專利名稱：用于改變電介質(zhì)材料上電荷的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于中和或者說是改變電介質(zhì)材料(例如聚合物型幅材)上的電荷的 方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
中和作用在幅材處理操作中，在幅材(如聚合物型幅材)上很多情況下會(huì)產(chǎn)生靜電荷， 其中幅材在各種輥、棒和其它幅材處理設(shè)備上移動(dòng)或圍繞這些設(shè)備移動(dòng)。幅材上產(chǎn)生靜 電荷的原因有許多，包括幅材與各種輥和設(shè)備的接觸和分離，膜從輥的卷繞/退繞以及 幅材暴露于電子束或電暈處理(直流電或交流電)。幅材中/幅材上存在的電荷也可以 來自前序處理，例如澆鑄期間膜的靜電釘扎。幅材上的靜電荷在精密涂層區(qū)域中會(huì)是有 害的，這不僅因?yàn)榛鸹c(diǎn)火的危險(xiǎn)，而且還因?yàn)檫@些靜電荷會(huì)導(dǎo)致對(duì)后續(xù)液態(tài)涂層的破 壞，并形成不可取的圖案(例如參見“Coating & Drying Defects”，Gutoff and Cohen, Wiley, NY, 1995 (Gutoff和Cohen所著的《涂層和干燥缺陷》，Wiley出版社(NY)， 1995年))。除了不均勻的電荷圖案之外，均勻的電荷也會(huì)生成涂層缺陷。在照相工業(yè)中，例如，當(dāng)將照相涂層材料涂敷到隨機(jī)帶電的幅材時(shí)，通常導(dǎo)致 這種涂層材料厚度的顯著不均一分布。由于在照相膠片中使用的高電介質(zhì)材料(例如聚 酯基材料等等)的高表面電阻率，相當(dāng)普遍的是具有不同強(qiáng)度和極性的相對(duì)高的靜電電 荷占據(jù)毗鄰彼此的幅材區(qū)域。這種涂層材料用作照相正片或負(fù)片的成分(例如)經(jīng)常需 要使用相對(duì)厚的涂層，從而在整個(gè)幅材上至少得到最小厚度的涂層，從而補(bǔ)償這種不均 一厚度的分布，為了產(chǎn)生有效的涂層厚度，這不可避免地導(dǎo)致相對(duì)昂貴的照相涂層材料 用量增加。視覺效果(例如相斑)也是使用照相涂層材料涂覆不均一的帶電幅材的結(jié)果。 過去的實(shí)踐包括忍受這種不均一的電荷分布和它的缺陷，或在施加照相涂層材料之前試 圖盡可能中和隨機(jī)帶電的幅材。已知各種用于中和帶電幅材的技術(shù)。美國(guó)專利No.2,952,559所述的技術(shù)涉及在一對(duì)相對(duì)的接地壓力輥之間傳遞帶電幅 材，這一對(duì)相對(duì)的接地壓力輥被彈簧力偏壓在相背的幅材表面上以中和限定型或極化型 靜電荷，然后將電離化空氣吹到幅材表面上，以首先中和表面電荷，然后在其涂覆之前 建立特定的幅材表面電荷水平。在與幅材表面電荷具有相反極性的實(shí)際涂覆過程中，通 過將電壓施加到涂層涂敷器，來補(bǔ)償所得的表面電荷水平。美國(guó)專利No.3,730,753所述的另一種技術(shù)涉及用第一極性的帶電粒子在幅材表面 “溢流”，以便基本均一地對(duì)表面充電，之后清除給予所述幅材表面的電荷，以便使表
面基本不帶電?？煽刂圃黾拥椒谋砻娴碾姾闪亢?或從幅材表面移除的電荷量，以使 得表面上的電荷變化和凈電荷降低到合格的水平。除了上文參考的方法之外，還存在市售的中和系統(tǒng)，例如空氣離子發(fā)生器，其提供電離化空氣源?？諝庾匀坏匕x子。然而，在大多數(shù)情況下，這些離子的量不足以快速中和靜電荷，從而不足以保護(hù)靜電敏感設(shè)備?？諝?離子在潔凈室中還被HEPA和ULPA過濾器移除。靜電消除器，其由一個(gè)或多個(gè)電極和高壓電源組成。來自靜電消除器的離子在 圍繞高壓電極的空氣空間中產(chǎn)生。這些電荷隨后被吸引至材料上的靜電荷，從而導(dǎo)致中 和作用。有各種靜電消除器的商業(yè)來源，例如MKS離子系統(tǒng)和Simco (Illinois Tool Works 旗下的子公司)。感應(yīng)靜電消除器，其為無源器件，其中，響應(yīng)于由材料上的靜電荷產(chǎn)生的電場(chǎng) 來產(chǎn)生中和離子。常見的感應(yīng)靜電消除器的實(shí)例包括STATIC STRING 、金屬絲、針桿 及毛刷。核靜電消除器，其通過空氣分子的放射產(chǎn)生離子。大多數(shù)模型使用發(fā)射同位素 的α粒子來產(chǎn)生離子對(duì)以中和靜電荷。這些也經(jīng)常被稱為核棒。這些市售的中和系統(tǒng)中的每一個(gè)提供用于獲得凈中和的幅材的方法(即使得采 用常用靜電計(jì)測(cè)量的電場(chǎng)的大小顯著低于其初始值，前提是初始電量很大)。然而，凈中 和的幅材可以仍然具有大量電荷。也提及了使用液體中和電介質(zhì)上的靜電荷。通過將電介質(zhì)材料暴露于至少為弱 導(dǎo)電性的流徑接地的流體中來中和電介質(zhì)材料上的電荷的基本構(gòu)思已有文獻(xiàn)記載(例如 參見 J.Lowell and A.C.Rose-InnesRose-Innes，Advances in Physics, 1980, Vol.29, No.6, 947-1023 (ILowell和A.C.Rose-Innes的《物理學(xué)進(jìn)展》第29卷第956頁，1980年， No.6,947-1023))。例如，美國(guó)專利Νο.6,176,245Β1描述了幅材清潔和靜電消除設(shè)備，該 設(shè)備在前槽處移除清潔溶液，并由后槽提供底涂層。