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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Minimieren des Trocknens eines Beschichtungsfluids
an der Oberfläche
einer Gleitbeschichtungsvorrichtung, wobei der Beschichtungsvorgang beispielsweise
dazu vorgesehen ist, ein photothermographisches, thermographisches
oder photographisches Element, ein Datenspeicherelement (z. B. ein
magnetisches Computer-Band und weiche oder harte Platten oder Disketten
und dgl.) oder ein anderes Material herzustellen, das jedoch anfällig für ein derartiges
Trocknen ist.
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Technischer
Hintergrund
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1 zeigt
die Ausgestaltung eines bekannten photothermographischen trockenen
Silberfilm- oder Papier-Produkts 10. Diese Ausgestaltung
kann erzeugt werden, indem mehrere Schichten auf ein Substrat aufgetragen
werden. Eine der Schichten ist eine photothermographische Emulsionsschicht 14, die
aus einer photosensibilisierten Silberseife in einem Binderharz
gebildet ist, bei dem es sich um Toner, Entwickler, Sensibilisierungsmittel
und Stabilisieret handeln kann. Zur Verbesserung der Anhaftung der
photothermographischen Emulsionsschicht 14 an dem Substrat
kann zwischen diesen eine Grundierungs- schicht 16 angeordnet
werden. Über
der photothermographischen Emulsionsschicht 14 kann eine End-Deckschicht 12 positioniert
werden, die ein kratzfestes hartes Harz mit Tonern und Gleitmitteln aufweisen
kann. Das Substrat kann ein Substrat auf Papier-Basis oder ein Substrat
auf der Basis eines Polymerfilms sein. Eine Lichthofschutzschicht 20 kann
auf diejenige Oberfläche
des Substrats 18 aufgetragen werden, die der Fläche gegenüberliegt,
auf der das Grundierungsmittel, die photothermographische Emulsion
und die End-Deckschichten 16, 14, 12 positioniert
werden können.
Die Zusammensetzungen der Schichten 16, 14 und 12 werden
nach Maßgabe
der Produktleistung gewählt, und
es kann der Fall eintreten, dass Komponenten, zu denen benachbarte
Beschichtungsschichten zählen,
inkompatibel sind.
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Es ist wünschenswert, herauszufinden,
wie Fluide, die das Grundierungsmittel, die photothermographische
Schicht und die End-Deckschichten 16, 14, 12 (d.
h. deren Vorläufer)
bilden, mittels eines Verfahrens zum gleichzeitigen Mehrlagen-Beschichten
aufgetragen werden können.
Ein Gleitbeschichtungsvorgang ist beschrieben in dem U.S.-Patent
Nr. 2,761,419 (Mercier et al., 1956) und an anderer Stelle (siehe
E. D. Cohen und E. B. Gutoff, Modern Coating and Dring Technology,
VCH Publishers, 1992), und es handelt sich dabei um ein Verfahren
zum Mehrlagen-Beschichten, d. h. es umfasst das Auftragen mehrerer
Fluidschichten auf ein Substrat. Die verschiedenen Fluide, welche
die Mehrschichten-Vorläufer
umfassen, strömen
aus mehreren Spalten, die in Richtung auf eine schrägverlaufende
Ebene ausmünden.
Die Fluide strömen
die Ebene hinab, über den
Beschichtungsspalt und auf ein sich aufwärts bewegendes Substrat. Es
ist beansprucht, dass sich die Fluide nicht auf der Ebene, an dem
Beschichtungsspalt oder, auf der Bahn mischen, so dass die fertige Beschichtung
aus distinkten übereinanderliegenden Schichten
besteht. Auf diesem Gebiet wurde im Zusammenhang mit der Verwendung
von Spalt-Abstufungen und -Abrundungen über mehrere Entwicklungen berichtet,
die in der Literatur beschrieben sind (siehe E. D. Lohen und E.
B. Gutoff, a. a. O.).
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Die Anwendung eines Mehrlagen-Beschichtungsvorgangs
gemäß den oben
angeführten
Schriften beim Beschichten eines Produkts gemäß 1, bei dem Beschichtungslagen erzeugt
werden, die inkompatible gelöste
Stoffe in mischbaren Lösungsmitteln
aufweisen, kann zu einem als "Durchschlagen" bezeichneten Problem
führen,
das im folgenden beschrieben wird. Inkompatible gelöste Stoffe
sind gelöste
Stoffe, die sich in einigen oder sämtlichen Konzentrationsbereichen
nicht mischen, während
sich mischbare gelöste
Stoffe in sämtlichen
proportionalen Anteilen mischen.
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Gelegentlichtritt während des
Beschichtens aufgrund. einer Störung
der Effekt auf, dass eine der Beschichtungslagen, die über der
untersten angeordneten Beschichtungslage angeordnet ist, durch die unterste
Beschichtungslage hindurch bis zu der Gleitfläche vordringt. Wenn der gelöste Stoff
der Beschichtungslage(n) über
der untersten Beschichtungslage zu wenig kompatibel mit dem gelösten Stoff
der untersten Schicht ist, gelangt die hindurchtretende Beschichtungslage
in Anhaftung an der Gleitfläche 53 und
wird nicht durch die unterste Beschichtungslage schnell selbstgereinigt.
Diese Erscheinung wird als "Durchschlagen" bezeichnet. (Der Ausdruck
"Durchschlagen" bezeichnet den Vorgang, der auftritt, wenn der Strom
der untersten Beschichtungslage [oder der untersten Beschichtungslage und
einer oder mehrerer angrenzender Beschichtungsfluidlagen) das hindurchdringende
Beschichtungsfluid das an der Gleitfläche anhaftet, wegspült.)
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Wenn ein Durchschlagen eintritt,
wird der Strom des Beschichtungsfluids abwärts entlang der Gleitfläche 53 gestört, was
zu Streifen-Fehlern in dem beschichteten Produkt führen kann.
Streifen-Fehler ihrerseits können
die Produktqualität
bis zu dem Punkt verschlechtern, an dem das Endprodukt außerhalb
der Spezifikationen liegt und nicht verwendet werden kann.
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Ein weiteres Problem, das bei einem
Mehrlagen-Gleitbeschichten von Produkt-Konstruktionen auftritt, bei dem unterschiedΠche Lösungsmittel
in verschiedenen Schichten verwendet werden, besteht darin, dass
die Interdiffusion von Lösungsmitteln
zwischen diesen Schichten eine Phasentrennung einesoder mehrerer
gelöster
Stoffe in einer oder mehreren Schichten verursachen kann. Diese
Phasentrennung kann ein durch Mehrlagen-Beschichtungstechnik vorgenornmenes
Auftragen einer derartigen Anordnung unmöglich machen, da sich Fehler
wie z. B. Streifen oder Fischaugen ausbilden oder eine Unterbrechung
des Strömens
und der gegenseitigen Durchmischung separater Fluidschichten auftritt.
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Das traditionelle Gieitbeschichten
ist auf Beschichtungslösungen
beschränkt,
bei denen die Viskosität
relativ niedrig ist. Die Verwendung einer "Trägerschicht" beim Gleitbeschichten
wurde zuerst beschrieben in dem U.S.-Patent Nr. 4,001,024 (Dittman und
Rozzi, 1977), in dem die Autoren eine gegenüber einem zuvor beschriebenen
Gleitbeschichtungsvertahren erreichte Verbesserung beanspruchen,
die erzielt wird "durch Auftragen der untersten Schicht als Dünnschicht,
die aus einer Zusammensetzung niedriger Viskosität gebildet ist, und Aufragen
der über der
untersten Schicht vorgesehenen Schicht als dickerer Schicht mit
höherer
Viskosität."
Ferner geben die Autoren an, dass aufgrund der kreisenden Aktion des
Beschichtungswulstes, der innerhalb der beiden unteren Schichten
eingeschlossen ist, eine gegenseitige Durchmischung zwischen den
beiden unteren Schichten auftritt und deshalb die Beschichtungs-Zusammensetzungen
dieser beiden Schichten derart gewählt werden müssen, dass
zwischen den Schichten erfolgende Durchmischung dem Produkt nicht schadet.
Dieses Patent befasst sich jedoch nicht mit dem Durchschlagen oder
der Phasentrennung.
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Das U.S.-Patent Nr. 4,113,903 (Choinsky, 1978)
lehrt, dass eine Trägerschicht
niedriger Viskosität
dazu tendiert, "in der Brücke
zwischen der Beschichtungsvorrichtungs-Lippe und der Bahn in dem mit
einer Wulst-Beschichtungsvorrichtung gebildeten Wulst" instabil
zu sein und die Bahn-Geschwindigkeit, bei der das Verfahren verwendbar
ist, beschränken
kann. Zur Beseitigung dieses Problems schlägt Choinsky die Verwendung
nicht-newtonscher pseudoplastischer Flüssigkeiten als Träger dahingehend vor,
dass dieser eine hohe Viskosität
am Gleitbereich und in dem Wulst hat, wo die Scherrate niedrig ist, und
eine niedrige Viskosität
nahe der dynamischen Kontaktlinie, wo die Scherrate hoch ist. In
dem U.S.-Patent Nr. 4,525,392 (Ishizaki und Fuchigami, 1985) wird
ferner dargelegt, dass die nicht-newtonsche (oder scher-verdünnte) Trägerschicht-Viskosität bei niedrigen
Scherraten innerhalb 10 cp der nächsten
Schicht liegen sollte, bei hohen Scherraten jedoch niedriger liegen
sollte. Diese Patente befassen sich jedoch nicht mit dem Durchschlagen
oder der Phasentrennung.
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Eine gegenseitige Schichtenmischung
zwischen den unteren beiden Schichten, "verursacht durch eine Wirbelbildung
in dem Meniskus", wird als Begrenzung der obigen Patente angeführt, und
in dem U.S.-Patent Nr. 4,572,849 (Koepke et al., 1986) wird ein
Verfahren zum Beseitigen dieser gegenseitigen Schich tenmischung
beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ebenfalls eine Beschleunigungsschicht
niedriger Viskosität
als unterste Schicht verwendet, über
der weitere, eine höhere
Viskosität
aufweisende Schichten angeordnet werden können. Ferner wird eine etwas
unterschiedliche Schichtenanordnung beschrieben, bei der zusätzlich zu
der ganz unten vorgesehenen Beschleunigungsschicht niedriger Viskosität eine Ausbreitungsschicht
niedriger Viskosität
als oberste Schicht verwendet wird. Die gleiche Anordnung wird in
dem damit zusammenhängenden
U.S.-Patent Nr. 4,569,863 (Koepke et al., 1986) für das Vorhang-Beschichten
beschrieben. Keiner der beiden Patente befasst sich jedoch mit denn
Problem, des Durchschlagens oder der Phasentrennung, das bzw, die
an der Gleitfläche
auftritt.
