(57)【要約】      （修正有）【課題】実際の塗工機または実際の塗工機に近い実験機を用いて塗工する事なく、流体シミュレーションによって物理量を求め、それを基に塗工条件を設定し塗工物を製造する方法の提供。【解決手段】数値流体解析法によるシミュレーション結果から求められる下記式（１）で示される係数A（ｔ）を用いて塗工条件を設定して塗工することを特徴とする塗工物の製造方法。2009247964.tif 000007（１）（式中、Soは塗工基材出口断面積、Gi（ｔ）は時間ｔにおける微小面積ｄＳ中の気体部分の占める面積比率を表す。このときｄＳは塗工基材出口断面を構成する微小面積要素とする。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗液が充填された塗液室に開口部を形成し、該開口部に塗工基材を一方向に搬送しつつ摺接させることにより該塗工基材に上記塗液を塗布するようにしたスロットダイ形式のコーターヘッドにより塗工する塗工機を用いて塗工物を製造する方法において、数値流体解析法によるシミュレーション結果から求められる式（１）で示される係数A（ｔ）を用いて塗工条件を設定して塗工することを特徴とする塗工物の製造方法。
【数１】
2009247964.tif 000006
（式中、Soは塗工基材出口断面積、ｔは計算開始を０としたシミュレーション上の時間、Gi（ｔ）は時間ｔにおける微小面積ｄＳ中の気体部分の占める面積比率を表す。このときｄＳは塗工基材出口断面を構成する微小面積要素の面積とする。）
【請求項２】
塗工基材が塗工基材入口から塗工基材出口に移動するまでの時間を３倍した時間をｔ１としたとき、ｔ＞ｔ１が成り立つ時間帯で式（１）で示される係数A（ｔ）の最大値が２０％以下である、請求項１記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗工不良部分が少なく良好な表面状態を持つ塗工物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、塗工機を用いて塗工物を製造する際には、塗工物表面の荒れや、部分的に塗液が塗工されていないヌケ、印刷方向に直線状に塗液の厚みのむらができるスジ等と呼ばれる塗工不良が発生することがあり、塗工物の品質に著しく悪影響を与える。
【０００３】
これらの塗工不良を発生させずに良好な塗工物を得るためには、塗液室内の圧力設定や開口部の間隙の設定、及び塗液の粘度物性の調整等の設定条件を最適化する必要がある。
【０００４】
従来塗工不良を減少させるために、これまでは、塗工不良が発生したことを検知し、速やかにダイヘッドを移動させ不良の原因である異物や気泡を除去することが知られている（特許文献１）。
【０００５】
しかし、この方法では塗工不良が発生してから対策を行うものであり、塗工不良を発生させない条件で塗工を行う本発明とは根本的に異なるものである。
【０００６】
また、塗液の粘度、表面張力等の物性値を規定し塗工不良を防ぐ方法が知られている（特許文献２、３、４参照）が、これらの方法では塗工機の条件設定には触れておらず、良好な塗工条件を探すためには実際の塗工機または実際の塗工機に近い実験機を用いて塗工する必要がある。通常最適な条件を探し当てるまでには多数の条件による塗工を行わなければならず、設備の保守費用や塗工材の購入費、試験塗工された塗工物の廃棄費用など、多額の塗工費用が必要であった。さらに高速で連続塗工を行う塗工機においては、塗工された被印刷物を巻き取って保管することが一般的であり、塗工物が良好であるか否かの判断を行うためには、巻き取られた膨大な面積の塗工物を巻き戻しつつ観察しなければならず、塗工状態を判断するための結果が出るまでには多大な労力と長い時間が必要であった。
【０００７】
他には、有限要素法を用いた数値解析手法にてダイヘッドの設計を行い塗工する方法が知られている（特許文献５参照）が、この方法は幅方向の吐出量分布を最適にすることが目的であり、塗工不良の改善には至っていない。
