专利名称：用于影象图案的多层电子切割薄膜的制作方法
发明的领域本发明涉及用于电子切割以形成影象图案的粘合剂背衬的薄膜。
发明的背景电子切割薄膜用于通过使用计算机驱动的刀具或铁笔在薄膜表面上形成影象图案和字符。市售的电子切割设备包括Gerber Scientific Products ofManchester，Connecticut and Zund Systemtechnik AG，AltstattenSwitzerland。
在这种电子切割用途中常使用聚氯乙烯(PVC)作为薄膜，因为它容易用计算机驱动的刀具切割，并且当户外使用时，适当地对其进行配制就可获得良好的外观和良好的耐久性。
通常，用计算机驱动的刀具按所需的图案切割由着色的含聚氯乙烯的薄膜/粘合剂/载体衬里组成的层压料片。切割后，从载体衬里上除去不需要的薄膜/粘合剂，留下粘结在载体衬里上的图案。随后使用预留空间的粘合带(prespace tape)将该图案传送到所需的基材上，该粘合带将割下的含聚氯乙烯的薄膜从载体衬里上举起并将图样固定在施加的位置上。
在一些国家要求这些用途中不使用PVC，因为担心它焚烧时会损害环境。还需要开发较低成本的薄膜和制造方法来用于这种用途，同时仍使薄膜保持适当的切割性能、外观和耐天候老化性(耐久性)。
美国专利4,713,273、4,888,075、4,946,532、5,143,570和5,372,669公开了用于标签、带或标记的共挤出薄膜。
发明的概述本领域需要更好的聚合物材料用于电子切割用途。上面所述的PVC的问题导致想用聚合物材料替代之。
聚乙烯是聚合物替代材料的可能的候选材料，当对其进行适当挑选后可容易地用电子切割机切割之。如果适当地进行配制，聚乙烯可提供合适的耐天候老化性和抗UV辐射的稳定性。但是，聚乙烯的缺点在于它不具有典型的影象图案用途所需的抗局部刮伤性和耐磨性。另外，聚乙烯聚乙烯本身与粘合剂不具有合适的粘结性，导致由于粘合剂与薄膜脱粘而造成产品脱层。
意想不到的是，本发明通过共挤出耐磨顶层、容易切割的聚合物材料芯层和粘合剂底涂层而提供一种用于电子切割的聚合物替代材料。令人惊奇的是，加入耐磨层和粘合剂底涂层不会明显地影响薄膜的切割性能。
因此，本发明的一个方面是一种电子切割薄膜，它包括(a)一层芯层，该芯层包括聚烯烃并具有相反的两个主表面；(b)置于一个主表面上的耐磨层；和(c)置于相反主表面上的粘合剂底涂层。
本发明另一方面是提供一种该薄膜的制造方法，它包括如下步骤(a)将三种可挤出的树脂加入具有三个缝口的口模中；(b)通过该口模将三种树脂共挤出成薄膜。
本发明另一方面是该薄膜的使用方法，它包括如下步骤(a)将薄膜切割成所需的图案；(b)将薄膜置于基材上；和(c)从图案上除去不需要的薄膜。
本发明的特征在于能使易磨损的聚合物薄膜的主表面具有所需的耐磨性，而不影响薄膜被电子切割成影象图案的用途。
本发明另一个特征是在聚合物薄膜的相反主表面上形成粘合剂底涂层，同时仍不影响所需的电子切割性能。粘合剂底涂层的存在使得本发明电子切割薄膜的相反主表面上能涂覆任选的，但是是较好的压敏粘合剂和保护剥离衬里。
本发明的一个优点是在处于质量控制条件下的大量制造设备中用共挤出技术制造本发明电子切割薄膜，从而制得优质低成本的替代聚合物材料用于图象工业中的电子切割加工。
本发明另一个优点在于本发明薄膜能使作为聚氯乙烯基切割薄膜主要问题的“表面压痕”减至最少。在工业上将“表面压痕”称为表面缺陷，它是由储存时将薄膜缠绕成卷，导致薄膜的顶层与载体层背面接触而造成的。在缠绕过程中向薄膜添加连续的薄膜/粘合剂/衬里层会增加该界面的压力。增加压力会在薄膜的某些区域产生无光泽的外观，认为这是设计具有高光泽表面的薄膜的不佳的缺陷。随着温度的提高这种影响越趋严重。导致表面压痕的确切原因还未知晓，但是推测与PVC薄膜中存在增塑剂有关。
