形成多层脱模衬垫的方法及用此方法形成的衬垫的制作方法

专利名称：形成多层脱模衬垫的方法及用此方法形成的衬垫的制作方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及具有压敏粘结剂(PSA)结构的脱模表面。更具体地说，本发明涉及多层脱模衬垫及其生产方法。
背景技术：
压敏粘结剂结构如标签一般包括面材或标签表面、粘附在面材上的粘结剂组合物和脱模衬垫。粘结剂组合物一般涂覆在衬垫的含硅酮的脱模表面上。PSA也可以直接涂覆在面材上，然后层压为脱模衬垫。在这些组合中，脱模衬垫在标签使用前保护PSA，在将标签用于另一表面上时立即脱除。另外，脱模衬垫有利于经济地生产标签卷或标签薄片。脱模衬垫还可作为自动贴标签操作中分发标签和在EDP领域中进行计算机打印标签的载体。脱模衬垫的性能属性对于粘胶标签的生产和最终用途都很关键。
在传统实践中，脱模衬垫作为硅酮层提供在具有高不渗透性的纸或膜表面上，即，上面沉积有硅酮层的纸的表面不能渗透硅酮。这是优选的，因为在脱模衬垫中硅酮往往是昂贵的组分，因此需要使硅酮的涂覆量最小化。为了达到这一目的，需要提供对硅酮的吸收比常规透孔纸小得多的表面，所以传统上用于生产脱模衬垫的是高质量纸如超级砑光或致密光泽纸。但是，使用这些高质量纸将增加最终产品粘结剂结构的成本，因为这些纸一般比常规透孔纸贵得多。
目前可接受的一种将硅酮脱模组合物施加到高不渗透性纸上的方法是溶剂涂覆。对环境的日益关注使得在将基于硅酮的溶剂施加在高不渗透性衬背纸或其它材料上中使用的溶剂的回收有非常严格的规定。一种替代方法是使用100％的硅酮脱模组合物。提供的这些硅酮具有适用于辊涂技术的粘度(通常＜2000cps)。当施加在多孔低成本纸如机制(MF)或机械抛光(MG)纸上时，这些材料浸入纸内(渗入纸表面)，不能有效地覆盖纸纤维，除非使用过量的昂贵硅酮。对纸纤维的无效覆盖不能提供合适的用于PSA领域的脱模衬垫，特别是当高速转化性是必要性能属性时。
一种提议的解决这些问题的现有技术是使用已预先涂覆有包括便宜填料的支撑层的低成本透孔纸，然后在支撑层上涂覆硅酮层。
支撑层的填料流入透孔纸表面的孔和空隙中，如果将硅酮直接涂覆在这种纸上，则纸表面将吸收硅酮。因此，在形成适当的脱模表面时只需要少量硅酮。该方法的例子公开在授权于Patterson的美国专利4859511中。
但是，该现有技术中的方法也有很多缺点。首先，因为该现有技术中的方法需要两个涂覆步骤，所以会产生附加成本。在该现有技术中，必须首先涂覆支撑层、然后干燥，在涂覆硅酮前将其固化或硬化。否则，各个层可能混合或破坏。第二，因为需要两个独立的涂覆步骤，所以形成脱模衬垫时需要更长的时间。这些附加的工艺费用将在一定程度上抵消结合低成本透孔纸使用支撑层时材料方面的节省。
因此，目前需要改进的形成多层脱模表面的方法，其中，支撑层和硅酮层结合使用，形成脱模衬垫。

发明内容
发明概述本发明有利地提供一种能够有效地生产多层脱模衬垫的方法，以克服现有技术中的方法所带来的问题。本发明是通过提供基本上同时在基底上涂覆支撑层和脱模层的方法来取得这些优点的。这样就取消了独立的涂覆步骤，相应地节省了时间和费用。
一般来说，可以用至少两种不同的涂覆方法达到这些有益效果。第一种达到这些效果的方法是改进涂覆支撑层和脱模层(如硅酮层)时使用的模具，使该模具在一个涂覆站能够基本上同时分送两层的流体。该模具将支撑层发送到基底上，基本上同时将脱模层发送到支撑层上。不需要为防止这些层混合而单独进行干燥、硬化或固化步骤。通过控制模具和基底间的涂覆间隙可以优化改进模具的工艺条件以使这些层最稳定和最有效地沉积。在一些实施方案中，可以使用在双模上应用受控真空的涂覆工艺以改进涂覆效率、增加涂层公差以及使涂覆在基底上的涂覆流体的渗透量更少。还可以认为用双模同时涂覆支撑层和含硅酮层得到的多层脱模表面具有独特的形态和有益性能。
为了形成多层脱模表面，还可以用幕涂法同时涂覆支撑层和脱模层。例如，对滑动涂覆模具进行改进，使其有两个狭槽，上狭槽计量脱模层，下狭槽计量支撑层。脱模层和支撑层在模具工作面上结合后作为多层液体薄片落到移动的基底上。模具和基底的距离可以是5cm-50cm，更优选10cm-30cm。幕涂技术的优点是不需要精确地优化模具和基底之间的涂覆间隙以产生高速涂覆，并且易于达到高的涂覆速度。
至于用双模的同时涂覆，本发明提供的方法能够以稳定的涂覆状态精确地控制支撑层和含硅酮层之间的界面或“分离流线”，因为这些层都涂覆在基底上。与单层涂覆不同，流动的稳定性(即，倾向于稳定的二维流动)，特别是两层之间分离流线处流动的稳定性极其重要。有利的是，可以用该方法基本上同时在衬背上涂覆支撑层和在支撑层上涂覆含硅酮的脱模层。本申请中用“基本上同时”表示在一个涂覆站沉积两个或多个层时，不对支撑层进行中间干燥、固化或硬化步骤。对于模具涂覆，一个涂覆站优选包括上述的双模，尽管这对于本发明来说不是必需的，例如，一个涂覆站可以包括两个独立的相距很近的模具以达到双模的优点。
本发明的双模法涉及许多预备步骤，其顺序并不是特别重要。这些步骤包括对用于涂覆的液体的某些参数的分析、对模唇几何形状的特殊和精确地设计、以及相对于移动网(moving web)的模具的组装或构建。为了成功地实现多层双模涂覆，在进行完这些步骤后可以制备许多实验用脱模表面涂层以确定操作窗口。为了进行批量生产的涂覆作业，即使在该窗口内还可以确定更高质量的窗口。这些步骤有助于产生稳定的二维流动。
不稳定的流动会随着时间而改变其流动曲线。这将在流动曲线中造成无规波动或规则振动，从而在横截面的膜结构中造成不规则性。另外，在不稳定状态下涂覆工艺中的轻微波动都有可能放大，而不会迅速衰退到像稳定流动那样的稳定状态。同样，三维流动可能使两层产生不希望的混合、或导致交合丝、不均一的层厚度及其它缺陷如不连续的层或孔洞等。在稳定的二维流动中，每一层都具有更大的均一性，从而生产出具有更高一体性和性能的产品。另外，如果流动产生波动，这种类型的流动会迅速返回到其稳定的二维流动性能，因此使产品中的任何缺陷最小化。
本发明的双模形式的涂覆方法通过控制流体在其最上游处的界面(在本申请称之为分离流线或分离线)得到稳定的二维流动。从移动网意义上将该线定义为底部流动层(即，支撑层)的最上面流线和顶部流动层(即，含硅酮的脱模层)的最下面流线相遇处的交合丝线。
从相反方向看，分离线可看作是两种流体与模唇的分离处。尽管分离线完全横穿该网，当从侧面显示模具/网界面时，分离线看起来象是一个点。如上所述，该分离线发生在底层和顶层的流体交汇处的下游狭槽或加料间隙的出入口区域。为了便于叙述，这个区域在本申请中称为“界面区域”。应当理解的是如果两层的交汇流动在该界面区域内，更特别的是在分离线上是稳定和二维的，则很可能在整个涂覆工艺中能够保持这种流动性能。从而可以生产改进的最终产品。
为了在分离线处得到这种有利的流动性能，借助本发明的多层涂覆方法将该线定位在模具中唇的下游角处。该角表示一条直的、横跨模具的二维线。因此，如果分离线在该角处，则可以确保得到稳定的二维流动。因此，该角在本申请中称为“稳定点”。另一方面应当意识到不稳定的或三维流动状态可以使分离线发生在界面区域中的几个位置处。例如，底层流体中的“回流”可能使顶层流体拉回上游，使其从中唇下面的位置处分离。同样，顶层中的旋涡或其它滞流会使顶层在顶层流的加料间隙内的一个位置处与中唇分离。
在本发明中，在双模界面区域内能够得到稳定的二维流动性能部分是因为调节压力梯度的方法使分离线位于稳定点上。根据本发明的一种方法，压力梯度可以通过设计和组装具有特定中唇几何形状的模具调节。压力调节方法有助于将分离线销定或锁定在稳定点上。这可以如其名称所示通过调节界面区域内的压力梯度达到。正如大家所公知的那样，该区域内压力梯度在很大程度上取决于涂覆间隙及其与下游膜厚度的关系。根据复杂但易于理解的流体力学原理，在珠体内特定纵向部分处产生的压力梯度与该点处的涂覆间隙及该流体的下游膜厚度有关。但是，在分析时必须特别小心。事实上，对于单层涂覆来说，这种分析更直接，因为只有一个流体和一个下游膜厚度。但是，对于多层涂覆工艺来说，存在两个或多个流体。因此，在给定点处调节流体中的压力梯度时，为了得到正确的模唇设计和位置参数，必须对该点处的涂覆间隙及该流体形成的多层的下游膜厚度进行分析。
因此，对特定流体内压力梯度的分析，特别是对界面区域内组合流体的压力梯度的分析非常复杂。
本发明的双模方法设计的中唇和下游模唇的几何形状使流体内的压力梯度与稳定点处的分离线相吻合。在该方法的另一个方面，中唇可略微向网处延伸。因此，中唇和下游模唇的设计形成的曲线表示在网移动方向上远离网的一个台阶。该台阶的形状可以是平面，也可以与网平行，还可以与网呈一定的角度。甚至可以有其它设计。只有使某些压力梯度保持在界面区域内，特别是沿从稳定点向中唇上游角的涂覆间隙保持时才是很重要的。
我们已经观察到当涂覆多层粘结剂组合物时，台阶的大小可以是0至约100微英寸。但是，对于双模涂覆支撑层和含硅酮层来说，优选尽量减小该台阶，或消除该台阶。因此，对于这些多层脱模系统来说，目前优选使所有的台阶都是0至约50微米，最佳的台阶大小接近零。以这种方式使台阶最小化或使其消除能够优化用于硅酮脱模系统的多层涂覆工艺。
当使用台阶设计时应当意识到模唇台阶设计影响界面区域内的中唇和下游模唇下的涂覆间隙。因为中唇向网阶跃，所以中唇下的涂覆间隙小于下游模唇下的涂覆间隙。因此对于大多数多层涂覆来说，如果模具相对于网的位置合适，则中唇下的压力梯度是接近零的非常小的正值，而下游模唇下的压力梯度是负值。当使用这些具有这样的压力梯度差的台阶模时，下游模唇下的涂覆间隙可以是膜厚度的2-3倍，相应的中唇下的压力梯度再次从小的正值变为零。另外，这种关系至少存在于接近下游进料间隙口的界面区域内。由于其它模唇设计(如倾斜)和对模具迎角的调节使得中唇下的压力梯度和下游模唇下的压力梯度之间的关系常发生变化。但是，在界面区域内重要的是该区域处或正好其上游的压力梯度在网移动方向上不能连续为正值。
如果该区域内的压力梯度太高，则流体内可能产生某些不稳定因素，导致涂覆缺陷。例如，在不进行合适的压力梯度调节时，底层流体在中唇下会“回流”。例如，如果中唇中向下的台阶没有合适地调节且该区域内有过大的涂覆间隙就会发生这种情况。当中唇和下游模唇的台阶最小化时，对于双模涂覆多层硅酮脱模系统来说就能够得到要求的压力梯度。另外，中唇和下游模唇的涂覆间隙可以是总湿膜厚度的2-3倍。较大的涂覆间隙将导致底层流体中很大正值的压力梯度，使其在转向下流之前实际上向上游流动了很短的距离，产生流体的“回流”。底层流体中这种回流的最严重的一个缺点是可能将顶层流体上游拉到中唇下，并远离稳定点。从而使分离线向上游移动，无法确保以直线和稳定的方式形成分离线。因此，这两层在其界面处的混和与扩散将增加。另外，流体可能染色或起泡。回流还可能导致其它缺陷。回流有两种类型开环和闭环。开环回流的破坏性小，因为所有进入其中的流体在继续流向下游前停留很短时间后就离开(低“停留时间”)。但是，闭环回流产生很长的停留时间，这是因为闭环将流体捕获在其中。另外，大家都知道所有的回流都倾向于具有三维流体性能。
另一方面，中唇下的压力梯度不能太大(例如，如果该区域的涂覆间隙过小，可能会发生这种情况)。大的压力梯度很可能造成流体上游泄漏。另外，如前所述，大的压力梯度可能产生大的剪切应力及其它对涂覆性能有害的影响。
我们还观察到将中唇置于适当的涂覆间隙处并使下游模唇远离网可以得到设计成中唇的台阶。但是，这个参数也需要折衷。如果下游模唇下的涂覆间隙由此变得太大，则可能在顶层流体中产生回流或旋涡。另外一种可能发生的缺陷是大家都知道的“振荡(chatter)”或液珠的二维振动。
