專利名稱：對底材進行連續(xù)表面修飾的裝置和方法
相關(guān)的申請信息本申請要求享有在2000年4月14日提出的美國臨時申請系列號60/197,836(將它的全部公開并入本文作參考)的優(yōu)先權(quán)。
這樣，雖然在某些情況下，不需要額外的表面預(yù)處理(清洗、粗糙化或其它類的表面修飾)膠水或粘合劑就會有效地粘合底材，但是通常，為了有效的粘合，必須預(yù)處理底材表面。然而，為了有效粘合材料而用來預(yù)處理底材表面的現(xiàn)有技術(shù)、方法和操作步驟存在一些缺點。
一種表面預(yù)處理的方法是表面的機械粗糙化。例如，在制鞋業(yè)中，橡膠鞋部件或者被機械粗糙化和/或化學(xué)修飾以增強粘合劑與鞋部件之間的粘合力(例如鞋底夾層和鞋外層的粘合)。然而，機械粗糙化需要一系列費時步驟。此外，機械處理(例如粗糙化或打磨底材表面)勞動力集約強度高而且容易出現(xiàn)人為錯誤。另外，在某些情況下，由于機械粗糙化破壞材料性能(例如在高性能衛(wèi)星結(jié)構(gòu)或某些類型的鞋底夾層中)，所以，它是不可接受的。
另一種常用的表面處理方法取決于毒性處理化學(xué)品(從包括丙酮或氯化溶劑的清洗液到氫氧化鈉浸蝕液到腐蝕性氯化劑)的使用。例如，Pearson等(美國專利4,158,378)涉及氯水處理對固化的聚氨酯和橡膠表面的應(yīng)用。另一個實例是美國專利4,500,685，它涉及利用各種鹵化劑(包括鹵代異氰脲酸)修飾橡膠表面。該方法是當(dāng)前制鞋業(yè)中處理鞋部件(鞋底夾層、鞋外層等)表面的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因為化學(xué)處理方法需要使用有毒的和危險的化學(xué)品，所以它們對人和環(huán)境造成危害。
例如單獨的或者在氧氣或臭氧存在下的連續(xù)非相干紫外線輻射的方法已經(jīng)用于處理某些底材表面或浸蝕有機材料。1958年Hall提出了，采用紫外線活化氣體浸蝕半導(dǎo)體材料(美國專利No.2,841,471)。然而，該公開的方法需要至少2～5分鐘的長時間連續(xù)輻射，且沒有教導(dǎo)該方法在粘合劑用途中的應(yīng)用。美國專利4,028,135示出了，用溶劑預(yù)清洗石英諧振器表面，接著暴露于紫外線，導(dǎo)致短到20秒的紫外線輻射和有氧存在的部件可接受的清潔。然而，該方法包括一個用溶劑(例如三氯三氟乙烷(trichlorotrifluaroethane)和乙醇)預(yù)清洗的步驟，它們對健康和環(huán)境有害且存在嚴(yán)重的廢物處理問題。Zeley(美國專利5,098,618)描述了，采用紫外線清潔塑料部件以改善潤濕性，但是該公開的方法仍需要用溶劑(例如乙醇)預(yù)清洗。另外，該方法成功處理還需要在輻射紫外線的過程中有一個充滿氧氣的室而且輻射時間超過5分鐘。
最近，Basil等(美國專利6,042,737)公開了，采用紫外線改善聚合物涂料與有機底材(該底材是由丙烯酸官能度組成的單體制備的或涂布的)的粘合作用。然而，為了達到可接受的涂膜粘合力，在涂布涂料之前，他們的方法需要用氫氧化鈉溶液對底材化學(xué)浸蝕，接著，在氧氣或臭氧存在下進行紫外線輻射。此外，由于他們的方法需要使用有毒化學(xué)浸蝕液的額外步驟，為了適用于任何最終用途(例如涂料等)，它將需要漂洗和干燥這兩個額外步驟。由于步驟的數(shù)量、涉及的有毒化學(xué)品和操作每一步驟的時間，該方法不適用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境(例如制鞋)。
已經(jīng)報導(dǎo)了(例如，美國專利4,803,021和5,669,979)，用激光燒蝕和清潔技術(shù)來清潔底材(包括半導(dǎo)體材料、外科設(shè)備等)。然而，為了實現(xiàn)在連續(xù)的基礎(chǔ)上全面和整個均勻的覆蓋，對不均一的、大而復(fù)雜的底材表面形態(tài)和/或形狀的有效輻射，以及使用小而精確的激光光束是非常困難的。這些方法需要復(fù)雜昂貴的掃描和光柵發(fā)生設(shè)備?？刂仆ㄟ^表面的均勻能量輻射也將是個問題，它可能導(dǎo)致底材表面偶然的過熱或熱分解。另外，該操作必須包括另一步驟來提供合適的表面化學(xué)變化(提供對所用涂料有效的粘合)。
類似地，在美國專利5,512,123中公開了，使用脈沖光能來增加表面的粘合程度，具有不均勻覆蓋和重疊輻射的問題，它可導(dǎo)致表面不可接受的嚴(yán)重過熱和光分解。
已經(jīng)證實電暈放電和常壓等離子體方法對清潔和修飾聚合物材料便于后續(xù)粘合操作是有效的。例如，美國專利5,332,897、5,972,176、5,069,927、5,928,527和5,185,132中描述了這些方法。然而，這些方法具有至少一個或多個不可接受的缺點，例如，要求被處理的表面非常緊密的接近和對電極的牢固耐性，一次只能處理很小的面積，需要使用昂貴的惰性氣體，局限于密閉室的使用，只能處理薄膜，或者需要額外的二次操作(例如，毒性氯化處理)以及在一些情況下，取決于被處理的材料的介電性。
例如，在美國專利5,236,512和PCT專利申請公開發(fā)布WO/001528中還證實了，真空等離子體方法是一些聚合物底材的表面清潔和化學(xué)修飾的一種有效方法。然而，這類方法不適用于大多數(shù)用途(例如制鞋)中，因為它們利用間歇操作和限于一些可以一次性處理的底材。此外，它需要較長時間進行從常壓到操作真空壓力，接著，再次通氣到環(huán)境壓力的循環(huán)，具有通常＞10分鐘的相當(dāng)長的操作時間，不能有效處理含有揮發(fā)性物質(zhì)(例如，彈性體材料中常見的加工助劑、油等)的材料，而且具有高的固定設(shè)備費用，還需要維護泵和其它設(shè)備。另外，由于操作室的尺寸限制，不能有效地處理大的物件。
所以，前文描述的表面處理方法中的每一種都有一個或多個值得注意的缺點。例如，大多數(shù)可商購的底漆是氯化物質(zhì)并且有毒。另外，它們使用了對環(huán)境有害的有機溶劑。再者，這些底漆通常是通過手工單獨涂到底材上，所以，這些方法勞動力集約強度很高和容易出現(xiàn)人為誤差。其它方法(例如真空等離子體處理或電暈放電)至多在對塑料或彈性體化學(xué)的修飾方面有極小的效果和/或只能用于緩慢的間歇操作或需要大量昂貴的裝置，它反過來又需要昂貴的經(jīng)常維護。
此外，一些上述表面處理方法勞動力集約強度非常大和/或局限于較慢間歇操作。通常，它們不能提供必要的性能或質(zhì)量，和/或不能有效的用于大的或不規(guī)則形狀的底材，和/或使用有毒的化學(xué)品和/或昂貴的設(shè)備。
因此，需要一種對環(huán)境友好、勞動力集約強度不大、成本低的加工方法，它可以以連續(xù)的方式操作來修飾材料(包括人造的和天然的聚合物材料)的表面以增強粘合力和用于例如(但不限于)生產(chǎn)流水線的環(huán)境中。
在一個實施方案中，本發(fā)明是一種預(yù)處理底材的裝置，它包括一個用來產(chǎn)生活性區(qū)的電磁(EM)輻射源，其中，所述電磁輻射包括在遠紫外區(qū)的輻射，而且其中，將所述電磁輻射線對著底材照射而暴露底材的一個表面于活性區(qū)，于是，底材被修飾而通過暴露于所述活性區(qū)將一種材料粘附到所述底材表面。本發(fā)明的裝置在大致環(huán)境壓力下操作。
本發(fā)明還提供了用來預(yù)處理底材而使粘合材料(例如膠水)粘附到所述底材表面的方法。這樣，在一個實施方案中，本發(fā)明提供了一種預(yù)處理聚合物底材的方法，它包括利用一個電磁輻射源產(chǎn)生活性區(qū)，以及將所述聚合物底材暴露于活性區(qū)，于是，聚合物底材被修飾而通過暴露于所述活性區(qū)將一種包括粘合劑的材料粘附到所述聚合物底材上，而且其中，所述方法在大致環(huán)境壓力下實施?？刹捎帽景l(fā)明的裝置或方法預(yù)處理的底材包括但不限于鞋的鞋底、用于飛機或航天器制造的復(fù)合材料元件、用于機動車制造的復(fù)合材料和塑料零部件以及用于生化分析的底材(例如，塑料孔板)。
如下面更詳細的描述，待處理的底材優(yōu)選是聚合物底材。這樣，本發(fā)明的裝置可用來處理由合成聚合物構(gòu)成的底材或由天然聚合物構(gòu)成的底材。本發(fā)明的裝置被用來將各種材料粘附到底材上，例如，一種粘合劑材料。在一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的裝置被用來將一個底材的一個表面粘結(jié)到另一個底材的一個表面上。
在一個實施方案中，本發(fā)明的裝置進一步包括一個電離裝置，它優(yōu)選處于活性區(qū)，不過，電離裝置不處于活性區(qū)的實施方案也是本發(fā)明所預(yù)計的。本發(fā)明的裝置可進一步包括一個使氣體循環(huán)通過所述電離裝置的供氣系統(tǒng)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明的裝置進一步包括通過暴露于紅外輻射而加熱底材的紅外輻射源。優(yōu)選地，該紅外輻射源被設(shè)置為在將底材暴露于電磁輻射源之前加熱底材。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)還預(yù)期的是，在預(yù)處理底材上方噴射氣體，該氣體賦予底材表面所需的化學(xué)官能度。所以，本發(fā)明提供了用來將氣體噴射到暴露于活性區(qū)的底材表面上方的氣體噴射器。優(yōu)選地，要噴射到暴露于活性區(qū)的底材表面上方的氣體包括選自下組的氣體四氯化碳、氯仿、鹵官能度化合物、氧官能度化合物、水蒸氣、氧、空氣、硅烷、胺官能度化合物、氨和氮。不過，取決于底材表面所要求的官能度，還可能用到其它無機或有機氣體。
