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KR20180018687A - 변형가능한 금속 롤을 이용한 액체 코팅 방법 및 장치 - Google Patents

변형가능한 금속 롤을 이용한 액체 코팅 방법 및 장치 Download PDF

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KR20180018687A
KR20180018687A KR1020187000836A KR20187000836A KR20180018687A KR 20180018687 A KR20180018687 A KR 20180018687A KR 1020187000836 A KR1020187000836 A KR 1020187000836A KR 20187000836 A KR20187000836 A KR 20187000836A KR 20180018687 A KR20180018687 A KR 20180018687A
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KR
South Korea
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roll
metal shell
thin metal
coating
elastic layer
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English (en)
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숀 씨 도드스
미카일 엘 페쿠로브스키
제임스 엔 돕스
그라함 엠 클라크
마이클 에이 크라톤
아담 더블유 키에퍼
매튜 알 스미쓰
브라이언 이 슈레이버
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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.)
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Abstract

액체 코팅을 적용하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 제1 롤(14), 제2 롤(16), 및 제1 롤과 제2 롤 사이에 형성된 닙(146)이 제공된다. 코팅 액체(22)가 닙에 공급된다. 닙을 통하여, 코팅 액체는 기판(12)으로 이송되는 액체 코팅의 실질적으로 균일한 층(22a)으로 평활화된다. 제2 롤(16)은 얇은 금속 쉘(40)과 탄성 층(30)을 포함하고, 얇은 금속 쉘은 그 아래의 탄성 층을 둘러싸고, 얇은 금속 쉘은 상기 얇은 금속 쉘이 상기 제1 롤(14)과 접촉할 때 닙에서 탄성 변형될 수 있도록 탄성 층과 일체로 편향될 수 있다.

Description

변형가능한 금속 롤을 이용한 액체 코팅 방법 및 장치
본 발명은 얇은 금속 쉘을 포함하는 변형가능한 롤을 이용함으로써 기판에 액체 코팅을 적용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다수의 산업용 및 소비자 제품은 액체 재료의 하나 이상의 층이 별개의 물체 상으로 또는 웨브(web) 경로를 통해 이송되는 무한 길이의 재료의 얇은 웨브 상으로 증착되는 이들의 제조 시의 코팅의 양태를 포함한다. 제조 비용을 최소화하기 위해 웨브 경로를 통해 실행가능한 속도만큼 큰 속도로 이러한 웨브를 이송하는 것이 종종 선호된다.
요약하면, 일 양태에서, 본 발명은 제1 롤, 제2 롤, 및 제1 롤과 제2 롤 사이에 형성된 닙(nip)을 제공하는 단계, 닙에 코팅 액체를 공급하는 단계, 및 닙을 통하여, 액체 코팅의 실질적으로 균일한 층으로 코팅 액체를 평활화하는(smoothing) 단계를 포함하는 방법을 기술한다. 제1 롤은 얇은 금속 쉘 및 탄성 층을 포함하고, 얇은 금속 쉘은 그 아래의 탄성 층을 둘러싸고, 얇은 금속 쉘은 얇은 금속 쉘이 제2 롤과 접촉할 때 닙에서 탄성 변형될 수 있도록 상기 탄성 층과 일체로 편향될 수 있다. 액체 코팅의 층은 기판으로 이송된다. 일부 실시 형태에서, 액체 코팅은 무한 길이 재료의 웨브에 적용된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 얇은 금속 쉘과 탄성 층을 포함하는 제1 롤을 포함하는 코팅 장치를 기술한다. 얇은 금속 쉘은 그 아래의 탄성 층을 둘러싸고 얇은 금속 쉘은 탄성 층과 일체로 편향될 수 있다. 얇은 금속 쉘이 제2 롤과의 접촉할 때 닙에서 탄성 변형될 수 있도록 제2 롤이 제1 롤을 이용하여 닙을 형성한다. 닙 내에 코팅 액체를 공급하기 위하여 액체 전달 시스템이 배치된다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에서 다양한 예상치 못한 결과 및 이점이 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시 형태의 하나의 이러한 이점은 매우 얇고(예를 들어, 5 미크론 이하, 또는 심지어 2.5 미크론 이하) 연속적인 액체 코팅이 후술된 리빙 결함(ribbing defect)과 같이 제어된 결함 수준으로 기판으로 이송될 수 있다는 것이다.
리빙 결함은 예를 들어, 코팅 액체가 약 0.1 mPa·S 이상의 점도를 가질 때 액체 코팅에 대한 통상적인 롤 코팅 공정에서 종종 관찰된다. 결함은 롤 사이의 닙을 통해 코팅 액체가 통과할 때 발생될 수 있으며, 필름 분할(film split) 시의 점성 응력은 필름 분할 시의 계면의 균일한 곡률을 유지하려는 표면 장력을 극복한다. 표면 장력에 대한 점성의 균형은 등식 Ca = μU/ σ로 정의된 무차원 모세관수(capillary number)에 의해 기술될 수 있고, 여기서 Ca는 모세관수이고, μ는 액체 점도이고, U는 제1 및 제2 롤의 평균 속도이고, σ는 액체 표면 장력이다. 리빙 결함은 액체가 닙에서 배출됨에 따라 매우 불균일한 코팅을 야기할 수 있다. 이는 회전 롤의 라인 속도가 낮을 때 립(lip) 또는 리빙 결함이 레벨링될 수 있는 경우 허용가능한 코팅 결함일 수 있는 반면, 이는 라인 속도를 제한할 수 있고 코팅 효율을 감소시킬 수 있으며 제조 비용을 증가시킬 수 있다. 추가로, 라인 속도가 증가함에 따라, 예를 들어, 립(rib)이 닙을 통과함에 따라 미스트의 형태의 작은 액적의 미스팅 배출이 야기될 수 있고, 이는 공장 환경의 안전 및 보건에 대한 우려사항이 될 수 있다.
본 명세서에 기술된 일부 실시 형태에서, 액체 코팅 내의 상기 리빙 결함은 하부에 놓인 탄성 층을 갖는 변형가능한 롤의 외측에 얇은 금속 쉘을 배치함으로써 영향을 미칠 수 있거나, 변경될 수 있거나, 또는 조절될 수 있다. 닙에서 롤 표면의 변형의 역학(mechanics)은 상당히 변경되어 닙에서 발생된 압력의 변화를 야기할 수 있고, 따라서 리빙 불안정성의 특성의 변화를 야기할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 예를 들어, 약 0.1 무차원 단위 이상과 같이 모세관수의 임계값(critical value)을 초과하는 주어진 라인 속도에 대해, 순방향 롤 코팅 닙과 같은 액체 롤 코팅 닙에 존재하는 립의 개수를 실질적으로 감소시킬 수 있는 액체 코팅 방법이 제공된다.
추가로, 일부 실시 형태에서, 기판 상으로의 얇은 액체 층의 롤 코팅은 강성 시스템에서 점진적으로 완전한 스틸 롤을 필요로 할 수 있는 타겟 캘리퍼(target caliper)를 달성하기 위하여 낮은 충분한 유량의 향상된 균일성을 제공하도록 닙 내에서 하나 이상의 변형가능한 롤의 사용을 필요로 할 수 있다. 이 변형성은 얇은 금속 쉘이 없을 때 작동 중에 파손 및 마모되기 쉬운 고무 롤로 전형적으로 달성된다. 이러한 손상 및 마모는 코팅 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 손상 또는 마모는 특히 고속으로 작동할 때 기판 스플라이스 및 에지와 같이 양호한 소스로부터 발생할 수 있다. 얇은 금속 쉘로 탄성 층을 덮음으로써 롤을 변형하고 얇은 코팅을 달성하기 위한 능력에 영향을 미치지 않고 롤러의 내구성이 급격히 향상된다.