因此，本发明的双模方法的重要优点是在涂覆多层硅酮系统时能够在界面区域前产生合适的压力梯度。但是，如上所述，这一优点只有在模具相对于网正确设置以使其具有适当的涂覆间隙性能时才能得到。优选地是，我们已经发现应当设置模具使中唇下(特别是界面区域内)的涂覆间隙约为下游模具底层湿膜(干燥前)厚度的2-3倍。但是应当再次强调的是，该厚度是底层厚度，只有底层厚度用中层下面的该特定流体涂覆。同样，下游模唇下(特别是界面区域内)的涂覆间隙应当比下游湿膜厚度的一倍大，而不大于其三倍，以在模唇下产生最小的压力，从而使流入纸内的材料量最小化。在后一种情况下，该厚度是这两层和任一上述层的组合厚度。因此应当理解的是，这些原则适用于多层涂覆任意数目的层，术语“底层”和“顶层”表示任意两个相邻的层。还应当认识到这些关系会因为液体的非牛顿性能及其它变量而略微有变化。
另一方面，本发明的方法能够优化双模多层涂覆工艺。在该方法的一个方面中，中唇和下游唇都是平面或相互平行。因此，通过调节模具迎角可以达到下游唇的收敛。但是，在该方法的另一个方面中，通过倾斜下游模唇使其具有一定程度的收敛，甚至在不对迎角进行任何调节的情况下都可以促进对涂覆工艺的优化。这种改进可以增加模具的“操作窗口”。这意味着即使不能对某些涂覆参数进行精确控制也能进行成功地涂覆。另一方面，较大的操作窗口增加了进行最佳涂覆的更好质量的窗口的机会。另外，大的操作窗口使不太熟练或经验较少的技术人员能够成功地进行涂覆操作。另外可以生产由更宽范围的液体构成的产品，甚至单层产品。
在本发明的另一方面中，上游模唇也设计为使其相对于中唇向网阶跃。这也能够增加上游方向上的压力梯度并且有助于密封模唇下的液珠以避免上游泄漏。在上游模唇下的底层中总是存在回流。但是，这种回流一般是开放式的，因此不会对底层质量产生副作用。上游模唇可以是“平面”，也可以与网平行，还可以倾斜或与网呈一定的角度。从移动网意义上来说倾斜优选意味着分歧。这种曲线给出了上游方向上正的压力梯度，这有助于进一步密封液珠。
当本发明方法中的上游模唇和下游模唇都是倾斜的时候，优选使中唇保持近于平面(从这个意义上来说，中唇与网大致平行，不用考虑任何曲面)。即使在操作中这也能够达到，因为由于上述模唇的倾斜使得对迎角的调节最小化。平面的中唇和适当的涂覆间隙对流体产生零压力梯度，如上所述，这有利于避免回流，还能降低剪切率和剪切应力。平面的中唇还有降低上游泄漏危险性的优点。另外，这种中唇的生产成本最高，因此，不倾斜还有助于降低成本。
应当注意的是，为了取得本发明的优点可能还有其它几何形状的模唇。可能还有其它调节压力的方法。
在本发明的另一方面中，将模唇，特别是中唇和下游模唇设计成特定长度也可以进行压力梯度调节。即，应当意识到，如果调节模具的迎角，则模唇长度将影响涂覆间隙。一般来说，当迎角是负值时(在下游方向上带网的模唇收敛)，每一个模唇的上游部分的涂覆间隙都大于每一个模唇的下游部分的涂覆间隙。当考虑到支撑轧辊的曲率时这特别正确。如上所述，如果涂覆进行太大，则由于不合适的压力梯度会造成回流，从而失去对分离线位置的控制，并导致差的涂覆质量。
另外，如上所述，主要因为快速移动网而使流体经受液珠内的剪切应力。即使剪切率对流体性能来说可以忍受，但是经受剪切力对液体质量也有破坏作用。模唇越长，液体经受剪切应力的时间越长。因此，设计模唇的几何形状时考虑到产生涂覆间隙的模唇长度及剪切应力很重要。
因此，本发明方法的一个重要方面是尽量缩短模唇长度，但又要使其长度足以形成稳定的直线流。也许最重要的模唇长度是下游模唇的长度。下游模唇的长度必须足以形成流体。下游模唇的长度可以为0.1-3.0mm，优选约0.8-1.2mm。中唇长度也可以为0.1-3.0mm，但优选约0.3-0.7mm。另一方面，上游模唇长度可以更长，不会破坏液体中的剪切应力，因为其行程缩短。另外，更长的上游模唇有助于密封液珠。因此，上游模唇长度为1.0-3.0mm时是有利的，但是优选1.5-2.5mm。
因此，本发明的多层涂覆方法有一个下游加料间隙区，其特征是具有在底层(包括所有上述涂层)和顶层之间的界面处能够产生稳定流的压力梯度。对于上述实施方案，该压力梯度是通过组合中唇和下游模唇的几何形状取得的，这将在界面区形成足够大的压力梯度，该正值的压力梯度又不会大到产生回流的程度。
除了正确地设计模唇几何形状和组装、建造网的模具以得到合适的涂覆间隙外，本发明的方法还涉及对要涂覆到网上的液体的某些流体参数的认真分析。具体来说，本发明的方法涉及对两种液体的相对粘度的分析。优选地是，顶层液体的粘度应当大于底层液体的粘度。更具体地说，顶层粘度最好比底层粘度大约30％；但是，当顶层粘度比底层粘度大约50％而小于100％(或者甚至更大)时能够成功地进行多层涂覆。但是，本领域普通技术人员应当认识到对于给定的一系列涂覆参数，这些范围可以改变，甚至可以超出其边界。
为了使该工艺得到稳定的二维流体，这种粘度差很重要。但是，因为该流体要经受如此高的剪切率，所以在进行粘度分析时必须考虑这样的剪切率造成的粘度变化。因此，例如因为剪切稀化使得所有涂覆的液体粘度变化几个数量级的毫帕.秒(mPa.s)。同时，本发明涉及的涂膜参数使剪切率变化四个或更多个数量级。具体来说，在这样的涂覆条件下可能要经受大于1000s-1的剪切率。因此，涂覆液体的相对粘度应当在这些更高剪切率下进行比照。
另外应当分析各种液体的表面张力，顶层液体的表面张力优选小于底层液体的表面张力。这种情况有助于避免在相对于底层的顶层中形成空隙，去湿现象可能形成这样的空隙。
一旦对模唇几何形状的设计和相对于模具的设定及对液体参数的分析完成以后，本发明的另一个重要方面是实验确定成功地进行涂覆的操作参数面积。该面积常称为“涂覆窗口”，可以用涂覆间隙与模具迎角的关系的座标图定义。因此，为了确定涂覆窗口，以变化的涂覆间隙和迎角实验性地涂覆两种液体的样品，观察涂覆质量。注意充分涂覆的面积，该面积包括涂覆质量非常高的面积(通常是总涂覆窗口的子集)。涂覆窗口优选尽可能大，使得不精确的涂覆间隙和/或迎角不会造成涂覆缺陷或产品退化。为了给涂覆窗口增加另外一个标准，还要将实验的同样液体在各种粘度下进行实验。
一旦确定了涂覆窗口，优选在迎角范围的中间点处和接近最大涂覆间隙和迎角处进行涂覆生产。
当用双模同时涂覆支撑层和脱模层时，得到的多层脱模表面具有几个所需的特征。首先，因为支撑层和硅酮层基本上同时作为液体涂覆，所以支撑层和硅酮层之间的界面不清晰和不明显，好像支撑层在涂覆硅酮层之前已经固化或硬化。这在某些应用领域是有利的，因为两层之间分散的增加能够促进硅酮层粘结在支撑层上，从而能够降低硅酮层脱落或与支撑层分离的倾向。第二，因为本发明的方法严格地控制了支撑层和硅酮层的涂覆参数，所以两层之间的分散度减小到支撑层和硅酮层粘结在一起所必需的程度，同时又没有过多地浪费分散在支撑层中的硅酮。最后，可以用双模涂覆法形成来自支撑层和脱模层的多层脱模表面，而用幕涂法时因为表面能差别太大从而无法形成稳定的幕布。
可以用几种方法表征本发明的包括多层脱模表面的支撑层和硅酮层的改进的分散性能。一种优选方法是使用透射电子显微镜(TEM)。当用TEM表征现有技术中的多层脱模系统和本发明的双模构造时，可以观察到这两种方法都形成了两个截然不同的包括支撑层和硅酮脱模层的层。但是，现有技术涂覆的两个层的边界非常清晰，这表明支撑层和硅酮脱模层之间的混合非常少。相反，本发明的多层脱模构造的TEM扫描图显示虽然也有轮廓明显的边界，但是在支撑层中有少量硅酮，这表示在两层之间有所需要的粘结。
总之，本发明的方法提高了多层脱模表面的涂覆工艺的优化性能。为了生产多层脱模表面，可以用各种涂料和基底在透孔纸表面上应用该方法，其脱模性能与在高质量纸上生产的脱模表面的脱模性能相等或更好。
附图简述

图1是可用在本发明方法中的多层模具的透视图，该模具邻近围绕支撑轧辊移动的移动网。
图2是要用本发明的方法涂覆在网上的三种样品液体的剪切率和粘度关系的座标图。
图3是要涂覆的不同样品液体的剪切率和粘度关系的第二个座标图。
图4是单层模具和移动网之间形成的涂覆间隙的特写横截面图，用于说明用在本发明方法中的某些流体力学原理。
图5a-5d是对在某些涂覆条件下图4中所示的涂覆间隙内形成的速度曲线的示意性说明。
图6是图1中所示的多层模具的涂覆间隙的特写横截面图，用于进一步说明本发明的方法对各种涂覆参数的调节。
图7是图6中所示的涂覆间隙的界面区的特写横截面图，用于更详细说明模唇几何形状和本发明的涂覆间隙调节步骤之间的关系。
图8是对如果不按照本发明方法的步骤进行则底层液体中可能发生的回流的示意性说明。
图9是对如果不按照本发明方法的步骤进行则底层液体中可能形成的旋涡的示意性说明。
图10是图7所示多层模具的特写横截面图，用于说明用相对于网的负迎角调节模具的步骤。
图11是对当图10所示的负迎角调节导致模唇上游部分处的涂覆间隙过大时模唇下可能发生的回流的示意性说明。
图12是一个特写横截面图，用于说明在本发明的方法中倾斜上游模唇和下游模唇的步骤。
图13是如果没有用本发明的方法合适地调节加料间隙大小时可能发生在加料间隙内的回流的示意图。
图14是涂覆间隙和迎角关系的座标图，用于说明在特定系列涂覆参数下实验性确定成功涂覆窗口和质量窗口的步骤。
图15是在支撑层上湿罩湿印花两通道涂覆含硅酮层产生的对比实施例的横截面的TEM(放大6700倍)。
图16和17是本发明的多层脱模表面的横截面的TEM(放大3700倍)。
图18是在干燥的支撑层上涂覆硅酮层产生的对比实施例的横截面的TEM(放大2700倍)。
图19A-C是真空辅助模具涂覆工艺的原理图。
图20是适用于辅助模具涂覆的真空箱的横截面图。
图21是可以用于形成多层脱模表面的幕涂模具的示意性横截面图。
图22是幕涂法形成的多层脱模表面的横截面的TEM。
本发明方法的详述在详述本发明方法的各种步骤前，应当注意的是，该方法并不限于涂覆只有两层的脱模表面，而是还包括涂覆可加入脱模衬垫中的任意数目的多层。因此，不应当认为附图和说明书限定了本发明方法的保护范围；另外，除非特别指出，该方法不应当限定为任何特定的步骤顺序。
本发明的同时涂覆法可有利地使用各种不同的基底、支撑层填料组合物和硅酮材料。例如，应用于支撑层和硅酮层的基底可以是机制或机械抛光纸，如购自Wasau Technical Papers的RL-541、购自Crown Van-Gelder的Data-60和-70、购自Ahistrom Paper Group的AT-45和AT-70、购自Georgia Pacific vellumina papers的Willamette paper#50 EDP、购自Gascogne Paper Company的NL-60，也可以使用任何其它种类的相对多孔的透孔纸。可以使用的其它纸包括袋纸、砑光和非砑光的粘土涂层纸、乳胶饱和纸等。尽管使用较便宜的透孔纸时本发明具有节约成本的优点，但是应当意识到本发明也可以使用较贵的精制纸基底，包括公知具有高不渗透性的那些纸基底。
另外，基底可以包括非纸材料，如聚合物膜，包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚酯膜，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚硫化物、聚酰胺和尼龙聚合物。合适的基底还可包括上述聚合物的组合物，包括纸和聚合物基底的组合物。当使用非纸材料时，基底厚度优选约为35-100微米，更优选35-65微米，这样更易于使用传统的涂料机、加工纸机和分配机。本领域普通技术人员应当意识到还优选特定的基底以提供能很好地粘结在支撑层的填料上的表面，使得到的结构不会分层。
