專利名稱：復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備復(fù)合材料的方法。本發(fā)明還涉及進(jìn)行所述方法的設(shè)備。
從WO99/66097可知一種復(fù)合材料的制備方法。在WO99/66097的方法中，在基材上氣相沉積一個(gè)層；氣相沉積化合物包括三嗪(triazine)化合物。
本發(fā)明的目的是提供改良的方法，通過該方法制備具有附加性質(zhì)、改良性質(zhì)(例如阻隔性質(zhì))或者其組合的復(fù)合材料。
通過制備包括基材、第一層和第二層的復(fù)合材料的方法而達(dá)到所述目的，該方法包括■第一氣相沉積步驟，其中第一化合物被氣相沉積在基材上，從而形成第一層，和■第二氣相沉積步驟，其中包含三嗪化合物的第二化合物被氣相沉積在第一層上，從而形成第二層，其中第一和第二氣相沉積步驟是以使得第一層包含0wt.％與10wt.％之間的三嗪化合物的方式進(jìn)行的。
根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是，第一氣相沉積步驟允許基材上結(jié)合任何可行的所需性質(zhì)，同時(shí)第二氣相沉積步驟以及使得第一層中存在0wt.％與10wt.％之間的三嗪化合物的進(jìn)行方式賦予基材阻隔性質(zhì)而不損害第一層的功能。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，制備了包括基材、第一層和第二層的復(fù)合材料。基材是作為層的載體的材料；它是層沉積于其上的物體?；目梢曰旧嫌删嗖牧辖M成，或者它本身可以是非均相或者復(fù)合材料?；目梢园ǜ鞣N層?；目梢曰旧鲜瞧教沟模蛘咚梢跃哂袕?fù)雜的三維形狀。合適的基材的例子是柔性包裝材料(例如膜)、工具、剛性包裝材料(例如瓶子)或者預(yù)成形包裝盒。
優(yōu)選地，基材包括聚合材料、紙、硬紙板、金屬或者陶瓷。如果基材本身未與第一層包含的化合物充分粘附，則可能需在氣相沉積步驟之前對(duì)基材進(jìn)行預(yù)處理。這樣的預(yù)處理的例子是電暈處理和等離子體處理。
根據(jù)本發(fā)明的方法包括第一氣相沉積步驟。此步驟可以通過本領(lǐng)域已知方法進(jìn)行。優(yōu)選地，第一氣相沉積步驟在減壓下(即低于大氣壓力下)進(jìn)行。更優(yōu)選地，進(jìn)行第一氣相沉積步驟的壓力低于1000Pa或低于1Pa，或者甚至低于0.5Pa，更優(yōu)選在0.001Pa與0.01Pa之間。
在第一氣相沉積步驟期間存在溫度梯度第一化合物必須被加熱到使其蒸發(fā)的溫度，而基材必須具有足夠低的溫度以便蒸氣與其接觸時(shí)會(huì)沉積在其上。所有這些環(huán)境條件都是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
在第一氣相沉積步驟期間，第一化合物被蒸發(fā)；蒸汽隨后與基材接觸并在其上沉積。在這里和此后所用的術(shù)語“化合物”是指純物質(zhì)或者兩種或多種物質(zhì)的混合物。第一化合物可以是滿足預(yù)期用途的任何合適的化合物；這些化合物及其預(yù)期用途在本領(lǐng)域是已知的。適合作為第一化合物的優(yōu)選基材的例子是金屬例如鋁；金屬氧化物例如氧化鋁(AlOx)，金屬氧化物可能是在沉積后經(jīng)金屬的氧化而形成的；其它氧化物例如氧化硅(SiOx)。有機(jī)化合物也可以作為第一化合物；在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，第一化合物不包括三嗪化合物。
第一化合物沉積后形成第一層。第一層的厚度取決于其預(yù)期用途，因而可以在寬的范圍內(nèi)變化。優(yōu)選地，第一層的厚度小于100μm，更優(yōu)選小于10μm，甚至更優(yōu)選小于1μm；最小厚度優(yōu)選至少2nm，更優(yōu)選至少10nm。如果第一化合物未呈現(xiàn)對(duì)基材的足夠的附著力，則可能需在氣相沉積步驟之前對(duì)基材進(jìn)行預(yù)處理。這樣的預(yù)處理的例子是電暈處理和等離子體處理。
在第一氣相沉積步驟之后，根據(jù)本發(fā)明的方法包括第二氣相沉積步驟。此第二氣相沉積步驟根據(jù)與第一氣相沉積步驟按相同的原則來進(jìn)行。因此，第二化合物被蒸發(fā)；然后蒸汽被輸送并沉積在第一層上，從而形成第二層。第一和第二氣相沉積步驟可以作為一個(gè)連續(xù)方法進(jìn)行，或者它們可以作為兩個(gè)分開的連續(xù)方法或者間歇方法而進(jìn)行。
