專利名稱：將可固化的樹脂涂布于造紙中所用的紙頁載體上的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明提供一種將可固化的樹脂涂布于紙頁載體的方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種將可固化液體樹脂涂布于紙頁載體方法以制成造紙中所用的使紙幅產(chǎn)生圖案的裝置。
本發(fā)明的背景在現(xiàn)有造紙技術(shù)中，人們已經(jīng)知道將涂料如樹脂涂料和泡沫涂料涂布于紙頁載體。例如，人們已知道以預(yù)選的圖案將光敏樹脂涂布于造紙作業(yè)中所用的多孔元件(foraminous member)上。人們還知道提供具有涂料，如泡沫涂料的造紙壓榨毛毯從而取得可控的孔隙體積和滲透性。下列文獻(xiàn)描述了樹脂、填料、泡沫、層合結(jié)構(gòu)或其它涂料在造紙設(shè)備制造過程中的應(yīng)用1970年12月22日頒發(fā)給Benz的美國專利3,549,742；頒發(fā)給Eklund的美國專利4,446,187；1985年4月30日頒發(fā)給Johnson等人的美國專利4,514,345；1987年1月20日頒發(fā)給Trokhan的美國專利4,637,859；1989年1月3日頒發(fā)給Boyer等的美國專利4,795,480；1992年3月24日頒發(fā)給Smurkoski等人的美國專利5,098,522；1994年9月13日頒發(fā)給Barnewall的美國專利5,346,567；1994年8月2日頒發(fā)給Trokhan等人的美國專利5,334,289；和1991年10月3日以Sayers等的名字公開并轉(zhuǎn)讓給SCAPA集團(tuán)的PCT公開號WO91/14558。
人們還知道用樹脂和填料材料來浸漬織物如針狀纖維織物和毛毯材料。下列文獻(xiàn)描述了樹脂和/或填料在織物中的應(yīng)用頒發(fā)給Mutzeuber等人的美國專利4,250,172；頒發(fā)給Wood的美國專利4,390,574；頒發(fā)給Dost等人的美國專利4,464,432；頒發(fā)給Sumii等人的美國專利5,217,799；頒發(fā)給Landis等人的美國專利5,236,778；和1988年7月12日重新頒發(fā)給Woo的再頒發(fā)專利32,713。
為制成造紙裝置，在紙頁載體上的部分樹脂固化之后，最好從載體上除去未固化的樹脂。為使最終造紙裝置在其特殊造紙用途方面具有所期望的特性，從載體上除去未固化的樹脂是很重要的。這些特性包括，但不限于，裝置的柔韌性、裝置的可壓縮性、空氣通過該裝置的滲透性和水通過該裝置的滲透性。對于具有開口的圖案裝飾樹脂表面的造紙裝置(借助開口，在紙幅成形和干燥期間，空氣和/或水得以輸送)，除去未固化的樹脂特別重要。保留在載體中的未固化的樹脂會降低載體的滲透性，從而減少通過在圖案裝飾的樹脂表面的開口的流動。
除去未固化的樹脂的一種方法包括從載體上洗掉未固化的樹脂。例如，上面提到的美國專利4,514,345公開了從由纖絲(woven filament)織成的多孔元件上洗掉未固化的樹脂，接著借助真空從多孔元件上除去殘余清洗液和未固化的液體的方法。然而，僅僅使用洗滌和真空法對除去所有未固化的樹脂是無效的。
毛毯或開孔的泡沫載體會具有大量相對小的，能捕集未固化的樹脂的內(nèi)部孔洞。正如上面所描述的，捕集的未固化的樹脂會降低造紙裝置的性能。另外，這種捕集的樹脂基本上是浪費(fèi)，只會增加樹脂流延工藝的成本。增加洗滌和真空循環(huán)的次數(shù)來除去所捕集的樹脂也會增加該方法的成本。
此外，在某些涂布中，最好是能夠控制樹脂滲入載體的深度。例如，最好使固化的樹脂層滲到載體的預(yù)定的厚度部分，從而使樹脂與載體的結(jié)合合乎要求，同時保持載體的柔韌性和載體對空氣和水的滲透性。
1970年12月22日頒發(fā)給Benz的美國專利3,549,742公開了一種將填充材料塞入濾水元件孔隙中的方法，這些孔隙最終是開孔的以用于濾水，然后將可固化的材料塞入預(yù)定區(qū)域中的濾水元件的剩余孔隙，在這一區(qū)域中，可以防止液體通過濾水元件的流動?？晒袒牧瞎潭ɑ蚬袒螅瑥臑V水元件中除去填充材料。Benz方法的缺點(diǎn)是填料在涂布于濾水元件之前，就以預(yù)定圖案放置，并且填料必須被壓入濾水元件，以使得濾水元件的預(yù)定區(qū)域不含填料。因此，其中可固化的材料可被固定到濾水元件的圖案由不含填料的濾水元件的預(yù)定區(qū)域所限定。
而且，Benz采用壓力來機(jī)械地迫使填料進(jìn)入濾水元件。將填料壓入載體會產(chǎn)生以下缺點(diǎn)如果載體具有許多小的內(nèi)部孔隙，并且是相對可壓縮的，那么將壓力施加于載體會載體皺縮或關(guān)閉載體中的部分孔隙，從而使填料對載體的滲透變得困難。
另外，使填料壓入毯層會導(dǎo)致填料由側(cè)面流入毯區(qū)，這意味著這些區(qū)域?qū)τ诳晒袒牟牧鲜情_孔的。因此，由Benz所公開的方法用于將可固化樹脂于涂布毯層是不理想的。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種將可固化樹脂涂布于載體以制成造紙裝置的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種可減少未固化的光敏樹脂量的方法，這些未固化的光敏樹脂需要從使紙幅產(chǎn)生圖案的裝置上除去，這種裝置適于制造具有肉眼清晰可見圖案的紙頁。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制成使紙幅產(chǎn)生圖案的裝置的方法，該裝置具有一個脫水毯層和一個以圖案裝飾的光敏樹脂層，該光敏樹脂層可滲透到毯層的表面并從毯層的表面擴(kuò)展開來。
本發(fā)明概要本發(fā)明包含一種將可固化樹脂涂布于紙頁載體的方法。特別是該方法可用于制成造紙裝置，如紙幅成形毯或紙幅干燥毯。在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可用于將光敏樹脂涂布于脫水毯層以制成造紙裝置，該裝置可用于使紙幅產(chǎn)生圖案和脫水。所得的造紙裝置可包含脫水毯層和含光敏樹脂的紙幅圖案形成層(web patterning layer)，該脫水毯層具有在第一高度面對紙幅的第一毯面和以相反方向面對紙幅的第二毯面。圖案形成層滲透到第一毯面，并從第一毯面擴(kuò)展以在不同于第一毯面高度的第二高度形成與紙幅接觸的頂面。
根據(jù)本發(fā)明，該方法使載體中產(chǎn)生了一個屏障，從而限定了可固化的液體樹脂通過載體厚度滲透的深度。該方法包括下列步驟提供具有第一表面，第二表面和厚度的載體，該載體在第一和第二表面之間具有孔隙；提供可固化的液體樹脂；提供不同于可固化的液體樹脂的第二種材料；將第二種材料涂布于載體以占據(jù)載體中第一和第二表面之間的至少部分孔隙；將可固化的樹脂涂布于載體；使至少部分樹脂固化以在載體上形成樹脂層；和從載體中除去至少部分第二種材料，其中在將可固化的樹脂涂布于載體之后從載體中除去至少部分第二種材料。
除去至少部分第二種材料的步驟優(yōu)選包括除去至少約50％的涂布于載體的第二種材料，并且更優(yōu)選地，基本上除去所有涂布于載體的第二種材料。
在一種實(shí)施方案中，載體包含造紙脫水毛毯和樹脂包括光敏樹脂。
