ES2201131T3 - Metodo y aparato para recubrir sustratos usando una cuchilla de aire. - Google Patents

Abstract

EL METODO PARA REVESTIR UN SUSTRATO (32, 12) CON UNA PLURALIDAD DE CAPAS DE REVESTIMIENTOS CONSISTE EN REVESTIR EL SUSTRATO A LO LARGO DE UNA VIA A TRAVES DE LA ESTACION DE REVESTIMIENTO QUE INCLUYE UNA MATRIZ DE REVESTIMIENTO (10, 110). SE FORMA UNA CAPA COMPUESTA (48, 118) UN PRIMER Y UN SEGUNDO FLUIDO (34, 36; 104, 86). EL SUSTRATO (32, 102) ENTRA EN CONTACTO CON LA CAPA COMPUESTA DE FLUJO PARA INTERPONER EL PRIMER FLUIDO DE REVESTIMIENTO (34, 104) ENTRE EL SUSTRATO (32, 102) Y EL SEGUNDO REVESTIMIENTO (36, 86). LA CAPA COMPUESTA ES TRATADA CON UN GAS (52, 122) A PARTIR DE UNA CUCHILLA DE GAS (54, 125) (54, 124) PARA RETIRAR ALGUNA PORCION DE LA CAPA COMPUESTA DEL SUSTRATO.

Description

Método y aparato para recubrir sustratos usando una cuchilla de aire.

Esta invención se refiere a la preparación de recubrimientos húmedos de capa sencilla y múltiple de 0,1 a 1000 micrómetros, mediante el recubrimiento simultáneo en una operación. En particular, la invención se refiere a mejoras del método y aparato para el recubrimiento por cuchilla de aire de un sustrato. Esta tecnología es particularmente útil para las industrias de recubrimiento de papel y de recubrimientos con base de agua.

Con frecuencia, capas de composiciones diferentes deben ser aplicadas a un sustrato. Es común aplicar una capa de imprimación bajo una pintura para mejorar la fijación. En la fabricación de películas fotográficas, tantas como doce capas de composiciones diferentes deben ser aplicadas en relación de capas diferentes, con tolerancias estrictas en la uniformidad. El uso de operaciones de recubrimiento secuenciales puede producir una pluralidad de capas distintas superpuestas sobre un sustrato. Sin embargo, esto resulta costoso y consume tiempo, y puede requerir una gran inversión en el recubrimiento secuencial y en las estaciones de secar.

Métodos para la aplicación simultánea de capas múltiples se exponen en el libro de Cohen, E.D. y Gutoff, E.B., Editores, 1992, titulado "Tecnología moderna de recubrimiento y secado", capítulo 4, VCH Publishers, New York. Recubridores de troquel predosificados, de ranura o extrusión, se describen en los documentos US-A-2.761.419 y US-A- 2.761.791. y muchas mejoras han sido desarrolladas en los últimos años. Con estos recubridores, la superficie de la banda que se ha de recubrir es puesta en contacto con el troquel, o en proximidad inmediata a él, y es depositada una pluralidad de capas superpuestas. Cada composición recubridora es dosificada hacia el troquel recubridor, que las deposita como capas sobre la banda. Sin embargo, la uniformidad de la separación con respecto a la banda limita la calidad de los recubrimientos, así como la velocidad máxima del funcionamiento.

Otro método de recubrimiento simultáneo con capas múltiples es el recubrimiento de cortina. El documento US-A-3.508.947 enseña el uso de este método en el recubrimiento de elementos fotográficos. El recubrimiento de cortina utiliza una cortina vertical de caída libre de líquido, que choca sobre la banda que atraviesa la estación de recubrimiento. Esta referencia enseña un método para formar la cortina a partir de una pluralidad de capas diferentes para efectuar un recubrimiento de capas múltiples sobre la banda. El espacio entre el troquel de recubrimiento y la banda es mucho mayor que en los métodos anteriores, y las velocidades de aplicación son sustancialmente mayores. Sin embargo, este método presenta limitaciones en cuanto a grosor y velocidad.

Una limitación del recubrimiento de cortina es que para cualquier formulación hay un caudal mínimo, por debajo del cual no puede ser mantenida una cortina estable. Esto impide recubrimientos delgados a velocidades lentas y moderadas. Dado que los métodos de capa múltiple simultánea de cortina y de deslizamiento fueron introducidos primeramente, se han inventado muchos avances y mejoras. Sin embargo, existe aún la necesidad de mejorar el método de recubrimiento de capas simultáneas de alta y baja velocidad.

La tecnología del recubrimiento de capa sencilla por cuchillo de aire se resume en el Capítulo II del libro "Fabricación de pulpa y papel, Vol, 8: Procedimientos de recubrimiento, conversión, y especiales", Michael Kouris, Editor Técnico, 3ª edición, 1990, publicado por The Joint Textbook Committee of the Paper Industry, TAPPI y CPPA, Atlanta, Georgia. Una descripción adicional se encuentra en el libro de Cohen y Gutoff. El recubrimiento por cuchilla de aire se caracteriza por la aplicación de una composición de fluido recubridor sencillo a una banda, seguido por la retirada de una parte de dicho fluido por medio de un chorro de gas que sale de una boquilla. Existe una zona de aplicación de baja velocidad en la que es utilizado un gas a baja presión en la boquilla. El exceso de recubrimiento es obligado a ir en contra de la dirección de movimiento de la banda, y una cantidad controlada pasa a través del chorro de gas sobre la superficie de la banda. Esta tecnología ha sido empleada por la industria fotográfica. Existe una zona de alta velocidad de actuación empleada por la industria de recubrimiento de papel, y en el recubrimiento de metal fundido por los fabricantes de bandas de acero de inmersión en caliente. En este caso, las presiones del gas y las velocidades de la banda son altas, y el fluido en exceso es con frecuencia atomizado por el chorro. Ambas técnicas, de baja y alta velocidad, son conocidas sólo como métodos de recubrimiento de capa sencilla, que utilizan una composición de capa recubridora sencilla, y han sido puestas en práctica durante más de cincuenta años. Ambas tecnologías han utilizado troqueles aplicadores de recubrimiento para aplicar el exceso de recubrimiento al sustrato antes de pasar por el chorro de gas. Estos troqueles son utilizados para aplicar toscamente el exceso, y aplican sólo una composición de fluido recubridor sencilla.

