用改进的电子束固化设备得到上金表面的方法

专利名称：用改进的电子束固化设备得到上金表面的方法
技术领域：
本发明一般是涉及基底的上金，更具体说涉及用电子来固化作为本方法中的一个步骤，用特定的金属涂层涂复基底的方法。
在织物或片材基底表面上上金的各种方法是公知的。一种这样的方法是使用以粘合剂为主成分的水性或非水溶剂将金属薄箔层合到基底上。此方法一般用于纸张或板材的上金，最常使用的金属是铝箔。最薄的商品箔厚7至9微米。最终产品的光泽与光洁度并不取决于基底，而取决于在层合工艺中赋予箔的光泽和光洁度。此方法从经济的观点看是有缺点的，因为金属箔价格昂贵并且要求涂层较厚。
另一种常用的方法是真空上金，这时蒸气化的金属凝聚在欲上金的基底上。这个方法必须在10-4托级真空中实施。只有在这样低的压力下，从气化源逸出的金属蒸气分子才能到达织物上而不会结块或被气体氧化。很明显，那些不会脱气或不含有挥发物(如水分、增塑剂、单体式残留溶剂)的基底会乐于采用此种方法。因此，所用的基底一般应具有涂复层，因为未涂复的纸张直接上金会造成不良的光洁度。为了改进光洁度，必须预先对纸基底浸渍。只有纸张不具有太大的吸收性，而且预浸剂能很平整地分布于整个基底表面上时才会得到良好的结果。
此外，当对基本上会脱气的材料(如纸张和卡片)应用此方法时，真空上金会引起水分丧失，从而造成基底的永久性变形。再有，可能需要重新进行加湿以避免损坏基底的机械性能。
过去已经用于涂复表面的其它方法包括在Oliva的美国专利USP4，215，170中叙述的所谓“转移上金法”。这个方法简单说就是在基底或转移层上涂复树脂液，在树脂液干燥前合在一起；将树脂液干燥并将转移层从其底上剥离。USP4，215，170的公开内容在此引作参考。
Oliva的专利公开了，用来携带和转移上金剂的转移层可以是聚丙烯、聚乙烯 、醋酸纤维素、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、再生纤维素和类似的材料。转移上金法有时还包括让涂复层固化，根据周围条件变化这一步可能需要24至26小时。在层合和剥离两步之间的这个固化时间妨碍了对上金制品的现场检验和进一步处理。比如剪裁或印花。
一直在寻找一种基本需要较短固化时间的改进方法。本发明即为此种探求的成果。
因此，本发明的一般目的是要避免或基本减轻先有技术的上述问题。
本发明的一个更特定的目的是提出一种在层合后减少了干燥时间的基底涂复方法。
本发明的另一个目的在上金工艺中使用电子束固化，使得大大减少最后产品的干燥时间。
从下面对发明的汇总和对其推荐实施的叙述当中看，本发明的其它目的和优点将是不言而喻的。
本发明提出一种用特定金属涂层涂复基底的方法，它包括a)用金属涂层涂复一种转移层；b)用树脂液涂复至少一种基底的一部分和涂有金属的转移层；c)将基底和转移层层合在一起，然后去进行树脂液的固化；d)用电子束固化的方法使树脂液固化；e)将转移层从基底上剥离。
树脂液涂层可以涂在整个表面上，也可用凹版印刷等方法进行选择性涂复。
电子束固化设备最好装在与层合设备有预先确定的距离处，装备得使电子束指向转移层而不要指向基底。
金属膜使基底有了特别金属光洁的外观。转移层可在后面的工艺中重复使用。此外，涂复与层合阶段可同时进行。


图1是按照本发明的上金方法流程图；图2描述了电子束固化这一步骤。
本发明意在通过使用电子束固化技术制造金属涂复基底的方法。具有抛光表面的转移层在真空中上金。转移层可以是精细抛光的，也可以具有有一定纹理的表面。最终产品的表面将是转移层表面的复制品。气化金属(与转移层)的粘合力必需较低，特别是要低于将要使用的树脂液与其的粘合力。适当的转移层包括未处理过的聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、再生纤维素、聚酰胺和涂有隔离层的聚酯薄膜。在美国专利4，215，170详细地公开了这种转移层。
可用任何已知的技术(如真空上金、化学沉积或任何其它涂层方法)来给转移层上金。适于沉积法的金属包括铝、铜、银、镍、薄金、它们的合金和其它可气化的金属)。沉积的金属一般厚度薄于1000A，典型的薄于500A，最好的薄于200A。可用光学或电阻测量方法监测沉淀上的金属的量。在织物的宽度方向上金属厚度变化起伏不会超过太大范围，所以最终产品表现出具有均匀的金属表面。