在一種實(shí)施方案中，該方法包括這一步驟，即在將樹脂涂布于載體之前，減小涂布于載體的第二種材料的流動性。該方法還包括一個步驟，即在至少部分樹脂固化之后，提高第二種材料的流動性，以便從載體中除去第二種材料。
在一種實(shí)施方案中，該方法包括在涂布液體光敏樹脂之前，改變涂布于載體的第二種材料的狀態(tài)。在一種實(shí)施方案中，第二種材料以水和皂膠凝劑的液體混合物涂布到載體的整個厚度。冷卻第二種材料以使其凝固成凝膠狀。使鄰近載體第一表面的一薄層凝膠化第二種材料液化或溶解，然后通過噴水除去，以提供鄰近第一表面的部分載體厚度基本上不含第二種材料。
然后，將液體光敏樹脂涂布于載體的第一表面以使其從第一表面滲入載體，并向載體外擴(kuò)展到載體距第一表面的一預(yù)定距離。準(zhǔn)備光化輻射源和具有不透明和透明區(qū)的遮蔽物。使樹脂暴露于通過遮蔽物的光化輻射從而使這種液體光敏樹脂按預(yù)定的圖案固化。然后借助水噴淋從載體的第一表面洗掉未固化的液體樹脂。然后通過加熱、熱水噴淋和抽真空使保留在載體中的凝膠化的第二種材料液化并從載體上排除。
附圖描述雖然本說明書是以特別指出和明確要求本發(fā)明的權(quán)利要求書結(jié)束，但結(jié)合附圖，下列描述將使本發(fā)明得到更好地理解，附圖中類似部分是由相同參考數(shù)字表示，并且

圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法制成的裝置的平面圖，該裝置包含脫水毯層和與脫水毯層相連的固化的光敏樹脂紙幅圖案形成層，并具有與頂面接觸的連續(xù)網(wǎng)狀紙幅。
圖2是圖1所示裝置的橫截面圖。
圖3是用紙幅圖案形成裝置造紙的方法示意圖，該裝置是根據(jù)本發(fā)明的方法制成的。
圖4A-4H是根據(jù)本發(fā)明的方法制造紙幅圖案形成裝置的各步的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的方法制成紙幅圖案形成裝置的示意圖，該裝置具有毛毯脫水層和由光敏樹脂制成的紙幅圖案形成層。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的方法制成的裝置的顯微放大照片。
圖7是圖6所示裝置的橫截面顯微放大照片。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖1和圖2是造紙紙幅支承裝置200的示意圖，該裝置是用本發(fā)明的方法制成的。裝置200包含載體如脫水毯層220，和與毯層220表面相連的固化的樹脂紙幅圖案形成層250。圖3說明了用圖1和2的裝置200制造紙幅的方法。圖4A-4H說明根據(jù)本發(fā)明通過將光敏樹脂固化在載體表面上來制造紙幅圖案形成裝置200的各個步驟。圖5是本發(fā)明的方法一個實(shí)施方案的示意圖。圖6和7是用本發(fā)明的方法制成的裝置200的顯微放大照片。
紙幅支承裝置(the web support apparatus)圖1，2和4H顯示了紙幅支承裝置200，它包含干燥并賦予紙幅圖案的連續(xù)干燥毯。紙幅支承裝置200具有面對紙幅的第一面202和以相反方向面對紙幅的第二面204。在圖1中，從面對紙幅的第一面202向著觀察者的角度來觀察紙幅支承裝置200。
紙幅支承裝置200包括載體，在載體的第一和第二表面之間具有孔隙。優(yōu)選地，至少部分孔隙與載體的至少一面是流體相通的。例如，載體包含脫水毯層220，它具有處在第一高度231(圖2)的面對紙幅的第一毯面230，和以相反方向面對紙幅的第二毯面232。毯層220在第一表面230和第二表面232間有大量孔隙。紙幅支承裝置200還包含與面對紙幅的第一表面230相連的紙幅圖案形成層250。如圖2所示，紙幅圖案形成層250從第一毯面230擴(kuò)展以在與第一高度231不同的第二高度261具有紙幅接觸的頂面260。第一高度231和第二高度261之間的高度差262(圖4H)至少約為0.05毫米，并且在一個實(shí)施方案中的高度差是在約0.1和0.2毫米之間。
脫水毯層220是可透水的并能夠接收和保留從造紙纖維濕紙幅壓出的水。紙幅圖案形成層250是不透水的，并且不接收或保留從造紙纖維紙幅壓出的水。紙幅圖案形成層250其中可具有許多不連續(xù)的開口270，并在第一毯面230上形成了連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖1所示。另外，紙幅圖案形成層可是不連續(xù)的，或半連續(xù)的。
紙幅圖案形成層250包含可固化的樹脂，它可以以液體沉積在載體的表面上，并且隨后固化以使部分紙幅圖案形成層滲透載體的表面。特別地，紙幅圖案形成層250可包含光敏樹脂，它可以以液體沉積在第一表面230上的，并隨后借助輻射固化以使部分紙幅圖案形成層250滲透，從而牢固地結(jié)合到第一毯面230。優(yōu)選地，紙幅圖案形成層250不擴(kuò)展到毯層220的整個厚度，而是擴(kuò)展到約毯層220的一半以下的厚度，以保持紙幅支承裝置200的柔韌性和壓縮性，并且特別是毯層220的柔韌性和壓縮性。
適合的脫水毯層220包含天然或合成纖維的纖維層(batt)240，它是通過針刺連接到由織成的纖絲244形成的支承結(jié)構(gòu)。如圖4A所示。形成纖維層240的適合材料包括(但不限于)天然纖維如羊毛和合成纖維如聚酯和尼龍。形成纖維層240的纖維具有的1-20旦(每9000米纖線長度約1～20克)。
毯層220可具有多層結(jié)構(gòu)，并可含有不同類型和尺寸的纖維。毯層220可具有較細(xì)的、相對緊密填充的纖維，它處在與第一毯面230鄰近的位置。在一種實(shí)施方案中，與鄰近第二毯面232的毯層220的緊度和孔隙尺寸相比，毯層220鄰近第一毯面230可具有相對高的緊度和相對小的孔隙尺寸。
脫水毯層220可具有約2～5毫米的厚度，約800～2000克/米2的定量，約0.16～1.0克/厘米3的平均緊度(由定量除以厚度而得)，約5～300標(biāo)準(zhǔn)英尺3/分(scfm)的透氣度，這里以scfm表示的透氣度是每分鐘通過一平方英尺區(qū)的毯層220的立方英尺空氣的量的量度，此時毯層220厚度間的壓降約等于0.5英寸的水。這種透氣度是用Valmet透氣性測量儀(model wigoTaifun Type 1000)測定的，它可從芬蘭Pansio的Valmet公司買到。紙幅支承裝置200的透氣度小于或等于毯層220的透氣度，并約等于毯層220的透氣度乘以未被紙幅圖案形成層250覆蓋的裝置200的投影面積的系數(shù)。
適合的毯層220是由威斯康星州Appleton的Appleton造紙機(jī)械公司制造的Amplex 2壓榨毯。這種毯層220具有約3毫米的厚度，約1400克/米2的定量，約20～30標(biāo)準(zhǔn)英尺3/分(scfm)的透氣度，并具有雙層支承結(jié)構(gòu)。這種雙層支承結(jié)構(gòu)具有一個3層多纖絲頂部和底部經(jīng)線和一個4層絞花的單纖絲橫向織紋。纖維層240包含尼龍纖維，它在第一表面230具有約3旦的細(xì)度，并在第一表面230之下的纖維層載體具有約10～15旦的細(xì)度。
