由可剥落材料制备涡卷的方法和设备的制作方法
由可剥落材料制备涡卷的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种制备涡卷的方法，其包括：提供具有第一侧面和第二侧面的带材，其中所述带材的第一侧面具有设置于其上的粘合剂，并且所述带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层；将所述粘合剂附连到固体表面；将可剥落颗粒磨光涂布在所述带材的防粘侧面上以形成涂层；以及将所述带材以一角度从所述固体表面剥离。所述涂层与所述带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。所述涡卷可包括石墨。本发明还提供一种制备涡卷的连续方法和设备。
【专利说明】由可剥落材料制备涡卷的方法和设备
【技术领域】
[0001]本公开涉及由可剥落材料制成的涡卷及其制备方法，以及用其制成的适形导热垫。
【背景技术】
[0002]由于其与众不同的二维各向异性特性，石墨是非常重要的材料。它是化学惰性、导电且导热的。石墨箔在本领域中是熟知的。通常，石墨箔通过几个步骤制成。首先将石墨颗粒与酸性材料(例如，浓缩的HN03和H2S04酸)一起添加，并将所得淤渣非常快速地加热至高温以使颗粒膨胀；然后将膨胀石墨相(也称为“石墨蠕虫”)轧平以形成箔。所得箔较大，柔韧且耐化学品；然而，商业箔的最小厚度为5密耳(75微米)左右。商业箔可包含从工艺步骤剩余的痕量氯和硫，其对于一些应用而言可能是不期望的。加工期间的毒性产物的散发也是可商购获得的石墨箔(例如，作为GRAF0IL(俄亥俄州莱克伍德)获得的柔性石墨)的一个问题，其可通过卷起和切割而被配置为涡卷，但可用材料的纯度和成本是问题。
[0003]已公开了用干燥颗粒涂布基底的方法。例如，美国专利N0.4，741，918 (deNagybaczon等人)公开了一种涂布工艺,其中用高能磨光轮将干燥颗粒涂布在基底上。由于使用磨光轮，该工艺固有地使颗粒在基底上沿磨光轮的行进方向取向。尽管使用所公开的方法涂布多种颗粒，但石墨不在它们之中。 [0004]美国专利N0.6，511，701 (Divigalpitiya等人)公开了一种用包含颗粒的干燥组合物涂布聚合物基底的方法。所述颗粒具有介于I和2.5之间的莫氏硬度和小于100微米的最大尺寸。用以平行于基底表面的方式移动的施加装置将颗粒在基底上磨光。所述颗粒可为石墨。
【发明内容】
[0005]使用腐蚀性化学品和高温是上述制备石墨箔的标准工艺的一部分。在几个方面，将期望寻找一种制备石墨箔的工艺或方法，其简单，收率高，并且不需要刺激性化学品。在本公开中，提供了一种非常简单、清洁的制备薄的无粘结剂的薄石墨涡卷的工艺。
[0006]在一个方面，提供一种制备涡卷的方法，其包括:提供具有第一侧面和第二侧面的带材，其中所述带材的第一侧面具有设置于其上的粘合剂，并且所述带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层；将所述粘合剂固定到固体表面；将可剥落颗粒磨光涂布在所述带材的防粘侧面上以形成涂层；将所述带材以一角度从所述固体表面剥离，其中所述涂层与所述带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。所述带材可包括机械紧固件或压敏粘合剂作为一个侧面上的粘合剂。所述可剥落颗粒可包括石墨，并且所述涡卷可为石墨涡卷。所述石墨颗粒可为高纯度合成高表面积石墨。所述带材可以约0°至约180°的角度从所述固体表面剥离。所提供的石墨涡卷可具有小于约3_或甚至小于约1_的直径。
[0007]在另一方面，提供一种连续产生涡卷的方法，其包括:提供连续膜，在所述连续膜的内侧上具有防粘涂层；使所述连续膜围绕环移动；将可剥落颗粒沉积在所述连续膜的内侧的一部分上；使所述可剥落颗粒经过一个或多个基本上静止的磨光砂光机下方以形成所述连续膜的磨光涂布部分；通过使所述连续膜的磨光涂布部分围绕具有小半径的惰轮经过来将涡卷从所述连续膜移除。
[0008]在另一方面，提供一种石墨涡卷，其具有小于约3mm的直径和小于约I微米的厚度。
[0009]在另一方面，提供一种用于连续制备涡卷的设备，其包括:连续膜环，在其内侧上具有防粘涂层；用于将可剥落颗粒沉积在所述防粘涂层上的装置；配有垫的一个或多个磨光砂光机；用于驱动所述连续膜环的装置；用于捕获从防粘衬垫剥离的涡卷的倾斜盘。所述可剥落颗粒可包括石墨。
[0010]在另一方面，提供一种用于连续制备涡卷的设备，其包括:连续膜环，在其内侧上具有防粘涂层；用于将可剥落颗粒沉积在所述防粘涂层上的装置；配有垫的一个或多个磨光砂光机；用于驱动所述连续膜环的装置；用于捕获从防粘衬垫剥离的涡卷的倾斜盘。
[0011]在本公开中:
[0012]“干燥”是指基本上不含液体；
[0013]“涡卷” 是指向内卷以形成具有螺旋横截面的基本上圆柱形形状的表面；
[0014]“基本上圆柱形”是指接近中空圆柱体，但具有螺旋横截面的管形；和
[0015]“均匀”是指在基底平面内所需维度之上涂层的厚度基本上一致。
[0016]所提供的由可剥落材料颗粒制备涡卷的方法和设备避免了腐蚀性化学品和高温的使用。该工艺简单，收率高，并且可适于连续卷对卷工艺。在本公开中，提供一种非常简单、清洁的由可剥落材料(例如，石墨)制备薄的无粘结剂的薄润卷的工艺。
[0017]以上总结并非意图描述本发明每种实施方式的每个公开的实施例。【专利附图】
【附图说明】和随后的【具体实施方式】更具体地举例说明了示例性实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1A-1D为通过所提供的方法由可剥落材料制成的涡卷的不同实施例的俯视图的示意图。
[0019]图1E为图1A中所示相同实施例的透视图。
[0020]图2A和2B为不出所提供的制备石墨润卷的两步工艺的实施例的不意图。
[0021]图3A和3B为通过所提供的方法制成的所提供的石墨涡卷的照片。
[0022]图4为用于制备石墨涡卷的设备和连续工艺的实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0023]在以下描述中，参考形成本说明书一部分的附图组，并且其中以图示的方式示出了几个具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围或实质的前提下，可设想出其它实施例并可实施。因此，以下的【具体实施方式】不具有限制性意义。
[0024]除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的所有表达特征大小、量和物理特性的数字在所有情况下应理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域中技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的期望性质而变化。通过端点使用的数值范围包括该范围内的所有数字(如，I至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的
任何范围。
[0025]提供了一种制备涡卷的方法。通过在具有第一侧面和第二侧面的带材的防粘侧面上磨光涂布可剥落颗粒来制备涡卷。然后，将涡卷与带材的防粘侧面分离。这里更详细地描述了该工艺。涡卷为具有曲率的基本上二维的薄片。可使涡卷弯曲以形成槽，或者可形成基本上圆柱形的螺旋。涡卷可具有曲率，所述曲率可限定小于约3_、小于约1_、小于约0.1mm或甚至更小的直径。涡卷的厚度可小于约1.0微米，小于约0.1微米(100纳米)，或甚至小于约10纳米。
