JP2007167749A - 塗膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 乾燥過程における表面張力勾配を抑制するための処方検討を行うことで乾燥ムラを抑制し、均一な塗膜を得ることを課題とする。
【解決手段】 基材上に均一な塗膜を形成する製造方法において、乾燥過程で乾燥ムラを抑制するために、溶質である固形分の濃度８０％の塗液の表面張力と溶媒の表面張力との差が３ｍＮ／ｍ以内である溶媒を用いる。また、任意の固形分濃度の塗液が、溶媒の蒸発によって８０％まで上昇したとき、表面張力の変化率が５％以内である溶媒を用いる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、連続して走行する長尺かつ幅広の基材上に塗液を塗布する製造方法に関するものであり、特に、乾燥ムラを抑制した塗布を行う塗膜の製造方法に関する。

長尺で幅広な基材上に塗膜を形成させる方法として、基材を連続して走行させ、塗布装置によって基材の面上に塗液を塗布し、その塗液を乾燥炉で乾燥させることで、塗膜を形成させる方法がある。

上記の方法で塗膜を形成した場合、乾燥過程で形成されるムラ、いわゆる乾燥ムラが生じ、問題となることは広く知られている。また、近年用途の増えている光学フィルムなど僅かな膜厚ムラが重大な面状故障となる場合は、その問題が深刻であり、生産の重大な阻害要因となっている。特に、有機溶剤を使用する場合は、問題になることが知られている。

この問題を解決する方法として、特許文献１に述べられているように、高沸点溶剤を使用することで、徐々に塗液を乾燥させ、乾燥過程におけるムラの低減を図る方法がある。しかし、この方法では、乾燥時間が増大し、生産効率が悪化するという欠点がある。また、高沸点溶剤を用いても、乾燥ムラの抑制につながりにくいこともある。

また、特許文献２に述べられているように、塗液の表面張力が、溶質濃度の変化に対応して変化し、かつ特定濃度において最小値を示す場合、その溶質濃度が前記特定濃度の±１０重量％ポイント以内に調整された塗液を用いる方法がある。しかし、この場合、乾燥初期では表面張力があまり変化しないものの、その後の乾燥過程に係る表面張力の変化を加味しなければ、溶媒を１００％蒸発させる工程で外観ムラを抑制することは困難である。

以下に先行技術文献を示す。
特開２００１−１７０５４７号公報 特開２００４−３３０１８３号公報

塗膜の欠陥である乾燥ムラは、局所的な表面張力の差（表面張力勾配）が引き起こす膜内の流動（マランゴニ対流）によって生じる膜厚ムラが原因のひとつと考えられる。表面張力勾配は、外部から与えられる熱ムラにより塗液に温度分布が生じたり、また、塗液に含まれる溶媒の蒸発速度のムラにより塗液に固形分濃度の分布が生じたりすることで引き起こされる。

そこで、本発明は、表面張力勾配によって発生する乾燥ムラを抑制し、均一な塗膜を得ることを課題とする。

本発明は、前記課題を鑑みてなされたものであって、乾燥過程における表面張力勾配を抑制するための処方検討を行うことで乾燥ムラの発生を抑制し、均一な塗膜を得ることを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、基材上に溶質と溶媒を含む塗液を塗布することにより、塗膜を形成する塗膜の製造方法において、溶質である固形分の濃度８０％の塗液の表面張力と溶媒の表面張力との差が３ｍＮ／ｍ以内である溶媒を用いて塗布を行うことを特徴とする塗膜の製造方法である。

請求項２記載の発明は、基材上に溶質と溶媒を含む塗液を塗布することにより、塗膜を形成する塗膜の製造方法において、固形分濃度ｘ％のときの塗液の表面張力をσ_ｘ〔ｍＮ／ｍ〕とすると、塗布時の固形分濃度ａ％の塗液が、固形分濃度８０％まで上昇したとき、次式で表される表面張力の変化率
（σ_８０−σ_ａ）÷σ_ａ×１００≦５％
を満たす溶媒を用いて塗布を行うことを特徴とする塗膜の製造方法である。

請求項３記載の発明は、塗布時の固形分濃度ａ％が６０％以下の塗液を塗布することを特徴とする請求項２に記載の塗膜の製造方法である。

請求項４記載の発明は、溶媒として有機溶剤を用いることを特徴とする請求項３に記載の塗膜の製造方法である。

請求項５記載の発明は、塗布速度１０ｍ／ｍｉｎ以上で塗布を行うことを特徴とする請求項３ないし４に記載の塗膜の製造方法である。

請求項６記載の発明は、塗布直後の湿潤膜厚が２０μｍ以下で塗布することを特徴とする請求項３ないし５に記載の塗膜の製造方法である。

本発明の方法を用いることにより、表面張力勾配が抑えられ、乾燥ムラを抑制するという効果を発現する。

基材５上に塗布装置１によって塗液を塗布する。塗布した塗液を乾燥させるために、基材を熱風が通う乾燥炉２ａ〜２ｃ内に搬送する。そして、塗液中に含まれる溶媒を乾燥炉内で蒸発させることによって、塗膜を形成させる。

