DE3874991T2

DE3874991T2 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten einer bewegten warenbahn mit einer fluessigkeit.

Info

Publication number: DE3874991T2
Application number: DE8888111351T
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Kawanishi
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1987-07-17
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2008-07-15
Also published as: US4835004A; EP0299492A2; DE3874991D1; EP0299492A3; JPH0625854B2; JPS6421441A; EP0299492B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten einer bewegten Warenbahn oder eines Films mit einer Flüssigkeit und insbesondere ein Verfahren zum Beschichten einer mit einer hohen Geschwindigkeit bewegten Materialbahn mit einer dünnen Schicht eines lichtempfindlichen Materials.
Bekannte lichtempfindliche Materialien sind bisher auf eine bewegte Materialbahn nach dem Verfahren aufgebracht worden, bei dem eine Stützrolle in Kontakt mit der Materialbahn ist und an dieser eine Gleichspannung angelegt wird. Solche Entladungsverarbeitungsverfahren haben den Vorteil, daß die anziehende Kraft zwischen der Materialbahn und der Beschichtungsschicht vergrößert wird und die Schwierigkeiten der ungleichmäßigen Flüssigkeitsauftragung aufgrund von Luft einschlüssen zwischen Materialbahn und Beschichtungsflüssigkeit vermindert wird. Ein solches Verfahren ist in dem britischen Patent Nr. 11 30 109 offenbart. In anderen Verfahren wird ein Gleichstrom während eines Vorverarbeitungsschritts in dem Flüssigkeitsauftragungsabschnitt angelegt. Solche Anordnungen sind in den ungeprüften, japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungen 55-142565 (1980), 61-146369 (1986) und 61-14670 (1986) offenbart.
Allerdings haben die vorstehend beschriebenen Gleichspannungs-Auftragungsverfahren schwerwiegende Nachteile. Bei diesen Verfahren wird ein Lufteinschluß zwischen der Materialbahn und der Beschichtungsflüssigkeit, der durch Einfangen von Luft zwischen der Materialbahn und der Beschichtungsflüssigkeit verursacht ist, durch Verstärken der Adhäsion zwischen der Beschichtungsflüssigkeit und der Materialbahn durch Hinzufügen einer elektrostatischen Anziehungskraft zusätzlich zur normalen intermolekularen Anziehungskraft unterdrückt. Allerdings ist es ziemlich schwierig, eine gleichmäßige, elektrostatische Anziehungskraft über die gesamte Breite der Materialbahn zu erzeugen, wenn die Breitenausdehnung der Materialbahn groß ist. In solchen Fällen verursacht die Ungleichförmigkeit der angelegten elektrostatischen Kraft das Auftreten von Nachzieheffekten in der fertiggestellten Materialbahn, nachdem diese mit dem lichtempfindlichen Material beschichtet worden ist. Solche Nachzieheffektfehler führen dazu, daß das resultierende Produkt nicht verwendbar ist. Insbesondere mit Materialbahnenbreiten bis zu einem Meter oder mehr ist dieses Problem insbesondere signifikant.
Bei Verfahren, in denen die Materialbahnenoberfläche durch eine Sprühentladung, die dem Beschichtungsverfahren vorangeht, geladen wird, kann das Entladungsverfahren nicht gleichmäßig durchgeführt werden. Insbesondere wird eine Ungleichmäßigkeit in der Ladungsverteilung verursacht, da es nicht möglich ist, einen gleichmäßigen Abstand zwischen der Elektrode und der gegenüberliegenden Oberfläche der Materialbahn aufgrund der Rauhigkeit der Materialbahnoberfläche aufrechtzuerhalten. Weitere Ungleichmäßigkeiten können in der chemischen Zusammensetzung der Materialbahn vorliegen, die zu dem gleichen Ergebnis führen.
In Verfahren, in denen eine Gleichspannung über eine Hilfsrolle angelegt wird, ergeben sich Ungleichmäßigkeiten in der Ladungsverteilung an der Oberfläche der Materialbahn aufgrund von Variationen in der Dicke der Materialbahn und der ungleichmäßigen dielektrischen Verteilung in der Materialbahn.
