DE60208667T2

DE60208667T2 - Verfahren zum herstellen von plättchen

Info

Publication number: DE60208667T2
Application number: DE60208667T
Authority: DE
Inventors: Karl Los Angeles Josephy; P. James Crown Point RETTKER; H. Howard Munster ENLOW
Original assignee: Avery Dennison Corp
Current assignee: Eckart America Corp
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2022-05-07
Also published as: MXPA03010078A; US20110031640A1; US6863851B2; KR20040007532A; US7820088B2; CN1513039A; EP1390560B1; US20040146642A1; CN100572455C; CA2445694A1; WO2002090613A3; DE60208667D1; CA2445694C; AU2002256460B2; JP4142454B2; TWI306059B; ATE315671T1; KR100620434B1; WO2002090613A2; US20110027402A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Flakes oder Plättchen im Angstrombereich, die sowohl für funktionelle als auch für dekorative Anwendungen eingesetzt werden können. Einige Flakes, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, erreichen den Nanometerbereich. Die Flakes können aus Metall, Metallverbindungen, Nichtmetall sein oder es kann sich um durchsichtige Flakes handeln. Funktionelle Anwendungen der Flakes umfassen Anwendungen in Schutzbeschichtungen, bei denen die Flakes ein gewisses Maß an Steifigkeit hinzufügen können, um bestimmte gewünschte Eigenschaften der fertiggestellten Beschichtung zu erzeugen, oder bei denen die Flakeschicht verwendet werden kann, um Licht mit bestimmten Wellenlängen abzuschirmen, um eine darunter liegende pigmentierte Schicht zu schützen. Reflektierende Metallflakes sind in verschiedenen optischen oder dekorativen Anwendungen geeignet, einschließlich Tinten, Anstrichmittel oder Beschichtungen. Andere Anwendungen der Flakes umfassen Mikrowellenanwendungen und elektrostatische Anwendungen, zusammen mit Anwendungen bei chemischen Verfahren und biologischen Anwendungen.
Herkömmliche Aluminiumflakes werden in einer Kugelmühle hergestellt, die Stahlkugeln, Aluminiummetall, Lösungsbenzin und eine Fettsäure, üblicherweise Stearin- oder Ölsäure, enthält. Die Stahlkugeln machen das Aluminium flach und zerkleinern es zu Flakes. Wenn das Mahlen in der Kugelmühle vollständig ist, wird die Aufschlämmung durch ein Maschensieb geschickt, um eine Teilchen- bzw. Partikelklassierung vorzunehmen. Flakes, die zu groß sind, um durch das Sieb hindurchzutreten, werden zur weiteren Verarbeitung zu der Kugelmühle zurückgeführt. Flakes mit der geeigneten Größe treten durch das Sieb hindurch und werden in eine Filterpresse eingebracht, wo überschüssiges Lösungsmittel von den Flakes abgetrennt wird. Der Filterkuchen wird dann mit zusätzlichem Lösungsmittel versetzt. Solche herkömmlichen Aluminiumflakes weisen typischerweise eine Teilchengröße von etwa 2 bis etwa 200 μm und eine Teilchendicke von etwa 0,1 bis etwa 2,0 μm auf. Diese Flakes sind durch eine starke diffuse Reflexion, eine geringe spiegelnde Reflexion, eine rauhe, unregelmäßige Flake-Mikrooberfläche und ein relativ niedriges Seitenverhältnis gekennzeichnet.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Metallflakes ist ein Verfahren von Avery Dennison Corporation zum Herstellen von Flakes, die unter der Bezeichnung Metalure verkauft werden. In diesem Verfahren werden beide Seiten eines Polyesterträgers mit einer Harzlösung auf Lösungsmittelbasis tiefdruckbeschichtet. Die getrocknete beschichtete Bahn wird dann zu einer Metallisierungsanlage transportiert, wo beide Seiten der beschichteten Folie durch einen Film von dampfabgeschiedenem Aluminium metallisiert werden. Die Folie mit dem dünnen Metallfilm wird dann zu der Beschichtungsanlage zurückgeführt, wo beide Seiten des Aluminiums mit einem zweiten Film der Harzlösung auf Lösungsmittelbasis beschichtet werden. Die getrocknete beschichtete Metallfolie wird dann erneut zu der Metallisierungsanlage transportiert, um einen zweiten Film von dampfabgeschiedenem Aluminium auf beide Seiten der Folie aufzubringen. Die resultierende mehrschichtige Folie wird dann zur weiteren Verarbeitung zu einer Anlage transportiert, wo die Beschichtungen in einem Lösungsmittel wie Aceton von dem Träger abgelöst werden. Der Ablösevorgang zerkleinert die kontinuierliche Schicht zu Teilchen, die in einer Aufschlämmung enthalten sind. Das Lösungsmittel löst das Polymer zwischen den Metallschichten in der Aufschlämmung heraus. Die Aufschlämmung wird dann einer Schallbehandlung und einer Zentrifugation unterworfen, um das Lösungsmittel und die gelöste Beschichtung zu entfernen, wobei ein Kuchen aus konzentrierten Aluminiumflakes mit etwa 65 % Feststoffen zurückbleibt. Der Kuchen wird dann in einem geeigneten Vehikel aufgenommen und durch Homogenisieren zu Flakes mit einer gesteuerten Größe zur Verwendung in Tinten, Anstrichmitteln und Beschichtungen weiter klassiert.
Metallflakes, die mit diesem Verfahren erzeugt worden sind und zur Verwendung in Druckanwendungen, wie z.B. Tinten, dienen, sind durch eine Teilchengröße von etwa 4 bis 12 μm und eine Dicke von etwa 150 bis etwa 250 Angstrom gekennzeichnet. Beschichtungen, die aus diesen Flakes hergestellt werden, weisen eine starke spiegelnde Reflexion und eine geringe diffuse Reflexion auf. Die Flakes weisen eine glatte, spiegelartige Oberfläche und ein hohes Seitenverhältnis auf. Die Beschichtungen weisen verglichen mit Metallflakes, die mit anderen Verfahren hergestellt worden sind, auch ein hohes Maß an Bedeckung pro Pfund der angewandten Flakes auf.
Flakes werden auch in einem Polymer/Metall-Vakuumabscheidungsverfahren hergestellt, bei dem dünne Schichten von dampfabgeschiedenem Aluminium auf einer dünnen Kunststoffträgerfolie, wie z.B. aus Polyester oder Polypropylen, mit dazwischen liegenden Schichten aus vernetzten Polymeren zwischen den dampfabgeschiedenen Aluminiumschichten gebildet werden. Die vernetzten Polymerschichten sind typischerweise ein polymerisiertes Acrylat, das in der Form eines verdampften Acrylatmonomers abgeschieden wird. Das mehrschichtige Folienmaterial wird in mehrschichtige Flakes zerkleinert, die im Hinblick auf ihre optischen Eigenschaften nützlich sind. Beschichtungen, die aus solchen mehrschichtigen Flakes erzeugt werden, neigen dazu, eine starke diffuse Reflexion und eine geringe spiegelnde Reflexion aufzuweisen. Die Flakes weisen ein niedriges Seitenverhältnis und eine unerwünscht niedrige Opazität auf, wenn sie zu einer Tinte verarbeitet werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verminderung der Anzahl von Herstellungsschritten und der resultierenden Kosten der Herstellung von stark reflektierenden Metallflakes, obwohl das Verfahren auch die Kosten der Herstellung anderer Flake-artiger Materialien vermindert, wie es nachstehend beschrieben ist.
Zusätzlich zu Metallflakes gibt es viele industrielle Anwendungen von Glasflakes (SiO₂-Flakes). Herkömmliche Glasflakes weisen im Allgemeinen einen Dickenbereich von etwa 1 bis 6 μm und einen Durchmesser von etwa 30 bis etwa 100 μm auf. Diese Glasflakes können als Zusätze zu Polymeren und Beschichtungen verwendet werden, um verschiedene funktionelle Eigenschaften zu verbessern. Diese umfassen z.B. den Zusatz von Glasflakes als Additive zur Herstellung von dünneren, glatteren Beschichtungen. Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Herstellung z.B. sehr dünner, flacher glatter Flakes, wie z.B. Metall- oder Glasflakes, zur Verwendung ihrer verschiedenen funktionellen Eigenschaften in Polymeren, Beschichtungen und Filmen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen von Flakes im Nanometerbereich gemäß Anspruch 1 bereit. Die vorliegende Erfindung umfasst ein Flakebildungsverfahren, bei dem ein mehrschichtiger Film entweder auf eine dünne, flexible polymere Trägerfolie, wie z.B. aus Polyester, oder auf eine polierte Metallgießoberfläche, wie z.B. eine rotierende Metalltrommel, aufgebracht wird. In jedem Fall wird das Verfahren in einer Vakuumabscheidungskammer durchgeführt. In einer Ausführungsform wird der mehrschichtige Film auf eine Polyester-Trägerfolie (PET-Trägerfolie) aufgebracht. Die Vakuumkammer ist mit mehreren Abscheidungsquellen ausgestattet. Die Abscheidungsquellen können bei erhöhten Temperaturen verdampft werden, die durch Erhitzen durch einen Widerstand oder mittels EB verursacht werden. Luft wird aus der Kammer evakuiert und der PET-Film wird an den Beschichtungs- und Abscheidungsquellen vorbei abgewickelt, während er mit einer Kühltrommel in Kontakt gehalten wird. Abwechselnde Schichten von Materialien können auf die sich bewegende PET-Bahn aufgebracht werden. Ein Beispiel ist ein in einem organischen Lösungsmittel lösliches, dampfabgeschiedenes thermoplastisches polymeres Trennmaterial (mit einer Abscheidungsdicke von etwa 100 bis etwa 400 Angstrom), gefolgt von einer Schicht aus Metall, wie z.B. Aluminium (mit einer Abscheidungsdicke von etwa 5 bis etwa 500 Angstrom), gefolgt von einer weiteren Schicht aus dem Lösungsmittel-löslichen Trennmaterial. Andere Metalle, Metalllegierungen oder anorganische Verbindungen zur Herstellung von Glasflakes können z.B. anstelle des Aluminiums verwendet werden. Durch Umkehren des Bahnwegs und Inaktivieren der zweiten Beschichtungsquelle und dann Wiederholen des ersten Schritts können viele Schichten auf das PET aufgebracht werden, ohne das Vakuum aufzuheben, was die Produktivität erhöhen kann. Zusätzliche Schutzschichten können auf jeder Seite der Metallschichten durch Hinzufügen von zwei zusätzlichen Abscheidungsquellen zwischen den Beschichtungs- und Metallabscheidungsquellen abgeschieden werden. Das mehrschichtige beschichtete PET wird in ein Ablöseverfahren mit einem organischen Lösungsmittel eingebracht, um das Sandwich von dem PET zu entfernen. Das polymere Trennbeschichtungsmaterial wird durch das organische Lösungsmittel gelöst, so dass das abgeschiedene Flakematerial im Wesentlichen frei von dem Trennmaterial zurückbleibt. Das Lösungsmittel wird dann abzentrifugiert, so dass ein Kuchen aus konzentrierten Flakes erzeugt wird.
In einer alternativen Ausführungsform werden die gleichen Beschichtungs- und Abscheidungstechniken verwendet, um abwechselnde Schichten direkt auf eine trennbeschichtete Kühltrommel aufzubringen, die in der Vakuumabscheidungskammer enthalten ist. Die Trommel wird an den Beschichtungs- und Abscheidungsquellen vorbei gedreht, um ein mehrschichtiges Sandwich aus dampfabgeschiedenem thermoplastischen Trennmaterial und Flakematerial in abwechselnden Schichten zu bilden. Die mehrschichtige Folie wird dann direkt mit oder ohne zweckmäßiges Rühren in ein organisches Lösungsmittel eingebracht, um Flakes zu erzeugen, oder sie kann zu groben Flakes zerkleinert werden, die auch einem Luftmahlen unterworfen werden können, um die Teilchengröße weiter zu verringern, und dann in eine Lösungsmittelaufschlämmung eingebracht werden, um eine Trennung der restlichen Schichten zu ermöglichen. Das Lösungsmittel kann durch Zentrifugieren entfernt werden, um einen Kuchen aus konzentrierten Metallflakes zu erzeugen, die im Wesentlichen frei von jedwedem Trennmaterial sind. Der Kuchen aus konzentrierten Flakes oder die Aufschlämmung aus Lösungsmittel und Flakes kann dann in einem bevorzugten Vehikel aufgenommen werden und für eine Endanwendung in Tinten, Anstrichmitteln, Kunststoffen oder Beschichtungen weiter klassiert und homogenisiert werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer trennbeschichteten, wärmebeständigen polymeren Trägerfolie in der Vakuumabscheidungskammer. Die Trägerfolie kann eine Bahn aus Polyester (PET) umfassen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die Trennbeschichtung umfasst ein in einem organischen Lösungsmittel lösliches, thermoplastisches Polymermaterial, das auf dem Polyester-Träger dampfabgeschieden worden ist. Der trennbeschichtete Träger stellt eine Trägerbasis mit flexibler, glatter Oberfläche bereit, auf der Flakematerialien, wie z.B. Metall oder Glas, dampfabgeschieden werden, um eine effektive Trennoberfläche zur Herstellung von Flakes im Angstrombereich bereitzustellen. Die Flakes sind außergewöhnlich dünn und flach, wenn sie von der thermoplastischen Trennbeschichtung mittels eines geeigneten organischen Lösungsmittels getrennt werden.
Andere Ausführungsformen der Erfindung umfassen Techniken zur Steuerung der Abgabe des dampfabgeschiedenen, thermoplastischen polymeren Trennbeschichtungsmaterials an die Vakuumkammer. Diese umfassen eine Ausführungsform mit einer rotierenden Trommel, eine Ausführungsform mit einem Heizeinrichtungsblock und eine Ausführungsform mit einem E-Strahl. Mehrere Ausführungsformen umfassen einen Drahtzuführungsmechanismus, der verwendet wird, um das Polymer auf einen Draht aufzubringen, der in die Vakuumkammer zugeführt und erhitzt wird, um das Polymer zu verdampfen und es auf einer rotierenden Trommel oder auf einer anderen Trägeroberfläche abzuscheiden.
Weitere Ausführungsformen umfassen Anwendungen der Teilchen im Angstrombereich, die mit dieser Erfindung hergestellt werden, die Flakes umfassen, die zur Steuerung der Wasserdampfdurchlässigkeitsraten in Barrierematerialien und für elektrische Anwendungen verwendet werden, bei denen die Flakes im Angstrombereich verwendet werden können, um Konstruktionen mit einer außergewöhnlich hohen elektrischen Kapazität herzustellen.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden mittels der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verstanden.
1 ist ein schematisch-funktionelles Blockdiagramm, das ein Verfahren des Standes der Technik zum Herstellen von Metallflakes veranschaulicht.
2 ist eine schematische Vorderansicht, die eine Vakuumabscheidungskammer zum Aufbringen einer mehrschichtigen Beschichtung in einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Abfolge von Schichten in einer Ausführungsform des mehrschichtigen Folienmaterials gemäß dieser Erfindung veranschaulicht.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein mehrschichtiges Folienmaterial veranschaulicht, das gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung hergestellt worden ist.
5 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das schematisch Verarbeitungsschritte in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einschichtige Flakes veranschaulicht, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die mehrschichtige Flakes veranschaulicht, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind.
8 ist eine schematische Vorderansicht, die eine zweite Ausführungsform zum Herstellen der Metallflakes dieser Erfindung veranschaulicht.
9 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das schematisch Verarbeitungsschritte zum Herstellen von Flakes aus dem mehrschichtigen Material veranschaulicht, das gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform hergestellt worden ist.
10 ist eine halbschematische Vorderansicht, die eine Glasglocken-Vakuumkammer veranschaulicht.
11 ist eine halbschematische Seitenansicht, die eine Vakuumkammer zeigt, die eine Anordnung aus einer rotierenden Trommel und einem Heizeinrichtungsblock enthält.
12 ist eine Seitenansicht einer rotierenden Trommel und einer geheizten Polymerdampfkammer, die in der 11 gezeigt ist.
13 ist eine halbschematische Seitenansicht, die eine Anordnung aus einer Vakuumkammer und einem Heizeinrichtungsblock ähnlich wie in den 11 und 12 in Kombination mit einer Drahtzuführungsvorrichtung zur Abgabe eines polymeren Trennbeschichtungsmaterials an eine rotierende Trommeloberfläche in der Vakuumkammer zeigt.
14 ist eine Seitenansicht der Anordnung aus einer rotierenden Trommel und einem Heizeinrichtungsblock, die in der 13 veranschaulicht ist.
15 ist eine Ausführungsform einer Kombination aus einem Drahtzuführungsmechanismus und einem Dampfrohr zur Abgabe eines Polymertrennbeschichtungsmaterials an eine Vakuumkammer.
16 ist eine Seitenansicht eines geheizten Polymerdampfrohrs und einer rotierenden Trommel, die in der 15 gezeigt sind.
15A und 16A sind alternative Ausführungsformen des in den 15 und 16 gezeigten Drahtzuführungsmechanismus,
17 ist eine halbschematische Seitenansicht, die eine geheizte Schmelzrohrvorrichtung zur Abgabe eines polymeren Basisbeschichtungsmaterials an eine Vakuumkammer veranschaulicht.
18 ist eine Seitenansicht, die ein geheiztes Polymerdampfrohr und eine rotierende Trommel zeigt, die in der 17 veranschaulicht sind.
19 ist eine halbschematische Seitenansicht, die ein Verfahren zum Herstellen eines Trägerfolienmaterials mit einer polymeren Trennbeschichtung gemäß den Prinzipien dieser Erfindung veranschaulicht.
20 ist eine halbschematische Vorderansicht, die ein Schmelzepumpenverfahren zum Abgeben des Polymertrennmaterials an eine Vakuumkammer zeigt.
Um bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung besser zu verstehen, wird auf die 1 verwiesen, die ein Verfahren des Standes der Technik zum Herstellen von Metallflakes gemäß eines Verfahrens veranschaulicht, das von der Avery Dennison Corporation zum Herstellen von Flakes eingesetzt wird, die unter der Bezeichnung Metalure verkauft werden. Gemäß diesem Verfahren des Standes der Technik werden beide Seiten einer Polyester-Trägerfolie 10 bei 12 mit einer Harzlösung auf Lösungsmittelbasis 14 tiefdruckbeschichtet. Die getrocknete beschichtete Bahn wird dann zu einer Metallisierungsanlage 16 transportiert, wo beide Seiten der beschichteten und getrockneten Trägerfolie mit einem dünnen Film aus dampfabgeschiedenem Aluminium metallisiert werden. Die resultierende mehrschichtige Folie wird dann zur weiteren Verarbeitung zu einer Anlage bei 18 transportiert, wo die Beschichtungen in einem Lösungsmittel, wie z.B. Aceton, von dem Träger abgelöst werden, um eine Aufschlämmung auf Lösungsmittelbasis 20 zu bilden, welche die Beschichtung von den Flakes löst. Die Aufschlämmung wird dann einer Schallbehandlung unterworfen und zentrifugiert, um das Aceton und die gelöste Beschichtung zu entfernen, wobei ein Kuchen 22 aus konzentrierten Aluminiumflakes zurückbleibt. Die Flakes werden dann in einem Lösungsmittel aufgenommen und bei 24 beispielsweise durch Homogenisieren einer Teilchengrößenkontrolle unterzogen.
Dieses Verfahren hat sich bei der Herstellung extrem dünner Metallflakes mit einem hohen Seitenverhältnis und einer stark spiegelnden Reflexion als sehr erfolgreich erwiesen. (Das Seitenverhältnis ist das Verhältnis der durchschnittlichen Teilchengröße dividiert durch die durchschnittliche Teilchendicke.) Trotz des Erfolgs des Metalure-Verfahrens wäre es erwünscht, die Herstellungskosten zu vermindern, da der wiederholte Transport der beschichteten Bahn zwischen der Tiefdruckbeschichtungsanlage und der Metallisierungsanlage die Kosten der Herstellung erhöht. Es bestehen auch Herstellungskosten, die mit dem PET-Träger zusammenhängen, der nach den Ablösevorgängen nicht wiederverwendbar ist.
Die 2 bis 5 veranschaulichen eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen der Metallflakes, die in den 6 und 7 gezeigt sind. Dieses Verfahren kann auch zum Herstellen von Glasflakes verwendet werden, die nachstehend beschrieben werden, und es kann zur Herstellung von Nanokügelchen verwendet werden, wie es nachstehend beschrieben ist. Die 2 veranschaulicht eine Vakuumabscheidungskammer 30, die eine geeignete Beschichtungs- und Metallisierungseinrichtung zum Herstellen der mehrschichtigen beschichteten Flakes 32 von 7 enthält. Alternativ können bestimmte Beschichtungseinrichtungen in der Vakuumkammer von 2 deaktiviert werden, um die einschichtigen Flakes 34 der 6 herzustellen, wie es aus der nachstehenden Beschreibung deutlich wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 2 umfasst die Vakuumabscheidungskammer 30 eine Vakuumquelle (nicht gezeigt), die üblicherweise zum Evakuieren solcher Abscheidungskammern verwendet wird. Vorzugsweise wird die Vakuumkammer auch eine Hilfsturbopumpe (nicht gezeigt) umfassen, um das Vakuum auf dem erforderlichen Niveau innerhalb der Kammer zu halten, ohne das Vakuum aufzuheben. Die Kammer umfasst auch eine gekühlte polierte Metalltrommel 36, auf der ein mehrschichtiges Sandwich 38 erzeugt wird. Diese Ausführungsform der Erfindung wird zuerst unter Bezugnahme auf die Herstellung der Flakes 32 von 7 beschrieben, die in einer Ausführungsform eine innere metallisierte Filmschicht 40 und äußere Schichten 42 aus einer Schutzbeschichtung umfassen, die an beide Seiten des Metallfilms gebunden sind. Die Schutzbeschichtung kann ein anorganisches Material oder ein polymeres Material umfassen, die beide unter Vakuum dampfabgeschieden werden.
Die Vakuumabscheidungskammer umfasst geeignete Beschichtungs- und Dampfabscheidungsquellen, die in Umfangsrichtung um die Trommel beabstandet sind, um auf die Trommel eine in einem Lösungsmittel lösliche oder lösbare Trennbeschichtung, eine äußere Schutzbeschichtung, eine Metallschicht, eine weitere äußere Schutzbeschichtung für die Metallschicht und eine weitere Trennschicht in dieser Reihenfolge aufzubringen. Insbesondere umfassen diese Beschichtungs- und Abscheidungsquelleneinrichtungen, die innerhalb der Vakuumabscheidungskammer enthalten sind (unter Bezugnahme auf die 2) eine Trenn systemquelle 44, eine erste Schutzbeschichtungsquelle 46, eine Metallisierungsquelle 48 und eine zweite Schutzbeschichtungsquelle 50. Diese Beschichtungs- und/oder Abscheidungsquellen sind in Umfangsrichtung um die rotierende Trommel beabstandet, so dass dann, wenn die Trommel rotiert, dünne Schichten aufgebaut werden können, um das mehrschichtige Beschichtungssandwich 36 z.B. in der Reihenfolge Trennschicht-Beschichtung-Metall-Beschichtung-Trennschicht-Beschichtung-Metall-Beschichtung-Trennschicht, usw., zu bilden. Diese Abfolge von Schichten, die in dem mehrschichtigen Sandwich 38 aufgebaut worden sind, ist schematisch in der 4 veranschaulicht, die auch die Trommel 36 als Träger in diesem Fall veranschaulicht.
In einer Ausführungsform ist die Trennbeschichtung in einem Lösungsmittel entweder löslich oder lösbar, kann jedoch als glatte, einheitliche Barriereschicht abgeschieden werden, welche die Metall- oder Glasflakeschichten voneinander trennt, eine glatte Oberfläche zum Abscheiden der dazwischen liegenden Metall- oder Glasflakeschichten bereitstellt und z.B. durch Lösen der Trennbeschichtung abgetrennt werden kann, wenn später die Metall- oder Glasflakeschichten voneinander getrennt werden. Die Trennbeschichtung ist ein lösbares thermoplastisches polymeres Material mit einer Glasübergangstemperatur (T_g) oder einem Widerstand gegen ein Schmelzen, die bzw. der hoch genug ist, so dass die Kondensationswärme der abgeschiedenen Metallschicht (oder einer anderen Flakeschicht) nicht die vorher abgeschiedene Trennschicht schmilzt. Die Trennbeschichtung muss der Umgebungswärme innerhalb der Vakuumkammer zusätzlich zu der Kondensationswärme der verdampften Metall- oder Glasflakeschicht widerstehen. Die Trennbeschichtung wird in Schichten aufgebracht, so dass sie zwischen verschiedenen Materialien und Stapeln von Materialien liegt, so dass diese später durch Lösen der Trennschicht getrennt werden können. Es ist eine Trennschicht erwünscht, die so dünn wie möglich ist, da sie einfacher zu lösen ist und in dem Endprodukt weniger Rückstände zurücklässt. Eine Verträglichkeit mit verschiedenen Druck- und Anstrichsystemen ist ebenfalls erwünscht. Die Trennbeschichtung ist in einem Lösungsmittel löslich, wobei es sich vorzugsweise um ein thermoplastisches Polymer handelt, das in einem organischen Lösungsmittel löslich ist. Obwohl die Trennbeschichtungsquelle 44 eine geeignete Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen des polymeren Materials als Heißschmelzschicht oder zum direkten Extrudieren des Trennbeschichtungspolymers auf die Trommel umfassen kann, umfasst die Trennbeschichtungseinrichtung in der bevorzugten Ausführungsform eine Dampfabscheidungsquelle, die ein geeignetes Monomer oder Polymer verdampft und es auf der Trommel oder der Sandwichschicht abscheidet. Verschiedene Beispiele für Dampfabscheidungseinrichtungen zum Aufbringen der polymeren Trennbeschichtung auf die Abscheidungsoberfläche sind nachstehend beschrieben. Das Trennmaterial wird abgekühlt, so dass es sich verfestigt, wenn es entweder die gekühlte Trommel oder das mehrschichtige Sandwich kontaktiert, das vorher auf der gekühlten Trommel aufgebaut worden ist. Der mehrschichtige Film, der auf der Trommel aufgebaut worden ist, weist eine Dicke auf, die ausreichend ist, um es der gekühlten Trommel zu ermöglichen, genügend Wärme durch den Film zu ziehen, so dass dies zum Verfestigen der auf der äußeren Oberfläche der Metall- oder Glasflakeschicht abgeschiedenen Trennbeschichtung effektiv ist. Bei einem alternativen polymeren Trennbeschichtungsmaterial kann es sich um geringfügig vernetzte polymere Beschichtungen handeln, die, während sie unlöslich sind, in einem geeigneten Lösungsmittel quellen und sich von dem Metall- oder Glasflakematerial trennen. Darüber hinaus kann ein lösliches Trennmaterial ein polymeres Material umfassen, das durch eine Kettenverlängerung anstelle einer Vernetzung polymerisiert worden ist.
Gegenwärtig bevorzugte polymere Trennbeschichtungen sind Styrolpolymere, Acrylharze oder Blends davon. Cellulosematerialien können geeignete Trennmaterialien sein, wenn sie aufgebracht oder verdampft werden können, ohne die Trenneigenschaften in schädlicher Weise zu beeinflussen.
