用于在大面積表面上施加薄涂層的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施方式涉及涂覆系統(tǒng)和用于涂覆產(chǎn)品表面的方法。所述系統(tǒng)可以包括涂覆單元，包括：配置為根據(jù)預(yù)定的沉積圖案由多個噴嘴沉積涂覆材料的液滴以在所述表面上形成涂層的液滴沉積組件。所述系統(tǒng)可以進一步包括用于固化包含在涂覆材料中的至少一種聚合物組分的固化單元和配置為接收預(yù)定的沉積圖案并控制涂覆單元以將所述預(yù)定的沉積圖案沉積在所述表面上，使得涂層具有小于1微米/1米的厚度偏差的控制單元。
【專利說明】用于在大面積表面上施加薄涂層的系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]板或面板的涂覆是本領(lǐng)域已知的。在某些情況下，要求涂層薄且均勻。在這些情況 的一些中，因為許多原因如節(jié)省涂覆材料的成本、添加重量到基板/面板、改善涂層的均勻 性等中的一種或多種，涂層越薄，結(jié)果越好。施加薄涂層的一些已知的方法包括將面板浸泡 在包含流體涂覆材料的容器中，以及在從容器中取出面板之后通過重力（或其他類似的方 法)使流體從面板上滴落。另一已知的方法包括噴射應(yīng)用。可以通過噴射氣霧劑或具有噴射 槍的專用噴射室（spray booth)應(yīng)用該方法。當(dāng)由受過訓(xùn)練的技術(shù)操作人員完成該過程時， 只要基板是清潔的并且涂料沒有粘附性問題，表面光潔度(surface finish)質(zhì)量可以比其 他所有方法更好。
[0002] 然而，由于3D效果涂覆應(yīng)用可以受限，且它的均勻性很難實現(xiàn)。已知的方法具有多 種缺點如不良的均勻性，涂層太厚使涂覆的板的透明度品質(zhì)劣化并且使涂層的強度劣化； 對于需要向除了生產(chǎn)面板的設(shè)施移動的相對中等規(guī)模的面板;從開始到涂覆的面板可能移 動到的點，所需涂層長的施加時間。
[0003] 需要在大面積的板、面板和其他產(chǎn)品上施加薄且均勻的涂層或多個層的系統(tǒng)和方 法，無論具有平面或3D形成的表面，其確保薄的然而均勻的層可施加至面板的生產(chǎn)設(shè)施并 從施加到過程結(jié)束消耗較短的時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的實施方式涉及涂覆系統(tǒng)和用于涂覆產(chǎn)品表面的方法。該系統(tǒng)可以包括涂 覆單元，該涂覆單元可以包括:配制為根據(jù)預(yù)定的沉積圖案由多個噴嘴沉積涂覆材料的液 滴以在表面上形成涂層的液滴沉積組件(droplet deposition assembly)。該系統(tǒng)可以進 一步包括固化單元和控制單元，該固化單元用于固化包含在涂覆材料中的至少一種聚合物 組分，該控制單元配制為接收預(yù)定的沉積圖案并控制涂覆單元在表面上沉積預(yù)定的沉積圖 案。在一些實施方式中，涂層可以具有小于每1米1微米的厚度偏差。在一些實施方式中，產(chǎn) 品可以是剛性產(chǎn)品，在一些實施方式中，涂層對于可見光可以是透明的。
[0005] 在一些實施方式中，液滴沉積組件可以包括具有多個液滴沉積噴嘴的液滴頭部 (液滴噴頭，droplet head)和用于移動液滴頭部的液滴頭部移動單元。在一些實施方式中， 系統(tǒng)可以包括用于將產(chǎn)品傳送到涂覆單元的傳送機(conveyor)。在一些實施方式中，可以 將液滴沉積組件配置為沉積兩類涂覆材料，并且預(yù)定的圖案可以包括用于沉積兩類涂覆材 料中的每種的液滴的預(yù)定位置。
[0006] 在一些實施方式中，液滴沉積組件可以是噴墨打印頭（inkjet printhead)。在一 些實施方式中，面向表面的液滴沉積組件的面和表面之間的距離可以在〇.5-10_之間。
[0007] 在一些實施方式中，液滴尺寸可以小于50皮升(Pico liter)。在一些實施方式中， 液滴的速度可以小于20米/秒。
[0008] 在一些實施方式中，系統(tǒng)可以包括配置為在沉積圖案之前處理表面的涂覆前表面 制備單元(pre-coating surface preparation unit)。涂覆前表面制備單元可以包括以下 的至少一種:加熱單元和抗靜電裝置。
[0009] 在一些實施方式中，涂覆材料包含溶劑并且涂覆系統(tǒng)可以包括溶劑蒸發(fā)單元。在 一些實施方式中，系統(tǒng)可以包括用于加熱涂覆的表面的涂覆后加熱單元(post-coating heating unit)。
[0010] 在一些實施方式中，可以將涂覆系統(tǒng)采用為包括在產(chǎn)品生產(chǎn)線中。另外，生產(chǎn)線可 以具有一定的生產(chǎn)率(production rate)并且涂覆系統(tǒng)可以以該生產(chǎn)率涂覆產(chǎn)品的表面。
[0011] 本發(fā)明的一些實施方式可以涉及涂覆產(chǎn)品的表面的方法。該方法可以包括由包括 在液滴沉積組件中的多個噴嘴在表面上以預(yù)定的圖案沉積涂覆材料的液滴，涂覆材料可以 包含至少一種聚合物組分，以及固化在沉積的涂覆材料中的至少一種聚合物組分以在表面 上形成涂層。在一些實施方式中，涂層可以具有小于1微米/米的厚度偏差。在一些實施方式 中，涂層對于可見光可以是透明的。
[0012] 在一些實施方式中，沉積可以包括沉積兩種不同類型的涂覆材料，并且預(yù)定的圖 案可以包括來自兩種不同類型的涂覆材料的每種液滴的位置。在一些實施方式中，不同的 涂覆材料中的每種可以包含聚合物組分，并且可以固化兩種不同的涂覆材料中的每種的聚 合物組分使得可以形成具有兩種涂覆材料的期望特征的交聯(lián)的基體（cross-re Iated matrix)。另外或可替換地，兩類涂覆材料可以包含具有聚合物組分的第一涂覆材料和具有 含固體功能顆粒的溶液的第二涂覆材料，使得預(yù)定的圖案包括在第一材料的網(wǎng)格(grid)中 交織的（interlaced)第二材料的功能顆粒。在一些實施方式中，沉積圖案可以是重復(fù)圖案， 使得在圖案的至少一行和一列中在兩個鄰近顆粒之間形成恒定距離，使得該距離可以不大 于70微米。
