KR20030007498A

KR20030007498A - 집속 웹 전하장에 의해 정전기적으로 보조되는 코팅 방법및 코팅 장치

Info

Publication number: KR20030007498A
Application number: KR1020027013311A
Authority: KR
Inventors: 루크스존더블유.; 하버트낸시제이.더블유.; 에릭슨루터이.; 벤슨피터티.
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2003-01-23
Also published as: WO2001076770A2; BR0109830B1; AU2001243333A1; BR0109830A; AU2001249580A1; DE60123230T2; EP1274515B1; WO2001076769A3; ATE340035T1; EP1611963A1; EP1280614B1; ATE298272T1; WO2001076769A2; KR100715166B1; EP1274515A2; WO2001076770A3; CA2404220A1; CN1429138A; BR0109879A; TW527228B

Abstract

기판 상에 유체 코팅을 도포하기 위한 시스템으로, 측방향으로 배치된 유체-웹 접촉 영역을 따라 코팅 유체 스트림을 기판의 제1 측면 상으로 도입시킴으로써 유체 습윤 라인을 형성하는 것을 포함한다. 전기력은 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류에 있는 전기장(기판의 제2 측면 상의 전기 전하로부터 발생)으로부터 유체 상에서 생성된다. 상기 전기장은 멀리 떨어진 전하 발생기로부터 기판의 제2 측면으로 이송된 전하에 의해 발생될 수 있다.

Description

집속 웹 전하장에 의해 정전기적으로 보조되는 코팅 방법 및 코팅 장치{ELECTROSTATICALLY ASSISTED COATING METHOD AND APPARATUS WITH FOCUSED WEB CHARGE FIELD}

코팅은 통상적으로 웹과 같은 고체 표면인 기판과 접촉하는 가스를 하나 이상의 유체 층으로 대체하는 공정이다. 웹은 비교적 길고 가요성이 있는, 플라스틱 필름, 종이 또는 합성 종이, 혹은 금속 호일, 별도의 제품 혹은 시트와 같은 기판 또는 시트 재료이다. 웹은 연속적인 벨트일 수 있다. 코팅 유체가 기판 표면에 도포될 때 기능적으로 유용하다. 코팅 유체의 예로서, 감광 에멀젼층, 릴리스층, 초벌층, 베이스층, 보호층, 윤활층, 자성층, 접착층, 장식층 및 착색층을 형성하기 위한 액체가 있다.

용착 후에, 금속 코일 제조 공정에서의 금속에 윤활유의 도포 상태 또는 기판 표면을 활성화시키거나 화학적으로 변화시키기 위한 화학 반응제의 도포 상태와 같이 코팅이 유체 상태로 남아 있을 수 있다. 대안적으로, 코팅이 휘발성 유체를함유하고 있다면 건조되어 페인트와 같은 고상 피복물을 남기거나, 감압 접착제가 단단하게 고착되지 않은 릴리스 코팅과 같은 기능적 코팅으로 경화 또는 일부 다른 방법으로 응고할 수 있다. 코팅을 도포하는 방법은 Cohen, E. D.와 Gutoff, E. B.의 "최신의 코팅 및 건조 기술(Modern Coating and Drying Technology)"(VCH Publisher, 뉴욕 1992), 및 Satas, D.의 "웹 처리 및 보존 기술과 장치(Web Processing and Converting Technology and Equipment)"(Van Vorstrand Reinhold Publishing Co., 뉴욕 1984)에서 논의되었다.

정확한 코팅 도포를 위해서는 통상적으로 기판 상에 코팅 액체를 균일하게 도포하면 된다. 웹 코팅 공정에서, 코팅 액체의 층이 하나의 웹 표면상에 용착되는 코팅 스테이션을 가동 웹이 통과한다. 웹 상에 코팅 유체를 균일하게 도포한다는 것은, 웹 속도, 웹 표면 특성, 코팅 유체의 점도, 코팅 유체의 표면 장력 및 웹 상에 도포되는 코팅 유체의 두께를 비롯한, 많은 인자에 의해 영향을 받는다.

정전기적 코팅 도포는 인쇄 및 사진 분야에서 사용되어 왔으며, 이들 분야에서는 롤 및 슬라이드 코팅이 지배적이고 저점도의 도전성 유체를 사용한다. 코팅 영역에 가해지는 정전기력이 공기 혼입의 시작을 지연시킬 수 있고, 보다 높은 속도로 진행할 수 있게 하지만, 웹으로 코팅 유체를 끌어당기는 정전기장은 상당히 넓다. 정전기장을 가하는 하나의 공지된 방법에서는 웹을 미리 하전시키는 것(코팅 스테이션 앞에서 웹에 전하를 인가하는 것)을 채용하고 있다. 다른 공지된 방법에서는 코팅 스테이션에 있는 웹의 아래에 전압이 가해진 지지 롤을 사용하고 있다. 웹을 미리 하전시키는 방법은 코로나 와이어 하전 및 하전된 브러시를 포함한다. 지지 롤에 전압을 가하는 방법은 도전성의 고전위 롤, 미리 하전된 비도전성 롤 표면, 그리고 전력이 가해진 반도체 롤을 포함한다. 이들 방법이 코팅 영역으로 정전기 전하를 운반하지만, 코팅 장치에 고집속 정전기장이 존재하지는 않는다. 예를 들면, 미리 하전된 웹으로 커튼 코팅하는 데 있어서, 유체는 웹으로 끌어당겨지고 유체/웹 접촉 라인(습윤 라인)의 평형 위치가 힘의 균형에 의해 결정된다. 정전기장은 코팅 유체를 웹으로 끌어당기며, 코팅 유체를 웹 상으로 끌어당긴다. 웹의 운동은 습윤 라인을 웹 아래로 당길 우려가 있는 힘을 발생시킨다. 따라서, 기타 처리 조건이 일정하게 유지되는 경우에, 보다 높은 정전기력 또는 보다 낮은 라인 속도가 습윤 라인이 웹 위로 끌어당겨지게 하는 결과를 초래한다. 추가로, 몇몇 흐름의 변화가 웹을 가로지르는 코팅 유체의 흐름에 존재하는 경우에, 하부 흐름 영역은 전체적으로 웹 위로 더 끌어당겨지며, 상부 흐름 영역은 전체적으로 웹 아래로 더 끌어당겨진다. 이러한 상황은 코팅 두께의 균일성을 감소시킨다. 또한, 유체 접촉 라인(습윤 라인)이 안정되는 것이 아니라 많은 인자에 의존하기 때문에, 공정의 안정성이 요구치 미만이 된다.

정전기적 보조 코팅과 관련한 많은 특허들이 개시되어 잇다. 몇몇은 코팅 특성을 다루며, 다른 것들은 하전 특성을 다루고 있다. 몇몇 대표적인 특허들이 이하에 기재되어 있다. 미국 특허 제3,052,131호에는 롤 하전 또는 웹 예비 하전 중 임의의 것을 사용하는 수성 분산제 코팅 방법이 개시되어 있다. 미국 특허 제2,952,559호에는 웹 예비 하전으로 에멀젼을 슬라이드 코팅하는 것이 개시되어 있으며, 미국 특허 제3,206,323호에는 웹을 미리 하전시켜 점성 유체를 코팅하는것이 개시되어 있다.

미국 특허 제4,837,045호는 지지 롤 상의 직류 전압이 걸린 젤라틴을 위한 낮은 표면 에너지의 하부 코팅층을 사용하는 것을 개시하고 있다. 이 방법에 사용되는 코팅 유체는 젤라틴, 자성재, 윤활제, 또는 수성 또는 유기적 성질의 접착제 층을 포함한다. 이 코팅 방법은 슬라이드, 롤러 비드, 스프레이, 압출 또는 커튼 코팅을 포함할 수 있다.

EP 390774 B1은 미리 인가된 정전기 전하를 이용하여, 적어도 250 ㎝/sec(490 ft/min)의 속도에서의 유체의 고속 커튼 코팅에 관한 것이며, 여기서, 속도(㎝/sec)에 대한 전하 크기(볼트)의 비는 적어도 1:1 이다.

미국 특허 제5,609,923호에는 최대 실제 코팅 속도를 증가시킨, 가동 지지체를 커튼 코팅하는 방법이 개시되어 있다. 전하는 백킹 롤러에 의해 코팅 지점 앞에 또는 코팅 지점에 인가될 수 있다. 이 특허는 공지된 바와 같은 정전 전압을 발생하는 기법을 언급하고 있으며, 코팅 지점 아래의 롤 또는 코로나 하전이 코팅에 앞서 발생하는 이전의 특허의 예를 인용하고 있다는 것을 제시하였다. 이 특허에는 또한 코로나 하전이 개시되어 있다. 개시된 기법은 코팅 지점의 앞에 코로나, 롤, 강보 브러시(bristle brush)가 있는 웹으로 전하를 전달하여, 코팅이 부가되기 전에 웹 상에 정전기장을 형성하는 기법이다.

도 1 및 도 2에는 정전기적 보조 코팅 도포의 공지된 기법이 도시되어 있다. 도 1에서, 웹(20)이 길이 방향[화살표(22) 방향]으로 코팅 스테이션(24)을 지나 이동한다. 웹(20)은 제1 주요 측면(26)과 제2 주요 측면(28)을 구비한다. 코팅 스테이션(24)에서, 코팅 유체 도포기(30)가 코팅 유체의 스트림을 웹(20)의 제1 측면(26) 상으로 측방향으로 분배시킨다. 따라서, 코팅 스테이션(24)의 하류에서, 웹(20)은 코팅 유체(32)의 코팅(34)을 지지한다.

도 1에서, 코팅 공정에 있어서의 정전기적 코팅 보조는 코팅 스테이션(24)으로부터 상류로 길이 방향으로 일정 간격을 두고 배치된 전하 인가 스테이션(36)에서 정전기 전하를 웹(20)의 제1 측면(26)에 인가함으로써 제공된다(한편으로는, 전하가 웹(20)의 제2 측면(28)에 인가될 수도 있음). 전하 인가 스테이션(36)에서, 측방향으로 배치된 코로나 방전 와이어(38)가 웹(20)에 양전기(또는 음전기) 전하를 인가한다. 이 와이어(38)는 웹(20)의 제1 또는 제2 측면 상에 있을 수도 있다. 코팅 유체(32)는 접지되어 있으며(코팅 유체 도포기(30)를 접지시키는 것과 같은 방법으로), 코팅 스테이션(24)에서 하전 웹(20)에 정전기적으로 끌어당겨진다. 측방향으로 배치된 공기 댐(40)이 코팅 스테이션(24)의 상류에 인접하게 배치될 수 있어, 코팅 유체-웹 계면(41)에서의 웹 경계층 공기 간섭을 감소시킨다. 코로나 와이어는 웹을 따라 일정 간격으로 두고 자유롭게 배치되거나(도1 참조), 대안적으로 웹이 코팅 스테이션에서 백킹 롤과 접촉하고 있는 동안에, 웹의 제1 측면에 인접하게 배치될 수 있다.