Gegenwärtig bevorzugte organische Lösungsmittel zum Lösen der polymeren Trennschicht umfassen Aceton, Ethylacetat und Toluol.
Unter erneuter Bezugnahme auf das Verfahren zum Herstellen der Flakes, das in der 2 gezeigt ist, bewegt sich nach dem Aufbringen der Trennbeschichtung die Trommel an der ersten Schutzbeschichtungsquelle 46 zum Aufbringen einer Schutzschicht auf die Trennbeschichtung vorbei. Diese Schutzschicht kann ein dampfabgeschiedenes funktionelles Monomer, wie z.B. ein Acrylat- oder Methacrylatmaterial sein, das dann mittels EB-Strahlung oder dergleichen für ein Vernetzen oder Polymerisieren des Beschichtungsmaterials gehärtet wird, oder das Schutzschichtmaterial kann eine dünne Schicht aus einem strahlungsgehärteten Polymer sein, die später zu Flakes zerkleinert werden kann. Alternativ kann die Schutzschicht ein dampfabgeschiedenes inertes, unlösliches anorganisches Flakematerial oder Glasflakematerial sein, das eine harte durchsichtige Beschichtung bildet, die an beide Seiten der Metallschicht bindet. Bevorzugte Schutzbeschichtungen sind harte, undurchlässige Materialien, die in abwechselnden Schichten mit Metallen wie z.B. Aluminium abgeschieden werden können, um eine Verschleißbeständigkeit, eine Witterungsbeständigkeit und eine Wasser- und Säurebeständigkeit bereitzustellen. Beispiele für solche Schutzmaterialien sind nachstehend beschrieben.
Die rotierende Trommel transportiert dann die Beschichtung an der Metallisierungsquelle 48 für eine Dampfabscheidung einer Schicht aus einem Metall, wie z.B. Aluminium, auf der Be schichtungsschicht vorbei. Eine Anzahl von Metallen oder anorganischen Verbindungen kann als dünner Film abgeschieden werden, zwischen dem andere Materialien und Trennschichten angeordnet sind, so dass sie später in dünne metallische Flakes getrennt werden können. Zusätzlich zu Aluminium umfassen solche Materialien Kupfer, Silber, Chrom, Nichrom, Zinn, Zink, Indium und Zinksulfid. Metallbeschichtungen können auch multidirektionale Reflexionsverstärkungsstapel (Schichten aus stark reflektierenden Materialien) oder optische Filter umfassen, die durch Abscheiden geeigneter Schichten mit gesteuerter Dicke und gesteuertem Brechungsindex hergestellt werden.
Die rotierende Trommel transportiert den Stapel dann an der zweiten Beschichtungsquelle 50 zum erneuten Aufbringen einer ähnlichen Schutzbeschichtungsschicht auf den metallisierten Film z.B. durch Dampfabscheiden und Härten eines harten polymeren Schutzmaterials oder durch Dampfabscheiden eines anorganischen Materials vorbei.
Die Rotation der Trommel transportiert das Sandwichmaterial dann in einem vollen Umlauf erneut an der Trennbeschichtungsquelle, usw., aufeinander folgend vorbei, so dass die aufgebrachten Metallschichten gebildet werden.
Durch die Abscheidungsquelle 48 können auch anorganische Materialien, wie z.B. Oxide und Fluoride, dampfabgeschieden werden, so dass dünne Schichten erzeugt werden, die getrennt und in Flakes umgewandelt werden können. Solche Beschichtungen umfassen Magnesiumfluorid, Siliziummonoxid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumfluorid, Indiumzinnoxid und Titandioxid.
Geeignete Abscheidungsquellen umfassen EB-, Widerstands-, Sputter- und Plasmaabscheidungstechniken zum Dampfabscheiden dünner Beschichtungen von Metallen, anorganischen Materialien, Glasflakematerialien und Polymeren.
Sobald das mehrschichtige Sandwich in der Vakuumabscheidungskammer erzeugt worden ist, kann es dann von der Trommel entfernt und einer weiteren Verarbeitung unterworfen werden, die in der 5 veranschaulicht ist.
Das kontinuierliche Verfahren zum Aufbau des mehrschichtigen Sandwichs ist bei 52 in der 5 gezeigt. Das mehrschichtige Sandwich wird dann von der Trommel bei 54 mit einem Verfahren abgelöst, bei dem die Schichten, die durch das Trennmaterial getrennt werden, in einzelne Schichten zerlegt werden. Die Sandwichschichten können durch direktes Einbringen in ein organisches Lösungsmittel oder durch Zerkleinern und Mahlen oder Abschaben abgelöst werden. In der veranschaulichten Ausführungsform wird das mehrschichtige Sandwich bei 56 einem Mahlen unterworfen, um grobe Flakes 58 zu erzeugen. Die groben Flakes werden dann mit einem geeigneten Lösungsmittel in einer Aufschlämmung 60 gemischt, um das Trennbeschichtungsmaterial von den Oberflächen der mehrschichtigen Flakes 32 zu lösen. Alternativ kann das mehrschichtige Sandwich von der Trommel abgelöst und durch einen Schritt 63 des Einbringens des geschichteten Materials direkt in das Lösungsmittel bei 60 in einzelne Schichten zerlegt werden. Das in der Vakuumabscheidungskammer aufgebrachte Trennbeschichtungsmaterial wird so ausgewählt, dass das Trennmaterial von den Flakes durch das Lösungsmittel in dem Aufschlämmungsverfahren lösbar ist. In einer Ausführungsform wird die Aufschlämmung einem Zentrifugierschritt 61 unterworfen, so dass das Lösungsmittel oder Wasser entfernt wird, wodurch ein Kuchen aus konzentrierten Flakes erzeugt wird. Der Kuchen aus konzentrierten Flakes kann dann in einem Teilchengrößensteuerungsschritt 62 in einem bevorzugten Vehikel aufgenommen werden, um zur Endanwendung der Flakes z.B. in Tinten, Anstrichmitteln oder Beschichtungen weiter klassiert und homogenisiert zu werden. Alternativ können die Flakes in einem Lösungsmittel aufgenommen werden (ohne Zentrifugieren) und bei 62 einer Teilchengrößenkontrolle unterworfen werden.
Als alternative Verarbeitungstechnik kann das mehrschichtige Sandwich aus der Trommel entfernt und „luft" gemahlen werden (ein Inertgas sollte verwendet werden, um ein Feuer oder eine Explosion zu vermeiden) oder in einer anderen Weise auf eine geringe Teilchengröße gebracht werden, worauf dieses Material in einem zweistufigen Lösungsmittelverfahren behandelt wird. Als erstes wird eine geringe Menge an Lösungsmittel verwendet, um den Quellvorgang dadurch zu starten, dass die Trennbeschichtungsschichten gelöst werden. Ein unterschiedliches zweites Lösungsmittel wird dann als Fertigbearbeitungslösungsmittel zur Vervollständigung des Trennbeschichtungslösungsvorgangs und zur Erhöhung der Verträglichkeit mit der fertiggestellten Tinte oder Beschichtung zugesetzt. Dieses Verfahren vermeidet anschließende Zentrifugier- und Homogenisierschritte.
In einer alternativen Ausführungsform zur Verwendung der Vakuumkammereinrichtung 30 von 2 können die Schutzbeschichtungsquellen 46 und 50 weggelassen werden und das Verfahren kann zur Herstellung der einschichtigen Flakes 34 verwendet werden, die in der 6 gezeigt sind. In diesem Fall umfasst der Aufbau von Schichten auf der Trommel 36 zur Bildung des mehrschichtigen Sandwichs 38 aufeinander folgende Schichten von Trennschicht-Metall-Trennschicht-Metall-Trennschicht, usw., wie es in 64 in der 3 veranschaulicht ist. Alternativ können die einschichtigen Flakes Schichten aus einem anorganischen Flakematerial oder einem Glasflakematerial umfassen, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Viele verschiedene Materialien und Stapel von Materialien können aufgebaut werden, wobei diese durch die löslichen Trennschichten sandwichartig angeordnet werden, welche deren Trennung voneinander durch Lösen des Trennmaterials ermöglichen. Beispiele für einen solchen Aufbau sind: (1) Trennschicht/Metall/Trennschicht; (2) Trennschicht/Schutzschicht/Metall/Schutzschicht/Trennschicht; (3) Trennschicht/Nichtmetallschicht/Trennschicht; und (4) Trennschicht/mehrdirektionaler Reflexionsverstärkungsstapel/Trennschicht.
Die 8 und 9 veranschaulichen ein alternatives Verfahren zum Herstellen der Flakes, die in der 6 oder 7 veranschaulicht sind. In der in der 8 veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Verfahrenseinrichtung eine Dampfabscheidungskammer 66, die eine gekühlte rotierende Trommel 68 und einen flexiblen unlöslichen Polyester-Trägerfilm 70 enthält, der sich von einer ersten reversiblen Aufwickelstation 72 um eine Länge der Trommeloberfläche zu einer zweiten reversiblen Aufwickelstation 73 erstreckt. Die Länge der Umhüllung auf der Trommel wird durch zwei mitlaufende Rollen 74 gesteuert. Diese Vakuumkammer umfasst auch die Standardvakuumpumpe und eine Hilfsturbopumpe zum Aufrechterhalten des Vakuumniveaus während der Beschichtungsvorgänge. Die Rotation der Trommel führt dazu, dass der Polyesterfilm an einer ersten Trennbeschichtungsquelle 76, einer ersten Schutzbeschichtungsquelle 78, einer Metallisierungsquelle 80, einer zweiten Schutzbeschichtungsquelle 82 und einer zweiten Trennschichtquelle 84 in dieser Reihenfolge vorbeiläuft. Folglich wird dann, wenn die Trommel in einer Gegenuhrzeigerrichtung bezogen auf die 8 rotiert, die gesamte Länge des Polyesterträgers von der Station 72 abgewickelt und auf der Station 73 aufgenommen, nachdem der Polyesterträger die Beschichtungsverfahren in der Abfolge der Quellen 76, 78, 80, 82 und 84 durchlaufen hat. Der Polyesterträger wird dann durch Umkehren des Bahnwegs und Inaktivieren der zweiten Trennbeschichtungsquelle 84 und dann Wiederholen des ersten Schritts, jedoch in umgekehrter Richtung (Uhrzeigersinn), wieder aufgewickelt, so dass die Beschichtungen als nächstes von den Quellen 82, 80, 78 und 76 in dieser Reihenfolge aufgebracht werden. Der gesamte beschichtete PET-Film wird dann auf der Station 72 aufgewickelt und die Abfolge von Schritten wird dann wiederholt, um Schichten auf dem Film in der gleichen Abfolge aufzubauen, die zur Erzeugung des mehrschichtigen Sandwichs 38 von 4 (und der resultierenden beschichteten Metallflakes 32 von 7) verwendet worden ist.
Alternativ wird in dem Fall, bei dem die einschichtigen Metall- oder Glasflakes von 6 erzeugt werden sollen, das mehrschichtige Sandwich 64, das in der 3 veranschaulicht ist, auf dem Polyesterträger 70 durch Inaktivieren der Schutzschichtbeschichtungsquellen 78 und 82 aufgebaut.
Die 9 veranschaulicht die Verarbeitung des mehrschichtigen Beschichtungssandwichs 86, das auf dem Polyesterfilm aufgebaut worden ist und aus der Vakuumkammer 66 entfernt und in ein Ablöseverfahren mit einem organischen Lösungsmittel bei 88 eingebracht wird, um das Sandwichmaterial von dem PET zu entfernen. Das Lösungsmittel wird dann abzentrifugiert, um einen Kuchen 90 aus konzentrierten Flakes zu erzeugen, der später bei 92 einer Teilchengrößensteuerung (Homogenisierung) unterworfen wird.
Geeignete Träger, auf denen das mehrschichtige Sandwichmaterial abgeschieden werden kann, müssen sicherstellen, dass die Abscheidungen von dünnen Schichten glatt und flach sind. Polyesterfilme oder andere polymere Filme mit einer hohen Zugfestigkeit und einer hohen Beständigkeit gegen eine hohe Temperatur können zusammen mit Metalltrommeln, -bändern oder -platten verwendet werden, die aus Edelstahl hergestellt oder verchromt sein können.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden polymere Trennbeschichtungen aufgebracht, um eine spätere Trennung der Flakeschichten zu erleichtern, die in dem mehrschichtigen Sandwichmaterial aufgebaut worden sind. Die bekannte Verwendung vernetzter polymerer Schichten, die zwischen dampfabgeschiedenen Metallschichten in einem Polymer/Metalldampfabscheidungsverfahren gebunden sind, inhibiert eine spätere Trennung der metallisierten Schichten zu Flakes. Die Polymerisation der polymeren Schichten, wie z.B. durch eine EB-Härtung, verhindert ein anschließendes erneutes Lösen der polymeren Schichten und so werden die Aluminiumflakeschichten nicht leicht getrennt. In dem vorliegenden Verfahren werden die dazwischen liegenden Polymerschichten verdampft und abgeschieden, während sie sich in der Vakuumabscheidungskammer unter Vakuum befinden. Das polymere Trennmaterial ist vorzugsweise ein fließfähiges, sehr sauberes thermoplastisches Polymer oder Monomer mit niedriger Viskosität und relativ niedrigem Molekulargewicht, das im Wesentlichen frei von jedweden flüchtigen Verbindungen ist, die während des Beschichtungsverfahrens freigesetzt werden könnten. Ein solches Material ist vorzugsweise kein Blend aus verschiedenen polymeren Materialien, einschließlich Additiven, Lösungsmitteln und dergleichen. Wenn das polymere Material auf dessen Schmelz- oder Beschichtungs- oder Abscheidungstemperatur erhitzt wird, wird ein kontinuierlicher Betrieb der Vakuumpumpe in der Vakuumkammer nicht durch flüchtige Materialien nachteilig beeinflusst. Das bevorzugte Trennbeschichtungsmaterial fördert eine Trennung zwischen Beschichtungen zwischen abwechselnd vakuumabgeschiedenen Metall- oder Glasflakeschichten oder mehr schichtigen Flakeschichten. Die Trennschicht erreicht dieses Ziel dadurch, dass sie in einem geeigneten organischen Lösungsmittel lösbar ist. Das Trennmaterial ist auch metallisierbar und erfordert auch eine ausreichende Haftung, um den Aufbau eines Stapels auf einer rotierenden Trommel zu ermöglichen, und es ist auch EB-verdampfbar. Das bevorzugte Trennbeschichtungsmaterial muss ein ausreichend hohes Molekulargewicht oder eine ausreichend hohe Beständigkeit gegen ein Schmelzen aufweisen, so dass es der auf der Trommel oder einem anderen Träger vorliegenden Wärme widersteht, ohne fließfähig zu werden. Die Wärme stammt nicht nur von dem auf der Trennschicht abgeschiedenen Metall, sondern auch von dem Betrieb der Abscheidungsquellen innerhalb der Kammer. Das Vermögen der Trennbeschichtung, einer Fließfähigkeit zu widerstehen, kann sicherstellen, dass Flakes mit einem starken Glanz erzeugt werden können, da die Trennbeschichtungsoberfläche, auf der Metall abgeschieden wird, glatt bleibt. Das Trennmaterial muss auch ein Material sein, das die Wärme der EB-Abscheidung überstehen kann. Es darf auch kein Material sein, wie z.B. bestimmte niedermolekulare Materialien, das den Vakuumdruck, der in der Kammer aufrechterhalten wird, negativ beeinflusst, so dass die Kammer Vakuum verliert. Das Aufrechterhalten eines minimalen Betriebsvakuumniveaus in der Kammer ist erforderlich, um die Herstellungsgeschwindigkeit ohne Aufheben des Vakuums aufrechtzuerhalten. Während des anschließenden Ablösens und der anschließenden Behandlung mit organischen Lösungsmitteln wird im Wesentlichen das gesamte Trennbeschichtungsmaterial von den Flakes entfernt. In dem Fall, dass eine geringe Menge des Trennbeschichtungsmaterials auf den Flakes verbleibt, nachdem die Flakeschichten zu Teilchen zerkleinert worden sind, kann das System einem gewissen Rückstand von der Trennbeschichtung widerstehen, und zwar insbesondere dann, wenn die Flakes anschließend in Acryltinten oder -anstrichmitteln oder -beschichtungssystemen verwendet werden, mit denen die Flakes verträglich sind.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 2 wird das mehrschichtige Sandwich durch direktes Aufbringen der Beschichtungen auf die rotierende Trommel hergestellt und dies ist ein bevorzugtes Verfahren, da es niedrigere Herstellungskosten aufweist als das Verfahren des Beschichtens eines PET-Trägers. Jeder solcher Zyklus umfasst ein Aufheben des Vakuums, das Entnehmen der Sandwichschicht für eine weitere Verarbeitung außerhalb der Vakuumkammer und das Wiederherstellen des Vakuums. Die Geschwindigkeit, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann, kann beim Aufbau von Schichten von etwa 500 bis 2000 Fuß pro Minute variieren. Das Metallisieren nur im Vakuum kann mit höheren Geschwindigkeiten durchgeführt werden.
In den Ausführungsformen, bei denen einschichtige Flakes erzeugt werden, können die Flakes hohe Seitenverhältnisse aufweisen. Dies ist zum Teil auf das Vermögen einer sauberen Entfernung der dazwischen liegenden Trennbeschichtungsschichten von den metallisierten Flakes zurückzuführen. Bei wärmegehärteten oder vernetzten polymeren Schichten, die zwischen den Metallschichten gebunden sind, können die Schichten nicht leicht getrennt werden und resultierende Flakes weisen niedrigere Seitenverhältnisse auf. In einer Ausführungsform erzeugt das Verfahren dieser Erfindung einschichtige reflektierende Aluminiumflakes mit einer Dicke von etwa 5 bis 500 Angstrom und einer Teilchengröße von etwa 4 bis 12 μm.
Die Trennbeschichtungsmaterialien werden in sehr dünnen Schichten vorzugsweise von etwa 0,1 bis etwa 0,2 μm für aufgebrachte Schichten und von etwa 100 bis 400 Angstrom für EB-abgeschiedene Schichten aufgebracht.
In den Ausführungsformen, bei denen die Metallflakes auf gegenüberliegende Seiten mit den polymeren Schutzfilmschichten aufgebracht werden, werden die Schutzbeschichtungsschichten mit einer Dicke von etwa 150 Angstrom oder weniger aufgebracht. Ein bevorzugtes Schutzbeschichtungsmaterial ist Siliziumdioxid oder Siliziummonoxid und gegebenenfalls Aluminiumoxid. Andere Schutzbeschichtungen können Aluminiumfluorid, Magnesiumfluorid, Indiumzinnoxid, Indiumoxid, Calciumfluorid, Titanoxid und Natriumaluminiumfluorid umfassen. Eine bevorzugte Schutzbeschichtung ist eine Beschichtung, die mit der Tinte oder dem Beschichtungssystem verträglich ist, in der bzw. dem die Flakes schließlich verwendet werden. Die Verwendung der Schutzbeschichtungen auf den Metallflakes wird das Seitenverhältnis des fertiggestellten Flakeprodukts vermindern, jedoch ist das Seitenverhältnis dieser mehrschichtigen Flakes immer noch höher als das Verhältnis für herkömmliche Flakes. Solche Flakes sind jedoch steifer als einschichtige Flakes und diese Steifigkeit, die durch die durchsichtigen, glasartig beschichteten Metallflakes bereitgestellt wird, kann die beschichteten Flakes in manchen Fällen in chemischen Wirbelbett-Dampfabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) zum Aufbringen bestimmter optischer oder funktioneller Beschichtungen direkt auf die Flakes geeignet machen. OVD-Beschichtungen sind ein Beispiel. CVD-Beschichtungen können den Flakes hinzugefügt werden, um die Neigung der Flakes gegen einen Angriff durch andere Chemikalien oder Wasser zu verhindern. Gefärbte Flakes können ebenfalls hergestellt werden, wie z.B. Flakes, die mit Gold oder Eisenoxid beschichtet sind. Andere Anwendungen für die beschichteten Flakes sind feuchtigkeitsbeständige Flakes, bei denen die Metallflakes in einer äußeren Schutzbeschichtung eingekapselt sind, und aktive Mikrowellenanwendungen, bei denen eine äußere Einkapselungsbeschichtung eine Lichtbogenbildung von den Metallflakes verhindert. Die Flakes können auch in elektrostatischen Beschichtungen verwendet werden.
In einer alternativen Ausführungsform können Fälle vorliegen, bei denen die Trennbeschichtungsschichten bestimmte vernetzte harzartige Materialien umfassen, wie z.B. ein Acrylmonomer, das mittels UV- oder EB-Härtung an einen Feststoff vernetzt ist. In diesem Fall wird das mehrschichtige Sandwich von der Trommel entfernt, oder während es sich auf dem Träger befindet, wird es mit bestimmten Materialien behandelt, welche die Trennbeschichtungsschichten wie z.B. durch Spalten der chemischen Bindungen, die von dem Vernetzungsmaterial gebildet worden sind, depolymerisieren. Dieses Verfahren ermöglicht die Verwendung einer herkömmlichen Einrichtung unter Verwendung einer Vakuumabscheidung und ein Härten mit EB- oder Plasmatechniken.
Das Verfahren dieser Erfindung ermöglicht die Herstellung reflektierender Flakes mit hohen Herstellungsgeschwindigkeiten und niedrigen Kosten. Die unbeschichteten Flakes, die durch diese Erfindung erzeugt werden, können ein hohes Seitenverhältnis aufweisen. Wenn das Seitenverhältnis als das Verhältnis der Teilchengröße zur Dicke definiert wird und die durchschnittliche Flakegröße etwa 6 μm bis 200 Angstrom (1 μm = 10000 Angstrom) beträgt, dann beträgt das Seitenverhältnis 60000/200 oder etwa 300:1. Dieses hohe Seitenverhältnis ist mit dem Seitenverhältnis der weiter oben beschriebenen Metalure-Flakes vergleichbar. Für die Ausführungsformen, bei denen Flakes auf beiden Seiten mit Schutzschichten beschichtet sind, beträgt das Seitenverhältnis dieser Flakes etwa 60000/600 oder etwa 100:1.
Geprägte Flakes können auch mit dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt werden. In diesem Fall kann die Träger- oder Abscheidungsoberfläche (Trommel oder Polyesterträger) mit einem holographischen Muster oder einem Beugungsgittermuster oder dergleichen geprägt werden. Die erste Trennschicht wird das Muster replizieren und die nachfolgende Metallschicht oder andere Schichten und dazwischen liegende Trennschichten werden das gleiche Muster replizieren. Der Stapel kann abgelöst und zu geprägten Flakes zerkleinert werden.
Ein Verfahren zur Beschleunigung der Herstellung der Flakeprodukte, die durch diese Erfindung hergestellt werden, nutzt drei benachbarte Vakuumkammern, die durch Luftschleusen getrennt sind. Die mittlere Kammer enthält eine Trommel und die erforderliche Abscheidungseinrichtung zum Aufbringen der Schichten des Flakematerials und der Trennbeschichtungen auf die Trommel. Wenn der Abscheidungszyklus vollständig ist, werden die Trommel und die Beschichtung durch die Luftschleuse in die Vakuumkammer stromabwärts von der Abscheidungskammer überführt, um das Vakuum in beiden Kammern aufrechtzuerhalten. Die mittlere Kammer wird dann abgedichtet. Eine Trommel, die in der stromaufwärts liegenden Kammer enthalten ist, wird dann für eine weitere Abscheidung in die mittlere Kammer bewegt. Diese Trommel wird durch eine Luftschleuse bewegt, um das Vakuum in beiden Kammern aufrechtzuerhalten. Die mittlere Kammer wird dann abgedichtet. Die beschichtete Trommel in der stromabwärts liegenden Kammer wird entfernt, ihre abgeschiedenen Schichten werden abgelöst, die Trommel wird gereinigt und wieder in die stromaufwärts liegende Kammer eingesetzt. Dieses Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Beschichtung in der mittleren Vakuumkammer, ohne deren Vakuum aufzuheben.
Beispiel 1
Der folgende mehrschichtige Aufbau wurde hergestellt: Trennschicht/Metall/Trennschicht. Die Trennschicht war Dow 685 Styrolharz in Extrusionsqualität und die Metallschicht war Aluminium von Materials Research Corp. 90101 E-AL000-3002.
Der Aufbau wurde 50 Mal wiederholt, d.h. abwechselnde Schichten aus Aluminium und Styroltrennbeschichtungen.
Das in der Trennschicht verwendete Styrol wurde wie folgt konditioniert: Die Styrolpellets wurden geschmolzen und in einem Vakuumofen bei 210°C für 16 Stunden konditioniert und dann zum Abkühlen in einen Exsikkator überführt. Ein mit einer Aluminiumfolie ausgekleideter Graphittiegel wurde zum Halten dieses Materials verwendet. Dieser Tiegel wurde in einem mit Kupfer ausgekleideten Arco Temiscal-Einzeltaschen-Elektronenstrahlkanonenherd angeordnet. Die Aluminiumpellets wurden in einem mit Kupfer ausgekleideten Arco Temiscal-Viertaschen-Elektronenstrahlkanonenherd geschmolzen.
Die Elektronenstrahlkanonen waren Teil eines 15 KV Arco Temiscal 3200-Ladeschleusensystems. Ein 2 mil-PET-Film von SKC wurde in drei Kreisscheiben mit einem Durchmesser von 17 Zoll geschnitten und an Edelstahlplanetenscheiben mit einem Durchmesser von 17 Zoll angebracht, die sich in der Vakuumkammer befanden. Die Kammer wurde verschlossen und auf 10 Mikron vorevakuiert und auf ein Vakuum von 5 × 10^–7 Torr kryogepumpt.
Das Trennmaterial und das Metallmaterial wurden in abwechselnden Schichten dampfabgeschieden. Die Trennschicht wurde zuerst mit 200 Angstrom abgeschieden, wie es mit einem Inficon IC/5-Abscheidungskontrollgerät gemessen worden ist. Nach der Trennschicht wurde eine Metallschicht mit 160 Angstrom dampfabgeschieden, was ebenfalls mit dem IC/5-Kontrollgerät gemessen worden ist. Das Kontrollgerät für die Aluminiumschicht wurde mit einem MacBeth TR927-Transmissionsdensitometer mit einem Grünfilter kalibriert. Wie es vorstehend erwähnt worden ist, wurde dieser Aufbau 50 Mal wiederhol. Die dampfabgeschiedene Aluminiumschicht wies eine gute Dicke von 1,8 bis 2,8 optischer Dichte auf, gemessen mittels eines MacBeth-Densitometers. Dieser Wert misst die Metallfilmopazität über einen Lichtdurchlässigkeitsmesswert.
Als die Abscheidung vollständig war, wurde die Kammer mit Stickstoff auf Umgebungsdruck belüftet und die PET-Scheiben wurden entfernt. Die Scheiben wurden mit Ethylacetat gewaschen und dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turrax T45 homogenisiert, um eine Teilchengröße von 3 × 2 μm zu erreichen, die mit einem Image-pro plus-Bildanalysegerät unter Verwendung eines 20×-Objektivs gemessen wurde, wobei der Mittelwert aus einem Satz von 400 Teilchen genommen wurde.
Aus der Dispersion wurde dann eine Tinte hergestellt und auf eine Lenetta-Karte für einen ACS-Spektrophotometer-Test aufgebracht. Dieser Test misst den Flakeglanz. Ein ACS-Wert von mehr als etwa 68 wird für dieses spezielle Produkt als bevorzugt erachtet. Die ACS-Messwerte betrugen 69,98 für die Metalure-Kontrolle und 70,56 für die Charge. Die Tinten wurden auf einen durchsichtigen Polyester aufgebracht und die Dichtemesswerte betrugen 0,94 für die Charge und 0,65 für die Metalure-Kontrolle. Die Messwerte wurden mit einem MacBeth-Densitometer unter Verwendung eines Grünfilters bestimmt.
Beispiel 2
Der folgende mehrschichtige Aufbau wurde hergestellt: Trennschicht/Schutzbeschichtung/Metall/Schutzbeschichtung/Trennschicht.
Drei separate Aufbauarten wurden wie folgt hergestellt: Aufbau 1

