JP4704566B2 - 金属フレークの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、機能的および装飾的用途の双方に使用されうる高アスペクト比フレークの製造方法に関する。フレークは金属、金属化合物、非金属、もしくは透明フレークであってもよい。フレークの機能的用途は保護被覆における使用を含み、そこではフレークは仕上げ被覆の特定の所望特性を形成するために特定レベルの剛性を付加することができ、またはフレーク層は下にある顔料化層を保護するために特定波長の光を排除するのに使用されうる。反射性金属フレークは、インク、塗料もしくは被覆を含む、種々の光学的もしくは装飾的用途に有用である。フレークの他の使用は、マイクロ波および静電用途を含む。
【０００２】
背景
従来のアルミニウムフレークは、鋼球、アルミニウム金属、ミネラルスピリットおよび脂肪酸、通常はステアリン酸もしくはオレイン酸、を含むボールミルで製造される。鋼球はアルミニウムを平らにし、そして破断してフレークにする。ボールミル処理が終了すると、スラリーは分粒のためにメッシュふるいを通過する。適切な大きさのフレークはふるいを通過し、フィルタープレスに導入され、そこで過剰の溶媒がフレークから分離される。フィルタケーキは、ついで追加の溶媒でゆるめられる。このような従来のアルミニウムフレークは、粒径約２〜約２００μｍおよび厚さ約０．１〜約２．０μｍを有するのが通常である。これらのフレークは高い拡散反射、低い正反射、粗い不ぞろいのフレークミクロ表面、および比較的低いアスペクト比により特徴づけられる。
【０００３】
金属フレークを製造するもう１つの方法は「Ｍｅｔａｌｕｒｅ」という名で売られているフレークを製造するためのAvery Dennison Corporationの方法である。この方法において、ポリエステルキャリアの両側は、溶媒にもとづく樹脂溶液でグラビア印刷被服される。ついで、乾燥された被覆ウェブは、金属化設備に輸送され、そこで被覆シートの両側は蒸着アルミニウムの薄膜により金属化される。薄い金属膜を有するシートは、ついで被覆設備にもどされ、そこでアルミニウムの両側は溶媒にもとづく樹脂溶液の第２の膜で被覆される。ついで、乾燥された被覆／金属シートは金属化設備に輸送され、シートの両側に蒸着アルミニウムの第２の膜を付着する。得られる多層シートは、ついでさらなる処理のために、被覆がアセトンのような溶媒中でキャリアからストリップされる設備に輸送される。このストリッピング操作は連続相をスラリー中に含まれる粒子に破断する。溶媒はスラリー中で金属層のなかからポリマーを溶解する。ついで、スラリーは音波処理および遠心分離にかけ、溶媒および溶解された被覆を除去し、約６５％固形分の濃縮アルミニウムフレークのケーキを残す。ついでケーキは適切なベヒクル中にゆるめられ、そしてさらにインク、塗料および被覆に用いられるための制御された大きさのフレークに均質化することにより大きさをあわされる。
【０００４】
インクのような印刷しうる用途に使用するために、この方法で製造される金属フレークは粒径約４〜１２μｍおよび厚さ約１５０〜２５０Åにより特徴づけられる。これらのフレークから得られる被覆は高い正反射および低い拡散反射を有する。フレークは平滑な鏡様表面および高アスペクト比を有する。被覆は他の方法により製造される金属フレークと比べると、使用フレークポンドあたりの適用範囲を高いレベルで有する。
【０００５】
さらに、フレークはポリマー／金属真空蒸着法において製造され、そこでは蒸着アルミニウムの薄層はポリエステルもしくはポリプロピレンのような薄いプラスチックキャリアシート上に形成され、蒸着アルミニウム層の間に、架橋ポリマーの介在層を有する。架橋ポリマー層は、蒸発アクリレートモノマーの形態で堆積された重合アクリレートであるのが通常である。多層シート材料は、光学的特性で有用な多層フレークに破砕される。このような多層フレークから得られる被覆は高い拡散反射および低い正反射を有する。このフレークは低いアスペクト比を有し、インクを製造されたときに望ましくない低い不透明度（ｏｐａｃｉｔｙ）を有する。本方法で得られる材料は個々の層に分離され得ない多層を有し、比較的高いアスペクト比および高レベルのミクロ表面平滑度（白色度）を有する。
【０００６】
本発明の目的は製造工程の数および高アスペクト比、高い反射性金属フレークの製造コストを低下させることである。
【０００７】
発明の要約
本発明はフレーク形成法を含み、そこでは多層膜はポリエステルのような薄い、可とう性重合体キャリアシートに、または金属ドラムのような研磨金属鋳造表面に付着される。いずれの場合においても、この方法は蒸着チャンバ内で実行される。１つの態様において、多層膜はポリエステルキャリアシート（ＰＥＴ）に付着され、ポリエステルフィルムは５０ゲージよりも薄く、膜は平滑なはく離層で予め処理される。真空チャンバーは多層被覆および蒸着源を備える。有機物質は液体付着もしくはスプレー装置で堆積され得、そしてＵＶもしくはＥＢ硬化されうる。蒸着源は、透導もしくはＥＢによる加熱で生じる高温で蒸発されうる。空気はチャンバーから排気され、ＰＥＴフィルムは被覆および蒸着源のそばを通って巻き戻されるか、冷却ドラムとの接触は保持されたままである。物質の交互層は移動するＰＥＴウェブに付着されうる。１つの例は溶媒に溶解しうるポリマー有機もしくは無機物質（約２００〜約４００Å）であり、ついでアルミニウムのような金属層（１５０〜２５０Å）、ついでもう１つの溶媒に溶解しうる層被覆である。他の金属もしくは無機化合物がアルミニウムに代替してもよい。ウェブの通路を逆にし第２の被覆源を不活性化し、ついで第１の段階をくりかえすことにより、多くの層が真空を破らないでＰＥＴに付着され得、生産性を増加しうる。付加的な保護層が、被覆および金属蒸着源の間に２つの付加的蒸着源を追加することによりアルミニウム層のいずれの側にも堆積されうる。多層被覆されたＰＥＴは溶媒もしくは水ストリッピング処理に導入され、ＰＥＴからサンドイッチが除去される。溶媒もしくは水はついで遠心分離にかけられ、濃縮フレークのケーキを製造する。
