JPH06254467A - ハードコートを施した基体を製造するための方法と装置 - Google Patents
ハードコートを施した基体を製造するための方法と装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基体表面に放射線硬化した耐磨耗性コーティ
ングをキャリヤーを使用しないで形成するための改良さ
れた方法と装置。 【構成】 UV硬化性材料を計量してキャスティングド
ラム上に流し、ドラムに隣接する部分を部分的に嫌気的
に硬化させる。このフィルムをその未硬化の部分が当接
するようにして基体に貼り付け、放射線で後硬化させて
コーティングを完全に硬化させると共に基体に付着させ
る。別の態様では、基体を溶融させてもよいし、または
コーティングを完全に硬化させてコーティングおよび基
体と相容しうるUV硬化性接着剤を介して基体に塗布し
てもよい。
ングをキャリヤーを使用しないで形成するための改良さ
れた方法と装置。 【構成】 UV硬化性材料を計量してキャスティングド
ラム上に流し、ドラムに隣接する部分を部分的に嫌気的
に硬化させる。このフィルムをその未硬化の部分が当接
するようにして基体に貼り付け、放射線で後硬化させて
コーティングを完全に硬化させると共に基体に付着させ
る。別の態様では、基体を溶融させてもよいし、または
コーティングを完全に硬化させてコーティングおよび基
体と相容しうるUV硬化性接着剤を介して基体に塗布し
てもよい。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリマー性の基体表面
にハードコートを形成するための方法と装置に係る。特
に本発明は、ポリカーボネート基体の表面に放射線硬化
した耐磨耗性のコーティングをキャリヤー(担体)を使
用しないで形成するための改良された方法と装置に係
る。また本発明は本発明の方法によって生成される物品
にも係る。
にハードコートを形成するための方法と装置に係る。特
に本発明は、ポリカーボネート基体の表面に放射線硬化
した耐磨耗性のコーティングをキャリヤー(担体)を使
用しないで形成するための改良された方法と装置に係
る。また本発明は本発明の方法によって生成される物品
にも係る。
【0002】
【従来の技術】ポリマー性の基体(基板)には保護コー
ティングを設けることが多い。その基体が透明であるこ
とが重要な意味をもつ場合、一般に、コーティングが耐
磨耗性や高光沢といった物理的性質は保持しながら光学
的品質も高いということも大事なことである。
ティングを設けることが多い。その基体が透明であるこ
とが重要な意味をもつ場合、一般に、コーティングが耐
磨耗性や高光沢といった物理的性質は保持しながら光学
的品質も高いということも大事なことである。
【0003】放射線で硬化できるハードコートは従来各
種モノマーと架橋性オリゴマーとから製造されており、
この場合のモノマーは未硬化のコーティングに対して必
要な物理的・流動学的性質を提供することによって溶剤
として働いている。硬化は、このコーティングをもつ物
品表面に直接放射線を当てる(または熱を加える)と起
こる。モノマーは架橋性オリゴマーと重合することにな
り、揮発しない。硬化を効果的に行なうためには、硬化
抑制剤である酸素を存在させないで硬化を実施しなけれ
ばならない。酸素を除くには、硬化チャンバ内に窒素ガ
スを連続的にパージすればよい。しかし、費用と安全性
の点からこの方法はあまり注目されていない。
種モノマーと架橋性オリゴマーとから製造されており、
この場合のモノマーは未硬化のコーティングに対して必
要な物理的・流動学的性質を提供することによって溶剤
として働いている。硬化は、このコーティングをもつ物
品表面に直接放射線を当てる(または熱を加える)と起
こる。モノマーは架橋性オリゴマーと重合することにな
り、揮発しない。硬化を効果的に行なうためには、硬化
抑制剤である酸素を存在させないで硬化を実施しなけれ
ばならない。酸素を除くには、硬化チャンバ内に窒素ガ
スを連続的にパージすればよい。しかし、費用と安全性
の点からこの方法はあまり注目されていない。
【0004】放射線で硬化可能なハードコートは従来さ
まざまな方法で製造されている。ひとつの方法では、未
硬化のコーティングを基体上に設け、ドラムと嫌気的に
接触させる。このコーティングに基体を通してUV線を
当てることにより、コーティングを基体とドラムとの間
に挟んだままで硬化させる。このキャリヤーハードコー
トはその後ポリカーボネート基体上に積層させることが
できる。たとえば、本発明の譲受人に譲渡されている米
国特許第4,946,531号(引用により本明細書中
に含まれるものとする)を参照されたい。
まざまな方法で製造されている。ひとつの方法では、未
硬化のコーティングを基体上に設け、ドラムと嫌気的に
接触させる。このコーティングに基体を通してUV線を
当てることにより、コーティングを基体とドラムとの間
に挟んだままで硬化させる。このキャリヤーハードコー
トはその後ポリカーボネート基体上に積層させることが
できる。たとえば、本発明の譲受人に譲渡されている米
国特許第4,946,531号(引用により本明細書中
に含まれるものとする)を参照されたい。
【0005】米国特許第3,658,620号では、穴
の開いたウェブまたは膜を含浸させて放射線硬化性材料
中に配置する。このコーティングのドラムに隣接する片
面を硬化させる一方、反対側の自由面は未硬化のまま残
し、この面を基体に積層する。その後この積層体をコー
ティングを通して後硬化させる。以上の方法では、コー
ティング用のキャリヤーと後続の積層工程とが必要であ
る。またこれらのコーティングでは、それを積層する基
体の種類と厚さにも制限がある。たとえば、コーティン
グはウェブや基体上に連続的に設けることが望ましい
が、このウェブや基体はキャスティングロールの円周の
回りに適当な圧力で容易に巻き付けることができない。
さらにまた、軟化状態の基体上に直接ハードコートを形
成することはできなかった。
の開いたウェブまたは膜を含浸させて放射線硬化性材料
中に配置する。このコーティングのドラムに隣接する片
面を硬化させる一方、反対側の自由面は未硬化のまま残
し、この面を基体に積層する。その後この積層体をコー
ティングを通して後硬化させる。以上の方法では、コー
ティング用のキャリヤーと後続の積層工程とが必要であ
る。またこれらのコーティングでは、それを積層する基
体の種類と厚さにも制限がある。たとえば、コーティン
グはウェブや基体上に連続的に設けることが望ましい
が、このウェブや基体はキャスティングロールの円周の
回りに適当な圧力で容易に巻き付けることができない。
さらにまた、軟化状態の基体上に直接ハードコートを形
成することはできなかった。
【0006】
【発明の概要】本発明の基礎となった発見は、中間のキ
ャリヤーを必要としないで基体に貼付するためにキャス
ティング面に直接薄いハードコートを形成できるという
ことである。さらに本発明では、キャスティング面に隣
接するコーティングを少なくとも部分的に放射線で嫌気
的に硬化させた後ポリマー性のキャリヤー上に積層する
ことも考えられる。また本発明は、キャリヤーに貼付し
た後の後続完全硬化工程にも関する。
ャリヤーを必要としないで基体に貼付するためにキャス
ティング面に直接薄いハードコートを形成できるという
ことである。さらに本発明では、キャスティング面に隣
接するコーティングを少なくとも部分的に放射線で嫌気
的に硬化させた後ポリマー性のキャリヤー上に積層する
ことも考えられる。また本発明は、キャリヤーに貼付し
た後の後続完全硬化工程にも関する。
【0007】本発明はそのひとつの態様において、放射
線で硬化した耐磨耗性のコーティングをポリマー性の基
体の表面に形成する方法に関する。この方法は、(a)
未硬化のコーティング材料をキャスティング面に塗布
し、(b)放射線硬化性コーティングを担持するキャス
ティング面の反対側の面からコーティングを通して放射
線エネルギーを当てることによってコーティングを放射
線エネルギーに暴露し、これによりコーティングの少な
くともキャスティング面に隣接する部分を硬化させ、
(c)コーティングを基体に貼付することからなってい
る。
線で硬化した耐磨耗性のコーティングをポリマー性の基
体の表面に形成する方法に関する。この方法は、(a)
未硬化のコーティング材料をキャスティング面に塗布
し、(b)放射線硬化性コーティングを担持するキャス
ティング面の反対側の面からコーティングを通して放射
線エネルギーを当てることによってコーティングを放射
線エネルギーに暴露し、これによりコーティングの少な
くともキャスティング面に隣接する部分を硬化させ、
(c)コーティングを基体に貼付することからなってい
る。
【0008】基体としては、剛性でも可撓性でもよく、
コーティング手段を通過する際にコーティング材料を受
容することができる従来からあるポリマー性のフィルム
材料やシート材料の任意のものが使用できる。放射線で
硬化可能なコーティングは基体に接着することができ、
通常は架橋可能な樹脂と光開始剤からなる非揮発性のコ
ーティングである。
コーティング手段を通過する際にコーティング材料を受
容することができる従来からあるポリマー性のフィルム
材料やシート材料の任意のものが使用できる。放射線で
硬化可能なコーティングは基体に接着することができ、
通常は架橋可能な樹脂と光開始剤からなる非揮発性のコ
ーティングである。
【0009】本発明の方法で使用できる放射線エネルギ
ーの形態は制御した部分硬化ができるものでなければな