REL Dow 685D

PROT Cerac Siliziumoxid S-1065

MET Materials Research Corp. 90101 E-AL000-3002

PROT Cerac Siliziumoxid S-1065

REL Dow 685D

Aufbau 2

REL Dow 685D

PROT Cerac Aluminiumoxid A-1230

MET Materials Research Corp. 90101 E-AL000-3002

PROT Cerac Aluminiumoxid A-1230

REL Dow 685D

Aufbau 3

REL Dow 685D

PROT Cerac Magnesiumfluorid M-2010

MET Materials Research Corp. 90101 E-AL000-3002

PROT Cerac Magnesiumfluorid M-2010

REL Dow 685D
Der Aufbau wurde mit dem gleichen Verfahren, wie es im Beispiel 1 beschrieben worden ist, zehnmal wiederholt und als schutzbeschichtetes Flake bewertet, d.h. dieser Test zeigte, dass mehrschichtige Flakes mit einem optischen Nutzen durch Aufbauen der Schichten von Flakematerial auf einem Träger in einer Vakuumkammer zwischen dazwischen liegenden Schichten eines lösbaren Trennmaterials hergestellt werden können, wobei die Flakeschichten kontinuierlich (ohne Aufheben des Vakuums) aufgebaut werden, während die Trennschichten und die Flakeschichten von Abscheidungsquellen abgeschieden werden, die innerhalb der Vakuumkammer betrieben werden, worauf abgelöst und eine Teilchengrößenkontrolle durchgeführt wurde.
Beispiel 3

Die folgenden mehrschichtigen Aufbauarten wurden hergestellt: Aufbau 1

REL	Dow 685D
NONMET	Siliziumoxid S-1065
REL	Dow 685D

Aufbau 2

REL	Dow 685D
Stapel	Titandioxid Cerac T-2051
Stapel	Siliziumoxid Cerac S-1065 + Sauerstoff
MET	Materials Research Corp. 90101 E-AL000-3002
Stapel	Siliziumoxid Cerac S-1065 + Sauerstoff
Stapel	Titandioxid Cerac T-2051

REL

Dow 685D

Der Aufbau wurde mit dem gleichen Verfahren, wie es im Beispiel 1 beschrieben worden ist, zehnmal wiederholt. Dieser Test zeigte, dass das Verfahren der Dampfabscheidung aufgebaute Schichten optischer Stapel zwischen dazwischen liegenden Trennbeschichtungsschichten in einer Vakuumkammer bilden kann, worauf abgelöst und eine Teilchengrößenkontrolle durchgeführt wurde, wodurch Flakes erhalten wurden, die einen Nutzen für Anwendungen wie z.B. als Tinten und Beschichtungen aufweisen.
Beispiel 4

Die folgenden Aufbauarten sind mögliche Aufbauarten für dekorative Flakes: Aufbau 1

REL	Dow 685D
Stapel	Eisenoxid Cerac I-1074
Stapel	Siliziumoxid Cerac S-1065 + Sauerstoff
Stapel	Eisenoxid Cerac I-1074
REL	Dow 685D

Aufbau 2

REL	Dow 685D
Stapel	Eisenoxid Cerac I-1074
Stapel	Siliziumoxid Cerac S-1065 + Sauerstoff
MET	Aluminium Materials Research Corp. 90101 E-AL000-3002
Stapel	Siliziumoxid Cerac S-1065 + Sauerstoff
Stapel	Eisenoxid Cerac I-1074
REL	Dow 685D

