文 楊建青

煙臺博源科技材料股份有限公司

涂布指的是將成卷的軟基材（紙張或薄膜）涂上一層具有特定功能的材料（膠水、涂料、油墨等），然后通過烘箱烘干后進行收卷的技術(shù)。涂布時將網(wǎng)紋輥的旋轉(zhuǎn)方向與膜的走料方向設(shè)置為相反的方向，網(wǎng)紋輥旋轉(zhuǎn)時帶起料槽中的涂料，隨即涂覆在軟基材（紙張或薄膜）上，實現(xiàn)涂布操作。在涂布過程中，決定產(chǎn)品質(zhì)量最關(guān)鍵的操作在于涂料是否能均勻涂覆在軟基材上。但在實際生產(chǎn)過程中，料槽中的涂料因上料輥在料槽中轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生泡沫，帶有泡沫的涂料如果涂覆在軟基材（紙張或薄膜）上面，會產(chǎn)生涂布不均勻的現(xiàn)象，直接影響成品表觀。因此，本文從泡沫產(chǎn)生原因、泡沫引發(fā)危害及泡沫消除方法、泡沫預防措施等四方面進行研究探討。

1 泡沫產(chǎn)生原因

泡沫是氣泡在液體中經(jīng)分散后形成的以液膜隔離的多孔膜狀體系。根據(jù)氣泡形態(tài)及大小，可將其分為游離氣泡和溶解氣泡兩類。其中游離氣泡以個體的形式存在于溶液中并可溢出，造成在基材上涂布時出現(xiàn)由其引發(fā)的表觀弊病。溶解氣泡是一種肉眼不可見的氣泡，以分子形式溶解于溶液中，在條件沒有變化時，不會從溶液中游離出來，但與游離氣泡可相互轉(zhuǎn)化。在涂布工藝中氣泡產(chǎn)生的主要原因有：①涂料中的顏填料比表面積較大，在制備涂料過程中，空氣會隨著顏填料進入涂料后產(chǎn)生氣泡。②涂料在生產(chǎn)和使用中會添加各類表面活性物質(zhì)，如乳化劑、潤濕劑、增稠劑、分散劑等，造成生產(chǎn)過程極易產(chǎn)生氣泡。③涂布過程需機械攪拌等，在攪拌過程中有空氣進入形成氣泡。④由于配方組分相互反應后產(chǎn)生CO2，以氣泡的形式存在。⑤涂布液中使用的溶劑沸點低，受熱易沸引起氣泡。⑥使用隔膜泵抽取涂料入料槽時，液體在沖擊力作用下產(chǎn)生氣泡。

2 泡沫引發(fā)危害

涂布時由于涂布版輥的高速旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生大量氣泡，泡沫對生產(chǎn)成本、紙品質(zhì)量均有不良影響。實際生產(chǎn)時，產(chǎn)生泡沫后引發(fā)的危害主要有：①氣泡溢出料槽，使正常涂布工藝中斷，影響生產(chǎn)效率。②因大量微小氣泡導致產(chǎn)品表觀不好。出現(xiàn)漏涂、泡點、水紋印、斑駁等弊病，影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成嚴重損失。

3 泡沫消除方法

目前除去液體中氣體的方法有兩種，分為物理方法和化學方法。物理方法主要包括加熱、蒸汽、超聲波及放置擋板或濾網(wǎng)、機械攪拌等?；瘜W方法主要包括化學反應法和添加消泡劑法。這些方法從不同程度上促進了液膜兩端氣體的透過速率和泡膜排液，使得泡沫穩(wěn)定因素小于衰減因素，從而使泡沫數(shù)量逐漸減少。

3.1 化學方法

消除氣泡的化學方法主要包括化學反應法和添加消泡劑法。

（1）化學反應法

化學反應法是指通過加入試劑使其與起泡劑發(fā)生化學反應，生成不溶于水的物質(zhì)，從而降低液膜中表面活性劑濃度，促使泡沫破裂。由于起泡劑成分不確定，化學反應法會產(chǎn)生難溶性物質(zhì)，容易對設(shè)備造成危害。

（2）添加消泡劑法

目前，添加消泡劑是最普遍的消泡方式。消泡劑是消除氣泡經(jīng)常使用的助劑，雖然添加量小，但作用極大。原因是消泡劑HLB 值小、具有比氣泡更小的表面張力，可以在氣泡表層鋪展，破壞泡沫體系表面黏度和彈性物質(zhì)。同時可以置換或破壞生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的起泡劑,降低表面張力,形成缺乏彈性的泡膜，在氣體壓力下易于破壞，致使泡沫不能形成，導致泡沫破裂。

