TW201509627A - 製造聚合物薄膜／薄片物品之方法及相關裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係揭示一種以連續方式製造薄膜/薄片或複合材料的方法，其包含下列階段：a)製備待展開的雙組分混合物，並將混合物進料至展開階段，其中混合物係於其本身適用期內以連續方式製備、進料、及配置；b)將混合物展開於至少一基材上，其中在基材上的展開及輸送至交聯階段係於混合物適用期內完成；c)於環境靜態條件下及包含介於50℃與100℃間之可變溫度下，於該基材上進行混合物層交聯，所製造之塗佈產物的溫度值的控制係以連續方式進行，其中基材展開物在交聯階段期間之輸送係於基材展開物之平坦條件下進行。本發明亦揭示相關裝置。

Description

製造聚合物薄膜/薄片物品之方法及相關裝置
本發明係有關一種不需要溶劑之製造聚合物薄膜物品或複合材料的方法及相關裝置。
所述創新方法容許經由雙組分或多組分混合物技術製造薄膜結構，使得不需要溶劑而達到數層聚合物材料的疊加，其不可與由嵌段異氰酸酯界定或為100%乾燥物料的方法/系統混淆，其不當地聲稱不需要溶劑或無溶劑，但實際上卻不是零排放溶劑系統(zero emission solvent system)。
聚合物層可例如直接或經由中間層連接至撓性基材。
所得的薄膜結構可應用於所有的傳統展開領域，其係取決於所使用的支撐物，亦由於其本質特徵而可應用於創新應用中。
本領域中達到此類材料的習知方法係將溶於溶劑之樹脂展開於織物或各種支撐物上。
傳統展開方法所使用的「混合物」可含有高達70-80%的溶劑，其或多或少具有毒性。這代表在所有的加工階段中，設備內外難免有溶劑蒸氣逸散。
事實上，本領域技術中，該方法會發生或可能發生環境中的溶劑逸散之主要階段歸納如下：起始混合物之製備階段(將樹脂溶解於溶劑、決定混合物各組分之劑量、及混合)，其由於再填充操作的頻率而需配置配備有自然及/或強制通氣的特殊腔室；展開階段，其中有顯著量的溶劑蒸氣未被適當捕捉系統捕捉；乾燥階段，其中展開的產物於熱風隧道中進行乾燥，且必須持續抽吸及排出受到溶劑蒸氣污染的空氣。
因此，溶劑的存在代表有許多缺失，其與最終產物的特徵有關，且大多與方法及設備的特徵有關。確實有必要提供用於控制在方法的所有階段中的溶劑排放、自最終產物移除溶劑、及移除殘留溶劑的裝置及系統。特別是，排出空氣的還原/淨化系統，即使是如催化後燃燒器(catalytic post-burner)等最有效者，仍無法具備100%產率，因此從來無法完全避免溶劑蒸氣的逸散。此相同還原系統反而會產生由燃燒/氧化殘餘物(CO2等)構成的揮發性有機物質之排放。
因此，存在溶劑之方法及設備的特徵在於高耗能、高耗水，係因置於乾燥爐及還原設備中的產物於冷卻階段必須使用水、及高環境衝擊，尤其是廢水、排放溶劑或燃燒殘餘物至大氣中、產生廢棄物(特別是含有大量溶劑的混合物「廢料」)等相關耗能者。
因此，為了製造薄膜結構，不論是在原料或各階段製程，特別需要尋求不需使用溶劑而進行的方法，從而具有較小環境衝擊、費用較低、且更靈活。
本發明之進一步目的為提供一種具備非常小或完全無環境衝擊(未直接或間接出現溶劑排放問題，且特徵在於耗水量非常少)，相對於習知製程及設備中大幅降低耗能及大幅降低投資成本與設備管理的方法，因此具有相當好的經濟效益。
本發明之進一步目的為提供高品質的薄膜/薄片或複合材料，且極靈活，並提供由現有技術製程所取得的產品不可能達到的特徵及應用。