Im Hinblick auf die Nachteile beim Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, bei dem Ladungsungleichmäßigkeiten eliminiert werden, um auf diese Weise Ungleichmäßigkeiten in der Beschichtung im nachfolgenden Beschichtungsverfahren auszuschließen. Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Beschichtungsverfahren, bei dem die statische Elektrizität der Materialbahnoberfläche über eine Sprühentladung oder durch Anlegen einer Gleichspannung übertragen wird, vor dem Beschichtungsverfahren gemäß der Erfindung ein Teil der elektrostatischen Ladung nachfolgend zur Erde abgelassen, während die Materialbahn erhitzt wird, so daß ihre Temperatur zwischen 30 und 100ºC zwischen dem Zeitpunkt des Anlegens der statischen Elektrizität und dem Zeitpunkt des Beschichtens der Materialbahn liegt, und die Temperatur der Materialbahn nachfolgend auf eine Temperatur zwischen 5 und 25ºC vor Zuführen zur Beschichtungsstelle abgekühlt wird.
Gemäß der Erfindung wird die Gleichspannung über eine mit einer Hochspannungsquelle (1 bis 20 kV) verbundene Elektrode angelegt. Die Elektrode kann die Form einer Bürste, Schneide, Draht od. dgl. aufweisen. Die Elektrode kann auch in der Aufheizzone, wie später beschrieben, angeordnet werden.
Zum Aufheizen der Materialbahn auf eine Temperatur von 30 bis 100ºC ist eine Aufheizzone vor dem Beschichtungsabschnitt angeordnet. Jede Art von Heizverfahren kann angewendet werden, wie Infrarotheizen, Heißluftgebläse, Mikrowellenheizen oder Wärmeübertragung über eine Wärmerolle oder -rollen.
Um teilweise einen Teil der statischen Ladung während des Heizens abzulassen, weist die statische Entnahmeeinrichtung eine Form einer Rolle, Bürste, leitenden Oberfläche od. dgl. auf und ist elektrisch mit der Erde verbunden und innerhalb der Aufheizzone angeordnet.
Zum Abkühlen der Materialbahn nachfolgend zum Aufheizschritt ist eine Kühlzone vorgesehen, wobei die Kühlung entweder durch eine Kaltluftgebläsekühlung, Kühlrollen od. dgl. durchgeführt wird.
Fig. 1 zeigt ein Verfahrensflußdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform eines Beschichtungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Relation zwischen der Materialbahntemperatur und der Materialbahnoberflächen-Potentialverteilung; und
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Relation zwischen der Materialbahntemperatur und dem Materialbahnoberflächenwiderstand.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Verfahrensflußdiagramm zur Darstellung des gesamten Verfahrens. In Fig. 1 wird ein aus einem Triazetatcellulosegrundmaterial 8 gebildetes Materialband von rechts nach links in der Figur bewegt. Das Materialband wird zuerst auf eine Spannung von 1000 Volt durch eine Spannungsquelle 3 über eine Elektrode 2 aufgeladen, wobei die Elektrode einer geerdeten Rolle 1 auf der anderen Seite der Materialbahn gegenüberliegt. Nachfolgend wird die Materialbahn in einer Aufheizzone durch ein Heißluftverfahren aufgeheizt, wobei eine Materialbahnlänge von 20 m in der Heizzone enthalten ist. Die Heißluft weist eine Temperatur zwischen 30 und 170ºC auf und die Materialbahn nimmt eine Temperatur zwischen 30 und 150ºC, vorzugsweise 50 bis 100ºC, innerhalb der Aufheizzone an.
Fig. 2 zeigt die Ergebnisse eines durchgeführten Experiments, um den Einfluß der Materialbahntemperatur auf die Potentialverteilung an der Materialbahnoberfläche darzustellen. In der Figur stellt die Ordinate das Verhältnis der Differenz zwischen den höchsten und niedrigsten Spitzen des Oberflächenpotentials im Vergleich zum Mittelwert des Oberflächenpotentials dar. Kleinere Werte zeigen daher eine kleinere Schwankung in den Oberflächenpotentialwerten an. Aus der Kurve nach Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Materialbahntemperatur nicht kleiner als 30ºC und vorzugsweise nicht kleiner als 50ºC sein darf, da die Materialbahnoberflächenpotentialverteilung ziemlich schnell bei tieferen Temperaturen zunimmt. Wenn das obengenannte Verhältnis größer als 50 % ist, d.h., wenn das Verhältnis der Oberflächenpotentialverteilung 