ITGE20080065A1

ITGE20080065A1 - METHOD AND APPARATUS FOR METALLIZING OF LEATHER OR THE LIKE

Info

Publication number: ITGE20080065A1
Application number: IT000065A
Authority: IT
Inventors: Rodolfo Candelo; Ivan Fiorini
Original assignee: Nantech S R L
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-01-31

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: “Metodo e apparato per la metallizzazione di pelli o simili”, DESCRIPTION of the patent for industrial invention entitled: "Method and apparatus for the metallization of leather or the like",

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un metodo per il rivestimento di pelli naturali, pellami, similpelle sintetiche 0 simili, ed in particolare riguarda un metodo per la metallizzazione di tali materiali, nonché un apparato atto alla conduzione di tale metodo. The present invention relates to a method for coating natural leathers, leathers, synthetic imitation leathers or similar, and in particular relates to a method for the metallization of such materials, as well as an apparatus suitable for conducting this method.

Da moltissimi anni vengono ricercate nuove tecnologie per ottenere un rivestimento metallico o ad effetto metallico coerente e resistente da applicare su pelli, pellami, similpelle o materiali analoghi. La spruzzatura od applicazione di vernici a freddo o a caldo non ha mai sortito effetti particolarmente soddisfacenti, né cosi l’applicazione di sottilissime lamine di metallo direttamente sulle pelli da trattare. For many years new technologies have been researched to obtain a coherent and resistant metallic or metallic effect coating to be applied on leathers, imitation leather or similar materials. The spraying or application of cold or hot paints has never had particularly satisfactory effects, nor has the application of very thin metal sheets directly on the leathers to be treated.

Nel documento EP-A- 150071 1 è descritto un metodo per il rivestimento di pelli naturali o sintetiche basato sulla utilizzazione di un processo di cosiddetta termoformatura, ossia un processo di spruzzatura a plasma di polveri metalliche. Questo sistema comporta alcune innovazioni rispetto allo stato della tecnica, ma presenta numerosi indubbi svantaggi, primo tra i quali l’elevata temperatura alla quale le polveri metalliche vengono portate durante il procedimento, che non appare essere in accordo con le caratteristiche del supporto. Document EP-A-150071 1 describes a method for coating natural or synthetic leathers based on the use of a so-called thermoforming process, ie a process of plasma spraying of metal powders. This system involves some innovations compared to the state of the art, but has numerous undoubted disadvantages, first of all the high temperature to which the metal powders are brought during the process, which does not appear to be in accordance with the characteristics of the support.

Nella domanda di brevetto GE2005 A000003 depositata dalla medesima richiedente è descritto un apparato per la deposizione di rivestimenti nanometrici uniformi che utilizza principalmente la tecnologia di magnetron sputtering, ossia un sistema di deposizione in grado di rispettare in modo decisamente efficace il supporto destinato al rivestimento. In patent application GE2005 A000003 filed by the same applicant, an apparatus for the deposition of uniform nanometric coatings is described which mainly uses the magnetron sputtering technology, i.e. a deposition system capable of respecting the substrate intended for the coating in a decidedly effective way.

Appare tuttavia necessario prendere in considerazione il fatto che la pelle, sia naturale che sintetica presenta una quantità di macro e microinquinanti che possono influire negativamente sul processo di rivestimento, e che quindi dovrebbero essere convenientemente eliminati prima della deposizione. Infatti, per la natura stessa del processo di deposizione di magnetron sputtering, la presenza nell’ambiente di trattamento di molecole diverse da quelle del gas inerte vettore e del metallo di rivestimento affligge in modo grave i risultati della lavorazione. However, it seems necessary to take into consideration the fact that both natural and synthetic leather has a quantity of macro and micro pollutants that can negatively affect the coating process, and which therefore should be conveniently eliminated before deposition. In fact, due to the very nature of the magnetron sputtering deposition process, the presence in the treatment environment of molecules other than those of the inert carrier gas and the coating metal seriously affects the results of the processing.

Scopo della presente invenzione è quindi fornire un metodo per la metallizzazione di pelli o pellami naturali o sintetiche che sia in grado di superare i problemi sopra esposti e consenta la formazione di rivestimenti metallici uniformi e resistenti. Ulteriore scopo della presente invenzione è fornire un apparato destinato alla conduzione del metodo. The object of the present invention is therefore to provide a method for the metallization of natural or synthetic leathers or leathers that is capable of overcoming the above problems and allows the formation of uniform and resistant metallic coatings. A further object of the present invention is to provide an apparatus intended for conducting the method.

