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Gebiet der
Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine Haftfolie,
die eine gesteuerte topographische Oberfläche von Mikrokanälen aufweist
und die Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung.
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Hintergrund
der Erfindung
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Haftfolie, die auch als statische
Haftfolie bekannt ist, wird auf Fenster und glatte Oberflächen zur vorübergehenden
Verwendung als Zeichengebung oder andere funktionelle Anwendungen,
wie Sonnenschutzfolien aufgebracht. Die natürliche Adhäsion der glatten flexiblen
Folie kann eine ausreichende Haltekraft bereitstellen, während sie
immer noch eine leichte Entfernung zuläßt. Während der Anwendung führt der
Kontakt der Folienoberfläche
mit einem Substrat zu einer augenblicklichen Adhäsion. Versuche, einen einheitlichen
Kontakt über
die gesamte glatte Oberfläche
zu erzielen, führen
häufig
zu einem Einschluß von
Luftblasen und großen
Lufteinschlüssen,
die nicht leicht herausgedrückt
werden.
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Jeder, der jemals versucht hat, eine
Tapete aufzuhängen,
kann die Frustration einsehen, die auftreten kann, wenn eingeschlossene
Luft unter einer Folie nicht leicht entfernt werden kann. Die gebräuchlichsten
Lösungen
für dieses
Problem sind, die Folie zu entfernen und erneut aufzubringen, oder
die Folie zu perforieren, um die eingeschlossene Luft freizugeben.
Mehrere Versuche, dieselbe Fo lie an ein Substrat anzuheften, können ihr
Erscheinungsbild beeinträchtigen
oder die Wahrscheinlichkeit einer ungleichmäßigen oder schlecht ausgerichteten
Folie auf dem Substrat zu erhöhen.
Das Perforieren einer Folie ruiniert ihr Erscheinungsbild. Die Entfernung der
Luftblasen ist auch arbeitsintensiv.
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Für
Haftfolien bestehen frühere übliche Lösungen für dieses
Problem darin, die Folie zu entfernen und erneut aufzubringen, was
die Folie verschmutzen kann. Jeder Versuch, einige der Luftblasen
herauszupressen weist gewöhnlich
eine begrenzte Wirksamkeit auf. Eine andere Lösung des Problems ist es, das
Substrat oder die Folie vor dem Aufbringen anzufeuchten, was bewirken
kann, daß die
Folie auf vertikalen Oberflächen
gleitet, selbst wenn die Unordentlichkeit der Anbringung als annehmbar
angesehen wird. Man könnte
meinen, daß ein
Substrat texturiert werden kann, um einen Austritt von Fluiden während der
Folienanbringung zuzulassen, jedoch kann diese texturierte Oberfläche keine ausreichende
Kontaktfläche
dafür aufweisen,
daß die Haftfolie
während
der gewünschten
Zeitspanne haftet. Daher gibt es keine guten Lösungen für dieses Problem in der Technik.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Probleme in der Technik des Haftfolienaufbaus
und der Anbringung werden durch die vorliegende Erfindung durch
die Hinzufügung
einer konstruierten Topographie auf eine Hauptoberfläche der Folie
gelöst.
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Wünschenswerterweise
sollte die Hinzufügung
einer Topographie zu einer Oberfläche der Haftfolie die folgenden
Faktoren berücksichtigen:
- (1) Eine Haftfolie ohne Kanäle stellt keinen effektiven
Weg zum Austritt von Fluiden in die X-Y-Dimensionen der Grenzfläche zwischen
der Folie und dem Substrat bereit, insbesondere, wenn die Folie
fluidundurchlässig
ist. Wenn jedoch die Kanäle
zu groß sind,
könnte
der Weg des Fluidaustritts auch ein Weg eines passiven Eintritts
desselben oder anderer Fluide sein.
- (2) Die Folie und insbesondere ihrer äußere, mit Bildern zu versehene
Oberfläche
darf durch die gewählte
Topographie nicht nachteilig beeinflußt werden, wodurch die Größe der Kanäle in der
Folie eingeschränkt
wird und auch das Verfahren des Aufbaus eingeschränkt wird.
Die Folie benötigt
mindestens eine ebene, einheitliche Oberfläche zur Abbildung und aus anderen ästhetischen Gründen. Die
Bildung großer
Kanäle
in der gegenüberliegenden
Hauptoberfläche
der Folie wird die ebene, einheitliche Oberfläche der Folie nachteilig unterbrechen,
die zur Abbildung verwendet wird. Auch werden Topographien, die
zu groß sind,
eine unerwünschte
Welligkeit oder andere Fehler des Erscheinungsbilds der Folie auf
dem endgültigen
Substrat erzeugen. Eine solche Welligkeit oder andere Fehler machen
die Bildgraphik für
die meisten kommerziellen Märkte
unannehmbar, selbst im Markt kostengünstiger Haftfolien.
- (3) Die Fläche
der Haftfolie, die das Substrat tatsächlich berührt, und die Haltekraft (z.
B. Schub- und Abziehhaftung) der Haftfolie beeinflussen die Bindeleistung
der Folie am Substrat. Wenn entweder die Haltekraft zu schwach ist
oder die Fläche
des Folienkontakts zu klein ist, oder beides, ist die Leistung der
Haftfolie, ohne die Verwendung eines Klebemittels zu haften, insgesamt mangelhaft.
Wo es einen Folienkontakt mit dem Substrat gibt, sollte die Beschaffenheit
des Kontakts im wesentlichen eben sein.
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Während
die Luftblasen- und Fluidaustrittsprobleme, die mit großformatigen
Graphiken verbunden sind, einfach zu verstehen sind, existieren
diese Probleme auch für
kleine Graphiken und Abziehbilder, wo die Geschwindigkeit der Anbringung
aus wirtschaftlichen oder die Herstellung betreffenden Überlegungen
wichtig ist.
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Das Problem des Fluidaustritts ist
sogar noch akuter, wenn die Folie wirksam jeden Austritt in die
Z-Achse verhindert.
