(57)【要約】【課題】カーテンの安定性を向上する液膜コーティング方法を提供する。【解決手段】液膜コーティング方法は、（ａ）少なくとも１種の塗布液（１）からなるカーテン（５）を、該カーテン（５）に対して直角に搬送される被塗布物（１０）上に注ぎ、（ｂ）その結果、流体被膜（６）を被塗布物（１０）上に形成するようにし、（ｃ）多くとも４０ｍＮ／ｍの表面張力を有する有機キャリア液と、塗布剤との混合物を、塗布液（１）として使用し、（ｄ）次いで、流体被膜（６）を凝固するようにした方法である。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）少なくとも１種の塗布液（１）からなるカーテン（５）を、該カーテン（５）に対して直角に搬送される被塗布物（１０）上に注ぎ、
（ｂ）その結果、流体被膜（６）を前記被塗布物（１０）上に形成するようにし、
（ｃ）前記被塗布物（１０）上で凝固可能な有機液体、又は塗布剤と有機液体との混合物を、前記塗布液（１）として使用し、
（ｄ）前記有機液体は、多くとも４０ｍＮ／ｍの表面張力を有し、
（ｅ）次いで、前記流体被膜（６）を凝固させるようにしたこと
を特徴とする液膜コーティング方法。
【請求項２】
前記有機液体は、多くとも３５ｍＮ／ｍの表面張力を有することを特徴とする請求項１記載の液膜コーティング方法。
【請求項３】
前記有機液体は、湿潤剤を含まないことを特徴とする請求項１又は２記載の液膜コーティング方法。
【請求項４】
前記有機液体を、前記被塗布物（１０）上に混合物で形成された前記流体被膜（６）から蒸発により除去し、該流体被膜（６）を凝固させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【請求項５】
加熱により重合可能な液体を前記有機液体として使用し、該有機液体を重合することで前記被塗布物（１０）上に形成した前記流体被膜（６）を凝固させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【請求項６】
放射、好ましくはＵＶ放射又は電子ビームにより重合可能な液体を前記有機液体として使用し、該有機液体を重合することで前記被塗布物（１０）上に形成した前記流体被膜（６）を凝固させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【請求項７】
前記カーテン（５）は、塗布液からなる単層を有することを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【請求項８】
前記カーテン（５）は、前記塗布液（１，２，３，４）からなる複数層により構成されるか、或いは前記塗布液（１，２，３，４）からなる複数層を含有し、前記複数層の前記塗布液（１，２，３，４）の各々は、請求項１乃至６のうちの何れかに係る塗布液（１，２，３，４）であることを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【請求項９】
前記複数層の前記塗布液（１，２，３，４）を形成又は共同で形成する複数種の有機液体の各々は、各他の前記有機液体の表面張力に対して、多くとも５ｍＮ／ｍ、好ましくは多くとも２ｍＮ／ｍ分、異なる表面張力を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【請求項１０】
前記複数層の前記塗布液（１，２，３，４）全ての有機液体は、同一の表面張力を有することを特徴とする請求項１乃至９のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【請求項１１】
前記複数層の前記塗布液（１，２，３，４）のうちの少なくとも１つは、塗布剤と有機液体との混合物であることを特徴とする請求項８乃至１０のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【請求項１２】
前記複数層の複数種の前記塗布液（１，２，３）は、塗布剤と同一の有機液体との各混合物であり、前記混合物の少なくとも１つの塗布剤は、少なくとも１つの他の混合物の塗布剤と異なることを特徴とする請求項１１記載の液膜コーティング方法。
【請求項１３】
前記複数層の前記塗布液（１，２，３，４）の各々は、塗布剤と同一の有機液体との混合物であることを特徴とする請求項１２記載の液膜コーティング方法。
【請求項１４】
