DE69201489T3

DE69201489T3 - Beschichtungsverfahren.

Info

Publication number: DE69201489T3
Application number: DE69201489T
Authority: DE
Inventors: William D. Chili DEVINE
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1991-03-28
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2012-03-25
Also published as: WO1992017816A1; DE69201489D1; JPH06506306A; EP0577742A1; US5143758A; DE69201489T2; EP0577742B1; EP0577742B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Trägers mit Flüssigkeitsschichten und insbesondere ein verbessertes Verfahren für die Trichterbeschichtung eines Trägers mit fotografischen Emulsionen, bei denen bestimmte Beschichtungsfehler vermieden oder verringert werden.
Beim Beschichten eines Trägers, beispielsweise eines Films oder Papiers, mit fotografischen Schichten wird der Träger häufig mit einer Vielzahl von Einzelschichten gleichzeitig beschichtet, wobei die aufeinander folgenden Schichten mit einem Beschichtungstrichter jeweils auf die darunter liegende Schicht aufgetragen werden. Ein als Mehrfachgleitflächen-Trichter bekannter Beschichtungstrichter setzt sich aus Einzelgleitelementen zusammen, die durch Schlitze und Hohlräume voneinander getrennt sind. Durch Einführen der einzelnen Beschichtungsflüssigkeiten in je einen Hohlraum wird der Flüssigkeitsstrom auf die gewünschte Breite verteilt und dann nach Durchströmen des schmalen Schlitzes gleichförmig über die Beschichtungsbreite aufgetragen. Nach Austritt aus dem Schlitz fließt die Schicht mit natürlichem Gefälle die schräge Gleitfläche hinab. Da die Schichten aus den oberstromigen Schlitzen über die aus den unterstromigen Schlitzen austretenden Schichten fließen, werden die Einzelschichten der Beschichtungsflüssigkeiten übereinander aufgetragen. Am Ende der Gleitfläche fließt die Flüssigkeit auf das bewegte Band, um dieses zu beschichten.
Problematisch wird dies, wenn die engen Trichterschlitze durch Festkörperpartikel, Gelklumpen oder Luftblasen teilweise blockiert sind oder wenn die Schlitzfläche Kerben oder Kratzer aufweist. In der Nähe der Blockierung oder des Kratzers ist die Strömung gestört und wird dann dreidimensional. Wenn diese Störung nicht verschwindet und die Strömung stromabwärts wieder zweidimensional wird, entwickelt sich in der Schicht, die durch den Schlitz mit der Blockierung oder dem Kratzer ausgebracht wurde eine Fehlstelle oder längliche Vertiefung. Wenn die oberen Schichten über der Schicht mit der Vertiefung aufgetragen werden, wird diese ausgefüllt, weil die Schwerkraft und Oberflächenspannungskräfte die Oberfläche der Flüssigkeitsschichten auf der Trichter-Gleitfläche nivellieren. Infolgedessen macht sich eine Dickenänderung einer oder mehrerer Schichten über die Breite aller Schichten bemerkbar. Diese Dickenänderung der aufgetragenen Schichten, die in Schichten mit größerer optischer Dichte deutlich sichtbar ist, erzeugt einen länglichen Streifen. Bei hinreichender Ausprägung macht dieser längliche Streifen das beschichtete Produkt ganz oder teilweise unbrauchbar. Bei der Beschichtung fotografischer Filme und Papiere können solche Streifen und Zeilen erheblichen Ausschuss verursachen und die Herstellungskosten erhöhen.
In US-A-3 508 947 (Hughes) wird die Möglichkeit der Beschichtung mit einer Vielzahl von Schichten derselben Zusammensetzung durch ein Vorhangbeschichtungsverfahren erwähnt (siehe Spalte 14, Zeilen 10–23) und behauptet, dass die Bildung der bei einem Extrusionstrichter mit nur einem Schlitz auftretenden „Schlitz-Zeilen" dadurch vermieden wird. Genaue Angaben darüber, wie die veränderlichen Größen des Beschichtungsprozesses so festgelegt werden können, dass sich solche Beschichtungsfehler auch bei hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten verringern lassen, werden jedoch nicht gemacht. Darüber hinaus enthält das Patent keine Vorschläge für die Lösung des gravierenden Problems der durch Blockierungen in den Trichterschlitzen verursachten Streifenbildung. Somit gibt es bisher kein Verfahren für die Steuerung des Beschichtungsvorgangs zur Verringerung der Ausprägung der durch Schlitzblockierungen in den aufgetragenen Schichten verursachten länglichen Streifen. Auch ein Verfahren, das hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten ohne ausgeprägte Streifenbildung ermöglicht, gibt es bisher nicht. Die vorliegende Erfindung schafft ein solches Verfahren.
