專利名稱：裝飾性彩虹膜的制作方法
背景技術(shù)：
因光干涉而具有狹窄反射帶的多層共擠光反射膜是已知的。當反射帶處于可見光波長范圍內(nèi)時，該薄膜呈現(xiàn)彩虹效果。
多層共擠彩虹膜是由數(shù)層基本平行的透明熱塑性樹脂材料層所組成，其中，相鄰的層為不同的樹脂材料，其折光指數(shù)相差至少大約0.03。該薄膜含有至少10層，更常見的為至少35層，優(yōu)選為至少70層。
彩虹膜單獨的每一層都非常薄，通常在大約30至500nm之間。最外層的膜可以較厚，并在其余構(gòu)成光學(xué)芯層的層上形成表層。較厚的表層可以是光學(xué)芯層的組分之一，或者可以是一種不同的聚合物，用其來提供所需的機械性能、熱封性或其它性能。
彩虹多層共擠膜的質(zhì)量取決于其單獨的層是否是基本平行的，且具有均勻的厚度，而且其偏差會干擾所需的光學(xué)效果。
對具備理想光學(xué)性能的在先工藝的彩虹膜的測試顯示了其在某些機械性能方面的缺陷。最為明顯的是，多層結(jié)構(gòu)的各層之間的粘合可能并不充分，因此在使用過程中，膜會發(fā)生各層的內(nèi)部分層或分離。因其裝飾效果，這些膜通常粘在紙上或板上，并用作賀卡、紙板箱、包裝紙及其它類似物。此膜的疊層結(jié)構(gòu)并不美觀，且可能導(dǎo)致紙板箱膠接處的分離。因此，為了克服這些問題已有人做出了許多努力。美國專利4310584描述了使用熱塑性對苯二酸聚酯或共聚聚酯樹脂作為兩相鄰聚合物薄膜之一的組成成分。在美國專利5089318中描述了另一改進的方法，在此方法中使用熱塑性高彈體作為樹脂材料的一種。
盡管已經(jīng)對彩虹共擠多層膜進行了改善，但與其它薄膜結(jié)構(gòu)相比，特別是與具有相似聚合物組分的取向膜相比，這些薄膜的機械性能依然不足。這些機械性能限制了彩虹膜在那些強調(diào)固有膜強度的應(yīng)用領(lǐng)域的使用。當用在那些需要更強機械性能的應(yīng)用領(lǐng)域中時，彩虹膜被層壓到相對較強的透明薄膜上，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯。這使該復(fù)合材料能夠被印刷、切割、涂布和類似方法轉(zhuǎn)化，其中按常規(guī)用于這些用途的設(shè)備的操作參數(shù)與平常相同。
前文的一個特定的例子是將彩虹膜用作裝飾性線。為了獲得令人滿意的材料，有必要將聚酯或類似的聚合物薄膜，通常通過層壓的方法，粘貼到彩虹材料的至少一個表面上。對所需的用途，聚酯或其它材料提供令人滿意的機械強度，但是同時也會降低最終線絲的美感。另外，層壓線薄膜體積大，當接觸到人的皮膚時，不能帶來類似布料的感覺。因此，對能夠無斷裂地切割為微絲、并且充分保持其能維持觸覺質(zhì)量的原有厚度的高強度彩虹膜的需要依然存在。所制得的薄膜具有理想的撕裂性能以促進精細擠出線的切割也是有利的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種高強度的彩虹膜，其能夠被無斷裂地切割為微絲，且能夠帶來令人滿意的觸覺質(zhì)量。
對于具備本領(lǐng)域內(nèi)普通技能的人而言，根據(jù)下文的詳細描述，本發(fā)明的該目的及其它目的將變得清楚明白。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種高強度彩虹多層共擠膜及其制造方法。更詳細地說，所提供的是一種通過下述方法成型的彩虹多層共擠膜，即對彩虹膜進行處理以使其具有取向，并制造一種厚度減小而機械強度提高的最終片材。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，彩虹多層共擠膜是通過，例如，在潤滑劑的輔助下，使其通過輥之間的方法進行取向的。在此程序中，彩虹膜被擠壓，并被單軸取向。由于該膜的彩虹外觀取決于層的均勻性，且通常以超過100mm的寬度共擠出膜，因此本方法能夠使膜具有足夠的強度以被無斷裂地切割為微絲，同時又能夠保持膜的彩虹狀態(tài)，這是非常令人驚訝的。在過去，為了獲得足夠的強度以保證膜能夠被微切割成寬度為大約0.15-0.30mm，優(yōu)選為大約0.25mm的線，將膜層壓或與其它基材結(jié)合是必需的。