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Das U.S.-Patent Nr. 4,863,765 (Ishizuka, 1988)
lehrt, dass die Verwendung einer dünnen Schicht destillierten
Wassers als Träger
hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten ermöglicht und zudem die Vermischung
der beiden unterstert Schichten beseitigt. In den mit diesem Patent
zusammenhängenden
U.S.-Patenten Nr.
4,976,999 und Nr. 4,977,852 (Ishizuka, 1990a und 1990b) wird die
Träger-Gleitanordnung
mit Wasser als Träger
verwendet (wie in dem U.S.-Patent
Nr. 4,863,765 beschrieben), und es wird angemerkt, dass die Streifenbildung durch
Verwendung kleinerer Spalt-Höhen
für die
Trägerschicht
reduziert wird und dass die Wulst-Ränder stabilisiert werden, indem
die Breite der Trägerschicht über die
Breite der übrigen
Schichten, die auf den Träger
aufgeschichtet sind, erweitert wird. Auch dieses Patent spricht
nicht das Durchschlagen oder die Phasentrennung an.
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Zusammenfassend betrachtet ist gemäß den U.S.-Patenten
Nr. 4,001,024, 4,113,903 und 4,525,392 erforderlich, dass die gegenseitige
Vermischung zwischen diesen Schichten in dem Beschichtungswulst
keine Fehler in dem Produkt verursacht. In dem U.S.-Patent Nr. 4,572,849
(und dem mit diesem zusammenhängende
U.S.-Patent Nr. 4,569,863) ist, obwohl die Zusammensetzung der Schichten
nicht eingeschränkt
wird, der Beschichtungs-Spalt auf den Bereich von 100 μm – 400 μm beschränkt. Ferner
sind die U.S.-Patente 4,863,765, 4,976,999 und 4,977,852, obwohl
in ihnen eine nicht ausdrücklich eine
Festlegung der Zusammensetzungen verlangt ist, auf wässrige Lösungen unter
Verwendung destillierten Wassers als Träger beschränkt. Das. Problem des Durchschlagens
jedoch, das bei einer Produkt-Anordnung gemäß 1 auftritt, wird in diesen Patenten nicht
angesprochen. Anders ausgedrückt
offenbart der in den oben angeführten
Patenten offenbarte Stand der Technik nicht die notwendigen Kriterien,
die eine durchsch lagfreie Herstellung eines Produkts wie z. B.
eines in 1 gezeigten
photothermographischen Elements ermöglichen. Ferner sprechen diese
Patente nicht das Problem der Phasentrennung. an, das den Einsatz einer
Mehrlagen-Beschichtungstechnik bei der Herstellung eines Produkts
wie z. B. des in 1 gezeigten
Produkts verhindern kann.
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Es wäre wünschenswert, mittels Mehrlagen-Beschichtungstechniken
wie z. B. Gleitbeschichten derartige inkompatible gelöste Stoffe
gleichzeitig in mischbaren Lösungsmitteln
anzuwenden, ohne dass ein Durchschlagen oder eine Pha- sentrennung auftreten.
Ferner wäre
es wünschenswert,
derartige Zusammensetzurigen kontinuierlich bei breiten Beschichtungs-Spalten
(von mehr als 400 μm)
aüfzutragen,
um ein Beschichten über
Spleißungen
in dem Substrat hinweg ohne Unterbrechungen zu ermöglichen
und dadurch die Produktivität
zu maximieren. Zudem wäre
es wünschenswert,
derartige Schichten, die entweder ein organisches Lösungsmittel
oder ein wässriges
Medium aufweisen, je nach Erfordernis aufgrund der Produkt-Zusammensetzung
aufzutragen.
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Weiterhin wäre es wünschenswert, den Ausschuss
an Beschichtungsfluid(en), der sich ergibt, wenn ein Unterbrechen
des Beschichtungsvorgangs erforderlich wird, zu reduzieren. Wenn
das Gleitbeschichten gestartet wird, wird ein gleichförmiger, streifenfreier
Strom jeder der Fluidschichten an der Gleitfläche erzeugt. Dabei handelt
es sich oft um einen mit Sorgfalt vorzunehmenden, umständlichen und
zeitaufwendigen Vorgang. Erst nachdem streifenfreie, stabile, gleichförmige Fluidströme erzeugt worden
sind, wird die Beschichtungs-Auslassvorrichtung
auf die sich bewegende Bahn hin bewegt, um einen Beschichtungswulst
zu bilden und somit die Beschichtung auf die Bahn zu übertragen.
Wenn das Beschichten während
des normalen Ablaufs der Beschich tungsoperationen unterbrochen werden
muss, wird die Beschichtungsspalt-Einheit von der Bahn zurückgezogen.
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Oft wird, während dies durchgeführt wird,
der Strom der Beschichturtgsfluide fortgesetzt, um zu gewährleisten,
dass streifenfreie, stabile, gleichförmige Fluidströme aufrechterhalten
werden. Das Beschichtungsfluid bzw. die Beschichtungsfluide werden
mittels einer Vakuumboxmulde oder Abzugsmulde Besammelt und in einen
Ausschussbehälter
abgeleitet. Dies hat den Nachteil, das Beschichtungsfluid(e) verschwendet
wird bzw. werden.
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Alternativ wird zwecks Minimierung
der Verschwendung an Beschichtungsfluid(en) während ausgedehnter Unterbrechungen
des Beschichtens der Strom an Beschichtungsfluid(en) oft vollständig gestoppt,
und es wird eine Abdeckung wie z. B. Band auf den Schlitzen der
Beschichtungsvorrichtung platziert, um das Trocken zu reduzieren.
Nachteiligerweise führt
dies zu einer Kontamination der Gleitfläche und der Spalte durch Kleber,
Partikel, Fasern etc. und ist nur marginal wirksam zum Verhindern
von Austrocknen und/oder Verklumpungen in den Spalten. Wenn das
Beschichten wiederaufgenommen wird, muss der umständliche
Vorgang der Streifenbeseitigung wiederholt werden, und es müssen streifenfreie,
stabile, gleichförmige
Fluidströme
wiederhergestellt werden. Dies kann wiederum in einer Verschwendung
von Beschichtungsfluid(en) und einem Verlust an Produktionszeit
resultieren.
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Eine wiederum weitere Alternative
besteht darin, die Strömung
von Beschichtungsfluid(ert) zu reduzieren, statt sie vollständig zu
stoppen. Wenn dieses Verfahren bei Beschichtungsmaterialien auf der
Basis flüchtiger
organischer Lösungsmittel
angewandt wird, treten aufgrund der schnellen Verdunstung des flüchtigen
organischen Lösungsmittels
immer noch ein unerwünschtes
Austrocknen und/oder Verklumpen des Beschichtungsfluids bzw. der
-fluide an der Gleitfläche
und in den Gleitspalten ein. Wiederum muss beim Wiederaufnehmen
des Beschichtungsvorgangs das Beseitigen von Streifen wiederholt
werden, und es müssen
stabile Fluidströme
wiederhergestellt werden.
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Es wäre wünschenswert, ein Verfahren
zu erstellen, bei dem das Erfordernis eines kontinuierlichen Strömens des
Beschichtungsfluids, sowie die Streifenbildung und das Austrocknen
etc., die während
erforderlicher Unterbrechungen des Beschichtungsvorgangs verursacht
werden können,
vermieden werden. Dieses Bedürtnis
und weitere hier angeführte
Bedürfnisse
erstrecken sich über
den Vorgang der Herstellung photothermographischer, thermographischer,
photographischer und zur Datenspeicherung vorgesehener Materialien
(wie z. B. Magnetaufzeichnungsmedien) hinaus auch auf die Zubereitung anderer
beschichteter Materialien, bei deren Herstellung ähnliche
Probleme auftreten.
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Diese und weitere Aufgaben werden
durch ein Verfahren zur Verwendung mit einer Gleitbeschichtungsvorrichtung
gemäß Anspruch
1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
12 gelöst.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Bei der hier beschriebenen Erfindung
handelt es sich um eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung
mit einer Gleitbeschichtungsvorrichtung. Das Verfahren kann einen
Schritt umfassen, in dem man ein erstes Beschicktungsfluid entlang
mindestens einer ersten Gleitfläche
einer Gleitbeschichtungsvorrichtung strömenlässt, wenn ein Auftragen des
ersten Beschichtungsfluids von der mindestens ersten Gleitfläche auf
ein Substrat gewünscht
ist. Ein weiterer Schritt kann das Strömenlassen eines Minimierungsfluids
entlang mindestens der ersten Gleitfläche umfassen. Das Minimierungsfluid
hat eine Zusammensetzung, die das Trocknen des ersten Beschichtungsfluids
mindestens auf der ersten Gleitfläche minimiert. Die Vorrichtung
kann eine Einrichtung zum Durchführen
der oben angeführten
Verfahrensschritte aufweisen.
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Weitere Aspekte, Vorteile und nützliche
Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind aus den Zeichnungen,
der detaillierten Beschreibung, den Beispielen und den Ansprüchen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Vorteile, der Aufbau und die
Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung, die oben angeführt sind, werden
anhand der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen klarer erkennbar.
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1 zeigt
eine schematische Vorderansicht des Aufbaus eines bekannten photothermographischen
Elements;
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2 zeigt
eine seitliche Schnittansicht einer Gleitbeschichtungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
eine von oben betrachtete Teilansicht der Gleitbeschichturtgsvorrichtung
gemäß 2;
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4 zeigt
eine seitliche geschnittene Teilansicht der Gleitbeschichtungsvorrichtung
gemäß 2;
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5 zeigt
eine seitliche geschnittene Teilansicht einer Ausführungsform
der Gleitbeschichtungsvorrichtung gemäß 2;
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6 zeigt
eine seitliche geschnittene Teilansicht einer Ausführungsform
der Gleitbeschichtungsvorrichtung gemäß 2;
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7 zeigt
eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Gleitbeschichtungsvorrichtung gemäß 2 und zusätzlicher
Komponenten; und
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8 zeigt
eine von oben betrachtete Teilansicht einer Ausführungsform der Gleitbeschichtungsvorrichtung
gemäß 2.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gleitbeschichtungsvorrichtung
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1 und 2 zeigen eine Gleitbeschichtungseinrichtung 30,
die generell eine Beschichtungs-Andruckrolle 32 für ein Substrat 18 und
eine Gleitbeschichtungsvorrichtung 34 aufweist. Die Gleitbeschichtungsvorrichtung 34 weist
fünf Gleitblöcke 36,38,40,42,44 auf,
die vier Fluid-Spalte 46,48,50,52 und
eine Gleitfläche 53 bilden.
Der. erste Gleitblock grenzt an die Beschichtungs-Andruckvolle 32 an
und enthält
eine Vakuumbox 54 zum Einstellen des Unterdruckpegels durch
die Gleitbeschichtungseinrichtung 30. Die Vakuumbox dient
dazu, einen Differentialdruck an dem Beschichtungswulst aufrechtzuerhalten
und diesen dadurch zu stabilisieren.
