JP2013119082A - 基材への塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロールコーターを用いて多層の塗布液を連続的に走行する基材に塗布する際に、高速に薄膜で美麗に塗布することができる基材への塗布方法を提供する。
【解決手段】ダイコーターにより、回転するアプリケーターロールへ多層の塗布液を供給し、次いで、前記アプリケーターロールを連続的に走行する基材と接触させて前記多層の塗布液を基材へ転写する。この時、前記アプリケーターロールは、基材との接触部において基材と逆方向に回転し、前記ダイコーターにより供給する多層の塗布液は、前記アプリケーターロール上で最下層を形成する塗布液の粘性係数をμ１、上層を形成する塗布液の粘性係数μ２とした場合、μ１＜μ２となる。また、基材に転写されず前記アプリケーターロールに残った多層の塗布液を前記アプリケーターロールから除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基材に多層の塗布液を塗布処理する塗布方法に関するものである。

従来、連続して走行する基材、例えば鋼板に、耐食性、加工性、美観性、絶縁性等の性能を付与するために各種の塗膜を基材表面上に形成させる処理を行っている。この処理ではロールコーターが一般的に用いられており、ロールを２本用いる２ロールコーター、あるいは３本のロールを用いる３ロールコーターが広く使用されている。特に、３ロールコーターは塗膜厚の制御性に優れることと、表面外観が比較的美麗であることから、主流の塗布処理方式になっている。３ロールコーターは、図４に示すように塗布液が満たされているコーターパン１３より塗布液をくみ上げるピックアップロール１１とピックアップロール１１によりくみ上げられた塗布液量を調整するドクターロール１２と、調整された塗布液をピックアップロール１１から基材１に転写するアプリケーターロール５により構成されている。各ロールの回転方向は、ロール間の近接点、あるいは密接点において同方向に回転するナチュラル回転の場合と逆方向に回転するリバース回転の場合があるが、一般的にはリバース回転の方が比較的平滑な塗膜面が得られやすいということから、アプリケーターロール５と基材１間ではリバース回転にする場合が多い。また、アプリケーターロール５は基材１の面に傷を付けないように鋼ロールにゴムをライニングしたゴムロールを用いている。

３ロールコーターを含むロールコーターの代表的な塗布欠陥としてローピングと呼ばれるロール周方向に発生するスジ状の外観欠陥がある。これはロール間及びロール−基材間の液メニスカスの流体圧力変動が表面張力の安定化の効果を上回ったときに発生する欠陥として知られており、基材が高速の条件、粘性係数の高い塗布液ほど発生しやすい。そのため高粘度の塗布液については、液膜を美麗に高速で塗布することは困難となっている。

また、近年、高耐食性、高絶縁性など、高付加価値ニーズの高まりから、基材上に形成される塗膜の設計において、多層の塗膜が求められる場合がある。多層の塗膜を形成するための多層の塗布液の塗布方法としては、複数のスリットから塗布液を供給し、カーテン状に垂らすカーテンコーター方式や、複数のスリットを設けるダイコーター方式がある。（特許文献１、特許文献２）
しかしながら、カーテンコーターの場合、塗布液によってカーテンを形成できる最小液流量が決まるため、ライン速度を非常に速くしない限り厚膜となる。しかしライン速度を速くすることで空気同伴などに起因する塗布ムラが引き起こされ薄膜塗布は困難となる。
ダイコーター方式を用いた場合、薄膜化させるためには、基材と塗布液を供給するダイコーターとのギャップを所望する膜厚程度まで近接化させる必要があり、ガラス基板等の平滑な基材であれば近接化は可能であるが、連続して走行する鋼板などの場合、幅方向、長手方向とも形状変動が発生するためダイの近接化は困難である。

一方、ロールによる多層の塗布液を塗布する方法については、前例が無い。これは、ロール間及びロール−基材間の塗布液が混ざり合ってしまうなど、液膜で多層状態を維持するのが困難であることが原因と思われる。そのため、多層の塗布液についてのロール間及びロール−基材間のメニスカス挙動に関しては、未知の部分となっている。

特許第4598493号公報 特開2004-160274号公報

ロールコーター単独で多層の塗布液の塗布処理を行う場合、１層目の塗布液が未乾燥状態のまま２層目の塗布液を塗ると１層目はかきとられてしまい積層状の塗膜を形成することができない。そのため、１層目の塗布液を塗布後に乾燥過程を経て、２層目の塗布液を塗布する必要がある。しかし、その場合、塗布工程と乾燥工程が２度必要となり、ランニングコストが増大する。また、ロールコーターでは、基材速度が高速もしくは塗布液が高粘度になるほどローピングと呼ばれるロール周方向のスジ欠陥が発生しやすく、高粘度の塗布液を高速で美麗に塗布することは困難である。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、ロールコーターを用いて多層の塗布液を連続的に走行する基材に塗布する際に、高速に薄膜で美麗に塗布することができる基材への塗布方法を提供することを目的とする。

本発明は、その要旨は以下のとおりである。
［１］ダイコーターにより、回転するアプリケーターロールへ多層の塗布液を供給し、次いで、前記アプリケーターロールを連続的に走行する基材と接触させて前記多層の塗布液を基材へ転写するにあたり、前記アプリケーターロールは、基材との接触部において基材と逆方向に回転し、前記ダイコーターにより供給する多層の塗布液は、前記アプリケーターロール上で最下層を形成する塗布液の粘性係数をμ１、上層を形成する塗布液の粘性係数μ２とした場合、μ１＜μ２であり、基材に転写されず前記アプリケーターロールに残った多層の塗布液を前記アプリケーターロールから除去することを特徴とする基材への塗布方法。
［２］ダイコーターにより、回転する中間ロールへ多層の塗布液を供給し、次いで、前記中間ロールより、回転するアプリケーターロールへ前記多層の塗布液を転写し、次いで、前記アプリケーターロールを連続的に走行する基材と接触させて前記多層の塗布液を基材へ転写するにあたり、前記中間ロールは、アプリケーターロールとの接触部においてアプリケーターロールと逆方向に回転し、前記アプリケーターロールは、基材との接触部において基材と逆方向に回転し、前記ダイコーターにより供給する多層の塗布液は、前記アプリケーターロール上で最下層を形成する塗布液の粘性係数をμ１、上層を形成する塗布液の粘性係数μ２とした場合、μ１＜μ２となり、アプリケーターロールに転写されず前記中間ロールに残った多層の塗布液および基材に転写されず前記アプリケーターロールに残った多層の塗布液をそれぞれ前記中間ロールおよび前記アプリケーターロールから除去することを特徴とする基材への塗布方法。
［３］前記アプリケーターロールの回転速度をＶ₁、前記基材の走行速度をＶ₂とする場合、０．５≦Ｖ₁／Ｖ₂≦１．５であることを特徴とする前記［１］に記載の基材への塗布方法。
［４］前記中間ロールの回転速度をＶ_3、前記アプリケーターロールの回転速度をＶ₁、前記基材の走行速度をＶ₂とする場合、０．５≦Ｖ₃／Ｖ₁≦１．５および０．５≦Ｖ₁／Ｖ₂≦１．５であることを特徴とする前記［２］に記載の基材への塗布方法。
［５］前記アプリケーターロールは金属ロールにゴムをライニングしたゴムロールを用い、前記ダイコーターでは、塗布部上流側に負圧を発生させることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の基材への塗布方法。

本発明によれば、多層の塗布液をロールコーターを用いて高速に薄膜で美麗に基材へ塗布することができる。

本発明の一実施形態に係る塗布装置の側面図である。 本発明の他の実施形態に係る塗布装置の側面図である。 本発明の実施形態に係るスリットダイコーターの拡大図である。 従来の一実施形態に係る塗布装置の側面図である。 従来の他の実施形態に係る塗布装置の側面図である。 従来の他の実施形態に係る塗布装置の側面図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、連続して通板される基材の片面または両面に、ダイコーターから供給された多層の塗布液を１本または複数本のロールを介して塗布する方法である。
図１は、本発明の基材への塗布方法の一実施形態を示す。図１において、１は基材、２は塗布液回収容器、３は塗布液、４は中間ロール、５はアプリケーターロール、６はかきとり装置、７はスリットダイコーター、８はバックアップロールである。図1によれば、多層の塗布液は、スリットダイコーター７から中間ロール４へ供給され、次いで、中間ロール４を介してアプリケーターロール５へ転写され、基材へと転写、塗布される。中間ロール４は、表面が鏡面加工されたフラット形状のロールを用いている。また、中間ロール４は、アプリケーターロール５との接触部においてアプリケーターロール５と逆方向に回転し、アプリケーターロール５は、基材１との接触部において基材１と逆方向に回転する。
また、アプリケーターロール５に転写されず中間ロール４に残った塗布液を除去するために、中間ロール４上にはかきとり装置６が設置されている。

これまで多層の塗布液を同時に塗布する方法の検討は、カーテンダイやスリットダイを用いて基材に直接塗布するものに関して数多く行われてきたが、ロールを介して塗布する試みはなかった。これは、ロールからロールまたは基材に多層の塗布液を転写する際に、多層の塗布液の積層状態を維持し基材上に積層状の塗膜を形成するのが難しいとされているためである。そこで、発明者らは、既定概念にとらわれることなくロールによる多層の塗布液の塗布方法を検証した。その結果、各ロールの回転方向を各ロール間、あるいはアプリケーターロールと基材間において逆方向にすれば、多層の塗布液の積層状態が維持できることを見出した。すなわち、図１においては、中間ロール４は、アプリケーターロール５との接触部においてアプリケーターロール５と逆方向に回転し、アプリケーターロール５は、基材１との接触部において基材１と逆方向に回転することで、多層の塗布液の積層状態が維持され基材上に積層状の塗膜を形成することができる。

また、ダイコーターにより供給する多層の塗布液は、アプリケーターロールへ供給後のアプリケーターロール上で最下層を形成する塗布液の粘性係数をμ１、上層を形成する塗布液の粘性係数μ２とした場合、μ１＜μ２とする。μ１＜μ２とすることで、ローピングなどの発生限界となるライン速度やロール周速条件が最下層を形成する塗布液の物性に支配され、上層を形成する塗布液を高粘度の塗布液とした場合においても、外観の向上及び基材速度の高速化が達成できる。そのため、高粘度の塗布液を塗布液として用いる場合でもより高速で美麗に塗布することが可能となる。また、最下層を形成する塗布液と上層を形成する塗布液の膜厚比を変えることにより、上層をより薄膜化することができ高粘度の塗布液を薄膜塗布することが可能となる。なお、上記上層とは、最下層の上に形成される層である。

また、ダイコーターにより塗布液を供給される中間ロールには、かきとり用のブレードなどかきとり装置を設け、転写されず残った多層の塗布液を中間ロールから除去する。これは中間ロールに転写されずに残った塗布液が、ダイコーターでの塗布部に再度供給されると、塗布液のメニスカス形状を乱し安定塗布の妨げになるからである。また、中間ロールに加えてアプリケーターロールにもかきとり装置を設置することもできる。かきとり装置は塗布液がかきとれればどのようなものでも良く、例えば、ブレードを設置する方法が簡易である。ブレードの素材は金属でもゴムでも良く均一なかきとりが実施できればよい。

