JP2747072B2 - 乾燥方法 - Google Patents

乾燥方法

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JP2747072B2
JP2747072B2 JP1503310A JP50331089A JP2747072B2 JP 2747072 B2 JP2747072 B2 JP 2747072B2 JP 1503310 A JP1503310 A JP 1503310A JP 50331089 A JP50331089 A JP 50331089A JP 2747072 B2 JP2747072 B2 JP 2747072B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、工業用の乾燥方法、特に、プラスチックキ
ャリアフィルム上に被覆された塗料層を乾燥させる方法
に関する。
背景技術 自動車及び家庭用装置のような物品に対する噴霧塗装
の改良として、保護及び装飾被覆を提供する新しい型式
のシート状材料が開発されている。この新しい材料は、
片側に保護及び装飾用の塗料層を有する一方、その反対
側には接着剤を有するキャリアフィルムとして公知の薄
く可撓性で延伸可能な熱可塑性支持シートを備えてい
る。随意的選択として、該材料は、塗料とキャリアフィ
ルムとの間にタイ又は結合層のようなその他の層、及び
塗料又下塗り層上に透明層を有している。熱成形のよう
な公知の方法を利用して、シート材料は、延伸させ、自
動車車体板のような物に結合させることが出来る。噴霧
塗装に優る重要な利点は、塗料の使用の経済性、及び気
化する溶剤による空気汚染を回避し得ることである。更
に、かかる新しい材料は、噴霧塗装による仕上げよりも
著しくきれいな外観が得られることである。
この新しい型式のシート材料及びその製造方法は、ジ
ー・ジー・リーフラー（G.G.Reafler）の国際特許出願
の国際公開番号第WO 89/04257に記載されている。この
方法は、熱可塑性キャリアの表面上に塗装組成分の層流
を提供して、略均一な肉厚の層を形成し、その後、乾燥
方法を実行し、各付加的な層を連続的に塗装及び乾燥さ
せて、優れた光沢及び平滑度の仕上げ製品が得られるよ
うにする。
本発明は、かかるシート材料の塗料層の新しい乾燥方
法の形態によって更に改良を図るものである。リーフラ
ーの特許出願のシート材料層は、従来の方法によって乾
燥させることが出来るが、その複雑な組成分及びその肉
厚のため、塗料層が乾燥条件に対して特に敏感であるこ
とが分かっている。
塗料層は、水中に不水溶性のエラストマー的ポリマー
のコロイド状の懸濁物を含有し、又凝集剤として機能
し、又はその他の目的を有する１又は２以上の高沸点の
有機溶剤を含有している。この種の組成分は、延伸可能
な熱可塑性支持フィルム上にて乾燥されたとき、延伸さ
せ自動車の板等に接着されるシート材料に必要とされる
可撓性、延伸性及び耐久性を備えている。かかる塗料組
成分は、噴霧されたとき、その液体の多くが気化するた
め、噴霧塗装法によって厚みの薄い層で自動車の本体板
に直接塗布されたとき、十分良好に乾燥する。この点に
おいて、噴霧塗装は、組成分がキャリアフィルム支持体
上に被覆されるため、液体が殆ど又は全く気化しない層
状流被覆とは著しく異なる。何れにしろ、噴霧した塗料
層を従来の乾燥炉にて乾燥させるときに生ずる乾燥欠陥
によって、噴霧塗装された低い質の仕上げ面が更に認識
し得る程度に劣化されることはない。
自動車の車体板の仕上げをする新しいシート材料の場
合、新しい質の水準を設定することが原則である。小さ
いふくれ及び「溶剤のはじき」は最早、許容し得るとは
考えられない、このため、塗料層を乾燥する方法を改良
し、塗料層に生ずる発泡効果に起因して廃物となる製品
の損失が最小であるようにして、広範囲のシート材料が
製造され得るようにすることが必要となっている。本発
明によると、湿った塗料層が１又は２以上の高沸点の有
機溶剤により水中にコロイド状に分散させた凝集可能で
かつ硬化可能なフィルム形成ポリマーを含有していると
き、熱変形可能なプラスチックフィルム上に被覆された
厚い塗料層を特に乾燥させ得るようにした新規な方法が
提供される。
発明の開示 被覆されたプラスチックフィルムを乾燥させる新規な
方法は、ラテックス塗料の未乾燥塗膜を上面に有する熱
変形可能なプラスチックフィルムを少なくとも三つの一
連の乾燥段階に連続的に通過させる工程を含む。この塗
料は、水と、１又は２種以上の高沸点有機溶剤と、コロ
イド分散している凝集可能且つ硬化可能な弾性フィルム
形成性ポリマーとを含有する。
加熱した中湿度の空気流を各段階に導入することで熱
を供給し且つ水及び有機溶剤を蒸発させる際、少なくと
も最初の三つの段階における該空気流を、これらの段階
において蒸発に必要な量の半分を上回る量の熱が該フィ
ルムにその下面を通して供給されるように方向付ける。
少なくとも30秒間の第一の段階において、空気の流
速、湿度及び温度を含む蒸発条件を制御することで、塗
料層の温度をその初期温度より約10℃低い温度と５℃高
い温度との範囲内に維持する。
少なくとも30秒間の第二の段階において、塗料層を前
記第一の段階における温度よりも高いが前記初期温度よ
り10℃高い温度よりも低い温度に加熱する条件を維持す
る。
少なくとも30秒間の第三の段階において、塗料層を前
記第二の段階における温度よりも高いが前記初期温度よ
り25℃高い温度よりも低い温度に加熱する条件を維持す
る。
その後、最終段階において、塗料層を、前記第三の段
階における最高温度よりも30℃以上高く且つ前記初期温
度よりも50℃以上高いがキャリアフィルムの熱変形温度
よりは低い最高温度に、残存する水分と有機溶剤を蒸発
させ且つ塗料層を硬化させるに十分な時間、加熱する条
件を維持する。この方法により、泡の欠陥を実質的に含
まない平滑で延伸可能な乾燥した塗料層が得られる。
図面の簡単な説明 第１図は本発明の方法により乾燥させたシート材料の
一部完成した形態の極めて拡大した線図的な断面図、 第２図は図示した付加的な層を有するシート材料の別
の形態の同様図、 第３図は本発明の方法を実行し得る一形態の装置にお
ける、被覆したフィルムが連続的な乾燥段を通る状態を
示す部品を切り欠いた線図的な側断面図、 第４図はフィルムが装置を通る状態を示す第３図の装
置の一部の線図的斜視図、 第５図は乾燥方法の一実施例における異なる段の空気
温度及びフィルム温度を示すグラフ図、 第６図は本方法の一実施例における異なる段の実際の
空気温度、及び塗料層の液体濃度のコンピュータ計算値
を示すグラフ図である。
発明の実施モード 先ず、第１図を参照すると、図面は本発明の乾燥方法
を適用し得る中間段にあるシート材料を断面で示してい
る。該シート材料10は、厚みが例えば約0.05乃至0.40mm
及び望ましくは約0.16乃至0.32mmである熱可塑性キャリ
アフィルム11から成り、該フィルム11上にはある実施例
においては随意的選択である薄いタイコート又は接着層
12が被覆されている（厚み約0.0025mm以下）。しかし、
かかる層は、通常親水性であるキャリアフィルム11と水
溶性のラテックス塗料層との間の接着を向上させるため
に使用される。
第１図の随意的選択のタイコート層12は、リーフラー
の特許出願に記載された層流被覆法により、キャリアフ
ィルム11上に塗布され、次に、フィルムは乾燥チャンバ
を通って進む。特定の実施例について以下に説明するタ
イコート組成分は、接着促進性ポリマーと、揮発性有機
溶剤とを含有している。その組成分は、塗料層の組成分
と比較した場合、比較的単純であり、薄い被覆が形成さ
れる。故に、該層は、例えば25−100℃の温度の乾燥し
た温風が流動する平坦床の連続的な乾燥装置内で従来の
方法にて乾燥させることが出来るが、その温度は、キャ
リアフィルムの熱変形温度以下に維持し、フィルムの変
形を阻止し得るようにしなければならない。
第１図の塗料層13は、本発明の乾燥方法が特に適用さ
れる層である。この層も又、リーフラーの特許出願に記
載された層流により被覆される。該層は、随意的選択の
タイコート12上に被覆されるか、又はフィルム及び塗料
の組成分が、タイコートを使用せずとも十分に接着し得
る程度に十分に適合可能であるならば、キャリアフィル
ム11上に直接被覆される。塗料層の厚みは、従来層状流
方法によりプラスチックフィルム上に被覆される写真用
組成分のような高精度の層の場合、通常より厚くする。
その乾燥厚みは、約0.012乃至0.080mmとし、約0.02乃至
0.060mmとするのが最適である。かかる厚みは、フィル
ムを延伸させ（従って厚みが薄くなる）及び自動車の板
又はその他の立体的物品に接着させたとき、顔料を含む
塗料層が十分な隠蔽機能を発揮し得るようにするために
必要である。
何れの場合でも、塗料組成分は、着色剤、１又は２以
上のフィルム形成バインダポリマー、水分、有機溶剤及
びある実施例の場合、金属薄片のような懸濁粒子を含有
している。その組成分が複雑でありかつ厚みがあるた
め、乾燥時に普通見られない問題点が生ずる。
第１図の製品の塗料層を乾燥させた後、付加的な層を
被覆しかつ乾燥させ、第２図に示したより完全なシート
材料が得られるようにする。この後者はいわゆる下塗り
／透明層又はカラー＋透明型式のものであり、リーフラ
ーの特許出願に全て記載されているように、塗料層（下
塗りとも称される）の上塗り20（透明層とも称される）
と、フィルム11の下面上の接着層21とを有している。シ
ート材料を自動車車体の板等に接着させようとする場
合、接着層21に除去可能に接着させかつ剥ぎ取り可能で
あり随意的選択によるプラスチック剥離シートが設けら
れるが、これは第２図には図示されていない。
第３図には、本発明の方法に使用される１つの適当な
型式の乾燥装置が略図にて図示されている。リーフラー
の特許出願に記載されているように、延伸可能なシート
材料の製造は、1986年４月15日付けでウィーメス（Weem
es）等に付与された米国特許第4,582,876号に記載され
たような延伸可能で熱変形可能なプラスチックフィルム
である薄い可撓性の支持体又はキャリアフィルムから開
始される。タイコートを被覆し乾燥させた後、該フィル
ムは塗料層を被覆する供給ロール30として巻かれる。塗
料層の塗布のため、フィルムは、ウェブとして、ロール
30からホッパ31のような線図的に図示した押し出し被覆
ホッパの如き層流被覆装置に連続的に供給される。リー
フラーの特許出願に記載されたような押し出しホッパ、
スライドホッパ及びある型式の被覆装置を含む、極めて
均一に薄い層を層流被覆する幾つかの型式の精密被覆装
置を使用することが出来る。かかる被覆装置は、例え
ば、米国特許第2,253,060号、第2,289,798号、第2,681,
294号、第2,815,307号、第2,898,882号、第2,901,770
号、第3,632,374号及び第4,051,278号に記載されたよう
な写真製品の精密被覆に使用される型式のものであるこ
とが望ましい。
本発明の乾燥方法は、自動車の仕上げ用として形成さ
れ、延伸可能なキャリアフィルムの特性と適合可能であ
る熱軟化性及び引っ張り伸び性を備える水溶性塗料組成
分に対してその最も重要な利点を提供するものである。
かかる塗料組成分は、乾燥されると、可撓性を備えかつ
延伸可能となることを要し、更に、耐久性及び耐候性を
備えなければならない。これら組成分は又、十分な接着
強度及び凝集強度を備える必要がある。かかる通常でな
い特性の組み合わせを備える塗料組成分は複雑となる。
かかる組成分の例を第Ｉ表、第II表及び第III表に掲げ
る。
第Ｉ表 成分 略％重量 脱イオン化水 50 ウレタン樹脂 25 アルミニウムペースト ５ エチレングリコールモノヘキシルエーテル ５ Ｎ−メチルピロリドン ５ ジエチレングリコールモノブチルエーテル １ N,N−ジメチルエタノールアミン １ キシレン １ 脂肪族溶剤ナフサ １ イソプロピルアルコール ＜１ 第II表 成分 略％重量 脱イオン化水 55 ウレタン樹脂 20 エチレングリコールモノヘキシルエーテル ５ Ｎ−メチルピロリドン ５ ジエチレングリコールモノブチルエーテル １ N,N−ジメチルエタノールアミン １ 二酸化チタン／マイカ ＜１ シリカ ＜１ カーボンブラック ＜１ イソプロピルアルコール ＜１ 第III表 二酸化チタン 25 エチレングリコールモノヘキシルエーテル ５ ジエチレングリコールモノブチルエーテル １ 脱イオン化水 45 N,N−ジメチルエタノールアミン １ Ｎ−メチルピロリドン ５ ウレタン樹脂 20 上記に掲げた塗料の組成分は、ウィーメス等の米国特
許第4,582,876号に記載された高分子組成分から成るキ
ャリアフィルムに適合する熱軟化性及び引っ張り伸び性
を備えている。
これらは、例えば40重量％以上の大量の水分に加え
て、相当な量の高沸点の有機溶剤を含有するラテックス
塗料組成分であり、高沸点有機溶剤は、特に凝集剤とし
て機能する。これらは、例えば、25乃至45重量％という
高い固体含有率を有している。かかる組成分が幅の広い
キャリアフィルム上に被覆され、公知の方法にて乾燥さ
れるならば、被覆部分は多数の泡に関係する障害を有す
ることが分かっている。その結果、望ましくない量の廃
物が発生する。本発明の乾燥方法を利用することによ
り、これら障害は、解消し又は許容可能な程度まで軽減
することが可能となる。
第Ｉ表、第II表及び第III表の塗料成分は、本発明の
方法が例えば固形分20重量％以上の高い固形分含有率の
被覆組成分を乾燥させ得るものでなければならないこと
を示す。かかる高い固体含有率及び塗料被覆の厚みは、
大量の固体を通って進む蛇行した長い通路のため、水の
蒸発がある程度妨害されて、最初の乾燥段階を複雑にす
る。この困難さは、第Ｉ表の組成分と同様、塗料が例え
ば湿った塗料の約１乃至10重量％の濃度範囲のアルミニ
ウム又はその他の金属の反射性薄片を含有している場
合、更に顕著となる。しかし、本発明によれば、乾燥条
件を制御しかつフィルムの下側に熱を供給することによ
り、各段にてフィルム温度を制御した場合、かかる厚く
高い固体含有率の塗料被覆は、乾燥されたフィルムの過
度の泡の欠陥を生ずることなく乾燥される。
再度第３図を参照すると、被覆ステーション31の塗料
又は下塗り組成分をその上面に塗布した後、被覆された
フィルム32は、通常、例えば、約20℃である室温の最初
の温度にて、水平方向に乾燥チャンバ内まで進む。しか
し、例えばフィルムに被覆される前加熱又は冷却するこ
とによって塗料の物理的性質を変化させることが望まし
い場合、この最初のフィルム温度は、室温以上又は室温
以下にすることも出来る。
乾燥チャンバは、順次温度が高くなる一連の加熱段3
3、34、35及び36を提供する。空気は適度な速度にて導
管37を介し、乾燥チャンバの第１の段33に入る。この第
１の段にて、湿った表面は例えばバッフルにより空気が
直接衝突しないようにされ、その結果、薄層の空気流と
なる。第１の段の空気温度は、例えば約35℃以下であ
り、比較的低く、その湿度は十分に高く、第１の段の乾
燥速度は遅くなる。このため、空気は熱くなく暖かく適
度に湿っている。水分は、主としてこの第１の段で蒸発
する。フィルム温度又は被覆温度は非常に低く、このた
め、高沸点の有機溶剤が実質的に蒸発することはなく、
例えば約10重量％以下であり、そして第一の段階では水
よりも沸点の高い有機溶剤が蒸発する量は非常に少ない
ことが普通である。
その他の種類のフィルム被覆を乾燥した熱風にて乾燥
させる従来技術の方法と異なり、空気は少なくとも本発
明の最初の２つの段において適度に湿っている。空気が
最初の段で過度に乾燥している場合、水分は急速に蒸発
し、表面の硬化又は塗料層の「肌焼き」が生ずる。空気
が過度に湿っている場合、水分は極めてゆっくりとしか
蒸発せず、又は全く蒸発せず、有機成分は乾燥チャンバ
雰囲気内でその分圧が低いため徐々に蒸発する。その結
果、水分が蒸発する前に有機成分が希釈される。このと
き、湿った塗料層は、高分子粒子を凝集させるのに十分
な有機溶剤を最早含有していない。こうした困難を回避
し得る、第１の段に対する入口乾燥空気の適度な湿度
は、約５乃至50％の相対湿度（RH）の範囲である。第２
の段の入口空気は、例えば約３乃至20％RH範囲のより小
さい湿度であるようにすることが出来る。
何れの場合でも、第１の段の条件を維持して、水分が
遅い速度にて蒸発されるようにする。高沸点の有機溶剤
の蒸発は、更に遅い速度にて行われるようにする。この
ようにしてこの乾燥方法は、写真用懸濁液層のような水
溶性被覆材を乾燥させ、及び溶剤系の被覆を乾燥させる
場合の方法とは異なる。これら両型式の乾燥方法におい
て、最初の乾燥速度はよい速い。
かかるより速い乾燥速度の例は、1977年９月27日付け
でデモッチ（Democh）に発行された米国特許第4,051,27
8号に開示されている。該特許の第１図に示すように、
溶剤は、該溶剤が低い平衡状態の表面温度に達するまで
に、被覆された層が急速に冷却されてその最初に温度と