在一個實施方案中，本發(fā)明涉及清潔和/或賦予底材表面化學(xué)變化的方法，它影響從原子、簡單分子到大分子的化合物的粘合性。采用本發(fā)明的方法以連續(xù)方式對聚合物材料(例如塑料)的表面進行清潔和/或化學(xué)改性。然后，用待粘結(jié)材料涂布改性的塑料底材，待粘結(jié)材料包括但不限于這樣的化合物，例如，異氰酸酯、酐、碳二亞胺、環(huán)氧烷(oxiranes)、硫雜環(huán)烷(thiiranes)或環(huán)氧化物(epoxies)，或者用來改變或控制潤濕性或提供底材的生物相容性的生物有機化合物(例如DNA等)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及增強底材對膠水、粘合劑、油漆、特種涂料和其它樹脂材料的粘合性的方法。
本發(fā)明的一個方面或優(yōu)點涉及，通過在大氣壓力下以連續(xù)電磁輻射處理的方式除去待粘結(jié)底材上的污染物。本發(fā)明的連續(xù)表面處理方法提供了足夠強的電磁輻射而蒸發(fā)和消除污染物(例如濕氣、油、低分子量聚合物和其它潛在的揮發(fā)性污染化合物或底材表面氧化的副產(chǎn)物)。本方法的該步驟快速發(fā)生以便只影響表面最上層的部分。因為這個緣故，本方法可用于處理底材(例如，不必用有害或有毒溶劑等預(yù)清潔的制鞋中應(yīng)用的那些)。該特征也避免了可能發(fā)生在本體聚合物中的潛在物理化學(xué)損壞。例如，當(dāng)清潔彈性體泡沫材料[例如，EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)，它通常作為鞋底夾層材料用于制鞋業(yè)]時，長時間暴露于任何較大的能量(例如熱能)會引起不可逆的尺寸變化而使鞋組件不能使用。然而，在一些極端的情況下，當(dāng)污染的涂料滲透或牢固結(jié)合時，某些類型的預(yù)清潔是必要的。
本發(fā)明還涉及改變由至少一種或多種官能團構(gòu)成的表面的化學(xué)性質(zhì)，所述官能團包括但不限于，包含至少一個或多個化學(xué)結(jié)合到底材表面的氧、氮或氯原子的官能團。于是，所得化學(xué)改性的底材表面包含所需的官能度(例如胺、氯、羥基、羰基或羧基等)，它們將有助于被粘結(jié)的材料和底材之間良好的緊密接觸(潤濕性)，并且使底材有效地粘附所要求的材料(例如涂料、粘合劑或樹脂化合物)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及生產(chǎn)具有至少一個鞋底的鞋的方法和裝置。用本發(fā)明的連續(xù)方法對鞋底至少一側(cè)的表面(例如，外底)進行了化學(xué)修飾。該修飾的外底表面粘合到鞋底的最外層結(jié)構(gòu)或另一鞋部分(例如鞋底夾層)。優(yōu)選的是，還采用本發(fā)明的方法對在該步驟中粘結(jié)到處理的外底表面的材料進行了處理而實現(xiàn)表面修飾。然而，不必這樣做，因為后者的材料將已經(jīng)采用本發(fā)明的方法處理過；一些未經(jīng)處理的材料可以粘結(jié)到處理過的外底上。這種基于連續(xù)輸送機的方法能清潔鞋組件表面，改良粘合性而不用毒性溶劑或化學(xué)品，并且在表面修飾后直接粘結(jié)。
對圖的簡要描述

圖1是本發(fā)明一個實施方案的組件的籠統(tǒng)示意圖。
圖2是描繪一個利用本發(fā)明的連續(xù)加工裝置的實施方案示意圖。
圖3是一個具有電離裝置和氣體噴射系統(tǒng)的實施方案。
圖4是描繪采用具有排氣和通風(fēng)系統(tǒng)的連續(xù)加工裝置的實施方案的示意圖。
圖5是對一個鞋實例的闡釋，它描繪了需要在涂膠和粘接以前進行表面預(yù)處理的表面和鞋底材。
對優(yōu)選實施方案的詳細描述一條實現(xiàn)改善粘合性的途徑是增大粘合劑與被粘合的底材之間的潤濕性或無間隙的緊密接觸。潤濕性對粘合劑例如熱熔型和接觸(壓敏)型粘合劑很重要。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法使各種物質(zhì)(例如，水，異氰酸酯，油漆，以及包括但不限于環(huán)氧化物、水基聚氨酯和熱熔型的粘合劑)對聚合物表面的潤濕性增大了。非反應(yīng)性粘合劑體系或涂料主要基于一些粘合機理，該機理包括機械聯(lián)鎖，分子擴散，以及靜電作用，例如，粘合劑和聚合物表面之間的靜電力、范德華力、氫鍵、庫侖力和/或偶極-偶極相互作用。具有合適的化學(xué)功能沒有抑制污染物的表面通常提供這種潤濕性。
決定粘合性(例如，對反應(yīng)性粘合劑與含環(huán)氧和異氰酸酯固化體系的涂料來說)的另一個因素是被涂布的材料與底材化學(xué)結(jié)合的能力。換句話說，底材必須具有與該材料進行化學(xué)反應(yīng)的適當(dāng)化學(xué)性。例如，對胺固化環(huán)氧體系來說，該體系的環(huán)氧部分與胺部分進行化學(xué)反應(yīng)而在(以前與環(huán)氧化物的氧連接的)碳和胺的氮之間形成一個共價鍵。該反應(yīng)形成了一個能提供優(yōu)異內(nèi)聚強度的牢固三維分子結(jié)構(gòu)。所以，如果與胺固化環(huán)氧樹脂粘接的底材表面存在胺官能度，粘合劑和底材的化學(xué)反應(yīng)生成的產(chǎn)物將包含底材表面的胺官能度，胺官能度將結(jié)合入粘合劑的分子網(wǎng)絡(luò)。該分子網(wǎng)絡(luò)的形成增強了底材與粘合劑之間的粘合性。本發(fā)明的方法提供了增強底材與其它組合物(例如粘合劑和涂料)的粘結(jié)能力的途徑。
本發(fā)明的方法涉及提供對金屬和非金屬底材表面進行表面修飾以增強粘合力的方法。這些方法涉及，通過將底材表面暴露于從遠紫外線到紅外的電磁輻射而影響它的物理化學(xué)變化。另外，該底材可任選接觸一種或多種下列活性物含正電和負電粒子的離子化氣體、自由基、以及電子激發(fā)的氣體分子。本發(fā)明還提供了對底材任選的電離處理，它可以是就地的處理形式，“就地”在上下文中表示，在電磁輻射通量的通道中處理和/或在EM輻射通量輻射之后或以前進行處理。
本發(fā)明方法影響底材(它們可以是金屬或非金屬底材)最上層表面的物理化學(xué)變化，從而增強各種材料的粘合力，下文將詳細描述。如本文所述，當(dāng)?shù)撞拇┻^本發(fā)明的活性區(qū)(持續(xù)暴露于電磁輻射以及，在大多數(shù)情況下，接觸上述活性物)時，就會連續(xù)發(fā)生這些變化。
電磁輻射源可以是在下列波長和水平提供連續(xù)發(fā)射光的任意源。一些這樣的源可商購，每一種都有優(yōu)缺點。本發(fā)明優(yōu)選的源是UV源，它們被描述于S.P.Pappas，紫外光固化科學(xué)與技術(shù)(UV CuringScience and Technology)，Technology Marketing Corporation出版，1978，pp.96-132，將它并入本文作參考。
這里優(yōu)選的燈管類型是填充了物質(zhì)(例如，但不限于，水銀或氙/水銀)的有電極或無電極高質(zhì)量石英(合成的或非合成的)管。對無電極管來說，該管通過應(yīng)用微波輻射觸發(fā)起弧并且持續(xù)發(fā)射紫外線。就無電極管和裝置來說，有一些這方面的供應(yīng)商，例如，F(xiàn)usion UV Systems，Inc.，Ultraphase Equipment，Inc.和Nordson，UV Systems Division。這些類別的燈管系統(tǒng)的設(shè)備和技術(shù)描述于美國專利4,718,974、6,015,503和4,885,047和它們的參考文獻中。有電極燈管類別的裝置在工業(yè)中很常見，也可見于上述參考文獻中。
涉及使底材表面連續(xù)或持續(xù)暴露于電磁輻射(主要是在遠紫外光譜區(qū))達一定的時間(任選與在環(huán)境大氣壓力下控制或調(diào)節(jié)底材表面的活性氣體環(huán)境相配合)的本發(fā)明的基本方法可非常有效處理許多底材。然而，在一些情況下，由于從經(jīng)濟角度考慮希望增大產(chǎn)率(處理速率)，至于不尋常的惰性表面的處理，或者因為在特定用途中需要增大化學(xué)官能度在表面結(jié)合的速率，就需要增強或顯著提高在底材表面的處理強度。
這種增大強度或提供更積極的處理可這樣實現(xiàn)，即，通過增大光譜輸出，或者通過結(jié)合像電離裝置這樣的裝置。這樣，如果由于例如但不限于下列原因縮短在活性區(qū)內(nèi)的停留時間從而增大處理產(chǎn)量，或者提供更高濃度的官能團來調(diào)節(jié)不同的粘合劑或克服有時摻入聚合物材料的抗光離解添加劑(自由基清除劑)或抗氧化劑，而需要具有更高濃度的自由基和離子化粒子與底材表面相互作用，則可以利用電離裝置，可就地使用該裝置，即，在原有的連續(xù)電磁輻射通量的通道中，或者在活性區(qū)外使用。電離方法取決于電磁輻射通量促進它們的性能的能力。
電離裝置，例如，人們熟知的電暈放電裝置或常壓等離子體裝置，被用來通過使氣體流過兩個毗連的電極之間的窄間隙而產(chǎn)生離子。在電極之間接通交流高壓，產(chǎn)生穿過所述間隙的高壓場而導(dǎo)致電暈放電。這種放電(它也被稱為“無聲放電”或“冷等離子體放電”)轉(zhuǎn)變了氣體對離子和其它活性物的百分?jǐn)?shù)。參考圖2和3可見，本發(fā)明的電離裝置12有許多與高壓交流電(AC)電源15連接的平行排列的電極7。對電極施加交流電源使得在電極之間形成化學(xué)活性物。
