DE60220777T2

DE60220777T2 - Verfahren und vorrichtung zur elektrostatischen sprühbeschichtung

Info

Publication number: DE60220777T2
Application number: DE60220777T
Authority: DE
Inventors: Albert E. Saint Paul SEAVER; William K. Saint Paul LEONARD
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: EP1381473B1; US6969540B2; US20040185180A1; KR20030088146A; CN1261229C; CN1516624A; JP2004527370A; ATE365081T1; WO2002085535A1; EP1381473A1; KR100815302B1; DE60220777D1; US20020192360A1; CA2443485A1; BR0208958A; BR0208958B1; MXPA03009597A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Beschichten von Substraten.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrostatisches Sprühbeschichten umfasst für gewöhnlich das Zerstäuben einer Flüssigkeit und das Aufbringen der zerstäubten Tropfen in einem elektrostatischen Feld. Der mittlere Tropfendurchmesser und die Tropfengrößenverteilung können je nach dem spezifischen Sprühbeschichtungskopf stark variieren. Andere Faktoren wie die elektrische Leitfähigkeit, die Oberflächenspannung und die Viskosität der Flüssigkeit spielen ebenfalls eine wichtige Rolle beim Bestimmen des Tropfendurchmessers und der Tropfengrößenverteilung. Repräsentative elektrostatische Sprühbeschichtungsköpfe und -vorrichtungen sind beispielsweise in US-Patent Nr. 2,685,536 ; 2,695,002 ; 2,733,171 ; 2,809,128 ; 2,893,894 ; 3,486,483 ; 4,748,043 ; 4,749,125 ; 4,788,016 ; 4,830,872 ; 4,846,407 ; 4,854,506 ; 4,990,359 ; 5,049,404 ; 5,326,598 ; 5,702,527 und 5,954,907 dargestellt. Vorrichtungen zum elektrostatischen Aufsprühen von Schmiermitteln zur Metalldosenherstellung auf ein Metallband sind beispielsweise in US-Patent Nr. 2,447,664 ; 2,710,589 ; 2,762,331 ; 2,994,618 ; 3,726,701 ; 4,073,966 und 4,170,193 dargestellt. Walzbeschichtungsapplikatoren sind beispielsweise in US-Patent Nr. 4,569,864 , der Veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung Nr. 949380 A und der Deutschen OLS DE 19814689 A1 dargestellt.
Im Allgemeinen wird die Flüssigkeit, die dem Sprühbeschichtungskopf zugeführt wird, auf Grund der Instabilität im Flüssigkeitsstrom in Tropfen zerlegt, oftmals wenigstens zum Teil durch das angelegte elektrostatische Feld beeinflusst. Für gewöhnlich werden die geladenen Tropfen von elektrostatischen Sprühköpfen durch elektrische Felder zu einem Gegenstand, einer Endlosbahn oder einem anderen Substrat, das sich an dem Sprühkopf vorbeibewegt, hingelenkt. Bei manchen Anwendungen ist die gewünschte Beschichtungsdicke größer als der mittlere Tropfendurchmesser, die Tropfen landen aufeinander, und sie koaleszieren, um die Beschichtung zu bilden. Bei anderen Anwendungen ist die gewünschte Beschichtungsdicke kleiner als der mittlere Tropfendurchmesser, die Tropfen sind beim Auftreffen voneinander beabstandet, und die Tropfen müssen sich verteilen, um eine kontinuierliche, hohlraumfreie Beschichtung zu bilden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei einigen elektrostatischen Sprühbeschichtungsverfahren ist die gewünschte Beschichtungsdicke kleiner als der mittlere Durchmesser der Tropfen, die durch den elektrostatischen Sprühbeschichtungskopf aufgebracht werden. Wir bezeichnen derartige Verfahren als "Dünnfilmverfahren" und die resultierenden Beschichtungen als "Dünnfilmbeschichtungen". Die Tropfen können voneinander beabstandet aufgebracht werden, wobei ihnen dann ermöglicht wird, sich auf dem Substrat zu verteilen, bis sie eine kontinuierliche Dünnfilmbeschichtung bilden oder auf andere Weise koaleszieren. Für einen bestimmten Tropfendurchmesser gilt, dass, je dünner die gewünschte Beschichtung ist, umso weiter voneinander entfernt die Tropfen auf dem Substrat landen müssen. Gleicherweise gilt für eine gewünschte Beschichtungsdicke, dass, je größer der Durchmesser der zugeführten Tropfen ist, umso weiter voneinander entfernt die Tropfen auf dem Substrat landen müssen. Bei beiden Fällen müssen, sobald die Tropfen das Substrat erreichen, diese sich für gewöhnlich verteilen und koaleszieren, wonach die Beschichtung für gewöhnlich aushärtet oder auf andere Weise gehärtet wird oder bei einigen Anwendungen verwendet wird, während sie sich in einem noch nassen Zustand befindet. Das Verteilen und Koaleszieren nimmt Zeit in Anspruch. Wenn sich die Beschichtungsflüssigkeit in der verfügbaren Zeit nicht ausreichend verteilen und koaleszieren kann, werden in der Beschichtung Hohlräume vorliegen, wenn das Aushärten, Härten oder die Verwendung erfolgt.
Ähnliche Überlegungen gelten für Beschichtungsverfahren, bei denen die gewünschte Beschichtungsdicke größer als der mittlere Tropfendurchmesser ist. Wir bezeichnen derartige Verfahren als "Dickfilmverfahren" und die resultierenden Beschichtungen als "Dickfilmbeschichtungen". Eine begrenzte Zeit ist dafür erforderlich, dass sich die Beschichtung vor dem Aushärten, Härten oder der Verwendung nivelliert. Wenn eine Nivellierung nicht rechtzeitig stattfindet, können in der Beschichtung hohe und tiefe Bereiche vorliegen, wenn das Aushärten, Härten oder die Verwendung erfolgt.
Bei Dünnfilm- wie auch Dickfilmverfahren können Änderungen in der Flüssigkeit (z.B. Ändern eines Inhaltsstoffes, beispielsweise eines aushärtbaren Monomers, oder Hinzufügen eines Inhaltsstoffes, beispielsweise eines reaktionsfähigen Verdünnungsmittels von niedriger Viskosität) die Tropfenverteilungsdauer oder die Beschichtungsnivellierdauer in einem gewissen Maß beschleunigen. Diese Änderungen können sich jedoch nachteilig auf andere erwünschte Eigenschaften der Endbeschichtung auswirken. Änderungen, die dazu dienen, die Oberflächenspannung der Tropfen oder die Rauheit des Substrats zu reduzieren, können dazu beitragen, die Tropfenverteilung zu beschleunigen. Erhöhungen der Temperatur der Tropfen oder des Substrats können die Tropfenausbreitung oder Nivellierung beschleunigen. Um allerdings eine gute Tropfenverteilung oder Nivellierung zu erzielen, sollten Viskosität und Oberflächenspannung für gewöhnlich bereits relativ gering sein. Darüber hinaus werden viele Beschichtungsflüssigkeitsformulierungen in Mitleidenschaft gezogen, wenn sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden. Folglich ist es schwierig, große Reduktionen der Tropfenverteilungsdauer oder Nivellierungsdauer über eine Beeinflussung der Beschichtungsformulierung, des Substrats oder der Temperatur zu erzielen.
Der Beschichtungsflüssigkeit können auch flüchtige Lösemittel zugesetzt werden. Das Lösemittel fördert für gewöhnlich die Tropfenverteilung und Nivellierung und kann das Aufbringen eines dickeren Films ermöglichen, der auf die gewünschte Beschichtungs-Enddicke getrocknet werden kann. Die Verwendung flüchtiger Lösemittel ist im Allgemeinen aus Gründen wie u.a. deren potenzielle Auswirkung auf die Umwelt, Entzündlichkeit, Kosten und Lageraufwand nicht anstrebenswert.
Bei einem kontinuierlichen Beschichtungsverfahren, an dem ein sich bewegendes Substrat beteiligt ist, nimmt die Zeit von der Beschichtung bis zur Aushärtung, Härtung oder Verwendung mit zunehmender Geschwindigkeit des Beschichtungsverfahrens ab. Werden höhere Beschichtungsgeschwindigkeiten gewünscht, so muss der Abstand zwischen der Beschichtungsstation und dem Punkt oder der Station, an welcher die Aushärtung, Härtung oder Verwendung stattfindet, eventuell vergrößert werden, um ausreichende Zeit für die Tropfenverteilung und Nivellierung vorzusehen. Schließlich kann der erforderliche Abstand so groß werden, dass er unzweckmäßig ist.
Demzufolge können die Tropfenverteilungsdauer und die Beschichtungsnivellierungsdauer wichtige geschwindigkeitsbegrenzende Faktoren für Beschichtungsprozesse darstellen, die das Aufbringen von Tropfen auf ein Substrat vorsehen.
Die beim elektrostatischen Sprühen verwendeten Ladungen können zusätzliche Schwierigkeiten bereiten. Für gewöhnlich ist das Substrat (oder ein Träger unter dem Substrat) geerdet, um die zerstäubten Tropfen anzu ziehen. Beim Beschichten einer isolierten Bahn (z.B. die meisten Kunststofffilme) mit geladenen zerstäubten Tropfen laden die ersten paar Tropfen das Substrat auf dieselbe Polarität wie die Beschichtungstropfen auf. Diese Substratladung wird weitere Tropfen abstoßen und einer weiteren Beschichtungsansammlung entgegenwirken. Dem Aufbau einer Substratladung kann für gewöhnlich durch "Vorladen" des Substrats begegnet werden (Aufbringen einer reichlichen Menge von gasförmigen Ionen von der entgegengesetzten Polarität auf das Substrat), siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,748,043 ; 5,049,404 und 5,326,598 . Für gewöhnlich muss die überschüssige Substratladung, die nach dem Aufbringen der zerstäubten Tropfen zurückbleibt, neutralisiert werden, damit das Substrat einfach gehandhabt und gelagert werden kann. Das Substrat zu laden und dann zu neutralisieren erhöht die Kosten und die Komplexität des Beschichtungsprozesses, und das geladene Substrat kann für Fabrikarbeiter eine geringe bis große Stromschlaggefahr darstellen. Dem Aufbau einer Substratladung kann zum Teil auch durch Verwendung größerer Tropfen und Nutzung der Schwerkraft, um die elektrostatische Abstoßung der Tropfen von dem Substrat zu überwinden, begegnet werden. Da allerdings größere Tropfen dickere Beschichtungen erzeugen, werden oft die Zugabe von Lösemittel oder ein größerer Abstand zwischen Tropfen erforderlich sein, um die gewünschte Beschichtungsdicke zu erhalten, samt den oben festgehaltenen resultierenden Nachteilen. Die größeren Tropfen laden das Substrat auf jeden Fall auf, wodurch die Probleme, die durch den Aufbau einer Ladung und die Notwendigkeit, das beschichtete Substrat zu neutralisieren, verursacht werden, erleichtert, jedoch nicht beseitigt werden.
Elektrostatische Sprühbeschichtungsköpfe können auch verwendet werden, um poröse Substrate (z.B. aus Gewebe- oder Vliesstoff) zu beschichten. Ungeachtet jedweder entgegengesetzten Ladung, die eventuell auf dem Sub strat vorliegt, folgen die geladenen zerstäubten Tropfen mitunter elektrischen Feldlinien, die bewirken, dass die Tropfen tief in das poröse Substrat eindringen oder dieses sogar zur Gänze durchdringen. Dieser Penetrationsverlust erfordert eine Erhöhung des Gewichts der aufgebrachten Beschichtung und kann erschweren, Beschichtungen auf nur einer Seite eines porösen Substrats zu bilden.
Die vorliegende Erfindung sieht in einem Aspekt ein Verfahren zum Bilden einer flüssigen Beschichtung auf einem Substrat vor, aufweisend das elektrostatische Sprühen von Tropfen der Flüssigkeit auf eine mit Flüssigkeit benetzte leitende Übertragungsoberfläche, und das Übertragen eines Teils der so aufgebrachten Flüssigkeit von der Übertragungsoberfläche auf das Substrat, um die Beschichtung zu bilden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform drängen eine oder mehrere Quetschwalzen das Substrat gegen die Übertragungsoberfläche, wodurch die aufgebrachten Tropfen auf der Übertragungsoberfläche verteilt werden und die zum Koaleszieren der Tropfen zu der Beschichtung erforderliche Zeit abnimmt. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die nasse Beschichtung durch zwei oder mehr Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen kontaktiert, die die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessern. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Beschichtung von der leitenden Übertragungsoberfläche auf eine zweite Übertragungsoberfläche und von dort auf das Substrat übertragen. Bei einer zusätzlichen Ausführungsform wird ein isolierendes Substrat (z.B. ein Kunststofffilm oder ein anderes nicht leitendes Material) beschichtet, ohne ein Vorladen des Substrats oder eine Neutralisierung nach dem Beschichten zu erfordern. Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein poröses Substrat ohne erhebliches Eindringen der Beschichtung in oder durch die Substratporen beschichtet.
Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zum Durchführen derartiger Verfahren bereit. In einem Aspekt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine leitende Übertragungsoberfläche auf, welche, wenn sie mit einer Beschichtungszusammensetzung benetzt ist, einen Teil der Beschichtung auf ein Substrat übertragen kann, einen elektrostatischen Sprühkopf zum Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf die leitende Übertragungsoberfläche und vorzugsweise eine oder mehrere Quetschwalzen, die das Substrat gegen die leitende Übertragungsoberfläche drängen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch zwei oder mehr Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen auf, welche die nasse Beschichtung periodisch an verschiedenen Positionen auf dem Substrat kontaktieren und erneut kontaktieren können, wobei die Perioden der Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen derart gewählt werden, dass die Gleichmäßigkeit der Beschichtung auf dem Substrat verbessert wird. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine zweite Übertragungsoberfläche auf, die einen Teil der Beschichtung von der leitenden Übertragungsoberfläche auf das Substrat übertragen kann.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen vermögen, im Wesentlichen gleichmäßige Dünnfilm- oder Dickfilmbeschichtungen auf leitenden, halbleitenden, isolierenden, porösen oder nicht porösen Substraten vorzusehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach herzustellen, einzurichten und zu betreiben und kann einfach eingestellt werden, um die Beschichtungsdicke und die Beschichtungsgleichmäßigkeit zu ändern.
Die folgenden Punkte sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung:

