高倍率PVC涂層發(fā)泡材料生產(chǎn)工藝

謝志海

思嘉環(huán)保材料科技（上海）有限公司 （上海 201507）

涂層面料利用溶劑或水將所需要的涂層膠粒［聚氨酯（PU）膠，丙烯酸（A/C）膠，聚氯乙烯（PVC），聚乙烯（PE）膠］等溶解成流涎狀，再以某種方式（圓網(wǎng)、刮刀或者滾筒）均勻地涂在布料（棉、滌綸、錦綸等基材）上，然后在一定溫度的烘箱內(nèi)進(jìn)行固著，使在基材面料表面形成一層均勻的覆蓋膠料[1]。PVC涂層發(fā)泡材料常規(guī)倍率在2～4之間，隨著市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)發(fā)泡材料的厚度及倍率要求越來(lái)越高。使用高倍率發(fā)泡劑配制而成的聚氯乙烯糊樹(shù)脂（E-PVC糊劑），采用一步發(fā)泡法會(huì)出現(xiàn)發(fā)泡厚度不足、發(fā)泡不均勻、表面氣泡比較多等異常問(wèn)題，生產(chǎn)的發(fā)泡材料表面不平整、發(fā)泡不細(xì)膩，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)和隔音效果變差，無(wú)法達(dá)到市場(chǎng)對(duì)涂層發(fā)泡材料的質(zhì)量要求。為了得到高倍率（6～8倍）PVC涂層發(fā)泡材料生產(chǎn)工藝，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用高倍率偶氮二甲酰胺 （AC發(fā)泡劑）配制成E-PVC糊劑，需要在210℃高溫以上才能有效發(fā)泡。在配方中添加一定量的K-Zn活化劑，不僅可以使發(fā)泡更加容易、均勻，還可有效降低生產(chǎn)溫度。同時(shí)，采用三步發(fā)泡法可以有效克服生產(chǎn)高倍率PVC涂層發(fā)泡材料的一些異常問(wèn)題，包括發(fā)泡厚度不足、發(fā)泡不均勻、表面大氣泡比較多等。

1 發(fā)泡原理

1.1 發(fā)泡過(guò)程

發(fā)泡是指在發(fā)泡成型過(guò)程或發(fā)泡聚合物材料中，通過(guò)物理發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑的添加與反應(yīng)，形成蜂窩狀或多孔狀結(jié)構(gòu)。發(fā)泡成型的基本步驟是：形成泡核、泡核生長(zhǎng)或擴(kuò)大，以及泡核的穩(wěn)定。在給定的溫度與壓力條件下，氣體的溶解度下降，以致達(dá)到飽和狀態(tài)，使多余的氣體排出并形成氣泡，從而實(shí)現(xiàn)成核。

1.2 發(fā)泡方法分類

發(fā)泡是使塑料產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)的過(guò)程。發(fā)泡方法可分為：（1）化學(xué)發(fā)泡?；瘜W(xué)發(fā)泡是指由特意加入的化學(xué)發(fā)泡劑因受熱分解或原料組分間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的氣體，使塑料熔體充滿泡孔?；瘜W(xué)發(fā)泡劑在加熱時(shí)釋放出的氣體有二氧化碳、氮?dú)狻睔獾?。化學(xué)發(fā)泡常用于聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)。（2）物理發(fā)泡。物理發(fā)泡是指在塑料中溶入氣體或液體，而后使其膨脹或汽化發(fā)泡。物理發(fā)泡適用的塑料品種較多。（3）機(jī)械發(fā)泡。機(jī)械發(fā)泡是指借助攪拌使氣體混入液體混合料中，然后經(jīng)定形過(guò)程形成泡孔的發(fā)泡方法。該法常用于脲甲醛樹(shù)脂泡沫的制備，也適用于聚乙烯醇縮甲醛、聚乙酸乙烯、聚氯乙烯溶膠等泡沫材料的制備。[2]

