专利名称：涂敷薄液体涂料条的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及涂层技术。尤其涉及准备和涂敷超薄涂料条。
背景技术：
涂敷是利用一液体层来取代与被涂底材接触的气体的工序，被涂底材通常是指固体表面诸如一薄片。有时在顶面上相互涂敷有多层涂层。涂层沉积后，可能仍留有诸如在金属线圈加工中使用的润滑油或应用于激活或化学变化一被涂底材表面的化学反应物之类的液体存在。另一方面，如果有挥发性的液体遗留在固体涂层中，如油漆，涂层可被烘干，或者可被固化或以其他方式凝固成一功能性涂层，如一不轻易与压敏粘胶剂粘附的防粘涂层。涂敷涂层的方法已在由Cohen，E.D.和Gutoff，E.B.所著的纽约VCH出版社1992年出版的“现代涂层和烘干技术”和Satas,D.所著的由纽约的Van Vorstrand Reinhold出版公司1984年出版的“薄片加工和转化技术和设备”中进行了讨论。在许多情况下最好和必须具有不超过5微米厚度的超薄层的涂层。
许多产品都是由被涂敷过的薄片制成的，这种薄片带有按两种或多种不同配方顺薄板条向下并列涂敷的涂料条。这个技术在制造不同的防粘涂层和其他产品方面是很有用的。可通过添加一染料或色素使不同的配方的颜色不同，或者它们的化学配方可以不同而具有不同的化学、物理或表面特性。
在水扩技术以外的已知的其他用于连续涂敷的液体涂层的涂敷方法(例如辊涂法，幕式淋涂法，槽涂法，气刀刮涂法和凹印涂法)中，没有能使液体涂层的厚度小于大约0.1微米的。为了使用这些方法而能得到较小的最终干燥厚度，涂层必须被一可蒸发掉的溶液稀释才能得到理想的小于0.1微米的涂层。由于增加了稀释液体和置备被稀释的涂敷液体的成本，从而提高了整个成本。同时，所需的溶液通常对环境和生产人员是有害的。
在美国专利No.4,748,043中说明了的由汽化状态冷凝和电喷涂方法都属于逐点或逐滴涂敷超薄涂层的不连续方法。但是，仅少数具商业价值的液体涂层能成功地蒸发，电喷涂法也仅限于较窄的具有一定粘性和电特性的涂敷液体范围内。
厚度大于0.1微米时，可使用多辊轮或传送辊涂机。典型的设备包括由德国Bulach的Bachofen&Meier公司，出售的五辊轮辊涂机或其他的设备。这种类型的辊涂机由于具有许多从动辊轮所以购价和维修都很昂贵。在辊轮表面上的任何缺陷都会在涂层中重复出现。另外，这些辊涂机也未能成功地在0.005到0.1微米范围内涂敷液体涂层。
水扩技术首先是从Blodgett在“美国化学学会杂志”(1935年Vo1.57,1007)中说明的生产和沉积单分子薄膜的Langmuir-Blodgett方法开始的。这种方法包括在一停滞的水面上浇一层稀释的有溶解力的薄膜形有机分子溶液。溶液扩散开来在水-空气的交界面上形成一薄膜。溶液蒸发后留下一单分子膜层。然后再使被涂底材穿过水面，单分子层膜浮在上面而使膜层沉积于被涂底材的表面。美国专利No.4,093,757公开了在连续被涂底材上形成连续单分子沉积的方法。日本专利申请书63-327260说明了一种Langmuir-Blodgett单分子技术的改进，其中厚度大于单分子层的薄膜沉积于一连续的被涂底材上以形成一厚度在0.005到5微米范围内的超薄膜。
虽然水表面扩张技术可以在被涂底材上有效地涂上涂层，但它要求涂敷液体自然地快速地在水-空气分界面上扩散。对于许多涂敷配方而言，为了实现这个目的就必须找到并添加进附加的溶剂或表面活化剂。另外，最大涂敷率受扩散率限制。同时，涂敷被涂底材的速度也由于其他问题而受到限制。据报导，适中的速度为10到50米/分时，空气泡易于夹在膜与被涂底材间。水扩技术靠使被涂底材穿过水面或使被涂底材与水面接触而从一静止的水池中粘住涂层。通常，必须发生溶液的蒸发以便产生一固体或近于固体的表面膜，允许将涂层直接传送到被涂底材上。水池的表面还会遭受到污染，污染是随着时间而增加，这样会降低涂层的质量。还不知道水扩技术在与混合的涂敷液体和涂敷溶解或分散成分一起使用时是否有效的。
使用这些已知的技术来涂敷相邻的水溶性或水解性顺薄板条向下并列的涂料条时需要多个加工步骤。例如，多辊轮传送辊涂机需要两个工作段，每一个用于一个配方。另外，必须非常精确地跟踪薄板条和校准辊涂机以便使所产生的相邻的、并排的涂料条不会在条间出现重叠或间隙。
也不知道是否能使用水扩技术来同时涂敷相邻的和不同的顺薄板而下的涂料条。有人预计，将具有不同水表面扩散特性的不同配方放在水的表面，具有最高扩散系数的物质或具有最高扩散率的配方将支配水的表面，使它不能够形成产生涂料条所必需的不离散控制区域。同时，如果两种不同表面张力的液体被并排接触地放置，由不平衡的表面张力所产生的力将引起每一点的拼合线在那点上垂直于分界面，并朝向高表面张力液体运动。再者，可以预计，这样的特性将不可能使不同配方的液体以一致的、同一的宽度的相邻涂料条的形式沉积于一液体或被涂底材。使用已知技术，仅有的使用水扩张生成相邻涂料条的程序是首先用将作涂层的物质B将要涂敷的被涂底材区域遮盖住，然后涂敷物质A，再从薄板上移去第一层遮盖，再凝固物质A，再遮盖A涂敷的表面，再涂敷和凝固物质B，然后再移动第二层遮盖。这样的一个过程需要多个涂敷工作段且，非常复杂。通过这个程序生产的产品费用昂贵。
