CN1251862C - 装饰性彩虹膜 - Google Patents

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Abstract

一种多层共挤彩虹膜的制造方法。所述的膜具有足够的强度，以使其能够被剪切成微丝。所述方法包括使由至少10层非常薄、相互基本平行、厚度基本均匀的层组成的，且相邻层为折光指数至少相差大约0.03的多层共挤彩虹膜取向，直至其厚度为取向前的厚度的约20%至50%。

Description

装饰性彩虹膜
发明背景
因光干涉而具有狭窄反射带的多层共挤光反射膜是已知的。当反射带处于可见光波长范围内时，该薄膜呈现彩虹效果。
多层共挤彩虹膜是由数层基本平行的透明热塑性树脂材料层所组成，其中，相邻的层为不同的树脂材料，其折光指数相差至少大约0.03。该薄膜含有至少10层，更常见的为至少35层，优选为至少70层。
彩虹膜单独的每一层都非常薄，通常在大约30至500nm之间。最外层的膜可以较厚，并在其余构成光学芯层的层上形成表层。较厚的表层可以是光学芯层的组分之一，或者可以是一种不同的聚合物，用其来提供所需的机械性能、热封性或其它性能。
彩虹多层共挤膜的质量取决于其单独的层是否是基本平行的，且具有均匀的厚度，而且其偏差会干扰所需的光学效果。
对具备理想光学性能的在先工艺的彩虹膜的测试显示了其在某些机械性能方面的缺陷。最为明显的是，多层结构的各层之间的粘合可能并不充分，因此在使用过程中，膜会发生各层的内部分层或分离。因其装饰效果，这些膜通常粘在纸上或板上，并用作贺卡、纸板箱、包装纸及其它类似物。此膜的叠层结构并不美观，且可能导致纸板箱胶接处的分离。因此，为了克服这些问题已有人做出了许多努力。美国专利4310584描述了使用热塑性对苯二酸聚酯或共聚聚酯树脂作为两相邻聚合物薄膜之一的组成成分。在美国专利5089318中描述了另一改进的方法，在此方法中使用热塑性高弹体作为树脂材料的一种。
尽管已经对彩虹共挤多层膜进行了改善，但与其它薄膜结构相比，特别是与具有相似聚合物组分的取向膜相比，这些薄膜的机械性能依然不足。这些机械性能限制了彩虹膜在那些强调固有膜强度的应用领域的使用。当用在那些需要更强机械性能的应用领域中时，彩虹膜被层压到相对较强的透明薄膜上，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯。这使该复合材料能够被印刷、切割、涂布和类似方法转化，其中按常规用于这些用途的设备的操作参数与平常相同。
前文的一个特定的例子是将彩虹膜用作装饰性线。为了获得令人满意的材料，有必要将聚酯或类似的聚合物薄膜，通常通过层压的方法，粘贴到彩虹材料的至少一个表面上。对所需的用途，聚酯或其它材料提供令人满意的机械强度，但是同时也会降低最终线丝的美感。另外，层压线薄膜体积大，当接触到人的皮肤时，不能带来类似布料的感觉。因此，对能够无断裂地切割为微丝、并且充分保持其能维持触觉质量的原有厚度的高强度彩虹膜的需要依然存在。所制得的薄膜具有理想的撕裂性能以促进精细挤出线的切割也是有利的。
因此，本发明的目的是提供一种高强度的彩虹膜，其能够被无断裂地切割为微丝，且能够带来令人满意的触觉质量。
对于具备本领域内普通技能的人而言，根据下文的详细描述，本发明的该目的及其它目的将变得清楚明白。
发明概要
本发明涉及一种高强度彩虹多层共挤膜及其制造方法。更详细地说，所提供的是一种通过下述方法成型的彩虹多层共挤膜，即对彩虹膜进行处理以使其具有取向，并制造一种厚度减小而机械强度提高的最终片材。
更具体地说，本发明涉及一种断裂时的抗拉极限为大约2.5至9千克力、厚度为0.007至0.034mm的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其中所述的膜由至少10层非常薄且厚度基本均匀的层组成，所述的层基本是平行的，且相邻层为折光指数至少相差0.03的不同的热塑性树脂材料。
本发明还涉及一种制造多层共挤彩虹膜的方法，该彩虹膜具有足够的强度，能够被切割成微丝；该方法包括：对膜进行取向，同时将膜的厚度降低至挤压前的20％到50％，其中所述的膜由至少10层非常薄且厚度基本均匀的层组成，所述的层基本是平行的，且相邻层为折光指数至少相差0.03的不同的热塑性树脂材料。
发明内容
按照本发明，彩虹多层共挤膜是通过，例如，在润滑剂的辅助下，使其通过辊之间的方法进行取向的。在此程序中，彩虹膜被挤压，并被单轴取向。由于该膜的彩虹外观取决于层的均匀性，且通常以超过100mm的宽度共挤出膜，因此本方法能够使膜具有足够的强度以被无断裂地切割为微丝，同时又能够保持膜的彩虹状态，这是非常令人惊讶的。在过去，为了获得足够的强度以保证膜能够被微切割成宽度为大约0.15-0.30mm，优选为大约0.25mm的线，将膜层压或与其它基材结合是必需的。
多层共挤彩虹膜本身在该领域内是已知的。在授权给Cooper、Shetty和Pinsky的美国专利号Re31780，以及授权给Shetty和Cooper的美国专利5089318和5451449(其内容经此引用并入本文)，以及在其它专利中，都有所描述。如这里所述，彩虹膜是由至少10层非常薄的层组成的透明热塑性树脂层压膜，这些层的厚度通常在大约30-500nm并优选在大约50-400nm之间，这些层基本平行排列，并且相邻的由不同透明热塑性树脂材料组成的层在折光指数方面相差至少约0.03，优选为至少约0.06。构成表层的薄膜最外层，如果存在的话，占膜总厚度的至少约5％。为制备本发明的膜，薄膜最初的厚度要比所需的厚，因为膜厚度会因挤压或延展而降低。通常，经挤压处理后的厚度是挤压前厚度的约20-50％，优选为大约33-40％。例如，过去使用厚度为大约0.018mm(0.7密耳)的薄膜来制造线产品，层压后的薄膜会变成0.027至0.036mm(1.1到1.4密耳)。对于许多纺织品应用，特别是纤维与皮肤接触的纺织品而言，该厚度通常被认为太大。在本发明中，挤压前的薄膜为大约0.038至0.064mm(大约1.5至2.5密耳)厚。挤压通常是这样的，断裂时的抗拉极限(英斯特朗)在大约5至20磅力(大约2.9至9千克力)，优选为大约10至15磅力(大约4.5至7千克力)的范围内。
传统取向的基本方法是公知的。为获得所需的薄膜性能，通过在所需方向上施加拉力的方法拉伸薄膜。拉伸处理可以在冷却辊和引取装置之间进行，拉力是由拉伸辊或拉伸辊的组合施加的。在拉伸过程中，通过辊接触和/或空气(在双轴拉伸薄膜的情况下)，将薄膜加热到低于相应原材料晶体熔点的温度。最后的尺寸及所用温度由薄膜的目标性能确定。
就其本身而论，辊滚压法是已知的。例如，在美国专利3194893和3503843中有所描述，其中所述内容在这里引入本文。简要地说，多层膜通过定位辊之间，以将厚度减少至原厚度的大约20至50％。当膜通过两辊间的狭缝时，在膜上使用润滑剂。既可以将润滑剂直接施用在膜表面上，也可以施用在辊表面(两表面)上以使润滑油在薄膜通过两辊之间时转移到薄膜表面上去。压力辊的处理温度取决于所处理的特定彩虹片材。在大多数情况下，温度为环境温度，但是可以在大约80至110℃之间调节。
所用润滑剂为任何液体或是在辊对膜施加压力的区域以液体形式作用的材料。在此情况下，当层压材料进入狭缝时，润滑油在辊和膜之间形成完全或部分的流体膜，使辊的表面与薄膜表面被液体润滑油分离开来，从而防止接触并提高滑动度。可以使用水作为润滑剂，且在水中加入表面活性剂通常是令人满意的。
为了举例说明本发明，下面给出各种实施例。在这些实施例中，除非特殊说明，所有的份数和百分比均以重量为基准，而且所有温度都采用℃为单位。
在下文的实施例中，制造含有光学芯层的薄膜样品，其中光学芯层含有大约100层交替层，其尺寸适于随后拉伸至预定厚度。这些薄膜类的标准厚度在0.012至0.025mm之间，峰值反射波长在460至580nm范围内，这取决于其特定应用的目标色。制造厚度范围在0.035到0.070nm的样品，其几乎不呈现反射颜色。
实施例1
样品1由聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚甲基丙烯酸甲酯组成，样品2由聚萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯组成。两个样品的表面层均为聚对苯二甲酸丁二醇酯。
用两级式马歇尔-威廉姆斯设备对样品进行处理，并在各种取向温度下进行拉伸。在温度为110至145℃的范围内，有效牵伸比在1.8到2.6∶1之间变动。在预定的最终量度，测量整个网的颜色，以确定颜色的均一度。在垂直于移动网的平面上，不存在单个微层不均匀拉伸的迹象。这在此后被样品截面的显微相片所证实。
用Instron 5500型检测机械性能。与典型的非取向结构所获得的小于2千克力的力相对比，在所有例子中，撕裂6mm宽的拉伸后薄膜的条带所需要用的力均超过了5千克力。除了10至20％的对于颜色测量来说太厚的边缘材料外，主要样品展现出令人满意的色彩强度。该产物可以被切割成宽度为大约0.13-0.3mm的微丝线。
实施例2
制造三个带有含大约100个交替层的光学芯层的薄膜样品。样品1由聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚甲基丙烯酸甲酯组成，样品2由聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚甲基丙烯酸甲酯组成，样品3由共聚酯醚和甘醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。所有样品的厚度在0.03到0.06mm之间。采用习用机械定向辊压设备处理样品。轧辊温度在100到110℃之间时，有效拉伸比在1.7到3.0∶1之间变动。滚轧辊压力在1300psi至1900psi之间。由于所施用的力矢量的大小和方向，可以预料到微层迭层会出现一定程度的厚度梯度。
通过使用张力调节和拉伸比来控制厚度(由此控制色彩)，厚样品被调整到峰值反射曲线在540到600nm之间的预定目标厚度。分光光度示数显示，在单独的微层中不存在不均匀拉伸的迹象。这在此后被样品截面的显微相片所证实。
用Instron 5500型检测其机械性能。撕裂6mm宽的拉伸后薄膜的条带所需要用的力超过5千克力。产品可被切割成幅宽为大约0.13到0.3mm的微丝线。
在本发明的主旨和范围之内，可以对本发明的方法和产品进行各种改变和修正。此处所揭示的各种具体实施方案均是为了阐明本发明，而非对其进行限制。

Claims (22)

1、一种断裂时的抗拉极限为2.5至9千克力、厚度为0.007至0.034mm的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其中所述的膜由至少10层厚度为30-500nm且基本均匀的层组成，所述的层基本是平行的，且相邻层为折光指数至少相差0.03的不同的热塑性树脂材料。
2、如权利要求1所述的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其断裂时的抗拉极限为4.5至7千克力。
3、如权利要求2所述的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其中所述的膜由至少35层组成，且该膜的相邻层为折光指数至少相差0.06的不同的热塑性树脂材料。
4、如权利要求3所述的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其中该膜的相邻层之一是一种对苯二酸酯。
5、如权利要求3所述的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其中该膜的相邻层之一是一种热塑性高弹体。
6、如权利要求1所述的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其中所述膜由至少35层组成，且该膜的相邻层为折光指数至少相差0.06的不同的热塑性树脂材料。
7、如权利要求6所述的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其中该膜的相邻层之一是一种对苯二酸酯。
8、如权利要求7所述的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其中该膜的相邻层之一是一种热塑性高弹体。
9、如权利要求1所述的单轴取向、多层共挤彩虹膜，其形态是宽度为0.15至0.3mm的微丝线。
10、一种制造多层共挤彩虹膜的方法，该彩虹膜具有足够的强度，能够被切割成微丝；该方法包括：对膜进行取向，同时将膜的厚度降低至挤压前的20％到50％，其中所述的膜由至少10层厚度为30-500nm且基本均匀的层组成，所述的层基本是平行的，且相邻层为折光指数至少相差0.03的不同的热塑性树脂材料。
11、如权利要求10所述的方法，其中膜的厚度在减少前为0.035至0.065mm。
12、如权利要求11所述的方法，其中所述的膜由至少35层组成，且该膜的相邻层为折光指数至少相差0.06的不同的热塑性树脂材料。
13、如权利要求12所述的方法，其中该膜的相邻层之一是一种对苯二酸酯。
14、如权利要求12所述的方法，其中该膜的相邻层之一是一种热塑性高弹体。
15、如权利要求12所述的方法，其中该膜在润滑剂的辅助下通过辊之间，从而对其进行取向，其中润滑剂施用在膜的外表面和辊之间。
16、如权利要求15所述的方法，其中膜通过辊之间，直至膜的厚度为挤压前的33％至40％。
17、如权利要求16所述的方法，其中膜在挤压后的断裂时抗拉极限为2.5至9千克力。
18、如权利要求17所述的方法，其中膜在挤压后的断裂时抗拉极限为4.5至7千克力。
19、如权利要求10所述的方法，其中所述的膜由至少35层组成，且该膜的相邻层为折光指数至少相差0.06的不同的热塑性树脂材料。
20、如权利要求10所述的方法，其中膜在挤压后的断裂时抗拉极限为2.5至9千克力。
21、如权利要求10所述的方法，其中膜在挤压后的断裂时抗拉极限为4.5至7千克力。
22、如权利要求10所述的方法，其中在挤压后，将膜切割成宽度为0.15至0.3mm的微丝线。
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