本發(fā)明的電離裝置與下列本領(lǐng)域熟知的裝置類似，例如，電暈放電裝置、常壓等離子體裝置、常壓輝光放電裝置、電弧裝置等，但是，與這些裝置相比，本發(fā)明的電離裝置不依賴于惰性氣體，通?？捎幂^低的電壓激發(fā)，并且位于處理的底材較遠距離處。如上所述，該裝置可置于電磁輻射通量的通道中，或者在一些情況下，它在底材離開活性區(qū)后處理底材。還考慮的是這樣的實施方案，其中，將電離裝置既就地放置又放在活性區(qū)外。
本發(fā)明的一些實施方案中所用的電離裝置具有一些特征。本發(fā)明中電極被設(shè)計為實現(xiàn)穿過輻射源寬度的連續(xù)電離。滿足這個要求的任何特定設(shè)計都將可接受地起作用。然而，如果電離裝置的電極位于光活性區(qū)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選將它制作成具有最小而切實可行的橫截面積以便不限制紫外光源的輻射通量超過約10％。需求的電壓可在4～40千伏范圍內(nèi)。頻率范圍可以是60Hz～40KHz。
已知與那些基態(tài)的相比，只需較少的能量就可使已處于電子激發(fā)態(tài)(單態(tài)或三態(tài))的原子和分子離子化。通過使用本文描述的方法，電離裝置的激發(fā)需要比它處于非光激發(fā)環(huán)境時更低的電壓。由于該電離裝置是在已經(jīng)包含一些活性物(電子激發(fā)的原子和分子，離子化粒子和自由基)的環(huán)境中激發(fā)的，活性區(qū)內(nèi)的氣體要克服的活化能勢壘或電離勢低得多，于是，可電離或分解額外的電子激發(fā)的原子和分子(N.P.Cheremisinoff編輯，聚合物科學(xué)與技術(shù)手冊(Handbook ofPolymer Science and Technology)，Vol.3，第13章，“紫外線輻射對聚合物的影響”)。
在上文描述的方法中，應(yīng)該保持出口氣流以至于它能除去氣體(包括殘余活性氣氛物質(zhì)，表面活性副產(chǎn)物，例如，二氧化碳、水等，以及揮發(fā)性污染物)而不抑制入口噴嘴的處理氣體向內(nèi)流動。圖4提供了加工系統(tǒng)的該部分的細節(jié)。
另外，如果需要的話，電離裝置的電極也可以包括磁性限制而有助于集中或限制帶電粒子。這類用途的實例描述于美國專利5,433,786和5,160,396中，于是，將它們的公開并入本文作參考。
可結(jié)合入本發(fā)明以增大處理速率的另一個特征是，使底材表面暴露于紅外(IR)輻射來加熱底材最上層表面(與上述UV或者UV和電離輻照結(jié)合)?？稍谧贤饩€處理以前或處理期間進行該IR輻射。這樣，我們可以選擇還發(fā)射IR輻射的紫外線輻射源或者單獨使用IR輻射源。可以調(diào)節(jié)或限制IR輻射的量以至只有底材最上層表面暴露于熱和通過加熱受影響而底材本體不受影響。這可以通過幾種方式來實現(xiàn)，例如，通過為反射鏡(它通常是UV輻射源的一部分)提供冷卻劑附著物，或者在該反射鏡表面涂布雙色反射涂料。這樣的附著物或涂料是可商購的和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
可通過幾種方式來進行將底材移動通過活性區(qū)的操作。一種方法特別適合處理較大的底材(例如復(fù)合機翼)，所述方法包括，將本發(fā)明的處理裝置固定在遙控的五軸末端操縱器上，它驅(qū)動處理裝置以預(yù)定的距離和速率從該裝置到待處理的表面橫過底材。在該方法中，是處理裝置而不是底材被傳送或驅(qū)動。
另一種方法是提供輸送機系統(tǒng)來運送更小的部件(例如鞋底)通過活性區(qū)。在該方法中，底材被運輸或驅(qū)動，而加工裝置則可以是固定式的。這種輸送機系統(tǒng)方法示于圖1到4。然而，本發(fā)明不限于這些特定的方法。任何為底材提供必需的電磁輻射的適當(dāng)方法都將適合該目的。
用于列舉的實施方案中的裝置示于圖1～4中，它們包括下列單元的一個或多個一個優(yōu)選發(fā)射包括紫外光譜的輻射線的電磁輻射源、進氣噴嘴、一個出氣流通風(fēng)系統(tǒng)、一個底材傳輸系統(tǒng)(例如，輸送機系統(tǒng))、一個紅外源和一個電離裝置。
圖1是示出一個實施方案的主要和功能組件的示意圖。在圖1中，從發(fā)射源1發(fā)射強電磁(EM)輻射(范圍從遠紫外到和任選包括紅外(IR)光譜)。該EM激活了底材5的表面，于是，該表面被修飾和/或污染物9從表面被除去。IR輻射(如果存在的話)提供對底材5表面的直接加熱而促使污染物揮發(fā)。通過通風(fēng)系統(tǒng)4除去揮發(fā)的污染物和其它這類物質(zhì)9。
紫外線輻射通量(由虛線8表示)被活性區(qū)內(nèi)的氣氛部分地吸收(如陰影區(qū)2所示)。術(shù)語“活性區(qū)”指由輻射通量限定的區(qū)域，它里面的每一點都有可測定量的電磁輻射。將底材5置于輸送機系統(tǒng)(沒有示出)的傳送帶6上，允許它穿過活性區(qū)2。圖1中還示出了電離裝置的電極7，它們在所示實施方案中是就地的，即，所述電極處于活性區(qū)內(nèi)?；钚詤^(qū)2中的氣體通常是環(huán)境空氣，然而，為了特定類型的表面修飾還可通過進氣噴嘴3將不同氣體或氣體混合物10噴入活性區(qū)來改變所述氣氛的組成。優(yōu)選地，該裝置包括至少兩個與傳送帶6上底材移動方向一致的進氣噴嘴，從而最適當(dāng)?shù)卮迪椿钚詤^(qū)2。
如下文討論的活性區(qū)氣氛的組成可以包括一些不同的氣體，這取決于底材類別和隨后所需的表面化學(xué)性質(zhì)，或者可以是下述惰性氣體。作為活性區(qū)的一部分，氣氛氣體分子將吸收一部分紫外輻射線而形成一些活性物(包括電子激發(fā)的原子和分子，離子化粒子，以及通過本領(lǐng)域通常已知的方法(光吸收、光離子化和光解離)產(chǎn)生的自由基)。殘余的紫外輻射線將輻射到底材表面而通過碳-氫鍵、碳-碳鍵等的光解離產(chǎn)生表面自由基和電子激發(fā)的聚合物部分(分子或聚合物的部分或特定單元)。如果存在任何通過IR輻射不能揮發(fā)的殘余污染物，這些化合物的光解離將促進它們的揮發(fā)和從底材表面除去。
由于活性區(qū)氣氛(也稱作光活性區(qū)氣氛)處于大致化學(xué)活化的狀態(tài)，而且底材被光激活，所以在底材表面會發(fā)生非常積極的化學(xué)變化，為底材表面隨后的潤濕和粘合例如粘合劑的材料提供了所需的最佳化學(xué)官能度?；钚詤^(qū)2實際上不受限制且一直處于環(huán)境大氣壓力下。
圖2的示意圖示出，紫外光源1直接位于帶有電極7的電離裝置12和具有傳送帶6的輸送機系統(tǒng)(該系統(tǒng)的所有部件都沒示出)13的上方。紫外線電源部件14與紫外光源電連接。還示出了電離裝置電源部件15。
圖3示出了一個裝有氣體噴射系統(tǒng)的實施方案。紫外光源1位于帶有電極7的電離裝置12上方。電離裝置由一個交流電源15供電。最靠近電離裝置12的電極7的是進氣噴嘴16，用來將氣體噴到底材表面或活性區(qū)內(nèi)。通過氣體供應(yīng)管線17將進氣噴嘴16連接到氣源(沒有示出)。
在圖4中闡釋了本發(fā)明的另一個實施方案。箭頭25所示的環(huán)境空氣，穿過發(fā)射紫外輻射線(如波浪線26所示)的紫外光源1的頂部，并且通過該裝置而保持冷卻紫外光源1。該氣體的大部分流過紫外光源1底側(cè)的外圍。該氣流進入外圍通道18且通過負壓排氣系統(tǒng)19(抽風(fēng)機沒示出)除去。允許少量的殘余氣流進入底材22。該殘余氣體和操作氣體(由短劃線27表示，通過進氣噴嘴16導(dǎo)入)與揮發(fā)的組分一起被收集到位于底材下方的風(fēng)道20中并通過通風(fēng)系統(tǒng)21除去。該通風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)道和抽風(fēng)機(沒示出)，抽風(fēng)機是實驗室通風(fēng)柜中應(yīng)用的那種或是作為房屋排氣扇的那種。小心保持平衡以便不讓過多的氣體向下流入底材而限制進入活性區(qū)的操作氣體的流入。
圖4還示出了環(huán)繞紫外光源1的周邊的導(dǎo)引系統(tǒng)和空氣流動動力學(xué)。箭頭25描繪了紫外光源冷卻氣流方向。如圖所示，空氣被迫向下流過紫外光源。經(jīng)過上方的導(dǎo)引系統(tǒng)18從上面的排氣管19除去大部分空氣和一些其它氣體物質(zhì)(例如污染物)。殘余氣體和氣體物質(zhì)可通過通風(fēng)系統(tǒng)21經(jīng)過下方的導(dǎo)引風(fēng)道20除去。從管道和排氣裝置中排除多余物質(zhì)的方法是本領(lǐng)域熟知的。例如，可以用在通風(fēng)櫥中常用的那一類抽風(fēng)機。
所以，如圖所示，在一個實施方案中，本發(fā)明提供了一個裝置，它包括一個固定式的、產(chǎn)生活性區(qū)的電磁輻射源。該裝置還包括一個用來傳送底材通過活性區(qū)(于是，底材暴露于活性區(qū)達一段停留時間)的輸送機系統(tǒng)。該輸送機系統(tǒng)可進一步包括一條運送底材的傳送帶。另外，該輸送機系統(tǒng)可包括一個與輸送機系統(tǒng)鄰近的對活性區(qū)抽氣的通風(fēng)系統(tǒng)。此外，本發(fā)明提供了一種處理底材的方法，該方法將底材暴露于通過電磁輻射產(chǎn)生的活性區(qū)。該方法進一步包括，利用輸送機系統(tǒng)運送底材穿過活性區(qū)，于是底材暴露于活性區(qū)達一段停留時間。
本發(fā)明的方法和裝置所用的停留時間優(yōu)選在約0.01秒～約30秒范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約0.1秒～約10秒范圍內(nèi)，而最優(yōu)選在約0.2秒～約5秒范圍內(nèi)。