도 2에는 공지된 다른 정전기적 보조 코팅 시스템이 도시되어 있다. 이 장치에서, 비교적 큰 직경의 백킹 롤(42)이 코팅 스테이션(24)에서 웹(20)의 제2 측면(28)을 지지하고 있다. 백킹 롤(42)은 하전된 유전체 롤, 전압이 가해진 반도체 롤, 또는 도전성 롤일 수 있다. 도전성 롤 및 반도체 롤은 고전압 전원에 의해 하전된다. 유전체 롤에 있어서, 이 롤에는 코로나 하전 조립체(45)와 같은 적절한 수단에 의해 전하가 공급될 수 있다. 백킹 롤(42)의 형태 또는 이것의 하전 수단에 무관하게, 그 외측 원통형 표면(44)은 전기 전하(39)를 웹(20)의 제2 측면(28)으로 운반하도록 되어 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 백킹 롤(42)의 전기 전하(39)는 양전하이며, 코팅 유체(32)는 코팅 유체 도포기(30)를 접지시킴으로써 접지되어 있다. 따라서, 코팅 유체(32)는 웹(20)과 롤(42)의 위쪽 원통형 표면(44) 사이의 계면에 잔류하는 전하로 정전기적으로 끌리게 된다. 공기 댐(40)은 코팅 유체-웹 계면(41)에서의 웹 경계층-공기 간섭을 감소시킨다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 공지된 정전기적 보조 코팅 장치는 공기 혼입의 시작을 지연시키며 코팅의 습윤 라인의 습윤 특성을 개선함으로써 코팅 공정을 돕는다. 그러나, 이러한 장치는 습윤 라인으로부터 거의 상류 위치에서 전하를 웹에 인가하며, 상당히 넓은 정전기장을 발생시킨다. 이 장치는 웹을 가로지르는 흐름의 변화 또는 웹을 가로지르는 정전기장의 변화가 존재하는 경우에 직선형 습윤 라인을 유지하는 데에 상당히 비효율적이다. 예를 들면, 커튼 코팅 장치에서 코팅 유체 유동의 국지적 편중 영역이 커튼을 가로질러 임의의 위치에 발생하는 경우, 이러한 편중 코팅 영역에서의 습윤 라인은 재료 또는 공정 변수에 따라 응답하여 웹 하류로 이동할 수 있다. 이는 커튼 상에 응력과 변형으로 인해, 특히 탄성 특성(더 탄성적인 유체는 전단에 관하여 큰 신장 점도를 가짐)을 나타내는 유체에 있어서 상기 영역에 더 편중된 코팅을 생성하게 된다. 추가적으로, 정전기장이 균일하지 않는 경우(예를 들면, 코로나 웹 예비 하전이 불균일한 경우), 웹 상의 저전압 영역은 이 영역에서의 습윤 라인이 웹 하류로 이동하게 할 것이며, 이로 인해 그 영역에서의 코팅 무게를 증가시킬 것이다. 이러한 효과는 유체의 탄성이 증가함에 따라 점진적으로 우세하게 된다. 따라서, 웹을 가로지른 유체 흐름의 변화 및 웹을 가로지르는 정전기장의 변화는 습윤 라인에서 불균일을 야기하고, 그 결과, 웹 상의 불균일한 코팅 도포를 야기한다.

정전기적 보조 코팅에 대한 공지된 방법 및 장치 중 어느 것도 도포되는 유체 코팅의 특성을 개선하고, 또한 처리 조건의 개선을 달성하기 위해 전기장 도포기로부터 코팅 스테이션의 웹으로 집속 전기장을 인가하는 기법을 개시지 못하였다. 코팅 스테이션의 웹에 더 집속된 전기장을 인가하는, 정전기적 보조 코팅 기법에 대한 필요성이 요구된다.

본 발명은 정전기적으로 보조되는 코팅 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 가동 웹과 코팅 유체가 접촉하는 지점에서의 정전기장을 이용하여 코팅 공정의 균일성의 개선을 달성하는 것에 관한 것이다.

도 1은 가동 웹이 코팅 스테이션으로 진입하기 전에, 웹 상류의 코로나 와이어로부터 가동 웹으로 전하를 인가하는 공지된 정전기 코팅 장치의 개략적인 도면이며,

도 2는 코팅 스테이션에 있는 가동 웹의 아래의 백킹 롤로부터 가동 웹으로 전하를 운반하는 공지된 정전기 코팅 장치의 개략적인 도면이고,

도 3은 코팅 영역에서 코로나 소스가 가동 웹에 전하를 인가하는 본 발명에 따른 정전기적 보조 코팅 장치의 일실시예를 개략적으로 도시한 도면이며,

도 4는 인가된 정전기 전하와 그 역선(力線)을 도시하고 있는 도 2의 일부의 확대 개략도이고,

도 5는 코팅 작업중에 인가된 정전기 전하와 그 역선을 도시하고 있는 도 3의 일부의 확대 개략도이며,

도 6은 공기 베어링 조립체가 코로나 와이어를 에워싸고 있는 본 발명에 따른 정전기적 보조 코팅 장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이고,

도 7은 도 6의 코로나 와이어를 갖는 공기 베어링 조립체를 개략적으로 확대 도시한 도면이며,

도 8은 도전성의 스트립을 갖는 또 다른 공기 베어링 조립체를 개략적으로 확대 도시한 도면이고,

도 9는 정전기적 보조 코팅 장치를 접선 방향 커튼 코팅에 사용하는 하나의 용례를 예시하는, 본 발명의 정전기적 보조 코팅 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이며,

도 10 및 도 11은 전기 전하 소스를 위한 원격 위치를 도시하는 본 발명의 정전기적 보조 코팅 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 기판 상에 유체 코팅을 도포하는 방법에 관한 것이다. 기판은 제1 측면과 제2 측면을 구비한다. 상기 방법은 기판과 유체 코팅 스테이션간의 길이 방향 상대 운동을 제공하고, 코팅 스테이션에서 측방향으로 배치된 유체-웹 접촉 영역을 따라 0°내지 180°의 각도로 유체 스트림을 기판의 제1 측면 상으로 도입함으로써 유체 습윤 라인을 형성하는 것을 포함한다. 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류에 있는 기판의 제2 측면 상의 소정 위치로부터 발생하는 유효 전기장으로부터 전기력이 유체 상에 생성된다.

상기 전기력은 유체 매체를 통해 전기 전하를 이송시키고 전기 전하를 기판의 제2 측면 상으로 침적시킴으로써 생성될 수 있으며, 전기 전하 소스로부터의 전기 전하 이송과 전하를 기판의 제2 측면 상으로 침적은, 전하 소스의 일부 혹은 전부와 기판 사이의 물리적 접촉을 이용한다. 액체 매체를 사용할 때, 전기 전하는 유체 코팅 스테이션에서 기판의 제2 측면으로부터 근접하게 간격을 두고 측방향으로 연장하는 코로나 방전 소스로부터 이송될 수 있다. 유체 습윤 라인으로부터 상류로 전기 전하의 이송은 전하로부터 웹의 상류 부분을 차폐하는 전기 장벽을 제공함으로써 더욱 제한될 수 있다. 이 기판은 유체 코팅 스테이션에 인접하게 제2 측면 상에 지지될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전기 전하는 기판으로부터 멀리 떨어진 위치에서 제1 전하로서 형성되고, 유체 습윤 라인에서 기판의 제2 측면에 인접하게 측방향으로 배치된 전하 인가 영역으로 이송되며, 그리고 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류에 있는 기판의 제2 측면 상의 소정 위치로 인가되어 전기력이 상기 유체에 생성되도록 한다.

유체 스트림은 커튼 코팅기, 비드 코팅기, 압출 코팅기, 캐리어 유체 코팅법, 슬라이드 코팅기, 나이프 코팅기, 제트 코팅기, 노치 바아, 롤 코팅기 또는 유체 베어링 코팅기와 같은 코팅 유체 분배기로 형성될 수 있다. 코팅 유체의 스트림은 기판의 제1 표면으로 접선 방향으로 도입될 수 있다.

전기 전하는 제1 극성을 가질 수 있고, 그 방법은 제2의 반대 극성의 전하를 유체에 인가하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판 상에 유체 코팅을 도포하는 방법(여기서, 기판은 제1 측면 상의 제1 표면과 제2 측면 상의 제2 표면을 구비함)은 기판과 유체 코팅 스테이션간의 길이 방향 상대 운동을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 코팅 스테이션에서 측방향으로 배치된 유체-웹 접촉 영역을 따라 코팅 유체 스트림을 0°내지 180°의 각도로 기판의 제1 측면 상으로 도입시킴으로써 유체 습윤 라인을 형성하는 단계를 더 포함한다. 본 발명은 기판 상의 유효 정전기 전하를 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류의 기판 상의 소정 위치에만 있는 유체에 노출시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 방법에 따르면, 상기 노출 단계는 유체 코팅 스테이션으로부터 웹 상류 위치에서 전기 전하를 기판의 제1 혹은 제2 표면 중 하나에 침적시키는 단계를 더 포함한다. 상기 노출 단계는 전기 전하가 적어도 실질적으로 유체 습윤 라인에 있을 때까지, 전하를 유체에 대한 정전기 전하로서 무효한 전하로 부여하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 본 발명의 방법 중 노출 단계는 유체 습윤 라인으로부터 웹 상류의 기판에 전기 전하를 인가하는 단계와, 전기 전하가 적어도 실질적으로 유체 습윤 라인에 있을 때까지 상기 웹상의 전기 전하와 유체 사이의 어떠한 유효 정전기 인력을 차폐하는 단계를 더 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 전기 전하는 기판의 제1 측면에 인가되며, 상기 차폐 단계는 기판의 제2 표면으로부터 간격을 두고 그것에 인접한 접지 표면을 제공하고, 상기 접지 표면은 유체 습윤 라인의 바로 웹 상류의 후연(trailing edge)에서 유체 습윤 라인으로부터 더 웹 상류이고 간격을 둔 전연(leading edge)으로 기판을 따라 연장한다.