Die am 24. Januar 1991 eingereichte und nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlichte Europäische Patentanmeldung EP-A-0 439 172 beschreibt ein Verfahren für die Herstellung farblichtempfindlichen Materials durch gleichzeitiges Beschichten mit mehreren Schichten. Bei den in diesem Dokument beschriebenen Beispielen erfolgt die Beschichtung mit einer Schlitz-Reynoldszahl kleiner als 1. Dabei weisen jedoch alle durch benachbarte Schlitze ausgebrachten Emulsionen unterschiedliche Zusammensetzungen auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Ausprägung der durch Blockierungen oder Oberflächenfehler in den Schlitzen des Beschichtungstrichters verursachten länglichen Streifen in fotografischen Beschichtungen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verringerung der Ausprägung der Streifenbildung bei Ausbringung der Beschichtungsmasse durch eine Vielzahl von Schlitzen dann besonders gut, wenn das Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate kleiner ist als 0,5.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine, teilweise im Schnitt abgebildete schematische Darstellung einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Trichter-Beschichtungsvorrichtung mit mehreren Gleitflächen;
2 eine schematische Darstellung eines zweischlitzigen Trichters mit Gleitflächen, aus der die Position eines den Durchfluss der Beschichtungsmasse blockierenden Partikels in dem unterstromigen Schlitz ersichtlich ist;
3 einen schematischen Querschnitt eines beschichteten Films mit einem Beschichtungsfehler in den Schichten; und
4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Ausprägung der Streifenbildung und den Reynoldszahlen der Schlitze veranschaulicht; und
5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Ausprägung der Streifenbildung und der Anzahl der Beschichtungsschlitze für verschiedene Reynoldszahlen der Schlitze veranschaulicht.
1 veranschaulicht die Verwendung eines Mehrfachgleitflächen-Trichters 10, wie er in dem Mercier u. a. erteilten US-Patent US-A-2 761 419 (das hiermit durch Verweis zu einem Bestandteil der vorliegenden Anmeldung erklärt wird) beschrieben wird, zum Beschichten eines bewegten Bandes eines fotografischen Filmträgers 11 mit einer Vielzahl von Schichten einer oder mehrerer fotografischer Emulsionen, wie zum Beispiel wässrige Silberhalogenidemulsionen und dergleichen. Bei der herkömmlichen Verwendung eines solchen Beschich tungstrichters werden unterschiedliche flüssige Beschichtungsmassen, die auf dem Filmträger 11 deutlich unterscheidbare Einzelschichten bilden, kontinuierlich von Dosierpumpen oder Pumpen mit konstanter Fördermenge (in der Zeichnung nicht dargestellt) in die Hohlräume 12, 13 und 14 des Trichters 10 gepumpt. Die in den Hohlraum 14 gepumpte Masse wird durch den Pumpendruck aus dem Hohlraum durch einen Schlitz 16 auf eine nach unten gerichtete schräge Gleitfläche 17 befördert. Die Masse fließt in Form einer Schicht 18 mit natürlichem Gefälle die Gleitfläche hinab in einen sich zwischen der Oberfläche des Bandes 11 und der Lippe oder dem Ende 20 der untersten Gleitfläche bildenden Beschichtungswulst 19.
Das bewegte Band 11 berührt den Beschichtungswulst 19, nimmt auf seiner Oberfläche die übereinander ausgebrachten Schichten der Beschichtungsmassen auf und führt die Beschichtungen der weiteren Bearbeitung, wie zum Beispiel Chill-Fixieren und Trocknen, zu. 1 zeigt auch eine in der Wulstbeschichtung übliche Einrichtung, nämlich eine Niederdruck- oder Unterdruck-Kammer 21, die den Beschichtungswulst stabilisiert. Eine solche Unterdruck-Kammer wird beispielsweise in dem Beguin erteilten US-Patent US-A-2 681 294 offenbart, das hiermit durch Verweis zu einem Bestandteil der vorliegenden Anmeldung erklärt wird.
Die in die Hohlräume 12 und 13 gepumpten Massen fließen ebenfalls aus den Schlitzen 22 und 23 auf die entsprechenden Gleitflächen und dann, übereinander liegend, über die Schicht 18. Obwohl die Beschichtungsmassen in der Zeichnung als getrennte Schichten dargestellt sind, gibt es zwischen den Schichten keine Grenzflächen, wenn die aus den Schlitzen 16, 22 und 23 fließenden Beschichtungsmassen dieselbe Zusammensetzung aufweisen.
Wie das Mercier u. a. erteilte Patent zeigt, ist das Wulstbeschichtungsverfahren an sich bekannt. Es ist gekennzeichnet durch die Bildung einer Flüssigkeitsbrücke bzw. eines Wulstes zwischen der Lippe des Beschichtungstrichters und der zu beschichtenden Fläche. Die Wulstbeschichtung arbeitet zwar mit einem Mehrfachgleitflächen-Beschichtungstrichter und kann für das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden, ist aber nicht das einzige Verfahren dieser Art. Ein weiteres Verfahren ist die Vorhangbeschichtung, die beispielsweise in dem Hughes erteilten US-Patent US-A-3 508 947 offenbart wird. Das Patent offenbart einen Mehrfachgleitflächen-Trichter mit einer nach unten gerichteten schrägen Gleitfläche und einer Vielzahl von Einzelschlitzen, deren Auslässe entlang der Gleitfläche mit Abstand zueinander übereinander angeordnet sind. Die aus den Schlitzen austretenden Beschichtungsflüssigkeiten bilden beim Hinabfließen auf der Gleitfläche eine Verbundschicht. Die Verbundschicht fällt mit natürlichem Gefälle über die Unterkante oder Lippe des Trichters und bildet einen frei fallenden senkrechten Vorhang. Dieser wird unter dem Trichter auf einem bewegten Band oder einem anderen Substrat oder Träger aufgenommen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zwar besonders zur Verringerung der Ausprägung von Beschichtungsstreifen beim Wulstbeschichten und Vorhangbeschichten mit Mehrfachgleitflächen-Trichtern, leistet aber auch gute Dienste, wenn bei der Extrusionsbeschichtung mit mehreren Düsen Blockierungen in den Beschichtungsschlitzen auftreten. Extrusionstrichter sind an sich bekannt. So wird beispielsweise ein Einschlitz-Extrusionstrichter in dem oben zitierten Beguin-Patent US-A-2 681 294 offenbart. Extrusionstrichter mit mehreren Schlitzen werden in den Russel-Patenten US-A-2 761 418 und US-A-2 761 791 und in dem Russell u. a. erteilten US-Patent US-A-2 761 417 offenbart.
