JP2015150481A - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、従来技術の問題点を解決するものであり、基材上の塗膜の表面の凹凸パターンを簡便に且つ高精度に制御できる、ガイドロールを備えた塗布装置及び塗布方法を提供することを課題とする。
【解決手段】基材に塗液を用いて塗膜を形成する塗布部と、塗膜を乾燥するための塗布された塗液を乾燥部と、エネルギー線照射装置と、を少なくとも順次備える塗布装置であって、前記塗液にフィラーおよび磁性材料を添加したエネルギー線硬化型の塗液であり、前記塗布部と前記乾燥部との間に設置されるガイドロールの表面に基材厚み方向に磁場のベクトルを持つ磁石が付与されたガイドローラーが設置されていることを特徴とする塗布装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィラーおよび磁性材料を添加したエネルギー線硬化型塗液の塗布に関するものであり、詳しくは磁性材料の配列を制御し、膜表面の凹凸を制御する塗布技術に関するものである。

一般に、連続走行する基材に塗布液を塗布する方法として、ディップコート法、ブレードコート法、エアーナイフコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、リバースロールコート法、エクストルージョンコート法、スライドコート法、カーテンコート法、ダイコート法等が知られている。

実際にこれらの塗布方法を用いてより均一に塗膜を形成するためには、上記の様々な
塗布装置に応じて、装置自体の寸法精度の向上や加工条件の調整が必要である。

塗布開始点の基材をバックロールで支持する塗布方法に関しては、特許文献１に開示されている単層での塗布方法、および、特許文献２に開示されている重層塗布方式に関するものなど、塗布方式および塗布装置に関し多くの特許が出願されている。これらの塗布方法はバックロールで支持された基材に対して塗布装置を通常１ｍｍ以下のクリアランスに保ちながら塗布する方法である。これらの塗布方法は基材に均一な乾燥膜厚にするため塗布装置の寸法精度等に特別な配慮が払われ、注意深く塗布が行われてきた。

一方で、最近では基材の表面に均一な塗膜を形成するのではなく、塗膜表面に意図的に凹凸形状を付与することで機能を発現させるものが要求されている。例えば、液晶用の反射防止フィルムとして用いられているＡＧ（Ａｎｔｉ−Ｇｌａｒｅ）フィルムは、塗膜表面に形成された凹凸形状により狭角光散乱を起こし、防眩性機能を発現している。

塗膜表面への凹凸付与の方法として特許文献３から５で開示されているように、高分子樹脂にフィラーを含有させる方法がある。フィラーの均一分散が理想であるが、フィラーの分布に偏りが生じると形成される膜表面の凹凸は不均一になってしまう。ＡＧフィルムのような光学用途の機能性フィルムは所望の凹凸を均一に作製することが非常に重要であるが、その制御の難しさが問題となっている。

また、塗膜に凹凸形状を付与する方法としては、例えば、グラビア印刷法、インクジェット法により、塗液をパターン化する方法が知られている。また、例えば全面に均一に塗膜を形成した後に、凹凸パターンとして必要部分を残し、不要部分を削除して形成するフォトリソグラフィー法やエッチング法が知られている。またさらには、全面に均一に塗膜を形成した後に、前記塗膜を削除せずに凹凸パターンを形成するエンボス法等が知られている。

しかしながら上記のグラビア印刷法およびインクジェット法では、形成しようとするパターンが微細な単位セルや点の集合体として形成されるため、隣接する単位セルや点の間隙を含めてパターン全体を均一な塗膜にすることが難しいという問題がある。

また、フォトリソグラフィー法やエッチング法、エンボス法による凹凸パターンの形成方法は、前工程として塗液を均一に塗布、乾燥して塗膜厚を形成するため、塗膜厚自体を均一に形成することはできるが、工程数の増加や、同一工程で行う場合には装置構成が複雑となり、生産効率や品質の低下、さらにはそれに伴うコストアップなどの問題がある。

特開昭５６−９５３６３号 特開昭４５−１２３９０号 特開２００８−１５８５３６号公報 特許第４２２１９９０号公報 特開２０１１―１０７３３５号

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、基材上の塗膜の表面の凹凸パターンを簡便に且つ高精度に制御できる、ガイドロールを備えた塗布装置及び塗布方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、基材にフィラーおよび磁性材料を添加したエネルギー線硬化型の塗液を用いて塗膜を形成する塗布部と、塗膜を乾燥するための乾燥部と、エネルギー線照射装置とを少なくとも順次備える塗布装置であって、塗布部と乾燥部との間に設置されるガイドロールの表面に基材の厚み方向に磁場のベクトルを持つ磁石が付与されていることを特徴とする塗布装置である。

請求項２に記載の発明は、塗液の磁性材料が金属および金属酸化物からなる一時磁石の群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置である。

請求項３に記載の発明は、磁石が永久磁石、電磁石からなる群より選ばれることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布装置である。

請求項４に記載の発明は、塗液の磁性材料がフィラーに内包されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の塗布装置である。

請求項５に記載の発明は、塗液の粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の塗布装置である。

請求項６に記載の発明は、粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓである、フィラーおよび磁性材料を添加したエネルギー線硬化型の塗液を用いて、基材に塗膜を形成し、乾燥部に至る前に基材の厚み方向に磁場のベクトルを持つ磁石が付与されているガイドロールに基材の側から接触させた後、乾燥させ、エネルギー線照射によって硬化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の塗布装置を用いることを特徴とする塗布方法である。

請求項１に記載の発明によれば、フィラーおよび磁性材料を添加したエネルギー線硬化型の塗液の塗布において、基材上の塗液が乾燥炉およびエネルギー線硬化装置の前に設置された基材厚み方向に磁場のベクトルを持つ磁石が付与されたガイドローラーを通過することで、基材上の塗液は、塗液中の希釈溶剤が十分に残っており、且つエネルギー線硬化する前であるため低粘度状態であり、塗液中の磁性材料を塗膜厚方向のガイドローラー側に容易に引き付けることができるため、塗液の分散凝集状態を制御し塗膜表面の凹凸形状を制御することができる。

請求項２に記載の発明によれば、磁性材料が金属および金属酸化物からなる一時磁石の
群より選ばれることを特徴とする事で、磁性材料が分散媒中で容易に分散でき、また用途に合わせて種々の磁性材料を選択する事ができる。

請求項３に記載の発明によれば、磁石が永久磁石、電磁石からなる群より選ばれることを特徴とする事で、所望の磁束密度を得る事ができる。

請求項４に記載の発明によれば、磁性材料がフィラーに内包されていることを特徴とする事で、金属および金属酸化物である磁性材料が精密に作られた塗布装置へ与えるダメージを低減する事ができる。

請求項５に記載の発明によれば、塗液の粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする事で、塗液中の磁性材料およびフィラーが分散媒中を容易に移動する事ができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５に記載の塗布装置を用いて、塗膜表面の凹凸を制御する塗布方法を得ることができる。

したがって本発明によれば、基材上の塗膜の表面の凹凸パターンを簡便に且つ高精度に制御できる、ガイドロールを備えた塗布装置及び塗布方法を提供することができる。

本発明の塗布装置の概略図である。 本発明の塗液の構成図である。 本発明の磁界を印加する前の基材上の塗液の状態図である。 本発明の磁界を印加・乾燥・硬化した後の基材上の塗膜の状態図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１は本発明の一つの例として塗布部から乾燥部までの塗布装置概略図である。塗布装置１を用いて、基材２に塗液１４の塗布を行う。塗布装置１はリップダイコーター、スロットダイコーター、コンマコーター、ブレードコーター等の中から塗液１４の粘度に応じて種々のものを選択できる。例えば、塗液１４の粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓの場合、スロットダイコーターを選択することができる。磁石６を付与した磁石付ガイドローラー７は塗布装置１と乾燥炉８およびエネルギー線照射装置９の間に設置する。

したがって、本発明の塗布装置は、基材２の一方の面に塗液１４がバックアップロール５に相対する塗布部３で連続供給されて塗膜が形成され、磁石付きガイドローラー７を経由して乾燥炉８、エネルギー照射装置９に搬送される。

図２は、本発明の塗液の構成図である。エネルギー線硬化型樹脂１３中に磁性材料１０、フィラー１１、増粘剤１２が分散した塗液１４を示す。磁性材料１０はフィラー１１に内包させても良い。エネルギー線硬化型樹脂１３は水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トルエンなどの各種溶媒で希釈することができる。添加物として界面活性剤を添加しても良い。塗液１４の粘度は増粘剤１２の添加により所望の値を得る事ができるが、１〜１０００ｍＰａ・ｓの粘度とすることで、磁性材料１０およびフィラー１１は塗液１４中を容易に移動する事ができる。

