مروری بر فناوری ­های موجود برای خشک کردن و پخت پوشش ­ها

مترجم: مهندس سمانه جعفری­فرد، دانشجوی مقطع دکتری، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ

مقدمه

به دلیل این که بسیاری از شرکت­ های اروپایی در صنایع دکور و یا مبلمان، به سمت پوشش­هایی بدون مواد فرار مضر و یا پوشش­های آب پایه ، تغییر مسیر داده­ اند، فناوری ­های جدیدی برای پخت و یا خشک کردن در حال ایجاد شدن است. هدف نهایی این فناوری­­ها، افزایش سرعت خشک کردن و پخت به روشی موثراست. در ابتدا، باید بتوان فرایند خشک کردن را به خوبی کنترل کرد. این کار باعث ایجاد اطمینان از عملکرد مناسب سطح چوب می­شود. همچنین، بهینه کردن فرایند خشک کردن در صنایع چوب و دکور و کاهش مدت زمان لازم برای این فرایند نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. این مقاله، روش­های امروزی خشک کردن و چشم­ انداز روش­ های آینده را مورد بررسی قرار می­دهد. همچنین مزایا و معایب هر روش در زمینه ­ی نوع فرایند، کارایی و هزینه­ ی انجام آن در این نوشته مورد بررسی قرار می­گیرد.

خشک کردن به روش همرفت (دما، میزان رطوبت، سرعت حرکت هوا)

خشک کردن به روش همرفت، فرایندی برای خشک کردن پوشش­ های آب پایه  است. فرایند تبخیر آب متناسب با سرعت هوا، رطوبت نسبی، دما و زمان انجام می­شود. مدل­ های متفاوتی برای این نوع از فرایند خشک کردن، پیشنهاد شده است. ولی هیچ یک از این مدل­ها تاثیر نمک­ها، مواد سطح فعال و کمک حلال­های موجود در فرمولاسیون را در این فرایند شامل نمی­شوند. پس از اولین مرحله ­ی تبخیر در آکریلیک ­های آب پایه، فشار مویینگی، آب را از بخش­های عمقی­تر فیلم پوشش­ به بخش­های سطحی­تر منتقل می­کند. پس از این، ذرات با یکدیگر تماس پیدا می­کنند و سپس منعقد شدن ذرات محمل آغاز خواهد شد که نتیجه­ی آن ایجاد یک ساختار چند وجهی خواهد بود. زمانی­که همه­ی آب تبخیر شد، هم­چسبی ذرات پلیمر رخ می­دهد. زنجیره ­های پلیمری در هم نفوذ کرده و فیلمی پیوسته و همگن ایجاد می­کند. خواص این فیلم متاثر از ویژگی­های ذاتی پلیمر مانند دمای انتقال شیشه ­ای، میزان پیوندهای عرضی و دمای تشکیل فیلم است.

پژوهشی در مورد آستری­ های آب­پایه­ ی مورد استفاده در صنایع دکوری انجام شده است. این پژوهش عملکرد فیلم پس از چند روش خشک شدن مختلف، را نشان می­دهد. این مطالعه در شرایط حداقلی و همچنین شرایط سخت خشک شدن در محل تولید، طراحی شده است. روش مورد استفاده در این پژوهش بر اساس استاندارد EN 927-5 و بدون در نظر گرفتن شرایط اشباع طراحی شده بود. این روش میزان شکل­ گیری فیلم را بر اساس میزان جذب آب اندازه ­گیری می­کند.

در این مطالعه، پوشش ­هایی از رنگ­ های مختلف مورد بررسی قرار گرفتند و این نتیجه حاصل شد که برخی از رنگ­ها جذب آب اولیه بیشتری نشان می­دهند. این موضوع به دلیل حضور مواد سطح فعال زیاد در فرمولاسیون آن­ها و همچنین مقدار متفاوت محمل-رزین موجود در مورد برخی مواد رنگزا رخ می­دهد.