如上所述，支撑层施加在基底表面上，流入构成基底表面的的小孔和开孔内。支撑层包括低成本的填料。在本发明中可以使用宽范围的填料形成支撑层。选择的填料应当很好地粘结在基底上，正如本领域普通技术人员所知道的那样，在基底上涂覆的填料快速封闭纸孔。另外，填料应当能够用下面概述的原理由双模或幕涂模具导出。出于这些目的，已经发现适用于本发明的填料可以包括乳胶、可交联乳胶、水溶性聚合物如聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)的乳液或水分散液，还可包括无机化合物和填料如碳酸钙。非限定性的代表性填料包括丁苯乳胶、丁苯橡胶化合物(SBR)在水分散体中的乳液、水和Air ProductsAirflex 465的混合物、National Starch E-200和水的混合物。
硅酮脱模表面可以有各种来源。例如，可以使用下面实施例1-6中所述的加入乳液乙烯基的硅酮系统。也可以使用至少包括一种辅助或树脂组分的加入乙烯基的硅酮系统的水乳液混合物。辅助组分可以是在加工或同时涂覆硅酮脱模表面时起辅助作用的传统增稠剂，如乙二醇、环氧乙烷、淀粉、与尿烷相关的丙烯酸酯、纤维素聚环氧乙烷、聚氧化乙烯及其它本领域普通技术人员公知的增稠剂。合适的具有辅助组分的加入乙烯基的硅酮系统描述在美国专利5318815或5165976中，此处引入这些专利均作为参考。代表性的硅酮脱模组合物可以商购，如General Electric生产的硅酮GE1111-11-259、GE1192-05-117、GE1111-13-286、GE1111-15-307；Dow Corning生产的硅酮7980、7923、5602；Wacker生产的硅酮38197 VP、V-20，和Rhodia Silicolease。
另外，适用于本发明的脱模表面还可以有不含硅酮的组合物形成。可以根据本申请的说明书将这些脱模表面加入本发明。这些无硅酮的脱模表面的例子包括聚乙烯基氨基甲酸酯、乙酸乙烯酯均聚物和共聚物、quillon(铬的络合物)、硝化纤维素、酪蛋白、甲醛改性淀粉、乙酸丁酸纤维素、聚氯乙稀树脂、碳氟聚合物如乙烯基醚和石蜡，所有这些都能形成适用于各种PSA结构的脱模表面。
实施例用两种方法定量分析实施例1-22的衬垫的脱模性能90°剥离脱模力和180°剥离脱模曲线。在TLMI Lab Master设备上以衬垫脱离方式以7.62m/min的速度测试90°剥离脱模力，测试结果以cN/25mm表示。通过在ZPE-1000高速剥离试验机设备上以衬垫脱离方式以10、30、100、200和300m/min的速度测试剥离脱模力来生成180°脱模曲线，测试结果表示为cN/25mm。进行这些实验的方案如下90％剥离脱模力该实验方法使最终用户能够测定从压敏粘结剂涂层面材上分离脱模衬背所需要的力。脱模力定义为以90°的角度和7.62m/min的颚式分离速度将压敏粘结剂涂层材料从其脱模表面上分离(或相反)所需要的力。
使用TLMI Lab Master设备。为了在整个实验中保持90°的剥离角度，在该设备上装有实验条片附着在其上的垫板。压力板上承载负荷以在试样上给出6.86kPa(70g/m2)的压力。实验条片25mm宽，在加工方向上最小长度为175mm。
将实验条片置于两个平板之间，并且在23±2℃的温度和6.86kPa(70g/m2)的压力下保持20小时以确保脱模表面和粘结剂之间接触良好。以这种方式储存后将实验条片从两板中间取出，在23±2℃和50±5％RH的标准试验条件下的保持时间不少于4小时。
用双面胶将每一个实验条片都固定在板上，使叠片能够以90°的角度剥离开。
180°高速脱模力该实验方法允许标签用户评定在速度可与转换和分配材料时常用速度相比时叠片的分离力。因此，该方法提供一种很好的评价待测试叠片的转换性能的方法。
脱模力定义为以180°的角度和10-300m/min的颚式分离速度将衬背从粘结剂涂层材料上分离所需要的力。
进行该实验时使用ZPE-1000高速剥离试验机设备。速度为10、30、100、200和300m/min，测试结果表示为cN/25mm。实验条片25mm宽，在加工方向上最少是30mm长。实验条片没有破损，有清洁的割边。
将实验条片置于两个平板之间，并且在23±2℃的温度和6.87kPa(70g/m2)的压力下保持20小时以确保脱模纸和粘结剂之间接触良好。以这种方式储存后将实验条片从两板中间取出，在23±2℃和50±5％RH的标准条件下的保持时间不少于4小时。
实施例1和2实施例1和2对由有100％硅酮固体的涂层形成的脱模表面和由有40％硅酮固体的涂层形成的脱模表面的相对脱模性能进行对比。在每一种情况下，含硅酮层都涂覆在脱模支撑层(RSL)上，其中的RSL包括涂覆在纸上的填料。
实施例1由涂覆在作为RSL支撑层的合成SBR上的General Electric生产的硅酮脱模层组成，然后再涂覆在AT-70纸上。将GE1111-11-259(62.7g)、GE1192-05-117(3.3g)和水(34.0g)混合制备顶层。因为形成脱模层时只涂覆了硅酮固体，所以实施例1的脱模层由100％硅酮固体形成。底层RSL是33％的固体合成SBR填料。以200m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在AT-70纸上，在160℃下固化4秒钟生成精制衬垫。在1.5g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量为1.5g/m2。用S-490压敏粘结剂(Avery Dennison Corporation生产)涂覆该脱模衬垫，生成PSA结构。
实施例2由和涂覆在作为RSL的合成SBR上的作为脱模层的合成SBR以40/60(Si/SBR)的比例混合的General Electric生产的硅酮脱模层组成，然后再涂覆在AT-70纸上。将GE1111-11-259(25.08g)、GE1192-05-117(1.32g)、合成SBR填料(60.0g)和水(13.6g)混合制备顶层。因此，实施例2的脱模层只有40％是硅酮。底层RSL是33％的固体合成SBR填料。以200m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在AT-70纸上，在160℃下固化4秒钟生成精制衬垫。顶层的涂覆重量为1.5g/m2的硅酮和2.25g/m2的RSL，底层的涂覆重量为1.0g/m2的RSL。用S-490压敏粘结剂涂覆该脱模衬垫，生成PSA结构。
下面是得到的脱模力数据表1

实施例3-6实施例3-6由涂覆在作为RSL的Air Products Airflex 465上的作为脱模层的Wacker生产的硅酮组成，然后再涂覆在Data-70或Willamette纸上。将Wacker 38197 VP(66.0g)、Wacker交联剂V20(3.5g)、10％的3M Fluorad氟化学表面活性剂FC-129(0.7g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100 MH(7.5g)水溶液和水(22.3g)混合制备顶层。将AirProducts Airflex 465(52.3g)和水(47.7g)混合制备底层RSL。以400m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Data-70或Willamette纸上，在170℃下固化3秒钟生成精制衬垫。在5.0g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量为1.0g/m2。用S-2000乳液压敏粘结剂或S-2045热熔粘结剂(Avery DennisonCorporation生产)涂覆该脱模衬垫，生成实施例3-6的PSA结构。
用两种方法定量分析这些衬垫的脱模性能90°剥离脱模力和180°剥离脱模曲线。在TLMI Lab Master设备上以7.62m/min的速度测试90°剥离脱模力，测试结果以cN/25mm为单位表示。通过在ZPE-1000高速剥离试验机设备上以10、30、100、200和300m/min的速度测试180°剥离脱模力来生成脱模曲线。测试结果以cN/25mm为单位表示。下面是得到的实验数据表2

实施例7-10实施例7-10由涂覆在作为RSL的National Starch E-200上的Wacker生产的硅酮组成，然后再涂覆在Data-70或Willamette纸#50 EDP上。将Wacker 38197 VP(66.0g)、Wacker交联剂V20(3.5g)、10％的3M Fluorad氟化学表面活性剂FC-129(0.7g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100 MH(7.5g)水溶液和水(22.3g)混合制备顶层。将National StarchE-200(54.5g)和水(45.5g)混合制备底层RSL。以400m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Data-70或Willamette纸上，在170℃下固化3秒钟生成精制衬垫。在6.0g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量为1.0g/m2。用S-2000乳液压敏粘结剂或S-2045热熔粘结剂涂覆该脱模衬垫，生成实施例7-10的PSA结构。
用上述同样的方法定量分析这些衬垫的脱模性能，下面是得到的实验数据表3

实施例11-14实施例11-14由涂覆在作为RSL的Air Products Airflex 465上的General Electric生产的硅酮组成，然后再涂覆在Data-70或Willamette纸上。将GE1111-13-286(34.7g)、GE1111-15-307(34.75g)、10％的3MFluorad氟化学表面活性剂FC-129(0.75g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100 MH(8.9g)水溶液和水(20.85g)混合制备顶层。将AirProducts Airflex 465(52.3g)和水(47.7g)混合制备底层RSL。以400m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Data-70或Willamette纸上，在170℃下固化3秒钟生成精制衬垫。在5.0g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量为1.0g/m2。用S-2000乳液压敏粘结剂或S-2045热熔粘结剂涂覆该脱模衬垫，生成实施例11-14的PSA结构。
用上述同样的方法定量分析这些衬垫的脱模性能，下面是得到的实验数据表4

实施例15实施例15由涂覆在作为RSL的Air Products Airflex 465上的DowCorning生产的硅酮组成，然后再涂覆在Data-70纸上。将Dow Corning7980(44.0g)、Dow Corning 7923(11.0g)、Dow Corning 5602(1.0g)和水(44.0g)混合制备顶层。将Air Products Airflex 465(52.3g)和水(47.7g)混合制备底层。以400m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Data-70纸上，在170℃下固化3秒钟生成精制衬垫。在5.0g/m2的RSL上涂覆硅酮的重量为1.0g/m2。用S-2000乳液压敏粘结剂涂覆该脱模衬垫，生成PSA结构。
用与上述实施例1中同样的方法定量分析这些衬垫的脱模性能，下面是得到的实验数据
表5

实施例16-19用四种不同的硅酮配方寻找最低的可能硅酮涂覆重量，这种涂覆重量对于测试的PSA来说提供了可以接受的脱模性能。
实施例16由涂覆在作为RSL的National Starch E-200上的6.7％的General Electric生产的固体硅酮组成，然后再涂覆在Data-70纸上。将GE1111-11-259(12.65g)、GE1192-05-117(0.67g)、10％的3M Flurad氟化学表面活性剂FC-129(0.13g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100 MH(30.44g)水溶液和水(56.11g)混合制备顶层。将NationalStarch E-200(54.5g)和水(45.5g)混合制备底层RSL。以6.62m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Data-70纸上，在155℃下固化60秒钟生成精制衬垫。用这种配方生成在6.0g/m2的E-200支撑层上硅酮重量为0.2g/m2的干燥涂层。用S-490压敏粘结剂叠压脱模衬垫，生成PSA结构。然后将这些样品在70℃下Keil老化20小时用于脱模实验。在Keil老化中，样品在压力为6.9Kpa的两个铝金属板中间老化20小时。当样品在烘箱中时通过在金属板上加一个重块就能够很方便地做到这一点。然后将样品在23℃和50％的相对湿度下平衡24小时。
实施例17由涂覆在National Starch E-200 RSL上的10％的GeneralElectric生产的固体硅酮组成，然后再涂覆在Data-70纸上。将GE1111-11-259(18.96g)、GE1192-05-117(1.0g)、10％的3M Fluorad氟化学表面活性剂FC-129(0.2g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100MH(28.51g)水溶液和水(51.33g)混合制备顶层。将National StarchE-200(54.5g)和水(45.5g)混合制备底层RSL。以7.62m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Data-70纸上，在155℃下固化60秒钟生成精制衬垫。用这种配方生成在6.0g/m2的作为RSL的E-200上硅酮重量为0.3g/m2的涂层。用S-490压敏粘结剂叠压脱模衬垫，生成PSA结构。然后如上所述将这些样品在70℃下Keil老化20小时用于脱模实验。并如上所述进行平衡。
实施例18由涂覆在作为RSL的National Starch E-200上的13.3％的General Electric生产的固体硅酮组成，然后再涂覆在Data-70纸上。将GE1111-11-259(25.27g)、GE1192-05-117(1.33g)、10％的3M Fluorad氟化学表面活性剂FC-129(0.27g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100 MH(25.65g)水溶液和水(47.48g)混合制备顶层。将NationalStarch E-200(54.5g)和水(45.5g)混合制备底层RSL。以7.62m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Data-70纸上，在155℃下固化60秒钟生成精制衬垫。用这种配方生成具有0.4g/m2RSL的涂层。用S-490压敏粘结剂叠压脱模衬垫，生成PSA结构。然后如上所述将这些样品在70℃下Keil老化20小时用于脱模实验。并如上所述进行平衡。
实施例19由涂覆在National Starch E-200 RSL上的16.7％的GeneralElectric生产的固体硅酮组成，然后再涂覆在Data-70纸上。将GE1111-11-259(31.56g)、GE1192-05-117(1.66g)、10％的3M Fluorad氟化学表面活性剂FC-129(0.33g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100MH(22.55g)水溶液和水(43.90g)混合制备顶层。将National StarchE-200(54.5g)和水(45.5g)混合制备底层RSL。以7.62m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Data-70纸上，在155℃下固化60秒钟生成精制衬垫。用这种配方生成在6.0g/m2RSL上硅酮重量为0.5g/m2的涂层。用S-490压敏粘结剂叠压脱模衬垫，生成PSA结构。然后如上所述将这些样品在70℃下Keil老化20小时用于脱模实验。并如上所述进行平衡。
用90°剥离脱模力定量分析这些衬垫的脱模性能。在TLMI Lab Master设备上以7.62m/min的速度测试90°剥离脱模力，测试结果表示为cN/25mm。下面是得到的实验数据
表6

实施例20-22实施例20由涂覆在Air Products Airflex 426上的General Electric生产的硅酮组成，然后再涂覆在Georgia Pacific vellumina纸上。将GE1111-13-286(34.75g)、GE1111-15-307(34.75g)、10％的3M Fluorad氟化学表面活性剂FC-129(0.75g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100MH(8.9g)水溶液和水(20.85g)混合制备顶层。将Air Products Airflex426(54g)和水(46g)混合制备底层RSL。以91.4m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Georgia Pacific vellumina纸上，在165℃下固化3秒钟生成精制衬垫。干燥涂层重量是在5.0g/m2RSL上有1.4g/m2的硅酮。用S-2000乳液压敏粘结剂涂覆脱模衬垫，生成PSA结构。
实施例21由涂覆在Air Products Airflex 426上的General Electric生产的硅酮和20％的CRA组成，Air Products Airflex 426涂覆在GeorgiaPacific vellumina纸上。将GE 1111-13-286(29.6g)、GE1111-15-307(29.6g)、GE1111-16-332(14.8g)、10％的3M Fluorad氟化学表面活性剂FC-129(0.63g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100MH(4.65g)水溶液和水(20.72g)混合制备顶层。将Air Products Airflex426(54.0g)和水(46.0g)混合制备底层RSL。以91.4m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Georgia Pacific vellumina纸上，在165℃下固化3秒钟生成精制衬垫。涂层重量是在5.0g/m2RSL上有1.4g/m2的硅酮。用S-2000乳液压敏粘结剂涂覆脱模衬垫，生成PSA结构。
实施例22由涂覆在Air Products Airflex 426上的General Electric生产的硅酮和30％的CRA组成，Air Products Airflex 426涂覆在GeorgiaPacific vellumina纸上。将GE1111-13-286(26.63g)、GE1111-15-307(26.63g)、GE1111-16-332(22.83g)、10％的3M Fluorad氟化学表面活性剂FC-129(0.69g)溶液、1％的Cellosize羟乙基纤维素QP-100MH(3.81g)水溶液和水(22.83g)混合制备顶层。将Air ProductsAirflex 426(54.0g)和水(46.0g)混合制备底层RSL。以91.4m/min的涂覆速度用双模将涂层施加在Georgia Pacific vellumina纸上，在165℃下固化3秒钟生成精制衬垫。涂层重量是在5.0g/m2RSL上有1.45g/m2的硅酮。用S-2000乳液压敏粘结剂涂覆脱模衬垫，生成PSA结构。
用两种方法定量分析这些衬垫的脱模性能90°剥离脱模力和180°剥离脱模曲线。在TLMI Lab Master设备上以7.62m/min的速度测试90°剥离脱模力，测试结果表示为cN/25mm。通过在ZPE-1000高速剥离试验机设备上以3、30、60、100和300m/min的速度测试180°剥离脱模力来生成脱模曲线。测试结果表示为cN/25mm。下面是得到的实验数据表7

实施例23和24及对比实施例25和26在实施例23和24中，用透射电子显微镜(TEM)研究本发明的多层脱模衬垫的形态，并与现有技术的脱模衬垫对比。
在实施例23和24中，GE硅酮乳液1111-11-259和硅酮催化剂乳液1192-05-117结合在一起形成总固体含量为35％的硅酮层。这种含硅酮层涂覆在National Starch以E-200销售的包括乙烯乙酸乙烯酯支撑层的脱模支撑层上。脱模支撑层的固体总含量为30％。将脱模支撑层涂覆在Data-70纸上。在实施例23中，涂覆速度是7.62m/min，在154.4℃下固化1分钟。在实施例23中，硅酮与RSL的涂覆重量比是2.0g/m2的硅酮比6.0g/m2的脱模支撑层。在实施例24中，涂覆速度是91.4m/min，在温度为171.1℃的烘箱中固化。在实施例24中，涂覆重量比是2.0g/m2的硅酮比5.0g/m2的RSL。
为了与现有技术的脱模衬垫对比，用硅酮混合物、作为RSL的E-200和实施例23和24中的纸制备对比实施例25和26。在对比实施例25中，E-200支撑层涂覆在Data-70纸上，然后在154.4℃下干燥1分钟。然后将硅酮层涂覆在干燥的作为RSL的E-200上，该多层结构在154.4℃下固化1分钟。硅酮与作为RSL的E-200的比是6.0g/m2比12.0g/m2，或1∶2。按照与对比实施例25同样的方法制备对比实施例26，不同之处是作为RSL的E-200在施加硅酮层前不干燥。
对实施例23和24及对比实施例25和26的横截面进行TEM拍照。在所有TEM中，较暗的区域表示有硅酮存在，较亮的区域表示有EVA支撑层或纸存在。
参看图15，该图示出对比实施例26的TEM。如上所述，对比实施例是按照下述方法制备的将作为RSL层的液体E-200涂覆在作为RSL纸表面的E-200上，然后不用使RSL干燥或固化就可将含硅酮层涂覆在RSL上。如图15所示，这种顺序的涂覆工艺会导致硅酮和EVA层进行大量不必要的混合。RSL中大量的硅酮被浪费，因为这些硅酮对衬垫的脱模性能没有贡献。
相反，我们在用本发明的双模法基本上同时涂覆的两个液体层中观察到在含硅酮层和RSL之间产生明显的边界。这示于图16和17中，图16和17分别对应于实施例23和24。如图16和17所示，含硅酮层和RSL层完全隔离，只是界面层不规则，有少量硅酮分散在RSL中的不同点处。如上所述，这种不规则的界面层能使这两层更好地粘结，从而能够降低含硅酮层脱落或与RSL分离的倾向。
参看图18，该图示出对比实施例25的TEM。如图18所示，在含硅酮层和RSL层之间存在非常清晰的边界。这两层之间很少或没有发生混合。因此可以认为这两层之间的粘结与双模涂层结构相比很小，因此，这两层更可能分离。
硅酮分散深度曲线对于双模涂覆来说，支撑层和含硅酮层之间的混合度在一定程度上取决于硅酮与支撑层的涂覆重量比。对于双模涂覆来说，我们已经发现层间混合度随硅酮/支撑层之比的增加而减少。参考下表8可对此作出最好的说明，该表说明了用TEM扫描图测定的作为含硅酮层上表面下深度函数的多层结构中硅酮的总百分数。表8还示出对比实施例27和28。这两个对比实施例表示现有技术的工艺首先将RSL施加在基底上，然后在施加含硅酮层之前将RSL固化或干燥。对比实施例27和28是通过将6.0g/m2的GE1111-13-286/GE1111-15-307涂覆在12.0g/m2的作为RSL的E-200上制备的。在施加硅酮之前将RSL干燥，即，在加热到154.4℃并维持60秒钟。这两个对比实施例中使用的纸是Data-70。
表8

另外，作为脱模表面下深度函数的硅酮分布在用双模形成的本发明的多层结构中和用两步骤涂覆工艺形成的现有技术的对比结构中是不同的。相邻1微米深度之间含硅酮的总百分数的增加的差值可对此作出最好的说明。对于对比实施例27来说，表面下1微米深度内基底上涂覆的硅酮总量为13％，表面下2微米深度内硅酮总量为26.4％。1微米和2微米深度之间百分数的差值是13.4％(26.4％-13％)。在对比实施例1的连续深度内重复该过程可以观察到相邻1微米深度之间平均增加13.7％±0.3％，直至硅酮总含量大于90％。这基本上是线性分布曲线，这从现有技术可以预见，因为硅酮在干燥的支撑层上形成非常离散的层，在支撑层和硅酮层之间很少发生混合。
相反，双模形成的本发明的结构中硅酮的分布曲线是非线性的。另外，对于硅酮与支撑层之比为2∶6g/m2的情况，连续1微米深度之间硅酮总含量的增加值如下表9

在更接近脱模层表面处可观察到硅酮浓度更大的点。相反，在对比实施例27和28中观察到较恒定的硅酮浓度值。另外，看0.4∶6.0和0.5∶6.0g/m2的实施方案，在2微米深度处硅酮总含量为50.7-76.9％，在4微米深度处为70.6-95.7％，在5微米深度处为79.9-98.4％。
模涂下面说明双模涂覆制备多层结构的原理。
在本发明的双模方法的一个方面中，通过认真分析要涂覆在网上形成多层产品的液体的粘度及其它物理参数可以制得在交合网方向上均质分层膜。这种均质性能产生高质量产品。除这种分析外，本发明的方法还涉及根据流体力学的重要原理对模唇及其相对于网的位置进行设计，这是为了调节操作过程中流体的压力梯度。除上述方法外，还可以通过在涂覆珠体上游施加真空进行压力梯度调节。模唇设计、模唇组装和施加真空这些步骤使该方法能够将两个或多个相邻液体层控制在稳定点处以确保得到稳定的二维流体。为了确保成功操作，可以确定涂覆窗口(包括质量窗口)，可以确定最佳操作点。
参看图1，该图在一定程度上示意性地说明了一种典型的模图操作。模具20的位置与以箭头24的方向行进的移动基底或网22相邻。当支撑轧辊26横穿过多层模具20末端时，网22绕支撑轧辊26行进。如图1所示，应当理解的是，模具20和网22的宽度基本相同，使基底或网整个宽度的大部分在一次通过时被从模具中流出的流体涂覆并涂覆在网上。
模具20是模块，所以可以由许多独立元件组装，然后固定在涂覆机中作为一个一体化设备。每一个模具元件一般都由歧管19和更末端模具部分21构成。最末端模具部分称为模唇29，这将在图2中详述。因为模具20是模块，所以对模唇29进行各种组合，而没有必要改变其它模具部分和模唇29。
如图1中水平箭头28所示，为了调节涂覆间隙30可以使模具20径向移近或远离支撑轧辊26，涂覆间隙定义为模唇29和网22之间的距离。另外，可以如图1中的箭头所示调节模具20的迎角(α)。
模具20的元件可通过狭槽或加料间隙32相互略微分离，狭槽或加料间隙32允许涂覆材料从模具20中的歧管34流出，经过模具20中的这些加料间隙涂覆到移动网22上。在图1的多层模具20中示出两个加料间隙32。但是如上所述，我们应当理解除两层外，本发明的原理是等同地施加多个层。
分析涂覆液体如上所述，在本发明的一个重要方面中，为了在交合网方向上得到均一的膜厚度，要对涂覆在基底或网上的多层中的液体的某些物理参数进行分析。在这些参数中，最重要的也许是液体粘度。更具体地说，我们应当理解必须认真分析要涂覆的两个相邻层的粘度比，如果可能或实际需要的话，应当将该比值调节到最佳范围内。
例如，我们观察到尽管如果在其它参数都优化的情况下其它比值也可能产生好的涂覆结果，但是，如果顶层液体粘度比底层液体粘度在大于50％而小于100％的范围，则可能得到更好的涂覆结果。优选地是，顶层粘度应当比底层粘度大约30％。该范围内的粘度比能够产生更稳定的流动。更具体地说，较高粘度的顶层能够减少产生术语为“层间棱线”的交合网缺陷的危险，在交合网缺陷中，顶层和底层在网断面上相互叠合，而不是形成一个在上一个在下的两个均一膜。
应当理解的是，要涂覆的液体的相对粘度在很大程度上根据要生产的多层产品进行确定。即，根据成本、供应量、输送量或其它变量调节一种液体或其它液体中的粘度不可能也不实际。但是，从一定程度上讲为了达到所需的涂覆条件可以使液体的粘度“匹配”。例如，如果需要更大的流动稳定性，则可以通过加入增稠剂增加顶层液体粘度。同样，可以通过加入稀释剂如水、溶剂等降低底层粘度。另一方面，这些稀释剂，特别是溶剂将产生其它问题如环境问题、增加干燥时间等。
但是，在分析粘度时必须考虑特定液体在一般的涂覆条件下要经受的剪切率。这些剪切率可以变化几个数量级，但在沿珠体的大多数地方一般都超过1000s-1。因此，在这些剪切率下，液体的相对粘度变化很大。
图3示出剪切率/粘度座标图，其中假定顶层A涂覆在以两种不同粘度(B和B’)配制的第二种液体上，其中B’大于B。在该座标图中，剪切率的分布范围是0.1-100000s-1；尽管分析区域是剪切率约大于1000s-1的区域。应当注意的是层A和层B之间的粘度比在高剪切率下比在低剪切率下的变化大得多。另外，根据上述分析我们可以假定液体A在液体B上的组合可以很好地涂覆，因为A的粘度大于B的粘度。事实上，在实验上可以成功地进行涂覆，但是开始时只能在低速网上。下面将详述在液珠渗漏上游的高速网处的缺陷条件。在该实施例中产生这种状态的原因是流体力学，还和低粘度液体(在该实施例中是液体B)难以在上游模唇下产生足以密封液珠的压力降有关，下游部分由粘度更大的液体(A)组成。这说明在分析液体粘度时必须考虑几种原理的相互作用。例如，可以用几种可能方法校正这种上游泄漏状态。一种方法涉及根据下面详述的本发明方法的原理对模唇几何形状的设计。另一种方法涉及对两种液体的相对粘度的调节。
例如，当实验性涂覆液体A/B’时，在很宽范围的网速下都能得到好的涂覆结果。如图2的座标图所示，这是因为在高剪切率下这两种液体的粘度是对称或更好地匹配的。例如，液体B’的粘度是B的粘度的两倍。但必须注意B’的粘度不能超过顶层A的粘度。
这种状态示于图3，图3是液体C和D这两种样品的剪切率/粘度的座标图。在该实施例中，液体C涂覆在液体D的顶部。在该座标图中只需分析高剪切率下的粘度。因此，从图3可以观察到对于大部分一般的剪切率范围而言，底层D的粘度大于顶层C的粘度。在这些相反的粘度条件下，我们发现难以进行稳定的涂覆，尽管可能进行多层涂覆，但难以进行高质量涂覆。在合适的粘度条件下，特定操作的涂覆窗口较大，从而能够增加稳定流动的可能性。
本领域普通技术人员应当意识到在生产特定的多层产品时会遇到各种粘度关系。因此，不能认为上述实施例穷尽了本发明方法的步骤中能够遇到的液体分析的所有范围。
液体分析的另一方面涉及要涂覆液体的相对表面张力。我们发现如果顶层表面张力小于底层表面张力，则某些缺陷如去湿或孔隙或某一特定层中的孔隙会减少。在这些条件下，局部表面张力(包括在成膜区域中的动态表面张力)会关闭这些孔隙。可以用有效的表面活性剂或其他有机可溶液体(醇、酮等)将顶层中的表面张力降低到一定程度。
因此，为了得到适宜的涂覆条件，本发明方法的液体分析方面很重要。下面将把该方法中的模唇设计和膜具组装方面结合在一起讨论；但是，下面与单层涂覆相关的信息用于说明本发明方法的这些方面是如何有助于得到稳定流动的。
单层流体力学为了帮助理解本发明方法的优点，重要的是要理解涂覆间隙30、下游湿膜厚度和液体压力梯度的关系。用单层涂覆工艺可对此作出最好的说明。
因此，参看图4，图4是穿过邻接移动网22形成涂覆间隙30(″c.g.″)的一对模唇36的特写横截面示意图。应当注意的是在图1中为了便于演示，模具20顺时针旋转了约90度。另外，图示的网22是平面或水平面，但实际上当它与支撑轧辊(未示出)贴合时有一定的曲率。但是图4所示的结构非常接近模唇36和移动网22之间的涂覆间隙30中形成的液体的液珠内发生的流体力学。
为了便于说明，“下游”指网22行进的方向，而“上游”指相反方向或向左。因此，在模具上游部分38a的最末端上形成上游模唇36a，在模具下游部分38b的最末端上形成下游模唇36b。在这两个模具部分38a、38b之间形成涂覆狭槽或加料间隙40，液体从此流出到移动网22上。如图4所示，液体首先向上游移动，然后以在液珠42内开放式的回流返流到下游。上游弯月面44将液珠42限制在其上游边上，下游弯月面46或成膜区域将液珠42限制在其下游边上。如果流体因为极限条件而脱离液珠42向上游行进，则称为上游泄漏。
涂覆间隙30在图4中示为A向。特别是参考下面的附图时应当理解在沿模唇36的纵向上涂覆间隙30可以随不同的模唇几何形状、模唇加工缺陷、模唇倾斜角、模具迎角的调节度等而变化。
在液珠42的下游示出流体的湿膜厚度(h)。湿膜厚度定义为干燥前的流体厚度。不同纵向位置处流体的压力梯度与湿膜厚度(f.t.)及该位置处的涂覆间隙30相关。应当理解的是，对于给定的流速(Q)，膜厚度和网速成反比。因此，对于稳定状态的牛顿液体流，其速度用下式表示u=u‾ya+a22μ(dpdx)[(ya)-(ya)]]]>
其中u＝下游液体的速度；＝网速；a＝涂覆间隙(c.g.)；h＝湿膜厚度(f.t.)；μ＝液体粘度；x＝下游方向上的水平轴；y＝从模唇向网方向上的垂直轴；和dp/dx＝下游方向上的压力梯度。
从该等式可以注意到流体速度(u)由两个分量构成。第一个分量是“拖拉驱动”分量，其中流速与网速成正比。第二个分量可称为“压力驱动”分量，给定点处的流速与压力梯度(dp/dx)成正比。利用流速(Q)的定义可以对上述等式积分，求得压力梯度dpdx=12μa3(ua‾2-Q)]]>因为压力梯度可以用涂覆间隙(a)和湿膜厚度(h)表示dpdx=12μu‾a3(a2-h)]]>因此，当h＝1/2a(或者换句话说，涂覆间隙是湿膜厚度的2倍时)，dp/dx＝0。因此，根据这些已知的关系，可以用给定的涂覆间隙/膜厚度的关系确定液珠内特定点处的流速和相关的压力梯度。这些流速可以绘成流速曲线，如图5系列所示的那些曲线。在下述所有情况下，应当注意当y＝0时(模唇处)，流速(u)等于0；但当y＝a时(在网上)，流速等于网速。
图5a示出其中的涂覆间隙30正好等于膜厚度两倍时的涂覆状态。在这种状态下，液体内压力恒定，压力梯度为0。
但是，如上所述，涂覆间隙状态可以随多种变量而变化。因此，图5b示出涂覆间隙30小于下游膜厚度2倍时的状态。在这种条件下速度曲线在下游方向上是凹形，因此呈现负的压力梯度。这种负的压力梯度在下游方向上沿下游模唇36b产生压力降。上游区域内的压力较高，因此使液体增加了速度性能，并使速度曲线向前或凸出，如图5b所示。
另一方面，图5c示出涂覆间隙30等于膜厚度(h)3倍时的状态。在这种条件下下游压力梯度大于零，这意味着下游流体压力增加。这种压力的增加有减小速度的趋势，使下游方向上的速度曲线凸出。
最后，图5d示出涂覆间隙30大于膜厚度(h)3倍时的状态。同样，压力梯度是正值，但比图5c中所示的值大。因此，下游压力更大，使流体在转向下流之前实际上向上游流动了很短的距离。这种状态演示了液体中产生回流的主要原因。如图4所示，这种回流可发生在上游模唇36a下，但如果如图5d所示涂覆间隙30过大时也可以发生在下游模唇36b下。
这种回流虽然在单层涂覆中不会对膜质量产生特别的破坏作用，但在多层涂覆中有致命的影响。我们发现 正确设计模唇、正确组装模具、正确构建模具时基本上可以避免这些情况。因为它们之间有关系，所以下面一起讨论本发明的这些方面。
模唇设计和模具构建为了得到稳定流动，本发明的方法控制在各种涂覆条件下液体内的压力梯度。在很大程度上这是通过设计模唇的几何形状、对模唇组装、构建和调节模具实现的。
因此，参看图6，该图示出本发明的方法可以使用的多层模具20的特写横截面图。使用本发明的方法时，可以使用本领域普通技术人员公知的模具和其他涂覆技术以成功地生产多层产品。
尽管与图4类似，但这种模具20由上游模具部分50a和下游模具部分50c及将二者分开的中间部分50b构成。这些不同部分之间形成上游加料间隙52和下游加料间隙54。从上游加料间隙52流出的液体流到网22上形成底层58，而从下游加料间隙54流出的液体流到底层上形成顶层56。应当注意的是，这两个加料间隙52、54之间形成的角度约为30度，这有利地产生良好的用于加工中唇60b的结构，中唇60b形成于中间部分50b的末端。从图6还应当注意到为了调节该区域内的压力梯度，上游模具部分50a和下游模具部分50c的模唇60a和60c和中唇60b之间形成台阶或有梯度的结构。下面结合图5详述这种关系的重要性。
在图6中应当注意这种台阶式结构能够产生各种涂覆间隙。为了便于说明，下标b表示底层58，而下标t表示顶层56。因此，底层的涂覆间隙(c.g.b)用两个不同的值表征，上游模唇60a下的一个值和中唇60b下的一个值。顶层的涂覆间隙(c.g.t)用更大的值表征。如上所述，这些涂覆间隙与由此形成的各种流体的下游膜厚度之间有重要的关系。因此，例如，底层涂覆间隙与底层58的下游膜厚度(f.t.b)之间有重要的压力梯度的关系，而顶层56的涂覆间隙与总的下游膜厚度(f.t.t)之间有重要的关系(注意下标t不仅表示顶层，而且还可以表示下游膜的“总”厚度)。总的下游膜厚度包括底层和顶层之和。这是因为在确定压力梯度中的涂覆间隙的分析一定要基于该间隙处的总流体，包括该位置处接近网22的流体和由此产生的前面所有的流体和层。
从图6还应当注意到为了形成上述“台阶”，底层涂覆间隙要小于顶层涂覆间隙。但是应当意识到在需要消除或减小台阶的那些实施方案中，图6中观察到的差别很可能注意不到或者根本就不存在。中唇60b和下游模唇60c之间的台阶发生在非常重要的界面区域中，在该区域中两种流体汇聚在下游加料间隙54处。因此，本发明的重要方面是能够产生特定中唇60b和下游模唇60c的几何形状的设计过程，设计内容包括该区域内每一个模唇的长度。下面将结合图7对这些进行详述。
最后在图6中应当注意模唇60相互平行，换句话说，模唇60都处于平行平面上。但是，本发明的原理并不限于这样的设计考虑。例如，模唇60相互之间可以有一个角度或相互倾斜，下面将结合图7对此详述。另外，其他各种几何形状的模唇和影响压力梯度的方法也在本发明的原理范围内。
参看图7，该图示出界面区域的特写图，如同图4所概述的那样。该图示出顶层流体56和底层流体58之间完整的界面。每一层的流动及其各自的方向都用一系列箭头表示。因此，所示的两层显示出稳定的二维流动，分离流线任选地位于稳定点上。这将在交合网和下游网的横截面厚度上生成均一的层。这种稳定的二维流动能够产生良好的多层产品性能。
如上所述，为了得到这种稳定的流动，重要的是要避免这两层发生混合。在本发明的一个方面中，这可通过精确控制两种流体的分离线来实现。如图7所示，当分离线与称为稳定点的中唇60b的下游角62吻合时能够达到最好的涂覆结果。本发明包括调节流体中压力梯度的方法，以将顶层流体的分离线销定或锁定在稳定点62上。中唇60b下(具体来说是中唇60b的下游角62)的压力梯度优选不大于将造成中唇下产生回流的压力梯度。因此，顶层的流体不具有侵入上游方向上底层涂覆间隙的趋势。这种压力状况能够将分离线固定在下游模唇下的稳定点62上。
如上所述，在本发明的一个方面中这一优点的取得是通过在下游方向上远离网22的模唇处设置台阶。该台阶在图7中示为A。该台阶的大小范围可以是很宽的优化给定的一系列涂覆条件的范围。但是，A的大小优选为0-100微米，更优选0-30微米，当涂覆多层脱模系统时最好接近零。
但是同时如上所述，为了得到本发明的优点，这些模唇相对于网22的位置必须合适以得到适当的涂覆间隙。例如，如图5d所示，如果底层涂覆间隙(c.g.b)大于膜厚度(f.t.b)的三倍，则就在界面区域的上游会形成大的压力梯度。因此，会产生负的速度曲线，在中唇60b下的底层中造成回流。这种回流会拖拉顶层上游，使其远离稳定点62。这种情况示于图8，这种情况具有上述所有缺点。另一方面，如果底层涂覆间隙小于膜厚度(f.t.b)的二倍，则虽然能够产生所需的负压力梯度，但压力梯度太高，这样会造成上游泄漏、高的剪切率等。因此，应当优选使底层涂覆间隙保持在膜厚度的约2-3倍。
另外，下游模唇60c下的涂覆间隙(c.g.t)应当是总膜厚度(f.t.t)的1-3倍。同样，如果太大，则将如图9所示，下游模唇下的压力梯度将大到足以使分离线移入下游加料间隙内并在该加料间隙上游壁上的某一点处与中唇分离的程度。这种流动状态会在底层中产生闭环回流并产生膜缺陷。因此，为了精确地控制压力梯度，有许多需要对这些参数认真地进行平衡的地方。
参看图7，应当注意在朝向网22的方向上，上游模唇60a相对于中唇60b也有一个向上的台阶。这也有减小涂覆间隙和增加上游压力梯度的作用。这种状况有助于封闭模唇下的液珠42。下述基本原理实际上决定了这种涂覆间隙。沿该区域形成的压力降必须与通过沿流体下游部分的流体的压力降和在液体下游与上游界面处周围大气压所产生的压力差之和相匹配。因此可以用上游模唇60a下的涂覆间隙平衡这些压力。我们发现0-100微米的小台阶(在图7中示为B)是合适的。
另外，因为该方法具有敏感性，所以应当意识到还应当认真调节上游模唇60a和下游模唇60c之间的总台阶(即，A+B)。因此，我们发现0-0.008英寸的总台阶是有利的。另外，还应当小心使加料间隙大小保持不大于通过该间隙加入的湿膜厚度的约5倍。如果该间隙过大，则如图13所示，加料间隙内会产生回流。因此，这些尺寸(图7中的C和D)每一个都可以在25-400微米的范围内变化。
本发明另一个重要的有助于保持合适的涂覆间隙和缩小剪切率的方面是模唇长度。如图7所示，下游模唇60c(Ld)的长度可以是0.1-3.0毫米，优选约0.8-1.2毫米。但是，应当减小该模唇的长度以减小多层膜的剪切力，这种剪切力会导致三维流动及形成不均一的膜。中唇60b(Lm)的长度可以是0.1-3.0毫米，优选约0.3-0.7毫米。应当减小该模唇的长度以降低上游部分受到模具迎角变化的影响时使涂覆间隙接近膜厚度的3倍的可能性。但是，该模唇又必须足够长以使底层流动能够形成线性流动。最后，上游模唇60a的长度不是很关键，因为沿该模唇的流体很少。但是，这个区域长度的增加有助于封闭该流体。
如上所述，为了生成收敛的下游模唇60c，可以将模具20相对于网22的迎角设为一个小的负值。因此，图6示出相对于网22顺时针转动一个负迎角(α)的本发明的多层模具20。因此，我们发现0至-5度的迎角适用于本发明。还应当意识到这个迎角能够变化所有模唇上游边处的涂覆间隙，从而影响本发明的压力梯度调节器的性能。因此，即使使下游边处的涂覆间隙保持为合适大小(这取决于模具长度并应当考虑轧辊26的曲率)时，模唇上游边处的涂覆间隙也可能大于所需值，使操作处于操作窗口之外。因此，模唇越长、迎角负值越大，涂覆条件超出操作窗口的可能性越大。这种状况示于图11，该图示出中唇和下游模唇下的回流。
因此，在本发明的另一方面中，为了降低这些效应，模具20的上游和下游模唇可以倾斜。因此，例如，如果如图7所示以角度γ倾斜下游模唇60c，则可能不需要将模具20旋转一个负迎角。这就允许对沿下游模唇的涂覆间隙(c.g.t)进行较大控制。同样如图所示，下游模唇60c收敛性倾斜时，中唇60b优选保持平面。再者， 在不调节迎角的情况下，可以认真控制这个重要的中唇60b的涂覆间隙(c.g.b)。即，涂覆间隙(c.g.b)不大可能超过膜厚度(f.t.b)的3倍，特别是中唇60b的上游边处。但是还应当注意到如上面结合图7所讨论的那样，中唇和下游模唇之间的台阶仍然存在。
同样，如图7所示通过分开一定角度的方式倾斜上游模唇60a可以得到某些优点。可以用这个分角封闭液珠42和调节横穿液珠的压力降。因此，我们发现下游模唇60c倾斜0-5度是合适的，优选倾斜0-2度。如上所述，这些倾斜能够改进涂覆过程的优化，增加操作窗口的大小，降低涂覆时所要求的精确度。
设计过程在给定系列涂覆和液体参数的情况下设计模唇几何形状时，可能会有任意特定序列的分析或计算。一种方法是从下游模唇开始移向上游，在该过程中计算每一个涂覆间隙和模唇长度。
开始时必须确定各个层的湿膜厚度。一般来说，每一层的干膜厚度可以通过用已知的涂覆重量(如g/m2)、固体份数(固体在液体中的百分数)、液体制剂的密度和粘度表示的产品说明书得到。因此，为了得到湿膜厚度，将涂覆重量除以固体份数与密度的乘积。然后可以根据上面设定的范围和大小用该数值计算模具内所有的涂覆和加料间隙。也可以根据本发明的方法计算模唇长度和倾斜角(或迎角)以优化涂覆操作。
从下游模唇的下游边处开始时，可以将涂覆间隙一次性设定为总湿膜厚度。在该值下应当能够得到行进网意义上的足够大的负压力梯度，这样就能够得到光滑的膜表面性能。然后如上所述设计模唇长度。
无论模唇是否倾斜或者无论在模具上是否应用负迎角，模唇在网行进方向上都应当收敛。已知下游模唇迎角和长度后，可以计算该模唇上游部分处的涂覆间隙，以确保使其落在可接受范围内。
在设计下游模唇时，应当考虑迎角和倾斜的关系。如上所述，倾斜通常是有利的，因为这实际上消除了和迎角相关的负面平衡方案。但是，倾斜的模唇比平面模唇难以加工，因此，要牺牲一些精度。还有增加成本方面的考虑。
现在转向中唇，如上所述，该下游区域处的涂覆间隙很关键。应当使其保持在底层膜厚度的约2-3倍，并且这个正值不能过大，以免造成该模唇下的回流。应当减小该模唇长度以降低在模具上应用迎角时形成过大正值的涂覆间隙的可能性，但也不能小到不能形成线性流动的程度。
沿液珠的压力降决定上游模唇的设计。任何足以封闭液珠的设计都是可以的。岔分倾斜是优选的，因为压力降随沿液珠的距离呈平方关系变化。这意味着相对于扰动来说液珠上游弯月面的位置更易于控制。
一旦确定了模唇长度和角度并计算出所需的涂覆间隙，就可以将模具的各个部分组装在一起。这可以用衬垫料等公知技术完成。但是，正确地将模唇的台阶相互定位也是重要的。还必须通过正确定位模具成形段形成加料间隙。为了避免回流，加料间隙不能过宽。最后，模具可以设定一个起始迎角，这可由上述的计算方法或形成涂覆窗口所决定，下面将对涂覆窗口进行讨论。
涂覆窗口如果考虑到必要性或需要性，则要确定由此设计和建构的模具的各种操作参数的范围。这一般可通过实验性地在网上涂覆各种生产中使用的液体样品并逐步调节迎角和涂覆间隙来完成。还可以涂覆不同粘度的液体。得到的信息可以用“涂覆窗口”表示，“涂覆窗口”表示能够得到好的涂覆结果的参数区域。
图14示出以给定网速涂覆的多层结构的一般涂覆窗口。如图所示，涂覆间隙和迎角的各个点绘出涂覆窗口的边界。在该窗口外，在图上可注意到发生了涂覆缺陷。因此明确地说应当使操作保持在涂覆窗口内。