3.2 物理方法

消除氣泡的物理方法有兩種，分別為靜置消泡和使用消泡裝置消泡。靜置消泡雖然成本低但耗時長且效果差?？紤]到產(chǎn)品交期時間及生產(chǎn)效率等因素，更多會選擇消泡裝置進行消泡。目前在涂布工藝中使用消泡裝置進行消泡的方式主要有加熱消泡、超聲波消泡、吸附消泡、機械消泡等。

（1）加熱消泡裝置

升級加熱料筒是一種便捷式的帶加熱料筒裝置。裝置由料筒本體、保溫層、滾球、弧形滑道、豎桿、絞繩及電機、液壓臺組成（見圖1）。料筒為弧形結(jié)構(gòu)的不銹鋼材質(zhì)，底部裝有滾球，在滾球作用下筒體可以在弧形軌道上輕松滑動。料筒筒壁包覆有碳纖維電熱絲，電熱絲外部設(shè)置保溫層。料筒側(cè)壁上端部通過鉸鏈與豎桿相連，與豎桿反方向料筒側(cè)壁下端經(jīng)由絞繩與電機相連。該裝置將料筒放置于弧形滑道上，加熱消泡后能夠更容易、更徹底的出料。

圖1 升級加熱料筒

（2）超聲波消泡裝置

超聲波分離裝置利用超聲波震蕩作用將氣泡分離。裝置包括超聲波消泡筒、涂布液盛液桶和超聲波發(fā)生器（見圖2）。超聲波發(fā)生器及盛液桶體均放置于超聲波消泡筒中，經(jīng)過超聲波振蕩作用后，盛液桶體內(nèi)部的液體氣泡上浮，上浮后的氣泡通過排氣管除去，無氣泡的液體由盛液桶體的底部流出，可保證消泡、供料同時進行。

圖2 超聲波分離裝置

超聲波控制裝置通過捕捉信號控制超聲發(fā)生器進行工作。裝置包括基材、涂布輥、視覺相機、控制器、超聲發(fā)生器和水平移動模組等六部分（見圖3）。涂布輥設(shè)置在基材一側(cè)，待涂布完成后，視覺相機將會對已完成涂布的基材表面進行拍攝，相機自動檢測空洞位置并將信號傳遞給控制器，控制器控制超聲發(fā)生器在水平移動模組上水平、垂直移動，將氣泡振破，減少材料涂布層空洞的出現(xiàn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。該裝置利用超聲波在涂布液內(nèi)空化作用產(chǎn)生的沖擊力，使溶解在液體內(nèi)的氣體壓破、脫離?；蛟诔暡ㄝ椛湎拢苈晧鹤饔镁奂癁榇髿馀莺笃扑?，同時空化效應所產(chǎn)生的巨大能量對液體分散，同時實現(xiàn)消泡與均質(zhì)的目的。

圖3 超聲波控制裝置

（3）吸附消泡裝置

吸附消泡裝置的料槽設(shè)置為微凹型，內(nèi)部設(shè)置消泡網(wǎng)用于消除氣泡（見圖4）。消泡網(wǎng)的兩端連接槽體及槽壁，結(jié)構(gòu)為弧面網(wǎng)狀。消泡網(wǎng)弧面的弧度與涂布輥弧度保持一致，且間距為1.0～1.5 mm。裝置利用氣泡與阻礙物體有吸附作用力的特點，將氣泡吸附于消泡網(wǎng)上，不斷將涂料進行過濾，防止氣泡由刮刀及涂布輥帶到涂布基材上，達到消泡目的。

圖4 吸附消泡裝置

（4）機械消泡裝置

在進行涂布生產(chǎn)時，使用機械方法進行消泡的裝置較多，現(xiàn)階段涂布設(shè)備常用的機械消泡裝置包括覆膜輥消泡裝置、雙消泡棒裝置、螺紋桿消泡裝置、擋板式消泡裝置。

覆膜輥消泡裝置是在涂布槽上方放置消泡輥，使消泡輥與涂布版輥保持水平并相切（見圖5）。消泡輥由電機驅(qū)動，轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)速要求與涂布版輥保持一致，利用擠壓原理達到消除泡沫的目的。消泡輥上包覆薄膜，每次換涂料、油墨時只需要將舊薄膜撕掉，重新使用新薄膜即可，節(jié)省消泡輥清洗時間，提高了工作效率。

