精密涂布工藝應(yīng)用進(jìn)展

涂布工藝是改變和完善材料表面特性的重要加工工藝, 而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 涂布工藝更成為許多重要功能性材料研究開(kāi)發(fā)所不可或缺的重要工藝技術(shù)手段。特別是精密涂布工藝技術(shù)可滿(mǎn)足某些涂層的特殊要求, 從而增加材料的附加值并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。一次多層坡流擠壓涂布和落簾涂布曾是精密涂布工藝技術(shù)的典型代表。正是多層坡流擠壓涂布技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用, 使彩色感光材料的多功能層結(jié)構(gòu)在性能上得以極大完善并實(shí)現(xiàn)工業(yè)大生產(chǎn)。可以說(shuō), 沒(méi)有一次多層高速擠壓涂布技術(shù), 要實(shí)現(xiàn)多達(dá)10 余層而總厚度僅為20μm 左右的彩色膠卷工業(yè)化生產(chǎn)是不可想象的。目前照相感光材料工業(yè)雖已日趨衰微, 但擠壓涂布和落簾涂布技術(shù)仍在輕工造紙, 膜材料加工, 包裝材料等行業(yè)中得到了推廣應(yīng)用。

近年來(lái), 平板顯示產(chǎn)業(yè)以及一些新型光電子產(chǎn)品, 得到了迅猛發(fā)展。這些產(chǎn)品的涂層往往要求更薄、更均勻, 從而對(duì)精密涂布工藝技術(shù)又提出了新的要求。例如液晶顯示器所用的防反射膜、防眩光膜的涂層厚度只有幾十至100nm 左右;而用于新型充電鋰電池電極的涂層要求實(shí)現(xiàn)帶狀涂布或間歇塊狀涂布。多層擠壓涂布和落簾涂布顯然已不能完全滿(mǎn)足這方面的要求。有大量文獻(xiàn)資料報(bào)導(dǎo), 條縫涂布和微凹版輥涂布工藝在這些領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這類(lèi)光學(xué)膜涂層傳統(tǒng)上采用真空蒸鍍、化學(xué)沉積、等離子聚合等方法, 這些方法是在真空條件下將固態(tài)組分氣化蒸發(fā)沉積在特定的基體上。

由于必須采取真空密閉操作環(huán)境, 難以實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的卷對(duì)卷式大規(guī)模生產(chǎn)。采用旋涂法雖也能得到均勻的薄層涂布效果, 但受到涂布面積和涂布效率的限制, 特別是其涂布液的利用率只有5 %左右, 造成巨大的浪費(fèi), 難以實(shí)現(xiàn)低成本的工業(yè)化生產(chǎn)。因此, 尋求新的精密涂布工藝技術(shù), 適應(yīng)低成本、高質(zhì)量、大規(guī)模生產(chǎn), 以適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需要是必然的選擇。如許多光電子產(chǎn)品中的透明電極導(dǎo)電層———銦錫氧化物(ITO) 就一直采用濺射法制備。而日立麥克賽爾公司于2008 年底宣布采用濕法涂布工藝制成透明I TO 導(dǎo)電膜 。該公司利用其水熱法制備氧化鐵磁粉的經(jīng)驗(yàn), 制備了納米級(jí)的ITO 微粒子, 通過(guò)分散配制成I TO 涂布液, 再經(jīng)微凹版輥涂布工藝將ITO 涂布液涂布在PET 基材上, 經(jīng)干燥后就得到透明ITO 導(dǎo)電膜。而另一方面, 采用有機(jī)導(dǎo)電高分子聚合物, 通過(guò)溶液涂布手段、形成透明導(dǎo)電膜取代ITO 膜的工藝路線(xiàn), 已開(kāi)始得到愈來(lái)愈多的應(yīng)用。

據(jù)此, 本文將著重介紹微凹版輥涂布工藝和條縫涂布工藝在平板顯示、光電子產(chǎn)品、鋰電池等領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況。

2 微凹版輥涂布工藝

2.1

微凹版輥涂布工藝概述

微凹版輥涂布工藝技術(shù)是日本康井精機(jī)公司在普通逆向凹版輥涂布工藝基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的專(zhuān)有技術(shù)。其基本原理相同, 都是一種自計(jì)量方式的涂布工藝:藉助于凹版輥網(wǎng)紋圖案、線(xiàn)數(shù)以及深度確定帶液量, 并通過(guò)一些工藝操作條件因素來(lái)決定轉(zhuǎn)移涂布量的一種涂布方式。

微凹版輥與普通凹版輥涂布工藝的最大區(qū)別就在于“微” 。普通凹版輥的直徑約為125 ～ 250mm ,而微凹版涂布輥的直徑, 根據(jù)不同涂幅寬度分別為20mm (涂布寬幅為300mm) 和50mm (涂布寬幅為1600mm)。這樣小直徑的凹版輥在涂布時(shí)與被涂基材的接觸面積要小得多。涂布過(guò)程中凹版輥凹槽中的涂液一部分被轉(zhuǎn)移到被涂基材上, 一部分則仍留在凹版輥的凹槽內(nèi)。這樣進(jìn)入和離開(kāi)涂布點(diǎn)的前后會(huì)分別形成2 個(gè)液橋