1. Verfahren zum Bilden einer flüssigen Beschichtung auf einem Substrat, aufweisend elektrostatisches Sprühen von Tropfen der Flüssigkeit auf eine mit Flüssigkeit benetzte leitende Übertragungsoberfläche und Übertragen eines Teils der so aufgebrachten Flüssigkeit von der Übertragungsoberfläche auf das Substrat, um eine nasse Beschichtung zu bilden.
2. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Übertragungsoberfläche zirkuliert.
3. Verfahren nach Punkt 2, wobei die Übertragungsoberfläche eine Trommel aufweist.
4. Verfahren nach Punkt 3, wobei die Trommel geerdet ist.
5. Verfahren nach Punkt 2, wobei die Übertragungsoberfläche ein Band aufweist.
6. Verfahren nach Punkt 1, wobei eine oder mehrere Quetschwalzen das Substrat gegen die Übertragungsoberfläche drängen, wodurch die aufgebrachten Tropfen auf der Übertragungsoberfläche verteilt werden und die für das Koaleszieren der Tropfen zu der Beschichtung erforderliche Zeit reduziert wird.
7. Verfahren nach Punkt 6, wobei die Quetschwalze bewirkt, dass die Beschichtung eine optisch verbesserte Gleichmäßigkeit aufweist.
8. Verfahren nach Punkt 1, wobei die nasse Beschichtung durch zwei oder mehr Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen kontaktiert wird, welche die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessern.
9. Verfahren nach Punkt 8, wobei mindestens eine der Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen eine Walze aufweist.
10. Verfahren nach Punkt 9, aufweisend drei oder mehr Aufnahme- und Aufgabewalzen.
11. Verfahren nach Punkt 10, wobei drei oder mehr der Walzen unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
12. Verfahren nach Punkt 11, wobei mindestens eine der Walzen nicht angetrieben ist.
13. Verfahren nach Punkt 11, wobei alle der Walzen nicht angetrieben sind.
14. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Übertragungsoberfläche ein umlaufendes Endlosband aufweist, welches durch zwei oder mehr Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen kontaktiert wird, die die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessern.
15. Verfahren nach Punkt 1, wobei das Substrat ein isolierendes Substrat aufweist.
16. Verfahren nach Punkt 15, wobei das Substrat ohne Vorladen des Substrats beschichtet wird.
17. Verfahren nach Punkt 1, wobei das Substrat Papier, Kunststoff, Gummi, Glas, Keramik, Metall, biologisch gewonnenes Material oder eine Kombination oder einen Verbundstoff daraus aufweist.
18. Verfahren nach Punkt 17, wobei das Substrat ein Polyolefin, ein Polyimid oder einen Polyester aufweist.
19. Verfahren nach Punkt 1, wobei die nasse Beschichtung von der leitenden Übertragungsoberfläche auf eine zweite Übertragungsoberfläche und von dort auf das Substrat übertragen wird.
20. Verfahren nach Punkt 1, wobei das Substrat ein poröses Substrat aufweist.
21. Verfahren nach Punkt 1, wobei das Substrat eine Gewebe- oder Vliessstoffbahn aufweist.
22. Verfahren nach Punkt 1, wobei das Substrat ohne erhebliche Penetration der Beschichtung durch das Substrat beschichtet wird.
23. Verfahren nach Punkt 1, wobei das Substrat einen elektronischen Film, eine Komponente oder ein Vorprodukt davon aufweist.
24. Verfahren nach Punkt 1, wobei die nasse Beschichtung getrocknet, ausgehärtet oder auf andere Weise gehärtet wird und eine Enddicke aufweist.
25. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Tropfen einen mittleren Durchmesser, der größer als die Dicke ist, aufweisen und die Beschichtung im Wesentlichen frei von Hohlräumen ist.
26. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Dicke kleiner als etwa 10 Mikrometer ist.
27. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Dicke kleiner als etwa 1 Mikrometer ist.
28. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Dicke kleiner als etwa 0,1 Mikrometer ist.
29. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Dicke größer als etwa 10 Mikrometer ist.
30. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Dicke größer als 100 Mikrometer ist.
31. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Tropfen auf der Übertagungsoberfläche neutralisiert werden, ehe sie auf das Substrat übertragen werden.
32. Verfahren nach Punkt 1, wobei die Beschichtung in einem oder mehreren Streifen aufgebracht wird, die einander vollständig oder teilweise überlappen, an einander anliegen oder durch unbeschichtetes Substrat von einander getrennt sind.
33. Vorrichtung, aufweisend eine leitende Übertragungsoberfläche, die, wenn sie mit einer Beschichtungszusammensetzung benetzt ist, einen Teil der Beschichtung auf ein Substrat übertragen kann, und einen elektrostatischen Sprühkopf zum Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf die leitende Übertragungsoberfläche.
34. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei die Übertragungsoberfläche zirkuliert.
35. Vorrichtung nach Punkt 34, wobei die Übertragungsoberfläche eine Trommel aufweist.
36. Vorrichtung nach Punkt 34, wobei die Übertragungsoberfläche ein Band aufweist.
37. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei die Übertragungsoberfläche geerdet ist.
38. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei der elektrostatische Sprühkopf oder eine in einer geeigneten Anordnung gemeinsam angeordnete Abfolge von elektrostatischen Sprühköpfen eine Linie aus geladenen Tröpfchen erzeugt.
39. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei mehrere elektrostatische Sprühköpfe eine oder mehrere Beschichtungszusammensetzungen auf die leitende Übertragungsoberfläche in einer oder mehreren Spuren aufbringen.
40. Vorrichtung nach Punkt 39, wobei die Sprühköpfe mehrere Beschichtungszusammensetzungen auf eine Spur aufbringen.
41. Vorrichtung nach Punkt 39, wobei die Sprühköpfe Beschichtungszusammensetzungen auf mehrere Spuren aufbringen.
42. Vorrichtung nach Punkt 33, aufweisend mehrere zirkulierende leitende Übertragungsoberflächen.
43. Vorrichtung nach Punkt 33, ferner aufweisend eine oder mehrere Quetschwalzen, die das Substrat gegen die leitende Übertragungsoberfläche drängen.
44. Vorrichtung nach Punkt 33, ferner aufweisend zwei oder mehr Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen, welche die nasse Beschichtung an verschiedenen Positionen auf dem Substrat periodisch kontaktieren und erneut kontaktieren können, wobei die Perioden der Vorrichtungen derart gewählt werden, dass die Gleichmäßigkeit der Beschichtung auf dem Substrat verbessert wird.
45. Vorrichtung nach Punkt 44, wobei mindestens eine der Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen eine Walze aufweist.
46. Vorrichtung nach Punkt 45, aufweisend drei oder mehr Aufnahme- und Aufgabewalzen.
47. Vorrichtung nach Punkt 46, wobei drei oder mehr der Walzen unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
48. Vorrichtung nach Punkt 46, wobei mindestens eine der Walzen nicht angetrieben ist.
49. Vorrichtung nach Punkt 46, wobei alle Walzen nicht angetrieben sind.
50. Vorrichtung nach Punkt 46, wobei das Substrat ein umlaufendes Endlosband oder eine bewegliche Bahn aufweist und sich die Walzen mit dem Band oder der Bahn drehen.
51. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei das Substrat ein isolierendes Substrat aufweist.
52. Vorrichtung nach Punkt 51, wobei das Substrat Kunststoff aufweist.
53. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei die Beschichtung von der leitenden Übertragungsoberfläche auf eine zweite Übertragungsoberfläche und von dort auf das Substrat übertragen wird.
54. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei das Substrat ein poröses Substrat aufweist.
55. Vorrichtung nach Punkt 54, wobei das Substrat ohne erhebliche Durchdringung der Beschichtung durch das Substrat beschichtet wird.
56. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei das Substrat eine Gewebe- oder Vliesstoffbahn aufweist.
57. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei das Substrat einen elektronischen Film, eine Komponente oder ein Vorprodukt davon aufweist.
58. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei die leitende Übertragungsoberfläche geerdet ist und im Wesentlichen keine der Ladungen, die durch die elektrostatische Sprühvorrichtung erzeugt werden, auf das Substrat übertragen werden.
59. Vorrichtung nach Punkt 33, wobei der Sprühkopf Tropfen mit einem mittleren Tropfendurchmesser erzeugt, die Übertragungsoberfläche eine Beschichtung mit einer mittleren Dicke auf das Substrat überträgt, die mittlere Dicke kleiner als der mittlere Tropfendurchmesser ist und die übertragene Beschichtung im Wesentlichen frei von Hohlräumen ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2 ist eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit einer Quetschwalze bestückt ist.
3a ist eine schematische Seitenansicht, zum Teil als Schnittansicht, einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit einer Quetschwalze und einer Verbesserungsstation bestückt ist.
3b ist eine perspektivische Ansicht des elektrostatischen Sprühkopfes und der leitenden Übertragungsoberfläche der Vorrichtung aus 3a.
3c ist eine andere perspektivische Ansicht des elektrostatischen Sprühkopfes und der leitenden Übertragungsoberfläche der Vorrichtung aus 3a.
4a ist eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit einem leitenden Übertragungsband bestückt ist.
4b ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Abschnitts der Vorrichtung aus 4a und einer porösen Bahn.
5a ist eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit einer Reihe von elektrostatischen Sprühköpfen und leitenden Trommeln bestückt ist.
5b ist eine schematische Endansicht der Vorrichtung aus 5a, die eingerichtet ist, um Beschichtungsstreifen in angrenzenden Spuren aufzusprühen.
5c ist eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit einer Abfolge aus elektrostatischen Sprühköpfen und einer einzigen leitenden Trommel bestückt ist.
6 ist eine schematische Seitenansicht von Beschichtungsfehlern auf einer Bahn.
7 ist eine schematische Seitenansicht einer Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtung.
8 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand für eine einzelne große Dickenspitze auf einer Bahn.
9 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand, wenn die Spitze aus 8 auf eine einzelne periodische Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtung mit einer Periode von 10 trifft.
10 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand, wenn die Spitze aus 8 auf zwei periodische Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen mit einer Periode von 10 trifft.
11 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand, wenn die Spitze aus 8 auf zwei periodische Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen trifft, die Perioden von 10 bzw. 5 aufweisen.
12 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand, wenn die Spitze aus 8 auf drei periodische Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen trifft, die Perioden von 10, 5 bzw. 2 aufweisen.
13 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand, wenn die Spitze aus 8 auf eine periodische Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtung trifft, die eine Periode von 10 aufweist, gefolgt von einer Vorrichtung, die eine Periode von 5 aufweist, und sechs Vorrichtungen, die eine Periode von 2 aufweisen.
14 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand für einen sich wiederholenden Spitzenfehler, der eine Periode von 10 aufweist.
15 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand, wenn die Spitzen aus 14 auf eine periodische Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtung treffen, die eine Periode von 7 aufweist.
16 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand, wenn die Spitzen aus 14 auf eine Abfolge aus sieben periodischen Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen treffen, die Perioden von 7, 5, 4, 8, 3, 3 bzw. 3 aufweisen.
17 ist ein Schaubild der Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Bahnabstand, wenn die Spitzen aus 14 auf eine Abfolge aus acht periodischen Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen treffen, die Perioden von 7, 5, 4, 8, 3, 3, 3 bzw. 2 aufweisen.
18 ist eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich einer Verbesserungsstation bedient, welche eine Abfolge aus nicht gleich angetriebenen Kontaktierwalzen von gleichem Durchmesser aufweist.
19 ist eine schematische Seitenansicht eines Regelungssystems zur Verwendung bei der Erfindung.
20 ist ein Schaubild, das eine Bahn-Restspannung in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit für verschiedene Beschichtungsbedingungen darstellt.
21 ist ein Schaubild, das eine bahnabwärtige Abtastung der Beschichtungsfluoreszenz darstellt.
22 ist ein Schaubild, das die Beschichtungsfluoreszenz in Abhängigkeit von der berechneten Beschichtungshöhe darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein einfaches Beschichtungsverfahren bereit, das verwendet werden kann, um im Wesentlichen gleichmäßige hohlraumfreie Dünnfilm- und Dickfilmbeschichtungen auf leitende, halbleitende, isolierte, poröse oder nicht poröse Substrate durch Verwendung von lösemittelbasierten, wasserbasierten oder lösemittelfreien Beschichtungszusammensetzungen aufzubringen. Die erfindungsgemäße elektrostatische Sprühvorrichtung ist besonders zweckmäßig für, jedoch nicht beschränkt auf, das Beschichten von sich bewegenden Bahnen. Auf Wunsch kann das Substrat ein gesonderter Gegenstand oder eine Abfolge oder Anordnung aus gesonderten Gegenständen mit endlichen Dimensionen sein. Die Beschichtungen können ohne Aufbringen der elektrischen Ladungen auf das Substrat, die durch den elektrostatischen Sprühbeschichtungskopf erzeugt werden, der verwendet wird, um die Beschichtung aufzubringen, gebildet werden. Bezugnehmend auf 1 weist die elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung 10 einen elektrostatischen Sprühkopf 11 zum Abgeben eines Musters aus Tropfen oder Nebels 13a von einer Beschichtungsflüssigkeit 13 auf die rotierende geerdete Trommel 14 auf. Die Trommel 14 zirkuliert kontinuierlich am Sprühkopf 11 vorbei, wobei dieselben Punkte auf der Trommel unter dem Sprühkopf 11 in Zeitabständen, die durch die Rotationsperiode der Trommel 14 definiert werden, periodisch dargeboten und erneut dargeboten werden. Eine Vielfalt von Typen von elektrostatischen Sprühköpfen kann verwendet werden, einschließlich jener, die in den oben zitierten Patenten dargestellt werden. Vorzugsweise erzeugt der elektrostatische Sprühkopf einen im Wesentlichen gleichmäßigen Nebel aus geladenen Tröpfchen. Bevorzugterweise erzeugt der elektrostatische Sprühkopf (oder eine Abfolge elektrostatischer Sprühköpfe, die in einer geeigneten Anordnung miteinander verbunden sind) eine Linie aus geladenen Tröpfchen. Eine Spannung V zwischen dem Sprühkopf 11 und der Trommel 14 lädt die Tropfen aus Flüssigkeit 13 auf. Das elektrische Feld zwischen dem Sprühkopf 11 und der Trommel 14 lenkt die Tropfen zu der Oberfläche der Trommel 14 hin. Während der Rotation der Trommel 14 bringt diese die aufgebrachten Tropfen mit der sich bewegenden Bahn 16 am Eintrittspunkt 17 in Kontakt. Auch wenn sich die Tropfen bis zu dem Zeitpunkt, an dem sie den Eintrittspunkt 17 erreichen, nicht zur Gänze zu einem Film verteilt haben, trägt Druck von der Bahn zwischen dem Eintrittspunkt 17 und dem Trennpunkt 18 dazu bei, die Tropfen zu einer Beschichtung zu verteilen und zu koaleszieren. Am Trennpunkt 18 bleibt ein Teil der Beschichtung auf der Bahn 16, während der Rest der Beschichtung auf der Trommel 14 bleibt. Nach mehreren Umdrehungen der Trommel 14 wird ein stationärer Zustand erreicht, die gesamte Oberfläche der Trommel 14 wurde nun mit der Beschichtung benetzt, und die Menge an Beschichtung, die durch die Bahn 16 entfernt wird, ist gleich der Menge, die auf die Trommel 14 aufgebracht wird. Die nasse Oberfläche auf der Trommel 14 unterstützt neu aufgebrachte Tropfen der Flüssigkeit 13 dabei, sich vor dem Kontakt mit der Bahn 16 zu verteilen und zu koaleszieren. Tropfenverteilungsprobleme werden infolge des Drucks, der durch die Bahn 16 auf die Trommel 14 ausgeübt wird, weiter vermindert. Die Tropfen koaleszieren, und die Beschichtung wird in einer weit kürzeren Zeit kontinuierlich, als dies der Fall ist, wenn zerstäubte Tropfen direkt auf ein Substrat gesprüht werden und sich mit einer Geschwindigkeit verteilen, die auf den eigenen physikalischen Eigenschaften des Tropfens beruhen. Dies ist besonders hilfreich für dünne Beschichtungen, bei denen die Tropfen weit voneinander getrennt zu sein pflegen. Bahnaufladungsprobleme werden überwunden, da die geladenen Tropfen neutralisiert werden, wenn sie die Trommel kontaktieren und ehe sie auf die sich bewegende Bahn übertragen werden.
Fachleute werden erkennen, dass die Bahn gegebenenfalls vorgeladen werden kann, es die Erfindung jedoch möglich macht, isolierende und halbleitende Substrate ohne Substratvorladen oder Neutralisierung nach der Beschichtung zu beschichten. Fachleute werden auch erkennen, dass die Trommel oder eine andere leitende Übertragungsoberfläche nicht geerdet werden muss. Stattdessen muss die leitende Übertragungsoberfläche gegebenenfalls lediglich auf einer niedrigeren Spannung als die geladenen zerstäubten Tropfen sein. Allerdings wird es im Allgemeinen sehr zweckmäßig sein, die leitende Übertragungsoberfläche zu erden und ein Aufladen des Substrats zu vermeiden. Darüber hinaus werden Fachleute erkennen, dass die Trommel oder die andere leitende Übertragungsoberfläche nicht in derselben Richtung oder mit derselben Geschwindigkeit wie das Substrat zirkulieren muss. Gegebenenfalls könnte die leitende Übertragungsoberfläche in der entgegengesetzten Richtung zirkulieren oder mit einer Geschwindigkeit zirkulieren, die sich von jener des Substrats unterscheidet.
2 zeigt eine elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung 20, aufweisend einen elektrostatischen Sprühkopf 21 zum Abgeben eines Nebels 13a aus Beschichtungsflüssigkeit 13 auf eine rotierende geerdete Trommel 14. Der Sprühkopf 21 weist eine Platte 22 und ein Blatt 23 auf, zwischen denen der Schlitz 24 liegt und unter denen Feldeinstellelektroden 25 liegen. Die Flüssigkeit 13 wird dem oberen Ende des Schlitzes 24 zugeführt und tritt aus dem Sprühkopf 21 als zerstäubte Tropfen aus. Eine erste Spannung V₁ zwischen dem Sprühkopf 21 und der Trommel 14 erzeugt ein elektrisches Feld, welches dazu beiträgt, die Tropfen zu zerstäuben und diese zu der Trommel 14 hin zu treiben. Eine optionale zweite Spannung V₂ zwischen den Elektroden 25 und der Trommel 14 schafft ein zusätzliches elektrisches Feld, welches dazu beiträgt, die Tropfen zu der Trommel 14 hin zu treiben. Gegebenenfalls kann die zweite Spannung V₂ weggelassen werden, und die Elektroden 25 können geerdet werden. Die Quetschwalze 26 drängt die sich bewegende Bahn 16 am Eintrittspunkt 17 gegen die Trommel 14. Der Quetschdruck trägt dazu bei, die Tropfen vor dem Trennpunkt 18 zu verteilen und zu einer hohlraumfreien Beschichtung zu koaleszieren. Infolge des Quetschdrucks pflegt die Beschichtung gleichmäßiger zu sein und rascher zu koaleszieren, als dies bei dem Verfahren und der Vorrichtung aus 1 der Fall ist.
Viele Kriterien können angewandt werden, um die Verbesserung der Beschichtungsgleichmäßigkeit zu messen. Zu Beispielen gehören die Dickenstandardabweichung, das Verhältnis von minimaler (maximaler) Dicke dividiert durch die mittlere Dicke, der Bereich (den wir als maximale Dicke abzüglich der minimalen Dicke im Zeitablauf an einem festen Beobachtungspunkt definieren) und Reduktion der Hohlraumfläche. Beispielsweise erzielen bevorzugte Ausführungsformen unserer Erfindung Bereichsreduktionen von mehr als 75% oder sogar mehr als 90%. Bei diskontinuierlichen Beschichtungen (mit anderen Worten Beschichtungen, die anfangs Hohlräume aufweisen) ermöglicht unsere Erfindung Reduktionen der gesamten Hohlraumfläche von mehr als 50%, mehr als 75%, mehr als 90%, mehr als 99% oder sogar die vollständige Beseitigung erkennbarer Hohlräume. Fachleute werden erkennen, dass das gewünschte Maß an Verbesserung der Beschichtungsgleichmäßigkeit von zahlreichen Faktoren, unter anderem von dem Beschichtungstyp, den Beschichtungsgeräten und den Beschichtungsbedingungen sowie dem beabsichtigten Verwendungszweck für das beschichtete Substrat, abhängt.
3a zeigt eine elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung 30, aufweisend einen elektrostatischen Sprühkopf 31 zum Abgeben eines Musters aus Tropfen oder Nebeln 13a aus Beschichtungsflüssigkeit 13 auf eine rotierende geerdete Trommel 14. Die Vorrichtung 30 aus 3a weist eine Verbesserungsstation 37 auf, deren Betrieb in US-Patent Nr. 6,737,113 B2 beschrieben wird. Der Sprühkopf 31 ist in US-Patent Nr. 5,326,598 dargestellt und wird mitunter als "Elektrosprühkopf" bezeichnet. Der Sprühkopf 31 weist den Düsenkörper 32 auf, der einen Flüssigkeitszufuhrkanal 33 und einen Schlitz 34 aufweist. Die Flüssigkeit 13 fließt durch den Kanal 33 und den Schlitz 34 und dann über den Draht 36 und bildet einen dünnen Film aus Flüssigkeit 13 mit einem im Wesentlichen konstanten Krümmungsradius rund um den Draht 36. Eine erste Spannung V₁ zwischen dem Sprühkopf 31 und der Trommel 14 erzeugt ein elektrisches Feld, welches dazu beiträgt, die Flüssigkeit 13 zu zerstäuben und die zerstäubten Tropfen des Nebels 13a zur Trommel 14 hin zu treiben. Eine optionale zweite Spannung V₂ zwischen den Elektroden 35 und der Trommel 14 erzeugt ein zusätzliches elektrisches Feld, welches dazu beiträgt, die Tropfen zur Trommel 14 hin zu treiben. Gegebenenfalls kann die zweite Spannung V₂ weggelassen werden, und die Elektroden 35 können geerdet werden. Wird die Spannung V₁ angelegt, so bildet Flüssigkeit 13 eine Reihe von beabstandeten flüssigen Filamenten (in 3a nicht dargestellt), die in Nebel 13a zerteilt werden, welche sich von dem Draht 36 abwärts erstrecken. Für eine bestimmte angelegte Spannung sind die Filamente räumlich und zeitlich entlang dem Draht 36 fix. Die Nebel 13a enthalten hochgradig geladene Tropfen, die auf der rotierenden Trommel 14 landen. Die Quetschwalze 26 drängt die sich bewegende Bahn 16 am Eintrittspunkt 17 gegen die Trommel 14. Der Quetschdruck trägt dazu bei, die Tropfen, die bereits auf der Trommel 14 gelandet sind, vor dem Trennpunkt 18 zu verteilen und zu einer hohlraumfreien Beschichtung zu koaleszieren. Daraufhin bewegt sich die Bahn 16 durch eine 8-Walzen-Verbesserungsstation 37 mit Mitläuferwalzen 38a bis 38g und Aufnahme- und Aufgabewalzen 39a bis 39h von ungleichem Durchmesser. Während sie sich in der Verbesserungsstation befindet, kontaktiert die nasse Seite der Bahn 16 die nassen Oberflächen der Aufnahme- und Aufgabewalzen 39a bis 39h, woraufhin die Beschichtung in der bahnabwärtigen Richtung gleichmäßiger wird, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird. Die Vorrichtung und das Verfahren aus 3a sind besonders zweckdienlich zum Bilden sehr dünner Beschichtungen mit hoher bahnabwärtiger Gleichmäßigkeit.
