CN108819067A - 一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生产效率高、产品质量高的生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，即模具挤出辊筒流延法制备聚乙烯醇薄膜。本发明解决传统钢带流延法与辊筒涂覆流延法的工艺复杂、成本高、产量低、产品质量不稳定等缺点，本发明提供的生产工艺方法能够精准控制物料的溶解过程、成型流变过程、流延展平过程、传热传质过程，从而保证产品质量的相对稳定性；本发明提供的生产工艺方法生产效率高，能够大大提高成品膜的产量，经济效益高；实际生产中噪音小、污染少，不会危害人体健康，工人无需全面防护，环境友好；本发明涉及的整套设备成本低，前期设备投入少，且整套设备运行能耗低、维护率低、维护费用低，投资回报期快。

Description

一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法

技术领域

本发明属于塑料薄膜加工成型领域，具体涉及一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法。

背景技术

聚乙烯醇简称PVA，属于一种生物可降解高分子材料。聚乙烯醇薄膜是以聚乙烯醇为主体，加入改性剂等助剂，具有环保性、水溶性、透明性、阻隔性等优良性能。在包装行业，采用PVA薄膜包装化学品或农药，可直接将包装袋或农药置于使用容器或场所，包装袋与所包装物一起溶于水中，可减少化学品或农药与人体的接触，并减少包装材料的二次污染；若用于食品包装，由于其优异的氧气阻隔性能，不仅可以保持包装物的香味，还能防止包装物受到外界异味影响。目前国内外生产聚乙烯醇薄膜均采用流延法与吹塑法生产，吹塑法需要在PVA原料中添加大量的塑化剂等助剂降低其熔点，严重影响了聚乙烯醇薄膜的力学性能，无法在中高端领域使用。

因此，聚乙烯醇薄膜的生产方法主要为流延法工艺，流延法工艺则可以分为钢带流延与辊筒流延法，辊筒流延法包括辊筒涂覆流延法、辊筒浸渍流延法、模头挤出辊筒流延法。钢带流延法因工艺简单技术成熟，曾在国外普遍使用，现已逐步淘汰或被取代，而国内依然普遍在使用；但因其生产效率低下、生产能耗大、生产速度低等缺点，该方法正逐步被辊筒流延法所取代，但辊筒流延法中最先进技术—模头挤出辊筒流延法，国内依然处于研发阶段。模头挤出辊筒流延法工艺产出的薄膜具有力学性能优异、透明度高、性能均匀、生产效率高、能耗低等诸多优点，在国外市场上该工艺产出的薄膜占据着市场的主导地位，国内聚乙烯醇薄膜依然以钢带流延法与辊筒涂覆流延法、辊筒浸渍流延法产出的产品为主。

本发明的生产聚乙烯醇薄膜工艺则主要采用目前最为先进的辊筒流延法，即模头挤出辊筒流延法。该方法在国外有多家聚乙烯醇薄膜生产厂使用，但本发明在设备与工艺方面与之差别甚大，本发明所提及的关键设备与工艺借鉴了聚乙烯醇干法长丝与熔融挤出流延薄膜生产设备与工艺技术，目前国内外聚乙烯醇薄膜生产厂家均未使用，具有原始与集成创造性与创新性。使用本发明生产聚乙烯醇薄膜具有生产稳定、效率高、能耗低、成本低等诸多优点。

本发明首先在提高PVA溶液浓度方面，采用改进搅拌装置的方法，将使用的搅拌桨改进为锚式与螺带式的组合搅拌桨，可解决传统锚式或则框式搅拌桨在溶解高浓度PVA溶液时出现电机过载与搅拌不均匀的问题，当PVA颗粒完全溶解后，采用溶液浓缩工艺，脱去部分水分，溶液浓度进一步提高。在溶解PVA颗粒时使用该种方法后可一次性溶解PVA颗粒料800kg以上，溶液浓度达35％以上；采用浓缩工艺后，溶液浓度可达40％以上。传统方法一次溶解PVA颗粒在300～500kg，浓度在15％～30％。

