DE69233200T2

DE69233200T2 - Selektive Entmetallisierung von Aluminium

Info

Publication number: DE69233200T2
Application number: DE69233200T
Authority: DE
Inventors: D. Gregory Oakville Beckett
Original assignee: Graphic Packaging Corp
Current assignee: Graphic Packaging Corp
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2012-02-14
Also published as: CA2041062C; JPH0559574A; DE69233200D1; CA2104401C; EP0936286B1; CA2041062A1; ZA92833B; ATE186950T1; DE69230336T2; WO1992014864A2; EP0579610B1; EP0579610A1; EP0936286A1; AU1222892A; ATE249535T1; CA2104401A1; DE69230336D1; US5340436A; US5672407A; AU669842B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die selektive Entmetallisierung von ätzbarem Metall, das insbesondere auf einer Bahn aus mikrowellentransparentem Material getragen ist.
In der US-A-4 398 994 werden ein kontinuierliches Verfahren zur Bildung von dekorativen Mustern aus aluminierter Kunststofffolie und die Verwendung einer solchen gemusterten Folie beim Verpakken beschrieben.
Wie dort beschrieben ist, wird eine Bahn aus aluminierter Polymerfolie mit einem Muster von gegen Ätzmittel beständigem Material bedruckt, das dem Muster entspricht, das auf der aluminierten Oberfläche verbleiben soll. Auf die gemusterte Folie wird wässrige Natriumhydroxidlösung aufgebracht, um das freiliegende Aluminium wegzuätzen, während das durch gegen Ätzmittel beständiges Material beschichtete Aluminium unberührt bleibt.
In der US-A-4 552 614 wird ein verbessertes Verfahren zur Bewirkung einer solchen selektiven Entmetallisierung beschrieben, bei dem eine Sprühaufbringung des wässrigen Ätzmittels auf die gemusterte, aluminierte Oberfläche eingesetzt wird.
Vor kurzem ist in der US-A-4 869 778 vorgeschlagen worden, ein Mikromuster auf der aluminierten Oberfläche zu bilden, indem die gemusterte, aluminierte Polymerfolie zuerst mit einer warmen, im Wesentlichen gesättigten Laugenlösung in Kontakt gebracht wird, gefolgt vom Kontakt mit einer sauren Lösung und Waschen.
Die in dem genannten Stand der Technik beschriebenen Verfahren sind zur Erreichung einer selektiven Entmetallisierung von auf einer polymeren Bahn getragenen relativ dünnen Aluminiumschichten (im Allgemeinen weniger als 1000 Å Dicke) wirksam, um Aluminium aus ausgewählten Flächen der Oberfläche der Polymerbahn für eine Vielzahl von Zwecken vollständig zu entfernen, wie bei Anwendungen in dekorativen Verpackungen und in Mikrowellenabsorbern. Die Verfahren sind jedoch wegen der schnellen Abreicherung des Ätzmittels im Kontakt mit der Bahn durch das geätzte Material mit relativ dicken, von einer Polymermaterialbahn getragenen oder nicht-getragenen Aluminiumschichten weniger wirksam.
Die Erfinder haben gefunden, dass, indem die Aluminiumschicht länger wässrigem Natriumhydroxid-Ätzmittel ausgesetzt wird, relativ dicke Aluminiumschichten durch das erfindungsgemäße Verfahren verarbeitet werden können, um eine selektive Entmetallisierung zu bewirken.
Das verlängerte Einwirken und der wiederholte Kontakt erfolgen, indem ein gemustertes, metallisiertes Polymerfoliensubstrat oder eine gemusterte, trägerlose Metallschicht in ein Bad aus wässrigem Natriumhydroxid-Ätzmittel eingetaucht wird und es eingetaucht gehalten wird, bis eine vollständige Entfernung von ätzbarem Metall aus den nicht-geschützten Flächen bewirkt ist.
Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist es bevorzugt, das Verfahren auf eine kontinuierliche Weise zu betreiben, wobei die Schicht aus ätzbarem Metall kontinuierlich durch die Schritte Musteraufbringung, Entmetallierung und Waschen verarbeitet wird.
Die Erfindung ist insbesondere bei Aluminium mit einer Dicke von mindestens 1 μm anwendbar, obwohl das Verfahren gleichermaßen auf andere ätzbare Metalle mit unterschiedlichen Dicken anwendbar ist.
Wenn die Aluminiumschicht eine selbsttragende Dicke hat, kann die Aluminiumschicht trägerlos verarbeitet werden, wenn das gewünschte geätzte Muster eine kontinuierliche Metallschicht mit Öffnungen wie länglichen Schlitzen durch sie hindurch umfasst. Bei einer solchen Betriebsweise muss das gegen Ätzmittel beständige Material in Register auf beide Flächen der Aluminiumschicht aufgebracht werden. Nach selektiver Entmetallisierung kann die geätzte Metallschicht beispielsweise durch einen Laminierklebstoff auf eine dielektrische Substratschicht geklebt werden, beispielsweise eine Polymerfolienschicht oder eine Pappen schicht. Alternativ können geätzte Aluminiumschichten beispielsweise mit Laminierklebstoff auf beide Seiten eines dielektrischen Substrats geklebt werden. Bei einer weiteren Alternative kann die geätzte Aluminiumschicht sandwichartig zwischen Außenschichten aus dielektrischem Material gebracht werden, wobei solche Außenschichten des erhaltenen Laminats aus dem gleichen oder unterschiedlichen Materialien sind.
