CN108103566B - 一种金属薄膜退镀方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属薄膜退镀方法及系统，其中方法包括步骤S00根据压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的参数设置电解液的参数；步骤S10将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有所述电解液的电解电场中进行退镀；步骤S20在预设条件下，将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的无光栅微结构区域退镀成透明状态。系统包括退镀装置；所述退镀装置包括电解液水槽、电极、直流电源。本发明通过将压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有电解液的电解电场中，实现精准选择性退镀的目的。

Description

一种金属薄膜退镀方法及系统

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域，尤指一种金属薄膜退镀方法及系统。

背景技术

真空镀膜是指在真空环境下，将某种金属或金属化合物以气相的形式沉积到材料表面(通常是非金属材料)。在所有被镀材料中，以塑料薄膜最为常见，在塑料薄膜表面蒸镀一层极薄的金属薄膜，即可赋予塑料程亮的金属外观，合适的金属源还可大大增加材料表面耐磨性能，大大拓宽了塑料的装饰性和应用范围。但是，随着人们对美好外观的追求，单纯的金属色已不能满足装饰需求，希望能有特定的图案来表现金属光泽，即有图案的部分有金属镀膜，而图案以外的部分无金属膜呈现透明效果，这样使包装更加丰富多彩更具观赏性和营销效果。

现有许多工艺方法可以达到这样的结果。方法一，通过在金属镀铝膜面上印刷油墨起到保护作用，然后再将镀膜浸入1％-3％的氢氧化钠刻蚀溶液中，经过化学反应生成氢氧化铝后使镀铝层退掉膜变透明。方法二，首先在透明的薄膜上以一种水溶性油墨印刷所要图案的反相图作为遮盖掩膜，然后再去真空镀铝，这时镀铝层有部分直接镀在薄膜表面，也有镀在油墨之上的部分，当镀膜浸入水溶液时，由于水溶性油墨溶于水，而将附着其上的镀铝层脱落而形成透明区域，达到局部金属图案的效果。另外，在全息防伪行业，为提高防伪标识的安全等级，提出了更加精细的定位脱铝解决方案，比如，在已经模压有全息图的真空镀铝薄膜上再按上述两种工艺方式精准套印，而达到全息图案与定位脱铝图案的完美结合，使防伪等级更高一层。但这种工艺的定位精度取决于全息膜卷的加工精度和印刷设备与工艺的套印精度。以上方法的缺点是全息图和精细脱铝图像不是一次设计制作，会受加工、套印等影响，产生一定的定位误差，难以达到更为复杂、精细的全息脱铝图像的工艺要求。

针对上述情况，本申请提供了一种解决以上技术问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属薄膜退镀方法及系统，通过将压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有电解液的电解电场中，实现精准选择性退镀。

本发明提供的技术方案如下：

一种金属薄膜退镀方法，包括：步骤S00根据压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的参数设置电解液的参数；步骤S10将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有所述电解液的电解电场中进行退镀；步骤S20在预设条件下，将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的无光栅微结构区域退镀成透明状态。

优选的，所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的金属镀层的厚度为30纳米以下。

优选的，所述电解液的成分包括至少1种盐，浓度设置为0-38％。

优选的，所述电解液的成分还包括至少1种表面活性剂，浓度设置为0-0.05％。

优选的，所述电解电场包括电流密度设置为0-0.5安培每平方米，电压设置为2-10伏特。

优选的，步骤S20中在预设条件下包括：预设时间，所述预设时间设置为0-100秒。

优选的，步骤S20中在预设条件下还包括：预设温度，所述预设温度设置为20-65摄氏度。

优选的，步骤S20之后还包括：步骤S30将经过退镀的所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜浸入水中进行清洗。

本发明还提供了一种金属薄膜退镀系统，其应用前述的金属薄膜退镀方法，所述系统包括：退镀装置；所述退镀装置用于将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有所述电解液的电解电场中进行退镀；所述退镀装置包括电解液水槽、电极、直流电源。

优选的，还包括清洗装置；所述清洗装置用于将经过退镀的所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜浸入水中进行清洗；所述清洗装置包括清洗水槽。

