ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ

Машины для обработки паст с низкой вязкостью

Развитие производства микронпзпрованных пигмен­тов с модифицированной поверхностью способствовало появлению различного рода скоростных мешалок, в ко­торых усилие сдвига развивается в результате турбу­лентности движения потоков или пропуска суспензий через узкие щели, что способствует возникновению уси­лий сдвига и интенсивному трению между твердыми ча- пицами, находящимися в суспензии.

Установки с быстроходными мешалками могут при­меняться в качестве диспергирующего оборудования з тех случаях, когда агрегаты твердых частиц пигмента хорошо смачиваются связующим и легко разрушаются под воздействием малых сдвиговых усилий. Они также используются при подготовительных операциях для дис­пергирования в ультразвуковых установках и бисерных машинах. Эти установки пригодны н для «постановки на тип» пигментных суспензий, т. е. подгонки цвета, до­стижения заданных вязкости, глянца и других ,показа-

гелей эмали в соответствии с требованиями технические условий.

Дисковые мешалки. Такие мешалки применяются для диспергирования пигментов благодаря высоким ско­ростям сдвига, развиваемым на периферии дисков. Ма­шины с дисковыми мешалками называются дисольвера-

ми, а сам рабочий орган — импеллером (рис. 11.16). По­следний представляет собой диск с отогнутыми ПОд углом (з проти во пол о/Иные стороны) лопастями (зуб­цами), которые сообщают жидкости движение, направ­ленное под углом к касательной диска, равне.м поимен­но 30—50°.

Около 75% кинетической энергии, развиваемой ме­шалкой, расходуется на периферии диска импеллера з зоне на растоянии не более 50 мм от лопасти импеллера (рис. 11.17).

Под действием центробежной силы, возникающей при вращении импеллера, обрабатываемый материал устремляется по направлению . к стенке резервуара (рис. 11.18). При этом материал подвергается ударным воздействиям и действию сил сдвига, вызывающих ла минарный поток. Чем больше скорость, с которой паста отбрасывается зубцами импеллера, тем сильнее ударное взаимодействие между агломератами гнгмента и окру-

жающей средой и тем вероятнее разрушение агломера­тов. Когда количество пасты, возвращающейся к импел­леру, будет меньше отбрасываемого может насту­пить вращение и турбулентное движение пасты Б этом случае агломераты пигмента, отбрасываемые импелле­ром, будут двигаться параллельно перемещающейся сре­де и эффект диспергирования будет зависеть от разности

Рис. 11.17. Передача кииетпче- Рис. 11 18 Схема движения □сой энергии в -потоке по мо-                                                                 іпастьі в дисольвере,

ре удаления от зуба импел-
лера.

скоростей движения агломератов и среды. Креме того, частицы пигмента, находящиеся выше и ниже зоны дей­ствия импеллера, будут увлекаться турбулентным пото­ком и не подвергаться действию сдвиговых усилий. В результате нарушается циркуляция, снижается эф­фективность диспергирования и бесполезно расходуется энергия.

Из сказанного следует, что эффективность дисперги­рования зависит от размеров и угла наклона зубцов им­пеллера, а его угловая скорость определяется реологи­ческими свойствами обрабатываемой пасты.

Мощность, потребляемая импеллером, зависит от ско­рости вращения диска. Найдемо-³⁰, что при обработке пасты с вязкостью 5 пз мощность, потребляемая импел­лером диаметром 250 мм, составляет 4,4 кет при окруж­ной скорости 13G0 м/мин, 8,1 кет при 1800 м[мин и 14,7 кет при 2250 м/мин.

С увеличением диаметра импеллера возрастает и по­требляемая мощность. Например, при диаметре импел­

лера 200 мм потребляемая мощность составляет 7,4 кет, при диаметре 250 мм 16,2 кет и при диаметре 300 мм— 22 кет.

Для сосудов одного и того же диаметра при увели­чении вязкости среды диаметр импеллера также должен быть увеличен. В новейших аппаратах импеллер имеет переменное количество одновременно работающих ло­пастей (зубцов), угол наклона которых можно изменять без остановки мешалки.

Рекомендуемое отношение диаметра импеллера d к диаметру сосуда составляет от 1 :2 до 1:2.8. Глубина погружения диска импеллера в аппарат должна быть от Id до 2d, а расстояние от импеллера до днища ап­парата (0,5—1) d. Скорость вращения импеллера около 1200 м/мин.

Для дисольвера целесообразно иметь привод с пе­ременным числом оборотов. Тогда при загрузке пигмен­тов в раствор связующего импеллер работает на малых оборогах, а по мере снижения вязкости смеси число обо­ротов может быть увеличено. Бесступенчатое изменение числа оборотов импеллера позволяет полностью исполь­зовать мощность привода. Удельный расход энергии при­нимается от 0,04 до 0,24 кет на I л пасты.

Реологические свойства паст, обрабатываемых в ди­сольверах, должны соответствовать состоянию равнове­сия между силами когезии и адгезии. Такое равновесие достигается при повышении концентрации смолы в ла­ке до некоторого минимума (см. гл. 9), необходимого для достижения требуемой адгезии. Недилатаптные или сла- бодилатантиые системы лучше диспергируются при со­держании 15—20% 'пленкообразующпх и 30—40% мас­ляно-смоляных связующих. Резко днлатантные. а также сильно флоккулированные суспензии не поддаются об­работке на дисольверах. Водные пасты на дисольверах хорошо обрабатываются.

Машины со щелевыми устройствами. Действие этих машин основано на том, что паста втягивается в цент­ральное отверстие рабочего колеса (ротора) и выбрасы­вается под действием центробежных сил по направляю­щим лопаткам к узким зазорам статора, после прохож­дения которых она мгновенно расширяется в объеме сосуда (рис. 11.19 и 11.20). При этом кинетическая энер­гия жидкости частично преобразуется в ультразвуковую,

что способствует эффективному диспергированию. Euu¹ ротор, снабженный ободом с а прорезями, делает п об/мин, а статор имеет b прорезей, то получаемая ча­стота колебаний F = abn/60 гц.

Пасты, склонные к дилатантности, нельзя перераба- тывать на машинах с большими скоростями сдвига. Это объясняется тем, что из-за большого сопротивления, возникающего при высоких скоростях сдвига и загусте

вашій паст, возможны поломки машин. Диспергаторы со щелевыми устройствами обычно используются при периодическом методе работы. Для непрерывных про­цессов диспергирования легкоподвижных (ньютонов­ских) суспензий возможна установка на трубопроводе для транспортирования паст одного или нескольких ра-

бочих колес. Такая система может применяться при мас­совом производстве одного продукта и использовании микронизнрованных и модифицированных пигментов.

Коллоидные мельницы. Эти мельницы нашли относи­тельно широкое применение для дисперсирования пиг­ментов в низковязкнх средах.

Схема коллоидной мельницы изображена на рис. 11.21. Смесь, поступающая через питающее устрой­ство, попадает в пространство перед ротадром. Под влия­нием центробежных сил смесь проталкивается в узкий конический зазор между ротором п статором, где в ре­зультате действия гидравлических сит происходит дис­пергирование пигмента, после чего обработанный гро- дукт направляется в сборник и выводится из машины. Величину зазора между ротором и статором молено Не­значительно изменять передвижением одного из рабочих органов машины. Этим пользуются для регулирования '■тепени дисперсности получаемого продукта.

Применяются мельницы с коническими и плоскими дисками, штифтами, лабиринтами, а также с горизон­тальным и вертикальным расположением основного вала.

Для обработки пигментов, обладающих абразивны^ ми свойствами, рабочие поверхности коллоидных мель­ниц выполняются из высокопрочных материалов (корун­да, карборунда или других твердых «материалов).

В результате интенсивного трения в коллоидных мельницах выделяется большое количество теплоты, для отвода которого -применяются различные охлаждаюіцие устройства.