In Extrusionstrichtern mit einem und mehreren Schlitzen ebenso wie in Mehrfachgleitflächen-Trichtern können Blockierungen in den Schlitzen durch Festkörperpartikel, Gelklumpen, Fasern oder Blasen erzeugt werden. Diese verursachen ihrerseits Streifen in dem beschichteten Produkt. Erfindungsgemäß werden beim Beschichten mit Trichtern dieser Art die Beschichtungsbedingungen bestimmt, die Schlitz-Reynoldszahlen unter etwa 10 entsprechen. Anschließend wird die Beschichtungsmasse unter den so bestimmten Bedingungen durch eine Anzahl von Schlitzen mit einer Reynoldszahl größer als 1 ausgebracht. In solchen Trichtern wird die mit der gewünschten Gesamtrate fließende Beschichtungsmasse einer Vielzahl der Trichterschlitze unter individuellen Beschichtungsbedingungen zugeteilt, welche die genannten niedrigen Reynoldszahlen ergeben. Durch die gemeinsame Wirkung der reduzierten Schlitz-Reynoldszahlen und des Aufbringens derselben Masse in zwei oder mehr übereinander liegenden Schichten wird die Ausprägung der durch Blockierungen in den Trichterschlitzen verursachten Streifen deutlich verringert.
2 zeigt schematisch die Position eines Partikels oder Strömungshindernisses 31 in einem zweischlitzigen Gleitflächen-Trichter 30. Das Partikel 31 erscheint am oberen Ende des Dosierschlitzes 32, unmittelbar unter der Vergrößerung in dem als „Padday-Schlitz" bekannten und in dem Padday-Patent US-A-3 005 440 gezeigten Schlitz 32.
Die Ausprägung und das Aussehen eines von einem, wie in 2 gezeigten eingeschlossenen Partikels verursachten Streifens, hängen weitgehend von der Position des Partikels ab. Ausgeprägte Streifen werden von Partikeln verursacht, die, wie in 2 gezeigt, in der Nähe des Auslasses des Trichterschlitzes positioniert sind. Unglücklicherweise ist dies eine Stelle, an der mit einem Einschluss von Partikeln gerechnet werden muss.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch ausgeprägte Streifen, die durch Partikel im Schlitz in der Nähe des Trichterschlitzauslasses verursacht werden, unter Beibehaltung einer wünschenswerten hohen Gesamtdurchflussrate für die Beschichtungsmasse deutlich verringert werden.
3 zeigt in schematischer Darstellung eine vergrößerte seitliche Querschnittsansicht eines fotografischen Films 50 mit einem Träger 51, einer Schicht 52 einer ersten fotografischen Emulsion und einer Schicht 53 einer zweiten fotografischen Emulsion. Die Schicht 52 enthält eine Fehlstelle oder Vertiefung 54 in der Beschichtungsmasse, die durch eine Blockierung in dem Schlitz verursacht wurde, der zum Ausbringen der Schicht 52 diente. Diese Fehlstelle oder Vertiefung wird von der Schicht 53 ausgefüllt, sodass die beiden Schichten in der Nähe der Vertiefung eine ungleichförmige Dicke aufweisen. Wenn die beiden Schichten unterschiedliche optische Dichten aufweisen, erscheint die sich in Längsrichtung des Films 50 erstreckende Vertiefung 54 im Film als Streifen.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Entdeckung zugrunde, dass die Ausprägung von Beschichtungsstreifen, die durch eingeschlossene Partikel oder andere Hindernisse in den Schlitzen eines Beschichtungstrichters verursacht werden, in einem Zusammenhang mit der Reynoldszahl des Schlitzes steht. Dieser Zusammenhang ist bei Beschichtungstrichtern für Wulstbeschichtungen ebenso festzustellen wie bei Beschichtungstrichtern für Vorhangbeschichtungen und bei Gleitflächen-Trichtern ebenso wie bei Extrusionstrichtern. Sie gilt auch für Trichter mit mehreren Schlitzen.
Die Schlitz-Reynoldszahl ist eine dimensionslose Größe, die das Verhältnis der Trägheitskräfte zu den Zähigkeitskräften angibt und wie folgt definiert ist:
wobei p die Dichte der Flüssigkeit, η die Viskosität der Flüssigkeit und Q die Schlitz-Durchflussrate pro Breiteneinheit sind. Um eine dimensionslose Zahl, wie zum Beispiel 10, zu erhalten, werden die veränderlichen Größen in dieser Gleichung grundsätzlich in ein und demselben Einheitensystem, entweder metrisch oder englisch, angegeben. Siehe Chemical Engineers Handbook, 5th Edit., Perry et al, McGraw-Hill Book, Co., S. 2–81 bis 2–84.
Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass, -wenn die Schlitz-Reynoldszahl, wie oben definiert, einen Wert von etwa 10 überschreitet, die durch Schlitzblockierungen verursachten Streifen zunehmend ausgeprägter werden und durch das Auftragen von Schichten über der streifigen Schicht oder auf andere Weise nicht geheilt werden können.
Es hat sich ferner gezeigt, dass bei hohen Reynoldszahlen, d.h. Reynoldszahlen mit einem Wert größer als etwa 10, die Wahrscheinlichkeit, dass eine Zeile oder ein Streifen in der Beschichtung so ausgeprägt sind, dass sie zu Ausschuss führen, zunimmt und dass selbst Partikel, die tief in den Trichterschlitzen sitzen, Streifen verursachen. Bei hohen Reynoldszahlen können extrem kleine Partikel oder kleinste Trichterfehler Zeilen verursachen.
Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Beschichtungsbedingungen zu gewährleisten, die einer Schlitz-Reynoldszahl von höchstens etwa 10 entsprechen, kann die Durchflussrate oder die Viskosität der flüssigen Beschichtungsmasse eingestellt werden. Obwohl auch die Dichte der Flüssigkeit eine veränderliche Bedingung ist, wie die Gleichung I zeigt, kann die Dichte fotografischer Beschichtungsmassen kaum oder gar nicht verändert werden. Die Viskosität kann durch Zugabe oder Entnahme von Feststoffen oder Wasser beeinflusst werden. Diese Maßnahmen können jedoch Probleme verursachen. Die Zugabe von Feststoffen kann zu höheren Kosten und einer größeren Schichtdicke führen oder die fotografischen Eigenschaften einer Schicht beeinträchtigen, während die Entnahme von Wasser zur Erhöhung der Viskosität Löslichkeitsprobleme verursachen und die Beschichtung auf andere Weise beeinträchtigen kann.
Durch verschiedene Wulstbeschichtungsversuche konnte der Nachweis erbracht werden, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine unerwartete Verringerung der Beschichtungsfehler erzielen lässt. Um etwaige Streifen in der Beschichtung sichtbar zu machen, wurde als Beschichtungsmasse für den Schlitz, der ein Hindernis enthielt, eine Mischung aus Gelatine und Kohlenstoffschlamm und als Deckschicht eine transparente Schicht verwendet. Diese Versuche werden nachstehend beschrieben:
Die nachstehend beschriebenen Versuche 1 und 2 sollen den Wirkungsmechanismus der Erfindung erklären, fallen aber nicht in den Umfang des Anspruchs 1.
Versuch 1
Als Beschichtungstrichter wurde ein zweischlitziger Gleitflächentrichter wie der Trichter 30 in 2 der Zeichnung verwendet. Die Schlitzhöhe betrug 2,54·10^–4 m (0.010 Inch), der Gleitflächenwinkel 15°. Durch Einkleben einer kleinen Kunststoffscheibe mit einer Dicke von 2,54·10^–4 m (0.010 inch) und einem Durchmesser von 0,157·10^–2 m (0.062 Inch) in einem Abstand von 0,3810^–2 m (0.15 Inch) vom Schlitzauslass wurde in dem unterstromigen Schlitz 32 absichtlich eine Blockierung 31 angebracht. Bewegte Filmbänder wurden mit einer Reihe von Beschichtungen versehen. Dabei wurde die untere Schicht jeweils durch Ausbringen einer wässrigen Mischung aus Gelatine und Kohlenstoffschlamm durch den Schlitz mit der Blockierung gebildet. Für die untere Schicht wurden drei verschiedene Beschichtungsmassen mit Viskositäten von 2,8·10², 5,9·10^–2 und 9,0·10^–2 Pa·s (2,8, 5,9 und 9,0 cP) bei der Beschichtungstemperatur von 40,5°C (105°F) verwendet. Zur Bildung der oberen Schicht (Deckschicht) wurde eine klare wässrige Lösung aus Gelatine und einem homogenen Tensid durch den oberstromigen Schlitz 33 ausgebracht. Für die Deckschicht wurden drei verschiedene Beschichtungsmassen mit Viskositäten von 3,2 10^–2, 6,2·10^–2 und 9,8·10^–2 Pa·s (3,2, 6,2 und 9,8 cP) verwendet. Auf diese Weise wurde eine Reihe von Beschichtungen mit unterschiedlichen Durchflussraten pro Breiteneinheit des Schlitzes durchgeführt. Für die Gelatine-Kohlenstoffschlamm-Mischung der unteren Schicht lagen die Durchflussraten im Bereich von 0,42 bis 1,26 cm³/cm-s, für die aus Gelatine und Tensid bestehende Masse der Deckschicht im Bereich von 0,06 bis 0,36 cm³/cm-s. Die beschichteten Filme wurden herkömmlich getrocknet und die Ausprägung der Streifenbildung in den Beschichtungen mit einem Densitometer gemessen. Streifenausprägung ist definitionsgemäß die Änderung der optischen Dichte von einem Spitzenwert zum nächsten in der Nähe des Streifens dividiert durch die mittlere Dichte der Beschichtung. Für die (nur in einer Schicht verwendete) Mischung aus Gelatine und Kohlenstoffschlamm kommt die gemessene Änderung der optischen Dichte den Schichtdickenänderungen sehr nahe.
