KR20090008300A - 웹 밀봉 장치 - Google Patents

웹 밀봉 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20090008300A
KR20090008300A KR1020087026525A KR20087026525A KR20090008300A KR 20090008300 A KR20090008300 A KR 20090008300A KR 1020087026525 A KR1020087026525 A KR 1020087026525A KR 20087026525 A KR20087026525 A KR 20087026525A KR 20090008300 A KR20090008300 A KR 20090008300A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chamber
gas
web
web material
plasma
Prior art date
Application number
KR1020087026525A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101244674B1 (ko
Inventor
존 케네디
리차드 시빅
프랭크 스왈로우
피터 더빈
알란 하이네스
존 브레난
Original Assignee
다우 코닝 아일랜드 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다우 코닝 아일랜드 리미티드 filed Critical 다우 코닝 아일랜드 리미티드
Publication of KR20090008300A publication Critical patent/KR20090008300A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101244674B1 publication Critical patent/KR101244674B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/168—Sealings between relatively-moving surfaces which permits material to be continuously conveyed
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
    • D06B23/00—Component parts, details, or accessories of apparatus or machines, specially adapted for the treating of textile materials, not restricted to a particular kind of apparatus, provided for in groups D06B1/00 - D06B21/00
    • D06B23/14—Containers, e.g. vats
    • D06B23/16—Containers, e.g. vats with means for introducing or removing textile materials without modifying container pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

진행중인 웹 물질(2)이 공정 챔버(1)의 제 1 단부에 있는 입구로부터 상기 챔버(1)의 제 2 단부에 있는 출구로 운반되는 상기 공정 챔버(1), 및 상기 챔버(1) 내에 상기 사전 결정된 가스 분위기를 제공하도록 의도된 가스(5)를 도입하고 제어하는 수단을 포함하며, 상기 입구 및 출구는 각각 상기 웹 물질(2)의 통행을 가능하게 하도록 설계되고 상기 물질(2) 주위에서 외부 가스 경계층(3)의 진입을 최소화하는 밀봉 수단을 포함하는, 사전 결정된 가스 분위기에서 움직이는 웹 물질을 처리하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 상기 챔버 내에서 상기 챔버의 제 2 단부로부터 제 1 단부로 가스를 재순환시키는데 적합하여서, 상기 입구와 출구 사이의 상기 챔버(1) 내의 어떠한 압력차도 실질적으로 무력화하는 하나 이상의 재순환 채널(7, 8)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 장치는 바람직하게 비 열평형 플라즈마 발생 장치 또는 코로나 방전 조립체의 일부이다.
웹 물질, 압력차, 플라즈마, 코로나 방전 조립체

Description

웹 밀봉 장치{WEB SEALING DEVICE}
본 발명은 상이한 분위기에서 하류측 공정 챔버 내로 이동중인(moving) 웹이 통과함으로써 마찰 영향에 의해 유발되는 이동중인 웹 물질을 둘러싸는 가스 경계층에서의 가스의 양을 제거 또는 크게 감소시키는 밀봉 메커니즘의 사용에 관한 것이다.
웹은 직조 및 비직조 피륙, 결집된 피륙 섬유, 얀(yarn), 플라스틱 필름, 금속 박(foil), 및 금속 코일 등과 같은 가요성 물질의 이동중인 기판이다. 일반적으로, 이러한 웹들은 릴 대 릴(reel-to-reel)형 공정에 의해 운반된다.
특정 가스 분위기, 전형적으로, 무반응성(unreactive) 가스를 함유하는 불활성 분위기에서 웹 물질을 처리하는 것이 필요한 공정들에 있어서, 이러한 처리를 위해 사용되는 공정 챔버로 들어가는 산소/공기와 같은 오염된 외부 가스의 도입을 배제 또는 적어도 최소화하는 것이 필요하다. 밀봉구(seal) 등 및 누설이 없는 공정 챔버의 사용이 이러한 것을 실질적으로 달성하지만, 웹 물질을 처리하는 경우에, 외부 대기를 통한 웹의 운동에 의해 유발되는 마찰 또는 추진(drag)의 영향은 가스, 예를 들어 웹과 동일한 방향으로 공정 챔버를 통하여 흡인되는 웹의 표면 상의/웹에 인접한 가스, 예를 들어 공기의 얇은 경계층의 도입을 초래할 수 있다. 또 한, 웹 물질이 다공성 특성의 것일 때, 외부 대기로부터의 유체, 예를 들어 산소/공기 또는 물은 추가적으로 웹 물질에 포획될 수 있다. 이러한 오염물의 존재는 공정 챔버에서 수행되는 공정의 결과에서 부정적인 영향을 가질 수 있다.
전형적으로, 비다공성 물질의 경우에, 간단한 밀봉구들은 공정 챔버의 입구 및 출구에 설치되고, 공정 챔버에서, 필요한 공정이 발생하고 사전 결정된 가스 또는 가스 혼합물이 챔버로 분사되어, 필요한 공정을 위한 필요한 분위기가 발생한다. 밀봉구들은 들어오는 오염물 및 빠져 나가는 사전 결정된 가스(들)을 위한 장벽(barrier)을 생성하도록 사용될 수 있다. 그러나, 가스 제거에 대한 장벽은 또한 챔버로 들어가는 오염물이 잠재적으로 챔버를 빠져 나가는 것을 방지할 수 있다는 것을 의미한다. 밀봉 시스템이 완전하지 않기 때문에, 특정 양의 사전 결정된 가스는 공정 챔버 내의 분위기가 일정하게 유지되는 것을 보장하도록 연속적으로 또는 주기적으로 공급될 필요가 있다. 그러므로, 한번 밀봉되면, 챔버는 필요한 분위기를 만들도록 불순물이 정화되고(purged), 종종 필요한 분위기를 유지하고 사전 결정된 가스의 임의의 손실을 벌충하도록 연속하여 사전 결정된 가스의 추가적인 연속 또는 주기적으로 도입된다.
공정 챔버 영역에 잔류하는 동안, 이동중인 웹은 오염물 등인 주위 가스 상에서의 추진류(drag flow)를 계속 유도하게 된다. 충분한 치수의 챔버에 있어서, 이러한 추진류는 웹 표면을 따라서 그리고 웹의 운동에 의해 유발되는 추진의 영향으로부터 멀리 있는 공정 챔버의 영역을 통하여 다시 입구 밀봉구로의 가스의 재순환 패턴을 만들게 되며, 이러한 형태의 시스템의 예들은 공정 챔버 내에서 웹 표면 을 처리하기 위한 커튼 코팅 유닛(curtain coating unit)이 제공되는 커튼 코팅 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 웹에 평행한 벽들 사이에서 약 25㎜보다 작은 갭을 요구하는 플라즈마 처리 시스템과 같이(예를 들어, 플라즈마 시스템의 경우에, 웹을 처리하도록 요구되는 플라즈마를 발생시키도록 병렬 전극들이 전위를 인가한다) 공정 챔버가 필수적으로 좁은 경우에, 웹과 공정 챔버의 경계 벽들 사이의 거리는 예를 들어 5㎜와 같이 거의 무시할 수 있게 되어, 입구로의 가스의 재순환을 실질적으로 방지한다. 이러한 경우에, 상이한 압력의 영역들이 공정 챔버의 입구 및 출구에 생성된다. 이러한 압력차는 입구를 지나 추진되는 오염물의 양의 증가를 초래하여, 그 효율을 감소시킨다.
커튼 코팅 공정에 요구되는 비교적 큰 공정 챔버에서 조차도, 종래에 파악되는 하나의 큰 문제는 경계층이 추진 또는 마찰로 인하여 유발되기 때문에, 챔버를 통한 웹의 속도가 증가함으로써, 경계층의 영향이 더욱 심하다는 것이다. 이러한 것은 특히 코팅이 약 150m/min보다 큰 속도로 이동하는 웹들에 도포되기 때문에, 예를 들어, 변위가 불균일함으로써, 코팅 공정에서 사용되는 액체 커튼이 경계층에 의해 변형되어 기판의 불규칙한 코팅을 초래하기 때문에, 코팅이 부정적으로 실행되는 경우에, 액체의 커튼은 웹에 걸쳐서 거의 파형 패턴을 추정할 수 있는 커튼 코팅 장치의 경우에서 알 수 있다.
경계층의 영향을 무력화하는 다수의 해결 수단은 특히 이동중인 기판 상으로의 액체의 도포에 대해, 특히 커튼 코팅 장치에 대해 제안되었다.
미국 특허 제3,508,947호 및 제5,976,630호는 공기 차폐물의 상이한 적용을 개시한다. 미국 특허 제3,508,947호에서, 경계층이 커튼에 도달하기 전에, 경계층을 없애도록 기판 웹에 인접하여 배치되어, 경계층의 영향으로부터 커튼을 차폐하는, 진공 매니폴드를 포함하는 공기 차폐물의 준비에 의해 경계층이 제거된다. 미국 특허 제5,624,715호에서, 경계층에 있는 공기는 기판의 경계층과 커튼에 의해 유발되는 경계층으로부터 제거된다. 미국 특허 제6,743,478호 및 미국 특허 공개 제2004/0112282호는 이동하는 기판으로부터 경계층을 제거하도록 흡인 장치의 사용을 개시한다.
미국 특허 제6,146,690호는 사전 결정된 값으로 동압력(dynamic pressure)을 유지하도록 요구됨으로써 또한 요구될 때 흡인 장치를 작동시키는데 적합한 적심 라인(wetting line)의 부근에 있는 동적 공기압 센서를 제공하는 것에 의하여 커튼 코팅 적심 라인 가까이에서 동압력을 제어하여 경계층의 중단을 수반하는 이동중인 평면 기판을 위한 코팅을 적용하는 방법을 개시한다. EP 0489978은 주위 공기와 공기 차폐물의 내측 사이의 압력차가 웹에 접착하는 공기의 경계층을 비우는데 충분히 높아야만 하지만, 이러한 공기 흐름이 커튼의 적어도 일부분을 공기 차폐물 내로 흡인하는 것을 초래하기 때문에, 기판의 이동에 대해 코팅 커튼으로부터 공기 차폐물을 향하는 방향으로의 공기 흐름을 방지하도록 제한될 필요가 있다는 것을 입증하였다. WO 03/053597은 기판의 이동 방향과 기판의 경계 공기층을 향해 이동되는 동적 적심 라인 가까이에서 공기 차폐물과 공기 공급부의 사용을 수반하는 커튼 코팅을 위한 방법 및 장치를 개시한다.
미국 특허 공개 제2003/0145785호는 슬립없이 기판 표면 및 기판 표면 상의 롤러를 향해 가압되는 밀봉 요소의 형태로 하는, 코팅 영역의 상류측에 있는 감쇠(attenuation) 장치를 사용하는 것에 의한 커튼 코팅 방법을 개시한다. 감쇠 장치는 전극 구성 또는 초음파 소스를 포함할 수 있다. 출원인의 관점에서, 상기된 것들은 플라즈마를 발생시키기 위하여 짧은 거리 떨어질 필요가 있는 병렬 전극들 사이에서 발생되는 플라즈마를 웹이 통과하여야만 하는 플라즈마 처리와 같은 공정을 위하여 본 발명에서 도모되는 한정된 크기의 공정 챔버에 적절하지 않다.
WO02/24987는 경계가 장치 내로의 진입을 차단하는 고속 얀 다듬질 장치 및 방법을 개시한다. EP0989455는 하우징을 포함하는 감압 하에서 시트재의 연속 공정을 위한 장치를 개시하고, 웹형 기판은 입구로부터 하우징을 통해 출구로 통과할 수 있으며, 입구와 출구는 모두 구동 롤러에 의해 밀봉된다. 일련의 롤러 쌍들은 하우징을 통한 기판의 통행을 유지하도록 사용되며, 회전 가능한 밀봉 수단은 인접한 구동 롤러 쌍들 사이에 밀봉 챔버를 형성하도록 각각의 구동 롤러를 밀봉하도록 제공되며, 구동 롤러 쌍들은 EP0527859에 개시된 바와 같이 진공 하에서 연속 기판을 처리하는 커튼 코팅 장치 또는 연속 플라즈마에 의해 액체 코팅을 도포하기 위하여 감압 하에서의 공정 셀(cell)로서 사용된다.
본 발명은 특히 실질적으로 대기압 또는 진공 하에서 비 열평형 플라즈마 기법(non-thermal equilibrium plasma technique)을 사용하는 연속 웹 처리 방법에 관한 것이다. 플라즈마는 때때로 물질의 제 4 상태로서 지칭된다. 에너지가 물질에 연속 공급될 때, 그 온도는 증가하고, 물질은 전형적으로 고체로부터 액체로 변환하며, 그런 다음 가스 상태로 변환한다. 에너지의 연속 공급은, 시스템이 가스의 중성자 또는 분자들이 음으로 대전된 전자, 양 또는 음으로 대전된 이온들 및 다른 여기 상태의 종(excited species)들을 만들도록 왕성한 충돌에 의해 파손되는 추가의 상태 변화를 겪도록 하고, 집합성의 거동을 보이는 입자들의 혼합이 플라즈마이다. 입자들의 전기적 전하로 인하여, 플라즈마는 외부 전자기장(electromagnetic field)에 의해 크게 영향을 받게 되며, 플라즈마는 외부 전자기장을 용이하게 제거할 수 있도록 한다. 또한, 외부 전자기장의 높은 에너지 용량(content)은 액체 또는 가스 처리에 의한 것과 같은 물질의 다른 상태를 통해서는 불가능하거나 어려운 처리를 달성하도록 한다.