50 % übersteigt, wird die Beschichtungsschicht ungleichmäßig aufgetragen. Da die Schicht bei Temperaturen größer als 150ºC weich und verformbar wird, ist es wünschenswert, die obere Temperaturgrenze auf diesen Wert oder vorzugsweise auf 100ºC zu setzen. Der bevorzugte Bereich zwischen 50 und 100ºC ist in Fig. 2 markiert. Aus der Figur ist ersichtlich, daß innerhalb dieses Bereichs das Aufheizverfahren eine allgemeine Glättung der Potentialverteilung verursacht, ohne daß man eine Wärmebeschädigung der Materialbahn riskiert. Die Glättfunktion ist einem Anwachsen in der Beweglichkeit der elektrostatischen Ladung zuordbar, die beim Heizen auftritt. Insbesondere erlaubt der Aufheizschritt, daß die Umverteilung der Ladung schneller abläuft.
In der Aufheizzone sind zehn geerdete Rollen 1' von 100 mm Durchmesser im Transportweg angeordnet und eine statische Entnahmeeinrichtung 4 ist gegenüberliegend zur Materialbahn angeordnet. Die Materialbahn ist durch die Rollen 1' und die statische Entnahmeeinrichtung so geerdet, daß der Spannungspotentialpegel der Aufheizzone verlassenden die Materialbahn Aufheizzone verläßt, auf ungefähr 500 Volt eingeregelt ist. Die Temperatur der Materialbahn beträgt am Ausgang der Aufheizzone ungefähr 50ºC.
Die Materialbahn wird als nächstes durch eine Kühlzone 6 geführt, die ungefähr eine Materialbahn von 20 m Länge aufnimmt. Innerhalb der Kühlzone wird die Materialbahn über ein Kaltluftverfahren auf eine Temperatur zwischen 5 und 15ºC abgekühlt. Gemäß Fig. 3 nimmt die Beweglichkeit der elektrostatischen Ladung in der Materialbahn bei steigender Materialbahntemperatur zu, was ein Ladungsleck anzeigt. Die Ladung nimmt in natürlicher Weise außerdem mit zunehmender Zeit ab. Wenn die Ladung um einen wesentlich Grad abgenommen hat, ist es unmöglich, den Grad der Ladung zu erhalten, der in der Beschichtungsauftragungsstation erforderlich ist. Um diese Schwierigkeit zu unterbinden, ist es wünschenswert, die Temperatur der Materialbahn möglichst weit abzusenken. Aufgrund praktischer Erwägungen hat sich herausgestellt, daß ein Bereich von 20 bis 30ºC im Hinblick auf den Energie/Kosten-Gesichtspunkt angemessen ist. Gemäß Fig. 3 kann bei einem Absenken der Materialbahntemperatur auf einen Wert von ungefähr 30ºC die Beweglichkeit der elektrostatischen Ladung mehrfach im Vergleich zu höheren Temperaturen gesenkt werden. Folglich dient das Abkühlverfahren zur Ladungserhaltung.
Nach Abkühlen wird die Materialbahn zur Back-up Rolle 7 transportiert, die dem Beschichtungskopf 9 gegenüberliegt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Materialbahn die Abkühlzone verläßt, hat sie eine Temperatur von ungefähr 25ºC erreicht und das Oberflächenspannungspotential hat auf ungefähr 400 Volt abgenommen. Unter diesen Bedingungen werden keine Beschichtungsungleichmäßigkeiten erzeugt, wenn die Beschichtungsflüssigkeit 10 auf das Substrat 8 am Beschichtungskopf 9 mit einer Geschwindigkeit von 100 m/min aufgetragen wird, so daß eine gute Oberflächenqualität erhältlich ist.
Gemäß der Erfindung, wird in einem Verfahren die statische Elektrizität der Oberfläche einer Materialbahn durch eine Gleichspannung oder eine Sprühentladung zugeführt und die Materialbahn auf eine Temperatur zwischen 30 und 100ºC erhitzt, wodurch die Beweglichkeit der elektrostatischen Ladung anwächst, um eine gleichmäßige Verteilung der Ladung auf der Materialbahnoberfläche zu ermöglichen. Nachfolgend wird die Beschichtungsflüssigkeit auf die bewegte Materialbahn aufgetragen, bevor sich wesentliche Ladungsdissipationen ergeben.
Ungleichmäßigkeiten in der Ladung, die auf die Materialbahn aufgebracht worden ist, werden durch Ablassen eines Teils der Ladung zur Erde unterdrückt. Ein nachfolgendes Abströmen von ladung wird durch Abkühlen der Materialbahn auf 20 bis 30ºC verhindert, so daß die Ladung auf der Materialbahn mit einem bestimmten Level bis zum Beschichten erhalten bleibt. Auf diese Weise wird die Adhäsionskraft und die Bindungskraft zwischen der Materialbahn und der Beschichtungsflüssigkeit, die für Auftragen von dünnen Schichten mit hoher Geschwindigkeit notwendig sind, aufrechterhalten und Beschichtungsungleichmäßigkeiten werden nicht erzeugt. Die vorliegende Erfindung wird weiter durch das folgende Beispiel illustriert.
