CN1380365A - 涂料生产方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涂料生产的方法及设备,其特征是;涂料基本配方中的颜料根据其研磨性的难易程度排列为A、B、C…,基本配方中的部分漆料在真空乳化釜内先与A混合,再与B、C…依次混合,每加入一种颜料间隔一定的时间,最后一种颜料混合后的粘度为10pa.s—250pa.s;然后用其余的漆料混合调稀至10pa.s以下,再经管道式高剪切混合乳化器,使颜料研磨细化成为色漆。其设备由真空乳化釜1、高剪切混合乳化机2和冷却塔3组成。

Description

涂料生产方法及设备

本发明属于生产涂料的方法及其生产设备，属涂料生产领域。

涂料主要由不挥发基料、溶剂和颜料组成。基料的一部分和溶剂由搅拌机搅拌成漆料。颜料和漆料混合后用砂磨机或球磨机进行研磨、细化和分散成为研磨色料。由此产生的色料是单色的，须与其它的单色料经预混合，经漆料调稀，才成为色漆(经过滤即为涂料成品)，这个过程叫分色轧浆，色浆调漆。因为从颜料的研磨过程来看，一种色漆含有多种颜料，各种颜料其分散性能不一样，有的易分散(如钛白、柠檬黄等)，有的较难分散(如碳黑、铁蓝)；而且各种颜料的杂质含量也不一样，如果不加区别地混合在一起研磨分散(复色轧浆)，势必造成难分散的颜料影响容易分散的颜料，杂质含量多的影响杂质含量少的，结果造成色浆产量下降、消耗增加、质量下降。

在涂料的生产过程中，色漆的总配方，常叫标准配方。但在工艺上，却不能把整个配方中的原料一次混合、研磨、调配而成，而是分段进行。即先将合成树脂(基料)溶于溶剂中形成基料分散体(这个过程很容易实现，只要用一般的搅拌设备如高速分散机就可完成)，然后将颜料分散在基料(基料分散体中的基料)中形成颜料分散体。颜料分散体的细度是保证油漆生产质量的关键环节。涂料厂从生产厂家购进的颜料常常是呈附聚状态的(检验以通过325目筛余物粒径最大值，44.5μm为合格，这些粒子又是由众多原始粒子附聚成的)，涂料生产要求将颜料粉碎至15μm以下的原始颗粒，原始颗粒被基料所湿润包裹，均匀分散在漆料中。这个过程分为三个步骤：1、润湿，漆料置换颜料粒子表面吸附的空气，或别的污染物(如水分)，并且润湿漆料进一步附上颜料表面；2、研磨，将颜料粒子用机械打开使之分离变成孤立的原始粒子；3、将孤立的原始粒子移动至漆料的总体中使粒子永久分离。在润湿阶段，涂料生产要求颜料颗粒首先被基料润湿，即颜料被基料包裹分散在溶剂中，这就需要加入足够的基料使颜料周围有一连续的永久性涂层，才能保证颜料粒子的稳定分开。

把颜料分散体集中在一个釜内完成的(叫复色轧浆)，有一些应用。例如，对于经过表面处理的超细颜料(如某些进口钛白粉)，其附聚态粒子(或原始颗粒)的粒度已经很小，不需要经过研磨过程继续细化，因此可以将一种或多种超细颜料直接经过高速分散机(高速搅拌机)分散成色料或油漆成品。目前高速分散机直接用于制取色漆和成品仅有乳胶漆，灰云母氧化铁醇酸磁漆和白醇酸色浆。超细颜料品种物稀价贵，因此在大多数情况下，涂料的生产还是采取分色轧浆、用色浆调漆较为合理。

用分色轧浆、色浆调漆的方法对大批量生产过程无疑是合适的，但对于小批量生产多品种涂料却不方便。如果用复色轧浆的方法在一个釜里直接制出色漆或油漆成品，可以减少工序数，提高小批量生产的效率。

