JP2015152203A - 乾燥装置および乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送中の帯状基材に溶剤を含む塗布液層を形成し、形成した塗液層を乾燥させるときに、塗布物の幅方向における均一な乾燥を実現し、特に両端部１０と中央部を均一に乾燥し、乾燥ムラの発生を抑制することができる塗布物の乾燥装置および乾燥方法を提供すること。【解決手段】搬送中の帯状基材２に溶剤を含む塗布液層を形成し、形成した塗液層を乾燥させる乾燥装置であって、前記乾燥装置は、一つ以上の乾燥炉を有して構成されており、前記乾燥炉側壁４と前記帯状基材２の基材端部１０との間それぞれに、第１の給気口７を設け、前記帯状基材２搬送方向と平行する方向に、第１の給気口７からの給気を流す。【選択図】図１

Description

本発明は塗布物の乾燥装置および乾燥方法に関し、特に、連続的に搬送される帯状基材に塗布液を塗布して形成される塗布物の乾燥装置および乾燥方法に関する。

ウェットコーティング技術を利用して製造される塗布物では、塗布液中に含まれる溶剤を除去する乾燥工程において、製品上の欠陥となってしまう幅方向の乾燥ムラが発生する場合がある。

このような欠陥の発生を防ぐためには、塗布液の乾燥を均一かつ穏やかに行うことが重要であり、乾燥工程の高精度な制御が必要とされる。

乾燥工程を高精度に制御して欠陥のない塗布物を得るための工夫は、従来からなされてきた。塗布膜に乾燥ムラを発生させず幅方向に均一な乾燥を施す技術として、乾燥装置内の気流を制御して均一な風速分布を実現する方法が提案されている。

例えば、特許文献１では、乾燥装置の幅方向の一方端側から他方端側に流れる一方向流れの乾燥風を供給する正風ゾーンと、その逆向きの流れの乾燥風を供給する逆風ゾーンと、乾燥風を供給しない無風ゾーンを交互に設置した乾燥装置によって塗布膜を乾燥することで乾燥ムラが抑制できるとしている。

しかしながら、特許文献１のように幅方向の流れの乾燥風において、乾燥風が供給される側と排出される側とでは、排出される側の方が乾燥風中に含まれる溶剤量が多くなるため乾燥が遅くなり、幅方向での均一な乾燥が実現できない。この問題は正風ゾーンと逆風ゾーンを設けることで解消できるとあるが、乾燥初期段階で乾燥ムラが発生しやすい塗布液の場合は、初めに正風ゾーンまたは逆風ゾーンに入り乾燥し始めた途端に、幅方向の不均一な乾燥が原因でムラが発生してしまう恐れがある。

また、特許文献２には乾燥用ノズルにプレナムチャンバーと、その出口に整流部としてハニカムとメッシュを設けた構成にすることで、乾燥気流の幅方向のムラと時間的な変動を防止し、均一な乾燥ができるとしている。

特許文献２では整流された均一な乾燥風をノズルから出すことは可能であるが、塗布物の幅方向における両端部と中央部がムラなく乾燥することは難しい。なぜなら、塗布物の両端部は塗布液が塗布されていない領域と接しているため、溶剤の蒸発および拡散が中央部と比べて速くなり、幅方向に均一な乾燥風を供給していても両端部が速く乾燥してしまうからである。

特開２００８−１９４６５９号公報 特開２００４−１４１７５９号公報

本発明は、搬送中の帯状基材に溶剤を含む塗布液層を形成し、形成した塗布層を乾燥させるときに、塗布物の幅方向における均一な乾燥を実現し、特に両端部と中央部を均一に
乾燥し、乾燥ムラの発生を抑制することができる塗布物の乾燥装置および乾燥方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、搬送中の帯状基材に溶剤を含む塗布液層を形成し、形成した塗液層を乾燥させる乾燥装置であって、
前記乾燥装置は、一つ以上の乾燥炉を有して構成されており、
前記乾燥炉の側壁と前記帯状基材の基材端部との間それぞれに、第１の給気口を設け、
前記帯状基材搬送方向と平行する方向に、第１の給気口からの給気を流すことを特徴とする乾燥装置である。

また、請求項２に記載の発明は、前記第１の給気口からの給気風速が、前記帯状基材の搬送によって生じる同伴風の風速に対して±０．３ｍ／ｓｅｃ以内であることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置である。

また、請求項３に記載の発明は、前記乾燥装置は、複数の乾燥炉からなり、
前記第１の給気口が、各乾燥炉毎に、少なくとも２つ設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の乾燥装置である。

また、請求項４に記載の発明は、前記乾燥炉の天板と、搬送中の前記帯状基材との間に、前記帯状基材幅と同等またはそれ以上の幅の第２の給気口を設け、
前記帯状基材搬送方向と平行する方向に、第２の給気口からの給気を流すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の乾燥装置である。

また、請求項５に記載の発明は、前記第１の給気口から流す給気に、前記塗布液層の溶剤と同じ溶剤ガスを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の乾燥装置である。

また、請求項６に記載の発明は、前記第２の給気口から流す給気に、前記塗布液層の溶剤と同じ溶剤ガスを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の乾燥装置である。

また、請求項７に記載の発明は、前記第１の給気口と前記第２の給気口から流す給気に含まれる前記溶剤ガスの濃度を、前記乾燥炉毎に調節可能としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の乾燥装置である。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の乾燥装置を用いて、搬送中の帯状基材に塗布形成された塗液層を乾燥することを特徴とする乾燥方法である。

本発明の塗布物の乾燥装置および乾燥方法によれば、基材端部と乾燥炉の側壁との間に、基材搬送と同方向の風を流し、その風速を制御することで、塗布物の幅方向における均一な乾燥を実現し、特に両端部と中央部を均一に乾燥し、乾燥ムラの発生を抑制することができる。

本発明における乾燥装置の一実施例の上面概略図。 本発明における乾燥装置の一実施例の上面概略図。 本発明における乾燥装置の一実施例の側面概略図。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明における乾燥装置の一実施例の上面概略図である。帯状基材２は、塗布装置（図示せず）にて塗布液３を塗布され、乾燥炉１に搬送される。乾燥炉１には、帯状基材２の端部１０と乾燥炉側壁４との間に、帯状基材２の搬送方向と同方向の帯状基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を供給するための第１の給気口（給気口（ａ））７が設けられている。端部１０と乾燥炉側壁の間に流す風６は、帯状基材２の同伴風５と同方向に流れることを示している。

図２は、本発明における乾燥装置の一実施例の上面概略図であり、帯状基材２の幅と同等かそれ以上の幅の第２の給気口（給気口（ｂ））９が設けられており、帯状基材２の搬送方向と同方向かつ幅方向に均一な乾燥風８を送風することを示している。

帯状基材２に塗布された塗布液３は、乾燥風８によって乾燥するが、帯状基材２の同伴風５によっても乾燥が進行する。この際、帯状基材２の両端部１０は乾燥炉内の空間に近接しているため同伴風５の流れが乱れやすく、中央部よりも溶媒の蒸発および拡散が起こりやすくなる。その結果、両端部１０は中央部よりも乾燥が速くなり幅方向で乾燥ムラが発生してしまうという問題があった。本発明における乾燥装置では、基材２の端部１０と乾燥炉側壁４との間に風を流すことによって、帯状基材２の両端部１０と中央部の乾燥速度の差をなくし、幅方向に均一な乾燥ができる。

基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６の風速は、帯状基材２の同伴風５に対して±０．３ｍ／ｓｅｃ以内が好ましい。これにより、帯状基材２の中央部と両端部１０でほぼ同等の風が流れ、塗布液３の幅方向における均一な乾燥が実現できる。基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６の風速が、帯状基材２の同伴風５に対して±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲を超える場合、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６と同伴風５との風速差によって帯状基材２の両端部１０近傍の気流がやや乱れ、乾燥ムラに敏感な塗布液３の場合、良好な塗布面を得ることが難しくなる。ただし、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用しない場合と比べれば、±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲を超える場合であっても乾燥ムラは抑制でき、良好な塗布面を得られる。