本发明另一个优点是本发明薄膜能耐涂鸦或其它表面涂层的变化，因为耐磨层具有低的表面能和低的化学活性。
其它特征和优点可参见参照附图的下列本发明实例的描述。
附图简述
图1是本发明电子切割薄膜的剖面图。
本发明的实例薄膜的构造图1所示的电子切割薄膜10包括芯层12，它具有上面带有耐磨层14的主表面13以及上面带有粘合剂底涂层16的相反的主表面15。
芯层12占薄膜10厚度的约50-80％，较好约占65％。耐磨层14约占薄膜10厚度的5-25％，最好约占15％。粘合剂底涂层约占薄膜10厚度的5-30％，较好约占20％。
薄膜10的厚度可约为30-150微米(0.00125″-0.006″)，较好为约60-100微米(0.0024″-0.004″)。
如图所示，薄膜10还可任选地，但是较好地有与层16相接触的压敏粘合剂涂层18以及用于保护粘合剂18的合适的剥离衬里19。
带有任选的粘合剂和衬里后，该结构的总厚度约为150-425微米(0.006″-0.017″)，较好约为185-275微米(0.0075″-0.011″)。
芯层如果能适当地进行挑选，则聚烯烃薄膜能很好地进行冲切加工。聚烯烃薄膜的非限定性例子包括聚乙烯、聚丙烯和乙烯和丙烯的共聚物。市售聚烯烃树脂在工业上有多种来源，如购自Exxon Chemical Co.，Houston，TX，77253。
在本发明中用作薄膜10的芯层12较好是中密度聚乙烯(MDPE)薄膜。这种薄膜用ASTM D-882测得的正割模量约为35,000-100,000磅/英寸2，较好约50,000磅/英寸2。
芯层12的其它可能的候选材料包括聚烯烃树脂，只要薄膜具有合适的正割模量即可。例如，高密度聚乙烯是候选材料，只要它的正割模量不小于约50,000磅/英寸2。
芯层的厚度可约为25-125微米(0.001″-0.005″)，较好约为50-100微米(0.002″-0.004″)。
为了便于加工和着色，可向芯层12中加入各种添加剂。这种添加剂的非限定性例子包括紫外光稳定剂、热稳定剂、抗静电剂和着色剂，这些添加剂将在实施例中进一步说明。
耐磨层薄膜10的耐磨层14向本发明提供了许多特征和优点。层14置于要电子切割的芯层12的主表面13上。
如果进行适当的挑选，则离聚物和其它耐磨聚合物能很好地进行电子切割加工。耐磨聚合物的非限定性例子包括乙烯-丙烯酸甲酯离聚物树脂(如购自DuPontof Wilmington，Delaware，USA的SurlynTM离聚物)。该树脂较好是购自杜邦的SurlynTM1705-1。
层14兼有耐磨性和抗涂鸦性，前者是由实施例所述的人工试验测定的。(John，我们没有用于试验的ASTM方法，)对该层的主要要求是增加芯层的耐磨性。
耐磨性带来了抗涂鸦性，它能用人工试验测定。
耐磨层的厚度可约为5-40微米(0.0002″-0.0016″)，最好约9-20微米(0.0004″-0.0008″)。
为了便于加工和着色，可向层14中加入各种添加剂。这些添加剂的非限定性例子包括紫外光稳定剂、热稳定剂、填料、抗粘连剂、滑爽剂、抗静电剂、抗菌剂和着色剂，这将在实施例中进一步说明。
粘合剂底涂层薄膜10的粘合剂底涂层16向本发明提供部分特征和优点。如果不存在层16，由于芯层12的组成缘故，薄膜10上将难以层压粘合剂。层16置于芯层12与要电子切割的表面13相反的主表面15上。
如果适当地进行挑选的话，含有聚合物(通常包括与极性单体共聚的乙烯)的粘合剂底涂层能很好地进行电子切割加工。粘合促进材料的非限定性例子包括乙烯-乙酸乙烯酯树脂(如购自DuPont的ElvaxTM的乙烯-乙酸乙烯酯树脂)。较好是购自杜邦的ElvaxTM3135B树脂。
层16对芯层12和压敏粘合剂均具有粘性，如实施例所述，这种粘性是通过人工试验测定的。
粘合剂底涂层的厚度可约为6-50微米(0.00024″-0.002″)，较好约为12-20微米(0.0005″-0.0008″)。