본 발명은 또한, 기판 상에 유체 코팅을 도포하는 장치에 관한 것으로, 이 기판은 제1 측면 상의 제1 표면과 제2 측면 상의 제2 표면을 갖고, 상기 장치에 대해 길이 방향으로 이동한다. 상기 장치는 측방향으로 배치된 유체-웹 접촉 영역을 따라 유체 습윤 라인을 형성하도록 기판의 제1 표면 상에 코팅 유체 스트림을 분배하는 수단과, 기판의 제2 측면을 측방향으로 가로질러 연장하는 전기 전하 도포기를 포함한다. 전기 전하 도포기는 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류에 있는 기판 상의 소정 위치에서 기판을 하전시키기 위해 일반적으로 유체 습윤 라인의 반대인 기판의 제1 표면 상에 배치된다.

전기 전하 도포기는 측방향으로 연장하는 하전된 와이어, 예리한 연부의 부재, 예리한 연부의 도전성 시트, 일련의 니들(needle), 브러시, 혹은 잭 나이프 가장자리를 포함할 수 있다.

전기 전하 도포기는 전기 전하를 제1의 전하로서 생성하기 위한, 기판의 제2 표면으로부터 떨어져 있는 전기 전하 소스와, 유체 매체를 포함할 수 있다. 이 유체 매체는 전기 전하 소스로부터 유체 습윤 라인에서 기판의 제2 표면에 인접한 측방향으로 배치된 전하 인가 영역에 제1의 전기 전하를 이송하고, 제1의 전기 전하를 기판의 제2 표면 상으로 인가하기 위해 전기 전하 소스와 기판의 제2 표면 사이에 배치되어 있다. 전기 전하 도포기는 기판의 제2 표면으로부터 균일하게 간격을 두고 배치될 수 있다.

공기 베어링은 전기 전하 도포기에 인접하게 기판을 가로질러 측방향으로 연장하여, 전기 전하 도포기에 대해 기판의 제2 측면을 지지하고 정렬시킨다. 정전기장 장벽은 전기 전하 도포기로부터의 전기 전하로부터 유체 습윤 라인으로부터의 웹 상류 부분을 차폐하기 위해 전기 전하 도포기와 기판 근처에 배치될 수 있다.

전기 전하 도포기로부터의 전기 전하는 제1 극성을 가질 수 있고, 제2의 반대 극성의 전하를 코팅 유체에 인가할 수 있다.

상기 도면들의 일부는 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되어 있지만, 논의에서 주지되는 바와 같이 다른 실시예에도 또한 적용된다. 모든 경우에 있어서, 한정하는 것이 아닌 본 발명을 대표하는 것으로 개시되어 있다. 본 발명의 원리의 정신과 범위에 포함되는 수많은 다른 수정예 및 실시예가 당업자들에 의해 안출될 수 있다.

본 발명은 코팅 대상 기판(웹과 같은)과 이 기판 상에 도포되는 유체 코팅 재료와의 계면에서 보다 더 집속된 정전기장을 사용하는 코팅 장치 및 방법을 포함한다. 본 발명자들은 보다 더 집속된 정전기장이 코팅 습윤 라인의 배치를 안정화 및 직선화 및 결정하여 보다 폭 넓은 처리 윈도우를 달성할 수 있게 함으로써, 코팅 공정을 개선시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 예를 들면, 본 발명은 웹을 가로지르는 방향의 코팅의 균일성을 개선할 뿐만 아니라, 코팅 중량, 코팅 속도, 코팅의 기하 형상, 유전 강도와 같은 웹 특성, 점도, 표면 장력 및 탄성과 같은 코팅유체 특성, 그리고 다이 대 웹의 간극을 광범위로 하는 것을 가능하게 한다. 추가적으로, 도전성 유체에 있어서, 고전위 도전성 롤을 사용하는 시스템에 비해 더 낮은 에너지 시스템(저전류)을 사용할 수 있다. 종이 등의 저유전 강도의 웹, 고전압 및 코팅 속도는 웹의 유전 파괴 없이 사용될 수 있다. 커튼 코팅에 있어서, 정전기적 코팅 보조는 하부 커튼 높이(이로 인한 커튼의 안정성)를 가능하게 하며, 종래에는 공기의 동반 흐름 없이 코팅될 수 없었던 탄성 용액의 코팅을 가능하게 한다. 집속된 자계는 탄성의 코팅 유체를 운반하는 능력을 현저하게 향상시키며, 이는 습윤 라인의 배치, 선형성 및 안정성을 보다 정확하게 결정하고, 그 결과로 처리 공정의 안정성이 향상되기 때문이다. 또한, 종래에 가능했었던 것 보다 얇은 코팅이 심지어 저속의 라인 속도에서도 생성될 수 있는 데, 이는 건조 및 경화 속도가 제한된 처리 공정에 있어서는 중요하다.

압출 코팅에 있어서, 정전기는, 보다 큰 코팅 간극의 사용을 가능하게 할뿐만 아니라, 정전기가 없이 (압출 모드에서) 압출될 수 없는 (일부 수성 에멀젼 접착제와 같은) 저탄성의 수성 유체의 사용을 가능하게 한다. 커튼 코팅 방법으로 코팅하는 동안에는 코팅 단계가 코팅 유체에 대한 경계층 공기의 변위를 수반하며, 주요 힘은 운동량을 기초로 하는 반면에, 압출 코팅에 있어서는 주요 힘이 관련된 탄성력 또는 표면 장력이다. 정전기를 사용하는 경우에, 지배하는 정전기가 될 수 있다. 따라서, 정전기가 사용되고 코팅 단계에서 우세한 힘으로 될 경우, 코팅기는 커튼 혹은 압출 코팅기라기보다는 정전기 코팅기로서 분류될 수 있다. 따라서, 압출 코팅기의 간극이 증가함에 따라, 정전기가 존재하는 커튼 코팅기를 이용한 조작 원리에서 그 간극을 식별 불가능하게 될 수 있다.

본 발명이 매끄럽고 연속적인 코팅에 대해 기재되어 있지만, 본 발명은 또한 불연속적 코팅을 도포하는 중에도 사용할 수 있다. 예를 들면, 정전기는, 인접한 공극에서의 코팅간의 연속성의 유무에는 관계없이, 코팅으로 채워지는 공극과 같은 거시 구조를 갖는 기판을 코팅하는 것을 돕도록 사용될 수 있다. 이러한 상황에서, 코팅의 균일성 및 향상된 습윤성은 별도의 코팅 영역들 내에서 그리고 한 영역에서 다른 한 영역 내 모두에서 유지된다.

기판은 웹을 비롯한 코팅 대상인 임의의 재료의 임의의 표면일 수 있다. 웹은 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 종이 또는 부직 재료 등의 임의의 시트형 재료일 수 있다. 코팅의 향상된 습윤성은 기공이 미시적인지 거시적인지에 관계없이 거친 조직 또는 다공질 웹에서 특히 유용하다. 도시된 예들이 정지형 코팅 도포기를 지나 이동하는 웹을 도시하고 있지만, 그 웹이 정지해 있는 반면에, 코팅 도포기가 이동할 수 있거나, 또는 웹 및 코팅 도포기 모두가 소정의 고정점에 대해 이동할 수도 있다.

일반적으로 말하면, 본 발명은 웹과 같은 기판 상에 유체 코팅을 도포하는 방법에 관한 것이며, 웹과 유체 코팅 스테이션 사이에서 길이 방향의 상대 운동을 제공하는 것을 포함한다. 코팅 유체의 스트림이 코팅 스테이션에서 측방향으로 배치된 유체 습윤 라인을 따라 웹의 제1 측면 상으로 도입된다. 코팅 유체는 0°내지 180°의 각도 중 임의의 각도로 도입된다. 전기력은 웹의 제2 측면 상과, 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류에 있는 웹 상의 소정 위치에 있는 전하로부터 발생하는 전기장으로부터 유체 상에 생성된다. 전기장은 임의의 방법에 의해 이송되고 웹의 제2 측면 상에 침전된 전하에 의해 발생될 수 있다. 이 전하는 유체 매체를 통해 웹의 제2 측면 혹은 직접 접촉에 의해 이송될 수 있다. 본 발명의 모든 설명에 따르면, 음의 전하 또는 양의 전하가 코팅 유체를 끌어당기기 위해 사용될 수 있다. 코팅 유체는 용매계 유체, 열가소성 재료의 유동성 용해물, 에멀젼, 분산제, 혼화 가능한 또는 혼화 불가능한 유동성 혼합물, 무기질 유체 및 100 % 고상 유체를 포함할 수 있다. 용매계 코팅 유체는 소정의 수성 또는 유기 용매를 포함한다. 정전 방전이 화재 또는 폭발과 같은 위험을 야기할 수 있기 때문에, 예를 들면 인화성이 있는 휘발성 용매를 취급하는 경우에는 확실한 안전 예방책이 있어야 한다. 그러한 예방책은 공지되어 있으며, 정전 방전이 발생하는 영역에 불활성 분위기를 사용하는 것을 포함할 수 있다.

공지된 바와 같이 웹을 미리 하전시키거나 전압이 가해진 지지 롤 시스템을 사용하는 대신에, 본 발명은 습윤 라인이 코팅 유체 반대의 웹 측면 상에 일어나야만 하는, 웹을 가로지르는 방향으로 선형적으로 연장하는 좁은 도전성 전극과 같은 집속된 전기장 소스를 사용한다. 커튼 코팅 도포에 있어서, 양호한 습윤 라인은 웹이 고정형일 경우 통상적으로 중력-결정식 커튼 유체 습윤 라인(정전기가 인가되지 않음)이다[혹은, 웹이 고정형일 경우, 초기 코팅 유체 습윤 라인(정전기가 인가되지 않음)이다]. 좁은 도전성 전극은 예를 들면, 연속한 코로나 와이어(도 3의 코로나 와이어(50) 등), 불연속의 간격을 둔 니들 포인트, 브러시, 혹은 코로나 방전을 발생할 수 있는 예리한 연부를 갖는 임의의 부재일 수 있다. 좁은 전극 근처의 높은 정전기장 구배는 전극으로부터 코로나 방전을 생성하며, 그 전하는 도전성 코팅 유체를 향해 이동하지만, 웹의 유전체 장벽에 의해 정지된다. 전기 전하의 소스는 또한 전하가 후속적으로 웹의 배면으로 이송하고, 실질적으로 습윤 라인에 혹은 그 하류에 집속되도록 멀리 떨어져 배치될 수 있다. 그 대안으로, 상기 전하는 예컨대, 브러시, 도전성 필름, 혹은 작은 반경부를 갖는 부재 등의 웹의 배면과 접촉하는 고형 구조체로부터의 웹 배면에 직접 침적될 수 있다. 다시, 상기 전하는 실질적으로 습윤 라인에 혹은 그 하류에 집속된다. 웹의 배면 상의 이들 전하는 종래의 정전기 보조 코팅 시스템 보다 더 집속된 전기장을 생성한다. 이 전기장은 웹 상류까지 멀리 확장하지 못하기 때문에(종래의 미리 하전된 웹 혹은 전압이 가해진 코팅 롤 시스템과 같이), 코팅 유체는 더욱 예리한 윤곽을 갖는 습윤 라인으로 이끌리게 되며, 웹을 가로지르는 방향으로 더 선형인 프로파일을 유지하고, 그리고 유체를 적소에 구속하는 데 이바지함으로써 습윤 라인을 안정화시킨다. 이는 습윤 라인의 위치를 결정하는 힘의 수직 균형이 덜 중요하며, 습윤 라인에서의 비선형성이 덜 명백해지는 것을 의미한다. 따라서, 코팅 유체 속도, 웹을 가로지르는 방향의 코팅 균일성과 같은 공정 변화, 웹 속도 변화, 유입 웹의 전하 변화 및 기타 공정 변화는 코팅 공정에 영향을 덜 미친다.