[0013] 在一些實施方式中，方法可以包括其他處理，例如在沉積涂覆材料之前加熱表面。 在一些實施方式中，當(dāng)涂覆材料包含溶劑時，方法可以包括在溶劑蒸發(fā)單元中蒸發(fā)溶劑。在 一些實施方式中，方法可以包括在沉積之后加熱涂覆的材料。
[0014] 在一些實施方式中，方法可以包括將液滴尺寸控制為小于50皮升。其他控制可以 包括將液滴的速度控制為小于20米/秒。
[0015] 本發(fā)明的一些其他方面可以涉及用于涂覆剛性產(chǎn)品的表面的聚合物涂料?？梢允?用具有至少一種聚合物組分的至少一種涂覆材料來涂覆涂料。涂層可以進一步具有小于1 微米/1米的厚度偏差。在一些實施方式中，涂層對于可見光可以是透明的。在一些實施方式 中，涂層的厚度可以是至多10微米。在一些實施方式中，涂層的寬度可以是至少3米。
[0016] 在一些實施方式中，涂層可以包含以預(yù)定圖案沉積在基板上的兩種涂覆材料。在 一些實施方式中，預(yù)定圖案包括第一和第二涂覆材料的重復(fù)圖案。
【附圖說明】
[0017] 本發(fā)明的主題被特別指出并且在說明書的結(jié)論部分被明確要求保護。然而，關(guān)于 操作的組織和方法以及其目的、特征和優(yōu)點，當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，通過參考下面詳細描述可 最好地理解本發(fā)明，其中：
[0018] 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式建立(build)和操作的涂覆系統(tǒng)的示意性框 圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的涂覆單元的示意性等軸圖（isometric diagram);
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的涂覆方案的示意圖；
[0021] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的交織沉積方案（interlaced deposition scheme) 的不意圖；
[0022]圖5描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施方式涂層深度對交聯(lián)水平的影響；
[0023]圖6A-6F描繪了扁平液滴(flattening droplet)的厚度對液滴的尺寸(或體積）的 依賴性；
[0024] 圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，涂層剝離基板主體的趨勢相對于加熱 部分中的加熱溫度的依賴性的圖；以及
[0025] 圖8描繪了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，涂覆的基板在干燥/蒸發(fā)單元中的移動時 間的影響。
[0026] 應(yīng)當(dāng)了解的是，為了簡單和清楚的示出，圖中所示的元件不一定是按比例繪制。例 如，為了清楚，一些元件的尺寸相對于其他元件可被放大。進一步地，在認為適當(dāng)?shù)牡胤?，?在圖中重復(fù)參考數(shù)字以指示相應(yīng)的或類似的元件。
【具體實施方式】
[0027] 在以下詳細描述中，闡述了許多具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明的深入理解。然而，本 領(lǐng)域技術(shù)人員將要理解的是，可以在不存在這些具體細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。在其他情 況下，沒有詳細描述熟知的方法、步驟、和組分以便不使本發(fā)明模糊不清。
[0028] 通過在工作表面上施加顆粒盡可能小的涂覆材料可以實現(xiàn)使用液體材料 (liquidized material)均勾且薄地涂覆表面，同時保持涂覆材料的高表面張力以及工作 材料和涂覆材料之間的高潤濕系數(shù)(或低濕潤角Q)。多種涂覆的材料(coated material)和 多種涂覆材料(coating material)可能要求特別采用涂覆參數(shù)，以允許實現(xiàn)較強保持涂覆 的表面的薄且均勻的涂層。
[0029] 涂覆參數(shù)可以是由以下各項組成的示例性列表中的一種或多種:加工期間涂覆的 表面的溫度，加工期間涂覆材料的溫度，涂覆材料的粘度，加工開始時蒸發(fā)涂覆材料中的溶 劑的量和它們自發(fā)地或通過輔助蒸發(fā)的趨勢，涂覆材料形成小液滴的趨勢（例如取決于形 成限定尺寸的液滴所需的能量的量和液滴形成要素的設(shè)計），施加單元與工作表面的距離， 液滴碰撞工作表面的角度等。