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Die Technik benötigt deutlich einen anderen Ansatz,
um dafür
zu sorgen, daß eine
Haftfolie einfach, schnell und einheitlich auf Substrate in einer Weise
aufzubringen ist, die den Fluidaustritt in den drei aufgezählten Faktoren
steuert, die oben angegeben werden. Tatsächlich benötigt es die Technik, daß die Geometrie
der Folienoberfläche
so konstruiert wird, daß eine
gesteuerte Topographie an jeder Folien-Substrat-Grenzfläche bereitgestellt
wird, wo eine besondere Funktion erforderlich ist. Überdies
benötigt
es die Technik, eine Haftfolie herzustellen, die den Fluidaustritt
steuert, ohne die wesentliche Leistung der Folie zu schädigen, an
dem Substrat für
die gewünschte
Zeitspanne zu haften.
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Die vorliegende Erfindung löst das Problem der
eingeschlossenen Luft zwischen der Haftfolie und einem Substrat,
wie Glas, indem eine Mikrokanal-Topographie auf der Befestigungsfläche der
Haftfolie eingeschlossen wird. Die Topographie kann während der
Herstellung durch bekannte Präge-, Gieß- oder
Beschichtungs-Mikroreplikationsverfahren verliehen werden. Wenn
die verhältnismäßig ebene
Haftfläche
mit dem Substrat in Kontakt gebracht wird, lassen die kleinen Kanäle den Austritt der
Luft oder eines anderen Fluids zu. Überdies beeinflussen die kleinen
Kanäle
die wesentliche Leistung der Folie nicht nachteilig, am Substrat
zu haften.
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Vorzugsweise kann das Muster, das
zur Erzeugung der Mikrokanäle
gewählt
wird, quadratisch, rautenförmig,
hexa gonal oder parallel sein, wobei die Formen irgendwelche aus
abgerundeten, dreieckigen, trapezförmigen oder rechteckigen sind.
Die Größen der
Muster hängen
von der Dicke der Haftfolie ab und können so klein wie etwa 0,1
mm breit und weniger als 25 μm
tief sein, um ein Design mit einer flexiblen Funktion bereitzustellen.
Die Gesamtfläche
der Mikrokanäle
kann so gesteuert werden, daß ein
wesentlicher Abschnitt des Haftvinyls verhältnismäßig unverändert bleiben würde, um
eine ausreichende Bindungsfläche
bereitzustellen.
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Für
diese Erfindung sollte diese besondere Funktion die Vorkehrung für einen
Fluidaustritt in die X-Y-Dimensionen der Folie-Substrat-Grenzfläche aufweisen,
jedoch ohne das gewünschte
Erscheinungsbild der äußeren, mit
Bildern zu versehenden Oberfläche
nachteilig beeinflussen, die für
eine Abbildung eben und einheitlich bleiben sollte. Ferner sollte der
Fluidaustritt gegen die „Haft-"Bindungsfestigkeit abgewogen
werden, um die Grenzfläche
aufrechtzuerhalten, d. h. sicherzustellen, daß die Folie weiter am Glas
haften wird.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
stellt eine Einrichtung zur Steuerung der Topographie einer Haftfolienoberfläche bereit,
die aufweist, ein mikrogeprägtes
Muster mit einer Hauptoberfläche
der Haftfolie in Kontakt zu bringen und eine mikroreplizierte Oberfläche zu bilden,
so daß wenn
eine Grenzfläche
zwischen der Folie und einem Haltesubstrat hergestellt wird, die
Topographie der Folienoberfläche
die Leistung der Grenzfläche
zwischen jener Folie und dem Haltesubstrat steuert.
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„Haftfolie" bedeutet jede Form Polymerfolie, die
zur Zeit der Anbringung auf einem Haltesubstrat ausreichende Eigenschaften
auf mindestens einer Hauptoberfläche
derselben aufweist, um durch Anwendung einer statischen Wechsel wirkung
mit dem Substrat ohne die Anwendung eines Klebemittels zwischen
der Folie und dem Substrat zu haften.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung stellt eine mikroreplizierte Folienoberfläche bereit,
die durch Mikroreplikation mit irgendeiner Kontakttechnik, wie Gieß-, Beschichtungs-
oder Verdichtungstechniken gebildet wird. Eine Mikroreplikation kann
durch mindestens eines erzielt werden aus: (1) Gießen oder
Extrudieren unter Verwendung eines Werkzeugs, das ein mikrogeprägtes Muster
aufweist, (2) Beschichtung einer Folie auf einer Ablösekaschierung,
die das mikrogeprägte
Muster aufweist, oder (3) Schicken durch eine Quetschwalze, um die Folie
gegen eine Ablösekaschierung
zu pressen, die das mikrogeprägte
Muster aufweist. Eine gewünschte
Prägetopographie
kann in Werkzeugen über
irgendeine einer Anzahl wohlbekannter Techniken gebildet werden,
die teilweise abhängig
vom Werkzeugmaterial und den Merkmalen der gewünschten Topographie ausgewählt werden.
Veranschaulichende Techniken umfassen Ätzen (z. B. über chemisches Ätzen, mechanisches Ätzen oder
andere ablative Mittel, wie Laserablation oder reaktives Ionenätzen usw.),
Photolithographie, Stereolithographie, Mikro-Materialbearbeitung,
Rändelung
(z. B. Schneidrändelung
oder säureverstärkte Rändelung),
Riefenbildung oder Schneiden usw.
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Die mikroreplizierte Topographie
befindet sich auf mindestens einer Hauptoberfläche der Folie und kann sich
optional auf beiden gegenüberliegenden
Hauptoberflächen
der Folie befinden, die die Eigenschaften der Grenzfläche(n) in
derselben oder auf unterschiedliche Weise beeinflussen, wie durch Fachleute
gewünscht.
