CN102310342A - 低吸水的水溶性润滑膜及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种低吸水的水溶性润滑膜及其制法，该低吸水的水溶性润滑膜，包含一金属基材及一水溶性固态润滑层，其亲水性由金属薄膜表面而向外递减，其最表层为低亲水性润滑层，其里层为高亲水性润滑层，润滑层表面的水接触角介于60度至90度之间。其制造方法，利用一次多层涂布技术，一起烘干硬化形成。本发明改善固态水溶性润滑剂吸湿的问题，以利运送、储存与使用时的操作性，非常适于实用。

Description

低吸水的水溶性润滑膜及其制法

技术领域

本发明涉及一种固态水溶性润滑材料的配方，特别是涉及一种以多层同时涂布的方式，得到表面低亲水的水溶性固态润滑层，其亲水性由内而外递减，达到兼顾低吸水性及水溶性的效果。解决固态水溶性润滑层的表面吸水，造成机台与钻头基座沾黏污染、收藏不易，及四周胶带无法固定的问题。 

背景技术

美国专利USP-4781495及USP-4929370中揭示，利用钻孔机在印刷电路板上制造传导孔时，以纸张浸渍水溶性润滑剂所形成的片材，放置于电路板的一侧或两侧，协助润滑钻针，减少热量的产生及电路板孔边材料的变质，更能减少断针的机率。此水溶性润滑剂为合成蜡的混合物，其包括二元醇诸如二乙二醇或二丙二醇及脂肪酸与非离子性表面活性剂所形成。中国台湾专利TWI-511427更进一步将此水溶性润滑剂涂布于铝箔上。铝箔的强度使润滑用的片材的操作性增加，铝箔更进一步协助将钻孔时产生的热量带走。然而，前案中针对固态水溶性润滑层的表面吸水性的控制，皆无相关的揭示或教导。 

中国台湾专利TWI-293270中虽有多层水溶性润滑层的设计，但其目的在于各层间的硬度不同，以作为钻针进入金属层或印刷电路板前的缓冲层，以减少钻针的磨损。该专利也未揭示任何有关吸水性控制的相关问题与解决方法。 

传统多层涂布技术，最下面层的涂层组成与粘度范围从大约3至约10百分泊(centipoises)，并提供湿覆盖范围约40至100立方厘米的涂层组成，每平方米的支持。然而，上述湿覆盖率和粘度在操作过程是极为不利的，因为一层厚厚的低粘度涂料组成，包括了大量的水(或其他液体的溶剂)，必须随后将其干燥去除。由于干燥作业中，要去除的水量变得过大，涂层的速度将控制在低速，以便不超过设定和/或干燥的能力，造成生产速度下降。 

美国伊士曼柯达(Eastman Kodak)公司在美国专利US 4001024中揭示，同时多种液体涂布于一移动基材的方法，涂层的最下面为一低黏度涂料组成的薄层，湿覆盖范围约5至10立方厘米，有效的湿润基材表面，在其上立刻涂覆一高黏度的厚涂层，其黏度范围介于30至70百分泊 (centipoises)。 

由于多层膜的第一层粘度非常低，往往是不稳定的，尤其是在涂布唇和基材之间的桥梁形成涂液珠子。因此，美国拍立得(Polarid)公司在美国专利US4113903中揭示，其中第一层的涂液，具有高剪切速度稀化的效果，其高剪切速度(100,000sec^-1)下黏度小于10百分泊(centipoises)，其低剪切速度(100sec^-1)下黏度介于20至200百分泊(centipoises)。 

然而，两个前案技术，US4001024与US4113903，皆用于涂布塑胶基材以制造照相底片之用，塑胶基材与本发明的金属基材表面性质完全不同。且前案完全未揭示渐层性亲水性配方间的搭配与涂布技术。 

由此可见，上述现有的水溶性润滑膜在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的低吸水的水溶性润滑膜及其制法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。 

有鉴于上述现有的水溶性润滑膜存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的低吸水的水溶性润滑膜及其制法，能够改进一般现有的水溶性润滑膜，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。 