らず、そのため後硬化工程を行なうことができる。所望
であれば、複数のコーティングを本方法で基体の表面に
設けてもよい。基体は剛性でも可撓性でも、または溶融
してもよい。本発明で使用するコーティングはキャステ
ィング面で完全に硬化させてから基体の表面に貼付して
もよい。これらのコーティングは、後に付着される通常
のコーティングに対する予備コーティングとして機能し
得る。
ーの形態は制御した部分硬化ができるものでなければな
らず、そのため後硬化工程を行なうことができる。所望
であれば、複数のコーティングを本方法で基体の表面に
設けてもよい。基体は剛性でも可撓性でも、または溶融
してもよい。本発明で使用するコーティングはキャステ
ィング面で完全に硬化させてから基体の表面に貼付して
もよい。これらのコーティングは、後に付着される通常
のコーティングに対する予備コーティングとして機能し
得る。
【0010】本発明の方法により、硬さや耐薬品性のよ
うな物理的性質に優れると共に光学的透明性が高い耐磨
耗性のコーティングを有する物品が得られる。本方法で
は、放射線硬化系に窒素雰囲気を使用する必要性が省か
れる。
うな物理的性質に優れると共に光学的透明性が高い耐磨
耗性のコーティングを有する物品が得られる。本方法で
は、放射線硬化系に窒素雰囲気を使用する必要性が省か
れる。
【0011】
【詳細な説明】本発明は、連続コーティングの利点をウ
ェブのオンラインまたはオフラインコーティングに移行
できる方法と装置に係る。特に本発明は、キャスティン
グロールの円周の回りに適当な圧力で簡単には巻き付け
ることができない厚めのウェブにコーティングを設ける
のに有用である。
ェブのオンラインまたはオフラインコーティングに移行
できる方法と装置に係る。特に本発明は、キャスティン
グロールの円周の回りに適当な圧力で簡単には巻き付け
ることができない厚めのウェブにコーティングを設ける
のに有用である。
【0012】ひとつの態様では、放射線で硬化可能な流
体をキャスティングロールのキャスティング面上に均一
に秤量・塗布し、そのコーティングがキャスティングロ
ールから基体またはシートに移されるニップ点に到達す
る前に少なくとも部分的に硬化させる。この部分的硬化
は、コーティングとキャスティングロールとの界面で嫌
気的に行なう。このコーティングの硬化の程度は、コー
ティング層の部分的に硬化し新たに露出される面が、そ
のコーティングが最初にキャストされたロール面の鏡像
を保持できるようなものである。その後の硬化によって
最終的なコーティング特性が得られ、かつコーティング
とシートとの密着性が高まる。ひとつの具体例では対向
するシート形成ロールをキャスティングロールとして使
用できる。シート形成ロール間のニップ点の前後で放射
線硬化を使用し、コーティングをシートの形成と同時に
移行する。
体をキャスティングロールのキャスティング面上に均一
に秤量・塗布し、そのコーティングがキャスティングロ
ールから基体またはシートに移されるニップ点に到達す
る前に少なくとも部分的に硬化させる。この部分的硬化
は、コーティングとキャスティングロールとの界面で嫌
気的に行なう。このコーティングの硬化の程度は、コー
ティング層の部分的に硬化し新たに露出される面が、そ
のコーティングが最初にキャストされたロール面の鏡像
を保持できるようなものである。その後の硬化によって
最終的なコーティング特性が得られ、かつコーティング
とシートとの密着性が高まる。ひとつの具体例では対向
するシート形成ロールをキャスティングロールとして使
用できる。シート形成ロール間のニップ点の前後で放射
線硬化を使用し、コーティングをシートの形成と同時に
移行する。
【0013】本発明の方法は、各種ポリマー性基体(シ
ート、フィルム、積層体などの形態をとり得る)の表面
上に、放射線で硬化した耐磨耗性のコーティングを設け
るのに適している。添付の図面に描いた特定の装置は連
続的に形成される溶融した基体上にコーティング材料を
直接塗布して硬化させるためのものであるが、この装置
はそのようなコーティング材料を個々の剛性シートの基
体に、または連続的に可撓性シートに塗布するのにも容
易に使用できる。基体の組成には特に重要な意味はな
く、アクリル系、ポリエステル系、ポリカーボネート
系、フェノール樹脂系、ウレタン系など、またはこれら
の混合とすることができる。本発明の方法に好ましい基
体は、ゼネラル・エレクトリック社(General Electric
Company)の製品であるレキサン(Lexan) (登録商標)の
ような熱可塑性ポリカーボネート材料から形成されたも
のである。ポリカーボネート樹脂の典型例は米国特許第
4,351,920号に記載されており、芳香族のジヒ
ドロキシ化合物とホスゲンとの反応によって得られる。
また芳香族のジヒドロキシ化合物と炭酸ジアリールのよ
うなカーボネート前駆体との反応によって得られるもの
も開示されている。また米国特許第4,351,920
号には、本発明の基体として使用できるポリカーボネー
ト樹脂の各種製法も記載されている。
ート、フィルム、積層体などの形態をとり得る)の表面
上に、放射線で硬化した耐磨耗性のコーティングを設け
るのに適している。添付の図面に描いた特定の装置は連
続的に形成される溶融した基体上にコーティング材料を
直接塗布して硬化させるためのものであるが、この装置
はそのようなコーティング材料を個々の剛性シートの基
体に、または連続的に可撓性シートに塗布するのにも容
易に使用できる。基体の組成には特に重要な意味はな
く、アクリル系、ポリエステル系、ポリカーボネート
系、フェノール樹脂系、ウレタン系など、またはこれら
の混合とすることができる。本発明の方法に好ましい基
体は、ゼネラル・エレクトリック社(General Electric
Company)の製品であるレキサン(Lexan) (登録商標)の
ような熱可塑性ポリカーボネート材料から形成されたも
のである。ポリカーボネート樹脂の典型例は米国特許第
4,351,920号に記載されており、芳香族のジヒ
ドロキシ化合物とホスゲンとの反応によって得られる。
また芳香族のジヒドロキシ化合物と炭酸ジアリールのよ
うなカーボネート前駆体との反応によって得られるもの
も開示されている。また米国特許第4,351,920
号には、本発明の基体として使用できるポリカーボネー
ト樹脂の各種製法も記載されている。
【0014】本発明の方法で使用する放射線硬化性コー
ティングはさまざまな組成を有し得る。個々のコーティ
ングの選択は、使用する基体のタイプ、使用する放射線
エネルギーの特定のタイプ、およびコーティングに望ま
れる特定の物理的性質といったいくつかの要因に依存す
る。典型的な放射線硬化性コーティングは、カーク‐オ
スマー化学技術事典(the Kirk-Othmer Encyclopedia of
Chemical Technology) 第3版、第19巻、1982
年、第607〜622頁に記載されている。これらの放
射線硬化性コーティング系は一般に、ポリマー骨格に沿
ってまたは骨格に組み込まれたアクリル系、メタクリル
系またはフマル系ビニル不飽和を含有するポリマーから
なっている。またこれらのコーティング系は一般に、約
100〜500の分子量を有しかつ単一の不飽和部位を
有するモノマーも含んでいる。
ティングはさまざまな組成を有し得る。個々のコーティ
ングの選択は、使用する基体のタイプ、使用する放射線
エネルギーの特定のタイプ、およびコーティングに望ま
れる特定の物理的性質といったいくつかの要因に依存す
る。典型的な放射線硬化性コーティングは、カーク‐オ
スマー化学技術事典(the Kirk-Othmer Encyclopedia of
Chemical Technology) 第3版、第19巻、1982
年、第607〜622頁に記載されている。これらの放
射線硬化性コーティング系は一般に、ポリマー骨格に沿
ってまたは骨格に組み込まれたアクリル系、メタクリル
系またはフマル系ビニル不飽和を含有するポリマーから
なっている。またこれらのコーティング系は一般に、約
100〜500の分子量を有しかつ単一の不飽和部位を
有するモノマーも含んでいる。
【0015】これらの系の典型例は沸点の高いアクリレ
ートエステルであるが、ある限られた配合の場合はスチ
レンもモノマーとして使用できる。二官能性、三官能
性、または多官能性の不飽和部位を含有する架橋性オリ
ゴマーも通常放射線硬化性コーティング系の一部であ
る。典型的なコーティングの配合成分は上記カーク‐オ
スマー事典の第617頁にリストされている。本発明の
実施の際にはコーティングが非揮発性であるのが好まし
いが、以下に述べるように揮発性成分を含有するコーテ
ィング材料でも多少の変性を施せば使用できる。
ートエステルであるが、ある限られた配合の場合はスチ
レンもモノマーとして使用できる。二官能性、三官能
性、または多官能性の不飽和部位を含有する架橋性オリ
ゴマーも通常放射線硬化性コーティング系の一部であ
る。典型的なコーティングの配合成分は上記カーク‐オ
スマー事典の第617頁にリストされている。本発明の
実施の際にはコーティングが非揮発性であるのが好まし
いが、以下に述べるように揮発性成分を含有するコーテ
ィング材料でも多少の変性を施せば使用できる。
【0016】周知のUV硬化性コーティング組成物はい
ずれも本発明に適している。典型的なUV硬化性コーテ
ィング組成物の一例は米国特許第4,477,529号
(引用により本明細書中に含まれているものとする)に
記載されており、アゾビスイソブチロニトリル、少なく