3b zeigt eine perspektivische Ansicht des elektrostatischen Sprühkopfes 31 und der Trommel 14 aus 3a von der bahnaufwärtigen Seite der Vorrichtung 30 aus gesehen. Die Seitenpfanne 12a ist an Schiebestangen 12b und 12c angebracht, und die Seitenpfanne 15a ist an Schiebestangen 15b und 15c angebracht. Die Seitenpfannen 12a und 15a können zueinander oder auseinander bewegt werden, um die Beschichtungsbreite zu regeln. Flüssigkeitsnebel 13a erstrecken sich unter dem Draht 36. Überschüssige Beschichtungsflüssigkeit wird durch Dämme 12d und 15d abgeleitet. Bei Bedarf können die Schiebestangen 12b, 12c, 15b und 15c zueinander bewegt werden, bis sie einander berühren, und dann können weitere Pfannen von unterschiedlicher Breite entlang den Stangen hinzugefügt werden, um gestreifte bahnabwärtige Beschichtungsmuster zu erzeugen.
3c zeigt eine perspektivische Ansicht des elektrostatischen Sprühkopfes 31 und der Trommel 14 aus 3a von der bahnabwärtigen Seite der Vorrichtung 30 aus. Die Elektroden 35 wurden der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ein mittiger Streifen an der Trommel 14 ist mit Beschichtungsflüssigkeit 13 benetzt. Flüssigkeitsnebel 13a erstrecken sich unter dem Draht 36, aber es liegen weniger Filamente je Längeneinheit entlang dem Draht 36 als in 3b vor (und somit weniger Nebel 13a), da die Spannung V₁ in 3c reduziert wurde.
Auf Grund der Beabstandung zwischen Nebeln 13a besteht eine Neigung, dass die Tropfen, die auf der Trommel 14 landen, Bereiche von hoher und niedriger Beschichtungsdicke über die Trommel 14 hinweg ausbilden. Für Dünnfilmbeschichtungen sind die niedrigen Bereiche mitunter als schwache Streifen 13b zu sehen, welche beispielsweise in 3b dargestellt sind. Nach dem Passieren der Quetschwalze 26 und des Trennpunkts 18 sind die Streifen weniger erhaben auf dem Abschnitt der Trommel 14 zwischen dem Trennpunkt 18 und dem Zielbereich für die Nebel 13a, wie am besten in 3c zu sehen ist.
Dem Vorhandensein von Bereichen mit niedriger Dicke kann ferner entgegengewirkt werden, und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung in Querrichtung auf der Übertragungsoberfläche und dem Zielsubstrat kann weiter verbessert werden, durch Ändern der Tropfenmusterposition in Bezug auf die rotierende Übertragungsoberfläche während des Sprühens, beispielsweise durch Anwendung von mechanischer Bewegung oder Vibration des elektrostatischen Sprühkopfes oder der elektrostatischen Sprühköpfe wie in US-Patent Nr. 2,733,171 , 2,893,894 und 5,049,404 ; eine Änderung des Abstands zwischen dem elektrostatischen Sprühkopf oder den elektrostatischen Sprühköpfen und dem Substrat; oder eine Änderung des elektrostatischen Feldes gemäß Beschreibung aus US-Patent Nr. 6,579,574 B2 .
4a zeigt eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung 40, die sich eines elektrostatischen Sprühkopfes 11 zum Abgeben eines Nebels 13a aus Beschichtungsflüssigkeit 13 auf ein zirkulierendes geerdetes leitendes Übertragungsband 41 bedient. Die Vorrichtung 40 bedient sich einer Verbesserungsstation, um die leitende Übertragungsoberfläche zu zirkulieren und im Wesentlichen gleichmäßig zu beschichten. Das Band 41 (welches aus einem leitenden Material, beispielsweise einem Metallband, hergestellt ist) zirkuliert auf der Lenkeinheit 42; den Mitläuferwalzen 43a, 43b, 43c und 43d; den Aufnahme- und Aufgabewalzen 44a, 44b und 44c von ungleichem Durchmesser; und der Gegenwalze 45. Die Zielbahn 48 wird durch die angetriebene Walze 49 angetrieben und kann mit dem Band 41 in Kontakt gebracht werden, wenn das Band 41 rund um die Gegenwalze 45 zirkuliert. Die Aufnahme- und Aufgabewalzen 44a, 44b und 44c sind nicht angetrieben und drehen sich daher mit dem Band 41 mit und weisen entsprechende relative Durchmesser von beispielsweise 1,36, 1,26 und 1 auf. Die Beschichtung auf dem Band 41 kontaktiert die Oberflächen der Aufnahme- und Aufgabewalzen 44a, 44b und 44c an den mit Flüssigkeit gefüllten Quetschbereichen 46a, 46b und 46c. Die Flüssigkeitsbeschichtung wird an den Trennpunkten 47a, 47b und 47c geteilt, und ein Teil der Beschichtung bleibt auf den Aufnahme- und Aufgabewalzen 44a, 44b und 44c, während sich diese von den Trennpunkten 47a, 47b und 47c wegdrehen. Der Rest der Beschichtung bewegt sich mit dem Band 41 weiter. Bahnabwärtige Variationen in der Beschichtungsdicke knapp vor den Trennpunkten 47a, 47b und 47c werden sowohl in der Flüssigkeitsdickenvariation auf dem Band 41 als auch auf den Oberflächen der Aufnahme- und Aufgabewalzen 44a, 44b und 44c, wenn diese die Trennpunkte 47a, 47b und 47c verlassen, wiedergespiegelt. Nach weiterer Bewegung des Bandes 41 wird die Flüssigkeit auf den Aufnahme- und Aufgabewalzen 44a, 44b und 44c auf dem Band 41 in neuen Positionen entlang dem Band 41 neu aufgebracht.
Nach Inbetriebnahme der Vorrichtung 40 und ein paar Umläufen des Bandes 41 werden das Band 41 und die Oberflächen der Walzen 44a, 44b und 44c mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen nassen Schicht aus Flüssigkeit 13 beschichtet. Sobald das Band 41 mit Flüssigkeit beschichtet ist, wird in dem Bereich, in welchem die aufgebrachten zerstäubten Tropfen der Beschichtungsflüssigkeit 13 das Band 41 erreichen, keine Benetzungsleitung mit drei Phasen (Luft, Beschichtungsflüssigkeit und Band) mehr vorhanden sein. Dies macht das Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit 13 weit einfacher, als dies beim direkten Beschichten einer trockenen Bahn der Fall ist.
Wenn die Walzen 45 und 49 zueinander gedrückt werden, wird ein Teil der nassen Beschichtung auf dem Band 41 auf die Zielbahn 48 übertragen. Da nur etwa eine Hälfte der Flüssigkeit an dem Walzenspalt der Walzen 45, 49 übertragen wird, wird der Prozentsatz der Dickenungleichmäßigkeit auf dem Band 41 in dem Bereich, der dem Sprühkopf 11 unmittelbar nachgelagert ist, im Allgemeinen weit kleiner sein (z.B. um bis zu die Hälfte einer Größenordnung) als beim Beschichten einer trockenen Bahn ohne ein Übertragungsband und ohne Hindurchführen der so beschichteten Bahn durch eine Verbesserungsstation mit derselben Anzahl von Walzen. Im stationären Betrieb wird die Beschichtungsflüssigkeit 13 durch den Sprühkopf 11 mit derselben mittleren Geschwindigkeit, mit welcher die Beschichtung auf die Zielbahn 48 übertragen wird, auf das Band 41 aufgegeben.
Wenngleich ein Geschwindigkeitsdifferenzial zwischen dem Band 41 und jedweder der anderen in 4a darge stellten Walzen oder zwischen dem Band 41 und der Bahn 48 verwendet werden kann, ziehen wir vor, kein Geschwindigkeitsdifferenzial zwischen dem Band 41 und den Aufgabe- und Aufnahmewalzen 44a, 44b und 44c oder zwischen dem Band 41 und der Bahn 48 zu verwenden. Dies vereinfacht die mechanische Konstruktion der Vorrichtung 40.
4b zeigt eine vergrößerte Ansicht der Walzen 45 und 49 aus 4a. Wie in 4b dargestellt ist, ist die Zielbahn 48 porös. Die Zielbahn 48 kann auf Wunsch auch nicht porös sein. Durch geeignetes Einstellen des Quetschdrucks kann das Eindringen der nassen Beschichtung in die Poren einer porösen Zielbahn geregelt und auf die obere Oberfläche der porösen Bahn begrenzt werden, ohne Durchdringung zu der anderen Oberfläche der Bahn und vorzugsweise ohne Vordringen zu dem inneren Abschnitt der Bahn. Im Gegensatz dazu dringen, wenn herkömmliche elektrostatische oder andere Sprühbeschichtungsmethoden zum direkten Beschichten einer porösen Bahn verwendet werden, die aufgebrachten zerstäubten Tropfen oft in und mitunter vollständig durch die Poren der Bahn. Dies gilt insbesondere für Gewebestoffbahnen mit einem großen Webmuster oder für Vliesstoffbahnen mit einem beträchtlichen Hohlraumvolumen.
5a bzw. 5b zeigen schematische Seiten- und Endansichten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 50, die Streifen von Beschichtungen auf eine Bahn in angrenzenden, überlappenden oder getrennten Spuren aufbringen kann. Eine Abfolge aus elektrostatischen Sprühköpfen 51a, 51b und 51c bringen Nebel 52a, 52b und 52c aus Flüssigkeiten auf die Bahn 53 an Positionen, die seitlich über die Breite der Bahn 53 voneinander beabstandet sind, auf. Die Bahn 53 läuft über Quetschwalzen 54a, 54b und 54c, unter rotierenden leitenden Trommeln 55a, 55b und 55c und über Abzugwalzen 56a, 56b und 56c. Die Erdungsplatten 57a, 57b, 57c und 57d tragen dazu bei, elektrostatischer Störbeeinflussung zwischen den elektrostatischen Sprühköpfen 51a, 51b und 51c entgegenzuwirken. Die Trommel 55b dient als Verbesserungsstationswalze für die an der Trommel 55a aufgebrachte Beschichtung, und die Trommel 55c dient als Verbesserungsstationswalze für die an den Trommeln 55a und 55b aufgebrachten Beschichtungen.
Wie aus 5b hervorgeht, wurden die elektrostatischen Sprühköpfe 51a, 51b und 51c eingerichtet, um Streifen der Beschichtungen in Spuren aufzubringen. Fachleute werden nachvollziehen können, dass elektrostatische Sprühköpfe 51a, 51b und 51c an anderen seitlichen Positionen voneinander beabstandet werden können und dass Seitenpfannen oder andere Maskiervorrichtungen, beispielsweise die Seitenpfannen 12a und 15a (der Übersichtlichkeit halber ist in 5b nur je eine dargestellt), über der Trommel 55c verwendet und eingestellt werden können, um die seitlichen Positionen und Breiten jedes Beschichtungsstreifens zu regeln. Somit können die Beschichtungsstreifen je nach Bedarf einander vollständig oder teilweise überlappen, an einander anliegen oder durch Streifen von unbeschichteter Bahn voneinander getrennt sein. Fachleute werden auch nachvollziehen können, dass die elektrostatischen Sprühköpfe 51a, 51b und 51c eine unterschiedliche Beschichtungschemie enthalten können, so dass mehrere verschiedene Chemien zugleich über die Bahn 53 aufgebracht werden können.
5c zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 58, die Streifen der Beschichtungen in Spuren mittels einer einzigen rotierenden leitenden Trommel 14 oder einer anderen Übertragungsoberfläche und mehreren elektrostatischen Sprühköpfen 59a und 59b aufbringen kann. Wie bei der Vorrichtung 50 aus 5a und 5b können die elektrostatischen Sprühköpfe 59a und 59b der Vorrichtung 58 an verschiedenen seitlichen Positionen voneinander beabstandet angeordnet werden, und Seitenpfannen oder andere Maskierungsvorrichtungen können verwendet und eingestellt werden, um die seitlichen Positionen und Breiten von jedem Beschichtungsstreifen zu regeln. Demnach können die Beschichtungsstreifen, die durch die Vorrichtung 58 erzeugt werden, je nach Bedarf einander vollständig oder teilweise überlappen, aneinander angrenzen oder durch unbeschichtete Bahnstreifen voneinander getrennt sein.
Zwei oder mehr Sprühköpfe können über der Übertragungsoberfläche (z.B. über der Trommel 14 aus 5c) positioniert und angeordnet werden, um zwei oder mehr Flüssigkeiten in derselben Spur aufzubringen. Dies ermöglicht das Mischen und die Aufbringung von einzigartigen Zusammensetzungsvariationen oder geschichteten Beschichtungen. Beispielsweise bedienen sich einige lösemittelfreie Silikonformulierungen zweier nicht mischbarer Chemikalien. Zu diesen können zwei verschiedene acrylierte Polysiloxane gehören, die, wenn sie gemischt werden, trübe werden und sich in zwei oder mehr Phasen trennen, wenn sie eine ausreichende Zeit lang ungestört stehen gelassen werden. Darüber hinaus enthalten viele Epoxidharz-Silikon-Polymer-Vorprodukte und andere polymerisierbare Formulierungen eine flüssige Katalysatorkomponente, die nicht mit dem Rest der Formulierung mischbar ist. Durch Aufsprühen dieser Formulierungskomponenten nacheinander von aufeinanderfolgenden Düsen können wir die Art und Weise, auf welche die Komponenten gemischt werden und die bahnabwärtigen Komponentenkonzentrationen und -dicken beeinflussen. Durch die kombinierte Verwendung von nacheinander angeordneten Sprühköpfen, gefolgt vom Hindurchtreten der aufgebrachten Beschichtung durch eine Verbesserungsstation, können wir die wiederholte Trennung und Neukombinierung der Komponenten erreichen. Dies eignet sich insbesondere für schwer zu mischende oder schnell reagierende Formulierungen.
Auf Wunsch kann eine inerte oder eine nicht inerte Atmosphäre verwendet werden, um eine Reaktion durch die Tropfen zu verhindern oder zu fördern, wenn sich diese von dem Sprühkopf oder den Sprühköpfen zu dem Substrat oder der Übertragungsoberfläche bewegen. Das Substrat oder die Übertragungsoberfläche kann auch erwärmt oder gekühlt werden, um eine Reaktion durch die aufgebrachte Flüssigkeit zu fördern oder dieser entgegenzuwirken.
Wie oben erwähnt wurde, bedienen sich das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung vorzugsweise einer Verbesserungsstation, die zwei oder mehr Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen aufweist, welche die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessern. Die Verbesserungsstation ist in der oben genannten gemeinsam anhängigen US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 09/757,955 beschrieben und kann wie folgt weiter erläutert werden. Auf 6 Bezug nehmend liegt dort eine Beschichtung aus Flüssigkeit 61 von einer Nenndicke h auf einem Substrat (in diesem Fall eine Endlosbahn) 60 vor. Wenn aus irgendeinem Grund eine regellose lokale Spitze 62 mit der Höhe H über der Nenndicke aufgebracht wird, oder wenn es aus irgendeinem Grund zu einer regellosen lokalen Vertiefung (beispielsweise die Teilausbuchtung 63 mit Tiefe H' unter der Nenndicke oder die Lücke 64 mit Tiefe h) kommt, wird eine kleine Länge des beschichteten Substrats fehlerhaft und nicht verwendbar sein. Die Verbesserungsstation bringt die mit Beschichtung benetzten Oberflächen von zwei oder mehr Aufnahme- und Aufgabe-Verbesserungsvorrichtungen (in 6 nicht dargestellt) in periodischen (z.B. zyklischen) Kontakt mit der Beschichtung 61. Dies ermöglicht, unebene Abschnitte der Beschichtung, beispielsweise die Spitze 62, aufzunehmen und an anderen Positionen des Substrats aufzugeben, oder ermöglicht, Beschichtungsmaterial in unebenen Abschnitten der Beschichtung, beispielsweise der Ausbuchtung 63 oder Lücke 64 aufzugeben. Die Aufgabeperioden der Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen werden derart gewählt, dass ihre Wirkungen Beschichtungsfehler entlang dem Substrat nicht verschlimmern. Auf Wunsch können die Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen nur nach Auftreten eines Fehlers mit der Beschichtung in Kontakt gebracht werden. Alternativ dazu können die Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen die Beschichtung unabhängig davon, ob nun ein Fehler an dem Kontaktpunkt vorliegt oder nicht, kontaktieren.
Ein Typ von Aufnahme- und Aufgabevorrichtung 70, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um eine Beschichtung auf einer sich bewegenden Bahn 60 zu verbessern, ist in 7 dargestellt. Die Vorrichtung 70 weist eine mittige Nabe 71 auf, um die sich die Vorrichtung 70 drehen kann. Die Vorrichtung 70 erstreckt sich über die beschichtete Breite der sich bewegenden Bahn 60, welche auf der Walze 72 an der Vorrichtung 70 vorbeibewegt wird. Von der Nabe 71 erstrecken sich zwei radiale Arme 73 und 74, an denen Aufnahme- und Aufgabeoberflächen 75 und 76 befestigt sind. Die Oberflächen 75 und 76 sind gekrümmt, um einen einzelnen kreisförmigen Bogen im Raum zu erzeugen, wenn sich die Vorrichtung 70 dreht. Auf Grund ihrer Rotation und räumlichen Beziehung zu der Bahn 60 kontaktieren die Aufnahme- und Aufgabeoberflächen 75 und 76 die Bahn 60 periodisch gegenüber der Walze 72. Die nasse Beschichtung (in 7 nicht dargestellt) auf der Bahn 60 und den Oberflächen 75 und 76 füllt eine Kontaktzone mit der Breite A auf der Bahn 60 vom Anfangspunkt 78 zum Trennpunkt 77. An dem Trennpunkt bleibt etwas Flüssigkeit sowohl auf der Bahn 60 als auch auf der Oberfläche 75, wenn sich die Aufnahme- und Aufgabevorrichtung 70 weiterdreht und die Bahn 60 über der Walze 72 weiterbewegt wird. Nach erfolgter Ausführung einer Umdrehung gibt die Oberfläche 75 einen Teil der Flüssigkeit an einer neuen Längsposition auf der Bahn 60 auf. Die Bahn 60 wurde inzwischen um eine Strecke weiterbewegt, die gleich der Bahngeschwindigkeit multipliziert mit der für eine Umdrehung der Aufgabe- und Aufnahmeoberfläche 75 erforderlichen Zeit ist. Auf diese Weise kann ein Teil einer Flüssigkeitsbeschichtung von einer Bahnposition aufgenommen und auf eine Bahn an einer anderen Position und zu einem anderen Zeitpunkt aufgegeben werden. Beide Aufnahme- und Aufgabeoberflächen 75 und 76 erzeugen diese Wirkung.
Die Periode einer Aufnahme- und Aufgabevorrichtung kann im Hinblick auf die Zeit, welche die Vorrichtung benötigt, um einen Teil der nassen Beschichtung von einer Position entlang einem Substrat aufzunehmen und diesen dann an einer anderen Position aufzugeben oder durch den Abstand entlang dem Substrat zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kontakten durch einen Oberflächenabschnitt der Vorrichtung ausgedrückt werden. Wenn beispielsweise die in 7 dargestellte Vorrichtung 70 mit 60 U/min gedreht wird und die relative Bewegung des Substrats in Bezug auf die Vorrichtung konstant bleibt, so beträgt die Periode eine Sekunde.
Mehrere Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen mit zwei oder mehr und vorzugsweise drei oder mehr verschiedenen Perioden werden verwendet. Insbesondere stehen Paare von derartigen Perioden nicht als ganzzahlige Vielfache voneinander in Relation. Die Periode einer Aufnahme- und Aufgabevorrichtung kann auf vielerlei Möglichkeiten geändert werden. Beispielsweise kann die Periode geändert werden: durch Ändern des Durchmessers einer rotierenden Vorrichtung; durch Ändern der Geschwindigkeit einer rotierenden oder schwingenden Vorrichtung; durch wiederholtes (z.B. kontinuierliches) Verschieben der Vorrichtung entlang der Länge des Substrats (z.B. die Bahn hinauf oder die Bahn hinunter) in Bezug auf ihre räumliche Ausgangsposition aus der Sicht eines ortsfesten Betrachters; oder durch Ändern der Verschiebungsgeschwindigkeit des Substrats relativ zu der Rotationsgeschwindigkeit einer rotierenden Vorrichtung. Die Periode muss keine sanft variierende Funktion sein und muss im Zeitablauf nicht konstant bleiben.
Viele verschiedene Mechanismen können einen periodischen Kontakt mit dem mit Flüssigkeit beschichteten Substrat herstellen, und Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtungen mit vielen verschiedenen Gestalten und Konfigurationen können verwendet werden. Beispielsweise kann ein hin- und hergehender Mechanismus (z.B. einer, der sich auf und ab bewegt) verwendet werden, um zu bewirken, dass die mit Beschichtung benetzten Oberflächen einer Aufnahme- und Aufgabevorrichtung in und außer Kontakt mit dem Substrat schwingen. Vorzugsweise rotieren die Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen, da es einfach ist, die Vorrichtungen in eine Rotationsbewegung zu versetzen und die Vorrichtungen mittels Lagern oder anderen geeigneten Trägern, die mechanischem Verschleift gegenüber relativ beständig sind, zu tragen.
Wenngleich die in 7 dargestellte Aufnahme- und Aufgabevorrichtung die Form einer Hantel und zwei nicht aneinander angrenzende Kontaktieroberflächen aufweist, kann die Aufnahme- und Aufgabevorrichtung andere Formen aufweisen und muss nicht unbedingt nicht aneinander angrenzende Kontaktieroberflächen aufweisen. Demnach können, wie bereits in 3a und 4a dargestellt wurde, die Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen eine Abfolge von Walzen, die das Substrat kontaktieren, oder ein Endlosband, dessen nasse Seite eine Abfolge von nassen Walzen und das Substrat kontaktiert, oder eine Abfolge von Bändern, deren nasse Seiten das Substrat kontaktieren, oder Kombinationen aus diesen sein. Diese rotierenden Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen bleiben vorzugsweise mit dem Substrat in kontinuierlichem Kontakt.
Verbesserungsstationen, die sich rotierender Walzen bedienen, werden zum Beschichten sich bewegender Bahnen oder anderer Substrate mit einer Bewegungsrichtung vorgezogen. Die Walzen können sich mit derselben Umfangsgeschwindigkeit wie das sich bewegende Substrat drehen, oder mit einer geringeren oder größeren Geschwindigkeit. Auf Wunsch können sich die Vorrichtungen in eine Richtung drehen, die jener des sich bewegenden Substrats entgegengesetzt ist. Vorzugsweise weisen mindestens zwei der rotierenden Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen dieselbe Rotationsrichtung auf und stehen periodisch nicht in Relation. Insbesondere ist für Anwendungen, welche die Verbesserung einer Beschichtung auf einer Bahn oder einem anderen Substrat mit einer Bewegungsrichtung mit einschließen, die Rotationsrichtung von mindestens zwei derartigen Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen dieselbe wie die Richtung der Substratbewegung. Am bevorzugtesten rotieren derartige Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen in dieselbe Richtung und mit im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit wie das Substrat. Dies kann zweckmäßig durch Verwendung sich mitdrehender nicht angetriebener Walzen erreicht werden, die gegen das Substrat anliegen und mit dem Substrat in dessen Bewegung mitgenommen werden.