前記各混合物の塗布剤は、他の前記各混合物の塗布剤と異なることを特徴とする請求項１２又は１３記載の液膜コーティング方法。
【請求項１５】
前記複数層の前記塗布液（１，２，３，４）の少なくとも１つは、エネルギーの導入、好ましくは重合により凝固可能な有機液体であることを特徴とする請求項１乃至１２のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【請求項１６】
前記複数層の前記塗布液（１，２，３，４）は、全てエネルギーの導入、好ましくは重合により凝固可能な有機液体であり、互いに隣い合う少なくとも２種の前記有機液体は、互いに異なることを特徴とする請求項８乃至１０のうちの何れか記載の液膜コーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被塗布物、特に、例えば、紙やボール紙材、プラスチックフィルム、金属箔や金属帯、又はウェブ状の複合材料などのウェブ状基板に対して、単層又は多層の液膜のコーティングを施す液膜コーティング方法に関する。なお、この被塗布物は、個別の成形品であっても良い。
【０００２】
【従来の技術】
液膜コーティング方法は、カーテン塗布方法とも呼ばれ、約１００年近く前から知られている。初期においては、この方法は、特許文献１で開示されているように、例えば、容器に詰められたチョコレートや家具部品などの個別の成形品に対して単層のコーティングを施すのに用いられていた。そして、約１９６０年以降には、この方法は、ボール紙材やアルミ箔などからなる長尺な帯をコーティングするのにも用いられるようになった。この点は、例えば、非特許文献１に記載されている。具体的には、技術的に高度に開発された最初のカーテン塗布方法は、長尺な基板、特に写真用フィルム上に、単層又は同時に複数層の液膜を形成可能とするものであり、特許文献２にて開示されている。また、磁気記録材を製造するためのコーティングの一例が特許文献３に開示されている。さらに、感熱記録材やインクジェット記録材を製造するためのコーティングの一例が特許文献４に開示されている。
【０００３】
これら多くの塗布方法の共通点は、水性キャリア液が単体の塗布液又は複数種の塗布液用の特定の塗布剤に用いられることである。ここで、このキャリア液の表面張力及びその結果として生じる特定の塗布液の表面張力を所望レベルに設定するために、湿潤剤が塗布液すなわち水性キャリア液に添加される。湿潤剤は、キャリア液の表面張力を下げる働きをする。例えば、特許文献４によれば、塗布液内のキャリア液は、被塗布物上の最下層を形成し、当該キャリア液の表面張力は、１８ｍＮ／ｍ〜４５ｍＮ／ｍである。また、特許文献４によれば、表面張力の傾斜は、複数の塗布液からなる多層内に亘っており、被塗布物上の上部塗布層を形成する塗布液は、被塗布物上の下方側塗布層を形成する塗布液よりも表面張力が低くなっている。
【０００４】
【特許文献１】
ドイツ特許第１４５　５１７Ａ号
【非特許文献１】
Ｃ．Ｃ．Ｐｏｉｒｉｅｒ著「段ボール板のカーテン塗布（Ｃｕｒｔａｉｎ　Ｃｏａｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ　Ｐａｐｅｒ　Ｂｏａｒｄ，）」ＴＡＰＰＩ，４９（１０）：６６Ａ−６７Ａ。
【特許文献２】
米国特許第３，５０８，９４７号
【特許文献３】
米国特許第５，０４４，３０５号
【特許文献４】
ドイツ特許第１００　３３　０５６Ａ１号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコーティング方法では、特に多層カーテンの場合、また単層カーテンの場合においても、カーテンの安定性という点で問題があるということが経験上わかっていた。この問題は、層厚が薄いほど厳しくなり、また被塗布物の搬送速度が遅いほど厳しくなり、特に層厚が薄く搬送速度が遅いといった両条件が揃った場合には著しく厳しくなる。しかも、単体の塗布液又は複数種の塗布液から一層毎に積層されてなるカーテンは、製造条件によって裂けやすい傾向がある。
【０００６】
そこで、本発明は、液膜コーティング方法においてカーテンの安定性を向上することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多層液膜のコーティング方法に関し、少なくとも１種の塗布液からなるカーテンを、当該カーテンに対して直角に搬送される被塗布物上に注ぎ、その結果流体被膜を被塗布物上に形成する。このとき、塗布されている被塗布物の搬送方向は、カーテンに対して垂直であると良く、また垂直方向より外れる傾斜を持っていても良い。その後、この被塗布物上に形成される流体被膜を凝固する。