용어 "플라즈마"는 밀도 및 온도가 많은 차수(order)의 크기(magnitude)에 의해 변하는 광범위한 시스템들을 커버한다. 일부 플라즈마는 매우 고온이며, 모든 플라즈마의 미시적인 종(이온, 전자 등)들은 적절한 열 평형으로 있으며, 시스템 내로의 에너지 입력은 원자/분자 레벨의 충돌을 통해 넓게 분포되며, 예들은 매우 높은 온도에서 용융된 고체로 표면의 블라스팅(blasting)을 수반하는 화염과 플라즈마 분사 기술을 포함한다. 그러나, 충돌이 비교적 드문 저압(예를 들어 100㎩)에서의 플라즈마와 같은 다른 플라즈마는 광범위하게 다른 온도에서의 플라즈마를 구성하는 종들을 가지며, 소위 "비 열평형" 플라즈마로 불리운다. 이러한 비 열평형 플라즈마에 있어서, 자유 전자들은 수천 절대온도(Kelvin (K))로 매우 고온이지만, 중성자 및 이온 종들은 차갑게 유지된다. 자유 전자가 거의 무시할 정도의 중량이기 때문에, 전체 시스템 열 용량은 낮으며, 플라즈마는 실온에 근접하여 동작하므로, 샘플 상에 열 손상의 부담을 부과함이 없이 플라스틱 또는 중합체와 같은 온도 민감성 물질의 처리를 허용한다. 그러나, 고온의 전자들은 고에너지 충돌, 깊은(profound) 화학적 및 물리적 반응성이 가능한 고화학적 잠재 에너지를 구비한 풍부한 소스의 래디컬(radical) 및 여기 상태의 종들을 통하여 생성된다.
비 열평형 플라즈마 처리는 일반적으로 결과적인 코팅들이 심지어 박층(thin layer)과 함께 미세 기공이 없기 때문에 깨지기 쉽고 열 민감성 웹 물질의 형태로 하는 기판의 코팅에 이상적이다. 코팅의 광학 특성, 예를 들어 색상은 종종 주문화되고, 플라즈마 코팅은 예를 들어 폴리에틸렌과 같은 무극성(non-polar) 물질 뿐만 아니라, 강(예를 들어 금속 반사기 상의 내식성 필름), 직물 등에 잘 접착한다.
플라즈마의 한 형태는 일반적으로 확산 유전체 장벽 방전(diffuse dielectric barrier discharge, DBD)로서 지칭되며, 그 하나의 형태는 대기압 글로방전(glow discharge)으로서 지칭된다(Sherman, D. M. et al, J. Phys. D.; Appl. Phys. 2005, 38 547-554)). 이러한 용어는 일반적으로 글로방전과 유전체 장벽 방전을 커버하도록 사용되는 것에 의해, 공정 가스의 붕괴(breakdown)는 플라즈마 챔버의 폭 및 길이에 걸쳐서 균질의 플라즈마에서 초래되는 플라즈마 갭을 가로질러 균일하게 발생한다(Kogelschatz, U. 2002 " 필라멘터리, 패턴화된, 및 확산 장벽 방전(Filamentary, patterned, and diffuse barrier discharges)" IEEE Trans. Plasma Sci. 30, 1400-8). 이러한 것들은 진공 및 대기압 모두에서 발생될 수 있다. 이러한 시스템들은 전극 표면들 사이에 최소 아크(arcing)를 가진다. 바람직하게, 아크는 완전하게 방지된다. 대기압 확산 유전체 장벽 방전의 경우에, 헬륨, 아르곤 또는 질소를 포함하는 가스는 플라즈마를 발생시키기 위한 공정 가스로서 이용되고, 고주파(예를 들어, > 1 ㎑) 전력 공급은 대기압에 있는 전극들 사이에 균질 또는 균일한 플라즈마를 발생시키도록 사용된다. 확산 DBD의 형식의 정확한 메커니즘은 여전히 논쟁의 주제이지만, 패닝 이온화(Penning ionisation)는 캐소드 표면으로부터의 2차 전자 방출과 협력하여 중대한 역할을 수행한다(예를 들어, Kanazawa 등, J. Phys. D: Appl. Phys. 1988, 21_, 838, Okazaki 등, Proc. Jpn. Symp. Plasma Chem. 1989, 2, 95, Kanazawa 등, Nuclear Instruments and Methods in Physical Research 1989, B37/38, 842, and Yokoyama 등, J. Phys. D: Appl. Phys. 1990, 23, 374 참조).
대기압 플라즈마는 예를 들어 웹 기판에 의하여 플라즈마 영역 내로 및 영역으로부터 자유로운 출입, 그러므로, 크거나 작은 면적의 웹 또는 컨베이어 운반된 별개의 작업편의 온라인의 연속 공정을 제공하는 산업 개방 포트 또는 주변 시스템들을 제공한다. 고압 동작으로부터 얻어지는 높은 종의 플럭스(high species flux)에 의해 보강되는 처리량은 높다. 직물, 패키징, 제지, 의료, 자동차, 항공 등과 같은 많은 산업 부문들은 거의 완전하게 연속적인 온라인 처리를 의지하여서, 대기중에서의 개방 포트/주변 구성 플라즈마는 새로운 산업 처리 능력을 제공한다.
국부적으로 강렬한 전기장을 발생시키는, 즉 지점, 가장자리 및/또는 와이어 소스들을 사용하여 발생된 비균일 전기장을 발생시키는 시스템들은 코로나 방전 시스템으로서 종래에 개시되었다. 코로나 방전 시스템들은 30여년 이상 동안 표면 활성화의 경제적이고 강력한 수단을 산업계에 제공하였다. 그러나, 균일한 증착을 설명하는 상업적으로 이용 가능한 코로나 방전 시스템은 없다. 이러한 것은 이러한 코로나 방전 시스템이 증착 공정에 적용될 때 상당한 제한들을 가지기 때문이다. 코로나 방전 시스템들은 전형적으로 대기중에서 동작하여 화학 증착 성질의 제어를 곤란하게 하는 산화 증착 환경을 초래한다. 코로나 방전 시스템의 설계는 공정 챔버에 걸쳐서 에너지 밀도에서의 변화를 초래하는 국부적으로 강렬한 방전을 발생시키는 것과 같다. 고에너지 밀도의 영역에서, 기판은 방전으로부터 손상되는 경향이 있는 반면에, 저에너지 밀도 영역에서, 공정 속도가 제한된다. 저밀도 영역에서 공정 속도를 증가시키는 시도는 고에너지 영역에서의 기판 또는 코팅 손상의 수용할 수 없는 레벨을 초래한다. 에너지 밀도에서 이러한 변화는 비균일한 화학 증착 성질 및/또는 공정 챔버에 걸쳐서 비균일한 증착 속도를 초래한다. 부가하여, 코로나 처리는 두꺼운 웹 또는 3D 작업편들과 양립할 수 없다.
플라즈마 처리 시스템들은 열평형 플라즈마의 예들이다. 플라즈마 처리 시스템들은 높은 가스 온도에서 동작하고, 특성에 의한 산화력이 있으며, 이는 증착 공정에 적용될 때 이것들이 상당한 제한들을 가지는 것을 의미한다. 이러한 고온 가스에서, 증착된 코팅에서의 전구체(precursor)의 화학적 구조 및/또는 기능성을 유지하는 것은 불가능하다. 부가하여, 높은 공정 온도는 열 민감성 기판들과 양립할 수 없다.
종래 기술이 일반적으로 웹 상의 공기 경계층에 의해 유발되는 문제들을 극복하기 위한 수단에 집중되었지만, 매우 적은 연구만이 대안적인 분위기에서 발생하도록 요구되는 하류 공정에서의 공기 또는 대안적인 반응 가스와 같은 가스 오염물들의 진입의 방지에 대해 착수된 것으로 보여진다. 본 발명의 발명자들은 제어된 분위기에서 웹이 통과하는 공정 챔버의 입구 및 출구 사이의 압력차를 무력화 또는 적어도 최소화하는 것에 의하여 제어된 분위기 내로 운반되는 경계층의 영향 및 크기를 감소시키는 수단을 확인하였다.
본 발명에 따라서, 이동중인 웹 물질이 챔버의 제 1 단부에 있는 입구로부터 제 2 단부에 있는 출구로 운반되는 챔버, 및 상기 챔버 내에 상기 사전 결정된 가스 분위기를 제공하도록 의도된 가스를 도입하고 제어하는 수단을 포함하며, 상기 입구 및 출구는 각각 상기 웹의 통행을 가능하게 하도록 설계되는 한편 상기 물질 주위에서 외부 가스 경계층의 진입을 최소화하는 밀봉 수단을 포함하는, 사전 결정된 가스 분위기에서 움직이는 웹 물질을 처리하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 또한 상기 챔버 내에서 상기 챔버의 제 2 단부로부터 제 1 단부로 가스를 재순환시키는데 적합하여서, 상기 입구와 출구 사이의 챔버 내의 어떠한 압력차도 무력화하거나 또는 실질적으로 무력화하는 하나 이상의 재순환 채널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
사전 결정된 가스 분위기에서 움직이는 웹 물질을 처리하기 위한 장치로서,
제 1 단부에 있는 입구 및 제 2 단부에 있는 출구를 가지며, 상기 입구 및 출구는 각각 상기 웹이 통과하는 것을 가능하게 하도록 설계되는 한편 상기 물질 주위에서 외부 가스 경계층의 진입을 최소화하는 밀봉 수단을 포함하는 공정 챔버;
상기 챔버 내에서 상기 사전 결정된 가스 분위기를 제공하도록 의도된 가스를 도입하고 제어하는 수단; 및
상기 챔버 내에서 상기 챔버의 제 2 단부로부터 제 1 단부로 가스를 재순환시켜서, 상기 입구와 출구 사이의 챔버 내에서 어떠한 압력차도 무력화하거나 또는 실질적으로 무력화하는 하나 이상의 재순환 채널을 포함한다.
본 발명의 간결성을 위하여, 용어 "어떠한 압력차도 실질적으로 무력화하는"(및 그 파생어)은 본 발명에 따른 채널들의 사용이 입구와 출구 사이의 압력차를 완전하게 또는 거의 완전하게 0으로 감소시키는 상황, 즉 최소 압력차가 입구와 출구 사이에서 발생하는 상황을 커버하도록 의도되며, 그러므로, 바람직하게 상기된 바와 같은 채널들을 포함하는 것과 다른 동일한 설비의 두 부분(piece)들을 비교할 때, 채널들을 포함하는 설비는 상기된 채널들이 없는 설비에서 발생된 입구 및 출구 사이의 압력차의 단지 10%의 입구 및 출구 사이의 압력차, 바람직하게 단지 5%의 입구 및 출구 사이의 압력차를 가진다.
바람직하게, 사전 결정된 가스 분위기는 불활성 분위기이다. 임의의 적절한 불활성 가스들이 이용될 수 있다. 예들은 헬륨, 아르곤, 질소, 및 그 2개 이상의 혼합물, 및 부가적으로 케톤 및/또는 관련 화합물을 함유하는 아르곤 기반 혼합물을 포함한다. 이러한 가스들은 단독으로, 또는 챔버 내에서 착수된 공정에 의해 결정되는 사전 정의된 비로 예를 들어 암모니아, O2, H2O, NO2, CO2, 공기 또는 수소와 같은 잠재적 반응성 가스와 결합하여 이용될 수 있다.
챔버 내로 진입하기 전에 웹을 둘러싸는 경계층을 형성하고 추진 또는 마찰의 영향으로 인하여 챔버 내로 일반적으로 흡인되는 가스는 웹을 챔버에 대해 외부로 흡인하는 분위기를 형성하는 임의의 가스 또는 가스 혼합물일 수 있다. 그러므로, 웹이 전처리되지(pre-treated) 않으면, 이러한 것은 전형적으로 공기일 수 있지만, 전형적으로 웹이 공정 챔버로 들어가기 전에 운반되는 외부 대기에 존재하는 임의의 다른 가스를 포함할 수 있다.
밀봉구들의 임의의 적절한 조합은, 공정 챔버의 입구를 한정하는 밀봉 수단과 공정 챔버의 출구를 한정하는 밀봉 수단을 형성하도록 이용될 수 있으며, 공정 챔버에서, 웹은 제어된 분위기에서 처리된다. 각각의 밀봉 수단은 예를 들어 고정된 밀봉 부재를 포함할 수 있거나 또는 롤러들 쌍의 형태로 할 수 있으며, 웹은 사용 시에 공정 챔버로 진입 또는 배출을 위하여 롤러들 사이를 통과할 수 있다. 밀봉구들은 대안적으로 표준 립(lip) 밀봉구일 수 있으며, 이는 용이하게 긁히는 웹 물질 및/또는 용이하게 파손되는 깨지기 쉬운 물질을 포함하는 일부 웹 물질에 적절하지 않을 수 있다. 추가의 대안은 통과하는 물질에 동반된 공기를 제거하는 것에 있어서 효과적인 것으로 널리 공지된 핀치 롤러들을 사용하는 것이다. 핀치 롤러들은 밀봉을 개선하도록 단단한 경질 표면 또는 고무화된(rubberized) 연성 표면을 포함할 수 있으며, 마찰을 감소시키도록 자유롭게 진행 또는 구동될 수 있다. 여전히 추가의 대안은 하나 이상의 진공 롤러들과 함께 핀치 롤러들의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 방법은 밀봉 롤러들의 전체적인 크기 및 복잡성에서의 감소와 함께 핀치 롤러들의 사용의 이점을 가진다. 넓은 영역의 웹 상에서 핀치 롤러들을 사용할 때, 롤러들의 지름 및 크기는 중요하게 된다.
밀봉구들은 롤러들의 세트 사이에 상이한 압력의 구역을 제공하도록 일련의 핀치 롤러들을 포함하는 EP 0 989 455 A1 에 개시된 형태의 것일 수 있다. 이러한 핀치 롤러들 자체는 보다 작은 롤러에 대해 밀봉되고, 차례로 마모 패드에 대해 밀봉된다. 마모 패드의 대안은 표준 립 밀봉구들의 사용이다. 어느 하나의 설계는 최소 가스(공기) 진입을 보장하도록 상당한 압력이 핀치 롤러 상에서 사용되는 것을 허용한다. 작은 양의 가스(공기) 진입 및 최소 누설은 핀치 롤러들 세트 사이에 요구된 압력 환경이 달성되고 유지되는 것을 보장한다. 밀봉구들은 각각 제어된 분위기로부터 가스(공기)를 진입시키고 배출하기 위한 장벽을 생성하도록 사용된다. 밀봉 시스템이 완전한 것은 없기 때문에, 요구된 분위기를 형성하는데 요구되는 특정 양의 가스/가스 혼합물은 불활성 챔버 내의 분위기가 일정하게 유지되는 것을 보장하도록 연속적 또는 주기적으로 공급되는 것이 필요할 수 있다.
