KR20050016571A - 정전기식 탈기 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전기력을 이용하여 코팅 용액과 같은 액체 층을 탈기하는 방법에 관한 것이다. 대전된 미립자의 유동은 저전도성 액체 층 위에서 발생되고 저전도성 액체를 향하여 이동된다. 대전된 미립자의 유동은 이들 기포가 액체의 노출면에 더 근접하게 되고 그 표면에서 파열됨으로써 액체로부터 혼입된 가스의 제거를 촉진하는 액체 층의 국부적 박층화를 발생시킨다. 이 정전기 탈기 기술은 액체의 다른 공정의 준비 중에 액체로부터 기포의 제거를 더 촉진하도록 다른 비정전기 액체 층 박층화 기술 또는 가스제거 기술와 결합된다. 액체 층은 대전의 인가에 대하여 고정되거나 유동될 수 있다.

Description

정전기식 탈기 방법{ELECTROSTATIC DEAERATION METHOD}

본 발명은 낮은 전도성 액체를 탈기(脫氣)하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 액체 코팅 공정에서, 본 발명은 코팅 단계 이전 또는 이후에 코팅 액체를 탈기하기 위해서 정전기력을 채택한다.

탈기, 기포제거(debubbling), 거품제거(defoaming) 및 가스제거(degassing)는 일반적으로 액체로부터 가스를 제거하는 동일한 공정들을 기술하는 데 사용된다. 이러한 응용 예에서, 표면 거품을 제거할 때는 거품제거로, 유체 내에 흡수된 가스를 이동시켜서 기포를 발생시키고 존재하는 기포를 더 큰 크기로 성장시킬 때는 가스제거로, 그리고 표면을 포함하여 액체로부터 기포를 제거할 때는 기포제거로 한정한다. 진공 및 초음파 장치는 흡수된 가스를 이동시켜서 작은 기포를 형성시키고 존재하는 기포를 더 큰 치수로 성장시키도록 작동된다. 그리고 나서 기포는 중력 또는 원심력에 의해 더 큰 기포를 갖는 표면을 초래하여 보다 빠르게 제거된다. 이러한 응용 예에서, 우리는 이들 기포를 액체의 노출된 표면에 더 근접하게 하여 그 표면에서 파열됨으로써 액체로부터 혼입된 가스의 기포 제거를 촉진시키는 것을 의미하도록 "탈기"를 한정한다.

본 발명은 코팅 액체, 특히 저전도성 코팅 액체, 보다 자세하게는 더 높은 점성을 갖는 이러한 코팅 액체의 탈기에 대하여 특히 유용하다. 공기 갇힘 및 기포 형성은 코팅 액체가 교반되거나 재순환되는 코팅 방법에서 통상적이다. 액체를 코팅 롤에 공급하도록 개방 팬을 사용하는 롤 또는 그라비어 인쇄 장치는 통상 공기 진입에 의해 방해를 받는다. 일부 코팅 액체는 또한 특히 높은 하중의 계면 활성제와 함께 상당한 수의 기포를 함유하거나 형성하는 경향을 또한 갖는다. 또한, 코팅 액체의 점성이 높으면 높을 수록, 내부에 혼입된 기포를 제거하는 것이 더 어렵게 된다. 만약 기포가 코팅 공정 중에, 두개의 코팅 롤 사이에 또는 다이와 코팅 기판 사이의 간격에서와 같이, 계면에서 붙잡히게 되면, 코팅 내에 줄무늬 및 다른 결점들이 발생될 수 있다. 또한, 만약 기포가 커튼 또는 슬롯 코팅기로부터 분사된 코팅 액체 내에 존재한다면, 마찬가지로 코팅된 제품 내에 (기포 또는 얇은 점과 같은) 결함이 존재할 뿐만 아니라 커튼 또는 압출 칼럼에 균열을 발생시킬 수도 있다. 만약 공기가 오븐 내로 진입할 때 코팅 액체 내에 갇혀지면, 수포 및 기포 결함이 건조된 제품 내에 나타날 수 있다.

코팅 액체를 탈기시키는 알려진 방법으로는 탱크 내에 용액을 유지, 진공 발출 또는 초음파 교반에 의해 코팅 이전에 코팅 용액으로부터 가스를 제거하도록 시도되었다. 큰 침전 탱크의 사용은 용액의 빠른 대체를 방해하고 용액의 낭비를 증가시킨다. 부가적으로, 코팅 용액의 점성이 높으면 높을 수록, 필수적인 존속 시간이 길어진다(즉, 기포가 표면으로 상승하는데 오래 걸린다). 가스제거 및 탈기의 진공 방법은 큰 진공 레벨에 대하여 효과적인 밀봉을 유지해야 한다. 초음파 방법은 용액으로부터 흡수된 공기를 이동시켜서 용액 내의 기포를 더 크게 성장시키며 이어서 중력으로 인해 용액의 표면으로 보다 빠르게 이동시킴에 의해 용액을 가스제거하는데 비용면에서 효과적이지만, 코팅 용액의 표면에서 거품이 파열됨에 있어서 효과적이지 못하다.

본 발명은 아래에 기술된 도면을 참조하여 또한 설명될 것이며, 같은 구조물은 여러 개의 도면에 걸쳐서 같은 도면 부호로 언급된다.

도1은 정전기식 탈기의 적용 전에 내부에 혼입된 기포를 갖는 액체 층을 도시한다.

도2는 정전기를 적용한 이후에 도1의 액체 층을 도시한다.

도3은 길게 이격된 다수의 정전기식 대전 스테이션에 순차적으로 노출되는 이동 스트림을 도시한다.

도4는 이동 스트림 액체 층 위에 배치되는, 이 경우에, 대체 충전소를 도시한다.

도5는 이동 스트림 액체 층과 액체 층의 통로 내에 배치된 대전 스테이션 및 액체 박층화 구조물을 포함하는 부속 정전기 인가 장치를 도시한다.

도6 및 도7은 대전 스테이션에 인접하여 지지 표면의 경사가 변화되는 경사진 지지 표면을 갖춘 정전기 인가 장치의 대체 실시예를 도시한다.

도8은 지지 표면의 일부분이 대전 스테이션에 인접하여 증가된 표면 속도를 갖는 지지 표면을 갖춘 정전기 인가 장치의 대체 실시예를 도시한다.

도9는 이동 지지 표면을 갖춘 정전기 인가 장치의 대체 실시예를 도시한다.

도10 내지 도12는 액체 층이 정전기 미립자의 위상 인가에 노출된 본 발명의 정전기의 인가를 위한 장치의 대체 실시예를 도시한다.

도13은 슬링거 드가서와 결합된 정전기 인가 장치를 도시한다.

위에 나타낸 도면들은 본 발명의 몇몇의 실시예를 설명하지만, 다른 실시예들이 내용에서 알 수 있는 바와 같이 또한 고려된다. 모든 경우에서, 본 명세서는 본 발명을 대표적으로 나타낸 것이고 그에 제한되지는 않는다. 다수의 다른 변형 및 실시예가 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 당해 기술 분야의 숙련자에 의해 고안될 수 있음을 알 수 있어야 한다.

일 실시예에서, 본 발명은 저전도성 액체 내에 함유된 가스를 탈기하는 방법이다. 이 방법은 지지 표면을 제공하는 단계와 지지 표면과 접촉하는 제1 하부면 및 제2 노출면을 갖는 액체의 층을 형성하는 단계를 포함한다. 액체의 층은 내부에 혼입된 가스의 기포를 구비하고 두께를 갖는다. 이 방법은 액체의 층 위에서 지지 표면을 향하여 대전(帶電)된 미립자의 유동을 제공하여 액체의 층의 국부적인 박층화를 발생시킴으로써, 액체의 층 내에 혼입된 가스의 기포가 제2 노출면에 더 근접하여 이동되어 파열되는 단계를 더 포함한다.

본 발명은 액체 내에 혼입된 기포를 액체의 노출면으로 이동하도록, 그리고 노출면에서 또는 부근에서 그들 기포를 파열시키도록 정전기를 이용하는 액체의 탈기를 촉진한다. 두께를 갖는 액체의 층에 정전기 대전의 인가는 액체 층의 "박층화(thining)"를 초래한다. 결과적으로, 액체 내부의 기포는 그들의 파열을 촉진하도록 액체 표면에 더 근접하게 이동되고, 액체의 표면상의 기포는 가압되어 파열되며, 그에 의해 액체는 탈기한다. 본 발명은 액체를 음향적으로 여기시키는 단계의 적용 또는 슬링거-드가서(slinger-degasser)와 같은 다른 가스제거 또는 탈기 기술과 결합한 정전기식 액체 층 박층화를 또한 포함한다.

