真空上料机在彩色再生纤维素膜生产过程中的应用

赵学杰 王新 刘敏

(1.山东恒联投资集团有限公司，山东 潍坊 261061；2.山东恒联新材料股份有限公司，山东 潍坊 261100)

0 引言

再生纤维素膜(regenerated cellulose film)，俗称玻璃纸(cellophane)、赛璐玢，是一种以棉浆、木浆等天然纤维素为原料，用粘胶法经喷膜成型等特殊工艺加工制得的再生纤维素薄膜。彩色再生纤维素膜，顾名思义就是带有颜色的再生纤维素膜，是经特殊着色工艺处理过的再生纤维素膜。

真空上料机又称真空输送机，是一种借助于真空压力来输送颗粒和粉末状物料的设备。利用真空上料机上料可大大减少车间内的粉尘污染，提高清洁度，显著提高生产能力；辅助计量程序能够实现精准计量，稳定生产状态；并大量节约人力，减轻粉尘对人体带来的危害，减少产品污染，安全可靠。目前已广泛应用于食品、药品、化工等生产领域。

1 彩色再生纤维素膜生产工艺及色粉原料

1.1 彩色再生纤维素膜生产工艺

目前，彩色再生纤维素膜的色彩可以有两种方法产生。一种是将颜料研磨做成的色浆直接注进粘胶原液中，经成型干湿部处理后得到彩色玻璃纸产品，也就是我们常说的“注色”。这种方法虽然有产品不易褪色、色彩均匀，在生产上易更换不同颜色品种，浪费少，没有有色污水连续排放，但对注射和计量系统要求很高。二是将直接染料制备成染料溶液，通过染料浴浸涂实现在线连续着色，也就是我们常说的“染色”。染料与纤维素结合具有直接性，均匀地染成特定的颜色，这种方法上色饱满、通透，染料成本低，连续生产稳定性强，设备可操作性强。目前，用于烟花爆竹包装等用途的中低端彩色再生纤维素膜市场需求量较大，相对比色浆注色工艺而言，非联苯胺类直接色粉染料染色色泽通透且价格相对低廉，能够满足客户使用需求。另外，还有一些食品包装客户为了追求美观需要彩色纤维素膜的颜色一定程度的向食品中转移，而色浆注色颜色稳固，无法实现颜色转移，这就需要我们选用一些食品级色粉对再生纤维素膜进行染色。

彩色再生纤维素膜染色是以棉浆、木浆等天然纤维素为原料，用粘胶法经喷膜成型制得透明再生纤维素膜后，在特定的温度下将透明再生纤维素膜在染色浴中浸染一定的时间后，经干燥、调湿处理得到的带有特定颜色的再生纤维素膜。由于车间连续生产，再生纤维素膜的染色过程也必须是连续进行的。膜在着色过程中不断地带走染液，为了保证染色的均匀稳定性，必须持续向染色浴槽中补加染液，以维持槽子染液浓度稳定。这就需要不断地配制染液，以保证持续的染液供应。

1.2 色粉原料

“染色”是最传统的彩色再生纤维素膜着色工艺。再生纤维素膜染色多数应用直接染料，直接染料色泽鲜艳，易溶于水，性价比高，使用方便等优点，一直被同行业广泛应用。根据应用分类，常用的直接染料色粉原料主要有以下几种：

(1)普通型直接染料(以联苯胺类为主，牢度偏低，大部分为非环保型染料)；

(2)直接耐晒染料(和高级直接染料基本同类)；

(3)高级直接染料(主要以二芳基脲、二恶唑、三聚氰胺、酞箐结构为主，牢度较为优异)；

(4)含铜直接染料(一种为染色后经铜盐处理;另一种为合成染料是已制为铜络合染料)；

(5)直接重氮染料(冰染染料；一种在纺织品上直接合成的染料，湿牢度较好)；

(6)d 型直接混纺染料(环保型染料，可与分散染料同浴法染涤/棉织物，耐弱酸及高温)；

(7)n 型直接染料(为近年来开发的环保型直接染料)。

以上色粉原料多为密度较小的粉末，体积普遍较轻，易飞溅、漂浮，染液配制过程中色粉粉尘容易散落在周围环境中。

2 色粉原料在生产过程中造成环境和水污染

传统彩色再生纤维素膜生产过程中的染色浴配制，从色粉称量、制备到染料输送，全是人工操作，因为色粉比重轻，在开包装称区过程，那面造成染料粉尘漂浮到周围环境中，污染工作环境，对操作工健康造成危害；同时染料粉尘飘落到地面，需用大量清水冲洗处理，造成厂区排水污染，增加污水处理压力。

染料粉尘还能造成多方面的危害，如染料粉尘对人体、生产过程、产品质量、安全等。

2.1 对人体的危害

长期接触染料粉尘的操作人员，因长期吸入粉尘，使肺内粉尘的积累逐渐增多，当达到一定数量时即可引发尘肺病。尘肺是生产性粉尘对人体的最主要的危害之一。长期接触生产性粉尘还可引发鼻炎、咽炎、支气管炎等呼吸道疾病以及皮肤黏膜损害、皮疹、皮炎、眼结膜损害。吸入有害物质粉尘还可引起急性或慢性中毒。