Üblicher ist das Aluminium auf einem mikrowellentransparenten Substrat, im Allgemeinen einem Polymerfoliensubstrat, entweder durch direkte Aufbringung, wie sie beispielsweise durch Aufdampfen des Metalls auf das polymere Substrat erreicht wird, oder durch Klebeverbinden des Metalls mit dem Polymerfoliensubstrat getragen. Die letztgenannte Struktur ist bei den Metalldicken üblicher, die die vorliegende Erfindung besonders betrifft. Die vorliegende Erfindung kann jedoch mit metallisierten Polymerfolien durchgeführt werden, die Aluminium in einer für Licht opaken Dicke tragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein kontinuierliches Verfahren zur Bewirkung einer selektiven Entmetallisierung einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von mindestens 1 μm, die auf einer Bahn aus flexiblem polymerem Material getragen ist, bereitgestellt, bei dem kontinuierlich ein Muster aus gegen Natriumhydroxid beständigem Material auf das Aluminium aufgebracht wird, das einem gewünschten Muster von nicht-geätztem Aluminium entspricht, die gemusterte Bahn kontinuierlich in eingetauchtem Zustand durch ein Bad aus wässriger Natriumhydroxidlösung mit einer Temperatur von 10 bis 98°C und einer Stärke von 0,1 bis 10 normal für einen Zeitraum von mindestens 0,5 s pro μm Dicke der Aluminiumschicht geführt wird, um eine vollständige Entfernung von Aluminium von Flächen der Bahn zu bewirken, die nicht durch das Muster bedeckt und geschützt sind, die Bahn nach Entfernung aus dem Bad kontinuierlich frei von verbrauchter Natriumhydroxidlösung gewaschen wird und die gewaschene Bahn getrocknet wird.
Nach Trocknen der Bahn ist es bevorzugt, ein klebrigkeitbeseitigendes Material auf den freigelegten Laminierklebstoff in den geätzten Flächen der Bahn aufzubringen, um zu verhindern, dass übereinanderliegende Schichten der Bahn aneinanderkleben, wenn die Bahn aufgespult wird. Diese bevorzugte Vorgehensweise führt zu einer neuartigen Laminatstruktur, die einen weiteren Aspekt der Erfindung darstellt. Das klebrigkeitbeseitigende Material kann bereitgestellt werden, indem die geätzte Fläche der gemusterten Metallschicht auf eine Schicht aus dielektrischem Material laminiert wird, wie eine weitere Polymerfolienschicht, eine Pappenschicht oder eine Papierschicht.
In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform für eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann, und
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform für eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann.
Zunächst bezugnehmend auf 1 der Zeichnungen weist eine selektive Entmetallisierungsmaschine 10 eine Vielzahl von Stationen zur Bewirkung einer selektiven Entmetallisierung von flexibler Polymerfolie, die darauf eine Metallschicht trägt. Eine Rolle 12 aus einer solchen Folie umfasst im Allgemeinen Aluminium mit einer Dicke von mindestens 1 μm, üblicherweise bis 15 μm, vorzugsweise 3 bis 10 μm, typischerweise Aluminiumfolie mit einer Dicke von 7 bis 8 μm, die durch Kleben an eine Fläche der Polymerfolie gebunden ist.
Eine Bahn 14 aus dem die Aluminiumschicht tragenden, flexiblen Polymerfoliensubstrat wird von der Rolle 12 gezogen und zu einer Schutzlackaufbringstation 16 geführt, in der durch einen ersten Aufbringer 18 ein Muster aus gegen Ätzmittel beständigem Mate rial auf die Aluminiumschicht aufgebracht wird, bevor das Muster mit einem ersten Trockner 20 getrocknet wird. Das Muster aus gegen Ätzmittel beständigem Material wird auf Flächen der Aluminiumoberfläche aufgebracht, auf denen dieses in dem darauffolgenden selektiven Entmetallisierungsverfahren verbleiben soll. Angesichts des langen Aussetzens der Bahn 14 gegenüber dem Ätzmittel ist es üblicherweise gewünscht, das Muster aus gegen Ätzmittel beständigem Material ein zweites Mal aufzubringen, um eine ausreichende Lackdicke auf der Aluminiumoberfläche sicherzustellen, die dem Ätzmittel widersteht. Entsprechend wird die Bahn 14 nach dem ersten Trockner 20 durch einen zweiten Aufbringer für gegen Ätzmittel beständiges Material 22 und einen zweiten Trockner 24 geführt, bevor sie zu einer Ätzstation 26 geführt wird.
Die Ätzstation 26 umfasst einen horizontalen Längsbehälter 28, durch den die gemusterte Bahn 14 von einem stromaufwärts gelegenen Ende 30 zu einem stromabwärts gelegenen Ende 32 geführt wird. Der Behälter 28 ist mit einem oberen Verschluss 34 versehen, um signifikante Abdampfungsverluste aus dem Behälter in die Umgebungsatmosphäre zu verhindern. Das Innere des Behälters 28 kann unter einem schwach subatmosphärischen Druck gehalten werden, um einen Feuchtigkeitsverlust durch die Endspalte zwischen dem oberen Verschluss 34 und den Behälterendwänden zu vermeiden, durch die die Bahn geführt werden muss, um in den Behälter 28 einzutreten und aus diesem auszutreten. Zu diesem Zweck kann eine Rohrleitung 35, an die ein Subatmosphärendruck angelegt ist, mit der Atmosphäre über dem Flüssigkeitspegel in dem Behälter kommunizieren, zusammen mit einem dazugehörigen Wäscher 37 zum Entfernen von Feuchtigkeit zur Rückführung in den Behälter 28 durch Leitung 39.
Der Behälter 28 hält ein Bad 36 aus wässrigem Ätzmittelmaterial, das für Aluminium als das ätzbare Metall üblicherweise wässrige Natriumhydroxidlösung ist. Obwohl die Temperatur der wässrigen Natriumhydroxidlösung breit von 10 bis 98°C variieren kann, wird die wässrige Natriumhydroxidlösung im Allgemeinen heiß gehalten, um ein schnelles Ätzen des bloßliegenden Aluminiummetalls zu fördern, üblicherweise im Bereich von 50 bis 90°C, vorzugsweise 70 bis 75°C. Die Stärke der Natriumhydroxidlösung kann breit und üblicherweise von 0,1 bis 10 normal variieren, wobei die stärkeren Lösungen im Bereich von 2 bis 3 normal bevorzugt sind, um ein schnelles Ätzen des bloßliegenden Aluminiums zu fördern.
Drei angetriebene Endlosbänder 38, 40 und 42 (von Bändern 40 und 42 sind nur Teile gezeigt) werden in das Bad 36 aus wässriger Natriumhydroxidlösung eingetaucht bereitgestellt und sind aus einem geeigneten gegen Ätzmittel beständigen Material gebildet, z. B. Gitter aus rostfreiem Stahl. Die angetriebenen Bänder 38, 40 und 42 haben jeweils eine Reihe von Walzenelementen 44, die sich in dichter Nähe zu der oberen Fläche des dazugehörigen Bandes befinden, sodass die zwischen den Walzenelementen 44 und der danebenliegenden oberen Bandoberfläche geführte Bahn 14 durch beide erfasst wird, um einen angetriebenen Eingriff der Bahn 14 durch das dazugehörige Band sicherzustellen. Obwohl drei Endlosbänder 38, 40 und 42 dargestellt sind, kann irgendeine geeignete Anzahl solcher Bänder bereitgestellt werden. Es kann irgendein anderer geeigneter Antriebsmechanismus eingesetzt werden, um die Bahn 14 durch den Behälter 18 zu fahren.
Die Bahn 14 tritt in den Behälter 28 an dessen stromaufwärts gelegenen Ende 30 ein und wird in das Bad 36 eingetaucht, indem sie über eine Leitwalze 46 geführt wird. Die Bahn 14 wird dann auf einem im Allgemeinen horizontalen Weg durch den Behälter 28 eingetaucht in das Bad 36 zu einer Leitwalze 48 und an dem stromabwärts gelegenen Ende 32 aus dem Tank 28 geführt. Beim Führen durch den Behälter 28 wird die Bahn 14 durch die Förderbänder 38, 40 und 42 angetrieben.
In dem Stand der Technik der US-A-4 552 614, auf den oben Bezug genommen wurde, wird die Bahn durch eine am stromabwärts gelegenen Ende des Entmetallisierungsbehälters befindliche Antriebswalze durch die Vorrichtung vorangetrieben. Die für die im All gemeinen dickeren Aluminiumschichten, mit denen sich die vorliegende Erfindung beschäftigt, notwendige zusätzliche Verweilzeit macht jedoch erforderlich, dass die Bahn, anstelle gezogen zu werden, positiv durch den Behälter 28 vorangetrieben wird, um ein ungeordnetes Dehnen und Verwinden der Bahn zu vermeiden.
Während die Bahn durch den Behälter geführt wird, ätzt das heiße wässrige Alkali das freiliegende Aluminium und entfernt es von nicht durch das gegen Ätzmittel beständige Material geschützten Flächen der Bahn. Weil die Bahn beim Führen durch den Behälter 28 untergetaucht bleibt, befindet sich die Bahn kontinuierlich in Kontakt mit frischer heißer Natriumhydroxidlösung, und dies verbessert das Ätzen des freiliegenden Aluminiums.
Die Geschwindigkeit der Bewegung der Bahn 14 durch den Behälter 28, die Länge des Behälters 28 und die Temperatur und die Stärke der wässrigen Natriumhydroxidlösung werden abgestimmt, um eine Verweilzeit der Bahn 14 in Kontakt mit der heißen wässrigen Natriumhydroxidlösung von mindestens 0,5 s pro μm Dicke der Metallschicht, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 s pro μm Metalldicke bereitzustellen, um so sicherzustellen, dass das Metall vollständig von den nicht durch das Muster aus gegen Ätzmittel beständigem Material geschützten, freiliegenden Flächen der Bahn weggeätzt wird.
Die Geschwindigkeit der Bewegung der Bahn 14 durch den Behälter kann weit variieren, im Allgemeinen ist aber im Interesse der Wirtschaftlichkeit ein Betrieb bei höherer Geschwindigkeit bevorzugt, im Allgemeinen bis zu 350 m/min, vorzugsweise 150 bis 250 m/min, obwohl geringere Geschwindigkeiten hinab bis zu 10 m/min eingesetzt werden können.
Während das Ätzen der Bahn 14 in dem Behälter 28 fortschreitet, wird geätztes Aluminium in der wässrigen Natriumhydroxidlösung aufgelöst und neigt dazu, sich in der Lösung anzureichern. Das Bad kann diskontinuierlich oder bevorzugter kontinuierlich durch geeignete Verarbeitung der Lösung wiederaufgefrischt werden, um das gelöste Aluminium zu entfernen und das Alkali zu regenerieren. Das Verfahren kann mit einer Konzentration von aufgelöstem Aluminium in dem Bad 36 betrieben werden, die weit varriieren kann, im Allgemeinen von 5 bis 95% der Aluminiumsättigung des Bads, vorzugsweise eher am unteren Ende dieses Bereiches, von 15 bis 30%.