Die Aufbauarten können auch für eine winkelchromatische Verschiebung verwendet werden.
Beispiel 5
Polymere Trennbeschichtungsschichten wurden in einer Vakuumkammer unter Verwendung einer EB-Quelle abgeschieden und mit einer dampfabgeschiedenen Aluminiumschicht beschichtet.
Die folgenden Aufbauarten wurden hergestellt:
Aufbau 1
Dow 685D-Styrolharz wurde in einem Ofen 16 Stunden bei 210°C konditioniert. Das Material wurde auf Polyester in einer Dicke von 200 bis 400 Angstrom EB-abgeschieden und mit einer Schicht aus Aluminium bei Dichten von 2,1 bis 2,8 metallisiert.
Aufbau 2
Piolite AC Styrol/Acrylat von Goodyear wurde 16 Stunden bei 190°C konditioniert. Das Material wurde auf Polyester mit einem Beschichtungsgewicht von 305 Angstrom EB-abgeschieden und mit einer Schicht aus Aluminium bei einer Dichte von 2,6 metallisiert.
Aufbau 3
BR-80-Acrylpolymer von Dianol America wurde 16 Stunden bei 130°C konditioniert. Das Material wurde auf Polyester mit einer Dicke von 305 Angstrom EB-abgeschieden und mit einer Schicht aus Aluminium bei einer Dichte von 2,6 metallisiert.
Aufbau 4
Dow 685D-Styrolharz wurde 16 Stunden bei 210°C konditioniert. Das Material wurde auf Polyester mit einer Dicke von 200 Angstrom EB-abgeschieden und mit einer Schicht aus Aluminium bei einer Dichte von 2,3 metallisiert. Dies wurde wiederholt, um einen Stapel von 10 Schichten aus Aluminium zu bilden, die durch die dazwischen liegenden Trennbeschichtungsschichten getrennt waren.
Diese geschichteten Materialien wurden von den PET-Trägern unter Verwendung eines Ethylacetatlösungsmittels abgelöst und in einem T8 Laborhomogenisator zu einer kontrollierten Teilchengröße reduziert. Die resultierenden Flakes wiesen ähnliche optische Eigenschaften auf wie Metalure-Flakes, und zwar dahingehend, dass sie einen ähnlichen Glanz, eine ähnliche Teilchengröße, eine ähnliche Opazität und ein ähnliches Seitenverhältnis aufwiesen.
In einem weiteren Test mit einem Aufbau, der demjenigen des Aufbaus 1 ähnlich war, wurde Aluminium, das in einer optischen Dichte von 2,3 metallisiert worden ist, von einem PET-Träger in Aceton abgelöst und zu Flakes zerkleinert. Mit diesem Test wurde der Effekt einer Veränderung der Dicke der Trennbeschichtung festgestellt. Die Ergebnisse zeigten die besten Trenneigenschaften mit einer EB-abgeschiedenen Trennbeschichtung im Bereich von etwa 200 bis etwa 400 Angstrom.
Beispiel 6
Mehrere Tests wurden durchgeführt, um verschiedene polymere Trennbeschichtungsmaterialien zu bestimmen, die in dieser Erfindung geeignet sein können. Labor-Glasglockentests wurden durchgeführt, um Polymere zu bestimmen, die EB-abgeschieden werden können. Methylmethacrylat (Elvacite 2010 von ICI) und ein UV-gehärtetes Monomer (39053-23-4 von Allied Signal) erzeugten gute Ergebnisse. Schlechte Ergebnisse wurden mit Butylmethacrylat (Elvacite 2044) (verliert Vakuum in EB), Cellulose (färbte sich bei 280°F schwarz) und Polystyrolkautschuk (verkohlte) erhalten.
Beispiel 7
Die im Beispiel 1 beschriebenen Tests zeigten, dass eine aus dem Dow 685D-Styrolpolymer hergestellte Trennbeschichtung verwendbare Flakeprodukte erzeugen konnte. Mehrere andere Tests wurden mit Dow 685D-Styrolharztrennbeschichtungen wie folgt durchgeführt:

(1) Bei 190°C konditioniert, bei 1000 Angstrom aufgebracht und mit Aluminium metallisiert. Ein zu hoch aufgebauter Harzfilm erzeugte eine trübe metallisierte Schicht.
(2) Nicht im Ofen konditioniert; wenn versucht wurde, die Styrolkügelchen mittels EB zu schmelzen, verursachte der E-Strahl eine Bewegung der Kügelchen in dem Tiegel.
(3) Bei 210°C konditioniert, von 75 bis 150 Angstrom aufgebracht und dann metallisiert. Das Aluminium löste sich schlecht oder gar nicht ab.
(4) Bei 210°C konditioniert, bei 600 Angstrom aufgebracht und mit einer Schicht aus Aluminium bei einer Dichte von 1,9 metallisiert. Das Aluminium löste sich langsam ab und erzeugte gekräuselte Flakes.

Diese Erfindung ermöglicht es, dünne dekorative und funktionelle Plättchen aus ein- oder mehrschichtigen Materialien mit einer Dicke von etwa 5 bis etwa 500 Angstrom als Einzelschicht, von etwa 10 bis 2000 Angstrom als Mehrfachschicht, mit durchschnittlichen Außenabmessungen von etwa 0,01 bis 150 μm herzustellen. Die Flakes oder Teilchen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, werden als Teilchen im Angstrombereich bezeichnet, da sie ein geeignetes Flakematerial sind, das mit einer Dicke im niedrigen Angstrombereich, der vorstehend genannt worden ist, hergestellt werden können. Einige Teilchen, die mit dieser Erfindung hergestellt werden können, können als Teilchen im Nanometerbereich charakterisiert werden. Es ist bekannt, dass 10 Angstrom gleich ein Nanometer (nm) sind und der Nanometerbereich im Allgemeinen bei 1 bis 100 nm liegt. Folglich fallen einige der Teilchen im Angstrombereich (Dicke und/oder Teilchengröße) dieser Erfindung in den Nanometerbereich.
Diese Teilchen können als solche als funktionelle Plattformen verwendet werden oder mit anderen aktiven Materialien beschichtet werden. Sie können in andere Materialien einbezogen werden oder auf andere Materialien aufgebracht werden. Wie es vorstehend erwähnt worden ist, werden sie durch Abscheiden von Materialien oder Schichten von Materialien derart, dass zwischen den ein- oder mehrschichtigen Plättchen polymere Trennschichten angeordnet sind, erzeugt. Das Trägersystem für diese Schichtsandwiches kann eine Platte, ein Film, ein Band oder eine Trommel sein. Die funktionellen Materialien können mittels PVD-Verfahren (physikalische Dampfabscheidungsverfahren) aufgebracht werden und die Trennschichten können mittels PVD aufgebracht werden.
Sobald die Sandwichschichten mit den dazwischen angeordneten Trennschichten gebildet worden sind, kann das Material von dem Trägersystem entfernt werden und funktionelle Schichten können von den Trennschichten getrennt werden. Dies kann kryogenisch mit dem geeigneten Lösungsmittel oder mit einem überkritischen Fluid durchgeführt werden. Das resultierende Material kann in Plättchen überführt werden und mittels Mahlen bzw. Zerkleinern, Homogenisieren, Sonifizieren oder durch einen Hochdruckaufprall klassiert werden.
Ein Zentrifugieren oder Filtrieren führt zu einem Kuchen, einer Aufschlämmung oder einem getrockneten Material. Andere aktive Materialien können den Teilchen mittels CVD zugesetzt oder mit Materialien wie z.B. Silanen umgesetzt werden, um die Haftung zu fördern. Dann können die Materialien in das gewünschte Material einbezogen oder auf das gewünschte Material aufgebracht werden, wie z.B. Anstrichmittel, Beschichtungen, Tinten, Polymere, Feststoffe, Lösungen, Filme, Gewebe oder Gele für funktionelle Anwendungen.
Verschiedene Aufbauarten von Flakes im Angstrombereich dieser Erfindung umfassen (1) Aluminium-, Metalllegierungs- und andere Metalleinschicht-Flakes (nachstehend beschrieben); (2) einschichtige Dielektrika, anorganische oder vernetzte Polymerflakes; (3) mehrschichtige anorganische Materialien; (4) optische Stapel; (5) mehrschichtige anorganisch oder organisch/Metall/anorganisch oder organisch Flakes; (6) Metall/anorganisch/Metall-Flakes; und (7) CVD- oder chemisch umgesetzte oberflächenbeschichtete Flakes.
Die Anwendungen für die Teilchen im Nanometerbereich mit hohem Seitenverhältnis sind wie folgt.
Optische Ästhetik
Materialien mit hohem Seitenverhältnis können metallische Glanzeffekte sowie Farbeffekte bereitstellen. Metalle wie z.B. Aluminium, Silber, Gold, Indium, Kupfer, Chrom oder Legierungen und Metallkombinationen wie z.B. Aluminium-Kupfer, Kupfer-Zink-Silber, Chrom-Nickel-Silber, Titannitrid, Titan-Zirkoniumnitrid und Zirkoniumnitrid können verwendet werden, um diese Materialien zu erzeugen. Sandwichs aus Metallen und dielektrischen Materialien können verschiedene Farben und Effekte erzeugen. Inerte Materialien können als äußere Schicht verwendet werden, um die inneren Schichten vor einer Oxidation und Korrosion zu schützen. Beispiele für einige Sandwichs sind SiO/Al/SiO, MgF/Al/MgF, Al/SiO/Al, Al/MgF/Al, wobei auch viele andere Kombinationen möglich sind. Flakes aus Metall oder Metalloxiden können als Basis verwendet werden, um sowohl organische als auch anorganische Materialien zu binden, die pigmentartige Farben bereitstellen.
Optische Funktionalität
Teilchen im Nanometerbereich und hohem Seitenverhältnis können in vielen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen optische Eigenschaften genutzt werden. Teilchen aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Zinkoxid, Indiumzinnoxid, Indiumoxid können in Beschichtungen und Polymere einbezogen werden, um UV- und IR-Licht zu reflektieren, zu streuen oder zu absorbieren. Auch phosphoreszierende und fluoreszierende Materialien können verwendet werden, um andere wichtige Effekte zu erzeugen.
Mechanisch
Diese Teilchen können in Materialien einbezogen oder auf die Oberfläche von Materialien aufgebracht werden, um deren Eigenschaften zu verbessern. Teilchen aus Siliziummonoxid, Aluminiumdioxid, Titandioxid und anderen Dielektrika können in Materialien einbezogen werden, um Eigenschaften wie z.B. die Flammverzögerung, die Abmessungsstabilität, die Verschleiß- und Abriebbeständigkeit, die Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeit, die chemische Beständigkeit und die Steifigkeit zu verbessern.
Chemisch
Aktive Materialien können auf die Oberfläche dieser Teilchen aufgebracht werden, um kleine Bereiche mit großer Oberfläche bereitzustellen, die in chemische Verfahren eingebracht werden können. Diese Teilchen mit einem Bereich mit großer Oberfläche sind ideal für Katalysa toren. Es kann sich um Plättchen des aktiven Materials oder um Flakes handeln, die so behandelt worden sind, dass sie eine aktive Beschichtung tragen. Beispiele für aktive Materialien sind Platin, Palladium, Zinkoxid, Titandioxid und Siliziummonoxid. Flakes, die aus Metalldotierten Materialien (Lithium-dotierten Materialien) hergestellt worden sind, können in Batterien verwendet werden.
Elektrisch
Durch Einbringen von Teilchen aus verschiedenen Materialien sowohl als Einzelschicht als auch als Mehrfachschicht, um eine Leitfähigkeit, eine Kapazität, EMI und RFI zu bewirken, können verschiedenen Materialien und Beschichtungen elektrische Eigenschaften verliehen werden. Die Absorption, Transmission und Reflexion von Mikrowellen- und Radarenergie kann durch Beschichten oder Einbringen von Teilchen aus Metallen oder Metall-Dielektrikum-Sandwiches modifiziert werden. Supraleitende Materialien wie z.B. Magnesiumborid können als Teilchen im Angstrombereich hergestellt werden.
Biologisch
Durch Aufbringen einer fungiziden oder antibakteriellen Beschichtung auf diese dünnen Plättchen und dann Einbringen derselben in Tinten und Beschichtungen können Wirkstoffe effektiv an die Oberflächen transportiert werden.
Nanoteilchen
Nanoteilchen können durch Dampfabscheiden eines Flakematerials als diskrete Teilchen erzeugt werden. In der Industrie ist es bekannt, dass die Keimbildung und das Filmwachstum eine wichtige Rolle bei der Bildung von PVD-Beschichtungen mit hoher Qualität spielen. Während der anfänglichen Abscheidung werden Keime gebildet, die mit fortgesetzter Abscheidung bezüglich der Größe und der Anzahl zunehmen. Wenn sich der Prozess fortsetzt, beginnen sich diese Inseln zu Kanälen zu verbinden, die später gefüllt werden, um den fertiggestellten kontinuierlichen Film zu bilden. Zur Herstellung von Nanoteilchen erreicht der Beschichtungsprozess nur die Inselstufe, bevor die nächste Schicht von Trennmaterial aufgebracht wird. Dies ermöglicht das Einfangen der kleinen Teilchen zwischen den Trennschichten in dem nachstehend beschriebenen mehrschichtigen Aufbau. Diese können später durch Lösen des Trennmaterials mit dem geeigneten Lösungsmittel getrennt werden.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Teilchen im Nanometerbereich besteht darin, ein Flakematerial unter 50 Angstrom herzustellen und dann den Teilchendurchmesser mit einem sekundären Vorgang zu vermindern.
Verwendung von Flakematerialien in Beschichtungen
Ein Flakematerial wurde in eine Beschichtung zur Verwendung in den vorstehend genannten Anwendungen unter Verwendung des folgenden Verfahrens eingebracht:
Verschiedene Materialzusammensetzungen von Materialien wurden in eine Flakeform umgewandelt. Die umgewandelten Flakes wurden dann auf einer Oberflächenbereichsbasis in ein Vehikel eingebracht. Vehikelzusammensetzung:

