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Dokumentenidentifikation DE69701134T2 21.06.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0890067
Titel VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR TROCKNUNG EINER BESCHICHTIGUNG AUF EINEM SUBSTRAT
Anmelder Minnesota Mining and Mfg. Co., Saint Paul, Minn., US
Erfinder YONKOSKI, K., Roger, Saint Paul, US;
STROBUSH, L., Brian, Saint Paul, US;
LUDEMANN, J., Thomas, Saint Paul, US;
YAPEL, A., Robert, Saint Paul, US
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Aktenzeichen 69701134
Vertragsstaaten BE, DE, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.02.1997
EP-Aktenzeichen 979066776
WO-Anmeldetag 21.02.1997
PCT-Aktenzeichen US9702590
WO-Veröffentlichungsnummer 9737181
WO-Veröffentlichungsdatum 09.10.1997
EP-Offenlegungsdatum 13.01.1999
EP date of grant 12.01.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2000
IPC-Hauptklasse F26B 13/10
IPC-Nebenklasse G03C 1/74   

Beschreibung[de]
Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Trockung von Beschichtungen auf einem Substrat und insbesondere Verfahren zur Trockung von bei der Herstellung von bilderzeugenden Artikeln eingesetzten Beschichtungen.

Stand der Technik

Die Herstellung hochqualitativer bilderzeugender Artikel, insbesondere photographischer, photothermographischer und thermographischer Erzeugnisse, besteht darin, dass ein dünner Film Beschichtungslösung auf ein sich kontinuierlich fortbewegendes Substrat aufgebracht wird. Dünne Filme lassen sich im Wege einer Reihe der verschiedensten Techniken auftragen wie zum Beispiel durch Tauchbeschichtung, Vorwärts- oder Rückwärtswalzenwaizenbeschichtung, Drahtwickelbeschichtung, Rakelbeschichtung, Schlitzbeschichtung sowie Streich- und Florstreichbeschichtung (siehe beispielsweise L. E. Scriven; W. J. Suszynski; Chem. Eng. Prog. 1990, September. S. 24). Die Beschichtungen sind ausführbar in Form von zwei oder mehr übereinanderliegenden Lagen. Obgleich im allgemeinen zweckmässigerweise ein kontinuierliches oder bahnförmiges Substrat eingesetzt wird, kann das Substrat auch in Form einer Folge einzelner Blätter bearbeitet werden.

Die erste Lage ist entweder ein Gemisch aus Lösungsmittel und Feststoffen bzw. eine Lösung und bedarf der Trocknung, um zu dem getrockneten Endprodukt zu gelangen. Wenngleich die Kosten eines Beschichtungsprozesses durch das jeweils ange wandte Beschichtungsverfahren bestimmt sind, liegen die Kosten eines Trocknungsprozesses oft proportional zur jeweils gewünschten Anlagengeschwindigkeit (siehe E. D. Cohen; E. J. Lightfoot; E. B. Gutoff; Chem. Eng. Prog. 1990, September, Seite 30). Die Anlagengeschwindigkeit ist jedoch durch die Ofenkapazität beschränkt. Zur Kostenreduzierung ist es wünschenswert, den Lösungsmittelaustrag aus der Beschichtung möglichst effektiv zu gestalten. Im allgemeinen wird dies durch eine hochwirksame Wärmeübertragung auf den beschichteten Artikel bewirkt. Dies wird oft durch Erhöhung der Geschwindigkeit des Trockengases an der Oberfläche der Beschichtung und damit durch einen verstärkten Wärmeübergang und eine verstärkte Verdampfung des Lösungsmittels erreicht, mit dem Ergebnis, dass die Beschichtung schneller trocken ist. Die hierbei entstehende Wirbelluft erhöht jedoch die Tendenz der Fehlstellenbildung.

Der Prozess des Aufbringens einer Beschichtung auf ein Substrat und Trocknens derselben kann als solcher zu Fehlern führen wie beispielsweise Benard-Zellen, Apfelsinenschaleneffekt und Marmorierung (Mottle). Benard-Zellen sind Defekte, die durch Kreisbewegungen innerhalb der Beschichtung nach dem Aufbringen derselben verursacht werden (siehe C. M. Hanson; P. E. Pierce; Cellular Convection in Polymer Coatings - An Assessment), 12 Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Develop. 1973, S. 67).

Der Apfelsinenschaleneffekt hängt mit den Benard-Zellen zusammen und findet sich für gewöhnlich in Flüssigbeschichtungen mit einem hohen Viskosität-Feststoff-Verhältnis. Er resultiert aus der Tendenz dieser Systeme, die durch Benard- Zellen vorgegebene Topografie nach dem Verlust relativ geringer Lösungsmittelmengen "einzufrieren". Die Topografie stellt sich als ein kleines Muster feiner Pünktchen entsprechend der Oberfläche einer Apfelsinenhaut dar. Die Grösse dieses Musters liegt im Millimeterbereich und darunter.

Bei der Marmorierung handelt es sich um ein unregelmässiges Muster bzw. eine Fehlstelle von ungleichmässiger Dichte, das bzw. die sich dem Betrachter in Form starker oder schwacher Flecken darbietet. Die Musterung kann sogar in einer Richtung ausgerichtet sein. Die Flecken können ziemlich klein oder ziemlich gross sein und im Zentimeterbereich liegen. Sie erscheinen in verschiedenen Farben oder Farbtönen. In Materialien zur Erzeugung von Schwarz-Weiss-Bildern stellen sich die Flecken im allgemeinen als Grautöne dar, die in den unverarbeiteten Artikeln nicht zu sehen sind, aber bei bzw. nach dem Entwickeln sichtbar werden. Marmorierungen entstehen für gewöhnlich durch Luftbewegung über die Beschichtung hinweg vor dem oder beim Eintritt in den Trockner bzw. während des Verweilens in diesem (siehe beispielsweise "Modern Coating and Drying Technology", Eds. E. D Cohen, E. B. Gutoff, VCH Publishers, NY, 1992, S. 288).

Marmorierung ist ein unter einer Vielzahl der verschiedensten Bedingungen anzutreffendes Problem. So findet sich dieser Fehler oft in solchen Fällen, wenn Beschichtungen aus Lösungen von Polymerharz in einem organischen Lösungsmittel auf Substratbahnen oder Substratbögen aus synthetisch-organischem Polymer aufgebracht werden. Marmorierungen stellen sich als ein besonders schweres Problem, wenn die Beschichtungslösung ein flüchtiges organisches Lösungsmittel enthält, kann aber auch in einem beträchtlichen Umfang selbst bei wässerige Beschichtungsmaterialien bzw. bei Beschichtungsstoffen mit einem leicht flüchtigen organischen Lösungsmittel auftreten. Marmorierung ist deswegen ein unerwünschter Fehler, weil sie das Erscheinungsbild des fertigen Produkts beeinträchtigt. In bestimmten Fällen wie beispielsweise bei bilderzeugenden Produkten ist dieser Fehler weiterhin deswegen unerwünscht, weil er einen negativen Einfluss auf die Wirkungsweise des beschichteten Artikels ausübt.

Beschichtete Substrate werden häufig in einem ein Trockengas enthaltenden Ofen getrocknet. Dieses Trockengas, für gewöhnlich Luft, wird auf eine entsprechende Hochtempe ratur erhitzt und mit der Beschichtung in Kontakt gebracht, um die Verdampfung des Lösungsmittels zu bewirken. Die Einleitung des Trockengases in den Trockenofen kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Normalerweise wird das Trockengas so ausgerichtet, dass es gleichmässig unter sorgsam kontrollierten Bedingungen, die im Hinblick auf eine möglichst geringe Störung der aufgebrachten Schicht ausgelegt sind, über die Oberfläche der Beschichtung verteilt wird. Das resultierende Abgas, d. h. mit aus der Beschichtung freigesetzten Lösungsmitteldämpfen befrachtetes Trockengas, wird kontinuierlich aus dem Trockner abgeführt.

Bei vielen industriemässigen Trocknern sind eine Anzahl voneinander getrennter einzelner Zonen vorgesehen, die eine flexible Gestaltung der Trocknungscharakteristiken entlang der Trockenstrecke ermöglichen sollen. So beschreibt die US-PS Nr. 5 060 396 einen in Zonen unterteilten zylindrischen Trockner zum Abscheiden von Lösungsmitteln aus einem sich fortbewegenden Substrat. Die einzelnen Trockenzonen sind räumlich voneinander getrennt, wobei jede Trockenzone mit unterschiedlicher Temperatur und mit unterschiedlichem Druck gefahren werden kann. Mehrere Trockenzonen sind deswegen erwünscht, weil sie aufeinandefolgend zu immer niedrigeren Lösungsmittel- Konzetrationen in den Dämpfen führen. Die DE-PS Nr. DD 236 186 beschreibt die Steuerung von Luftfeuchtigkeit und Temperatur einer jeden Trockenzone mit der Zielsetzung, einen maximalen Trocknungswirkungsgrad bei niedrigsten Kosten zu erreichen. In dem Sowjetrussischen Patent Nr. SU 620766 ist ein mehrstufiger Holztrockner mit stufenweisen Temperaturerhöhungen zur Reduzierung von Spannungen in Holz beschrieben.

Mehrere in einem Ofen vorhandene Zonen sind normalerweise voneinander getrennt. Die Übergabe des beschichteten Substrats erfolgt durch einen Schlitz. Um den Luft- und Wärmefluss zwischen den Zonen möglichst gering zu halten und die Trocknungsbedingungen in jeder Zone wirksam steuern zu können, wird der Querschnitt dieses Schlitzes so klein gehalten, dass das Substrat gerade noch von einer Zone zur anderen gelangen kann. Da jedoch die jeweils benachbarten Zonen über den Schlitz miteinander in Verbindung stehen, ergibt sich normalerweise eine Druckdifferenz zwischen den Zonen. Es strömt Luft von einer Zone zur nächsten und es ist die Luftgasgeschwindigkeit aufgrund der geringen Schlitzgrösse hoch. Damit zeichnen die Schlitze zwischen den Zonen mitverwantwortlich für die Entstehung von Marmorierungs-Fehlern.

In der US-PS Nr. 4 365 423 sind eine Trockenvorrichtung und ein Trockenverfahren beschrieben, die das Auftreten von Marmorierungs-Fehlern verringern sollen. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform dieser Erfindung. Die Trockenvorrichtung 2A bedient sich eines porösen Schildes 4A zum Schutze der flüssigen Beschichtung 6A gegen störende Lufteinflüsse. Das Schild 4A wird als Siebblech oder Lochplatte beschrieben, das bzw. die eine "Ruhezone" über dem Substrat entstehen lässt mit dem Ergebnis, dass gleichmässige Wärme- und Stoffübergangsbedingungen gewährleistet sind. Auch ist bekannt, dass das Schild 4A das Ausmass, in dem das auf die flüssige Beschichtung 6A prallende Abgas mit der Oberfläche der Beschichtung in Kontakt gelangt, reduziert. Dieses Verfahren wird als besonders vorteilhaft beschrieben für das Trocknen von photograhischen Materialien, und zwar insbesonders solcher mit einer oder mehr Lagen von Beschichtungsstoffen, die flüchtige organische Lösungsmittel enthalten. Diese Vorrichtung und dieses Verfahren sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass die Trocknungsrate eingeschränkt bzw. niedrig ist.

In der US-PS Nr. 4 999 927 sind eine weitere Vorrichtung und ein weiteres Verfahren zum Trocknen einer flüssigen Schicht beschrieben, die auf ein durch eine Trockenzone sich bewegendes Trägermaterial aufgebracht wurde und die sowohl verdampfbare als auch nichtverdampfbare Lösungsmittelkomponenten enthält. Fig. 2 zeigt diese Vorrichtung 2B und das dazugehörige Verfahren. Trockengas strömt in Richtung des Trägermaterials 8B und wird innerhalb der Trockenzone in Strömungsrichtung beschleunigt. Auf diese Weise wird ein laminarer Fluss der Trockengas-Grenzschicht im Bereich neben der flüssi gen Schicht auf dem Trägermaterial aufrechterhalten. Durch Vermeidung von Luftturbulenzen werden Marmorierungs-Fehler reduziert.

Beispiele für zwei weitere vorbekannte Vorrichtungen und Verfahren sind in Fig. 3 und 4 dargestellt. Fig. 3 zeigt schematisch eine bekannte Trockenvorrichtung 2C, bei der Luft von einem Ende einer Einhausung zum anderen strömt (siehe Pfeile), wobei der Luftstrom in dieser Figur als zur Bewegungsrichtung des beschichteten Substrats parallel und dieser entgegengerichtet (d. h. im Gegenstrom) dargestellt ist. Luftströmung nach dem parallelen Mitstromprinzip ist ebenfalls bekannt.

In Fig. 4 ist schematisch eine konventionelle Trockenvorrichtung 2D dargestellt, bei welcher der Luftstrom nach dem Prallstromprinzip mehr senkrecht zur Ebene des Substrats 8D (siehe Pfeile) beaufschlagt wird. Die aufprallende Luft dient auch dazu, das Substrat bei seiner Fortbwegung durch den Ofen zu tragen und in der Schwebe zu halten.