[0026]图1A-1D为涡卷的一些实施例的示意图。图1A-1D示出根据本公开的不同类型涡卷的横截面俯视图。图1A示出具有螺旋横截面的涡卷。图1B示出在一端处具有平面部分和螺旋横截面的涡卷。图1C示出具有围绕沿着中心轴线的大空隙的螺旋横截面的涡卷。图1D为所提供的涡卷的实施例的横截面俯视图，其包括通过非螺旋截面连接的两个螺旋截面。图1E为图1A的涡卷的透视图。在一些实施例中，涡卷可具有平面的螺旋横截面，但也可叠缩以便迫使螺旋横截面为非平面。
[0027]所提供的方法包括提供具有第一侧面和第二侧面的带材。带材的第一侧面可具有设置于其上的粘合剂。粘合剂的目的在于提供一种将带材锚固到固体表面的手段。带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层。防粘涂层防止带材粘着到自身，并且还提供用于施加可剥落颗粒并将其加工成涂层的表面以及所述涂层可被分离以形成涡卷的表面。
[0028]所提供的涡卷可通过将可剥落颗粒磨光涂布在带材的防粘侧面上来制成。为了本发明的目的，术语“可 剥落颗粒”表示在施加剪切力时破裂成薄片、鳞片、薄板或层的颗粒。典型的可剥落材料包括石墨、MoS2 ( 二硫化钥)、WS2 (二硫化钨)、粘土(高岭土)和h-BN (六方氮化硼)。在一些实施例中，可剥落颗粒还可包括一些不可剥落颗粒，其可充当磨光助剂。
[0029]石墨为一种可剥落材料，其是碳的同素异形体形式之一。其由一个在另一个的顶部上堆叠的碳的六方晶格的分层平板组成。石墨是导电的并且被认为是半金属。由于其结构，其具有与众不同的电、热和声学特性，并且已发现大量应用。近来，已显示具有规则的六方晶格的碳的单层平板(并且称作“石墨烯”)具有特殊的电特性。
[0030]所提供的制备石墨涡卷的方法包括提供具有第一侧面和第二侧面的带材。带材可在一个侧面上具有防粘涂层，并且在另一侧面上具有粘合剂。在一些实施例中，粘合剂可包括机械紧固件。在其它实施例中，粘合剂可包括压敏粘合剂。带材可由能够在一个侧面上支撑并附着到防粘涂层，在另一侧面上支撑并附着粘合剂的任何材料制成。通常，带材可为金属箔、聚合物、多孔或微孔膜、织造或非织造幅材、织物、纸材、弹性体材料或泡沫。
[0031]通常，带材可包括非多孔聚合物基底，例如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素和聚氯乙烯。在一些实施例中，基底可为纸材、织造或非织造织物或泡沫，例如聚氨酯或聚苯乙烯泡沫。基底可本质上相对光滑，或者可设置有宏观或微观几何形状。带材可在带材的第一侧面上具有防粘涂层。典型的防粘涂层包括聚氨酯、聚硅氧烷和含氟聚合物。它们可被涂布在带材上并通过胶带领域中普通技术人员已知的手段附着到带材。带材还可在第二侧面上包括粘合剂。在一些实施例中，粘合剂可为机械紧固件。机械紧固件包括可重新闭合的机械紧固件，其可释放地闭合以便允许稍后重新打开。已知的可重新闭合的机械紧固件通常具有由金属或热塑性树脂加工而成的可紧固表面。此类热塑性树脂的例子包括聚酯(如，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺、聚(苯乙烯-丙烯腈)、聚(丙烯腈-丁二烯苯乙烯)、聚烯烃(如，聚丙烯和聚丙烯/聚乙烯共聚物)和增塑聚氯乙烯。可重新闭合的机械紧固件的例子包括以商品名VELCRO出售的那些并且其购自新罕布什尔州曼彻斯特的Velcro USA公司(VelcroUSA, Inc.0f Manchester, NH)。其它可重新闭合的机械紧固件以商品名SCOTCHMATE和DUAL LOCK出售，并且购自明尼苏达州圣保罗市的明尼苏达矿业&制造公司(MinnesotaMining&Manufacturing C0.0f St.Paul, MN) ?此类紧固件已被发现广泛用于紧固多种材料，例如衣服和尿布。此类紧固件的其它用途包括在飞机和汽车仪表板中附接内部面板。可重新闭合的机械紧固件还广泛用于密封食品，例如在由威斯康星州拉辛的庄臣公司(S.C.Johnson Wax)以商品名ZIPLOC出售的塑料袋中。还可想到,带材的第一侧面可具有被设计为将带材临时固定到固体表面的其它材料。例如，为了该目的可使用诸如磁吸合或电吸合材料的材料。
[0032]在一些实施例中，带材第一侧面上的粘合剂可为压敏粘合剂。压敏粘合剂可由任何聚合物制成，只要其在被施加时发粘即可。举例来说，示例性压敏粘合剂包括丙烯酸类压敏粘合剂、有机娃压敏粘合剂、增粘橡胶压敏粘合剂。带材第一侧面上的粘合剂可在施加可剥落颗粒期间被固定到固体表面，以为这些颗粒的施加提供固体支撑。“固定”表示通过压力、热或它们的组合使粘合剂附着到固体表面。
[0033]可剥落颗粒可被磨光涂布到带材的防粘侧面上以形成涂层。所述涂层可为基本上均匀的涂层，其具有 小于约100毫米、小于约50毫米、小于约10毫米、或甚至小于约I毫米的最大平均厚度。在一些实施例中，当石墨用作可剥落颗粒时，可产生厚度小于I微米的基本上均匀的涂层。
[0034]所述涂层可由干燥组合物(基本上没有溶剂存在)形成。将碳涂层作为干燥组合物施加的示例性工艺可见于例如美国专利N0.6,511,701和美国专利申请公布N0.2010/0055569(两者均属于Divigalpitiya等人)中。该工艺(稍后更详细地描述)可在基底上提供非常薄的涂层。
[0035]干燥组合物可包括可剥落颗粒和附加组分。当可剥落颗粒为碳时，它们可包括任何形式或类型的碳。可用于所提供电极中的示例性碳包括导电性碳，例如石墨、炭黑、灯黑或其它本领域中技术人员已知的导电性碳材料。通常，使用可剥落碳粒(即，在施加剪切力时破裂为薄片、鳞片、薄板或层的那些)。可用的可剥落碳粒的一个例子为HSAG300，购自瑞士博迪奥的特密高石墨和碳公司(Timcal Graphite and Carbon (Bodio, Switzerland))。其它可用的材料包括但不限于SUPER P和ENSACO (特密高公司(Timcal))。在一些实施例中，可剥落颗粒可包括高纯度合成高表面积石墨。
[0036]干燥组合物也可包括粘结剂。粘结剂可起到改善组合物对基底粘附力的作用。可用于所提供电极中的典型粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚(丙烯酸)、聚(苯乙烯磺酸)、聚羧酸以及它们的锂盐。可用的示例性粘结剂为KYNAR741 (聚偏二氟乙烯)，购自加拿大奥克维尔的Arkema公司。
[0037]也可磨光上述材料的混合物以形成所需特性的涂层。通过改变混合物中组分的比例，可获得表面特性的非常显著的变化。例如，对于石墨和聚偏二氟乙烯的混合物，通过改变材料的比率，表面电阻可从IO3欧姆/平方变化至IO11欧姆/平方。如上述例子所示，仅仅通过容易地改变组合物，人们可用该混合物制备电绝缘的、静电消散的或导电的涂层。
[0038] 所提供的方法还包括用包括颗粒的干燥组合物涂布基底，其中涂布基底包括使用施加垫在所述基底上以垂直于表面的大于O且小于约30g/cm2的压力磨光有效量的所述颗粒，所述施加垫在平行于所述表面的平面中相对于表面上的一点在多个方向上移动，使得提供所述颗粒的基本上均匀的涂层，并且其中所述颗粒具有介于0.4和3.0之间的莫氏硬度和小于约100微米的最大尺寸。因此，在所提供的方法中，以固体形式而不是液体或糊剂形式提供组合物。令人惊讶的是，已经发现不以液体或糊剂形式提供的干燥颗粒的使用对于获得该均匀性是必要的，因为非均匀性是由液体或糊剂组合物的液体载体的蒸发引入的。