Wenn die Beschichtung zunächst mit einer Aufnahme- und Aufgabevorrichtung wie der in 7 dargestellten kontaktiert wird, wird eine Länge von fehlerhaftem Material erzeugt. Zu Beginn sind die Aufnahme- und Aufgabe-Übertagungsoberflächen 75 und 76 trocken. Beim ersten Kontakt kontaktiert die Vorrichtung 70 die Bahn 60 an einer ersten Position auf der Bahn 60 über einem Bereich A. Am Trennpunkt 77 wird etwa die Hälfte der Flüssigkeit, die an dem Anfangspunkt 78 in den Bereich A eintrat, die Übertragungsoberfläche 75 und 76 mit Beschichtungsflüssigkeit benetzen und von der Bahn entfernt werden. Diese Flüssigkeitsaufteilung erzeugt eine Stelle von geringer und fehlerhafter Beschichtungsdicke auf der Bahn 60, selbst wenn die eintretende Beschichtungsdicke gleichmäßig und gleich der gewünschten mittleren Dicke war. Wenn die Übertragungsoberfläche 75 oder 76 die Bahn 60 an einer zweiten Position erneut kontaktiert, kommt es zu einem zweiten Beschichtungsflüssigkeitskontakt und einer zweiten Aufteilung, und es wird ein zweiter fehlerhafter Bereich erzeugt. Allerdings wird dieser eine weniger fehlerhafte Beschichtung als der erste fehlerhafte Bereich aufweisen. Jeder weitere Kontakt erzeugt zusehends kleinere fehlerhafte Bereiche auf der Bahn, mit zusehends kleineren Abweichungen von der mittleren Dicke, bis ein Gleichgewicht erreicht wird. Somit erzeugt der anfängliche Kontakt eine Zeit lang periodische Variationen der Dicke. Dies stellt einen sich wiederholenden Fehler dar, der als solcher nicht erstrebenswert wäre.
Es gibt keine Garantie dafür, dass das Flüssigkeitsaufteilungsverhältnis zwischen der Bahn und der Oberfläche stets auf einem konstanten Wert bleibt. Viele Faktoren können das Aufteilungsverhältnis beeinflussen, jedoch neigen diese Faktoren dazu, nicht vorhersagbar zu sein. Wenn sich das Aufteilungsverhältnis abrupt ändert, kommt es zu einer periodischen bahnabwärtigen Bahndickenvariation, selbst wenn die Aufnahme- und Aufgabevorrichtung schon geraume Zeit läuft. Wenn Fremdstoffe auf einer Übertragungsoberfläche der Aufnahme- und Aufgabevorrichtung hängen bleiben, kann die Vorrichtung bei jedem Kontakt einen periodischen bahnabwärtigen Fehler erzeugen. Demnach kann schon die Verwendung einer einzigen Aufnahme- und Aufgabevorrichtung möglicherweise große Längen von Ausschussmaterial erzeugen.
Die Verbesserungsstation verwendet zwei oder mehr, vorzugsweise drei oder mehr, und insbesondere fünf oder mehr oder sogar acht oder mehr Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen, um eine gute Beschichtungsgleichmäßigkeit zu erzielen. Nachdem die Beschichtungsflüssigkeit auf den Aufnahme- und Aufgabe-Übertragungsoberflächen bis auf einen Gleichgewichtswert aufgebaut wurde, kann eine regellose hohe oder tiefe Beschichtungsspitze durch die Station hindurchgeführt werden. Wenn dies geschieht, und wenn der Fehler kontaktiert wird, dann wird die periodische Kontaktierung der Bahn durch eine einzige Aufnahme- und Aufgabevorrichtung oder durch eine Anordnung aus mehreren Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen mit derselben Kontaktperiode einen periodischen bahnabwärtigen Fehler der Dicke weiter fortpflanzen. Auch hier wird Ausschuss erzeugt, und Fachleute auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik würden eine derartige Vorrichtung vermeiden. Es ist weit besser, nur einen Fehler in einer beschichteten Bahn zu haben, als dass eine Bahnlänge mehrfache Abbildungen des ursprünglichen Fehlers enthält. Demnach kann eine einzelne Vorrichtung oder eine Abfolge aus Vorrichtungen mit identischen oder einander verstärkenden Kontaktperioden überaus nachteilig sein. Allerdings kann ein regelloser ursprünglicher Fehler, der in die Station eintritt, oder jedweder Fehler, der durch die erste Kontaktierung erzeugt wird, durch Verwendung einer Verbesserungsstation vermindert werden, die mehr als zwei Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen aufweist, deren Kontaktperioden derart ausgewählt wurden, dass sie den Fehler reduzieren und nicht weiter fortpflanzen. Eine derartige Verbesserungsstation kann statt erweiterten Längen mit fehlerhafter Beschichtung eine verbesserte Beschichtungsgleichmäßigkeit ermöglichen und Eingangsfehler in soweit verringern, dass sie nicht mehr zu beanstanden sind.
Durch Verwendung des oben beschriebenen elektrostatischen Sprühkopfes und einer Verbesserungsstation in Kombination kann ein neues bahnabwärtiges Beschichtungsprofil am Ausgang der Verbesserungsstation geschaffen werden. Das heißt, dass wir durch Verwendung mehrerer Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen Fehler in der Beschichtung, die durch den elektrostatischen Sprühkopf aufgebracht wird, modifizieren können. Diese Fehler werden als Fehlerabbildungen durch die erste Vorrichtung in der Verbesserungsstation weiter fortgepflanzt und durch zusätzliche Fehlerabbildungen modifiziert, die von der zweiten Vorrichtung und jedweden nachfolgenden Vorrichtungen fortgepflanzt und erneut fortgepflanzt werden. Wir können dies auf konstruktiv und destruktiv additive Weise tun, so dass das Nettoergebnis eine nahezu gleichmäßige Dicke oder eine geregelte Dickenvariation ist. In Wirklichkeit erzeugen wir mehrere Wellenformen, die aufaddiert werden, derart, dass die konstruktive und destruktive Addition jeder Wellenform kombiniert ein gewünschtes Maß an Gleichmäßigkeit ergibt. Etwas anders betrachtet wird, wenn ein Beschichtungsfehler durch die Verbesserungsstation tritt, de facto ein Teil der Beschichtung von den hohen Stellen aufgenommen und an den tiefen Stellen aufgegeben.
Mathematische Modellbildung unseres Verbesserungsprozesses trägt zur Erlangung von Einblicken und Kenntnissen bei. Die Modellbildung beruht auf der Fluiddynamik und liefert gute Übereinstimmung mit beobachtbaren Resultaten. 8 zeigt ein Schaubild der Flüssigkeitsbeschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Abstand in Längsrichtung (Maschinenrichtung) entlang einer Bahn für einen einzelnen regellosen Spitzeneingang 81, der an einer ersten Position auf der Bahn angeordnet ist, welche sich einer periodischen kontaktierenden Aufnahme- und Aufgabe-Übertragungsvorrichtung (in 8 nicht dargestellt) nähert. 9 bis 13 zeigen mathematische Modellergebnisse, welche die Flüssigkeitsbeschichtungsdicke entlang der Bahn darstellen, wenn der Spitzeneingang 81 auf eine oder mehrere periodische Aufnahme- und Aufgabe-Kontaktiervorrichtungen trifft.
9 zeigt die Amplitude der reduzierten Spitze 91, die auf der Bahn an der ersten Position zurückbleibt, und der erneut fortgepflanzten Spitzen 92, 93, 94, 95, 96, 97 und 98, die an einer zweiten Position und nachfolgenden Positionen auf die Bahn aufgebracht werden, wenn der Spitzeneingang 81 auf eine einzelne perio dische Aufnahme- und Aufgabe-Kontaktiervorrichtung trifft. Die Spitze der ersten Eingangsspitze 81 ist eine Längeneinheit lang und zwei Dickeneinheiten hoch. Die Kontaktiervorrichtungsperiode ist gleich zehn Längeneinheiten. Die Abbildungen des Eingangsfehlers werden periodisch in Inkrementen von 10 Längeneinheiten über eine Länge, die länger als sechzig Längeneinheiten lang ist, wiederholt. Demnach ist die Länge der fehlerhaft beschichteten Bahn oder "Ausschuss-Bahn" verglichen mit der Länge des Eingangsfehlers erheblich größer. Die exakte fehlerhafte Länge hängt natürlich von der zulässigen Beschichtungsdickenvariabilität für den gewünschten Endnutzen ab.
10 zeigt die Amplitude der reduzierten Spitze 101, die auf der Bahn an der ersten Position zurückbleibt, und einige der erneut fortgepflanzten Spitzen 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 und 109, die an einer zweiten Position und nachfolgenden Positionen auf die Bahn aufgebracht werden, wenn der Spitzeneingang 81 auf zwei periodische, nacheinander angeordnete, synchronisierte Aufnahme- und Aufgabe-Kontaktiervorrichtungen trifft, wobei jede eine Periode von 10 Längeneinheiten aufweist. Verglichen mit der Verwendung einer einzelnen periodischen Aufnahme- und Aufgabevorrichtung kommt es zu einer Abbildung einer Spitze mit einer niedrigeren Amplitude über eine längere Länge der Bahn.
11 zeigt die Beschichtung, die entsteht, wenn zwei periodische, nacheinander angeordnete, synchronisierte Kontaktiervorrichtungen mit Perioden von 10 und dann 5 verwendet werden. Diese Vorrichtungen weisen periodisch in Relation stehende Kontaktierperioden auf. Durch deren Aufnahme- und Aufgabewirkung wird Beschichtung an periodisch in Relation stehenden Positionen entlang der Bahn aufgebracht. Verglichen mit 10 ist die Spitzenabbildungsamplitude nicht stark reduziert, aber es wird eine etwas kürzere Länge von fehlerhafter beschichteter Bahn produziert.
12 zeigt die Beschichtung, die entsteht, wenn drei periodische Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen mit unterschiedlichen Perioden von 10, 5 und 2 verwendet werden. Die Vorrichtung mit einer Periode von 10 und die Vorrichtung mit einer Periode von 5 stehen periodisch in Relation. Die Vorrichtung mit einer Periode von 10 und die Vorrichtung mit einer Periode von 2 stehen ebenfalls periodisch in Relation. Allerdings stehen die Vorrichtung mit einer Periode von 5 und die Vorrichtung mit einer Periode von 2 nicht periodisch in Relation (da 5 kein ganzzahliges Vielfaches von 2 ist), und demnach weist diese Abfolge von Vorrichtungen erste und zweite periodische Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen auf, welche die Beschichtung an einer ersten Position auf der Bahn kontaktieren und dann die Beschichtung an einer zweiten und einer dritten Position auf der Bahn, die in Bezug auf deren Abstand von der ersten Position nicht miteinander periodisch in Relation stehen, erneut kontaktieren können. Verglichen mit den Vorrichtungen, deren Wirkungsweise in 9 bis 11 dargestellt ist, werden weitaus geringere Dickenabweichungen und weit kürzere Längen von fehlerhafter beschichteter Bahn erzeugt.
13 zeigt die Ergebnisse für eine Abfolge aus acht Kontaktiervorrichtungen, wobei die erste Vorrichtung eine Periode von 10, die zweite Vorrichtung eine Periode von 5 und die dritte bis achte Vorrichtung jeweils eine Periode von 2 aufweisen. Verglichen mit den Vorrichtungen, deren Wirkungsweise in 9 bis 11 dargestellt ist, wird die Amplitude der Spitzenabbildung weiter reduziert und eine signifikante Verbesserung der Beschichtungsdickengleichmäßigkeit erzielt.
Ähnliche Beschichtungsverbesserungsresultate werden erzielt, wenn der regellose Fehler eine Vertiefung (z.B. ein unbeschichteter Hohlraum) und keine Spitze ist.
Die oben besprochenen regellosen Spitzen- und Vertiefungsfehler sind eine allgemeine Fehlerklasse, die der Verbesserungsstation zugeführt werden können. Die zweite bedeutende Fehlerklasse ist ein sich periodisch wiederholender Fehler. Natürlich kommt es bei Beschichtungs-Fertigungseinrichtungen häufig vor, dass beide Klassen gleichzeitig auftreten. Wenn eine periodische Abfolge aus hohen oder tiefen Beschichtungsspitzen oder -vertiefungen auf einer kontinuierlich laufenden Bahn vorliegt, suchen die Bedienpersonen der Beschichtungseinrichtungen für gewöhnlich die Ursache des Fehlers und versuchen, diese zu beseitigen. Eine einzelne periodische Aufnahme- und Aufgabevorrichtung, die in 7 dargestellt ist, schafft eventuell keine Abhilfe und führt möglicherweise zu einer weiteren Verschlechterung der Qualität der Beschichtung. Allerdings führt intermittierendes periodisches Kontaktieren der Beschichtung durch Vorrichtungen, die eine ähnliche Funktion wie jene aufweisen, die in 7 beispielhaft dargestellt ist, zu einer Verbesserung der Beschichtungsgleichmäßigkeit, wenn mehr als zwei Vorrichtungen verwendet werden und wenn die Vorrichtungsperioden geeignet gewählt werden. Verbesserungen werden sowohl bei regellosen wie auch bei kontinuierlichen periodischen Variationen und Kombinationen der beiden beobachtet. Im Allgemeinen werden bessere Ergebnisse erzielt, wenn Bemühungen unternommen werden, die relative zeitliche Koordinierung der Kontakte durch einzelne Vorrichtungen einzustellen, derart, dass unerwünschte sich addierende Effekte vermieden werden können. Durch Verwendung von Walzen, die in kontinuierlichem Kontakt mit der Beschichtung laufen, wird diese Komplikation vermieden und eine etwas einfachere und bevorzugte Lösung bereitgestellt. Da jedes Inkrement einer Walzenoberfläche, die auf einer Bahn läuft, die Bahn periodisch kontaktiert, kann eine Walzenoberfläche als Abfolge verbundener intermittierender periodischer Kontaktieroberflächen angesehen werden. Analog dazu kann ein umlaufendes Endlosband dieselbe Funktion wie eine Walze ausüben. Nach Wunsch kann ein Band in Form eines Möbiusbands verwendet werden. Fachleute auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik werden erkennen, dass andere Vorrichtungen wie elliptische Walzen oder Bürsten ausgebildet werden können, um als periodische Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen in der Verbesserungsstation zu dienen. Eine exakte Periodizität der Vorrichtungen ist nicht erforderlich. Ein bloßer sich wiederholender Kontakt kann genügen.
14 zeigt ein Schaubild der Flüssigkeitsbeschichtungsdicke in Abhängigkeit von dem Abstand entlang einer Bahn für eine Abfolge von sich wiederholenden Spitzeneingängen mit gleicher Amplitude, die sich einer periodischen Kontaktier-Aufnahme- und Aufgabe-Übertragungsvorrichtung nähern. Wenn eine Aufnahme- und Aufgabe-Vorrichtung diesen sich wiederholenden Fehler periodisch und synchron kontaktiert, und wenn die Periode gleich der Fehlerperiode ist, dann wird durch die Vorrichtung nach der ersten Inbetriebnahme keine Änderung erreicht. Dies gilt auch, wenn die Periode der Vorrichtung ein ganzzahliges Vielfaches der Fehlerperiode ist. Eine Simulation des Kontaktierprozesses zeigt, dass eine einzelne Vorrichtung mehr fehlerhafte Spitzen erzeugt, wenn die Periode kürzer als die Eingangsfehlerperiode ist. 15 zeigt dieses Resultat, wenn ein sich wiederholender Fehler mit einer Periode von 10 auf eine periodische Aufnahme- und Aufgabe-Walzenvorrichtung mit einer Periode von 7 trifft.
Durch Verwenden mehrerer Vorrichtungen und geeignetes Auswählen ihrer Kontaktperioden können wir sogar die Qualität einer stark ungleichmäßigen Eingangsbeschichtung wesentlich verbessern. 16 und 17 zeigen die Simulationsergebnisse, wenn Beschichtungen, die das in 14 gezeigte Fehlermuster aufweisen, Abfolgen aus sieben oder acht periodischen Aufnahme- und Aufgabewalzenvorrichtungen mit Perioden, die nicht alle miteinander in Relation standen, ausgesetzt wurden. In 16 hatten die Vorrichtungen Perioden von 7, 5, 4, 8, 3, 3 und 3. In 17 hatten die Vorrichtungen Perioden von 7, 5, 4, 8, 3, 3, 3 und 2. In beiden Fällen sank die Amplitude der höchsten Spitzen um mehr als 75%. Demnach wurde, wenngleich die Anzahl der Spitzen anstieg, insgesamt eine signifikante Verbesserung der Beschichtungsdickengleichmäßigkeit erzielt.
Faktoren wie Trocknen, Aushärten, Gelbildung, Kristallisation oder ein Phasenübergang, die im Lauf der Zeit eintreten, können die Anzahl verwendeter Walzen Einschränkungen unterwerfen. Wenn die Beschichtungsflüssigkeit eine flüchtige Komponente enthält, kann die Zeit, die zum Hindurchbewegen durch viele Rollen erforderlich ist, ermöglichen, dass die Trocknung in dem Maße voranschreitet, dass sich die Flüssigkeit verfestigen kann. Die Trocknung wird tatsächlich durch die Verbesserungsstation beschleunigt, wie unten ausführlicher erläutert wird. In jedem Fall wird, wenn aus irgendeinem Grund während des Betriebs der Verbesserungsstation ein Beschichtungsphasenübergang auf den Walzen erfolgt, dies für gewöhnlich zu Unterbrechungen und Mustern in der Beschichtung auf der Bahn führen. Demnach ziehen wir es im Allgemeinen vor, das gewünschte Maß an Beschichtungsgleichmäßigkeit durch Verwendung von möglichst wenigen Walzen zu erzeugen.
18 zeigt eine Gleichmäßigkeitsverbesserungsstation 180, die sich einer Abfolge aus gleich großen Aufnahme- und Aufgabekontaktwalzen mit ungleicher Geschwindigkeit verwendet. Die mit Flüssigkeit beschichtete Bahn 181 wird auf einer Oberfläche (mittels eines elektrostatischen Sprühkopfes, der in 18 nicht dargestellt ist) vor dem Eintreten in die Verbesserungsstation 180 beschichtet. Die Flüssigkeitsbeschichtungsdicke auf der Bahn 181 schwankt räumlich in der bahnabwärtigen Richtung zu jedem beliebigen Zeitpunkt, wenn sie sich der Aufnahme- und Aufgabe-Kontaktwalze 182 nähert. Für einen ortsfesten Betrachter würde die Beschichtungsdicke Zeitvariationen aufweisen. Diese Variation kann transiente, regellose, periodische und transiente periodische Komponenten in der bahnabwärtigen Richtung enthalten. Die Bahn 181 wird entlang einem Pfad durch die Station 180 und über Mitläuferwalzen 183 und 185 in Kontakt mit den Aufnahme- und Aufgabe-Kontaktwalzen 182, 184, 186 und 187 gelenkt. Der Pfad wird derart gewählt, dass die nasse beschichtete Seite der Bahn in körperlichen Kontakt mit den Aufnahme- und Aufgabewalzen kommt. Die Aufnahme- und Aufgabewalzen 182, 184, 186 und 187 (die, wie aus 18 hervorgeht, alle denselben Durchmesser aufweisen) werden derart angetrieben, dass sie sich mit der Bahn 181 drehen, jedoch mit Geschwindigkeiten, die in Bezug auf einander variieren. Die Geschwindigkeiten werden eingestellt, um eine Verbesserung der Beschichtungsgleichmäßigkeit auf der Bahn 181 vorzusehen. Mindestens zwei und vorzugsweise mehr als zwei der Aufnahme- und Aufgabewalzen 182, 184, 186 und 187 weisen nicht dieselbe Geschwindigkeit auf und sind nicht ganzzahlige Vielfache von einander.
Zunächst auf die Aufnahme- und Aufgabewalze 182 Bezug nehmend wird die Flüssigkeitsbeschichtung beim Trennpunkt 189 aufgeteilt. Ein Teil der Beschichtung wird mit der Bahn weitertransportiert, und der Rest wird mit der Walze 182 weiterbefördert, wenn sich diese vom Trennpunkt 189 wegdreht. Variationen der Beschichtungsdicke knapp vor dem Trennpunkt 189 werden sowohl in der Flüssigkeitsdicke auf der Bahn 181 als auch in der Flüssigkeitsdicke auf der Oberfläche der Walze 182, wenn die Bahn 181 und die Walze 182 den Trennpunkt 189 verlassen, wiedergespiegelt. Nachdem die Beschichtung auf der Bahn 181 zunächst die Walze 182 kontaktiert und die Walze 182 eine Umdrehung ausgeführt hat, treffen die Flüssigkeit auf der Walze 182 und die auf der Bahn 181 herangeführte Flüssigkeit am Eintrittspunkt 188 aufeinander und bilden dadurch einen mit Flüssigkeit gefüllten Walzenspaltbereich 196 zwischen den Punkten 188 und 189. Der Bereich 196 ist ohne Luftmitführung. Für einen ortsfesten Betrachter ist die Durchflussrate der Flüssigkeit, die in den Bereich 196 eintritt, die Summe aus der Flüssigkeit, die auf der Bahn 181 eintritt, und der Flüssigkeit, die auf der Walze 182 eintritt. Die Gesamtwirkung der Walze 182 ist, Material von der Bahn 181 an einer Position entlang der Bahn aufzunehmen und einen Teil des Materials an einer anderen Position entlang der Bahn wieder aufzugeben.
Auf ähnliche Weise teilt sich die Flüssigkeitsbeschichtung bei den Trennpunkten 191, 193 und 195. Ein Teil der Beschichtung kontaktiert an den Eintrittspunkten 190, 192 und 194 wieder die Bahn 181 und wird wieder auf die Bahn 181 aufgebracht.
Wie bei den oben besprochenen Abfolgen aus intermittierenden Aufnahme- und Aufgabe-Kontaktiervorrichtungen werden regellose oder periodische Variationen der Flüssigkeitsbeschichtungsdicke auf der herangeführten Bahn durch die Aufnahme- und Aufgabe-Wirkung der periodischen Kontaktierwalzen aus 18 in deren Schweregrad reduziert und erstrebenswerterweise werden die Variationen im Wesentlichen beseitigt. Ebenso neigt, wie bei den oben besprochenen Vorrichtungen, eine einzige Walze, die in Kontakt mit der Flüssigkeitsbeschichtung auf der Bahn läuft, oder eine Abfolge aus periodisch in Relation stehenden Walzen im Allgemeinen dazu, Fehler fortzupflanzen und große Mengen an kostspieligem Ausschuss zu produzieren.
Durch Verwendung mehrerer Aufnahme- und Aufgabewalzen können wir zugleich die Amplitude aufeinanderfolgender Spitzen und Vertiefungen verringern und diese zusammenführen, um eine kontinuierlich leicht variierende, jedoch spitzen- und vertiefungsfreie Beschichtung von guter Gleichmäßigkeit zu bilden. Wie in 18 dargestellt ist, kann dies durch Verwendung von Walzenvorrichtungen von gleichem Durchmesser, die mit ungleichen Geschwindigkeiten angetrieben werden, erreicht werden. Wie aus 3a und 4a hervorgeht, kann dies auch durch Variieren der Durchmesser einer Abfolge aus Walzenvorrichtungen erreicht werden. Wenn die Walzen nicht unabhängig angetrieben werden, sondern stattdessen durch Traktion mit der Bahn gedreht werden, dann steht die Periode jeder Walze in Relation zu ihrem Durchmesser und ihrer Traktion mit der nassen Bahn. Wenngleich die Auswahl unterschiedlich groß ausgelegter Walzen zusätzliche Zeit für die Ersteinrichtung erfordern kann, werden, da jedoch die Walzen nicht angetrieben sind und sich mit der Bahn mitdrehen können, die Gesamtkosten der Verbesserungsstation erheblich gesenkt.
Bei Nichtvorhandensein einer detaillierten mathematischen Simulation ist ein empfohlenes experimentelles Verfahren zum Bestimmen eines Satzes von Aufnahme- und Aufgabedurchmessern und demnach ihrer Perioden wie folgt. Zunächst gilt es, das bahnabwärtige Beschichtungsgewicht kontinuierlich zu messen und die Periode P des Eingangs eines unerwünschten periodischen Fehlers zu der Verbesserungsstation zu bestimmen. Dann ist eine Abfolge von Aufnahme- und Aufgabewalzendurchmessern mit Perioden, die von kleiner als bis größer als die Eingangsperiode reichen, auszuwählen, wobei ganzzahlige Vielfache oder Teiler dieser Periode zu vermeiden sind. Aus dieser Gruppe ist zu bestimmen, welche Walze für sich allein die beste Verbesserung der Gleichmäßigkeit ergibt. Aus der verbleibenden Gruppe ist eine zweite Walze auszuwählen, welche die beste Verbesserung der Gleichmäßigkeit ergibt, wenn sie mit der ersten ausgewählten Walze verwendet wird. Nachdem die ersten beiden Walzen bestimmt wurden, sind weitere Aufnahme- und Aufgabewalzen nach einander hinzuzufügen, und zwar ausgehend davon, welche aus den verfügbaren die beste Verbesserung ergibt. Der beste Walzensatz hängt von dem verwendeten Gleichmäßigkeitskriterium und der vorliegenden ursprünglichen, nicht verbesserten bahnabwärtigen Variation ab. Unser bevorzugter Startrollensatz weist jene mit Perioden Q auf, die von Q = 0,26 bis 1,97 Mal der Periode des Eingangsfehlers reichen, in Inkrementen von 0,03. Ausnahmen sind Q = 0,5, 0,8, 1,1, 1,25, 1,4 und 1,7. Die Perioden (Q + nP) und (Q + kP), wobei n eine Ganzzahl und k = 1/n ist, werden auch vorgeschlagen.