因此，本發明之標的為一種以連續方式製造薄膜/薄片或複合材料的方法，其包含下列步驟：a)製備待展開的雙組分混合物，並將混合物進料至展開階段，其中混合物係於其本身適用期內以連續方式製備、進料、及配置；b)將混合物展開於至少一基材上，其中基材的展開及往交聯階段的輸送係於混合物適用期內完成；c)於環境靜態條件及包含介於50℃與100℃間之可變溫度內，於該基材上進行混合物基材之交聯，並以連續方式控制所製造之塗佈產物的溫度值，其中經展開的基材物在交聯步驟期間之輸送係於基材展開物之平坦條件下進行。
本發明之進一步標的為一種用於以連續方式製造薄膜/薄片或複合材料的裝置，其包含用於將待展開混合物混合及進料的系統、將混合物展開於至少一基材上的系統、輸送系統、及交聯系統，該裝置的特徵在於 交聯系統為靜態交聯室，以及在於輸送系統為平面輸送帶，該輸送系統將源自展開系統之以混合物塗佈的基材進料至交聯系統且沿著交聯系統輸送。
用於本發明方法之混合物/樹脂的基礎組分係選自雙組分聚胺酯熱固性及/或熱塑性樹脂。
在本說明書中，基材為於其上可展開雙組分混合物的任何材料，例如舉例為紙張、聚酯薄膜/薄片、聚烯烴類、具有任何本質的織物、不織布、金屬，例如舉例為鋁。
在本說明書中，支撐離型材(support release)為於交聯結束時能使薄膜/薄片或複合材料脫離的任何基材。
在本描述中，織物為此用詞在典型意義上所指的任何織物，但亦可為不織布、玻璃纖維。
步驟a)之製備待展開的雙組分混合物及將混合物進料至展開步驟係以連續方式進行，且混合物係於其本身適用期內以連續方式於展開階段製備、進料、及配置，從而防止預交聯現象。
顯然地，於雙組分混合物之混合及進料步驟中，控制時間與量為重要關鍵：最適情況為所使用的混合物具有高適用期及低交聯時間。
步驟a)可提供的雙組分混合物進料量範圍為每分鐘50g至每分鐘約100kg，且混合物之適用期在30秒至10分鐘之範圍中。
在本說明書中，「適用期」乙詞是指於交聯作用發生之前，混合物的可加工時間。
依據欲製備之混合物種類(雙組分或多組分)、所欲顏色的種類(具有或不具有顏料)、及樹脂的可能進一步特徵的種類，將所需原料混合及進料至展開頭(head of spreading)。
視需要，數個組分係儲存於適當儲槽中以除濕及除氣，並提供各種顏料及添加劑儲槽。通過適當混合機、泵、較佳為體積、商用過濾器與管(其需以專用軟體管理)可製備及進料混合物。
依據所使用的樹脂、樹脂量、製造速度、及展開寬度，可改變構成進料系統之數個元件的直徑及種類。
此類型進料具備高度靈活性，其容許以極端速度管理生產變化，以提供減量生產，並可用於進料一或多個展開頭。
更確切而言，位於展開頭的混合物進料系統沿著支撐物的整個展開寬度完成連續及均勻進料，該展開寬度最高可達6000mm。
如前所述，本發明之方法及裝置可配合彼此功能不同之多種原料使用。
本發明設備之混合及進料系統容許改變所供應混合物/樹脂的整體體積(依據所需比例)，而於以連續方式加工的期間將其增加或減少。以此方式，操作員能以非常快速且精確的方式調整到達展開系統的混合物 量，且更精確地，到達展開元件的混合物量，兩者皆係依據完整生產線的作業條件及依據混合物特性，其可因數個環境因素而變。
步驟b)之將混合物展開於至少一基材上係提供於混合物適用期內完成於基材上的展開及輸送至交聯階段。
此步驟b)之展開係以連續方式進行並與混合物的混合及進料階段完全同步。