とも1種のUV硬化可能で架橋可能な多官能性アクリレ
ートモノマー、およびポリシロキサン‐ポリエーテルブ
ロックコポリマーからなっている。本発明に適したもう
ひとつ別のコーティング組成物は米国特許第4,19
8,465号(引用により本明細書中に含まれているも
のとする)に記載されており、光開始剤、UV光硬化性
で架橋可能な多官能性アクリレートモノマー、およびレ
ゾルシノールモノベンゾエートからなっている。UV硬
化可能な組成物の調製法も業界でよく知られており、そ
のような方法の一例が米国特許第4,198,465号
に記載されている。
ずれも本発明に適している。典型的なUV硬化性コーテ
ィング組成物の一例は米国特許第4,477,529号
(引用により本明細書中に含まれているものとする)に
記載されており、アゾビスイソブチロニトリル、少なく
とも1種のUV硬化可能で架橋可能な多官能性アクリレ
ートモノマー、およびポリシロキサン‐ポリエーテルブ
ロックコポリマーからなっている。本発明に適したもう
ひとつ別のコーティング組成物は米国特許第4,19
8,465号(引用により本明細書中に含まれているも
のとする)に記載されており、光開始剤、UV光硬化性
で架橋可能な多官能性アクリレートモノマー、およびレ
ゾルシノールモノベンゾエートからなっている。UV硬
化可能な組成物の調製法も業界でよく知られており、そ
のような方法の一例が米国特許第4,198,465号
に記載されている。
【0017】本発明の方法は以下の工程からなってい
る。 (a)(i)たとえば、ある量の多官能性アクリレート
エステルモノマーとある量の光開始剤とを含む未硬化の
コーティング材料をキャスティングドラムの表面に塗布
する。 (ii)塗布した未硬化のコーティング材料を、長手方向
に回転する円筒形キャスティングドラムと長手方向に回
転する円筒形ニップロールとの間に定められた定圧圧縮
ニップに通す。ここで、キャスティングドラムとニップ
ロールは平行な回転軸をもっており、ニップロールがコ
ーティングの未硬化面に接し、キャスティングドラムは
塗布された未硬化のコーティング材料と接し、圧縮ニッ
プにより前記塗布された未硬化コーティングに実質的に
一定の圧力がかかり、前記圧縮ニップの圧力を約5〜約
50psiの間から選択してコーティングとドラムの間
から空気と過剰のコーティング材料を除去することによ
って未硬化コーティング材料の実質的に均一な層がドラ
ム上に形成され、前記過剰のコーティング材料は前記圧
縮ニップの上流でそれに隣接する前記コーティングの幅
にわたり前記ニップロールと前記キャスティングドラム
の間でコーティング材料のビードを形成する。
る。 (a)(i)たとえば、ある量の多官能性アクリレート
エステルモノマーとある量の光開始剤とを含む未硬化の
コーティング材料をキャスティングドラムの表面に塗布
する。 (ii)塗布した未硬化のコーティング材料を、長手方向
に回転する円筒形キャスティングドラムと長手方向に回
転する円筒形ニップロールとの間に定められた定圧圧縮
ニップに通す。ここで、キャスティングドラムとニップ
ロールは平行な回転軸をもっており、ニップロールがコ
ーティングの未硬化面に接し、キャスティングドラムは
塗布された未硬化のコーティング材料と接し、圧縮ニッ
プにより前記塗布された未硬化コーティングに実質的に
一定の圧力がかかり、前記圧縮ニップの圧力を約5〜約
50psiの間から選択してコーティングとドラムの間
から空気と過剰のコーティング材料を除去することによ
って未硬化コーティング材料の実質的に均一な層がドラ
ム上に形成され、前記過剰のコーティング材料は前記圧
縮ニップの上流でそれに隣接する前記コーティングの幅
にわたり前記ニップロールと前記キャスティングドラム
の間でコーティング材料のビードを形成する。
【0018】(iii )コーティング層をドラム面と嫌気
接触させたままでコーティング層を通して紫外線を当て
ることによってコーティング層を硬化させて、キャステ
ィングドラムに隣接しキャスティングドラム表面により
決まる硬化表面特性を有する硬化した表面と未硬化の自
由表面とをもち、約0.1〜約1.5ミルの間から選択
される厚さをもつ少なくとも部分的に硬化した自己支持
性コーティングを得る。 (b)以下の工程によりコーティングをポリマー性の基
体上に積層する。
接触させたままでコーティング層を通して紫外線を当て
ることによってコーティング層を硬化させて、キャステ
ィングドラムに隣接しキャスティングドラム表面により
決まる硬化表面特性を有する硬化した表面と未硬化の自
由表面とをもち、約0.1〜約1.5ミルの間から選択
される厚さをもつ少なくとも部分的に硬化した自己支持
性コーティングを得る。 (b)以下の工程によりコーティングをポリマー性の基
体上に積層する。
【0019】(i)コーティングの未硬化の自由表面を
前記基体の表面に隣接する位置にもっていく。 (ii)コーティングを積層ニップに通してコーティング
と基体の間から2原子酸素と過剰の接着剤を除去する。
この積層ニップは実質的に一定の圧力をコーティングに
かけてコーティングフィルムの未硬化表面と基体との間
を実質的に均一に付着させる。
前記基体の表面に隣接する位置にもっていく。 (ii)コーティングを積層ニップに通してコーティング
と基体の間から2原子酸素と過剰の接着剤を除去する。
この積層ニップは実質的に一定の圧力をコーティングに
かけてコーティングフィルムの未硬化表面と基体との間
を実質的に均一に付着させる。
【0020】(iii )コーティングの硬化した表面を通
して紫外線を当ててコーティングの未硬化表面を硬化さ
せると共にコーティングを基体に結合する。 別の態様では、工程(a)(iii )が、コーティングを
ドラム表面と嫌気接触させると共にコーティングの自由
表面を不活性雰囲気下においたままでコーティングを通
して紫外線を当てることによってコーティングを硬化さ
せて、キャスティングドラム表面によって決まる表面特
性を示し約0.1〜約1.5ミルの間から選択された厚
さの完全に硬化したコーティングを有するフィルムを得
ることからなっており、工程(b)は、前記ハードコー
トを施したコーティングをポリマー性基体上に積層する
ために、(i)基体の表面とコーティングとの間にある
量のアクリル系接着剤を付け、コーティングを前記基体
の表面に隣接した位置にもっていくことによってオーバ
ーレイを形成し、(ii)このオーバーレイを積層ニップ
に通してコーティングと基体の間から2原子酸素と過剰
の接着剤を除去し(この積層ニップは実質的に一定の圧
力をオーバーレイにかけてコーティングと基体との間に
接着剤の実質的に均一な層を形成し、過剰の接着剤は前
記積層ニップの上流でそれに隣接して前記基体と前記コ
ーティングの間で前記基体の幅を横切って接着剤のビー
ドを形成する)、(iii )コーティングを通して接着剤
層に紫外線を当てることによって接着剤層を硬化させて
接着剤層を硬化させると共にコーティングを基体に結合
する(ただし、この硬化した接着剤層は約0.2〜約2
ミルの間から選択される厚さを有する)ことからなって
いる。
して紫外線を当ててコーティングの未硬化表面を硬化さ
せると共にコーティングを基体に結合する。 別の態様では、工程(a)(iii )が、コーティングを
ドラム表面と嫌気接触させると共にコーティングの自由
表面を不活性雰囲気下においたままでコーティングを通
して紫外線を当てることによってコーティングを硬化さ
せて、キャスティングドラム表面によって決まる表面特
性を示し約0.1〜約1.5ミルの間から選択された厚
さの完全に硬化したコーティングを有するフィルムを得
ることからなっており、工程(b)は、前記ハードコー
トを施したコーティングをポリマー性基体上に積層する
ために、(i)基体の表面とコーティングとの間にある
量のアクリル系接着剤を付け、コーティングを前記基体
の表面に隣接した位置にもっていくことによってオーバ
ーレイを形成し、(ii)このオーバーレイを積層ニップ
に通してコーティングと基体の間から2原子酸素と過剰
の接着剤を除去し(この積層ニップは実質的に一定の圧
力をオーバーレイにかけてコーティングと基体との間に
接着剤の実質的に均一な層を形成し、過剰の接着剤は前
記積層ニップの上流でそれに隣接して前記基体と前記コ
ーティングの間で前記基体の幅を横切って接着剤のビー
ドを形成する)、(iii )コーティングを通して接着剤
層に紫外線を当てることによって接着剤層を硬化させて
接着剤層を硬化させると共にコーティングを基体に結合
する(ただし、この硬化した接着剤層は約0.2〜約2
ミルの間から選択される厚さを有する)ことからなって
いる。
【0021】また別の態様の本発明では、さらに、供給
された押出し可能なポリマー性材料のシートを、キャス
ティングドラムと長手方向に回転する第二のニップロー
ルとの間で定められる定圧圧縮ニップに通すことによっ
て前記シート形態の基体を押出して均一な厚さのシート
を形成することを含んでいる。ただし、キャスティング
ドラムと第二のニップロールは平行な回転軸をもってお
り、この第二のニップロールは工程(a)(iii )の第
一の放射線硬化より下流に位置しており、そのため、均
一な厚さのシートが形成されると同時に少なくとも部分
的に硬化したコーティングがキャスティングドラムから
基体に移される。
された押出し可能なポリマー性材料のシートを、キャス
ティングドラムと長手方向に回転する第二のニップロー
ルとの間で定められる定圧圧縮ニップに通すことによっ
て前記シート形態の基体を押出して均一な厚さのシート
