DE69201489T2

DE69201489T2 - Beschichtungsverfahren.

Info

Publication number: DE69201489T2
Application number: DE69201489T
Authority: DE
Inventors: William Devine
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1991-03-28
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2012-03-25
Also published as: DE69201489D1; US5143758A; EP0577742B2; DE69201489T3; JPH06506306A; EP0577742B1; EP0577742A1; WO1992017816A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten eines bewegten Schichtträgers mit flüssigen Schichten, insbesondere auf ein verbessertes Verfahren zum Beschichten mit einer fotografischen Emulsion mittels einer Beschichtungsvorrichtung, bei dem bestimmte Beschichtungsfehler vermieden oder vermindert werden.
Bei der Beschichtung von Schichtträgern, zum Beispiel Filmen oder Papier, mit fotografischen Schichten werden oftmals eine Vielzahl einzelner Schichten gleichzeitig auf einen Schichtträger aufgebracht, wobei die einzelnen Schichten mittels einer Beschichtungsvorrichtung nacheinander jeweils auf die darunterliegende Schicht aufgebracht werden. Eine als Mehrschichten-Beschichtungsvorrichtung bekannte Art einer solchen Beschichtungsvorrichtung besteht aus einzelnen, durch Schlitze und Hohlräume voneinander getrennten Scheiben. Durch Einleiten der Beschichtungsflüssigkeiten in einen Hohlraum werden die Flüssigkeitsströme über die gewünschte Breite verteilt und dann, indem sie den engen Schlitz durchströmen, gleichmäßig und dosiert über die Beschichtungsbreite verteilt. Nach dem Verlassen des Schlitzes fließt die Schicht durch Schwerkraft an der geneigten Gleitfläche abwärts. Die aus den oberen Schlitzen austretenden Schichten fließen über die aus den unteren Schlitzen austretenden Schichten, wobei die verschiedenen Schichten der Beschichtungsflüssigkeiten sich übereinanderlegen. Am Ende der Gleitfläche gelangt die Flüssigkeit schließlich auf den bewegten Schichtträger und beschichtet ihn.
Ein Problem ergibt sich, wenn die engen Schlitze der Beschichtungsvorrichtung durch feste Partikel, Gelperlen oder Luftbläschen teilweise blockiert werden oder wenn die Schlitzoberflächen Scharten oder Kratzer aufweisen. In der Nähe der Blockierung oder des Kratzers wird der Flüssigkeitsstrom dann gestört und wird dreidimensional. Wenn diese Störung nicht von selbst verschwindet und der Flüssigkeitsstrom auf seinem weiteren Weg wieder flächig wird, entsteht in der Schicht, die durch den blockierten oder den Kratzer aufweisenden Schlitz ausgetreten ist, eine Fehlstelle oder eine in Längsrichtung verlaufende Vertiefung. Wenn die oberen Schichten sich über die diese Vertiefung aufweisende Schicht legen, füllen sie die Vertiefung aus, da die Kräfte der Schwerkraft und Oberflächenspannung die oberste Oberfläche der auf der Gleitfläche der Beschichtungsvorrichtung befindlichen Flüssigkeitsschichten einebnen. Infolgedessen ergeben sich Stärkenunterschiede bei einer oder mehreren Schichten über die Schichtbreite hinweg. Diese Stärkenunterschiede der aufgebrachten Schichten, die bei Schichten mit großer optischen Dichte gut sichtbar sind, erzeugen einen in Längsrichtung verlaufenden Streifen. Ist diese Streifenbildung stark genug, macht sie das beschichtete Produkt vollständig oder zum Teil wertlos. Bei der Beschichtung fotografischer Filme und Papiere können Streifen oder Linien dieser Art eine wesentliche Ursache für Ausschuß darstellen und dadurch die Herstellungskosten erhöhen.
US-A-3.508.947 erwähnt die Möglichkeit, eine Vielzahl von Schichten durch Gießbeschichten aufzubringen (s. Spalte 14, Zeilen 10-23), und gibt an, daß die Ausbildung von "Schlitzlinien", wie sie bei der Einschlitz-Extruderbeschichtung auftreten, durch dieses Verfahren vermieden werden. Die Veröffentlichung sagt jedoch nichts darüber aus, wie die Variablen des Beschichtungsverfahrens so bestimmt werden können, daß einerseits Beschichtungsfehler vermieden und andererseits hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten erzielt werden können. Außerdem wird nichts zu dem schwerwiegenden Problem der Streifenbildung durch Blockierungen der Schlitze der Beschichtungsvorrichtung gesagt. Es besteht daher ein Bedarf an einer Methode zur Beherrschung des Beschichtungsverfahrens in der Weise, daß die Stärke der durch blockierte Schlitze in den aufgebrachten Schichten entstehenden Längsstreifen verringert wird. Außerdem besteht Bedarf an einem Verfahren, mittels dessen hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten ohne die Entstehung starker Streifenbildung erzielt werden können. Ein solches Verfahren wird durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Stärke von durch Blockierungen oder Oberflächenmängel der Schlitze in der Beschichtungsvorrichtung entstehenden Längsstreifen wesentlich zu verringern.
Das Verfahren zum Beschichten eines bewegten Schichtträgers mit einer fotograf ischen Emulsion mittels einer Beschichtungsvorrichtung, die einen oder mehrere Beschichtungsschlitze aufweist, umfaßt die folgenden Schritte:
a) Festlegen der Fließbedingungen der Emulsion durch einen Schlitz oder mehrere Schlitze, die einer Schlitzgröße mit einer Reynoldszahl von maximal 10 entsprechen;
b) Ausbringen der Emulsion durch den Schlitz oder die Schlitze unter den genannten Bedingungen; und
c) Aufbringen der aus der Beschichtungsvorrichtung ausgebrachten Emulsion auf den bewegten Schichtträger.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Emulsion durch eine Vielzahl von Schlitzen einer Mehrfach-Gleitbeschichtungsvorrichtung ausgebracht.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der das Verhältnis der Durchflußrate uer untersten Schicht zur Gesamtdurchflußrate bei der Mehrschichten-Beschichtung unter 0,5 liegt, wird eine besonders gute Verminderung der Streifenstärke erzielt, wenn die Beschichtungsemulsion durch eine Vielzahl von Schlitzen ausgebracht wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren Mehrschichten-Gleitbeschichtungsvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Gleitbeschichtungsvorrichtung mit zwei Schlitzen, in der ein Partikel zu erkennen ist, das den Durchfluß der Beschichtungsemulsion im unteren Schlitz blockiert;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht eines beschichteten Films mit einem Beschichtungsfehler in den Schichten; und
