共挤压涂布的模具组及共挤压涂布两种涂层的方法

摘要

本发明揭示一种双层共挤压涂布模具组，及使用该模具组共挤压涂布两种不同涂布液配方的方法。本发明将两种涂布液分别导入该共挤压涂布模具组内部，两种涂布液于模具组内的两隔开的平面上分别流动，并于流出模具组时汇合，形成一双层结构同时涂布于基材上，然后进行干燥。本发明也揭示使用该共挤压涂布模具组而制备一种具有吸墨层及光扩散层的灯箱片。

说明书

技术领域

本发明是关于一种光扩散灯箱片(以下简称灯箱片)的制备方法，灯箱片构造包括一透明聚酯膜，涂布于其上包括光扩散层及吸墨显色层(简称吸墨层)的数层涂层。灯箱片适于以喷墨技术数字彩色打印，用作为车站、百货公司、机场等公共地点所使用的背面打光的广告招牌。

背景技术

从产品性能及结构上分析，一般灯箱片的基本构造包括在透明的聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)，简称PET)基材1上涂上三层功能层，分别为光扩散层4、吸墨层3及黏合层2，其结构如图1所示。光扩散层4主要功能为分散光源，使灯箱片呈现均匀亮面，同时要能使墨水迅速穿透，渗入吸墨层，主要成份包括二氧化钛及二氧化硅粒子、黏合剂、界面活性剂等；吸墨层3主要功能为吸收墨水，呈现图案的色彩饱和鲜艳，同时必须有固色、稳定等功能，避免渗墨、晕墨等现象，主要成份包括聚乙烯醇或明胶(gelatin)、界面活性剂等；黏合层2主要功能为增加涂层与基材之间黏合性，避免功能层剥落而降低产品质量，主要成分为丙烯酸-苯乙烯共聚合物黏合剂。

由于灯箱片为具有两层以上不同成分的层状结构，目前灯箱片的制作方法仍以单层涂布制程为主。其制程为先在基材以倒凹版印刷(reverse gravure)涂布上一层极薄的黏合层，约介于1～5μm，烘干后再利用单层模具涂布上吸墨层涂布液，烘干之后收卷，再进行光扩散层的涂布，烘干收卷。如果灯箱片分两次涂布吸墨层及光扩散层涂布液，第一层优良率为80％，第二层优良率为80％，则整体优良率为64％或更低。而生产速度因需要涂布两次，耗时较多，烘箱的能源也损耗较多。同时对灯箱片而言，必须先涂吸墨层，而吸墨层黏性较高，常含有小颗粒附着于涂布线的背轮及滚轮上，再涂光扩散层时，常会产生白色或透明小圆点等缺陷。

先前技术关于光扩散灯箱片结构方面，例如美国专利5,888,629号所揭示，一种具有多层结构的喷墨打印耗材，即为本文所述的光扩散灯箱片。此美国专利5,888,629号的灯箱片的涂布层包含黏合接层、吸墨层及光扩散层等多种功能层，其采用单层涂布方式，缺点已如前述。美国专利5,989,701号所揭示的喷墨记录耗材，包含至少一种含粒子的涂液以及一层水溶性的吸墨层，文中提到需涂布两次以上，其缺点亦如前述。美国专利6,183,844号所揭示的含有多层涂布膜层的喷墨打印耗材，至少含有两种以上可吸水性物质，其中之一为吸墨层，另一层为光扩散层，但其说明书文中并未明确揭示可用同时进行双层涂布方式生产灯箱片。

发明内容

本发明的一主要目的在揭示一种用于同时于一基材上涂布两种涂布液的模具组及方法。

本发明的另一目的在提出光扩散灯箱片的双层共挤压涂布模具组及方法。

本发明的另一目的在提出适用于光扩散灯箱片的双层共挤压涂布的吸墨层及光扩散层涂布液配方。

本发明所揭示的一种用于共挤压涂布的模具组包含：一个上模、一个下模以及被夹紧于该上模与下模之间的一个楔形夹片，其中该上模的下表面对应于该楔形夹片的上表面及该下模的上表面对应于该楔形夹片的下表面，使得除了一设于该上模的下表面的第一凹槽及一凹陷的第一流道，及一设于该下模的上表面的第二凹槽及一凹陷的第二流道之外，该楔形夹片被流体密封于该上模与下模之间；其中