涂覆的底涂層特別用于消除由前槽 處刮去清潔溶液而生成的靜電。美國(guó)專利No.6,176,245 Bl沒有明確對(duì)該消除靜電底涂層 的電導(dǎo)率提出要求，但美國(guó)專利No.6,176,245 Bl中給定的實(shí)例卻描述了含有88%的甲基 乙基酮的溶液(弱導(dǎo)電性溶液)。另外，美國(guó)專利No.6,176,245 Bl也沒有明確陳述該液 體必須具有接地流徑，但可能的是，在他們的實(shí)驗(yàn)中使用的該槽型幅材清潔和靜電消除 設(shè)備由例如金屬的導(dǎo)電材料制成。該設(shè)備限于處理該幅材的相同側(cè)，清潔溶液從該側(cè)被 移除。沒有關(guān)于使用該設(shè)備可修復(fù)電荷分布類型的討論。美國(guó)專利Νο.6,231,679Β1描述了使用與美國(guó)專利Νο.6,176,245Β1所述類似的設(shè) 備的方法。正如美國(guó)專利6,176,245 Bi，沒有討論對(duì)流體導(dǎo)電性或接地路徑的要求。也 沒有關(guān)于使用該設(shè)備可修復(fù)電荷分布類型的討論。較早的專利，即美國(guó)專利Νο.2,967,119描述了可用于超聲清潔和非蒸發(fā)性干燥 (如氣刀移除剩余流體)連續(xù)膜的超聲方法和設(shè)備。美國(guó)專利Νο.2,967,119的目的在于清 潔該膜，但美國(guó)專利Νο.2,967,119教導(dǎo)了干燥器操作的另一特征為離開該干燥器的膜不帶 有靜電荷。該消除電荷的效果被加入至若干權(quán)利要求中，并一直與非蒸發(fā)性干燥步驟相 結(jié)合。美國(guó)專利Νο.2,967,119中沒有給出關(guān)于流體導(dǎo)電性的必要等級(jí)的深入研究，也沒 有提供數(shù)據(jù)來最終表明該靜電的消除確實(shí)發(fā)生于干燥器中，而不是發(fā)生于超聲槽中。另 外，美國(guó)專利Νο.2,967,119沒有指明該方法和設(shè)備處理的電荷分布類型。美國(guó)專禾IjNo.6,176,245 Bi、美國(guó)專利 No.6,231,679 Bl 和美國(guó)專利 Νο.2,967,119 描述了使用液體來實(shí)現(xiàn)中和作用，但沒有涉及雙側(cè)或雙極性的電荷分布。用于消除非常見靜電分布的市售的方法。這些電荷分布會(huì)在最終產(chǎn)品中引起顯著的缺陷?；咨系碾姾蓤D案可用于材料被控制沉積到該電荷圖案上?！皬?fù)印”法是該類 方法中的常見實(shí)例。在復(fù)印法中，光電導(dǎo)體滾筒均一帶電。隨后使用光對(duì)該光電導(dǎo)體 區(qū)域進(jìn)行放電，從而留下靜電圖案。然后調(diào)色劑粒子優(yōu)先被吸引至光電導(dǎo)體上的帶電區(qū) 域，從而在光電導(dǎo)體滾筒上生成調(diào)色劑圖案。然后，將該調(diào)色劑圖案轉(zhuǎn)印至另一個(gè)基底 (例如紙)并稠合，以在最終產(chǎn)品上設(shè)定圖像。在這種已應(yīng)用于復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)的復(fù) 印法方面存在多種變化。然而，這些傳統(tǒng)的靜電復(fù)印法依賴于傾向于出現(xiàn)電荷擴(kuò)散(線 模糊)和衰減的光電導(dǎo)體，且在微米級(jí)長(zhǎng)度及以下時(shí)不能穩(wěn)固地形成電荷圖案。在規(guī)避該光電導(dǎo)體的限制的嘗試中，已經(jīng)開發(fā)出用于直接在基底上生成微米級(jí) 和納米級(jí)電荷圖案的方法。這些精細(xì)的電荷圖案可隨后用于導(dǎo)向顆粒的沉積，以在基 底上生成微米或納米級(jí)特征物。例如，明尼蘇達(dá)大學(xué)的Heiko Jacobs團(tuán)隊(duì)具有一系列 出版物(C.Barry，J.Gu, and H.O.Jacobs, Nano Letters 5(10) (2005)2078 ； H.O.Jacobs and C.Barry, Patent Application US20050123687 (Al)),其中他們使用了 “納米靜電復(fù) 印術(shù)”，以在駐極體基底上生成精細(xì)的電荷圖案，其中該駐極體基底上沉積了銀納米粒 子。在該機(jī)件中，電荷圖案通過直接接觸帶電模具而實(shí)現(xiàn)。通過在有機(jī)硅上使用平版印 刷生成該模具，并通過鍍金使其具有導(dǎo)電性。這些作者聲稱可生成IOnm那么小的硅壓模 特征物，其可具有亞100微米的圖案化能力。所有靜電復(fù)印法，包括“微米靜電復(fù)印”和“納米靜電復(fù)印”，均依賴于在基 底上生成受控的電荷圖案的能力。已報(bào)道的通過直接接觸帶電而生成微米級(jí)和納米級(jí)電 荷圖案的方法包括使用原子力顯微鏡探針(P.Mesquida，A.Stemmer，Adv.Mater.13 (18) (2001) 1395 ； N.Naujoks, A.Stemmer, Microelectronic Engineering 78-79 (2005) 331)、 不銹鋼針(T.J.Krinke 等人，App.Phys丄etters 78 (2001) 3708)或納米壓模(C.Barry, N.Z.Lwin, W.Zheng, and H.O.Jacobs, App.Phys丄etters，83 (26) (2003) 5527)。除了這些 直接接觸的方法之外，微米或納米級(jí)的電荷圖案也可通過使用聚焦的離子束和電子束生 成(H.Fudouzi 等人，Langmuir 18 (2002) 7648)。以上提及的生成受控的電荷圖案的方法已經(jīng)能夠解決標(biāo)準(zhǔn)靜電復(fù)印技術(shù)的特征 物尺寸的限制問題，其依賴于對(duì)光電導(dǎo)體材料的充放電。然而，以上提及的方法通常速 度非常慢和/或需要使用專用基底(例如駐極體)，以實(shí)現(xiàn)該文獻(xiàn)中論證的精細(xì)、清晰的 特征物。該納米或微米靜電復(fù)印區(qū)域的另一挑戰(zhàn)是最終圖案與基底的粘結(jié)性。以上提及 的背景技術(shù)提供了在電介質(zhì)(或駐極體)基底上設(shè)置電荷圖案的方法，該基底可隨后用于 導(dǎo)向第二材料的沉積。一旦沉積了第二材料(即納米粒子)，就必須解決粘結(jié)性的問題。 例如，可使用加熱和/或加壓的方法解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及消除或改變電介質(zhì)材料上電荷分布的設(shè)備和方法。在一些實(shí)施例 中，本發(fā)明的設(shè)備和方法通過使電介質(zhì)(如幅材)的表面的至少一部分接觸至少為弱導(dǎo)電 性并保持在預(yù)定電勢(shì)下的液體來改變電介質(zhì)材料上的電荷分布。
一方面為改變電介質(zhì)材料上電荷的方法，該方法包括獲得表面上具有基本不均 一的靜電荷分布的電介質(zhì)材料，該靜電荷分布是相對(duì)于地電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量的；對(duì)該電介質(zhì) 材料表面施加至少為弱導(dǎo)電性的液體；以及從該表面至少部分地移除至少為弱導(dǎo)電性的 液體，從而在表面上留下基本均一的靜電荷。另一方面為在電介質(zhì)材料上生成靜電荷圖案的方法，該方法包括獲得具有第 一電荷電勢(shì)的電介質(zhì)材料；向該電介質(zhì)材料的第一部分施加具有第二電荷電勢(shì)的至少為 弱導(dǎo)電性的液體；以及從該電介質(zhì)材料的第一部分至少部分地移除該液體，從而在該電 介質(zhì)材料的第一部分上留下基本均一的靜電荷。又一方面為中和電介質(zhì)材料的細(xì)長(zhǎng)幅材的方法，該方法包括將至少為弱導(dǎo)電性 的液體電連通到地電勢(shì)；獲得具有與地電勢(shì)基本上不完全相等的電荷電勢(shì)的電介質(zhì)材 料；將該連續(xù)幅材的一部分浸沒在該液體中，以完全地包覆細(xì)長(zhǎng)幅材的這部分，以中和 該細(xì)長(zhǎng)幅材上的電荷；從該液體移除連續(xù)幅材的這部分；從浸沒后的連續(xù)幅材至少部分 地干燥液體。在一些實(shí)施例中，該液體為常用溶劑，當(dāng)同時(shí)均一地接觸該電介質(zhì)幅材的兩側(cè) 時(shí)，該液體保持在地電勢(shì)下。然后，采用非蒸發(fā)性和/或蒸發(fā)性的方法對(duì)稱地將該溶劑 從幅材的兩側(cè)移除。在這些實(shí)施例中，不僅最終的幅材是凈中和的，而且大體上雙側(cè)都 是中和的。在一些實(shí)施例中，該液體為常用溶劑，當(dāng)均一地接觸該電介質(zhì)幅材的第一側(cè)面 時(shí)，該液體保持在地電勢(shì)下，該幅材具有有效接地的至少為弱導(dǎo)電性的第二側(cè)面。然 后，應(yīng)用非蒸發(fā)性和/或蒸發(fā)性的方法對(duì)稱地將該溶劑從該第一側(cè)面移除。在這些實(shí)施 例中，不僅最終的幅材是凈中和的，而且大體上雙側(cè)都是中和的。在一些實(shí)施例中，該液體為常用溶劑，當(dāng)同時(shí)均一地接觸該電介質(zhì)幅材兩側(cè) 時(shí)，該液體保持在非零電勢(shì)下。然后，應(yīng)用非蒸發(fā)性和/或蒸發(fā)性的方法對(duì)稱地將該溶 劑從幅材兩側(cè)移除。在這些實(shí)施例中，最終的幅材兩側(cè)分布了大體均一的電荷。在一些實(shí)施例中，該液體為常用溶劑，當(dāng)均一地接觸該電介質(zhì)幅材的第一側(cè)面 時(shí)，該液體保持在非零電勢(shì)下，該幅材的第二側(cè)面至少為弱導(dǎo)電性并被有效接地。然 后，采用非蒸發(fā)性和/或蒸發(fā)性的方法對(duì)稱地將該溶劑從該幅材的第一側(cè)面移除。在這 些實(shí)施例中，最終的幅材的第一側(cè)面分布了大體均一的電荷。在一些實(shí)施例中，使保持在第一電勢(shì)下的第一液體均一地接觸電介質(zhì)幅材的第 一側(cè)面，同時(shí)，通過(例如)接觸保持在第二電勢(shì)下的第二液體，使該電介質(zhì)幅材的第二 側(cè)面保持在第二電勢(shì)下。然后，采用非蒸發(fā)性和/或蒸發(fā)性的方法將該溶劑從幅材兩側(cè) 移除。在這些實(shí)施例中，不僅最終的幅材是凈帶電的，而且大體上雙側(cè)也都是帶電的。在一些實(shí)施例中，使保持在第一電勢(shì)下的第一液體均一地接觸電介質(zhì)幅材的第 一側(cè)面，同時(shí)，通過(例如)接觸導(dǎo)電性物體，使該電介質(zhì)幅材的第二側(cè)面保持在第二電 勢(shì)下。在這些實(shí)施例中，不僅最終的幅材是凈帶電的，而且大體上雙側(cè)也都是帶電的。