El método de recubrimiento de cuchilla de aire convencional ve reducido su margen de aplicación debido principalmente a que recubre sólo con una capa de una vez, y a que tiene limitaciones en cuanto a un grosor mínimo del recubrimiento. Para producir recubrimientos secos delgados, la masa de sólidos que pasa a través del chorro de gas por unidad de área del sustrato y quedan sobre él debe ser baja. La velocidad del gas, el tanto por ciento de sólidos, y la viscosidad del recubrimiento, son las variables dominantes que controlan el peso de este recubrimiento. Recubrimientos más delgados pueden ser obtenidos por reducción del tanto por ciento de sólidos y de la viscosidad, o por aumento de la velocidad del chorro. En todo esto siempre habrá limitaciones de tipo económico y físico. Si se reduce el tanto por ciento de sólidos debe ser añadido más diluyente líquido, lo que aumenta tanto el coste como el tiempo de secado. La reducción de la viscosidad requiere el cambio de la formulación, y puede dar por resultado un flujo indeseado del recubrimiento después de pasar el chorro, y antes del secado o la solidificación. Los aumentos en la velocidad del chorro son limitados por numerosas consideraciones prácticas, que incluyen el coste y la complejidad de exceder la velocidad de la película sonora con el chorro, la confusión creada por la neblina del exceso de fluido recubridor, y el ruido del chorro a alta velocidad.

Por el documento EP-A-0 651 095 (documento de acuerdo con el Art. 54(3) de la EPC), se conoce un recubridor que recubre con una mezcla de fluido una banda en la que la mezcla recubridora es rebajada por medio de una cuchilla de aire. Las sustancias individuales del recubrimiento forman una mezcla, de modo que toda la mezcla recubridora tiene que ser considerada como una única capa de fluido.

Existe la necesidad de un método de recubrimiento con capas múltiples más versátil, y un recubridor de cuchilla de aire de capas múltiples. Existe también la necesidad de un recubridor de cuchilla de aire mejorado para aplicar una única capa seca de recubrimiento a partir de un fluido de capa compuesto. Y existe la necesidad de un nuevo método que recubra con recubrimientos húmedos delgados a velocidades bajas (de 25 \mu m, a velocidades de banda de 10 m/min), así como a velocidades altas.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato y un método para el recubrimiento de capas múltiples más versátil, con una característica de acondicionamiento fiable de una, exterior, de las capas de fluido.

Este objeto se logra por medio de un método como se define en la reivindicación 1, así como con un aparato como se define en la reivindicación 13. Las características de las realizaciones preferidas de la invención se exponen en las subreivindicaciones.

El método para recubrir un sustrato con una pluralidad de capas recubridoras incluye mover dicho sustrato a lo largo de un camino a través de la estación de recubrimiento. Se forma una capa compuesta que tiene al menos un primer fluido recubridor y un segundo fluido recubridor miscible. El sustrato hace contacto con la capa compuesta que fluye, para interponer el primer fluido recubridor entre el sustrato y el segundo fluido recubridor. La capa compuesta es rebajada con un gas, para retirar una parte de dicha capa compuesta del sustrato.

Puede ser utilizada una pluralidad de fluidos del primer recubrimiento. En este caso, al menos dos de ellos pueden ser inmiscibles. El fluido del primer recubrimiento puede ser látex, y el fluido del segundo recubrimiento puede ser agua. Alternativamente, ambos fluidos recubridores puede ser de látex que tengan composiciones diferentes, tantos por ciento de composición diferentes, o ambos.

Un recubridor por deslizamiento de capas múltiples, un recubridor de cortina, un recubridor de chorro, un recubridor de bolitas, o un recubridor de troquel de extrusión, pueden ser utilizados para aplicar el fluido recubridor al sustrato, o las capas de los fluidos recubridores primero y segundo pueden ser formadas secuencialmente.

El sustrato puede ser desplazado a través de la estación del recubrimiento a velocidades de hasta
1000 m/min.

Igualmente, la capa compuesta puede ser colocada primero sobre una superficie de transferencia, antes de ser transferida al sustrato.

El aparato incluye un troquel para expulsar un primer fluido recubridor. Dicho troquel puede ser de recubrimiento de capas múltiples.

La fig. 1 es una vista esquemática de un aparato recubridor de acuerdo con la presente invención.

La fig. 2 es una vista esquemática de otra realización del aparato recubridor de acuerdo con la presente invención.

El documento US-A-5.641.544 describe un método para aplicar un recubrimiento líquido por creación de un compuesto de dos capas de fluido recubridor y de fluido portador, que es aplicado a un sustrato como una capa simultánea compuesta por dos capas, seguido por la retirada del fluido portador y dejando detrás el fluido recubridor. Un objetivo de esta invención es aplicar simultáneamente una pluralidad de fluidos recubridores sobre el sustrato en una estación de recubrimiento, por medio de un método para desplazar el sustrato a través de la estación del recubrimiento; formar una capa compuesta por una pluralidad de capas fluidas separadas de fluidos de composiciones diferentes pero miscibles; depositar una capa compuesta sobre la superficie del sustrato al atravesar la estación de recubrimiento; retirar luego una parte del compuesto mediante la acción rebajadora de un chorro de gas (cuchilla de aire) que se extiende transversalmente a través del camino del sustrato. Los sustratos pueden ser bandas continuas que marchan a velocidades de 1 a 1000 m/min a través de la estación del recubrimiento, o pueden ser láminas separadas o partes de piezas rígidas separadas, o un conjunto de piezas o partes transportadas a través de las estación del recubrimiento.

