氣泡的存在會在噴墨打印和涂層的表面產(chǎn)生缺陷，影響打印速度，傳統(tǒng)靜置排氣的方法無法降低溶解氣體濃度，更無法去除變化工況下產(chǎn)生的氣泡，3M Liqui-Cel? 脫氣膜憑借特殊的膜材料，穩(wěn)定的脫氣效果，緊湊的結(jié)構(gòu)很好的解決了噴墨打印機(jī)和涂料行業(yè)由于氣泡而出現(xiàn)的生產(chǎn)和質(zhì)量問題。

隨著噴墨打印對打印質(zhì)量要求越來越高，大型工業(yè)噴墨打印機(jī)除了對打印質(zhì)量，對產(chǎn)量也提出了更高的要求， 然而噴墨中氣泡的存在，會使得打印產(chǎn)品表面產(chǎn)生缺陷，會使得打印機(jī)不能正常工作，影響產(chǎn)量。涂料行業(yè)，特別是造紙涂層和膜涂層行業(yè)，由于工藝條件或環(huán)境變化，使得涂料中出現(xiàn)氣泡，嚴(yán)重影響了噴涂質(zhì)量。因此去除氣泡，控制溶解氣體就顯得非常重要。

氣泡的產(chǎn)生及其對噴墨打印和涂層的影響

氣體在液體中都有一定溶解度，液體中溶解氣體的濃度與液體和氣體的屬性，環(huán)境溫度，氣體壓力有關(guān)。在某一條件下，液體中的溶解氣體濃度是固定的，氣體溶解到液體中的數(shù)量和液體釋放氣體的數(shù)量在接觸面達(dá)到一個動態(tài)平衡，我們稱之為飽和。當(dāng)平衡條件被打破，氣體溶解度就會發(fā)生變化。尤其當(dāng)環(huán)境條件變化式，比如溫度升高或者氣壓降低，氣體溶解度就會下降，液體中就會出現(xiàn)氣泡。

噴墨在生產(chǎn)過程中，如果在灌裝前出現(xiàn)氣泡，就會影響灌裝速度，灌裝體積不達(dá)標(biāo)，更嚴(yán)重的會影響打印質(zhì)量。噴墨打印機(jī)如果油墨中出現(xiàn)氣泡，打印表面就會出現(xiàn)缺陷，打印噴頭如果出現(xiàn)氣泡，就會形成負(fù)壓，造成打印機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定甚至停機(jī)，打印速度降低，打印質(zhì)量出現(xiàn)問題。

涂層中如果出現(xiàn)氣泡，會嚴(yán)重影響噴涂質(zhì)量，尤其是造紙，膜行業(yè)中，出現(xiàn)一點(diǎn)氣泡，便會導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷。傳統(tǒng)除泡的方法是靜置放空，由于涂料粘度較大，靠靜置的方法除氣泡，時間會很長，嚴(yán)重影響產(chǎn)量，另外靜置方法只能去除乳化或游離氣泡，由于噴涂一般會要求在較高溫度下進(jìn)行，再次析出的溶解氣體仍然會造成缺陷。在整個噴涂工藝中，環(huán)境壓力和溫度稍微有些變化也會造成氣泡產(chǎn)生。

3M Liqui-Cel? 脫氣膜材料及脫氣原理

3M Liqui-Cel? 脫氣膜是一種新型的膜接觸器產(chǎn)品，典型應(yīng)用是脫除液體中的氣體。

如圖1 所示，Liqui-Cel? 脫氣膜采用中空纖維建造，膜材料為聚丙烯，聚烯烴等疏水性微濾膜材料，外徑約300um，內(nèi)徑200 ～ 220um，膜孔采用Dry-Stretch工藝生產(chǎn)，精確控制孔徑約0.03um，使得氣體容易穿透膜孔，而液體和雜質(zhì)則不容易穿透，這樣就在液體和氣體間形成一層惰性分離層。

圖1 Liqui-Cel? 脫氣膜材料

通常中空纖維外側(cè)為液體，內(nèi)側(cè)為氣體，如圖2 所示，膜孔處氣體和液體接觸并達(dá)到一個動態(tài)的平衡，即溶解到液體中的氣體和從液體中逃逸的氣體數(shù)量相等。依靠道爾頓分壓原理，氣體在液體中的溶解度與其分壓成正比。通過降低氣體側(cè)的分壓，可以降低氣體在液體中的溶解度，多余的氣體通過膜孔處擴(kuò)散出來。分離出來的氣體被真空或吹掃氣體帶走。