塗膜乾燥過程において乾燥ムラができる原因のひとつとして、塗液の局所的な表面張力の差（表面張力勾配）が考えられる。塗液中の溶質の濃度によらず、表面張力勾配が小さければ、塗膜の乾燥ムラはできにくい。特に、塗布時の塗液と乾燥直前時の塗液の表面張力勾配が小さいことが好ましい。

塗液が乾燥する直前の状態である、溶質である固形分の濃度８０％の塗液の表面張力と溶媒の表面張力との差が３ｍＮ／ｍ以内である溶媒を用いて塗布を行うと、固形分濃度の分布が生じた場合でも、表面張力の変化が少なく、膜内の流動（マランゴニ対流）によって生じる塗膜の乾燥ムラができにくい。

固形分濃度ｘ％のときの塗液の表面張力をσ_ｘ〔ｍＮ／ｍ〕とすると、塗布時の固形分濃度ａ％の塗液が、固形分濃度８０％まで上昇したとき、次式で表される表面張力の変化率
（σ_８０−σ_ａ）÷σ_ａ×１００≦５％
を満たす溶媒を用いて塗布を行うと、塗布後から乾燥間際まで表面張力の変化が少なく、膜内の流動（マランゴニ対流）によって生じる塗膜の乾燥ムラができにくい。

溶媒は、後記で挙げられているジオキソランなどの有機溶剤が挙げられるが、請求項１および２の要件を満たす溶媒であれば足り、これらに限定されるものではない。

基材５は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）の樹脂製フィルムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

乾燥炉２ａ〜２ｃには、ガイドロール４ｂ〜４ｄで支持した基材の塗布面にエアノズルで熱風を当てることで塗液内の溶媒を蒸発させる方式などがあるが、これに限定されるものではない。

塗布装置１は、図１においてはスロット塗布の図になっているが、グラビア塗布、ロッド塗布、カーテン塗布などが挙げられ、その方法によらずに有効である。

固形分であるアクリル系樹脂の濃度を０から８０％まで１０％刻みになるように調製し、各サンプルの表面張力をウィルヘルミ法で測定した。溶媒には、ジオキソラン・酢酸メチル・酢酸ブチル・炭酸ジメチル（以下、ＤＭＣと略す）を用いた。その結果を図２、表１・２に示す。

次に、前記の各種溶媒を用いた固形分濃度５０％の塗液を基材に塗布したときの、乾燥工程で生じる乾燥ムラの強さを目視で評価した。

塗布は、基材５を一定の速度でガイドロール３、４ａ〜４ｄにより搬送し、塗布装置１によって各種溶媒を用いた塗液を塗布した。基材５に塗布した塗液は、搬送された乾燥炉２ａ〜２ｃで乾燥させ、含有する溶媒を蒸発させた。これによって形成された塗膜に関し、乾燥工程で生じた乾燥ムラの強さを目視で評価した。その結果を表３に示す。

以上の結果から、塗液の溶媒に表面張力変化率の小さいジオキソランを用いることで、乾燥工程中の表面張力の変化を抑えることができ、その結果、乾燥ムラを抑制することができることを見出した。また、よく言われているような高沸点溶媒や蒸発速度の小さいものを使用するだけでは乾燥ムラの抑制に不十分であり、本発明の効果を示した。

塗膜の製造装置を表した側面図である。 各種塗液の固形分濃度と表面張力との関係を表した図である。

符号の説明

１…塗布装置
２ａ〜２ｃ…乾燥炉
３…コーティングロール
４ａ〜４ｄ…ガイドロール
５…基材

Claims (6)

1. 基材上に溶質と溶媒を含む塗液を塗布することにより、塗膜を形成する塗膜の製造方法において、溶質である固形分の濃度８０％の塗液の表面張力と溶媒の表面張力との差が３ｍＮ／ｍ以内である溶媒を用いて塗布を行うことを特徴とする塗膜の製造方法。
2. 基材上に溶質と溶媒を含む塗液を塗布することにより、塗膜を形成する塗膜の製造方法において、固形分濃度ｘ％のときの塗液の表面張力をσ_ｘ〔ｍＮ／ｍ〕とすると、塗布時の固形分濃度ａ％の塗液が、固形分濃度８０％まで上昇したとき、次式で表される表面張力の変化率
   （σ_８０−σ_ａ）÷σ_ａ×１００≦５％
   を満たす溶媒を用いて塗布を行うことを特徴とする塗膜の製造方法。
3. 塗布時の固形分濃度ａ％が６０％以下の塗液を塗布することを特徴とする請求項２に記載の塗膜の製造方法。
4. 溶媒として有機溶剤を用いることを特徴とする請求項１ないし３に記載の塗膜の製造方法。
5. 塗布速度１０ｍ／ｍｉｎ以上で塗布を行うことを特徴とする請求項１ないし４に記載の塗膜の製造方法。
6. 塗布直後の湿潤膜厚が２０μｍ以下で塗布することを特徴とする請求項１ないし５に記載の塗膜の製造方法。

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