【０００８】
本発明によれば、塗布液は、１種の有機液体又は複数種の有機液体に基づいて構成される。１種の有機液体又は複数種の有機液体は、化学反応により凝固可能なものであり、且つそれ自身で塗布剤又はその一部を形成するものであると良い。あるいは、複数種の有機液体は、１種の揮発性キャリア液又は複数種の揮発性キャリア液であり、それ自身で塗布剤の一部をなさないものであっても良い。ここで、凝固後に塗布膜又は塗布膜中の単層を形成する材料を、本発明に係る塗布剤と呼ぶものとする。この塗布剤は、例えば、結合剤、色素、及び添加剤などから構成することができ、あるいは所望の機能を帯びる他の材料で構成することもできる。したがって、大抵の場合、塗布液は、異なる複数の物質の混合物であり、特に、本発明では、これら物質のうちの少なくとも１つが有機液体である。この有機液体は、塗布剤、又は塗布剤の一部、又は塗布剤用のキャリア液を形成することができる。そして、これら物質の混合物は、例えば、懸濁液又は乳剤などの液体、すなわち分散液であると良い。
【０００９】
ここで、混合物として形成された塗布液中の有機キャリア液は、塗布剤が有機液体で形成されている場合、その表面張力が多くとも４０ｍＮ／ｍ、つまり４０・１０―３Ｎ／ｍである。以下、化学反応により凝固可能な有機液体及び有機キャリア液を単に有機液体と呼ぶものとする。なお、この「有機キャリア液」という用語は、対象の有機液体が塗布後の例えば蒸発などにより塗布液から取り除かれた際のみに用いるものとする。
【００１０】
特に、湿潤剤は、キャリア液として水や水溶液を用いた場合に表面張力を低下させるのに用いることができるものであるが、有機液体を用いることで湿潤剤を使用しないで済む。その結果、特に本発明の好ましい実施形態では、有機液体は湿潤剤を含まない。
【００１１】
例えば、ケトン、アルコール、エステル、脂肪族及び芳香族炭化水素、及びエーテルなどの有機液体は、本発明で必要な表面張力を本質的に有しており、そのため、複数種の塗布液を用いた場合に、被塗布物上の膜内で均一性に優れた多層を形成することができるようになる。またこの均一性は、特に、薄い層厚でウェブ搬送速度が遅い場合でも満足のゆく形態で得ることができる。よって、これにより、水性キャリア液と比較して、カーテン塗布方法における稼動応用例の窓口を決定的に広げたことになる。
【００１２】
有機キャリア液は、加熱により蒸発するキャリア液であると良い。これにより、塗布液から形成される単層又は多層の被膜が、熱により即ちキャリアの除去により凝固する。
【００１３】
その代わりに、塗布液は、エネルギーを導入することで凝固可能であり直接的に塗布剤を形成する揮発性物質を含まない有機液体であっても良い。あるいは、特にモノマーやオリゴマーなどの有機液体、すなわち反応性有機液体を含むものであっても良い。また、本発明の実施形態では、有機液体は、当該有機液体を加熱し重合することで対象とする被膜又は層のみを凝固するため、加熱により重合可能である液体であると良い。有機液体は、ＵＶ照射又は電子ビームにより重合可能な液体であると有利である。これにより、塗布液から形成される単層の被膜又は多層の被膜は、結果的に対応する照射により重合可能且つ凝固可能となる。
【００１４】
本発明は、特に多層の被膜を形成するのに適している。複数層の被膜の全て又は一部は、それぞれ異なる塗布液により形成することができる。また、同一の塗布液から２層以上の複数層を形成することもできる。ただし、塗布液を形成するか或いは塗布液を他の物質と共同に形成する複数種の有機液体は各々、表面張力が多くとも４０ｍＮ／ｍである有機液体であることが特に好ましい。換言すれば、このようにして本発明に係る複数種の塗布液の各々が形成される。複数種の塗布液は、好ましくは、有機キャリア液のみと共に構成されるか、それを含むと良く、あるいは重合により凝固する有機液体だけであっても良い。ただし、原則として、特に２種類の塗布液で同一のカーテン内の異なる層を形成するようにしても良い。
【００１５】
