MXPA97002190A - Metodo de recubrimiento con cuchilla de tension ascendente - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para aplicar un fluido de recubrimiento sobre una superficie utilizando un aparato de recubrimiento de canal, se tiene un canal y una cuchilla, el método estácaracterizado porque comprende:proporcionar movimiento relativo entre el aparato de recubrimiento y la superficie;aplicar el fluido de recubrimiento a la superficie a través de una cobertura de canal la cual se extiende transversalmente a través de la superficie al hacer ascender el recubrimiento contra la tracción de la fuerza gravitacional;alimentar el fluido de recubrimiento directamente dentro del canal;regular el espesor del recubrimiento aplicado en la superficie utilizando una cuchilla;y mantener una distancia suficiente entre la línea de separación la cual es la línea de intersección del fluido de recubrimiento, la pared arriba en los dispositivos del canal, y un gas circundante, y una línea de humectación, la cual es la línea de intersección del fluido de recubrimiento, la superficie que va a ser recubierta y el gas circundante, para eliminar la inestabilidad de flujo del lecho de recubrimiento corriente arriba.

Description

MÉTODO DE RECUBRIMIENTO CON CUCHILLA DE TENSIÓN ASCENDENTE CAMPO TÉCNICO La presente invención se relaciona con los métodos de recubrimiento con cuchilla para aplicar recubrimientos a telas. De manera más particular, la presente invención se relaciona con métodos de recubrimiento con cuchilla mejorados para líquidos viscoelásticos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El recubrimiento es el proceso de reemplazar el gas en contacto con un sustrato, usualmente un sustrato de superficie sólida, con una capa de fluido, tal como un líquido. Algunas veces se aplican múltiples capas de un recubrimiento una sobre otra. Con frecuencia el sustrato está en forma de una lámina u hoja continua larga, tal como una tela, rodeada en un rodillo. Los ejemplos son las películas de plástico, tela tejida o no tejida, o papel. Recubrir una tela típicamente implica desenrollar el rollo, aplicar la capa liquida al rodillo, solidificar la capa liquida, y enrollar nuevamente la tela recubierta en un rollo. Después de la deposición de un recubrimiento, este puede seguir siendo líquido tal como cuando se aplica aceite REF: 24285 lubricante al metal en el proceso de enrollado del metal o cuando se aplican reactivos químicos para activar o transformar químicamente una superficie del sustrato. De manera alternativa", el recubrimiento puede ser secado si 5 contiene un líquido volátil, o puede ser curado o en otras circunstancias tratado para quedar detrás de una capa sólida. Los ejemplos incluyen pinturas, barnices, adhesivos, sustancias fotoquímicas y medios de registro magnético. Los métodos para aplicar recubrimientos a telas se i 0 describen en Cohén E. D. y Gutoff, E. B. Modern Coating and Drying Technology, VCH Publishers, New York 1992 y Satas, D., Web Processing and Converting Technology and Equipment, Van Vortstrand Reinhold Publishing Co . , New York 1984, e incluyen los dispositivos de recubrimiento de cuchilla. j 5 El recubrimiento con cuchilla implica hacer pasar el líquido entre un miembro sólido estacionario, una cuchilla, y una tela de modo que el espacio entre la cuchilla y la tela es menor que dos veces el espesor de la capa de líquido aplicado. El líquido es cortado entre la tela y la cuchilla, y el espesor de la capa depende en gran medida de la altura del espacio. Por muchas restricciones de materiales y de operación, los dispositivos de recubrimiento de cuchilla proporcionan recubrimientos uniformes, libres de ondulaciones, rebordes, o bordes gruesos. La tela puede ser > soportada sobre su lado posterior por medio de un rodillo de soporte para eliminar la dependencia del proceso de recubrimiento de las variaciones