胶粘剂的干燥状态和复合机干燥系统能力估算

自然干燥与热风对流干燥

将热塑性氯乙烯/醋酸乙烯树脂溶于甲基异丁酮（MIBK），涂布后干膜厚约3微米。在自然干燥状态下，1小时后检查溶剂残留量，如树脂重量为4g/㎡，涂层所含溶剂是树脂重量的10％，即0.4g/㎡。24小时后残留溶剂0.28g/㎡；2星期后仍含溶剂0.21g/㎡，换算成残留检测指标是210㎎/㎡。这个实验告诉我们：

首先，没有残留检测设备的企业仅凭手指触摸去感觉涂层干燥与否是很不可靠的。有文献记载，硝基喷漆正常干燥1～2星期，指触感觉已完全实干，却仍可能含6～9％的溶剂。油漆涂层在使用中可以继续干燥，而胶粘剂或油墨在认为干燥后将进行复合操作，残留的溶剂会长期保留在复合膜涂层中。

其次，复合机或印刷机干燥箱的主要任务是去除残留溶剂。因为溶剂大量挥发阶段占总干燥时间的比例很少，而驱除残留溶剂的时间倒占了绝大部分。

干燥箱将漫长的干燥时间压缩在几秒钟之内。强制干燥需要能量，热风冲击型干燥箱的喷嘴射出的高速气流破坏了涂层表面的空气层，将热量传递给涂层，同时带走溶剂蒸气。胶粘剂等涂层表面因溶剂蒸发会消耗热量，蒸发越快消耗热量越多。如高速气流传递给涂层的热量少于蒸发所需的热量，涂层及被涂层附着的薄膜基材会降温。降温的结果是减少蒸发速率，并逐渐趋向某一平衡点。当涂层对热量的吸收和释放平衡时蒸发速率恒定，该蒸发阶段称为衡干燥段。衡干燥段之前的阶段是冷却段。溶剂型涂层经历了短暂的衡干燥段后，由于涂层表面逐渐缺少溶剂，这时蒸发速率取决于由涂层内部输送至表面的溶剂传输速率，涂层干燥进入降干燥阶段，涂层及基材温度升高。涂层温度的下降——恒定——上升反映了蒸发速率的变化。胶粘剂涂层的干燥状态一般用干燥曲线来描述，横坐标是干燥时间，纵坐标可以用溶剂占涂层的重量百分率表示，也可用蒸发速率表示，如图：

复合机干燥箱第一段的干燥状态

凹版印刷机每色转移的油墨量干基约为每平方米1克左右，所以一般的印刷机干燥箱每色只有一段。而复合机常将干燥箱分成三段，因为总干燥效率取决于最慢阶段的干燥率，通常可以增大最慢干燥阶段的干燥速率来加速干燥过程。胶粘剂从涂布辊转移至基材表面后即开始自然干燥，在干燥箱第一段之前通常能使胶粘剂固含量上升3～5％，涂层逐渐降温后进入干燥箱。当涂层表面尚有充足的溶剂时，热量通过喷嘴吹出的高速气流传递到涂层上，同时涂层升温并加速干燥。当热量传输进涂层及基材的速率与因溶剂蒸发涂层中热量被消耗的速率趋于平衡时，控制蒸发速率可简单地增减干燥器的传热率来实现。蒸发速率用下式表示：

方程中分子表示喷嘴热风对涂层的传热率，单位千卡/小时，分母是涂层表面温度时溶剂蒸发潜热。分子和分母恒定不变时，涂层进入衡干燥阶段。影响干燥器传热系数的因素很多，将在以后谈到，如干燥器的构造形式，设备制成后结构因素成为定值。生产中可调节传热系数的因素有喷嘴风速、热风温度。衡干燥段对溶剂型涂层来说时间很短，但此阶段中有大量溶剂蒸发，对胶粘剂来说涂层固含量从约40％上升至60％左右。经过衡干燥段以后，涂层由过渡段转入降干燥阶段。复合机干燥箱第一段包括了衡干燥段和部分降干燥段，将85％左右的溶剂蒸发掉。通常第一段干燥速率不能太快，因为进入降干燥段，干燥速率取决于溶剂从涂层内部向表面扩散的速率，且胶粘剂尚有流动性，是涂层弊病多发段。调节干燥率一般采用变化温度，而喷嘴风速通过挡风板调节不太灵敏，且不便经常调节。

复合机干燥箱第二、三段的干燥状态

干燥箱第二、三段都处于涂层降干燥阶段，随着涂层溶剂含量的减少，干燥率逐步下降。基材及涂层吸收喷嘴气流的热量高于溶剂蒸发耗损的热量，温度逐渐升高，直至与热风温度接近，所以第三干燥箱温度设定要考虑基材是否会因温度太高而收缩。降干燥阶段的残留溶剂量与涂层厚度成正比，与干燥时间成反比。控制残留量较好的手段是控制干燥时间——即控制复合速度，如无节制地提高传热量或增加热风功率并不一定能使干燥速率上升。影响溶剂释放的因素除了胶粘剂的厚度外还与胶粘剂聚合物的性质有关，另外聚合物与溶剂的相容性、溶剂分子的大小和形状等等也影响干燥速率。

干燥能力估算

静止的空气，它的传热系数是10kcal/h·㎡·℃。老式的对流干燥器，热风流向平行于薄膜涂层表面，且与薄膜基材的运动方向相反。这类干燥器的传热系数约为30kcal/ h·㎡·℃，目前仍然在很多小彩印厂中被使用。热风冲击干燥器通过喷嘴射出高功率的热气流，在喷嘴冲击点上有很高的局部传热系数，一般能达到100～200kcal/ h·㎡·℃，是当前复合干燥器的主要种类，以后将作重点分析。由于篇幅原因，有兴趣的读者可留意本文的续篇。