Підготувала
Ольга КОВАЛЬЧУК

Правила, що обмежують емісію органічних розчинників, спонукають до різкого зменшення їх вмісту. Саме тому майбутнє за лаками з низькою емісією, тобто, водорозчинними чи такими, що тверднуть під впливом ультрафіолетового проміння.

Нові методи затвердіння поверхонь вже з’явилися на ринку, хоча безпосередній перехід від розчинного лаку до водорозчинного, здебільшого, не є можливим. На практиці таке рішення приймається залежно від профілю продукції та умов роботи певного заводу. Від сушарки ми очікуємо універсальності, тобто можливості використання як для звичайних розчинних, так і водорозчинних лаків. Недоліком останніх є деформування поверхні деревини внаслідок набрякання – явище, яке практично не виникає у випадку органічних розчинників. Інтенсивність набрякання залежить від кількості води (г/кв.м) та часу її дії.

Традиційні конвективні сушарки

Конвективні сушарки доволі поширені в деревообробній та меблевій промисловостях. Велику роль в них відіграє гаряче повітря. Для його нагрівання застосовується гаряча вода чи пара. Велика кількість теплової енергії витрачається насамперед для розігрівання металевого корпусу та субстрату. Тепле повітря змішується з розчинниками, а потім це все разом виводиться назовні. У повітря, що використовується в технологічному процесі, через деякий час надходить свіже повітря, яке теж необхідно нагріти.

Конвективні сушарки мають форму плоского каналу з полицями у вигляді сітки чи вежі. Плоскі сушарки пристосовані насамперед для робіт, пов’язаних з випаровуванням. Повітря проходить проти течії через полаковані елементи. Деяке устаткування оснащено теплообмінниками, що роблять можливим збільшення температури.

У випадку сушарки з полицями у формі сітки, зона випаровування часом приймає форму екрану. В цьому випадку необхідно слідкувати за дотриманням постанови про емісію летких органічних сполук стосовно різноманітних речовин.

Використовуючи лаки, що містять органічні розчинники, потрібно дотримуватись юридичних норм запобігання вибухів. У випадку водорозчинних лаків необхідним є приплив свіжого повітря до сушарки для того, щоб уникнути насичення, яке б гальмувало процес сушіння.

Конвективні сушарки з висушеним повітрям

Цей метод призначений виключно для водорозчинних лаків, яким він забезпечує швидке та результативне сушіння. Його величезною перевагою є можливість використання на існуючих фабриках без додаткової модернізації.

В цьому випадку вода із водорозчинних лаків усувається за допомогою висушеного та підігрітого повітря. Частина води з повітря, що циркулює в замкнутому просторі сушарки, відділяється в охолоджувальному агрегаті. Коли повітря рухається біля холодної поверхні, волога, що міститься в ньому, конденсується. Вода, усунута в такий спосіб, виходить назовні. Висушене повітря потім нагрівається на конденсаторі охолоджувального апарату. Таким чином ми отримуємо добре висушене повітря, яке в результаті забирає воду з полакованої поверхні.

Сушарки, де використовується опромінення

Метод сушіння інфрачервоними променями вже протягом багатьох років користується великим успіхом. Він робить можливим сушіння або затвердіння пігментних та прозорих лаків. При цьому використовуються такі інфрачервоні промені:

довгі (довжина хвиль від 4 до 20 мм);
середні (від 2 до 4 мм);

та в окремих випадках:

короткі (від 0,8 до 2 мм).

Конструкція ділянки випаровування залежить від виду опромінювача.

В сушарках, що використовують опромінення, застосовуються також теплові реактори. Діапазон хвиль сягає від 2 до 8 мм і включає інфрачервоні промені середньої довжини. Додатково створюється конвективне тепло. Джерелом енергії є каталітичне спалення (окиснення) пропану чи природного газу без утворення полум’я. Нижня поверхня каталізаторів емітує високоенергетичне опромінення. Подібно до всіх агрегатів, що працюють на основі затвердіння опроміненням, маємо тут значно вищий коефіцієнт перенесення енергії, аніж в конвективних сушарках. Потужність устаткування можна регулювати відповідно до потреб. Теплові реактори підходять як для розчинних, так і водорозчинних лаків. Спектр емітованого опромінення сприяє хімічному затвердінню, оскільки спектр абсорбції є дуже подібним до спектру складників лаку.

Зростання температури в рідкому шарі лаку відбувається рівномірно. Субстрат майже не нагрівається. Органічні розчинники або вода випаровуються під впливом конвективного тепла. Ділянка випаровування відіграє важливу роль. Час відкритого сушіння повинен бути підібраний таким чином, щоб повітря змогло вийти з пор деревини та самого лаку.

Завдяки використанню теплового реактора досягається значне скорочення часу сушіння і відповідно – зменшення необхідної довжини лінії. Час дії води у водорозчинних лаках обмежується швидким попереднім сушінням та випаровуванням. Таким чином запобігаємо потемнінню поверхні деревини, що зменшує інтенсивність необхідного полірування.