在一些實(shí)施例中，使保持在第一電勢(shì)下的第一液體不均一地接觸(例如通過使 用圖案化模具)電介質(zhì)幅材的第一側(cè)面，同時(shí)，通過(例如)接觸保持在第二電勢(shì)下的第 二液體，使該電介質(zhì)幅材的第二側(cè)面保持在第二電勢(shì)下。然后，采用非蒸發(fā)性和/或蒸 發(fā)性的方法將該溶劑從幅材兩側(cè)移除。在這些實(shí)施例中，不僅最終的幅材具有凈電荷圖案，而且大體上也具有雙側(cè)電荷圖案。在一些實(shí)施例中，使保持在第一電勢(shì)下的第一液體不均一地接觸(例如通過使 用圖案化模具)電介質(zhì)幅材的第一側(cè)面，同時(shí)，通過(例如)接觸導(dǎo)電性物體，使該電介 質(zhì)幅材的第二側(cè)面保持在第二電勢(shì)下。然后，采用非蒸發(fā)性和/或蒸發(fā)性的方法將該溶 劑從幅材的第一側(cè)面移除。在這些實(shí)施例中，不僅最終的幅材具有凈電荷圖案，而且大 體上也具有雙側(cè)電荷圖案。在一些實(shí)施例中，該液體為常用溶劑，當(dāng)不均一地接觸(例如通過使用圖案化 模具)電介質(zhì)幅材的第一側(cè)面時(shí)，該液體保持在地電勢(shì)下，該幅材具有有效接地的至少 為弱導(dǎo)電性的第二側(cè)面。然后，采用非蒸發(fā)性和/或蒸發(fā)性的方法將該溶劑從幅材的第 一側(cè)面移除。在這些實(shí)施例中，最終的幅材在幅材的第一側(cè)面上大體具有圖案化的電荷 分布。在一些實(shí)施例中，該液體是可固化的(例如丙烯酸酯溶液)，而且在原位固化， 而不是被移除。在這些實(shí)施例中，最終的幅材不僅大體具有均一的或有圖案化的電荷分 布，而且還具有留下的硬化材料。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及消除或改變移動(dòng)幅材上的電荷分布的方法和設(shè) 備。在多個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的方法和設(shè)備提供了凈中和的幅材。在這些實(shí)施例中，不 僅幅材是凈中和的，而且大體上雙側(cè)也都是中和的。根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的方法和設(shè)備接觸將要與液體溶劑中和的幅材，該液體溶 劑具有至少某些程度的導(dǎo)電性。術(shù)語溶劑用于表示潤(rùn)濕該幅材的液體，并且該術(shù)語沒有 一定暗指任何特定化學(xué)物種的溶劑化。通常同時(shí)使該溶劑接觸該幅材兩側(cè)。可通過任何 適用的方法施加溶液，例如浸沒(如浸入池或浴中)，同時(shí)涂覆到兩個(gè)側(cè)面上，向幅材兩 側(cè)施加飽和的吸液芯或織物，在該幅材表面上吸收/吸附或冷凝蒸汽等。然后采用蒸發(fā) 性或非蒸發(fā)性方法移除和/或干燥該溶劑。非蒸發(fā)性方法包括使用例如吸液芯、氣刀、 橡皮掃帚等的物理設(shè)備，以移除至少部分溶劑。另外或可選地，可通過蒸發(fā)移除幅材上 的至少溶劑中的某些，并可通過例如空氣對(duì)流、加熱等方法促進(jìn)蒸發(fā)。優(yōu)選的所得幅材 既為凈中和的，又為雙側(cè)中和的，如下文所定義的。在一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明涉及在幅材上提供中和電荷的方法。該方法包括 對(duì)幅材兩側(cè)施加具有至少某些導(dǎo)電性的液體溶劑。該幅材可以是移動(dòng)幅材。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明涉及在幅材上提供中和電荷的設(shè)備。該設(shè)備包 括例如輥、夾輥等的幅材處理設(shè)備，和電荷改性工位，該電荷改性工位包括具有至少某 些導(dǎo)電性的液體溶劑源。尤其適合將該電荷改性工位及其使用方法簡(jiǎn)單加入現(xiàn)有的幅材 處理方法中。


圖1為在第一側(cè)面上具有接地導(dǎo)電背襯并且在相背側(cè)上具有表面電荷的幅材的 示意圖；圖2為沒有導(dǎo)電元件并且在一側(cè)上具有表面電荷的幅材的示意圖；圖3為在一側(cè)上具有接地導(dǎo)電背襯并且在相背側(cè)上具有表面電荷的幅材的示意 圖，其中相背側(cè)緊鄰接地的導(dǎo)電元件；
圖4為用于0.05mm/0.002英寸(約0.0508mm)幅材(具有接地表面)的底板處 的電場(chǎng)和平均值為零、rms值為IO5CAn2并且周期為1.3cm/0.5英寸的正弦電荷分布的圖 解表示；幅材與板的距離為約0.5cm/0.2英寸。圖5為用于0.05mm/0.002英寸幅材(具有接地表面)的底板處的電場(chǎng)隨幅材與 板的間隙的變化和平均值為零、rms值為105C/m2、周期為0.5英寸的正弦電荷分布的圖
