先进的漆和分散技术生产| 2016-11-01 | PCI杂志

先进的分散技术对油漆、涂料和清漆生产不同于所有其他技术现在是可用的。这一技术使巨大的减少生产成本和过程时间。其他影响分散度高,改进质量和节省原材料。本文介绍这种新技术,包括系统的工作原理和比较传统的溶解器叶片技术。

分散

色散是油漆和清漆生产的核心。这是最重要的过程,影响最终产品的质量最高。分散越好,效率越高分散成分在最后的涂层。更好的分散并不意味着更多的权力,更多的能量和速度。恰恰相反。关于能量,你通常只需要10%到30%的能量,从而获得更好的结果。更好的分散权力意味着更为集中,如果应用程序,能源和剪切。如果同样的权力用于移动1000加仑的油漆容器内应用于每加仑只有五分之一的一个小分散室有一个巨大的差异。Conti-TDS更高的功率系数5000倍,1000倍高剪切率和大约100倍的能量密度比传统溶解器叶片。

分散在涂料生产意味着加法和固体和液体为基本液体的均匀分布。固体的色散(用作颜料和填充剂、增稠剂、消光剂、防腐剂,附着力促进剂,antisettling代理、触变剂和更多)是困难和具有挑战性的部分。只是一些粉末溶;大多数是不溶性。分散的目标是确保每一个不溶性粉末粒子分离,完全浸湿,deagglomerated和同质分布在液体中。最终产品必须是一个稳定和均匀分散。

传统方法:溶解器盘

溶解器是在上个世纪发明的,他们生存在油漆和清漆生产——以最小的变化,直到今天。他们最大的缺点是一个贫穷的剪切速率。由于广泛的旋转溶解器盘之间的距离和静态的船,溶解器很低的剪切梯度:大约50倒数秒行业尺寸的机器。创建剪切力以这样低的剪切速率液体粘度必须非常高。阀瓣不能创造显著剪切粘度较低。出于这个原因,粘度增加额外的增稠剂和液体除去低阻尼组件在这个过程的开始。不幸的是,高粘度产生不利影响的完整润湿粉组件。增稠剂大多是shear-sensitive和过程中失去效果。

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。由于液体的流变学变化不断,溶解器速度必须不断调整。这无法在实践中完成,所以大部分时间溶解器运行在错误的速度。

溶解装置用户经常经历太宽变化的质量参数。粉除了速度,不同的运营商粉处理方法,填补水平,溶解器的位置和速度,温度,批量大小和许多其他参数会影响最终产品的质量。伟大的溶解过程的障碍是缺乏过程控制。常见的做法是,最终的产品进行测试和调整,才能释放到下一个工序。这种方法限制了输出,减少了设备的能力。质量检查和调整可能需要更长的时间比生产。

完整的润湿也是一个问题。粉很好。粒子有一个巨大的表面,与特定的表面平均每磅50000平方英尺的粉。很轻粉可能甚至超过一百万平方英尺/磅。最优条件湿粉表面完全将液面在同一范围的粉表面。溶解器容器提供几平方英尺的顶部液体粉末添加。用小表面几乎是不可能完全湿粉表面在加法。粉末被分解成液体在更大的部分,导致更大的团聚体的形成,外湿和干燥。当高粘度液体穿透这些聚集他们变得稳定,难以摧毁。规模将进一步减少剪切,但摆脱他们需要额外的色散,额外的铣削步有时是不可能的。

在实践中,表面活性剂的添加,使更好的润湿和改善这些不恰当的条件下团聚体的渗透。这些表面活性剂是需要几分钟在粉,但他们可以有负面影响的最终产品——创造泡沫顶部和稳定细气泡内的产品。空气减少分散剂的剪切力,通常是不希望的。表面活性剂最终必须补偿的抗泡沫添加剂。

Conti-TDS系统消除了所有的这些缺点。粉末和液体分散完全在他们彼此的第一次接触。目前一些油漆、涂料和油墨制造商生产只有Conti-TDS(没有任何溶解器)。取决于应用程序和安装,通常Conti-TDS取代大约5溶解器并创建更好的结果。无机颜料和填充剂它取代了磨坊。

这台机器

三个字母的缩写,TDS,代表运输和分散系统。系统不仅是内联分散剂——它是一个复杂的粉诱导和分散系统。机器安装在处理罐(图1)。它是通过管道连接到处理罐,红晕终于散去的时候,用高速分散液体。机器运行独立于船船舶大小和填充水平。一台机器可以使用超过一个容器。这种方式的能力很容易被成倍放大。

机器的主要部分是分散与转子/定子工具室。的工具是可交换的,可以适应许多流程需求。甚至可以没有定子感应粉成非常shear-sensitive材料。但大多数应用程序使用的高剪切工具。

机器在高剪切分散区域创建一个强大的真空。这个真空吸纳粉从纸袋包引爆,漏斗、鼓、容器和大袋直接进入液体。感应是无尘的,因为100%的粉进入液体;没有收集粉末过滤器或除尘器。工作区域的粉尘污染是完全可以避免的。

在粉感应机吸纳粉末和液体一样多。液体流量自动调节和火柴与粉末自动感应速度。粉是纳入循环液体循环,到达船液体分散。没有灰尘出现液面上方,防止部分润湿聚结建立液面上方,与溶解器常见问题。臭名昭著的粉面包皮,通常建立在血管壁,溶解器轴,上面所有的安装表面(然后落入液体和减少产品质量),使用该系统时不发生。