適合的光敏樹脂公開在1985年4月30日頒發(fā)給Johnson等人的美國專利4,514,345和1994年8月2日頒發(fā)給Trokhan等人的美國專利5,334,289中，這些專利的收編于此供參考。固化的樹脂具有小于或等于約60ShoreD的硬度。該硬度是在1×2×0.025英寸未裝飾圖案的光聚合樹脂試樣塊上測定的五個值的平均值，該試樣是在與紙幅圖案形成層250相同的條件下固化的。這種硬度測量是在25℃下進(jìn)行的，并在shore D硬度計探頭與樹脂接觸10秒后讀數(shù)。通過固化而獲得這樣一個硬度的樹脂是所期望的，目的是使紙幅圖案形成層250有一些柔韌性和可變形性。固化的樹脂優(yōu)選抗氧化。未固化的樹脂在70°F具有約5000～25000厘泊的粘度，這便于樹脂在固化之前滲透入毯層220。適合的液體光敏樹脂包含在特拉華州Wilmington的Hercules公司制造的Merigraph系列樹脂中，這些樹脂還包括抗氧化劑，它公開在上面提到的美國專利5,334,289中。適合的液體光敏樹脂是MEH-1000樹脂，它可從Hercules公司買到。
紙幅支承裝置在造紙中的應(yīng)用圖3說明了裝置200在紙幅20制造過程的應(yīng)用。將造紙纖維如纖維素的木漿纖維的懸浮液(slurry)從流漿箱(headbox)500沉積到多孔的、液體可滲透成形網(wǎng)(forming belt)542上，以形成由成形網(wǎng)542支承的造紙纖維的初始紙幅543。成形網(wǎng)542包含連續(xù)的長網(wǎng)，或替換地，可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種的雙網(wǎng)成形器(twin wire former)的任一形狀。然后，紙幅543由成形網(wǎng)542轉(zhuǎn)移到紙幅支承裝置200，同時使初始紙幅543固定在紙幅支承裝置200的第一面202上。
使初始紙幅543轉(zhuǎn)移到紙幅支承裝置200的步驟可同時包括使部分紙幅543偏轉(zhuǎn)入紙幅圖案形成層250的開口270中以形成非單平面紙幅545的步驟。使初始紙幅543轉(zhuǎn)移到紙幅支承裝置200并使部分初始紙幅543偏轉(zhuǎn)的步驟至少部分地可借助真空源600對初始紙幅543施加差示的流體壓力來達(dá)到。在初始紙幅轉(zhuǎn)移點(diǎn)的后面也可設(shè)置一個或更多的附加真空源620。
使初始紙幅543轉(zhuǎn)移并偏轉(zhuǎn)以形成非單平面紙幅545之后，紙幅545由紙幅支承裝置200承載通過在楊克干燥烘缸880和輥?zhàn)?00間形成的壓區(qū)(nip)800。紙幅被轉(zhuǎn)移到烘缸880表面875上，并在其上干燥，然后借助刮刀1000從表面875使紙幅起皺以形成皺紋紙幅20。在紙幅545轉(zhuǎn)移到干燥烘缸880之前，可使紙幅進(jìn)一步脫水，如借助壓榨或熱風(fēng)穿透干燥。例如，紙幅可在紙幅支承裝置200和分開的脫水毯712之間的壓區(qū)700受到壓榨，這公開在美國專利申請?zhí)枮?8/358,661，發(fā)明名稱為“濕壓榨的紙幅及其制造方法”專利中(Ampulski于1994年12月19日提交申請)。為了公開如何制造以圖案裝飾的紙幅20，下列專利文獻(xiàn)全部收編于此供參考1985年7月16日頒發(fā)給Trokhan的美國專利4,529,480；Trokhan于1994年6月29日提交的美國專利申請?zhí)?8/268,154，其發(fā)明名稱為“包含毯層和光敏樹脂層的紙幅圖案形成裝置”；Trokhan等人于1994年6月29日提交的美國專利申請?zhí)?8/268,213，發(fā)明名稱為“具有至少三個區(qū)域的紙頁結(jié)構(gòu)，這些區(qū)域包括與處在不同高度的相對較薄區(qū)相互連接的過渡區(qū)，和制造該紙頁的裝置和方法”；和Ampulski于1994年12月19日提交的美國專利申請?zhí)?8/358,661，其發(fā)明名稱為“濕壓榨紙幅和制造相同紙幅的方法”。
用在毯層上固化的光敏樹脂制造紙幅支承裝置根據(jù)本發(fā)明，紙幅支承裝置200可用圖4A-4H所示的步驟來制造。提供具有第一表面、第二表面和厚度的載體，且該載體在第一和第二表面之間具有孔隙。在圖4A中，所提供的載體是脫毯層220。還要提供液體光敏樹脂和不同于光敏樹脂的第二種材料。
參看圖4B，本發(fā)明包括這一步驟，即將第二種材料(標(biāo)記為2000)涂布于毯層220。毯層220以圖4B中箭頭所示的方向運(yùn)行。在一種實(shí)施方案中，在將第二種材料涂布于毯層220之前，毯層220運(yùn)行到鄰近紅外加熱燈2310，它處在鄰近毯層220的第一毯面230的位置。加熱燈2310可用于加熱毯層220。使用加熱燈2310是可選的，并不是必需的。
然后，毯層220運(yùn)行到鄰近聯(lián)管箱(header pipe)2410，它固定在鄰近毯層220的第二表面232的位置。聯(lián)管箱2410有一個開口，借此，第二種材料2000可直接涂布到毯層220的第二表面232上。第二種材料是以液體狀態(tài)涂布到毯層220的，以占據(jù)表面230和232之間毯層的至少部分孔隙。在圖4B中，將第二種材料涂布到毯層200以滲透表面230和232之間的整個毯層厚度。將沉積有第二種材料2000的毯層220直接通過輥?zhàn)?472之間的壓區(qū)2470以確保第二種材料分布到表面230和232之間的整個毯層220厚度。另外，第二種材料2000可以涂布到毯層220的第一表面230。
第二種材料2000填充了毯層220的孔隙，從而阻止了液體光敏樹脂向整個毯層220的滲透。第二種材料2000的作用是避免可固化的樹脂進(jìn)入含孔隙毯層220的特定部分。優(yōu)選地，第二種材料易于涂布于載體，并且不會被可固化樹脂從毯層220置換。在涂布于毯層220的樹脂固化之后，第二種材料還優(yōu)選易于從毯層220排除。
在一種實(shí)施方案中，第二種材料2000(1)可以相對流動狀態(tài)涂布于毯層220以使第二種材料2000滲透到整個毯層220；(2)在其涂布到毯層之后和光敏樹脂涂布于毯層220之前，可對其改變使其具有降低的流動性，從而阻止了第二種材料2000被光敏樹脂置換；和(3)在至少部分樹脂固化之后，可對其改變使其具有增加的流動性，從而便于第二種材料從毯層220孔隙的排除。
在一種實(shí)施方案中，當(dāng)首先涂布到載體時，第二種材料是相對可流動的。例如，當(dāng)首先涂布到載體時，第二種材料可包含液體，溶解在液體溶劑中的溶質(zhì)，分散在第二種材料的液體組分中的固體粒子，或液體反應(yīng)組分的混合物。在第二種材料已涂布于載體之后，并在可固化樹脂涂布于載體之前，與首先涂布于載體時相比，對第二種材料進(jìn)行改變使其具有相對較小的流動性，從而提供一個阻擋層以防止可固化樹脂滲入載體的預(yù)定部分。
在可固化樹脂涂布于載體之前，優(yōu)選地，涂布于載體的第二種材料通過下列方法變成相對不流動的，例如提高第二種材料的粘度；至少使部分第二種材料由液態(tài)變成固態(tài)；蒸發(fā)第二種材料的流體組分以在載體中形成阻塞膜或封閉的微孔泡沫阻擋層；或產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使第二種材料的液體反應(yīng)組分轉(zhuǎn)變成高粘度的或固體的反應(yīng)產(chǎn)品。盡管圖4B到4H將就形成凝膠的第二種材料進(jìn)行討論，但適合的第二種材料的其它例子也提供如下。