なるような速度にて蒸発される。これに対し、本発明の
方法において、乾燥速度は、層がその最初の温度以下ま
で第１の段の乾燥段階中に冷却しないように制御され
る。熱は、蒸発により熱が吸収されるのと略同一速度に
てフィルムに供給され、これにより、塗料層の温度はそ
の最初の温度より約10℃低くかつその最初の温度より約
５℃高い範囲に維持される。
本発明の方法は、自動車の車体に対する従来の噴霧塗
装よりも低い温度及び遅い速度にて塗料層を乾燥させる
ものである。従来の方法において、湿った塗料層が乾燥
し又は硬化する前に、重力によって流動するときに生じ
る障害であり、タルミを回避するため、急速に乾燥させ
ることが必要である。しかし、本発明の方法において、
塗料をキャリアフィルム上に被覆した後、第１の乾燥段
に対して水平方向に適度に傾斜した平面内にて被覆され
たフィルムを供給することが出来る。塗料はフィルムが
垂直となる前に、凝集することが出来るため、本発明の
方法において、タルミ問題にならない。故に、塗料は噴
霧塗装された自動車車体の場合におけるタルミを回避す
るのに必要とされる程の高温により、急速に乾燥させる
必要はない。適度の温度にて及び比較的ゆっくりと乾燥
されるため、表面の早まった硬化を回避することが出来
る。これによって、液体は、表面硬化により層内に封じ
込められる前に蒸発することが出来る。本発明の方法の
利点は、塗料層が凝集するまで該塗料層を水平面に維持
し、タルミを生じないようにし得ることである。しか
し、フィルム通路の全て又は一部に亙ってフィルム面が
適度に傾斜していることは、塗料の組成分が十分に粘性
であり、望ましくない量のタルミが生じないことを条件
として、許容し得る。
新規な方法の少なくとも最初の３つの乾燥段階の重要
な特徴は、水分及び有機溶剤を蒸発させるためにフィル
ムに加えらえる大量の熱がフィルムの下側に供給される
ことである。より具体的には、気化熱の少なくとも1/
2、及び望ましくは60％以上が供給されるようにする。
乾燥チャンバの多数の構造上の特徴は、フィルムの下側
に熱を供給することに寄与する。その一つは、ドライヤ
ーチャンバの下側に空気導管を位置決めし、温風流がフ
ィルムの下面に衝突するようにすることである。しか
し、この構成は必須でなく、又は必ずしも望ましいとは
限らない。
第３図において、空気導管37、38、39及び40は、フィ
ルムの高さより上の位置にて乾燥段に入る。この構成に
おいて、熱を下側に伝達するために付加的な構造体を提
供することによって、乾燥段33、34、35内にてフィルム
の下側に熱を供給することが出来る。一つの可能性は、
空気の流れをフィルムの頂部から偏倚させ、チャンバの
下方領域に流動させるバッフル41を提供することであ
る。別の可能性は、鋼、アルミニウム又はその他の熱伝
導性の良い材料から成るローラ36、43のようなフィルム
支持手段を提供することである。これらローラは、チャ
ンバを通って流動する空気により加温され、効果的な加
熱手段を提供することが出来る。ローラを加温するのに
十分な空気流は、乾燥チャンバの側壁とフィルムの端縁
との間にスペースを提供することによって保証される。
これは、第４図に誇張した縮尺にて示されている。何れ
の場合でも、フィルムの端縁の上方にてローラに接触す
る空気流は、ローラの加温状態を維持するのに十分であ
り、熱はフィルムの下側に効果的に供給される。
第３図の装置において、ローラ36は、接近して位置決
めされており、このため、フィルムに対する相当な熱交
換面積が提供される。第４図の幾分誇張した縮尺にて図
示したように、より広い幅に離間させたローラ43におい
て、重いフィルム32は僅かに弛み、故に、ローラとの相
当な接触面積を有する。これは、加温されたローラから
フィルム底部まで良好な熱伝導を実現するのに十分であ
る。
ローラは摩擦を低減させるために望ましいが、ローラ
に代えて、熱伝導性の金属板を横断するようにフィルム
を摺動させることも可能である。何れの場合でも、下側
対上側の熱の望ましい伝導比は、空気導管の位置、バッ
フルの位置決め、及びローラ又は板のような適当な数の
熱伝導性のフィルム支持手段の選択のような変数因子を
調節することにより実現することが出来る。
本出願人は理論的な説明に拘束されることを希望しな
いが、新規な方法が成功する一つの理由は、フィルムの
下側に供給される熱が表面の硬化によって層内に封じ込
められる前に水分及び溶剤を厚い塗料層と下方の位置か
ら追い出す働きをすることによる。これと対照的に、殆
どの熱が頂部から供給されるならば、液体は、主として
最初に層の上部から蒸発し、表面に外皮が生じると考え
られる。その後、フィルムを硬化温度まで加熱したなら
ば、表面外皮の下に封じ込められた残留液体は蒸発し、
ふくれ或は溶剤がはじく。
フィルム又はウェブの下側に供給された熱量が上側か
ら供給される量を上回ることを確認するためには、熱及
び質量の伝導に関する周知の原理を利用することが出来
る。適当な方法は、質量及びエネルギの伝導方程式を利
用し、塗料層が乾燥されつつある状態を説明することが
出来る。塗料層の一定状態の乾燥領域における質量の釣
り合いを求めて、液体の蒸発束を測定することが出来る
（John Willey and Sons,Inc.,New York,1960のR.B.Bir
d等による輸送現象Chap.17）。この束は、層の同一領域
のエネルギ均衡によって計算される被覆された液体の温
度により左右される（Bird等,supra Chap 9）。このエ
ネルギ均衡により、フィルムの上側及び下側を通じてそ
の領域に伝達された熱エネルギは液体の蒸気によって層
から失われるエネルギに関係する（Bird等,supra,Chap.
