TW201941836A - 用於簾式塗佈基材之方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示簾式塗佈基材之方法。在一些實施例中，所述方法包含將兩個或更多個液體層同時塗覆至基材上，其中所述多個層包含包括剪切稀化液體之底部液體層及包括黏彈性液體之另一液體層。在一些實施例中，所揭示之方法包含調配包括剪切稀化液體之底層液體，調配包括黏彈性液體之另一層液體，將所述底層液體及所述另一層液體同時泵送通過塗佈模具且泵送至移動基材上，使得所述底層液體撞擊在所述基材上，從而形成底層，且所述另一層液體在所述底部液體層上方形成另一液體層。納入包括剪切稀化液體之底部液體層及包括黏彈性液體之另一層使簾式塗佈窗擴大。

Description

用於簾式塗佈基材之方法

本發明係關於簾式塗佈基材之方法。在一些實施例中，所揭示之方法包含將兩個或更多個液體層同時塗覆至基材上，其中多個層包含包括剪切稀化液體之底部液體層及包括黏彈性液體之另一液體層。

在一些實施例中，所揭示之方法包含調配包括剪切稀化液體之底層液體，調配包括黏彈性液體之另一層液體，將所述底層液體及所述另一層液體同時泵送通過塗佈模具且泵送至移動基材上，使得所述底層液體撞擊在所述基材上，從而形成底層，且所述另一層液體在所述底部液體層上方形成另一液體層。包含包括剪切稀化液體之底部液體層及包括黏彈性液體之另一層提供簾式塗佈窗的擴大。

簾式塗佈係在移動基材上產生流體塗層之製程。塗佈基材隨後可用於各種應用。藉由通過模具泵送待塗佈之液體形成液簾，其產生薄液體薄片，所述薄片在重力作用下落下直至其撞擊在移動基材上，從而形成液體層。有可能產生多層塗層以及在連續基材（即幅材）或離散物體上之塗層。尤其在連續塗層中，提高速度及降低塗層厚度對於製程之經濟性而言皆重要。儘管簾式塗佈的應用範圍很廣，但其操作具有挑戰性，且僅在操作參數之某一範圍（稱為塗佈窗）內獲得均一塗佈。限制簾式塗佈的兩個主要物理機制係低於臨界流動速率之液簾破裂，及空氣夾帶，其在超過某一幅材速度之情況下發生。

在本發明中，藉由使用多層方法擴大簾式塗佈窗，其中具有增強彈性之黏彈性液體層經由多層簾式塗佈方法與剪切稀化液體層同時沈積。此允許沈積剪切稀化液體層之較薄塗層，其直接撞擊在塗佈基材之表面上。

在塗佈期間，待塗佈之液體（亦即，具有大拉伸黏度之黏彈性液體）的彈性增加簾之穩定性，其使得所述製程能夠以較低流動速率運行且產生較薄塗層。亦即，液體之彈性降低最小流動速率，或此流動速率，小於所述流動速率簾變得不穩定且分解成液柱。此外，使用剪切稀化液體（亦即，黏度隨剪切速率增加而降低之液體）可藉由將空氣夾帶之開始延遲至在相對較大基材速度下發生來增加塗佈速度的範圍。

藉由將前述兩種類型之液體作為多層液體簾塗覆，其中多層液體簾中之一層包括具有彈性的液體且多層液體簾中之底層（亦即，多層液體簾中之最低或背面液體層）包括剪切稀化液體，可顯著擴大簾窗之尺寸。與現有塗佈方法相比，擴大簾窗實現就操作程序（例如，塗佈速度）及提高之產品品質（例如，在無任何缺陷之情況下降低簾厚度）而言的顯著優點。

本文揭示此類在基材上形成簾塗層之方法。在一些實施例中，揭示簾式塗佈基材之方法，其包括同時塗覆兩種或更多種液體以在基材上分別形成多個層，其中所述多個層包含包括剪切稀化液體之底層及包括黏彈性液體之上部液體層。

此外，揭示簾式塗佈基材之方法，其包括調配包括剪切稀化液體之底層液體，調配包括黏彈性液體之上層液體，將底層液體及上層液體同時泵送通過塗佈模具且泵送至移動基材上，使得底層液體撞擊在基材上。

更進一步地，揭示簾式塗佈基材之方法，其包括同時塗覆兩種或更多種液體以在基材上分別形成多個層，其中多個層包含剪切稀化液體層及黏彈性液體層，其中剪切稀化液體層撞擊基材之表面。所揭示之方法可視情況沈積於簾塗層中之中間層。