Las capas respectivas tienen composiciones diferentes, y pueden ofrecer una amplia variación en las relaciones de viscosidad, tensión superficial, y grosor. Los fluidos recubridores tienen preferiblemente una combinación de tensión superficial y viscosidad, de modo que no se corran o formen hilos en la superficie del sustrato después de ser extendidos sobre ella dentro del tiempo de transporte a través de la estación de recubrimiento. Ejemplos de fluidos recubridores aplicables con este método son los monómeros, oligómeros, soluciones de sólidos disueltos, dispersiones de sólidos y líquidos, mezclas líquidas, emulsiones y látex.

El método de recubrimiento será mejor comprendido con referencia a la fig. 1, que ilustra una estación de recubrimiento que incluye un aparato preferido de esta invención. El troquel 10 de recubrimiento es conocido comúnmente en la industria fotográfica como recubridor de cortina deslizante. Un primer fluido recubridor 34 de una primera composición es bombeado con un régimen controlado con precisión desde un depósito 20, mediante una bomba dosificadora de precisión 16 y a través de un filtro 18 y un retenedor de burbujas, hacia el troquel 10 de recubrimiento. La banda 32 pasa por dentro de la estación y rebasa el troquel 10, que está montado transversalmente con respecto a la banda. Un segundo fluido recubridor 36 de una segunda composición pasa a través de una válvula reguladora 24 y de un flujómetro 25, a un recipiente 26 de desgasificación por vacío. El caudal que sale del recipiente de desgasificación por vacío es medido con otro flujómetro 27. Ambos flujómetros pueden ser rotómetros. El flujo procedente del recipiente 26 es bombeado por una bomba 28 de cavidad progresiva. Desde la bomba 28, el segundo fluido recubridor 36 fluye a través de un depósito 29 de compensación de oscilaciones obturado, a través de un filtro fino 30, de un medidor 27 de flujo de descarga, y dentro del troquel 10 de recubrimiento. Las cavidades internas 12 y 22 distribuyen el flujo de los fluidos recubridores a través de la anchura de este troquel 10 de recubrimiento de cortina deslizante de dos capas, de modo que son distribuidos hacia las caras 38 y 40 del troquel a través de las ranuras de distribución 42 y 44. Los fluidos primero y segundo son miscibles pero tienen composiciones diferentes. Dichos fluidos pueden tener constituyentes idénticos, y variar sólo en las concentraciones de los componentes individuales, o pueden tener constituyentes diferentes. Si los fluidos son soluciones, dispersiones, o emulsiones, los componentes líquidos principales pueden ser idénticos o diferentes.

El primer fluido 34 de recubrimiento fluye sobre la parte superior del segundo fluido 36 de recubrimiento, en la salida de la ranura 44, y luego fluye formando capas con y sobre la parte superior del segundo fluido hacia abajo del deslizador inclinado, hasta el reborde 46 del troquel, como una capa compuesta. Desde dicho reborde, la película de líquido compuesta cae en cortina 48 por efecto de la gravedad, hasta hacer contacto con la banda 32. Dicha banda 32 es desplazada a través de la estación de recubrimiento, y rebasa el troquel de recubrimiento transversal 10, de modo que cuando la cortina de la capa compuesta hace contacto con la banda, el primer fluido recubridor es colocado adyacente a la superficie de la banda y queda interpuesto entre la banda y el segundo fluido recubridor. El primer fluido recubridor 34 establecerá contacto íntimo con la banda 32, pero no así el segundo fluido recubridor 36. Las capas individuales permanecen separadas y sin mezclar. El troquel aplicador de cortina es utilizado aquí para aplicar un exceso del segundo fluido recubridor 36 al sustrato. Por tanto, se dice también que la capa compuesta lo es en exceso. La cuantía del exceso es controlada por la dosificación del segundo fluido 36. Una parte de éste será retirada subsiguientemente por el rascador o rebajador de cuchilla de aire, como se describe más adelante.

La figura 1 muestra también una pantalla interceptora 80, que puede ser desplazada para interceptar la cortina antes de que ésta choque con el sustrato 32. Dicha cortina puede estar mandada, para facilitar los procedimientos de iniciación y de terminación, y permitir en general la detención de la operación de recubrimiento de la banda, sin detener dicha banda o el flujo de fluido recubridor. Cuando la pantalla es acoplada y desplazada, como se indica por las líneas de trazos, el fluido fluirá hacia abajo de ella, y dentro de una bandeja colectora 51.

El grosor húmedo combinado de la capa compuesta de fluidos recubridores depositados sobre el sustrato en movimiento, estará relacionado con el grosor de la cortina de capas múltiples, justamente antes de chocar sobre el sustrato. Velocidades del sustrato más altas producen justamente recubrimientos más delgados. Son posibles velocidades del sustrato más altas, en tanto la energía cinética de la cortina de choque sea suficiente para desplazar el aire sobre la superficie del sustrato de manera suficientemente uniforme y estable. Si la velocidad de choque es menor que la del sustrato, el grosor húmedo de las capas sobre dicho sustrato será mayor que la cortina justamente antes del choque. En función de muchos factores, el impacto de la cortina puede hacer que se forme un "tacón de fluido" sobre el lado de aguas arriba del sustrato, en el punto de choque. Cuando esto se hace grande, puede perjudicar a la calidad de la capa recubridora, o puede producirse una mezcla. Factores que influyen en esto son las propiedades del flujo de las capas, la superficie y la tensión interfacial de dichas capas, el ángulo de impacto con el sustrato, fuerzas de cuerpo exterior, y gradientes de presión externa. Los caudales de la capa, velocidad del sustrato, distancia al sustrato del troquel de recubrimiento, y ángulo de choque, son las variables principales que el operador del recubrimiento puede cambiar para estabilizar la deposición. Igualmente, hay muchos perfeccionamientos de las técnicas de recubrimiento por cortina. Todos ellos pueden beneficiar el uso del troquel de cortina deslizante, tal como un aplicador de exceso de capa de fluido recubridor compuesto, antes de la cuchilla de aire 54.