به این دلیل که شرایط خشک شدن بر روی شکل­ گیری فیلم پوشش­ های آب­پایه تاثیر گذار است، جذب آب چوب درخت صنوبر پوشش داده شده، پس از اعمال شرایط مختلف خشک شدن، مورد بررسی قرار گرفت. با انجام فرایند خشک شدن ناقص، فیلم منسجمی شکل نگرفته و به طور طبیعی میزان جذب آب، بالا خواهد بود. خشک شدن پوشش­های پایه­آبی در شرایطی با رطوبت نسبی بالا، کُند انجام می­شود. رطوبت بالا مانع از تبخیر آب می­شود. اگر رطوبت نسبی در کارخانه پایین باشد ولی تهویه­ ی مناسبی در فضای کارخانه صورت نگیرد، لایه­ی نازکی از هوا با میزان رطوبت بالا در مجاورت سطح پوشش قرار خواهد گرفت. در این شرایط هم سرعت تبخیر آب با کنُدی مواجه خواهد شد.

آزمون­ های آزمایشگاهی مانند جذب آب بر اساس استاندارد EN 927-5 نمی­توانند برای بررسی عملکرد کوتاه مدت پوشش مورد استفاده قرار بگیرد؛ ولی می­توانند رفتار فیلم را در طولانی مدت پیش­بینی کنند. بنابراین آزمون­ های آزمایشگاهی برای دادن اطلاعاتی در مورد مقاومت ابتدایی پوشش آب­پایه­ی ساختمانی در برابر آب مورد نیاز است. مشابه آزمونی که در استاندارد EN927-5 شرح داده شد، این آزمون نیز با غوطه­ور کردن قطعات چوب صنوبر در آب طی 72 ساعت انجام می­شود. قطعات چوب، پیش از این، از طرف کناره­ها و گوشه­ها درزگیری شده­اند. پیش از جذب آب، پوشش بر اساس روشی موسوم به “Quick Scan” خشک می­شود. شرایط خشک شدن بر اساس این روش اینگونه است: 48 ساعت، دمای  15 و رطوبت 85% با چرخش هوای m/s0.5.

نتایج نشان می­دهد که مدت زمان خشک شدن طولانی­تر و یا خشک شدن به واسطه­ی تهویه (به اصطلاح “forced drying“) در مقایسه با روش Quick Scan میزان جذب آب کم­تری دارد و تاولی بر روی سطح مشاهده نمی­شود. این موضوع نشان می­­دهد که فرمولاسیون پوشش بر روی عملکرد آن پس از خشک شدن تاثیرگذار است.

­برای بررسی امکان سنجی فنی حرکت به سمت آستری­های آب­پایه، یک آزمون ویژه مانند جذب آب پس از خشک شدن در شرایط حداقلی (Quick Scan) باید مورد استفاده قرار بگیرد. این آزمون می­تواند شرایط دشوار موجود بر روی سازه­ها را در بسیاری از موارد، شبیه سازی کند. در حالت کلی، پوشش­های آب پایه به سرعت پوشش­های حلال پایه نمی­توانند عایقی را در برابر نفوذ آب ایجاد کنند. به ویژه زمانی­که رطوبت بالا و دما پایین است و تهویه­ی مناسبی وجود ندارد. در هر صورت با کاهش رطوبت نسبی، افزایش دما و سرعت حرکت هوا، فرایند شکل­گیری فیلم، بهبود چشمگیری پیدا می­کند که همین موضوع موجب بهبود عملکرد محافظتی پوشش در برابر آب می­شود.

شرایط موجود برای فرایند خشک کردن به وسیله­ی همرفت، در صنایع دکوراسیون و مبلمان به طور خلاصه در جدول 1 نشان داده شده است.

خشک کردن سرد (معادل آلمانی:  Kalte Trocknung)

اصل حاکم بر فرایند خشک کردن سرد، استفاده از هوای بدون رطوبت در دمای بالا (  40-20) برای افزایش سرعت تبخیر آب است. هوا می­تواند با استفاده از مواد جاذب و یا سرد شدن زیاد، رطوبت خود را از دست بدهد. هوای بدون رطوبت در کنار دمای بالا، می­تواند میزان رطوبت نسبی را تا مقدار % 20-10 کاهش دهد.

با اضافه شدن چرخش هوا، مقدار پایین رطوبت نسبی می­تواند به سرعت، آب را تبخیر کند.. قرار دادن پوشش در معرض گرما پس از تبخیر سریع آب می­تواند موجب بهبود کیفیت سطح شود.

جدول 2. خشک کردن سرد

خشک کردن با تابش فروسرخ (IR)

متن کامل این مقاله را در شماره 180ام دوماهنامه پوشرنگ که در شهریورماه منتشر شده است بخوانید. در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد .