ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ

Машины для обработки паст со средней вязкостью

Для диспергирования красочных паст с вязкостью от 12 до 50 пз применяются валковые краскотерочные машины и шаровые мельницы. В последнее время они вытесняются более производительными и менее энерго­емкими бисерными и другими диспергаторами.

Валковые краскотерочные машины. По принципу действия валковые краскотерочные машины аналогичны описанным выше⁵, однако констр>ктивно существенно от них отличаются.

Производительность машины зависит от линейных скоростей вращения валков Vi, V₂ и V₃, зазора и «дли­ны контакта» между ними.

Обычно паста снимается с помощью ножа, прижато­го к валку, обладающему наибольшей линейной скоро­стью V\. Коэффициент съема краски, являющийся отно­шением количества снятой за один оборот валка крас­ки к общему количеству краски, находящейся на боко­вой поверхности валка, меньше единицы и приближает­ся к 0,75.

Наиболее высокая производительность машины до­стигается при соотношении окружных скоростей валков, равном 2,82.  '

Так как оптимальная производительность машины не зависит от реологических свойств пасты, то для до­стижения лучших технико-экономических показателей рационально обрабатывать пасты с высокой объемной концентрацией пигмента и возможно более высокой вяз­костью пасты при бесконечном градиенте сдвига⁶. Тсли в рецептуре предусмотрена возможность применения нескольких связующих, то следует выбирать связующее, являющееся хорошим диспергатором с более низкой вязкостью, и увеличивать объемное содержание пигмен­та с тем, чтобы получить наиболее вязкие пасты. При достижении валками окружной скорости, равной 24— 25 м/мин, паста начинает разбрызгиваться.

Обрабатывать низковязкие пасты на валковых маши­нах нецелесообразно по упомянутым выше причинам. Кроме того, низкозязкие шасты имеют недостаточную ад­гезию к валкам машины, разбрызгиваются, и во многих случаях при обработке образуется течь по торцам вал­ков.

При точной шлифовке палкої; можно уменьшить за- юр между ними, а это способетвуег увеличению усилии сдвига и, следовательно, лучшему диспергированию н уменьшению количества пропусков краски через маши­ну. У машин с хорошо отшлифованными валками зазор между ними составляет 10—40 и/к. За весьма короткое время (примерно 0,001 сск) давление на пасту, находя­щуюся между валками, возрастает⁷ с 0 до 260 кгс‘с.ч² Отвод тепла с поверхности валков должен производить ся достаточно интенсивно, гак как при повышении тем­пературы пптеш ив по испаряется растворитель, чти при­водит к ухудшению условии рабом,: обслуживающего персона іа и снижению качества пасты: при значитель­ном повышении температуры может загореться обраба­тываемая паста. Температура вытекающей m валков охлт ж хающей воды не должна быть выше 65—45 С.

Современные кра*. ’.отсрочные валковые машины нме ют механизированную подачу предварительно подготов­ленной пасты (замеса), осуществляемую путем подъема и опрокидывания передвижных емкостей — де ж пли пе­рекачиванием и. еты насосами в бункер машины. Прижим валков обеспечивается гидравлической системой, управ ляс мои с одного пульта.

Наиболее широко применяются машины с тремя валками (рис. П.З). Пятньалковые машины не могут с ними конкурировать, так как отношение окружных ско­ростей у пн пі валковых машин шачитсльно ниже опти­мальной величины, а скорость съемного валка ограни­чена из-за возможного разбрызгивания краски,

Применяются также одно- и реже двухвалковые ма­шины с разными диаметрами валков. Они предназначе­ны в основном для фильтрации пасты. ІЗ одновалковых машинах наста подается через загрузочную воронку на валок и при прохождении между ним и пореї прочным брусом подвергается фильтрации и незначительному диспергированию. Перетирочный брус прижимается к валку под давлением⁸ до 50 кгс/см². Валок машины име­ет помимо вращательного также и возвратно-поступа­тельное движение, что способствует растиранию агре­гатов, попавших в зазор между ним и перетнрочпым брусом. Двухвалковые фильтрующие машины отличают­ся от описанных выше одновалковых тем, что они снаб­жены дополнительным валком небольшого диаметра, ко

горый находится в загрузочном бункере. Этот валок имеет только вращательное движение и прижат к основ­ному рабочему валку.

