JP2002516590A - 流体キャリヤー塗布プロセスの塗膜パターンの調整 - Google Patents

流体キャリヤー塗布プロセスの塗膜パターンの調整

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Abstract

(57)【要約】 塗膜パターンを調整する方法を開示する。前記方法は、キャリヤー流体層と機能流体層とを含む複合材料をオリフィスから分配する工程と、前記複合材料を基材と接触させる工程と、前記複合材料を前記基材に移動させる工程とを用い、前記キャリヤー流体層、前記機能流体層、及び前記基材の間の界面の相互作用が、前記基材上の前記機能層のパターン形成塗膜を生じさせる。塗膜パターンはテープ、受像体などの制御された剥離表面を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 流体キャリヤー塗布プロセスの塗膜パターンの調整 技術分野 この発明は、表面の剥離塗膜の配列を制御することに関する。 背景技術 国際特許公開第WO96/23595号(メランコンら)には、キャリヤー流体 プロセスと称される、ウェブ上に複合層を塗布するためのプロセスが開示されて いる。前記複合層は、(水などの)流体のキャリヤー層と1つ以上の機能層(シ リコンまたは他のポリマー材料など)を含む。前記キャリヤー流体層を引き続い て剥離することにより、機能層だけがウェブ上に残される。このプロセスの利点 は、それを用いて、溶剤で希釈せずに薄い(すなわち100ミクロン未満)及び 極薄塗膜(すなわち1ミクロン未満の塗膜)を生じることができることである。 米国特許第5,061,535号(クレッケルら)には、フレキソ印刷またはグ ラビアによって幾何学的パターンを生じさせることが開示されている。 塗布技術はまた、K.ブロジェット著、Journal of the American Chemical Soc iety Vol.571935、1007ページ、及び米国特許第4,093,757号 (バロードら、1978年)及び特開昭63-327260号(松谷ら、199 0年)に記述されているような「ラングミュアブロジェット」型浴用コータを使 用する。ラングミュア浴塗布において、塗料調合物を含む機能層が、水または別 の支持(キャリヤー)液体の浴の表面に浮かべられ、次に、前記浴 表面から基材を浸漬または巻上げることによって基材またはウェブに移動させら れる。 塗布の欠陥を最小に抑えるための塗布を適用する従来の方法は、コーエン,E. D.及びガトフ,E.B.著、Modern Coating and Drying Technology、VCH出版、 ニューヨーク1992年及びサタスD.著、Web Processing and Converting Tech nology and Equipment 、ヴァンノーストランドラインホルド出版、ニューヨーク 1984年に論じられている。 発明の要旨 この発明の機器及び方法は、パターン形成薄〜極薄液膜を基材上に塗布する。 本発明は、キャリヤー流体上に塗膜または機能流体を浮動または支持させること を含み、この複数の流体層が複合材料を形成する。基材及び前記複合材料を、接 触させるように互いに相対運動をさせる。 好ましくは、複合層及び基材を、前記基材の塗膜厚さの全体にわたり複合層の 連続した流体橋を形成するのに十分大きい速度で互いに相対運動をさせる。 前記複合層と基材との間の接触により、基材とキャリヤー流体との間に塗膜ま たは機能層を挿入する。前記キャリヤー流体は、塗布層として基材上に塗布流体 を残したまま、機械的または蒸気化手段によって少なくとも部分的に除去される 。機能層、キャリヤー流体及び塗布条件を適切に選択することによって、均一な パターンを、有用な特徴を付与する機能層中に形成することができる。前記機能 層を加熱または放射手段によって硬化させ、架橋したパターン形成塗膜を生じる ことができる。塗膜及びキャリヤー流体の混和性及び非混和性の組合せを、複合 層中に用いることができる。 上記の発明は、メランコンら(公開第WO96/23595)の記載した流体キ ャリヤー塗布プロセスとは異なっている。メランコンらの塗布技術への改良は有 効であるが、にもかかわらずメランコンらは、均質性、表面有効範囲、パターン 形成、光学透明度などのいろいろな塗膜特性に関する問題を具体的に取り扱わな い。メランコンらの塗布プロセスの開示は、機能性能、例えば、剥離性能を調整 するために塗膜パターンを用いる効用について扱わない。メランコンらはまた、 これらのパターンを生じる流体キャリヤーの使用については開示しない。 同様に、「ラングミュアブロジェット」型コータは、得られた塗被表面の機能 的な性能を改善するための塗膜パターンを生じるための方法では用いられていな い。 実際、従来の塗布に関する文献は、このようなパターンを示す塗料が潜在的に 傷があるかまたは欠陥があるとみなしている。このような塗料の欠陥は、E.コー エン及びE.ガトフ著、Modern Coating and Drying Technologyに詳細に論じら れる(例えば79〜85ページ、156〜163ページ及び287〜290ペー ジを参照のこと)。 本発明の1つの実施例は、前記のメランコンらのキャリヤー流体塗布プロセス または「ラングミュアブロジェット」浴塗布方法を用いて作り出されるパターン を生成、調整、及び制御するための新規な方法である。パターン形成塗膜を作製 する前記方法は、 (a)キャリヤー流体層と機能流体層を含む複合材料を分配する工程と、 (b)該複合材料と基材とを接触させる工程と、 (c)該複合材料を該基材に移動させる工程とを含み、前記キャリヤー流体 層、前記機能流体層、及び前記基材の間の界面の相互 作用が、前記基材上の前記機能層のパターン形成塗膜を生じる。 好ましくは、これらの塗布方法を用いて、光沢がある平滑な塗膜、半透明のパ ターン形成塗膜、または多孔性塗膜を提供する。 本発明の別の実施例は、上記の方法に従って作製された、基材上にパターン形 成塗膜を含む物品であって、仮エレクトログラフ受像体、剥離ライナー、低粘着 裏糊材料、分化剥離層、微孔性薄膜、粘着テープ、高拡散勾配機能層、フィルタ ー、または多孔性基材の表面改質剤を含む物品である。