解表示；圖6為0.05mm/0.002英寸幅材(具有接地表面)上的法向力和平均值為零、rms 值為105C/m2、周期為1.3cm/0.5英寸的正弦電荷分布的圖解表示；幅材與板的距離為 0.001英寸。圖7為用于0.05mm/0.002英寸幅材(具有接地表面)的電場(chǎng)的法向力隨幅材與 板的間隙的變化和平均值為零、rms值為105C/m2、周期為1.3cm/0.5英寸的正弦電荷分 布的圖解表示；圖8為根據(jù)本發(fā)明的包括電荷改性系統(tǒng)的幅材處理設(shè)備的示意圖。圖9為用于本發(fā)明所述實(shí)例的幅材處理設(shè)備的示意圖。圖10為其上未進(jìn)行中和的實(shí)例中涂覆粉末的幅材的顯微照片。圖11為經(jīng)過常規(guī)核棒和常規(guī)石英燈處理的實(shí)例中涂覆粉末的幅材的顯微照片。圖12為經(jīng)過靜電絲、氮?dú)獾逗图t外燈處理的實(shí)例中涂覆粉末的幅材的顯微照 片。圖13為根據(jù)本發(fā)明使用異丙醇中和的實(shí)例中涂覆粉末的幅材的顯微照片。圖14為其上沒有進(jìn)行中和的實(shí)例中幅材上電荷的圖解表示。圖15為經(jīng)過靜電絲和氮?dú)獾短幚砬译S后使用異丙醇潤(rùn)濕的實(shí)例中幅材上電荷的 圖解表示。圖16為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在丙酮中的實(shí) 例中幅材上電荷的圖解表示。圖17為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在丙酮中的實(shí) 例中幅材上電荷的圖解表示。圖18為經(jīng)過核棒處理并使用丙酮擦拭的實(shí)例中幅材上電荷的圖解表示。圖19為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在庚烷中的實(shí) 例中幅材上電荷的圖解表示。圖20為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在自來水中的 實(shí)例中幅材上電荷的圖解表示。圖21為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在甲苯中的實(shí) 例中幅材上電荷的圖解表示。圖22為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在去離子水中 的實(shí)例中幅材上電荷的圖解表示。圖23為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在去離子水中 且兩次加入少許異丙醇的實(shí)例中幅材上電荷的圖解表示。圖24為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在鹽水(自來 水中加入食鹽)中的實(shí)例中幅材上電荷的圖解表示。
圖25為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在具有碳氟化 合物添加劑的去離子水中的實(shí)例中幅材上電荷的圖解表示。圖26為在開啟氮?dú)獾逗图t外加熱器的情況下經(jīng)過核棒處理并浸沒在乙醇中的實(shí) 例中幅材上電荷的圖解表示。圖27為用于本發(fā)明所述實(shí)例的第二幅材處理設(shè)備的示意圖。圖28為示出了在電介質(zhì)材料上生成靜電荷圖案的方法的流程圖。圖29為示出了將液體施加到圖案化模具的方法的第一操作的示意性透視圖。圖30為示出了將液體施加到圖案化模具的方法的第二操作的示意性透視圖。圖31為進(jìn)一步示出了圖30中的第二操作的示意性透視圖。圖32為示出了從圖案化模具將液體施加到電介質(zhì)材料的方法的示意性透視圖。圖33為進(jìn)一步示出了從圖案化模具將液體施加到電介質(zhì)材料的方法的示意性透 視圖。圖34為所進(jìn)行的測(cè)試中測(cè)得的電介質(zhì)材料上的靜電荷電勢(shì)圖線。圖35為圖34所示的電介質(zhì)材料在中和之后的靜電荷電勢(shì)圖線。圖36為圖35所示的電介質(zhì)材料在重新帶電之后的靜電荷電勢(shì)圖線。圖37為在使用液體涂覆的圖案化模具壓印后電介質(zhì)材料的靜電荷電勢(shì)圖線。圖38為示出了生成電荷圖案的方法的第一操作的示意性側(cè)視框圖。圖39為示出了生成電荷圖案的方法的第二操作的示意性側(cè)視框圖。圖40為示出了生成電荷圖案的方法的第三操作示意性側(cè)視框圖。圖41為所進(jìn)行的一些測(cè)試中使用的圖案化模具的壓印表面的視圖。圖42為電介質(zhì)材料在測(cè)試過程中被置于鄰近調(diào)色劑粒子之后的照片。圖43為電介質(zhì)材料在另一測(cè)試過程中被置于鄰近調(diào)色劑粒子之后的照片。圖44為圖43所示的電介質(zhì)材料的另一部分的照片。圖45為圖44所示的電介質(zhì)材料的更高放大倍率的照片。圖46為電介質(zhì)材料在另一測(cè)試過程中被置于鄰近調(diào)色劑粒子之后的照片。圖47為圖46所示的電介質(zhì)材料的單一調(diào)色劑軌跡的更高放大倍率的照片。圖48為示出了由具有第一厚度的電介質(zhì)材料上的帶電液體發(fā)出的電場(chǎng)的示意性 側(cè)視框圖。圖49為示出了由具有第二厚度的電介質(zhì)材料上的帶電液體發(fā)出的電場(chǎng)的示意性 側(cè)視框圖。圖50為示出了由具有第三厚度的電介質(zhì)材料上的帶電液體發(fā)出的電場(chǎng)的示意性 側(cè)視框圖。表現(xiàn)本公開的裝置和方法的特征的這些特征和各種其他特征在所附權(quán)利要求中 被特別指出。為了更好地理解本發(fā)明的裝置和方法、其優(yōu)勢(shì)、其使用及通過其使用獲得 的目的，應(yīng)該參考附圖及所附說明書，其中說明和描述了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及的方法提供了雙側(cè)電中性或雙極性電中性(不僅僅是凈中性)的物 品，優(yōu)選地，本發(fā)明涉及的方法提供了兩個(gè)表面均為電中性的物品。