en la tensión longitudinal a través de la tela, las cuales son comunes con los sustratos de papel y película de plástico. El dispositivo de 5 recubrimiento de cuchilla también puede aplicar un recubrimiento directamente a un rodillo, el cual posteriormente transfiere el recubrimiento a la tela. Una característica que distingue a los diferentes dispositivos del recubrimiento de cuchilla es la forma en que Ü el líquido es introducido al pasaje cortante. Los dispositivos de recubrimiento de cuchilla alimentados por gravedad, mostrados en la Figura 1, reciben el líquido de una fuente abierta contenida contra la tela por medio de una tolva. Los dispositivos del recubrimiento de cuchilla 5 alimentados por película, mostrados en la Figura 2, reciben el líquido de una capa aplicada a la tela por otros métodos, pero no aún con el espesor, uniformidad o lisura deseadas. Cualquier material en exceso sale de la cuchilla y es recolectado para ser reciclado. Los dispositivos de 0 recubrimiento de cuchilla alimentados por matriz, mostrados en la Figura 3, reciben el líquido de una ranura estrecha, la cual, en conjunto con un múltiple corriente arriba, distribuye uniformemente a través de la tela el flujo que alimenta el pasaje cortante. La matriz incluye dos placas b emparedadas junto con una cuña o una depresión en una placa para formar el pasaje ranurado. Los dispositivos de recubrimiento de cuchilla alimentados por tolva, mostrados en las Figuras 4A y 4B, reciben el líquido de una ranura ancha, o canal, el cual es alimentado por medio de una ranura estrecha y un múltiple para proporcionar una distribución de flujo uniforme a través de la tela. El dispositivo de recubrimiento en la Figura 4B se desborda sobre el lado superior de la tela del dispositivo de recubrimiento. El líquido desbordado se recicla. Cuando el líquido a ser recubierto es muy elástico, los dispositivos de recubrimiento de cuchilla son susceptibles a una inestabilidad de flujo en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento en donde el líquido entra por primera vez en contacto con la tela. (El lecho de recubrimiento es el punto líquido entre el aplicador y el sustrato) . La región corriente arriba del lecho de recubrimiento, el líquido debe acelerarse desde una velocidad cercana a cero hasta la velocidad de la tela en movimiento en una distancia que es aproximadamente igual al espacio entre el lado corriente arriba del dispositivo de recubrimiento de cuchilla y la tela en movimiento. Este flujo acelerado somete el líquido a altas velocidades de extensión. Los líquidos muy elásticos exhiben una viscosidad en la extensión (flujo irrotacional) la cual es mucho mayor a mayores velocidades de extensión que la viscosidad del corte (flujo rotacional) a altas velocidades de corte. La disparidad entre la viscosidad extensional y la viscosidad cortante provoca una inestabilidad de flujo en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento lo cual causa defectos de recubrimiento indeseables. La susceptibilidad del proceso de recubrimiento a la inestabilidad se incrementa con el incremento de la elasticidad del líquido de recubrimiento con el incremento de la velocidad de la tela. La inestabilidad usualmente se manifiesta por sí misma como una transición de un lecho de recubrimiento espaciado temporalmente uniforme sobre el lado corriente arriba a uno que se encuentra segmentado en la dirección transversal de la tela. El incremento adicional en la velocidad de recubrimiento o elasticidad del líquido conduce a irregularidades temporales y espaciales no uniformes en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento. La inestabilidad de flujo en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento produce defectos de recubrimiento en la película recubierta final. Comúnmente, los defectos tienen la forma de rayas o "marcas de brocha" orientadas ya sea