技术方案本发明是将多条同时涂敷的，不同涂敷配方组成的相邻涂料条涂到被涂底材上的设备和方法。这块被涂底材沿着一定的路径通过涂敷工作段移动。形成许多分开的涂敷液体流动层，并且相互接触地并排流动以形成一不同配方的单层流动并排涂料条。形成一载流液体流动层，并且流动的多层涂敷液体与载流液体相接触以形成一混合层。混合层以足够高的速率流动，在被涂底材表面涂敷的宽度上形成一连续流动的混合层液体桥。流动的混合层与被涂底材接触以便使涂敷层介于被涂底材与载流液体间。当涂敷液体作为涂层留在被涂底材上时，去除载流液体。
被涂底材在2000米/分钟以下的速度范围内穿过涂敷工作段。成形的步骤可以使用一滑涂机，幕式淋涂机，挤涂机，一槽涂机，一刮涂机，一喷涂机，一辊涂机，或其他辊涂设备，它们中的许多都在“Cohen和Gutoff”的著作中加以说明了。可以在机械去除、吸收或结合使用这些方法后，再通过刮除、吸收和重力排放，吹气，离心去除、蒸发、应用电场或磁场、凝固或凝胶涂层或载流液体来去除载流液体。另外，混合层可在与被涂底材接触前沉积于一传送表面，如一辊轮或一皮带上。可从传送表面上去除载流液体，这样仅有涂敷液体从传送表面传送到被涂底材上。
被涂底材可以是一在1到2000米/分的速度范围内运动穿过涂敷工作段的连续薄片，或者也可以是被传送通过涂敷工作段的不连续薄板或部件。
附图简介
图1是本发明的滑动幕式淋涂装置的示意图；图2是本发明另一实施例的喷涂装置的示意图；图3是现有的模式槽涂敷装置的示意图；图4是本发明另一实施例简化的幕式淋涂敷装置的示意图；图5是使用一传送辊轮的本发明另一实施例的示意图，在这个辊轮上当涂敷液体传送到薄片前载流液体已被除去；图6是使用一个把载流液体和涂敷液体传送到薄片上的传送辊轮的本发明另一实施例的示意图；图7是结合使用整个辊轮装置上的刀具和涂敷液体模式涂膜机的本发明另一实施例的示意图；
图8是用于涂敷相邻涂料条的本发明的另一实施例的示意图；图9是用于图8的涂敷装置中的隔片的侧视图；图10是用于图8的涂敷装置中的另一隔片的侧视图；图11是涂上涂料条的薄片的横剖面图。
详细的说明在本发明中，产生一流动的由载流液体和涂敷液体的液体流构成的混合层并且沉积于被涂底材(例如一薄片)的表面上。当薄片通过涂敷工作段时产生沉积，这样液体混合层首先与薄片的表面接触形成一混合层，在这个混合层中载流液体在薄片的空气交界面上，而涂敷液体处于薄片与载流液体间。移走载流液体留下一超薄的液体涂层。
被涂底材可以是任何的被涂底材，例如一连续的薄片、不连续的薄板或刚性的零件，或者可以是一排被传送经过涂敷工作段的部件或零件。涂敷液体能涂敷出一均匀的厚度，这个均匀的超薄的厚度范围从0.005到5微米。此外，液体涂敷到被涂底材上厚度可以比超薄的厚度大，它的范围包括100微米或更大。
图1示出一具有以1到2000米/分钟的速度进行涂敷的设备的涂敷工作段。作为一逼真的滑动幕式淋涂机示出的一涂模10具有一内腔12。利用一精确的配量泵16，通过一过滤器18和一泡沫收集器20内腔12与一罐14相连接。涂模10还有一内腔22，它利用一精确的配量泵26通过一缓冲罐27，一过滤器28和一流量表29与一罐24相连接。一涂敷工作段设置于涂模10的旁边。一连续的薄片32通过涂敷工作段并穿过相对于薄片横向安装的涂模10。
利用精确的配量泵16通过过滤器18和泡沫收集器20以精确的控制速率把涂敷液体34从罐14中抽吸送入涂模10的内腔12内。利用精确的配量泵26通过缓冲罐27，过滤器28和流量表2以控制速率把载流液体36从罐24中抽吸进入涂模10的内腔22内。载流液体从一个图中未示出的源头流经一流量控制阀23和一流量表25被连续不断地加到真空罐24中。罐24与图中未示出的真空源头相连。为了超薄涂层，载流液体的速率远大于涂敷液体的速率。
内腔12和22横穿涂模10的宽度分布涂敷液体34和载流液体36，并通过分布槽42、44将涂敷液体34和载流液体36分布至模表面38，40上。通过相应的槽注流孔连续配给相应的液体形成混合层。在槽44的出口处涂敷液体34流到载流液体的上面，然后在载流液体的上面流动，与之面对面的接触，并沿着倾斜的模表面40流至模唇部46处。从唇部46开始，混合层薄膜在重力作用下以幕的48的形式下降与薄片32相接触。薄片32移经涂敷工作段并通过模10以便当多层帘幕48与薄片32接触时，涂敷液体与薄片的表面相邻并且介于薄片和载流液体间。涂敷液体34与薄片接触。而载流液体36则不与薄片接触。在接触点上，一涂敷液体和载流液体组成的混合层被涂到薄片上。
混合层的速率足够高以便从模唇部46到薄片表面间形成一流动的，不间断的混合层液体桥以用于涂敷宽度。涂敷液体单独的速率未必要大到能形成一连续的流动液体桥。不论涂敷液体是否连续，载流液体必须连续。液体桥有两个不同的液体-气体分界面涂敷液体-空气分界面和载流液体-空气分界面。只要不妨碍涂敷过程，也可使用不是空气的其他气体。