In 4 der Zeichnung sind die Ergebnisse der Versuche als Ausprägung der Streifenbildung in der getrockneten unteren Schicht in Abhängigkeit von den rechnerisch ermittelten Reynoldszahlen für die untere Schicht bei den verschiedenen angewandten Durchflussraten aufgezeichnet. Das Diagramm zeigt je eine Kurve für die vier verschiedenen Durchflussraten der Deckschicht. Wie die Kurven A, B, C und D in 4 zeigen, nahm die Ausprägung der Streifenbildung jeweils deutlich zu, wenn die Reynoldszahlen für den unteren Schlitz einen Wert von etwa 10 überschritten. Bei Reynoldszahlen unter etwa 10 führte eine weitere Reduzierung der Reynoldszahl zu keiner merklichen Veränderung der Streifenausprägung.
Die Versuchsergebnisse in 4 lassen ein weiteres Merkmal der mit Reynoldszahlen kleiner als 1 aufgebrachten Schichten erkennen. Sie zeigen, dass bei abnehmender Durchflussrate der Deckschicht die Reduzierung der Reynoldszahl für die untere Schicht geringer ausfällt. Erfindungsgemäß ist dies von besonderem Nutzen, wenn mehrere Schichten (z. B. 8 oder mehr) gleichzeitig aufgebracht werden und eine mit einer Blockierung behaftete Schicht infolgedessen nur ein Bruchteil, z. B. weniger als etwa 0,5 und insbesondere weniger als 0,2 der Gesamtdurchflussrate ausmacht. Eine denkbare Erklärung hierfür ist, dass bei einer im Vergleich zur Deckschicht verhältnismäßig großen Durchflussrate der unteren Schicht die untere Schicht dazu neigt, sich wie eine Einzelschicht zu verhalten. Infolgedessen ist die Selbstheilungstendenz des Streifens in der unteren Schicht stärker ausgebildet, sodass eine Erhöhung der Reynoldszahl die Ausprägung des Streifens nicht im selben Maße verstärkt, wie dies der Fall ist, wenn das Verhältnis der oberen Schicht zur unteren Schicht verhältnismäßig groß ist. Dies würde beispielsweise den Unterschied zwischen den Kurven A und D in 4 erklären. In der Kurve A war die Durchflussrate der oberen Schicht verhältnismäßig hoch und das Verhältnis der unteren Schicht zur Gesamtbeschichtung infolgedessen verhältnismäßig niedrig. In diesem Fall führten Erhöhungen der Reynoldszahl der unteren Schicht (mit dem Hindernis) zu einer beträchtlichen Erhöhung der Ausprägung der Streifen. Dagegen bildete in der Kurve D die untere Schicht den größeren Teil der Gesamtbeschichtung, sodass die Auswirkung der Reynoldszahl auf die Streifenbildung zwar immer noch signifikant, aber weniger ausgeprägt war.
Das Verhältnis der oberen Schicht zur unteren Schicht wird, wie bereits erwähnt, in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen als Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate bezeichnet, d. h. als Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate aller Schichten, also der unteren Schicht und aller darüber liegenden Schichten. Mit „unterer Schicht" ist hier jeweils die Schicht gemeint, in der das Schlitzhindernis auftritt, selbst dann, wenn darunter noch weitere Schichten liegen.
Versuch 2
In einem Beschichtungstrichter mit zwei Schlitzen der in 2 dargestellten Art wurden über die ganze Länge der oberstromigen Seite des unterstromigen Schlitzes durch maschinelle Bearbeitung absichtlich Kratzer angebracht. Die Kratzer verliefen parallel zur Strömungsrichtung und hatten eine Tiefe von etwa 0.0002 Inch. Durch die unterstromigen Schlitze wurden Mischungen aus Gelatine und Kohlenstoffschlamm mit Viskositäten im Bereich von 3,0·10^–2 bis 9,2·10^–2 Pa·s (3,0 bis 9,2 cP) mit verschiedenen Durchflussraten im Bereich von 0,42 bis cm³/cm-s ausgebracht. Durch den oberstromigen Schlitz wurde eine wässrige Lösung aus 0,84 Gelatine und Tensid (Viskosität = 19·10^–2 Pa·s (19 cP)) mit unterschiedlichen Durchflussraten von 0,06 bis 0,63 cm³/cm-s ausgebracht. Filme wurden mit vier verschiedenen Verhältnissen der Nassdeckung der unteren Schicht zur Nassdeckung der Gesamtbeschichtung, nämlich 0,56, 0,63 0,74 und 0,88, beschichtet. Für die Strömung der unteren Schicht wurden Reynoldszahlen berechnet. Für alle Verhältnisse der Nassdeckung der Bodenschicht zur Nassdeckung der Gesamtbeschichtung enthielten die mit Reynoldszahlen über 10 (insbesondere mit Re = 14,21 und 28) beschichteten Filme nicht tolerierbare Beschichtungsstreifen. In den Filmen, die mit Reynoldszahlen unter 10 (im Einzelnen 4,6 und 9,1) beschichtet wurden, waren Streifen entweder nicht vorhanden oder deutlich weniger ausgeprägt.