多層共擠彩虹膜本身在該領(lǐng)域內(nèi)是已知的。在授權(quán)給Cooper、Shetty和Pinsky的美國專利號Re31780，以及授權(quán)給Shetty和Cooper的美國專利5089318和5451449(其內(nèi)容經(jīng)此引用并入本文)，以及在其它專利中，都有所描述。如這里所述，彩虹膜是由至少10層非常薄的層組成的透明熱塑性樹脂層壓膜，這些層的厚度通常在大約30-500nm并優(yōu)選在大約50-400nm之間，這些層基本平行排列，并且相鄰的由不同透明熱塑性樹脂材料組成的層在折光指數(shù)方面相差至少約0.03，優(yōu)選為至少約0.06。構(gòu)成表層的薄膜最外層，如果存在的話，占膜總厚度的至少約5％。為制備本發(fā)明的膜，薄膜最初的厚度要比所需的厚，因為膜厚度會因擠壓或延展而降低。通常，經(jīng)擠壓處理后的厚度是擠壓前厚度的約20-50％，優(yōu)選為大約33-40％。例如，過去使用厚度為大約0.018mm(0.7密耳)的薄膜來制造線產(chǎn)品，層壓后的薄膜會變成0.027至0.036mm(1.1到1.4密耳)。對于許多紡織品應(yīng)用，特別是纖維與皮膚接觸的紡織品而言，該厚度通常被認為太大。在本發(fā)明中，擠壓前的薄膜為大約0.038至0.064mm(大約1.5至2.5密耳)厚。擠壓通常是這樣的，斷裂時的抗拉極限(英斯特朗)在大約5至20磅力(大約2.9至9千克力)，優(yōu)選為大約10至15磅力(大約4.5至7千克力)的范圍內(nèi)。
傳統(tǒng)取向的基本方法是公知的。為獲得所需的薄膜性能，通過在所需方向上施加拉力的方法拉伸薄膜。拉伸處理可以在冷卻輥和引取裝置之間進行，拉力是由拉伸輥或拉伸輥的組合施加的。在拉伸過程中，通過輥接觸和/或空氣(在雙軸拉伸薄膜的情況下)，將薄膜加熱到低于相應(yīng)原材料晶體熔點的溫度。最后的尺寸及所用溫度由薄膜的目標性能確定。
就其本身而論，輥滾壓法是已知的。例如，在美國專利3194893和3503843中有所描述，其中所述內(nèi)容在這里引入本文。簡要地說，多層膜通過定位輥之間，以將厚度減少至原厚度的大約20至50％。當膜通過兩輥間的狹縫時，在膜上使用潤滑劑。既可以將潤滑劑直接施用在膜表面上，也可以施用在輥表面(兩表面)上以使?jié)櫥驮诒∧ねㄟ^兩輥之間時轉(zhuǎn)移到薄膜表面上去。壓力輥的處理溫度取決于所處理的特定彩虹片材。在大多數(shù)情況下，溫度為環(huán)境溫度，但是可以在大約80至110℃之間調(diào)節(jié)。
所用潤滑劑為任何液體或是在輥對膜施加壓力的區(qū)域以液體形式作用的材料。在此情況下，當層壓材料進入狹縫時，潤滑油在輥和膜之間形成完全或部分的流體膜，使輥的表面與薄膜表面被液體潤滑油分離開來，從而防止接觸并提高滑動度。可以使用水作為潤滑劑，且在水中加入表面活性劑通常是令人滿意的。
為了舉例說明本發(fā)明，下面給出各種實施例。在這些實施例中，除非特殊說明，所有的份數(shù)和百分比均以重量為基準，而且所有溫度都采用℃為單位。
