(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の少なくとも一部の表面上にポリマー・コーティング層を形成する方法であって、
（ａ）キャリアーガスの流れを、１つまたは複数のポリマー前躯物質組成物からなる第１液体組成物を含む第１コーティング流と衝突させ、キャリアーガス速度が前記第１コーティング流速度よりも実質的に速い速度において前記衝突が行われ、前記キャリアーガス速度と前記第１コーティング流速度との比が、実質的にすべての前記第１液体組成物が気化して蒸気を発生するために十分である工程と、
（ｂ）前記蒸気を前記基材の前記表面まで流動させ、前記表面が前記蒸気の前記凝縮温度より低温である工程と、
（ｃ）前記表面上で前記蒸気が液体として凝縮して前記コーティング層を形成する工程とを含み、
前記（ａ）−（ｃ）の工程が、真空ではない圧力下で行われる方法。
【請求項２】
前記蒸気が第１蒸気であって、前記方法が、
（１）第２キャリアーガスの流れを、第２液体組成物を含む第２コーティング流と衝突させ、第２キャリアーガス速度が前記第２コーティング流速度よりも実質的に速い速度において前記衝突が行われ、前記キャリアーガス速度と前記第２コーティング流速度との比が、実質的にすべての前記第２液体組成物が気化して蒸気を発生するために十分である工程と、
（２）前記第２液体の蒸気を、表面が前記蒸気の前記凝縮温度よりも低温である前記基材の前記表面まで流動させる工程と、
（３）前記表面上で前記第２蒸気が凝集してコーティング層の一部を形成する工程とをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１コーティング流組成物が、互いに反応することができる第１および第２成分を少なくとも含み、それによって前記基材上に形成された前記コーティング層が、前記第１および第２成分から誘導される反応生成物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
工程（ａ）が、キャリアーガスと前記第１液体組成物の前記流れのそれぞれを少なくともノズルの第１および第２オリフィスから、前記流れが衝突するように放出し、
（ｂ）前記第１オリフィスが、円環形であり、前記キャリアーガスの流れが前記第１オリフィスから移動する際に、頂点に向かって内側に先細りする中空で実施的に円錐形のキャリアーガスの流れを放出するように適合しており、前記キャリアーガスの流れは内部領域を有し、
（ｃ）前記第２オリフィスが、前記キャリアーガスの流れの前記内部領域を通って前記キャリアーガスの流れと実質的に前記頂点において衝突するように前記第１液体組成物の流れを放出するように適合している請求項１に記載の方法。
【請求項５】
基材の少なくとも一部の表面にコーティング層を形成する方法であって、
（ａ）液体組成物を霧化する工程と、
（ｂ）前記霧化液体組成物をキャリアーガスと接触させ、キャリアーガス速度が前記霧化液体流速度よりも実質的に速い速度において前記衝突が行われ、前記キャリアーガス速度と前記霧化液体流速度との比が、実質的にすべての前記霧化液体組成物が気化して蒸気を発生するために十分である工程と、
（ｃ）前記蒸気を前記基材の前記表面まで流動させ、前記表面が前記蒸気の前記凝縮温度より低温である工程と、
（ｄ）前記表面上に前記蒸気を液体として凝縮させて前記コーティング層を形成する工程とを含む方法。
【請求項６】
前記液体組成物が少なくとも１種類の放射線硬化性成分を含み、前記方法が、前記凝縮した蒸気に前記コーティング層の固化に有効な線量の放射硬化エネルギーを照射する工程をさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
（ａ）キャリアーガスを第１液体組成物の複数の気化した液滴と、実質的にすべての前記第１液体組成物が気化して蒸気を発生するような条件下で接触させる入口領域を有するチャンバーと、
（ｂ）前記第１液体組成物と前記キャリアーガスとが通過して前記チャンバーに入る入口端と、
（ｃ）前記第１液体組成物のミストを前記チャンバー内で発生させるための前記入口端の近傍に位置する霧化手段であって、前記霧化手段が、前記液体組成物を気化させるために前記第１液体組成物の少なくとも１つの流れと前記キャリアーガスの少なくとも１つの流れとを放出して前記流れがノズル前方で衝突するように適合させたノズルを含み、
前記ノズルが、
i）前記キャリアーガスがノズルに入るガス入口と、
ii）前記ガス入口とは分離した、第１液体組成物がノズルに入る第１液体入口と、
iii）前記第１液体組成物の少なくとも１つの流れが放出される少なくとも１つの第１液体出口と、前記キャリアーガスの少なくとも１つの流れが放出される少なくとも１つのガス出口とから構成される出口端部と、
iv）前記第１液体入口を前記第１液体出口につなぐ第１液体通路と、
ｖ）前記第１液体通路とは分離した、前記ガス入口を前記ガス出口につなぐガス通路であって、ノゾルの単位長さ当たり容積が、前記ガス通路の下流端よりも大きいガスチャンバーを有するものとを備える、霧化手段と、
（ｄ）コーティングを行う基材を支持し冷却面を有する基材支持体であって、前記冷却面が前記蒸気の前記凝縮温度より低温に到達可能であり、前記冷却面は前記蒸気が前記冷却面まで流れることができる位置にある基材支持体とを含むコーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、蒸気を発生させ基材上に凝縮させてコーティング層を形成するための装置および方法に関する。より具体的に言えば、本発明は、コーティングする材料を含む霧状にしたミストから蒸気を発生させるような装置および方法に関する。
【０００２】
発明の背景
コーティング層は、様々な目的のため多種多様な基材に適用される。多くの異なる種類のコーティング層のいくつかの例としては、接着剤コーティング層、プライマーコーティング層、装飾コーティング層、保護硬質コーティング層、ワニスコーティング層、反射防止コーティング層、反射コーティング層、干渉コーティング層、剥離コーティング層、誘電性コーティング層、フォトレジストコーティング層、導電性コーティング層、非線形光学コーティング層、エレクトロクロミック／エレクトロルミネセントコーティング層、バリアーコーティング層、生物学的活性コーティング層、生物学的不活性コーティング層、などが挙げられる。このようなコーティング層は、多くの異なる種類の材料から作られ多種多様な形状の基材に適用することができる。例えば、材料に関しては、基材は、金属、木材、布、ポリマー、セラミック、紙、鉱物、ガラス、複合材料などであってもよい。形状に関しては、基材は、平坦、湾曲、波形、ねじれ、微細構造、平滑、粗面、多孔質、粒子状、繊維状、中空形状、三次元、規則的または不規則的表面などであってもよい。
【０００３】
従来の工業的コーティング工程では、コーティング成分と適切な溶剤とを含む混合物（エマルション、溶液、スラリー、２相流体混合物などであってもよい）を、吹き付け、ロールコーティング、はけ塗り、スピンコーティングなどの適したコーティング方法を用いて基材に適用する。次に、通常はコーティング層を固化させるために、コーティングされた組成物を乾燥および硬化させる。乾燥中に、溶剤がコーティング層から除去され環境中に廃棄されるあるいは回収される。
【０００４】
一般に溶剤は、種々の理由からコーティング組成物の重要成分である。第１に、溶剤は、コーティング組成物が適切なコーティング剤粘度を得るために役立っている。また溶剤は、コーティング組成物が基材に均一に適用され均一なコーティング層を形成できるようにするためにも役立つ。また溶剤によって、組成物が許容できる貯蔵寿命をもつようにすることもできる。
【０００５】
しかし、溶剤の存在には欠点がある。使用後に溶剤を廃棄する場合、溶剤は環境中の廃棄物となる。溶剤が有害である場合には、このことは特に問題となる。実際、有害な溶剤の廃棄には、廃棄による環境の被害を最小限にするための政府の専門家による高価で念入りな廃棄計画の規制が関与する傾向がある。従って、溶剤の回収が溶剤の廃棄よりも好ましいことも多い。しかし、溶剤の回収も、溶剤の廃棄と同様にいくつかの欠点に悩まされる。溶剤の回収には、高価な手順および装置が必要となりがちである。
【０００６】
コーティング作業における溶剤への対処の必要は、工業的に負担となっている。従って、溶剤の廃棄または回収が必要という負担を避けるために、溶剤の使用を最小限にする、より好ましくは無溶剤の方法でコーティング作業を行う方法を検討することが望ましい。
【０００７】
発明の要約
本発明者らは、あらゆる溶剤をまったく含まないか、あるいは組成物の１種類以上の成分の溶解を助けるために効果的である比較的少量の溶剤を含む多種多様のコーティング可能な組成物からコーティング層を形成することができる非常に汎用性のあるコーティングシステムおよび方法を発見した。これによって、従来のコーティング方法で使用される溶剤に関するすべての環境的欠点や問題が解消される。
【０００８】
本発明は、無溶剤であることが好ましい流体コーティング組成物を霧状にして複数の微細な液滴を形成するという概念に基づいている。液滴をキャリアーガスと接触させることによって、液滴の沸点よりも十分に低い温度でさえも液滴が気化する。キャリアーガスと混合した蒸気の分圧は蒸気の飽和圧よりも十分低いので、気化は急速かつ完全に進行する。ガスを加熱する場合は、ガスによって気化の熱的／力学的エネルギーが得られる。
【０００９】
気化の後、蒸気はコーティングを行う基材に向かって流れる。基材は、蒸気の凝縮点よりも十分に低い温度に維持する。これによって蒸気は、種々の硬化機構によって後に硬化させることが希望するなら可能である薄く、均一で、実質的に欠陥のないコーティング層として凝縮する。このコーティング層は連続的でも不連続的でもよい。本発明は、約０．００１μｍ〜約５μｍの範囲内の厚さを有する薄膜を形成するために特に有用である。より厚いコーティング層は、基材の蒸気への露出時間を延長する、流体組成物の流速を増加させる、キャリアーガス温度を上昇させる、および／またはキャリアーガスの圧力を増加させることによって形成することができる。可撓性ウェブ基材の場合、基材を蒸気にさらす時間を延長することは、システムに多数の蒸気源を取り付けるか、またはシステムに通すウェブの速度を低下させることによって行うことができる。異なる材料の層状コーティング層は、各付着において異なるコーティング材料を使用してコーティング層を連続的に付着させることによって形成することができる。
【００１０】
本発明の原理は減圧下で実施することができる。しかし、好都合には、霧化、気化、およびコーティングは、雰囲気圧を含む任意の希望する圧力で行うことができる。このため、従来公知であった蒸気コーティング方法で一般に使用される高価な減圧室に頼る必要がなくなる。別の利点としては、霧化、気化、およびコーティングを比較的低温で行うことができるので、より高温における別の方法で可能性のある分解を起こさずに温度感受性材料をコーティングすることができる。また本発明は非常に汎用性が高い。ある程度の蒸気圧を有するほとんどすべての液体材料、または液体材料の組み合わせをコーティング層の形成に使用することができる。
【００１１】
一般に、流体コーティング組成物の霧化は、超音波霧化、スピニングディスク霧化などの当技術分野において公知である任意の霧化技術を使用して行うことができる。特に好ましい実施態様では、キャリアーガス流を流体組成物流とを強く衝突させることで霧化を行う。好ましくは、キャリアーガスを加熱し、流体流は衝突時に層流となる。衝突のエネルギーによって層流の流体コーティング組成物が非常に微細な液滴に分断されることが好ましい。一部の他の霧化技術で実現可能なものと比較して、サイズ分布がより狭く、単位体積当りの液滴数密度がより均一となるより小さい霧化液滴が形成されるので、霧化を実現するこの種類の衝突の利用は特に好都合である。さらに、得られる液滴はほとんどすぐにキャリアーガスと均一に接触するため、急速かつ効率的に気化が起こる。本発明は減圧下のコーティング作業のために使用することができるが、キャリアーガスは室内の圧力を増加させる傾向にあるので霧化のためのガス衝突の利用は減圧室での使用には適していない。