[0039]莫氏硬度是指示材料硬度的标度。本发明的颗粒的硬度确立为批量的该材料的莫氏标度硬度。在以下文献中广泛报告了莫氏硬度值，包括《化学和物理的CRC手册》(CRC Handbook of Chemistry and Physics)以及《化学技术的 Kirk-Othmer 百科全书》(Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology)。为了本发明的目的，具有介于0.4和3.0之间的莫氏硬度的材料颗粒被认为是“可磨光的”。
[0040]在所提供的磨光涂布方法中，可在平行于基底表面的基底的平面中移动磨光垫。本发明中的垫的轨道运动可以其旋转轴垂直于基底或幅材进行。因此，在磨光施加的期间，垫可在多个方向上移动，在幅材移动经过施加(磨光)垫的情况下，包括横向于幅材方向的方向。
[0041]用于本发明中的施加垫可为用于将颗粒施加到表面的任何适当的材料。例如，施加垫可为织造或非织造织物或纤维素材料。作为另外一种选择，垫可为闭孔或开孔泡沫材料。在另一种替代形式中，垫可为刷子或刷毛的阵列。通常，此类刷子的刷毛具有约0.2-1.0cm的长度和约30-100微米的直径。刷毛优选地由尼龙或聚氨酯制成。优选的磨光施加装置包括泡沫垫、EZ PAINTR垫(描述于美国专利N0.3，369，268中)、羔羊毛垫、3MPERFECT IT垫等。磨光施加装置以轨道图案平行于基底的表面移动，并且其旋转轴垂直于基底的平面。磨光运动可为简单的轨道运动或无规的轨道运动。所使用的典型轨道运动在每分钟50 - 10，000轨道的范围内。涂层参数可变化以找到最佳设置，以产生所需厚度的涂层。例如，可通过改变磨光的时间来控制磨光涂层的厚度。一般来讲，涂层的厚度在一定的快速初始增加后，随着时间线性增加。磨光操作越久，涂层越厚。另外，可通过控制用于磨光的垫上的粉末量来控制涂层的厚度。本连续幅材工艺能够产生具有独特特性的涂层，其为许多市场提供显著的实用性。该工艺涉及用侧向磨光动作将粉末材料施加到幅材的底部基底。这样产生的涂层可具有各种电学、光学和装饰特征。令人惊讶的是，可用该简单、干燥、无溶剂的工艺来均匀地制备高质量薄涂层。
[0042]在由磨光涂布可剥落颗粒在带材的防粘侧面上形成涂层之后，与固体基底的平面成几乎零度至约180度的角度将带材从固体表面剥离所述角度是从平坦带材在基底上(0°角度)到其中带材被完全拉回其自身上的180°测量的。通常，当将带材从固体表面剥离时，涂层可与带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。剥离的角度可增大，直至涂层与带材的防粘侧面分离。通常，所述角度大于90°，并且甚至大于120°。在一些实施例中，所述角度相对于基底介于90°和120°之间。
[0043]图2A和2B中示出该方法。在图2A中，具有第一侧面和第二侧面的带材201包括基底204，其具有设置于其第一侧面上的粘合剂202和设置于其第二侧面上的防粘层206。带材201被附连到基底(图2A中未示出)。将可剥落颗粒(未示出)施加到防粘层206并且然后使用附接到施加柄部210的施加垫208磨光涂布。通过使施加柄部210来回移动来执行磨光涂布，以由可剥落颗粒形成薄层或涂层。在将可剥落颗粒磨光涂布在带材201的防粘侧面206上以形成薄涂层之后，以一角度(在图2B中示出为相对于基底约150度)将带材201从基底212剥离。所述剥离使得涂层与带材201的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷206a，所述涡卷可被收集。
[0044]图3A和3B示出通过所提供的方法制成的所提供的石墨涡卷的照片。在图3A和3B中，在具有9mm线条的报事贴上以不同的放大率示出涡卷。照片中的涡卷是从810MAGIC带材(购自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company, St.Paul, MN.))的后侧剥离的。在图2A中，涡卷的直径为约2-3mm。图3A在照片的右手侧示出相同的涡卷。图2A示出通过以较大的角度剥离带材而产生的具有小于1_的较小直径的涡卷。
[0045]图4为用于制备石墨涡卷的连续工艺的实施例的示意图。在该实施例中，在其内侧上具有防粘涂层的连续幅材或带材401在由箭头指示的方向上围绕惰轮412A-D按照连续环(膜)移动。在其从惰轮412C至412D的行程期间，带材401经过固体基底404之上，在该位置处，可剥落颗粒(图中未示出)被沉积在连续环的内侧的一部分上。然后，可剥落颗粒经过一个或多个基本上静止的磨光砂光机(一个示于图4中，并且包括附接到施加垫408的柄部或壳体410)下方，然后用附接到柄部410的施加垫408磨光。形成连续膜401的磨光涂布部分。当带材401 (现在包括可剥落颗粒的涂层)以一角度围绕惰轮412D经过时，涡卷406从连续膜上移除或与连续膜分离。它们从连续膜401上落下并被倾斜盘420转到容器430中， 然后该容器为涡卷的最终收集点。
[0046]所提供的用于制备涡卷的方法可产生基本上圆柱形并且具有小于约3mm或甚至小于约Imm直径的涡卷。所提供的涡卷可具有小于约I微米的厚度。可通过在其与带材分离之前对涂层进行标记或刻槽来预先确定涡卷的长度。例如，可通过用工具或刀片对涂层刻痕来实现所述标记或刻槽。在一些实施例中，涡卷的长度可为约几毫米至几厘米的长度。
[0047]在另一方面，提供一种连续制备涡卷的设备，其包括连续膜环，所述连续膜环在其内侧上具有防粘涂层。所述膜环(或带材)如上所述。提供将可剥落颗粒沉积在防粘涂层上的装置。所述装置可包括将颗粒沉积在幅材上的任何方法，例如粉末涂布、静电涂布、用自动传送带喷洒、或本领域中普通技术人员熟知的其它沉积装置。可将配有垫的一个或多个磨光砂光机设置为与沉积的可剥落颗粒的至少一部分接触。可通过驱动所述环的装置来连续驱动所述环。所述装置可包括驱动辊、辊隙、空气传输、或者本领域中普通技术人员熟知的任何驱动幅材的装置。所提供的设备还包括用于捕获从衬垫释放的涡卷的倾斜盘。
[0048]在一些实施例中，石墨涡卷由于其高热导率而可用。它们可在利用此类特性的应用中使用。
[0049]根据本文描述的制备涡卷的方法、用于制备涡卷的设备以及石墨涡卷可由许多实施例表示。
[0050]在第一实施例中，一种制备涡卷的方法包括:
[0051]提供具有第一侧面和第二侧面的带材，其中所述带材的第一侧面具有设置于其上的粘合剂，并且所述带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层；[0052]将所述粘合剂固定到固体表面；
[0053]将可剥落颗粒磨光涂布在所述带材的防粘侧面上以形成涂层；以及
[0054]将所述带材以一角度从所述固体表面剥离，
[0055]其中所述涂层与所述带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。
[0056]第二实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述涡卷包括石墨。
[0057]第三实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述粘合剂包括机械紧固件。
[0058]第四实施例为根据第二实施例制备涡卷的方法，其中所述带材包括基底，所述基底选自聚酯、纤维素、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素和聚氯乙烯。