Fig. 4 ein Datendiagramm, das die Beziehung zwischen der Stärke der Streifenbildung und der Reynoldszahl der Schlitze verdeutlicht; und
Fig. 5 ein Datendiagramm, das die Beziehung zwischen der Stärke der Streifenbildung und der Anzahl der Beschichtungsschlitze bei verschiedenen Reynoldszahlen der Schlitze verdeutlicht.
Fig. 1 zeigt den Einsatz einer Mehrschichten-Gleitbeschichtungsvorriciitung 10, wie sie zum Beispiel im US- Patent 2.761.419 für Mercier et al beschrieben ist (dessen Inhalt durch Verweis hierin aufgenommen wird), zum Aufbringen einer Mehrzahl von Schichten einer oder mehrerer fotograf ischer Emulsionen, zum Beispiel wäßriger Silberhalogenidemulsionen und dergleichen, auf ein bewegtes fotografisches Filmträgerband 11. Beim herkömmlichen Einsatz derartiger Beschichtungsvorrichtungen werden verschiedene flüssige Beschichtungsemulsionen, die klar voneinander getrennte Schichten auf dem Schichtträger 11 ausbilden, kontinuierlich mittels - nicht dargestellter - Dosierpumpen oder Pumpen mit konstanter Fördermenge in die Kammern 12, 13 bzw. 14 der Beschichtungsvorrichtung 10 gepumpt. Die in die Kainrner 14 gepumpte Emulsion wird durch Pumpendruck aus der Kammer durch einen Schlitz 16 herausgedrückt und auf eine abwärts geneigte Gleitfläche 17 ausgebracht. Die Emulsion fließt durch Schwerkraft in Form einer Schicht 18 auf der Gleitfläche abwärts und bildet einen Beschichtungswulst 19 zwischen der Oberfläche des Bandes 11 und der Lippe oder dem Ende 20 der untersten Gleitfläche aus.
Das bewegte Band 11 kommt an dem Beschichtungswulst 19 zur Anlage, nimmt die übereinanderliegenden Schichten der Beschichtungsemulsionen auf seiner Oberfläche auf und bewegt sich zu nachfolgenden Arbeitsgängen, zum Beispiel zum Kühlen und Trocknen der Beschichtungen, weiter. Fig. 1 zeigt ferner eine in der Wulstbeschichtung allgemein übliche Einrichtung, nämlich eine Niederdruck- oder Unterdruckkammer 21, die der Stabilisierung des Beschichtungswulstes dient. Eine solche Unterdruckkammer ist zum Beispiel im US-Patent 2.681.294 für Beguin beschrieben, dessen Inhalt durch Verweis hierin aufgenommen wird.
Auch die in die Kammern 12 und 13 gepumpten Emulsionen fließen aus den Schlitzen 22 und 23 auf ihre jeweiligen Gleitflächen und dann übereinander auf die Schicht 18. In den Zeichnungen sind die Emulsionen als einzelne Schichten dargestellt; wenn es sich bei den aus den Schlitzen 16, 22 und 23 austretenden Emulsionen jedoch um die gleichen Beschichtungen handelt, bestehen zwischen den einzelnen Schichten keine Trennflächen.
Wie das an Mercier et al. erteilte Patent zeigt, ist die Wulstbeschichtungstechnik dem Fachmann bekannt; ihr Merkmal ist die Ausbildung einer Flüssigkeitsbrücke oder eines Wulstes zwischen der Lippe der Beschichtungsvorrichtung und der zu beschichtenden Oberfläche. Die Wulstbeschichtung ist eine Beschichtungstechnik, die eine Mehrschichten-Gleitbeschichtungsvorrichtung verwendet und bei der das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist, sie ist aber nicht die einzige Technik dieser Art. Ebenfalls einsetzbar ist das Verfahren der Gießbeschichtungstechnik, wie dieses zum Beispiel in US-A-3.508.947 beschrieben ist. Dieses Patent beschreibt eine Mehrschichten-Gleitbeschichtungsvorrichtung mit einer abwärts geneigten Gleitfläche und einer Vielzahl voneinander getrennter Schlitze, deren Ausgänge entlang der Gleitfläche im Abstand zueinander übereinander angeordnet sind. Die Beschichtungsflüssigkeiten treten aus den Schlitzen aus und bilden während ihrer Abwärtsbewegung entlang der Gleitfläche eine Verbundschicht. Diese Verbundschicht fällt durch Schwerkraft über die untere Kante oder Lippe der Beschichtungsvorrichtung und bildet einen frei fallenden vertikalen Gießvorhang. Letzterer wird von einem unterhalb der Beschichtungsvorrichtung vorbeilaufenden bewegten Band bzw. sonstigen Substrat oder einem Schichtträger aufgenommen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zwar für die Verminderung der Stärke der Ausbildung von Beschichtungsstreifen beim Wulstbeschichten und beim Gießbeschichten unter Verwendung von Mehrschichten-Gleitflächenbeschichtungsvorrichtungen besonders geeignet, ist aber auch bei der mit mehreren Schlitzen arbeitenden Extrusionsbeschichtung von Nutzen, wenn in den Beschichtungsschlitzen Blockierungen auftreten. Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen sind allgemein bekannt. Zum Beispiel beschreibt die vorgenannte US-A-2 .681.294 eine Einschlitz-Extrusionsbeschichtungsvorrichtung, während US-A-2.761.418 und 2.761.791 sowie 2.761. 417Mehrschichten-Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen beschreiben.
Wie bei Mehrschichten-Gleitbeschichtungsvorrichtungen können auch bei Einschlitz- und Mehrschlitz-Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen die Schlitze durch feste Partikel, Gelperlen, Fasern oder Luftblasen verstopft werden. Diese wiederum verursachen eine Streifenbildung im beschichteten Produkt. Erfindungsgemäß werden bei der Beschichtung mit dieser Art Beschichtungsvorrichtungen die Beschichtungsbedingungen so festgelegt, daß die Schlitze Reynoldszahlen unter etwa 10 aufweisen. Dann wird die Beschichtungsemulsion unter diesen festgelegten Bedingungen durch den Schlitz bzw. die Schlitze ausgebracht. Zwar wird erfindungsgemäß die Stärke der Streifenbildung auch bei Einschlitz-Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen vermindert, besonders große Vorteile werden mit der Erfindung aber bei Mehrschlitz-Beschichtungsvorrichtungen erzielt Bei Beschichtungsvorrichtungen dieser Art wird die mit der gewünschten Gesamtdurchflußrate aufgebrachte Beschichtungsemulsion unter jeweils einzeln bestimmten Beschichtungsbedingungen auf eine Vielzahl von Schlitzen der Beschichtungsvorrichtung mit jeweils den angegebenen niedrigen Reynoldszahlen aufgeteilt. Die kleinen Reynoldszahlen der Schlitze und das Ausbringen derselben Emulsion in zwei oder mehr übereinanderliegenden Schichten bewirken zusammen, daß das durch Blockierungen der Schlitze der Beschichtungsvorrichtung bewirkte Ausmaß von Streifenbildungen deutlich verringert wird.