仮エレクトログラフ受像 体は、電子写真受像体または静電受像体であってもよい。 本発明の別の実施例は、望ましい性能特性を有する制御されたパターンを得る ためのキャリヤー流体塗布及び浴塗布プロセス中での流体キャリヤーの使用であ る。好ましくは、前記塗膜パターンは、従来技術で以前に用いられた均一な塗膜 厚さからの生成または繊細化を含んでもよい。 「パターン」は、制限されることなくユークリッド幾何学及びフラクタル幾何 学を含む幾何学の何れかの理論を用いてランダム、対称、または周期的にウェブ の基部まで全体にわたり厚さ、空間分解能及び材料の組成物の点で異なる不均質 塗膜を意味する。 本発明の特徴は、周知の塗布技術を用いて以前に知られていないやり方で、そ のように塗被された何れかの基材の外観、テクスチャー、パターン、及び得られ た塗被表面の特性を制御することができることである。 本発明の別の特徴は、極薄液体塗料でパターンを生じることができることであ る。 本発明の別の特徴は、制御された剥離表面パターン(顕微鏡的または巨視的ス ケールで)を提供するために前記調整された塗布プロセスでシリコーンを主成分 とする剥離組成物を用い、このようなパ ターン形成した制御された剥離表面との仮接触から利益を得るいろいろな材料を 用いることができることである。 本発明の別の特徴は、剥離表面が更に別の工業用途のために作られる状態を制 御するいろいろな加工パラメータ(すなわち、ランダム変化、漸変化、周期的変 化など)を適用することができることである。 本発明の別の特徴は、溶剤で希釈せずに固形分100%の調合物からパターン 形成塗膜を生じることができ、それによって環境汚染及び他の危険、及びそれに 関連した経費を回避できることである。 本発明の別の特徴は、グラビアロールを使用することに伴うような、追加の機 械経費が生じる恐れがなく、固有のパターンを生成及び制御できることである。 別の特徴は、道具類の整備または添加剤なしに粗面を作製することができるこ とである。 別の特徴は、強固に架橋した塗料の剥離力を、塗料パラメータを(調合物及び 添加剤に対して)変化させることによって調整することができることである。 本発明の利点は、精密なパターンを有する剥離表面を作り出す驚くべき結果を 達成するために予想外の方法で高度な周知の塗布技術を用いる汎用性である。 本発明の別の利点は、仮受像体上でパターン形成剥離表面を用いることである 。 本発明の更に別の特徴及び利点は、以下の図面と共に本発明の実施例の説明か らはっきりと目に見える。 図面の簡単な説明 図1は図1A、1B、1C及び1Dからなり、塗料組成物の一定の 粘性を維持したまま、それぞれ10,600、5300、2650、及び132 5Åの塗膜厚さを変える実験の本発明の塗膜の顕微鏡写真である。 図2は、図2A及び2Bからなり、一定の塗膜厚さを維持したまま、それぞれ5 00及び30,000mPasの塗料組成物の粘度を変える実験の本発明の塗膜の顕 微鏡写真である。 発明の実施例 機能層の組成物 本発明で用いられるように、機能層の非制限的な例は、モノマー、オリゴマー 、溶存固形分の溶液、固体-流体分散系、流体混合物、及びエマルジョンをなど である。このような流体は、剥離塗膜、低粘着塗膜、下塗り層、接着剤塗膜、保 護塗膜、光学活性塗膜、及び化学活性塗膜などのウェブ上の広範囲の機能塗料を 作り出すことに有用である。 この発明によって作製された塗膜は、剥離ライナー、感圧テープ、写真フィル ム、エレクトログラフ印刷媒体、磁気記録テープ、ガス分離膜、反射シート材料 及び標識、医学包帯、塗被研磨剤、版面、膜及び薄膜などの製品を製造するとき に実用性を有することができる。機能塗料流体は、キャリヤー流体と混和性、ま たは非混和性であってもよい。好ましくは、機能流体層は、剥離材料、接着剤、 プライマー及び低粘着裏糊材料からなる群から選択される。 好ましい機能層調合物は、シリコーン−尿素剥離調合物(米国特許第5,045 ,391号(ブラントら)に開示されているような)、シリコーンまたはフルオロ シリコーンポリマー(エチレン性不飽和−、ヒドロキシ−、エポキシ−末端また はペンダント機能性シリコ ーン及びフルオロシリコーンプレポリマーなど)、またはPCT公開第WO97/12 282号に開示されているような好適な低表面エネルギーを有する他の剥離ポリ マー(ポリ(オルガノシロキサン)、フルオロポリマーなど)などである。架橋可 能な基のモルパーセントは、好ましくは約0〜20モル%、より好ましくは約0 〜15モルパーセント、最も好ましくは約0〜10モルパーセントである。付加 硬化系については、ビニル及びアルケニル(炭素の数が2より多く10より少な い)の両方の架橋基両方を用いることができる。架橋の分布は、特に、添加剤と してより高分子量のシリコーンゴムの存在下で、一峰性、二峰性、または多峰性 であってもよい。 より好ましくは、機能層は、エチレン性不飽和−末端及び/またはペンダント シリコーンプレポリマー、シリコーン−尿素ポリマー、及び上記のエポキシ機能 性シリコーン及びフルオロポリマからなる群から選択される。 好ましくは前記シリコーン、フルオロシリコーン及びフルオロポリマー機能層 プレポリマーの数平均分子量は2,000〜60,000Daの範囲であり、0〜3 0,000mPas、すなわち、無溶剤の塗布に好適な範囲である。更に、溶剤を用 いてより高分子量のシリコーン及びフルオロシリコーンプレポリマーを溶解する ことができる。より好ましくは、前記機能層プレポリマーの数平均分子量は10 ,000〜30,000Daであり、粘度が200〜20,000mPasである。 付加硬化機能層のための架橋剤及び硬化触媒 熱及び放射線硬化(赤外線、紫外線、または可視光の他、電子ビーム、ガンマ 線源などの短時間燐光を発する放射能源)系を用いて架橋させることによって、 前記パターンを機能層中に永久的に維持 することができる。