Toluol 28 Teile

Isopropanol 28 Teile

Methylethylketon 28 Teile

Elvacite 2042 96 Teile
Das tatsächliche Gewicht der Flakes, die in diesem Beispiel verwendet wurden, wurde aus der Dicke und der Dichte der chemischen Verbindung abgeleitet. Diese Ableitung wurde verwendet, um den Effekt der chemischen Verbindung zu untersuchen. Die Flakes wurden in einer Aufschlämmungsform in Aceton bereitgestellt. Der erste Schritt in dem Verfahren bestand darin, den Gewichtsprozentanteil an Feststoffen zu messen. Nach der Messung der Feststoffe kann die Menge an einzusetzendem Aufschlämmungsmaterial durch die folgende Tabelle bestimmt werden.
Die Flakes wurden mit dem geeigneten Gewicht in das Vehikel eingemischt. Die Aufschlämmung wurde dann auf einen Glanzpolyesterfilm mit einer Dicke von 0,002 Zoll aufgebracht, um eine Endbeschichtungsdicke von 2,6 bis 3,0 g/m² zu erreichen. Die Beschichtung wurde dann trocknen gelassen und dann auf zwei Arten getestet.
Verfahren zur Bewertung der Wärmereflexionseigenschaften:
Die hergestellten Beschichtungen wurden auf die Oberfläche einer Folie aus steifem Polyvinylchlorid (PVC), die mit EF18936L dekoriert war, unter Verwendung von Wärme und Druck übertragen. Der Polyesterfilm wurde nach der Übertragung entfernt. Platten mit Abmessungen von 3 Zoll × 3 Zoll wurden mit einer Blindprobe (Vehikel ohne Flakes) und den Testflakes hergestellt. Diese Platten wurden dann unter Verwendung des ASTM D4809-89-Verfahrens zur Vorhersage der Wärmeansammlung in PVC-Bauprodukten bewertet. Die Ergebnisse wurden sowohl für die Blindprobenplatte als auch für die Testflakeplatte angegeben.
Verfahren zur Bewertung der UV-Abschirmungseigenschaften:
Eine Basistestfolie wurde durch Aufbringen eines Films, der die folgenden Materialien umfasste, auf eine steife PVC-Folie hergestellt:
Aufbringen auf 0,002 mil-Glanzpolyester unter Verwendung von 2- 137HK-Druckplatten, Größe L 56537
Aufbringen nach den Farbbeschichtungen unter Verwendung einer 1-137HK-Druckplatte
Die Blindprobe und die Aufschlämmung werden auf Polyester wie in dem vorstehenden Verfahren hergestellt und auf die vorstehend beschriebenen Platten übertragen. Sowohl die Blindprobenplatte als auch die Testflakeplatte werden in eine Sunshine Carbon Arc-Bewitterungseinrichtung (Atlas) eingebracht, bei der das Tauzyklusprotokoll eingestellt ist. Die Messwerte für den anfänglichen Glanz und die anfängliche Farbe werden ermittelt und alle 500 Stunden der Betriebszeit aufgezeichnet.
Die mehrschichtige Teilchentrennschicht kann aus herkömmlichen Polymeren auf organischer Lösungsmittelbasis hergestellt sein, die in einem PVD-Verfahren abgeschieden werden. Eine Anzahl unterschiedlicher Materialien kann verwendet werden, wie z.B. Polymere, Oligomere und Monomere. Diese Materialien können mittels Elektronenstrahl, Sputtern, Induktions- und Widerstandsheizen verdampft werden.
Eine der Schwierigkeiten bei der Verwendung einer Polymermasse in diesem Verfahren besteht darin, das Polymer effektiv in das Verdampfungssystem zuzuführen, ohne dass es für lange Zeiträume einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, die nachteilige Effekte haben kann. Eine weitere Schwierigkeit ist das Verdampfen und das Leiten des Polymerdampfs zu dem Trägersystem, während das Vakuumsystem nicht verunreinigt oder das Vakuum nicht verschlechtert wird.
Mehrere Ansätze können diese Probleme bei der Polymerabgabe lösen. Ein Ansatz besteht darin, das Polymer auf ein Trägermaterial wie z.B. einen Draht oder ein Band aufzubringen, der bzw. das aus Metall oder einem Material hergestellt ist, das der Verdampfungstemperatur widerstehen kann. Dieses beschichtete Material wird dann der Polymerdampfdüse zugeführt, wo es erhitzt wird und das Polymer verdampft wird, und der Dampf wird dem Trägersystem zugeleitet. Ein weiterer Ansatz besteht darin, das Polymer zu schmelzen und dessen Viskosität zu vermindern und dann das Material in die Polymerdampfdüse zu extrudieren oder zu pumpen. Eine Zahnradpumpe, ein Extruder oder ein Kapillarextrusionssystem (Kapillarrheometer) wie die Polymerdampfdüse können eine Verdampfungsoberfläche bereitstellen, die auf die geeignete Temperatur erhitzt wird. Die Düse leitet den Dampf dann zu dem Trägersystem. Es ist erforderlich, eine gekühlte Oberfläche bereitzustellen, um jedweden Streupolymerdampf, der den Bereich des Polymerdüsenträgersystems verlässt, zu kondensieren, und auch diesen Bereich differentiell zu pumpen.
Glasglockenverfahren
Unter Bezugnahme auf die 10 ist eine evakuierbare Glasglocke 100 mit einem Heizeinrichtungsblock 102 modifiziert, der am Boden der Glasglocke installiert ist. Der Block umfasst eine geheizte Polymerdampfkammer 104 mit einem Hohlraum 106, der so ausgenommen ist, dass er die gewünschte Probe hält. Ein aus einer Aluminiumfolie hergestellter Tiegel 108 ist an dem Block angebracht und etwa 0,3 g des gewünschten Materials werden in den Tiegel eingebracht. Der Tiegel wird dann in den Heizeinrichtungsblock eingebracht.
Über dem Heizeinrichtungsblock ist eine Abscheidungsmesseinrichtung 109 einen Zoll von der Oberseite des Blocks entfernt angeordnet. Wenn der Block erhitzt wird, wird diese Messeinrichtung die Menge des verdampften Materials in Angstrom pro Sekunde (Å/s) messen.
Über der Abscheidungsmesseinrichtung ist eine Polyesterfolie 110 zwischen zwei Stützen (nicht gezeigt) eingeklemmt. Das von diesem Block verdampfte Material wird auf diesem Film abgeschieden. In einem anderen Schritt wird dieser Film metallisiert.
Sobald sich die Probe, die Abscheidungsmesseinrichtung und der Polyesterfilm an Ort und Stelle befinden, wird die Glasglocke geschlossen und der Vakuumzyklus wird gestartet. Das System wird auf einen Druck zwischen 2 × 10^–5 Torr und 6 × 10^–5 Torr evakuiert und es kann mit dem Versuch begonnen werden.
Der Heizeinrichtungsblock beginnt etwa bei Raumtemperatur. Sobald das gewünschte Vakuum erreicht worden ist, wird dem Block Energie zugeführt. Der Block wird so eingestellt, dass er die Temperatur in einem 20 min-Intervall auf 650°C erhöht. Messungen werden jede Minute vorgenommen. Die Zeit, die momentane Blocktemperatur (°C), die Abscheidungsmesseinrichtungsmesswerte (Å/s) und der momentane Vakuumdruck (Torr) werden jede Minute dokumentiert. Der Versuch endet, wenn entweder der Kristall der Abscheidungsmesseinrichtung versagt oder wenn das gesamte Material verdampft worden ist und die Messwerte der Abscheidungsmesseinrichtung auf Null fallen.
Am Ende des Versuchs wird die Glasglocke zur Luft hin geöffnet. Der Polyester wird entfernt und zum Metallisieren beiseite gestellt und der gebrauchte Tiegel wird verworfen. Die Daten werden dann für einen Vergleich mit allen anderen getesteten Materialien aufgetragen.
Glasglocken-Polymerversuche
In der Glasglocken-Metallisiereinrichtung wurden mehrere Experimente mit verschiedenen Polymeren durchgeführt. Das Verfahren, das in „Glasglockenverfahren" beschrieben worden ist, wurde bei all diesen Experimenten durchgeführt. Bei jedem Experiment wurden die Versuchszeit, die Temperatur, der Messwert der Abscheidungsmesseinrichtung und der Vakuumdruck dokumentiert. Aus diesen Daten kann bestimmt werden, welche Materialien einen größeren Effekt auf das Vakuum aufweisen und welches Material die höchsten Abscheidungsgeschwindigkeiten bereitstellt. Eine höhere Abscheidungsgeschwindigkeit bedeutet, dass eine Vorrichtung in Herstellungsgröße mit höheren Geschwindigkeiten betrieben werden kann. Materialien, die größere Effekte auf den Vakuumdruck haben, könnten jedoch nach längeren Betriebszeiträumen Reinigungs- und möglicherweise Abpumpprobleme verursachen.
Die Versuche 1, 2, 6 und 7 wurden unter Verwendung des Dow 685D-Polystyrols durchgeführt. Dieses Polymer wies ein angegebenes Molekulargewicht von etwa 300000 auf. Alle vier Versuche erzeugten ähnliche Ergebnisse. Die Abscheidungsgeschwindigkeiten wurden bei etwa 10 Å/s gehalten, bis eine Temperatur von etwa 550°C erreicht wurde. Bis zu dieser Temperatur lag nur ein sehr geringer Effekt auf das Vakuum vor. Der Druck stieg im Allgemeinen auf weniger als 2 × 10^–5 Torr. Über 550°C stieg die Geschwindigkeit dramatisch an und der Druck stieg auf einen Bereich von 1,2 × 10^–4 bis 1,8 × 10^–4 Torr. Dabei handelt es sich immer noch um einen minimalen Einfluss auf den Vakuumdruck.
Der Versuch 3 wurde mit Elvacite 2045 durchgeführt, wobei es sich um ein Isobutylmethacrylat mit einem Molekulargewicht von 193000 handelte. Die Abscheidung stieg auf einen hohen Wert von 26,5 Å/s bei einer Temperatur von 500°C. Bei dieser Temperatur war der Vakuumdruck von einem Ausgangsdruck von 5,2 × 10^–5 Torr auf 3,6 × 10^–4 Torr angestiegen.
Beim vierten Versuch wurde Elvacite 2044 verwendet, wobei es sich um ein n-Butylmethacrylatmaterial mit einem Molekulargewicht von 142000 handelt. Die Abscheidung für das 2044 erreichte einen Peak von 30 Å/s bei 500°C. Bei dieser Temperatur erreichte der Vakuumdruck 2,0 × 10^–4 Torr.
Die Versuche 5 und 19 wurden mit Endex 160 durchgeführt, wobei es sich um ein Copolymermaterial handelt. Das Endex 160 erreichte die maximale Abscheidung bei 413°C mit einer Geschwindigkeit von 11 Å/s. Die Abscheidung hatte nahezu keinen Einfluss auf das Vakuum, da dieses schließlich nur um 1,0 × 10^–6 Torr auf einen Endmesswert von 4,4 × 10^–5 Torr erhöht wurde.
Der achte Versuch wurde mit Elvacite 2008 durchgeführt, wobei es sich um ein Methylmethacrylatmaterial mit einem Molekulargewicht von 37000 handelte. Die höchste Abscheidungsgeschwindigkeit wurde bei 630°C bei einer Geschwindigkeit von 67 Å/s erreicht. Der Endvakuumdruck wurde auf 1,0 × 10^–4 Torr erhöht.
Die Versuche 9 und 10 wurden mit Piccolastic D125 durchgeführt. Dieses Material ist ein Styrolpolymer mit einem Molekulargewicht von 50400. Abscheidungsgeschwindigkeiten von 108 Å/s wurden bei 500°C erreicht und während der Versuche lag ein minimaler Einfluss auf das Vakuum vor.
Die Versuche 11 und 12 wurden mit Piccolastic A75 durchgeführt. Dabei handelt es sich um ein weiteres Styrolmonomer, das jedoch ein niedriges Molekulargewicht von 1350 aufweist. Die Abscheidungsgeschwindigkeiten begannen sehr früh und stiegen auf ein Maximum von 760 Å/s, wenn die Temperatur 420°C erreichte. Bei beiden Versuchen lag erneut ein sehr geringer Einfluss auf den Vakuumdruck vor.
Die Versuche 13 und 14 wurden mit einem 50000 MW-Polystyrolstandard von Polyscience durchgeführt. Diese Proben weisen sehr schmale Molekulargewichtsverteilungen auf. Für diese Versuche wurde eine Abscheidung von 205 Å/s bei einer Temperatur von 560°C erreicht. Bei dieser Abscheidung stieg der Vakuumdruck auf 6,2 × 10^–5 Torr, wobei es sich um einen Anstieg von 1,4 × 10^–5 Torr bezogen auf den Ausgangsdruck handelt.
Die Versuche 15 und 16 wurden mit einem weiteren Polystyrolstandard von Polyscience durchgeführt, jedoch wies dieser ein Molekulargewicht von 75000 auf. Die Abscheidung erreichte eine Geschwindigkeit von etwa 30 Als bei einer Temperatur von 590°C. Bei dieser Temperatur war der Vakuumdruck auf 3,0 × 10^–4 Torr angestiegen, wobei es sich um einen ziemlich signifikanten Anstieg handelt.
Der Versuch 17 wurde mit Endex 155 durchgeführt, wobei es sich um ein Copolymer aus aromatischen Monomeren mit einem Molekulargewicht von 8600 handelte. Die maximale Abscheidung wurde bei 530°C mit einer Geschwindigkeit von 78 Als erreicht. Am Ende des Versuchs war der Vakuumdruck auf 1,0 × 10^–4 Torr angestiegen.
Der Versuch 18 war ein weiterer Polystyrolstandard von Polyscience. Diese Probe wies einen Molekulargewichtsbereich von 800 bis 5000 auf. Die Abscheidung wies einen hohen Wert von 480 Å/s bei einer Temperatur von 490°C auf. Während des gesamten Versuchs lag ein geringer bis kein Einfluss auf den Vakuumdruck vor.
Der Versuch 20 wurde mit einem Standard aus Polymethylmethacrylat von Polyscience durchgeführt. Diese Probe wies ein Molekulargewicht von 25000 auf. Eine Endabscheidungsgeschwindigkeit wurde bei 645°C mit einer Geschwindigkeit von 50 Å/s erreicht. Bei diesen Bedingungen war der Vakuumdruck auf 1,0 × 10^–4 Torr angestiegen.
Der Versuch 21 wurde mit Elvacit 2009 durchgeführt, wobei es sich um ein Methylmethacrylatpolymer handelte, das so behandelt worden ist, dass es keinen Schwefel enthielt. Das Molekulargewicht dieses Materials betrug 83000. Eine Endabscheidungsgeschwindigkeit von 26 Als wurde bei einer Temperatur von 580°C erreicht. Der Vakuumdruck war von einem anfänglichen Messwert von 4,2 × 10^–5 Torr auf 1,8 × 10^–4 Torr angestiegen.
Die Versuche 22 und 26 wurden mit Elvacite 2697 durchgeführt, wobei es sich um eine behandelte Version eines Methyl/n-Butylmethacrylat-Copolymers handelte. Das Molekulargewicht dieses Materials betrug 60000. Das Elvacite 2697 wies eine Endabscheidungsgeschwindigkeit von 20 Å/s bei einer Temperatur von 580°C auf. Der Vakuumdruck stieg am Ende des Versuchs auf 1,0 × 10⁴ Torr an.
Der Versuch 23 wurde mit Elvacite 2021C durchgeführt, wobei es sich um ein behandeltes Methylmethacrylat handelte. Dieses Material wies ein Molekulargewicht von 119000 auf. Eine Endabscheidungsgeschwindigkeit von 30 Å/s wurde bei 590°C erreicht. Bei diesem Versuch lag ein signifikanter Einfluss auf das Vakuum vor, da der Enddruck bei 4,4 × 10^–4 Torr lag, wobei es sich bezogen auf den anfänglichen Vakuumdruck um eine Zunahme um eine Größenordnung handelte.
Der Versuch 24 wurde mit Lawter K1717 durchgeführt, wobei es sich um ein Polyketon handelte. Eine maximale Abscheidungsgeschwindigkeit von 300 Å/s wurde bei 300°C erreicht. Bei dieser Temperatur war der Vakuumdruck auf 7,0 × 10^–5 Torr angestiegen. Am Ende des Versuchs verblieb in dem Tiegel viel Ruß. Dies zeigte, dass ein Teil des Materials anstatt verdampft zu werden, tatsächlich verbrannt worden ist.
Der Versuch 25 wurde mit Solsperse 24000 durchgeführt, wobei es sich um ein Dispergiermittel handelte. Diese Probe ließ ebenfalls einen Russrückstand in dem Tiegel zurück, was eine Verbrennung während des Versuchs zeigt. Es wurde jedoch eine Abscheidungsgeschwindigkeit bis zu 100 Å/s bei 360°C aufgezeichnet. Der Vakuumdruck stieg im Verlauf des Experiments auf 1,0 × 10^–5 Torr an.
Der Versuch 27 wurde mit Elvacite 2016 durchgeführt, wobei es sich um ein unbehandeltes Methyl/n-Butylmethacrylat-Copolymer handelte. Dieses wies ein Molekulargewicht von 61000 auf. Bei 630°C erreichte die Abscheidungsgeschwindigkeit 135 Å/s. Bei diesen Bedingungen stieg der Vakuumdruck signifikant auf 3,0 × 10^–4 Torr an.
Der Versuch 28 wurde mit Elvacite 2043 durchgeführt, wobei es sich um ein Ethylmethacrylatpolmer mit einem Molekulargewicht von 50000 handelte. Bei 600°C betrug die Abscheidungsgeschwindigkeit 98 Å/s. Bei diesen Bedingungen betrug der Vakuumdruck 1,0 × 10^–4 Torr.
Der Versuch 29 wurde mit Kraton G1780 durchgeführt. Dieses Material ist ein Mehrarm-Copolymer aus 7 % Styrol und Ethylen/Propylen. Die Abscheidung erreichte einen hohen Wert von 70 Å/s bei einer Temperatur von 600°C. Der Endvakuumdruck stieg auf 8,2 × 10^–5 Torr an. Während des Versuchs blieb die Abscheidungsgeschwindigkeit sehr gleichmäßig und zeigte keine starke Fluktuation, die bei allen anderen Versuchen, insbesondere bei höheren Temperaturen, vorlag.
Der Versuch 30 wurde mit Kraton G1701 durchgeführt. Dieses Material ist ein lineares Diblockpolymer aus 37 % Styrol und Ethylen/Propylen. Eine Endabscheidungsgeschwindigkeit von 102 Å/s wurde bei einer Temperatur von 595°C erreicht. Der Vakuumdruck betrug bei dieser Endbedingung 8,6 × 10^–5 Torr.
Der Versuch 31 wurde mit Kraton G1702 durchgeführt. Dabei handelt es sich um ein lineares Diblockpolymer aus 28 % Styrol und Ethylen/Propylen. Eine Endabscheidungsgeschwindigkeit von 91 Å/s wurde bei einer Temperatur von 580°C erreicht. Der Vakuumdruck war bei dieser Bedingung auf 8,0 × 10^–5 Torr gestiegen.
Der Versuch 32 wurde mit Kraton G1730M durchgeführt. Dabei handelt es sich um ein lineares Diblockpolymer aus 22 % Styrol und Ethylen/Propylen. Die maximale Abscheidungsgeschwindigkeit von 80 Å/s wurde bei 613°C erreicht. Bei dieser Temperatur betrug der Vakuumdruck 8,0 × 10^–5 Torr.
Der Versuch 33 wurde mit 1201 Creanova durchgeführt, wobei es sich um ein synthetisches Harz auf der Basis eines Urethan-modifizierten Ketonaldehyds handelte. Dieses Material erreichte eine Abscheidungsgeschwindigkeit von 382 Å/s bei einer Temperatur von 535°C. Bei dieser Temperatur lag ein minimaler Einfluss auf das Vakuum vor.
Der Versuch 34 wurde mit Kraton G1750M durchgeführt. Dabei handelt es sich um ein Mehrfacharm-Copolymer aus 8 % Styrol und Ethylen/Propylen. Eine Abscheidungsgeschwindigkeit von 170 Å/s wurde bei 625°C erreicht. Bei dieser Bedingung stieg der Vakuumdruck auf 9 × 10^–5 Torr an.
Aus diesen Versuchen wurden die folgenden Schlüsse gezogen. Der größte Wert dieser Experimente ergab sich aus der Quantifizierung des Effekts, den verschiedene Harze auf den Vakuumdruck haben. Aus diesen Versuchen schien sich eine Korrelation des Molekulargewichts mit dem Einfluss auf das Vakuum zu ergeben. Je niedriger das Molekulargewicht des Materials ist, desto geringer wird der Einfluss sein, den das verdampfte Material auf den Vakuumdruck des Systems haben wird. Es scheint keine Korrelation zwischen der Temperatur und der Abscheidung vorzuliegen.
Trommel mit Block-Verfahren
Unter Bezugnahme auf die 11 und 12 enthält eine evakuierbare Kammer 112 eine rotierende Trommel 114, eine Abscheidungsmesseinrichtung 116 und einen Heizeinrichtungsblock 118. Der Heizeinrichtungsblock umfasst eine geheizte Polymerdampfkammer 120, die mit einem Tiegel 122 ausgestattet ist, der eine Polymerquelle 124 aufweist. Die Trommel 114 weist einen Durchmesser von etwa einem Fuß und eine Breite von sechs Zoll auf der Oberfläche auf. Sie kann mit einer maximalen Geschwindigkeit von zwei Umdrehungen pro Minute rotieren. Der Heizeinrichtungsblock weist eine zylindrische Form auf, wobei in einen Bereich ein Schlitz 126 eingebracht ist. Der Schlitz ist zu einem Hohlraum 128 hin offen, der durch die Mitte des Blocks verläuft. Der Block weist drei unabhängige Heizeinrichtungen auf, die zur Steuerung der Temperatur des Blocks verwendet werden können. Die Abscheidungsmesseinrichtung 116 ist etwa 1 Zoll vor dem Schlitz angeordnet. Sie kann die Menge an Material, die durch den Schlitz hindurchtritt, in Angstrom pro Sekunde (Å/s) messen. Diese Ausführungsform zeigt eine Elektronenstrahlkanone 130 in der Vakuumkammer, jedoch wird für dieses Verfahren die EB-Kanone nicht verwendet. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um Polymere zu screenen, um deren Vermögen zu bestimmen, dampfabgeschieden zu werden und daher als polymere Trennbeschichtung geeignet zu sein.
Um eine Probe herzustellen, kann der Heizeinrichtungsblock geöffnet werden und Material wird in den Hohlraum eingebracht. Sobald dies durchgeführt worden ist, wird die Kammer geschlossen und der Vakuumzyklus wird gestartet. Die Kammer wird evakuiert, bis der Druck mindestens 6 × 10^–5 Torr beträgt.
Der Block beginnt etwa bei Raumtemperatur. Sobald das gewünschte Vakuum erreicht ist, wird die Energiezufuhr für die drei Heizeinrichtungen angestellt. Die Heizeinrichtungen sind so eingestellt, dass sie in einem 20 min-Intervall die gewünschte Temperatur erreichen. Die Messungen werden etwa alle 6 s auf eine Computerdatei übertragen. Die Zeit, die Blocktemperatur in den drei Zonen (°C), die Abscheidungsmesseinrichtungsmesswerte (Å/s) und der momentane Vakuumdruck (Torr) werden dokumentiert. Der Versuch endet, wenn entweder der Kristall der Abscheidungsmesseinrichtung versagt oder wenn das gesamte Material verdampft worden ist und die Messwerte der Abscheidungsmesseinrichtung auf Null fallen.
Am Ende des Versuchs wird die Kammer zur Luft hin geöffnet. Der Abscheidungskristall wird ausgetauscht und der Block wird mit neuem Material für den nächsten Versuch beschickt.
Polystyrolversuche im Polymerblock
Sechs separate Versuche wurden unter Verwendung des Dow 685D-Polystyrols in jedem Versuch durchgeführt. Von diesem Polystyrol ist angegeben, dass es ein Molekulargewicht von etwa 300000 aufweist. In den Versuchen wurden die Blockendtemperatur sowie die Anstiegszeit zum Erreichen der Endtemperatur variiert.
Im Versuch 1 wurde der Block so programmiert, dass er 300°C in einer Anstiegszeit von 10 min erreichte. Mit fortschreitendem Versuch war die Polymerabscheidungsgeschwindigkeit sehr niedrig und nicht höher als 5 Å/s. Diese Geschwindigkeit wurde während des gesamten Versuchs gehalten.
In dem zweiten Versuch wurde der Block so programmiert, dass er eine Endtemperatur von 325°C erreichte, wobei keine Anstiegszeit eingestellt worden ist. Die Steuereinrichtungen konnten die Temperatur mit der maximal möglichen Geschwindigkeit erhöhen. Wenn die Temperatur erreicht worden ist, pendelte sich die Abscheidungsgeschwindigkeit bei etwa 30 Å/s ein. Bei einer gewissen Fluktuation blieb diese Geschwindigkeit bis 15 min ab dem Beginn des Versuchs konstant, worauf die Geschwindigkeit merklich abzufallen begann. Am Ende des Versuchs nach 20 min war die Geschwindigkeit auf 15 Å/s abgefallen. Diese Abnahme der Geschwindigkeit ist wahrscheinlich auf den Verbrauch der Polymerversorgung zurückzuführen.
Im dritten Versuch wurde der Block so eingestellt, dass er eine Endtemperatur von 350°C in einer Anstiegszeit von 10 min erreichte. Wenn die Temperatur erreicht worden ist, wurde die Abscheidungsgeschwindigkeit bei etwa 6 Å/s gehalten. Mit fortschreitendem Versuch erreichte die Geschwindigkeit etwa 13 min nach dem Beginn des Experiments schließlich einen Peak von 14 Å/s. Am Ende des Versuchs nach 20 min war die Geschwindigkeit auf etwa 6 Å/s abgefallen. Von Polystyrol wird angenommen, dass eine Depolymerisation bei etwa 350°C beginnt. Die Abscheidungsgeschwindigkeit in dem Experiment war unter Umständen deshalb niedriger, da die Temperatur diese Depolymerisation sowie die Verdampfung verursachte, die von der Abscheidungsmesseinrichtung erfasst wird.