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Position eines Partikels oder einer Durchflußbehinderung 31 in einer mit zwei Schlitzen ausgestatteten Beschichtungsvorrichtung 30. Das Partikel 31 befindet sich am oberen Ende des Dosierschlitzes 32, unmittelbar unterhalb der Erweiterung des Schlitzes 32, des sogenannten "Padday-Schlitzes"; bei letzterem handelt es sich um einen Schlitz, wie er im Padday-Patent US 3.005.440 beschrieben ist.
Stärke und Aussehen eines durch ein eingeklemmtes Partikel der in Fig. 2 dargestellten Art verursachten Streifens hängen sehr stark von der Position des Partikels ab. Partikel, die sich wie in Fig. 2 nahe am Ausgang des Schlitzes der Beschichtungsvorrichtung befinden, verursachen starke Streifen. Leider ist dies die Position, in der sich Partikel am häufigsten festsetzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können sogar starke Streifen, die durch nahe am Schlitzausgang der Beschichtungsvorrichtung festsitzende Partikel verursacht werden, deutlich vermindert werden, und dies bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer erwünschten hohen Gesamtdurchflußrate der Beschichtungsemulsion.
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten -schematischen Seitenschnitt durch einen fotografischen Film 50 mit einem Schichtträger 51, einer Schicht 52 einer ersten fotografischen Emulsion und einer Schicht 53 einer zweiten fotografischen Emulsion. In der Schicht 52 befindet sich eine Fehlstelle oder Vertiefung 54 in der Beschichtungsemulsion, die durch eine Blockierung in dem Schlitz, durch den die Schicht 52 ausgebracht wurde, verursacht wurde. Diese Fehlstelle oder Vertiefung wurde durch die Beschichtungsemulsion der Schicht 53 aufgefüllt, was zu einer ungleichmäßigen Stärke der beiden Schichten im Bereich der Vertiefung führte. Wenn die beiden Schichten eine unterschiedliche optische Dichte aufweisen, erscheint die in Längsrichtung entlang des Films 50 verlaufende Vertiefung 54 als Streifen im Film.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß die Stärke der Beschichtungsstreifen, die durch in den Schlitzen der Beschichtungsvorrichtung festsitzende Partikel oder sonstige Hindernisse verursacht werden, zur Reynoldszahl des Schlitzes in Beziehung stehen. Diese Beziehung besteht unabhängig davon, ob es sich bei den verwendeten Beschichtungsvorrichtungen um solche für das Wulstbeschichten oder um Gleit- oder Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen handelt. Und sie gilt sowohl für Einschlitz-Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen als auch für Mehrschlitz-Extrusionsbeschichtungsvorrichtungen.
Die Reynoldszahl ist ein dimensionsloser Wert, der das Verhältnis zwischen Trägheits- und Fließkräften wiedergibt, und wird durch die folgende Gleichung bestimmt:
Schlitz-Re = pO (I)
η
wobei p die Dichte der Emulsion, η die dynamische Viskosität und Q die Durchflußrate pro Breiteneinheit ist. Bei dieser Gleichung sind die Variablen einheitlich in einem Maßeinheitssystem, d.h. dem metrischen oder dem britischen System, angegeben, so daß man eine dimensionslose Zahl, z.B. 10, erhält. Siehe Chemical Engineers Handbook, 5. Ausgabe, Perry et al, McGraw-Hill Balke Co., Seiten 2-81 bis 2-84.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß wenn die vorstehend definierte Reynoldszahl des Schlitzes etwa 10 übersteigt, durch Blockierungen des Schlitzes verursachte Streifen in ihrer Stärke zunehmen und auch nicht durch Aufbringen weiterer Schichten über die streifige Schicht oder in anderer Weise behoben werden können.
Außerdem hat sich gezeigt, daß bei hohen Reynoldszahlen, z.B über etwa 10, die Gefahr steigt, daß Linien oder Streifen in der Beschichtung stark genug sind, um Ausschuß zu produzieren, und daß auch tief in den Schlitzen der Beschichtungsvorrichtung sitzende Partikel Streifen verursachen. Bei hohen Reynoldszahlen können schon extrem kleine Partikel oder selbst winzige Oberflächenmängel der Beschichtungsvorrichtung Streifen verursachen.
Um in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bedingungen zu schaffen, die einer Reynoldszahl des Schlitzes von maximal etwa 10 entsprechen, kann man die Durchflußrate oder die Viskosität der flüssigen Beschichtungsemulsion entsprechend anpassen. Zwar ist, wie aus Gleichung 1 ersichtlich, auch die Emulsionsdichte eine Variable, für die Veränderung der Dichte fotografischer Beschichtungsemulsionen besteht jedoch nur wenig oder gar kein Spielraum. Zur Veränderung der Viskosität können Feststoffe oder Wasser zugefügt oder ihre Anteile verringert werden. Diese Maßnahmen können jedoch zu Problemen führen. Die Zugabe von Feststoffen kann zu höheren Kosten oder zu einer größeren Schichtdicke führen oder die fotografischen Eigenschaften der Schicht nachteilig beeinflussen, während eine Erhöhung der Viskosität durch geringere Wasserzugabe Löslichkeitsprobleme verursachen und die Beschichtung in anderer Weise nachteilig beeinflussen kann.
Es wurden verschiedene Versuche mit Wulstbeschichtungen durchgeführt, die die mit dem erf indungsgemäßen Verfahren erzielbare unerwartete Verringerung von Beschichtungsfehlern nachweisen. Um Beschichtungsstreifen sichtbar zu machen, wurden in dem Schlitz, der das Hindernis enthielt, als Beschichtungsemulsion eine Mischung als Gelatine und Kohlenstoffschlämme und als Deckschicht ein klares Material verwendet. Die Versuche werden nachfolgend im einzelnen beschrieben:

Versuch 1

Als Beschichtungsvorrichtung wurde eine Gleitbeschichtungsvorrichtung mit zwei Schlitzen entsprechend der Vorrichtung 30 in Fig. 2 der Zeichnungen verwendet. Die Schlitzhöhe betrug 2,54 10&supmin;&sup4;m (0,010"), der Gleitwinkel betrug 150. In den unteren Schlitz 32 wurde absichtlich eine Blockierung 31 in der Weise eingebracht, daß eine kleine Kunststoffscheibe von 2,54 10&supmin;&sup4;m (0,010") Stärke und 0,157 10&supmin;&sup4;m (0,062") Durchmesser in einem Abstand von 0,38 10&supmin;²m (0,15") vom Schlitzausgang entfernt eingeklebt wurde. Die unterste Schicht wurde jeweils durch Ausbringen einer wäßrigen Gelatine/Kohlenstoffschlämme durch den so blockierten Schlitz aufgebracht. Aufgebracht wurden drei verschiedene untere Schichten aus Emulsionen mit Viskositäten von 2,8 10&supmin;³, 5,9 10&supmin;³ bzw. 9,0 10&supmin;³ Pa (2,8, 5,9 bzw. 9,0 Cp) bei einer Beschichtungstemperatur von 40,5º C (105º F). Für die oberste Schicht wurde eine klare wäßrige Lösling aus Gelatine und einem ionogenen grenzflächenaktiven Stoff durch den oberen Schlitz 33 ausgebracht. Für die oberste Schicht wurden drei verschiedene klare Emulsionen mit Viskositäten von 3,2 10&supmin;³, 6,2 10&supmin;³ bzw. 9,8 10&supmin;³ Pa (3,2, 6,2 bzw. 9,8 Cp) verwendet. Es wurden auf diese Weise eine Reihe von Beschichtungen mit unterschiedlichen Durchflußraten pro Breiteneinheit ausgeführt. Bei der für die unterste Schicht verwendeten Gelatine/Kohlenstoffschlämme-Mischung lagen die Durchflußraten zwischen 0,42 und 1,26 cc/cm-sek., bei der für die oberste Schicht verwendeten Emulsion aus Gelatine/grenzflächenaktivem Stoff zwischen 0,06 und 0,36 cc/cm-sek. Die aufgebrachten Schichten wurden in herkömmlicher Weise getrocknet, und es wurden dann die in den Schichten ausgebildeten Streifen mittels Dichtemeßverfahren gemessen. Die Streifenstärke wird definiert als maximale Veränderung der optischen Dichte im Bereich des Streifens dividiert durch die mittlere Dichte der Beschichtung. Bei der Gelatine/Kohlenstoff-Mischung (die nur in einer Schicht verwendet wurde) folgte die gemessene Veränderung der optischen Dichte dicht den Veränderungen der Schichtstärke.
In Fig. 4 der Zeichnungen ist das Ergebnis dieser Versuche in Form der Stärke der in der trockenen untersten Schicht ausgebildeten Streifen in Abhängigkeit von den berechneten Reynoldszahlen für die unterste Schicht bei unterschiedlichen verwendeten Durchflußraten grafisch dargestellt. Es sind jeweils Kurven für vier verschiedene Durchflußraten der obersten Schicht aufgetragen. Aus den einzelnen Kurven A, B, C und D in Fig. 4 ist ersichtlich, daß mit dem Ansteigen der Reynoldszahl des unteren Schlitzes über etwa 10 die Streifenstärke wesentlich zunahm. Bei einer Reynoldszahl unter etwa 10 wurde durch eine weitere Verringerung der Reynoldszahl keine wesentliche Veränderung der Streifenstärke mehr erreicht.
Die Versuchsergebnisse der Fig. 4 machen noch ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich. Sie zeigen, daß bei abnehmender Durchflußrate der oberen Schicht sich die Verringerung der Reynoldszahl für die unterste Schicht weniger ausgeprägt auswirkt. Die Erfindung kann somit von besonderem Nutzen sein, wenn mehrere Schichten (zum Beispiel 8 oder mehr) gleichzeitig aufgebracht werden und daher eine Schicht, in der eine Blockierung auftritt, nur einen geringen Bruchteil, zum Beispiel weniger als etwa 0,5, insbesondere weniger als etwa 0,2, der Gesamtdurchflußrate ausmacht. Eine mögliche Erklärung hierfür liegt darin, daß bei einer relativen hohen Durchflußrate der untersten Schicht im Vergleich zur oberen Schicht sich die unterste Schicht eher wie eine einzige Schicht verhält. Der Streifen in der untersten Schicht wird sich daher eher selbst ausgleichen, und eine Vergrößerung der Reynoldszahl verstärkt die Streifenstärke nicht in demselben Maße wie bei einem relativ großen Verhältnis zwischen der obersten Schicht und der untersten Schicht. Es wird angenommen, daß dies den Unterschied zum Beispiel zwischen den Kurven A und D in Fig. 4 erklärt. So war bei Kurve A die Durchflußrate der obersten Schicht relativ groß und damit das Verhältnis der untersten Schicht zur Gesamtschicht relativ niedrig. In diesem Fall verstärkte eine Vergrößerung der Reynoldszahl der untersten Schicht (in der sich die Blockierung befand) die Streifenstärke in hohem Maße. Bei Kurve D machte andererseits die unterste Schicht einen größeren Teil der Gesamtbeschichtung aus, und die Auswirkung der Reynoldszahl auf den Streifen war daher weniger stark, wenn auch immer noch ganz beträchtlich. Im Sinne dieser Beschreibung und der Ansprüche ist unter dem Verhältnis der obersten Schicht zur untersten Schicht, wie bereits erwähnt, das Verhältnis der Durchflußrate der untersten Schicht zur Durchflußrate sämtlicher Schichten zu verstehen, d.h. das Verhältnis der Durchflußrate der untersten Schicht zur Gesamtdurchflußrate aller Schichten, einschließlich der untersten und aller darüberliegenden Schichten. Dabei ist unter der untersten Schicht die Schicht zu verstehen, in der die Schlitzblockierung auftritt. Tatsächlich können sich darunter noch weitere Schichten befinden.