예시적인 실시 형태의 목록
예시적인 실시 형태가 하기에 열거된다. 실시 형태 1 내지 실시 형태 15 및 실시 형태 16 내지 실시 형태 24 중 어느 하나의 실시 형태가 조합될 수 있는 것으로 이해해야 한다.
실시 형태 1은 방법에 관한 것으로,
제1 롤, 제2 롤, 및 제1 롤과 제2 롤 사이에 형성된 닙을 제공하는 단계;
닙에 코팅 액체를 공급하는 단계; 및
닙을 통하여, 액체 코팅의 실질적으로 균일한 층으로 코팅 액체를 평활화하는 단계를 포함하고,
제1 롤은 얇은 금속 쉘 및 탄성 층을 포함하고, 얇은 금속 쉘은 그 아래의 탄성 층을 둘러싸고, 얇은 금속 쉘은 얇은 금속 쉘이 제2 롤과 접촉할 때 닙에서 탄성 변형될 수 있도록 탄성 층과 일체로 편향될 수 있고,
액체 코팅의 층은 기판으로 이송된다.
실시 형태 2는 실시 형태 1의 방법에 관한 것으로, 액체 코팅의 층은 약 5 미크론 이하의 두께를 갖는다.
실시 형태 3은 실시 형태 1 또는 실시 형태 2의 방법에 관한 것으로, 얇은 금속 쉘은 제1 롤로부터 제거가능하도록 구성된다.
실시 형태 4는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 제1 롤은 강성의 중심 코어를 추가로 포함하고, 탄성 층은 강성의 중심 코어의 주연부 주위에서 실질적으로 균일한 두께를 갖는다.
실시 형태 5는 실시 형태 1 내지 실시 형태 4 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 기판은 무한 길이의 웨브이고, 방법은 제1 롤과 제2 롤 중 하나의 롤 주위에 웨브를 감는 단계를 추가로 포함한다.
실시 형태 6은 실시 형태 1 내지 실시 형태 5 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 제1 롤과 제2 롤 중 하나의 롤이 회전하는 라인 속도를 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 코팅 액체의 점도와 미리 결정된 라인 속도는 코팅에 대한 계산된 모세관수(Ca)가 임계값보다 크도록 한다.
실시 형태 7은 실시 형태 6의 방법에 관한 것으로, 미리 결정된 라인 속도로 제1 및 제2 롤 중 하나의 롤을 회전시키는 단계를 추가로 포함한다.
실시 형태 8은 실시 형태 6 또는 실시 형태 7의 방법에 관한 것으로, 모세관수(Ca)의 임계값은 약 0.1 내지 약 2의 범위에 있고, 모세관수(Ca)는 500 이하이다.
실시 형태 9는 실시 형태 1 내지 실시 형태 8 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 얇은 금속 쉘은 니켈을 포함한다.
실시 형태 10은 실시 형태 1 내지 실시 형태 9 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 얇은 금속 쉘은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 두께를 갖는다.
실시 형태 11은 실시 형태 1 내지 실시 형태 10 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 얇은 금속 쉘은 약 10 미크론 이하의 표면 거칠기를 갖는다.
실시 형태 12는 실시 형태 1 내지 실시 형태 11 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 탄성 층은 압축가능하고 얇은 금속 쉘과 탄성 층 사이에서의 미끄러짐을 방지할 수 있다.
실시 형태 13은 실시 형태 1 내지 실시 형태 12 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 탄성 층은 발포체로 제조된다.
실시 형태 14는 실시 형태 1 내지 실시 형태 13 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 탄성 층은 패턴화된 엘라스토머를 포함한다.
실시 형태 15는 실시 형태 1 내지 실시 형태 14 중 어느 하나의 실시 형태의 방법에 관한 것으로, 액체 코팅은 약 0.5 미크론 이상의 두께를 갖는다.
실시 형태 16은 코팅 장치에 관한 것으로,
얇은 금속 쉘 및 탄성 층을 포함하는 제1 롤로서, 얇은 금속 쉘은 그 아래의 탄성 층을 둘러싸고 얇은 금속 쉘은 탄성 층과 일체로 편향될 수 있는, 제1 롤;
제1 롤과 함께 닙을 형성하는 제2 롤로서, 얇은 금속 쉘이 제2 롤과의 접촉에 의해 닙에서 탄성 변형될 수 있는, 제2 롤; 및
닙 내에 코팅 액체를 공급하도록 배치된 액체 전달 시스템을 포함한다.
실시 형태 17은 실시 형태 16의 코팅 장치에 관한 것으로, 얇은 금속 쉘은 탄성 재료의 층으로부터 제거가능하도록 구성된다.
실시 형태 18은 실시 형태 16 또는 실시 형태 17의 코팅 장치에 관한 것으로, 제1 롤은 강성의 중심 코어를 추가로 포함하고, 탄성 층은 강성의 중심 코어의 주연부 주위에서 실질적으로 균일한 두께를 갖는다.
실시 형태 19는 실시 형태 16 내지 실시 형태 18 중 어느 하나의 실시 형태의 코팅 장치에 관한 것으로, 얇은 금속 쉘은 니켈을 포함한다.
실시 형태 20은 실시 형태 16 내지 실시 형태 19 중 어느 하나의 실시 형태의 코팅 장치에 관한 것으로, 얇은 금속 쉘은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 두께를 갖는다.
실시 형태 21은 실시 형태 16 내지 실시 형태 20 중 어느 하나의 실시 형태의 코팅 장치에 관한 것으로, 얇은 금속 쉘의 두께와 제1 롤의 직경 사이의 비율은 1:15000 내지 1:80이다.
실시 형태 22는 실시 형태 16 내지 실시 형태 21 중 어느 하나의 실시 형태의 코팅 장치에 관한 것으로, 제2 롤은 강성 롤이다.
실시 형태 23은 실시 형태 16 내지 실시 형태 22 중 어느 하나의 실시 형태의 코팅 장치에 관한 것으로, 미리 결정된 라인 속도로 제1 및 제2 롤 중 하나의 롤을 회전시키도록 구성된 회전 메커니즘을 추가로 포함하고, 코팅 재료의 점도와 미리 결정된 라인 속도는 코팅에 대한 계산된 모세관수(Ca)가 임계값보다 크도록 하며, 임계값은 약 0.1 이상이다.
실시 형태 24는 실시 형태 16 내지 실시 형태 23 중 어느 하나의 실시 형태의 코팅 장치에 관한 것으로, 탄성 층은 발포체로 제조된다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 다양한 양태 및 이점이 요약되었다. 상기 요약은 본 발명의 각각의 예시된 실시 형태 또는 본 발명의 소정의 예시적인 실시 형태의 모든 구현예를 설명하기 위한 것은 아니다. 하기의 도면 및 상세한 설명은 본 명세서에 개시된 원리를 이용하는 소정의 바람직한 실시 형태를 더 상세하게 예시한다.
본 발명은 본 발명의 다양한 실시 형태의 하기 상세한 설명을 첨부 도면과 관련하여 고려하면 더 완전히 이해될 수 있다:
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 일부를 수행하는 코팅 장치의 사시도;
도 2는 단면 선(2-2)을 따라 취한 도 1의 롤러 중 하나를 통한 단면 측면도;
도 3은 실시예 1에 기술된 실험의 사진;
도 4는 비교예 C1에 기술된 실험의 사진;
도 5는 실시예 2에 기술된 실험의 사진;
도 6은 비교예 C2에 기술된 실험의 사진;
도 7은 실시예 3에 기술된 실험의 사진;
도 8은 비교예 C3에 기술된 실험의 사진.
