СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСИРОВАНИЯ ИМПРЕГНАТОВ И ИМПРЕГНАТ
METHOD AND DEVICE FOR DRYING AND PRELIMINARY CONDENSING OF IMPREGNATES AND IMPREGNATES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу сушки и предварительного конденсирования пропиточных средств, образованных пропитанным синтетической смолой пленочным материалом в виде полотнища. Такие пропиточные средства (импрегнаты) используются по отдельности или в виде образованного такими пропиточными средствами (импрегнатами) ламината, например, для покрытия изготовленных из древесного материала основ, например при изготовлении панелей для облицовки поверхностей, например полов.
Уровень техники
2
2
В качестве материала в виде полотнища не только в уровне техники, но и в изобретении рассматривается, в частности, выполненная из природных и/или искусственных волокон композиция, например холст, коврик, ткань и т.п. При этом термин «пленочный» выражает то, что материал в виде полотнища даже после сушки и предварительного конденсирования еще гибкий, в частности за счет своей небольшой толщины, которая может составлять порядка 0,1 мм. Преимущественно материал в виде полотнища представляет собой бумагу, плотность которой в неимпрегнированном состоянии может колебаться между примерно 25 г/м и примерно 300 г/м. Как известно, бумажный слой пропиточного средства (импрегната), предназначенного для получения лицевой поверхности конечного продукта, может быть запечатан нужным декором. В качестве пропиточных (импрегнирующих) смол обычно применяются аминопластовые и фенопластовые смолы.
Хотя в изобретении речь о «синтетической смоле» или «импрегнирующей смоле» всегда это в единственном числе, эта смола может быть также смесью различных синтетических смол.
Чтобы обеспечить проникновение синтетической смолы в материал в виде полотнища, к ней примешивается растворитель, например вода, функция которого заключается в снижении вязкости синтетической смолы. Если материал в виде полотнища пропитан или импрегнирован синтетической смолой, то перед дальнейшей обработкой растворитель следует снова удалить из полученного таким образом пропиточного средства(импрегната), т.е. пропиточное средство (импрегнат) следует высушить. Поскольку применяемые для пропитки (импрегнирования) материала в виде полотнища синтетические смолы являются обычно термоотверждаемыми, эта сушка импрегната сопровождается конденсированием синтетической смолы, т.е. повышением ее молекулярной массы. Это предварительное отверждение желательно, поскольку оно позволяет уменьшить потребность в энергии и времени для полного отверждения смолы при дальнейшей обработке, в частности при покрытии основы из древесного материала таким импрегнатом.
В ЕР 0264637 А1, такие пропиточные средства (импрегнаты) обычно сушатся нагретым воздухом. При этом воздух отдает свою энергию обеим поверхностям пропиточного средства (импрегната), откуда она проникает внутрь него. Вследствие нагрева импрегната нагревается также примешанный к смоле для обеспечения пропитки (импрегнирования) растворитель, например вода, который перемещается к поверхностям импрегната, где и испаряется. Поскольку теплопроводность внутрь пропиточного средства (импрегната) и перенос массы растворителя к его поверхностям протекают с контролем диффузии, в пропиточном средстве (импрегнате) устанавливаются уменьшающийся от поверхностей внутрь градиент температуры и уменьшающийся изнутри к поверхностям градиент растворителя. Поскольку сушка в промышленном применении в отношении максимально высокой производительности должна протекать как можно быстрее, сушильный воздух должен иметь очень высокую температуру. Вытекающая из этого высокая разность температур между поверхностями и внутренней частью пропиточного средства (импрегната) влечет за собой различные недостатки.
Если пропиточное средство (импрегнат) высушен до заданной «остаточной влажности», то фактически он на поверхностях более сухой, а внутри более влажный, чем это указывает значение усредненного по всему сечению импрегната параметра «остаточная влажность». Если степень сушки, которую пропиточное средство (импрегнат) имеет на своей поверхности, принципиально позволяет штабелировать такие пропиточные средства (импрегнаты) вплоть до их дальнейшей обработки при покрытии основ, то во время хранения, тем не менее, может произойти склеивание пропиточных средств (импрегнатов), поскольку избыточная влажность диффундирует изнутри пропиточного средства (импрегната) к его поверхностям и делает там смолу снова липкой. Этот эффект ограничивает максимальный срок хранения пропиточных средств (импрегнатов).