19 zeigt ein Dickenüberwachungs- und -regelsystem zur Verwendung in einer Verbesserungsstation 200. Dieses System ermöglicht das Überwachen der Beschichtungsdickenvariation und die Einstellung der Periode einer oder mehrerer der Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen in der Verbesserungsstation, was die Verbesserung oder andere gewünschte Änderung der Beschichtungsgleichmäßigkeit ermöglicht. Dies ist besonders dann von Nutzen, wenn sich die Periode der ankommenden Abweichung ändert. Auf 19 Bezug nehmend sind dort Aufnahme- und Aufgabe-Übertragungswalzen 201, 202 und 203 an angetriebenen Antriebssystemen (in 19 nicht dargestellt) befestigt, welche die Drehgeschwindigkeiten der Walzen in Abhängigkeit von einem Signal oder Signalen von dem Regler 250 unabhängig regeln können. Die Drehgeschwindigkeiten müssen nicht alle gleich sein und müssen nicht gleich der Geschwindigkeit des Substrats 205 sein. Sensoren 210, 220, 230 und 240 können eine oder mehrere Eigenschaften (z.B. Dicke) des Substrats 205 oder der darauf vorliegenden Beschichtung erfassen und können vor oder nach einer oder mehrerer der Aufnahme- und Aufgabewalzen 201, 202 und 203 angeordnet werden. Die Sensoren 210, 220, 230 und 240 sind über Signalleitungen 211, 212, 213 und 214 an den Regler 250 angeschlossen. Der Regler 250 verarbeitet Signale von einem oder mehreren der Sensoren 210, 220, 230 und 240, wendet die gewünschten Logik- und Regel funktionen an und erzeugt geeignete analoge oder digitale Einstellsignale. Diese Einstellsignale können zu den Motorantrieben für eine oder mehrere der Aufnahme- und Aufgabewalzen 201, 202 und 203 übertragen werden, um Einstellungen der Geschwindigkeiten einer oder mehrerer der Walzen zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform kann der automatische Regler 250 ein Mikroprozessor sein, der programmiert ist, um die Standardabweichung der Beschichtungsdicke an der Ausgangsseite der Walze 201 zu berechnen und eine Regelfunktion zu implementieren, um die Mindeststandardabweichung der verbesserten Beschichtungsdicke zu suchen. Je nachdem, ob die Walzen 201, 202 und 203 getrennt oder gemeinsam geregelt werden oder nicht, können geeignete Ein- oder Mehrgrößen-Regelalgorithmen von Sensoren, die nach den übrigen Aufnahme- und Aufgabewalzen angeordnet sind, ebenfalls verwendet werden, um die Beschichtungsgleichmäßigkeit zu regeln. Die Sensoren 210, 220, 230 und 240 können sich einer Vielfalt von Erfassungssystemen, beispielsweise optischer Dichtemessgeräte, Beta-Dickenmessgeräte, Kondensatormessgeräte, Fluoreszenzmessgeräte und Extinktionsmessgeräte, bedienen. Gegebenenfalls können weniger Sensoren als Aufnahme- und Aufgabe-Walzen verwendet werden. Beispielsweise kann ein einzelner Sensor, beispielsweise Sensor 240, verwendet werden, um die Beschichtungsdicke zu überwachen und sequenziell oder auf andere Weise eine Regelfunktion für Aufnahme- und Aufgabe-Walzen 201, 202 und 203 zu implementieren.
Wie oben festgehalten wurde, kann sich die Verbesserungsstation angetriebener Aufnahme- und Aufgabewalzen bedienen, deren Rotationsgeschwindigkeit vor oder während des Betriebs der Verbesserungsstation ausgewählt oder variiert wird. Die Periode einer Aufnahme- und Aufgabewalze kann auch auf andere Weise variiert werden. Beispielsweise kann der Walzendurchmesser geändert werden (z.B. durch Aufblasen oder Luftablassen bzw. durch Ausdehnen oder Verkleinern der Walze auf andere Weise), wobei die Oberflächengeschwindigkeit der Walze beibehalten wird. Die Walzen müssen keine konstanten Durchmesser aufweisen; auf Wunsch können sie ballige, gewölbte, konische oder andere Querschnittsformen aufweisen. Diese anderen Formen können dazu beitragen, die Perioden eines Satzes von Walzen zu variieren. Auch die Position der Walzen oder der Substratpfadlänge zwischen Walzen kann während des Betriebs variiert werden. Eine oder mehrere der Walzen kann derart positioniert werden, dass ihre Rotationsachse nicht orthogonal (oder nicht immer orthogonal) zum Substratpfad verläuft. Eine derartige Positionierung kann die Leistung verbessern, da eine derartige Walze dazu neigt, Beschichtung aufzunehmen und diese an einer seitlich versetzten Position auf dem Substrat wieder aufzugeben. Die Flüssigkeitsdurchflussrate zu dem elektrostatischen Sprühkopf kann auch moduliert werden, z.B. periodisch, und diese Periode kann variiert werden. Alle derartigen Variationen sind ein brauchbarer Ersatz für die oder eine Ergänzung der oben besprochenen Walzenauslegungs-Faustregeln. Alle können verwendet werden, um die Leistung der Verbesserungsstation und die Gleichmäßigkeit der Dicke der fertigen Beschichtung zu beeinflussen. Wir haben beispielsweise erkannt, dass kleine Variationen der relativen Geschwindigkeiten oder Periodizität einer oder mehrerer der Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen oder zwischen einer oder mehrerer der Vorrichtungen und dem Substrat zweckmäßig sind, um die Leistung zu verbessern. Dies ist dann besonders zweckmäßig, wenn eine begrenzte Anzahl von Walzengrößen oder eine begrenzte Anzahl von Perioden verwendet wird. Es können regellose oder geregelte Variationen verwendet werden. Die Variation wird vorzugsweise durch unabhängiges Antreiben der Walzen mittels getrennter Motoren und Variieren der Motordrehzahlen erzielt. Fachleute werden erkennen, dass die Rotationsgeschwindigkeiten auch anhand anderer Möglichkeiten variiert werden können, z.B. durch Verwendung von Wechselgetrieben, Riemen antriebs- oder Kettenantriebs-Systemen, wobei ein Riemenscheiben- oder Ritzeldurchmesser geändert wird, Kupplungen mit begrenztem Schlupf, Bremsen, oder Walzen, die nicht direkt angetrieben werden, sondern stattdessen durch Kontakt mit einer anderen Walze durch Reibung angetrieben werden. Es können periodische und nicht periodische Variationen verwendet werden. Zu nicht periodischen Variationen können intermittierende Variationen und Variationen, die auf linearen Rampenfunktionen im Zeitverlauf, "Random Walks" und anderen nicht periodischen Funktionen basieren. Alle derartigen Variationen scheinen in der Lage zu sein, die Leistung einer Verbesserungsstation zu verbessern, die eine feste Anzahl von Walzen enthält. Verbesserte Ergebnisse werden mit Geschwindigkeitsvariationen erzielt, die Amplituden von bis auf 0,5 Prozent des Mittelwerts hinab aufweisen.
Konstante Geschwindigkeitsdifferenzen sind ebenfalls zweckdienlich. Dies ermöglicht, Rotationsperioden zu wählen, welche schlechte Leistungsbedingungen vermeiden. Bei festen Rotationsgeschwindigkeiten werden diese Bedingungen durch Auswahl der Walzengrößen vorzugsweise vermieden.
Die gemeinsame Verwendung eines elektrostatischen Sprühkopfes und einer Verbesserungsstation schafft einen sich ergänzenden Satz von Vorteilen. Der elektrostatische Sprühkopf bringt ein Tropfenmuster auf die leitende Übertragungsoberfläche auf. Wenn eine feste Durchflussrate zu dem Sprühkopf aufrechterhalten wird, die Verfahrgeschwindigkeit des Substrats konstant ist und die meisten Tropfen auf das Substrat aufgebracht werden, dann wird die mittlere Aufbringung von Flüssigkeit nahezu gleichmäßig sein. Da allerdings die Flüssigkeit für gewöhnlich in nicht perfekt voneinander beabstandeten Tropfen aufgebracht wird, wird es zu lokalen Variationen der Beschichtungsdicke kommen. Wenn der mittlere Tropfendurchmesser größer als die gewünschte Beschichtungsdicke ist, werden die Tropfen einander anfangs nicht berühren und somit dazwischen unbeschichtete Flächen freilassen. Bisweilen werden sich diese spärlich aufgebrachten Tropfen spontan verteilen und zu einer kontinuierlichen Beschichtung koaleszieren, wobei dies jedoch geraume Zeit dauern oder, wenn die Tropfengrößenverteilung groß ist, auf eine Weise stattfinden kann, die eine nicht gleichmäßige Beschichtung erzeugt. Die Verbesserungsstation kann die Tropfen zu einer kontinuierlichen Beschichtung umwandeln oder die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessern oder den Zeitraum und die Maschinenlänge, die benötigt werden, um das Verteilen von Tropfen zu erreichen, verkürzen. Der Vorgang des Kontaktierens der ursprünglichen Tropfen mit Walzen oder anderen ausgewählten Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen, des Entfernens eines Teils der Tropfenflüssigkeit, des darauf folgenden Wiederaufgebens jenes entfernten Teils auf das Substrat an einer anderen Position erhöht die Oberflächenbedeckung auf dem Substrat, reduziert den Abstand zwischen beschichteten Stellen und erhöht in manchen Fällen die Tropfenbelegungsdichte. Die Verbesserungsstation erzeugt auch Druckkräfte auf den Tropfen und das Substrat, wodurch die Tropfenverteilung beschleunigt wird. Demnach ermöglicht die kombinierte Verwendung eines elektrostatischen Sprühkopfes und ausgewählter Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen das rasche Verteilen von Tropfen, die auf ein Substrat aufgegeben werden, und verbessert die endgültige Beschichtungsgleichmäßigkeit.
Wenn der mittlere Tropfendurchmesser kleiner als die gewünschte Beschichtungsdicke ist und die Sprühaufbringungsrate ausreichend ist, um eine kontinuierliche Beschichtung zu erzeugen, wird das statistische Wesen der Sprühens dennoch Ungleichmäßigkeiten in der Beschichtungsdicke erzeugen. Auch hier kann die Verwendung von Walzen oder anderen ausgewählten Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen die Beschichtungs gleichmäßigkeit verbessern.
Vorteilhafte Kombinationen aus dem elektrostatischen Sprühkopf und Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen können experimentell getestet oder für jede konkrete Anwendung simuliert werden. Durch die Verwendung unserer Erfindung können Beschichtungszusammensetzungen mit 100% Feststoffen in hohlraumfreie oder im Wesentlichen hohlraumfreie ausgehärtete Beschichtungen mit sehr geringen mittleren Dicken umgewandelt werden. Beispielsweise können Beschichtungen mit einer Dicke kleiner als 10 Mikrometer, kleiner als 1 Mikrometer, kleiner als 0,5 Mikrometer oder sogar kleiner als 0,1 Mikrometer ohne weiteres hergestellt werden. Beschichtungen mit einer Dicke über 10 Mikrometer (z.B. größer als 100 Mikrometer) können ebenfalls hergestellt werden. Für derartige dickere Beschichtungen kann es zweckmäßig sein, die Oberflächen von einer oder mehreren (oder sogar allen) der Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen mit Rillen zu versehen, zu rändeln, zu ätzen oder auf andere Weise zu texturieren, damit diese die erhöhte Nassbeschichtungsdicke aufzunehmen vermögen.
Die Verbesserungsstation kann die Zeit, die erforderlich ist, um ein trockenes Substrat zu erzeugen, erheblich reduzieren und die Auswirkungen von Beschichtungsdickenspitzen erheblich abschwächen. Die Verbesserungsstation verringert Beschichtungsdickenspitzen aus den bereits oben erläuterten Gründen. Auch wenn die Beschichtung, die in die Verbesserungsstation eintritt, bereits gleichmäßig ist, bewirkt die Verbesserungsstation auch eine beträchtliche Erhöhung der Trocknungsgeschwindigkeit. Ohne uns durch Theorien einschränken lassen zu wollen, sind wir überzeugt, dass der wiederholte Kontakt der nassen Beschichtung mit den Aufnahme- und Aufgabevorrichtungen die freiliegende Flüssigkeitsoberfläche vergrößert, wodurch die Rate von Wärmeübergang und Stoffaustausch erhöht wird. Die wiederholte Aufteilung, Entfernung und Wiederaufbringung von Flüssigkeit auf dem Substrat kann ebenfalls die Trocknungsgeschwindigkeit erhöhen, durch Erhöhen der Temperatur- und Konzentrationsgradienten und der Wärmeübergangs- und Stoffaustauschrate. Darüber hinaus können die Nähe und Bewegung der Aufnahme- und Aufgabevorrichtung zu dem nassen Substrat dazu beitragen, geschwindigkeitslimitierende Grenzschichten nahe der Flüssigkeitsoberfläche der nassen Beschichtung aufzuspalten. Alle diese Faktoren scheinen die Trocknung zu unterstützen. Bei Vorgängen, an denen eine sich bewegende Bahn beteiligt ist, ermöglicht dies die Verwendung kleinerer oder kürzerer Trocknungsstationen (z.B. Trocknungsöfen oder Gebläse) bahnabwärts von der Beschichtungsstation. Auf Wunsch kann sich die Verbesserungsstation in die Trocknungsstation hinein erstrecken.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen können verwendet werden, um Beschichtungen auf einer Vielfalt flexibler oder starrer Substrate aufzubringen, u.a. auf Papier, Kunststoffen (z.B. Polyolefinen wie Polyethylen und Polypropylen; Polyestern; Phenolen; Polycarbonaten; Polyimiden; Polyamiden; Polyacetalen; Polyvinylalkoholen; Phenylenoxiden; Polyarylsulfonen; Polystyrolen; Silikonen; Harnstoffen; Diallylphthalaten; Acrylharzderivaten; Celluloseacetaten; chlorierten Polymeren wie Polyvinylchlorid; Fluorkohlenstoffen, Epoxidharzen; Melaminen; und dergleichen), Gummi, Glas, Keramik, Metallen, biologisch gewonnenen Materialien und Kombinationen oder Verbundstoffe daraus. Auf Wunsch kann das Substrat vor der Aufbringung der Beschichtung vorbehandelt werden (z.B. mittels einer Grundierung, Coronabehandlung, Flammbehandlung oder einer anderen Oberflächenbehandlung), um das Substrat für die Beschichtung aufnahmefähig zu machen. Das Substrat kann im Wesentlichen endlos (z.B. eine Bahn) oder von einer begrenzten Länge (z.B. ein Bogen) sein. Das Substrat kann verschiedenste Oberflächentopographien (z.B. glatt, texturiert, gemustert, mikrostrukturiert oder porös) und verschiedenste Masseeigenschaften (z.B. durchwegs homogen, heterogen, gewellt, gewebt oder ungewebt) aufweisen. Beispielsweise kann beim Beschichten mikrostrukturierter Substrate (und unter der Annahme, dass die Beschichtung von oberhalb des Substrats aufgebracht wird, wobei die Zielmikrostruktur auf der oberen Oberfläche des Substrats ist) die Beschichtung ohne weiteres auf die obersten Abschnitte der Mikrostruktur aufgebracht werden. Die Oberflächenspannung der Beschichtungsflüssigkeit, der aufgebrachte Quetschdruck (wenn vorhanden) und die Oberflächenenergie und -geometrie der Mikrostruktur wird bestimmen, ob eine Beschichtung in den untersten Abschnitten (z.B. Talabschnitten) der Mikrostruktur stattfindet. Substratvorladen kann gegebenenfalls verwendet werden, z.B. um dazu beizutragen, Beschichtung innerhalb der Talabschnitte einer Mikrostruktur aufzubringen. Für faserige Bahnen, die mittels eines Trommelübertragungsverfahrens wie jenem, das in 1 bis 3c dargestellt ist, oder eines Übertragungsbandverfahrens wie jenem, das in 4a und 4b dargestellt ist, beschichtet werden, bestimmt die Dochtwirkung in erster Linie die Eindringtiefe der Beschichtung.
Die Substrate können verschiedenste Verwendungszwecke aufweisen, einschließlich Bänder; Membrane (z.B. Kraftstoffzellenmembrane); Isoliermaterial; optische Filme oder Komponenten; fotografische Filme; elektronische Filme, Schaltungen und Komponenten; Vorprodukte davon und dergleichen. Die Substrate können eine Schicht oder viele Schichten unter der Beschichtungsschicht aufweisen.
Die Erfindung wird ferner in den folgenden Beispielen veranschaulicht, in denen alle Teile und Prozentsätze auf das Gewicht bezogen angegeben werden, sofern nichts Gegenteiliges angeführt wird.
BEISPIEL 1
Eine 35 Mikrometer dicke, biaxial orientierte Polypropylen(BOPP)-Bahn, die an ihrer Oberseite flammbehandelt wurde (Douglas-Hanson Company) wurde über zwei Mitläuferwalzen mit einem Durchmesser von 7,62 cm geführt. Die Mitläuferwalzen waren in der Maschinenrichtung in einem ausreichenden Abstand voneinander getrennt worden, um zu ermöglichen, eine geerdete Edelstahltrommel mit einem Durchmesser von 50,8 cm und einer Breite von 61 cm zwischen den Mitläuferwalzen an der geeigneten Position abzusetzen. Dadurch wurde die Bahn veranlasst, etwa die Hälfte des Umfangs der Trommel zu kontaktieren, und die Trommel dazu gebracht, sich mit der Oberflächengeschwindigkeit der sich bewegenden Bahn von 15,2 m/min mitzudrehen. Eine lösemittelfreie UV-aushärtbare Silikonacrylat -Trennmittelformulierung wie jene aus Beispiel 10 von US-Patent Nr. 5,858,545 wurde vorbereitet und durch Zugabe von 0,3 Teilen je Hundert (pph) von 2,2'-(2,5-Thiophenediyl)bis[5-tert-butylbenzoxazol] (UNITEX^TM-OB Fluoreszenzfarbstoff, Ciba Specialty Chemicals Corp.) modifiziert.
Ein elektrostatischer Sprühkopf, der in dem Elektrosprühmodus wie jenem aus US-Patent Nr. 5,326,598 betrieben werden könnte, wurde modifiziert, um in dem eingeschränkten Flussmodus betrieben zu werden, der im US-Patent Nr. 5,702,527 beschrieben wird, und eingerichtet, um mittels geerdeter Feldeinstellelektroden (auch als "Extraktorstäbe" bekannt) und mit einer Spannung von 30 kV zwischen dem Sprühkopfdüsendraht und der Erde betrieben zu werden. Die oben beschriebene Trennmittelformulierung wurde auf die Oberseite der rotierenden Metalltrommel mittels Elektrosprühens mit einer Durchflussrate, die ausreichend war, um eine 1 Mikrometer dicke Beschichtung auf der Trommel zu erzeugen, aufgebracht. Nach einigen Umdrehungen der Trommel wurde die Oberfläche der Trommel mit der Trenn beschichtung benetzt und ein Gleichgewicht erreicht. Als sich die Trommel an dem Elektrosprühbeschichtungskopf vorbeidrehte, wurden die Tropfen in dem Elektrosprühnebel an die geerdete Trommel angezogen, wo die Ladungen an den Tropfen abgeleitet wurden. Die elektrische Leitfähigkeit der Trennbeschichtung betrug etwa 40 Mikrosiemens/m, bei einer dielektrischen Konstante von etwa 10, wodurch die aufgebrachte Beschichtung nur einige Mikrosekunden benötigte, um ihre Ladung an die Trommel abzuleiten. Demnach wurde die Ladung auf den Tropfen, nachdem diese auf der Trommel landeten, in weniger als einem Zentimeter von Trommeloberflächenbewegung abgeleitet. Während sich die Trommel an der sich bewegenden Bahn vorbei drehte, kontaktierten die aufgebrachten Tropfen die Bahnoberfläche. Als die Bahn die rotierende Trommel verließ, blieb etwas von der Beschichtungsflüssigkeit auf der Trommel zurück, während der Rest auf der Bahn blieb und eine 1 Mikrometer dicke Beschichtung bildete. Einige elliptische unbeschichtete Flächen wurden auf der beschichteten Bahn beobachtet. Für diese wurde Luftmitführung zwischen der Trommel und der Bahn verantwortlich gemacht. Diese unbeschichteten Flächen konnten durch Einwärtsdrücken einer Papierserviette gegen die Rückseite der Bahn an der ursprünglichen Beschichtungslinie, wo die Trommel die Bahn zuerst kontaktierte, verhindert werden. Man glaubt, dass diesen unbeschichteten Flächen auch durch die Verwendung einer niedrigeren Bahngeschwindigkeit (z.B. einer Geschwindigkeit, die niedrig genug ist, um zu ermöglichen, dass die Benetzungslinie mit derselben Geschwindigkeit wie die Bahn vorgeschoben wird) oder durch Ändern der Bahnspannung, der Beschichtungsflüssigkeitschemie, der Bahnzusammensetzung, der Bahnmikrostruktur oder der Bahnoberflächenbehandlung entgegengewirkt oder diese beseitigt werden könnten. Beispielsweise wäre eine Vliesstoffbahn oder andere poröse Bahn weitaus weniger anfällig für die Bildung unbeschichteter Flächen infolge von Luftmitführung.
Die beschichtete Bahn schien keine Restladung aufzuweisen. Für gewöhnlich hätte das elektrostatische Sprühbeschichten einer derartigen Bahn Vorladen erfordert. Allerdings wurde, wie oben dargestellt, das Beschichten realisiert, ohne die Bahn mit einer Vorladung oder Nettoladung zu beaufschlagen und ohne die Neutralisierung der Bahn zu erfordern.
BEISPIEL 2
Die Vorrichtung aus Beispiel 1 wurde durch Installation einer Quetschwalze modifiziert, welche gegen die Unterseite der Trommel an der ursprünglichen Beschichtungslinie drückte, wo die Flüssigkeit zuerst die Bahn kontaktierte. Außer zwei Orten, wo kleine Furchen (Vertiefungen) an der Quetschwalze vorlagen, beseitigte die Verwendung der Quetschwalze alle unbeschichteten Flächen auf der Bahn und lieferte eine Beschichtung mit optisch verbesserter Gleichmäßigkeit. Die verbesserte Gleichmäßigkeit konnte durch Beleuchten der nassen Beschichtung mit einer fluoreszierenden "Schwarzlicht"-Leuchte "Model 801" (Visual Effects, Inc.) überprüft werden. Der Fluoreszenzfarbstoff UVITEX^TM OB in der Trennmittelbeschichtung strahlt blaues Licht unter einer derartigen Beleuchtung ab und ermöglichte eine gut erkennbare Veranschaulichung der Menge und Gleichmäßigkeit der auf die Bahn aufgebrachten dünnen Beschichtung.
BEISPIEL 3
Die Vorrichtung aus Beispiel 1 wurde durch Hinzufügen einer Acht-Walzen-Verbesserungsstation nach der zweiten Mitläuferwalze und Hindurchführen der beschichteten Bahn durch die Verbesserungsstation, so dass die nasse Seite der Bahn die acht Aufnahme- und Aufgabewalzen wie in 3a dargestellt kontaktierte, modifiziert. Die acht Walzen wiesen jeweils Durchmesser von 54,86, 69,52, 39,65, 56,90, 41,66, 72,85, 66,04 und 52,53 mm auf, alle mit einer Toleranz von plus minus 0,025 mm. Die Walzen wurden von Webex Inc. als dynamisch ausgewuchtete Antriebswellen-Stahlwalzen mit verchromten Walzenflächen, die auf 16 Ra endbearbeitet wurden, bezogen. Die Verbesserungsstation beseitigte alle unbeschichteten Flächen auf der Bahn, einschließlich der Furchen, die durch die Vertiefungen auf der Quetschwalze verursacht wurden, und stellte eine Beschichtung mit einer bei der Evaluierung mittels Schwarzlichtbeleuchtung optisch weiter verbesserten Gleichmäßigkeit bereit.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Durch Verwendung des elektrostatischen Sprühkopfes und der Beschichtung aus Beispiel 1 wurde die Beschichtungsflüssigkeit elektrostatisch direkt auf eine 30,5 cm breite und 34,3 Mikrometer dicke Polyethylenterephthalat(PET)-Bahn (3M) gesprüht, die oberhalb einer rotierenden geerdeten Trommel (und nicht wie in Beispiel 1 unterhalb der Trommel) geführt wurde. Um zu ermöglichen, dass die Tropfen aufgebracht werden und zu einer Beschichtung koaleszieren, wurde die Bahn vorgeladen, indem die Bahn zunächst unter einer Abfolge von drei Zwei-Draht-Corotron-Ladegeräten vorbeigeführt wurde, von denen jedes auf einer Drahtspannung von +8,2 kV bezogen auf die Erde gehalten wurde. Die Gehäuse aller drei Corotron-Ladegeräte waren geerdet. während die Bahn unterhalb der Corotron-Ladegeräte vorbeigeführt wurde, brachte ein Teil des Corotron-Stroms Ladung auf die Bahn auf, während der Rest des Stromes zu den geerdeten Corotron-Gehäusen geführt wurde. Solange der Betrag der Ladung, welche durch diese Vorladevorrichtungen aufgebracht wird, ausreichend hoch ist, werden die zerstäubten Tropfen von dem elektrostatischen Sprühkopf allesamt zu der Bahn hin angezogen und es wird eine Beschichtung mit einer vorhersehbaren mittleren Dicke erzeugt. Allerdings muss die beschich tete vorgeladene Bahn für gewöhnlich neutralisiert werden, um überschüssige Ladung von der Bahn zu entfernen. Oft können ein oder mehrere zusätzliche (entgegengesetzt geladene) Corotron-Ladegeräte für diesen Zweck verwendet werden. Die Vorlade- und Neutralisierungsvorrichtungen müssen sorgfältig eingerichtet und eingestellt werden, und der Ausfall der Neutralisierungsvorrichtung führt dazu, dass eine Restladung auf der Bahn gespeichert wird.

In einer Abfolge von Durchläufen wurde die Sprühkopfpumpendurchflussrate fest auf 5,8 oder 8,5 cc/min gehalten und die Bahngeschwindigkeit von 15 bis 152 m/min variiert, um verschiedenste Beschichtungsdicken zu liefern, die in Tabelle I angeführt sind: TABELLE I

Durchlaufnr.	Durchflussrate, cc/min	Bahngeschwindigkeit, m/min	Beschichtungsdicke, μm
C-1	5,8	15	1,0
C-2	5,8	61	0,25
C-3	8,5	152	0,1
C-4	8,5	15	1,0
C-5	5,8	30	0,5
C-6	5,8	61	0,25
C-7	8,5	122	0,125
C-8	8,5	152	0,1

Ein elektrostatisches Feldmessgerät vom Typ MONROE Model 171, dessen Sensorkopf 1 cm von der geerdeten Trommel entfernt positioniert wurde, wurde verwendet, um die Spannung an der oberen Oberfläche der Bahn nach dem Vorladen durch die Corotron-Ladegeräte zu überwachen. Für dieses Vergleichsbeispiel war das Feldmessgerät nicht in einer Rückkopplungsschleife mit den Corotron-Ladegeräten verbunden, was normalerweise bei einem typischen Beschichtungsverfahren erfolgen würde, bei dem eine feste Bahnspannung oder Bahnladung erwünscht ist. Für die in Tabelle I aufgelisteten Bahngeschwindigkeiten betrugen die gemessenen Bahnspannungen (Feldmessgerätmessung multipliziert mit 1 cm) zwischen 500 und 1200 Volt, wobei die niedrigeren Spannungen bei den höheren Bahngeschwindigkeiten erzielt wurden. Die PET-Bahn wies eine dielektrische Konstante von 3,2 auf. Die beobachteten 500 bis 1200 Volt/cm aus Feldmessgerätmessungen entsprachen einer positiven Ladung von 413 bis 991 μC/m² (berechnet gemäß Gleichung 7 von Seaver, A.E., Analysis of Electrostatic Measurements an Non-Conducting Webs; J. Electrostatics, Bd. 35, Nr. 2 (1995), S. 231–243). Diese Ladungspegel waren kleiner als die Ladung, die erforderlich ist, um einen elektrischen Durchschlag innerhalb des PET zu verursachen. Die elektrische Durchschlagfestigkeit von PET beträgt 295 Volt/Mikrometer (Polymer Handbook, 3. Ausgabe, Herausgeber: J. Brandrup und E.H. Immergut, Wiley, New York (1989), Seite V/101). Eine berechnete Ladung von 8354 μC/m² wäre erforderlich, um innerhalb der PET-Bahn einen elektrischen Durchschlag zu verursachen.
Im Allgemeinen kann ein geladener Tropfen jedweden Betrag von Ladung bis hin zur sogenannten Ladungsgrenze nach Rayleigh aufweisen (Cross, J.A., Electrostatics: Principles, Problems and Applications, Adam Nilger, Bristol (1987), Seite 81). Die Rayleighsche Ladungsgrenze ist abhängig von der Größe wie auch der Oberflächenspannung des Tropfens. Der bei diesem Vergleichsbeispiel verwendete elektrostatische Sprühkopf erzeugte negativ geladene Tropfen mit Größen von etwa 30 Mikrometer und einer Oberflächenspannung von 21 mN/m. Als diese geladenen Tropfen auf der Bahn landeten, luden sie die Bahn auf. Eine Volumenerhaltungsrechnung zeigt, dass, wenn derartige Tropfen bis zur Rayleighschen Ladungsgrenze geladen und auf eine Bahn aufgebracht werden, um eine 1 Mikrometer dicke Beschichtung zu erzeugen, die Tropfen 44,5 μC/m² an negativer Ladung auf die Bahn aufbringen würden. Der elektrostatische Sprühkopf, der bei diesem Vergleichsbeispiel verwendet wird, lädt die Tropfen für gewöhnlich auf mindestens etwa die Hälfte des Rayleigh-Limits auf und brachte demnach zwischen etwa 22 und 44,5 μC/m² an negativer Ladung auf die Bahn für die oben beschriebene 1 Mikrometer dicke Beschichtung auf. Diese negative Ladung lag deutlich unter der positiven Bahnvorladung von 431 bis 991 μC/m², welche durch die Corotron-Ladegeräte aufgebracht wurde, und deutlich unter den 8354 μC/m² an Ladung, die für den elektrischen Durchschlag der PET-Bahn erforderlich sind.
Diese Berechnungen tragen dazu bei, das Verhalten der vorgeladenen Bahn vorherzusagen, wenn diese von der Trommel zur Weiterverarbeitung entfernt wird. Wie oben festgehalten wurde, ist bei einer gemessenen Vorladung von 1200 Volt eine positive Ladung von 991 μC/m² auf der Bahn vorhanden, ehe die Beschichtung aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen der Beschichtung bleibt eine positive Ladung von etwa 947 bis 966 μC/m² auf der beschichteten Oberfläche der Bahn zurück. Elektrische Felder beginnen und enden auf Ladungen. Eine positive Ladung von 947 μC/m² auf der beschichteten Oberfläche der Bahn entspricht einer negativen Ladung von 947 μC/m² auf der unbeschichteten Bahnoberfläche, die gegen die geerdete Trommel anliegt, und diese Ladungen erzeugen elektrische Feldlinien zwischen der Oberfläche der beschichteten Bahn und der Oberflächen der Trommel, welche durch die Bahn hindurchverlaufen. Wenn die Bahn von der Trommel entfernt wird, verlaufen diese elektrischen Feldlinien sowohl durch die Bahn als auch durch den Luftraum zwischen der unbeschichteten Oberfläche der Bahn und der geerdeten Trommel. Da nur etwa 25 μC/m² Ladung erforderlich ist, um einen Durchschlag in der Luft zu bewirken (siehe Seaver, id, auf Seite 236–237), wird die verbleibende positive Ladung, die auf der Bahn zurückbleibt, mehr als eine Größenordnung größer als die Oberflächenladungsdichte sein, die erforderlich ist, um diesen Luftraum zu durchschlagen. Folglich findet, wenn die Bahn nicht zunächst durch Aufbringen von mehr negativer Ladung auf die beschichtete Oberfläche weiter neutralisiert wird, ehe die Bahn von der geerdeten Metalltrommel entfernt wird, eine kontinuierliche Luftentladung zwischen der Rückseite der sich bewegenden Bahn und der Trommel nahe dem Trennpunkt statt.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Bei einem weiteren Satz von Durchläufen wurde die beschichtete Bahn wie in Vergleichsbeispiel 1 vorgeladen und bei verschiedenen Bahngeschwindigkeiten beschichtet, jedoch nicht neutralisiert. Die Bahn wurde absichtlich von der geerdeten Trommel entfernt, wobei die positive Restladung noch auf der Bahn zurückblieb. Der Entfernungsvorgang erzeugte eine Rückseitenentladung nahe der Trennlinie und brachte eine negative Ladung auf die unbeschichtete Seite der Bahn auf. Die beschichtete Bahn wurde dann durch eine UV-Aushärtungskammer mit einer trägen Atmosphäre, die weniger als 50 ppm Sauerstoff enthielt, hindurchgeführt und mit mindestens 2 mJ/cm² UVC-Energie (250–260 nm) ausgehärtet. Die UVC-Energiedichte oder -dosis D wurde mittels eines UV-Dosimeters UVIMAP^TM Modell Nr. UM254L-S (Electronic Instrumentation and Technology, Inc.) gemessen und als mit der einfachen Gleichung DS = C übereinstimmend erkannt, wobei S die Bahngeschwindigkeit und C eine Konstante ist, die für eine spezifische Gesamteingangsleistung zu den UV-Leuchten definiert ist. Beispielsweise wurde die Dosis bei einer Bahngeschwindigkeit von 15 m/min als 32 mJ/cm² berechnet. Die ausgehärtete beschichtete Bahn wurde auf derem Weg, um zu einer Rolle aufgerollt zu werden, über mehrere Walzen geführt, wobei die beschichtete Seite eine mit Polytetrafluorethylen beschichtete Tänzerwalze, eine Silikongummiandrückwalze und drei Aluminiumwalzen berührte. Nur Metallwalzen berührten die Rückseite der Bahn. Da sich Polytetrafluorethylen und Silikongummi an dem unteren oder negativen Ende der triboelektrischen Spannungsreihe befinden (Dangelmayer, G. T., ESD Program Management, Van Nostrand Reinhold, New York (1990), Seite 40), wird für gewöhnlich erwartet, dass es beim Transport über die Walzen zu einer gewissen positiven Ladung der beschichteten Oberfläche kommt. Etwa 30,5 cm mal 30 cm große Proben wurden aus den beschichteten Bahnrollen für jede Bahngeschwindigkeit ausgeschnitten. Jede ausgeschnittene Probe wurde zunächst auf eine 40 cm mal 40 cm große geerdete Metallplatte mit der beschichteten Seite nach oben aufgegeben. Die Metallplatte konnte horizontal in verschiedene Richtungen unter dem Sensor eines elektrostatischen Voltmeters TREK^TM 4200 verschoben werden, welches 5 mm oberhalb der ausgeschnittenen Probe angeordnet wurde. Die Metallplatte wurde in verschiedene Positionen unter dem Sensor bewegt, so dass hohe, niedrige und mittlere Bahnspannungswerte für die jeweils nach oben weisende Seite der jeweiligen ausgeschnittenen Probe erfasst werden konnten. Ein Schaubild der mittleren Restspannung in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit für die beschichtete Seite ist in 20 als Kurve A dargestellt. Der Großteil der Ladung, welche durch die Corotron-Vorlader auf die beschichtete Seite der Bahn aufgebracht wurde, blieb auf der Bahn zurück. Eine Kurve A aus 20 ähnelnde Kurve, die jedoch negative Spannung aufweist, wurde an der Rückseite der Bahn gemessen. Dieses Vergleichsbeispiel zeigt somit, dass, wenn aus irgendeinem Grund eine Neutralisierungsvorrichtung ausfällt, eine stark aufgeladene Bahn erzeugt wird, auch wenn beide Seiten der beschichteten, geladenen Bahn Metallwalzen berührten.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
Durch Verwendung des Verfahrens aus Vergleichsbeispiel 1 und 2 und der Beschichtung aus Beispiel 1 wurde eine sich bewegende Bahn vorgeladen, mittels des elektrostatischen Sprühkopfes beschichtet und dann (ohne getrennte Ladungsneutralisation) durch die Acht-Walzen-Verbesserungsstation aus Beispiel 3 hindurchgeführt.
Zusätzlich zur oben beschriebenen Verbesserung der Beschichtung stellten die Verbesserungsstationswalzen einen weiteren Erdungspfad zur Neutralisierung der Restladung auf der beschichteten Oberfläche der Bahn bereit. Allerdings dienten, da negative Ladungen auf der Rückseite der Bahn aufgebracht wurden, wenn die Bahn von der geerdeten Trommel entfernt wurde, diese negativen Ladungen dazu, einen äquivalenten Betrag von positiver Ladung auf der beschichteten Seite der Bahn zu halten.

Die elektrostatische Sprühkopfpumpendurchflussrate wurde fest auf entweder 5,8 cc/min oder 11,6 cc/min gehalten und die Bahngeschwindigkeit geändert, um eine Vielfalt von Beschichtungsdicken wie unten in Tabelle II dargelegt zu erzeugen. TABELLE II

Durchlaufnr.	Durchflussrate, cc/min	Bahngeschwindigkeit, m/min	Beschichtungsdicke, μm
C-9	5,8	15	1,0
C-10	5,8	30	0,5
C-11	5,8	61	0,25
C-12	5,8	122	0,125
C-13	5,8	152	0,1
C-14	11,6	61	0,5
C-15	11,6	305	0,1

Da höhere Bahngeschwindigkeiten verwendet wurden, wurden die Corotron-Vorlader mit +8,8 kV betrieben. Von jeder mit den verschiedenen in Tabelle II dargestellten Bahngeschwindigkeiten beschichteten Rolle wurde eine Probe entnommen, und die Bahnspannungen wurden wieder wie im Vergleichsbeispiel 2 gemessen. Ein Schaubild der mittleren Restspannung der beschichteten Seite mit der Rückseite auf einer geerdeten Platte ruhend in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit ist in 20 als Kurve B dargestellt. Wie durch Vergleichen der Kurven A und B zu sehen ist, bleibt unabhängig davon, ob die Verbesserungswalzen verwendet werden oder nicht, eine beträchtliche Restladung auf der beschichteten Bahn zurück. Demzufolge wird, wenn Gegenladungen auf der Rückseite einer vorgeladenen Bahn vorhanden sind, die Restladung durch das Führen der beschichteten Seite der Bahn über eine Abfolge aus Metallverbesserungsrollen nicht weggenommen.
BEISPIEL 4
Durch Verwendung der Vorrichtung aus Beispiel 3 (welche eine Quetschwalze und eine Acht-Walzen-Verbesserungsstation aufwies) wurde die Beschichtung aus Beispiel 1 auf die Bahn aufgebracht und wie in Vergleichsbeispiel 2 und 3 ausgehärtet, durch Verwendung einer Pumpendurchflussrate von 5,8 cc/min, Bahngeschwindigkeiten von 15 bis 152 m/min und eines Quetschdrucks von 276 kPa. Von den bei den verschiedenen Bahngeschwindigkeiten beschichteten Rollen wurden Proben entnommen, und die Bahn-Restspannungen wurden wieder gemessen. Ein Schaubild der mittleren Restspannung in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit ist in 20 als Kurve C dargestellt. Wie durch Vergleichen der Kurve C mit den Kurven A und B zu sehen ist, blieb sehr wenig Restladung auf der Bahn, auch bei niedrigen Bahngeschwindigkeiten.
Für eine 1 Mikrometer dicke Beschichtung wäre zu erwarten, dass die Tropfen mindestens 22 μC/m² negative Ladung aufbringen, und es wäre zu erwarten, dass das elektrostatische Voltmeter –27 Volt auf der beschichteten Seite misst. Die in 20 dargestellten Werte zeigen eine positive und keine negative Spannung, was vermuten lässt, dass triboelektrische Ladung durch die Silikongummi- und Polytetrafluorethylenwalzen für die Ladung auf der beschichteten Bahn verantwortlich ist. Triboelektrische Ladung ist eine Funktion der Kontaktzeit. Die Kurve C aus 20 zeigt, dass bei kürzeren Kontaktzeiten (höheren Geschwindigkeiten) der Effekt der triboelektrischen Ladung nachlässt und die gemessene Bahn-Restspannung Null oder nahezu Null beträgt.
BEISPIEL 5
Beispiel 4 wurde durch Verwendung der Vorrichtung aus Beispiel 2 (welche keine Verbesserungsstation aufwies), Pumpendurchflussraten von 5,8 cc/min oder 11,6 cc/min, Bahngeschwindigkeiten von 15 bis 305 m/min und einem Quetschdruck von 276 kPa wiederholt. Von den mit den verschiedenen Bahngeschwindigkeiten beschichteten Rollen wurden Proben entnommen, und auch hier wurden die Bahn-Restspannungen gemessen. Ein Schaubild der mittleren Restspannung in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit ist in 20 als Kurve D dargestellt. Wie durch Vergleichen der Kurve D mit den Kurven A bis C zu sehen ist, ist die Bahn-Restspannung bei niedrigen Geschwindigkeiten noch positiv, jedoch kleiner als in Kurve C, wenn Verbesserungswalzen vorhanden waren. Dies bestätigt, dass die Ladung auf den Tropfen an der rotierenden geerdeten Trommel, und nicht an den Verbesserungswalzen entwich. Man glaubt, dass die Verbesserungswalzen ermöglichen, dass eine gewisse triboelektrische Aufladung stattfindet, wenn die beschichtete Bahn auf ihrem Weg dazu, aufgerollt zu werden, die mit Polytetrafluorethylen beschichtete Tänzerwalze und die Silikongummiandrückwalze passiert. Da die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtungslösung als 18 Mikrosiemens pro Meter (μS/m) gemessen wurde, liegt die elektrische Relaxationszeit in der Größenordnung von nur einigen Mikrosekunden. In Anbetracht der raschen elektrischen Relaxationszeit der Beschichtungsflüssigkeit und durch Vergleichen der Kurven C und D bei der niedrigsten Bahngeschwindigkeit scheint die Ladung, die durch elektrostatisches Sprühen verursacht wird, vollständig durch die rotierende geerdete Trommel neutralisiert worden zu sein, und die Restladung scheint durch den erfindungsgemäßen elektrostatischen Beschichtungsprozess nicht auf die Bahn übertragen worden zu sein.
BEISPIEL 6

Durch Verwendung der Vorrichtung aus Beispiel 3 wurde die Beschichtung aus Beispiel 1 auf die Trommel aufgesprüht und dann auf eine 30,48 cm breite BOPP-Bahn, die mit 15,24 m/min lief, übertragen. Die Durchflussrate zu der Düse wurde geändert, um verschiedene abnehmende Beschichtungshöhen zu erzeugen, und dann wurde die Durchflussrate fest gehalten und die Bahngeschwindigkeit auf 60,96 m/min erhöht, um eine noch dünnere Beschichtung zu erhalten. Nachdem die beschichtete Bahn durch die Aufnahme- und Aufgabewalzen hindurchgeführt wurde, wurde die Beschichtung mit UV-Licht ausgehärtet und auf einer Aufnahmewalze aufgerollt. Dann wurde die beschichtete Bahn abgewickelt, so dass 30 cm lange Bahnproben für jede Beschichtungsbedingung entnommen werden konnten. Die Rückseite jeder Bahnprobe wurde mittels schwarzer Tinte mit einem länglichen Punkt, um die Bahnmittellinie zu kennzeichnen, markiert. Dann wurde jede Probe unter dem Sensor eines Lumineszenzspektrometers LS-50B (Perkin Elmer Instruments) angeordnet. Mittels der markierten Mittellinien wurde die Mitte jeder Bahnprobe mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 cm/sec in der bahnabwärtigen Richtung an dem Sensor vorbei gezogen. Der Mittelwert der Fluoreszenzintensität während der Abtastung wurde aufgezeichnet. Auch eine Probe der unbeschichteten BOPP-Bahn wurde von der Vorratsrolle entnommen und als Kontrollprobe evaluiert, um die normale Fluoreszenzintensität der unbeschichteten Bahn zu bestimmen. Die Probennummern, die Bahnbeschichtungsgeschwindigkeit, die Beschichtungshöhe und die Fluoreszenzintensität werden nachstehend in Tabelle III angegeben. TABELLE III

Probennr.	Bahngeschwin-digkeit M/min	Beschichtungshöhe, Mikrometer	Fluoreszenzintensität
Kontrollprobe	–	–	12,49
6-1	15,24	2	245,54
6-2	15,24	1,25	160,98
6-3	15,24	0,62	89,79
6-4	60,96	0,16	40,33

Die bahnabwärtige Abtastung von Probe Nr. 6-2 ist in 21 dargestellt und für die anderen Abtastungen repräsentativ. Die Abtastung blieb entlang der Länge der Probe gleichmäßig, was eine hochgradig gleichmäßige bahnabwärtige Beschichtung anzeigt. Zu der Abnahme der Signalstärke nahe dem Ende der Abtastung kam es, als das Ende der Probe den Sensor passierte.
Die Beschichtungshöhen wurden basierend auf der Durchflussrate zu dem Sprühkopf, der Bahngeschwindigkeit und einer Annahme, dass es zu keinem Beschichtungsverlust zwischen dem Sprühkopf und der Trommel kam, berechnet.
22 zeigt ein Schaubild des Fluoreszenzsignals in Abhängigkeit von der berechneten Beschichtungshöhe. Die Datenpunkte fallen auf eine gerade Linie, was anzeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine gute Regelung der Beschichtungsdicke über einen breiten Bereich von Dünnfilm-Beschichtungshöhen ermöglichte.
BEISPIEL 7
Die Vorrichtung aus Beispiel 3 wurde durch Anbringen der Metalltrommel in einer Halterung wie jener, die in
3a bis 3c dargestellt ist, und Verwenden derselben, um die Beschichtung aus Beispiel 1 auf BOPP- und PET-Bahnen aufzubringen, modifiziert. Der Draht 36 des elektrostatischen Sprühbeschichtungskopfes 31 wurde in einem festen Abstand von 10,8 cm von der Oberfläche der Trommel 14 gehalten. Der elektrostatische Beschichtungskopfschlitz 34 war 33 cm breit. Allerdings war der Sprühbeschichtungskopf 31 auf Grund von Ladungsabstoßung zwischen den zerstäubten Tropfen in der Lage, einen 38 cm breiten Nebel über die Trommel 14 zu sprühen. Eine Quetschwalze 26 mit einem Gesamtaußendurchmesser von 10,2 cm wurde gegen die Trommel 12 angeordnet und durch zwei Luftzylinder in Position gehalten. Die Quetschwalze 26 wies eine 0,794 cm dicke polymere Deckschicht mit einer Härte von 80 Durometer auf. Die Bahn 16 wurde in die Vorrichtung 30 gebracht, indem sie zunächst über eine Mitläuferwalze mit einem Durchmesser von 7,6 cm gelegt und dann durch den Walzenspalt hindurchgeführt wurde. Nach dem Eintrittspunkt blieb die Bahn etwa 61 cm des Trommelumfangs lang mit der Trommel 14 in Kontakt. Als nächstes lief die Bahn über zwei Mitläuferwalzen und in die Acht-Walzen-Verbesserungsstation. Die Pfadlänge von dem Walzenspalt zu dem Beginn der Verbesserungsstation betrug 0,86 m, und die Pfadlänge durch die Verbesserungsstation betrug 1,14 m.
Wenn eine Spannung von –30 kV an den Draht 36 angelegt wurde, schuf die flüssige Beschichtungslösung einen Satz von Nebeln 13a, die in Tropfen aus Flüssigkeit 13 getrennt wurden, die an die geerdete Trommel 14 angezogen wurden. Geerdete Seitenpfannen 12a und 15a mit einer Breite von 14 cm und einer Länge von 25,4 cm wurden unter den Enden des Sprühkopfes 31 und an einem Ort knapp oberhalb der geerdeten Trommel 12 angeordnet. Die Seitenpfannen 12a und 15a deckten die Beschichtungsfläche ab und leiteten überschüssige Beschichtung ab und konnten auf Gleitstangen 12b und 15b von Seite zu Seite eingestellt werden, um Beschichtungsbreiten von 10 bis 38 cm zu ermöglichen.
Nur der Nebel, der zwischen den Seitenpfannen 12a und 15a herabfiel, erreichte die geerdete Trommel 12.
Eine 23,4 Mikrometer dicke, 30,5 cm breite Polyester(PET)-Bahn wurde durch den Walzenspalt geführt, und die Seitenpfannen waren in einem Abstand von 15,25 cm getrennt. Die Bahngeschwindigkeit wurde auf 15,2 m/min fixiert. Die Durchflussrate zu dem elektrostatischen Sprühkopf wurde eingestellt, um eine 1 Mikrometer dicke Beschichtung der Formulierung aus Beispiel 1 auf die Bahn aufzubringen, und der Quetschdruck wurde variiert. Für diese Kombination aus Substrat, Beschichtungsflüssigkeit, Quetschwalzendurchmesser und Durometer gegenüber einer Edelstahltrommel ermittelten wir, dass die Gesamtbeschichtungsbreite von 15 cm auf 24 cm anstieg, wenn der Quetschdruck von 0 auf 0,55 MPa anstieg. Bei einem zweiten Durchlauf wurde das Substrat auf BOPP mit 33 Mikrometer geändert, die Seitenpfannen wurden 20,32 cm voneinander getrennt, und der Quetschdruck wurde wieder variiert. Die Gesamtbeschichtungsbreite änderte sich nicht, wenn der Quetschdruck von 0,0 bis 0,55 MPa variiert wurde.

Als nächstes wurde der Quetschdruck auf 0,275 MPa eingestellt, und eine BOPP-Bahn wurde in verschiedenen Dicken mit der Beschichtung aus Beispiel 1 beschichtet, wie im Vergleichsbeispiel 2 ausgehärtet und dann zu einer Rolle aufgerollt. Die Beschichtungsdicken wurden basierend auf der Bahngeschwindigkeit und der Durchflussrate der Beschichtungsflüssigkeit zu dem elektrostatischen Sprühkopf berechnet. Probennummer, Bahngeschwindigkeit, Durchflussrate, berechnete Beschichtungshöhe und Aushärtezeit sind nachstehend in Tabelle IV angeführt. TABELLE IV

Probennr.	Bahngeschwindigkeit m/min	Durchflussrate, cc/min	Beschichtungshöhe, Mikrometer	Aushärtezeit, sec
7-1	91,44	11,67	0,335	1,8
7-2	60,96	11,61	0,5	2,7
7-3	30,48	11,61	1	5,4
7-4	15,24	11,61	2	10,8
7-5	91,44	7,31	0,21	1,8
7-6	60,96	7,20	0,31	2,7
7-7	30,48	7,26	0,625	5,4
7-8	15,24	7,26	1,25	10,8
7-9	91,44	3,48	0,1	1,8
7-10	60,96	3,72	0,16	2,7
7-11	30,48	3,60	0,31	5,4
7-12	15,24	3,60	0,62	10,8

Kleine, 30,5 cm mal 25,4 cm große Proben der beschichteten Bahn wurden von jeder Rolle ausgeschnitten und unter Schwarzlicht angeordnet, um die Beschichtungsbreite zu evaluieren. Die Beschichtung aus Probe Nr. 7-4 war 27 cm breit, und die Beschichtung aus Probe Nr. 7-8 war 25 cm breit. Die übrigen Beschichtungen waren 20,3 cm breit und zeigten keine Verteilung. Die Proben wurden dann mit dem Spektrophotometer, das in Beispiel 6 verwendet wurde, abgetastet, und es wurde festgestellt, dass sie eine verhältnismäßig gute Dickengleichmäßigkeit in Querrichtung der Bahn aufwiesen, für gewöhnlich innerhalb etwa ±10% der mittleren Beschichtungsdicke.
VERGLEICHSBEISPIEL 4
Es wurde ein Versuch unternommen, eine elektrisch nicht leitende poröse Stoffbahn (Aurora Textile Finishing Co.) mit einer Bahngeschwindigkeit von 30,5 m/min mit einer 0,4 Mikrometer dicken Beschichtung der Formulie rung aus Beispiel 1 zu beschichten, durch Verwendung des Verfahrens aus Vergleichsbeispiel 1. Unter dem Einfluss der elektrischen Feldlinien traten die aufgebrachten Tropfen durch die Poren der Bahn, erreichten die rotierende geerdete Trommel und bildeten eine Beschichtung auf der Trommel. Diese Beschichtung wurde auf die Rückseite der Bahn übertragen, anstatt wie beabsichtigt nur auf der oberen Oberfläche der Bahn zu bleiben. Somit war ein Versuch, nur eine Seite der Bahn zu beschichten, erfolglos.
BEISPIEL 8
Durch Verwendung des Verfahrens aus Beispiel 7 wurde die elektrisch nicht leitende poröse Stoffbahn, die im Vergleichsbeispiel 4 verwendet wurde, mit einer Bahngeschwindigkeit von 30,5 m/min mit einer 0,4 Mikrometer dicken Beschichtung der Formulierung aus Beispiel 1 beschichtet. Die Beschichtung wurde auf die rotierende geerdete Trommel gesprüht und dann auf die poröse Bahn übertragen. Die Beschichtung blieb an der Oberseite der Bahn, ohne auf Grund von Dochtwirkung zu der Rückseite der Bahn durchzudringen, da die Zeit, die erforderlich ist, damit es zu einer Dochtwirkung kommen kann, kleiner war als die Zeit zwischen dem Beschichtungsschritt und dem Aushärteschritt. Die Menge der auf die Oberseite der Bahn aufgebrachten Beschichtung konnte durch Ändern der Prozessparameter ohne Berücksichtung der Bahnporengröße eingestellt werden.

Die Schälfestigkeit wurde durch Aufbringen von 2,54 cm breiten Streifen von Buchklebeband Nr. 845 (3M) auf die obere (beschichtete) Seite und die Rückseite von Proben der beschichteten Bahn und auf die entsprechenden Seiten von Kontrollproben der unbeschichteten Bahn evaluiert. Die Proben wurden sieben Tage lang bei Raumtemperatur oder bei 70°C gealtert. Das Wesen der aufgebrachten Beschichtung wurde durch Messen der 180° Abschälkraft, die erforderlich war, um das Band zu entfernen, evaluiert. Proben, bei denen das Band auf einem unbeschichteten Abschnitt der Bahn angebracht worden war, neigten dazu, sich von dem Bett des Schältestgeräts abzuheben, was zu einer Dehnung des Textilstoffes führte, welche die Schälmessungen beeinträchtigt haben könnte. Die Übertragung der Beschichtung wurde durch Neuanhaften der entfernten Bandproben an sauberes Glas und darauffolgendes Messen der 180° Schälkraft, die erforderlich war, um das Band von dem Glas zu entfernen, evaluiert. Die Probenbeschreibung und die Schälfestigkeitswerte sind nachstehend in Tabelle V angeführt. TABELLE V

	Gealtert 7 Tage RT		Gealtert 7 Tage 700C
Beschreibung	Trennung, kg/m	Neuanhaftung, kg/m	Trennung, kg/m	Neuanhaftung kg/m
beschichtete Bahn, Oberseite	13,1	31,0	8,2	36,1
beschichtete Bahn, Rückseite	30,1	26,4	13,4	32,4
Kontrollprobe, Oberseite	33,4	18,0	20,2	22,0
Kontrollprobe, Rückseite	31,1	18,0	16,8	25,5

Die Daten in Tabelle V zeigen, dass die aufgebrachte Beschichtung gute Trenneigenschaften auf der Oberseite der beschichteten Bahn aufwies und keine Übertragung der Trennmittelbeschichtung auf den Klebstoff des Buchklebebandes verursachte. Die Rückseite der beschichteten Bahn verhielt sich wie die Kontrollbahn in Bezug auf ihre Trenn- und Neuanhaftungseigenschaften. Die guten Trenn- und Neuanhaftungseigenschaften des Klebstoffes gegenüber der aufgebrachten Beschichtung wurden aufrechterhalten, auch wenn die Beschichtung mittels Wärme bei 70°C gealtert wurde. Diese Daten weisen demnach die Nützlichkeit der vorliegenden Erfindung zum Beschichten von nicht leitenden porösen Bahnen mit dünnen Filmen, ohne sich nachteilig auf die Eigenschaften der unbeschichteten Seite der Bahn auszuwirken, nach.
Fachleute werden erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen dieser Erfindung möglich sind, ohne von dem Umfang gemäß den Ansprüchen dieser Erfindung abzuweichen. Diese Erfindung sollte nicht auf das beschränkt sein, was in diesem Dokument lediglich zu veranschaulichenden Zwecken dargelegt wurde.

Claims

Verfahren zum Bilden einer flüssigen Beschichtung auf einem Substrat (16), aufweisend das elektrostatische Sprühen von Tropfen (13a) der Flüssigkeit auf einen mit Flüssigkeit benetzten Zielbereich einer zirkulierenden, leitenden Übertragungsoberfläche (14, 41), Zirkulieren der leitenden Übertragungsoberfläche (14, 41) derart, dass der Zielbereich eine kontinuierliche Beschichtung der flüssigen Beschichtungszusammensetzung aufweist, bevor neu aufgebrachte Tropfen (13a) auftreffen, und Übertragen eines Teils der so aufgebrachten Flüssigkeit von der Übertragungsoberfläche (14, 41) auf das Substrat (16) unter Bildung einer nassen Beschichtung.
Beschichtungsvorrichtung (10, 20, 30) zur Verwendung beim Verfahren von Anspruch 1, aufweisend einen elektrostatischen Sprühkopf (11, 21, 31), der Tropfen (13a) der flüssigen Beschichtungszusammensetzung auf einen Zielbereich einer zirkulierenden, leitenden Übertragungsoberfläche (14, 41) aufbringt, die nach Inbetriebnahme der Vorrichtung und einer oder mehreren Zirkulationen der leitenden Übertragungsoberfläche (14, 41) eine kontinuierliche Beschichtung aus der flüssigen Beschichtungszusammensetzung aufweist, die das Verteilen und Koaleszieren von neu aufgebrachten Flüssigkeitstropfen (13a) vor dem Kontakt mit einem Substrat (16) unterstützt und einen Teil der flüssigen Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat (16) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Übertragungsoberfläche ein Band (41) oder eine Trommel (14) aufweist.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die leitende Übertragungsoberfläche (14, 41) geerdet ist und im Wesentlichen nichts von der durch das elektrostatische Sprühen erzeugten Ladung auf das Substrat (16) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine oder mehrere Quetschwalzen (26) das Substrat (16) gegen die Übertragungsoberfläche (14, 41) drängen, wodurch die aufgebrachten Tropfen (13a) auf der Übertragungsoberfläche (14, 41) verteilt werden und die zum Koaleszieren der Tropfen (13a) in die Beschichtung erforderliche Zeit abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die nasse Beschichtung durch zwei oder mehr Aufnahme- und Abgabevorrichtungen (39a bis 39h) kontaktiert wird, die die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessern.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 6, aufweisend drei oder mehr Aufnahme- und Abgabewalzen.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei drei oder mehr der Walzen unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei mindestens eine der Walzen nicht angetrieben ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei sämtliche Walzen nicht angetrieben sind.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Übertragungsoberfläche ein rotierendes Endlosband (41) aufweist, das durch zwei oder mehr Aufnahme- und Abgabevorrichtungen kontaktiert wird, die die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (16) ein isolierendes Substrat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Substrat (16) ein Polyolefin, ein Polyimid oder einen Polyester aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (16) ein poröses Substrat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Substrat (16) einen Gewebe- oder Vliesstoff aufweist, der ohne wesentliche Durchdringung der Beschichtung durch das Substrat beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die nasse Beschichtung getrocknet, ausgehärtet oder auf andere Weise gehärtet wird und eine Enddicke aufweist.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Tropfen (13a) einen mittleren Durchmesser aufweisen, der größer als die Dicke ist und die Beschichtung im Wesentlichen frei von Hohlräumen ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Dicke weniger als etwa 1 Mikrometer beträgt.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Dicke weniger als etwa 0,1 Mikrometer beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Beschichtung in einem oder mehreren Streifen aufgebracht wird, die sich voll ständig oder teilweise überlappen, aneinander anliegen oder durch unbeschichtetes Substrat voneinander getrennt sind.