根據(jù)本發(fā)明的有待中和的所述物品材料的實(shí)例包括電介質(zhì)材料(如聚酯、聚乙烯、聚丙烯)、織物(如尼 龍)、紙張、層合物、玻璃等等。物品可以包括導(dǎo)電層或抗靜電層。有待中和的區(qū)域 可以具有絕緣、抗靜電和/或?qū)щ姷膮^(qū)域；這些區(qū)域可以是特意或非特意預(yù)期的區(qū)域。 本公開的裝置和方法尤其適用于包括電介質(zhì)材料的物品。在一些實(shí)施例中，該物品是幅 材。本文所用術(shù)語“幅材”預(yù)期為片料幅材，其具有延伸的長(zhǎng)度(如大于lm，通常大 于10m，并經(jīng)常大于100m)、寬度(如在0.25m至5m之間)和厚度(如3-1500微米， 如高達(dá)3000微米)。在其它實(shí)施例中，該物品是不連續(xù)的或各個(gè)物品，而不具有延伸的 長(zhǎng)度。例如，片材或紙張材料可具有(如)0.5米的長(zhǎng)度和0.5米的寬度。不連續(xù)的物品 可以大體為平面的或具有三維形貌特征。已知市售的中和系統(tǒng)提供裝置來獲得被凈中和的幅材(即當(dāng)用普通的靜電儀表 測(cè)量時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于初始值，前提是初始電荷是大量的)。然而，凈中和的幅材仍 然可以具有大量電荷。例如，在自由跨距下具有平均值為零、振幅As、和空間周期Xs的正弦表面電荷 分布的幅材，在幅材上或幅材下，將具有由表面電荷分布產(chǎn)生的電場(chǎng)，其衰減得很快， 并且當(dāng)用位于離幅材若干周期(Xs)的距離的靜電儀表測(cè)量時(shí)，幅材看起來是中性的。即 使表面電荷的實(shí)際rms值可能很大，幅材仍看起來是中性的。有許多其他情形，當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)靜電感應(yīng)器測(cè)量時(shí)，幅材會(huì)看起來是中性的，而實(shí) 際上仍具有大量電荷分布。這些電荷分布會(huì)引起以幅材為基礎(chǔ)的過程(例如涂覆和干燥) 中的缺陷，需要一種方法來將這些電荷分布中和到一定水平，使得缺陷被減少或消除。 這些電荷分布必須被中和到這樣的水平，該水平隨過程(即線速度、涂覆和干燥方法)、 材料(如涂覆溶液，膜組合物、構(gòu)造和厚度)和所考慮的特定缺陷而變化。例如，商業(yè)中 和器足以消除電弧放電缺陷，但不足以消除一些涂覆和干燥缺陷。本公開的方法旨在消 除或調(diào)整電荷分布，使得涂覆和/或干燥缺陷減少和/或幅材清潔度提高。另外，通過 物品上的不可取的電荷分布的中和作用，包括間隙緊密的下游設(shè)備可被容易地使用。例 如，這種中和的物品(例如在間隙干燥器中)有較小的觸地趨勢(shì)。在本說明書中，當(dāng)討論介電幅材上的電荷分布時(shí)，我們是指“凈電荷”或“極 性電荷”，和“單側(cè)電荷”、或“雙極性電荷”。凈電荷被定義為介電幅材上每單位面 積的表觀電荷，其使用場(chǎng)強(qiáng)計(jì)測(cè)量幅材在自由跨距(遠(yuǎn)離其他物體)中的場(chǎng)而得出。幅 材與場(chǎng)強(qiáng)計(jì)之間的間隙通常為約0.5-2英寸(約1.27cm-5cm)。如此獲得的靜態(tài)測(cè)量值隨 測(cè)量探針的點(diǎn)尺寸上的電荷分布而變化，其通常將是直徑接近英寸的區(qū)域。以這種方式 測(cè)量的電荷也被稱為極性電荷?！皟糁泻汀笔侵阜纳系膬綦姾苫驑O性電荷的數(shù)量的減 少。凈電荷測(cè)量值低并非暗示點(diǎn)尺寸區(qū)域上的電荷分布到處都低，而是點(diǎn)尺寸區(qū)域上的 電荷分布的一些平均值低。如果分布周期比點(diǎn)尺寸直徑短得多，上述正弦電荷分布表明 它自己具有低凈電荷或極性電荷?！皢蝹?cè)電荷”是每單位面積上的表觀電荷，其使用場(chǎng)強(qiáng)計(jì)或電壓表測(cè)量幅材的 一個(gè)表面上的場(chǎng)或一個(gè)表面的電勢(shì)而得出，同時(shí)幅材的另一個(gè)表面鄰近或優(yōu)選地接觸接 地導(dǎo)體。場(chǎng)強(qiáng)計(jì)或電壓表和幅材表面之間的間隙通常為0.5-5.0毫米。如此獲得的靜 態(tài)測(cè)量值隨測(cè)量探針的點(diǎn)尺寸上的電荷分布而變化，其通常將是直徑接近英寸的區(qū)域。 導(dǎo)致沒有大量?jī)綦姾桑_實(shí)導(dǎo)致大量單側(cè)電荷的電荷分布有時(shí)被稱作“雙極性電荷分布”?！皢蝹?cè)中和”或“雙極性電荷中和”是指幅材上的單側(cè)電荷或雙極性電荷的數(shù)量 的減少。單側(cè)電荷測(cè)量值低并非暗示點(diǎn)尺寸區(qū)域上的電荷分布到處都低，而是點(diǎn)尺寸區(qū) 域上的電荷分布的一些平均值低。如果分布周期比測(cè)量設(shè)備的點(diǎn)尺寸直徑短得多，上述 正弦電荷分布看起來具有低單側(cè)電荷或雙極性電荷。作為雙極性電荷的另一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，考慮如下介電幅材，其在一個(gè)表面上具有 均一的電荷分布qs，在相背表面上具有均一的電荷分布-qs。在自由跨距下，靜電荷或極 性電荷測(cè)量值將是零(因?yàn)樯喜侩姾珊拖虏侩姾傻暮蜑榱?。單側(cè)電荷測(cè)量將產(chǎn)生