第二化合物包括三嗪化合物，優(yōu)選1，3，5-三嗪，原因是很多1，3，5-三嗪在其根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用中呈現(xiàn)了一些有利性質(zhì)例如氣體阻隔性質(zhì)、無毒性、抗刮性和在特定厚度下形成透明層的可能性。在根據(jù)本發(fā)明的方法中可以用作三嗪化合物的例子是蜜胺(melamine)、蜜勒胺(melem)、蜜白胺(melam)、三聚氰酸二酰胺(ammeline)、三聚氰酸一酰胺(ammelide)、三聚氰酸(cyanuric acid)、2-脲基蜜胺、蜜胺鹽例如蜜胺氰尿酸鹽、具有可聚合基團(tuán)例如丙烯酸酯、環(huán)氧、乙烯醚的官能化的蜜胺。第二化合物可以包括三嗪化合物的混合物，還可以包括附加化合物例如旨在用于后續(xù)化學(xué)反應(yīng)(例如官能化、樹脂成形、聚合或者交聯(lián))的化合物。
當(dāng)氣相沉積時(shí)，三嗪化合物通常不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；它是非樹脂、結(jié)晶形式的，通常不是一個(gè)單晶形式而是通過邊界分離的晶粒形式。這樣的晶粒是本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的一般結(jié)晶性化合物。已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，由第二化合物賦予本發(fā)明的復(fù)合材料的阻隔性質(zhì)除其它因素外還取決于沉積晶粒的尺寸，特別是含三嗪的晶粒的尺寸。晶粒尺寸在此定義為晶粒內(nèi)平行于基材表面(即從頂部觀察)的最大尺寸。在確定重要特性(例如阻隔性質(zhì))時(shí)，第二層中含三嗪的晶粒的平均尺寸可能與第二層的厚度同樣重要，或者甚至更為重要。不受限于任何特定的理論解釋，通過仔細(xì)調(diào)整晶粒間的邊界的數(shù)量和尺寸而不是沉積層的厚度(這與技術(shù)人員的預(yù)期相反)，可以達(dá)到最佳阻隔性質(zhì)。據(jù)認(rèn)為，晶粒間的邊界在賦予復(fù)合材料以阻隔性質(zhì)方面相對(duì)較弱；因此，如果平均晶粒尺寸變得太小，則邊界太多從而對(duì)阻隔性質(zhì)有負(fù)面影響。另一方面，如果平均晶粒尺寸變得太大，則邊界區(qū)域本身變得不成比例的大，從而也使阻隔性質(zhì)受損。平均晶粒尺寸優(yōu)選至少10nm，更優(yōu)選至少50nm，甚至更優(yōu)選至少100nm，最優(yōu)選至少200nm。平均晶粒尺寸優(yōu)選至多2000nm，更優(yōu)選至多1000nm，甚至更優(yōu)選至多600nm，最優(yōu)選至多400nm。這里的平均尺寸是指數(shù)量平均。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，第二化合物基本上由三嗪化合物組成因而三嗪晶體結(jié)構(gòu)并無明顯中斷。
氣相沉積晶粒的平均尺寸除其它因素外還取決于晶粒生長(zhǎng)于其上的表面上的成核點(diǎn)的數(shù)量成核點(diǎn)數(shù)量越多，平均晶粒尺寸則越小。因此可以通過調(diào)整第二氣相沉積步驟中影響晶粒生長(zhǎng)的成核點(diǎn)數(shù)量的工藝條件來改變沉積晶粒的平均尺寸。根據(jù)本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)，成核點(diǎn)的數(shù)量隨著沉積溫度的差異(即含三嗪的第二化合物被加熱的溫度與第一層溫度的差異)的增大而增加。同樣已發(fā)現(xiàn)，如果第二氣相沉積步驟進(jìn)行的壓力升高，則成核點(diǎn)的數(shù)量減少。此外，應(yīng)當(dāng)注意到第一層的性質(zhì)也影響所形成的成核點(diǎn)數(shù)量。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在這里所給出的關(guān)于溫度差異和壓力的教導(dǎo)下，通過實(shí)驗(yàn)來確定第二氣相沉積步驟的最佳工藝條件，從而獲得在以上所給范圍內(nèi)的平均晶粒尺寸。
盡管含非樹脂結(jié)晶形式三嗪化合物的第二層顯示出了所需性質(zhì)(例如氣體阻隔性質(zhì))，但進(jìn)行使三嗪化合物發(fā)生物理或者化學(xué)變化的后續(xù)步驟還是有利的。這樣的后續(xù)步驟的例子是交聯(lián)步驟和等離子體處理、電暈處理、紫外線處理或者電子束處理。在交聯(lián)步驟中，三嗪化合物與自身或者另一種化合物反應(yīng)，所述另一種化合物可以被共同氣相沉積在第二層內(nèi)或者在第二層形成之后與其接觸。這樣的另一種化合物的例子是氣態(tài)甲醛。為了增強(qiáng)某些特定性質(zhì)(例如耐刮性或者耐濕性)，進(jìn)行所述后續(xù)步驟可能是有利的。