Oggetto della presente invenzione è pertanto un metodo per la metallizzazione di pelli e pellami, naturali o sintetici, comprendente le fasi di: asportazione dal materiale destinato al trattamento di tutte le sostanze in grado di interferire con il processo di metallizzazione; e successiva metallizzazione mediante l’utilizzazione di sputter magnetron. In particolare, la fase di asportazione comprende l’esposizione del materiale destinato al trattamento a sorgenti di calore in ambiente a vuoto spinto, in modo da causare la volatilizzazione dei predetti inquinanti, che vengono successivamente condensati ed eliminati. The object of the present invention is therefore a method for the metallization of hides and skins, natural or synthetic, comprising the steps of: removal from the material intended for the treatment of all substances capable of interfering with the metallization process; and subsequent metallization through the use of sputter magnetron. In particular, the removal phase includes the exposure of the material intended for treatment to heat sources in a high vacuum environment, in order to cause the volatilization of the aforementioned pollutants, which are subsequently condensed and eliminated.

Ulteriore oggetto della presente invenzione è un apparato per la metallizzazione di pelli e pellami naturali o sintetici, comprendente una prima ed una seconda camera, dette camere essendo comunicanti, pneumaticamente isolabili l’una rispetto all’ altra e provviste di mezzi conduzione del materiale destinato al trattamento, essendo detta prima camera provvista di mezzi di introduzione del materiale destinato al trattamento, mezzi di generazione di alto vuoto, mezzi riscaldamento, mezzi delle sostanze volatilizzabili presenti sul detto materiale, e mezzi di raccolta e scarico delle dette sostanze; detta seconda camera essendo provvista di mezzi di generazione di alto vuoto, mezzi di alimentazione di gas vettore, tipicamente un gas inerte, e mezzi vaporizzazione del metallo destinato a rivestire il materiale, detti mezzi di vaporizzazione comprendono una pluralità di sputter magnetron cooperanti con una pluralità di bersagli metallici. A further object of the present invention is an apparatus for the metallization of natural or synthetic leathers and leathers, comprising a first and a second chamber, said chambers being communicating, pneumatically isolable from each other and provided with conduction means for the material intended for treatment, said first chamber being provided with means for introducing the material intended for treatment, means for generating high vacuum, heating means, means for the volatilizable substances present on said material, and means for collecting and discharging said substances; said second chamber being provided with means for generating high vacuum, means for supplying carrier gas, typically an inert gas, and means for vaporizing the metal intended to coat the material, said vaporization means comprise a plurality of magnetron sputters cooperating with a plurality of metal targets.

In una forma esecutiva preferita, detti mezzi di riscaldamento comprendono una pluralità di lampade, e preferibilmente una pluralità di lampade che emettono radiazioni nell’ambito dell’infrarosso. In a preferred embodiment, said heating means comprise a plurality of lamps, and preferably a plurality of lamps that emit infrared radiation.

I mezzi di condensazione possono comprendere una serpentina gas compresso, disposta nella parete di cielo della detta prima camera. I valori di temperatura raggiunti dalla detta serpentina saranno nell’ordine di da -1 15°a -125°. The condensing means can comprise a compressed gas coil, arranged in the ceiling wall of said first chamber. The temperature values reached by the said coil will be in the order of -1 15 ° to -125 °.

Vantaggiosamente, entrambe le camere saranno estremamente contenute in altezza, in modo da ridurre il volume interno in considerazione della natura del materiale trattato, che è sostanzialmente in pezze la cui lunghezza e larghezza sono entrambi molto maggiori dell’altezza. Advantageously, both chambers will be extremely low in height, so as to reduce the internal volume in consideration of the nature of the treated material, which is substantially in pieces whose length and width are both much greater than the height.

II valore di vuoto raggiunto nell’apparato è nell’ordine di da I O<'4>mbar a I O<'5>mbar, e preferibilmente nell’ordine di 5x 10<'5>mbar. The vacuum value reached in the apparatus is in the order of from I O <'4> mbar to I O <' 5> mbar, and preferably in the order of 5x 10 <'5> mbar.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche risulteranno evidenti dalla seguente descrizione di una forma esecutiva della presente invenzione, resa, a scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento all’unica tavola di disegni allegata, in cui: Further advantages and features will become evident from the following description of an embodiment of the present invention, given, by way of non-limiting example, with reference to the single table of drawings attached, in which:

la figura 1 è una vista schematica con parti in sezione dell’apparato per la conduzione del metodo secondo la presente invenzione. Figure 1 is a schematic view with parts in section of the apparatus for conducting the method according to the present invention.

