圖解表示。圖21為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在甲苯中的實 例中幅材上電荷的圖解表示。圖22為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在去離子水中 的實例中幅材上電荷的圖解表示。圖23為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在去離子水中 且兩次加入少許異丙醇的實例中幅材上電荷的圖解表示。圖24為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在鹽水(自來 水中加入食鹽)中的實例中幅材上電荷的圖解表示。
圖25為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在具有碳氟化 合物添加劑的去離子水中的實例中幅材上電荷的圖解表示。圖26為在開啟氮氣刀和紅外加熱器的情況下經過核棒處理並浸沒在乙醇中的實 例中幅材上電荷的圖解表示。圖27為用於本發明所述實例的第二幅材處理設備的示意圖。圖28為示出了在電介質材料上生成靜電荷圖案的方法的流程圖。圖29為示出了將液體施加到圖案化模具的方法的第一操作的示意性透視圖。圖30為示出了將液體施加到圖案化模具的方法的第二操作的示意性透視圖。圖31為進一步示出了圖30中的第二操作的示意性透視圖。圖32為示出了從圖案化模具將液體施加到電介質材料的方法的示意性透視圖。圖33為進一步示出了從圖案化模具將液體施加到電介質材料的方法的示意性透 視圖。圖34為所進行的測試中測得的電介質材料上的靜電荷電勢圖線。圖35為圖34所示的電介質材料在中和之後的靜電荷電勢圖線。圖36為圖35所示的電介質材料在重新帶電之後的靜電荷電勢圖線。圖37為在使用液體塗覆的圖案化模具壓印後電介質材料的靜電荷電勢圖線。圖38為示出了生成電荷圖案的方法的第一操作的示意性側視框圖。圖39為示出了生成電荷圖案的方法的第二操作的示意性側視框圖。圖40為示出了生成電荷圖案的方法的第三操作示意性側視框圖。圖41為所進行的一些測試中使用的圖案化模具的壓印表面的視圖。圖42為電介質材料在測試過程中被置於鄰近調色劑粒子之後的照片。圖43為電介質材料在另一測試過程中被置於鄰近調色劑粒子之後的照片。圖44為圖43所示的電介質材料的另一部分的照片。圖45為圖44所示的電介質材料的更高放大倍率的照片。圖46為電介質材料在另一測試過程中被置於鄰近調色劑粒子之後的照片。圖47為圖46所示的電介質材料的單一調色劑軌跡的更高放大倍率的照片。圖48為示出了由具有第一厚度的電介質材料上的帶電液體發出的電場的示意性 側視框圖。圖49為示出了由具有第二厚度的電介質材料上的帶電液體發出的電場的示意性 側視框圖。圖50為示出了由具有第三厚度的電介質材料上的帶電液體發出的電場的示意性 側視框圖。表現本公開的裝置和方法的特徵的這些特徵和各種其他特徵在所附權利要求中 被特別指出。為了更好地理解本發明的裝置和方法、其優勢、其使用及通過其使用獲得 的目的，應該參考附圖及所附說明書，其中說明和描述了根據本發明的優選實施例。
具體實施例方式本發明涉及的方法提供了雙側電中性或雙極性電中性(不僅僅是淨中性)的物 品，優選地，本發明涉及的方法提供了兩個表面均為電中性的物品。根據本發明的有待中和的所述物品材料的實例包括電介質材料(如聚酯、聚乙烯、聚丙烯)、織物(如尼 龍)、紙張、層合物、玻璃等等。物品可以包括導電層或抗靜電層。有待中和的區域 可以具有絕緣、抗靜電和/或導電的區域；這些區域可以是特意或非特意預期的區域。 本公開的裝置和方法尤其適用於包括電介質材料的物品。在一些實施例中，該物品是幅 材。