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Rührwerkmühle zum Zerkleinern und Dispergieren von Pigmenten Gegenstand
der Erfindung ist eine sogenannte Rührwerkmühle zum kontinuierlichen Zerkleinern
und Dispergieren von Pigmenten in Flüssigkeiten, die filmbildende Stoffe enthalten.
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Pigmente, Pigmentfarbstoffe oder sonstige als Füllstoffe dienende
anorganische oder organische feste Stoffe, im folgenden kurz als Pigmente bezeichnet,
die in einer ein filmbildendes Bindemittel enthaltenden Flüssigkeit dispergiert
sind, müssen eine äußerst geringe Teilchengröße haben, wenn das Gemisch als Lackfarbe
verwendet werden soll. Üblicherweise betragen die Schichtdicken eines getrockneten
Lackfilmes nach dem Auftragen auf die zu lakkierende Fläche weniger als 50 pm. Deshalb
ist es erforderlich, daß die in einen Lack eingearbeiteten Pigmente in der Regel
eine Korngröße von unter 10 im haben. Der Glanzgrad des fertigen Filmes ist abhängig
von der Korngröße der Pigmente. So nimmt z. B. der Glanz mit steigender Korngröße
ab.
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Bekanntlich kann das Primärkorn eines Pigmentes auf Grund seines
chemischen Herstellungsverfahrens bereits in vielen Fällen mit einer Korngröße von
nur wenigen Mikrometern gewonnen werden. Beim Trocknungsprozeß ballen sich dann
zahlreiche Primärteilchen wieder zu größeren Agglomeraten zusammen. Der Dispersionsvorgang
bewirkt nun eine Zerreibung der Agglomerate und eine Umhüllung der zerkleinerten
Agglomerate bzw. der eventuell zurückerhaltenen Primärteilchen - mit - Lackbindemittel.
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Zur Herstellung solcher Dispersionen kann man sich bekannter Vorrichtungen
bedienen, z. B. der Ein- oder Mehrwalzenstühle und der Kugelmühlen.
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Die Kugelmühlen arbeiten im Chargenbetrieb und lassen das Mahlgut
durch rotierende Bewegungen des Behälters mit Hilfe von Mahlkörpern verschiedener
Größe und in Kugelform, die sich im Mahlgut befinden, zerkleinern. Die Mahlkörper
bestehen aus Steatit, Flintsteinen, Aluminiumoxyd u. dgl. Die Mahlwirkung läßt sich
nach anderen Verfahren noch durch Schwingbewegungen des Mahlbehälters verstärken.
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Eine kontinuierliche Arbeitsweise wird in dem USA.-Patent 2581414
beschrieben. Die Mahlkörper, zwischen denen die Zerkleinerung des Mahlgutes stattfindet,
bestehen hier aus Sandkörnern, und der Mahlbehälter wird nicht bewegt. Dafür wird
das Mahlgut zusammen mit dem Sand durch eine sich drehende vertikale Welle, auf
der mehrere runde Scheiben übereinander angeordnet sind, bewegt und dadurch das
Mahlgut zerkleinert. Das Mahlgut wird dem Mahlgefäß von unten zugeführt und läuft
oben durch ein Sieb wieder ab. Der Durchsatz an Mahlgut bei einem solchen fortlaufenden
Verfahren muß naturgemäß so gesteuert werden, daß eine befriedigende Zerkleinerung
der Pigmente erreicht wird. Die Durchsatzgeschwindigkeit richtet sich also nach
dem Fortschritt der Zerreibung der Pigmentagglomerationen. Da die durch die Welle
bewirkte Rotation des Gemisches für die Zerreibung und.Benetzung verantwortlich
ist, muß der nn.- und Anordnung der Reibscheiben große Beachtung. geschenkt werden.
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Das USA.-Patent 2581414 bedient sich kreisrunder Scheiben, die auf
der Welle in gleichen Abständen übereinander befestigt - sind.- - Mit Hilfe einer
solchen Vorrichtung läßt sich zwar schon eine Zeru reibung der Pigmentagglomerationen
erreichen, doch wirken die senkrecht zur zu Strömungsrichtung des Mahlgutes angqordneten
Mahlscheiben nicht sehr intensiv.