paralelas a la dirección hacia abajo de la tela o diagonales a través de la tela. Esta inestabilidad del flujo ocurre cuando los líquidos elásticos de recubrimiento en los dispositivos de recubrimiento de cuchilla se alimentan por gravedad, se alimentan por matriz, y se alimentan a través de un canal. Esto también puede ocurrir en los dispositivos de recubrimiento de cuchilla alimentados por película dependiendo del método de deposición de la película original sobre la tela. La inestabilidad ocurre cuando los líquidos elásticos son recubiertos en un dispositivo de recubrimiento de cuchilla en el cual el líquido llena un espacio relativamente pequeño por el lado corriente arriba del lecho de recubrimiento. Existe la necesidad de un método para operar dispositivos de recubrimiento de cuchilla de modo que los líquidos muy elásticos puedan ser recubiertos a altas velocidades sin inducir inestabilidad de flujo y los defectos de recubrimiento asociados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El método de la presente invención aplica un fluido de recubrimiento sobre una superficie e incluye proporcionar el movimiento relativo entre un aparato de recubrimiento y la superficie. El fluido de recubrimiento se alimenta directamente en un canal y se aplica a la superficie a través de la abertura del canal, la cual se extiende transversalmente a través de la superficie. El espesor del recubrimiento se regula usando una cuchilla. Una distancia suficiente entre la línea de separación (la línea de intersección del fluido de recubrimiento, el lado de la tela hacia arriba del canal, y el gas circundante) y las líneas de humectación (la línea de intersección del fluido de recubrimiento, la superficie a ser recubierta y el gas circundante) se mantiene para eliminar la inestabilidad de flujo del lecho de recubrimiento corriente arriba. El fluido de recubrimiento puede ser un líquido elástico que tenga una relación de viscosidad extensional a viscosidad cortante mayor de 10.0. La abertura del canal puede extenderse transversalmente a través de al menos el ancho deseado del recubrimiento. La distancia entre la línea de separación y la línea de humectación puede ser mayor de 0.5 cm. La línea de separación puede localizarse debajo del pasaje cortante. La distancia entre la línea de separación y la línea de humectación puede ser controlada controlando la velocidad de entrada del líquido hacia el canal y la velocidad de salida líquido a través del pasaje cortante. La interfaz líquido-gas es la superficie que conecta la línea de separación y la línea de humectación en el lecho de recubrimiento corriente arriba, y puede ser sustancialmente plana. También, las propiedades reológicas del líquido de recubrimiento y la velocidad de la tela pueden seleccionarse para hacer variar la distancia de ruptura de la interfaz aire-gas corriente arriba. El método recubre con una cuchilla líquidos elásticos sin inestabilidades de flujo manteniendo baja la velocidad de extensión en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento, de modo que la disparidad entre las viscosidades extensional y cortante del líquido es pequeña. La velocidad de extensión en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento se mantiene baja incrementando la distancia sobre la cual el líquido debe acelerarse. La aparición de la inestabilidad de flujo puede ser retardada asegurándose de que la interfaz líquido-aire corriente arriba del lecho de recubrimiento sea relativamente plana. Esto se logra permitiendo que el líquido elástico tire de sí mismo sobre una distancia relativamente larga fuera de un canal y hacia el pasaje cortante. El líquido asciende hacia el pasaje cortante en virtud de la tensión del líquido desarrollada en el flujo extensional en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo de recubrimiento de cuchilla alimentado por gravedad, conocido.