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Ein erstes Fluid 55. kann
dem ersten Spalt 46 über
eine erste Fluidzufuhr 56 und eine erste Verteilerleitung 58 zugeführt werden.
Ein zweites Fluid 60 kann dem zweiten Spalt 48 über eine
zweite Fluidzufuhr 62 und eine zweite Verteilerleitung 64 zugeführt werden.
Ein drittes Fluid 66 kann dem dritten Fluid-Spalt 50 über eine
dritte Fluidzufuhr 68 und eine dritte Fluidverteilerleitung 70 zugeführt werden. Ein
viertes Fluid 72 kann dem vierten Fluid-Spalt 52 über eine
vierte Fluidzufuhr 74 und eine vierte Fluidverteilerleitung 76 zugeführt werden.
Diese Ausführungsform
, ermöglicht
die Erzeugung einer bis zu vierschichtigen Fiuidenordnung 78,
die eine erste Fluidschicht 80 (auch als Trägerschicht
bekannt), eine zweite Fluidschicht 82, eine dritte Fluidschicht 84 und
eine vierte Fluidschicht 86 aufweist. Es können zusätzliche
Gleitblöcke
zwecks Einführung
weiterer Fluidschichten vorgesehen sein, je nach Erfordernis aufgrund
der gewünschten
Produkt-Leistung oder einer leichten Funktionsweise.
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Die Fluid-Verteilerleitungen 58, 64, 70 und 76 sind
derart ausgestaltet, dass sie eine gleichförmige Verteilung aus den jeweiligen
Fluid-Spalten 46,48,50,52 ermöglichen.
Diese Ausgestaltung wird speziell angepasst an die Wahl der (in 4 gezeigten) Spalt-Höhe H für die Spalten 46,48,50,52.
Die Spalt-Höhe
H wird hinreichend klein dahingehend. gewählt, dass der Druckabfall in
dem Spalt beträchtlich
höher ist
als der Druckabfall in der Verteilerleitung (ohne dass unerwünschte Ungleichförmigkeits-Probleme
aufgrund von Maschinierungs-Beschränkungen oder eine Leisten-Verbiegung
aufgrund übermäßigen Drucks
in dem Spalt auftreten), Dies gewährleistet, dass sich das Fluid
gleichförmig in
dem Spalt verteilt. Es ist bekannt, Spalt-Höhen zu verkleinern, wenn niedrigere
Strömungsraten
gewünscht
sind.
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Die Ausgestaltung der Fluid-Verteilerleitungen
kann auch speziell an die Rheologie des von ihnen zu führenden
Fluids angepasst werden, wobei Materialeigenschaften wie etwa – ohne jedoch
auf diese beschränkt
zu sein – die
Null-Scher-Viskosität, der Energiegesetz-Index,
die Fluidelastizität
und das Dehnungsverhalten berücksichtigt
werden. Die Fluidquelle kann entweder am Ende des Fluid-Verteilerrohrs
(Endzuführungs-Design)
oder an der Mitte des Fluid-Verteilerrohrs
(Mittenzuführungs-Design)
angeordnet sein. Die Prinzipien der Verteilerrohr-Ausgestaltung
sind ferner in der Literatur gut dokumentiert (siehe z. B. Gutoff,
"Simplified Design of Coating Die Internals", Journal of Imagintg
Science and Technology, 1993, 37(6), 615–627) und könnten auch für sämtliche
beschichtungsspalt-gespeiste Beschichtungsvorgänge verwendet werden, wie etwa – ohne jedoch
auf diese beschränkt
zu sein – Gleit-,
Extrusions- und Vorhang-Beschichten. Weitere Einzelheiten eines
bevorzugten Verteilerrohr-Designs
sind an späterer
Stelle in dieser Schrift aufgeführt.
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Die Gleitblöcke 38,40,42,44 können derart konfiguriert
sein, dass sie, wie in 4 gezeigt
ist; spezielle Spalt-Höhen
H aufweisen, die abgesehen von anderen Gründen derart gewählt sind,
dass der Druck in den Beschichtungsspalt-Verteilerrohren minimiert wird und durch
Maschinierungs-Beschränkungen
verursachte Ungleichförmigkeits-Probleme beseitigt
werden. Die typischerwei- se verwendeten Spalt-Höhen liegen in einem Bereich
von 100–1500 μm. Die Gleitblöcke 38,40,42,44 können ferner
mit einem Ebenen-Versatz angeordnet sein, so dass Spalt-Abstufungen
T gebildet werden, wie 4 zeigt.
Diese Abstufungen können
den gleichförmigen Fluid-Strom
entlang der Gleitfläche 53 fördern, indem die
Möglichkeit
von Strömungs-Trennung
und Fluidrezirkulationszonen minimiert wird, die zu Streifenbildung
und anderen Produkt-Fehlern führen
können. Diese
Spalt-Abstufungen können
in einem Höhenbereich
von 100–2000 μm liegen.
Die Verwendung derartiger Abstufungen ist gut dokumentiert. Ein
weiteres Verfahren zum Minimieren des Auftretens von Strömungs-Trennung
an der Gleitfläche 53 besteht gemäß 4 im Maschinieren, von Abrundungen
C an der stromabwärtigen
Seite eines Fluid-Spalts und kann auch bei der in dieser Anmeldung
beschriebenen Gleitbeschichtungs-Ausführungsforrn verwendet werden.
