JP2009233496A - ロール塗布方法およびロール塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速で連続的に走行する基材に対して、乾燥後の塗膜厚０．１μｍ未満の薄膜を欠陥なく効率的に塗布することができるロール塗布方法およびロール塗布装置を提供する。
【解決手段】３ロールコーターＡの上流側にプレコーターＢを設置し、基材１に塗布・乾燥後の塗膜厚０．１μｍ未満の塗布を施すに際して、プレコーターＢで塗布した基材１上の塗布液１３（塗布液３と同じ種類）が液体状態のままで、その上に３ロールコーターＡで塗布液３を塗布する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロール塗布装置を用いて鋼帯等の長尺基材に連続して薄膜塗布処理を行なうロール塗布方法およびロール塗布装置に関する。

従来、連続して走行する基材（例えば鋼帯）に耐食性、加工性、美観性、絶縁性等の性能を付与するために、各種の塗膜を基材表面上に形成させる処理を行っている。この処理方法としては、ロールコーター（ロール塗布装置）が一般的に用いられており、ロールを２本用いる２ロールコーター、あるいは３本のロールを用いる３ロールコーターが広く使用されている。特に、３ロールコーターは塗布膜厚の制御性に優れることと、表面外観が比較的美麗であることから、主流のコーティング方式になっている。

この方式の塗布装置（３ロールコーター）は、図２に示すように、塗布液が満たされているコーターパン２より塗布液３をくみ上げるピックアップロール４と、ピックアップロール４によりくみ上げられた塗布液量を調整するミタリングロール５と、調整された塗布液量をピックアップロール４から鋼帯に転写するアプリケーターロール６により構成されている。

各ロールの回転方向は、ロール間の近接点、あるいは密接点において同方向に回転するナチュラル回転の場合と逆方向に回転するリバース回転の場合があるが、一般的にはリバース回転の方が鋼板の表面凹凸に沿った膜厚均一な塗膜面が得られやすいということから、基材表面に凹凸があり、表面凹凸に沿った均一な膜厚を得たい場合には、特にアプリケーターロール６と基材１間ではリバース回転にする場合が多い。また、アプリケーターロール６は基材１の表面に傷を付けないように鋼ロールにゴムをライニングしたゴムロールが用いられることが多い。

近年、機能性向上の観点から、乾燥後の塗膜厚が０．１μｍ未満となるような塗膜厚の薄膜化が求められている。ロールコーターにて基材に塗布を行った場合、一般的に塗布後のウェット膜厚は５〜１０μｍ程度であり、乾燥後の膜厚を０．１μｍ未満とするためには、希釈率を上げる必要があるが、希釈率アップにより表面張力が上昇してしまうため基材との濡れ性が悪化し、カスレが発生しやすくなる。したがって、塗膜厚を薄膜化するためには、基材へ液体状態で塗布する時点で薄膜化する必要があり、そのための薄膜塗布方式としては、小径のグラビアロールを用いたマイクログラビア方式（例えば、特許文献１）や、ダイコーター方式（例えば、特許文献２）が知られている。マイクログラビア方式においては、塗布膜厚を３μｍ未満、最小で１μｍ程度にする薄膜化が可能であり、また、ダイコーター方式においても、近年１μｍ程度の塗布膜厚にすることが可能となっている。
特開平１１−１９７５６９号公報 特開２００４−２３０３６１号公報

しかしながら、マイクログラビア方式の場合、金属ロールを用いて基材への塗布液を転写させる方式であるため、基材が金属の場合には基材表面に疵が発生してしまう。

また、ダイコーター方式を用いた場合、薄膜化させるためには、基材と塗布液を供給するダイとのギャップを所望する塗布膜厚程度まで近接化させる必要があり、ガラス基板等の平滑な基材であれば近接化は可能であるが、連続して走行する鋼帯の場合には幅方向、長手方向とも形状変動が発生するためダイの近接化は困難である。しかも、ダイコーター方式を用いた場合、高速塗布を行った場合には空気同伴と呼ばれる欠陥が発生するため１０ｍｐｍ程度の低速領域での塗布に限定され、生産性を阻害する。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、高速で連続的に走行する基材に対して、乾燥後の塗膜厚０．１μｍ未満の薄膜を欠陥なく効率的に塗布することができるロール塗布方法およびロール塗布装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］ピックアップロールに供給された塗布液の液量を、ミタリングロールで調整し、該調整された液量の塗布液をアプリケーターロールに供給し、該塗布液が供給されたアプリケーターロールを、連続的に走行する基材に接触させて、基材表面に塗布液を塗布する３ロールコーターを用いたロール塗布方法において、
塗布・乾燥後の塗膜厚が０．１μｍ未満となるように塗布液を塗布するにあたり、
まず、３ロールコーターの基材走行方向の上流側で、少なくともロール１本を有するプレコーターを用いて、基材の塗布液を塗布する面に、前記３ロールコーターで塗布する塗布液と同じ組成の塗布液をプレコートし、続いて、該プレコートした基材上の塗布液が液体の状態において、前記３ロールコーターにより塗布液を基材に塗布することを特徴とするロール塗布方法。