该上模进一步包含一与该第一凹槽相通的第一进料口，及该下模进一步包含一与该第二凹槽相通的第二进料口；及

该第一流道由该第一凹槽延伸至该楔形夹片的一锐边，该第二流道由该第二凹槽延伸至该楔形夹片的锐边，于是该第一流道与第二流道在该模具组内不相通，而在该楔形夹片的锐边汇合并形成一狭缝。

较佳的，该上模与该下模隔着该楔形夹片互相对称。

较佳的，该第一凹槽及第一流道为位于该上模的下表面上的″U″形面所包围。

本发明亦提供一种共挤压涂布两种涂层的方法，其是利用本发明的模具组来实现，该方法包含下列步骤：

将一第一流体、一第二流体分别自该第一进料口、该第二进料口导入该模具组，其中该第一流体进入该第一凹槽及第一流道，并向该楔形夹片的锐边流动，及该第二流体进入该第二凹槽及第二流道，并向该楔形夹片的锐边流动，于是该第一流体和第二流体在该楔形夹片的锐边汇合，并由该狭缝流出该模具组；以及

将一基材连续地自该模具组的狭缝的下方通过，而将该第一流体和第二流体同时涂布在该基材的一表面上，形成位于该基材的表面上的第二流体涂层及位于该第二流体涂层上的第一流体涂层。

较佳的，该基材为一透明可挠曲的聚合物基材。

较佳的，该基材包含一黏合层，及该第二流体涂层位于该黏合层上。

较佳的，该黏合层包含聚丙烯酸或丙烯酸-苯乙烯共聚物，及该黏合层具有一介于0.1～5μm的厚度。

较佳的，该第二流体包含水及一种或多种亲水性聚合物。更佳的，该第二流体包含两种亲水性聚合物，一种为聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)及另一种为聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone，PVP)。最佳的，该第二流体包含3％～6％的聚乙烯醇及1～5％的聚乙烯吡咯烷酮，以该第二流体的重量为基准。

较佳的，该第一流体包含水，一种或多种亲水性聚合物，醇，及选自二氧化钛或二氧化硅的微粒。更佳的，该第一流体包含两种亲水性聚合物，一种为聚乙烯醇及另一种为聚丙烯酸；该醇为异丙醇；及微粒为二氧化钛。最佳的，该第一流体包含3％～10％二氧化钛、3～8％聚乙烯醇、0.01～1％聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)、5～15％异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)，以该第一流体的重量为基准。

较佳的，该第一流体与第二流体的黏度比在1/3～3/1的范围内。更佳的，该第一流体与第二流体的黏度比在1/1.5～1.5/1的范围内。

较佳的，该第一流体及第二流体的流量比在1/3～3/1的范围内。更佳的，该第一流体及第二流体的流量比在1/1.5～1.5/1的范围内。

较佳的，本发明方法进一步包含干燥该第二流体涂层及第一流体涂层。更佳的，该干燥的第二流体涂层具有一介于5～15μm的厚度，及该干燥的第一流体涂层具有一介于3～10μm的厚度。

本发明针对单层涂布可能发生的缺点加以改进，配合涂布液配方利用外部接触式共挤压模具同时进行两种涂布液的涂布，使两种涂布液在模具组外部接触，进而生产出厚度均匀、界面质量良好的双层涂膜的涂布产品，因而大幅改善单层涂布时的涂布缺陷及生产良率，提高经济效益。