【０００８】
代わりの態様において、同一の被覆および蒸着法が交互の層を真空蒸着チャンバ内に含まれるはく離被覆された冷却ドラムに直接付着するのに用いられる。ドラムは被覆および蒸着源を通りすぎて回転され後でドラムから除去される多層サンドイッチシートを形成する。多層シートはついで適切な撹拌下もしくは撹拌しないで溶媒に直接導入されフレークを生成する；またはさらに粒径を減少させるために空気ミルされうる粗フレークに破砕され得、そして溶媒もしくは水スラリーに導入されて残っている層を分離することができる。溶媒もしくは水は濃縮金属フレークのケーキを製造するために遠心分離により除去されうる。
【０００９】
濃縮フレークのケーキ、または溶媒およびフレークのスラリーは好適なベヒクル中でゆるめられ、インク、塗料および被覆における最終的な使用のために大きさを合わせられ、均質化されうる。
本発明のこれらおよび他の態様は次の詳細な説明およびそれに伴う図面を参照することによりさらに十分に理解されよう。
【００１０】
詳細な説明
本発明の特定の態様をもっとよく理解するために、Ｍｅｔａｌｕｒｅという名で販売されているフレークを製造するためにAvery Dennison Corporationで現在使用されている方法により金属フレークを製造する従来法を例示する図１が参照される。この従来法によると、ポリエステルキャリアシート１０の両側は溶媒にもとづく樹脂溶液１４で１２において被覆されている。乾燥された被覆ウェブはついで金属化設備１６に輸送され、そこで被覆され乾燥されたキャリアシートの両側は、蒸着アルミニウム薄膜で金属化される。ついで、得られる多層シートはさらなる処理のために、設備１８に輸送され、そこで被覆はアセトンのような溶媒中でキャリアからストリップされ、フレークから被覆を溶解する溶媒にもとづくスラリー２０を形成する。ついでスラリーは音波処理および遠心分離に供され、アセトンおよび溶解された被覆を除去し、濃縮アルミニウムフレークのケーキ２２を残す。ついでフレークは溶媒中にゆるめられ、均質化によるように２４で粒径制御される。
【００１１】
この方法は高アスペクト比および高正反射の非常に薄い金属フレークを製造するのに非常にうまくいく（アスペクト比は平径粒径を平均厚さで割った比である。）。Ｍｅｔａｌｕｒｅ法の成功にもかかわらず、製造コストを低下させるのが望まれる。なぜなら、グラビア印刷と金属化設備の間の被覆ウェブのくりかえされる輸送は製造コストを増大させるからである。さらにストリッピング操作後に再使用されないＰＥＴキャリアに関する製造コストもある。
【００１２】
図２〜５は、図６および７に示される金属フレークを製造する方法の１態様を例示する。図２は、図７の多層フレークを製造するための適切な被覆および金属化設備を含む真空蒸着チャンバ３０を例示する。あるいは図２の真空チャンバ内の特定の被覆設備は次の説明から明らかになるように、図６の単１層フレーク３４を製造するために不活性化されうる。
【００１３】
再度、図２を参照すると、真空蒸着チャンバ３０はこのような蒸着チャンバを排気するために従来用いられている真空源（図示せず）を含む。好適には、さらに真空チャンバーは真空を破らないでチャンバ内を必要レベルの真空に保持するための補助ターボポンプ（図示せず）を含む。さらにチャンバは冷却研磨金属ドラム３６を含み、その上に多層サンドイッチ３８が生成される。本発明のこの態様は、図７のフレーク３２を製造することに関してまず説明され、内側金属化膜層４０および金属膜の両側に結合される保護被覆物質の外側層４２を含む。
【００１４】
真空蒸着チャンバーは、ドラムに、溶媒溶解性もしくは可溶なはく離被覆、保護外側被覆、金属層、金属層のためのさらなる保護外側被覆、およびさらにはく離層を、その順序で付着させうためにドラムの周りに離れて円周状に配置された適切な被覆および蒸着源を含む。特に、真空蒸着チャンバ内に含まれる被覆および蒸着装置のこれらの源は、はく離系源４４、第１の保護被覆源４６、金属化源４８、および第２の保護被覆源５０を含む（図２に関して）。これらの被覆および／または蒸着源は回転ドラムのまわりに円周状に配置されているので、ドラムが回転するにつれて、薄膜が形成され得、たとえば順に：はく離被覆−金属被覆−はく離被覆−金属被覆−はく離、等々のような多層被覆サンドイッチ３６を形成する。多層サンドイッチ３８に形成される層のこの順序は、図４に模式的に例示され、その場合におけるキャリアとしてドラム３６も例示される。
【００１５】
１つの態様において、はく離被覆は、溶媒に溶解性もしくは可溶性であってもよいが、互いに金属層を分離する平滑な均一バリア層として下に置かれることができ、間に入る金属層を堆積するために平滑な表面を付与し、そして後で互いに金属層を分離するときにはく離被覆を溶解すること等により分離されうる。はく離被覆は、蒸着される金属層（もしくは他のフレーク被覆層）の凝縮熱が先に堆積されたはく離層を溶融しないように十分に高いガラス転移温度（Tg）もしくは耐溶融性を有する可溶性物質である。はく離被覆は、蒸発金属層の凝縮熱に加えて真空チャンバ内で外界温度に耐えなければならない。はく離被覆は種々の物質および物質の積み重ねをはさみ、はく離層を溶解することによりそれらを後で分離させるようにするために層に付着される。はく離層は、溶解し易く最終生成物に残渣を残さないのでできる限り薄いのが望ましい。種々の印刷および塗料系に調和することも望ましい。これらのはく離被覆はいくつかの形態の１つであり得る。はく離被覆は溶媒溶解性ポリマー、好ましくは熱可塑性ポリマーであってもよく、有機溶媒に可溶である。この場合、はく離被覆源４４は、ドラム上に直接に、ホットメルト層として重合体物質を付着、またははく離被覆ポリマーを押出す、ための適切な被覆装置であり得る。さらに代替として、はく離被覆装置は適切なモノマーもしくはポリマーを噴霧してドラムもしくはサンドイッチ層上に堆積させる蒸着源であり得る。いずれの場合においても、はく離物質は、冷却ドラムもしくは冷却ドラム上に先に形成された多層サンドイッチのいずれかに接触すると凍結して固化する。ドラム上に形成された多層膜の厚さは、金属層の外側表面上に堆積されているはく離被覆を固化するのに有効であるように膜を通して冷却ドラムに熱を十分に引抜かせることができる十分な厚さを有する。代わりの重合体はく離物質は軽く架橋した重合体被覆であり得、溶解状ではないが、適切な溶媒に膨潤し、金属から分離する。加えて可溶はく離物質は、架橋よりも鎖延長により重合された重合体物質を含みうる。
【００１６】
現在、好適な重合体はく離被覆はスチレンポリマー、アクリル樹脂およびそれらの混合物である。セルロース系は、はく離性に有害に作用しないで被覆もしくは蒸発されうるのであれば、適切なはく離物質となりうる。
現在、重合体はく離層を溶解するための好適な有機溶媒はアセトン、酢酸エチルおよびトルエンを含む。
【００１７】
あるいは、可溶性無機塩はく離被覆は、物質のＥＢ加熱により生成される蒸気の凝縮によりドラムに付着されうる。
さらに代わりに、可溶性はく離層はワックス状物質、好ましくは高沸点ワックスを含み、それは蒸留可能であり、ドラムもしくはサンドイッチ層上に蒸着される。
【００１８】
はく離被覆の付着につづいて、ドラムは、はく離被覆に保護層を付着するために第１の保護被覆源を通り過ぎる。この保護層はアクリレートもしくはメタクリレート物質のような官能性モノマーを蒸着され得、ついではく離物質を架橋もしくは重合するためのＥＢ放射等により硬化される；または、保護物質は後でフレークに破砕されうる放射硬化ポリマーの薄層でありうる。あるいは、保護層は、金属層の両側に結合する硬い透明被覆を形成する不活性な、不溶性無機物質でありうる。望ましい保護被覆は硬い不浸透性物質であり、アルミニウムのような金属で交互層に堆積され得、耐摩耗性、耐候性保護、耐水および耐酸性のレベルを付与する。保護材料の例は下記のとおりである。
【００１９】
ついで、回転ドラムは、被覆層上にアルミニウムのような金属層を蒸着するために金属化源４８を通り過ぎて被覆を輸送する。多くの金属もしくは無機化合物は、他の物質およびはく離物質によりはさまれる薄膜として堆積され得、それらは後で薄い金属フレークに分離されうる。アルミニウムに加えて、そのような物質は銅、銀、クロムニクロム、スズ、亜鉛、インジウムおよび硫化亜鉛を含む。さらに金属被覆は、多方向性反射増強スタック（高反射物質層）、もしくは制御された厚さおよび反射率の適切な層を堆積することにより得られる光学フィルターを含む。
【００２０】
酸化物およびフッ化物のような無機物質は、分離されフレークになされうる保護被覆もしくは薄層を製造するために堆積されうる。このような被覆はフッ化マグネシウム、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、インジウムスズ酸化物および二酸化チタンを含む。
ついで回転ドラムは、たとえば蒸着によって金属化膜に同様の保護被覆層を再び付着させ、そして硬い保護重合体物質もしくは無機物質を硬化するために、第２の被覆源５０を過ぎてスタックを輸送する。
【００２１】
ついでドラムの回転は被覆金属層を形成するために順にはく離被覆源を再び過ぎてサンドイッチ物質を完全円周で輸送する。
適切な堆積源は、真空中で平滑表面上に薄い間に入る層を形成するために金属、無機物、ワックス、塩およびポリマーの薄い被覆を堆積もしくは成長させるたの、ＥＢ、抵抗、スパッタおよびプラズマ堆積法を含む。
【００２２】
多層サンドイッチが真空蒸着チャンバ内で生成されると、ドラムから再び移動される用意ができ、さらに図５に例示される処理に供される。
多層サンドイッチを形成する連続的方法は図５の５２に示される。ついで多層サンドイッチは、方法５４によりドラムから取り除かれ、そこでははく離物質により分離された層は個々の層に破られる。サンドイッチ層は、それらを溶媒もしくは水に直接導入することにより、または破砕、磨砕もしくは削ることにより、取除かれる。例示される態様において、多層サンドイッチは粗フレーク５８を製造するために磨砕５６に供される。粗フレークは、ついで多層フレーク３２の表面からはく離被覆物質を溶解するためにスラリー６０中で適切な溶媒と混合される。あるいは多層サンドイッチはドラムから取り除かれ、層状物質を６０において溶媒に直接導入する工程６３により個々の層に破られうる。蒸着チャンバにおいて付着されるはく離被覆物質は、はく離物質がスラリー処理において溶媒でフレークから溶解しうるように選ばれる。１つの態様において、スラリーは遠心分離工程６１に供され、溶媒もしくは水は濃縮フレークのケーキを製造するために除去される。ついで濃縮フレークのケーキは粒径制御工程６２において好適なベヒクル中にゆるめられ、たとえばインク、塗料もしくは被覆における最終的なフレークの使用のためにさらに大きさを合わせ均質化されうる。あるいは、フレークは溶媒中に入れられ（遠心分離なしに）、６２において粒径制御に供される。
【００２３】
代わりの処理法として、多層サンドイッチはドラムから取り除かれ、「空気」ミルされ（不活性ガスが燃焼もしくは爆発を妨げるのに使用されるべきである）、または小さい粒径に低下され得、ついでこの物質を２工程溶媒法で処理する。まず、少量の溶媒がはく離被覆層の溶解において膨潤処理を開始するのに用いられる。ついで、異なる第２の溶媒が、はく離被覆溶解処理を完了するために、そして仕上げインクもしくは被覆との調和を向上させるために、仕上げ溶媒として添加される。この処理は次の遠心分離および均質工程を避ける。
【００２４】
図２の真空チャンバ３０装置を利用するための代わりの態様において、保護被覆源４６および５０は、省略され得、方法は図６に示される単一層フレークを製造するために使用されうる。この場合、多層サンドイッチ３８を形成するためにドラム３６上への層の形成は、図３の６４に示されるように、はく離−金属−はく離−金属−はく離、等の連続層を含む。