1.3 PVC涂層材料發(fā)泡方法

高倍率PVC涂層發(fā)泡材料是利用化學(xué)發(fā)泡原理制備的。在E-PVC糊劑中添加高倍率AC發(fā)泡劑（發(fā)氣量大、性能優(yōu)越、用途廣泛的發(fā)泡劑之一），通過(guò)高溫分解AC發(fā)泡劑而制得PVC涂層發(fā)泡材料，溫度要達(dá)到210℃以上才可以有效發(fā)泡。發(fā)泡溫度越高，生產(chǎn)控制就越不穩(wěn)定。為了降低發(fā)泡溫度，在配方中添加一定量 （E-PVC質(zhì)量的1.5%左右）的K-Zn活化劑，這樣在200℃左右就可以有效發(fā)泡，而且發(fā)泡更加容易、產(chǎn)品均勻細(xì)膩，生產(chǎn)過(guò)程更加穩(wěn)定可控。

2 PVC涂層發(fā)泡生產(chǎn)工藝條件及流程

2.1 高倍率PVC發(fā)泡材料的結(jié)構(gòu)

高倍率PVC發(fā)泡材料的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高倍率PVC材料的結(jié)構(gòu)

高倍率PVC涂層發(fā)泡材料包括一層聚酯纖維網(wǎng)布層1、兩層普通PVC膠層2、一層發(fā)泡層3、一層表面處理層4。聚酯纖維層位于中間，兩層膠層分別涂覆于聚酯纖維層的上下表面，發(fā)泡層涂覆在面層膠之上，表面處理層涂覆在底部膠層上。其中：膠層為普通PVC樹(shù)脂層、表面處理層為聚偏氟乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯層；發(fā)泡層使用發(fā)泡專用的EPVC，同時(shí)在配方中添加AC發(fā)泡劑和一定量的KZn活化劑。

2.2 PVC涂層發(fā)泡材料的生產(chǎn)工藝流程

高倍率PVC發(fā)泡材料的制備流程見(jiàn)圖2。

圖2 PVC發(fā)泡材料的生產(chǎn)流程

2.3 PVC發(fā)泡材料的制備工藝

（1）配制膠層糊劑：按膠層涂液各組分質(zhì)量比例稱取各原料，然后投入混合器中，攪拌混合20～30 min，得到膠層涂液，其黏度為 8000～15000 mPa·s。

（2）配制發(fā)泡層糊劑：按發(fā)泡層各組分質(zhì)量比例稱取原料，投入混合器中，攪拌混合15～30 min，得到發(fā)泡層涂液，其黏度為 12000～20000 mPa·s。

（3）配制處理層涂液：按處理層涂液各組分質(zhì)量比例稱取原料，投入混合器；原料表面處理成分為聚偏氟乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯，表處在發(fā)泡材料正反面形成一層保護(hù)層，達(dá)到防污自潔和易清洗的效果；混合攪拌10～20 min，得到面涂層表處液，其黏度為 100～300 mPa.s。

（4）涂覆膠層：將聚酯纖維網(wǎng)布在105～115℃加熱輥下預(yù)熱15～30 s，并除去表面附著的雜質(zhì)，然后經(jīng)發(fā)送裝置送入立式涂布機(jī)中，在膠層涂液中浸漬10～30 s，再送入雙面刮刀裝置中，經(jīng)雙面刮刀控制聚酯纖維網(wǎng)布表面和底面的膠層上糊量為70～90 g/m2，然后送入立式烘箱中，梯度升溫進(jìn)行烘干、預(yù)塑化，得到一級(jí)聚酯纖維網(wǎng)布。其中，第一梯度為在115～125℃下烘干 30～40 s，第二梯度為在 125～140℃下烘干25～30 s，第三梯度為在150～160℃下烘干15～20 s。

