颜料分散技术Word文档下载推荐.docx
《颜料分散技术Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《颜料分散技术Word文档下载推荐.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
如果颜料在漆料中分散得不好，达不到相对稳定的状态，那么已被分散的颜料颗粒有可能又会重新接近而聚集成大颗粒，形成我们所讲的颜料絮凝体，颜料的絮凝过程是分散过程的逆过程。
颜料的絮凝体和聚集体及附聚体，虽然是由原级粒子聚结而成的大粒径粒子团，但是絮凝体和后者有着本质的不同，虽然它的表面仍被漆料所包覆，粒子间隙也被漆料所填充，而颜料的聚集体和附聚体的表面为空气和水分所包覆，其间隙也被空气所填充，但微絮凝状态，在涂料生产中还有其利用之处。
4、对于漆料充分湿润颜料的几点措施：
（1）
选用粒径小，表面经过处理的颜料；
（2）
降低漆料的表面张力；
（3）
使用低固体量的漆料；
（4）
使用湿润助剂来降低液体和固体间的界面张力；
（5）
使用分散助剂预处理的颜料；
（6）
漆浆在预混合中的自升温至50℃（高速）再静置过夜后投入研磨分散工序（含华兰者除外）。
5、如何降低漆料的表面张力：
选用低表面张力的溶剂；
降低漆料的粘度；
降低漆料的固体含量。
6、如何改善漆料与颜料的界面张力：
采用湿润剂或分散剂等涂料助剂；
选用经预处理过的湿润性好的颜料品种；
7、如何在操作中改善湿润条件的措施：
漆浆经预混合（高速搅拌或捏和机拌浆）并自升温至50℃；
将漆浆静置过夜，再经研磨（含华兰者除外）；
颜料在湿润的过程中粘性的液体漆料缓慢而持续地渗入堆积紧密的颜料间隙需要一定的时间，预混合好的研磨漆浆经静置过夜较之立即进行研磨分散自动深入的深度相差约38倍。
这就为将研磨漆浆预混合后并籍以机械搅拌下令漆料温度达到50℃后静置过夜，次日再进行研磨分散的操作方法，提供了一个合乎逻辑的理论，温度的提高，使漆料表面张力降低，更有利于湿润，漆浆静置过夜，提供了湿润所必须的时间，能起到节约能源而提高湿润的效力。
二、湿润分散助剂的应用：
颜料在漆基中的湿润和分散是涂料制造中的重要过程，它对漆的质量有极大影响。
湿润分散剂能缩短研磨分散时间，降低能源的消耗，保证涂料分散体系处于稳定状态，对涂料的诸多性能都起着决定性的作用。
颜料分散就是把二次粒子团的附聚体和聚集体研磨分碎成更细小的粒子或原始粒径，使其成为稳定的分散悬浮体。
颜粒的湿润：
是改变颜料表面性能的过程，是除掉颜料表面吸附的水和空气，改变其极性，降低液/固之间的界面张力，增加颜料和漆料的亲合力。
湿润剂则是在此阶段发挥作用的助剂。
湿润剂是能够提高颜料湿润分散效力的界面活性剂。
它对颜料表面有极强的亲合力。
能够定向吸附在颜料的表面，取代颜料表面的吸附物：
如水和空气等。
增强漆料与颜料的亲合力，缩短颜料在漆料中研磨分散时间。
因为颜料的湿润过程实际上就是颜料表面的一种置换工程因此湿润剂应和颜料具有极强的亲合力。
颜料的分散过程，通过机械粉碎形成的颜料细小微粒与漆料形成均匀的悬浮体，在无外力作用下，能保持稳定的分散状态通常称其为分散阶段也称稳定阶段，分散剂就是在这个阶段发挥作用的助剂。
分散剂是能够提高涂料分散体系保持稳定的界面活性物质。