如同第一層的情況，第二層的厚度可以依賴于其預(yù)期用途而在寬的范圍內(nèi)變化。優(yōu)選地，第二層的厚度小于100μm，更優(yōu)選小于10μm或者甚至小于1μm；最小厚度優(yōu)選至少2nm，更優(yōu)選至少10nm。
在進(jìn)行第一和第二氣相沉積步驟期間，確保三嗪化合物未形成第一層的大部分是重要的，盡管依賴于第一化合物的性質(zhì)和復(fù)合材料的所需特性，第一層中三嗪化合物的少量存在可能提供有益效果。例如，如果第一和第二氣相沉積步驟在彼此之后立即進(jìn)行，則會(huì)導(dǎo)致第一化合物蒸汽與第二化合物的蒸汽彼此混合，從而使第一層中存在大量三嗪化合物。另一個(gè)三嗪化合物成為第一層的大部分的例子是當(dāng)?shù)诙拥臍庀喑练e完成時(shí)第一層還未固化。第一層不應(yīng)當(dāng)包含大于10wt.％的三嗪化合物；優(yōu)選地，第一層包含的三嗪化合物小于5wt.％，更優(yōu)選小于3wt.％或者甚至小于1wt.％。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，第一層基本上不含任何三嗪化合物。為確保第一層不包含超過10wt.％的第二化合物所含的三嗪所需的技術(shù)手段依賴于第一和第二氣相沉積步驟進(jìn)行的具體方式。如此手段的例子是在第一化合物的蒸汽與第二化合物的蒸汽之間設(shè)置物理阻隔裝置(barrier)例如屏；在兩個(gè)蒸汽源之間預(yù)留足夠的距離，其中可以觀測(cè)到50cm、100cm、500cm或優(yōu)選1000cm或者甚至3000cm的距離；分別在分開的室內(nèi)進(jìn)行第一和第二氣相沉積步驟，因此在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，開口大小只夠讓基材或者帶層的基材或者層通過。在后一種情況下，優(yōu)選將兩個(gè)室放置在一個(gè)更大的室內(nèi)，從而可以控制整個(gè)系統(tǒng)的條件特別是壓力相關(guān)的條件。
第一和第二氣相沉積步驟中的壓力可以基本上相等。然而，在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，第二氣相沉積步驟的壓力與第一氣相沉積步驟的壓力相比至少高或者低0.0005Pa。這是有利的，因?yàn)檫M(jìn)行氣相沉積步驟的最佳壓力可以隨化合物不同而變化，從而在此實(shí)施方式中每一氣相沉積步驟可以在對(duì)特定的化合物最佳的壓力下進(jìn)行。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是壓力的差異允許考慮在前的或者后續(xù)的操作的特性。這樣的操作的例子是當(dāng)基材為連續(xù)膜時(shí)膜的卷繞；已知進(jìn)行這樣的卷繞步驟的難易依賴于壓力。此外，如果至少一個(gè)氣相沉積步驟在減壓下進(jìn)行，則不必使兩個(gè)氣相沉積步驟都在最低壓力即最大真空度下進(jìn)行，所以僅有其中一個(gè)氣相沉積步驟需要達(dá)到最大真空度的嚴(yán)格技術(shù)手段。優(yōu)選地，第二氣相沉積步驟的壓力比第一氣相沉積步驟的壓力高或者低至少0.005Pa或0.01Pa，更優(yōu)選至少0.1Pa，或者甚至至少1Pa。通常，第一和第二氣相沉積步驟間的壓力差異最好不大于100000Pa，優(yōu)選10000Pa，更優(yōu)選1000Pa。在選擇第一和第二氣相沉積步驟的壓力條件的另一個(gè)實(shí)施方式中，這兩個(gè)步驟的壓力差異為至少5倍，優(yōu)選10倍，更優(yōu)選25倍。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，選擇第一化合物以使第一層提供氣體或者液體阻隔作用。提供這樣的阻隔作用的合適基材的例子是金屬和/或金屬氧化物例如鋁或其氧化物。以此方式，第一層和第二層的共同阻隔作用提供了復(fù)合材料的阻隔性質(zhì)的增強(qiáng)安全性，特別是在發(fā)生刮傷或者其它損壞的情況下，所以第二層也可作為保護(hù)層。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述方法在低于1000Pa的壓力下進(jìn)行；優(yōu)選地，壓力是10Pa或更低，更優(yōu)選1×10-1Pa或更低，更優(yōu)選4×10-3Pa或更低，甚至更優(yōu)選5×10-4Pa或更低，最優(yōu)選1×10-4Pa或更低或者甚至5×10-5Pa或更低。