载流液体是一明显不同于涂敷液体的混合物。载流液体的作用是在涂模与薄片间形成一(液体)桥，涂敷液体能在桥上流动将涂敷液体传送至薄片并且在涂敷液体与薄片接触前帮助形成一涂敷液体薄层。它可包括一些分散进入涂敷液体的配方，或当载流液体已从薄片上移走后，通过某种机构留在涂敷液体中的固体物质。载流液体可以是自来水或其它液体。涂敷液体和载流液体的特性使得涂敷液体流动到载流液体上面时最好是在到达薄片前形成一连续的表面薄膜。当载流液体将涂敷液体传送至薄片上并且混合层也沉积在薄片上以后，载流液体被移走。只要剩余的载流液体不损害被涂敷薄片应有的特性，可不必移走所有的载流液体。
为了在薄片上得到良好的涂敷均度，随着薄片速度的变化，可选择和调节载流液体的速率、幕的高度“h”、和幕与薄片的碰撞角“a”。幕高度“h”是沿着载流液体幕48的路径，在模唇部46与薄片32间的距离。这个路径不必是垂直的。在表面张力、静电力、粘滞引力或磁性力的作用下，特别当模与薄片间的间距很小时，路径可被弯曲或处于一接近水平的角。在很低的速度时，通常必须使用一小的幕高度(小于1毫米)，一接近于零度的碰撞角，一最小的载流速率，以便在唇部46与薄片32间保持一连续的、无干扰的幕48。幕48必须与薄片接触，以便使涂敷液体承受薄片的速度，涂敷液体被薄片获取并同薄片一道被带走。当液体桥与薄片接触时，格外大的载流速率，碰撞角或碰撞速度可能引起液体桥的不稳定。这会分裂涂层，或带走或乳化载流液体中的涂敷液体。
可以从薄片32上全部或部分地移走载流液体而不有害地移走涂敷液体，只要能符合下列物理和化学特性条件中的至少一个(a)载流液体基本上比涂敷液体更易挥发并且留在涂层上仍可蒸发；(b)载流注体有一基本上比涂敷液体低的粘性；(c)载流液体不弄湿涂敷液体涂盖的薄片；(d)涂敷液体优先与被涂底材发生化学反应或者被被涂底材吸收；(e)涂敷或载流液体在涂敷工作段被胶化或凝固；和(f)通过与一吸收介质接触载流液体可被吸收或移走。如果载流液体是(g)不易与涂敷液体混合的，移走载流液体通常将更加容易。
可以有另外一些替代的机械方法来移走载流液体的至少某些部分。如果符合条件(b)、(c)和(d)，薄片低速运动时，当涂敷液体仍在薄片上并随着薄片被带走的同时，大部分的载流液体能在重力的作用下被排放到一容器50中。如果满足条件(b)、(c)和(g)，在低速时重力排放特别有效。在较高速度时，一气体辅助喷嘴，如图1中所示的一空气辅助喷嘴54，能帮助重力排放。一股气流52从喷嘴54中喷出，产生压力和剪切力迫使载流液体离开薄片。在高速时，当薄片绕着一小直径辊轮快速地改变方向时，载流液体也能由于离心力而被甩离薄片。
意外地是，当在薄片上的涂敷液体的厚度小于10微米，且满足条件(b)时，机械式刮刀(未示)能移走大部分的载流液体，而使大部分的，通常是全部的涂敷液体留在薄片上。
在一个例子中，作为一(涂)层而沉积下来的涂敷液体至少比载流液体薄100倍；涂层的粘度比载流层高10倍；涂敷液体的蒸发压力小于载流层蒸发压力的一半；涂层具有边界特性，这样当它经过涂敷工作段时不会从薄片上除湿；载流液体具有边界特性，这样它将从涂敷液体湿润的薄片上除湿；并且在载流液体和涂敷液体间的界面拉力大于1达因/厘米。
本发明另一未预期的特征是如果载流液体与涂敷液体不能混合并且涂敷液体的粘度大于载流液体，载流液体的流动可能变成紊流。前面已经说明过，为了能同时在一薄片上不相混的应用多个流体层，两(流动)层必须在它们各自的槽42和44内保持层流并沿着模表面40向下流动。沿一斜面的流动，如果雷诺数，Re大于1000，则流动是不稳定的，而如果雷诺数小于1000，则流动是层流。对于一牛顿无剪切力薄流体沿一斜面的流动，可以给定雷诺数Re＝4G/m，其中G是斜面上每单位宽度上的质量流量，m表示液体的粘度。对于在狭槽内的流动，雷诺数应在1400以下以保持层流。对于槽42，44雷诺数通过方程式Re＝G/m计算出来。另一个未预期的特征是可通过涂敷液体和载流液体的混合而得薄的涂层。在这种情况下，可以通过排放或者使用一气体辅助喷嘴54的吹除，机械地去除至少部分载流液体。
通过配量泵16涂敷液体34按一被控制的体积速率被分配到模10中。薄片32上液体涂层平均厚度约等于每单位时间投放的涂敷液体的体积除以薄片上涂敷液体扩散的表面面积。当涂敷一连续的薄片，这个面积等于薄片涂敷的宽度乘以薄片的速度。这能够容易地调节应用的涂敷沉积率。它的变化与涂料抽吸率变化成正比而与薄片速率变化成反比。如果薄片的速度随时间而变化，通过改变与薄片速度成正比的涂敷速率可保持沉积的涂层不变。
图2示出一在不同速度情况下，特别是在高于200米/分的情况下用于涂敷的另一涂模。涂模60是一多层喷涂机。涂模60从模槽64中喷射出一股自由流动的液体62，它接纳从空腔66流出的载流液体36。涂敷液体34从一空腔68和槽70内流出，并沿着倾斜的模表面72下滑直到它与从槽64中流出的载流液体36相会合。在槽64的出口处形成两层的混合流体62。