【００１２】
態様の１つでは、本発明は、基材表面の少なくとも一部にコーティング層を形成する方法に関する。キャリアーガス流を流体組成物流と衝突される。衝突は、流体組成物の実質的に全部が気化して凝縮温度を有する蒸気を形成するような条件下で行われる。キャリアーガスの速度および運動量のために、蒸気は基材表面に向かって流動する。この表面は、蒸気の凝縮温度よりも低温である。その結果、蒸気が表面で凝縮して液体となりコーティング層が形成される。好都合には、キャリアーガスの速度および運動量が蒸気に与えられ、この結果、凝縮したコーティング層の基材への付着を促進するために十分な力で強制的に基材に送られる。
【００１３】
基材上にコーティング層を形成するための本発明の別の態様では、流体組成物を霧状にして、キャリアーガスと接触させる。霧化した流体組成物の実質的にすべてが気化して、凝縮温度を有する蒸気を形成するような条件で接触が行われる。蒸気を基材表面に向けて流動させる。この表面は、蒸気の凝縮温度よりも低温である。そのため、蒸気は表面上で凝縮してコーティング層を形成する。本発明のこの態様では、流体流およびガス流をまず互いに混合して、次に従来の霧化手段を使用して霧状にする。この方法では、得られる霧化した流体の液滴はすぐにガスと混合される。あるいは、従来の霧化手段を使用して流体を霧化し、キャリアーガス中に霧化した液滴を噴出するかあるいは別の方法で噴霧する。さらに別の方法では、霧化した流体液滴をキャリアーガスと接触させることができるような方法で、２つ以上の流体流を衝突させることで霧化を行うことができる。さらに別の方法では、実際的な方法として、１段階で霧化と接触を行うために、少なくとも１つの流体流を少なくとも１つのキャリアーガス流と接触させることができる。
【００１４】
さらに別の態様では、本発明は、基材上にポリマーコーティング層を形成する方法に関する。前の段落の方法を、１種類以上のポリマー前躯物質成分を含む流体組成物を使用して行う。
【００１５】
さらに別の態様では、本発明は、前述のように流体組成物流をキャリアーガス流と接触させる工程を含む蒸気発生方法に関する。
【００１６】
また本発明は、実質的に全部の流体組成物の気化が起こって凝縮温度を有する蒸気を生成するような条件下でキャリアーガスを流体組成物の霧化した多数の液滴と接触させる入口領域を有するチャンバーを含むコーティング装置にも関する。この装置は、流体組成物およびキャリアーガスをチャンバーに送り込むための入口端を含む。霧化手段は、チャンバー内で流体組成物のミストを発生させるための入口端と隣接する位置にある。コーティングされる基材を支持し冷却面を有する基材支持体が設けられている。冷却面は、蒸気の凝縮温度よりも低温に到達させることができる。冷却面は、蒸気が冷却面に向かって流動できるように配置している。
【００１７】
本発明の好ましい実施態様の詳細な説明
以下に説明する本発明の実施態様は、網羅的なものを意図したものではないし、また以下の詳細な説明において開示される形態のみに本発明が限定されることを意図するものでもない。むしろこれらの実施態様は、当業者であれば本発明の原理と実施を評価かつ理解できるように選択し説明している。
【００１８】
図１ａは、基材１６の表面１４上へのコーティング層１２の形成に適した本発明のシステム１０の一実施態様の略図であり、ここでコーティング層１２は流体組成物１８の供給によって形成される。一般に、流体組成物１８の流れ２０は、チャンバー１７内の衝突点２６でキャリアーガス２４の流れ２２と衝突する。衝突のエネルギーによって流体流２０が霧化し、その結果液滴２８のミストが形成される。理解しやすいようにするため、１つの流体流２０と１つのキャリアーガス流２２のみを示している。別の方法では、複数の流体流および／またはキャリアーガス流を使用して、１つ以上の衝突点において連続的あるいは希望するなら一度に衝突させることができる。また、コーティング作業中に基材１６がチャンバー１７内部ににあるように示しているが、ある実施態様では基材１６をチャンバー１７の外側に置くことができる。しかし、このような実施態様では、チャンバー１７には、気化した流体組成物１８が通過して基材表面１４に向かわせることができる適当なオリフィス（図示していない）が備えられる。
【００１９】
好都合なことには、キャリアーガス流２２を層流状液流２０と衝突させることによる層流条件下の流体流２０の霧化によって、超音波霧化装置やスピニングディスク霧化装置などに依存したより従来の霧化技術で達成可能なもの、あるいは液滴系に体積変化が起こりやすい乱流の液流条件に依存したものよりも、より狭い粒径分布でより均一な数密度を有するより平均粒径の小さい液的２８を得ることができる。この性能は、薄く、実質的に欠陥のないコーティング層を均一な厚さで形成するために特に有益である。
【００２０】
流れ２２および２０の間の衝突は、実質的に一部、好ましくは実質的にすべて、より好ましくはすべての流体流２０が衝突によって霧化するような広範囲の条件下で発生させることができる。流れ２２および２０の衝突は、平均液滴サイズが２００μｍ未満、好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは３０μｍ未満の液滴２８が衝突によって得られるように行われることが好ましい。液滴サイズに影響する傾向があると思われる要因としては、流れ２２および２０の形状、衝突時の流れ２２および２０の速度、流体組成物１８の性質などが挙げられる。
【００２１】
例えば、流れ２２および２０は、有益な結果が得られる様々な形状で発生させることができる。図１ａに概略的に示される代表的なアプローチによると、流れ２２および２０は、２つの流れの間の角度が約１０°〜約１８０°、好ましくは１５°〜１３５°、より好ましくは約３０°〜６０°、最も好ましくは４３°〜４７°の範囲で互いの流れが近づきあうように噴出させて発生させることができる。特に、１５°〜１３５°の好ましい範囲内の角度で衝突させた流れ２２および２０は、衝突後に液滴２８およびキャリアーガス２４が基材１６に向かって移動するのを助けるような矢印ＶLで示される速度の側面成分を有する。図１ａに示される実施態様では、流体流２０およびキャリアーガス流２２は、ノズル２３のノズルオリフィス２５ａおよび２５ｂから噴出させることで発生させる。ノズルオリフィス２５ａおよび２５ｂは任意の希望の形状であってよい。例えば、流れ２２および２０は、環状形ノズルオリフィス、楕円形オリフィス、正方形オリフィス、平面の流れを放出するように適合させた長方形オリフィス、中空の流れを放出するように適合させたオリフィス、およびこれらの組み合わせなどから放出させることができる。
【００２２】
他の用途のため流れを衝突させるために使用する従来公知である種々のノズル構造を、流れ２２および２０を発生させるために本発明で使用することができる。このようなノズル構造は、例えば、Ｌｅｆｅｂｖｒｅ，Ａ．Ｈ．によるＡｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｐｒａｙｓ，Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｒｐ．，Ｕ．Ｓ．Ａ．（１９８９）；Ｈａｒａｒｉらによる、Ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｐｒａｙｓ，ｖｏｌ．７，ｐｐ．９７−１１３（１９９７）に記載されている。流れの衝突を発生させるために特に好ましい本発明のノズル構造は、図５ａ、５ｂ、および５ｃに示され、これについては後述する。別の特に好ましい本発明のノズル構造は図７に示され、これについては後述する。
【００２３】
流れ２２および２０のそれぞれの適切な速度の選択には、競合関係のバランスが要求される。例えば、衝突時の流体流２０の速度が遅すぎると、流れ２０は衝突点２６に到達するために十分な運動量をもつことができない。逆に、速度が速すぎると、層流条件下で流体流２０をノズルから放出することが困難となりうる。キャリアーガス流２２の速度が遅すぎると、液滴２８の平均サイズが大きくなりすぎて、効率的に気化できなかったり、希望する均一性のコーティング層１２が形成されなかったりすることがある。一方、キャリアーガス流２２の速度は希望するだけ速くすることができる。実際、ガスの速度が速いほど、粘稠／連続性のより高い液体組成物をうまく霧化させ気化させることができる。しかし、ガス速度がある範囲を超えると、基材の振動および非効率的な凝縮のためコーティング層に悪影響が現われることがある。これらの関係のバランスをとるため、流れ２０は０．１メートル毎秒（ｍ／ｓ）〜３０ｍ／ｓ、より好ましくは１ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓ、最も好ましくは約１０ｍ／ｓの速度であることが好ましく、キャリアーガス流２２は４０〜３５０ｍ／ｓ、より好ましくは約６０〜３００ｍ／ｓ、最も好ましくは約１８０〜２００ｍ／ｓの速度であることが好ましい。
【００２４】
再び図１ａを参照すると、システム１０は非常に汎用性があり、非常に多くの種類の流体組成物１８からコーティング層を形成するために使用することができる。流体組成物には、接着剤コーティング層、プライマーコーティング層、装飾コーティング層、保護硬質コーティング層、ワニスコーティング層、反射防止コーティング層、反射コーティング層、干渉コーティング層、剥離コーティング層、誘電性コーティング層、フォトレジストコーティング層、導電性コーティング層、非線形光学コーティング層、エレクトロクロミック／エレクトロルミネセントコーティング層、バリアーコーティング層、生物学的活性コーティング層、生物学的不活性コーティング層などの形成に効果的であるものを使用することができる。
【００２５】
好ましくは、流体組成物１８は、成分の沸点より低温でのキャリアーガス２４との接触によって気化が起こる程度に高い蒸気を有する少なくとも１種類の流体成分を含む。より好ましくは、流体組成物１８のすべての流体成分がこのような蒸気圧を有する。一般に、実質的にすべての流体成分が気化してキャリアーガス２４と混合物を形成し、なお得られる気体混合物の分圧がその成分の飽和蒸気圧より低くなる場合に、流体成分はこの目的のための十分に高い蒸気圧を有する。代表的なコーティング作業では、好ましい流体成分は、標準温度および標準圧力における蒸気圧が０．１３ｍＰａ〜１３ｋＰａ（１×１０-6Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ）の範囲内である。
【００２６】
流体成分が必要な蒸気圧を有する限り、このような成分は有機、無機、水性、非水性などであってよい。相の特性に関しては、流体組成物１８は均一でも複数の成分の多相混合物でもよいし、溶液、スラリー、多相流体組成物などの形態であってもよい。ポリマーコーティング層を形成するために、流体組成物１８はモノマー、オリゴマー、またはポリマーである１種類以上の成分を含むことができるが、通常比較的定分子量のポリマー、例えば、１０，０００未満、好ましくは約７５００未満、より好ましくは約４５００未満の数平均分子量を有するポリマーのみが、本発明の実施において気化させるための十分な蒸気圧を有するであろう。ここで使用する用語「モノマー」は、それ自身あるいは他のモノマーとの結合によってオリゴマーまたはポリマーを生成することができる単独の１単位の分子を意味する。用語「オリゴマー」は、２〜１０個のモノマーが結合した化合物を意味する。用語「ポリマー」は、１１個以上のモノマーが結合した化合物を意味する。
