JP2009233497A - 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、例えば乾燥後の膜厚が０.１μｍ未満といった薄い塗布膜を形成させる場合であっても、乾燥後塗膜の膜厚ムラが発生しないように安定して操業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】高速で連続的に走行する基材１に対して、３ロールコーターによって塗布液を塗布する場合に、アプリケーターロール６として、表面に凹凸部が形成されたゴムライニングロールを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロールを用いて鋼帯等の長尺基材に連続して塗布液を塗布する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。

図１に、従来技術に係るプレコーターを有していない３ロールコーターであるロール塗布装置の構成の一例を示す。この方式の塗布装置（３ロールコーター）は、図１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。塗膜厚を薄膜化するために、基材へ液体状態で塗布する時点で薄膜化した場合には、微小な膜厚のムラはレベリング（平滑化）されにくくなり、乾燥後も膜厚ムラとして残ってしまう問題が発生している。「薄膜化」且つ「ライン速度高速化」の操業条件においては、基材走行方向上流側からの空気巻き込みによって、基材走行方向に筋状の模様やカスレといった膜厚ムラ（付着量ムラ）が発生する。筋状の模様が発生してしまう理由は、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。カスレが発生する原因としては、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、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であると考えられる。したがって、筋状の模様の発生しない、均一な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と考えられる。

これらの欠陥を防止する手法として、例えば、特許文献１には、図３に示すような、プレコート装置を設置する方法、特許文献２には、図４に示すような、アプリケータ−ロールの周面上に塗料を供給するノズルを設置する方法が開示されている。
特開２００６−１４２２７６号公報 特開平１１−２６２７１０号公報

しかし、特許文献１および特許文献２の方式では、アプリケータ−ロールやピックアップロールの周速およびニップ圧条件の変化に対応して、特許文献１では最適なプレコート膜厚、特許文献２では最適な塗料供給量をも絶えず変化させなければならないので、安定操業をするには非常に調整が難しいことが明らかとなっている。

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、例えば乾燥後の膜厚が０.１μｍ未満といった薄い塗布膜を形成させる場合であっても、塗膜の膜厚ムラ（筋状模様やカスレ）が発生しないように安定して操業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本発明の手段は次の通りである。

［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、
前記アプリケーターロールの表面には凹凸部が形成されたゴムライニングロールを用いることを特徴とするロール塗布方法。

［２］アプリケータ−ロール表面の凹部のセル容積が８ｃｍ^３／ｍ^２未満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ロール塗布装置であって、
前記アプリケーターロールの表面には凹凸部が形成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。

［４］アプリケータ−ロール表面の凹部のセル容積が８ｃｍ^３／ｍ^２未満であることを特徴とする前記［３］に記載のロール塗布装置。

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、例えば乾燥後の膜厚が０.１μｍ未満といった薄い塗布膜を形成させる場合であっても、塗膜の膜厚ムラ（筋状模様やカスレ）が発生しないように安定して操業することができる。

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。

本発明の一実施形態において用いるロール塗布装置は、図１に示した３ロール方式のロールコーターである。３ロールコーターは、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、ピックアップロール４には、胴部表面に多数の凹部が形成されたグラビアロールを用いている。また、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たゴムライニングロールを用いている。

その上で、この実施形態においては、高速で連続的に走行する基材１に対して、例えば乾燥後の膜厚が０.１μｍ未満となる薄膜を形成する場合に、アプリケーターロール６として、表面に規則的に多数の凹凸部が形成されたゴムライニングロールを用いる。なお、そのアプリケータ−ロール６表面の凹部のセル容積（グラビア体積）は８ｃｍ^３／ｍ^２未満であることが好ましい。

上記の点について以下に詳しく説明する。

アプリケーターロール６の表面に規則的に形成した多数の凹凸部に関して、その凹部のセル体積の影響について基礎調査を実施した。すなわち、アプリケーターロール６表面の凹部の体積を１．０〜５０ｃｍ^３／ｍ^２の範囲で変化させ、その際に基材１へ転写される液膜厚（３ロールコーターで塗布直後の膜厚）について調査を行った。基材１の走行速度（ライン速度）は１５０ｍｐｍで、基材１には板厚０．６ｍｍの亜鉛メッキ鋼板を用いた。また、塗布液３に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％，液温２０℃での粘度：３ｍＰａ・ｓ，表面張力：４０ｄｙｎ／ｃｍ，皮膜の比重：１．２）を用いた。

