Диспергирование пигментов с помощью аппаратов вихревого слоя

диспергирование пигментов

Диспергирование пигментов – еще одна сфера применения аппаратов вихревого слоя. Это перспективное направление, поскольку многие отрасли промышленности потребляют большое количество пигментированных лакокрасочных материалов: красок, эмалей, грунтовок. Без них не обходятся машиностроение, радиоэлектроника, судостроение, мебельная промышленность, производители бытовой техники и др.

Пигментированные лакокрасочные материалы используются с целью антикоррозионной защиты и придания изделиям хорошего товарного вида. По структуре такие материалы представляют собой высококонцентрированные суспензии пигментов и наполнителей в растворах или дисперсиях пленкообразующих веществ. При этом на пигменты возлагается задача регулирования декоративных свойств покрытий за счет непрозрачности и цвета. Кроме того, пигменты могут влиять и на другие свойства лакокрасочных изделий:

  • деформационно-прочностные;
  • изолирующие;
  • противокоррозионные;
  • адгезионные.

При производстве красок наибольшее количество электроэнергии (не менее 70% от общего энергопотребления) тратится на диспергирование пигментов и их равномерное распределение в растворах, дисперсиях или расплавах пленкообразователей. Это обусловлено особенностями оборудования, которое используется для решения данной задачи.

Оборудование для диспергирования пигментов

Рассмотрим основные аппараты для диспергирования пигментов в процессе производства лакокрасочных изделий. Условно их можно разделить на две большие группы:

  1. Машины с жестко закрепленными рабочими телами, скорость движения которых не зависит от вязкости обрабатываемой пигментной пасты. Это валковые машины, резиносмесители, высокоскоростные дисковые машины и аппараты с перемешивающими устройствами.
  2. Аппараты, в которых рабочие тела свободно движутся в пигментной пасте, причем скорость их движения зависит от вязкости пасты. Сюда принадлежат шаровые, бисерные и песочные мельницы, аттриторы. Максимально эффективно перечисленные аппараты работают только при некоторой оптимальной величине вязкости.

В шаровой мельнице хорошо функционирует только верхний скатывающий слой шаров, поэтому для повышения ее эффективности необходимо вовлечение в действие значительно большего объема шаров или увеличение поверхности скатывания.

Основной недостаток аттриторов – сильный износ мелющих тел и корпуса. Они не пригодны для диспергирования паст, содержащих абразивные пигменты и для получения эмалей светлых тонов.

Большое распространение при диспергировании пигментов для красок получили бисерные мельницы. В таком оборудовании мелющими телами выступают шарики из стекла, стали, фарфора, карбида вольфрама, оксида циркония и других материалов, устойчивых к износу.

Для получения низковязких паст могут также использоваться коллоидные мельницы, в которых пигментная дисперсия поступает в пространство перед ротором. Под влиянием центробежных сил дисперсия проталкивается в узкий конический зазор между ротором и статором, где под действием сдвиговых усилий происходит диспергирование пигмента. Из-за большой частоты вращения вала мельницы наблюдается сильный износ ее рабочих органов.

Для равномерного распределения пигмента в пленкообразователе большое значение имеет степень дисперсности, то есть на сколько хорошо произошло измельчение пигментов. Не все перечисленные устройства способны обеспечить тонкий помол. А если даже и способны, то для этого требуется дополнительная обработка пигментов и, как следствие, большие затраты электроэнергии.

Практикуется двухстадийное диспергирование пигментов, когда на первом этапе пигмент измельчается, например, в бисерной мельнице до размера частиц 30-40 микрон, а затем применяется доизмельчение с помощью ультразвука. Возникает вопрос: а можно ли проводить эффективное диспергирование пигментов в одном устройстве с небольшим расходом электроэнергии? Ответ вы найдете в следующем разделе.

Диспергирование пигментов с помощью аппаратов вихревого слоя

Диспергирование пигментов с помощью аппаратов вихревого слояВопрос повышения качества пигментных лакокрасочных материалов исследовался давно и предлагались разные способы повышения эффективности диспергирования пигментов, например, магнитная обработка.

