国内外制造聚乙烯醇薄膜的工艺方法,主要有溶液流涎法(湿法),和挤出吹膜法(干法)。这两种工艺均“脱胎”于传统塑料膜生产。由于聚乙烯醇系水溶性物质,制膜工艺条件有别于热塑性塑料,所以上述两种工艺直接应用于生产聚乙烯醇膜,还存在许多技术性问题。
溶液流延法的工艺流程为:获得聚乙烯醇原料和一定量的水,经过流延涂布、烘干(热处理)两步之后,通过剥离和卷取即可获得聚乙烯醇薄膜成品,流程非常简单,而且操作容易,是一种高效的生产方式。但产品质量不易控制,出膜率低,能耗高,设备投资较大;
挤出吹膜法的工艺流程:获得聚乙烯醇原料、水、增塑剂和润滑剂(颜料)等需要准备的材料,然后通过强制循环混合,接下来就是挤出造粒的过程,下面的步骤相继是熔融挤出吹膜,进行改性处理,卷取以及获得成品。这个流程较上一种方法较为复杂,而且操作起来以及生产效率都相当要低得多。挤出吹膜法在产品质量、生产效率等方面,比流延法有明显改善,但是聚乙烯醇须进行改性处理,经过前期造粒,增加了工序和辅料添加量,整个生产过程中树脂及薄膜要反复多次加热,还必须保持膜中15%~35%的含水率,工艺过程复杂,技术难度大,能耗高。
湖南省客来宝生物能源科技有限公司研发出了滚筒法生产聚乙烯醇膜的工艺生产技术和设备,以聚乙烯醇为原料,甘油、纯水为辅料,采用滚筒法生产生物降解膜;所产出的成品具有水溶性和水温度控制的特点,可以在不同温度条件下溶于水中,整个生产为物理过程,聚乙烯醇的分子结构不发生任何化学变化。
具体制备工艺:
(1)将聚乙烯醇经称量后倒入溶解釜;然后将处理后的软水通过计量泵泵入溶解釜,开启搅拌器,打开溶解釜夹套蒸汽阀门,通入蒸汽加热使料液温度慢慢升高至80℃,使聚乙烯醇充分溶解,并保持温度;随后采用人工上料的方式加入一定量的医用甘油、可溶性淀粉和吐温80,搅拌使其充分溶解。
(2)原料溶解完成后料液从釜底流出,经目的过滤筛过滤,筛上未溶解的聚乙烯醇返回原料溶解釜;滤液泵入原料脱泡釜,开启脱泡釜夹套蒸汽阀门,保持料液温度为80℃,采用真空泵对脱泡釜抽真空排出空气形成气压差,料液中的气体在气压差的作用下排出料液,除去料液中的气泡。将完成脱泡的聚乙烯醇溶液泵入一体化制膜机的高位槽中。
(3)采用企业自行研发的滚筒法制备聚乙烯醇膜,高位槽中料液自流进入独创的溶液帘式涂布装置,使溶液均匀的施涂于预先加热至80℃并保持恒温80℃、匀速转动的滚筒表面,经过一周的转动过程,聚乙烯醇溶液在滚筒表面干燥成膜,在导辊的牵引下膜被剥离滚筒,进入下一步生产工序。滚筒直径为3.5m,宽2m,转速为0.5~1圈/分钟,滚筒表面采用自主配方特种专用钢材高精度加工制成;滚筒内部设计了均匀、恒定的加热机构;滚筒外部设有辅助加热系统;加热热源为蒸汽。
(4)制膜工段制备的聚乙烯醇薄膜送至恒温恒湿的熟化房内进行熟化,进一步脱出薄膜中的水分,并通过热处理消除分子间的应力。熟化房内温度保持在40℃,加热热源为蒸汽。熟化后的聚乙烯醇薄膜采用切割机分切、收卷,最后采用纸箱包装,送入成品库。
该新型制膜技术与国内外同类技术相比有以下优势:
(1)与钢带流延制膜技术相比,本技术以一个直径3.5m的制膜滚筒取代了长达20余米的制膜钢带和同样长度的热风“隧道”,可以大幅度节省设备占地,显著降低能源消耗;由于滚筒技术含量远高于钢带,成膜质量与工效相差一个很大的台阶,且能够生产出钢带设备无法制作的一些产品。
(2)与干法挤出吹膜技术相比,最显著的优势是无需考虑聚乙烯醇材料改性,也不存在多次热熔聚乙烯醇带来的材料变形可能,可以在薄膜上充分保持聚乙烯醇材料特性,这对一些对水溶效果、抗静电功能、阻隔效果、降解效果、透光效果等有特别要求的产品来说,显得尤为重要。另外,较之工艺流程更短,技术控制难度更小。
(3)与以上湿法、干法现有技术相比,本技术将众多技术要素集成“固化”到关键设备当中,加之工艺流程短,流水线配置简单,设备自动化程度高,大大减少了人工调控节点,操作技术易于掌握。
(4)本技术仅采用医用甘油、可溶性淀粉和吐温80,不使用其他化学添加剂,且不使用热熔加工手段,本技术的生产全过程不产生化学反应,生产清洁化程度高于现有湿法和干法生产线。
综上可知,滚筒壁温度为80℃,而聚乙烯醇的热分解温度约为℃,因此,在成膜过程中,聚乙烯醇不会分解,本项目滚筒成膜过程为纯物理过程,不发生化学反应。
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