【００２５】
多くの異なる物質および物質のスタックが構成され、そこではそれらは溶解性はく離層によりサンドイッチにされ、はく離層は、はく離層を溶解することによりそれらを互いに分離させる。このような構成の例は：（１）はく離／金属／はく離；（２）はく離／保護層／金属／保護層／はく離；（３）はく離／非金属層／はく離；および（４）はく離／多方向性反射向上スタック／はく離。
【００２６】
図８および９は、図６もしくは７に例示されるフレークを製造するための代わりの方法を例示する。図８に例示される態様において、処理装置は蒸着チャンバ６６を含み、それは冷却回転ドラム６８およびドラム表面の長さにわたって第１のリバーシブル巻取りステーション７２から第２のリバーシブル巻取りステーションまで延びる可とう性不溶性ポリエステルキャリアフィルム７０を含む。ドラム上の巻取りの長さは２つのアイドルローラ７４により制御される。真空チャンバは標準的な真空ポンプおよび補助ターボポンプを含み、被覆操作の間、真空レベルを維持する。ドラムの回転は、ポリエステルフィルムに、第１のはく離被覆源７６、第１の保護被覆源７８、金属化源８０、第２の保護被覆源８２および第２のはく離被覆源８４を、その順に通過させる。このように、ドラムは図８に関して反時計まわりに回転するので、ポリエステルキャリアの全長はステーション７２から解かれ、源７６，７８，８０，８２および８４から順に被覆処理を通過すると、ステーション７３に巻取られる。ついでポリエステルキャリアはウェブ通路を逆にし、第２のはく離被覆源８４を不活性化し、ついで第１工程くりかえすが、ただし逆方向（時計方向）とすることにより再度巻き取られ、その結果、被覆はついで源８２，８０，７８および７６の順に付着される。ＰＥＴ被覆フィルムが全体ステーション７２で巻取られ、連続工程が図４の多層サンドイッチ３８（および得られる図７の被覆金属フレーク３２）を製造するのに用いられた同一順序でフィルム上に層を形成することがくり返えされる。
【００２７】
あるいは、図の３４の単一層金属フレークが製造される場合には、図３に例示される多層サンドイッチ６４は保護被覆源７８および８２を不活性化することによりポリエステルキャリア７０上に形成される。
図９はポリエステルフィルム上に形成された多層被覆サンドイッチの処理を例示し、真空チャンバ６６から取り除かれ、有機溶媒もしくは水ストリッピング処理８８に導入されＰＥＴからサンドイッチ物質が除去される。溶媒もしくは水はついで濃縮フレークのケーキ９０を製造するために遠心分離に供され、それは後で９２で粒径制御（均質化）に供される。
【００２８】
多層サンドイッチがその上に堆積されうる適切なキャリアは、薄層の堆積が平滑で平らであることを確実にしなければならない。高引張強度および高温耐性を有するポリエステルフィルムもしくは他の重合体フィルムが、ステンレス鋼もしくはクロムめっきであってもよい金属ドラム、ベルトもしくはプレートとともに使用されうる。
【００２９】
本発明の１つの態様において、重合体はく離被覆は多層サンドイッチ物質において形成されるフレーク層を後で分離することを容易にする目的で付着される。ポリマー／金属蒸着処理において蒸着金属層の間に結合される架橋重合体層の従来技術の使用は、後で金属化層をフレークに分離することを妨げる。ＥＢ硬化のような重合体層の重合は、重合体層の次の溶解を妨げ、アルミニウムフレーク層は容易にはばらばらにならない。本発明の場合には、間に入る重合体層は溶融被覆もしくは押出し等により溶融もしくは被覆されるが、真空蒸着チャンバにおいて真空のままである。重合体はく離物質は、好ましくは流動しうる低粘度、比較的低分子量で、非常にきれいなポリマーもしくはモノマーであり、被覆処理の間に放出されるようないかなる揮発分を本質的に含まない。このような物質は添加剤、溶媒のような異なる重合体物質の混合物でないのが好ましい。重合体物質はその溶融、もしくは被覆もしくは分解温度に加熱されるとき、真空チャンバ内の真空ポンプの連続運転が揮発分により悪く作用されない。好適なはく離被覆物質は、交互の真空蒸着金属層間での被覆間分離を促進する。はく離層は、適切な溶媒中で可溶であることによりこの目的を達成する。さらにはく離物質は金属化され得、そしてさらに回転ドラム上にスタックを形成することを可能にする十分な付着力、ならびにＥＢ蒸発可能であることを要求する。望ましいはく離被覆物質は十分に高い分子量もしくは溶融耐性を有しなければならず、したがって流動可能とならないでドラムもしくは他のキャリア上の熱形成に耐える。熱形成は、はく離層上に堆積される金属のみならず、チャンバ内の堆積源の運転にも由来する。はく離被覆の流動性に耐える能力は高白色度のフレークが生成されうるのを確保しうる。なぜなら金属がその上に堆積されるはく離被覆表面は平滑のままであるからである。さらにはく離物質は、ＥＢ堆積の熱に耐えるものでなければならない。さらに、それは、チャンバ内で維持されている真空圧に有害に作用する。たとえばチャンバに真空を失わせるような、ある低分子量物質のような物質であってはならない。チャンバー内を最小限度の運転真空レベルに維持することが、真空を破ることなく生産速度を維持するために要求される。次の有機溶媒によるストリッピングおよび処理の間、本質的にすべてのはく離物質はフレークから除去される。しかし、少量のはく離被覆物質が、金属層が粒子に破砕された後にフレークに残存する場合には、特にフレークが調和しうるアクリルインクもしくは塗料もしくは被覆系にフレークがつづいて使用されるならば、系ははく離被覆からのいくらかの残渣に耐えうる。
【００３０】
はく離被覆が無機塩を含むもう１つの態様において、塩は、真空蒸着チャンバ内に含まれるＥＢ、もしくは誘導もしくはプラズマ源による蒸着によって付着されるのが好適である。前述のように、塩はドラムもしくはＰＥＴキャリアもしくは多層膜上に蒸発され、凝縮される。好適な無機塩は、水で、もしくは水とアルコールのスラリーで、金属層の間から後で溶解して除去されうるものである。塩は十分に洗浄され、遠心分離され、そしておそらく再洗浄し遠心分離されなければならない。処理は金属層の塩腐食を避けるためにすばやくなされる。好適な塩は塩化カリウムである。フレークがついで水にもとづく被覆もしくはインクである場合には、無機塩にもとづく使用は特に有用である。