[0030] 現(xiàn)在參考圖1，其是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式建立和操作的用于涂覆產(chǎn) 品的表面的涂覆系統(tǒng)10的示意性框圖。待涂覆的產(chǎn)品可以是剛性產(chǎn)品，例如板或面板，并且 系統(tǒng)100可以涂覆板或面板的至少一個表面。系統(tǒng)10可以包括涂覆單元30、固化單元60和控 制單元70。系統(tǒng)100可以進一步包括傳送機200,可以采用其將待涂覆的產(chǎn)品傳送到、通過和 離開系統(tǒng)10。根據(jù)基板，根據(jù)涂覆系統(tǒng)和方法等，系統(tǒng)10可以進一步包括可能期望和/或需 要的其他單元。因此，系統(tǒng)10可以進一步包括涂覆前表面制備單元(pre-coating surface preparation unit)20,其可以沿著生產(chǎn)線定位在涂覆單元30之前?；蹇梢越?jīng)由單元20進 入系統(tǒng)10,并被處理以改善涂覆單元30的性能。例如，在產(chǎn)品行進通過單元20期間，其可能 暴露于通過任何已知的熱源如熱空氣、熱輻射、UV輻射等提供的加熱。加熱基板可以幫助改 善表面拉伸值（surface tension figure)，因此，單元20可以包括執(zhí)行改善表面張力的任 何方法的任何設(shè)備。進一步地，可以使用抗靜電裝置，可以通過電暈輻射實現(xiàn)?？梢詫⑦@些 處理施加到基板，從而升高它的溫度，且結(jié)果是可以加強表面張力和涂覆材料對基板的吸 引力。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，可以完全除去涂覆前表面制備單元20,或如從基 板的性質(zhì)、涂覆材料和期望的涂覆結(jié)果得到的，可以將其設(shè)計和/或調(diào)節(jié)為提供期望的涂覆 前處理（pre-coating treatment)。
[0031]控制單元70可以執(zhí)行系統(tǒng)10的其他單元的所有控制任務(wù)。因此，控制單元70可以 接收指示每個單元中涂覆過程的進程的數(shù)據(jù)，指示多個單元中的環(huán)境條件如溫度、濕度、進 程速度、福射能的量、沉積頭部(deposition head)離基板的距離的數(shù)據(jù)等?？刂茊卧?0可 以包括控制器，CPU或任何類似的控制單元，和非暫時性數(shù)據(jù)存儲單元(non-transitory data storage unit)如RAM、ROM、硬盤等?？刂浦噶詈统绦蚩梢源鎯υ诜菚簳r性數(shù)據(jù)存儲 中，當(dāng)執(zhí)行時，其可以使系統(tǒng)10進行本申請中所描述的操作。
[0032] 傳送機(conveyor)可以通過單元20,以推動產(chǎn)品經(jīng)過單元20并進一步將其提供到 涂覆單元30。傳送機20可以將產(chǎn)品從生產(chǎn)線傳送到涂覆系統(tǒng)10。在一些實施方式中，可以將 涂覆系統(tǒng)10采用為包括在產(chǎn)品生產(chǎn)線中。在一些實施方式中，生產(chǎn)線可以具有一定的生產(chǎn) 率并且可以以該生產(chǎn)率采用涂覆系統(tǒng)10來涂覆產(chǎn)品的表面。
[0033]現(xiàn)在還參考圖2,其是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的涂覆單元30的示意性等軸圖。 涂覆單元30可以例如通過傳送機200接收直接來自生產(chǎn)線(未示出）或來自存儲區(qū)域的產(chǎn)品 (例如，基板）1〇〇,并且根據(jù)所期望的，可以在涂覆前表面制備單元20中進行預(yù)處理或不進 行預(yù)處理基板。涂覆單元30可以包括一個或多個液滴沉積組件32，如印刷工業(yè)已知的噴墨 打印頭?？梢詫⒁旱纬练e組件32配置為根據(jù)預(yù)定的沉積圖案由多個噴嘴沉積涂覆材料的液 滴，以在產(chǎn)品100的表面上形成涂層。液滴沉積組件32可以包括可操作地連接到液滴頭部移 動單元32A的液滴沉積頭部32B。液滴沉積頭部32B可以包括以任何期望的線或排列形成的 多個液滴沉積噴嘴，通常目的是將液滴以基本垂直于產(chǎn)品表面的沉積方向沉積在基板100 的表面上，但是根據(jù)需要還可以使用其他沉積方向。
[0034] 液滴沉積頭部32B可以通過液滴頭部移動單元32A相對于基板100沿著一個或多個 坐標(biāo)系軸線(reference frame axis)如圖2所示的笛卡爾(Cartesian)軸線X、Y和Z移動，其 中，軸線X平行于傳送機200的移動方向A(或通過涂覆單元30的生產(chǎn)方向），軸線Y垂直于軸 線X并且平行于傳送機200的平面(或當(dāng)其是扁平的片(flat sheet)時平行于基板的平面）， 以及軸線Z垂直于軸線X和Y。液滴沉積頭部32B也可以沿著圍繞一個或多個轉(zhuǎn)軸（turning axis)x、y、z在任一方向上圍繞假想的或真實的轉(zhuǎn)點（turning point)32C移動，其中，可以 將轉(zhuǎn)軸X定義為垂直于平面Y-Z，可以將轉(zhuǎn)軸y定義為垂直于平面X-Z，并且可以將轉(zhuǎn)軸z定義 為垂直于平面X-Y。
[0035]可以使用轉(zhuǎn)動方向（turning direction)的其他定義，只要保持要求的操縱的自 由度?？梢愿鶕?jù)期望性能選擇自由度。例如，如果僅涂覆平板或片，根據(jù)沉積頭部32B的具體 構(gòu)造和基板200的實際尺寸，可能要求一個或兩個笛卡爾(Cartesian)自由度以提供對基板 200的完全覆蓋，并且可能要求另一笛卡爾(Cartesian)自由度來控制沉積涂覆材料的液滴 的距離d。當(dāng)涂覆3D形成的基板(未示出）時，可能要求完全的6個自由度以提供要求參數(shù)的 涂層，如沉積角度和離開基板表面的距離d?？梢酝ㄟ^控制單元70進行沉積頭部32B和頭部 移動單元32A的控制，控制單元70可以控制與以下兩者相關(guān)的全部或部分涂覆參數(shù):沉積頭 部32B的移動（以N個自由度的任一種，1<N<6)和液滴沉積性能如液滴尺寸、液滴溫度、液 滴沉積速度、沉積距離、相對于涂覆表面的方向的沉積方向等。
[0036]如上文所討論的，沉積參數(shù)中的一種可以是在基板100的表面上的液滴沉積速度， 以及另一沉積參數(shù)可以是液滴尺寸。兩個參數(shù)都可對涂層的均勻性具有較大影響。液滴越 小以及液滴的沉積速度越高，液滴在較薄涂層上彼此結(jié)合(unite)的趨勢越高。隨著液滴尺 寸降低，沉積分辯率需要變得更高(例如，更高的每英寸點數(shù)(DPI)值(dots per inch(DPI) figure))，以便以要求的彼此之間的距離沉積液滴。液滴沉積的通常分辯率可以是600DPI; 然而，可以使用其他通常更高的分辨率。沉積頭部32B的內(nèi)部元件，確切地是與涂覆材料直 接接觸的那些，可以由耐沉積材料的化學(xué)特征的材料制成。在一些實施方式中，控制單元可 以控制沉積參數(shù)使得涂層可以具有小于1微米/1米的厚度偏差。