[0059]第五实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述带材包括3M810MAGIC带材。
[0060]第六实施例为根据第三实施例制备涡卷的方法，其中所述固体表面包括玻璃、金属、聚合物、陶瓷或它们的组合。
[0061]第七实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述可剥落颗粒包括高纯度合成闻表面积石墨。
[0062]第八实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述磨光涂布被执行至少2分钟。
[0063]第九实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述带材以约O °至约180°的角度从所述固体表面剥离。
[0064]第十实施例为根据第九实施例制备涡卷的方法，其中所述带材以约90°至约150°的角度从所述固体表面剥离。
[0065]第十一实施例为根据第二实施例制备涡卷的方法，其中所述涡卷基本上为圆柱形并且具有小于约3mm的直径。
[0066]第十二实施例为根据第十一实施例制备涡卷的方法，其中所述涡卷具有小于约Imm的直径。
[0067]第十三实施例为根据第十一实施例制备涡卷的方法，其中所述涡卷具有小于约I微米的厚度。
[0068]第十四实施例为由第一至第十三实施例中任一个所述的方法制备的石墨涡卷。
[0069]第十五实施例为一种石墨涡卷，所述石墨涡卷具有小于约3mm的直径和小于约I微米的厚度。
[0070]第十六实施例为一种连续产生涡卷的方法，包括:
[0071]提供连续膜，在所述连续膜的内侧上具有防粘涂层；
[0072]使所述连续膜围绕环移动；
[0073]将可剥落颗粒沉积在所述连续膜的内侧的一部分上；
[0074]使所述可剥落颗粒经过一个或多个基本上静止的磨光砂光机下方以形成所述连续膜的磨光涂布部分；以及
[0075]通过使所述连续膜的磨光涂布部分围绕具有小半径的惰轮经过来将涡卷从所述连续膜移除。[0076]第十七实施例为根据第十六实施例的连续产生涡卷的方法，其中所述可剥落颗粒包括石墨。
[0077]第十八实施例为一种用于连续制备涡卷的设备，包括:
[0078]连续膜环，在其内侧上具有防粘涂层；
[0079]用于将可剥落颗粒沉积在所述防粘涂层上的装置；
[0080]配有垫的一个或多个磨光砂光机；
[0081]用于驱动所述连续膜环的装置；以及
[0082]用于捕获从防粘衬垫剥离的涡卷的倾斜盘。
[0083]第十九实施例为根据第十八实施例的用于连续制备涡卷的设备，其中所述可剥落颗粒包括石墨。
[0084]本发明的目的和优点进一步通过以下实例来说明，但这些实例中列举的特定材料及其量，以及其它条件和细节不应解释为不当地限制本发明。
[0085]SM
[0086]实例 I
[0087]将3M810MAG IC带材的条带固定到玻璃板上，并且将I1MCALHSAG300石墨可剥落颗粒磨光涂布在带材的防粘侧面上。完成磨光约两分钟，并且将带材如图4中所示以锐角从玻璃释放。在剥离期间，厚石墨涂层片与防粘表面分离并向内卷曲以形成如图2B中的涡卷。涡卷为由810带材的宽度确定的均匀长度(3/4’ ’或19mm)。
[0088]实例 2
[0089]在上文实例I中，剥离的角度从约90°至约30°变化，并且所得涡卷的直径从几毫米至亚毫米变化。
[0090]实例 3
[0091]用M850石墨重复实例1，并且发现产生涡卷。
[0092]实例 4
[0093]用MoSJt为磨光材料重复实例1，并且我们再次发现可用该方法制备MoS2的涡卷。
[0094]在不偏离本发明的范围和实质的情况下，对本发明的各种改进和改变对于本领域中技术人员将变得显而易见。应当理解，本发明不旨在用本文所述的示例性实施例和实例进行不当地限制，并且上述实施例和实例仅以举例的方式提出，本发明的范畴旨在仅由本文如下所述的权利要求限定。在本公开中引用的所有参考文献都以引证的方式全文并入本申请。
【权利要求】
1.一种制备涡卷的方法，包括: 提供具有第一侧面和第二侧面的带材，其中所述带材的第一侧面具有设置于其上的粘合剂，并且所述带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层； 将所述粘合剂固定到固体表面； 将可剥落颗粒磨光涂布在所述带材的防粘侧面上以形成涂层；以及 将所述带材以一角度从所述固体表面剥离，其中所述涂层与所述带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。
2.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述涡卷包括石墨。
3.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述粘合剂包括机械紧固件。
4.根据权利要求2所述的制备涡卷的方法，其中所述带材包括基底，所述基底选自聚酯、纤维素、聚 酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素和聚氯乙烯。
5.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法,其中所述带材包括3M810MAGIC带材。
6.根据权利要求3所述的制备涡卷的方法，其中所述固体表面包括玻璃、金属、聚合物、陶瓷或它们的组合。
7.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述可剥落颗粒包括高纯度合成高表面积石墨。
8.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述磨光涂布被执行至少2分钟。
9.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述带材以约0°至约180°的角度从所述固体表面剥离。
10.根据权利要求9所述的制备涡卷的方法，其中所述带材以约90°至约150°的角度从所述固体表面剥离。
11.根据权利要求2所述的制备涡卷的方法，其中所述涡卷基本上为圆柱形并且具有小于约3mm的直径。
12.根据权利要求11所述的制备涡卷的方法，其中所述涡卷具有小于约Imm的直径。
13.根据权利要求11所述的制备涡卷的方法，其中所述涡卷具有小于约I微米的厚度。
14.石墨涡卷，所述石墨涡卷由权利要求1-13中任一项所述的方法制备。
15.石墨润卷，所述石墨润卷具有小于约3_的直径和小于约I微米的厚度。
16.一种连续产生涡卷的方法，包括: 提供连续膜，在所述连续膜的内侧上具有防粘涂层； 使所述连续膜围绕环移动； 将可剥落颗粒沉积在所述连续膜的内侧的一部分上； 使所述可剥落颗粒经过一个或多个基本上静止的磨光砂光机下方以形成所述连续膜的磨光涂布部分；以及 通过使所述连续膜的磨光涂布部分围绕具有小半径的惰轮经过来将涡卷从所述连续膜移除。
17.根据权利要求16所述的连续产生涡卷的方法，其中所述可剥落颗粒包括石墨。
18.一种用于连续制备涡卷的设备，包括: 连续膜环，在其内侧上具有防粘涂层；用于将可剥落颗粒沉积在所述防粘涂层上的装置； 配有垫的一个或多个磨光砂光机； 用于驱动所述连续膜环的装置；以及 用于捕获从防粘衬垫释放的涡卷的倾斜盘。
19.根据权利要求18所述的用于连续制备涡卷的设备，其中所述可剥落颗粒包括石墨。
【文档编号】C01B31/04GK103958404SQ201280058379