본 발명의 비접촉 정전기 전하 도포 시스템(예컨대, 도 3에 도시된 시스템)이 갖는 부가적인 장점은 낮은 유전체 강도의 웹과 도전성 코팅 유체와 함께 잘 작동한다는 것이다. 도전성 유체, 공지의 정전기 보조 코팅과 함께 사용된 고전위 도전성 롤 등의 시스템에 있어서, 롤이 웹 표면에 가까이 있기 때문에 소망의 인력을 생성하기 위해 필요 이상의 전류가 발생할 수 있다. 이는 더 높은 에너지 시스템을 필요하게 만들며, 더 큰 감전 위험이 생기게 한다. 추가적으로, 웹을 통해 전극으로부터 코팅 유체로의 아크 발생은 더 낮은 유전체 강도의 재료에 대해 특히 일어나기 더 쉽다. 집속된 웹 전하가 유체 매체(예컨대, 공기)를 통해 웹의 제2 측면으로 이송시킴으로써 발생되는 비접촉 시스템에 있어서는, 더 낮은 전류를 필요로 하고, 또 전극으로부터 코팅 유체로의 아크 발생이 덜 일어나게 된다. 이는 장치를 더 안전하게 해주고, 더 높은 웹 속도에서 운전할 수 있게 해준다. 통상적으로, 전극 대 웹 간극은 0.2cm(0.10in) 내지 5cm(2in)이다. 양호하게는, 상기 간극은 1.9cm(0.75in)이다. 그러나, 더 가까운 간극은 공격성을 더 증가시킬 수 있고, 더 큰 간극, 즉 2.5cm(1in) 내지 5cm(2in)의 간극은 아크 발생을 더 줄이고, 그리고 낮은 유전체 강도의 재료를 운전할 능력을 향상시킬 수 있다.

도 3은 종래의 장치보다 더 양호한 공격성(예컨대, 소망의 습윤 라인 위치에서의 코팅 유체 웹 인력)과 습윤 라인 선형성을 얻을 수 있는 집속된 웹 전하장을 사용하는 정전기 보조 코팅 장치의 실시예를 도시한 것이다. 본 발명자는 전극을 웹에서 소정 거리를 두게 하고, 전극이 코로나 와이어처럼 작용하도록 소직경의 와이어를 사용함으로써, 아크 발생 및 전류가 감소하는 동안 자계가 집속된 상태로 유지되는 것을 발견하였다. 이 경우, 와이어 자체로부터 발산되는 자계는 코팅 유체상의 주요 인력을 생성하지 못한다. 이 주요 인력은 공기 혹은 다른 접속 매체를 통해 웹의 배면으로 이송되는 와이어로부터의 코로나 전하에서 나온 것이고, 습윤 라인에서 모이게 된다. 웹 배면상의 이러한 전하는 코팅 유체상에서 강한 인력을 생성한다. 또한, 와이어로부터의 전하는, 주요 인력이 습윤 라인에서 코팅 유체로 향하기 때문에 습윤 라인에서 실질적으로 웹 상류에 있는 웹으로 끌리게 되는 경향이 없다. 상기 자계는 소망의 습윤 라인으로부터 웹 상류 혹은 웹 하류 중 어느 하나로 전하의 흐름을 제한하기 위한 장벽 혹은 형상의 장을 제공함으로써 더 고도로 집속될 수 있다.

도 3에 도시된 장치에 따르면, 측방향으로 연장하는 코로나 방전 와이어(50)는 측방향 코팅 습윤 라인(52)을 포함하는 코팅 스테이션(24)에 길이 방향으로 근접하게 웹(20)의 제2 측면(28)으로부터 거리를 두고 배치되어 있다. 이 웹(20)은 한 쌍의 지지 롤(54, 56) 사이의 코팅 스테이션(24)에 지지되어 있다. 그 대안으로, 웹(20)은 지지 패널, 슬라이드, 트랙 혹은 다른 지지체에 의해 코팅 스테이션(24)에 지지될 수 있다. 공기 댐(40)은 습윤 라인에서 주변의 공기 간섭을 제한하는 임의의 적절한 물리적 장벽일 수 있다. 도 3은 커튼 코팅 조작과 관련한 본 발명의 방법을 도시하고 있지만, 또한 다른 기하학적 코팅에도 적용될 수 있다.

코팅 유체(32)의 스트림은 코팅 유체 도포기(30)로부터 웹(20)의 제1 측면(26) 상의 제1 표면 상으로 운반된다. 도시되어 있는 바와 같이, 코팅 유체 도포기(30)가 접지되어 코로나 방전 와이어(50)에 의해 웹(20)으로 인가되는 전하(58)에 대해 코팅 유체(32)를 접지할 수 있다. 그 대안으로, 상반하는 전하는 적절한 전극 장치 등에 의해 코팅 유체(32)에 인가될 수 있고, 또한 코팅 유체(32) 및 웹(20)에 인가된 전하의 극성은 역전될 수 있다. 이러한 방법은 낮은 전기 도전성의 코팅 유체를 사용할 때 특히 유용할 수 있다. 예컨대, 낮은 도전성 코팅 유체에 대해, 전하는 다이를 통하거나 혹은 코로나에 의해 코팅 이전에 코팅 유체에 인가될 수 있다. 이 시스템은 낮은 도전성의 코팅 유체의 사용으로 인해 불충분한 정전기 공격성이 보일 때 이용할 수 있다. 도전성 경로가 격리되는 도전성 코팅 유체에 있어서, 코팅 유체의 상반되는 극성을 생성하기 위해 다이 전위가 상승될 수 있다. 그 대안으로, 상반되는 극성은 도전성의 격리된 경로를 따라 어디에라도 코팅 유체에 인가될 수 있다.

코로나 방전 와이어(50)가 활동적으로 될 때, 이는 전기 전하(58)를 웹(20)의 제2 측면(28)에 인가한다. 일실시예에 따르면, 상류측 차폐부(60)는 방전된 이온이 코팅 습윤 라인(52)으로부터 상류인 웹(20)의 제2 측면(28)으로 끌어당겨지게 되는 것을 방지하기 위해, 코로나 방전 와이어(50)에 인접하게 측방향으로 연장한다. 상류측 차폐부(60)는 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이.아이.듀퐁 데 네모우스(E.I. du Pont Nemours)에서 시판하는 Delrin^TM아세탈 수지 등의 비전도성 혹은 절연 재료, 또는 접지 전위 혹은 상승된 전위로 유지되는 반도전성 혹은 도전성 재료로 형성될 수 있다. 웹 상류측 차폐부(60)는 코로나 방전 와이어(50)의 전기 전하로부터 웹(20)의 상류 부분을 차폐하기 위한 소망의 전기 장벽을 얻기에 적합한 임의의 형상으로 되어 있다. 웹 하류 차폐부를 또한 사용할 수 있으며, 이는 웹 하류로 이송하는 과도한 전하를 감소시킬 수 있다. 웹 상류 차폐부와 웹 하류 차폐부는 와이어로부터 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하지만, 다른 형태의 간격 유지를 적용해도 좋다. 비록 물리적 장벽 형태의 차폐부가 도시되어 있지만, 정전기장을 거스르는 차폐부 등 다른 형태의 차폐부를 사용할 수도 있다.

도 4는 도 2의 종래 기술의 시스템의 확대도이며, 코팅 유체(32)에 대해 정전기 전하(39)에 의해 발생하는 역선(66)을 도시하고 있다. 통상적으로, 원하는 습윤 라인은 웹이 정지해 있는 경우 중력에 의해 결정되는 코팅 유체 습윤 라인(또는 웹이 정지해 있는 경우 초기 코팅 유체 습윤 라인)이며, 도 2 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 하전된 롤의 상사점이 된다. 그러나, 기타 습윤 라인의 위치는 공통이며 코팅 다이의 형태, 유체 특성 및 웹 경로에 의존한다.

역선(66)은 하전된 롤[도 2에서의 롤(42)과 유사]에 대해, 힘이 양호하게 집속되지 않으며, 전하가 힘을 실질적으로 습윤 라인의 웹 상류에서[예를 들면, 웹 상류 영역(67)] 코팅 유체로 가하는 것을 나타내고 있다. 예를 들면, 직경이 7.5㎝(3in)보다 큰 하전된 롤에 대해, 전하가 힘을 원하는 습윤 라인으로부터 실질적으로 웹 상류에서 코팅 유체에 가한다. 그러나, 웹으로의 전하 전달이, 말하자면 동일한 전위가 부여된 1인치 직경의 롤에 대해 더 집속됨에 따라, 전하는 습윤 라인으로부터 실질적으로 웹 상류에서 코팅 유체로, 습윤 라인의 균일성에 역효과를 미치는 기능적 힘을 발휘하지 않는다(즉, 웹 상의 전하는 코팅 유체에 비해 웹 상류에서는 무효하다).