図２に、アプリケーターロール６表面の凹部体積と液膜状態での塗膜厚（３ロールコーターで塗布後の膜厚）の関係を示す。ここで、液膜状態での塗膜厚は、前述のリン酸系水系塗料（濃度３％）の塗布液を塗布し、基材１の表面を乾燥させた後に表面に形成された塗膜の膜厚を測定し、その膜厚の測定結果、皮膜の比重および塗布液濃度から算出した。

その結果、図２に示すように、アプリケーターロール６表面の凹部体積を８ｃｍ^３／ｍ^２未満とした場合に、３ロールコーターで塗布後の膜厚が３μｍ未満となることが明らかとなった。凹部の体積の下限については特に規制するものではないが、金属帯への１００ｍｐｍ程度の高速塗布を考慮した場合には、１ｃｍ^３／ｍ^２未満であるとアプリケーターロール上の液膜厚が薄くなり、鋼板に転写した場合のアプリケーターロールの摩耗が顕著となるため、１ｃｍ^３／ｍ^２以上とすることが好ましい。

前述したように、アプリケーターロール６表面に凹部を設けていない通常のロールコーターの場合、塗布膜厚３μｍ未満の塗布を施した際には、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のに対して、この実施形態においては、アプリケーターロール６の表面に微細な凹凸部を設けることにより、アプリケーターロール６と基材１間のメニスカス部をアプリケーターロール６が通過する際に、ロール凹部に塗布液を保持した状態で通過可能となるため、基材走行方向上流側からの空気同伴や基材凸部通過の際の液切れを防止することができ、その結果、筋状模様やカスレの発生を防止することができる。

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、例えば乾燥後の膜厚が０.１μｍ未満といった薄い塗布膜を形成させる場合であっても、塗膜の膜厚ムラ（筋状模様やカスレ）が発生しないように安定して操業することができる。

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。また、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。

本発明を以下の本発明例および比較例により詳細に説明する。

本発明例として、板厚０．６ｍｍ、板幅１２００ｍｍの亜鉛メッキ鋼板のコイル（鋼帯）を基材として、前述した本発明の一実施形態に基づいて、表１に記載した塗布条件で塗布を行い、乾燥後の膜厚、塗布外観の調査、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。

ここで、各ロールのロール径は特に限定するものではないが、アプリケーターロール６が１５０ｍｍ、ピックアップロール４が３００ｍｍ、ミタリングロール５が２００ｍｍのものを用いた。ミタリングロール５の周速は、塗布膜厚が一定となるように調整した。また、塗布液３には、前述のリン酸系水系塗料を種々の濃度に調整して用いた。

これに対して、比較例として、アプリケーターロール６表面に凹部を設けていないロールを用いて、表１に記載した塗布条件で塗布を行った。なお、その他の点は本発明例と同様にした。

表１に結果を示すように、本発明例では、筋状模様やカスレのない外観の良好な塗膜が得られた。特に、アプリケータ−ロール表面の凹部体積が８ｃｍ^３／ｍ^２未満の場合は、塗布時の液膜厚が３．０μｍ未満となり、乾燥後の膜厚が０．１μｍ未満の薄膜を均一に塗布することが可能となった。一方、比較例では、筋状模様とカスレが発生し、外観が不良であった。

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。 アプリケーターロール表面凹部体積と塗布後の液膜厚の関係を示す図である。 特許文献１の説明図である。 特許文献２の説明図である。

符号の説明

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

Claims (4)

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、
   前記アプリケーターロールの表面には凹凸部が形成されたゴムライニングロールを用いることを特徴とするロール塗布方法。
2. アプリケータ−ロール表面の凹部のセル容積が８ｃｍ^３／ｍ^２未満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ロール塗布装置であって、
   前記アプリケーターロールの表面には凹凸部が形成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。
4. アプリケータ−ロール表面の凹部のセル容積が８ｃｍ^３／ｍ^２未満であることを特徴とする請求項３に記載のロール塗布装置。

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