Erfindungsgemäß ergeben sich, wie im Versuch 3 beschrieben, Schlitz-Reynoldszahlen unter 10 auch bei hohen Gesamtdurchflussraten und niedrigen Viskositäten, wenn die Anzahl der Schlitze, durch welche die fotografische Emulsion ausgebracht wird, erhöht wird. Durch Ausbringen der Beschichtungsmasse durch eine Vielzahl von Schlitzen wird die Durchflussrate pro Breiteneinheit des einzelnen Schlitzes verringert. Dabei bleibt die Gesamtdurchflussrate jedoch konstant. Wie Gleichung I zeigt, bewirkt eine Reduzierung der Durchflussrate pro Breiteneinheit eine Reynoldszahl. Wenn beispielsweise eine Flüssigkeit mit derselben Gesamtrate durch Reduzierung der zwei Schlitze statt nur einen ausgebracht wird, verringert sich die Reynoldszahl pro Schlitz um einen Faktor von etwa 2. Der Nachweis der Vorteilhaf tigkeit eines Ausbringens einer fotografischen Emulsion durch eine Vielzahl von Trichterschlitzen wird durch den folgenden Versuch erbracht.
Versuch 3
Mit einem vierschlitzigen Gleitflächen-Trichter wurden durch Wulstbeschichtung dieselben Beschichtungsmassen aufgebracht wie bei den vorher beschriebenen Versuchen. Die Beschichtungen erfolgten mit einer Durchflussrate pro Breiteneinheit für die untere Schicht, aber vier verschiedenen Durchflussraten für die obere Schicht. Dies ergab vier verschiedene Werte für das Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate. Für eine Beschichtung wurde die untere Schicht (Gelatine und Kohlenstoffschlamm) durch nur einen Schlitz ausgebracht. Die Reynoldszahl hatte den Wert 20. In dem Schlitz wurden zwei Blockierungen der für Versuch 1 beschriebenen Art angebracht. Die getrocknete Beschichtung wies bei jedem Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate ausgeprägte Streifen auf. Die Beschichtungsmasse für die untere Schicht wurde anschließend mit derselben Gesamtdurchflussrate durch zwei benachbarte Schlitze ausgebracht. Eindrucksvolle Verringerungen der Streifenausprägung ergaben sich bei einer Reduzierung der Reynoldszahl auf etwa 10 pro Schlitz. Bei einem Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate von 0,8 und 0,9 waren die Streifen im Wesentlichen nicht mehr wahrnehmbar. Erfindungsgemäß wurden auch Beschichtungen durchgeführt, bei denen die Mischung aus Gelatine und Kohlenstoffschlamm für die untere Schicht durch drei Schlitze ausgebracht wurde. Dabei konnte eine weitere Verringerung der Ausprägung der Streifenbildung beobachtet werden. Bei fünf verschiedenen Verhältnissen der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate waren die Streifen in keiner der getrockneten Beschichtungen mehr wahrnehmbar.
Beim Ausbringen einer Beschichtungsmasse durch eine Vielzahl von Trichterschlitzen werden die ausgeprägteren Streifen generell durch Blockierungen in dem am weitesten oberstromig gelegenen Schlitzen verursacht. Als schärfste Prüfung wurden bei dem Versuch 3 die Blockierungen in den am weitesten oberstromig gelegenen Schlitz für die Ausbringung der Gelatine-Kohlenstoff Masse angebracht. Auch in diesem Fall verschwanden die Streifen oder waren deutlich weniger ausgeprägt.
Der Versuch 3 zeigt, wie vorteilhaft es ist, eine Beschichtungsmasse durch mehr als einen Trichterschlitz auszubringen, wenn die Reynoldszahl für die gleiche Gesamtdurchflussrate bei Ausprägung durch nur einen Schlitz 10 überschreiten würde. Verringerungen der Ausbringung der Streifenbildung um mehr als das Zehnfache liegen dabei im Bereich des Möglichen. Auch bei Reynoldszahlen kleiner als 10 bringt das Ausbringen einer Beschichtungsmasse durch mehr als einen Schlitz noch Vorteile, obwohl die Verringerung der Streifenausprägung dann kleiner ausfällt als bei hohen Reynoldszahlen. Der Vorteil besteht darin, dass die durch eine Blockierung verursachte Störung anfangs nur auf einen Bruchteil der Gesamtschicht der betreffenden Beschichtungsmasse begrenzt ist. Diese Begrenzung der Störung ist nicht von der Reynoldszahl abhängig. Bei richtigen Reynoldszahlen kann die Wirkung der Störungsbegrenzung jedoch weitgehend durch eine geringere Heilung der Streifenbildung auf der Gleitfläche des Trichters durch die Oberflächenspannungs- und Schwerkräfte ausgeglichen werden. Diese Kräfte sind für die teilweise Heilung einer Streifenbildung in einer Schicht auf der Gleitfläche des Trichters wirksamer, wenn die Durchflussrate der Schicht an der Gesamtdurchflussrate einen hohen Anteil hat.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren die deutlichste Verringerung der Streifenausprägung bewirkt, wenn die Schlitz-Reynoldszahl nicht größer als 10 ist und beispielsweise im Bereich von 8 bis 10 liegt, ist auch bei niedrigeren Reynoldszahlen, z. B. im Bereich von etwa 0,1 bis 5, die Streifenausprägung sehr gering, wenn das Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate verhältnismäßig klein ist, d. h. kleiner als etwa 0,5. Bei einem Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate von mehr als etwa 0,5 kann eine Erhöhung der Anzahl der Schlitze eine gewisse Erhöhung der Streifenausprägung zur Folge haben. Zum Nachweis dieses Effekts wurde der nachstehend beschriebene Versuch durchgeführt: Versuch 4 Mit einem Mehrfachgleitflächen-Beschichtungstrichter wurden drei Schichten mit den nachstehend angegebenen Zusammensetzungen, Viskositäten und Durchflussraten pro Breiteneinheit aufgebracht:
Bei diesen Versuchen wurde eine Blockierung der vorher beschriebenen Art in einem Abstand von 0,32·10^–2 m (0.125 Inch) vom Auslass des am weitesten oberstromig gelegenen Schlitzes für die mittlere Schicht angebracht. Die Beschichtungsmasse für die mittlere Schicht wurde mit Durchflussraten, die einer Reynoldszahl von etwa 1 entsprachen, durch einen oder, erfindungsgemäß, zwei oder drei Schlitze ausgebracht. Die transparente Deckschicht (Probeschicht) wurde, wie oben angegeben, mit zwei Durchflussraten ausgebracht, um für das Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate Werte von 0,30 und 0,80 zu erhalten.