【００２７】
少なくとも１つの流体成分の代表例としては、水；有機溶剤、無機液体、炭素−炭素二重結合官能基を有する放射線硬化性モノマーおよびオリゴマー（この中で、アルケン、（メタ）アクリレート類、（メタ）アクリルアミド類、スチレン類、およびアリルエーテル材料が代表的である）、フルオロポリエーテルモノマー、オリゴマー、およびポリマー、フッ素化（メタ）アクリレート類、蝋、シリコーン類、シランカップリング剤、ジシラザン類、アルコール類、エポキシ類、イソシアネート類、カルボン酸類、カルボン酸誘導体、カルボン酸とアルコールとのエステル、カルボン酸無水物、芳香族化合物、芳香族ハロゲン化物、フェノール類、フェニルエーテル類、キノン類、多環式芳香族化合物、非芳香族複素環、アズラクトン類、フラン、ピロール、チオフェン、アゾール類、ピリジン、アニリン、キノリン、イソキノリン、ジアジン類、ピロン類、ピリリウム塩類、テルペン類、ステロイド類、アルカロイド類、アミン類、カルバメート類、尿素類、アジド類、ジアゾ化合物、ジアゾニウム類、チオール類、スルフィド類、硫酸エステル類、無水物、アルカン、ハロゲン化アルキル、エーテル類、アルケン、アルキン、アルデヒド類、ケトン類、有機金属種、チタン酸塩、ジルコン酸塩、アルミン酸塩、スルホン酸塩、ホスフィン類、ホスホニウム塩、ホスホン酸塩、ホスホン酸エステル類、硫黄安定化カルボアニオン類、リン安定化カルボアニオンル、炭水化物、アミノ酸類、ペプチド類、およびこれらの材料から誘導され必要な蒸気圧を有する流体であるかまたは必要な蒸気圧を有する流体に転化することができる（例えば、溶融、溶解など）反応生成物、およびこれらの混合物などの化学種が挙げられる。これらの材料の中で、パラフィン蝋などの周囲条件で固体であるものは、本発明の原理を使用して処理するために、溶融させるか別の流体成分に溶解することができる。
【００２８】
本発明のある実施態様では、流体組成物１８に含まれる流体成分は、このような成分が冷却されることが実質的に部分的な理由で、基材１６上に固体のコーティング層を形成することができる。例えば通常、蝋の蒸気は基材表面１４上に液体として凝縮するが、その後コーティング層の温度が蝋の融点よりも低温に冷却されるために固化する。この相変化挙動を示す他の有用なコーティング材料の例としては、ナフタレンやアントラセンなどの多環式芳香族化合物が挙げられる。
【００２９】
本発明の別の実施態様では、流体組成物１８は、１種類以上の異なる流体成分であって、互いに反応してそれらの成分を含む反応物から誘導される反応生成物のコーティング層が形成される流体成分を含むことができる。これらの成分はモノマー、オリゴマー、および／または低分子量ポリマー（ここでは一括して「ポリマー前躯物質」と呼ぶ）であってもよく、これによって成分間の反応によりポリマーコーティング層を形成することができる。例えば、流体組成物１８は、ジオールおよび／またはトリオールなどのポリオール成分、、ジイソシアネートおよび／またはトリイソシアネートなどのポリイソシアネート、および任意に適当な触媒を含むことができる（または、別の方法として、基材表面１４を触媒で予備処理して、基材表面１４と接触するまでは反応成分が反応しないようにすることができる）。コーティングが起こることで、次に成分が互いに反応してポリウレタンコーティング層を基材１６上に形成することができる。
【００３０】
ポリマー前駆物質を使用する方法の別の例では、流体組成物１８は、２種類以上の有機官能基を有するシランまたはチタン酸エステルモノマーを含むことができる。このような有機官能基を有するシランまたはチタン酸エステルモノマーは、一般に乾燥および加熱によって架橋させて、ポリマーシロキサン型またはチタン酸エステル型マトリックスを形成することができる。多種多様な有機官能基含有シランまたはチタン酸エステルモノマーを、本発明の実施に使用することができる。代表例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、（メタ）アクリロキシアルキルトリメトキシシラン、イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、（メタ）アクリロキシトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、グリシドキシアルキルトリメトキシシラン、グリシドキシアルキルトリエトキシシラン、グリシドキシアルキルトリクロロシラン、ペルフルオロアルキルトリアルコキシシラン、ペルフルオロメチルアルキルトリアルコキシシラン、ペルフルオロアルキルトリクロロシラン、ペルフロオロオクチルスルホンアミド−プロピルメトキシシラン、チタンイソプロポキシド、イソプロピルジメタクリル−イソステアロイルチタネート、トリ（Ｎ−エチレンジアミン）エチルチタン酸イソプロピル、およびこれらの組み合わせなどが挙げられる。
【００３１】
本発明のさらに別の実施態様では、流体組成物１８は、基材１６上に硬化性液体コーティング層を形成することができる少なくとも１つのポリマー前駆物質成分を含むことができ、ここでこの成分はコーティング層を硬化および固化（すなわち重合および／または架橋）させるための放射硬化エネルギーにさらすことで液体コーティング層が硬化可能となるような放射線架橋性官能基を含む。放射硬化エネルギーの代表例としては、電磁エネルギー（例えば、赤外エネルギー、マイクロ波エネルギー、可視光、紫外光など）、加速粒子（例えば、電子線エネルギー）、および／または放電によるエネルギー（例えば、コロナ、プラズマ、グロー放電、または無声放電）が挙げられる。
【００３２】
本発明の実施において、放射線架橋性官能基は、放射硬化エネルギーの適当な供給源にさらすことによる架橋および／または重合反応に関係するモノマー、オリゴマーまたはポリマー主鎖（場合に応じて）に直接または間接的に結合する官能基を意味する。一般にこのような官能基は、放射線に曝露することでカチオン機構によって架橋する基だけではなく、フリーラジカル機構によって架橋する基も含まれる。本発明の実施に適した放射線架橋性基の代表例としては、エポキシ基、（メタ）アクリレート基、オレフィン系炭素−炭素二重結合、アリルエーテル基、スチレン基、（メタ）アクリルアミド基、およびこれらの組み合わせなどが挙げられる。
【００３３】
好ましいフリーラジカル硬化性モノマー、オリゴマー、および／またはポリマーのそれぞれは、１つ以上のフリーラジカル重合性炭素−炭素二重結合を含むため、このような材料の平均官能基数が１分子当り少なくとも１つのフリーラジカル性炭素−炭素二重結合である。このような部分を有する材料は、これらの炭素−炭素二重結合官能基を介して互いに共重合および／または架橋することができる。本発明の実施に適したフリーラジカル硬化性モノマーは、１種類以上の１、２、３および４官能性のフリーラジカル硬化性モノマーから選択されることが好ましい。最終コーティング層に希望する性質に応じて、様々な量の１、２、３および４官能性フリーラジカル硬化性モノマーを本発明に取り入れることができる。例えば、耐摩耗性および耐衝撃性の高いコーティング層を得るためには、組成物は、組成物に含まれるフリーラジカル硬化性モノマーの１分子当りの平均フリーラジカル硬化性官能基数が１を超えるように、１種類以上の多官能性フリーラジカル硬化性モノマー、好ましくは少なくとも２官能性と３官能性の両方のフリーラジカル硬化性モノマーを含むことが望ましい。
【００３４】
本発明の好ましい組成物は、フリーラジカル硬化性モノマーの平均官能基数が１を超える、好ましくは１．１〜４、より好ましくは１．５〜３となる条件において、１〜１００重量部の１官能性フリーラジカル硬化性モノマー、０〜７５重量部の２官能性フリーラジカル硬化性モノマー、０〜７５重量部の３官能性フリーラジカル硬化性モノマー、および０〜７５重量部の４官能性フリーラジカル硬化性モノマーを含むことができる。
【００３５】
本発明の実施に適した１官能性フリーラジカル硬化性モノマーの代表的な種類には、炭素−炭素二重結合が直接または間接的に芳香環と結合した化合物が含まれる。このような化合物の例としては、スチレン、アルキル化スチレン、アルコキシスチレン、ハロゲン化スチレン、フリーラジカル硬化性ナフタレン、ビニルナフタレン、アルキル化ビニルナフタレン、アルコキシビニルナフタレン、およびこれらの組み合わせなどが挙げられる。１官能性フリーラジカル硬化性モノマーの他の代表的な種類としては、炭素−炭素二重結合が脂環式、複素環式、および／または脂肪族部分に結合した化合物、例えば５−ビニル−２−ノルボルネン、４−ビニルピリジン、２−ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリジノン、１−ビニルカプロラクタム、１−ビニルイミダゾール、Ｎ−ビニルホルムアミドなどが挙げられる。
【００３６】
このような１官能性フリーラジカル硬化性モノマーの別の代表的な種類としては、式：
【化１】
0004526704.tif 000002
の部分を含む（メタ）アクリレート官能基を有するモノマーが挙げられ、式中Ｒは水素、ハロゲン、メチルなどの１価部分である。このような部分を含むモノマーの代表例としては、（メタ）アクリルアミド類、クロロ（メタ）アクリルアミド、１〜１０個、好ましくは１〜８個の炭素原子を含む（メタ）アクリル酸の線状、分岐、または脂環式エステル、例えば（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸ｔ−ブチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸イソプロピル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、およびアクリル酸イソオクチル；アルカン酸のアルキル部分が２〜１０個、好ましくは２〜４個の炭素原子を含み線状、分岐、環状のいずれでもよいアルカン酸のビニルエーテル；（メタ）アクリル酸イソボルニル；酢酸ビニル；（メタ）アクリル酸アリルなどが挙げられる。
【００３７】
このような（メタ）アクリレート官能基を有するモノマーは、水酸官能基、ニトリル官能基、エポキシ官能基、カルボキシル官能基、チオール官能基、アミン官能基、イソシアネート官能基、スルホニル官能基、ペルフルオロ官能基、スルホンアミド、フェニル官能基、およびこれらの組み合わせなどの他種官能基も含むことができる。このようなフリーラジカル硬化性化合物の代表例としては、（メタ）アクリル酸グリシジル、（メタ）アクリロニトリル、β−シアノエチル−（メタ）アクリレート、２−シアノエトキシエチル（メタ）アクリレート、ｐ−シアノスチレン、ｐ−（シアノメチル）スチレン、α，β−不飽和カルボン酸とジオールとのエステル、例えば、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、または（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシプロピル；１，３−ジヒドロキシプロピル−２−（メタ）アクリレート；２，３−ジヒドロキシプロピル−１−（メタ）アクリレート；α，β−不飽和カルボン酸とカプロラクトンとの付加生成物；２−ヒドロキシエチルビニルエーテルなどのアルカノールビニルエーテル；４−ビニルベンジルアルコール；アリルアルコール；ｐ−メチロールスチレン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、（メタ）アクリル酸トリフルオロエチル、（メタ）アクリル酸テトラフルオロプロピル、（メタ）アクリル酸ヘキサフルオロブチル、ブチルペルフルオロオクチルスルホンアミドエチル（メタ）アクリレート、エチルペルフルオロオクチルスルホンアミドエチル（メタ）アクリレート、およびそれらの混合物などが挙げられる。