Die US-PS Nr. 4 051 278 beschreibt ein Verfahren zur Reduzierung von durch Lösungsmittelverdampfung in der Beschichtungszone bedingten Marmomierungs-Fehlern. Diese Beschichtung eines Substrats mit reduziertem Marmomierungsanfall wie beispielsweise das Aufbringen einer Zusammensetzung aus einem filmbildenden Material in einem verdampfbaren flüssigen Trägermedium auf eine flexible Bahn oder ein synthetisch-organisches Polymer wird dadurch bewirkt, dass mindestens zwei der folgenden Temperaturparameter auf einem Wert gehalten werden, welcher der Gleichgewichts-Oberflächentemperatur der aufgebrachten Schicht im Bereich der Beschichtungszone entspricht: (1) die Temperatur der Atmosphäre im Beschichtungsbereich, (2) die Temperatur des Beschichtungsmaterials im Beschichtungsbereich, und (3) die Temperatur des Substrats in der Beschichtungszone. Die Gleichgewichts-Oberflächentemperatur ist definiert als die von der Oberfläche einer Lage Beschichtungsmaterial unter stabilen Wärmeübergangsbedingungen nach erfolgter Verdampfungskühlung der Lage im Beschichtungsbereich angenom mene Temperatur. Nach dem Auftrag erfolgt das Trocknen der aufgebrachten Schicht im Wege konventioneller Techniken. Die Erfindung richtet sich auch auf Trockenverfahren, bei denen Marmomierungen durch Regelung der Temperatur (d. h. durch Kühlen) im Beschichtungsbereich verhindert werden, nicht jedoch auf die Temperaturregelung oder Bildung von Marmomierungen im Trockenofen. Weiterhin hat dieses Verfahren nur für solche Beschichtungen als zweckmässig zu gelten, die durch Verdampfungskühlung mit nachfolgend resultierender Marmorierung stark abkühlen.

Die US-PS Nr. 4 872 270 beschreibt ein Verfahren zum Trocknen von Wasser aufweisender Latexfarbe und einem oder mehr auf einem Trägerfilm beschichteten schwerflüchtigen organischen Lösungsmitteln. Das Verfahren ergibt eine blasenfreie getrocknete Farbschicht. Der beschichtete Film wird im Kontakt mit warmer und mässig feuchter Luft kontinuierlich durch eine Reihe von mindestens drei Trockenstufen geleitet, wobei mehr als die Hälfte der zur Verdampfung erforderlichen Luft der Filmunterseite beaufschlagt wird. Die Trocknungsbedingungen in jeder der mindestens ersten drei Stufen werden so gesteuert, dass ein Filmtemperaturprofil aufrechterhalten wird, bei dem das Wasser mit moderater Geschwindigkeit, jedoch schneller als die organischen Lösungsmittel verdampft, wodurch die Farbe koaguliert und der Einschluss von Flüssigkeiten in einer oberflächengehärteten Farbschicht verhindert wird. Es wird beschrieben, dass die Blasenbildung durch Steuerung des Dampfdrucks des flüchtigen Lösungsmittels innerhalb des Films ausgeschlossen ist. Marmomierungen entstehen durch andere Mechanismen als durch Blasen und lassen sich nur durch andersartige Verfahrensmassnahmen steuern und ausschalten.

Die US-PS Nr. 4 894 927 beschreibt ein Verfahren zur Trocknung einer sich fortbewegenden Bahn, die mit einer ein leicht entzündliches organisches Lösungsmittel enthaltenden Beschichtungszusammensetzung beschichtet ist. Die Bahn wird durch einen mit Inertgas gefüllten geschlossenen Ofen mit pla naren Erhitzern ober- und unterhalb der Bahn geleitet. Es wird ausgeführt, dass die Beschichtungsoberfläche wegen der geringen erforderlichen Gasmenge kaum durch Bewegungen des inerten Trockengases beeinflusst wird. Die Kritizität des Gasströmungssystems oder die Notwendigkeit des Ausschaltens von Marmorierungs-Fehlern wird nicht zur Diskussion gestellt.

In der US-PS Nr. 5 077 912 wird ein Verfahren zur Trocknung einer sich kontinuierlich fortbewegenden Bahn mit einer ein organisches Lösungsmittel enthaltenden Beschichtung beschrieben. Die Beschichtung wird zunächst mit heisser Luft getrocknet, bis sie berührungsfest ist. Es genügt, die Trocknungsbedingungen wie Temperatur und Heissluftgeschwindigkeit so einzurichten, dass die Berührungsfestigkeit entsprechend einer Viskosität von 10&sup8; bis 10¹&sup0; Poise erreicht wird. Das restliche Lösungsmittel wird anschliessend durch eine Heizwalze entfernt. Dieses Verfahren soll trocknungsbedingte Fehler reduzieren, die Trocknungszeit verkürzen und die Ofengrösse verkleinern. Auf die konstruktive Gestaltung des Ofens, Trocknungsverfahren oder die Kritizität des Gasströmungssystems und -weges wird nicht eingegangen.

Die US-PS Nr. 5 147 690 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung eines flüssigen Films auf einem Substrat mit einem unteren und einem oberen Gas- oder Luftzufuhrsystem. Erhitztes Gas an der Unterseite des Substrats bildet ein Tragkissen für das Substrat und führt diesem gleichzeitig Trocknungsenergie zu. Die Abluft wird über Rückströmkanäle abgeführt. Schlitze für den Gasvorlauf und den Gasrücklauf sind im Wechsel im unteren Gassystem vorgesehen. Das obere Gas- bzw. Luftzufuhrsystem weist eine grössere Breite auf als das untere, wobei in diesem oberen System der Luft- bzw. Gasstrom durch Ablenkplatten auf das Substrat geleitet und über die Substratbahn hinweg als Rückluft bzw. Rückgas abgeführt wird. Das obere Gas- oder Luftzufuhrsystem ist in Sektionen für Zu- und Abluft unterteilt, wobei jede dieser Sektionen mit zwei Filterplatten aus porösem Material ausgestattet ist.

In der US-PS Nr. 5 433 975 ist ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit einem Magnetaufzeichnungsträger beschrieben, wobei die Beschichtung im wesentlichen frei von Benard-Zellen ist. Dieses Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: (a) Herstellen einer Dispersion aus einem polymeren Bindemittel, einem Pigment und einem Lösungsmittel; (b) Aufbringen der Dispersion auf die Oberfläche eines Substrats, (c) Trocknen der Dispersion; (d) Errechnen der die Viskosität, den Temperaturgradienten bzw. die Nassdicke der Dispersion repräsentierenden Grössen u, β und d; sowie (e) während der Durchführung der Schritte (a), (b) und (c) Aufrechterhalten des Verhältnisses

β d2/u

unterhalb eines Schwellenwerts, der gross genug ist, um im wesentlichen die Bildung von Benard-Zellen in der Magnetaufzeichnungschicht zu verhindern. Über das Innere des Trockenofens sowie die Anordnung der Lufteinläsase und Luftauslässe werden keine Aussagen gemacht.

Eine Reihe von Verfahren beinhalten die Steuerung des Trockengases im Ofeninnern. So beschreibt die US-PS Nr. 5 001 845 ein Steuersystem für einen industriemässigen Trockner zur Abscheidung eines leicht entzündlichen Lösungsmittels bzw. von Dämpfen aus einer sich fortbewegenden Materialbahn. Sensoren in jeder Zone messen den Sauerstoffgehalt der unter Druck befindlichen Atmosphäre. Übersteigt der Sauerstoffgehalt einen vorgegebenen Grenzwert, so wird Inertgas zugesetzt. Gleichzeitig wird der Druck im Ofenkörper durch Ableitung von Überschussgas ins Freie aufrechterhalten.

Die US-PS Nr. 5 136 790 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung einer sich kontinuierlich fortbewegenden Bahn mit einer darauf befindlichen Flüssigkeit, wobei die Bahn durch einen Trockner geleitet wird, in dem sie einem umlaufenden Strom erhitzten Trockengases ausgesetzt ist. Das Abgas wird vom rezirkulierenden Gasstrom abgelenkt und abgeleitet mit einer zwischen Höchst- und Niedrigstwerten variierbaren Geschwindigkeit abgeleitet, während Zusatzgas mit ebenfalls zwischen Höchst- und Niedrigstwerten variierbarer Geschwindigkeit dem umlaufenden Gasstrom zugegeben wird. Eine Prozessvariable wird erfasst und mit dem jeweils gewählten Sollwert verglichen. Eine erste der vorgenannten Strömungsgeschwindigkeiten wird so eingestellt, dass die Prozessvariable auf dem Vorgabewert gehalten wird, während die Einstellung einer zweiten Variablen in Ansprechung an die jeweiligen Einstellungen der ersten Trockengasgeschwindigkeit erfolgt zwecks Sicherstellung, dass die erste Trockengasgeschwindigkeit innerhalb ihrer maximalen und minimalen Spitzen verbleibt. Über die konstruktive Gestaltung des Ofeninnern sowie die Anordnung von Lufteinlässen und Luftauslässen werden keine Angaben gemacht.

In der Sowjetrussischen Patentschrift Nr. SU 1 276 889 wird ein Verfahren zur Trockengasregulierung durch Steuerung der Luftgasgeschwindigkeit innerhalb des Ofens beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Gebläsedrehzahl in einer Zone zur Steuerung der Luftdurchsatzmenge eingestellt, um die Bahntemperatur am Auslass auf einem vorgegebenen Temperaturwert zu halten. Diese Lösung ist dadurch eingeschränkt, dass die Erhöhung der Luftgasgeschwindigkeit zur Erfüllung einer Trockenvorgabe zu Marmorierungen führen kann.

Der physikalische Zustand der zu trocknenden Bahn kann ebenfalls zur Steuerung des Trockenofens herangezogen werden. So wird bespielsweise nach der vorgenannten Sowjetrussischen Patentschrift Nr. SU 1 276 889 die Temperatur der Bahn am Ofenauslass zur Einstellung der Luftdurchsatzrate benutzt.

Die US-PS Nr. 5 010 659 beschreibt ein Infrarot-Trockensystem mit Überwachung der Temperatur, des Feuchtigkeitsgehalts oder sonstiger physikalischer Eigenschaften in ausgewählten Zonenpositionen in der Breite einer sich fortbewegenden Bahn, bei dem ein Rechnersteuersystem zum Ausgleich physikalischer Eigenschaften sowie zum Trocknen der Bahn eine Viel zahl von Infrarotlampen über endliche Zeiträume hinweg aktiviert und steuert. Das Infrarot-Trockensystem ist besonders geeignet zum Einsatz im graphischen Gewerbe, in der Beschichtungs- und Papierindustrie sowie für alle sonstigen Verwendungszwecke, bei denen eine Profilierung physikalischer Eigenschaften und Trocknung einer sich fortbewegenden Materialbahn über deren Breite hinweg gefordert sind. Auf die Innenausgestaltung des Trockenofens sowie die Anordnung von Lufteinlässen und Luftauslässen wird nicht eingegangen.

In der US-PS Nr. 4 634 840 wird ein Verfahren zur Steuerung der Trockentemperatur in einem Ofen zur Wärmebehandlung von thermoplastischen Grob- und Feinfolien beschrieben. Eine breite und endlose Grob- oder Feinfolienbahn wird in hochpräziser Weise auf ein spezifisches Wärmeprofil mittels einer Mehrzahl von Strahlungsheizöfen gleichmässig erhitzt, wobei im Innern eines jeden der Öfen eine Mehrzahl von Erhitzerreihen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der zu erhitzenden Grob- oder Feinfolie angeordnet sind. Ein Thermometer zur Messung der Folientemperatur befindet sich im Bereich eines Folienauslasses ausserhalb eines jeden der Strahlungsheizöfen. Die Ausgangsleistungen der in den Strahlungsheizöfen jeweils unmittelbar vor den entsprechenden Thermometern angeordneten Erhitzer werden auf der Grundlage der von den jeweiligen Thermometern erfassten Temperaturen mit Hilfe eines Rechners gesteuert.

Zwei weitere Patente sind auf Trockenprobleme gerichtet, berücksichtigen jedoch nicht das Marmorierungsproblem: Die US- PS Nr. 3 849 904 offenbart eine mechanische Beschränkung des Luftflusses an der Kante einer Bahn. Es wird ausgeführt, dass einstellbare Randbegrenzer bzw. Randabdeckungen mit der Unterseite eines Gewebes zusammenwirkend eine Art Dichtschleuse bilden, durch die an der Kante bzw. dem Rand unterschiedliche Heizbedingungen eingestellt werden können, d. h. es kann die Randzone des Gewebes gekühlt werden, während das übrige Gewebe erhitzt wird. Dieses Verfahren ist jedoch bei einem polymeren Substrat nicht von Vorteil. Eventuelles Kratzen auf dem poly meren Substrat kann kleine Partikel ablösen, die auf die Beschichtung niedergebracht werden. In der US-PS Nr. 3 494 048 wird der Einsatz mechanischer Mittel zur Ablenkung des Luftstroms am Rand einer Materialbahn beschrieben. Es wird ausgeführt, dass Ablenkbleche die Luft umlenken und verhindern, dass diese in einem Farbtrockner hinter das Papier gelangt und dieses von der Trommel abhebt. Durch Niederhalten des Papiers auf der Trommel werden Farbschmierer verhindert.

Es besteht Bedarf für eine Trockenvorrichtung und ein Trockenverfahren, durch die bzw. das einzelne oder mehrere Beschichtungsfehler wie beispielsweise Marmorierungen und Apfelsinenschaleneffekt reduziert oder sogar ausgeschaltet werden und gleichzeitig ein hoher Durchsatz sichergestellt ist. Ausser auf das Trocknen von Beschichtungen zur Herstellung photothermographischer, thermographischer und photographischer Artikel erstreckt sich der Bedarf für verbesserte Trockenvorrichtungen und Trockenverfahren auch auf das Trocknen von Beschichtungen aus Kleber-, Magnetaufzeichnungs- sowie Grundierlösungen und dergleichen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist einsetzbar zum Trocknen beschichteter Substrate und insbesonders solcher beschichteter Substrate, wie diese für die Herstellung photothermographischer, thermographischer und photographischer Artikel benutzt werden. Als besonderer Vorteil der Erfindung hat zu gelten, dass diese Zielsetzung ohne grössere Marmorierungs-Fehler zu verursachen und mit höheren Bahngeschwindigkeit als mit konventionellen Trockenverfahren erreicht wird.

