精细混合，更快处理| PCI杂志 - 2022年世界杯分组表

通过选择高效的预混机并在铣削阶段之前跟踪粒度，可以优化颜料的加工。

为了跟上现代消费品和奢侈品大规模生产的步伐，涂料行业加快了技术更新，并为各种应用提供不同种类的涂料，以抵御腐蚀、风化效应和严格的环境法规。2022世界杯八强水位分析获得更好产品的一条途径是密切控制颗粒尺寸和尺寸分布，因为这两个参数都会影响一些重要的涂层特性。

粉末有一个“平均粒径”，正如颜料、填料等制造商所描述的那样。在现实中，粉末通常以团聚形式提供，因此，虽然初级颗粒的平均尺寸为8-10微米，但平均团聚尺寸可能为200-600微米。当粉末加入到流体中时，会发生进一步的结块。因此，混合和研磨操作减少了团聚体的大小，而不是初级颗粒。在本文中，术语“粒度”是在上述上下文中使用的。

颜料涂料的粒径通过影响不透明度、光泽度、色相和着色力等参数直接影响光学性能。较小的颗粒通常会产生更理想的产品，并与狭窄的颗粒尺寸分布相结合，赋予光滑，高光泽的表面。颗粒大小也会影响体积特性，包括流变性和稳定性。例如，当固体负载保持恒定时，减小颗粒尺寸不仅可以促进颜色的发展，还可以增加粘度，提高最终产品的稳定性。这可以减少色素的使用。

客户在光洁度和处理方面的需求正推动制造商朝着更细的颗粒尺寸和更窄的分布方向发展，增加了对严格控制、高效加工的需求。本文讨论了Charles Ross & Son公司的研究人员如何使用激光衍射粒度分析仪(Mastersizer, Malvern Instruments)来优化商业油墨悬浮液的生产。结果表明，该公司的新型混合器显著提高了预混/润湿的效率，生产出更细的预混料，可以更快地磨成最终产品。

颜料分散

尽管基于颜料的油墨和涂料在化学和配方方面取得了巨大的进步，但整个行业的生产始终是一个两阶段的过程。首先，颜料被润湿以在适当的流动相内产生分散。这种预混合样品然后被磨碎，以通过团聚破碎和磨损的过程减少颗粒大小。

预混合颜料分散剂的形成通常使用安装在开放式容器中的螺旋桨和涡轮混合器进行。这些混合器的功能仅限于在铣削之前简单地润湿粉末。高速分散器的引入是一个可喜的改进。高速分散器的叶尖速度可达5000英尺/分钟(25米/秒)或更高，在容器内产生更强劲的气流，并比螺旋桨或涡轮产生更大的剪切力。这大大缩短了润湿时间。然而，人们最初并没有认识到润湿过程中粒度控制的重要性，因为铣削步骤被认为是磨削过程中最重要的步骤。因此，对润湿阶段进行控制，以确保将颜料悬浮液转化为适合下游研磨的形式，而不考虑最终应用的要求。

那些现在认识到湿化阶段是碾磨过程的重要组成部分的公司采取措施，用更高效的设备取代他们的螺旋桨、涡轮混合器或高速分散器。在这种情况下，效率是衡量搅拌机能够将颜料团块尽可能地分散到所需规格的好坏。这一基本原理旨在减少通过轧机的次数，在某些情况下，完全消除铣削。研磨前的粒度测量成为确保预混合效率的必要工具。

激光衍射粒度测定

激光衍射是一种成熟的粒度测定技术，广泛应用于一系列制造业部门。样品中的颗粒，无论是湿的还是干的，散射穿过的激光，产生与它们大小有关的衍射图案。较小的粒子在大角度上散射微弱，而较大的粒子在窄角度上产生较强的信号。激光衍射系统检测产生的衍射图案，通过对电磁波行为的详细数学描述(典型的米氏光理论)将其转换为颗粒大小分布。

最好的激光衍射系统是高度自动化的，消除了与传统粒度测定技术(如Hegman研磨仪)相关的操作变量。研磨计在工业中广泛使用，但只能提供样品中最大颗粒的测量。相比之下，激光衍射分析仪测量全粒径分布，宽动态范围(从0.02到2000微米)，使其适用于工艺的每个阶段，从润湿到最终研磨产品。测量时间不到一分钟，因此可以很容易地快速检查分散状态，或在进行过程中跟踪尺寸减小过程。这些性能使激光衍射成为产品开发、放大、工艺优化和质量控制的绝佳工具。

在预混合过程中最大化过程效率

为了在颜料浸湿过程中寻找更高效的混合设备，许多用户考虑使用转子/定子高剪切混合设备。这些混合器由一个高速转子(尖端速度在3000到4000英尺/分钟或15到20米/秒之间)组成，安装在一个固定的定子附近。这种结构通过不断地将产品部件拉到转子的开口端，并通过定子的开口径向排出，从而产生强烈的机械和液压剪切。

这些设备的主要缺点是流量不足，这使得许多人不愿意依赖这种类型的设备进行预混合。传统的转子/定子会产生分散颜料所需的强烈剪切，但在容器内产生较差的产品流动，导致局部热集中在高剪切区，需要夹套容器。旋涡通常发生在搅拌头下方，通常不足以随着粘度的增加将固体从液体表面拉到高剪切区。

Charles Ross & Son公司是一家专业的混合设备制造商，认识到转子/定子的这种限制，并开发了具有“Delta”转子/定子技术的PreMax(美国专利号为6,000,840)。通常关闭转子/定子发电机一端的挡板是可拆卸和可调的，这样固体从表面吸入混合物的速率现在是可控的。与常规的高剪切搅拌设备相比，转子的额定转速(5000英尺/分钟或25米/秒)更高，从而增强了机械、液压和空泡剪切能力。与传统的转子设计相比，“三角洲”形状产生了双漩涡和更大的流量，将流动相表面的颜料粉末吸入高剪切区。这提高了混合性能，消除了原料漂浮在批顶部的可能性，并提供了一种粉末诱导的方法，最大限度地减少粉尘。

PreMax改进转子/定子概念的价值已在定量实验室测试中得到证明，非常重要的是，在实际生产线上。使用PreMax预混合通常产生的结果相当于一次或两次通过介质磨。这减少了实现最终产品粒度所需的磨机通道数，减少了加工时间和生产成本。

使用激光衍射测试PreMax系统

使用PreMax系统在润湿过程中产生的剪切增加的好处可以在图1中看到。一名独立顾问评估了三种预混合设备:高速分散器、常规转子/定子混合器和PreMax，以确定油墨产品在加工过程中颗粒大小的变化，以及优化湿润阶段是否可以导致工艺改进。

使用激光衍射进行的粒度分析表明，一种商业油墨产品的平均粒度(D[4,3])为2毫米。使用高速分散剂在流动相内分散颜料，产生了平均粒径仅为14.2 mm的预混合料。这种预混料含有大量的团聚材料，因此生产最终产品所需的磨道数是显著的。

在润湿过程中使用标准转子/定子高剪切混合装置确实改善了预混料内的分散状态，产生了平均粒径为8.2 mm的颗粒。相比之下，PreMax系统的平均粒径为3.3 mm，分布在可接受的商业分散参数范围内。这表明，使用PreMax，这种油墨产品的制造商可以选择只通过介质磨一次，也可以完全取消磨铣，这两种方式都可以提高产品吞吐量并降低加工成本。

在其他应用中的测试表明，使用PreMax在速度和分散程度上都有了提高。在浸湿过程中进行的粒径测量表明，对于诸如酞蓝或焦黄等有色材料的分散，使用该系统可以将Dv90(粒径小于90%的颗粒体积)减小到40mm，而使用传统高速分散剂时则大于200- 300mm(图2)。

结论

生产具有细粒度的颜料基涂料可提供优异的产品性能，包括更好的遮盖力和光泽度，但在加工方面要求较高。在初始润湿过程中最大限度地减小尺寸，可以减少或消除后续的磨铣，因此有利于整体工艺优化。激光衍射是研究颜料分散过程的一种有价值的分析技术，因为它具有充分表征制造每个阶段粒度所需的动态范围和测量速度，并跟踪粒度减小过程。这里给出的结果证明了它在评估一种新型混合器的用途，该混合器通过改进润湿过程来提高生产率，生产出更细的预混料，可以更快地磨成最终产品。

欲了解更多信息，请访问www.malvern.com和www.mixers.com。