背噴燈箱片之光擴散層的研發與製作，以及懸浮液之塗佈行為研究

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研究生：	王又慶 Yu-Ching Wang
論文名稱：	背噴燈箱片之光擴散層的研發與製作，以及懸浮液之塗佈行為研究
指導教授：	劉大佼 Ta-Jo Liu
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 化學工程學系 Department of Chemical Engineering
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	132
中文關鍵詞：	燈箱片、懸浮液、塗佈、二氧化鈦、二氧化矽、流場觀測系統
外文關鍵詞：	light diffusing film, suspension, coating, TiO2, SiO2, flow visualization
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背噴光擴散燈箱片為數位彩色列印主流噴墨技術中所用到層次最高，產品單價最高，生產製作最困難的產品，其構造為在透明聚酯（PET)膜上進行塗佈，包括光擴散層，吸墨顯色層及黏著層的數層塗層。其應用為捷運站、百貨公司、機場等地點所常用到的背面打光廣告招牌。
在一基材上進行多層塗佈且達到多種功能並非易事。燈箱片市場上國際知名廠牌，如AZon、Rexam、HP、Sihl等，品質佳，價格極高，世界市場目前需求量為三千萬平方米/年，且成長迅速，但國內僅有極少數廠商致力於此項產品的研發製造，且限於對燈箱片基本知識與經驗及塗佈乾燥技術的掌握不足，目前無法生產出高品質、高良率的產品，如能經由學界研發的協助，對國內廠商在國際間的噴墨產品行銷競爭上會有極大的幫助。
在背噴燈箱片之光擴散層的研發與製作方面，我們利用SEM與EDS元素分析等方法分析市售燈箱片，並配合手塗實驗而得知各種光擴散用顆粒的表現；並透過相關文獻的搜尋，得到處理光擴散用顆粒之方法與配方等資訊，在實驗過程中遭遇的問題也得到解決的辦法；最後以手塗實驗，配合繪圖機的列印測試，成功研發出具有良好下墨性與光擴散效果的光擴散層配方；且發現下墨性與溶劑比例及乾燥速率有很大相關性，並以SEM證實了此觀點。
在雙層同時共擠壓塗佈的部分，配合了吸墨層與本研究的光擴散層配方，在工研院材料所的小型塗佈生產線精密控制光擴散層厚度之下，我們成功以雙層同時共擠壓塗佈與乾燥技術，製造出膜面均勻完整無缺陷之背噴光擴散燈箱片，並經由繪圖機列印測試與背光源的照射之後，發現本實驗室自製的燈箱片擁有良好的下墨性與光擴散效果。
在顯微攝影觀測技術方面，設計了一套方便架設，可即時觀測塗佈液珠(coating bead)的系統，並發現塗佈間隙(coating gap)及模唇(die lip)厚度對塗佈液珠的進光量有明顯影響；此觀念可提供模具設計者在設計模具上的參考。
在懸浮液之塗佈行為研究的部分，發現分散性良好的微粒具有增大PVA水溶液之塗佈視窗的優異性，配合文獻搜尋以及實驗設計，我們認為造成以上實驗結果的主要原因，是由於高分子與微粒之間的強吸附(strong interaction)所致。
因為吸附於微粒表面的高分子鏈較穩定，擺動幅度較小，因此可承受更高的剪切應力(shear stress)；換言之，必須施加更大的剪切應力，才能讓這些吸附於微粒之上的高分子鏈『擺動的像原來一樣劇烈』，導致塗佈液珠不穩定而產生上限缺陷，因此可增大塗佈視窗的範圍。隨著實驗情境的改變，吸附於微粒表面之高分子鏈的數目與吸附強度會跟著不同，換言之，受影響的PVA數目不同，因而導致不同的塗佈視窗大小。
此外，我們以顯微觀測技術，拍攝到完全相同情境之下的兩種實驗流體，含微粒者之塗佈液珠較穩定的情形，證實了微粒的添加有助於增大PVA水溶液之塗佈視窗此論點。

