涂料和漆生产中的先进分散技术| 2016-11-01 - 188bet搏金宝,188金宝搏bet官网

先进的分散技术，不同于所有其他技术的油漆，涂料和漆生产。这项技术可以大大减少生产成本和加工时间。其他的效果是更高的分散程度，提高质量和节省原材料。本文介绍了这种新技术，包括系统的工作原理以及与传统的溶解刀片技术的比较。

分散

分散是涂料和漆器生产的核心。这是最重要的过程，对最终产品的质量影响最大。分散效果越好，分散的成分在最终涂层中的效率越高。更好的分散并不意味着更多的能量、更多的能量和更快的速度。恰恰相反。至于能量，你通常只需要10%到30%的能量就能得到更好的结果。更好的分散意味着更集中、更集中地应用动力、能量和剪切力。如果用同样的力量在一个容器中移动1000加仑的油漆，而在一个小的分散室中只使用五分之一加仑的油漆，则会有巨大的差别。与传统的溶解器叶片相比，contind - tds的比功率提高了约5000倍，剪切速率提高了约1000倍，能量密度提高了约100倍。

涂料生产中的分散是指固体和液体在基本液体中的添加和均匀分布。固体的分散(用作颜料和扩展剂、增稠剂、消光剂、防腐剂、黏附促进剂、抗沉降剂、触变剂等)是困难和具有挑战性的部分。只有少数粉末是可溶的;多数问题是无法解决的。分散的目标是保证每一个不溶性粉末颗粒被分离，完全湿润，脱团聚，均匀分布在液体中。最终产品必须是稳定和均匀的分散。

传统方法:溶解盘

溶解剂是在上世纪中叶发明的，直到今天，它们都在涂料和漆的生产中存活了下来——只有极少的改变。它们最大的缺点是剪切速率差。由于旋转的溶解盘和容器静壁之间的距离很宽，溶解器的剪切梯度非常低:在工业规模的机器中只有大约50倒数秒。为了在如此低的剪切速率下产生剪切力，液体粘度必须非常高。在较低的粘度下，阀瓣不能产生明显的剪切作用。由于这个原因，粘度是增加额外的增稠剂，并通过在工艺开始时排除低粘度的液体成分。不幸的是，高粘度对粉末成分的完全润湿有不利影响。大多数增稠剂是剪切敏感的，在过程中失去其作用。

另一个问题是溶解速度。所需的溶解速度取决于产品的流动行为。由于液体的流变性在不断变化，溶解器的速度也必须不断调整。这在实践中是做不到的，所以大多数时候溶解器运行的速度是错误的。

溶解剂用户经常体验到质量参数变化太大。粉体的添加速度、操作人员处理粉体的不同方法、充填水平、溶解器的位置和速度、温度、批次大小等诸多参数都对最终产品的质量有影响。溶解工艺的最大障碍是缺乏过程控制。通常的做法是，最终产品必须经过测试和调整，才能被释放到下一个工艺步骤。这种方法限制了产量，降低了设备容量。质量检查和调整的时间可能比生产的时间长。

完全湿润也是一个问题。粉末很细。微粒的表面积很大，平均每磅粉末的表面积为5万平方英尺。非常轻的粉末每磅的面积甚至可能超过100万平方英尺。使所有粉末表面完全湿润的最佳前提条件是与粉末表面相同范围内的液体表面。溶解容器在液体顶部仅提供几平方英尺的空间用于粉末的添加。由于表面很小，在添加过程中几乎不可能完全弄湿粉末表面。粉末被更大的部分拉入液体中，形成更大的团聚体，其外湿内干。当高粘性液体穿透这些凝块时，它们变得稳定且难以破坏。通过进一步的剪切，尺寸会减小，但要消除它们需要额外的分散，一个额外的铣削步骤，有时是不可能的。