【特許文献１】特開２００２−４５７５８号公報
【特許文献２】特開２００１−４９２０３号公報
【特許文献３】特開２００６−１６５１１号公報
【特許文献４】特開２００６−１６５１２号公報
【特許文献５】特開２００４−１４８２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は塗工機や塗工試験機を用いて実際に塗工することなく良好な塗工機の設定条件や塗液の物性値を得て、塗工を行う方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者はかかる課題を解決するために鋭意検討した結果、数値流体解析法によるシミュレーション結果を用いて塗工機および塗工試験機の条件を設定し塗工することによって、塗工不良の少ない塗工物を得ることができることを見いだし本発明に至った。
すなわち本発明は塗工機を用いて塗工物を製造する際に、数値流体解析法によるシミュレーション結果から得られる式（１）から得られる係数Ａ（ｔ）を用いて塗工機および塗工試験機の条件を設定し塗工することを特徴とする。
【００１０】
【数２】
2009247964.tif 000002
【００１１】
（式中、Soは塗工基材出口断面の面積、Gi（ｔ）はある時間ｔにおける微小面積ｄＳ中の気体部分の占める面積比率を表す。このときｄＳは塗工基材出口断面を構成する微小面積要素の面積とする。）
さらに、数値流体解析法にてシミュレーション計算を行う際に、初期に設定した塗液の状態から塗工状態が安定する時間ｔ1までの計算結果から求められるＡ（ｔ）は無視し、時間ｔ1以降のＡ（ｔ）の値の最大値が２０％を越えない条件を用いて、塗工機および塗工試験機の条件を設定し塗工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法によって、実際の塗工機または実際の塗工機に近い実験機を用いて塗工し、塗工物を評価した結果を基に塗工条件を設定したり、塗液の物性を調整したりするのではなく、シミュレーションによって数値を求めその数値を基に塗工条件を設定し、塗液物性の最適化を行うことが可能となり、新しい塗工機を設置する場合や新しい塗液を塗工する場合に、より簡便な方法で塗工条件や塗液物性を設定することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明で使用するスロットダイ形式のコーターヘッドにより塗工する塗工機とは、具体的には、ダイコーター、リップコーター等が例示できる。
【００１４】
本発明者等は研究を重ねた結果、塗液をスロットダイ形式で塗工する際に、塗工速度を上げると、塗液によっては塗膜中に気泡が多数存在してしまうことが確認され、さらには塗液が全く存在しない部分が発生してしまうことがわかった。塗液によっては最終的な塗膜の特性を重視しなければならないため、濡れ性や粘度特性の点で塗工に適した特性を付与することができないものもあり、塗工速度を上げると塗工基材入口において塗液が塗工基材に接する部分で、塗工基材の導入とともに空気が塗工基材に付随してスロットダイ内部に流入する空気同伴現象を起こしやすいと考えられる。この流入した空気がスロットダイ内部で寄り集まり、ある程度の大きさの気泡に成長し、塗工基材の出口部分から流出すると、乾燥とともに塗膜内に気泡が封じ込められてしまったり、塗液が全く存在しない部分が発生したり、塗工物表面に筋上の跡が残る塗工筋が発生したりすると考えられる。特に粘着剤を塗工する場合には剥離性基材に塗工することが一般的であり、塗液と剥離性基材の接触角が大きいことから空気同伴現象が起こりやすい。さらに水性の塗液を塗工する場合も基材との接触角が大きくなるため空気同伴現象が起こりやすい。
【００１５】