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Gemäß dem USA.-Patent 2 855 156 hat man an Stelle der großächigen,
geschlossennen, kompakten Rührscheiben ringförmig ausgebildete Laufscheihen als
Reibmischkörper gesetzt, die mit der Welle durch Speichen verbunden sind. DIe Speichen
sind im spitzen Winkel zuy Welle an diesen befestigt. Diese Rührscheiben weisen
eine inter,Sive Reibwirkung auf und ermöglichen somit eine Erhöhung der Durchsatzgeschwindig.keit
- der Mahlgutdispersion.
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Durch die ETf42dung wird die Reib- und Dispers gierwirkung der Reibmischkörper
des.;Rührwerkes dadurch noch wesentlich erhöht, daß die Reibmischkörper einen Reibmischkegel
aufweisen, der sich von der inneren Kante der Ringscheibe verjüngend nach unten
erstreckt;} mit seinem unteren Ende über Speichen mit der Wellennabe Verbunden ist
und in seinem Mantel unmittelbar unterhalb der Iiingscheibe.
mehrere
über den Umfang verteilte Öffnungen aufweist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäß gestalteten
Reibmischkörper kennzeichnet sich dadurch, daß die Speichen zwischen dem Kegelmantel
und der Wellennabe als Schaufeln ausgebildet sind, die in einer zur Rotationsachse
senkrechten oder fast senkrechten Ebene liegen.
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Die besonderen Vorteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegen
darin, daß der Wirkungsgrad des Zerreib- und Dispergiervorganges durch das Zusammenwirken
verschiedener Kräfte gesteigert werden kann.
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So wird zusätzlich die Zentrifugalkraft durch Einschaltung des Kegelmantels
für den Zerreibvorgang mit ausgenutzt. Bei den bisherigen bekannten Vorrichtungen
sind die Zentrifugalkräfte, die durch die Drehung der Reibscheiben entstehen, hauptsächlich
nur parallel zu den Scheiben gerichtet. Der erfindungsgemäß gestaltete Reibmischkörper
dagegen gewährleistet einen höheren Nutzeffekt dadurch, daß die sich innerhalb des
Kegels befindenden Teilchen durch die Zentrifugalkraft gegen die innere Kegelwand
gepreßt werden und an ihr entlang nach außen wandern. Der Druck auf die Kegelwand,
der sich aus der Zentrifugalkraft ergibt, ist sehr hoch und bewirkt, während die
Teilchen die Wandung entlangwandern, eine intensive Zerkleinerung von Pigmentagglomeraten.
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Die senkrecht zur Welle als Schaufelstern angeordneten Speichen fördern
mit ihrer Schraubenwirkung das Ansaugen des Mahlgutes, das durch die Zentrifugalpumpenwirkung
des Hohlkegels bewirkt wird.
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Während der Rotation der Rührwelle mit den Reibmischkörpern wird
das aus Pigment und Harzlösung bestehende Mahlgut zusammen mit den Mahlkörpern in
den Innenraum der Reibmischkegel eingeführt. Infolge der auf die bewegten Teilchen
einwirkenden Zentrifugalkraft, deren Größe je nach der Tourenzahl der rotierenden
Rührwelle verschieden ist, wird das Mahlgut an die Innenwand des Kegels gepreßt
und die Agglomerate auf der Wand des Kegelmantels zwischen den Mahlkörpern (Sand-,
Glas- oder Kunststoffkörner) verstärkt zerrieben. Die Zentrifugalkraft bewirkt außerdem,
daß das Mahlgut längs der Kegelwand nach oben fließt. Am oberen Ende des Kegels
fließt das Mahlgut teilweise durch im Kegelmantel befindliche Öffnungen unter die
den Abschluß des Reibmischkegels bildende Ringscheibe und teilweise über den Rand
des Kegels über die Oberseite der Ringscheibe ab und wird oberhalb und unterhalb
der Ringscheibe wiederum infolge der Zentrifugalkraft nach außen geschleudert, wobei
das fließende Gemisch beschleunigt wird. Auf diese Weise wird die zerreibende Wirkung
des Sandes erhöht und der Wirkungsgrad der AggIomeratzerkleinerung noch gesteigert.
Die Ringscheibe kann in einer achssenkrechten Ebene liegen. Sie kann aber auch so
ausgebildet sein, daß sie einen zweiten, sich in gleicher Richtung wie der Reibmischkegel
verjüngenden Kegel bildet.
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Die Zeichnung gibt zwei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß
der Erfindung wieder.