21）。質量均衡及びエネルギ均衡方程式を解き、質量及
びエネルギの方程式の関係を満足させる塗料層の温度の
単一の近似値を求める。次に、上側及び下側の熱伝導率
を修正して、公知の塗料層の温度に関係付ける。
フィルムの下側に対する熱の供給が乾燥方法が成功す
るか否かの１つのファクタではあるが、唯一のファクタ
ではない。新規の方法は、その他の乾燥条件、即ち、各
段における空気流量、空気温度、空気湿度、及び各段に
おける工程時間をこの特徴と組み合わせて利用し、方法
全体を通じ特別の温度プロフィールを維持し得るように
する。本発明によると、フィルム温度の制御及び下側の
熱供給のかかる組み合わせることによって、厚いラテッ
クス塗料層を乾燥させ、泡の欠陥が略皆無である品質の
優れた乾燥した凝集層を実現することが可能となる。
一般に、本発明の方法における乾燥条件は、従来の自
動車仕上げ用の乾燥又は加熱炉の条件よりも遥かに緩和
されている。これら条件は、幾つかの点で、フィルム基
層上の水溶性又は溶剤が分散された写真用被覆組成分を
乾燥させるのに通常採用されるものよりも緩やかであ
る。特に、第１の段の空気量が低い。適度な湿度及び適
度に加熱された空気と共にこの低い空気流量を採用する
場合、第１の段での蒸発速度は遅くなる。この流量は非
常に低く、このため、デモッチ（Democh）への米国特許
第4,051,278号に開示された溶剤を分散させた被覆組成
分の乾燥と異なり、フィルム温度が著しく低くなること
はない。より具体的には、塗料層は通常室温（約20℃）
である乾燥チャンバに入るフィルム温度よりも約10℃を
上回り、好ましくは５℃を上回り冷却されないようにす
る。これに対して、デモッチによって示されたように、
被覆層の温度は、乾燥工程の初期の段階にて急速に蒸発
する結果、急激に低下する。
フィルム温度を制御することによって蒸発速度を調整
することが出来る。蒸発速度を非常に遅く維持したなら
ば、フィルム温度、即ち塗料層の温度がその入口温度の
約−10℃、＋５℃の範囲内にあるとき、熱は、蒸発によ
り吸収される温度と略等しい速度にてフィルムに供給さ
れ、満足すべき蒸発速度が得られる。
上述のように、本発明の方法は、キャリアフィルム上
に被覆されたラテックス塗料組成分を乾燥させる場合の
泡欠陥という問題点を対象とするものである。「泡の欠
陥」という用語は、被覆分野にて公知のふくれ及び溶剤
のはじきとして公知の欠陥を意味するものとされてい
る。これら用語は、当該技術分野にて正確に使用されて
はいないが、一般に、ふくれは封じ込められた液体が蒸
発し、過早に硬化した表面を通って抜けることが出来な
い場合に塗料層に形成される小さい泡を意味するものと
理解さそれている。溶剤のはじきは、通常、最終の高温
度による硬化段階の後に見られる欠陥である。
本発明の方法は、これら泡の欠陥が略存在しない乾燥
した塗料層を提供するものである。このことは、肉眼に
て見ることの出来る商業的に許容可能な泡の欠陥以上の
欠陥が存在しないことを意味する。これは、通常、1m2
当たり約20個未満、好ましくは約10個未満の泡の欠陥で
ある。勿論、乾燥させたフィルムの端縁上に欠陥が発生
する場合には、フィルムをトリム処理して、適度に少数
の欠陥のある熱成形面積の十分なフィルムを形成するこ
とが出来る。本発明の方法の好適な条件を使用する場
合、乾燥工程が遅いならば、相当な幅、例えば、1m以上
の幅寸法を有し、眼に見える泡の欠陥の全く存在しない
乾燥したフィルムを得ることが可能である。
塗料組成分が被覆され、その後、本発明の方法によっ
て乾燥されるキャリアフィルムは、熱成形に適した物理
的性質を有する熱変形可能で延伸可能なプラスチックフ
ィルムである。上述したように、かかるフィルム用の適
当な組成分は、ウィーメス（Weemes）等の米国特許第4,
582,876号及び上述のリーフラーの特許出願に開示され
たように、ポリ（1,4−サイクロヘキシレンジメチレン
テレフタレート）を基本にする共重合体と少なくとも２
つのゴム系添加剤を含有する改質ゴムスチレン無水マレ
イン共重合体との混合体を包含している。
延伸可能なフィルムに対してどのような組成分を選択
しようとも、重要な特性は、フィルムが熱可塑性又は熱
変形可能であることである。この特性は、塗料が被覆さ
れたフィルムを自動車のパネル等に塗布するための熱成
形方法において必要とされる。他方、フィルムは熱可塑
性であるため、自動車の仕上げのために従来の乾燥炉内
にて使用される高温まで加熱することが出来ない。本発
明の方法の各段階は、キャリアフィルムの熱変形温度よ
りも低い温度にて行われる。フィルムは、又、延伸可能
であり、このことは、フィルムは熱成形温度まで加熱さ
れたとき、その外観を損なうことなく、弛緩したフィル
ム当初の面積より50％以上大きい延伸面積まで延伸可能
であることを意味する。
本発明の方法によって乾燥させ得る塗料組成分の３つ
の例について上述した。一般に、この方法は熱変形可能
なプラスチックフィルム上の湿ったラテックス塗料の被
覆を乾燥させるのに有用であり、この場合、塗料は水
分、１又は２以上の高沸点の有機溶剤、１又は２以上の
顔料、随意的選択による反射性薄片及びコロイド状に分
散した凝集可能、硬化可能かつ延伸可能、又はエラスト
マー的フィルム形成ポリマーを包含している。適当な広
範囲の塗料組成分が上述のリーフラーの特許出願に開示
されている。これらは、大気中の溶剤の排出物を削減す
ることを目的とする政府の規制下、自動車の仕上げとし
て使用される組成物の典型例である。これらは、水溶性
であるが、少量の１又は２以上の有機溶剤を含有してい
る。後者は、水を除去したとき、ポリマーフィルムを凝
集させるために必要とされ、その機能はポリマー粒子を
十分に軟化させ、水分が十分に蒸発したとき、該ポリマ
ー粒子が相互に接着し、連続的フィルムとして凝集し得
るようにすることである。
塗料組成分をキャリアフィルム上に被覆する前に、薄
い平滑なタイコート層を最初に塗布して乾燥させること
が望ましい。タイコートは薄く、複雑でない組成分であ
るため、従来の方法にて乾燥させることが出来る。その
組成分は１又は２以上の接着促進ポリマー及び溶剤を含
有している。有用なポリマーには、アクリロニトリル、