摘要………………………………………………………………………I
目錄……………………………………………………………………III
圖目錄 …………………………………………………………………VI
表目錄……………………………………………………………………X
壹、緒論…………………………………………………………………1
1-1  背噴燈箱片簡介 …………………………………………………1
1-2  燈箱片原理 ………………………………………………………2
1-3  塗佈技術應用簡介 ………………………………………………4
1-4  工業上常用之塗佈方式 …………………………………………5
1-5  塗佈視窗與塗佈缺陷 ……………………………………………8
1-6  本研究的目的 ……………………………………………………12
貳、文獻回顧……………………………………………………………14
2-1  光擴散層配方 ……………………………………………………14
2-2  多層共擠壓塗佈工程 ……………………………………………16
2-3  懸浮液之塗佈行為研究 …………………………………………18
參、分析儀器及藥品……………………………………………………21
3-1  分析儀器 …………………………………………………………21
3-2  藥品 ………………………………………………………………26
肆、研究1：背噴光擴散燈箱片……………………………………… 31
4-1  電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy)觀察 …………31
4-2  EDS元素分析(Energy Dispersive Spectrometer)……………37
4-3  防水性測試……………………………………………………… 44
4-4  黏著性測試……………………………………………………… 46
4-5  蒐集各種光擴散用微粒………………………………………… 46
4-6  各種微粒手塗結果比較………………………………………… 48
4-7  SiO2的龜裂現象………………………………………………… 51
4-8  光擴散層內之微粒種類的挑選………………………………… 52
4-9  改善TiO2不易分散的缺點……………………………………… 53
4-10  高速攪拌的影響 ……………………………………………… 54
4-11  氣泡問題的改善 ……………………………………………… 55
4-12  下墨性的改善1：配方組成…………………………………… 58
4-13  下墨性的改善2：溶劑比例與乾燥速率……………………… 61
4-14  下墨性的改善3：厚度控制…………………………………… 64
4-15  光擴散配方之塗佈視窗的建立 ……………………………… 65
4-16  雙層共擠壓塗佈工程1：本實驗室的小型塗佈生產線……… 67
4-17  雙層共擠壓塗佈工程2：工研院的小型塗佈生產線………… 69
伍、研究2：懸浮液之塗佈行為研究………………………………… 71
5-1  緒論……………………………………………………………… 71
5-2  塗佈實驗的理想狀態…………………………………………… 72
5-3  影響塗佈實驗的四種常見情形………………………………… 75
5-4  實驗流體配置…………………………………………………… 76
5-5  塗佈間隙之架設………………………………………………… 79
5-6  刮刀架設………………………………………………………… 82
5-7  缺陷判斷………………………………………………………… 83
5-8  即時顯微攝影觀測技術………………………………………… 87
5-9   研究方法1：尋找合適實驗流體 ………………………………93
5-10  研究方法2：尋找分散良好不結塊的微粒 ……………………95
5-11  研究方法3：添加微粒對塗佈視窗的影響1……………………96
5-12  研究方法4：添加微粒對塗佈視窗的影響2……………………97
5-13  研究方法5：微粒添加量之效應 ………………………………98
5-14  研究方法6：黏度效應 ……………………………………… 100
5-15  研究方法7：粒徑大小之效應 ……………………………… 101
5-16  研究方法8：pH的效應 ……………………………………… 102
5-17  研究方法9：失敗經驗 ……………………………………… 104
a. 高濃度懸浮液之塗佈 …………………………………………… 104
b. 流線觀察實驗 …………………………………………………… 106
  c. 含微粒之甘油水溶液的塗佈 ………………………………… 108
5-18  歸納與討論…………………………………………………… 110
    a. 不含微粒的PVA水溶液 ………………………………………112
    b. 含分散性良好之微粒的PVA水溶液 …………………………112
    c. C803型SiO2增大塗佈視窗之效果較R700型TiO2更好 …… 116
    d. 塗佈視窗的變大效果隨著微粒添加量的增加而增加 …… 118
    e. 在相同的黏度與表面張力之下，含微粒之PVA水溶液的塗佈視窗較不含微粒者大…………………………………………………… 118
    f. 分散性差之微粒的塗佈視窗變大效果不明顯 …………… 119
    g. C803型、C809型SiO2的塗佈視窗變大效果相同……………120
    h. 含微粒之PVA水溶液的pH值由微酸性提高至微鹼性後，塗佈視窗變大的效果明顯減小……………………………………………… 120
陸、研究結果及展望 …………………………………………………126
柒、參考文獻 …………………………………………………………128
附錄：名詞解釋 ………………………………………………………132

                                

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