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2011年11月29日
【发明者】R·迪维加尔皮蒂亚, T·J·E·克拉科 申请人:3M创新有限公司
【专利摘要】本发明提供一种制备涡卷的方法，其包括：提供具有第一侧面和第二侧面的带材，其中所述带材的第一侧面具有设置于其上的粘合剂，并且所述带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层；将所述粘合剂附连到固体表面；将可剥落颗粒磨光涂布在所述带材的防粘侧面上以形成涂层；以及将所述带材以一角度从所述固体表面剥离。所述涂层与所述带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。所述涡卷可包括石墨。本发明还提供一种制备涡卷的连续方法和设备。
【专利说明】由可剥落材料制备涡卷的方法和设备
【技术领域】
[0001]本公开涉及由可剥落材料制成的涡卷及其制备方法，以及用其制成的适形导热垫。
【背景技术】
[0002]由于其与众不同的二维各向异性特性，石墨是非常重要的材料。它是化学惰性、导电且导热的。石墨箔在本领域中是熟知的。通常，石墨箔通过几个步骤制成。首先将石墨颗粒与酸性材料(例如，浓缩的HN03和H2S04酸)一起添加，并将所得淤渣非常快速地加热至高温以使颗粒膨胀；然后将膨胀石墨相(也称为“石墨蠕虫”)轧平以形成箔。所得箔较大，柔韧且耐化学品；然而，商业箔的最小厚度为5密耳(75微米)左右。商业箔可包含从工艺步骤剩余的痕量氯和硫，其对于一些应用而言可能是不期望的。加工期间的毒性产物的散发也是可商购获得的石墨箔(例如，作为GRAF0IL(俄亥俄州莱克伍德)获得的柔性石墨)的一个问题，其可通过卷起和切割而被配置为涡卷，但可用材料的纯度和成本是问题。
[0003]已公开了用干燥颗粒涂布基底的方法。例如，美国专利N0.4，741，918 (deNagybaczon等人)公开了一种涂布工艺,其中用高能磨光轮将干燥颗粒涂布在基底上。由于使用磨光轮，该工艺固有地使颗粒在基底上沿磨光轮的行进方向取向。尽管使用所公开的方法涂布多种颗粒，但石墨不在它们之中。 [0004]美国专利N0.6，511，701 (Divigalpitiya等人)公开了一种用包含颗粒的干燥组合物涂布聚合物基底的方法。所述颗粒具有介于I和2.5之间的莫氏硬度和小于100微米的最大尺寸。用以平行于基底表面的方式移动的施加装置将颗粒在基底上磨光。所述颗粒可为石墨。
【发明内容】
[0005]使用腐蚀性化学品和高温是上述制备石墨箔的标准工艺的一部分。在几个方面，将期望寻找一种制备石墨箔的工艺或方法，其简单，收率高，并且不需要刺激性化学品。在本公开中，提供了一种非常简单、清洁的制备薄的无粘结剂的薄石墨涡卷的工艺。
[0006]在一个方面，提供一种制备涡卷的方法，其包括:提供具有第一侧面和第二侧面的带材，其中所述带材的第一侧面具有设置于其上的粘合剂，并且所述带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层；将所述粘合剂固定到固体表面；将可剥落颗粒磨光涂布在所述带材的防粘侧面上以形成涂层；将所述带材以一角度从所述固体表面剥离，其中所述涂层与所述带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。所述带材可包括机械紧固件或压敏粘合剂作为一个侧面上的粘合剂。所述可剥落颗粒可包括石墨，并且所述涡卷可为石墨涡卷。所述石墨颗粒可为高纯度合成高表面积石墨。所述带材可以约0°至约180°的角度从所述固体表面剥离。所提供的石墨涡卷可具有小于约3_或甚至小于约1_的直径。
[0007]在另一方面，提供一种连续产生涡卷的方法，其包括:提供连续膜，在所述连续膜的内侧上具有防粘涂层；使所述连续膜围绕环移动；将可剥落颗粒沉积在所述连续膜的内侧的一部分上；使所述可剥落颗粒经过一个或多个基本上静止的磨光砂光机下方以形成所述连续膜的磨光涂布部分；通过使所述连续膜的磨光涂布部分围绕具有小半径的惰轮经过来将涡卷从所述连续膜移除。
[0008]在另一方面，提供一种石墨涡卷，其具有小于约3mm的直径和小于约I微米的厚度。
[0009]在另一方面，提供一种用于连续制备涡卷的设备，其包括:连续膜环，在其内侧上具有防粘涂层；用于将可剥落颗粒沉积在所述防粘涂层上的装置；配有垫的一个或多个磨光砂光机；用于驱动所述连续膜环的装置；用于捕获从防粘衬垫剥离的涡卷的倾斜盘。所述可剥落颗粒可包括石墨。
[0010]在另一方面，提供一种用于连续制备涡卷的设备，其包括:连续膜环，在其内侧上具有防粘涂层；用于将可剥落颗粒沉积在所述防粘涂层上的装置；配有垫的一个或多个磨光砂光机；用于驱动所述连续膜环的装置；用于捕获从防粘衬垫剥离的涡卷的倾斜盘。
[0011]在本公开中:
[0012]“干燥”是指基本上不含液体；
[0013]“涡卷” 是指向内卷以形成具有螺旋横截面的基本上圆柱形形状的表面；
[0014]“基本上圆柱形”是指接近中空圆柱体，但具有螺旋横截面的管形；和
[0015]“均匀”是指在基底平面内所需维度之上涂层的厚度基本上一致。
[0016]所提供的由可剥落材料颗粒制备涡卷的方法和设备避免了腐蚀性化学品和高温的使用。该工艺简单，收率高，并且可适于连续卷对卷工艺。在本公开中，提供一种非常简单、清洁的由可剥落材料(例如，石墨)制备薄的无粘结剂的薄润卷的工艺。
[0017]以上总结并非意图描述本发明每种实施方式的每个公开的实施例。【专利附图】
【附图说明】和随后的【具体实施方式】更具体地举例说明了示例性实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1A-1D为通过所提供的方法由可剥落材料制成的涡卷的不同实施例的俯视图的示意图。
[0019]图1E为图1A中所示相同实施例的透视图。
[0020]图2A和2B为不出所提供的制备石墨润卷的两步工艺的实施例的不意图。
[0021]图3A和3B为通过所提供的方法制成的所提供的石墨涡卷的照片。
[0022]图4为用于制备石墨涡卷的设备和连续工艺的实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0023]在以下描述中，参考形成本说明书一部分的附图组，并且其中以图示的方式示出了几个具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围或实质的前提下，可设想出其它实施例并可实施。因此，以下的【具体实施方式】不具有限制性意义。
[0024]除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的所有表达特征大小、量和物理特性的数字在所有情况下应理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域中技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的期望性质而变化。通过端点使用的数值范围包括该范围内的所有数字(如，I至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的
任何范围。
[0025]提供了一种制备涡卷的方法。通过在具有第一侧面和第二侧面的带材的防粘侧面上磨光涂布可剥落颗粒来制备涡卷。然后，将涡卷与带材的防粘侧面分离。这里更详细地描述了该工艺。涡卷为具有曲率的基本上二维的薄片。可使涡卷弯曲以形成槽，或者可形成基本上圆柱形的螺旋。涡卷可具有曲率，所述曲率可限定小于约3_、小于约1_、小于约0.1mm或甚至更小的直径。涡卷的厚度可小于约1.0微米，小于约0.1微米(100纳米)，或甚至小于约10纳米。
