转载：无溶剂硅油涂布技术及其应用
2011-06-04 17:01阅读：
无溶剂硅油涂布技术及其应用
马秀欠 ，包能胜 ，许鹏。，葛汝峰。，陈芳园。
(1．汕头大学，汕头515063
2．汕头轻工装备研究院，汕头515063；3．汕头市华鹰软包装设备总厂有限公司，汕头515064)
摘要：无溶剂硅油涂布技术复杂，在整个涂布过程中存在诸多技术难点。随着技术的不断创新，无溶剂硅油涂布技术以其更健康、更环保、更安全、更节能、更高效、更具有实用价值的优势，成为了行业解决能源短缺和大气污染问题可选择的对策之一。首先详细描述了无溶剂硅油涂布机的组成及工作原理，随后给出了无溶剂硅油涂布机的结构设计。在此基础上，讨论了在这个过程中关键的技术与部件，特别是涂布量的控制方法。
关键词：无溶剂硅油涂布；涂布；涂布机；硅油
中图分类号：TQ437 ．2；TQ639．2 文献标识码：A
文章编号：1001—3563(2008)12—0020—03Solvent·less Silicone Oil
Coating Technology and Its ApplicationMA Xiu—qian1,2，BA0
Neng—sheng1,2，XU Peng。，GE R 一feng。，CHEN Fang—yuan。(1．Shantou
University，Shantou 515063，China；2．Shantou Institute for Light
Industrial Equipment ResearchShantou 515063，China；3．Shantou Huaying
Soft—Packing Equipment Plant Ltd．，Shantou 515064 l China)
Abstract：Solvent-less silicone oil coating technology
is very complex and has many technical difficul—ties in the process
of solvent-less coating．W ith continuous technical
innovations，solvent—less silicone o
ilcoating technology has the advantages of more healthy，more
environmental protection，more secure，moreenergy saving I more
efficient，and more practical value；it become one of the solutions
to overcome the twomost pressing problems—energy shortage and air
pollution．The composition 1 working principle，and struc—tural
design of the solvent—less silicone oil coater were introduced．The
key technologies and componentsassociated with this process were
discussed and the coating weight control method was specially
focused．
Key words：solvent—less silicone
coating；coating；coater；silicone oil
在溶剂型的硅油涂布中，利用减少涂料固含量来使涂层变的稀薄是非常常见的。溶剂型的硅油涂布有许多优点，如织物渗透性好，在涂层开始时能够最精确的控制粘度，无论采纳何种工艺，都可用烘箱固化，同时去除可挥发性有机化合物
(VOCs)，表面不会产生气泡等[1]。但是，在过去几年它们的缺点也变的显而易见。含有溶剂的硅油溶液稀释需要大量的溶剂，并在涂布机中产生大量废气，这样就会因挥发性物质污染烘箱和生产空间，还会造成大量额外的用于焚烧和清洁空气的费用。另外，由于近期石油价格的疯涨致使溶剂成本的上升，不少企业开始转向无溶剂硅油涂布_2]。
传统的涂布技术不能做到0．1g／m
如此小的公差，工作人员被迫使用大量的溶剂来稀释涂布溶液，有时使其降低至含5%的固体。传统涂布技术是用丝网辊筒和摆动式刮刀的直接凹版涂布方法。其中，丝网辊筒具有可以预定涂布量的网眼，它和用于直接涂或逆辊涂的光辊的辊涂涂布头相比有更小的涂布公差。但是，这种丝网辊筒的直接凹版涂布方法是有缺点的，丝网辊筒只能在正确工位工作很短时间，因为丝网辊筒的表面磨损严重影响了工作寿命，而且丝网辊筒网格中硅胶的预反应对硅胶涂层影响是非常显著的。预反应胶位于网格底部，它能迅速减少实际的涂布量，这样至少每一转都要对涂布量有周期控制。所有这些讨论对平凹版涂布系统也都是适用的，因为凹版系统的所有优缺点在这都存在，同样无法满足公差为0．1g／m
的涂布量要求。上述这些事实会促成新涂布方法和涂布头的设计，3辊式无溶剂涂布机就是这些允许无溶剂硅胶的精确剂量的新发展之一[3
]。
极低的硅油固含量虽然可满足凹版或平凹版系统的精确性，但不能满足无溶剂硅油的需求条件，因为无溶剂硅油涂布机必须靠它自身而不用溶剂的均匀性和光滑性来形成精确的涂层。无溶剂涂布已经比其它涂布方式应用更广泛，而且对于何种胶系或基材，都可提供更为精确的离型力，主要应用于薄膜材料、压光纸或表面光滑的涂布纸。无溶剂涂布以其低涂布量、无污染、节能、安全环保的优势迅速席卷涂布行业。
1 工作原理
目前，与合作单位汕头华鹰公司共同研制的无溶剂硅油涂布机为专用的无溶剂硅油涂布系统，也称为5辊涂布系统，见图1。
其由A、B、C、D、E
5辊组成，其中，A辊是涂布辊；B辊是转移辊；C辊是计量辊；D辊是存胶固定辊；E辊为压辊，由固定辊D与计量辊C间的夹缝存胶。无溶剂硅油涂布装置的设计需要极高的技术，它的精度也要求极高，因为各辊之间的接触非常紧密，因此需要非常紧密的辊子和轴承。并且5辊之间有准确计量的角度，以确保上胶量的精确和恒定。
辊A为镀铬钢辊，由设备主电机驱动。辊B由一个单独电机驱动，其转速与主机转速有速比，通过调整电位器调节此辊与主机的速比可以控制上胶量。计量辊C为镀铬钢辊，其作用是计量材料表面涂布的粘合剂；辊D为固定辊，起刮刀的作用，必要时用手转动此辊可进行清洗而无需停机；辊C与辊D两辊间距由手动微调开关精确控制，100％的硅油通过一个特殊设计的供胶系统被输送到两辊之间。此供胶系统配有两辊间胶水液位自动显示控制，两辊侧边装有胶堵，以根据涂布材料的宽度进行调整。辊B为橡胶转移辊，通过可调压力与计量辊C和涂胶辊A接触，它的宽度决定最终材料的涂布宽度。转移辊比计量辊转速高，且更为准确，以保证上胶量的准确和恒定，并且拆卸方便，便于清洁。更重要的是转移辊B把计量辊C和涂胶辊A之间不同的速度分开，可以消除雾化的形成。
在驱动方面，无溶剂硅油涂布单元中的涂布辊、计量辊和转移辊都由独立的电机驱动，其转速分别可调，这样就可以根据调速来获得最佳的涂布量。计量辊和转移辊的线速度比必须精确调节，并且在所有工作速度时保持恒定，从而得到最满意的涂布效果。
2 结构设计
无溶剂硅油涂布机的特点有结构紧凑、占用空间少、安装和维修费用低以及耗能少等。各厂商的无溶剂硅油涂布机结构原理基本相似，典型的无溶剂硅油涂布机示意图见图2。
无溶剂硅油涂布机主要由放卷、计量配胶系统、涂布上胶系统、涂层固化系统、收卷和控制系统组成。整个装置结构简单，总长为5～6m。其中涂胶单元是无溶剂涂布机的中心部分，硅胶在此混合、加热、计量和涂布在基材表面。无溶剂硅油涂布机基本具备以下特征：
1）转移辊。要成功选择几个辊的表面材料，橡胶辊材料必须和所用的特殊的硅胶涂料化学性相一致，并且还要有良好的抗腐蚀特点。转移辊的最适宜硬度是能实现涂布速度的功能即可，当需要一系列的涂布速度时，必须明确一个折中硬度。转移辊表面必须尽可能光滑完成涂布，镀层表面缺陷比如摩擦痕迹，会出现在涂敷的硅胶层表面，在为得到最佳涂层表面和基材跟踪而优化转移辊和背辊之间压力时，也曾讨论过这个问题。由于转移辊起着非常重要的作用，所以当它表面损坏时操作者必须及时替换掉这根辊。因此，涂布机应该设计成具有快
速、方便更换辊的特点。
2)计量辊。计量辊不仅决定施涂质量，而且在很大程度上决定硅化质量。在5辊涂布系统中，计量辊是镀铬或陶瓷的刚辊，并且高精度、耐磨损。固定辊也可以看作一个固定的计量辊，硅胶涂料被泵入两计量辊间隙和端盖处，在两计量辊和楔形之间有一条狭窄的缝隙。两辊之间的间距由手动微调开关精确控制，因为间隙值对涂布量的变化有很大的影响。
3)压辊。合理选择压辊的形式是必要的，套筒式压印辊结构，可快换橡胶辊规格，提高生产效率。
4)驱动。涂布辊和转移辊分别单独驱动。有时，如果产品有特殊要求，背辊也要单独驱动。转移辊和涂布辊的线速度比必须精确调节，并且在所有工作速度时要保持恒定。当背辊单独驱动时，它与转移辊的线速度比也要进行调节。