添加在涂料中的分散剂能吸附在粉碎成细小微粒的颜料表面，构成吸附层，产生电荷斥力和空气位阻效应，防止分散了的颜料粒子再度形成有害的絮凝，可保持体系处于稳定的悬浮状态。
一般来讲分散剂的分子量大的，可形成较厚的吸附层。
分散剂若使用得当，不但能防止颜料沉淀，使涂料具有良好的储存稳定性，而且能改善流平性，防止颜料浮色发花，获得均一色彩的涂膜，提高颜料的着色力、遮盖力，增加涂膜的光泽，还能降低色浆的粘度，增加研磨色浆中颜料的含量，提高研磨效率，达到节省人力和能源的效果。
1、湿润分散剂的用量，助剂生产厂商一般都有介绍，但添加的范围与用量还应根据涂料的品种和要求作具体的决定。
为此，首先应了解所选用树脂的特性，其次要掌握颜料表面的特性，尤其是酸碱性、比表面积的大小、形状等，来设定添加量，一般比表面积大的用量多一点，小则少一点。
如用量不足，颜料表面空余点过多，易造成絮凝，会起反作用。
如：
比表面积小，用量过多，会在漆内形成胶束，会影响涂膜的抗水性。
所以使用量一定要适宜，需反复多次试验筛选而定。
2、湿润分散剂的添加程序：
颜料的湿润分散剂一般是在配料时添加，使其在研磨分散中吸附在颜料表面，以达到预期的目的。
若在非极性基料中使用难分散的颜料，最好先把助剂掺混在少量树脂溶液中，然后再与颜料混合浸泡，这样应用效果会更佳。
三、研磨分散设备
色漆是颜料和填料分散在漆料中而形成的分散体。
色漆的配方组成，由成膜物质、颜料、溶剂和助剂的特性及其相对用量，决定着漆液的性能及其漆膜的性能。
但是色漆的生产工艺过程中所选用的设备，对颜料在漆料中的分散状态、最佳颜料性能（着色力、遮盖力、耐候性等）的利用程度，以及由此而导致的漆液和涂膜的性能，也起着同等重要的作用。
因此，和精心设计色漆配方一样，正确的选择研磨分散设备及其工艺手段，形成高效实用的色漆生产工艺，同样是保证产品质量的重要环节。
并且在节省能源、降低消耗、提高生产效率方面有着更广泛的意义。
（一）高速分散机
1、结构与特点
高速分散机是涂料用研磨分散设备中结构最简单的一种，它可以和砂磨机配合使用作颜料的预混合设备，也可以单独为超细颜料的研磨分散设备。
高速分散机的工作原理是：
电动机的转动经过无级变速后，带动主轴以一定的速度转动，主轴下端装有分散叶轮，叶轮的高速旋转对物料产生混合和分散作用。
高速分散机的机头可借助油压升降并可绕立柱体呈270度或360度旋转，因此一个分散机可以配备3—4个预混合罐，交替进行分散作业。
依安装方式不同高速分散机可分为A、B两种型式；
A型为落地式，适用于移动式容器；
B型适用于台架式，适用于安装在楼板或操作平台上的固定容器使用（见图2）。
分散叶轮是高速分散机的关键性部件。
图3为常见锯齿型叶轮，在叶轮的过边缘上交替弯出齿型，倾斜角为沿切线成20度—40度，每个齿的立缘面①可产生强冲击作用。
齿外缘面②推动物体向外流动，形成循环与剪切力。
实际上，齿附近的物料一部分向内减速滑过齿内缘面③，这就强化了剪切作用，漆料循环到齿附近，不断受到加速和减速，在粘度剪切下被分散，孔④可以形成气蚀以增加大颜料粒子的磨损作用，从轴到叶轮也应为连续面，否则会降低分散效率。
叶轮转速一般推荐为25m/s以上，分散膨胀型漆料可低至15m/s。
物体能否循环对良好分散作用极为重要。
即使具有相同的线速度，小叶轮也比大叶轮效果差，原因是循环作用不完全，外部物料不能循环到分散区域，加大叶轮直径或改变叶轮型式，可改善物料循环状态。