Повышение степени сушки, т.е. уменьшение остаточной влажности, которое могло бы предотвратить этот эффект, не вполне возможно из-за одновременной конденсации синтетической смолы. В частности, при сильной сушке в результате сильного теплового воздействия на поверхности пропиточного средства (импрегната) нежелательно резко возрастает степень конденсации. Поскольку этот высококонденсированный слой все больше упрочняется за счет возрастания мольной массы в процессе сушки, на поверхности образуется компактный слой, хотя изнутри пропиточного средства (импрегната) к поверхности продолжает проникать влага. Давление пара внутри материала продолжает, следовательно, возрастать и пробивает наконец уже затвердевший на поверхности слой смолы. Образуются паровые пузыри или кратеры. Лопающиеся кратеры приводят к образованию пыли. Эта пыль, состоящая из переотвержденной смолы, теряет связь с материалом и распределяется в сушильном воздухе. Это приводит к загрязнению установки и уменьшению выхода смолы. В экстремальном случае за счет поверхностного теплового воздействия слой смолы предварительно отверждается настолько, что при дальнейшей обработке вязкость смолы настолько высока, что это приводит к нарушению образования декоративной поверхности и, например, за счет слишком малого течения смолы при дальнейшей обработке образуются открытопористые поверхности. Кроме того, может нарушиться прозрачность молы, поскольку образуются гелевые частицы, которые больше не соединяются с остальной смоляной матрицей и тем самым сохраняются в виде внешних дефектов в смоляной композиции.
В WO 2007/065222 А1 предпринята попытка избежать описанных недостатков за счет сушки посредством излучения в ближней инфракрасной области спектра (NIR-излучение). Однако на практике оказалось, что этот способ имеет значительные недостатки по сравнению с традиционной сушкой горячим воздухом.
Большим недостатком способа NIR-сушки является сильная зависимость степени сушки от цвета импрегната. В частности, при сушке многоцветной декоративной бумаги это приводит к неприемлемым результатам. Далее недостатком является необходимость оборудования сушильного канала большим числом отражателей, которые должны улучшить выход энергии NIR-излучения за счет многократного использования. Эти отражатели постоянно загрязняются за счет осаждения конденсата и образования налета, так что эффективный процесс невозможно поддерживать в течение длительного времени. Уже из-за этих обоих недостатков NIR-сушка нерентабельна, особенно при промышленном продолжительном применении.
Задачей изобретения является создание способа, который позволил бы достичь более равномерной сушки пропиточного средства (импрегната) и более равномерной предварительной конденсации синтетической смолы.
Раскрытие изобретения
Эта задача решается согласно изобретению в способе, при котором пропитанный синтетической смолой пленочный материал в виде полотнища облучается в обрабатывающем устройстве микроволнами. Оказалось, что микроволновое облучение в отличие от NIR-излучения поглощается пропитанным синтетической смолой материалом независимо от цвета поверхности, а именно по всей толщине материала, в основном, с одинаковой степенью поглощения. Таким образом, для нагрева внутренней части пропиточного средства (импрегната) не требуется идущего от поверхностей материала переноса энергии, а по всей толщине материала образуется в основном постоянная температурная характеристика. Во всяком случае, на поверхностях пропиточного средства (импрегната) в результате происходящего там испарения растворителя может произойти локальное охлаждение. Однако это охлаждение непрерывно компенсируется нагретым растворителем, поступающим изнутри пропиточного средства (импрегната). Вследствие этого пропиточное средство (импрегнат) в основном равномерно высушивается по всей своей толщине, так что в том случае, когда на поверхностях достигнута подходящая для хранения степень сушки, также внутри пропиточного средства (импрегната) будет иметь место, по меньшей мере, эта степень сушки, а смола не станет снова липкой за счет диффундирующего изнутри растворителя. В то же время предварительная конденсация будет в основном равномерно протекать по всей толщине пропиточного средства (импрегната). При этом за счет скорее более низкой на поверхностях температуры часть смолы, решающая при дальнейшей обработке для качества поверхности, будет иметь достаточно низкую вязкость для полного отверждения в виде замкнутой поверхности без порообразования, включения гелевых частиц или подобных, ухудшающих качество поверхности эффектов.
Применение микроволнового излучения, в принципе, известно из WO 2006/056175 А1 для сушки волокнистых плит. Однако эти волокнистые плиты имеют значительно большую толщину, чем применяемые согласно изобретению пленочные материалы в виде полотнищ. К тому же одни должны быть исключительно высушены, тогда как согласно изобретению следует учитывать также происходящую в то же время предварительную конденсацию синтетической смолы.
Как уже упоминалось выше, применяемые согласно изобретению пропиточные средства (импрегнаты) обладают свойством липкости, в частности, тогда, когда синтетическая смола, которой было пропитано полотнище, еще влажная. Приставшие к направляющим элементам остатки, в частности синтетическая смола и, при необходимости, соединенный с ней волокнистый материал, могут привести, однако, на длительный срок к дефектам на поверхности продукта или даже к разрыву материала. Материалом в виде полотнища является образованная природными и/или искусственными волокнами композиция, например холст, или коврик, или ткань и т.п. Материалом в виде полотнища может быть бумага.
