CN1188115C - 用于把物质分配和散布到目标表面上的可选择激活的片材 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可选择激活的片材，用于把物质(16)分配和散布到目标表面(20)上。片材包括一个具有第一侧面和第二侧面的三维片材。上述第一侧面具有许多从片材向外伸出并被凹谷相互隔开的空心突起(14)，而第二侧面具有许多与空心突起相应的凹陷；物质(16)附着和部分充填在避免与外部接触的位置中，该位置包括了凹谷和/或凹陷。空心突起(14)的变形可有选择地激活片材(10)，把物质(16)传送到目标表面(20)上，物质具有与激活有关的有效粘性，它容许物质从其被保护位置上释放并分配到目标表面上。合适的物质包括净化剂、药剂、软化剂、润滑剂、染色剂、防腐剂、防护剂、调味品、胶粘剂、香味剂、防蒸发剂、除臭剂及其组合物质。本发明还包括具有两种或更多种的不同成分的物质，并且特别优选依靠激活可使有效粘性降低的物质(如剪切变薄物质)。在与片材对着的物质的另一侧上还可采用附加的多孔材料层，使得可通过多孔材料来分配物质。多孔材料可提供与物质相互作用的附加好处，包括提高物质的分配和散布作用。

Description

用于把物质分配和散布到目标表面上的可选择激活的片材

                     发明领域

本发明涉及一种片状材料，它包含了涂敷到目标表面上的物质。尤其是，本发明涉及了这样的材料，其中可把物质从片材上释放并分配到目标表面上。

                     发明背景

在当前的物质分配技术中，已开发了涂覆或浸渍了有用物质的制品，在制品与目标表面接触时可利用该物质。尽管把物质放在或靠近这种制品的表面上有好处，但往往存在这样的缺点：有用物质在打算使用之前未被保护和受到不小心的接触。不小心的接触会造成物质的污染。物质损失在不是所需目标表面的其它表面上，以及/或者其它表面对物质的污染。

处理这种问题的一种方法是对制品采用保护包装，如套筒、封皮或其它包覆物。尽管这种保护包装在保持物质的完整性和状态方面被证明是有效的，但根据物质的性质，经常的情形是：在从制品上除去包装之前，数量不等的物质留在了面对制品的包装表面上。另外，这种包装对制品的总成本添加了不增值的附加费用。这种方法还不能提供控制物质厚度均匀性的方法，因为在转移、贮存或打开套筒、封皮或其它包覆物时，可把产物(物质)不均匀地抹在载体表面上。

在采用压敏胶把涂胶表面胶到目标表面上的胶带、标签和其它制品的技术中，已经认识到对目标表面过早粘结的问题。也就是说，在把涂胶表面适当定位在目标表面上之前，胶粘剂与目标表面的不小心接触会造成在一个或几个位置上的过早粘结，由此妨碍了正确的定位。过早粘结还会在对目标表面最后定位之前，造成胶的污染或质量下降。

处理这个问题的一种方法包括了在材料表面上采用隔离物，在它们之间放置胶粘剂或胶粘物质。隔离物包括从胶粘剂表面向外伸出的任何装置，在胶粘剂表面露出来为其它表面接触之前它先被接触。这种隔离物或者是可变形的，或者是可依靠目标表面的变形来提供胶粘剂与目标表面之间的接触。虽然这类方法已证明对胶粘剂是成功的，但这种材料通常被设计成胶粘剂仍保持附着在材料表面上，而不是至少部分地转移到目标表面上。另外，胶粘剂通常基本上保持在相对于目标表面的初始位置上，使得不连续或断开的胶层不能均匀地接触或涂覆目标表面。

因此，希望能提供一种片状材料，在材料与目标表面接触时它可把物质传送和分配到目标表面上来处理目标表面，以及/或者即使去除片材后，物质仍留在目标表面上。

还希望提供这样的材料：它在放置到所希望的目标表面上之前，保护物质不受不小心的接触。

还希望提供这样的材料：它有助于物质在目标表面上散布而超出初始放置区域之外。

还希望提供这样的材料：它有助于物质在目标表面上散布而使用者不需与物质接触。

还希望提供这样的材料：它可利用连续的制造过程来方便和经济地进行生产。

                      发明概述

本发明提供了一种可选择激活的片材，用于把物质分配和散布到目标表面上。片材包括一个具有第一侧和第二侧的三维材料片。上述第一侧具有许多空心突起，它们从第一侧向外伸出并被许多凹谷相互隔开，而第二侧具有许多与空心突起相应的凹陷。物质附着和部分充填在包括凹谷和/或凹陷的避免外部接触的部位中。可使空心突起变形来把物质传送到目标表面上，由此有选择地激活片材，物质具有与激活有关的有效粘性，它容许把物质从其被保护部位释放并分配到目标表面上。合适的物质包括净化剂、药剂、软化剂、润滑剂、染色剂、防腐剂、防护剂、调味品、胶粘剂、香味剂、防蒸发剂、除臭剂及其组合物质。

本发明还包括具有两种或更多种不同成分的材料，并且特别优先采用这样的物质：它可依靠激活来降低有效粘性(如剪切变薄物质)。还可在与片材相对的物质另一侧上采用多孔材料的附加层，使得可通过多孔材料来分配物质。多孔材料可提供附加的与物质的有利相互作用，包括提高分配和散布的作用。

                     附图简述

尽管本技术说明书以权利要求来结束，它们特别指出和明确申请了本发明的权利，但可以认为，从以下优选实施例的描述将更好地了解本发明，它参照了附图，其中相同的编号指示着同一部分，其中：

图1是本发明优选实施例的顶视平面图，说明了一片材料，它具有为物质互连模式包围的截锥形突起；

图2是图1材料的部分放大的顶视平面图，表示了突起的阵列；

图3是取自剖面线3-3的图2材料的剖视图，它表示了作为突起之间物质层的隔离物的突起，使得与突起最外端接触的目标表面不与物质层接触；

图4是相似于图3的剖视图，表示了把材料压到目标表面上的效果，使得由于基本上由翻转和/或挤压而产生的突起变形，容许突起之间的物质层与目标表面接触；

图5是制造本发明材料的适当方法的示意图，表示了一个成形屏，它作为环绕真空滚筒和驱动带轮的传动带；

图6是制造本发明材料的另一个适当方法的示意图，它相似于图5所示的方法，但是直接把薄膜挤压在成形滚筒上，以及一个喷墨设备(许多压力喷嘴)从滚筒之外把分离的物质部分喷入空心突起的凹陷中；

图7是由图6方法获得的本发明材料的剖视图，它表示了附着在已成形材料两侧的物质部分，两侧物质均受同一个隔离突起保护；

图8是由图6方法获得的本发明另一种材料的剖视图；

图9是由图5方法或图6方法形成的材料的剖视图，它表示了突起的优选尺寸关系；以及

图10是本发明材料的另一个实施例，包括了横跨在被保护物质上的多孔材料。

                  优选实施例详述

作为本文之用，术语“可选择地激活”是指：在使用者采取某种动作“激活”材料来露出和分配物质之前，材料在与目标表面接触时基本上呈现非活性的性质。因此，可选择激活的性质与永久活性的材料带不同，后者或者以永久敞开的位置保持着物质，或者依靠去除衬垫材料(通常为涂硅纸带)或包覆物来露出物质供使用。

这种材料的有选择激活容许使用者在完成激活之前可适当定位对着的表面，以及尽量减少了对物质污染的可能性。该特征容许把材料处理成任何希望的模式，不会遇到物质与其本身或者片材或目标表面其它部分过早接触的麻烦，而不需要隔离用的释放薄材、衬垫、隔片之类。

虽然如果有特殊使用要求，在本发明材料上可设置两个活性侧面或表面，但按照本发明，目前优先提供的材料只有一个活性侧面和一个不活性或惰性侧面。在有些情形下，可以容许或希望把片材设计成使得在其活性表面上形成断续或不连续的物质层，而在另一种情形下，可把片材设计成在其活性侧面上具有连续的物质层。对于有些用途，也可希望在材料的单侧，在不连续的分离格子和区域中提供多种产物(如共配料的环氧树脂、被催化的反应等)。

在本发明范围内设想了各种激活方法，例如：用压缩的机械激活，用张力的机械激活，以及热激活。但是，可以设想到，可能已有或者会开发出其它激活方法，它们可使材料激活而能够起到本文所述的作用。在一个优选实施例中，可由施加在片材上的外界作用力来激活活性侧面。力可以是沿着基本上垂直于片材方向施加的外界作用的压缩力，沿着基本上平行于片材方向施加的外界作用的张力，或者是其组合。

在本发明使用中目前感兴趣的一种材料包括了一个三维的均匀一致的卷材，它至少在一个表面上具有活性物质，它由底材的三维表面形状来避免与外部接触。在激活之后，这种材料形成一个把物质传送到目标表面上的物质传送系统。这种材料包括聚合物或其它片材，至少在一个表面上它被压花成被抬高“凹坑”型式，在隔离物被变形到使结构成为另外的两维结构之前，可作为防止隔离物之间的物质与外表面接触的隔离物。有代表性的结构包括了被普通转让并同在审理中的如下美国专利申请的结构：1996年1月10日提出的Hamilton和McGuire的系列号08/584,638，名称为“加压时可释放地印到目标表面上的复合材料及其制造方法”，1996年11月8日提出的Hamilton和McGuire的系列号08/744,850，名称为“具有由可变形隔离物保护的物质的材料及其制造方法”，1996年11月8日提出的McGuire，Tweddell和Hamilton的系列号08/745,339，名称为“三维套装阻力片材及其制造方法和设备”，1996年11月8日提出的Hamilton和McGuire的系列号08/745,340，名称为“改进的贮存包装材料”。这里引入每个申请的说明作为参考。