【００３８】
本発明の実施に適した１官能性フリーラジカル硬化性モノマーの別の種類としては、１種類以上のＮ，Ｎ−二置換（メタ）アクリルアミドが挙げられる。Ｎ，Ｎ−二置換（メタ）アクリルアミドを使用すると、多くの利点が得られる。例えば、この種類のモノマーの使用によって、ポリカーボネート基材への接着力が向上した帯電防止コーティング層が得られる。さらに、この種類のモノマーを使用することで、耐候性および靭性の向上したコーティング層も得られる。好ましくは、Ｎ，Ｎ−二置換（メタ）アクリルアミドは９９〜約５００、好ましくは約９９〜約２００の範囲内の分子量を有する。
【００３９】
一般にＮ，Ｎ−二置換（メタ）アクリルアミドモノマーは式：
【化２】
0004526704.tif 000003
を有し、式中Ｒ1およびＲ2はそれぞれ独立に、水素、水酸基、ハロゲン基、カルボニル基、およびアミド基を任意に有する（Ｃ1−Ｃ8）アルキル基（線状、分岐、または環状）、カルボニル基およびアミド基を任意に有する（Ｃ1−Ｃ8）アルキレン基、（Ｃ1−Ｃ4）アルコキシメチル基、（Ｃ4−Ｃ10）アリール基、（Ｃ1−Ｃ3）アルク（Ｃ4−Ｃ10）アリール基、または（Ｃ4−Ｃ10）ヘテロアリール基であり；ただしＲ1とＲ2のうち一方のみが水素であり；Ｒ3は水素、ハロゲン、またはメチル基。好ましくは、Ｒ1が（Ｃ1−Ｃ4）アルキル基であり；Ｒ2が（Ｃ1−Ｃ4）アルキル基であり；Ｒ3が水素、またはメチル基である。Ｒ1とＲ2は同種でも異種でもよい。より好ましくは、Ｒ1とＲ2がそれぞれＣＨ3であり、Ｒ3が水素である。
【００４０】
このような好適な（メタ）アクリルアミド類の例としては、Ｎ−ｔ−ブチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−（５，５−ジメチルヘキシル）アクリルアミド、Ｎ−（１，１−ジメチル−３−オキソブチル）アクリルアミド、Ｎ−（ヒドロキシメチル）アクリルアミド、Ｎ−（イソブトキシメチル）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−メチル−Ｎ−エチルアクリルアミド、およびＮ，Ｎ’−メチレン−ビスアクリルアミドが挙げられる。特に好ましい（メタ）アクリルアミドはＮ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミドである。
【００４１】
フリーラジカル硬化性モノマーの他の例としては、アリルオキシ部分を含む、エテン、１−プロペン、１−ブテン、２−ブテン（シスまたはトランス）化合物などのアルケンなどが挙げられる。
【００４２】
１官能性フリーラジカル硬化性モノマーに加えて、あるいはその代替物として、２、３、および／または４個のフリーラジカル硬化性官能基を有することが好ましいあらゆる種類の多官能性フリーラジカル硬化性モノマーも本発明で使用することができる。このような多官能性（メタ）アクリレート化合物は、多くの種類の供給元より市販されている。あるいは、このような化合物は、種々の公知の反応機構を用いて調製することができる。例えば、ある方法によると、（メタ）アクリル酸またはハロゲン化アシルなどを少なくとも２個、好ましくは２〜４個の水酸基を有するポリオールと反応させる。この方法は、以下の概略的反応図式で表すことができ、説明の目的でアクリル酸とトリオールの間の反応で示している：
【化３】
0004526704.tif 000004
この反応図式で示されるように、３官能性アクリレートが得られる。２または４官能性化合物を得るために、それぞれ対応するジオールおよびテトロールをトリオールの代わりに使用することができる。
【００４３】
別の方法によると、水酸基またはアミン基を有する（メタ）アクリレート化合物等を、２〜４個のＮＣＯ基またはこれに相当するものを有するポリイソシアネートまたはイソシアヌレート等と反応させる。この方法は以下の概略的反応図式によって表すことができ、説明のためアクリル酸ヒドロキシエチルとジイソシアネートの間の反応で示しており：
【化４】
0004526704.tif 000005
式中それぞれのＷは、
【化５】
0004526704.tif 000006
である。この反応図式に示されるように２官能性（メタ）アクリレートが生成する。３または４官能性化合物を得るために、それぞれ対応する３または４官能性イソシアネートをジイソシアネートの代わりに使用することができる。
【００４４】
多官能性（メタ）アクリレート官能基を有する化合物の別の好ましい種類としては、１種類以上の多官能性エチレン系不飽和の（メタ）アクリル酸エステルが挙げられ、次式で表すことができ：
【化６】
0004526704.tif 000007
式中Ｒ4は水素、ハロゲン、または（Ｃ1−Ｃ4）アルキル基であり；Ｒ5は原子価ｍの多価有機基であり、炭素原子、水素原子、窒素原子、非ペルオキシ酸素原子、硫黄原子、またはリン原子を有する、環式、分岐、または線状の、脂肪族、芳香族または複素環であることができ；ｍはエステル中のアクリル基またはメタクリル基の数を表す整数であり、２〜４の値である。好ましくは、Ｒ4は水素、メチル、またはエチルであり、Ｒ5は約１４〜１００の分子量を有し、ｍは２〜４の値である。多官能性アクリレートおよび／またはメタクリレートの混合物を使用する場合は、ｍの平均値が約１．０５〜３であることが好ましい。
【００４５】
好適な多官能性エチレン系不飽和（メタ）アクリル酸エステルの具体例は、多価アルコール類のポリアクリル酸またはポリメタクリル酸エステルであり、例えば、エチレングリコール、トリエチレングリコール、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール、１，３−シクロペンタンジオール、１−エトキシ−２，３−プロパンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２−シクロヘキサンジオール、１，６−シクロヘキサンジメタノール；ヘキサフルオロデカンジオール、オクタフルオロヘキサンジオール、ペルフルオロポリエーテルジオールなどの脂肪族ジオールのジアクリル酸およびジメタクリル酸エステル、グリセリン、１，２，３−プロパントリメタノール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，５−ペンタントリオール、１，３，６−ヘキサントリオール、および１，５，１０−デカントリオールなどの脂肪族トリオールのトリアクリル酸およびトリメタクリル酸エステル；トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリアクリル酸およびトリメタクリル酸エステル；１，２，３，４ブタンテトロール、１，１，２，２，−テトラメチロールエタン、および１，１，３，３−テトラメチロールプロパンなどの脂肪族トリオールのテトラアクリル酸およびテトラメタクリル酸エステル；ピロカテコール、およびビスフェノールＡなどの法王族ジオールのジアクリル酸およびジメタクリル酸エステル；およびそれらの混合物などが挙げられる。
【００４６】
さらに図１ａを参照すると、キャリアーガス２４には任意のガスまたは複数のガスの組み合わせであってよく、希望であれば流体組成物１８の全部または一部に関して不活性でも反応性であってもよい。しかし、多くの用途においては、キャリアーガス２４が流体組成物１８のすべての成分に関して不活性であることが好ましい。特に、流体組成物１８が有機液体を含む場合には、キャリアーガス２４は酸素などの酸化性ガスを含まないことが好ましい。不活性ガスの代表例としては、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素、およびこれらの組み合わせなどが挙げられる。酸化が問題とはならない流体組成物１８の場合は、希望であれば通常の周囲空気をキャリアーガス２４として使用することもできる。
【００４７】
霧化後に、液滴２８は気化して、蒸気３０として図示するような非光散乱性気相としてキャリアーガス２４中に分散していく。蒸気３０は本当の蒸気であることが好ましいが、分散した液滴が例えば、平均サイズが約３０ｎｍ未満で可視光および／または６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの波長を有するレーザー光で散乱されない程度に小さい分散相であってもよい。従って、図１ａでは蒸気３０を複数の液滴として図示しているが、実際には蒸気３０は目に見えない。
【００４８】
実際には、流れ２２および２０の衝突後に液滴２８が距離ｄにわたって見えないということは、実質的にすべての流体組成物１８が効率的に気化する条件で衝突が起こったことを示している。霧化した液滴２８の気化が完全に起こる実際の距離ｄは、流体組成物１８やキャリアーガス２４の性質、流体組成物１８とキャリアーガス２４のそれぞれの温度、衝突時の流れ２２および２０の速度、霧化および気化が起こるチャンバー１７内の温度などを含めた種々の要因次第で変動する。通常、以下の実施態様で説明する装置規模において、ｄは２ｃｍ〜２００ｃｍの範囲内である。従って、他種多様のコーティング材料を扱うことができるようにするためには、チャンバー１７を使用する場合には通常その長さは少なくともｄである。
【００４９】
チャンバー１７は必要なものではないが、蒸気をより効率的に基材１６に送るのに役立ち、また蒸気３０の形状を整えてコーティング性能を向上させるのにも役立つ。使用する場合は、チャンバー１７は、霧化の領域から蒸気３０が基材１６と接触する領域まで延びる長さに沿った直線状にすることができるが、これは必要なものではない。実際、チャンバー１７に複数のねじれや曲がりがある場合でさえ、蒸気３０はなお基材１６に向かって流動する傾向にある。例えば、図３は直線上のチャンバーの蒸気移送管を示しているが、図４は９０°で折れ曲がったチャンバーを示している。
【００５０】
流体成分の気化が起こる沸点よりも通常は十分低温である蒸気３０の凝縮点よりも高温で十分なキャリアーガス２４が使用される限り、蒸気３０は真の気相としてキャリアーガス２４との混合物として存在することができる。キャリアーガス２４と流体組成物の接触は、蒸気３０の分圧が飽和蒸気圧より低くなる条件下で行われるため、より高温、例えば、流体成分の沸点以上の温度は気化を実現し維持するためには必要ではない。より高温に頼ることなく成分を気化させるこの能力は、成分の１種類以上が高温において破壊されたりその他の劣化を起こしたりする可能性のある流体組成物１８を使用する場合に特に好都合である。
【００５１】
流体組成物１８の成分が高温によって害を受けない場合は、キャリアーガス２４を流体成分の沸点よりも高温で供給することができる。実際、このようなより高温の使用は、ある用途においては有用となりうる。例えば、キャリアーガス２４によって気化熱エネルギーが運ばれてくるので、ある程度液体を気化させるために十分な熱エネルギーを、特により速い液体の流速において供給するために、より高いガス温度が必要および／または望ましくなることもある。このような場合、得られるキャリアーガス２４と蒸気３０の混合物は、キャリアーガス２４の初期温度流体組成物１８の初期温度、およびこれら２つの材料の相対的な流速などの要因に依存して、１種類以上の気相成分の沸点よりも高温あるいは低温となる。
【００５２】
例えば蒸気３０は、それより高温では蒸気３０のすべてが気相中に残留しやすくなるような凝縮温度を有する。逆に凝縮温度より低温では、蒸気３０は凝縮して液相になりやすくなる。従って、キャリアーガス２４の流れ２２は、蒸気３０の凝縮点よりも高温でチャンバー１７に供給されることが好ましい。好ましくは、キャリアーガス２４を凝縮点よりも高温に加熱するが、それでもなお流体組成物の少なくとも１つの成分の沸点より低温、より好ましくは流体組成物１８のすべての流体成分の沸点よりも低温である。