付加硬化シリコーンプレポリマーについて、水素化シリル架 橋剤の非制限的な例は、ダウ・コーニングのホモポリマー(Syl-OffTM7048) 、コポリマー(Syl-OffTM7678)及び混合物(Syl-OffTM7488)などであ る。水素化シリル:ビニル比が1:1〜10:1に対応する量の架橋剤を、70 :30の比のベンジルアルコール中のフマレートなどの適当な量の抑制剤と共に 用い、固形分100%の塗料分散系の十分な硬化及び適当な可使時間を熱触媒に よって得た。 付加硬化シリコーン機能層ポリマーについては、熱及び紫外線(「UV」)開始白 金触媒を、本発明の剥離表面の形成に用いることができる。白金熱触媒の非制限 的な例は、ダウコーニング(ミシガン州、ミッドランド)のSyloff 4000及 びGelest(ペンシルベニア州、トューリータウン)白金-ジビニルテトラメチル ジシロキサン錯体(SIP6830.0及びSIP6831.0)である。白金UV触媒の 非制限的な例は、米国特許第4,510,094号(ドラナーク)に開示されてい る。熱触媒と異なり、UV触媒は、前記錯体がUVに露光するまで効果的に抑制され るため、付加的な抑制剤を必要としない。 化学改質剤 化学添加剤または改質剤を前記機能層の組成物に添加することができる。これ らの化学添加剤は、より高分子量のゴム、パーティキュレイト充填剤、シリケー ト樹脂、界面活性剤、パーティキュレイト充填剤などであってもよい。 シリコーンゴムの非制限的な例は、Gelest製の分子量30,000〜800,0 00Daのビニル官能性ゴム(DMS-41、DMS‐41、DMS‐46、DMS‐52)、 米国特許第5,468,815号及び5,520, 978号(ボードマン)及び欧州特許公開第0559 575 A1号に従って調 製されたエチレン性不飽和オルガノポリシロキサン組成物などである。 好ましくは、前記アルケニル機能性シリコーンは、炭素原子が2〜10個、分 子量が約440,000Daである。シリコーン組成物が固形分100%の調合物 中で低粘度シリコーンプレポリマーに添加剤として用いられたとき、それらの分 子量は好ましくは800,000Da未満、より好ましくは600,000Da未満、 最も好ましくは500,000Da未満であった。それらの濃度はシリコーンプレ ポリマー中、好ましくは20%(w/w)未満、より好ましくは10%(w/w)未 満、最も好ましくは5%w/w未満であった。 充填剤の非制限的な例は、CAB-O-SILTMTS-530、TS-610及びTS-720( 全て、マサチューセッツ州、ビレリカのキャボットコーポレーション製)、CAB-O -SILTMR812、R812S、R972、R202(ニュージャージー州、リッジフ ィールドパークのデガッサコーポレーション製)などの疎水性ヒュームドシリカ などである。低表面エネルギー充填剤の非制限的な例は、ポリメタクリル酸メチ ルビード、ポリスチレンビード、シリコーンゴム粒子、テフロン粒子及びアクリ ル粒子などである。用いることができ、より高い表面エネルギーである他のパー ティキュレイト充填剤は、シリカ(疎水性に改質されていない)、二酸化チタン、 酸化亜鉛、酸化鉄、アルミナ、五酸化バナジウム、酸化インジウム、酸化スズ、 アンチモンドープト酸化スズなどであるがそれらに制限されない。表面エネルギ ーを下げるために処理された高表面エネルギー粒子はもまた有用である。好まし い無機粒子は、ヒュームド、沈降または微細シリカなどである。 より好ましい無機粒子は、商品名CAB-O-SILTM(キャボット・コ ーポレーション製)及びAEROSILTM(デガッサ製)で周知のコロイドシリカなど である。CAB-O-SILTM TS−530、TS-610及びTS-720(全て、マサチュー セッツ州、ビレリカのキャボットコーポレーション製)などの疎水性に処理され たコロイドシリカが好ましい。CAB-O-SILTM TS-530は、ヘキサメチルジシラ ザン(HMDZ)で処理された高純度疎水性ヒュームドシリカである。CAB-O-SILTMT S-610は、ジクロロジメチルシランで処理された高純度疎水性ヒュームドシリ カである。CAB-O-SILTM TS-720は、ジメチルシリコーン流体で処理された高 純度疎水性ヒュームドシリカである。前記処理剤は、前記ヒュームドシリカ上の 表面ヒドロキシル基の多くをポリジメチルシロキサンポリマーで置き換える。前 記処理剤はヒュームドシリカ上のヒドロキシル基の多くをトリメチルシリル基で 置き換える。結果としてシリカは低表面エネルギー粒子である。 最も好ましくは前記充填剤は、ヌーシルコーポレーション(カリフォルニア州 、カーピンテリア)製の、HMDZでin situ処理された、シリカをプレポリマーに 化学結合する疎水性に改質されたヒュームドシリカである。前記疎水性の充填剤 の組成は、好ましくは0.1〜20%、より好ましくは、0.5〜10%、最も好 ましくは1〜5%w/wである。 シリケート樹脂の非制限的な例は、ダウコーニング7615、シリコーン中の シリケートの分散系として提供されるGelestビニルQ樹脂VQM‐135及びVQM‐14 6などである。好ましくは、前記シリケート樹脂は、シリコーンプレポリマー中に 5〜100%w/w、より好ましくは0〜75%、最も好ましくは0〜50%(w /w)で存在している。 界面活性剤の非制限的な例は、Modaflow(ミズーリ州、セントルイス、モンサ ント)、BYK‐358(BYK‐Chemie)などの低 分子量アクリレートを主成分とする界面活性剤、Silwets(OSI)などのシリコー ン機能性界面活性剤、Fluorads(ミネソタ州、セントポールの3M)及びZonyl( デラウェア州、ウィルミントンのデュポン)均染剤などのフルオロケミカル界面 活性剤などである。 厚さ 前記機能層の平均厚さは、好ましくは約0.005〜100ミクロン、より好 ましくは約0.01〜25ミクロン、最も好ましくは約0.1〜5ミクロンである 。 基材 前記基材は連続ウェブ、不連続シートまたは硬質ピースパーツ、または前記塗 膜を介して移動されるピースまたはパーツの配列であってもよい。基材の非制限 的な例は、不透明、半透明、及び透明な基材、低表面エネルギー及び高表面エネ ルギー基材、テクスチャード、パターン形成、粗い及び平滑な基材、及びそれら の組合せなどである。