[0037]本領(lǐng)域已知，沉積頭部32B可以包括以1維或2維陣列來排列的任何所需數(shù)目的噴 嘴。由于沉積頭部32B可以沿著軸線Y移動，其垂直于需要涂覆的產(chǎn)品的移動方向，所以沉積 頭部32B可以將涂層沉積到期望的盡可能寬的表面上，其中，表面寬度和沉積頭部32B中的 噴嘴數(shù)將限定產(chǎn)品的涂覆速度。通常的涂覆速度可以是1 -5米/min。通常的液滴沉積速度可 以是7-9米/秒，并且該速度可以從相對于重力方向的幾乎任何方向沉積，因為重力作用于 沉積液滴的幅度(magnitude)與沉積速度能相比可忽略。根據(jù)本發(fā)明的實施方式的液滴的 通常尺寸可以小于50皮升，其小于30納克。當(dāng)以30kHz的沉積速率沉積時，可以實現(xiàn)小于1微 米的涂層，并且涂層的厚度偏差可以小于1微米/1米。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，兩個連 續(xù)噴嘴之間的距離可以小于350微米，其允許每個液滴置于表面上的位置的高精確度。使用 這種印刷頭規(guī)定涂覆材料的粘度將在2-30厘泊的范圍內(nèi)。對于一些涂覆材料，該粘度要求 使用溶劑和/或加熱涂覆流體。
[0038] 本發(fā)明的一些實施方式可以涉及涂覆產(chǎn)品，例如剛性產(chǎn)品如面板或板的表面的方 法。該方法可以包括由包括在液滴沉積組件中的多個噴嘴以預(yù)定圖案在表面上沉積涂覆材 料的液滴;該涂覆材料包含至少一種聚合物組分。例如，可以使用具有多個噴嘴的噴墨打印 頭沉積包含聚氨酯丙烯酸酯的涂覆材料。在一些實施方式中，如圖3-4所示，預(yù)定圖案可以 包括沉積單種涂覆材料，而在其他實施方式中，方法可以包括沉積兩種不同類型的涂覆材 料并且預(yù)定圖案包括兩種不同類型的涂覆材料中的每個液滴的位置。
[0039] 在一些實施方式中，方法可以進一步包括固化沉積的涂覆材料中的至少一種聚合 物組分，以在產(chǎn)品100的表面上形成涂層。例如，產(chǎn)品可以進入固化單元60,固化能源如UV燈 可以導(dǎo)致至少一種聚合物組分聚合并硬化，以在產(chǎn)品的表面上形成涂層。在一些實施方式 中，涂層可以具有小于1微米/1米的厚度偏差。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式用于涂覆剛性產(chǎn)品的表面的聚合涂料可以包括含有 至少一種聚合物組分的涂覆材料。聚合物涂料可以沉積在剛性產(chǎn)品，例如板或面板的至少 一部分表面的頂部上。涂層可以覆蓋產(chǎn)品的表面，使得涂層的厚度可以具有小于1微米/1 米，例如小于0.5微米/米的厚度偏差。例如通過系統(tǒng)10涂覆的聚合物涂層對于可見光可以 是透明的。例如，根據(jù)AST D1003這種涂層對于可見光可以是至少70%透明的，例如80%或 90 %透明的。
[0041] 在一些實施方式中，聚合物涂層可以具有至少3米的寬度。可將涂層的寬度定義為 在沉積涂覆材料時，液滴沉積組件32在Y方向（如圖2所示)從物體100(例如，板)的一側(cè)行進 到另一側(cè)的相對距離。在一些實施方式中，組件系統(tǒng)可以沿著物體100的Y方向行進?？商鎿Q 地，物體100可以在相對于組件32的Y方向上移動。在一些實施方式中，組件32可以具有物體 1 〇〇的寬度，使得在組件32和物體100之間不需要相對移動。
[0042] 現(xiàn)在參考圖3,其是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，沉積圖案(例如，涂覆方案）的示 意圖。在三個可能的涂覆實施方式的一個中，基板100可以通過涂覆單元，如涂覆單元30。根 據(jù)第一涂覆實施方式，沉積頭部是可移動的，并類似于圖2的沉積頭部32B進行控制。將沉積 頭部如沉積頭部332采用為由所有噴嘴沉積一種涂覆材料（即，332A和332B相同），使得整個 沉積圖案150包含均勻沉積的單一涂覆材料。當(dāng)基板100通過涂覆單元30時，沉積頭部332可 以沉積涂覆材料，以在（紫外線)UV固化之后得到所需的特性。這種涂層可以具有至多10微 米，例如1-8微米或0.5-5微米的厚度。
[0043] 根據(jù)第二涂覆實施方式，液滴沉積組件32可以配置為沉積多于一種類型的涂覆材 料。例如，液滴沉積組件32可以配置為沉積兩類涂覆材料，并且預(yù)定圖案可以包括用于沉積 兩類涂覆材料中的每種的液滴的預(yù)定位置150A和150B。在一些實施方式中，不同的涂覆材 料中的每種可以包含聚合物組分，并且固化(例如，通過固化單元60)可以包括固化兩種不 同的涂覆材料中的每種的聚合物組分，使得形成具有兩種涂覆材料的期望特征的交聯(lián)的基 體?？梢杂蓛蓚€不同組的噴嘴(332A和332B)沉積兩種不同的涂覆材料。當(dāng)產(chǎn)品100通過涂覆 單元30時，沉積頭部332可以根據(jù)由方案150A示意性表示的第一沉積方案沉積第一涂覆材 料，以產(chǎn)生第一涂層基體，以及根據(jù)第二沉積方案150B沉積第二涂覆材料，以產(chǎn)生第二涂層 基體。如方案150示意性表示的，當(dāng)在基本上相對于彼此(登記的(registered))移位的彼此 頂部上放置或登記第一和第二涂覆材料時，第二涂覆材料可以與第一材料反應(yīng)、或交聯(lián)、或 機械相關(guān)，因此產(chǎn)生呈現(xiàn)第一和第二涂覆材料的特征的組合的新特征的組合涂覆材料，例 如與產(chǎn)品100的表面的增強的結(jié)合。