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Beim Maschinieren der Gleitblöcke 38,40,42,44 ist
die Endbehandlung der Block-Ränder,
welche die Ränder
der Fluid-Spalte 46,48,50,52 bilden,
von Wichtigkeit, was auch für
den Vorderrand des vorderen Blocks 36 gilt, welcher der
Andruckrolle 36 benachbart ist. Das Vorhandensein von Einkerbungen,
Graten und anderen Defekten an diesen Rändern kann Streifen-Fehler
an dem Produkt verursachen. Um derartige Defekte zu vermeiden, werden die
Ränder
auf einen Endbehandlungs-Zustand von weniger als 0,02 μm poliert.
Einzelheiten zum Vorgang der Endbehandlung der Beschichtungsspaltvorrichtungs-Ränder sind in den PCT-Veröffentlichungen
WO96/39276 und WO96/39275 aufgeführt.
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4 zeigt
ferner die Ausrichtung der Gleitbeschichtungsvorrichtung 34 relativ
zu der Andruckrolle 32 einschließlich des Positionswinkels
P, des Angriffswinkels A und des Gleitwinkels 5. (Der Gleitwinkel
S ist die Summe des Positionswinkels P und des Angriffswinkels A).
Es wird ein negativer Positionswinkel P bevorzugt, um einen verstärkten Einschluss
an der Andruckrolle und somit eine größere Stabilität bei der
Beschichtungsoperation zu ermöglichen.
Das Verfahren kann jedoch auch mit einem Null- oder einem positiven
Positionswinkel angewandt werden. Der Gleitwinkel 5 bestimmt
die Stabilität
des Strömens
von Fluiden entlang der schrägverlaufenden
Gleitebene. Ein großer
Gleitwinkel 5 kann zu einer Entwicklung von Oberflächen-Instabilitäten und
folglich von Beschichtungsfehlern führen. Der Gleitwinkel ist typischerweise
in einem Bereich von etwas über
null bis 45° eingestellt.
Der Abstand zwischen der Gleit- beschichtungsvorrichtung 34 und der
Rolle 32 am Punkt, der engsten Annäherung ist als Spalt G bekannt.
Die Nassdicke W jeder Schicht ist die Dicke auf der Oberfläche des
aufgetragenen Substrats 18 in wesentlicher Entfernung von
dem aufgetragenen Wulst, jedoch nahe genug an diesem, bevor ein
merkliches Trocknen erfolgen könnte.
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Weitere Teile der Gleitbeschichtungsvorrichtung 30 bedürfen einer
zusätzlichen
Erläuterung. 5 und 6 zeigen
Teile der Gleitbeschichtungsvorrichtung, zu denen dauerhafte Abschnitte 88 mit
niedriger Oberflächenenergie
zählen.
Diese Abschnitte 88 sind vorgesehen, um bestimmten Stellen
die gewünschten
Oberflächenenergie-Eigenschaften
zu verleihen, damit das Beschichtungsfluid gleichförmig angedrückt werden
kann, um einen Aufbau getrockneten Materials zu verhindern.
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7 zeigt
einen bestimmten Typ eines Endzufuhr-Verteilerrohrs 100 und
einer Rezirkulationsschleife 102. Anzumerken ist, dass
das Verteilerrohr 100 derart zu dem Austritts-Durchlass 106 hin geneigt
gezeigt ist, dass die Tiefe des Spalts L von dem Eintritts-Durchlass 104 zu
dem Austritts-Durchlass 106 abnimmt. Der Neigungswinkel
wird sorgfältig
dahingehend eingestellt, dass der Druckabfall in dem Fluid während dessen
Durchlauf vom Eintritts-Durchlass 104 des Verteilerrohrs 100 zu
dem Austritts-Durchlass 106 berücksichtigt wird, um zu gewährleisten,
dass die breitenweise Fluidverteilung am Auslass des Spalts gleichförmig ist.
Bei der gezeigten Verteilerrohr-Ausgestaltung tritt nur ein Teil des
in das Verteilerrohr 100 eingelassenen Fluids durch den
Fluid-Spait aus
(z. B. durch die Spalte 46, 48, 50 oder 52),
während
der Rest durch den Austritts-Durchlass 106 zu der Rezirkulationsschleife 102 strömt. Der
Teil, der durch den Austritts-Durchlass 106 strömt, kann
mittels einer Rezirkulationspumpe 108 zurück zu dem
Eintritts-Durchlass 104 zirkuliert werden. Die Rezirkulationspumpe 108 kann
frisches Fluid aus einem Fluidreservoir 110 und einer Frischfluidpumpe 112 empfangen.
Ein Fluidfilter 114 und ein Wärmeaustausches 116 können einbezogen
werden, um das Frischfluid zu filtern und zu heizen oder zu kühlen, bevor
es sich mit dem recycelten Fluid mischt. In diesem Fall finden die
gleichen Prinzipien Anwendung, die für die Ausgestaltung der Endzufuhr-Verteilerrohre
gelten. Die Verteilerrohr-Ausgestaitung, d. h, die Hohlraum-Form
und der Neigungswinkel, hängt
nicht nur von der Wahl der Spalt-Höhe und von der Fluid-Rheologie
ab, sondern auch von dem Prozentanteil der verwendeten Rezirkulation. Die
Verwendung einer ähnlichen
Rezirkulationsschleife zum Verhindern von Verklumpung im Verteilerrohr
während
des Ruftragens hochgradig scher-verdünnter magnetischer Materialien
ist in dem U.S.-Patent Nr. 4,623,501 (Ishizaki, 1986) beschrieben.