好ましい連続ウェブは、低〜高表面エネルギーの透明、半 透明、または不透明な材料などである。より好ましくは前記基材は、ポリエチレ ンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、及びPCT公開特許第WO9 6/34318号の実施例6に記載されたような逆二層光受容体などであっても よい。最も好ましくは、前記基材は透明ポリエステルである。 キャリヤー流体層及び機能流体層の複合材料の分配 キャリヤー流体及び機能流流体の複合材料の分配の非制限的な例は、浸漬塗布 、浴塗布、キャリヤー流体塗布、多層カーテン塗布、多層押出ダイ塗布、ロール 塗布、吹付け塗布及びドリップ塗布など である。これらの塗布方法のうち、キャリヤー流体塗布と浴塗布とが好ましい。 キャリヤー流体塗布プロセスのパラメータ 国際特許公開第WO96/23595号(メランコンら)には、機能層(シリコ ーンまたは他のポリマー材料など)をウェブに移動させるために流体(水など) のキャリヤー層を使用するための一般的なパラメータが開示されている。好まし い方法は、複合層のカーテン塗布である。 本発明で用いられるように、キャリヤー層は好ましくは水及び非水性であるが 水混和性の液体、より好ましくは水、塩溶液、及び界面活性剤水溶液、最も好ま しくは水道水である。前記キャリヤー層中の水の濃度は、好ましくは約0〜10 0%、より好ましくは約50〜100%、最も好ましくは99%(w/w)より大 きい。 メランコンらは一般的な加工パラメータを記載しているが、以下のパラメータ が本発明の範囲の理解に重要である。 前記連続プロセスのウェブ速度は、好ましくは約0〜5000m/分、より好 ましくは約2〜1000m/分、最も好ましくは約10〜300mの/分である 。 カーテン高さは、好ましくは約0〜30cm、より好ましくは約1〜15cm、最 も好ましくは約2〜5cmである。基材に対するカーテンの角度は、好ましくは約 0〜90度、より好ましくは約20〜60度、より好ましくは約40〜50度で ある。 パターンの表面有効範囲は、好ましくは表面積の約0.1〜99%、より好ま しくは表面積の約5〜99%、最も好ましくは表面積の20〜99%である。 パターン形成を本明細書に論じられた他のパラメータの制御に基 づいていろいろな幾何学的なパターンで形成することができる。例えば、流体流 れの制御は、通常のやり方でパターンを変えることができ、ユークリッド幾何学 パターンとなる。 光学透明度は、前記塗料の使用に依存して好ましくは透明から不透明までであ る。 顕微鏡的レベルの表面積の全体にわたる厚さの変化は、好ましくは約0〜10 ミクロン、より好ましくは約0〜5ミクロン、最も好ましくは約0〜2ミクロン である。 乾燥パターン(例えば、ベナールセル)を用いて、テクスチャーを剥離表面上 に生じさせることもできる。しかしながら、この発明の機構は異なった手段によ るものである。塗膜の温度勾配によって生じた密度勾配または表面張力勾配によ る乾燥パターンの形成の機構は、E.コーエン及びE.ガトフ著、『Modern Coati ng and Drying Technology』、(VCH出版、ニューヨーク、1992年)、132 〜94ページ、ベラーデ及びノーマンド著、『Convection』サイエンティフィッ ク・アメリカン 、243、92ページ(1980年)である。 湿潤塗膜厚さ1mm未満については、対流気泡はほとんど常に表面張力による ものである。表面張力による対流パターン(ベナールセル)の形成は、マランゴ ニ数の大きさによって予想される: [式中、(dσ/dT)は、温度に対する塗膜流体の表面張力の変化であり、(dT/dy)は 湿潤塗膜の厚さの全体にわたる温度変化であり、hは湿潤塗膜の薄膜厚さであり 、ηは前記塗膜流体の剪断粘度であり、kは前記塗膜流体の熱伝導率であり、pは 前記塗膜流体の濃度であり、Cpは前記塗料流体の一定圧力での液体熱容量である ]。 厚い塗膜(すなわち湿潤薄膜厚さ>1mm)については、表面張力による不安 定性がMa>80について生じる。しかしながら、コーエン及びガトフは、臨界マ ランゴニ数がより薄い塗膜についてはより小さくなることを指摘する。このよう に、マランゴニ不安定性は、温度に対する表面張力勾配(dσ/dT)、湿潤塗膜厚さ に対する温度勾配(dT/dy)、及び湿潤薄膜厚さ(h)を増すことによって増大する 。同様に、マランゴニ不安定性は、流体粘度(η)の増加、流体熱伝導率(k)の 増加、流体密度(ρ)の増加または流体熱容量(Cp)の減少によって減少する。 この発明は、前記基材上の塗膜のパターン形成に寄与する3つの成分、塗膜の 機能層、塗膜のキャリヤー層、前記層が接触する基材の存在に依存することによ って本技術に及ぶ。塗料の2つの層が、キャリヤー層の蒸発または他の仕方で除 去する前にパターンを生み出すことができることが、本発明の特徴である。機能 層とキャリヤー層との両方が基材と接触しているときにだけ、2つの層と基材と の界面の相互作用の可能性が生じる。この界面の相互作用は、基材上の機能層の パターンの形成に寄与する。 浴塗布プロセス 機能層は、メランコンの特許第WO 96/23595号の上述のキャリヤー流体 塗布プロセスと同じ層を含む。 前記浴は、メランコンの特許第WO 96/23595号の上述のキャリヤー流体 塗布プロセスのキャリヤー層と同じ液体を用いることができる。 以下のパラメータは、本発明の範囲の理解に重要である。 連続プロセスのウェブ速度は、好ましくは約0〜5000m/分、より好まし くは約2〜200m/分、最も好ましくは約10〜30 m/分である。 顕微鏡レベルでの表面積全体にわたる厚さの変化は、好ましくは0〜10ミク ロン、より好ましくは約0〜5ミクロン、最も好ましくは約0〜2ミクロンであ る。 本発明の方法に従って生み出されたパターンが、基材への移動工程の間、基材 の基部まで全体にわたり厚さ、空間分解能及び材料の組成物の不均質性、及びそ れらの組合せを有するパターンを含む。