在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明包括這一步驟，即改變涂布于毯層220的第二種材料2000的狀態(tài)。詞組“改變第二種材料的狀態(tài)”指在一定的溫度和壓力時，第二種材料的某種性能的不連續(xù)變化。改變第二種材料的狀態(tài)包括使第二種材料由氣相變成液相或固相，使第二種材料由液相變成氣相或固相，和使第二種材料由固相變成氣或液相。第二種材料的狀態(tài)變化的例子包括，但不限于，使第二種材料液化，使第二種材料升華，和通過使第二種材料凝固或凝膠化而使使第二種材料固化。在一種實(shí)施方案中，第二種材料經(jīng)受了從固相到液相的相變，這是在低于固化的樹脂降解的溫度(即小于固化的樹脂熔化或分解的溫度)下進(jìn)行的，并且更優(yōu)選在約50～150°F時進(jìn)行。
參見圖4B，在一種實(shí)施方案中，第二種材料是在升高的溫度下，以水和膠凝劑的液體混合物的形式涂布于毯層220。然后使水和膠凝劑的液體混合物在毯層220上冷卻以形成固體凝膠相的第二種材料，來填充毯層220中的孔隙。
在將光敏樹脂涂布于毯層220之前，最好從毯層220除去一些(但不是全部)第二種材料。參見圖4C，本發(fā)明包括從鄰近毯層220的第一表面230排除第二種材料的步驟，從而提供毯層220的部分厚度基本上無第二種材料。若第二種材料包括凝膠，鄰近毯層220的第一表面230的一層第二種材料可使用噴水裝置2510除去。另外，可借助機(jī)械刷洗從毯層220除去第二種材料層。除去鄰近第一表面230的一層第二種材料提供了預(yù)定部分厚度的毯層220，光敏樹脂可涂布于這部分并最后固定于此。
參見圖4D，本發(fā)明包括將可固化樹脂涂布于載體的步驟。在所示的實(shí)施方案中，在部分第二種材料從表面230排除之后，一層液體光敏樹脂2010被涂布到毯層220的暴露的第一表面230。一種遮蔽物3010固定在鄰近該液體樹脂層2010。遮蔽物3010具有不透明區(qū)3012和透明區(qū)3014。壓輥3100控制沉積在毯層220上的樹脂層2010的深度d。選擇深度d使其約等于固化的樹脂層250的表面260和毯面230(圖4G)之間的期望高度差262加上從圖4C中的毯層排除的那層第二種材料2000的厚度。
參見圖4E，本發(fā)明包括將涂布于載體的樹脂至少部分固化的步驟。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，對樹脂選擇性地固化以在載體上形成以圖案裝飾的樹脂層。在圖4E中，樹脂固化燈3150在第一固化步驟中提供光化輻射源，以至少部分固化沉積在毯層220上的液體光敏樹脂層2010。遮蔽物3010位于燈3150和液體光敏樹脂層2010中間。借助遮蔽物3010，液體光敏樹脂有選擇地暴露于光化輻射之下，從而使光敏樹脂的固化并與遮蔽3010中的透明區(qū)3014對齊。第一固化步驟提供了在毯層220的第一表面230上至少部分地固化的以圖案裝飾的樹脂層250。
參見圖4F，本發(fā)明可包括這一步驟，即在圖4E所示的第一固化步驟之后，從載體中排除未固化的樹脂。在圖4F中，未固化的樹脂由2010A表示。遮蔽物3010可從以圖案裝飾的樹脂層250上移開。然后使用噴水裝置2530排除未固化的樹脂2010A。使噴水裝置成一定的角度，這樣可從以圖案裝飾的樹脂層250的開口270中除去未固化的樹脂2010A。固體化的第二種材料2000可避免未固化的樹脂滲透毯層220的整個厚度，并保持未固化的樹脂鄰近毯層220的第一表面230。因此，未固化的樹脂2010A相對易于使用噴水裝置2530從樹脂層250的開口270中排除。參見圖4G，本發(fā)明包括這一步驟，即在樹脂涂布于載體之后，從載體上至少排除部分第二種材料2000。在實(shí)施方案中，若第二種材料2000如通過凝膠固化，可通過將第二種材料加熱到其凝膠溫度以上的一個溫度，從而使凝膠的第二種材料液化來除去第二種材料2000。在圖4G中，毯層220運(yùn)行到鄰近紅外加熱燈3170，它位于鄰近毯層220的第一表面230的位置。第二種材料2000可用紅外加熱燈3170加熱以使第二種材料液體化。然后，可用熱水噴淋裝置2550沖洗毯層220，并直接放在真空箱2570上以排除液體化的第二種材料及任何留下的未固化的光敏樹脂。在圖4G中，熱水噴淋裝置2550直接對著毯層220的第一表面230沖洗。真空箱2570在毯層220的第二表面232產(chǎn)生了一個真空，以從第二表面232排除液體化的第二種材料。如必要，可重復(fù)噴淋和抽真空，以從毯層220排除液體化的第二種材料。
優(yōu)選地，排除至少50％的涂布于載體的第二種材料2000，并且最優(yōu)選地，從載體上基本上排除所有涂布于載體的第二種材料2000。如圖4C和4G所示，在液體樹脂涂布于載體前和后，都可從載體排除第二種材料。在所示實(shí)施方案中，在液體樹脂涂布于載體后排除的第二種材料要比該樹脂涂布于載體前排除的多。
在圖4F和4G中，未固化的液體樹脂是在留在毯層220上的第二種材料排除之前洗掉的。另外，可從毯層220排除所有第二種材料2200，接著從毯層220洗掉未固化的液體樹脂。
參見圖4H，根據(jù)本發(fā)明的方法可包括從毯層220基本上排除所有未固化的液體樹脂2010A和所有第二種材料2000后所進(jìn)行的后固化步驟。一個光化輻射源，如樹脂后固化燈3180位于樹脂層250之上以使樹脂層250的完全固化。最好是在樹脂層250借助燈3180最后固化之前從載體排除所有第二種材料和所有未固化的液體樹脂，這可避免部分毯層220中的樹脂的偶然固化，這一部分毯層220最好是可滲透空氣和水的。如下所述，后固化步驟可通過將樹脂層250置于水浴1620中來進(jìn)行，從而促進(jìn)光敏樹脂完全反應(yīng)。
所得的紙幅支承裝置200具有固化的樹脂層250，它滲透毯層220的第一表面230，從而擴(kuò)展到第一表面230和第二表面232中間。固化的樹脂層250也可從第一表面230擴(kuò)展以在不同于第一表面230的高度的第二高度具有一個與紙幅接觸的頂面260。
用于填充載體中孔隙的第二種材料的實(shí)例許多材料都適于用作填充載體中孔隙的第二種材料2000以避免液體樹脂滲透載體的整個厚度。優(yōu)選地，第二種材料是在液體樹脂涂布于載體之前涂布于載體。然而，在另一實(shí)施方案中，第二種材料可涂布于載體，以置換前面已涂布于載體的液體樹脂。下列實(shí)例只是說明性的，但不限于這些。
在一種實(shí)施方案中，第二種材料可包含水。若水是用作第二種材料2000，優(yōu)選使用蒸餾水，以避免硬水沉積在載體上。例如，水可以液體涂布到毯層220，并且在加入和固化液體光敏樹脂的整個步驟保持液體。在將液體可固化樹脂涂布于載體時保持水為液體具有的缺點(diǎn)是如果在樹脂固化前，部分水(若不是大部分)會被液體樹脂所置換。
在另一實(shí)施方案中，水可作為液體涂布于毯層220，并且然后在液體光敏樹脂涂布之前凝固。通過使水凝固來改變水的狀態(tài)可在毯層中形成一層冰，這可避免液體樹脂滲透到毯層220的整個厚度。
在另一實(shí)施方案中，與最先涂布于毯層220的粘度相比，第二種材料可被轉(zhuǎn)變成具有大幅度增加的粘度。大幅度增加第二種材料的粘度是指第二種材料的粘度至少增加10倍，并優(yōu)選增加100倍。例如，第二種材料可包含溶劑和溶質(zhì)，如水和溶在水中的溶質(zhì)組分的混合物。水溶組分可包含水溶樹脂如聚乙烯醇，其以升高的溫度和低固含量涂布于毯層?！叭茉谒小笔侵高@種組分可在25℃至少約1.0％的量溶在去離子水中。
