JP2007518558A - コーティング幅を制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

移動する基材（１４）に材料を適用する方法を開示する。この方法は、キャビティを内部に有するダイ本体を含むダイ（１２）を提供するステップを含み、このキャビティはアプリケータースロット（２４）と流体連通している。次に、材料が基材上に供給されるように前記アプリケータースロットが配置されるようにダイの方向を合わせる。材料がアプリケータースロットを介して基材上に供給されるように材料をダイキャビティ内に導入する。スロットの少なくとも一端は、供給される材料が側方へ広がるのを防止する手段（３４、８１９）を含む。別の実施態様においては、アプリケータースロットの両端に手段が配置される。この方法は、コーティングプロセスの特徴を示すキャピラリー数が０．５未満である場合に特に有用である。

Description

本発明は、概してコーティング装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、プロセスの特徴を示すキャピラリー数が小さい場合での使用に適合したコーティング装置および方法に関する。

材料のウェブの上へのコーティングは良く知られている。このようなコーティングは、アプリケータースロットと連絡するキャビティを有するコーティングダイを使用して好都合に実施できることが多い。加圧下で液体がキャビティ内に導入され、次にアプリケータースロットから所望の基材上に押し出される。

望まれる厳密な結果に依存するが、この趣旨による変形例は多数存在し、種々のコーティングの補助が知られている。特に、ある種の条件下、特にコーティングダイを通過するウェブ速度が非常に速い場合には、アプリケータースロットから供給される材料が不規則に内側にくびれる場合があることが知られている。このくびれが発生するかどうかを予測することができるパラメータの１つが、コーティングプロセスの特徴を示すいわゆる「キャピラリー数」である。

キャピラリー数は：

と定義される無次元数であり、上式中、Ｃａはキャピラリー数であり、μは、コーティングプロセスの特徴的な剪断速度において供給またはコーティングされる材料の粘度であり、Ｖは、移動するウェブまたは他の基材の速度であり、μは材料の表面張力である。キャピラリー数が大きいほど、供給される材料の端部の内側へのくびれが問題となりやすい。

この供給される材料が内側に引っ張られる傾向を制御するための種々の手段が当業者には周知となっている。当技術分野においては、供給される材料を予測可能な幅に戻すための機械的補助は多数存在する。これらは、文献においては「エッジガイド」と呼ばれることが多い。これらは特にスライドコーティングおよびカーテンコーティングの説明において見られる。

しかし、反対の問題と見なしうることについては文献には書かれていない。最近、非常に低速において非常に薄い乾燥した層で高い値の材料（基材）をコーティングしようとすると、アプリケータースロットの末端におけるダイ表面と基材との間の間隙に沿って毛管力が供給された材料を側方に引っ張るため、不規則な幅のコーティングとなるという結果が得られている。高い値の材料（ｈｉｇｈ ｖａｌｕｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）上にコーティングされる薄い乾燥した層は、基材に供給するために溶媒で希釈されることによって、基材に供給されるコーティングと溶媒との混合物の粘度が低下し、コーティング厚さが増加するためである。

改善が望まれる。

本開示の一態様は、キャビティを内部に有するダイ本体を含むダイを提供するステップを含み、このキャビティがアプリケータースロットと流体連通している、移動する基材に材料を適用する方法に関する。次に、基材上に材料が供給されるようアプリケータースロットが配置されるように、このダイの方向を合わせる。材料がダイキャビティ内に導入され、その材料はアプリケータースロットを介して基材上に供給される。アプリケータースロットの少なくとも一端において、アプリケータースロットの側方に供給された材料が広がるのを防止するための手段が配置される。

本開示の別の態様は、材料を供給するためのコーティングダイに関する。このコーティングダイは、キャビティを内部に有するダイ本体を含み、このキャビティはアプリケータースロットと流体連通している。このコーティングダイは、アプリケータースロットの少なくとも一端において、供給された材料が外側に向かって側方に移動するのを防止するための手段も含む。

添付の図面のいくつかの図において、類似の部分は類似の参照番号を有する。

ダイコーティングなどのあらかじめ計量されるコーティングにおいては、コーティングされた層の幅を高精度で知ることが重要となる。コーティングされた層を均一にするためには、その幅が供給スロットの幅と等しくなる必要がある。しかし、特に遅いコーティング速度および低液体粘度などの低キャピラリー数の流れにおいては、供給スロットの幅を超えてコーティングビードの幅がある程度広くなるのが一般的である。このビードの広がりは、コーティング縁端部の不均一性の原因となり、場合により不安定性の原因となる。これらの現象は、典型的には約０．５未満、より典型的には０．１未満、場合によっては０．００５未満、さらには０．００１となる低キャピラリー数の流れにおいて発生する。