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的水溶性润滑膜存在的缺陷，而提供一种新的低吸水的水溶性润滑膜及其制法，所要解决的技术问题是改善固态水溶性润滑剂吸湿的问题，以利运送、储存与使用时的操作性，非常适于实用。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种低吸水的水溶性润滑膜，其包含一金属基材及一水溶性固态润滑层，其中的润滑层表面的水接触角介于60度至90度之间，且其亲水性在厚度方向有渐层的变化。 

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 

前述的低吸水的水溶性润滑膜，其中所述的水溶性固态润滑层，其中包含多层界面相容的固态润滑层，其亲水性由金属薄膜表面而向外递减，其最表层固态润滑层为低亲水性，其最里层的固态润滑层为高亲水性。 

前述的低吸水的水溶性润滑膜，其中所述的金属基材为铝、铜等导热 佳的薄膜，其厚度介于0.05毫米至0.3毫米之间。 

前述的低吸水的水溶性润滑膜，其中所述的金属薄膜表面有一底胶，在其上有多层以上，亲水性不同的固态润滑层。 

前述的低吸水的水溶性润滑膜，其中所述的水溶性固态润滑层，其中多层固态润滑层，由内而外为一薄界面层与一厚层高亲水层及最外一薄层低亲水层；其中最里层的界面层的涂液，具有高剪切稀化的效果，其高剪切速度(100,000sec^-1)下黏度小于10百分泊(centipoises)，其低剪切速度(100sec^-1)下黏度介于20至200百分泊(centipoises)。 

前述的低吸水的水溶性润滑膜，其中所述的水溶性固态润滑层，其中最表层固态润滑层包含脂肪酸类、高分子量酯类、脂族烃为基础的化合物或以上的组合。 

前述的低吸水的水溶性润滑膜，其中所述的水溶性固态润滑层，其中最里层固态润滑层的水接触角介于20度至50度之间；最表层固态润滑层的水接触角介于70度至90度之间。 

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种低吸水的水溶性润滑膜的制造方法，其包含在一金属薄膜上，一次多层涂布不同程度亲水性的水性固态润滑材料，一起烘干硬化，形成亲水性在厚度方向有渐层之变化的涂层。 

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 

前述的低吸水的水溶性润滑膜的制造方法，其中所述的金属薄膜先涂覆一层底胶，再进行多层涂布水性固态润滑材料。 

前述的低吸水的水溶性润滑膜的制造方法，其中所述的各层涂液的黏度，有金属面向外黏度逐步渐高。 

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种低吸水的水溶性润滑膜及其制法，改善固态水溶性润滑剂吸湿的问题，以利运送、储存与使用时的操作性。水溶性润滑剂虽为固态，但吸水性强，表面易产生黏性，除了导致润滑用片材的收藏不易外，更会污染机台、刀具与钻针，甚至堆积在刀具或钻针根部。以至于在进行精密加工时使，钻孔的稳定度与精度受到影响。更严重的是，四周用于固定润滑层的胶带，也因为吸附的水气，导致无法胶着固定润滑层。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出多层式固态润滑层，改善固态水溶性润滑剂吸湿的问题，但仍保持润滑剂的水溶性，以便在后续制程中轻易在水溶液中去除，本发明针对固态水溶性润滑层的表面特性作控制。本发明控制片材表面的亲水性，使其对水的表面接触角介于60度至90度之间时，则可避免容易吸水的问题。 

为了达到此一目的，本发明的水溶性固态润滑层，包含两层以上界面 相容的固态润滑层，其最表层固态润滑层为低亲水性，最里层的固态润滑层为高亲水性。藉由固态水溶性润滑材料的配方及多层同时涂布的方式，已得到水溶性固态润滑层的亲水性，由内而外递减，达到兼顾低吸水性及水溶性的效果。 