例如，第一涂覆材料可以是丙烯酸樹脂，其提供耐磨損 性、耐擦傷性、耐化學(xué)性和耐UV性。第二涂覆材料可以是銀/汞化合物，其提供抗菌性質(zhì)。 [0044]根據(jù)第三涂覆實施方式，還采用沉積頭部332來由類似于方法2的兩個不同組的噴 嘴沉積兩種不同的涂覆材料。液滴將彼此緊挨著沉積以提供多孔表面，其可以通過包含聚 合物組分的材料410B對包含溶液與固體功能顆粒的材料410A提供機械保護，使得預(yù)定圖案 包括在材料410B的網(wǎng)格中交織的材料410A的功能顆粒。例如，如圖4示意性描述的，二氧化 硅細絲的納米顆?？梢詫Ρ┧針渲旱沃g進行機械保護，圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方 式的交織沉積方案41OA和41OB的示意圖，其中，聚氨酯丙稀酸酯的高點(hi gh dot)(通過符 號O圖形表示）與之間的二氧化硅的點（通過符號
：圖形表示)交織，以實現(xiàn)抗擦傷和疏水 涂層，其由于聚氨酯丙烯酸酯網(wǎng)格的物理保護對物理除去二氧化硅點具有改善的抗性。 [0045]在一些實施方式中，沉積兩種材料可以導(dǎo)致兩種材料直接聚合(通過固化)在涂覆 的表面上，根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，其可以導(dǎo)致具有兩種材料的期望特征的涂層。具有 以預(yù)定圖案(例如，圖案150、150A、150B、41OA、和41OB)沉積在基板上的兩種涂覆材料的涂 層可以具有20微米或更小的厚度。
[0046]顯而易見的是交聯(lián)的基體150A和150B的結(jié)果是，使用除332之外的沉積頭部可以 實現(xiàn)產(chǎn)生組合的基體涂層150。例如，兩個不同的沉積頭部，第一個沉積第一涂覆材料以及 第二個沉積第二涂覆材料，同時控制單元如控制單元70管理基體中每個涂覆材料液滴的精 確位置。根據(jù)另一個實施方式，在兩個連續(xù)的通過(pass)中，僅可以使用單個沉積頭部，其 中在沉積第一涂覆材料之后可以進行第二涂覆材料的沉積。該實施方式以較低的涂覆容量 為代價可以降低沉積單元的成本，且必須適當(dāng)?shù)剡x擇第一和第二涂覆材料，使得第一和第 二材料的沉積之間的時間空隙不會損害所要求的最終結(jié)果。
[0047] 根據(jù)又一個實施方式，可以將第二涂覆材料沉積到第一涂覆材料上（第一和第二 涂覆方案基本重疊），因而允許第一和第二材料直接聚合在基板100上。
[0048] 在一些實施方式中，涂層可以包括第一和第二涂覆材料的重復(fù)沉積圖案(例如，圖 案150A、150B、410A和410B)。這種重復(fù)圖案在圖案的行和列的至少一個中可以具有相同涂 覆材料和/或另一涂覆材料的兩個鄰近顆粒之間的恒定距離。在一些實施方式中，距離可以 是至多70微米。
[0049] 在一些實施方式中，方法可以進一步包括在沉積涂覆材料之前，例如通過使用表 面制備單元20加熱產(chǎn)品的表面。
[0050] 當(dāng)沉積的涂覆材料包含相對大量的溶劑時，該方法可以包括在溶劑蒸發(fā)單元40中 蒸發(fā)留存在涂覆單元30出口的溶劑，例如通過加熱、強制通風(fēng)和隨時間自然蒸發(fā)。本領(lǐng)域技 術(shù)人員將了解的是可以自然(spontaneously)進行殘留溶劑蒸發(fā)，或根據(jù)涂覆材料中溶劑 的初始量、溶劑的蒸發(fā)趨勢、生產(chǎn)速度和環(huán)境條件等，根本不要求蒸發(fā)殘留溶劑。
[0051] 當(dāng)要求高度薄的涂層和/或當(dāng)仍要求額外蒸發(fā)殘留溶劑時，方法可以包括在沉積 之后加熱涂覆的材料。基板100可以通過加熱單元50,其中，將涂層加熱到取決于之前的加 工溫度的溫度范圍。如果沉積依賴于含有溶劑的涂料，那么將應(yīng)用加熱來降低涂覆材料的 粘度，以使殘留溶劑蒸發(fā)并通過涂覆材料改善基板的潤濕性，或根據(jù)溶劑的選擇和樹脂類 型應(yīng)用可選的-30-120°C溫度范圍以幫助截留在涂層和基本100的表面之間的殘留溶劑蒸 發(fā)。通過加熱由于溶劑蒸發(fā)而粘度值現(xiàn)在更高的涂覆材料，加熱還可以幫助將涂層扁平化， 使得涂層厚度偏差盡可能得低，例如小于1微米/1米，或甚至小于0.5微米/1米。根據(jù)選擇的 涂覆材料、溶劑的初始容量、生產(chǎn)速度、環(huán)境條件等，可以決定基板100在加熱單元50中的暴 露于熱的長度、和加熱溫度?？梢酝ㄟ^控制單元70控制所有這些參數(shù)，以使涂層厚度偏差小 于1微米/1米。
[0052] 在已經(jīng)蒸發(fā)了所要求量的溶劑（如果有的話)之后，基板可以通過固化/交聯(lián)單元 60。固化單元60可以包括通過紫外輻射或任何本領(lǐng)域已知的其他固化設(shè)備固化。在一些實 施方式中，可以將涂覆的產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到固化單元30(直接在固化單元60之后）。另外，在進入固 化單元60之前，可以通過加熱單元40加熱涂覆的產(chǎn)品。
[0053] 本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在實驗期間，當(dāng)在以下描繪的范圍內(nèi)保留（reside)時， 以下生產(chǎn)變量可以給出改善的結(jié)果。在本發(fā)明的實施方式的描述中，改善的結(jié)果可以指要 求的更薄涂層、更均勻的涂層、更快的涂層生產(chǎn)、使用更少的溶劑材料、生產(chǎn)期間使用更少 的能量。