ビードの縁端部における毛管力によって発生する圧力が、コーティングビード内で発生した圧力と一致しない場合に、コーティングビードの幅が変化する。コーティングビード内の圧力が、縁端部のメニスカスを維持できる最大毛管圧よりも大きい場合は、ビードの幅が広がり、これが最小圧力よりも小さい場合は、ビードが狭くなる。最小および最大の毛管圧は、特に、コーティングダイ上の静的接触線における条件、および液体と基材との間の接触角に依存する。この圧力は、供給される材料の流速にも依存する。

ダイ上の静的接触線を制御するための装置および方法を本明細書において開示する。静的接触線は、固定される（ｐｉｎｎｅｄ）こともできるし、液体とダイとの間の静的接触角を一定に維持するように移動させることもできる。静的接触線が固定される場合、許容毛管圧の範囲が最大となる。

概して、本開示は、スロットと、スロットの一端または両端における固定位置（ｐｉｎｎｉｎｇ ｌｏｃａｔｉｏｎ）とを有するコーティングダイに関する。このコーティングダイは、スロットと流体連通するキャビティも含む。キャビティ内のコーティング材料はスロットに通され、次に基材上にコーティングされる。コーティング材料がスロットを出てコーティングビードを形成するときに、各固定位置がコーティングビードを固定位置に維持する。コーティングビードを各末端部にて固定することによって、コーティングビードの制御が改善される。

図１を参照すると、本開示によるダイ１２を使用する代表的なコーティングライン１０の一部の斜視図が示されている。ダイ１２は基材１４の上方に配置されており、この図では基材１４は方向「Ａ」に移動する不定の長さの材料のウェブであるが、コーティングを必要とするあらゆる他の連続または不連続の物品であってよい。基材１４は、支持体１８上に回転自在に搭載されたコーティングロールまたはドラム１６によって、このように移動しながら保持されている。ダイ１２によって供給される材料１７は、材料供給源２０によって送り出され、アプリケータースロット２４を通過して基材１４上にコーティング２２として供給される。

図示される実施態様のダイ１２は、第１の部分２６、第２の部分２８、およびシム３０を含む。しかし、この構成は単に好都合なものであって、シム３０およびその機能は場合により選択されるものであり、ダイ１２が１つの要素として構成されてもよい。また、アプリケータースロットを含む交換可能で互換性のリップ部分を含むことができることが、当業者には分かるであろう。このような交換可能で互換性のリップ部分によって、キャビティを含む同じ主要ダイ本体を、種々の大きさのアプリケータースロットとともに使用することができる。このような交換可能で互換性のリップ部分の一例がリッペルト（Ｌｉｐｐｅｒｔ）に付与された米国特許第５，０６７，４３２号明細書に記載されており、この記載内容を本明細書に援用する。

ここで図２を参照すると、ダイ１２の分解斜視図が示されている。この図では、第１のダイ部分２６、第２のダイ部分２８、およびシム３０のそれぞれが、ダイ１２を組み立てた場合に位置が揃う１組の切り込み２６Ｎ、２８Ｎ、および３０Ｎをそれぞれ有することがよく分かる。これらの切り込み２６Ｎ、２８Ｎ、および３０Ｎを合わせたものが、アプリケータースロット２４の側方の縁端部３２、３４を画定し、低キャピラリー数状況での作業中にコーティング２２（図１）の側方への広がりを防止する。典型的には、低キャピラリー数状況は、キャピラリー数が約０．１未満となるときに存在するが、前述したようにより低いキャピラリー数の流れの状況ではキャピラリー数約０．５までの範囲となりうる。

前述したように、本開示は、コーティングビードの縁端部に固定位置を提供することによってコーティングビードの広がりを防止することに関する。ある実施態様においては、この固定位置は、見かけのコーナーで最小曲率半径を有する幾何学的段差などの構造とされうる。あるいは、ダイ構成材料の濡れ性の急速または段階的な変化などの材料の物理的性質を利用して、固定位置を形成することによって、コーティングビードの側方への広がりを防止することもできる。また、固定位置は、（図７に示されるように）ダウンウェブ方向のダイの濡れる部分の全長Ｌに及ぶべきである。

