JP6272840B2 - ガラス表面をテキスチャー加工する方法 - Google Patents
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Description
「マイクロカプセル化した」、「マイクロカプセル」、「マイクロカプセル化した粒子」、「マイクロカプセル化したビーズ」、又は類似の用語は、規則的又は不規則的な形状を有し、約0.1マイクロメートル〜100マイクロメートルの寸法を有し、且つ、単核、多核、マトリックス、又はそれらの組合せ、又はそれらの混合物などの形態を有する、粒子又は粒子群を意味する(例えば、Ghosh,S.K.(2006)Functional Coatings and Microencapsulation:A General Perspective,in Functional Coatings:by Polymer Microencapsulation(ed.,S.K.Ghosh),Wiley−VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,Weinheim,FRGを参照されたい)。更に、マイクロカプセルは、1つ以上のシェルを有することができ、且つ、マイクロカプセル粒子のクラスターを形成することができる。実施形態においては、マイクロカプセルは、非溶融相及び溶融相を含む少なくとも2つの相を含むことを特徴とすることができ、溶融相は、例えば、2つの相の総重量の約1〜約30重量%であることができ、且つ、非溶融相は、例えば、2つの相の総重量の約99〜約70重量%であることができる。
物品のガラス表面の一部にマイクロカプセル化した粒子を付加する工程と、
付加したマイクロカプセル化した粒子を有するガラス表面をエッチング液と接触させて、防眩表面を形成する工程と、
を含む、防眩表面を有する物品を製造する方法を提供する。
粒子のガラスに対する静電引力は、粒子被膜層の例外的な均一性を提供する。静電的に堆積した粒子層の均一性は、ディウェッティング及び「斑点」(スプレーにおいて観察される)及び線条(スロットダイ被覆において観察される)などの欠陥を除去する。欠陥の減少は、より高い厳選率及びより費用効果的なプロセスを可能にすることができる。一般的に、欠陥が粒子被膜層において観察される場合、このような欠陥は、酸エッチングの後、ガラス表面に移転される場合がある。静電的にスプレーされた微粒子は、静電荷によってガラスに十分に結合されて、粉末被覆されたガラス物品の取扱いを可能にすることができる。粒子がガラスに静電的に引きつけられることができることから、粒子のブリッジング(湿式スプレーにおいて観察される場合があるように)は不都合である。緊密な粒子−ガラスの接触は、粒子被覆及び得られたエッチングされたガラス表面の優れた均一性をもたらす。流動剤及び静電荷電などの2つの要因は、ガラス表面上の粒子の凝集を防止することに役立つ。静電スプレー被覆方法は、曲がった、又は垂直に実装された、又は配向したガラス表面に対して、マスクの漏れがない塗布を提供することができる。
実験サンプルを、アルミニウム製などの、より大きな接地プレートを提供することによって、例えば、2×2’’(5.08×50.8センチ)から10×14’’(25.4×35.56センチ)まで容易にスケーリングした。パイロットラインの設定において、複数のスプレーノズルを使用して、より大きい領域を覆うことができる。静電被覆は、明白なスプレーパターンを有するスプレーよりも、ガラスに引きつけられる比較的柔らかい雲状の粉末を生成することから、スプレーノズルの配列は、湿式被覆方法と比較して、粉末被覆方法では負担がより少ない。
結合剤は、粒子のガラスへの付着に必要とされない。従って、単一成分のマスクが実現可能である。堆積した微粒子が乾燥していることから、湿潤分散物の長時間に渡る成長は回避される。溶媒の除去は必要とされず、これより、時間及び処理費用が節約可能である。
例えば、費用のかかる新たなダイを追加することに比較して、都合のよいことに、更なるスプレーガンが、追加可能であることから、粉末被覆方法のためのスケールアップ費用は、スロットダイ被覆のものより、低くなる傾向がある。開示されたプロセスは、結合剤がエッチングプロセスの速度を遅延することができる結合剤材料を含まない多孔質粒子マスクを提供することから、より低い酸エッチング液濃度が使用可能である。このプロセスは、揮発性有機化合物(VOC)を回避する。このプロセスは、マスキング材料の高い移転効率を提供し、マスクの再生を可能にする。
様々な、硬いワックス、軟らかいワックス、中間の硬度を有するワックス、又はそれらの組合せが、開示された静電粉末被覆プロセスにおいて、粒子コア、粒子シェル、又はそれらの組合せにおいて選択及び使用可能である。静電荷電は、表面上の堆積した粒子を保持する。これに対して、硬いワックスが使用された湿式スプレー法では、粒子は、ガラス基板から跳ね返される傾向があった。
マイクロカプセル化した粒子を静電的に堆積させる工程であって、この粒子が、例えば、湿式又は乾式の被覆方法を使用して、物品のガラス表面の一部において、Tgに関連した温度において軟化挙動を有する工程と、
堆積したマイクロカプセル化した粒子を有する物品を加熱して、マイクロカプセル化した粒子のシェルを軟化させて、付加挙動を促進し、且つ、粒子のガラス表面への付着、及び、粒子の互いの凝集を強化する工程であって、加熱した物品は、任意選択で、冷却可能である工程と、
堆積した粒子を有する加熱した又は任意選択で冷却した物品を、エッチング液と接触させて、ガラス上に表面粗さを形成する工程と、
粒子又はそのいかなる残部も、ガラス表面から除去する工程と、
粒子を除去した後に、任意選択でガラス表面を更にエッチングして、丸みを帯びた特徴を形成する、又は別の方法で、目標表面粗さプロファイルを形成する工程と、
を含む、テキスチャー加工した表面を有する物品を製造する方法を提供する。
改質された粉末静電被覆
本開示は、ガラス表面をマスキング及びエッチングするための方法及び材料を提供する。フッ化水素酸でエッチングされる場合、マスキングされたガラス表面は、例えば、ガラス上のマイクロテキスチャー加工した表面の形成から生じるグレア特性が低減した、ディスプレイ用途のためのガラス表面を提供する。開示された方法は、ガラスに対して微粒子を静電的にスプレーする工程(粉末被覆としても知られる)、又は、電磁ブラシ(EMB)技術による粉末の塗布を含む。後続のプロセス工程は、例えば、被覆したガラス物品を加熱することによって、ガラスに微粒子を付着させる工程と、微粒子を互いに部分的に溶解させる工程(しかし、連続膜を形成することではなく)と、ガラスをエッチングして表面を差別的にエッチングする工程と、を含む。
微粒子材料は、例えば、20マイクロメートル未満、好ましくは5から15マイクロメートルの平均直径を有することができる。いかなる粒子形状も、有用であることができる。しかしながら、球状粒子が、例えば、優れた流動性のため、スプレー塗布において好ましい場合がある。微粒子材料は、特定の光学特性を調整する又は得るのに使用される、様々な平均直径又は溶融温度を有する粒子の混合物であることができる。選択される粒子組成物は、例えば、フッ化水素酸、及び硫酸などのその他の類似の酸エッチング液とフッ化水素酸との混合物による分解に耐性でなければならない。選択される粒子組成物は、ガラス表面への粒子の付着を可能にするために熱変形可能でなければならない。粒子の変形は、ガラスの歪み点未満の温度範囲で生じることが好ましい。例えば、選択される粒子組成物は、例えば、低分子量ポリエチレン、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及び類似の材料、又はそれらの組合せを含むワックスを含む粒子を、含むことができる。市販の粉末被覆組成物が、例えば、アニールされた又は溶融された被覆の多孔性を減少させる傾向がある場合がある流動剤として機能することがある添加剤を含まない場合、選択可能である。実施形態においては、選択される粒子は、スプレーの際の流動性特性を改善するために、且つ、ガラス表面への粒子の粘着を改質するために、改質可能である。粒子に対する流動/付着剤の量又は種類の変更を用いて、得られるエッチングされたガラスの光学特性を調整することができる。
静電スプレー又は粉末スプレーは、市販の装置を使用して実現可能であり、且つ、例えば、スプレーブースにおいて実行可能である。ガラス表面は、接地されなければならず、或いは、例えば、ガラスの背後の金属プレートを用いて、反対に荷電されなければならない。この態様は、荷電粒子をガラスに引き付けるために重要である場合がある。プレートは、ガラスのサイズ及び形状に合うように特別に製造可能である。プレート及びガラスを組合せることで、粒子の引き付けを低減できるガラスと金属グラウンドとの間の空隙を削除することができる。金属プレート及びガラス表面は、平坦な外形、曲がった外形、中間の外形、及び類似の外形、又はそれらの組合せを有することができる。実施形態においては、接地プレートは、被覆工程とエッチング工程の間の中間加熱工程の必要性をなくすために、加熱手段などにより予熱することができる。空隙は、粒子被覆において、且つ、得られたエッチングされたガラス物品においてパターンを提供するために、設計又は操作可能である。
実施形態においては、低溶融粒子の軟化又は溶融は、例えば、対流、赤外線、伝導、及び類似の方法、又はそれらの組合せを含む様々な方式で、実行可能である。粒子被覆したガラス物品は、粒子が、静電荷によってガラスに付着可能であることから、任意の方向に配向可能である。静電スプレー粒子堆積は、静電的に荷電した粒子が、開示された方法において特定の利益及び利点を提供することができることから、特に有用であり得る。
実施形態においては、酸エッチングマスクは、コア及びシェルを有するマイクロカプセル化した微粒子を含むことができる。コア及びシェルは、所望のマスク形成を促進し、マスクの酸エッチング挙動を制御し、且つ、所望のガラス表面特性を実現するために、異なる特性を有する。シェルは、コア材料と比較して、より低い溶融温度及びより低い耐酸性を有する。
乾燥粉末の静電スプレーを使用する粉末被覆は、ガーデン家具及び自動車部品などの、金属部品を塗装する一般的な工業プロセスである。使用する通常の粉末又は樹脂は、30〜35マイクロメートルの平均直径を有することができる。粉末被覆工業は、より微細な表面テキスチャーを有するより薄い被覆の方向に向かって進んでいる。より薄い被覆は、より微細な粒径を必要とする。微細な(例えば、20〜30マイクロメートル)及び超微細な(例えば、20マイクロメートル未満)粉末は、強い粒子間力(ファンデルワールス力)のため、粉末被覆と互換性がなく、このことは、流動床における凝集及びケーキング、並びに粉末を移送するために使用される空気ラインをもたらす。
粒子マスクを調製するための一般的な手順
粒子堆積のために使用する手順は、すべての実験において同一であった。具体的には、選択されたマイクロカプセル化した粉末又は比較用の粉末を、静電ガン(RedLine EZ100)のホッパーの中に投入し、ガラス試料を、100kVでの電圧、及び30psi(3Pa・s)での空気圧において、手動でスプレーした。0.7mmの厚さ、及び、2×2’’(5.08×5.08センチ)、4×4’’(10.16×10.16センチ)、6×6’’(15.24×15.24センチ)、及び10×14’’(25.4×35.56センチ)のサイズの、Corning,Inc.,Code 2318のガラス部品を、被覆の際、逆気流のスプレーブースの中で、接地したアルミニウムプレートにテープで貼り付けた。携帯用コロナ静電ガンによって、粉末の雲が形成し、この雲を接地したガラス物品に向ける。個々の粒子球体は、ノズルで荷電されて、接地したガラス物品に引き寄せられる。スプレーした後、被覆したガラス物品サンプルは、1)対流式オーブンにおいて、様々な溶融温度で1分間、被覆したサンプルを予め加熱したアルミニウムプレート上に置くことによる、又は、コンベヤーが取り付けられたEconomax D textile dryer(M&R Sales and Service,Inc.)を通して、約30秒間、赤外線放射に曝露させることによる、2つの方法のうちの1つで加熱された。200℃未満の温度で溶融することできる粉末を赤外線加熱し、且つ、最大温度を、両方の加熱方法において表面熱電対を使用して測定した。最大加熱温度は、80から260℃の範囲であった。次に、サンプルを、垂直液浸によってフッ化水素酸及び硫酸の混合物においてエッチングし、濯いだ後に乾燥させた。酸混合物を、「モルHF/モルH2SO4」の比として記録し、常時、溶媒である水中で、約22℃の室温で、エッチングした。すべてのサンプルを、5MのHF/6MのH2SO4の溶液においてエッチングした。マイクロカプセル化した粉末被覆サンプルを、0.3%のTomamineフッ素系界面活性剤(Air Products)を含む酸でエッチングして、湿潤性を改善した。
開示された表面改質粉末は、攪拌される(例えば、振動される)ことなくスプレーされることができ、且つ、凝集しない被覆を形成することができる。手動によりスプレーされた粉末被覆は、目視検査によって同一であった。このことは、オートメーション、高度なレベルのオペレーターの専門知識、又はその両方が、均一性を得るために必要とされる場合がある湿式スプレーと比較して、静電スプレーサンプルにおけるプロセスの簡素化の利点を実証した。粉末の堆積は、携帯用スプレーガンを使用して基板にわたりいくつかの通路を製造することによって制御され、且つ、被覆が約40〜55マイクロメートルの厚さに到達したときに、堆積速度は、劇的に減少し、このことは、堆積した被覆が厚くなるにつれて、自己制御式の膜の厚さは、静電荷電が減少することを示している。
シリカ流動剤を有する固体ワックス粒子の表面処理
図6A及び6Bは、特定の積載量を超える、Aerosilなどの、表面塗布されたシリカ流動剤は、ワックス粒子のガラスへの付着を確実に改質できることを実証している。比較用のワックス粒子配合物(MP22C、6A、及び、MPP615F、6B)において、ワックス粒子の表面に塗布される2重量%(実線)のシリカ流動剤を加えることによって、より高い差別的なエッチングが観察された1重量%(点線)におけるシリカと比較して、差別的なエッチングが減少した(減少したDOIによって分かるように)。MP22Cは、Floridienne、ブリュッセル、ベルギーから入手可能である、7〜10マイクロメートルの平均粒径、及び101〜106℃の溶融点を有するポリエチレン粒子からなる微粒状にされた完全飽和した合成炭化水素ワックスである。MPP−615Fは、Micro Powders,Incから入手可能である、7〜9マイクロメートルの平均粒径、及び114〜116℃の溶融点を有するポリエチレン粒子からなる微粒状にされた合成ワックスである。シリカ流動剤は、ボールミル粉砕、コーンミル粉砕、又は類似の方法などの、従来の手段によって施用可能である。
マイクロカプセル化した粒子
図7A〜7Dは、ポリマーコア及びより低溶融のポリマーシェルを有する、実施例1のマイクロカプセル化したビーズを使用して生じたエッチングした表面の光学結果を示す。図7Aでは、PMMAコアを覆う6重量%のポリエステル(P)シェルを使用した。図7Bでは、PMMAコアを覆う12重量%のポリエステル(P)シェルを使用した。図7Cでは、PMMAコアを覆う6重量%のポリエステルエポキシハイブリッド(PEH)シェルを使用した。図7Dでは、PMMAコアを覆う12重量%のポリエステルエポキシハイブリッド(PEH)シェルを使用した。これらのデータは、最高温度での被覆多孔性を損失することなく(DOIは最高温度において上昇することはない)、非カプセル化した粒子(150〜250℃)より著しく広い、マイクロカプセル化した粒子の熱処理窓を示している。12%のシェル対6%のシェルを有する粉末は、より低いDOI値を示し、このことは、シェルのコアに対する比の変更は、光学特性を制御するための実行可能な方法であることを示している。この実験では、大きなシェル重量パーセントは、加熱において、より大きいフットプリント(即ち、図1、130)を残し、且つ、DOIのより大きな減少をもたらすであろう。
表面処理したマイクロカプセル化した粒子
マイクロカプセル化した粒子が、マイクロカプセル化した粉末の重量に基づいて、中間値及び中間範囲を含む、0.1〜5重量%、0.5〜3重量%、及び類似の実施形態の量で、実施例2におけるシリカ流動剤で処理されるだけの例外を伴い、実施例3を繰り返すことができる。得られたエッチングされたガラス表面は、本明細書において開示され実証されるように、改善した光学特性を有することができる。
Claims (4)
- テキスチャー加工したガラス表面を有する物品を製造する方法であって、
前記物品のガラス表面の一部に、コア及びシェルを有する単核の粒子を含むマイクロカプセル化した粒子を付着させる工程であって、前記マイクロカプセル化した粒子を前記ガラス表面に静電気的に付加し、前記ガラス表面上のマイクロカプセル化した粒子を熱平衡化することによって、付着させる工程と、
前記マイクロカプセル化した粒子を付着させた前記ガラス表面をエッチング液と接触させて、前記テキスチャー加工した表面を形成する工程と、
を含み、
前記マイクロカプセル化した粒子の前記コアは前記シェルと比較して、より高い温度で溶融し、且つ、より高い耐酸性を有するものである、
ことを特徴とする方法。 - 前記付加したマイクロカプセル化した粒子を前記熱平衡化することは、前記シェルの溶融温度以上の、且つ、前記コアの溶融温度未満の温度を提供することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記熱平衡化の後に、前記マイクロカプセル化した粒子の前記シェルは、溶融して部分的又は完全に前記コアから離れ、任意選択で、前記ガラス表面上の隣接するコアの間、前記コアと前記ガラス表面との間、又はそれらの組合せの位置で固化し、前記コアにおける前記シェルの厚さは、実質的に減少するか、またはなくなり、且つ、再分配されることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 得られた前記テキスチャー加工した表面を洗浄する工程、前記テキスチャー加工した表面を化学強化する工程、又はそれらの組合せを更に含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
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