Die Kurven E und F in 5 zeigen die Ergebnisse dieser Versuche. Kurve E zeigt die Streifenausprägung für die drei Beschichtungen, bei denen die mittlere Schicht durch einen oder, erfindungsgemäß, durch zwei oder drei Schlitze ausgebracht wurde und das Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate 0,30 betrug. Entsprechend zeigt die Kurve F die Streifenausprägungen für das Durchflussratenverhältnis 0,80. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass bei einer derart niedrigen Reynoldszahl (Re = 1) für die ein Hindernis enthaltende Schicht die durch Ausbringen der Beschichtungsmasse durch mehr als einen Schlitz erzielte Störungsbegrenzung wirksamer ist als bei einem Durchflussratenverhältnis der die Schlitzblockierung enthaltende Schicht von weniger als etwa 0,5. Wie die Kurve F zeigt, bewirkt eine Verteilung des Stroms auf zwei oder drei Schlitze keine Verringerung der Streifenausprägung und kann diese sogar erhöhen, wenn dieses Verhältnis einen hohen Wert (0,8) hat.
Aus den Daten in 5 ist ferner ersichtlich, dass bei einem Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate von weniger als etwa 0,5 selbst bei Reynoldszahlen, die deutlich unter 10 liegen, ein signifikanter Vorteil in Form einer Verringerung der Streifenausprägung erzielt wird, wenn die Beschichtungsmasse erfindungsgemäß durch mehr als einen Schlitz ausgebracht wird. Die größte Verringerung der Streifenausprägung als Folge der Störungsbegrenzung ergibt sich, wenn die untere Schicht sehr dünn, das Verhältnis der Durchflussrate der unteren Schicht zur Gesamtdurchflussrate also sehr klein, beispielsweise kleiner als etwa 0,2, ist. In diesem Fall nähert sich die Verringerung der Streifenausprägung dem theoretischen Maximum, bei dem sich die Streifenausprägung proportional zum Verhältnis der Erhöhung der Anzahl der Schlitze für die Schicht ändert. So würden beispielsweise zwei Schlitze die Streifenausprägung im Vergleich zu nur einem Schlitz um etwa 50% verringern.
Bei den oben beschriebenen Versuchen wurde die Streifenausprägung an Produkten gemessen, bei denen eine transparente Schicht über einer durch einen Schlitz mit einer Blockierung ausgebrachten kohlenstoffhaltigen Schicht aufgebracht wurde. In diesem Fall ist die Fehlstelle oder Vertiefung in der teilweise blockierten Schicht als Streifen oder Zeile deutlich sichtbar. Streifen oder Zeilen treten jedoch generell auf, wenn die Blockierung in einer Schicht vorhanden ist, die mit einer Beschichtungsmasse gebildet wurde, deren optische Dichte wesentlich von der einer anderen, darüber aufgebrachten Schicht abweicht.
Wie bereits erwähnt, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung mehrschichtiger fotografischer Elemente, d. h. Elemente, bei denen ein Träger mit übereinander aufgebrachten Schichten fotografischer Emulsionen beschichtet wird. Die Anzahl der Schichten kann von zwei bis zu zehn oder mehr reichen. Die flüssigen Beschichtungsmassen haben bei der Beschichtungstemperatur eine verhältnismäßig niedrige Viskosität, beispielsweise im Bereich von etwa 2 Centipoise bis etwa 200 Centipoise oder etwas höher. Meistens liegt die Viskosität im Bereich von etwa 5·10^–2 bis etwa 150·10^–2 Pa·s (5 bis etwa 150 Centipoise). Die aufgebrachten Einzelschichten sind extrem dünn, d. h. die Nassdicke beträgt maximal etwa 0,015 Zentimeter und liegt im Allgemeinen weit unter diesem Wert, bis zu etwa 0,0001 Zentimeter. Außerdem müssen die Schichten eine extrem gleichförmige Dicke aufweisen, wobei die größte Dickenabweichung nicht mehr als + oder –5% und in einigen Fällen nicht mehr als + oder –0,2% betragen darf.
Mit „fotografischen" Materialien sind normalerweise strahlungsempfindliche Materialien gemeint. Nicht alle der bei der Herstellung fotografischer Elemente auf einen Träger aufgebrachten Schichten sind jedoch als solche strahlungsempfindlich. So sind beispielsweise Haftschichten, Rückschichten, Filterschichten, Lichthofschutzschichten usw., die häufig einzeln und/oder in Kombination aufgebracht werden, nicht strahlungsempfindlich. Die Bezeichnung „fotografische Emulsion" soll die Massen, aus denen solche Schichten gebildet werden, mit einschließen.
