精密涂布工艺应用新进展_谢宜风

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率的限制, 特别是 其涂布液 的利 用率只 有 5% 左 右, 造成巨大的浪费, 难以实现低成本的工业化生 产。因此, 寻求新的精密涂布工艺技术, 适应低成 本、高质量、大规模生产, 以适应市场竞争需要是 必然的选择。如许多光电子产品中的透明电极导电 层 ) ) ) 铟錫氧化 物 ( IT O ) 就一 直采 用溅 射法 制 备。而日立麦克赛尔公司于 2008 年底宣布采用湿 法涂布工艺制成透明 IT O 导电膜[ 1] 。该公司 利用 其水热法制备氧化铁磁粉的经验, 制备了纳米级的 IT O 微粒子, 通过分散配制成 IT O 涂布液, 再经 微凹版辊涂布工艺将 IT O 涂布液涂布在 P ET 基材 上, 经干燥后就得到透明 IT O 导电膜。而另 一方 面, 采用有机导电高分子聚合物, 通过溶液涂布手 段、形成透明导电膜取代 IT O 膜的工艺路线, 已 开始得到愈来愈多的应用。
据此, 本文将着重介绍微凹版辊涂布工艺和条 缝涂布工艺在平板显示、光电子产品、锂电池等领 域中的应用状况。
2 微凹版辊涂布工艺
21 1 微凹版辊涂布工艺概述 微凹版辊涂布工艺技术是日本康井精机公司在
普通逆 向凹 版 辊涂 布 工艺 基础 上 开 发的 专 有 技 术[ 2] 。其基本原理相同, 都是一种自计量方式的涂 布工艺: 藉助于凹版辊网纹图案、线数以及深度确 定带液量, 并通过一些工艺操作条件因素来决定转 移涂布量的一种 涂布方式。两者涂 布原理如 图 1 ( a) , ( b) 所示。
微凹版辊与普通凹版辊涂布工艺的最大区别就 在于 / 微0。普通凹版辊的直径约为 125~ 250m m, 而微凹版涂布辊的直径, 根据不同涂幅宽度分别为 20m m ( 涂布宽幅为 300mm ) 和 50mm ( 涂布宽幅 为 1600mm) 。这样小直径的凹版辊在涂布时 与被 涂基材的接触面积要小得多。涂布过程中凹版辊凹 槽中的涂液一部分被转移到被涂基材上, 一部分则 仍留在凹版辊的凹槽内。这样进入和离开涂布点的 前后会分别形成 2 个液桥, 如图 2 所示。
往往 小于 1Lm。另外, 锂电池电极的涂层则要求采用间 歇式涂 布方法 来生产。本 文着重 介绍了 近年来 微凹版涂
布和条缝涂布工艺在平板显示器、有机发光二极管 ( OL ED) 、锂电 池行业中应用的新进展。
关键词: 精密涂布工艺; 薄层涂布; 微凹版涂布; 条缝涂布
中图分类号: T Q 574. 4
在固定凹版辊型号和涂液物性的条件下, 微凹 版辊的线速与被涂基材的运行速度比, 决定着涂布 量。湿涂层厚度与微凹版辊线速度/ 基材速度比之 间的相互关系如图 3 所示。
为 1 ~ 1000cps, 在 某 些 情 况 下 甚 至 可 以 达 到 2000cps。正因具有上述的特点, 微凹版涂布工艺 已得到越来越广的实际应用。据日本康井精机公司 介绍, 在过去 20 年中, 该公司已向世界各大公司 销售了 100 台以上的微凹版辊涂布生产设备, 其中 包括美国的伊斯曼柯达、杜邦、3M 、日本的 JV C、 日立、东芝、松 下、三 菱化学、帝人 以及韩 国的 SKC 等不同工业领域的顶尖企业。而众多有关功 能性薄膜制备的专利文献中, 也列出了微凹版辊涂 布工艺应用于不同功能性涂层制备的例子。
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表 1 微凹版辊 网纹数与涂布量对应关系表
T able1 Relationship between the wet coat w eig ht
and mesh lines
网纹
湿涂层厚度
网纹
湿涂层厚度
线/ 英寸 25
( 微米) 50~ 80
线/ 英寸 85
( 微米) 13~ 22
30
30~ 45
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2 50
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80
Байду номын сангаас
12~ 20
注: 如表所示, 涂布量在一定 范围内受控 于凹版辊 线速度/ 基材 运行速度之比
21 2 微凹版辊涂布工艺在功能性薄膜制备中的应 用
21 21 1 在防反射、防昡光、抗划伤等功能性光学 薄膜制备中的应用
防反射膜可以显著地改善各种光照条件下观看 影像 显示的 效果。日 本油脂 公司 在 WO97/ 45207 中提出了采用微凹版辊涂布工艺制备厚度为 1Lm 以下超薄涂层防反射膜制备方法[ 3] 。实例之一, 首 先以全氟辛基甲乙基二丙烯酸乙二醇酯可聚合单体
( a) ) 与普通凹版涂布; ( b) ) 工作 原理图 图 1 微凹版涂布
Fig1 Schematic diag ram of t he micr o- g rav ur e coat ing ( a) ; and g r avure coating ( b)