在《混合设备设计》(王凯，冯连芳著，机械工业出版社，P45)里提到美国CHEMINEER公司，意大利PRESSINDUSTRIA CHEMICALEQUIPMENT公司和日本的特殊机化工业公司生产真空乳化釜。如有一容积为270L的真空乳化釜均质器(乳化头)的转速为350-3500转/分，桨式搅拌器的转速为12-75转/分，真空度为0.07Mpa，可以搅拌粘度150-250pa.s的物料。这种均质器亦可作为单独搅拌设备使用，通常称为高速乳化分散器(国内称为高剪切混合乳化头)，主要由定子和转子组成；单独在空气中使用时适应的粘度比真空乳化釜低，仅数十pa.s。这种真空乳化釜的真空度取决于密封度(主要在搅拌轴和釜之间)，溶剂的挥发程度，真空泵的功率。这种设备直接用来生产涂料成品还不是很完善，原因是：色料研磨时要求基料和颜料含量尽可能高，使粘度尽可能高，而粘度太高导致乳化头转子对颜料的研磨细化作用减弱，颜料研磨的细度达不到要求。另外，无法克服复色轧浆的副作用。

管道式高剪切混合乳化器适合粘度10pa.s以下的工作介质，但是在此粘度下直接进行复色轧浆也生产不出较高质量要求的涂料。

机械式超声波均质器和管道式高剪切乳化器在生产中的应用见于职业技术教育教材《日用化工机械设备》(梁耀开著)。

本发明的目的是提出一种改进的方法和设备，这种生产方法，可以复色制浆生产涂料成品，它的生产设备是真空乳化釜，管道式高剪切混合乳化器和机械式超声波乳化器的结合。

下面说明本发明的技术解决方案。将标准配方中的树脂(基料)溶解在溶剂中，形成基料分散体(漆料)。将部分基料分散体置入真空乳化釜内，在真空中，在高剪切乳化头的作用下与预先置入的一种颜料A混合。混合后再将标准配方中需要加入的其它颜料B，C，…(A，B，C…依照研磨的难易程度由难至易排列)依次加入，先加难研磨的，再加易研磨的。每次加颜料的间隔时间以上次加的颜料被基本湿润为标准，而不必待上一种颜料充分研磨分散后才加后一种颜料。当颜料全部混合后，加入基本配方中其余的漆料，搅拌，开动釜外设置的管道式高剪切混合乳化器和机械式超声波均质器，从釜内通过管道出来的物料被这两种机器研磨和细化，再通过冷却作用回到釜内，完成一个循环。经一定时间的研磨，直至达到规定的研磨细度，成为色漆，过滤后既为涂料成品。

其思路一是采用分步加入颜料的方法，可以使不同颜料之间的相互影响减小到最小；二是抽真空，乳化头适应的工作介质粘度可以比常压下大10倍，颜料粒子周围包裹了厚厚的基体料，早早成为分离的粒子，避免前面和后面加入颜料的接触效应；三是采用多种研磨设备串联起来，缩短研磨时间，减小不同颜料之间的负面影响。

由于乳化头的转子转速高达数千转/分，物料受剧烈剪切而发热升温，需要冷却；物料从管道式高剪切乳化机出来后被压入冷却塔冷却，随后经过管道进入釜内，完成一个循环。釜还通过管道和一个抽气泵(真空泵)相连，保持釜内气压为负值，随着釜内真空度的提高，乳化头能适应的物料粘度也相应提高。釜内产生的大量气泡在负压作用下破裂，有利于生产的进行，同时负压使颜料吸附的空气和其它杂质更容易被漆料置换，加速润湿过程的进行。