사용시에, 웹 물질이 밀봉 부재를 통해 챔버로 들어옴으로써, 물질의 표면 상의 가스의, 전형적으로 공기의 얇은 경계층은 웹의 운동에 의하여 챔버 내로 흡인되어 웹과 동일한 방향으로 챔버를 통과한다. 입구 밀봉구를 지나면, 이동하는 기판은 주위 가스 상에서 추진류를 유도하게 된다. 이러한 추진류는 본 발명에 따라 기판 표면을 따라서 다시 재순환 채널을 통하여 입구 밀봉구로 가스의 재순환 패턴을 확립하게 된다. 본 발명의 재순환 채널은 입구와 출구 사이의 압력차를 방지 또는 최소화하는 것에 의하여, 종래의 시스템에서 발생하는 챔버의 출구에 비교되는 입구에서의 상대적인 압력 감소를 최소화하는 것에 의하여 챔버 내로 추진되는 외부 가스의 양을 감소/최소화한다. 전형적으로, 입구와 출구 사이의 상대적인 압력차를 유발하는 추진 영향은 웹이 챔버를 통과함으로써 웹과 평행한 챔버 벽들 사이의 거리가 15㎝ 미만의 거리에 떨어질 때 발생하기 시작한다. 상기 벽들 사이의 거리가 감소함으로써, 상대적인 압력차는 점점 명확하게 되어서, 벽들 사이의 거리가 2㎝ 미만이고 웹의 두께가 벽들 사이의 거리의 80%까지 일 때, 잠재적으로 이후에 기술되는 바와 같은 확산 유전체 장벽 방전 플라즈마 시스템에서의 평행한 전극들 사이를 통과하는 웹의 경우에서와 같이, 챔버 내에서의 추진 영향은 중요하며, 웹의 수단에 의해 공정 챔버를 통해 추진되면 실질적으로 공정 가스의 약간만이 입구로 복귀할 수 있다.
본 발명에 따른 재순환 채널들의 준비는, 많은 공정, 특히 연속 플라즈마 코팅 공정이 웹에 의해 입구를 통해 추진되는 외부 가스의 양에서의 상당한 감소때문에 가능하게 되는 것보다 훨씬 큰 속도로 착수되는 것을 가능하게 한다는 것을 예측할 것이다. 이러한 것은 챔버에서의 가스의 양/비율이 상당히 적게 변하고 훨씬 큰 비율의 필수 가스(required gas)를 수용한다는 것에서 종래 기술 이상의 2배의 이점을 가진다. 이러한 것은 외부 가스를 제거하도록 시스템을 정화하는데 상당히 적은 필수 가스가 폐기되고 실질적으로 모든 경계층이 필수 가스를 포함하게 되는 것을 의미한다. 각각의 이러한 이점은 챔버에서 코팅되는 웹 상의 보다 양호한 품질의 코팅을 초래한다. 코팅은 통상 경계층의 영향과 관련된 변형이 실질적으로 방지됨으로써 약 150m/min까지 및 심지어 그 이상의 속도로 도포될 수 있다.
임의의 수의 재순환 채널이 제공될 수 있다. 다공성 웹의 경우에, 웹의 일측부 상에 단일 재순환 채널 또는 일련의 재순환 채널들이 바람직하다. 가스가 웹 매트릭스를 용이하게 통과할 수 없는 비다공성 웹에 대해, 웹의 어느 한 측에 적어도 2개의 재순환 채널이 있는 것이 바람직하다.
특히 확산 유전체 장벽 방전(상기된 바와 같은)과 같은 비 열평형 플라즈마 처리 적용물에 대해 챔버에서 다공성 웹을 처리할 때, 웹의 일측부 상에서 단일 재순환 채널 또는 일련의 재순환 채널의 사용은 웹의 양측부 상에 재순환 채널을 가지는 것 이상의 몇 개의 이점을 가진다. 이러한 이점들은 웹의 일측부 상에 하나 이상의 재순환 채널을 사용하면, 필수 가스(예를 들어 헬륨) 및 반응제(존재할 때)가 웹을 통하고 이어서 재순환 채널(들)을 통해 흡인되어, 코팅 공정의 효율을 개선하고 반응제의 손실을 최소화한다는 사실을 포함한다. 또한, 특히 예를 들어 챔버가 공정 챔버에서 발생된 플라즈마 이상으로 비 열평형 플라즈마 발생 챔버(예를 들어 확산 DBD)로 사용하는데 적합한 경우에, 특히 이러한 것이 플라즈마가 재순환 채널을 통해 흡인되고 그런 다음 제 1 플라즈마 구역에서 코팅 물질의 형태로 재 플라즈마 처리 및 사용되는 잔류 반응제(있는 경우에)를 초래하게 됨으로써, 웹의 주 처리 영역이 웹이 통과하는 제 2 플라즈마 구역이면, 재순환 채널(들)을 통한 잔류 반응제의 추출은 코팅 공정을 효율적이 되도록 한다.
필수 가스에서의 손실이 발생하지만, 이러한 손실은 상당히 감소된다. 그러나, 앞서와 같이, 필수 가스는 손실을 벌충하도록 챔버 내로 부가될 수 있다. 부가적으로, 불순물 정화(purge) 시스템은 가스의 일부분을 제거하도록 채택될 수 있으며, 그래서 입구 밀봉을 지나서 누설될 수 있는 웹에 의한 외부 가스(전형적으로 공기)의 농도에서의 증진을 방지한다.
발명자들이 극복하도록 추구하였던 또 다른 문제는 외부 유체, 전형적으로 이전에 기술된 것들과 같이 공정 챔버 내로 들어가는 다공성 웹의 혼합물 내에 각각 포획된 공기 및 용매/물과 같은 가스 및 액체의 제거의 문제이다.
그러므로, 본 발명에 따른 장치는 이전에 개시된 챔버(이후에는 공정 챔버로서 지칭됨)의 상류측에 있는 중간 챔버를 포함할 수 있으며, 중간 챔버는 공정 챔버 내로의 웹의 진입에 앞서 중간 챔버 내로의 진입시에 다공성 웹에 포획된 유체를 필수 가스로 치환하도록 공정 챔버에서의 진입에 앞서 필수 가스로 다공성 물질의 진행하는 웹의 불순물을 정화하기 위한 불순물 정화 수단과, 다공성 웹으로부터 불순물이 정화된 유체를 추출하기 위한 가스 제거 수단을 포함한다.
중간 챔버는 단지 추가의 밀봉 시스템의 도입에 의해 형성될 수 있으며, 웹은 추가의 밀봉 시스템을 통하여 공정 챔버의 상류측을 진행하여야만 한다. 바람직하게, 이전에 기술된 바와 같은 임의의 적절한 밀봉 시스템은 중간 챔버에 대한 입구를 형성하도록 다시 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 중간 챔버의 출구 밀봉은 공정 챔버의 입구 밀봉으로서 추가적으로 기능할 수 있다. 바람직하게, 중간 챔버와 공정 챔버를 분리하는 밀봉구는, 공정 챔버 내로 진입하기 전에, 중간 챔버 내로 불활성 가스를 분사하고 적절한 추출 수단에 의해 잔류 필수 가스/유체 혼합물을 추출하는 것에 의하여, 동반된 외부 가스가 사전 결정된 분위기에서 사용되는 가스, 전형적으로 불활성 가스로 치환되도록 위치된다. 바람직하게, 가스 분사 및 추출 수단은, 웹을 향하고, 웹을 통해, 이어서 웹으로부터 떨어져 가스 경로를 보장하도록 웹의 양측부 상에 위치된다.
웹으로부터 추출된 유체는 중간 챔버 내로의 진입에 앞서 웹에 포획되는 임의의 유체를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 이전의 공정로부터의 공기 또는 산소 또는 일부 다른 가스일 수 있거나, 또는 처리 전에 웹을 세정하는 용제 또는 단지 물 등과 같은 액체일 수 있다.
단일 중간 챔버의 사용은 웹 매트릭스로부터 충분한 유체 제거를 가능하게 할 수 있다. 그러나, 산소와 같은 외부 유체의 실질적으로 모든 극소량의 제거는 이것이 공정 챔버에서 착수되는 공정의 결과에 부정적으로 영향을 미칠 수 있음으로써 일부 적용에 대해 요구될 수 있다. 이러한 예에서, 일련의 중간 챔버가 바람직하다.
다중의 중간 챔버들이 제공될 때, 중간 챔버들은 하나의 중간 챔버의 출구 밀봉이 이웃하는 챔버의 입구를 형성하도록 상호 연결될 수 있다. 필수 가스의 공급 및 필수 가스/각각의 중간 챔버를 통해 추출된 유체는 다른 중간 챔버와 공정 챔버와 전혀 관계가 없을 수 있으나, 바람직하게, 공정 챔버에서 필수 가스의 공급 및 추출은 중간 챔버에서의 공급 및 추출에 관계가 없지만, 중간 챔버들은 하나 이상의 채널들에 의해 연결되어서, 순수 필수 가스는 공정 챔버에 이웃하는 중간 챔버 내로 도입되고, 그런 다음 웹의 통과 방향에 반대 방향으로 중간 챔버를 통해 이동하는 필수 가스의 반류(counter current)를 제공하도록 중간 챔버들이 챔버로부터 멀리 진행함으로써, 일련의 다른 중간 챔버들을 통과한다. 필수 가스의 반류는, 점점 감소되는 농도의 유체가 중간 챔버들에 존재할 목적으로 웹이 중간 챔버에 접근함으로써, 각각의 중간 챔버에서의 보다 높은 농도의 필수 가스를 웹이 통과하는 것을 보장한다. 그러므로, 외부 가스/필수 가스 혼합물은 그런 다음 웹이 먼저 통과하는 중간 챔버로부터 적절한 추출 수단에 의해 흡인된다.
추출된 가스는 그런 다음 필수 가스의 분리 및 재생하는데 적절한 분리 시스템으로 운반되는 것에 의하여 상기 분위기에 대한 필수 가스의 손실을 최소화한다.
다공성 웹으로부터 필수 가스 재생의 목적을 위하여, 웹으로부터 포획된 필수 가스를 제거하도록 공정 챔버의 하류측에 있는 후공정 챔버에서 가역 공정이 착수되어, 이를 전형적으로 공기와, 또는 다단계 공정의 경우에 제 2 필수 가스와 치환할 수 있다는 것을 예측할 것이다. 가역 공정은 특히 필수 가스가 비싼 경우에 특히 유용하다. 또한, 이러한 가역 공정에 있어서, 일련의 중간 챔버에서의 반류 공정으로부터 추출된 가스 혼합물은 필수 가스를 외부 가스로 치환하는 후공정 챔버에서 사용되는 반류 가스로서 이용될 수 있다. 결과적인 외부 가스/필수 가스 혼합물은 분리 및 재생을 위해 적절한 분리 시스템으로 운반된다.
그러므로, 일련의 외부 가스 제거 챔버들이 다중 처리 웹 공정을 위해 설정될 수 있거나, 또는 대안적으로 웹은 제 1 코팅을 위한 방향으로 시스템을 통과하여, 그런 다음 역방향으로 시스템을 통과하는 것에 의하여, 웹의 제 1 방향으로 있는 후공정 챔버들은 제 2 통과시에 중간 챔버가 되며, 그 역도 가능하다. 제 2 코팅의 처리를 위한 필수 가스는 변할 수 있으며 가스 흐름 방향도 역전된다. 명백하게, 이러한 것은 제 1 통행(passage)에 있는 중간 챔버들이 후공정 추출 챔버로서 사용되는 것을 의미한다. 중간 챔버들 및 밀봉구들의 모듈러 구조는 공정 챔버에서 착수되는 공정에 요구되는 바와 같이 다중의 반류 조립체가 설치 및 설치되지 않은 것을 허용할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 다공성 웹을 사용할 때, 이러한 웹은 웹이 진행하는 방향이 대략 90°까지 변하는 방식으로(즉, 롤러를 떠날 시에, 웹의 방향이 롤러에 대한 웹의 접근 방향에 대해 대략 직각인) 중간 또는 후공정 챔버에 있는 롤러 주위에서 운반될 수 있다. 본 발명자들은 이러한 롤러와 웹의 결합이 웹 내의 "기공"들 상에서 "스퀴즈" 효과를 가지 것에 의해, 웹에 있는 기공들로부터 포획된 외부 가스를 강제로 밀어내는 경향이 있는 것을 확인하였다. 또한, 웹/롤러 상호 연결 바로 전에 롤러와 웹 사이의 갭 내로 향한 챔버 내로 필수 가스를 도입하는 것에 의하여, 필수 가스에 의한 원치 않는 가스의 치환이 개선된다. 발명자들은, 단지 단일 롤러만이 이러한 효과를 가지도록 요구되지만, 이러한 공정이 웹이 90°이동된 후에 웹 상의 제 1 롤러와 함께 핀치를 효과적으로 유발하는 제 2 롤러의 준비에 의해 더욱 개선될 수 있다는 것을 알았다. 핀치 효과는 외부 가스 상에서의 추진 영향을 방지하거나 또는 적어도 감소시킨다. 본 발명의 여전히 추가의 실시예에서, 각각의 전공정(pre-process) 및 후공정 챔버 입구 및/또는 출구는 다음의 도면에 더욱 상세히 기술되는 바와 같은 방식으로 웹을 운반하도록 설계된다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 반류 시스템은 롤러가 다공성 웹으로부터 유체를 추출하는 수단 및 웹 주위에서 외부 가스 경계층의 진입을 차단 또는 실질적으로 차단하는 수단으로서 작용하도록 진공 닙(nip) 롤러 시스템의 일부를 포함할 수 있다. 하나의 바람직한 선택에 있어서, 진공 닙 롤러는 공정 챔버의 입구 및 출구를 위한 리드 롤러(lead roller)로서 기능하고, 바람직하게 공정 챔버에서의 처리 전후에 필수 가스 교환 목적을 위하여 본 발명의 중간 챔버를 수용하도록 크기화될 수 있다. 이러한 롤러의 이용은 공정 챔버 내로 운반되는 웹이 공정 챔버에서의 공정에 이어서 처리된 웹과 동일한 속도로 진행하는 것에 대한 추가의 재보장을 사용자에게 제공한다. 이러한 것은 이러한 형태의 시스템에서 종종 관찰되는, 입구 닙 롤러 속도와 출구 닙 롤러 속도에서의 작은 차이 조차도 특히 깨지기 쉬운 웹의 관점에서 웹의 파손 또는 찢김을 초래할 수 있는 특히 어려운 문제를 해결한다.