Под действием магнитного поля уменьшается поверхностное натяжение растворов и эмульсий, снижается энергия активации вязкого течения, улучшается смачиваемость твердых компонентов. Существенно ускоряется процесс диспергирования или появляется возможность повысить оптимальную степень наполнения паст твердой фазой.

Также отмечается эффективность применения ультразвука для диспергирования пигментов. При обработке ультразвуком разрушение частиц происходит в результате деформаций, которые вызывает звуковая волна, распространяющаяся в частице, и перепада давления на границе раздела «частица-жидкость». Причиной также могут быть столкновения частиц разных размеров, увлекаемых и неувлекаемых звуковой волной.

При больших амплитудах акустического давления возникает кавитация, то есть образование и схлопывание пузырьков, при котором высвобождается большое количество энергии, которая также оказывает разрушающее воздействие на обрабатываемое вещество.

А теперь представьте, что для диспергирования пигментов с помощью этих физических процессов не нужно нескольких аппаратов и нескольких стадий процесса. В аппаратах вихревого слоя (АВС) все эти процессы протекают одновременно, что способствует наиболее эффективному диспергированию пигментов в жидкой среде.

Аппарат вихревого слоя состоит из цилиндрической рабочей камеры, заполненной ферромагнитными частицами (иголками), и индуктора вращающегося электромагнитного поля. Под действием этого поля ферромагнитные частицы движутся по сложным траекториям и постоянно соударяются друг с другом, со стенками рабочей камеры и с частицами обрабатываемого вещества.

При этом в рабочей камере возникают физические процессы, о которых мы говорили выше, и которые оказывают влияние на уменьшение размера частиц пигмента и повышают эффективность его диспергирования:

  • каждая ферромагнитная частица за счет магнитострикции становится мини-источником ультразвуковых колебаний;
  • за счет больших локальных давлений в жидкой среде возникает кавитация;
  • вращающееся электромагнитное поле, создаваемое индуктором;
  • прямое ударное воздействие ферромагнитных частиц на вещество и др.

Исходный материал подается насосом в рабочую камеру аппарата, где подвергается интенсивной обработке, диспергируется и сливается через выходной патрубок.

Для эффективного диспергирования обычно достаточно считанных минут, что достигается за счет интенсифицирующего воздействия ультразвуковых колебаний, кавитации, вращающегося электромагнитного поля и других факторов.

Преимущества АВС в процессе диспергирования пигментов

Аппарат вихревого слоя выгодно отличается от других мельниц и мешалок, используемых для диспергирования пигментов, в силу следующих причин:

  • более высокое качество диспергирования: пигменты идеально вносятся в пленкообразователь. Как следствие, повышается качество готовых лакокрасочных изделий;
  • малое потребление мощности. Компанией GlobeCore выпускаются аппараты вихревого слоя типа АВС-100 и АВС-150 с потреблением мощности 4,5 и 9,5 кВт соответственно;
  • интенсификация процесса диспергирования. Эффективное диспергирование пигментов достигается за считанные минуты;
  • универсальность. Аппарат вихревого слоя может использоваться для эффективного диспергирования пигментов разных форм выпуска: гранул, порошка, жидкости и др. Также может выполняться как «сухой», так и «мокрый» помол;
  • легкость встраивания в действующие технологические линии. Аппарат имеет компактные размеры и не требует для размещения специального фундамента. Его можно быстро встроить в действующую технологическую линию вместо мельницы или мешалки;
  • удобство обслуживания. В аппарате отсутствуют узлы трения, требующие постоянного ухода;
  • большой срок службы аппарата. Для некоторых технологических процессов срок службы аппаратов вихревого слоя достигает 30-40 лет.

Для получения консультации по внедрению аппаратов в ваш технологический процесс свяжитесь с нашими специалистами по одному из контактов, которые вы можете найти в соответствующем разделе сайта.