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Das Strömen von Fluid entlang der Gleitfläche 53 wird
durch die Verwendung von Randführungen 119 an
jedem Rand der Oberfläche
unterstützt, wie
in, 3 (und 8) gezeigt ist. Die Randführungen 119 dienen
zum Andrücken
der Lösung
an der Festkörper-Oberfläche und
resultieren in einer festen Breite der Beschichtung und ferner darin,
dass der Fluidstrom an den Rändern
stabilisiert wird. Der in 3 gezeigte
bestimmte Typ von Randführung 119 ist
auf dem Beschichtungssektor weithin bekannt. Anzumerken ist, dass
die Randführungen
geradlinig verlaufen und den Strom rechtwinklig zu den Spalten 46,48,50, 52 über die
Gleitfläche
leiten. Die Randführungen 119 können ein
Material aufweisen, bei dem es sich um Metalle wie z. B. Stahl,
Aluminium etc; Polymere wie z. B. Polytetrafluorethylen (z. B. TEFLONTM), Polyamid (z. B. NylonTM),
Poly(methyFenoxid) oder Polyacetat (z. B. DELRINTM),
etc; Holz, Keramik etc. handeln kann, oder sie können mehr als ein einziges
Material aufweisen, z. B. mit Polytetrafluorethylen beschichteten
Stahl.
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Die Randführungen 119A können gemäß 8 vom konvergenten Typ sein.
Der Konvergenzwinkel 8 kann zwischen 0° und 90° liegen, wobei 0° dem in 3 gezeigten Fall von geradlinigen
Randführungen
entspricht. Der Winkel θ kann
zwecks erhöhter
Stabilität
der Beschichtungswulst-Ränder
gewählt
werden, indem die Beschichtiangsdicke an den Wulsträndern relativ
zur Mitte vergrößert wird.
Bei anderen Ausführüngsformen
können
die Randführungen
dauerkalte Flächen
oder Teile mit niedriger, Oberflächenenergie
aufweisen, wie bereits beschrieben wurde. Es kann eine (nicht gezeigte)
Abdeckung oder Umhüllung über der
Gleitbeschichtungsvorrichtung 34 verwendet werden.
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Vertahren zum Minimieren des Trocknens während des
Startens des Beschichtens und während
Unterbrechungen des Beschichtens
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Ein (nicht gezeigter) sechster Gleitblock kann
den in 2 und 3 gezeigten Gleitblöcken hinzugefügt werden
und an dem fünften
Gleitblock 44 angeordnet werden. Der sechste Gleitblock
ermöglicht
die Einführung
eines (nicht Bezeigten) fünften Fluids,
das über
den Beschichtungsoberflächen
der ersten, zweiten,, dritten, vierten und fünften Gleitblöcken 36, 38, 40, 42, 44 aufgetragen
werden kann. Das fünfte
Fluid kann verwendet werden zur Handhabung der bereits angeführten Probleme
der Materialverschwendung, des Trocknens und der Streifenbildung,
die bei der Notwendigkeit einer Unterbrechung des Beschichtungsvorgangs
auftreten. Das fünfte Fluid
kann eine Schutzdecke über
dem übrigen
Beschichtungsfluid bzw. den -fluiden bilden, die das Trocknen dieser
Beschichtungsfluide an der Gleitfläche und den Führungsrändern minimiert
oder sogar beseitigt. Das fünfte
Fluid kann auch eine Selbstreinigung verschiedener Gleitflächen von
Verunreinigungen und Rückständen bewirken
und die Gleitfläche(n)
vor-benetzen, bevor das Beschichtungsfluid bzw. die -fluide zu der
bzw, den Gleitfläche(n)
zugeführt
wird bzw. werden. Man kann sich ein derartiges Fluid als "Minimierungsfluid"
vorstellen, da es Fehler minimiert oder reduziert, die z. B. mit
einer Trocknung oder unzureichenden Benetzung des Beschichtungsfluids
bzw. der -fluide oder mit dem Vorhandensein von Verunreinigungen
oder Rückständen an
der Gleitfläche
bzw. den Gleitflächen
zusammenhängen.
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Das fünfte Fluid kann entlang der
Gleitbeschichtungsvorrichtung 34 geleitet werden, wenn
die Gleitbeschichtungsvorrichtung 34 dahingehend in einem
ausreichenden Abstand von der Andruckrolle 32 angeordnet
ist, dass das fünfte
Fluid die Andruckrolle 32 oder das Substrat 18 nicht
kontaktiert, sondern entlang der Vorderseite des ersten Gleitblocks 36 und
in die Vakuumbox und den Abfluss strömt.
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Das fünfte Fluid kann ein Lösungsmittel
aufweisen, das mit dem Lösungsmittel-System
des Beschichtungsfluids bzw. der -fluide kompatibel ist und das ausgegeben
werden kann beim Beginn eines Beschichtungs-Arbeitsgangs, bevor
die Ströme
des Beschichtungsfluids bzw. der -fluide gestartet werden; während einer
kurzen Pause des Beschichtungsvorgangs über die Ströme des Beschichtungsfluids
bzw. der -fluide; und allein, wenn die Ströme des Beschichtungsfluids
bzw. der -fluide während
einer ausgedehnten Pause des Beschichtungsvorgangs oder nach Abschluss
eines Beschichtungs-Durchlaufs abgeschaltet sind. Das fünfte Fluid
kann z. B. eine 100-prozentiges Lösungsmittel sein und derart
gewählt
werden, dass es sich mit den Lösungsmitteln mischt,
die für
das ßeschichtungsfluid
bzw. die -fluide verwendet werden. Es kann während des Betriebs oder im
voraus gefiltert werden, so dass keine verunreigenden Materialien
(z. ß.