实施方式

依据本发明的一较佳具体实施例，制作一种光扩散灯箱片的配方被提供。该灯箱片结构包含基材1、黏合层2、吸墨层3及光扩散层4四部分，如图1所示。基材1，可使用多种塑料膜进行表面涂布，包括聚乙烯、聚丙烯及聚酯(例如PET)等多种高分子膜，由于此类塑料基材具有可挠性，将有利于连续生产制程。黏合层2，为改良式聚丙烯酸黏合剂，结构为丙烯酸-苯乙烯共聚物，主要功能为增加涂层与基材间的黏合性，避免功能层剥落而降低产品质量。吸墨层3，由亲水性高分子所组成，例如PVA或PVP或其它亲水性高分子，主要功能在于快速吸收墨水，使打印图像的色彩饱和度、色彩准确度均表现良好，并且不致发生渗墨、晕墨及龟裂等现象发生。光扩散层4，则包含固体粒子，如SiO₂或TiO₂或其它固体粒子，其主要功用在于均匀分散光线，使背面打光的灯管不会现形；及PVA高分子，其功用在于吸收、渗透墨水，使墨水能快速到达吸墨层，不至因墨水停留在光扩散层而使图像无法呈现最佳状况；及异丙醇，目的在于除泡并与水形成共沸物，加快后续的干燥处理，更利用其高挥发性，可快速干燥可形成较松散的TiO₂排列，有助于下墨；及少量聚丙烯酸(polyacrylic acid，简称PAA)，目的在于借助PAA分子在TiO₂表面上的吸附，产生静电稳定性以及空间立体稳定性，来达到均匀分散TiO₂于溶液中的目的，具类似性质的高分子亦可被使用并非一定限于PAA；及少量界面活性剂，例如氟界面活性剂(Fluorosurfactant)，目的在于降低表面张力，改善因为表面张力过高而产生的涂布缺陷。

依本发明的另一较佳具体实施例，揭示一种将A与B两涂布液，同时形成AB双层涂膜的模具组及方法。本发明的一特征在于组合特殊的上模及下模，及介于其间一用于分流的夹片。如图2及图3所示，该模具组包含一上模10、一与该上模水平对称的下模10’、一楔形夹片20。

于本发明的模具组中，该上模10如图4及图5所示，含有位于该上模上表面的一进料口11、位于该上模下表面的一凹槽12，连接该进料口11和该凹槽12的一进料管道13、位于该上模侧边的一斜面所形成的一上模模肩14；位于该模肩14与该下表面相邻边线的一上模模唇15；位于该上模下表面由该凹槽12延伸至该模唇15的一凹陷的第一流道40；以及复数个固定用螺丝孔16。该下模10’与上模10具有互相对称的结构，其与上模10相同的组件及部份以相同的数字但多加一’表示。

于本发明的模具组中，该楔形夹片20(如图6所示)包含模肩34及楔形夹片的锐边所形成的模唇35以及复数个固定用螺丝孔16”。

如图2至图6所示，将该上模10，该楔形夹片20及该下模10’借助螺栓该相对应的螺丝孔16，16’，16”固定地螺合，于是在该上模模唇15及下模模唇15’及楔形夹片模唇35形成两个涂布液出口42，42’。当上模具10与楔形夹片20迭合时，该凹槽12内的A涂布液仅能由该涂布液出口42流出该模具组，其余三边都被封住。这意味着当A涂布液由该进料管道13进入该上模具10的凹槽12时，A涂布液将只能由该凹槽12沿凹陷的第一流道40向涂布液出口42的方向流动。由于上模具10与下模具10’呈现上下水平对称，因此当该下模具10’与楔形夹片20被对齐迭合后，同样的，当B涂布液由该进料管道13’进入该下模具10’的凹槽12’时，B涂布液将只能由该凹槽12’沿凹陷的第二流道40’向涂布液出口42’的方向流动，由该涂布液出口42’流出该模具组。于是当A与B两涂布液各自向涂布液出口42，42’流出，于模具组外部接触时，将形成一具有双层涂布膜层的流体，涂布在所被选用的基材(未示于图中)上。

于本发明中，该上模10，该下模10’及该楔形夹片20在该模具组出口侧各具有模肩(die shoulder)(分别为14、14’及34)及模唇(die lip)(分别为15、15’、35)的结构(如图2及3所示)。该模唇及模肩设计的目的在于涂布时能在被涂布基材表面形成稳定的涂布区。

本发明的一连续式涂布制程，包含先在PET基材上涂布上黏合层，烘干后随即利用本发明双层共挤压涂布方式同时涂布上吸墨层及光扩散层，经烘箱烘干后收卷，即可得到成品。碍于经费及设备限制，并未进行。于下列的实施例4及5，直接使用未涂布黏合层的PET基材，进行连续式同时涂布上吸墨层及光扩散层的实验。