액체 층을 대전된 미립자의 유동에 노출시켜서 액체 층을 "박층화"하는 것은 액체 층이 충분히 전도성이 있는 경우에 중요한 방식으로 생각되지 않는다. 따라서, 본 발명은 저전도성 액체에 대하여 특히 유용하다. 이러한 액체는, 노출면에 더 근접하게 기포를 이동시켜서 이들 기포가 파열되게 하기 위해서, 액체의 원래 표면의 국부적인 변형 및 박층화를 발생시키도록 하기 위해서 액체의 노출면에 인가된 정전기 대전이 충분히 오래 표면 부근에 존재하도록 충분히 낮은 유체 전도성을 갖는다. 다른 방식으로 진술된 바와 같이, 액체의 전기 저항성은, 노출면에 더 근접하게 기포를 이동시켜서 이들 기포가 파열되게 하기 위해서, 액체 두께의 국부적인 변형 및 박층화를 발생시키도록 하기 위해서 액체의 노출된 표면에 인가된 대전이 충분한 존속 기간 동안 액체에 가압을 발생시키도록 충분히 높다.

저전도성 액체가 필요한 전기 저항성을 갖는 한, 본 발명을 이용하는 탈기에 채택된다. 이 목적을 위하여 필요한 전기 저항성을 갖는 저전도성 액체의 예들은 100% 고형 경화 가능한 유체 및 고온 용융 유체와 같은 액체를 포함한다. 만약 액체가 너무 높은 전도성이 있다면, 본 명세서에서 개시된 바와 같이 정전기의 인가는 액체의 충분한 박층화를 발생시키지 못할 것이고 바람직한 탈기 효과가 얻어질 수 없다.

물론, 탈기는 액체 층 내에 혼입된 기포가 없다면 필수적이지 않다. 그러나, 많은 사례에서, 기포가 액체 내에 발견되고 특히 코팅 응용 예에서 이들 기포를 제거하는 것이 아주 바람직하다. 기포를 제거하지 못하면 코팅 공정에서 그리고 달성된 최종적인 코팅의 균일성에서 결함을 초래할 수 있다. 액체 층 내에 혼입된 기포는 여러 가지 크기일 수도 있고, 액체 층의 노출면 상에 이들 기포를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도1에서, 액체 층(10)은 내부에 기포(14)를 갖는 액체(12)에 의해 한정된다. 액체 내에 혼입된 기포의 일부는 액체 층(10) 내부에 묻혀 있는데 반하여, 나머지들은 액체의 노출된 상부면(16)에 또는 인접하여 있다. 액체 층(10)은 지지 부재(22) 상의 지지 표면(20)과 접촉되는 하부면(18)을 또한 갖는다.

액체 층(10)을 탈기하기 위해서, 액체 층으로부터 기포(14)를 제거하는 것이 필수적이다. 이것을 하기 위한 하나의 수단은 [액체(12)의] 기포의 외피가 가압되게 노출되도록 기포(14)를 노출면(16)에 이르게 하고, 이에 따라 파열되게 하는 것이다. 정전기를 이용하여 이것을 쉽게 달성할 수 있게 하는 것은 점성, 두께 및 전도성, 표면 장력 및 액체의 다른 특성들을 포함하는 액체(12) 자체의 여러 가지 인자들, 및 (이동 스트림 액체 층을 위한) 액체의 유동률 및 정전기장 레벨과 같은 이러한 인자들에 또한 달려 있다.

본 발명의 공정은, 전형적으로 쉽게 제거하기 위하여 더 큰 기포로의 액체 내의 작은 기포의 결합을 촉진하는 것을 포함하는 가스제거 공정이 아니며, 액체의 표면상의 기포를 파열시키는 것을 포함하는 단순한 거품제거 공정도 아니다. 본 발명은, 적어도 일부의 저항성을 갖는 액체와 더불어, 액체의 노출면 상에 정전기력을 위치시킴으로써, 기포가 노출면에 더 가깝게 이동되어 파열되도록 액체의 국부적인 박층화를 초래하여 액체의 탈기를 지향하게 된다. 대체적으로, 코팅된 물품은 코팅이 인가된 이후에 본 발명의 정전기 공정을 필요로 할 수도 있다. 코팅 용액 내의 공기가 사실상 모든 코팅 방법에 문제를 일으키고 있기 때문에, 많은 가능한 응용 예들이 본 발명의 탈기 공정을 위해 존재한다. 커튼 코팅기는 이러한 혼입이 커튼 파열을 초래할 수 있기 때문에 코팅 용액 내의 공기에 특히 민감하다. 본 발명의 탈기 공정은 공기를 용액 공급부로부터 커튼 코팅기, 슬라이드 또는 슬롯과 같은 다이 코팅기까지 제거하도록 사용될 수 있다. 그라비어 인쇄, 역전 롤, 덮개 캐스트 및 커튼 오버 롤과 같은 팬 어플리케이션 코팅기는 본 발명의 탈기 공정을 통해 코팅 용액을 재순환시켜서 탈기된 코팅 용액을 팬에 재공급함으로써 향상될 수 있다. 일반적으로, 공기가 코팅 용액으로부터 효과적으로 제거된다면, 코팅 결함은 감소될 수 있고, 더 얇은 코팅이 형성될 수 있으며, 코팅 속도가 증가될 수 있다. 이 정전기식 탈기 발명은, 유체로부터 공기를 제거하는 것이 유체의 점성이 증가함에 따라 어렵기 때문에, 저전도성 코팅 유체, 특히 [100 센티푸아즈(centipoise) 이상, 1000 센티푸아즈 이상, 또는 그 이상과 같이] 더 높은 점성을 가진 이러한 유체에 매우 효과적인 수단이다. 심지어 5 또는 10 센티푸아즈와 같은 저점성 유체는 요구된 유동률이 높고 평균 중력 기포 상승 기간 방법이 너무 느릴 때에 탈기 문제를 겪을 수 있다.

도1 및 도2는 이동하지 않는 액체 층(10) 상의 정전기식 탈기 발명을 도시한다. 액체 층(10)은 지지 부재(22) 상에 존재한다. 정전기 대전 스테이션(24)은 액체 층(10) 위에 배치된다. 대전 스테이션(22)은 적합한 동력원(도시 생략)에 의해 대전되는 전극(26)에 의해 한정된다. 지지 부재(22)는 접지되고, 전극(26)은 양의 포텐셜로 대전된다[지지 부재(22)가 접지될 필요가 없을 뿐만 아니라, 전극(26)에 의해 발생된 대전된 미립자로부터 다른(즉, 인력의) 포텐셜을 가질 수 있다]. 이에 따라, 전극(26)이 전기적으로 전류가 흐르게 될 때, 대전된 미립자의 유동이 대전된 전극(26)에 의해 한정되고, 접지된 지지 부재(22)에 인력이 있게 된다. 대전된 미립자의 유동은 초기에 액체 층(10) 위에 있고 지지 표면(20)을 향하여 인력을 통해 이동한다. 지지 표면(20)을 향하여 이동하는 대전된 미립자는 액체 층에 의해 가로막히게 되고 순간적으로 액체 표면에 또는 인접하여 있게 된다. 대전된 미립자와 지지 표면 사이의 전기장은 액체 표면상의 대전된 미립자가 지지 표면을 향하여 인력이 있게 되기 때문에 액체를 박층화하게 하는 전기력을 발생시킨다. 저전도성 유체의 경우에, 전기적 이완 기간이 더 길고, 힘이 더 긴 기간동안 존재하여 더욱 박층화가 일어난다. 도1에 도시된 바와 같이, 액체 층(10)은 정전기의 인가 이전에 두께 T₁을 갖지만, 도2는 정전기에 의해 영향을 받은 [국부적으로 전극(26)에 인접한] 그 부분에서 두께 T₂를 가지며, 여기서 T₁ > T₂ 이다. 상술된 바와 같이, 액체 층(10)은 고정되어 있는 저전도성 액체이다[지지 부재(22)와 대전 스테이션(24)에 대해 이동되지 않음]. 도2에 도시된 바와 같이, 국부적인 박층화의 영역 내의 기포(14)는 액체 층(10)의 박층화에 의해 액체 층(10)의 노출면(16)에 더 가깝게 이동되어 파열되므로, 국부적인 박층화(28)의 영역은 일반적으로 내부에 혼입된 기포가 없게 된다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 정전기식 탈기에 추가하여, 액체(12)는 대전 스테이션(24)에서 정전기의 인가 이전에 또는 동시에 가스제거 공정이 또한 필요할 수도 있다.

