CN103582551A - 经装饰的热塑性薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及经可变地装饰的热塑性薄膜，其具有浸入层压品或覆有涂层的基材内的图形设计，其可利用热和压力进行预成型，而后被置于用于模塑产品的注塑模具中而不影响该图形的质量。

Description

经装饰的热塑性薄膜及其制备方法
本申请要求在2011年3月8日递交的美国临时申请61/450,312的优先权，其内容在此通过援引整体并入。
技术领域
本发明涉及将色散着色图形绘制入薄膜结构的表面内，而后在注射模塑过程中将其用于模内装饰操作。更具体地，本发明涉及基本上透明的接受染色的(dye-receptive)薄膜，其被层压在不透明的基材或覆有涂层的基材上，从而获得对支撑染色绘制的图形而言理想的薄膜结构。在印刷后，该薄膜可利用热和压力进行预成型，而后被置于注射模具中来用经装饰的表面进行产品模塑而不影响该图形的质量。
背景技术
装饰性热塑性塑料已广泛用作从地板材料乃至电子器件的保护性覆盖物。热塑性塑料可被熔解和模塑，使得它们适合用于几乎任何需要保护性覆盖物的应用。
存在各种常用来将装饰镶嵌于热塑性塑料上的方法。这些方法，例如模内标记(IML)、薄膜插入模塑(FIM)和模内装饰(IMD)，包括：用装饰性图形印刷薄膜；将该薄膜插入注塑模具中；以及将热塑性模塑料注射在该薄膜后。当将该薄膜从注塑模具取出时，被印刷的薄膜理论上已粘附于该模塑料并用作装饰性第一表面。该印刷过程本身典型地包括诸如丝网印刷法、旋转网印法(rotary screening)、柔性版(flexographic)印刷技术和平版印刷等之类的方法。
在实践中，上述印刷方法和镶嵌方法的组合可产生不耐久的图形，并且该图形可容易地被损坏、磨损或从该经装饰的薄膜的印刷表面以化学方法除去。为了避免这样的潜在性损坏，标准惯例是印刷透明薄膜的背面，而后将该薄膜置于模具中以该图形面向该模具的内部。然后，将模塑料靠着该经图形印刷和涂布的表面注射。这产生受第一表面上的透明塑料薄膜层保护的图形。
然而，印有的图形在注塑模具内部可高达12,000psi和600f的条件下不能容易地保存下来。当热树脂经过注射口流入时，图形被烧毁并从面向模具内部的薄膜表面剥离。针对专用性选通(specialized gating)已开发了方法，只要保持专用的和特定的处理参数，该方法可使模具内的特定区域支撑薄膜插入模塑而不损坏图形。
解决模具内部图形保存问题的另一种尝试是用高温涂层涂覆图形，该涂层可保护图形免受被注射于模具内以及已被涂覆的印有图形的表面上的热模塑料损坏。然而，用来保护图形的涂层不能产生与由热塑性树脂制成的热流动性模塑料可混合的粘合。实际上，这些保护性涂层通常干扰并妨碍经装饰的薄膜与热模塑料之间的优质层压粘合。因此，已开发了专用性粘合促进剂，其有助于改进模内装饰性薄膜上的保护性涂层与热流动性树脂之间的粘合。已开发了对在模塑产品时所用的每种热塑性树脂和保护性涂层特定的一系列粘合促进剂。然而，装饰性薄膜与模塑部件之间的脱层仍然是个挑战。
对已印刷的热塑性塑料而言，另一个障碍在于，经印刷和涂覆的薄膜在被插入注塑模具内之前，通常被热成型从而与该模具的形状一致。因此，薄膜印刷也必须能够在热成型期间承受通过根据曲线图和复杂曲线薄膜的加热和拉伸。已开发了可经受真空形成过程的油墨，“可成型油墨”(Formable inks)。然而，因为这些可成型油墨系统是基于颜料的油墨并被印刷于薄膜的表面，它们在所印的图形变薄和减退之前仅仅可以经受小于半英寸的薄膜拉伸。此缺陷严重限制了可利用目前实践中的传统模内装饰方法进行装饰的形状系数(form factor)的范围。
在本领域中，存在对经可变地装饰的热塑性薄膜的需要，该薄膜在整个模塑过程中保留它的图形，并且在具有该图形的薄膜的整个使用过程中保留它的图形。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种经可变地装饰的具有耐久的压印图形的热塑性薄膜及其制备方法。