应当注意到更大的负迎角通常导致更小的下游涂覆间隙，这是因为模具相对于网发生了旋转。在图14中，较小的负迎角(网行进方向上收敛性小)表示较大的下游涂覆间隙。因此，根据本发明的另一方面，需要尝试将涂覆操作保持在有更大的下游模唇涂覆间隙发生并且迎角刚刚足以避免剥离缺陷发生的涂覆窗口内。这些区域内的操作能够减小剪切应力的升高，剪切应力的升高会导致涂覆质量差。但是又必须使涂覆间隙足以避免中唇下的回流。
这些区域包括涂覆窗口的子集，该子集称为“质量窗口”，在该窗口内涂覆质量最好。另外，从另一方面讲需要较大的涂覆间隙(但不是可能造成过大正压力梯度的那些涂覆间隙)，因为脱模能够降低沿液珠的压力降，并且在上游弯月面处易于封闭，能够使渗入网内的涂覆量更小。
这种平衡具有更大的扰动方面的危险。即，在质量窗口内，特别是迎角较小时，操作在接近缺陷(例如，图14中的“剥离”)边界处发生。扰动能够使涂覆状态至少在一定期间内处于涂覆窗口外，从而生成有缺陷的产品。因此，最好选择一个操作点，该点位于质量窗口内，同时又离缺陷边界足够远，这样，一般的扰动不能使操作处于涂覆窗口外。
本领域普通技术人员应当意识到可以存在包括其它参数座标的涂覆窗口。例如，一般可将网速和层厚度比绘成座标图。为了确定涂覆窗口及其内部的质量窗口，可以将两个或三个相关的涂覆参数组合绘成座标图。真空辅助涂覆我们发现在邻近液珠和涂覆液珠宽度上面的上游处应用均匀的真空度有助于形成稳定的涂覆状态。另外，可以通过施加真空扩大涂覆窗口，从而增加涂覆操作的容易程度和效率。有利的是，涂覆间隙的增加能够使渗入基底表面的涂覆材料量减少，例如硅酮渗入纸表面的量减少。
参照图19A-C可以从概念上描述真空辅助涂覆。参看图19A，该图是在纸基底120上涂覆层110的单层模具100的示意性原理图。为了促进稳定涂覆，根据上述原理选择涂覆间隙以产生合适的压力梯度。模具100下面的座标图是模具下面和模具100直接下游处的压力梯度。应当注意压力峰值正好在模具100的狭槽下面，然后迅速减小，在模具100的下游点处减小到大气压。在图19A的示意图中，模具100下面的压力很大，这就迫使层110的一部分112进入纸120。这是不希望的，因为被迫进入纸中的材料对层的所需性能没有贡献。例如，当层110是硅酮时，112部分无助于脱模性能，因此将造成浪费。
为了降低模具100下面的压力，可以增加模具和纸之间的涂覆间隙。这种情况示于图19B，从该图可以观察到模具100的模唇和纸120的表面之间的涂覆间隙从间隙135增加到间隙136。模具的示意图下面的座标图是模具下面和模具直接下游处的压力梯度。正如预料的那样，增加涂覆间隙产生的压力梯度使模具100的压力减小。因此，涂层110中被迫进入纸中的112部分大大少于图19A中观察到的量。但是，较大的间隙136使模具100的狭槽的上游涂覆液珠不稳定。这可导致涂覆缺陷，对涂覆效率产生有害影响。
真空辅助涂覆的优点示于图19C，通过在模具100的直接上游处应用真空可以重新建立涂覆液珠的稳定状态。这可通过使用带有开孔155的真空箱150进行。真空箱150的宽度优选等于或大于模具100的交合网宽度。开孔155至少也沿模具100的宽度延伸。开孔155位于上游且邻接涂覆液珠，用于增加模具下面的压力梯度直到建立起稳定的涂覆状态。但是，较大的间隙会减少被迫进入纸表面120中的涂覆材料量。因此，使用真空箱150时可以使用较大的涂覆间隙136涂覆层110，进入纸120中的112部分的涂覆材料浪费很少。真空辅助涂覆最适用于低粘度液体涂覆，这种涂覆对真空辅助涂覆的反应更强。
参看图20，该图示出用在本发明的真空辅助涂覆实施方案中的一种真空箱的一个实施方案的横截面。真空箱200包括主体210，侧板220、叶片230、真空管240和装配架250。主体210的组合宽度优选等于或大于涂覆模具的狭槽宽度。侧板220连接在主体210上形成显著的液封，该液封能够保持真空箱200的罩体内的真空度。主体210和侧板220在其中定义了一个腔室225。腔室225与开孔260流体相通，这样就可以利用腔室内的真空，使真空箱260通过开孔260向外界环境产生一种真空力。
如图20所示，叶片230还可以插入真空箱200中。叶片230优选有一个倾斜的底边235。在一个实施方案中，真空通过真空管240导入腔室225，真空管240沿真空箱200的宽度方向在腔室225中延伸。真空管240与真空源(未示出)流体相通。真空源可以是传统上已知的真空源，如真空泵、文丘里管等。真空源优选至少能够产生1-250cmH2O、更优选25-200cmH2O、最优选至少50-75cmH2O的真空度。在该实施方案中，在开孔260的相对一侧沿真空管240钻孔，使管240中的真空能够在腔室225中产生真空，并因此而通过开孔260。然后可以将开孔260置于涂覆液珠的上游并邻接涂覆液珠，从而影响涂覆流体所产生的压力梯度。
本领域普通技术人员应当意识到可以使用许多其它的实施方案形成适用于辅助涂覆的真空箱。
生产实施例将根据上述方法制备的宽24英寸的真空箱进行改装，在该箱宽度上有七个位置能够测定涂覆液珠处的真空度。通过离线测试来证明真空箱宽度方向上的真空均一性。测得的真空箱宽度方向上的真空可变性是对于所有可变条件下的标准偏差小于25mm水柱(2.5x10-4巴)。
在没有真空辅助的情况下用AT-70纸产生涂覆窗口，在发生震荡缺陷前建立最大的涂覆间隙。单层涂覆材料由硅酮和SBR组成，固体浓度为35％，Si与SBR的比为40∶60。模具迎角设定为-2.0°，涂覆速度设定为30m/min。涂覆的目标重量是1.5gsm的干燥硅酮。没有使用真空的情况下涂覆间隙是74微米。在该涂覆间隙下液珠是稳定的，没有观察到振荡和鉴别织物纤维染色剂的情况。我们观察到大于74微米的涂覆间隙会造成涂覆缺陷。
为了确定真空对振荡的影响，将间隙增大的同时增加真空度。调节真空叶片和真空度使振动的涂覆缺陷完全消除，以此建立涂覆窗口。结果是有了好的涂覆质量，鉴别织物纤维染色剂方面情况良好(没有针孔)，这表示涂覆效果得以改进。涂覆间隙增加到70-100μm。模具迎角(AOA)是-2.0°，真空度是25.6cmH2O(0.0251巴)。后来在-4.0°AOA下的研究证明增大涂覆间隙的范围是可能的。另外，在真空辅助下生产涂覆质量好和鉴别织物纤维染色剂方面情况良好的样品的速度可高达90m/min。
幕涂本发明的发明人还发现可以用幕涂技术形成多层脱模表面，其中支撑层和脱模层基本上同时涂覆。正如本领域普通技术人员所知道的那样，在幕涂中，液体薄片从一个设备如模具中挤出，自由下落一段距离，直到撞击在要涂覆的移动基底上。液体薄片撞击基底表面，如果正确控制涂覆条件，则能够在其上形成涂层。通过形成从幕涂设备中挤出的多层液体薄片可以用幕涂法涂覆多层。本领域普通技术人员可以参看Kistler等人的″Liquid Film Coating″，Chapman&Hall出版，London(1997)，此处引入该专利作为参考，该文献公开了多层幕涂技术。还可以参看Kistler，S.F.的″The Fluid Mechanics of Certain Coating and Related Viscous FreeSurface Flows with Contact Lines，″Doctoral Thesis，University ofMinnesota，1983.11。
对于多层脱模表面，幕涂法与上述双模涂覆机相比有一些优点。首先，在幕涂法中，液体薄片从模具到基底运行的距离可以比双模涂覆中模具与基底之间的间隙大数百倍。因此，幕涂法不要求双模涂覆中所必需的对涂覆间隙的精确控制。因此，经验较少的操作员能够/可以成功地幕涂多层脱模表面，涂覆效率也更高。事实上，在某些涂覆中间隙在5cm-50cm之间变化很正常。第二，从其本性上讲，幕涂法的流体力学要求一种流体必须超过其流动下限，即，为了保持幕布的整体性必须有一个最小体积(m/min)。涂层厚度和涂覆速度是耦合的，这一点易于理解。为了保持幕布的整体性，要将涂层厚度从30μm减小到25μm，必须将涂覆速度提高30/25倍(补偿线速度)。这就能够解释为什么认为幕涂是高速涂覆工艺。因此，用幕涂技术可以比用双模技术更快地形成多层脱模表面。
可以用本发明幕涂的支撑层、脱模层和基底如上所述。但是我们观察到当构成多层薄片的各个液体层的动表面张力大致相同时易于得到稳定的多层液体薄片。当动态表面张力相差太大时，幕布在接触下面的移动网之前就可能分裂。为了减小或克服与表面张力差相关的问题，可以用表面活性剂优化本发明的幕涂工艺。在一些情况下，加入表面活性剂并不足以形成稳定的幕布。对于这些类型的材料，一般可以用上述双模涂覆技术形成多层脱模表面，因为双模与基底的距离很近，所以表面张力的影响就小得多。
参看图21，该图是可以用于幕涂多层脱模表面的滑动涂覆机300的示意性横截面图。滑动涂覆机300包括上部固体部分302、中部固体部分304和下部固体部分306。这些固体部分定义了模具外表面。固体部分302、304和306可以用任何本领域普通技术人员公知的用于形成精确模具的材料制成，如不锈钢、316不锈钢、15-5HP钢及其它用于制备模具的不可腐蚀的金属。这些固体部分的大小可以随特定的涂覆需要而变化。但是，固体部分302、304和306的宽度至少应当能够提供要涂覆在基底上的液体薄片所需宽度的狭槽。另外，如果需要在基底的侧边之间涂覆整个基底，则使用的模具应当足够宽，以能提供比基底宽的狭槽。我们发现一系列特定的能够成功地涂覆多层脱模结构的尺寸，这些尺寸示于图21。可以用本领域普通技术人员公知的方法如体栓法将固体部分302、304和306结合在一起。
上部固体部分302和中部固体部分304之间形成第一个水平或倾斜的狭槽330。倾斜狭槽能够防止模具内捕获气穴，气穴有沿计量流体产生气泡的危险，气泡将导致幕布破裂和/或产生椭圆体涂覆缺陷。狭槽330与歧管310流体相通，流经供应管325并进入歧管310的流体将进入狭槽330，并作为第一层从模具300中沿工作面滑动部分315挤出/计量。中部固体部分304和下部固体部分306之间形成第一个水平(或倾斜)的狭槽340。狭槽340与歧管320流体相通，流经供应管326并进入歧管320的流体将进入狭槽340，并作为第二层沿工作面滑动部分315挤出/计量。歧管310和320横穿滑动涂覆机300延伸到加料狭槽330和340。歧管310和320优选从滑动涂覆机300的中心向其侧边方向上有一个向下的斜坡(即，浅的倒V型)，用于促进流体沿歧管长度方向上的流动。
正如本领域普通技术人员所公知的那样，流经狭槽如狭槽330和340的流体进行抛物线流动。当流体从狭槽330和340挤出/计量后穿过模具面滑动时流体的流动从抛物线流变为半抛物线流。一旦流体的流动变为半抛物线，则该流体就能够形成本申请中所述的多层液体薄片。
第一层和第二层在狭槽340处相遇，形成用于要涂覆的多层液体薄片。狭槽330计量的流体在狭槽340计量的流体上面流动。在一个优选实施方案中，狭槽330和340基本上是平行的。尽管成功进行幕涂并不一定要将这些狭槽平行排列。在这些固体部分之间可以插入/使用垫片350或其它手段以调节狭槽330和340的大小。幕涂法中使用的狭槽可以根据成功地建立多层幕布的需要而改变其开孔。适用于滑动涂覆机250狭槽的开孔是200-1000微米，优选300-600微米。狭槽330和340之间沿工作面315的距离称为“滑动距离”，该距离应当足以使流体的流动从抛物线流变为半抛物线流。对于滑动涂覆机300来说，该滑动长度约为60mm。根据涂覆材料的不同，这些狭槽之间的滑动距离是10-100mm时是合适的。应当避免使这些狭槽之间的距离过长，以避免产生使流体不稳定的可能性。一般来说，滑动距离应当约为滑动块上流体层厚度的5-20倍。