前記パターンの変化をランダム、対称、 周期性、漸変、不規則、円形、角のある形、角のない形、それらの組合せからな る群から選択することができる。更に前記パターンは、艷消仕上、光学透過率、 粗さ、多孔率、画像品質、制御剥離、部分的塗布、及びそれらの組合せなどの特 徴を有することができる。使用された塗布プロセスの種類に関係なく、本発明は 任意に、前記キャリヤー流体を前記基材から除去する追加的な工程を含む。キャ リヤー流体を除去する方法の非制限的な例は、機械的掻き取り、重力、求心性除 去、吹き込み、吸込み、キャリヤーの固化と掻き取り、吸収材料中への吸収、キ ャリヤーのゲル化と掻き取り、塗料のゲル化と掻き取り、キャリヤー流体の吸収 、及び蒸発などである。 使用された塗布プロセスの種類に関係なく、本発明は任意に、前記基材上の前 記機能流体層を後処理する追加的な工程を含む。後処理の非制限的な例は、工程 (c)ですでに形成されたパターンを保持するための乾燥、架橋、前記パターン形 成塗膜の前記基材からの分離、及びそれらの組合せなどである。 発明の有用性 本発明のプロセスを用いて、剥離特性を調整することによって高級な剥離表面 を発展させることができる。それはまた、塗膜の光学 透明度を、すなわち光沢がある外観から半透明の外観まで変えるために用いるこ ともできる。別の用途において、この塗布プロセスは多孔性のポリマー膜を生み 出すために用いることができる。 塗膜パターンの調整は、剥離特性、塗膜の光学透明度または多孔率を制御する ために有用である。半透明または艶消し剥離表面もまた、テープに用いた剥離塗 膜の欠陥のある外観を低減させるために有用であり得る。パターン形成した剥離 表面を用いて剥離力を制御してもよく、前記塗布方法(化学的性質よりむしろ) を、特定の用途のために剥離特性を「微調整する」ために用いることができる。 パターン形成剥離塗膜は医用テープのために有用であることがあり、前記パター ンは表皮または他の組織からの剥離特性を調整することができる。パターン形成 塗膜はまた、塗膜の相対的な遮断層及び透過性特性を制御するために用いてもよ い。水蒸気の透過性(MVT)に影響を与えることがあり、このため、このプロセ スは高MVTを必要とする医療用テープの用途がある場合がある。多孔性膜及びパ ターン形成薄膜をこの技術によって生み出すことができ、液体及びガスの流れを 制御するのに効用があることがある。 これらのパターン形成プロセスは、固形分100%の調合物を用いることがで き、その調合物は環境上より良性である。これらのパターンを約0.005〜1 000ミクロンの塗布厚さで適用することができる。パターン生成の方法は、パ ターンの変化及び制御のための道具コストを使最小にするという利点を有する。 これらのパターン形成表面剥離層を生み出す方法は、エレクトログラフ、特に 電子写真及び静電印刷のために用いられるように、仮受像体の要素としても有用 である。 更に他の実施例及び使用を以下の例において記載する。 例 原料 用いた原料は、硬化性及び非硬化性シリコーン及びフルオロシリコーンからな った。付加硬化性、エチレン不飽和シリコーンは、従来技術(米国特許第4,6 09,574号など)に周知の方法によって作製され、ダウ・コーニング(Syl-Of f7240、ミシガン州、ミッドランド)、Gelest(VDT-731、ペンシルベニア 州、トューリータウン)、ユナイテッドケミカルテクノロジースインク(PS44 4、及びPS445、ペンシルベニア州、ブリストル)及びヌーシルテクノロジー ズ(PLY7500、カリフォルニア州、カーピンテリア)の市販品である。 剥離材料は、ホモポリマー及び/またはコーポリマ水素化物架橋剤と組合せた 基礎シリコーンまたはフルオロシリコーン付加硬化プレポリマーを含んだ。これ らのプレポリマーは、架橋性エンドキャップ基(endcapping group)のほかにペ ンダント架橋性基のの存在または欠如並びに(低)分子量の範囲によってもたら される、潜在的な架橋密度の範囲を表し、このようにして低粘性の無溶剤塗膜調 合物を可能にした。架橋性基のモルパーセントは、前記プレポリマー中1〜10 %の間で変化した。ビニル及びアルケニル架橋基の両方を用いた。前記プレポリ マーの分子量は、無溶剤塗布方法のために有用な粘性範囲に対応すると共により 高い有効架橋密度を生じる、より低分子量の約10,000〜30,000Daの範 囲であった。 エポキシ機能性シリコーンGE UV9300(ニューヨーク州、ウォーターホー ドのゼネラルエレクトリックカンパニー製)及び米国特許第5,332,797号 のケッセル及びネルソンの実施例1に従って調製された混合エポキシ機能性シリ コーン(MES)などの他の機能性シリコーン及びフルオロシリコーンも用いた。 更に、非架 橋性ポリジメチルシロキサン粘度標準液(マサチューセッツ州、ストートンのブ ルックフィールドエンジニアリングラボラトリーズ)も用いた。シリコーンプレ ポリマーはまた、架橋剤及び硬化系を使用せずに用いられた。シリコーン及びフ ルオロシリコーンは、無溶剤塗布方法に有用な粘度範囲に対応する(すなわち1 〜30,000mPas)、分子量が10,000〜30,000Daに変化した。 表1は、用いた材料の一部を、その当量と共にまとめる。 熱及び紫外線(「UV」)開始白金触媒を用いた。白金熱触媒の例は、ダウコー ニング(ミシガン州、ミッドランド)Syl-Off4000及びGelest(ペンシルベ ニア州、トューリータウン)白金-ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体(SIP 6830.0及び6831.0)である。ジエチルフマレートとベンジルアルコー ル(FBA)との重量比70:30の混合物の適当な量を、米国特許第4,774, 111号及び5,036,117号に教示されるように抑制剤または浴寿命エキス テンダーとして添加することができる。白金UV触媒も用いられ、L.D.ボードマン 著、Organometallics、1992年、11、4194〜4201ページ及び米国 特許第4,510,094号及び4,600,484号(ドラナーク)に記載されて いるように調製された。 