一喷涂机产生一股自由流动的液体62，它从模槽64中射出且速度足够高在不需要重力的帮助的情况下就可形成射流62。相反，幕式淋涂机是使用重力使得幕48脱离涂模唇部46的。使用一喷涂机，可水平或垂直向上地产生液体载流桥或射流62。在涂敷工业中喷涂机仅仅涂敷单层和更普遍地是在利用辊隙或刮涂机刮刀调定之前把涂料浮色涂到薄片上，这种刮涂机如纽约州，纽约市的Black Clawson公司提供的“Black Clawson传送机构和系统”小册子中的#23-CM，P.4中所示。喷涂机还没有用于同时涂敷多层涂敷液体以在一薄片上产生多层液体。
在申请号为No.08/382,963，发明名称为“多层涂敷方法”的美国专利申请中描述了一与槽涂机或挤涂机有下列不同点的喷涂机。首先，在喷涂机中，喷涂机唇部与薄片间的间隙通常比涂敷到薄片上的液体层的厚度大10倍。通过比较图2中的模60与图3中的模80说明第二点不同。图3示出当液体不是非常接近薄片时液体如何从一槽模中流出。这个槽模80有一内部几何结构和一唇部几何结构用于槽或挤压涂敷。通常将它设置于适当位置以使模槽82处于水平。这样，当薄片远离模时，如图所示从模槽82流出的涂敷液体86将从模唇部84处垂直往下流。有时，液体在离开模主体前将沿着表面85往下流。使用一喷涂机液体将从模唇部射出且它的速度足够大可在离开模槽时立即形成一具有上下自由表面的液体层。喷涂方法的一个显著的特性是它能在相对于液体射流层厚度而言，距离模唇部适中的距离内将液体涂敷到薄片上。重要的是，流量是足够大的，可使液体在不需要任何其他力(如重力，磁力，和电力)的帮助下就能脱离模唇部并形成一离开唇部水平运动一定距离的自由层。
为了使用一喷涂机涂敷超薄涂层，一涂敷液体被配量送进模60并从槽70流出，沿着模表面72流到从槽64中射出的载流液体36上，以形成一混合层自由射流62。射流在模与薄片间形成一液体桥。调整液体62与薄片32的碰撞的角度、载流液体速率和薄片的速度可使涂敷液体首先与薄片32接触并被沿着薄片载送，在这个过程中，涂敷液体与薄片间没有夹杂有害的空气，涂敷液体与载流液体也未混合。
如果超薄涂层使用一能自发地，快速地分散于载流液体自由表面上的涂敷液体，则可使用图4所示的设备。使用这个设备，通过将载流液体36抽吸到模90的模腔92内，通过模槽94，流到模表面96上从而产生一平坦展开的、流动的载流液体。模表面96和唇部98的设计使得载流液体36在重力的作用下流至模唇部98，从这里它作为一桥幕48向下流到薄片32上。使用一喷嘴100将涂敷液体34一滴一滴地或连续地滴到载流液体36的表面上。载流液体的速率和流到唇部的时间必须充分以实现理想的覆盖，从唇部开始载流液体越过运动的薄片表面。
许多不同的装置被用来形成混合层。可使用一滑动涂敷设备，一幕式涂敷设备，一挤压涂敷设备，一槽式涂敷设备，一喷射涂敷设备或一辊轮涂敷设备。另外，如图5所示在与薄片接触前混合层可先沉积于一传送表面上，例如一辊轮或一传送带上。载流液体36从传送辊轮74上被移走，并将涂敷液体从传送辊轮上传送至薄片32上。它是通过在与传送辊轮74形成一辊隙的辊轮76上支撑薄片32而实现的。在辊轮76、74的辊隙处将涂敷液体传送至薄片后，涂敷液体的一部分可能仍留在辊轮74的表面上。
在图6中显出这种涂敷方法的另一种方案。在模10上形成混合层并且从模到传送辊轮110间形成一流体幕48。在旋转方向相反的一传送辊轮110和一薄片传送辊轮114间保持一精确的空隙112。调节间隙112使得传送辊轮110上所有混合层经过空隙112时在其间形成一第二流体幕。在辊轮114表面上的薄片32也穿过间隙112，并且流体幕与它接触，这样涂敷液体34就介于薄片表面与载流液体36之间。当混合层离开间隙112时，一部分载流液体仍在传送辊轮110的表面上。通过一辅助刮刀116将传送辊轮表面上的载流液体除去并排入容器50。剩余的部分载流液体36留在涂敷液体淹湿的薄片表面上，并通过空气辅助喷嘴54的作用被除去，利用重力排入容器50内。
图7中示出图6中的设备的另一种方案。载流液体36的配量层在模124的唇部122和传送辊轮126表面间精确的间隙120处形成。传送辊轮126旋转经过一盛放于容器28内的载流液体36，并携带剩余的载流液体进入间隙120。涂敷液体34被抽吸进模腔12，经过槽42通过一小孔流到模表面38上。涂敷液体沿着唇部122向下流到载流液体36上，以便当它离开间隙120时，在传动辊轮126上形成一流动的混合层130。在转动方向相反的传送辊轮126与薄片传送辊轮134间保持一精确的间隙132。调节间隙132以使传送辊轮126上的所有混合层130通过间隙132时可在其间形成一液体幕。在薄片传送辊轮134上的薄片32也经过间隙132，液体幕与之接触，这样涂敷液体34介于薄片表面与载流液体36之间。当混合层130离开间隙132时，一些载流液体可能仍在传送辊轮126的表面上，然后被排回容器128内。剩余的载流液体留在涂敷液体淹湿的薄片表面上，并且通过空气辅助喷嘴54的作用被除去，再通过重力作用排入容器50内。
