KR19990007988A - 미터링 로드 코팅기 - Google Patents

Abstract

미터링 로드 타입 코팅기에는 Ra 0.06 내지 Ra 1.6 범위에 텍스쳐에 둘레면 텍스쳐를 가진 미터링 로드를 설치하여 운동면에 코팅 적용을 향상시키었고 높은 고체 함량 코팅 및/또는 저 코팅 중량을 사용하는 균일한 코팅적용을 허용한다. 양호하게 로드는 약 15 내지 20m/분의 범위에 둘레속도를 가지고 종래에 사용되는 것보다 현저하게 높은 속도로 회전된다.

Description

미터링 로드 코팅기

코팅을 예를들면 사이즈 프레스(size press)의 면에 적용시키기 위한 미터링 로드 타입 코팅기(metering rod type coaters)의 사용은 널리 공지된 것이다. 댐라우(Damrau)의 1981년 2월 10일자 허여된 미국 특허 제4,250,211호, 울페일(Wohlfeil)의 1987년 11월 17일자 허여된 미국 특허 제4,706,603호, 및 쿠스테르만(Kustermann)의 1992년 1월 07일자 허여된 미국 특허 제5,078,081호는 모두 사이즈 프레스 코팅기 또는 그와 같은 종류에서의 롤의 표면에 직접적으로 웨브에 코팅을 적용시키는데 사용되는 코팅 헤드로 부터의 미터링 유출구 또는 메인코팅의 일 측부를 한정하는 미터링 로드를 가진 쇼트 델 코팅기(short dwell coaters)를 개시하고 있다.

또한, 예를들면 로드(rod)에 형성된 원주 요홈을 기계가공하여 또는 로드 표면이 한정되게 로드에 대하여 나선식으로 소구경(small diameter) 와이어를 권취하여 한정되는 로드 표면과 같이, 적용되는 코팅 량을 측정하는 용량 미터링 로드로서의 기능과 그리고 기복진 둘레 표면을 가진 요홈 로드의 사용이 공지되어 있다. 세선의 구경은 나선 회선 사이에 틈 또는 요홈을 한정한다. 세선 구경으로 한정되는 상기 틈의 크기는 적용될 코팅량을 제어하는데 중요한 역활을 한다.

발명자 란타넨(Rantanen)의 1991년 10월 20일자 캐나다 특허 출원 제2,040,845호는 매우 원활한 둘레면을 가진 미터링 로드를 활용하고 코팅 유출구를 통하는 코팅의 이동방향에 대해 반대방향으로 회전되는 로드 코팅기를 개시하고 있다.

상기 기술된 시스템 모두는 코팅적용의 균일성면에서 불완전한 것이다. 요홈진 또는 원할함이 사용되는 미터링 로드의 타입은 적절하게 적용되는 코팅의 고체 함량에 상한치를 부여한다.

본 발명은 코팅기에 관한 것으로서, 특히 개량된 미터링 로드를 가진 미터링 로드 타입 코팅 적용기에 관한 것이다.

도 1 은 사이즈 프레스 타입 코팅기의 일 롤에 코팅 적용용으로 장착된 미터링 로드가 합체된 코팅 적용기의 단면도.

도 2 는 종래 기술(Ra = 0.06㎛ 까지, Ry = 0.38㎛)에서 사용되는 원할한 미터링 로드의 표면의 일부분을 50배 확대도시한 도면.

도 3 은 마무리 면을 가진 50배 확대된 본 발명에 사용되는 중간 텍스쳐 처리된 로드(Ra = 0.88㎛, Ry = 7.1㎛)로서 도 2 와 유사한 도면.

도 4 는 50배 확대된 마무리 면 Ra = 1.53㎛, Ry = 10.6㎛ 를 가진 거친 텍스쳐처리된 미터링 로드로서 도 3 과 유사한 도면.

도 5 내지 도 7 은 각각 250배 확대된 도 2 내지 도 4 에 대응하는 도면.

도 8 내지 도 10 은 스타일러스(stylus) 타입 기구(Surtroic3+)로 측정된 발생 궤적.