准备用金属膜涂复的基底可以是织物或是片材，可具有粗糙或光滑的表面。适宜的基底包括任何片状材料，如纸张、卡片、木材、皮革和其它纺织品。
另外，基底可以用树脂液完全涂复，也可以通过使用如凹版印刷、平版印刷、苯胺印刷或其它涂复方法进行选择性涂复，然后把转移层与基底层合。
对于某些可使用的涂复方法，特别是对于凹版印刷法涂复、在树脂液中要用适当的溶剂衡稀释，使达到预先确定的适用于涂复设备的粘度。在此情况下，要在此方法中增加一个干燥阶段，使得在涂复树脂液后使溶剂挥发。在转移操作中树脂液起着不同的功能。它可使基底的表面变平并光滑。树脂液层可以涂在沉积在转移膜上的金属上面，或涂在基底层上。也可以使用层合压机直接控制沉积的树脂液的量。
可以涂复的树脂液的最佳量可由本领域专业人员事先确定。根据树脂液的粘度、树脂液被溶剂稀释的程度、层合阶段使用的压力、压辊的硬度以及基底的孔隙度和表面不规整性不同，使用树脂液的量会有所变化。
正如在上面说明的，当溶剂稀释树脂液时，必须增加一步干燥以便在层合之前除去溶剂。
在上金的表面或基底上涂复了树脂液之后在固化树脂液之前进行层合阶段。层合最好在稍微加压而不加热层合辊之下进行。树脂液将粘在上金的表面上，并将呈现出转移层表面的特征。
在层合之后，由转移层和基底形成的复合体通过一个如下面所述的电子束固化装置。在固化以后进行剥离。由于电子束固化技术的固有优点，可以在固化之后立刻进行这一步。
在层合之后随之立即进行剥离是对需要很长固化时间的原有上金方法的一个重大改进。立即剥离使得能对最后的上金产品立刻进行检验。
转移层和基底可以分开卷在两个分开的辊上。在剥离之后转移层可以重新使用好多次，这在经济上是很有利。
精制的产品具有由连续而光滑的特定金属平整涂层涂复的基底。当只在选择的表面上沉积树脂液时也可以使用此转移技术。这样就只有一部分基底会具有金属的外观。
涂好的基底也可以不立即卷起来，而送入一个附加的印刷设备中。在这样的例子中充分利用了瞬时固化的优点。如果在基底上以选择的图样印上树脂液，瞬时固化的优点就特别重要，因为在后面的印刷设备中能立刻进行与这些图样的套印。
最终产品可以进行各种其它方法的加工，比如切割、压纹、压凸、裁切、涂漆和印刷。后面这些操作需要常用的技术，比如胶印、凹版印刷、苯胺印刷、丝网印刷和其它本领域专业人员熟知的技术。
现在参照附图详细叙述本发明的方法及产品。
图1是本发明方法的方块流程图。本文中引作参考的专利USP4，215，170和下面将要叙述的在几个主要方面是不同的。转移层(20)是一种塑料薄膜，它最好是未经处理的聚丙烯 、聚乙烯、聚酯氯乙烯，而且必须被抛光，因为它将给最终制品的上金部分赋予最终的表面。当转移层(20)呈延续的织材形式，并可按照美国专利4，215，170所叙述的技术用辊状设施馈送时，可实现制造上金表面的最有效的形式。
按照在美国专利4，215，170中详细叙述的上金方法，在阶段(22)转移层经过金属沉积阶段。简单地说，转移层(22)被送入惯用的真空室，在这里金属(如铝)沉积在转移层上。当在某些用途中希望要较厚的金属层时，在转移层上得到的金属膜的厚度最好大约为100-500A，这样极薄的厚度使得在此方法完成时，使用最少量的金属材料就得到安全上金的外观和连续的金属表面。
前面已经叙述了其组成的基底(24)可以呈织物状或片材状，并可有粗糙的或光滑的表面。在步骤(26)此基底可以用树脂液完全涂复，或者通过凹版印刷、平版印刷、苯胺印刷或其它印刷方法在预定的位置时行选择性涂复。
如上所述，平版印刷和其它印刷形式需要在树脂液中涂加稀释溶剂，这时为了在层合之前除去此溶剂可能必须增加干燥装置。
在步骤(28)中，选择涂复的基底(24)和转移层进行层合。更具体来说，将各织物基底(24)和转移层(20)在一对辊子之间被面对面地合在一起，并施加压力将基底(24)和转移层(20)层合在一起。在美国专利4，215，170中叙述了层合所需的压力和使用辊的类型。