與根據傳統方法塗覆之簾塗層相比，所揭示之方法提供具有改良速度範圍及穩定性的簾塗層。如上所述，所揭示之方法包括同時塗覆兩種或更多種液體以分別在基材上形成多個層。多個層包含剪切稀化液體層或底部液體層，其直接撞擊在待塗佈的基材上。多個層進一步包含黏彈性液體層，其在底部液體層上方定向，亦即，相對於底部液體層之上部液體層，且不與基材直接接觸。多個層可進一步包含在底部液體層上方定向的一或多個中間液體層。亦即，簾塗層可僅含有兩層-包括剪切稀化液體之底部液體層及包括黏彈性液體之上部液體層，或簾塗層可含有三層、四層、五層或更多層，其限制條件為最底液體層包括剪切稀化液體，且一或多個上部液體層包括黏彈性液體。如本文所使用，「上部」不一定意謂「最上部」。

剪切稀化 液體層 剪切稀化液體層包括剪切稀化液體。如本文所使用，剪切稀化液體係剪切黏度隨剪切速率增加而降低之液體。剪切稀化液體層直接撞擊在待塗佈之基材上，如下文中更詳細地描述。在彼方面，剪切稀化液體層係簾塗層中之底部液體層。

根據本發明使用之適合剪切稀化液體的實例包含包括三仙膠之水溶液、包含丙烯酸乳液之聚合乳液，及表現出在增加的剪切速率下之較低黏度及不隨拉伸速率顯著上升之拉伸黏度的聚合物溶液。舉例而言，且如實例中進一步說明，溶解於蒸餾水中之三仙膠適用於本發明之剪切稀化液體層。在一些實施例中，以剪切稀化液體溶液之總重量計，存在於剪切稀化液體溶液中之三仙膠的量為0.1至1重量%，或0.15至0.3重量%。

黏 彈性液體層 黏彈性液體層包括黏彈性液體。如本文所使用，黏彈性液體係表現出拉伸增稠行為之液體，使得其具有隨拉伸速率上升之拉伸黏度。黏彈性液體層在剪切稀化液體層或底部液體層上方定向。亦即，剪切稀化液體層在待塗佈之基材與黏彈性液體層中間定向。如實例中所示出，此佈置在各種簾式塗佈應用中提供塗佈窗之擴大。在一些實施例中，如使用CaBER流變儀技術量測，在高應變下黏彈性液體具有1至1050 Pa.s之拉伸黏度（μ_e ），如在Lucy E. Rodd, Timothy P. Scott, Justin J. Cooper-White, Gareth H. McKinley, 「低黏度彈性流體之毛細管破裂流變測定（Capillary Break-up Rheometry of Low-Viscosity Elastic Fluids）」, HML報告號04-P-04, 2004中詳述。在一些實施例中，如根據威廉米懸片法（Wilhelmy plate method）量測，黏彈性液體具有20至72 mN/m之表面張力（σ）。

適用於本發明之黏彈性液體的實例包含（但不限於）包括彈性聚合物，諸如高分子量聚氧化乙烯（「PEO」）、聚乙烯醇（「PVOH」）、聚(乙烯基吡咯啶酮)（「PVP」）及其類似物的水溶液。舉例而言，分子量為約g/mol之PEO適用作本發明之黏彈性液體。在一些實施例中，以黏彈性液體溶液之總重量計，存在於黏彈性液體溶液中之PEO的量為0.01至1重量%，或0.025至0.1重量%，或0.025至0.08重量%，或0.025至0.05重量%。

視情況選用之添加劑 在一些實施例中，添加劑可視情況包含於剪切稀化液體層及/或黏彈性液體層中。此類添加劑之實例包含（但不限於）潤濕劑、表面活性劑、增稠劑、消泡劑及其兩者或多於兩者之組合。

簾 塗層形成 上述液體層可以各種方式簾式塗佈在基材上。待塗佈之適合基材包含（但不限於）紙基材、聚合膜基材、聚矽氧塗佈紙或膜基材、金屬基材、金屬化膜基材、玻璃基材及卡紙板基材。在此等中較佳之基材包含聚矽氧塗佈紙或膜基材。