Después de que el sustrato rebasa el troquel de cortina deslizante, y que la capa compuesta ha sido aplicada en exceso, el sustrato pasa por la boquilla de chorro de gas, conocida también como cuchilla de aire 54. Esto puede ser designado de acuerdo con las enseñanzas del documento US-A-2.135.406. Esta boquilla utiliza comúnmente aire como gas para el funcionamiento.

El chorro 52 que sale de la cuchilla de aire 54 evita que una parte de la capa del compuesto de fluidos recubridores sobre la banda próxima a la cuchilla de aire 54, pase más allá de la posición de dicha cuchilla 54, o sople esa parte de los fluidos recubridores fuera del sustrato como una neblina, en función del volumen y velocidad de chorro. Se prefiere que el sustrato que pasa hacia arriba rebase el chorro de modo que la gravedad ayude a retirar el exceso hacia abajo y lejos del punto donde choca el chorro. La retirada del exceso acumula una capa más gruesa del segundo fluido recubridor 62 bajo el chorro 52, que carece mucho de uniformidad y cuyo movimiento es turbulento o caótico. De manera imprevista se ha comprobado que a pesar de esto, es posible producir un recubrimiento compuesto 64 de dos capas sobre el lado inferior de la banda frente a la cuchilla de aire 54, aunque los fluidos primero y segundo sean miscibles. (Los fluidos miscibles, si se colocan juntos en un vaso de precipitado y se agitan, se mezclan y forman un fluido único de composición uniforme). Además, y también sorprendentemente, se ha comprobado que el chorro de aire 52 puede ser ajustado de modo que sólo se retire una parte del segundo fluido 36, y el primer fluido 34 queda sustancialmente sin perturbación e intacto. Esto se lleva a cabo más fácilmente cuando el primer fluido recubridor es más viscoso que el segundo, tal como cuando la viscosidad del primer fluido es diez veces, e incluso cien veces más alta que la del segundo fluido recubridor. El recubrimiento compuesto 64 de dos capas permanece sobre el sustrato después del paso de la cuchilla de aire. El exceso de fluido recubridor 62 se separa y cae de la banda dentro de la bandeja 50. Este sobrante puede ser desechado, o reutilizado si resulta adecuado.

Después del paso de la cuchilla de aire 54, la capa compuesta 64 puede ser secada, gelificada, o curada, según sea necesario para la aplicación particular. Esto será seguido enrollamiento, laminación, u otras operaciones del procedimiento. Podrían ser empleados también procedimientos de alisamiento mecánico, vibratorio, o magnético, del recubrimiento compuesto húmedo. Como se muestra, para aplicar el exceso se utiliza un troquel 10 recubridor de cortina deslizante de capa múltiple. Podrían ser utilizados otros dispositivos recubridores de capa múltiple simultánea, incluidos el deslizador, de gotas, de extrusión, y de troquel de chorro.

Esta técnica de recubrimiento de capa múltiple simultáneo por cuchilla de aire es especialmente útil para producir recubrimientos sólidos sobre sustratos de látex. Con frecuencia, el método de recubrimiento por cuchilla de aire de capa sencilla conocido comúnmente presenta problemas en recubrimientos con látex. El recubrimiento delgado con el método de capa sencilla convencional puede requerir velocidades de chorro que producen una neblina o espumación que crea problemas de calidad y de desechos. Esto puede ser evitado con el uso del procedimiento de capas múltiples. Recubrimientos delgados secos de un látex pueden ser aplicados mediante el uso de composiciones con dos tanto por ciento de sólidos diferentes del mismo látex, como se muestra en la fig. 2. La ventaja es que la mayor parte de los sólidos puede ser dosificada con precisión, con un primer fluido recubridor de sólidos altos, mientras que el segundo fluido con contenido de sólidos bajos facilita la deposición del primer fluido sobre la banda, antes de pasar por la cuchilla de aire. Además, después del paso por la cuchilla de aire, el recubrimiento de capa compuesta por una primera capa de fluido de alta viscosidad bajo una segunda capa de fluido de baja viscosidad puede acelerar el secado y mejorar el alisamiento superficial del recubrimiento seco.

En la fig. 2, un primer fluido recubridor 104 de látex alto en sólidos es bombeado con régimen controlado con precisión desde el depósito 84, mediante una bomba dosificadora de precisión 85 a través de un filtro 88 y un retenedor 90 de burbujas hacia el troquel de recubrimiento 110. La banda continua 102 pasa dentro de la estación de recubrimiento y rebasa el troquel 110, que está montado transversalmente con respecto a dicha banda. Un segundo fluido recubridor 86 puede ser el primer fluido recubridor 104 diluido con agua acondicionada para formar una segunda composición de látex 86 bajo en sólidos. El agua está acondicionada con cualesquiera sales, ajustadores de pH, agentes reguladores, y agentes superficiales activos, que sean necesarios para diluir el látex sin causar coagulación. El segundo fluido recubridor 86 es suministrado desde un depósito 94 mediante una bomba dosificadora de precisión 96, a través de un filtro y un retenedor de burbujas 100, hacia el troquel 110 de recubrimiento. Como con el aparato de la fig. 1, las cavidades 82 y 92, las ranuras 112 y 144, y las caras 108 y 90, funcionan para crear una cortina 118 que cae de un compuesto en capas, de los fluidos recubridores primero 104 y segundo 86. Estos fluidos recubridores primero y segundo son miscibles, y difieren principalmente en el tanto por ciento de sólidos. Dado que la viscosidad del látex es por lo general una función que depende mucho del tanto por ciento de sólidos, las viscosidades de los fluidos primero y segundo pueden diferir según un factor de 2 a 1000 o más, que depende de la viscosidad del primero, a partir del cual se ha producido el segundo por dilución.