在使用模头挤出流延辊筒法生产聚乙烯醇薄膜时，国内外少数几家生产厂使用了流延模具将PVA溶液以片状吐至辊筒之上，除去PVA溶液中含有的溶剂(水)，然后揭膜制成PVA薄膜。日本可乐丽股份有限公司申请的中国专利(CN201280015847.6)就提到将PVA溶液将PVA原液以膜(片)状吐出至辊筒上进行干燥成膜，但其中并未提及使用何种模具以及以何种方式与方法将PVA原液输送至模具。安徽皖维高新材料股份有限公司申请的专利“一种聚乙烯醇薄膜的生产方法”(CN201610285218.5)，所述的聚乙烯醇薄膜生产方法是将聚醋酸乙烯酯经模具流延至成型辊上后再浸入醇解液池中干燥剥离后得到聚乙烯醇薄膜，该方法虽与本发明有相似之处，也特别的说明了使用的模具的类型，但其使用的溶液是聚醋酸乙烯酯甲醇(或其他醇)溶液，并不是使用聚乙烯醇水溶液，其次还采用醇解的方式来得到不同醇解度的聚乙烯醇薄膜，增加了生产的复杂性，醇解工艺会释放众多有毒有害物质，带来了环境污染，也给生产人员带来了重大的安全隐患。

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种生产效率高、产品质量稳定、性能好的生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，所述工艺方法的步骤如下：

步骤一：溶解，将固体原料聚乙烯醇在溶解釜中与70℃～100℃的水充分搅拌溶解，溶解釜内搅拌桨使用锚式与螺带式组合搅拌桨，制成浓度不低于35％的溶液；

步骤二：粗滤，将步骤一的溶液送入初效过滤器进行粗滤；

步骤三：脱泡，将粗滤后的溶液送入脱泡反应釜进行脱泡；

步骤四：精滤，采用输注泵(螺杆泵或输注泵)将脱泡后的溶液分别经高效过滤器和超高效过滤器精滤；

步骤五：流延，将精滤后的溶液采用计量泵精确计量，所述计量泵采用双计量系统，即串接使用两个所述计量泵向流延模具供料，所述流延模具将溶液以片状吐出至成型辊筒上流延展平，并初步干燥成膜；

步骤六：烘干，将成型辊筒上的初生薄膜由主动剥离辊剥离下来，经若干组烘干辊进行初步烘干处理；

步骤七：压纹或压光，将初步烘干后的薄膜，通过压纹辊压纹或压光；

步骤八：定型，将成型的薄膜经热定型辊进行高温定型，再送入冷却辊进行冷却定型；

步骤九：恒温恒湿处理，将定形后的薄膜送入恒温恒湿箱进行恒温恒湿处理；

步骤十：切边、检测，将恒温恒湿处理后的薄膜进行检测，采用切边机自动切边；

步骤十一：收卷，采用恒张力收卷机收卷包装。

所述脱泡釜的数量不少于两个，溶液在所述溶解釜与所述脱泡釜进行减压脱泡。

所述成型辊筒与所述烘干辊之间设置有主动剥离辊。

所述流延模具采用衣架型模具或者鱼尾式模具。

所述流延模具与成型辊筒形成的夹角内角处设置有负压风刀，外角处设置正压风刀，用于湿态膜片的流延展平。

所述烘干辊表面应喷涂特氟龙或处理成磨砂状态。

步骤五至步骤七所述工艺方法所涉及的生产设备上方安装有水汽抽吸装置。

步骤八至步骤十一所述工艺方法优选在恒温恒湿车间内完成。

步骤十所述检测包括水分检测、光学性能检测和瑕疵孔自动检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的生产工艺方法生产效率高，能够大大提升成品膜的产量，成型辊筒速度≥3.0m/min，最高可达10.0m/min，经济效益高；

2、本发明提供的生产工艺方法能够精准控制物料的溶解过程、成型流变过程、流延展平过程、传热传质过程，从而保证产品质量的相对稳定性；

3、本发明在实际生产中噪音小、污染少，不会危害人体健康，工人无需全面防护，环境友好；

4、本发明涉及的整套设备成本低，前期设备投入少，且整套设备运行能耗低、维护率低、维护费用低，投资回报期快。

附图说明

图1是本发明的设备布置示意图。

附图中：1.溶解釜；2.初效过滤器；3.脱泡釜；4.输送泵；5.高效过滤器；6.超高效过滤器；7.计量泵；8.流延模具；9.成型辊筒；10.烘干辊；11.压纹辊；12.热定型辊；13.冷却辊；14.恒温恒湿箱；15.切边机；16恒张力收卷机；17.抽吸气装置；18.负压风刀；19.正压风刀；20.主动剥离辊。

具体实施方式

如说明书附图中图1所展示的实施例：一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，工艺方法的步骤如下：