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Wenn eine mikrogeprägte Kaschierung
verwendet wird, kann die Kaschierung eine Ablösekaschierung (z. B. eine lösbare Aufbewahrungskaschierung
für das
Klebemittel oder eine Transferkaschierung zur Bewegung der Folie
von einem Ort zu einem anderen) oder eine Bandhinterlegung auf einer
selbstaufgewickelten Rolle sein, die auch als eine Kaschierung dient,
so daß die
mikrogeprägte
Oberfläche
der Bandhinterlegung die Oberfläche
der Folie mikrorepliziert, die freigelegt wird, wenn das Band abgewickelt
wird.
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„Mikrogeprägt" bedeutet eine Topographie der Kaschierung
oder der Gießwerkzeugbestückung, die
ein effektives dreidimensionales Muster aufweist, das eine Tiefe
aufweist, die kleiner als die Dicke der zusammenhängenden
Folie ist. Das Muster kann miteinander verbunden oder zusammenhängend parallel
sein.
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„Miteinander verbunden" bedeutet, daß sich mindestens
zwei dreidimensionale Merkmale im mikrogeprägten Muster schneiden, wobei
sie die mikroreplizierte Bildung eines Schnitts des Inversen solcher
dreidimensionalen Merkmale in der Folienoberfläche bewirken.
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„Mikroreplizierte Folie" bedeutet eine Folie, die
eine Topographie in mindestens einer hauptsächlichen, im wesentlichen zusammenhängenden
Oberfläche
aufweist, die im wesentlichen, jedoch nicht notwendigerweise vollkommen,
das Inverse des mikrogeprägten
Musters ist, mit dem die Folienoberfläche in Kontakt gebracht wird,
und eine Kontaktfläche von
mindestens etwas 35% aufweist.
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„Muster" bedeutet irgendeine Gestaltung von Prägungen,
die irgendeine Theorie der Geometrie nutzen, einschließlich ohne
Beschränkung
eine euklidische Geometrie und eine fraktale Geometrie.
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Optional können die mikrogeprägten Muster mehrere
sein. „Mehrere" bedeutet, daß zwei oder mehr
Prägemuster
auf dem Werkzeug oder der Kaschierung übereinanderliegen, um ein komplexes Muster
mit unterschiedlichen Tiefen oder Höhen der Prägung zu erzeugen, um die mikroreplizierte
Folie zu bilden, die ein komplexes Muster mit unterschiedlichen
Tiefen oder Höhen
aufweist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist ein Gegenstand, die eine mikroreplizierte Haftfolie
der vorliegenden Erfindung aufweist.
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Die mikrogeprägten Kaschierungen, Werkzeuge
oder Quetschwalzen, die verwendet werden, um die mikroreplizierte
Folie der vorliegenden Erfindung herzustellen, können ein ausgedehntes Feld von
Mikroreplikationskombinationen bereitstellen, die große Zahl
mikrogeprägter
Muster, die Vielzahl der Prägungen
und die Vielfalt der verfügbaren
Materialien vorausgesetzt.
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Ein Merkmal mikroreplizierter Folien
der vorliegenden Erfindung ist, daß das mikrogeprägte Muster
für eine
effektive Zeitspanne auf der mikroreplizierten Folie während des
beabsichtigten Gebrauchs bewahrt wird. Die Bewahrung der Mikroreplikation kann
von Minuten bis Jahren reichen, abhängig von der Rheologie der
gewählten
Folie und der Anwendungsbedingungen. Ein Fluidaustritt kann nur
für begrenzte
Zeiten erwünscht
sein.
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Die Erfindung stellt nicht nur eine
dreidimensionale Topographie für
Folien bereit, sondern es können
aufgrund der ungewöhnlichen
Eigenschaften von Haftvinylmaterialien ihre Fließeigenschaften konstruiert
werden. Daher beabsichtigt die Erfindung auch die effektive Verwendung
der Polymerchemie und Substrataufbringungstechniken, um die vierte
Dimension zu steuern, wie lang nach der Substrataufbringung die
Oberfläche
der Folie dreidimensional bleibt. Die Topographie muß nicht
dauerhaft sein. Zum Beispiel kann es erwünscht sein, irgendeinen Abschnitt
des Folie-Substrat- Grenzfläche zusammenfallen
zu lassen, nachdem ein ausreichender Fluidaustritt vollendet ist.
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Ein weiteres Merkmal der mikroreplizierten Klebemittel-Topographie ist die
Fähigkeit,
die Konstruktion der Grenzfläche
für gewünschten
Verwendungen zu steuern, wie Luftausschwitzen auf großen Bildgraphiken,
Weichmacherwanderungswege aus Kunststoffmaterialien und andere Anwendungen,
die eher einen Fluidtransport in die X-Y-Dimensionen der Grenzfläche(n),
als in die Z-Achse von der Oberfläche des Klebemittels aus erfordern.
Mit anderen Worten kann die Aerodynamik der Foliengrenzfläche konstruiert
werden, wie erforderlich.
