10/22 Roll To Roll塗工製品製造における乾燥技術のコツとツボ

Roll To Roll塗工製品製造における乾燥技術のコツとツボ

～乾燥現象の捉え方、乾燥起因のトラブル対策、スケールアップ～

講師

AndanTEC　代表　兼　Roll To Roll研究会　代表　浜本 伸夫　氏
元現富士フイルム（株）、元サムスン電子

■略歴
1992年　北海道大学 工学部 合成化学工学専攻 修士修了
　　同年　富士写真フィルム 塗工を中心としたフィルム生産工程業務に従事
2007年 　同 社　フラットパネル生産部 主任技師(管理職)
2013年　サムスン電子 総合技術院 素材開発センター 主席研究員 新素材開発に従事
2019年　栗村化学 工程開発チーム長 粘着フィルム・離型フィルム等の工程開発
2021年　米国 Zymergen社 シニアマネージャー バイオ由来ポリイミド開発
2022年　ミドリ安全 商品開発部 ジェネラルマネージャー ニトリルゴム手袋開発
2023年　AndanTECとして執筆・講演・コンサル業に専念

■専門
塗工／Roll To Roll製造／クリーンルーム／静電気

セミナー趣旨

機能性フィルムをRoll To Rollのウェット工程で製造する際、塗って乾かす工程が必ず必要になる。この中で、乾燥工程は膜質に大きく影響し、新製品開発をスケールアップして量産機で試作しても、少量品の品質性能を再現しにくい一因である。更に乾燥速度は生産能力速度に直結するので、品質を損なわずに生産性を保つ乾燥方法と条件を見つめなければならない。しかし、乾燥を解説した書物や論文は特殊な現象を取り扱っていたり、厳密さを突き詰めるがあまり、数式が羅列して難し過ぎる。また、水系と有機溶媒系で共通して取り扱う書物が少ない。一方、乾燥現象は洗濯や風呂あがりのドライヤーなど、日常生活で経験する現象であり、乾き方や乾燥時間について誰もがイメージを持っているし、水系・有機溶媒系に関わらず移動現象として共通した説明が可能である。
　そこで、「程ほどにイメージを持てる丁度良い解説」を目指して、このセミナーでは「乾燥プロセスのイメージ作り」ができるよう、乾燥現象のツボを難し過ぎず解りやすく解説する。基礎理論を紹介した上で、演習ツールを活用して、実際の乾燥条件の計算方法、乾燥パラメター（蒸発潜熱、飽和蒸気圧など）の推算方法、更に風ムラやベナールセルなど塗工品で発生する面状トラブルの原因と対策、赤外線乾燥のツボやホットプレート乾燥と熱風乾燥の違いなどを解説する。

セミナー講演内容

1．はじめに
　1-1．はじめに
　1-2．「減率乾燥」と「限界含水率」
　1-3．塗工と乾燥（開発とパイロットと量産）
　1-4．フィルムが利用されている製品は?
　1-5．製品に占めるフィルム要素
　1-6．フィルムの構成要素　～厚みと層数～
　1-7．塗る ～ 溶かした液を塗る（Dry厚 ÷ 濃度=Wet膜厚）
　1-8．開発のステップ
　1-9．実験室とRoll To Rollの違い
　1-10．乾かし方も色々
　1-11．日常生活で関わる乾燥（日常の風と熱風乾燥の比較）
　1-12．家庭の乾燥機器（ヘアドライヤー・ハンドドライヤー）
　1-13．乾燥の支配因子

2．【基礎編】 乾燥設備と溶媒の寄与
　2-1．乾燥風の供給方法（並列と直列）
　2-2．乾燥風の供給方法（並行流）
　2-3．乾燥風の吹き出し方式（二次元ノズル）　
　2-4．乾燥風の吹き出し方式（多孔板）　
　2-5．乾燥風の吹き出し方式（浮上系）　
　2-6．溶媒の寄与（水と他の溶媒の違い）
　2-7．乾燥に関わる物性値
　2-8．水系の乾燥速度
　2-9．塗膜の表面温度は湿球温度（空気線図）
　2-10．比エンタルピー（=潜熱+顕熱）
　2-11．水と他の溶媒との違い （1）蒸発潜熱
　2-12．他の溶媒との違い　（2）飽和蒸気圧
　2-13．他の溶媒との違い　（3）飽和蒸気圧と温度
　2-14．各溶媒の空気線図
　2-15．等湿球温度線　（1）水はLewis近似式
　2-16．等湿球温度線　（2）Colburn-Chiltonの相関
　2-17．物質と熱の拡散（ルイス数）
　2-18．乾燥に関わる物性値（蒸発潜熱の見積もり）
　2-19．飽和蒸気圧の温度依存性（アントワンの式）
　2-20．アントワン式の定数A,B,Cは沸点と飽和蒸気圧（常温）で見積もる
　2-21．アントワンの式による推算例（NMP, DMF, DMA, DMSO）
　2-22．有機溶剤系のガス濃度：爆発下限界（Lower Explosive Limit）基準
　2-23．LEL基準ガス濃度による膜面温度の見積もり（エタノール, NMP, DMF, DMA, DMSO）