그러므로, 바람직하게 하나 이상의 가스가 필요한 바와 같이 중간 및 후공정 챔버로 공급될 수 있다. 후공정은 예를 들어 제 1 공정/코팅 단계로부터 공기, 전형적으로 산소를 배제하는 것이 필수적일 때 예상될 수 있지만, 제 2 코팅 단계는 공정 챔버에서 상이한 필수 가스가 요구되는 산화 단계를 포함한다.
필수 가스는 공정 챔버 내의 분위기를 형성하도록 요구되는 임의의 가스 또는 가스 혼합물일 수 있다.
다공성 웹들과 함께 사용하기 위한 본 발명에 따른 시스템들은 공정 챔버에서의, 그리고 선택적으로 웹으로부터 외부 가스의 제거를 위한 중간 챔버와 웹의 재생 및 재사용을 위하여 필수 가스의 추출을 위한 후공정 챔버에서의 압력을 평형화하는 재순환 시스템을 포함한다.
본 발명에 따라서 사용되는 일반적인 개념들은 커튼 코팅, 제지 공정 처리 및 연속 플라즈마 및 코로타 방전 공정 처리과 같은 사전 결정된 분위기에서 웹 물질을 처리하기 위한 임의의 장치 및 방법에서 이용될 수 있다. 특히, 본 명세서에 기술된 장치 및 방법은 특히 연속 비 열평형 플라즈마 처리 장치(WO 03/086031 및 WO 02/28548 등에 개시된 형태의 글로방전과 같은 확산 DBD) 및/또는 적절한 코로나 방전 장치에서 사용하기 위해 의도된다.
전형적인 비 열평형 플라즈마 발생 장치에 대해, 플라즈마는 3 내지 50mm, 예를 들어 5 내지 25㎜의 갭 내에 있는 한 쌍의 전극들 사이에서 발생되며, 그리하여 웹 물질을 코팅하기 위한 특별한 이용을 가진다. 글로 방전 플라즈마와 같은 대기중에서의 정상상태(steady-state) 확산 유전체 장벽 방전의 발생은 바람직하게 사용된 공정 가스에 따라서 5㎝까지 이격될 수 있는 인접한 전극들 사이에서 얻어진다. 그러나, 전형적으로, 전극들 사이의 거리는 2㎝ 미만, 가장 바람직하게 1㎝ 미만이며, 그리하여 이러한 기하학적 형상의 전극들 사이를 통과하는 웹 물질에 대한 입구 및 출구 사이의 압력차의 시간 경과에 따른 점진적인 증가에 의해 잠재적으로 악영향을 주게 된다. 방전은 플라즈마 챔버의 폭과 길이에 걸쳐서 균질의 플라즈마를 초래하는 전극들 사이의 플라즈마 영역을 가로질러 공정 가스의 균일한 붕괴에 의해 발생된다. 플라즈마는 적어도 그중 하나가 유전체 장벽으로 덮여지는 2개의 평면의 병렬 고전압 전극들 사이에서 발생된다. 전극들의 기하학적 형상은 플라즈마 영역에서 균일한 전기장을 보장하는 것과 같다.
전극들은 1 내지 100㎑, 바람직하게 10 내지 50㎑에서 1 내지 100㎸, 바람직하게 1 내지 30㎸의 범위에 있는 전극들 사이에서 방전을 점화하여 유지하는데 충분한 제곱 평균 실효값(root mean square, rms)으로 전압이 인가된 고주파일 수 있다. 플라즈마를 형성하도록 사용된 전압은 전형적으로 1 내지 30㎸, 가장 바람직하게 2.5 내지 10㎸이지만, 실제 값은 전극들 사이의 화학적 성질/가스 선택 및 플라즈마 영역 크기에 의존하게 된다.
임의의 적절한 전극 시스템이 이용될 수 있다. 각각의 전극은 유전체 물질에 수용되는 금속 플레이트 또는 금속 거즈 등을 포함할 수 있거나, 예를 들어 인접한 유전체 플레이트를 가지는 전극과, 전극의 평면을 덮도록 전극의 외부 상에 냉각 전도성 액체를 보내기 위한 냉각 액체 분배 시스템을 가지는 전극 유닛이 제공되는, 본 출원인의 동시 계속출원 WO 02/35576에 개시된 형태의 것일 수 있다. 이러한 형태의 각각의 전극 유닛은 전형적으로 수밀성 박스(watertight box)를 포함하고, 수밀성 박스의 일측은 박스의 내측에서 금속 플레이트 또는 거즈 전극이 부착되는 유전체 플레이트이다. 또한 쿨러 및 재순환 펌프 및/또는 살포 파이프 통합 분사 노즐을 포함하는 액체 분배 시스템에 끼워 맞추어지는 액체 입구 및 액체 출구가 있다. 냉각 액체(바람직하게 물 또는 수용성 염 용액)는 유전체 플레이트로부터 멀리 있는 전극의 면을 덮는다. 유전체 플레이트는 전극의 주변을 지나서 연장하고, 냉각 액체는 또한 전극의 주변의 경계를 정하는 유전체의 적어도 부분을 덮도록 유전체 플레이트를 가로 지른다. 물은 임의의 경계, 가장자리, 모서리 또는 와이어 메쉬 전극들이 사용되는 메쉬 단부들과 같이 금속 전극들에서의 특이성 또는 비균일성들을 전기적으로 부동태화(passivate)하도록 작용한다.
대안적으로, 적어도 하나의 전극은, 전극이 내부 및 외부 벽을 가지는 하우징을 포함하고, 적어도 내부 벽은 유전체 물질로 형성되는 본 출원인의 동시 계속 출원인 WO 2004/068916에 기술된 형태의 것일 수 있다. 하우징은 내부 벽과 직접적인 접촉으로 적어도 실질적으로 비금속성 전기 전도성 물질을 수용하는데 적합하다. 이러한 형태의 전극들은 결과적인 방전이 균질하고, 금속 플레이트 전극을 이용하는 시스템과 비교할 때 비균질성을 상당히 감소시킴으로써 글로 방전과 같은 확산 유전체 장벽 방전을 발생시키는데 바람직하다. 바람직하게, 비금속 전기 전도성 물질은 전극의 내부 벽과 직접 접촉한다.
임의의 적절한 유전체 물질이 사용될 수 있으며, 예들은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 글래스, 글래스 라미네이트, 에폭시 충전 글래스 라미네이트 등을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게, 유전체는 전극에서의 전도성 물질에 의해 유전체의 임의의 구부러짐(bowing) 또는 외관 손상(disfigurement)을 방지하기 위하여 충분한 강도를 가진다. 바람직하게, 사용된 유전체는 가공 가능하며, 50㎜까지의 두께, 보다 바람직하게 40㎜의 두께, 가장 바람직하게 15 내지 30㎜의 두께로 제공된다. 선택된 유전체가 충분히 투명하지 않은 예에서, 글래스 등의 윈도우는 발생된 플라즈마의 육안 진단을 가능하게 하도록 이용될 수 있다.
비금속성 전극들은 스페이서 등의 수단에 의해 이격될 수 있으며, 스페이서는 유전체 물질로 만들어지는 것에 의해 전도성 액체의 가장자리 사이에서 방전에 대한 어떠한 잠재성도 제거하는 것에 의해 시스템의 전체적인 유전체 강도에서의 증가를 이룬다.
실질적으로 비금속성 전기 전도성 물질은 예를 들어 물, 알콜 및/또는 글리콜 또는 수용성 염 용액 및 그 혼합물과 같은 무극성 용매일 수 있지만, 바람직하게 수용성 염 용액이다. 물은 단독으로 사용될 때, 탭 워터(tap water) 또는 광천수(mineral water)를 포함한다. 바람직하게, 물은 알칼리 금속 염, 예를 들어 나트륨 또는 포타슘 염화물 또는 알칼리 토류 염(alkaline earth salts)과 같은 수용성 염의 최대 약 25중량%까지 함유한다.
대안적으로, 실질적으로 비금속성 전기 전도성 물질은 전도성 중합체 페이스트 조성물일 수 있다. 이러한 페이스트는 현재 전자 부품의 접착 및 열 관리를 위해 전자 산업에서 사용되고 있으며, 흐름에 대한 충분한 이동도 및 표면 불규칙성에 대한 순응성을 가진다.
적절한 페이스트는 실리콘, 폴리옥시폴리올레핀 엘라스토머, 실리콘 왁스, 수지/중합체 혼합물과 같은 왁스 기반의 핫 멜트(hot melt), 실리콘 폴리아미트 공중합체 또는 다른 실리콘 유기물 공중합체 등 또는 에폭시, 폴리이미드, 아크릴레이트, 우레탄 또는 이소시아네이트 기반 중합체를 포함할 수 있다. 중합체들은 전형적으로 전도성 입자, 전형적으로 은 입자를 포함하지만, 금, 니켈, 구리, 다양한 금속 산화물 및/또는 탄소 나노튜브를 포함하는 탄소와 같은 대안적인 전도성 입자를 포함할 수 있거나; 또는 금속화된 글래스 또는 세라믹 비드가 사용될 수 있다.
전도성 물질을 위한 액체를 사용하는 하나의 주요한 이점은 각 쌍의 전극들이 각각의 전극에서 존재하는 상이한 양의 액체를 가질 수 있어서, 상이한 크기의 플라즈마 구역, 즉 경로 길이를 초래하고, 그리하여 기판이 상이한 쌍의 전극들 사이를 통과할 때, 기판에 대한 잠재적으로 상이한 반응 시간을 초래한다는 것이다. 이러한 것은 제 1 플라즈마 구역에서의 세정 공정을 위한 반응 시간이 코팅이 기판에 도포될 때 제 2 플라즈마 구역에서의 경로 길이 및/또는 반응 시간과 상이할 수 있으며, 이러한 것들을 변화시키는데 수반되는 작용은 단지 상이한 전극 쌍 내로 상이한 양의 전도성 액체의 도입이라는 것을 의미할 수 있다. 바람직하게, 동일한 양의 액체는 두 전극들이 이전에 기술된 것과 같은 전극 쌍에서의 각각의 전극에 사용된다.
적어도 제 1 및 제 2 쌍의 병렬 이격된 전극들을 포함하는 대기압 플라즈마 조립체인 본 발명에 따른 전극들과 함께 산업적 스케일에서 사용될 수 있는 조립체 형태의 한 예가 제공된다. 각 쌍의 전극들의 내부 플레이트들 사이의 공간은 각각 제 1 및 제 2 플라즈마 구역을 형성하고, 조립체는 상기 제 1 및 제 2 플라즈마 구역들을 통하여 기판을 연속적으로 운반하기 위한 수단과, 상기 제 1 또는 제 2 플라즈마 구역들중 하나 내로 액체 또는 고체 코팅 형성 물질을 도입하는데 적합한 분무기(atomiser)를 추가로 포함한다. 이러한 설비의 기본 개념은 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 본 출원인의 동시 계속 출원인 WO 03/086031에 개시되어 있다.
바람직한 실시예에서, 전극들은 수직으로 배열된다. 용어 수직은 실질적으로 수직인 것을 포함하도록 의도되며, 수평에 대해 정확하게 90°로 위치된 전극들만으로 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다.
대기압 방전 조립체는 임의의 적절한 온도로 동작할 수 있지만, 바람직하게, 실온(20℃)과 70℃ 사이, 전형적으로 30 내지 50℃의 영역에 있는 온도에서 이용된다.
웹 상으로 코팅되는 물질은 가스, 액체 또는 고체의 형태로 하는 임의의 적절한 수단에 의해 공정 챔버 내로 도입될 수 있다. 바람직하게, 웹을 코팅하기 위한 액체 및 고체 물질들은 WO 02/28548에 개시된 전달 시스템을 사용하여 도입되며, 액체 기반 중합체 전구체들은 대기 플라즈마 방전 또는 이로부터 초래되는 여기 상태의 종 내로 액적(liquid droplet)의 에어로졸의 형태로 도입된다. 또한, 코팅 형성 물질은 플라즈마 방전, 또는 캐리어 가스의 부재시에 결과적인 스트림 내로 도입될 수 있으며, 즉, 코팅 형성 물질은 예를 들어 직접 분사에 의해 적접 도입될 수 있는 것에 의해, 코팅 형성 물질들은 플라즈마 내로 직접 분사된다.
코팅 형성 물질은 임의의 적절한 분무기를 사용하여 분무될 수 있다. 바람직한 분무기들은 예를 들어 초음파 노즐, 즉 액체에 에너지가 고주파로 부과되는 공압 및 진동성 분무기를 포함할 수 있다. 진동성 분무기는 오리피스를 통해 방출되는 액체 스트림에 고주파 진동을 전하기 위한 전자기 또는 압전 트랜스듀서를 사용할 수 있다. 이러한 것들은 실질적으로 균일한 액적을 생성하는 경향이 있으며, 액적의 크기는 진동의 주파수의 함수이다. 분무되는 물질은 바람직하게 액체, 고체 또는 액체/고체 슬러리의 형태를 한다. 분무기는 바람직하게 10 내지 100㎛, 바람직하게 10 내지 50㎛의 코팅 형성 물질 액적 크기를 만든다. 사용될 수 있는 적절한 초음파 노즐은 미국, 뉴욕, 밀톤에 소재한 Sono-Tek Corporation 또는 독일, 메칭엔(Metzingen)에 소재한 Lechler GmbH의 초음파 노즐을 포함한다. 이용될 수 있는 다른 적절한 분무기는 가스 분무기 노즐, 공압 분무기, 압력 분무기 등을 포함한다.
