多層微棱鏡回射板及其制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求Lu等人于2013年3月12日提交的標(biāo)題為"Multi-Layer Microprismatic Retroreflective Sheeting 的"美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào) No. 61/777, 608，于 2014年3月 7 日提交的標(biāo)題為"Multi-Layer Microprismatic Retroreflective Sheeting and Method of Manufacturing the Same" 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 14/200, 373 的權(quán)益，這兩 篇共同受讓給本申請(qǐng)且在本文中通過(guò)參考全文引入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容涉及回射（retroreflective)膜和制造這種膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 正如本領(lǐng)域已知的，微棱鏡回射膜（也稱(chēng)為回射板或反射膜）通常由含許多顯微 角棱鏡回射元件（也稱(chēng)為或者微棱鏡回射元件或者微棱鏡）的塑料膜組成。這些回射元 件具有在單一點(diǎn)或頂點(diǎn)相交的三個(gè)互相基本上垂直的側(cè)面。操作這些立方角落回射元件， 使碰撞的光朝其源頭返回。光進(jìn)入每一立方角落回射元件內(nèi)，然后從三個(gè)側(cè)面每一個(gè)中反 射，朝其源頭返回。這種微棱鏡通常被成型為例如四面體，但還以截頭變體形式存在，在 本領(lǐng)域中被稱(chēng)為全立方體微棱鏡。
[0005] 來(lái)自三個(gè)側(cè)面的反射或者通過(guò)鏡面反射或者全內(nèi)反射而發(fā)生。關(guān)于鏡面反射，立 方角落回射元件用反射材料，例如或者鋁或者銀涂布，這與金屬化的微棱鏡回射膜情況一 樣。關(guān)于全內(nèi)反射，立方角落回射元件沒(méi)有用反射材料涂布，相反受到Snell法則支配， 其中在側(cè)面之一上碰撞的任何光穿過(guò)該面，除非它以小于其臨界角的角度撞擊該面，在此 情況下，光被反射。包封的微棱鏡反射膜是一種這樣的回射膜結(jié)構(gòu)，其中微棱鏡通過(guò)全內(nèi) 反射原理操作。與微棱鏡通過(guò)全內(nèi)反射還是鏡面反射發(fā)揮作用無(wú)關(guān)，必須緊緊地控制在微 棱鏡上的公差，以確保側(cè)面彼此基本上垂直。側(cè)面之間的二面角離90°的甚至微小偏差可 引起回射性能的顯著變化。包封的微棱鏡反射膜和金屬化的微棱鏡反射膜二者共同地供應(yīng) 有粘合劑襯背，以允許在標(biāo)記面或其他基底上施加。
[0006] 在圖1中示出了熟知的微棱鏡回射膜的截面圖解。微棱鏡回射膜10由光透射聚 合物材料制造且由光滑的外表面11和微棱鏡回射立方角落元件12組成。在外表面11上 碰撞的光穿過(guò)被微棱鏡12的側(cè)面13反射的膜并朝光源返回，如箭頭14所示。
[0007] 盡管圖1作為單層聚合物材料描繪了回射膜，但在實(shí)踐中，當(dāng)今在市場(chǎng)上可獲得 的大多數(shù)微棱鏡反射板材料由兩層或更多層聚合物材料組成。例如，圖2示出了具有兩層 不同聚合物層的微棱鏡回射膜20的截面。第一聚合物層被稱(chēng)為棱鏡層25,它是含有微棱 鏡12的光透射聚合物層。第二聚合物層是主體層28。在這一實(shí)例中，外表面21是主體層 28的一部分，和主體層28還充當(dāng)回射膜結(jié)構(gòu)的外表面層。盡管棱鏡層25由單層聚合物材 料制造，但它可進(jìn)一步分類(lèi)成兩個(gè)不同的部分。在微棱鏡的底座以上的部分棱鏡層25 (如 虛線29所示）可定義為棱鏡層25的陸地部分（land section) 26。由微棱鏡12組成的部 分棱鏡層25可定義為棱鏡層25的棱鏡部分27。正因?yàn)槿绱?，微棱鏡12的高度等于棱鏡 部分27的厚度。
[0008] 在某些回射膜結(jié)構(gòu)中多層的理由是每一層發(fā)揮不同的功能，以平衡最終的用途 性能和應(yīng)用性能與制造考慮因素和原材料成本。例如，可期望主體層提供紫外（UV)-光屏 蔽功能，以提高微棱鏡板的總的耐久性和耐候性。這種UV-光屏蔽層可保護(hù)底下的聚合物 層，任何顏料或著色劑或可能在下部層上印刷的任何印刷的圖形或其他印刷的圖像。例 如，Pavelka等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 5, 387, 458概述了使用防護(hù)性UV-光屏蔽層，以保護(hù)在下 面的層內(nèi)的熒光著色劑。作為另一實(shí)例，為了生成撓性的微棱鏡回射結(jié)構(gòu)，常常使用兩層 結(jié)構(gòu)，其中主體層由撓性的聚合物材料制造，和棱鏡層由硬質(zhì)聚合物材料制造。Smith等 人在美國(guó)專(zhuān)利No. 5, 450, 235中討論了這種微棱鏡結(jié)構(gòu)。