圖1展示本發明之簾式塗佈製程的示意圖。在圖1中，泵102將黏彈性液體自儲集器104遞送至質量流量計（例如，科里奧利型（Coriolis-type）流量計），其在進入滑動塗佈模具108之前量測質量流率及黏彈性液體之密度。液體離開進料槽且沿傾斜平面向下流動，隨後形成多層液簾之頂層。泵110將剪切稀化液體自儲集器112遞送至滑動塗佈模具108。剪切稀化液體亦離開進料槽且沿傾斜平面向下流動，隨後形成多層簾之底層。剪切稀化溶液之質量流率可藉由校準泵110確定。兩種液體在重力加速度下向下流動，直至沈積在旋轉圓筒114上。

本發明之實例 現將藉由描述說明所揭示黏著劑組合物及現有黏著劑組合物之實例（說明性實例「IE」、比較實例「CE」，統稱為「實例」）來進一步詳細解釋本發明。然而，本發明之範疇當然不限於所述實例。

剪切稀化 液體 藉由將三仙膠溶解於蒸餾水中，製備用於在實例中使用之兩種濃度（以水溶液之總重量計，0.15及0.30 wt%）的剪切稀化水溶液。隨後，向溶液中添加2.7 mM十二烷基硫酸鈉（「SDS」）及少量食品級藍色1號色彩染料且攪拌。三仙膠溶液表現出剪切稀化行為，如圖2中所詳述。在相同溶劑（亦即，蒸餾水）中，不同三仙膠濃度具有相似的高剪切黏度，以及不同的低剪切黏度。

在可購自Krüss之K10ST™數位表面張力計中使用威廉米懸片法量測溶液之表面張力。使用可購自TA Instruments之AR-G2™流變儀用庫埃特（Couette）胞元幾何形狀獲得剪切黏度曲線。用量瓶及實驗室天平量測密度。剪切稀化溶液之拉伸黏度µ_e 過低，無法使用毛細管破裂拉伸流變儀（「CaBER」）流變儀法量測，因為液體長絲快速分裂。

表1詳述此等剪切稀化溶液之表面張力及黏度。 表1：剪切稀化溶液之物理特性

黏 彈性液體 在實例中，聚氧化乙烯（分子量為約g/mol）之水溶液用作黏彈性液體。將少量高分子量聚合物聚氧化乙烯添加至蒸餾水中，以獲得黏彈性液體。藉由添加表面活性劑（2.77 mM SDS）減小黏彈性液體溶液之表面張力。將少量食品級紅色40號色彩染料添加至溶液中，以在雙層簾中將黏彈性液體層與剪切稀化液體層（藍色）區分。在可購自Krüss之K10ST™數位表面張力計中使用威廉米懸片法量測表面張力。使用可購自TA Instruments之AR-G2™流變儀用庫埃特胞元幾何形狀獲得剪切黏度曲線。藉由在簾式塗佈裝置中所使用之科里奧利型質量流計量測密度。圖3展示黏彈性液體溶液隨剪切速率變化之剪切黏度。聚氧化乙烯對剪切黏度的貢獻，定義為黏彈性液體溶液與溶劑（亦即，蒸餾水）黏度之間的差，例如。

使用CaBER方法探測黏彈性液體溶液之表觀拉伸黏度。以聚氧化乙烯濃度計，當前溶液之弛豫時間λ，在74至764 ms之間變化。

拉伸黏度可由特如吞比率Tr表示，其表示拉伸黏度與剪切黏度之間的比率：。 (3)

特如吞比率對亨基應變ε，其定義為，其中D_p 為示於圖4中之液橋的初始直徑。

實例中所使用之所有黏彈性液體溶液的物理特性（例如，高應變下之拉伸黏度）示於表2中。 表2：黏彈性液體之物理特性

具有黏彈性之剪切稀化液體 藉由將三仙膠溶解於99.85 wt%蒸餾水及0.005 wt% PEO中，製備0.15 wt%濃度之用於實例的具有黏彈性之剪切稀化液體。隨後，在溶液中添加2.7 mM SDS及少量食品級藍色1號顏色染料且攪拌。最後，在溶液中緩慢添加0.005 wt% PEO。三仙膠/PEO溶液表現出具有黏彈性之剪切稀化行為，如圖5及圖6所示。表3詳述具有黏彈性之剪切稀化液體的物理特性。

