无溶剂涂布技术胶黏剂施涂过程的机理研究

Volatile Organic Compounds (VOCs) had been the industry's largest printing and coating polluting emissions. Solvent-free coating technology is fundamentally innovative ideas to solve this problem. Domestic academia and industry in terms of the mechanism of solvent-free coating technology research and application has just started, is to apply a defined process and the model requires a deep understanding of the design of solvent-free coating equipment research base is still very lacking. The corresponding technological testing platform for basic research conditions is not complete. This project uses a combination of theoretical studies and basic experimental research program focusing on the problems of solvent-free adhesive coating process migration model, the adhesive coating roll gap analysis between the fluid dynamics characteristics of the adhesive, the mutual penetration and curing models between adhesive and substrates, and the structure of the coating roll system to optimize the design and dynamics of scientific issues. With the basic conditions of the test platform in cooperation with the region's industry research and development of high performance coating technology, the project strives to resolve in the modern flexible packaging efficient solvent-free adhesive material on the bottleneck of precision coating involved in the process fluid mechanics, tribology, penetration science, dynamics theory. Finally, the parameters and their theoretical sources will be used to guide industrial applications for most needed in the engineering and design engineering process design.

有机溶剂挥发物一直以来是印刷涂布行业最大的污染排放物，无溶剂涂布技术是从根本上解决这一问题的创新思路。但国内学术界和产业界在无溶剂涂布技术的机理研究与应用等方面才刚刚起步，特别是在设计无溶剂涂布设备时所要求深刻理解的施涂过程与模型等研究基础还非常欠缺，相应的技术验证平台等基础研究条件也不完备。本项目采用理论研究与基础实验相结合的研究方案，通过重点开展无溶剂胶黏剂施涂过程的迁移模型、涂布辊间隙间的胶黏剂流体动力学特性、胶黏剂与基材相互间渗透与固化模型以及涂布辊系的结构优化设计与动力学等科学问题的研究，并利用与本地区产业界合作研发的高性能涂布技术试验平台的基础条件，着力解决在现代软包装基材上采用无溶剂胶黏剂进行高效、高精度施涂过程所涉及的流体力学、摩擦学、渗透学、动力学等方面的理论瓶颈。在此基础上给出产业在工程设计工程中最需要的工艺设计参数及其理论来源，用于指导技术产业化应用。

本项目主要开展以下三方面的研究工作：.1)针对产业界对无溶剂涂布装置机械结构设计参数敏感性问题，应用稳健设立理论与方法、可适应设计理论与方法，建立表征无溶剂涂布辊系结构参数设计敏感度的敏感矩阵，得到无溶剂涂布装置机械结构设计方法，用于指导技术产业化应用。.2)针对无溶剂精密涂布涉及的在极狭小空间(几十μm级)内的复杂流体动力学问题，采用机理建模与CFD计算相结合的方法，应用流体力学、计算流体力学、润滑理论等方法，建立了涂布辊间隙间胶黏剂流动的流体动力学模型、胶黏剂涂层质量动态迁移模型、浸渍涂布胶黏剂施涂过程数学模型等数学模型，得到特定工艺条件下合适的辊间速比、间隙、加工精度、安装精度等关键参数。.3)针对机理建模准确性与CFD计算正确性问题，搭建了辊式涂布技术验证平台，并利用产业实际无溶剂涂布机组，开展了多工况条件下的实验研究；利用高精度电子的直接称重法、扫描隧道电子显微镜的离线涂层厚度检测方法，对理论研究与CFD计算结果进行了分析。.项目组通过近几年的研究，圆满完成了项目的预期任务：.1)共培养博士研究生1名，硕士研究生12名。.2)在国内外期刊及重要学术会议已发表论文12篇、其中SCI收录1篇、EI收录3篇。2017年已录用待发表的国内核心期刊论文4篇。.3)获授权发明专利3件、实用新型专利4件。.在后续的研究中，主要的研究设想集中在以下三方面：.1)通过近几年CFD仿真以及机理数学模型，建立了胶黏剂弯月面的特征参数与涂层厚度的关系式。经测试，胶黏剂弯月面的特征参数可利用机器视觉检测的方法得到，目前在线检测设备正开发中。.2)本项目研究涂层缺陷的过程中只是定性的说明了缺陷产生的原因，没有定量的给出涂布可控参数与涂布缺陷之间的确定的数学关系。后续研究可以以此为基础，建立一个数学模型来研究涂层缺陷与涂布可控参数之间的关系。.3)本项目研究只针对静态工况下，涂层厚度影响因素的研究，后续研究可针对跳动、偏心和表面粗糙度等引起的动态工况下，涂层厚度影响因素的研究。