的確，如前面的觀察，將混合物進料至展開頭必須經由以一體積進料而達成，該體積容許沿著支撐物的整個展開寬度，亦即高達6000mm的寬度連續且均勻進料，同時，容許展開元件於混合物本身之適用期內以連續方式展開及配置所有的進料混合物，以防止預交聯現象。
較佳地，展開系統由刮刀塗佈或圓柱系統組成。
展開階段提供透過該刮刀或圓柱系統將進料的混合物塗佈於適當支撐體上。
當最終產物需使用織物作為基材時，其係首先於離型支撐物(release support)上進行混合物塗佈階段，接著於偶合單元中進行與織物的偶合，其中織物係於張力狀態並與在相對於離型支撐物的反面上的混合物進行偶合，接著移開該離型支撐物。
具體而言，本發明之裝置標的容許以二種不同模式使用織物： A)織物完全浸漬於樹脂；B)織物浮於樹脂上；模式B)為常見的織物/樹脂物品製備方法，相反地，模式A)反而很難進行，其以現今使用的技術及樹脂實際上難以實現。
關於模式A)，即依據本特定具體實施例的織物完全浸漬於樹脂，偶合單元不提供偶合壓延機(coupling calender)，而是與任何傳統偶合單元完全不同的配置。此條件一方面源自對於管理將織物沉積於已沉積於離型支撐物之混合物/樹脂上之沉積階段的需求，且另一方面源自避免機器各部分與樹脂的任何接觸的需求。的確，依據本發明之混合物/樹脂的本質及方法的特徵，其中此階段發生於樹脂仍位於流體相，會使機器變髒且隨後毀損織物，該情況迅速造成中斷製程，並進行必要的複雜清潔操作。
更精確地，當需要進行與織物之偶合時，本發明之裝置的偶合單元之配置係提供由樹脂或混合物已於其上方展開的離型支撐物所組成之薄膜或薄片經機械性加壓，以於支撐物的滑動面與偶合圓柱之間形成一角度，當需要時，將該圓柱上升至相對於該滑動面的較高位置。將圓柱附隨織物的面插入此二平面之間，且精確地在離型支撐物之滑動面與偶合圓柱較低面之間，因此容許織物穩定沉積於混合物或樹脂上，而不會接觸機器的任何機械部分，且幾乎完全無直接壓力，如圖1的元件符號3及4所示。
在模式B)方面，偶合裝置係置於交聯階段末端，於最終產物纏繞之前。
以如鐵氟龍塗佈或其他不黏處理適當地處理必須與混合物/樹脂接觸的裝置部分，如刮刀及展開元件。
本發明方法的重要特徵亦為輸送至交聯階段，且在混合物塗佈之基材的交聯階段期間，係於基材展開物之平坦條件下進行。
上述平坦條件較佳地係在本發明裝置中藉由使用輸送帶作為輸送線，輸送帶上放置經混合物塗佈的基材，以及經由50kg至800kg及以上範圍之施加於基材之張力的最適管理而達成。
上述決方案相對於習知配備有簡單支撐圓柱的展開生產線中具有絕對創新性。
與習知展開生產線相反地，本發明以連續方式運轉且不存在溶劑而取得具有所欲最終產物特性的薄膜/薄片或複合材料之方法及裝置，應於輸送至交聯階段及於後續於交聯階段期間顧及混合物的流變性質(黏度)。的確，於開始加熱混合物時，其往往形成流體，因此，輸送時任何的不完美平坦條件，會造成混合物於基材上分佈不均勻，從而取得不具有所欲性質/特徵的最終產物。
步驟c)之將混合物層交聯於基材上係於環境靜態條件下進行，其溫度可於50℃至100℃之間變化，其中以連續方式控制經塗佈之產物的溫度；交聯階段的發生時間介約30秒與約10分鐘之間。
更精確而言，本發明方法之交聯階段應於環境靜態條件下進行，其中靜態條件是指交聯室內不存在空氣流動，且絕對不存在機械振動。該條件於習知展開生產線中明顯不可能，係因其必須進行溶劑排除，而這在本發明方法中為絕對優勢，因其容許顧及混合物/樹脂之流變特性且容許取得習知展開方法所無法得到的最終產物。
因此，該條件無法於習知爐中進行，這些爐通常是通風爐。