도면에서, 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 지시한다. 축척에 맞게 작성되지 않을 수 있는 전술된 도면이 본 발명의 다양한 실시 형태를 개시하고 있지만, 상세한 설명에 언급된 바와 같이, 다른 실시 형태가 또한 고려된다. 모든 경우에, 본 발명은 현재 개시되는 발명을 명백한 제한으로서가 아니라 예시적인 실시 형태의 표현으로서 기술한다. 본 발명의 범주 및 사상에 속하는 많은 다른 변형예 및 실시 형태가 당업자에 의해 고안될 수 있음을 이해하여야 한다.
정의된 용어에 대한 하기의 용어해설의 경우, 청구범위 또는 본 명세서의 어딘가 다른 곳에서 상이한 정의가 제공되지 않는 한, 이들의 정의가 전체 출원에 적용되어야 한다.
용어 설명
대부분은 잘 알려져 있지만 어떤 설명을 필요로 할 수 있는 소정의 용어가 본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐 사용된다. 하기를 이해하여야 한다:
본 출원에서, 용어 "탄성 변형된"은 변형된 물체(예를 들어, 얇은 금속 쉘)가 이의 원래의 상태로 실질적으로 100%(예를 들어, 99% 이상, 99.5% 이상, 99.9% 이상) 복원될 수 있는 것을 의미한다.
본 출원에서, 용어" 닙은 (i) 제1 롤과 제2 롤의 중심 사이의 거리가 2개의 롤의 반경의 합보다 크거나 또는 동일한 인접한 제1 롤과 제2 롤 사이의 간격, 또는 (ii) 제1 롤과 제2 롤의 중심 사이의 거리가 2개의 롤의 반경의 합보다 작은 인접한 제1 롤과 제2 롤 사이의 임프레션을 갖는 2개 이상의 롤의 시스템을 지칭한다.
본 출원에서, 용어 "중합체" 또는 "중합체들"은 단일중합체 및 공중합체뿐만 아니라, 예를 들어, 공압출(coextrusion)에 의해 또는 예를 들어, 에스테르 교환 반응을 포함한 반응에 의해 혼화성 블렌드(miscible blend)로 형성될 수 있는 단일중합체 또는 공중합체를 포함한다. 용어 "공중합체"는 랜덤, 블록 및 별형(star)(예를 들어, 수지상(dendritic)) 공중합체를 포함한다.
본 출원에서, 개시된 코팅된 물품에서 다양한 요소들의 위치에 대해 "상부에(atop)", "상에(on)", "위에(over)", "덮는(covering)", "최상부에(uppermost)", "아래에 놓인(underlying)" 등과 같은 배향 용어를 사용함으로써, 수평으로 배치되고 위쪽으로 향해 있는 기판(예를 들어, 웨브)에 대한 요소의 상대적 위치를 지칭한다. 그러나, 달리 지시되지 않는 한, 기판(예를 들어, 웨브) 또는 물품이 제조 동안에 또는 제조 후에 공간 내에서 임의의 특정 배향을 가져야 하는 것으로 의도되지 않는다.
본 출원에서, 본 발명의 물품의 기판(예를 들어, 웨브) 또는 다른 요소와 관련하여 층의 위치를 기술하는 데에 용어 "오버코팅된"을 사용함으로써, 기판(예를 들어, 웨브) 또는 다른 요소의 위에 있지만 기판(예를 들어, 웨브) 또는 다른 요소에 반드시 근접해 있지는 않은 층을 지칭한다.
본 출원에서, 수치값 또는 형상과 관련하여 용어 "약" 또는 "대략"은 수치값 또는 성질 또는 특성의 +/- 5%를 의미하지만, 정확한 수치값을 명확히 포함한다. 예를 들어, "약" 1 Pa-sec의 점도는 0.95 내지 1.05 Pa-sec의 점도를 말하지만, 정확하게 1 Pa-sec의 점도를 또한 명확히 포함한다. 유사하게, "실질적으로 정사각형"인 주연부는, 각각의 측면 에지가 임의의 다른 측면 에지의 길이의 95% 내지 105%인 길이를 갖는 4개의 측면 에지를 갖는 기하학적 형상을 기술하려는 것이지만, 각각의 측면 에지가 정확하게 동일한 길이를 갖는 기하학적 형상을 또한 포함한다.
본 출원에서, 특성 또는 특징과 관련하여 용어 "실질적으로"는 특성 또는 특징이, 그러한 특성 또는 특징과 정반대의 것이 나타나는 것보다 더 큰 정도로 나타난다는 것을 의미한다. 예를 들어, "실질적으로" 투명한 기판(예를 들어, 웨브)은 투과시키지 못하는 (예를 들어, 흡수하고 반사하는) 것보다 더 많은 방사선(예를 들어, 가시광)을 투과시키는 기판(예를 들어, 웨브)을 지칭한다. 따라서, 기판의 표면 상에 입사하는 가시광의 50% 초과를 투과시키는 기판(예를 들어, 웨브)은 실질적으로 투명하지만, 그 표면 상에 입사하는 가시광의 50% 이하를 투과시키는 기판(예를 들어, 웨브)은 실질적으로 투명한 것이 아니다.
본 출원에서, 단수 형태는 당해 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수형 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "화합물"을 함유하는 미세 섬유에 대한 언급은 둘 이상의 화합물의 혼합물을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 실시 형태에서 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 그 내용이 명백히 달리 지시되지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 일반적으로 사용된다.
본 출원에 사용되는 바와 같이, 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.8, 4 및 5를 포함한다).
달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 실시 형태에 사용되는, 성분의 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는다면, 본 명세서 및 더욱 구체적으로 예시적인 실시 형태의 목록 및 청구범위에서 설명된 수치 파라미터는 본 개시 내용의 교시를 이용하는 당업자가 얻으려고 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있다. 최소한으로, 그리고 청구된 실시 형태의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 보고된 유효숫자의 개수의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법을 적용함으로써 적어도 해석되어야 한다.
본 발명의 예시적인 실시 형태는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태는 하기에 기술되는 예시적인 실시 형태로 제한되는 것이 아니라, 청구범위에 기재된 한정 및 그것의 임의의 등가물에 의해 좌우되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에서는 기판 상의 액체 코팅을 위한 방법 및 장치가 기술된다. 액체 코팅 공정에서, 코팅 액체는 코팅 액체가 필름 분할을 겪는 닙을 통과하도록 공급되어, 립의 양 롤 상에 일부 코팅 액체가 형성된다. 다양한 예상치 못한 결과 및 이점이 본 발명의 예시적인 실시 형태에서 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시 형태의 하나의 이러한 이점은 매우 얇고(예를 들어, 건조 또는 경화 이전에 5 미크론 이하, 또는 심지어 2.5 미크론 이하), 연속적인 액체 코팅이 제어된 결함 수준으로 기판으로 이송될 수 있다는 것이다.