附图说明

图1为光扩散灯箱片的基本结构剖面示意图。

图2为本发明的外部接触式共挤压涂布模具组的立体结构示意图。

图3为图2模具组的侧视示意图。

图4为图2中模具组的上膜的侧视示意图。

图5为图2中模具组的上膜的下表面的平面示意图。

图6为图2中模具组的楔形夹片的立体示意图。

附图标记：

1.为基材                 2.为黏合层

3.为吸墨层               4.为光扩散层

10、10’.为上下模        11.为进料口

12、12’.为凹槽          13、13’.为进料管道

14、14’.为上下模具模    15、15’.为上下模具模唇

16、16’、16”.为螺丝孔  20.为楔形夹片

34.为楔形夹片模肩        35.为楔形夹片模唇

40、40’.为第一、二流道  42、42’.为涂料出口

A、B为涂布液

具体实施方式

实施例1、配方组成

光扩散层(涂层1于图2)是一种具有TiO₂粒子以及如表一成分的分散涂液，而吸墨层是由亲水性高分子水溶液所组成，包括PVA及PVP高分子，详细组成如表二所示。基材为PET膜，膜厚为100μm。

光扩散层配方涂液详细配制方法：将PAA(ALDRICH公司，分子量2000)缓缓放入逆渗透(RO)水中，以1000rpm搅拌30分钟，将TiO₂(DuPont公司，R960)，缓缓放入先前溶液中，以2000rpm搅拌3小时，将IPA(联工化学公司，台湾)，以及FSO-100(DuPont公司)，缓缓放入先前溶液中，以2000rpm搅拌1小时，最后将PVA(分子量120000，台湾长春石化公司，代号BP2420)，缓缓放入先前溶液中，以100rpm搅拌3小时，完成光扩散配方的配制，其相对重量百分比如表一所示。

吸墨层配方涂液详细配制方法：将PVP(代号K-90，ISP公司，USA)缓缓放入RO水中，以300rpm搅拌2小时，待PVP完全溶解于RO水后，再缓缓加入PVA(分子量120000，台湾长春石化公司，代号BP2420)，以100rpm搅拌5小时，完成吸墨层配方之配制，其相对重量百分比如表二所示。

                 表一

 光扩散层涂液成分： RO水 PAA(Aldrich，USA，分子量2000) TiO₂(R960，Du Pont公司) IPA(联工化学，台湾) FSO-100(DuPont) PVA(BP2420，长春石化，台湾)  80.16％  0.2％  4.9％  9.8％  0.04％  4.9％

              表二

 吸墨层涂液成分： RO水 PVA(BP2420，长春石化，台湾) PVP(K-90，ISP公司，USA)  92％  5％  3％

实施例2、配方组成

本实施例的配方如表三及四所示，其与例1类似，但光扩散层之TiO₂种类及吸墨层配方比例略有改变。

                  表三

  光扩散层涂液成分：  RO水  PAA(Aldrich，USA，分子量2000)  TiO₂(A-HR，DuPont公司)  IPA(联工化学，台湾)  FSO-100(DuPont)  PVA(BP2420，长春石化，台湾)  80.16％  0.2％  4.9％  9.8％  0.04％  4.9％

            表四

 吸墨层涂液成分： RO水 PVA(BP2420，长春石化，台湾) PVP(K-90，ISP公司，USA)  92％  6％  2％

实施例3、配方组成

本实施例的配方如表五及六所示，其与例1类似，但光扩散层的配方比例略有改变。

               表五

 光扩散层涂液成分： RO水 PAA(Aldrich，USA，分子量2000) TiO₂(R960，Du Pont公司) IPA(联工化学，台湾) FSO-100(DuPont) PVA(BP2420，长春石化，台湾)  74％  1％  8.32％  8.32％  0.04％  8.32％

               表六

 吸墨层涂液成分： RO水 PVA(BP2420，长春石化，台湾) PVP(K-90，ISP公司，USA)  92％  5％  3％

黏合性测试实验

1.实验目的

本部分的实验主要在改善未前处理的PET膜与功能性涂层之间的黏合性。改善方法为在PET基材上预先手涂上丙烯酸-苯乙烯共聚物的黏合剂作为黏合层(primer)，烘干后依序再手涂上吸墨层及光扩散层，得到成品后进行黏合性测试。