도1 및 도2에서 도시된 장치의 일 실시예에서, (도1에서 도시된 바와 같이) 전극(26)은 20 KV에서 유지된 코로나 니들(corona needle)을 포함하고, 액체 층(10)의 노출면(16)으로부터 (정전기의 인가 이전에) 약 0.5 인치(inch)(1.27 cm)에 위치되며, 이 경우에 액체 층은 100% 고형 경화 가능한 아크릴레이트 시럽(solids curable acrylate syrup)이다. 대전된 미립자의 개시 이전에, 액체 층 두께는 약 0.05 인치(0.127 cm)이지만, 짧은 이후에(1초 내에), 두께는 약 0.01이 되고, 이어서 시간이 지남에 따라 더 얇은 최종 두께로 감소된다(이들 수치의 크기는 유체 전도성, 점성, 탄성 및 다른 액체 특성 등에 좌우된다).

이 구성은 약 2 내지 6 제곱 인치의 처리 영역[즉, 국부적인 박층화의 영역(28)]으로 귀착된다. 처리되는 액체(12)가 저전도성[미터당 대략 9 나노지멘스(nanoSiemens)(나노지멘스는 10^-9 지멘스임)]을 갖기 때문에, 전하는 기포(14) 상에 그리고 액체(12)의 노출면(16) 상에 순간적으로 존재한다. 따라서, 기포(14)와 노출면(16) 모두는 전극(26)으로부터 대전된 미립자에 의해 한정된 장(field) 변화도에 의해 접지된 지지 표면(20)을 향하여 구동된다. 이것은 기포(14)를 파열시키는 가압을 발생시킬 뿐만 아니라 액체(12)의 노출면(16)과 접지된 지지 표면(20) 사이에 인력을 발생시킨다. 이 힘은 액체(12)가 코로나 공급원[전극(26)]과 접지된 지지 표면(20) 사이에 형성된 평면으로부터 떨어져 유동하게 하여, 결과적으로 도2에서 도시된 바와 같이 액체(10)의 국부적인 박층화[영역(28)]를 발생시킨다. 이것은 기포(14)를 노출면(16)에 더 가깝게 강제함으로써 먼저 액체 층(10)의 중간 부근에 있는 기포를 노출시킨다. 기포(14)가 노출면(16)에 충분히[즉, 0.030 인치(0.0762 cm) 내에] 근접하게 될 때, 기포는 가압되고 파열된다.

일반적으로, 전압이 증가될 때, 박층화의 증가 레벨이 관찰된다. 더욱 증가됨에 따라, 액체 표면은 평활되지 못하고 패턴화되거나 조직화된 형상을 나타낼 수 있다. 이것은 액체 표면에 난류를 발생시키는 것을 또한 포함할 수 있고, 이 모든 것은 액체가 계속하여 더 얇아지게 될 때 증가된 레벨의 유효성을 발생시킬 수 있다. 이러한 원리에 제한되기를 원하지는 않지만, 비평활 액체 표면이 발생될 때에, 더 박층화되는 액체 내의 영역은 액체 내에 더 높은 정전기장을 초래하여 액체를 더 박층화시키고, 액체 내에 작은 유동 패턴을 일으킨다. 이들 표면 패턴은 액체 특성에 따라 0.2 cm 이상 또는 이하의 파장 범위 내에 있을 수 있다. 파장은 또한 액체가 더 박층화될 때 더 짧아지게 된다. 그러나, 만약 전압이 너무 높게 되면, 액체는 너무 박층화될 수도 있고 정전기 방전 또는 아크가 일어날 수 있다. 이것은 일반적으로 바람직한 상태가 아니며 실제로 액체 내에 새로운 또는 추가적인 기포를 발생시킬 수 있다.

한편 상술된 실시예에서, 대전 스테이션은 전극으로 기술되고, 대전 스테이션은 코로나 방전(대전 스테이션으로부터 액체 표면으로 이동하는 대전된 미립자)을 인도하는 임의의 적합한 구조물을 포함할 수도 있다. 이 목적에 적합한 구조물은 응용 예에 따라 니들, 나이프, 날카로운 에지된 블레이드, 와이어 또는 원격 이온 발생기를 포함할 수도 있다.

본 발명의 방법의 많은 응용 예에서, 액체 층(10)과 대전 스테이션(24) 사이에 상대적인 종방향 이동이 일어난다. 예를 들어, 액체 층이 유동하는 스트림 액체 층인 응용 예에서, 액체의 스트림은 고정식 대전 스테이션을 지나 흐를 수 있다. 대체적으로, 액체 층은 고정식 대전 스테이션을 지나 액체 층을 운반하는 이동 지지 부재에 의해 운반될 수도 있다. 일부 응용 예에서, 지지 부재와 액체 층은 다른 상대 속도로 이동될 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 대전 스테이션은 이동될 수 있는데 반하여, 지지 부재 및/또는 액체 층은 대전 스테이션에 대하여 다른 상대 속도로 고정되거나 혹은 이동될 수도 있다.

도3은 지지 부재(22)의 경사진 지지 표면(30)을 따라 화살표(29) 방향으로 아래쪽으로 유동하는 액체 층(10)을 도시한다. 이 실시예에서, 전극 각각이 액체 층(10)의 노출면(16) 위에 이격된 상태로, 다수의 전극이 지지 표면(30)에 의해 한정된 슬라이드 또는 경사를 따라 위치된다. 정전기 효과의 인가를 위하여, 각각의 전극이 액체 층(10) 위에서 그리고 접지된 지지 표면(30)을 향하여 대전된 미립자의 양의 유동을 제공하는 상태로, 지지 부재(32)는 다시 접지될 수도 있다. 제1 대전 스테이션(34)은 제1 전극(36)에 의해 한정되는데 반하여, 제2 대전 스테이션(35)은 제2 전극(37)에 의해 한정된다. 제1 대전 스테이션 및 제2 대전 스테이션(34, 35)은 지지 표면(30)을 따라 종방향으로 이격된다. 이에 따라, 액체 층(10)은 국부적인 박층화[영역(34a, 35a)에서와 같이]에 의해 그의 탈기를 촉진하도록 다수의 정전기 대전 노출을 받는다. 도3에서 도시된 바와 같이, 제1 대전 스테이션(34)을 통과하는 액체(12)는 내부에 혼입된 일부 잔류 기포(14a)를 가질 수도 있으며, 제2 대전 스테이션(35)에서 제2의 정전기 인가는 액체 층(10)의 노출면(16)을 향하여 이들 기포의 이동과 결과적인 기포의 파열을 더 촉진할 것이다. 물론, 2개 이상의 대전 스테이션들이 탈기하기가 보다 어려운 액체를 처리하기 위해서 특정한 탈기 구성에 제공될 수도 있다. 액체가 유동하고 있을 때, 와류가 표면으로의 기포 이동을 촉진하는 정전기 박층화의 결과로서 발생할 수 있다. 이것은 유동이 층류로 유지되든지 비층류 또는 난류이든지 간에 일어날 수 있다. 점성의 액체 내의 과도한 난류는 액체 내에 공기를 갇혀질 수 있게 하고 진입시킬 수 있는 "폴드 오버(fold overs)"를 발생시킬 수 있다.