+qs，取決于哪一側(cè)被向下設(shè)置在接地物體上。商業(yè)中和器對(duì)這種雙極性電荷有很少的影 響，因?yàn)榉囊呀?jīng)是凈中性的。作為雙極性電荷分布的另一實(shí)例，考慮如下幅材，其在一個(gè)表面上具有非零平 均值的正弦電荷分布P(X) = Assin(2nx/Xp)+qs,在相背表面上具有-ρ(χ)的電荷分布。 如果在自由跨距下的凈電荷測(cè)量是使用具有大于若干Xp的直徑的點(diǎn)尺寸來進(jìn)行的，則幅 材將看起來沒有大量?jī)綦姾伞Ｊ褂镁哂写笥谌舾蒟p的直徑的點(diǎn)尺寸進(jìn)行的單側(cè)電荷測(cè)量 掃描將產(chǎn)生+4或_4中的任一者，這取決于哪個(gè)表面靠著接地物體設(shè)置。如果單側(cè)電荷 測(cè)量掃描使用比Xp小得多的點(diǎn)尺寸直徑進(jìn)行，單側(cè)電荷的正弦特性將被顯露。作為雙極性電荷分布的另一實(shí)例，考慮如下幅材，其在一側(cè)上具有隨機(jī)的電荷 分布R(X)，在另一側(cè)上具有隨機(jī)的電荷分布-ROO。當(dāng)對(duì)點(diǎn)尺寸Xs求積分時(shí)，ROO的 一階矩和二階矩分別收斂于+qs和As。如果在自由跨距下的凈電荷測(cè)量是使用具有比Xs 大得多的直徑的點(diǎn)尺寸來進(jìn)行，則幅材將看起來沒有大量?jī)綦姾?。使用具有比Xs大得多 的直徑的點(diǎn)尺寸進(jìn)行單側(cè)電荷測(cè)量掃描將產(chǎn)生恒定的單側(cè)電荷，+4或_4，這取決于哪 個(gè)表面靠著接地物體設(shè)置。如果單側(cè)電荷測(cè)量掃描是使用比Xs小得多的點(diǎn)尺寸直徑來進(jìn) 行的，則單側(cè)電荷的隨機(jī)特性將被顯露。如果凈電荷或極性電荷和單側(cè)電荷或雙極性電荷兩者均已被減少到理想的水 平，則初始帶電介電幅材被認(rèn)為是“雙側(cè)中和”。需要注意的是，術(shù)語“凈電荷”和
“單側(cè)電荷”是通過靜電測(cè)量限定的，并非暗示或需要實(shí)際電荷分布的特定位置或數(shù)量 的知識(shí)。電荷分布可以存在于電介質(zhì)的表面上或存在于電介質(zhì)的內(nèi)部，或既存在于電介 質(zhì)的表面上、又存在于電介質(zhì)的內(nèi)部。比上面提及的那些更敏感(比上面提及的具有更 小的點(diǎn)尺寸)的靜電感應(yīng)探針(如原子力顯微鏡探針)可以被用于以更細(xì)致的長(zhǎng)度比例推 斷凈電荷或極性電荷，以及單側(cè)電荷或雙極性電荷，這取決于所需的敏感度。本文所述的方法至少在上面討論的長(zhǎng)度比例上(但包括更小的長(zhǎng)度比例，其可 能是用標(biāo)準(zhǔn)靜電測(cè)量設(shè)備不容易檢測(cè)到的)使幅材上的單極性和雙極性電荷兩者均減 少。術(shù)語“中和”并非暗示所有的電荷都已經(jīng)被完全消除，因?yàn)榭赡苡?例如)殘余電 荷，其產(chǎn)生的外部電場(chǎng)太微弱以至于無法引起缺陷；或(例如)已經(jīng)形成雙層，實(shí)質(zhì)上將 外部電場(chǎng)削弱到使缺陷處于合格的范圍內(nèi)的水平；或(例如)剩下的雙極性電荷分布的長(zhǎng) 度比例足夠小，從而與原始雙極性電荷分布相關(guān)的缺陷已經(jīng)被減少或消除。圖1示出了隔離的幅材，其具有一個(gè)接地側(cè)，并且在另一側(cè)上具有均一的表面 電荷qs。圖1中的幅材5具有第一側(cè)面6和相背的第二側(cè)面8，兩者間的厚度為b。例如 通過能夠被定位為與側(cè)6足夠接近或接觸的任何適合的元件，側(cè)6被接地。在許多過程 中，側(cè)6通過與幅材處理工藝的設(shè)備接觸(例如接地的輥)被接地。在一些實(shí)施例中，側(cè)6的接地可以通過幅材本身的導(dǎo)電涂層或?qū)щ妼訉?shí)現(xiàn)。幅材5的側(cè)8處的電勢(shì)通過下 式給定
權(quán)利要求
1.一種改變電介質(zhì)材料上電荷的方法，所述方法包括獲得表面上具有基本不均一的靜電荷分布的電介質(zhì)材料，所述靜電荷分布是相對(duì)于 地電勢(shì)測(cè)量的；將至少為弱導(dǎo)電性的液體施加到所述電介質(zhì)材料的所述表面；以及 從所述表面至少部分地移除所述至少為弱導(dǎo)電性的液體，從而在所述表面上留下基 本均一的靜電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中施加的所述至少為弱導(dǎo)電性的液體的電勢(shì)在從約 負(fù)10,000伏至約正10,000伏的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中施加的所述至少為弱導(dǎo)電性的液體的電勢(shì)基本上 等于地電勢(shì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液體為甲醇、乙醇、甲基乙基酮、異丙醇、 丙酮或丙烯酸酯中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液體的介電常數(shù)在從約10至約40的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液體具有小于處理時(shí)間的靜電馳豫時(shí)間，其 中所述靜電馳豫時(shí)間為小于約3X10—5秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中以圖案的形式施加所述弱導(dǎo)電性的液體，且其中 在所述表面上的均一的靜電荷以所述圖案的形式布置。