[0026]图1A-1D为涡卷的一些实施例的示意图。图1A-1D示出根据本公开的不同类型涡卷的横截面俯视图。图1A示出具有螺旋横截面的涡卷。图1B示出在一端处具有平面部分和螺旋横截面的涡卷。图1C示出具有围绕沿着中心轴线的大空隙的螺旋横截面的涡卷。图1D为所提供的涡卷的实施例的横截面俯视图，其包括通过非螺旋截面连接的两个螺旋截面。图1E为图1A的涡卷的透视图。在一些实施例中，涡卷可具有平面的螺旋横截面，但也可叠缩以便迫使螺旋横截面为非平面。
[0027]所提供的方法包括提供具有第一侧面和第二侧面的带材。带材的第一侧面可具有设置于其上的粘合剂。粘合剂的目的在于提供一种将带材锚固到固体表面的手段。带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层。防粘涂层防止带材粘着到自身，并且还提供用于施加可剥落颗粒并将其加工成涂层的表面以及所述涂层可被分离以形成涡卷的表面。
[0028]所提供的涡卷可通过将可剥落颗粒磨光涂布在带材的防粘侧面上来制成。为了本发明的目的，术语“可 剥落颗粒”表示在施加剪切力时破裂成薄片、鳞片、薄板或层的颗粒。典型的可剥落材料包括石墨、MoS2 ( 二硫化钥)、WS2 (二硫化钨)、粘土(高岭土)和h-BN (六方氮化硼)。在一些实施例中，可剥落颗粒还可包括一些不可剥落颗粒，其可充当磨光助剂。
[0029]石墨为一种可剥落材料，其是碳的同素异形体形式之一。其由一个在另一个的顶部上堆叠的碳的六方晶格的分层平板组成。石墨是导电的并且被认为是半金属。由于其结构，其具有与众不同的电、热和声学特性，并且已发现大量应用。近来，已显示具有规则的六方晶格的碳的单层平板(并且称作“石墨烯”)具有特殊的电特性。
[0030]所提供的制备石墨涡卷的方法包括提供具有第一侧面和第二侧面的带材。带材可在一个侧面上具有防粘涂层，并且在另一侧面上具有粘合剂。在一些实施例中，粘合剂可包括机械紧固件。在其它实施例中，粘合剂可包括压敏粘合剂。带材可由能够在一个侧面上支撑并附着到防粘涂层，在另一侧面上支撑并附着粘合剂的任何材料制成。通常，带材可为金属箔、聚合物、多孔或微孔膜、织造或非织造幅材、织物、纸材、弹性体材料或泡沫。
[0031]通常，带材可包括非多孔聚合物基底，例如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素和聚氯乙烯。在一些实施例中，基底可为纸材、织造或非织造织物或泡沫，例如聚氨酯或聚苯乙烯泡沫。基底可本质上相对光滑，或者可设置有宏观或微观几何形状。带材可在带材的第一侧面上具有防粘涂层。典型的防粘涂层包括聚氨酯、聚硅氧烷和含氟聚合物。它们可被涂布在带材上并通过胶带领域中普通技术人员已知的手段附着到带材。带材还可在第二侧面上包括粘合剂。在一些实施例中，粘合剂可为机械紧固件。机械紧固件包括可重新闭合的机械紧固件，其可释放地闭合以便允许稍后重新打开。已知的可重新闭合的机械紧固件通常具有由金属或热塑性树脂加工而成的可紧固表面。此类热塑性树脂的例子包括聚酯(如，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺、聚(苯乙烯-丙烯腈)、聚(丙烯腈-丁二烯苯乙烯)、聚烯烃(如，聚丙烯和聚丙烯/聚乙烯共聚物)和增塑聚氯乙烯。可重新闭合的机械紧固件的例子包括以商品名VELCRO出售的那些并且其购自新罕布什尔州曼彻斯特的Velcro USA公司(VelcroUSA, Inc.0f Manchester, NH)。其它可重新闭合的机械紧固件以商品名SCOTCHMATE和DUAL LOCK出售，并且购自明尼苏达州圣保罗市的明尼苏达矿业&制造公司(MinnesotaMining&Manufacturing C0.0f St.Paul, MN) ?此类紧固件已被发现广泛用于紧固多种材料，例如衣服和尿布。此类紧固件的其它用途包括在飞机和汽车仪表板中附接内部面板。可重新闭合的机械紧固件还广泛用于密封食品，例如在由威斯康星州拉辛的庄臣公司(S.C.Johnson Wax)以商品名ZIPLOC出售的塑料袋中。还可想到,带材的第一侧面可具有被设计为将带材临时固定到固体表面的其它材料。例如，为了该目的可使用诸如磁吸合或电吸合材料的材料。
[0032]在一些实施例中，带材第一侧面上的粘合剂可为压敏粘合剂。压敏粘合剂可由任何聚合物制成，只要其在被施加时发粘即可。举例来说，示例性压敏粘合剂包括丙烯酸类压敏粘合剂、有机娃压敏粘合剂、增粘橡胶压敏粘合剂。带材第一侧面上的粘合剂可在施加可剥落颗粒期间被固定到固体表面，以为这些颗粒的施加提供固体支撑。“固定”表示通过压力、热或它们的组合使粘合剂附着到固体表面。
[0033]可剥落颗粒可被磨光涂布到带材的防粘侧面上以形成涂层。所述涂层可为基本上均匀的涂层，其具有 小于约100毫米、小于约50毫米、小于约10毫米、或甚至小于约I毫米的最大平均厚度。在一些实施例中，当石墨用作可剥落颗粒时，可产生厚度小于I微米的基本上均匀的涂层。
[0034]所述涂层可由干燥组合物(基本上没有溶剂存在)形成。将碳涂层作为干燥组合物施加的示例性工艺可见于例如美国专利N0.6,511,701和美国专利申请公布N0.2010/0055569(两者均属于Divigalpitiya等人)中。该工艺(稍后更详细地描述)可在基底上提供非常薄的涂层。
[0035]干燥组合物可包括可剥落颗粒和附加组分。当可剥落颗粒为碳时，它们可包括任何形式或类型的碳。可用于所提供电极中的示例性碳包括导电性碳，例如石墨、炭黑、灯黑或其它本领域中技术人员已知的导电性碳材料。通常，使用可剥落碳粒(即，在施加剪切力时破裂为薄片、鳞片、薄板或层的那些)。可用的可剥落碳粒的一个例子为HSAG300，购自瑞士博迪奥的特密高石墨和碳公司(Timcal Graphite and Carbon (Bodio, Switzerland))。其它可用的材料包括但不限于SUPER P和ENSACO (特密高公司(Timcal))。在一些实施例中，可剥落颗粒可包括高纯度合成高表面积石墨。
[0036]干燥组合物也可包括粘结剂。粘结剂可起到改善组合物对基底粘附力的作用。可用于所提供电极中的典型粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚(丙烯酸)、聚(苯乙烯磺酸)、聚羧酸以及它们的锂盐。可用的示例性粘结剂为KYNAR741 (聚偏二氟乙烯)，购自加拿大奥克维尔的Arkema公司。
[0037]也可磨光上述材料的混合物以形成所需特性的涂层。通过改变混合物中组分的比例，可获得表面特性的非常显著的变化。例如，对于石墨和聚偏二氟乙烯的混合物，通过改变材料的比率，表面电阻可从IO3欧姆/平方变化至IO11欧姆/平方。如上述例子所示，仅仅通过容易地改变组合物，人们可用该混合物制备电绝缘的、静电消散的或导电的涂层。
[0038] 所提供的方法还包括用包括颗粒的干燥组合物涂布基底，其中涂布基底包括使用施加垫在所述基底上以垂直于表面的大于O且小于约30g/cm2的压力磨光有效量的所述颗粒，所述施加垫在平行于所述表面的平面中相对于表面上的一点在多个方向上移动，使得提供所述颗粒的基本上均匀的涂层，并且其中所述颗粒具有介于0.4和3.0之间的莫氏硬度和小于约100微米的最大尺寸。因此，在所提供的方法中，以固体形式而不是液体或糊剂形式提供组合物。令人惊讶的是，已经发现不以液体或糊剂形式提供的干燥颗粒的使用对于获得该均匀性是必要的，因为非均匀性是由液体或糊剂组合物的液体载体的蒸发引入的。