액체 층의 노출면으로의 대전된 미립자의 유동에 의해 발생된 국부적인 박층화의 범위는 액체의 전기 전도성에 많이 좌우된다. 더 높은 전도성을 가진 액체는 국부적으로 더 박층화될 수 있지만, 박층화 및 기포를 표면으로 이동시키는데 덜 효과적일 수 있다. 따라서, 예를 들어 만약 액체 전도성이 미터당 약 50 마이크로지멘스(microSiemens)(마이크로지멘스는 10^-6 지멘스임)라면, 미터당 10 나노지멘스일 때만큼의 효과가 없을 수도 있고 더 낮은 유동률 또는 증가된 수의 다중 대전 스테이션이 요구될 수 있을 것이다. 부가적으로, 더 높은 점성 액체는 또한 더 크거나(넓거나) 다수의 대전 스테이션을 요구할 수도 있다. 같은 유동률에서 더 낮은 점성 액체는 도3에서와 같이 경사진 표면 아래로 유동할 대 감소된 두께를 가질 수 있거나 동일한 두께를 위하여 더 높은 속도로 유동할 수 있으며, 이에 따라 더 높은 액체의 처리량을 제공한다. 또한, 더 높은 점성 액체는 액체가 효과적이게 되도록 더 낮은 전도성을 가지도록 요구한다. 예를 들어, 약 화씨 250도에서 약 10,000 내지 20,000 센티푸아즈의 점성과 미터당 16 나노지멘스의 전도성을 가진 에폭시 아크릴레이트 열 용융 경화 가능한 시럽은 기능적일 수 있고 노출면으로의 기포 이동을 촉진하는 비평활 표면을 발생시킬 수 있는데 반하여, 미터당 11 마이크로지멘스의 전도성을 갖는 같은 액체 점성은 국부적으로 박층화에서 효과적이지 못하고 비평활 표면을 제공하지 못하며 결과적으로 덜 효과적이었다.

도3에서 도시된 실시예에서, 전극(36, 37)은 전기적으로 전류가 흐를 때 각각의 대전 스테이션(34, 35)을 위해 대전된 미립자를 발생시키는 코로나 와이어이다. 또한, 정적 믹서(static mixer, 39)는 대전 스테이션(34, 35) 사이에 종방향으로 이동 액체(12)의 스트림 내에 배치된다. 정적 믹서(39)는 액체 층(10) 내에 배치된 벽, 둑 또는 댐과 같은 구조물의 형태를 취할 수도 있고, 지지 표면(30)에 또는 내부에 배치된 추가적인 구조물에 한정된 미세반복식(microreplicated) 표면을 포함할 수도 있다. 정적 믹서(39)는 액체가 정정 믹서(39)를 지나 유동할 때 액체 층(10)의 액체(12)의 층류를 방해하는데 도움이 되고, 그에 의해 액체 층의 노출된 상부면(16)을 향하여 액체 층(10)의 하부면(18)에 인접한 기포(14)의 이동을 촉진시킨다. 미세반복식 표면은 더 얇은 액체 층이 사용될 때 이 목적을 위하여 특히 유용할 수도 있다.

본 명세서의 내용에서, "미세반복식 표면(microreplicated surface)"은 표면이 단지 약 50 마이크로미터가 변화되는, 제품 대 제품(product-to-product)으로부터, 제조 중의 개개의 형상 충실도를 유지하는 구조화된 형상[예를 들어, 피라미드, 채널, 스템(stem) 등]을 갖는 공정에 의해 이루어진 표면이다. 미세반복식 표면을 형성하기 위한 중합체 재료의 사용은 상대적으로 높은 오차로 제조 공정에서 개개의 형상 충실도를 유지하게 한다. 이 공정이 비교적 작은 구조물을 생성하고 때때로 여러 번에 걸쳐서 반복되기 때문에, 이 공정은 미세반복으로 언급된다. 미세반복에 적합한 공정은 미국 특허 제5,514,120호에 기술되어 있다.

도4는 화살표(29) 방향으로 지지 부재(42)의 경사진 지지 표면(40)을 따라 아래쪽으로 이동하는 액체 층(10)을 갖춘 실시예를 또한 도시한다. 이 실시예에서, 대전 스테이션(44)에서 대전된 미립자의 유동은 전극에 의해 제공되지 않고, 원격 이온 발생기(45)에 의해 제공된다. 대전된 미립자는 이온 발생기(45)에 의해 제공되고, [접지된 지지 부재(42)와 그 지지 표면(40)에 대하여] 액체 층(10) 위에서 그리고 액체 층을 향하여 대전 출구(49)로부터 유동하여 지향될 때까지 [(도관(48) 내의 공기(47)와 같이] 유체 매체를 통해 대전 스테이션(44)으로 이송된다. 이미 기술된 바와 같이, 대전된 미립자의 유동은 대전 스테이션(44)을 지나 이동할 때 액체 층(10)의 이동 스트림의 국부적 박층화[예를 들어, 영역(44a)]를 발생시키고, 그에 의해 액체 층(10)의 제2 노출면(16)에 더 가깝게 액체 층(10) 내에 혼입된 가스의 기포(14)를 이동시켜서 이들 기포를 파열시킨다.

도5는 본 발명의 실행에 사용하기 위한 경사진 탈기 구조물의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 코팅 용액 공급부(50)는, 내부에 혼입된 가스 기포(14)를 가진, 코팅 용액(52)의 공급원으로서 작용한다. 코팅 용액(52)은 지지 부재(58) 상의 지지 표면(56)에 의해 한정된 슬라이드로 공급된다. 지지 부재(58)는 초음파 플레이트 탈기 장치로서 또한 포함되고, 음향 발생기(도시 생략)에 의해 음향적으로 작동된다. 코팅 용액(52)으로 지지 부재(58)에 의해 인가된 초음파 에너지는 기포(54)의 파열에 실질적으로 공헌하지 않지만, 코팅 용액(52) 내에 흡수된 공기가 기포(54)로 형성되게 하고 존재하는 기포의 크기를 확대시키게 한다. 코팅 용액 박층화 구조물(60)은 지지 표면(56) 상에 배치된다. 구조물(60) 자체는 전극(64)(즉, 코로나 와이어) 아래에 배치된 코팅 용액 지지 표면(62)을 갖는다. [대전 스테이션(66)를 한정하는] 전극(64)을 지나 유동한 이후에, 코팅 용액(52)은 코팅 용액 저장소(68) 내에서 또한 처리되기 위하여 수집된다.

이 실시예의 한 형태에서, 전극(64)은 20 KV로 유지된 0.008 인치(0.02032 cm) 직경의 코로나 와이어이다. 이 구성의 일 실시예에서, 코팅 용액(52) 내의 기포(54)는 직경이 0.005 내지 0.25 인치(0.0127 내지 0.635 cm)의 범위에 있다. 코팅 용액(52)은 100% 고형 방사(radiation) 경화 가능한 아크릴레이트 시럽으로 구성된다. 코팅 용액 유동률은 2 리터/분(liters/min)으로 유동되며, 이것은 장치가 궁극적으로 처리할 수 있는 것보다 훨씬 더 낮은 유동률이 되도록 나타난다. 작용하는 정전기 노출 영역은 유체 표면의 단지 약 10 제곱 인치이다. 코팅 용액(52)이 대전 스테이션(66)을 지났을 때, 코팅 용액(52)의 박층화가 일어나고, 결과적으로 기포(54)는 코팅 용액(52)의 노출면(72)을 향하여 이동되며 기포가 파열되므로, 코팅 용액(52)[대전 스테이션(66)으로부터 하류에서]은 실질적으로 기포가 없다(즉, 탈기됨). 정전기식 탈기 시스템의 많은 형상들이 기능적이지만, 도5에 도시된 실시예의 주요 형상은 코팅 용액(52)의 상당히 얇은 막이 형성[약 0.050 인치(0.127 cm) 이하]되는 슬라이드 영역[지지 표면(62)]이며, 슬라이드 영역은 유체 내의 기포를 그 노출면으로 운반하기 위한 코팅 용액 박층화 구조물(60)과, 공기 스트림에 의해 슬라이드 영역으로 지향된 전하를 필요한 표면 대전에 공급하도록 다수의 코로나 와이어(또는 하나 이상의 원격 이온 발생기)를 갖는다. 정전기의 사용에 대한 초음파의 추가는 동시이든지 또는 순차적이든지 간에 액체를 가스제거 및 탈기하기 위한 효과적인 수단을 제공한다.

도5의 실시예에서 도시된 바와 같이, 박층화 구조물(60)은, 도3에서 도시된 구조물(39)과 마찬가지로, 이동 스트림 액체 층 내에 배치된다. 이러한 구조물은 액체 층 내부에 비층류를 발생시키는데 도움이 되도록 그 자체에 (미세반복식 표면을 포함하는) 지지 표면의 조직화된 표면을 포함하는 댐, 둑 또는 다른 유동 방해물의 형태를 취할 수 있다. 이러한 액체 층 내의 내부 비층류는 그 하부 면으로부터 그 상부 노출면을 향하여 액체 층 내의 기포의 이동을 촉진할 것이다.