を形成することを含んでいる。ただし、キャスティング
ドラムと第二のニップロールは平行な回転軸をもってお
り、この第二のニップロールは工程(a)(iii )の第
一の放射線硬化より下流に位置しており、そのため、均
一な厚さのシートが形成されると同時に少なくとも部分
的に硬化したコーティングがキャスティングドラムから
基体に移される。
【0022】上記方法の変形では、コーティングを上記
のようにキャスティングドラム上で完全に硬化させても
よく、この完全に硬化したコーティングを軟化した基体
と接触させると両者が接着接合されるので、コーティン
グや接着剤をさらに硬化させる必要がなくなる。本発明
の紫外線硬化性コーティング材料は無溶剤形が好まし
く、硬化した時の耐磨耗性は、ASTM試験法に従って
CS10F磨耗輪を500gの荷重で使用したとき透明
なシリカ強化ハードコートに対して500サイクル当た
りの曇りの変化が10%未満となるようなものにすべき
である。ハードコートのこのような耐磨耗性の程度は、
従来技術の最も良好なハードコートよりも優れている。
好ましいアクリル系コーティング組成物は粘度が100
センチポイズ程度なのが普通である。本発明の好ましい
アクリル系コーティング材料は多官能性のアクリレート
エステルモノマーと光開始剤を含んでいる。適切なコー
ティング材料に関しては、たとえば、本出願人に譲渡さ
れている米国特許第4,946,531号(引用により
本明細書中に含まれているものとする)を参照された
い。完全に硬化させたとき、このコーティングは3″の
ロールの回りに割れることなく巻き付けることができ
る。
のようにキャスティングドラム上で完全に硬化させても
よく、この完全に硬化したコーティングを軟化した基体
と接触させると両者が接着接合されるので、コーティン
グや接着剤をさらに硬化させる必要がなくなる。本発明
の紫外線硬化性コーティング材料は無溶剤形が好まし
く、硬化した時の耐磨耗性は、ASTM試験法に従って
CS10F磨耗輪を500gの荷重で使用したとき透明
なシリカ強化ハードコートに対して500サイクル当た
りの曇りの変化が10%未満となるようなものにすべき
である。ハードコートのこのような耐磨耗性の程度は、
従来技術の最も良好なハードコートよりも優れている。
好ましいアクリル系コーティング組成物は粘度が100
センチポイズ程度なのが普通である。本発明の好ましい
アクリル系コーティング材料は多官能性のアクリレート
エステルモノマーと光開始剤を含んでいる。適切なコー
ティング材料に関しては、たとえば、本出願人に譲渡さ
れている米国特許第4,946,531号(引用により
本明細書中に含まれているものとする)を参照された
い。完全に硬化させたとき、このコーティングは3″の
ロールの回りに割れることなく巻き付けることができ
る。
【0023】本発明の方法に従ってポリマー性基体の表
面にコーティングを塗布して硬化させるための装置の一
例を図1〜3に示す。コーティング材料をキャスティン
グ面上で秤量・調節するには従来のいかなるシステムや
デバイスでも使用できるものと理解されたい。図1に、
基体12の両面11に塗布するための装置10を示す。
類似の要素・部品には同じ参照番号を付けてある。一面
またはに面のコーティングが考えられるが、基体12の
一面についての説明は他の面にも適用できるものと理解
されたい。
面にコーティングを塗布して硬化させるための装置の一
例を図1〜3に示す。コーティング材料をキャスティン
グ面上で秤量・調節するには従来のいかなるシステムや
デバイスでも使用できるものと理解されたい。図1に、
基体12の両面11に塗布するための装置10を示す。
類似の要素・部品には同じ参照番号を付けてある。一面
またはに面のコーティングが考えられるが、基体12の
一面についての説明は他の面にも適用できるものと理解
されたい。
【0024】タンク16内にある放射線硬化性コーティ
ング材料14をロール18により連続的に取り上げる。
グラビアロールコーティングシステムを使用することは
業界で公知であり、たとえば米国特許第4,302,4
86号に記載されている。一般に、グラビアロール18
はうねの付いた表面(図示してない)をもち、スチール
製のバーまたはあるパターンをもったうね付きの堤がロ
ール表面から突き出ており、このような配列により形成
された窪みはタンク16内のコーティング材料をピック
アップし、かつ保持することができる。コーティングロ
ール20はニップ22のところでグラビアロール18と
係合する。この配列により、グラビアロール18の表面
上にのっているコーティング材料14がニップ22の上
流のビード24に蓄積されることになる。このグラビア
ロール18は矢印で示した方向に回転するので、コーテ
ィング材料14は、グラビアロール14と円周接触して
反対の方向に回転しているトランスファーロール20に
未硬化のコーティング26Uとして移される。トランス
ファーロール20は外部の電源(図示してない)により
駆動させることができ、そうすると(同様に外部の電源
により駆動してもよい)グラビアロール18の動きと協
同する。
ング材料14をロール18により連続的に取り上げる。
グラビアロールコーティングシステムを使用することは
業界で公知であり、たとえば米国特許第4,302,4
86号に記載されている。一般に、グラビアロール18
はうねの付いた表面(図示してない)をもち、スチール
製のバーまたはあるパターンをもったうね付きの堤がロ
ール表面から突き出ており、このような配列により形成
された窪みはタンク16内のコーティング材料をピック
アップし、かつ保持することができる。コーティングロ
ール20はニップ22のところでグラビアロール18と
係合する。この配列により、グラビアロール18の表面
上にのっているコーティング材料14がニップ22の上
流のビード24に蓄積されることになる。このグラビア
ロール18は矢印で示した方向に回転するので、コーテ
ィング材料14は、グラビアロール14と円周接触して
反対の方向に回転しているトランスファーロール20に
未硬化のコーティング26Uとして移される。トランス
ファーロール20は外部の電源(図示してない)により
駆動させることができ、そうすると(同様に外部の電源
により駆動してもよい)グラビアロール18の動きと協
同する。
【0025】コーティング材料14はいろいろな段階で
硬化させることができる。したがって、生成するコーテ
ィングは、コーティング材料14の硬化状態に関連して
よぶことにする。すなわち、未硬化コーティング26
U、部分的に硬化したコーティング26P、硬化したコ
ーティング26C、あるいは、硬化状態に関係ない場合
は単にコーティングという。
硬化させることができる。したがって、生成するコーテ
ィングは、コーティング材料14の硬化状態に関連して
よぶことにする。すなわち、未硬化コーティング26
U、部分的に硬化したコーティング26P、硬化したコ
ーティング26C、あるいは、硬化状態に関係ない場合
は単にコーティングという。
【0026】図示してあるように、キャスティングロー
ル28がニップ30のところでコーティングロール20
と係合し、未硬化のフィルム26を受け取る。キャステ
ィングロール28はコーティングロール20と反対方向
に駆動される。コーティングロール20とキャスティン
グロール28とのスピードの相対的な差を調整してキャ
スティングロール28が搬送する未硬化のフィルム26
Uの厚みを部分的に調節することができる。
ル28がニップ30のところでコーティングロール20
と係合し、未硬化のフィルム26を受け取る。キャステ
ィングロール28はコーティングロール20と反対方向
に駆動される。コーティングロール20とキャスティン
グロール28とのスピードの相対的な差を調整してキャ
スティングロール28が搬送する未硬化のフィルム26
Uの厚みを部分的に調節することができる。
【0027】アイドラーロール32がニップ34のとこ
ろでキャスティングロール28と係合している。図示の
具体例ではアイドラーロール32がシリコーンゴムカバ
ーをもっている。未硬化のコーティング26Uはそのカ
バーに粘着しない。このアイドラーロール32のキャス
ティングロール28に対する圧力は調節可能であって、
ニップ34の下流の未硬化フィルム26Uの厚みをさら
に調節できる。このようにして、キャスティングロール
28の表面にコーティング材料14を均一に塗布でき
る。
ろでキャスティングロール28と係合している。図示の
具体例ではアイドラーロール32がシリコーンゴムカバ
ーをもっている。未硬化のコーティング26Uはそのカ
バーに粘着しない。このアイドラーロール32のキャス
ティングロール28に対する圧力は調節可能であって、
ニップ34の下流の未硬化フィルム26Uの厚みをさら
に調節できる。このようにして、キャスティングロール
28の表面にコーティング材料14を均一に塗布でき
る。
【0028】当業者には明らかなように、効率良くコー
ティングを作るにはコーティングシステムに調整を加え
ればよい。典型的な調整としては、ロールのスピード、
コーティング材料の粘度、およびニップの間隔がある。
さらに、本発明の方法において、上記のようにグラビア
ロール手段によってコーティング材料14を塗布するこ
とは必須ではない。コーティング材料14は、たくさん
の周知の塗布法、たとえばスプレー、ブラシ、電着、流
し塗り、浸漬、その他周知のロール塗りのいずれによっ
て塗布することもできる。一例として図示したのはリバ
ースロール塗りである。放射線硬化性コーティングの厚