三维结构包括一片可变形的材料，它使得第一侧面成形得具有被凹谷隔开的许多空心突起。许多空心突起具有最外端。这片材料具有第二侧面。第二侧面具有与第一侧面上许多空心突起相应的许多凹陷。物质附着和部分充填在许多空心突起之间的凹谷中。在有限的情形中，物质把凹谷充填到突起的最高点或稍低于最高点，尤其是如果物质形成弯月面形状，此时物质厚度随着离突起表面的距离增加而减少。物质具有低于许多空心突起最外端的表面，因而如果把可变形片材第一侧面的一部分对着目标表面放置时，许多空心突起防止物质与目标表面接触，直到该部分在目标表面上被变形时为止。最好是，从包括翻转、挤压和伸长的一组模式中选取一种模式来使许多突起变形。

图1-4说明了本发明材料的一个优选实施例，它包括了一个用10概括表示的三维片状结构。材料10包括具有空心突起14的已变形材料12，以及位于突起14之间的物质层16。突起14最好为锥形，具有截锥或圆拱的最外端18。在图1-4的实施例中，突起14以等边三角形的型式成等间隔，所有突起均从材料的同侧伸出。最好是，突起14的高度比它们的直径小，从而当它们变形时，它们沿着基本上垂直于材料平面的轴线方向，以基本上为翻转和/或挤压方式作变形。这种突起形状和变形模式可阻止突起14沿着平行于材料平面的方向作折叠，从而突起不会阻碍突起之间物质与目标表面的接触。

图3表示了一个目标表面20，它是平滑的，但它也可以是任何表面形状，它被突起14的最外端18与物质层16相隔开。本发明的目标表面包括了希望把被传送的物质涂敷在其上面的任何表面。图4表示了在对材料12的无物质侧面施加了由力F表示的压力，突起14已被部分变形之后而与物质层16接触的目标表面20。外部的目标表面或接触表面可以是柔性或刚性，以及可以是平面或非平面。对于刚性目标表面的应用，最好使三维结构产生如本文描述的变形。

单位面积的突起愈多，则为了抵抗给定变形力的材料和突起的壁愈薄。可选择突起的尺寸和间隔来提供环绕突起的连续物质路线(如图1-4实施例所示)，从而可对目标表面提供连续的物质型式，同时也为选择的激活方式提供了最好的隔离物型式。

用作载体材料的片材可由包含均匀树脂或其混合物的薄膜制成。无论是用共挤压、挤压-涂覆、夹层或其它已知方法组合制成，均考虑了在薄膜结构内的单层或多层情形。片材的关键属性是它可成形来产生突起和凹谷。有用的树脂包括聚乙烯、聚丙烯、季戊四醇、聚氯乙烯、聚二氯乙烯、胶乳结构、尼龙等。一般优先采用聚烯烃，因为它成本低和易于成形。其它合适的材料包括铝箔、涂覆(涂蜡等)和未涂覆的纸、涂覆和未涂覆的非织物、平纹织物、网格织物、织物和穿孔或多孔薄膜，以及它们的组合物。

可选择激活片材的不同用途将决定了突起的理想尺寸和密度，以及与之一起使用的物质的选择。可以认为，突起的尺寸、形状和间隔，诸如弯曲模量、材料刚度、材料厚度、硬度、变形温度的卷材性质以及成形过程，决定了突起的强度。需要一个突起刚度的“门槛值”，以防止由于片材多层重叠的重量或者其它的力，诸如因运输振动、误操作、落地之类引起的力，使封闭装置过早激活。

突起的翻转可使突起的反弹减到最小，从而可用很小的或不连续提供的力来自行保持片材的激活。例如，在想使激活成为永久的情形，在生效的胶粘剂克服了反弹的情形，或者在想使激活为瞬时的情形，可以采用弹性的突起。此外，在想重复使用材料的情形，希望采用弹性的突起。

在本发明中，术语“物质”可意味着一种可流动的物质，它被传送到目标表面之前基本上不流动。“物质”也可意味着一种完全不流动的材料，如纤维材料或其它相互咬合材料。“物质”可意味着液体或固体。在本发明中把“物质”定义为能保持在三维结构的敞开凹谷和/或凹陷中的任何材料。例如，可采用胶粘剂、静电、机械相互咬合、毛细管吸附、表面吸收、范德华尔斯吸附力、以及摩擦来把物质保持在凹谷和/或凹陷中。当物质被露出来与外表面接触时，或者当三维结构被变形、加热或激活时，至少要从凹谷部分地释放出物质。本发明中目前感兴趣的物质包括如凝胶、胶浆、泡沫、粉末、聚结颗粒、金属颗粒、成微胶囊的液体、石腊、悬浮液、液体及其组合物。

本发明三维结构中的空间通常是敞开的；因此希望物质保持定位，并且没有激活步骤不会从结构中流掉。本发明的激活步骤最好是由压缩使三维结构变形。但是，使物质流动的激活步骤可以是加热材料到室温以上或冷却到室温以下。或者可包括提供超过地球重力的力。还可包括其它的变形力，如张力和这些激活现象的组合。

可设想术语“可变形材料”包括了薄膜、聚合物薄板、布、织物或非织物、纸、纤维板、共挤压板、叠层板及其组合物。虽然并不受此限制，所选可变形材料的性质可包括以下各性质的组合或一部分：有孔性、无孔性、微孔性、气体或液体的可渗透性、不渗透性、亲水性、疏水性、收湿性、亲油性、疏油性、高临界表面张力、低临界表面张力、表面预制的组织、弹性屈服、塑性屈服、导电性、以及不导电性。