随层合之后在步骤(30)中进行树脂液固化。在美国专利4，215，170中，可以让固化在大约24小时内自然进行，也可以通过加热或辐照来加速此固化。每种这样的固化方法在层合和剥离之间至少需要一个最低限度的时间间隔，因此延迟了最终产品的加工。本发明消除了这个缺点。更具体地说，在方块流程中用(30)表示的电子束固化设备可以是RPCindustries公司(21325 Cabot Blvd.,Hayward ,California 4595)制造。在美国专利3，863，163中叙述了由RPC制造的产品，该专利内容也并入本说明书作为参考。这个设备的操作原理是，当加速的电子透入材料时失去其速度，而将其能量传递给要处理的材料。被转移的能量激发了分子，形成次级电子云和自由基，它们在特定材料中引发化学链反应。电子来处理有两个主要应用，最简单地一种是交联和硫化，即在相邻聚合物链之间生成键，第二种是电子引发自由基聚合。
我们在这里涉及的电子束固化设备由几个主要单元构成。
电子源是一加热的灯丝，即阴极。电子从这出发在真空中加速飞向可通过电子的窗口，这是一个接地的阳极。在阴极和阳极之间所施加的高电压使放出的电子加速到接近光速。
窗口是一层薄金属箔，它把加速器中的真空和处理区的大气区分隔开来。在真空环境下进行加速可避免与气体分子的碰撞，也可防止阴极氧化。
工业电子加速器有两种不同的类型。一种较早的设计使用从点电子源射出的铅笔状电子束，将其通过一多级加速管加速，然后藉电磁场通过窗口在待处理产品的宽度上扫描。这种设备一般应用时300千伏以上。后来的设计基于一种线性阴极，在整个产品的宽度上产生一电子帘幕而无需电子束扫描。
使用上述的电子束固化方法，通过将树脂液涂层在帘式电子束下照射几毫秒，无需加热就使涂层固化。由于产品基本在瞬间就完全固化，立即就可将它用于进一步加工。
可以观察到由于电子能的转换和化学作用造成的轻微的热量集积。一般说来，发热将不超过几度，这依固化剂量和反应层厚度而定。因此，可以称电子束固化设备为“冷炉”，在这里是由高能电子而不是由热效应产生自由基来引发反应。
为固化特定的产品所需要的特定剂量或处理水平依被固化材料的类型和材料的厚度而定。
一般说来，是使用1-6兆拉德的剂量，这要依树脂液或粘合剂以及基底和转移层的材质和厚度而定。使用所述设备电子束的电压一般也视电子束需穿透的基底厚度而定。因此，最好通过转移层或薄膜进行固化，因为它较薄且均匀，而不要通过基底，基底比较粗糙且厚度不均匀。
现在参照图2，它比较详细地表明了与本发明相关的电子束固化步骤。
基底各转移层通过层(10)和(11)置于层合工艺块(28)中。以美国专利4，215，170中所述的方式进行层合。
层合片经辊(12)引导通过电子束固化器(30)并通过辊(13)由此进入分离阶段。应该注意到，当层合片通过电子束器(30)时，转移层面向着电子束枪(31)，而基底在层合片的另一面。层合片是经过狭缝(14)和(15)通过电子束固化器(30)的。
重要的是转移层要面对着电子束枪(31)，以保证粘合剂固化均匀。对本发明的各种应用来说，转移层在厚度上是均匀的。
另外，视进行的特定用途不同，基底的厚度可能变化。因此，如果将基底面对着电子束枪就得调节电子束强度才能保证由于进行的不同应用而造成其底厚度变化时还能有均匀的固化。
图2中所示的距离X表明本方法中层合阶段与电子束固化阶段之间的实际距离。在应用电子束固化的先有技术中，必须保证距离X大于预先确定的最短距离。之所以需要如此是因为一般正在涂复在基底上的涂层需要一段“流展”时间，这可使涂层均匀地散布在所用基底的整个面上。
与此相反，对本发明的上金方法来说，在层合与固化阶段之间，使用的基底一般要吸收一部分粘合剂。如果依在应用电子束的先有技术那样确定距离X，那么由于在先有技术中要求X有一个最短距离，粘合剂可能大部分被吸收到基底中去。
对现在这个特定的用途，由于在前的层合阶段，所以不需要预先采取的流展。此外，必须尽量快地使粘合剂固化以避免粘合剂被吸收到基底中。因此，对本发明来说，在预先安排特定的工艺时，距离X应尽可能地小。所以，电子束装置(30)应放置尽可能靠近层合装置，以避免粘合剂被吸收到基底中去的问题。由于按照本发明不需要流展，固化阶段要在层合后立即进行，藉以保证粘合剂不被吸收到基底中。