In figura 1 è illustrato schematicamente l’ apparato atto a condurre il metodo secondo la presente invenzione; con 10 è designato il corpo dell’apparato stesso, suddiviso in due camere 1 1 e 12, separate tra di loro dal tramezzo 301 ; nella camera 1 1 viene condotto la parte di processo di lavorazione del materiale 20 relativa all’asportazione delle sostanze inquinanti, mentre nella camera 12 viene condotta la metallizzazione del materiale 20’ , raffigurato in tratteggio nella figura, precedentemente trattato. Longitudinalmente rispetto alle dette camere 1 1 e 12 è disposta una via a rulli 2, atta a trasportare il materiale 20 destinato al trattamento. Nella camera 1 1 , dotata di una apertura di accesso 101 provvista di mezzi di chiusura 1 1 1 , sono posizionati, immediatamente sopra alla via a rulli 2, dei mezzi di riscaldamento, nella fattispecie le lampade 5, di preferenza lampade che emettono nell’ambito dell’infrarosso; le lampade 5 sono collegate a mezzi alimentazione 105, che saranno opportunamente interfacciati con un sistema di controllo dell’ intensità e della durata dell’irradiazione. Figure 1 schematically illustrates the apparatus suitable for conducting the method according to the present invention; 10 designates the body of the apparatus itself, divided into two chambers 1, 1 and 12, separated from each other by the partition 301; in chamber 1 1 the part of the material processing process 20 relating to the removal of pollutants is carried out, while in chamber 12 the metallization of the material 20 'is carried out, depicted in hatching in the figure, previously treated. A roller path 2 is arranged longitudinally with respect to said chambers 11 and 12, suitable for transporting the material 20 intended for treatment. In the chamber 11, provided with an access opening 101 provided with closing means 11, 1, there are positioned, immediately above the roller way 2, heating means, in this case the lamps 5, preferably lamps which emit in the infrared range; the lamps 5 are connected to power supply means 105, which will be suitably interfaced with a system for controlling the intensity and duration of the irradiation.

In corrispondenza della parete di cielo 701 della camera 1 1 è disposta una serpentina 4, collegata ad un serbatoio di alimentazione di gas 204 e ad un compressore 104; alla parete di cielo sono inoltre collegati i mezzi di generazione del vuoto 3. La parete di fondo 601 della camera 1 1 si presenta invece inclinata verso un condotto 209 cui è collegata una pompa 9 che riversa i fluidi aspirati in una vasca di scarico 109. Tra la camera 1 1 e la camera 12 è, come già detto in precedenza, disposto un tramezzo 301 in cui è formata una apertura 401 provvista di uno sportello 41 1 . A coil 4 is arranged in correspondence with the ceiling wall 701 of the chamber 11, connected to a gas supply tank 204 and to a compressor 104; the means for generating the vacuum 3 are also connected to the top wall. The bottom wall 601 of the chamber 11, on the other hand, is inclined towards a duct 209 to which a pump 9 is connected which pours the sucked fluids into a discharge tank 109. Between the chamber 11 and the chamber 12 there is, as previously mentioned, a partition 301 in which an opening 401 is formed, provided with a door 41 1.

Alla parete di cielo della camera 12 sono collegati i mezzi di generazione del vuoto 6 e dei mezzi di iniezione del gas vettore, comprendenti una valvola di regolazione 107 ed il serbatoio 7. Nella camera 12 sono disposti i magnetron 8 ed i rispettivi bersagli 108; i detti magnetron sono collegati alla sorgente di alimentazione 208, e la camera 12 presenta l’apertura di uscita 501 del materiale trattato, provvista del portello 51 1 . The vacuum generation means 6 and the carrier gas injection means are connected to the top wall of the chamber 12, comprising a regulating valve 107 and the tank 7. The magnetron 8 and the respective targets 108 are arranged in the chamber 12; the said magnetrons are connected to the power source 208, and the chamber 12 has the outlet opening 501 of the treated material, provided with the door 51 1.