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Ein optionales Merkmal der mikroreplizierten Folie,
wenn mehrere mikrogeprägte
Muster verwendet werden, ist die Fähigkeit, die Arten der Materialien
zu steuern, die in Aussparungen unterschiedlicher Tiefen in der
Topographie für
komplexe Folienanwendungen eingeführt werden, wie eine Positionierbarkeit
von Klebemitteln, wie jenen, das in den US-Patenten Nr. 5,296,277
und 5,362,516 (beide von Wilson et al.) und 5,141,790 (Calhoun et
al.) und 5,795,636 (Keller et al.) offenbart werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
ist die Schaffung einer konstruierten Haftfolienoberfläche, die
spezifischen beabsichtigten Verwendungen für eine gesteuerte Zeitspanne
dienen, wenn sie auf ein anderes Material übertragen oder angeheftet werden.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist eine Haftfolie, die einen effektiven Fluidaustritt
bereitstellt, ohne ihr Erscheinungsbild nachteilig zu beeinflussen,
wenn sie auf dem Substrat haftet.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist die Fähigkeit
der Folienoberfläche(n),
Fluide, wie Gase, einge schlossene Luft, Weichmacher oder Feuchtigkeit
aus der Ebene der Klebemitteloberfläche unabhängig von den spezialisierten
Zusammensetzungen oder Formulierungen der Folie auszustoßen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist die Bildung derselben oder anderer Klebemittel-Topographien
auf jeder der gegenüberliegenden
Hauptoberflächen
der Folie aus Funktions- und dekorativen Gründen oder beiden. Zum Beispiel könnte eine
Foliengrenzfläche
eine Weichmacherwanderung von einer konstruierten Topographie bereitstellen,
und die gegenüberliegende
Hauptoberfläche
könnte
einen Fluidaustritt aus einer zweiten konstruierten Topographie
bereitstellen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist die Fähigkeit
der Folienoberfläche(n),
einen gesteuerten Eintritt von Fluiden zu einer gewünschten
Zeit zuzulassen, um die Grenzfläche(n)
zu beeinflussen, um die Entfernung zu erleichtern, Oberflächeneigenschaften
zu ändern,
zusätzliche
Abhilfsmaßnahmen
und dergleichen bereitzustellen.
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Andere Merkmale und Vorteile werden
aus den Ausführungsformen
der Erfindung deutlich werden, die unten in Bezug auf die Figur
beschrieben werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Rasterelektronen-Mikrophotographie einer doppelten mikrogeprägten Kaschierung
oder eines Werkzeugs, das verwendet worden ist, um eine Folienoberfläche der
vorliegenden Erfindung herzustellen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Das Aufbringen von Mustern auf Oberfläche(n) der
Haftfolie kann die Offenbarungen der PCT-Patentveröffentlichungen
WO98/29516 und WO98/29231 einsetzen.
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1 zeigt
ein Beispiel der komplexen Topographie, die auf Kaschierungen oder
einem Werkzeug erzeugt werden kann. Diese Rasterelektronen-Mikrophotographie
zeigt ein ebenes oder zylindrisches Werkzeug 20, das eine
Oberfläche 22 mit
einem Muster 24 von Prägungen
und optional ein zweites Muster 26 von Prägungen aufweist.
Ebene Werkzeuge können
in einem schubweisen Prägeverfahren verwendet
werden; zylindrische Werkzeuge (z. B. Bänder oder Trommeln) können in
einem kontinuierlichen Prägeverfahren
verwendet werden. Die Folie kann auf dieses Werkzeug gegossen werden.
Alternativ kann das Inverse dieses Muster auf einer Kaschierung
erzeugt werden, die dann zum Gießen der Folie verwendet wird.
Auf die eine oder andere Art kann die Folienoberfläche eine
konstruierte und gesteuerte Topographie aufweisen.
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Eine sorgfältige Betrachtung der 1 zeigt ein Muster 24,
das sowohl verhältnismäßig ebene Abquetschflächen 27,
d. h. große
Quadrate, die aus der anfänglichen
Oberfläche 22 des
Werkzeugs 20 eingedrückt
worden sind, als auch eine Reihe von Rippen 28 aufweist,
die aus dem Material bestehen, das während des Prägeverfahrens
aus den Abquetschflächen 27 bewegt
wird. Das Muster 26 bildet eine Anordnung von Vertiefungen 29.
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Wenn mehrere Prägemuster erwünscht sind, kehrt
das Herstellungsverfahren die Reihenfolge der Prägungen um, wobei das/die erforderliche(n)
Muster zuletzt kommen. Die Herstellung des doppelt geprägten Werkzeugs 20 erfordert
tatsächlich,
daß das zweite
Prägemusters 26 zuerst
gebildet wird, und zweitens anschließend das erforderliche erste Prägemuster 24 gebildet
wird. Zwischen der Zeit der Herstellung der beiden Prägemuster
kann ein erwünschtes
Material, wie Glasperlen, in das optionale zweite Prägemuster 26 eingeführt werden,
in einer Weise, die im US-Patent Nr. 5,296,277 offenbart wird (Wilson
et al.).
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Das resultierende mehrfach mikrogeprägte Werkzeug 20 weist
eine Gesamtfläche „T", eine erste Fläche „A" für Abquetschflächen 27,
die während
der Prägung
des Musters 24 erzeugt werden, und eine Fläche „B" für Rippen 28,
die während
der Prägung des
Muster 24 erzeugt werden, und eine Fläche „C" für
Vertiefungen 29, die sich sowohl in Abquetschflächen 27 als
auch Rippen 28 befinden. Folglich ist T = A + B und die
gesamte Fläche
C liegt entweder in der Fläche
A oder B oder beiden.
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Die Muster 24 und 26 können entsprechend den
Erfordernissen in der Technik verändert werden, wobei erkannt
wird, daß die
Muster aufeinander liegen. Zum Beispiel sind in 1 die Abquetschflächen 27 unterbrochen,
da sich getrennte Vorsprünge auf
der Werkzeugbestückung
zur Bildung der Muster 24 nicht gegenseitig schneiden.
Ebenso sind Vertiefungen 29 unterbrochen, da sich getrennte
Vorsprünge
auf der Werkzeugbestückung
zur Bildung der Muster 26 nicht gegenseitig schneiden.
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Das Ergebnis des Musters 24 erzeugt
voneinander getrennte Abquetschflächen 27, und das Ergebnis
des Musters 26 erzeugt voneinander getrennte Vertiefungen 29.
Die miteinander verbunden Rippen 28 sind ein Nebenprodukt
der Prägung
getrennter Abquetschflächen 27.
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Die Topographie des/der Werkzeug(e),
die zur Erzeugung verwendet werden, ist ein Vorderseitenbild der
endgültigen
Topographie der mikroreplizierten Folienoberfläche, wobei das Werkzeug 20 als ein
Umkehrbild zur Übertragung
des Bil des des/der Werkzeug e) auf die mikroreplizierte Folie dient.