用以下诸实例进一步说明本发明。如同在本说明书及权利要求中一样，在实施中的所有项目和百分比，除另有规定之外都按重计。
实例1一种树脂液具有如下组成-Dehraken XD8008-4(Dow Chem.) 16
-TMPTA(Celanese Corp.) 38-HDDA(Celanese Corp.) 45-稳定剂 MARK 275(Witco chem.) 1用Ford Nr.4杯测定其粘度为24秒。在进行树脂液涂层之前先进行真空上金的未处理双向拉伸聚丙烯薄膜制成的30微米厚的转移层上印上此树脂液。
以40-50米/分钟的速度将此转移层与80克/米2经涂布的不含磨木的余复的纸质基底层合，并通过本文前面讲过的电子束装置。树脂液聚合，立即将转移层与基底剥离。
此转移层是干净的并可在此方法中重新使用。抛光的上金产品是干的，有金属光泽，如果需要可立即进行进一步加工。
实例2一种称作CD 4336-51(Lord Corp.)的树脂液在二号Zahn杯中测定粘度为87秒。在如实例1中所叙述的操作方法中用它来替代实例1中所给的树脂液组合物。用剂量为2兆拉德的电子束辐射来固化CD4336-51树脂液。
实例3在一台六色凹版印刷机上套印进行基底上金，在第一印组与第二印组之间安装上层合一电子束一剥离装置。
树脂液具有如下组成-Derakane XD8008-04(Dow Chem.) 50
-TMPTA(Celanese Corp.) 30-HDDA(Celanese Corp.) 10-稳定剂 MARK 275(Witco Chem.) 1-乙醇 45将此组合物以50米/分的速度按照设计印在无磨木浆涂布的基底上并在100℃的烘炉中干燥，但并不固化。在干燥结束时，将此涂有树脂液的纸张与真空上金的拉伸聚乙烯薄膜(转移层)层合，通过电子束使树脂液聚合，在此之后立即剥离，然后进入第二印刷组。
金属的设计形状完全和用透明黄油墨印的对准，显示出黄金的金属效果。
实例4在实例3的方法，使用具有如下组成的树脂液-3810树脂(W.R.Grace) 54-HOODA(Celanese) 6-甲苯 40用2号Zahn杯测得所制备的树脂液的粘度为21秒。如前所述，将此树脂液印在无磨木浆涂布的纸上，然后在约70℃的烘炉中干燥，使树脂液的粘度增加到约90帕.秒。经干燥但没有固化的涂有树脂液的基底与上金的转移层层合，通过电子束固化装置，在该装置中用1兆拉德的剂量使树脂液固化，然后立即剥离使已经上金的基底与可重新使用的转移层分离。基底与转移层分开后，直接进入第二印刷组，在这里上金的图样以基本上对齐用黄油墨进行叠印，得到黄金的金属效果。
实例5一种树脂液有如下组成-STF-1237(Reichhold) 56.5-HDODA(Celanese) 2.0-甲苯 31.5此树脂液用2号Zahn杯测定粘度为24秒。用和实例3及实例4所述相同的程序印在设计的图样上。不过，此树脂液被干燥，在进入层合/电子束固化/剥离装置之前，使粘度达到约7帕.秒。再用2兆拉德的电子束辐射照射，使树脂液基本上瞬间固化，以便能立刻剥离可重新使用的转移层，并且不中断已上金的基底移向第二印刷组。在第二印刷组，已上金的图样以基本对齐的方式用橙色油墨叠印，得到金属铜的效果。
实例6用下列组成的油墨实现丝网印刷-Ebecryl 584(Union Chemical Belge) 25-Ebecryl 830 25-HDDA(Celanese Corp.) 5-Modaflow(Monsanto) 1-CaCo36
在120克/米2的涂布纸板上进行印刷。立即使印好的基底与真空上金的拉伸聚丙烯薄膜层合并用电子束固化装置使之聚合。在干燥操作之后立即剥离。
实例7用平板印刷的方法在纸板上印刷一种称作KC80-384(Sun,GP1)的树脂液。印好的基底立即与经真空上金的双向拉伸聚丙烯薄膜层合并经过电子束固化装置，在这里用3兆拉德剂量的电子束辐射使树脂液固化。聚丙烯薄膜立即与涂布纸板剥离。
在前面的说明书中已经叙述了本发明的原理，优选的实例及操作方式。然而，本说明书意欲保护的本发明并不一定被认为仅限于已公开的这些特定形式，因为这些应被看作是说明而不是限制。只要不背离本发明的精神，本领域专业人员能够进行各种变化和改变。