Versuch 2

Bei einer Beschichtungsvorrichtung mit zwei Schlitzen der in Fig. 2 gezeigten Art wurden absichtlich Kratzer über die gesamte Länge der Oberseite des unteren Schlitzes eingearbeitet. Die Kratzer verliefen parallel zur Strömungsrichtung und waren etwa 0,0002" tief. Durch die unteren Schlitze wurden Gelatine/Kohlenstoffschlämme-Mischungen mit Viskositäten im Bereich von 3,0 10&supmin;³ bis 9,2 10&supmin;³ Pa (3,0 bis 9,2 Cp) mit unterschiedlichen Durchflußraten zwischen 0,42 bis 0,84 cc/cm-sek ausgebracht. Durch den oberen Schlitz wurde eine aus Gelatine und einem grenzflächenaktiven Stoff bestehende wäßrige Lösung (Viskosität 19 10&supmin;³ Pa (19 Cp)) mit unterschiedlichen Durchflußraten zwischen 0,06 und 0,63 cc/cm-sek. ausgebracht. Es wurden Filme mit vier unterschiedlichen Naßschichtstärkenverhältnissen zwischen unterster Schicht und Gesamtschicht, nämlich 0,56, 0,63, 0,74 und 0,88, aufgebracht. Für den Durchfluß der untersten Schicht wurden Reynoldszahlen errechnet. Bei allen vier Naßschichtstärkenverhältnissen zwischen unterster Schicht und Gesamtschicht enthielten die Filme, die mit Reynoldszahlen über 10 (insbesondere mit Re = 14, 21 und 28) aufgebracht wurden, unzulässig starke Beschichtungsstreifen. Bei Schichten, die mit Reynoldszahlen unter 10 (insbesondere- 4, 6 und 9,1) aufgebracht wurden, waren Streifen entweder nicht vorhanden oder deutlich schwächer ausgeprägt.
Erfindungsgemäß können Schlitz-Reynoldszahlen unter 10 selbst bei hohen Gesamtbeschichtungsraten und niedrigen Viskositäten dadurch erreicht werden, daß man die Anzahl der Schlitze, durch die die fotografische Emulsion ausgebracht wird, erhöht. Durch das Ausbringen der Emulsion durch eine Vielzahl von Schlitzen verringert sich die Durchflußrate pro Breiteneinheit je Schlitz. Die Gesamtdurchflußrate bleibt jedoch konstant. Wie die Gleichung I zeigt, reduziert sich bei Verringerung der Durchflußrate pro Breiteneinheit auch die Reynoldszahl. Wenn zum Beispiel eine Flüssigkeit statt durch einen Schlitz mit derselben Gesamtdurchflußrate durch zwei Schlitze ausgebracht wird, verringert sich die Reynoldszahl jedes Schlitzes etwa um den Faktor zwei. Der folgende Versuch belegt, daß es von Vorteil ist, eine fotografische Emulsion durch eine Vielzahl von Schlitzen einer Beschichtungsvorrichtung aus zubringen.