【００３１】
はく離物質がワックス様物質を含む態様において、好適な物質は高沸点で、蒸留しうる、蒸着物質である。ワックス様はく離被覆は金属層から取り除くのが困難でありうるけれども、ある高温の攻撃的溶媒がフレークに悪く作用しないで金属層からワックスはく離被覆を溶解する目的のために用いられうる。被覆処理中のワックスのための蒸留温度は、ワックスが流動可能であり、望ましくない揮発分を放出しないで金属上に堆積するために噴霧化する温度である。ワックス物質が多層物質上に放射されるとき、回転ドラムの低温は連続したワックスはく離層としてそれを凍結もしくは固化させる。好適なワックス物質は、もし加熱処理で放出されるならば、真空蒸着チャンバーを排気に保つ真空ポンプに悪く作用するであろう低沸点添加物等を避ける物質である。高沸点有機溶媒に溶解するシリコーンおよびポリエチレンワックスが望ましい。他の可能なものは、蒸着される高温で十分な蒸気圧を有する室温で固体である。
【００３２】
図２の態様に関して、多層サンドイッチは回転ドラムに直接被覆を付着することにより製造されるが、これは、ＰＥＴキャリアを被覆する方法よりも低い製造コストを有するので望ましい方法である。このような各サイクルは真空を破ること、真空チャンバーの外側にさらなる処理のためにサンドイッチ層を取出すこと、そして真空を再付加することを含む。層形成において、処理が実施される速度は約１５０〜約６００ｍ／分（約５００〜２０００フィート／分）で変動しうる。真空中での金属化のみはもっと高い速度で運転しうる。硬化もしくは溶融源は製造速度を制限しうる。
【００３３】
単一層金属フレークが製造される態様において、フレークは高アスペクト比を有する。これは金属化フレークから間に入っているはく離被覆層をきれいに除去する能力に帰する。金属層間において結合された熱硬化もしくは架橋重合体層に関しては、層は容易には分離され得ず、得られるフレークは比較的低いアスペクト比を有する。１つの態様において、本発明の方法は厚さ約２００〜４００Å、そして粒径約４×１２μｍの単一層反射性アルミニウムフレークを産生する。
【００３４】
はく離被覆物質は被覆層に対して好ましくは約０．１〜約０．２μｍ、そしてＥＢ蒸着層に対しては約２００〜４００Åの非常に薄い層で付着される。
金属フレークが保護重合体膜層とともに反対側に被覆される態様において、保護被覆層は約１５０Å以下の厚さで付着される。好適な保護被覆物質は二酸化ケイ素、もしくは一酸化ケイ素および、おそらく酸化アルミニウムである。他の保護被覆は、フッ化アルミニウム、フッ化マグネシウム、インジウムスズ酸化物、酸化インジウム、フッ化カルシウム、酸化チタンおよびフッ化アルミニウムナトリウムである。好適な保護被覆は、フレークが結局用いられるインクもしくは被覆系と調和しうるものである。金属フレーク上への保護被覆の使用は、この多層フレークは従来のフレークのアスペクト比よりもまだ高いけれども、最終フレーク生成物のアスペクト比を低下させる。しかし、このようなフレークは単一層フレークよりも剛直であり、透明ガラス様被覆金属フレークにより付与されるこの剛性は、ある場合には、ある光学的もしくは機能性被覆をフレークに直接付着するために流動床化学蒸着（ＣＶＤ）法において、被覆フレークを有用にしうる。ＣＶＤ被覆は、フレークが他の化学品もしくは水により攻撃されやすいことを妨げるためにフレークに添加されうる。着色フレークも製造され得、たとえば金もしくは酸化鉄で被覆されたフレークである。被覆フレークの他の用途は耐湿フレークを含み、そこでは金属フレークは外側の保護被覆でカプセルに入れられ、さらにマイクロ波活性用途を含み、そこではカプセルに入れる外側被覆は金属フレークからのアークを抑制する。さらにフレークは静電被覆に使用されうる。
【００３５】
代わりの態様において、はく離被覆層は、ＵＶもしくはＥＢ硬化によりアクリルモノマーを固体に架橋したようなある架橋樹脂状物質を含む場合がありうる。この場合、多層サンドイッチはドラムから取り除かれ、あるいはキャリア上にある間に、架橋物質から、形成された化学結合を破ることによるような、はく離被覆を解重合するある物質で処理される。この処理は、ＥＢもしくはプラズマ法で蒸着および硬化するのに用いる従来の装置を使用させる。
【００３６】
このように、本発明の方法は高い生産速度および低コストで反射性フレークの製造を可能にする。本発明により得られる被覆されていないフレークは、高いアスペクト比を有しうる。アスペクト比が高さに対する幅の比として定義され、平均フレーク大きさが約６μｍ、２００Å（１μｍ＝１０，０００Å）であると、アスペクト比は２００／６０，０００すなわち約３００：１である。この高アスペクト比は、先に述べたＭｅｔａｌｕｒｅフレークに匹敵する。フレークが保護層で両側を被覆されている態様において、これらのフレークのアスペクト比は約６００／６０，０００すなわち約１００：１である。
【００３７】
本発明のさらなる利点として、この方法は
もしフレークがある仕上げインクもしくは被覆に用いられると、調和の問題をもたらしうる脂肪酸のような処理助剤を使用する従来のボールミル処理を回避する。
エンボス加工されたフレークも本発明方法により製造されうる。この場合、キャリアもしくは堆積表面（ドラムもしくはポリエステルキャリア）は、ホログラフもしくは回折付与パターン等でエンボス加工されうる。第１のはく離層はパターンを複製し、次の金属もしくは他の層および間に入るはく離層は同一パターンを複製する。スタックは取除かれ、エンボス加工されたフレークに破砕されうる。
【００３８】
