ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ

Быстроходные диспергаторы (бисерные машины).

Стремление к увеличению контакта диспергирующих тел с обрабатываемым материалом, а также к увеличе­нию деформации сдвига привело к созданию быстроход­ных диспергаторов с мелющими телами уменьшенных размеров. Быстроходные диспергаторы или, как их на­зывают по роду рабочих тел, песочные или бис.ер- н ы е машины состоят из контейнера, .заполненного пе­ском или шариками, приводимыми в движение дисковой мешалкой, приводного устройства и нагнетающего ще-

стеренчатого насоса, который прокачивает диспергируе­мую пасту через контейнер (рис. 11.11).

На производительность машин влияет характер ра­бочих тел (песок, бисер из специального стекла, кера­мические или стальные шарики), число оборотов ме-

Рис. 11.13. Диски для мешалок бисерных машин.

.і — со ступицей и спицами; б —с отверстиями; в — спиральный;

г— с кулачками,

шалки, количество и форма дисков или лопастей и рас­стояние между ними.

Передача энергии в контейнере осуществляется бла­годаря силам адгезии диспергируемой смеси к дискам и силам когезии самой диспергируемой смеси²⁴. Под дей­ствием дисковой мешалки в контейнере образуются вих­ревые потоки и радиальное течение диспергирующих тел (рис. 11.12), которые по мере приближения к стен­кам контейнера ослабевают в результате трения Ско рость их движения между дисками также падает.

Развитие быстроходных диспергаторов шло по Путі! интенсификации движения диспергирующих тел в кон­тейнере. Так появились диски со спицами, с отверстиями., со спиралевидной образующей и диски с кулачками (рис. 11.13).

В машинах с винтовой мешал­кой, как и в машинах, оснащен­ных пропеллером, рабочая смесь получает импульсы преимущест­венно в осевом направлении (вниз), а время пребывания ма­териала в таких машинах может быть максимальным. Имеются машины, оснащенные ленточной спиралью.

Практически время пребыва­ния продукта в контейнере ма­шины колеблется от 3 до 5 и не превышает 10 мин.

Размер рабочих тел песочных мельниц 0,6—1,2 мм. При ис­пользовании более мелкого песка приходится применять сита с очень малыми отверстиями (ме­нее 0,3 мм), создающими повы­шенное сопротивление при дви­жении жидкости (краски) через

них. Обычно применяют²⁵-²⁶ сига с отверстиями в преде­лах 0,3—0,4 мм.

В бисерных машинах применяются шарики дг амет- ром 2—3 мм, изготовленные из различных материалов (сталь, стекло, фарфор и др.). По мере износа добавля­ют новые шарики диаметром ~3 мм. Рекомендуемое оптимальное соотношение диспергирующих тел и обрі- батываемой пасты 1:1.

Установлено²⁷, что оптимальное отношение высоты контейнера к его диаметру составляет 3,5. Зависимость продолжительности обработки пасты от отношения вы­соты рабочей емкости (контейнера) к ее диаметру по­казана на рис. 11.14. В ряде случаев лучше пасту обра­ботать дважды, но быстро, чем один раз_г но медленнее.

Оптимальные размеры мешалок определяют-'⁸ исходя из условий соотношения действующих в контейнере сил:

ще <*опт — оптимальный диаметр диска мешалки, ял; D — диаметр контейнера в свету, ля.

Толщина диска b составляет 0,02—0,025 с?₀пт Рас­стояние между дисками мешалки h для суспензий сред­ней вязкости (около 40 спз) принимается равным от 0,4 до 0,8 (d_0UT~b) м.

Для паст и суспензий повышенной вязкости расстоя­ние между дисками должно быть меньше. Например, для суспензии с вязкостью 100 спз и более h принимает­ся равным от 0,3 до 0,4 (d₀пт—Ь) м.