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Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine kontinuierlich
arbeitende Mahlvorrichtung; die F i g. Z und 4 zeigen Grundrisse von zwei verschiedenen
Ausführungsformen der in der Fig. 1 längs
der Welle übereinander angeordneten Reibmischkörper;
F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie 3-3 derFig.2; F i g. 5 zeigt
einen Längsschnitt entlang der Linie 5-5 der- Fxl g. 4.
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Die Anordnung der Reibmischkörper ist in der Fig. 1 anschaulich wiedergegeben.
Je nach der gewünschten Durchsatzmenge sind auf die angetriebene Welle 1 eine Anzahl
von Reibmischkörpern aufgesetzt und mit Hilfe von Zylinderstiften 20 (F i g. 3 und
5) befestigt. Die Welle ist in einen Mahlbehälter 3 eingebaut, der mit Mahlkörpern
aus Sand, Glas oder Kunststoff gefüllt wird.
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Die Vorrichtung nach F i g. 1 wird folgendermaßen betrieben: Mit
Hilfe einer Pumpe 11 wird das Mahlgut durch die'Rohrieitungl0 in den Mahlbehgter
gedrückt und steigt durch die Hohlräume zwischen den Sandkörner hoch und vermischt
sich auf diese Weise mit dem Sand. Durch die schnelle Drehung der Welle 1 mit etwa
500 bis 2500 Umdrehnngeig Minute durchströmt das Mahlgut mehrfach jeden Reibmischkörper.
Die Pumpenleistung muß genügend hoch sein, um das Mahlgut stetig nach oben zu drücken.
Sobald das Mahlgut den auf den Mahl-, behälter 3 aufgesetzten Siebkorb 7 erreicht
hat, fließt die fertige Dispersion durch diesen hindurch und läuft durch einen Ausfluß
14 in einen Auffangbee hälter. Der Siebkorb hält den Sand im Mahlbehälter zurück.
Zur Abführung der entstehenden hohen Reibungswärme ist der Mahlbehälter 3 mit einem
Kühlmantel 4 völlig umgeben. Das Kühlwasser wird durch eine Zuführung 12 zugeführt
und durch einen Abfluß 13 wieder abgeleitet.
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Die F i g. 3 und 5 zeigen die mit Hilfe von Zylinderstiften 20 auf
der Welle befestigte Nabe 16. Senkrecht zur Nabe 16 sind Speicher angeordnet, die
von der Nabe 16 zu dem Kegelmantel 18 führen, der mit seinem kleineren Durchmesser
auf den äußeren Enden der Speichen sitzt. Am oberen Ende des Kegelmantels befinden
sich Öffnungen 19. Den Ab schluß des oberen Kegelmantels bildet eine nach außen,
senkrecht zur Welle gerichtete Ringscheibe 2.
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Die Fig. 3 und 5 unterscheiden sich nur in der Form und der Anordnung
der Öffnungen 19.
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Als Material für die erfindungsgemäß gestaltete Rührwerksmühle kann
jedes abriebfeste Metall oder eine Metallegierung, vorzugsweise Gußstahl, Mao ganstahl,
Chromeisenlegierung und andere Eisenlegierungen, benutzt werden. Die Reibmischkörper
und die Mahlwelle können auch auch Kunsstoffen, z.B. aus Polyamiden, hergestellt
sein. Es ist auch möglich, den Mahlbehälter und die Reibmischkärper mit einer Kunststoffschicht
zu überziehen.
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Mitunter ist es zweckmäßig und vorteilhaft, die rotierende Bewegung
des Mahlgutes um die Rührt werkswelle zu behindern. Dies kann dadurch erreicht werden,
daß die Welle mit den Reibmischkõrpem exzentrisch zum Mahlbehälter angeordnet wird.
Nah einer anderen Ausführungsform kann man aber auch die Innenseite des Mahlbehälters
mit senkrechten Leisten 15 ausrüsten. Diese können aus dem gIeichen Material wie
die übngen Vorrichtungen i stehen; aber es ist auch möglich, diese Leisten ans emem
weicheren, widerstandsfähigen Material, z.B. aus Kunststoff oder Kautschuk, zu fertigen.
Als Mahlkörper können bekanntermaßen außer Sand auch Glaskörper oder Kunststoffteilchen
mit einem
Durchmesser von weniger als 1 mm verwendet werden.
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Die mit der erfindungsgemäß ausgebildetenRührwerkmühle hergestellten
Pigmentdispersionen lassen sich zu Lackfarben verarbeiten, deren Filme Oberflächen
von hohem Glanz aufweisen, die frei von jedem durch Abrieb bedingten Schleier sind.