在实践中，添加表面活性剂是为了在这些不适当的条件下更好地润湿和提高团聚体的穿透性。在粉末添加过程中，只需要使用这些表面活性剂几分钟，但它们可能对最终产品产生负面影响——在顶部产生泡沫，并稳定产品内部的细小气泡。空气减少了分散剂的剪切力，通常不需要。表面活性剂最后必须加入消泡添加剂来进行补偿。

continuum - tds系统消除了所有这些缺点。粉末和液体在第一次接触时就完全分散了。目前，一些涂料、涂料和印刷油墨制造商只使用康泰- tds生产(没有任何溶解剂)。根据应用和安装的不同，一个continuum - tds通常可以替代大约5个溶解器，并产生更好的效果。对于无机颜料和扩展剂，它也取代了磨机。

这台机器

三个字母的缩写，TDS，代表运输和分散系统。该系统不仅是一个内联分散器，它是一个复杂的粉末诱导和分散系统。本机安装在工艺罐外(图1)，通过管道与工艺罐连接，高速再循环分散液体。机器操作独立于容器大小和容器内的灌装水平。一台机器可以与多个容器一起使用。通过这种方式，容量很容易成倍增加。

机器的主要部分是带有转子/定子工具的分散室。这些工具是可交换的，可以适应许多工艺要求。甚至可以在没有定子的情况下将粉末引入剪切敏感的材料中。188金宝搏bet官网但大多数应用都使用高剪切工具。

在高剪切分散区，机器创造了一个强大的真空。有了这种真空装置，它可以将纸袋、倒袋站、料斗、桶、容器和大袋子中的粉末直接导入液体中。诱导是无尘的，因为所有的粉末100%进入液体;没有粉末收集在过滤器或除尘。完全避免了作业区域的粉尘污染。

在粉末诱导过程中，机器会尽可能多地吸收液体所能吸收的粉末。液体流量自调节，与粉体感应速度自动匹配。该粉末被引入再循环液体回路，并作为液体分散体到达容器。在液体表面上没有出现灰尘，防止部分湿润的结块在液体表面上堆积，这是溶解剂常见的问题。臭名昭著的粉末结壳通常在容器壁上，在溶解器轴和表面以上的所有装置(然后落入液体和降低产品质量)，在使用该系统时不会发生。

图2显示了二氧化钛诱导的典型粒径分布。诱导后的培养基粒径已达0.46 μ m。在120秒的额外分散后，颗粒尺寸下降到0.38 μ m。经过粉末诱导后，分布已经非常狭窄。99%的颗粒在2 μ m以下，未见超大颗粒。

contint - tds也可以诱导液体。这对于高粘性本妥酮凝胶或颜料膏的均匀分散到低粘性清漆和极低粘性添加剂的最终添加到高粘性油漆是有用的。在pH值调整方面，本机避免了液体表面局部pH值峰值的风险。没有局部过浓，混合物在到达罐内之前是完全均匀的。也可以生产水/树脂或油/水乳液。但是粉末的分散总是最有利的过程。

康泰- tds的混合和分散室至少有三个连接:液体入口(蓝色箭头)，粉末入口(橙色)和产品出口(紫色)(图3)。液体和粉末从相反的两侧进入机器，并从中间离开室。这意味着该机器从两个不同的方向提取液体和粉末，混合和分散它们，并将最终分散的液体泵回容器中。

液体和粉末在到达分散区之前不能相互接触。这样就完全避免了不受控制的结块。粉末在真空中分散到液体中总是在相等、恒定和可控的条件下完成的，与操作者的速度无关。产品质量是绝对可重复的，即使不同的批次大小。

分散区内的真空起着非常重要的作用。要了解它的作用，我们必须认识到粉末含有大量空气。粉末颗粒之间可能会相互接触，但颗粒之间甚至毛细血管内部都有空气。粉末中的空气量总是被低估。像二氧化钛这样的重粉末含有75%体积%的空气。像气相二氧化硅这样很轻的粉末含有98%的空气。