叶轮直径与罐体直径和装料深度之间关系如图4所示，一般配料预混合时取下限，调漆时取上限。
高速分散机的优点是：
结构简单、操作维护保养容易、使用灵活、预混合分散及调漆皆可使用、清洗方便、生产效率高，特别是随着新型高速分散机设备（如双轴双叶轮高速分散机、快慢轴高速分散机等）的出现，其应用范围日趋扩大。
2、湿润及解聚操作
高速分散机的分散能力取决于下述3点：
①湿润颜料的能力；
②解聚颜料大颗粒的能力；
③循环漆料的能力。
这3种能力往往是互相关联而又彼此独立的。
通常漆料处于湍流状态则湿润作用好。
处于层流状态则分散作用好。
因此，高速分散机的操作宜分两步进行，先湿润操作后分散操作。
（1）湿润操作
此时将叶轮主轴置于配料罐中央，叶轮高度及转速应调整到使漆料以轴为中心，形成旋涡为佳。
物料旋涡适当时，应能看到叶轮中央约1/3部分，但不低于叶轮，也没有空气混入出现的爆鸣声。
位于漆浆外缘的颜料颗粒应能陷于液流中，并且在沿罐周转满一周前下降至旋涡之中，否则会降低高速分散机的效率。
颜料在慢速搅拌下，逐渐加入旋涡中，因为低速加料有利于颜料与漆料的均匀混合并减少污染。
注意不要加到轴上或罐壁上，一旦粘附于其上应暂停止搅拌，将其刮下，否则混合漆浆会含有粗颗粒。
随着物料中颜料增加，漆浆稠度变大，这时应相应提高叶轮位置并增加转速。
（2）解聚操作
解聚阶段应使用高转速，即在加完颜料之后几分钟，当没有颜料粉末漂浮于漆浆表面时，将搅拌偏置罐中至罐壁之间，大约为1-2倍轴直径，以提高分散效率和消除死角。
轴偏置虽然会使能耗加大，但分散效率可以提高25—50%轴偏置的另一个目的是防止漆料作粘滞的转圈运动，避免漆料循环不好、物料温升过高和混入空气。
色漆漆浆分散叶轮的最佳转速大约为叶片周边线速度27m/s，漆料粘度100-400pa.s较适宜，加入颜料后，漆浆稠度可达3000-4000mpa.s，这种条件下工作有利于提高工作效率。
3、使用要点
为有利于高速分散机高效而正常地工作，需要注意以下几点：
①高速分散机的研磨漆浆组成
高速分散机用于颜料分散时，其运动中的研磨漆浆应呈层流状。
研磨漆浆应是相当稠厚的（但仍可流动的），理想的流体状态是稍呈膨胀型流动。
这种高粘稠度漆浆的配制可以采取高粘度漆料，也可以采用高颜料含量，或二者兼顾。
从经济和研磨效力两方面考虑，应采纳高颜料含量比较适宜。
②高速分散机中颜料的分散是在层流状态下进行的，盲目地一昧提高转速以期获得高效率，只会适得其反。
因此在实践中选用适用于不同漆浆组成的高速分散机，改善配方以适应高速分散机的性能，发挥其效率是提高生产效率的方向。
③高速分散机的分散时间不宜过长，一般约15分钟即可达到目的，继续运转使操作在高温、低粘度、弱剪切下进行，效率明显降低，对提高分散程度作用不大。
④为有利于高速分散时的物料循环，罐底一般以碟型为好，罐内不设挡板，这样可以消除死角。
同时，由于湿润操作和分散操作要求不同的转速和不同的叶轮高度，所以具备两种以上的转速和液压升降装置的高速分散机更方便适用。
⑤高速分散机的电机在运行时，运用电流表指示电流是必要的。
一方面可以通过工作电流观察高速分散机是否在高效正常地工作（工作电流应既低于电机额定电流，又与其接近为佳）。
⑥随着使用时间延长，叶轮会遭到磨损，锐角变钝、轮盘变形，效率会随之下降，故应注意随时更换。
⑦高速分散机严禁空车运行，应保持慢速起动和慢速停车操作。
（二）砂磨机
砂磨机是50年代后期发展起来的新型分散设备，我国在60年代引进使用。
由于砂磨机体积小，可连续高速分散、效率高、结构简单、操作方便，因此迅速获得推广使用，并且在相当程度上取代了三辊机和球磨机在涂料生产中的地位。
1、结构和特点
砂磨机系由供浆泵、研磨筒体、主轴、分散盘组件、平衡轮、顶筛、电机和机架等部分组成。
在筒体内装有直径为1—3um的玻璃珠作为分散介质。
（也可使用天然砂、刚玉瓷珠等），参见图5。
砂磨机的分散原理是：
主轴上按一定的间距装有8-10个分散盘（最下端为保持主轴平稳运转的平衡轮）。
分散轴由主电机带动作800-1500r/min的高速转动，从而使筒体内的分散介质作剧烈运动，同时将预混合后的研磨漆浆从送料系统由底部输送进研磨筒体内，漆浆和分散介质的混合物在作上升运动的同时，回转于两个分散盘之间作高度湍流，颜料的聚集体和附聚体在这里受到高速运转的分散介质的剪切作用，从而在分散盘之间得到分级分散。
当漆浆和分散介质的混合物上升到顶筛时，分散介质为顶筛截留，漆浆溢出，从而完成一次分散。
因漆浆受到剪切作用时会引起温度升高。
因此，研磨筒体设有冷水夹套，应通水进行冷却。
砂磨机的优点是：
结构简单、操作方便、生产效率高、便于连续生产、价格低廉、便于维护保养等。
缺点是：
不适用于加工难分散的颜料（如炭黑、铁蓝等），更换颜色比较困难，灵活性不够，敞开式砂磨机只适用于低粘度漆浆，冷却效果较差，操作温度高，溶剂挥发量大，操作环境受污染及噪音较大。
2、影响分散效率的因素
（1）主轴转速
砂磨机的分散效率和分散盘转数成正比。
在一定条件下提高分散盘转数可以提高砂磨机的分散效率，但同时也增加了功率消耗和设备磨损，因此需权衡考虑，国产砂磨机一般为800-1000r/min。
（2）结构尺寸
为保证形成理想的研磨区，提高分散效率，砂磨机的结构尺寸通常如下：
①筒体直径（D）和分散盘直径（d）D/d=1.1-1.5D-d=40-100mm
②分散盘的间距H=0.2-0.4d
③分散盘直径（D）与筒体长度（L）L/D=4.0-5.0
（3）研磨介质
①品种研磨介质的品种有石英砂、玻璃珠、刚玉瓷珠和人造玛瑙等。
目前国内普遍使用的仅是玻璃珠，这使提高砂磨机分散效率受到一定的限制。
②粒径一般情况下产品要求的细度越细，使用的研磨介质的直径也相应小一些，因为介质直径愈小，球体间相互撞击发生剪切作用的几率越大，研磨分散效率也会提高。
但球体直径太小，剪切力相应也变小，磨损加大，分散效率反而降低。
珠体直径一般为1-3mm。
因为粗粒的研磨介质难以获得好的分散细度，而细粒径的研磨介质用于粗分散阶段，由于本身粒径小而使用寿命低。
故提倡将串联的砂磨机筒体内装填不同直径的研磨介质，前面的砂磨机内装填粒径较大的介质，发挥其剪切力强的特点，将粗颜料变细；
后面砂磨机内装填粒径较小的介质，提高研磨精度。
于是提高分散效率和产品质量。
③密度不同的密度的研磨介质适用于不同的物料粘度。
一般说来，玻璃珠在低粘度物料中能获得好的效果，而低粘度的物料如使用高密度的介质则将引起过度磨损。
采用供料能力强的漆浆泵，高密度的刚玉瓷珠分散颜料分较高的稠厚漆浆是提高研磨分散效率的一种途径。
（4）研磨介质的装填量
一般介质的装填量愈大，研磨分散效率愈高。
但因介质密度、漆浆稠度和砂磨机主轴功率的限制，装填量不能过大，否则起动困难。