El sustrato es desplazado a través de la estación de recubrimiento y rebasa el troquel de recubrimiento transversal, de modo que cuando la cortina de capa compuesta 118 hace contacto con la banda, el primer fluido recubridor 104 es colocado adyacente a la superficie de la banda, y queda interpuesto entre dicha banda 102 y el segundo fluido 86. El primer fluido recubridor 104 tendrá un contacto íntimo con la banda, pero no así el segundo fluido recubridor 86.

El caudal del primer fluido recubridor 104 se elige inicialmente para igualar al que es necesario para conseguir el deseado peso de recubrimiento seco sobre la banda 102 a la velocidad dada de dicha banda. Si este flujo es suficiente para formar una cortina continua desde el reborde 116 del troquel sin el uso del segundo fluido, y si la cortina puede ser depositada sobre la banda sin arrastre de aire o de configuraciones objetables, entonces esta invención no es necesaria, y puede ser utilizado el recubrimiento de cortina convencional para producir el peso de recubrimiento deseado. Por desgracia, este no es el caso a velocidades de banda bajas o a caudales muy bajos del primer fluido recubridor 104.

Para producir el recubrimiento deseado depositado sobre la banda, el segundo fluido recubridor 86 es utilizado para producir un flujo de cortina compuesta 118 que sea estable y fluya a una velocidad que se deposite sobre la banda sin arrastre de aire y sin configuraciones extrañas. El segundo fluido recubridor 86 fluye con un caudal que difiere del caudal del primer fluido recubridor 104. En usos preferidos, este caudal del segundo fluido recubridor es más alto que el del primer fluido recubridor, aunque hay algunas situaciones en las que el caudal del segundo fluido recubridor es menor. Esta capa compuesta 118 constituye un exceso del compuesto, que debe ser rebajada con la cuchilla de aire 124 para retirar dicho exceso. La retirada de éste puede ser controlada por cambio de la posición de la cuchilla de aire 124, caudal, y velocidad del gas. Se prefiere que la relación de viscosidad entre el segundo fluido recubridor 86 y el primer fluido recubridor 104 sea de 0,1 o menos. Es posible ajustar el funcionamiento de la cuchilla de aire 124 para retirar el exceso del segundo fluido y dejar detrás una capa compuesta 144 del primer fluido y una cantidad suficiente del segundo, para conseguir el deseado peso del recubrimiento seco sobre la banda, después del secado. Después de algunas pruebas iniciales puede ser necesario ajustar el caudal del primer fluido para obtener el peso exacto del recubrimiento seco deseado de la capa compuesta 144. El ajuste es necesario para compensar la masa de sólidos añadida a la capa compuesta 144 por la capa del segundo fluido 86 dejado detrás, después de que la cuchilla de aire ha retirado el exceso. Por el contrario, el segundo fluido recubridor podría ser de cerca del 100% de agua. Aquí, el recubrimiento seco final podría conseguirse por secado de la capa compuesta aplicada por el troquel de cortina, sin utilizar el acondicionamiento mediante cuchilla de aire. Sin embargo, la carga térmica total requerida será grande comparada con la del caso en que la parte de exceso de agua es retirada con el uso de la cuchilla de aire 124. Por tanto, el uso de dicha cuchilla es altamente deseable.

La producción de un recubrimiento de la capa compuesta 144, cuando el primer fluido 104, látex, está próximo a la banda, y el segundo fluido, agua, está estratificado sobre la parte superior del primero, puede ser útil para mejorar la calidad del producto recubierto, y mejorar el régimen de secado.

Debajo de la cuchilla de aire 124 en la fig. 2, una bandeja 120 recoge el exceso de fluido insuflado o retirado por el chorro 122. Este fluido será principalmente el segundo fluido 86, con alguna pequeña cantidad de contaminación procedente del primer fluido 104. La contaminación procede de la difusión del material a través de la interfaz de las capas y del primer fluido 104 en el cordón de borde pesado (no mostrado) en los extremos de la cortina, en la dirección transversal de la banda. La cuchilla de aire 124 retira normalmente el cordón de borde y lo mezcla con el fluido en exceso 132 retirado por el chorro 122. La composición del fluido 134 en la bandeja puede diferir de la del fluido del depósito 94 de suministro debido a este y a otros factores, tales como la evaporación. Una bomba de reciclaje 136 transporta el fluido 134 de vuelta al depósito de suministro 84 a través del tubo 148 del procedimiento, para reutilización. EL tanto por ciento de sólidos, viscosidad, pH, tensión superficial, y otras propiedades críticas del fluido en la bandeja, pueden ser comprobadas por un monitor 138 conectado a un sensor 146 que muestrea el fluido 134. Dicho monitor 138 envía unas señales de control a través de un hilo 150 al módulo de control 140, que contiene unas bombas adicionales para suministrar agua y agentes acondicionadores (no mostradas) a la bandeja 120, según se necesite para ajustar el fluido 134 a una composición casi idéntica a la del fluido 86 del depósito de suministro 94.

Una variación adicional de esta invención sería incluir la formación de una primera capa de fluido recubridor como un compuesto de una pluralidad de capas de fluido recubridor. De esta manera, un recubrimiento de capas múltiples de más de dos capas puede ser aplicado a la banda. Cuando el primer fluido recubridor es una pluralidad de capas, la capa adyacente al segundo fluido recubridor debe ser niscible con éste último.

Igualmente, estos sistemas no necesitan utilizar troquel alguno. Por ejemplo, puede ser utilizada una cubeta de fluido que termine en un rebosadero de fluido en exceso para crear una cortina. El fluido recubridor es colocado sobre la superficie del fluido portador, antes de que se forme una cortina.

El método del recubrimiento de esta invención se ilustra con más detalle mediante los siguientes ejemplos de su puesta en práctica.