在下文的實施例中，制造含有光學(xué)芯層的薄膜樣品，其中光學(xué)芯層含有大約100層交替層，其尺寸適于隨后拉伸至預(yù)定厚度。這些薄膜類的標準厚度在0.012至0.025mm之間，峰值反射波長在460至580nm范圍內(nèi)，這取決于其特定應(yīng)用的目標色。制造厚度范圍在0.035到0.070nm的樣品，其幾乎不呈現(xiàn)反射顏色。
實施例1樣品1由聚對苯二甲酸丁二醇酯和聚甲基丙烯酸甲酯組成，樣品2由聚萘二甲酸乙二醇酯和聚對苯二甲酸丁二醇酯組成。兩個樣品的表面層均為聚對苯二甲酸丁二醇酯。
用兩級式馬歇爾-威廉姆斯設(shè)備對樣品進行處理，并在各種取向溫度下進行拉伸。在溫度為110至145℃的范圍內(nèi)，有效牽伸比在1.8到2.6∶1之間變動。在預(yù)定的最終量度，測量整個網(wǎng)的顏色，以確定顏色的均一度。在垂直于移動網(wǎng)的平面上，不存在單個微層不均勻拉伸的跡象。這在此后被樣品截面的顯微相片所證實。
用Instron5500型檢測機械性能。與典型的非取向結(jié)構(gòu)所獲得的小于2千克力的力相對比，在所有例子中，撕裂6mm寬的拉伸后薄膜的條帶所需要用的力均超過了5千克力。除了10至20％的對于顏色測量來說太厚的邊緣材料外，主要樣品展現(xiàn)出令人滿意的色彩強度。該產(chǎn)物可以被切割成寬度為大約0.13-0.3mm的微絲線。
實施例2制造三個帶有含大約100個交替層的光學(xué)芯層的薄膜樣品。樣品1由聚對苯二甲酸丁二醇酯和聚甲基丙烯酸甲酯組成，樣品2由聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚甲基丙烯酸甲酯組成，樣品3由共聚酯醚和甘醇改性聚對苯二甲酸乙二醇酯組成。所有樣品的厚度在0.03到0.06mm之間。采用習(xí)用機械定向輥壓設(shè)備處理樣品。軋輥溫度在100到110℃之間時，有效拉伸比在1.7到3.0∶1之間變動。滾軋輥壓力在1300psi至1900psi之間。由于所施用的力矢量的大小和方向，可以預(yù)料到微層迭層會出現(xiàn)一定程度的厚度梯度。
通過使用張力調(diào)節(jié)和拉伸比來控制厚度(由此控制色彩)，厚樣品被調(diào)整到峰值反射曲線在540到600nm之間的預(yù)定目標厚度。分光光度示數(shù)顯示，在單獨的微層中不存在不均勻拉伸的跡象。這在此后被樣品截面的顯微相片所證實。
用Instron 5500型檢測其機械性能。撕裂6mm寬的拉伸后薄膜的條帶所需要用的力超過5千克力。產(chǎn)品可被切割成幅寬為大約0.13到0.3mm的微絲線。
在本發(fā)明的主旨和范圍之內(nèi)，可以對本發(fā)明的方法和產(chǎn)品進行各種改變和修正。此處所揭示的各種具體實施方案均是為了闡明本發(fā)明，而非對其進行限制。
權(quán)利要求
1.一種斷裂時的抗拉極限為大約2.5至9千克力、厚度為大約0.007至0.034mm的單軸取向、多層共擠彩虹膜，其中所述的膜由至少10層非常薄且厚度基本均勻的層組成，所述的層基本是平行的，且相鄰層為折光指數(shù)至少相差大約0.03的不同的熱塑性樹脂材料。
2.如權(quán)利要求1所述的單軸取向、多層共擠彩虹膜，其斷裂時的抗拉極限為大約4.5至7千克力。
3.如權(quán)利要求2所述的單軸取向、多層共擠彩虹膜，其中所述的膜由至少35層組成，且該膜的相鄰層為折光指數(shù)至少相差大約0.06的不同的熱塑性樹脂材料。
4.如權(quán)利要求3所述的單軸取向、多層共擠彩虹膜，其中該膜的相鄰層之一是一種對苯二酸酯。
5.如權(quán)利要求6所述的單軸取向、多層共擠彩虹膜，其中該膜的相鄰層之一是一種熱塑性高彈體。