アプリケーターロールの回転速度をＶ₁、前記基材の走行速度をＶ₂とする場合、０．５≦Ｖ₁／Ｖ₂≦１．５が好ましい。また、中間ロールを介する場合は、中間ロールの回転速度をＶ_3、前記アプリケーターロールの回転速度をＶ₁、前記基材の走行速度をＶ₂とすると、０．５≦Ｖ₃／Ｖ₁≦１．５および０．５≦Ｖ₁／Ｖ₂≦１．５が好ましい。
Ｖ₃／Ｖ₁、もしくは、Ｖ₁／Ｖ₂が上記範囲外の場合、ロール間、アプリケーターロールと基材間の塗布液のメニスカスが乱れ多層状態が維持されず混合されてしまう場合がある。更に良好な積層状構造を維持し、上層に形成する塗布液の物性の影響を受けずに安定塗布するためには速度比を０．６≦Ｖ₃／Ｖ₁≦１．２および０．６≦Ｖ₁／Ｖ₂≦１．２とすることがさらに好ましい。なお、上記アプリケーターロールの回転速度および中間ロールの回転速度とはロール周速である。

アプリケーターロールには金属ロール表面にゴムライニングされたゴムロールを用いることが好ましい。ゴムロールにすることにより偏芯の影響を弾性変形により吸収でき外観ムラや付着量変化を軽減できる。ゴムライニング厚は5〜40mm程度が好ましい。またゴム硬度は40Hs〜80Hs程度が好ましい。

なお、基材はバックアップロールに巻きついた状態で塗布されるのがよく用いられる方法ではあるが、本発明は、基材を挟んで両面にロールコーターが配置されているバックアップロールを必要としない両面同時塗布にも適用される。

図２は、本発明の基材への塗布方法の他の実施形態を示す。図２においては、中間ロール４を設けておらず、他の符号は図1と同様である。図２によれば、スリットダイコーター７からアプリケーターロール５へ多層の塗布液が供給され、次に基材へと転写、塗布される。また、アプリケーターロール５は、基材１との接触部において基材１と逆方向に回転する。
また、基材１に転写されずアプリケーターロール５に残った塗布液を除去するために、アプリケーターロール５上にはかきとり装置６が設置されている。
塗布対象となる基材の量が少量の場合は、図２の方式で安定して塗布できるが、基材が大量となり連続塗布が必要な場合には、アプリケーターロールが磨耗して不均一形状となってしまい塗布欠陥が発生する場合がある。そのため連続運転での大量生産を実施する場合には、図１の方式が好ましい。

図３は、スリットダイコーター７の拡大図である。スリットダイコーター７は、例えば２層の塗布液を基材に塗布する場合、図３に示すように各々の液を供給する２本の塗布液供給部７ａ、７ｂと、好ましくは、塗布液供給部の上流側に負圧を発生させるサクション７ｃを備えることができる。中間ロールやアプリケーターロールの回転により塗布液供給部には空気の流れが随伴されてくる。そのため、吸引機構がないと液膜中に空気同伴が起こる確率が高まり、塗布欠陥となる場合がある。そこで、サクション７ｃにより負圧を発生させることで上記問題を解決し、供給される塗布液のメニスカス形状を安定して保ち、基材上に形成される膜厚に対して数倍程度のギャップを確保することが可能となり、基材厚み変動によるギャップ変動の影響を緩和して安定塗布することが可能となる。
スリットダイコーター７への塗布液の供給は、例えば、一定流量を安定して吐出できるポンプにより行うことができる。その際、サクション７ｃの負圧、塗布液供給先の中間ロールやアプリケーターロールとスリットダイコーター７先端部とのギャップ等を調整することで中間ロール上やアプリケーターロール上に塗布液を安定して供給することができる。