La Figura 2 es una vista esquemática de un dispositivo de recubrimiento de cuchilla alimentado por película, conocido. La Figura 3 es una vista esquemática de un dispositivo de recubrimiento de cuchilla alimentado por matriz, conocido. Las Figuras 4A y 4B son vistas esquemáticas de dispositivos de recubrimiento de cuchilla alimentados a través de un canal, conocidos. La Figura 5 es una vista lateral esquemática de un dispositivo de recubrimiento de cuchilla de flujo transversal. La Figura 6 es una vista lateral esquemática parcialmente en corte transversal del dispositivo de recubrimiento de cuchilla de tensión ascendente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El recubrimiento con cuchilla convencional de líquidos elásticos es susceptible a una inestabilidad de flujo en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento. Cuando se recubren líquidos relativamente no elásticos o en algunos casos cuando la velocidad de recubrimiento se mantiene baja, la inestabilidad de flujo está ausente y la interfaz líquido-aire corriente arriba del lecho de recubrimiento es espacial y temporalmente uniforme. Sin embargo, cuando se incrementa la elasticidad del líquido o la velocidad de la tela, el flujo en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento puede volverse inestable. El dispositivo de recubrimiento de cuchilla de flujo transversal, mostrado en la Figura 5 y descrito en la Solicitud de Patente Norteamericana No. de Serie 08/193,425, presentada el 8 de Febrero de 1994, es un dispositivo de recubrimiento de cuchilla alimentado a través de un canal en donde el canal es alimentado desde uno de sus extremos. La forma de alimentación, en conjunto con el movimiento de la superficie de la tela, crean un flujo espiral a todo lo ancho del canal. Aunque la elasticidad del líquido puede manifestarse por sí misma en varias formas, la forma activa en esta inestabilidad de flujo es una viscosidad extensional incrementada. La viscosidad extensional es exhibida por el líquido en un flujo puramente extensional (irrotacional) en contraste a la viscosidad cortante exhibida en un flujo cortante (rotacional) . Los líquidos elásticos tienen una viscosidad extensional que es comparable a su viscosidad cortante a bajas velocidades de deformación. (Usualmente la viscosidad extensional es 3-4 veces la viscosidad cortante a bajas velocidades) . A velocidades mayores de deformación, la viscosidad extensional de los líquidos elásticos usualmente se incrementa (algunas veces dramáticamente) mientras que la viscosidad cortante permanece constante o disminuye. La relación de la viscosidad extensional a la viscosidad b cortante (algunas veces llamada relación de Trouton) es un buen indicador para determinar si un líquido de recubrimiento es susceptible a la inestabilidad de flujo en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento de un dispositivo de recubrimiento de cuchilla convencional. Si la relación de 0 Trouton es mayor de diez en el intervalo de velocidades de deformación de entre 1 a 1000 seg"1, entonces puede exhibir la inestabilidad de flujo del lecho de recubrimiento corriente arriba en los dispositivos de recubrimiento de cuchilla convencionales . "' En consecuencia, el lecho de flujo inestable de recubrimiento corriente arriba es guiada por la disparidad entre la viscosidad extensional y cortante del líquido a las velocidades de deformación que están presentes en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento de los 0 dispositivos de recubrimiento de cuchilla convencionales.

Para evitar que ocurra la inestabilidad de flujo, las velocidades de extensión en el lecho de recubrimiento corriente arriba deben reducirse para reducir la disparidad de la viscosidad extensional cortante. Las velocidades de 5 extensión en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento son aproximadamente iguales a la relación de la velocidad de la tela en movimiento al espacio entre la tela y el lado corriente arriba del dispositivo de recubrimiento de cuchilla en la vecindad del lecho de recubrimiento. Los dispositivos de recubrimiento de cuchilla alimentados por gravedad, alimentados por matriz y alimentados a través de un canal presentan un espacio o un intersticio de 0.1 a 1 mm (0.004 a 0.040 pulgadas). A velocidades de tela modestas tales como de 0.5 /seg (100 pies/min) , los espacios o intersticios de esta magnitud crean velocidades de extensión en el intervalo de 500 a 5000 seg"1. El método de la presente invención opera un dispositivo de recubrimiento de cuchilla para evitar que ocurra la inestabilidad de flujo del lecho de recubrimiento corriente arriba. Esto se logra asegurándose de que el líquido de recubrimiento pueda extenderse sobre una distancia mucho más grande, y de este modo, experimenta velocidades de extensión mucho más bajas en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento. De manera preferible, la distancia de aceleración en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento fluctúa de 0.5 a 12.7 cm (0.2 a 5 pulgadas). A velocidades de tela de 0.5 m/seg (100 pies/min), el incremento de la distancia para la extensión podría disminuir las velocidades de extensión experimentadas por el líquido en un orden de dos de la magnitud del intervalo de 4 a 40 seg"1.