本発明により得られるフレーク生成物の製造を速くする１つの方法はエアロックにより分離された３つの並んだ真空チャンバーを利用する。中央のチャンバーは、ドラムならびにドラムにフレーク物質の層およびはく離被覆を付着させるために必要な堆積装置を含む。堆積サイクルが完了すると、ドラムおよび被覆は蒸着チャンバーから真空チャンバに、下流に輸送され、エアロックにより両チャンバーは真空に維持される。上流チャンバーに含まれるドラムは、ついで、さらなる蒸着のために中央チャンバに移動される。このドラムはエアロックにより移動され、両チャンバー内を真空に維持する。ついで、中央チャンバは密閉される。下流チャンバ内の被覆ドラムは除去され、上流チャンバーでその蒸着層を取り除かれ、きれいにされ、そして置き換えられる。この方法は真空を破らないで中央真空チャンバーにおいて連続的被覆を可能にする。
【００３９】
実施例１
次の多層構成が製造された：はく離層／金属／はく離層。はく離層はＤｏｗ６８５Ｄ押出しグレードのスチレン樹脂であり、金属層はMaterials Research Corp.からのアルミニウム９０１０１Ｅ／ＡＬ０００−３００２であった。
【００４０】
構成は５０回くり返された。すなわちアルミニウムとスチレンはく離被覆の交互層であった。
はく離層に使用されたスチレンは次のような条件におかれた。
スチレンペレットは溶融され、２１０℃で１６時間真空中に置かれ、ついで冷却のためにデシケータに移された。
【００４１】
アルミニウム箔で裏打ちされたグラファイトるつぼがこの物質を保持するのに用いられた。
このるつぼは銅で裏打ちされたＡｒｃｏ Ｔｅｍｉｓｃａｌシングルポケット電子線ガン床内に置かれた。
アルミニウムペレットは溶融され銅で裏打ちされたＡｒｃｏ Ｔｅｍｉｓｃａｌ４ポケット電子線ガン床に入れられた。
【００４２】
電子線ガンは１５ＫＶ Ａｒｃｏ Ｔｅｍｉｓｃａｌ３２００ロード−ロックシステムの一部であった。２ミルＰＥＴフィルム（ＳＫＣから）が、３つの約４２cm（１７インチ）径の円に切断され、真空チャンバ内に配置された１７インチ径のステンレス鋼遊星ディスクに付着された。チャンバは閉じられ、１０μに粗く、ついで低温ポンプで５×１０^-7Ｔｏｒｒの真空に排気された。
【００４３】
はく離および金属物質が交互層に蒸着された。はく離層はＩｎｆｉｃｏｎ ＩＣ／５堆積コトンローラーにより測定され、まず２００Åに堆積された。はく離層はついでＩＣ／５コントローラーで測定して１６０Åの金属層蒸着層に続く、アルミニウム層のためのコントローラーはグリーンフィルターを有するＭａｃＢｅｔｈ ＴＲ９２７透過デンシトメーターにより検定された。前述のように、この構成は５０回くり返された蒸着アルミニウム層はＭａｃＢｅｔｈデンシトメーターにより測定され、１．８〜２．８の光学密度の良好な厚さを有していた。この値は光透過読取りで金属膜不透明度を測定する。
【００４４】
堆積が完了すると、チャンバは窒素で外界圧力に通気され、ＰＥＴディスクは取除かれた。ディスクは酢酸エチルで洗浄され、ついでＩＫＡ Ｕｌｔｒａ Ｔｕｒｒａｘ Ｔ４５を用いて均質化され、２０倍の対物レンズを用いてＩｍａｇｅ−ｐｒｏプラスイメージアナライザーにより測定された４００個の粒子の平均で粒径３／２μｍが得られた。
【００４５】
ついで分散体はインクの製造に用いられ、ＡＣＳ分光光度計試験のためのＬｅｎｅｔｔａカード上に描かれた。この試験はフレークの白色度を測定する。約６８を超えるＡＣＳ値が、この特定の生成物に対して望ましいと考えられる。ＡＣＳの読み取りはＭｅｔａｌｕｒｅについて６９．９８であり、そしてバッチについて７０．５６であった。インクはきれいなポリエステル上に描かれ、密度の読みはバッチについて０．９４、そして対照Ｍｅｔａｌｕｒｅについて０．６５であった。読みは、グリーンフィルターを用いてＭａｃＢｅｔｈデンシトメーターにもとづいて得られた。
【００４６】
実施例２
次の多層構成が製造された：はく離層／保護被覆／金属／保護被覆／はく離層である。
【００４７】
３つの別々の構成が次のように製造された：
構成１
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
ＰＲＯＴ Ｃｅｒａｃ酸化ケイ素Ｓ−１０６５
ＭＥＴ Materials Research Corp.９０１０１Ｅ−ＡＬ０００−３００２
ＰＲＯＴ Ｃｅｒａｃ酸化ケイ素Ｓ−１０６５
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
構成２
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
ＰＲＯＴ Ｃｅｒａｃ酸化アルミニウムＡ−１２３０
ＭＥＴ Materials Research Corp.９０１０１Ｅ−ＡＬ０００−３００２
ＰＲＯＴ Ｃｅｒａｃ酸化アルミニウムＡ−１２３０
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
構成３
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
ＰＲＯＴ Ｃｅｒａｃフッ化マグネシウムＭ−２０１０
ＭＥＴ Materials Research Corp.９０１０１Ｅ−ＡＬ０００−３００２
ＰＲＯＴ Ｃｅｒａｃフッ化マグネシウムＭ−２０１０
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
構成は実施例１で述べられたのと同一の方法で１０回くり返され、保護被覆フレークとして評価された。すなわち、この試験は光学的用途を有する多層フレークが、可溶性のはく離物質の、間に入る層間に真空チャンバでキャリア上にフレーク物質層を形成することにより得られることを示した。そこではフレーク層は連続的に形成される（真空を破らないで）が、蒸着源からはく離層およびフレーク層を堆積することは真空チャンバ内で行なわれ、つづいてストリッピングおよび粒径制御がなされた。
【００４８】
実施例３
次の多層構成が製造された：