Das aufgelöste Aluminium kann aus der wässrigen Ätzmittellösung entfernt und das Alkali auf beliebige bequeme Weise regeneriert werden, um einen geschlossenen Kreislauf für das Alkali aufrechtzuerhalten, wobei nur auf periodischer Basis Auffüllmengen von Natriumhydroxid notwendig sind. Ein bestimmtes anpassbares Verfahren schließt die Entfernung von aufgelösten Aluminium durch Kristallisation von Aluminiumtrihydrat ein, was nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 2 beschrieben ist. Bei der Reaktion in dem Behälter 28 verbindet sich die Natronlauge mit geätztem Aluminium und bildet Natriumaluminat, das dann durch Hydrolyse in einem Regeneriervorgang außerhalb des Behälters in Aluminiumhydroxid und Natriumhydroxid überführt wird. Dieses Verfahren ist in einem Artikel von Dejat mit dem Titel "Aluminium Anodizer Regenerates Caustic Etch Solution" beschrieben, der in Plating and Surface Finishing, April 1984 veröffentlicht ist.
Nachdem die geätzte Bahn das Bad 36 an dem stromabwärts gelegenen Ende des Behälters verlässt, jedoch bevor die Bahn den Behälter 28 verlässt, trifft die Bahn 14 auf einen ersten Rakel 50 und dann einen zweiten Rakel 52, um flüssiges Ätzmittel von den Oberflächen der Bahn abzuwischen und solche Flüssigkeit in dem Behälter 28 zu halten, bevor sie zwischen Walzen 54 geführt wird.
Die entmetallisierte Bahn wird dann zu einer Wasch- und Trockenstation 56 geführt. Auf die entmetallisierte Bahn wird durch erste waschwassersprüher 58 Waschwasser aufgesprüht, gefolgt vom Abwischen der gewaschenen Oberfläche durch ein erstes Wischblatt 60, und dann wird durch zweite Waschwassersprüher 62 wiederum Waschwasser aufgesprüht, gefolgt vom Abwischen der gewaschenen Oberfläche durch ein zweites Wischerblatt 64. Die gewaschene entmetallisierte Bahn wird durch ein Rollenpaar 66 geführt, das eine Kautschukklemmrolle aufweist, um die Bahn gegen eine Antriebsrolle mit Metalloberfläche zu drücken und sicherzustellen, dass durch den Waschvorgang hindurch eine positive Zugkraft auf die Bahn 14 ausgeübt wird. Das Walzenpaar 66 dient auch dazu, Oberflächenwasser von der Bahn zu entfernen.
Verbrauchtes Waschwasser aus den Waschvorgängen kann in den Behälter 28 zurückgeführt wird, um nach Bedarf Abdampfverluste auszugleichen. Nach Waschen der geätzten Bahn auf diese Weise wird die gewaschene, saubere, gemusterte Bahn getrocknet, indem sie durch einen Trockner 68 geführt wird, der restliche Oberflächenfeuchtigkeit von der Bahn entfernt. Die in der Wasch- und Trockenstation 56 bewirkten Wasch- und Trocknungsvorgänge können auch auf die Weise erfolgen, die nachfolgend unter Bezug auf solche Vorgänge in der Ausführungsform von 2 beschrieben ist.
Wenn die Bahn 14 eine Aluminiumschicht aufweist, die durch Kleben an die polymere Folienschicht gebunden ist, dann legt die selektive Entmetallisierung den Klebstoff in den Bereichen der Bahn frei, die entmetallisiert sind. Dieser Klebstoff neigt dazu, etwas klebrig zu sein, und entsprechend wird die getrocknete entmetallisierte Bahn dann zu einer Klebrigkeitbeseitigungsstation 70 geführt, in der die Bahn zuerst durch einen Aufbringer 72 mit einem klebrigkeitbeseitigenden Material mit einer geeigneten Zusammensetzung in Kontakt gebracht wird und dann durch Führen durch einen Trockner 74 getrocknet wird. Anstelle von oder zusätzlich zum Aufbringen von flüssigem, klebrigkeitbeseitigenden Material auf die Bahn kann eine weitere Bahn aus dielektrischem Material, wie eine Polymerfolienbahn, auf die geätzte Fläche der Bahn laminiert werden.
Gegebenenfalls kann die Bahn vor dem Aufwickeln der Bahn zu einer Spule 76 auch durch eine Inline-Druckstation 78 geführt werden, in der eine oder mehrere Farben, z. B. wie dargestellt drei, in einem gewünschten Muster, wie einem dekorativen Muster, auf die Bahn aufgebracht wird oder werden.
Die Spule 76 aus behandelter Bahn bildet sich auf einer Aufwikkelrolle, die rotierend angetrieben ist, um die Bahn durch die Trocknungs-, Klebrigfreimach- und gegebenenfalls Färbevorgänge zu ziehen. Andere Antriebsverfahren können angepasst werden.
Wenn man zu 2 übergeht, ist dort schematisch eine weitere Ausführungsform der selektiven Entmetallisierungsmaschine 110 gezeigt, die ähnlich der oben beschriebenen Entmetallisierungsmaschine 10 arbeitet und derzeit die beste dem Anmelder bekannte Ausführungsform darstellt. Eine Rolle 112 aus flexibler Polymerfolie, die eine Metallschicht darauf trägt, umfasst im Allgemeinen Aluminium mit einer Dicke von mindestens 1 μm, normalerweise bis zu 15 μm, vorzugsweise 3 bis 10 μm, typischerweise Aluminiumfolie mit einer Dicke von 7 bis 8 μm, die durch Kleben an eine Fläche der Polymerfolie gebunden ist.
Eine Bahn 114 des die Aluminiumschicht tragenden flexiblen Polymerfoliensubstrats, die von der Rolle 112 abgerollt wird, hat in Bereichen der Aluminiumoberfläche, in denen es gewünscht ist, ein solches Material in dem nachfolgenden Entmetallisierungsvorgang beizubehalten, ein Muster aus gegen Ätzmittel beständigem Material, das vorab auf der Aluminiumschicht aufgebracht worden ist.
Die Bahn 114 wird zu einer Ätzstation 116 geführt, die einen Behälter 118 umfasst, durch den die gemusterte Bahn 114 von einem stromaufwärts gelegenen Ende 120 zu einem stromabwärts gelegenen Ende 122 geführt wird. Der Behälter 118 ist mit einem oberen Verschluss (nicht gezeigt) versehen, um signifikante Abdampfverluste aus dem Behälter 118 in die Umgebungsatmosphäre zu verhindern. Das Innere des Behälters 118 kann unter einem leichten subatmosphärischen Druck gehalten werden, um Feuchtigkeitsverluste durch die Endspalte zwischen dem oberen Verschluss und den Behälterendwänden zu vermeiden, durch die die Bahn geführt werden muss, um aus dem Behälter 118 auszutreten und ihn zu verlassen. Wie in 1 gezeigt ist, kann eine Rohrleitung oder eine Reihe von Rohrleitungen, mit einem dazugehörigen Wäscher zum Entfernen von Feuchtigkeit zur Rückführung in den Behälter 118 eingesetzt werden, um den Subatmosphärendruck auf das Innere des Behälters auszuüben.
Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Struktur ist der Behälter 118 relativ tief, und die Bahn 114 wird auf einem sinusförmigen Weg durch Paare von oberen Walzen 124 und unteren Walzen 126 geführt. Diese Anordnung erlaubt es, dass in dem Behälter 118 eine wirksame Entmetallisierung bewirkt wird, während die Struktur signifikant vereinfacht und die physische Länge des Behälters 118 signifikant verringert werden.
Die oberen und unteren Walzenpaare 124, 126 sind auf einer Wagenstruktur 128 angebracht, die wiederum durch Walzen 129 an vertikalen Schienen 130 einer Rahmenstruktur 132 angebracht sind, die es ermöglicht, das der Wagen 128 aus dem Behälter 118 herausgehoben und in den Behälter 118 abgesenkt werden kann. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, weil sie das Einfädeln oder Ausfädeln der Bahn ermöglicht, ohne dass der Behälter von wässrigem Ätzmittelmaterial entleert werden muss.
Der Behälter 118 hält ein Bad 134 aus wässrigem Ätzmittelmaterial, für Aluminium als das ätzbare Metall normalerweise wässrige Natriumhydroxidlösung. Die wässrige Natriumhydroxidlösung wird im Allgemeinen heiß gehalten, um ein schnelles Ätzen des freiliegenden Aluminiummetalls zu fördern, üblicherweise im Bereich von 50 bis 90°C, vorzugsweise 70 bis 75°C. Die Stärke der Natriumhydroxidlösung kann weit variieren, üblicherweise von 0,1 bis 10 normal, wobei die stärkeren Lösungen im Bereich von 2 bis 3 normal zur Förderung des raschen Ätzens des freiliegenden Aluminiums bevorzugt sind.
Die Bahn 114 tritt am stromaufwärts gelegenen Ende 120 mit Hilfe der Leitwalze 136 in den Behälter ein und wird alternierend um die unteren und oberen Walzenpaare 124, 126 geführt, die in das Bad 134 aus wässrigem Ätzmittelmaterial eintauchen. Während die Bahn 114 durch den Behälter 118 geführt wird, ätzt das heiße wässrige Alkali das freiliegende Aluminium und entfernt es von Flächen der Bahn 114, die nicht durch das gegen Ätzmittel beständige Material geschützt sind. Weil die Bahn während ihrer Durchfuhr durch den Behälter 118 eingetaucht bleibt, ist die Bahn kontinuierlich in Kontakt mit frischer heißer Natriumhydroxidlösung, und dies fördert das Ätzen des freiliegenden Aluminiums.
Die Geschwindigkeit der Bewegung der Bahn 114 durch den Behälter 118, die Länge des Behälters 118 und die Temperatur und Stärke der wässrigen Natriumhydroxidlösung sind abgestimmt, um eine Verweilzeit der Bahn 114 im Kontakt mit der heißen Natriumhydroxidlösung von mindestens 0,5 s pro μm Dicke der Metallschicht bereitzustellen, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 s pro μm Dicke der Metallschicht, um so sicherzustellen, dass das Metall vollständig von den freißliegenden Flächen der Bahn geätzt wird, die nicht durch das Muster von gegen Ätzmittel beständigem Material geschützt sind.
Die Geschwindigkeit der Bewegung der Bahn 114 durch den Behälter kann weit variieren, im Allgemeinen sind aber im Interesse der Wirtschaftlichkeit Verfahren mit höherer Geschwindigkeit bevorzugt, im Allgemeinen bis zu 350 m/min, vorzugsweise 150 bis 250 m/min, obwohl geringere Geschwindigkeiten hinab bis zu 10 m/min verwendet werden können. Die Bahn 114 wird durch den Behälter 134 getriebn, indem mindestens einigen der unteren und oberen walzenpaare 124, 126 Antriebsleistung zugeführt wird.
Während das Ätzen der Bahn 114 in dem Behälter 118 fortschreitet, wird geätztes Aluminium in der wässrigen Natriumhydroxidlösung aufgelöst und neigt dazu, sich in der Lösung anzureichern. Das Bad kann diskontinuierlich oder bevorzugter kontinu ierlich durch eine geeignete Behandlung der Lösung wiederaufgefrischt werden, um das aufgelöste Aluminium zu entfernen und das Alkali zu regenieren, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Das Verfahren kann mit einer Konzentration an aufgelöstem Aluminium in dem Bad 134 betrieben werden, die weit variieren kann, im Allgemeinen von 5 bis 95% der Aluminiumsättigung des Bades, vorzugsweise zum unteren Ende dieses Bereichs hin, von 15 bis 30%.
