KR102097809B1 - 코팅 안정성 평가 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 코팅 안정성 평가 방법 및 장치와 이를 포함하는 코팅 장치 및 코팅 장치의 제어방법에 관한 것이다.
본 출원에 따른 코팅 안정성 평가 방법에 의하면, 코팅부와 무지부 사이의 경계면의 코팅 불균일 및 가시 형상의 현상 등을 판단하여, 코팅 안정성을 미리 평가할 수 있다.

Description

코팅 안정성 평가 방법 및 장치 {evaluating method of coating stability and device thereof}
본 출원은 코팅 장치로 유입되는 코팅액의 코팅 안정성을 평가하는 방법, 장치 및 이를 포함하는 코팅 장치에 대한 것이다.
슬롯 다이 코터(Slot Die Coater)는 기재 상에 코팅액(슬러리)을 도포하기 위한 장치이다. 슬롯 다이 코터를 통한 코팅은 다이 내부에서 유동하는 코팅액이 슬롯을 통해 유출되고, 코터 롤에 의해 이송되는 기재 상에 코팅액이 도포되는 과정으로 이루어진다.
슬롯 다이 코터를 통해, 기재 상에 코팅액을 도포할 때, 기재에 코팅액이 도포되는 코팅부와 기재에 코팅액이 도포되지 않는 무지부를 갖는 코팅막을 얻을 수 있다. 이와 같이, 슬롯을 통해 주기적으로 코팅액을 내보내는 코팅 방식을 간헐 코팅법이라 한다. 또한, 간헐 코팅을 수행하기 위한 코팅액의 유량 제어는 밸브의 개폐를 통해 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같은 간헐 코팅 방법은 연속 코팅 방법과 달리 기재 상에 코팅의 진행과 중단이 반복되는 작업이다. 따라서 코팅 진행 중 코팅을 중단시키는 시점에서 코팅이 이루어지고 있는 코팅액의 빠른 끊어짐, 코팅부와 무지부 사이의 불균일 해소 및 가시 형상의 최소화 등이 주요한 이슈이다.
통상적으로, 위와 같은 문제점을 포괄하는 코팅액의 안정성을 평가하는 방법은 코팅액의 점도와 점탄성 등을 측정하는 것이 주류를 이루고 있지만, 상기와 같은 이슈 중 코팅부 양 끝단이 경계면에서의 코팅이 불균일 하거나, 코팅부와 무지부의 경계면에서 가시 형상이 발생하는 이슈는 적합한 평가 방법 및 원인 파악이 이루어지고 있지 않은 실정이다.
대한민국 공개 특허 공보 2016-0029333
본 출원은 간헐적 코팅 공정에서 생성되는 코팅부 및 무지부 사이의 경계면에서 발생하는 코팅의 불균일 및 가시 형상의 원인을 효과적으로 분석하는 코팅 안정성 평가 방법 및 장치를 제공한다.
본 출원은 또한, 코팅 안정성 평가 장치를 포함하는 코팅 장치 및 코팅 장치의 제어방법을 제공한다.
본 출원은 코팅 안정성 평가 방법 및 장치에 대한 것이다.
통상적으로, 코팅 장치로 유입되는 코팅액의 코팅 안정성을 평가하는 방법은, 코팅액의 점도나 점탄성을 통해 이루어지고 있으나, 상기 평가 방법으로는 코팅부와 무지부 사이의 경계면에서 발생하는 코팅액의 불균일 및 가시 형상의 원인을 파악하는 것은 매우 곤란하다.
이에, 본 출원인은 상기 간헐적 코팅 공정에서 형성되는 코팅부와 무지부 사이의 경계면에서 발생하는 코팅액의 불균일 및 가시 형상의 원인을 코팅 장치 립(lip) 위로 코팅액이 올라가는 현상에 기인한 것으로 규정하고, 상기 코팅액이 다이 립(lip)위로 올라가는 현상이 코팅 장치의 흐름 방향의 수직 방향에 작용하는 응력에 기인한 것임을 도출하여, 코팅부와 무지부 사이의 경계면에서 발생하는 코팅액의 불균일 및 가시 형상의 원인을 효과적으로 분석 및 평가하는 방법과 장치를 개발하였다.
한편, 본 출원에서 용어 「코팅부」는, 기재 상에 코팅액이 도포되어 있는 영역을 의미하고, 「무지부」는 기재 상에 코팅액이 도포되어 있지 않은 영역을 의미한다.
상기와 같은, 본 출원에 따른 코팅 안정성 평가 방법은 코팅 장치로 유입되는 코팅액의 코팅 안정성 평가 방법으로써, 상기 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)과 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 단계를 포함한다.
본 출원에서 용어 「코팅액」이란, 코팅 장치의 기재 상에 도포되는 물질을 의미하는 것으로써, 예를 들면 전극 슬러리, 액정 필름 형성용 조성물, 또는 편광판용 조성물 등이 예시될 수 있다.
본 출원에서 용어 「코팅 장치」란, 코팅액이 유입되는 영역을 포함하고, 기재 상에 코팅액을 도포하여 코팅층을 형성할 수 있는 공지의 모든 장치를 의미하며, 예를 들면 상기 코팅 장치는 슬롯 코팅 장치가 예시될 수 있다.
본 출원에 따른 코팅 안정성 평가 방법은, 코팅부와 무지부 사이 경계면에서 발생하는 코팅액의 불균일이나, 가시 형상의 발생 여부를 평가하는 방법으로써, 코팅 장치의 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향의 수직 방향(TD)가 존재하는 면의 법선 방향으로 작용하는 응력을 평가하는 단계를 포함한다.
상기 법선 방향으로 작용하는 응력은, 구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)과 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면(L)에 법선 방향(P)으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 것으로 계산된다.
상기와 같은 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)를 계산 함으로써, 코팅 장치의 립(lip) 부근에서 코팅액의 승강 현상 발생 여부를 판단할 수 있으며, 나아가 코팅부와 무지부 사이의 경계면에서 발생하는 코팅액의 불균형 및 가시 형상 발생 여부를 판단할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 크다는 것은, 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)이 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면(L)에 법선 방향(P)으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)보다 크다는 것을 의미하며, 이는 코팅 장치의 립(lip) 부근으로 코팅액의 상승이 유도될 수 있음을 의미한다. 반대로, 상기 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 작다는 것은, 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)이 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면(L)에 법선 방향(P)으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이가 크지 않다는 것을 의미하며, 이는 코팅 장치의 립(lip) 부근으로 코팅액의 상승이 제어될 수 있음을 의미한다.
상기 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)는, 예를 들면 하기 수식 1을 이용하여 측정될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112016058867612-pat00001
상기 수식 1에서, R은 유변 물성 측정기의 반경(m)을 의미하고, F는 코팅 장치의 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향의 축 방향력(Axial force, N)를 의미한다.
상기 수식 1에서, R 및 F 값은 각각 유변 물성 측정기의 반경 및 유변 물성 측정기를 통해, 측정되는 축 방향력(axial force) 값을 의미하는 것으로써, 상기 수식 1을 계산할 수 있는 유변 물성 측정기는, 예를 들면, con-and-plate 레올로지, 구체적으로 Discovery Hybrid Rheometers(DHR) 등과 같은 유변 물성 측정기기가 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 수식 1에서 도출되는 값의 단위는, 예를 들면 Pa 일 수 있다.
본 출원의 코팅 안정성 평가 방법은 또한, 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위 내인지 여부를 연산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
즉, 상기와 같은 수식 1을 통해, 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)를 측정하고, 상기 측정 값이 미리 설정된 값의 범위 내에 있는 경우, 코팅액의 안정성이 우수하다고 판단되어, 코팅 장치의 코팅 공정, 구체적으로 간헐적 코팅 공정이 수행되도록 하기 위해 코팅액이 코팅 장치의 본체로 공급될 수 있다.
상기 연산하는 단계에서 미리 설정된 값은, 특정 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)값과 대응될 수 있도록, 특정 전단 응력 조건에 따라 달리 설정될 수 있다.
한편, 상기 연산하는 단계에서, 코팅액의 안정성이 열악하다고 판단되는 경우, 코팅액이 코팅 장치의 본체로 유입되는 것이 제어될 수 있다.
즉, 본 출원의 코팅 안정성 평가 방법은 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 코팅액이 코팅 장치로 유입되는 것을 제어하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 출원의 코팅 안정성 평가 방법은, 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)과 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정(1000)하고, 상기 측정된 값이 미리 설정된 범위 내 인지 여부를 연산(2000)하여, 측정된 값이 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 코팅액이 코팅 장치로 유입되는 것을 제어(3000)하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
본 출원에 따른 코팅 안정성 평가 방법에서의 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)는 특정 전단 응력의 범위 내에서 측정될 수 있고, 전술한 바와 같이, 상기 연산하는 단계에서의 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)의 미리 설정된 값은, 특정 전단 응력 값에서의 상기 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)값과 대응되는 값 일 수 있다.
따라서, 상기 제어하는 단계는 특정 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우 실행되는 것일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제어하는 단계는 4 x 102 Pa의 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 1.0 x 10 Pa을 초과하는 경우 실행될 수 있다. 다른 예시에서, 상기 제어하는 단계는 3 x 102Pa의 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 0.1 x 10 Pa을 초과하는 경우 실행될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제어하는 단계는 후술하는 코팅 장치의 제어수단에 존재하는 제어 벨브 등과 같은 구성을 이용하여, 코팅 장치의 본체 내부로 코팅액 자체의 유입을 제어하는 것을 포함할 수 있으며, 다른 예시에서, 코팅액의 안정성을 향상시키기 위한 처리를 위해 소정의 처리 장치로 상기 코팅액을 이송시키는 것을 포함할 수도 있다.
본 출원의 코팅 안정성 평가 방법에 이용되는 코팅액은, 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 전술한 전극 슬러리, 액정 필름 형성용 조성물 또는 편광판용 조성물 등이 예시될 수 있다.
본 출원은 또한, 코팅 안정성 평가 장치에 대한 것이다.
본 출원에 따른 상기 코팅 안정성 평가 장치를 이용하는 경우, 코팅 장치를 이용한 간헐적 코팅 공정에서 코팅부와 무지부 사이의 경계면에 코팅액의 불균형 및 가시 형상의 형성 여부를 미리 알 수 있으며, 이를 통해, 코팅 장치로 코팅액이 유입되는 것을 차단하거나, 또는 적절한 처리를 통해 상기 불균형이나 가시 형상을 제어하는 처리 장치로 상기 코팅액을 추가 이송하는 등의 조치를 취할 수 있다.
상기와 같은 본 출원에 따른 코팅 안정성 평가 장치는, 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)과 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 측정부를 포함한다.
상기 측정부는 코팅부와 무지부 사이의 경계면 불균형 및 가시 형상의 생성 여부를 판단하기 위해, 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향으로 작용하는 응력 값을 측정하는 역할을 수행한다.
하나의 예시에서, 상기 측정부는 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)를 하기 수식 1을 이용하여 측정할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112016058867612-pat00002
상기 수식 1에서, R은 유변 물성 측정기의 반경을 의미하고, F는 코팅 장치의 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향의 축 방향력(Axial force)를 의미한다.
본 출원의 코팅 안정성 평가 장치는 또한, 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위 내인지 여부를 연산하는 연산부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 연산부는, 상기 측정부에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)값과, 미리 입력된 값과 비교하는 역할을 수행하여, 코팅액의 안정성 여부를 판단하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 연산부의 미리 입력된 값은, 예를 들면 특정 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)값과 대응될 수 있도록, 특정 전단 응력 조건에 따라 달리 설정되어 있는 상태일 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 코팅 안정성 평가 장치는 상기 연산부에서 연산된 결과가, 코팅액의 안정성 측면에서 바람직하지 않다고 판단되었을 경우에, 코팅액의 유입을 제어할 수 있는 제어부를 추가로 포함할 수 있다.
즉, 본 출원의 코팅 안정성 평가 장치는 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 코팅액이 코팅 장치로 유입되는 것을 제어하는 제어부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제어부의 역할은 코팅액을 코팅 장치로 유입시켰을 경우, 간헐적 코팅 공정을 통해, 코팅부와 무지부 사이의 계면 불균형 등의 이슈가 발생하는 것을 사전에 방지하는 것에 있으며, 따라서 상기 목적을 달성하기 위한 구성, 예를 들면 제어 밸브, 코팅액 유출 라인 및/또는 코팅액 이송 라인 등을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 예를 들면 특정 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위를 초과하는 경우 코팅액의 유입을 제어할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제어부는 4 x 102 Pa의 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 1.0 x 10 Pa을 초과하는 경우, 코팅액의 유입을 제어할 수 있다. 다른 예시에서, 상기 제어부는 3 x 102Pa의 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 0.1 x 10 Pa을 초과하는 경우, 코팅액의 유입을 제어할 수 있다.
본 출원에 따른 코팅 안정성 평가 장치는, 기존에 코팅액의 점도나 점탄성을 평가하여 판단할 수 없었던, 코팅부와 무지부 사이의 경계면 불균일 현상이나, 가시 형상의 생성 여부를 판단하는데 유용할 수 있으며, 후술하는 코팅 장치의 일 구성으로 채택되어, 코팅 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 출원은 또한, 코팅 장치에 대한 것이다. 본 출원의 코팅 장치는, 코팅 안정성 평가 장치를 포함하며, 상기 코팅 안정성 평가 장치는, 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)과 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 측정부를 포함한다. 또한, 상기 코팅 안정성 평가 장치는, 전술한 연산부 및 제어부를 추가로 포함하여, 간헐적 코팅 공정을 수행하는 코팅 장치에서 발생할 수 있는 각종 코팅액의 안정성 문제들을 사전에 판단 및 제어할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 코팅 장치는 기재 상에 코팅액을 도포하기 위한 유출 슬롯을 갖는 본체; 및 상기 기재 상에 코팅부를 형성하기 위한 코팅 진행 및 상기 기재 상에 무지부를 형성하기 위한 코팅 중단을 제어하는 제어수단을 추가로 포함할 수 있다.
도 3은 본 출원의 상기 코팅 장치의 구성을 도식화한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 출원의 코팅 장치(1)는 본체(200), 제어 수단(260) 및 코팅 안정성 평가 장치(300)을 포함할 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5은 본 출원에 따른 코팅 장치의 일례인, 슬롯 다이를 도식화한 것이다.
구체적으로, 코팅 장치(1)는 본체(200)를 포함하고, 또한, 상기 코팅 장치(1)는 기재(10)를 이송시키기 위한 코터 롤(100)을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 본체(200)는 기재(10) 상에 코팅액을 도포하기 위한 유출 슬롯(250)을 가질 수 있다.
또한, 상기 본체(200)는 제1 다이(210, ‘하부 다이’라고도 함)와 제2 다이(220, ‘상부 다이’라고도 함)를 포함할 수 있다. 상기 제1 다이(210)는 상기 기재(10)의 이송방향의 상류 측에 위치할 수 있고, 상기 제2 다이(220)는 기재(10)의 이송방향의 하류 측에 위치할 수 있다. 상기 제1 다이(210)와 상기 제2 다이(220)는 소정 간격(t1,‘제1 간격’이라고도 함)으로 이격 배치될 수 있다. 상기 제1 간격(t1)은 상기 유출 슬롯(250)의 두께를 결정 할 수 있다.
상기 유출 슬롯(250)은 기재(10)를 향하여 코팅액(S)이 외부로 유출되도록, 소정의 폭과 소정의 두께를 갖는다. 여기서, 상기 유출 슬롯(250)의 두께는 상기 제1 간격(t1)과 동일할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 본체(200)에는 코팅액 공급라인(240)이 마련될 수 있고, 또한, 코팅 장치(1)는 본체(200)로 코팅액을 공급하기 위한 원료 공급부(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 코팅액 공급라인(240)은 코팅액을 공급하기 위한 원료 공급부(130)와 연결되고, 또한, 원료 공급부(130)는 코팅액의 혼합을 위한 믹서(mixer)를 포함할 수 있다.
상기 제1 다이(210)로는 상기 유출 슬롯(250) 측으로 공급되기 위한 코팅액(S, ‘코팅액’이라고도 함)이 코팅액 공급라인(240)을 통해 유입될 수 있다.
코팅액 공급라인(240)은 본체(200) 내부로 코팅액(S)이 유입되는 공급관(241)과 공급관(241)을 통해 유입된 코팅액(S)을 유출 슬롯(250)의 폭 방향(W)을 따라 분배시키기 위한 매니폴드(242) 및 매니폴드(242)와 유출 슬롯(250)을 연결하는 이송 영역(252)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 이송 영역(252)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 립부(215)의 내주면(215a)과 상기 제2 립부(225)의 내주면(225a) 사이 공간으로 정의될 수 있다.
다시 도 5을 살펴보면, 제1 다이(210)에는 공급관(241)과 매니폴드(242) 및 유출 슬롯(250)을 형성하는 제1 립부(215)가 마련될 수 있다. 여기서 상기 제1 립부(215)는 상기 제1 다이(210)로부터 상기 코터 롤(100)을 향하여 소정 길이만큼 돌출 형성될 수 있고, 또한, 상기 제1 립부(215)는 유출 슬롯(250)의 하부 영역을 형성할 수 있다. 또한, 제2 다이(220)에는 제1 립부(215)와 함께 상기 유출 슬롯(250)을 형성하기 위한 제2 립부(225)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 제1 립부(215)와 상기 제2 립부(225) 사이 공간에 이송 영역(252)이 마련될 수 있다. 상기 제2 립부(225)는 상기 제2 다이(220)로부터 상기 코터 롤(100)을 향하여 소정 길이만큼 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 립부(225)는 상기 유출 슬롯(250)의 상부 영역을 형성할 수 있다. 여기서 상기 유출 슬롯(250)은 코터 롤(100)과 마주보는 제1 립부(215)와 제2 립부(225)의 종단에 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1 다이(210)와 제2 다이(220) 사이에는 제1 다이(210)와 제2 다이(220)의 간격을 유지시키기 위한 심(shim)(230)이 배치될 수 있다. 상기 심(230)은 상기 유입부(211)와 매니폴드(212)를 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 심(230)은 상기 유출 슬롯(250)을 향하여 일부 영역이 개방될 수 있다. 또한, 상기 심(230)은 금속 재질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 코터 롤(100)은 회전에 의하여 기재(10)를 이송시키는 기능을 수행한다. 또한, 코터 롤(100)은 유출 슬롯(250)의 폭 방향(W)을 따라 연장된 회전축(110)을 포함한다. 상기 코터 롤(100)은 상기 유출 슬롯(250)으로부터 소정 간격(d1, ‘제2 간격’이라고도 함)으로 이격 배치될 수 있다. 상기 제2 간격(d1)은 코팅 갭(gap)을 형성할 수 있다.
본 출원에서, 상기 기재(10)는, 예를 들면 전극이 형성되기 위한 기재(substrate)일 수 있고, 상기 코팅액은, 예를 들면 전극 슬러리(S)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 코팅 장치(1)는 코팅액 공급라인(240)을 통해 공급되는 코팅액(S)의 유량을 조절하기 위한 하나 이상의 밸브(270)를 포함한다. 상기 밸브(270)은 온(열림)/오프(닫힘) 제어 및 유량 조절을 위한 개도 조절이 가능한 다양한 종류의 밸브로 구성될 수 있다. 일 실시예로, 상기 밸브(270)는 유압식, 공압식 또는 전기식 밸브로 구성될 수 있다.
본 출원의 코팅 장치의 제어 수단은 밸브(270)의 열림/닫힘 제어를 통해 기재(10) 상에 코팅부가 간격을 두로 형성하기 위한 간헐 코팅모드를 수행할 수 있다. 상기 간헐 코팅 모드에서는 본체(200)를 통한 코팅 진행과 코팅 중단이 반복적으로 이루어진다.
전술한 바와 같이, 간헐 코팅 모드를 수행하기 위한 코팅액(S)의 유량 제어는 밸브(270)의 개폐를 통해 이루어질 수 있다. 밸브(270)는 기재(10) 상에 코팅부와 무지부가 각각 형성되도록 코팅액 공급라인(240)을 통해 공급되는 코팅액(S)의 유량을 조절할 수 있다.
구체적으로, 기재(10) 상에 코팅액(S)을 도포하여 코팅부를 형성하는 과정에서 밸브(270)는 열림 상태이고, 코팅액(S)은 코팅액 공급라인(240)을 따라 유출 슬롯(250)으로 공급된다. 이와는 다르게, 기재(10) 상에 코팅액(S)을 도포하지 않음으로써 무지부를 형성하는 과정에서 밸브(270)는 닫힘 상태로 유지될 수 있다.
본 출원에 따른 코팅 장치에 포함되는 상기 제어 수단의 제어 밸브는, 코팅 안정성 평가 장치와 유기적으로 작동한다.
예를 들면, 상기 코팅 안정성 평가 장치에서, 코팅액의 안정성이 열악하다고 판단될 경우, 제어 수단의 제어 밸브는 코팅 장치로 코팅액이 유입되는 것을 제어할 수 있도록 개폐될 수 있다.
한편, 상기 제어 수단의 제어 밸브는 코팅 안정성 평가 장치의 제어부와 선택적 및/또는 동시에 작동할 수 있으며, 예를 들면 상기 제어부와 선택적으로 작용하여 코팅액의 안정성이 열악하다고 판단될 경우, 코팅 장치로 코팅액이 유입되는 것을 제어할 수 있다.
본 출원은 또한, 코팅 장치의 제어방법에 대한 것이다.
본 출원에 따른 코팅 장치의 제어방법은, 전술한 안정성 평가 장치에서의 코팅액 안정성 평가 결과에 따라 코팅 장치에 포함되는 제어 수단을 제어하는 것을 포함한다.
즉, 본 출원에 따른 코팅 장치의 제어방법은 코팅 안정성 평가 방법에 의해 수직 응력(normal stress)의 차이(σ1-σ2)를 측정하여, 기재 상에 코팅부를 형성하기 위한 코팅 진행 및 상기 기재 상에 무지부를 형성하기 위한 코팅 중단을 제어하는 단계를 포함한다. 상기 코팅 안정성 평가 방법은, 예를 들면 상기 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)과 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수직 응력의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 단계는, 예를 들면 기재 상에 코팅부를 형성하기 위한 코팅 진행 및 상기 기재 상에 무지부를 형성하기 위한 코팅 중단을 포함하는 간헐적 코팅 공정을 수행하기 전 또는 코팅 공정을 진행하는 중에 수행될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 수직 응력의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 단계가, 간헐적 코팅 공정을 수행하기 전에 수행되는 경우, 코팅 장치의 제어방법은, 상기 수직 응력의 차이(σ1-σ2)를 측정 결과 값에 따라, 간헐적 코팅 공정의 진해 여부를 결정할 수 있으며, 따라서 사전에 코팅부와 무지부의 경계면 사이에 발생할 수 있는 코팅액의 불균일 및 가시 형상을 생성을 제어할 수 있다.
본 출원은 코팅부와 무지부 사이의 경계면에서 발생할 수 있는 코팅액의 불균일 및 가시 형상의 생성 여부를 효과적으로 판단할 수 있는 코팅 안정성 평가 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 평가 장치를 코팅 장치의 일 구성으로 채택하여, 코팅 공정의 수행 전 또는 수행 중에 코팅액의 안정성 문제를 판단할 수 있으며, 그에 따라 코팅액의 불균일 및 가시 형상의 생성을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은, 본 출원의 코팅 안정성 평가 방법에서 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 단계에서의 각 수직 응력에 대한 방향을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 본 출원의 코팅 안정성 평가 방법의 각 단계를 도식화한 것이다.
도 3은 본 출원의 코팅 장치의 구성을 도식화한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 출원에 따른 코팅 장치의 일례인 슬롯 코팅 장치를 구체적으로 도식화한 것이다.
도 6은 본 출원의 제조예 1 및 2에 따른 코팅액을 이용하여, 간헐적 코팅 공정을 수행한 후, 코팅부와 무지부 사이에 경계면을 촬영한 것이다.
도 7은 본 출원의 제조예 3 및 4에 따른 코팅액을 이용하여, 간헐적 코팅 공정을 수행한 후, 코팅부와 무지부 사이의 경계면을 촬영한 것이다.
도 8은 본 출원에 따른 안정성 평가 방법을 이용한 코팅액의 안정성을 평가한 결과에 대한 그래프이다.
도 9 및 10은 각각 코팅액의 점도 및 점탄성 측정방법을 이용한 코팅액의 안정성을 평가한 결과에 대한 그래프이다.
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
제조예 1 및 2 -이슈 발생 코팅액(#1 및 #2)의 제조
도 6과 같이 슬롯 다이를 이용한 간헐적 코팅 공정을 수행할 경우, 코팅부와 무지부 사이의 경계면에 불균일 및 가시 형상이 형성되는 코팅액(이슈 발생 코팅액)을 제조하였다.
제조예 3 및 4 -이슈 발생 코팅액(#3 및 #4)의 제조
도 7과 같이 슬롯 다이를 이용한 간헐적 코팅 공정을 수행할 경우, 코팅부와 무지부 사이의 경계면에 불균일이 없고, 또한 가시 형상이 형성되지 않는 코팅액(이슈 미발생 코팅액)을 제조하였다.
실시예 1 - 수직 응력 차이( σ 1 - σ 2 )를 이용한 코팅의 안정성 평가
상기 제조예 1 내지 3에 따른 코팅액의 코팅 안정성 평가를 수행하기 위해 하기와 같은 방식으로 코팅액의 수직 응력 차이(σ1-σ2)를 측정하였다.
구체적으로, 유변 물성기(Discovery Hybrid Rheometers(DHR), TA instruments社)를 이용하여, 102Pa 내지 103Pa의 범위 내의 전단 응력 조건에서, 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)과 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정하였고, 그 결과를 도 8에 도시하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제조예 1 및 2에 따른 이슈 발생 코팅액(#1, #2)의 경우, 102 Pa 내지 103 Pa의 범위 내의 전단 응력 조건에서, 제조예 3에 따른 이슈 미발생 코팅액(#3) 대비 보다 높은 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)가 높을 경우, 코팅부와 무지부 사이의 경계면에서의 코팅액 불균일이나, 또는 가시 형상이 생기는 등의 이슈가 발생할 수 있음을 알 수 있어, 코팅의 안정성을 효과적으로 평가할 수 있는 것을 확인하였다.
비교예 1 - 코팅액의 점도 및 점탄성 측정에 따른 안정성 평가
상기 제조예 1 내지 4에 따른 코팅액의 코팅 안정성 평가를 수행하기 위해 하기와 같은 방식으로 코팅액의 점도 및 점탄성을 측정하였다.
구체적으로, 유변 물성기(Discovery Hybrid Rheometers(DHR), TA instruments社)를 이용하여, 코팅액의 점도 및 점탄성 값을 측정하여 각각 하기 도 9 및 도 10에 도시하였다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 코팅액의 점도 및 점탄성 값으로는 이슈 발생 코팅액(#1,#2)과 이슈 미발생 코팅액(#3,#4)을 명확히 구분하는 것은 어려운 것으로 확인되었다.
1 : 코팅 장치
10 : 기재
100 : 코터롤
130 : 원료 공급부
200 : 본체
210 : 제 1 다이
211: 유입부
212,242 : 매니폴드
215 : 제 1 립부
215a : 제 1 립부의 내주면
220 : 제 2 다이
225 : 제 2 립부
225a : 제 2 립부의 내주면
230 : 심부
240 : 코팅액 공급 라인
241 : 공급관
250 : 유출 슬롯
252 : 이송 영역
260 : 제어 수단
270 : 밸브
S : 코팅액
T1 : 제 1 간격
D1 : 제 2 간격
1000 : 수직 응력의 차이(σ1-σ2)를 측정단계
2000 : 연산 단계
3000 : 제어 단계
MD : 기계 방향
TD : 수직 방향
L : 기계 방향 및 수직 방향이 존재하는 면(L)
P : 기계 방향 및 수직 방향이 존재하는 면의 법선 방향

Claims (15)

  1. 코팅 장치로 유입되는 코팅액의 코팅 안정성 평가 방법으로써,
    상기 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)과, 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 단계를 포함하고,
    수직 응력(σ1) 및 수직 응력(σ2)은 상이한 두 평면에 각각 위치하며,
    수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)는 하기 수식 1을 이용하여 측정하는 코팅 안정성 평가 방법:
    [수식 1]
    Figure 112019106101205-pat00015

    상기 수식 1에서, R은 유변 물성 측정기의 반경을 의미하고, F는 코팅 장치의 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향의 축 방향력(Axial force)을 의미한다.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위 내인지 여부를 연산하는 단계를 추가로 포함하는 코팅 안정성 평가 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 코팅액이 코팅 장치로 유입되는 것을 제어하는 단계를 추가로 포함하는 코팅 안정성 평가 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    제어하는 단계는 4 x 102 Pa의 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 1.0 x 10 Pa을 초과하는 경우 실행되는 코팅 안정성 평가 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    코팅액은 전극 슬러리인 코팅 안정성 평가 방법.
  7. 코팅 장치의 기계 방향(MD)으로의 수직 응력(Normal stress, σ1)과, 상기 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향으로의 수직 응력(Normal stress, σ2)의 차이(σ1-σ2)를 측정하는 측정부를 포함하고,
    수직 응력(σ1) 및 수직 응력(σ2)은 상이한 두 평면에 각각 위치하며,
    측정부는 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)를 하기 수식 1을 이용하여 측정하는 코팅 안정성 평가 장치:
    [수식 1]
    Figure 112019106101205-pat00016

    상기 수식 1에서, R은 유변 물성 측정기의 반경을 의미하고, F는 코팅 장치의 기계 방향(MD) 및 상기 기계 방향(MD)의 수직 방향(TD)이 존재하는 면에 법선 방향의 축 방향력(Axial force)을 의미한다.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위 내인지 여부를 연산하는 연산부를 추가로 포함하는 코팅 안정성 평가 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 코팅액이 코팅 장치로 유입되는 것을 제어하는 제어부를 추가로 포함하는 코팅 안정성 평가 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    제어부는 4 x 102 Pa의 전단 응력 조건에서 측정된 수직 응력(Normal stress)의 차이(σ1-σ2)가 1.0 x 10 Pa을 초과하는 경우 코팅액의 유입을 제어하는 코팅 안정성 평가 장치.
  12. 제 7항의 코팅 안정성 평가 장치를 포함하는 코팅 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    기재 상에 코팅액을 도포하기 위한 유출 슬롯을 갖는 본체; 및
    상기 기재 상에 코팅부를 형성하기 위한 코팅 진행 및 상기 기재 상에 무지부를 형성하기 위한 코팅 중단을 제어하는 제어수단을 추가로 포함하는 코팅 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    코팅 장치는 슬롯 코팅 장치인 코팅 장치.
  15. 제 1항의 코팅 안정성 평가 방법에 의해 수직 응력(normal stress)의 차이(σ1-σ2)를 측정하여, 기재 상에 코팅부를 형성하기 위한 코팅 진행 및 상기 기재 상에 무지부를 형성하기 위한 코팅 중단을 제어하는 단계를 포함하는 코팅 장치의 제어방법.
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