Der Versuch 4 wies einen 375°C-Einstellpunkt ohne Anstieg auf die Temperatur auf. Die Abscheidungsgeschwindigkeit stieg in etwa 10 min auf 30 bis 35 Å/s an, blieb dort jedoch nicht konstant. Als die Temperatur 350°C überstieg, stieg die Geschwindigkeit signifikant an und schwankte. Die Geschwindigkeit fluktuierte von 40 bis 120 Å/s ohne regelmäßiges Muster. Nach 15 min Versuchszeit versagte der Kristall der Abscheidungsmesseinrichtung und das Experiment wurde gestoppt. Über 350°C hatte das Polymer ausreichend Energie absorbiert, so dass es depolymerisierte, so dass es von diesem Punkt an ein sehr niedermolekulares Material mit hohen Geschwindigkeiten freisetzte. Dieses Material umfasst Monomere und Dimere des ursprünglichen Polystyrols. Dieses flüchtige Material ist zur Bildung eines Polymerfilms nicht geeignet.
Der fünfte Versuch wies ebenfalls eine Endtemperatur von 375°C auf, jedoch diesmal mit einer Anstiegszeit von 10 min. Die Abscheidung war zunächst sehr konstant, jedoch schwankte auch hier die Abscheidung über 350°C. Die Geschwindigkeit fluktuierte von 20 Å/s bis zu einem Peak von 110 Å/s. Der Versuch endete bei etwa 18 min, als der Kristall der Messeinrichtung versagte.
Der letzte Versuch wurde bei einer Temperatur von 375°C durchgeführt, jedoch mit einer Anstiegszeit von 20 min. Es zeigte sich das gleiche Verhalten wie bei den vorhergehenden zwei Versuchen. Bis zu einer Temperatur von 350°C war die Abscheidung bei einer Geschwindigkeit von etwa 20 Å/s ziemlich konstant. Als jedoch die Temperatur über 350°C anstieg, schwankte die Geschwindigkeit erneut. Die Geschwindigkeit fluktuierte zwischen 30 und 140 Å/s und ein Kristallversagen verursachte erneut das Ende des Experiments, diesmal bei 23 min.
Aus diesen Versuchen wurden die folgenden Schlüsse gezogen. Es scheint, dass in diesen Experimenten gezeigt wird, dass Polystyrol bei einer Temperatur von etwa 350°C tatsächlich eine Depolymerisation oder einen anderen physikalischen Abbau zeigt. Bei den Versuchen über dieser Temperatur fand das schwankende Verhalten in allen drei Fällen bei etwa der gleichen Temperatur statt. In dem Versuch bei 350°C zeigte die Abscheidungsgeschwindigkeit, dass ein anderer Prozess stattfand, da bei dem niedrigeren Einstellpunkt bei 325°C eine höhere Geschwindigkeit vorlag. Falls nicht eine Depolymerisation oder ein anderer Prozess stattfindet, sollte die Abscheidungsgeschwindigkeit bei 350°C höher sein als die Geschwindigkeit bei 325°C. Auch bei den Versuchen bei 375°C wurde am Ende des Versuchs ein öliger Film festgestellt. Es wurde mittels einer FTIR-Analyse gezeigt, dass es sich bei diesem Material um Polystyrol handelte und die ölige Art zeigt, dass es sich dabei um eine niedermolekulare Spezies des Polystyrols handelt. Dies ist ein weiterer Beweis dafür, dass das ursprüngliche Polymer (300000 MW) depolymerisiert worden ist. Der Versuch bei 350°C ließ einen geringfügig klebrigen Rückstand zurück, jedoch war dieser nicht so ölig wie der Rück stand von den Versuchen bei 375°C. Die Experimente, die bei 300°C und 325°C durchgeführt wurden, ließen einen festen Film ohne ein Anzeichen einer Klebrigkeit oder eines Öls zurück. Aus diesem Satz von Experimenten scheint es, dass ein Bereich von mehr als etwa 300°C bis weniger als etwa 350°C und mehr bevorzugt 325°C eine Temperatur ist, bei der die Polymerabscheidung durchgeführt werden soll. Die bevorzugte Temperatur ist niedrig genug, so dass sich keine Polymerzersetzung entwickelt. Sie stellt auch eine ziemlich hohe Abscheidungsgeschwindigkeit bereit, die während des Versuchs konstant bleibt.
Trommel mit Block und E-Strahl (Tiegel im Block)
Die Vakuumkammer 112, der Heizeinrichtungsblock 118 und die rotierende Trommel 114, die in den 11 und 12 veranschaulicht sind, werden in dieser Ausführungsform zusammen mit der Elektronenstrahlkanone 130 verwendet.
Um Material hinzuzufügen, kann der Heizeinrichtungsblock geöffnet werden und Material wird in den Hohlraum 128 eingebracht. Die Trommel wird mit einem PET-Film bedeckt. Die E-Strahlkanone ist typischerweise eine Kanone, wie sie in der Industrie verwendet wird. Sie weist vier Kupferherde auf einer rotierenden Platte auf. Es wird jeweils ein Herd in einer Linie mit der E-Strahlkanone angeordnet. Das zu verdampfende Material wird direkt in dem Herd oder in einer geeigneten Tiegelauskleidung angeordnet, die in dem Herd an der geeigneten Stelle der rotierenden Platte angeordnet ist. Eine zweite Abscheidungsmesseinrichtung (nicht gezeigt) befindet sich in der Nähe der Trommeloberfläche über dem Tiegel. Sie kann die Menge des Materials, das von dem Tiegel verdampft wird, in Angstrom pro Sekunde (Å/s) messen. Sobald dies stattgefunden hat, wird die Kammer geschlossen und der Vakuumzyklus wird gestartet. Die Kammer wird evakuiert, bis der Druck mindestens 6 × 10^–5 Torr erreicht.
Sobald das gewünschte Vakuum erreicht worden ist, wird die Energieversorgung für die drei Heizeinrichtungen angestellt. Die Heizeinrichtungen werden so eingestellt, dass sie in einem 20 min-Intervall die gewünschte Temperatur erreichen. Die Messungen werden etwa alle 6 s auf eine Computerdatei übertragen. Die Zeit, die Blocktemperatur in den drei Zonen (°C), die Abscheidungsmesseinrichtungsmesswerte (Å/s) und der momentane Vakuumdruck (Torr) werden dokumentiert. Der E-Strahlvorrichtung wird Energie zugeführt. Es ist möglich, die Energiezufuhr zur Kanone in Schritten von 0,1 % zu erhöhen. Die Energie wird zu einem Punkt unmittelbar unterhalb der Verdampfung erhöht und es wird ein Durchwärmen oder Konditionieren ermöglicht. Nach dem Durchwärmen wird die Energie erhöht, bis die gewünschte Abscheidungsgeschwindigkeit erreicht ist, und dann wird ein Verschluss geöffnet, sobald sich das Polymer abzuscheiden beginnt. Die Rotation der Trommel wird gestartet. Der Versuch endet, wenn entweder der Kristall der Abscheidungsmesseinrichtung versagt oder wenn das gesamte Material verdampft worden ist und die Messwerte der Abscheidungsmesseinrichtung auf Null fallen. Am Ende des Versuchs wird der E-Strahlverschluss geschlossen, die Trommelrotation wird gestoppt, die Energiezufuhr des E-Strahls wird unterbrochen und die Blockheizeinrichtung wird abgestellt. Nach einem Abkühlungszeitraum wird die Kammer zur Luft hin geöffnet. Das beschichtete Material wird entnommen.
Flakematerialien, die in einem E-Strahl verarbeitet werden
Die folgenden Materialien wurden in der E-Strahlmetallisiereinrichtung abgeschieden und zu Flakematerialien verarbeitet. Sie wurden mikrophotographiert, wie es nachstehend beschrieben ist.
Beispiele von der vorstehenden Tabelle:
Beispiel 8
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in einer Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Indium metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das Indium von dem Polyester zu trennen. Das Indium und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bild analysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen. Die nachstehend angegebenen Teilchengrößen beruhen auf den folgenden Konventionen: D10: 10 % der gemessenen Teilchen weisen einen Durchmesser auf, der gleich dem angegebenen Durchmesser oder kleiner als dieser ist; D50: 50 % der gemessenen Teilchen weisen einen Durchmesser auf, der gleich dem angegebenen Durchmesser oder kleiner als dieser ist; D90: 90 % der gemessenen Teilchen weisen einen Durchmesser auf, der gleich dem angegebenen Durchmesser oder kleiner als dieser ist. Die Teilchenendgröße der Flakes betrug D10 = 3,3, D50 = 13,2, D90 = 31,2.
Die Photographien veranschaulichen:
Indium 30 s homogenisiert
Teilchengröße in μm 30 s homogenisiert: D10 = 8,21, D50 = 26,68, D90 = 65,18
6 min 30 s homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 3,33, D50 = 13,21, D90 = 31,32
Beispiel 9
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit TiO₂ metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das TiO₂ von dem Polyester zu trennen. Das TiO₂ und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographie veranschaulichen:
TiO₂ „als solches" vor der Teilchenklassierung
Teilchengröße in μm: D10 = 16,20, D50 = 44,17, D90 = 104,64
15 min homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 7,83, D50 = 16,37, D90 = 28,41
Beispiele 10 und 11
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit MgF₂ metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das MgF₂ von dem Polyester zu trennen. Das MgF₂ und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
MgF₂ „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 16,58, D50 = 150,34, D90 = 398,17
11 min homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 0,43, D50 = 16,95, D90 = 45,92
Beispiele 12 und 13
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit SiO metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das SiO von dem Polyester zu trennen. Das SiO und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
SiO „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 17,081, D50 = 67,80, D90 = 188,31
17 min homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 5,75, D50 = 20,36, D90 = 55,82
Beispiele 14, 15 und 16
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit ZnO metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinnchtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das ZnO von dem Polyester zu trennen. Das ZnO und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
ZnO „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 23,58, D50 = 63,32, D90 = 141,59
Teilchenendgröße in μm: D10 = 7,69, D50 = 18,96, D90 = 38,97
Beispiele 17, 18 und 19
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Al₂O₃ metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das Al₂O₃ von dem Polyester zu trennen. Das Al₂O₃ und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
Al₂O₃ „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 6,37, D50 = 38,75, D90 = 99,94
9 min homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 1,98, D50 = 16,31, D90 = 39,77
Beispiele 20 und 21
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit In₂O₃ metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das In₂O₃ von dem Polyester zu trennen. Das In₂O₃ und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
In₂O₃ „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 18,88, D50 = 50,00, D90 = 98,39
3 min homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 8,89, D50 = 20,22, D90 = 38,92
Verwendeter relativer Brechungsindex: 2,64–2,88
Beispiele 22, 23 und 24
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Indiumzinnoxid (ITO) metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das ITO von dem Polyester zu trennen. Das ITO und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
ITO „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 21,70, D50 = 57,00, D90 = 106,20
6 min homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 10,40, D50 = 20,69, D90 = 36,32
Beispiele 25, 26, 27 und 28
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Si metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das Si von dem Polyester zu trennen. Das Si und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
Si „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 20,20, D50 = 57,37, D90 = 140,61
20 min homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 11,9, D50 = 27,0, D90 = 55,5
Beispiele 29 und 30
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit einem Sandwich aus SiO, Al, SiO metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Ver wendung von Aceton geschickt, um das SiO, Al, SiO von dem Polyester zu trennen. Das SiO, Al, SiO und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
SiO, Al, SiO-Sandwich „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 29,7, D50 = 77,6, D90 = 270,2
Beispiele 31 und 32
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Chrom metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das Chrom von dem Polyester zu trennen. Das Chrom und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
Chrom „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 13,1, D50 = 8,9, D90 = 59,8
3 min homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 9,82, D50 = 19,81, D90 = 37,55
Beispiel 33
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Eine Rolle von Polyester der Größe 48, der mit einer thermoplastischen Trennbeschichtung bedruckt war, wurde in der Temiscal Elektronen strahlmetallisiereinrichtung mit einer 401 Kupfer, Zink, Silber-Legierung, Phelly Materials, Emerson, N.J., metallisiert. Die Rolle wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um die Legierung von dem Polyester zu trennen. Die Legierung und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
Legierung „als solches" vor der Teilchenklassierung abgebildet
Teilchengröße in μm: D10 = 69,6, D50 = 161,2, D90 = 313,4
20 min homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 13,32, D50 = 27,77, D90 = 51,28
Die 13 und 14 zeigen eine Vakuumkammer, eine rotierende Trommel und eine Polymerdampfkammer, die denjenigen der 11 und 12 ähnlich sind, jedoch wird das Polymer der Kammer durch einen Drahtzuführungsmechanismus 136 zugeführt, der nachstehend detaillierter beschrieben wird. In dieser Ausführungsform weist der Heizeinrichtungsblock kleine Löcher in beiden Enden auf, die es ermöglichen, dass ein beschichteter Draht 143 in den geheizten Schlitzbereich eintritt. Der beschichtete Draht wird von einer Spule 164 abgewickelt und mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch den Block vorgetrieben, wo das Polymer in den Schlitzbereich verdampft wird, und dann wird der verbrauchte Draht auf einer zweiten Spule 166 wieder aufgewickelt. Der Schlitz ist zu einem Hohlraum hin offen, der durch die Mitte des Blocks verläuft. In dieser Ausführungsform wird der Bereich um den Heizeinrichtungsblock und die Trommel gepumpt, um diesen Bereich zum Kondensieren der auf dem Draht aufgebrachten Polymere selektiv zu kühlen. Dies verhindert ein Austreten von Dampf in Richtung des E-Strahlbereichs der Kammer.
Beispiel 34 Beispiel: Trommel mit Polymerblock und E-Strahl (Drahtzuführung):
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Ein Polyester der Größe 48, der für eine einfache Entfernung um die Trommel gewickelt worden ist, wurde mit Styrol polymertrennbeschichtet und in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Aluminium metallisiert. Der Polyesterfilm wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das Aluminium von den Trennschichten und dem Polyester zu trennen. Das Aluminium und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Die Photographien veranschaulichen:
Teilchenausgangsgröße: D10 = 13,86, D50 = 34,65, D90 = 75,45
Homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 105,10, D50 = 13,19, D90 = 25,80
Beispiel 35 Beispiel: Trommel mit Polymerblock und E-Strahl (Drahtzuführung):
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Ein Polyester der Größe 48, der für eine einfache Entfernung um die Trommel gewickelt worden ist, wurde mit Styrol polymertrennbeschichtet und in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Siliziummonoxid metallisiert. Der Polyesterfilm wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das Siliziummonoxid von den Trennschichten und dem Polyester zu trennen. Das Siliziummonoxid und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen.
Beispiel 36 Beispiel: Trommel mit Polymerblock und E-Strahl (Drahtzuführung):
Der folgende Aufbau wurde hergestellt: Ein Polyester der Größe 48, der für eine einfache Entfernung um die Trommel gewickelt worden ist, wurde mit Styrol polymertrennbeschichtet in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Magnesiumfluorid metallisiert. Der Polyesterfilm wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Laborablöseeinrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das Magnesiumfluorid von den Trennschichten und dem Polyester zu trennen.
Das Magnesiumfluorid und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert.
Trommel mit Dampfrohr und E-Strahl (Drahtzuführung)
Die 15, 16, 15A und 16A zeigen zwei separate Ausführungsformen eines Drahtzuführungsmechanismus zur Abgabe eines beschichteten Polymers an eine Vakuumkammer, die eine rotierende Trommel, eine Abscheidungsmesseinrichtung, ein Polymerdampfrohr mit einem Zuführungssystem für einen polymerbeschichteten Draht und eine Elektronenstrahlkanone (E-Strahlkanone) umfasst. Die Trommel weist den vorstehend beschriebenen Aufbau auf. Das Dampfrohr ist mit einem geheizten Polymerdampfweg ausgestattet, der von einem wassergekühlten Rohr umgeben ist, das durch einen Vakuumspalt getrennt ist. Ein Schlitz in den Rohren ermöglicht es dem verdampften Polymer, durch die Trommeloberfläche hindurchzutreten. Das Dampfrohr erzeugt einen Druckdifferenzbereich angrenzend an den Heizeinrichtungsblock und die Trommel, um ein Austreten von Dampf zu dem E-Strahlbereich der Kammer zu verhindern. In den in den 15 und 16 gezeigten Ausführungsformen enthält das Drahtzuführungsgehäuse eine Drahtzuführungsspule und eine Aufnahmespule. Der Draht wird abgewickelt und mit Polymer beschichtet und läuft um den Heizeinrichtungsblock. Das Polymer wird von dem beschichteten Draht verdampft und auf die Trommeloberfläche geleitet. Die Endansicht von 16 zeigt das äußere Rohr so, dass der Schlitz auf die Trommel gerichtet ist. Das äußere Rohr wird gekühlt und das Dampfrohr im Inneren wird erhitzt. Diese Ansicht zeigt auch den Heizeinrichtungsblock mit der Drahtumhüllung. Der Draht tritt in das Dampfrohr ein, läuft um das geheizte Rohr und zu der Aufnahmespule zurück.
Die Ausführungsform der 15 und 16 zeigt eine Vakuumkammer 132 und einen Heizeinrichtungsblock 134, die denjenigen ähnlich sind, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, jedoch wird das Polymer für die Trennschichten über die Zuführungsvorrichtung für beschichteten Draht 136 in die Vakuumkammer zugeführt. Die Vakuumkammer umfasst eine rotierende Trommel 128, eine Abscheidungsmesseinrichtung 140 und eine Elektronenstrahlkanone (E-Strahlkanone) 142. Wie es vorstehend erwähnt worden ist, weist die Trommel einen Durchmesser von etwa 1 Fuß und auf der Oberfläche eine Breite von 6 Zoll auf. Sie kann mit einer Maximalgeschwindigkeit von 2 Umdrehungen pro Minute rotieren. Der Heizeinrichtungsblock 134 umfasst eine geheizte Polymerdampfkammer 144, die eine zylindrische Form mit einem Schlitz 145 aufweist, der in einem Bereich ausgenommen ist. Das geheizte innere Rohr ist bei 146 gezeigt. Die Drahtzuführungsvorrichtung 136 umfasst ein längliches Gehäuse 147, das einen Draht 148 enthält, der mit Polymer beschichtet wird und dann in den Heizeinrichtungsblock zugeführt wird. Der Draht ist um einen geheizten Schuh 149 gewickelt. Die Drahtzuführungsvorrichtung umfasst auch eine Turbopumpe 150, eine Ionenmesseinrichtung und eine Thermoelementmesseinrichtung 154. Der beschichtete Draht wird von einer Spule 156 abgewickelt und mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch den Heizeinrichtungsblock bewegt, wo das Polymer in den Schlitzbereich 158 verdampft wird und dann der verbrauchte Draht auf einer zweiten Spule 160 aufgewickelt wird. Der Schlitz ist zu einem Hohlraum hin geöffnet, der durch die Mitte des Heizeinrichtungsblocks verläuft. Die Pumpe unterstützt dabei, das verdampfte Polymer an die Trommeloberfläche abzugeben. Der Heizeinrichtungsblock weist drei unabhängige Heizeinrichtungen auf, die zur Steuerung der Temperatur des Blocks verwendet werden können. Die Abscheidungsmesseinrichtung 140 ist etwa 1 Zoll vor dem Schlitz angeordnet. Sie kann die Menge des Materials, das durch den Schlitz hindurchtritt, in Angstrom pro Sekunde (Å/s) messen.
Im Gebrauch ist die Trommel mit einem PET-Film bedeckt. Der Drahtzuführungsmechanismus und der Heizeinrichtungsblock werden zum Aufbringen einer Schicht eines polymeren Trennmaterials auf den Träger verwendet, worauf die E-Strahlkanone aktiviert wird, um eine Schicht aus Metall oder einem anderen Material auf die Trennbeschichtung aufzubringen, usw. Die E-Strahlkanone 142 ist typischerweise eine Kanone, wie sie in der Industrie verwendet wird. Sie weist vier Kupferherde auf einer rotierenden Platte auf. Es wird jeweils ein Herd in einer Linie mit der E-Strahlkanone angeordnet. Das zu verdampfende Material wird direkt in dem Herd oder in einer geeigneten Tiegelauskleidung angeordnet, die in dem Herd an der geeigneten Stelle der rotierenden Platte angeordnet ist. Eine zweite Abscheidungsmesseinrichtung (nicht gezeigt) befindet sich in der Nähe der Trommeloberfläche über dem Tiegel. Sie kann die Menge des Materials, das von dem Tiegel verdampft wird, in Angstrom pro Sekunde (Å/s) messen. Sobald dies stattgefunden hat, wird die Kammer geschlossen und der Vakuumzyklus wird gestartet. Die Kammer wird evakuiert, bis der Druck mindestens 6 × 10^–5 Torr erreicht.
Sobald das gewünschte Vakuum erreicht worden ist, wird die Energieversorgung für die drei Heizeinrichtungen angestellt. Die Heizeinrichtungen werden so eingestellt, dass sie in einem 20 min-Intervall die gewünschte Temperatur erreichen. Die Messungen werden etwa alle 6 s auf eine Computerdatei übertragen. Die Zeit, die Blocktemperatur in den drei Zonen (°C), die Abscheidungsmesseinrichtungsmesswerte (Å/s) und der momentane Vakuumdruck (Torr) werden dokumentiert. Der E-Strahlvorrichtung wird Energie zugeführt. Es ist möglich, die Energiezufuhr zur Kanone in Schritten von 0,1 % zu erhöhen. Die Energie wird zu einem Punkt unmittelbar unterhalb der Verdampfung erhöht und es wird ein Durchwärmen oder Konditionieren ermöglicht. Nach dem Durchwärmen wird die Energie erhöht, bis die gewünschte Abscheidungsgeschwindigkeit erreicht ist, und dann wird ein Verschluss geöffnet, sobald sich das Polymer abzuscheiden beginnt. Die Rotation der Trommel wird gestartet. Am Ende des Versuchs wird der E-Strahlverschluss geschlossen, die Trommelrotation wird gestoppt, die Energiezufuhr des E-Strahls wird unterbrochen und die Blockheizeinrichtung und die Drahtzufuhr werden abgestellt. Nach einem Abkühlungszeitraum wird die Kammer zur Luft hin geöffnet. Das beschichtete Material wird entnommen.