为了便于加工和着色，可向层16中加入各种添加剂。这种添加剂的非限定性例子包括紫外光稳定剂、填料、抗粘连剂、热稳定剂、抗静电剂、抗菌剂和着色剂，这将在实施例中在进一步描述。
任选的粘合剂和衬里层本发明薄膜很适合于电子切割，它涉及切割薄膜与基材的粘性以形成图象。尽管制得的薄膜10的一个主表面上可不涂覆压敏粘合剂，但是如图1所示，最好形成粘合剂层18和保护剥离衬里19。
粘合剂层18存在的目的是将形成的影象图案粘合在支承表面(如标牌、雨蓬、墙壁、地面或建筑物天花板、卡车侧板、广告牌以及其它能用优质的影象图案进行教育、娱乐或发布信息的场所)上。
美国3M公司提供各种介质并已开发了系列压敏粘合剂制剂能用于与将形成图象的表面相反的主表面上。这些粘合剂可参见美国专利5,141,790(Calhoun等)、5,229,207(Paquette等)、5,296,277(Wilson等)、5,362,516(Wilson等)和待审的共同转让的PCT申请US97/09274(Sher等)(代理人记录No.52771USA9A)、US97/00626(52144USA8A)和US97/00609(52143USA1A)。
粘合剂层18的厚度可约为12-75微米(0.0005″-0.003″)，较好约为20-40微米(0.0008″-0.00016″)。
为了在薄膜10储存时保护粘合剂层18，可使用市售的剥离衬里。许多市售的剥离衬里均可用于本发明，如果在薄膜10上层压粘合剂层18和剥离衬里19的话。这些衬里包括一Daubert Coated Products Inc.Of Westchester，Illinois，USA和Rexam Release of Oakbrook，Illinois，USA制造的衬里。目前作为任选的衬里19较好是购自Rexam或Daubert的涂覆硅氧烷的剥离纸。
薄膜的制造方法可使用一系列方法制造本发明多层薄膜。例如，可使用任何合适类型的共挤出口模和任何合适的薄膜制造方法(如吹塑薄膜挤出或平挤薄膜挤出)共挤出层12和任选的层14和层16。在另一个加工步骤中可将粘合剂层18与其它层共挤出、从衬里上转移至薄膜上或直接涂覆在薄膜上。为了具有最好的共挤出性能，对用作各层的聚合物材料进行挑选，使之具有相似的性能，如熔体粘度。
共挤出技术可参见许多聚合物加工文献，包括Progelhof，R.C.和Throne，J.L.的“聚合物工程原理”，Hanser/Gardner Publications，Inc.，Cincinnati，OH，1993。或者，可将一层或多层挤出成单独的片材，将其层压在一起形成薄膜。还可将水基或溶剂基分散液涂覆在一层或多层预先挤出的层上，形成一层或多层涂层。这种方法不是最好，因为采用了附加的加工步骤和额外的废料。
较好的是，通过电晕处理改进粘合剂底涂层16的粘性。电晕处理方法是本领域已知的。较好的是，层16的电晕处理导致其表面张力超过40达因/cm2。
工业上使用的制造设备具有共挤出薄膜形成装置，能定制口模用于挤出加工。
发明的实用性使用本领域普通技术人员购得的Gerber Scientific或Zund设备可对本发明薄膜进行电子切割。切割后，可将该薄膜粘合在基材上并可除去废料，在影象图案中形成特殊的色彩。
通常，一种薄膜表示影象图案的一种颜色，工匠可提供具有不同颜色的各种薄膜，通过在单一基材上放置这些有颜色的切割薄膜来完成图案。
可向本发明薄膜10的芯层12、耐磨层14、粘合剂底涂层16或者它们的复合物加入着色剂，以便根据多色影象图案的需要形成各种颜色。雨蓬和标牌通常可使用本发明薄膜的电子切割多色图象。事实上以前使用聚氯乙烯薄膜的任何用途均可使用本发明薄膜。
如上所述，本发明薄膜可将聚氯乙烯基薄膜普遍存在的表面压痕外观减至最少。因此，本发明薄膜的储存更可预测并且对使用者更有利。