圖2 Liqui-Cel? 脫氣膜原理

3M Liqui-Cel? 脫氣膜組件

Liqui-Cel? 脫氣膜組件是由脫氣膜芯和殼體組成，如圖3，圖4所示，脫氣膜芯是將多根中空纖維采用捆扎的方式固定到一塊，形成線束，以增加其軸向和徑向的強(qiáng)度，然后將線束纏繞于中心管上，端部用聚乙烯或環(huán)氧樹脂封裝而成。3M Liqui-Cel? 脫氣膜聚丙烯材料主要用于O2，CO2，N2等氣體的去除，聚烯烴材料主要用于低表面張力液體中氣體的去除。

圖3 Liqui-Cel? 脫氣膜組件

典型的脫氣膜殼體如圖3所示，液體在中空纖維外側(cè)，氣體在內(nèi)側(cè)。液體流向與氣體流向相反。中心管中間有塊擋板（小尺寸脫氣膜組件是沒有擋板的），將中心管分成前半部分?jǐn)U散管和后半部分收集管兩部分，使得液體與中孔纖維充分接觸，減少旁路，提高脫氣效率。

圖4 Liqui-Cel? 脫氣膜芯

如圖5所示，Liqui-Cel? 脫氣膜有四種工作模式，第一種配置是將氣體進(jìn)口接通吹掃氣體，另一側(cè)接放空，吹掃氣體的選擇應(yīng)當(dāng)是不同于要分離氣體，且不溶或很難溶于液體，比如氮?dú)?，通過氣體吹掃可以在氣體側(cè)將要分離氣體的分壓降至零，有利于氣體分離；第二種配置是將進(jìn)出口連接真空泵，這樣可以將氣體側(cè)壓力降至真空，可以脫除液體中所有溶解氣體；第三種是將上述兩種配置綜合使用，增加氣體分離效率；第四種是用鼓風(fēng)機(jī)將空氣從另一端抽入；氣體分離效率與液體的流速，脫氣膜的長度，接觸面積，液體在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)。3M Liqui-Cel? 脫氣膜特殊的膜生產(chǎn)工藝，膜組件構(gòu)造，保證了其高的脫氣效率。3M Liqui-Cel? 脫氣膜廣泛的用于O2，CO2，N2的脫除，通過正確的選型，可以將CO2濃度降至1ppm以下，O2濃度降至1ppb以下。

圖5 Liqui-Cel? 脫氣膜工作模式

3M Liqui-Cel? 脫氣膜解決方案

為了降低油墨或涂料中的總氣體濃度，并且能夠防止環(huán)境或工藝條件變化中溶解氣體產(chǎn)生，必須要求脫除不僅僅是游離氣體，還包括溶解氣體，并且能夠?qū)怏w濃度限定到要求數(shù)值以下。

案例1，涂料：

圖6 某水性涂料溶劑溶解氣體濃度-溫度曲線

圖6是一種涂料用水性溶劑中氣體的濃度-溫度曲線，20℃時N2溶解度約為15ppb，O2溶解度為9ppb，60℃時N2溶解度約為11ppb，O2溶解度為6ppb。

這種水性溶劑存放溫度為20℃，但是在應(yīng)用前要求加熱到60℃。通過在20℃下長時靜置放置，可以最多將N2 濃度降至15ppb，O2濃度降至9ppb。但是在60℃使用時由于氣體溶解度下降，過飽和的氣體便會以氣泡的形式出現(xiàn)。而這些氣泡是不可能通過20℃下長時放空來去除的。

然而3M 脫氣膜則可以完全解決上述問題，脫氣膜可以通過正確的選型，將氣體溶解度降低到要求的數(shù)值。例如上述案例，可以通過脫氣膜在20℃時，將N2氣體濃度降低到11ppb以下，O2濃度降低到6ppb以下（對應(yīng)60℃的溶解度）。這樣即使溶劑加熱到60℃，也不會有多余氣泡產(chǎn)生，影響噴涂質(zhì)量。

圖7 除氣泡典型流程圖

圖7為一個典型的除泡的流程示意圖，通過氮封，減少液體中其他氣體組分，再通過脫氣膜去除溶解氮?dú)獾揭笏?，氣體進(jìn)出口串聯(lián)至真空。

案例2，噴墨打印機(jī)：

圖8 0.5x1 SuperPhobic MicroModule? 脫氣膜安裝于噴墨打印機(jī)