Як і у всіх методах затвердіння опроміненням, сушіння в теплових реакторах відбувається зсередини назовні.

Близькі інфрачервоні промені мають діапазон хвиль від 0,8 до 1,5 мм, і таким чином межують із видимим світлом. Оскільки лаки добре пропускають промені такої довжини, покриття може досить швидко отримати велику кількість енергії, уникнувши небезпеки спалення. При цьому зростання температури субстрату є мінімальним.

Метод близьких інфрачервоних променів досконало надається для водорозчинних лаків. За допомогою опромінення енергія передається на поверхню субстрату, де відбувається її відбиття. Тоді випаровуються складові розчинника, які необхідно відвести, щоб не допустити до перенасичення. Одночасно розпочинається відповідна хімічна реакція. Густина випромінювання є високою і сягає близько 700 кВт/кв.м. Використання цього методу дозволяє значно скоротити час сушіння і пришвидшити перехід елементу через технологічну лінію. Так, для односкладового водорозчинного лаку, що наноситься в кількості 70 г/кв.м, в поєднанні з конвективним методом загальний час становить 63 с.

Сушіння ультрафіолетовим промінням

Сушарки, що використовують ультрафіолетове опромінення, стали доволі поширеними в меблевій промисловості, випереджаючи пристрої з інфрачервоними променями. Їх дія спирається на наступну реакцію: фотоініціатор, що міститься в лаку, розпадається на вільні активні радикали і спричиняє ланцюгову полімеризацію реактивних в’яжучих речовин.

Для створення ультрафіолетового проміння дотепер використовуються ртутні лампи (HTQ) потужністю від 80 до 240 Вт на сантиметр дуги. Зазвичай, частина ламп постачається в готовому вигляді для інсталяції – разом із відсмоктуючим устаткуванням, яке, окрім охолодження, виводить створюваний озон.

Для пігментних та прозорих лаків, що містять багато складників, необхідним є використання емітерів з домішками (галлію чи інших металів). Також в цьому випадку на практиці можливими є комбінації двох типів випромінювача.

Цікавим рішенням є сушіння імпульсними променями (IST), коли використовують імпульси ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвиль 0,1974 мм, які особливо сприяють активації подвійних зв’язків вуглецю. Обидва названі типи випромінювачів емітують, окрім ультрафіолету, також інфрачервоні промені, які завдяки підігріву субстрату додатково інтенсифікують процес затвердіння.

Беручи до уваги конструкцію системи, розрізняють:

– плоскі технологічні лінії, з застосуванням валиків чи розпилюючих автоматів, з відповідними ділянками випаровування;

– системи, призначені для сушіння елементів тривимірної форми (крісел тощо); елемент з покриттям, як правило, обертається довкола власної осі;

– мале/компактне устаткування, яке складається з валика, стрічкового транспортера, а також ділянки опромінення ультрафіолетом. Залежно від програми, елемент з покриттям, часом повертається як брак після затвердіння лаку. Опромінення ультрафіолетом можна успішно доповнювати іншими агрегатами, які сприяють затвердінню.

В речовинах для товстошарового покриття, що містять стирен як базовий, багатофункційний розчинник, кількість цього розчинника, що міститься в лаку, не дорівнює виділеній кількості. У випадку багатошарового покриття частка розчинника складає 15 відсотків використаної кількості лаку.

Мікрохвильові та короткохвильові сушарки

Для початкового сушіння, особливо водорозчинних лаків, придатні також сушарки, які використовують фізичні властивості води (дипольна будова). Механізм їх дії є іншим, аніж в традиційних конвективних сушарках. Протягом сушіння мікрохвилями чи короткими хвилями транспортування тепла та висихання відбувається зсередини назовні. Завдяки використанню відповідного опромінення досягаємо значно вищого коефіцієнта перенесення енергії – кращого, аніж в конвективних сушарках.

Метод сушіння за допомогою мікрохвиль (довжина хвилі від 1 до 30 мм) та коротких хвиль (довжина близько 10 м) використовує електромагнітні хвилі різної довжини та діапазону частоти. Опромінення виробу, що складається з частинок (молекул) несиметричної будови, спричиняє коливання диполя, а енергія опромінення замінюється тепловою енергією. Внаслідок цього відбувається дуже швидке випаровування води. Обидва вищезгадані види сушарок є придатними лише для водорозчинних лаків. Підігрівання субстрату є незначним. Вимір коефіцієнта корисної дії складає в цьому випадку так званий коефіцієнт втрат, виражений у відсотках.

Звільнена вода повинна бути кудись відведена. В сушарках, що працюють з опроміненням мікрохвилями чи короткими хвилями, джерело випромінювання комплектується в парі з відповідною системою відсмоктування.

Порівняння часу сушіння