CN102615030A - 一种浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法,属于微波加热应用技术领域。将含水率为75~90wt%的涂料在预热干燥阶段、恒速干燥阶段、减速干燥阶段,分别根据涂层内水分的蒸发及扩散速率,调节微波功率及热风风量,使涂层在较低温度下进行快速、深度干燥。与其它的干燥方式相比,浆状涂层的微波-热风协同低温快速深度干燥方法具有节能、环保、干燥速度快的优点,由于干燥温度较低,可有效避免涂料金属基板的高温氧化。
Description
技术领域
本发明涉及一种浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法,属于微波加热应用技术领域。
背景技术
当今涂料于塑料、粘合剂、合成橡胶、合成纤维成为五大合成材料。涂料工业属于高新技术产业,其发展水平是一个国家化学工业发达水平的标志之一。涂料在干燥成膜时向空气中散发的挥发性有机物对人类生态环境构成了严重的威胁。为此,世界各国根据自身特点制定了相应的环保法规,限制涂料中VOC的排放。涂料的研究也是向水性化、高固体分化、高性能化和功能化发展。而浆状涂料由于易于分散、装涂方便、既可加温固化,也可常温干燥的优点被广泛应用于水性涂料以外,也在溶剂型油漆、橡胶、化纤着色、塑料、建筑、以及金属材料的表面处理等领域被广泛利用,但由于浆状涂料成分复杂、含水较高、成膜性能要求比较苛刻的特点,给涂膜的快速干燥带来了技术难题,已严重制约了涂料工业的发展。
浆状涂料装涂在工件上一般要加热到一定的温度,才能满足涂层干燥含水率及表面质量的要求,常规的加热的方式一般有辐射加热,强制对流加热和辐射加热复合强制对流加热三种方式,传统的加热方法都是加热工件或者使加热炉内的温度等于或稍高于涂料干燥所需的温度,其加热速度较慢,涂膜容易受热不均而出现裂纹,严重制约涂料干燥的生产效率。且干燥能耗较高、不能实现连续化生产。
公知的干燥工艺中,无论是辐射加热或者对流加热,热的传递均是由表及里,需要经过较长时间才能脱除水分,降低了干燥效率;尤其是对深度干燥,通常都要将工件加热到较高的温度,才能干燥到涂料的内部,且对于某些涂层达到一定温度时容易发生化学反应或溶剂的挥发,这无疑是高含水率涂层干燥的难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法,结合微波干燥、热风干燥的特点,一方面可利用微波内部加热机制在物料内部产生蒸汽压梯度,将湿分强制输送到物料表面;另一方面可采用高效节能的热泵作为干燥***的辅助热源,将在微波作用下输送到物料表面的湿分利用热风进行高效干燥。因而,进行微波-热泵协同干燥可有效提高浆状涂层干燥作业的速度、能量效率及经济性,并且清洁无污染、过程易控制可以实现连续化生产运行。
本发明所采用的技术方案是采用功率可调的连续微波/热泵干燥设备,在涂层的预热干燥阶段、恒速干燥阶段、减速干燥阶段,分别根据涂料内水分的蒸发及扩散速率,调节微波功率及热风风量,使高含水率浆状涂料在65℃以下进行快速、深度干燥。具体步骤包括如下:
(1)预热干燥阶段:将浆状涂料均匀的装涂在工件上,然后将工件放置微波干燥设备内,微波输出功率4~6kW/m,直到涂料平均含水率为50~60wt%;
(2)恒速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为10~15kW/m,工件表面吹送温度60~65℃、速率为1.0~2.5m3/s的热风,直到涂料平均含水率为15~20wt%;
(3)减速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为3~5kW/m,工件表面吹送温度60~65℃、速率为0.2~0.8m3/s的热风,直到涂料平均含水率小于1wt%。
所述涂料为防腐、耐高温的水性涂料。
所述浆状涂料的含水率为75~90wt%。
所述装涂涂料的厚度为1~6mm,保持涂料厚度均匀一致。
所述微波频率均为2450MHz。
所述步骤(1)~(3)均设置有抽风装置,便于排放水蒸气,防止结露现象产生,抽风量控制在1000~1500m3/h。
本发明的微波干燥设备可以制成多个微波设备串联的隧道式连续微波-热泵干燥设备,按照一定的速度将装涂工件运送至微波-热泵干燥设备内,通过监测含水率的变化确定工件的运送速度和干燥时间,能够实现连续化的干燥流程。
本发明的工艺原理在于采用微波干燥,不需由表及里的热传导,而是通过微波在物料内部水分的能量耗散来直接进行干燥,可及时有效地脱除水分;水的电介常数非常高,室温条件下达到78,属于强吸波物质,利用微波选择性加热,无需对整个工件进行加热,仅对涂料中的水分进行加热,从而实现涂料干燥的节能降耗,但是,对于高含水量物料单一微波干燥,其能耗较高。而热泵能够有效地回收热湿空气中的能量,节能效益显著(每消耗1kWh的电量,可提供3~4kWh的热量),并能除去热湿空气中的部分水蒸气。因而,热泵的应用可使传统干燥设备的能量利用效率大幅度提高。但是,物料内部与表层的干燥速率不一致。在干燥的中、后期,虽然物料的外层已变得干燥,但物料内部仍需进一步干燥,并且其湿分向外传递的阻力很大,导致湿分蒸发量的大幅度降低,干燥周期加长,能耗增加。结合微波干燥、热泵干燥的特点,一方面可利用微波内部加热机制在物料内部产生蒸汽压梯度,将湿分强制输送到物料表面;另一方面可采用高效节能的热泵作为干燥***的辅助热源,将在微波作用下输送到物料表面的湿分利用热风进行高效干燥。
本发明具有如下优点和积极效果:
(1)、在合适的抽风量下,调节传送带速度及微波功率,即可将含水率高达90%的水分干燥至1%以下且工件的温度较低,可以避免基板的氧化受损等问题,真正实现了低温、深度快速干燥的效果;
(2)、通过在进料装置配置水分测定仪,可对不同含水量的涂料自动调节传输带速度及微波功率,同现有干燥方式相比,过程更易控制,节能效果更为显著;
(3)、在微波腔体内增设监测装置,实时监测涂膜的表观情况并能反馈在显示屏上,便于防止涂膜干燥过程的裂纹、“结皮”、材料碳化等突发状况;
