JPS58501471A - 高分子フィルムの表面を印刷受容性にする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 コロナ放電処理用ロール 発明の背景 本発明は、コロナ処理装置の分野に属するものであり、詳しくは電極と１〜で用 いられる改善された処理ロールに関する。そして更に詳しくは、高分子フィルム を処理するだめの装置における接地きれた電極に関する。

先行技術 当初はインクに対して非受容性であるエチレンフィルムのような高分子物質がコ ロナ放電を受けることにより印刷することができるようになるということが知ら れている。

例としては、コロナ放電によるフィルムの処理用の操作及び装置が米国特許第２ ．８０２，０８５号（Ｒｏｔｈａｃｋｅｒ、　１９５７年８月６日）、同第２． ８５９．４８０号（Ｂｅｒｔｈｏｌｄ他、　１９５８年１１月１１日）、同第２ ．８８１，４７０号（Ｂｅｒｔｈｏｌｄ他、１９５９年４月１４日）、同第３． ３９７．ｊ３６号（Ｂａｌｏｇｈ、　１９６８年８月１３日）に記載されている 。また、「コロナフィルム処理への手引」という表題の論文（１９６４年５月、 ＭＯｄ　ｅ　ｒｎＰｌａｓｔｉｃｓ発行）にも記載されている。

一般に、コロナ処理は、電極とフィルムを支持している接地されたローラーとの 間の空隙におけるコロナ放電に処理すべきフィルムを通過させることからなる。

ローラーは、代表的には絶縁体被膜により被覆された金属基質と電極とからなる 。電極は、如何なる形態でもよく、絶縁体表面から予じめ決められた距離をもっ て位置されている。また電極は、一般に加工されるフィルムの幅と同空間に亘る 幅を従来の処理用ロールにおいては、絶縁体物質と１７でシリコンゴム、ヒバロ ン、エポキシ等のような弾性体又は高分子被膜が使用されてきた。更に別のタイ プの処理用ロールにおいては、接地された金属基質のだめの絶縁体被膜としてガ ラス層が使用された。

高分子絶縁体で被覆された処理用ローラーは、比較的安価ではあるが、すぐに摩 耗し、しばしば破損する。この破損は、種々の形態をとり、多数の原因により発 生する。原因としては、ゴム物質が処理過程に発生するオゾンと反応すること、 ゴム絶縁体がスパークやアークによりピンボールをつくる傾向にあること、及び 処理工程に付随して発生する熱によりゴムが劣化又は減成することがある。

ガラス被覆の処理ロールを用いることにより、耐摩耗性及び耐スパーク性が改善 されたが、このロールの場合は広範囲の用途に不利である他の固有の欠点を有し ている。更に詳しくは、ガラス被覆ロールは極めて高い初期費用を要し、かつこ われやすい。その上、ガラスの熱膨張係数が金属基質の熱膨張係数とかなり違う ため、ガラス被膜の厚さを比較的小さなものとし、比較的に限られた温度範囲内 でガラス被覆ロールを操作しなければならない。このような制限により、処理装 置の電力消費は限られたものとなり、また、すなわちガラス被覆の処理ロールを 用いた処理装置の処理量は比較的に低水準に保持されなければならなくなる０ ガラス被覆ローラーの費用に加えて、ローラー表面は処理フィルムと絶縁体表面 との間に介在する空隙が少しもない程に極めて滑らかなものでなければならない 。伺故ならば、このような空隙がある場合には、更にコロナがこの空隙中に発生 し、フィルムの反対面に対しても空隙に一致する面積だけ処理されるためである 。このような表面は、ガラス被覆ロールにおいては作成困難である。

公知の先行技術によるロールの欠陥に加えて、汚染を回避するために有機溶媒を ベースとしたインクの使用を制限しようとする最近の傾向がある。溶媒をベース としたインクは低電力のコロナ場において処理された高分子フィルムの上にも印 刷されうるが、現在好まれている水をベースとしたインクの場合はフィルムを適 当にインク受容性にするために深い又は高密度のコロナ放電を必要とする。

本発明は、ポリエチレンフィルムのような高分子フィルムのコロナ処理に用いら れる改善された処理用ロール、及びこのｔｒ−ルを使用する処理方法に関するも のとして要約される。