본 발명의 장치는 다수의 분무기들을 포함할 수 있으며, 분무기의 공정 챔버에는 예를 들어 특정의 용도의 것일 수 있으며, 예를 들어, 장치는 2개의 상이한 코팅 형성 물질로 기판 상의 공중합체 코팅을 형성하도록 사용되며, 단량체들은 혼합할 수 없거나 또는 제 1 상이 고체이고 제 2 상이 가스 또는 액체인 상이한 상으로 있을 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 바와 같은 본 발명의 필수 가스는 플라즈마를 발생시키도록 사용되는 공정 가스이다. 본 발명에서 사용하기 위한 적절한 플라즈마를 발생시키는데 적절한 어떠한 가스도 사용될 수 있지만, 바람직하게 예를 들어 헬륨, 아르곤, 질소 및 그 2개 이상의 혼합물 및 부가적으로 케톤 및/또는 관련 화합물을 함유하는 아르곤 기반 혼합물과 같은 불활성 가스 또는 불활성 가스 기반 혼합물이다. 이러한 공정 가스는 단독으로 또는 챔버 내에서 착수되는 공정에 의해 결정되는 사전 정의된 비로 예를 들어 암모니아, O2, H2O, NO2, CO2, 공기 또는 수소와 같은 잠재 반응 가스와 조합하여 이용될 수 있다. 가장 바람직하게, 공정 가스는 헬륨 단독으로, 또는 산화 또는 환원 가스와의 조합일 수 있다. 가스의 선택은 착수되는 플라즈마 처리에 의존한다. 산화 또는 환원 공정 가스가 요구될 때, 이러한 것은 바람직하게 90 내지 99%의 희가스와 1 내지 10%의 산화 또는 환원 가스를 포함하는 혼합물에서 이용될 수 있다. 그러므로, 이러한 비싼 가스를 재사용하는 능력은 사용자에게 큰 경제적 절약을 초래한다.
산화 조건 하에서, 본 방법은 기판 상의 산소 함유 코팅을 형성하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리카 기반 코팅은 분무된 실리콘 함유 코팅 형성 물질로부터 기판 표면에 형성될 수 있다. 환원 조건 하에서, 본 발명은 무산소 코팅을 형성하도록 사용될 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 탄화물 기반 코팅은 분무된 실리콘 함유 코팅 형성 물질로 형성될 수 있다. 그러므로, 사전 결정된 분위기의 형태로서 선택하기를 원할 때, 웹에 도포되는 원치않는 코팅의 산화를 방지하도록 시스템 내로 공기와 같은 외부 가스의 도입을 최소화하는 것이 매우 중요하다.
질소 함유 분위기에서, 질소는 기판 표면에 바인딩(bind)할 수 있으며, 질소 및 산소를 모두 함유하는 분위기에서, 질소는 기판 표면에 및/또는 표면 상에 형성하도록 바인딩할 수 있다. 이러한 가스들은 또한 코팅 형성 물질에 대한 노출 전에 기판 표면을 사전 처리하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판의 산소 함유 플라즈마 처리는 도포된 코팅과의 개선된 접착을 제공할 수 있다. 산소 함유 플라즈마는 산소 가스 또는 물과 같이 플라즈마에 산소 함유 물질을 도입하는 것에 의해 발생된다.
하나의 실시예에서, 본 발명의 웹 기판은 상이한 조성물의 다수의 층들이 코팅될 수 있다. 이러한 것들은 일련의 상이한 공정 챔버들을 기판들을 통과시키는 것에 의하여, 또는 기판을 반복적으로 통과시키는 것에 의하여, 또는 공정 챔버를 통하여 부분적으로 코팅된 기판을 반복적으로 통과시키는 것에 의하여 도포될 수 있다. 임의의 적절한 수의 사이클 또는 공정 챔버들은 적절한 다중 코팅된 기판들을 성취하기 위하여 이용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따라서 이용되는 기판은 다수의 공정 챔버 및/또는 플라즈마를 필요로 할 수 있으며, 각각의 챔버는 상이하게 기능할 수 있으며, 예를 들어 제 1 플라즈마 영역은 산소/헬륨 공정 가스에서 기판 표면을 산화시키기 위한 수단으로서 이용될 수 있다. 그러나, 산화되면, 사용되는 코팅 물질과 상호 작용하는 산소 때문에 제 2 코팅 단계가 발생하기 전에 웹으로부터 모든 산소를 제거하는 것이 필수적일 수 있다. 이러한 것은 실질적으로 웹으로부터 산소의 전체적인 제거가 아닌지를 보장하기 위하여 코팅의 도포에 앞서 웹이 통과하여야만 하는 하나 이상의 중간 챔버를 통합하는 것에 의해 본 발명에 따라서 용이하게 달성될 수 있다. 이러한 것은 하나의 공정 챔버 또는 본 발명에 따라서 요구되는 바와 같은 기능에 적합한 중간 챔버가 개재되는 일련의 공정 챔버들을 사용하여 달성될 수 있다. 또한, 웹의 코팅 또는 공정들은 웹 상의 요구되는 전체적인 코팅을 얻는데 요구되는 바와 같이 착수될 수 있다.
기판이 코팅되는 여전히 또 다른 실시예에서, 플라즈마 조립체의 다중의 시리즈들보다는 오히려, 단일 플라즈마 영역을 수용하는 공정 챔버는, 공정 챔버 내로 도입되어 전형적으로 전극들 사이에 형성된 플라즈마 구역을 통과하는 코팅 물질을 변화시키기 위한 수단과 함께 이용될 수 있다. 예를 들어, 초기에 플라즈마 구역을 통과하는 물질은 플라즈마 구역을 형성하도록 전극들 사이의 전위의 인가에 의해 여기되는 헬륨과 같은 공정 가스일 수 있다. 결과적인 헬륨 플라즈마는 플라즈마 구역을 통과하는 기판을 세정 및/또는 플라즈마 구역에 대해 활성화시키도록 이용될 수 있다. 그런 다음, 하나 이상의 코팅 형성 전구체 물질(들) 및 활성 물질이 도입될 수 있으며, 하나 이상의 코팅 형성 전구체 물질(들)은 플라즈마 구역을 통과하는 것에 의해 여기되어 기판을 처리한다. 기판은 다중 층을 실행하는 다수의 이유로 플라즈마 구역을 통해 이동될 수 있으며, 적절한 경우에, 코팅 형성 물질(들)의 조성은 예를 들어 하나 이상의 코팅 형성 전구체 물질(들) 및/또는 활성 물질을 도입하는 하나 이상의 도입을 치환, 부가 또는 정지시키는 것에 의해 변할 수 있다.
어떠한 적절한 비 열평형 플라즈마 설비도 본 발명의 방법을 착수하도록 사용될 수 있지만, 연속 모드 또는 펄스 모드에서 동작될 수 있는 대기압 글로방전과 같은 확산 유전체 장벽 방전, 유전체 장벽 방전(DBD) 및 저압 글로방전을 발생시키기 위한 수단이 바람직하다.
플라즈마 설비는 또한 예를 들어 기판이 하류측에 배치되어 플라즈마 소스로부터 멀리 있는 WO 03/085693에 개시된 바와 같은 플라즈마 젯(jet)의 형태로 할 수 있다.
공정 가스의 붕괴가 플라즈마 챔버의 폭 및 길이에 걸쳐서 균질 플라즈마를 초래하는 플라즈마 갭에 걸쳐서 균일하게 발생하는 대기압 확산 유전체 장벽 방전을 발생시키기 위한 어떠한 종래의 수단도 사용될 수 있다. 예들은 대기압 플라즈마 젯, 대기압 마이크로파 글로방전 및 대기압 글로 방전을 포함한다. 전형적으로, 이러한 수단은 상기된 패닝 이온화 메커니즘을 통하여 대기압 또는 그 부근의 압력에서 균질한 확산 유전체 장벽 방전(예를 들어 균질의 글로방전)을 발생시키도록 공정 가스로서 헬륨과, 고주파(예를 들어, > 1㎑) 전력원을 채택한다. 상기된 바와 같은 코로나 공정은 이러한 것들이 플라즈마 갭에 걸쳐서 균일하게 발생하는 공정 가스의 균일한 붕괴를 제공하지 못함으로써 상기로부터 배제되며, 그리하여 비균질의 방전을 만든다.
저압 글로방전 플라즈마와 같은 저압 플라즈마의 경우에, 액체 전구체와 활성 물질은 바람직하게 용기에 보관되거나, 또는 상기된 바와 같은 분무화된 액체 분사의 형태로 반응기 내로 도입된다. 저압 플라즈마는 액체 또는 가스 전구체 및/또는 플라즈마 방전의 활성 물질 가열 및/또는 펄스화(pulsing)로 수행될 수 있다. 가열이 요구되면, 저압 플라즈마 기술을 사용하는 본 발명에 따른 방법은 주기적이며, 즉 액체 전구체는 가열없이 플라즈마 처리되고, 플라즈마 처리 없이 가열이 따르거나, 또는 동시, 즉 액체 전구체 가열 및 플라즈마 처리가 함께 발생할 수 있다. 플라즈마는 무선 주파수, 마이크로파 또는 직류(DC)와 같은 임의의 적절한 소스로부터 전자기 방사의 방식에 의해 발생될 수 있다. 8 내지 16㎒의 무선 주파수(RF) 범위가 적절하며, 13.56㎒의 RF가 바람직하다. 저압 확산 유전체 장벽 방전 또는 글로방전의 경우에, 임의의 적절한 반응 챔버가 이용될 수 있다. 전극 시스템의 전력은 1 내지 100W일 수 있지만, 바람직하게 연속 저압 플라즈마 기술에 대해 5내지 50W의 범위가 바람직하다. 챔버 압력은 예를 들어 0.1 내지 0.001mbar(10 내지 0.1㎩)의 임의의 적절한 압력으로 감압될 수 있지만, 바람직하게 0.05 내지 0.01mbar(5 내지 1㎩)이다.
특히 바람직한 펄스화된 플라즈마 처리 공정은 실온에서 플라즈마 방전을 펄스화하는 것을 수반한다. 플라즈마 방전은 특정의 "온(on)" 타임 및 "오프(off)" 타임을 가지도록 펄스화되어서, 매우 낮은 평균 전력이 인가되며, 예를 들어, 10W 미만, 바람직하게 1W 미만의 전력이 인가된다. 온 타임은 전형적으로 10 내지 10000 마이크로초, 바람직하게 10 내지 1000 마이크로초이며, 오프 타임은 전형적으로 1000 내지 10000 마이크로초, 바람직하게 1000 내지 5000 마이크로초이다. 분무된 액체 전구체 및 활성 물질(들)은 추가의 가스없이 직접 분사에 의하여 진공으로 도입될 수 있지만, 헬륨 및 아르곤과 같은 추가의 공정 가스는 또한 반드시 간주되는 캐리어로서 이용될 수 있다.
저압 플라즈마의 경우에, 플라즈마를 형성하기 위한 공정 가스는 대기압 시스템에 대한 것과 같을 수 있지만, 대안적으로 헬륨 및/또는 아르곤과 같은 희가스를 포함하지 않을 수 있으며, 그러므로 순수하게 산소, 공기 또는 대안적인 산화 가스일 수 있다.
공정 영역은 하나 이상의 쌍들의 전극들을 포함할 수 있으며, 챔버를 통과하는 공정 또는 필수 가스의 여기 작용에 의해 전극들 사이에서 플라즈마가 발생된다. 공정 챔버는 제 1 쌍의 병렬 전극(바람직하게 수직으로 정렬된)들 사이에서 발생된 플라즈마를 웹이 통과하고 그런 다음 제 2 쌍의 병렬 전극(바람직하게 다시 수직으로 정렬된) 전극들 사이에서 발생된 플라즈마를 웹이 통과하도록 설계될 수 있다. 비록 기판을 운반하는 수단이 바람직하게 릴 대 릴 기반 공정에 의할지라도, 웹을 운반하기 위한 임의의 적절한 수단이 이용될 수 있다. 기판은 상향 또는 하향하여 제 1 플라즈마 처리 영역을 통하여 운반될 수 있다. 바람직하게, 기판이 상향하여 하나의 플라즈마 구역을, 하향하여 다른 플라즈마 구역을 통과할 때, 하나 이상의 안내 롤러들이 공정 챔버에서의 두 플라즈마 영역들을 통하여 기판을 안내하도록 제공된다. 각각의 플라즈마 영역에서의 기판 잔류 시간은 코팅에 앞서 사전 결정되며, 각각의 플라즈마 구역을 통한 기판의 속도를 변화시키기 보다는 오히려, 기판이 각각의 플라즈마 영역을 통하여 진행하여야 하는 경로 길이가 변경될 수 있어서, 기판은 동일한 속도로 두 영역을 통과할 수 있지만, 각각의 플라즈마 영역들을 통한 상이한 경로 길이로 인하여 각각의 플라즈마 영역에서의 상이한 시간을 소비할 수 있다.
본 발명의 전극들이 수직으로 배향되는 사실의 관점에서, 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 조립체를 통해 운반되는 기판이 하나의 플라즈마 영역을 통해 상향하여, 다른 플라즈마 영역을 통해 하향하여 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 조립체를 통해 운반되는 것이 바람직하다. 인접한 전극들 사이의 거리에 근거하여, 이후에 기술되는 바와 같이, 대부분의 경우에 수직 또는 실질적으로 수직일지라도, 기판이 일반적으로 수직 또는 대각 방향으로 플라즈마 영역을 통해 운반되는 것을 예상할 수 있다.
바람직하게, 각각의 기판은, 기판이 조립체를 통한 추가의 통행을 위해 제 1 릴로 복귀될 수 있으면, 단지 조립체를 통과할 것을 필요로 한다.