在交聯室中，展開產物表面上的溫度仍須經由平坦輸送系統，較佳為輸送帶，以連續方式調整。
在交聯室中，聚合物維持在一受控溫度，較佳為由IR燈進行。
交聯室的IR燈操作有別於常用的系統，其係以功率調節(傳統電位計係以加溫運作，因此會以不確定方式改變頻率，且在本發明之情況中，無法確保位於聚胺甲酸酯的吸附頻率範圍內)。
反之，IR燈系統係以頻率控制方式操作：照射係集中在聚胺甲酸酯最大特異性吸附的頻率範圍內，其以光譜檢查測定。僅僅或主要使用聚胺甲酸酯吸附頻率範圍而集中照射的方式，容許增加交聯效率，同時，容許顯著節能，係因其可避免在被反射或通過聚胺甲酸酯而無效應的頻率下進行照射，而無用的分散能量。
在本發明之具體實施例中，預先設定IR燈溫度及從而其頻率(彼此直接關聯)：藉由刻意達到增加或減少IR燈照射面而進行聚合物溫度的控制。
所述溫度的控制對於調整交聯階段及進行最適節能兩者至關重要。
的確，以連續方式調整塗佈產物溫度因而亦容許控制交聯室各單一區域之溫度，並考慮到交聯的放熱反應所產生的熱，及因此相對於存在溶劑的習知展開方法將耗能情況最適化。
此外，在習知方法中通常不進行塗佈產物上的溫度控制，其僅控制乾燥爐內的空氣溫度，其中係導入待乾燥的最終產物。
材料的完整交聯可發生在二個階段：第一及主要交聯階段在製造階段期間於聚合室(polymerization chamber)發生，以及第二交聯階段及穩定化係於室溫下以自然方式發生於纏繞成線圈的產物。
第一交聯階段的進行時間包含介於約30秒與約10分鐘之間，然而，此時間範圍亦依據產物反應性而定，其對應於容許展開於基材上的混合物完全交聯所需的時間。
基於該時間，可控制製造速度及因而控制於交聯室的移行時間(travelling time)。
因此，在一些情況中，就完成其本身交聯所需的時間而言，離開交聯室(第一交聯階段)的材料可於室溫下產物纏繞成線圈之後進行進一步交聯階段及穩定化。
可依據混合物類型的反應性最適化這些階段的時間。
在以連續方式製造本發明薄膜/薄片或化合物的裝置中(其提供二或多個展開頭)的情況下，可於所有區間(section)提供一或多個累加器(accumulator)以作為緩衝器，其能吸附各區間內的微小速度變化，以控制加工期間可能需要的單頭(single head)、設置，因而不會被迫中斷該連續製程。
通常，在習知方法中，此種累加器僅於設備的頭端或末端提供。
在設備出口，薄膜/薄片或複合材料係纏繞成線圈，便於儲存以利後續加工。
本發明方法的關鍵優勢為，以連續方式進行且不使用溶劑。因此，其特徵在於環境衝擊等於零：在原料及方法本身加工階段的溶劑完全移除之後，作業場所及外部環境不會有直接抑或間接溶劑排放。
進一步之優勢為，最終產物絕對不含微量溶劑。
本發明方法之優勢亦為，於製造過程中不使用水。
同時，本發明方法之生產廢料係由惰性殘餘物組成，其不含溶劑。
因此，本發明之方法及裝置毫無疑問具有大幅減少耗能的優勢：的確，由於製造過程中完全移除溶劑，演變出將各種降低溶劑的設備、乾燥爐、熱功率設備、導熱油電路等之移除。
進一步的節能亦與本發明之裝置不需要預熱時間有關，因此，其僅需於實際作業時以幾乎立即的方式開機及關機。
整體而言，相對於提供熱功率站、乾燥爐、及降低設備的習知展開設備的耗能情況，本發明之裝置的總體節能(global energy saving)(燃料及電力)為50%以上。