水素化シリル架橋剤は、ダウコーニング製のホモポリマー(Syl‐Off7048 )、コポリマー(Syl‐Off7678)及び1:1混合物(Syl‐Off7488)で ある。 水素化シリル:ビニル比1.3:1〜5:1に対応する量の架橋剤を基礎プレ ポリマー中2.40%w/wのFBAと組合せて用い、固形分100%の調合物の良好 な硬化及び適切な可使時間に達した。他の実験においては、前記調合物は前記シ リコーンプレポリマーだけを含有し、架橋剤または硬化系を含まなかった。 疎水性シリカ(CAB-O-SILTMTS-530及びTS-720(全て、マサチューセッ ツ州、ビレリカののキャボットコーポレーション製)及びシリコーン中のin-sit uヘキサメチルジシラザン処理されたシリカ(カリフォルニア州、カーピンテリ アのヌーシル製)などの添加剤をこれらの調合物中で用いた。摩擦係数を改良し た、高分子量のシリコーンゴムを、ボードマンらの米国特許第5,520,978 号及び5,468,815号に記載された方法に従って調製し、若干の調合物中で 用いた。界面活性剤(SAA)は、Fluorad FC431(ミネソタ州、セントポールの 3M製)、Silwet L77(コネチカット州、ダンバリーのOSIスペシャルティズイン ク製)、Modaflow III及びModaflow 2100(ミズーリ州、セントルイスのモン サントコーポレーション製)及びBYK-358(メリーランド州、コロンビアのBY K-ガードナー製)を含んだ。ヘプタンをいくつかの試料に添加し、粘度及び表面 張力の効果を調べた。 無溶剤塗膜調合物について、配合物Aは前記基礎シリコーン、ゴム、白金触媒 及びフマレート抑制剤を含有した。完全に反応性の系を(配合物B架橋剤を含有 する)の添加によって塗布のすぐ前に調製した。これらの調合物の例をエチレン 性不飽和付加硬化ポリマーについて表2に記載する。同様な調合物をビニル官能 性基礎ポリマーについて調製した。 表1 材料セットの概要 表2 無溶剤剥離調合物のための配合物A及びBの実施例の調製 塗膜基材は、幅12インチ(38cm)の透明ポリエステル薄膜、アルミニウム 処理PET、バリア層を有する逆二層光伝導体を含んだ(その調合物はPCT公開WO9 6/34318号の実施例6に記載されている)。 キャリヤー流体塗布プロセス 国際特許公開第WO96/23595号に記載されているように二層スライドダ イを用いた。シリコーンは、0.254mm間隙を有する上部スロットから流出 した。水は、0.508mm間隙を有する下部スロットを介して流出した。両方 のスロットは、幅248mmであった。市の水道水をキャリヤー層として用いた。 下部ダイスロットから出る水流れ速度は2.2〜2.8L/分(21〜22.6rpm のポンプ速度に対応する)で変化した。代表的な水温は、より高い水温の効果を 試験するように具体的に設計された実験中を除いて、10〜13℃であった。こ れらの場合、水温は10〜66℃の範囲で変化した。塗膜の厚さを(前記ダイ中 に剥離調合物を計量しながら供給する)シリンジポンプ速度を変えることによっ て、またはウェブ速度を変えることによって制御した。塗膜厚さは、0.1〜2 ミクロンの間で変化した。代表的なウェブ速度は3〜30m/分であった。代表 的なシリンジポンプ速度は毎分1〜5ミリリットルの範囲であった。 ラングミュアブロジェット浴塗布プロセス ラングミュアブロジェット浴塗布も用いた。ウェブが塗布ロールによって槽表 面に軽く触れるとき、シリコーンなどの機能層が水槽の表面に適用され、移動ウ ェブ上に引かれた。温度がこのプロセスに及ぼす効果は、前記槽が冷たい水(1 0℃)または熱水(50℃) で満たされたときに得られた塗膜特性を検査することによって調べられた。 従来のグラビア塗布プロセス 直接、前向きオフセット及び逆オフセットグラビア方法もまた、試料を塗布す るために用いられた。これらの方法を用いて、キャリヤー流体塗布プロセス及び 浴塗布の水キャリヤーをベースとしたプロセスに比較するために0.3〜2ミク ロンの目標範囲の塗膜厚さに達した。実験を2つの異なった塗布ライン上で、す なわち、一方がは3mの赤外炉を有するライン、他方が3mの空気加圧浮上乾燥 機を有するライン上で行なった。錐体セルが30〜77億立方ミクロンの体積係 数を有するグラビアロールを用いた。ウェブ速度は毎分3,15と30メーター (m/分)であった。グラビアロール速度は1〜13.6m/分に変化した。グ ラビアロール速度を、オンラインUVゲージからのフィードバックに応じて塗膜を 厚くするかまたは薄くするように調節した。 試験方法 塗膜厚さ グラビア実験の塗膜厚さは、米国特許第3,956,630号、米国特許第4, 250,382号、米国特許第4,978,731号及び米国特許第4,922,1 13号に開示されているようにオンラインUVゲージを用いて測定された。UV染料 を1%(w/w)濃度で前記塗膜中に混合した。塗膜中の染料はUV光によって励起 され、それが放出したシグナルは塗膜厚さに比例した。オンライン検量線は、塗 布バー下でウェブ上に周知の塗布量を計量しながら供給するためにシリンジポン プを用いて周知の速度で前記ウェブラインを動かす ことによって生み出された。蛍光強度と塗布との関係は、考察対象の範囲(すな わち0.1〜1ミクロン)で線形であった。 光学顕微鏡検査 Zeiss Axioskope顕微鏡を用いて、反射光及び透過光の両方によって微分干渉 コントラストレンズで50xの倍率を用いて塗膜を調べた。画像をポラロイド カメラでブラック及びホワイトフィルムに記録した。 実験結果 実施例1 実施例1は、流体キャリヤー塗布プロセスによって生み出されたパターンの性 質を示す。前記流体キャリヤー塗布プロセスが、水を流体キャリヤーとして用い てポリエチレンテレフタレート(すなわち、ポリエステル)基材上にエチレン性 不飽和シリコーンIの機能層を塗布するために用いられた。図1及び実施例1. 1(表3)に示すように、機能層の厚さによって寸法が異なる突出した且つばら つきのないパターンが基材上に見られた。これらのパターンはコータの後、且つ 塗膜が熱硬化される炉の前に観察された。