权利要求
1.一种使用可重新使用的转移层为基底上金的方法，它包括如下各步在所述转移层上沉积一层厚度大致上基本小于1000A由金属颗粒组成的薄膜，在至少一种所述基底的部分表面上和所述已上金的转移层上涂布可用电子束固化的树脂液，将所述基底与所述转移层在所述树脂液固化之前层合在一起，用电子束辐射基本上瞬间使所述树脂液固化，在所述固化阶段完成后立即将所述转移层与所述基底剥离，所述电子束固化阶段发生在与所述层合阶段相距预先确定的距离处，所述电子束指向所述转移层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述转移是选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺和再生纤维素的一种树脂。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述金属颗粒是选自铝、银、金、铜、镍、锡和铂以及所述金属的合金。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述树脂液被涂在没有覆盖所述基底的整个表面的特定图案上。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述基底选自纸、纸板、木材、皮革和塑料。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述电子束固化阶段使所述树脂液聚合。
7.用权利要求1的方法制造的产品。
8.在基底的至少预先确定的一部分上制造有金属光泽涂层的一种方法，此方法包括以下步骤在一转移层上沉积一层金属颗粒薄膜；在至少一种所述基底的至少预先确定的一部分上和所述已上金的转移层上涂覆一种可用电子束固化的树脂液；将所述基底和所述上金转移层在所述树脂液固化形成层合产品之前层合在一起；将所述已层合的产品的电子束辐射下照射以便使所述树脂液基本上瞬时固化。在进行了所述的辐照步骤之后，基本上立即将所述转移层与所述基底剥离；以及在所述基底的所述至少一个预先确定的部分以与金属涂层基本对齐的方式进行印刷，在与所述层合阶段相距一个预先确定的距离进行所述电子束固化步骤，以及所述电子束对准所述转移层。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述涂布阶段和所述印刷阶段用凹版印刷机进行。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述转移层是选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺及再生纤维素的树脂。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述转移层具有带纹理的表面，由此造成所述将要形成的上金涂层成为所述转移层有纹理表面的复制品。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述照射阶段前要调好所述层产品的方向，使得有转移层的一面首先暴露于电子束辐射源。
13.如权利要求8所述的方法，它进一步还包括如下各步骤在所述涂布阶段之前用一种溶剂稀释所述树脂液，以及使至少一部分所述溶剂挥发，使得在所述层合阶段之前所述树脂液的粘度增加。
14.如权利要求13中所述的方法，其中所述挥发阶段包括在一个高温烘炉中使所述树脂干燥。
全文摘要
叙述了一种用电子束固化在基底上制造有金属光泽涂层的方法。此方法基本上包括在一个转移层上沉积一层薄金属膜；将一种可用电子束固化的树脂液分别涂在转移层和基底上，并在固化前合在一起；用电子束固化设备固化此树脂液；以及立即剥离该转移层。瞬时的固化具有加速生产并且不中断上金基底进一步加工的优点。该电子束固化设备最好装在距层合装置预先确定的距离处并使电子束指向转移层而不是基底。
文档编号B44C1/10GK1099702SQ9410397
公开日1995年3月8日 申请日期1994年4月11日 优先权日1993年9月2日
发明者L·H·米勒, R·克罗普 申请人:阿鲁斯特两合控股公司