적어도 하나가 유전체 물질에서 코팅되는 추가 쌍의 전극들은 사용시에 기판이 통과하게 되는 추가의 연속적인 플라즈마 영역들을 형성하도록 시스템에 부가될 수 있다. 추가 쌍의 전극들은 기판이 전처리 또는 후처리 단계들을 거치도록 상기 제 1 및 제 2 쌍의 전극들 앞뒤에 안치될 수 있다. 상기 추가 쌍의 전극들은 바람직하게 제 1 및 제 2 쌍의 전극들 앞뒤에, 가장 바람직하게 전극들 뒤에 배치된다. 추가 쌍의 전극들에 의해 형성된 플라즈마 영역에 적용되는 처리는 제 1 및 제 2 플라즈마 영역들에서 착수되는 것과 동일 또는 상이할 수 있다. 이 경우에, 추가의 플라즈마 영역들이 전처리 또는 후처리를 위해 제공될 때, 필요한 수의 가이드 및/또는 롤러들은 조립체를 통한 기판의 통행을 보장하기 위하여 제공된다. 유사하게, 기판은 바람직하게 조립체에 있는 모든 이웃하는 플라즈마 영역들 교대로 상향 및 하향하여 운반된다.
본 발명은 많은 다른 형태의 기판 코팅을 형성하도록 사용될 수 있다. 기판 상에 형성되는 코팅의 형태는 사용된 코팅 형성 물질에 의해 결정되며, 본 발명의 방법은 기판 표면 상에 (공)중합화 코팅 형성 단량체 물질(들)에 사용될 수 있다. 코팅 형성 물질은 유기물 또는 무기물, 용매, 용액 또는 가스, 또는 그 혼합물일 수 있다. 포획된 활성화 물질은 본 설비 및 방법의 수단에 의해 기판 표면에 도포될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 용어 활성화 물질(들)은 특정 환경에서 존재할 때 하나 이상의 특정 기능을 수행하는 하나 이상의 물질을 의미하도록 의도되고, 본 출원의 경우에, 활성 물질들은 플라즈마 환경 내에서 화학 결합 형성 반응을 겪지 않는 화학 작용 종들이다. 활성화 물질이 용어 "반응성"과 명확하게 구별되는 것은 자명하다. 반응성 물질 또는 화학 작용 종들은 플라즈마 환경 내에서 화학 작용 결합 형성 반응들을 겪는 종들을 의미하도록 의도된다. 물론, 활성화는 코팅 공정 후에 반응을 겪을 수 있다.
기판은 인조 및/또는 천연 섬유, 직조 또는 비직조 섬유 피륙, 직조 또는 비직조 섬유, 천연 섬유, 인조 섬유 셀룰로오스 물질, 집단화 직물 섬유, 얀 등을 포함하는 웹들의 형태일 수 있다. 그러나, 기판의 크기는 대기압 플라즈마 방전이 발생되는 체적의 치수, 즉 플라즈마를 발생시키기 위한 수단의 전극들 사이의 거리로 제한된다.
코팅되는 기판은 예를 들어 폴리올레핀과 같은 열가소제, 예를 들어 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에스테르(예를 들어 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트), 폴리메타아크릴레이트(예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트 및 히드록시에틸메타크릴레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아라미드, 폴리스티렌, 페놀, 에폭시 및 멜라민-포름알데히드 수지, 및 그 혼합물 및 공중합체)와 같은 플라스틱들을 포함할 수 있다. 바람직한 유기 중합 물질은 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이다. 다른 기판은 예를 들어 알루미늄, 강, 스테인리스 강 및 구리 등으로 만들어진 금속의 박막을 포함한다.
본 발명의 장치를 사용하여 코팅된 기판들은 다양한 용도를 가질 수 있다. 예를 들어, 산화 분위기에서 발생된 실리카 기반 코팅은 기판의 장벽 및/또는 확산 특성을 향상시킬 수 있고, 기판 표면에 접착하도록 추가의 물질을 능력을 향상시킬 수 있다. 할로 기능성(halo-functional) 유기물 또는 실록산 코팅은 소수성(hydrophobicity) 및 소유성(oleophobicity), 및 연료 및 지면 저항성을 증가시킬 수 있으며, 가스 및 액체 여과성 및/또는 기판의 방출 특성을 향상시킬 수 있다. 폴리디메틸실록산 코팅은 기판의 방수 및 방출 특성을 향상시킬 수 있고 터치에 대한 피륙의 연성을 향상시킬 수 있으며; 폴리아크릴산 중합 코팅은 물 적심 가능한 코팅(water wettable coating), 생체 호환(bio-compatible) 코팅 또는 기판 표면 또는 적층 구조의 일부로서 접착을 촉진하는 접착층으로서 사용될 수 있다. 코팅에서의 콜로이드 금속(colloidal metal) 종들의 포함은 기판에 대한 표면 전도성을 제공할 수 있거나, 또는 그 광학 특성을 향상시킬 수 있다. 폴리티오펜 및 폴리피롤은 금속 기판에서의 내식성을 또한 제공할 수 있는 전기 전도성 중합 코팅을 준다. 산성 또는 기능성 코팅은 제어된 pH, 및 아미노산 및 단백질과 같은 생체학적으로 중요한 분자와 제어된 상호 작용을 구비한 표면을 제공하게 된다.
본 발명에서 기술된 각각의 발전은 대기압 플라즈마 처리 공정의 경우에 현재 가능한 것보다 다공성 및 비다공성 웹들에서의 보다 높은 속도로 동작하도록 연속 대기압 플라즈마 처리 공정(Continuous Atmospheric Plasma Treatment Processes, CAPTP)을 허용하는 공정 챔버를 통한 개선된 웹 속도를 이끈다. 상기 설계는 현재 대기 환경에서의 실행되는 진공 플라즈마 챔버들에 제한되는 다공성 웹들의 처리를 허용하게 된다. 상기 공정은 현재의 일괄 방법보다는 오히려 연속 방식으로 실행될 수 있게 된다.
상기 설계는 실질적으로 평탄한 시스템이 되도록 CAPTP 설계를 허용한다. 적절한 밀봉은 이전에 고려되지 않은 많은 형태의 시스템 기하학적 형태를 허용한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예의 방식으로 주어진 일부 실시예들의 다음의 설명으로부터 명확하게 이해될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 챔버의 크기에 대한 측정 기준을 구비한 종래의 공정 챔버에서 관측되는 상황을 예시하도록 의도된 도면.
도 2는 2개의 재순환 채널을 가지는 공정 챔버를 도시한 도면.
도 3은 중간 챔버가 공정 챔버의 상류측에 있는 도 2에서와 같은 공정 챔버를 도시한 도면.
도 4는 다공성 웹으로부터 외부 유체의 제거를 위한 일련의 반류 중간 챕버들을 구비한 도 2에서와 같은 공정 챔버를 도시한 도면.
도 5는 재순환 채널과 다공성 웹으로부터 외부 유체의 제거를 위한 일련의 반류 중간 챔버를 포함하는 연속 대기압 플라즈마 시스템을 도시한 도면.
도 6은 전공정 또는 후공정 챔버를 통하여 진행하는 동안 웹에 있는 기공들을 펼치는 수단을 도시한 도면.
도 7은 다공성 웹으로부터 외부 유체의 제거를 위한 반류 전공정 챔버의 대안적인 실시예 시리즈를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 장치의 부분을 형성할 수 있는 플라즈마 시스템을 도시한 도면.
도 1a에는 웹 물질(2)이 통과하는 공정 챔버(1)가 제공된다. 챔버(1)는 입구에 있는 밀봉구(4a)와 출구에 있는 밀봉구(4b)에 의해 밀봉된다. 밀봉구(4a)는 공정 챔버(1)의 입구를 한정하고, 밀봉구(4b)는 출구를 한정한다. 필수 가스는 공정 챔버 내에서의 사전 결정된 분위기를 유지하도록 필요할 때 시스템 내로 도입될 수 있다. 도 1a는 이동하는 웹에 대해 평행하지만 그로부터 충분히 먼(예를 들어 25㎜) 벽들을 구비한 챔버(1)를 가지는 시스템을 도시하도록 의도되어서, 필수 가스가 출구로부터 입구로 챔버의 벽들을 따라서 재순화되는 것을 가능하게 하여, 그렇지 않으면 발달하는 어떠한 압력차도 동등하게/무력화하며, 그러므로 출구와 입구 사이의 압력차를 방지하고, 실질적으로 이러한 압력차에 의해 유발되는 시스템 내 로의 외부 가스의 진입을 방지한다. 밀봉구(4a)는 챔버(1) 내로 외부 가스, 예를 들어 공기(3)가 추진되는 것을 실질적으로 방지한다. 이러한 도면부호는 동일한 특징부를 나타내도록 모든 추후의 도면에서 사용된다.
동일한 상황은 도 1b에서 발생하지 않는다. 도 1b에서, 챔버 폭이 상당히 작다는 것을 예측할 것이다. 이러한 경우에, 웹과 챔버의 외부 벽들 사이에 충분히 자유로운 공간이 없기 때문에, 필수 가스의 재순환은 챔버의 치수들과 챔버를 통과하는 웹에 의해 유발되는 추진 영향으로 인하여 실질적으로 방지된다. 이러한 경우에, 압력차의 영역들이 공정 챔버(1)의 입구와 출구에서 생성된다. 이러한 압력차는 입구 밀봉구(4a)를 통하여 증가하는 양의 오염물(6)이 시스템 내로 추진되도록 하여서, 그 효율을 감소시킨다. 출구 밀봉구(4b)와 유사하게, 외부 환경에 대한 상대 압력에서의 증가는 공정 챔버에 있는 가스가 출구 밀봉구(4b)를 통해 외부로 배출된다.
도 2는 2개의 재순환 채널(7, 8)들이 제공되는 경우에서와 같이 본 발명의 제 1 실시예를 제공한다. 이러한 채널(7, 8)들은 시스템에 있는 필수 가스가 밀봉구(4b)의 부근에 있는 출구 영역으로부터 밀봉구(4a)의 부근에 있는 입구 영역으로 공정 챔버(1) 내에서 재순환되도록 한다. 이러한 재순환 시스템은 입구와 출구 영역 사이의 압력차의 형성을 방지하고, 밀봉구(4a)의 완전성을 보호하며, 그러므로 외부 가스의 진입을 방지/최소화한다. 필수 공정 가스 입구(5)와 출구(9)는 또한 공정 챔버(1)의 연속적 또는 주기적인 제거가 웹 물질(2) 주위의 경계층으로서 챔버(1) 내로 흡인된 외부 가스를 제거하는 것을 가능하게 한다.
도 3은 공정 챔버(1) 내로의 진입에 앞서 다공성 웹(2)에 포획된 유체를 제거하는 수단과 조합하여 다공성 웹(2)을 처리하기 위한 사용시의 도 2에 기술된 바와 같은 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다. 도 3에서, 중간 챔버(10)는 공정 챔버(1)의 상류 측에 제공된다. 밀봉구(4a)는 공정 챔버(1)를 위한 입구 밀봉구로서 및 중간 챔버(10)의 출구 밀봉구로서 작용한다. 중간 챔버(10)를 위한 입구 밀봉구는 도면 부호 4c로서 도시된다. 도 3에서, 공정 챔버에서 사용되는 가스 혼합물은 중간 챔버(10) 내로 도면 부호 11에서 도입된다. 중간 챔버(10)는 다공성 웹이 중간 챔버를 통해 진행하고 제거된 유체와 결합하여 출구(12)를 통해 배출됨으로써 필수 가스가 입구(11)로부터 다공성 웹(2)을 통해 흐르는 것을 가능하게 하도록 설계된다. 바람직하게, 제거된 가스/유체 혼합물은 그런 다음 재순환 및 시스템에서 필수 가스를 재사용하기 위하여 복귀된다. 그러므로, 웹 매트릭스는 실질적으로 공정 챔버(1)에 들어가기 전에 외부 유체가 없으며, 웹 주위의 경계층은 또한 실질적으로 필수 가스로 구성되고 공기와 같은 원치 않는 외부 가스가 없다.
도 4에서, 공정 챔버의 상류 측에 2개의 반류 중간 챔버(10 및 15)들에 제공되는 도 3의 시스템의 확장된 형태를 도시한다. 이 경우에, 밀봉구(4c)는 챔버(10)의 입구 밀봉구 및 챔버(15)의 출구 밀봉구를 나타내고, 밀봉구(4d)는 챔버(15)의 입구 밀봉구를 나타낸다. 필수 가스는 초기에 입구(11)를 통해 중간 챔버(10) 내로 공급되고, 그런 다음 웹(2)과 채널(7)을 통하고 다시 웹(2)을 통해 중간 챔버(15)로 공급되며, 최종 필수 가스와 이전에 포획된 유체/경계층 혼합물은 재사이클링을 위해 출구(12)를 통해 제거된다.
추가의 챔버(18)는 또한 공정 챔버(1)에서의 처리에 이어 웹(2)으로부터 필수 가스의 제거를 위해 제공된다. 외부 가스 혼합물(또는 다음의 공정 챔버(도시되지 않음)에 요구되는 가스 혼합물)은 공정 챔버(1)로부터 모든 필수 가스를 제거하도록 입구(19a)로부터 웹(2)으로 나아간다. 최종 가스 혼합물은 재사이클링을 위하여 출구(19b)로부터 제거된다. 챔버(18)는 공정 챔버(1)의 출구 밀봉구로서 작용하는 입구 밀봉구(4b)와, 출구 밀봉구(4e)를 가진다.
도 5는 다공성 기판 물질로부터 원치 않는 가스의 제거를 위해 일련의 중간 챔버와 후공정 챔버들을 가지는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 시스템을 도시한다. 어느 한 실시예가 다른 실시예와 관계없이 사용될 수 있지만, 바람직하게 두 실시예가 시스템의 효율을 최대화하도록 이용될 수 있다는 것을 예측할 것이다. 도 5는 웹 물질(2)이 통과되는 공정 챔버(1)를 나타낸다. 공정 챔버(1)는 병렬 전극(32, 33) 사이의 제 1 플라즈마 구역과, 병렬 전극(34, 35) 사이의 제 2 플라즈마 구역의 2개의 플라즈마 구역을 포함한다. 재순환 채널(7)은 공정 챔버(1)의 입구와 출구를 링크하고 그 사이의 어떠한 압력차도 무력화하도록 제공된다.