また、乾燥装置内部上面の乾燥装置入口付近に帯状基材２の幅と同等かそれ以上の幅の第２の給気口９を設置する。第２の給気口９は基材２の搬送方向と同方向の、乾燥８を供給する。乾燥装置入口付近に基材２の幅と同等かそれ以上の第２の給気口９を設置することにより、基材２の幅方向全体に乾燥することができるので、幅方向に均一な乾燥を行うことができる。

図３は、本発明における乾燥装置の一実施例の側面概略図である。乾燥炉１は２つの乾燥ゾーンから成り、それぞれの乾燥ゾーンに、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を供給する第１の給気口７が少なくとも１つずつ設けられている。乾燥ゾーンの数は２つより多くてもよい。また、乾燥風８を供給する第２の給気口９が乾燥炉１に少なくとも１つ設けられており、図３の例ではそれぞれのゾーンに１つずつ設けられている。

溶剤を含む塗布液３が乾燥することにより乾燥炉１内は溶剤雰囲気となるが、帯状基材２の端部１０は塗布液３が塗布されていない領域と近接しているため中央部よりも溶剤濃度が低くなる。すると端部１０と中央部で乾燥速度に差が生じ、乾燥ムラに敏感な塗布液３の場合、乾燥ムラになる恐れがある。そこで、基材２の端部１０と乾燥炉側壁４との間に流す風６の中に、塗布液３に含まれる溶剤と同じ溶剤ガスを含ませることにより、乾燥
炉１内の幅方向における溶剤濃度を均一にし、乾燥速度差を解消する。

乾燥が進むにつれて溶剤ガスの蒸発量は少なくなるため、各乾燥ゾーンにおいて、基材端部１０と乾燥炉側壁４の間に流す風６の中に含む溶剤ガスの量を調節し、各乾燥ゾーンで基材２の中央部における同伴風５の溶剤ガス濃度と同等の、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を供給する。乾燥の進行に合わせた溶剤ガス濃度の、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を供給することにより、各乾燥ゾーンで幅方向における均一な乾燥が可能となり、乾燥ムラに敏感な塗布液３の場合でも乾燥ムラを生じることなく乾燥することができる。

また、乾燥炉１には排気口（図示せず）が設けられており、同伴風５、基材２端部１０と乾燥炉側壁４の間に流す風６および乾燥風８を乾燥炉１外に排出する。第１の給気口７および第２の給気口９には送風手段（図示せず）が、排気口には排風手段（図示せず）が接続されており、一般にブロアを使用して風量を調節する。排気量は同伴風５、基材２端部１０と乾燥炉側壁４の間に流す風６および乾燥風８の風量と同等とし、乾燥炉１内の気流を安定した状態に維持する。

第２の給気口９は各乾燥ゾーン入口付近にそれぞれ設けてもよく、また先頭の乾燥ゾーンのみに設置してもよく、乾燥ムラのない塗膜を得ることができる。

帯状基材２としては、用途によって様々なものを使用することができる。帯状基材２を構成する成分としては、例えば、アセチルセルロース、トリアセチルセルロース等のセルロース系フィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系フィルム、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系フィルム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、基材２は、単層からなっていても複数層からなっていてもよい。なお、帯状基材２の厚さは一般的に５〜３００μｍのものが用いられる。

本発明の一実施例について、図を参照しながら説明する。

塗布液３は、ペンタエリスリトールトリアクリレート（共栄社化学社製）３６．２ｗｔ％、光重合開始剤としてイルガキュア１８４（チバスペシャリティケミカルズ社製）１．８ｗｔ％、溶剤としてメチルエチルケトンと２−プロパノールの１：１混合溶剤６２．０ｗｔ％を用いて調製した。

次に、連続的に搬送される帯状基材２として、幅６５０ｍｍ、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材を用い、塗布工程、乾燥工程、硬化工程によりハードコートフィルムを作製した。

同伴風の測定は、風速計の微小プローブを基材表面から３ｍｍの高さに固定して基材を搬送させながら実施する。基材表面近傍での同伴風風速は、基材搬送速度とほぼ同等であった。この時の帯状基材２の搬送速度は３０ｍ／ｍｉｎであり、この時の、同伴風の風速は０．５ｍ／ｓｅｃである。