本文所用術語「幅材」預期為片料幅材，其具有延伸的長度(如大於lm，通常大 於10m，並經常大於100m)、寬度(如在0.25m至5m之間)和厚度(如3-1500微米， 如高達3000微米)。在其它實施例中，該物品是不連續的或各個物品，而不具有延伸的 長度。例如，片材或紙張材料可具有(如)0.5米的長度和0.5米的寬度。不連續的物品 可以大體為平面的或具有三維形貌特徵。已知市售的中和系統提供裝置來獲得被淨中和的幅材(即當用普通的靜電儀表 測量時，電場強度遠遠低於初始值，前提是初始電荷是大量的)。然而，淨中和的幅材仍 然可以具有大量電荷。例如，在自由跨距下具有平均值為零、振幅As、和空間周期Xs的正弦表面電荷 分布的幅材，在幅材上或幅材下，將具有由表面電荷分布產生的電場，其衰減得很快， 並且當用位於離幅材若干周期(Xs)的距離的靜電儀表測量時，幅材看起來是中性的。即 使表面電荷的實際rms值可能很大，幅材仍看起來是中性的。有許多其他情形，當用標準靜電感應器測量時，幅材會看起來是中性的，而實 際上仍具有大量電荷分布。這些電荷分布會引起以幅材為基礎的過程(例如塗覆和乾燥) 中的缺陷，需要一種方法來將這些電荷分布中和到一定水平，使得缺陷被減少或消除。 這些電荷分布必須被中和到這樣的水平，該水平隨過程(即線速度、塗覆和乾燥方法)、 材料(如塗覆溶液，膜組合物、構造和厚度)和所考慮的特定缺陷而變化。例如，商業中 和器足以消除電弧放電缺陷，但不足以消除一些塗覆和乾燥缺陷。本公開的方法旨在消 除或調整電荷分布，使得塗覆和/或乾燥缺陷減少和/或幅材清潔度提高。另外，通過 物品上的不可取的電荷分布的中和作用，包括間隙緊密的下遊設備可被容易地使用。例 如，這種中和的物品(例如在間隙乾燥器中)有較小的觸地趨勢。在本說明書中，當討論介電幅材上的電荷分布時，我們是指「淨電荷」或「極 性電荷」，和「單側電荷」、或「雙極性電荷」。淨電荷被定義為介電幅材上每單位面 積的表觀電荷，其使用場強計測量幅材在自由跨距(遠離其他物體)中的場而得出。幅 材與場強計之間的間隙通常為約0.5-2英寸(約1.27cm-5cm)。如此獲得的靜態測量值隨 測量探針的點尺寸上的電荷分布而變化，其通常將是直徑接近英寸的區域。以這種方式 測量的電荷也被稱為極性電荷。「淨中和」是指幅材上的淨電荷或極性電荷的數量的減 少。淨電荷測量值低並非暗示點尺寸區域上的電荷分布到處都低，而是點尺寸區域上的 電荷分布的一些平均值低。如果分布周期比點尺寸直徑短得多，上述正弦電荷分布表明 它自己具有低淨電荷或極性電荷。「單側電荷」是每單位面積上的表觀電荷，其使用場強計或電壓表測量幅材的 一個表面上的場或一個表面的電勢而得出，同時幅材的另一個表面鄰近或優選地接觸接 地導體。場強計或電壓表和幅材表面之間的間隙通常為0.5-5.0毫米。如此獲得的靜 態測量值隨測量探針的點尺寸上的電荷分布而變化，其通常將是直徑接近英寸的區域。 導致沒有大量淨電荷，但確實導致大量單側電荷的電荷分布有時被稱作「雙極性電荷分布」。「單側中和」或「雙極性電荷中和」是指幅材上的單側電荷或雙極性電荷的數量 的減少。單側電荷測量值低並非暗示點尺寸區域上的電荷分布到處都低，而是點尺寸區 域上的電荷分布的一些平均值低。如果分布周期比測量設備的點尺寸直徑短得多，上述 正弦電荷分布看起來具有低單側電荷或雙極性電荷。作為雙極性電荷的另一個簡單實例，考慮如下介電幅材，其在一個表面上具有 均一的電荷分布qs，在相背表面上具有均一的電荷分布-qs。在自由跨距下，靜電荷或極 性電荷測量值將是零(因為上部電荷和下部電荷的和為零)。單側電荷測量將產生