Eine Reihe von Experimenten sind unter den folgenden Bedingungen durchgeführt worden:
Material der Materialbahn: ein Triacetatcellulosefilm
Beschichtungsflüssigkeit: Gelatine: 100 Gewichtsteile Natriumdodecylsulfat, 5 % Lösung: 30 Gewichtsteile Wasser: 80 Gewichtsteile.
Die übrigen Bestandteile der Beschichtungsflüssigkeit sind in Wasser gelöst worden und eine regulierte Menge der Flüssigkeit ist dem Beschichtungskopf zugeführt worden. Ein Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit wurde bei einer Geschwindigkeit von 100 m/min durchgeführt. Verschiedene Läufe wurden durchgeführt, wobei die Elektrodenpotentiale auf entsprechende Pegel innerhalb des Bereichs von 0 bis 5 kV gesetzt wurden. In allen Fällen wurde die Beschichtung mit einem auf 500 Volt justierten Oberflächenpotential durchgeführt, wobei die Warmlufttemperatur der Aufheizzone zwischen 25 und 80ºC und die Kaltlufttemperatur der Abkühlzone zwischen 10 und 25ºC lag. Die fertiggestellten Produkte wurden hinsichtlich von Beschichtungsungleichmäßigkeiten sowohl aufgrund von eingeschlossener als auch eingefangener Luft und unzureichender oder ungleichmäßiger elektrostatischer Ladung untersucht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1 Experiment Nr. Elektrodenpotential Aufwärmzonenwarmlufttemperatur Kühlzonenkaltlufttemperatur Aufwärmzonensubstrattemperaturen Potential im Beschichtungsabschnitt eingeschlossene Luft Ungleichmäßigkeit der Auftragung aufgrund elektrischer Ladung xx - Phänomen beobachtet o - Phänomen nicht beobachtet Δ - Phänoment teilweise beobachtet
Im Experiment Nr. 1 wurde eingeschlossene oder eingelagerte Luft zwischen der Materialbahn und der Beschichtungsflüssigkeit aufgrund eines Mangels von elektrostatischer Anziehung zwischen der Materialbahn und der Beschichtungsflüssigkeit beobachtet. In allen anderen Fällen ist dieses Phänomen nicht beobachtet worden.
Im Experiment Nr. 2 wurde angenommen, daß die Beschichtungsungleichmäßigkeiten sich aufgrund einer Ungleichmäßigkeit des Oberflächenpotentials ergeben. Der Potentialglätteffekt trat nicht auf, da in der Aufwärmzone nicht genügend geheizt wurde.
In Experiment Nr. 3 waren die Beschichtungsergebnisse im allgemeinen besser. Allerdings wurden die Irregularitäten aufgrund der Ungleichförmigkeit des Oberflächenpotentials noch immer beobachtet. Die Beseitigung von Ladungsungleichmäßigkeiten in der Aufwärmzone war unzureichend.
Die Experimente 4, 5 und 6 zeigten zufriedenstellende Ergebnisse und die Endprodukte zeigten keine beobachtbaren Beschichtungsirregularitäten. In jedem dieser Experimente erreichte die Materialbahntemperatur in der Aufwärmzone wenigstens 50ºC.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine statische Elektrizität auf der Oberfläche einer Materialbahn aufgebracht und nachfolgend durch Ablassen eines Teils des Oberflächenpotentials vergleichmäßigt, während ein Aufheizen der Materialbahn erfolgt, so daß deren Temperatur zwischen 30 und 100ºC liegt. Das Aufheizverfahren beschleunigt die Ladungsumverteilung und verursacht ein allgemeines Glätten der Potentialverteilung über die Materialbahn. Das Oberflächenpotential wird im wesentlichen durch nachfolgendes Abkühlen der Materialbahn aufrechterhalten, wobei die Materialbahn eine Temperatur zwischen 5 und 25ºC vor Zuführen zum Beschichtungsabschnitt einnimmt. Aufgrund dieses Verfahrens ist ein Hochgeschwindigkeitsauftragen einer dünnen Schicht einer Beschichtungsflüssigkeit möglich, ohne daß Beschichtungsirregularitäten auftreten, so daß das resultierende Produkt eine hohe Qualität aufzeigt.