優(yōu)選地，第二氣相沉積步驟在第一氣相沉積步驟之后立即或者不久之后進(jìn)行，即在5分鐘或更短時(shí)間內(nèi)，或者1分鐘或更短，或者45秒或更短，或者甚至30秒或更短，特別是20或10秒或更短，特別是5秒或更短或者甚至2秒或更短。確保兩個(gè)氣相沉積步驟在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的一個(gè)方法是通過連續(xù)或者半連續(xù)工藝，通過在一個(gè)真空室或者兩個(gè)相鄰的真空室內(nèi)進(jìn)行兩個(gè)步驟，以及通過已知方法例如傳送帶或者系統(tǒng)或者當(dāng)基材是膜時(shí)用軋輥來輸送基材。在第一氣相沉積步驟期間，基材與第一冷卻表面接觸，所述第一冷卻表面具有溫度T1。如果基材是膜的形式，則第一冷卻表面通常是溫控軋輥也稱之為涂覆卷筒(coating drum)。通常，通過使基材不被氣相沉積的一部分與冷卻或加熱表面(例如當(dāng)基材是膜時(shí)的溫控軋輥或涂覆卷筒)接觸來控制溫度。
本發(fā)明上下文中的“膜”是指基本上平坦的基材，其厚度為至多2000μm，優(yōu)選至多1000μm，特別是至多800μm，最優(yōu)選至多500μm。實(shí)際上，膜厚在10μm至50μm的范圍內(nèi)也是很常見的。
在第一氣相沉積步驟期間，基材的溫度在第一冷卻表面的影響下發(fā)生改變?；牡臏囟纫彩艹练e在基材上的第一化合物的溫度的影響。依賴于第一化合物的性質(zhì)，這種影響可能是顯著的。例如，金屬(如鋁)通常在1000℃以上的溫度下充分蒸發(fā)。作為與第一冷卻表面接觸以及第一化合物熱能存在的結(jié)果，在第一氣相沉積步驟完成之后，帶第一層的基材得到一平均溫度。隨后，帶第一層的基材進(jìn)入第二氣相沉積步驟。此時(shí)的帶第一層的基材的平均溫度在此定義為溫度Ts1。在第二氣相沉積步驟期間，帶第一層的基材與第二冷卻表面接觸，所述第二冷卻表面具有溫度T2。在根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施方式中，應(yīng)選擇T2以使Ts1與T2之間的差異小于50℃。已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，在第二氣相沉積步驟期間，當(dāng)Ts1與T2之間的差異減小時(shí)，第二層與第一層之間的附著力增大。因此，根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得具有改良性質(zhì)特別是關(guān)于第一層與第二層之間的附著力的復(fù)合材料。優(yōu)選地，選擇T2以使Ts1與T2之間的差異小于30℃或20℃，特別是小于10℃或甚至5℃。
由上可知，T1的設(shè)置水平會(huì)對(duì)Ts1產(chǎn)生影響對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的；特別是考慮到在第一和第二氣相沉積步驟之間的優(yōu)選較短時(shí)間間隔，以及考慮到氣相沉積步驟在減壓下進(jìn)行使得帶第一層的基材與周圍大氣的熱量交換驟減。因此，T1的設(shè)置水平也影響了T2必須設(shè)置的最終水平在所有其它環(huán)境條件相同的條件下，T1的減小會(huì)導(dǎo)致基材在第一氣相沉積步驟期間得到更強(qiáng)的冷卻，所以Ts1也降低從而在較低的溫度水平上對(duì)T2設(shè)置了操作區(qū)間。優(yōu)選地，選擇T1以使T2介于-20℃與+75℃之間，更優(yōu)選-10℃與+60℃之間，特別是0℃與+50℃之間。這具有的優(yōu)點(diǎn)是可以用根據(jù)本發(fā)明的方法處理不能經(jīng)受很高或者很低溫度的基材，例如含聚合膜的基材。
技術(shù)人員已知，通過例如增加或者減少與基材接觸的冷卻表面和/或基材與冷卻表面的接觸時(shí)間能夠影響某一固定的T1對(duì)基材最終溫度的作用。優(yōu)選地，選擇這些或其它技術(shù)人員已知的相應(yīng)參數(shù)以使T1介于-30℃與+30℃之間，特別是-15℃與+20℃之間，同時(shí)確保T2介于-20℃與+75℃之間，更優(yōu)選-10℃與+60℃之間，特別是0℃與+50℃之間。這具有的優(yōu)點(diǎn)是為了設(shè)置第一冷卻表面的溫度而采取的溫控措施僅限于常用的參數(shù)范圍內(nèi)。