本发明的低吸水的水溶性润滑膜，如图1所示，包含一金属基材1及一水溶性固态润滑层10，其亲水性由金属薄膜表面而向外递减。 

进一步说明水溶性固态润滑层10，如图2所示，其最表层为低亲水性润滑层B，表面的水接触角介于60度至90度之间；其里层为高亲水性润滑层A，在与金属表面接触的第一层则为界面层。其制造方法，利用一次同时多层涂布技术，一起烘干硬化形成。 

同时多层涂布技术，如图3所示，内层为高亲水配方A、外层为低亲水性配方B与界面材料F，可以多供料出口的多注口涂布头2，一次涂布于由滚筒3带动的金属薄膜基材1上。多层材料彼此相容且局布互溶，一起固化成一层，无界面问题。如图1所示，在金属薄膜基材1的表面，同时涂覆两层以上的固态润滑层，其共硬化形成一层水溶性固态润滑层10，其亲水性由内而外递减。如此可达到润滑层表面不易吸水，但整体涂层材料仍可以水洗去除的效果。视需要可在涂布固态润滑层之前，先在金属薄膜上一层底胶(primer)，或以底胶当界面层F，以增加界面接着性质。 

界面层F位于最里层，其涂液具有高剪切稀化(shear thinning)的效果，其高剪切速度(100,000sec^-1)下黏度小于10cps，其低剪切速度(100sec^-1)下黏度介于20cps至200cps。此界面层材料可以为底胶，以提升金属薄膜与润滑材料层的接合；界面层本身亦可由润滑材料所组成。 

一般而言，金属基材为铝、铜等导热佳的薄膜，材料选用并无特殊限制，只要具柔软性且导热性佳即可。一般而言，其厚度介于0.05毫米至0.3毫米之间；其厚度涂层总厚度介于5微米至250微米之间。 

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。 

借由上述技术方案，本发明低吸水的水溶性润滑膜及其制法至少具有下列优点及有益效果： 

1.利用多层彼此相容的固态润滑层配方，且其亲水性在厚度方向有渐层的变化，兼顾水性润滑功能及低吸水姓。 

2.由于外层低吸水层，其中的润滑层表面的水接触角介于60度至90度之间，使本发明的水性润滑膜，可在一般环境(25℃55％Rh)下长期储藏。 

3.由于外层低吸水层，使本发明的水性润滑膜，使用时不会因表面软化，污染机台及待钻孔的物件。 

4.由于外层低吸水层，使本发明的水性润滑膜，使用时可以胶带定位，提升钻孔位置的精准度。 

实施例中仅以三层配方结构说明此渐进式亲水性润滑层的概念，绝非用于限制其使用的层数与涂布的方法。 

综上所述，一种低吸水的水溶性润滑膜，包含一金属基材及一水溶性固态润滑层，其亲水性由金属薄膜表面而向外递减，其最表层为低亲水性润滑层，其里层为高亲水性润滑层，润滑层表面的水接触角介于60度至90度之间。其制造方法，利用一次多层涂布技术，一起烘干硬化形成。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。 

附图说明

图1绘示本发明的低吸水的水溶性润滑膜的结构示意图。 

图2绘示本发明一较佳实施例的低吸水的水溶性润滑膜的结构示意图。 

图3绘示本发明的低吸水的水溶性润滑膜制造方法的示意图。 

A：高亲水性润滑层 

B：低亲水性润滑层 

F：界面层 

1：金属薄膜基材 

2：多注口涂布头 

3：滚筒 

10：渐进亲水性的水溶性润滑膜 

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的低吸水的水溶性润滑膜及其制法其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。 

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。 

本发明的精密机械加工用低吸水润滑膜，利用一个界面层F及两个水溶 性的树脂配方组成，其中一个配方A较另一配方B具有较高的亲水性。再藉由一双进料与双出料口的涂布头，将两个材料一起涂布于金属薄膜上，使配方A与金属膜接触，而配方B则座落在配方A的上面，成为与空气接触的表面。 

界面层F位于最里层，其涂液具有高剪切稀化的效果，其高剪切速度(100,000sec^-1)下黏度小于10cps，其低剪切速度(100sec^-1)下黏度介于20cps至200cps。此界面层材料可以为底胶，以提升金属薄膜与润滑材料层的接合；界面层本身亦可由润滑材料所组成。 