塩化ビニリデン、アクリル酸、及びモンサントインコー
ポレーテッド（Monsanto Inc）から販売されているフォ
ームバー（Formver）7/95、フォームバー15/95及びブチ
バー（Butivar）Ｂ−98のような市販の製品がある。タ
イ被覆は0.0025mmを上廻らない厚みを有し、塗料層より
も遥かに薄い。適当な組成分は次表（IV）を含むリーフ
ラーの特許出願に開示されている。
本発明の乾燥方法において、水分は有機液体よりも急
速に蒸発されることが重要である。上述したように、水
分の蒸発が空気の過度の湿度により著しく遅れ、有機成
分の方が早く蒸発するならば、塗料は適正には凝集しな
い。従って、乾燥方法の最初の３つの段階において、相
当量の水分が蒸発されるが、有機溶剤は少量しか蒸発さ
れない条件を維持する。例えば、通常これらの段階で
は、有機溶剤の蒸発量は10％以内である一方、水分の蒸
発量は20％以上である。これら蒸発量は熱を下側に供給
し、必要とされるフィルム温度プロファイルを維持する
ことにより実現される。フィルム温度プロファイルを維
持するために調節される条件には、空気の流量、空気温
度、空気湿度及びフィルムがこれら条件下にある時間が
含まれる。後者は、装置を通るフィルムの速度により設
定される。
第１の乾燥段の入口空気温度は、フィルムが第１の段
に入るときの湿った塗料被覆の最初の温度（初期温度）
より約５乃至10℃高いに過ぎない。空気の流量は、例え
ば約18m/min（即ち、被覆面1m2当たり18m3/min）と適切
である。湿った被覆面は、バッフルによって空気が直接
衝突しないように保護されており、湿った側部の熱伝導
率は約0.2Kcal/min/m2/℃である。
第１の段の空気湿度は、例えば約５乃至50％RHのよう
に穏当である。上述のように、湿度が過度に低いと、水
分が過度に速く蒸発し、一方、過度に高いと、有機成分
が水分よりも速く蒸発する。
該湿度は、水分を湿った塗料を被覆から完全に除去す
るのに十分な程度低いが、水分が急速に蒸発するのを阻
止するのに十分な程度に高く、例えば略20％RHである。
急激な蒸発は、フィルムがその最初の温度より10℃を上
回る低い温度まで冷却させる速度が速いことを意味す
る。
第３図には、空気温度及び湿度を検出し、図示しない
フィードバック機構によりこれらを制御して所望の条件
を維持する空気導管37に設けた検出制御装置45、46の略
図が図示されている。空気の流量も又適当に制御され
る。
添付図面に関して説明したように、温風流は、フィー
ドバックに供給される蒸発熱の半分以上がその下面を通
じて供給されるように、バッフル等により方向決めされ
る。この下側の熱の一部分は、フィルムの高さの下方に
てチャンバに供給されるか、又はその端縁に沿ってフィ
ルム上方からフィルム下方の領域まで流動する温風と直
接熱交換することにより供給される。フィルムの下側が
着座するローラは、熱伝導性に優れるため、下側熱の相
当部分又は大部分を供給する。ローラは、チャンバ内の
温風により、又は外部から供給される手段により加温さ
れる。
第３図の乾燥装置の部分33内の第１の段の後、第２の
段にてより高いフィルム温度（但し、フィルムの最初の
温度より10℃高い温度よりも低い温度）にて少なくとも
30秒間乾燥が継続され、水分及び高沸点有機成分を蒸発
させる。
乾燥装置の部分35内で行われる第３の段において、乾
燥はフィルム温度（但しフィルムの最初の温度より25℃
高い温度よりも低い温度）にて少なくとも30秒間継続さ
れる。その結果、水分の蒸発速度は速くなり、その濃度
が低下して、塗料層が凝集するのに十分となる。その
後、最後の硬化段において、フィルム温度は第３の段の
最高温度より少なくとも30℃高く、かつその最初の温度
より少なくとも50℃高い最高温度まで、十分な時間をか
けて高くして、残る液体を蒸発させ、塗料を硬化させ
る。
最後の硬化段は、装置の部分48内で行われる。塗料
は、最終段に入る前に、完全には硬化していないが、フ
ィルムが垂直となったとき垂れ下がらない程度に十分凝
集している。第３図の特別の実施例において、部分48内
のフィルムは垂直通路を通して移動し、いわゆる空気逆
流装置により案内されるフィルムの被覆側がローラと接
触しないように維持する。もし完全に硬化しない内にロ
ーラと接触するならば、被覆部分は損傷されよう。部分
48から出る乾燥したフィルムは、図示しない巻き取りロ
ールに巻かれる。
第５図は、上述した特徴の一部を図示するグラフ図で
ある。該図は、本発明の方法により空気温度及び特定の
塗料層の被覆されたフィルム温度プロファイルをプロッ
トしたものである。塗料は第II表に掲げた型式の非金属
の白色塗料である。曲線Ａは、各段の入口空気温度をプ
ロットしたものであり、該曲線は、第１の段が37℃、第
２の段が43℃、第３の段が65℃、及び最終段が85℃であ
る温度を示している。
曲線Ｂは、連続段における塗料層の最適な温度プロフ
ァイルを示す点で特に重要である。この温度は赤外線温
度計によって測定されることができ、塗料層の略表面温
度を示している。ここでウェブ又はフィルム温度或いは
塗料層温度という場合、それぞれ測定温度を意味するも
のとする。第５図に示した特別な場合、第１の段におけ
るフィルム温度は、21℃である最初の温度の約１℃の範
囲内に約50秒間維持される。
第５図の第２の段において、フィルム温度はその最初
の温度より約８℃高くなり、約40秒間約29℃又はそれよ
り低い温度に維持される。
第３の段において、フィルム温度は最初の温度より約
19℃高い温度となり、約40秒間約40℃又はそれより低い
温度に維持される。
最終段において、フィルム温度は約82℃の最高温度ま
で高くなり、この温度は第３の段の最高温度より42℃高
く、フィルムの最初の温度より61℃高い。しかし、この
温度は、ウィーメスの米国特許第4,582,876号に開示さ
れた型式のキャリアフィルムの熱変形温度よりは低い。
第５図の最終段は、残る液体を蒸発させるのに必要な時
間より幾分長いが、塗料層を確実に硬化させ得る時間で
ある約600秒間継続させる。
塗料層の温度が徐々に増大する第５図に示すような温
度プロファイルを実現するためには、空気温度、空気の
流量、フィルムの下側に対する熱の供給、工程時間（フ