圖8是0.5x1 SuperPhobic MicroModule?（SuperPhobic? 為Liqui-Cel? 的一個產(chǎn)品型號） 脫氣膜安裝于一臺寬格式噴墨打印機(jī)，脫氣膜芯直徑0.5英寸，1英寸長，氣體與液體交叉流向，處理量5～30ml/min，一側(cè)接口堵死，另一側(cè)接口接通真空泵。多個組件分別用于不同顏色噴墨，組件尺寸很緊湊，滿足噴墨打印機(jī)受限空間的要求，真空泵壓力不能太高，防止油墨中揮發(fā)性溶劑從膜孔逃逸。

圖9 1x3 SuperPhobic? 脫氣膜安裝于噴墨打印機(jī)

圖9是1x3 SuperPhobic? 接觸器用于一臺寬格式噴墨打印機(jī)，單側(cè)氣體接口，連接真空，處理量10 ～ 60ml/min。

通過測試發(fā)現(xiàn)，對于噴墨打印機(jī)，通過安裝3M Liqui-Cel? 脫氣膜產(chǎn)品可以提高打印速度15%以上，并且明顯減少噴涂缺陷。

使用3M Liqui-Cel? 脫氣膜可以精確控制油墨和涂料中的溶解氣體濃度，非常小的占地面積，模塊化設(shè)計(jì)，多種模塊可以選擇，廣泛的用于噴墨打印和涂料行業(yè)。

3M SuperPhobic? 產(chǎn)品介紹

SuperPhobic? 是Liqui-Cel? 脫氣膜產(chǎn)品的一個系列，主要用于低表面張力液體中脫除氣體，比如油墨，涂料，顯影劑，乳化劑，油等。脫氣膜材料為聚烯烴，如圖10 所示，聚烯烴中空纖維外壁很致密，就能有效阻止低表面張力液體的濕出，而只允許氣體通過。SuperPhobic? 脫氣膜還可以用于一些高粘液體中脫除氣體，比如一些UV 固化油墨或涂料，最高黏度可高達(dá)4000cps。

圖10 Super Phobic? 脫氣膜電鏡圖片

根據(jù)要處理的流量的不同，SuperPhobic?脫氣膜有多種型號可以選擇，如圖11所示，最高流量可達(dá)6.8立方米/小時。更高的流量可以通過并聯(lián)多臺脫氣膜組件來實(shí)現(xiàn)。

圖11 SuperPhobic? 脫氣膜組件家族

圖12為2x6 SuperPhobic? 脫氣膜模型和脫氣效率曲線，其中UltraPhobic 推薦用于水類黏度液體，UltraPhobic II 推薦用于高粘液體或其他挑戰(zhàn)性液體，效率曲線的測試條件是從水中去除O2，50torr 真空工作模式。從效率曲線可以看出脫氣膜在低流速下具有很高的去除效率，100ml/min流量下，脫氣效率可高達(dá)90%以上，根據(jù)處理流量的增加，脫氣效率有所下降，因此要提高去除效率，就需要降低液體流速，或者通過多級脫氣膜串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。

圖12，2x6 SuperPhobic?脫氣膜及其脫氣效率曲線

圖13是兩個典型Liqui-Cel? 脫氣膜組件串聯(lián)，采用真空模式的PID 圖。除了必備的膜組件，真空泵以外，其他設(shè)備，比如氣液分離器，儀表和閥門可以根據(jù)客戶需求選配。

圖13，Liqui-Cel?脫氣膜典型PID圖（組件串聯(lián)，真空模式）

除了SuperPhobic? 脫氣膜系列，Liqui-Cel? 還有其他脫氣膜系列，采用聚丙烯膜材料，用于去除水中的CO2和O2等，廣泛的用于電子，電力，化工等行業(yè)。

結(jié)論

3M Liqui-Cel? 脫氣膜產(chǎn)品憑借專利的生產(chǎn)工藝，特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，穩(wěn)定高效的脫氣效果，用于噴墨打印和涂料行業(yè)，能夠有效地去除油墨和涂料中的氣泡或溶解氣體，改進(jìn)了噴涂質(zhì)量，提高了產(chǎn)量和設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。