應(yīng)用本發(fā)明的方法和裝置，可以用一種或多種氣體在環(huán)境(大氣)壓力下連續(xù)地、均勻地和一致地處理聚合物底材。這些氣體包括，但不限于環(huán)境空氣、氮氣、氧氣、二氧化碳、氨和/或各種可以蒸發(fā)的液體。這些氣體可以單獨使用或在使用前預(yù)先混合。用于本發(fā)明的氣體可以是進入氣體供應(yīng)管線前從液態(tài)形式蒸發(fā)的氣體?？梢酝ㄟ^直接加熱液體到等溫水平，再迫使蒸氣與環(huán)境空氣或其它任何所需的氣體一起進入氣體供應(yīng)管線而產(chǎn)生液體蒸汽。備選地，可將任何所需的組成的壓縮氣體吹過液體而獲得所需組成的稀釋蒸汽混合物，接著，將它導(dǎo)入氣體供應(yīng)管線。
本發(fā)明的方法中所用氣體取決于待處理的一種或多種底材和被涂布的一種或多種材料。如前文所述，底材可被修飾而在底材上含有官能度以增大被涂布的材料(例如粘合劑)的潤濕性。例如，如果使用環(huán)氧粘合劑，一種優(yōu)選的表面修飾應(yīng)結(jié)合胺官能度。備選地，如果使用熱熔固化粘合劑，例如，濕固化(異氰酸酯)熱熔性粘合劑；在一些情況下，底材表面可被修飾而包括氯官能度和/或氧官能度，而更優(yōu)選既包括氯官能度又包括氧官能度。
紫外輻射線的強度水平或劑量取決于多個變量，例如，待處理的底材類型、污染水平、將粘結(jié)到底材上的材料的類別、底材與被粘結(jié)材料之間的粘合性能、接觸底材的紫外線的光譜頻率、應(yīng)用的輔助電離的水平等。然而，電磁輻射強度通常在約0.1焦耳/平方厘米～約50,000焦耳/平方厘米，更優(yōu)選約2.0焦耳/平方厘米～約5,000焦耳/平方厘米，最優(yōu)選約10焦耳/平方厘米～約1000焦耳/平方厘米。
紫外輻射線的頻率范圍也取決于幾個變量。優(yōu)選地，電磁輻射包括的輻射線波長在約150納米～400納米范圍內(nèi)，而更優(yōu)選地，電磁輻射包括的輻射線波長在約150納米～300納米范圍內(nèi)，最優(yōu)選地，電磁輻射包括的輻射線波長在約150納米～250納米范圍內(nèi)。
紫外線輻射的輻射時間取決于幾個變量，它們包括但不限于，被處理的材料類別、污染物的水平、紫外線劑量、輻射線頻率范圍、應(yīng)用的輔助電離的水平和所需的處理量。然而，優(yōu)選使底材暴露于活性區(qū)的時間不短于約0.01秒和不長于約30秒。更優(yōu)選使輻射時間不短于約0.1秒和不長于約10秒。最優(yōu)選使輻射時間不短于約0.2秒和不長于約5秒。
這樣，在一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明提供了預(yù)處理聚合物底材的裝置，用來將包括粘合劑的材料粘附在聚合物底材上，其中，該裝置在大致環(huán)境壓力下操作，它包括一個用來產(chǎn)生活性區(qū)的電磁輻射源，其中，所述電磁輻射是波長在約150納米～約250納米范圍內(nèi)的輻射線，而且其中，所述電磁輻射的強度在約10焦耳/平方厘米～約1000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)，而且其中，將所述電磁輻射線對著底材照射而暴露底材的一個表面于活性區(qū)，于是，底材被修飾而將一種材料粘附到所述底材表面，而且其中，該裝置在大致環(huán)境壓力下操作，一個用來將底材傳送通過所述活性區(qū)的輸送機系統(tǒng)，于是，所述底材暴露于活性區(qū)達一段停留時間，其中，停留時間在約0.2秒～約5秒范圍內(nèi)；一個通風(fēng)系統(tǒng)，于是，可對與輸送機系統(tǒng)相鄰的活性區(qū)抽空；一個電離裝置；一個用于將空氣循環(huán)通過所述電離裝置的空氣供應(yīng)系統(tǒng)；一個紅外輻射源；以及一個氣體噴射器系統(tǒng)，于是，可將氣體噴到暴露于活性區(qū)的底材表面。
底材表面的化學(xué)官能度的壽命或存在時間通常比較短，可能在從短到數(shù)分鐘到幾天或幾星期的范圍內(nèi)，結(jié)果導(dǎo)致底材表面最上層分子水平的官能度的減少。因此，在這樣處理以后不久，在后續(xù)的生產(chǎn)過程(例如，制鞋、飛行器制造、汽車制造)中可能有必要或優(yōu)選利用或結(jié)合用本發(fā)明方法處理過的底材。如果不能這樣做，或者如果結(jié)果是，官能度的減少導(dǎo)致處理的底材效能低于可接受的限度，就可以采用一些方法。一個方法是，采用本發(fā)明方法重新處理底材以便達到與第一次處理相似的或同等的結(jié)果。一個備選方法應(yīng)當(dāng)是，增大底材表面的官能度的量。然而，這樣做必須小心，因為不希望包括太大量的官能度(例如，過度氧化)，因為它傾向于縮短底材表面聚合物鏈的分子長度，引起表面松散的邊界層。另一種方法應(yīng)當(dāng)是，用粘合劑(例如水基異氰酸酯固化體系)涂布底材，使它干燥，加熱活化粘合劑涂層，接著在干凈的環(huán)境下貯存未粘結(jié)到另一塊底材上的部分。當(dāng)希望粘結(jié)到另一塊底材上時，此時，可在沒有進行另外的表面處理的第一塊上涂布另一層粘合劑，再進行粘結(jié)操作。
如上所示，在底材表面可能需要一種或多種類型官能度以增強粘合力。優(yōu)選修飾表面而包含約0.1％～約20％、更優(yōu)選約5％～約15％任何給定的化學(xué)官能度。例如，優(yōu)選修飾表面而包含約0.1％～約20％、更優(yōu)選約5％～約15％的氧、氯或胺官能度。上面標(biāo)示的官能度的百分?jǐn)?shù)是不包括氫的原子百分?jǐn)?shù)，是通過化學(xué)分析的電子能譜(ESCA)確定的。根據(jù)應(yīng)用來定，可能有必要或需要在聚合物表面結(jié)合其它元素和官能團。采用合適的物質(zhì)～(包括活性氣體物)，改良本發(fā)明的方法來實現(xiàn)這個目的應(yīng)當(dāng)屬于本領(lǐng)域技術(shù)范圍。
如果希望氯官能度，活性區(qū)氣氛可包含四氯化碳、氯仿或其它任何含氯的揮發(fā)性物質(zhì)。通常，鹵化物可用于需鹵官能度的場合。如果希望氧官能度，活性區(qū)氣氛可包含例如水蒸汽、氧氣或空氣。如果底材已經(jīng)包含氧官能度，可采用二氧化碳氣體將它進一步修飾到更低的氧化態(tài)，例如，從羧基官能度到羥基官能度。如果希望胺官能度，活性區(qū)氣氛可以包含任何含氮(例如氨或氮氣)的有機揮發(fā)性組合物。還可以根據(jù)本發(fā)明往底材表面添加其它官能度。
應(yīng)注意，聚合物可能含少量濕氣或其它化合物，它們還可能在加熱底材時(例如，如果希望增加氧官能度)通過遷移到底材表面而產(chǎn)生增加的官能度。所以，如果底材有足夠水含量，該水分能在處理操作條件下遷移到表面或表面附近而以所需的量產(chǎn)生所需的官能度，可以在惰性或環(huán)境氣氛中操作本發(fā)明的方法。參見，例如，D.M.Brewis，國際粘結(jié)和粘合劑雜志(Int.J.Adhesion & Adhesives)，vol.13，no.4，p.251，1993。
有時，需要處理的物件具有復(fù)雜的形狀，例如，如果底材是彎曲的和/或具有對入射的輻射通量傾斜的表面。由于這些物件的形狀，與對于入射的輻射線更垂直的表面相比，可能發(fā)生更小的表面處理。為了解決這個問題，可以采取一些方法。
例如，一種方法是，重新定位光活性區(qū)，以至照射處理對所有表面的平均曝光量相等。另一種方法是，使輸送系統(tǒng)以一定角度移動待處理的物件，以至所有表面具有相等的平均曝光量。又一種方法是，在同一輸送機系統(tǒng)上安置多于一個表面處理裝置(紫外光源等)，以便所有底材表面區(qū)域獲得相等的平均曝光量。
這樣，在一個實施方案中，本發(fā)明的裝置進一步包括第二個電磁輻射源，其中，第二電磁源的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，第二個電磁源的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的底材表面。備選地，本發(fā)明的裝置進一步包括許多電磁輻射源，其中，許多電磁源中每一個的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，許多電磁源中每一個的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的底材表面。這類實施方案可用于包含許多處于一個以上平面內(nèi)的表面的底材，例如，包括第一個表面和相對該第一個表面傾斜的第二個表面的底材。至于處理這樣的底材，本發(fā)明的裝置還可包括操縱電磁輻射以控制照射每個表面的輻射量的裝置。在一個優(yōu)選的實施方案中，相對于底材活動性地安裝電磁輻射源，于是在第一步，可相對于底材移動所述電磁輻射源而導(dǎo)致電磁輻射線以相對于第一個表面的法面約15度～約75度的角度入射第一個表面，而在第二步，可相對于底材移動所述電磁輻射源從而導(dǎo)致電磁輻射線以相對于第二個表面的法面約15度～約75度的角度入射第二個表面。
又一種方法是進一步設(shè)計電離裝置，使它對所有表面同等地提供電離作用。使磁力集中和/或可將反射器改變方向而使處理平均同等地影響所有底材表面區(qū)域，可有利于上述全部調(diào)節(jié)。
再者，有時也可能需要處理小而非常復(fù)雜的形狀的物件，例如，塑性薄壁96-孔微量培養(yǎng)板只需紫外光源的輻射。這可通過下述方法輕易實現(xiàn)，即，將該物件置于一個加工成四邊形狀的容器內(nèi)，底邊(盒)比物件高度稍深，該物件由惰性材料(例如金屬)制成。然后，在該處理容器中注入選定的反應(yīng)性氣體并用可透過從紫外光譜到紅外光譜范圍的高質(zhì)量石英玻璃窗覆蓋。接著，將該容器置于輸送機系統(tǒng)上，輸送通過光活性區(qū)而進行充分的連續(xù)處理。