構成１
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
ＭＯＮＭＥＴ 酸化ケイ素Ｓ−１０６５
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
構成２
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
スタック 二酸化チタンＣｅｒａｃ Ｔ−２０５１
スタック 酸化ケイ素Ｃｅｒａｃ Ｓ−１０６５＋酸素
ＭＥＴ Materials Research Corp.９０１０１Ｅ−ＡＬ０００−３００２
スタック 酸化ケイ素Ｃｅｒａｃ Ｓ−１０６５＋酸素
スタック 二酸化チタンＣｅｒａｃ Ｔ−２０５１
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
構成は実施例１で述べたのと同一の方法により１０回くり返された。この試験は、蒸着方法が真空チャンバ内で、間に入るはく離被覆層間で光学的スタック層を形成することができ、ついでストリッピングおよび粒径制御され、インクおよび被覆のような用途に有用であるフレークを産生することを示した。
【００４９】
実施例４
次の構成が装飾用フレークのために構成でありうる：
構成１
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
スタック 酸化鉄Ｃｅｒａｃ Ｉ−１０７４
スタック 酸化ケイ素Ｃｅｒａｃ Ｓ−１０６５＋酸素
スタック 酸化鉄Ｃｅｒａｃ Ｉ−１０７４
ＲＥＬ Ｄｏｗ ６８５Ｄ
構成２
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
スタック 酸化鉄Ｃｅｒａｃ Ｉ−１０７４
スタック 酸化ケイ素Ｃｅｒａｃ Ｓ−１０６５＋酸素
ＭＥＴ Aliminum Materials Research Corp. ９０１０１Ｅ−ＡＬ０００−
３００２
スタック 酸化ケイ素Ｃｅｒａｃ Ｓ−１０６５＋酸素
スタック 酸化鉄Ｃｅｒａｃ Ｉ−１０７４
ＲＥＬ Ｄｏｗ６８５Ｄ
構成は、さらにゴニオ色彩シフトに用いられうる。
【００５０】
実施例５
重合体はく離被覆層がＥＢ源を用いて、真空チャンバー内で堆積され、蒸着アルミニウム層で被覆された。
【００５１】
構成１
Ｄｏｗ６８５Ｄスチレン樹脂がオーブン中で２１０℃、１６時間、予備処理された。物質はポリエステル上に２００〜４００Åの厚さでＥＢ堆積され、そして密度２．１〜２．８でアルミニウム１層で金属化された。
構成２
Ｇｏｏｄ ｙｅａｒからのＰｉｏｌｉｔｅ ＡＣスチレン／アクリレートが１９０℃で１６時間、予備処理された、物質はポリエステル上に３０５Åの被覆質量でＥＢ堆積され、密度２．６でアルミニウム１層を金属化された。
【００５２】
構成３
Ｄｉａｎｏｌ ＡｍｅｒｉｃａからのＢＲ−８０アクリル共重合体が１３０℃で１６時間予備処理された。物質は３０５Åの厚さでポリエステル上にＥＢ堆積され、密度２．６でアルミニウム１層で金属化された。
構成４
Ｄｏｗ６８５Ｄスチレン樹脂が２１０℃で１６時間予備処理された。物質は２００Åの厚さでポリエステル上にＥＢ堆積され、密度２．３でアルミニウム１層で金属化された。これは、間に入っているはく離被覆層により分離された１０層のアルミニウムのスタックを形成するために、くり返された。
【００５３】
これらの層状物質は酢酸エチル溶媒を用いてＰＥＴキャリーから取り除かれ、Ｔ８ｌａｂホモジナイザー中で制御された粒径に減少された。得られるフレークはＭｅｔａｌｕｒｅフレークに光学的性質が類似していた。すなわちそれらは類似の白色度、粒径、不透明度およびアスペクト比を有していた。
構成１と類似する構成でのさらなる試験において、光学密度２．３に金属化されたアルミニウムはアセトンでＰＥＴキャリアから取除かれ、フレークに破砕された。この試験ははく離被覆厚さの変化の効果を観察した。その結果は約２００〜約４００Åの範囲のＥＢ堆積はく離被覆による最良のはく離特性を示した。
【００５４】
実施例６
いくつかの試験が、本発明で有用でありうる種々の重合体はく離物質を測定するために実施された。Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｂｅｌｌ Ｊａｒ試験は、ＥＢ堆積されうるポリマーを測定するのに実施された。メチルメタクリレート（ＩＣＩのＥｌｖａｃｉｔｅ２０１０）およびＵＶ硬化モノマー（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌからの３９０５３−２３−４）は良好な結果を生じた。不十分な結果がブチルメタクリレート（Ｅｌｖａｃｉｔｅ ２０４４）（ＥＢにおいて真空を失った）、セルロース（２８０°Ｆで黒くなった）、およびポリスチレンゴム（チャー化した）について観察された。
【００５５】
実施例７
実施例１に述べられた試験は、Ｄｏｗ６８５Ｄスチレンポリマーから得られたはく離被覆は有用なフレーク生成物を生じうることを示した。いくつかの他の試験がＤｏｗ６８５Ｄスチレン樹脂はく離被覆で以下のように実施された：
（１）１９０℃で予備処理され、１０００Åで被覆されアルミニウムで金属化された。あまり高度に形成された樹脂膜は、くもった金属化層を生じた。
【００５６】
（２）オーブンで予備処理なし；スチレンビーズのＥＢ溶融を試みると、電子ビームはビーズをるつぼ内を移動させた。
（３）２１０℃で予備処理し、７５〜１５０Åで被覆し、ついで金属化。アルミニウムのストリッピングは不十分ないし全く行なわれなかった。
（４）２１０℃とで予備処理し、６００Åで被覆、密度１．９でアルミニウム１層を金属化。アルミニウムはゆっくりとストリップされ、カールしたフレークを生成した。
【図面の簡単な説明】
【図１】 金属フレークを製造するための従来法を例示する略機能ブロック図である。
【図２】 本発明による方法の第１の態様において多層被覆を付着させるための真空蒸着チャンバを例示する略正面図である。