Wenn die geätzte Bahn das Bad 134 am stromabwärts gelegenen Ende 122 des Behälters 118 verlässt, wird die Bahn 114 von einer ersten Rakel 137 erfasst, während sie sich um Leitwalze 138 wickelt, um flüssiges Ätzmittel von einer Oberfläche der Bahn 114 abzuwischen. Die Leitwalze 138 hat an ihrer Oberfläche eine dazugehörige Rakel 140, um flüssiges Ätzmittel zu entfernen, das durch Auftreffen auf die Leitwalze 138 darauf übertragen wurde. Die geätzte Bahn 114 trifft dann auf eine zweite Rakel 141, während sie sich um Walze 128 wickelt, um flüssiges Ätzmittel von der gegenüberliegenden Fläche der Bahn 114 abzuwischen.
Die entmetallisierte Bahn 114 wird dann auf einem sinusförmigen Weg durch einen Waschbehälter 142 mit einem Bad 144 aus Waschwasser darin geführt, der dazu dient, beide Flächen der Bahn frei von restlichem Ätzmittelmaterial zu waschen. Die Bahn 114 wird bei ihrer Durchfuhr durch den Waschbehälter 142 durch Paare von oberen Walzen 146 und unteren Walzen 148 geführt, von denen mindestens einige angetrieben sein können. Die Bahn 114 wird, bevor sie aus dem Waschbehälter 142 austritt, durch den Spalt zwischen einem Walzenpaar 150 geführt, das dazu dient, Feuchtigkeit von der Oberfläche der Bahn zu entfernen. Die Bahn 114 wird dann zwischen ein Paar von Rakeln 151 geführt, die dazu dienen, weitere Feuchtigkeit von den Oberflächen der gewaschenen Bahn zu entfernen.
Die gewaschene, entmetallisierte Bahn 114 wird dann zu einer Trocknungsstation 152 geführt, um restliche Feuchtigkeit von der Bahn zu entfernen. Die Bahn wird Strahlen aus heißer Luft aus Düsen 153 gegen sie ausgesetzt, um sie zu trocknen, während sie durch die Trocknungsstation gezogen wird.
Wenn die Bahn 114 eine Aluminiumschicht durch Kleben an die polymere Folienschicht gebunden umfasst, dann legt die selektive Entmetallisierung den Klebstoff in den entmetallisierten Bereichen der Bahn frei. Dieser Klebstoff neigt dazu, etwas klebrig zu sein, und die trockene Bahn 114 wird in Kontakt mit einem Bad 154 aus die Klebrigkeit beseitigendem Material aus einer geeigneten Zusammensetzung geführt. Dass die Klebrigkeit beseitigende Material wird dann durch heiße Luftstrahlen aus Düsen 155 getrocknet.
Eine Bahn aus dielektrischem Material, wie eine Polymerfolie oder Pappe, kann durch ein geeignetes Laminierverfahren auf die Bahn geklebt werden, das als Alternative zu oder in Kombination mit der Aufbringung eines flüssigen, klebrigkeitbeseitigenden Materials eingesetzt wird.
Eine Rolle 156 aus behandelter Bahn wird auf einer Aufwickelspule gebildet, die rotierend angetrieben ist, um die Bahn durch die Trocknungs- und Klebrigkeitsbeseitigungsvorgänge zu ziehen. Zusätzliche Antriebe können nach Bedarf der Trocknungsstation und der Klebrigkeitsbeseitigungsstation bereitgestellt werden. Gegebenfalls kann die Bahn 114 vor dem Aufwickeln der Bahn 114 auf die Rolle 156 durch eine Inline-Druckstation geführt werden, in der eine oder mehrere Farben in einem gewünschten Muster, wie einem dekorativen Muster, auf die Bahn 114 aufgebracht wird oder werden.
Um die Ätzmittellösung in Bad 134 zu regenerieren, wird durch die Leitung 158 kontinuierlich Ätzmittel aus dem Behälter 118 entnommen und zu einer Reihe von parallel gespeisten Behältern 160, 162 und 164 geführt. Das heiße Natriumhydroxid in dem Rohr 148 wird bei seinem Führen zu den Behältern abgekühlt, beispielsweise durch einen Kühlmantel 166, um die Bildung von kristallinem Aluminiumtrihydrat (Aluminiumhydroxid) herbeizuführen, was dazu dient, Aluminium aus der Natriumhydroxidlösung zu entfernen. Die Behälter 160, 162 und 164 werden nacheinander gefüllt, wobei ein Behälter vor dem Nächsten gefüllt wird. In den Behältern wird die Flüssigkeit leicht gerührt, um das Wachstum von Kristallen aus Aluminiumtrihydrat in der Flüssigkeit darin zu fördern.
Wenn die Flüssigkeit für den gewünschten Zeitraum gehalten wurde, im Allgemeinen lange genug für die Auffüllung eines zweiten Behälters, wird die Flüssigkeit aus dem ersten befüllten Behälter in den Einlass 167 eines Abscheidebehälters 168 abgelassen, durch den die Laugenflüssigkeit auf einem sinusförmigen Weg unter und über Einbauten 169 zu einem Auslass 170 geführt wird. Dieses sinusförmige Führen von Flüssigkeit fördert das Absetzen der Aluminiumtrihydratkristalle in dem Abscheidebehälter 168, sodass in der Natriumhydroxidlösung nach und nach eine geringere Konzentration von Kristallen vorhanden ist, während sie durch den Abscheidebehälter 168 geführt wird.
Die Aluminiumtrihydratkristalle setzen sich aus der wässrigen Phase in die Sumpfbehälter 172 in dem Abscheidebehälter 168 ab und bilden in den Sumpfbehältern 172 eine schlammartige Masse. Von Zeit zu Zeit wird der Schlamm nach Bedarf durch Leitung 174 zur Filtrationsabtrennung aus den Sumpfbehältern 172 abgelassen.