In der in den 15A und 16A gezeigten Ausführungsform weist das Dampfrohr kleine Löcher in beiden Enden auf, die es ermöglichen, dass der beschichtete Draht 162 in einen geheizten Block in dem Dampfrohr eintritt. Der beschichtete Draht wird von einer ersten Spu le 164 abgewickelt und mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch das Rohr vorgetrieben, wo das Polymer in den Schlitzbereich 158 verdampft wird, und dann wird der gebrauchte Draht auf einer zweiten Spule 166 wieder aufgewickelt. Die Dampfrohrwände werden durch Streifenheizeinrichtungen geheizt und der Block weist eine unabhängige Heizeinrichtung auf, die zur Steuerung der Temperatur des Systems verwendet werden kann. Eine Abscheidungsmesseinrichtung 168 ist etwa 1 Zoll vor dem Schlitz angeordnet. Sie kann die Menge des Materials, das durch den Schlitz hindurchtritt, in Angstrom pro Sekunde (Å/s) messen.
Die Trommel wird mit einem PET-Film bedeckt. Die E-Strahlkanone weist vier Kupferherde auf einer rotierenden Platte auf. Es wird jeweils ein Herd in einer Linie mit der E-Strahlkanone angeordnet. Das zu verdampfende Material wird direkt in dem Herd oder in einer geeigneten Tiegelauskleidung angeordnet, die in dem Herd an der geeigneten Stelle der rotierenden Platte angeordnet ist. Eine zweite Abscheidungsmesseinrichtung (nicht gezeigt) befindet sich in der Nähe der Trommeloberfläche über dem Tiegel. Sie kann die Menge des Materials, das von dem Tiegel verdampft wird, in Angstrom pro Sekunde (Å/s) messen. Sobald dies stattgefunden hat, wird die Kammer geschlossen und der Vakuumzyklus wird gestartet. Die Kammer wird evakuiert, bis der Druck mindestens 6 × 10^–5 Torr erreicht. Sobald das gewünschte Vakuum erreicht worden ist, wird die Energieversorgung für das Rohr und die Blockheizeinrichtungen angestellt. Die Heizeinrichtungen werden so eingestellt, dass sie in einem 20 min-Intervall die gewünschte Temperatur erreichen. Die Messungen werden etwa alle 6 s auf eine Computerdatei übertragen. Die Zeit, die Blocktemperatur in den drei Zonen (°C), die Abscheidungsmesseinrichtungsmesswerte (Å/s) und der momentane Vakuumdruck (Torr) werden dokumentiert. Der E-Strahlvorrichtung wird Energie zugeführt. Es ist möglich, die Energiezufuhr zur Kanone in Schritten von 0,1 % zu erhöhen. Die Energie wird zu einem Punkt unmittelbar unterhalb der Verdampfung erhöht und es wird ein Durchwärmen oder Konditionieren ermöglicht. Nach dem Durchwärmen wird die Energie erhöht, bis die gewünschte Abscheidungsgeschwindigkeit erreicht ist, und dann wird ein Verschluss geöffnet und der Mechanismus für den polymerbeschichteten Draht wird auf die gewünschte Geschwindigkeit eingestellt und die Abscheidung eines Polymers beginnt. Die Rotation der Trommel wird gestartet. Am Ende des Versuchs wird der E-Strahlverschluss geschlossen, die Trommelrotation wird gestoppt, die Energiezufuhr des E-Strahls wird unterbrochen und das Rohr, die Blockheizeinrichtung und die Drahtzufuhr werden abgestellt. Nach einem Abkühlungszeitraum wird die Kammer zur Luft hin geöffnet. Das beschichtete Material wird entnommen.
Beispiel 37 Beispiel: Trommel mit Dampfrohr und E-Strahl (Drahtzuführung):
Der folgende Aufbau wurde bei den vorstehend gezeigten Bedingungen hergestellt: Ein Polyester der Größe 48, der für eine einfache Entfernung um die Trommel gewickelt worden ist, wurde mit Styrol polymertrennbeschichtet und in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Aluminium metallisiert. Der Polyesterfilm wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Labortrennvorrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das Aluminium von den Trennschichten und dem Polyesterfilm zu trennen. Das Aluminium und die Acetonlösung wurden dann dekantiert und zentrifugiert, um die Flakes zu konzentrieren. Die resultierenden Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und auf einem Image Pro Plus Bildanalysegerät von Media Cybernetics mikrophotographiert. Die Teilchengröße der Flakes in Lösung wurde dann unter Verwendung eines IKA Ultra Turex T50 Homogenisators vermindert. Die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Flakes wurde unter Verwendung eines Horiba LA 910 Laserstreuungs-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts gemessen. Die Teilchenendgröße der Flakes betrug D10 = 3,3, D50 = 13,2, D90 = 31,2.
Die Photographie veranschaulicht:
Aluminium, das nach 30 s Homogenisieren abgebildet ist
Teilchengröße in μm nach 30 s Homogenisieren: D10 = 8,21, D50 = 26,68, D90 = 65,18
6 min 30 s homogenisiert
Teilchenendgröße in μm: D10 = 3,33, D50 = 13,21, D90 = 31,32
Beispiel: Trommel mit Dampfrohr und E-Strahl (Drahtzuführung) Nanoteilchen:
Der folgende Aufbau wurde unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen hergestellt: Ein Polyester der Größe 48, der für eine einfache Entfernung um die Trommel gewickelt worden ist, wurde mit Styrol polymertrennbeschichtet und in der Temiscal Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung mit Aluminium metallisiert. Der Polyesterfilm wurde aus der Metallisiereinrichtung entnommen und durch eine Labortrennvorrichtung unter Verwendung von Aceton geschickt, um das Aluminium von den Trennschichten und dem Polyesterfilm zu trennen. Die resultierende Aluminiumteilchenaufschlämmung wurde in einem kleinen Behälter zur weiteren Untersuchung aufgewahrt.
Das Ziel des Versuchs war die Erzeugung von Nanoteilchen aus Aluminium, die aus der Einstellung des Abscheidungsverfahrens in einer Weise resultieren, dass das Aluminium dann, wenn es auf der Trennschicht abgeschieden wird, in dem Inselwachstumszustand verbleibt. Diese Inseln von nicht vereinigtem Aluminium werden dann mit einem Trennmaterial beschichtet und dann erneut mit Inseln aus Aluminium beschichtet. Dies wird wiederholt, bis ein 100-faches Mehrfachsandwich aus Trennschicht/Aluminiuminseln/Trennschicht gebildet worden ist.
Trommel mit Polymerblock und E-Strahl (Schmelzepumpenextruder)
Unter Bezugnahme auf die 17 und 18 werden eine Vakuumkammer und ein Heizeinrichtungsblock, die denjenigen ähnlich sind, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, so modifiziert, dass sie ein geschmolzenes Polymer (thermoplastisches Polymer, das als Trennbeschichtungsmaterial verwendet wird) an die Vakuumkammer abgeben. Die Vakuumkammer umfasst die rotierende Trommel 168, eine Abscheidungsmesseinrichtung, den Edelstahlheizeinrichtungsblock 170 und eine Elektronenstrahlkanone (E-Strahlkanone) 172. Die Trommel weist einen Durchmesser von etwa 1 Fuß und eine Breite auf der Oberfläche von 6 Zoll auf. Die Trommel kann rotiert werden und die Drehzahl und die Anzahl der Umdrehungen können überwacht werden. Der Heizeinrichtungsblockschlitz ist zu einem Hohlraum hin offen, der durch die Mitte des Blocks verläuft. Der Block weist drei unabhängige Heizeinrichtungen auf, die zur Steuerung der Temperatur des Blocks verwendet werden. Dem Block wird geschmolzenes Polymer durch zwei geheizte Kapillarröhren 174 zugeführt, die mit den Polymertiegeln verbunden sind, die sich in jedem Ende des Blocks befinden. Diese Röhren werden mit einer Schmelzepumpe verbunden, die sich außerhalb der Kammer befindet. Diese wird von einem mit einer Stickstoffdecke versehenen Schmelzbehälter 175 gespeist, der das konditionierte Polymer und einen Extruder 176 enthält. Eine Abscheidungsmesseinrichtung, die etwa 1 Zoll vor dem Schlitz angeordnet ist, misst die Menge des Materials, das durch den Schlitz hindurchtritt, in Angstrom pro Sekunde (Å/s).
Zum Zusetzen von Material wird das Polymer in Hohlräume in jedem Ende des Heizeinrichtungsblocks gepumpt. Die Trommel wird mit einem PET-Film bedeckt. Die E-Strahlkanone weist vier Kupferherde auf einer rotierenden Platte auf. Es wird jeweils ein Herd in einer Linie mit der E-Strahlkanone angeordnet. Das zu verdampfende Material wird direkt in dem Herd oder in einer geeigneten Tiegelauskleidung angeordnet, die in dem Herd an der geeigneten Stelle der rotierenden Platte angeordnet ist. Eine zweite Abscheidungsmesseinrichtung befindet sich in der Nähe der Trommeloberfläche über dem Tiegel. Sie kann die Menge des Materials, das von dem Tiegel verdampft wird, in Angstrom pro Sekunde (Å/s) messen. Sobald dies stattgefunden hat, wird die Kammer geschlossen und der Vakuumzyklus wird gestartet. Die Kammer wird evakuiert, bis der Druck mindestens 6 × 10^–5 Torr erreicht. Sobald das gewünschte Vakuum erreicht worden ist, wird die Energieversorgung für die drei Heizeinrichtungen angestellt. Die Heizeinrichtungen werden so eingestellt, dass sie in einem 20 min-Intervall die gewünschte Temperatur erreichen. Die Messungen werden etwa alle 6 s auf eine Computerdatei übertragen. Die Zeit, die Blocktemperatur in den drei Zonen (°C), die Abscheidungsmesseinrichtungsmesswerte (Å/s) und der momentane Vakuumdruck (Torr) werden dokumentiert. Der E-Strahlvorrichtung wird Energie zugeführt. Es ist möglich, die Energiezufuhr zur Kanone in Schritten von 0,1 % zu erhöhen. Die Energie wird zu einem Punkt unmittelbar unterhalb der Verdampfung erhöht und es wird ein Durchwärmen oder Konditionieren ermöglicht. Nach dem Durchwärmen wird die Energie erhöht, bis die gewünschte Abscheidungsgeschwindigkeit erreicht ist, und dann wird ein Verschluss geöffnet, sobald sich das Polymer abzuscheiden beginnt. Die Rotation der Trommel wird gestartet und die Schmelzepumpe wird auf die gewünschte Geschwindigkeit eingestellt. Der Versuch endet entweder dann, wenn der Kristall der Abscheidungsmesseinrichtung versagt oder wenn das gesamte Material verdampft worden ist und die Messwerte der Abscheidungsmesseinrichtung auf Null fallen. Am Ende des Versuchs wird der E-Strahlverschluss geschlossen, die Trommelrotation wird gestoppt, die Schmelzepumpe wird gestoppt, die Energiezufuhr des E-Strahls wird unterbrochen und die Blockheizeinrichtung wird abgestellt. Nach einem Abkühlungszeitraum wird die Kammer zur Luft hin geöffnet. Das beschichtete Material wird entnommen.
Verfahren für einen trennbeschichteten Trägerfilm
In einer Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung zur Herstellung eines trennbeschichteten polymeren Trägerfilms verwendet werden, wie z.B. eines trennbeschichteten Polyesters (PET). Unter Bezugnahme auf die 19 wird ein Polyesterträgerfilm 180 um eine rotierende Kühltrommel 182 gewickelt, die in einer Vakuumkammer 184 enthalten ist.
Der Film läuft von einer Filmabwickelstation 186 um etwa 300° oder mehr der Oberfläche der rotierenden Kühltrommel und der beschichtete Film wird dann an einer Filmaufwickelstation 188 aufgenommen. Eine Polymerabgabequelle 190 leitet das Polymermaterial in Richtung des Trägerfilms und der E-Strahl 192 verdampft das Polymer zum Aufbringen des Polymers auf den Trägerfilm. Die polymere Beschichtung härtet und wird dann an der Aufwickelstation aufgenommen. Das Verfahren stellt einen thermoplastisch-polymerisch trennbeschichteten wärmebeständigen polymeren Trägerfilm bereit, bei dem der Film gute Trenneigenschaften für ein Flakematerial bereitstellt, das mittels Dampfabscheidungstechniken in einer Vakuumkammer auf den Film aufgebracht wird. Der Film stellt eine effektive Trennung zur Bildung dünner, flacher Flakes im Angstrombereich bereit.
Polystyrolversuche
Aus Versuchen in der Elektronenstrahlmetallisiereinrichtung wurde gefunden, dass die Heizeinrichtungsblocktemperatur einen signifikanten Effekt auf den Zustand des Polystyrols aufweist, nachdem dieses verdampft und abgeschieden worden ist. Für alle Versuche wurde das Dow 685D-Polystyrol als Abscheidungsmaterial verwendet. Dieses Material weist ein Molekulargewicht (MW) von etwa 300000 auf.
Versuche wurden mit Heizblocktemperaturen im Bereich von 300°C bis 375°C in 25°C-Schritten durchgeführt. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Block erhitzt wurde, wurde variiert, schien jedoch keinen so signifikanten Effekt aufzuweisen wie die Temperatur. Alle Versuche wurden gemäß dem vorstehend beschriebenen Trommel mit Block-Verfahren durchgeführt.
In dem ersten Versuch wurde der Block mit 10 Pellets des Dow 685D-Polystyrols beschickt. Die Temperaturen der Heizeinrichtungen wurden auf 300°C eingestellt. Bei dieser Temperatur findet eine minimale Abscheidung statt. Die Messwerte der Messeinrichtung reichen von 5 bis 10 Å/s. Am Ende des Versuchs gab es nur einen sehr geringen sichtbaren Rückstand.
In dem nächsten Versuch wurde der Block so eingestellt, dass er eine Temperatur von 325°C erreichte. Die Abscheidung erhöhte sich auf den Bereich 20 bis 30 Å/s. Am Ende des Versuchs hatte sich erkennbar ein Film abgeschieden. Der Film wies eine klare Farbe auf und war fest, ohne klebrig zu sein.
Als nächstes wurde der Block programmiert, um 350°C zu erreichen. Die Abscheidungsgeschwindigkeiten waren denjenigen in dem Versuch bis 325°C ähnlich. Am Ende des Ver suchs unterschied sich der Film von dem Film, der in dem vorhergehenden Versuch gebildet worden ist. Der Film in diesem Versuch fühlte sich klebriger an und es schien eine geringfügige Verfärbung vorzuliegen.
Schließlich wurde der Block auf einen Temperaturanstieg bis 375°C eingestellt. Die Abscheidungsgeschwindigkeiten erhöhten sich auf Geschwindigkeiten von nahezu 40 Å/s. Am Ende des Versuchs blieb ein gelbliches Öl auf dem Film zurück. Das Öl konnte einfach weggewischt werden, jedoch gab es kein Anzeichen für einen darunterliegenden durchsichtigen Polystyrolfilm.
Aus diesen Versuchen wurde geschlossen, dass sich Polystyrol oberhalb von 350°C zu zersetzen beginnt. Dies bestätigt Werte, die in der Literatur gefunden worden sind. Bei Temperaturen von mehr als 350°C verdampft das Polystyrol und scheint dann zu Depolymerisieren und lässt einen Rückstand eines nahezu reinen Styrolmonomers zurück. Dies wurde mittels FTIR-Analyse des Rückstands bestätigt.
In einer weiteren Untersuchung wurden Proben des Dow-Polystyrols zur Analyse an ein externes Labor geschickt. Es wurde ein Verfahren entwickelt, um zu bestimmen, was von dem Polymer verdampfte, wenn die Temperatur auf eine gewünschte Betriebstemperatur erhöht wurde. Unter Verwendung eines „Direkteinsetzsonden"-Verfahrens, das mit einer GC-MS-Analyse gekoppelt war, wurde die Temperatur auf einen Anstieg auf 325°C mit einer Geschwindigkeit von 30°C/min eingestellt. Sobald die maximale Temperatur erreicht worden ist, wurde sie für 10 min gehalten.
Eine Ionenzähleinrichtung in der Vorrichtung zeigte an, wenn Material von dem festen Pellet verdampft wurde. Während des Versuchs erschienen zwei Peaks, einer bei etwa 260°C und ein weiterer bei 325°C. Bezüglich dieser zwei Peaks wurde eine GC-MS-Analyse durchgeführt. Der erste Peak zeigte hohe Konzentrationen an niedermolekularen Spezies, einschließlich unter anderem Monomere und Dimere von Polystyrol. Der zweite Peak zeigte nicht annähernd so viele flüchtige Verbindungen in dessen GC-MS-Analyse. Aus dieser Analyse wurde geschlossen, dass beim ersten Erhitzen eine große Menge an unpolymerisiertem Material und vielen anderen niedermolekularen flüchtigen Verbindungen aus der Polystyrolmasse freigesetzt wird. Nach einem längeren Erhitzen wird das gewünschte Polymer verdampft und auf der gewünschten Oberfläche abgeschieden. Es wurde geschlossen, dass die Polymermasse vorgeheizt oder in anderer Weise konditioniert werden muss, um so viele „flüchtige" Materialien wie möglich zu entfernen, um eine optimale Leistung zu erhalten.
In einem anderen Experiment wurde das gleiche Direkteinsetzsondenverfahren verwendet, um weitere Erkenntnisse dahingehend zu erhalten, was bei dem ersten Peak stattfindet, der in dem ersten Experiment festgestellt worden ist. Bei diesem Versuch wurde die eingesetzte Wärme auf 260°C erhöht und die Temperatur wurde gehalten. Dies ist der Punkt, an dem der Peak in dem ersten Versuch auftrat. Der Zweck bestand darin, dasjenige, was an diesem Punkt verdampft wird, mittels GC-MS zu charakterisieren und auch zu ermitteln, ob das Material durch einen Vorheizschritt von der Materialmasse entfernt werden konnte.
Der Peak erschien etwa an der gleichen Stelle und das GC-MS zeigte eine große Vielfalt an niedermolekularen Spezies. Diese umfassten einige Spuren des Styrolmonomers, jedoch lagen zahlreiche andere. organische Fragmente vor. Nach einem Zeitraum von etwa 10 bis 12 min war der Peak verschwunden. Dies zeigte, dass das flüchtige Material von der Materialmasse entfernt worden ist und eine Strategie des Vorheizens sollte zur Bildung durchsichtiger Polymerfilme effektiv sein.
Aus dieser Reihe von Tests wurden neue Verfahren entwickelt, um die Effektivität der Abscheidung eines Polystyrolfilms mit dem Dow 685D-Polymer zu erhöhen. Als erstes wird die Materialmasse auf eine Temperatur von 260 bis 300°C erhitzt. Während dieses Vorheizens sollte der Film bedeckt werden, so dass die flüchtigen Verbindungen nicht die Bahn erreichen. Dieser Schritt kann auch außerhalb des Vakuums oder zumindest außerhalb der Abscheidungskammer durchgeführt werden, so dass die Kontamination minimiert werden kann. Nach einer ausreichenden Zeit sollte die Temperatur dann auf 325°C erhöht werden. Diese Temperatur stellt die höchste Abscheidungsrate bereit, ohne dass eine Zersetzung des Polystyrols verursacht wird.
Weitere Beobachtungen ergaben sich aus der Durchführung ähnlicher Experimente mit anderen Polystyrolproben. In diesem Fall wurde ein 4000 MW- und ein 290000 MW-Polystyrol verwendet, das von Pressure Chemical geliefert wird. Diese Proben sind Polystyrolstandards und weisen sehr schmale Molekulargewichtsverteilungen auf. Sie sind auch frei von den meisten Verunreinigungen, die in den meisten technischen Polymeren vorliegen. Aus diesen Experimenten wurden die folgenden Schlüsse gezogen. Die Verwendung des 4000 MW-Materials hatte einen geringeren Einfluss auf den Vakuumdruck als das 290000 MW-Material. Der Druck steigt stärker an, wenn das Material mit höherem Molekulargewicht verwendet wird. Dies ist mit Daten konsistent, die während Versuchen in der Glasglocke gefunden wurden. Es wurde auch festgestellt, dass sich das 290000 MW-Material bei einer niedrigeren Temperatur zu zersetzen begann als das 4000 MW-Material. Dies wurde durch die Durchführung von TGA's mit beiden Materialien bestätigt. Die TGA's zeigen, dass das 4000 MW-Material tatsächlich einen Gewichtsverlust beginnend bei einer höheren Temperatur zeigt, als sie für das 290000 MW-Polymer festgestellt worden ist.
Polymerkonditionierung
Bevor das Polymer in einem Abscheidungsverfahren verwendet werden kann, muss es konditioniert werden, um Feuchtigkeit und niedermolekulares Material von der Polymermasse zu entfernen. Unter Verwendung des Dow 685D-Polystyrols wurde dies in einem zweistufigen Konditionierverfahren erreicht. In der ersten Stufe wird eine Menge des Polystyrols in einen Vakuumofen eingebracht und 16 Stunden bei 225°C gehalten. Diese Temperatur ist hoch genug, um den größten Teil der Feuchtigkeit in dem Polymer auszutreiben. Diese Temperatur wird auch gewählt, da sie unterhalb des Punkts liegt, an dem eine Potymerzersetzung festgestellt wird. In Versuchen, die bei 275°C durchgeführt wurden, zeigte die Polystyrolprobe eine signifikante Zersetzung nach dem 16-stündigen Konditionierungszeitraum. Nach dem Konditionierungszeitraum wird das Polymer entfernt und in einen Exsikkator eingebracht, so dass es keine Feuchtigkeit aufnimmt, während es abkühlt.
Die zweite Stufe der Konditionierung wird durchgeführt, wenn das Polymer zur Verwendung in der Metallisiereinrichtung bereit ist. Es wird aus dem Exsikkator entnommen und sofort in der Metallisiereinrichtung angeordnet, so dass die Feuchtigkeitsaufnahme minimiert wird. Bevor die Abscheidung beginnt, wird der Polymerblock, der das in der ersten Stufe konditionierte Polymer enthält, auf 275°C erhitzt und 20 min bei dieser Temperatur gehalten. Bei dieser Temperatur wird jedwede verbliebene Feuchtigkeit ausgetrieben und das niedermolekulare Material in dem Polymer wird ebenfalls entfernt. Dieses niedermolekulare Material wird nicht umgesetztes Monomer und viele andere Verunreinigungen umfassen, die in der Polystyrolmasse vorliegen. Nach dem Halten bei 275°C für die erforderliche Konditionierzeit sollte das Polymer für die Abscheidung bereit sein.
Durch die Nutzung dieses zweistufigen Konditionierverfahrens sollte der fertige Film ein konsistentes Molekulargewicht aufweisen und auch frei von den meisten niedermolekularen Verunreinigungen sein. Dies sollte einen viel konsistenteren und zuverlässigeren Film bereitstellen.
Wiederverwendung von Lösungsmittel und Polymer
Wenn die vorliegende Trennbeschichtung abgelöst und die Flakes gesammelt werden, wird das verbrauchte Lösungsmittel zusammen mit der gelösten Trennbeschichtung einem Destil lationsverfahren unterworfen, um das Lösungsmittel wiederzugewinnen. Wenn das Lösungsmittel wiedergewonnen wird, werden die Destillationsrückstände abtransportiert, um als gefährlicher Abfall entsorgt zu werden. In diesem Experiment wurde versucht, die Destillationsrückstände als Trennbeschichtung wiederzuverwenden. Die gesammelten Destillationsrückstände bestanden aus 24 % NVM. Dieses Material wurde mit drei Teilen IPAC und einem Teil NPAC auf 8,3 % NVM reduziert. Dieser Lack wurde unter Verwendung eines #2 Meyer-Stabs auf 2 mil Polyester aufgebracht. Die resultierende Beschichtung war bei einem Beschichtungsgewicht von 0,3 g/m² durchsichtig. Die Beschichtung wurde dann in der Glasglocken-Metallisiereinrichtung mit Aluminium metallisiert. Die resultierende Aluminiumschicht wies eine optische Dichte von 2 bis 2,5 auf, die mit dem Macbeth-Densitometer gemessen worden ist.
Der resultierende Aufbau wurde dann in Aceton gelöst, wobei 30 s benötigt wurden, um eine Trennung von dem Polyester zu bewirken. Die Flakes wurden dann auf einen Objektträger aufgebracht und analysiert. Die mit diesem Verfahren erzeugten Flakes lagen im Bereich von 400 bis 600 μm, wiesen eine glatte Oberfläche auf und waren von dem vorliegenden Produkt nicht unterscheidbar.
Drahtbeschichtung
Die 20 veranschaulicht eine Drahtbeschichtungsvorrichtung zum Aufbringen eines Polymers auf den Draht, der in den vorstehend beschriebenen Drahtzuführungsausführungsformen verwendet wird.
Materialien:
Ein Gemisch aus vollständig gelöstem Dow 685-Polystyrolpolymer in Xylol.