本文應(yīng)用的術(shù)語“聚合物”表示均聚物，共聚物和/或它們的摻合物以及與其它聚合物和/或天然的和合成的橡膠的合金，還有聚合物基復(fù)合材料，它們本體，或者作為多層層壓復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體和最上層部分，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括任何材料，例如，聚合物、金屬或陶瓷、合成的或天然的纖維(例如，棉花)或者是任何類型底材上的有機涂料。術(shù)語“聚合物”還可表示熱固性和/或熱塑性材料。
可根據(jù)本發(fā)明修飾的特別適合的底材包括彈性體基材(包括硫化橡膠、熱塑性基材和熱固性塑料)。彈性體基材的非限制性實例包括天然橡膠(NR)、苯乙烯-丁基(butyl)-苯乙烯橡膠(SBS)、丁苯橡膠(SBR)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚氨酯橡膠(PU)、聚丁二烯橡膠(BR)、氯化丁基橡膠(CLLR)、聚異戊二烯橡膠(R)、氯丁橡膠(CR)、異丁橡膠(IIR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、硅氧烷彈性體、丁腈橡膠(NBR)、聚丙烯酸酯橡膠(ACM)、氟彈性體和聚烯烴熱塑性彈性體。熱塑性基材的非限制性實例包括聚烯烴，例如，低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚烯烴和其它聚合物或橡膠的摻合物，鹵化聚合物，例如，聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙共聚物(FEP)、聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯和聚苯乙烯共聚物，聚醋酸乙烯，丙烯酸酯熱塑性塑料，聚醚，例如，聚甲醛(Acetal)、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、聚噁二唑，聚酯，例如，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氨酯，聚硅氧烷，聚硫化物，聚縮醛類，聚乙烯，聚異丁烯，聚硅酮，聚二烯(polyclienes)，酚醛聚合物，聚丙烯腈，聚四氟乙烯，聚異戊二烯，聚酰亞胺，聚碳酸酯，聚酰胺，例如，聚己二酰己二胺(尼龍66)，聚對苯二甲酸乙二酯，聚甲醛，甲基丙烯酸酯聚合物，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，芳族聚合物，例如，聚苯乙烯(PS)，以及酮類聚合物，例如，聚醚醚酮(PEEK)。合適的熱固性塑料包括但不限于環(huán)氧化物，聚氨酯，氰基丙烯酸酯，聚三唑，聚喹喔啉，聚咪唑并吡咯酮和含有芳族成分的共聚物。
用于制鞋業(yè)的其它底材也可以通過本發(fā)明的方法修飾，這樣的底材例如但不限于聚烯烴熱固性彈性體，例如，EngageTM(聚丙烯同系物)，可從Dow Plastics商購的彈性泡沫材料(它包含同系物類型主鏈的聚丙烯)，鹵化聚烯烴熱塑性彈性體，有機纖維，例如，芳族聚酰胺纖維(KevlarTM)，以及人造革和天然皮革。
圖5闡釋了本發(fā)明的具有多層鞋底34、35和36的鞋。通常，鞋的底部(鞋外底)34由耐久性橡膠材料(例如SBR)制成。鞋底夾層35和36通常由泡沫材料(例如，EVA或聚氨酯泡沫塑料)制成。上層結(jié)構(gòu)37可由任意合適的材料(例如，尼龍、帆布、皮革和其它天然聚合物)制成。鞋底表面31、32或33的任一層可根據(jù)本發(fā)明修飾。然后，就可直接或使用粘合劑將該鞋底與另一層鞋底粘合。當(dāng)鞋底被粘結(jié)時，它們可以處于任何適合的狀態(tài)，既包括固體也包括液體形態(tài)。換句話說，例如，鞋底的底部可由固態(tài)聚氨酯彈性體制成，而鞋底夾層則由固態(tài)泡沫體構(gòu)成。此時，可以修飾一層或兩層鞋底，再用粘合劑粘結(jié)鞋底，備選地，鞋底的底部可由固態(tài)聚氨酯彈性體構(gòu)成，而鞋底夾層則可由能固化成泡沫體的液態(tài)物質(zhì)構(gòu)成。此時，修飾鞋底底層，再在鞋底底層形成鞋底夾層，即，通過將液態(tài)預(yù)發(fā)泡物質(zhì)傾到鞋底底層上，接著，將該液態(tài)預(yù)發(fā)泡物質(zhì)固化成固態(tài)泡沫鞋底夾層。在該實施方案中，形成的結(jié)構(gòu)包含粘結(jié)到鞋底底層的大致固態(tài)泡沫鞋底夾層。
采用本發(fā)明修飾的底材可以用寬范圍的粘合劑和密封劑粘合。這些粘合劑和密封劑可以呈含一些溶劑的溶液或分散液形式，例如但不限于，水或有機液體，或者它們可以呈固態(tài)形式，例如，熱熔粘合劑。合適的粘合劑包括但不限于異氰酸酯型聚酯熱熔膠、異氰酸酯型水基聚氨酯、聚硫化物、氰基丙烯酸酯、環(huán)氧化物、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰亞胺-酰亞胺、聚酰胺-表氯醇、聚酯、丙烯酸和丙烯酸聚酯、硅酮粘合劑和密封劑、丁二烯(butacliene)-丙烯腈、丁二烯-苯乙烯、氯丁橡膠、丁基橡膠、聚異丁烯、乳膠、乙烯醋酸乙烯酯、環(huán)氧-腈、酚-腈-酚、間苯二酚和聚乙烯粘合劑。
可用于已利用本發(fā)明修飾的底材上的涂層的適當(dāng)有機硅烷單體、低聚物或聚合物包括但不限于甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基乙氧基硅烷、甲基三乙酸基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、甲基三丁氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、γ-甲基-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巰基丙基三甲氧基硅烷、氯甲基三甲氧基硅烷、氯甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、環(huán)氧丙氧基甲基三乙氧基硅烷、α-環(huán)氧丙氧基乙基三甲氧基硅烷、α-環(huán)氧丙氧基乙基三乙氧基硅烷、β-環(huán)氧丙氧基乙基三甲氧基硅烷、β-環(huán)氧丙氧基乙基三乙氧基硅烷、α-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、α-環(huán)氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、β-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、β-環(huán)氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-環(huán)氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-環(huán)氧丙氧基丙基二甲基乙氧基硅烷、它們的水解產(chǎn)物，以及這類硅烷單體和它們水解產(chǎn)物的混合物。其它潛在的有機硅烷單體、低聚物或聚合物包括美國專利5514466，第5欄，第56行到第7欄，第12行公開的有機硅烷，將它的公開并入本文作參考。該專利，在第7欄，第8～12行公開了含有環(huán)氧基和環(huán)氧丙氧基的有機硅氧烷化合物在涂料組合物中的應(yīng)用。
修飾的底材也可以用保護性涂料有效地涂布，保護性涂料例如但不限于聚氨酯、環(huán)氧化物、乳膠等。
本發(fā)明可用來預(yù)處理用于飛機和宇宙飛船的部件(例如，由復(fù)合材料制造的部件)，還用于預(yù)處理汽車生產(chǎn)中所用的部件(例如，塑料部件和復(fù)合材料部件)。
本發(fā)明也可用于處理生物用途的聚合物。例如，已經(jīng)證實，通過使用已知的PCR(聚合酶鏈反應(yīng))方法難于在PP(聚丙烯)上固定寡核苷酸，這是由于聚丙烯極穩(wěn)定的表面特性(非生物相容性、缺乏潤濕性等)(Hamaguchi等，臨床化學(xué)(Clinical Chemistry)，4411，Nov.1998)。然而，本發(fā)明的方法提供了PP和PE(聚乙烯)表面非常有效的官能作用，它促進寡核苷酸優(yōu)異的固定化而俘獲m-RNA(m-核糖核酸)和c-DNA(c-脫氧核糖核酸)合成。以相同方式，本發(fā)明還提供其它常規(guī)聚合物表面的官能作用而固定蛋白質(zhì)、肽等化合物的官能作用。這類化合物的固定化可能適用于各種用途，包括例如，免疫測定和其它類的分析，該分析利用固定化蛋白質(zhì)或其它化合物對溶液中的化合物的特異親合性，高流通量篩查、組合合成等。
任何發(fā)生的故障將是下列一個或幾個故障的組合粘合劑內(nèi)的失效(內(nèi)聚破壞)、粘合劑與聚合物底材表面之間的界面破壞(粘合失效)或底材內(nèi)的破壞(底材破壞)。
在下文的表中，傳送帶的速度以英尺/分鐘的單位給出，而處理氣體(通入反應(yīng)性處理區(qū)的氣體類型)以升/分鐘給出。Atm.代表環(huán)境氣氛，而Vap.代表含有Atm.載體的CHC13。試驗結(jié)果以Kg/in(千克每英寸)的值給出。在粘結(jié)后大約120小時對所有試驗樣品進行了機械試驗。對所有樣品進行的試驗都是150度Tee剝離拉力試驗(ASTMD412-97)。提拉速率是每分鐘4英寸。利用該試驗，優(yōu)選的是，粘結(jié)的樣品能耐至少約14ppi(約6.3Kg/in)。