優(yōu)選地，第一化合物包括鋁、氧化鋁或氧化硅，或者甚至基本上由鋁、氧化鋁或氧化硅組成；優(yōu)選地，第二化合物包括蜜胺，或者甚至基本上由蜜胺組成。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，具有平均溫度Ts1的帶第一層的基材在第二氣相沉積步驟期間與具有可調(diào)溫度T2的第二冷卻表面接觸，由此本方法以保持Ts1與T2之間的差異小于30℃的方式進(jìn)行操作。優(yōu)選地，所述Ts1與T2之間的差異保持在小于10℃，特別是小于5℃。就像在前面的實(shí)施方式中，Ts1與T2之間的差異減小的優(yōu)點(diǎn)是第一層與第二層之間的附著力增大。與前面的實(shí)施方式相比，此實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是使得第一氣相沉積步驟更加獨(dú)立于第一氣相沉積步驟成為可能。因此，例如，可以在帶第一層的基材進(jìn)入第二氣相沉積步驟時(shí)調(diào)整其溫度。優(yōu)選地，調(diào)整Ts1以使T2介于-20℃與+75℃之間，更優(yōu)選-10℃與+60℃之間，特別是0℃與+50℃之間。
在第二氣相沉積步驟剛剛完成之后，制得的復(fù)合材料具有平均溫度Tc。依賴于特定環(huán)境，Tc可以在室溫以上。如果是這樣，則優(yōu)選在第二氣相沉積步驟之后立刻進(jìn)行使Tc降至環(huán)境溫度的冷卻步驟。此冷卻步驟可以通過本身已知的技術(shù)(例如暴露于環(huán)境空氣或者暴露于溫度受控空氣中)來進(jìn)行。在此實(shí)施方式中，使TC降低的冷卻速率應(yīng)該不大于10℃每小時(shí)。這具有的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合材料中存在的熱應(yīng)力可以得到釋放而不會(huì)通過形成裂痕等來顯著損壞復(fù)合材料本身的結(jié)構(gòu)。這在第一化合物包含無機(jī)化合物(例如金屬)的情況下特別重要。優(yōu)選地，冷卻速率是每小時(shí)8℃或每小時(shí)5℃或更低；更優(yōu)選地冷卻速率是每小時(shí)3℃或更低。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，在第二氣相沉積步驟之前或者期間，對(duì)基材和第一層進(jìn)行機(jī)械載荷(mechanical loading)步驟。此處的機(jī)械載荷步驟應(yīng)理解為由于施加于基材的外部應(yīng)力而使基材發(fā)生物理形變的步驟，就基材而言形變不是永久性的。機(jī)械載荷步驟的例子是拉伸、彎曲、卷曲和扭曲。如果基材是膜，則機(jī)械載荷步驟的例子是在軋輥上引導(dǎo)膜。優(yōu)選地，基材形變至少0.3％，更優(yōu)選至少0.5％或1％，最優(yōu)選至少3％。為了避免復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)損壞，基材形變優(yōu)選不大于100％，更優(yōu)選不大于50％，最優(yōu)選不大于25％。在機(jī)械載荷步驟期間，基材和第一層受到機(jī)械應(yīng)力，在實(shí)際中也一樣。作為所述應(yīng)力的結(jié)果，第一層內(nèi)可能出現(xiàn)小的缺陷。這些缺陷會(huì)被第二化合物所彌補(bǔ)，原因是機(jī)械載荷步驟在第二氣相沉積步驟之前或者期間進(jìn)行。以此方式，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)本發(fā)明的復(fù)合材料進(jìn)行預(yù)處理，確保復(fù)合材料在經(jīng)受應(yīng)力的應(yīng)用中能夠更好地保持在第一和第二化合物中期望的特定性質(zhì)(例如氣體阻隔性質(zhì))，特別是在第二化合物中期望的性質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的制備復(fù)合材料的方法的另一個(gè)實(shí)施方式包括在第二層之上施加第三層甚至更多層的步驟。如果對(duì)復(fù)合材料要求附加性質(zhì)或者不同的性質(zhì)，例如與裝飾用途或者防護(hù)相關(guān)的性質(zhì)、導(dǎo)電性和/或化學(xué)性質(zhì)(例如極性)，則第三層或更多層的存在是必要的。施加在第二層之上的第三層或更多層的例子是作為第三層的打印層、作為第四層的粘合層和作為第五層的密封層。可以通過任何適合的方法施加第三層或者更多層，例如氣相沉積、涂覆和層壓。
進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備應(yīng)當(dāng)滿足特定要求，從而確保不超過10％的三嗪化合物存在于第一層中。因此本發(fā)明也涉及這樣的設(shè)備；該設(shè)備包括蒸發(fā)第一化合物和第二化合物的裝置，和在氣相沉積期間分離第一化合物和第二化合物的裝置。這些裝置可以采用各種形式，除其它因素外還依賴于化合物的性質(zhì)。所述裝置的例子是在蒸發(fā)第一和第二化合物的裝置之間至少存在50、100或1000cm的空間；在蒸發(fā)第一和第二化合物的裝置之間的阻隔裝置；進(jìn)行第一和第二氣相沉積步驟的分開的室。
如果在基材上進(jìn)行機(jī)械載荷步驟，則進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備應(yīng)當(dāng)包括應(yīng)用所述機(jī)械載荷步驟的裝置。在基材是基本上平坦的情況下，這樣的裝置的例子是軋輥或者一系列軋輥。
通過以下實(shí)施例和對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實(shí)施例1選擇厚度為12μm的定向聚丙烯(OPP)膜作為基材。鋁作為第一化合物被氣相沉積在OPP膜上。第一和第二氣相沉積步驟作為間歇工藝步驟被進(jìn)行。第二化合物由蜜胺(供應(yīng)商DSM)組成。蜜胺的沉積溫度為310℃。第二氣相沉積步驟期間的壓力為10-5Pa；基材和第一層的溫度為-20℃。第二層的厚度為140nm；平均晶粒尺寸為60nm。鋁層包含0％的蜜胺。在0％的相對(duì)濕度(RH)下，測(cè)量上述制備的復(fù)合材料的氧透過率(OTR)。OTR通常以立方厘米每平方米每天表示(cc/m2.day)。OTR值越低，則對(duì)氧氣的阻隔性質(zhì)越好。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的OTR測(cè)定為10cc/m2.day。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)1在0％RH下測(cè)量一OPP膜的OTR，以與實(shí)施例1相同的條件處理該OPP膜但是只在其上沉積鋁的第一層即不進(jìn)行第二氣相沉積步驟，測(cè)定的OTR為18cc/m2.day。對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，盡管已知?dú)庀喑练e的鋁可以賦予基材(例如OPP膜)優(yōu)異的阻隔性質(zhì)，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料能令人驚訝地進(jìn)一步增強(qiáng)阻隔性質(zhì)。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)2蜜胺被氣相沉積在一OPP膜上。蜜胺的氣相沉積溫度為310℃。在0％RH下測(cè)量并確定此復(fù)合材料的OTR為80cc/m2.day。此值已經(jīng)明顯優(yōu)于已知的約為1600cc/m2.day的OPP膜本身的OTR。然而，此OTR明顯差于實(shí)施例1的根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的OTR。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)3在50％RH下測(cè)量并確定對(duì)比實(shí)驗(yàn)2中制備的復(fù)合材料的OTR為大于200cc/m2.day。此結(jié)果表明，濕度對(duì)以O(shè)PP膜為基材且蜜胺直接氣相沉積在基材上的復(fù)合材料的阻隔性質(zhì)有負(fù)面影響。
實(shí)施例2在50％RH下測(cè)量并確定實(shí)施例1中制備的復(fù)合材料的OTR為10.2cc/m2.day。此實(shí)施例表明，選擇鋁作為第一化合物且蜜胺作為第二化合物的根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的阻隔性質(zhì)對(duì)相對(duì)濕度的顯著變化并不敏感。
權(quán)利要求