도 5는 도 3의 본 발명의 시스템의 확대도이며, 웹의 제2 측면 상의 제2 표면으로 이송된 전하가 코팅 유체와 웹 접촉 라인의 아래에서 더 집속되는 것을 나타내고 있다. 이 경우에, 역선(69)이 더 집속되어 보다 더 예리하게 형성되고 선형적인 습윤 라인을 생성하며, 이 습윤 라인은 웹 이동 경로를 가로질러 유체-웹 접촉 라인을 적소에 구속하려는 경향이 있기 때문에 유체-웹 접촉 라인을 안정화시킨다. 도 3에 도시된 차폐부(60)와 같은 추가의 집속 기술은 또한 집속을 향상시킨다. 점성이고 탄성인 유체는, 접촉 라인의 균일성의 변화가 낮은 점성이고 탄성인 유체에 비해 코팅 두께를 더 크게 변화시킬 수 있기 때문에, 더 높은 정도의 집속을 필요로 할 수 있다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 정전기적 보조 코팅 장치의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 측방향으로 연장하는 전극(100)은 웹(20)의 제2 측면(28)을 따라 연장한다. 이 전극(100)은 예컨대, 연속한 코로나 와이어, 불연속의 간격을 둔 니들 포인트, 브러시, 혹은 코로나 방전을 발생할 수 있는 예리한 연부를 갖는 임의의 부재로 형성될 수 있다. 양호하게는, 상기 전극(100)은 웹 상류 차폐부와 웹 하류 차폐부로서 작용할 수 있는 인접한 웹 공기 베어링(102) 내에 배치된다. 이 공기 베어링(102)은 코팅의 안정성과 균일성에 악영향을 미칠 수 있는 웹의 위치와 웹의 진동을 안정시킨다. 공기 베어링(102)은 공기 매니폴드 챔버(106)와 유체 연통 상태인 다공질 막(104)(다공질 폴리에틸렌 등)을 구비하는 것이 바람직하다. 압축 공기가 하나 이상의 적절한 유입구(108)를 통해 화살표(110)로 나타낸 바와 같이 공기 매니폴드 챔버(106)로 공급된다. 공기는 공기 매니폴드 챔버(106)를 통과하여 다공질 막(104) 안으로 유동한다. 다공질 막(104)은 웹의 제2 측면(28)에 인접하여 배치된, 비교적 매끄럽고 전체적으로 방사상인 베어링 표면(112)을 구비한다. 상기 베어링 표면(112)을 빠져나가는 공기가 코팅 스테이션(24)과 전극(100)을 가로지르면서 웹(20)을 지지하며, 전극(100)과 웹(20)의 제2 측면(28) 사이에 매체 공간(예컨대, 공기)을 형성한다. 비록 능동 공기 베어링이 기재되어 있지만, (베어링 매체로서 웹의 제2 측면 상의 공기 경계층만을 사용) 수동 공기 베어링을 충분히 높은 웹 속도에서 사용할 수 있다. 도 3 및 도 5에 도시된 본 발명의 장치와 같이, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예는 코팅 유체/웹 습윤 라인을 소망의 위치에 일직선으로 구속시키는 유체 습윤 라인에 인접하여 좁게 분포된 정전기장 라인을 형성한다. 정전기 효과는 웹 상의 코팅 유체 습윤성을 증가시키고, 코팅 유체/웹 접촉선을 웹을 측방향으로 가로질러 연장하는 안정된 라인 속으로 "잠금" 시키게 된다.

본 발명의 정전기적 보조 코팅 장치의 장점을 평가하기 위해 상대적인 정량 분석을 행하였다. 일련의 실험에 따르면, 웹(20)의 범위는 0.013cm(0.005in) 두께의 종이 백킹에서 제2 측면 상에 릴리스층을 갖는 0.0075cm(0.003in) 두께의 종이 라이너까지이고, 코팅 유체(32)는 약 850 센티푸아즈의 점도를 갖는 수성 분산제였다. 커튼 내에서 코팅 유체의 흐름 속도를, 111.25 m/mim(365 ft/min)의 웹의 흐름 속도에서 약 10.6미크론(0.0042in)의 건조한 코팅 두께를 얻도록 설정하였다. 상이한 커튼 높이를 5.72cm(2.25in)부터 0.64cm(0.25in) 미만으로 평가하였다. 정전기의 보조가 없는 이러한 유체의 커튼 코팅은, 웹 속도를 증가할 경우 공기 혼입 및 커튼의 파괴가 발생하면서 매우 낮은 라인 속도를 초래하였다. 이러한 유체의 커튼 코팅을 위한 최상의 방법을 결정하기 위해 여러 가지의 정전기 시스템을 테스트하였다. 별다른 언급이 없으면 전술한 전압의 극성은 양극이다. 도전성 분말 롤과 약 1.27cm(0.5in) 높이의 커튼을 갖는 것만 제외하고 도 2에 도시된 것과 유사한 시스템을 사용하면, 공기 혼입 없이 얻을 수 있는 최대 웹 속도는 정전기 없이 15.25 m/min(50 ft/min) 였다. 이런 조건에서, 커튼 접촉 라인을 지지 롤 상에서 상사점 위치의 웹 하류인 약 2.5cm(1in)에서 편향시켰다. 라인 속도의 추가 증가는 커튼의 손상을 초래하였다. 웹 속도를 더 높이도록 전압이 가해진 지지 롤의 전압을 증가시킬 때, 웹을 통한 아크 발생이 약 2,500볼트에서 일어날 것이다. 웹의 유전체 파괴 이전에 112.78 m/min(370 ft/min)의 웹 속도를 2,000 볼트에서 얻었다. 아크 발생이 일어날 때, 정전기의 유리한 효과는 크게 감소하며, 이는 결국 웹 속도를 제한하게 된다. 중합체 캐리어 웹 혹은 벨트의 사용은, 아크 발생이 덜 일어나게 할 것이지만, 잔류 웹 혹은 벨트 전하는 코팅 균일성의 문제를 유발할 수 있다. 도 1에 도시된 것과 유사한 방법으로 웹의 예비 하전을, 종이 백킹을 웹으로 사용할 때 웹 속도를 증가시키는 능력을 매우 적게 한 상태로 또한 조사하였다. 고무 혹은 세라믹으로 덮인 지지 롤의 하전을 또한 조사하였다. 이러한 형태에 시스템에서, 137.16 m/min(450 ft/min) 이내의 웹 속도는 코로나 하전 장치를 9 내지 12 킬로볼트로 설정함으로써 얻을 수 있었다. 그러나, 이러한 시스템에 있어서, 유입하는 웹 혹은 롤 표면 상의 전하 비균일성은 접촉 라인의 선형성 및 접촉 라인의 안정성에 영향을 미칠 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명의 장치를 사용함으로써, 우수한 접촉 라인의 안정성 및 선형성을 관찰하였다. 코로나 방전 와이어를 직경 0.0152cm(0.006in)의 텅스텐 와이어로 하고 통상 웹(20)의 제2 측면(28)의 1.9cm(0.75in) 아래에 배치하였다. 동력 공급기는 뉴저지주, 화이트하우스 스테이션 소재의 글라스먼 하이 볼트지 인크.(Glassman High Voltage, Inc.)에서 제작된 EH 시리즈 고전압 동력 공급기로 하였다. Delrin^TM웹 상류측 차폐부(60)를 코로나 방전 와이어(50)로부터 1.27cm(0.5in) 간격을 두고 배치하였다. 15킬로볼트를 사용하여 198.12 m/min(650 ft/min) 이내의 웹 속도를 관찰하였다. 커튼 흐름 속도를 2배로 하였고, 17킬로볼트로 최대 웹 속도 618.16 m/min(1700 ft/min)를 얻었다. 전류 소모는 동력이 가해진 지지 롤 시스템과 관련하여 관찰한 것보다 적었으며, 일반적으로 1인치의 폭당 15 마이크로앰프였다. 이 시스템은 가장 적합한 시스템이었고 공정의 변화가 가장 덜 민감하였다.

코로나 와이어(50)에 의해 생성된 정전기장에서 측방향으로의 큰 불연속성이 의도적으로 일어났을 때, 본 발명의 장치의 효용을 이러한 시스템에서 추가적으로 예시하였다. 심하게 오염된 와이어를 모의 실험하기 위해 폭 0.15cm(0.06in)의 3M Type 33 전기 테이프의 스트립을 와이어상에 배치하였다. 코로나 와이어 상에서 약 635cm(250ft/min)의 웹 속도와 8킬로볼트에서, 접촉 라인은, 0.32cm(0.125in) 폭의 커튼이 와이어 상의 테이프 스트립의 영역에 걸쳐 단지 0.076cm(0.030in) 만큼 웹 하류로 편향되고, 단지 좁은 라인의 공기 혼입이 그 편향 지점에서 일어나는 상태(와이어에 높은 전압의 인가는 공기 혼입을 감소시키거나 없애는 경향이 있다)로 완전한 선형을 유지하였다. 외관상으로는, 테이프 스트립에 인접한 와이어부터 발생된 정전기 전하는 테이프 스트립 위로 직접 웹의 제2 측면으로 이동하며, 따라서 코팅 영역에서 웹과 코팅 유체 사이의 필요한 정전기 인력을 발생한다. 본 발명의 비접촉 코로나 하전 시스템(예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이)은, 코팅 유체 습윤 라인에서 웹의 제2 측면 상에 웹을 가로질러 실질적으로 균일한 전하 분포를 인가하지만, 제2 측면에서 매우 급작스러운 감소가 습윤 라인의 웹 상류를 하전시키게 되는 적응 시스템을 제공한다.

또 다른 테스트에서, 웹(20)은 도 6에 도시된 것과 유사한 본 발명의 시스템 장치를 사용하여 코팅한 0.0036cm(0.0014in)의 폴리에스테르 백킹으로 하였다. 이 테스트에서, 전극(100a)을 지지하는 공기 베어링(102a)(도 8 참조)을 사용하였다. 전극(100a)은, 도전성 스트립의 웹 상류 및 웹 하류 연부를 공기 베어링(102a)의 베어링 표면(112a)에 부착(이들 연부에서의 코로나 방전을 방지하기 위해)하여 측방향으로 배치된 약 0.94cm(0.37in) 길이(웹 진행 방향)의 도전성 스트립으로 하였다. 코팅 유체(32)를 약 800 센티푸아즈의 점도를 갖는 수성 에멀젼으로 하고, 흐름 속도를 304.8 m/mim(1000 ft/min)의 웹의 흐름 속도에서 약 19미크론(0.00075in)의 건조한 코팅 두께를 얻도록 조정하였다. 코팅 커튼 높이를 13.34cm(5.25in)로 하고, 얻어진 최대 웹 속도(코팅의 균일성이 저하되기 이전에)를 정전기의 사용 없이 약 121.92 m/min(400 ft/min)으로 하였다. 정전기 시스템을 작동시키면, 얻어진 최대 웹 속도는 5킬로볼트의 전극 전압에서 약 487.68 m/min(1600 ft/min)이었다. 더 높은 속도에서 웹을 운전하는 것은 공기 혼입 기포를 유발한다. 그러나, 상기 시스템과 관련한 주요한 관심사는 매우 높은 레벨의 전류를 필요로 한다는 것이다(코팅 폭 1인치당 약 500마이크로앰프). 웹 속도를 더 높이도록 전극(100a)에 걸리는 전압이 증가하게 되면, 더 높은 레벨의 전류가요구되고, 아크 발생이 일어날 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명의 정전기적 보조 코팅 장치는 전술한 예[웹(20)을 0.0036cm(0.0014in)의 폴리에스테르 백킹으로 하고, 코팅 유체(32)를 약 800 센티푸아즈의 점도를 갖는 수성 에멀젼으로 함]와 동일한 코팅 유체 및 폴리에스테르 기판과 함께 사용되었다. 코팅 커튼 흐름 속도는, 코팅 커튼 높이를 19.37cm(7.625in)로 한 상태에서, 914.1 m/min(3000 ft/cm)의 웹 속도에서 19미크론(0.00075in)의 건조 코팅 두께를 산출하도록 조정하였다. Delrin^TM웹 상류측 차폐부(60)를 코로나 방전 와이어(50)로부터 0.635cm(0.25in) 간격을 두고 배치하였다. 상기 테스트를 위해 웹 하류 차폐부를 또한 사용하였고, 코로나 방전 와이어(50)로부터 0.635cm(0.25in) 간격을 두고 배치하였다. 정전기 시스템을 19킬로볼트에서 작동함으로써, 선형이고 안정된 습윤 라인과 공기 혼입이 없는 상태로 914.1 m/min(3000 ft/min)의 웹 속도를 얻었다. 전류 손실(current draw)은 일반적으로 인치당 10마이크로앰프로 낮았다.