一般的にこの空気同伴現象を抑えるためには塗液供給圧力を増加させ塗工基材入り口部分の気液界面を安定させることで改善できるが、圧力を増加させすぎると塗工基材入り口部分から塗液が逆流し漏洩したり、塗液が塗工基材入り口部分の間隙に入り込み滞留することによって乾燥した皮膜が発生し、塗工不良の原因となったりする不具合が発生するため細かい調整が必要となる。また、この気液界面の挙動には塗液供給圧力以外にも塗液の粘度、動的表面張力、接触角などのパラメータによって変化するため実験的に条件を求めるのは困難である。
【００１６】
本発明者等は更に研究を重ねた結果、数値流体解析法を用いて塗工の際の条件をシミュレーションした結果を特定の方法で評価する事により、空気同伴現象の起こりやすさを予測できることがわかった。
【００１７】
すなわち本発明は数値流体解析法によるシミュレーション結果から求められる下記式（１）で示される係数A（ｔ）を用いて塗工条件を設定して塗工することを特徴とする塗工物の製造方法を提供する。
【００１８】
【数３】
2009247964.tif 000003
【００１９】
（式中、Soは塗工基材出口断面の面積、Gi（ｔ）は時間ｔにおける微小面積ｄＳ中の気体部分の占める面積比率を表す。このときｄＳは塗工基材出口断面を構成する微小面積要素とする。）
本発明では、このような数値流体解析法として、空気および塗料の流路を微小な計算格子に分割し、有限要素法、有限体積法および差分法等の数値解析手法を利用して、塗工基材に塗料が転移する流動挙動を解析する。
【００２０】
数値流体解析を行う方法は特に限定されるものではないが、市販の流体解析ソフトを使用するのが簡便である。例としてＡＮＳＹＳ社の流体解析ソフト「ＦＬＵＥＮＴ」、「ＧＡＭＢＩＴ」を用いて解析を行うことが可能である。
【００２１】
「ＧＡＭＢＩＴ」を用いて解析に使用する塗工機内部の形状モデルを作成する際には、全体を３次元形状のままモデル化して計算を行っても良いが、計算負荷を低減させるために、一部または全ての塗工基材出口断面を含む特定の部分を切り出してモデルを作成する、または幅方向に対して垂直な面のみを抜き出した２次元のモデルを作成する、等の手法を用いて計算を行った方が短時間で解を求めることができ効率的である。
【００２２】
また、塗工機の基材入口および出口の間隙は任意に調整可能のものが多いため、必要な間隙に設定されたモデルを複数計算してもよい。さらに、塗工基材の厚みによって間隙は狭まるため、実際の塗液の流路形状には塗工基材入口および出口と塗工基材の厚みの差をとるという補正が必要となる。
【００２３】
塗液流路のモデルを作成した後に、モデル内部に計算格子を設定する。本発明で重要な塗工基材出口断面に、計算格子が平滑に整列するように設定すると計算誤差が少なくなり、精度良く係数Ａ（ｔ）が求められる。このとき、計算格子を構成する面のうち、塗工基材出口断面に接している面の面積を微小面積要素ｄＳとする。
【００２４】
次に「ＦＬＵＥＮＴ」を用いて解析を行う際には、使用する塗液の粘度、塗液の密度、表面張力、塗工基材に対する接触角、塗工機内部材質に対する接触角を物性値として設定し、塗工機その他の設定条件として、塗工速度、塗液の供給圧力または供給流量、空気の粘度、空気の密度、大気圧を設定する。その後、非加熱の等温系を仮定し、粘度モデルとして層流モデル、混相流モデルとして塗液と空気の２相を指定した自由表面モデルを使用し、非定常解析を行う。離散化された時間の単位であるタイムステップは、通常計算格子サイズを塗工速度で割った値以下に設定するが、計算が安定している場合はこの限りではない。また、タイムステップは固定でも良いし、計算の過程で徐々に変化させても良い。
【００２５】
本発明ではこのようにして設定した微小面積要素  ｄＳ、および時間ｔにおけるｄＳ中の気体部分の占める面積比率  Ｇｉ（ｔ）から、式（１）で示される係数  Ａ（ｔ）を求める。
【００２６】
【数４】
2009247964.tif 000004
【００２７】
