CN112981970A - 一种微波-热风耦合的水性合成革干燥工艺 - Google Patents

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Abstract

一种微波‑热风耦合的水性合成革干燥工艺，将微波加热器和热风干燥箱耦合，即在涂台处设置微波加热器，待水分蒸发80%后，转换至热风干燥。更为重要的是，在微波干燥器中，分别在首尾两端加装特殊的水分检测传感器，对涂层水份含量进行在线监测；同时在涂层浆料体系中添加硬脂酸盐类热稳定剂，进一步防止因局部过热导致涂层材料组份发生降解反应。本发明既克服了传统热风、远红外等干燥工艺由表及里干燥，表面成膜又阻碍内部水份蒸发，进一步降低了干燥效率的缺点，又避免了后期因水份含量低导致局部温度过高聚合物发生支化、交联、降解等缺点，具有过程安全、节能环保、干燥速率快等特点，可广泛用于各类水性合成革及水性超纤革的生产。

Description

一种微波-热风耦合的水性合成革干燥工艺
技术领域
本发明涉合成革制造领域，特别是指一种微波-热风耦合的水性合成革干燥工艺。
背景技术
采用溶剂型聚氨酯生产合成革，大量使用有机溶剂，VOCs无序排放导致环境污染和人体健康损害，阻碍了合成革工业的发展。水性聚氨酯(简称WPU)链上含有亲水基团，以水作为分散介质，具备可再涂加工性强、力学强度高、弹性好、耐磨、耐老化、耐低温的优良性能，还具备无毒、不燃、安全环保以及良好的透气透湿等优点，替代了溶剂型聚氨酯在合成革中的应用。另外，水基聚氨酯经干燥后的涂膜后对基材起到装饰和保护作用，在合成革、涂料、纺织涂层、建筑、家具、印刷等众多领域得到了广泛应用。
由于水的汽化潜热大（40.8KJ/mol），饱和蒸气压高，水性涂层干燥速度只有溶剂型的50%，导致生产效率低、能耗高。通常采用的热风干燥、远红外干燥等技术，均为由表及里干燥，表面成膜后进一步阻碍内部水份蒸发，既降低了干燥速度，还会引起鼓泡、脱层等质量事故。红外加热干燥相比热风干燥来能够缩短整个干燥过程，但是会产生明显的温度梯度,它的干燥也是由表面向内部延伸的,这就使得它不适合用于干燥较厚的涂膜，红外干燥只能加热红外线能够照射到的区域,不能用来干燥立体的物件，并且红外干燥对于能量的消耗也较大。而微波辐照能够快速作用于水分子，使水分子随电场方向变化而转动，剧烈振动和摩擦，部分微波能以热能的形式表现出温度的升高，有利于WPU乳液中水分蒸发。更重要的是，微波干燥是表里同步干燥，内外不会形成温度差，从而有效避免了因表面成膜后又阻碍内部水份蒸发的现象发生。微波干燥过程中随着水分挥发，乳液粒子紧密堆积，聚合物乳液粒子表面吸附的保护层被破坏，间隙越来越小形成毛细管，毛细管作用迫使乳液粒子变形，最后乳液粒子中呈线团状的聚合物相互靠近、高分子链相互扩散，线团结构相互融合，最终形成连续的聚合物涂膜。
微波干燥一方面具有简单易行、即停即用、无污染等特点。在微波干燥技术用于合成革的制造方面，国内专利多集中在干燥设备的研发上，较少涉及具体干燥工艺。如中国专利CN201910878590公开了一种微波干燥合成革水性聚氨酯涂层装置制造方法及图纸，另一申请号为201310431121.7则公开了一种水性聚氨酯合成革用涂布微波加热烘箱及其控制方法。实际上，微波干燥工艺设计不当会严重影响干燥后涂层的性能，甚至导致聚合物发生支化、交联或热降解反应。如张昌龙等人发现与热风干燥相比，微波干燥会使皮革涂膜的拉伸性能和耐寒性能发生了较大改变。蔡佳斌等人也研究了微波干燥对单组分和双组分WPU材料的影响，发现微波能够加速双组分WPU木器涂料中水分挥发，降低异氰酸酯和水的副反应，但会大幅提升涂膜干燥后的硬度，降低耐寒性。究其原因，主要因为是干燥后期，水分含量较低，电磁场释放的能量无法完全被水分吸收，多余的能量就会导致聚合物交联、大分子链断裂甚至降解，从而影响涂层的性能。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点，提供一种微波-热风耦合的水性合成革干燥工艺，将微波加热器和热风干燥箱耦合，实现水性合成革安全、快速、节能干燥。具体地，在涂台处设置微波加热器，后接热风干燥箱，同时在加热器首尾加装特殊的水分检测传感器，对涂层水份含量进行在线监测，当微波加热蒸发掉80%水份后，转换至热风干燥；同时，在水性涂层浆料中添加硬脂酸盐类热稳定剂，进一步防止涂层材料因局部过热而发生交联、降解等副反应。本发明既克服了传统热风、远红外等干燥技术由表及里干燥，表面成膜又阻碍内部水份蒸发，进一步降低了干燥效率的缺点，又避免了后期因水份含量低导致聚合物发生支化、交联、降解等缺点，具有过程安全、节能环保、干燥速度快等特点，可广泛用于各类水性合成革及水性超纤革等的生产。
本发明采用如下的技术方案：
水性合成革的涂层工艺包括无离型纸直接泡沫涂层工艺和转移涂层工艺，所用涂层浆料均为水性浆料，所用干燥设备为微波加热器和热风干燥箱耦合的干燥设备；
所述的微波加热器首尾安装有水分检测传感器，微波频率优选为2450MHz,微波功率10-20 kW（1kW×（10-20））,输出形式为矩形波导，微波加热烘箱长度20-25m；
所述的水性涂层浆料均添加有硬脂酸盐类热稳定剂，可有效防止因局部过热导致涂层材料发生交联、降解等副反应；
所述的热风干燥采用常规的导热油或热蒸汽加热，干燥温度区间设置120-140℃，干燥箱体长度设置为：干燥面层和表处层为20-30m，干燥发泡层为50-60m,干燥速度设置20-25m/min。
当涂层工艺为无离型纸直接泡沫涂层工艺时，所述微波-热风耦合干燥工艺流程为基布→预处理→涂覆水性发泡层，上浆量200-300g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性面层，上浆量80-100g/m→微波干燥→热风烘干→表面处理，上浆量60-80g/m→热风烘干→成品。
当涂层工艺为转移涂层工艺时，所述微波-热风耦合干燥工艺流程为离型纸→牵引拉伸→涂覆水性面层，上浆量80-100g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性发泡层，上浆量150-200g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性粘接层，上浆量60-80g/m→微波烘至半干→与基布贴合→热风干燥→成品。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、与现有微波干燥技术相比，在微波加热器首尾设置水分检测传感器，可在线监测涂层水份含量，当水分蒸发80%后，转换至热风干燥，避免了微波加热后期因水份含量低导致聚合物发生支化、交联、降解等副反应，影响涂层物性等缺点；
2、在水性浆料中添加热稳定剂，进一步确保了涂层聚合物不会因局部温度过高而发生交联、降解等副反应，使得整个干燥过程安全、节能环保、并将传统热风、远红外等干燥速度从10-15m/min提升至20-25m/min以上。
3、与现有水性合成革制造工艺，包括无离型纸直接泡沫涂层工艺和转移涂层工艺具有很好的衔接性，可广泛用于各种水性合成革、超纤革的生产。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例一：
水性箱包、沙发合成革,采用转移涂层工艺制备，利用微波-热风耦合干燥法干燥，具体通过如下步骤实现：
（1）微波加热器的微波频率为2450 MHz, 第一涂台（面层）微波功率10kW（1kW×10）,第二涂台（发泡层）微波功率15kW（1kW×15）,第三涂台（粘接层）微波功率微波功率10kW（1kW×10），微波输出形式为矩形波导，微波加热烘箱长度均为20m。
（2）热风干燥采用导热油加热，干燥温度区间设置120-130℃，干燥箱体长度设置为：干燥面层和表处层为30m，干燥发泡层为50m,干燥速度设置为25m/min。
（3）转移涂层工艺流程为：无纺布→预处理→涂覆水性发泡层，上浆量200g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性面层，上浆量100g/m→微波干燥→热风烘干→表面处理，上浆量80g/m→热风烘干→成品。
采用转移涂层工艺，发泡层上浆量较大、面层和粘接层上浆量相对较小，故微波功率设置第一涂台和第三涂台较小，第二涂台最大；微波干燥箱和热风干燥箱设置第二涂台最长，第一和第三涂台可短些，干燥速度可设置25m/min左右。
实施例二：
水性鞋面合成革,采用无离型纸直接泡沫涂层工艺，利用微波-热风耦合干燥法干燥，具体通过如下步骤实现：
（1）微波加热器的微波频率为2450 MHz, 第一涂台（发泡层）微波功率20kW（1kW×20）,第二涂台（面层）微波功率10kW（1kW×10）,微波输出形式为矩形波导，微波加热烘箱长度设置为第一涂台25m，第二、第三涂台20m。
（2）热风干燥采用蒸汽加热，干燥温度区间设置130-140℃，干燥箱体长度设置为：干燥面层和表处层为30m，干燥发泡层为60m,干燥速度设置为20m/min。
（3）无离型纸直接泡沫涂层工艺流程为：超纤基布→预处理→涂覆水性发泡层，上浆量300g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性面层，上浆量100g/m→微波干燥→热风烘干→表面处理层，上浆量80g/m→热风烘干→成品。
采用无离型纸直接泡沫涂层工艺，发泡层上将量较大、粘接层上浆量相对较小，故微波功率设置第一涂台最大，微波干燥箱和热风干燥箱设置最长，干燥速度可设置20m/min左右。
实施例三：
水性服装革,采用转移涂层工艺制备，利用微波-热风耦合干燥法干燥，具体通过如下步骤实现：
（1）微波加热器的微波频率为2450 MHz, 第一涂台（面层）微波功率10kW（1kW×10）,第二涂台（发泡层）微波功率10kW（1kW×10）,第三涂台（粘接层）微波功率微波功率10kW（1kW×10），微波输出形式为矩形波导，微波加热烘箱长度均为20m。
（2）热风干燥采用导热油加热，干燥温度区间设置120-130℃，干燥箱体长度设置为：干燥面层和表处层为20m，干燥发泡层为50m,干燥速度设置为25m/min。
（3）转移涂层工艺流程为：离型纸→牵引拉伸→涂覆水性面层，上浆量80g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性发泡层，上浆量150g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性粘接层，上浆量60g/m→微波烘至半干→与四面弹机织布贴合→热风干燥→成品。
服装革要求具备轻、软、飘特点，面层、发泡层、粘接层上浆量相对较低，微波功率可设置低些，微波干燥箱和热风干燥箱可设置短些，干燥速度可设置25m/min以上。

Claims (3)

1.一种微波-热风耦合的水性合成革干燥工艺，其特征在于：水性合成革的涂层工艺包括无离型纸直接泡沫涂层工艺和转移涂层工艺，所用涂层浆料均为水性浆料，所用干燥设备为微波加热器和热风干燥箱耦合的干燥设备；
所述的微波加热器首尾安装有水分检测传感器，微波频率优选为2450MHz,微波功率10-20 kW（1kW×（10-20））,输出形式为矩形波导，微波加热烘箱长度20-25m；
所述的水性涂层浆料均添加有硬脂酸盐类热稳定剂，可有效防止因局部过热导致涂层材料发生副反应；
所述的热风干燥采用常规的导热油或热蒸汽加热，干燥温度区间设置120-140℃，干燥箱体长度设置为：干燥面层和表处层为20-30m，干燥发泡层为50-60m,干燥速度设置20-25m/min。
2.如权利要求1所述的一种微波-热风耦合的水性合成革干燥工艺，其特征在于:当涂层工艺为无离型纸直接泡沫涂层工艺时，所述微波-热风耦合干燥工艺流程为基布→预处理→涂覆水性发泡层，上浆量200-300g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性面层，上浆量80-100g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性表面处理层，上浆量60-80g/m→热风烘干→成品。
3.如权利要求1所述的一种微波-热风耦合的水性合成革干燥工艺，其特征在于:当涂层工艺为转移涂层工艺时，所述微波-热风耦合干燥工艺流程为离型纸→牵引拉伸→涂覆水性面层，上浆量80-100g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性发泡层，上浆量150-200g/m→微波干燥→热风烘干→涂覆水性粘接层，上浆量60-80g/m→微波烘至半干→与基布贴合→热风干燥→成品。
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