图 2 微凹版与普通凹版涂布离去角及积液的比较 F ig2 Compariso n o f co ating bead for bot h micr o- g rav ur e and g ravure coat ing
文献标识码: A
文章编号: 1009- 5624- ( 2010) 01-0028- 10
1 引言
涂布工艺是改变和完善材料表面特性的重要加 工工艺, 而随着科学技术的不断发展, 涂布工艺更 成为许多重要功能性材料研究开发所不可或缺的重 要工艺技术手段。特别是精密涂布工艺技术可满足 某些涂层的特殊要求, 从而增加材料的附加值并扩 大其应用范围。一次多层坡流挤压涂布和落帘涂布 曾是精密涂布工艺技术的典型代表。正是多层坡流 挤压涂布技术的开发和应用, 使彩色感光材料的多 功能层结构在性能上得以极大完善并实现工业大生 产。可以说, 没有一次多层高速挤压涂布技术, 要 实现多达 10 余层而总厚度仅为 20Lm 左右的彩色 胶卷工业化生产是不可想象的。目前照相感光材料
在通常大直径凹版辊的情况下, 易产生较大的 干扰液桥, 造成涂层弊病。特别当凹版辊还有压紧 背辊工作时, 情况尤为严重, 而微凹版辊涂布工艺 由于凹版的直径小, 而且又没有压紧背辊, 所以进 入和离开涂布区的液桥量很小, 比较稳定, 从而有 利于提高转移涂布的质量。
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为除去凹版辊从料盘中带上的过多涂液, 微凹 版辊所使用的刮刀要远比普通凹版辊所使用的更为 柔软而且压力更小, 刮角近似于正切角, 主要起匀 化和定量的作用, 而普通凹版辊的刮刀则更偏重于 刮的作用。这样微凹版辊本身以及刮刀的寿命可延 长许多。
表 1 则给出了在上述速度比范围内不同线条数 微凹版辊涂布可达到的湿涂层厚度范围。
从表 1 中 可看到, 如 果选用 250 线的微凹 版 辊, 配合适当的操作条件可以得到 1Lm 的湿涂层。 而涂液的固含量是 5% 的话, 则可得到 50nm 厚的 干涂层。这正是微凹版涂布工艺比其它涂布方法得 到更薄涂层的优点。微凹版涂布工艺既可适应水溶 性涂液, 又可适应溶剂性涂液的涂布, 其粘度范围
图 3 涂布量与微凹版辊线速度/ 基材速度比的 相互关系曲线图
Fig3 Relationship between wet thinness and speed ratio
一般情况下, 当微凹版辊线速度/ 基材速度比 达到 01 6 时, 开 始涂布 带料, 速度 比达到 11 0 ~ 11 3 时, 即可达到表面光滑和均匀的涂布量; 速度 比为 11 3~ 21 0 时, 涂布量进一步增加, 速度比超 过 21 0 时, 涂布呈不稳定 状态, 涂布 量反而会 减 少。如图 3 所示, 直 线部分的速度比为 11 0~ 21 0 之间, 但通常 11 0~ 11 3 是最好的操作区间, 即可 达到最好的表观, 而又可适当调节涂布量。
收稿日期: 2009- 12-01 作者简介: 谢宜风( 1935- ) , 男, 上海人, 教授级高级工程师( 已退休) 。
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工业虽已日趋衰微, 但挤压涂布和落帘涂布技术仍 在轻工造纸, 膜材料加工, 包装材料等行业中得到 了推广应用。
近年来, 平板显示产业以及一些新型光电子产 品, 得到了迅猛发展。这些产品的涂层往往要求更 薄、更均匀, 从而对精密涂布工艺技术又提出了新 的要求。例如液晶显示器所用的防反射膜、防眩光 膜的涂层厚度只有几十至 100nm 左右; 而用于新 型充电锂电池电极的涂层要求实现带状涂布或间歇 块状涂布。多层挤压涂布和落帘涂布显然已不能完 全满足这方面的要求。有大量文献资料报导, 条缝 涂布和微凹版辊涂布工艺在这些领域得到了广泛的 应用。这类光学膜涂层传统上采用真空蒸镀、化学 沉积、等离子聚合等方法, 这些方法是在真空条件 下将固态组分气化蒸发沉积在特定的基体上。由于 必须采取真空密闭操作环境, 难以实现低成本、高 效率的卷对卷式大规模生产。采用旋涂法虽也能得 到均匀的薄层涂布效果, 但受到涂布面积和涂布效
日本富士公司 在 US20080113165 专利中提 出 了由硬质层和低折射层双层结构防反射膜的制备方 法[ 5] , 涂布均采用了微凹版辊涂布工艺。硬质层的 涂布工艺条件: 涂布车速 10m/ m in, 凹版辊直 径 50m m, 网 纹 密 度 为 180 线/ cm, 凹 槽 深 度 为 40Lm, 以线速度为 30m / min 逆向运转, 经干燥固 化后的硬质层膜为 7Lm 。然后在硬质层上涂布 低 折射层。涂布 工艺条件: 涂布车速 15m/ min, 凹 版辊直径 50mm , 网纹密度为 180 线/ cm, 凹槽深 度为 40Lm, 以线速度为 30m/ min 逆向运转, 低折 射层厚度为 100nm。富士公司还 有多件防反射 膜 专利, 尽管配方组分及膜的组成有所不同, 但涂布 方式都采用微凹版涂布工艺。