在下列实施例中将进一步说明本发明实例的其它特征和优点。
实施例制剂A耐磨层占厚度的14-15％1000份杜邦SurlynTM1705-1树脂(Dupont，Wilmington，DE，19880)50份Polyfil MT 5000滑石粉母料(Polyfil Corp.，Rockway，NJ，07866)50份Ampacet#10407UV母料(Ampacet Corp.，Tarrytown，NY，10591)80份Standridge #12085黑色母料(Standridge Color Corp.，Bridgewater，NJ，08807)芯层占厚度的12-65％1000份Exxon 129.24中密度聚乙烯树脂(Exxon Chemical Co.，Houston，TX，77253)
50份Ampacet #10407UV母料80份Standridge #12085黑色母料粘合剂底涂层占厚度的16-20％1000份杜邦ElvaxTM3135B乙烯乙酸乙烯酯树脂(DuPont，Wilmington，DE，19880)150份Polyfil MT5000滑石粉母料50份Polyfil ABC 5000抗粘连母料50份Ampacet#10407UV母料80份Standridge#12085黑色母料比较制剂B耐磨层占厚度的14-15％1000份杜邦SurlynTM1705-1树脂50份Polyfil MT 5000滑石粉母料50份Ampacet#10407UV母料80份Standridge #12085黑色母料芯层占厚度的12-65％1000份Exxon 129.24中密度聚乙烯树脂50份Ampacet #10407UV母料80份Standridge #12085黑色母料粘合剂底涂层占厚度的16-20％1000份Exxon 129.24中密度聚乙烯树脂50份Polyfil ABC 5000抗粘连母料50份Ampacet#10407UV母料80份Standridge#12085黑色母料比较制剂C耐磨层占厚度的14-15％1000份杜邦SurlynTM1705-1树脂
50份Polyfil MT 5000滑石粉母料50份Ampacet#10407UV母料芯层占厚度的12-65％1000份Exxon 129.24中密度聚乙烯树脂50份Ampacet #10407UV母料80份Standridge #12085黑色母料粘合剂底涂层占厚度的16-20％1000份Exxon 129.24中密度聚乙烯树脂50份Polyfil ABC 5000抗粘连母料50份Ampacet#10407UV母料80份Standridge#12085黑色母料比较制剂B与制剂A不同因为它无粘合剂底涂层。比较制剂C与比较制剂B不同，因为它在耐磨层中无着色剂。比较制剂C与制剂A不同，因为它在耐磨层中无着色剂并且它无粘合剂底涂层。
如下面实施例将详细描述的那样，使用吹塑薄膜法将上面各个制剂共挤出，并对芯层12的表面15进行电晕处理。随后将各个薄膜层压在丙烯酸酯共聚物压敏粘合剂上，该粘合剂涂覆在带有硅氧烷剥离表面的白土涂覆纸上。
实施例1-3，切割和除去试验使用常规的吹塑薄膜共挤出法将制剂A-C分别制成本发明多层薄膜。三个挤出机中的每一个(分别对应于各层12、14和16)均向一个环形口模提供熔体制剂，在该口模中熔体结合成由三层截然不同的层组成的呈套管状的单一熔体料流。对于每个实施例，“顶部”挤出机的熔体形成耐磨层，“中间”挤出机的熔体形成芯层，“底部”挤出机的熔体形成粘合剂底涂层。通过向套管中引入空气而将熔融的聚合物套管吹塑至其最终直径和厚度，并将其夹持在口模和吹塑薄膜塔顶部的夹辊之间。接着将薄膜套管切割成两片平的薄膜卷材，对各个薄膜的粘合剂底涂层进行电晕处理并将其缠绕在一个卷芯上。形成的试样厚度分别约为0.0024″(60微米)。接着将薄膜开卷，在环境温度下通过两个层压辊的压力在粘合剂底涂层上层压0.001″(25.4微米)厚的丙烯酸酯共聚物压敏粘合剂层和0.004″(101微米)厚的剥离衬里。