Die den Abscheidebehälter 168 durch Auslass 170 verlassende Natriumhydroxidlösung wird durch Rohr 176 zu dem Ätzbehälter 118 geführt. Die Natriumhydroxidlösung wird bei ihrem Weg zurück aus dem Abscheidebehälter 168 zu dem Ätzmittelbehälter 118 erhitzt, wie durch Heizmantel 178, um Aluminiumtrihydratkristalle in der Natriumhydroxidlösung für das Ätzverfahren wieder aufzulösen. Von Zeit zu Zeit können nach Bedarf Ausgleichsmengen von Natriumhydroxid zugegeben werden.
Die Entmetallisierungsmaschinen 10 und 110 können verwendet werden, um eine selektive Entmetallisierung von Aluminium und anderen ätzbaren Metallen, im Allgemeinen in relativ dicken Schichten auf der Polymerbahn getragen, über einen breiten Bereich von Verfahrensgeschwindigkeiten zu bewirken, wie sie oben beschrieben sind.
Die Ausführungsformen von 1 und 2 haben die selektive Entmetallisierung einer Aluminiumschicht in Klebeverbindung auf dem Polymermaterialgewebe getragen beschrieben. Die Verfahren können auch mit einer metallisierten (durch Aufdampfen oder auf andere Weise) Bahn aus polymerem Material, die eine Metallschicht mit opaker Dicke trägt, eingesetzt werden, außer dass in diesem Fall kein Aufbringungsschritt von klebrigkeitbeseitigendem Mittel notwendig ist. Außerdem können die Verfahren bei einer trägerlosen Metallschicht eingesetzt werden, die eine Dicke hat, die es ermöglicht, dass sie mit der Ausrüstung verarbeitet werden kann, und in diesem Fall wird das Muster aus gegen Ätzmittel beständigem Material in Register auf beide Flächen der Metallschicht aufgebracht.
Die Entmetallisierungsmaschinen 10 und 110 können verwendet werden, um eine selektive Entmetallisierung einer Schicht aus ätzbarem Metall für eine Vielzahl von Zwecken zu bewirken. Zum Beispiel kann der Entmetallisierungvorgang bewirkt werden, um Materialien herzustellen, die in Mikrowellenverpackungsanwendungen brauchbar sind, wie sie in der US-Anmeldung mit dem Aktenzeichen 650 246 (US-A-S 117 078, entspricht EP-A-0 513 076 /WO-A-91/11893) beschrieben sind.
Wie dort beschrieben ist, ermöglicht die Bereitstellung einer Vielzahl von Längsschlitzen, die durch eine flexible, elektrische leitfähige Metallschicht ausgebildet sind, die normalerweise gegen Mikrowellenstrahlung opak ist, das durch solche Mikrowellenstrahlung Wärmeenergie erzeugt wird, wenn die Metallschicht in Verpackungsmaterial eingeschlossen ist und angrenzend an ein Lebensmittel angeordnet ist, das durch Mikrowellenstrahlung gekocht werden soll. Die Entmetallisierungsmaschinen 10 und 110 können auch eingesetzt werden, um andere selektiv entmetallisierte Elemente zu bilden, die ein Muster aus elektrisch leit fähigem Material aufweisen, das an einer Polymermaterialschicht klebt, wie gedruckte Schaltungen und als Teppichheizungen brauchbare Elemente oder andere Heizanwendungen.
Der in dem Behälter 28 oder 118 durchgeführte Entmetallisierungsvorgang setzt ein kontinuierliches Eintauchen der gemusterten Bahn ein, um eine vollständige Entfernung von Aluminium oder anderem ätzbaren Metall von den ungeschützten Bereichen der Bahnoberfläche zu bewirken. Es kann jedoch irgendein anderes äquivalentes Verfahren angepasst werden, um sicherzustellen, dass es einen wiederholten Kontakt des Ätzmittels mit der Bahn für mindestens 0,5 s pro μm der Dicke der Metallschicht auf der Bahn gibt. Zum Beispiel kann eine Reihe von in Längsrichtung beanstandeten Sprühaufbringern eingesetzt werden, die nacheinander Ätzlösung auf die Bahn aufbringen, um partielles Ätzen zu bewirken, bis die Bahn an den gewünschten Stellen auf der Bahn vollständig entmetallisiert wurde.

Claims

Kontinuierliches Verfahren zur Bewirkung einer selektiven Entmetallisierung einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von mindestens 1 μm, die auf einer Bahn aus flexiblem polymerem Material getragen ist, bei dem: kontinuierlich ein Muster aus gegen Natriumhydroxid beständigem Material auf das Aluminium aufgebracht wird, das einem gewünschten Muster von nicht-geätztem Aluminium entspricht, die gemusterte Bahn kontinuierlich in eingetauchtem Zustand durch ein Bad aus wässriger Natriumhydroxidlösung mit einer Temperatur von 10 bis 98°C und einer Stärke von 0,1 bis 10 normal für einen Zeitraum von mindestens 0,5 Sekunden pro μm Dicke der Aluminiumschicht geführt wird, um eine vollständige Entfernung von Aluminium von Flächen der Bahn zu bewirken, die nicht durch das Muster bedeckt und geschützt sind, die Bahn nach Entfernung aus dem Bad kontinuierlich frei von verbrauchter Natriumhydroxidlösung gewaschen wird und die gewaschene Bahn getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Aluminiumschicht eine Dicke von 1 bis 15 μm aufweist und die Bahn aus flexiblem polymerem Material mikrowellentransparent ist und bei dem: die mikrowellentransparente Bahn in Form einer kontinuierlichen Bahn bereitgestellt wird und die kontinuierliche Bahn von einer Spule davon sukzessive durch eine Ätzmittellösung aufbringungszone, eine Waschzone und eine Trocknungszone gefördert wird, die mikrowellentransparente Bahn mit einem Muster aus gegen Ätzmittel beständigem Material auf der Aluminiumschicht versehen wird, das einem gewünschten Muster von nicht-geätztem Aluminium entspricht, bevor die kontinuierliche Bahn in die Ätzmittellösungaufbringungszone eintritt, die mikrowellentransparente Bahn mit dem Muster aus Ätzmittelmaterial darauf in einem eingetauchten Zustand durch ein Bad aus wässrigem Ätzmittelmaterial, das wässriges Natriumhydroxid mit einer Temperatur von 10 bis 98°C und einer Stärke von 0,1 bis 10 normal ist, kontinuierlich vorangetrieben wird und die mikrowellentransparente Bahn für einen Zeitraum von mindestens 0,5 Sekunden pro μm Dicke der Aluminiumschicht und zumindest ausreichend lange durch die Ätzmittellösungsaufbringungszone gefördert wird, um eine vollständige Entfernung der Aluminiumschicht zu bewirken, die nicht von dem Muster aus gegen Ätzmittel beständigem Material bedeckt und geschützt ist, die wässrige Ätzmittellösung von der Oberfläche der Bahn abgewischt wird, bevor die Bahn die Ätzmittellösungsaufbringungszone verlässt, die Bahn in der Waschzone mit Waschwasser in Kontakt gebracht wird, um restliche Ätzmittellösung davon zu entfernen, das Waschwasser von der Oberfläche der Bahn abgewischt wird, bevor die Bahn die Waschzone verlässt, und die Bahn in der Trocknungszone getrocknet wird.