2.实验材料

实验所使用的基材为PET膜，由日本SCHMIDT公司所制造，型号为AS-100，膜厚为100μm。丙烯酸-苯乙烯共聚物黏合剂为荷兰Neoresins公司所制造，型号为A1092及A1120。吸墨层与光扩散层配方则使用实施例1至3所制备者。

  黏合层涂布液成分：重量百分比  RO Water  丙烯酸-苯乙烯共聚物黏合剂  (Neoresins，A1092)  45％   55％

3.实验结果

利用手涂方式所得到的成品，黏合层膜厚介于1～3μm之间，吸墨层膜厚介于5～15μm之间与光扩散层膜厚介于3～10μm之间。黏合性测试则根据美国ASTM D3359-95a的标准进行分析。根据实验结果，我们发现有无加入黏合层，对于基材与吸墨层与光扩散层涂层的黏合性影响甚大。若PET基材未涂布黏合层即涂布上吸墨层及光扩散层，其黏合性测试结果最差，属于0B的等级。若PET基材先经涂布有黏合层，再涂布上吸墨层及光扩散层，其黏合性测试结果显示黏合性明显提升，介于3B～4B之间。

经由以上实施例1配方制作而得的光扩散灯箱片，其光扩散能力以及打印质量均十分良好。光扩散能力是经由将灯箱片置于背面打光的灯管前，灯管并不会现形，并且呈现一均匀的亮面；打印测试好坏的判断标准是利用绘图机(HP designjet 5000)打印标准图档后，观察其下墨性、下墨快慢、是否晕墨渗墨以及色彩准确度几项重要性质。

以上实施例2配方亦可制作出良好的光扩散灯箱片，其光扩散能力以及打印测试的表现亦十分良好。

实施例3的配方属于失败的配方，经由此配方制作而成的灯箱片，墨水无法完全透过光扩散层，导致色彩表现差，即便调整光扩散层的厚度，下墨性亦无法得到提升，因此此配方为失败的配方。

实施例4、制程参数

使用图2至6所示的模具组进行本实施例，其中模具组的涂布液出口42(42’)具有350μm的高度及10cm的宽度。使用实施例1的配方涂液对未涂布有黏合层的PET基材进行共挤压涂布。在涂布时需要控制的参数包含涂液流量比、黏度比、涂布速率、基材张力、烘箱的喷嘴风速及干燥温度，详细参数如表七所示。涂布机为日本Inokin公司所制实验机。

                   表七

  双层共挤压涂布参数：  烘箱温度(共三节)  喷嘴风速(共三节)  涂布速率  基材张力  贮料筒(unwinder)  涂布器入口(coater inlet)  干燥器出口(dryer outlet)  卷扬机(winder)  涂液流量比(上层∶下层)  涂液黏度比(上层∶下层)  80℃，100℃，130℃  20Hz，30Hz，30Hz  1.5m/min   3.5kg/w  3.0kg/w  3.0kg/w  4.0kg/w  1∶1  1∶2

经由此连续制程制作而得的光扩散灯箱片，由于可经由预先的计算，其各涂层厚度均在控制之内，并且涂层的均匀性及紧密度均十分良好，判断标准是经由扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)剖面图分析得知。

实施例5、制程参数

与例4相同涂布方式，但是制程参数略有不同，详细参数如表八所示。

                  表八

  双层共挤压涂布参数：  烘箱温度(共三节)  喷嘴风速(共三节)  涂布速率  基材张力  贮料筒(unwinder)  涂布器入口(coater inlet)  干燥器出口(dryer outlet)  卷扬机(winder)  涂液流量比(上层∶下层)  涂液黏度比(上层∶下层)  80℃，100℃，130℃  20Hz，30Hz，30Hz  2.0m/min   3.5kg/w  3.0kg/w  3.0kg/w  4.0kg/w  1∶1  1∶2

经由此制程得到的光扩散灯箱片，由于其涂布速率较快，导致光扩散层厚度太薄，造成灯箱片光扩散能力不足，灯管会显现出来，属于一个失败的涂布制程。必须针对流量及涂布速率再进行调整。

本发明已被描述于上，熟悉本技术的人士仍可作出未脱离下列申请专利范围的多种变化及修饰。