在片材上喷涂添加剂组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种在诸如纸产品、纺织产品及柔性片材产品之类片材产品的制造过程中喷涂含添加剂材料的添加剂组合物的方法，它采用诸如二氧化碳和乙烷之类压缩流体作为喷雾介质。可将高粘度和基本不含水和／或挥发性溶剂的添加剂组合物喷涂到片材上。还可将低含水量的水性添加剂组合物施涂到片材上。优选的喷涂方法采用一种可产生均匀喷束图形和窄液滴尺寸分布的压缩流体的解压喷束，这可改善在喷涂步骤期间添加剂组合物施涂到快速移动片材上的施涂效率和质量。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一般地说，本专利技术涉及将添加剂组合物在诸如纸、纺织品及柔性片材之类的片材产品的制造过程中施加到片材上。更具体地说，本专利技术涉及一种将添加剂组合物在片材产品的制造过程中喷涂到片材上的方法，它采用加强雾化的压缩流体和低挥发性溶剂含量及高粘度的喷涂配制物。
技术介绍
许多工业方法喷涂含有挥发性溶剂的液态组合物以实现涂层、粘合剂或添加剂的施加，或者喷涂干材料。溶剂起着各种各样的功能，例如用于溶解各种材料，作为乳液或分散体的载体介质，降低粘度以便于喷涂，以及用于提供适当的喷涂后的流动特性，以便例如在基材上成膜或渗透到多孔或吸收性材料中。然而，该有机溶剂就成为造成工作场所及环境空气污染的主要来源并且可能在制造过程中引起火灾。因此，常常用水作为溶剂以避免这些问题。然而，水也可能有其不利的特性，因此希望在制造过程中尽可能少地使用它。许多要喷涂的材料不溶于水，于是不得不使用诸如表面活性剂之类的化学试剂使这些材料乳化或分散到水中形成稳定的形式。水具有较低的蒸发速率和较高的蒸发热，致使产品干燥缓慢且能耗高，而且，为了提高干燥速率还必须将其加热到可能引起降解的温度。由于与采用挥发性有机溶剂相比，在喷涂中蒸发掉的水量较少，故喷涂组合物沉积后的粘度往往过低，不能满足恰当涂布的要求，因此其性能也随之恶化。再者，某些基材与水不相容；它们会因吸水而降解，这可能导致溶胀或内聚力减弱，或者水性组合物不能恰当地润湿基材，因为水的界面张力高或者基材为疏水性的。组合物的成功和经济的喷涂，除了挥发性溶剂以及喷涂组合物的粘度特性之外，还取决于由喷涂方法所产生的喷雾性能。特别希望喷涂方法所产生的喷雾具有有利的液滴尺寸，具体视用途而定，还希望具有窄液滴尺寸分布，这意味着减少过大的液滴，大液滴通常导致喷涂质量不良，而且减少过小的液滴，因为小液滴将变成飞漆，从而导致沉积不足和材料消耗量的增加。还希望喷束图形(喷束形状)具有均匀的内部和锥状边缘，以便组合物能够在喷涂期间均匀地施涂上去。喷束的速度不应过高或过低，或者过分地湍流。对于给定的应用扇状喷束应具有适当的宽度，并提供良好的图形控制，使组合物按预定的数量和部位涂布。还希望所使用的喷涂方法能够雾化高粘度组合物以便尽量减少或消除挥发性溶剂的使用。传统的喷涂方法，例如空气喷涂和无空气喷涂法，虽然都各有其有利的性能，然而仍存在可能限制组合物在制造过程中施涂适用性的不利特性。空气喷涂法提供可调、均匀、羽状扇形喷束和精细的雾化，但是它们要求低粘度，典型值在50～100cp(厘泊)，因此它们需使用高比例的挥发性溶剂。空气喷涂又是高度湍流的并且它们生成非常宽的液滴尺寸分布，致使占很大比例的过小液滴成为飞漆并使施涂效率降低。无空气喷涂法能雾化溶剂含量较少的较高粘度材料，但它们通常产生的雾化颗粒粗糙，液滴尺寸过大，不适合许多用途的使用。无空气喷涂还产生不均匀的拖尾或鱼尾形拖尾的喷束图形，这使得难以实现组合物的均匀涂布。无空气喷涂的传统雾化机理乃是技术上已知的。大致地说，材料以常压从喷嘴孔出来成为液膜，该液膜在由于其比周围空气速度相对高而诱导的剪切作用下变得不稳定。该波动在液膜中逐渐增长，变得不稳定，并破碎成为液态丝，后者同样变得不稳定并破碎成为液滴。聚集液体的内聚力和表面张力被将其打散的剪切力和流体惯性力所克服，从而出现雾化。常常是，液膜从喷嘴孔出来后要延伸一段肉眼足以看出的距离方才雾化为液滴。喷束一般呈锥状，其扇形宽度与喷嘴头的扇形宽度等级相差无几。粘滞耗散作用大大降低了雾化能量，致使粘度越高，雾化得越粗糙。本文所使用的术语“液膜喷雾”及“液膜雾化”是指其中的雾化就是借助这样的传统机理而产生的喷雾、喷束或喷雾图形(喷束形状)。液膜喷束的特征在于，它形成一种“拖尾”或“鱼尾”喷射形状，其中材料不均匀地分布在喷束中。