1.制備包括基材、第一層和第二層的復(fù)合材料的方法，包括■第一氣相沉積步驟，其中第一化合物被氣相沉積在基材上，從而形成第一層，和■第二氣相沉積步驟，其中包含三嗪化合物的第二化合物被氣相沉積在第一層上，從而形成第二層，其中，第一和第二氣相沉積步驟是以使得第一層包含0wt.％與10wt.％之間的三嗪化合物的方式進(jìn)行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一化合物包括金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一化合物包括鋁、氧化鋁或者氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的方法，其中第二層中的三嗪化合物是晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一化合物包括鋁且第二化合物包括蜜胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法在壓力低于1000Pa下進(jìn)行并且其中基材■在第一氣相沉積步驟期間與第一冷卻表面接觸，所述第一冷卻表面具有溫度T1，所得的進(jìn)入第二氣相沉積步驟時(shí)的基材平均溫度是TS1；■在第二氣相沉積步驟期間與第二冷卻表面接觸，所述第二冷卻表面具有溫度T2，其中，選擇T2以使得TS1與T2之間的差異小于30℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中選擇T2以使得TS1與T2之間的差異小于10℃，特別是小于5℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中選擇T1以使T2介于-10℃與+60℃之間，特別是0℃與+50℃之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中T1介于-30℃與+30℃之間，特別是-15℃與+20℃之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中具有平均溫度TS1的帶第一層的基材在第二氣相沉積步驟期間與具有可調(diào)溫度T2的第二冷卻表面接觸，其中該方法以保持TS1與T2之間的差異小于30℃的方式進(jìn)行操作。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中保持所述TS1與T2之間的差異被保持在小于10℃，特別是小于5℃。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中調(diào)整TS1以使T2介于-10℃與+60℃之間，特別是0℃與+50℃之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在第二氣相沉積步驟之后立即在冷卻步驟中將復(fù)合材料的溫度TC降至環(huán)境溫度，在冷卻步驟中TC以每小時(shí)10℃或更低的速率下降。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在冷卻步驟中TC以每小時(shí)5℃或更低，特別是每小時(shí)3℃或更低的速率下降。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中第二氣相沉積步驟的壓力比第一氣相沉積步驟的壓力低或者高至少0.005Pa。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在第二氣相沉積步驟之前或者期間對(duì)基材和第一層進(jìn)行機(jī)械載荷步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16中任何一項(xiàng)所述的方法，包括交聯(lián)三嗪化合物的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-16中任何一項(xiàng)所述的方法，包括等離子體處理基材、第一層或者第二層的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在第二層之上施加第三層的步驟。
20.通過權(quán)利要求1-19中任何一項(xiàng)所述的方法而得到的復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備包括基材、第一層和第二層的復(fù)合材料的方法，包括第一氣相沉積步驟，其中第一化合物被氣相沉積在基材上，從而形成第一層，和第二氣相沉積步驟，其中包含三嗪化合物的第二化合物被氣相沉積在第一層上，從而形成第二層，第一和第二氣相沉積步驟是以第一層包含0wt.％與10wt.％之間的三嗪化合物的方式進(jìn)行的。
文檔編號(hào)B65D65/00GK1791700SQ200480013308
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者沙哈比·雅羅米 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司