[0009] -般而言，優(yōu)選棱鏡層由硬質(zhì)聚合物材料，例如丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，聚酯或聚碳酸酯 制造。這將確?？删S持微棱鏡的精確尺寸，以最大化回射水平。若微棱鏡由軟質(zhì)或撓性聚 合物，例如撓性聚氨酯或塑化聚氯乙烯形成，則微棱鏡的形狀可能容易扭曲，且回射水平 可能大大地減少。
[0010] 用作棱鏡層的一種有利的材料是丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，例如聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸 類(lèi)樹(shù)脂。這具有若干理由。第一，它具有較低的加工溫度（與其他硬質(zhì)聚合物，例如聚碳 酸酯或聚酯相比），和該微棱鏡因此可更加容易地形成為棱鏡層。進(jìn)一步地，與其他聚合 物材料，例如聚碳酸酯相比，丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂在性質(zhì)上較少吸濕，和因此在將微棱鏡模塑或 形成為棱鏡層的過(guò)程中，不那么易于生成濕氣泡或類(lèi)似缺陷。進(jìn)一步地，丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂通 常是可耐候和耐久的聚合物材料。進(jìn)一步地，與其他聚合物材料相比，它似乎更加容易金 屬化，以提供較亮的金屬飾面，當(dāng)在金屬化的微棱鏡回射板材料中使用時(shí)。
[0011] 對(duì)于預(yù)期在戶外環(huán)境中持續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間框架的微棱鏡板來(lái)說(shuō)，還優(yōu)選使用丙烯酸 類(lèi)聚合物材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯作為外表面層。如上所述，丙烯酸類(lèi)聚合物是自然 地耐候的。使用丙烯酸類(lèi)材料作為反射膜的外表面層可延長(zhǎng)膜的戶外壽命，因?yàn)楸┧犷?lèi) 聚合物通常隨著時(shí)間流逝，不如其他聚合物材料一樣快速地黃變，白堊化或變朦朧。通過(guò) 共混UV-光吸收添加劑（例如，二苯甲酮或苯并三唑添加劑）到這一外表面丙烯酸層內(nèi)， 這種材料可進(jìn)一步提供UV-光屏蔽功能。進(jìn)一步地，與其他耐久的聚合物，例如聚偏氟乙 烯聚合物相比，丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂常常是更加成本合算的。
[0012] 然而，使用丙烯酸類(lèi)材料具有下降的趨勢(shì)。與其他聚合物材料相比，丙烯酸類(lèi)樹(shù) 脂可能相對(duì)脆。這可能是事實(shí)，甚至當(dāng)丙烯酸類(lèi)聚合物是沖擊改性的丙烯酸類(lèi)聚合物時(shí)。 當(dāng)沖擊時(shí)，由僅僅丙烯酸類(lèi)聚合物制造的微棱鏡板可容易地龜裂，或者當(dāng)彎曲時(shí)，可容易 地突然折斷或者斷裂。在一些情況下，在施加反射板期間，丙烯酸類(lèi)聚合物的相對(duì)脆的性 質(zhì)可能產(chǎn)生問(wèn)題。例如，若在施加期間，粘合劑為背襯的反射膜的長(zhǎng)條未對(duì)準(zhǔn)的話，則由 僅僅丙烯酸類(lèi)聚合物制造的微棱鏡反射膜可能龜裂或撕裂，當(dāng)再定位，以糾正失調(diào)時(shí)。
[0013] 許多丙烯酸類(lèi)材料的相對(duì)脆的性質(zhì)的特征可進(jìn)一步在于在23°C下根據(jù)ASTM D256 測(cè)量的該聚合物的缺口 Izod沖擊強(qiáng)度。例如，典型的聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸類(lèi)聚合物 的缺口 Izod沖擊強(qiáng)度為約15-20J/m。而且，許多沖擊改性的聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸類(lèi) 聚合物仍然具有僅僅最多約60到70J/m的缺口 Izod沖擊強(qiáng)度。
[0014] 為了解決這一問(wèn)題，常規(guī)的方法嘗試用或者棱鏡層或者產(chǎn)品的外表面層替代其 他聚合物材料。例如，其他取代了或者聚碳酸酯或者聚酯聚合物材料作為棱鏡層。這可解 決脆度問(wèn)題，因?yàn)橄鄬?duì)于丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，諸如聚碳酸酯之類(lèi)的聚合物相當(dāng)結(jié)實(shí)且抗沖擊。 然而，如上所述，這種聚合物用作棱鏡層不是那么所需的，這是在金屬化回射膜中的加工 考慮因素或缺陷導(dǎo)致的。
[0015] 其他嘗試通過(guò)摻入薄的支持膜到粘合劑為背襯的反射膜中的粘合劑層內(nèi)來(lái)解決 這一問(wèn)題。例如，認(rèn)為Avery Dennison V_5720Conspicuity Tape產(chǎn)品中的回射