在許多情況下還包括(如下表所示)按下列方法制備的同樣材料的對比試驗，即，利用當(dāng)前用于制鞋工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)清潔和氯化打底技術(shù)，例如，用2％異氰尿酸(isocyamuric acid)的醋酸乙酯溶液。切割上述所有樣品并一致地與那些用本發(fā)明連續(xù)表面處理方法表面處理過的表面粘結(jié)。
在實施例1-12中，用本發(fā)明的連續(xù)表面修飾方法按下列條件處理切割成5英寸×1英寸的條形底材表面。電磁能的源是連續(xù)的紫外光源，它通過微波輻射激發(fā)的水銀/氙填充的無電極石英線型燈管發(fā)射電磁光譜線?？傒敵龉β蚀蠹s為90瓦/厘米2，總輸出的大約30瓦/厘米2是在紫外區(qū)發(fā)射的。沒有試圖清潔底材表面；將照原樣進行處理(IMEVA除外)，按供應(yīng)商的建議用清洗劑清洗，再用水漂洗。然后，在10分鐘處理時間內(nèi)對兩塊底材在已經(jīng)處理的每個底材的表面涂粘合劑，再讓材料在環(huán)境空氣中干燥15分鐘。接著，加熱表面到170°F和彼此接觸地放置。然后對粘結(jié)樣品加壓(約30psi)大約1分鐘。所用的粘合劑是聚氨酯水基濕氣固化粘合劑體系。
表1描述了表面處理操作條件和對實施例1-12每一個的機械試驗結(jié)果。
表1.加工條件
從表1可見，用本發(fā)明的方法達到的粘結(jié)強度比得上、而在某些情況下甚至高于用標(biāo)準(zhǔn)處理方法達到的粘結(jié)強度。
在實施例13-17中，切割底材，利用本發(fā)明的方法處理，再用如上文實施例1-12中所述的水基濕氣固化粘合劑粘結(jié)。然而，在機械試驗以前，在室溫下將它們浸入水中達6小時。露置于該環(huán)境中之后，如上述那樣使它們干燥，再進行機械試驗。該試驗(測試耐水性)闡明了粘合劑在潮濕環(huán)境中保持有效的能力。將這些耐水性試驗的結(jié)果示于下表2中。如表1中實施例1-12那樣，也利用常規(guī)清潔和打底方法制備了對比樣品，并進行了測試。
表2.加工(耐水試驗)
表2示出了，利用本發(fā)明的方法產(chǎn)生的粘附鍵表現(xiàn)顯著的耐水性。實施例18-25示出了為了測定本發(fā)明方法處理的有效期限而進行的試驗。在這些試驗中，利用本發(fā)明的連續(xù)法對八個SBR橡膠樣品進行了表面處理。如實施例1-12那樣，處理這些樣品，然后，在處理后四個不同的時間點成對切割并粘合。在處理后不到5分鐘，切割第一對(實施例18和19)并粘合。在處理后75分鐘，切割第二對(實施例20和21)并粘合。在處理后150分鐘，切割第三對(實施例22和23)并粘合；在處理后270分鐘，切割第四對(實施例24和25)并粘合。在粘合后120小時，測試該試驗系列中的全部樣品。
表3.連續(xù)表面處理操作條件(處理后在不同的時間段切割和粘結(jié))
示于表3中的數(shù)據(jù)闡明了，處理過的材料表面官能度的有效期限不限于數(shù)分鐘。為了闡述利用本發(fā)明方法的效果，即，電磁能與控制的和調(diào)節(jié)的氣體環(huán)境的協(xié)作，與電離特征組合，進行了下列對比試驗。同樣利用如實施例8中進行的連續(xù)表面處理對DCEVA樣品進行表面處理，不同的是，傳送帶線速度增大到8英尺/分鐘。然后，如上述那樣用水基粘合劑粘合該樣品。再如上述那樣對粘合的樣品進行機械試驗。也與實施例26一樣對第二個DCEVA樣品進行表面處理，不同的是，利用電離裝置與電磁輻射/活性氣體環(huán)境組合。關(guān)于電離裝置的操作參數(shù)是60Hz，12.5kV，60毫安(millamperes)。還利用與實施例26中相同的材料和處理來粘合樣品。該試驗的結(jié)果給出于下表4中。
表4.用電離作用處理
表4示出了，對一些底材來說，電離作用大大改善了粘合強度。為了闡明用熱熔性粘合劑進行本發(fā)明的表面處理的行為特性，進行了如下實施例28-31。將底材表面(DCEVA和SBR)切割成5英寸×1英寸的樣品，再利用下表5中所示條件進行表面處理。如前所述，沒有試圖預(yù)清潔底材表面。在表面處理以后，對每個處理過的表面涂熱熔膠(濕氣固化)。然后，如實施例1-12中關(guān)于水基粘合劑所述那樣粘合樣品(成對搭配，加壓，在試驗以前讓它們靜置120小時)。將150度機械剝離試驗的結(jié)果示于下表5中。全部試驗樣品都沒有粘合失效或內(nèi)聚破壞，但在EVA底材中出現(xiàn)破壞。
表5.采用熱熔粘合劑
在本說明書中引用的全部發(fā)布和專利都以其全文并入本文作參考。
還應(yīng)該懂得，給出前文關(guān)于本發(fā)明的描述是為了闡述和解釋而不是想限制本發(fā)明于本文確切的實施方式。所以，前文關(guān)于鞋、修飾的底材和單獨利用電磁能或與電離處理表面修飾結(jié)合用來修飾底材的方法所列舉的實施方案是為了闡述。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得如何改變，所以，本發(fā)明不想限于上述具體實施方案。此外，當(dāng)不存在本文沒有具體描述為本方法一部分的任何成分或材料時，按本發(fā)明實施也可使本發(fā)明的方法起作用。因此，應(yīng)懂得，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能所作的改變沒有偏離本發(fā)明的精神，而本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)理解為下述權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)處理底材的裝置，該裝置包括一個用來產(chǎn)生活性區(qū)的電磁輻射源，其中，所述電磁輻射包括在遠紫外區(qū)的輻射，而且其中，將所述電磁輻射線對著底材照射而暴露底材的一個表面于活性區(qū)，于是，底材被修飾而通過暴露于所述活性區(qū)將一種材料粘附到所述底材表面，以及，其中，所述裝置在大致環(huán)境壓力下操作。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述電磁輻射進一步包括紅外輻射。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述電磁輻射包括波長在約150納米～約300納米范圍內(nèi)的射線。
4.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述電磁輻射包括波長在約150納米～約250納米范圍內(nèi)的射線。
5.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述電磁輻射的強度在約2.0焦耳/平方厘米～約5,000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述電磁輻射的強度在約10焦耳/平方厘米～約1000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)。
7.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述電磁輻射源是固定式的。
8.權(quán)利要求1的裝置，它進一步包括一個用來將底材傳送通過所述活性區(qū)的輸送機系統(tǒng)，于是，所述底材暴露于活性區(qū)達一段停留時間。
9.權(quán)利要求8的裝置，其中，所述停留時間在約0.1秒～約10秒范圍內(nèi)。
10.權(quán)利要求8的裝置，其中，所述停留時間在約0.2秒～約5秒范圍內(nèi)。
11.權(quán)利要求8的裝置，其中，所述輸送機系統(tǒng)進一步包括一條用來傳輸?shù)撞牡膫魉蛶А?br> 12.權(quán)利要求8的裝置，其中，所述輸送機系統(tǒng)進一步包括一個用來對與輸送機系統(tǒng)相鄰的活性區(qū)抽空的通風(fēng)系統(tǒng)。
13.權(quán)利要求1的裝置，它進一步包括一個電離裝置。
14.權(quán)利要求13的裝置，其中，所述電離裝置位于活性區(qū)。
15.權(quán)利要求13的裝置，它進一步包括一個供氣系統(tǒng)使所述氣體循環(huán)通過所述電離裝置。
16.權(quán)利要求1的裝置，它進一步包括一個紅外輻射源，其中，通過將所述底材暴露于所述紅外輻射源而對其加熱。
17.權(quán)利要求16的裝置，其中，固定所述紅外輻射源而在將所述底材暴露于所述電磁輻射源以前對底材加熱。
18.權(quán)利要求1的裝置，它進一步包括一個氣體噴射器，于是，可將氣體噴到暴露于活性區(qū)的底材表面。
19.權(quán)利要求18的裝置，其中，要噴到暴露于活性區(qū)的底材表面的氣體包括選自下組的氣體四氯化碳、氯仿、鹵官能度化合物、氧官能度化合物、水蒸汽、氧、空氣、硅烷、胺官能度化合物、氨和氮。
20.權(quán)利要求1的裝置，它進一步包括第二個電磁輻射源，其中，來自所述第二個電磁源的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，將來自所述第二個電磁源的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的底材表面。
21.權(quán)利要求1的裝置，它進一步包括多個電磁輻射源，其中，來自所述多個電磁源中每一個的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，將來自所述多個電磁源中每一個的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的底材表面。