图2显示了一个典型的粒度分布对二氧化钛的感应。后立即感应介质粒径µm已经是0.46。后120秒额外µm分散粒径下降到0.38。后粉诱导分布已经非常狭窄。99%低于2µm,没有过大的粒子是可见的。

Conti-TDS可以引导液体。这是有用的高粘度均匀分散的膨润土凝胶或颜料膏低阻尼清漆和最后的非常低阻尼高粘度涂料添加剂。pH-adjustment而言,机器可以避免风险的当地pH值的峰值在液体表面。没有当地的过度集中,混合物完全同质才抵达坦克。水/树脂和油/水乳剂可以生产。但粉的分散过程总是最有利。

的混合和分散室Conti-TDS至少有三个连接:液体入口(蓝色箭头),粉进口产品(橙色)和出口(紫色)(图3)。液体和粉末是引入机器从两端和中间离开房间。这意味着这台机器把液体和粉末从两个不同的方向,最后分散混合和分散他们,水泵回船。

液体和粉末不能互相接触之前达到分散区。这种方法完全避免不受控制的城市群。粉的分散到液体在真空下总是做相同的情况下,常数和控制条件,独立于操作的速度。产品质量绝对是可再生的,甚至对不同批量大小。

内的真空分散区有一个非常重要的功能。了解其效果我们必须意识到粉含有大量的空气。粉末粒子可能相互接触,但总有颗粒之间的空气,甚至在他们的毛细血管。粉量的空气总是低估了。重粉如二氧化钛含有75体积%空气。这样一个很轻粉气相法白炭黑包含98%的空气。

没人喜欢细分散空气中油漆或清漆,但空气中色散的存在不能否定——它总是粉。一个聪明的技巧是利用这一不必要的空气——在色散。

压缩空气压力但是真空下扩展。在高真空下内分散区域扩大到20倍相比,正常体积。单一粉末颗粒之间的空气膨胀。这种方式单一粉末粒子之间的距离在同一范围扩大。甚至颗粒相互接触最初成为分离和怜在他们通过分散区域。达到这个流化和分离不需要额外的空气,只是现有的空气下真空。因为宽的距离,粒子之间的液体很容易得到。真空允许液体从四面八方完全湿每个粒子。

分散发生在相对较小的rotor-stator-rotor通道最大真空下,动荡和剪切。在剪切带通道的有效液体表面增加了几百万倍。这种方法可用在粉润湿液面比巨大的粉末表面本身更大。这是理想的100%润湿的先决条件。每一个粒子湿前完全剪切带(图4)。

而不是溶解器,没有创建聚集。现有的干燥粉末的团聚体破坏。只有极其困难,干团聚体有机颜料分散和生存可能需要额外的铣削一步,然而在实践中,这些只是很少粉末类型。此外,由于高效的润湿和分散方法,减少或可能不需要润湿剂。

分散剂的稳定最终分散,防止reagglomeration。分散剂的量不能使用Conti-TDS减少。经常必须增加,因为更细粒度分布产生较大的固液界面,需要稳定,但这始终是一个非常积极的结果。

技术比较

三个最重要的参数用于比较分散机剪切率的性能,具体的权力(= P / V)和能量密度(=特定的能量)。

剪切的剪切速率是一个参数分散机的性能。剪切中创建之间的液体和一个静态表面移动。剪切率的系数计算转子速度除以距离相关的固定部分。溶解器盘或转子的圆周速度没有相关性不考虑定子距离。溶解器的尖端速度和剪切速度Conti-TDS都在同一个范围:大约5000英尺/分钟。但静距离Conti-TDS小1000倍。因此剪切速率是1000倍:50秒倒数Conti-TDS溶解器和50000倒数秒。剪切速率高出1000倍创建剪切力高出1000倍,没有不合适的粘度高出1000倍。

转子和定子Conti-TDS执行与数以百计的插槽在特定角度和锐利的边缘。液体是加速到5000英尺/分钟(约60英里每小时),不再为零,加速到60英里/小时又多次在毫秒。当液体通过这些插槽分散效果极其增多而溶解器盘的弯曲的牙齿。

特定的力量告诉多少卷上多大的权力集中。电源主要用于创建剪切和动荡,驱散和湿颗粒。更多的权力,是安装在一个特定的体积,色散效应越强。一个典型的P / V率为溶解器是每加仑0.1马力;一个典型的P / V率Conti-TDS每加仑500马力。这是一个权力集中高出5000倍。使用权力更有效地在一个小,比在一个封闭的剪切带大,开放的船。

特定的权力只是一个短暂的参数。结合液体流量或再循环时间可以计算能量密度。这是能量,是应用于一个特定的卷在一个单一的通道。Conti-TDS的能量密度在5倍木星质量/ m³的范围,即溶解器100倍。这就解释了为什么在粉Conti-TDS达到更好的结果比溶解器感应或分散时间短期间后通道100倍。

Conti-TDS有液体流率高剪切带,导致一个短暂的停留时间。温度升高通常低于1度在每个通道。的总温度升高的过程溶解器相比只有10%到35%,因为各自的较低的能源消费总量。

这个新系统有明显的经济优势。油漆的生产成本通常是减少到低于10%相比,溶解过程。此外,显著减少原材料是有可能的,因为更好的分散或更高的颜色强度。减少生产次低于20%的典型。因此,节约能源降低到35%以下报告。一般Conti-TDS保证更高的产品质量,更高的灵活性在生产和更高级别的安全。