본 발명의 다양한 예시적인 실시 형태가 이제 특히 도면을 참조하여 기술될 것이다. 이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태의 일부를 수행하기 위한 코팅 장치(10)의 사시도가 도시된다. 이 도면에서, 무한 길이 재료의 웨브(12)는 제1 롤러(14)와 제2 롤러(16) 사이의 닙(146) 내에 기계 방향 "D"로 이송된다. 닙(146)은 예를 들어, (i) 제1 롤과 제2 롤의 중심 사이의 거리가 2개의 롤의 비변형된 반경의 합보다 크거나 또는 동일한 인접한 제1 롤(14)과 제2 롤(16) 사이의 간격일 수 있거나, 또는 (ii) 제1 롤과 제2 롤의 중심 사이의 거리가 2개의 롤의 비변형된 반경의 합보다 작을 때 인접한 제1 롤(14)과 제2 롤(16) 사이의 임프레션일 수 있다. 닙 또는 임프레션의 값 또는 크기와 관련하여, 상기 거리와 합 간의 절대적인 차이는 예를 들어, 약 0 미크론, 약 25 미크론, 약 100 미크론, 약 500 미크론, 약 1 mm, 약 10 mm, 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 제1 롤러(14) 및 제2 롤러(16) 각각은 샤프트(14a, 16a) 상에 각각 회전가능하게 장착된다. 샤프트(14a, 16a)는 개별적으로 라이브(live) 또는 데드 샤프트(dead shaft)일 수 있고, 시각적 명확성을 위해 도면에서 생략된 구조에 의해 차례로 지지된다. 코팅 다이(20)는 웨브(12) 상으로 코팅 액체(22)를 분배하도록 배치된다. 팬 또는 트로프와 같은 단순한 시스템에서부터 다이 코터와 같은 복잡한 유체 전달 시스템에 이르는 임의의 적합한 액체 전달 시스템 또는 수단이 코팅 액체를 공급하기 위하여 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 제1 롤러(14)와 제2 롤러(16) 사이의 닙(146)은 롤러(14, 16) 둘 모두 상으로 필름의 형태로 공급된 코팅 액체를 분할하고 웨브(12)의 원위 측면을 지시하는 점선으로 도 1에 제시되는 웨브(12) 상의 얇고 실질적으로 균일한 액체 층(22a) 내에서 코팅 액체를 평활화한다. 점선 화살표 "V"는 제1 롤러(14)와 제2 롤러(16) 사이의 닙(146)의 하류 측면의 사진을 찍는데 이용되는 시야의 방향을 나타낸다. 일부 실시 형태에서, 실질적으로 동일하거나 또는 상이한 표면 회전 속도로 제1 롤러(14)와 제2 롤러(16)를 서로에 대해 회전시키기 위하여 회전 메커니즘이 편리하게 제공될 수 있다. 롤러(14, 16)는 둘 모두가 독립 구동 롤일 수 있거나 또는 이들 중 하나의 롤러가 예를 들어, 접촉 마찰, 구동 벨트, 또는 직접 기어링(direct gearing)을 통하여 그 외의 다른 롤러를 구동하기 위하여 배열될 수 있다.
도시된 실시 형태에서, 액체 층(22a)은 웨브(12) 상으로 직접 코팅된다. 액체 층(22a)은 이 상에 연속적인 습식 코팅을 형성하기 위해 임의의 적합한 기판 상으로 직접 또는 간접적으로 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 일부 실시 형태에서, 추가의 롤러(들), 예를 들어, 3가지 또는 5가지의 롤 코팅이 이 상에 연속적인 액체 코팅을 형성하기 위하여 액체 층(22a)을 기판으로 이송하도록 이용될 수 있다. 본 발명에서, 용어 "기판"은 코팅 액체가 배치되고 그 후에 공정의 나머지 부분(예를 들어, 임의의 건조/경화, 변환, 저장, 권취, 작업 등)을 통해 이송되는 하나 이상의 고체 재료를 기술하는데 이용된다. 기판은 강성 또는 가요성일 수 있고, 유한의 길이 또는 무한의 길이일 수 있다. 적합한 기판 재료는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에스테르(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리올레핀, 폴리비닐, 아세테이트, 종이 또는 다른 섬유 재료(예를 들어, 블로운 미세섬유 또는 직물을 포함함), 발포체, 유리, 금속(예를 들어, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸), 또는 예를 들어, 폴리에스테르 코팅된 종이와 같은 상기의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 기판은 임의의 적합한 치수를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 기판은 얇거나(예를 들어, 10 미크론 미만) 또는 두껍거나(예를 들어, 10 mm 초과), 좁거나(예를 들어, 1 cm 미만), 또는 넓거나(예를 들어, 300 cm 초과), 짧거나(예를 들어, 1 m 미만) 또는 길 수 있다(예를 들어, 수천 미터).
일부 실시 형태에서, 액체 층(22a)은 예를 들어, 약 100 미크론 이하, 약 20 미크론 이하, 약 5 미크론 이하, 약 4 미크론 이하, 약 3 미크론 이하, 약 2 미크론 이하, 또는 약 1 미크론 이하의 두께를 가질 수 있다. 액체 층(22a)의 두께는 예를 들어, 약 0.1 미크론 이상, 약 0.2 미크론 이상, 약 0.3 미크론 이상, 약 0.5 미크론 이상, 또는 약 1 미크론 이상일 수 있다. 액체 층(22a)의 두께는 예를 들어, 약 0.1 미크론 내지 약 500 미크론, 약 0.2 미크론 내지 약 100 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 50 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 10 미크론, 또는 더욱 바람직하게는 약 0.5 미크론 내지 약 5 미크론의 범위일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 기판 상에 코팅된 액체 층(22a)은 다음의 공정에서 건조 또는 경화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 액체 층(22a)은 열 또는 방사선에 의해 경화될 수 있고, 경화된 층의 두께는 경화 이전에 원래의 액체 층과 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 액체 층(22a)은 이로부터 용매를 증발시킴으로써 건조될 수 있고, 건조된 층은 원래의 액체 층보다 더 얇을 수 있다(예를 들어, 10% 더 얇거나, 20% 더 얇거나, 30% 더 얇거나, 40% 더 얇거나, 또는 50% 더 얇음)
이제 도 2를 참조하면, 도 1의 단면 선(2-2)을 따라 취한, 제2 롤러(16)를 통한 단면 측면도가 도시된다. 강성 샤프트(16a)(이 편리한 실시 형태에서 라이브 샤프트)는 탄성 층(30)에 의해 둘러싸인다. 탄성 층(30) 주위에는 얇은 금속 쉘(40)이 있다. 탄성 층(30)은 편리하게 소정의 정도로 산출되는 경도를 갖지만, 얇은 금속 쉘(40)이 닙(146) 내에서의 압력에 의해 이의 탄성 한계를 넘어 변형하는 것을 허용하지 않는다. 이러한 기준을 달성하기 위해, 탄성 층(30)은 예를 들어, 20 이상, 40 이상, 60 이상, 80 이상 또는 100 이상의 쇼어 A 및 100 이하, 80 이하, 60 이하, 40 이하 또는 20 이하의 쇼어 D의 적절한 범위 내의 경도를 갖는 예를 들어, 고무와 같은 탄성 재료를 편리하게 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 탄성 층(30)은 압축가능하고 얇은 금속 쉘(40)과 탄성 층(30) 사이에서의 미끄러짐을 방지할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압축가능 탄성 층(30)은 발포체로 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압축가능 탄성 층(30)은 탄성 층(30)이 효과적으로 압축가능하도록 하는 패턴화된 엘라스토머를 포함할 수 있다. 패턴화된 엘라스토머는 얇은 금속 쉘(40)에 접촉하는 탄성체(30)의 외부 표면(32) 상에 배치된 패턴화된 구조(예를 들어, 인그레이빙된 표면 구조)를 가질 수 있다. 패턴화된 구조는 예를 들어, 인그레이빙(engraving), 융제(ablating), 몰딩 등을 포함하는 임의의 적합한 기술로 고무의 표면 상으로 부여함으로써 형성될 수 있다.
제2 롤러(16)는 예를 들어, 고무 코어일 수 있는 탄성 층(30)의 상부에 얇은 금속 쉘(40)을 물리적으로 장착함으로써 편리하게 제조된다. 금속 쉘(40)은 제2 롤러(16)의 직경에 비해 훨씬 "더 얇다". 일부 실시 형태에서, 금속 쉘(40)의 두께와 제2 롤러(16)의 직경 사이의 비율은 예를 들어, 1:20 이하, 1:50 이하, 1:80 이하, 1:100 이하, 1:200 이하, 또는 1:500 이하일 수 있다. 비율은 예를 들어, 1:20000 이상, 1:15000 이상, 1:5000 이상, 또는 1:2000 이상일 수 있다. 비율의 유용한 범위는 예를 들어, 약 1:2000 내지 약 1:200일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 얇은 금속 쉘(40)은 예를 들어, 1.5 mm 이하, 1 mm 이하, 0.7 mm 이하, 0.6 mm 이하, 또는 0.5 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 얇은 금속 쉘(40)의 두께는 예를 들어, 0.05 mm 이상, 0.08 mm 이상, 0.1 mm 이상, 또는 0.12 mm 이상일 수 있다. 금속 쉘 두께의 유용한 범위는 예를 들어, 약 0.1 mm 내지 약 0.6 mm일 수 있다. 제2 롤러(16)의 직경은 예를 들어, 2000 mm 이하, 1000 mm 이하, 500 mm 이하, 또는 300 mm 이하일 수 있다. 제2 롤러(16)의 직경은 예를 들어, 10 mm 이상, 20 mm 이상, 50 mm 이상, 또는 100 mm 이하일 수 있다. 직경의 유용한 범위는 예를 들어, 약 100 mm 내지 약 250 mm일 수 있다.
얇은 금속 쉘(40)은 이의 외부 표면(42)에 약 10 미크론 이하, 약 5 미크론 이하, 약 2 미크론 이하, 또는 약 1 미크론 이하의 거칠기를 가질 수 있다. 얇은 금속 쉘(40)은 예를 들어, 니켈, 스테인리스 스틸, 구리, 크롬, 합금 및 이들의 조합 등을 포함하는 상대적으로 낮은 탄성 계수 및 높은 항복 연신율(yield strain)을 갖는 금속 또는 금속 합금으로 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 얇은 금속 쉘은 다수의 금속 층, 예를 들어, 크롬 층으로 덮인 구리 층을 포함할 수 있다. 얇은 금속 쉘(40)은 가요성이며, 얇은 금속 쉘(40)이 또 다른 롤러와의 접촉에 의해 닙에서 탄성 변형될 수 있도록 그 아래의 탄성 층(30)과 일체로 편향될 수 있다.
더욱 구체적으로, 일부 실시 형태에서, 예를 들어, 얇은 금속 쉘(40)을 제1 롤러(14)에 대해 니핑할 때(nipped), 얇은 금속 쉘(40)의 움직임을 방지하기 위하여 얇은 금속 쉘(40)을 제 위치에 로킹함으로써 정합 부분들 간에 억지 끼워맞춤(interference fit)을 생성하는 방식으로 탄성 층(30) 상으로 얇은 금속 쉘(40)을 장착하는 것이 유리할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 얇은 금속 쉘과 탄성 층 사이의 억지 끼워맞춤은 예를 들어, 정합 부분을 성형함으로써 도입될 수 있고 이에 따라 하나 또는 그 외의 다른 것 또는 둘 모두가 공칭 치수로부터 크기가 약간 벗어날 수 있다. 예를 들어, 탄성 층(30)은 약간 크기가 클 수 있고, 얇은 금속 쉘(40)은 약간 크기가 작을 수 있다. 탄성 층(30)이 얇은 금속 쉘(40) 내에 압축될 때, 탄성 층(30)은 얇은 금속 쉘(40)과의 억지 끼워맞춤을 생성하도록 약간 탄성 변형될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 정합 부분, 즉 탄성 층(30)과 얇은 금속 쉘(40)의 온도는 각각의 재료(예를 들어, 금속 대 고무)의 상이한 열 특성(예를 들어, 열 팽창 또는 수축)을 이용하도록 제어될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 정합 부분 중 하나, 또 다른 부분, 또는 둘 모두의 접촉 표면은 억지 끼워맞춤을 향상시키기 위하여 텍스쳐링될 수 있다.
그러나, 일부 실시 형태에서, 탄성 층과 얇은 금속 쉘 사이의 억지 끼워맞춤의 사용은, 대부분의 엘라스토머 고무 코팅의 거의 압축되지 않는 속성때문에 어려움을 만들 수 있다. 이러한 거의 압축되지 않는 속성은 하나의 위치로부터 변위되는 임의의 고무 덩어리가 또 다른 위치로 이동해야 한다는 것을 의미하고, 탄성 층과 얇은 금속 쉘 사이의 끼워맞춤의 상황에서 탄성 층에 대한 얇은 금속 쉘의 미끄러짐이 야기될 것이다. 이러한 어려움은 발포체와 같은 압축가능 탄성 층을 이용함으로써, 또는 더욱 전형적인 엘라스토머 고무에 요홈을 배치하여 변위된 고무가 이동할 위치를 제공함으로써 극복될 수 있고, 효과적으로 압축가능한 탄성 층을 형성할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 얇은 금속 쉘(40)은 임의의 적합한 조립 공정을 통해 억지 끼워맞춤을 이용하여 탄성 층(30) 상으로 제거가능하게 장착될 수 있다. 예를 들어, 얇은 금속 쉘(40)과 탄성 층(30)의 조립체의 온도는 정합 부분의 치수를 조절하여 얇은 금속 쉘(40)이 정합 부분을 손상시키지 않고 탄성 층(30)으로부터 미끄러질 수 있도록 제어될 수 있다.
많은 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 방법 및 장치는 기판 상에 얇은 액체 코팅을 형성하도록 적용될 수 있다. 액체 코팅 공정에서, 이동하는 기판 상으로 액체를 적용하는 통상적인 수단은 롤 코팅으로 공지된 코팅 기술의 부류를 따른다. 이러한 부류는 예를 들어, 직접 롤 코팅, 리버스 롤 코팅, 순방향 또는 역방향 오프셋 롤 코팅, 5 롤 코팅 및 많은 다른 변형예와 같은 방법을 포함한다. 이들 방법 모두 간에 차이가 있을지라도, 공통 유대점은 인접한 제1 롤과 제2 롤 사이에 하나 이상의 닙, 및 선택적으로 제1 또는 제2 롤 주위에 감겨진 웨브의 형성에 있다. 코팅 액체는 액체 전달 시스템을 이용하여 닙에 공급되고, 그 후 코팅 액체는 닙을 통과하여 필름 분할을 겪게 되어 제1 롤과 제2 롤 둘 모두 상에 일부 코팅 액체가 생성된다. 다양한 유형의 롤 코팅과 그 근본적인 물리적 현상에 대한 더 깊은 논의는 코일(Coyle)(박사 논문, 미네소타 대학, 1984), 벤자민(Benjamin)(박사 논문, 미네소타 대학, 1994), 및 카발호(Carvalho)(박사 논문, 미네소타 대학, 1996)와 같은 문헌에서 찾을 수 있다.