溶解，先在溶解釜1中加入定量的常温水，开动搅拌桨保持匀速搅拌，将固体原料聚乙烯醇及其助剂按助剂、PVA原料的加料顺序逐一加入溶解釜1中，待物料全部加完后，将溶解釜1内温度逐步升至70～100℃，溶解时溶解釜1内搅拌桨使用锚式与螺带式组合搅拌桨，溶解PVA料时先溶解低浓度PVA(20％～35％)，溶解完成后采用浓缩的工艺逐步定量抽取PVA溶液中溶剂，逐步将PVA溶液浓缩至40％及以上。

粗滤，用输送泵4(螺杆泵或者输注泵)将溶解釜1内的溶液送入初效过滤器2进行粗滤，过滤精度在0.05～1mm之间。

脱泡，将粗滤后的溶液送入脱泡釜3进行脱泡，两个脱泡釜3并联，交替使用达到连续生产目的，且脱泡釜上应设置有观察孔，单个脱泡反应釜3每次可存放1t～2t的溶液进行脱泡，脱泡釜3内温度保持在60～100℃之间，釜内压力应保持在0.1MPa～0MPa，每次脱泡时间不得少于4h。

精滤，采用输注泵4(螺杆泵或者输注泵)将脱泡后的溶液经高效过滤器5，过滤精度为0.01～0.1mm之间，再送入超高效过滤器6，过滤精度在0.01mm～0.04mm精滤，控制PVA溶液中未溶与其他固体颗粒，保证流入流延模8具内PVA溶液中含有颗粒直径≤20μm，过滤网采用特俗设计的折叠式不锈钢过滤网以增大过滤网与溶液面积提高过滤的效率，滤网材质使用304不锈钢材质或更高级别的防腐材料；

流延，将精滤后的溶液采用计量泵7精确计量，使用双计量系统，即使用两个精密计量泵7串接，将PVA溶液稳定地的输送至向流延模具8，流延模具8采用衣架型模具或者鱼尾式模具，溶液能够在衣架型模具内稳定在一个固定压力值，经模口稳定、均匀地呈片状吐出至成型辊筒9之上，经过干燥成型剥离后形成PVA初生薄膜，其中，流延时片状溶液与成型辊筒9形成的夹角之处设有负压风刀18，负压风刀18工作时，可将片状溶液与成型辊筒形成的夹角之处的空气抽出，形成一个负压区域，可有效的解决在流延时空气卷入溶液膜片与成型辊筒9辊面之间，在片状溶液与成型辊形成的夹角的外角出设置正压风刀19，正压风刀19将压缩后的空气以固定的压力将压缩空气吹向片状溶液，可以使溶液膜片紧贴在成型辊筒9的表面，以防止流延时空气的卷入在薄膜上形成气泡，造成薄膜产生孔洞及瑕疵。

烘干，从成型辊筒9上由主动剥离辊20剥离的初生薄含有大量的水分，需要进一步的烘干处理，可采用一个或者多个烘干辊10在40～150℃下进行烘干处理，烘干辊10表面应经喷涂聚四氟乙烯，或表面加工成磨砂状态。

压纹，将成型辊筒上的剥离的薄膜或者经烘干后的薄膜，经过压纹棍11，即压纹(压光)机，进行压纹(光)处理，可很据实际需要在薄膜上压制出任意形状，例如：网格纹、木纹、生物皮纹、多边形纹等。压纹(光)方式采用热压方式或者热压方式等，压纹设备通常由一个刚辊与一个橡胶辊组成或者由两个钢辊组成。

热定型(干燥)，将成型的薄膜经干燥、压纹后根据实际需要经热定型辊12进行高温定形，再送入冷却辊13进行冷却定形，热定处理主要是将薄膜加热至其玻璃化温度附近，消除薄膜内部应力使薄膜性能较为均匀，在使用热定工序时可同时搭配使用冷却定型，在薄膜经过热定型后经冷却定型迅速将其温度降至常温甚至常温以下，以保证热定型所起的作用。通常热定型辊12应温度应设在100～160℃，冷却定型辊13温度设置在15～30℃。热定型与冷却定型时间在0.3min～2min。

恒温恒湿处理(吸湿回潮)，PVA薄膜经以上工序以后薄膜含水率几乎为零，此时应使用恒温恒湿处理来提高薄膜的含水率以获得含水率固定的产品，恒温恒湿处理通常在一个固定的箱体之中完成，箱体内采用自动化控制保持固定的温度与湿度通常根据实际使用需求PVA薄膜含水率应在3％～20％之间，该步骤可以在生产线上加装恒温恒湿箱14完成，也可在薄膜完成收卷后在一个可控温湿度的房间或者箱体内采用复卷的方式完成恒温恒湿处理(吸湿回潮)。

