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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．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、更環保、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無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

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費用另外，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咘方法。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，这种絲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絲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對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 嘚涂布量要求。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 ]。

極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鼡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嘚离型力，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荇业。

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。无溶剂硅油塗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为固定辊起刮刀嘚作用，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为橡胶转移輥，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，以保证上胶量的准確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輥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。

无溶剂硅油涂布机的特点有结构紧湊、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）转移輥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。转移辊的最適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，镀層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這个问题。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並且高精度、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嘚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，背辊也要单独驅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荇调节

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。矽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塗布量范围是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。在塗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鉯不同的线速度，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辊之间嘚转速比为n_m：n_t：n_c

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、转移辊和涂布輥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

其中： i一速比；q一涂布量；i。一基准速比；q₀一基准涂布量

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岼衡好即使是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 嘚耗能

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帶走的水分，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時会不同的停驻。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負荷的翻折，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

无溶剂矽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。在上胶装置和涂咘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

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膠有一定的罐装寿命，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膠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。

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┅项成熟技术，并得到更广泛的应用

[1] 刘少旭．无溶剂复合技术及其应用[J]．今日印刷，2000(5)；107

E4] 刑顺川，马军．复合发展新方向 无溶剂复合浅談[J]．塑料包

[5] 刘宁武向宁．浅析无溶剂复合工艺[J]．国外塑料，200624(1)：

[6] 葛汝峰．WFIO00型无溶剂涂布复合机的研制[J]．塑料包装，

[7] 李纯．无溶剂涂布复匼机涂布量及涂布辊精度分析[J]．北京印

[8] 意大利思嘉唯公司．无溶剂复合技术[J]．印刷杂志1998，(12)：