[0054]發(fā)現(xiàn)由于涂覆材料的溫度更高，因此提供涂覆材料的更好的潤濕特征、涂覆材料 的更好的擴展(spreading)和流平（I eve I ing)以及更均勾的涂層，所以在印刷頭部期間、或 之前不久加熱涂覆材料提供更好的結(jié)果。粘度范圍在100厘泊以下的液體涂覆材料(例如， 聚氨酯丙烯酸酯類）的優(yōu)選的溫度范圍是30-60°C，以及沉積之前印刷頭部（printing head)中的涂覆材料的進一步優(yōu)選的溫度可以是80 °C。
[0055]由于液滴較小，其表面的潤濕特性改善，所以由于制得的液滴較小，沉積的液滴的 尺寸可以給出更好的涂覆結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，方法可以進一步包括將液滴 尺寸控制在優(yōu)選的液滴尺寸范圍內(nèi)，例如，液滴可以小于50皮升。例如，用于涂覆材料類型 聚氨酯丙烯酸酯的優(yōu)選范圍可以是10-35皮升。
[0056]從印刷頭部在出口處測量的涂覆材料的液滴的速度也對涂層質(zhì)量有影響。在一些 實施方式中，方法可以包括將液滴的速度控制為小于20米/秒。例如，發(fā)現(xiàn)對于涂覆材料類 型聚氨酯丙烯酸酯沉積，7-9米/秒范圍內(nèi)的液滴速度證明了良好的潤濕結(jié)果（即，均勻且更 薄的層)和良好的視覺結(jié)果（即，看起來涂層是清潔(clean)并清楚的（clear))。應(yīng)當(dāng)注意的 是，太低的沉積速度可以導(dǎo)致液滴在表面上擴散過小，以及太高的沉積速度可以導(dǎo)致液滴 顆粒從表面反沖(bounce back)并撕裂液滴導(dǎo)致該位置涂層不平整。通常，由于沉積速度給 予液滴的動能應(yīng)當(dāng)與液滴的表面張力平衡，使得在不導(dǎo)致液滴破裂或從表面反沖的情況下 實現(xiàn)液滴的最大擴散。
[0057] 測試沉積頭部離表面的最佳距離。在一些實施方式中，液滴沉積組件36面向表面 的面和表面100之間的距離在0.5-10mm之間。例如，對于涂覆材料類型聚氨酯丙烯酸酯，當(dāng) 沉積速度在以上定義的優(yōu)選范圍內(nèi)時，l_3mm的沉積距離證明了良好的涂層特征。以該速度 范圍和距離范圍沉積保證液滴良好地擴散，以及與擴散保持在表面上具體的限定區(qū)域的事 實一起，還保證了要求的沉積分辯率(depo s i t i on re so I ut i on)得到保持。由于對沉積頭部 離基板表面距離的高水平的控制和進一步對沉積速度的高水平的控制，結(jié)合涂覆材料的具 體物理特征，相對于重力方向，從沉積頭部到涂覆的表面的沉積方向可以在幾乎任何方向 上進行。與當(dāng)平行于重力方向沉積時的沉積速度相比，當(dāng)以與重力方向相對的方向沉積時 通過例如增加沉積速度可以抵消極值(如重力方向的沉積和相對于重力方向的沉積)之間 的差異。
[0058]可以控制涂層的厚度且可以將其降低到小于10微米(取決于涂覆材料）。可以控制 沉積厚度的沉積參數(shù)可以是沉積的電壓(其控制沉積速度)和沉積頻率(其控制每一定的限 定涂覆區(qū)域的液滴數(shù)），并可以控制沉積在彼此之上的兩種材料的交聯(lián)度(DC)。通過分析交 聯(lián)水平，可以達到薄至18微米的交聯(lián)材料的涂層。該過程使用的其他沉積和涂覆參數(shù)可以 是Im/分鐘的基板涂覆速度，溶劑在室溫下自然蒸發(fā)(spontaneous evaporation)2分鐘，然 后在2分鐘內(nèi)通過H+型汞燈暴露于60°C至90°C的加熱梯度。可以通過控制材料所暴露的溫 度和/或暴露時間控制不同深度的涂層中涂覆材料的交聯(lián)度。通過材料與空氣中的氧的不 期望的反應(yīng)(替代交聯(lián)），可以延遲涂層表面上太快的交聯(lián)。
[0059] 相對遠離涂層表面的深度的交聯(lián)可以延遲，或由于燈激發(fā)/固化能的不良穿透保 持低交聯(lián)度，階段(stage)。
[0060] 參考圖5,其描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施方式涂層深度對交聯(lián)水平的影響?？梢钥闯?在圖5的實施例中實現(xiàn)了最高的交聯(lián)度(百分比），在約18微米的深度，交聯(lián)度是大約80%， 離表面越近(在15微米處），交聯(lián)度越低(大約70% )，以及在較高深度，例如30微米的深度， 交聯(lián)度是大約68 %。
[0061] 在固化階段結(jié)束之后，通過用于測試研磨水平的Taber ASTM D1044標(biāo)準測量作為 交聯(lián)度的結(jié)果的耐磨損性。
[0062] 利用材料聚氨酯丙稀酸酯（urethane acrylate)，100個研磨循環(huán)（grinding revolution)之后的結(jié)果示出涂層的可見光透明度劣化小于4%，以及500個研磨循環(huán)之后， 可見光透明度劣化小于8%。
[0063]沉積時，涂覆材料的粘度對最終涂層的質(zhì)量有影響。粘度越低，沉積的液滴越趨于 擴散，越薄并與鄰近的液滴產(chǎn)生更均勻的層。另一方面，較低的粘度要求許多可用的涂覆材 料、較長的溶劑蒸發(fā)時間、較高的預(yù)加熱和較高的蒸發(fā)能的量。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)利 用聚氨酯丙烯酸酯的涂覆材料，2-30厘泊(cP)范圍內(nèi)的粘度產(chǎn)生高質(zhì)量的涂層。
[0064] 參考圖6A-6F，其描繪了扁平液滴(flattening droplet)的厚度對液滴尺寸(或體 積）的依賴性。圖6A-6C描繪了5ml液滴的三個扁平(flattening)階段，以及圖6D-6F描繪了 25ml液滴的三個扁平階段。在圖6A中，呈現(xiàn)了放置在聚碳酸酯(PC)表面上的液滴。液滴的初 始厚度是4021.162μπι。在圖6B中，液滴的厚度是2474μπι，以及在圖6C中，液滴的最終的厚度 幾乎(virtually)是618。對于25ml液滴，從圖6D可以看出液滴的初始厚度是6805μπι。在圖6Ε 中，進一步使液滴扁平以達到5103μπι的厚度，以及在圖6F中，25ml的液滴達到最終的厚度幾 乎為1391μπι，其是5ml液滴的最終厚度的兩倍更多。