図１および図２に示した装置を用いて、板厚0.8ｍｍ、板幅300ｍｍの亜鉛メッキ鋼板のコイルに対して、表１に記載した塗布条件で塗布を行い、亜鉛メッキ鋼板上に液膜を形成した。次いで、乾燥後の液膜の外観の評価および液膜断面（積層状態）の確認を行った。
図１、図２の塗布装置において、スリットダイコーター７は２層塗布用の塗布液供給部（図示せず）とサクション（図示せず）を有する。各ロールの材質は、中間ロール４が硬質クロム鍍金をほどこした表面フラットな金属ロールであり、アプリケーターロール５がゴムをライニングしたゴムロールである。ゴムライニング厚は20mm、ゴムはウレタンゴムで硬度はHs55°である。各ロールのロール径は中間ロール４、アプリケーターロール５共に150ｍｍである。使用した塗布液は５種類でそれぞれ粘度が1.5 mPa・s 、2mPa・s、4mPa・s、10mPa・s、20mPa・s、固形分濃度が4％、6％、8％、13％、20％である。粘性係数は液温度20℃時の値である。液膜厚さは、図１では中間ロール４上の、図２ではアプリケーターロール５上の、上層、下層の塗布液厚さの比を変化させ、2層合わせて10μmとなるよう調整した。
比較例として上層と下層の塗布液の変更等をした場合について行い、発明例と同様に乾燥後の液膜の外観の評価および液膜断面の確認を行った。

乾燥後の液膜外観は、乾燥後の鋼板を切り出し目視及びTEM断面観察を行い評価した。スジ発生がなく平滑な皮膜が得られているものについては◎、目視ではほとんど気にならない微少なスジが僅かに発生しているものについては○、ほぼ全面にハッキリとしたスジムラが見受けられるものについては×とした。
また、液膜の積層状態については、２層の混合がほとんどないものについて良好とした。若干の混合が見られるが２層が見分けられる程度の断面をほぼ良好とした。完全に混合しており２層が見分けられないものについて不良とした。

以上により得られた結果を条件と併せて表1に示す。

表１に示すように、本発明例では、ロールコーターを用いて多層でかつ高粘度の塗布液を乾燥前膜厚６μｍ以下の薄膜で高速に均一塗布することが可能となった。
一方、比較例では、スジムラが発生して外観欠陥となり、各層が混ざり合い積層状態を保てず高粘度の塗布液を高速で均一に薄膜塗布することはできなかった。

なお、前記本発明例では基材として亜鉛メッキ鋼板を用いたが、特に鋼板に限定されることなく、アルミ等の他の金属板や紙、フィルムにも適用されるものである。

また、アプリケーターロールを図１と逆向きに回転させた条件を表１と同じ塗布条件において実施したが、積層状態を維持できず、外観も全面スジ模様となった。

また、従来法として、図４、５、６に示す、ロールコーター単独、スリットダイコーター単独、カーテンコーター単独で前記本発明例と同じ仕様の鋼板に塗布した場合について、乾燥後の塗布外観の評価および塗膜断面（積層状態）の確認を行った。

図４に示すロールコーターのアプリケーターロールとピックアップロールは発明例のアプリケーターロール、中間ロールと同じ仕様とした。またドクターロールも中間ロールと同じ仕様でドクターロール−ピックアップロール間のギャップは60μｍとした。結果、図４に示すロールコーターの場合は、ロール周速を適宜最適な外観となるよう調整を行ったが、各液粘度1.5 mPa・s、2 mPa・s、4 mPa・s、10 mPa・s、20mPa・sの場合の外観評価が×となる限界速度は、それぞれ550 mpm（meter per minute、m/分であり、以下略してmpmと称す）、390 mpm、340 mpm、180 mpm、140 mpmとなり高粘度の塗布液ほど限界速度は低速となった。本発明のように高粘度の塗布液を高速で美麗に塗布することは不可能であった。またロール間ギャップの精度から乾燥前の膜厚８μｍ以下の美麗な薄膜製造は困難であった。薄膜にするためピックアップロールの回転速度を下げた場合、ローピングが発生し外観はスジ模様となった。

