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.
|
مزایا |
معایب |
فرایند |
· قابلیت تنظیم دما، رطوبت نسبی و سرعت هوا · اشیا سه بعدی · طول عمر زیاد |
· تونلهای طولانی · غیرقابل کنترل بودن رطوبت نسبی (رطوبت مربوط به فضای خارجی) |
عملکرد |
· خشک شدن با شرایط ساده مانند خشک شدن در هوا · هم دمایی با هوا |
· سرعت هوای متفاوت در نقاط مختلف |
هزینه |
· سرمایهگذاری نسبتا ارزان · امکان استفاده از گرمای زباله سوزی |
· عدم انتقال موثر گرما به شی · هدر رفت انرژی به دلیل 100% نبودن چرخش هوای گرم شده |
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
|
مزایا |
معایب |
فرایند |
· تبخیر سریع آب |
· زمان طولانی خشک شدن کامل |
عملکرد |
· کنترل ساده · همچسبی سریع |
· زمان تشکیل فیلم طولانی |
هزینه |
· خط تولید کوتاهتر |
· سرمایه گذاری · صرف انرژی برای از بین بردن رطوبت · چرخش هوای زیاد |
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 .