상술된 바와 같이, 정전기 박층화 현상은 그 자체로 액체의 노출면으로의 기포 이동을 촉진한다. 증가되는 레벨의 정전기장이 채택될 때, 표면 조직화, 패터닝 및 다른 비평활화가 일어나고, 이것은 표면으로의 기포 이동을 더욱 촉진하는 마이크로 유체 유동 영역 및 마이크로 와류를 발생시킬 수 있다.

정전기 대전의 인가가 액체 층을 위해 단지 탈기만을 제공할 수 있지만, 액체의 박층화를 향상시키는 다른 기술들과의 결합은 보다 향상된 성능을 초래한다. 본 발명의 정전기 인가의 응용법과의 결합에 채택될 수 있는 다른 유체 박층화 방법은, 액체 층 지지 표면을 경사지게 하는 단계(및/또는 이러한 경사에서의 증가를 발생시키는 단계), 상류 액체 층 속도에 대하여 지지 표면 속도를 증가시키는 단계[이것은 경사 영역으로부터 회전 롤까지(즉, 하나의 표면으로부터 제2 표면이 더 높은 표면 속도를 가진 다른 표면까지) 액체 층을 이송함으로써 달성될 수 있음] 또는 액체 층을 이동 지지부로 인가시키는 단계, 액체 층을 가열시키는 단계, 공기 압력을 액체 층에 인가시키는 단계, 관성력을 채택하는 단계(즉, 원심력을 이용하는 회전 구조물 또는 선형 가속을 달성하는 구조물을 채택하는 단계), 지지 표면 영역을 증가시키는 단계(즉, 스트레치된 탄성 웨브로서 지지 표면을 한정하는 단계), 또는 액체 층을 처리하는 단계(즉, 얇은 층이 지지 표면 상에 남아 있게 하는 스크레이퍼 블레이드를 이용하는 단계)를 포함한다. 이들 기술의 모두는 액체 층의 추가적인 박층화를 형성하는데 도움을 줄 수 있지만, 액체 층의 박층화를 유도하기 위하여 대전된 미립자의 유동을 요구하지는 않는다. 도6 내지 도9는 대전 스테이션에서든지 또는 대전 스테이션 이전에서든지 간에 액체 층의 박층화를 유도하기 위한 이들 추가적인 액체 층 박층화 기술의 일부를 도시한다.

도6은 지지 부재(82)의 지지 표면(80)에 의해 한정된 슬라이드 상의 액체 층(10)을 도시한다. 지지 표면(80)은 초기 지지 표면(80a)에서 수평에 대하여 각도 α로 경사져 있다. 액체 층(10)은 화살표(29) 방향으로 중력에 의해 아래쪽으로 유동한다. 지지 표면(80)은 수평에 대하여 각도 β를 갖는 더 급격하게 경사진 표면(80b)으로 경사에서의 제1 변화를 갖는다. 액체 층(10)의 박층화는 먼저 지지 표면(80)의 경사에 의해 유도되고, 또한 지지 표면(80b)의 증가된 경사에 의해 유도된다. 지지 표면(80)은 수평에 대하여 각도 θ를 갖는 아주 급격하게 경사진 표면(80c)으로, 제1 변화로부터 하류에서, 경사에서의 제2 변화를 갖는다(즉, θ > β > α). 액체 층(10)의 박층화는 지지 표면(80c)의 증가된 경사에 의해 또한 유도된다. 대전 스테이션(84)은 지지 표면 경사가 제2 변화에서 변화되는 예리한 지점(측면 선)에 인접한 전극 각도(86)에 의해 한정된다. 예리한 지점(측면 선)은 추가적인 기계적 박층화 구성부(중력 및 표면 장력 효과를 포함함)를 제공할 뿐만 아니라 그 둘레의 작동적인 전기장을 증강시키고, 그에 의해 액체 층(10)을 더욱 박층화시킨다. 전극(86)에 의해 제공된 대전된 미립자의 유동은 또한 대전 스테이션(84)에 인접한 액체 층(10)을 박층화시키고, 그에 의해 액체 층 내에 혼입된 기포를 액체 층(10)의 노출된 상부면(86)으로 더 가깝게 이동시켜서, 탈기를 위하여 이들 기포를 파열시킨다.

도7은 액체 층에 대한 지지 표면의 경사에서의 변화의 대체 실시예를 도시한다. 도7에서, 액체 층(10)은 지지 부재(92)의 지지 표면(90)을 따라 아래로 유동하고, 지지 표면은 지지 표면 섹션(90a, 90b, 90c, 90d)들을 구비한다. 지지 표면 섹션(90b, 90c)은 [전극(96)에 의해 한정되는] 대전 스테이션(94)에 인접한 지지 부재(92) 상에 한정된 구조물에 한정된다. 위에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 구조물은 액체 층(10) 내의 벽, 둑 또는 댐을 한정하는 특정 형상을 취할 수도 있거나, 미세반복식 표면일 수도 있거나, 그 위에 미세반복식 표면을 포함할 수도 있다. 액체 층(10)이 지지 표면 섹션(90b)으로부터 증가된 경사의 지지 표면 섹션(90c)으로 유동할 때, 액체 층(10)은 박층화된다. 경사에서의 변화는 도6에서 상술된 바와 같이 추가적인 기계적 박층화 구성을 제공하고 그 둘레에 작용하는 전기장을 증강시키는 표면(90b, 90c)들 사이의 예리한 에지(측면 선)를 따라 한정된다. 도7에서 도시된 바와 같이, 정전기에 의한 액체 층(10)의 박층화는 액체 층(10) 내에 혼입된 기포를 그의 노출된 상부면(98)을 향하여 이동시키게 하고 이동 스트림 액체 층(10)이 대전 스테이션(94)과 구조물(93)을 지날 때 파열되게 한다.

도8은 액체 층이 정전기 대전 스테이션에서 또는 이전에 액체 층을 박층화하기 위해서 연장되게 스트레치되도록, 액체 층의 지지 표면이 상류에서 보다 하류에서 더 높은 표면 속도를 갖는 본 발명의 실시예를 도시한다. 도8에서, 경사진 지지 표면(100)은 액체 층(10)을 지지한다. 액체 층(10)을 위한 지지 부재(101)는 지지 표면(100)뿐만 아니라 (고정 표면인)지지 표면(100)보다 더 높은 종방향 속도로 이동하는 원주면(103)을 갖는 회전 롤(102)을 포함한다. 액체 층의 지지 표면의 속도에서의 이러한 증가[이동 스트림 액체 층(10)이 지지 표면(100)으로부터 롤(102)의 표면(103)으로 이송될 때]는 액체 층(10)을 종방향으로 밖으로 끌어당기게 하여, 액체를 보다 적은 두께로 연장되게 가압시킨다. 그리고 나서 액체 층(10)은 액체 층(10) 위에서 그리고 롤(102)의 표면(103)을 향하여 지향된 대전된 미립자의 유동을 제공하는 전극(106)에 의해 한정된 대전 스테이션(104)으로 지나가게 된다. 대전된 미립자가 표면(103)을 향하여 인력이 있도록 대전된 미립자와 롤(102)의 표면에 인가된 전하 사이에 포텐셜 차이가 존재한다(또는 롤이 접지된다). 액체 층(10)의 연장적인 박층화와 또한 정전기에 의해 발생된 박층화는 액체 층(10) 내에 혼입된 기포를 그 노출된 상부면(105)을 향하여 이동시켜서 파열되게 한다. 이어서 탈기된 액체는 닥터 블레이드(doctor blade, 107)에 의해 롤(102)의 표면(103)으로부터 닦여지거나 처리되어 탈기된 액체 저장소(108) 내에 수집된다. 저장소(108)로부터, 탈기된 액체는 다른 공정을 위하여(예를 들어, 코팅 용액의 경우에 액체 코팅 스테이션으로) 보내질 수 있다.

도9는 탈기를 위한 정전기의 사용의 다른 실시예를 도시한다. 이 경우에, [내부에 혼입된 기포(111)를 갖는] 코팅 용액(110)이 [화살표(113)의 방향으로 이동되는] 무한 웨브(endless web)로서 한정되는 이동 기판 상에 침전된다. 코팅 용액(110)은 코팅 다이(114)로부터 공급되고, 이것이 무한 웨브(112)의 지지 표면(115)과 결합될 때, 그 종방향 이동에 의해 밖으로 끌어 당겨지게 되어 박층화된다. 그리고 나서 웨브(112) 상의 박층화된 코팅 용액(110)은 전극(117)에 의해 한정된 대전 스테이션(116)을 지나간다. 코팅 용액(110) 내에 혼입된 기포는 그의 노출된 상부면(118)을 향하여 이동됨에 따라 [지지 표면(115)의 이동과 대전 스테이션(116)에서의 정전기 모두에 의해] 코팅 용액(110)이 박층화되어서 코팅 용액(110)을 탈기하도록 파열된다.