通常立式砂磨机的装砂量为筒体容量的60%，卧式砂磨机的装砂量为85%。
（5）操作温度
尽管砂磨机都设有冷却夹套，但是操作温度均需高于室温，实践证明，温度对颜料分散有较大影响。
由于研磨漆浆结构强度随温度上升而降低，可采用40-50℃的温度操作，以提高效率。
反之，对那些高温下不稳定的物料应在密闭砂磨机里分散并应设法提高砂磨机的冷却效果。
（6）预混合程度
漆浆预混合好坏，直接影响砂磨机的正常进行和分散效率的高低。
因此应注意漆浆预混合阶段的充分湿润，以保证砂磨机分散效率的发挥。
（7）砂磨机研磨漆浆的组成
在上述因素相同的情况下，研磨漆浆中颜料树脂溶剂三者比例对砂磨机研磨分散效率有决定性影响。
砂磨机的研磨漆浆的组成，同样适用于球磨机。
1946年丹尼尔提出了通过测定颜料流动点的方法来确定球磨机研磨漆浆的最适宜组成，因为适合球磨机的配方组成也同样适用于砂磨机，因而得到了实际的应用。
丹尼尔流动点测定法的理论依据，砂磨机或卧式球磨机都属于混合式研磨分散设备，其研磨漆浆的组成，通常是由低粘度的漆料和低颜料体积分数的漆浆组成的。
漆料加入颜料形成的研磨漆浆应呈一种塑性流动状态，而又希望其中颜料含量相对最高。
丹尼尔流动点正是基于这种考虑，在传统的吸油量测定方法的基础上发展起来。
因此，也属于经验测定方法。
测定时，是向一定数量的颜料中连续滴加一定固体含量的树脂溶液，并不断用油漆调墨刀进行捏合，开始颜料处于松散粉末状态，当滴加入某一数量的树脂溶液后，颜料为漆料结成一个紧密的球体，且无多余的树脂溶液存在，此点即为丹尼尔流动点测定的第一个阶段点——“球点”，该点类似于颜料吸油量测定的终点。
到达球点后，再向其中滴加树脂溶液，则会有游离的液体存在，漆浆开始向流动液体过渡，当快速而连续滴加树脂溶液并不断用油漆调墨刀搅匀的同时，可不时以调墨刀挑起漆浆并将调墨刀呈水平夹角45度状，令漆浆自由滑落，当达到某一点，即沿调墨刀滴下的漆浆在下滴一段时间后又收缩回来，回弹到调墨刀尖部，此即为丹尼尔流动点测定终点，称作“弹性回缩点”，即丹尼尔流动点，其物理意义是，此时的漆浆组成达到了塑性流动状态，而其中颜料含量又最高，以此漆浆进行研磨时砂磨机（或球磨机）分散效率最高。
此即丹尼尔流动点的理论依据。
由该法测得的数据有两方面的实用价值：
一是可以据此计算求得砂磨机或球磨机的研磨漆浆的适宜组成；
二是依据被测定颜料达到球点和流动点时消耗树脂溶液数量上差别，判断该颜料分散的难易，两点数值差异越小，说明该颜料越容易分散；
反之，则难分散。
丹尼尔流动点的测定方法：
（a）仪器：
精度为1/100的自动天平；
ф60×
60厚型玻璃杯；
油漆调墨刀；
0-50ml酸式滴定管；
密度计（或比重杯）；
秒表（或计时器）；
（b）测试步骤：
现以用55%固体含量的长油度醇酸树脂漆料，以二甲苯为溶剂测定R—930钛白粉的流动点为例。
①将55%固体含量的漆料用二甲苯分别稀释成10%、15%、20%……50%固体含量的树脂溶液，并测定其密度后，密闭储存备用；
②精确称量20g钛白粉置于厚型玻璃杯中，依次用上述不同固体含量的树脂溶液进行滴定，并记录下各自达到球点及流动点消耗的体积见下表：
R—930钛白粉的流动点测定数据
序号醇酸树脂漆料固体含量，%球点时消耗的树脂流量，ml流动点时消耗的树脂溶液量，ml每100g钛白粉消耗树脂液量，ml钛白粉的PVC（f）,%球点与流动点的差额