본 발명의 목적은 신규한 미터링 로드 타입 코팅기를 제공하는 것으로서, 미터링 로드의 표면이, 원할한 또는 요홈진 로드에서 얻을수 있는 것보다 더 큰 고체 함량 코팅(higher solids content coatings)의 적용을 허용하고 코팅 중량 균일성이 향상되는 방식으로 텍스쳐 처리되는 것이다.

즉, 본 발명은 코팅 적용기가 수용면과 상관되어 형성되는 닙에 둘레면을 가진 미터링 로드와, 닙을 형성하도록 수용면 쪽으로 대체로 반경방향으로 상기 미터링 로드를 편향시키는 수단과, 종축선에 대해서 미터링 로드를 회전시키는 수단을 구비하고, 상기 미터링 로드의 둘레면은 코팅 유출구의 일측을 한정하고 그리고 상기 수용면은 상기 미터링 로드에 대향측에 유출구의 측부를 한정하고, 상기 수용면은 미터링 로드의 종축선에 대해 대체로 수직한 방향으로 미터링 로드와 상관되어 이동하는, 코팅 적용기를 지나 이동하는 수용면에 코팅층을 적용하는 미터링 로드 타입 코팅 적용기에 관한 것으로서, 상기 미터링 로드의 둘레면이,

0. 5㎛ 와 1. 6㎛ 사이에 Ra 값,

0. 5㎛ 와 3㎛ 사이에 Rq 값,

1㎛ 와 15㎛ 사이에 Ry 값,

3㎛ 와 15㎛ 사이에 Rz(DIN) 값,

30㎛ 와 75㎛ 사이에 Sm 값 의 텍스쳐를 가진 텍스쳐 처리면인 것을 특징으로 하는 것이다.

양호하게, 상기 텍스쳐면은 Ra = 0. 5㎛ 와 Ra = 1. 5㎛ 사이에 Ra 값을 가지고, 가장 양호하게는 Ra = 0. 7㎛ 와 Ra = 1. 4㎛ 사이에 Ra 값을 가진다.

양호하게, 상기 회전 수단은 상기 닙을 통한 수용면에 대한 반대 방향으로 이동하는 로드 둘레부를 가지고 직경 35mm의 로드를 12 내지 25m/분의 둘레속도로 로드를 회전시킨다.

양호하게 상기 속도는 15 와 20 m/분 사이이다.

양호하게 상기 로드는 25 와 5. 0 mm 사이의 직경을 가진다.

상세한 기술에 앞서, 공통적으로 인식되는 심볼인 Ra, Rq, Ry, Rz(DIN) 및 Sm 으로 표기된 용어를 설명한다.

Ra 는 중간선으로 부터의 표면 프로필의 이탈 산술평균 이다.

Rq 는 Ra 에 대응하는 자승 평균 평방근 매개변수이다.

Ry 는 샘플길이에서 벨리(valley) 높이(Rti 값으로 공지된)의 최대 피크, 즉 Ry는 최대 Rti 값이다.

Rz(DIN)(때론 Rtm 으로 칭해짐)은 벨리 높이의 피크의 평균, 즉 Rti 값의 평균이다.

Sm 은 중간선(프로필 피크는 중간선의 상하방향 교차부 사이에 프로필의 최고 파트임)에서 측정되는 프로필 피크 사이에 이격 중간부이다.

도 1 에 도시된 바로서, 코팅 헤드(10)는 일 롤이 사이즈 프레스 타입 코팅기에 있는 롤(12)에 코팅을 가하는데 사용되며, 그 각각에 코팅 헤드(10)가 설치된 한 쌍의 사이즈 프레스 롤로 형성된 코팅기는 2 사이즈 프레스 롤 사이에 형성된 닙(nip)에서 웨브로 코팅을 차례로 전달하는 롤에 코팅을 가한다. 따라서 제 2 헤드는 사이즈 프레스 코팅기의 협력부분을 형성하는 제 2 롤(12)에 코팅을 가한다. 사이즈 프레스 롤(12)은 롤(12)의 셀(15)에 비해 연성인 재료로 제조된 표면 커버(14)를 가진다.