カーテンを形成する複数種の塗布液は、異なる複数の塗布剤だけでなく、異なる複数種の有機液体と共に形成される。ただし、この場合、異なる複数種の有機液体は、少なくとも実質的に等しい表面張力を有するものとする。仮に、混合物中の複数種の有機キャリア液あるいは塗布剤を直接又は一部形成する複数種の有機液体が異なる表面張力を有する場合、表面張力の差異は、５ｍＮ／ｍ超であってはならず、好ましくは２ｍＮ／ｍ超であってはならない。特に好ましくは、全ての有機溶液が等しい表面張力を有することである。なお、等しい表面張力又は少なくとも実質的に等しい表面張力を有するためには、大抵の場合、同一の有機液体を用いて混合物を構成することで実現可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、添付図面及びグラフに基づいて説明する。なお、以下に開示する特徴は、本特許請求の範囲の対象を個別に好ましく変形した形態を示すものであり、また当該特徴の如何なる組み合わせも可能である。
【００１７】
図１に、複数種の塗布液からなる多層カーテンにより液膜を形成する塗布装置を示す。
【００１８】
この塗布装置は、複数種の塗布液からカーテンを生成するノズル手段１１を備える。なお、本実施形態では、４種の異なる塗布液１〜４からカーテンを生成するものとする。ただし、以下の説明は、例えば、１種の塗布液からカーテンを構成する場合といった、４種より少ない種類の塗布液を用いる場合にも適用可能とする。また、４種以上の異なる塗布液を用いてカーテンを構成する場合にも適用される。このようなカーテンは、１０又はそれ以上の多層で構成することもできる。このとき、カーテン中の異なる塗布液の種類数は、同様に高い値とすることも可能である。
【００１９】
ただし、ノズル手段１１は、多層連続ノズルの場合、例えば多重溝を有するスロットノズルで構成することができる。塗布液１〜４は、ノズル１１に別々に供給され、各特定の消費量に応じた供給量で供給される。このようなノズル手段は、公知のものであり、それ故これ以上の詳細な説明は必要ないであろう。
【００２０】
ウェブ材１０は、ノズル手段１１に対面する被塗布面を有し、図中Ｆの搬送方向に搬送手段によりノズル手段１１下を絶え間なく搬送される。このウェブ材１０は、例えば、紙ウェブ、プラスチックフィルム、又は金属箔などで構成することができる。
【００２１】
ノズル手段１１は、ウェブ材１０に対して直角な方向に互いに平行に延びる複数の溝を構成しており、これら溝は、搬送方向Ｆに沿って続いて配置される。そして、これら溝を通して塗布液１〜４が排出され、ウェブ材１０から離間して対面するノズル手段１１の上面側で排出された後、搬送方向Ｆに沿って流れる。このように複数の溝が搬送方向Ｆに沿って続いて配置されているため、多層液膜がノズル手段１１の上面側で生成される。ここで、ノズル手段１１の上面で生成された液膜は、後段でウェブ材１０の被膜となる層構造を既に有している。この多層液膜は、ノズル手段１１の上面でウェブ材１０の搬送方向Ｆに沿ってノズル手段１１の前面ノズル口１５まで流れる。そして、ノズル口１５から離れた後、多層液膜は、ノズル口１５下で搬送されるウェブ材１０上に実質的に垂直に自由落下してカーテン５を形成し、次いで（ウェブ材の）上面に到達し、多層の流体被膜６を形成する。ここで、カーテン５の幅、すなわち搬送方向Ｆに直角な方向に計測して得られる幅は、両側端部７により予め設定される。
【００２２】
ウェブ材１０に形成された流体被膜６は、例えば、乾燥などにより連続的に凝固する。
【００２３】
塗布装置は、さらに、ノズル手段１１の下方に配置され、周りにウェブ材１０を這わす注入ローラ１２を備える。そして、カーテン５は、注入ローラ１２から離れつつも当該注入ローラ１２により支持されるウェブ材１０のウェブ領域上面に到達する。さらに、一体型の吸引装置１４を有する収集トレイ１３が、注入ローラ１２の外側でカーテン５がウェブ材１０に到達するライン上の上流側に配置されている。この収集トレイ１３を用いることで、カーテン液膜を形成するだけでなく、ノズル手段１１を満たしたり洗浄したりすることもできる。この場合、ノズル手段１１は、操作工程中において、ノズル口１５から離れた塗布液がその直下にあるトレイ１３内に直接落下するような置き場所に水平方向に押し戻される。
【００２４】
