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