Eine Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Verdampfung eines Beschichtungslösungsmittels aus einer auf einem Substrat befindlichen Beschichtung sowie zur Minimierung von Marmorierungs-Fehlern während des Verdampfens dieses Lösungs mittels. Das Substrat weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Das Verfahren umfasst als ersten Schritt das Aufbringen der Beschichtung auf die erste Substratoberfläche mit einer ersten Beschichtungsdicke, wobei diese Beschichtung beim Auftrag auf die erste Substratoberfläche eine erste Beschichtungsviskosität und ein erste Beschichtungstemperatur aufweist. In einem weiteren Schritt wird die Beschichtung mittels eines ersten Trockengases mit höchstens einer ersten Wärmeübergangsrate erhitzt, wobei dieses erste Trockengas eine erste Temperatur hat und die erste Wärmeübergangsräte gebildet wird durch eine erste Wärmeübergangszahl und eine erste Temperaturdifferenz zwischen der ersten Beschichtungs- und der ersten Trockengastemperatur. Die erste Wärmeübergangsrate bewirkt eine maximale Verdampfung des Beschichtungslösungsmittels und dennoch eine nur unbedeutende Marmomierung bei der ersten Beschichtungsdicke und der ersten Beschichtungsviskosität. Die Beschichtung wird vornehmlich durch das der zweiten Substratoberfläche benachbarte erste Trockengas erhitzt. Ein weiterer Schritt sieht das Erhitzen der Beschichtung mittels eines zweiten Trockengases mit einer zweiten Wärmeübergangsrate vor, nachdem ein erster Teil des Beschichtungslösungsmittels verdampft wurde und die Beschichtung eine zweite Nassdicke und eine zweite Viskosität angenommen hat. Die Beschichtung weist unmittelbar vor ihrer Erhitzung durch das zweite Trockengas eine zweite Temperatur auf. Die zweite Nassdicke ist geringer als die erste Nassdicke. Das zweite Trockengas führt eine zweite Temperatur. Es wird die zweite Wärmeübergangsrate gebildet durch eine zweite Wärmeübergangszahl und eine zweite Temperaturdifferenz zwischen der zweiten Beschichtungs- und der zweiten Trockengastemperatur. Die zweite Wärmeübergangsrate bewirkt eine maximale Verdampfung, aber eine nur geringfügige Marmomierung bei der zweiten Beschichtungsdicke und der zweiten Beschichtungsviskosität. Wenigstens entweder die zweite Wärmeübergangszahl oder die zweite Trockengastemperatur ist grösser als die entsprechende erste Wärmeübergangszahl bzw. erste Trockengastemperatur. Die Be schichtung wird vorwiegend durch das der zweiten Substratoberfläche benachbart anstehende Trockengas erhitzt.

Eine weitere Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Verdampfung eines Lösungsmittels aus einer auf einem Substrat befindlichen Beschichtung sowie zur Minimierung von Marmorierungs-Fehlern während des Verdampfens dieses Lösungsmittels. Die Beschichtung weist beim Auftrag auf das Substrat eine erste Beschichtungstemperatur Tc1 auf. Ausserdem besitzt das Substrat eine der ersten gegenüberliegende zweite Oberfläche. Das Verfahren sieht in einem ersten Schritt die Schaffung einer Verdampfungsumgebung für die Beschichtung vor, welche ein die Beschichtung vornehmlich durch Strömung entlang der zweiten Substratoberfläche erhitzendes Trockengas enthält. In einem weiteren Schritt wird das an der zweiten Substratoberfläche befindliche Trockengas mit einer ersten Geschwindigkeit in Strömung versetzt zwecks Bildung einer ersten Wärmeübergangszahl h&sub1; und auf eine erste Trockengastemperatur Tgas1 erhitzt dergestalt, dass das resultierende Produkt

h&sub1; (Tgas1 - Tc1)

nicht grösser ist als ein erster Schwellenwert, damit die Entstehung von Marmorierungs-Fehlern im wesentlichen verhindert wird. Ein weiterer Schritt beinhaltet das Bestimmen des ersten Schwellenwerts für das Produkt

h&sub1; (Tgas1 - Tc1)

Ein weiterer Schritt sieht noch den Transport des Substrats durch die erste Verdampfungsumgebung vor.

Eine weitere Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zur Verdampfung eines Beschichtungslösungsmittels aus einer auf einem Substrat befindlichen Schicht sowie zur Minimierung von Marmorierungs-Fehlern während des Verdampfungsvorgangs. Das Substrat hat eine erste Substratoberfläche und eine zweite Substratoberfläche. Die Vorrichtung enthält Einrichtungen zum Auftragen der Beschichtung auf eine erste Oberfläche des Substrats mit einer ersten Beschichtungsdicke. Die Beschichtung hat beim Auftrag auf die erste Substratoberfläche eine erste Viskosität und eine erste Temperatur. Weiter umfasst die Vorrichtung Einrichtungen zum Erhitzen der Beschichtung mittels eines ersten Trockengases mit höchstens einer ersten Wärmeübergangsrate. Das erste Trockengas führt eine erste Temperatur. Die erste Wärmeübergangsrate wird gebildet durch eine erste Wärmeübergangszahl und eine erste Temperaturdifferenz zwischen der ersten Beschichtungs- und der ersten Trockengastemperatur. Die erste Wärmeübergangsrate bewirkt eine maximale Verdampfung des Beschichtungslösungsmittels und dennoch eine nur unbedeutende Marmomierung bei der ersten Beschichtungsdicke und der ersten Beschichtungsviskosität. Die Beschichtung wird vornehmlich durch das der zweiten Substratoberfläche benachbarte erste Trockengas erhitzt. Weiterhin ist die Vorrichtung versehen mit Einrichtungen zum Erhitzen der Beschichtung durch ein zweites Trockengas mit einer zweiten Wärmeübergangsrate, nachdem ein erster Teil des Beschichtungslösungsmittels verdampft wurde und die Beschichtung eine zweite Nassdicke sowie eine zweite Viskosität aufweist. Die Beschichtung führt unmittelbar vor dem Erhitzen durch das zweite Trockengas eine zweite Temperatur. Die zweite Nassdicke ist geringer als die erste Nassdicke. Das zweite Trockengas ht eine zweite Temperatur. Die zweite Wärmeübergangsrate wird durch eine zweite Wärmeübergangszahl und eine zweite Temperaturdifferenz zwischen der zweiten Beschichtungs- und der zweiten Trockengastemperatur gebildet. Die zweite Wärmeübergangsrate bewirkt eine maximale Verdampfung, aber eine nur geringfügige Marmorierung bei der zweiten Beschichtungsdicke und der zweiten Beschichtungsviskosität, wobei zumindest entweder die zweite Wärmeübergangszahl oder die zweite Trockengastemperatur grösser als die entsprechende erste Wärmeübergangszahl bzw. die erste Trockengastemperatur ist. Die Beschichtung wird vorwiegend durch das der zweiten Substratoberfläche benachbart anstehende Trockengas erhitzt.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Verdampfen eines Lösungsmittels aus einer Beschichtung auf einer ersten Substratoberfläche sowie zur Minimierung von Marmorierungs-Fehlern während der Abdampfung des Lösungsmittels aus der Beschichtung vorgesehen. Die Beschichtung hat beim Auftrag auf das Substrat eine erste Beschichtungstemperatur Tc1. Ausserdem besitzt das Substrat eine der ersten gegenüberliegende zweite Oberfläche. Die Vorrichtung enthält Einrichtungen zur Ausbildung einer ersten Verdampfungsumgebung für die Beschichtung, welche ein die Beschichtung vornehmlich durch Strömung entlang der zweiten Substratoberfläche erhitzendes Trockengas enthält. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um das neben der zweiten Substratoberfläche anstehende Trockengas mit einer ersten Geschwindigkeit in Strömung zu versetzen zwecks Bildung einer ersten Wärmeübergangszahl h&sub1; und Erhitzen auf eine erste Trockengastemperatur Tgas1 dergestalt, dass das resultierende Produkt

h&sub1; (Tgas1 - Tc1).

nicht grösser ist als ein erster Schwellenwert, damit die Entstehung von Marmorierungs-Fehlern im wesentlichen verhindert wird. Ausserdem ist die Vorrichtung versehen mit Einrichtungen zur Bestimmung des ersten Schwellenwerts für das Produkt

h&sub1; (Tgas1 - Tc1).

Schliesslich enthält die Vorrichtung noch Einrichtungen für den Transport des Substrats durch die erste Verdampfungsumgebung.

Den in dieser Schrift benutzten und nachstehend aufgeführten Begriffen kommt die folgende Bedeutung zu:

"Photothermographischer Artikel" ist eine Konstruktion mit mindestens einer photothermographischen Emulsionsschicht und irgendwelchen Substraten, Deckschichten, Bildaufnahmeschich ten, Sperrschichten, Lichthofschutzschichten, Unter- oder Grundierschichten usw.

"Thermographischer Artikel" bedeutet eine Konstruktion mit mindestens einer thermographischen Emulsionsschicht und irgendwelchen Substraten, Deckschichten, Bildaufnahmeschichten, Sperrschichten, Lichthofschutzschichten, Unter- oder Grundierschichten usw.

"Emulsionsschicht" bedeutet eine Schicht eines photothermographischen Elements, welches photosensibles Silberhalogenid und nichtphotosensitives reduzierbares Silberausgangsmaterial enthält, oder aber eine Lage eines nichtphotosensitives reduzierbares Silberausgangsmaterial enthaltenden thermographischen Elements.

Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Einzelbeschreibung, den Beispielen und den Patentansprüchen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorstehend beschriebenen Vorteile sowie konstruktiven und betrieblichen Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer bekannten Trockenvorrichtung;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer weiteren bekannten Trockenvorrichtung;

Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht einer ebenfalls konventionellen Trockenvorrichtung;

Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren Trockenvorrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Trockenvorrichtung;

Fig. 6 ist eine Teilseitenansicht der Trockenvorrichtung gemäss Fig. 5;

Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht der Trockenvorrichtung aus Fig. 6;

Fig. 8 ist eine Teilschnittansicht der Trockenvorrichtung gemäss Fig. 6;

Fig. 9 ist eine Schnittvorderansicht der Trockenvorrichtung aus Fig. 6;

Fig. 10 ist eine schematische Seitenansicht einer Airfoil-Düse und eines Luftbalkens wie in Fig. 5 bis 9 dargestellt;

Fig. 11 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der in Fig. 5 bis 10 dargestellten Trockenvorrichtung;

Fig. 12 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der in Fig. 5 bis 11 dargestellten Trockenvorrichtung;

Fig. 13 ist ein Diagramm, aus dem die Konstanttemperatur eines Trockengases im Innern eines Trockenofens und die resultierenden Beschichtungstemperaturen in Abhängigkeit von der im Ofen zurückgelegten Strecke ersichtlich sind;

Fig. 14 ist ein Diagramm, das die maximal zulässige Wärmeübergangsrate und die der Beschichtung aufgrund der Trockengastemperatur gemäss Fig. 13 beaufschlagte Ist-Wärmeübergangsrate darstellt;

Fig. 15 ist ein Diagramm, welches die resultierenden Beschichtungstemperaturen in Abhängigkeit von der im Ofen zurückgelegten Strecke zeigt, wenn die Beschichtung zwei unterschiedlichen Trockengastemperaturen ausgesetzt wird;

Fig. 16 ist ein Diagramm, aus dem die maximal zulässige Wärmeübergangsrate und die einer den zwei Trockengastemperaturen nach Fig. 15 ausgesetzten Beschichtung mitgeteilte Ist- Wärmeübergangsrate hervorgehen;

Fig. 17 ist ein Diagramm, welches die resultierenden Beschichtungstemperaturen in Abhängigkeit von der im Ofen zurückgelegten Strecke zeigt, wenn die Beschichtung drei unterschiedlichen Trockengastemperaturen ausgesetzt wird;

Fig. 18 ist ein Diagramm, welches die maximal zulässige Wärmeübergangsrate und die einer den drei Trockengastemperaturen nach Fig. 17 ausgesetzten Beschichtung beaufschlagte Ist-Wärmeübergangsrate darstellt;

Fig. 19 ist ein Diagramm, welches die resultierenden Beschichtungstemperaturen in Abhängigkeit von der im Ofen zurückgelegten Strecke zeigt, wenn die Beschichtung fünfzehn unterschiedlichen Trockengastemperaturen ausgesetzt wird;

Fig. 20 ist ein Diagramm, welches die maximal zulässige Wärmeübergangsrate und die einer den fünfzehn Trockgengastemperaturen nach Fig. 19 ausgesetzten Beschichtung beaufschlagte Ist-Wärmeübergangsrate wiedergibt;

Fig. 21 ist ein Diagramm, das die resultierenden Beschichtungstemperaturen in Abhängigkeit von der im Ofen zurückgelegten Strecke zeigt, wenn die Beschichtung fünfzehn unterschiedlichen Trockengastemperaturen ausgesetzt wird und die maximal zulässige Wärmeübergangsrate über die Ofenlänge hinweg zunimmt;

Fig. 22 ist ein Diagramm, aus dem die maximal zulässige Wärmeübergangsrate und die resultierenden Ist-Wärmeübergangsraten der Beschichtung hervorgehen, nachdem diese den fünfzehn Trockengastemperaturen gemäss Fig. 19 ausgesetzt wurden; und

Fig. 23 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Trockenvorrichtung der in Fig. 5 dargestellten generellen Art.

EINZELBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Trockenvorrichtung 10 ist generell in Fig. 5 und detaillierter in Fig. 6 bis 10 dargestellt. Diese Trockenvorrichtung 10 ist zweckmässig zum Trocknen einer Beschichtung 12, die zur Herstellung eines beschichteten Substrats 16 auf ein Substrat 14 aufgebracht wurde. Enthält die Beschichtung 12 ein filmbildendes oder sonstiges in einem verdampfbaren flüssigen Trägermedium gelöstes, dispergiertes oder emulgiertes Material, so wird durch eine Trockenvorrichtung das verdampfbare flüssige Trägermedium (z. B. Lösungsmittel) verdampft mit dem Ergebnis, dass ein getrocketer Film bzw. eine getrockete Feststoffschicht (beispielsweise eine Kleberschicht oder eine photothermographische Schicht) auf dem Substrat 14 zurückbleibt. Nachfolgend wird für den mehr gattungsmässigen Begriff "verdampfbares flüssiges Trägermedium" der Terminus "Lösungsmittel" benutzt.

Wenngleich für eine Vielzahl der unterschiedlichsten Beschichtungen einsetzbar, ist die Trockenvorrichtung 10 dennoch besonders geeignet zur Trocknung photothermographischer und thermographischer Beschichtungen zur Herstellung photothermographischer und thermographischer Artikel. Die Trockenvorrichtung 10 ist in der Lage, derartige Beschichtungen innerhalb relativ kurzer Zeit zu trocknen und dabei die Entstehung trocknungsbedingter Fehler wie Marmorierungen auf ein Mindestmass zu beschränken. Die nachfolgende Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Trockenvorrichtung 10 sowie von unter Einsatz der Trockenvorrichtung 10 durchgeführten Verfahren und gibt Einzelheiten hinsichtlich zur Trocknung mittels der Trockenvorrichtung 10 besonders geeigneter Materialien.

Trockenvorrichtung 10

Fig. 5 bis 10 zeigen eine Ausführungsform der Trockenvorrichtung 10, die im allgemeinen ein Trocknergehäuse 17 mit einer ersten Zone 18 und einer zweiten Zone 20 aufweist. Die erste und zweite Zone 18, 20 können durch eine Zonenwand 22 abgeteilt sein. Wie sich im einzelnen aus der nachfolgenden Offenbarung ergibt, kommt der ersten Zone 18 die primäre Bedeutung zu. Die erste Zone 18 und die zweite Zone 20 dienen jeweils zur Schaffung unterschiedlicher Trocknungsumgebungen. Darüberhinaus können in der ersten Zone 18 eine Reihe von an anderer Stelle noch zu besprechender Trocknungsumgebungen ausgebildet werden.

Das Substrat 14 wird von einer Abwickelvorrichtung 24 abgewickelt und es wird die Beschichtung 12 wie dargestellt durch eine Beschichtungsvorrichtung 26 auf das Substrat 14 aufgebracht. Das beschichtete Substrat 16 tritt über einen Substrateinlass 27 in die Trockenvorrichtung 10 ein und wird beim Durchgang durch die ersten und zweiten Zonen 18, 20 getrocknet. Das beschichtete Substrat verlässt die Trockenvorrichtung 10 über einen Substratauslass 28 und wird anschliessend durch eine Substratwickelvorrichtung 29 aufgewickelt. Wenngleich das beschichtete Substrat 16 als die erste Zone 18 auf einer gekrümmten Bahn passierend dargestellt ist, kann diese Bahn auch einen ebenen oder sonstigen Verlauf haben. Zwar wird das beschichtete Substrat 16 gemäss Zeichnung in der zweiten Zone 20 umgelenkt dergestalt, dass es in drei Durchgängen durch diese Zone geht, doch kann die Trockenvorrichtung 10 auch für eine geringere oder grössere Anzahl von Durchgängen ausgelegt sein.

Aus den die erste Zone 18 im einzelnen darstellenden Fig. 6 bis 10 geht hervor, dass eine Anzahl von Airfoils 30 in der Längsachse der ersten Zone 18 unterhalb des beschichteten Substrats 16 angeordnet sind. Die Airfoils 30 blasen Trockengas (z. B. erhitzte Luft, Inertgas) gegen die Unterseite des beschichtetem Substrats 16 dergestalt, dass das Substrat auf einem Trockengaskissen "reiten" bzw. schweben kann. Das Trockengas wird den Airfoil-Gruppen 30 von einer Verteilerkammer 31 aus zugeführt.

Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit des von einer Airfoil-Gruppe 30 zugeführten Trockengases werden durch Regulierung der Trockengastemperatur und des Trockengasdrucks in der zugeordneten Airfoil-Verteilerkammer 31 gesteuert. Dementsprechend ermöglicht die unabhängige Steuerung von Trockengastemperatur und Trockengasdruck in jeder einzelnen Airfoil- Verteilerkammer 31 die unabhängige Steuerung der Temperatur und Geschwindigkeit des von jeder Airfoil-Gruppe 30 zugeführten Trockengases.

Wenngleich jede Airfoil-Verteilerkammer 31 als eine Gruppe von entweder zwölf oder fünfzehn Airfoils 30 versorgend dargestellt ist, sind auch andere Leitungskonfigurationen einsetzbar. Im Extremfall würde jeweils eine Verteilerkammer 31 nur eine einzige Airfoil-Düse 30 beschicken. Bei dieser Anordnung würde die unabhängige Steuerung von Temperatur und Druck für jede Verteilerkammer 31 in einer unabhängigen Steuerung der Temperatur und Geschwindigkeit des aus jedem Airfoil 30 austretenden Trockengases resultieren.

Jede Airfoil-Einheit weist einen Schlitz auf (der in der Seitenansicht in Fig. 10 dargestellt ist), durch welchen ein Trockengasstrom in die Trockenvorrichtung 10 eintritt. Die Schlitzbreite ist nicht wesentlich grösser als die Substratbreite, so dass die Entstehung von Marmorierungs-Fehlern in den Randbereichen der ersten und zweiten Beschichtungen minimiert wird. Durch diese Breiteneinstellung wird der Trockengasfluss um die Substratkanten herum beeinflusst. Ist die Düsenschlitzbreite etwa gleich der Substratbreite oder kleiner, so wird die Entstehung von Marmorierungs-Fehlern in den Randbereichen der Flüssigkeit reduziert.

Fig. 10 zeigt den Luftstrom aus dem Schlitz einer Airfoil-Einheit 30 und Fig. 7 die Länge der Airfoils 30. Da der Schlitz bis zum Ende des Airfoils 30 verlaufen kann, kann die Schlitzlänge praktisch gleich der Länge der Einheit 30 sein. Weil die Trockenvorrichtung 10 zum Trocknen beschich teter Substrate 16 mit Breiten, die bedeutend kleiner als die Schlitzlänge sind (sowie beschichteter Substrate 16 mit Breiten, die in etwa gleich der oder grösser als die Schlitzlänge sind), eingesetzt werden kann, lassen sich eines der oder beide Enden des Schlitzes so abgrenzen, dass die Schlitzlänge in etwa gleich der Breite der schmaleren beschichteten Substrate ist. Diese Begrenzung oder Einstellung der Schlitzlänge wird dadurch erreicht, dass die Schlitzenden mit einem entsprechenden Material wie beispielsweise Klebeband mehr oder weniger breit abgedeckt werden. Wahlweise kann mittels einer an jeder Kante der Düsenschlitze angeordnete sowie nach innen und aussen bewegliche Metallplatte der Düsenschlitzbereich mehr oder weniger geschlossen werden. Auch lassen sich die Enden der Schlitze mit einem geeigneten, beispielsweise verformbaren, Material (zum Beispiel Gummi) verschliessen.

Untere Auslassöffnungen 32 sind zur Ableitung des von den Airfoils 30 zugeführten Trockengases bzw. zumindest eines Teils desselben unterhalb der Airfoils 30 angeordnet. Das von einer Gruppe der Auslassöffnungen 32 abgeführte Trockengas wird in eine untere Austrag-Verteilerkammer 33 abgeleitet. Es sind fünf untere Austrag-Verteilerkammern 33 dargestellt, von denen jede mit zwei unteren Auslassöffnungen 32 verbunden ist. Diese unteren Auslassöffnungen 32 sind zur Abführung von Trockengas innerhalb der gesamten Trockenvorrichtung 10 statt nur auf einzelne Punkte konzentriert über den gesamten unteren Innenbereich der Vorrichtung 10 verteilt. Andere Leitungsführungen ähnlicher Art sind vorstellbar.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Trockengases durch eine untere Auslassöffnung 32 ist weitgehend steuerbar durch Steuerung der statischen Druckdifferenz zwischen dem unteren Innenbereich der Trockenvorrichtung 10 (dem inneren Bereich unterhalb der Ebene des beschichteten Substrats) und irgendeinem entsprechenden Bezugspunkt (beispielsweise dem Beschichtungsraum, in dem die Beschichtungsvorrichtung 26 untergebracht ist, bzw. jeder der unteren Austrag-Verteilerkammern 33). Dies hat zum Ergebnis, dass die unabhängige Steuerung der stati schen Druckdifferenz zwischen dem unteren Innenbereich der Trockenvorrichtung 10 und jeder unteren Austrag-Verteilerkammer 33 die unabhängige Steuerung der Geschwindigkeit des von einer Gruppe unterer Auslassöffnungen 32 einer jeden der unteren Austrag-Verteilerkammern 33 abgeführten Gases ermöglicht wird.

Die Tatsache, dass sowohl das von jeder Airfoil-Verteilerkammer 31 zugeführte Trockengas (hinsichtlich Temperatur und Strömungsgschwindigkeit) als auch das von jeder Austrag- Verteilerkammer 33 abgeführte Trockengas unabhängig gesteuert werden kann, ermöglicht die Bildung untenliegender Unterzonen in der ersten Zone 18 der Trockenvorrichtung 10. Wie ersichtlich weist die erste Zone 18 durch die unabhängige Steuerung von fünf Airfoil-Verteilerkanmern 31 und fünf unteren Austrag- Verteilerkammern 33 fünf untenliegende Unterzonen auf. Als Ergebnis können diese fünf untenliegenden Unterzonen Trockengas mit jeweils eigener Temperatur und eigener Strömungsgeschwindigkeit (oder einem der Wärmeübergangszahl zugehörigen sonstigen Faktor) enthalten. Anders ausgedrückt kann das beschichtete Substrat 16 fünf verschiedenen Trocknungsumgebungen (Subzonen) ausgesetzt sein.

Die Strömungsrichtung des von den Airfoils 30 zugeführten Trockengases ist über die Konfiguration der Düsen steuerbar. Wie aus Fig. 10 ersichtlich können die Airfoils 30 so ausgebildet sein, dass Trockengas zunächst im Mitstrom mit der Bewegungsrichtung des Substrats und zur Bildung eines Luftkissens, auf dem das Substrat schwebend gelagert ist, gegen die Unterseite des beschichteten Substrats 16 gerichtet zugeführt wird. Die Airfoils 30 sind dabei so konzipiert, dass das Trockengas im wesentlichen parallel zum beschichteten Substrat 16 fliest und sich das beschichtete Substrat 16 etwa 0,3 bis 0,7 cm oberhalb des oberen Bereichs der Airfoils 30 befindet. Wenngleich die Airfoils 30 hier als den Gasfluss im Mitstrom mit der Bewegungsrichtung des Substrats bewirkend dargestellt sind, können sie auch so konstruiert sein, dass das Trockengas auf die zweite Substratoberfläche aufprallt bzw. dass das Trockengas im allgemeinen im Gegenstrom zur Substrat-Bewegungsrichtung, generell rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Substrats oder aber im allgemeinen diagonal zu dieser Bewegungsrichtung fliesst.

Luftbalken 34 sind über die gesamte Länge der ersten Zone 18 verlaufend oberhalb des beschichteten Substrats 16 angeordnet. Die Luftbalken 34 können zur Zuführung von Obergas (z. B. Frischluft, Inertgas), das für eine verstärkte Trockenwirkung sorgt, zur Abführung von verdampftem Lösungsmittel und/oder zum Verdünnen des Lösunsmittels, wenn der Lösungsmittelpegel innerhalb des Gehäuses 17 reguliert werden muss, verwendet werden. Das Obergas wird einer Gruppe von Luftbalken 34 über eine Luftbalken-Verteilerkammer 35 zugeführt. Wenngleich jede Luftbalken-Verteilerkammer 35 als eine besondere Zahl von Luftbalken 34 versorgend dargestellt ist, sind auch andere Leitungsführungen denkbar. Auf Wunsch kann die Trockenvorrichtung 10 so gefahren werden, dass von den Luftbalken 34 aus keine Luftzufuhr erfolgt, wenn Obergas nicht benötigt wird oder erwünscht ist (z. B. wenn die Trockenvorrichtung 10 mit Inertgas gefüllt ist).

Die Geschwindigkeit des von einer Gruppe Luftbalken 34 zugeführten Obergases wird gesteuert durch Regulierung der statischen Druckdifferenz zwischen dem oberen Innenbereich der Trockenvorrichtung 10 (dem Bereich oberhalb der Ebene des beschichteten Substrats) und der entsprechenden Luftbalken-Verteilerkammer 35. Die unabhängige Steuerung der statischen Druckdifferenz zwischen dem oberen Innenbereich der Trockenvorrichtung 10 und einer Luftbalken-Verteilerkammer 35 ermöglicht die unabhängige Steuerung der Temperatur und Strömungsmungsgeschwindigkeit des von der zugeordneten Gruppe von Luftbalken 34 zugeführten Obergases.