用#P-1200型Zund平床切割机，使用由Gerber Scientific(Manchester，CT，06040)“Graphix Advantage”Release 6.0软件驱动的标准45°刀片评价各个制剂A-C的切割性能。将薄膜切割成字符“QWERTYUIOP”，使用HelveticaMedium字体，高度分别为1″(25mm)、0.5″(12.5mm)、3/8″(10mm)和1/4″(6mm)。
沿各薄膜的字符切割单一的“废料边缘”或框以有助于废料的除去。通过检查用于举起字符的切割字符、薄膜未完全割断、薄膜撕裂，或者由于刀片通过薄膜而导致美学或切割字符加工问题的其它缺陷来评价薄膜的切割性能。在“废料边框”的右上角将薄膜/粘合剂复合物从衬里上提起并将薄膜/粘合剂对角地快速拉向“废料边框”的左下角来评价废料除去性能。
接着检查薄膜的保留字符，如果所有切割高度的字符均保留，则认为薄膜能切割到可接受的高度。在薄膜电子切割工业中使用字符高度来表示薄膜使用的适应性。通常，认为保留字符的高度为1/2″或更小的薄膜是电子切割应用中可接受的薄膜。
随后评价薄膜的切割和废料除去性能。所有薄膜均很好地切割，无可见的薄膜缺陷。而且在1/2″(12.5mm)所有试样上的废料除去均合格，认为具有良好的除去性能。将制剂B和C视为比较制剂不是因为其切割性能，而是因为如下所述其不合适的其它性能。
实施例4和比较例5，粘合剂底涂试验使用制剂A和比较制剂B制得厚度为60微米(0.0024″)的薄膜，电晕处理非SurlynTM一侧并如上所述将其层压在丙烯酸酯共聚物粘合剂和剥离衬里上。随后将薄膜切割成25mm(1″)的试条并将其贴在铝板上。24小时后，将薄膜从铝板上180°拉下而将薄膜/粘合剂带条从铝板上取下。实施例4的薄膜/粘合剂层压物能干净地除去，无粘合剂残留在铝板上，而比较例5的薄膜/粘合剂层压物的粘合剂层与薄膜脱粘，粘合剂层残留在铝板上。这称为100％粘合剂转移并表示粘合剂与薄膜的粘性差。本试验表明与比较制剂B未底涂的薄膜相比，制剂A中所含的底涂层能提供改进的粘合剂粘结和产品性能。
比较例6和实施例7，表面压痕试验使用下列试验步骤来比较制剂A制得的薄膜和市售压延的聚氯乙烯电子切割薄膜的表面压痕敏感性。
将购自美国3M公司的典型的中间级电子切割薄膜(A)-3M TartanTM2500-94的样品作为比较例6。将制剂A挤出成0.0024″(60微米)厚并如上所述与粘合剂和剥离衬里层压在一起作为实施例7。将比较例6和实施例7的试样切割成10×10cm，并如下堆叠(使用实施例标号作为堆叠次序)6766776667776，并将其置于2个10×10cm的不锈钢板之间。接着将该板和薄膜的堆叠试样置于65℃(150°F)的烘箱中，并在顶部不锈钢板上放置6kg的重物。1小时后，比较例6的聚氯乙烯薄膜表现出严重的表面压痕，而实施例7的薄膜表面外观未显示出可见的变化。在相同的温度老化48小时后，比较例6的聚氯乙烯薄膜表现出严重的表面压痕，而实施例7薄膜的表面外观仍未有可见的变化。
比较例8和实施例9，抗刮伤试验进行下列试验，以测定市售的中密度聚乙烯(MDPE)薄膜(产品号935，购自Huntsman Packaging of South Deerfield，MA，USA)和制剂A薄膜的抗刮伤性。
本试验的目的是因为电子切割并施加至表面上的图象通常是使用预留空间的粘合带进行传送的，在图象被成功地传送至所需的表面上以后除去该粘合带。此时需要附加的步骤，用塑料施加器摩擦图象的表面以确保适当地粘结所施加的图象。所使用的塑料施加器通常为例如3M PA-1，通常称之为橡皮滚子(购自美国3M公司)。