本発明の塗布装置においては、塗液にフィラーおよび磁性材料を添加した前記エネルギ
ー線硬化型の塗液を使用する。
磁性材料がフィラーに内包されているものを用いることもできる。

磁性材料としては金属および金属酸化物からなる一時磁石を用いることができる。一時磁石とは、磁性体に外部磁場をかけた時をかけている間のみ磁石として性質を持つ物質のことである。

また、本発明の塗布装置においては、磁石付きガイドローラー７が塗布部と乾燥部の間に設置されている。具体的には、通常のガイドローラーの外周に磁石が形成されており、基材の厚み方向に磁石の磁場ベクトルを持つものである。

磁石付きガイドローラー７の磁石６には永久磁石を用いることが好ましい。永久磁石とは、外部から磁場や電流の供給を受けることなく磁石としての性質を比較的長期にわたって保持し続ける磁石であって、具体的には、フェライト磁石、ネオジム磁石、アルニコ磁石などを用いることができる。

上記の一連の工程において、乾燥炉８およびエネルギー線照射装置９を通過する前であるため、塗膜は希釈溶剤が十分に残存した状態にある。塗膜が形成された基材が磁石付きガイドローラー７を通過することにより、塗膜中の成分は自由度があるため、磁石付きガイドローラー７によって塗液内部の磁性材料をガイドローラーの方向に容易に引き付けることができる。希釈溶媒が蒸発する前のより低い塗液粘度で磁性材料１０に引力が働き、磁性材料１０は塗液１４中をより容易に移動する事ができる。

磁性材料が厚み方向に磁場のベクトルを持つガイドローラーの方向にひきつけられることによって、塗膜の表面に均一な凹凸形状を形成することができる。塗液の添加材料を調整することによって、分散凝集状態を制御し、塗膜表面の凹凸形状を制御することができる。なお、磁石６の種類は、所望の磁束密度に応じて永久磁石および電磁石から選択できる。

図３は塗布直後の基材２上の塗液状態図であり、磁石による磁界を印加する前の塗液状態を示す。塗膜１５の中で磁性材料１０、フィラー１１は増粘剤１２により二次凝集物１６を形成した状態にある。
二次凝集物１６は乾燥前の塗膜１５の中で種々の形状をとろうとするが、その後磁石付きガイドローラー７によって印加される磁界によって磁性材料１０が塗膜表面方向に引き付けられることで二次凝集物１６は均一な状態となる。その後乾燥炉８により乾燥され、エネルギー照射装置９で硬化することで塗膜が完成する。

図４は基材側から塗膜厚方向に磁界を印加した時の乾燥・硬化後の塗膜１７の状態図を示す。図４に見られるように、磁界の磁束密度を制御することで二次凝集物１６の形状を制御し、基材上に表面の凹凸パターンが高精度に制御された塗膜を実現することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

＜実施例１＞
図１に示したエネルギー硬化型樹脂中に磁性材料、フィラー、増粘材を分散させた塗液の作製を行った。磁性材料にマグネタイトを用いた。塗液に対するマグネタイトの固形分を０．０５ｗｔ％とした。フィラーにアクリルスチレン共重合体を用いた。アクリルスチレン共重合体の比重は１．１ｇ／ｃｍ^３とした。塗液に対するアクリルスチレン共重合体の
固形分を４．９５ｗｔ％とした。増粘材に親有機化処理を行ったモンモリロナイトを用いた。塗液に対するモンモリロナイトの固形分を５ｗｔ％とした。エネルギー線硬化型樹脂にウレタンアクリレート系樹脂を用いた。ウレタンアクリレート系樹脂の比重は１．３ｇ／ｃｍ^３とした。塗液に対するウレタンアクリレート系樹脂の固形分を４０ｗｔ％とした。希釈溶媒としてトルエンを用いた。塗液に対する総固形分が５０ｗｔ％となるよう溶媒の添加量を調整した。塗液の粘度は１５０ｍＰａ・ｓであった。