Obere Auslassöffnungen 36 sind zur Abführung zumindest eines Teils des von den Luftbalken 34 zugeführten Obergases oberhalb der Luftbalken 34 angeordnet und können mindestens einen Teil des von dem beschichteten Substrat 16 abdampfenden Lösungsmittels ableiten. Das von einer Gruppe oberer Auslass öffnungen 36 ausgetragene Obergas gelangt in eine obere Austrag-Verteilerkammer 37. Es sind fünf obere Austrag-Verteilerkammern 37 dargestellt, von denen jede mit zwei oberen Auslassöffnungen 36 in Verbindung steht. Die oberen Auslassöffnungen 36 sind zur Abführung von Obergas innerhalb des gesamten oberen Innenbereichs der Trockenvorrichtung 10 statt nur auf einzelne Punkte konzentriert über den gesamten oberen Innenbereich der Vorrichtung 10 verteilt. Andere Leitungsführungen ähnlicher Art sind vorstellbar.

Die Obergas-Strömungsgeschwindigkeit durch eine Gruppe oberer Auslassöffnungen 36 ist weitgehend steuerbar durch Regelung der statischen Druckdifferenz zwischen dem oberen Innenbereich der Trockenvorrichtung 10 und irgendeinem geeigneten Bezugspunkt (zum Beispiel dem Beschichtungsraum, in dem die Beschichtungsvorrichtung 26 untergebracht ist, oder jeder oberen Austrag-Verteilerkammer 37). Somit ermöglicht die unabhängige Steuerung der statischen Druckdifferenz zwischen dem oberen Innenbereich der Trockenvorrichtung 10 und jeder oberen Austrag-Verteilerkammer 37 die unabhängige Steuerung der Strömungsmungsgeschwindigkeit des von der jeweiligen Gruppe oberer Auslassöffnungen 36 einer jeden oberen Austrag-Verteilerkammer 37 abgeführten Gases.

Fig. 10 zeigt in der Seitenansicht einen Luftbalken 34. Es ist gezeigt, dass Obergas aus zwei Öffnungen austritt. Die Länge der Öffnungen für den Luftbalken 34 kann in etwa gleich sein der oder kleiner als die Länge des Luftbalkens 34. Würde statt jeder einzelnen Öffnung eine Reihe einzelner Löcher vorgesehen, so wäre der Luftbalken als Siebblech oder sogar poröse Platte zu betrachten. Ein Siebblech oder eine poröse Platte könnte wie auch sonstige Obergasquellen (zum Beispiel Luftumlenker, Airfoil-Düsen) anstelle der Luftbalken 34 eingesetzt werden.

Die Einbaupositionen von Pyrometern 38, statischen Druckmessern 39 und Luftgeschwindigkeitsmessern 40 sind in Fig. 5 dargestellt. Diese bekannten Instrumente werden zur Messung der Temperatur, des statischen Drucks und der Strömungsge schwindigkewit des Trockengases an verschiedenen Punkten innerhalb der Trockenvorrichtung 10 eingesetzt. Die Messergebnisse dieser Instrumente werden auf eine zentrale Verarbeitungseinheit oder einen sonstigen Steuermechanismus (nicht dargestellt) gegeben und zur Steuerung der Bedingungen im Ofen durch Änderung von Trockengastemperatur und Trockengasdruck innerhalb der Verteilerkammern herangezogen.

Zur Beaufschlagung des beschichteten Substrats mit der zur Verdampfung des Lösungsmittels aus der Beschichtung erforderlichen Hitze kann das Trockengas in Form von Luft oder Inertgas vorgesehen oder aber das Trockengas durch den Einsatz von Heizwalzen 50, über die wie aus Fig. 11 ersichtlich das beschichtete Substrat geführt wird, ersetzt oder unterstützt werden. Ähnlich ist statt des Trockengases Infrarothitze beispielsweise wie aus Fig. 12 ersichtlich mittels von im Abstand angeordneter Infraroterhitzer oder mittels einer ober- oder unterhalb des beschichteten Substrats 16 angeordneten Heizplatte einsetzbar. Die Temperatur einer jeden der Heizwalzen 50 bzw. eines jeden der Infraroterhitzer 52 (bzw. Walzengruppe 50 oder Infraroterhitzer 52) ist separat steuerbar.

Trocknungsverfahren unter Einsatz der Trockenvorrichtung 10

Es konnte festgestellt werden, dass Beschichtungen durch Steuern der in die Beschichtung 12 eingebrachten Wärmeübergangsrate und Minimieren durch das Gas auf der beschichteten Seite des beschichteten Substrats 16 (d. h. durch das Obergas, siehe Abschnitt "Beispiele") bedingter Störungen ohne Verursachung wesentlicher Marmorierungs-Fehler möglich ist. Wird das Lösungsmittel der Beschichtung mittels eines Trockengases, beispielsweise in einer Trockenvorrichtung 10, verdampft, so ergibt sich die dem beschichteten Substrat vermittelte Wärmeübergangsrate (hΔT) als das Produkt aus der Wärmeübergangszahl des Trockengases (h) und der Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der Temperatur (Tgas) des mit diesem in Kontakt stehenden Trockengases und der Temperatur des beschichteten Substrats (Tcs). (Die Temperatur der Beschichtung 12 wird als gleich der Temperatur des beschichteten Substrats angenommen. Die der Beschichtung 12 beaufschlagte Wärmeübergangsrate ist der Schlüssel zur Verhinderung bzw. Minimierung von Marmorierungs-Fehlern.) Um die Entstehung von Marmorierungs-Fehlern in der Beschichtung 12 während des Trocknens zu verhindern, muss diese der Beschichtung 12 mitgeteilte Wärmeübergangsrate (hΔT) unter einem fehlerverursachenden Schwellenwert gehalten werden. Bei Verwendung eines spezifischen Substrats 14 ist die dem beschichteten Substrat 16 beaufschlagte Wärmeübergangsrate unter einem entsprechenden fehlerbewirkenden Schwellenwert zu halten.

Beim Trocken (oder andersartigen Verfestigen) einer spezifischen Beschichtung 12 wird schliesslich ein Punkt erreicht, wo die Beschichtung im wesentlichen marmorierungsfest wird. An diesem Punkt kann die Wärmeübergangsrate durch Vergrösserung der Temperaturdifferenz (ΔT) und/oder durch Vergrösserung der Wärmeübergangszahl h (beispielsweise durch Erhöhen der Trockengasgeschwindigkeit auf entweder der beschichteten oder der nichtbeschichteten Seite des beschichteten Substrats 16) wesentlich vergrössert werden.

Für eine typische Trockenzone sind die Wärmeüberangszahl h und die Trockengastemperatur Tgas relativ konstant und nimmt die Temperatur des beschichteten Substrats 16 (und der Beschichtung 12) beim Erhitzen des Substrats 16 zu. Damit hat das Produkt (hΔT) am Anfangspunkt der Zone seinen maximalen Wert auf. Oft genügt es, die der Beschichtung beaufschlagte anfängliche Wärmeübergangsrate (hΔTi) unter einem maximal zulässigen Wert (Schwellenwert) zu halten, um Marmorierungs- Fehler in einer spezifischen Trockenzone zu vermeiden.

Am wirksamsten wird das Trocknen einer Beschichtung (d. h. das Verdampfen des in dieser enthaltenen Lösungsmittels) durch ein Verfahren bewirkt, bei dem die Wärme am schnellsten ohne Verursachung von Marmorierungs-Fehlern beaufschlagt wird. Mit zunehmender Temperatur (Tcs) des beschichteten Substrats wird die Wärmeübergangsrate (hΔT) entlang der Trockenzone kleiner und wird somit (aufgrund der geringeren Temperaturdifferenz (ΔT)) die Trockenzone weniger wirksam. Die dem beschichteten Substrat beaufschlagte Gesamtwärmemenge (q) lässt sich errechnen durch Integration des Produkts (hΔT) über die Ofenlänge und die Beschichtungsbreite. Ist die Beschichtungsbreite relativ konstant, so ist die in das beschichtete Substrat 16 eingebrachte Gesamtwärmemenge proportional dem Bereich unter den Wärmeübergangskurven wie nachfolgend beschrieben und dargestellt. Durch Maximierung des Bereichs unterhalb der Kurven werden die dem beschichteten Substrat beaufschlagte Hitze und der Wirkungsgrad des Trockenverfahrens maximiert.

Die maximal zulässige Wärmeübergangsrate bzw. die Schwellen-Übergangsrate einer spezifischen Beschichtung variiert proportional der Viskosität der Beschichtung 12. Eine Beschichtung geringerer Dicke oder höherer Viskosität hätte eine höhere maximal zulässige Wärmeübergangsrate. Dies bedeutet auch, dass beim weiteren Trocknen der Beschichtung 12 die Viskosität zu- und die Beschichtungsdicke abnimmt mit dem Ergebnis, dass die Schwellen-Wärmeübergangsrate grösser wird. Somit kann die Beschichtung mit einer zunehmend höheren Wärmeübergangsrate als nach der Schwellentemperaturkurve erwärmt werden. Weiter wird die Beschichtung 12 wie bereits ausgeführt schliesslich bis auf einen Punkt getrocknet, wo sie marmorierungsfest (d. h. nicht mehr marmorierungsanfällig durch die Gastemperatur oder Gasgeschwindigkeit bzw. irgendeinen die Wärmeübergangszahl h beeinflussenden sonstigen Faktor) ist.

Im Rahmen der nachfolgenden Besprechung wird die Wärmeübergangszahl h des Trockengases konstant gehalten und kann die Trockengastemperatur Tgas variieren. Im Falle einer maximalen Wärmeübergangsrate (hΔT)max, bei der keine Marmorierungs- Fehler entstehen, ergibt sich eine feste maximal zulässige Differenz zwischen der Temperatur des Trockengases und der des beschichteten Substrats 16.

Statt die Gastemperatur zu verändern kann diese konstant gehalten und dafür die Wärmeübergangszahl h variiert werden. Wird die Gasströmungsgeschwindigkeit zur Änderung der Wärmeübergangszahl benutzt, so ist die Geschwindigkeit unterhalb einer maximal zulässigen Geschwindigkeit bzw. Schwellengeschwindigkeit zu halten, wenn das Entstehen von Marmorierungs- Fehlern vermieden werden soll.

Der Vorteil der zusätzlichen Zonen ist nachfolgend im Abschnitt "Beispiele" beschrieben und in Fig. 13 bis 22 dar gestellt. Die nachstehende Tabelle 1 weist typische Temperaturen des Trockengases und beschichteten Substrats sowie für ein spezifisches Substrat 16 aus. Die Abkühlung der Bahn infolge Lösungsmittel-Verdampfung wird als für die folgende Besprechung vernachlässigbar angenommen.

Tabelle 1 - Typische Trockenbedingungen entsprechend Fig. 13 bis 22

Wärmeübergangszahl h

Anfangstemperatur des beschichteten Substrats Tcs 20ºC

Maximale Wärmeübergangsrate ohne Entstehen von Marmorierungsfehlern hΔT 150 cal/sec-m²

Trockenstrecke 30 m

Breite der Beschichtung auf dem Substrat 5 cal/sec-m²-ºC

Fig. 13 zeigt typische Temperaturkurven für das beschichtete Substrat 16. Dieses anfänglich eine Temperatur von 20ºC führende Substrat 16 wird einer konstanten Trockengastemperatur von 50ºC ausgesetzt. Die Temperatur des beschichteten Substrats 16 steigt über die Länge der Trockenzone (30 m) hinweg langsam an, bis sie die Temperatur des Trockengases erreicht hat. Fig. 14 gibt das Produkt hΔT an jedem gegebenen Punkt bei fortschreitender Trocknung wieder. Die Wärmeübergangsrate liegt immer bei oder unterhalb der maximal zulässigen Wärmeübergangsrate von 150 cal/sec-m² und es werden keinerlei Marmorierungs-Fehler verursacht. Die dem beschichteten Substrat 16 pro Zeiteinheit beaufschlagte Wärmemenge fällt mit zunehmender Temperatur Tcs des beschichteten Substrats ab. Am Ende der Trockenzone ist diese Menge bedeutend geringer als die maximal zulässige Wärmeübergangsrate. Damit ist das Verfahren viel weniger wirksam als es sein könnte.

Fig. 15 und 16 zeigen den gegebenen Vorteil bei Unterteilung des Trockenprozesses in zwei gleiche Zonen. Der Vorzug der zweiten Zone besteht darin, dass die Trockengastemperatur Tgas erhöht werden kann, wodurch eine Vergrösserung des Produkts hΔT und ein schnellerer Ablauf des Trockenvorgangs in der zweiten Zone ermöglicht werden. Auch hier wieder wird das Produkt hΔT unter 150 cal/sec-m², der maximal zulässigen Wärmeübergangsrate ohne Marmorier-Fehlerbildung, gehalten. Man beachte, dass die in das beschichtete Substrat eingebrachte Gesamtwärmemenge, wie diese durch den Bereich unter der Kurve der Wärmeübergangsrate in Fig. 16 repräsentiert ist, nunmehr beträchtlich grösser ist als beim Einsatz nur einer Zone.

Ähnlich zeigen Fig. 17 und 18, dass die zum Trocknen übertragene Gesamtwärmemenge beim Einsatz von drei Heizumgebungen bzw. Heizzonen sogar noch grösser und das Verfahren noch wirksamer ist. Beim Betrieb mit fünfzehn dieser Umgebungen oder Heizzonen wie in Fig. 19 und 20 dargestellt ist eine weitere wirkungsmässige Steigerung sichergestellt. Im Grenzfall, d. h. wenn die Trockenumgebungen oder Trockenzonen unendlich klein und in ihrer Anzahl unendlich sind, kann die Trockengastemperatur kontinuierlich erhöht werden, um die dem beschichteten Substrat mitgeteilte zulässige Wärmeübergangsrate bei gleichzeitiger Unterdrückung von Marmorierungs-Fehlern zu maximieren.