【図３】 本発明による多層シート物質の１態様において、層の順序を例示する略断面図である。
【図４】 本発明のもう１つの態様により製造された多層シート物質を例示する略断面図である。
【図５】 本発明の第１の態様における処理工程を例示する略機能ブロック図である。
【図６】 本発明方法により製造される単一層金属フレークを例示する略断面図である。
【図７】 本発明方法により製造される多層フレークの略断面図である。
【図８】 本発明の金属フレークを製造するために第２の態様を例示する略正面図である。
【図９】 本発明の第２の態様により製造される多層物質から金属フレークを製造するための処理工程を例示する略機能ブロック図である。

Claims (10)

1. 堆積面を有する真空蒸着チャンバを用意すること；
   真空蒸着チャンバに、はく離被覆源および金属蒸着源をそれぞれ堆積面に向けて供給すること；
   はく離被覆源からの蒸発重合体はく離被覆層、および金属蒸着源からの金属蒸着層の交互層を真空下で堆積面上に堆積させて、対応して間に入るはく離被覆層上に堆積され、それにより隔てられる金属の多層蒸着層を順々に積層すること；
   はく離被覆層は熱可塑性有機溶媒可溶性重合体物質を含み、その重合体物質は真空下で蒸発され、連続したバリア層および支持表面を形成し、その上に各金属層が形成され、蒸着された熱可塑性重合体はく離被覆層は有機溶媒に溶解性であること；
   金属層は４００Åより小さい膜厚に堆積された蒸着金属を含み；ならびに
   蒸着チャンバから多層蒸着層を除去し、そしてはく離被覆層を溶解して本質的にはく離被覆物質を含有しない単層金属フレークを生成する有機溶媒で処理してその多層蒸着層を金属フレークに分離すること；
   を含む、金属フレークの製造方法。
2. はく離被覆層および金属層が冷却回転ドラムに熱接触している請求項１記載の方法。
3. はく離被覆物質が、蒸着される金属層の凝縮熱が先に堆積されたはく離層を溶融しないように十分に高いガラス転移温度を有する請求項１記載の方法。
4. はく離被覆層がスチレン、アクリル重合体もしくはその混合物から選ばれる請求項１記載の方法。
5. 金属層がアルミニウム、銅、銀、クロム、スズ、亜鉛、インジウムおよびニクロムから選ばれる請求項１記載の方法。
6. はく離被覆層および金属層の組合わせが少なくとも１０回繰り返して堆積されて蒸着を積層する請求項１記載の方法。
7. 堆積面を有する真空蒸着チャンバを用意すること；
   真空蒸着チャンバに、はく離被覆源および無機フレーク物質蒸着源をそれぞれ堆積面に向けて供給すること；
   はく離被覆源からの蒸発重合体はく離被覆層、およびフレーク物質蒸着源からの蒸着無機物質層の交互層を真空下で堆積面上に堆積させて、対応して間に入るはく離被覆層上に堆積され、それにより隔てられる無機フレーク物質の多層蒸着層を順々に積層すること；
   はく離被覆層は熱可塑性有機溶媒可溶性重合体物質を含み、その重合体物質は真空下で蒸発され、連続したバリア層および支持表面を形成し、その上に各無機フレーク物質層が形成され、蒸着された熱可塑性重合体はく離被覆層は有機溶媒に溶解性であること；
   無機フレーク物質層は、フッ化マグネシウム、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、酸化インジウムスズ、二酸化チタンおよび硫化亜鉛からなる群より選ばれる蒸着無機物質を含む；ならびに
   蒸着チャンバから多層蒸着層を除去し、そしてはく離被覆層を溶解して本質的にはく離被覆物質を含有しない単層無機物質フレークを生成する有機溶媒で処理してその多層蒸着層を無機物質フレークに分離すること；
   を含む、フレークの製造方法。
8. 堆積面を有する真空蒸着チャンバを用意すること；
   真空蒸着チャンバに、はく離被覆源および非金属蒸着源をそれぞれ堆積面に向けて供給すること；
   はく離被覆源からの蒸発重合体はく離被覆層、および非金属蒸着源からの非金属蒸着層の交互層を真空下で堆積面上に堆積させて、対応して間に入るはく離被覆層上に堆積され、それにより隔てられる非金属の多層蒸着層を順々に積層すること；
   はく離被覆層は熱可塑性有機溶媒可溶性重合体物質を含み、その重合体物質は真空下で蒸発され、連続したバリア層および支持表面を形成し、その上に各非金属層が形成され、蒸着された熱可塑性重合体はく離被覆層は有機溶媒に溶解性であること；
   非金属層は４００Åより小さい膜厚に堆積された蒸着非金属を含み；ならびに
   蒸着チャンバから多層蒸着層を除去し、そしてはく離被覆層を溶解して本質的にはく離被覆物質を含有しない単層非金属フレークを生成する有機溶媒で処理してその多層蒸着層を金属フレークに分離すること；
   を含む、非金属フレークの製造方法。
9. 堆積面を有する真空蒸着チャンバを用意すること；
   真空蒸着チャンバに、はく離被覆源およびフレーク蒸着源をそれぞれ堆積面に向けて供給すること；
   はく離被覆源からの蒸発重合体はく離被覆層、およびフレーク蒸着源からのフレーク材料蒸着層の交互層を真空下で堆積面上に堆積させて、対応して間に入るはく離被覆層上に堆積され、それにより隔てられるフレーク物質の多層蒸着層を順々に積層すること；
   はく離被覆層は熱可塑性有機溶媒可溶性重合体物質を含み、その重合体物質は真空下で蒸発され、連続した、溶媒に可溶性および溶解性のバリア層および支持表面を形成し、その上に各フレーク物質層が形成されること；ならびに
   蒸着チャンバから多層蒸着層を除去し、そしてはく離被覆層を溶解して本質的にはく離被覆物質を含有しない平滑で平らな表面を有するフレークを生成する溶媒で処理してその多層蒸着層をフレークに分離すること；
   を含む、フレークの製造方法。
10. フレーク層が４００Åより小さい膜厚に堆積される請求項９記載の方法。

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