[发明专利]辐射固化的涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种有涂层的基片及用于涂覆该基片的装置和工艺。

背景技术

通过使用诸如真空沉积的工艺而将交替的固化聚合物和金属或化合物层沉积至片材基片(web substrate)上来生产对氧气或其它气体或气味或者对水蒸汽具有增强的阻隔性能的薄膜。这些薄膜用于包装对氧气或水分敏感的食物、封装对气体或水分敏感的部件以及其它需要阻隔性能的多种功能性应用场合。还通过将交替的透明或半透明的固化聚合物和金属层沉积到片材基片上将薄膜制造成具有增强的全息效果、各向同性光的散射或色移。

已知使用真空沉积来将固化聚合物层沉积到片材基片上。然而，现有的对聚合物前驱体进行真空凝结和固化的连续工艺具有许多缺点/风险，这些缺点/风险与商业级原材料、尤其是用于基片的原材料中所含的杂质有关，或者为工艺本身所固有。与杂质相关的风险，诸如吸收于基片中的氧气对凝结物的聚合的抑制以及相关的粘合问题、或由于基片表面上的小分子量物质或污染物造成的不均匀湿润，通常可以通过在涂覆前例如用气体等离子体对基片进行等离子处理来减轻。然而，其它在工艺中所固有的问题更难克服。例如：

a)已知凝结物会在到达固化区前再次蒸发。然后，此蒸汽会潜在地污染泵，或被移动片材所夹带，再次凝结在固化涂层的表面上作为未固化以及因此而弱化的表面层(使任何涂覆至该材料的后继涂层的粘附力较差)。

b)已知由于凝结物的固化仅在辐射区进行，因此在高线速度下(对于经济上可实施的工艺来说是很重要的)则难以实现100％聚合，尤其在与基片相邻并由此离辐射源最远的表面处。增加辐射通量来提高固化会导致最靠近辐射源的涂层顶面的过固化和脆化，而此时底面却还未完全固化并具有较差粘附力。因此较难实现良好机械强度、粘附力或阻隔性所需的沿涂层厚度的固化均匀性。

c)已知如果前驱体蒸汽或雾化液体在传输至基片上之前经过辐射通量，则它会部分地聚合，从而产生具有较差粘附力的不均匀且机械性能较弱的涂层。这种现象在本领域中被称为“降雪”。

d)已知如果使用带电荷的辐射通量(诸如高能电子束)来固化涂层，所得到的带涂层的片材会在被卷成一卷时发生“阻滞”(即粘至本身)，且随后在其展开时被撕破。展开时被损坏的风险由于沿涂层的较差均匀性而被进一步加剧。

e)已知在薄膜可被进一步涂覆前，由本领域中已知的工艺所生产的固化薄膜的表面必须作进一步处理(例如用等离子体)。

一旦凝结在基片上，各种辐射源(例如紫外线，可见或者红外或尤其是电子束辐射)用于固化聚合物前驱体。然而，目前在本领域中用于主要固化的电子束具有非常高的能级(通常＞300eV)，因为这被认为对于实现足够的聚合来说是必要的。还使用大气等离子体，一般用于二次固化(即作为电子束的辅助手段以完成固化)。同样，这些也具有高能级和高电离部分，且现有技术教示这种高能级电离对于聚合来说是必需的。

还已知的是，使单体蒸汽通过低压辉光放电，该单体蒸汽包含高能级的自由基，然后使用辉光放电中的驱动电压引导单体蒸汽朝向基片，这种驱动电压相对于基片处的局部状态是正的。包含这些自由基的单体然后在基片上凝结，在基片处自由基开始固化。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于涂覆基片的工艺，该工艺包括将可辐射固化材料凝结在基片上以及使用具有6.5eV与300eV之间能量的电子通量使其固化。

6.5eV能级是打破未饱和前驱体材料(诸如丙烯酸酯)中的碳—碳双键以促使聚合所需的能级。较佳地，电子通量的能量范围在6.5eV和100eV之间。

电子通量在传输前驱体材料的同时或之后指向基片处。在前一种情况下，较佳地在空间上及时间上与将前驱体材料传输至基片同步开始固化，这避免需要电子通量来穿透已凝结的前驱体材料以使其固化。

较佳地，使用低压气体等离子源来产生电子通量。尽管低压气体等离子体具有比电子束、大气等离子体等明显低的能级(＜300eV)，但已发现它可以实现有效的固化。

较佳地，低压气体等离子体通过例如包含交叉电磁场而被磁性地增强以形成磁控管。以溅射阴极或极化反应板的形式设有阴极。阴极上的负极性和环境或基片(可能是正的或接地的)的相对正极性驱动所需的电子通量。另外，高频AC放电信号可施加至基片，且AC源的自偏物理性质和非常短的时间周期在基片处产生合适的极性。

本发明的实施例用于减少再次蒸发和“降雪”的风险并产生更均匀固化的涂层。“阻滞”的倾向减少，且基片表面不需要在再次涂覆前作进一步的处理。本发明的工艺可以因此以更高线速度进行，由此减少单位生产成本。