尽管图中所示的模具300只有两个狭槽，但是本领域普通技术人员应当意识到可以用本申请的教导形成有三个或更多个狭槽的模具。例如，可以在上部固定部分302中形成一个歧管，在其上施加一个盖罩部分就可形成用于挤出附加流体层的第三个狭槽(图中未示出)。
如图21所示，工作面315和下部固体部分306的底面之间的角度是45°。对于涂覆特定的多层脱模材料来说，为了优化幕涂工艺可以变化这个角度。一般来说，涂覆材料的粘度越大，模具表面需要的倾角越大。对于包括涂覆在SBR支撑层内的含硅酮脱模层的硅酮脱模系统来说，倾角可以平均在10-60°内变化，优选20-45°。本领域普通技术人员应当意识到这些范围以外的倾角也可以工作，但有时候效果不好。
为了优化幕涂条件，优选对滑动涂覆机300的模唇365的设计进行调节。如果没有改动，则流向模唇365的流体可能移动到下部固体部分306下面，使稳定的幕布流体中断。为了对此进行校正，在下部固体部分306的底面上安装一个滑架370。滑架370以比工作面315更尖锐的角度向下弯曲以形成更稳定的幕布。在滑架370的下面形成具有锐角倾斜度的底边375以防止离开滑架370边线的液体薄片材料流到滑架370下面。滑架370的正面和背面之间形成的角度可以变化，优选在0-35°内变化。
在使用时，当液体从滑架370落下时，模具300产生有两个层的液体薄片。传统上的基底是移动纸网，首先在歧管下行进，然后再离开滑架375。因此，狭槽330计量的液体形成第一个也是最上面的层。然后对于多层脱模表面来说狭槽330开始计量上述含硅酮的组合物。通过狭槽340计量的液体形成第二层。当第一层流过狭槽340时第一层将第二层覆盖。对于多层脱模表面来说，第二层是用上述的支撑层材料形成的。
如图21所示，上部固体部分302、中部固体部分304和下部固体部分306结合在一起形成一个平面工作面。在一个替代性实施方案中，可以调节中部固体部分304，使其突出到工作面315外，突出的长度等于狭槽340形成的层厚。通过这样的调节可以使狭槽330形成的层直接流到狭槽340形成的层上面，这样就减小了这两个层在相遇处产生不希望的界面效应的机会。
如果在涂覆模具中结合使用导边器，则幕涂效率会大大提高。导边器是条棒或压杆，从模具狭槽的侧边延伸到几乎与下面的移动网表面相接触。导边器为多层液体薄片的侧边提供一个在其上流动的表面。如果没有这样一个表面，则幕布可能向里塌陷。因此，导边器能够促进稳定幕涂。为了达到本发明的目的，本领域普通技术人员公知的许多不同类型的导边器都是合适的。一个例子是Bachofen+Meier AG，Bulach，Germany以Seitenblech zur Duse销售的导边器。其它合适的导边器包括在许多授权的美国专利中所述的那些导边器，如美国专利5976251，此处引入该专利作为参考。
可以用一个计量泵(或多个泵)将形成两层的流体泵入滑动涂覆机300的歧管。优选的计量泵是无脉冲和精确的泵，如Zenith以C9000、WaukeshaUniversal 15系列销售的那些计量泵，也可以使用其它合适的计量泵。调节计量泵使其提供涂覆时需要的流速，以为歧管和狭槽330和340供应稳定的物流。根据具体的工艺条件、流体流变学和模具的设计，并根据涂覆液体的粘度，歧管内的流体压力可以在0.15-10psi之间变化。应当意识到为了建立稳定的流动，流体的粘度越高，如固体含量高的液体，需要的压力越高。
材料的流速由网速和设计的涂层厚度决定。建立稳定的幕布一般需要的最小流速为6L/(m.min)或更小。最大流速由线速和要求的涂层厚度所决定，可以超过30L/(m.min)。在这些极值范围内，可以调节网速以得到需要的涂层厚度，这对于本领域普通技术人员来说是公知的。
对于幕涂法，在模具下面移动的网一般以最小是1.0m/s或更小，最大是20m/s或更大的速度行进。这将在接近向下落液体幕布移动的网表面处产生很大的气压。为了防止这种移动气体破坏幕布，应当使用空气屏蔽。本发明的发明人发现一种和有机玻璃附在一起的宽度大于基底宽度、高为120mm的软橡胶材料就足够了，但是可以使用其它更好的设备。空气屏蔽位于幕布后面1.0cm(实际应用中可能更小)至10cm处。可以用具有适宜厚度和硬挺度的塑料材料使由移动基底导入的空气薄层远离液体幕布。软橡胶材料与网非常轻/充分地接触。其它设计方案可以包括美国专利5224996中公开的那些方案，此处引入该专利全文作为参考。
另一个要控制的重要变量是涂覆流体中的空气含量。幕布中的气泡会短暂地破坏幕布，极大地降低涂覆效率。因此，幕涂用的流体在泵入幕涂模具之前应当脱气。任何已知的脱气方法都是可以接受的。例如，一种合适的设备是Cornell Machine，Springfield，New Jersey销售的Versator。还可以使用其它脱气方法， 如使用Fryma AG，Rheinfelder，Switzerland销售的那些设备或薄膜蒸发器。
还可以使用不同设计方案的模具幕涂本发明的多层脱模结构，这一定应当易于理解。例如，Kistler等人的″Liquid Film Coating″中描述了几种不同设计方案的经过改装可用于涂覆多层脱模表面的幕涂模具。这些替代性设计方案包括倒狭槽-加料型幕涂模具(Kistler等人，图11c.4)、反式滑动型幕涂模具(Kistler等人，图11c.5)、滑动加料型幕涂模具(Kistler，图11c.3)和结合滑动-加料幕涂模具(Kistler等人，图11c.6)。本发明的发明人发现在这些不同类型的涂覆机中，如果使用滑动型涂覆机则更易于优化涂覆工艺。
生产实施例下面用幕涂技术生产多层脱模表面。脱模层由硅酮/SBR混合物形成，硅酮与SBR的比为30∶70，未稀释的固体浓度为50％。脱模支撑层的涂覆重量是6g/m2，脱模层的涂覆重量是4g/m2。流速为7L/(m.min)。用类似于上述的幕涂模具在Data-70纸上基本上同时涂覆每一层。将模具安装在中试涂覆机上。涂覆网速是350m/min。将钨丝置于网下，其位置是幕布撞击基底处。在涂覆操作过程中施加25Kv的电压差。这种能够销定流体和移动基底之间动态接触线的(附加)体积力有助于在更宽的操作窗口内达到所要求的涂覆质量。电压差能够使下落的多层液体撞击网的力略微比重力产生的力大。图22示出得到的多层脱模表面的横截面的TEM。如图22所示，脱模层和支撑层之间的边界比用双模涂覆产生的边界清晰得多，具有较少的相邻层的相互混合。因此，当要求在支撑层和脱模层之间得到更清晰的边界时可以使用幕涂技术。
检修如上所述，在生产过程中会发生在膜中引入缺陷的振荡或其它不正常情况。因此， 为了降低其程度和发生时间，尽快校正这些缺陷对于本发明的方法来说是有利的。如果可能，应当在涂覆过程中进行这样的“检修”，这样就不会使操作停止。
如上所述，最常见的一种缺陷情况是上游泄漏。如果在操作过程中发生上游泄漏，则可以增加涂覆间隙以降低沿液珠方向上的压力降。也可以通过变化模具迎角以产生更大的下游涂覆间隙和更小的上游涂覆间隙(即，更小负值的迎角)来消除上游泄漏问题。也可以用其它方法如调节液体粘度的方法来控制上游泄漏。
另一种缺陷是“去湿”，如果在成膜区域中振荡影响膜表面，则一个或多个层会从下面的层或基底上收缩，形成空穴。可以通过降低上面层的表面张力如在这些层中增加表面活性剂的方法校正这一情况。为了使成膜区域的液体的动态表面张力保持在稳定程度或稳定程度以下还可以降低涂覆速度。
总之，本发明的方法在多层涂覆领域有突出的优点。应当理解的是，不能用本申请中的例示或上述说明限定本发明的保护范围。本发明的保护范围由所附的权利要求书确定，本领域普通技术人员可以对本发明进行某些变化和改进。
权利要求
1.一种制备多层脱模衬垫的方法，其包括提供双模，所述双模包括上游模唇、中唇和下游模唇、在上游模唇和中唇之间形成的第一间隙、以及在中唇和下游模唇之间形成的第二间隙；在衬背上从双模的第一间隙沉积支撑层；和基本上同时在支撑层上沉积脱模层，所述脱模层包括在支撑层上来自双模的第二间隙的硅酮，同时通过将分离线定位在双模中唇的下游拐角处而在分离线处控制脱模层和支撑层之间界面处的流动，控制所述脱模层和支撑层之间界面处的流动是为了获得支撑层中来自脱模层的硅酮区域，所述硅酮区域足以将所述脱模层结合到所述支撑层上，并且是为了在整个多层脱模衬垫上定义基本上连续的脱模表面。
2.根据权利要求1的方法，其中较大浓度的硅酮以多点存在于更接近脱模表面的脱模层内。
3.根据权利要求1的方法，其中，超过50％的硅酮在脱模表面下2微米内。
4.根据权利要求1的方法，其中，超过70％的硅酮在脱模表面下2微米内。
5.根据权利要求1的方法，其中，硅酮分布与至少为70％的硅酮总含量是非线性关系。
6.根据权利要求1的方法，其中，硅酮分布与至少为90％的硅酮总含量是非线性关系。
7.根据权利要求1的方法，其中，下游模唇的长度为0.1-3mm。
8.根据权利要求7的方法，其中，下游模唇的长度为0.8-1.2mm。
9.根据权利要求1的方法，其中，中唇的长度为0.1-3mm。
10.根据权利要求9的方法，其中，中唇的长度为0.3-0.7mm。
11.根据权利要求1的方法，其中，上游模唇的长度为1.0-3.0mm。
12.根据权利要求11的方法，其中，上游模唇的长度为1.5-2.5mm。
13.根据权利要求1的方法，其中，用于形成硅酮层的液体的粘度大于用于形成支撑层的液体的粘度。
14.根据权利要求1的方法，其中，用于形成硅酮层的液体的表面张力低于用于形成支撑层的液体的表面张力。
15.根据权利要求1的方法，其中，衬背层选自机制纸、机械抛光纸、袋纸、砑光和非砑光粘土涂层纸、乳胶饱和纸、聚合物膜及它们的组合。
16.根据权利要求1的方法，其中，支撑层包括填料。
17.根据权利要求16的方法，其中，填料选自乳胶、可交联乳胶、水溶性聚合物、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、淀粉、乙烯乙酸乙烯酯、碳酸钙的乳液或水分散液，丁苯乳胶、和丁苯橡胶化合物在水分散体中的乳液。
18.一种制备多层脱模衬垫的方法，其包括移动基底接近双模，所述双模具有第一和第二间隙；将支撑层从第一间隙发送并发送至基底上；和将包含硅酮的脱模层从第二间隙发送并发送至支撑层上，以便所述脱模层定义基本上连续的、避开所述支撑层的脱模表面，将所述脱模层和支撑层发送在所述双模处以获得所述支撑层中来自脱模层的硅酮区域，所述硅酮区域足以将所述支撑层与脱模层结合并且以更接近所述脱模表面的多点提供较大浓度的硅酮。
19.一种制备多层脱模衬垫的方法，其包括移动基底接近双模，所述双模具有第一和第二间隙；将支撑层从第一间隙发送并发送至基底上；和将包含硅酮的脱模层从第二间隙发送并发送至支撑层上，以便所述脱模层包括基本上连续的、避开所述支撑层的脱模表面，将所述脱模层和支撑层发送在所述双模处，使得在所述支撑层中定义来自脱模层的硅酮区域，所述硅酮区域足以将所述支撑层与脱模层结合，并且使得超过50％的硅酮在脱模表面下2微米内。
全文摘要
本发明公开一种多层硅酮脱模表面，其包括衬背、衬背上面的支撑层和支撑层上面的硅酮层。多层脱模表面的各个层基本上是同时沉积的。例如，可以使用双模或使用幕涂技术进行沉积。
文档编号B05C9/06GK101091946SQ200710138119
公开日2007年12月26日 申请日期2001年3月22日 优先权日2000年3月22日
发明者苏文晨, 刘吉·萨尔托尔, 蔡国立, 弗兰克·严泽·石, 丹尼尔·迈耶, 史蒂芬·胡夫, 伯特·波杰尔, 郭洪杰, 阿德·范桑顿, 阿尔诺德·H·克特尼斯, 威廉姆·克赖, 阿德里安·休姆, 亚历山大·扬森, 罗伯特·乔尔迪克 申请人:艾弗里丹尼逊公司