具體來講，第二種材料可包含8％(以重量計)的Elvanol HV(可從DL州，Wilmington市的Dupont公司買到)的水溶液。第二種材料可在約160°F的溫度涂布于載體。這種溶液具有約250厘泊的粘度并易于填充毯層220中的孔隙?？赏ㄟ^蒸發(fā)水而使溶液的濃度提高到約14％，并且溶液的溫度可降低到約70°F，以使第二種材料的粘度增加到約35,000厘泊。在光敏樹脂涂布并固化之后，可優(yōu)選使用熱水使Elvanol再溶解。
在另一實(shí)施方案中，第二種材料可包含溶解在水中的水溶膠。優(yōu)選的膠顯示假塑性特性(剪切稀化)?！凹羟邢』笔侵高@種材料受到剪切力時，它的粘度降低。在一種實(shí)施方案中，將1-3％的高粘度瓜耳膠水溶液加入含孔隙的載體，同時該膠和水溶液受到剪切速率和升高的溫度。在高于約1/10分鐘的剪切速率和至少約60℃的溫度下，該膠和水溶液的粘度可降低到足以使膠和水溶液容易地填充毯層220的孔隙。然后消除膠和水溶液的剪切速率，并使該溶液冷卻到約70°F，以形成粘度大于或等于約50,000厘泊的膠和水溶液。膠和水溶液的粘度避免了可固化的液體樹脂從毯層220中置換膠和水溶液。1980年R.L.Davidson，McGraw-Hill編輯的“水溶膠和樹脂手冊”(handbook of water soluble gums and resins)，第6-1到6-8頁收編于此供參考，目的是公開適合的水溶膠和應(yīng)用并測定剪切速率。
在另一實(shí)施方案中，第二種材料可包含水和第二種組分的混合物，其中水如通過干燥或蒸發(fā)可從混合物中除去。例如，第二種材料可涂布到毯層220，并且水可以如通過蒸發(fā)從第二種材料中排除從而提供一個阻擋層防止光敏樹脂滲透該載體。然后，使用噴水裝置從載體中洗去阻擋層，從而從載體排除阻擋層。例如，第二種材料可包含用甘油塑化的水和高分子量聚乙烯醇的溶液。這種溶液在70°F時可以是液體，并當(dāng)溶液中的水蒸發(fā)時，它可轉(zhuǎn)變成膜。適合的聚乙烯醇包括Elvanol 90-50和Elavanol 71-30(可從DL州，Wilmington市的Dupont公司買到)。適合的水溶液包含的6-8％(以重量計)的聚乙烯醇。在聚乙烯醇混入水中之前，可通過制成約90～95％聚乙烯醇和約5～10％(以重量計)甘油的混合物而使聚乙烯醇塑化。然后將聚乙烯醇和甘油的混合物加到水中，以形成含約6-8％(以重量計)聚乙烯醇的水溶液。
在另一實(shí)施方案中，第二種材料可包含分散在液體中的固體。例如，第二種材料可包含分散在水中的低玻璃化溫度的膠乳橡膠。這種分散液在水中可包含約40％(以重量計)的聚丙烯酸膠乳樹脂。聚丙烯酸膠乳樹脂可包含Roplex TR-520聚丙烯酸膠乳樹脂，它可從Robm和Haas公司買到。一旦分散液中水的蒸發(fā)，固體膠乳球體凝結(jié)成橡膠狀膜，如果膜的溫度保持在膠乳橡膠的交聯(lián)溫度以下，那么它易于用水再分散。另外，可在分散液中加入發(fā)泡劑，它可借助加熱來產(chǎn)生氣體。例如，可將重氮尿素加到膠乳樹脂和水分散體中，以借助加熱來產(chǎn)生氮?dú)?，從而一旦分散體中水蒸發(fā)形成膠乳泡沫。
在一種實(shí)施例方案中，第二種材料可包含水溶性的蠟狀材料，如聚乙二醇(PEG)。PEG具有低于可固化的光敏樹脂的降解溫度的熔點(diǎn)，這使得第二種材料在或近于約70°F時是固體，并且可在可固化光敏樹脂的降解溫度以下液化。例如，具有高于約600的分子量的PEG是適合的。更是具體地說，第二種材料可包含熔點(diǎn)約為46℃的PEG1500，熔點(diǎn)約為56℃的PEG4000，熔點(diǎn)約為60℃的PEG6000，和其混合物。另外，第二種材料可包含相對低分子量的PEG，如PEG400，它可在光敏樹脂涂布和固化期間保持液體狀態(tài)。
第二種材料2000也可包含水溶性表面活性劑和水可分散的表面活性劑系統(tǒng)。例如，第二種材料可包含液體洗滌劑溶液，如包含陰離子和非離子表面活性劑的洗滌劑溶液，一種乙醇分配劑和水。這種洗滌劑溶液可在樹脂涂布于載體之前涂布于載體。這種洗滌劑溶液可從俄亥佛州辛辛那提市的Procter§Gamble公司以Joy Brand Diswashing Liquid購買。
第二種材料2000也可包含在70°F以下為固體的水溶性表面活性劑或水可分散的表面活性劑體系。水溶性表面活性劑的實(shí)例包括磺基琥珀酸的衍生物。這些材料作為水溶液涂布，會干燥形成柔韌的阻塞膜(occlusivefilm)，這種膜適于形成阻擋層以防止液體光敏樹脂滲透該載體。陰離子表面活性劑的一個實(shí)例是Aerosl OT-75(可從美國的Cyanimid公司買到)。Aerosol OT表面活性劑是磺基琥珀酸鈉的二辛酯。
適合的水可分散系統(tǒng)的實(shí)例包括長鏈烷基四元表面活性劑與聚乙二醇400或甘油的混合物。更具體地說，約70％(以重量計)二(輕度硬化的牛油)二甲基氯化銨與約30％(以重量計)PEG400(在約70°F為漿糊狀蠟，在約150°F為液體)的混合物可用于制備第二種材料2000。
在另一實(shí)施方案中，第二種材料可包含反應(yīng)組合，它在室溫為液體，或是水溶的并可聚合成較高分子量的水溶性固體或高粘度漿糊。例如，第二種材料可包含以重量計約10％的丙烯酸，約20％的丙烯酸鈉，約70％的水，和自由基引發(fā)劑的混合物。這種自由基引發(fā)劑可借助加熱引發(fā)。自由基引發(fā)劑的實(shí)例是V-50，一種2，2′-偶氮二(2-脒基丙烷)二鹽酸鹽，可從得克薩斯州Dallas市的Wako化學(xué)品公司購買。
在另一實(shí)施方案中，第二種材料可包含膠凝劑。適合的膠凝劑包括，但不限于，植物膠凝劑，例如果膠，角叉菜膠，瓊脂，動物蛋白質(zhì)明膠，水凝膠聚合膠凝劑，和皂膠凝劑?？扇苡谒孕纬傻诙N材料2000的膠凝劑的實(shí)例是JELLO牌明膠，可從紐約州White Plains市的通用食品公司買到。
適合的水凝膠聚合膠凝劑包含至少部分交聯(lián)的聚合物，它是由可聚合的未飽和的含酸單體制備的，這種單體是水溶的或通過水解變成水溶的。這些單體包含具有至少一個親水基的烯屬的不飽和化合物，這包括包含至少一個碳-碳烯雙鍵的烯屬不飽和酸和酸酐。Trandai等人于1994年9月16日提交的美國專利申請?zhí)?8/307,951，名為“包含皂、聚合水凝膠聚合物和高量水的中度凝膠芳香劑組成”的發(fā)明專利申請在此供參考，目的是公開膠凝劑。
適合的皂膠凝劑包含具有12～40個碳原子(C12-C40)脂肪酸的一元金屬鹽，并且更優(yōu)選C12-C22的脂肪酸鹽。用在這些膠凝劑中的適合的成鹽陽離子包括金屬鹽如堿金屬，如鈉和鉀。在一種實(shí)施方案中，第二種材料包含選自脂肪酸鈉鹽，脂肪酸鉀鹽和其它組合物的脂肪酸鹽。
用于合成皂膠凝劑的脂肪酸的實(shí)例包括十四烷酸，十六烷酸，十八烷酸，油酸，亞油酸，亞麻酸，十七烷酸和這些酸的混合物。上述脂肪酸的來源包括，但不限于，椰子油，牛油，羊毛脂，魚油，蜂蠟，棕櫚油，花生油，橄欖油，棉籽油，豆油，玉米油，菜籽油，松香酸，潤滑脂，蓖麻子油，亞麻子油，奧氣油(Oiticica)，牛蹄油，紅花油，芝麻油，高粱油，葵花油，妥尺油，桐油，黃油，家禽油，鯨油和米糠油。
優(yōu)選的脂肪酸皂膠凝劑包括月桂酸鈉，十四烷酸鈉，十六烷酸鈉，硬脂酸鈉，月桂酸鉀，十四烷酸鉀，十六烷酸鉀，和硬脂酸鉀。在一種實(shí)施方案中，第二種材料2000包含溶于水的十四烷酸鈉溶液。適合的溶液包含以重量計約5～30％，并且更優(yōu)選約5～20％的十四烷酸鈉溶在水中。這種溶液具有約90～120°F的膠凝溫度。十四烷酸鈉可通過使十四烷酸(C13H27COOH)與NaOH的水溶液反應(yīng)而形成。為使反應(yīng)完全，堿和酸是通過化學(xué)計量加入的。將NaOH加到水中并加熱到約180°F。然后將十四烷酸漸漸地加到水/NaOH溶液。該反應(yīng)要繼續(xù)約1小時。然后在涂布到毯層220之前使所形成的十四烷酸鈉溶液冷卻到約140～160°F。