도 5는 또한 웹 매트릭스에 포획된 가스를 필수 가스로 치환하기 위한 반류 시스템의 3개의 중간 챔버(10, 15 및 30)를 도시한다. 본 형태의 플라즈마 공정에 있어서, 전형적으로 입구(11)로부터 중간 챔버(10, 15, 30)를 통해 채널(17, 31)들을 경유하여 출구(12)로 가는 공정 챔버와 반류 시스템에서 이용되는 필수 가스는 상기된 바와 같은 임의의 적절한 가스이지만, 전형적으로 헬륨이다. 이러한 경우에, 밀봉구(4c)는 챔버(10)의 입구 밀봉구 및 챔버(15)의 출구 밀봉구를 나타내고, 밀봉구(4d)는 챔버(15)의 입구 밀봉구 및 챔버(30)의 출구 밀봉구를 나타내며, 밀봉구(4f)는 챔버(30)의 입구 밀봉구를 나타낸다. 부가적으로, 이 예에서, 공정 챔버(1)에서 웹 처리에 이어 중간 챔버(44) 내로 들어오는 필수 가스(전형적으로 헬륨)를 외부 가스(전형적으로 공기)로 치환하기 위한 반류 시스템의 후공정 챔버(42, 43, 44)가 제공된다. 필수 가스는 챔버(44) 내에서의 일반적인 분위기의 일부를 형성할 수 있으며, 및/또는 웹(2) 주위의 경계층을 포함하고, 및/또는 웹 매트릭스 내에 포획될 수 있다. 이러한 경우에, 밀봉구(4g)는 챔버(44)의 출구 밀봉구와 챔버(43)의 입구 밀봉구를 나타내고, 밀봉구(4h)는 챔버(43)의 출구 밀봉구 및 챔버(42)의 입구 밀봉구를 나타내며, 밀봉구(4j)는 챔버(42)의 출구 밀봉구를 나타낸다. 중간 챔버(42)는 채널(45)을 경유하여 챔버(43)에 연결되고, 챔버(43)는 채널(46)을 경유하여 챔버(44)에 연결된다. 가스는 입구(41)에 의해 챔버(42)로 들어오고 필수 가스의 회복을 위해 출구(47)를 경유하여 챔버(44)를 떠난다.
사용시에, 웹(2)은 밀봉구(4f)를 통해 외부 공급 수단(도시되지 않음)으로부터 챔버(30)로 들어오고, 그런 다음 입구 밀봉구(4a)를 통해 공정 챔버(1)로 들어가기 전에 챔버(15, 10)들을 통해 연속하여 전진한다. 웹(2)이 중간 챔버(30, 15, 10)를 통과함으로써, 반대 방향으로 중간 챔버(10, 15, 30)를 통과하는 점점 집중된 양의 필수 가스(헬륨)와 마주친다. 이러한 3개의 중간 챔버(10, 15, 30) 공정은 공정 챔버(1)로 들어오는 경계층이 실질적으로 필수 가스로 이루어지도록 웹(2) 주위의 경계층에서 잔류하는 어떠한 외부 가스도 제거하도록 설계된다. 3개의 중간 챔버(10, 15, 30) 공정은 또한 중간 챔버(30)로 들어오는 것으로 웹(2) 내에 모든 포획된 유체가 그 시간까지 필수 가스로 치환되지 않았으면 웹(2)이 공정 챔버(1)로 들어가는 것을 대부분 보장한다. 출구(12)를 통해 챔버(30)를 나가는 필수 가스와 오염물(외부 가스 및 포획된 유체)의 혼합물은 재사용 전에 외부 가스로부터 공정 가스를 분리하기 위해 재공정 시스템으로 연속하여 운반되거나, 또는 대안적으로 출구(12)로부터 채널(40)을 따라서, 공정 챔버(1)를 통한 통행에 이어서 웹으로부터 필수 가스를 제거하도록 설계된 반류 공정의 입구(41)로 직접 운반될 수 있다. 공정 챔버(1)로 들어가는 것으로, 웹(2)은 적절한 처리를 위해 전극(32, 33)들 사이 및 전극(34, 35)들 사이의 2개의 플라즈마 구역을 연속 통과하고, 그런 다음 출구 밀봉구(4b)를 통해 공정 챔버(1) 외부로 배출된다. 재순환 채널(7)은 공정 챔버(1)의 입구와 출구 사이의 압력차를 최소화하도록 제공된다. 도 5의 경우에, 웹(2)은 중간 챔버(44, 43, 42)를 연속하여 통과하고, 밀봉구(4j)를 통해 챔버(42)를 웹(2)이 빠져 나가기 전에 가능한 많이 필수 가스를 제거하도록 중간 챔버(42, 43, 44)를 통과하는 점점 집중되는 양의 외부 가스(공기)와 마주친다.
도 6은 웹에 있는 기공들로부터 원치 않는 가스의 제거를 향상시키도록 본 발명에 대한 개선을 도시한다. 도 6에서, 웹(2)은 초기에 핀치 롤러(101)들 사이로 운반되고, 롤러들을 통한 통행에 앞서 그리고 연속하여 웹에 대한 수평 경로를 유지한다. 웹(2)은 그런 다음 롤러(103)로 운반되고, 웹은 웹(2)의 경로가 롤러(103) 위에서 이동(즉, 롤러(103)를 떠나는 것으로)하는 것에 이어서 대략 90°만큼 방향을 변화시키도록 롤러 위에서 안내되며, 웹(2)의 운동 방향은 롤러(103)에 대한 웹(2)의 접근 방향에 대략 직각이다. 롤러(103)와 웹(2)의 결합은 웹(2) 내에 있는 "기공"들 상에서의 초기 펼침 또는 기공 개방을 유발하여, 포획된 외부 가스를 웹(103)에 있는 기공들로부터 외부로 강제로 밀어낸다. 또한, 초기 웹/롤러(103) 상호 연결에 바로 앞서 롤러(103)와 웹(2) 사이의 갭 내로 필수 가스(본 발명에서 사용된 플라즈마 예에서 전형적으로 헬륨)를 도입하는 것에 의하여, 필수 가스에 의한 원치 않는 가스의 치환이 개선된다. 본 발명자들은 단일 롤러(103)가 이러한 효과를 발생시키는데 필요하지만, 상기 효과가 웹이 90°이동된 후에 롤러(103)와 관련하여 사용될 때 "핀치" 웹(2)에 적합한 제 2 롤러(104)의 준비에 의해 더욱 개선될 수 있다는 것을 알았다. 2개의 롤러(103, 104)들 사이에서 운반중인 웹(2)으로부터 초래되는 핀치 효과는 시스템을 통한 웹(2)의 신속한 이동에 의해 유발되는 추진 효과로 인하여 시스템에 있는 롤러(103, 104)들을 지나는 웹(2)과 함께 운반되는 원치 않는 가스의 가능성을 방지 또는 적어도 상당히 감소시킨다.
도 7은 원치 않는 가스의 치환이 도 6에 도시된 형태의 일련의 쌍들의 롤러들을 단독으로 사용하여 완전하게 또는 적어도 실질적으로 실행되는 본 발명의 추가의 실시예의 예를 제공한다. 도 7은 공정 챔버(120) 내로의 진입에 앞서 웹(2)이 운반되는 2개의 전공정 챔버들을 도시한다. 이 실시예에서, 웹(2)은 두 전공정 챔버들에 대한 가동 벽으로서 이용된다. 웹이 통과하여 운반되는 제 1 전공정 챔버는 롤러(101), 웹(2), 롤러(103), 롤러(106), 롤러 페이스 밀봉구(111), 벽(103), 및 롤러 페이스 밀봉구(109)를 포함한다. 제 2 전공정 챔버는 롤러(104), 롤러 페이스 밀봉구(110), 외부 벽(132), 롤러 페이스 밀봉구(112), 롤러(108), 웹(2) 및 롤러(105) 사이에 형성된다. 웹은 롤러(101, 102)들 사이, 롤러(103) 주위(대략 90° 를 통해), 및 상기 롤러(103, 104) 사이, 롤러(105) 주위(대략 90°를 통해), 롤러(105, 106)들 사이, 롤러(107) 주위(대략 90°를 통해), 롤러(107, 108)들 사이에서 공정 챔버(120) 내로의 경로를 따라서 운반된다. 필수 가스는 롤러(107)와 웹(2) 사이의 상호 결합에 바로 앞서 롤러와 웹 사이에 형성된 갭 내로 도입된다. 필수 가스는 웹(2)을 통해 제 2 공정 챔버 내로 나아간다. 필수 가스는 웹(2)을 통하여, 바람직하게 웹(2)과 롤러(105) 사이의 갭 내로 나아가 제 1 전공정 챔버 내로 나아가고, 제 1 전공정 챔버를 통하여, 바람직하게 그 사이의 상호 결합에 바로 앞서 웹(2)과 롤러(103) 사이의 갭 내로 나아간다. 웹(2)을 통해 제 1 전공정 챔버를 나가는 가스 혼합물은 그런 다음 선택적으로 재사이클링을 위하여 적절한 배출 수단으로 나아간다.
실행되는 플라즈마 공정의 보다 상세한 설명은 가요성 기판이 본 발명에 따라서 어떻게 처리되는지를 도시한 도 8을 참조하여 기술된다. 공정 챔버를 통해 기판을 운반하는 수단은 안내 롤러(70, 71, 72), 필수 가스 입구(75), 조립체 덮개(76), 코팅 물질 입구 도입 수단(74)의 형태로 제공된다. 바람직하게, 코팅 물질 도입 수단(74)은 플라즈마 영역(60) 내로 분무화된 액체를 도입하기 위한 초음파 노즐(74)이 제공되는 것과 같이 공정 챔버 내로 액체/고체 슬러리로부터 유래되는 액적을 공급하는 수단이다. 이 경우에 필수 가스 입구(75)는 전극 쌍들 사이에서 플라즈마를 발생시키는데 필요한 가스를 위한 입구이며, 조립체 덮개(76)에 도시된다.
사용시에, 가요성 기판은 안내 롤러(70) 위로 운반되고, 이에 의해 전 극(20a, 26)들 사이의 플라즈마 영역(25)을 통해 안내된다. 플라즈마 영역(25)에서 발생된 플라즈마는 세정 헬륨 플라즈마이며, 즉, 플라즈마 영역(25)으로 나아가는 반응제는 없다. 헬륨은 입구(75)에 의해 시스템 내로 도입된다. 덮개(76)는 헬륨이 공기보다 가벼움에 따라서 헬륨의 이탈을 방지하도록 시스템의 상부 위에 배치된다. 플라즈마 영역(25)을 떠나는 것으로, 플라즈마 세정 기판은 가이드(71) 위를 통과하여, 전극(26, 20a)들 사이 및 롤러(72) 위에서 플라즈마 영역(60)을 통해 아래로 나아가고, 그런 다음 추가의 처리를 위한 코팅의 추가 유닛을 통과할 수 있다. 그러나, 플라즈마 영역(60)은 초음파 노즐(74)을 통하여 액체 또는 고체 코팅 제조 물질의 분사의 수단에 의한 기판의 위한 코팅을 발생시킨다. 반응제가 코팅된다는 사실의 중요한 양태는 액체 또는 고체이며, 상기 분무화된 액체 또는 고체는 플라즈마 영역(60)을 통하여 중력 하에서 진행하며, 플라즈마 영역(25)으로부터 분리 유지되고, 그리하여 코팅이 플라즈마 영역(25)에서의 발생하지 않는다. 코팅된 기판은 그런 다음 플라즈마 영역(60)을 통과하여 코팅되고, 그런 다음 롤러(72) 위로 운반되며, 수집되고 추가의 플라즈마 처리로 추가 처리된다. 롤러(70, 72)들은 롤러들에 대비되는 것으로서 릴일 수 있다. 통과되었으면 플라즈마 영역(25) 내로 및 롤러(71) 상으로 기판이 안내된다.
예
본 발명을 옹호하는 하나의 예가 웹의 재료가 변화하는 속도로 통과하는 플라즈마 영역에서의 본 발명에 따른 재순환 채널들을 사용할 때 만들어지는 플라즈 마의 품질에서의 상당한 개선을 도시하도록 아래에 제공된다.
본 예에서, 이용된 전극은 WO 2004/068916에 개시된 바와 같은 염 용액을 포함하는 2개의 병렬 비금속성 전극들이었다. 전극들은 1.2㎡이었으며, 전극들 사이에서 형성된 플라즈마의 결과로서 발생된 연기 기둥(plume)이 보이는 것이 가능하도록 충분히 투명하였다. 플레이트들은 6㎜ 이격된 고정 거리에 있었다. 밀봉구들은 상기 웹이 밀봉구들 사이에서 이동될 때 낮은 압력이 웹에 적용되도록 립(lip)들의 선단 가장자리가 1㎜ 만큼 중첩되도록 설치된 고무 립 밀봉구들이었다. 그 사이에서 플라즈마를 발생시키도록 이용된 전극들 사이의 전위는 4kV이었다. 헬륨은 분당 10 표준 리터의 일정한 속도로 시스템에 공급되었다. 플라즈마를 통하여 운반되는 웹은 0.15㎜의 두께를 가지는 폴리프로필렌의 300㎜ 폭 막이었다.
상기 기준을 이용하여 발생된 플라즈마의 품질은 연기 기둥이 그 사이에서 보이는 전극들의 가시 영역에 의해 결정되었다. 아래의 표 1로부터, 본 발명에 따라서 웹 속도가 증가됨으로써 발생된 가장 좋은 플라즈마가 있었으며, 이에 의해 플라즈마 챔버의 시작 및 종료시에 립 밀봉구들이 제공되고, 밀봉구들은 플라즈마 챔버 내에서의 내부 압력을 안정화하도록 사용되는 재순환 채널들을 구비한다.
조건 웹 속도 플라즈마
(m/min) %
1 2개의 밀봉구 + 재순환 0 100
5 95
10 95
20 95
40 90
60 70
67 50
2 2개의 밀봉구 + 재순환 없음 0 100
5 100
10 40
20 20
40 20
60 0
3 출구 밀봉 0 100
2 100
5 10
10 0
5 입구 밀봉 0 100
2 100
5 50
10 0
4 밀봉 없음 0 100
2 100
5 0
10 0

Claims (18)

  1. 진행중인 웹 물질(2)이 공정 챔버(1)의 제 1 단부에 있는 입구로부터 상기 챔버(1)의 제 2 단부에 있는 출구로 운반되는 상기 공정 챔버(1), 및 상기 챔버(1) 내에 상기 사전 결정된 가스 분위기를 제공하도록 의도된 가스를 도입하고 제어하는 수단을 포함하며, 상기 입구 및 출구는 각각 상기 웹 물질(2)의 통행을 가능하게 하도록 설계되고 상기 물질 주위에서 외부 가스 경계층(3)의 진입을 최소화하는 밀봉 수단을 포함하는, 사전 결정된 가스 분위기에서 움직이는 웹 물질을 처리하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 챔버 내에서 상기 챔버의 제 2 단부로부터 제 1 단부로 가스를 재순환시키는데 적합하여서, 상기 입구와 출구 사이의 상기 챔버(1) 내의 어떠한 압력차도 실질적으로 무력화하는 하나 이상의 재순환 채널(7, 8)을 포함하는 것을 특징으로 웹 물질 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 처리되는 상기 웹 물질(2)은 다공성이며, 모든 기능성 재순환 채널(7, 8)들은 상기 웹 물질(2)의 일측에 안치되는 웹 물질 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 웹 물질(2)이 비다공성일 때, 적어도 하나의 기능성 재순환 채널(7, 8)은 상기 웹 물질(2)의 어느 일측에 안치되는 웹 물질 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 공정 챔버(1)의 상류측(10) 및/또는 하류측(18)의 적어도 하나의 중간 챔버를 포함하며, 상기 중간 챔버(10, 18)는 상기 다공성 웹 물질(2)에 포획된 유체를 필수 가스와 치환하도록 상기 공정 챔버(1) 내로의 진입에 앞서 또는 상기 공정 챔버로부터의 배출에 이어 상기 필수 가스로 상기 진행중인 다공성 웹 물질(2)을 정화하기 위한 정화 수단(11, 19a)과, 상기 중간 챔버(10, 18)로부터 정화된 유체를 추출하기 위한 가스 제거 수단(18, 19b)을 포함하는 웹 물질 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 공정 챔버(1)의 상류측(10, 15) 및/또는 하류측(18)의 다수의 중간 챔버를 포함하는 웹 물질 처리 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 각각의 중간 챔버(18)를 통한 필수 가스의 공급 및 필수 가스/추출된 유체는 다른 중간 챔버들과 관계없는 웹 물질 처리 장치.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 챔버(1)에서의 필수 가스의 공급 및 추출은 상기 또는 각각의 중간 챔버(10, 18)에 있는 가스의 공급 및 추출과 관계없는 웹 물질 처리 장치.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 중간 챔버(10, 15)들은 적합한 하나 이상의 채널(7)들에 의해 링크되어서, 순수 필수 가스는, 상기 공정 챔버(1)에 이웃하는 중간 챔버(10) 내로 공급되고, 연속하여 상기 중간 챔버들이 상기 웹 물질(2)의 통행 방향에 반대 방향으로 상기 중간 챔버(10, 15)를 통해 이동하는 필수 가스의 반류를 제공하도록 상기 공정 챔버(1)로부터 멀리 진행함으로써, 연속하여 일련의 다른 중간 챔버(15)들에 공급되는 웹 물질 처리 장치.
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질(2)이 상기 공정 챔버(1)의 상류측에서 통과하는 상기 제 1 중간 챔버(15)는 유체/외부 가스/필수 가스를 추출하는 수단(12)을 포함하는 웹 물질 처리 장치.
  10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉 수단(4a 내지 4j)들은 닙(nip) 밀봉, 립 밀봉 및/또는 핀치 롤러들 또는 이것들의 임의의 적절한 조합으로부터 선택되는 웹 물질 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 챔버(1)는 적어도 하나의 비 열평형 플라즈마 발생 수단 또는 적어도 하나의 코로나 방전 조립체를 포함하는 웹 물질 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 비 열평형 플라즈마 발생 수단은 확산 유전체 장벽 방전을 발생시키기 위한 수단을 포함하는 웹 물질 처리 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 챔버(1) 내의 가스의 압력은 실질적으로 대기압인 웹 물질 처리 장치.
  14. 사전 결정된 가스 분위기에서 진행중인 웹 물질(2)을 처리하기 위한 방법으로서,
    사전 결정된 가스 분위기 및 하나 이상의 재순환 채널(7)을 가지는 공정 챔버(1)를 통해 상기 진행중인 웹 물질(2)을, 상기 챔버의 제 1 단부에 있는 입구로부터 상기 챔버의 제 2 단부에 있는 출구로 운반하는 단계를 포함하며, 상기 입구 및 출구는 그 사이에서 각각 상기 웹 물질(2)의 통행을 허용하고 상기 웹 물질(2) 주위에서 외부 가스 경계층의 진입을 최소화하는 밀붕 수단(4a, 4b)을 포함하며, 상기 하나 이상의 재순환 채널(7)들은 상기 입구와 출구 사이에서의 어떠한 압력차도 실질적으로 무력화되도록 상기 챔버(1)의 제 2 단부로부터 상기 챔버의 제 1 단부로 상기 공정 챔버(1) 내에서 상기 가스들을 재순환시키는 웹 물질 처리 방법.
  15. 사전 결정된 가스 분위기에서 진행중인 웹 물질(2)을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 웹 물질이 다공성인 것을 특징으로 하는 웹 물질 처리 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 사전 결정된 가스 분위기를 사용하여 상기 공정 챔버(1)에서 처리되거나 또는 처리된 상기 진행중인 다공성 웹 물질(2)은 상기 공정 챔버(1)에서의 처리에 앞서(10, 15) 또는 처리에 이어서(18) 하나 이상의 중간 챔버들을 통해 상기 웹 물질(2)을 운반하는 단계들에 의해 전처리 및/또는 후처리되며, 상기 웹 물질(2)이 각각의 상기 중간 챔버(10, 15, 18) 내에서 잔류하는 동안, 상기 챔버(10, 15, 18)들은 상기 다공성 웹(2)에 포획된 유체를 필수 가스로 치환하는데 적합한 가스로 정화되는 웹 물질 처리 방법.
  17. 대기압 플라즈마 처리 장치 또는 코로나 방전 조립체에서 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 대기압 플라즈마 처리 장치.
KR1020087026525A 2006-05-02 2006-05-02 웹 밀봉 장치 KR101244674B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/GB2006/050088 WO2007128946A1 (en) 2006-05-02 2006-05-02 Web sealing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090008300A true KR20090008300A (ko) 2009-01-21
KR101244674B1 KR101244674B1 (ko) 2013-03-25

Family

ID=37663164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087026525A KR101244674B1 (ko) 2006-05-02 2006-05-02 웹 밀봉 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8281734B2 (ko)
EP (1) EP2013395B1 (ko)
JP (1) JP4977754B2 (ko)
KR (1) KR101244674B1 (ko)
ES (1) ES2472732T3 (ko)
WO (1) WO2007128946A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007128947A1 (en) * 2006-05-02 2007-11-15 Dow Corning Ireland Limited Fluid replacement system
US20120213947A1 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Synos Technology, Inc. Depositing thin layer of material on permeable substrate
ITRM20130216A1 (it) * 2013-04-10 2014-10-11 Vivex Engineering Ltd Dispositivo generatore di plasma freddo e relativo metodo di produzione di acido nitrico e di acido solforico.
US11077458B2 (en) 2016-10-19 2021-08-03 Baldwin Jimek Ab Arrangement at spray nozzle chamber
CN107961932A (zh) * 2016-10-19 2018-04-27 鲍德温·伊梅克股份公司 喷雾喷嘴装置
CN107564785B (zh) * 2017-08-11 2019-02-19 兰州空间技术物理研究所 一种利用等离子体激活电子倍增器的方法
US11168423B2 (en) * 2018-03-12 2021-11-09 Gaston Systems, Inc. Dye fixing section for an indigo dyeing machine
US11179744B2 (en) 2018-11-13 2021-11-23 Gaston Systems, Inc. Segmented distribution assembly for distributing fluid to an applicator nozzle
CN110042649B (zh) * 2019-05-20 2020-08-04 江南大学 一种用于织物功能整理的大气压等离子体设备及其应用
SE543963C2 (en) 2020-02-28 2021-10-12 Baldwin Jimek Ab Spray applicator and spray unit comprising two groups of spray nozzles

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2657457A (en) 1949-09-10 1953-11-03 Ohio Commw Eng Co Continuous metal production and continuous gas plating
US3508947A (en) 1968-06-03 1970-04-28 Eastman Kodak Co Method for simultaneously applying a plurality of coated layers by forming a stable multilayer free-falling vertical curtain
CA1138725A (en) * 1978-07-20 1983-01-04 Robert Terneu Glass coating
DE3138988A1 (de) * 1981-09-30 1983-04-14 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum herstellen duenner siliciumschichten
JPS58120875A (ja) * 1982-01-06 1983-07-18 株式会社山東鉄工所 布帛の低温プラズマ連続処理装置
JPS6011150B2 (ja) * 1982-01-06 1985-03-23 株式会社山東鉄工所 布帛の低温プラズマ連続処理装置
US4507539A (en) 1982-01-06 1985-03-26 Sando Iron Works Co., Ltd. Method for continuous treatment of a cloth with the use of low-temperature plasma and an apparatus therefor
AU585531B2 (en) 1984-09-17 1989-06-22 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Method and apparatus for vacuum deposition plating
US5199993A (en) 1989-10-19 1993-04-06 At&T Bell Laboratories Methods of and apparatus for coating optical fibers
ATE125392T1 (de) 1990-05-10 1995-08-15 Eastman Kodak Co Gerät zur plasmabehandlung eines durchgehenden materials.
DE69026097T2 (de) 1990-12-12 1996-10-02 Agfa Gevaert Nv Vorhangbeschichter
EP0704752B1 (de) 1994-09-27 2001-05-30 ILFORD Imaging Switzerland GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Vorhangbeschichtung eines bewegten Trägers
DE29601719U1 (de) 1996-02-01 1997-06-05 Straemke Siegfried Dr Ing Materialschleuse
CA2205817C (en) * 1996-05-24 2004-04-06 Sekisui Chemical Co., Ltd. Treatment method in glow-discharge plasma and apparatus thereof
DE19634725A1 (de) 1996-08-28 1998-03-05 Siegfried Dr Straemke Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Fasermaterial
US5826773A (en) 1997-01-31 1998-10-27 Straemke; Siegfried Rope material transfer structure
US5976630A (en) 1997-09-29 1999-11-02 Eastman Kodak Company Method and apparatus for curtain coating
DE19829449A1 (de) 1998-07-01 2000-01-05 Voith Sulzer Papiertech Patent Auftragsvorrichtung und Auftragsverfahren
EP0989455A1 (en) 1998-09-22 2000-03-29 Agfa-Gevaert N.V. An apparatus for the continuous treatment of sheet material under reduced pressure
FI115295B (fi) 1999-09-01 2005-04-15 Metso Paper Inc Verhopäällystin ja verhopäällystysmenetelmä
FR2801953B1 (fr) 1999-12-06 2002-05-10 Snecma Boite d'etancheite pour une enceinte de traitement en continu de produit mince en bande, notamment pour four de carbonisation en continu de substrat fibreux
US20030116281A1 (en) * 2000-02-11 2003-06-26 Anthony Herbert Atmospheric pressure plasma system
DE10012257A1 (de) 2000-03-14 2001-09-20 Voith Paper Patent Gmbh Auftragsvorrichtung
FR2806931B1 (fr) * 2000-03-30 2002-11-15 Commerciale Prouvost & Lefebvr Installation et reacteur pour le traitement d'une matiere solide par un gaz ou un melange gazeux nocif
US6669993B2 (en) 2000-09-19 2003-12-30 Honeywell International Inc. High speed yarn finish application
DK1326718T3 (da) 2000-10-04 2004-04-13 Dow Corning Ireland Ltd Fremgangsmåde og apparat til dannelse af en belægning
MY138190A (en) 2000-10-26 2009-05-29 Dow Corning Ireland Ltd An Irish Company An atmospheric pressure plasma assembly
DE10117667A1 (de) * 2001-04-09 2002-10-10 Bachofen & Meier Ag Buelach Vorrichtung zum Absaugen einer Luftgrenzschicht von einer laufenden Materialbahn
EP1458496B1 (en) 2001-12-13 2008-02-27 Dow Global Technologies Inc. Method and apparatus for curtain coating
GB0208261D0 (en) 2002-04-10 2002-05-22 Dow Corning An atmospheric pressure plasma assembly
TW200308187A (en) 2002-04-10 2003-12-16 Dow Corning Ireland Ltd An atmospheric pressure plasma assembly
ATE451823T1 (de) 2003-01-31 2009-12-15 Dow Corning Ireland Ltd Plasmaerzeugungselektrodenbaugruppe
JP2004300574A (ja) * 2003-03-20 2004-10-28 Canon Inc 基板処理装置
WO2007128947A1 (en) 2006-05-02 2007-11-15 Dow Corning Ireland Limited Fluid replacement system

Also Published As

Publication number Publication date
EP2013395B1 (en) 2014-04-02
WO2007128946A1 (en) 2007-11-15
JP4977754B2 (ja) 2012-07-18
US20090282621A1 (en) 2009-11-19
KR101244674B1 (ko) 2013-03-25
JP2009535513A (ja) 2009-10-01
EP2013395A1 (en) 2009-01-14
US8281734B2 (en) 2012-10-09
ES2472732T3 (es) 2014-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101244674B1 (ko) 웹 밀봉 장치
KR101273231B1 (ko) 유체 치환 시스템
EP1588592B1 (en) Plasma generating electrode assembly
EP1493172B1 (en) An atmospheric pressure plasma assembly
EP1493309B1 (en) An atmospheric pressure plasma assembly
US7678429B2 (en) Protective coating composition
EP1807221B1 (en) Method for coating a substrate using plasma
EP2590802B1 (en) Method and device for atmospheric pressure plasma treatment
US20220134303A1 (en) System for treatment and/or coating of substrates

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee