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涂敷膜的干燥

发布时间:2021年08月18日    点击:[0]人次

涂敷膜的干燥

目前在软包装行业,许多生产工艺都要涉及到干燥。本文主要对PVDC涂敷薄膜的干燥工艺来进行讨论。

PVDC涂敷薄膜是将PVDC(聚偏二氯乙烯)水乳液涂敷在双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)、双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)、双向拉伸尼龙薄膜(BOPA)等薄膜上,从而制得具有高阻隔性能的薄膜。由于PVDC胶乳是水分散体,所以其干燥工艺就比较特殊了。

目前PVDC涂敷方式一般是采用凹版逆向轻触式涂布。其通过凹版辊将PVDC胶乳转移到薄膜上,然后通过干燥,PVDC胶乳在薄膜上形成一层厚度只有2~3μPVDC薄膜。由于胶乳是水分散体的特殊性,干燥主要分为两个阶段:

1、辐射干燥阶段;

2、热风循环干燥阶段。胶乳经过涂敷后首先进入辐射干燥系统。在辐射干燥系统部分,胶乳粒子会失去大部分水份而形成紧密的连接层,此时涂层就失去了原有的流动性。在这个状态下,胶乳粒子的体积百分率75%,重量百分率为83%。进入热风循环干燥系统后,胶乳粒子之间的水份在逐渐的丧失,由于毛细压力,胶乳粒子要填补因水分丧失而形成的空间。直到所有水份都蒸发干,致密的PVDC涂层也就形成了。然后通过冷却降温收卷和固化就得到PVDC涂敷膜了。

根据干燥基理,一般将干燥分为两个部分:

1、恒速干燥阶段;

2、降速干燥阶段。根据其基本定义,我们可以把这两个阶段等同对应的看成辐射干燥阶段和热风循环干燥阶段。下面具体的讨论两个干燥阶段所具有的不同的特性和应该注意的事项。

一、恒速干燥过程的讨论

恒速干燥的基本定义是在这个阶段中蒸发的速率保持恒定。这也是将辐射干燥阶段等同看成恒速干燥的原因。因为在这个阶段水份蒸发的速率几乎不受介质导热系数的影响。

辐射干燥器发光源有很多种,一般有以白炽灯、红外灯、石英灯等。其选用的基本依据是使输出的能源和溶剂吸收波谱相匹配。

可以先设定PVDC涂层的干重为3g/m2,PVDC胶乳的含固量为50%,即PVDC胶乳的涂敷量为6g/m2。在恒速干燥阶段(既辐射干燥阶段)所要蒸发的水份为a-a·50%÷83%=6-3÷83%≈2.4g(a为PVDC胶乳涂敷量6g/m2)。从而可以得到蒸发2.4g水份所需的热量,由此可以根据具体不同的ε值而得出干燥所要的时间。这个公式只能粗略的得出干燥工艺相关的基本参数,具体设定还需要经过不断的摸索。从公式中我们可以看出,当根据溶剂选定所用的辐射干燥气后,影响干燥速度的只有T1和T2,由于T2是涂敷膜表面温度,一般将其视为PVDC胶乳的温度,所以影响干燥速度的只有T1。T1越高则q值越大,则干燥速度越快。另外,水份的蒸发还涉及到整个辐射干燥器内部的饱和水蒸汽压,如果辐射干燥器内的水蒸汽越少(湿度越小),越有利于水份的蒸发。

综上所述,在PVDC涂敷干燥过程的恒速干燥阶段(辐射干燥阶段),如果辐射干燥器内温度越高,干燥器内空气湿度越小,则干燥速度越快。但是必须注意以下几点:

1、如果辐射干燥器的温度过高,会使涂层因温度过高而沸腾从而使PVDC涂层出现有气泡、斑块的外观缺陷。

2、降低干燥器内的湿度一般采用了排风装置,但是要密切关注风量。如果风量过小,则达不到降低温度的目的;如果风量过大会使涂层因受到风力而形成外观上的带状弊病(因为这个阶段在干燥初期,涂层还具有流动性,很容易因外力而受到损伤)。

二、降速干燥过程的讨论

在降速干燥阶段,随着热量的输入而干燥速度却降低了。在PVDC干燥的热风循环阶段正存在着这种现象。因为经过辐射干燥器,PVDC涂层已经因失去了83%的水份而形成了不具有流动性的涂层。此时水份蒸发的阻力主要来自涂层内部,包括水蒸汽在涂层中的扩散速度、涂层的导热系数等等。在这个阶段的干燥模式是水蒸汽通过扩散穿过了致密的PVDC联结层,然后在涂层表面形成一层液膜,液膜由高速热风将其气化。通过这个阶段,从狭义范围讲,PVDC涂敷膜的干燥已经全部完成了。在这个过程中我们需要控制的的要点有两个:

1、水蒸汽在涂层内的扩散;

2、液膜的气化。

①水蒸汽在涂层内的扩散

在这个过程中,由于PVDC致密联结层已经形成,只有提高温度才能使水蒸汽在PVDC层中的扩散速率增大,才能尽快将残留水份排出PVDC涂层。

②液膜的气化

在这个过程中影响气化的因素有两个,一是热风的流速,二是烘箱内空气的湿度。热风风速越大,湿度越小就越有利于液膜的气化。这里的气流速度应该比辐射干燥阶段的气流速度大,因为此时涂层已经比较稳定,高速气流不会对涂层产生破环作用。

在热风循环干燥阶段(降速干燥阶段),烘箱内的热风温度和风速应不使基材产生热收缩为限,尽可能提高温度和风速。

综合前面的内容,我们可以将PVDC涂敷膜干燥过程作如下一张示意图:

根据如上的示意图,我们可以清晰的看到各个不同阶段PVDC涂敷薄膜的烘干情况和涂层的温度变化。

PVDC涂敷膜干燥过程是一个非常复杂的过程,其间的操作技巧、控制方法、工艺参数等都需要在长期的实践经验中积累和摸索得到。本文仅仅从PVDC水性胶乳涂敷的干燥过程的机理出发,对该过程作了非常简浅的分析说明,希望能起到抛砖引玉的效果。

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