突起愈大和间隔愈密，则在给定材料中产生伸展的可能性愈大。把突起间隔减少到可制造的最密间隔，会增加材料的伸展，但有利于减少突起之间的物质量。本发明已成形材料的不同用途将规定出突起的理想尺寸和密度，以及与之一起使用的物质的选择。

按照本发明，用于与可变形材料组合的物质要选择其物理性质，它使得物质能从三维结构内被保护位置中被分配，并被涂敷到目标表面上。这种分配可以是部分完成，或者实际上基本或完全地完成。

为了促进这种分配，被认为重要的物质性质包括了相对于可变形材料亲和力的物质对目标表面的相对亲和力，以及在三维结构激活之后物质的表观粘性或流动性。目前可以认为，物质对目标表面的附着程度最好应大于对可变形材料的附着程度，以及/或者大于对物质本身其它部分的附着程度。或者说，物质对目标表面的亲和力大于对其本身或对可变形材料的亲和力。

物质可具有固有的粘性和流动性，它可使它从片材内的被保护部位中释放，或者可需要修改粘性来使它释放和分配。选择一种可根据所选激活模式而改变粘性的物质，来得到粘性的修改。例如，对于如压缩力的机械激活，可以希望是，而且最好是采用通常称为“剪切变薄”(假塑性)物质的物质。这种物质的例子包括聚合物溶液、各种凝胶和胶浆，诸如牙膏和稠化油膏、油漆、凝胶的木染料等。其它材料仅在达到或超过一定的剪切(屈服应力)门槛值之后，才成为剪切变薄材料。这种材料通常称为Bingham塑性材料，具有这种性质的物质一个普通例子是称为番茄酱的调味品类型。

认为影响物质对目标表面粘结或亲和力的一些因素包括：静电或带电；通过氢键、共价键、离子键、部分离子键(部分偶极吸引)的化学键，范德华尔力、渗透力等；毛细压力(抽吸)；吸收；吸附；真空/抽吸，等等。其它重要的因素包括物质对目标表面的湿润性，它用物质在目标表面上的接触角来表示。

为了促进物质在目标表面上的扩散或散布，特别是如果局部位置与可变形物质有关，为了抵销物质保留在局部分配型式的趋势，目前最好利用可修改得在目标表面上可湿润的物质。对物质在目标表面上散布或分配有帮助的其它因素包括采用具有剪切变薄特性的物质，以及由复合片材使用者提供的机械伸展作用，它在激活之后但在从目标表面上去除可变形材料之前给出侧向的机械运动。这种侧向机械动作也可对如剪切变薄物质的物质提供附加的相互作用，并可提供附加的好处，如发泡、生成泡沫、摩擦/磨蚀作用等等。

如果被涂覆或被分配物质的一部分涂到物质原先没有涂覆的目标表面部分上，则造成了成功的物质散布。从目标表面上去除片材，至少有一些物质留在目标表面上，最好是处于基本上均匀的状态。

如上所述，按照本发明的原理可选择多种多样的物质来使用。作为举例目的，有代表性的物质包括如肥皂和洗衣粉的洗涤剂、如药膏、消炎膏等的药剂、保健和美容产品，包括防出汗剂、除臭剂、化妆品、香味品之类。这种片材的其它更广泛的用途包括如润滑剂、染色剂的汽车和家庭产品、如油和石腊、胶粘剂、防腐剂之类的防护剂、以及如调味品(芥末、番茄酱等)的食品用途。

还可采用多种物质，它们不仅保护了不小心的接触，而且在开始就相互隔离(在片材的同一表面或对着的表面上)，并在激活过程中或在随后的分配和/或散布操作中混合。对于相互作用有利的物质(例如共配料的环氧树脂、被催化的反应等)，这种布置特别有用，可提供相互之间和/或与目标表面之间的附加作用。

图5表示了一个合适的方法，用于制造如本发明使用材料30的材料。它在图5中用180概括表示。

第一步骤包括用第一物质涂覆成形屏。成形屏具有一个顶面和许多凹口。涂覆步骤把第一物质涂到顶面上而不跨过凹口。第二步骤包括在成形屏上引入一片具有第一侧面和第二侧面的材料，使得在成形屏的顶面上第一侧面与第一物质接触。第一物质优先附着在这片材料的第一侧面上。第三步骤包括使这片材料成形，产生从第一侧面延伸到成形屏凹口中的许多空心突起。采用公用的转移和成形表面把许多空心突起精确地对准第一物质。第一物质在突起之间的凹谷中形成相互连接的物质层。

成形屏181穿过惰轮182和被驱动的真空滚筒184。成形屏181最好是不锈钢带，在带中具有蚀刻成凹口的所希望的突起型式。盖住真空滚筒184外表面的是无缝镍屏，它作为成形屏181的多孔的支承表面。