Versuch 3

Zum Aufbringen derselben Emulsionen, wie sie in den zuvor erläuterten Versuchen beschrieben wurden, mittels des Wulstbeschichtungsverfahrens wurde eine Gleitbeschichtungsvorrichtung mit vier Schlitzen verwendet. Der Beschichtungsauftrag erfolgte bei der untersten Schicht mit einer Durchflußrate pro Breiteneinheit, bei der obersten Schicht mit vier verschiedenen Durchflußraten. Damit ergaben sich vier unterschiedliche Werte für das Durchflußratenverhältnis zwischen unterster Schicht und Gesamtschicht. Bei einer Beschichtung wurde die unterste Schicht (Gelatine/Kohlenstoffschlämme) nur durch einen Schlitz ausgebracht. Verwendete Reynoldszahl: 20. Es wurden zwei Blockierungen der im Versuch 1 beschriebenen Art im Schlitz positioniert. Die trockene Beschichtung wies bei allen Durchflußratenverhältnissen zwischen unterster Schicht und Gesamtschicht starke Streifenbildung auf. Anschließend wurde die Emulsion der untersten Schicht mit derselben Gesamtdurchflußrate durch zwei benachbarte Schlitze ausgebracht. Mit der dadurch auf etwa 10 verringerten Reynoldszahl der einzelnen Schlitze verringerte sich die Stärke der Streifen dramatisch. Bei einer Reynoldszahl von etwa 10 waren die Streifen praktisch nicht wahrnehmbar, wenn das Verhältnis der Durchflußrate der untersten Schicht zur Gesamtschicht 0,8 bzw. 0,9 betrug. Schließlich wurden Beschichtungen auch in der Weise aufgebracht, daß man die Gelatine/Kohlenstoffschlämme-Mischung der untersten Schicht durch drei Schlitze ausbrachte. Dabei wurden weitere Verminderungen der Streifenstärke beobachtet. Tatsächlich waren in keiner der trockenen Beschichtungen, die mit fünf verschiedenen Durchflußratenverhältnissen zwischen unterster Schicht und Gesamtschicht aufgebracht wurden, Streifen zu erkennen.
Grundsätzlich werden beim Aufbringen einer Beschichtungsemulsion durch mehrere Schlitze einer Beschichtungsvorrichtung stärkere Streifen verursacht, wenn sich die Blockierungen in den obersten Schlitzen befinden. Um den schlimmsten Fall in einem Versuch darzustellen, wurden im Versuch 3 die Blockierungen in dem obersten Schlitz positioniert, durch den die Gelatine/Kohlenstoff-Emulsion ausgetragen wurde. Selbst unter diesen Bedingungen traten jedoch keine oder in ihrer Stärke deutlich verringerte Streifen auf.
Der Versuch 3 beweist, daß das Ausbringen einer Emulsion durch mehrere Schlitze einer Beschichtungsvorrichtung dann von großem Vorteil ist, wenn die Reynoldszahl bei derselben Durchflußrate bei einem einzigen Schlitz über 10 liegen würde. Möglich sind in diesem Fall zehnfache oder sogar noch stärke Verringerungen der Streifenstärke. Auch wenn die Reynoldszahl unter 10 liegt, bietet das Ausbringen der Emulsion durch mehrere Schlitze immer noch Vorteile, wenn auch die Verminderung der Streifenstärke weniger ausgeprägt ist als bei einer hohen Reynoldszahl. Der Vorteil liegt hier in dem Umstand, daß durch eine Blockierung verursachte Störungen zunächst auf nur einen Bruchteil der Gesamtschicht dieser Emulsion beschränkt sind. Diese Beschränkung der Störung ist von der Reynoldszahl unabhängig. Bei einer kleinen Reynoldszahl kann dieser Effekt der Begrenzung der Störung jedoch dadurch deutlich aufgewogen werden, daß die Selbstheilung des Streifens durch Oberflächenspannung und Schwerkraft auf der Gleitfläche der Beschichtungsvorrichtung verringert wird. Diese Kräfte können in der teilweisen Selbstheilung eines Streifens in einer auf der Gleitfläche der Beschichtungsvorrichtung befindlichen Schicht bei einem hohen Durchflußratenverhältnis der Schicht stärker wirksam werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt die stärkste Verringerung der Streifenbildung bei Schlitz-Reynoldszahlen von maximal 10, zum Beispiel im Bereich von 8 bis 10. Bei niedrigeren Reynoldszahlen, zum Beispiel zwischen 0,1 bis 5, ist die Stärke der Streifen jedoch ebenfalls sehr gering, sofern das Verhältnis der Durchflußraten der untersten Schicht und der Gesamtschicht relativ niedrig ist, d.h. unter etwa 0,5 liegt. Bei einem Durchflußratenverhältnis zwischen unterster Schicht und Gesamtschicht über etwa 0,5 ist es möglich, daß eine Anhebung der Anzahl der Schlitze zu einer etwas verstärkten Streifenbildung führt. Diese Eigenschaft wird durch den folgenden Versuch illustriert:

Versuch 4

Mittels einer Mehrschichten-Gleitbeschichtungsvorrichtung wurde eine dreilagige Beschichtung unter Verwendung der folgenden Beschichtungsemulsionen mit den folgenden Viskositäten und Durchflußraten pro Breiteneinheit aufgebracht: Unterste Schicht Mittlere Schicht Oberste Schicht Emulsion Viskosität (Pa) Durchflußrate (cc/cm-sek) Wäßrige Gelatine Wäßrige Oslatine/ Kohlenstoffschlämme Wäßrige Gelatine/0,08 Vol. % grenzflächenakt. Stoff
Wie zuvor beschrieben, wurde bei diesen Versuchen eine Blockierung im Abstand von 0,32 10&supmin;²m (0,125") vom Ausgang des obersten Schlitzes der mittleren Schicht plaziert. Die mittlere Schicht wurde durch einen, zwei oder drei Schlitze mit Durchflußraten entsprechend einer Reynoldszahl von etwa 1 ausgebracht. Die klare oberste Schicht wurde mit den zwei vorstehend angegebenen Durchflußraten ausgebrachte so daß sich Durchflußratenverhältnisse zwischen unterster Schicht und oberster Schicht von 0,30 und 0,80 ergaben.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den Kurven E und F in Fig. 5 dargestellt. Die Kurve E entspricht der Streifenstärke der drei Beschichtungen, wobei die mittlere Schicht durch einen, zwei bzw. drei Schlitze ausgebracht wurde und das Durchflußratenverhältnis zwischen unterster und oberster Schicht 0,30 betrug. Entsprechend entspricht die Kurve F der Streifenstärke bei einem Durchflußratenverhältnis von 0,80. Aus diesen Ergebnissen läßt sich schließen, daß bei einer derart niedrigen Reynoldszahl (Re = 1) in der Schicht, die eine Blockierung enthält, der durch das Ausbringen der Emulsion durch mehrere Schlitze erhaltene Effekt der Störungsbegrenzung stärker zum Tragen kommt, wenn das Durchflußratenverhältnis der die Schlitzblockierung enthaltenden Schicht unter 0,5 liegt. Wie die Kurve F zeigt, bringt bei hohem Durchflußratenverhältnis (0,8) die Verteilung des Emulsionsflusses auf zwei oder drei Schlitze keine Verminderung der Streifenstärke, sondern kann diese sogar noch erhöhen.
Die Daten der Fig. 5 zeigen ferner, daß bei einem Durchflußratenverhältnis zwischen unterster Schicht und Gesamtschicht von unter etwa 0,5 ein beträchtlicher Vorteil in bezug auf die Verringerung der Streifenstärke selbst bei Reynoldszahlen weit unter 10 erzielt wird, wenn die Beschichtungsemulsion durch mehrere Schlitze ausgetragen wird. Die größte Verringerung der Streifenstärke durch den Effekt der Störungsbegrenzung wird dann erzielt, wenn die unterste Schicht sehr dünn ist, d.h. wenn das Durchflußratenverhältnis zwischen unterster Schicht und Gesamtschicht sehr niedrig, zum Beispiel geringer als etwa 0,2 ist. In diesem Fall nähert sich die Verringerung der Streifenstärke dem theoretischen Maximum, wobei letzteres sich proportional zur Anhebung der Anzahl der Schlitze verhält. Zum Beispiel würden zwei Schlitze die Streifenstärke um etwa 50 % gegenüber einem Schlitz verringern.
Bei den zuvor beschriebenen Versuchen wurde die Streifenstärke an Produkten gemessen, bei denen eine klare Schicht über einer kohlenstoffhaltigen Schicht aufgebracht wurde, wobei letztere durch einen eine Blockierung enthaltenden Schlitz ausgebracht wurde. In diesem Fall ist die Fehlstelle oder die Vertiefung in der teilweise blockierten Schicht deutlich als Streifen oder Linie zu erkennen. Im allgemeinen erscheinen Streifen und Linien jedoch immer dann, wenn die Blockierung in einer Schicht aus einer Emulsion auftritt, deren optische Dichte wesentlich von jener der darüber aufgebrachten Schicht abweicht. Wie bereits erwähnt, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von mehrschichtigen fotografischen Elementen, d.h. Elementen, die aus einem Schichtträger mit einer darauf übereinander aufgebrachten Vielzahl fotografischer Beschichtungsemulsionen bestehen. Die Anzahl der Schichten kann zwischen zwei und bis zu zehn oder darüber liegen. Die flüssigen Beschichtungsemulsionen weisen bei Beschichtungstemperatur eine relativ niedrige Viskosität, zum Beispiel Viskositäten von nur 2 Cp bis zu etwa 200 Cp oder sogar noch etwas mehr, auf. Üblicherweise liegt die Viskosität im Bereich von etwa 5 10&supmin;³ bis etwa 150 10&supmin;³ Pa (5 bis etwa 150 Cp). Die aufgebrachten einzelnen Schichten sind äußerst dünn, d.h. ihre Stärke im nassen Zustand liegt bei maximal etwa 0,015 cm, im allgemeinen weit unter diesem Wert, in manchen Fällen bei nur 0,0001 cm. Außerdem müssen die Schichten eine äußerst gleichmäßige Stärke aufweisen, wobei die maximale Dickenabweichung plus oder minus 5%, in manchen Fällen auch nur plus oder minus 0,2% beträgt.
Unter "fotografisch" ist normalerweise ein strahlungsempfindliches Material zu verstehen, wobei jedoch nicht alle Schichten, die bei der Herstellung fotografischer Elemente auf einem Beschichtungsträger aufgebracht werden, an sich strahlungsempfindlich sind. Zum Beispiel werden häufig Grundschichten, lichtdurchlässige Schutzschichten, Filterschichten, lichthofverhindernde Schichten, usw. einzeln und/oder in Kombination aufgebracht, und diese Schichten sind an sich nicht strahlungsempfindlich. Der Begriff "fotografische Beschichtungsemulsion" beinhaltet im Sinne dieser Beschreibung auch Emulsionen, aus denen die genannten Schichten ausgebildet werden.
Die Schichten werden normalerweise in wäßrigen Medien aufgebracht; allerdings ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, da auch andere flüssige Lösungsmittel auf dem Gebiet der Herstellung fotografischer Elemente bekannt sind und die Erfindung auch mit Nutzen bei der Beschichtung mit derartigen nicht wäßrigen flüssigen Lösungsmitteln einsetzbar ist.
Insbesondere können die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten fotografischen Schichten lichtempfindliche Materialien wie Silberhalogenid, Zinkoxid, Titaniumdioxid, Diazoniumsalze, lichtempfindliche Farbstoffe, usw. sowie andere für die Verwendung in fotografischen Schichten bekannte Bestandteile, zum Beispiel Mattierungsstoffe, wie Siliziumdioxid oder polymere Partikel, Entwicklungsmittel, Beizen und Materialien der im US-Patent Nr. 3.297,446 beschriebenen Art enthalten. Ferner können die fotografischen Schichten auch verschiedene hydrophile Kolloide enthalten. Beispiele solcher Kolloide sind Proteine, zum Beispiel Gelatine; Proteinderivate; Zellulosederivate, Polysaccharide wie Stärke, Zucker wie Dextran; Pflanzengummi; synthetische Polymere wie Poly(vinylalkohol), Poly(acrylamid) und Poly(vinylpyrvolidon) sowie andere hydrophile Kolloide der in US-A-3.297.446 veröffentlichten Art. Auch Mischungen der vorgenannten Kolloide sind verwendbar.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind fotografische Beschichtungsträger unterschiedlicher Art verwendbar. Hierzu gehören Filmträger, wie zum Beispiel Celluloseacetatfilm, Poly(vinylacetal)-Film, Polycarbonatfilm, Poly(ethylenterephthalat)-Film und andere Polyesterfilme. Auch mit Alpha-Olefinpolymeren, zum Beispiel Polyethylen und Polypropylen, oder mit anderen Polymeren, wie zum Beispiel organische Säureester der Zellulose und lineare Polyester, sind verwendbar. Der Schichtträger kann die Form eines fortlaufenden Bandes oder einzelner Blätter aufweisen; im kommerziellen Einsatz wird er jedoch am häufigsten als fortlaufendes Band Verwendung finden.
Zur Veränderung der Oberflächenspannung und Beschichtungsfähigkeit der fotografischen Beschichtungsemulsionen können grenzflächenaktive Mittel unterschiedlicher Art verwendet werden. Als nützliche grenzflächenaktive Mittel können unter anderem genannt werden: Saponin, nicht-ionogene grenzflächenaktive Mittel, wie Polyalkylenoxide, zum Beispiel Polyethylenoxide, und die wasserlöslichen Addukte von Glycidol und Alkylphenol, anionogene grenzflächenaktive Mittel, wie Alkylarylpolyether-Sulfate und -Sulfonate und amphotere grenzflächenaktive Mittel wie Arylalkyltaurine, N-Alkyl und N-Acyl-Beta-Amino-Propionate; Alkylammonium-Schwefelsäurebetaine, usw. Beispiele für nützliche grenzflächenaktive Mittel sind in GB-A-1.022.878 und US-A-2.739.891 sowie 3.026.202 und 3.133.816 beschrieben.
Zeichnwigsbeschriftuzig:
Fig. 4:
(a) Reynoldszahl des untersten Schlitzes
(b) Streifenstärke der untersten Schicht
Fig. 5:
(c) Streifenstärke der mittleren Schicht
(d) Anzahl Schlitze für die mittlere Schicht