22.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述底材包括很多位于一個以上平面內(nèi)的表面。
23.權(quán)利要求22的裝置，它進一步包括用來操縱所述電磁輻射以控制照射每個表面的輻射線劑量的裝置。
24.權(quán)利要求22的裝置，其中，所述底材包括第一個表面和相對于該第一個表面傾斜的第二個表面。
25.權(quán)利要求24的裝置，將所述電磁輻射源相對于底材活動性地安裝，于是在第一步，可相對于底材移動所述電磁輻射源而導(dǎo)致電磁輻射線以相對于第一個表面的法面約15度～約75度的角度入射第一個表面，而在第二步，可相對于底材移動所述電磁輻射源而導(dǎo)致電磁輻射線以相對于第二個表面的法面約1 5度～約75度的角度入射第二個表面。
26.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述底材由一種合成聚合物構(gòu)成。
27.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述底材由一種天然聚合物構(gòu)成。
28.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述材料包括一種粘合劑。
29.權(quán)利要求1的裝置，它進一步包括一個用來盛所述底材的處理容器。
30.權(quán)利要求29的裝置，其中，所述處理容器進一步包括一個石英窗。
31.一種預(yù)處理底材的裝置，該裝置包括一個用來產(chǎn)生活性區(qū)的電磁輻射源，其中，所述電磁輻射是波長在約150納米～約250納米范圍內(nèi)的輻射線，而且其中，所述電磁輻射的強度在約10焦耳/平方厘米～約1000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)，而且其中，將所述電磁輻射線對著底材照射而暴露底材的一個表面于活性區(qū)，于是，底材被修飾而通過暴露于所述活性區(qū)將一種材料粘附到所述底材表面，以及，其中，所述裝置在大致環(huán)境壓力下操作。
32.權(quán)利要求31的裝置，其中，所述電磁輻射進一步包括紅外輻射。
33.權(quán)利要求31的裝置，其中，所述電磁輻射源是固定式的。
34.權(quán)利要求31的裝置，它進一步包括一個用來將底材傳送通過所述活性區(qū)的輸送機系統(tǒng)，于是，所述底材暴露于活性區(qū)達一段停留時間。
35.權(quán)利要求34的裝置，其中，所述停留時間在約0.1秒～約10秒范圍內(nèi)。
36.權(quán)利要求34的裝置，其中，所述停留時間在約0.2秒～約5秒范圍內(nèi)。
37.權(quán)利要求34的裝置，其中，所述輸送機系統(tǒng)進一步包括一條用來傳輸?shù)撞牡膫魉蛶А?br> 38.權(quán)利要求34的裝置，其中，所述輸送機系統(tǒng)進一步包括一個通風(fēng)系統(tǒng)，于是，可對與輸送機系統(tǒng)相鄰的活性區(qū)抽空。
39.權(quán)利要求31的裝置，它進一步包括一個電離裝置。
40.權(quán)利要求39的裝置，其中，所述電離裝置位于活性區(qū)。
41.權(quán)利要求39的裝置，它進一步包括用來循環(huán)所述氣體通過所述電離裝置的一個供氣系統(tǒng)。
42.權(quán)利要求34的裝置，它進一步包括一個紅外輻射源，其中，通過暴露于所述紅外輻射源來加熱所述底材。
43.權(quán)利要求42的裝置，其中，固定所述紅外輻射源而在將所述底材暴露于所述電磁輻射源以前對底材加熱。
44.權(quán)利要求31的裝置，它進一步包括氣體噴射器，于是，可將氣體噴到暴露于活性區(qū)的底材表面。
45.權(quán)利要求44的裝置，其中，要噴到暴露于活性區(qū)的底材表面的氣體包括選自下組的氣體四氯化碳、氯仿、氯官能度化合物、氧官能度化合物、水蒸汽、氧、空氣、硅烷、胺官能度化合物、氨和氮。
46.權(quán)利要求31的裝置，它進一步包括第二個電磁輻射源，其中，來自所述第二個電磁源的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，將來自所述第二個電磁源的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的底材表面。
47.權(quán)利要求31的裝置，它進一步包括多個電磁輻射源，其中，來自所述多個電磁源中每一個的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，將來自所述多個電磁源中每一個的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的底材表面。
48.權(quán)利要求31的裝置，其中，所述底材包括很多位于一個以上平面內(nèi)的表面。
49.權(quán)利要求48的裝置，它進一步包括用來操縱所述電磁輻射以控制照射每個表面的輻射劑量的裝置。
50.權(quán)利要求48的裝置，其中，所述底材包括第一個表面和相對于該第一個表面傾斜的第二個表面。
51.權(quán)利要求50的裝置，其中，將所述電磁輻射源相對于底材活動性地安裝，于是在第一步，可相對于底材移動所述電磁輻射源而導(dǎo)致電磁輻射線以相對于第一個表面的法面約15度～約75度的角度入射第一個表面，而在第二步，可相對于底材移動所述電磁輻射源而導(dǎo)致電磁輻射線以相對于第二個表面的法面約15度～約75度的角度入射第二個表面。
52.權(quán)利要求31的裝置，其中，所述底材由一種合成聚合物構(gòu)成。
53.權(quán)利要求48的裝置，其中，所述底材由一種天然聚合物構(gòu)成。
54.權(quán)利要求48的裝置，其中，所述材料包括一種粘合劑。
55.權(quán)利要求48的裝置，它進一步包括一個用來盛所述底材的處理容器。
56.權(quán)利要求55的裝置，其中，所述處理容器進一步包括一個石英窗。
57.一種用來預(yù)處理聚合物底材而將一種包括粘合劑的材料粘附到所述聚合物底材上的裝置，其中，該裝置在大致環(huán)境壓力下操作，所述裝置包括一個用來產(chǎn)生活性區(qū)的電磁輻射源，其中，所述電磁輻射是波長在約150納米～250納米范圍內(nèi)的輻射線，而且其中，所述電磁輻射的強度在約10焦耳/平方厘米～約1000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)，而且其中，將所述電磁輻射線對著底材照射而暴露底材的一個表面于活性區(qū)，于是，底材被修飾而通過暴露于所述活性區(qū)將一種材料粘附到所述底材表面，以及，其中，所述裝置在大致環(huán)境壓力下操作；一個用來將底材傳送通過所述活性區(qū)的輸送機系統(tǒng)，于是，所述底材暴露于活性區(qū)達一段停留時間，其中，所述停留時間在約0.2秒～約5秒范圍內(nèi)；一個通風(fēng)系統(tǒng)，于是，可對與輸送機系統(tǒng)相鄰的活性區(qū)抽空；一個電離裝置；一個用來循環(huán)空氣通過所述電離裝置的供氣系統(tǒng)；一個紅外輻射源；以及一個氣體噴射系統(tǒng)，于是，可將氣體噴到暴露于活性區(qū)的底材表面。
58.權(quán)利要求57的裝置，其中，固定所述紅外輻射源而在將所述底材暴露于所述電磁輻射源以前對底材加熱。
59.權(quán)利要求57的裝置，其中，要噴到暴露于活性區(qū)的底材表面的氣體包括選自下組的氣體四氯化碳、氯仿、鹵官能度化合物、氧官能度化合物、水蒸汽、氧、空氣、硅烷、胺官能度化合物、氨和氮。
60.權(quán)利要求57的裝置，它進一步包括第二個電磁輻射源，其中，來自所述第二個電磁源的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，將來自所述第二個電磁源的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的底材表面。
61.權(quán)利要求57的裝置，它進一步包括多個電磁輻射源，其中，來自所述多個電磁源中每一個的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，將來自所述多個電磁源中每一個的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的底材表面。
62.權(quán)利要求57的裝置，其中，所述底材包括很多位于一個以上平面內(nèi)的表面。
63.權(quán)利要求62的裝置，它進一步包括用來操縱所述電磁輻射源以控制照射每個表面的輻射劑量的裝置。
64.權(quán)利要求62的裝置，其中，所述底材包括第一個表面和相對于該第一個表面傾斜的第二個表面。
65.權(quán)利要求64的裝置，將所述電磁輻射源相對于底材活動性地安裝，于是在第一步，可相對于底材移動所述電磁輻射源而導(dǎo)致電磁輻射線以相對于第一個表面的法面約15度～約75度的角度入射第一個表面，而在第二步，可相對于底材移動所述電磁輻射源而導(dǎo)致電磁輻射線以相對于第二個表面的法面約15度～約75度的角度入射第二個表面。
66.權(quán)利要求57的裝置，其中，所述底材由一種合成聚合物構(gòu)成。
67.權(quán)利要求57的裝置，其中，所述底材由一種天然聚合物構(gòu)成。
68.一種用來生產(chǎn)具有至少一層鞋底的鞋的裝置，該裝置包括一個用來產(chǎn)生活性區(qū)的電磁輻射源，其中，所述電磁輻射包括在遠紫外區(qū)的輻射，而且其中，將所述電磁輻射線對著鞋底照射而暴露鞋底的一個表面于活性區(qū)，于是，鞋底被修飾而將一種材料粘附到所述鞋底表面，以及，其中，所述裝置在大致環(huán)境壓力下操作。