Daher ist/sind die Topographie(n) des/der Prägewerkzeuge) für das Werkzeug 20 im
wesentlichen die Topographie der mikroreplizierten Folie.
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Wenn die Prägung direkt auf die Folie durchgeführt wird,
ist die Topographie des/der Prägewerkzeug
e) das Umkehrbild der Topographie der Folie.
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Wie in 1 zu
sehen ist, kann für
die Ausführungsform
der Folie, die aus den Mustern 24 und 26 hergestellt
werden soll, der prozentuale Anteil der Fläche der Abquetschflächen 27 an
der Oberfläche 22 (A
zu T) von etwa 35% bis etwa 99% reichen. Wünschenswerterweise kann der
prozentuale Anteil von etwa 50% bis etwa 98% reichen. Vorzugsweise kann
der prozentuale Anteil von etwa 60% bis etwa 97% reichen. Bevorzugter
kann der prozentuale Anteil von etwa 70% bis etwa 96% reichen. Am
bevorzugtesten kann der prozentuale Anteil von A zu T von etwa 85%
bis etwa 95% reichen; um einen adäquaten Fluidaustritt bereitzustellen,
ohne die Adhäsion am
Haltesubstrat nachteilig zu beeinflussen. Mit anderen Worten bestimmt
der prozentuale Anteil von A zu T im wesentlichen die Kontaktfläche für die mikroreplizierte
Folie am Haltesubstrat. Der prozentuale Anteil jeweils der Flächen der
miteinander verbunden Rippen 28 an der Oberfläche 22 (B
zu T) sind jeweils die Reste. Das Arbeiten innerhalb der prozentualen Anteile,
die in diesem Abschnitt beschrieben werden, schadet der Fähigkeit
der Haftfolie nicht, am Substrat zu haften, wenn das Polymer für die Haftfolie
geeignet gewählt
wird.
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Der prozentuale Anteil der Fläche der
Vertiefungen 29 an der Oberfläche 22 (C zu T) kann
von etwa 1% bis etwa 70% reichen. Vorzugsweise kann der prozentuale
Anteil von etwa 2% bis etwa 25% reichen. Am bevorzugtesten kann
der prozentuale Anteil von C zu T von etwa 3% bis etwa 15% reichen.
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Diese prozentualen Anteile, die bezüglich des
Werkzeugs 20 ausgedrückt
werden, bewirken annähernd
dieselben prozentualen Anteile der umgekehrten Topographie der mikroreplizierten
Folie. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht durch diese prozentualen
Anteile hinsichtlich der Fläche
der Vertiefungen 29 beschränkt, wenn das Volumen der Vertiefungen 29 oder
die Geometrie geschaffen werden, die verwendet wird, um diese Vertiefungen
zu erzielen. Mit anderen Worten können die Vertiefungen 29 innerhalb
des oben ausgedrückten
prozentualen Flächenanteils
jede feste Geometrie annehmen, die durch Fachleute gewünscht ist.
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Die Prägung der Muster 24,
um Abquetschflächen 27 zu
erzeugen, bewegt Material in die Rippen 28. Wie die Bildung
von Bergen aus der Bewegung großer
Landmassen, erheben sich Rippen 28 aus der Oberfläche 22.
Während
die Tiefe der Prägung
der Abquetschflächen
nur zu einer Tiefe von wenigen Mikrometern führt, erheben sich Rippen aus der
Oberfläche 22 zu
einer Höhe,
die von etwa 3 bis etwa 75 μm,
vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 50 μm und am bevorzugtesten von
etwa 6 bis etwa 40 μm reicht.
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Die Tiefe der Prägungen für das optionale Muster 26 kann
von etwa 4 bis etwa 200 μm,
vorzugsweise von etwa 8 bis etwa 100 μm und am bevorzugtesten von
etwa 10 bis etwa 30 μm
reichen. Da die Prägung
des Musters 26 vor der Prägung des Musters 24 stattfindet,
sind die hier benannten Tiefen ein sich addierender Effekt beider
Prägungen,
nicht notwendigerweise der Höhe
des Prägewerkzeugs.
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Überdies
sollte es für
Fachleute klar sein, daß die
Größe der Prägewerkzeugbestückung, die benötigt wird,
die Tiefe der erwünschten
Prägung aufgrund
der viskoelastisches Eigenschaften des Werkzeugs 20 überschreiten
kann, das geprägt
wird.
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Die „Seitenwände" der Prägungen für irgendeines der Muster 24,
Muster 26 oder jeder Kombination von ihnen können jede
gewünschte
Form aufweisen, die von einem konstanten Krümmungsradius bis zu jeder polygonalen
Form mit mindestens 2 Oberflächen
innerhalb des Musters 24 oder 26 reichen. Nicht
beschränkende
Beispiele der Prägungsformen
umfassen im Querschnitt gekrümmte,
rechteckige, trapezförmige,
dreieckige, zweigipflige und dergleichen. Das US-Patent Nr. 5,296,277
(Wilson et al.) beschreibt einige der Variablen, die zu berücksichtigen
sind, wenn Vertiefungen 29 gebildet werden, um Zapfen in
der mikroreplizierten Folie bereitzustellen.
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Die Breite der Prägungen in irgendeinem der Muster 24,
Muster 26 oder jeder Kombination von ihnen kann sich ändern, wie
benötigt.
Zum Beispiel ist in 1 die
Breite der Prägungen,
die Abquetschflächen 27 und
Vertiefungen 29 erzeugen, für die Oberfläche 22 verhältnismäßig einheitlich.
Jedoch kann sich das Muster über
die Oberfläche
22 zum Fluidaustritt verändern,
nicht unähnlich
zu einer Nebenflußanordnung
in einer Wasserscheide.
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Um zum Beispiel Mikrokanäle zum Fluidaustritt
zu erzeugen, könnte
man ein Werkzeug 20 verwenden, das ein Muster 24 aufweist,
das die Rippen 28 erzeugt, das eine endgültige Breite
an der Basis, nachdem die viskoelastischen Eigenschaften ihr Gleichgewicht
erreicht haben, von weniger als etwa 400 μm und vorzugsweise von etwa
50 bis 200 μm aufweist.