[0065] 還在500-3000點每英寸（dot per inch)(DPI)的范圍內(nèi)，檢測了可實現(xiàn)的沉積的 分辨率。假設(shè)沉積的液滴的相對固定的尺寸/體積，發(fā)現(xiàn)涂層的厚度越高，由于液滴可以沉 積在多個沉積亞層(sub-layer)中，所以可實現(xiàn)的分辨率越高，且因此液滴可以以每個給定 的基板面積更高的密度定位。發(fā)現(xiàn)對于在應(yīng)用階段之前在預(yù)加熱階段包括40 °C溫度、在蒸 發(fā)通道中于室溫下停留2分鐘以及在加熱通道中暴露于60-90 °C的條件，以1100DPI的分辨 率沉積提供均勻涂層的最佳結(jié)果。通過控制傳送機速度和沉積循環(huán)的頻率可以控制沉積的 分辨率(resolution)。這些參數(shù)之間的相互關(guān)系可以通過以下表達：
[0068] 還檢測了涂覆材料剝離基板主體的趨勢對最終的加熱溫度的依賴性。
[0069] 現(xiàn)在參考圖7,其是示出了涂層剝離基板主體的趨勢對加熱部分中的加熱溫度的 依賴性(涂層開始剝離之前暴露于UV輻射數(shù)小時后測量)的圖。清楚地看出，加熱溫度越高， 涂層的附連越好(剝離趨勢越低）。當(dāng)最終的加熱溫度是40°C時，涂覆材料在暴露于環(huán)境條 件1000小時之后將開始剝離，且當(dāng)加熱到90°C的最終溫度時，其將在剝離之前在環(huán)境條件 下保持3000小時。
[0070]還檢測了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式涂覆的基板在干燥/蒸發(fā)單元中的移動 (trave 1)時間(或傳送機移動涂覆的基板通過干燥/蒸發(fā)單元的速度)的影響。
[0071] 現(xiàn)在參考圖8,其描繪了對于兩種不同數(shù)量的磨損循環(huán)（100和500個循環(huán)），5個不 同的傳送機速度(0.5、1、2、3和5m/min)，涂覆的基板在干燥/蒸發(fā)單元中的移動時間的影 響。通過基板的霧度級別呈現(xiàn)耐磨損性。清楚地看出基板在干燥/蒸發(fā)單元中越久，霧度級 別越低(示出更好的耐磨損性）。解釋可以是涂層在干燥/蒸發(fā)單元中停留越久，溶劑的蒸發(fā) 百分數(shù)越大且交聯(lián)度越高。
[0072] 根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的涂層的質(zhì)量尤其取決于涂覆材料相對于涂覆的基 板的潤濕因素 (wetting factor)。
[0073] 例如，PC的表面張力值（surface tension number)是38mN/m，以及本發(fā)明人在測 試中使用的涂覆材料的表面張力因素 (surface tension factor)是33mN/m，這符合涂覆材 料應(yīng)當(dāng)具有低于其涂覆的基板的表面張力因素的表面張力因素的要求。通過升高溫度可以 使基板的表面張力甚至更高，繼而改善涂層的潤濕性。
[0074] 根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，使用用于沉積應(yīng)當(dāng)反應(yīng)以產(chǎn)生高交聯(lián)度的兩種材料 的沉積頭部(一個或多個）（使用將一種材料沉積到另一材料上，使用小至10-15皮升體積的 液滴，以及相對于第一材料的沉積位置偏移沉積第二材料，兩種材料彼此緊密接觸的沉積 方案），甚至使用較少的加熱或通過輻射的固化，由于兩種材料的液滴之間的強烈反應(yīng)，并 且尤其是當(dāng)兩種材料趨于彼此溶解時，將促進更高的交聯(lián)度。
[0075] 盡管本文中已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的某些特征，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員現(xiàn)在 可以想到許多修改、替換、變化、和等價物。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是所附權(quán)利要求旨在覆蓋所有 這些在本發(fā)明的實際精神內(nèi)的修改和變化。
【主權(quán)項】
1. 一種用于涂覆產(chǎn)品表面的涂覆系統(tǒng)，包括： 涂覆單元，包括： 液滴沉積組件，配置為根據(jù)預(yù)定的沉積圖案由多個噴嘴沉積涂覆材料的液滴以在表面 上形成涂層； 固化單元，用于固化包含在所述涂覆材料中的至少一種聚合物組分;和 控制單元，配置為： 接收所述預(yù)定的沉積圖案；以及 控制所述涂覆單元以在所述表面上沉積所述預(yù)定的沉積圖案。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆系統(tǒng)，其中，所述涂層具有小于1微米/1米的厚度偏差。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，其中，所述液滴沉積組件包括： 具有多個液滴沉積噴嘴的液滴頭部;和 用于移動所述液滴頭部的液滴頭部移動單兀。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，包括： 用于將產(chǎn)品傳送至所述涂覆單元的傳送機。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，其中，所述產(chǎn)品是剛性產(chǎn)品。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，包括： 配置為在沉積圖案之前處理所述表面的涂覆前表面制備單元。