材料配方A与配方B皆由水溶性树脂与水不溶性润滑剂组成，借着界面活性剂使两者形成均一相。藉由调整水溶性树脂与水不溶性润滑剂的比例，再以适量的界面活性剂使其乳化分散，即可得到不同程度亲水性的水溶性润滑剂配方。材料配方A含有较高比例的水溶性树脂，其黏度范围介于30至70百分泊(centipoises)；而材料配方B则有较多的水不溶性润滑剂，其黏度范围介于50至200百分泊(centipoises)。 

本发明中使用的水溶性树脂并无特殊的限制，只要树脂的软化温度介于30℃至150℃之间皆可以。他也可以是许多不同软化点的材料混掺物。常用的材料包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚环氧乙烷、聚还氧丙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、聚四亚甲基二醇及聚醚酯等，可以单独或组合使用。 

本发明中使用的低亲水性的润滑剂，主要是脂肪酸类，例如：月桂酸、棕榈酸、硬脂酸等和高分子量酯类如十四酸十四酯、十四酸十六酯等；及脂族烃为基础的化合物，例如：液态石蜡烃、聚乙烯蜡等。 

本发明中使用的界面活性剂，主要包含阳离子型、阴离子与非离子型。阳离子界面活性剂，例如：十六烷基三甲基溴化铵Cetyl trimethylammoniumbromide(CTAB)、十六烷基三甲基溴化铵hexadecyl trimethyl ammoniumbromide及其他四级铵盐alkyltrimethylammonium salts、西吡氯铵 Cetylpyridinium chloride(CPC)、氯化苯二甲烃铵Benzalkoniumchloride(BAC)或苄索氯铵Benzethonium chloride(BZT)。阴离子界面活性剂，例如：十二烷基硫酸钠Sodium lauryl sulfate(SLS)、十二烷基硫酸钠sodium dodecyl sulfate(SDS或NaDS)聚氧乙烯烷基硫酸钠Sodiumlaureth sulfate、十二烷基醚硫酸钠sodium lauryl ether sulfate(SLES)、烷基苯磺酸钠Alkyl benzene sulfonate、全氟辛酸Perfluorooctanoicacid(PFOA)、全氟辛基磺酸Perfluorooctanesulfonicacid(PFOS)或酯肪酸盐。非离子型介面活性剂，例如：山梨聚糖单月桂酸酯、山梨聚糖烷基酯及山梨聚糖单硬脂酸酯。界面活性剂用量占0.1至3重量百分比。 

藉由亲水性与低亲水性涂层的材料选用及厚度比例，可调整其表面的 水接触角介于60度至90度之间，如此可达到润滑层表面不易潮解，但整体涂层材料仍可以水洗去除的效果。 

实施例一

本发明中的亲水配方内主要含甘油、醇类(例如：丙二醇，丙三醇，己六醇，聚乙烯)、钠羟基皮酪烷酮(Sodium pyrolidone Carboxylate)，混合了纤维素(gelatin)、卡波姆(Carbomer)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone)等成膜剂组成的涂料所涂布成的均匀态(homogeneous)水性润滑剂层。唯因高水溶性导致对环境湿度的敏感。藉由组成材料的比例调整，可控制材料的水接触角介于20度至50度之间。在此实施例中选用的材料配方，在25℃及相对湿度55％下，其接触角介于40.5°至38.2°；经放置于相对湿度85％一小时后，其接触角介于23.1°至20.5°。 

在此亲水性的水溶性固态润滑层中，另可包含重量百分比0.1％至1％的硫化物与氯化物，已达到保护刀具或钻针的效果。 

实施例二

此一疏水润滑层(低亲水配方)最主要是表面以脂肪酸类如月桂酸、棕榈酸、硬脂酸等和高分子量酯类如十四酸十四酯、十四酸十六酯等经界面活性剂乳化改质成涂料，此实施例中使用乳化的十四酸十六酯涂料。藉由组成材料的比例调整，可控制材料的水接触角介于70度至90度之间。在此实施例中选用的材料配方，在25℃及相对湿度55％下，其接触角介于83.2°至80.5°；放置于相对湿度85％一小时后，接触角介于78.6°至76.2°。 