为了生产包含着物质的材料，用物质涂敷器188把物质186涂在成形屏181上，同时成形屏181转动着通过涂敷器。在进料惰性轮192上，使卷材190与涂了物质的成形屏接触。当材料通过真空滚筒184，以及依靠从真空源(图中未示)来的固定真空管道196，通过真空滚筒184把真空施加到成形屏181上时，用一个热空气源194把热空气沿径向通向材料190。在用热空气源194加热材料时施加真空。聚合物薄膜最容易热成形，而如箔或纸的其它材料最好是压花或液压成形，其中在成形之前对材料加热可能没有好处。已成形的涂了物质的材料198在剥离轮200处从成形屏181上剥离。因为同一个公用成形屏在用于成形突起时也用于把物质传送到材料上，因此可很方便地把物质型式与突起对准。

不锈钢成形屏181是一个制成的有缝带。它按几个步骤来制造。由计算机程序制定出凹口型式并印在透明片上，以便为光刻提供一个遮光模。用遮光模来产生蚀刻和非蚀刻区。被蚀刻材料通常是不锈钢，但也可以是黄铜、铝、铜、镁、以及包括合金的其它材料。另外，可在光敏聚合物上，而不是在金属上蚀刻凹口型式。在上面参考和引入的Hamilton等和McGuire等的专利申请中，更详细地描述了合适的成形结构。

把成形结构的外表面处理成具有低临界表面张力，使得依靠冷却或干燥，物质186将不是坚固地附着在它上面。在一个优选实施例中，外表面涂以一种21000系列的专用释放涂层，它由位于Memphis，TN的Plasma Coatings of TN公司制造和实施。可以认为，该涂层主要是有机硅的环氧树脂。当把它涂敷到本发明方法中所用的不锈钢上时，该涂层提供了18达因/厘米的临界表面张力。已证明适于提供较小临界表面张力的其它材料包括石蜡、硅、聚四氟乙烯之类。

最好把卷材190吸引到物质层186上，至少足以使得物质对卷材190的亲和力大于对成形屏181的亲和力。例如，如果卷材是聚烯烃薄膜，则由于使得薄膜更易湿润，对薄膜的电晕放电处理将改进其附着力。或者，如图6所示，也可在物质层108的顶上，把材料直接挤压在成形屏的外表面上。

在当前技术中已经熟知了用热和真空来成形卷材中突起的替代方法。例如，在卷材靠在成形屏时，对可变形薄膜的卷材的无物质一侧施加加热压缩空气，可以产生突起。此外，对靠在成形屏上的卷材作机械压花，还为采用阴模成形结构提供另一种成形方法。

当成形屏181转动时，完成了真空热成形、液压成形、压花或其组合，此后环绕卸料惰性轮200卸除已成形的卷材198。自动的制造过程180还可具有一个喷雾器(图中未示)，它位于物质涂敷系统188的上游。可用这种喷雾器来对成形结构外表面涂敷可更新的释放剂，使得物质186可优先吸附到卷材190上。或者，也可把永久释放剂涂敷到外表面，以降低对这种喷雾器的需求。

在成形屏中的锥形凹口可具有从0°到60°变化锥角的侧壁。也就是说，凹口可以有直侧壁或斜侧壁。例如，在具有冲孔的成形屏中可看到直侧壁。在共同拥有的Radel和Thompson的美国专利号4,342,314，Radel等的美国专利号4,508,256，以及Mullane，Jr的美国专利号4,509,908之中，更详细地描述了用光刻制造金属成形屏的方法，这里把它们引入作为参考。

例如，可施加热空气或辐射热来达到干燥。有些物质不需要干燥，例如粉末或微胶囊的液体。物质186最好不跨过凹口，而是仅保留在凹口之间的成形屏顶面上。在把物质喷到顶面时通过凹口施加低量级的真空，有助于避免物质跨过凹口。

由于优先的粘结作用，物质附着在已成形的材料198上。由不同形状的成形屏凹口可生产出非锥形的突起。例如，凹口可以是棱锥形、半球形、柱形、多边形和细长形；但是，可认为锥形突起提供了基本上一致的翻转和/或挤压阻力。可把凹口成形得在给定型式内生产出不同形状尺寸和高度的突起，但仍然是，一般希望突起是均匀的，使得变形力可以预计和保持一致。

也已经发现，突起的形状影响到片材的叠放或卷材的成卷。例如，如果在同一间隔上相同的突起形状一再重复，则叠放的相邻片材和成卷的相邻层将会套在一起，由此取消了隔离物可保护隔离物内物质的好处。对于套装成为问题的情形，形状尺寸或间隔不均匀的突起可能比正规的锥形突起型式有利。在上面提及和引入的McGuire等的专利申请中，说明了形状尺寸或间隔不均匀的突起。

因为在用于成形突起时，同一个公用的成形屏用于把物质传送到材料上，所以物质型式可方便地与突起对准。在一个优选实施例中，除了凹口以外，成形屏的顶面是连续的；因此，在该构形中物质型式在整体上相互连接。但是，如果把不连续的物质型式涂到成形屏上，则将在突起之间产生不连续物质型式。