ィルム速度及び乾燥装置の長さにより決まる）及び空気
湿度のような各種の工程条件をここに説明したように制
御しかつ釣り合わせる。
第６図には、第５図のフィルム温度プロファイルを維
持する結果、水分が有機液体よりも急速に蒸発されるこ
とが図示されている。本図は、第５図について説明した
方法にて、第II表の塗料組成分を乾燥させる連続的段に
おいて、塗料層に残る液体の計算重量％値をプロットし
たものである。これらは、実際の運転の経験に基づくコ
ンピュータ計算による濃度のデータである。曲線Ａは、
塗料層の残留する水分含有率をプロットしたものであ
る。曲線Ｂ、曲線Ｃは、それぞれ有機溶剤、エチルグリ
コールモノヘキシルエーテル及びＮ−メチルピロリドン
の残留量をそれぞれプロットとしたものである。曲線Ｄ
は、各段の空気温度をプロットしたものであり、該方法
の４つの段を画成する。図示するように、水分含有率は
最終段までに30％以上低下する一方、有機溶剤の含有率
は僅かに20％以下までにしか減少しない。
次の例は、本発明の実施例を更に示すものであり、不
満足な結果しか得られない方法との比較を示すものであ
る。
実験例１ この例において、キャリアフィルムは、約100℃の熱
変形温度を有する上述のウィーメスの米国特許に記載さ
れた高分子組成分とした。その厚みは約190μｍ、その
幅は約1.1mとし、第IV表に掲げたタイコート組成分の薄
い（0.5μｍ）の乾燥被覆を有していた。タイコートの
上に、層流押し出しホッパにより塗料層を連続的に被覆
し、その後、被覆フィルムは第３図の型式の乾燥装置に
直接通した。湿った被覆は、厚み約0.0040mmの乾燥塗料
層を形成するのに十分な厚みとした。塗料は、約45重量
％の水分、約12重量％の有機液体及び約43重量％の固体
を含有する白色の非金属塗料とした。該塗料は、上述の
第III表に掲げる組成分とした。乾燥装置は、３つの連
続する水平段と、第３図の最終段におけるフィルムを一
連の垂直ループとして搬送する最終段とを有するように
した。各水平段の長さは約9.1mとした。最終段内のフィ
ルムの通路の長さは約110mとした。乾燥装置の最初の段
に入る被覆したフィルムの最初の温度は、室温、即ち約
20℃とした。フィルムの移動速度は約11m/minとした。
暖かい穏当な湿度の空気（50％RH）を各段に対し徐々に
高くした温度にて、第３図の導管37、40を通じて供給
し、流動速度及びその他の条件を調節し、各段に必要と
されるフィルム温度を維持した。最初の３つの段のフィ
ルムの各端縁と装置の壁との間のスペースは、約25cmで
あり、空気はフィルムの高さより下方にてチャンバの壁
に自由に流動し、フィルムを支持するスチールローラを
加温することが出来る。最初の段にて、フィルムは直径
約8cmの一連の10個の近接して離間させたスチールロー
ラにより最初に支持した。その後、最初の各３つの段階
にて、フィルムは直径約8cmの約0.6乃至0.9m離間させて
配置したスチールローラ上に支持した。
第Ｖ表には、各段の空気の入口温度、及び各段の表示
された期間のフィルム温度範囲が図示されている。フィ
ルム温度は、非接触型の赤外線高温計（レイテックレン
ジャーモデル380−AF温度プローブ）を用いてフィルム
の被覆側に測定した。フィルムの測定した側と下側との
間の実質的温度差は観察されなかった。形成された乾燥
した白色塗料層は、平滑で均一な外観を有し、光沢があ
り泡の欠陥が略皆無であった。
乾燥条件を制御し、上述のフィルム温度プロファイル
を提供することの重要性は次の制御実験例により明らか
になる。
制御実験例 この実験例において、キャリアフィルム、被覆ホッパ
及び乾燥装置は本発明の実験例１と同一とした。相違点
は、第Ｉ表に掲げた組成分と略同一組成分の金属塗料を
使用した点である。該塗料は、約５重量％のアルミニウ
ム薄片を含有していた。該塗料は又第１図の塗料組成分
よりも固体が含有率が小さく、水分含有率が幾分高かっ
た。この金属塗料組成分にて被覆したフィルムを実験例
１の乾燥条件を調節することなく、乾燥させ、必要なフ
ィルム温度プロファイルを維持した場合、塗料層には著
しいふくれが生じた。第VI表には、この実験例で測定し
た空気温度及びフィルム温度を掲げた。
第Ｖ表には、非金属塗料に対して必要とされるフィル
ム温度を維持するための空気温度及びその他の工程条件
が掲げてある、しかし、これら条件は金属塗料には満足
すべきものではない。第VI表に掲げたように、金属塗料
層の温度は第１、第２及び第３の段の各々にて必要とさ
れる温度より高くなっている。このことは、各段にてフ
ィルムの過熱が生じていることを示す。その理由は、明
らかにアルミニウム粒子が塗料層の熱伝導率を増大させ
ることによる。このため、空気温度、工程時間又は湿度
のような乾燥条件を調節し、フィルム温度プロファイル
が維持され得るようにする必要がある。泡の欠陥を回避
するため、このフィルムの乾燥は、最終段にてより低い
空気温度にて続行し、その他の全ての条件及びフィルム
温度は最初の３つの段階のものと同一とした。泡の欠陥
は少なくなったが、フィルムを巻いたとき、フィルムは
フィルムのブロックのため満足し得るものではなく、塗
料層の乾燥が不完全であることを示していた。乾燥条件
を調節し必要とされるフィルム温度プロファイルを維持
しかつ蒸発熱の半分以上がフィルムの下側に供給される
ようにした場合、第Ｉ表の金属塗料被覆は泡の欠陥又は
ブロックを生じることなく乾燥させることが出来る。
本発明の方法の乾燥段は、物理的位置ではなく、蒸発
条件により画定されることを理解する必要がある。この
ため、乾燥は、１又は２以上の乾燥チャンバが同一の大
気条件下にあるならば、これら乾燥チャンバ内にて行う
ことが出来る。同様にして、チャンバの逐次領域内の条
件が十分に異なるならば、２つの段を単一のチャンバ内
にて行うようにすることも出来る。さらに、各段の最高
温度を上回らないならば、任意の又は各段における工程
時間は、最初の各３つの段における30秒という最小時間
よりも著しく長く設定することも出来る。
実験例１及び第３図は、３つの乾燥段を有し、その後
に硬化段が続く実施例を図示しているが、本発明の方法
はかかる特定数の段にのみ限定されるものではない。フ