これらの塗膜を架橋し、パターンを保 持することができる。約1.1ミクロンの塗膜厚さで、前記塗膜は、図1Aに示さ れるように、顕著なゆず膚組織を示すことが明らかにされた。この組織は、塗膜 厚さ低減させられるときにより微細になり、0.52及び0.26ミクロン(それ ぞれ図 1B及び1C)でより小さい、より円形の孔を示した。0.13ミクロン (図1D)に対応する塗膜重量で、前記パターンは目でほとんど識別できず、塗 膜の顕著な特性は、(光沢に対して)その半透明または艷消しの仕上りであった 。 機能層I(表1に記載する)をラングミュア浴コータ及び直接グラビアを用い ているポリエステル基材上に塗布した。また、調合物Iは固形分100%の調合 物からなった。ウェブ速度とグラビアロール比、及びセルパターンは、得られた 機能層の厚さ、すなわち、0.5ミクロンが3つの塗布方法で同じようになるよ うに選択された。前記塗膜パターンについて表3に記載する。ラングミュア浴コ ータがキャリヤー流体として水と共に用いられるとき、類似した小さい丸い「ピ ンホール」パターンが、流体キャリヤー塗布プロセスが用いられたときのように (図1B及び実施例1.1及び1.2)機能層に見いだされた。対照的に、実施例 1.3に示されるように、グラビアが同じ固形分100%の調合物及びポリエス テル基材と共に用いられるが、水(または流体キャリヤー層)が存在しないとき 、ピンホールパターンは見られなかった。むしろ、前記グラビアパターンが明ら かであった。 表3 キャリヤー流体コータ、浴コータ及びグラビアによって生み出された塗膜パター ンの比較 グラビアプロセスで類似のパターンが存在しないことは、前記ゆず膚または円 形パターンが塗料と基材との間の相互作用のためだけによるものではないという 考えを支持する。流体キャリヤーが存在することは、パターン生成に重要である 。特定の理論に縛られるわけではないが、基材、流体キャリヤー、機能層の相互 作用がパターン生成に不可欠であると考えられる。 実施例2 表4の実施例2は、流体キャリヤー塗布方法を用いて、異なった分子量、粘度 及び架橋官能価を有するシリコーン機能層についてパターンを生成及び制御する ことができることを示す。表4に示されるように、各シリコーン系列中、より薄 い塗膜はより細かいパターンを示す。エポキシシリコーン(実施例2.1〜2.8 )などの局在高エネルギー官能基を有するシリコーンの表面パターンは、アルケ ニル機能性シリコーン(実施例2.9〜2.20)と比較して類似した塗膜厚さで より細いまたはより半透明の塗膜(ゆず膚がより目立たない)を示す。 表4に示されるように、より高粘度のシリコーン(より高い分子量に対応する) は類似した塗膜重量でより細いパターンに対応する。これは、実施例2.10( 450mPas)と比較して実施例2.20(10,000mPas)に容易にみられる。 実施例2.21に示されるように、溶剤を前記調合物に添加してパターン形成作 用を変化させることができる。 表4 シリコーン官能価がいろいろな調合物粘度及び塗膜厚さのキャリヤー流体塗布プ ロセス塗膜パターンに及ぼす効果 実施例3 表5の実施例3と図2は更に、機能層の粘度が流体キャリヤー塗布方法による パターン生成に及ぼす効果を示す。粘度の効果は、ブルックフィールド製のポリ ジメチルシロキサン粘度標準液を用いて調べられた。図2aに示すように、類似 した粘度のアルケニル機能性シリコーン(I)についての図1bに示すゆず膚に類 似した、顕著なゆず膚が500mPasシリコーンについて見られた。図2bの30, 000mPasなどのより高い粘度で、非常に小さい円形パター ンだけで光沢があり、前記塗膜は半透明または艶消し仕上りを生み出した。しか しながら、ダウンウェブの畝パターンが塗膜にはっきりと目に見えた。更に別の 結果を0.26〜1.1ミクロンの厚さに塗被された一連の粘度標準液(480〜 30,000mPas)について実施例3.1〜3.12に示す。実施例3は、機能層 ポリマーの同族列について、パターンが粘度及び塗膜重量を適切に選択すること によって制御され得ることを示す。パターンを調整して、光沢のある、半透明( または艷消仕上)、または多孔性塗膜を得ることができる。グラビア塗布と対照 的に、再機械整備の経費がパターン制御のために必要とされない。 表5 塗膜厚さ及び粘度がキャリヤー流体塗布によって生み出される剥離塗膜パターン 特性の調整に及ぼす硬化 実施例4 実施例4は、界面活性剤(SAA)をシリコーン相に添加することによって水と シリコーンとの間の表面張力勾配を変える効果を示す。SAAを流体キャリヤー中 で用いることもできる。 表6 表面張力調整剤及び均染剤が流体キャリヤー塗布プロセスによって生み出された パターン形成剥離表面に及ぼす効果 実施例4.1及び4.2に示されるように、SAAを含有するシリコ ーンまたはフッ素を付加することにより、実施例2.10及び3.10と比較して 塗膜の厳密なパターン形成を促すことができる。Modaflowなどの均染剤を使用す ることにより、はけすじ組織を有する艷消しまたは半透明の塗膜(実施例4.3 及び4.4)を示すパターンを弱めることができる。Modaflow2100の濃度を 増大させることは、水キャリヤー流体ディウェッティング及び不整塗膜パターン (実施例4.5)由来の湿潤縞につながることがある。疎水性結合シリカ(例え ばヘキサメチルジシラザンin situ処理シリカ、実施例4.6)を含むことは、実 施例2.14(シリカを用いない同じシリコーンを含有する)のような類似した 微細なゆず膚パターンにつながる。HMDZ‐in situ処理シリカの使用は、非結合 シリカは非常に不安定な水カーテンを生じるため(実施例4.7)、前記水キャリ ヤープロセスのための非結合疎水性シリカより好ましい。(実施例4.3及び4. 5を示したような)SAAを混和することに伴って生じる排水パターンを、(もっ ぱら排液に頼る代わりに)キャリヤー流体塗布プロセス設定で水の除去のために 空気バーを用いることによって低減または除去することができる。 