+qs，取決於哪一側被向下設置在接地物體上。商業中和器對這種雙極性電荷有很少的影 響，因為幅材已經是淨中性的。作為雙極性電荷分布的另一實例，考慮如下幅材，其在一個表面上具有非零平 均值的正弦電荷分布P(X) = Assin(2nx/Xp)+qs,在相背表面上具有-ρ(χ)的電荷分布。 如果在自由跨距下的淨電荷測量是使用具有大於若干Xp的直徑的點尺寸來進行的，則幅 材將看起來沒有大量淨電荷。使用具有大於若干Xp的直徑的點尺寸進行的單側電荷測量 掃描將產生+4或_4中的任一者，這取決於哪個表面靠著接地物體設置。如果單側電荷 測量掃描使用比Xp小得多的點尺寸直徑進行，單側電荷的正弦特性將被顯露。作為雙極性電荷分布的另一實例，考慮如下幅材，其在一側上具有隨機的電荷 分布R(X)，在另一側上具有隨機的電荷分布-ROO。當對點尺寸Xs求積分時，ROO的 一階矩和二階矩分別收斂於+qs和As。如果在自由跨距下的淨電荷測量是使用具有比Xs 大得多的直徑的點尺寸來進行，則幅材將看起來沒有大量淨電荷。使用具有比Xs大得多 的直徑的點尺寸進行單側電荷測量掃描將產生恆定的單側電荷，+4或_4，這取決於哪 個表面靠著接地物體設置。如果單側電荷測量掃描是使用比Xs小得多的點尺寸直徑來進 行的，則單側電荷的隨機特性將被顯露。如果淨電荷或極性電荷和單側電荷或雙極性電荷兩者均已被減少到理想的水 平，則初始帶電介電幅材被認為是「雙側中和」。需要注意的是，術語「淨電荷」和
「單側電荷」是通過靜電測量限定的，並非暗示或需要實際電荷分布的特定位置或數量 的知識。電荷分布可以存在於電介質的表面上或存在於電介質的內部，或既存在於電介 質的表面上、又存在於電介質的內部。比上面提及的那些更敏感(比上面提及的具有更 小的點尺寸)的靜電感應探針(如原子力顯微鏡探針)可以被用於以更細緻的長度比例推 斷淨電荷或極性電荷，以及單側電荷或雙極性電荷，這取決於所需的敏感度。本文所述的方法至少在上面討論的長度比例上(但包括更小的長度比例，其可 能是用標準靜電測量設備不容易檢測到的)使幅材上的單極性和雙極性電荷兩者均減 少。術語「中和」並非暗示所有的電荷都已經被完全消除，因為可能有(例如)殘餘電 荷，其產生的外部電場太微弱以至於無法引起缺陷；或(例如)已經形成雙層，實質上將 外部電場削弱到使缺陷處於合格的範圍內的水平；或(例如)剩下的雙極性電荷分布的長 度比例足夠小，從而與原始雙極性電荷分布相關的缺陷已經被減少或消除。圖1示出了隔離的幅材，其具有一個接地側，並且在另一側上具有均一的表面 電荷qs。圖1中的幅材5具有第一側面6和相背的第二側面8，兩者間的厚度為b。例如 通過能夠被定位為與側6足夠接近或接觸的任何適合的元件，側6被接地。在許多過程 中，側6通過與幅材處理工藝的設備接觸(例如接地的輥)被接地。在一些實施例中，側6的接地可以通過幅材本身的導電塗層或導電層實現。幅材5的側8處的電勢通過下 式給定
權利要求
1.一種改變電介質材料上電荷的方法，所述方法包括獲得表面上具有基本不均一的靜電荷分布的電介質材料，所述靜電荷分布是相對於 地電勢測量的；將至少為弱導電性的液體施加到所述電介質材料的所述表面；以及 從所述表面至少部分地移除所述至少為弱導電性的液體，從而在所述表面上留下基 本均一的靜電荷。
2.根據權利要求1所述的方法，其中施加的所述至少為弱導電性的液體的電勢在從約 負10,000伏至約正10,000伏的範圍內。
3.根據權利要求1所述的方法，其中施加的所述至少為弱導電性的液體的電勢基本上 等於地電勢。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述液體為甲醇、乙醇、甲基乙基酮、異丙醇、 丙酮或丙烯酸酯中的一種。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述液體的介電常數在從約10至約40的範圍內。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述液體具有小於處理時間的靜電馳豫時間，其 中所述靜電馳豫時間為小於約3X10—5秒。