Чтобы можно было предупредить такие загрязнения обрабатывающего устройства, предложено направлять материал через обрабатывающее устройство бесконтактно, преимущественно посредством, по меньшей мере, одной воздушной подушки, которая может быть создана, например, с помощью сопловых коробок.
Выбрасываемый сопловыми коробками воздух может быть далее использован для того, чтобы отвести выходящую из материала влагу. Для этой цели не требуется, следовательно, дополнительной воздуходувки, а отвод возможен исключительно за счет выбрасываемого сопловыми коробками воздуха. Это упрощает и удешевляет общую конструкцию обрабатывающего устройства.
Если выбрасываемый сопловыми коробками воздух нагрет, то он на единицу объема может поглощать и отводить больше влаги. На фоне предшествующих рассуждений понятно, однако, что температура воздушной подушки не должна быть настолько высокой, чтобы произошло пересушивание и сверхконденсирование поверхностей материала.
Поскольку выбрасываемый сопловыми коробками воздух согласно изобретению предназначен исключительно для отвода отдаваемой материалом влаги и не используется для нагрева пропиточного средства (импрегната), предложенный способ может осуществляться со значительно меньшими количествами воздуха. Следствием этого являются соответственно более низкие скорости течения на поверхностях материала. Поэтому в предложенном способе не возникает опасности того, что на поверхностях материала образуются аэрозоли, уносимые с поверхности. Также это способствует уменьшению загрязнения обрабатывающего устройства.
За счет высокого насыщения отведенного воздуха влагой и в то же время за счет отсутствия образующих налет аэрозолей в предложенном способе можно также на следующем этапе конденсировать отведенную с поверхности материала влагу и тем самым регенерировать ее. Конденсат содержит летучие низкомолекулярные доли импрегнирующей смолы, которые снова могут быть введены в производственный процесс. За счет этого дополнительно повышается материальная и энергетическая эффективность предложенного способа. Кроме того, уменьшается загрязнение отходящего газа органическими веществами, благодаря чему установка для очистки отходящего газа разгружается или может быть рассчитана меньших размеров.
Обрабатывающее устройство содержит несколько микроволновых излучателей. Частота излучаемого этими излучателями микроволнового излучения составляет, например, от 900 МГц до 18 ГГц, преимущественно 2,45 ГГц. Эти несколько излучателей могут использоваться для достижения различных предпочтительных эффектов. Например, еще более равномерных сушки и предварительной конденсации пропиточного средства (импрегната) можно достичь тогда, когда микроволновые излучатели расположены с обеих сторон материала. Дополнительно или в качестве альтернативы возрастающую в направлении транспортировки пропиточного средства (импрегната) через обрабатывающее устройство степень его сушки и предварительной конденсации можно учитывать за счет того, что интенсивность микроволнового излучения микроволновых излучателей уменьшается в направлении транспортировки материала через обрабатывающее устройство или изменяется другим подходящим образом.
В способе согласно данному изобретению сушка протекает не только более равномерно, но и быстрее. Вследствие этого степень предварительной конденсации синтетической смолы по завершении сушки более низкая, чем в традиционных способах сушки.
Равномерная сушка позволяет изготавливать пропиточные средства (импрегнаты) с особенно низкой степенью конденсации, лишенные склонности к липкости. Поэтому к синтетической смоле перед пропиткой материала требуется добавлять меньше растворителя, гарантируя по завершении сушки достаточно высокую степень конденсации. Следовательно, согласно изобретению можно применять более вязкие смолы, чем это было возможно в уровне техники. Это предпочтительно, в частности, благодаря экономии энергии, которую обычно приходилось использовать для того, чтобы снова удалить из пропиточного средства (импрегната) дополнительно введенную влагу. Вязкость смолы может составлять, например, 20-700 мПа·с, преимущественно 50-300 мПа·с (соответственно измеренная вискозиметром Брукфилда при температуре 25°С).
Однако этот эффект можно использовать также для изготовления пропиточного средства (импрегната) с применением синтетической смолы, содержащей не меламиновую смолу, а, например, исключительно карбамидные смолы. Это предпочтительно из-за связанных с применением меламиновых смол высоких затрат. При применении традиционных способов сушки на основе исключительно карбамидных смол вследствие неизбежно высокой степени конденсации не удавалось изготовить пропиточное средство (импрегнат), обладающее достаточной текучестью, чтобы при последующей обработке в прессе для нанесения покрытия оно могло бы обеспечить достаточную адгезию с основой. Однако неожиданно оказалось, что такие же пропиточные средства (импрегнаты) после сушки предложенным способом имели настолько низкую степень предварительной конденсации, а карбамидные смолы обладали настолько высокой текучестью, что между пропиточным средством (импрегнатом) и основой можно было достичь достаточной адгезии. Согласно другому аспекту изобретение относится к лишенному меламиновой смолы импрегнату.