ここで、計算初期は塗工機内部の流速分布が初期化されているため流動状態が不安定となり、気液界面のバランスが崩れて大量の空気が塗工機内部に進入することがある。塗工安定性を評価するには、気液界面が安定した後の状態を評価する必要があるため、初期に設定した塗液の状態から塗工状態が安定するまでの計算結果から求められるＡ（ｔ）は無視し、それ以降のＡ（ｔ）の値を評価する。本発明者らは鋭意検討の結果、塗工幅方向全てに渡って塗液が塗工基材に転移し、塗工基材出口から排出された時間を起点とし、そこからコーターヘッドの塗工基材入り口から塗工基材出口まで塗工基材が通過する距離を、塗工基材の移動速度で除した値の３倍の時間が経過した後に気液界面が安定することを見いだし、この時間をｔ１とした。
【実施例】
【００２８】
以下に、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。また、下記実施例および比較例中、「部」および「％」は、それぞれ「重量部」および「重量％」を表す。また、ポリエチレンオキサイド構造のエチレンオキサイドの繰り返し数を「ＥＯ数」とする。
（実施例−１）
ラジカル重合性モノマーとしてアクリル酸２−エチルヘキシル：５０．５部、アクリル酸ブチル：４０．３部、アクリル酸エチル：５部、メタクリル酸メチル：３部、アクリル酸：１部、アセトアセトキシエチルメタクリレート：０．２部、粘着付与樹脂としてロジン系樹脂である「スーパーエステルＡ−１２５」（荒川化学（株）製）：１０部、テルペン系樹脂である「ＹＳレジンＰＸ１２５０」（ヤスハラケミカル（株）製）：５部を混合し、ラジカル重合性モノマーに粘着付与樹脂を溶解し、両者の混合物を得た。
【００２９】
この混合物に水溶性の非反応性界面活性剤であるアルキル炭素数１２、ＥＯ数１８のポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェート：１部と脱イオン水５０部を加え、ホモミキサーにて撹拌し、５０％粒子径が１．２μm（日機装（株）製「マイクロトラック」にて測定）のモノマー含有組成物エマルジョンを得、該モノマー含有組成物エマルジョンを滴下槽に仕込んだ。
【００３０】
加熱装置、撹拌機、還流冷却装置、温度計、窒素導入管および滴下槽を備えた重合用容器に脱イオン水：４９部とアルキル炭素数１２、ＥＯ数１８のポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェート：０．１部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌して内温７８℃まで昇温させて、５％過硫酸カリウム水溶液を固形分として０．１０５部を入れた。５分後に上記モノマー含有組成物エマルジョンと、５％過硫酸アンモニウム水溶液を固形分として０．３１５部をそれぞれ別の滴下槽から４時間かけて滴下して重合を行った。
【００３１】
滴下終了後３０分間８０℃に保ち、次いで３０分かけて内温を６０〜６５℃に設定し、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド：０．１部とロンガリット：０．１２部を１０分おきに３回に分けて添加した。更に撹拌しながら１時間反応させた後、アンモニア水で中和し、１７５メッシュのナイロン濾布で濾過して不揮発分５０．１％、粘度１２０ｍＰａ・ｓであるアクリル系ポリマー含有組成物エマルジョンを得た。
【００３２】
上記で得たアクリル系ポリマー含有組成物エマルジョン１００部に、消泡剤：０．１部（５０重量％が水溶性成分）、濡れ剤として水溶性であるナトリウムジオクチルスルホサクシネート：１部を加え、さらに増粘剤（サンノプコ（株）製ＳＮシックナー６３０）：１部で５０００ｍＰａ・ｓ（ＢＬ型粘度計、２５℃で＃４ロータ／６０rpmにて測定。）に増粘させてエマルジョン型水性粘着組成物を得た。