7.根據權利要求1所述的方法，其中以圖案的形式施加所述弱導電性的液體，且其中 在所述表面上的均一的靜電荷以所述圖案的形式布置。
8.一種在電介質材料上生成靜電荷圖案的方法，所述方法包括 獲得具有第一電荷電勢的電介質材料；將至少為弱導電性的液體施加到所述電介質材料的第一部分，所述至少為弱導電性 的液體具有第二電荷電勢；以及從所述電介質材料的所述第一部分至少部分地移除所述液體，從而在所述電介質材 料的所述第一部分上留下基本上均一的靜電荷。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述電介質材料包括幅材。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述電介質材料的長度為至少3米。
11.根據權利要求8所述的方法，其中獲得具有第一電荷電勢的電介質材料的步驟包括獲得具有不均一電荷電勢的電介質材料；以及基本上中和所述電介質材料上的電荷，使得所述電介質材料的平均電荷電勢為約零伏。
12.根據權利要求11所述的方法，其中通過中和系統進行基本上中和電荷的步驟，所 述中和系統選自空氣離子發生器、靜電消除器、感應靜電消除器和核靜電消除器。
13.根據權利要求8所述的方法，其中在將所述液體施加到所述電介質材料的同時移 動所述電介質材料。
14.根據權利要求8所述的方法，還包括將所述電介質材料緊鄰調色劑粒子設置，使 得由所述均一的靜電荷產生的電場吸引調色劑粒子。
15.根據權利要求14所述的方法，還包括將所述調色劑粒子固化到所述電介質材料上。
16.根據權利要求14所述的方法，還包括將第二材料設置到所述電介質材料上，以將 所述調色劑粒子轉移到所述第二材料，並從所述電介質材料移除所述第二材料。
17.根據權利要求8所述的方法，其中將所述液體施加到所述第一部分的步驟包括 將所述液體施加到圖案化模具，其中所述第二圖案化模具處於所述第二電荷電勢；以及將所述液體從所述圖案化模具施加到所述電介質材料。
18.根據權利要求17所述的方法，其中將液體施加到圖案化模具的步驟包括 獲得片材；將所述片材浸沒到所述液體中；從所述液體移除所述片材，使得液體塗層留在所述片材的表面上；以及 從所述圖案化模具接觸所述液體塗層，以將所述液體塗層的一部分轉移到所述圖案 化模具上。
19.根據權利要求8所述的方法，其中從所述第一部分移除所述液體的步驟包括使 用蒸發、加熱器、紅外加熱器、對流烘箱、吸液芯、擦拭器、橡皮掃帚、氣刀、微波、 空氣對流系統中的一種移除所述液體。
20.根據權利要求8所述的方法，其中所述液體包括丙烯酸酯，並且其中從所述第一 部分移除所述液體的步驟包括將所述丙烯酸酯乾燥到所述電介質表面上。
21.一種用於中和電介質材料的細長幅材的方法，所述方法包括 將至少為弱導電性的液體電連通到地電勢；獲得具有並非完全基本上等同於所述地電勢的電荷電勢的電介質材料； 將所述連續幅材的一部分浸沒在所述液體中，以完全地包覆所述細長幅材的所述部 分，以中和所述細長幅材上的電荷；從所述液體移除所述連續幅材的所述部分；以及 從浸沒後的所述連續幅材至少部分地乾燥所述液體。
全文摘要
本發明提供了改變電介質材料上的電荷的方法，該方法涉及將至少為弱導電性的液體施加到電介質材料的至少一部分上。然後從電介質材料至少部分地移除液體，從而在電介質材料的至少部分上留下基本均一的靜電荷。某些方法提供的電介質材料既為淨中和又為完全中和的。其它方法生成用於後續處理的電荷圖案。
文檔編號G03G15/00GK102016727SQ200880126665
公開日2011年4月13日 申請日期2008年12月16日 優先權日2007年12月21日
發明者威廉·B·科爾布, 彼得·T·本松, 理察·M·讓德爾傑克, 瓊·M·諾約拉, 米切爾·A·F·詹森, 米哈伊爾·L·佩庫羅夫斯基, 羅伯特·A·亞佩爾, 馬修·S·斯泰 申請人:3M創新有限公司