액체가 갈라진 간격을 통과할 때 종래의 고무 롤 코팅 시스템의 기본적인 코팅 결함으로 리빙 결함이 발생할 수 있으며, 이는 액체가 닙에서 배출되기 때문에 매우 불균일한 코팅을 야기한다. 이는 점성 효과이기 때문에, 이는 모세관수, Ca=μV/σ에 의해 좌우되고, 여기서 μ는 액체 점도이고, V는 2개의 회전 롤의 평균 속도(즉, 라인 속도)이고, σ는 액체의 계면 장력이다. 모세관수가 임계 한계보다 클 때, 예를 들어, 공정의 라인 속도가 주어진 코팅 재료(예를 들어, 코팅 액체)에 대해 임계값 초과로 상승할 때, 리빙 결함이 관찰될 수 있다. 임계값 초과로 라인 속도가 추가로 증가하면 제조되는 립의 빈도가 증가할 수 있고, 결국 립이 닙을 통과함에 따라 미스트의 형태로 작은 액적의 배출이 야기될 수 있다. 이 미스트가 제품 품질에 영향을 미칠뿐만 아니라 이는 또한 환경, 건강 및 안전 문제이다. 따라서, 상기 리빙 유발 문제는 웨브에 액체 코팅을 적용할 때 종래의 고무 롤 코팅 시스템 및 방법에 대한 라인 속도를 상당히 제한할 수 있다.
본 발명은 제1 롤이 얇은 금속 쉘 및 탄성 층을 포함하고, 얇은 금속 쉘이 그 아래의 탄성 층을 둘러싸고, 얇은 금속 쉘이 제2 롤과의 접촉에 의해 닙에서 탄성 변형되도록 얇은 금속 쉘이 탄성 층과 일체로 편향될 수 있는 액체 롤 코팅의 장치 및 방법을 기술한다. 본 명세서에 개시된 얇은 금속 쉘 및 탄성 층을 포함하는 제1 롤의 구성은 위에서 열거한 롤 코팅의 변형예, 예를 들어, 직접 롤 코팅, 리버스 롤 코팅, 순방향 또는 역방향 오프셋 코팅, 5 롤 코팅, 또는 임의의 다른 롤 코팅 방법에 동등하게 잘 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에 기술된 방법 및 장치는 특히 롤의 라인 속도가 상대적으로 더 높은 속도 영역에 있을 때 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 제2 롤러(16)와 같은 얇은 금속 쉘을 포함하는 변형가능한 롤을 이용함으로써 상기 리빙 결함에 영향을 미칠 수 있거나, 이를 변경할 수 있거나, 또는 이를 조절할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 롤 코팅 시스템에 대한 얇은 금속 쉘의 적용은 리빙의 특정 거동을 기본적으로 변경할 수 있고, 종래의 고무 롤 코팅 시스템 및 방법에 비해 훨씬 더 균일한 액체 코팅을 야기한다.
일부 실시 형태에서, 롤의 라인 속도는 주어진 코팅 액체의 특성을 기초로 결정될 수 있고, 도 1의 제1 및 제2 롤러(14, 16)는 리빙 결함으로부터의 감소된 영향에 따라 미리 결정된 라인 속도로 서로 접촉하여 회전할 수 있다. 예를 들어, 코팅 액체의 점도와 미리 결정된 라인 속도는 코팅에 대해 대응하는 모세관수(Ca)가 임계값보다 크게 제어될 수 있도록 형성된다. 임계값보다 높은 경우, 본 명세서에 기술된 일부 실시 형태에서와 같은 얇은 금속 쉘을 이용함에 따라 종래의 고무 롤 코팅 시스템 및 방법에 비해 리빙 결함이 상당히 감소될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 임계값은 예를 들어, 0.01 이상, 0.02 이상, 0.05 이상, 0.1 이상, 또는 0.2 이상일 수 있다. 임계값은 예를 들어, 100 이하, 10 이하, 2 이하, 또는 1 이하일 수 있다. 리빙-스타일 결함에 대한 전형적인 임계 모세관수는 0.1에 근접할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 모세관수(Ca)의 임계값은 예를 들어, 약 0.1 내지 약 2의 범위일 수 있다. 모세관수의 임계값은 특정 코팅 액체의 특성(예를 들어, 점도) 및 특정 롤 코팅 시스템의 특성에 따라 변화할 수 있음을 이해해야 한다
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 방법 및 장치는 예를 들어, 약 0.1 이상, 약 0.5 이상, 또는 약 2 이상의 모세관수(Ca)를 갖는 액체 코팅에 적용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 방법 및 장치는 예를 들어, 약 1000 이하, 약 500 이하, 또는 약 200 이하의 모세관수(Ca)를 갖는 액체 코팅에 적용될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 웨브(12)에 의해 감겨지는 제1 및 제2 롤(14, 16) 중 단지 하나의 롤이 미리 결정된 제1 라인 속도로 회전할 필요가 있고, 그 외의 다른 롤은 미리 결정된 제1 라인 속도로부터 독립적일 수 있는 제2 속도로 자유롭게 회전한다. 일부 실시 형태에서, 제1 및 제2 롤(14, 16)은 심지어 상이한 방향으로 회전할 수 있다. 도 1이 웨브(12)에 의해 감겨진 제1 롤(14) 및, 이에 따라 이 실시예에서 미리 결정된 라인 속도로 회전하는 제1 롤(14)을 도시하는 반면, 다른 실시 형태에서 제2 롤(16)이 웨브(12)에 의해 감겨질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 3가지의 롤 또는 5가지의 롤 코팅과 같은 더욱 복잡한 롤 배열에서 단지 하나의 롤이 웨브(12)에 의해 감겨질 하나 이상의 닙이 존재할 수 있음을 이해해야 한다. 이들 더욱 복잡한 시스템에서, 각각의 닙은 선택적으로 웨브(12)를 이용하여 제1 롤(14) 및 제2 롤(16)의 조립체로서 처리될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에서 다양한 예상치 못한 결과 및 이점이 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시 형태의 이러한 예상치 못한 결과 중 하나는 매우 얇고 연속적인 액체 코팅이 리빙 결함과 같이 제어된 결함 수준으로 기판으로 이송될 수 있다는 것이다. 일부 실시 형태에서, 높은 라인 속도에서의 리빙 결함의 현저한 감소(예를 들어, 더 아래의 실시예에서 언급되는 바와 같이 훨씬 덜 세장된(elongated) 립)가 관찰될 수 있다. 이에 따라 놀랍게도 얇은 금속 쉘의 스킨이 변형가능한 롤(예를 들어, 도 2의 제2 롤러(16))의 유효 듀로미터(effective durometer)를 이론적으로 증가시켜야 하는 것으로 제시된다. 증가된 유효 듀로미터는 학술 문헌(예를 들어, 마르시오 카발호(Marcio Carvalho), 미네소타 대학으로부터의 박사 논문, 1996 참조)에 공지된 리빙에 대한 증가된 경향을 야기할 수 있고, 얇은 금속 쉘이 존재할 때 리빙 결함이 더 두드러지 것으로 예상할 수 있다. 이론에 구애됨 없이, 관찰된 예상치 못한 결과는 롤 코팅에서의 미스팅에 상당한 영향을 미칠 수 있는 립의 특성의 변화 때문일 수 있는 것으로 여겨진다. 본 발명에서, 립은 얇은 금속 쉘을 이용함으로써 훨씬 덜 세장되고, 새틀라이트 액적(satellite drop)을 배출할 가능성은 상당히 적다.