Die Rippen 28 in der 1 sind
etwa 100 μm
breit.
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Eine Präzision der topographischen
Gestaltung des Werkzeugs 20 kann unter Verwendung einer
Vielfalt von Bearbeitungstechniken erzielt werden. Die Werkzeugmaschinenindust rie
ist in der Lage, Werkzeuge mit jedem Muster herzustellen, das durch
Fachleute gewünscht
wird. Euklidische geometrische Muster können mit irgendeinem Muster der
Größe, Form
und Tiefe des Prägevorsprungs
in irgendeiner Anzahl von Schritten hergestellt werden.
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Werkzeuge können von ebenen Pressen zu zylindrischen
Trommeln zu anderen krummlinigen Formen reichen, abhängig davon,
wie es erwünscht ist,
die Musterungsschritte auszuführen.
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Nicht begrenzende Beispiele von Quellen der
Werkzeugbestückung
umfassen kommerzielle Quellen von photolithographischen Druckplatten
und Zylindern, Präzisionstiefdruckplatten
und -Zylindern, laserbearbeitete Platten und Zylinder und dergleichen.
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Die Folien können aus einer Vielfalt von
herkömmlichen
Polymerfolienformulierungen ausgewählt werden, um die erwünschte Topographie
der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Durch diesen Vorteil kann
die Folie unter Verwendung irgendeiner kommerziellen Technik mit
Bildern versehen werden, einschließlich Elektrographie, Tintenstrahl,
Siebdruck, Flexographie, elektronisches Schneiden oder andere Abbildungs-
oder graphische Techniken.
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Nicht begrenzende Beispiele von Folien
umfassen (entweder weichmacherhaltige oder flexible) Polyvinylchloridfolien,
Polyurethanfolien, Polyethylenfolien mit hoher Dichte. Polypropylenfolien,
biaxial orientierte Polypropylenfolien, klebrig gemachte lineare
Polyethylenfolien mit niedriger Dichte, Acrylonitril/Butadien/Isopren-Folien,
Acrylonitril/Butadien-Copolymere, (entweder statistische oder Block-)
Styrol/Butadien-Copolymere, (entweder statistische oder Block-)
Styrol/Isopren-Copolymere, Styrol/Ethylen-Butylen-Blockcopolymere und deren Kombinationen,
als auch andere Folien, die in der Technik zur Herstellung von Haftfolien
bekannt sind. Chemische Eigenschaften und die Polymerphysik der
Folie können
verwendet werden, um die vierte Dimension, den Bestand der dreidimensionalen
mikroreplizierten Folien der Erfindung zu steuern. Ein Verständnis der Rheologie,
wie der Kriechkomplianz einer Folie können bei der Steuerung helfen,
wie schnell oder ob sich die Mikrokanäle nach der Aufbringung schließen.
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Es können mehrere Zusammensetzungen der
Folie eingesetzt werden. Eine Musterbeschichtung von Folien kann
in der PCT-Patentveröffentlichung
WO96/15715 (Yasis et al.) gefunden werden.
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Wenn man zum Beispiel wünscht, unterschiedliche
rheologische Eigenschaften auf einer gegebenen Folie vorzufinden,
könnte
man Folienschichten mit einem Muster beschichten, z. B. konzentrisch,
um zu steuern, wie schnell sich bestimmte Abschnitte der Mikrokanäle schließen. Im
Nebenfluß-Beispiel könnte das
Folienmuster, das auf dem relativen Inneren der Oberfläche aufgetragen
ist, schneller fließen
und die Mikrokanäle
gegenüber
einem Fluideintritt verschließen,
während
Mikrokanäle der
relativen äußeren Begrenzung
der Oberfläche eine
fortgesetzte „Entwässerung" von Fluiden aus dem
Inneren der Foliengrenzfläche
zur äußeren Begrenzung
zulassen.
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Wenn ein Werkzeug 20 verwendet
wird, kann es irgendeine Metall- oder Polymerplatte oder Zylinder
oder Band sein, das Fachleuten der mikroreplizierten Prägemuster
bekannt ist.
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Wenn eine Kaschierung verwendet wird, kann
die Kaschierung irgendeine Ablöse-
oder Übertragungskaschierung
sein, die Fachleuten zur Verwendung mit Folien bekannt ist und die
in der Lage ist, mikrogeprägt
zu werden. Nicht begren zende Beispiele von Kaschierungen umfassen
eine Vielfalt von kommerziellen Materialien von 3 M, St. Paul, Minnesota
und anderen kommerziellen Herstellern von Kaschierungsprodukten,
wie Rexam Release Corporation, Oakbrook, Illinois oder Daubert Coated
Products, Westchester, Illinois. Solche Kaschierungen sind typischerweise
polyethylenbeschichtete Papiere mit kommerziellen Silikon-Ablösebeschichtungen; polyethylenbeschichtete
Poly(ethylenterephthalat)-Folien mit kommerziellen Silikon-Ablösebeschichtungen;
oder Gieß-Polyolefinfolien,
die mit Muster(n) geprägt
werden können,
während
solche Folien hergestellt werden, und danach mit kommerziellen Silikon-Ablösebeschichtungen
beschichtet werden. Zusätzliche
Kaschierungen werden in den Patenten von Calhoun et al. und Wilson
et al. benannt.
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Alternativ können beide Hauptoberflächen der
Folie unter Verwendung desselben oder unterschiedlicher Werkzeug
e) 20 mikrorepliziert werden, um dieselben oder unterschiedliche
Folien-Funktionseigenschaften auf den beiden unterschiedlichen Foliengrenzflächen während des
Gebrauchs bereitzustellen.
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Zum Beispiel können unterschiedliche Arten des
Fluidaustritts aus den unterschiedlichen Foliengrenzflächen erwünscht sein,
nämlich
ein Gasaustritt an einer Grenzfläche
und ein Flüssigkeitsaustritt
an der anderen.