【００５３】
この議論から、蒸気３０が基材表面１４に到達する前にキャリアーガス２４と蒸気３０の混合物が蒸気３０の凝縮温度より低い温度になると、蒸気３０の少なくとも一部が予定より早く凝縮することがあることが分かる。これを避けるために、蒸気の凝縮温度より高温に気体混合物を維持できるようにチャンバー１７が加熱可能であることが好ましい。任意の希望する手段によってチャンバー１７に熱を与えることができる。例えば、チャンバー１７の内容に、赤外線、マイクロ波、ＲＦエネルギー、またはレーザーエネルギーを照射することができる。別の例としては、チャンバー１７の壁１９を、電熱コイルまたは熱いガスまたは液体、例えば液流を循環させる加熱ジャケットによって、壁１９の周囲あるいは内部から加熱することができる。
【００５４】
キャリアーガス２４と蒸気３０の混合物は、基材１６の表面１４に向かって流れ、蒸気３０の凝縮温度よりも低温に冷却される。その結果、蒸気３０は表面１４上で凝縮して、薄く実質的に均一なコーティング層１２を形成する。基材１６は、任意の従来の冷却手段を用いて冷却することができる。図においては、基材１６は、冷却支持部材３２と熱的に接触させて配置することで冷却される。支持部材３２の使用は、冷却効果が、キャリアーガス２４と蒸気３０の混合物などのシステム１０の他の部分ではなく、最初に基材１６へと熱的に移動するので特に好都合である。これによって、基材１６に到達する前に凝縮する蒸気３０の量が最小限になる。支持部材３２は、任意の希望する冷却方法を用いて冷却することができる。図においては、支持部材３２は、冷却媒体供給ライン３４から支持部材３２中に冷却水などの適当な冷却媒体を循環させることで冷却している。冷却媒体は、排出ライン３６を通して支持部材３２から回収される。
【００５５】
本発明によるコーティングに適した基材は、多くの異なる種類の材料から作ることができるし、様々な異なる形状であってもよい。例えば、材料に関しては、基材は、金属、木材、布、ポリマー、セラミック、紙、鉱物、ガラス、複合材料などであってよい。形状に関しては、基材は、平坦、湾曲、波形、ねじれ、微細構造、平滑、粗面、多孔質、粒子状、繊維状、中空形状、三次元、規則的または不規則的表面などであってよい。本発明の蒸気流の近傍に基材を配置する方法は、希望するコーティングおよび基材に依存する。好適な方法としては、例えば、可撓性ウェブ様基材および繊維における移送技術、粒子状基材における振動または懸濁技術、三次元基材における可動性蒸気源または基材が挙げられる。
【００５６】
図１ａに示す実施態様では、基材１６と支持部材３２はコーティング中に移動しない。従って、図１ａに示す実施態様はバッチ式コーティング作業の実施に適している。しかし、１つの選択として、コーティング作業を定常状態で行うことができる。例えば、図３および４では、定常状態のコーティング作業において、移動する基材の長い距離をコーティングする本発明の実施態様を示している。
【００５７】
好都合な点として、本発明は、広範囲の幅を有するコーティング層１２などのコーティング層の形成に使用することができる。好ましい実施態様では、０．０１μｍ〜５μｍの範囲の均一な厚さを有するコーティング層が１回で容易に形成される。より厚い皮膜、または異なる材料からなる多層皮膜は、複数回のコーティング工程にかけるか、あるいは１回の工程で複数の層を付着させて基材１６をコーティングすることで形成することができる。好都合なことには、本発明は実質的にピンホールのないコーティング層を形成することもできる。コーティング層は、別々の蒸気および／または蒸気混合物が共凝集するときに相分離が起こらないとも考えられている。
【００５８】
表面１４上に蒸気３０が凝集してコーティング層１２が最初形成された後に、コーティング層１２に希望する性質次第でコーティング層１２をさらなる任意工程に任意にかけることができる。例えば、放射硬化エネルギーにさらすことで硬化または架橋および固化が可能な成分からコーティング層１２が形成されている場合は、コーティング層を硬化させるためにコーティング層１２を適切な線量の放射硬化エネルギーで照射することができる。加熱によって熱硬化および固化が起こる成分でコーティング層が形成されている場合は、硬化させるために好適な条件下でコーティング層１２を加熱することができる。さらに冷却することによる相変化によって固化する成分からコーティング層１２が形成されている場合は、  成分の固化が起こる温度までコーティング層１２を冷却することができる。図１Ａに排出ガス３９として一括して示している過剰のキャリアーガス２４および蒸気３０は、排出口３８を介してチャンバー１７から排出することができる。
【００５９】
図１ａでは、流れ２２を流れ２０と衝突させることで霧化を行っており、この場合衝突エネルギーが流体組成物１８を微細な液滴２８のミストに分解している。液滴および後の蒸気の体積濃度が時間経過に伴って変動しうる振動が生じずに円滑に流体組成物１８を気化させることができるので、層流条件下の衝突による霧化は好都合である。霧化は他の手段によって行うことも可能であるが、他の霧化手段は霧化中に振動が発生する性質を有する傾向にある。例えば、流体組成物１８に従来の霧化手段を使用して霧化し、液滴２８を気化させることができるように、霧化した液滴２８をキャリアーガス２４中に放出あるいは噴霧することができる。このような他の霧化方法としては、超音波霧化、スピニングディスク霧化などが挙げられる。図１ｂはこれを概略的に示している。図１ｂは、流れの衝突の代わりに霧化装置構成要素２１を使用して流体流２０を霧化していることを除けば図１ａとほぼ同様である。霧化装置構成要素２１としての使用に適した様々な種類の代表的霧化装置構造は、Ｌｅｆｅｂｖｒｅ，Ａ．Ｈ．，Ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｐｒａｙｓ，Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｒｐ．，Ｕ．Ｓ．Ａ．（１９８９）；Ｈａｒａｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｐｒａｙｓ，ｖｏｌ．７，ｐｐ．９７−１１３（１９９７）に記載されている。
【００６０】
別の代替法として、まず流体流２０およびガス流２２を予備混合した後、従来の霧化手段を使用して流体組成物１８を霧化することができる。この方法では、得られる霧化された液滴２８は、霧化の際にキャリアーガス２４と十分に混合される。有利な点は、予備混合した流体流２０およびキャリアーガス流２４では、図１ａの衝突法よりもキャリアーガス２４の使用量が少ないことである。しかし、衝突で形成された液滴２８は、予備混合方法で形成された液滴２８よりも小さく早く気化する傾向にある。別の代替法として、結果として得られる霧化した液滴２８がキャリアーガス２４と接触できるような方法で、流体組成物１８の２つ以上の流れを衝突させることより霧化を行うことができる。
【００６１】
図２ａは、図１ａのシステム１０の操作１００の好ましい方式の概略を示す流れ図である。この方法の流れ図の操作１００の方式の考察は、図２ｂの流れ図に示す本発明の操作１００’の別の方式を評価するために特に有用である。まず図２ａを参照すると、流体組成物１０４の流れ１０２とキャリアーガス１０８の流れ１０６は、ステップ１１０において流体組成物１０４の霧化および気化に効率的な条件下で合流し、キャリアーガス１０８と気化した流体組成物とを含む気相混合物を形成する。ステップ１１２では、蒸気が冷却した基材の表面に向かって流動し、ここでステップ１１４において蒸気が液体に凝縮して基材上にコーティング層を形成する。ステップ１１６では、コーティング層は任意の凝縮後工程にかけられる。
【００６２】
操作１００の方式は、周囲条件下で通常固体である１種類以上の成分から誘導されるおよび／または含有する流体組成物１０４を扱えるように容易に適合させることができる。例えば、蝋などの融解して気化可能な流体が容易に生成する材料を、溶融させた後で溶融形態の流体組成物１０４に混入することができる。他の固体は、流体組成物１０４の別の流体成分と混合した場合に容易に溶解することができる溶解性を有する場合がある。例として、多くの固体の光開始剤は、光開始剤の存在下で重合が有利に促進される放射線硬化性モノマーを含む流体に溶解性である。他の固体材料は、担体１０８と接触させた場合に溶融するか、あるいはコーティング蒸気と共にコーティング位置に移動できるほど小さいかのいずれかの微細粒子として供給することができる。
【００６３】
図２ｂは、別の方式の操作１００’を示しており、操作１００’の方式では複数の流体流１０２ａ’、１０２ｂ’等を、対応する複数のキャリアーガス流１０６ａ’、１０６ｂ’等とを、流体流１０２ａ’、１０２ｂ’等を効率的に霧化および気化する方法で連結することができることを除けば、図２ａの操作１００の方式とほぼ同じである。このような蒸気の発生は、同じチャンバー内で実質的に同時に行って混合された蒸気を発生することができる。同時に蒸気を発生させることは、通常は互いに非混和性である流体から均一なコーティング層を形成するためには特に好ましい。あるいは、蒸気の発生を、同じチャンバー内で連続的に行って、多層のコーティング層を形成することができる。あるいは、このような蒸気の発生を別々のチャンバーで行った後、別々のチャンバーから各蒸気を同時に基材上に吹き付けることができる。別々のチャンバーから各蒸気を同時に基材上に吹き付けることは、互いに反応性である蒸気からコーティング層を形成する場合に好ましい。
【００６４】
図３は、本発明の装置２００の具体例を示しており、供給ロール２０８から冷却支持部材２０６を通過し巻取りロール２１０まで移動する可撓性ウェブ２０４上にコーティング層（分かりやすくするため図示していない）を形成するために有用である。通常、コーティング作業は、広い速度範囲の希望する任意の速度で可撓性ウェブ２０４を移動させながら行うことができる。例えば、可撓性ウェブ２０４は約１ｃｍ／ｓ〜１０００ｃｍ／ｓの範囲内の速度で移動させることができる。可撓性ウェブ２０４は、ポリマー、紙、天然および／または合成繊維から製造された繊維状材料および布、金属、セラミック組成物などの種々の材料から可撓性製造することができる。ガイドローラー２１２は、支持部材２０６の表面２１４を横断するように可撓性ウェブ２０４を誘導する働きをする。支持部材２０６は、供給ライン２１６から支持部材２０６に入り排出ライン２１８から排出される冷却媒体によって冷却される。冷却媒体の冷却効果は、支持部材２０６と熱的に接触する可撓性ウェブ２０４の一部に伝達される。
【００６５】
コーティング操作は蒸気移送管２２４を使用して行われる。蒸気移送管２２４は、可撓性ウェブ２０４に蒸気を移動させる働きをし、より良好なコーティング性能を得るために蒸気流を整えるのにも役立つ。蒸気移送管２２４は２つの半体２０３および２０５で構成される。各半体２０３および２０５は、接合する端部においてそれぞれフランジ２０７および２０９を含み、この部分でねじ、ボルト、ねじのかみ合いなどの適当な固定手段によって互いに取り外し可能に両半体を固定することができる。２つの半体２０３および２０５は開放することができ、保守点検のためチャンバー２２２に到達することができる。
【００６６】
