第一节　概述

涂料行业最常用到的设备就是混合设备。涂料的生产需要通过许多原料的混合。涂料一般由树脂、乳液、颜料包、溶剂和添加剂这几种基本成分组成。

分散混合是涂料生产中的重要步骤,也是用于涂料生产线中色浆制备和调浆的步骤。

在色浆的制备过程中需要将颜料、涂料助剂,加入树脂溶液或水中,然后在高速分散设备上研磨分散,颜料受到剪切力的作用,在树脂溶液或水中分散为稳定的分散体,所以色浆制备需要用到高速分散混合罐。

高速分散混合罐是指在罐体内装有三个混合装置,分别有搅拌桨、乳化头、分散盘,在设备启动时三种混合装置同时工作,可在短时间内达到混合、分散、乳化的效果。搅拌桨能使原料均匀的混合,乳化头对于原料起到剪切、研磨、细化的作用,使原料更好的混合,分散盘将细化后的原料分散到溶液中形成稳定的分散体。

高速分散混合罐在现代涂料生产线中运用得越来越广泛,高速分散混合罐结合了搅拌罐、分散罐、乳化罐的特点,搅拌、乳化、分散同时进行,节约了生产时间,提高了生产效率。在涂料生产中使用高速分散罐还能节省调漆的步骤,分散好的色浆与树脂溶液、溶剂、助剂及涂料所需成分相混合,就是涂料的调漆。

通常涂料生产的色浆制备与调漆步骤是分开的,因为色浆调制需要研磨,而调漆只需搅拌,运用高速分散罐就可以在色浆研磨分散后直接与原料混合搅拌,更加方便,快捷。

一、涂料混合和混合机

混合通常指用机械方法使两种或多种物料相互分散而达到均状态的操作,可在混合器等中进行。用以加速传热、传质和化学反应(如硝化、磺化、皂化等),也用以促进物理变化,制取许多混合体,如溶液、乳浊液、悬浊液、混合物等。

涂料混合过程物料之间会出现的主要现象有:撞击、破碎、剪切、溶解、细化、浆化、乳化、反应、聚合、分解、电解等多种物理变化及化学变化,这些现象多数情况下是同时出现的。

混合领域中物料由于物理性能和化学性能的差异,可以是气态、液态、固态的存在形式。

涂料混合领域中的机械方法有很多种,最古老的是手动搅拌,随着科学技术的日益进步,现代涂料的各种高科技手段已广泛应用到了混合领域。

如涂料混合机是用来混合涂料的机器。这种机器主要是用来混合建筑装饰用的涂料。用于涂料店配色混合涂料,是跟涂料调色机一起配套使用的。

涂料混合机主要类型有:

① 振动机,是通过上下振动来混合涂料的;

② 旋转机,是通过180°旋转或者360°旋转来混合涂料的;

③ 快速振动筛(Faster Shaker),是通过左右摇摆振动的方式来混合桶装涂料的。

建筑装饰涂料分为两种,一种是水性涂料,另一种是油性涂料。其中水性涂料用量最大,占80%左右。

振动机和旋转机各自有手动型和自动型。

如果涂料基本上是水性涂料,那应该选择振动机,因为就水性涂料相对油性涂料而言,没那么稠,用振动机混合就足够了。

如果涂料油性涂料多些,就应该选择旋转机,因为油性涂料稠,用旋转机混合,效果比用振动机要好。

选购涂料混合机,要选择好厂家,不同厂家的质量不同,多调查研究,多了解一些,才能买到质优价廉的机器,这样既可节省采购成本,以后维护也省时省力。

二、涂料搅拌、混合、分散

对于涂料搅拌、混合、分散,从专业技术层面上讲,搅拌是一种机械动作,混合是一种搅拌过程,分散是混合的一种结果。

一般分散是以质量传递、热量传递、反应以及产品特性为关键目标,降低体系(相、温度、浓度等)的非均一性,以达到所需要的工艺结果。分散的最理想的效果是均质分布。

首先要认识涂料设备搅拌系统,涂料设备的搅拌大致有以下几种(在每一个搅拌过程中它们都同时存在,在生产中根据实际需要来控制搅拌形式以达到最主要的搅拌目的)。

(1)混合

混合就是把一个相分布到另一个相中。

(2)分散

分散就是把大物粒粉碎分成几个小物粒。

(3)乳化

乳化就是把一个相,均匀稳定地分布到另一个相中。

(4)均质

均质就是把粒径大小不一的物料分散成均匀的物粒。

三、涂料分散技术

分散技术就是解决两相或多相物料均匀分布问题的整套技术措施与技术手段。

在两相系统中,其中一相由分得很细的粒子(通常在胶体大小范围)组成,分布于整个大物质间,粒子称分散相或称内相,而大物质称作连续相或称外相。在自然条件下这种分布通常不均匀,但通过技术手段后可以增进均匀度。

两相系统可以存在的形式有:气体/固体(泡沫塑胶)、液体/气体(雾)、气体/液体(泡沫)、固体/气体(烟雾)、液体/液体(混合乳液)、固体/液体(油漆、涂料)以及固体/固体(炭黑在橡胶中)。

