第一節　概述

涂料行業最常用到的設備就是混合設備。涂料的生產需要通過許多原料的混合。涂料一般由樹脂、乳液、顏料包、溶劑和添加劑這幾種基本成分組成。

分散混合是涂料生產中的重要步驟,也是用于涂料生產線中色漿制備和調漿的步驟。

在色漿的制備過程中需要將顏料、涂料助劑,加入樹脂溶液或水中,然后在高速分散設備上研磨分散,顏料受到剪切力的作用,在樹脂溶液或水中分散為穩定的分散體,所以色漿制備需要用到高速分散混合罐。

高速分散混合罐是指在罐體內裝有三個混合裝置,分別有攪拌槳、乳化頭、分散盤,在設備啟動時三種混合裝置同時工作,可在短時間內達到混合、分散、乳化的效果。攪拌槳能使原料均勻的混合,乳化頭對于原料起到剪切、研磨、細化的作用,使原料更好的混合,分散盤將細化后的原料分散到溶液中形成穩定的分散體。

高速分散混合罐在現代涂料生產線中運用得越來越廣泛,高速分散混合罐結合了攪拌罐、分散罐、乳化罐的特點,攪拌、乳化、分散同時進行,節約了生產時間,提高了生產效率。在涂料生產中使用高速分散罐還能節省調漆的步驟,分散好的色漿與樹脂溶液、溶劑、助劑及涂料所需成分相混合,就是涂料的調漆。

通常涂料生產的色漿制備與調漆步驟是分開的,因為色漿調制需要研磨,而調漆只需攪拌,運用高速分散罐就可以在色漿研磨分散后直接與原料混合攪拌,更加方便,快捷。

一、涂料混合和混合機

混合通常指用機械方法使兩種或多種物料相互分散而達到均狀態的操作,可在混合器等中進行。用以加速傳熱、傳質和化學反應(如硝化、磺化、皂化等),也用以促進物理變化,制取許多混合體,如溶液、乳濁液、懸濁液、混合物等。

涂料混合過程物料之間會出現的主要現象有:撞擊、破碎、剪切、溶解、細化、漿化、乳化、反應、聚合、分解、電解等多種物理變化及化學變化,這些現象多數情況下是同時出現的。

混合領域中物料由于物理性能和化學性能的差異,可以是氣態、液態、固態的存在形式。

涂料混合領域中的機械方法有很多種,最古老的是手動攪拌,隨著科學技術的日益進步,現代涂料的各種高科技手段已廣泛應用到了混合領域。

如涂料混合機是用來混合涂料的機器。這種機器主要是用來混合建筑裝飾用的涂料。用于涂料店配色混合涂料,是跟涂料調色機一起配套使用的。

涂料混合機主要類型有:

① 振動機,是通過上下振動來混合涂料的;

② 旋轉機,是通過180°旋轉或者360°旋轉來混合涂料的;

③ 快速振動篩(Faster Shaker),是通過左右搖擺振動的方式來混合桶裝涂料的。

建筑裝飾涂料分為兩種,一種是水性涂料,另一種是油性涂料。其中水性涂料用量最大,占80%左右。

振動機和旋轉機各自有手動型和自動型。

如果涂料基本上是水性涂料,那應該選擇振動機,因為就水性涂料相對油性涂料而言,沒那么稠,用振動機混合就足夠了。

如果涂料油性涂料多些,就應該選擇旋轉機,因為油性涂料稠,用旋轉機混合,效果比用振動機要好。

選購涂料混合機,要選擇好廠家,不同廠家的質量不同,多調查研究,多了解一些,才能買到質優價廉的機器,這樣既可節省采購成本,以后維護也省時省力。

二、涂料攪拌、混合、分散

對于涂料攪拌、混合、分散,從專業技術層面上講,攪拌是一種機械動作,混合是一種攪拌過程,分散是混合的一種結果。

一般分散是以質量傳遞、熱量傳遞、反應以及產品特性為關鍵目標,降低體系(相、溫度、濃度等)的非均一性,以達到所需要的工藝結果。分散的最理想的效果是均質分布。

首先要認識涂料設備攪拌系統,涂料設備的攪拌大致有以下幾種(在每一個攪拌過程中它們都同時存在,在生產中根據實際需要來控制攪拌形式以達到最主要的攪拌目的)。

(1)混合

混合就是把一個相分布到另一個相中。

(2)分散

分散就是把大物粒粉碎分成幾個小物粒。

(3)乳化

乳化就是把一個相,均勻穩定地分布到另一個相中。

(4)均質

均質就是把粒徑大小不一的物料分散成均勻的物粒。

三、涂料分散技術

分散技術就是解決兩相或多相物料均勻分布問題的整套技術措施與技術手段。

在兩相系統中,其中一相由分得很細的粒子(通常在膠體大小范圍)組成,分布于整個大物質間,粒子稱分散相或稱內相,而大物質稱作連續相或稱外相。在自然條件下這種分布通常不均勻,但通過技術手段后可以增進均勻度。

兩相系統可以存在的形式有:氣體/固體(泡沫塑膠)、液體/氣體(霧)、氣體/液體(泡沫)、固體/氣體(煙霧)、液體/液體(混合乳液)、固體/液體(油漆、涂料)以及固體/固體(炭黑在橡膠中)。

四、涂料分散目的

分散作用的目的有下列幾種。

(1)以達到外表平坦,使分散在液體中的固體粒子微粒化。它能增加反射率,發生光澤并提高遮蓋率,如油漆、油墨、色膏等。

(2)以提高反應速率及均勻程度,使液體中懸浮粒子表面積增加,如在樹脂中添加粒狀的硬化劑,或化學反應中摻進粉粒狀的原料,會阻止固體微粒的重新聚集等。

(3)延長沉淀時間,在液體中使微小粒子懸浮,達到臨時懸浮的目的等。

五、涂料混合機現代化的綜合效率管理

螺帶混合設備的綜合效率,是指螺帶混合機完好率、主要設備可開動率、主要設備大修理實現率、主要設備利用率、主要設備有效利用率、設備維修費用率和庫存各種資金周轉期這七項技術經濟指標的綜合指標。只有綜合效率才能反映設備的管理水平。

提高設備綜合效率,就是要充分利用和發揮企業現有設備的潛力,為發展生產和搞好建設,以及為增加社會財富服務。具體措施如下。

(1)應用現代化技術開展技術革新,對老舊設備進行改造與更新,改善和提高設備性能,增強設備效能,提高勞動生產率。

(2)在保證質量的前提下,縮短檢修工期,減少停機損失,降低檢修成本。

(3)物盡其用,積極清理并調劑、利用閑置設備。

(4)采用新工藝積極開展舊件修復。

(5)大搞綜合利用,節約資金支出。

設備一生管理,是設備從規劃、設計制造,到使用、修理、改造的全過程管理。設備的全過程管理必須以設備壽命周期費用最佳為目標,這是有別于只管理維修一段的傳統設備管理的主要標志。

六、涂料攪拌分散設備的選型要點

涂料攪拌分散設備設計包括工藝設計和機械設計兩部分內容(如:雙軸高速分散機)。工藝設計提出機械設計的原始條件,即給出處理量,操作方式,最大工作壓力(或真空度),最高工作溫度(或最低工作溫度),被攪物料的物性和腐蝕情況等;同時還需提出傳熱面的形式和傳熱面積,攪拌器型式,攪拌轉速與功率等。而機械設計則應對攪拌容器,傳動裝置,軸封以及內構件等進行合理的選型,強度(或剛度)計算和結構設計。

具體對涂料攪拌分散設備(見圖3?1~圖3?8)的選型步驟如下。

(1)攪拌分散設備選型需明確的任務和目的

① 明確被攪拌物料體系。

② 明確和實現攪拌操作所應達到的目的。

③ 明確被攪拌物料的處理量(間歇操作按一個周期的批量,連續操作按時班或年處理量)。

④ 明確有無化學反應,有無熱量傳遞等,并考慮反應體系對攪拌效果的要求。

(2)攪拌分散設備選型需了解的物料性質

物料體系的性質是攪拌設備設計計算的基礎。物系性質包括物料處理量、物料的停留時間、物料的黏度、體系在攪拌或反應過程中達到的最大黏度、物料的表面張力、粒狀物料在懸浮介質中的沉降速度、固體粒子的含量和通氣量等(如:雙軸高速分散機能使其攪拌的固體粉狀物料達到充分的均勻攪拌)。

(3)涂料攪拌分散設備選型中的攪拌器選型

攪拌器的結構型式和混合特性很大程度上決定了體系的混合效果。并且還要根據攪拌物質來選定攪拌器(分散機)的型號(如:攪拌分散固體物質,就因選用雙軸高速分散機,它的攪拌效率比單軸高速分散機更高)。因此,攪拌器的選型好壞直接影響著整個攪拌設備的攪拌效果和操作費用。目前,對于給定的攪拌過程,攪拌器的選型沒有成熟、完善的方法。往往在同一攪拌目的下,幾種攪拌器均可適用。此時多數依靠經驗或相似工業實例分析來掌握程度。有時對一些特殊的攪拌過程,還需進行中試甚至需要模型演示過程才能確定合適的攪拌器結構型式。

在攪拌器結構型式選定之后,還應考慮攪拌器直徑的大小與轉速的高低。

(4)涂料攪拌分散設備選型需確定的操作參數

操作參數包括攪拌設備的操作壓力與溫度、物料處理量與時間、連續或間歇操作方式、攪拌器直徑與轉速、物料的有關物性與運動狀態等,而最基本的目的是要通過這些參數,計算出攪拌雷諾數,確定流動類型,進而計算攪拌功率(雙軸高速分散機參數是緊密圍繞固體粉狀物料所需屬性所制作的)。

(5)涂料攪拌分散設備選型中的攪拌設備結構設計

在確定攪拌器結構型式和操作參數的基礎上進行結構設計,主要內容是確定攪拌器構型的幾何尺寸,攪拌容器的幾何形狀和尺寸(雙軸高速分散機適用各種位置)。

(6)涂料攪拌分散設備選型中的攪拌特性計算

攪拌特性包括攪拌功率、循環能力、切應變速率及分布等,根據攪拌任務及目的確定關鍵攪拌特性。攪拌功率計算又分兩個步驟,第一步確定攪拌功率;第二步考慮軸封和傳動裝置中的功率損耗,確定適當的電動機額定功率,進而選用相應的電動機。

(7)涂料攪拌分散設備選型中的傳熱設計

在攪拌操作過程中存在熱量傳遞時,應進行傳熱計算。其主要目的是核算攪拌設備提供的換熱面積是否滿足傳熱的要求。

(8)涂料攪拌分散設備選型中的費用估計

在滿足涂料攪拌分散設備工藝要求的前提下,花費最低的總費用是評價攪拌設備性能,校驗設計是否合理的重要指標之一。完整的費用估算包括以下幾個方面。

① 設備加工與安裝費用。包括設備材料、加工制造與安裝、通用設備購置等所需費用。

② 操作費用。包括動力消耗、載熱劑消耗、操作管理人員配備等所需的費用。

③ 維修費用。包括按生產周期進行維修時對耗用材料、更新零部件、人工、器材等所需的費用。

④ 整體設備折舊費用。