通过本发明提供的金属薄膜退镀方法及系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、在本发明中，将压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有电解液的电解电场中，由于金属薄膜上有光栅结构区域和无光栅结构区域的电阻值不同，就会形成无光栅结构区域的金属快速退镀成为透明，而有光栅结构区域因为电阻值高而退镀速度慢，从而达到精准选择性退镀的效果。

2、在本发明中，由于全息图和精细脱铝图像是一次设计制作的，没有印刷，因此不受加工、套印等影响，导致出现定位误差，对更为复杂、更精细的全息脱铝图像特别具有表现力。

3、在本发明中，通过控制电解电场间的电流、电压、脉冲频率以及调整电解液的配方或温度等影响电解的诸多参数就可有效控制退镀的速度和退镀效果，从而达到完美的退镀结果。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种金属薄膜退镀方法及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的金属薄膜退镀方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明的金属薄膜退镀方法的另一实施例的流程图；

图3是本发明的金属薄膜退镀系统的一个实施例的结构示意图；

图4是本发明的金属薄膜退镀系统的另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

1-退镀装置；2-清洗装置；3-放卷装置；4-收卷装置；

11-电解液水槽；12-电极；13-直流电源；

21-清洗水槽。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

研究金属薄膜的电学性质，我们知道,金属电阻形成的根源是自由电子发生碰撞，从而失去了从外电场获得的定向速度。这种碰撞可能发生于电子-晶格、电子-杂质、电子-晶界、电子-表面。在块体材料中，电子-表面碰撞的次数在总的碰撞次数中所占比率极小，可以忽略，因而块体材料的电阻率与物体尺寸无关。但对薄膜而言，当其表面特征尺寸可与该温度下电子自由程相当时，电子-薄膜的表面碰撞为非镜面反射(即反射方向与入射方向无关，亦即漫反射)，电阻率就会随表面状态改变。

在薄膜材料中，由于厚度很小，所以在电子表面碰撞过程中的电子损失速度不可忽略。由此对薄膜材料的电阻率造成影响。通常情况下电阻率随粗糙度的增大而增大。一般认为，表面形貌对电阻率的影响在很薄的薄膜(厚度可与电子平均自由程相比拟)中存在尺寸效应，电阻率受薄膜表面影响很大。但对较厚的薄膜的影响并不明显。实验研究事实表示，即使研究对象的实际薄膜厚度已经是电子平均自由程的10倍以上，由于薄膜微结构造成薄膜表面粗糙度的增加在垂直于薄膜表面方向颗粒尺寸参差不齐，纵向不同高度以及横向不同尺寸的颗粒导致了不同的薄膜表面粗糙度，从而影响电子在薄膜中的运输，导致薄膜电阻率的变化。在垂直于薄膜表面方向颗粒尺寸起伏可达到50-75nm，这种尺寸范围与导电电子的自由程很接近，电子与薄膜表面的碰撞就不能够忽略。表面高低起伏越大，薄膜电阻率将增大。

浮雕型全息图的微结构是复杂的光栅结构，其形貌如同搓衣板表面凹凸不平。模压浮雕全息图薄膜的生产工艺是将通过激光干涉全息原理制作的浮雕型全息图模版上的微结构条纹压印到预涂有热塑型树脂的薄膜上，再经过真空蒸镀将金属铝沉积在薄膜表面，真空镀铝的厚度通常在几十埃到数百埃。根据以上金属薄膜的电学性质理论，可以判断，浮雕型全息图的光栅微结构已经达到金属薄膜表面粗糙度对电阻影响的理论值，此时，有光栅结构区域的电阻值将远大小无光栅区域的电阻值。

本发明提供了一种金属薄膜退镀方法的一个实施例，参见图1，包括：步骤S00根据压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的参数设置电解液的参数；步骤S10将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有所述电解液的电解电场中进行退镀；步骤S20在预设条件下，将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的无光栅微结构区域退镀成透明状态。