В качестве импрегнирующих смол рассматриваются, в частности, следующие: карбамидоформальдегидная смола, меламиноформальдегидкая смола, меламинокарбамидоформальдегидная смола (MUF), меламинокарбамидофенолоформальдегидная смола (MUPF), фенолоформальдегидная смола (PF), таниновые смолы, ресорцинолоформальдегидные смолы, силиконовые смолы.
Краткое описание чертежей
Изобретение более подробно поясняется ниже на примере его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображают:
- фиг.1: схематично предложенное обрабатывающее устройство, с помощью которого может быть осуществлен предложенный способ.
Осуществление изобретения
На фиг.1 схематично поз.10 обозначено предложенное обрабатывающее устройство. Оно включает в себя корпус 12 со входом 12а, через который импрегнат 14 входит в корпус 12, и выходом 12b, через который импрегнат 14 выходит из корпуса 12. Вход 12а и выход 12b образованы нипом 12а1, 12b1, т.е. зазором, который образуют между собой ролики роликовых пар 16, 18. Высота этого зазора 12а1, 12b1 чуть больше толщины импрегната 14 и составляет, например, около 0,1 мм.
Во внутреннем пространстве 12с корпуса 12 пропиточное средство (импрегнат) 14 бесконтактно направляется между входом 12а и выходом 12b воздушной подушкой 20. Эта воздушная подушка 20 создается сопловыми коробками 22, к которым воздух подается воздуходувкой (не показана) по подводящему трубопроводу 24 (на фиг.1 показан только приточный трубопровод 24 самой левой сопловой коробки 22). Посредством вытяжных коробок 26 воздух отводится из внутреннего пространства 12с корпуса 12 по вытяжным трубопроводам 28 (на фиг.1 показан вытяжной трубопровод 28 самой левой вытяжной коробки 26).
Далее во внутреннем пространстве 12с корпуса 12 расположены несколько микроволновых излучателей 30, которые облучают пропиточное средство (импрегнат) 14 микроволнами. Микроволновое излучение в основном равномерно поглощается содержащейся в пропиточном средстве (импрегнате) 14 влагой по всему его объему. Вследствие этого влага нагревается, а вместе с ней также пропиточное средство (импрегнат) 14, включая синтетическую смолу, которой он пропитан. На поверхностях 14а пропиточного средства (импрегната) 14 влага испаряется и возникает градиент влажности. За счет этогого градиента влажности влага диффундирует также изнутри пропиточного средства (импрегната) 14 к поверхностям 14а и испаряется там. Существенно, однако, что температура по всей толщине пропиточного средства (импрегната) 14 в основном постоянная, поскольку это вызывает равномерную предварительную конденсацию смолы в пропиточном средстве (импрегнате) 14.
Чтобы повысить равномерность поглощения микроволнового излучения, микроволновые излучатели 30 расположены с обеих сторон пропиточного средства (импрегната) 14, т.е. над и под ним. Далее подводимая к микроволновым излучателям 30 энергия может устанавливаться отдельно блоком управления 32 для каждого микроволнового излучателя 30 и подводиться по подводящему трубопроводу 34, на фиг.1 показан только подводящий трубопровод 34 для самого левого излучателя 30. Это позволяет установить во внутреннем пространстве 12с корпуса 12 нужный профиль с изменяющейся в направлении транспортировки F пропиточного средства (импрегната) 14 интенсивностью излучения, например профиль с уменьшающейся от входа 12 к выходу 12b интенсивностью излучения.
Как показано на фиг.1, также сопловые коробки 22 расположены не только под пропиточным средством (импрегнатом) 14, но и, чередуясь, над и под ним. То же относится к вытяжным коробкам 26. Выбрасываемый сопловыми коробками 22 воздух служит не только для бесконтактной поддержки и ведения пропиточного средства (импрегната) 14, но и для отвода влаги, которая испаряется с обеих его поверхностей 14а. Влажный воздух аккумулируется вытяжными коробками 26 и по вытяжным трубопроводам 28 подается к конденсатору 36, который конденсирует влагу и подает ее к сборнику 38, направляя лишенный влаги отходящий воздух в установку 40 для его дополнительной обработки. Аккумулированный в сборнике 38 конденсат может быть возвращен в производственный процесс.