吳平耀、朱文彬 / 工研院材化所
為達到多功能塗佈產品要求，塗佈產品結構已經由單層結構朝向雙層結構、甚至三層以上結構趨勢發展。為提升製程效率並提高產品品質，開發雙層或三層同時塗佈製程技術有其必要性。本文針對狹縫式雙層及三層同時塗佈技術及工研院材料與化工研究所技術發展現況做一介紹。
【內文精選】
前 言
塗佈是在基材上被覆功能性塗層，為達到多功能產品設計，許多塗佈產品不再是單層結構，而是雙層、三層，甚至三層以上結構。多層結構塗佈產品在製程技術上，可利用分次塗佈來進行，但較無效率，若能多層同時塗佈，雖製程效率高，但技術難度也高。在進行多層同時塗佈時，各層的厚度、黏度、表面張力、所使用的溶劑等，皆需考量其關聯性，與單層塗佈只需考量個別塗料物性不同。
多層狹縫式塗佈類型
依產品型式不同，雙層及三層狹縫式塗佈有不同類型，包括：成捲基材雙層及三層連續塗佈、成捲基材雙層片狀塗佈、片狀基材雙層塗佈(圖二)。對於這三種類型的雙層或三層塗佈技術而言，都需要雙層或三層模具；但對片狀非連續雙層，還有雙層塗佈起始及結束控制的問題，在技術上而言更為困難。
圖二、(a)成捲基材雙層連續塗佈；(b)成捲基雙層片狀塗佈；(c)片狀基材雙層塗佈
多層狹縫式塗佈技術重點
在進行多層狹縫式塗佈時，所需技術較單層塗佈來得複雜，產品各層厚度、塗料物性與模具設計、操作參數的關聯性亦隨之變大。
1. 產品各層厚度
在進行多層狹縫式塗佈時，各層濕膜厚度及厚度比會影響成膜操作性，特別是上厚下薄的塗佈，模唇需特別設計。
2. 塗料物性
①各層黏度：各層塗料的黏度最好是相近，若是上層大於下層，則上層塗料會推擠下層塗料，不利於成膜操作。
②層間擴散問題：主要發生在低黏度的多層塗佈，因為相鄰兩層塗料黏度都很低，當進行多層塗佈時，相鄰兩層可能因層間擴散阻力低，造成擴散成一層，無法成為多層結構。
③各層表面張力：當塗料塗佈在基材上時，塗料的表面張力需小於基材表面的表面能，否則會產生無法被覆成膜(Dewetting)的現象。當進行多層塗佈時，下層塗料的表面張力需大於上層的表面張力，否則上層塗料無法被覆在下層塗料上。
④各層溶劑系統：考量塗料的穩定性，各層塗料溶劑系統的選擇最好相同或相近。
4. 連續式雙層間隔塗佈
有些鋰電池極板因產品結構功能設計，需在成捲基材上做雙層間隔塗佈，上/下層的厚度比約在1:4~4:1，生產速度可至25 m/min。一般在成捲基材做單層間隔塗佈時，是透過供料閥切換，達到間隔塗佈，此一技術已臻成熟。當由單層間隔變成雙層間隔塗佈時，同樣是各層透過供料閥切換，達到間隔塗佈，但上/下層供料的出料及收料時間差，會影響片與片之間兩層塗佈起始及結束的上/下層厚度分佈。除了塗佈起始及結束的供料控制，連續式雙層間隔塗佈模具的模唇設計是另一重點，為了達到間隔的目的，其形狀及尺寸與連續塗佈之設計並不相同。
5. 片狀基材雙層塗佈
在片狀基材塗佈機裝上雙層模具及兩套供料系統，即可在片狀基材進行雙層塗佈。此類塗佈是由靜止到穩態、再到靜止，與在成捲基材進行連續式間隔塗佈的控制機理並不相同，但兩層塗佈之起始及結束的控制都是關鍵，將直接影響塗佈有效區域的大小。
工研院材化所多層塗佈技術發展成果
在經濟部產業技術司科技專案支持下，工研院材料與化工研究所開發雙層及三層狹縫式塗佈技術已發展多年，累積許多技術，分述如下：
1. 片狀基材雙層塗佈
材化所擁有基板尺寸370 mm × 470 mm的片狀基材塗佈機，配備有兩套供料系統及最大塗幅200 mm的雙層模具，可在片狀基材表面進行雙層塗佈樣品製作，作為後續樣品功能評估，適合雙層塗佈產品塗料開發的先期評估。
3. 雙層及三層模具內部流道設計
材化所協助國內狹縫式塗佈模具供應國產化，迄今已累積設計超過50支單層模具，應用於LCD BM光阻塗佈，最大塗幅2,597 mm；應用於鋰電池雙層極板間隔塗佈之雙層模具，最大塗幅600 mm；應用於軟板產業TPI/PI/TPI產品結構之三層塗佈模具，最大塗幅535 mm（圖四），上/中/下層的乾膜厚度分別為1.46/23.25/1.58 μm。所設計的模具皆於終端客戶上機驗證，獲得良好成果 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖四、TPI/PI/TPI三層塗佈
★本文節錄自《工業材料雜誌》450期，更多資料請見下方附檔。