상기 코팅 적용기는 유입구(16)와, 구멍(20)을 통해 유량실(22)로 흘러가 비워지는 제 1 실(18)을 구비하고, 그 일 단부(후방단부)는 브레이드(24)로 한정되고, 대향 단부(유출 단부)는 화살표(30)로 나타낸 드라이브 수단으로 종축선(28) 둘레를 회전하는 로드(26)로 한정된다. 로드(26)는 표면 커버(14)를 가진 닙을 형성하며, 닙은 롤(12)의 표면 커버(14)에 코팅을 가하는 코팅 헤드(10)로 부터 유출구(32)를 한정한다. 화살표(34)로 표시된 표면 커버(14)의 둘레부의 운동 방향은 닙 또는 유출구(32)를 통한 로드 표면의 운동방향과 반대방향이다.

커버(14)는 약 20 과 100 사이에, 양호하게는 35 와 50 사이에 PJ 시스템(Pusey Jones system)으로 측정된 경도를 가지도록 선택된다.

상술된 장치에 로드(26)는, 본체(44) 내의 요홈 내에 수용되는 헤드(42)로 부터 원격진 단부(48)를 가진 탄성 아암(46)을 경유하여 코팅기 헤드(10)의 본체에 장착된 지지 헤드(42)에 설치된다. 로드(26)는 표면(14)쪽으로 편향되어 지지 헤드(42)와 본체(44) 사이에 설치된 한 쌍의 팽창형 관(36, 38)에 의해서 상술된 닙 또는 유출구(32)를 형성한다. 타당한 범위 내에서 관(36, 38)에 공기압이 화살표(40, 40A) 방향으로 가해져 유출구(32)를 형성하는 닙 내의 압력을 조정하고, 따라서 커버(14)에 형성된 코팅층(50)의 두께(X)가 조정되고, 웨브에 가해지는 코팅 중량이 결정된다.

후술되는 로드(26) 둘레면을 텍스쳐링(texturing)하여 보다 균일한 코팅(50)이 적용되며, 즉 코팅 두께가 보다 정확하게 콘트롤되고, 보다 높은 고체 함량의 코팅이 안정되게 적용되고 보다 낮은 코팅 중량이 균일하게 가해진다. 거친면에는 유출구(32)를 통해 지나가면서 코팅 유동(流動)의 변경이 나타난다.

로드(26) 면의 조직이,

0. 5㎛ 와 1. 6㎛ 사이에 Ra 값,

0. 5㎛ 와 3㎛ 사이에 Rq 값,

1㎛ 와 15㎛ 사이에 Ry 값,

3㎛ 와 15㎛ 사이에 Rz(DIN) 값,

30㎛ 와 75㎛ 사이에 Sm 값 범위에 있으며, 그리고 향상된 균일한 코팅이 적용된 PJ 35 와 PJ 50 사이에 상술된 커버(14)의 양호한 경도가 획득가능하고, 그리고 부가적으로 적용되는 코팅의 고체 함량이 증가되고 그리고 사이드 당 5 내지 7g/m²미만의 정도의 가벼운 코팅 중량으로 적용된다.

로드(26)에 중간 텍스쳐면은, 예를들면 0. 7 과 1. 4 사이에 Ra 를 가진 면이 양호하다.

상술된 바와같이 닙(32)을 통한 커버(14)의 운동방향에 반대 방향으로 그 둘레면이 운동하도록 로드(26)가 회전된다. 일반적으로, 약 25 내지 50mm 사이에 기술에서 사용되는 정상직경을 가진 로드(26)용으로는, 로드의 둘레속도가 약 12m/분까지 이른다. 12 내지 25m/분 정도, 양호하게는 15 내지 20m/분 정도의 로드의 둘레 속도 증가로, 코팅기의 성능은 현저하게 향상되어짐이 발견되였다. 종래 기술의 원할한 로드의 사용시에는 로드의 속도변경이 거친 로드에서의 획득효과와 관련하여 효과가 적었다.

로드의 직경 변경은 유출구(32)를 통해 지나가면서 코팅이 가해지는 힘을 변경하는 것이다. 로드 직경은 50mm를 초과하지 않고, 양호하게 20 내지 40 mm범위에 있다.

일반적으로 롤(12)의 표면커버(14)의 둘레속도는 1,000m/분 정도이다.

예

시험은 43g/m²페이퍼 기본중량을 사용하는 파일로트 플랜트 심-시제르(Sym-Sizer)(발메트(Valmet)에 의해 판매)에서 수행되고 크래프트 파이버 보강 및 함유 필러 점토(kraft fiber reinforcement and containing filler clay)를 가진 화학-열기계성 펄프(chemi-thermomechanical pulp: CTMP)로 형성된다.

예를들어 다른 텍스쳐를 가진 로드(26)인 35mm 직경 미터링 로드를 시험하여 코팅기 유효성(예를들면 코팅 균일성, 코팅 중량, 코팅 고체 등, 등)과 코팅 습윤막 질(coating wet film quality)에 대한 코팅 시스템에 다른 면 텍스쳐의 효과를 결정한다. 세개 코팅 고체 타겟(자연 합성 바인더를 가진 점토 안료제형)으로 시험되는 각각의 텍스트 처리된 로드 평가, 즉:

1. 60. 5% 고체

2. 59% 고체

3. 56.5% 고체

이러한 시험에서, 사이즈 프레스 코팅기의 상부 롤, 즉 상부 롤(12)의 커버는 34 PJ 경도를 가지고, 사이즈 프레스의 하부 롤(12)의 커버(14)는 39 PJ 경도를 가지고, 그리고 양쪽 커버는 폴리우레탄으로 제조된다. 각각의 고체 레벨용으로, 미터링 로드는 선택속도 30, 150 및 225rpm 로 회전된다.

페이퍼 롤은 시트의 와이어 측이 하부 코팅 롤러 스테이션을 사용하여 코팅되도록 배향되고 사이즈 프레스 코팅기는 둘레속도 1,070m/분 와 닙 로딩 30kN/m으로 동작된다.

각각의 시험 효과는 습윤 코팅 중량 측정을 위한 적용기 롤 면에서의 샘플이 실행능, 코팅 막제형, 미터링, 작업 청결성 및 스크렙핑 용이성으로 시각적인 평가로 평가된다. 이러한 결과를 세개의 미터링 로드 회전속도로 각각의 로드 조직을 최상은 10으로 최하는 0으로 등급진 질적 평가로 기재하여 표 1 에 나타내었다.

표 1 로부터, 텍스쳐 면 로드가 네개 실행능 특성의 원할한 로드 보다 양호한 성능을 주고, 최상의 경우에서는 가장 양호한 성능이 중간 거친 로드에서 얻어짐이 나타난다.

로드의 각각의 타입은 원할한 로드인 경우를 제외하고 세개의 코팅 레벨에서 동작되고, 60. 5 의 최고 코팅 고체 레벨이 로드가 심 사이저(Sym Sizer)에 실행되는 막 두께 밑으로 미터링되고 반면에 중간 및 고 텍스쳐 로드는 성공적이다.

원할한 로드의 회전 속도의 증가는 그 영향이 거의 없다. 그런데, 중간 및 거친 로드(직경 35mm)의 속도 증가는 실행능을 향상하고 그리고 최상으로 개선되어진 코팅기의 유효성은 약 150rpm(16. 5 m/분 둘레속도)의 rpm 에서 나타난다. 150rpm 너머 225rpm(25m/분 둘레속도)에 이르는 증가는 로드 텍스쳐 중간에 부가적인 영향을 거의 받지 않는 것으로 보여지고; 높은 거친 로드에서는 코팅기의 유효성에 미세한 손상을 준다.

텍스쳐 로드에서, (양 사이드가 사이즈 프레스 코팅기의 닙에서 코팅됨)사이드 당 5 내지 7g/m²에 상당하는 코팅 중량과 상당히 얇은 두께 20㎛의 박막이 최고 고체 함량 코팅에서도 달성된다. 고 고체 및 저 코팅 중량의 피복은 종래기술의 원할한 로드로 상술된 바와같이 얻어질 수 없다. 중간 거친 로드는 박막을 미터링하기에 보다 적합하고 특히 최고 150rpm에서 최상의 막 구조를 제공한다.

부가적인 샘플 시험으로, 이들은 소각기술로 처리되며, 여기서 코팅 시트는 파이버를 탄화시킨 산성으로 처리되고 다음에 이들을 블랙으로 변환시키어 코팅 분포의 평가가 보다 용이하게 한다. 이러한 시험은 가장 균일한 코팅 분포는 최고 고체와 최고 rpm에서 중간 텍스쳐 로드를 사용하여 얻어지고, 가장 나쁜 분포는 최저 rpm 에서의 최저 고체에 거친 로드를 사용하여 얻어지는 것을 나타낸다.

표준, 즉 59% 고체에서의 원할한 로드는 중간 텍스쳐 로드를 가지고 획득되는것으로서 사이드 당 코팅 중량이 거의 동일하게 제공하지만, 코팅은 중간 텍스쳐 로드를 가지고 보다 균일하게 된다. 거친 로드는 보다 그레인(grainy)한 외관을 제공한다.

웨브 스틸링, 즉 웨브의 플랩핑은 특히 고 고체에서 코팅을 적용할 시에 일 사이즈 프레스 롤로 부터 다른 롤로 사이즈 프레스 코팅기를 남긴다. 60% 고체에서, 웨브 스틸링은 모든 시험되는 로드와 같이 저 로드 rpm 에서 매우 분명하게 나타나고, 150rpm(16.5 m/분 둘레속도)에서 동작되는 중간 텍스쳐 로드는 이러한 문제를 현저하게 저하시킴이 발견되어진다.

로드의 rpm 과 텍스쳐를 적절하게 선택하면, 코팅 적용기의 동작이 현저하게 향상된다.

본 발명은 첨부된 청구범위의 한도 내에서의 본 발명의 정신을 이탈하지 않고 당 분야의 기술인이 용이하게 변경가능한 것이다.

Claims (4)

1. 상기 코팅기(10)는 상기 수용면(14)과 관계하여 형성되는 닙에서 둘레면을 가진 미터링 로드(26)와, 닙을 형성하는 수용면 쪽으로 반경방향으로 미터링 로드(26)를 편향시키는 수단(36, 38)과, 종축선(28)에 대하여 미터링 로드(26)를 회전시키는 수단을 구비하고, 미터링 로드(26)의 둘레면은 코팅 유출구(32)의 일측부를 한정하고 그리고 수용면(14)은 미터링 로드(26)에 대향위치된 유출구(32)의 측부를 한정하며, 수용면(14)은 미터링 로드(26)의 종축선(28)에 대해 수직한 방향으로 미터링 로드(26)와 상관되어 운동하는, 코팅기(10)를 지나 이동하는 수용면(14)에 코팅층(12)을 적용하는 미터링 로드 타입 코팅기(10)에 있어서, 상기 미터링 로드(26)의 둘레면은,

   0. 5㎛ 와 1. 6㎛ 사이에 Ra 값,

   0. 5㎛ 와 3㎛ 사이에 Rq 값,

   1㎛ 와 15㎛ 사이에 Ry 값,

   3㎛ 와 15㎛ 사이에 Rz(DIN) 값,

   30㎛ 와 75㎛ 사이에 Sm 값 의 텍스쳐를 가진 텍스쳐 처리면이며, 여기서, Ra 는 중간선으로 부터의 표면 프로필의 이탈 산술평균이고,

   Rq 는 Ra 에 대응하는 자승 평균 평방근 매개변수이고,

   Rti 는 벨리 높이의 피크값이고,

   Ry 는 샘플길이에서 벨리(valley) 높이의 최대 피크, 즉 Ry는 최대 Rti 값이고,

   Rz(DIN) 은 벨리 높이의 피크 평균, 즉 Rti 값의 평균이고,

   Sm 은 중간선(프로필 피크는 중간선의 상하방향 교차부 사이에 프로필의 최고 파트임)에서 측정되는 프로필 피크 사이에 이격 중간부인것을 특징으로 하는 코팅기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 텍스쳐 면은 Ra = 0.7㎛ 와 Ra = 1.4㎛ 사이에 Ra 를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 유출구를 통해 수용면(14)에 대한 반대방향으로 운동하는 상기 로드(26)의 둘레부를 가지고 15 내지 20m/분의 둘레속도로 로드(26)를 회전시키는 수단(30)인 것을 특징으로 하는 코팅기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드는 25 와 50mm 사이에 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 코팅기.