La reducción en las velocidades de extensión generalmente reducen la disparidad entre la viscosidad extensional y cortante del líquido en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento. Además, la trayectoria de la interfaz 5 líquido-aire corriente arriba del lecho de recubrimiento se aplana, lo cual ayuda a eliminar la inestabilidad del flujo del lecho de recubrimiento corriente arriba. La Figura 6 muestra un dispositivo de recubrimiento el cual usa el método de recubrimiento con cuchilla de tensión ascendente. Como se muestra, la superficie a ser recubierta es una tela 12 que pasa alrededor de un rodillo de soporte 14 el cual puede ser deformable. De manera alternativa, los recubrimientos pueden ser transferidos al sustrato usando componentes intermedios tales como rodillos n5 de transferencia. También pueden recubrirse otros fluidos y el sustrato puede ser recubierto en un espacio libre. El dispositivo de recubrimiento incluye un canal 15 que tiene una abertura 26, la cual se extiende transversalmente a través de al menos el ancho deseado del 0 recubrimiento. La tela 12 se mueve a través de la estación de recubrimiento por encima de la abertura del canal 26. La región del espacio o intersticio entre la tela 12 y el lado de la tela hacia abajo del canal 15 es el pasaje cortante, a través del cual el líquido de recubrimiento fluye para formar ¿5 el recubrimiento. Una cuchilla 28 regula el espesor del liquido de recubrimiento aplicado sobre la tela 12. La cuchilla 28 puede ser un elemento separado conectado a la pared del canal 20 o puede ser una superficie de la pared. La cuchilla 28 puede ser plana, curva, cóncava o convexa. La cuchilla 28 o el rodillo de soporte 14 pueden ser flexibles, con el espacio entre la cuchilla 28 y la tela 12 siendo sostenido por presión hidrodinámica. El canal 15 tiene una pared hacia arriba de la tela opuesta 46. La línea de separación 48 (la cual es la línea de intersección de líquido de recubrimiento, la pared hacia arriba de la tela 46 del canal 15, y el aire circundante (u otro gas) se localiza sobre la pared hacia arriba de la tela 46 del canal 15. La interfaz líquido-aire corriente arriba 50 es la superficie que conecta la línea de separación 48 con la línea de humectación 52 localizada en el primer contacto del líquido con la tela en movimiento 12. (La línea de humectación es la línea de intersección del líquido de recubrimiento, la tela 12, y al aire circundante) . La región corriente arriba del lecho de recubrimiento de región en la vecindad inmediata de la interfaz líquido-aire corriente arriba 50. El líquido de recubrimiento se alimenta por medio de una bomba a través de un múltiple que tenga una ranura y una cavidad, una sola puerta de alimentación o múltiples puertas de alimentación.

La operación de este dispositivo de recubrimiento de cuchilla de tensión ascendente incluye mantener una distancia suficientemente grande entre las líneas de intersección 48, 52 de modo que no ocurra inestabilidad de flujo corriente arriba en el lecho de recubrimiento. Esta distancia es comúnmente mayor de 0.5 cm (0.2 pulgadas). La distancia entre las líneas 48 y 52 es controlada por la velocidad de entrada de líquido en el canal y la velocidad de salida del líquido a través del pasaje cortante. Mantener la entrada de líquido a un valor bajo menor que la salida de líquido del canal baja el nivel del líquido en el canal e incrementa la distancia entre las líneas de intersección 48 y 52. Cuando esta distancia es suficientemente grande para que no ocurra inestabilidad de flujo en el lecho de recubrimiento, el nivel de líquido en el canal y la distancia entre las líneas de intersección 48 y 52 pueden mantenerse constantes manteniendo la entrada y salida de líquido sustancialmente iguales. La operación de dispositivos de recubrimiento de cuchilla con una interfaz aire-líquido corriente arriba suficientemente grande asegura que las velocidades de extensión que el líquido experimenta en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento sean más pequeñas que aquellas de los dispositivos de recubrimiento de cuchilla conocidos. Como resultado, la disparidad entre las viscosidades cortante y extensional del líquido en la región corriente arriba del lecho de recubrimiento disminuye y la inestabilidad de flujo del lecho de recubrimiento corriente arriba y sus defectos de recubrimiento