また、得られた水性粘着剤組成物を熊谷精機（株）製ハーキュレス粘度計にて測定温度２５℃で測定した粘度は、剪断速度１．０ｓ-1の時７．１Ｐａ・ｓ、剪断速度１００ｓ-1の時２．７Ｐａ・ｓ、剪断速度１０００００ｓ-1の時０．６５Ｐａ・ｓであり、７５％水希釈液とした時の動的表面張力は、１０Ｈｚにおいて４８ｍＮ／ｍ（クルス社製ＢＰ２バブルプレッシャー動的表面張力計を用いて測定）であり、被塗工基材である市販のセパレーターに対する接触角は８４度（協和界面科学株式会社製ＤＭ１００接触角計にて測定）、塗工機内部の材質であるＳＵＳ３０４への接触角は５８度（同）であった。
得られた水性粘着剤組成物をヒラノテクシード（株）製リップコーターにより４００ｍ／分の速度で厚さ６０μｍの市販のグラシン紙セパレーターを支持体とする剥離性シート上に乾燥塗膜量が１８ｇ／ｍ2になるように塗工し、厚さ６８μｍのＰＥＴフィルムとラミネートして巻き取り粘着剤塗工物を得た。このとき塗工物出口部分の間隙は平均１１０μｍであり、塗工物入り口部分の間隙は平均１６０μｍであった。また、塗液供給ポンプ出口部の圧力はゲージ圧で３０ｋＰａであった。その後得られた塗工物を目視で検査し塗工状態を判定した。
リップコーターの断面形状（図１）から流体が充填される部分及び気相の一部分について「ＧＡＭＢＩＴ」を用いて２次元の形状モデルを作成した。このときの塗工基材出口部分の間隙はセパレーターの厚みを補正して５０μｍとし、塗工基材入り口の間隙は同様に１００μｍとした。このモデルの計算格子数は６３０４個であり、塗工基材出口断面を構成する微小面積要素は１０個だった。（図２）
このメッシュモデルを「ＦＬＵＥＮＴ」にて読み込み、水性粘着剤組成物の物性値を持つ流体及び、一般的な空気の物性を定義した流体の二相を設定した自由表面モデルを選択した。次に、塗工速度を４００ｍ／分、塗液の供給圧力を３０ｋＰａ、粘度モデルを層流モデルとして非定常計算を行った。タイムステップは２ｅ−６秒に設定し０．０６４秒間の挙動を解析した。このとき、塗工基材入口から塗工基材出口までの距離は３２ｍｍであり、ｔ１は０．０１４４秒であった。
（実施例−２）
アクリル酸ブチル４８部、アクリル酸２エチルヘキシル４８部、アクリル酸１部、メタクリル酸３部、チオグリコール酸オクチル０．０８部、株式会社ＡＤＥＫＡ製アデカリアソープＳＥ−１０Ｎと、ノニオン性乳化剤として第一工業製薬社製アクアロンＲＮ−５０を、上記モノマー全量に対して固形分比で各々１．０％と１．２％添加し、固形分７０％になるようにイオン交換水を添加し、乳化して滴下ロートに仕込んだ。
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた重合槽に、所定のイオン交換水を仕込み窒素ガスで飽和させて攪拌し、反応系を８０℃に昇温し、５％過硫酸アンモニウム水溶液を固形分比で全単量体の０．０７５％添加した。５分後に予め乳化した上記滴下ロート中のエマルションを滴下して反応を開始させると共に、これと平行して、過硫酸アンモニウム水溶液（固形分比でモノマー全量に対して０．２２５％）を３時間かけて滴下した。
滴下終了後、過硫酸アンモニウム水溶液（固形分比でモノマー全量の０．０４％）を３０分おきに２回に分けて添加した。さらに攪拌しながら８０℃で２時間熟成した後、冷却してアンモニアで中和し、水性樹脂分散体を得た。
得られた水性樹脂分散体１００重量部に対して消泡剤（サンノプコ（株）製デフォーマー７７７）０．１部および防腐剤（昌栄化学（株）製ＦＸ−８０）０．１部を加え、さらにアンモニウムとイオン交換水を加えて固形分を６０．５％に調整し、粘着剤を得た。粘着剤の粘度をＢＬ型粘度系、＃４ロータを用いて６０ｒｐｍで測定したところ、４５０ｍＰａ・ｓであった。また粘着剤のｐＨは、７．２であった。
【００３３】