Claims

1. Ein Beschichtungsverfahren, gekennzeichnet durch:

Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf einer Oberfläche einer Bahn;

elektrisches Erden der Bahn, während diese auf eine Temperatur zwischen 30 ºC und 100 ºC erhitzt wird, um das Oberflächenpotential der Bahn zu reduzieren und eine Ladungsumverteilung zu fördern;

darauffolgend Kühlen der Bahn auf eine Temperatur zwischen 5 ºC und 25 ºC; und

Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit auf die Bahn in einer Beschichtungsstation.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erden der Bahn während des Heizens der Oberflächenpotential wenigstens um den Faktor 2 vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenpotential ungefähr um 500 Volt vermindert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kühlen der Bahn die Beweglichkeit der elektrostatischen Ladungen ausreichend reduziert wird, um die Erhaltung des Oberflächenpotentials zwischen dem Aufheizen und dem Beschichten zu unterstützen.

5. Vorrichtung zum Bearbeiten und Beschichten einer Bahn mit:

einer Anlegeeinrichtung zum Anlegen einer Gleichspannung an die Oberfläche der Bahn,

einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Bahn auf eine Temperatur zwischen 30 ºC und 100 ºC,

einer Entnahmeeinrichtung zum Entnehmen eines Teils der Ladung, die in der Heizeinrichtung angeordnet ist, um das Oberflächenpotential der Bahn wesentlich zu reduzieren,

einer Kühleinrichtung zum Abkühlen der Bahn auf eine Temperatur zwischen 5 ºC und 25 ºC, und

einer Beschichtungseinrichtung zum Auftragen einer Beschichtungsflüssigkeit auf die Bahn.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanlegeeinrichtung eine Hochspannungsquelle, eine mit der Hochspannungsquelle verbundene Elektrode, die einer zu ladenden Oberfläche der Bahn zugekehrt ist, und eine geerdete, die gegenüberliegende Oberfläche der Bahn berührende Führungsrolle umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanlegeeinrichtung eine Sprühentladungseinrichtung enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeeinrichtung eine mit einem Erdanschluß verbundene Berührungseinrichtung zur Berührung der Bahn zur Reduzierung der Oberflächenspannung der Bahn um wenigstens einen Faktor 2 aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeeinrichtung eine Reihe von geerdeten Führungsrollen, die die Bahn berühren, und eine statische Entladeeinrichtung, die der Bahnoberfläche zugewandt ist, aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein Heißluftwärmequelle aufweist.