蒸気移送管２２４は、入口端２２６と出口端２２８を有する。入口端２２６には、流体コーティング材料およびキャリアーガスの流れが蒸気移送管２２４のチャンバー２２２の放出および衝突が行われるノズル２３０が取り付けられる。このような衝突によって、コーティング材料の霧化および気化が起こる。コーティング材料は、供給ライン２３２を通ってノズル２３０に供給される。供給ライン２３２からの材料の移送は、定量ポンプ２３６を使用して行われる。キャリアーガスは供給ライン２３４を通ってノズル２３０に供給される。供給ライン２３４には、流量調節器２３５とキャリアーガスが蒸気移送管２２４に流入する前にキャリアーガスを予備加熱するための任意の熱交換器２３８とが取り付けられる。蒸気移送管２２４の壁２４２を加熱するための加熱要素２４０などの加熱手段を使用して、チャンバー２２２に熱を供給することができる。図３に示す加熱要素２４０は、希望する熱量を与えるための、壁２４２と熱的に接触するように蒸気移送管２２４周囲にらせん状に巻き付けられた電気抵抗加熱要素の形態である。
【００６７】
蒸気移送管２２４の出口端２２８は、チャンバー２２２内で発生した蒸気を可撓性ウェブ２０４上に向けるオリフィス２４４を有するエンドキャップ２４６を備える。エンドキャップ２４６は、保守点検のためチャンバー２２２に通じることができるように任意に着脱自在であってもよい。蒸気の凝縮温度より低温に維持された冷却ウェブ２０４と蒸気が接触すると、蒸気が凝縮してウェブ２０４上でコーティング層を形成する。移動するウェブ２０４にコーティング層が適用された後、このコーティング層を硬化ユニット２５０として図示する好適な硬化処理にかけることができる。例えば、１つの選択として、コーティング層が放射線架橋性官能基を含む場合、硬化ユニット２５０は放射硬化エネルギー源であってもよい。もう１つの選択として、コーティング層が熱硬化性官能基を含む場合、硬化ユニット２５０はオーブンであってもよい。
【００６８】
図４は、移動可能なウェブ３０２上への放射線硬化コーティング層の形成の適した本発明の特に好ましいシステム３００を示しており、コーティング層は１種類以上の流体の放射線架橋性コーティング材料から形成される。システム３００は、内壁３０６と外壁３０８を含む二重壁カバー３０４を備える。内壁３０６によってコーティングチャンバー３１０が定められる。内部隔壁３１２は、コーティングチャンバー３１０を上部チャンバー３１４と下部チャンバー３１６に分割する。ウェブ３０２上のコーティング層の形成に使用される放射線架橋性コーティング材料の反応性のためと、清浄なコーティング環境を維持するために役立つようにするため、下部チャンバー３１６は不活性雰囲気に維持される。
【００６９】
不活性雰囲気は、硬化工程および凝縮後工程にかけられる材料に関して不活性である任意のガスおよび複数のガスの組み合わせであってよい。好適な不活性ガスの例としては、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素、およびこれらの組み合わせなどが挙げられる。不活性雰囲気は、コーティング作業を行うために効率的な任意の好都合な温度で供給することができる。しかし、不活性雰囲気が熱すぎるまたは冷たすぎる場合には、ウェブ温度および／または蒸気温度を調節することがより困難になるおそれがある。従って、一般に０℃〜１００℃の範囲の温度の不活性雰囲気を供給することが好適である。不活性雰囲気はガス流入口３２０から下部チャンバー３１６に供給され、ガス排出口３２２から排出される。周囲のガス、粒子、および他の汚染物質を下部チャンバー３１６から排出できるようにするため、下部チャンバー３１６はわずかな正圧、例えば、０．０４ｐｓｉｇ（２５０Ｐａ）に維持される。
【００７０】
可撓性ウェブ３０２は、供給ロール３２６（上部チャンバースペース３１４に位置する）から、ドラム３２４（下部チャンバースペース３１６に位置する）へ、そして巻取りロール３２８（これも上部チャンバー３１４に位置する）へと案内される。ガイドローラー３２５はウェブ３０２のこのような移動中に案内を補助する。好ましくは、ドラム３２４は、ラム３２４の周囲でウェブ３０２を移動させるための、矢印３３０の方向に回転することができる水冷式回転可能ドラムである。本発明を使用して形成することができる非常に薄いコーティング層厚さのため、ドラム３２４の表面３３２は正確（すなわちドラムの軸に対して平行）で滑らかであるべきである。水冷式ドラム３２４の特に好ましい実施態様は、表面３３２の内部だが表面と隣接する位置にある二重らせん状に巻かれた冷却管に流される循環冷却水によって冷却される。
【００７１】
ドラム３２４は、少なくとも一部、好ましくは全部の放射線架橋性コーティング材料の凝固温度より低い温度に維持される。ドラム３２４と熱的に接触するウェブ３０２の熱容量はドラム３２４と比べると比較的小さいので、ドラム３２４と熱的に接触するウェブ部分は支持部材温度に実質的に対応する温度まで冷却される。このためウェブ３０２上への蒸気状コーティング材料の凝縮が促進される。冷却温度はコーティングする材料の性質次第で変動する。通常、ドラム３２４を０℃〜８０℃の範囲の温度に維持すると好都合である。
【００７２】
ドラム３２４の回転速度は、コーティング速度が各コーティング操作において最適化することができるように調節することが好ましい。一般に、好適な速度範囲では、ウェブ速度が０．００１ｃｍ／ｓ〜２０００ｃｍ／ｓ、好ましくは１ｃｍ／ｓ〜１０００ｃｍ／ｓ、より好ましくは１ｃｍ／ｓ〜３００ｃｍ／ｓの範囲でコーティングすることができる。
【００７３】
プライマー処理ユニット３３６は、ウェブ３０２のプライマー処理を行うため、ドラム３２４の送り込み側に任意に備えることができる。このような処理は、必ずしも必要ではないが、適切な条件でコーティング層のウェブ３０２に対する接着力を向上させるために行うことができる。行うプライマー処理の種類は重要ではなく、ウェブ３０２表面を十分にプライマー処理することが可能な任意の方法を使用することができる。一例として、プライマー処理ユニット３３６は、コロナ放電をウェブ表面に向けることでウェブ３０２のプライマー処理が可能なコロナ処理ユニットであってもよい。コロナ処理ユニットは、多数の販売元から市販されている。例えば、Ｐｉｌｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）より市販されるコロナ処理装置が好適であることを確認している。
【００７４】
コーティング蒸気は、蒸気移送管３４０からウェブ３０２上に向けられる。蒸気移送管３４０は、主管部分３４１とコーティングヘッド部分３４３を備える。任意に、コーティングヘッド部分３４３は、主管部分と一体的に形成されていてもよいし、あるいは主管部分３４１と取り外し自在に固定することができる分離した部品として形成されてもよい。あるいは、主管部分３４１とコーティングヘッド部分３４３のそれぞれは、使用されるコーティング材料に関して不活性である任意の種々の材料から別々に作製してもよい。このような材料の例としては、ガラス、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、およびこれらの組み合わせなどが挙げられる。主管部分３４１は、気化の状態を視覚的に評価できるようにガラス製壁を含むことが好ましい。コーティングヘッド部分３４３も、希望するのであればガラスまたは他の好適な材料から作製してもよい。
【００７５】
蒸気移送管３４０は入口端３４２と出口端３４４を有する。入口端３４２には、放射線硬化性コーティング材料とキャリアーガスのそれぞれの流れが通過して蒸気移送管３４０のチャンバー３４８内に放出され衝突するノズル３４６が取り付けられる。このような衝突によって、コーティング材料の霧化および気化が起こる。コーティング材料は供給ライン３５０を通ってノズル３４６に供給され、キャリアーガスは供給ライン３５２を通ってノズル３４６に供給される。供給ライン３５０は容積式ポンプまたは定量ポンプ３５４を備える。供給ライン３５２にはガスを加熱するための熱交換器３５６が取り付けられる。前述したような任意の好適な加熱手段（図示していない）を使用してチャンバー３４８に熱を供給することができる。
【００７６】
ノズル３４６を通過するコーティング材料とキャリアーガスの流速は、コーティング性能に影響する要因の１つである。一般に、キャリアーガスが蒸気で飽和せずにすべてのコーティング材料が気化できるようにするため、キャリアーガスの流速はコーティング材料の流速よりも速い。通常のコーティング操作では、コーティング材料は０．０１ｍｌ／ｍｉｎ〜５０ｍｌ／ｍｉｎの範囲の流速で供給することができ、キャリアーガスは４ｌ／ｍｉｎ〜４００ｌ／ｍｉｎの流速で供給することができる。キャリアーガス流速のコーティング材料流速に対する比は通常１０3〜１０6の範囲内である。
【００７７】
蒸気移送管３４０の出口端３４４には、オリフィス３６０が設けられており、ここを通過してチャンバー３４８で発生した蒸気がウェブ３０２に向けられる。蒸気の凝縮温度より低温に維持された冷却ウェブ３０２と蒸気が接触すると、蒸気が凝縮してウェブ３０２上にコーティング層を形成する。凝縮したコーティング層が移動するウェブ３０２に適用された後で、放射線硬化ユニット３６２として図示される適当な硬化条件にコーティング層をかけることができる。次に、コーティングされたウェブは、必要であればさらに加工することができ、あるいは図示するように巻取りロール３２８に巻取って保管することができる。
【００７８】
図５ａ、５ｂ、および５ｃは、本発明の原理の実施に有用な特に好ましいノズル４００の実施態様を示している。ノズル４００は、上述の任意の実施態様を含めた本発明の任意の実施態様に取り入れることができる。ノズル４００は、主要構成要素として、主バレル４０２、エンドキャップ４０４、アダプター４０６、および出口カバー４０８を備える。これらの主要構成要素は、保守点検のため必要となるノズル４００の分解および再組立が容易となるように、螺合により組み立てられるようになっている。
【００７９】
主バレル４０２は、段面４０９が形成されるように円筒形ボディ４０７と連結する円錐形ヘッド４０５を含む。ボディ４０７の反対側の端では、ボディ４０７の外周４１２から外部円筒形壁４１０が長手方向に延びている。ボディ４０７の内側部分４１６から内部円筒形壁４１４が長手方向に延びている。内部円筒形壁４１４の長さは外部円筒形壁４１０よりも長いため、エンドキャップ４０４が内部円筒形壁４１４周囲に螺合して連結部４１８で外部円筒形壁４１０と密封状に係合することができる。内部円筒形壁４１４と外部円筒形壁４１０は互いに間隔があけられ、このため主バレル４０２とエンドキャップ４０４をボディ４０７と合わせて組み合わせた場合に、環状チャンバー４２２の一部を形成する間隙４２０（図５ｃ参照）が定められる。ボディ４０７の外面４２４にはねじ山が付けられ、アダプター４０６と螺合する大きさとなっている。内部円筒形壁４１４の外面４２６にもねじ山が付けられ、エンドキャップ４０４と螺合する大きさとなっている。
【００８０】
間隙４２０の間、従って環状チャンバー４２２および段面４０９に流体が流れるようにするため、ボディ４０７に少なくとも１つの貫通した開口部４２８が設けられる。図に示す好ましい実施態様では、４つの開口部４２８が設けられ、段面４０９の周囲において間隔が等距離になっている。主バレル４０２は、主バレル４０２の軸に沿った長手方向に内部円筒形壁４１４の入口端４２１から円錐形ヘッド４０５の放出端４２３まで延びる貫通した開口部４２９をさらに含む。貫通開口部４２９は通常円筒形であるが、放出端４２３において先細りして直径が減少する。貫通開口部４２９は、層流を実現するために、端４２１および４２３において十分なランド長さとオリフィス直径を有することが好ましい。
【００８１】