3．定率期間と減率期間
　3-1．限界含水率と固形分濃度
　3-2．乾燥中の膜内の溶媒移動
　3-3．減率乾燥の実測（水～PVA）

4．【演習】　乾燥計算の練習（第1ラウンド）
　4-1．風量の影響
　4-2．湿度の影響
　4-3．風温の影響
　4-4．溶媒の影響

5．減率乾燥速度
　5-1．簡易計算法（乾燥係数 N＝1/2～2/3）
　5-2．乾燥係数をN＝1にすると?（収束しない）
　5-3．減率乾燥を実測で見積もる手順
　5-4．水系の限界点・仮想点・乾燥点（PVA水溶液）
　5-5．単溶剤系の乾燥速度（親水/疎水性と湿度）
　5-6．2成分系の乾燥（MEK+トルエン、MEK+シクロヘキサノン、MEK+EB）
　5-7．2成分系の乾燥挙動
　5-8．粒子～高分子の混合系（SiO2+PVA）
　5-9．粉体堆積層の減率乾燥（蒸発面の後退と2段階の減率乾燥）
　5-10．共沸混合物の乾燥

6．乾燥設備
　6-1．一般的な構成（予熱・加熱・絶乾・冷却）
　6-2．乾燥方式と伝熱係数
　6-3．各方式の能力比較
　6-4．乾燥効率の支配因子（噴流）
　6-5．噴流の距離と減衰
　6-6．多孔板と二次元ノズル（軸対象とスリット）
　6-7．多孔板と二次元ノズルの乾燥計算
　6-8．多孔板の孔形状
　6-9．幅要因（どこで排気するか?）
　6-10．風の分配と風向（傾斜ノズル）
　6-11．フローティング（浮上系）
　6-12．風の取り回し（直列と並列）
　6-13．風の取り回し（品質と省エネと投資）

7．【演習】 乾燥方式と必要な炉長（第2ラウンド）
　7-1．並行流
　7-2．二次元ノズル
　7-3．多孔板
　7-4．複合ゾーン　

8．乾燥起因の面状トラブルと対策
　8-1．ベナールセル（ゆず肌とマランゴニ効果に影響する物性）
　8-2．ハジキ（メカニズム）
　8-3．クリーン化による異物対策とクリーン度を維持する換気と風速
　8-4．塗工室の換気が誘発する風ムラ
　8-5．レベリングの理論（(Orchard式）と風ムラのレベリング
　8-6．工程クリーン度の診断
　8-7．塗工室と前後ゾーンの圧力バランスと気流の数値解析
　8-8．乾燥初期の風ムラ
　8-9．下向き塗工面による風ムラ対策（密度流）
　8-10．乾燥中の発泡トラブル対策
　8-11．白化現象の原因と対策
　8-12．マイグレーションによる白化
　8-13．不相溶による白化（表面保護フィルム）
　8-14．凝集系の乾燥
　8-15．乾燥過程の粘弾性変化
　8-16．多成分分散物の乾燥時の偏
　8-17．乾燥過程の粘弾性変化（レオインピーダンス）
　8-18．分散粒子の偏析（蒸発 vs 沈降）

9．調湿（膜中の残留溶媒の調整）
　9-1．残留溶媒の調整（絶乾と調湿）
　9-2．調湿時の含水率履歴
　9-3．調湿曲線の表現方法
　9-4．平衡含水率と湿度
　9-5．調湿の支配因子（風速に依存せず）
　9-6．表面抵抗による簡易評価
　9-7．乾燥炉内の調湿

10．赤外線乾燥
　10-1．赤外線の分類
　10-2．LIB生産効率の課題
　10-3．熱風との比較
　10-4．Roll To Roll工程への適用例
　10-5．近赤外線波長制御ヒータ（NIR型）
　10-6．波長制御 乾燥炉
　10-7．近赤外線乾燥の水の低温乾燥
　10-8．赤外線乾燥炉の特許事例
　10-9．レーザー乾燥

11.　実験室のホットプレート乾燥
　11-1．ホットプレートの加熱助走時間
　11-2．ホットプレート（ヒートロール）におけるバッチ乾燥
　11-3．接触熱抵抗の影響（数値計算の例）
　11-4．橘・佐野川の式による接触熱抵抗の見積もり
　11-5．接触熱抵抗の文献値
　11-6．ホットプレートの乾燥試算（DMFで試算）
　11-7．熱風でホットプレート同様に100℃乾燥すると?（DMFで試算）

質疑応答