実施例5 前記調合物中に(または水カーテン中に)SAAを含める他に、水またはシリコ ーン(または両方)の温度を表面張力を変化させるために変えることができる。 これは、キャリヤー流体塗布プロセスで水温が10〜30℃の間で変化する表7 の実施例5に示される。前記機能層調合物は、アルケニル機能性シリコーンIか らなった。塗膜基材は透明ポリエステルであった。 表7 流体キャリヤーの温度を調節することによる水の表面張力の調整 対照標準(実施例5.1)について10℃でゆず膚パターンを生じるように条 件が選択された。前記温度を38及び49℃まで上昇させるとき、より細いパタ ーンが得られた(実施例5.3及び5.4)。49℃でより高いウェブ速度において 、塗膜が付着しないように空気が連行(entrained)された(実施例5.5)。66 ℃で、カーテンは不安定であり(実施例5.6)、多くの乱れ及びダウンウェブチ ャター(または海岸パターン)を生じた。しかしながら、66℃の前記ウェブの 塗被部分において、前記パターンの大きさが非常に微細であったことは注目に価 する。0.51ミルより大きいスロット寸法及びより大きい流れ速度では、カー テンの安定性を改善し、 あり得るこの温度で塗膜を作製することができる。我々はまた、キャリヤー流体 塗布プロセスのための本発明のダイデザインによって、水の加熱はシリコーンの 加熱をもたらしたことに注目する。前記ダイは、第2の相に対する1つの相の表 面張力及び粘度を変えるように優先的に温度を用いるために設計を変更すること ができる。 塗膜はまた、高温で前記浴コータ上に作製された。59℃及び15m/分で、 シリコーン調合物Iは、ポリエステル基材上に均一に塗布するよりむしろ、前記 水中に「ネッキングする」ことが観察された。0.5%BYK-358などのSAAの添 加は、シリコーンを浴表面上に無秩序に薄く広げた。 実施例3、4及び5は、流体キャリヤーを用いて塗布プロセスにおいてパター ンを制御する、すなわち、プロセス及び調合物パラメータ(塗膜厚さ、粘度など )と組合せて水及び/または油相の表面張力を調整するための一般的な方法につ いて説明する。これらの実施例の表面張力調整剤はSAA(界面活性剤、湿潤剤、 均染剤、粒子など)及び温度を含む(がこれらに制限されない)。 本発明は、上記の実施例に限定されない。請求の範囲は以下の通りである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN,Y U,ZW (72)発明者 ベレンス,マーク シー. アメリカ合衆国,ミネソタ 55133―3427, セント ポール,ピー.オー.ボックス 33427 (72)発明者 ベイカー,ジェームズ エー. アメリカ合衆国,ミネソタ 55133―3427, セント ポール,ピー.オー.ボックス 33427 (72)発明者 リーマン,ゲーイ ケー. アメリカ合衆国,ミネソタ 55133―3427, セント ポール,ピー.オー.ボックス 33427

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.(a)キャリヤー流体層と機能流体層とを含む複合材料を分配する工程と 、 (b)該複合材料と基材とを接触させる工程と、 (c)該複合材料を該基材に移動させる工程と、を含むパターン形成塗膜 を作製する方法において、該キャリヤー流体層、該機能流体層、及び該基材の間 の界面の相互作用が、該基材上の該機能層のパターン形成塗膜を生じさせる方法 。 2.(d)前記キャリヤー流体を前記基材から除去する工程を更に含む、請求項 1に記載の方法。 3.前記分配工程(a)が、浸漬塗布、浴塗布、キャリヤー流体塗布、多層カー テン塗布、多層押出ダイ塗布、ロール塗布、吹付け塗布、滴下塗布からなる群か ら選択される請求項1に記載の方法。 4.前記除去工程(d)が、機械的掻き取り、重力、求心性除去、吹き込み、吸 込み、キャリヤーの固化と掻き取り、吸収材料中への吸収、キャリヤーのゲル化 と掻き取り、塗料のゲル化と掻き取り、キャリヤー流体の吸収、及び蒸発からな る群から選択される請求項2に記載の方法。 5.前記キャリヤー流体層が空気ではない請求項1に記載の方法。 6.前記機能流体層が、剥離材料、接着剤、プライマー、及び低粘着裏糊材料 からなる群から選択される請求項1に記載の方法。 7.(e)前記基材上の前記機能流体層を後処理する工程を更に含む請求項2に 記載の方法。 8.前記後処理が、工程(c)ですでに形成されたパターンを保持するための乾 燥、架橋、前記パターン形成塗膜の前記基材からの分離、及びそれらの組合せか らなる群から選択される請求項7に記載 の方法。 9.前記基材が、不透明、半透明、及び透明な基材、低表面エネルギー及び高 表面エネルギー基材、テクスチャーされ、パターン形成され、粗い及び平滑な基 材、並びにそれらの組合せからなる群から選択される請求項1〜8の何れか1項 に記載の方法。 10.前記パターンが、前記移動工程(c)の間の、基材の基部まで全体にわた る厚さ、空間分解能及び材料の組成物の不均質、並びにそれらの組合せからなる 群から選択される請求項1〜9の何れか1項に記載の方法。 11.前記パターンの変化が、ランダム、対称、周期性、漸変、不規則、円形 、角のある形、角のない形、及びそれらの組合せからなる群から選択される請求 項10に記載の方法。 12.前記移動工程(c)が、艷消仕上、光学透過率、粗さ、多孔率、画像品質 、制御剥離、部分的塗布、及びそれらの組合せからなる群から選択される特徴を 有するパターンを生じる請求項1〜11の何れか1項に記載の方法。 13.仮エレクトログラフ受像体、剥離ライナー、低粘着裏糊材料、分化剥離 層、微孔性膜、粘着テープ、高拡散勾配機能層、フィルター、または多孔性基材 の表面改質剤を含む請求項1〜12の何れか1項に記載の方法に従って作製され た、基材上のパターン形成塗膜を含む物品。 14.前記エレクトログラフ受像体が、電子写真受像体を含む請求項13に記 載の物品。 15.前記エレクトログラフ受像体が、静電受像体を含む請求項14に記載の 物品。
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