図４〜６を参照すると、ダイスロットの縁端部において固定位置を形成するための別の代表的な実施態様が示されている。図４を参照すると、代表的一実施態様のコーティングダイ４１２の断面が示されている。ダイ４１２は、コーティング材料４１７を供給するスロット４２４を含む。スロット４２４は、互いに反対側の第１の縁端部４３２および第２の縁端部４３４を含む。各縁端部４３２、４３４は、小さな半径を有するコーナー４３３、４３５を含む。この小さな半径は、固定位置として機能し、コーティング材料４１７が供給されるときにコーティング材料４１７をコーナーに固定し続け、それによってコーティングビードの側方への広がりが防止される。この小さな半径は、典型的には約０．０５０インチ（１．３ミリメートル）未満であり、理想的には約９０°の角度θを形成する不連続部分である。しかし、この角度は、ダイが使用される個々の用途に依存して９０°超であってもまたは９０°未満であってもよい。また、ダイからコーティングされる材料の急増および脈動が、毛管現象のために、固定コーナー４３５の外側にはみ出すことがないようにするため、ダイ４１２の主要本体は、固定コーナー４３５から十分な距離Ｒだけくぼむべきである。個々のくぼみの距離Ｒはコーティング用途に依存するが、ほとんどの低キャピラリー数の流れでは、０．１２５インチ（３．１８ミリメートル）で十分となる。

本開示のダイは、真空補助コーティングに使用することもできる。図５を参照すると、コーティングダイ５１２は、スロット５２４の各末端部５３２、５３４と近接した封止部材５１９も含むことができる。封止部材５１９によって、真空補助コーティング作業において図４に示されるダイ５１２が使用可能となる。ダイからコーティングされる材料の急増および脈動が、毛管現象のために、固定コーナー４３５と封止部材５１９との間をふさがないように、固定コーナー４３５と封止部材５１９との間の間隙Ｇが十分な距離となるべきである。個々の間隙距離Ｇはコーティング用途に依存するが、ほとんどの低キャピラリー数の流れでは、０．０６３インチ（１．６０ミリメートル）で十分となる。

図６を参照すると、スロット８２４を有し、スロット８２４の各縁端部８３２、８３４において固定位置を有する代表的実施態様のコーティングダイ８１２が示されている。ダイ８１２およびコーティング材料８１７の物理的性質を使用することで固定が実現される。図示される代表的実施態様においては、ダイ８１２は、スロット８２４の縁端部８３２、８３４にインレイ（ｉｎｌａｙ）８１９を含む。インレイ８１９は、不十分に濡れるまたは濡れない材料で形成され、すなわちインレイに使用される材料は、ダイ本体に使用される材料よりも、コーティング材料との静的接触角が大きい。コーティング材料８１７が濡れない材料を使用すると、コーティング材料８１７がインレイ８１９に引っ張られるのが毛管力によって防止されることで固定位置が形成され、これによってコーティングビードの側方への広がりが防止される。不十分に濡れるまたは濡れない材料の例は、商品名テフロン（登録商標）（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））で販売されるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、および商品名デルリン（ＤＥＬＲＩＮ）で販売されるアセタールポリオキシメチレンであり、どちらもデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）より入手可能である。他の材料としては、フルオロポリマーなどの剥離ポリマーが挙げられる。フルオロポリマーの例は、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニル（ＶＦ）、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）、２，２−ビストリフルオロメチル−４，５ジフルオロ−１，３−ジオキソール（ＰＤＤ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）などの基本モノマー、およびクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）；ならびにフッ素化エチレンプロピレン（約１８〜２２ダイン／ｃｍの表面エネルギー）、ポリフッ化ビニル（約２８ダイン／ｃｍの表面エネルギー）、ポリエチレンコポリマー（約２０〜２４ダイン／ｃｍの表面エネルギー）、およびシリコーン（約２４ダイン／ｃｍの表面エネルギー）などのポリマーを含む。他の代表的な材料は、キストナー（Ｋｉｓｔｎｅｒ）らに付与された米国特許第５，９８０，９９２号明細書、およびミルボーン（Ｍｉｌｂｏｕｒｎ）らに付与された米国特許第５，９９８，５４９号明細書に記載されており、これらを本明細書に援用する。

あるいは、ダイ本体の濡れる領域に、金めっきなどの優先的に濡れる材料をコーティングすることができる。優先的に濡れる材料は、コーティングビードが固定位置から外れて側方に拡散および移動するのを防止する。別の代表的実施態様においては、水性のコーティング材料または溶液を使用する場合にダイの濡れる領域の縁端部に沿って疎水性テープを適用することができる。

説明したそれぞれの代表的実施態様において、（図９に示されるように）固定位置が、機械方向でスロット９２４の長さ全体Ｌに及ぶことが好ましい。また、スロット９２４の両縁端部９３２、９３４は、典型的には同一の固定用配置を有するが、コーティングダイの使用の個々の条件の要求に応じて、記載される固定位置の種類のあらゆる組み合わせを使用することができる。

本発明の範囲および意図を逸脱しない本発明の種々の修正および変更は当業者に明らかとなるであろうし、本明細書に記載される説明的実施態様に本発明が限定されるものではないことを理解すべきである。