69.權(quán)利要求68的裝置，其中，所述電磁輻射進一步包括紅外輻射。
70.權(quán)利要求68的裝置，其中，所述電磁輻射包括波長在約150納米～300納米范圍內(nèi)的射線。
71.權(quán)利要求68的裝置，其中，所述電磁輻射包括波長在約150納米～250納米范圍內(nèi)的射線。
72.權(quán)利要求68的裝置，其中，所述電磁輻射的強度在約2.0焦耳/平方厘米～約5,000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)。
73.權(quán)利要求68的裝置，其中，所述電磁輻射的強度在約10焦耳/平方厘米～約1000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)。
74.權(quán)利要求68的裝置，其中，所述電磁輻射源是固定式的。
75.權(quán)利要求68的裝置，它進一步包括一個用來將底材傳送通過所述活性區(qū)的輸送機系統(tǒng)，于是，所述底材暴露于活性區(qū)達一段停留時間。
76.權(quán)利要求75的裝置，其中，所述停留時間在約0.1秒～約10秒范圍內(nèi)。
77.權(quán)利要求75的裝置，其中，所述停留時間在約0.2秒～約5秒范圍內(nèi)。
78.權(quán)利要求75的裝置，其中，所述輸送機系統(tǒng)進一步包括一條用來傳輸鞋底的傳送帶。
79.權(quán)利要求75的裝置，其中，所述輸送機系統(tǒng)進一步包括一個用來對與輸送機系統(tǒng)相鄰的活性區(qū)抽空的通風(fēng)系統(tǒng)。
80.權(quán)利要求68的裝置，它進一步包括一個電離裝置。
81.權(quán)利要求80的裝置，其中，所述電離裝置位于活性區(qū)。
82.權(quán)利要求80的裝置，它進一步包括一個供氣系統(tǒng)使所述氣體循環(huán)通過所述電離裝置。
83.權(quán)利要求68的裝置，它進一步包括一個紅外輻射源，其中，通過暴露于所述紅外輻射源來加熱所述鞋底。
84.權(quán)利要求83的裝置，其中，固定所述紅外輻射源而在將所述鞋底暴露于所述電磁輻射源以前對鞋底加熱。
85.權(quán)利要求68的裝置，它進一步包括一個氣體噴射器，于是，可將氣體噴到暴露于活性區(qū)的鞋底表面。
86.權(quán)利要求85的裝置，其中，要噴到暴露于活性區(qū)的鞋底表面的氣體包括選自下組的氣體四氯化碳、氯仿、鹵官能度化合物、氧官能度化合物、水蒸汽、氧、空氣、硅烷、胺官能度化合物、氨和氮。
87.權(quán)利要求68的裝置，它進一步包括第二個電磁輻射源，其中，來自所述第二個電磁源的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，將來自所述第二個電磁源的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的鞋底表面。
88.權(quán)利要求68的裝置，它進一步包括多個電磁輻射源，其中，來自所述多個電磁源中每一個的輻射線包括遠紫外區(qū)的輻射線，而且其中，將來自所述多個電磁源中每一個的輻射線對著照射暴露于活性區(qū)的鞋底表面。
89.權(quán)利要求68的裝置，其中，所述鞋底由一種合成聚合物構(gòu)成。
90.權(quán)利要求68的裝置，其中，所述鞋底由一種天然聚合物構(gòu)成。
91.權(quán)利要求68的裝置，其中，所述材料包括一種粘合劑。
92.一種預(yù)處理底材的方法，該方法包括利用一個電磁輻射源產(chǎn)生活性區(qū)；以及，將所述底材暴露于活性區(qū)，于是，底材被修飾而通過暴露于所述活性區(qū)將一種包括粘合劑的材料粘附到所述底材上，而且其中，所述方法在大致環(huán)境壓力下實施。
93.權(quán)利要求92的方法，其中，所述底材包括一種聚合物。
94.權(quán)利要求92的方法，其中，所述底材包括鞋的鞋底。
95.權(quán)利要求92的方法，其中，所述底材包括一種用于飛機和航天器制造的復(fù)合材料。
96.權(quán)利要求92的方法，其中，所述底材包括一種用于機動車制造的零部件。
97.權(quán)利要求92的方法，其中，所述底材包括一種孔板，其中，所述孔板被用于生化分析。
98.權(quán)利要求92的方法，其中，所述電磁輻射進一步包括紅外輻射。
99.權(quán)利要求92的方法，其中，所述電磁輻射包括波長在約150納米～300納米范圍內(nèi)的射線。
100.權(quán)利要求92的裝置，其中，所述電磁輻射包括波長在約150納米～250納米范圍內(nèi)的射線。
101.權(quán)利要求92的方法，其中，所述電磁輻射的強度在約2.0焦耳/平方厘米～約5,000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)。
102.權(quán)利要求92的方法，其中，所述電磁輻射的強度在約10焦耳/平方厘米～約1000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)。
103.權(quán)利要求92的方法，它進一步包括利用一個輸送機系統(tǒng)將底材傳送通過所述活性區(qū)，于是，所述底材暴露于活性區(qū)達一段停留時間。
104.權(quán)利要求103的方法，其中，所述停留時間在約0.1秒～約10秒范圍內(nèi)。
105.權(quán)利要求103的方法，其中，所述停留時間在約0.2秒～約5秒范圍內(nèi)。
106.權(quán)利要求103的方法，其中，所述輸送機系統(tǒng)進一步包括一條用來傳輸?shù)撞牡膫魉蛶А?br> 107.權(quán)利要求103的方法，它進一步包括對與輸送機系統(tǒng)相鄰的活性區(qū)抽空。
108.權(quán)利要求92的方法，它進一步包括將所述底物暴露于電離裝置的放電。
109.權(quán)利要求108的方法，其中，所述電離裝置位于活性區(qū)。
110.權(quán)利要求108的方法，它進一步包括使一種氣體循環(huán)通過所述電離裝置，于是，所述氣體流過該電離裝置到達所述底物。
111.權(quán)利要求103的方法，它進一步包括將所述底材暴露于一個紅外輻射源，其中，所述底材通過暴露于所述紅外輻射源而被加熱。
112.權(quán)利要求111的方法，其中，將所述底材暴露于所述紅外輻射源的步驟在將所述底材暴露于活性區(qū)的步驟以前進行。
113.權(quán)利要求92的方法，它進一步包括將一種氣體噴到暴露于所述活性區(qū)的底材的表面。
114.權(quán)利要求113的方法，其中，要被噴到暴露于所述活性區(qū)的底材表面的氣體包括選自下組的氣體四氯化碳、氯仿、鹵官能度化合物、氧官能度化合物、水蒸汽、氧、空氣、硅烷、胺官能度化合物、氨和氮。
115.一種預(yù)處理聚合物底材的方法，該方法包括利用一個電磁輻射源在大致大氣壓力下產(chǎn)生活性區(qū)；其中，所述電磁輻射是波長在約150納米～250納米范圍內(nèi)的輻射線，而且其中，所述電磁輻射的強度在約10焦耳/平方厘米～約1000焦耳/平方厘米的范圍內(nèi)，于是，所述聚合物底材被修飾而通過暴露于所述活性區(qū)將一種包括粘合劑的材料粘附到所述聚合物底材上；將所述底材傳送通過所述活性區(qū)，于是，所述底材暴露于活性區(qū)達一段停留時間，其中，所述停留時間在約0.2秒～約5秒范圍內(nèi)；對與輸送機系統(tǒng)相鄰的活性區(qū)抽空；將所述表面暴露于一個電離裝置；使第一種氣流循環(huán)通過所述電離裝置，于是，第一種氣流流過電離裝置而到達所述表面；將所述表面暴露于一個紅外輻射源；以及將第二種氣流噴到所述底材表面。
116.權(quán)利要求115的方法，其中，將所述底材暴露于所述紅外輻射源的步驟在將所述底材暴露于活性區(qū)的步驟以前進行。
117.權(quán)利要求115的方法，其中，要被噴到暴露于所述活性區(qū)的底材表面的第一種氣流的氣體包括選自下組的氣體四氯化碳、氯仿、鹵官能度化合物、氧官能度化合物、水蒸汽、氧、空氣、硅烷、胺官能度化合物、氨和氮。
118.權(quán)利要求115的方法，其中，要被噴到暴露于所述活性區(qū)的底材表面的第二種氣流的氣體包括選自下組的氣體四氯化碳、氯仿、鹵官能度化合物、氧官能度化合物、水蒸汽、氧、空氣、硅烷、胺官能度化合物、氨和氮。
119.權(quán)利要求115的裝置，其中，所述底材由一種合成聚合物構(gòu)成。
120.權(quán)利要求115的裝置，其中，所述底材由一種天然聚合物構(gòu)成。
全文摘要
按本發(fā)明，提供了預(yù)處理底材(5)而將一種材料粘附到底材(5)的表面的裝置和方法。將需要預(yù)處理的底材(5)的表面暴露于包括紫外輻射線的電磁輻射，于是，底材表面被凈化和/或通過暴露于紫外線輻射而被修飾。還公開了電離裝置和/或紅外輻射源與電磁輻射結(jié)合在修飾需預(yù)處理的底材(5)表面方面的應(yīng)用。另外，描述了氣體組分在修飾底材(5)表面上的化學(xué)官能度方面的應(yīng)用。本發(fā)明具有廣泛的用途，包括制鞋業(yè)、飛機和宇宙飛船制造、機動車制造和生化樣品在微型陣列(microarray)孔板上的沉積。
文檔編號B01J19/12GK1440307SQ01812445
公開日2003年9月3日 申請日期2001年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月14日
發(fā)明者卡爾·賴默 申請人:卡爾·賴默