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Nützlichkeit
der Erfindung
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Bildgraphik-Folien werden durch die
mikroreplizierten Folienoberflächen
der vorliegenden Erfindung unterwartet verbessert. Bildgraphikfolien,
die Folienoberflächen
der vorliegenden Erfindung aufweisen, können verwendet werden, um einen
Fluidaustritt für
eine vorbestimmte Zeitspanne entsprechend der Rheologie der Folien
(Kriechkomplianz, Elastizitätsmodul
usw.) sicherzustellen.
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Zum Beispiel kann ein Fachmann den
Fluidaustritt steuern, jedoch den Fluideintritt an der Foliengrenzfläche minimieren,
indem (a) eine geeignete Folie ausgewählt wird und (b) eine erfindungsgemäße Topographie
gebildet wird und (c) die Folie geeignet auf das Haltesubstrat aufgebracht
wird. Dies sorgt für
einen Luftaustritt während
des Anbringens, dichtet jedoch danach die Grenzfläche zwischen
der Folie und dem Haltesubstrat ab.
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Alternativ kann ein Fachmann eine
Folie auswählen,
die eine andere Rheologie aufweist, um die Topographie der Folienoberfläche für eine längere Zeitspanne
nach der anfänglichen
Anbringung zu bewahren, um mehrere Neuanbringungen an dasselbe oder
ein anders Haltesubstrat zuzulassen oder um die verfügbaren Wege
für den
Fluidaustritt zu maximieren.
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Folienoberflächen der vorliegenden Erfindung
verbessern den wirtschaftlichen Wert, indem die Herstellungskosten
reduziert werden, die Arbeitskosten während der Anbringung reduziert
werden und die durch Folien-Grenzflächenprobleme erforderliche
Wartung minimiert wird.
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Es wird üblicherweise eine Wellenfrontbewegung
verwendet, um Großbilder
oder Graphiken auf ein Haltesubstrat aufzubringen. Diese Graphiken profitieren
von der Folientopographie der vorliegenden Erfindung, da überraschenderweise
die Mikrokanäle
der Folie nicht nur den Fluidaustritt während der Folienanbringung
an dem Substrat unterstützen, sondern
auch den Anbringungsprozeß überstehen, der
große
Druckschwankungen umfaßt,
so daß Wege
des Fluidaustritts für
die restlichen Lufteinschlüsse
bereitgestellt werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen
werden in den Beispielen beschrieben.
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Beispiele
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- 1. Zu 50 g eines Plastisols, das etwa 42 Teile
Diundecylphthalat-Weichmacher pro hundert Teile Polyvinylchlorid
(von Geon, Brecksville, Ohio) enthielt, wurden 5 g Weichmacher Santicizer
711-P (von Monsanto, St. Louis, Missouri) hinzugegeben. Das modifizierte
Plastisol wurde in einer dicken Schicht auf einer geätzten Magnesiumlegierungsplatte
ausgebreitet, die zwei Sätze
paralleler erhabener ebener Rippen aufwies, die sich schnitten,
um ein rautenförmiger
Gittermuster zu bilden. Die Rippen waren in der Mitte 1,27 mm beabstandet,
auf der ebenen Oberseite 0,15 mm breit (ausgerundet mit der Basis),
und nominal 50 μm
hoch. Die beschichtete Platte wurde in einem Ofen bei 204°C für 2 Minuten
angeordnet, und nach der Abkühlung
wurde die dicke durchscheinende Haftfolie von der Platte abgezogen.
Die Haftfolie wies eine rautenförmige
Gitteranordnung von ausgesparten Kanälen auf, die den Rippen der Platte
entsprachen. Die Folie wies partielle Hafteigenschaften auf. Die
Folie wurde mit der Hand auf Fensterglas aufgebracht, und die Luftblasen
und Einschlüsse
wurden leicht (durch einen seitlichen Luftaustritt durch die Kanäle) herausgepreßt.
- 2. Es wurde dem Arbeitsablauf des Beispiels 1 gefolgt, außer daß 10,7 g
Weichmacher Santicizer 711-P zu 47,6 g des Plastisols hinzugegeben
wurden, und das modifizierte Plastisol auf die mit Rippen versehene
Platte unter Verwendung eines #75 Meyer-Beschichtungsstabs aufgetragen
wurde. Eine 0,19 mm (7,5 Milliinch) dicke durchscheinende Folie
wurde erhalten, die gute Hafteigenschaften zeigte. Die Topographie
wurde unter Verwendung eines Interferometers WYKO RST (WYKO Corporation,
Tucson Arizona) und eines optischen Mikroskops untersucht. Die Kanäle waren auf
der Folienoberfläche
etwa 0,3 mm breit, auf den ebenen Unterseiten etwa 0,15 mm breit
und etwa 45–47
Mikrometer tief. Wenn sie lose auf Fensterglas aufgebracht wurde,
so daß Lufteinschlüsse gebildet
wurden (jedoch ein ernstes Knittern der Folie vermieden wurde),
wurden die Lufteinschlüsse
leicht durch einen seitlichen Luftaustritt unter der Folie herausgepreßt.
- 3. Beispiel 2 wurde wiederholt, außer daß nach dem ersten Schmelzschritt
eine zusätzliche Schicht
aus Plastisol auf die Folie aufgetragen und geschmolzen wurde. Dies
lieferte eine 0,254 mm (10 Milliinch) dicke Folie. In einer ähnlichen Weise
wurde eine Folie auf einer ebenen Ablösekaschierung hergestellt.
Die Anbringung der Mikrokanal-Haftfolie mit der Hand auf Glas war
verhältnismäßig einfach
und lieferte einen einheitlichen Kontakt an dem Glas. Die in Kontakt
gebrachte Folie wies ein einheitliches, glattes, visuell annehmbares
Erscheinungsbild und ausgezeichnete Hafteigenschaften auf. Die Anbringung der
Vergleichsprobe war schwierig, und es wurden eingeschlossene Lufteinschlüsse gebildet. Die
aufgebrachte Vergleichsprobe wies viele eingeschlossene Blasen auf.