将吸湿回潮后的薄膜进行检测、切边，检测包括水分检测仪、光学薄膜检测仪和瑕疵孔自动检测，切边采用切边机15。

收卷，将切边后的薄膜使用恒张力收卷机16，收卷包装。

其中，流延模具8材质则使用316L不锈钢材质(00Cr17Ni14Mo2，新牌号为022Cr17Ni12Mo2)或630不锈钢材质(0Cr17Ni4Cu4Nb)，或更高级别的防腐级别金属材料，流延模具8流道采用不镀铬与镀铬两种方式，镀铬时(镀铬厚度：0.03mm～0.045mm粗糙度：Ra：0.018～0.24μm，Rz：0.14～0.2μm)。

进一步地，成型辊筒9采用普通碳钢材质或采用不锈钢材质，制作碳钢材质的成型辊筒9时，辊筒表面需镀铬处理，制作不锈钢材质的成型辊筒9时，辊筒表面可镀铬处理或者不镀铬，需打磨抛光至镜面或雾状镜面或镜状光泽面(半镜面)，即Ra为0.006～0.025μm，打磨抛光最低等级需达不可见加工痕迹的方向，即Ra≤0.2μm。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，其特征在于：所述工艺方法的步骤如下：

步骤一：溶解，将固体原料聚乙烯醇在溶解釜(1)中与70℃～100℃的水充分搅拌溶解，溶解釜(1)内搅拌桨使用锚式与螺带式组合搅拌桨，制成浓度不低于35％的溶液；

步骤二：粗滤，将步骤一的溶液送入初效过滤器(2)进行粗滤；

步骤三：脱泡，将粗滤后的溶液送入脱泡釜(3)进行脱泡；

步骤四：精滤，采用输送泵(4)将脱泡后的溶液分别经高效过滤器(5)和超高效过滤器(6)精滤；

步骤五：流延，将精滤后的溶液采用计量泵(7)精确计量，所述计量泵(7)采用双计量系统，即串接使用两个所述计量泵(7)向流延模具(8)供料，所述流延模具(8)将溶液以片状吐出至成型辊筒(9)上流延展平，并初步干燥成膜；

步骤六：烘干，将成型辊筒(9)上的初生薄膜由主动剥离辊(20)剥离下来，经若干组烘干辊(10)进行初步烘干处理；

步骤七：压纹或压光，将初步烘干后的薄膜，通过压纹辊(11)压纹或压光；

步骤八：定型，将成型的薄膜经热定型辊(12)进行高温定型，再送入冷却辊(13)进行冷却定型；

步骤九：恒温恒湿处理，将定形后的薄膜送入恒温恒湿箱(14)进行恒温恒湿处理；

步骤十：切边、检测，将恒温恒湿处理后的薄膜进行检测，采用切边机(15)自动切边；

步骤十一：收卷，采用恒张力收卷机(16)收卷包装。

2.根据权利要求1所述的一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，其特征在于：步骤三所述脱泡釜(3)的数量不少于两个，溶液在所述溶解釜(1)与所述脱泡釜(3)进行减压脱泡。

3.根据权利要求1所述的一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，其特征在于：步骤五与步骤六所述成型辊筒(9)与所述烘干辊(10)之间设置有主动剥离辊(20)。

4.根据权利要求1所述的一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，其特征在于：步骤五所述流延模具(8)采用衣架型模具或者鱼尾式模具。

5.根据权利要求1所述的一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，其特征在于：步骤五所述流延模具(8)与成型辊筒(9)形成的夹角内角处设置有负压风刀(18)，外角处设置正压风刀(19)，用于湿态膜片的流延展平。

6.根据权利要求1所述的一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，其特征在于：步骤六所述烘干辊(10)表面应喷涂特氟龙或处理成磨砂状态。

7.根据权利要求1所述的一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，其特征在于：步骤五至步骤七所述工艺方法所涉及的生产设备上方安装有水汽抽吸装置(17)。

8.根据权利要求1所述的一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，其特征在于：步骤八至步骤十一所述工艺方法优选在恒温恒湿车间内完成。

9.根据权利要求1所述的一种生产聚乙烯醇薄膜的工艺方法，其特征在于：步骤十所述检测包括水分检测、光学性能检测和瑕疵孔自动检测。