[0039]莫氏硬度是指示材料硬度的标度。本发明的颗粒的硬度确立为批量的该材料的莫氏标度硬度。在以下文献中广泛报告了莫氏硬度值，包括《化学和物理的CRC手册》(CRC Handbook of Chemistry and Physics)以及《化学技术的 Kirk-Othmer 百科全书》(Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology)。为了本发明的目的，具有介于0.4和3.0之间的莫氏硬度的材料颗粒被认为是“可磨光的”。
[0040]在所提供的磨光涂布方法中，可在平行于基底表面的基底的平面中移动磨光垫。本发明中的垫的轨道运动可以其旋转轴垂直于基底或幅材进行。因此，在磨光施加的期间，垫可在多个方向上移动，在幅材移动经过施加(磨光)垫的情况下，包括横向于幅材方向的方向。
[0041]用于本发明中的施加垫可为用于将颗粒施加到表面的任何适当的材料。例如，施加垫可为织造或非织造织物或纤维素材料。作为另外一种选择，垫可为闭孔或开孔泡沫材料。在另一种替代形式中，垫可为刷子或刷毛的阵列。通常，此类刷子的刷毛具有约0.2-1.0cm的长度和约30-100微米的直径。刷毛优选地由尼龙或聚氨酯制成。优选的磨光施加装置包括泡沫垫、EZ PAINTR垫(描述于美国专利N0.3，369，268中)、羔羊毛垫、3MPERFECT IT垫等。磨光施加装置以轨道图案平行于基底的表面移动，并且其旋转轴垂直于基底的平面。磨光运动可为简单的轨道运动或无规的轨道运动。所使用的典型轨道运动在每分钟50 - 10，000轨道的范围内。涂层参数可变化以找到最佳设置，以产生所需厚度的涂层。例如，可通过改变磨光的时间来控制磨光涂层的厚度。一般来讲，涂层的厚度在一定的快速初始增加后，随着时间线性增加。磨光操作越久，涂层越厚。另外，可通过控制用于磨光的垫上的粉末量来控制涂层的厚度。本连续幅材工艺能够产生具有独特特性的涂层，其为许多市场提供显著的实用性。该工艺涉及用侧向磨光动作将粉末材料施加到幅材的底部基底。这样产生的涂层可具有各种电学、光学和装饰特征。令人惊讶的是，可用该简单、干燥、无溶剂的工艺来均匀地制备高质量薄涂层。
[0042]在由磨光涂布可剥落颗粒在带材的防粘侧面上形成涂层之后，与固体基底的平面成几乎零度至约180度的角度将带材从固体表面剥离所述角度是从平坦带材在基底上(0°角度)到其中带材被完全拉回其自身上的180°测量的。通常，当将带材从固体表面剥离时，涂层可与带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。剥离的角度可增大，直至涂层与带材的防粘侧面分离。通常，所述角度大于90°，并且甚至大于120°。在一些实施例中，所述角度相对于基底介于90°和120°之间。
[0043]图2A和2B中示出该方法。在图2A中，具有第一侧面和第二侧面的带材201包括基底204，其具有设置于其第一侧面上的粘合剂202和设置于其第二侧面上的防粘层206。带材201被附连到基底(图2A中未示出)。将可剥落颗粒(未示出)施加到防粘层206并且然后使用附接到施加柄部210的施加垫208磨光涂布。通过使施加柄部210来回移动来执行磨光涂布，以由可剥落颗粒形成薄层或涂层。在将可剥落颗粒磨光涂布在带材201的防粘侧面206上以形成薄涂层之后，以一角度(在图2B中示出为相对于基底约150度)将带材201从基底212剥离。所述剥离使得涂层与带材201的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷206a，所述涡卷可被收集。
[0044]图3A和3B示出通过所提供的方法制成的所提供的石墨涡卷的照片。在图3A和3B中，在具有9mm线条的报事贴上以不同的放大率示出涡卷。照片中的涡卷是从810MAGIC带材(购自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company, St.Paul, MN.))的后侧剥离的。在图2A中，涡卷的直径为约2-3mm。图3A在照片的右手侧示出相同的涡卷。图2A示出通过以较大的角度剥离带材而产生的具有小于1_的较小直径的涡卷。
[0045]图4为用于制备石墨涡卷的连续工艺的实施例的示意图。在该实施例中，在其内侧上具有防粘涂层的连续幅材或带材401在由箭头指示的方向上围绕惰轮412A-D按照连续环(膜)移动。在其从惰轮412C至412D的行程期间，带材401经过固体基底404之上，在该位置处，可剥落颗粒(图中未示出)被沉积在连续环的内侧的一部分上。然后，可剥落颗粒经过一个或多个基本上静止的磨光砂光机(一个示于图4中，并且包括附接到施加垫408的柄部或壳体410)下方，然后用附接到柄部410的施加垫408磨光。形成连续膜401的磨光涂布部分。当带材401 (现在包括可剥落颗粒的涂层)以一角度围绕惰轮412D经过时，涡卷406从连续膜上移除或与连续膜分离。它们从连续膜401上落下并被倾斜盘420转到容器430中， 然后该容器为涡卷的最终收集点。
[0046]所提供的用于制备涡卷的方法可产生基本上圆柱形并且具有小于约3mm或甚至小于约Imm直径的涡卷。所提供的涡卷可具有小于约I微米的厚度。可通过在其与带材分离之前对涂层进行标记或刻槽来预先确定涡卷的长度。例如，可通过用工具或刀片对涂层刻痕来实现所述标记或刻槽。在一些实施例中，涡卷的长度可为约几毫米至几厘米的长度。
[0047]在另一方面，提供一种连续制备涡卷的设备，其包括连续膜环，所述连续膜环在其内侧上具有防粘涂层。所述膜环(或带材)如上所述。提供将可剥落颗粒沉积在防粘涂层上的装置。所述装置可包括将颗粒沉积在幅材上的任何方法，例如粉末涂布、静电涂布、用自动传送带喷洒、或本领域中普通技术人员熟知的其它沉积装置。可将配有垫的一个或多个磨光砂光机设置为与沉积的可剥落颗粒的至少一部分接触。可通过驱动所述环的装置来连续驱动所述环。所述装置可包括驱动辊、辊隙、空气传输、或者本领域中普通技术人员熟知的任何驱动幅材的装置。所提供的设备还包括用于捕获从衬垫释放的涡卷的倾斜盘。
[0048]在一些实施例中，石墨涡卷由于其高热导率而可用。它们可在利用此类特性的应用中使用。
[0049]根据本文描述的制备涡卷的方法、用于制备涡卷的设备以及石墨涡卷可由许多实施例表示。
[0050]在第一实施例中，一种制备涡卷的方法包括:
[0051]提供具有第一侧面和第二侧面的带材，其中所述带材的第一侧面具有设置于其上的粘合剂，并且所述带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层；[0052]将所述粘合剂固定到固体表面；
[0053]将可剥落颗粒磨光涂布在所述带材的防粘侧面上以形成涂层；以及
[0054]将所述带材以一角度从所述固体表面剥离，
[0055]其中所述涂层与所述带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。
[0056]第二实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述涡卷包括石墨。
[0057]第三实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述粘合剂包括机械紧固件。
[0058]第四实施例为根据第二实施例制备涡卷的方法，其中所述带材包括基底，所述基底选自聚酯、纤维素、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素和聚氯乙烯。