四、涂料分散目的

分散作用的目的有下列几种。

(1)以达到外表平坦,使分散在液体中的固体粒子微粒化。它能增加反射率,发生光泽并提高遮盖率,如油漆、油墨、色膏等。

(2)以提高反应速率及均匀程度,使液体中悬浮粒子表面积增加,如在树脂中添加粒状的硬化剂,或化学反应中掺进粉粒状的原料,会阻止固体微粒的重新聚集等。

(3)延长沉淀时间,在液体中使微小粒子悬浮,达到临时悬浮的目的等。

五、涂料混合机现代化的综合效率管理

螺带混合设备的综合效率,是指螺带混合机完好率、主要设备可开动率、主要设备大修理实现率、主要设备利用率、主要设备有效利用率、设备维修费用率和库存各种资金周转期这七项技术经济指标的综合指标。只有综合效率才能反映设备的管理水平。

提高设备综合效率,就是要充分利用和发挥企业现有设备的潜力,为发展生产和搞好建设,以及为增加社会财富服务。具体措施如下。

(1)应用现代化技术开展技术革新,对老旧设备进行改造与更新,改善和提高设备性能,增强设备效能,提高劳动生产率。

(2)在保证质量的前提下,缩短检修工期,减少停机损失,降低检修成本。

(3)物尽其用,积极清理并调剂、利用闲置设备。

(4)采用新工艺积极开展旧件修复。

(5)大搞综合利用,节约资金支出。

设备一生管理,是设备从规划、设计制造,到使用、修理、改造的全过程管理。设备的全过程管理必须以设备寿命周期费用最佳为目标,这是有别于只管理维修一段的传统设备管理的主要标志。

六、涂料搅拌分散设备的选型要点

涂料搅拌分散设备设计包括工艺设计和机械设计两部分内容(如:双轴高速分散机)。工艺设计提出机械设计的原始条件,即给出处理量,操作方式,最大工作压力(或真空度),最高工作温度(或最低工作温度),被搅物料的物性和腐蚀情况等;同时还需提出传热面的形式和传热面积,搅拌器型式,搅拌转速与功率等。而机械设计则应对搅拌容器,传动装置,轴封以及内构件等进行合理的选型,强度(或刚度)计算和结构设计。

具体对涂料搅拌分散设备(见图3⁃1~图3⁃8)的选型步骤如下。

(1)搅拌分散设备选型需明确的任务和目的

① 明确被搅拌物料体系。

② 明确和实现搅拌操作所应达到的目的。

③ 明确被搅拌物料的处理量(间歇操作按一个周期的批量,连续操作按时班或年处理量)。

④ 明确有无化学反应,有无热量传递等,并考虑反应体系对搅拌效果的要求。

(2)搅拌分散设备选型需了解的物料性质

物料体系的性质是搅拌设备设计计算的基础。物系性质包括物料处理量、物料的停留时间、物料的黏度、体系在搅拌或反应过程中达到的最大黏度、物料的表面张力、粒状物料在悬浮介质中的沉降速度、固体粒子的含量和通气量等(如:双轴高速分散机能使其搅拌的固体粉状物料达到充分的均匀搅拌)。

(3)涂料搅拌分散设备选型中的搅拌器选型

搅拌器的结构型式和混合特性很大程度上决定了体系的混合效果。并且还要根据搅拌物质来选定搅拌器(分散机)的型号(如:搅拌分散固体物质,就因选用双轴高速分散机,它的搅拌效率比单轴高速分散机更高)。因此,搅拌器的选型好坏直接影响着整个搅拌设备的搅拌效果和操作费用。目前,对于给定的搅拌过程,搅拌器的选型没有成熟、完善的方法。往往在同一搅拌目的下,几种搅拌器均可适用。此时多数依靠经验或相似工业实例分析来掌握程度。有时对一些特殊的搅拌过程,还需进行中试甚至需要模型演示过程才能确定合适的搅拌器结构型式。

在搅拌器结构型式选定之后,还应考虑搅拌器直径的大小与转速的高低。

(4)涂料搅拌分散设备选型需确定的操作参数

操作参数包括搅拌设备的操作压力与温度、物料处理量与时间、连续或间歇操作方式、搅拌器直径与转速、物料的有关物性与运动状态等,而最基本的目的是要通过这些参数,计算出搅拌雷诺数,确定流动类型,进而计算搅拌功率(双轴高速分散机参数是紧密围绕固体粉状物料所需属性所制作的)。

(5)涂料搅拌分散设备选型中的搅拌设备结构设计

在确定搅拌器结构型式和操作参数的基础上进行结构设计,主要内容是确定搅拌器构型的几何尺寸,搅拌容器的几何形状和尺寸(双轴高速分散机适用各种位置)。

(6)涂料搅拌分散设备选型中的搅拌特性计算

搅拌特性包括搅拌功率、循环能力、切应变速率及分布等,根据搅拌任务及目的确定关键搅拌特性。搅拌功率计算又分两个步骤,第一步确定搅拌功率;第二步考虑轴封和传动装置中的功率损耗,确定适当的电动机额定功率,进而选用相应的电动机。

(7)涂料搅拌分散设备选型中的传热设计

在搅拌操作过程中存在热量传递时,应进行传热计算。其主要目的是核算搅拌设备提供的换热面积是否满足传热的要求。

(8)涂料搅拌分散设备选型中的费用估计

在满足涂料搅拌分散设备工艺要求的前提下,花费最低的总费用是评价搅拌设备性能,校验设计是否合理的重要指标之一。完整的费用估算包括以下几个方面。

① 设备加工与安装费用。包括设备材料、加工制造与安装、通用设备购置等所需费用。

② 操作费用。包括动力消耗、载热剂消耗、操作管理人员配备等所需的费用。

③ 维修费用。包括按生产周期进行维修时对耗用材料、更新零部件、人工、器材等所需的费用。

④ 整体设备折旧费用。