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干式复合胶黏剂的干燥速率变化规律分析

时间:2010-05-19来源:《全球软包装工业》作者:伍秋涛

  干式复合机干燥装置印刷包装城,一般采用电加热器,经烘箱(烘道)喷嘴,将热空气通过缝状喷嘴以一定速度吹到已涂布胶黏剂的塑料薄膜上,使粘合剂中的溶剂挥发干净。干燥不彻底不仅会使复合材料发粘打皱、牢度不良、有气泡等故障,而且残留的溶剂会产生异味印刷市场,不符合食品包装卫生标准。
  干燥烘箱分三段工作:蒸发区、硬化区和排除异味区。现在的中高档干式复合机的干燥烘箱干燥设计一般分为三段、四段或五段烘箱。下面以某五段烘箱的干式复合机中排风管内空气的浓度变化趋势,分析一下干式复合机的干燥过程。
  一、实际检测数据
  1.复合机的进排风状态检测
  该干式复合机的进排风烘箱结构如图1所示,设备的干燥风量状态见表1。 覆膜

表1 干式复合机的干燥风量状态版式设计


注,设备一区无回风管,二区到五区均有回风管但无控制阀门。

  2.乙酯的浓度检测
  820mm的消光OPP印刷膜涂胶复合人物,抽取1ml的排风管中的气体用气相色谱仪检测其乙酯的含量,各排风管中乙酯含量如表2所示。涂布工艺:某低粘度高固含量双组分酯溶性聚氨酯胶粘剂,上胶量2.3g/m2,工作浓度33%,机速110m/min印刷检测,干燥温度设定(一区→五区):50、60、65、70、75℃。 平版印刷

表2 排风管中乙酯浓度数据 中国印刷企业强


  将表2中数据与图1中的在烘箱中的位置对应作图2。从图2中,可以很直观地观察到干式复合过程时烘箱中干燥介质(空气)中乙酯含量的基本变化趋势。
  二、干式复合干燥过程分析
  1.干燥温度的设定规律
  从表2中可看出,在涂胶膜进入烘箱中的第一区干燥介质的乙酯浓度(与另四区段相比)最高,这也说明复合机第一区干燥温度设定不能太高(一般不能高于65℃)。因为温度过高,胶层表面的溶剂快速挥发而结皮反而抑制了内层溶剂在后几区干燥段的逸出。而且温度应按梯度逐渐升高的规律设定喷墨,目的是加速硬化区和排除异味区胶层溶剂的扩散挥发,减少薄膜内的溶剂残留。

图2 排风管内溶剂浓度变化图示(单位: 104×mg/ml)

  2.溶剂的燃爆浓度水平设计字库
  溶剂的体积爆炸浓度分上限和下限,处于上下限之间的浓度都会引起爆炸。爆炸浓度下限是干燥器设计的重要标准,用LEL 表示时,LEL100 就是爆炸浓度下限柯达,LEL25是复合机干燥的设计基准。表3列出了乙酸乙酯的体积爆炸浓度。包装设计

表3 乙酯的体积爆炸浓度 加网


  表2中胶盘上方的乙酯浓度为259.08×104×mg/ml =25.9 g/m3,干燥一区(上)的乙酯浓度为101.6×104×mg/ml =10.1 g/m3,是整个干燥系统中乙酯浓度相对最高的部分。当然其乙酯浓度将随涂布宽度、上胶量的大小、环境温度、机速的增加而上升,随胶液工作浓度的减少而上升。因而计算复合机的溶剂LEL水平时不能以总的进排风量计算,而要考虑局部最高点的LEL水平。
  3.进排风量的调节规律
  在干燥过程的蒸发区进排风量阀门应开到最大商业印刷,且关闭回风阀门。而在干燥的硬化区和排除异味区可适当增加回风量,可节省部分能耗。在图2中的一二区基本属于蒸发区、三区属于硬化区、四五区属于排除异味区,进排风的调节应遵循干式复合干燥速率变化的规律。
  4.干燥风量的循环利用
  由表2计算,第五区乙酯浓度只有第二区乙酯浓度的5.8%,第四区乙酯浓度只有第一区乙酯浓度的2.8%糊盒,特别是第五区(上)的乙酯浓度已接近于环境空气中的乙酯浓度水平。如果能将干式复合机排除异味区的风量在复合机的蒸发区回收利用,将极大地减少现有干式复合机的干燥能耗(可减少30%以上)。现有的干式复合机在设计上,都是仅在单独的干燥区段利用了一部分回风,而所有排风管中的部分直接由总排风机排出,这样不仅排除异味区的风量回收利用率低政策法规,同时增加了排风机的功率消耗。实际上胶盘上区和蒸发区的挥发的溶剂含量占了整个干燥过程的95%以上,针对这段进行溶剂回收将更有效率。色彩
  5.复合干燥过程中蒸发区、硬化区、排除异味区的划分的相对性
  复合干燥过程中的蒸发区、硬化区、排除异味区只是对其干燥过程的理论划分,不是简单的对应于干燥烘箱的前段、中段和未段,其各区的长度根据具体的设备、生产条件而变化,理想的情况是能与干燥烘箱的前段、中段和未段相对应其他,再与合适的梯度干燥温度相配合,将达到良好的干燥效果。
  有的复合机进排风量严重不足或进风口堵塞或调节不当,虽然干燥温度也是按三段的梯度温度设定的,但实际上在干燥的未段其干燥介质中的乙酯浓度仍较高,远不能达到排除异味的要求油墨,或者说其只经过了硬化区就进入了复合部位进行了帖合,也就是说在烘干的未段还处于硬化区但对应的是理论上的排除异味区的温度,属于实际干燥过程中蒸发区、硬化区、排除异味区不能与干燥烘箱的前段、中段、未段相对应的情况,这样就会导致溶剂残留增加。

伍秋涛专栏

总访问量:57436 更新时间:2014-06-17 13:56:03

主要经历:2001年毕业于湖南工业大学,2009年被聘为全球软包装工业荣誉编委,长期在软包装企业从事一线技术工作。出版专业图书:《实用塑料凹版技术》(2007年印刷工业出版社)、《软包装结构设计与工艺设计》(2008年印刷工业出版社)、《实用软包装复合加工技术》(2008年化学工业出版社)、《软包装实用技术问答》(2008年印刷工业出版社)、《软包装质量检测技术》(2009年印刷工业出版社)等。计划出版:《软包装技术原理概论》、《软包装新材料技术》、《软包装凹印刷技术手册》、《软包装印后加工技术》等,使之可用于软包装专业的教学教材。
个人寄语:我作为新兴产业软包装学科的技术工作者,一直致力于构建完整的软包装技术知识体系,为广大的软包装行业工作人员提供一个系统学习的平台,推动我国软包装专业学科建设。欢迎与广大的软包装业界朋友进行技术交流与合作。

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