Il processo di metallizzazione secondo il metodo dell’invenzione si svolge come segue. Il materiale destinato al trattamento identificato con 20 nella figura, viene introdotto attraverso l’apertura 101 della camera 1 1 all’interno dell’apparato 10. In primo luogo viene stabilita all’interno della detta camera 1 1 una pressione nell’ordine di 5x l 0<'5>mbar tramite la pompa 3 ; al raggiungimento del valore di pressione desiderata, le lampade 5 vengono attivate, e il calore emesso consente la volatilizzazione delle sostante presenti nel materiale, quali grassi naturali o sintetici, solventi, composti utilizzati nella concia delle pelli naturali o nella polimerizzazione delle similpelli. Una volta rese volatili, tali sostanze devono essere rapidamente asportate dall’atmosfera della camera 1 1 , e per questo viene azionata la serpentina 4, che grazie al gas compresso in essa circolante riesce a raggiungere temperature nell’ordine di da -1 15° a -125°C. The metallization process according to the method of the invention takes place as follows. The material intended for the treatment identified with 20 in the figure is introduced through the opening 101 of the chamber 11 into the apparatus 10. First, a pressure of the order of 5x is established inside said chamber 11. l 0 <'5> mbar through pump 3; when the desired pressure value is reached, the lamps 5 are activated, and the heat emitted allows the volatilization of the substances present in the material, such as natural or synthetic fats, solvents, compounds used in the tanning of natural leathers or in the polymerization of imitation leathers. Once made volatile, these substances must be rapidly removed from the atmosphere of the chamber 11, and for this the coil 4 is activated, which thanks to the compressed gas circulating in it manages to reach temperatures in the order of from -1 15 ° to -125 ° C.

Al termine di questa fase del trattamento, il materiale può quindi essere trasferito attraverso l’apertura 401 nel tramezzo 301 alla camera 12 di metallizzazione. In questa camera viene ripristinato un valore di vuoto elevato, nell’ordine di 5x l 0<'5>mbar, e viene quindi iniettato il gas vettore contenuto nel serbatoio 7, in genere N o Ar. Successivamente, secondo modalità prestabilite che variano a seconda del tipo di metallo e dello spessore del rivestimento da effettuare sul materiale, vengono alimentati i magnetron, normalmente tramite una sorgente a DC pulsata con possibilità di alternanze tra fasi di alimentazione continue e/o alternate. Possono essere utilizzati sostanzialmente tutti i metalli e le leghe metalliche indifferentemente; gli spessori di rivestimento possono variare tra 10-20 nm a 250-400 nm. Durante la fase di metallizzazione nella camera 12, viene condotta parallelamente nella camera 1 1 la fase di eliminazione delle sostanze inquinanti che in precedenza erano state condensate sulla serpentina 4; i condensati vengono liquefatti invertendo il ciclo del gas contenuto nella serpentina 4, e quindi vengono avviati, tramite la parete inclinata 601 del fondo della camera, al condotto di scarico 209 e da qui alla vasca di raccolta 109. At the end of this treatment phase, the material can then be transferred through the opening 401 in the partition 301 to the metallization chamber 12. In this chamber a high vacuum value is restored, in the order of 5x l 0 <'5> mbar, and the carrier gas contained in the tank 7, usually N or Ar, is then injected. Subsequently, according to predetermined methods which vary according to the type of metal and the thickness of the coating to be made on the material, the magnetron are powered, normally via a pulsed DC source with the possibility of alternating between continuous and / or alternating power supply phases. Basically all metals and metal alloys can be used indifferently; coating thicknesses can vary between 10-20 nm to 250-400 nm. During the metallization phase in the chamber 12, the phase of elimination of the polluting substances which had previously been condensed on the coil 4 is carried out in parallel in the chamber 11; the condensates are liquefied by inverting the cycle of the gas contained in the coil 4, and are then sent, through the inclined wall 601 of the bottom of the chamber, to the discharge duct 209 and from there to the collection tank 109.

Vantaggiosamente, entrambe le camere dell’apparato 10, che qui per comodità grafica sono state illustrate di una certa altezza rispetto al materiale da trattare, saranno in realtà realizzate con una altezza minima compatibilmente alle attrezzature che in esse dovranno essere inserite, e avranno le dimensioni di larghezza e lunghezza molto maggiori dell’altezza. Advantageously, both chambers of the apparatus 10, which here for graphic convenience have been illustrated of a certain height with respect to the material to be treated, will in reality be made with a minimum height compatibly with the equipment that must be inserted in them, and will have the dimensions of width and length much greater than the height.