圖5 覆膜輥消泡裝置

雙消泡棒裝置是用于涂布的消泡系統(tǒng)，包括料槽、刮刀、網(wǎng)紋輥、第一消泡棒、第二消泡棒（見圖6）。網(wǎng)紋輥兩端由固定部固定于料槽內(nèi)部，上方放置有貼合的刮刀。第一消泡棒和第二消泡棒為塑料薄膜筒，內(nèi)部裝有密度較小的氣體，其兩端由鐵絲固定，可隨網(wǎng)紋輥的晃動自由調(diào)整距離，保證與網(wǎng)線輥一直處于貼合狀態(tài)。第一消泡棒要求緊貼網(wǎng)紋輥水平軸線的上方，第二消泡棒要求壓于第一消泡棒上方且緊貼料槽內(nèi)壁。在刮刀及雙消泡棒的作用下，該消泡系統(tǒng)能有效減少氣泡。

圖6 雙消泡棒裝置

螺紋桿消泡裝置由左旋螺紋凸起、右旋螺紋凸起及輥體組成（見圖7）。使用時輥體橫向放置，與網(wǎng)紋輥緊貼。左半部分輥體上沿著外周面設(shè)置有多圈左旋螺紋凸起，右半部分輥體上沿著外周面設(shè)置有多圈右旋螺紋凸起。當網(wǎng)線輥轉(zhuǎn)動時，螺紋桿也隨之轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動時可使液體中的氣泡往兩邊擴散，從而去掉網(wǎng)紋輥上的涂料氣泡。

圖7 螺紋桿消泡裝置

擋板式消泡裝置由料槽、網(wǎng)紋輥和與網(wǎng)紋輥平行放置的擋板組成（見圖8）。擋板與網(wǎng)紋輥之間設(shè)有兩端封口、內(nèi)部填充空氣的塑料薄膜筒。塑料薄膜筒兩端由裝有限位塊的擋板限定位置，要求放置于網(wǎng)紋輥出水一側(cè)的液面上并與網(wǎng)紋輥緊貼。裝置通過設(shè)置一個內(nèi)部充氣的塑料薄膜筒，通過與網(wǎng)紋輥緊貼后的擠壓作用，將網(wǎng)紋輥上的氣泡消除。

圖8 擋板式消泡裝置

4 泡沫預防措施

為了減少實際生產(chǎn)過程中泡沫問題的發(fā)生，涂布裝置使用時，要采取措施預防泡沫的產(chǎn)生。泡沫預防措施從以下幾個方面著手：

（1）原輔材料。要加強對各種原輔材料（紙、膜、油墨、涂料、助劑）的檢測工作，從源頭上進行控制，降低氣泡產(chǎn)生概率，提升產(chǎn)品品質(zhì)。

（2）工裝清潔。要注意工裝的養(yǎng)護，每次開機前及停機后要盡快清潔工裝，清理工裝時使用干凈柔軟的棉布，蘸取適量的溶劑進行擦拭，除去涂布輥及各種膠輥表面的黏附物，避免這些黏附物干固后影響涂布，減少氣泡產(chǎn)生，對涂布輥要用毛刷/銅刷/超聲波反復刷洗網(wǎng)穴部分，盡量消除網(wǎng)穴內(nèi)殘存的雜質(zhì)，以免造成網(wǎng)穴堵塞，影響涂布效果。

（3）涂布工藝。在實際生產(chǎn)中應當根據(jù)不同的涂布工藝、物料的特點及性能來選擇最佳涂料、膠水、油墨、助劑等組合，并視具體生產(chǎn)情況調(diào)控涂布工藝參數(shù)，減少泡沫產(chǎn)生。

（4）車間環(huán)境。應當保持涂布車間內(nèi)的環(huán)境溫濕度相對恒定，通過安裝制冷風扇、空調(diào)或者抽濕（加濕）等裝置，避免低沸點溶劑在溫度高時導致內(nèi)部揮發(fā)產(chǎn)生內(nèi)泡。

5 結(jié)論

在工業(yè)生產(chǎn)中，由于氣體在液體中有一定的溶解性，當環(huán)境條件改變時，氣體將從液體中溢出產(chǎn)生氣泡。氣泡會導致涂布過程產(chǎn)生某些弊病。因此，使用涂布裝置進行涂布時，要關(guān)注氣泡情況。氣泡的消除首先要以預防為主，從原材料、版輥、車間溫濕度等多環(huán)節(jié)入手，盡可能減少氣泡的產(chǎn)生。其次，若涂布料槽中仍存在氣泡，可視情況進行處理：當泡沫較少時，可以采用化學方法解決，即化學反應法或添加消泡劑法；當泡沫較多時，可將化學方法與物理方法結(jié)合使用，即先添加消泡劑，然后結(jié)合泡沫情況及車間實際操作環(huán)境選擇使用合適的消泡裝置，解決氣泡問題。