8.一種在電介質(zhì)材料上生成靜電荷圖案的方法，所述方法包括 獲得具有第一電荷電勢(shì)的電介質(zhì)材料；將至少為弱導(dǎo)電性的液體施加到所述電介質(zhì)材料的第一部分，所述至少為弱導(dǎo)電性 的液體具有第二電荷電勢(shì)；以及從所述電介質(zhì)材料的所述第一部分至少部分地移除所述液體，從而在所述電介質(zhì)材 料的所述第一部分上留下基本上均一的靜電荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電介質(zhì)材料包括幅材。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電介質(zhì)材料的長(zhǎng)度為至少3米。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中獲得具有第一電荷電勢(shì)的電介質(zhì)材料的步驟包括獲得具有不均一電荷電勢(shì)的電介質(zhì)材料；以及基本上中和所述電介質(zhì)材料上的電荷，使得所述電介質(zhì)材料的平均電荷電勢(shì)為約零伏。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中通過中和系統(tǒng)進(jìn)行基本上中和電荷的步驟，所 述中和系統(tǒng)選自空氣離子發(fā)生器、靜電消除器、感應(yīng)靜電消除器和核靜電消除器。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在將所述液體施加到所述電介質(zhì)材料的同時(shí)移 動(dòng)所述電介質(zhì)材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括將所述電介質(zhì)材料緊鄰調(diào)色劑粒子設(shè)置，使 得由所述均一的靜電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)吸引調(diào)色劑粒子。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括將所述調(diào)色劑粒子固化到所述電介質(zhì)材料上。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括將第二材料設(shè)置到所述電介質(zhì)材料上，以將 所述調(diào)色劑粒子轉(zhuǎn)移到所述第二材料，并從所述電介質(zhì)材料移除所述第二材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中將所述液體施加到所述第一部分的步驟包括 將所述液體施加到圖案化模具，其中所述第二圖案化模具處于所述第二電荷電勢(shì)；以及將所述液體從所述圖案化模具施加到所述電介質(zhì)材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中將液體施加到圖案化模具的步驟包括 獲得片材；將所述片材浸沒到所述液體中；從所述液體移除所述片材，使得液體涂層留在所述片材的表面上；以及 從所述圖案化模具接觸所述液體涂層，以將所述液體涂層的一部分轉(zhuǎn)移到所述圖案 化模具上。
19.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中從所述第一部分移除所述液體的步驟包括使 用蒸發(fā)、加熱器、紅外加熱器、對(duì)流烘箱、吸液芯、擦拭器、橡皮掃帚、氣刀、微波、 空氣對(duì)流系統(tǒng)中的一種移除所述液體。
20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述液體包括丙烯酸酯，并且其中從所述第一 部分移除所述液體的步驟包括將所述丙烯酸酯干燥到所述電介質(zhì)表面上。
21.一種用于中和電介質(zhì)材料的細(xì)長(zhǎng)幅材的方法，所述方法包括 將至少為弱導(dǎo)電性的液體電連通到地電勢(shì)；獲得具有并非完全基本上等同于所述地電勢(shì)的電荷電勢(shì)的電介質(zhì)材料； 將所述連續(xù)幅材的一部分浸沒在所述液體中，以完全地包覆所述細(xì)長(zhǎng)幅材的所述部 分，以中和所述細(xì)長(zhǎng)幅材上的電荷；從所述液體移除所述連續(xù)幅材的所述部分；以及 從浸沒后的所述連續(xù)幅材至少部分地干燥所述液體。
全文摘要
本發(fā)明提供了改變電介質(zhì)材料上的電荷的方法，該方法涉及將至少為弱導(dǎo)電性的液體施加到電介質(zhì)材料的至少一部分上。然后從電介質(zhì)材料至少部分地移除液體，從而在電介質(zhì)材料的至少部分上留下基本均一的靜電荷。某些方法提供的電介質(zhì)材料既為凈中和又為完全中和的。其它方法生成用于后續(xù)處理的電荷圖案。
文檔編號(hào)G03G15/00GK102016727SQ200880126665
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者威廉·B·科爾布, 彼得·T·本松, 理查德·M·讓德爾杰克, 瓊·M·諾約拉, 米切爾·A·F·約翰遜, 米哈伊爾·L·佩庫(kù)羅夫斯基, 羅伯特·A·亞佩爾, 馬修·S·斯泰 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司