這種皂膠凝劑和水的溶液的優(yōu)點(diǎn)是，在將樹脂涂布于載體之前，它可在50°F～150°F固化成凝膠相。因此，這種凝膠相可阻止液體光敏樹脂在室溫(約70°F)的置換，而不需要冷凍裝置來進(jìn)行固化。另外，這種溶液主要是水(涂布到毯層220時，至少有70％的水(以重量計))。因此，從毯層220除去的第二種材料的排除和處理就變得簡單化了，并且環(huán)境影響最小。
形成具有毯層和圖案裝飾的樹脂層的連續(xù)運(yùn)行帶的方法圖5示意地說明根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案制造紙幅支承裝置220的方法，該裝置呈連續(xù)運(yùn)行帶的形狀，它包含具有固化的樹脂層250的毯層220。在圖5所示的實(shí)施方案中，毯層220可包含Amflex2毯，它可從威斯康新州Appeton市的Appleton造紙機(jī)械廠購買，并且光敏樹脂可包含MEH-1000樹脂，它可從Hercules化學(xué)品公司購買。
提供具有工作表面1512的輥筒形狀的成形裝置1513。借助一驅(qū)動設(shè)備(圖中未示出)使成形裝置1513旋轉(zhuǎn)。由輥1531提供底膜1503，并被輥1532所接收。在輥1531和1532之間，底膜1503鋪到成形裝置1513的工作表面1512。底膜的作用是保護(hù)成形裝置1513的工作表面并便于部分完成的紙幅支承裝置200脫離成形裝置1513。底膜1503可由任何適合的材料制成，包括(但不限于)厚度為0.01～0.1毫米的聚丙烯膜。
正如圖5所示，呈連續(xù)運(yùn)行帶狀的脫水毯層220以封閉路徑繞著成形輥筒1513和許多轉(zhuǎn)向輥1511運(yùn)行。在將第二種材料和液體樹脂涂布于毯層220之前，脫水毯層220可運(yùn)行通過紅外加熱燈2310以使毯層220預(yù)熱。
然后毯層220沿水平方向以約1～10英尺/分的速度運(yùn)行到鄰近聯(lián)管箱2410，聯(lián)管箱2410裝有第二種材料并有一個開口，借此，第二種材料可沉積在毯層220的第二表面232上。聯(lián)管箱2410的開口是位于與毯層220的第二表面232相對的位置。直接來自聯(lián)管箱2410的第二種材料是以重量計約為10％的十四烷酸鈉的水溶液，溫度約為120-150°F。
在毯層220上每平方英寸毯層220表面區(qū)，涂布約0.9克的第二種材料。然后，將涂布在毯層220上的第二種材料運(yùn)送通過兩輥2472間壓區(qū)2470。兩輥2472間形成的間距產(chǎn)生了一個壓區(qū)，它比毯層220的厚度小于約0.010英寸。壓區(qū)2470確保第二種材料分布到整個毯層220，并可從毯層220擠壓出過多的第二種材料。
涂布到毯層220上的第二種材料可冷卻到90°F以下以使第二種材料固化，冷卻第二種材料會使毯層220孔隙中的十四烷酸鈉變成穩(wěn)定的凝膠相。在第二種材料穩(wěn)定的凝膠相形成之后，毯層220以約2～4英尺/分的速度運(yùn)行到鄰近于噴水裝置2510。這種噴水裝置有一個噴嘴，它位于距毯層220的第一表面230約3英寸的位置，用于從毯層220除去部分(但不是全部)凝膠化的第二種材料。噴嘴產(chǎn)生了許多以交錯形成排列的扇形噴灑圖案。噴水裝置2510在每平方英尺毯層220的表面區(qū)約噴灑1.5加侖的水。這種噴嘴為Tee Jet牌噴嘴噴灑系統(tǒng)50015型(Spray Systems Tee Jet brand)，其孔徑為0.031英寸。所噴的水是由噴水裝置2510輸送的，溫度約為90°F，并以約500磅/英寸2的壓力輸送到噴嘴。
操作噴水裝置2510以除去鄰近第一表面230的第二種材料，從而提供毯層220的部分厚度基本上無第二種材料。噴水裝置2510可用于排除厚度為0.002～0.2英寸的一層凝膠的第二種材料。所排除的那層凝膠的第二種材料的厚度小于毯層220的厚度，這使得約75％-98％的毯層220的厚度仍保持被凝膠的第二種材料浸漬，并且最優(yōu)選約85％-95％的毯層220的厚度在用噴水裝置2510沖洗之后仍保持用凝膠的第二種材料浸漬。在毯層220的第一表面230，真空頭2520產(chǎn)生約1-4磅/英寸2的真空，以排除液體化的第二種材料和噴灑的水。
一旦從毯層220排除部分(不是全部)第二種材料制備得到毯層220的第一表面230后，就可將光敏樹脂涂布到第一表面230。脫水毯層220位于鄰近底膜1503的位置，這使得底膜1503介于脫水毯層220和成形裝置1513之間，并使得脫水毯層220的第二毯面232位于鄰近底膜1503的位置。將液體光敏樹脂涂料涂布在第一毯面230。液體光敏樹脂涂料1502可以任何適合的方式涂布第一毯面。在圖5中，樹脂涂料是借助噴嘴1520來涂布的，以在壓輥3100形成的壓區(qū)的上游在毯層220上形成一灘樹脂。
涂布于毯層220的樹脂涂層厚度可控制到預(yù)定值，該值對應(yīng)于第一毯面230和紙幅圖案形成層250的與紙幅接觸頂面260間的理想的高度差262。在圖5中，樹脂涂層的厚度可通過機(jī)械地控制壓輥3100和成形裝置1513之間的間距來控制。壓輥3100連同遮蔽物3010和遮蔽物導(dǎo)向輥1542往往會平滑樹脂表面并控制其厚度。凝膠的第二種材料防止液體光敏樹脂滲透由凝膠的第二種材料占據(jù)的部分毯層220厚度。
遮蔽物3010可由任何能形成不透明和透明區(qū)的適合材料制成。透明區(qū)的圖案與所期望的紙幅圖案形成層250的圖案一致。具有柔韌的膠片薄膜性質(zhì)的材料是適合。不透明區(qū)可以任何適合方法涂布于遮蔽物3010，如照相印刷，凹版印刷，苯胺印刷，或輪轉(zhuǎn)式絲網(wǎng)印刷。遮蔽物3010可以是一個無端帶，或者，如圖5所示，是由供應(yīng)輥3012供給并由接收輥3016接收的無端帶。正如圖5所示，遮蔽物3010是圍繞輥3100，1542，3014和3016運(yùn)行的。在輥3100和1542之間，遮蔽物3010是隨著毯層220繞成形裝置1513運(yùn)行，并位于鄰近液體樹脂的位置，而且遮蔽物位于樹脂和適于來固化液體樹脂的光化輻射源之間。
透過遮蔽物3010，光敏樹脂暴露于輻射波長的光化輻射之下，從而引起與遮蔽物3010的透明區(qū)對齊的那部分樹脂層中的樹脂至少部分固化。在圖5中，具有輻射波長的紫外輻射是由第一固化燈3150提供的。輻射波長是樹脂的一個特性，它可由任何適合的照明源提供，如汞弧燈，脈沖氙燈，無極燈和熒光燈。對于MEH-1000樹脂，適合的固化燈3150是裝有“D”或“H”燈泡的F450 Fusion lamp，并可從Md州Rockville市的Fusion lamp系統(tǒng)公司購買。在流延期間，毯層220以約1-3英尺/分的速度運(yùn)行到鄰近固化燈3150。