さらに、注入ローラ１２と対向して配されるトレイ１３の壁部は、トレイ１３と注入ローラ１２との間に狭くて精密で同中心なギャップを形成するように、或いはウェブ材１０が注入ローラ１２周りを覆うように設計される。ここで、このギャップの幅は、小さくなければならず、好ましくは０．５ｍｍが良い。これにより、トレイ１３は、その底面でドクター効果を発揮し、この効果でコーティングされていないウェブ材１０に載った境界空気層の実質的な一部が除去できる。すなわち、この境界空気層は、ドクター効果により除去される。さらに、トレイ１３と注入ローラ１２との同中心なギャップ間に入り込む境界空気層の一部は、吸引装置１４により外部真空源で吸い出される。ここで、吸引装置は、比較的狭い溝と比較的大きな通路とを備える（真空掃除機の原理）。このような境界空気層の実質的部分をドクター効果及び吸引装置により除去及び吸い出すことによって、ウェブ材１０を高速で、しかも衝突するカーテン５の湿潤ラインに沿ってカーテン５とウェブ材１０との間に残留する境界空気層を取り込むことなく、カーテン塗布工程を稼動させることもできる。なお、この湿潤ラインは、ウェブ材１０に対して直角に延びている。
【００２５】
塗布液１〜４の各々は、同時に塗布剤又はその一部として形成される有機液体であるか、又はそれを含有する。あるいは、塗布液１〜４の各々は、キャリア液中に塗布剤を溶解する場合にその溶媒として呼べる有機キャリア液と、塗布剤との混合物であっても良い。塗布液１〜４の全ては、仮に混合物である場合、例えば、乳剤や懸濁液などの分散液か或いは溶液であると良い。よって、塗布液１〜４の１つ以上の液体が溶液であるか、或いは塗布液１〜４のうちの別の液体又は複数の他の塗布液１〜４が分散液であるとなされた混合形態は何れも可能である。また、多層内の１つ以上の層は混合物であっても良いし、また別の層や複数の他の層が塗布剤又はその一部を形成する有機液体であっても良い。しかしながら、何れの液体も又は主体となる液体は、カーテン５の安定性を保証するような有機特性を有していることが必須である。たとえ、塗布液の液体の何れかが水性であると一般的に分類されるものであっても、カーテン５を形成する塗布液１〜４の液体が例外なく有機特性を有していればより好ましい。
【００２６】
上述したように、カーテンの安定性は、カーテン塗布方法において重要な点である。カーテン液、例えばカーテン５は、長時間の稼動時間、例えば数時間に亘って、確実に現存する妨害作用により裂けないほどの安定性があるとものして特徴付けられる。そして、このようなカーテンはまた製造に適しており、個別の被膜用にも使用可能である。
【００２７】
本発明では、特に動的工程を減らしたり理想的には完全に回避したりすることができた場合、使用液体の表面張力が多くとも４０ｍＮ／ｍの低い値であることがカーテンの安定性にとって好ましいことが分かった。ここで、動的工程とは、カーテンの液層内及び液層間における流下工程及び拡散工程のことである。本発明によれば、このような動的工程は、単層カーテンの場合における有機特性を有する液体や、多層カーテンの場合における有機特性を有する複数の液体の大部分、好ましくは全液体によって、実際上重要でない程度に抑えることができる。なお、多層被膜を異なる複数の塗布剤を用いて成膜可能であるならば、表面張力の特性を保持するために一種の有機溶液だけを用いて、他の各種塗布剤との混合物を構成することで、カーテン用の異なる複数の塗布液の各々を作成しても良い。
【００２８】
カーテン液における時間依存の流下工程及び拡散工程の問題点は、主に例えば次の文献で報告されている。「界面活性剤：静的及び動的表面張力（Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ：Ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｔｅｎｓｉｏｎ，）」Ｙ．Ｍ．Ｔｒｉｃｏｔ著，液膜コーティング（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｆｉｌｍ　Ｃｏａｔｉｎｇ），Ｃｈａｐｔｅｒ　４，Ｃｈａｐｍａｎ＆Ｈａｌｌ，Ｌｏｎｄｏｎ。新たに形成された表面の表面張力は、水溶液の場合、材料の時間依存的な動的特性を結果的に帯びるものである。というのも、表面内に含まれる表面活性分子がまず最初に液体内部から表面に拡散し、その後、それらが吸収されて表面張力を低下するようになる。とりわけ拡散工程は、液体の粘度や局所的な流れ状況により強力に影響を受けるものである。
【００２９】
図２は、自由液面の年齢に依存する、拡散工程の時間特性と湿潤剤の濃度との関係を示している。なお、拡散工程の時間特性は、使用される湿潤剤の種類すなわち分子構造や湿潤剤の濃度に依存することは知られている。この拡散工程の特性時間は、数秒で達成することもある。ただし、十分長い拡散時間の場合、平衡な表面張力、すなわち静的表面張力に到達する。よって、湿潤剤と混合する水性溶液では、静的表面張力に到達するまで表面張力が変化する。