（5）冷卻：將從立式烘箱出來(lái)的一級(jí)聚酯纖維網(wǎng)布經(jīng)由冷凍水輥筒進(jìn)行冷卻。

（6）涂覆底部膠層：將冷卻后的一級(jí)聚酯纖維網(wǎng)布送入涂層機(jī)的臥式第一涂頭中，在普通膠層涂液中浸漬10～30 s，再送入水平刮刀裝置中，經(jīng)水平刮刀控制聚酯纖維網(wǎng)布表面的膠層上涂覆普通膠層涂液的量為80～100 g/m2，然后送入臥式烘箱1中，梯度升溫進(jìn)行烘干、預(yù)塑化及預(yù)發(fā)泡，得到二級(jí)聚酯纖維網(wǎng)布。其中，第一梯度為在130～150℃下烘干10～15 s， 第二梯度為在 150～160 ℃下烘干 15～20 s，第三梯度為在160～170℃下烘干15·25 s。

（7）冷卻：將從臥式烘箱1出來(lái)的二級(jí)聚酯纖維網(wǎng)布經(jīng)由冷凍水輥筒進(jìn)行冷卻。

（8）涂覆發(fā)泡層：將冷卻后的的二級(jí)聚酯纖維網(wǎng)布送入涂層機(jī)的第二涂頭中，在發(fā)泡糊劑涂液中浸漬20～35 s，再送入水平刮刀裝置中，經(jīng)水平刮刀控制聚酯纖維網(wǎng)布表面的膠層上涂覆發(fā)泡膠層涂液的量為200～600 g/m2（根據(jù)實(shí)際發(fā)泡厚度需求進(jìn)行調(diào)整），之后進(jìn)入臥式烘箱2中，梯度升溫進(jìn)行烘干、塑化及最終發(fā)泡，得到三級(jí)聚酯纖維網(wǎng)布。其中，第一梯度為在170～180℃下烘干10～15 s，第二梯度為在180～190℃下烘干15～20 s，第三梯度為在190～200℃下烘干15～25 s，第四梯度為在200～210℃下烘干 15～20 s。

（9）冷卻：將從臥式烘箱2出來(lái)的三級(jí)聚酯纖維網(wǎng)布經(jīng)由冷凍水輥筒進(jìn)行冷卻。

（10）涂覆表面積處理層：將冷卻后的三級(jí)聚酯纖維網(wǎng)布送入表處間，在處理層涂液中浸漬5～10 s，通過(guò)滾筒印刷方式對(duì)發(fā)泡材料的正反面都涂覆處理層涂液，表處劑濕含量為20～30 g/m2。將表處過(guò)的材料送入表處烘箱中，在135～150℃下干燥20～30 s，冷卻后，得到篷房用保溫、隔熱、防噪音發(fā)泡材料。

按以上生產(chǎn)工藝流程，可以制造出厚度在3～6 mm之間的PVC涂層發(fā)泡材料。聚酯纖維網(wǎng)布底面膠層涂液的上糊量為80～100 g/m2；發(fā)泡層涂液的上糊量為200～600 g/m2；表面處理層涂液的濕上糊量為20～30 g/m2，使產(chǎn)品具有防污自潔效果。

3 結(jié)語(yǔ)

高倍率PVC涂層發(fā)泡材料發(fā)泡過(guò)程中有兩個(gè)工藝控制要點(diǎn)：一是底面涂覆的普通PVC糊劑要盡量少，但要保證完全覆蓋聚酯纖維網(wǎng)布層，以利于熱量傳遞；二是烘箱底部風(fēng)量要比上風(fēng)口風(fēng)量大，目的是使發(fā)泡更加均勻。采用以上配方、結(jié)構(gòu)以及工藝，制得的發(fā)泡材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、柔韌性高、防火防水、防輻射、抗靜電等特性。同時(shí)，該發(fā)泡材料用作保溫材料時(shí)，可收集多余熱量，并適時(shí)平穩(wěn)釋放，使溫度變化梯度小，有效降低熱損耗，達(dá)到保溫、隔熱、防噪音的效果。