對著遮蔽物3010的透明區(qū)的樹脂的固化表明了樹脂的部分固化，而對著遮蔽物3010的不透明區(qū)的未暴露部分樹脂仍保持液體。為使毯層220上的樹脂取得均勻的初始固化，由紫外燈對光敏樹脂提供的能量應(yīng)在整個毯層220的寬度上是均勻的。從每一個固化燈3150輸出的能量應(yīng)是相互匹配的，并且為相互的至少約5％以內(nèi)。固化燈3150可沿紙機(jī)橫向(與圖5的平面垂直)并排放置。例如，三個固化燈3150可在紙機(jī)方向并排放置。一對通光孔板置于燈3150和毯層220中間，并在紙機(jī)方向上有一定間隔，以形成通光孔間隙，借助該通光孔間隙，紫外光可以從燈3150直接輻射到涂在毯層220上的樹脂上。
直接輻射到毯層220的總能量可通過“光動標(biāo)”(lightbug)來測定，如由位于Sfirling Virginia的電子儀器技術(shù)公司(Electronic InstrumentationTechnologies)制造的型號為UR 365CH1的EIT UV積分輻射計。光動標(biāo)可固定在流延輥1513上，以測定應(yīng)用于毯層220的全部能量(毫焦耳/厘米2)。在輥筒1513的整個寬度上，每1/2英寸重復(fù)測定一次，這樣就可確定由燈3150給予光敏樹脂的能量分布。即使沿輥筒1513的寬度方向的通光孔板間距是均勻的，但能量分布通常也是不均勻的。通光孔板間的間距可隨紙機(jī)橫向上位置而變化，從而提供均勻的能量分布，這是由燈3150輸送到毯層220上的樹脂上。
在涂布于第一表面230的樹脂層部分固化之后，可從脫水毯層220排除基本上所有未固化的液體樹脂?？捎盟虮砻婊钚詣┖退幕旌衔飦砀邏簢娤刺簩?20，從而從毯層220排除未固化的液體樹脂。在臨近輥1542的位置，遮蔽物3010和底膜1503與毯層220和部分固化的樹脂層分開。復(fù)合毯層220和部分固化的樹脂層運(yùn)行到臨近噴水裝置2530。調(diào)整噴水裝置2530的角度從圖案裝飾的樹脂層的開口除去未固化的樹脂2010A。
噴水裝置2530通過噴嘴噴出水溫約為60-80°F的水。噴嘴可用SpraySystems的Tee Jet牌噴嘴，型號為50015，孔徑約為0.031英寸。噴水裝置的噴水壓力約為500磅/英寸2。噴水裝置2530和毯層220可相互相對地橫向(垂直于圖5的平面)移動，以消除條紋并均勻地排除整個毯層220寬度上的液體樹脂。
然后，復(fù)合毯層220和樹脂層通過蒸餾水或去離子水的水浴槽1620。這時，凝膠的第二種材料還在第二毯層220中。在復(fù)合毯層220和樹脂層第一次通過水浴槽1620，關(guān)閉位于水浴槽1620之上的后固化燈3180。后固化燈是在下面描述的最后固化步驟打開。
離開水浴槽1620后，復(fù)合毯層和樹脂層以約1-3英尺/分的速度運(yùn)行到紅外加熱燈3170和真空頭2560中間。加熱燈3170將凝膠的第二種材料加熱到約140°F，該溫度高于第二種材料的凝膠溫度，從而基本上所有第二種材料被液化以便于從毯層220排除。加熱燈3170位于鄰近第一毯面230的位置，并且真空頭2560是位于鄰近第二毯面232的位置。加熱燈3170也可位于距毯層220約3英寸的位置。適合的紅外加熱燈3170是由ProcessThermal公司制造的Prothern加熱燈，并具有約20安培的額定功率。在第二毯面232，真空頭2560產(chǎn)生了的1-5磅/英寸2的真空。
然后，復(fù)合毯層和樹脂層運(yùn)行到噴熱水的裝置2550和真空頭2570中間，噴熱水的裝置2550直接噴向毯層220的第一表面230。噴熱水裝置2550用Tee Jet牌噴嘴噴灑約140°F的蒸餾水。噴水裝置產(chǎn)生的壓力約為50～200磅/英寸2。真空頭2570在毯層220的第二表面232產(chǎn)生了約1-5磅/英寸2的真空，以從第二表面232排除液化的第二種材料和任何留下的未固化的液體樹脂。
優(yōu)選地，借助加熱燈3170、噴水裝置2550和真空頭2560和2570，基本上從毯層220排除了所有第二種材料。若需要，復(fù)合毯層220和樹脂層可繞著由輥1513和1511限定的封閉路徑運(yùn)行，從而可重復(fù)通過加熱燈3170、噴水裝置2550和真空頭2560和2570。應(yīng)當(dāng)理解，如果為從毯層220排除第二種材料，組復(fù)毯層220和樹脂層繞封閉路徑運(yùn)行了多次，那么這種多次通過是在未涂布更多的第二種材料或液體樹脂于毯層220，且紫外燈3150和3180是關(guān)閉的情況下進(jìn)行的。
紙幅支承裝置220可用顯微鏡來檢查，以證實(shí)所有未固化的液體樹脂和第二種材料已從毯層220排除。另外，毯層220的清潔度可用下面所述的濾水試驗(yàn)來測定。紙幅支承裝置200可位于具有3.25英寸開口的Plexiglas上孔板和下孔板之間。上孔板與內(nèi)徑約為4英寸的直立圓筒相連。將蒸餾水加入圓筒中以使圓筒內(nèi)保持約4英寸高的水柱。測定1分鐘濾水時間通過裝置200的水量。當(dāng)在紙幅支承裝置200上的不同位置測定時，紙幅支承裝置200的濾水速率(厘米3/秒/英尺2)通常應(yīng)是均勻的，并應(yīng)至少約等于毯層220的濾水速率乘以未被紙幅圖案形成層250覆蓋的裝置200的投影面積的百分?jǐn)?shù)。
實(shí)施本發(fā)明的最后步驟包括第二后固化步驟，目的是使毯層220的第一表面上的樹脂層完全固化。一旦基本上所有第二種材料和所有未固化的液體樹脂已從毯層220排除，復(fù)合毯層220和樹脂層就可通過水浴槽1620。位于水浴槽1620上的后固化燈3180對樹脂層進(jìn)行了最后的固化。復(fù)合毯層220和樹脂層浸沒在水浴槽1620中(優(yōu)選地，水浴槽1620包含水和還原劑，如亞硫酸鈉)，目的是為了排除水中的溶解氧，否則它將使水浴槽1620中的自由基固化反應(yīng)停止。
在后固化燈3180打開時，復(fù)合毯層220和樹脂層250以約1-3英尺/分的速度通過水浴槽1620。適合的后固化燈3180是上面所列的F450燈。水浴槽1620中的水可使來自后固化燈1605的光化輻射通過，從而輻射到樹脂層1521，同時排除了使自由基聚合反應(yīng)停止的氧。水浴槽1620中的水深約為1-4英寸。從水浴槽1620出來之后，復(fù)合毯層220和樹脂層250(圖4H)在真空頭之上運(yùn)行以從毯層220除去水。
在后固化為燈1605打開時，使復(fù)合毯層220和樹脂層通過水浴槽1620的后固化步驟可重復(fù)約1-3次直到樹脂層250不再粘為止。這時，毯層220和固化的樹脂一起形成了紙幅支承裝置200，它具有完全固化的紙幅圖案層250。在燈3150關(guān)閉時，通過使復(fù)合毯層220和樹脂層繞輥1513和1511形成的回路運(yùn)行1-3次，就可重復(fù)后固化步驟。
在一種實(shí)施方案中，可提供具有連續(xù)網(wǎng)狀透明區(qū)的遮蔽物1504。這種遮蔽物可用于制造紙幅支承裝置200，該裝置具有紙幅圖案層250，該層具有連續(xù)的網(wǎng)狀紙幅接觸頂面260，該表面中具有大量不連續(xù)開口270，如圖1所示。借助紙幅圖案形成層250中形成的導(dǎo)管，每一個不連續(xù)開口270可與第一毯面230相通。對于開口270，適合的形狀包括，但不限于，圓形、在紙機(jī)方向(圖5所示的MD)伸長的橢圓形、多邊形、不規(guī)則形狀或其組合形狀。連續(xù)網(wǎng)狀頂面260的投影表面積約為紙幅支承裝置200的投影表面積(由圖1可見)的的5～75％。并優(yōu)選為紙幅支承裝置200(由圖1可見)的投影表面積的20～60％。