Obwohl die Schichten im Allgemeinen aus wässrigen Medien aufgetragen werden, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, weil bei der Herstellung fotografischer Elemente bekanntlich auch andere flüssige Lösungsmittel Verwendung finden und die Erfindung auch bei Beschichtungen mit solchen nichtwässrigen flüssigen Lösungsmitteln gute Dienste leistet.
Im Einzelnen können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten fotografischen Schichten lichtempfindliche Materialien, wie zum Beispiel Silberhalogenid, Zinkoxid, Titandioxid, Diazoniumsalze, lichtempfindliche Farbstoffe usw. ebenso wie andere aus der Herstellung fotografischer Schichten bekannte Zutaten, beispielsweise Mattierungsmittel, wie zum Beispiel Silicium- oder Polymerpartikel, Entwickler, Beizmittel und Materialien, wie sie beispielsweise in US-A-3 297 446 offenbart werden, enthalten. Die fotografischen Schichten können auch verschiedene hydrophile Kolloide enthalten. Beispiele solcher Kolloide sind Proteine, wie zum Beispiel Gelatine, Proteinderivate, Cellulosederivate, Polysaccharide wie zum Beispiel Stärke, Zucker wie zum Beispiel Dextran, Pflanzengummi, synthetische Polymerisate, wie zum Beispiel Polyvinylalkohol, Polyacrylamid und Polyvinylpyrrolidon und andere hydrophile Kolloide wie sie beispielsweise in US-A-3 297 446 offenbart werden. Mischungen der vorstehend genannten Kolloide können ebenfalls verwendet werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren können fotografische Träger verschiedener Art verwendet werden, u. a. Filmträger wie zum Beispiel Celluloseacetatfilm, Polyvinylacetalfilm, Polycarbonatfilm, Polyäthylentheraphthalatfilm und andere Polyesterfilme. Mit Alphaolefin-Polymeren, wie zum Beispiel Polyethylen und Polypropylen, oder mit anderen Polymerisaten, wie zum Beispiel Celluloseestern organischer Säuren und linearen Polyestern beschichtete Papierträger können ebenfalls verwendet werden. Der Träger kann als Endlosband oder in Einzelblattform hergestellt werden. Für gewerbliche Zwecke wird meistens ein Endlosband verwendet.
Zur Veränderung der Oberflächenspannung und der Auftragsfähigkeit der fotografischen Emulsionen können Tenside unterschiedlicher Art verwendet werden, u. a. Saponin, nicht ionogene Tenside, wie zum Beispiel Polykylenoxide, z. B. Polyethylenoxide, und die wasserlöslichen Addukte von Glycidol und Alkyphenol, anionische Tenside, wie zum Beispiel Alkylarylpolyethersulfate und -sulfonate, sowie amphotere Tenside, wie zum Beispiel Arylalkyltaurine, N-Alkyl- und N-Acyl-Beta-aminopropionate, Alkylsulfobetaine usw. Anschauliche Beispiele geeigneter Tenside werden in GB-A-1 022 878 und in US-A-2 739 891, US-A-3 026 202 und US-A-3 133 816 offenbart.

Claims

Verfahren zum Beschichten eines bewegten Schichtträgers mit einer fotografischen Emulsion mittels einer Beschichtungsvorrichtung, die mehrere Beschichtungsschlitze aufweist, so dass mindestens eine Schicht der fotografischen Emulsion auf dem Schichtträger aufgetragen wird, wobei jeder der Schlitze eine Schlitzgröße mit einer bestimmten Reynoldszahl aufweist, die durch folgende Gleichung definiert ist: Re = ρ Q/η wobei ρ die Dichte der Emulsion im jeweiligen Schlitz, η die Viskosität der Emulsion im jeweiligen Schlitz, und Q die Durchflussrate pro Breiteneinheit der Emulsion im jeweiligen Schlitz sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Festlegen der Gesamtdurchflussrate für die Emulsion, die für die Bildung einer Schicht von vorgegebener Dicke auf dem Schichtträger erforderlich ist; (b) Festlegen der individuellen Durchflussraten für jeden der Schlitze entsprechend einer Schlitzgröße mit einer Reynoldszahl von maximal 10 für jeden Schlitz; (c) Festlegen einer Anzahl von Schlitzen größer als 1, durch die die Emulsion mit den individuellen Durchflussraten ausgebracht werden soll, um die Gesamtdurchflussrate zu erreichen; (d) Ausbringen der Emulsion aus der vorgegebenen Anzahl der nebeneinander angeordneten Schlitze; und (e) Aufbringen der aus der Beschichtungsvorrichtung ausgebrachten Emulsion auf den bewegten Schichtträger.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzgröße eine Reynoldszahl zwischen 8 und 10 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Durchflussrate einer unteren Schicht, einer mit jeder einzelnen Gleitfläche der Beschichtungsvorrichtung in Kontakt stehenden Schicht, zur Durchflussrate aller über der jeweiligen Einzelgleitfläche der Beschichtungsvorrichtung liegenden Schichten einen Wert unter 0,5 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzgröße eine Reynoldszahl von unter 1 aufweist.