在通常大直徑凹版輥的情況下, 易產(chǎn)生較大的干擾液橋, 造成涂層弊病。特別當(dāng)凹版輥還有壓緊背輥工作時(shí), 情況尤為嚴(yán)重, 而微凹版輥涂布工藝由于凹版的直徑小, 而且又沒(méi)有壓緊背輥, 所以進(jìn)入和離開(kāi)涂布區(qū)的液橋量很小, 比較穩(wěn)定, 從而有利于提高轉(zhuǎn)移涂布的質(zhì)量。

為除去凹版輥從料盤(pán)中帶上的過(guò)多涂液, 微凹版輥所使用的刮刀要遠(yuǎn)比普通凹版輥所使用的更為柔軟而且壓力更小, 刮角近似于正切角, 主要起勻化和定量的作用, 而普通凹版輥的刮刀則更偏重于刮的作用。這樣微凹版輥本身以及刮刀的壽命可延長(zhǎng)許多。

在固定凹版輥型號(hào)和涂液物性的條件下, 微凹版輥的線(xiàn)速與被涂基材的運(yùn)行速度比, 決定著涂布量。濕涂層厚度與微凹版輥線(xiàn)速度/基材速度比之間的相互關(guān)系

一般情況下, 當(dāng)微凹版輥線(xiàn)速度/基材速度比達(dá)到0.6 時(shí), 開(kāi)始涂布帶料, 速度比達(dá)到1.0 ～1.3 時(shí), 即可達(dá)到表面光滑和均勻的涂布量;速度比為1.3 ～ 2.0 時(shí), 涂布量進(jìn)一步增加, 速度比超過(guò)2.0 時(shí), 涂布呈不穩(wěn)定狀態(tài), 涂布量反而會(huì)減少。

?直線(xiàn)部分的速度比為1.0 ～ 2.0之間, 但通常1.0 ～ 1.3 是最好的操作區(qū)間, 即可達(dá)到最好的表觀, 而又可適當(dāng)調(diào)節(jié)涂布量。微凹版涂布工藝既可適應(yīng)水溶性涂液, 又可適應(yīng)溶劑性涂液的涂布, 其粘度范圍為1 ～ 1000cps , 在某些情況下甚至可以達(dá)到2000cps 。正因具有上述的特點(diǎn), 微凹版涂布工藝已得到越來(lái)越廣的實(shí)際應(yīng)用。據(jù)日本康井精機(jī)公司介紹, 在過(guò)去20 年中, 該公司已向世界各大公司銷(xiāo)售了100 臺(tái)以上的微凹版輥涂布生產(chǎn)設(shè)備, 其中包括美國(guó)的伊斯曼柯達(dá)、杜邦、3M 、日本的JVC 、日立、東芝、松下、三菱化學(xué)、帝人以及韓國(guó)的SKC 等不同工業(yè)領(lǐng)域的頂尖企業(yè)。而眾多有關(guān)功能性薄膜制備的專(zhuān)利文獻(xiàn)中, 也列出了微凹版輥涂布工藝應(yīng)用于不同功能性涂層制備的例子。

2.2

微凹版輥涂布工藝在功能性薄膜制備中的應(yīng)用

2.2.1 在防反射、防昡光、抗劃傷等功能性光學(xué)薄膜制備中的應(yīng)用

防反射膜可以顯著地改善各種光照條件下觀看影像顯示的效果。日本油脂公司在WO97/45207中提出了采用微凹版輥涂布工藝制備厚度為1μm以下超薄涂層防反射膜制備方法 。實(shí)例之一, 首先以全氟辛基甲乙基二丙烯酸乙二醇酯可聚合單體為固相組分, 分散于三氟甲苯溶劑中, 配制成8w t %含固量的涂布液, 然后用微凹版輥涂布設(shè)備將上述涂布液涂布在聚酯片基上。

工藝條件為:涂布車(chē)速20m/min , 凹版輥網(wǎng)紋密度為110 線(xiàn)/cm ,凹槽深度為70μm , 以線(xiàn)速度為10m/min 逆向運(yùn)轉(zhuǎn), 得到濕涂層厚度為3.57μm 。經(jīng)干燥、電子輻射聚合固化后, 即得到干膜平均厚度為0.104μm的防反射膜涂層。實(shí)例之二, 首先以聚(2-全氟辛基丙烯酸乙酯)作為固相組分, 分散在三氟甲苯溶劑中, 配制成含固量為2w t %的涂布液。然后用微凹版輥涂布設(shè)備將涂液涂布在聚酯片基上, 涂布工藝條件:涂布車(chē)速20m/min , 凹版輥網(wǎng)紋密度為90 線(xiàn)/cm , 凹槽深度為100μm , 以線(xiàn)速度為20m/min 逆向運(yùn)轉(zhuǎn), 得到濕涂層厚度為6.49μm 。濕涂層在80 ℃熱風(fēng)下干燥, 得到干膜厚度為0.104μm的防反射膜涂層。例1 , 例2 制成的防反射膜均有良好的防反射效果。