在圖1所示的實(shí)施方案中，連續(xù)網(wǎng)絡(luò)狀頂面260可在每平方英寸紙幅支承裝置200的投影表面積具有約小于700個不連續(xù)開口270，并優(yōu)選在每平方英寸紙幅支承裝置(由圖1可見)的投影表面積具有約70～700個不連續(xù)開口270。連續(xù)網(wǎng)絡(luò)狀頂面中的每一個連續(xù)開口270具有約0.5～3.5毫米的有效自由間距(free span)，其中的有效自由間距定義為開口270的面積除以開口270的1/4周長。有效自由間距可為高度差262的0.6～6.6倍。有這種形狀開口270的裝置可用作紙機(jī)上的干燥毯或壓榨毯，用于制造以圖案裝飾的紙頁結(jié)構(gòu)，這種紙頁結(jié)構(gòu)具有連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)區(qū)(該連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)區(qū)可以為與紙幅接觸頂面260相對應(yīng)的壓緊的、相對高緊度區(qū))，和分散在整個連續(xù)網(wǎng)絡(luò)區(qū)的許多通常是未壓緊的凸起(這些凸起與表面260中開口270的位置相對應(yīng)。優(yōu)選地，在紙機(jī)方向(MD)和橫過紙機(jī)方向(CD)，不連續(xù)開口270是雙向交錯排列的，正如1987年1月20日頒發(fā)的美國專利4,637,859中所描述的，該專利收編于此供參考。在圖1所示的實(shí)施方案中，開口270是部分搭接和雙向交錯排列的，并且開口具有一定尺寸和間隔，這使得開口270的邊緣在紙機(jī)方向和橫向會相互擴(kuò)展，并且使得平行于紙機(jī)方向或橫向所畫的任一條線都會至少通過部分開口270。
紙幅支承裝置高度的測定用下列方法測定第一毯面230的高度231(圖2)和紙幅接觸表面260的高度261之間的高度差。將紙幅支承裝置放在平的水平表面上，并使紙幅圖案形成層面向上。把圓形接觸表面約為1.3平方毫米和垂直長度約為3毫米的記錄針安裝在由聯(lián)邦產(chǎn)品公司(Federal Products Company of Providenee，Rhode Ialand)制造聯(lián)邦產(chǎn)品尺寸測定儀(Federal Products dimensiongauge)上(調(diào)節(jié)432B-81型放大器以與EMD-4320 W1斷開探頭一起使用)。該儀器可通過確定兩個精密隔片間的電壓差來校正，這兩個隔片具有已知厚度并可提供已知的高度差。為確保記錄針的自由運(yùn)行，該儀器是在略低于第一毯面230的高度調(diào)零。把記錄針放在所測定的高度并降低以進(jìn)行測定。記錄針對測定點(diǎn)施加了0.24克/毫米2的壓力。在每一個高度處，至少要測定三次，每一個高度231和261平均測定的差值作為高度差262。
圖6和7是根據(jù)本發(fā)明制造的紙幅支承裝置200的顯微放大照片。圖6和7中的紙幅支承裝置200包含在脫水毯層220上固化的樹脂層250。固化的樹脂層250滲透毯層220的表面230，以致于固化的樹脂層擴(kuò)展到臨近表面230的部分毯層厚度。這種固化的樹脂層250還會從230擴(kuò)展，以致于樹脂層的表面260與表面230間產(chǎn)生一定間隔。
在上述所描述的實(shí)施方案中，載體包含脫水毯層220。然而，本發(fā)明的方法可用于在其它載體上形成圖案裝飾的樹脂層。例如，載體可包含造紙成形或干燥毯，它包含織成的纖絲，這種毯具有約300～1500標(biāo)準(zhǔn)英尺3/分的透氣度?？商鎿Q的載體的一個非限定性的實(shí)例是描述在頒發(fā)給Trokhan并收編于此供參考的下列美國專利中的紙機(jī)用毯1980年3月4日頒發(fā)的美國專利4,191,609和1980年12月16日頒發(fā)的美國專利4,239,065。
權(quán)利要求
1.一種將可固化的樹脂涂布于載體上的方法，該方法包括下列步驟提供具有第一表面、第二表面和厚度的載體，該載體在第一和第二表面之間具有孔隙；提供可固化的液體樹脂；提供不同于可固化的液體樹脂的第二種材料；將第二種材料涂布于載體以至少占據(jù)載體第一和第二表面之間的部分載體的孔隙；在將可固化的液體樹脂涂布于載體之前，至少改變部分第二種材料的狀態(tài)；將可固化的樹脂涂布于載體；將至少部分樹脂固化以在載體上形成樹脂層；和從載體中除去至少部分第二種材料，其中至少部分第二種材料是在將可固化的樹脂涂布于載體之后從載體中除去的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法還包括在將樹脂固化的步驟之前，將至少部分涂布于載體的第二種材料冷卻的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法還包括在從載體中除去第二種材料的步驟之前，將至少部分涂布于載體的第二種材料加熱的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于從載體除去第二種材料的步驟包括下列步驟在將樹脂涂布于載體之前，從載體除去部分而不是全部第二種材料；和在將樹脂涂布于載體之后，從載體除去至少部分第二種材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其特征在于，涂布液體樹脂的步驟包括將樹脂涂布于載體的第一表面從而滲透載體的第一表面并從載體的第一表面擴(kuò)展；并且其中使液體樹脂固化的步驟包括有選擇地將液體樹脂固化的步驟以提供一種從載體的第一表面擴(kuò)展的圖案裝飾的樹脂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5的方法，其特征在于載體包含造紙脫水毛毯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的方法，其特征在于第二種材料包含水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7的方法，其特征在于第二種材料包含選自甘油、聚乙二醇、聚丙二醇及其混合物的組分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8的方法，其特征在于第二種材料包含膠凝劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9的方法，其特征在于第二種材料包含選自月桂酸鈉、十四烷酸鈉、十六烷酸鈉、硬脂酸鈉、月桂酸鉀、十四烷酸鉀、十六烷酸鉀、硬脂酸鉀及其混合物的膠凝劑。
全文摘要
本發(fā)明包括將可固化的樹脂如光敏樹脂涂布于紙頁載體如造紙脫水毛毯(220)的方法。該方法包括下列步驟:提供載體;提供可固化液體樹脂;提供不同于可固化液體樹脂的第二種材料;將第二種材料(2410)涂布于載體以至少占據(jù)載體的第一(230)和第二(232)表面之間的部分載體孔隙;將可固化樹脂(1520)涂布于載體;將至少部分樹脂固化(3150)以在載體上形成樹脂層;和從載體上除去(3170,2550)至少部分第二種材料,其中至少部分第二種材料是在可固化的樹脂涂布于載體之后從載體中除去的。
文檔編號D21F11/00GK1180392SQ96192981
公開日1998年4月29日 申請日期1996年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月24日
發(fā)明者保羅·D·特羅克漢, 約翰·R·鮑爾斯, 詹姆斯·D·米勒二世, 格倫·D·布提萊爾 申請人:普羅克特和甘保爾公司