具體而言，由於本發明的特定製造方法標的，所取得的薄膜/薄片或複合材料極具靈活性且具備可調整特徵：的確，所取得的薄膜/薄片或複合材料具有一定範圍的「硬度」，係於極軟與彈性產物至極硬與剛性產物之間變化；此外，如所述，藉由於製造期間直接調整配方，可製造具有各式各樣特殊特徵的薄膜/薄片或複合材料，如自消光(self-extinction)、抗靜電性(anti-staticity)或導電性、磁性、X射線不透性、UV抗性、溶劑抗性、高溫抗性、無多孔性、擴展箔(expanded foils)、及其他特徵，其單獨或同時呈現並具有不同等級。
所產生的薄膜/薄片或複合材料可應用於多個領域的多種最終產物，例如下列(僅具說明目的)：醫療領域：製成不透射線箔(無鉛)以阻隔X射線，如用於工作人員及病患的袍服及其他保護裝置；環境屏蔽及放射線照相裝置絕緣；熱壓器中之其他滅菌裝置：防水毛巾、床墊外層等；安全性：用於屏蔽裝置之不透射線箔，以於機場、港口、及其他敏感性建築物控管行李，以及相關工作人員的保護； 工業生產的品質管理之應用及相關工作人員的保護；生態學：耐受化學品及油品的飄浮柵(floating barrier)、用於污染物的撓性槽；海洋：用於充氣船、救生筏的充氣式織物、裝水的軟油箱(flexible tank)、防護衣；建築業：塗裝、鋪面、紡織品構造、隔音；家具：合成皮革(具有相當的耐磨性)、配件；服飾：鞋類、配件；汽車：塗裝及防護；以及市民保護：緊急避難場所結構及充氣式支撐物、裝水及燃料的軟油箱。
2‧‧‧將混合物進料及展開的區間
3-4‧‧‧將織物與基材或支撐物偶合的區間
5‧‧‧交聯區間及相關輸送帶
本發明現將依據其較佳之具體實施例並具體參考所附圖1而以圖示性但非限制性方式進行說明，其中：
圖1代表以連續方式製造本發明薄膜/薄片或複合材料之裝置區間的實施例之示意圖。
更精確而言，圖1為本發明之裝置區間的示意圖，其中將混合物進料及展開的區間係以2顯示、將織物與基材或支撐物偶合的區間係以3-4顯示、交聯區間及相關輸送帶係以5顯示。
茲提出有關製備本發明塗佈物品之實施例作為本發明之說明性而非限制性之實施例。
實施例1
對180℃具有抗性的塗層
已完成每平方公尺重量為450公克的成品，其由250公克的樹脂及200公克織物組成，該織物作為支撐物。
由70%重的組分A及30%重的組分B所組成之樹脂係藉由於混合系統中將二組分A與B混合並將其進料至展開系統而製備。
將由95重量份的多元醇及5重量份的顏料組成的組分A以重量比70：30與組分B混合，組分B為異氰酸酯預聚合物。更精確而言，組分A由95重量%之DIMERDIOL及5重量%之分散於聚醚多元醇的碳黑組成，而組分B為以二環己基甲烷-4,4’-二異氰酸酯為基的預聚合物。
接著，將取得的混合物於紙支撐物上展開，該紙支撐物為聚胺甲酸酯展開領域中習知之類型。
依據前述方法，於開始交聯之前，先進行與聚酯織物(標稱(title)：1100dtex平織)之偶合。更精確而言，將樹脂於紙支撐物上展開，將取得的樹脂/離型支撐系統和已在偶合單元中與織物偶合之混合物進行偶合，其中置於張力下的織物係與支撐於紙支撐物上的混合物於對應該紙支撐物的面上進行偶合，接著移開該離型支撐物。
以連續方式將如此製備的物品插入聚合室，使其在其中受到足使其纏繞成線圈之交聯。
進料至展開系統之混合物的適用期於室溫下為約3分鐘，而交聯係於90℃下進行約4分鐘。
接著，產物線圈於室溫下維持纏繞約2天，以使其達到完全交聯，從而達到塗佈產物的最適特性。視需要，可藉由將產物儲存於熱室(hot chamber)以加速此最終交聯。
所得到的產物呈現：
-高的溫度抗性(180℃下20分鐘，不變)