釜的底部连有一根管道，液体物料从料斗由此加入；釜的顶部连有一根管道，粉状颜料从料斗由此加入；釜还和一根管道相连，从料斗中随时加入添加剂(助剂)。由于釜内保持负压，液体和粉体物料加入非常方便，利于连续生产。釜和外壳之间有间隙，间隙内充满了流动的水，相当于釜总个地泡在水浴中，保持了釜内温度的基本稳定。

本发明的方法可使单台(套)设备直接生产出涂料成品，涂料生产时间缩短一半以上，颜料细度可达13μm以下，原来用球磨机要4个小时4个循环的过程现在只要1个小时，各种研磨分散设备技术指标见表1序号1-6。生产中可少加消泡剂，消除了过多消泡剂的负面作用，提高了质量，降低了原料消耗。如果控制原料中的不溶杂质，可以省去过滤操作和过滤设备。两套以上的这种设备(可以不同型号和规格)可以用管道连接成涂料成品连续生产成套设备，用分色轧浆，色浆调漆的方法大批量生产颜料成品。

下面根据附图进一步说明本发明方法和设备。

图1是本发明涂料生产设备示意图。

实施例：

称取涂料标准配方的树脂(基料)和溶剂，在一个容器中将树脂溶解在溶剂中，形成基料分散体，即漆料，待用。称取涂料标准配方中的颜料，将各种颜料根据其研磨的难易程度由难至易排列成A，B，C…，待用。从漆料中取出一部分做研磨漆料用，研磨漆料的量根据经验或计算应使和所有颜料相混合后粘度为50-150pa.s。

图1，釜19置于罐身20内，釜和罐身之间有间隙，间隙接一根进水管7进水，另接一根出水管23出水，出来的水经过管子进入冷却塔21，并从冷却塔下部流出。罐盖29和罐身20通过固定连接组成罐体。电机2机械固定在罐盖上，乳化头16的转子轴直接和电机2的转轴机械联接。电机1经过减速经蜗杆蜗轮传递带动转臂5和刮板6转动。罐体内空间通过罐盖29上的管道与低压罐10连通，再与真空泵9联接。釜的底部引出一根管子穿过罐身底部联接到一个管道式高剪切混合乳化器17的进料口，再从该乳化器的出料口用管道联接到一个机械式超声波均质器，然后管道从该均质器出来联结到冷却塔，从冷却塔出来由管道联接到罐盖进入罐内。加料斗3、28经由管道通过罐盖与罐体连通，加料罐12穿过罐身底部和釜底与釜连通。乳化头16和转臂5的转轴和罐盖之间采取较好机械密封，在所有阀门关闭时，启动真空泵9能使罐内气压达到0.07Mpa——这可以通过提高传动轴和罐盖的密封度来达到，也可以通过选择更大功率的真空泵来达到。罐内的气压可通过气压表8读出。

生产时，首先关闭所有的闸阀4，11，13，14，15，24，25，26，27，接通真空泵的电源，抽空气使罐内保持负压。开动冷却循环系统，使釜和外壳之间的间隙充满冷却水，冷却水管的水保持流动。颜料A从加料斗28加入，打开闸阀27，颜料在负压下吸入釜内，然后关闭。打开闸阀14，往料斗12加研磨漆料，漆料在重力和负压作用下从底部进入釜内，同时将颜料A内的气体排出。关闭闸阀14，接通电机1，电机2的电源，电机2带动乳化头的转子高速旋转，对物料进行强烈剪切粉碎作用。同时电机1带动转臂5低速转动，使转臂上的刮削板6刮削釜的侧壁，避免积料死料。待釜内物料基本混合后再继续往釜内加颜料B，颜料C…直至最后一种颜料，每种颜料添加的时间间隔1-5分钟均可。添加剂可由加料斗3加入。待最后一种颜料加入并混合后，加入基本配方中的其余漆料继续搅拌，几分钟后打开闸阀15，25，接通管道式高剪切混合乳化器17的电源，接通机械式超声波均质器18的电源，釜内物料从底部经管道进入管道式高剪切混合乳化器受到强烈剪切和粉碎后，再经超声波均质器细化后，被泵入冷却塔21中冷却并回到釜内，完成一个循环。物料经规定时间的分散后便可出料。调节电机2的速度逐渐减小，打开阀门24，关闭阀门25，即可将生产好的色漆泵入料罐22中，完成出料过程。重复以上操作即可进行下一次作业。

