4. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТИРОВАННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Свойства пигментированных лакокрасочных материалов и получаемых на их основе покрытий во многом определяются индивидуальными свойствами пигментов и наполнителей, пленкообразующих веществ, растворителей и прочих компонентов, вводимых в сложную красочную систему. Однако технология производства и используемое при этом технологическое оборудование также оказывают существенное влияние на степень использования оптических (кроющая, красящая и разбеливающая способность) и защитных свойств пигментов и, в конечном итоге, на качество конечных продуктов – грунтовок, красок, эмалей и покрытий на их основе.

Из всех стадий производства пигментированного лакокрасочного материала диспергирование – самый дорогой и энергоемкий процесс. В общем случае, стоимость эмали обратно пропорциональна величине размера частиц пигмента, входящего в состав лакокрасочного материала. В связи с этим эффективное измельчение пигментов и наполнителей является важнейшей операцией в производственном процессе. Необходимые оптические свойства частиц, а особенно способность рассеяния света, тем больше, чем более тонко измельчены частицы дисперсной фазы. Оптимум величины размеров частиц лежит в субмикронном диапазоне, где диаметр частиц пигментов и наполнителей имеет размеры, приближенные к половине длины волны видимого света. Следовательно, одним из наиболее важных аспектов для снижения затрат на производство и себестоимость продукции, а также для гарантированного обеспечения требуемых декоративных и защитных свойств пигментированных ЛКМ и покрытий на их основе является правильный подбор диспергирующего оборудования и его эффективная работа.

93

В лакокрасочных производствах для диспергирования двух пигментных паст традиционно и довольно успешно применяется двухступенчатый каскад, состоящий из диссольвера и бисерной мельницы той или иной конструкции. Для производства воднодисперсионных красок часто достаточно только диссольвера в качестве основного диспергирующего оборудования.

4.1. ДИССОЛЬВЕРЫ

Диссольвер необходим для гомогенизации частиц пигмента в среде пленкообразующего вещества, его смачивания и предварительного диспергирования, а бисерная мельница – для окончательного измельчения агломератов пигмента. Как уже указано выше, диссольверы могут служить и самостоятельными диспергирующими аппаратами (например, для изготовления пигментных паст для различных грунтовок, фасадных и водно-дисперсионных строительных эмалей, эмалей для разметки дорог и др.), если при получении конечного продукта не требуется высокой степени дисперсности. Размер частиц пигментной суспензии по окончании предварительного диспергирования, как правило, колеблется в пределах 60–90 мкм. Разумеется, эта величина зависит от многих факторов, в первую очередь от диспергируемости пигмента. Внешне диссольвер незначительно отличается от механического смесителя, оснащенного якорно-рамной мешалкой, в случае диссольвера – зубчатым диском – фрезой. Однако двигатель диссольвера значительно мощнее, чем у смесителя. Разница мощности двух установок основана на разном предназначении оборудования. Диссольвер используется, прежде всего, для процесса диспергирования. Если для смесителя в среднем необходима плотность диссипации мощности порядка 1 Вт/кг, то при диспергировании это значение варьирует в интервале 10–100 Вт/кг. Если механическая мощность, подводимая к системе жидкость – твердые частицы в виде агломератов, слишком мала, смешивание двух фаз возможно, но невозможно измельчение твердых частиц, т. е. диспергирование (рис. 4.1).

Диссольвер реализует процесс диспергирования по гибридному механизму – путем одновременного перемешивания гетерогенной двухфазной среды и измельчения твердых частиц. Вращающаяся с большой скоростью фреза создает высокое сдвиговое напряжение, вызывающее разрушение агломератов.

94

1D–2D

0,5D–1D

4

2D–3D

Рис. 4.2. Геометрические пропорции диссольвера: 1 – емкость для диспергирования; 2 – вал мешалки;

3 – поток диспергируемого материала; 4 – зубчатый диск (фреза)

г4 5д

Рис. 4.3. Конструкции диссольверов с дополнительными мешалками:

а – простой смеситель; б – смеситель со статорной системой; в – двухвальный смеситель с тремя дисками; г – смеситель с диском для конвекции и сдвига; д – смеситель с дополнительной якорной мешалкой

96

Грамотно подобранный диссольвер должен обеспечить возможность получения продукта не только с низкой величиной среднего диаметра частиц, но также и с узким распределением их по размеру. Правильное соединение функции измельчения фрезы и кинетико-геометрических условий перемешивания в диссольвере гарантирует высокое качество конечного продукта. Большое значение для эффективности процесса преддиспергирования имеет величина окружной скорости фрезы. Введение сыпучих компонентов в пленкообразователь целесообразно проводить на малых скоростях. При преддиспергировании скорость вращения фрезы должна быть такой, чтобы образовалась воронка, в основании которой было видно основание фрезы. На эффективность процесса при прочих равных условиях (окружная скорость фрезы, наполнение и вязкость пигментной суспензии) также значительное влияние оказывают как геометрия и конфигурация самой фрезы, так и геометрия всей измельчающей системы фреза – дежа диссольвера. Геометрические пропорции системы диспергирования сопоставляются диаметру фрезы так, как это видно из рис. 4.2).

Эффект диспергирования в смесителе с мешалкой основан на том, что зубцы на диске ориентированы относительно окружности таким образом, что генерируется избыточное давление на их наружной и пониженное давление на внутренней стороне. Диспергируемый материал, попадающий в зону действия зубцов, подвергается таким образом воздействию значительных перепадов давления. Более того, многочисленные небольшие, но сильные завихрения образуются вблизи зубцов, сдвигая и, таким образом, разрушая агломераты.

Поскольку именно зубчатый край диска создает диспергирующий эффект, то окружная скорость диска vp является наиболее важной для оценки эффективности действия смесителя. Она рассчитывается из скорости п и диаметра диска D следующим образом:

vp = πnD.

Энергия Р, передаваемая диспергируемому материалу при вращающем моменте М, вычисляется по формуле

P = 2πnM.

Типичные окружные скорости достигают, например, 10 м/с для матовых эмульсионных красок, применяемых внутри помещений, 25 м/с для ЛКМ, содержащих растворители. Несмотря на

97