［２］基材と接触するロールは、表面が研磨加工されたゴムライニングロールであることを特徴とする前記［１］に記載のロール塗布方法。

［３］塗布液が供給されるピックアップロールと、該ピックアップロールに供給された塗布液の液量を調整するミタリングロールと、前記液量が調整されたピックアップロールから塗布液を供給され、該供給された塗布液を連続的に走行する基材に塗布するアプリケーターロールとを備えた３ロールコーターと、
少なくともロール１本を有し、前記３ロールコーターの基材走行方向の上流側で、基材の塗布液を塗布する面に、前記３ロールコーターで塗布する塗布液と同じ組成の塗布液をプレコートすると共に、該プレコートされた塗布液が液体の状態で前記３ロールコーターに到達する位置に設けられたプレコーターとを備えたロール塗布装置であって、
基材と接触するロールは、表面が研磨加工されたゴムライニングロールであることを特徴とするロール塗布装置。

本発明においては、高速で連続的に走行する基材に対して、塗布・乾燥後の塗膜厚０．１μｍ未満の薄膜を欠陥なく効率的に塗布することができる。

塗布・乾燥後の膜厚を薄膜化するためには、塗液を希釈する方法が考えられる。しかしながら、希釈しすぎると外観が劣化する場合が多いことが判明し、基材に液体状態で塗布する時点で薄膜化する必要がある。希釈可能な濃度は、処理液種類によって若干差があり、また、界面活性剤等の添加剤有無でも若干の差はあるものの、多くの場合、濃度１％程度以上で塗布した方が膜厚均一性や良好な外観を確保しやすいという結果を得た。そこで、乾燥後の膜厚０．１μｍ未満の皮膜を形成するためには、塗布時の液膜の厚みを３μｍ未満、好ましくは、１μｍ程度まで可能にしておく必要があると考え、塗布方法を鋭意検討した。

本発明の一実施形態を以下に述べる。

図１は、本発明の一実施形態において用いるロール塗布装置を示す図である。図１に示すように、この実施形態において用いるロール塗布装置は、連続して通板される基材１の表面にロールによって塗布液を塗布（転写）するものであり、３ロールコーターＡと、その上流側に配置されたプレコーター（プレコート装置）Ｂを備えている。

３ロールコーターＡは、コーターパン２から塗布液３をくみ上げるピックアップロール４と、ピックアップロール４上の塗布液の液量を調整するミタリングロール５と、調整されたピックアップロール４上の塗布液を基材１に転写するアプリケーターロール６とを備えている。

３ロールコーターＡの各ロール４、５、６の回転方向は、各ロール間、あるいはアプリケーターロール６と基材１間において逆方向であり、ミタリングロール５上には塗布液３をかきとるブレード７が設置されている。

そして、基材１と接触するアプリケーターロール６には、ゴムがライニングされて表面が研磨加工されたゴムライニングロールを用いている。

一方、プレコーターＢは、３ロールコーターＡの上流側の位置で予め基材１に塗布液を塗布するものであり、プレコートロール９と、プレコートロール９に塗布液を供給する塗布液供給ロール１０と、塗布液１３が満たされたコーターパン１２とを備えている。

そして、基材１と接触するプレコートロール９には、ゴムがライニングされて表面が研磨加工されたゴムライニングロールを用いている。また、塗布液供給ロールロール１０には、金属ロールを用いている。

ここで、コーターパン１２には、３ロールコーターＡで基材１に塗布する塗布液３と同種類の塗布液１３が満たされている。また、プレコーターＢは、プレコーターＢで塗布した基材１上の塗布液１３が液体状態のままで、３ロールコーターＡに到達する位置に配置されている。