6.如權(quán)利要求1所述的單軸取向、多層共擠彩虹膜，其中所述膜由至少35層組成，且該膜的相鄰層為折光指數(shù)至少相差大約0.06的不同的熱塑性樹脂材料。
7.如權(quán)利要求6所述的單軸取向、多層共擠彩虹膜，其中該膜的相鄰層之一是一種對苯二酸酯。
8.如權(quán)利要求7所述的單軸取向、多層共擠彩虹膜，其中該膜的相鄰層之一是一種熱塑性高彈體。
9.如權(quán)利要求1所述的單軸取向、多層共擠彩虹膜，其形態(tài)是寬度為大約0.15至0.3mm的微絲線。
10.一種制造多層共擠彩虹膜的方法，該彩虹膜具有足夠的強度，能夠被切割成微絲；該方法包括對膜進行取向，同時將膜的厚度降低至擠壓前的大約20％到50％，其中所述的膜由至少10層非常薄且厚度基本均勻的層組成，所述的層基本是平行的，且相鄰層為折光指數(shù)至少相差大約0.03的不同的熱塑性樹脂材料。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中膜的厚度在減少前為大約0.035至0.065mm。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的膜由至少35層組成，且該膜的相鄰層為折光指數(shù)至少相差大約0.06的不同的熱塑性樹脂材料。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該膜的相鄰層之一是一種對苯二酸酯。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該膜的相鄰層之一是一種熱塑性高彈體。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該膜在潤滑劑的輔助下通過輥之間，從而對其進行取向，其中潤滑劑施用在膜的外表面和輥之間。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中膜通過輥之間，直至膜的厚度為擠壓前的大約33％至40％。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中膜在擠壓后的斷裂時抗拉極限為大約2.5至9千克力。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中膜在擠壓后的斷裂時抗拉極限為大約4.5至7千克力。
19.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述的膜由至少35層組成，且該膜的相鄰層為折光指數(shù)至少相差大約0.06的不同的熱塑性樹脂材料。
20.如權(quán)利要求10所述的方法，其中膜在擠壓后的斷裂時抗拉極限為大約2.5至9千克力。
21.如權(quán)利要求10所述的方法，其中膜在擠壓后的斷裂時抗拉極限為大約4.5至7千克力。
22.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在擠壓后，將膜切割成寬度為大約0.15至0.3mm的微絲線。
全文摘要
一種多層共擠彩虹膜的制造方法。所述的膜具有足夠的強度，以使其能夠被剪切成微絲。所述方法包括使由至少10層非常薄、相互基本平行、厚度基本均勻的層組成的，且相鄰層為折光指數(shù)至少相差大約0.03的多層共擠彩虹膜取向，直至其厚度為取向前的厚度的約20％至50％。
文檔編號B32B7/02GK1509230SQ02804210
公開日2004年6月30日 申請日期2002年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月31日
發(fā)明者D·J·格拉內(nèi), D J 格拉內(nèi) 申請人:恩格哈德公司