(4)、本专利利用微波/热风协同干燥只是选择性的加热涂料中的水分,并未加热工件,可以有效防止涂料基板的高温氧化或工件受损等状况,且干燥温度较低,有效地避免涂料中的VOC、CO2等公害源的产生,真正的做到了节能降耗、清洁生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述,但本发明不限于以下所述范围。
实施例1:本实施例浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法具体步骤包括如下:
(1)预热干燥阶段:将氧化镁耐火浆状涂料(含水率为83wt%)均匀的装涂在工件上, 装涂涂料的厚度为5mm,保持涂料厚度均匀一致,然后将工件放置微波干燥设备内,微波输出功率5kW/m,微波频率为2450MHz,直到涂料平均含水率为50wt%;
(2)恒速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为12kW/m,工件表面吹送温度65℃、速率为1.0m3/s的热风,直到涂料平均含水率为20wt%;
(3)减速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为3kW/m,工件表面吹送温度65℃、速率为0.2m3/s的热风,直到出料口工件上的涂料含水率为0.74wt%且表面光滑无明显裂纹,涂膜的各项性能指标均高于常规干燥。通过计算,微波干燥涂料脱水量为0.41kg/kW·h。
所述步骤(1)~(3)均设置有抽风装置,便于排放水蒸气,防止结露现象产生,抽风量控制在1247m3/h。
实施实例2:本实施例浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法具体步骤包括如下:
(1)预热干燥阶段:将超细氧化锌防腐浆状涂料(含水率为90wt%)均匀的装涂在Q235-A工件表面, 装涂涂料的厚度为1mm,保持涂料厚度均匀一致,然后将工件放置微波干燥设备内,微波输出功率4kW/m,微波频率为2450MHz,直到涂料平均含水率为55wt%;
(2)恒速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为15kW/m,工件表面吹送温度60℃、速率为2.0m3/s的热风,直到涂料平均含水率为15wt%;
(3)减速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为4kW/m,工件表面吹送温度60℃、速率为0.6m3/s的热风,直到涂料平均含水率为0.65wt%且表面光滑无明显裂纹,涂膜的各项性能指标均高于常规干燥。通过计算,微波干燥涂料脱水量为0.32kg/kW·h。
所述步骤(1)~(3)均设置有抽风装置,便于排放水蒸气,防止结露现象产生,抽风量控制在1500m3/h。
实施实例3:本实施例浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法具体步骤包括如下:
(1)预热干燥阶段:将磷酸盐基耐高温浆状涂料(含水率为75wt%)均匀的装涂在工件上, 装涂涂料的厚度为6mm,保持涂料厚度均匀一致,然后将工件放置微波干燥设备内,微波输出功率6kW/m,微波频率为2450MHz,直到涂料平均含水率为60wt%;
(2)恒速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为10kW/m,工件表面吹送温度63℃、速率为2.5m3/s的热风,直到涂料平均含水率为18wt%;
(3)减速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为5kW/m,工件表面吹送温度62℃、速率为0.8m3/s的热风,直到出料口工件上的涂料含水率为0.44wt%且表面光滑无明显裂纹,涂膜的各项性能指标均高于常规干燥。通过计算,微波干燥涂料脱水量为0.46kg/kW·h。
所述步骤(1)~(3)均设置有抽风装置,便于排放水蒸气,防止结露现象产生,抽风量控制在1000m3/h。
Claims (6)
1.一种浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法,其特征在于具体步骤包括如下:
(1)预热干燥阶段:将浆状涂料均匀的装涂在工件上,然后将工件放置微波设备内干燥,微波输出功率4~6kW/m,直到涂料平均含水率为50~60wt%;
(2)恒速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为10~15kW/m,工件表面吹送温度60~65℃、速率为1.0~2.5m3/s的热风,直到涂料平均含水率为15~20wt%;
(3)减速干燥阶段:调整微波干燥设备的功率为3~5kW/m,工件表面吹送温度60~65℃、速率为0.2~0.8m3/s的热风,直到涂料平均含水率小于1wt%。
2.根据权利要求1所述的浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法,其特征在于:所述涂料为防腐、耐高温的水性涂料。
3.根据权利要求1或2所述的浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法,其特征在于:所述浆状涂料的含水率为75~90wt%。
4.根据权利要求1所述的浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法,其特征在于:所述装涂涂料的厚度为1~6mm,保持涂料厚度均匀一致。
5.根据权利要求1所述的浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法,其特征在于:所述微波频率均为2450MHz。
6.根据权利要求1所述的浆状涂层的微波/热风协同干燥的方法,其特征在于:所述步骤(1)~(3)均设置有抽风装置,抽风量控制在1000~1500m3/h。
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