2.2 对生产的危害

生产车间内生产线一般不是单一的，规模化生产要有数条线在同一厂区并列运转，且往往会有不同颜色的品种同时生产，再加上再生纤维素膜后处理需要敞开式连续槽体次第处理，漂浮的染料粉尘如果落到不需要染色的透明产品的生产线上，鉴于其易溶解性，会造成产品表观污染，这种质量缺陷将在出厂前直接会判定不合格。因此生产环境有漂浮染料粉尘，严重影响整体生产和质量稳定性。

2.3 安全隐患

易燃易爆危险物品，一般习惯思维只局限于气体，但是易燃易爆粉尘，更是让人不容忽视的危险源。2014 年8 月2 日江苏昆山特大粉尘爆炸事故，教训是惨痛的，隐患在于常识的缺失和无畏。易燃易爆粉尘的分类，在2015 年《国家工贸行业重点可燃性粉尘目录》里面进行详细归类，其中染料被明确列为第38 项，爆炸指数低，属于高风险易燃易爆危险源。如果公司染料母液制备间达到一定的粉尘浓度，那这种危险一触即发，危机人生生命安全和企业财产损失。

综上，在经济、社会日益发展的今天，为了实现生态环境的可持续发展，降低作业空间粉尘浓度，实现工厂的“无尘作业”理念便凸显的尤为重要。

3 真空上料机原理、选型及在彩色再生纤维素膜生产过程中的应用

3.1 真空上料机的工作原理

真空上料机是一种借助于真空压力来传送粉末状物料的无尘密闭管道输送设备，利用真空与环境空间的气压差，形成管道内气体流动，带动粉状物料运动，从而完成粉体的输送。

3.2 真空上料机的选型原则

(1)根据我公司实际情况，如输送效率、 输送距离、输送高度等具体状况对上料机进行大体咨询选型。

(2)因我们前期未在染料称量、制备染料浴液过程使用过真空上料机，为保证操作的可行性，我们联系真空上料机生产厂家进行了带料称取、输送实验，以确定该物料利用真空上料的可行性。同时，根据生产实际需要，与对方技术人员讨论和实验相关上料参数，为系统适宜性设计奠定基础。

(3)具体工艺设备流程方面，注意对吸料口和出料口进行封闭性设计，确保其密闭性，在不影响系统使用性能特点情况下，实现全密闭连接，实现负压吸料，有效地控制染料粉尘泄露漂浮，污染操作环境。

(4)围绕真空上料机，进行上料系统设计。针对具体使用环境和条件，对设备罐体大小、管路流程、连接、自动清洗等进行特殊设计，以达到最佳吸料、计量、输送和染料母液制备的效果。

3.3 真空上料机在彩色再生纤维素膜生产过程中的应用

(1)彩色再生纤维素膜生产车间的真空上料系统。该系统包括真空泵、上料机、染料制备罐、染料色粉桶、阀门、计量装置、吸料管和真空管几部分。密闭的色粉上料机与负压管路系统相连接，自带粉尘过滤系统，作用是隔断真空管路和染料制备罐。利用真空泵对上料机抽真空，使上料机内负压增大，吸料管一端连接上料机，另一端插入染料色粉桶，使得染料色粉桶中色粉在负压的作用下，被吸入上料机计料仓，真空泵进行连续抽气，染料色粉桶中的色粉在负压的作用下不断被吸至上料机计料仓，直至上料机计料仓料量达到预设值，在染料制备罐中加入设定量的软化水并加温，待水温达到生产工艺要求后，开启搅拌，打开上料机中的原料放空阀门，将色粉放至染料制备罐中，搅拌直至色粉充分溶解即可，这样就完成了一批染料的配制。

(2)真空上料系统关联染料包装改进。由于前期采用人工上料，需首先考虑到劳动强度问题。为便于上料我公司采购的染料色粉均为小纸箱包装，整箱重量在25～30kg 左右。真空上料机初步应用后，发现小纸箱拆箱频繁，而且上料过程中纸箱内袋容易产生静电影响上料，且方形纸箱内角落处容易形成上料死角，色粉无法全部被吸入真空上料机，需再次使用人工倒箱，较为繁琐。为了便于自动化称量，需要改变包装重量单位和包装形式，对比原来小纸箱25～30kg 重包装，我们直接改用了大桶包装，一次拆开一桶够一天使用，避免了频繁拆包。而且，包装桶使用不带静电材质，设计为圆筒形，避免了直角死角。

染料色粉包装方式更改后，真空上料机使用正常。配制过程省去了传统人工上料环节，计量准确，自动化程度高，生产速度快，省时省力、安全环保。

4 结语

真空上料机应用于彩色再生纤维素膜生产，采用真空负压输送原理，通过管路密闭输送染料色粉，即解决了彩色再生纤维素膜生产中染液配制染料色粉上料过程产生的粉尘对人体健康和环境污染带来的危害，又可节省大量人力搬运；设备自动计量上料，较人工称料更为快速、准确，避免了人工称料所带来的误差，使染液浓度更易于控制，生产更加稳定。

同时，该设备在彩色再生纤维素膜生产中的成功应用可延伸借鉴于其他颗粒、粉末化工助剂的输送、上料，提高了生产车间的自动化水平。且密闭化的生产作业流程使的生产车间更为洁净、整齐。