図５に示すスリットダイコーターの場合は、各液において、鋼板厚み精度の問題からスリット塗吐口−鋼板ギャップを１００μｍ以下に近づけることができず安定塗布するには乾燥前の膜厚３０μｍを超える厚い膜となった。また、薄膜化を試みて、ギャップをそのままの状態で供給液量を減少した場合には、液切れによるカスレが発生した。また、ギャップを更に近接化した場合には、板厚変動に伴うギャップ変動によりカスレやスジ模様が発生した。

図６に示すカーテンコーターの場合は、各液において、液膜厚を１０μｍ程度とするため塗布液の供給液量を減少させるとカーテン形成不安定となり液切れが発生し外観欠陥となった。

以上のように、従来法としてロールコーター単独、スリットダイコーター単独、カーテンコーター単独で塗布した場合は、ローピング発生、カスレやカーテン液膜形成不能となり、高粘度の塗布液を高速で薄膜安定塗布することはできなかった。

１ 基材
２ 塗布液回収容器
３ 塗布液
４ 中間ロール
５ アプリケーターロール
６ かきとり装置
７ スリットダイコーター
７ａ、７ｂ 塗布液供給部
７ｃ サクション
８ バックアップロール
９ カーテンコーター
１０ サクション装置
１１ ピックアップロール
１２ ドクターロール
１３ コーターパン

Claims (5)

1. ダイコーターにより、回転するアプリケーターロールへ多層の塗布液を供給し、
   次いで、前記アプリケーターロールを連続的に走行する基材と接触させて前記多層の塗布液を基材へ転写するにあたり、
   前記アプリケーターロールは、基材との接触部において基材と逆方向に回転し、
   前記ダイコーターにより供給する多層の塗布液は、前記アプリケーターロール上で最下層を形成する塗布液の粘性係数をμ１、上層を形成する塗布液の粘性係数μ２とした場合、μ１＜μ２であり、
   基材に転写されず前記アプリケーターロールに残った多層の塗布液を前記アプリケーターロールから除去することを特徴とする基材への塗布方法。
2. ダイコーターにより、回転する中間ロールへ多層の塗布液を供給し、
   次いで、前記中間ロールより、回転するアプリケーターロールへ前記多層の塗布液を転写し、
   次いで、前記アプリケーターロールを連続的に走行する基材と接触させて前記多層の塗布液を基材へ転写するにあたり、
   前記中間ロールは、アプリケーターロールとの接触部においてアプリケーターロールと逆方向に回転し、
   前記アプリケーターロールは、基材との接触部において基材と逆方向に回転し、
   前記ダイコーターにより供給する多層の塗布液は、前記アプリケーターロール上で最下層を形成する塗布液の粘性係数をμ１、上層を形成する塗布液の粘性係数μ２とした場合、μ１＜μ２となり、
   アプリケーターロールに転写されず前記中間ロールに残った多層の塗布液および基材に転写されず前記アプリケーターロールに残った多層の塗布液をそれぞれ前記中間ロールおよび前記アプリケーターロールから除去することを特徴とする基材への塗布方法。
3. 前記アプリケーターロールの回転速度をＶ₁、前記基材の走行速度をＶ₂とする場合、０．５≦Ｖ₁／Ｖ₂≦１．５であることを特徴とする請求項１に記載の基材への塗布方法。
4. 前記中間ロールの回転速度をＶ_3、前記アプリケーターロールの回転速度をＶ₁、前記基材の走行速度をＶ₂とする場合、０．５≦Ｖ₃／Ｖ₁≦１．５および０．５≦Ｖ₁／Ｖ₂≦１．５であることを特徴とする請求項２に記載の基材への塗布方法。
5. 前記アプリケーターロールは金属ロールにゴムをライニングしたゴムロールを用い、
   前記ダイコーターでは、塗布部上流側に負圧を発生させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の基材への塗布方法。

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