Валковые машины невозможно достаточно хорошо герметизовать. Они характеризуются высоким удельным

расходом энергии па единицу выпускаемой продукции п большими затратами труда на их обслуживание.

Шаровые мельницы. Эффективность диспергирования пигментов в шаровых мельницах зависит ог трех основ­ных факторов: конструкции мельницы, объема загрузки (шарами и диспергируемой пастой) и физических свойств пасты.

Наиболее широкое применение нашли мельницы со стальной броней и стальными шарами^9-1-¹. Однако в ре­зультате намола металла белые пасты в таких мель­ницах загрязняются. Поэтому для обработки белых паст применяются мельницы, внутренняя полость которых футерована фарфором, стеатитом или другими материа­лами, намол которых не будет значительно влиять на
изменение цвета «пасты. Соответственно ‘выбирается и материал для изготовления шаров. Считается, что раз­мер загружаемых шаров должен быть различным для увеличения поверхности контакта и лучшего дисперги­рования пигмента.

Величина усилий сдвига, развиваемых в шаровой мельнице, зависит от веса шаров. Поэтому применять

Правильный „ угол падения“

шары малого диаметра, как имеющие небольшой вес, очевидно, нецелесообразно. Однако диаметр шаров мож­но уменьшить при изготовлении их из материалов боль­шей плотности.

Из неметаллических материалов с высокой плотно­стью для изготовления футеровок и шаров можно ис­пользовать бакор (3,5 г/см³), ультрафарфор (З 1 г/см³), стеатит (3 г/см³). Лучше других материалов износу про­тивостоят ультрафарфор, имеющий наименьший коэф­фициент истирания /Си = 0,019, уралит /Си = 0.02; бакор /Си=0,025; хуже — стекло^9-"¹⁰ /С_и = 0,21. Проходят испы­тание стальные шары покрытые слоем полимерного ма­териала, стойкого к истиранию и воздействию раствори­телей.

В результате трения происходит сильное истирание шаров и футеровки барабана, о чем -свидетельствует изменение формы шаров. Для уменьшения износа в ба­рабане устанавливают продольные брусья квадратного

или круглого сечения, приваренные к поверхности бро­ни, или установленные с зазором меньше диаметра ша­ров. Это способствует также повышению производи­тельности мельниц. Брусья «запирают» прилегающий к футеровке барабана слой шаров, создавая для осталь­ных шаров подложку, по которой они перекатываются, а не скользят но футеровке (рис. 11.4).

В последнее время И. А. Горловским установлено, что производительность шаро­вых мельниц определяется по­верхностью скатывания шаров, размер которой определяется коэффициентом загрузки мель­ницы шарами и не зависит от объема и диаметра барабана мельницы. Под поверхностью скатывания шаров/¹ (рис. 11.5) понимают произведение длины барабана мельницы L на хор­ду с, образуемую поверхно­стью шаров при данном коэф­фициенте заполнения ими барабана мельницы:

F — LC

Производительность шаровой мельницы G при про­чих равных условиях выражается зависимостью

G = f(F) = f(LC)

Найдены следующие закономерности:

• производительность шаровых мельниц пропорцио­нальна поверхности скатывания шаров, и для 1 м² по­верхности скатывания она постоянна. Например, при диспергировании двуокиси титана в пентафталевом ла­ке в шаровых мельницах с фарфоровыми шарами диа­метром 16 мм и барабанами разного диаметра, а также при различной степени заполнения мельниц шарами про­изводительность в пересчете на 1 м² поверхности скаты­вания шаров составляет 50—51,7 /сг/ч пасты;
• увеличение диаметра барабана мельницы снижа­ет удельную производительность, т. е. производитель­ность, отнесенную к единице объема барабана и шаров;
• увеличение степени заполнения барабана шарами ■шжает производительность, отнесенную к единице объема шаров, но не влияет на производительность мель- ыцы по выработке пасты.