涂敷液体应当具有一界面特性和粘性的结合，以便在传送通过涂敷工作段过程中分布到表面上后不会从薄片表面上脱湿。使用本发明可涂敷的涂敷液体可以是单体、齐分子聚合物、可溶解固体的溶液、固体-液体分散剂、液体混合体和乳剂。这些液体对于一在薄片上产生各式各样的功能性涂层是有用的，这些涂层包括释放涂层、低粘着涂层、底漆层、对电磁放射或电场、磁场敏感的粘着涂层、保护涂层、光学反应涂层和化学反应涂层。通过本发明进行的涂敷可用于生产诸如压合胶粘剂磁带、照相胶卷，磁性录音带、空气分离薄膜，反射薄片和信号、医用复盖层、砂纸、印刷板和胶片等产品。
本发明与表面扩张方法不同之处在于，表面扩张技术需要一不可混合涂敷流体或一包含不可溶解配方的液体来自发地、快速地在一基本停滞的水池上扩散以产生超薄涂层薄膜。发明人发现涂敷液体，包括可混合与不可混合的，均能流到一流动的载流液体表面上以作为一超薄或薄的薄膜层。这增加了能被涂敷成超薄的液体涂敷的范围。同时，在本发明中，整个混合层形成一流动的液体桥，并被传送至薄片表面；然后除去载流液体。
本发明使超过500米/分钟的高涂敷速度成为可能。已知扩张技术被限于小于50米/分钟或更小的数量级。采用扩张技术，涂敷液体直接从充满水的液体容器的表面沉积于薄片上。相对于停滞的池，水是一个固定的体积。使用扩张方法时水的污染总是一个危险。使用本发明，载流液体的持续流动帮助避免了这个问题。同时，使用扩张技术，必须在水面上形成一固体或近于固体的薄膜以便使被涂底材取得涂层。
本发明与已知的滑动和幕涂方法有以下的不同。涂敷液体和载流液体共同流动以形成一稳定流动的、具有一自由的液体-空气表面的混合层。这个混合层通过与由不同的多层构成的物体形成一液体桥，能被同时涂敷于一活动的物体上，即使液体是不易混合的。照相和绘画艺术同时使用的多层涂敷技术，但不使用在涂敷工作段上被除去的载流层。另外，文献资料说明了形成这些层的液体溶剂应是不易混合的。事实上它们都是相同的溶剂，通常是水。
文献资料说明层状液体间的界面张力是很低的，最好是零，并且相邻各层间的表面张力应仅仅稍有不同。使用本发明，在载流液体和涂敷液体间的界面张力最好尽可能的高，并且表面张力最好大不相同以便于载流液体的去除。
当使用多层滑动或流体幕涂敷时，文献资料说明所有各层都以一个层流的、流线形方式流动以保持各层的结构并避免各层的混合。使用本发明，即使载流液体变成紊流时液体也能保持不相混合。
当使用多层滑动、幕或槽涂敷方法时，文献资料说明相邻于液体层的顶与底的厚度比率应不大于100比1，并且没有一单层是薄于0.01微米的。本发明使用的比率可高到100,000比1，并且单层厚度可薄至0005微米。已知的滑动、幕和槽涂敷方法不能涂敷一总淹湿厚度为5微米或更小的单个或多层涂层。而这个设备可产生一0.005到100微米的单层涂层。
图8示出一具有涂敷薄条装置的涂敷工作段。一与图1中示出的涂模相似的涂模210具有一第一内腔212。使用一精确的配量泵216通过一过滤器218和一气泡收集器220使内腔212与罐214相连。模210还具有一第二内腔222。使用一精确的配量泵226通过一过滤器228和一气泡收集器230使空腔222与罐224相连。模220还有一第三内腔232。使用一精确的配量泵236通过一缓冲罐压箱227，一过滤器228和一流动量计229使内腔232与密封真空罐234相连。一涂敷工作段包括模220和辊轮320。一连续的薄片242通过工作段并且穿过相对于薄片横向安装的模220。
使用精确的配量泵216通过过滤器218和气泡收集器220使一第一涂敷液体244以一被精确控制的速率从罐214内经过一供给通道330被抽吸进入涂模220的空腔212内。使用精确的配量泵226通过过滤器228和气泡收集器230使一第二涂敷液体248以一被精确控制的速率从罐224内经过一供给通道332被抽吸进入涂模220的空腔222内。使用精确的配量泵236通过缓冲罐227，过滤器238和流量计229使一载流液体252以一被精确控制的速率从罐234内经过一供给通道334被抽吸进入涂模220的空腔232内。从一源头(图中未示)通过一流量控制阀223和一流量计225不断地向真空罐234内添加载流液体。罐234与一未示的真空源相连。为了超薄涂敷，载流液体的速率比涂敷液体的速率大许多。
内腔212、222、232在模220的整个宽度上分配涂敷液体244、248和载流液体242并通过相应的分配槽260、262和264使它们到达模表面256和258。在模板266和268间形成槽262，在模板268和270间形成槽262，在模板270与272间形成槽264。
