ダイ塗布プロセスの欠陥メカニズム・課題と対策

(収録日:2024年3月21日 ※映像時間:約2時間37分)

　近年ダイを用いた塗布は、塗工精度や繰り返し安定性に優れ、全量塗布できることなどからポピュラーになってきている。しかしながら、ダイ塗布では操作できる塗工条件に制約がありそれを越えると欠陥を生じる。このような塗布現象を理解するためには、粘度、表面張力、分子間力 (濡れ性) といった塗布液物性の意味を理解することと、ダイから気液接触点までの簡単な流動モデルを理解することが必要である。
　また、基礎的な知見を実務上極めて重要な欠陥対策に活かすことにより、ダイ塗布のみならずロール塗布、ブレード塗布などにも共通する塗布欠陥を発生メカニズムに基づいて対応できるアプローチを提供する。

1. 塗布って何だろう
   • 定義に則した関連する塗布液物性
2. 種々の塗布方式の歴史から見た塗布機の要素機能とダイ塗布の優位性
   • 時代と共に機能が分化してダイ塗布にたどり着いた
3. ダイ塗布の特徴は塗布量定量性
   • 種々の塗布方式の比較とダイ塗布の基本
4. 粘度の定義は剪断応力の比例定数だけではない
   • 粘度、非ニュートン性の塗布に現れる意味と測定方法
5. 表面張力の定義は液面の張力だけではない
   • 表面張力やその動的値の意味と測定方法
6. 分子間力が濡れ性を決める
   • 分散力成分の測定と固液の接触角の推算
7. 種々のダイ塗布方式は一つのファミリーだが…
8. 種々のダイ塗布の限界塗布量を決めるメカニズムは異なる
   • スロット塗布
   • スライド塗布
   • カーテン塗布の最大、最小塗布膜厚
9. ダイ塗布方式には3種類しか存在しないことが証明できる
10. 機能性材料では粒子の好ましい配向制御が必要
    • 塗布後の粒子の構造形成のメカニズム
11. 親疎水パターニングでは分子間力の差が問題
    • 分子間力が液をはじくメカニズム
12. 塗布欠陥の対策は、差別点による特徴付けから
13. 欠陥対策は主原因を取り除くことだけではない
14. リビング
    • ほとんど全ての塗布方式で発生する
15. 空気同伴
    • 全ての高速塗布での最大の問題
16. レベリング
    • 支持体の凹凸が解消できなければ
17. 段ムラ
    • 原因はさまざま
18. 風ムラ
    • 要因効果に着目
19. ウィーピングとリブレット
20. スジ
    • 発生箇所もさまざま
21. ハジキ
    • 分子間力の仕業ではあるが…
• 質疑応答・名刺交換

塗工技術 (スロットダイ、グラビア、バー、コンマ) のノウハウ

(収録日:2024年2月14日 ※映像時間:約3時間6分)

　機能性フィルムの開発や量産では、汎用の塗工方式としてスロットダイが活用されますが、より薄く塗るにはグラビア方式やバー方式が適しており、厚塗りにはコンマ塗工やブレード塗工が適しています。フィルム開発や日々の製造で品質改善する際、「理論」 と「現場ノウハウ」をバランスよく知ることが、より良い製品を作るのに役立ちます。
　このセミナーでは、各項目で現象イメージ作りを助ける演習ツールを用意し、新製品開発や塗工製造現場で、塗工問題でお困りの方に「塗工の技術の「ツボ」を紹介します。