- 4. Beispiel 3 wurde wiederholt, außer daß die Gießplatte zwei Sätze paralleler
durchgehender erhabener Rippen aufwies, die sich schnitten, um ein
quadratisches Gittermuster zu bilden. Die Rippen, die in der Mitte
2,54 mm beabstandet waren (d. h. 10 Linien pro Inch, verglichen
mit 20 lpi für die
vorherigen Beispiele), waren auf der ebenen Oberseite 40 μm breit,
zu einer Basisbreite von etwa 85 bis 100 μm konisch erweitert, und waren 31 μm hoch. Die
geschmolzene Haftfolie wies eine ebene Seite ohne eine Mikrostruktur
auf, und die andere ebene Seite wies zwei sich schneidende Sätze paralleler
ausgesparter Kanäle
mit 10 Linien pro Inch auf, die etwa 30 μm tief, an der Oberfläche etwa
100 μm breit
und auf der Unterseite der Kanäle
etwa 60 μm
breit waren. Die Folie wurde lose auf glattem Glas drapiert und
leicht ohne einen Einschluß von
Luftblasen flach auf die Glasoberfläche gedrückt. Ebenso konnten irgendwelche
Lufteinschlüsse,
die anfänglich
durch eine ungleichmäßige Anbringung
der Folie gebildet wurden, leicht flach gedrückt werden. Die resultierende
aufgebrachte Folie wies ein gutes gleichmäßiges Erscheinungsbild und
eine gute Haftung zur Anbringung an vertikalen Oberflächen auf.
Die Folie konnte auch ohne einen Verlust der Luftfreisetzungseigenschaften
entfernt und erneut verwendet werden.
- 5. Ein Terpolymer, das aus 35 Gew.-% Acrylonitril, 58 Gew.-%
Butadien und 7 Gew.-% Isopren besteht, das durch den Handelsnahmen
Nipol DN-1201L (Zeon Chemical Co.) bezeichnet wird, wurde in Methylethylketon
mit einer Konzentration von 25 Gew.-% Feststoffen aufgelöst. Diese
Lösung
wurde dann auf eine Mikrorippen-Kaschierung aufgetragen, die Rippen
aufwies, die in die Oberfläche
der Kaschierung geprägt
waren. Die Rippen waren nominell 18 μm hoch, 90 μm breit und waren in der Mitte
1270 μm
beabstandet. Die Lösung
wurde nominell 200 μm
dick im nassen Zustand unter Verwendung eines Kerbstab-Auftragmaschine
aufgetragen, die dann für
10 Minuten bei 65°C
getrocknet wurde. Die resultierende Polymerfolie war nominell 50 μm dick und
wies Mikrokanäle
in dem Abschnitt der Folie auf, der die Kaschierung berührte. Die
Mikrokanäle
waren nominell 18 μm
tief, 90 μm
breit und wiesen einen Mitte-Mitte-Abstand von 1270 μm auf. Diese
Folie konnte an verschiedene Substrate, wie Glas, Metall oder andere
Polymere angeheftet werden. Die Mikrokanäle ließen es zu, daß Luft während der Anbringung
entwich, so daß irgendwelche
Blasen unter der Folie beseitigt wurden. Die Folie wäre abhängig vom
Substrat entweder dauerhaft gebunden oder entfernbar. Diese Erscheinung
wird detaillierter in der in ternationalen Veröffentlichung PCT/US94/02231
beschrieben. Der Forschritt gegenüber der Technik ist, daß die Hinzufügung der Mikrokanäle die direkte
Anbringung der Folie Nipol DN 1201-L ohne einen Bedarf nach einer
Trägerbahn
zuläßt, die
sich entweder in der Folie befindet oder auf eine Oberfläche der
Folie aufgetragen ist, um die Folie zu handhaben. Dies stellt eine
beträchtliche
Kosteneinsparung sowohl bei den Rohmaterialien als auch bei der
Herstellung dar. Ferner ist der beschriebene Aufbau dünner und
nachgiebiger, was eine Anbringung auf ein weiteres Feld von Oberflächen zuläßt.
- 6. Die im Beispiel 5 beschriebene Folie wurde über das
ScotchPrintTM-Transferverfahren bedruckt,
das durch Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul,
MN, USA vertrieben wird. Ein Stück
Folie auf der Kaschierung von Beispiel 4, das annähernd 15
cm mal 30 cm groß war, wurde
mit einem bedruckten Stück
ScotchPrintTM Transfer Media 8601 wärmelaminiert,
wobei die bedruckte Seite zur Folie Nipol DN 1201-L wies. Dieser
Aufbau wurde durch eine Heißlaminiermaschine
3 M Modell C bei 426 kPa (64 psi), 96°C und einer Vorschubgeschwindigkeit
von 45 cm/min geschickt. Es wurde eine ausgezeichnete Übertragung
erhalten. Die resultierende bedruckte Folie konnte auf ein Substrat
für eine
graphische Anzeige aufgebracht werden. Es wurden keine anderen Folien
oder Beschichtungen benötigt,
um diese Graphik herzustellen.
- 7. Beispiel 6 wurde wiederholt, außer daß die Vorschubgeschwindigkeit
durch die Laminiermaschine auf 300 cm/min erhöht wurde. Es wurde eine ausgezeichnete Übertragung
erhalten.
- 8. Beispiel 6 wurde wiederholt, außer daß ScotchPrintTM Transfer
Media 8603 verwendet wurde und die Vorschubge schwindigkeit auf 150
cm/min erhöht
wurde. Es wurde eine ausgezeichnete Übertragung erhalten.
- 9. Beispiel 8 wurde wiederholt, außer daß die Vorschubgeschwindigkeit
auf 380 cm/min erhöht
wurde. Es wurde eine gute Übertragung
erhalten.