一般にエンドキャップ４０４は端壁４３０と周囲の側壁４３２とを含む。端壁４３０の中心には、主バレル４０２の内部円筒形壁４１４の外部に取り付けられ螺合するよう適合した開口部４３４が配置している。図５ｃに最も良く示されるようにエンドキャップ４０４と主バレル４０２を螺合させることによって組み立てると、側壁４３２は連結部４１８において主バレル４０２の外部円筒形壁４１０と密封状に係合するが、内部円筒形壁４１４とは間隔があけられる。従って側壁４３２は、入口端４２１近傍の内部円筒形壁４１４の始まりの部分の周囲の環状チャンバー４２２を定める。側壁４１２は、ノノズル４００が組み立てられた場合にズル４００外部と環状チャンバー４２２の間を連絡する開口部４３５を含む。ノズル４００の組立および分解の時にエンドキャップ４０４をつかみやすくするために、エンドキャップ４０４の外面４３６にはローレットが切られている。
【００８２】
アダプター４０６は、外部段面４４６が形成されるようにボディ４４４と連結し平端面４４２を有する円錐形ヘッド４４０を備える。ボディ４４４の反対の端部では、ボディ４４４の外周４５０から円筒形壁４４８が長手方向に延びている。ボディ４４４の外面４５２にはねじ山が付けられており出口カバー４０８と螺合する大きさとなっている。円筒形壁４４８の内面４５３にはねじ山が付けられており、主バレル４０２のボディ４０７と螺合する大きさとなっている。円筒形壁４４８の外面４５４にはローレットが切られており、ノズル４００の組立および分解の際にアダプター４０６をつかみやすいようになっている。
【００８３】
ボディ４４４および円錐形ヘッド４４０は、開口部４５６を通して主バレル４０２の円錐形ヘッド４０５を受け入れるようにテーパーが付けられている。内部段面４５５の距離は、貫通開口部４５６の端４５７から円筒形壁４４８の内面４５２まで及んでいる。端面４４２からちょうど円錐形ヘッド４０５の放出端４２３が突出するように、円錐形ヘッド４０５はテーパー貫通開口部４５６に密封状に受けられる。さらに、貫通開口部４５６に円錐形ヘッド４０５が十分に挿入されると、主バレル４０２の段面４０９は内部段面４５５から間隔があき、これによって第２環状チャンバー４５８が定められる。ボディ４４４は、内部段面４５５と外部段面４４６の間で流体が連絡する複数の弓形貫通くぼみ４６０を含む。弓形貫通くぼみ４６０は、第２環状チャンバー４５８を経由して主バレル４０２の貫通開口部４２８と連絡する。弓形貫通くぼみ４６０は、開口部４２８から現れた実質的な線状流線流を、弓形くぼみ４６０からほぼ環状の流動形式となって現われるように分散させる。
【００８４】
出口カバー４０８は末端部分４７０と側壁４７２を含む。側壁４７２の内面４７４荷はねじ山が付けられ、アダプター４０６のボディ４４４と螺合する大きさとなっている。側壁４７２の外面４７６にはローレットが切られており、ノズル４００の組立および分解の際に出口カバーを握りやすいようになっている。末端部分４７０はテーパー貫通開口部４７８を定める内壁４８０を有し、この開口部４７８はアダプター４０６のテーパーヘッド４４０と間隙があいて受け入れるように適合しており、これによって内壁４８０とテーパーヘッド４４０の間に延びる円錐形流路４８２が定められる。従って流路４８２は、弓形貫通くぼみ４６０近傍の入口４８４と端面４４２近傍の出口４８５とを有する。出口４８５は円環形であり、貫通開口部４２９の放出端４２３を囲んでいる。
【００８５】
ノズル４００の操作の好ましい形式では、供給コーティング材料は貫通流路４２９入口端４２１に入り、次に放出端４２３まで流れていき、ここでコーティング材料の流れはノズル４００の縦軸に沿って放出され、好ましくは層流状態で衝突点４９０に向かう。その間、供給キャリアーガスは開口部４３５から環状チャンバー４２２に入る。次にキャリアーガス流が環状チャンバー４２２から流路４２８を通って第２環状チャンバー４５８へと進む間にキャリアーガス流が圧縮される。第２環状チャンバー４５８から、キャリアーガス流が弓形流路４６０に入り、これによって流路４２８からの圧縮された流れが再分配され、実質的に円環形の流れが形成される。弓形流路４６０から、キャリアーガス流はテーパー流路４８２内に再び制限され、次に円錐形で中空の流れとなって衝突点４９０に向かって放出される。衝突点４９０では、コーティング材料とキャリアーがすの流れが衝突し、コーティング材料の霧化および気化が起こる。
【００８６】
図５ａ、５ｂ、および５ｃに示されるノズルの特徴と関連する図６は、ノズル４００を使用して発生した衝突流とガス流の幾何学的配置をより詳細に示している。内部領域５０４を有する中空で実質的に円錐形であるキャリアーガス流５００は、ノズル４００の環状オリフィス４８５から現れ、頂点５０２の方に集束する。環状オリフィス４８５のほぼ中央に位置するオリフィス４２５は、流体の円柱形の流れ５０６を内部領域５０４から頂点５０２に向けて放出し、ここで流れ５００および５０６が衝突する。従って流体流５０６は大きな力で霧化される。
【００８７】
この方法によると、性能においてさまざまな利点が得られる。まず、ノズル４００の構造によって、粘着性または比較的粘稠な流体材料を含む流体流の霧化がより容易になる。ノズル４００からこのような流体成分を移動させるためには比較的低い圧力が要求され、他のノズル構造を使用した霧化構成と比較すると驚くべきことにこのような成分がノズル４００が詰まらせる傾向が減少する。理論とむすび付けて考察しようとするものではないが、この性能の向上を説明できると思われる根拠を提案することはできる。迅速に移動する中空で円錐形のキャリアーガス流５００によって内部領域５０４が減圧状態となり、これによって流体組成物がノズル４００から引き出されやすくなると考えられる。この引き出される力が、他の方法ではノズルのつまりの原因となりうる粘稠および粘着性の影響を克服する助けとなる。別の利点としては、この方法で、キャリアーガス流５００が流体流５０６の実質的すべての周辺部を囲む流体流５０６と大きな力で衝突するので、非常に良好に流体流５０６の霧化が起こる。
【００８８】
ある用途では、互いが十分に非相溶性であるため２種類以上の液体組成物から均一な蒸気を発生させることが望ましいことがあるので、ノズル４００の使用はこのような組成物の均一な霧化および／または気化混合物を生成するためにはあまり適していない。工程で使用する液体材料が、ノズル１０から均一に流れ出すことができない２種類以上の非混和性成分を含む場合などでは、ノズル４００の使用はあまり適していない。あるいは、液体状態で互いに反応性である２種類以上の成分を含む液体材料の場合、ノズル４００から１つの流れとしてこのような材料を移送するとノズル４００がつまる可能性があるので、ノズル４００の使用はあまり適していない。
【００８９】
このような状況において、図７は、複数の液流から均一な霧化および／または気化混合物を形成するために特に有用である本発明の特に好ましい実施態様であるノズル４００’を示している。ノズル４００’は、主バレル４０２がただ１つの貫通開口部４２９ではなく同時に複数の流体流を扱うための複数の貫通開口部４２９’を含むことを除けばノズル１０とほぼ同じである。説明のため、３つの貫通開口部４２９’を示しているが、扱うべき流体流の数次第でこれより多いあるいは少ない数を使用することができる。例えば、他の実施態様では、主バレル４０２’は２〜５個のこのような貫通開口部４２９’を含むことができる。ノズル４００’は、それぞれのこのような貫通開口部４２９’からそれぞれの流体流を供給するための管状材料４３１’も含む。このように、ノズル４００’によって、実質的に同時で内破的で高エネルギーで複数の流体流の霧化および気化が可能となる。この方法では、複数のノズルから多成分蒸気を発生させ混合しようと試みた場合よりも、実質的により均一な蒸気が得られる。
【００９０】
これより以下の実施例を参照にして本発明をより詳細に説明する：
実施例１
以下のようにして、液流を霧化し、気化し、基材上で凝縮させ、これを後に基材上で重合させた：標準圧力で沸点が２９５℃である１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（ＵＣＢ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社より入手できる）５．３重量部と、１０ｍｍＨｇ（１４００Ｐａ）で沸点が１００℃であるペルフルオロオクチルアクリレート（ＦＣ  ５１６５としてＭｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ社より入手できる）９４．７重量部との溶液で構成される液流を、シリンジポンプ（Ｈａｒｖａｒｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ社より入手できるＭｏｄｅｌ  ５５−２２２２）を用いて図５ａ、５ｂ、および５ｃに示される霧化ノズルに通して移送した。０．３５ｍＰａ（３４ｐｓｉ）のガス流（低温等級の窒素、Ｐｒａｘａｉｒ社より入手できる）を１２７℃に加熱し、ノズルに通した。液流は速度０．５ｍｌ／ｍｉｎで移動し、ガス流は速度２７ｌ／ｍｉｎで移動した（標準温度および標準圧力すなわちＳＴＰ）。液流とガス流の両方は、図５ａ、５ｂ、および５ｃの前述の説明のように別々の流路を通ってノズルを通過した。ガス流は環状オリフィスから放出され、ノズル端から３．２ｍｍ（０．１２５インチ）に位置する中央の先端に向かった。この位置で、ガス流が中央の液流と衝突した。液流が霧化して、ガス流中で液滴のミストを形成した。次に、ガス流中の霧化した液滴は、蒸気移送チャンバーを通って移動する流れと急速に気化した。蒸気移送チャンバーは、直径１０ｃｍ長さ５ｃｍのガラス管と、直径１０ｃｍ長さ２５ｃｍのアルミニウム管の２つの部品を含んでいた。ノズルの出口端はガラス管の一端の内部に約１６ｍｍ（０．６４インチ）延びており、アルミニウム管はガラス管の反対側の端と連結した。蒸気移送チャンバーの壁に蒸気が凝縮するのを防止するために、アルミニウム管を管の外側に巻き付けた加熱テープで加熱した。
【００９１】
気化を２つの方法によって観察した。第１の方法は肉眼による目視観察を含み、第２の方法はレーザー光散乱を含むものであった。肉眼で観察する場合、霧化した液滴を、ノズル出口から２ｃｍ未満で延びる狭い円錐形領域に限られた微細なミストとして見ることができた。この後、このミストは見ることができなくなったが、これはこの領域を越えて完全に気化が進行したことを示している。液体の霧化および気化は、波長６３０〜６７０ｎｍの「ペンライト」レーザー（Ｌｙｔｅ  Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．社製のＯｐｔｉTM）のレーザー光を蒸気移送チャンバーのガラス部分に照射することによっても観察した。レーザー光は、ノズル出口から２ｃｍ未満に存在する液滴からの散乱光として見ることができた。蒸気移送チャンバーの残りの部分は透明であったが、これは液体の気化が完全に進行したか、あるいは少なくとも液滴が３０ｎｍ未満の検出限界未満の直径まで縮小したことを示している。
【００９２】
蒸気とガスの混合物は、アルミニウム管の末端のスロットを通って蒸気移送チャンバー出口から排出した。このスロットは長さ５０ｍｍ幅１．３ｍｍ（２インチ×０．０５インチ）であった。蒸気とガスの混合物の温度は蒸気移送チャンバー出口の３ｃｍ前の位置で１３６℃であった。厚さ１００μｍ幅２３ｃｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの基材を、フィルム移動速度を１．０ｃｍ／ｓに調節した機械的駆動システムによって蒸気移送出口を通過させた。水冷式プレート上でフィルムを通過させながら、蒸気とガスの混合物をフィルムと接触させた。蒸気出口と冷却プレートとの間隔は約２ｍｍであった。ガスと蒸気の混合物中の蒸気はフィルム上に凝縮し、幅５０ｍｍ（２インチ）の未乾燥コーティング層の条片が形成された。
【００９３】
次に、窒素雰囲気において２２２ｎｍの単色紫外ランプシステム（ドイツのＨｅｒａｅｕｓ社より入手できるＮｏｂｌｅｌｉｇｈｔ  Ｅｘｃｉｍｅｒ  ＬａｂｏｒＳｙｓｔｅｍ  ２２２）にコーティングしたフィルムを通過させることで、コーティング層をフリーラジカル重合させた。このランプは放射度３０ｍＷ／ｃｍ2であり、フィルム速度は約２．１ｍ／分（７ｆｐｍ）であった。