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的涂覆系統(tǒng)，其中，所述涂覆前表面制備單元包括以下至少一 種:加熱單元和抗靜電裝置。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，其中，所述涂覆材料包含溶劑且所述 涂覆系統(tǒng)進一步包括溶劑蒸發(fā)單元。9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，包括：用于加熱涂覆的表面的涂覆后 加熱單元。10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，其中，將所述液滴沉積組件配置為沉 積兩種類型的涂覆材料且所述預(yù)定的圖案包括用于沉積所述兩種類型的涂覆材料中的每 一種的液滴的預(yù)定位置。11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，其中，所述液滴沉積組件是噴墨打印 頭。12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，其中，液滴尺寸小于50皮升。13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，其中，所述液滴的速度小于20米/秒。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的涂覆系統(tǒng)，其中，面向所述表面的液滴沉積組件的面和所述 表面之間的距離在0.5-10mm之間。15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，其中，所述涂層對于可見光是透明 的。16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆系統(tǒng)，采用所述涂覆系統(tǒng)以包括在產(chǎn)品生 產(chǎn)線中。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的涂覆系統(tǒng)，其中，所述生產(chǎn)線具有生產(chǎn)率，并且其中，所述涂 覆系統(tǒng)以所述生產(chǎn)率涂覆所述產(chǎn)品的表面。18. -種涂覆產(chǎn)品的表面的方法，包括： 由包括在液滴沉積組件中的多個噴嘴以預(yù)定圖案在表面上沉積涂覆材料的液滴，所述 涂覆材料包含至少一種聚合物組分，以及 固化沉積的涂覆材料中的所述至少一種聚合物組分以在所述表面上形成涂層。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述涂層具有小于1微米/1米的厚度偏差。20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中，沉積包括沉積兩種不同類型的涂覆材料， 以及所述預(yù)定的圖案包括來自所述兩種不同類型的涂覆材料的每種液滴的位置。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述不同的涂覆材料中的每一種包含聚合物組 分，并且其中，固化包括固化所述兩種不同的涂覆材料中的每一種的聚合物組分，從而形成 具有所述兩種涂覆材料的期望特征的交聯(lián)的基體。22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，第一涂覆材料包含聚合物組分且第二涂覆材料 包含具有固體功能顆粒的溶液，使得所述預(yù)定的圖案包含： 在所述第一材料的網(wǎng)格中交織的所述第二材料的功能顆粒。23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述沉積圖案是重復(fù)圖案，使得在所述圖案的 行和列中至少一種中在兩個鄰近顆粒之間形成恒定距離，使得所述距離是至多70微米。24. 根據(jù)權(quán)利要求18-23中任一項所述的方法，包括： 在沉積所述涂覆材料之前加熱所述表面。25. 根據(jù)權(quán)利要求18-24中任一項所述的方法，包括： 當(dāng)所述涂覆材料包含溶劑時，在溶劑蒸發(fā)單元中蒸發(fā)溶劑。26. 根據(jù)權(quán)利要求18-25中任一項所述的方法，包括： 在所述沉積之后加熱所述涂覆的材料。27. 根據(jù)權(quán)利要求18-26中任一項所述的方法，包括： 將所述液滴尺寸控制為小于50皮升。28. 根據(jù)權(quán)利要求18-27中任一項所述的方法，包括： 將所述液滴的速度控制為小于20米/秒。29. -種用于涂覆剛性產(chǎn)品的表面的聚合物涂層，包含： 含有至少一種聚合物組分的涂覆材料， 其中，所述涂層具有小于1微米/1米的厚度偏差。30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的聚合物涂層，其中，所述涂層的厚度是至多10微米。31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的聚合物涂層，包含： 以預(yù)定圖案沉積在基板上的兩種涂覆材料。32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的聚合物涂層，其中，所述預(yù)定圖案包括第一涂覆材料和第二 涂覆材料的重復(fù)圖案。33. 根據(jù)權(quán)利要求29-32中任一項所述的聚合物涂層，其中，所述涂層的寬度是所述表 面的至少3米。
【文檔編號】B05D1/36GK105934280SQ201480074288
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年11月27日
【發(fā)明人】魯文·赫吉
【申請人】帕拉姆工業(yè)（1990）有限公司