没有人喜欢精细分散的空气在他们的油漆或漆中，但空气在分散过程中的存在是不能被否定的——它总是伴随着粉末。一个聪明的技巧是利用这些不需要的空气-在分散期间。

空气在压力下压缩，在真空下膨胀。在分散区内的高真空条件下，它会膨胀到正常体积的20倍。单个粉末颗粒之间的所有空气都会膨胀。这样，单个粉末颗粒之间的距离在相同的范围内扩大。即使最初相互接触的粒子在通过分散区时也会分离和流化。要达到这种流态化和分离，不需要额外的空气，只需要真空下现有的空气。由于距离较远，液体很容易在粒子之间流动。真空使液体从各个方向完全湿润每个粒子。

弥散发生在相对较小的转子-定子-转子通道内，在最大真空、湍流和剪切作用下。在剪切带通过过程中，有效液面增加了约百万倍。这样，在粉末润湿过程中可用的液体表面甚至比巨大的粉末表面本身更大。这是100%润湿的理想前提条件。每一个颗粒在离开剪切带之前都被完全湿润(图4)。

与溶解剂相反，不会产生结块。粉末中现有的干结块被破坏。只有非常坚硬、干燥的有机颜料团块才能在分散过程中存活下来，并需要额外的研磨步骤，然而在实践中，这些只是极少数的粉末类型。此外，由于高效的润湿和分散方法，更少或可能不需要润湿剂。

分散剂稳定最终的分散和防止再团聚。使用contind - tds不能减少分散剂的用量。通常情况下，它必须增加，因为更细的粒径分布会产生更大的固液界面，这必须得到稳定——但这总是一个非常积极的结果。

技术比较

用来比较分散机性能的三个最重要的参数是剪切率、比功率(= P/V)和能量密度(=比能)。

剪切速率是分散机剪切性能的一个参数。剪切是在流动和静止表面之间的液体中产生的。剪切速率计算为转子转速除以到相关固定部分的距离的商。如果没有参考定子距离，单独的溶解盘或转子的外围速度是没有关系的。在continuum - tds中，溶解器的尖端速度和剪切速度都在相同的范围内:约5000 ft/min。而在Conti-TDS中，转子-定子的距离要小1000倍。由于这个原因，剪切速率是1000倍:50倒数秒在溶解器和50000倒数秒在continuum - tds。1000倍的高剪切速率产生1000倍的高剪切力-没有不恰当的1000倍的高粘度。

在contd - tds的转子和定子执行与数百个槽在特定的角度与锋利的边缘。液体被加速到5000英尺/分钟(约60英里/小时)，停止到零，然后在短短几毫秒内再次加速到60英里/小时。当液体通过这些槽时，与溶解盘的弯曲齿相比，分散效果成倍增加。

比功率表示在多大体积上集中了多少功率。动力主要用来产生剪切和湍流，分散和润湿粒子。在特定体积上安装的功率越大，分散效果越强。溶解剂的典型P/V率是每加仑0.1马力;康迪- tds的典型P/V率为每加仑500马力。这是5000倍的能量集中度。功率在一个小的、封闭的剪切带中比在一个大的、开放的容器中更有效地使用。

比功率只是一个瞬时参数。结合液体流量或再循环时间，可以计算出能量密度。这是在一篇文章中真正应用在特定体积上的能量。continuum - tds的能量密度在5 MJ/m³的范围内，比溶解器高100倍。这解释了为什么continuum - tds在粉末诱导或在较短的分散时间内比溶解剂经过100倍以上的通道后获得更好的结果。

contti - tds具有通过剪切带的高液体流速，因此停留时间短。在每一通道中，温度的上升通常低于一度。由于总能耗较低，与溶解器相比，工艺结束时的总温升仅为10% - 35%。

这种新系统也有明显的经济优势。与溶解工艺相比，涂料的生产成本通常降低到10%以下。此外，由于更好的分散或更高的颜色强度，原材料的显著减少是可能的。188金宝搏bet官网典型的做法是将生产时间减少到20%以下。因此，据报道，能源节约低于35%。一般来说，康泰- tds保证了更高的产品质量，更高的生产灵活性和更高的安全水平。