[0059]第五实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述带材包括3M810MAGIC带材。
[0060]第六实施例为根据第三实施例制备涡卷的方法，其中所述固体表面包括玻璃、金属、聚合物、陶瓷或它们的组合。
[0061]第七实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述可剥落颗粒包括高纯度合成闻表面积石墨。
[0062]第八实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述磨光涂布被执行至少2分钟。
[0063]第九实施例为根据第一实施例制备涡卷的方法，其中所述带材以约O °至约180°的角度从所述固体表面剥离。
[0064]第十实施例为根据第九实施例制备涡卷的方法，其中所述带材以约90°至约150°的角度从所述固体表面剥离。
[0065]第十一实施例为根据第二实施例制备涡卷的方法，其中所述涡卷基本上为圆柱形并且具有小于约3mm的直径。
[0066]第十二实施例为根据第十一实施例制备涡卷的方法，其中所述涡卷具有小于约Imm的直径。
[0067]第十三实施例为根据第十一实施例制备涡卷的方法，其中所述涡卷具有小于约I微米的厚度。
[0068]第十四实施例为由第一至第十三实施例中任一个所述的方法制备的石墨涡卷。
[0069]第十五实施例为一种石墨涡卷，所述石墨涡卷具有小于约3mm的直径和小于约I微米的厚度。
[0070]第十六实施例为一种连续产生涡卷的方法，包括:
[0071]提供连续膜，在所述连续膜的内侧上具有防粘涂层；
[0072]使所述连续膜围绕环移动；
[0073]将可剥落颗粒沉积在所述连续膜的内侧的一部分上；
[0074]使所述可剥落颗粒经过一个或多个基本上静止的磨光砂光机下方以形成所述连续膜的磨光涂布部分；以及
[0075]通过使所述连续膜的磨光涂布部分围绕具有小半径的惰轮经过来将涡卷从所述连续膜移除。[0076]第十七实施例为根据第十六实施例的连续产生涡卷的方法，其中所述可剥落颗粒包括石墨。
[0077]第十八实施例为一种用于连续制备涡卷的设备，包括:
[0078]连续膜环，在其内侧上具有防粘涂层；
[0079]用于将可剥落颗粒沉积在所述防粘涂层上的装置；
[0080]配有垫的一个或多个磨光砂光机；
[0081]用于驱动所述连续膜环的装置；以及
[0082]用于捕获从防粘衬垫剥离的涡卷的倾斜盘。
[0083]第十九实施例为根据第十八实施例的用于连续制备涡卷的设备，其中所述可剥落颗粒包括石墨。
[0084]本发明的目的和优点进一步通过以下实例来说明，但这些实例中列举的特定材料及其量，以及其它条件和细节不应解释为不当地限制本发明。
[0085]SM
[0086]实例 I
[0087]将3M810MAG IC带材的条带固定到玻璃板上，并且将I1MCALHSAG300石墨可剥落颗粒磨光涂布在带材的防粘侧面上。完成磨光约两分钟，并且将带材如图4中所示以锐角从玻璃释放。在剥离期间，厚石墨涂层片与防粘表面分离并向内卷曲以形成如图2B中的涡卷。涡卷为由810带材的宽度确定的均匀长度(3/4’ ’或19mm)。
[0088]实例 2
[0089]在上文实例I中，剥离的角度从约90°至约30°变化，并且所得涡卷的直径从几毫米至亚毫米变化。
[0090]实例 3
[0091]用M850石墨重复实例1，并且发现产生涡卷。
[0092]实例 4
[0093]用MoSJt为磨光材料重复实例1，并且我们再次发现可用该方法制备MoS2的涡卷。
[0094]在不偏离本发明的范围和实质的情况下，对本发明的各种改进和改变对于本领域中技术人员将变得显而易见。应当理解，本发明不旨在用本文所述的示例性实施例和实例进行不当地限制，并且上述实施例和实例仅以举例的方式提出，本发明的范畴旨在仅由本文如下所述的权利要求限定。在本公开中引用的所有参考文献都以引证的方式全文并入本申请。
【权利要求】
1.一种制备涡卷的方法，包括: 提供具有第一侧面和第二侧面的带材，其中所述带材的第一侧面具有设置于其上的粘合剂，并且所述带材的第二侧面具有设置于其上的防粘涂层； 将所述粘合剂固定到固体表面； 将可剥落颗粒磨光涂布在所述带材的防粘侧面上以形成涂层；以及 将所述带材以一角度从所述固体表面剥离，其中所述涂层与所述带材的防粘侧面分离并向内卷曲以形成涡卷。
2.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述涡卷包括石墨。
3.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述粘合剂包括机械紧固件。
4.根据权利要求2所述的制备涡卷的方法，其中所述带材包括基底，所述基底选自聚酯、纤维素、聚 酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素和聚氯乙烯。
5.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法,其中所述带材包括3M810MAGIC带材。
6.根据权利要求3所述的制备涡卷的方法，其中所述固体表面包括玻璃、金属、聚合物、陶瓷或它们的组合。
7.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述可剥落颗粒包括高纯度合成高表面积石墨。
8.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述磨光涂布被执行至少2分钟。
9.根据权利要求1所述的制备涡卷的方法，其中所述带材以约0°至约180°的角度从所述固体表面剥离。
10.根据权利要求9所述的制备涡卷的方法，其中所述带材以约90°至约150°的角度从所述固体表面剥离。
11.根据权利要求2所述的制备涡卷的方法，其中所述涡卷基本上为圆柱形并且具有小于约3mm的直径。
12.根据权利要求11所述的制备涡卷的方法，其中所述涡卷具有小于约Imm的直径。
13.根据权利要求11所述的制备涡卷的方法，其中所述涡卷具有小于约I微米的厚度。
14.石墨涡卷，所述石墨涡卷由权利要求1-13中任一项所述的方法制备。
15.石墨润卷，所述石墨润卷具有小于约3_的直径和小于约I微米的厚度。
16.一种连续产生涡卷的方法，包括: 提供连续膜，在所述连续膜的内侧上具有防粘涂层； 使所述连续膜围绕环移动； 将可剥落颗粒沉积在所述连续膜的内侧的一部分上； 使所述可剥落颗粒经过一个或多个基本上静止的磨光砂光机下方以形成所述连续膜的磨光涂布部分；以及 通过使所述连续膜的磨光涂布部分围绕具有小半径的惰轮经过来将涡卷从所述连续膜移除。
17.根据权利要求16所述的连续产生涡卷的方法，其中所述可剥落颗粒包括石墨。
18.一种用于连续制备涡卷的设备，包括: 连续膜环，在其内侧上具有防粘涂层；用于将可剥落颗粒沉积在所述防粘涂层上的装置； 配有垫的一个或多个磨光砂光机； 用于驱动所述连续膜环的装置；以及 用于捕获从防粘衬垫释放的涡卷的倾斜盘。
19.根据权利要求18所述的用于连续制备涡卷的设备，其中所述可剥落颗粒包括石墨。
【文档编号】C01B31/04GK103958404SQ201280058379
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2011年11月29日
【发明者】R·迪维加尔皮蒂亚, T·J·E·克拉科 申请人:3M创新有限公司
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