本開示によるコーティングダイを含むシステムの代表的な実施態様の斜視図である。 図１のダイの分解斜視図である。 本開示による代表的なシムの平面図である。 本開示によるコーティングダイの別の代表的な実施態様の断面図である。 本開示によるコーティングダイの別の代表的な実施態様の断面図である。 本開示によるコーティングダイの別の代表的な実施態様の断面図である。 本開示によるコーティングダイの別の代表的な実施態様の断面図である。

Claims (26)

1. 材料を供給するためのコーティングダイであって、
   アプリケータースロットと流体連通しているキャビティを内部に有するダイ本体と、
   前記アプリケータースロットの少なくとも一端部における、供給される材料の側方への広がりを防止する手段とを具備する、コーティングダイ。
2. 前記防止手段は、前記アプリケータースロットの前記少なくとも一端部に隣接する低表面エネルギー材料領域である、請求項１に記載のコーティングダイ。
3. 前記低表面エネルギー材料は、ポリテトラフルオロエチレンおよびアセタールポリオキシメチレンからなる群より選択される、請求項２に記載のコーティングダイ。
4. 前記防止手段は、前記アプリケータースロットの前記少なくとも一端部に隣接する切り込みである、請求項１に記載のコーティングダイ。
5. 前記防止手段は、前記供給される材料による濡れが不十分となる材料領域である、請求項２に記載のコーティングダイ。
6. 前記防止手段は、前記アプリケータースロットの両端部に配置される、請求項１に記載のコーティングダイ。
7. 突起は、前記アプリケータースロットの幅と実質的に等しい幅を有する、請求項５に記載のコーティングダイ。
8. 前記供給される材料は水性であり、前記濡れが不十分となる材料は疎水性材料である、請求項５に記載のコーティングダイ。
9. 前記疎水性材料が、疎水性基材層と接着剤層とを有する、請求項８に記載のコーティングダイ。
10. 材料を供給するためのシステムであって、
    アプリケータースロットと流体連通しているキャビティを内部に有するダイ本体を有するダイと、
    供給される材料を受け取るために前記アプリケータースロットと隣接して配置された基材と、
    前記アプリケータースロットの少なくとも一端部における、前記供給される材料が前記アプリケータースロット側方へ広がるのを防止する手段とを具備する、システム。
11. 前記アプリケータースロットに対して基材を移動させる機構をさらに具備する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記基材の長さは不定である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記防止手段は、前記アプリケータースロットの前記少なくとも一端部に隣接する低表面エネルギー材料領域である、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記防止手段は、前記アプリケータースロットの前記少なくとも一端部に隣接する切り込みである、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記防止手段は、前記アプリケータースロットの両端部に配置される、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記防止手段は、前記アプリケータースロットの前記少なくとも一端部に隣接する低表面エネルギー材料領域である、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記防止手段は、前記供給される材料による濡れが不十分となる材料領域である、請求項１０に記載のシステム。
18. 前記供給される材料は水性であり、前記濡れが不十分となる材料は疎水性材料である、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記疎水性材料は、疎水性基材層と接着剤層とを有する、請求項１８に記載のシステム。
20. 移動する基材に材料を適用する方法であって、
    アプリケータースロットと流体連通しているキャビティを内部に有するダイ本体を具備するダイを提供するステップと、
    前記材料を前記基材上に供給するように前記アプリケータースロットが配置されるように前記ダイを方向付けるステップと、
    前記材料が前記アプリケータースロットを介して前記基材上に供給されるように前記材料を前記キャビティ内に導入するステップと、
    供給される材料が前記アプリケータースロットの側方に広がるのを防止する手段を前記アプリケータースロットの少なくとも一端部上に配置するステップとを有する、方法。
21. 前記供給される材料が前記アプリケータースロットの側方に広がるのを防止する手段を前記アプリケータースロットの両端部に配置するステップをさらに有する、請求項２０に記載の方法。
22. 前記アプリケータースロットを介した前記基材の供給の特徴を示すキャピラリー数が０．１以下となるように前記材料が導入される、請求項２０に記載の方法。
23. 前記アプリケータースロットを介した前記基材の供給の特徴を示すキャピラリー数が０．０１以下となるように前記材料が導入される、請求項２０に記載の方法。
24. 前記供給される材料が広がるのを防止する手段は、前記アプリケータースロットの前記端部に隣接する低表面エネルギー材料領域である、請求項２０に記載の方法。
25. 前記低表面エネルギー材料は、ポリテトラフルオロエチレンおよびアセタールポリオキシメチレンからなる群より選択される、請求項２４に記載の方法。
26. 前記供給される材料が広がるのを防止する手段は、前記アプリケータースロットの前記端部に隣接する切り込みである、請求項２０に記載の方法。

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