塗布工程においては、エクストルージョン方式のダイヘッドを備える塗布装置を用い、塗布液３を塗布した。塗布液３の塗布幅は６２０ｍｍとした。乾燥後の膜厚が５μｍになるように、塗布膜の湿潤厚みは約１５μｍとした。

乾燥工程においては、長さ８ｍ、幅１ｍの乾燥炉１を用いた。乾燥炉１は２つの乾燥ゾーンに分かれており、各乾燥ゾーンの長さは４ｍである。各乾燥ゾーンに第１の給気口７が基材２の両端部１０に２つ、第２の給気口９および排気口（図示せず）が１つずつ設けられており、第１の給気口７の横幅は１５０ｍｍ、第２の給気口９の横幅は７５０ｍｍとした。乾燥風８の風速は０．６ｍ／ｓｅｃ、で風量は６ｍ^３／ｍｉｎ、温度は６５℃とした。

最後に、紫外線照射による硬化工程として、超高圧水銀ランプの紫外線照射装置（図示せず）を用いた。

以上により、帯状基材２上にハードコートフィルムを作製した。ハードコートフィルムを幅方向に切り出し、両端部１０の乾燥ムラの有無を判断した。具体的には、三波長形蛍光灯を点灯させ、ハードコート層表面に蛍光灯を幅方向に順に映り込ませながらハードコートフィルムの表面状態を官能評価した。その結果を表１に示す。

＜乾燥ムラ評価＞
乾燥ムラの評価は、乾燥ムラが発生せず良好なハードコートフィルム表面の順に、ＡＡ、Ａ、Ｂ、Ｃとした。
ＡＡ：製品の品質として最良のもの
Ａ ：製品の品質として良好なもの
Ｂ ：製品として成り立つ限界の表面状態のもの
Ｃ ：明らかな乾燥ムラがあり欠陥となる状態のもの
として、判断した。

乾燥条件は、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用し、その風速を同伴風５の風速０．５ｍ／ｓｅｃに対して±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲の０．２ｍ／ｓｅｃとした。この時の、第１の給気口７からの風量は０．２７ｍ^３／ｍｉｎ、温度は６５℃とした。乾燥ムラは発生せずハードコートフィルムの表面は良好で、Ａの評価とになった。

乾燥条件、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用し、その風速を同伴風５の風速０．５ｍ／ｓｅｃに対して±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲の０．５ｍ／ｓｅｃとした。この時の、第１の給気口７からの風量は０．６８ｍ^３／ｍｉｎ、温度は６５℃とし、乾燥ムラは発生せず良好なハードコードフィルムの表面でＡの評価とになった。

乾燥条件、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用し、その風速を同伴風５の風速０．５ｍ／ｓｅｃに対して±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲の０．８ｍ／ｓｅｃとした。この時の、第１の給気口７からの風量は１．０８ｍ^３／ｍｉｎ、温度は６５℃とし、乾燥ムラは発生せず良好なハードコードフィルムの表面でＡの評価とになった。

乾燥条件は、塗布液３中の溶剤と同じ溶剤ガスを含んだ基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用し、同伴風５の風速０．５ｍ／ｓｅｃに対して±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲の０．５ｍ／ｓｅｃとし、この時の、第１の給気口７からの風量は０．６８ｍ^３／ｍｉｎ、温度は６５℃とした。

基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６に、塗布液３中の溶剤と同じ溶剤ガスを含んでおり、塗布液中に含まれる溶剤を、加熱気化式の溶剤ガス発生装置を用いて作製し、ブロアからの風に含ませる。そのガス濃度は０．２ｖｏｌ％とした。

排気ガス中の溶剤濃度が、その溶剤の爆発下限界（ＬＥＬ）の２５％未満となる条件で使用する。排気のリターンを用いる場合にも、溶剤濃度を考慮して、必要な排気量を決める必要がある。ハードコートフィルムの表面は良好で、ＡＡの評価とになった。