みはその物品の使用目的および所望の物理的性質に依存
し、不揮発性のコーティングについて数ミクロンの程度
の薄膜コーティングから約4.0ミルまで変化させるこ
とができる。
ティングを作るにはコーティングシステムに調整を加え
ればよい。典型的な調整としては、ロールのスピード、
コーティング材料の粘度、およびニップの間隔がある。
さらに、本発明の方法において、上記のようにグラビア
ロール手段によってコーティング材料14を塗布するこ
とは必須ではない。コーティング材料14は、たくさん
の周知の塗布法、たとえばスプレー、ブラシ、電着、流
し塗り、浸漬、その他周知のロール塗りのいずれによっ
て塗布することもできる。一例として図示したのはリバ
ースロール塗りである。放射線硬化性コーティングの厚
みはその物品の使用目的および所望の物理的性質に依存
し、不揮発性のコーティングについて数ミクロンの程度
の薄膜コーティングから約4.0ミルまで変化させるこ
とができる。
【0029】1個以上のUVランプ38の形態にある放
射線源36が、キャスティングロール28とアイドラー
ロール32の間のニップ34の下流に配置されている。
放射線源36は、未硬化のコーティング26Uに向かう
測定した線量のUV放射線束40(図2)を放出する。
この放射線40がコーティング26の部分硬化を開始さ
せる。部分硬化は特に、図2に示してあるようにコーテ
ィング26Uとコーティングロール28の表面41との
間に形成された界面42の付近で起こる。この界面42
は周囲の酸素から遮断されていてその硬化が阻害されて
いない。しかしコーティング26Pの自由表面44は酸
素にさらされている。したがって、表面44における硬
化は阻害されている。その結果、コーティング26Uは
26Pで部分的に硬化し、自由表面44の近くの材料4
3は未硬化または粘着質のまま残るのに、キャスティン
グ面28付近の界面42にある材料45は架橋により硬
化して非粘着質のかなり自己支持性の状態になる。部分
的に硬化したコーティング26Pは図示のようにキャス
ティングロールによって運ばれる。
射線源36が、キャスティングロール28とアイドラー
ロール32の間のニップ34の下流に配置されている。
放射線源36は、未硬化のコーティング26Uに向かう
測定した線量のUV放射線束40(図2)を放出する。
この放射線40がコーティング26の部分硬化を開始さ
せる。部分硬化は特に、図2に示してあるようにコーテ
ィング26Uとコーティングロール28の表面41との
間に形成された界面42の付近で起こる。この界面42
は周囲の酸素から遮断されていてその硬化が阻害されて
いない。しかしコーティング26Pの自由表面44は酸
素にさらされている。したがって、表面44における硬
化は阻害されている。その結果、コーティング26Uは
26Pで部分的に硬化し、自由表面44の近くの材料4
3は未硬化または粘着質のまま残るのに、キャスティン
グ面28付近の界面42にある材料45は架橋により硬
化して非粘着質のかなり自己支持性の状態になる。部分
的に硬化したコーティング26Pは図示のようにキャス
ティングロールによって運ばれる。
【0030】図示した具体例では一対のキャスティング
ロール28が配置されていて圧縮ニップ54のところで
回転係合するようになっている。溶融ポリマー材料(た
とえばポリカーボネート)の供給源50から押出しダイ
52を通してニップ54に材料を供給して基体12を形
成する。同時に、キャスティングロール28が搬送する
部分的に硬化したコーティング26Pの各々が基体12
の両面11に移される(図3)。
ロール28が配置されていて圧縮ニップ54のところで
回転係合するようになっている。溶融ポリマー材料(た
とえばポリカーボネート)の供給源50から押出しダイ
52を通してニップ54に材料を供給して基体12を形
成する。同時に、キャスティングロール28が搬送する
部分的に硬化したコーティング26Pの各々が基体12
の両面11に移される(図3)。
【0031】コーティング26Pの硬化した部分45が
ニップ54のところでキャスティングロール表面から剥
がれる。部分的に硬化した各コーティング26Pの未硬
化の部分43がそれぞれ溶融した基体12の両面に接着
されて各々の界面で相互貫通帯域58を形成する。この
相互貫通帯域58は周囲に酸素がない。部分的に硬化し
たコーティング26Pが基体12に塗布された後、そう
して被覆されたシート12は大きいアイドラーロール5
6の回りを通って一対の支持ロール58に案内される。
図1と図3に示してあるように、1個以上のUVランプ
62からなるUV放射線源60が部分的に硬化したコー
ティング26Pに対し両面から向けられている。コーテ
ィング26Pの未硬化部分43、すなわち基体12の表
面54に隣接する部分が嫌気的に後硬化反応をし、その
結果コーティングは充分に硬化した状態26Cになる。
ニップ54のところでキャスティングロール表面から剥
がれる。部分的に硬化した各コーティング26Pの未硬
化の部分43がそれぞれ溶融した基体12の両面に接着
されて各々の界面で相互貫通帯域58を形成する。この
相互貫通帯域58は周囲に酸素がない。部分的に硬化し
たコーティング26Pが基体12に塗布された後、そう
して被覆されたシート12は大きいアイドラーロール5
6の回りを通って一対の支持ロール58に案内される。
図1と図3に示してあるように、1個以上のUVランプ
62からなるUV放射線源60が部分的に硬化したコー
ティング26Pに対し両面から向けられている。コーテ
ィング26Pの未硬化部分43、すなわち基体12の表
面54に隣接する部分が嫌気的に後硬化反応をし、その
結果コーティングは充分に硬化した状態26Cになる。
【0032】本発明で使用するロールを形成する材料の
選択には特に重要な意味はない。これらのロールは、プ
ラスチック、金属(すなわち、ステンレススチール、ア
ルミニウム)、ゴム、セラミック材料などで作成するこ
とができる。なお、各ロールの表面は滑らかかつ弾性で
あるべきである。通常各ロールにはその表面にスリーブ
またはカバーがつけてある。アイドラーロール32には
スリーブ59を設けてもよい。このスリーブは弾性シリ
コーン材料または現在入手し得る各種合成ゴムコンパウ
ンドのいずれかもしくはそのブレンドから形成されたも
のが好ましく、その硬度はジュロメーターで約10〜約
90の範囲である。ひとつの具体例では、ジュロメータ
ー20の1/2″スリーブを備えた直径6″のアイドラ
ーロール32を32ポンド/インチ(線)でキャスティ
ングロール28に対して押し付けて、コーティング粘度
が1.2ポイズになるように調節したコーティング温度
において80フィート/分で13ミクロンのフィルムを
作成する。このスリーブ59はロール表面にぴったり嵌
まって滑らかで最小の摩擦の表面を作り出す。
選択には特に重要な意味はない。これらのロールは、プ
ラスチック、金属(すなわち、ステンレススチール、ア
ルミニウム)、ゴム、セラミック材料などで作成するこ
とができる。なお、各ロールの表面は滑らかかつ弾性で
あるべきである。通常各ロールにはその表面にスリーブ
またはカバーがつけてある。アイドラーロール32には
スリーブ59を設けてもよい。このスリーブは弾性シリ
コーン材料または現在入手し得る各種合成ゴムコンパウ
ンドのいずれかもしくはそのブレンドから形成されたも
のが好ましく、その硬度はジュロメーターで約10〜約
90の範囲である。ひとつの具体例では、ジュロメータ
ー20の1/2″スリーブを備えた直径6″のアイドラ
ーロール32を32ポンド/インチ(線)でキャスティ
ングロール28に対して押し付けて、コーティング粘度
が1.2ポイズになるように調節したコーティング温度
において80フィート/分で13ミクロンのフィルムを
作成する。このスリーブ59はロール表面にぴったり嵌
まって滑らかで最小の摩擦の表面を作り出す。
【0033】アイドラーロール32とドラム28の界面
にかかる圧力は、アイドラーロール32の車軸に取り付
けたスプリング機構(図示してない)のように、ロール
をキャスティングドラム28の方に選択的に推進する周
知の方法によって調節できる。このかかる圧力は、異な
るコーティングがこのニップ34のところを通過する場
合さまざまなパラメーターに従って調節することができ
る。
にかかる圧力は、アイドラーロール32の車軸に取り付
けたスプリング機構(図示してない)のように、ロール
をキャスティングドラム28の方に選択的に推進する周
知の方法によって調節できる。このかかる圧力は、異な
るコーティングがこのニップ34のところを通過する場
合さまざまなパラメーターに従って調節することができ
る。
【0034】キャスティングドラム28は中心軸の回り
を囲んでおり、各種プラスチック、セラミックまたは金
属のようなさまざまな材料から作成できる。通常このド
ラム28はステンレススチールまたはクロムメッキスチ
ールからなっている。さらに、このドラムは外部の電源
(図示してない)によって独立して駆動するのが好まし
い。
を囲んでおり、各種プラスチック、セラミックまたは金
属のようなさまざまな材料から作成できる。通常このド
ラム28はステンレススチールまたはクロムメッキスチ
ールからなっている。さらに、このドラムは外部の電源
(図示してない)によって独立して駆動するのが好まし
い。
【0035】キャスティングドラム表面は、コーティン
グ14に付与したいテクスチャまたはパターンに応じて
いろいろなテクスチャまたはパターンをつけることがで
きる。たとえば、高度の光沢が望まれる場合、表面41