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1010
15
20
25
30
35
40
45
50
555.5
4.7
4.4
4.5
5.38.25
7.1
6.6
6.2
6.0
6.1
6.5
6.9
7.7
8.441.25
35.5
33.0
31.0
30.0
30.5
32.5
34.5
38.5
42.036.59
40.13
41.90
43.43
44.24
43.83
42.27
40.82
38.20
36.173.25
2.4
2.2
1.8
1.5
1.7
2.1
3.2
3.1
注：
表中的PVC（f）%表示在所配制的漆浆中的体积浓度。
PVC（f）=钛白粉的体积/（钛白粉的体积+树脂溶液的体积）。
③由表中可知序号5的组成，颜料的体积浓度最高，相应的树脂溶液固体含量为30%，由此计算研磨漆浆的组成为（计算过程略）。
原料名称组成，%原料名称组成，%
R-930钛白粉78.7100%固体的醇酸树脂6.4
二甲苯14.93
若换算成以55%固体含量的醇酸树脂漆料进行配料的话则为：
R-930钛白粉78.755%长油度醇酸树脂11.64
二甲苯9.69
由计算得11.64g的55%固体树脂中，100%固体树脂为6.4g其余5.24g溶剂，由补加的二甲苯中扣除。
（c）说明以丹尼尔流动点测定法确定研磨漆浆组成一般颜料含量较高，而漆料粘度较低，在工业化生产实践中容易出现3个问题：
其一，由于含高颜料分的研磨漆浆比较稠厚，一般内圆弧齿轮供料泵输送困难；
其二，由于漆浆中漆料粘度较低，设备磨损相对明显；
其三，调漆时加入的漆料和漆浆中漆料差异较大，容易造成稳定化困难。
鉴于上述情况，建议在工业化生产时依据上述测定结果适当增加漆料固体含量并降低颜料含量以确定实用的研磨漆浆组成。
3、砂磨机的发展
敞开式砂磨机在应用中不断改进，着重解决了对高粘度漆浆的适应性，减少或杜绝空气污染和溶剂损失，提高湿润分散性以及对小批量多品种的适应性问题。
（1）立式密闭式砂磨机
立式密闭砂磨机与敞末式砂磨机的最大区别在于把顶筛移至研磨筒体的侧上方，在原顶筛位置放置了双端面机械密封箱，从而使砂磨机可以在完全密闭及不超过0.3Mpa的压力下操作，因而具有如下特点：
①加压操作可以加工高粘度漆浆，对于高触变性和低流动性的漆浆也能适用，从而可以增加漆浆中颜料含量，提高分散效率；
②密闭操作，消除溶剂挥发损失，减少环境污染；
③顶筛在圆筒内不易结皮，减少了清洁工作。
（2）卧式砂磨机
卧式砂磨机系70年代的新产品，它的特点是砂磨机的主轴和研磨筒体是水平安装的，电机置于筒体下方，结构紧凑，所占空间较小，出料系统用动态分离器代替顶筛，使拆洗方便，同时该机也是密闭操作。
因此它除了具备上述立式密闭式砂磨机的优点外，尚具有：
①装砂量大，研磨分散效率高；
②拆洗装卸方便，适应多品种生产；
③分散介质在筒体内分布均匀；
④降温效果好。
特别是近年来国外厂家对动态分离器的结构进行了改进，避免了间隙处易卡砂的问题，在分散盘上钻孔，加大介质回流量，以及将分散盘偏心放置，增加分散的均匀性和研磨效率，降低能耗，保持运转平稳，减少研磨中产生的热量后，该机的优点更加突出。
（3）双轴砂磨机
双轴砂磨机是在同一研磨筒体内
升级会员 