表面张力的作用常常将较多的液体聚集在喷束的边缘，较少的液体分布在中心，这会产生有时偏离喷束的粗糙雾化的物质射流。液膜喷涂的实例可参见美国专利5，057，342以照片形式给出的图4a、4b、4c、4d、10a、11a、12a及12b，以及美国专利5，009，367的图3a、3b、3c、9a、9b及9c。超临界流体或亚临界压缩流体，如二氧化碳或乙烷，能产生一种全新的无空气喷涂雾化机理，它能产生高质量涂层施涂所需要的细液滴尺寸和羽状喷束。虽不拟囿于理论但笔者相信，此种雾化的生成过程是这样的诸如二氧化碳之类的溶解的压缩流体，当喷涂混合物在喷嘴孔内压力突然降低时转变为超临界状态。这便造成一种非常大的气化驱动力，随后非常细小的二氧化碳气泡将溶液转变为一种气液混合物。据信，这将由于使阻塞流体的音速降低到等于流体速度的水平而改变流动压力，于是，压力不是跌落到大气压压力，而是使物流以较高的压力离开喷嘴孔。这将在喷嘴孔以外造成一种压力区，在该区中喷涂混合物得以自由地膨胀到大气压压力。释放的二氧化碳膨胀并产生一种膨胀力，这种力克服了在正常情况下将使流体流聚集在一起的各种液体力。约束膨胀的唯一因素是将喷束成形为扁平或椭圆扇形的沿出口横断面的沟槽。喷束宽度可通过改变沟槽的节距进行调节。这显然是一种不同的雾化机理，因为，雾化恰好出现在喷嘴孔处，而不是从喷嘴出来以后的一段距离处。在喷嘴孔处看不到液膜。而且，在典型情况下，喷束离开喷嘴的角度远比一般无空气喷涂宽得多，并产生如同空气喷涂一样的带锥形边缘的“羽状”喷束。这常常生成一种圆的、抛物线形喷束，而不是锐角的喷束形状。此种喷束通常具有比用同一喷嘴产生的传统无空气喷束宽的扇形宽度。本文所使用的术语“解压喷雾”及“解压雾化”是指具有这里所描述的特征的喷雾、喷束或喷雾图形。解压喷雾的实例可参见美国专利5，057，342以照片形式给出的图3a、3b、3c、3d、3e、10b、11b、12c、12d和13，以及美国专利5，009，367的图4b、4c、8及9d。随着诸如二氧化碳之类超临界流体或亚临界压缩流体浓度的增加，液膜喷束可经历一个转变为解压喷束的转变过程。在浓度合适的情况下，此种转变也可随着温度的提高而出现。该转变发生在一个较窄的浓度或温度的区间内。随着浓度的增加，液膜喷束起初保持一种大致呈锥角的形状，并具有相对恒定或稍许增加的宽度，也就是当组合物不与二氧化碳一起喷雾时所获得的宽度特征，并且其平均液滴尺寸也比较大。但可观察到典型的肉眼可见液膜朝着喷嘴孔后退。产生雾化的主要根源来自与周围空气相互作用造成的剪力所诱导的不稳定。喷束形状主要由各液体力控制。液膜区间的边界一般出现在液膜消失时刻的二氧化碳浓度附近。以后，随着浓度的增加，喷束越过一个过渡区间，在这段区间上典型的喷雾形状将发生急剧的改变，具体情况取决于组合物，此间喷束从液膜转变为解压喷束并改变其雾化机理。通常，过渡区的喷束形状和宽度将因二氧化碳浓度的较小变化而发生显著改变。就某些组合物而言，喷雾图形将由扁平扇形突然瓦解为较窄、不规则、锥形喷束，然后再膨胀为较宽的、扁平、抛物线解压喷束。有时，喷束会完全瓦解为单一圆形射流，或者变为2、3或更多股沿不规则角度彼此分开的射流，最后膨胀为解压喷束。对于另一些组合物而言，喷束图形保持大致的平面形状，但随着喷束的进一步变窄中心部分向外突出，以后，随着喷束膨胀为解压喷束又逐渐缩回。有时，喷束保持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在片材产品制造过程中在片材上喷涂添加剂组合物的方法，该方法包括：（１）在密闭压力系统中制备液态混合物，所述液态混合物包含添加剂组合物和压缩流体，其中包含：（ａ）含至少１种添加剂材料的添加剂组合物；以及（ｂ）以使所述液态混合物 能够喷雾的数量存在的压缩流体，它与所述添加剂组合物形成一种液态混合物，且它在０℃温度和１大气压压力的标准状态（ＳＴＰ）下是气体；（２）通过在至少约５００ｐｓｉ压力下使混合物通过喷嘴孔将所述液态混合物喷雾从而形成喷束；以及（３）将含所 述添加剂组合物的所述喷束施涂到所述片材上，从而生产出一种非隔离片材材或防水纺织产品的片材产品。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：KA尼尔森，JD戈德，DF鲍默特，RS塞萨雷蒂，
申请(专利权)人：联合碳化化学品及塑料技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]