본 발명의 몇몇의 특정한 실시예가 본 명세서에 도시되고 기술되지만, 하나의 통상의 기술은 수많은 대체 구성이 가능하고 바람직한 결과(탈기)를 달성하도록 개시된 특징 및 장점을 결합한다는 것을 인식할 수 있다. 본 발명의 응용 예들 중 위의 예시들에서, 지지 표면은 (예를 들어, 대전된 미립자가 제1 극성을 가질 때, 지지 표면은 제2 반대 극성을 가질 수도 있도록) 전도성이 있다. 지지 표면이 비전도성인 이들 예시에서, 본 발명의 정전기의 인가는 액체 층을 탈기하는 데 또한 사용될 수 있다. 그렇게 하기 위한 예시적인 구성이 도10, 도11 및 도12에 도시되어 있다. 이들 도면들이 수평 방향으로 액체 층을 도시하였지만, 경사진 구성이 또한 고려된다.

도10에서, 액체 층은 그 지지 표면과 대전 스테이션에 대하여 이동되거나 고정될 수도 있다. 액체 층(10)은 (다시 비전도성인) 지지 부재(122)의 지지 표면(120) 상에 지지된다. 대전 스테이션(124)은 전극(126)에 의해 액체 층(10) 위에서 한정된다. 지지 부재(122)의 제2 측면(127) 상에, 전극(128)과 같은 제2 전하의 공급원이 제공된다. 제2 전극(126)은 제1 전극(126)에 의해 발생된 전하로부터 반대 극성의 전하를 제공하고, 그리고 나서 지지 부재(122)의 제2 측면(127) 상에 위치된다. 이에 따라, 지지 부재(122)가 비전도성일지라도, 전하 포텐셜은 액체 층(10) 상에 필요한 정전기력을 발생시키도록 제공되며, 그에 의해 액체 층(10)을 박층화시키고, 결과적으로 그 노출면을 향하여 내부에 혼입된 기포를 이동시켜서 이들 기포를 파열시킨다. 일 실시예에서, 지지 부재(122)의 제2 측면(127) 상의 전하는 그 위에 존재한다. 전극(126, 128)은, 동시에 역전되도록(즉, 그 사이에 교번 패턴을 한정하기 위해서) 위상되는 동안은, 증가된 유효성을 위하여 주기적으로 극성이 역전될 수 있다. 제2 측면(127) 상의 전하는 전극(128)으로부터 공급될 수도 있거나, 원격 이온 발생기 또는 심지어 [지지 부재(122)의 제2 측면(127)에 인가된 전하가 없는 상태로] 외부 전기장을 한정하기 위한 어떤 다른 수단에 의해 제공될 수도 있다. 전형적으로, 제2 측면 상의 코로나 공급원으로부터의 대전은 외부 전기장과 함께 가장 효과적이나, 제2 측면 상의 접지된 구조물은 또한 기능적이지만 일반적으로 덜 효과적이다. 또한, 제2 측면에 근접한 코로나 공급원 또는 영역과 더불어, 상부 측면 대전 스테이션으로부터 대전된 미립자의 유동의 극성을 반복적으로 역전하는 것은 인가된 전압이 충분히 높다면 다소 효과적일 수 있다.

도11은 다수의 전극이 이동 스트림 액체 층(10) 위에 제공되는 본 발명의 실시예를 도시한다. 액체 층(10)은 (비전도성일 수도 있는) 지지 부재(132)의 (비전도성인) 지지 표면(130) 상에 지지된다. 제1 대전 스테이션(134)에서, 음의 전극(135)이 액체 층(10)의 노출된 상부면(133) 위에 제공된다. 지지 부재(132)의 제2 측면 상에, 음의 전극(135)에 반대되는, 양의 전극, 로드(rod) 또는 이온 발생기(137)가 제공된다. 이에 따라, 전극(135, 137)들 사이의 미립자의 유동이 상술된 방식으로 대전 스테이션(134)에 인접한 액체 층(10)의 국부적인 박층화를 발생시키도록, 포텐셜 차이가 두 개의 전극(135, 137)들에 의해 제공된 전하들 사이에 제공된다. 제1 대전 스테이션(134)으로부터 종방향으로 하류에서, [제1 대전 스테이션(134)으로부터 역전된 극성을 가진] 제2 대전 스테이션(138)이 액체 층(10)의 노출된 상부면(133) 위에 제공된다. 제2 대전 스테이션은, 지지 부재(132)를 가로질러 서로 대향되도록 정렬된 전극(139, 140)들과 더불어, 양의 전극(139) 및 음의 전극 로드 또는 이온 발생기(140)에 의해 한정된다. 제2 대전 스테이션(138)에서, 전극(139, 140)들 사이의 포텐셜 차이는, 반대의 대전 유동 관계임에도 불구하고, 액체 층(10)의 국부적인 박층화를 초래하는 대전된 미립자의 유동을 다시 발생시킨다. 그러므로, 이동 스트림 액체 층(10)이 유동할 때, 액체 층은 제1 대전 스테이션(134)에 인접한 정전기를 먼저 받게 되고 (그리고 결과적인 기포 이동 및 파열이 일어나며), 이어서 순차적으로 다시 제2 대전 스테이션(138)에 인접한 정전기를 받게 된다. 액체 층의 상부면(133)에 대하여 지향된 전하의 유동은 제1 대전 스테이션(134)으로부터 제2 대전 스테이션(138)으로 극성이 반대된다. 이 배열은 코팅 용액에서 이용되는 바와 같이 다른 공정 이전에 액체 층을 탈기하기 위한 효과적인 수단을 다시 제공한다. 위에서 지시된 바와 같이, 대전된 미립자의 유동은 액체 층 위의 대전 스테이션에서 제공되는데 반하여, 반대로 위상된 전기장 또는 대전된 미립자의 유동은 지지 부재의 다른 측면 상에 제공될 수 있다. 저전도성 및/또는 고점성 유체를 위하여, 많은 수의 대전 스테이션이 증가될 수 있다.

도12는 비전도성 지지 부재와 함께 사용하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 액체 층(10)은 지지 부재(152)의 지지 표면(150)에 의해 지지된다. 대전 스테이션(154)은 액체 층(10)의 상부 노출면(157) 위에 배치되는 전극(156)에 의해 한정된다. 전극(156)의 전하 위상은 적합한 제어 수단(도시 생략)에 의해 양 및 음 사이에 선택될 수 있다. 대전 스테이션(154)으로부터 상류에서, 전하는 지지 부재(152)의 제2 측면(158)에 노출되고 전-전하(pre-charge)으로서 그 위에 침전된다. 전-전하는 교번 방식, 위상된 양 다음에 음, 양 다음에 음 등으로 지지 부재(152) 상에 침전된다(도12에 도시됨). 지지 부재(152)와 그 위의 액체 층(10)은 대전 스테이션(154)을 지나 화살표(159)의 방향으로 이동된다. 지지 부재(152)와 액체 층(10)의 이동의 비율은, 지지 부재(152)의 음으로 대전된 부분은 전극(156)이 양으로 대전될 때 대전 스테이션(154) 내에 있도록, 그리고 반대로 전극(156)이 음으로 대전될 때는 반대로 되도록, 전극(156)의 전하 위상과 동위된다. 이러한 방식으로, 전극(156)으로부터 대전된 미립자는, 그에 의해 지나가는 지지 부재(152)의 교번하는 반대 위상 변화에 대응하여, 양, 음, 양, 음, 등등으로 교번된다. 그러나, 위상이 어떻게 존재되어 있더라도, 대전 스테이션(154)에서의 대전된 미립자는 전극(156)으로부터 지지 표면(150)을 향하는 유동으로 지향되며, 그에 의해 액체 층(10)이 박층화되도록 액체 층(10) 상에 가압하여 결과적으로, 내부에 혼입된 기포가 파열되도록 노출된 상부면(157)을 향하여 운반된다.