-高的耐磨性，係依據ISO 5470-1(MOLA CS17、PESO 500GR、CICLI 1000)測定，其中重量損失小於0.01%；-無多孔性，係依據ISO 811測定：(水柱1000cm)；-普遍對溶劑及碳氫化合物之最適抗性；-接觸黏性材料(如熱瀝青)的低黏著性。

Claims (10)

  1. 一種以連續方式製造薄膜/薄片或複合材料的方法，其包含下列步驟：a)製備待展開的雙組分混合物，並將該混合物進料至展開/塗佈階段，其中該混合物係於其本身適用期內以連續方式製備、進料、及配置；b)將該混合物展開/塗佈於至少一基材上，其中在該基材上的展開及輸送至交聯階段係於該混合物適用期內完成；c)於環境靜態條件下及介於50℃與100℃間之溫度範圍內，於該基材上進行混合物層之交聯，並以連續方式控制所製造之塗佈產物的溫度值，其中經展開的基材在該交聯步驟期間之輸送係於該經展開的基材之平坦條件下進行。
  2. 如請求項1之方法，其中步驟a)之製備該待展開的混合物及將該混合物進料至塗佈階段係以連續方式進行，且該經進料的混合物係自該塗佈階段以連續方式配置。
  3. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟a)提供每分鐘約50g至每分鐘約100kg之範圍的量之混合物供應，且該混合物的交聯時間適用期係於30秒至約10分鐘內變化。
  4. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟b)之將該混合物塗佈於該基材上係以連續方式進行，並與該混合物的混合及進料步驟完全同步。
  5. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟b)涉及將樹脂展開於支撐離型材(support release)上、於張力下將藉此取得的經支撐樹脂與織物偶合，其係於對應與該支撐離型材偶合的反面進行、及隨後移開該支撐離型材。
  6. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟c)之於該基材上交聯該混合物層係以連續控制該製造之塗佈產物之溫度的方式進行，且時間介於約30秒與約10分鐘之間。
  7. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟c)之於該基材上交聯該混合物層係包括在聚合室中的第一主要交聯階段，及已纏繞成線圈的產物在室溫下的第二交聯階段及穩定化。
  8. 一種用於連續製造薄膜/薄片或複合材料的裝置，其包括用於將待展開混合物混合及進料的系統、將該混合物展開/塗佈於至少一基材上的系統、輸送系統、及交聯系統，該裝置的特徵在於該交聯系統為靜態交聯室，以及在於該輸送系統為平面輸送帶，該輸送系統將源自該展開/塗佈系統之以該混合物塗佈之基材進料至該交聯系統且沿著該交聯系統載運。
  9. 如請求項8之裝置，其中該塗佈/展開系統由刮刀塗佈裝置或圓柱系統組成。
  10. 如請求項8或9任一項之裝置，其中該混合物於至少一基材上的展開/塗佈系統亦包含偶合單元，其具有一配置，以使得對由已被該混合物塗佈之支撐離型材製 成的薄膜/薄片機械施力，而於該支撐物之滑動面與該偶合圓柱之較低面間形成一角度，且該圓柱之附隨第二基材的平面係插入該二平面之間，該第二基材較佳為織物。
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