实施例三

本发明的低亲水润滑层技术，在于利用多层次润滑剂组成结构，在表层则有一层极薄的疏水结构。利用三个涂布站，或利用一三进料与三出料口的涂布头，将实施例一、实施例二与界面材料一次涂布于金属薄膜上，使界面材料与金属膜接触，而实施例二的配方则座落在实施例一配方的上面，成为与空气接触的低亲水表面，润滑层的整体厚度介于50微米至250微米之间。 

在此实施例中，使用的金属薄膜为0.15毫米的铝箔，在其上同时涂布2微米干厚的界面材料、90微米干厚的实施例一配方，及8微米干厚的实施例二配方，其涂层总厚度为100微米。整体润滑膜的厚度为0.25毫米。 

藉由上述技术方案，本发明的多孔性片材及其制作方法至少具有下列优点及有益效果： 

1.本发明的低吸水固态润滑层配方，兼顾水性润滑功能及低吸水姓。 

2.本发明的低吸水固态润滑层配方，可在一般室温环境下长期储藏。 

3.本发明的水性润滑膜，使用时不会因表面软化，污染机台及待钻孔的物件。 

4.本发明的水性润滑膜，使用时可以胶带定位，提升钻孔位置的精准度。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (10)

1.一种低吸水的水溶性润滑膜，其特征在于：

包含一金属基材及一水溶性固态润滑层，其中的润滑层表面的水接触角介于60度至90度之间，且其亲水性在厚度方向有渐层的变化。

2.根据权利要求1所述的低吸水的水溶性润滑膜，其特征在于其中所述的水溶性固态润滑层，其中包含多层界面相容的固态润滑层，其亲水性由金属薄膜表面而向外递减，其最表层固态润滑层为低亲水性，其最里层的固态润滑层为高亲水性。

3.根据权利要求1所述的低吸水的水溶性润滑膜，其特征在于其中所述的金属基材为铝、铜等导热佳的薄膜，其厚度介于0.05毫米至0.3毫米之间。

4.根据权利要求1所述的低吸水的水溶性润滑膜，其特征在于其中所述的金属薄膜表面有一底胶，在其上有多层以上，亲水性不同的固态润滑层。

5.根据权利要求2所述的低吸水的水溶性润滑膜，其特征在于其中所述的水溶性固态润滑层，其中多层固态润滑层，由内而外为一薄界面层与一厚层高亲水层及最外一薄层低亲水层；其中最里层的界面层的涂液，具有高剪切稀化的效果，其高剪切速度100,000sec^-1下黏度小于10百分泊，其低剪切速度100sec^-1下黏度介于20至200百分泊。

6.根据权利要求2所述的低吸水的水溶性润滑膜，其特征在于其中所述的水溶性固态润滑层，其中最表层固态润滑层包含脂肪酸类、高分子量酯类、脂族烃为基础的化合物或以上的组合。

7.根据权利要求2所述的低吸水的水溶性润滑膜，其特征在于其中所述的水溶性固态润滑层，其中最里层固态润滑层的水接触角介于20度至50度之间；最表层固态润滑层的水接触角介于70度至90度之间。

8.一种低吸水的水溶性润滑膜的制造方法，其特征在于：包含在一金属薄膜上，一次多层涂布不同程度亲水性的水性固态润滑材料，一起烘干硬化，形成亲水性在厚度方向有渐层之变化的涂层。

9.根据权利要求8所述的低吸水的水溶性润滑膜的制造方法，其特征在于其中所述的金属薄膜先涂覆一层底胶，再进行多层涂布水性固态润滑材料。

10.根据权利要求8所述的低吸水的水溶性润滑膜的制造方法，其特征在于其中所述的各层涂液的黏度，有金属面向外黏度逐步渐高。

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