Il procedimento trae la sua particolarità dalla progressività dell’azione di metallizzazione generata sul supporto isolante e dal controllo dinamico dei valori di processo con conseguente mantenimento di un costante valore del vuoto in camera. The procedure draws its particularity from the progressiveness of the metallization action generated on the insulating support and from the dynamic control of the process values with consequent maintenance of a constant value of the vacuum in the chamber.

La deposizione del sottile strato metallico genera uno strato di molecole conduttive orientate e perfettamente aderenti al supporto da trattare tale da rendere la superficie perfettamente laminata e con valore ohmico definito dalla resistività del metallo utilizzato e dallo spessore depositato. Contrariamente a quanto generalmente in uso, essendo tale deposito strutturalmente ancorato al substrato, tale processo rende superfluo ogni successivo trattamento di rivestimento protettivo consentendo quindi di mantenere inalterate le proprietà del rivestimento metallico come ad esempio la conducibilità elettrica o la proprietà naturale di ossidazione. Alternativamente, in presenza di esigenze specificatamente elevate di resistenza all’usura e allo sfregamento, trattamenti indurenti possono essere effettuati successivamente alla metallizzazione, tramite copertura con varie tipologie di polimeri con tecniche operative tradizionali a spruzzo o più performanti, realizzati in ambiente di alto vuoto. The deposition of the thin metal layer generates a layer of conductive molecules oriented and perfectly adhering to the support to be treated, such as to make the surface perfectly laminated and with an ohmic value defined by the resistivity of the metal used and by the deposited thickness. Contrary to what is generally in use, since this deposit is structurally anchored to the substrate, this process makes any subsequent protective coating treatment superfluous, thus allowing the properties of the metal coating to be maintained unaltered, such as the electrical conductivity or the natural oxidation property. Alternatively, in the presence of specifically high requirements for resistance to wear and rubbing, hardening treatments can be carried out after metallization, by covering with various types of polymers with traditional spray or more performing operating techniques, made in a high vacuum environment.

Claims

CLAIMS 1. Method for the metallization of natural or synthetic leathers and leathers, comprising the steps of: removal from the material intended for the treatment of all pollutants capable of interfering with the metallization process; and subsequent metallization through the use of sputter magnetron, with appropriate metal targets in an inert gas atmosphere.

2. Method according to claim 1, wherein the removal step comprises exposing the material intended for treatment to heat sources in a high vacuum environment, so as to cause the volatilization of the aforesaid pollutants, and their subsequent condensation and elimination.

3. Method according to claim 2, in which the phases of exposure of the material intended for treatment to heat sources and of the subsequent condensation of the volatilized pollutants is carried out at a pressure in the order of from I O <'4> mbar to I O < '5> mbar.

4. Method according to any one of claims 2 or 3, in which said condensation phase is carried out at temperatures in the order of from -1 15 ° to -125 °.

Method according to any one of the preceding claims from 1 to 4, wherein the metallization thicknesses can vary between 10-20 nm to 250-400 nm.

6. Apparatus (10) for the metallization of natural or synthetic leathers and leathers according to the method of the preceding claims 1 to 5, comprising a first chamber (11) and a second chamber (12), said chambers being communicating, pneumatically isolable with respect to each other and provided with conduction means (2) for the material intended for treatment (20, 20 '), said first chamber (1 1) being provided with means for introducing (101) the material intended for treatment, generation 83) of high vacuum, heating means (5, 105), condensation means (4, 104, 204) of the volatilizable substances present on said material, and means for collecting and discharging said substances (209, 9, 109) ; said second chamber (12) being provided with means for generating high vacuum (6), means for supplying carrier gas (7, 107), and means for vaporizing the metal intended to coat the material, said vaporization means comprise a plurality of sputter magnetrons cooperating with a plurality of metal targets.

7. Apparatus according to claim 6, wherein said heating means comprise a plurality of lamps (5).

8. Apparatus according to claim 7, wherein said heating means comprise plurality of lamps that emit infrared radiation.

9. Apparatus according to any one of the preceding claims 6 to 8, in which the condensation means comprise a compressed gas coil (4), arranged in correspondence with the ceiling wall (701) of said first chamber (11).

10. Apparatus according to any one of the preceding claims 6 to 9, in which both chambers (11, 12) are extremely low in height, so as to reduce the internal volume in consideration of the nature of the treated material.

11. Apparatus according to claim 10, wherein said chambers (11, 12) have dimensions of width and length much greater than the dimension of height.