본 발명의 실시가 이하의 상세한 실시예들과 관련하여 추가로 기술될 것이다. 이들 실시예는 다양한 특정한 그리고 바람직한 실시 형태 및 기술을 추가로 예시하기 위해 제공된다. 그러나, 본 발명의 범주 내에 있는 반면 많은 변형 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
실시예
이들 실시예는 단지 예시적 목적을 위한 것이며, 첨부된 청구범위의 범주에 대해 과도하게 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에 기술된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 본질적으로 그의 각자의 시험 측정값에서 발견되는 표준 편차로부터 필연적으로 유래하는 소정의 오차를 포함한다. 최소한으로, 그리고 청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 숫자의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.
실시예 1
일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 코팅 장치가 구성되었다. 제2 롤러(16)를 제조하기 위하여, 미국 펜실베니아주 브래드포드 소재의 루미나이트 프로덕츠 코포레이션(Luminite Products Corporation)으로부터의 로드'엔'록(Load'n'Lok)으로 구매가능한, 약 15 cm 내지 20 cm의 폭 및 약 10 cm 내지 15 cm의 외경을 갖는 고무 슬리브가 얻어졌다. 고무 슬리브는 고무가 요홈 내에서 변형되도록 허용할 수 있는 표면 텍스쳐(예를 들어, 요홈)를 가지며, 고무가 이의 외부 표면 근처에서 더욱 압축될 수 있다. 이 처리는 후술된 고무 슬리브와 금속 쉘 사이의 끼워맞춤이 전체 접촉 영역에 걸쳐 균일한 것을 보장하는데 유용하다고 여겨진다.
약 12 cm 내지 18 cm의 폭, 약 10 cm 내지 15 cm의 내경, 및 약 0.1 mm 내지 0.5 mm의 두께의 니켈 쉘이 고무 슬리브 상으로 미끄러져서 이들 사이에 억지 끼워맞춤이 달성되었다.
이 롤과 직경이 90 mm인 강성의 스테인리스 스틸 백업 롤 사이에서 닙이 생성되었다. 스틸 롤은 전술된 슬리브 구성과 접촉하여 약 1 mm 내지 5 mm의 풋프린트를 생성한다. 고무 하부층 주위에서 슬리브의 원래의 위치로부터 변위 가능성을 추적하기 위하여 니켈 외측의 고무 상으로 그리고 니켈 표면의 하나의 에지를 가로질러 얇은 적색 마크가 배치되었다. 그 뒤, 코팅 롤은 적색 마크의 위치를 추적하면서 0" 내지 최대 0.020"(0.051 cm)의 간격으로부터 임프레션의 다양한 수준에서 그리고 1 m/분 내지 30 m/분 범위의 속도로 함께 회전하였다. 추가로, 2개의 롤 사이의 간격의 비틀림(skew)이 제공되었고, 이는 닙의 좌측과 우측 사이의 0.010"(0.0254 cm) 차이만큼 심했다. 니켈 쉘은 임의의 이들 경우에 이의 원래의 위치에서 이동하지 않았고, 이는 니켈을 고무 표면 상으로 장착하는 강력한 해결방법이라는 것을 나타낸다.
실험은 리빙 결함에 영향을 미치거나, 이를 변경하거나, 또는 이를 조절하는 장치의 능력을 결정하기 위하여 수행되었다. 전술된 바와 같이 이 실시예의 니핑된 롤러는 후술된 바와 같이 코팅 공정에서 이용되었다. 니핑된 롤러는 약 13.5 m/분의 웨브 속도에 대응할 수 있는 속도로 회전하였다. 미국 메사추세츠주 미들보로 소재의 브룩필드 엔지니어링 래보러토리즈(Brookfield Engineering Laboratories)로부터 CAP8L 유체로 구매가능한 약 5,313 cP의 점도를 갖는 수 mL의 광유가 스틸 롤 상으로 분배되어 결국 코팅 비드를 형성하고 코팅 공정을 시뮬레이팅하였다. 이 코팅 속도 및 점도에 대해, 약 40의 모세관수(Ca)가 계산될 수 있다. 미국 캘리포니아주 샌디에고 소재의 포트론(Photron)으로부터의 패스트캠 울티마(FASTCAM ULTIMA) APX로 구매가능한 고속 카메라가 500 프레임/초로 닙의 이미지를 캡쳐하는데 이용되었다(도 1의 V의 관점에서). 이 레코딩의 대표적인 프레임은 도 3과 같이 제시된다. 리빙의 정도는 최소인 것으로 관찰될 것이다.
비교예 C1
이 비교예는 니켈 쉘이 고무 롤에 적용되지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다. 카메라로부터의 대표적인 프레임이 도 4에 제시된다. 실시예 1과 비교하여 리빙은 약간 더 두드러짐을 보일 것이다.
실시예 2
이 실시예는 닙의 회전 속도가 15 m/분의 라인 속도를 나타내기 위해 증가된 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다. 따라서, 공정에 대한 약 45의 모세관수(Ca)가 계산될 수 있다. 카메라로부터의 대표적인 프레임이 도 5에 제시된다.
비교예 C2
이 비교예는 니켈 쉘이 고무 롤에 적용되지 않은 것을 제외하고 실시예 2와 동일하다. 카메라로부터의 대표적인 프레임이 도 6에 제시된다. 도 5에 도시된 바와 같이 실시예 2에 대한 결과를 비교하면 리빙은 훨씬 더 두드러지고, 예를 들어, 백색 선으로 도시된 립은 도 6의 기계 방향으로 따라 더욱 세장된 것으로 보일 것이다.
실시예 3
이 실시예는 닙의 회전 속도가 30 m/분의 라인 속도를 나타내기 위해 증가된 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다. 따라서, 약 90의 공정에 대한 Ca가 계산될 수 있다. 카메라로부터의 대표적인 프레임이 도 7에 제시된다.
비교예 C3
이 비교예는 니켈 쉘이 고무 롤에 적용되지 않은 것을 제외하고 실시예 3과 동일하다. 카메라로부터의 대표적인 프레임이 도 8에 제시된다. 실시예 3과 비교하여 리빙은 훨씬 더 두드러지고, 예를 들어, 백색 선으로 도시된 립은 도 7의 기계 방향을 따라 훨씬 더 세장된 것으로 보일 것이다.
도 3 내지 도 8에 도시된 모든 실시예에 대한 결과를 보면, 상대적으로 더 느린 속도(예를 들어, 도 3 및 도 4에서 13.5 m/분에서)에서, 리빙 불안정성 자체는 실시예 1 내지 실시예 3 및 대응하는 비교예 C1 내지 비교예 C3에 대해 대략 동일한 정도로 나타나도록 보이며 립의 특성 차이는 미세한 것으로 보인다. 그러나, 시스템의 속도(또는 모세관수)가 증가함에 따라, 비교예 C1 내지 비교예 C3의 고무 롤 상에 존재하는 립은 연장되고 닙을 넘어서 잘 병진운동하는 반면, 실시예 1 내지 3의 니켈이 덮인 고무 롤 상의 립은 라인 속도에 따라 실질적으로 변화하지 않는다. 이 차이는 이 특정 실시예에서 대략 40의 상기 시스템에 대한 모세관수(Ca)를 초과하여 발생되는 것으로 보인다. 따라서, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 코팅 장치는 미리 결정된 라인 속도로 서로 접촉하여 제1 및 제2 롤을 회전시키기 위한 수단을 포함할 때 특히 효과적인데, 여기서 코팅 재료의 점도 및 미리 결정된 라인 속도는 코팅에 대한 계산된 Ca가 실시예 1 내지 실시예 3에 대해 대략 40인 임계 값보다 크도록 한다.