在某些实施方式中，本发明涉及一种经装饰的热塑性薄膜，其包含：(i)具有第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面的基材，该第一表面具有浸入该基材内的图形；和(ii)与该基材的第二表面接触的热塑性组合物，其中该热塑性组合物不与该基材的第一表面接触。
在某些实施方式中，本发明涉及一种经装饰的热塑性薄膜，其包含：(i)具有第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面的覆有涂层的基材，该第一表面具有浸入该基材内的图形；和(ii)与该覆有涂层的基材的第二表面接触的热塑性组合物，其中该热塑性组合物不与该覆有涂层的基材的第一表面接触。
在某些实施方式中，本发明涉及一种经装饰的热塑性薄膜，其包含：(i)具有第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面的层压基材，该第一表面具有浸入该基材中的图形；和(ii)与该层压基材的第二表面接触的热塑性组合物，其中该热塑性组合物不与该层压基材的第一表面接触。
在某些实施方式中，本发明涉及一种经装饰的热塑性薄膜，其包含：(i)包括约5%至约25%的普通光波长透光率的基材，该基材具有第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面，该第一表面具有浸入该基材内的图形；和(ii)与该基材的第二表面接触的热塑性组合物，其中该热塑性组合物不接触该基材的第一表面。
在某些实施方式中，本发明涉及制备经装饰的热塑性薄膜的方法，其包括：(i)将图形绘制入基材内，该基材具有第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面，其中该图形被绘制入该基材的第一表面内；(ii)将该基材置于模具中，其中安置该基材的第一表面以接触该模具；和(iii)将热塑性组合物注入该模具内至该基材的第二表面上。
在某些实施方式中，本发明涉及一种制备经装饰的热塑性薄膜的方法，其包括：(i)将图形绘制入层压基材内，该层压基材具有第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面，其中该图形被绘制入该层压基材的第一表面内；(ii)将该层压基材置于模具中，其中安置该层压基材的第一表面以接触该模具；和(iii)将热塑性组合物注入所述模具中至该层压基材的第二表面上。
在某些实施方式中，本发明涉及一种制备经装饰的薄膜的方法，其包括：(i)将图形绘制入覆有涂层的基材内，该覆有涂层的基材包括第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面，其中该图形被绘制入该覆有涂层的基材的第一表面内；(ii)将该覆有涂层的基材置于模具中，其中安置该覆有涂层的基材的第一表面以接触该模具；和(iii)将热塑性组合物注入该模具内至该覆有涂层的基材的第二表面上。
在某些实施方式中，本发明涉及一种制备经装饰的热塑性薄膜的方法，其包括：(i)将图形绘制入基材内，该基材包括约5%至约25%普通光波长透光率，该基材具有第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面，其中该图形被绘制入该覆有涂层的基材的第一表面内；(ii)将该基材置于模具内，其中安置该基材的第一表面以接触该模具；和(iii)将热塑性组合物注入该模具内至该基材的第二表面上。
在描述本发明时，如下所述使用以下术语。在本文中使用时，除非上下文另外明确说明，单数形式“一个”、“一”以及“该”包括复数的所指物。
在本文中使用时，术语“耐久的”是指对正常的磨损和撕裂、刮擦、去除、褪色等有抵抗性。
在本文中使用时，术语“油墨”、“染料”和“染料墨”可互换地使用。
在本文中使用时，术语“绘制”或“渲染”以及“浸”或“浸透”分别可互换地使用。
具体实施方式
本发明提供一种通过注射模塑制备经装饰的热塑性薄膜的方法，并使用插入该模具内的经装饰的薄膜。图形被印刷入该薄膜插入物的第一表面(面对眼睛)。该方法产生可呈现出不被保护性塑料层减弱的亮度、全色、照片质量图形的薄膜，而该图形可满足消费者产品的OEM生产的耐久性要求。
本发明的益处之一在于所得的经装饰的热塑性薄膜随着时间不失去它们的颜色和亮度，该图形不被从表面刮去，并且装饰性热塑性塑料可利用适合于注射模塑方法的任何印刷方法（例如数字和模拟印刷方法）进行制备。
因为本发明的薄膜保持了压印于其中的图形的高分辨率，当需要具有高分辨率的图案时，本发明的薄膜是特别适合的。
本发明的另一益处在于薄膜插入物不需要在该图形上的保护性背面涂层用以支持该图形在模塑过程中保存下来。在其上注射热流动性树脂的薄膜基材的未被印刷侧(第二表面)在注射模塑期间保护第一表面图形。由于该未被印刷侧是与热塑性树脂接触的唯一一侧，该未被印刷侧不需要保护性涂层。因此，本发明的方法，由于模塑料被注射在裸露的未被印刷的薄膜表面上，不造成经装饰的薄膜与模塑料之间的粘合问题。本发明允许从在注射模塑中常用的热塑性材料的相容性类别中选择薄膜和树脂。然后，在印刷薄膜后，在常规注射模塑方法中的一般条件下合并这些材料，产生在被插入模具内的经装饰的薄膜与被注入在它们后方的模塑料之间的非破坏性的可混合的和/或粘着性粘合。
在某些实施方式中，用于该薄膜的基材包含适合于注射模塑的热塑性树脂，例如，聚碳酸酯均聚物、共聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、苯乙烯/丙烯腈(SAN)、聚酰胺、热塑性聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA Acrylics)、热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性弹性体(TPE)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碳酸酯的混合物、它们的树脂，或者它们的混合物。在优选的实施方式中，该层压基材包含聚碳酸酯树脂。
在某些实施方式中，用于该薄膜的基材包括多层多层薄膜层，其可包括，例如，透明层、不透明层，或它们的组合。
在其他实施方式中，该基材包括单层薄膜层，优选一层不透明层。
在本发明的优选的实施方式中，所用的薄膜是优选透明的，或者基本上透明的，在不透明的或基本上不透明的基材上层压的接受染色的薄膜。在这样的实施方式中，该基材优选是白色。
白色薄膜的不透明度可被降低至使染色图像能够被成功地直接绘制入白色薄膜内的颜料比聚合物比例。没有必要有支撑着色图形的透明层。优选地，不透明度适合于在热塑性薄膜上绘制染色图像，并且优选地提供大约5%、8%、10%或15%的最小透光率。在一些实施方式中，包含二氧化钛和聚碳酸酯的薄膜可用来产生适合于该染色图像的适当水平的透光率。
为了实现薄膜的期望不透明度，聚合物比颜料之比可随着薄膜的厚度而改变。例如，较薄厚度的薄膜需要更多的颜料，而具有较厚厚度的薄膜需要较少的颜料来达到期望的不透明度。因此，取决于薄膜厚度，聚合物：颜料比例可以是，例如，1:20至20:1、1:15至15:1、1:10至10:1、1:5至5:1。
在本发明的某些实施方式中，该基材可以用适合用于注射模塑的材料进行涂布。例如，可将涂层（例如基于水的，基于溶剂的，或者UV固化的涂层）置于不透明的，或者基本上不透明的基材上。在这样的实施方式中，可以使用本领域中已知的可被施用于注射模塑薄膜以达到硬度和抗化学性的任何种类的涂层。
在优选的实施方式中，将涂层以约0.001"厚度或者小于约0.001"厚度置于基材上。
利用染料系统产生图形，该系统使颜色浸入薄膜内而不是传统的印刷表面的，基于颜料的，高温油墨系统。在油墨被浸入薄膜内而不是仅存在于其表面之上，通过本发明制备的经装饰的薄膜可被容易地热成型为与其中插入有该薄膜的模具一致而不破坏图形。染色图像与薄膜的聚合物结构紧密，因此在成型时与树脂一起流动而不像表面印刷的薄膜一样拉伸和减弱。利用本发明制得的薄膜，在插入注塑模具之前，可以按照复杂的曲线和深度图(deep draws)(英寸)进行热成型，而不使该图形失去颜色或变形。利用本发明的方法，为获得最终经装饰的产品不需要改变选通设计（gatedesign）或模塑技术。
在浸透过程中，使油墨浸入薄膜内到约.0001"至约0.01"的深度，优选至约.004"的深度。优选地，通过升华使油墨浸入薄膜内。
在实施方式中，其中该基材包括透明层和不透明层，图形优选地被印刷入该透明层内。
在图形被印刷入薄膜内后，可利用热和压力使薄膜预成型，而后置于用于模塑产品的注塑模具中，由此产生经装饰的表面而不影响该图形的质量。被注入注塑模具内的热塑性组合物形成与基材的表面可混合的和/或粘附性粘合而不直接接触该模具的内部。
本发明的经装饰的热塑性薄膜可应用于通过注射模塑制得的任何制品，例如，无线装置覆盖物(手机壳等)、计算机箱、汽车内部件(仪表板、镶边(trim)等)、塑料用品(碗、器皿等)等。
描述以下实施例以帮助理解本发明，而不应解释为具体地限制本文中所述的和要求保护的发明。本发明的变化，包括目前已知的或者后来开发的所有等效物的替代，将在本领域技术人员的能力范围内，以及配方的变化或者实验图形的微小变化，应被视为本文中涵盖的发明的范围内。
实施例
实施例1
经装饰的热塑性薄膜如下进行制备：
(i)将基于染料的油墨图形绘制在转印纸的表面上；
(ii)通过染料色散将该图形转印入层压基材内；
(iii)将该经装饰的基材置于模具内，使该图形接触该模具的内壁；和
(iv)将热塑性组合物注入所述模具中。
实施例2
经装饰的热塑性薄膜如下进行制备：
(i)将基于染料的油墨图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过染料色散将该图形转印入由热塑性树脂制成的层压基材的顶层内；
(iii)形成该经装饰的基材以获得三维装饰的基材；
(iv)将该经装饰的基材置于模具中，使具有该图形的层压基材的顶层接触该模具的内壁；和
(iv)将热塑性组合物注入所述模具中。
实施例3
经装饰的热塑性薄膜如下进行制备：
(i)将基于染料的喷墨油墨图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过升华将该图形转印入包括基本上不透明层和基本上透明层的多层层压基材的表面内，其中该图形被转印入该基本上透明层内；
(iii)将该经装饰的基材置于模具内，使该图形表面层接触该模具的内壁；和
(iv)将热塑性组合物注入所述模具中。
实施例4
经装饰的热塑性薄膜如下进行制备：
(i)将基于染料的喷墨油墨图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过升华将该图形转印入包括一层基本上不透明的聚碳酸酯均聚物和一层透明薄膜的多层层压基材的表面内，该多层由一层不透明的聚碳酸酯均聚物和一层透明聚合物组成，其中该图形被转印入该透明层内；
(iii)将该经装饰的基材置于模具中，使该基材的经装饰的表面接触该模具的内壁；和
(iv)将热塑性组合物注入该模具中形成薄膜，从而在该经装饰的基材的不透明的未经装饰的第二表面与该热塑性组合物之间形成可混合的强粘合。
实施例5
经装饰的热塑性薄膜如下进行制备：
(i)将基于染料的喷墨油墨图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过升华将该图形转印入多层层压基材的第一表面内，其中该第一表面包括一层聚氟乙烯(PVF)和聚碳酸酯；
(iii)将该经装饰的基材置于模具中，其中该基材的经装饰的第一表面与该模具的内壁接触；和
(iv)将热塑性组合物注入所述模具中形成薄膜，从而在该经装饰的基材的不透明的未经装饰的第二表面与该热塑性组合物之间形成可混合的强粘合。
实施例6
经装饰的热塑性薄膜如下进行制备：
(i)将基于染料的喷墨油墨图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过染料色散将该图形转印入透明薄膜的表面内；
(iii)将被印刷的透明薄膜层压至另一片基本上不透明的白色薄膜，使该被印刷的表面接触层压品中的薄膜；其中在该透明印刷的表面与白色多层薄膜层压品之间形成可混合的粘合。
(v)将该经装饰的多层层压品置于模具中，使该透明薄膜接触该模具的内壁并使白色薄膜面向模具腔；和
(vi)将热塑性组合物注入该模具中形成薄膜，从而在经装饰的基材的不透明的未经装饰的第二表面与该热塑性组合物之间形成可混合的强粘合。
实施例7(预期的)
经装饰的热塑性薄膜如下进行制备：
(i)将基于染料的油墨图形直接印刷在基材的表面内；
(ii)将该经装饰的基材置于模具内，使具有该图形的层压基材的顶层接触该模具的内壁；和
(iii)利用热和压力使该薄膜固化。

Claims (34)

1.一种经装饰的热塑性薄膜，其包含：
(i)具有第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面的基材，该基材具有浸入该第一表面的图形；和
(ii)与该基材的第二表面接触的热塑性组合物，其中所述热塑性组合物不接触该基材的第一表面。
2.权利要求1的经装饰的热塑性薄膜，其中所述热塑性组合物在热和压力下与所述基材的第二表面形成可混合的和/或粘附性粘合。
3.权利要求2的经装饰的热塑性薄膜，其中所述基材包括多层薄膜层。
4.权利要求3的经装饰的热塑性薄膜，其中所述多层薄膜层包括透明层、不透明层，或者它们的组合。
5.权利要求4的经装饰的热塑性薄膜，其中所述基材的第一表面包括透明层，并且所述基材的第二表面包括不透明层。
6.权利要求1的经装饰的热塑性薄膜，其中所述基材包含适合用于注射模塑的热塑性树脂。
7.权利要求6的经装饰的热塑性薄膜，其中所述热塑性树脂是聚碳酸酯均聚物、共聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、苯乙烯/丙烯腈(SAN)、聚酰胺、热塑性聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA Acrylic)、热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性弹性体(TPE)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碳酸酯的混合物，或者它们的混合物。
8.权利要求6的经装饰的热塑性薄膜，其中所述热塑性树脂是聚碳酸酯树脂。
9.权利要求7的经装饰的热塑性薄膜，其中所述热塑性树脂是聚氟乙烯(PVF)。
10.权利要求1的经装饰的热塑性薄膜，其中所述层压基材的第一表面包括含有聚氟乙烯(PVF)的薄膜层。
11.权利要求1的经装饰的热塑性薄膜，其中所述层压基材的第一表面包括聚偏氟乙烯(PVDF)的薄膜层。
12.权利要求1的经装饰的热塑性薄膜，其中所述层压基材包含聚碳酸酯树脂。
13.权利要求1的经装饰的热塑性薄膜，其中所述图形包括数字喷墨印刷的图形。
14.权利要求1的经装饰的热塑性薄膜，其中所述基材具有涂层。
15.一种制备经装饰的热塑性薄膜的方法，其包括：
(i)将图形绘制入基材内，所述基材具有第一表面以及位于该第一表面的对面的第二表面，其中该图形被绘制入所述基材的第一表面内；
(ii)将所述基材置于模具内，其中安置该基材的第一表面以接触所述模具；和
(iii)将热塑性组合物注入所述模具中所述第二表面上。
16.权利要求15的方法，其中所述热塑性组合物与所述基材的第二表面形成可混合的和/或粘附性粘合。
17.权利要求15的方法，其中所述基材包括多层薄膜层。
18.权利要求17的方法，其中所述多层薄膜层包括透明层、不透明层，或者它们的组合。
19.权利要求18的方法，其中所述基材的第一表面包括透明层，并且所述基材的第二表面包括不透明层。
20.权利要求15的方法，其中所述基材包括适合于注射模塑的热塑性树脂。
21.权利要求20的方法，其中所述热塑性树脂是聚碳酸酯均聚物、共聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、苯乙烯/丙烯腈(SAN)、聚酰胺、热塑性聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA Acrylic)、热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性弹性体(TPE)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碳酸酯的混合物，或者它们的混合物。
22.权利要求20的方法，其中所述热塑性树脂是聚碳酸酯树脂。
23.权利要求20的方法，其中所述热塑性树脂是聚氟乙烯(PVF)。
24.权利要求15的方法，其中所述基材的第一表面包括含有聚氟乙烯(PVF)的薄膜层。
25.权利要求15的方法，其中所述基材的第一表面包括含有聚偏氟乙烯(PVDF)的薄膜层。
26.权利要求15的方法，其中所述基材包含聚碳酸酯树脂。
27.权利要求15的方法，其中所述图形通过数字喷墨印刷进行绘制。
28.权利要求15的方法，其中所述基材包括涂层。
29.一种制备经装饰的热塑性薄膜的方法，其包括：
(i)将图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过升华将该图形转印入基材的一侧内；
(iii)将具有该图形的基材置于模具内，其中所述图形接触所述模具的内部；和
(iv)将热塑性组合物注入所述模具中。
30.一种制备经装饰的热塑性薄膜的方法，其包括：
(i)将图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过升华将该图形转印入含有热塑性树脂的基材的顶层内；
(iii)使具有该图形的基材成型以获得三维基材；
(iv)将该三维基材置于模具内，其中具有该图形的基材的顶层接触所述模具的内部；和
(iv)将热塑性组合物注入所述模具中。
31.一种制备经装饰的热塑性薄膜的方法，其包括：
(i)将图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过升华将该图形转印入包括基本上不透明层和基本上透明层的多层层压基材的表面内，其中所述图形被转印入所述基本上透明层内；
(iii)将所述基材置于模具内，具有所述图形的透明层接触所述模具的内部；和
(iv)将热塑性组合物注入所述模具中。
32.一种制备经装饰的热塑性薄膜的方法，其包括：
(i)将图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过升华将该图形转印入多层层压基材的表面内，所述多层层压基材包括含有聚碳酸酯均聚物、热塑性聚氨酯或共聚碳酸酯的基本上不透明层，以及在该基本上不透明层上的透明薄膜层，其中所述图形被转印入所述透明薄膜层；
(iii)将所述基材置于模具中，使具有所述图形的基材的表面接触所述模具的内部；和
(iv)将热塑性组合物注入所述模具中形成薄膜，从而在所述不透明层与所述热塑性组合物之间形成可混合的和/或粘附性粘合。
33.一种制备经装饰的热塑性薄膜的方法，其包括：
(i)将图形印刷在转印纸的表面上；
(ii)通过升华将该图形转印入多层层压基材的第一表面内，其中所述第一表面包括一层聚氟乙烯(PVF)，所述基材还包括在含有热塑性聚氨酯的第一表对面的第二表面；
(iii)将所述基材置于模具内，使所述基材的第一表面接触所述模具的内部；和
(iv)将热塑性组合物注入所述模具中形成薄膜，从而在所述基材的第二表面与所述热塑性组合物之间形成可混合的和/或粘附性粘合。
34.通过权利要求15-33的方法中的任一种方法制得的经装饰的热塑性薄膜。
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