Вязкость смеси, состоящей из пасты или суспензии и диспергирующих тел, следует подбирать с таким расчетом, чтобы она не препятствовала свободному пе­ремещению массы под воздействием дисков мешалки. Практически пасты, диспергируемые на бисерных ма­шинах, приближаются по составу к пастам, обрабаты­ваемым на шаровых мельницах с вязкостью около 30 пз. Для машин, оборудованных разделительной щелью, вяз­кость паст может быть значительно увеличена и ограни­чивается только возможностью перекачки ее питатель­ным насосом.

Наиболее эффективно диспергируются пасты с низ­кой прочностью на сдвиг (0,3—0,5 гс/см²), о чем уже упоминалось в предыдущих главах.

По реологическим свойствам диспергируемые пасты, находящиеся непосредственно в зоне воздействия усилий сдвига, должны максимально приближаться к ньюто­новским жидкостям. Этому способствует саморазогрева- ние пасты до 60—65 °С вследствие трения, что при крат­ковременности пребывания пасты в рабочей зоне, малом зеркале испарения и закрытом контейнере не вызывает заметных изменений состава пасты. Дйлатантные свой­ства паст нежелательны, так как при больших скоро­стях сдвига возможно полное прекращение диспергиро­вания. Поэтому повышение содержания пигмента в *та- сте допустимо лишь до появления днлатантности²⁹.

При недостаточной вязкости пасты уменьшаются си­лы адгезии, усиливается пробуксовка рабочих тел, уве­личивается износ дисков и бисера, что значительно уменьшает эффект диспергирования.

Рецептуры паст, разработанные в лабораторных условиях, можно применить в промышленности, опреде­лив²⁷ соотношение основных размеров машин методом моделирования:

ехр(—8,3 х Ю-Маод) _ (~Т 0_Мсд ехр (— 8,3 х КГ³ </_р;._б)                                                                /

где D и d — соответственно диаметры рабочих и модельных Kv) і тейнеров н диска мешалки.

При обработке тиксотропных систем, вязкость кото­рых на выходе из машины резко повышается, в резуль­тате чего они теряют текучесть, нельзя применять МИШИ­НЫ с сетчатым отделительным устройством. В этих случаях сле­дует использовать машины с раз­делительной щелью (рис. 11.15).

Появились машины, в которых контейнер разделен на 3 смежные вертикальные камеры, заполнен­ные стальными шариками разно­го размера. Каждая из камер име­ет штуцер для ввода диспергируе­мой пасты, а в случае необходи­мости и дополнительного количе­ства связующего. Такие машины позволяют наиболее целесообраз­но осуществлять диспергирование любых пигментов. В соответствии с рассмотренными в гл. 5, 8, 9, 10 положениями в первую камеру вводят пигментную пасту, содер­жащую активную низкомолеку­лярную смолу — диспергатор, при

поступлении пасты во вторую камеру к ней добавляют высокомолекулярную смолу — стабилизатор, а при по­ступлении пасты в третью камеру в нее взодят основное пленкообразующее.

Технико-экономические показатели отдельных видов диспергирующего оборудования в производстве лакокра­сочных материалов свидетельствуют о несомненном тре

имуществе быстроходных бисерных машин перед дру­гими машинами. Удельный расход электроэнергии при диспергировании одноименных продуктов-на этих маши­нах почти в 10 раз ниже, чем на шаровых мельницах, и в 4—5 раз меньше, чем на валковых краскотерочиых машинах. Затраты труда в 3 раза ниже, чем на валко­вых краскотерочных машинах, и почти в 2 раза ниже, чем на шаровых мельницах. Бисерные машины позво­ляют получать более Еысокодисперсиые суспензии пиг­ментов, чем все другие виды оборудования,—конечно, при условии наличия в связующем веществ, обеспечи­вающих агрегативную устойчивость дисперсий.

Кроме перечисленных преимуществ, при использова­нии быстроходных бисерных машин уменьшаются про­изводственные площади, потери продуктов в производ­стве, расход воды па охлаждение машин и возрастает условная часовая производительность одного агрегата. Бисерные машины работают непрерывно и их легко при­способить (соединить) для последовательной обработки продукта, что увеличивает производительность на 20— 25% но сравнению с такими же параллельно работаю­щими машинами.