可以认为，突起的尺寸、形状和间隔，诸如弯曲模量、材料刚度、材料厚度、硬度、变形温度的卷材性质，以及成形过程决定了突起的强度。例如对聚合物薄膜来说，成形过程是很重要的，因为“冷成形”或压花将造成剩余应力和与高温热成形情形的不同的壁厚分配。对于有些用途，希望提供足以承受至少0.1英镑/平方英寸(0.69千帕)的压力，而基本上不会使突起变形到物质与外表面接触的位置。这种要求的一个例子是：为了运输和/或分配，需要把卷材卷成一卷。即使很低的0.1英镑/平方英寸(0.69千帕)卷内压力，在卷材内部的剩余卷内压力可使卷材中的突起变形，足以使得重叠的卷材层与物质相接触。需要一个突起刚度的“门槛值”来防止这种卷绕故障的发生。相似地，如果卷材作为单独的片材贮存或分配，由于片材重叠层的重量或其它力，诸如由运输振动、误操作、落地之类引起的力，需要这个“门槛值”来防止产品的过早激活。

图6描述了材料成形的另一种方法，用80概括地表示。方法80具有放在成形屏84上的可变形材料82。成形屏84具有顶面86和凹口88。顶面86上涂以物质90，使得物质90不跨过凹口88。与图5说明的实施例一样，把材料82放在物质90的顶上。但是，图6表示了从成形屏之上对材料82作用一个正压的成形力H，来替代从成形屏之下作用的真空力。成形力H可由对材料82施加压力的液体所产生，如在液压成形中产生的情形一样。也可施加压缩气体，可能施加加热的压缩气体来产生成形力H。用于正压成形的优选液体是加热的水，在普通转让的Curro等的美国专利号4,695,422、Curro等的美国专利号4,778,644以及Curro等的美国专利号4,839,216中，更详细地描述了它的应用，这里把它们引入作为参考。

图6说明了一个供替代的制造过程，用100概括表示。过程100具有成形屏102，它被弯曲形成一个滚筒。物质源和涂敷系统104放在挤压器106的上游。物质涂敷系统104把物质108的薄涂层涂到成形屏102的外表面110上。把外表面110处理成具有低的临界表面张力，使得在干燥或冷却物质108时，物质108优先地附着在引入到物质108的材料上，而不是附着在外表面110上。制造过程100与制造过程180的区别在于：依靠在成形屏102上直接挤压材料112来产生材料112。而不是把预成形的卷材放在其上面。材料112放在物质层108顶上，并且材料112对物质108的亲和力大于对外表面110的亲和力，使得在物质108与材料112接触时，物质108被有效地传送到材料112上。

成形屏102转动着通过挤压器106，材料112被成形如图5所示。与成形屏102一起图示了一个真空管道116，从而环绕物质层108拉拔材料112并进入成形屏102的凹口中，以成形出空心的突起。一旦已成形，空心突起最好在一个“喷墨”型的物质喷射传送系统120(包括许多压力喷嘴的压力喷嘴阵列)下通过，它从成形屏102的外面，把物质122的斑点涂覆到每个空心突起的凹陷中，形成已成形的材料121。虽然在物质喷射系统120和空心突起之间需要对准，但可从确定突起位置的成形屏102中的凹口上，直接对准系统120。这比对准不稳定的卷材，特别是对准极薄的卷材要容易得多。此后绕着卸料惰轮118卸除已成形的材料121。

图7表示了在离开制造过程100之后的已成形材料121。已成形材料121具有突起124和环绕突起124的凹谷126。在凹谷126中最好是放置了相互连接的连续物质层108。不过，如以上所述，物质对成形屏的不连续涂敷会在材料121上产生一个不连续的物质型式。在空心突起124的凹陷内是分离的物质斑点122。物质108和物质122可以是相同的，如压敏胶。如果是压敏胶，物质108和122位于已成形材料121的相对两侧，依靠位于两个不同类型的保护区域，即凹谷区域和在空心突起内的区域来避免与邻接材料121的外表面接触。在该情形中，已成形材料与胶108和122一起，可起到双面胶带的作用。但是，物质108和122可以相互截然不同并作为不同的用途。或者，也可如图8所示，可生产出相似的材料155，它具有仅在锥形突起158内放置的物质152。

可以利用其它制造方法，包括用阳模成形结构来替代图5和6所示阴模成形结构及其相关凹口的制造过程。这种供替代的制造过程包括了这些制造过程：它们在上面参考和引入的1996年11月8日归档的Hamilton和McGuire的美国专利申请系列号08/744,850，名称为“具有由可变形隔离物保护的物质的材料及其制造方法”中作了更详细的描述。

可以采用对给定物质和所用片材提供满意结果的任何其它适合的制造方法，包括了把物质和片材连结在一起的手动方法，但并不受此限制。一个这种替代方法是相似于图6的方法，但其中引入的片材是预先已有的卷材，而不是在成形屏102上被挤压的材料。图6方法的另一种修改是采用刮片或刮板件来替代压力喷嘴传送系统120，把物质送入与空心突起相应的凹陷内，并保证片材成品中的物质处在低于片材最外表面的被保护位置。