사용시, 도 3에 도시된 정전기적 보조 코팅 장치는 예상보다 더 공격성이 있었고, 코팅 습윤 라인은 선형성 및 안정성이 있었다. 접지된 도전성 코팅 유체(32)와 코로나 방전 와이어(50) 사이의 상호 작용은 소망의 측방향 유체 습윤 라인을 따라 웹(20)의 제2 측면(28) 상에 전기 전하(58)를 급작스럽고 강하게 도포시켰다(도 5 참조). 웹 상류 차폐를 이용함으로써 자계의 단열을 더 증가시킨다. 코팅 유체(32)가 접촉하는 웹(20)의 제1 표면(26)에 반대인 웹(20)의 제2 측면(28)에 대한 높은 밀도의 전하 인력(그리고, 상류 방향으로 점진적으로 더 낮아지는 전하의 밀도)은 현저하게 집속된 정전기장 라인을 생성한다. 도 3에 도시된 코팅 시스템의 접촉 라인의 선형성은 도 2에 도시된 바와 같은 공지의 유전체 백킹 롤 시스템의 그것보다 더욱 양호하였다. 도 3에 도시된 장치는 신축성 및 자체 보상 능력이 있고, 정전기적으로 집속된 정전기장 구배를 생성한다. 이 시스템은 더 간단하며, 안정하고(낮은 전류 레벨을 사용하기 때문에), 그리고 공지의 시스템에 비해 웹의 유전체 파손 영향을 덜 받게 된다.

도 3에 도시된 시스템은 또한, 수성 혹은 도전성 유체를 사용할 때 높은 전류의 필요성을 없애준다. 통상적으로, (웹의) 폭 센티당 98.43마이크앰프(인치당 250마이크로앰프) 이상의 전류를, 매우 높은 웹 속도에서의 코팅시 공지의 정전기적 보조 코팅을 위한 도전성 전압이 가해진 백킹 롤을 사용할 때 필요로 할 수 있다. 그러나, 도 3의 코로나 방전 와이어에 있어서, 정전기 전하 발생을 위한 전류 요구 조건은 일반적으로 폭 센티당 9.843마이크앰프(인치당 25마이크로앰프) 이하로 감소하게 된다. 따라서, 도 3에 도시된 시스템은 감전 위험성이 매우 낮아 더 안전하다. 이러한 낮은 감전 시스템을 더 향상시키기 위해, 적절한 크기의 저항기(혹은 다른 전류 제한 시스템)를 코로나 방전 와이어로의 높은 전압 공급부에 직렬로 설치하여 사용할 수 있다. 이는 방전에 있어서 최대 전류 흐름을 감소시키고, 장기간에 걸쳐 동력 공급부의 용량성 에너지를 퍼지게 한다(방전에서 피이크 전류를 감소시킴).

도 3에 도시된 본 발명의 정전기적 보조 코팅 장치에 따르면, 코로나 방전와이어(50)는 웹(20)의 제2 측면(28)으로 밀접하게 간격을 두고 배치되어 있다. 이 코로나 방전 와이어(50)는 공기 간극을 제공하여 유효한 코로나 방전 효과를 얻기 위해 웹(20)의 제2 측면(28)으로부터 소정 간격을 두고 설치되어야 한다. 와이어와 웹 간격은, 예컨대 웹 두께와 유전체 강도, 코팅 유체의 도전성 및 웹 속도를 포함하는 수많은 인자에 의해 결정된다. 상기 간격은 0.08cm(0.031in) 내지 5.1cm(3in)의 범위가 바람직하고, 더욱 양호하게는 1.58cm(0.625in) 내지 1.9cm(0.75in)의 범위이다.

코로나 방전 와이어(50)로부터의 상류측 차폐부(60)의 간격은 양호하게는 0.15cm(0.06in) 내지 7.7cm(3.0in)이다. 측면 차폐부는 또한, 코로나 방전 와이어(50)에서 하류로 유사한 거리에 설치되어 코로나 방전 효과로부터 전하의 손실을 더 제한할 수 있다. 이는 불필요한 전하가 소망의 코팅 습윤 라인의 하류 방향으로 가는 것을 방지한다.

코로나 방전 와이어(50)는 웹(20) 상에서 코팅 유체(32)의 초기 습윤 라인 아래에 직접 위치 설정되어도 좋다. 웹의 이동, 표면 장력, 웹(20)의 제1 측면 상의 경계층 효과 및 코팅 유체(30)의 탄성은 코팅 습윤 라인을 웹 하류로 이동시킬 수 있다. 본 발명으로 달성될 수 있는 강한 정전기 인력 때문에, 코로나 방전 와이어(50)의 위치는 이 코팅 보조 코로나 방전 와이어(50)가 활성화되는 경우 코팅 습윤 라인의 작동 위치를 결정하게 된다. 따라서, 코로나 방전 와이어(50)의 위치(초기 코팅 습윤 라인으로부터 상류 또는 하류)는 끌어당겨지는 대향 전기 전하와 접촉 라인이 정렬되려는 경향이 있기 때문에, 접촉 라인의 상응하는 이동을야기할 수 있다. 바람직하게는, 코로나 방전 와이어(50)는 초기 습윤 라인이 전하에 의해 영향을 받지 않는 범위의 라인으로부터 하류 또는 상류로 2.54㎝(1in) 이하에 배치된다.

습윤 라인에 인접한 웹으로부터 간격을 둔 코로나 방전 와이어를 사용함으로써 또한 접선 방향 유체 코팅에 보다 도움이 된다. 정전기적 코팅 보조 코로나 와이어를 에워싸는 공기 베어링을 사용하는 접선 방향 코팅 장치가 도 9에 도시되어 있다(도 7에 도시되어 있는 바와 같은 공기 베어링/전극 조립체를 사용). 코로나 와이어를 에워싸는 공기 베어링(102) 내의 채널의 폭 "w"(도 7 참조)는 0.635cm(0.25in) 내지 1.9cm(0.75in)가 양호하지만 더 크거나 더 적어도 좋다. 접선 방향의 커튼 코팅은 일반적으로 수평 방향의 커튼 코팅 기하학에서 가능한 것보다 더 높은 신장 가능한 점도를 갖는 코팅 유체를 흐르게 할 수 있다. 도 9에 도시된 접선 방향의 코팅 장치는 습윤 라인에서 코팅 커튼 방향성 변화를 경감하고, 웹(20)의 파괴가 발생한다면, 코로나 방전 와이어(50)가 쉽게 코팅 유체(32)로 오염되지 않게 되는 추가의 생산과 관련한 장점을 제공한다. 코로나 방전 와이어를 연속적으로 이동 혹은 간헐적으로 이동하는 것을 포함하도록 장치를 개조함으로써 크린 와이어를 확보하도록 해준다. 추가적으로, 입자가 와이어에 부착되는 것을 방지(이는 장기간의 생산 내구성의 관점에서 바람직하다)하기 위해 와이어 둘레에 공기 흐름을 제공한다.

도 10은 집속된 웹 전하 정전기적 보조 코팅 장치의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. 이 실시예에서, 웹(20)에 인가된 정전기 전하는 웹으로부터 멀리 떨어진 전하 발생기에 의해 생성되고, 그 다음 웹(20)의 제2 측면(28)에 적절한 매체에 의해 이송된다. 도 3에 도시된 시스템과 같이, 이 실시예는 코팅 습윤 라인의 위치를 정의하며, 공기 경계층을 최소화하고, 그리고 받아들일 수 있는 공정 변수를 증가시킨다.

도 10에 있어서, 측방향으로 연장하는 코로나 방전 와이어(80)는 드럼(82) 내에 배치되어 있다. 코로나 방전 와이어(80)는 웹(20)으로부터 적어도 7.62cm(3.0in) 멀리 떨어져 있다. 이 드럼(82)은 차폐부(84, 86)에 의해 행해지는 것과 같이 웹(20)에 인접하여 도전적으로 차폐될 수 있다. 이 차폐부(84, 86)는 접지되거나 혹은 소망의 전위까지 상승한다. 차폐부(84, 86)는 측방향으로 연장하는 슬롯(88)에 의해 분리되어 있고, 드럼(82)의 원통형 벽은 이 슬롯(88)과 일반적으로 정렬되어 있는, 측방향으로 연장하는 슬롯(90)을 구비한다. 따라서, 드럼(82)의 내부는 슬롯(88, 90)을 통해 외부로 개방되어 있다. 드럼(82)은 또한 이 드럼(82)을 통한 공기 흐름을 위해 입구(91)와 협동할 수 있다. 코로나 방전 와이어(80)로부터 방전된 이온 혹은 전기 전하(92)는 드럼(82)내에 수용되어 있고, 슬롯(88, 90)을 통해서만 드럼(82)을 빠져나갈 수 있다(그 상부에 인접하여). 슬롯(88)의 웹 상류 연부는 통상적으로 초기 습윤 라인(52)에 인접하게 되도록 정렬되어 있다. 코로나 방전 와이어(80)로부터의 전하(92)는 단지 슬롯(88, 90)을 경유하여 웹(20)의 제2 측면(28)에 인가된다. 전하 발생기와 웹(20) 사이에는 어떠한 접촉도 존재하지 않는다. 이 시스템은, 전하 발생기와 웹(20) 사이의 어떠한 접촉도 없이 웹(20)으로부터 멀리 떨어져 상기 전하(92)가 발생되더라도 웹(20)에급작스럽고 고도로 집속되고, 측방향으로 배치된 도포를 생성하게 된다. 비록 드럼이 도시되어 있지만, 전류가 이온 블로워 혹은 하전된 와이어에 의해 공급되는 직사각형 혹은 삼각형의 구조체 등의 멀리 떨어져 생성된 전하의 도포를 위한 다른 기하학 형상도 또한 고려할 수 있다.