塗布装置としてスロットダイを準備した。塗布基材としてＴＡＣを準備し、その基材厚を４０μｍ、基材幅を６５０ｍｍとした。基材の搬送速度は２０ｍ／ｍｉｎとした。塗液の塗布は塗布幅６００ｍｍとし、乾燥塗膜厚が１０μｍとなるよう送液流量を調整した。

厚み方向に磁場のベクトルを持たせるための磁石として、永久磁石であるサマコバ磁石を用い、磁束密度が幅６２０ｍｍの有効範囲で３００ｍＴとなるよう磁石付ガイドローラーを設置した。
設置場所は塗布装置から１０００ｍｍ進んだ位置であり、乾燥炉１０入り口手前とした。

＜実施例２＞
塗液および塗布装置および塗布条件、乾燥炉、エネルギー照射装置は実施例１と同様である。
ガイドローラーの磁石として、永久磁石であるネオジム磁石を用いた以外は実施例１と同様である。
磁束密度が幅６２０ｍｍの有効範囲で４２０ｍＴとなるよう磁石付ガイドローラーを設置した。設置場所は塗布装置から１０００ｍｍ進んだ位置であり、乾燥炉１０入り口手前とした。

＜比較例１＞
塗液および塗布装置および塗布条件、乾燥炉、エネルギー照射装置は実施例１と同様である。
ガイドローラーに永久磁石を用いなかった以外は実施例１と同様である。
設置場所は塗布装置から１０００ｍｍ進んだ位置であり、乾燥炉１０入り口手前とした。

得られた塗膜に対してＲ３３００Ｈ Ｌｉｔｅ（（株）菱化システム社製）を用いて算術平均粗さＲａおよび凹凸平均間隔Ｓｍの測定、評価を行った。測定は基材幅方向に対して、両端部２箇所と中央部１箇所をサンプリングして行った。なお、例えばＡＧ層の塗膜の表面の凹凸形状の許容範囲は算術平均粗さＲａが２ｎｍ〜２００ｎｍ、凹凸平均間隔Ｓｍが１０μｍ〜１００μｍであるので、この基準を用いて評価した。

実施例１、実施例２、比較例１で得られた塗膜の測定結果を表１に示す。

表１の結果をみると実施例１および２に比較して比較例１では算術平均粗さ（Ｒａ）が非常に大きく、また測定箇所によるバラつきも大きい。
凹凸平均間隔（Ｓｍ）においても実施例１および２に比較して比較例１において相対的に大きい傾向にあり、測定箇所によるばらつきも大きい。
このことから本発明によれば、フィラーおよび磁性材料を添加したエネルギー硬化型の塗液の塗布において、基材上に塗布された塗液に磁界を印加する事で膜表面の凹凸形状を制御することが可能であることを実証できた。

１・・・塗布装置
２・・・基材
３・・・塗布部
４・・・塗膜
５・・・バックアップロール
６・・・磁石
７・・・磁石付きガイドローラー
８・・・乾燥炉
９・・・エネルギー照射装置
１０・・・磁性材料
１１・・・フィラー
１２・・・増粘剤
１３・・・樹脂
１４・・・塗液
１５・・・塗膜
１６・・・二次凝集物
１７・・・乾燥・硬化後の塗膜

Claims (6)

1. 基材にフィラーおよび磁性材料を添加したエネルギー線硬化型の塗液を用いて塗膜を形成する塗布部と、塗膜を乾燥するための乾燥部と、エネルギー線照射装置とを少なくとも順次備える塗布装置であって、
   塗布部と乾燥部との間に設置されるガイドロールの表面に基材の厚み方向に磁場のベクトルを持つ磁石が付与されていることを特徴とする塗布装置。
2. 塗液の磁性材料が金属および金属酸化物からなる一時磁石の群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
3. 磁石が永久磁石、電磁石からなる群より選ばれることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布装置。
4. 塗液の磁性材料がフィラーに内包されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の塗布装置。
5. 塗液の粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の塗布装置。
6. 粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓである、フィラーおよび磁性材料を添加したエネルギー線硬化型の塗液を用いて、基材に塗膜を形成し、
   乾燥部に至る前に基材の厚み方向に磁場のベクトルを持つ磁石が付与されているガイドロールに基材の側から接触させた後、乾燥させ、
   エネルギー線照射によって硬化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の塗布装置を用いることを特徴とする塗布方法。