Ejemplo 1

Con el uso del troquel de recubrimiento por cortina deslizante mostrado en la fig. 1, se aplicó un recubrimiento delgado de una solución de resina soluble en agua a una banda de poliéster. El fluido recubridor consistía en una solución de resina Carbolpol® 940 disuelta en agua del grifo. Esta solución se preparó disolviendo primero un 1,1% en peso de la resina en agua, y neutralizando luego la solución a un pH de 7 con una solución de hidróxido sódico al 5 por ciento en peso. Esto creó un gel viscoso al que se añadió una solución saturada de colorante de Solvent Green 7, con una relación de una parte de solución colorante por 100 partes del gel, en peso. El gel fue diluido después con agua, hasta obtener una viscosidad de 300 centipoises, medido con un husillo núm. 4 a 60 rpm sobre un viscómetro Brookfield modelo LVTDV-II. A la solución diluida se le añadieron 0,2 gramos del agente superficial activo Silwet® 7200 por cada 100 gramos de la solución. La tensión superficial de la solución de resina fue de 23,5 dinas/cm, y fue completamente miscible con el agua corriente utilizada como segundo fluido recubridor. La tensión interfacial entre los fluidos recubridores primero y segundo fue cero, debido a su miscibilidad.

El Carbolpol® es adquirible en BF Goodrich Company, de Cleveland, Ohio. El colorante Solvent Green 7 es adquirible en Keystone-Ingham Corporation, de Miranda, California. El viscómetro Brookfield es un producto de Brookfield Engineering Laboratories, Inc. de Stoughton, Massachusetts. El agente superficial activo Silwet® es fabricado por la Union Carbide Chemicals and Plastics Company, Inc., de Danbury, Conneticut. La banda de poliéster era una película de poliéster Scotchpar™ con una anchura de 15,2 cm, y de 35,6 \mum de grosor, adquirible en 3M de St. Paul, Minnesota.

El segundo fluido recubridor fue agua corriente procedente del suministro municipal, sin aditivo alguno modificador de su tensión superficial. El agua fue suministrada a una temperatura de 13ºC a un recipiente de desgasificación por vacío a una presión absoluta de 200 mm de mercurio, y luego fue bombeada hacia el troquel del recubrimiento. La velocidad del suministro fue de 3000 ml/min. La viscosidad del fluido se estimó en 1,2 centipoises. El caudal del fluido se midió tanto a la entrada como a la salida del recipiente de desgasificación por vacío, con dos rotómetros idénticos. Éstos fueron los medidores modelo 1307EJ27CJ1AA, de 0,2 a 2,59 gpm, adquiridos en Brooks Instrument Corporation, de
Hatfield, Pennsylvania. El flujo procedente del recipiente fue combeado por medio de una bomba de cavidad progresiva Moyno™ modelo 2L3SSQ-AAA, de Robbins & Meyers Corporation, de Springfield, Ohio. Para obtener una obturación de vacío a través de esta bomba, se hizo marchar en sentido inverso al de su funcionamiento normal. Es decir, que su rotor fue girado en sentido opuesto a la dirección normal, y el agua fue bombeada desde el recipiente de vacío a través de una lumbrera de descarga normal de la bomba Moyno™, y fuera de la abertura de suministro. Desde la bomba, el agua fluyó a través de un depósito obturado de un litro, supresor de burbujas y de oscilaciones transitorias, a través de un filtro fino, del rotómetro de descarga, y dentro del troquel de recubrimiento. El caudal de entrada fue ajustado manualmente a un valor regulador del flujo en el rotómetro de entrada. El caudal de descarga de agua del recipiente de vacío fue controlado por la velocidad de giro de la bomba
Moyno™, y comprobado por el rotómetro de descarga. El caudal de entrada fue ajustado manualmente con la válvula reguladora, para adaptarse al régimen de descarga indicado. El filtro utilizado fue una cápsula de filtro desechable. Esta cápsula de filtro fue adquirida en Porous Media Corporation, de St. Paul, Minnesota, identificada como pieza núm. DFC1022Y050Y, tarada para 5 micrómetros. El vacío al recipiente de desgasificación fue suministrado por una bomba de vacío de anillo de agua modelo MHC-25, de la Nash Engineering Corporation, de Downers Grove, Illinois.

Durante el recubrimiento, el troquel de recubrimiento de cortina deslizante fue situado encima del rodillo 58. Más específicamente, fue situado de modo que la altura de la cortina, h, tuviese 3 mm, y que dicha cortina chocase sobre la banda, en el rodillo, con una posición angular de 310º, medida en sentido de giro a la derecha desde la parte superior del rodillo. El ángulo de choque, \alpha, era aproximadamente de 45º. La cara 90 del troquel estaba inclinada un ángulo de 84º con respecto a la horizontal. La anchura de la ranura del primer fluido recubridor era de 18,5 cm, mientras que la anchura de la ranura del segundo fluido recubridor era de 21 cm. Las aberturas de la ranura distribuidora para los fluidos recubridores primero y segundo fueron de 160 y 1100 micrómetros, respectivamente. El diámetro del rodillo 58 de recubrimiento era de 2,5 cm.

El segundo fluido fue drenado simultáneamente por gravedad, y el exceso fue retirado con la cuchilla de aire 54. La boquilla de la cuchilla de aire era de 250 micrómetros, y el aire comprimido fue suministrado a ella a una presión de 34 kilopascales.