acompañantes se eliminan. Además, la interfaz líquido-aire corriente arriba es relativamente plana, lo cual proporciona protección adicional contra la inestabilidad de flujo del lecho de recubrimiento corriente arriba. El líquido puede mantener una interfaz aire-líquido corriente arriba grande y recta mediante la intersección de las fuerzas de tensión de las propiedades extensionales de los líquidos elásticos con las fuerzas gravitacionales. Las fuerzas de tensión permiten que el líquido de recubrimiento ascienda continuamente contra la atracción de las fuerzas gravitacionales de la abertura del canal hacia el pasaje cortante por el movimiento de la tela. El exceso de líquido es regresado al canal por el pasaje cortante . Si la distancia entre las líneas de intersección 48 y 52 es muy grande, la interfaz líquido-aire corriente arriba 50 se romperá y el recubrimiento continuo de la tela en movimiento 12 cesará. La distancia de ruptura a la cual la ruptura de la interfaz aire-líquido corriente arriba ocurre depende de varias condiciones, incluyendo las propiedades reológicas del líquido de recubrimiento y la velocidad de la tela. Se observan distancias de ruptura más grandes con líquidos de recubrimiento que tienen propiedades reológicas más elásticas (viscosidad extensional más grande) . También, la distancia de ruptura generalmente se incrementa de manera lineal con el incremento de la velocidad de la tela. Los líquidos de recubrimiento con naturaleza muy poco elástica 5 tienen distancias de ruptura muy pequeñas (de menos de 0.5 cm) . Pueden hacerse varios cambios y modificaciones a la invención sin apartarse del alcance y espíritu de la invención. Por ejemplo, cuando la tela es recubierta en un i ü espacio libre, no soportado, el espacio entre el canal y la tela se sostiene por presión hidrodinámica, la cual equilibra la presión de la deflexión de la tela tensionada.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un método para aplicar un fluido de recubrimiento sobre una superficie, caracterizado porque comprende : proporcionar movimiento relativo entre el aparato de recubrimiento y la superficie; aplicar el fluido de recubrimiento a la superficie a través de una abertura de un canal, el cual se extiende transversalmente a través de la superficie; alimentar el fluido de recubrimiento directamente hacia un canal; regular el espesor del recubrimiento aplicado sobre la superficie usando una cuchilla; y mantener una distancia suficiente entre la línea de separación y la línea de humectación para eliminar la presencia de la inestabilidad de flujo del lecho de recubrimiento corriente arriba.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de alimentación comprende alimentar el fluido de recubrimiento que exhibe la inestabilidad de flujo del lecho de recubrimiento corriente arriba en los dispositivos de recubrimiento de cuchilla alimentados a través de un canal, convencionales, directamente hacia el canal.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de aplicación comprende aplicar el fluido de recubrimiento a la superficie a través de una abertura de un canal, el cual se extiende transversalmente a través de al menos el ancho deseado del recubrimiento .

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la distancia entre la línea de separación y la línea de humectación es mayor de 0.5 cm.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido de recubrimiento es un líquido elástico que tiene una relación de viscosidad extensional a viscosidad cortante mayor de 10.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la línea de separación se localiza debajo del pasaje cortante.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además el paso de controlar la distancia entre la línea de separación y la línea de humectación por la velocidad de entrada del líquido hacia el canal y la velocidad de salida del líquido a través del pasaje cortante.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la interfaz líquido-gas es la superficie que conecta la línea de separación y la línea de humectación y en donde la interfaz líquido-gas es i n sustancialmente plana.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además el paso de seleccionar las propiedades reológicas del líquido de j.5 recubrimiento y la velocidad de la tela para hacer variar la distancia de ruptura de la interfaz aire-gas corriente arriba.