GlobeCore / Статті / Диспергування пігментів за допомогою апаратів вихрового шару

Диспергування пігментів за допомогою апаратів вихрового шару

Диспергування пігментів за допомогою апаратів вихрового шару

Диспергування пігментів – ще одна сфера застосування апаратів вихрового шару. Це перспективний напрямок, оскільки багато галузей промисловості споживають велику кількість пігментованих лакофарбових матеріалів: фарб, емалей, ґрунтовок. Без них не обходяться машинобудування, радіоелектроніка, суднобудування, меблева промисловість, виробники побутової техніки тощо.

Пігментовані лакофарбові матеріали використовуються з метою антикорозійного захисту та надання виробам привабливого товарного вигляду. За своєю структурою такі матеріали являють собою висококонцентровані суспензії пігментів і наповнювачів у розчинах або дисперсіях плівкоутворюючих речовин. При цьому на пігменти покладається завдання регулювання декоративних властивостей покриттів завдяки непрозорості та кольору. Крім того, пігменти можуть впливати й на інші властивості лакофарбових виробів:

  • деформаційно-міцнісні;
  • ізолюючі;
  • антикорозійні;
  • адгезійні.

У виробництві фарб найбільша кількість електроенергії (не менше 70% від загального енергоспоживання) витрачається на диспергування пігментів та їх рівномірний розподіл у розчинах, дисперсіях або розплавах плівкоутворювачів. Це зумовлено особливостями обладнання, яке використовується для вирішення цього завдання.

Обладнання для диспергування пігментів

Розглянемо основні апарати для диспергування пігментів у процесі виробництва лакофарбових виробів. Умовно їх можна розділити на дві великі групи:

  1. Машини з жорстко закріпленими робочими тілами, швидкість руху яких не залежить від в’язкості оброблюваної пігментної пасти. Це валкові машини, гумозмішувачі, високошвидкісні дискові машини та апарати з перемішувальними пристроями.
  2. Апарат, у яких робочі тіла вільно рухаються в пігментній пасті, причому швидкість їх руху залежить від в’язкості пасти. Сюди належать кульові, бісерні та піщані млини, атритори. Максимально ефективно ці апарати працюють лише за певної оптимальної величини в’язкості.

У кульовому млині добре функціонує тільки верхній котковий шар куль, тому для підвищення його ефективності необхідно залучення до дії значно більшого обсягу куль або збільшення поверхні коткування.

Основний недолік атриторів – сильне зношування мелючих тіл і корпусу. Вони непридатні для диспергування паст, що містять абразивні пігменти, і для отримання емалей світлих тонів.

Велике поширення у диспергуванні пігментів для фарб отримали бісерні млини. У такому обладнанні мелючими тілами виступають кульки зі скла, сталі, фарфору, карбіду вольфраму, оксиду цирконію та інших матеріалів, стійких до зношування.

Для отримання низьков’язких паст можуть також використовуватися колоїдні млини, у яких пігментна дисперсія подається у простір перед ротором. Під впливом відцентрових сил дисперсія проштовхується у вузький конічний зазор між ротором і статором, де під дією зсувних зусиль відбувається диспергування пігменту. Через велику частоту обертання вала млина спостерігається сильне зношування його робочих органів.

Для рівномірного розподілу пігменту в плівкоутворювачі велике значення має ступінь дисперсності, тобто наскільки добре відбулося подрібнення пігментів. Не всі перелічені пристрої здатні забезпечити тонке подрібнення. А якщо й здатні, то для цього потрібна додаткова обробка пігментів і, як наслідок, великі витрати електроенергії.

Практикується двостадійне диспергування пігментів, коли на першому етапі пігмент подрібнюється, наприклад, у бісерному млині до розміру частинок 30–40 мікрон, а потім застосовується домелення за допомогою ультразвуку. Виникає питання: чи можна проводити ефективне диспергування пігментів в одному пристрої з невеликим споживанням електроенергії? Відповідь ви знайдете у наступному розділі.

Диспергування пігментів за допомогою апаратів вихрового шару

Диспергування пігментів за допомогою апаратів вихрового шаруПитання підвищення якості пігментних лакофарбових матеріалів досліджувалося давно, і пропонувалися різні способи підвищення ефективності диспергування пігментів, наприклад, магнітна обробка.

Під впливом магнітного поля знижується поверхневий натяг розчинів та емульсій, зменшується енергія активації в’язкого потоку, покращується змочуваність твердих компонентів. Процес диспергування значно прискорюється або з’являється можливість підвищити оптимальний ступінь наповнення паст твердою фазою.

Також відзначається ефективність застосування ультразвуку для диспергування пігментів. При обробці ультразвуком руйнування частинок відбувається внаслідок деформацій, які викликає звукова хвиля, що поширюється у частинці, і перепаду тиску на межі розділу «частинка-рідина». Причиною також можуть бути зіткнення частинок різних розмірів, захоплених і не захоплених звуковою хвилею.

За великих амплітуд акустичного тиску виникає кавітація, тобто утворення і схлопування бульбашок, під час якого виділяється велика кількість енергії, що також чинить руйнівний вплив на оброблювану речовину.

А тепер уявіть, що для диспергування пігментів за допомогою цих фізичних процесів не потрібно кілька апаратів і кілька стадій процесу. В апаратах вихрового шару (АВС) усі ці процеси протікають одночасно, що сприяє найефективнішому диспергуванню пігментів у рідкому середовищі.

Апарат вихрового шару складається з циліндричної робочої камери, заповненої феромагнітними частинками (голками), і індуктора обертового електромагнітного поля. Під впливом цього поля феромагнітні частинки рухаються складними траєкторіями і постійно зіштовхуються одна з одною, зі стінками робочої камери та з частинками оброблюваної речовини.

При цьому в робочій камері виникають фізичні процеси, про які ми говорили вище і які впливають на зменшення розміру частинок пігменту та підвищують ефективність його диспергування:

  • кожна феромагнітна частинка за рахунок магнітострикції стає міні-джерелом ультразвукових коливань;
  • за рахунок великих локальних тисків у рідкому середовищі виникає кавітація;
  • обертове електромагнітне поле, створюване індуктором;
  • прямий ударний вплив феромагнітних частинок на речовину та інше.

Початковий матеріал подається насосом у робочу камеру апарата, де піддається інтенсивній обробці, диспергується і зливається через вихідний патрубок.

Для ефективного диспергування зазвичай достатньо кількох хвилин, що досягається за рахунок інтенсифікуючого впливу ультразвукових коливань, кавітації, обертового електромагнітного поля та інших факторів.

Переваги АВС у процесі диспергування пігментів

Апарат вихрового шару вигідно відрізняється від інших млинів і змішувачів, які використовуються для диспергування пігментів, з таких причин:

  1. Більш висока якість диспергування: пігменти ідеально вносяться в плівкоутворювач. Як наслідок, підвищується якість готових лакофарбових виробів.
  2. Мале споживання потужності. Компанією GlobeCore випускаються апарати вихрового шару типу АВС-100 і АВС-150 зі споживанням потужності 4,5 і 9,5 кВт відповідно.
  3. Інтенсифікація процесу диспергування. Ефективне диспергування пігментів досягається за лічені хвилини.
  4. Універсальність. Апарат вихрового шару може використовуватися для ефективного диспергування пігментів різних форм випуску: гранул, порошку, рідини тощо. Також може виконуватися як «сухе», так і «мокре» подрібнення.
  5. Легкість вбудовування у наявні технологічні лінії. Апарат має компактні розміри й не потребує для розміщення спеціального фундаменту. Його можна швидко вбудувати в наявні технологічну лінію замість млина або змішувача.
  6. Зручність обслуговування. В апараті відсутні вузли тертя, які потребують постійного догляду.
  7. Тривалий термін служби апарата. Для деяких технологічних процесів термін служби апаратів вихрового шару сягає 30-40 років.

Для отримання консультації щодо впровадження апаратів у ваш технологічний процес звертайтеся до наших спеціалістів за одним із контактів, які ви можете знайти у відповідному розділі сайту.