そして、上記のように構成されたロール塗布装置を用いて、連続的に走行する基材１に対して、塗布・乾燥後の塗膜厚が０．１μｍ未満となるように塗布液を塗布する場合には、まず、プレコーターＢによって塗布液１３を基材１に塗布し、続いて、プレコーターＢで塗布した基材１上の塗布液１３が液体状態のままで、その上に３ロールコーターＡによって塗布液３を塗布する。

通常、図２に示したような、プレコーターを有していないロール塗布装置の場合、基材１に塗布膜厚が３μｍ未満（乾燥後の塗膜厚０．１μｍ未満）の塗布を施した際に、基材１の走行方向に筋状の模様やカスレが発生しやすくなる。筋状の模様が発生してしまう理由は、走行する基材１に随伴される空気の流れが基材１とアプリケーターロール６間のメニスカスに乱れを与えるためであると考えられる。また、カスレが発生する理由は、塗布する膜厚が３μｍ未満と薄い場合には、基材１表面の凹凸の影響により、その凸部へ転写される塗布液量が極端に薄くなってしまうため、液切れが発生しやすくなるためと考えられる。したがって、筋状模様の発生しない、均一な塗膜厚を得るためには、基材１に随伴される空気がアプリケーターロール６と基材１間のメニスカスに影響を及ぼさないようにすればよい。

図１に示した本発明の一実施形態においては、３ロールコーターＡの上流側にプレコーターＢを設置し、基材１に塗布・乾燥後の塗膜厚０．１μｍ未満の塗布を施すに際して、プレコーターＢで塗布した基材１上の塗布液１３が液体状態のままで、その上に３ロールコーターＡで塗布液３を塗布するようにしているので、予め基材１に塗布された塗布液１３がアプリケーターロール６と基材１との隙間に流れ込み、走行する基材１に随伴する空気を遮断する働きをすることによって、アプリケーターロール６間のメニスカスに乱れが生じることが防止され、筋状の模様を発生させることなく均一な塗膜厚を得ることが可能となる。また、プレコーターＢにて予備塗布を行われるので、基材１表面に塗膜が形成された状態でアプリケーターロール６と接触することとなり、カスレの発生もなくなる。

このようにして、この実施形態においては、高速で連続的に走行する基材に対して、乾燥後の塗膜厚０．１μｍ未満の薄膜を欠陥なく効率的に塗布することができる。

なお、上記の実施形態では、通常行われているように、基材１がバックアップロール８に巻きついた状態で基材１の片面に塗布する場合を示しているが、本発明は、基材１を挟んで両面にロールコーターが配置され、バックアップロールを必要としない両面同時塗布の場合にも適用することができる。さらに、基材１の通板方向は水平パスでも垂直パスでも何れでもよい。

また、上記の実施形態では、プレコーターＢとして、２ロールを用いた場合を示しているが、ロールが１本以上であればよく、１ロールコーターや３ロールコーターでもよい。２ロールコーターよりも３ロールコーターの方が膜厚制御性も高く、より有利なため望ましいが、コスト的には高くなる。プレコーターＢで塗布する液膜厚（プレコート厚）は５μｍ未満であれば最終の膜厚には影響を及ぼさないので、膜厚制御が可能な塗布液供給装置を備えた場合には、１本ロールでも目的を達成することが十分可能である。また、ロールの回転方向は、リバース回転の場合を図示したが、これに限るものではない。

また、プレコーターＢでの塗布液の供給方式としては、コーターパン１２から塗布液１３を汲み上げる方式でなくてもよく、ノズルからロールに塗布液を噴射する方式を採用してもよい。

本発明を以下の実施例により詳細に説明する。

本発明の実施例として、板厚０．６ｍｍ、板幅１２００ｍｍの亜鉛メッキ鋼板のコイル（鋼帯）に対して、図１に示したロール塗布装置を用いて、鋼帯走行速度１００ｍｐｍ、アプリケーターロール周速１２０ｍｐｍ、ピックアップロール周速７２ｍｐｍの条件で塗布液の塗布を行い、乾燥後の膜厚および塗布外観の評価、また、塗液濃度と乾燥後膜厚、皮膜比重から塗布時の液膜厚を算定した。塗布液３、１３は、リン酸系の水系塗料（リン酸化合物とＭｇ化合物とシリカと４価のバナジウム化合物を含有）（濃度３％のときの物性値 液温２０℃での粘度：３ｍＰａ・ｓ，表面張力：４０ｄｙｎ／ｃｍ，皮膜の比重：１．２）を適宜濃度を変更して用いた。プレコート液は、塗布液と同じものを使用した。プレコート液膜厚は、あらかじめ、プレコートのみ行って、基材１の表面を乾燥させた後に、表面に形成された皮膜の乾燥後膜厚を測定し、その乾燥後膜厚の測定結果、皮膜の比重および塗布液濃度から算出した値を用いた。また、塗布外観の評価は、十分に明るい蛍光灯の下で目視による観察によって行った。

なお、３ロールコーターＡについては、各ロールの材質は、アプリケーターロール６がゴムライニングロール、ピックアップロール４が金属ロール、ミタリングロール５がゴムライニングロールであり、各ロールのロール径は、アプリケーターロール６とピックアップロール４が３００ｍｍ、ミタリングロール５が２００ｍｍとした。ミタリングロール５の周速は、塗布膜厚が一定になるように１０〜９０ｍｐｍの範囲で調整した。

また、プレコーターＢについては、各ロールの材質は、プレコートロール９がゴムライニングロール、塗布液供給ロール１０が金属ロールとし、ロール径はいずれも２５０ｍｍとした。そして、ロールの周速およびニップ圧力を調整することで、所定の塗膜厚（プレコート厚）になるようにした。

その結果を表１に示す。

表１に示すように、プレコーターＢでの塗布を行なわなかった場合には、塗布液膜厚が３μｍ未満、乾燥後膜厚０．１μｍ未満では、カスレが発生するが（×印）、プレコーターＢでの塗布を行なった場合（プレコート厚が１．９μｍ〜２．５μｍの場合）には、塗布膜厚が３μｍ未満、乾燥後膜厚０．１μｍ未満でも、カスレは発生しなかった（○印）。

なお、この実施例では、基材として亜鉛メッキ鋼板を用いたが、本発明は、特に鋼板に限定されることなく、アルミ等の他の金属板や紙、フィルムにも適用されるものである。

本発明の一実施形態において用いるロール塗布装置を示す側面図である。 従来のロール塗布装置を示す側面図である。

符号の説明

Ａ ３ロールコーター
Ｂ プレコーター
１ 基材
２ コーターパン
３ 塗布液
４ ピックアップロール
５ ミタリングロール
６ アプリケーターロール
７ ブレード
８ バックアップロール
９ プレコートロール
１０ 塗布液供給ロール
１２ コーターパン
１３ 塗布液

Claims (3)

1. ピックアップロールに供給された塗布液の液量を、ミタリングロールで調整し、該調整された液量の塗布液をアプリケーターロールに供給し、該塗布液が供給されたアプリケーターロールを、連続的に走行する基材に接触させて、基材表面に塗布液を塗布する３ロールコーターを用いたロール塗布方法において、
   塗布・乾燥後の塗膜厚が０．１μｍ未満となるように塗布液を塗布するにあたり、
   まず、３ロールコーターの基材走行方向の上流側で、少なくともロール１本を有するプレコーターを用いて、基材の塗布液を塗布する面に、前記３ロールコーターで塗布する塗布液と同じ組成の塗布液をプレコートし、続いて、該プレコートした基材上の塗布液が液体の状態において、前記３ロールコーターにより塗布液を基材に塗布することを特徴とするロール塗布方法。
2. 基材と接触するロールは、表面が研磨加工されたゴムライニングロールであることを特徴とする請求項１に記載のロール塗布方法。
3. 塗布液が供給されるピックアップロールと、該ピックアップロールに供給された塗布液の液量を調整するミタリングロールと、前記液量が調整されたピックアップロールから塗布液を供給され、該供給された塗布液を連続的に走行する基材に塗布するアプリケーターロールとを備えた３ロールコーターと、
   少なくともロール１本を有し、前記３ロールコーターの基材走行方向の上流側で、基材の塗布液を塗布する面に、前記３ロールコーターで塗布する塗布液と同じ組成の塗布液をプレコートすると共に、該プレコートされた塗布液が液体の状態で前記３ロールコーターに到達する位置に設けられたプレコーターとを備えたロール塗布装置であって、
   基材と接触するロールは、表面が研磨加工されたゴムライニングロールであることを特徴とするロール塗布装置。

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