在可購自Krüss之K10ST™數位表面張力計中使用威廉米懸片法量測具有黏彈性之剪切稀化溶液的表面張力。使用可購自TA Instruments之AR-G2™流變儀用庫埃特胞元幾何形狀獲得剪切黏度μ，曲線。用量瓶及實驗室天平量測密度。 表3.具有黏彈性之剪切稀化液體的物理特性

牛頓液體溶液 聚乙二醇（PEG，8000 g/mol）之水溶液用作實例中之牛頓液體。藉由將PEG粉末溶解於蒸餾水中，製備20 wt%濃度之PEG溶液。隨後，在溶液中添加2.77 mM十二烷基硫酸鈉（SDS）及少量食品級紅色40號色彩染料且攪拌。PEG溶液表現出牛頓行為。表4詳述PEG溶液之物理特性。無法使用CaBER量測PEG溶液之拉伸黏度。由於PEG溶液表現出牛頓行為，因此假定其特如吞比率為3。估計20 wt% PEG溶液之拉伸黏度為約 0.06 Pa.s。 表4：牛頓液體之物理特性

表5中詳述之實例詳述剪切稀化底部液體層與黏彈性上部液體層（1 ＜μ_e ＜ 1050 Pa.s）之組合如何引起增強之簾穩定性，亦即，較低可達最小流動速率（Q_min ）。具有三仙膠溶液之單層簾（CE1及CE2）引起比含有此等流體作為底部液體層及0.025至0.1 wt% PEO溶液作為上部液體層之雙層簾（IE1至IE6）高的最小流動速率。

引起μ_e ＞ 1050 Pa.s之較高濃度之PEO（CE3至CE8），導致珠粒拉動，使得液簾與移動幅材（實例設置中之玻璃輥，如圖1中示意性地說明）一起以低於如表5中所指示之輥之最大速度（164.2 cm/s）的速度被拉動。

若上部液體層經PEG而非PEO（亦即，牛頓性但無拉伸黏度之液體作為上層液體層）增稠以改良簾穩定性，則未觀測到改良的簾穩定性，如由CE9所示，其藉由使用20 wt% PEG溶液作為上部液體層及0.15 wt%三仙膠溶液作為底部液體層製備。對於此情況，最小總流動速率Q_min 等於Q_min = (16.12 ± 0.61) cm³ /s，其中單獨20 wt% PEG層之最小流動速率極大，等於5.74 cm³ /s。相比之下，具有0.15 wt%三仙膠溶液之底部液體層及具有0.025 wt% PEO溶液之上部液體層之雙層的總最小流動速率Q_min 為Q_min = (14.56 ± 1.8) cm³ /s，其中0.025 wt% PEO層之最小流動速率僅為0.66 cm³ /s。

當向底部液體層中添加少量PEO時，導致拉伸黏度增加，觀測到珠粒拉動及空氣夾帶，且隨著玻璃輥之速度增加，珠粒拉動將簾向前拉動。CE 10中之雙層使用含有極少量PEO（亦即，0.005 wt% PEO）之0.15 wt%三仙膠作為底部液體層及黏彈性溶液（亦即，0.025 wt% PEO）作為上部液體層產生。觀測到珠粒拉動，且隨著玻璃輥之速度增加，珠粒拉動之程度變得更大。