Fig. 13 bis 20 stellen einen vereinfachten Fall dar. In Wirklichkeit nimmt bei beginnender Verdampfung des Lösungsmittels aus der Beschichtung (beispielsweise bei beginnender Trocknung derselben) ihre Viskosität zu und deren Dicke ab. Dies hat zur Folge, dass die der teilgetrockneten Beschichtung mitgeteilte maximal mögliche Wärmeübergangsrate (hΔT) ohne Entstehung von Marmorierungs-Fehlern erhöht werden kann. Aus Fig. 21 bis 22 ist ersichtlich, dass durch Erhöhen der Wärmeübergangsrate entsprechend der zunehmenden maximal zulässigen Wärmeübergangsrate die Trockengeschwindigkeit sogar noch schneller als in dem vereinfachten Fall gemäss Fig. 19 bis 20, in denen die maximal zulässige Wärmeübergangsrate als konstant angenommen ist, vergrössert werden kann.

Tabelle 2 zeigt die in das beschichtete Substrat bei unterschiedlicher Anzahl von Trockenumgebungen bzw. Trockenzonen eingebrachte Gesamtwärmemenge (q):

Tabelle 2 - Trocknungsvariable entsprechend Fig. 13 bis 19 und Fig. 22

*Mit zunehmender maximaler Wärmeübergangsrate

Weitere Vorteile und Wirkungsgrade sind erzielbar durch den Einsatz von Unterzonen von ungleicher Grösse. So sind zum Beispiel ein grössere Anzahl kleinerer Unterzonen in solchen Bereichen von Vorteil, wo die maximal zulässige Wärmeübergangsrate sehr schnell wechselt. Auch besteht die Möglichkeit der Verdampfungskühlung zum Absenken der Temperatur des beschichteten Substrats Tcs innerhalb einer der Trockenzonen, wobei das Produkt (hΔT) dann an irgendeinem Zwischenpunkt innerhalb der Unterzone seinen maximalen Wert hätte.

Wie bereits erwähnt, beinhaltet ein Aspekt des Trocknungsverfahrens die Steuerung der Temperatur und der Wärmeübergangszahl h in Bereichen oder Unterzonen des Trockenofens 10, insbesondere der ersten Zone 18. Erreicht wird dies primär durch Regulierung der Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit des von den Airfoil-Verteilerkammern 31 zu- und über die untere Austrag-Verteilerkammer 33 abgeführten Trockengases. Die Geschwindigkeit, mit der eine gegebene Airfoil-Verteilerkammer 31 Trockengas zuleitet und die Geschwindigkeit, mit der durch die jeweils zugeordnete untere Austragkammer 33 das Gas abgeführt wird, ermöglichen dem Betreiber, die beiden Parameter auszugleichen und im wesentlichen eine Unterzone mit einer spezifischen Gastemperatur und Gasgeschwindigkeit zu bilden. Auf ähnliche Weise wird durch Steuern entsprechender Verteilerkammerpaare 31, 33 die Steuerung Trockengastemperatur und Gasgeschwindigkeit in mehreren Unterzonen ermöglicht. Dies hat zur Folge, dass die der Beschichtung 12 beaufschlagte Wärmeübergangsrate innerhalb mehrerer Unterzonen reguliert und maximiert werden kann. In einer ersten Unterzone zum Beispiel sollte die Gas- geschwindigkeit auf und relativ zu der besichchteten Seite nicht über einer Obergas-Geschwindigkeitsschwelle wie 150 Fuss/ Min. (46 m/Min) liegen, um eine marmorierungsanfällige photothermographische Beschichtung 12 (zum Beispiel die nachfolgend im Beispiel 1 beschriebene photothermographische Beschichtung) zu schützen.

Wichtig ist auch zu festzustellen, dass die erste Zone 18 als offener Körper dargestellt ist und dass anders ausgedrückt die dargestellte erste Zone 18 keinerlei geschlitzte Vertikalwände (oder sonstige konstruktive Elemente mit Öffnungen) enthält, die als Barrieren zwischen den vorbeschriebenen Unterzonen fungieren. Die Steuerung der Wärmeübergangsrate in einzelnen Unterzonen ist ohne derartige Sperren möglich. Zwar könnten solche Barrieren eingesetzt werden, doch sind sie weder notwendig noch aufgrund möglicher störender Luftströmungseffekte (d. h. Durchtritt von Trockengas durch einen Schlitz in der Vertikalwand mit hoher Geschwindigkeit) wünschenswert. Darüberhinaus sind Barrieren mit Öffnungen zwischen den Unterzonen (zum Transport des sich fortbewegenden beschichteten Substrats) einsetzbar, doch sollten vorzugsweise die Öffnungen gross genug sein, um Druckdifferenzen zwischen den Unterzonen soweit zu minimieren, dass die Entstehung von Marmorierungs-Fehlern möglicht gering gehalten oder verhindert wird.

Auch ist es wichtig zu wissen, dass die Temperatur und Strömunsgeschwindigkeit des Trockengases in einer gegebenen Unterzone und innerhalb der gesamten ersten Zone 18 steuerbar sind durch Einsatz der vorerwähnten Pyrometer 38, statischen Druckmesser 39, Anemometer 40 sowie des ebenfalls erwähnten Steuermechanismus (nicht dargestellt). Die Pyrometer 38 erfassen die Temperatur des beschichteten Substrats Tcs, die statischen Druckmesser 39 die statische Druckdifferenz zwischen einer Stelle im Innern der Trockenvorrichtung 10 und irgendeinem Bezugspunkt (beispielsweise ausserhalb der Vorrichtung 10 oder in einer nahegelegenen Verteilerkammer). Die Anemometer 40 erfassen die Strömungsgeschwindigkeit des Trockengases.

Über die Messergebnisse der Pyrometer 38, statischen Druckmesser 39 und Anemometer 40 vermag der Steuermechanismus bzw. Betreiber die Wärmeübergangsrate (Trockengastemperatur, Wärmeübergangszahl) so einzustellen, dass die Entstehung von Marmorierungsfehlern (bei bzw. unterhalb der maximal zulässigen Wärmeübergangsrate oder Schwellen-Übergangsrate) minimiert wird. So lassen sich die Pyrometer 38 zur Erfassung der Ist-Temperatur des beschichteten Substrats Tcs beim Austritt aus einer Unterzone und Eintritt in eine nachgeschaltete Unterzone einsetzen. Auf der Basis dieser Ist-Temperatur gegenüber einer Zieltemperatur kann der vorerwähnte Steuermechanismus die Wärmeübergangsrate in der stromabwärts gelegenen Unterzone bestimmen und so einstellen, dass diese unter der maximal zulässigen Wärmeübergangsrate bzw. der Schwellenrate liegt. Diese Regulierfähigkeit könnte als Vorwärtsführungsstrategie für einen Temperatur-Sollwert bezeichnet werden.

Ähnlich könnte der Steuermechanismus die Ist- und Zieltemperaturen miteinander vergleichen und die Wärmeübergangsrate in einer vorgeschalteten Unterzone so justieren, dass sie bei bzw. unterhalb der maximal zulässigen Wärmeübergangsschwellenrate liegt. Diesen Regelmodus würde man als Rückführungsschleife oder -strategie bezeichnen. Die vorerwähnte Zieltemperatur lässt sich experimentell bestimmen, so dass die dem beschichteten Substrat 16 beaufschlage Wärmeübergangsrate entsprechend überwacht und reguliert werden kann.

Stehen sowohl statische Druckmesser 39 als auch Anemometer 40 zur Verfügung, so liegt es im Ermessen des Betreibers, wie er die Gasströmungsgechwindigkeit und Gasströmungsrichtung steuert. Diese beiden Instrumente sind zu diesem Zweck getrennt oder koordiniert unter Regulierung der aus der Trockenrrichtung 10 austretenden Gasmenge einsetzbar.

Über die Steuerung der statischen Druckdifferenzen in der ersten Zone 18 kann der Gasfluss durch diese Zone 18 beeinflusst werden. Wenngleich nach der vorhergehenden Beschreibung der Gasstrom so reguliert wird, dass der Fluss von einer Unterzone zur nächsten minimiert wird, ermöglicht die Steuerung der statischen Druckdifferenzen über die gesamte erste Zone 18 einen kontrollierten Gasfluss von einer Unterzone zur nächsten. So kann beispielsweise der Druck P&sub1; in einer stromaufwärts gelegenen oberen Austrag-Verteilerkammer 37 geringfügig höher sein als der Druck in einer stromabwärts befindlichen oberen Austrag-Verteilerkammer 37, so dass das Obergas mit niedriger Geschwindigkeit stromabwärts (d. h. im Mitstrom) fliesst. Es könnte dies gezielt durchgeführt werden, um eine Strömungsgeschwindigkeit für das Obergas sicherzustellen, die in etwa der Geschwindigkeit des beschichteten Substrats 17 entspricht. Durch eine derartige Anpassung der Geschwindigkeiten können störende Einflüsse auf der Beschichtungsseite ausgeschaltet werden. Wahlweise lässt sich eine Gegenstromstatt der Mitstromsituation oder ein kombinierter Zustand aus Mitstrom und Gegenstrom herstellen.

Es können die statischen Druckdifferenzen zur Beeinflussung des Gasflusses zwischen den oberen und unteren Bereichen der Trockenvorrichtung 10 gesteuert werden. So wird beispielsweise durch Einstellen des oberseitigen Drucks Ptop oberhalb des beschichteten Substrats 16 auf einen höheren als den unterseitigen Druck Pbottom unter dem Substrat 16 der Gasaustrag in den unteren Innenbereich forciert. Diese Vorgehensweise ist zweckmässig, um den Fluss des unter dem beschichteten Substrat befindlichen heisseren Trockengases nach oben und in Kontakt mit der Beschichtung zu verhindern. Wahlweise ist eine umgekehrte Beeinflussung der Drücke möglich, so dass ein Teil des unter dem beschichteten Substrat anstehenden Gases nach oben strömt und über die oberen Auslassöffnungen 36 abgeführt wird, oder aber es werden die Drücke so eingestellt, dass der Fluss zwischen den oberen und unteren Innenbereichen der Trockenvorrichtung 10 minimiert wird.

Es ist ausserdem wichtig zu bemerken, dass die Wärmeübergangszahl h primär als über die Strömungsgeschwindigkeit des Trocknungsgases gesteuert dargestellt wurde. Zu den weiteren Faktoren, welche die Wärmeübergangszahl h beeinflussen, gehören der Abstand zwischen Airfoil 30 und dem beschichteten Substrat 16, die Dichte des Trockengases sowie der Winkel, unter dem das Trockengas auf das beschichtete Substrat 16 auftrifft oder aufprallt. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die andere Heizeinrichtungen als Airfoils und Luftbalken umfassen (beispielsweise Lochbleche, Infrarotlampen, Heizwal zen, Heizplatten bzw. Luftumlenkungen) sind auf die Wärmeübergangszahl einwirkende weitere Faktoren im Spiel.

Zur Trocknung mittels der Trockenvorrichtung 10 besonders geeignete Materialien

Jedes marmorierungsanfällige Material wie Repro- und Magnetträgermedien können mittels der vorbeschriebenen Trockenvorrichtung 10 und im Wege der vorbeschriebenen Verfahren getrocknet werden. Zum Trocknen mit Hilfe der Trockenvorrichtung 10 besonders geeignet sind photothermographische bilderzeugende Konstrukionen (wie Silberhalid enthaltende photographische Artikel, die durch Wärme statt mit Entwicklerflüssigkeiten entwickelt werden). Photothermographische Konstruktionen oder Artikel sind auch bekannt als "Trockensilber"-Zusammensetzungen oder -Emulsionen und umfassen im allgemeinen ein Substrat oder Trägermaterial (wie Papier, Plastik, Metall, Glas und dergleichen), das beschichtet ist mit: (a) einem lichtempfindlichen Material, das bei Bestrahlung Silberatome bildet, (b) einem relativ lichtunempfindlichen reduzierbaren Silber-Ausgangsmaterial, (c) einem Reduktionsmittel (d. h. einem Entwickler) für Silberionen, beispielsweise die des lichtunempfindlichen Silber-Ausgangsmaterials, und (d) einem Bindemittel.

Thermographische bilderzeugende Materialien (d. h. wärmeentwickelbare Artikel), die mit der Trockenvorrichtung 10 getrocknet werden können, sind im Repro-Gewerbe bestens bekannt und beruhen auf dem Einsatz von Wärme zur Erzeugung eines Bildes. Diese Artikel umfassen im allgemeinen ein Substrat (beispielsweise aus Papier, Plastik, Metall, Glas und dergleichen) und eine auf diese aufgebrachte Beschichtung aus: (a) einem wärmeempfindlichen reduzierfähigen Silber-Ausgangsmaterial, (b)einem Reduktionsmittel für das wärmeempfindliche reduzierfähige Silbe-Ausgangsmaterial (d. h. einem Entwickler) und (c) einem Bindemittel.

Die erfindungsgemäss verwendeten photothermographischen, thermographischen und photographischen Emulsionen sind auf eine Vielzahl der verschiedensten Substrate aufbringbar. Für das Substrat (auch bekannt als Bahn oder Träger) 14 steht je nach bilderzeugungstechnischer Anforderung eine breite Palette von Materialien zur Verfügung. Die Substrate können durchsichtig, lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig sein. Als typische Substrate wären zu nennen: Polyesterfolie (zum Beispiel Polyethylenterephthalat oder Polyethylennaphthalat), Zelluloseacetatfolie, Zelluloseesterfolie, Polyvinylacetatfolie, Polyolefinfolie (beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen bzw. Gemische derselben), Polycarbonatfolie und verwandte bzw. harzartige Materialien sowie Aluminium, Glas, Papier und dergleichen.

BEISPIELE

Anhand der nachfolgenden Beispiele werden exemplarische Verfahrensweisen zur Herstellung und Trocknung erfindungsgemässer Artikel aufgezeigt. Es werden photothermographische bilderzeugende Elemente dargestellt. Soweit nicht anders ausgeführt, sind alle in diesen Beispielen verwendeten Materialien aus normalen Bezugquellen erhältlich wie beispielsweise von der Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI. Alle Prozentangaben verstehen sich in Gewichtsprozent, soweit keine gegenteilige Regelung getroffen ist. Es kommen die nachfolgend definierten Materialien zum Einsatz:

AcryloidTM A-21 ist ein von Rohm and Haas, Philadelphia, PA, beziehbares Acryl-Copolymer.

ButvarTM ist ein Polyvinylbutyralharz der Monsanto Company, St. Louis, MO.

CAB 171-15S ist ein bei der Eastman Kodak Co. erhältliches Zelluloseacetatbutyratharz.

CBBA ist 2-(4-Chlorobenzoyl)Benzoesäure.

1,1-bis(2-Hydroy-3,5-Dimethylphenyl)-3,5,5-Trimethylhexan (CAS RN = 7292-14-0) wird geliefert von St-Jean Photo Chemicals, Inc., Quebec. Es handelt sich hier um ein Reduktionsmittel (d. h. einen gehinderten Phenolentwickler) für das lichtunempfindliche reduzierfähige Silber-Ausgangsmaterial. Dieses Material ist auch bekannt als NonoxTM und PermanaxTM WSO.

THDI ist ein cyclisches Trimer des Hexamethylenediisocyanats, das von der Bayer Corporation Co., Pittsburgh, PA, hergestellt wird und auch unter dem Namen DesmodurTM WSO bekannt ist.

Sensitizing Dye-1 (Sensibilisator) ist in der US-PS Nr. 5 393 654 beschrieben und hat folgende Struktur:

2-(Tribrommethylsulfonyl)Chinolin ist in der USA PS Nr. 5 460 938 offenbart und weist die nachstehende Struktur auf:

Die Herstellung von Fluorinated Terpolymer A(FT-A) ist in der USA PS Nr. 5 380 644 beschrieben. Es besitzt die nachstehende unregelmässige Polymerstruktur, wobei m = 70, n = 20 und p = 10 (in Monomer-Gew.-%):

Beispiel 1

Es wurde wie in der US-PS Nr. 5 382 504 beschrieben eine Dispersion einer vorgeformten Silberbehenat-Kern/Hülle-Seife hergestellt, wobei Silberbehenat, ButvarTM B-79 Polyvinylbutyral und 2-Butanon in den Verhältnissen gemäss Tabelle 3 eingesetzt wurden:

Tabelle 3 - Silberbehenat-Dispersion

Komponente Gew.-%

Silberbehenat 20,8%

ButvarTM B-79 2,2%

2-Butanon 77,0%

Sodann wurde eine photothermographische Emulsion durch Zugabe von 9,42 lb (4,27 kg) 2-Butanon sowie eines Vorgemisches aus in 177,38 g Methanol gelösten 31,30 g Pyridinium- Hydrobromid-Perbromid zu 95,18 lb (43,17 kg) der Dispersion der vorgeformten Silberbehenat-Seifen hergestellt. Nach 60- minütigem Vermischen wurden 318,49 g eines Vorgemischs von 15,0 Gew.-% Kalciumbromid in Methanol zugesetzt und 30 Minuten lang gemischt. Anschliessend wurde ein Vorgemisch aus 29,66 g 2-Mercapto-5-Methylben-zimidazol, 329,31 g 2-(4-Chlorbenzoyl) Benzoesäure, 6,12 g Sensitizing Dye-1 (Sensibilisator) und 4,76 lb (2,16 kg) Methanol zugegeben. Nach erfolgtem Vermischen auf die Dauer von 60 Minuten wurden 22,63 lb (10, 26 kg) ButvarTM B-79 Polyvinylbutyralharz hinzugefügt und 30 Minuten lang vermischt. Nachdem das Harz in Lösung gegangen war, wurde ein Vorgemisch aus 255,08 g 2-((Tribrommethylsulfonyl)Chinolin in 6,47 lb (2,93 kg) 2-Butanon zugesetzt und 15 Minuten lang durchgemischt. Es folgte die Zugabe von 5,41 lb (2,45 kg) 1,1- bis(2-Hydroy-3,5-Dimethyl)-3,5,5-Trimethylhexan und die weitere Vermischung auf die Dauer von 15 Minuten. Sodann wurde ein Vorgemisch aus 144,85 g THDI und 72,46 g 2-Butanon zugegeben und 15 Minuten lang gemischt. Als nächstes wurden 311,61 g einer 26.0%igen Lösung aus Tetrachlorphthalsäure in 2-Butanon zugesetzt und 15 Minuten gemischt. Schliesslich folgte noch die Zugabe einer Lösung aus 243,03 g Phthalazin und 861,64 g 2-Butanon und die Vermischung derselben auf die Dauer von 15 Minuten.

Es wurde eine Deckschichtlösung hergestellt durch Zugeben von 564,59 g Phthalsäure zu 30,00 lb (13,61 kg) Methanol und Vermischen dieser Substanzen, bis die Feststoffe in Lösung übergegangen waren. Nach erfolgter Zugabe von 174,88 lb (79,3 kg) 2-Butanon wurden 149,69 g Tetrachlorphthalsäure zugesetzt und 15 Minuten lang gemischt. Anschliessend wurden 34,38 lb (15,59 kg) CAB 171-15S Harz hinzugefügt und 1 Stunde lang gemischt. Nach Auflösung des Harzes wurden 2,50 lb (1,13 kg) einer 15.0 gew.-%igen Lösung aus FT-A in 2-Butanon zugegeben und 15 Minuten gemischt. Es folgte die Zugabe eines Vorgemischs aus 26,33 lb (11,94 kg) 2-Butanon und 630,72 g des Harzes Acryloid A-21 sowie eines Vorgemischs von 26, 33 lb (11,94 kg) 2-Butanon, 796,60 g des Harzes CAB 171-15S und 398,44 g Kalziumcarbonat und Vermischen dieser Substanzen auf die Dauer von 10 Minuten.

Eine Trockenvorrichtung 10A der in Fig. 23 dargestellten Art wurde zur Herstellung eines photothermographischen Artikels benutzt (wobei die erste Zone 18A in dieser Trockenvorrichtung 10A gemäss Fig. 23 keine Unterzonen bilden kann). Ein Polyestersubstrat mit einer Dicke von 6,8 mil (173 um) wurde gleichzeitig mit der photothermographischen Emulsion und der Deckschichtlösung mit einer Geschwindigkeit von 75 Fuss/Min (0,38 m/s) beschichtet, wobei der Auftrag der photothermographischen Emulsionsschicht mit einer Nassdicke von 3,2 mil (81,3 um) und der Deckschichtlösung mit einer Nassdicke von 0,75 mil (19,1 um) erfolgte. Nach Passieren des Beschichtungswerkzeugs legte das beschichtete Substrat 16A eine Strecke von ca. 13 Fuss (4 m) zurück und gelangte sodann über einen Eintragschlitz in einen aus 3 Zonen bestehenden Trockner. Die erste Zone 18A war mit Airfoils 30A unter dem beschichteten Substrat 16A ausgestattet, welche die Zufuhr von Trockengas besorgten und das Substrat 16A in der Schwebe hielten. Weiterhin waren Luftbalken 34A in Lochplattenausführung 20 cm über dem beschichteten Substrat 16A angeordnet, die der Zufuhr von Obergas zur Aufrechterhaltung sicherer Betriebsbedingungen unterhalb der Lösungsmittel-Flammbarkeitsgrenze dienten. Der Grossteil des Trockengases wird über die hinteren Airfoils 30A beigestellt (d. h. die Wärme gelangt von unterhalb des Substrats 14A zur Beschichtung 12A). Die Lufttemperatur wurde in jeder Zone auf den jeweils gleichen Wert eingestellt, doch erfolgte die Steuerung des Luftdrucks und damit der Luftströmungsgeschwindigkeit für die Airfoils 30A und die Luftbalken 34A separat. Die Beschichtung 12A wurde in der ersten Ofenzone bis auf Marmorierfestigkeit getrocknet. Die der Abführung von Restlösungsmittel dienenden zweiten und dritten Ofenzonen 20A, 21A wurden im parallelen Gegenstrom gefahren (in den Figuren ist die Luftströmungsrichtung durch Pfeile bezeichnet).

Die erfassten Variablen waren die Trockengastemperatur Tgas und die Wärmeübergangszahl h. Die Änderung der Wärmeübergangszahl h erfolgte über die Einstellung des Airfoil-Druckgefälles mit unabhängiger Messung.

Die Präsenz und Stärke der Marmorierung wurde im Wege von "Graumustern" bestimmt, und zwar durch Aussetzen an einen gleichmässigen Lichtbefall und Entwicklung bei 255ºF (124ºC) unter Einsatz eines Heizwalzenprozessors (nicht dargestellt) dergestalt, dass eine gleichmässige optische Dichte von beispielsweise zwischen 1,0 und 2,0 erzielt wurde.

Das Ausmass der Marmorierungs-Fehler wurde subjektiv durch Vergleich der Muster auf einem Leuchtkasten ermittelt. Die entwickelten Filme wurden visuell auf Marmorierung geprüft und relativ zueinander bewertet, wobei die Fehlerquote als hoch, mittel und niedrig eingestuft wurde.

Die in der ersten Zone 18A eingestellten Bedingungen und die jeweils erzielten Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 4 zusammengefasst. Mit der Erhöhung von DPbot oder Tgas nahm auch der Grad der Marmorierungs-Fehler zu.

Tabelle 4 - Bedingungen in der ersten Zone

WOBEI:

DPbot = Druckgefälle über die Airfoils 31A hinweg

DPtop = Druckgefälle über die Luftbalken 34A hinweg

Tgas = Temperatur des aufgeheizten Trockengases

Dpstatic = Druckgefälle zwischen der ersten Zone 18A und dem Beschichtungsraum (nicht dargestellt). Das Negativzeichen besagt, dass die Trockenvorrichtung einen niedrigeren Druck führt als der Beschichtungsraum. Dieser Wert wurde aufrechterhalten durch Modulierung des Austraggebläses (nicht dargestellt).

Durch "härteres" Trocknen wurde der Fehlerbefall verstärkt. Eine Erhöhung der Trocknungsbedingungen ausschliesslich über die verfügbaren Betriebsparameter würde keine repräsentativen Schlussfolgerungen über die Beeinflussung der Marmorierungs-Fehler zulassen. Die Änderung des Druckgefälles von 0,125 auf 0,5 kPa stellt eine Erhöhung um den Faktor 4 dar. Eine geeignete Temperaturgrösse ist die Differenz zwischen dem Trockengas und dem Substrat bei dessen Eintritt in die Zone. Diese Temperaturgrösse entspricht einer Erhöhung um den Faktor 2,3, nachdem die Gastemperatur von 37,8ºC auf 60ºC anstieg. Man könnte erwarten, dass durch Änderung des Airfoil-Gefälles pin grösserer Einfluss auf die Marmorierungs-Fehlerbildung ausgeübt würde, doch ist das Gegenteil der Fall.

Zur Bestimmung des Einflusses auf die Marmorierungs-Fehler ist eine passendere Grösse wie beispielsweise das Produkt aus der Wärmeübergangszahl und der Differenz zwischen der Temperatur des Trockengases Tgas und der Temperatur des beschichteten Substrats Tcs beim Eintritt in die Zone zu berücksichtigen. Dieses Produkt ist die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung auf den Film und eine direktes Mass der Filmerwärmungsgeschwindigkeit. Wie aus der nachstehenden Tabelle 5 ersichtlich wurde durch Erhöhung der anfänglichen Wärmeübergangsrate auf den Film (h DTi) der Befall mit Marmorierungs- Fehlern verstärkt.

Tabelle 5

ΔTi = die Differenz zwischen Tgas und Tcs(i),

Tcs(i) = die Anfangstemperatur des beschichteten Substrats unmittelbar vor dessen Eintritt in die Trockenvorrichtung 10A.

Beispiel 2

Unter Verwendung der Beschichtungsmaterialien und des Ofens wie im Beispiel 1 beschrieben wurden die photothermographische Emulsion und die Deckschichtlösung gleichzeitig 3,6 mil (91,4 um) bzw. 0,67 mil (17,0 um) dick auf ein Polyestersubstrat von 6,8 mil (173 um) Dicke aufgebracht.

Graumuster wurden wie für das Beispiel 1 beschrieben hergestellt und ausgewertet. Die in Tabelle 6 zusammengefassten Betriebsbedingungen und Ergebnisse zeigen auf, dass bei Erhöhung der dem Film mitgeteilten anfänglichen Wärmeübergangsrate (hΔTi) die Stärke des Marmorierungs-Fehlerbefalls zunahm. Genauer gesagt vergrösserte sich die Befallstärke, wenn bei einer konstanten Wärmeübergangszahl die anfängliche Temperaturdifferenz zwischen der Beschichtung 12A und dem Trockengas vergrössert wurde.

Tabelle 6

Beispiel 3

Es wurden Lösungen wie im Beispiel 1 beschrieben hergestellt und gleichzeitig mit 100 Fuss/Min (0,508 m/s) auf ein Polyestersubstrat niedergebracht. Nach Passieren des Beschichtungswerkzeugs legte das Substrat eine Wegstrecke von ca. 10 Fuss (3 m) zurück, um sodann wie in Fig. 3 dargestellt über einen Schlitz in einen Trockner mit 3 Zonen einzutreten. Die Geschwindikeit der im parallelen Gegenstrom fliessenden Luft wurde konstant gehalten und die Temperatur wie aus Tabelle 7 ersichtlich variiert. Bei Erhöhung der dem beschichteten Substrat 16 beaufschlagten anfänglichen Wärmeübergangsrate (hDTi) nahm die Stärke des Marmorier-Fehlerbefalls zu. Ohne Berücksichtigung der Grösse der Wärmeübergangszahl h sind keine direkten Vergleiche zwischen den Öfen der Beispiele 2 und 3 möglich.

Tabelle 7

Beispiel 4

Es wurden Lösungen wie im Beispiel 1 beschrieben hergestellt und gleichzeitig mit 25 Fuss/Min (0,127 m/s) auf ein Polyestersubstrat aufgebracht. Nach Passieren des Beschichtungswerkzeugs legte das Substrat eine Wegstrecke von ca. 10 Fuss (3 m) zurück und trat sodann über einen Schlitz in einen Trockner mit 3 Zonen ähnlich der ersten Zone 18A gemäss Fig. 23 ein. Es handelt sich hier um einen Ofen mit unteren Airfoils und oberen Luftbalken sowie Luftfluss im gesamten Ofen. Als Atmosphäre diente Inertgas und es konnte der Lösungsmittel-Teildruck durch Einsatz einer Kondensatorschleife gesteuert werden. Die Versuchsbedingungen sind nachstehend in den Tabellen 8 (Zone 1) und 9 (Zone 2) zusammengefasst. Bei Vergrösserung des Produkts (hDTi)in Zone 1 nahm der Marmorierungsbefall zu. Weiter wurde bei einem gegebenen Produkt (hDTi) in Zone 1 durch das Produkt (hDTi) in Zone 2 die Marmorierung beeinflusst. Beim Eintritt der Beschichtung in die Zone 2 im noch nicht marmorierfesten Zustand wurde durch eine Verringerung des Produkts (hDT&sub1;) in Zone 2 eine Verringerung des Marmorier-Fehlerbefalls bewirkt.

Tabelle 8 - Zone 1
Tabelle 9 - Zone 2


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Verdampfen eines Beschichtunslösungsmittels aus einer auf einem Substrat (14) befindlichen Beschichtung (12) und zum Minimieren des Entstehens von Marmorierungs-Fehlern während des Verdampfens des Beschichtungslösungsmittels, wobei das Substrat (14) eine erste und eine zweite Substratoberfläche aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Aufbringen der Beschichtung (12) auf die erste Substratoberfläche des Substrats mit einer ersten Beschichtungsdicke, wobei die Beschichtung (12) beim Aufbringen auf die erste Substratoberfläche eine erste Beschichtungsviskosität und eine erste Beschichtungstemperatur aufweist;

(b) Erhitzen der Beschichtung (12) mittels eines ersten Trockengases mit höchstens einer ersten Wärmeübergangsrate, wobei das erste Trockengas eine erste Trockengastemperatur hat, wobei die erste Wärmeübergangsrate gebildet wird durch eine erste Wärmeübergangszahl und eine erste Temperaturdifferenz zwischen der ersten Beschichtungstemperatur und der ersten Trockengastemperatur, die erste Wärmeübergangsrate eine maximale Verdampfung des Beschichtungslösunsmittels ohne wesentliche Entstehung von Marmorierungs-Fehlern bewirkt, während die Beschichtung (12) ihre erste Beschichtungsdicke und ihre erste Beschichtungsviskosität aufweist, und die Beschichtung (12) überwiegend durch das der zweiten Substratoberfläche benachbarte erste Trockengas erhitzt wird; und

(e) Erhitzen der Beschichtung (12) mittels eines zweiten Trockengases mit höchstens einer zweiten Wärmeübergangsrate, nachdem ein erster Teil des Beschichtungslösungsmit tels verdampft wurde und die Beschichtung (12) eine zweite Nassdicke und eine zweite Viskosität angenommen hat, wobei die Beschichtung (12) unmittelbar vor ihrem Erhitzen durch das zweite Trockengas eine zweite Temperatur aufweist, die zweite Nassdicke geringer als die erste Nassdicke ist, das zweite Trockengas eine zweite Trockengastemperatur hat, die zweite Wärmeübergangsrate gebildet wird durch eine zweite Wärmeübergangszahl und eine zweite Temperaturdifferenz zwischen der zweiten Beschichtungstemperatur und der zweiten Trockengastemperatur, die zweite Wärmeübergangsrate eine maximale Verdampfung des Lösungsmittels ohne wesentliche Entstehung von Marmorierungs-Fehlern bewirkt, während die Beschichtung (12) ihre zweite Nassdicke und ihre zweite Viskosität aufweist, wobei mindestens entweder die zweite Wärmeübergangszahl oder die zweite Trockengastemperatur grösser ist als die entsprechende erste Wärmeübergangszahl bzw. erste Trockengastemperatur, und die Beschichtung (12) überwiegend durch das der zweiten Substratoberfläche benachbarte Trockengas erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Erhitzens der Beschichtung (12) mittels eines dritten Trockengases mit höchstens einer dritten Wärmeübergangsrate, nachdem ein zweiter Teil des Beschichtungslösungsmittels verdampft wurde und die Beschichtung (12) eine dritte Nassdicke und eine dritte Viskosität angenommen hat, wobei die Beschichtung (12) unmittelbar vor ihrem Erhitzen durch das dritte Trockengas eine dritte Beschichtungstemperatur aufweist, die dritte Nassdicke geringer als die zweite ist, das dritte Trockengas eine dritte Trockengastemperatur hat, die dritte Wärmeübergangsrate gebildet wird durch eine dritte Wärmeübergangszahl und eine dritte Temperaturdifferenz zwischen der dritten Beschichtungstemperatur und der dritten Trockengastemperatur, die dritte Wärmeübergangsrate eine maximale Verdampfung des Beschichtungslösungsmittels ohne wesentliche Ent stehung von Marmorierungs-Fehlern bewirkt, wenn die Beschichtung (12) ihre dritte Nassdicke und ihre dritte Viskosität aufweist, mindestens entweder die dritte Wärmeübergangszahl oder die dritte Trockengastemperatur grösser ist als die entsprechende zweite Wärmeübergangszahl bzw. zweite Trockengastemperatur, und die Beschichtung (12) überwiegend durch das der zweiten Substratoberfläche benachbarte Trockengas erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zweite Viskosität grösser als die erste Viskosität ist, wobei die dritte Viskosität grösser als die zweite Viskosität ist, wobei die zweite Wärmeübergangsrate grösser als die erste Wärmeübergangsrate ist und wobei die dritte Wärmeübergangsrate grösser als die zweite Wärmeübergangsrate ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erhitzens der Beschichtung (12) mit höchstens einer ersten Wärmeübergangsrate das Erhitzen der Beschichtung (12) bei ungefähr der ersten Wärmeübergangsrate aufweist und wobei der Schritt des Erhitzens der Beschichtung (12) mit höchstens der zweiten Wärmeübergangsrate das Erhitzen der Beschichtung (12) bei ungefähr der zweiten Wärmeübergangsrate aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit dem Schritt: Bestimmen, ob die Beschichtung (12) die zweite Beschichtungstemperatur erreicht hat und dem Schritt: Bestimmen, ob die Beschichtung (12) die dritte Beschichtungstemperatur erreicht hat.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Gas benachbart zur ersten Substratoberfläche vorhanden ist, wobei das Gas eine Gasgeschwindigkeit relativ zu der ersten Substratoberfläche hat, wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist: Aufrechterhalten der Gasgeschwindigkeit auf einem Wert, der nicht grösser ist als ein Gasgeschwindigkeitsschwellenwert, bei dem die Entstehung wesentlicher Marmorierungs- Fehler in der Beschichtung (12) verhindert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich das Substrat (14) in einer Substratbewegungsrichtung bewegt, wobei das der zweiten Substratoberfläche benachbarte Trockengas mindestens Trockengas ist, das auf die zweite Substratoberfläche aufprallt, Trockengas ist, das im allgemeinen in einer Richtung gleich der Substratbewegungsrichtung fliesst, Trockengas ist, das im allgemeinen im Gegenstrom zur Substratbewegungsrichtung fliesst, Trockengas ist, das im allgemeinen rechtwinklig zur Substratbewegungsrichtung fliesst, und/ oder Trockengas ist, das im allgemeinen diagonal zur Substratbewegungsrichtung fliesst.

8. Vorrichtung (10) zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (10) aufweist:

(a) eine Einrichtung zum Erhitzen einer Beschichtung (12) auf einer ersten Substratoberfläche mit einem ersten Trockengas mit höchstens einer ersten Wärmeübergangsrate, wobei die Beschichtung (12) beim Auftrag auf die erste Substratoberfläche eine erste Beschichtungsdicke, eine erste Beschichtungsviskosität und eine erste Beschichtungstemperatur aufweist, wobei das erste Trockengas eine erste Trockengastemperatur hat, die erste Wärmeübergangsrate gebildet wird durch eine erste Wärmeübergangszahl und eine erste Temperaturdifferenz zwischen der ersten Beschichtungstemperatur und der ersten Trockengastemperatur, die erste Wärmeübergangsrate eine maximale Verdampfung des Beschichtungslösungsmittels ohne Entstehung wesentlicher Marmorierungs-Fehler bewirkt, während die Beschichtung (12) ihre erste Beschichtunsdicke und ihre erste Beschichtungsviskosität aufweist, und die Beschichtung (12) vorwiegend durch das der zweiten Substratoberfläche benachbarte erste Trockengas erhitzt wird; und

(b) eine Einrichtung zum Erhitzen der Beschichtung (12) durch ein zweites Trockengas mit höchstens einer zweiten Wärmeübergangsrate, nachdem ein erster Teil des Beschichtungslösungsmittels verdampft wurde und die Beschichtung (12) eine zweite Nassdicke sowie eine zweite Viskosität angenommen hat, wobei die Beschichtung (12) eine zweite Beschichtungstemperatur unmittelbar vor dem Erhitzen durch das zweite Trockengas aufweist, die zweite Nassdicke geringer ist als die erste Nassdicke, das zweite Trockengas eine zweite Trockengastemperatur hat, die zweite Wärmeübergangsrate gebildet wird durch eine zweite Wärmeübergangszahl und eine zweite Temperaturdifferenz zwischen der zweiten Beschichtungstemperatur und der zweiten Trockengastemperatur, die zweite Wärmeübergangsrate eine maximale Verdampfung, aber eine nur geringfügige Marmorierung bewirkt, wenn die Beschichtung (12) die zweite Nassdicke und die zweite Viskosität hat, wobei die zweite Wärmeübergangszahl und/oder die zweite Trockengastemperatur grösser ist als die entsprechende erste Wärmeübergangszahl bzw. erste Trockengastemperatur, und die Beschichtung (12) vorwiegend durch das der zweiten Substratoberfläche benachbarte Trockengas erhitzt wird.

9. Verfahren zum Verdampfen eines Beschichtungslösungsmittels aus einer auf einer ersten Substratoberfläche eines Substrats (14) befindlichen Beschichtung (12) und zum Minimieren des Entstehens von Marmorierungs-Fehlern in der Beschichtung während des Verdampfens des Beschichtungslösungsmittels, wobei die Beschichtung beim Auftrag auf das Substrat eine erste Beschichtungstemperatur Tc1 und das Substrat (14) eine der ersten Substratoberfläche gegenüberliegende zweite Substratoberfläche aufweist, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet:

(a) Bereitstellen einer ersten Verdampfungsumgebung für die Beschichtung (12), wobei die erste Verdampfungsumgebung ein die Beschichtung (12) vornehmlich durch Strömung entlang der zweiten Substratoberfläche erhitzendes Trockengas enthält;

(b) Bewegen des zu der zweiten Substratoberfläche benachbarten Trockengases mit einer ersten Trockengasgeschwindigkeit, um eine erste Wärmeübergangszahl h&sub1; zu bilden, und Erhitzen des Trockengases auf eine erste Trockengastemperatur Tgas1, so dass das Produkt

h&sub1; (Tgas1 - Tc1)

nicht grösser ist als ein erster Schwellenwert, um die Entstehung von Marmorierungs-Fehlern im wesentlichen zu verhindern;

(c) Bestimmen des ersten Schwellenwerts für das Produkt h&sub1; (Tgas1 - Tc1); und

(d) Transportieren des Substrats (14) durch die erste Verdampfungsumgebung.

10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner mit den Schritten:

(e) Bereitstellen einer zweiten Verdampfungsumgebung für die Beschichtung (12) bei einer zweiten Beschichtungstemperatur Tc2, wobei die zweite Verdampfungsumgebung ein Trockengas aufweist, das die Beschichtung (12) vorwiegend durch das der zweiten Substratoberfläche benachbarte Trockengas erhizt;

(f) Bewegen des zu der zweiten Substratoberfläche benachbarten Trockengases mit einer zweiten Trocknungsgeschwindigkeit zum Bilden einer zweiten Wärmeübergangszahl h2 und Erhitzen des Trockengases auf eine zweite Trockengastemperatur Tgas2, so dass das Produkt

h&sub2; (Tgas2 - Tc2)

nicht grösser ist als ein zweiter Schwellenwert, um die Entstehung von Marmorierungs-Fehlern im wesentlichen zu verhindern, während sich die Beschichtung (12) in der zweiten Verdampfungsumgebung befindet;

(g) Bestimmen des zweiten Schwellenwerts für das Produkt

h&sub2; (Tgas2 Tc2);

und

(h) Transportieren des Substrats (14) durch die zweite Verdampfungsumgebung.







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