Dow 685 45 Gewichtsteile

Xylol 55 Gewichtsteile
Blanker Nickel/Chrom-Draht mit einer Stärke von 0,005 Zoll von Consolidated Electronic Wire and Cable.
Beschreibung der Vorrichtung
Unter Bezugnahme auf die 20 besteht die Beschichtungsvorrichtung aus vier Abschnitten: Abwickeleinrichtung 200, Beschichtungskörper 202, Trocknungsrohr 204 und Aufwickeleinrichtung 206. Die Drahtspule ist bezüglich ihrer Bewegung von Seite zu Seite beschränkt, während sie mit einem minimalen Widerstand abgewickelt werden kann. Der Beschichtungs körper umfasst einen Spritzenkörper 208, d.h. eine 5 cm³-Einmalspritze von Becton Dickinson, und eine Spritzennadel 210, d.h. eine 20GI-Präzisionsgleitnadel von Becton Dickinson. Die Einmalspritze wird mit dem Beschichtungsgemisch gefüllt und die Nadel dosiert eine gegebene Menge an Material auf den Draht. Das Trocknungsrohr ist aus einem Kupferinstallationsrohr ausgebildet. Von oben nach unten besteht das Rohr aus einem sechs Zoll langen 1/2 Zoll-Rohr 212, einem 1/2 auf 3/4-Reduzierstück 214, einem zwei Zoll langen 3/4 Zoll-Rohr 216, einem 3/4 Zoll-T-Stück 218, von dem sich ein 4 Zoll langes, 3/4 Zoll-Rohr 220 dazu senkrecht erstreckt. Ein Sauggebläse 222 ist an diesem Rohr angebracht und zieht Luft aus der Vorrichtung. Der gerade Abschnitt des T-Stücks ist an einem 5 Fuß langen 3/4 Zoll-Kupferrohr 224 befestigt. Dieser Abschnitt ist der Trocknungsabschnitt der Vorrichtung. Ein weiteres 3/4 Zoll-T-Stück 226 ist an dem 5 Fuß langen Abschnitt befestigt. Das dazu senkrechte T-Stückteil ist an einem drei Zoll langen 3/4 Zoll-Rohr 228 angebracht, das mit einem 90°-Bogen 230 verbunden ist, der nach oben gerichtet ist. An diesem Bogen sind ein 1 1/2 Zoll-Rohr 232 und ein mit einem Gewinde versehenes 3/4 Zoll-Verbindungsstück 234 angebracht. Dieses Verbindungsstück ist mit einem 2 Zoll auf 3/4 Zoll-Schwarzblechreduzierstück verbunden. In dieses Reduzierstück ist ein fünf Zoll langes 2 Zoll-Rohr 236 geschraubt. Das 2 Zoll-Rohr hält das Rohr der Heißluftpistole. Der vertikale Abschnitt des T-Stücks ist an ein zwei Zoll langes 3/4 Zoll-Rohr 238 angebracht, das dann bei 240 auf 1/2 Zoll reduziert wird. Ein sechs Zoll langer Endabschnitt aus einem 1/2 Zoll-Rohr 242 ist angebracht.
Beschreibung des Aufbringens der Beschichtung:
Unter Verwendung der vorstehend gezeigten Vorrichtung wird die Beschichtung auf den Draht aufgebracht. Der Draht wird von der Spule abgewickelt und durch einen Spritzenkörper geleitet, der das Gemisch aus dem Polystyrolpolymer und einem Lösungsmittel enthält. Wenn der Draht durch die Spritzennadel durch den Spritzenkörper herabgezogen wird, wird der Draht mit dem Gemisch beschichtet. Der beschichtete Draht wird durch ein Kupferrohr geschickt, durch das heiße Luft geleitet wird. Luft wird von einer Austrittsöffnung in der Spitze des Rohrs mit einer Geschwindigkeit gezogen, die größer als die Geschwindigkeit, mit der Heißluft von einer Öffnung in der Unterseite des Rohrs zugeführt wird. Die zusätzliche Luft, die durch die Austrittsöffnung erforderlich ist, wird an den Enden des Rohrs zugeführt, wo der Draht eintritt und austritt. Die Menge der dem Rohr zugeführten Heißluft wurde unter Verwendung eines Rheostaten gesteuert. Es wurde gefunden, dass 85 % der vollen Ausgangsleistung die bevorzugte Temperatur lieferten. Eine höhere Temperatur verursachte eine Blasenbildung der Beschichtung und eine niedrigere Temperatur konnte keine Trocknung erreichen. Der Draht wurde nach dem Hindurchtreten durch das Trocknungsrohr auf einer Spule aufgewickelt. Die gewünschte Zuführungsgeschwindigkeit des Drahts betrug 22 Zoll pro Mi nute durch das Trocknungsrohr. Die Geschwindigkeit der Aufwickelspule wurde unter Verwendung eines anderen Rheostaten manuell gesteuert. Wenn mehr Draht auf der Spule aufgewickelt war, wurde die Rheostateinstellung vermindert, um das schnellere Ziehen des Drahts während des Wickelns auszugleichen. Die fertige Beschichtung auf dem Draht lag im Bereich von 0,4 bis 0,5 mg/Zoll.
Dow Styron 685D
Probenherstellung und -analyse:
Etwa 75 mg des Polystyrolharzes von jedem Kunststoffbehälter wurden separat in 10 ml Tetrahydrofuran (THF) gelöst und etwa 3 Stunden getaumelt. Jede THF-Lösung wurde durch einen 0,45 μm-PTFE-Filter filtriert und in einen Autosampler-Behälter eingebracht.
Das GPC-Gerät war ein Waters 2690-Pumpsystem mit einem Waters 410 Brechungsindexdetektor. Die Säulen waren drei Plgel Mixed-C 300 mm × 7,5 von Polymer Labs. Die mobile Phase war THF bei 1,0 ml/min. Die Injektionsgröße war 50 μl. Die Kalibrierung wurde gegen einen Satz von zwölf Polystyrolstandards durchgeführt, die von Polymer Labs erhalten worden sind und von 580 bis 1290000 Da reichten. Die Millenium Version 3.2 Software von Waters wurde mit der GPC-Option verwendet. Die Kalibrierung wurde täglich durchgeführt und eine Prüfprobe aus SRM 706-Polystyrol vom National Institute for Standards and Technology wurde ebenfalls täglich mit jeder Charge von Proben analysiert.
Ergebnisse:
Der berechnete Wert für die Molekulargewichtsverteilung des löslichen Polymerteils der Probe ist in der folgenden Tabelle gezeigt. Die Werte für das Peak-Molekulargewicht (Mp), das Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn) und das Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) werden in Tausend angegeben, um die korrekte Anzahl signifikanter Zahlen anzugeben. Die Qualitätskontrolldaten zeigen, dass eine relative Differenz von zehn Prozent für Mn und von fünf Prozent für Mw nicht signifikant ist.
Polystyrolpolymer-Charakterisierungsdaten von Pressure Chemical Co.
Herstellung getrockneter Teilchen im Nanometerbereich und Angstrombereich:
Das Verfahren zum Abwaschen restlicher Trennbeschichtung von den Flakes nach der Entfernung der Trennbeschichtung von der Trommel oder dem Träger ist wie folgt. Es werden ein Büchnertrichter mit einem Volumen von 4000 ml und einem Seitenauslass für die Vakuumfiltration und ein Filter wie z.B. ein Whatman-Mikrofaserfilter, die beide von Fischer Scientific erhältlich sind, verwendet. Zuerst werden Flakes dem Trichter zugesetzt, wobei der Filter eingelegt und das Vakuum angestellt ist. Die Flakes werden durch Spülen mit dem geeigneten Lösungsmittel gewaschen. Das verwendete Lösungsmittel kann abhängig von der Löslichkeit der Trennbeschichtung Aceton, Ethylacetat oder ein Alkohol sein. Die Flakes sollten gewaschen werden, bis die restliche Trennbeschichtung entfernt oder auf das gewünschte Niveau vermindert worden ist. Das filtrierte Material kann dann erhitzt werden, um flüchtige Materialien zu beseitigen. Dieser Filterkuchen kann auch durch Erhitzen bei einer höheren Temperatur angelassen werden. Das gebrauchte Lösungsmittel kann zur Wiedergewinnung destilliert und wiederverwendet werden. Die Destillationsrückstände können wiedergewonnen und in der Trennbeschichtung wiederverwendet werden, wie es bereits erwähnt worden ist. In der Produktion stehen größere Vakuumfiltriervorrichtungen zur Verfügung.
Barrierematerialien
Es wurden Experimente durchgeführt, um den Effekt der Flakegröße, des Verhältnisses von Pigment zu Bindemittel und des Beschichtungsgewichts auf die Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeitsrate (MVTR) und die Sauerstoffdurchlässigkeit von Flake-enthaltenden Filmen zu bestimmen. Die große Flakegröße betrug 20 μm und die kleine Flakegröße betrug 12 μm.
Die MVTR-Testdaten waren wie folgt:

Pigment: Aluminiumflakes
Bindemittel: Cellulosetintenvehikel

Weitere Testdaten zeigten eine MVTR von 1,2 für kleine Teilchen, ein 5:1 Pigment zu Bindemittel-Verhältnis und ein Beschichtungsgewicht von 5 g/m².
Die Daten zeigen, dass Zusätze geeignet ausgewählter Flakes einen dramatischen Effekt auf die MVTR haben können. Beispielsweise zeigt die Tabelle eine Abnahme der MVTR eines Nylonfilms von 75 g/m² – Tag auf 1,8 g/m² – Tag, wobei die besten Bedingungen ein hohes P:B, eine geringe Teilchengröße (wie es z.B. die Flakes im Angstrombereich dieser Erfindung aufweisen) und ein hohes Beschichtungsgewicht sind. Die weiteren Testdaten zeigen noch bessere Ergebnisse.
Auf der Basis dieser Daten können Anwendungen für Teilchen im Angstrombereich (eine Dicke von weniger als etwa 100 Angstrom und eine Teilchengröße von weniger als etwa 20 μm) z.B. Feuchtigkeitsdurchlässigkeitsbarrierematerialien umfassen. Bei der Verwendung reihen sich die Flakes parallel in einer im Wesentlichen gemeinsamen Ebene auf und erzeugen Barrieren für Wassermoleküle, die durch den Flake-enthaltenden Film hindurchtreten. Flakes, wie z.B. Glasflakes, können beispielsweise in polymeren Filmen, wie z.B. PVC, verwendet werden, um eine Weichmacherwanderung zu inhibieren.
Elektrische Anwendungen
Durch Betreiben des trennbeschichteten Trägers mit einer hohen Geschwindigkeit wird ein abgeschiedenes Metall, wie z.B. Aluminium, diskrete Inseln erzeugen (die vorstehend be schriebenen Nanoteilchen). Diese Teilchen (wenn sie von der Trennschicht entfernt werden) können in einen Flake-enthaltenden Film eingemischt oder als solche in einem polymeren Film verwendet werden. Der Nanoteilchen-enthaltende Film kann die elektrische Kapazität erhöhen. Die Kapazität ist proportional zur Dielektrizitätskonstante und der Fläche und umgekehrt proportional zum Trennabstand zwischen den Kondensatorplatten. Nanoteilchen, die zwischen Flakes mit größeren Teilchengrößen angeordnet sind, erhöhen die Dielektrizitätskonstante und daher die Kapazität.
Andere Anwendungen von Nanoteilchen sind im Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings, „Nucleation, Film Growth, and Microstructural Evolution", Joseph Green, Noyes Publication (1994), beschrieben.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Flakes im Nanometerbereich, umfassend: das Bereitstellen einer Vakuumabscheidungskammer, welche eine Abscheidungsoberfläche enthält, das Bereitstellen einer Trennbeschichtungsquelle und einer Flakeabscheidungsquelle in der Vakuumabscheidungskammer, wobei jede auf die Abscheidungsoberfläche gerichtet ist, das Abscheiden auf der Abscheidungsoberfläche unter Vakuum in abwechselnden Schichten einer verdampften, polymeren Trennbeschichtungsschicht aus der Trennbeschichtungsquelle und aufgedampfter, diskreter Inseln von Flakematerial aus der Flakeabscheidungsquelle, um der Reihe nach eine mehrschichtige Dampfabscheidung aus Flakematerialschichten, umfassend diskrete Inseln des Flakematerials, getrennt durch und abgeschieden auf entsprechenden dazwischenliegenden Trennbeschichtungsschichten, aufzubauen, wobei die Trennbeschichtungsschichten ein Polymermaterial umfassen, welches unter Vakuum verdampft wurde, um eine glatte, kontinuierliche, Lösungsmittel-lösliche und auflösbare Barriereschicht und Trägeroberfläche zu bilden, auf welcher jede der Schichten von Flakematerial gebildet wird, und das Entfernen der mehrschichtigen Dampfabscheidung aus der Vakuumabscheidungskammer und das Trennen dieser in Flakepartikel im Nanometerbereich durch Behandlung mit einem Lösungsmittel, welches die Trennbeschichtungsschichten löst und Flakes mit glatten, flachen Oberflächen, welche im Wesentlichen frei von dem Trennbeschichtungsmaterial sind, ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Flakeschicht ein aufgedampftes Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Metall in elementarer Form, einem anorganischen Material und einem Nichtmetall, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, in welchem das Nichtmetall Siliziummonoxid, Sili ziumdioxid oder ein Polymermaterial umfasst, in welchem das anorganische Material aus der Gruppe, bestehend aus Magnesiumfluorid, Siliziummonoxid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumfluorid, Indiumzinnoxid, Titandioxid und Zinksulfid, ausgewählt ist, und in welchem das Metall aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber, Chrom, Indium, Nichrom, Zinn und Zink, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Trennbeschichtungsmaterial aus Styrol oder Acrylpolymeren oder Blends davon ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Flakeschichten zu einer Flakedicke (diskrete Inseln) von weniger als etwa 100 Nanometer abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Trennbeschichtungsschicht ein thermoplastisches Polymermaterial umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Trennbeschichtungsschicht ein leicht vernetztes, harzartiges Material umfasst, welches in einem organischen Lösungsmittel lösbar ist, um die Flakes zu ergeben, welche im Wesentlichen frei von dem Trennmaterial sind.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Trennbeschichtungsschichten in einem organischen Lösungsmittel lösbar sind.