具体的，在本实施例中，首先根据需要退镀的金属薄膜的被镀金属的材料以及厚度等参数，选择适合的电解液配方及浓度。然后将两个石墨电极固定在有电解液的电解液水槽中，并分别通过导线连接直流电源的正极和负极，从而形成有电解液的阴阳极电解电场，并且阴极和阳极之间的距离为20-300毫米。将压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置其中，并且是置于阴极和阳极之间。由于金属薄膜上有光栅结构区域和无光栅结构区域的电阻值不同，就会导致无光栅结构区域的金属退镀速度较快，而有光栅结构区域因为电阻值高而退镀速度较慢。在预设条件下，无光栅结构区域的金属快速退镀成为透明。

在本实施例的另一个优选的实施方式中，所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的金属镀层的厚度为30纳米以下。

具体的，在本实施例中，由于表面形貌对电阻率的影响在很薄的薄膜中存在尺寸效应，电阻率受薄膜表面影响很大，但对较厚的薄膜的影响并不明显，因此金属薄膜的金属镀层的厚度需要被限制，厚度可以选定为30纳米以下。

在本实施例的另一个优选的实施方式中，所述电解液的成分包括至少1种盐，浓度设置为0-38％。

具体的，在本实施例中，电解液的作用主要是提供氧化还原反应所需的正、负离子，电解液包含至少1种盐，例如铝盐、钠盐、钾盐、氨基磺酸盐，或者多种盐的混合溶液，浓度可以选定为0-38％。盐溶液浓度越大电离子含量越高，越有利于电解离子交换效率。本申请是微电流作用下的电解反应，在实际工作中可以通过调节离子浓度来影响电解速度或效果。

在本实施例的另一个优选的实施方式中，所述电解液的成分还包括至少1种表面活性剂，浓度设置为0-0.05％。

具体的，在本实施例中，电解液还可以包含至少1种表面活性剂，在本申请的电解反应中，阳极电镀膜表面还会由于氢离子失去电子而生成氢气，表面活性剂是起到润湿作用，提高液表面张力，有利于电解退镀反应生成的氢气快速脱离膜表面，以防留滞表面带来负面效应，而湿润剂太高会因溶液循环流动而产生大量气泡也不利于观察退镀效果。表面活性剂有：二辛基琥珀酸磺酸钠(阿洛索-OT)，十二烷基苯磺酸钠，甘胆酸钠直链烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵(AESA)、月桂醇硫酸钠(K12或SDS)、月桂酰基谷氨酸、壬基酚聚氧乙烯(10)醚(TX-10)、平平加O、二乙醇酰胺(6501)硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐(石油磺酸盐)、扩散剂NNO、扩散剂MF、烷基聚醚(PO-EO共聚物)、脂肪醇聚氧乙烯(3)醚(AEO-3)等。

在本实施例的另一个优选的实施方式中，所述电解电场包括电流密度设置为0-0.5安培每平方米，电压设置为2-10伏特。

具体的，在本实施例中，连接石墨电极形成阴阳极电解电场的直流电源设置为电流密度为0-0.5安培每平方米，电压为2-10伏特。直流电源大小还需要根据金属薄膜厚度、电解液成分等因素综合考虑后设置。本申请的镀膜层非常薄，表现的是不连续金属膜的导电性质，即电阻率非常大，在低外加电场时呈现欧姆性质导电，在高电场时呈现非欧姆性质导电，在高电场下有电子发射或光发射现象，导电电子激光能较大，随膜厚的减小激活能上升。因此，电流密度高或电压高都会超出本申请基于的薄膜电学性质理论基础条件，从而得不到本申请目的。

在以上实施例的基础上，本发明还提供一个实施例，参照图2，步骤S20中在预设条件下包括：预设时间，所述预设时间设置为0-100秒。

具体的，在本实施例中，退镀时间一般设置为0-100秒，经过预先设置的退镀时间，无光栅结构区域的金属快速退镀成为透明，而有光栅结构区域因为电阻值高而退镀速度较慢。退镀时间还需要根据金属薄膜厚度、电解液成分、直流电源大小等因素综合考虑后设置。实际工作中退镀时间直接影响生产效率。