ィルム温度をより徐々に高くするため、最終段又は硬化
段の前に３以上の段を備えることも可能である。
フロントページの続き (72)発明者 リーフラー，ジェラルド・ジー アメリカ合衆国ニューヨーク州14624, ロチェスター市ヘンリー・サークル ３ (72)発明者 シュラー，ジェームス・アール アメリカ合衆国ニューヨーク州14420, ブロックポート，シャーウッド・ドライ ブ 59 (56)参考文献 特開 昭63−12376（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−36784（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−18612（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】水と、１又は２種以上の高沸点有機溶剤
    と、コロイド分散している凝集可能、硬化可能な弾性フ
    ィルム形成性ポリマーとを含有するラテックス塗料を熱
    変形可能なプラスチックフィルム上に塗被した未乾燥塗
    膜を乾燥して泡の欠陥を実質的に含まない平滑で延伸可
    能な乾燥塗料層を得る方法であって、 上面と下面を有し、その上面に前記ラテックス塗料の未
    乾燥塗膜を有する熱変形可能なプラスチックキャリアフ
    ィルムを一連の乾燥段階に連続的に通過させる工程と、 加熱した中湿度の空気流を各段階に導入することで熱を
    供給し且つ水及び有機溶剤を蒸発させる際に、少なくと
    も最初の三つの段階における前記空気流を、蒸発に必要
    な量の半分を上回る量の熱が前記フィルムにその下面を
    通して供給されるように方向付ける工程と、 少なくとも30秒間の第一の段階において、空気の流速、
    湿度及び温度を含む蒸発条件を制御することで、前記塗
    料層の温度をその初期温度より10℃低い温度と５℃高い
    温度との範囲内に維持する工程と、 少なくとも30秒間の第二の段階において、前記塗料層を
    前記第一の段階における温度よりも高いが前記初期温度
    より10℃高い温度よりも低い温度に加熱する条件を維持
    する工程と、 少なくとも30秒間の第三の段階において、前記塗料層を
    前記第二の段階における温度よりも高いが前記初期温度
    より25℃高い温度よりも低い温度に加熱する条件を維持
    する工程と、 その後、最終段階において、前記塗料層を、前記第三の
    段階における最高温度よりも30℃以上高く且つ前記初期
    温度よりも50℃以上高いが前記キャリアフィルムの熱変
    形温度よりは低い最高温度に、残存する水分と有機溶剤
    を蒸発させ且つ前記塗料層を硬化させるに十分な時間、
    加熱する条件とを維持する工程とを含む前記方法。
  2. 【請求項２】前記水分を前記有機溶剤よりも迅速に蒸発
    させる、請求の範囲１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記最終段階に至る前に前記塗料の含水量
    を十分に低減させて前記塗料を凝集させておく、請求の
    範囲１に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記塗料が50重量％以上の水と10重量％以
    上の有機溶剤とを含有する、請求の範囲３に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】前記最初の三つの段階において前記フィル
    ムに供給される熱の60％以上が前記フィルムの下面を通
    して供給される、請求の範囲１に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記第一の段階における空気湿度が５〜50
    ％RHである、請求の範囲５に記載の方法。
  7. 【請求項７】高温の熱伝導性フィルム支持手段との熱交
    換接触によって前記フィルムの下面に熱を供給する、請
    求の範囲６に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記フィルム支持手段が高温のローラーを
    含む、請求の範囲７に記載の方法。
  9. 【請求項９】前記塗料が50重量％以上の水と、５重量％
    以上の高沸点有機溶剤と、20重量％以上の固形分とを含
    有する、請求の範囲８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】乾燥後の塗料層の厚さが0.020〜0.060mm
    である、請求の範囲９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記塗料が金属薄片を含有する、請求の
    範囲10に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記フィルム形成性ポリマーがウレタン
    樹脂を含み且つ前記有機溶剤がＮ−メチルピロリドンを
    含む、請求の範囲10に記載の方法。
  13. 【請求項１３】前記塗料層の温度を、前記第一の段階で
    は20〜50℃に、前記第二の段階では26〜33℃に、前記第
    三の段階では38〜43℃に、そして前記最終段階では65℃
    以上前記フィルムの熱変形温度未満に維持する、請求の
    範囲１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記プラスチックフィルム上の未乾燥塗
    料が、層流コーティングによって前記フィルム上に塗被
    された均一で平滑な層である、請求の範囲１に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】前記未乾燥塗料層を狭いスロットから押
    出法で前記フィルム上に塗被した直後に、その被覆フィ
    ルムを第一の乾燥段階に通す、請求の範囲13に記載の方
    法。
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