图9表示了本发明突起和凹谷的优选形状，它可使得基本上可作为变形模式来翻转和/或挤压突起。优选的形状尽量减少了突起的折叠和对物质的干扰，物质可放在突起之间凹谷内、或放在空心突起内、或放在两种位置中。此外，优选的形状有助于保证一个对突起变形可重复和预计的阻力。图9表示了由高度尺寸A和底部直径尺寸B定义的每个突起。底部直径B对高度A的优选比值应使得突起基本上被翻转和/或挤压而不折叠，它至少为2∶1。

侧壁厚度的分布可影响变形的模式和力来提供更希望的结果。突起的侧壁把突起的最外面部分连接到与突起底部周边相邻的未成形材料上。所定义的侧壁还包括了基本上在最外面部分之内的周边区域，它比最外面部分的内部区域薄得多。对于至少侧壁的一部分比相邻于底部周边的未成形材料薄得多的突起，可认为在使用时先产生变形。对于至少侧壁的一部分比突起最外面部分材料薄得多的侧壁，也有利于使变形主要产生在侧壁结构内。

在具有较小突起的结构中，如在高密度突起型式中看到的那样，这种较薄侧壁厚度可能特别有用。

生产方法可影响到侧壁厚度分布，例如采用具有基本上直屏壁的成形屏，该屏壁确定了成形屏的孔。这种生产过程容许比较薄的侧壁厚度，因为可把突起从底部周边自由地拉入成形屏的凹口内，到达内部支承屏的接触点上。内部支承屏的用途是防止突起进一步拉拔。这种方法在侧壁内可得到更加变化的厚度分布。

在成形时作出微组织也是有用的，如在材料的一侧和另一侧之间产生出明显差别。例如，把材料拉入成形屏的凹口中并靠在已有微组织的表面上，例如靠在具有微小孔隙的真空滚筒上，则在本发明中可得到三维结构最外表面上的微组织。

图10描述了本发明材料的另一个实施例，在结构上与图8所述的相似。但是，除了图8的结构件，图10的材料包括了一个附加的结构件，其形式为一层或几层多孔材料165，它从与片材保护侧对着的另一侧，盖住被保护物质152。多孔材料165可以是任何材料，它具有足够的孔隙而不会阻塞或明显影响物质152从片材分配到目标表面上的能力，多孔材料可以靠在目标表面上。如图10所示，多孔材料可包括纤维材料，例如织物或非织物材料、平纹或网格形材料、多孔或多孔隙薄膜之类，多孔材料与片材本身相似或有多种不同的成分。引入这种多孔材料，可在片材激活之前对物质提供附加的保护，并且可提供物质附加分布的好处，使得物质更均匀地散布在目标表面上，尤其在还使片材作移动的情形时是如此。多孔材料还提供了对物质，例如对剪切变薄物质的附加的相互作用，并且可提供其它的好处，如发泡或生成泡沫等。对这种结构设想的一种用途是可自身提供清洗剂源的清洗布。

一般说，本发明是一个三维结构，用于避免物质与外表面作不小心的接触。施加一个压缩力可使结构转换成基本上为两维的结构，使结构压扁而释放或露出物质来与外表面接触。但是，本发明的范围也适用于这样的三维结构，它保持物质不受不小心的接触，采用压缩以外的方式来使结构转换成基本上为两维的结构。例如，发明者已发现，在同一个三维结构上作用一个张力，可使它沿纵向产生塑性变形，由此厚度收缩，相似地露出或释放出物质。可以认为，在足够的张力下，突起之间的材料可根据材料平面内的力而变形，由此突起在同一方向上伸长。当突起伸长时，突起的高度减小。随着足够的伸长，突起的高度减小到这样的位置，此时在突起之间、在突起之内或同时在突起之间和之内的物质被露出。

可把压缩力和张力组合作用到本发明的材料上，以便从三维结构内露出物质。虽然在本发明的优选实施例中，为了对外表面露出物质，达到上述三维结构足够变形所需的张力大大高于达到同样结果的压缩力，但可以设计一个结构，它可以较容易地被沿规定平面方向作用的张力所变形。例如，结构可用平行的波纹来替代突起，依靠伸展垂直于波纹但在波纹平面内的结构，可容易地把波纹展平。在Chappell等的美国专利号5,518,801中，说明了其它适合的张力响应结构，这里把它引入作为参考。

在另一个例子中，可加热来使得由可收缩薄膜制成的同样结构的厚度减小，以便相似地释放或露出物质。

除了胶带、标签和贮存包覆物，采用本发明三维结构的例子包括：浸渍了洗涤剂的面巾纸、含有为胶囊香水的香味带、浸渍了胶粘剂的搁板纸和壁纸、药用盖片、可传送到表面的成型调味品、双成分的胶粘剂、洗衣房用的预处理化学剂、研磨剂的传送系统，以及在某些动作之前希望避免与基片中物质接触的其它用途。

如在下文所述，可把不同物质涂敷在已成形材料的对着的两侧。可把多种物质放在材料的同一表面上，或者在几何上相互隔开，或者相互混合。可部分地把物质分层。一个例子是：相邻于材料表面有一个胶层，在胶层的露出侧面上附着了固体颗粒。如在先前讨论的那样，在激活过程中，或在随后的分配和/或散布操作中，开始被隔开(在片材的同一表面上或对着的表面上)的多种物质可被混合。