Снижение коэффициента загрузки мельниц шарами приводи г к увеличению скольжения массы шаров по Ьутеровке барабана, что вызывает увеличенный износ та ров.

Число контактов между шарами в единице объема ч пропорционально количеству шаров. При одинаковой .паковке шаров число контактов обратно пропорцио­нально диаметру шаров d в кубе, т. е,

Сдвиговые усилия, достаточные для диспергирования, возникают только в узких каналах, образующихся при соприкосновении шаров. Этот так называемый активный объем пасты Уайт» находящийся в каналах:

Усилия -сдвига пропорциональны диаметру шаров:

Произведение активного объема пасты на усилия сдвига представляет собой работу, затраченную в ме- :тах соприкосновения шаров.

Производительность, приходящаяся на единицу объ­ема шаров А, может быть рассмотрена как функция .активного объема и диаметра шаров

Па основании этого И. А. Горловский⁵-¹²>¹³ делает вывод, что при прочих равных условиях производитель­ность аппаратов с мелющими телами при диспергирова­нии красочных паст обратно пропорциональна диамет­ру диспергирующих тел.

Режим работы мельниц, измельчающих сухие про­дукты, определяется катарактным движением измель­чающей загрузки. При коэффициенте трения, равном

единице, критическое число оборотов барабана мельни­цы rt_Kp составляет:

42,3

"^кр~ /ъ

где D — диаметр барабана мельницы в снегу, м.

Лучший эффект диспергирования в жидкой фаз- достигается при лавинообразном движении шаровой загрузки. Этому соответствует число оборотов, равно* 0,5—0,6 л_Кр.

Одним из основных факторов, определяющим про изводнтельность мельниц, является коэффициент запол­нения барабана шарами¹⁴. У мельниц со стальной фу­теровкой и стальными шарами этот коэффициент обыч­но равен 25%-от объема барабана, а у мельниц с неме­таллическими шарами—45—50%. Такой коэффициент заполнения диктуется также прочностной характерне™ кой барабана. Отношение объема пасты к объему пу­стот между шарами рекомендуется принимать от 2: 1 до 5:1. Обычно объем пустот составляет от 20 до 40Ч, объема шаров.

В производстве⁷ шаровые мельницы заполняются та­ким образом, чтобы высота слоя насты над шарами до стигала примерно 10—15 см.

Эффективность работы шаровых мельниц в большой степени зависит от вязкости перетираемой пасты¹⁵. Вяз кость пасты должна быть подобрана таким образом, чтобы обеспечить, возможность плавного движения ш;.- ров в ней и практически должна составлять околи 30 пз. Следует применять¹⁵-¹⁶ раствор активного связую­щего с концентрацией, отвечающей оптимальным уело виям, рассмотренным в гл. 9.

Состав пасты для диспергирования в шаровых мель­ницах можно определять¹⁷ исходя из соотношения об­щей удельной поверхности пигмента, объема пленкооб­разующего и растворителя, считая, что для каждого типа машины это соотношение остается постоянным:

где Vi и V₂ — соответственно объем чистой смолы и чистого рас­творителя, мл\

№_пг — масса пигмента, г;

5у_Д — удельная поверхность пигмента, м²/г\

R — постоянная, характеризующая адсорбционные свой­ства пленкообразующего,' лы/.и²;

D — постоянная, характеризующая смачивающие свой­ства растворителя, м²}мл\

}і — машинный фактор.

Для шаровых мельниц с неметаллическими шарами и диаметром барабана 750 мм машинный фактор состав­ляет 0,90, для мельниц диаметром 1350 мм—0,975, для

мельниц диаметром 1950 мм—0,99. Для мельниц со стальными шарами машинный фактор равен 1,2.

Машинный фактор каждой отдельной машины опре­деляют исходя из практических результатов дисперги­рования. Следует также учитывать фактор днспергпруе- мости пигментов, который принимается^{18 1У} равным 1 для микродпсперсных и 0,8 для крунноднсиерсных не­органических пигментов, 0,6 для тонкоднеперсных орга­нических пигментов и 0,45—0,55 для газовой сажи. В соответствии с этим будет изменяться количество свя­зующего в пасте.