【００３０】
図２によれば、特に、仮に迅速に拡散する湿潤剤が大量に添加された場合であっても対象とする水溶液の表面年齢が低いならば、４０ｍＮ／ｍ好ましくはそれ以下の低い表面張力に到達することが可能であることがわかる。しかしながら、たとえ湿潤剤を添加してカーテンの安定性を最適化しても、多くの可能な応用例において問題点或いは禁止事項がある。特に、湿潤剤は、例えば食料や薬などの包装材料において望ましくなく、米国のＦＤＡなどの認可された公共事業機関によって認められていない。仮に、湿潤剤分子が包装される製品と接触した場合、製品の中身を通過する湿潤剤分子によって製品の特性が変化しうる危険性があるからである。また、湿潤剤は、コーティング後に例えばインクジェット工程などで印刷される材料にとっても問題である。というのも、印刷対象の材料に対するインキの濡れ性及びインキの流れに悪影響を与える可能性があるためである。そこで、本発明は、これらの対応策を提供するものであり、特に、湿潤剤の使用を完全に諦めても最善の必要条件を的確に提供しうるものである。このため、本発明は、新たな応用分野、すなわち上述したように、特に大量生産に適したカーテン塗布工程への応用を広げたといえる。
【００３１】
拡散時間の特性は、カーテンの安定性を分析する場合、次のようにカーテンの落下時間特性と比較される。
【００３２】
すなわち、カーテンの落下時間は、カーテンの速度ＶＶに依存し、ノズルの種類に依存する初期速度Ｖ０、カーテンの高さｘ、及び重力加速度ｇによって、下記等式に基づき、ほぼ決定される。
【００３３】
【数１】
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【００３４】
なお、通常、初期速度Ｖ０は、実用上無視することができる。というのも、ノズルの種類に依存する因子は、大抵弱く、初期速度は通常等式（１）における重力因子よりも実質的に低いからである。
【００３５】
図３は、カーテンの落下高さｘに対する落下時間の依存性を表す典型的な一例を示している。カーテンの落下時間は、工業的に関連するカーテン高さの５０ｍｍ〜３００ｍｍに対して、結果的に５０ｍｓ〜２００ｍｓの範囲をとる。これは、特に拡散時間と比較して非常に短時間である。ここで、拡散時間は、カーテンの表面年齢が低いために重要となる多くとも４０ｍＮ／ｍ、好ましくはそれ以下の表面張力を発生させるのに必要な時間である。
【００３６】
次の文献、すなわち「カーテン塗布（Ｃｕｒｔａｉｎ　Ｃｏａｔｉｎｇ）」Ｋ．Ｍｉｙａｍａｏｔｏ及びＹ．Ｋａｔａｇｉｒｉ著、Ｃｈａｐｔｅｒ　１１ｃ：液膜コーティング（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｆｉｌｍ　Ｃｏａｔｉｎｇ），Ｃｈａｐｍａｎ＆Ｈａｌｌ，Ｌｏｎｄｏｎ，に記載されているように、カーテンの理論上の安定性基準は、下記式（２）により示すことができる。
【００３７】
Ｗｅ＝ρＱＶＶ／б＝ρＵＨＦＶＶ／б＞２　　（２）
【００３８】
Ｗｅは、慣性力と表面張力の比を示すディメンションレスなウエーバー数である。ρ及びбは、塗布液の濃度及び表面張力である。Ｑは、体積流と幅の比である。ＶＶは、式（１）によるカーテンの速度である。Ｕは、塗布されるウェブの速度である。ＨＦは、ウェブ上の被膜のウェット厚である。
【００３９】
カーテン塗布方法は、いわゆる予め計量される塗布工程の一種に属する。この方法では、必要な正確な量の塗布液がノズル手段へポンプで汲み上げられる。そのため、カーテン塗布方法は、ロール塗布方法、ドクターブレード塗布方法、又はエアナイフ塗布方法などの他の塗布方法と異なり、過剰な塗布液を伴うことなく実行することができる。したがって、質量保存の法則に基づいて、体積流Ｖ＊及び結果的に幅当たりの体積流Ｑは、次の等式（３）に従い、注入幅Ｗ、ウェブ速度Ｕ、及びウェット膜厚ＨＦに依存するものと推論できる。
【００４０】
Ｖ＊＝ＱＷ＝ＵＨＦＷ　　（３）
【００４１】
特に、幅当りの体積流Ｑは、ウェブ速度Ｕ及びウェット膜厚ＨＦにより、次のように決まる。
【００４２】
Ｑ＝ＵＨＦ　　（４）
【００４３】
等式（２）によれば、カーテンの安定性は、表面張力б及び体積流／幅Ｑに依存するものであるだけでなく、表面張力бが十分低い限りＱの値が低くても引き続き保証されるものであると推測できる。さらに、等式（４）によれば、所定のウェブ速度Ｕにおけるウェット厚ＨＦ、又は所定の膜厚ＨＦにおけるウェブ速度Ｕは、減少すればするほど、表面張力бが低くなることが推測できる。したがって、このカーテン塗布工程においてウェブ速度を非常に遅くした状態で非常に薄い層及び被膜を形成することは、均一性の著しく高度で且つ高品質な被膜を結果的に得ることができるため、工業的に非常に重要である。
【００４４】
米国特許第３，６３２，３７４号で開示するように、水溶液における幅当りの最小体積流Ｑは、約０．５ｃｍ２／ｓｅｃである。しかしながら、カーテンの安定性は、この最小値Ｑのままで長い稼動時間中ずっと維持されるものではほとんどありえない。工業上の応用を考えた場合の最小体積流Ｑは、キャリア液として水溶液を用いた場合、むしろ少なくとも１．０ｃｍ２／ｓｅｃである。ただし一方、このような高い値では、低いウェブ速度で薄層および特に複数の薄層を同時に製造することは不可能であり、カーテン塗布工程の工業上の応用において障害となることが多い。
【００４５】
また、本発明では、ドイツ特許第１００　３３　０５６Ａ１にて求められているような低い表面張力を有するのは、多層カーテンのうちの最下位層だけではないと判明した。表面張力が低いとカーテンの安定性を迅速に確立することができ、その効果は、カーテン表面における局所交差流、いわゆるマランゴニ流を回避する能力に依存する。ここで、この交差流は、外乱の結果としての表面張力の局所的差異によって発生するものである。一方、カーテン液膜は、外乱が作用しうる外表面を２つ有する。他方、多層構造の応用例においては、最外層間の層は、仮に最外層がもはや外乱に耐え切れなくなったときでもカーテンの安定性を引き続き保証できるような値にまで表面張力を迅速に低減することができなければならない。特に、本発明によれば、カーテンを構成する複数層が全て多くとも４０ｍＮ／ｍの低い表面張力を有するので、多層構造のカーテンが結果的に工業的に強固又は安定なものとなる。また、全体の層による表面張力は、好ましくは更にこれ以下であると良い。
【００４６】
ところで、例えば、図１に示すように、カーテン塗布方法を連続ノズルと組み合わせて水溶液に対して用いる従来の場合、更なる問題が発生する可能性がある。特に、このノズル構造では、ウェブ材１０の搬送方向Ｆの前面となる外側カーテン表面と背面外側カーテン表面との間の表面張力という点で非対称な状況が生じる。
【００４７】
図１から明らかなように、外側前面のカーテン表面は、最上層１の吐出部すなわち連続ノズル１１の傾斜面上の溝から始まる。層数に応じて、この面は、ノズル口１５から十分離れた位置に配することができる。仮に、３層の液層が形成される場合には、溝の出口とノズル口１５との距離は、例えば、約１５０ｍｍとなる。ノズル口１５の面側、すなわちカーテン５が始まる側の自由液膜面の年齢は、斜面上の多層液膜の流速により決まる。また、この流速は、塗布液の粘度、濃度、体積流、及び斜面の傾斜角に依存する。具体的には、５０ｍＰａｓの粘度を有する３層構造の液膜の場合、ノズル口１５での表面年齢は、約２秒である。そして、水性キャリア液を使用すると、この時間内に湿潤剤分子は液膜表面に拡散することができ、吸収の結果として表面張力を低下する。
【００４８】
よって、図４に概略を示したように、カーテンの前面は、カーテンの始まりで、すなわちノズル口１５で、表面張力が低い。ノズル表面上の液膜の流れ時間が十分長いと、表面張力は、静的表面張力に対応する平衡値に到達する。また、カーテンの前面外側表面は、重力加速の結果、ノズル口１５の下まで延び、すなわち新たな液面がそこに形成される。この液面は、形成された後すぐに、湿潤剤分子をほとんど含まなくなる。そして、最初、局所的表面張力が再び増加するが、その後、湿潤剤の拡散及び吸収の結果、カーテンの落下時間後に局所的表面張力が再び減少する。図４は、このような関係を示すと共に、カーテンの背面外側表面における表面年齢の関数としての表面張力の変化をも示している。
【００４９】
カーテンの背面外側表面（背面側）は、ノズル口１５から始まる。重力加速の結果と同様に、この表面は、形成直後からすぐに伸び、上述したように、表面張力が比較的ゆっくりと低減する。この結果、カーテンの前面及び背面の外側表面間における表面張力の差Δбが生じる。この差は、ノズル口１５で著しく大きな値となり、落下速度の増加に伴って、すなわちカーテン高さの関数として小さくなる。しかしながら、カーテンの２つの外側表面間の表面張力差Δбがカーテンの落下曲線に影響を及ぼすようになる。特に、カーテンは、ノズル口１５の直下で下方へ強く曲がりうる。この現象は、「ティーポット効果」として知られ、カーテンの安定性を低減することになる。なぜなら、カーテンの落下曲線をカーテンの側端部７の形状に調和させるのは難しいためである。他方、ノズル口１５の後方端部に沿って渦が形成される結果、カーテン中に線や筋が生じることもある。これは、ウェブ材１０上の被膜の性能に悪影響を与える。