Verfahren zur Bewirkung einer selektiven Entmetallisierung einer selbsttragenden Aluminiumbahn mit einer Dicke von 1 bis 15 μm, um ein Element mit einer Vielzahl von Öffnungen durch das Aluminium zu bilden, bei dem: ein Muster aus gegen Ätzmittel beständigem Material auf beide Seiten der Aluminiumbahn in Register und entsprechend einem gewünschten Muster aus nicht-geätztem Aluminium in dem Element aufgebracht wird, die Aluminiumbahn wiederholt mit einem wässrigen Ätzmittelmaterial in Kontakt gebracht wird, das wässriges Natriumhydroxid enthält, indem die Aluminiumbahn in ein Bad aus dem wässrigen Ätzmittelmaterial mit einer Temperatur von 10 bis 98°C und einer Stärke von Natriumhydroxid von 0,1 bis 10 normal für einen Zeitraum von mindestens 5 Sekunden pro μm Dicke der Aluminiumbahn und mindestens ausreichend lange eingetaucht und hindurchgeführt wird, um eine vollständige Entfernung von Aluminium von Flächen der Aluminiumbahn zu bewirken, die nicht durch das Muster von gegen Ätzmittel beständigem Material bedeckt und geschützt sind, und um Öffnungen durch die Aluminiumbahn zu bilden, die Aluminiumbahn aus dem Bad entfernt wird, verbrauchte Ätzmittellösung von der entfernten Aluminiumbahn abgewaschen wird und die gewaschene Aluminiumbahn getrocknet wird, um das Element zu liefern, das selbsttragendes Aluminium mit einer Vielzahl von Öffnungen durch sich hindurch umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem im Anschluss an den Trocknungsschritt Klebrigkeit beseitigendes Material auf die Bahn aufgebracht wird, um durch die selektive Entmetallisierung freigelegten Klebstoff nicht mehr klebrig zu machen.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Klebrigkeit beseitigende Material eine Schicht aus dielektrischem Material umfasst, die im Anschluss an den Trocknungsschritt auf die geätzte Fläche der Bahn laminiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, bei dem die Aluminiumschicht durch Kleben an die Bahn aus flexiblem polymerem Material gebunden wird, um dadurch getragen zu werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 6, bei dem die Aluminiumschicht eine Dicke von 1 bis 15 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Aluminiumschicht eine Dicke von 3 bis 10 μm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktzeit 5 bis 50 Sekunden pro μm Dicke der Aluminiumschicht beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bad in einem im Wesentlichen eingeschlossenen länglichen Tank enthalten ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bad eine Temperatur von 50 bis 90°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Bad eine Temperatur von 70 bis 75°C aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das wässrige Natriumhydroxid eine Stärke von 2 bis 3 normal aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bahn mit einer Rate von bis zu 350 m/min durch die Verfahrensschritte transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Bahn mit einer Rate von 10 bis 250 m/min durch das Bad transportiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bahn auf einem im Allgemeinen sinusförmigen Weg durch das Bad transportiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Bahn auf einem im Allgemeinen horizontalen Weg durch das Bad transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Bahn gewaschen wird, während sie sich auf einem sinusförmigen Weg bewegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konzentration des Bades an gelöstem Aluminium bei 5 bis 95% Sättigung des Bades durch gelöstes Aluminium gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Konzentration des Bades an gelöstem Aluminium im Bereich von 15 bis 30% der Sättigung gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bad behandelt wird, um gelöstes Aluminium zu entfernen und um Natriumhydroxid zu regenerieren.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das gelöste Aluminium in Form von Natriumaluminat vorliegt und das gelöste Aluminium entfernt wird und Natriumhydroxid regeneriert wird, indem das Natriumaluminat in Aluminiumtrihydrat und Natriumhydroxid umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Aluminiumschicht durch Metallisierung der Bahn aus polymerem Material bis zu einer Dicke, die für Licht opak ist, gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Laminierung einer Bahn aus polymerem Material oder Pappenmaterial auf die Oberfläche der Bahn, die die Aluminiumschicht trägt, einschließt und das resultierende Laminat zu einer Spule davon aufgewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Laminat vor dem Aufwickelschritt durch eine Inline-Druckzone geführt wird, in der ein oder mehrere Farben in einem gewünschten Muster auf das Laminat aufgebracht wird/werden.