정전기적 보조 코팅 장치의 또 다른 실시예가 도 11에 도시되어 있고, 이 도면에는 코팅 스테이션(24)에서 멀리 떨어진 위치에 전기 전하를 제공하기 위한 또 다른 수단이 도시되어 있다. 측방향으로 연장하는 전기 전하 도포기[코로나 방전 와이어(130) 등]는 코팅 스테이션(24)으로부터 웹 상류에 이격되어 있고, 양호하게는 웹(20)의 제1 측면(26) 상에 이격되어 있다. 코로나 방전 와이어(130)(혹은 다른 적절한 전극)는 코팅 스테이션(24)으로부터 종방향 상류에 간격을 두고 배치된 전하 도포 스테이션(134)에서 웹(20)의 제1 측면(26)에 전기 전하(132)를 인가한다. 이 시스템에서, 접지된 표면 혹은 플레이트(136)는 코팅 스테이션(24)으로부터 웹 상류측으로 웹(20)의 제2 측면(28)을 따라 정렬되고 또 그 측면에서 멀리 떨어져 있다. 코로나 와이어(130)는 접지된 플레이트(136)(도시 생략) 위의 소정 지점에 위치될 수 있거나 또는 접지된 플레이트(136)의 선단부(137)로부터 더 상류에 위치할 수 있다. 노출된 접지된 플레이트(136)의 후단부(138)는 초기 측방향 코팅 습윤 라인(52)에서 실질적으로 약간 상류 웹에서 그 연장이 종결된다. 후연(138)의 위치는 정전기가 활동될 때, 많은 부분에 걸쳐 습윤 라인을 형성하게 된다. 양호하게는, 상기 후연부(138)는 초기 습윤 라인의 일측면 내에 있게 된다. 플레이트(136)는 플레이트의 후연부를 형성하기 위해 효과적으로 차폐되어 있는 한 초기습윤 라인을 지나 웹 하류로 연장할 수 있다. 코로나 방전 와이어(130)는 전기 전하(132)를 웹(20)의 제1 측면(26)에 인가한다. 플레이트(136)로 향하는 웹(20)상의 전하의 전정기 인력은 상기 전하(132)가 접지 플레이트(136)보다 접지 유체(32)에 더 가까이 있게 될 때까지, 특히 플레이트(136)의 후연(138)에 있을 때까지 접지 코팅 유체(32)로 향한 전하(132)의 인력이 더 크다(웹을 향한 플레이트의 근접성 때문임). 이 지점에서, 접지 유체(32)는 그 다음 웹(20) 내의 전하(132)로 끌어당겨져 본 발명 및 전술한 바와 같은 그 부수적인 장점에 따라 고도로 집속된 방식으로 습윤 라인의 형성에 있어 정전기적으로 보조하게 된다. 상류 웹 정전기 전하(132)는 "차폐(masked)" 되거나, 접지된 플레이트(136)의 후단부(138) 근처[이 지점에서, 웹(20) 상의 정전기 전하(130)가 본 발명의 원리에 따라 습윤 라인을 형성하는 데 정전기적으로 보조하기 위해 코팅 유체(32)에 대해 효과적(즉, 인력이 있는)인 전하로 된다]까지 코팅 유체(32)에 대해 인력이 있는 전하로서는 무력성을 부여한다. 추가적으로, 플레이트(136)가 양호하게 접지되어 있으면, 이는 약간 상승된 전위를 갖는 플레이트 혹은 표면을 제공하기에 충분할 수 있다(단, 전기 전하가 코팅 유체 접촉 라인에 도달할 때까지는 무력한 웹 상에 전기 전하의 침적을 제공할 목적으로 사용되는 한). 양호하게는, 플레이트의 전위는 전하(132)의 전위에 전기적으로 상반되어 있다. 추가적으로, 도 11은 전하(132)를 웹(20)의 제1 측면(26)으로 운반하기 위해 코로나 방전 와이어(130)의 사용을 도시하고 있지만, 전하는 어떤 적절한 전하 운반 수단에 의해 웹에 인가될 수 있고, 심지어 웹(20)의 제2 측면(28) 상에 침전될 수도 있다. 웹(20)이 어떻게 하전되는가에 무관하게,본 발명은 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 웹 하류에서만 정전기 인력을 제공할 목적으로 상기 전하를 유효하게 만든다.

더욱 집속된 자계를 생성하기 위한 전하 차폐의 실행 및 효용성을 나타내기 위해 상대적인 코팅 흐름을 행하였다(코팅 유체로서 글리세린을 사용). 사용된 시스템은, 웹을 미리 하전시키는 단계를 코팅 스테이션의 웹 상류의 아이들 롤 상에서 행하는 것만 제외하고 도 11의 시스템과 유사한 것으로 하였다. 웹 하전 와이어와 7.62cm(3in) 직경의 아이들 롤 사이의 간극을 약 1.8cm(0.7in)로 하였다. 접지된 플레이트를 알루미늄으로 하고, 웹을 면하는 표면의 길이는 10.8cm(4.25in), 폭은 30.5cm(12in)로 하였다. 코팅 스테이션에서 접지된 플레이트와 웹 사이의 간극은 약 0.32cm(0.125in)로 하였다. 플레이트의 연부로부터의 코로나 방전을 방지하기 위해 3M Type 33 전기 테이프로 플레이트 연부를 피복하였다. 다이 위치는 수직으로 낙하하는 코팅 유체의 커튼이 상기 테이프의 전연에서 웹과 접촉하도록, 정전기 및 고정 웹 없이 접지된 플레이트의 테이프로 피복된 후연에서 조정된다. 웹과 다이 사이의 간극은 1.43cm(0.56in)로 하였다. 폴리에스테르 웹은 0.00356cm(0.0014in)의 두께와 30.48cm(12in)의 폭을 갖도록 하였다. 이 다이는 25.4cm(10in)의 코팅 폭과 0.076cm(0.030in) 다이 슬롯 두께를 갖는 슬라이드 커튼 다이로 하였다. 코팅 유체는 미네소타 코포레이션에서 시판하는 Milsolv^TM글리세린(99.7% 순도)으로 하였다. 커튼의 높이는 1.9cm(0.75in)로 설정하였다. 코팅 유체의 측정 점도는 약 1060 센티푸아즈, 그 표면 장력은 약 46 dyn/cm 로 하였다.글리세린의 흐름 속도는 30.5 m/min(100 ft/min)의 웹 속도에서 51미크론(0.002in)의 습윤 코팅 두께를 얻도록 설정하였다.

1.53 m/min(5 ft/min)에서, 정전기 없이 습윤 라인 자체는 다량의 공기가 혼입된 상태로 수직 커튼 위치의 웹 하류 약 2.3cm(0.9in)에 정렬되어 있다. 속도가 높아질수록 접촉 라인을 웹 하류로 더 이동시켜 커튼 파손을 유발한다. 전하 차폐 플레이트 없이 12킬로볼트에서 웹을 정전기적으로 미리 하전함으로써, 습윤 라인은 웹 상류로 이동하지만 매우 비선형적이 되고, 립(rib)들 사이에 공간이 약 2.5 내지 5cm(1 내지 2in)로 되는 크고 불안정한 립을 갖게 된다. 상기 립은 수직 위치의 상류 웹으로 약 0.64cm(0.25in), 하류 웹으로 약 1.27cm(0.5in) 연장하여 약 ±0.97cm(0.38in)의 선형성을 부여하다. 더 낮게 인가된 전압은 습윤 라인을 더 하류 웹으로 이동시키는 반면에 더 높게 인가된 전압은 접촉 라인을 더 상류 웹으로 이동시켜 더 불안전한 습윤 라인을 생성한다. 웹 속도의 증가는 더 큰 불안정성과 커튼 파괴를 유발한다.

웹을 미리 하전시키는 동일한 시스템을 사용하지만, 유입하는 웹 상류 전하를 차폐하기 위해 접지된 플레이트를 이용함으로써 실질적인 향상을 가져왔다. 동일한 12킬로볼트의 상류 웹을 미리 하전시킴으로써, 습윤 라인은 대략 수직 위치에서 ±0.32cm(0.125in)의 선형성을 가지고 1.53 m/min(5 ft/min)의 웹 속도에서 안전성을 나타내었다. 전압을 추가로 증가하는 것은 습윤 라인을 상향으로 이동시키지 못하였고, 증가된 선형성을 초래하였다. 이러한 시스템은 또한 웹 속도를 증가시켰다. 24.4 m/min(80 ft/min)에서, 습윤 라인은 20킬로볼트에서 약±0.08cm(1/32in)의 시각적 선형성을 갖고 대략 수직 위치에서 안정되었다. 이 속도에서 약 0.127cm(0.050in) 직경 미만의 혼입 공기가 인지되었다.

비교의 목적을 위해, 도 3에 도시된 바와 같은 시스템을 사용하였다. 이 시스템은 웹을 미리 하전하거나 접지된 전하 차폐 플레이트를 사용하지 않는 것만 제외하고 커튼 높이를 약 1.9cm(0.725in)로 하여 전술한 테스트와 동일하게 행하였다. 전극(코로나 방전 와이어)에 12킬로볼트의 전압을 인가하고 웹의 속도를 1.53 m/min(5 ft/min)로 하면, 습윤 라인은 수직 위치의 웹 하류 0.32cm(0.125in)에 있고 공기 혼입이 없는 선형적이고 안정성을 나타내었다. 15킬로볼트와 20킬로볼트 모두에서, 습윤 라인 위치는 수직(와이어 바로 위)이었다. 그 다음, 웹 속도를 20킬로볼트에서 30.48 m/min(100 ft/min)로 증가시켰고, 습윤 라인은 선형적이고 안전한 습윤 라인을 가지고 시각적인 공기 혼입이 없이 수직 위치에 유지하였다. 습윤 라인 위치의 측정과 접촉 라인의 선형성은 일반적으로 시각적으로 평가되었다.

이들 테스트는, 도 3 및 도 11의 시스템이 자계를 집속시켜 선형 및 안정된 습윤 라인을 생성하고 더 높은 코팅 속도를 허용할 수 있다는 것을 보여 주었다. 추가적으로, 도 3의 시스템은 더 공격적이고 더 넓은 조작 윈도우를 갖도록 되어 있는 것을 알 수 있다. 도 11에 도시된 시스템은 덜 공격적인 정전기 보조를 필요로 하는 기능을 할 수 있다.