如图9所示槽260的间隙由一隔片274设定。隔片274的宽度与模220的宽度相等。它的厚度决定了槽260的间隙，且大致在0.0127厘米到0.127厘米范围内。它的形状使得它的外部尺寸与模板268的表面276的尺寸相匹配。在隔片274内形成凹槽278，280，以便当隔片274夹于模板266，268间时产生一狭槽。槽260在模宽度上是不连续而是被隔片上的未切槽部分282、284和286所隔断。以这种方式，当条与由隔片274内的凹槽278和284所产生的槽260内的开口对齐时，第一涂敷液体244被配量涂到模板270的表面288上并沿着表面288流动。
如图10所示槽262的间隙由一隔片290所设定。隔片290的宽度与模220的宽度相等。它的厚度决定了槽262的间隙且大致在0.0127厘米到0.127厘米范围内。它的形状使得它的外部尺寸与模板268的表面292的尺寸相匹配。在隔片内形成凹槽294以便当隔片夹于模板268，270间时产生一狭槽262。槽262在模宽度上是不连续而是被隔片上的未切槽部分296和298所隔断。以这种方式，当条与由隔片290内的凹槽294所产生的槽262内的开口对齐时，第二涂敷液体248被配量涂到模板270的表面288上并沿着表面288流动。
另外，隔片274和290可被在模板表面内直接机械切割成的切槽所代替。不同数量和组合的隔片与凹槽可被用于产生不同的条式样。
模板268是楔形的以便槽260和262能在楔形接点300处会合。隔片274、290的形状使在模表面288的每一侧上产生一相邻于第一涂敷液体244的条的第二涂敷液体248的条。为了连接相邻的涂敷液体条，隔片290内的凹槽294的侧面302和304与隔片274内的凹槽侧面306和308对齐。侧面302与306对准而侧面304与308对准。槽在它们的出口处自然结合以及它们边缘的对准，造成一条单层涂敷液体244与248，两者在它们的边缘部分结合，并沿着表面288作为相邻条的单一流层向下流动。
载流液体槽264的间隙由一隔片310设定。隔片310的宽度与模220的宽度相等。它的厚度决定了槽264的间隙，通常是在0.0127厘米到0.127厘米的范围内。载流液体252从槽264的出口流到模258的表面。在这点上，相邻的流动的液体条层314流到载流液体252的表面上从而形成了涂敷液体244、248和载流液体252组成的层状流动混合物。
涂敷液体244、248在槽264的出口处流到载流液体252的上面，然后在载流液体252的上面与之面对面接触，再沿着倾斜的模表面258向下流动至模唇部316。离开唇部316，混合层薄膜在重力的作用下以幕318的形式向下流动来与薄片242接触。薄片242经过涂敷工作段再经过模220，这样当多层幕318与薄片242接触时涂敷液体与薄片表面相邻接并且介于薄片和载流液体之间。涂敷液体244、248与薄片242接触。而载流液体252却不与薄片242接触。在接触点上，涂敷液体与载流液体的混合层已被涂敷到薄片上了。
涂敷液体244、248的速率很低以致于当它们在槽264的出口处流到载流液体252上面时已形成超薄层。通常，它们的厚度范围是从50到20,000埃。当混合层沉积在薄片242上面以后，薄片绕着一辊轮转动并除去载流液体252。如果载流液体是低粘度和高表面张力的水，涂敷液体是一中等或高粘度和低表面张力的有机物时，可通过薄片低速转动时简单的排放除去载流液体。
图11示出除去载流液体252后被层薄片242的横剖面图。第二涂敷液体248在被涂底材长度上以条322的形式沉积。第一涂敷液体244在毗邻条322两侧的位置以条324和326的形式沉积。薄片的厚度通常比使用的涂敷液体厚度大10到10,000倍。
非常意外的是，涂敷液体不必具有相同的粘度，相同的表面张力或流速等于模的每单位宽度上的速率。如果它们的确不相同，在模表面28上相邻条间的拼合线会有横穿过薄板的侧向移动。但是发明人发现这样的移动通常是很小的并且可以通过调整隔片侧面302、304、306和308的位置来补偿它。拼合线在表面288上任何的侧向移动都会使被涂敷薄片上条的宽度与相应的模内槽的宽度不相等。所有的侧向运动看起来都是在涂敷液体流到载流液体上面前发生的，并且没有在载流液体上或涂敷到被涂底材上以后再发现任何移动。这未预期的效果有助于涂敷相邻的条。
当相邻的条是由不同物理和化学性质的液体组成时，相邻液体可能发生相互扩散。由于这个原因，在拼合线上可能发生一些特性的变化或混合。这样的变化和混合通常被限定在被涂底材表面平面内垂直于拼合线方向0.1到5.0厘米范围内的。
许多不同的模几何结构和机械系统可用于在载流液体上产生一层并排相邻的涂敷条。涂敷液体流动条可同时或依次形成。形成涂敷液体流动条的槽可在模体内、在共同的出口处相邻，或者根本不相邻。可以通过其他不是流经一个槽的方法来形成一条或多条涂敷液体流动条。排放孔的开口形状不必是四边形的，涂敷液体流过排放孔以形成一流动液体条。多个孔可用于形成任一流动条。也可通过直接一滴一滴地将它们沉积于载流液体表面上来形成涂敷液体流动条。
通过下面的例子进一步说明本发明。