El fluido del primer recubrimiento fue suministrado a regímenes de 11, 21,5, 50, y 100 gm/min. A estos caudales, una cortina descendente continua del primer fluido sólo no podía ser producida. No obstante, el flujo añadido del segundo fluido recubridor producía una cortina estable. La velocidad de la banda se mantuvo constante a 29 cm/seg. Se observó que después de la cuchilla de aire, ambos fluidos primero y segundo estaban presentes sobre la banda. El segundo estaba presente como una capa muy delgada de viscosidad baja sobre la superficie del primer fluido. Se creó así un recubrimiento húmedo compuesto de capas múltiples. La fluorescencia de las muestras recubiertas sin secar fue medida a 0,8, 1,4, 2,4, y 5,0 unidades de fluorescencia relativa para los cuatro regímenes de bombeo del primer fluido recubridor, respectivamente. Los pesos del recubrimiento indicados por la fluorescencia variaron linealmente con el régimen de bombeo del primer fluido recubridor. Este ejemplo ilustra que el grosor recubriente del primer fluido responde directamente al régimen de bombeo del primer fluido recubridor, y no resulta muy afectado por el uso del segundo fluido.

Ejemplo 2

El uso del sistema de recirculación de troquel de recubrimiento por cortina deslizante, y un segundo fluido recubridor similar al mostrado en la fig. 2, un recubrimiento compuesto de látex con base de agua que tiene un primer fluido alto en sólidos y un segundo fluido bajo en sólidos, fue aplicado a la banda de poliéster. El primer fluido recubridor 104 consistía en látex Sequabond DW-1, con un contenido de sólidos del 45% por peso. El segundo fluido recubridor 86 consistía también en el mismo látex, con un contenido de sólidos en la composición del 3,1% por peso, preparado por dilución con el agua desionizada del primer fluido alto en sólidos.

El Sequabond™ DW-1 es adquirible en Sequa Chemicals, Inc. de Chester, South Carolina. La banda de poliéster era una película de poliéster Scotchpar™ y tenía una anchura de 15,2 cm y grosor de 35,6 \mu m, adquirida en 3M Corporation de St. Paul, Minnesota.

El segundo fluido recubridor fue bombeado hacia el troquel de aplicación del recubrimiento mediante una bomba de cavidad progresiva Moyno™ modelo 2L3SSQ-AAA, de Robbins and Meyers Corporation, de Springfield, Ohio. Desde la bomba, el fluido fluía a través de un depósito obturado de un litro, supresor de burbujas y de oscilaciones transitorias, a través de un filtro y al interior del troquel de recubrimiento. El filtro utilizado fue una cápsula de filtro desechable, adquirida en Porous Media Corporation de St. Paul, Minnesota, identificada como pieza núm. DFC1022Y050Y, y tarada a 50 micrómetros.

Durante el recubrimiento, el troquel de dicho recubrimiento de cortina deslizable fue situado encima del rodillo 58. Más específicamente, fue situado de modo que la cortina chocase sobre la banda en el rodillo en una posición angular de 310º, medida en sentido de giro a la derecha desde la parte superior del rodillo. El ángulo de choque era aproximadamente de 45º. La anchura de la ranura del primer fluido recubridor era de 25,2 cm. mientras que la anchura de la ranura del segundo fluido recubridor era de 25,8 cm. Las aberturas de la ranura distribuidora para los fluidos recubridores primero y segundo fueron de 254 y 500 micrómetros, respectivamente. El diámetro del rodillo 58 de recubrimiento era de 2,5 cm.

El segundo fluido fue drenado simultáneamente por gravedad, y se actuó sobre él mediante la cuchilla 124 de aire, para retirar una parte del segundo fluido. La abertura de la boquilla de la cuchilla de aire era de 250 micrómetros, y el aire comprimido fue suministrado a ella a una presión de 21 kilopascales. La salida de la ranura de la cuchilla de aire fue situada aproximadamente a 2 mm de la superficie de la banda.

El fluido del primer recubrimiento fue suministrado con un régimen de 0,15 gm/seg. Con estos caudales, una cortina descendente continua sólo del primer fluido no podía ser producida. Sin embargo, el flujo añadido del segundo fluido recubridor de 16 gm/seg producía una cortina estable. La velocidad de la banda se mantuvo constante a 25 cm/seg. Se observó que después de la retirada del exceso del segundo fluido con la cuchilla de aire, los fluidos tanto primero como segundo estaban presentes en la banda. Se creó así un recubrimiento compuesto. El segundo fluido estaba presente como una capa delgada de baja viscosidad sobre el primer fluido. Los recubrimientos secos combinados de los fluidos primero y segundo fueron medidos con un peso combinado de 0,14 miligramos/cm^{2}. Con un caudal del primer fluido de 4,9 gm/seg, un caudal del segundo fluido de 30 gm/seg, y unos sólidos del segundo fluido del 4,3%, se midió el recubrimiento combinado seco de los fluidos primero y segundo, con un peso combinado de 3,7 miligramos/cm^{2}.

Claims (16)

1. Un método para recubrir un sustrato (32) con una pluralidad de capas recubridoras, que comprende las operaciones de:

- desplazar el sustrato (32) a lo largo de un camino, a través de la estación de recubrimiento;

- dosificar al menos un primer fluido recubridor (34) y un segundo fluido recubridor (36), en el que la formulación del primer fluido recubridor difiere de la formulación del segundo fluido recubridor;

- formar una capa compuesta (46) que comprende el al menos un primer fluido recubridor (34) y el segundo fluido recubridor (36);

- establecer contacto entre el sustrato (32) y la capa compuesta fluyente (48), para interponer el primer fluido recubridor (34) entre el sustrato (32) y el segundo fluido recubridor (36), para aplicar un exceso de la segunda capa recubridora sobre el sustrato (32); y

- rebajar la capa compuesta con un gas (52) procedente de una cuchilla (54) de gas sobre la anchura total de la capa, para retirar una parte de la segunda capa recubridora (64) y producir un recubrimiento compuesto (64) de capas múltiples sobre el sustrato (32), por debajo de la cuchilla (54) de gas, para dejar un recubrimiento que comprende una pluralidad de capas diferentes y superpuestas de los fluidos recubridores primero y segundo (34, 36).