실시예 1 내지 실시예 3에 대해 도시된 결과가 립을 완벽히 제거할 수 없는 반면, 얇은 금속 쉘의 사용은 리빙 결함의 특성 거동을 기본적으로 변경할 수 있도록 하며, 그 결과 특히 라인 속도가 임계값 초과로 증가할 때(예를 들어, 40의 모세관수에 대응하는 13.5 m/분) 종래의 고무 롤 코팅 시스템에 대해 훨씬 더 균일한 코팅을 형성한다.
실시예 4
이 실시예에서, 코팅 장치는 웨브라인(webline) 상의 강성 스틸 롤과 변형 가능한 롤(표 1에 기술된 특성을 가짐)을 결합시킴으로써 생성되었다. 이 실시예에서 사용된 구성은 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 C1 내지 비교예 C3에서 사용된 구성과 유사하다. 기판(듀퐁(DuPont) ST-505 필름)은 스틸 롤 주위에 감겼고 웨브라인을 통하여 2.7 m/분의 속도로 이송되었다. 변형가능한 롤은 또한 이 실시예에서 2.7 m/분으로 회전되었다. 코팅 액체(맥더미드 프린트 앤드 필(MacDermid Print and Peel), 25 고체 중량%)는 시린지를 이용하여 닙의 상류 단부에 적용되었고, 그 후에 액체가 닙을 통과하고 필름 분할을 겪어서 부분적으로 기판 상으로 이송되었다. 그 후 코팅 액체 및 기판은 오븐을 통해 이송되어 코팅이 건조되었다. 건조된 코팅 두께는 4"×6" 다이 컷을 이용하여 측정되었고, 습식 코팅 두께는 이 건조 측정값 및 알려진 고체 함량을 기준으로 계산되었다. 이 공정은 최소 습식 코팅 두께가 요약된 아래의 표 1에 나열된 각각의 롤을 사용하여 다양한 임프레션 수준에 대해 반복되었다. 이들 실험으로부터의 상세한 결과값이 표 2에 제시된다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
본 명세서의 전체에 걸쳐 "일 실시 형태", "소정 실시 형태", "하나 이상의 실시 형태" 또는 "실시 형태"에 대한 언급은, 용어 "실시 형태"에 선행하는 용어 "예시적인"을 포함하든 포함하지 않든 간에, 그 실시 형태와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 소정의 예시적인 실시 형태들 중 적어도 하나의 실시 형태에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서의 "하나 이상의 실시 형태에서", "소정 실시 형태에서", "일 실시 형태에서" 또는 "실시 형태에서"와 같은 어구의 표현은 반드시 본 발명의 소정의 예시적인 실시 형태들 중 동일한 실시 형태를 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징, 구조, 재료, 또는 특성은 하나 이상의 실시 형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서가 소정의 예시적인 실시 형태를 상세히 기재하고 있지만, 당업자라면 전술한 내용을 이해할 때 이들 실시 형태에 대한 변경, 변형 및 등가물을 용이하게 안출할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 따라서, 본 발명이 상기에 기술된 예시적인 실시 형태로 부당하게 제한되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 숫자를 포함하도록 의도된다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 및 5를 포함함). 또한, 본 명세서에 사용된 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 가정된다.
또한, 본 명세서에서 참고된 모든 간행물 및 특허는 각각의 개별 간행물 또는 특허가 참고로 포함되는 것으로 구체적이고 개별적으로 지시된 것과 동일한 정도로 전체적으로 참고로 포함된다. 다양한 예시적인 실시 형태를 기재하였다. 이들 및 다른 실시 형태는 하기 청구범위의 범주 내에 있다.

Claims (20)

  1. 제1 롤, 제2 롤, 및 상기 제1 롤과 상기 제2 롤 사이에 형성된 닙(nip)을 제공하는 단계;
    상기 닙에 코팅 액체를 공급하는 단계; 및
    상기 닙을 통하여, 액체 코팅의 실질적으로 균일한 층으로 상기 코팅 액체를 평활화하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 롤은 얇은 금속 쉘 및 탄성 층을 포함하고, 상기 얇은 금속 쉘은 그 아래의 상기 탄성 층을 둘러싸고, 상기 얇은 금속 쉘은 상기 얇은 금속 쉘이 상기 제2 롤과 접촉할 때 상기 닙에서 탄성 변형될 수 있도록 상기 탄성 층과 일체로 편향될 수 있고,
    상기 액체 코팅의 층은 기판으로 이송되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 상의 상기 액체 코팅의 층은 약 5 미크론 이하의 두께를 갖는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 얇은 금속 쉘은 상기 제1 롤로부터 제거가능하도록 구성되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 롤은 강성의 중심 코어를 추가로 포함하고, 상기 탄성 층은 상기 강성의 중심 코어의 주연부 주위에서 실질적으로 균일한 두께를 갖는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 무한 길이의 웨브(web)이고, 상기 방법은 상기 제1 롤과 상기 제2 롤 중 하나의 롤 주위에 상기 웨브를 감는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 롤과 상기 제2 롤 중 하나의 롤이 회전하는 라인 속도를 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 코팅 액체의 점도와 미리 결정된 라인 속도는 상기 코팅에 대한 계산된 모세관수(capillary number)(Ca)가 임계값(critical value)보다 크도록 하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 모세관수(Ca)의 임계값은 약 0.1 내지 약 2의 범위에 있고, 상기 모세관수(Ca)는 500 이하인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얇은 금속 쉘은 니켈을 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얇은 금속 쉘은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 두께를 갖는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 층은 압축가능하고, 상기 얇은 금속 쉘과 상기 탄성 층 사이에서의 미끄러짐을 방지할 수 있는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 층은 패턴화된 엘라스토머를 포함하는, 방법.
  12. 얇은 금속 쉘 및 탄성 층을 포함하는 제1 롤로서, 상기 얇은 금속 쉘은 그 아래의 상기 탄성 층을 둘러싸고 상기 얇은 금속 쉘은 상기 탄성 층과 일체로 편향될 수 있는, 상기 제1 롤;
    상기 제1 롤과 함께 닙을 형성하는 제2 롤로서, 상기 얇은 금속 쉘이 상기 제2 롤과의 접촉에 의해 상기 닙에서 탄성 변형될 수 있는, 상기 제2 롤; 및
    상기 닙 내에 코팅 액체를 공급하도록 배치된 액체 전달 시스템을 포함하는, 코팅 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 얇은 금속 쉘은 상기 탄성 재료의 층으로부터 제거가능하도록 구성되는, 코팅 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제1 롤은 강성의 중심 코어를 추가로 포함하고, 상기 탄성 층은 상기 강성의 중심 코어의 주연부 주위에서 실질적으로 균일한 두께를 갖는, 코팅 장치.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얇은 금속 쉘은 니켈을 포함하는, 코팅 장치.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얇은 금속 쉘은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 두께를 갖는, 코팅 장치.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얇은 금속 쉘의 두께와 상기 제1 롤의 직경 사이의 비율은 1:15000 내지 1:80인, 코팅 장치.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 롤은 강성 롤인, 코팅 장치.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 미리 결정된 라인 속도로 상기 제1 및 제2 롤 중 하나의 롤을 회전시키도록 구성된 회전 메커니즘을 추가로 포함하고, 코팅 재료의 점도와 상기 미리 결정된 라인 속도는 상기 코팅에 대한 계산된 모세관수(Ca)가 임계값보다 크도록 하며, 상기 임계값은 약 0.1 이상인, 코팅 장치.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 층은 압축가능하고, 상기 얇은 금속 쉘과 상기 탄성 층 사이에서의 미끄러짐을 방지할 수 있는, 코팅 장치.
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