교번하는 대전 위상 설계가 채택되는 이들 실시예에서, 교류 공급원은 대체로 초당 1 내지 10 사이클로 순환되지만, 더 높거나 더 낮을 수 있다(그리고, 물론, 대전 스테이션에 대한 액체 층 속도에 좌우된다). 모든 실시예에서, 대전된 미립자의 공급원은 직류원, 교류원, 또는 펄스 직류원 중 적어도 하나이다.

코팅 유체와 같은 액체를 탈기하기 위한 하나의 종래 수단은 슬링거-드가서로서 알려진 장치의 사용에 의한 것이다. 도13은 본 발명의 정전기식 탈기 공정과 결합된 슬링거-드가서(160)의 사용을 도시한다. 슬링거-드가서(160)는 원통형 내부벽(164), 상부벽(166) 및 하부벽(168)에 의해 부분적으로 한정된 챔버(162)를 구비한다. 슬링거 디스크(170)는 원통형 내부벽(164)과 동축으로 [슬링거 디스크 축선(171) 상의] 챔버(162) 내부에 회전 가능하게 배치된다. 도시된 실시예에서, 슬링거 디스크(170)는 전도성이 있으며 접지되어 있다. 액체 저장소(172)는 슬링거 디스크(170)의 축선과 동축으로 정렬된 노즐(174)로부터 슬링거 디스크(170) 상의 액체(175)의 스트림을 제공한다. 액체(175)는 도시된 바와 같이 슬링거 디스크(170)의 중심 부근에 노즐(174)로부터 분사된다. 슬링거 디스크(170)는, 액체(175)가 슬링거 디스크(170)의 중앙부와 접촉할 때, 액체가 박막으로 퍼지고 슬링거 디스크(170)의 외부 에지(178)를 향하여 바깥쪽으로 흐르도록 그 축선(171)[예를 들어, 화살표(176) 방향으로] 상에서 회전된다. 박막은 초기에 액체(175)의 액체 층(180)을 한정한다.

하나 이상의 정전기 대전 스테이션(182, 184)들은 슬링거 디스크(170)의 중심과 그 외부 에지(178) 사이에 반경 방향으로 배치된다. 도13에 도시된 실시예에서, 대전 스테이션(182)은 환형 전극(186)에 의해 한정되는데 반하여, 대전 스테이션(184)은 환형 전극(188)에 의해 한정된다. 전극(186, 188)들은, 제2 전극(188)이 제1 전극 바깥쪽에 있는 상태로, 디스크(170)의 축선에 대하여 동심으로 정렬된다. 또한, 선택적인 환형 구조물(190, 192)들은 액체 층이 지지 표면(195)을 가로지를 때 또한 액체 층(180)의 박층화를 유도하도록 슬링거 디스크(170)의 지지 표면(195) 상에 배치된다. 구조물(190, 192)들은 각각 전극(182, 184)들 아래에 반경 방향으로 배치된다. 이에 따라, 액체 층(180)이 대전 스테이션(182, 184)들을 가로지를 때, 전극(186, 188)들 각각으로부터 전하의 유동이 [구조물(190, 192)들 각각의 효과에 따라] 액체 층을 박층화시킴으로써 액체 층(180) 내에 혼입된 기포를 그의 노출된 상부면에 가깝게 이동시키고 이들 기포를 파열시킨다.

도13에서 도시된 실시예에서, 두 개의 환형 전극들이 제공된다. 탈기 실행을 위하여 하나의 전극이 충분할 수도 있으나, 원하는 대로 2개 이상이 제공될 수도 있다. 또한, 전극은 환형 또는 연속적인 형상일 필요는 없다. 전극이 슬링거 디스크 다소 위에 배치되는 동안은, 슬링거 디스크는 회전되고, 슬링거 디스크 상의 액체 층은 슬링거 디스크 위의 전극으로부터 방사되는 대전된 미립자의 유동에 노출될 수 있다. 다시, 전극이 구체적으로 언급되어 있는데 반하여, 액체 층 위로 그리고 액체 층에서 대전된 미립자의 필요한 유동을 한정하기 위한 어떤 적합한 수단은, 원격 이온 발생기와 같이, 충족될 것이다.

탈기된 액체 층이 회전하는 슬링거 디스크(170)의 에지에 도달할 때, 액체 층이 슬링거 디스크(170)로부터 내던져져서 챔버(162)의 내부벽(164)과 충돌하게 된다. 액체(175)는 박막으로서 내부벽(164) 아래로 유동하여, 그 아래의 탈기된 저장소(196) 내에 수집된다. 그리고 나서 탈기된 액체는 다른 공정을 위하여 적합한 출구(198)를 거쳐 지향된다. 챔버(164) 내의 압력은 액체(175) 내의 기포 및 용해된 가스의 파열을 촉진하도록 제어될 수 있다.

본 발명의 정전기식 탈기 방법은 도13에 도시된 바와 같이 슬링거-드가서의 작동을 촉진하는데 특히 유용하다. 작동에서, 슬링거-드가서는 액체를 가스제거할 때 저압 또는 진공 상태를 유지하기 위해서 광범위한 압력 밀봉을 요구한다. 슬링거-드가서와 관련하여 상술되고 도13에서 도시된 정전기식 기술의 사용을 통해, 슬링거-드가서의 작동에 의해 액체의 가스제거는 이러한 정확한 압력 상태가 요구되지 않고 향상된다. 액체는 본 발명의 정전기 기술의 부가적인 탈기 효과에 의해 동일한 레벨 또는 향상된 레벨로 슬링거-드가서 내에서 가스제거될 수 있으며, 그에 의해 긴 작동 시스템 수명을 또한 가질 수 있는 저비용의 슬링거-드가서에 이르게 된다.

도7에서 도시된 바와 같이, 지지 표면 상의 삼각형 구조물을 갖춘 다수의 대전 스테이션 시스템과의 실험은 미터당 9 나노지멘스의 전도성을 가진 100% 고형 경화 가능한 아크릴레이트 시럽으로 실행된다. 정전기식 탈기 스테이션은, 평판을 가로질러 측면으로 연장하는 3개의 상승된 삼각형 섹션들과 함께, (수평에 대하여) 약 75도로 경사진 18 인치(45.72 cm) 와이드 평판에 의해 한정된 지지 표면으로 구성된다. 공기 기포가 많이 혼입된 시럽이 슬롯 코팅기와 함께 평판의 상부에 도입된다. 시럽의 점성은 약 3,000 센티푸아즈이다. 코로나 와이어 전압은 20,000 볼트로 유지된다. 이 작은 시스템은 분당 130 피트(feet)(약 3900 cm)에서 2 밀(mil) 두께 코팅의 시럽으로 48 인치(121.92 cm) 와이드 웨브를 코팅하는데 필요한 시럽의 체적을 쉽게 탈기할 수 있다. 상용으로 입수할 수 있는 슬링거-드가서와 같은 유동률은 진공 펌프와 회전 슬링거-드가서 유닛을 포함하는 훨씬 더 크고 더욱 복잡한 부품의 장비를 요구한다. 정전기 시스템은 훨씬 더 치밀한 부품의 장비일 뿐만 아니라 어떤 이동 부품 또는 진공 또는 밀봉을 유지하도록 요구한다.

따라서 본 발명은 저전도성 액체의 액체 층을 탈기하기 위한 매우 효과적인 수단을 제공한다. 액체의 전기 저항성이, 액체의 노출된 표면에 인가된 전하가 액체 두께의 국부적인 변형 및 박층화를 발생시키기 위해서 충분한 존속 기간 동안 액체에 가압을 발생시키도록, 충분히 높은 동안은, 액체 내에 혼입된 기포가 노출면에 더 근접하게 이동되어서 파열될 것이다. 액체 층의 추가적인 박층화 및/또는 노출면을 향하여 내부의 기포의 이동을 위한 다른 추가적인 기술이 본 명세서에 지시된 바와 같이 또한 고려될 수 있다. 본 명세서에 기술된 여러 가지 형상 및 구조물들은 정전기식 탈기에 의해 제공된 이점을 달성하기 위해서 (도시되고 기술된 이들 예시적인 구성 이외의) 수많은 대체 조합들로 결합될 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당해 기술의 숙련자들은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 형상 및 세부 사항에 변화를 줄 수도 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims (39)

1. 저전도성 액체 내에 함유된 가스 탈기 방법이며,

   지지 표면을 제공하는 단계와,

   상기 지지 표면과 접촉하는 제1 하부면 및 제2 노출면을 갖고, 내부에 혼입된 가스의 기포를 구비하고 두께를 갖는 액체의 층을 형성하는 단계와,

   상기 액체의 층 위에서 지지 표면을 향하여 대전된 미립자의 유동을 제공하여 상기 액체의 층의 국부적인 박층화를 발생시키는 단계를 포함하여,

   상기 액체의 층 내에 혼입된 가스의 기포는 상기 제2 노출면에 더 근접하게 이동되어 파열되는 가스 탈기 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 국부적인 박층화 발생 단계는 대전된 미립자의 유동을 제공할 필요없이 상기 액체의 층의 국부적인 박층화를 유도하는 추가적인 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 대전된 미립자의 유동은 대전 스테이션에서 상기 액체의 층 위에 제공되고, 상기 액체의 층과 상기 대전 스테이션 사이에 상대적인 종방향 이동이 있는 가스 탈기 방법.
4. 제3항에 있어서, 고정식 대전 스테이션에 대하여 액체의 층을 이동시키는 단계를 더 포함하는 가스 탈기 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 이동 단계는 상기 지지 표면을 이동시키는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
6. 제4항에 있어서, 액체 이동에 대하여, 상기 대전 스테이션으로부터의 상류에 상기 액체의 층을 정적으로 혼합시키는 단계를 더 포함하는 가스 탈기 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 정적으로 혼합시키는 단계는 상기 지지 표면에 미세반복식 표면을 제공하는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
8. 제4항에 있어서, 상기 액체의 층의 국부적 박층화를 향상시키도록 상기 대전 스테이션에 인접한 상기 액체의 층 내부에 배치된 구조물을 제공하는 단계를 더 포함하는 가스 탈기 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 구조물은 상기 지지 표면에 배치되는 가스 탈기 방법.
10. 제3항에 있어서, 상기 추가적인 유도하는 단계는 대전 스테이션에 인접한 상기 액체의 층 내부에 구조물을 배치하는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 구조물은 상기 지지 표면에 배치되는 가스 탈기 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 구조물은 미세반복식 표면을 포함하는 가스 탈기 방법.
13. 제3항에 있어서, 상기 국부적 박층화 발생 단계는 상기 대전 스테이션 중 적어도 하나인 영역에서 또는 상기 대전 스테이션으로 상기 액체의 층의 이동 전에 대전된 미립자의 유동을 제공할 필요없이 상기 액체의 층의 박층화를 유도하는 추가적인 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 추가적인 유도하는 단계는 상기 액체의 층과 상기 지지 표면 사이에 상대적인 종방향 이동을 제공하는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 추가적인 유도하는 단계는 상기 액체의 층을 연장되게 가압하고 박층화하기 위해서 상기 지지 표면으로부터 상기 지지 표면에서 보다 더 높은 종방향 속도를 갖는 기판 표면까지 상기 액체의 층을 이송하는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
16. 제3항에 있어서, 상기 지지 표면은 상기 지지 표면에 의해 한정된 제1 측면과 제2 측면을 갖는 지지부 상에 있고, 상기 지지부의 지지 표면은 비전도성이며,

    상기 액체의 층 위에 상기 대전된 미립자의 유동에 반대 극성을 갖는 상기 지지부의 제2 측면에 전하를 제공하는 단계를 더 포함하는 가스 탈기 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 전하는 대전 스테이션으로부터 상류에 상기 지지부의 제2 측면에 제공되는 가스 탈기 방법.
18. 제3항에 있어서, 상기 대전된 미립자의 공급원은 직류원, 교류원 또는 펄스 직류원 중 적어도 하나인 가스 탈기 방법.
19. 제18항에 있어서, 교류원 사이클은 초당 1 내지 10 사이클인 가스 탈기 방법.
20. 제16항에 있어서, 상기 대전된 미립자의 공급원은 교류원이고, 상기 지지부의 제2 측면 상의 전하는 상기 대전된 미립자에 반대 극성이 되도록 위상되는 가스 탈기 방법.
21. 제4항에 있어서, 상기 대전 스테이션에 인접한 상기 액체의 층 내에 난류를 발생시키는 단계를 더 포함하는 가스 탈기 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 난류 발생 단계는 정적 믹서 또는 정전기장 중 적어도 하나를 포함하는 가스 탈기 방법.
23. 제1항에 있어서, 상기 국부적인 박층화 발생 단계는 제2 노출면을 향하여 상기 액체의 층 내에 혼입된 가스의 기포를 가압하는 상기 액체의 층 내에 와류를 발생시키도록 충분한 레벨로 대전된 미립자의 유동을 제공하는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
24. 제1항에 있어서, 상기 지지 표면은 상기 지지 표면에 의해 한정된 제1 측면과 제2 측면을 갖는 지지부 상에 있고, 상기 지지부의 지지 표면은 비전도성이며,

    상기 액체의 층 위에 상기 대전된 미립자의 유동에 반대 극성을 갖는 상기 지지부의 제2 측면에 전하를 제공하는 단계를 더 포함하는 가스 탈기 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 지지부의 제2 측면 상의 전하는 상기 지지부의 제2 측면 상에 존재하는 가스 탈기 방법.
26. 제1항에 있어서, 상기 지지부의 액체 지지 표면은 접지되는 가스 탈기 방법.
27. 제1항에 있어서, 상기 지지 표면은 전도성인 가스 탈기 방법.
28. 제1항에 있어서, 상기 지지 표면을 음향적으로 여기시키는 단계를 더 포함하는 가스 탈기 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 음향적 여기 단계는 초음파 주파수에서 상기 지지 표면을 여기시키는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
30. 제1항에 있어서, 상기 국부적인 박층화 발생 단계는 상기 대전된 미립자를 발생시키기 위해서 상기 액체의 층의 제2 노출면 위에서 전극에 전기적으로 전류를 흐르게 하는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
31. 제30항에 있어서, 상기 전극은 코로나 와이어인 가스 탈기 방법.
32. 제1항에 있어서, 상기 국부적인 박층화 발생 단계는 상기 대전된 미립자를 발생시키도록 상기 액체의 층의 노출면 위에서 복수의 전극에 전기적으로 전류를 흐르게 하는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
33. 제32항에 있어서, 상기 액체의 층과 전극 사이에 상대적인 종방향 이동이 존재하고, 적어도 두 개의 대전 스테이션이 전극으로부터 대전된 미립자에 의해 상기 액체의 층을 따라 종방향으로 한정되며,

    액체 이동에 대하여, 두 개의 대전 스테이션들 사이에 상기 액체의 층을 정적으로 혼합하는 단계를 더 포함하는 가스 탈기 방법.
34. 제1항에 있어서, 상기 국부적인 박층화 발생 단계는 상기 액체의 층에 대하여 원거리에 위치된 이온 발생기에 의해 대전된 미립자를 발생시키는 단계와,

    상기 대전된 미립자를 이온 발생기로부터 유체 매체를 통해 상기 액체의 층의 제2 노출면까지 이송시키는 단계를 포함하는 가스 탈기 방법.
35. 제1항에 있어서, 상기 액체의 층과 상기 지지 표면 사이에 상대 이동이 없는 가스 탈기 방법.
36. 제1항에 있어서, 상기 지지 표면은 지면에 대하여 높은 포텐셜에 있는 가스 탈기 방법.
37. 제1항에 있어서, 상기 대전된 미립자는 제1 극성을 갖고, 상기 지지 표면은 제2 반대 극성을 갖는 가스 탈기 방법.
38. 제1항에 있어서, 상기 국부적인 박층화 발생 단계 이전에 상기 액체의 층을 가스제거하는 단계를 더 포함하는 가스 탈기 방법.
39. 저전도성 액체 내에 혼입된 가스 탈기 장치이며,

    지지 표면과 접촉하는 제1 하부면 및 제2 노출면을 갖고, 내부에 혼입된 가스의 기포를 구비하고 두께를 갖는 액체의 층을 지지하기 위한 지지 표면과,

    상기 액체의 층 위에서 지지 표면을 향하여 대전된 미립자의 유동을 제공하여 상기 액체의 층의 국부적인 박층화를 발생시키는 수단을 포함하여,

    상기 액체의 층 내에 혼입된 가스의 기포가 상기 제2 노출면에 더 근접하게 이동되어 파열되는 가스 탈기 장치.