はよく磨きあげたクロムメッキ面とすればよい。もし低
めの光沢をコーティングにつけたいならば、コーティン
グが艶消し組織をもつように表面41をあまり磨かない
でおくか、またはゴム引きするとよい。同様に、鏡像の
デザインパターンをコーティング26に付与するには、
そのデザインパターンを表面41にエンボス加工すれば
よい。そうすると、充分に硬化したコーティング26C
はキャスティングドラム面41の永久鏡像となる。
グ14に付与したいテクスチャまたはパターンに応じて
いろいろなテクスチャまたはパターンをつけることがで
きる。たとえば、高度の光沢が望まれる場合、表面41
はよく磨きあげたクロムメッキ面とすればよい。もし低
めの光沢をコーティングにつけたいならば、コーティン
グが艶消し組織をもつように表面41をあまり磨かない
でおくか、またはゴム引きするとよい。同様に、鏡像の
デザインパターンをコーティング26に付与するには、
そのデザインパターンを表面41にエンボス加工すれば
よい。そうすると、充分に硬化したコーティング26C
はキャスティングドラム面41の永久鏡像となる。
【0036】初期硬化に先立ってコーティング26およ
びその近辺ならびにキャスティングドラム28の表面4
2およびその近辺から空気を確実に排除するためには、
アイドラーロール32のニップ34にかけられる圧力を
調節すればよい。このかかる圧力の調節は上記したよう
にスプリングで行なえばよい。ニップ34にかけること
ができる正確な圧力はたくさんの要因に依存し、たとえ
ば、コーティング26の粘度、表面41の上にある(存
在する場合)デザインパターンの細かさ、およびコーテ
ィング26の所望の厚みに依存する。同様に、部分的に
硬化したコーティング26Pがキャスティングドラム2
8から剥がれて基体12に接着するとき、ニップ54の
ところにおけるキャスティングロール28間の圧力によ
って界面から空気が追い出されると共に基体12の厚み
が調節される。
びその近辺ならびにキャスティングドラム28の表面4
2およびその近辺から空気を確実に排除するためには、
アイドラーロール32のニップ34にかけられる圧力を
調節すればよい。このかかる圧力の調節は上記したよう
にスプリングで行なえばよい。ニップ34にかけること
ができる正確な圧力はたくさんの要因に依存し、たとえ
ば、コーティング26の粘度、表面41の上にある(存
在する場合)デザインパターンの細かさ、およびコーテ
ィング26の所望の厚みに依存する。同様に、部分的に
硬化したコーティング26Pがキャスティングドラム2
8から剥がれて基体12に接着するとき、ニップ54の
ところにおけるキャスティングロール28間の圧力によ
って界面から空気が追い出されると共に基体12の厚み
が調節される。
【0037】コーティング材料14がキャスティングロ
ール28または基体12に塗布された後の各々の場合に
おいて、それぞれの段階で輻射エネルギーによって硬化
させることができる。輻射エネルギーは、それぞれの輻
射エネルギー源36または60から、いろいろな硬化段
階にあるコーティング、すなわち26Uまたは26Pを
通って伝えられて吸収される。初期硬化はキャスティン
グ面42のところで酸素が存在しない状態で起こる。後
の硬化は、基体の表面11のところで酸素が存在しない
状態で起こる。
ール28または基体12に塗布された後の各々の場合に
おいて、それぞれの段階で輻射エネルギーによって硬化
させることができる。輻射エネルギーは、それぞれの輻
射エネルギー源36または60から、いろいろな硬化段
階にあるコーティング、すなわち26Uまたは26Pを
通って伝えられて吸収される。初期硬化はキャスティン
グ面42のところで酸素が存在しない状態で起こる。後
の硬化は、基体の表面11のところで酸素が存在しない
状態で起こる。
【0038】輻射エネルギー源の選択は、基体の化学的
性質および硬化させるコーティング材料の化学的性質を
始めとしていくつかの要因に依存する。基体に対して、
たとえば変色させるといった悪影響を与えることのない
輻射エネルギー源を選択することが重要である。アクリ
ル系コーティングをポリカーボネート基体に設ける場
合、最も適当な輻射エネルギー源はUV放射線である。
UV放射線の有利な波長範囲は約1800オングストロ
ームから約4000オングストロームまでである。その
ようなUV放射線を発生するのに使用するランプシステ
ムとしては、放電ランプ、たとえばキセノンランプ、金
属ハライドランプ、金属アークランプ、または高圧、中
圧もしくは低圧の水銀蒸気放電ランプなどがあり、それ
ぞれ数ミリトル程度の低圧から約10気圧までの圧力で
作動する。コーティング26に当てる放射線量レベルは
約2.0〜約10.0J/cm2 の範囲でよい。本発明
に適した典型的なUV硬化システムは米国特許第4,4
77,529号に記載のリンデ(Linde) 中圧水銀ランプ
である。基体の表面にUV光を当てるランプの数は重要
なものではないが、ランプの数を多くすると生産速度が
大きくなるであろう。通常、生産ラインスピードが約5
0フィート/分の場合、約0.5ミルの厚みのアクリル
系コーティングを生成するには各々が200ワット/イ
ンチ(線)の輻射エネルギーを発生するランプ2つで充
分である。このような硬化法の結果、多官能性のアクリ
ルモノマーが重合すると共にポリマーが架橋して、硬く
て耐磨耗性であり非粘着質のコーティングが形成され
る。当業者には理解されるように、基体やコーティング
システムによっては、電子ビーム硬化、ガンマ線硬化、
赤外硬化、および可視光の波長範囲を利用する硬化法の
ように異なる形態の輻射エネルギーを使用する必要があ
ることがある。これらの方法の多くが、そのような方法
で硬化させることができるポリマー性コーティングの説
明と共に、前記したカーク‐オスマー(Kirk-Othmer) の
文献に詳細に記載されている。
性質および硬化させるコーティング材料の化学的性質を
始めとしていくつかの要因に依存する。基体に対して、
たとえば変色させるといった悪影響を与えることのない
輻射エネルギー源を選択することが重要である。アクリ
ル系コーティングをポリカーボネート基体に設ける場
合、最も適当な輻射エネルギー源はUV放射線である。
UV放射線の有利な波長範囲は約1800オングストロ
ームから約4000オングストロームまでである。その
ようなUV放射線を発生するのに使用するランプシステ
ムとしては、放電ランプ、たとえばキセノンランプ、金
属ハライドランプ、金属アークランプ、または高圧、中
圧もしくは低圧の水銀蒸気放電ランプなどがあり、それ
ぞれ数ミリトル程度の低圧から約10気圧までの圧力で
作動する。コーティング26に当てる放射線量レベルは
約2.0〜約10.0J/cm2 の範囲でよい。本発明
に適した典型的なUV硬化システムは米国特許第4,4
77,529号に記載のリンデ(Linde) 中圧水銀ランプ
である。基体の表面にUV光を当てるランプの数は重要
なものではないが、ランプの数を多くすると生産速度が
大きくなるであろう。通常、生産ラインスピードが約5
0フィート/分の場合、約0.5ミルの厚みのアクリル
系コーティングを生成するには各々が200ワット/イ
ンチ(線)の輻射エネルギーを発生するランプ2つで充
分である。このような硬化法の結果、多官能性のアクリ
ルモノマーが重合すると共にポリマーが架橋して、硬く
て耐磨耗性であり非粘着質のコーティングが形成され
る。当業者には理解されるように、基体やコーティング
システムによっては、電子ビーム硬化、ガンマ線硬化、
赤外硬化、および可視光の波長範囲を利用する硬化法の
ように異なる形態の輻射エネルギーを使用する必要があ
ることがある。これらの方法の多くが、そのような方法
で硬化させることができるポリマー性コーティングの説
明と共に、前記したカーク‐オスマー(Kirk-Othmer) の
文献に詳細に記載されている。
【0039】各種ポリマー性基体の片面または両面にハ
ードコートを設けるのにいろいろな方法で本発明を使用
することが可能である。図1〜3に例示した具体例で
は、コーティング26を二段階で硬化させる(すなわ
ち、キャスティングドラム28上で初期硬化させ、溶融
した基体12上で後硬化させる)。また、ニップ54の
ところで剛性シートの基体を代わりに使用することによ
って剛性基体に被覆することも可能である。このような
シートは予備的に加熱するとそれに対するコーティング
の接着力が高くなる。しかし、シート温度はコーティン
グ26の硬化温度以下の温度に調節して後硬化が早期に
起きないようにするべきである。このような配置の場
合、コーティング26は粘着質の自由表面44をもって
おり、基体は粘着質ではない。しかし、コーティング2
6と基体12の温度は相互侵入反応が起こる程度に充分
高いので相互貫通帯域58が形成される。
ードコートを設けるのにいろいろな方法で本発明を使用
することが可能である。図1〜3に例示した具体例で
は、コーティング26を二段階で硬化させる(すなわ
ち、キャスティングドラム28上で初期硬化させ、溶融
した基体12上で後硬化させる)。また、ニップ54の
ところで剛性シートの基体を代わりに使用することによ
って剛性基体に被覆することも可能である。このような
シートは予備的に加熱するとそれに対するコーティング
の接着力が高くなる。しかし、シート温度はコーティン
グ26の硬化温度以下の温度に調節して後硬化が早期に
起きないようにするべきである。このような配置の場
合、コーティング26は粘着質の自由表面44をもって
おり、基体は粘着質ではない。しかし、コーティング2
6と基体12の温度は相互侵入反応が起こる程度に充分
高いので相互貫通帯域58が形成される。
【0040】また、コーティング26をキャスティング
ロール28の上で充分に硬化させて溶融基体に接着させ
ることも可能である。しかし、そのような場合、実施可
能ではあるがあまり望ましくはない窒素パージをしなが
らキャスティングドラム28上でコーティング26を充
分に硬化させる必要があるであろう。図4に示してある
ように、充分に硬化した自己支持性のコーティングを剛
性の基体に接着させることが可能である。そのようなコ
ーティングは適当な接着剤によって積層する。そのよう
な配置の場合、基体12はコーティング26を積層した
ところより下流で、一対の対向ロール74のニップ72
間で、UV硬化可能な接着剤70の中間層を受容して未
硬化の積層体を形成する。その後、コーティング26を
通して行なわれるUV源74による接着剤70の後積層
硬化を実施すればよい。
ロール28の上で充分に硬化させて溶融基体に接着させ
ることも可能である。しかし、そのような場合、実施可
能ではあるがあまり望ましくはない窒素パージをしなが
らキャスティングドラム28上でコーティング26を充
分に硬化させる必要があるであろう。図4に示してある
ように、充分に硬化した自己支持性のコーティングを剛
性の基体に接着させることが可能である。そのようなコ
ーティングは適当な接着剤によって積層する。そのよう
な配置の場合、基体12はコーティング26を積層した
ところより下流で、一対の対向ロール74のニップ72
間で、UV硬化可能な接着剤70の中間層を受容して未
硬化の積層体を形成する。その後、コーティング26を
通して行なわれるUV源74による接着剤70の後積層
硬化を実施すればよい。
【0041】接着剤70がコーティング26と同じ材料
である場合、基体12を加熱すると、基体12とコーテ
ィング26の間に相互貫通帯域58が形成されて接着が
行なわれる。通常、接着剤70はコーティング材料と同
じであるので硬化反応中接着剤70がコーティング26
と結合する。本発明の範囲内のいくつかの態様の場合、
いろいろなコーティング材料を2つ以上の層として設け
ることが望ましいことがある。当業者には明らかなよう
に、その追加の層は、被覆された基体の個々の使用目的
要件に応じていろいろなタイプの材料からなることがで
きる。各層のコーティング材料を硬化させるのに追加の
放射線ランプ、キャスティングドラムなどを適宜使用で
きる。
である場合、基体12を加熱すると、基体12とコーテ
ィング26の間に相互貫通帯域58が形成されて接着が
行なわれる。通常、接着剤70はコーティング材料と同
じであるので硬化反応中接着剤70がコーティング26
と結合する。本発明の範囲内のいくつかの態様の場合、
いろいろなコーティング材料を2つ以上の層として設け
ることが望ましいことがある。当業者には明らかなよう
に、その追加の層は、被覆された基体の個々の使用目的
要件に応じていろいろなタイプの材料からなることがで
きる。各層のコーティング材料を硬化させるのに追加の
放射線ランプ、キャスティングドラムなどを適宜使用で
きる。
【0042】本発明の方法に従って基体12上に1個以
上のコーティング材料層を設けて硬化させた後得られた
製品はトリミングまたは切断によってパネルにする排出
位置(図示してない)または適当な引取りローラーに案
内される。本発明の範囲内のいくつかの態様の場合、多
少の揮発性成分を含有する放射線硬化性コーティング2
6を使用するのが望ましいことがある。そのような揮発
性成分はコーティングやその周囲の領域から空気を除去
する能力に悪影響を与えることがあるので、これらの成
分は硬化に先立ってコーティングから除いておくべきで
ある。これは、図1に示してあるように、ひとつ以上の
乾燥ステーション80で実施できる。乾燥ステーション
80は一般に蒸気排気手段を有する強制熱空気オーブン
システムであるが、ベント付きの炉のいかなるタイプの
ものもこの目的に適している。乾燥ステーション80は
通常アイドラーロール32の下流のプロセスラインに沿
ったどこかに位置する。こうして、コーティング材料中
の揮発性成分はコーティングの放射線硬化の前に除去さ
れる。
上のコーティング材料層を設けて硬化させた後得られた
製品はトリミングまたは切断によってパネルにする排出
位置(図示してない)または適当な引取りローラーに案
内される。本発明の範囲内のいくつかの態様の場合、多
少の揮発性成分を含有する放射線硬化性コーティング2
6を使用するのが望ましいことがある。そのような揮発
性成分はコーティングやその周囲の領域から空気を除去
する能力に悪影響を与えることがあるので、これらの成
分は硬化に先立ってコーティングから除いておくべきで
ある。これは、図1に示してあるように、ひとつ以上の
乾燥ステーション80で実施できる。乾燥ステーション
80は一般に蒸気排気手段を有する強制熱空気オーブン
システムであるが、ベント付きの炉のいかなるタイプの
ものもこの目的に適している。乾燥ステーション80は
通常アイドラーロール32の下流のプロセスラインに沿
ったどこかに位置する。こうして、コーティング材料中
の揮発性成分はコーティングの放射線硬化の前に除去さ
れる。
【0043】本発明の現状で好ましいと考えられる態様
について説明して来たが、当業者にはすぐに分かるよう
に、本発明から逸脱することなく上記具体例にいろいろ
な変更や修正を加えることができ、添付の特許請求の範
囲ではそのような変更や修正も本発明の思想と範囲内に
入るものとして包含されるものである。
について説明して来たが、当業者にはすぐに分かるよう
に、本発明から逸脱することなく上記具体例にいろいろ
な変更や修正を加えることができ、添付の特許請求の範
囲ではそのような変更や修正も本発明の思想と範囲内に
入るものとして包含されるものである。
【図1】本発明の方法を実施するのに有用な装置の概略
側面図である。この図では、溶融したポリマー性基体の
両面に放射線硬化性コーティングが塗布される。
側面図である。この図では、溶融したポリマー性基体の
両面に放射線硬化性コーティングが塗布される。
【図2】ドラムのキャスティング面上におけるコーティ
ングの初期硬化を示す拡大した側面断面図である。
ングの初期硬化を示す拡大した側面断面図である。
【図3】図1の溶融した基体の両面に同時にコーティン
グを設けるところを示す拡大した側面断面図である。
グを設けるところを示す拡大した側面断面図である。
【図4】本発明のもうひとつの具体例の概略側面図であ
る。この図では、あらかじめキャストされ充分に硬化し
たコーティングが剛性のポリマー基体に貼付される。
る。この図では、あらかじめキャストされ充分に硬化し
たコーティングが剛性のポリマー基体に貼付される。
10 本発明の装置 12 基体 14 放射線硬化性コーティング材料 22、72 ニップ 24 ビード 26 コーティング 26C 硬化したコーティング 26P 部分的に硬化したコーティング 26U 未硬化コーティング 28 キャスティングロール 36、60、74 UV放射線源 38、62 UVランプ 40 UV線束 43 材料 44 自由表面 45 硬化部分 50 溶融ポリマー材料の供給源 54 圧縮ニップ 70 接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B05D 3/06 102 Z 8720−4D 7/02 8720−4D 7/24 301 T 8720−4D 302 P 8720−4D C08J 7/00 305 7310−4F 7/04 K // B32B 31/00 7639−4F
Claims (16)
- 【請求項1】 放射線硬化した耐磨耗性コーティングを
ポリマー性基体の少なくとも一面に形成する方法であっ
て、 未硬化のコーティング材料をキャスティング面に塗布
し、 このコーティング材料を通ってキャスティング面に向か
う放射線エネルギーをコーティングに当てることによっ
て、キャスティング面に隣接するコーテイィング材料を
少なくとも部分的に硬化させ、 この少なくとも部分的に硬化したコーティング材料を基
体に貼付し、 この貼付したコーティングに、コーティングを通って基
体に向かう放射線エネルギーを当てることによって、コ
ーティングをさらに硬化させると共に基体に付着させ
る、ことを含む方法。 - 【請求項2】 ポリマー性基体の少なくとも一面に耐磨
耗性の放射線硬化性コーティングを直接施す方法であっ
て、 未硬化の放射線硬化性コーティング材料のコーティング
をキャスティング面に塗布し、 このコーティングを通ってキャスティング面に向かう放
射線エネルギーをコーティング材料に当てることによっ
て、コーティングの自由表面部分は未硬化のままにしな
がらキャスティング面に隣接するコーティング材料を嫌
気的に一部硬化させ、 部分的に硬化したコーティングおよび基体を、この部分
的に硬化したコーティングと基体が付着してその間に相
互貫通帯域を形成するのに有効な温度に維持しながら、
この部分的に硬化したコーティングの未硬化自由表面部
分を基体に貼付することによって、前記部分的に硬化し
たコーティングをキャスティング面から基体に移し、 この貼付した部分硬化コーティングに、このコーティン
グを通って基体に向かう放射線エネルギーを当てること
によって、前記基体に付着した部分硬化コーティングの
未硬化部分を嫌気的に硬化させて充分に硬化したコーテ
ィングを形成する、ことを含む方法。 - 【請求項3】 ポリマー性基体の少なくとも一面に耐磨
耗性の硬化性コーティングを直接施す方法であって、 未硬化の放射線硬化性コーティング材料のコーティング
をキャスティング面に塗布し、 このコーティング材料を通ってキャスティング面に向か
う放射線エネルギーをコーティング材料に当てることに
よって、キャスティング面に隣接する未硬化のコーティ
ング材料を部分的に硬化させて自己支持性コーティング
を形成し、 自己支持性コーティングおよび基体を、その間に相互貫
通帯域を形成するのに有効な温度に維持しながら、この
自己支持性コーティングを基体に貼付することによって
複合体を形成し、 この貼付した自己支持性コーティングにエネルギーを当
てることによって前記複合体を充分に硬化させる、こと
を含む方法。 - 【請求項4】 相互貫通帯域が、貼付したコーティング
と基体との間に機械的結合を形成する、請求項1記載の
方法。 - 【請求項5】 さらに、放射線を当てる前に、キャステ
ィングドラム上のコーティングの厚さを調節する工程も
含む、請求項3記載の方法。 - 【請求項6】 前記充分に硬化したコーティングの硬さ
が、荷重500グラムのCS10Fテーバー(Tabor) 磨
耗輪を500回転させた後のハードコートの曇りが10
%以下であるような硬さである、請求項3記載の方法。 - 【請求項7】 前記充分に硬化したコーティングが、半
径3インチの円筒の円周上にひび割れを起こすことなく
巻き付けることができる程度の十分な柔軟性をもってい
る、請求項3記載の方法。 - 【請求項8】 耐磨耗性の放射線硬化性コーティングを
ポリマー性基体の少なくとも一面に施すための装置であ
って、 フィルムの形態にある測定量のコーティング材料を上に
受容するキャスティング手段と、 キャスティング手段にフィルムを塗布するためのコーテ
ィング手段と、 キャスティング手段に隣接してコーティング手段の下流
に位置し、UV放射線を放出すると共にキャスティング
手段に隣接するフィルムの一部を嫌気的に硬化させるた
めの第一のUV線源と、 第一のUV線源の下流でキャスティング手段に対して基
体を押し付けることによって、コーティングをキャステ
ィング手段から離して選択的に基体に付着させるための
手段と、 基体およびそれに付着したコーティングに隣接して位置
し、コーティングを後硬化させて確実に基体に付着させ
るための第二のUV線源とを含む装置。 - 【請求項9】 キャスティングドラムが、コーティング
を上に受容するためのキャスティングロールと、コーテ
ィングの厚さを決定する圧縮ニップのところで転がり接
触してキャスティングロールと係合する圧縮ロールとを
もっている、請求項8記載の装置。 - 【請求項10】 キャスティング手段が圧縮ニップのと
ころで長手方向に回転するよう係合する一対のローラー
からなっていて、ローラー間に基体を受容すると同時に
コーティングを基体に移す、請求項8記載の装置。 - 【請求項11】 さらに、キャスティングロールの間の
ニップの上流にエクストルーダーももっていて、基体を
ニップのところで圧縮するための押出物として成形す
る、請求項10記載の装置。 - 【請求項12】 耐磨耗性のUV硬化性コーティングを
基体上に施す方法であって、 (a)(i)ある量の多官能性アクリレートエステルモ
ノマーとある量の光開始剤を含む未硬化のコーティング
材料をキャスティングドラムの表面に塗布し、(ii)塗
布した未硬化のコーティング材料を、長手方向に回転す
る円筒形キャスティングドラムと長手方向に回転する円
筒形ニップロールとの間に規定される定圧圧縮ニップに
通し(ただし、前記キャスティングドラムとニップロー
ルは平行な回転軸をもっており、ニップロールはコーテ
ィングの未硬化面に接し、キャスティングドラムは塗布
された未硬化のコーティング材料と接し、圧縮ニップは
前記塗布された未硬化コーティングに実質的に一定の圧
力をかけ、前記圧縮ニップの圧力を約5〜約50psi
の間から選択してコーティングおよびドラムの間から空
気および過剰のコーティング材料を除去することによっ
て未硬化コーティング材料の実質的に均一な層をドラム
上に形成し、前記過剰のコーティング材料は前記圧縮ニ
ップの上流でそれに隣接して前記コーティングの幅にわ
たり前記ニップロールおよび前記キャスティングドラム
の間でコーティング材料のビードを形成する)、(iii
)コーティング層をドラム面と嫌気接触させたままで
コーティング層を通して紫外線を当てることによってコ
ーティング層を硬化させて、キャスティングドラムに隣
接しキャスティングドラム表面により決定される硬化表
面特性を有する硬化した表面と未硬化の自由表面とをも
ち、約0.1〜約1.5ミルの間から選択された厚さを
もつ少なくとも部分的に硬化した自己支持性コーティン
グを得、 (b)前記コーティングをポリマー性基体上に積層する
ことからなっており、前記積層が、(i)コーティング
の未硬化の自由表面を前記基体の表面に隣接した位置に
配置し、(ii)前記コーティングを積層ニップに通して
コーティングと基体の間から2原子酸素および過剰の接
着剤を除去し(この積層ニップは実質的に一定の圧力を
コーティングにかけてコーティングフィルムの未硬化表
面と基体との間を実質的に均一に付着させる)、(iii
)コーティングの硬化した表面を通して紫外線を当て
てコーティングの未硬化表面を硬化させると共にコーテ
ィングを基体に結合する、ことを含む方法。 - 【請求項13】 さらに、 供給されたシート形態の押出し可能なポリマー性材料か
らなる基体を、前記キャスティングドラムと長手方向に
回転する第二のニップロールとの間に規定される定圧圧
縮ニップに通すことによって基体を押出して均一な厚さ
のシートを形成する(ただし、前記キャスティングドラ
ムと第二のニップロールは平行な回転軸をもっており、
前記第二のニップロールは前記工程(a)(iii )の第
一の放射線硬化より下流に位置していて、均一な厚さの
シートの形成と同時に前記少なくとも部分的に硬化した
コーティングをキャスティングドラムから基体に移
す)、ことを含んでいる、請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 耐磨耗性のUV硬化性コーティングを
基体上に施す方法であって、 (a)(i)たとえばある量の多官能性アクリレートエ
ステルモノマーとある量の光開始剤とを含む未硬化のコ
ーティング材料をキャスティングドラムの表面に塗布
し、(ii)塗布した未硬化のコーティング材料を、長手
方向に回転する円筒形キャスティングドラムと長手方向
に回転する円筒形ニップロールとの間に規定される定圧
圧縮ニップに通し(ただし、前記キャスティングドラム
とニップロールは平行な回転軸をもっており、ニップロ
ールはコーティングの未硬化面に接し、キャスティング
ドラムは塗布した未硬化のコーティング材料と接し、圧
縮ニップは前記塗布した未硬化コーティングに実質的に
一定の圧力をかけ、前記圧縮ニップの圧力を約5〜約5
0psiの間から選択してコーティングおよびドラムの
間から空気および過剰のコーティング材料を除去するこ
とによって未硬化コーティング材料の実質的に均一な層
をドラム上に形成し、前記過剰のコーティング材料は前
記圧縮ニップの上流でそれに隣接して前記コーティング
の幅にわたり前記ニップロールおよび前記キャスティン
グドラムの間でコーティング材料のビードを形成す
る)、(iii )コーティングをドラム表面と嫌気接触さ
せ、かつコーティングの自由表面を不活性雰囲気下にお
いたままでコーティングを通して紫外線を当てることに
よってコーティングを硬化させて、キャスティングドラ
ム表面により決定される表面特性を有し、かつ約0.1
〜約1.5ミルの間から選択された厚さを有する充分に
硬化したコーティングを得、 (b)前記充分に硬化したコーティングをポリマー性基
体上に積層することを含む方法。 - 【請求項15】 前記積層工程が(i)基体の表面とコ
ーティングとの間にある量のアクリル系接着剤を置き、
コーティングを前記基体の表面に隣接した位置にもって
いってオーバーレイを形成し、(ii)前記オーバーレイ
を積層ニップに通してコーティングと基体の間から2原
子酸素および過剰の接着剤を除去し(この積層ニップは
実質的に一定の圧力をオーバーレイにかけてフィルムと
基体との間に接着剤の実質的に均一な層を形成し、過剰
の接着剤は前記積層ニップの上流でそれに隣接して前記
基体と前記コーティングの間で前記基体の幅にわたって
接着剤のビードを形成する)、(iii )コーティングを
通して接着剤層に紫外線を当てることによって接着剤層
を硬化させてコーティングを基体に結合させる(ただ
し、この硬化した接着剤層は約0.2〜約2ミルの間か
ら選択される厚さを有する)ことを含む、請求項14記
載の方法。 - 【請求項16】 前記積層工程が、(iv)供給されたシ
ート形態の押出し可能なポリマー性材料からなる基体を
押出し、(v)前記シートをその軟化状態で、前記キャ
スティングドラムと長手方向に回転する第二のニップロ
ールとの間に規定される定圧圧縮ニップに通して均一な
厚さのシートを形成する(ただし、前記キャスティング
ドラムと第二のニップロールは平行な回転軸をもってお
り、前記第二のニップロールは前記工程(a)(iii )
の放射線硬化より下流に位置していて、均一な厚さのシ
ートの形成と同時に前記コーティングをキャスティング
ドラムから軟化した基体に移す)、ことを含む、請求項
15記載の方法。
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