2. El método de la reivindicación 1, que comprende además la operación de ajustar el gas (52) procedente de la cuchilla (54) de gas, para retirar sólo el segundo fluido recubridor (36), mientras se deja el primer fluido recubridor sustancialmente intacto sobre el sustrato (32), por cambio de la posición de la cuchilla de gas, el caudal del gas, y la velocidad de dicho gas.

3. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, que comprende además las operaciones de hacer fluir el primer fluido recubridor (34) con un primer caudal que conseguirá un peso recubridor seco deseado sobre el sustrato (32), a una velocidad de dicho sustrato dada, y hacer fluir el segundo fluido recubridor (36) con un segundo caudal que difiere del caudal del primer fluido recubridor (34), y que producirá una cortina descendente continua y estable de la capa compuesta (48) de los fluidos primero y segundo (34, 36), aunque el primer caudal sea incapaz de producir una cortina descendente estable y continua sólo del primer fluido (34).

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la operación de formación comprende formar una capa compuesta (48) que comprende una pluralidad de primeros fluidos recubridores (34) en capas distintas y superpuestas, y un segundo fluido recubridor (36).

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la operación de dosificación comprende dosificar los fluidos recubridores primero y segundo (34, 36) que son miscibles entre sí.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la operación de dosificación comprende dosificar los fluidos recubridores primero y segundo (34, 36), que tienen propiedades humectadoras que permiten que algo del segundo fluido permanezca como una película continua que cubre la superficie de la primera capa de fluido, después de que las capas de fluido (34, 36) son aplicadas al sustrato (32) y después de la operación de rebajar.

7. El método de la reivindicación 6, en el que la operación de dosificación comprende dosificar los fluidos recubridores primero y segundo (34, 36) que son inmiscibles entre sí.

8. El método de la reivindicación 5, en el que la operación de formación comprende formar una capa compuesta (48) de un primer fluido recubridor (34) que comprende látex, y un segundo fluido recubridor (36) miscible que comprende agua.

9. El método de la reivindicación 5, en el que la operación de formación comprende formar una capa compuesta (48) de al menos un primer fluido recubridor (34) que comprende un primer látex, y un segundo fluido recubridor (36) miscible que comprende un segundo látex, que tiene una determinada composición y tanto por ciento de sólidos, uno de los cuales difiere del primer látex.

10. El método de la reivindicación 7, en el que al menos uno de los fluidos recubridores primero (34) y segundo (36) son inmiscibles.

11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la operación de desplazamiento comprende desplazar el sustrato (32) a través de la estación de recubrimiento a velocidades de hasta 1000 m/min.

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que incluye además las operaciones de:

- hacer contacto de una superficie de transferencia con la capa compuesta fluyente (48) para interponer el segundo fluido recubridor entre la superficie de transferencia y el primer fluido recubridor (34); y

- transferir una parte del fluido recubridor al sustrato (32) desde la superficie de trasferencia, para interponer el primer fluido recubridor (34) entre el sustrato y el segundo fluido recubridor (36), para aplicar un exceso de dicho segundo fluido recubridor sobre el sustrato (32).

13. Un aparato para recubrir un sustrato con una pluralidad de capas de fluidos recubridores de formulaciones diferentes, que comprende:

- medios (10) para situar juntos un primer fluido recubridor (34) y un segundo fluido recubridor (36), para crear una pluralidad de capas fluyentes dosificadas de fluidos en contacto entre sí, para formar una capa compuesta (48);

- medios para desplazar el sustrato (32) a una distancia separada de los medios (10) para situarlos juntos, para permitir que la capa compuesta (48) forme un puente de fluido de flujo continuo hacia el sustrato (32) para la anchura del recubrimiento, y para depositar la capa recubridora sobre el sustrato (32), para interponer el primer fluido recubridor entre el sustrato (32) y el segundo fluido recubridor (36), para aplicar un exceso de la segunda capa recubridora sobre el sustrato (32), y una cuchilla de gas (54) que rebaja la capa (48) de compuesto con un gas (52) sobre la anchura total de dicha capa, para retirar una parte de la segunda capa recubridora y producir un recubrimiento compuesto (64) de capas múltiples sobre el sustrato (32), por debajo de la cuchilla de gas (54) en la banda, para dejar un recubrimiento que comprende una pluralidad de capas distintas y superpuestas de los fluidos recubridores primero y segundo.

14. El aparato de la reivindicación 13, que comprende además medios para el ajuste de la cuchilla de gas (54), para retirar sólo el segundo fluido recubridor (36), al tiempo que deja el primer fluido recubridor (34) sustancialmente intacto sobre el sustrato (32).

15. El aparato de las reivindicaciones 13 ó 14, en el que los medios (10) para situar las capas de fluido juntas comprenden:

- medios para hacer fluir el primer fluido recubridor (34) con un primer caudal que conseguirá un deseado peso del recubrimiento seco sobre el sustrato (32) a una velocidad de dicho sustrato dada; y

- medios para hacer fluir el segundo fluido recubridor (36) con un segundo caudal que difiere del caudal del primer fluido recubridor (34), y que producirá una cortina de caída continua y estable de la capa compuesta (48) de los fluidos primero y segundo (34, 36), aunque el primer caudal sea incapaz de producir una cortina de caída continua estable sólo del primer fluido.

16. El aparato de las reivindicaciones 13 ó 14, en el que los medios para la unión comprenden un troquel (10) que tiene una cara (38, 40), una ranura (42, 44) que comunica con la cara, y un reborde (46), en el que uno de los fluidos recubridores primero y segundo (34, 36) sale por la ranura (42) sobre la cara (38) y fluye a lo largo de dicha cara (38) hacia el reborde (46), y en el que los medios de deposición depositan el otro de los fluidos recubridores primero y segundo (34, 36) sobre el uno de éstos, al tiempo que fluye a lo largo de la cara (38), y en el que la capa compuesta (48) es transportada a lo largo de la cara (38, 40) del troquel hacia el reborde (46) de dicho troquel.