在许多不同产品的制造过程中都需要一个粉碎或分散过程。对于一些以实现去团聚、分解或分层为目标的应用,通常应用的制造技术既需要优化,也必须优化。用新的Omega®NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH的技术,在功率要求,输出和机器的使用寿命方面,以及易于清洗和操作方面,优化通常是可能的。本机的功能类似于高压均质机。由于分散单元独特的模块化结构,其本质区别在于Omega运行时的最大压力仅为700巴。因此,与搅拌珠磨机或高压均质机相比,在某些应用中可以节省50%以上的比能量。

真正的粉碎和分散

通过粉碎粗颗粒生产超细颗粒的各种方法被称为分散方法或“自上而下”过程。对于这样的粉碎任务,高能量密度,如那些实现在搅拌珠磨,例如,是可用的。它们被用于工业的许多分支,用于原材料的粉碎以及从“自下而上”过程中分散超细颜料和产品。188金宝搏bet官网与自下而上的过程相反,在搅拌珠磨中湿磨产生偏离球形的颗粒。该产品以初级颗粒的形式稳定在悬浮液中,对于许多应用,可以直接进行进一步处理,而不需要额外的制备。

在粗初级颗粒的真正粉碎过程中,单个初级颗粒必须受到压缩和冲击应力才能触发裂缝,这些直接应力通常会在分散过程中破坏团聚的纳米级初级颗粒。这是由于随着粒径的减小,产品颗粒的力学性能由脆性-弹性向塑性转变。材料结构从结晶到非晶态的转变,或机械化学触发的反应,会对产品性能产生负面影响。因此,纳米级初级颗粒的团聚体应主要通过剪切来施加应力。

一方面,这可以通过在搅拌珠磨机中使用极小的研磨介质以极低的外围速度实现。另一方面,在大多数情况下,湍流剪切流结合高速度差异和空化应力导致更节能的分散过程。这是欧米茄经济分散器的基础。通过最佳利用湍流,空化和剪切力,这台机器保证了最大可能的可重复的产品质量,大大减少能源消耗和维护,并在分散过程中产生最小的热量。

工作原理

欧米茄的工作原理与市售的高压均质器类似,可在高达3,000 bar的压力下运行。主要区别在于欧米茄分散单元的模块化结构。产品分散泵以恒定流量通过NETZSCH分散装置(图1和图2)通过中压柱塞泵。在此过程中,过滤模块保留纤维、毛发或粗颗粒等污染物,以防止堵塞或损坏喷嘴模块。在喷嘴模块中,分散加速到大约350米/秒,这就是为什么这里会出现第一个剪切和延伸应力。后者可以理解为材料在分散相中由于高加速力而膨胀,主要与乳化有关。在湍流模块中,产品分散经历了由湍流剪切流和出喷嘴后空化引起的组合应力。在乳剂的生产中,进入喷嘴和离开喷嘴的层流拉长流的变形在很大程度上是造成分散相液滴雾化的原因。对于涂料工业的应用,这种层流拉长流提供了有效的添188BET竞彩加剂掺入配方。通过喷嘴的压降,从而主动力的水平,可以通过喷嘴直径和流量来调节。

在第二个压力级中,可以通过湍流模块后的弹簧阻力来调节阀模块中的均匀化间隙。因此,压力可以独立于喷嘴上的压降而重新建立起来。该压力在均质间隙中转换为动能,由此湍流、剪切力和冲击力的组合应力在该分量中起作用。通过喷嘴和阀门内压降的独立控制,可以通过选择操作参数,优化每种产品和应用的作用力。

优势

剪切流动、湍流、空化和冲击应力的组合是有效分散的关键。与市售的高压均质器相比,由于分散装置独特的模块化结构,可以在最大压力为700 bar时实现类似或更好的分散结果。

分散装置的压降大大降低,有时可节省超过50%的能源。由于降低的压降导致在产品中产生的热量大大减少,因此所需的冷却能力较低,从而节省了额外的能源。分散装置中的流量控制对喷嘴和阀门模块的磨损很小。

分散装置的结构和短持续期便于清洗和快速的产品更换,没有交叉污染。单个模块的交换、拆卸或组装以进行清洁或维护只需要几分钟,因为单个模块安装在两个螺栓上,并用两个螺母固定(图2)。同样,如果需要,可以拆卸单个模块,例如在处理纤维或球团炭黑时,可以拆卸过滤器模块。

应用领域

用欧米茄单位分散不需要研磨介质。因此,该技术不适合真正的粉碎或难以分解的颗粒,部分连接到另一个固体桥。与搅拌珠磨相比,通过选择合适的操作参数,磨削进度和所需的颜色值在这里无法实现。该机的应用范围包括去团聚和光分解任务,也包括片状颗粒的分层,天然纤维或碳纳米管的去纤(除颤)或解束,以及乳化。

在应用欧米茄技术的每种情况下,都需要预先悬浮固体或乳化液体。理想情况下,分散的物质均匀地分布在分散介质中,并且完全湿润,没有气泡。悬浮阶段的最佳机器是我们的Y-MIX®内联混合系统。

应用实例:钛白粉

可以想象的应用是易于分散的产品,对于这些产品,Omega将构成现有生产系统的优化。其中一个应用是二氧化钛的分散(图3)。在特定情况下,所需的目标细度是由Omega在一段时间内实现的。这里,在基于静态激光散射的测量之后,颗粒尺寸从50µm减小到最大尺寸10µm。除了高效分散,还可以处理高粘度悬浮液,从而获得高固体含量。

此外,可以想象,欧米茄可以用于难以分散的产品的过程,为此,粉碎的第一步是在搅拌器珠磨中预分散。这将允许在磨粉机中使用更小的研磨珠,这将提高磨粉机的效率和整个增值链。

结论

欧米茄经济型分散器的机械技术覆盖了非常广泛的粘度范围,在能源需求和产量以及易于清洁和操作方面,欧米茄经济型分散器通常代表了传统制造技术的进步。

该设备可在NETZSCH位于德国、美国、巴西和韩国的地点进行测试。可行性试验可在应用实验室的实验室和中试工厂规模上进行。此外,全面的,现代的分析可用于确定分散过程的成功和产品粘度的变化。

更多信息,请访问www.netzsch.com

本文最初发表于《欧洲涂料杂志》。


作者:Sven Hoffmann,技术支持;Michael Schmidt, NETZSCH Vakumix | NETZSCH- feinmahltechnik GmbH, Selb,德国董事总经理