在本实施例的另一个优选的实施方式中，步骤S20中在预设条件下还包括：预设温度，所述预设温度设置为20-65摄氏度。

具体的，在本实施例中，退镀温度一般设置为20-65摄氏度，在这个温度范围内进行退镀，效果最理想。退镀温度还需要根据金属薄膜厚度、电解液成分、直流电源大小、退镀时间等因素综合考虑后设置。

在本实施例的另一个优选的实施方式中，步骤S20之后还包括：步骤S30将经过退镀的所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜浸入水中进行清洗。

具体的，在本实施例中，将经过退镀的压印有全息图光栅微结构的金属薄膜用清水清洗，洗去金属薄膜上残留的电解液。

在以上实施例的基础上，本发明还提供一个实施例，参照图1-2所示，包括：步骤S00根据压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的参数设置电解液的参数；步骤S10将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有所述电解液的电解电场中进行退镀；步骤S20在预设温度下，经过预设时间后，将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的无光栅微结构区域退镀成透明状态；步骤S30将经过退镀的所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜浸入水中进行清洗。

具体的，在本实施例中，典型应用场景描述如下：

1、选择适合的电解液配方及浓度；

2、将压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有电解液的电解电场中进行退镀；

3、在预设温度下，经过预设时间后，无光栅结构区域的金属快速退镀成为透明；

4、将经过退镀的金属薄膜用清水洗去金属薄膜上残留的电解液。

本发明还提供了一种金属薄膜退镀方法的退镀系统，参照图3，包括：退镀装置1；所述退镀装置1用于将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有所述电解液的电解电场中进行退镀；所述退镀装置1包括电解液水槽11、电极12、直流电源13。

具体的，在电解液水槽中盛放电解液，然后将两个石墨电极固定在有电解液的电解液水槽中，并分别通过导线连接直流电源的正极和负极，从而形成有电解液的阴阳极电解电场，并且阴极和阳极之间的距离为20-300毫米。将压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置其中，并且是置于阴极和阳极之间进行退镀。

在本实施例的另一个优选的实施方式中，还包括：清洗装置2；所述清洗装置2用于将经过退镀的所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜浸入水中进行清洗；所述清洗装置2包括清洗水槽21。

具体的，在本实施例中，在清洗水槽中盛放清水，然后将经过退镀的金属薄膜放置其中进行清洗。

在本系统中还包括放卷装置3和收卷装置4，参照图4，放卷装置3包括放卷机架、恒张力电机、张力控制系统、若干导辊，收卷装置4包括收卷机架、恒张力电机、张力控制系统、若干导辊，退镀装置还包括升降机架，牵引电机、若干导辊，清洗装置还包括机架、牵引电机、若干导辊。整卷压印有全息图光栅微结构的金属薄膜可以通过这些装置以5-200米/分钟的速度自动通过电解液水槽进行退镀以及经过清洗水槽进行清洗。

本发明通过将压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有电解液的电解电场中，实现精准选择性退镀的目的。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种金属薄膜退镀方法，其特征在于，包括：

步骤S00根据压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的参数设置电解液的参数；

步骤S10将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜放置于有所述电解液的电解电场中进行退镀；

步骤S20在预设条件下，将所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的无光栅微结构区域退镀成透明状态；

其中，步骤S10中的电解电场包括电流密度设置为0-0.5安培每平方米，电压设置为2-10伏特。

2.根据权利要求1所述的金属薄膜退镀方法，其特征在于：

所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜的金属镀层的厚度为30纳米以下。

3.根据权利要求1所述的金属薄膜退镀方法，其特征在于，步骤S20中在预设条件下包括：

预设时间，所述预设时间设置为0-100秒。

4.根据权利要求3所述的金属薄膜退镀方法，其特征在于，步骤S20中在预设条件下还包括：

预设温度，所述预设温度设置为20-65摄氏度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的金属薄膜退镀方法，其特征在于，步骤S20之后还包括：

步骤S30将经过退镀的所述压印有全息图光栅微结构的金属薄膜浸入水中进行清洗。

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