【００５０】
一方、上述の障害は、有機物質系の液体、すなわち有機液体を用いて実行される本発明に係るカーテン塗布方法により回避することができる。これら液体の多くは、本質的に、４０ｍＮ／ｍ未満の低い表面張力を有する。なお、他の応用品用に一般に工業上利用される有機キャリア液、特に有機溶媒の多くは、本発明の実行を目的とした場合に好適であるような１５ｍＮ／ｍ〜３５ｍＮ／ｍの表面張力を有する。動的な表面張力に伴う問題点は、有機液体を用いることで解消される。なぜなら、表面張力は、拡散や吸収などの動的効果により低められる必要がないためである。よって、このような液体の表面張力は、仮に表面年齢が著しく低い場合にも低くなり、最大４０ｍＮ／ｍよりも確実に低くなる。この最大値は、本発明によれば絶対に超過しない値である。このことは、次の文献に示される検出方法を用いてカーテンの表面張力を直接測定することにより証明することができた。この文献とは、「界面活性剤：静的及び動的表面張力（Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ：Ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｔｅｎｓｉｏｎ，）」Ｙ．Ｍ．Ｔｒｉｃｏｔ。また、湿潤剤分子を添加して表面張力を低下させる必要がないという他の利点もある。層全体において表面張力を低いものとすることは、多層構造の応用例に用いる場合に本質的に必要な条件である。
【００５１】
ここで、低沸点及び高沸点の双方の液体は、表面張力が４０ｍＮ／ｍを超えない限り、有機キャリア液として用いるのに適している。この適したキャリア液としては、例えばアルコール、より具体的には、エタノール、ブチルアルコール、シクロヘキサノール、及び、例えばエステル、より具体的には、酢酸エチルや酢酸ブチルと同様に、例えばケトン、より具体的には、アセトン、ブタノン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。また、脂肪族及び芳香族炭化水素、例えば、特定の沸点を有する酒精やトルエンなども最終的に挙げられる。また、例えば、テトラヒドロフランや、クロロベンゼン又は２−メトキシ−１−プロピルアセテートなどの他の官能基や物質を有する物質又は複数の官能基を有する物質などのエーテルも忘れてはならない。上記キャリア液の混合液もまた、本発明の示す意図で用いることができ、キャリア液との言葉で包含されるものである。
【００５２】
本発明の効果は、揮発性キャリア液を含む物理化学的乾燥装置によってだけでなく、高エネルギー放射、好ましくはＵＶ放射や電子ビームの影響下で又は高温反応により重合化する混合液体を含む反応性有機液体を用いて、結果的にウェブ材上に流体被膜を凝固させる装置によっても実現することができる。
【００５３】
カーテン塗布方法では、計測装置を閉じた後、自由液面がより小さくなっているために、ローラ塗布方法やドクターブレード塗布方法において典型的となされた時間依存の問題、具体的には、濃度変化、粘度変化、気泡などの問題は、低沸点で揮発性のキャリア液を用いることで解消することができる。なお、火事や爆発の危険、及び職業上の衛生問題は、蒸発による損失を著しく低減することでそれに対応して減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多層カーテン塗布方法によるウェブ材の成膜を示す図である。
【図２】塗布液の表面年齢の関数として水性キャリアの動的表面張力を示す図である。
【図３】カーテンの高さの関数としてカーテンの落下時間を示す図である。
【図４】連続ノズルを用いて湿潤剤を含む水溶液から形成された単層又は多層の液膜の構成のカーテンにおける表面張力を示す図である。
【符号の説明】
１，２，３，４　塗布液
５　カーテン
６　流体被膜
１０　被塗布物
【図１】
2004025179.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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