使用如图8所示的滑动幕辊涂机模，产生一由两种不同配方的硅齐聚合物，硅A和硅B组成的三条并排的条的超薄涂层。载流液体是从城市供水系统取得的未添加任何表面改良剂的自来水。水被真空抽气以去除空气中的气泡。图9和图10中所示的隔片用于产生条。当图9中的隔片凹槽为8.73厘米宽时，图10中的隔片凹槽为5.08厘米宽。两隔片的厚度都是0.152厘米。
硅A是由通用电气公司提供的牌号为GE9300带有3％GE催化剂的齐聚合物。它的粘度是292厘泊，它的表面张力是21达因/厘米。硅B是一表示为16MESS带有美国威斯康星州5％R52522催化剂的专有硅。它的粘度是1550厘泊，它的表面张力是24达因/厘米。
以0.229厘米3/分的速率向由隔片290形成的模220内的槽投放硅A。以0.796厘米3/分的速率向由隔片274形成的模220内的槽投入硅B。通过在薄片横向宽度方向上宽为25厘米的模槽，以3000厘米3/分的速率向模提供载流液体水。对应载流液体(水)槽的间隙的涂敷槽是0.76毫米。一宽度为15.2厘米的薄片以25厘米/秒的速度通过模。
在薄片宽度的中间产生一连续的4.7厘米宽的硅A涂层，并沿着它的长度流动。一连续的硅B涂层被涂敷于A涂料条的每一侧，并从中央的A涂料条两侧向薄片的边缘延伸。在涂敷速度为25和50厘米/秒时，在被涂底材上可分别得到3200和1600埃的硅A涂敷厚度。硅B的涂敷厚度分别为3000和1500埃。两配方混合起来的配合区域宽度是小于0.2毫米的。在涂敷速度为25厘米/秒时这条拼合线不是直线而是前后波动大约为0.5毫米的曲线。在涂敷速度为50厘米/秒时拼合线不弯曲地、笔直地在聚合条A两侧沿着薄片延伸。
涂敷和去除载流液体后，两配方都经过紫外光线的处理。这样便在薄片上产生固体硅聚合物的涂层。当压敏带层压到涂敷有这两配方的表面上时可产生低的粘合力。另外，粘合力的数值与两配方的数值大不相同。利用这一属性差别I测验已涂敷和固化过的薄片上的涂层A和B的分配。中央的聚合物A条产生一致的、明显低于它两侧上侧聚合物B条的分离值。B条的分离是一致的，平均的。沿着条的拼合线没有一处有表明条完全邻接的未分离的情况。分离数值在拼合线上的变化很突然。
可以使用许多上述说明过系统的方案。例如，不必从模槽流出载流液体而形成载流液体的流动层。它可流过一溢流罐或一开口槽形成流动层。另外，混合层不必在模上形成。涂敷液体可在它离开模唇部后再沉积到载流液体上。还有，可采用一多层载流液体和一多层涂敷液体层。一多层载流液体层可有一纯净的上层和一再利用的下层。还有，这些系统可以根本不使用模。例如，可使用一终止于一溢流罐的流体槽来产生一流体幕。在形成流体幕前，涂敷液体就可被置于载流液体的表面。
权利要求
1.对被涂底材(32)涂以涂料层的方法，它包括如下的步骤被涂底材(32)沿着一定的路径移动通过一涂敷工作段；由具有不同配方的至少第一和第二涂敷液体(244、248)形成许多分别流动的条；涂敷液体并排流动，相邻地接触以形成一并排条的单独流动层，并排的条并不在相邻的条间功能性混合；形成一包括许多涂敷液体(244、248)的混合层(48)，并且至少有一载流液体(252)，载流液体具有与第一和第二涂敷液体不同的配方；以足够大的速率流动混合层48以便在涂敷宽度上形成一到达被涂底材的连续流动的混合层液体桥，其特征在于，混合层的载流液体(252)部分是连续的；被涂底材(32)与流动的混合层(48)接触使涂敷层介于被涂底材和载流液体间；以及在涂敷液体作为一涂层沉积于被涂底材上的过程中除去载流液体(252)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，流动措施包括以足够大的速率流动混合层48以便在涂敷宽度上形成一到达被涂底材的连续流动的混合层液体桥，但速率不必大到可形成一个连续流动的单独涂敷液体的液体桥。
3.如权利要求1和2所述的任何一个方法，其特征在于，除去载流液体(252)的措施包括下列方法中的至少一种，即机械刮除，利用重力排放，离心去除、吹风去除、通过与一吸收性固体材料接触被吸收去除、刮板去除、抽吸去除和通过磁性引力被吸走。
4.如权利要求1、2和3所述的任何一个方法，其特征在于，沉积在被涂底材上的涂层的厚度小于50微米。
5.如权利要求1、2、3和4所述的任何一个方法，其特征在于，移动的措施包括在1到2000米/分的速度范围内使被涂底材(32)移动通过涂敷工作段。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成一混合层的措施包括通过各自的孔连续配量投入相应的液体，其中形成许多分别流动的涂敷液体条的措施包括使条流动通过具有充足的分配槽宽度的模空腔(212、222)，这个分配槽宽度产生相应的条。
7.如权利要求1所述的方法，还包括如下的步骤在与被涂底材接触前，混合层(48)沉积在传送装置(110)的表面；从传送表面上除去载流液体(252)；以及当传送表面的沉积步骤和载流液体的去除步骤都完成后，将涂敷液体(244、248)中的一部分从传送表面传送到被涂底材(32)上。
8.如权利要求1所述的方法，还包括挑选不会弄湿涂敷被涂底材的载流液体(252)的步骤。
9.如权利要求1所述的方法，还包括挑选不易于涂敷液体混合的载流液体(252)的步骤，这个载流液体的粘度比涂敷液体低，表面张力比涂敷液体高。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，除去载流液体(252)的步骤包括当并排的涂敷条层沉积在被涂底材上时除去至少10％的载流液体。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，除去载流液体(252)的步骤包括除去载流液体时并未弄干载流液体。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，除去载流液体(252)的步骤包括在载流液体凝固或凝胶后，以及在凝胶、凝固或与涂敷液体化学反应后再除去载流液体。
13.如权利要求1所述的方法，还包括使许多分别流动的湿厚度在25到1000埃范围内的涂敷液体条沉积于被涂底材(32)上的步骤。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成一混合层(48)的步骤包括使用与涂敷液体不易混合的载流液体，载流液体与涂敷液体形成一个分界面，并且其中载流液体具有淹湿特性，使它不能以一连续的薄膜形式仍然覆盖在第一和第二涂敷液体涂敷的被涂底材表面上。
15.一利用一超薄层涂敷被涂底材(32)的设备，它包括使具有不同配方的、分开的至少第一和第二涂敷液体(244、248)汇集在一起的装置，它们是并排相邻接触的，并且形成一单独流动的并排条层，相邻的条间不发生功能性的混合；使许多涂敷液体(244、248)沉积到一具有与第一和第二涂敷液体不同组成配方的载流液体(252)上，产生许多相互面对面接触的液体流动层从而形成一混合层48的装置；使被涂底材从汇集(第一和第二涂敷液体)的装置移动一定距离以使混合层(48)形成一到达被涂底材的连续流动液体桥的装置，以实现合理的涂敷宽度和使涂敷层沉积于被涂底材上；以及当涂敷液体作为一涂层沉积于被涂底材上时除去载流液体(252)的装置。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，汇集装置包括一模(210)，它有一表面(258)，一连通空腔(232)与表面的槽，和一唇部316，其中，载流液体252从槽中流出，流到表面上再沿着表面流到唇部，其中，当载流液体沿表面流动时，沉积装置使涂敷液体(244、248)沉积到载流液体(252)上面，并且在其中混合层沿着表面被传送到唇部。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，模(210)还包括用于接纳相应涂敷液体的多个空腔(212、222)和分配狭槽(260、262)；和一具有一定厚度并至少设置于一第一涂敷液体模分配槽内的隔片(274)，其特征在于，隔片厚度决定了第一涂敷液体模分配槽的间隙，其中隔片包括至少一个凹槽(278)和至少一个未开槽部分(284)，其中当隔片被设置于第一涂敷液体模分配槽内时，凹槽产生一个槽，并且在其中凹槽产生的槽沿着模宽度并不连续，它被未开槽部分所分隔，其中，流过第一涂模分配槽的涂敷液体被配量送出模，并以条的形式流动。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，一隔片(290)被设置于一第二涂敷流体模分配槽内，并且在其中每块隔片包括至少一个凹槽(294)和至少一个未开槽部分(296)，在其中当隔片被置于第二涂敷流体模分配槽内时，凹槽产生一个槽，并且其中槽沿着模宽度并不连续，它被未开槽的部分所分隔，其中，流过第二涂模分配槽的涂敷液体被配量送出模并以条的形式流动，并且在其中第一涂敷液体模分配槽内隔片上的凹槽沿着薄片的方向与第二涂敷液体模分配槽上未开槽部分相对应，以产生一单层的并排相邻的第一和第二涂敷液体条。
19.如权利要求17所述的设备，其特征在于模(210)由几块模板(266、268、270和272)构成，并且两相邻的模板共同形成一个分配槽，而其中在两相邻的液体模分配槽间并形成槽的模板是楔形的，以使槽在楔形模板的顶部合并槽。
全文摘要
一个采用超薄层以条的形式涂敷一被涂底材的系统,包括移动被涂底材32通过一个涂敷工作段,并且形成一包括涂敷液体244、248和一载流液体252的混合层48。混合层48以足够高的速率流动,以形成一连续流动的到达被涂底材表面的混合层液体桥,并且使流动的混合层与被涂底材接触,从而涂敷层介于被涂底材和载流液体间。当涂敷液体以涂层的形式沉积于被涂底材上时,除去载流液体。
文档编号B05C5/02GK1174612SQ95197526
公开日1998年2月25日 申请日期1995年12月11日 优先权日1995年2月2日
发明者C·R·凯塞尔, W·K·伦纳德 申请人:美国3M公司