Partikel, Fasern) auf die Beschichtungsflächen gelangen.
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Wenn der Beschichtungsvorgang gestartet wird,
wird zuerst der Strom des fünften
Fluids gestartet, um die Beschichtungsfläche der Gleitbeschichtungsvorrichtung 34 vollständig vorzubenetzen
und zu reinigen. Dann wird der Strom des Beschichtungsfluids bzw.
der -fluide in Reihenfolge gestartet (Fluidschichten 1, 2, 3, 4 ...),
und der Strom jeder der Fluidschichten wird vollständig hergestellt.
Dann wird der fünfte
Fluidstrom gestoppt, und die Beschichtungs-Auslassvorrichtung wird
zu der Andruckrolle 32 hin bewegt, um den Vorgang des Ruftragens
auf die Bahn aufzunehmen. Somit fördert das fünfte Fluid die schnelle Herstellung
streifenfreier Beschichtungsströme.
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Wenn das Beschichten unterbrochen
oder gestoppt wird, wird die Beschichtungsvorrichtung von der Andruckrolle 32 zurückgezogen,
und der Strom der ersten, zweiten, dritten und vierten Fluide 80,82,84,86 wird
reduziert oder gestoppt, um eine Verschwendung an Beschichtungsfluid(en)
zu minimieren.
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Während
einer kurzen Unterbrechung des Beschichtens wird der Strom des fünften Fluids
gestartet, während
der Strom des Beschichtungsfluids bzw. der -fluide beträchtlich
reduziert wird. Die Decke an Lösungsmittel,
die über
dem Beschichtungsfluid bzw. den -fluiden an der Gleitfläche liegt,
minimiert oder beseitigt das Trocken, die Verklumpung oder die Partikelbildung
innerhalb von Beschichtungsfluid(en), wenn das Beschichten wiederaufgenommen wird.
Zur Wiederaufnahme des Beschichtens wird der fünfte Fluidstrom gestoppt, der
Strom von Beschichtungsfluid(en) wird auf normale Pegel erhöht, und
die Beschichtungs-Auslassvorrichtung wird zu der Andruckrolle 32 bewegt,
um Beschichtungsmaterial auf die Bahn aufzunehmen. Auf diese Weise
unterstützt
das fünfte
Fluid die schnelle Wiederherstellung streifenfreier Beschichtungsströme.
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Während
einer ausgedehnten Pause des Beschichtungsvorgangs wird der Strom
des fünften Fluids
gestartet, während
der Strom des Beschichtungsfluids bzw, der -fluide vollständig gestoppt
wird, wobei nur der kontinuierliche Strom des fünften Fluids beibehalten wird.
Auf diese Weise wird die gesamte Gleitfläche aufgrund des fortdauernden
Lösungsmittelstroms
selbstgereinigt, und ein Trocknen sämtlichen Beschichtungsfluids
bzw. sämtlicher
Beschichtungsfluide auf den verschiedenen Flächen der Gleitbeschichtungsvorrichtung
wird minimiert oder vollständig
verhindert. Wenn die Beschichtungsoperation wiederaufgenommen werden
soll, 'werden die Beschichtungsfluidschichten in Reihenfolge neugestartet
(Fluidschichten 1, 2, 3, 4,...), während der fünfte Fluidstrom fortgesetzt
wird. Nachdem die Beschichtungsströme wiederhergestellt worden
sind, wird der fünfte
Fluidstrom gestoppt, und die Beschichtungs-Auslassvorrichtüng wird in Eingriff mit der
Andruckrolle 32 bewegt, um das Auftragen auf die Bahn wiederaufzunehmen.
Somit unterstützt
das fünfte
Fluid die schnelle Wiederherstellung streifenfreier Beschichtungsströme.
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Es wird darauf hingewiesen, dass
die vorstehenden Erläuterungen
nur zur Veranschaulichung dienen. Wenn beispielsweise nur drei Spalte
einer Gleitbeschichtungsvorrichtung 34 gemäß 2 für einen Beschichtungsvorgang
erforderlich wären, könnte das
"Minimierungs"-Fluid (nun ein viertes Fluid) aus dem vierten oder
fünften
Spalt ausgegeben werden. In ähnlicher
Weise könnte
das "Minimierungs"-Fluid stattdessen ein drittes Fluid sein, welches
das Trocknen eines ersten oder zweiten Fluids minimiert. Alternativ
könnte
das "Minimierungs"-Fluid ein zweites Fluid sein, welches das Trocknen
eines einzigen Beschichtungsfluids minimiert.
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Ferner braucht das Lösungsmittelfluss-System
noch nicht einmal mit der gleichen Präzision hergestellt zu sein
wie das Beschichtungsfluid-System. Somit kann das Zuführen der
Lösungsmittelschicht auf
die Oberfläche
der Gleitbeschichtungsvorrichtung mittels jeder beliebigen geeigneten
Vorrichtung erfolgen. Zur Lösungsmittelzufuhr
auf die Gleitfläche können z.
B. Sprühdüsen, poröse Dochte,
poröse Metalleinsätze etc.
verwendet werden.
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Obwohl die Verwendung dieses Reinigungs-/Benetzungsverfahrens
vorstehend anhand eines Gleitbeschichtungsvorgangs exemplifiziert wurde,
kann das Verfahren problemlos für
Vorhangs- und Extrusionsbeschichtungsvorgänge angewandt werden.