乾燥条件は、塗布液３中の溶剤と同じ溶剤ガスを含んだ基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用し、同伴風５の風速０．５ｍ／ｓｅｃに対して±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲より大きくした１．０ｍ／ｓｅｃとし、この時の、第１の給気口７からの風量は１．３５ｍ^３／ｍｉｎ、温度は６５℃とした。基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６に、塗布液３中の溶剤と同じ溶剤ガスを含んでおり、そのガス濃度は０．２ｖｏｌ％とした。ハードコートフィルムの表面は良好で、Ａの評価とになった。

乾燥条件は、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用し、その風速を同伴風５の風速０．５ｍ／ｓｅｃに対して±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲より大きくした１．０ｍ／ｓｅｃとし、この時の、第１の給気口７からの風量は１．３５ｍ^３／ｍｉｎ、温度は６５℃とした。この条件では乾燥ムラの評価はＢとなった。

乾燥条件は、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用し、その風速を同伴風５の風速０．５ｍ／ｓｅｃに対して±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲より大きくした１．５ｍ／ｓｅｃとし、この時の、第１の給気口７からの風量は２．０３ｍ^３／ｍｉｎ、温度は６５℃とした。この条件では乾燥ムラの評価はＢとなった。

＜比較例１＞
基材２の端部１０と乾燥炉側壁４の間の風６を、使用しない条件とした。この条件では、基材中央部と端部１０での乾燥速度差が生じ、幅方向における乾燥ムラが発生した。

実施例５は、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６の風速０．５ｍ／ｓｅｃに対して±０．３ｍ／ｓｅｃの範囲より大きいが、溶剤ガスを含んだ基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用することにより、均一な幅方向の乾燥を実現することができ、乾燥ムラ解消に効果があることがわかる。

即ち、溶剤ガスを含んだ基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用することにより、実施例２と実施例４より乾燥ムラの評価はＡがＡＡに、実施例５と実施例６より乾燥ムラの評価はＢがＡにそれぞれ向上することが分る。

比較例１である基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を使用しない場合と、実施例１〜７と比較して、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６を用いることにより、乾燥ムラは良化したことがわかる。また、基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風６の風速は同伴風５に対して±０．３ｍ／ｓｅｃ以内が好ましく、乾燥ムラは軽減し、製品欠陥の解消に効果があることがわかる。

１・・・乾燥炉
２・・・帯状基材
３・・・塗布液
４・・・乾燥炉側壁
５・・・同伴風
６・・・基材端部と乾燥炉側壁の間に流す風
７・・・第１の給気口、（給気口（ａ））
８・・・乾燥風
９・・・第２の給気口、（給気口（ｂ））
１０・・・端部

Claims (8)

1. 搬送中の帯状基材に溶剤を含む塗布液層を形成し、形成した塗液層を乾燥させる乾燥装置であって、
   前記乾燥装置は、一つ以上の乾燥炉を有して構成されており、
   前記乾燥炉の側壁と前記帯状基材の基材端部との間それぞれに、第１の給気口を設け、
   前記帯状基材搬送方向と平行する方向に、第１の給気口からの給気を流すことを特徴とする乾燥装置。
2. 前記第１の給気口からの給気風速が、前記帯状基材の搬送によって生じる同伴風の風速に対して±０．３ｍ／ｓｅｃ以内であることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。
3. 前記乾燥装置は、複数の乾燥炉からなり、
   前記第１の給気口が、各乾燥炉毎に、少なくとも２つ設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の乾燥装置。
4. 前記乾燥炉の天板と、搬送中の前記帯状基材との間に、
   前記帯状基材幅と同等またはそれ以上の幅の第２の給気口を設け、
   前記帯状基材搬送方向と平行する方向に、第２の給気口からの給気を流すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の乾燥装置。
5. 前記第１の給気口から流す給気に、前記塗布液層の溶剤と同じ溶剤ガスを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の乾燥装置。
6. 前記第２の給気口から流す給気に、前記塗布液層の溶剤と同じ溶剤ガスを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の乾燥装置。
7. 前記第１の給気口と前記第２の給気口から流す給気に含まれる前記溶剤ガスの濃度を、前記乾燥炉毎に調節可能としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の乾燥装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の乾燥装置を用いて、搬送中の帯状基材に塗布形成された塗布層を乾燥することを特徴とする乾燥方法。