【００９４】
実施例２
凝縮コーティング中の基材速度が２．６ｃｍ／ｓであり、ノズルに入る窒素の温度が１５０℃であり、蒸気移送チャンバーの出口の３ｃｍ前の位置での蒸気とガスの混合物の温度が１４２℃であることを除けば、実施例１と同様にして基材のコーティングおよび硬化を行った。
【００９５】
実施例３
凝縮コーティング中の基材速度が８．９ｃｍ／ｓであり、ノズルに入る窒素の温度が１２２℃であり、蒸気移送チャンバーの出口の３ｃｍ前の位置での蒸気とガスの混合物の温度が１２７℃であることを除けば、実施例１と同様にして基材のコーティングおよび硬化を行った。
【００９６】
実施例１〜３の結果
実施例１〜２の重合させたコーティング層は、固体で透明であり、肉眼でかすかに見ることができた。しかし、それぞれのコーティングにある角度で光を当てると虹色の模様が観察され、一般にこれは１μｍ未満の厚さで空隙のあまりない実施的に完全なコーティング層に対応するものである。実施例３の重合させたコーティング層は肉眼で見ることができなかった。各コーティング層をＸ線光電子分光法と減衰全反射赤外分光法によって分析し、コーティング層中にフルオロカーボンアクリレートと架橋剤の両方が存在することを確認し、これより液流の両方の成分が気化し凝縮したことが確認できた。
【００９７】
実施例４
異なる液体および異なる工程条件を使用したことを除けば、実施例１と同様の方法で基材のコーティングを行った。蒸気移送チャンバーと出口スロットも異なり、コーティング層は硬化させなかった。液流は、大気圧での沸点が１７４℃であるフルオロカーボン液体（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏ．社より入手できるＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔTM  ＦＣ−４３）で構成された。液体の流速は１．０ｍｌ／ｍｉｎで、窒素の流速は２５ｌ／ｍｉｎ（ＳＴＰ）であった。ノズルに入る時の窒素温度はほぼ１００℃であった。蒸気移送チャンバーは、直径１０ｃｍで長さ２３ｃｍのガラス管で構成され、蒸気移送チャンバーの壁に蒸気が凝縮するのを防止するために管の外側に加熱テープを巻き付けて加熱した。レーザー光は出口から１ｃｍ未満で散乱したが、１ｃｍより離れた位置では散乱しなかった。蒸気とガスの混合物は蒸気移送チャンバーの３ｃｍ前の位置で９０℃であった。アルミニウム管の端のスロットは長さ９ｃｍで幅１ｃｍ（３．５インチ×０．４インチ）であった。基材は、蒸気移送出口スロットから約５ｍｍの位置に約２秒間置いた。
【００９８】
実施例５
液体の流速が２．０ｍｌ／ｍｉｎであり、蒸気移送チャンバーの出口の３ｃｍ前の位置における蒸気とガスの混合物の温度が９４℃であり、ミストを目視できノズル出口から３ｃｍ未満の領域でレーザー光を散乱したことを除けば実施例４と同様にして基材にコーティングした。
【００９９】
実施例６
液体の流速が１０．０ｍｌ／ｍｉｎであり、蒸気移送チャンバーの出口の３ｃｍ前の位置における蒸気とガスの混合物の温度が９９℃であり、ミストを目視できノズル出口から２２ｃｍ未満の領域でレーザー光を散乱したことを除けば実施例４と同様にして基材にコーティングした。
【０１００】
実施例４〜６の結果
実施例４〜６のコーティング層は液体であった。実施例４および５のコーティング層にある角度で光を当てると、一般に１μｍ未満の厚さで空隙のあまりない実施的に完全なコーティング層に対応する虹色の模様が観察できた。実施例６のコーティング層ははるかに厚いように思われ、虹色の模様は見られなかった。
【０１０１】
実施例７
異なるガス、ノズル、および工程条件を使用したことを除けば実施例４と同様にして基材にコーティングを行った。ガスは圧縮空気であり、移動速度は４ｌ／ｍｉｎ（ＳＴＰ）とした。ノズルはＩＶＥＫ  Ｃｏｒｐ．社（Ｖｅｒｍｏｎｔ）のＳｏｎｉｃａｉｒTMノズルを入手した。液流とガス流をノズル内で混合して、ノズルの直径０．０５ｃｍ（０．０２０インチ）のオリフィスから放出した。ノズルから混合物が放出された時に液体が霧化した。ガス流と接触する霧化した液滴は、直径１１ｃｍで長さ３０ｍであり外面に加熱テープを巻き付けたアルミニウム管で構成される蒸気移送チャンバーにこれらが流入する時に急速に気化した。ノズルの出口端は、アルミニウム管の内部に約１３ｍｍ（０．５インチ）延びた。霧化および気化は、出口スロットから蒸気移送チャンバーに通過する際に見ることができた。霧化した液滴およびレーザー光は、ノズル出口付近の限定された領域でそれぞれ微細なミストおよび光の散乱として観察できた。蒸気とガスの混合物の温度は、蒸気移送チャンバーの出口の５ｃｍ前の位置で８５℃であった。
【０１０２】
実施例７のコーティング層は液体であった。光をある角度でコーティングされた基材に照射すると、虹色の模様を観察できた。
【０１０３】
実施例８
光開始剤を加え、コーティング層の幅を広くし、紫外光発生のために異なる種類のランプを使用したことを除けば、実施例１と同様の方法で基材にコーティングを行った。光開始剤はＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．社より入手したアセトフェノンであり、ＳＴＰにおいて２９５℃の沸点を有する２官能性モノマーの１，６−ヘキサンジオールアクリレート１００部当りに約１部含まれるものであった。次に、図４に示すシステムを用いて蒸気を基材上に凝縮させた。蒸気とガスの混合物を、長さ２５ｃｍのスロットを通過させてコーティングヘッドの出口から放出させた。幅３０ｃｍの基材を窒素雰囲気中でコロナ電極アセンブリに通し、次に直径４１ｃｍ（１６インチ）で幅３６ｃｍ（１４インチ）の金属製冷却ロールと接触させながらコーティングヘッド出口を通過させた。冷却ロールは冷却機からの水によって冷却した。コロナ電極アセンブリは、３つのセラミック管電極（Ｓｈｅｒｍａｎ  Ｔｒｅａｔｅｒ，Ｌｔｄ．社（ＵＫ）より入手できる）を有し、それぞれ有効長３０ｃｍ（１２インチ）でありフィルムから２ｍｍの間隔をあけた。放電は、コロナ発生装置（ＥＮＩ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社（Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）より入手できるモデルＲＳ−４８Ｂ）によって電力を供給した。コロナ放電で使用する窒素は、電極アセンブリの後方から導入し、電極を通過し放電領域まで流れるようにした。蒸気出口と冷却プレートとの間隙は約２ｍｍであった。ガスと蒸気との混合物中の蒸気はフィルム上に凝縮し、幅約２５ｃｍの未乾燥コーティング層の条片を形成した。紫外線ランプシステムには、高強度水銀アークランプを使用した。
【０１０４】
実施例８の重合させたコーティング層は、固体で透明となり、肉眼でかろうじて見ることができたが、反射光によって虹色の模様を形成した。
【０１０５】
実施例９
異なる液体を使用することができ、光開始剤を使用せず、基材が異なる種類のものであり、紫外光源および条件が実施例１と同様であることを除けば、実施例８と同様の方法で基材にコーティングを行うことができた。液流には、大気圧での沸点が１３９℃であるアクリル酸（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｒｐ．社（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）より入手できる）２重量部と、標準圧力での沸点が２１６℃であるイソオクチルアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ社（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）より入手できるＳＲ４４０）９８重量部からなる溶液を使用した。基材は厚さ約５０μｍの二軸延伸ポリプロピレンであった。
【０１０６】
実施例９の重合させたコーティング層は、固体で透明となり、肉眼でかろうじて見ることができたが、反射光によって虹色の模様を形成した。
【０１０７】
実施例１０
異なる液体を使用することができ、光開始剤を使用せず、基材が異なる種類のものであり、異なる重合機構を使用したことを除けば、実施例８と同様の方法で基材にコーティングを行うことができた。液流は、標準圧力での沸点が２１２℃である縮重合性材料のメルカプトプロピルトリメトキシシラン（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｒｐ．社より入手できる）９９重量部と、大気圧での沸点が２９０℃であるアミン触媒（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社より入手できるＪｅｆｆｃａｔ  ＺＲ−５０）１重量部とから構成される溶液であった。基材は厚さ約５０μｍのシリカ下塗り二軸延伸ポリプロピレンであった。このシリカ下塗りフィルムは米国特許第５，５７６，０７６号（Ｓｌｏｏｔｍａｎらに付与された）に記載されるようにして作製した。コーティング層は空気中に数日間放置することで重合させた。
【０１０８】
実施例１０の重合させたコーティング層は、硬質で透明となり、かろうじて目に見えるものであった。
【０１０９】
本発明の他の実施態様は、当業者であれば本明細書の考察本明細書に開示した本発明の実施によって明らかとなるであろう。当業者であれば、特許請求の範囲に示される本発明の真の範囲および精神から逸脱することなしに、本明細書に記載される原理および実施態様の種々の省略、修正、および変更を行うことができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  霧化を実現するために流れの衝突を利用する本発明のコーティングシステムの略図である。
【図１ｂ】  霧化を実現するために別の手段を利用する本発明のコーティングシステムの略図である。
【図２ａ】  図１ａおよび１ｂのコーティングシステムの流れ図である。
【図２ｂ】  コーティング前に蒸気として混合される複数のコーティング材料を使用する場合の本発明の別のコーティングシステムの流れ図である。
【図３】  本発明のコーティングシステムの別の実施例の略図である。
【図４】  可撓性基材上への紫外線硬化コーティング層の形成に適した本発明のコーティングシステムの実施例の略図である。
【図５ａ】  実質的に全部を霧化する本発明の好ましいノズルの実施例の分解組立斜視図である。
【図５ｂ】  図５ａの分解したノズルの断面を示す側面図である。
【図５ｃ】  図５ａのノズルを組み立てたものの断面を示す側面図である。
【図６】  説明のため部品を取り外した図５ｃの組み立てたノズルによって発生する流体流およびキャリアーガスの斜視図である。
【図７】  複数の流体流の霧化／気化に適した本発明の別の好ましいノズルの実施例の部品を取り外した分解組立斜視図である。
【図１ａ】
0004526704.tif 000008
【図１ｂ】
0004526704.tif 000009
【図２ａ】
0004526704.tif 000010
【図２ｂ】
0004526704.tif 000011
【図３】
0004526704.tif 000012
【図４】
0004526704.tif 000013
【図５ａ】
0004526704.tif 000014
【図５ｂ】
0004526704.tif 000015
【図５ｃ】
0004526704.tif 000016
【図６】
0004526704.tif 000017
【図７】
0004526704.tif 000018