表5詳述各種實例之最小流動速率。對於使用雙層簾式塗佈之實施例，除了總最小流動速率之外，亦詳述每一層之最小流動速率，總流動速率為個別層的總和。 表5：最小流動速率

除了上文所描述之實施例之外，特定組合之許多實施例亦在本發明之範疇內，下文描述其中一些實施例： 實施例1. 一種簾式塗佈基材之方法，其包括： 同時塗覆兩種或更多種液體以在所述基材上分別形成多個層，其中所述多個層包含： 底部液體層，其包括剪切稀化液體；及 上部液體層，其包括黏彈性液體。 實施例2. 任何前述或後續實施例之方法，其中所述剪切稀化液體具有隨剪切速率增加而降低之表觀黏度。 實施例3. 任何前述或後續實施例之方法，其中所述剪切稀化液體包括在水溶液中之三仙膠。 實施例4. 任何前述或後續實施例之方法，其中以所述剪切稀化液體之總重量計，所述剪切稀化液體包括呈0.1至1重量%之量的三仙膠。 實施例5. 任何前述或後續實施例之方法，其中以所述剪切稀化液體之總重量計，所述剪切稀化液體包括呈0.15至0.3 重量%之量的三仙膠。 實施例6. 任何前述或後續實施例之方法，其中以所述黏彈性液體之總重量計，所述黏彈性液體包括呈0.01至1重量%之量的聚氧化乙烯。 實施例7. 任何前述或後續實施例之方法，其中以所述黏彈性液體之總重量計，所述黏彈性液體包括呈0.025至0.1重量%之量的聚氧化乙烯。 實施例8. 任何前述或後續實施例之方法，其中以所述黏彈性液體之總重量計，所述黏彈性液體包括呈0.025至0.08重量%之量的聚氧化乙烯。 實施例9. 任何前述或後續實施例之方法，其中以所述黏彈性液體之總重量計，所述黏彈性液體包括呈0.025至0.05重量%之量的聚氧化乙烯。 實施例10. 任何前述或後續實施例之方法，其中所述黏彈性液體具有1至1050 Pa.s之拉伸黏度。 實施例11. 任何前述或後續實施例之方法，其中所述黏彈性液體具有20至72 mN/m之表面張力。 實施例12. 任何前述或後續實施例之方法，其中所述基材包括選自由以下組成之群的材料：紙、聚合膜、聚矽氧塗佈紙、金屬及金屬化膜。 實施例13. 一種簾式塗佈基材之方法，其包括： 調配包括剪切稀化液體之底部液體層； 調配包括黏彈性液體之上部液體層； 將所述底部液體層及所述上部液體層同時泵送通過塗佈模具且泵送至移動基材上，使得所述底部液體層撞擊在所述基材上。 實施例14. 一種簾式塗佈基材之方法，其包括： 同時塗覆兩種或更多種液體以在所述基材上分別形成多個層，其中所述多個層包含： 剪切稀化液體層，其包括具有隨剪切速率增加而降低之剪切黏度的剪切稀化液體；及 黏彈性液體層，其包括黏彈性液體， 其中所述剪切稀化液體層撞擊所述基材之表面。 實施例15. 任何前述或後續實施例之方法，其進一步包括中間液體層。

102‧‧‧泵

104‧‧‧儲集器

108‧‧‧滑動塗佈模具

110‧‧‧泵

112‧‧‧儲集器

114‧‧‧旋轉圓筒

此處參考以下圖示，其中： 圖1展示本發明之簾式塗佈製程的示意圖； 圖2展示一些剪切稀化液體之黏度與剪切速率的曲線； 圖3展示一些黏彈性液體之剪切黏度與剪切速率的曲線； 圖4展示對於一些黏彈性溶液，以特如吞（Trouton）比率表示之拉伸黏度與亨基（Hencky）應變的曲線； 圖5展示包含少量PEO之剪切稀化液體溶液之黏度與剪切速率的曲線；且 圖6展示以特如吞比率表示之拉伸黏度與包含少量PEO之剪切稀化液體溶液之亨基應變的曲線。

Claims (10)

1. 一種簾式塗佈基材之方法，其包括： 同時塗覆兩種或更多種液體以在所述基材上分別形成多個層，其中所述多個層包含： 底部液體層，其包括剪切稀化液體；及 上部液體層，其包括黏彈性液體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述剪切稀化液體包括在水溶液中之三仙膠。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中以所述剪切稀化液體之總重量計，所述剪切稀化液體包括呈0.1至1重量%之量的三仙膠。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中以所述黏彈性液體之總重量計，所述黏彈性液體包括呈0.01至1重量%之量的聚氧化乙烯。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述黏彈性液體具有1至1050 Pa.s之拉伸黏度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述黏彈性液體具有20至72 mN/m之表面張力。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述基材包括選自由以下組成之群的材料：紙、聚合膜、聚矽氧塗佈紙、金屬及金屬化膜。
8. 一種簾式塗佈基材之方法，其包括： 調配包括剪切稀化液體之底部液體層； 調配包括黏彈性液體之上部液體層； 將所述底部液體層及所述上部液體層同時泵送通過塗佈模具且泵送至移動基材上，使得所述底部液體層撞擊在所述基材上。
9. 一種簾式塗佈基材之方法，其包括： 同時塗覆兩種或更多種液體以在所述基材上分別形成多個層，其中所述多個層包含： 剪切稀化液體層，其包括具有隨剪切速率增加而降低之剪切黏度的剪切稀化液體；及 黏彈性液體層，其包括黏彈性液體， 其中所述剪切稀化液體層撞擊所述基材之表面。
10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包括中間液體層。