1. 新製品開発 実験室から量産化へのスケールアップ
   1. 開発のステップ
   2. 実験室サンプルの改善
   3. パイロット用の塗工液 (粘度の適正化)
   4. パイロット用の塗工液 (塗工と乾燥のバランス)
   5. 量産テスト段階
      • 塗工欠陥と主な原因
        • 泡
        • イブツ
        • スジ
   6. 量産テスト段階 (塗工方式の分類)
   7. 量産テスト段階 (スジ対策)
   8. ハジキ
   9. レベリング
      1. 塗布直後
      2. 風ムラ
      3. 基板の凹凸ムラ
   10. 塗工室の気流の数値解析
2. スロットダイの塗工適性と重層塗布
   1. スロットダイで塗れる領域
   2. 薄塗り (スジが限界現象) (狭いギャップが有利)
   3. 最小膜厚 (Ca数との関係)
   4. 塗布可能領域 (Ca数〜h/Hマップ)
   5. Couette-Poiseuille流
   6. Couette-Poiseuille流 (非ニュートン)
   7. リップ形状 (厚塗りと薄塗り)
   8. 上リップの渦
   9. 厚塗りの操作
   10. 背面減圧しない操作方法
   11. より薄く (OverBite) 、より厚く (UnderBite)
   12. ダイヘッドの設置角度
   13. TWOSD (Kiss Coating/Off Rolled Coating)
   14. TWOSD (張力と潤滑のバランス)
   15. TWOSD (ギャップの見積もり)
   16. TWOSD (ダイ構造)
   17. TWOSD (塗工Window)
   18. TWOSD (Ribbingスジの可視化)
   19. TWOSD (Slot渦)
   20. TWOSD (Lip形状)
   21. TWOSD (Lip形状と塗工性)
   22. 同時重層の考え方 (粘度バランス)
   23. 同時重層の考え方 (界面の位置)
   24. 同時重層の考え方 (流量バランスの概算)
   25. 同時重層の考え方 (流量〜粘度バランス)
   26. コーティングロールのギャップ変動
3. スロットダイの設計 マニホールドとスロット形状の意味
   1. スロットダイを構成する部品
   2. スロットダイの構造
   3. スロットダイ内の流動
   4. マニホールドとスロットの役割り
   5. 配管とマニホールドの違い
   6. スロットとマニホールドの流動
   7. マニホールド差圧による流量減少
   8. マニホールド差圧による流量減少とダイ形状因子
   9. マニホールド差圧による流量減少 (非ニュートン)
   10. マニホールドの断面形状
   11. スロットのテーパー化
   12. テーパー効果の試算
   13. 慣性の影響
   14. 慣性の試算
   15. スロットギャップ偏差の影響
   16. スロットギャップ偏差の影響
   17. スロット内の流動 (非ニュートン)
   18. スロットギャップ偏差の影響 (非ニュートン)
   19. シムとマニホールドのレイアウト
   20. シムとマニホールドの幅位置と厚み分布
   21. シム出口の形状
   22. 傾斜シム
   23. シムの位置ずらし
   24. マニホールド端の形状
4. ダイ付帯設備
   1. バックアップロール (ベアリング)
   2. バックアップロール (ジャーナル軸受)
   3. バップアップロールたわみ対策
5. ワイヤーバー塗工の高精度化と欠陥対策
   1. 塗工部 (ワイヤー有無)
   2. 塗工部 (ワイヤーレスバー)
   3. 塗工部 (バーの真直度)
   4. 塗工部 (受け座)
   5. 駆動部
   6. カップリング
   7. 実験室の手引きバー
   8. 回転の塗布量への影響は?
   9. 量産と同様の回転方式
   10. 手塗布の回転しない方式
   11. ワイヤレスバーの塗工量
   12. 塗工量の計算
   13. 塗工量の計算値と公知データ
6. グラビア塗工 (リバース)
   1. ダイレクト方式 (正転)
   2. リバース方式 (逆転)
   3. キスリバース方式 (バックアップなし)
   4. ドクターチャンパー方式 (密閉型)
   5. ダイレクト方式の液だまり (ギャップと粘度の寄与大)
   6. ダイレクト方式の膜分断 (渦は周速比に依存)
   7. リブ発生条件 (ダイレクトの場合)
   8. リバースの膜転写箇所の流動
   9. リバース方式の塗布可能領域
   10. セルの過充填と部分充填
   11. ブレード後のセル残液
   12. ドクターブレード当て角
   13. ドクターブレード形状
   14. ドクターブレード当て板
   15. 端部の厚塗り対策
7. ブレード塗工 (コンマ・コーター)
   1. 液ダム内の流動
   2. ダム液面と底面
8. 非ニュートン粘性の見積もり方
   1. 非ニュートン粘性
      1. 非ニュートン粘性 (指数則)
      2. 指数則 (非ニュートン係数の一般範囲)
   2. ビード内の物質収支と剪断速度のオーダー
      1. ビード内の流動と物質収支
      2. ビード内のCouette-Poiseuille流
      3. ビード上流のCouette-Poiseuille流
      4. ビード下流のCouette-Poiseuille流
      5. ビード内の剪断速度
   3. ブレード塗工の剪断速度
      1. ビード加速部の剪断速度
      2. 境界層理論 (Blasius)
      3. 境界層理論 (Sakiadis)
      4. Sakiadisの境界層で計算したビードの剪断速度
   4. 非ニュートン粘性でを加味したスロット流動掲載
      1. 非ニュートン流動の見積もり方法
      2. スロット内のPoiseuille流
      3. スロットギャップ偏差への非ニュートンの影響
      4. マニホールド圧損による流量減少への非ニュートンの影響
      5. リップ近傍の速度分布
9. 塗工プロセスは今後どうなっていくのか?
   1. 塗工方法の比較 (三種しかないダイ方式)
   2. リチウムイオン電池:正極製造工程 〜WetからDryへ〜
   3. 全固体電池における固体電解質の課題
   4. ドライプロセスによる複合膜形成
   5. 蒸着からWetプロセスへ (静電噴霧)
• 質疑応答

基材への塗布層の形成・コーティング技術、乾燥と欠陥・故障対策および機能性付与

(収録日:2023年12月21日 ※映像時間:約4時間12分)

　近年、塗布により、色々な機能を付与することが行われている。そのためには均一で欠陥のない塗布層を形成することが前提になる。
　このセミナーでは均一な塗布層を得るために必要な基材、塗布層の構成素材、塗布層形成方法、乾燥過程について説明する。更に塗布層の故障・欠陥とその対策手段についても説明する。また、塗布層の機能化の手段と具体例についても紹介する予定である。塗布についての知識の無い受講者にもわかりやすい説明を心掛けるつもりである。

1. 基材
   1. 基材
      1. 有機基材
      2. 無機基材
      3. 基材の表面処理
      4. 基材表面の形状
      5. 基材表面の異物
   2. 基材の表面処理
      1. コロナ処理
      2. シランカップリング剤処理
      3. 基材の下塗り
      4. 研磨
2. 塗布層とその素材
   1. 塗布層の構成素材
      1. 塗布層の構成素材
      2. バインダー
      3. 架橋剤
      4. 界面活性剤
      5. マット剤
      6. フィラー
      7. ポリマー
      8. 消泡剤
      9. 増粘剤
      10. 溶剤
   2. 塗布層の構成素材と塗布液の物性
3. 塗布方法
   1. 塗布層の形成方法
   2. 塗布液に求められる特性
   3. 水系塗布と溶剤系塗布
      1. 水系塗布と溶剤系塗布
   4. 塗布方法の例
      1. 塗布方法
      2. バーコーター
      3. グラビアコーター
      4. スライドホッパーコーター
      5. スロットダイコーター
      6. スピンコーター
4. 乾燥工程
   1. 乾燥過程
   2. 恒率乾燥
   3. 減率乾燥
5. 塗布乾燥工程で発生する故障と欠陥
   1. 塗布乾燥工程で発生する故障と欠陥
   2. 塗布故障と欠陥とその対策
      1. 厚みムラ
      2. スジ故障
      3. はじきとへこみ
      4. 割れ
      5. 塗布層中の異物
      6. 泡故障
      7. エア同伴
      8. ゆず肌
      9. 白化
      10. 接着
6. コーティング層の機能化の例
   1. 塗布層の機能化
      1. 導電性
      2. 熱伝導性
      3. 高屈折率化
      4. バリア性
      5. すべり性と耐傷性
      6. 耐接着
      7. 表面抵抗率低減とゴミ付き防止
      8. 高耐久性
   2. 機能性付与の弊害
7. まとめ
• 質疑応答

ダイコーティングの基礎理論とトラブル対策

(収録日:2024年2月26日 ※映像時間:約4時間31分)

　電池デバイスやさまざまな高付加価値製品の製造プロセスとして重要なポジションを占めているダイコーティングを中心に、ウェットコーティングについて実際の現場を踏まえながら、現場で発生する課題解決のために必要な基礎知識について解説します。
　塗工プロセスで発生する欠陥は塗布や乾燥、場合によっては塗液や基材などさまざまな要因から影響を受けますが、本講座では基本的な欠陥形状をベースに理論的な対応法を解説します。

1. 知っておきたい基礎知識
   1. さまざまな塗布方式と乾燥方式
   2. 塗液のレオロジー入門
   3. 乾燥の化学工学
   4. 情報源
      • 国内外学会・展示会
      • 装置メーカー
2. 塗布の方式と分類・メカニズム
   1. 前計量と後計量 / 密閉型と開放型
   2. 塗布ビード部の流れ = コンタクトラインの重要性
3. 乾燥の方式と分類・メカニズム
   1. 用いられる熱源種類
   2. 乾燥炉形状による分類
4. トラブルと発生メカニズム・対応策
   1. 塗工プロセスにおける欠陥の分類
   2. 気泡・発泡
   3. スジ・ダイライン
   4. 塗膜の凹凸 (ファットエッジとゲージバンド)
   5. 塗膜の表面模様
      • ゆず肌
      • ブラッシング
      • 白化
5. ブレークスルーのためのExcelシミュレーション技術
   1. CFDソフトとの使い分け
   2. コーティングダイの流路計算
   3. 乾燥シミュレーション
• 質疑応答