可在相似尺寸比例或在不同尺寸比例下把突起的型式相叠加，例如把单个或多个“微突起”放在其它较大突起的顶上。

尽管已经说明和描述了本发明的特定实施例，对于熟悉本技术的人员来说，显然可作出各种变化和修改，而不会背离本发明的精神和范围。在所附的权利要求中，试图包括本发明范围内所有的这种修改。

Claims (20)

1.一种物质传送系统，包括：

(a)一个三维结构具有最外表面形状以及在上述最外表面形状之间包含着物质的空间，上述物质具有在上述最外表面形状之内的高度，可使得上述物质避免与外表面的不小心接触；

(b)一种物质，该物质在传送到目标表面上之前具有明显的流动阻力，它占有了上述三维结构的上述空间，上述物质一直被保护着，直到上述三维结构被变形到足以成为一个基本上为两维的结构，由此在无需与上述外表面一致的情况下把物质露出来与外表面接触时为止，上述物质具有与激活有关的有效粘性，它容许上述物质从上述位置上释放并被分配到上述目标表面上。

2.权利要求1的物质传送系统，其中：上述空间是相互连接的。

3.权利要求1的物质传送系统，其中：上述物质在三维结构变形后呈现出很大的流动性。

4.权利要求1的物质传送系统，其中：上述物质包括剪切变薄的物质。

5.权利要求1的物质传送系统，其中：上述空间是分离的。

6.权利要求1的物质传送系统，其中：上述三维结构是由沿着基本上垂直于由上述三维结构确定的平面的方向作用一个压缩力而变形的，其中，上述三维结构的最外表面形状在基本上垂直于上述平面的方向上变形。

7.权利要求1的物质传送系统，其中上述三维结构是由沿着基本上平行于上述三维结构确定的平面的方向作用一个拉力而变形的，其中上述三维结构的最外表面形状在基本上上垂直于上述平面的方向上变形。

8.权利要求1的物质传送系统，其中上述物质传送系统还包括一片多孔材料片，使得上述物质位于上述三维结构和上述多孔材料片之间，并且可通过上述多孔材料片被分配。

9.权利要求8的物质传送系统，其中上述片包括多孔材料。

10.权利要求1的物质传送系统，其中上述物质从以下一组物质中选取：净化剂、药剂、软化剂、润滑剂、染色剂、防腐剂、防护剂、调味品、胶粘剂、香味剂、防蒸发剂、除臭剂及其组合物质。

11.权利要求1的物质传送系统，其中：上述物质传送系统至少包括两个不同成分的物质。

12.一种可选择激活的片材，用于把物质分配和散布到目标表面上，上述片材包括：

(a)三维片材具有第一侧面和第二侧面，上述第一侧面具有许多从片材向外伸出的空心突起并被凹谷相互隔开，上述第二侧面具有许多与空心突起相应的凹陷；

(b)一种物质，该物质附着和部分充填在避免与外部接触的位置中，该位置至少包括上述凹谷和上述凹陷中的一个，使得由于上述空心突起的变形，可有选择地激活上述片材，把上述物质传送到目标表面上，上述物质具有与激活有关的有效粘性，它容许上述物质从上述位置上释放并分配到上述目标表面上。

13.权利要求12的可选择激活片材，其中：上述物质附着和部分充填在上述凹陷中。

14.权利要求12的可选择激活片材，其中上述物质附着和部分充填在上述凹谷中。

15.权利要求12的可选择激活的片材，其中：上述物质从以下一组物质中选取：净化剂、药剂、软化剂、润滑剂、染色剂、防腐剂、防护剂、调味品、胶粘剂、香味剂、防蒸发剂、除臭剂及其组合物质。

16.权利要求12的可选择激活的片材，其中：上述物质传送系统至少包括两个不同成分的物质。

17.权利要求12的可选择激活的片材，其中：上述物质在上述片材被激活之后具有更大的流动性。

18.权利要求12的可选择激活的片材，其中：上述空心突起是由沿着基本上垂直于由上述三维片材确定的平面的方向作用一个压缩力而变形的，其中，上述空心突起在基本上垂直于上述平面的方向上变形。

19.权利要求12的可选择激活的片材，其中上述空心突起是由沿着基本上平行于上述三维片材确定的平面的方向作用一个拉力而变形的，其中上述空心突起在基本上垂直于上述平面的方向上变形。

20.一种可选择激活的片材，用于把物质分配和散布到目标表面上，上述片材包括：

(a)三维片材具有第一侧面和第二侧面，上述第一侧面具有许多从片材向外伸出的空心突起并被凹谷相互隔开，上述第二侧面具有许多与空心突起相应的凹陷；

(b)一种物质，该物质附着和部分充填在避免与外部接触的位置中，该位置至少包括上述凹谷和上述凹陷中的一个，使得由于上述空心突起的变形，可有选择地激活上述片材，把上述物质传送到目标表面上，上述物质具有与激活有关的有效粘性，它容许上述物质从上述位置上释放并分配到上述目标表面上，

(c)一个多孔的片材至少部分地连接到上述三维片材上，使上述物质位于上述三维片材和上述多孔材料片之间并且可通过上述多孔材料片被分配。

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