更に詳しくは、本発明は、回転のだめに軸方向に向けられたシャフトの上に支持 された円筒状金属基質からなる処理用ロールに関する。この基質は、コロナ処理 操作において電極、詳しくは接地された電極として機能する。

本発明は、ロールの絶縁体被膜が多孔性セラミック物質からなること、及び特に この物質の薄層がプラズマ放射法文−１火炎放射法により適用されることを特徴 とする。プラズマ放射により沈析されたセラミックの孔や隙間は、好捷しくは高 い絶縁性強度をもつシリコン、エポキシ又はアクリルポリマーにより充填される 。セラミック物質は、耐火性酸化物、特に酸化アルミニウム（Ａｔ２０う）から なる。この物質は、約５〜１５係の気孔率を示すように、換言すれば空隙の体積 がセラミック被膜の全体積に対して約５〜１５係になるように適用される。

本発明による処理ロールは、極めて耐久性がよく、電気破損に対して高い抵抗性 を示し、熱を分散するのに極めて効果的である。そのため、コロナ放電装置は過 熱することなしに高電力水準で操作することができ、フィルムをより） 速いスピードで放電域から引き出すことが可能となり、結果としてよシ高い処理 量を得ることができる。

したがって、本発明の目的は、コロナ放電法により高分子フィルム等を加工する だめの改善された処理ロールを提供することである。

本発明の別の目的は、処理ロール要素として金属基質をもつ円筒状ロールを使用 するコロナ処理方法を提供するととである。その際、金属基質の絶縁体成分は、 好ましくは約０．０２〜０．０５インチ（０，５０８〜１．２７ｍｍ）程度の又 はそれ以上の厚さをもつ多孔性セラミック層により形成される。

またその層の孔や空隙は高い絶縁定数と耐熱性をもつポリマーにより充填される 。多孔性セラミック層はプラズマ放射法によυ形成されるが、層の気孔率は好ま しくは選ばれた粒径の範囲内にある耐火性金属酸化物粒子を用いることにより、 所望の限度内に調整される。多孔性層がポリマーで充填された後には、得られた ローラーは、良好な耐摩耗性、効果的な熱分散性、熱膨張による損傷に対する耐 性。

及び電気的破損やアークに対する耐性を示す。

これらの目的、及びこれまで述べた又はこれから指摘するような別の目的を達成 するだめには、本明細書の一部をなす添付の図面が参考となる。

図１は、コロナ処理装置の線図である。

図２は、処理ローラーの一部について拡大した断片概略図である。

図３は、処理装置の絶縁体被膜を増加した場合の拡大した断面図である。

いま図面、特に図１を参照すると、基質１０をもつ円筒状金属ローラーＲを含む 処理装置が示されている。基質１０の外面は絶縁体被膜又は層１１を有する。ロ ーラーＲは、好ましくは水平軸の周りに回転しうるようにシャフト１２により取 付けられている。周知のように、冷却用の空気流の循環が容易になるように、好 ましくはロールは中空である。基質１０は、電気回路の接地された電極を形成す る。地面から電気的に隔離された処理電極１３は、絶縁体１１の表面から予じめ 決められた、好ましくは調整可能な距離だけはなして置かれる。

要素１４は、線図的に電極１３と絶縁体被膜１１との間の空隙中にコロナ放電１ ５をつくシ出すように設計された公知の電気的高周波高圧発生器又は回路を示す 。

周知のように、コロナ放電にさらされる空隙を通過させられる高分子フィルムＦ は、コロナにさらされることにより処理されたコロナに隣接する面をもち、それ により印刷インク、塗料及び接着剤に対して受容性となるＯコロナ放電処理方法 、電極要素の位置についての・くラメ−ター、電気回路の特性、及び表面を処理 するようにコロナを通過させて高分子フィルムを前進させるための種々の方式は それ自体で公知であり、また本発明の一部を構成しないので、それらについて詳 細に説明することはしない。

本発明の本質は、絶縁体層１１の性質及び組成に存する。

更に詳しくは、火炎放射法又はプラズマ放射法により適用された耐火性酸化物、 特に酸化アルミニウム（その被膜は本質的に多孔性である）の被膜からなる絶縁 体層１１を形成し、かつ上記被膜をポリマーで充填することにより、非常に望ま しい特性をもつコロナ処理用ローラーが得られるということが見い出された。

これまで処理ロールを作成する場合に、スパークの可能性を防止するために絶縁 体被膜をできるだけ密なかつ不透過性のものにする試みがなされてきたが、最初 は比較的に多孔性の絶縁体被膜をつくり、次いでこれをポリマーで充填すれば、 非常に好都合であるということが予想外にも見い出された。そして得られた絶縁 体表面は、セラミック被膜又は高分子被膜のいずれよりも明らかに優れていると いうことが判明した。

制限なしに、また特許法の要件を満たすために、次に被膜生成のだめの特別な操 作について記載するが、数多くの変更態様がこの開示に精通した者には示唆され ていること、及び本発明の請求の範囲で規定した以外の説明により限定されるも のではないことは、当業者にとって明らかである。

被覆される金属ロール、例えば鋼製ロールは最初化学的に脱脂される。そしてそ の後に付着母体をつくるために、比較的に粗い酸化アルミニウム粉末でプラスト される。一般に３６−４６グリツトの酸化アルミニウムが約６Ｏ−１００ｐｓｉ の圧力下で使用される。次いで調整されたローラーは通常の火炎放射装置を用い て火炎放射される。好ましい放射装置の具体的な例については後に記述する。

使用する物質は、耐火性の金属酸化物であり、好ましくは約２５−４５μの平均 粒径をもつ高純度酸化アルミニウム粉末、更に好寸しくは３０−４０μのもので ある。好適なアルミニウム粉末は数社の商業的なソースから入手することができ る。ソースの１つとしては、Ｍｅｔｃｏ　、　Ｉｎｃ　、　（Ｗｅｓｔｂｕ−ｒ ｙ、　Ｌｏｎｇ　ｌ５ｌａｎｄ　）があり、商標名ＭＥＴＣＯ１０５で同社より 販売されている。この物質は、９８．５％の純酸化アルミニウム、１チの２酸化 シリコン、及び他の酸化物からなる残余からなる代表的な組成を有する。

この物質は、通常の火炎又はプラズマ放射塗装装置により、約０．０２−０．０ ５インチ（０，５０８−１，２７朋）又はそれより少し厚い目の厚さの平らな塗 膜を形成するように適用される。そしてこの塗膜は約５−１５％の気孔率を示す 。

好適な火炎放射装置は、　Ｍｅｔｃｏ、　Ｉｎｃ、により製作されており、同社 の３ＭＢ又は７ＭＢ　（ノズル・ダイブＧＨ）というタイプのスプレーガンを使 用することにより満足な被膜が得られた。しかしながら、如何なる火炎放射塗装 装置でも任意に使用することができる。

代表的な操作に従えば、ロールは約２４０フイート／分（７３〜扮）の表面速度 で回転させ々から塗装される。その際、スプレーガンは、スプレーガンを１イン チ横切らせるのに対しロールを約６−８回転させる（１ｍの走行に対して２．３ ６−３．１４４回転ような割合で塗装をしている間、ロールの軸方向に前進させ られる。スプレーノズルは、ロール表面から約２−４インチ（５，０８−１０， １６ｃｒｎ）はなれた位置に置かれ、また耐火性物質は１時間当り約５．５ボン ド（２，４９に９）の割合で適用される。塗布効率は約７５％付近であることが 観察される。

当業者にとって明らかなように、所望とする被膜の厚さ等によシ、種々のパラメ ーターが変えられる。

同様に、絶縁体被膜の所望の厚さに対しては適当な許容値が与えられるべきであ り、より厚い被膜の場合には、それが重負荷の高圧処理に遭遇することを示して いる。

所望の被膜形成が約０．０２−０．０５インチ（０，５０８−１，２７關）の厚 さになるようになされた後に（実験の結果、０．１インチ（２，５４ｉｉ）まで の厚さならばうまく行く）、ローラーは、ローラー表面と処理される高分子フィ ルムとの間にできる空隙の可能性を最小限にするために、ベルトサンダがけまた は研磨されて滑らかな外面にされる。その後、べルト−リングがけさノ１研磨さ れたローラーは液体状の高分子物質でシールされる。好適なシリコンポリマー物 質はＤＯｗＣＯｒ旧ｎｇ社から入手することができ、商標名Ｒ４−５１１７で販 売されている。販売された１まの物質は、７５重量係の非揮発（ｉ＋酸成分・含 み、２５℃で１．０７の比重をもち、また２５℃で８００　ｃｐｓの粘度をもつ 。この混合物は、好ましくｋｉ　ＩＦに稀釈さねて約４５重量％の固形分を含む ようにされる。っ この高分子物質は、プラン、Ｕ−ラー又は真空含浸によるような何か好寸しい方 法で塗布される。過剰の物質は表面からぬぐい取られる。更にこの物質の少量塗 布はスプレーにより塗布することもできる。しかしながら、この塗布の主な効果 は、什上げられたローラーの外観と滑らかさを改善することのみに過ぎない。ロ ーラーは、それから空気硬化にかけられる。

多数の代替のシリコン組成が不都合なく使用さＦＬだ。し／こが゛つて、Ｉｊ　 −ラーを不都合なく操作するためには、特別な／ｌ）−＋ン樹脂絹成を用いるこ とが必須ではない。

例によれば、前記／リコン物質は、１３００ボルト／ミルの約８強Ｗ（乾燥時） と２．９　Ｘ　１０−”　ｃａｌ／秒、／６ｎ２／ｌｙｎ／’Ｃの熱伝導度をも つ。

代替可能な含浸用物質としては、エポキシ組成物が不都合なく使用された。この エポキシの例としては、（）ｅｎｅｒａ、ＩＦ＋１ｅｃｔｒｉ、ｃ　Ｃｏｒｐ、 　（５ｏｈｅｎｅｃｔａａｙ、　Ｎｅｗ　ＹＯｒｋ　）により商標名ｔｌＶＥ− １００３エポキシで製造販売されている物質が参考になる１つとの物質は、１０ ０％の固形分を含治し、溶媒を含まず、紫外線で硬化可能である。この物質は、 ２５℃で７００　ｃｐｓ　（Ｌｌ、ｒｏｏｋｆｉｅｌｄ　ＲＩ３Ｔ、　４２スピ ンドルＩＱｒｐｍ）の粘度と６［］Ｈｚ、２５℃で６５Ｑ　Ｖ、／ミルの絶縁強 度をもつ。この物質は、前記し、たように塗布された後、直線１インチ当り２０ （Ｊ−３００ワツト（１０ｎ当り７８．７−１１８．１ワ７ノト）の割ひで照射 する中圧水銀ラングを使用することにより硬化される。

更に満足のいく含浸用物質は、ツメチルアクリレ−）・をベース占したものであ り、Ｌｏｃｔｉｔ、ｅ　Ｃ０ｒｐ、　（Ｎｅｗｉｎにｔｏｎ。

Ｃ０ｎｎ、）から商標名ＬｏｃＴｉｔｅ２９Ｄという名で販売されている。この 物質は低活性、嫌気性の硬化性ポリマーであり、重合により熱硬化性樹脂に硬化 する。この物質ｉ−，ｉ良好なウイキ／グ性（Ｗｉｃｋｉｚゴｇ　ｐｒｏｐｅｒ ｔｙ）をもち、６８下（２０℃）で１０　１５ｃｐθ　の粘度をもつ。この物質 は、前記し／こように塗布された後に、含浸されたローラーを大気から隔離する ことにより硬化する。

高い絶縁強度及び高温におりる溶融又は分解に対する耐性を含み、含浸を小部＠ なくなしとげるのに必要な性質を有するような高分子物質が他に数多く見い出さ れるということは予期される。

適用される被膜を増加した場合の拡大りだ断面図である図３を参照すると、耐火 性粒子は参照記号Ｐで示されており、粒子間の孔や空隙は本質的完全にポリマー で充填されている。

如何なる特別な理論にも限定されることなく、前記開示に従って形成された処理 ロールの特、別な有効性は、充填されたセラミック被膜の特有な物質により生じ たものであると考えられる。この物性としては、高い熱伝導性、高い絶縁強度１ 部分的に生ずる電気的破損に対するｉ１ｉ′１件、及び亀裂を生じさせずかつ種 々の熱条件下に被膜を金属基質から分離させずに伸縮する能力（海綿性）がある 。

処理ＩＵ　−ルの優れた特性により、コロナ放電装置が破損を生ずることなしに 高い電い電力水漁に操業されることができ、その結果、フィルムは処理量を増大 させるようなより早い速度で装置から引き出され、また通常の速度で操業される 場合Ｋ　Ｉｉ、非有機溶媒タイプのインクに対しても印刷可能となる表面が得ら れるように、より深い処理を行えるようになる。

絶縁体被覆の処理ロールを製造するに際し、従来は最少の気孔率をもつ絶縁体層 を形成することが望ましいと考えられていた。しかしながら、予想しないことに 、密な気孔率の少ない層を形成するように４火性粉末を使用した場合には、良好 でない結果が得られるということが見い出された。史に詳しくは、０．０２−０ ．０５インチ（０，５０８−１，２７朋）の厚さをもつ被膜は、前記したよりも 実質的に小さい粒径の酸化アルミニウムを用いることによりロール上に形成され た。この細かな粒径によりわずか約３係の気孔率を示す被膜は、前記した方法で シリコン中で処理された。得られたロールは、従来の処理ロールよりも優れては いたが、コロナ処理ロールとして明らかに劣った物性、例えばスパーりの増加、 過熱傾向の増加等を示［−だ。、これ丑で述べたように、本発明の精神から逸脱 −す−ることなしに、ロールを特定の方法で製造すイ、上で数多く（り央′更態 様が可能である。所望の物にｉをもつコロサ処理０−．ｎを・製造する上で必要 と考え自、ノーＮ性は、請求の範囲（・−〇己載されており、−セのため、請求 （−）範囲は幅ｌ広く解釈さ、？ｉ−Ｚ）へきである１、 以上、本発明及びぞのｊ４体的な実施（・′コつ１−）で説ｆ１１１してへたが 、本発明（・二ついての請求の範囲（寸法の通＋）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　円筒状の金属基質からなるわ一ルにお（いて１、該基′質亦約０．５０８− １．２７　ｍｍ又はそ、ｉ７Ｌ以上の厚さを膚する被膜をその外面に含み、該被 膜が多孔性の耐火性酸化物φ・・らなり１、かつ該被膜中の孔が高絶縁強度の高 分子樹脂で実質・的″完全に充填されていることを特徴とするコロナ放電・処理 用２　該耐火性酸化物が酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の処理用ロール０３　該被膜が熱放射法によシ形成されることを特 徴とする請求の範囲第２項に記載の処理用ロール。 ４　該熱放射法が約２５−４５μの平均粒径を有する酸化アルミニウム粉末を用 いて行われることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の処理用ロール。 ５　該ポリマーがシリコン、エポキシ及びアクリルからなる群から選ばれること を特徴とする請求の範囲第４項に記載の処理用ロール。 ６　導電性の金属基質をもつ処理用ロールと該ロールにはなれて平行な位置に配 置された電極との間で定められる空隙中で、該空隙中にコロナ放電を発生するの に十分な能力の交流を該基質と該電極との間に維持しながら、高分子フィルムを 連続的に前進させる工程からなる方法において、該ロールが約０．５０８−１． ２７％ｍ又はそれ以上の厚さを有する実質的に平らな絶縁体被膜を含み、該被膜 が約８５−９５％の範囲の密度をもつ多孔性の耐火性酸化′物蜘らなシ、かつ該 酸化物被膜中の孔が高絶縁強度の高分子′物質で実質的完全に充填されているこ と・を特徴とする１、高分子フィルムの表面を印刷受容性にする方法。 ７　該耐火性酸化物が酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求の範囲第 ６項に記載の方法。 ８　該酸化物被膜が熱放射法により塗布されることを特徴とする請求の範囲第７ 項に記載の方法。 ９　該酸化物被膜が約２５−４５μの平均粒径をもつ酸化アルミニウム粉末を用 いて形成されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。 １０　円筒状の金属基質からなるロールにおいて、該基質が約０．５０８−１． ２７＋ｍ又はそれ以上の厚さを有する被膜をその外面に含み、該被膜が多孔性の 耐火性酸化物からなり、該被膜の孔や空隙が該被膜の体積に対して約５−１５％ を占め、かつ該孔や空隙が高分子樹脂組成物で実質的完全に充填されていること を特徴とするコロナ放電処理用１１　該耐火性酸化物が酸化アルミニウムである ことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の処理用ロール。 １２　該被膜が熱放射法により形成されることを特徴とする請求の範囲第１１項 に記載の処理用ロール。 １３　該放射法が約２５−４５μの平均粒径をもつ耐火性酸化物粉末を用いて行 われることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の処理用ロール。