Claims

1. Verfahren zum Beschichten eines bewegten Schichtträgers mit einer fotografischen Emulsion mittels einer Beschichtungsvorrichtung, die einen oder mehrere Beschichtungsschlitze aufweist, so daß mindestens eine Schicht fotograf ischer Emulsion auf dem Schichtträger auf getragen wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Festlegen der Fließbedingungen der Emulsion durch den (die) Schlitz(e) entsprechend einer Schlitzgröße mit einer Reynoldszahl von maximal 10;

b) Ausbringen der Emulsion aus dem (den) Schlitz(en) entsprechend den in Schritt a) festgelegten Bedingungen; und

c) Aufbringen der aus der Beschichtungsvorrichtung ausgebrachten Emulsion auf den bewegten Schichtträger.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte, wobei die Beschichtungsvorrichtung eine Vielzahl von Schlitzen aufweist:

a) Festlegen der Gesaiutdurchflußrate für die Emulsion, die für die Bildung einer Schicht von vorgegebener Dicke auf dem Schichtträger erforderlich ist;

b) Festlegen der einzelnen Durchflußraten für jeden der Schlitze entsprechend einer Schlitzgröße mit einer Reynoldszahl von maximal 10 für jeden Schlitz;

c) Festlegen der Anzahl der Schlitze, durch die die Emulsion mit den individuellen Durchflußraten ausgebracht werden soll, um die Gesamtdurchflußrate zu erreichen;

d) Ausbringen der Emulsion aus der vorgegebenen Anzahl benachbart angeordneter Schlitze; und

e) Aufbringen der aus der Beschichtungsvorrichtung ausgebrachten Emulsion auf den bewegten Schichtträger.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzgröße eine Reynoldszahl zwischen 8 und 10 aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchflußrate der untersten Schicht zur Durchflußrate sämtlicher Schichten unter 0,5 liegt und die Emulsion aus einer Vielzahl von Schlitzen ausgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzgröße eine Reynoldszahl von unter 1 aufweist und die Emulsion aus einer Vielzahl von Schlitzen ausgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußrate für jeden der einzelnen Schlitze nach folgender Gleichung berechnet wird:

Re = pQ/η

wobei

Re die dimensionslose Reynoldszahl einer Schlitzgröße

p die Dichte der Emulsion,

n die dynamische Viskosität der Emulsion, und

Q die Durchflußrate pro Breiteneinheit

sind.