对厚度为100微米(0.004″)、产品号为935的中密度聚乙烯(MDPE)薄膜的单层薄膜进行电晕处理，随后将其层压在丙烯酸酯共聚物粘合剂和硅氧烷涂覆的剥离衬里上。进行本步骤以便使薄膜在试验过程中具有增加的刚性。
当用3M PA-1施加器摩擦比较例8的这种层压物时，薄膜上出现许多肉眼可见的由塑料施加器产生的小刮痕。该刮痕改变了薄膜的光泽，并在作为图象薄膜的大多数用途中使之难以被接受。
实施例9使用吹塑薄膜方法将制剂A加工成90微米(0.0035″)厚并经电晕处理的薄膜，如上所述将其层压在丙烯酸酯共聚物粘合剂和硅氧烷涂覆的剥离衬里上。当该薄膜用3M PA-1塑料施加器摩擦时，极少有肉眼可见的刮痕出现，认为该薄膜在影象图案用途中是可接受的。
比较例10和实施例11，着色试验用制剂B和制剂C制得厚度为60微米(0.0024″)的薄膜，如上所述将其层压在粘合剂和衬里上。如上所述这些材料均具有可接受的光泽度和抗刮伤性，但是将其视为比较制剂的原因是因为其底层缺乏粘合剂底涂特性。比较制剂B与比较制剂C的不同在于制剂B在耐磨层含有着色剂，而制剂C不含着色剂。该试验的结果表明在耐磨层无需着色剂，使比较制剂C的光泽一致性要优于比较制剂B的光泽一致性。如果多层薄膜形成有色彩则这种层压结构是适用的，因为对所有颜色透明的耐磨层是相同的，使所有的颜色均具有同样的光泽度。这是重要的，因为已知不同的颜料在薄膜中形成不同的表面光泽度，这是由于颜料的化学和物理性质不同，还由于各种颜料达到所需的薄膜不透明度所需的用量不同。因此，本发明使用的较好的制剂是耐磨层无着色剂的制剂A。
本发明不限于上述实例。权利要求书附于后面。
权利要求
1.一种电子切割薄膜，它包括(a)一层芯层，该芯层包括聚烯烃并具有相反的两个主表面；(b)置于一个主表面上的耐磨层；和(c)置于相反主表面上的粘合剂底涂层。
2.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于芯层的厚度占薄膜厚度的约50-80％，耐磨层的厚度占薄膜厚度的约5-25％，粘合剂底涂层的厚度占薄膜厚度的约5-30％，薄膜厚度约为30-150微米。
3.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于耐磨层包括耐磨的离聚物树脂。
4.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于粘合剂底涂层包括乙烯乙酸乙烯酯。
5.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于耐磨层还具有抗涂鸦性。
6.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于它还包括置于粘合剂底涂层上的粘合剂层。
7.如权利要求6所述的薄膜，其特征在于它还包括置于粘合剂层上的剥离衬里。
8.一种如权利要求1所述薄膜的制造方法，它包括如下步骤(a)将三种可挤出的树脂加入具有三个缝口的口模中；(b)通过该口模将三种树脂共挤出成如权利要求1所述的薄膜。
9.一种如权利要求1所述薄膜的使用方法，它包括如下步骤(a)将薄膜切割成所需的图案；(b)将薄膜置于基材上；和(c)从图案上除去不需要的薄膜。
全文摘要
公开了一种用作电子切割薄膜的多层聚烯烃薄膜。与可比较的单层薄膜相比,该薄膜提供改进的耐磨性和抗涂鸦性,以及粘合剂粘固性能,同时仍保持优良的切割性能。该薄膜还表现出优良的抗“表面压痕”性能,表面压痕是常规的含聚氯乙烯电子切割薄膜的主要问题。
文档编号B32B27/32GK1254309SQ97182221
公开日2000年5月24日 申请日期1997年10月13日 优先权日1997年6月3日
发明者J·O·埃姆斯兰特, D·L·雷尼尔, D·L·弗莱明 申请人:美国3M公司