3 关键技术与部件
3．1 涂布量及控制
在无溶剂硅油涂布加工中，硅油的涂布量对涂布膜的质量非常关键。涂布量不足，易引起涂布膜粘接力不大，易剥离甚至脱层。硅油最佳涂布量的选择，要依据涂布膜制品的不同质量要求、薄膜性质、印刷效果和油墨以及硅油性能等综合考虑。如当涂特种纸时讨论涂布量范围是0．7～O．9g／m
。
由于涂布量都是非常少的，要求涂布时硅油能够非常均匀地分布在基材表面，因此必须提高涂布装置的精度。在涂布过程中，是通过辊间速差及两计量辊之间的间隙来保证低涂布量的精度。为了使硅油能在涂布辊上形成胶膜，必须给计量辊和转移辊以不同的线速度，它们与涂布辊的线速度也是不同的，均低于涂布辊的线速度(ID主机线速度)，3者之间要保持一种合理的线速度比。
根据彼得．J．玻斯渡料辊涂布机原理l6
]，利用计量辊、转移辊和涂布辊之间的速差比及计量辊与固定辊之间的间隙距离，可以满足低定量的涂布要求。计量辊用m表示，其转速用n
m表示；转移辊用t表示，其转速用n
t表示；涂布辊用c表示，其转速用n
c表示。若3辊的直径相等，则工艺要求的3辊之间的转速比为n
m：n
t：n
c
=0．1：0．25：1。
其实只要保持计量辊与涂布辊一定的速比，则可使涂布量保持在所要求的范围。当涂布量改变时，计量辊、转移辊和涂布辊之间的速差比需要调整，或同时调整计量辊与固定辊之间的间隙距离，可按照下面的公式计算各辊的速比。
i=q/q
0*i
0
其中： i一速比；q一涂布量；i。一基准速比；q
0一基准涂布量。
3．2 涂层固化
虽然可以通过选择不同的硅材料和工艺流程来得到所需的物理属性和产品涂层后的表面特性，但是涂层的烘箱固化非常重要，绝对不能被忽略，它跟硅材料的选择一样重要，会影响到最终成品。含硅涂层的固化和相应的在烘箱中的固化必须被平衡好。即使是100%
的固含量，硅材料由计量辊带动形成一定厚度的涂层后也需一个温度梯度实现成膜。固化对涂层所含的催化剂和抑制剂有影响，必须考虑这些因素来获得均匀的涂层。在理想条件下，涂层应从内向外固化，供风速度、烘箱温度、硅油流变特性和最终涂层后产品所需的表面特性要全部考虑在内。对无溶剂硅胶的固化，烘箱温度可参考以下数据：(1)预热段温度大约120℃；(2)固化段温度大约150℃
；(3)冲击加热段温度大约180℃；(4)冷却段温度大约60℃并更低。
此外，烘箱固化时接近90%空气可循环使用，经计算显示：如果使用一个合适的设计系统就能减少6O 的耗能。
3．3 加湿装置
必须给硅胶涂布机组合一个加湿系统，是为那个高温贮存湿含量，为了得到纸的平整性和柔韧性。首先，硅胶涂层侧不仅有不愿带走的水分，也有和涂层紧紧结合在一起的水分，纸的一侧为了预防偏斜会变的加固硬化，在纸的不同侧纸的结构是不同的，当吸收湿气时会不同的停驻。所以，加湿需要一个非常良好的扩散和优良的微滴水珠，最重要的是时间。另外，纸是具有一定极性的，能够抵制另外负荷的翻折，这都导致加湿装置的复杂设计。加湿装置位于干燥机之后，收卷装置之前。大多数情况下，它是一个机械的组合体。
3．4 恒温装置
无溶剂硅油涂布不同于溶剂型的硅油涂布。溶剂型的硅油涂布时，为使涂布均匀、易于涂布，粘度靠增加有机溶剂来调整控制。但由于无溶剂硅油根本不含任何溶剂，在常温下的粘度相当大。根据无溶剂硅油结构的特殊性，只要温度稍有变化，其粘度就有很大的变化，为使粘度下降适于涂布，通常在使用时将硅油加热。因此无溶剂硅油的涂布设备，应该是一个专用的带有恒温涂布上胶系统的装置。在上胶装置和涂布装置中分别配有一个专门的加热装置，可分别对各镀铬辊、镀钢辊加热，通过对钢辊内循环水的温度控制来控制辊表温度。
3．5 供胶装置
供胶方式一般为机器自动进胶。在设备运行过程中，涂胶头和涂布组件上方可设置一个空气过滤装置，以防止可能出现的粘合剂蒸汽。由于无溶剂硅胶有一定的罐装寿命，所以供料盘为硅油再循环保证一致性流动和无停滞的排净的设计是十分重要的。此外，涂布单元中的泡沫取决于供胶槽中辊的线速度，因此，对无溶剂硅胶涂布而言泡沫是一个真正的危险因素，条件之一是降低供胶槽中辊的线速度。
4 结论
无论是在环境保护、生产安全与稳定、提高产品质量、还是降低生产成本、提高市场竞争能力方面，采用无溶剂硅油涂布都是十分有利的，是一种值得大力倡导的、极具实用价值的生产方法，应当对无溶剂硅油涂布予以高度的关注。随着技术的不断发展与完善，无溶剂硅油涂布技术将会成为一项成熟技术，并得到更广泛的应用。
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