また、得られた水性粘着剤組成物を熊谷精機（株）製ハーキュレス粘度計にて測定温度２５℃で測定した粘度は、剪断速度１．０ｓ-1の時３．２Ｐａ・ｓ、剪断速度１００ｓ-1の時０．６９Ｐａ・ｓ、剪断速度１０００００ｓ-1の時０．０５７Ｐａ・ｓであり、７５％水希釈液とした時の動的表面張力は、１０Ｈｚにおいて６２ｍＮ／ｍ（クルス社製ＢＰ２バブルプレッシャー動的表面張力計を用いて測定）であり、被塗工基材である市販のセパレーターに対する接触角は８０度（協和界面科学株式会社製ＤＭ１００接触角計にて測定）、塗工機内部の材質であるＳＵＳ３０４への接触角は５２度（同）であった。
得られた水性粘着剤組成物をヒラノテクシード（株）製リップコーターにより４００ｍ／分の速度で厚さ６０μｍの市販のグラシン紙セパレーターを支持体とする剥離性シート上に乾燥塗膜量が１８ｇ／ｍ2になるように塗工し、厚さ６８μｍのＰＥＴフィルムとラミネートして巻き取り粘着剤塗工物を得た。このとき塗工基材出口部分の間隙は平均１１０μｍであり、塗工基材入口部分の間隙は平均１６０μｍであった。また、塗液供給ポンプ出口部の圧力はゲージ圧で２０ｋＰａであった。その後得られた塗工物を目視で検査し塗工状態を判定した。
【００３４】
実施例−１と同様に「ＧＡＭＢＩＴ」を用いて２次元の形状モデルを作成し、「ＦＬＵＥＮＴ」にて読み込み、解析を行った。このとき水性粘着剤組成物の物性値を持つ流体及び、一般的な空気の物性を定義した流体の二相を設定した自由表面モデルを選択した。次に、塗工速度を４００ｍ／分、塗液の供給圧力を２０ｋＰａ、粘度モデルを層流モデルとして非定常計算を行った。タイムステップは２ｅ−６秒に設定し０．０６４秒間の挙動を解析した。このとき、塗工基材入口から塗工基材出口までの距離は３２ｍｍであり、ｔ１は０．０１４４秒であった。
【比較例】
【００３５】
（比較例−１）
実施例−１と同様にしてエマルジョン型水性粘着組成物を得た後、実施例−１と同様にして塗工を行った。塗工条件は実施例−１と比較して、塗工基材出口部分の間隙は平均１３０μｍであり、塗液供給ポンプ出口部の圧力はゲージ圧で２０ｋＰａである以外は同様であった。その後得られた塗工物を目視で検査し塗工状態を判定した。
【００３６】
「ＧＡＭＢＩＴ」を用いて２次元の形状モデルを作成した。このとき、塗工基材出口部分の間隙は７０μｍである以外は実施例−１と同様であった。このモデルを「ＦＬＵＥＮＴ」にて読み込み、解析を行った。このとき水性粘着剤組成物の物性値を持つ流体及び、一般的な空気の物性を定義した流体の二相を設定した自由表面モデルを選択した。次に、塗工速度を４００ｍ／分、塗液の供給圧力を２０ｋＰａ、粘度モデルを層流モデルとして非定常計算を行った。タイムステップは２ｅ−６秒に設定し０．０６４秒間の挙動を解析した。このとき、塗工基材入口から塗工基材出口までの距離は３２ｍｍであり、ｔ１は０．０１４４秒であった。
以上、実施例と比較例の結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2009247964.tif 000005
【００３８】
比較例−１はＡ（ｔ）の最大値が２０％を越えており、実施例−１および実施例−２と比較すると塗膜の状態が悪く、ヌケが発生している。また、すべての実施例、比較例ともｔ１以前のＡ（ｔ）の最大値は２０％を越えていた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例−１、実施例−２、比較例−１で使用した塗工機断面の概略図
【図２】実施例−１、実施例−２、比較例−１で使用した解析モデルの概略図
【図３】実施例−１、実施例−２、比較例−１で使用した解析モデル中の塗工基材出口部分の拡大図
【図４】実施例−１の解析結果から求めたＡ（ｔ）
【図５】比較例−１の解析結果から求めたＡ（ｔ）
【図１】
2009247964.tif 000008
【図２】
2009247964.tif 000009
【図３】
2009247964.tif 000010
【図４】
2009247964.tif 000011
【図５】
2009247964.tif 000012