高倍率PVC涂層發泡材料生產工藝

謝志海

思嘉環保材料科技（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、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進行固著，使在基材面料表面形成一層均勻的覆蓋膠料[1]。PVC涂層發泡材料常規倍率在2～4之間，隨著市場的發展，對發泡材料的厚度及倍率要求越來越高。使用高倍率發泡劑配制而成的聚氯乙烯糊樹脂（E-PVC糊劑），采用一步發泡法會出現發泡厚度不足、發泡不均勻、表面氣泡比較多等異常問題，生產的發泡材料表面不平整、發泡不細膩，進而導致導熱系數和隔音效果變差，無法達到市場對涂層發泡材料的質量要求。為了得到高倍率（6～8倍）PVC涂層發泡材料生產工藝，進行了一系列實驗，發現使用高倍率偶氮二甲酰胺 （AC發泡劑）配制成E-PVC糊劑，需要在210℃高溫以上才能有效發泡。在配方中添加一定量的K-Zn活化劑，不僅可以使發泡更加容易、均勻，還可有效降低生產溫度。同時，采用三步發泡法可以有效克服生產高倍率PVC涂層發泡材料的一些異常問題，包括發泡厚度不足、發泡不均勻、表面大氣泡比較多等。

1 發泡原理

1.1 發泡過程

發泡是指在發泡成型過程或發泡聚合物材料中，通過物理發泡劑或化學發泡劑的添加與反應，形成蜂窩狀或多孔狀結構。發泡成型的基本步驟是：形成泡核、泡核生長或擴大，以及泡核的穩定。在給定的溫度與壓力條件下，氣體的溶解度下降，以致達到飽和狀態，使多余的氣體排出并形成氣泡，從而實現成核。

1.2 發泡方法分類

發泡是使塑料產生微孔結構的過程。發泡方法可分為：（1）化學發泡。化學發泡是指由特意加入的化學發泡劑因受熱分解或原料組分間發生化學反應而產生的氣體，使塑料熔體充滿泡孔。化學發泡劑在加熱時釋放出的氣體有二氧化碳、氮氣、氨氣等。化學發泡常用于聚氨酯泡沫塑料的生產。（2）物理發泡。物理發泡是指在塑料中溶入氣體或液體，而后使其膨脹或汽化發泡。物理發泡適用的塑料品種較多。（3）機械發泡。機械發泡是指借助攪拌使氣體混入液體混合料中，然后經定形過程形成泡孔的發泡方法。該法常用于脲甲醛樹脂泡沫的制備，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涂層材料發泡方法

高倍率PVC涂層發泡材料是利用化學發泡原理制備的。在E-PVC糊劑中添加高倍率AC發泡劑（發氣量大、性能優越、用途廣泛的發泡劑之一），通過高溫分解AC發泡劑而制得PVC涂層發泡材料，溫度要達到210℃以上才可以有效發泡。發泡溫度越高，生產控制就越不穩定。為了降低發泡溫度，在配方中添加一定量 （E-PVC質量的1.5%左右）的K-Zn活化劑，這樣在200℃左右就可以有效發泡，而且發泡更加容易、產品均勻細膩，生產過程更加穩定可控。

2 PVC涂層發泡生產工藝條件及流程

2.1 高倍率PVC發泡材料的結構

高倍率PVC發泡材料的結構如圖1所示。

圖1 高倍率PVC材料的結構

高倍率PVC涂層發泡材料包括一層聚酯纖維網布層1、兩層普通PVC膠層2、一層發泡層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；發泡層使用發泡專用的EPVC，同時在配方中添加AC發泡劑和一定量的KZn活化劑。

2.2 PVC涂層發泡材料的生產工藝流程

高倍率PVC發泡材料的制備流程見圖2。

圖2 PVC發泡材料的生產流程

2.3 PVC發泡材料的制備工藝

（1）配制膠層糊劑：按膠層涂液各組分質量比例稱取各原料，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）配制發泡層糊劑：按發泡層各組分質量比例稱取原料，投入混合器中，攪拌混合15～30 min，得到發泡層涂液，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，表處在發泡材料正反面形成一層保護層，達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：將聚酯纖維網布在105～115℃加熱輥下預熱15～30 s，并除去表面附著的雜質，然后經發送裝置送入立式涂布機中，在膠層涂液中浸漬10～30 s，再送入雙面刮刀裝置中，經雙面刮刀控制聚酯纖維網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，梯度升溫進行烘干、預塑化，得到一級聚酯纖維網布。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：將從立式烘箱出來的一級聚酯纖維網布經由冷凍水輥筒進行冷卻。

（6）涂覆底部膠層：將冷卻后的一級聚酯纖維網布送入涂層機的臥式第一涂頭中，在普通膠層涂液中浸漬10～30 s，再送入水平刮刀裝置中，經水平刮刀控制聚酯纖維網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，梯度升溫進行烘干、預塑化及預發泡，得到二級聚酯纖維網布。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出來的二級聚酯纖維網布經由冷凍水輥筒進行冷卻。

（8）涂覆發泡層：將冷卻后的的二級聚酯纖維網布送入涂層機的第二涂頭中，在發泡糊劑涂液中浸漬20～35 s，再送入水平刮刀裝置中，經水平刮刀控制聚酯纖維網布表面的膠層上涂覆發泡膠層涂液的量為200～600 g/m2（根據實際發泡厚度需求進行調整），之后進入臥式烘箱2中，梯度升溫進行烘干、塑化及最終發泡，得到三級聚酯纖維網布。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出來的三級聚酯纖維網布經由冷凍水輥筒進行冷卻。

（10）涂覆表面積處理層：將冷卻后的三級聚酯纖維網布送入表處間，在處理層涂液中浸漬5～10 s，通過滾筒印刷方式對發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、防噪音發泡材料。

按以上生產工藝流程，可以制造出厚度在3～6 mm之間的PVC涂層發泡材料。聚酯纖維網布底面膠層涂液的上糊量為80～100 g/m2；發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，使產品具有防污自潔效果。

3 結語

高倍率PVC涂層發泡材料發泡過程中有兩個工藝控制要點：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布層，以利于熱量傳遞；二是烘箱底部風量要比上風口風量大，目的是使發泡更加均勻。采用以上配方、結構以及工藝，制得的發泡材料具有導熱系數低、密度小、柔韌性高、防火防水、防輻射、抗靜電等特性。同時，該發泡材料用作保溫材料時，可收集多余熱量，并適時平穩釋放，使溫度變化梯度小，有效降低熱損耗，達到保溫、隔熱、防噪音的效果。