전하를 차폐하는 것은 더욱 집속된 자계를 생성하기 위한 또 다른 방법이다. 다른 여러 방법들이 또한 실행될 수 있으며, 이는 반대 자계 혹은 전하 소스 혹은 자계를 형성하는 어떤 시스템을 이용하는 자계 형성 기법을 적용하는 것을 포함한다.

도 3, 도 6, 도 9, 도 10 및 도 11은 코팅 스테이션에서 웹의 제2 측면에 전기 전하를 인가하기 위한 장치의 몇몇 변형례를 도시한 것이다. 본 발명의 개량된 공정 조작을 달성하기 위한 수많은 다른 장치는 본 발명의 정신 및 범주 내에서 해당 분야의 종사자들에게는 명백해질 것이다. 코팅 스테이션에서 멀리 떨어진 위치에서 전기 저항을 발생시킨 다음 그 전하를 유체 매체(공기 등)를 통해 웹으로 이송시키는 것으로부터 얻게되는 주요한 장점은 구조를 간략화하여 유지 및 조작을 용이하게 한다는 것이다. 이 전기 전하 발생기는 코팅 유체 도포기에 인접할 필요는 없고, 심지어 코팅 스테이션에 있을 필요가 없다. 더욱이, 만약 웹이 파손될 경우, 코팅 유체에 의해 전기 전하 발생기의 오염은 최소화 또는 방지될 수 있다. 이러한 장점은 조작 시간의 절약과 생산성의 향상을 초래한다.

본 발명에서는 다양한 변화와 수정이 본 발명의 정신과 범위를 벗어남이 없이 만들어질 수 있다. 예를 들면, 집속된 웹 전하장을 생성하기 위해 임의의 방법이 사용될 수 있다. 추가적으로, 전술한 바와 같이, 수많은 코팅 공정(롤 코팅을 포함)이 더욱 집속된 정전기장에서 유리할 수 있다. 예컨대, 키스 코팅에 있어서, 초기 습윤 라인 위에 집속된 자계는 공격성, 습윤성 및 공정 안정성을 향상시킬 수 있다.

웹 상으로 코팅 유체의 단지 특정 웹 하류 스트립을 코팅하기 위해 측방향으로 불연속적으로 형성되거나, 웹 상에 코팅 유체의 고립 지역 또는 코팅 유체의 패턴을 생성하기 위해 임의의 영역에서는 코팅을 시작하도록 에너지가 공급되거나 임의의 영역에서는 코팅을 중지하도록 에너지가 공급되지 않을 수 있다. 비선형의 접촉 라인 및 비균일 코팅을 생성하기 위해, 예를 들면 측방향으로 비선형인 코로나 소스를 사용하여 정전기장을 비선형으로 형성할 수 있다. 따라서, 전극이 측방으로 배치된 특정 영역에서 웹 하류의 곡률을 갖는 경우 그 영역에서의 코팅은 이에 인접한 영역과 비교할 때 보다 두꺼울 수 있다. 모든 인용된 사항은 본 명세서에서 참조 문헌으로 포함된다.

Claims

제1 측면 상의 제1 표면과 제2 측면 상의 제2 표면을 구비하는 기판 상에 유체 코팅을 도포하는 방법으로,

기판과 유체 코팅 스테이션간의 길이 방향 상대 운동을 제공하는 단계와,

코팅 스테이션에서 측방향으로 배치된 유체-웹 접촉 영역을 따라 코팅 유체 스트림을 0°내지 180°의 각도로 기판의 제1 측면 상으로 도입시킴으로써 유체 습윤 라인을 형성하는 단계와,

실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류에 있는 기판의 제2 측면 상의 전기 전하로부터 발생하는 전기장으로부터의 전기력을 유체 상에 생성시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 전기력을 생성시키는 단계는, 유체 매체를 통해 전기 전하를 이송시키고 전기 전하를 기판의 제2 측면 상으로 침적시키는 것과,

전하 소스로부터의 전기 전하를 이송시키고 전하 소스의 일부와 기판 사이의 물리적 접촉을 이용하여 그 전기 전하를 기판의 제2 측면 상으로 침적시키는 것과,

유체 매체를 통해 전기 전하를 이송시키고 유체 코팅 스테이션에서 기판의 제2 측면으로부터 근접하게 간격을 두고 측방향으로 연장하는 코로나 방전 소스로부터 기판의 제2 표면 상에 전기 전하를 침적시키는 것 중 하나 이상을 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 기판을 유체 코팅 스테이션에 인접하게 기판의 제2 측면 상에 지지하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 웹의 상류 부분을 전기 전하로부터 차폐시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 유체 스트림을 형성하는 단계와, 상기 유체 스트림을 기판의 제1 표면으로 접선 방향으로 도입하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 전기 전하는 제1 극성을 가지며, 제2의 반대 극성의 전기 전하를 유체에 인가하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
제1 측면 상의 제1 표면과 제2 측면 상의 제2 표면을 구비하는 기판 상에 유체 코팅을 도포하는 방법으로,

기판과 유체 코팅 스테이션간의 길이 방향 상대 운동을 제공하는 단계와,

코팅 스테이션에서 측방향으로 배치된 유체-웹 접촉 영역을 따라 코팅 유체 스트림을 0°내지 180°의 각도로 기판의 제1 측면 상으로 도입시킴으로써 유체 습윤 라인을 형성하는 단계와,

기판으로부터 간격을 둔 위치에서 제1의 전하로서 전기 전하를 형성하는 단계와,

유체 접촉 영역에서 기판의 제2 표면에 인접하고 측방향으로 배치된 전하 도포 영역에 제1의 전하를 이송하는 단계와,

유체에 전기력을 생성시키도록 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류에 있는 기판의 소정 위치에서 기판의 제2 표면으로 유체 매체를 통해 제1의 전하를 인가하는 단계를 포함하는 것인 방법.
제1 측면 상의 제1 표면과 제2 측면 상의 제2 표면을 구비하고, 장치에 대해 길이 방향으로 상대 이동하는 기판 상에 유체 코팅을 도포하는 장치로,

측방향으로 배치된 유체-웹 접촉 영역을 따라 유체 습윤 라인을 형성하도록 기판의 제1 표면 상에 코팅 유체 스트림을 분배하는 수단과,

기판의 제2 측면을 측방향으로 가로질러 연장하는 전기 전하 도포기로, 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류에 있는 기판 상의 소정 위치에서 기판을 하전시키기 위해 기판의 제1 측면 상에서 유체 습윤 라인에 일반적으로 반대로 정렬되어 있는 전기 전하 도포기를 포함하는 것인 장치.
제8항에 있어서, 상기 전기 전하 도포기는 측방향으로 연장하는 하전된 와이어, 예리한 연부의 부재, 예리한 연부의 도전성 시트, 일련의 니들, 브러시, 잭 나이프 중 하나 이상을 포함하는 것인 장치.
제8항에 있어서, 상기 전기 전하 도포기는,

제1의 전기 전하로서 전기 전하를 생성하기 위해 기판의 제2 표면으로부터 떨어져 있는 전기 전하 소스와,

전기 전하 소스로부터 유체 습윤 라인에서 기판의 제2 표면에 인접한 측방향으로 배치된 전하 인가 영역에 제1의 전기 전하를 이송하고, 제1의 전기 전하를 기판의 제2 표면 상으로 인가하기 위해 전기 전하 소스와 기판의 제2 표면 사이에 배치되어 있는 유체 매체를 포함하는 것인 장치.
제10항에 있어서, 상기 전기 전하 도포기는 기판의 제2 표면으로부터 균일하게 간격을 두고 배치되는 것인 장치.
제8항에 있어서, 전기 전하 도포기에 인접하게 기판을 가로질러 측방향으로 연장하며, 전기장 도포기에 대해 기판의 제2 측면을 지지하고 정렬시키는 공기 베어링을 더 포함하는 것인 장치.
제8항에 있어서, 전기 전하 도포기에 의해 생성된 전기 전하로부터 유체 습윤 라인으로부터의 상류에 있는 웹 부분을 차폐하기 위해 전기 전하 도포기와 기판 근처에 배치된 정전기장 장벽을 더 포함하는 것인 장치.
제8항에 있어서, 상기 분배 수단은 커튼 코팅기, 비드 코팅기, 압출 코팅기,캐리어 유체 코팅법, 슬라이드 코팅기, 나이프 코팅기, 제트 코팅기, 노치 바아, 롤 코팅기 및 유체 베어링 코팅기로 이루어진 그룹에서 선택된 코팅 유체 분배기를 포함하는 것인 장치.
제8항에 있어서, 전기 전하 도포기는 제1 극성을 가진 제1의 전기 전하를 발생하며, 코팅 유체 스트림에 제2의 반대 극성의 전기 전하를 인가하는 수단을 더 포함하는 것인 장치.
제8항에 있어서, 상기 분배 수단은 유체 스트림을 0°내지 180°의 각도로 기판 상으로 분배하도록 배향되어 있는 것인 방법.
제1 표면과 제2 표면을 구비하는 기판 상에 유체 코팅을 도포하는 방법으로,

기판과 유체 코팅 스테이션간의 길이 방향 상대 운동을 제공하는 단계와, 코팅 스테이션에서 측방향으로 배치된 유체-웹 접촉 영역을 따라 코팅 유체 스트림을 0°내지 180°의 각도로 도입시킴으로써 유체 습윤 라인을 형성하는 단계와,

기판 상의 유효 정전기 전하를 실질적으로 유체 습윤 라인에 그리고 그 하류의 기판 상의 소정 위치에만 있는 유체에 노출시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
제17항에 있어서, 상기 노출 단계는 유체 코팅 스테이션으로부터 웹 상류 위치에서 전기 전하를 기판의 제1 혹은 제2 표면 중 하나에 침적시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
제18항에 있어서, 상기 노출 단계는 전기 전하가 적어도 실질적으로 유체 습윤 라인에 있을 때까지, 전기 전하를 유체에 대한 정전기 전하로서 무효한 전하로 부여하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
제17항에 있어서, 상기 노출 단계는,

유체 습윤 라인으로부터 웹 상류의 기판에 전기 전하를 인가하는 단계와,

전기 전하가 적어도 실질적으로 유체 습윤 라인에 있을 때까지 상기 웹 상의 전기 전하와 유체 사이의 어떠한 유효 정전기 인력을 차폐하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
제20항에 있어서, 상기 전기 전하는 기판의 제1 측면에 인가되며, 상기 차폐 단계는 기판의 제2 표면으로부터 간격을 두고 그것에 인접한 접지 표면을 제공하고, 상기 접지 표면은 유체 습윤 라인의 바로 웹 상류의 후연에서 더 웹 상류로 간격을 둔 전연으로 기판을 따라 연장하는 것인 방법.