作业完成后只须关掉真空泵，往各加料口加入溶剂，同时启动搅拌电机1，乳化头电机2，高剪切混合乳化器17及关闭和开启相应的闸阀即可完成清洗，转而生产另外一种颜色的涂料。表1中序号7就是真空乳化釜(功率1.1KW，乳化头转速2880转/分，容积50升，真空度0.08Mpa)研磨金红石型钛白粉体和碳黑粉体的生产(实验)数据。序号8是序号7基础上接一个管道式高剪切混合乳化器所测数据。

超声波均质器产生的超声波不仅能阻止分离的粒子附聚，而且能使附聚的粒子团打开成原始粒子，缩短研磨分散时间，提高复色制浆的质量，表1中序号9是序号8的基础上再接一个机械式超声波均质器所测细度。

本发明也可以用来先生产单色料，再用几种单色料配成色漆，而且很容易实现连续生产；每种单色料使用一种图1所示单机，从若干个单机上出来的单色料通过管道连到另个单机(该单机容积可大些)进行混合即成为色漆。

本发明由于物料中的溶剂在真空环境下易挥发，比较适宜生产水基涂料。

序号	分散机	粘度pa.s	金红石型钛白粉体		碳黑粉体
							分散所需时间	极限粒度	分散所需时间	极限粒度
			min	μm	min	μm
							1	三锟磨	0.1-10		6		8
2	胶体磨	0.001-0.1				30
							3	振动球磨	0.001-1	150	6	940	＜5
4	球磨(钢球)	0.001-1			300	＜5
							5	球磨(磁球)		780	＜5
6	砂磨	0.001-0.1	7	8	32	8
							7	BME101乳化器	50	160	17	200	23
8	管道式均质器	＜10	80	5	120	8
							9	机械超声波器	＜10	60	4	80	6

                                          表1

Claims (6)

1.一种生产涂料的方法，将多种粒度为15-45.5μm的颜料研磨分散在漆料中形成粒度15μm以下的颜料分散体，再用漆料稀释成色漆，其特征是：涂料基本配方中的颜料根据其研磨性的难易程度排列为A、B、C…，按基本配方配制的漆料的一部分在真空乳化釜内先与A混合，再与B、C…依次混合，每种颜料加入须间隔一定的时间，以使上一种颜料能与漆料基本混合；加入最后一种颜料与漆料混合后的粘度为10pa.s-250pa.s；然后加入基本配方中的其余的漆料混合调稀至10pa.s以下，再经管道式高剪切混合乳化器和超声波均质器或仅用前者，使颜料颗粒研磨细化成为色漆。

2.一种涂料生产设备，主要由真空乳化釜、管道式高剪切混合乳化机以及将它们联接的管道组成，其特征是：从乳化釜的底部接一根管道，将管道式高剪切混合乳化器按进料口、出料口顺序相连，并回到真空乳化釜内。

3.根据权利要求1所述涂料生产的方法，其特征在于：颜料A，B，C…中的任一种可以是单色颜料，也可以是多种研磨性接近的单色颜料的混合物。

4.根据权利要求1，权利要求3所述涂料生产方法，其特征在于：所加颜料可以是多种，也可以是一种。

5.根据权利要求1，权利要求3所述涂料生产的方法，其特征在于：最后一种颜料与漆料混合后的最终粘度优选值为50-150pa.s。

6.根据权利要求2所述涂料生产的设备，在管道式高剪切混合乳化机和冷却塔之间或冷却塔和真空乳化釜之间还联接有一个超声波均质器。